폴더블 유기발광소자를 위한 박막 봉지막 내 유기층의 재료적/구조적 설계

Abstract

최근 IOT, 휴대용 의료 디바이스, 스마트 기기 등에 적용 가능한 유연한 유기발광소자에 대한 개발이 적극적으로 이루어지고 있다. 유기발광소자는 플렉서블 디스플레이에 적용하기에 많은 장점을 가지고 있지만 수분 및 산소에 취약하다는 단점이 있다. 본 연구에서는 의류형, 인체 부착형 등 인체에 밀접하게 사용되는 유기발광소자에 적용 가능한 다층 TFE의 유기층의 기계적 물성을 개선하여 유연성 향상을 목표로 하였다. 다층 TFE의 무기물 층으로는 선행연구에 의해 유연성능이 최적화된 Al2O3/ZnO 나노라미네이트(Nano-stratified layer) 구조를 사용하였으며, 압축 잔류응력을 가진 유기물 층인 하이브리머 두께를 이전에 비해 두껍게 늘려 멤브레인 포스 저감을 통해 1.5% 수준의 변형율에도 신뢰성을 유지하는 TFE 성능을 확보하였다. 다음으로는, 연신율이 높은 유기물인 i-OPTO TB를 사용하여 통해 전체적인 유/무기 적층 구조의 유연성을 높였다. 유기 층의 높은 연신율은 외부 변형에 대한 TFE 무기 층의 파괴를 억제하였다. 마지막으로, 탄성 고분자를 블렌딩하여 에폭시 기반 봉지재의 영률 및 연신율을 기존에 비해 높이는 공법을 개발하였다. 탄성 고분자인 실비온을 블렌딩한 후, 하이브리머의 가교도가 증가하였고 블렌딩 전에 비해 1.2배 가량 높은 영률과 2배 가량 높은 연신율을 나타내었다. i-OPTO TB는 연신율이 높은 대신 영률이 낮지만 실비온 블렌디드 하이브리머는 두 인자가 모두 우수하였다. 또한 영률과 연신율을 모두 고려한 종합적인 인자인 인성(toughness) 측면에서 i-OPTO TB에 비해 훨씬 우수하였다. 실비온 블렌디드 하이브리머를 사용하여 제작한 TFE는 2%의 변형율로 1000회 벤딩 테스트한 후에도 OLED에 수명 신뢰성을 제공할 수 있는 수준의 WVTR을 나타내었다. 이와 더불어 버퍼 층 적층을 통한 중립축 이동으로 유효 응력을 저감시켰고, 버퍼 층을 포함한 TFE는 최상부 표면에 대한 3.29%의 변형율을 견뎌 폴더블 수준의 성능을 나타내었다. 봉지한 OLED 소자는 봉지 전후 및 벤딩 테스트한 후에도 전기적 특성을 유지하였다. 또한, 벤딩 테스트 후 50일간의 보관수명 측정에서도 500 cd/m2의 휘도를 유지하였다. 결론적으로, TFE 유기층의 기계적 물성 개선을 통해 이전보다 유연성 측면에서 크게 향상되었다. 이 TFE는 유기발광소자에 폴더블 수준의 변형율이 발생하여도 수명 신뢰성 제공이 가능한 성능을 나타내었다.