KR20180045695A - 유기 발광 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 - Google Patents

유기 발광 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열안정성과 발광능이 우수한 신규 화합물 및 이를 하나 이상의 유기물층에 포함함으로써 발광효율, 구동 전압, 수명 등의 특성이 향상된 유기 전계 발광 소자에 관한 것이다.

Description

유기 발광 화합물 및 이를 이용한 유기 전계 발광 소자 {ORGANIC LIGHT-EMITTING COMPOUND AND ORGANIC ELECTROLUMINESCENT DEVICE USING THE SAME}
1950년대 베르나소스(Bernanose)의 유기 박막 발광 관측을 시점으로 하여, 1965년 안트라센 단결정을 이용한 청색 전기발광으로 이어진 유기 전계 발광(electroluminescent, EL) 소자에 대한 연구가 이어져 오다가, 1987년 탕(Tang)에 의하여 정공층과 발광층의 기능층으로 나눈 적층구조의 유기 전계 발광 소자가 제시되었다. 이후, 고효율, 고수명의 유기 전계 발광 소자를 만들기 위하여, 소자 내 각각의 특징적인 유기물층을 도입하는 형태로 발전하여 왔으며, 이에 사용되는 특화된 물질의 개발로 이어졌다.
유기 전계 발광 소자는 두 전극 사이에 전압을 걸어주면 양극에서는 정공이 유기물층으로 주입되고, 음극에서는 전자가 유기물층으로 주입된다. 주입된 정공과 전자가 만났을 때 엑시톤(exciton)이 형성되며, 이 엑시톤이 바닥상태로 떨어질 때 빛이 나게 된다. 이때, 유기물층으로 사용되는 물질은 그 기능에 따라, 발광물질, 정공주입 물질, 정공수송 물질, 전자수송 물질, 전자주입 물질 등으로 분류될 수 있다.
발광 물질은 발광색에 따라 청색, 녹색, 적색 발광 물질과, 보다 나은 천연색을 구현하기 위한 노란색 및 주황색 발광 물질로 구분될 수 있다. 또한, 색순도의 증가와 에너지 전이를 통한 발광 효율을 증가시키기 위하여, 발광 물질로서 호스트/도펀트 계를 사용할 수 있다.
도펀트 물질은 유기 물질을 사용하는 형광 도펀트와 Ir, Pt 등의 중원자(heavy atoms)가 포함된 금속 착체 화합물을 사용하는 인광 도펀트로 나눌 수 있다. 이때, 인광 재료의 개발은 이론적으로 형광에 비해 4배까지 발광 효율을 향상시킬 수 있기 때문에, 인광 도펀트 뿐만 아니라 인광 호스트 재료들에 대한 연구도 많이 진행되고 있다.
현재까지 정공 주입층, 정공 수송층. 정공 차단층, 전자 수송층 재료로는 NPB, BCP, Alq3 등이 널리 알려져 있으며, 발광층 재료로는 안트라센 유도체들이 보고되고 있다. 특히, 발광층 재료 중 효율 향상 측면에서 장점을 가지고 있는 Firpic, Ir(ppy)3, (acac)Ir(btp)2 등과 같은 Ir을 포함하는 금속 착체 화합물이 청색(blue), 녹색(green), 적색(red)의 인광 도판트 재료로 사용되고 있으며, 4,4-디카바졸리비페닐(4,4-dicarbazolybiphenyl, CBP)은 인광 호스트 재료로 사용되고 있다.
Figure pat00001
Figure pat00002
그러나 종래의 유기물층 재료들은 발광 특성 측면에서는 유리한 면이 있으나, 유리전이온도가 낮아 열적 안정성이 매우 좋지 않기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 수명 측면에서 만족할 만한 수준이 되지 못하고 있다. 따라서, 성능이 뛰어난 유기물층 재료의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 유기 전계 발광 소자에 적용할 수 있으며, 열안정성 및 발광능이 우수한 신규 유기 화합물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 신규 유기 화합물을 포함하여 구동전압이 낮고, 발광효율이 높으며, 수명이 향상된 유기 전계 발광 소자를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 제공한다.
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 화학식 1 내지 2에서,
R1 및 R2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴아민기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 상기 R1과 R2가 결합하여 하기 화학식 3으로 표시되는 다환의 축합환을 형성할 수 있으며,
Figure pat00005
상기 화학식 3에서,
*는 상기 화학식 1 또는 2의 R1 및 R2와 각각 연결되는 부위이며,
A 고리는 단일환 또는 다환의 지환족 고리, 단일환 또는 다환의 헤테로지환족 고리, 단일환 또는 다환의 방향족 고리, 혹은 단일환 또는 다환의 헤테로방향족 고리이며,
Y1 내지 Y16은 각각 독립적으로 CR6 또는 N이며,
여기서 복수의 R6는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 인접하는 다른 R6와 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
R3 내지 R6는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기(SO2), C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C 40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴아민기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되며,
a 내지 c는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이며, 여기서 a 내지 c가 각각 독립적으로 0인 경우 R3 내지 R6는 각각 독립적으로 수소이며, a 내지 c가 1 내지 3인 경우, R3 내지 R6는 수소를 제외한 전술한 치환기를 가지며,
상기 R1 내지 R6에서 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는, 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환될 수 있으며, 이때 복수개의 치환기로 치환될 경우 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
또한, 본 발명은 양극, 음극, 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전계 발광 소자로서, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자를 제공한다.
본 발명에 따라 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물은 내열성, 캐리어 수송능, 발광능 등이 우수하기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 유기물층 재료로 사용될 수 있다
또한 본 발명에 따른 화합물을 포함하는 유기 전계발광소자는 종래 재료에 비해 우수한 발광성능, 수명, 효율과 낮은 구동전압을 갖는 유기 전계 발광 소자를 제조할 수 있고, 나아가 성능 및 수명이 향상된 풀 칼라 디스플레이 패널도 제조할 수 있다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
<신규 유기 화합물>
본 발명에 따른 신규 유기 화합물은 트리페닐렌 또는 페난쓰렌;과 플루오렌이 결합된 구조를 기본 골격(core)으로 하며, 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 것을 특징으로 한다.
이와 같이 트리페닐렌 또는 페난쓰렌;과 플루오렌이 결합된 본 발명의 코어구조는, 상기 플루오렌에 결합되는 축합환의 입체장애(steric hindrance)로 인해 평면성을 억제하여 화합물의 결정성을 낮출 수 있다. 그리고, 트리페닐렌과 유사한 삼중항(T1)과 일중항(S1) 값을 가져 이들 간(T1-S1)의 에너지 차이를 작게 할 수 있다. 즉, 종래 트리페닐렌의 결정성 문제를 해결하면서, 이와 동시에 종래 플루오렌의 T1-S1값 차이를 보완할 수 있다.
또한, 상기 기본골격에 다양한 치환체, 특히 아릴기/헤테로아릴기가 도입되어 화합물의 분자량이 유의적으로 증대됨으로써, 유리전이온도가 향상될 수 있고, 이로 인해 종래 CBP 보다 높은 열적 안정성을 가질 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 화학식 1의 화합물을 포함하는 소자는 내구성 및 수명 특성을 크게 향상시킬 수 있다.
아울러, 상기 화학식 1 또는 2의 화합물은 전술한 기본골격에 도입되는 치환기의 종류에 따라 HOMO 및 LUMO 에너지 레벨을 조절할 수 있어, 넓은 밴드갭을 가질 수 있고, 높은 캐리어 수송성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 기본골격에 질소-함유 헤테로환(예컨대, 피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기 등)과 같이 전자 흡수성이 큰 전자 끌개기(EWG)가 결합될 경우, 분자 전체가 바이폴라(bipolar) 특성을 갖기 때문에, 정공과 전자의 결합력을 높일 수 있다. 이와 같이, 상기 기본 골격에 EWG가 도입된 상기 화학식 1의 화합물은 우수한 캐리어 수송성 및 발광 특성이 우수하기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 발광층 재료 이외, 전자주입/수송층 재료, 또는 수명 개선층 재료로도 사용될 수 있다.
나아가, 본 발명에 따른 화학식 1 또는 2의 화합물을 유기 EL 소자의 정공 주입/수송층 재료, 전자 주입/수송층재료, 청색, 녹색 및/또는 적색의 인광 호스트 재료로 채택할 경우, 종래 CBP 대비 효율 및 수명 면에서 월등히 우수한 효과를 발휘할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 화합물은 유기 EL 소자의 성능 개선 및 수명 향상에 크게 기여할 수 있으며, 특히 이러한 소자 수명 향상은 풀 칼라 유기 발광 패널에서의 성능 극대화에도 큰 효과가 있다.
본 발명에서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 페닐렌과 플루오렌기가 결합된 구조를 기본 골격으로 하며, 상기 화학식 2로 표시되는 화합물은 페난쓰렌과 플루오렌기가 결합된 구조를 기본 골격으로 한다.
상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물에서, R1 및 R2는 서로 결합하여 당 분야의 통상적인 다환 형태의 축합환을 형성하거나 또는 비(非)형성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라 R1 및 R2가 축합환을 비(非)형성하는 경우, 상기 R1 및 R2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴아민기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
여기서, 상기 R1 및 R2가 축합환을 비형성하는 경우, 하기 설명되는 Y1 내지 Y10 중 적어도 하나는 N인 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, R1 및 R2는 상기 화학식 3으로 표시되는 축합환을 형성할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 R1 및 R2가 축합환을 형성하는 경우, 본 발명의 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물은 각각 하기 화학식 1-A 또는 2-A로 보다 구체화될 수 있다.
[화학식 1-A]
Figure pat00006
[화학식 2-A]
Figure pat00007
A 고리는 당 분야에 알려진 통상적인 탄화수소계 또는 헤테로원자를 하나 이상 포함하는 탄화수소계 고리일 수 있으며, 이들이 인접하는 다른 환(예컨대, 코어 구조, 또는 Y11~Y13 환, Y14~Y16의 환)과 축합, 융합, 가교 또는 스피로(spirocyclic) 결합된 형태일 수 있다.
일례로, A 고리는 단일환 또는 다환의 지환족 고리, 단일환 또는 다환의 헤테로지환족 고리, 단일환 또는 다환의 방향족 고리, 및 단일환 또는 다환의 헤테로방향족 고리로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
Y1 내지 Y16은 각각 독립적으로 C(R6) 또는 N이다. 여기서 복수의 R6는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 인접하는 다른 R6와 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일례를 들면, 상기 화학식 3으로 표시되는 다환의 축합환은 하기 구조에서 선택될 수 있다.
Figure pat00008
상기 치환기에서,
*는 상기 화학식 1 또는 2의 R1 및 R2와 각각 연결되는 부위이며,
X는 O, S, Se, N(Ar1), C(Ar2)(Ar3) 및 Si(Ar4)(Ar5)로 이루어진 군에서 선택된다.
Ar1 내지 Ar5는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 핵원자수 5 내지 30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택된다.
본 발명에서, Ar1 내지 Ar5는 각각 독립적으로 C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기 및 C6~C60의 아릴아민기인 경우가 바람직하다.
R이 복수일 경우, 복수의 R은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트릴기, 설포닐기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 및 핵원자수 5 내지 30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에서, R은 각각 독립적으로 수소, C1~C40의 알킬기, C6~C60의 아릴기, 및 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 Ar1 ~ Ar5 및 R에서 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
R3 내지 R6는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴아민기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명에서, R3 내지 R6는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1~C40의 알킬기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, 및 C6~C40의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
a 내지 c는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이다. 여기서 a 내지 c가 각각 독립적으로 0인 경우, R3 내지 R6는 각각 독립적으로 수소이며, a 내지 c가 1 내지 3인 경우, R3 내지 R6는 수소를 제외한 전술한 치환기를 가질 수 있다.
상기 R1 내지 R6에서 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는, 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환될 수 있으며, 이때 복수개의 치환기로 치환될 경우 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일례에 따르면, R3 내지 R6 중 적어도 하나는 하기 화학식 4로 표시되는 치환체일 수 있다. 바람직하게는 R3 내지 R5 중 적어도 하나가 전자끄는기(EWG) 특성을 가진 치환체일 수 있다.
Figure pat00009
상기 화학식 4에서, *는 상기 화학식 1 또는 화학식 2에 결합되는 부분을 의미한다.
L1은 당 분야에 알려진 통상적인 통상적인 2가(divalent) 그룹의 연결기(Linker)일 수 있다. 일례로 L1은 단일결합이거나, 또는 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 L1의 보다 구체적인 예로는 페닐렌기, 비페닐렌기, 나프틸렌기, 안트라세닐렌기, 인데닐렌기, 피란트레닐렌기, 카르바졸릴렌기, 티오페닐렌기, 인돌일렌기, 푸리닐렌기, 퀴놀리닐렌기, 피롤일렌기, 이미다졸릴렌기, 옥사졸릴렌기, 티아졸릴렌기, 트리아졸릴렌기, 피리디닐렌기, 피리미디닐렌기 등이 있다.
본 발명에서, 상기 L1은 단일결합이거나, 페닐렌기, 비페닐렌기 또는 카바졸릴기인 것이 바람직하다.
Z1 내지 Z5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 N 또는 C(R10)이며, 다만 Z1 내지 Z5 중 적어도 하나는 N인 것이 바람직하다.
또한 상기 C(R10)이 복수인 경우, 복수의 R10는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴아민기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 상기 R10은 인접하는 기(예컨대, L1, 인접하는 다른 R10)과 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있다.
본 발명에서, 상기 R10는 수소, C1~C40의 알킬기, C6~C40의 아릴기, 및 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기로 구성된 군에서 선택되는 것이 바람직하다.
상기 L1의 아릴렌기, 헤테로아릴렌기와; 상기 R10의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴아민기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴실릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 4로 표시되는 치환체는 하기 화학식 A-1 내지 A-15로 표시되는 치환체 군 중 어느 하나로 보다 구체화될 수 있다.
Figure pat00010
상기 A-1 내지 A-15에서,
L1 및 R10은 각각 전술한 화학식 4에서 정의된 바와 같고,
n은 0 내지 4의 정수로서, 상기 n이 0인 경우 R11은 수소이며, 상기 n이 1 내지 4의 정수인 경우, R11는 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있으며,
상기 R11의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 아릴아민기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴실릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물은 하기 예시되는 화합물, 예컨대 J-1 내지 J-96 중 어느 하나로 표시되는 화합물로 보다 구체화될 수 있다. 그러나 본 발명의 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물이 하기 예시된 것들에 의해 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00011
Figure pat00012
Figure pat00013
본 발명에서 "알킬"은 탄소수 1 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 메틸, 에틸, 프로필, 이소부틸, sec-부틸, 펜틸, iso-아밀, 헥실 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알케닐(alkenyl)"은 탄소-탄소 이중 결합을 1개 이상 가진탄소수 2 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 비닐(vinyl), 알릴(allyl), 이소프로펜일(isopropenyl), 2-부텐일(2-butenyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알키닐(alkynyl)"은 탄소-탄소 삼중 결합을 1개 이상 가진탄소수 2 내지 40의 직쇄 또는 측쇄의 불포화 탄화수소에서 유래되는 1가의 치환기를 의미한다. 이의 예로는 에티닐(ethynyl), 2-프로파닐(2-propynyl) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "아릴"은 단독 고리 또는 2이상의 고리가 조합된탄소수 6 내지 40의 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 아릴의 예로는 페닐, 나프틸, 페난트릴, 안트릴 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "헤테로아릴"은 핵원자수 5 내지 40의 모노헤테로사이클릭 또는 폴리헤테로사이클릭 방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이때, 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O, S 또는 Se와 같은 헤테로원자로 치환된다. 또한, 2 이상의 고리가 서로 단순 부착(pendant)되거나 축합된 형태도 포함될 수 있고, 나아가 아릴기와의 축합된 형태도 포함될 수 있다. 이러한 헤테로아릴의 예로는 피리딜, 피라지닐, 피리미디닐, 피리다지닐, 트리아지닐과 같은 6-원 모노사이클릭 고리, 페녹사티에닐(phenoxathienyl), 인돌리지닐(indolizinyl), 인돌릴(indolyl), 퓨리닐(purinyl), 퀴놀릴(quinolyl), 벤조티아졸(benzothiazole), 카바졸릴(carbazolyl)과 같은 폴리사이클릭 고리 및 2-퓨라닐, N-이미다졸릴, 2-이속사졸릴, 2-피리디닐, 2-피리미디닐 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "아릴옥시"는 RO-로 표시되는 1가의 치환기로, 상기 R은 탄소수 5 내지 40의 아릴을 의미한다. 이러한 아릴옥시의 예로는 페닐옥시, 나프틸옥시, 디페닐옥시 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알킬옥시"는 R'O-로 표시되는 1가의 치환기로, 상기 R'는 탄소수 1 내지 40의 알킬을 의미하며, 직쇄(linear), 측쇄(branched) 또는 사이클릭(cyclic) 구조를 포함할 수 있다. 알킬옥시의 예로는 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 1-프로폭시, t-부톡시, n-부톡시, 펜톡시 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "아릴아민"은 탄소수 6 내지 40의 아릴로 치환된 아민을 의미한다.
본 발명에서 "시클로알킬"은 탄소수 3 내지 40의 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미한다. 이러한 사이클로알킬의 예로는 사이클로프로필, 사이클로펜틸, 사이클로헥실, 노르보닐(norbornyl), 아다만틴(adamantine) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "헤테로시클로알킬"은 핵원자수 3 내지 40의 비-방향족 탄화수소로부터 유래된 1가의 치환기를 의미하며, 고리 중 하나 이상의 탄소, 바람직하게는 1 내지 3개의 탄소가 N, O, S 또는 Se와 같은 헤테로 원자로 치환된다. 이러한 헤테로시클로알킬의 예로는 모르폴린, 피페라진 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명에서 "알킬실릴"은 탄소수 1 내지 40의 알킬로 치환된 실릴이고, "아릴실릴"은 탄소수 5 내지 40의 아릴로 치환된 실릴을 의미한다.
본 발명에서 "축합고리"는 축합 지방족 고리, 축합 방향족 고리, 축합 헤테로지방족 고리, 축합 헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합된 형태를 의미한다.
<유기 전계 발광 소자>
한편, 본 발명의 다른 측면은 상기한 본 발명에 따른 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자(유기 EL 소자)에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 유기 전계 발광 소자는 양극(anode), 음극(cathode) 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하며, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 포함한다. 이때, 상기 화합물은 단독으로 사용되거나, 또는 2 이상이 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 1층 이상의 유기물층은 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 중 어느 하나 이상일 수 있고, 이 중에서 적어도 하나의 유기물층은 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로 상기 화학식 1 또는 2의 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층, 전자수송층, 정공수송층인 것이 바람직하다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자의 발광층은 호스트 재료를 포함할 수 있는데, 이때 호스트 재료로서 상기 화학식 1 또는 2의 화합물을 포함할 수 있다. 또한 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 발광층은 상기 화학식 1 또는 2의 화합물 이외의 화합물을 호스트로 포함할 수 있다.
상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 유기 전계 발광 소자의 발광층 재료, 바람직하게는 청색, 녹색, 적색의 인광 호스트 재료로 포함할 경우, 발광층에서 정공과 전자의 결합력이 높아지기 때문에, 유기 전계 발광 소자의 효율(발광효율 및 전력효율), 수명, 휘도 및 구동전압 등을 향상시킬 수 있다. 구체적으로 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물은 녹색 및/또는 적색의 인광 호스트, 형광 호스트, 또는 도펀트 재료로서 유기 전계 발광 소자에 포함되는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명의 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물은 발광층의 인광 호스트, 형광 호스트 또는 도펀트 재료인 것이 바람직하며, 발광층의 적색 인광 호스트인 것이 더욱 바람직하다.
이러한 본 발명의 유기 전계 발광 소자의 구조는 특별히 한정되지 않으나, 기판, 양극, 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송층 및 음극이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다. 이때, 상기 정공주입층, 정공수송층, 발광보조층, 발광층, 전자수송층 및 전자주입층 중 하나 이상은 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있고, 바람직하게는 정공수송층, 전자저지층, 발광보조층이 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 한편 상기 전자수송층 위에는 전자주입층이 추가로 적층될 수 있다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자의 구조는 전극과 유기물층 계면에 절연층 또는 접착층이 삽입된 구조일 수 있다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자는 상기 유기물층 중 1층 이상이 상기 화학식 1 또는 2로 표시되는 화합물을 포함하는 것을 제외하고는, 당 업계에 공지된 재료 및 방법으로 유기물층 및 전극을 형성하여 제조할 수 있다.
상기 유기물층은 진공 증착법이나 용액 도포법에 의하여 형성될 수 있다. 상기 용액 도포법의 예로는 스핀 코팅, 딥코팅, 닥터 블레이딩, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등이 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
본 발명의 유기 전계 발광 소자 제조 시 사용되는 기판은 특별히 한정되지 않으나, 실리콘 웨이퍼, 석영, 유리판, 금속판, 플라스틱 필름 및 시트 등을 사용할 수 있다.
또, 양극 물질로는 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연산화물, 인듐산화물, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2:Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 폴리티오펜, 폴리(3-메틸티오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜](PEDT), 폴리피롤 또는 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자; 및 카본블랙 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또, 음극 물질로는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석, 또는 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; 및 LiF/Al 또는 LiO2/Al과 같은 다층 구조 물질 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 주입층 및 전자 수송층은 특별히 한정되는 것은 아니며, 당 업계에 알려진 통상의 물질을 사용할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<준비예>
[준비예 1] A-1의 합성
<단계 1> 4-(2-bromo-4-chlorophenyl)-9,9-diphenyl-9H-fluorene의 합성
Figure pat00014
질소 기류 하에서 (9,9-diphenyl-9H-fluoren-4-yl)boronic acid (3.62 g, 10 mmol), 2-bromo-4-chloro-1-iodobenzene (3.17 g, 10 mmol), Pd(PPh3)4 (0.57 g, 5 mol%), K2CO3 (2.76 g, 20 mmol), Toluene/Ethanol/H2O(100 ml/75 ml/50 ml)를 혼합한 다음 80℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출한 다음 MgSO4를 넣고 여과하였다. 얻어진 유기층에서 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 4-(2-bromo-4-chlorophenyl)-9,9-diphenyl-9H-fluorene (3.60 g, 수율 71%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.10~7.28 (m, 11H), 7.35~7.60 (m, 6H), 7.77 (d, 1H), 7.90 (m, 2H)
<단계 2> A-1의 합성
Figure pat00015
질소 분위기 하에서 준비예 1 <단계 1> 에서 합성된 4-(2-bromo-4-chlorophenyl)-9,9-diphenyl-9H-fluorene (5.07 g, 10 mmol) 와 Pd(PPh3)2Cl2 (0.35 g, 5 mol%), DBU (7.61 g, 50 mmol), DMF (100 ml)를 혼합하고, 150 ℃에서 24시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후 DMF를 제거하고 메틸렌클로라이드로 추출한 다음 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 A-1(2.13 g, 수율 50%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.10~7.26 (m, 10H), 7.62 (t, 2H), 7.78 (m, 3H), 8.10 (m, 3H), 8.94 (s, 1H)
[준비예 2] A-2의 합성
Figure pat00016
<단계 1> 의 반응물로 (9,9-diphenyl-9H-fluoren-4-yl)boronic acid 대신 9,9'-spirobi[fluoren]-4-ylboronic acid (3.60 g, 10 mmol) 을 사용한 것을 제외하고는, [준비예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-2 (2.08 g, 수율 49%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.28~7.38 (m, 4H), 7.60 (m, 4H), 7.78~7.90 (m, 5H), 8.07 (m, 3H), 8.99 (s, 1H)
[준비예 3] A-3의 합성
Figure pat00017
<단계 1> 의 반응물로 (9,9-diphenyl-9H-fluoren-4-yl)boronic acid 대신 (9,9-dimethyl-9H-fluoren-4-yl)boronic acid (2.38 g, 10 mmol) 을 사용하고 2-bromo-4-chloro-1-iodobenzene 대신 3-bromo-5-chloro-2-iodopyridine (3.18 g, 10 mmol) 를 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-3 (1.45 g, 수율 48%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 1.95 (s, 6H), 7.62 (t, 2H), 7.78 (d, 2H), 8.03 (m, 3H), 8.81 (s, 1H)
[준비예 4] A-4의 합성
<단계 1> 4-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-2-yl)-4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-ol의 합성
Figure pat00018
2-bromo-3'-chloro-1,1'-biphenyl (2.67 g, 10 mmol)을 25 mL의 THF에 녹여 넣고 -78℃ 로 냉각하였다. 여기에 2.5M n-BuLi (4 mL, 10 mmol)을 적하하고, 2시간 동안 교반한 후 4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one (2.04 g, 10 mmol) 을 10 mL의 THF에 녹여 적하하였다. 적하가 끝나면 상온으로 서서히 온도를 올리고 12시간 동안 교반한 후, 에틸 아세테이트와 물을 이용하여 추출하였다. 유기층을 따로 모아 감압증류하여 용매 및 휘발물을 제거한 후 추가적인 정제 없이 다음 반응을 진행하였다.
<단계 2> A-4의 합성
Figure pat00019
반응기에 <단계1> 에서 합성한 4-(3'-chloro-[1,1'-biphenyl]-2-yl)-4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-ol (3.92 g, 10 mmol) 을 넣고 아세트산 40 mL, 36% HCl 40 mL를 같이 넣어 12시간 동안 환류 교반하였다. 반응을 끝낸 후 용액을 식히고 고체를 걸러주었다. 걸러진 고체는 메탄올로 씻어주고, 남은 고체로부터 컬럼크로마토그래피법을 이용하여 목적 화합물인 A-4 (1.76 g, 수율 47%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.29 (m, 2H) 7.38 (t, 1H), 7.49~7.62 (m, 4H), 7.80~7.92 (m, 8H)
[준비예 5] A-5의 합성
Figure pat00020
<단계 1> 의 반응물로 2-bromo-3'-chloro-1,1'-biphenyl 대신 2-bromo-N-(2-bromophenyl)-N-phenylaniline (4.03 g, 10 mmol) 을 사용하고 4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one 대신 4H-cyclopenta[def]triphenylen-4-one (2.54 g, 10 mmol) 를 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 4]와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-5 (2.57 g, 수율 46%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 6.80~7.20 (m, 11H), 7.56~7.67 (m, 5H), 7.78(d, 2H), 8.07 (d, 2H), 8.67 (d, 2H)
[준비예 6] A-6의 합성
Figure pat00021
<단계 1> 의 반응물로 2-bromo-3'-chloro-1,1'-biphenyl 대신 1-iodotriphenylene (3.54 g, 10 mmol) 을 사용하고 4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one 대신 2-bromo-9H-fluoren-9-one (2.59 g, 10 mmol) 를 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 4]와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-6 (2.11 g, 수율 45%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.28 (t, 1H), 7.38 (t, 1H), 7.55~7.77 (m, 10H), 7.90 (d, 1H), 8.07 (d, 2H), 8.66 (d, 2H)
[준비예 7] A-7의 합성
Figure pat00022
<단계 1> 의 반응물로 2-bromo-3'-chloro-1,1'-biphenyl 대신 1-iodotriphenylene (3.54 g, 10 mmol) 을 사용하고 4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one 대신 2-bromo-4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one (2.83 g, 10 mmol) 를 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 4]와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-7 (2.17 g, 수율 44%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.62~7.65 (m, 5H), 7.78~7.80 (m, 4H), 7.93 (m, 3H), 8.07 (d, 2H), 8.19 (s, 1H), 8.67 (d, 2H)
[준비예 8] A-8의 합성
Figure pat00023
<단계 1> 의 반응물로 2-bromo-3'-chloro-1,1'-biphenyl 대신 1,4-dibromo-7-(tert-butyl)triphenylene (4.42 g, 10 mmol) 을 사용하고 4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one 대신 7H-benzo[de]anthracen-7-one (2.30 g, 10 mmol) 를 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 4]와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-8 (2.47 g, 수율 43%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 1.49 (s, 9H), 6.86 (d, 1H), 7.38 (m, 4H), 7.67~7.74 (m, 5H), 7.91(d, 1H), 8.00~8.06 (m, 4H), 8.15 (s, 1H), 8.50 (d, 1H), 8.84 (d, 1H)
[준비예 9] A-9의 합성
Figure pat00024
<단계 1> 의 반응물로 2-bromo-3'-chloro-1,1'-biphenyl 대신 4-(4-bromotriphenylen-1-yl)-2,6-diphenylpyrimidine (5.37 g, 10 mmol) 을 사용하고 4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one 대신 4-chloro-9H-thioxanthen-9-one (2.46 g, 10 mmol) 를 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 4]와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-9 (2.88 g, 수율 42%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 6.88 (d, 1H), 7.03~7.06 (m, 3H), 7.33 (t, 1H), 7.44~7.66 (m, 11H), 7.78 (d, 1H), 7.94 (m, 3H), 8.07 (d, 1H), 8.14 (d, 1H), 8.23~8.35 (m, 4H), 8.98 (d, 1H)
[준비예 10] A-10의 합성
Figure pat00025
<단계 1> 의 반응물로 2-bromo-3'-chloro-1,1'-biphenyl 대신 1,4-dibromotriphenylene (3.86 g, 10 mmol) 을 사용하고 4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one 대신 3-chloro-9H-fluoren-9-one (4.28 g, 20 mmol) 를 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 4]와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-10 (2.54 g, 수율 41%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.29~7.38 (m, 6H), 7.55~7.62 (m, 6H), 7.70~7.90 (m, 8H), 8.07 (d, 2H)
[준비예 11] A-11의 합성
Figure pat00026
<단계 1> 의 반응물로 2-bromo-3'-chloro-1,1'-biphenyl 대신 6-(2-bromophenyl)-5,12-diphenyl-5,12-dihydroindolo[3,2-a]carbazole (5.63 g, 10 mmol) 을 사용하고 4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one 대신 5-chloro-9H-cyclopenta[lmn]phenanthridin-9-one (2.39 g, 10 mmol) 를 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 4]와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-11 (2.80 g, 수율 40%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.16 (t, 2H), 7.35-7.82 (m, 21H), 7.94 (d, 2H), 8.24 (d, 1H), 8.55 (d, 2H)
[준비예 12] A-12의 합성
<단계 1> 4,4,5,5-tetramethyl-2-(spiro[fluorene-9,9'-xanthen]-4-yl)-1,3,2-dioxaborolane의 합성
Figure pat00027
질소 기류 하에서 4-bromospiro[fluorene-9,9'-xanthene] (4.11 g, 10 mmol), 4,4,4',4',5,5,5',5'-octamethyl-2,2'-bi(1,3,2-dioxaborolane) (2.53 g, 10 mmol), Pd(dppf)Cl2 (0.36 g, 5 mol%), KOAc (1.96 g, 20 mmol), 1,4-Dioxane(100 ml)를 혼합한 다음 100℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출한 다음 MgSO4를 넣고 여과하였다. 얻어진 유기층에서 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 4,4,5,5-tetramethyl-2-(spiro[fluorene-9,9'-xanthen]-4-yl)-1,3,2-dioxaborolane (2.79 g, 수율 61%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 1.21 (s, 12H), 7.01~7.06 (m, 4H), 7.14~7.17 (m, 6H), 7.31 (m, 4H), 7.90 (d, 1H)
<단계 2> 9-chlorospiro[cyclopenta[def]triphenylene-4,9'-xanthene]의 합성
Figure pat00028
<단계 1> 의 반응물로 (9,9-diphenyl-9H-fluoren-4-yl)boronic acid 대신 위에서 합성한 4,4,5,5-tetramethyl-2-(spiro[fluorene-9,9'-xanthen]-4-yl)-1,3,2-dioxaborolane (4.58 g, 10 mmol) 을 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 1]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 9-chlorospiro[cyclopenta[def]triphenylene-4,9'-xanthene] (1.80 g, 수율 41%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 7.01 (t, 2H), 7.14~7.17 (m, 4H), 7.31 (t, 2H), 7.62 (t, 2H), 7.78 (m, 3H), 8.07 (m, 3H), 8.94 (s, 1H)
<단계 3> A-12의 합성
Figure pat00029
질소 기류 하에서 9-chlorospiro[cyclopenta[def]triphenylene-4,9'-xanthene] (4.40 g, 10 mmol), 4,4,4',4',5,5,5',5'-octamethyl-2,2'-bi(1,3,2-dioxaborolane) (2.53 g, 10 mmol), Pd(OAc)2 (0.11 g, 5 mol%), XPhos (0.47 g, 1 mmol), KOAc (1.96 g, 20 mmol), 1,4-Dioxane(100 ml)를 혼합한 다음 100℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출한 다음 MgSO4를 넣고 여과하였다. 얻어진 유기층에서 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 A-12 (2.39 g, 수율 45%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 1.20 (s, 12H), 7.01 (t, 2H), 7.14~7.17 (m, 4H), 7.31 (t, 2H), 7.62 (m, 3H), 7.78 (m, 2H), 8.07~8.11 (m, 3H), 8.76 (s, 1H)
[준비예 13] A-13의 합성
<단계 1> 4'-bromospiro[benzofuro[3',2':6,7]indeno[1,2-b]pyridine-5,9'-fluorene]의 합성
Figure pat00030
<단계 1> 의 반응물로 2-bromo-3'-chloro-1,1'-biphenyl 대신 3-bromo-2-(dibenzo[b,d]furan-4-yl)pyridine (3.24 g, 10 mmol) 을 사용하고 4H-cyclopenta[def]phenanthren-4-one 대신 4-bromo-9H-fluoren-9-one (2.59 g, 10 mmol) 를 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 4]와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 4'-bromospiro[benzofuro[3',2':6,7]indeno[1,2-b]pyridine-5,9'-fluorene] (2.23 g, 수율 46%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 6.67 (t, 1H), 7.17~7.38 (m, 7H), 7.49~7.54 (m, 4H), 7.90~7.98 (m, 3H), 8.35 (d, 1H)
<단계 2> A-13의 합성
Figure pat00031
<단계 1> 의 반응물로 4-bromospiro[fluorene-9,9'-xanthene] 대신 4'-bromospiro[benzofuro[3',2':6,7]indeno[1,2-b]pyridine-5,9'-fluorene] (4.86 g, 10 mmol) 을 사용하고 <단계 2> 의 2-bromo-4-chloro-1-iodobenzene 대신 2-bromo-1-chloro-3-iodobenzene (3.17 g, 10 mmol) 를 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 12]와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-13 (2.85 g, 수율 47%)을 얻었다.
1H-NMR: δ 1.24 (s, 12H), 6.67 (t, 1H), 7.22 (d, 1H), 7.29~7.39 (m, 3H), 7.54-7.62 (m, 4H), 7.71 (d, 1H), 7.78 (m, 2H), 7.98 (m, 2H), 8.07 (m, 2H), 8.17 (d, 1H), 8.35 (d, 1H)
[준비예 14] A-14의 합성
Figure pat00032
<단계 1> 의 반응물로 3-bromo-2-(dibenzo[b,d]furan-4-yl)pyridine 대신 2,2'-dibromo-1,1'-biphenyl (3.12 g, 10 mmol) 을 사용하고 4-bromo-9H-fluoren-9-one 대신 2-chloro-10,10-dimethylanthracen-9(10H)-one (2.56 g, 10 mmol) 를 사용하고, <단계 2> 의 반응물로 2-bromo-1-chloro-3-iodobenzene 대신 2-bromo-3-iodopyrazine (2.84 g, 10 mmol) 을 사용하는 것을 제외하고는, [준비예 13]과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물 A-14 (2.69 g, 수율 48%)를 얻었다.
1H-NMR: δ 1.24 (s, 12H), 1.69 (s, 6H), 7.20~7.30 (m, 7H), 7.62 (t, 2H), 7.78 (d, 2H), 8.01 (d, 2H), 8.74 (d, 2H)
<합성예>
[합성예 1] J-1의 합성
Figure pat00033
질소 기류 하에서 A-1 (4.26 g, 10 mmol), 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine (4.35 g, 10 mmol), Pd(OAc)2 (0.11 g, 5 mol%), Xphos (0.47 g, 2 mmol), Cs2CO3 (6.51 g, 20 mmol), Toluene/EtOH/H2O (80 ml/40 ml/20 ml)를 혼합하고 110℃ 에서 6시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출하고 MgSO4를 넣고 필터하였다. 필터된 유기층의 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 J-1 (3.42 g, 수율 49%)을 얻었다.
[LCMS] : 699
[합성예 2] J-2의 합성
Figure pat00034
A-1 대신 A-2 (4.24 g, 10.0 mmol)를 사용하고 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine 대신 2,4-diphenyl-6-(3'-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-[1,1'-biphenyl]-3-yl)-1,3,5-triazine (5.11 g, 10.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-2 (3.86 g, 수율 50%)를 얻었다.
[LCMS] : 773
[합성예 3] J-3의 합성
Figure pat00035
A-1 대신 A-3 (3.03 g, 10.0 mmol)를 사용하고 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine 대신 2,4-diphenyl-6-(3''-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)-[1,1':3',1''-terphenyl]-3-yl)-1,3,5-triazine (5.87 g, 10.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-3 (3.71 g, 수율 51%)를 얻었다.
[LCMS] : 728
[합성예 4] J-4의 합성
Figure pat00036
A-1 대신 A-4 (3.74 g, 10.0 mmol)를 사용하고 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine 대신 2-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-4-(4-fluorophenyl)-6-(4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)pyrimidine (5.28 g, 10.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-4 (3.85 g, 수율 52%)를 얻었다.
[LCMS] : 740
[합성예 5] J-5의 합성
Figure pat00037
질소 기류 하에서 A-5 (5.60 g, 10 mmol), 2,4-diphenyl-6-(4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)pyrimidine (4.34 g, 10.0 mmol), Pd(PPh3)4 (0.57 g, 5 mol%), K2CO3 (2.76 g, 20 mmol), Toluene/Ethanol/H2O(100 ml/75 ml/50 ml)를 혼합한 다음 80℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출한 다음 MgSO4를 넣고 여과하였다. 얻어진 유기층에서 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 J-5 (4.17 g, 수율 53%)을 얻었다.
[LCMS] : 787
[합성예 6] J-6의 합성
Figure pat00038
A-5 대신 A-6 (4.69 g, 10.0 mmol)를 사용하고 2,4-diphenyl-6-(4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)pyrimidine 대신 4-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-2-phenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)pyrimidine (5.10 g, 10.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 5와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-6 (4.17 g, 수율 54%)를 얻었다.
[LCMS] : 772
[합성예 7] J-7의 합성
Figure pat00039
A-5 대신 A-7 (4.93 g, 10.0 mmol)를 사용하고 2,4-diphenyl-6-(4-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)pyrimidine 대신 (3-(triphenylen-2-yl)phenyl)boronic acid (3.48 g, 10.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 5와 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-7 (3.94 g, 수율 55%)를 얻었다.
[LCMS] : 716
[합성예 8] J-8의 합성
Figure pat00040
질소 기류 하에서 A-8 (5.75 g, 10 mmol), 9-phenyl-9H,9'H-3,3'-bicarbazole (4.08 g, 10 mmol), Pd(OAc)2 (0.11 g, 5 mol%), P(t-Bu)3 (0.20 g, 1 mmol), NaO(t-Bu) (1.92 g, 20 mmol), Toluene (200 ml)를 혼합한 다음 110℃에서 12시간 동안 교반하였다. 반응 종결 후 메틸렌클로라이드로 추출한 다음 MgSO4를 넣고 여과하였다. 얻어진 유기층에서 용매를 제거한 후 컬럼크로마토그래피를 이용하여 목적 화합물인 J-8 (5.05 g, 수율 56%)을 얻었다.
[LCMS] : 903
[합성예 9] J-9의 합성
Figure pat00041
A-8 대신 A-9 (6.87 g, 10.0 mmol)를 사용하고 9-phenyl-9H,9'H-3,3'-bicarbazole 대신 N-([1,1'-biphenyl]-4-yl)-9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-amine (3.61 g, 10.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 8과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-9 (5.77 g, 수율 57%)를 얻었다.
[LCMS] : 1012
[합성예 10] J-10의 합성
Figure pat00042
A-1 대신 A-10 (6.21 g, 10.0 mmol)를 사용하고 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine 대신 (4-(diphenylamino)phenyl)boronic acid (5.78 g, 20.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-10 (6.02 g, 수율 58%)를 얻었다.
[LCMS] : 1038
[합성예 11] J-11의 합성
Figure pat00043
A-1 대신 A-11 (7.06 g, 10.0 mmol)를 사용하고 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine 대신 (9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)boronic acid (2.87 g, 10.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-11 (5.38 g, 수율 59%)를 얻었다.
[LCMS] : 913
[합성예 12] J-12의 합성
Figure pat00044
A-1 대신 A-12 (5.32 g, 10.0 mmol)를 사용하고 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine 대신 2-chloro-4,6-diphenyl-1,3,5-triazine (2.67 g, 10.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-12 (3.82 g, 수율 60%)를 얻었다.
[LCMS] : 637
[합성예 13] J-13의 합성
Figure pat00045
A-1 대신 A-13 (6.07 g, 10.0 mmol)를 사용하고 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine 대신 2-chloro-4-phenylquinazoline (2.40 g, 10.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-13 (4.18 g, 수율 61%)를 얻었다.
[LCMS] : 685
[합성예 14] J-14의 합성
Figure pat00046
A-1 대신 A-14 (5.60 g, 10.0 mmol)를 사용하고 2,4-diphenyl-6-(3-(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl)phenyl)-1,3,5-triazine 대신 2-chloro-4-phenylbenzo[h]quinazoline (2.90 g, 10.0 mmol)을 사용하는 것을 제외하고는, 합성예 1과 동일한 과정을 수행하여 목적 화합물인 J-14 (4.27 g, 수율 62%)를 얻었다.
[LCMS] : 688
[실시예 1 ~ 14] 유기 EL 소자의 제작
상기 합성예 1~14에서 합성한 화합물을 통상적으로 알려진 방법으로 고순도 승화정제를 한 후 아래의 과정에 따라 녹색 유기 EL 소자를 제작하였다.
먼저, ITO (Indium tin oxide)가 1500Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후 UV OZONE 세정기 (Power sonic 405, 화신테크)로 이송시킨 다음 UV를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정하고 진공 증착기로 기판을 이송하였다.
이렇게 준비된 ITO 투명 전극 위에 m-MTDATA (60 nm)/TCTA (80 nm)/ 90% 하기 표 1의 호스트 화합물 + 10 % Ir(ppy)3 (300nm)/BCP (10 nm)/Alq3 (30 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 EL 소자를 제작하였다.
m-MTDATA, TCTA, Ir(ppy)3, CBP 및 BCP의 구조는 하기와 같다.
Figure pat00047
Figure pat00048
[비교예 1] 유기 EL 소자의 제작
발광층 형성시 발광 호스트 물질로서 화합물 J-1 대신 CBP를 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 과정으로 유기 EL 소자를 제작하였다.
[평가예]
실시예 1-14 및 비교예 1에서 제작한 각각의 유기 EL 소자에 대하여 전류밀도 10 mA/㎠에서의 구동전압, 전류효율 및 발광 피크를 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
샘플 호스트 구동 전압 EL 피크 전류효율
(V) (nm) (cd/A)
실시예 1 J-1 6.81 518 39.7
실시예 2 J-2 6.68 518 38.9
실시예 3 J-3 6.66 518 41.3
실시예 4 J-4 6.7 517 41.3
실시예 5 J-5 6.7 515 43.1
실시예 6 J-6 6.51 518 43.5
실시예 7 J-7 6.77 518 41.4
실시예 8 J-8 6.66 518 42.5
실시예 9 J-9 6.81 517 41.3
실시예 10 J-10 6.66 515 41.3
실시예 11 J-11 6.81 518 41.2
실시예 12 J-12 6.68 518 41.3
실시예 13 J-13 6.66 518 39.7
실시예 14 J-14 6.81 517 42
비교예 1 CBP 6.93 516 38.2
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 화합물(J-1 ~ J-14)을 녹색 유기 EL 소자의 발광층으로 사용하는 실시예 1-14의 녹색 유기 EL소자는, 종래 CBP를 사용하는 비교예 1의 녹색 유기 EL 소자와 비교해 볼 때 효율 및 구동전압 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.
[실시예 15 내지 28] 청색 유기 전계 발광 소자의 제작
합성예에서 합성된 화합물(J-1 ~ J-14)을 통상적으로 알려진 방법으로 고순도 승화정제를 한 후, 하기 과정에 따라 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
먼저, ITO (Indium tin oxide)가 1500 Å 두께로 박막 코팅된 유리 기판을 증류수 초음파로 세척하였다. 증류수 세척이 끝나면, 이소프로필 알코올, 아세톤, 메탄올 등의 용제로 초음파 세척을 하고 건조시킨 후, UV OZONE 세정기(Power sonic 405, 화신테크)로 이송시킨 다음, UV를 이용하여 상기 기판을 5분간 세정하고 진공 증착기로 기판을 이송하였다.
상기와 같이 준비된 ITO 투명 전극 위에, DS-205 (㈜두산전자, 80 nm)/NPB (15 nm)/ADN + 5 % DS-405 (㈜두산전자, 30nm)/ 화합물 J-1~14 (5 nm)/Alq3 (25 nm)/LiF (1 nm)/Al (200 nm) 순으로 적층하여 유기 전계 발광 소자를 제조하였다.
[비교예 2] 청색 유기 전계 발광 소자의 제조
전자수송 보조층 물질로서 화합물 J-1을 사용하지 않고, 전자 수송층 물질인 Alq3를 25 nm 대신 30 nm로 증착하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 15와 동일하게 수행하여 청색 유기 전계 발광 소자를 제작하였다.
[평가예 2]
실시예 15 내지 28 및 비교예 2에서 각각 제조된 유기 전계 발광 소자에 대하여, 전류밀도 10 mA/㎠에서의 구동전압, 발광파장, 전류효율을 측정하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
샘플 전자수송 보조층 구동 전압(V) 발광 피크(nm) 전류효율(cd/A)
실시예 15 J-1 4.0 458 8.1
실시예 16 J-2 4.1 455 8.2
실시예 17 J-3 3.9 457 8.0
실시예 18 J-4 4.5 455 8.6
실시예 19 J-5 3.4 452 8.4
실시예 20 J-6 4.5 457 7.9
실시예 21 J-7 3.7 457 7.8
실시예 22 J-8 3.8 457 8.4
실시예 23 J-9 4.6 456 6.6
실시예 24 J-10 3.8 453 9.0
실시예 25 J-11 3.9 454 8.1
실시예 26 J-12 4.7 456 7.7
실시예 27 J-13 4.1 453 6.8
실시예 28 J-14 4.6 452 8.7
비교예 2 - 4.8 458 6.0
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 화합물을 전자수송 보조층에 사용하는 실시예 15~28의 청색 유기 전계 발광 소자는, 전자수송 보조층이 없는 비교예 2의 청색 유기 전계 발광 소자에 비해 전류 효율, 발광피크 및 구동전압 면에서 우수한 성능을 나타내는 것을 알 수 있었다.

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00049

    [화학식 2]
    Figure pat00050

    상기 화학식 1 내지 2에서,
    R1 및 R2는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴아민기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 상기 R1과 R2가 결합하여 하기 화학식 3으로 표시되는 다환의 축합환을 형성하며,
    [화학식 3]
    Figure pat00051

    상기 화학식 3에서,
    *는 상기 화학식 1 또는 2의 R1 및 R2와 각각 연결되는 부위이며,
    A 고리는 단일환 또는 다환의 지환족 고리, 단일환 또는 다환의 헤테로지환족 고리, 단일환 또는 다환의 방향족 고리, 혹은 단일환 또는 다환의 헤테로방향족 고리이며,
    Y1 내지 Y16은 각각 독립적으로 CR6 또는 N이며,
    여기서 복수의 R6는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 인접하는 다른 R6와 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    R3 내지 R6는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C 40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴아민기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되며,
    a 내지 c는 각각 독립적으로 0 내지 3의 정수이며,
    상기 R1 내지 R6에서 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 알킬옥시기, 아릴옥시기, 알킬실릴기, 아릴실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴아민기는, 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상으로 치환될 수 있으며, 이때 복수개의 치환기로 치환될 경우 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학식 3으로 표시되는 다환 축합환은 하기 구조에서 선택되는 치환기인 것을 특징으로 하는 화합물.
    Figure pat00052

    상기 치환기에서,
    X는 O, S, Se, N(Ar1), C(Ar2)(Ar3) 및 Si(Ar4)(Ar5)로 이루어진 군에서 선택되고,
    Ar1 내지 Ar5는 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 탄소수 6 내지 30의 아릴기 및 핵원자수 5 내지 30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되며,
    복수의 R은 서로 동일하거나 또는 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트릴기, 설포닐기, 탄소수 1 내지 30의 알킬기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 및 핵원자수 5 내지 30의 헤테로아릴기로 이루어진 군에서 선택되며,
    상기 Ar1 ~ Ar5 및 R에서 알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C60의 아릴기, 핵원자수 5 내지 60의 헤테로아릴기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C60의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬실릴기, C6~C60의 아릴실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C60의 아릴보론기, C6~C60의 아릴포스핀기, C6~C60의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C60의 아릴아민기로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 R1과 R2가 화학식 3의 축합환을 비형성하는 경우, Y1 내지 Y10 중 적어도 하나는 N인 것을 특징으로 하는 화합물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 R3 내지 R6 중 적어도 하나는 하기 화학식 4로 표시되는 치환체인 것을 특징으로 하는 화합물:
    [화학식 4]
    Figure pat00053

    상기 화학식 4에서,
    *는 상기 화학식 1 또는 화학식 2에 결합되는 부분을 의미하고,
    L1은 단일결합이거나, 또는 C6~C18의 아릴렌기 및 핵원자수 5 내지 18의 헤테로아릴렌기로 이루어진 군에서 선택되고,
    Z1 내지 Z5는 서로 동일하거나 상이하고, 각각 독립적으로 N 또는 C(R10)이며, 다만 Z1 내지 Z5 중 적어도 하나는 N이고,
    R10이 복수인 경우, 복수의 R10는 서로 동일하거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C 40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴아민기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 상기 R10은 인접하는 R10과 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있으며;
    상기 L1의 아릴렌기, 헤테로아릴렌기와; R10의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴아민기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴실릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 화학식 4로 표시되는 치환체는 하기 화학식 A-1 내지 A-15로 표시되는 치환체 군 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 화합물.
    Figure pat00054

    상기 A-1 내지 A-15에서,
    L1 및 R10은 제4항에서 정의된 바와 같고,
    n은 0 내지 4의 정수로서, 상기 n이 1 내지 4의 정수인 경우, R11는 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택되거나, 또는 인접하는 기와 결합하여 축합 고리를 형성할 수 있으며,
    상기 R11의 알킬기, 알케닐기, 알키닐기, 시클로알킬기, 헤테로시클로알킬기, 아릴기, 헤테로아릴기, 아릴옥시기, 알킬옥시기, 아릴아민기, 알킬실릴기, 알킬보론기, 아릴보론기, 아릴포스핀기, 아릴포스핀옥사이드기 및 아릴실릴기는 각각 독립적으로 중수소, 할로겐, 시아노기, 니트로기, 설포닐기, C1~C40의 알킬기, C2~C40의 알케닐기, C2~C40의 알키닐기, C6~C40의 아릴기, 핵원자수 5 내지 40의 헤테로아릴기, C6~C40의 아릴옥시기, C1~C40의 알킬옥시기, C6~C40의 아릴아민기, C3~C40의 시클로알킬기, 핵원자수 3 내지 40의 헤테로시클로알킬기, C1~C40의 알킬실릴기, C1~C40의 알킬보론기, C6~C40의 아릴보론기, C6~C40의 아릴포스핀기, C6~C40의 아릴포스핀옥사이드기 및 C6~C40의 아릴실릴기로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 치환기로 치환될 수 있으며, 이때 상기 치환기가 복수인 경우, 이들은 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
  6. 양극, 음극 및 상기 양극과 음극 사이에 개재(介在)된 1층 이상의 유기물층을 포함하며, 상기 1층 이상의 유기물층 중 적어도 하나는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 화합물을 포함하는 유기 전계 발광 소자.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 화합물을 포함하는 유기물층은 발광층, 전자 주입층, 발광보조층, 및 수명 개선층으로 구성된 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 소자.
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