페로브스카이트 양자점 기반 색변환 섬유를 이용한 고효율 유기발광소자

Abstract

플렉서블 OLED 디스플레이 기술 발전으로 인해 인체친화적 발광 소자에 대한 응용 기술의 필요성이 대두되었고, 웨어러블 디스플레이의 심화된 기술 연구가 활발히 진행되고 있다. 관련 연구 분야로 해외 연구소 및 산업체를 중심으로 하여 섬유를 기반으로 하는 OLED 소자의 기술 개발이 이뤄지고 있다. 안정적인 효율의 섬유 기반의 디스플레이 소자를 제작하기 위해서는 평평한 표면 상태를 유지하여 일정한 엑시톤의 형성을 유도하여 발광 강도를 높여야 할 필요성이 있다. 그러나, 일반 섬유 직물 조직의 표면 거칠기는 상당히 좋지 않아 열등한 발광 능력을 갖게 된다. 따라서, 평평한 표면 상태를 유지하면서 투명한 특성을 갖고 우수한 물리 광학적 특성을 갖는 Urethane 기반의 광 경화성 고분자 수지를 응용한 연구를 진행하였다. 본 논문에서는 광 경화성 고분자 수지와 함께 페로브스카이트 양자점을 번갈아 삼중층으로 구성하여 광학적으로 우수한 복합 색변환층을 제작하였다. 광 경화성 고분자 수지를 기반으로 한 복합 색변환층은 세 가지의 이점이 있다. 우선, 광 경화성 고분자 수지는 투명한 고상의 물질로써 섬유 직물에 Dip-coating 방식을 통해 증착 하여 균일한 표면 상태를 갖게 하는 효과를 지닌다. 두 번째 이점은, 광 경화성 고분자 수지에 일정 수준의 열처리를 가하여 그물망 구조(Micro-structure)를 형성하여 구조 내에 페로브스카이트 양자점을 흡수시켜 OLED 소자의 발광원이 입사하였을 때, 빛을 더 오랜 기간 머물게 하여 발광 강도를 높이는 효과를 지닌다. 세 번째 이점은, 유기물 증착 전 광 경화성 고분자 수지를 한 번 더 코팅하여 페로브스카이트 양자점을 외부의 먼지 및 열로부터 보호하여 내구성을 증진시키는 효과를 갖는다. 이와 같이 구성된 복합 색변환층은 빛의 산란 효과를 높여 외부양자효율(EQE)의 향상을 유도하였다. 별도의 복잡한 공정과정 없이 복합 색변환층을 구성함으로써 유기물 시료의 안정적인 표면 흡착 상태를 보장하였고, 광 경화성 고분자 수지의 경화 과정에서 다른 경화공정에 비해 부대비용이 현저히 낮고 기판에 손상을 가하지 않아 신뢰성과 경제성이 보장된 섬유 기반의 플렉서블한 OLED 소자를 제작하였다. 본 연구를 통해, 두꺼운 Plastic 재질의 복합 평탄화층보다 안정적인 빛의 산란 및 플렉서블한 특성, 스트레처블한 특성에서 우월한 광학적, 기계적 성질을 갖는 섬유 기반의 발광 소자를 제작하는 소기의 성과를 달성하였다. 이와 같은 연구 결과는 향후 섬유 기반의 Flexible OLED 소자 응용 기술 연구에 긍정적인 영향을 미칠 것으로 예상한다.