초록 ▼

연구의 목적 및 내용:
장수명 전용액공정 유기박막트랜지스터는 플렉시블 디스플레이의 상용화를 위한 핵심기술분야이다. 유기박막트랜지스터가 내/외부적인 요인으로 인해 시간에 따라 소자의 성능이 감소하는 것을 방지하여 장시간 구동 시 소자의 안정성을 확보하는 것은 유기반도체를 이용하는 플렉시블 디스플레이의 필수 조건이다. 본 연구에서 성취할 최종 목표는 아래와 같다.
1) 전하이동도 0.5 ㎠/Vs 이상, 점멸비 10⁸, 산화안정성을 확보한 용액공정 유기반도체 물질 개발
2) 계면트랩 밀도 분포<40me

연구의 목적 및 내용:
장수명 전용액공정 유기박막트랜지스터는 플렉시블 디스플레이의 상용화를 위한 핵심기술분야이다. 유기박막트랜지스터가 내/외부적인 요인으로 인해 시간에 따라 소자의 성능이 감소하는 것을 방지하여 장시간 구동 시 소자의 안정성을 확보하는 것은 유기반도체를 이용하는 플렉시블 디스플레이의 필수 조건이다. 본 연구에서 성취할 최종 목표는 아래와 같다.
1) 전하이동도 0.5 ㎠/Vs 이상, 점멸비 10⁸, 산화안정성을 확보한 용액공정 유기반도체 물질 개발
2) 계면트랩 밀도 분포<40meV, 5000시간 구동안정성을 확보한 저온공정 고분자 절연층 개발
3) 수분투과율<10^-2g/㎡/day, 5000시간 대기안정성을 확보한 용액공정 보호피막층 개발
4) 플렉시블 디스플레이의 구동회로에 적합한 장수명 유기박막트랜지스터 제작 기술을 확보
연구결과:
1) 유기반도체 개발 : 0.5 ㎠/Vs 이상의 전하이동도를 가지는 유기반도체 물질을 개발하기 위해 분자공학적 구조 제어를 통해 유기반도체를 개발하였다. 분자간 인력을 높이는 전자주게-전자받게 구조를 도입하는 동시에 분가내의 평면화도를 향상시켜 분자의 자기조립 특성을 극대화하여 전하이동도가 9.4 ㎠/Vs 정도 되는 고분자 물질을 개발하였을 뿐만 아니라 그 외에도 다양한 모이어티를 이용하여 10 여종의 반도체 물질을 개발하여 특성을 분석하였다.
2) 고분자 절연층 개발 : 저온 경화 및 광패터닝이 가능한 소수성 사이클릭 올레핀 공중합체, 고분자 블렌드, 고분자 브러쉬 등의 다양한 고분자 절연층을 개발하여 유기반도체와 절연층 사이의 계면 트랩을 확실하게 낮춰 구동안정성을 획기적으로 향상시키는 동시에 유기반도체의 결정화도를 높여 우수한 유기박막트랜지스터를 제조할 수 있었다.
3) 용액공정용 보호피막층 개발 : 비가수분해성 졸-겔 합성을 이용해 하부층의 손상을 최소화하는 동시에 불소 관능기를 도입해 외부의 수분 및 산소를 차단할 수 있는 우수한 보호피막층을 개발하였다. 또한 자외선을 조사하여 더욱 치밀한 보호피막층을 개발하여 10^-3 g·m^-2·day^-1 이하의 수분투과도를 보이는 보호층을 개발할 수 있었다.
4) 플렉시블 디스플레이용 후면 기판 개발: 선행연구로 보유한 유기박막트랜지스터 기술들을(유기반도체, 고분자 절연층, 보호피막층)후면 기판 개발에 적용하였다. 유기박막트랜지스터 기반의 능동형 유기발광다이오드를 구동할 수 있게 시뮬레이션을 실행한 결과 개발한 후면 기판이 유기발광 다이오드를 성공적으로 작동시킬 수 있다는 결과를 얻었다.
연구결과의 활용계획:
플렉시블 디스플레이는 언제 어디서나 정보를 접하고 전송할 수 있는 유비쿼터스 네트워킹을 가능하게 해주는 전략적 기반기술로써 차세대 평판 디스플레이로 평가되고 있으며, 응용 분야는 전자신문, 전자책, 스마트 카드, PDA, 노트북PC에서 플렉시블 센서와 연동하여 작동되는 휴대용 의료진단/위협물질 감응 표시기기까지 확장될 것이다. 플렉시블 디스플레이 관련 산업은 2020년 세계 시장 규모가 420억 달러 규모로 성장할 것으로 예상되고 있으며, 전 세계적으로 산․학․연 구분 없이 기술 선점을 위한 연구 개발이 경쟁적으로 이루어지고 있다. 본 연구를 통하여 유기반도체의 전기전도성 및 산화 안정성 확보, 유기 반도체/절연층 계면에 생기는 트랩의 근원과 종류 등을 분석, 수분과 산소를 차단할 수 있는 용액공정 보호피막층을 개발하여 유기전자 분야의 학문 발전 뿐 아니라 플렉시블 디스플레이 산업의 상용화에 기여할 수 있을 것이라 기대된다. 또한 본 연구를 통해 확보된 플렉시블 디스플레이 재료 및 기술은 인쇄, 고분자, 섬유 공정 등 수 십년간 국내에서 축적된 기술로 제작될 수 있어 기존의 반도체, 디스플레이 산업 뿐 아니라, 섬유, 인쇄 산업에 새로운 성장동력을 부여할 수 있는 융합(Integration)형 발전을 가능케 할 것임.

Abstract ▼

Purpose & contents:
Long-lifetime all solution-proccesable organic thin-film transistor (OTFT) is the field of core technology for commercialization of flexible display. Securing the stability of device in long-time operation by preventing performance degradation with time due to internal and ext

Purpose & contents:
Long-lifetime all solution-proccesable organic thin-film transistor (OTFT) is the field of core technology for commercialization of flexible display. Securing the stability of device in long-time operation by preventing performance degradation with time due to internal and external factors is prerequisite for flexible displays using organic semiconductors. The final achievements of this research project are as below.
1) Charge carrier mobility > 0.5 c㎡/Vs, on/off ratio > 10⁸, developing the solution-proccesable organic semiconductor materials having excellent oxidation stability
2) Distribution of interface trap density < 40 meV, developing low-temperature processable polymer dielectric materials having operation stability of 5,000 hours
3) Water Vapor Transmission Rate (WVTR) < 10^-2 g/㎡/day, developing solution-processable passivation layer having air stability of 5,000 hours operation
4) Secure the fabrication technology of long-lifetime OTFT suitable for driving circuits of flexible display
Result:
1) Developing organic semiconductor materials : Our group developed organic semiconductor materials which show charge carrier mobility over 0.5 c㎡/Vs via structure control in molecular engineering. We developed polymer materials which show high charge carrier mobility (9.4 c㎡/Vs) by maximizing the rate of self-assembly via introducing electron donor-electron acceptor structures which enhancing intermolecular interaction and improving planarity in the molecules. Furthermore, we investigated about 10 organic semiconductor materials introducing various moieties.
2) Developing organic dielectric materials : We developed low-temperature photocurable cyclic olefin copolymer, polymer blend, polymer brush, etc. With these dielectric materials, we could fabricate OTFTs which show outstanding performance and operation stability by enhancing crystallinity of organic semiconductor crystals and eliminating interface traps between organic semiconductor layer and dielectric layer, respectively.
3) Developing solution-processable passivation layer : We developed excellent passivation layer via non-hydrolyzable sol-gel synthesis and introducing fluorine-containing functional groups. Furthermore, we developed more dense passivation layer via UV-curing which show the value of WVTR below 10^-3 g·m^-2·day^-1.
4) Developing backplane for flexible displays : We applied OTFT technologies from previous studies to backplane development. As a result of simulation experiments for operating OLEDs based on OTFTs, we obtained the result that our backplane could be operated successfully.
Expected Contribution:
Flexible display, which can secures ubiquitous networking, is being evaluated as next-generation flat panel display. Its applications will expand from electronic newpaper/book, smart card, PDA, tablet PC to portable medical diagnostic and hazardous material sensitive display devices. Flexible display industries will be projected to soar to 420 billion dollars in 2020. We expect that this study can contribute to commercializing flexible display and enabling the integration development as well as academic development for the field of organic electronics by securing electrical conductivity and oxidation stability of organic semiconductors, analyzing the origin and kinds of organic semiconductor/dielectric interface traps, developing solution-processable passivation layers interrupting the permeation of water and oxygen