21세기 정보화 시대, 지금을 살고 있는 대부분의 사람들이 정보를 가장 많이 접하며 밀접하게 생각하는 것은 단연 휴대전화일 것이다. 휴대전화는 벽돌 수준의 크기의 신호 잡히는 지역에서의 전화만 가능했던 수준에서, 초고속 인터넷 통신이 가능하며 방대한 처리량을 바탕으로 인공지능 비서 시스템까지 탑재한 수준까지 발전하였다. 이러한 휴대전화의 발전에 힘입어 소비자는 이제 처리 속도나 기능에 구애 받으며 제품을 선택하는 것이 아닌, 어떠한 특별한 디자인이나 특징을 가졌는지가 더욱 중요해 졌다고 볼 수 있다. 이러한 시대의 흐름에 힘입어, 휴대전화는 기존의 단단한 고정된 형태라는 패러다임에서 벗어난 다양한 제품군들이 출시되고 있다. 특히 삼성전자에서 출시한 갤럭시 폴드와 갤럭시 ...
21세기 정보화 시대, 지금을 살고 있는 대부분의 사람들이 정보를 가장 많이 접하며 밀접하게 생각하는 것은 단연 휴대전화일 것이다. 휴대전화는 벽돌 수준의 크기의 신호 잡히는 지역에서의 전화만 가능했던 수준에서, 초고속 인터넷 통신이 가능하며 방대한 처리량을 바탕으로 인공지능 비서 시스템까지 탑재한 수준까지 발전하였다. 이러한 휴대전화의 발전에 힘입어 소비자는 이제 처리 속도나 기능에 구애 받으며 제품을 선택하는 것이 아닌, 어떠한 특별한 디자인이나 특징을 가졌는지가 더욱 중요해 졌다고 볼 수 있다. 이러한 시대의 흐름에 힘입어, 휴대전화는 기존의 단단한 고정된 형태라는 패러다임에서 벗어난 다양한 제품군들이 출시되고 있다. 특히 삼성전자에서 출시한 갤럭시 폴드와 갤럭시 플립 같은 경우 수려한 디자인과 휴대전화가 접히는 폴더블 (Foldable) 기술을 선보이면서 휴대전화 시장의 큰 게임 체인저로 부상하였다. 이렇게 발전되어 가는 폴더블 기술과 더불어, 화면 자체를 늘릴 수 있는 스트레처블 기술 또한 연구되고 있다. 다만, 이 과정에서 유기전계발광다이오드의 태생적인 문제가 발생하였으니, 이는 소자 내 각 층의 굴절률 차이로 인해 효율 감소 (광 손실)가 발생하고 있다는 점이다. 이러한 효율 감소는 유리 기반의 단단한 형태에서는 다양한 해결책 (광 추출)이 연구되고 있으나, 스트레처블 기술에서는 이러한 광 추출 관련하여 활발히 연구되지 않고 있는 실정이다. 이러한 스트레처블 유기전계발광다이오드의 광 손실을 해결하기 위하여, 다양한 유기전계발광다이오드의 스트레처블 구현 기술을 탐색하였다. 여러 스트레처블 기술 중 굽힘을 버틸 수 있는 유기전계발광다이오드를 미리 늘린 연신체 위에 전사시킨 후 축소시켜 주름지게 한 후, 다시금 원래 크기대로 늘려 연신을 가능케 하는 구조 변형 연신 유기전계발광다이오드 (Geometrical Stretchable OLED) 를 최적의 후보 기술로 선정하였다. 구조 변형 연신 유기전계발광 다이오드의 고효율 및 고안정성을 지닌 장점에 주목하여 선정하였고, 이에 광 추출 기술을 적용하고자 하였다. 선행 연구에서 유연한 특성을 지닌 고분자 기판에 나노 입자를 이용한 산란층을 제작하고, 산란 현상을 이용하는 다양한 광 추출 기술이 시도되었다. 이러한 산란 현상을 활발하게 일어나게 하기 위해 산란층의 두께를 두껍게 하거나, 산란자인 나노 입자 함량을 증가시키는 등의 방법이 있다. 그러나 이러한 방법을 통한 연구는 유연한 특성을 지닌 고분자 기판의 물성을 두께가 두꺼워지고, 단단한 물성의 입자가 많이 첨가되며 고분자 기판의 물성을 단단하게 만드는 단점이 있었다. 이는 굽힘이 필요한 구조 변형 연신 유기전계발광다이오드에 치명적인 단점으로 작용한다. 이를 해결하기 위하여 고굴절률의 입자를 투입하여 적은 함량으로도 효율적인 산란 현상을 일으켜 광 추출을 발생시킬 수 있도록 설계하였다. 또한 광 추출과 더불어 인광 유기전계발광다이오드의 고질적인 문제점인 삼중항-삼중항 소멸 (Triplet-Triplet Annihilation) 및 삼중항-편향자 소광 (Triplet-Polaron Quenching) 등의 삼중항 여기 상태의 상호 작용으로 인한 열 발생 문제 또한 해결하고자 하였다. 기존 광 추출 용으로 사용하는 입자는 상대적으로 낮은 열 전도율을 가진 SiO2 (약 1.3W/m·K) 등의 입자들이 사용되었다. 그러나 Al2O3 (약 30W/m·K), TiO2 (약 4~6W/m·K) 등의 고 열전도율 입자를 사용하면서 이러한 문제를 해결하고자 하였다. 결론적으로 약 120cd/A 이상의 높은 전류 효율 및 30%가 넘는 외부 양자 효율을 가진 구조 변형 연신 유기전계발광다이오드를 구현하였고, 이는 광학적 및 기계적 뿐만 아닌 열적 안정성 또한 개선됨을 확인하였다. 이에 대한 기계적 안정성은 시뮬레이션 및 다양한 측정을 통해 증명하였으며, 광학적 증폭은 휘도계 측정 및 광학 시뮬레이션을 통해 증명하였다. 열적 특성 또한 휘도계 측정을 통해 간접 증명하였으며 해당 구조 변형 연신 유기전계발광다이오드를 통해 다양한 연신성, 착용형 소자에 적용이 가능함을 확인하였다.
21세기 정보화 시대, 지금을 살고 있는 대부분의 사람들이 정보를 가장 많이 접하며 밀접하게 생각하는 것은 단연 휴대전화일 것이다. 휴대전화는 벽돌 수준의 크기의 신호 잡히는 지역에서의 전화만 가능했던 수준에서, 초고속 인터넷 통신이 가능하며 방대한 처리량을 바탕으로 인공지능 비서 시스템까지 탑재한 수준까지 발전하였다. 이러한 휴대전화의 발전에 힘입어 소비자는 이제 처리 속도나 기능에 구애 받으며 제품을 선택하는 것이 아닌, 어떠한 특별한 디자인이나 특징을 가졌는지가 더욱 중요해 졌다고 볼 수 있다. 이러한 시대의 흐름에 힘입어, 휴대전화는 기존의 단단한 고정된 형태라는 패러다임에서 벗어난 다양한 제품군들이 출시되고 있다. 특히 삼성전자에서 출시한 갤럭시 폴드와 갤럭시 플립 같은 경우 수려한 디자인과 휴대전화가 접히는 폴더블 (Foldable) 기술을 선보이면서 휴대전화 시장의 큰 게임 체인저로 부상하였다. 이렇게 발전되어 가는 폴더블 기술과 더불어, 화면 자체를 늘릴 수 있는 스트레처블 기술 또한 연구되고 있다. 다만, 이 과정에서 유기전계발광다이오드의 태생적인 문제가 발생하였으니, 이는 소자 내 각 층의 굴절률 차이로 인해 효율 감소 (광 손실)가 발생하고 있다는 점이다. 이러한 효율 감소는 유리 기반의 단단한 형태에서는 다양한 해결책 (광 추출)이 연구되고 있으나, 스트레처블 기술에서는 이러한 광 추출 관련하여 활발히 연구되지 않고 있는 실정이다. 이러한 스트레처블 유기전계발광다이오드의 광 손실을 해결하기 위하여, 다양한 유기전계발광다이오드의 스트레처블 구현 기술을 탐색하였다. 여러 스트레처블 기술 중 굽힘을 버틸 수 있는 유기전계발광다이오드를 미리 늘린 연신체 위에 전사시킨 후 축소시켜 주름지게 한 후, 다시금 원래 크기대로 늘려 연신을 가능케 하는 구조 변형 연신 유기전계발광다이오드 (Geometrical Stretchable OLED) 를 최적의 후보 기술로 선정하였다. 구조 변형 연신 유기전계발광 다이오드의 고효율 및 고안정성을 지닌 장점에 주목하여 선정하였고, 이에 광 추출 기술을 적용하고자 하였다. 선행 연구에서 유연한 특성을 지닌 고분자 기판에 나노 입자를 이용한 산란층을 제작하고, 산란 현상을 이용하는 다양한 광 추출 기술이 시도되었다. 이러한 산란 현상을 활발하게 일어나게 하기 위해 산란층의 두께를 두껍게 하거나, 산란자인 나노 입자 함량을 증가시키는 등의 방법이 있다. 그러나 이러한 방법을 통한 연구는 유연한 특성을 지닌 고분자 기판의 물성을 두께가 두꺼워지고, 단단한 물성의 입자가 많이 첨가되며 고분자 기판의 물성을 단단하게 만드는 단점이 있었다. 이는 굽힘이 필요한 구조 변형 연신 유기전계발광다이오드에 치명적인 단점으로 작용한다. 이를 해결하기 위하여 고굴절률의 입자를 투입하여 적은 함량으로도 효율적인 산란 현상을 일으켜 광 추출을 발생시킬 수 있도록 설계하였다. 또한 광 추출과 더불어 인광 유기전계발광다이오드의 고질적인 문제점인 삼중항-삼중항 소멸 (Triplet-Triplet Annihilation) 및 삼중항-편향자 소광 (Triplet-Polaron Quenching) 등의 삼중항 여기 상태의 상호 작용으로 인한 열 발생 문제 또한 해결하고자 하였다. 기존 광 추출 용으로 사용하는 입자는 상대적으로 낮은 열 전도율을 가진 SiO2 (약 1.3W/m·K) 등의 입자들이 사용되었다. 그러나 Al2O3 (약 30W/m·K), TiO2 (약 4~6W/m·K) 등의 고 열전도율 입자를 사용하면서 이러한 문제를 해결하고자 하였다. 결론적으로 약 120cd/A 이상의 높은 전류 효율 및 30%가 넘는 외부 양자 효율을 가진 구조 변형 연신 유기전계발광다이오드를 구현하였고, 이는 광학적 및 기계적 뿐만 아닌 열적 안정성 또한 개선됨을 확인하였다. 이에 대한 기계적 안정성은 시뮬레이션 및 다양한 측정을 통해 증명하였으며, 광학적 증폭은 휘도계 측정 및 광학 시뮬레이션을 통해 증명하였다. 열적 특성 또한 휘도계 측정을 통해 간접 증명하였으며 해당 구조 변형 연신 유기전계발광다이오드를 통해 다양한 연신성, 착용형 소자에 적용이 가능함을 확인하였다.
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