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Merck, now it is time to consider the refractive index of common layer materials.

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At the ‘OLED settlement seminar for the first half of 2022’ held at COEX on June 23, Merck’s Kim Jun-ho, head of research institute, said, “The concept of the refractive index of the emitting layer is often applied to the capping layer on the cathode, but now it is also required for HTL” and mentioned that the light extraction efficiency can be improved through the optimized refractive index design of HTL.

Next, Kim said, “Because the refractive index of HTL has a trade-off relationship with the hole transport capacity, it is difficult to adjust the refractive index,” and “Even though it was lowered to 1.77 from 1.85, the light extraction efficiency could be improved by 7% without an increase in the driving voltage or a decrease in electron mobility.”

Recently, panel makers are continuously developing the OLED light extraction efficiency. This is because by increasing the light extraction efficiency, as a result, the battery life can be increased. Representative examples include a high-refractive capping layer and micro lens array, and an on-cell film that removes the polarizer and uses a color filter.
The concept of the refractive index of the light emitting, which had been concentrated on the capping layer, is extended to the common layer, and it is expected that panel makers will intensify technological competition, and that there will be many changes in the supply chain of emitting materials of panel makers in the future.

 

머티어리얼사이언스, OLED용 청색 도판트 개발 성공…OLED 효율⋅수명↑

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국내 한 벤처기업이 일본 업체가 특허를 독점하고 있는 유기발광다이오드(OLED)용 청색도판트(dopant)를 개발하는 데 성공했다. 도판트는 OLED 내에서 실제로 색을 내는 호스트(host)에 섞어 효율⋅수명을 개선해주는 소재다.

그동안 OLED용 호스트를 개발한 국내 재료 업체는 많았지만, 도판트를 대기업의 지원을 받지 않은 벤처회사가 독자적으로 상용화 수준까지 개발한 사례는 처음이라는 점에서 개가로 평가된다.

OLED용 유기재료 개발업체 머티어리얼사이언스(대표 이순창)는 일본 I사 청색 도판트 특허를 대체할 수 있는 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 지난 2014년 설립된 머티어리얼사이언스는 국내외 OLED 패널 업체에 정공수송층(HTL)·전자수송층(ETL) 등을 공급하고 있다. 총 50여명 임직원 중 절반이 연구개발 인력이다. 지난해 매출은 66억원, 올해는 100억원을 돌파할 것으로 예상된다.

이번에 머티어리얼사이언스가 청색 도판트를 개발함에 따라 OLED 패널 업체들은 I사 외에 청색 호스트 및 도판트를 공급해 줄 수 있는 대안을 갖게 됐다.

일본 I사는 지난 1995년부터 청색 도판트를 개발해왔다. 현재 총 30건 이상(일본 출원 기준)의 청색 관련 특허를 보유하고 있으며, 이 중 8개의 주요 특허는 오는 2034년까지 유효하다.

특히 안트라센(벤젠 고리 세 개가 차례로 접합된 화합물) 구조로 된 청색 호스트와 파이렌을 포함하는 청색 도판트가 조합하는 방식에 대한 특허를 독점하고 있다. 이 때문에 I사 청색 도판트를 구매하는 패널 업체는 반드시 호스트까지 I사 재료를 구매해야만 한다. I사 청색 도판트에 다른 업체 호스트를 섞어 쓸 경우 호스트 물질이 안트라센 골격이면 특허 침해가 불가피하다.

삼성⋅LG디스플레이 모두 I사 청색 도판트 및 호스트를 사용하여 왔다.

머티어리얼사이언스가 개발한 청색 도판트는 I사 조합특허를 완전히 벗어나도록 분자를 설계하였다. 기존에는 OLED의 효율⋅수명을 개선하며 진청색을 얻기 위하여 강력한 전자 받개(electron acceptor)를 분자에 적용하는 방식을 사용하여 왔다.

머티어리얼사이언스는 반대로 전자 주개(electron donor)를 분자에 도입하여 효율과 수명을 개선하면서 진청색 구현을 실현하였다. 이 도판트는 주위의 극성에 따른 발광 파장이 변화되는 용매의존발색현상(solvatochromism)을 크게 감소 시킴으로 호스트의 극성에 따라 발광 파장이 변화하는 현상도 크게 줄었다.

정재호 머티어리얼사이언스 연구원은 “새로운 구조 및 합성 방법을 개발해 기존 도판트와 차별화된 제품을 생산했다”며 “패널 업체들이 다양한 종류의 청색 호스트를 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다. 머티어리얼사이언스는 최근 OLED 패널 업체들이 청색 형광체 수명을 늘리기 위해 도입을 추진 중인 열활성화지연형광(TADF) 기술도 개발하고 있다.

<발광재료 시장 전망, 유비리서치>

유비리서치에 따르면 OLED 유기재료 시장은 2021년까지 33억6000만달러(약 3조8000억원) 규모로 성장할 전망이다. 이 중 청색 재료의 매출 비중은 11.5%를 차지한다.

Material Science to develop blue dopant for OLED … OLED Efficiency ⋅ Lifetime Up↑

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A Korean venture company has succeeded in developing blue dopant for Organic Light Emitting Diodes (OLED) that a Japanese company has had its exclusive patent for. The dopant is an element that improves efficiency and life time by mixing with host that actually colors within the OLED.

In the meantime, many domestic material companies have developed OLED host, but it is the first case that a venture company has independently developed dopant on a commercial scale without receiving any support of large corporations.

 

Material Science (CEO Lee Soon-chang), an organic material developer for OLED has developed a technology that can replace Japanese I Company’s patent for blue dopant. Established in 2014, Material Science is supplying HTL( Hole Transporting Layer) and ETL (Electron Transfer Layer) to OLED panel makers.
Half of the 50 employees are R&D personnel. Last year, its sales were 6.6 billion won, and it is expected to exceed 10 billion won this year.

This time, due to the development of blue dopant by Material Science, OLED panel companies have an alternative to supply blue host and dopant besides I Company.

Japanese I Company has been developing blue dopant since 1995. At present, the company has more than 30 patents related to blue dopant (based on Japanese application for a patent), and its major 8 patents are valid until 2034. In particular, it has an exclusive patent for the combination method of blue dopant that includes blue host and pyrene with an anthracene structure (a compound in which three benzene rings are sequentially bonded). For this reason, the panel makers which purchase dopant from I Company must buy its host. If they mix I Company’s blue dopant with another company’s host, it is inevitable to infringe the patent in the case a host material has an anthracene skeleton.

Both Samsung Display and LG Display have been using I Company’s blue dopant and host.

The blue dopant developed by Material Science is designed to make molecules that are completely out of I Company’s compound patent. Conventionally, the method of applying an electron acceptor to a molecule has been used to improve the efficiency and lifetime of OLED and have a blue color.
On the other hand, Material Science introduces electron donor into molecules to improve the efficiency and lifetime while generating dark blue color. This dopant greatly reduces the solvent-dependent color development (solvatochromism) where emission wavelength changes due to the polarity of the surroundings. Therefore, the change of emission wavelength is also greatly reduced.

Jung Jae-ho, a researcher at Material Science said, “We have developed a new structure and a synthesis method, which makes it possible to produce its differentiated dopant.” “Panel companies are now able to utilize various types of blue hosts”. In addition, Material Sciences has been recently developing TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence) that OLED panel makers are struggling to introduce for the longer life of blue-emitting phosphors.

 

<OLED emitting material market forecast, UBi Research>

According to UBi Research, the OLED organic market is expected to reach $ 3.36 billion by 2021 (about 3.8 trillion won). And blue materials account for 11.5% of total sales.