초록 ▼

연구개요
본 과제의 주요 목표는 human-machine interface 구현을 위해 기계적 변형이 가능한 유기발광 다이오드 (OLED)를 개발하는 것임. 이를 위하여 1차년도에는 기존 재료 및 구조로 이루어진 OLED 소자의 mechanical bending 에 따른 성능 변화를 분석하였으며, 이러한 성능 변화가 나타나는 요인을 전기적, 구조적으로 해석하였음. 2차년도에는, 1차년도에서 발견한 문제점을 해결하기 위해 새로운 재료를 디자인하였으며, 공정 중 발생하는 열에 의한 잔류응력의 영향 또한 simulation으로 해석

연구개요
본 과제의 주요 목표는 human-machine interface 구현을 위해 기계적 변형이 가능한 유기발광 다이오드 (OLED)를 개발하는 것임. 이를 위하여 1차년도에는 기존 재료 및 구조로 이루어진 OLED 소자의 mechanical bending 에 따른 성능 변화를 분석하였으며, 이러한 성능 변화가 나타나는 요인을 전기적, 구조적으로 해석하였음. 2차년도에는, 1차년도에서 발견한 문제점을 해결하기 위해 새로운 재료를 디자인하였으며, 공정 중 발생하는 열에 의한 잔류응력의 영향 또한 simulation으로 해석하였음. 3차년도에는 2차년도에 개발한 재료를 기반으로 하여 소자의 구조를 제어함으로써 소자의 비약적인 기계적 안정성 향상을 확보하였음. 또한, 제작한 OLED를 기반으로 하여 웨어러블 경피성 산소센서를 성공적으로 제작하였음.

연구 목표대비 연구결과
■ 본 연구과제의 연구 목표 및 연구결과:
(1) 1차년도: 기계적 변형에 따른 OLED의 광특성 변화의 상관관계 및 원인 규명
: 기존 OLED의 기계적 변형 후 구조 및 성능을 HR-TEM, UPS로 분석, bending시 전자수송층과 발광층 간 계면에서 발생하는 박리 및 이에 따른 electron injection barrier의 증가로 OLED 소자의 광특성이 저하되는 것을 규명함.
(2) 2차년도: 기계적 변형에 따른 OLED 성능저하를 최소화할 수 있는 소재, 구조 디자인
-Bending시 전자수송층과 발광층 계면에서 발생하는 기계적 박리를 해결하기 위해 새로운 전자수송층을 디자인, 기계적 변형 시 소자의 성능 변화를 크게 감소시킴.
-기존 전극 재료인 ITO보다 기계적 안정성이 뛰어난 Ag nanowire (AgNW)를 anode로 사용, OLED의 기계적 안정성 및 성능을 크게 향상시킴.
(3) 3차년도: 향상된 OLED의 기계적 안정성 검증
-전면 코팅/증착된 전극 기반의 OLED보다, line 혹은 serpentine형상으로 패터닝된 전극을 기반으로 제작된 OLED의 기계적 안정성이 더 우수한 것을 입증.
-소자에 가해지는 stress를 최소화하기 위하여, 두께 10 μm이하의 초박형 기판 상에 성공적으로 OLED 소자를 제작하였으며, 수백 μm의 곡률반경으로 bending 하여도 소자가 안정적으로 동작하는 것을 확인하였음.
-OLED로 광학적 방식의 웨어러블 경피성 산소센서를 제작에 성공하여 기계적 변형하에서도 성능 안정성을 보이는 OLED 개발을 입증함.

연구개발결과의 중요성
사람의 평균수명의 연장과 건강에 대한 관심 증대로 인체 피부 혹은 장기에 부착되어 생체신호를 실시간으로 감지하는 웨어러블 바이오센서의 수요는 꾸준히 증가하고 있음. 이러한 바이오 센서는 생체 신호를 감지하는 센서 뿐만아니라, 정보를 표시하는 디스플레이, 동력을 전달하는 배터리 혹은 발전기 및 정보를 무선으로 송, 수신할 수 있는 무선통신 기기가 포함된 통합적인 개념임. 이러한 통합된 기기에서 OLED는 센서 및 디스플레이의 핵심 소자임. 또한, 차세대 웨어러블 기기는 유연하며, 굴곡이 있으며 항상 움직이는 인체의 피부에 부착되어야 하기 때문에 기계적으로 매우 유연해야 하며, 기계적인 변형(folding, bending, stretching) 등에도 안정적으로 소자가 동작하여야 함. 따라서, 본 연구과제에서 밝힌 성능저하 mechanism 및 성능개선을 위한 소재 및 구조 디자인은 향후 유연하거나 stretchable한 OLED 연구 개발의 기반과 근간을 확립했다고 할 수 있음.

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• I. 연구개발의 필요성 ... 4
• II. 과제 수행 과정 ... 4
• Ⅲ. 과제의 최종 목표 및 연구범위 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• I. (1차년도) - 기계적 strain에 따른 OLED의 성능 변화 측정 및 성능 변화 원인 규명 ... 5
• II. (2차년도) – OLED의 기계적 안정성 향상을 위한 재료 디자인 ... 6
• Ⅲ. (3차년도) - 전극의 구조 및 기판의 두께에 따른 OLED의 기계적 안정성 확보 및 개발된 OLED의 기계적 안정성 실험적 입증 ... 8
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 9
• 4. 참고문헌 ... 9
• 5. 연구성과 ... 10
• 끝페이지 ... 17