새로운 Stretchable OLED는 밝기의 90% 이상을 유지하여 모바일 및 웨어러블 기술을 발전시킵니다.

앤드류 코셀리

드렉셀대학교와 서울대학교 연구진이 모바일 기술 디스플레이를 개선하고 웨어러블 기술을 구현할 수 있는 유기발광다이오드(OLED)를 개발했습니다. (이미지 :드렉 셀 대학)

플렉서블 휴대폰, 커브드 모니터, TV에 사용되는 유기발광다이오드(OLED) 기술은 언젠가 온도, 혈류, 압력 변화를 실시간으로 보여주는 피부 센서를 만드는 데 사용될 수 있습니다. 대한민국 서울대학교(SNU)와 드렉셀대학교의 연구원들이 주도하는 국제 협력을 통해 이러한 용도와 다양한 새로운 응용 분야에 이 기술을 적용할 수 있는 유연하고 신축성이 있는 OLED를 개발했습니다.

최근 Nature에 보고됨 , 그들의 연구는 MXene 나노 물질로 만든 유연한 인광 폴리머 층과 투명 전극을 통합하여 기존 기술을 향상시킵니다. 그 결과 발광성을 대부분 유지하면서 원래 크기의 1.6배까지 늘릴 수 있는 OLED가 탄생했습니다.

Drexel 공과대학 바흐 교수이자 저명한 대학의 Yury Gogotsi 박사는 “이 연구는 유연한 OLED 기술의 오랜 과제, 즉 반복적인 기계적 굴곡 후 발광의 내구성 문제를 다루고 있습니다.”라고 말했습니다. "유연한 발광 다이오드를 만드는 데 상당한 발전이 있었으나 투명 전도체 층으로 인한 한계와 신축성 제한으로 인해 지난 10년 동안 진전이 정체되었습니다."

여기 독점 기술 요약이 있습니다. Gogotsi와의 인터뷰(길이와 명확성을 위해 편집됨).

기술 요약 :엑시플렉스 보조 인광(ExciPh)층을 개발하면서 직면했던 가장 큰 기술적 과제는 무엇이었나요?

고고치 :ExciPh 레이어는 서울대학교 이태우 교수와 그의 전 박사학위팀이 개발했습니다. 학생 Huanyu Zhou (현재 Georgia Tech의 박사후 연구원). Huanyu는 다음과 같이 말했습니다. "우리는 스스로에게 질문했습니다. 강성 OLED의 가장 진보된 물리학, 특히 엑시플렉스 보조 인광을 왜 신축성 있는 형식에 적용할 수 없는가? Exciplex 호스트는 인광성 도펀트로 효율적인 장거리 에너지 전달을 가능하게 하고 에너지 손실을 최소화하기 때문에 탁월합니다. 그러나 이것을 신축성 있는 시스템으로 변환하는 것은 말처럼 쉽지 않았습니다. 대부분의 고성능 엑시플렉스 호스트는 늘어나면 결정화되고 갈라지는 작은 분자입니다. 분자가 분리되는 경우에도 전자적 '악수'를 유지하는 시스템이 필요했습니다. 우리 연구의 중추적인 전환점은 신축성 엑시플렉스 보조 인광(ExciPh) 시스템의 개발이었습니다. 본질적으로 신축성이 있는 엘라스토머를 특정 유기 분자와 조심스럽게 혼합함으로써 우리는 균열 없이 200% 변형률에서 안정적인 필름 형태를 유지하는 발광층을 만들었습니다."

기술 요약 :어떻게 작동하는지 간단하게 설명해주실 수 있나요?

고고치 :ExciPh 시스템의 장점은 엘라스토머 내성 삼중 재활용 메커니즘에 있습니다. 일반적인 신축성 OLED에서 폴리머의 비공액 특성은 비방사성 붕괴를 통해 엑시톤 손실을 초래합니다. 엑시플렉스 호스트를 브리지로 사용함으로써 이러한 삼중항을 재활용하고 인광성 도펀트로 직접 전달할 수 있습니다. 이 전략은 신축성 소재의 한계를 극복하여 완전히 신축성 있는 디스플레이에서 17%가 넘는 외부 양자 효율(EQE)을 달성할 수 있게 해줍니다.

자세한 내용은 자연 연구 커뮤니티의 "논문 뒤에:웨어러블 디스플레이의 미래를 위한 효율성 장벽 깨기" 기사를 참조하세요. 페이지  .

기술 요약 :향후 연구/업무 등을 위한 정해진 계획이 있나요? 그렇지 않다면 다음 단계는 무엇입니까?

고고치 :완벽한 발광층을 갖추고 있더라도 장치의 성능은 전극의 성능에 달려 있습니다. 높은 효율을 달성하려면 반복적인 신장에도 전도성과 안정성을 유지하면서 효과적으로 전하를 주입하는 전극이 필요합니다. MXene이 매우 잘 작동한 곳이 바로 여기입니다. 이태우 그룹과의 이전 간행물에서 우리는 드렉셀 대학교에서 발견한 2D 물질인 Ti3C2Tx MXene이 기존 OLED, 디스플레이 및 태양 전지에 사용되는 부서지기 쉬운 인듐-주석 산화물을 대체하는 투명 전도성 전극을 생산할 수 있음을 보여주었습니다.

MXene은 높고 조정 가능한 일함수로 인해 유연성과 향상된 휘도를 제공했습니다. 하지만 신축성을 더하기 위해 필름이 200% 늘어나도 전기적 연결을 유지할 수 있는 은나노와이어를 추가했습니다. 이 접근 방식을 사용하여 태양 전지, 디스플레이, 센서 및 표피 전자 장치를 비롯한 다른 유연하고 신축 가능한 장치를 만들 수 있다는 점을 언급하는 것이 중요합니다. 미래의 디스플레이와 기타 장치는 착용 가능하고 유연하며 탄력적일 수도 있습니다.

서울대 연구팀은 또한 완전히 늘어나는 OLED의 EQE 장벽인 17.0%를 넘어서는 것이 단지 시작점일 뿐이라고 믿고 있습니다. 이 연구는 강성 전자 장치와 신축성 전자 장치 사이의 "효율성 격차"가 자연 법칙이 아니라 해결 가능한 공학적 과제임을 보여줍니다. 이 교수 그룹은 이러한 방향으로 계속 노력할 것입니다.

기술 요약 :제가 언급하지 않은 내용 중에 추가하고 싶은 내용이 있나요?

고고치 :화학적, 구조적으로 다양한 2차원 전이금속 탄화물, 질화물, 탄질화물 계열인 MXene은 전례 없는 다양한 조성과 구조를 제공합니다. 화학적으로 조정 가능한 표면은 MXene에 내재되어 있으며 표면 종결을 추가하면 수천 가지 이상의 화학양론적 구성이 생성됩니다. 최대 9개의 전이 금속을 포함하는 고엔트로피 2D 구조를 포함하여 이미 보고된 수십 개의 M 및 X 사이트에서 가능한 혼합 종료 및 솔리드 솔루션과 함께 순열은 무한합니다. 이러한 화학적 및 구조적 풍부함은 광범위한 응용 분야에서 전례 없는 특성 조정 가능성을 가능하게 합니다. 주어진 MXene 구성의 전기 전도도는 표면 종단 또는 형태를 변경하여 금속에서 반도체, 초전도로 조정될 수 있습니다. 따라서 이러한 소재는 지금까지 불가능했던 기술을 가능하게 할 수 있습니다. 신축성 전자 장치는 하나의 예일 뿐입니다.

기술 요약 :자신의 아이디어를 실현하려는 연구자에게 조언을 해주실 수 있나요?

고고치 :자신을 믿고 절대 포기하지 마세요!