JP2016076484A - ストレッチャブル／フォールダブル光電子素子及びその製造方法、並びに該光電子素子を含む装置 - Google Patents

ストレッチャブル／フォールダブル光電子素子及びその製造方法、並びに該光電子素子を含む装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ストレッチャブル／フォールダブル光電子素子及びその製造方法、並びに該光電子素子を含む装置を提供する。
【解決手段】光電子素子１００−２は、弾性ポリマーを含み、伸びる特性を有する基板Ｓ１０、及び基板上に波状構造を有する光電子素子部を含み、光電子素子部は、グラフェン層及び量子ドット含有層Ｄ１０ａを含み、光電子素子部は、波状構造によって伸びる特性を有し、光電子素子部上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層Ｃ１０がさらに具備され、光電子素子部の少なくとも一面にプラスチック物質層Ｐ１０がさらに具備される。
【選択図】図３

Description

本発明は、引っ張ったり折り曲げたりすることができる光電子素子（すなわち、stretchable and/or foldable optoelectronic device）及びその製造方法、並びに前記光電子素子を含む装置に関する。
最近、反る（可撓性）電子装置、すなわち、フレキシブル（flexible）電子装置への関心が高まっている。フレキシブルエレクトロニクス（flexible electronics）は、プラスチックのように反る基板に電子素子を実装し、曲げたり折り曲げられたりすることができる電子回路／装置を具現する技術である。特に、フレキシブルエレクトロニクスは、ディスプレイ（display）分野において次世代技術として注目されている。
フレキシブル電子装置と共に、伸びる（引っ張り可能）電子装置、すなわち、ストレッチャブル電子装置（stretchable electronic device）の必要性も増大している。フレキシブル電子装置は、全体長はそのまま維持しながら可撓性装置であるのに対し、ストレッチャブル電子装置は、反るだけではなく、長さが長くなる装置である。ストレッチャブルエレクトロニクス（stretchable electronics）は、電子機器の新しい適用分野を可能にする技術として期待されている。
本発明が解決しようとする課題は、優秀な特性を有するストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（stretchable/foldable optoelectronic device）を提供することである。
本発明が解決しようとする課題はまた、グラフェン及び／または量子ドット含有層を含むストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を提供することである。
本発明が解決しようとする課題はまた、耐久性にすぐれるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を提供し、反復的なストレッチング（stretching）及び／または折り曲げ（folding）動作において、特性及び効率の低下なしに、正常に駆動することができるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を提供することである。
本発明が解決しようとする課題はまた、アクティブ面（例えば、発光面）自体が伸びたり折り曲がったりするストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を提供することである。
本発明が解決しようとする課題はまた、前記ストレッチャブル／フォールダブル光電子素子の製造方法を提供することである。
本発明が解決しようとする課題はまた、前記ストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を含む装置を提供することである。
本発明の一側面（aspect）によれば、弾性ポリマーを含み、伸びる特性を有する基板；及び前記基板上に具備され、グラフェン層及び量子ドット含有層を含み、波状構造（wavy structure）を有して伸びる特性を有する光電子素子部；を具備するストレッチャブル光電子素子（stretchable optoelectronic device）が提供される。
前記光電子素子部上に、弾性ポリマーを含み、伸びる特性を有するキャッピング層がさらに具備されてもよい。
前記光電子素子部は、力学的中立面（mechanical neutral plane）あるいはその近傍に位置することができる。
前記光電子素子部の一面に具備されたプラスチック物質層をさらに含んでもよい。前記基板と前記光電子素子部との間に、前記プラスチック物質層が具備されるか、前記基板と前記プラスチック物質層との間に、前記光電子素子部が具備されてもよい。
前記プラスチック物質層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記プラスチック物質層は、０．５μｍ〜３０μｍほどの厚みを有することができる。
前記光電子素子部の波状構造の平均波長（average wavelength）は、１０μｍ〜２ｍｍほどでもあり、平均振幅（average amplitude）は、１００ｎｍ〜１ｍｍほどでもある。
前記光電子素子部は、発光素子部（light emitting device portion）、光発電素子部（photovoltaic device portion）及び光検出素子部（photo-detecting device portion）のうちいずれか一つでもある。
前記光電子素子部は、前記基板側から順に具備された、第１電極、発光層及び第２電極を含み、前記第１電極及び第２電極のうち一つは、正極（anode）であり、前記正極は、前記グラフェン層を含み、前記発光層は、前記量子ドット含有層を含んでもよい。
前記光電子素子部は、前記第１電極及び第２電極のうちの正極と前記発光層との間に具備された正孔輸送層；及び前記第１電極及び第２電極のうちの負極（cathode）と前記発光層との間に具備された電子輸送層；のうち少なくとも１層をさらに含んでもよい。
前記光電子素子部は、前記正極と前記正孔輸送層との間に具備された正孔注入層をさらに含んでもよい。
前記光電子素子部は、前記グラフェン層に接触したＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））層をさらに含んでもよい。
前記グラフェン層は、ｐ型ドーパントでドーピングされてもよい。
前記基板の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。選択的に（optionally）、前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記キャッピング層の弾性ポリマーは、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー、アクリレートターポリマー及びシリコンベース・ポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。選択的に、前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記ストレッチャブル光電子素子は、約５％以上の変形率を有することができる。
前記ストレッチャブル光電子素子は、フォールダブル素子（foldable device）でもある。
本発明の他の側面によれば、前記ストレッチャブル光電子素子（stretchable optoelectronic device）を含む装置が提供される。
本発明の他の側面によれば、弾性ポリマーを含む第１物質層；前記第１物質層に対向し、弾性ポリマーを含む第２物質層；前記第１物質層及び第２物質層の間に具備され、量子ドットを有する発光層を含み、前記発光層の発光面が伸びたり折り曲がったりするように構成された発光素子部；を具備する発光素子が提供される。
前記発光素子部は、グラフェン層をさらに含んでもよい。
前記グラフェン層は、前記第１物質層と前記発光層との間に配置されるか、前記第２物質層と前記発光層との間に配置されてもよい。
前記第１物質層と前記発光素子部の間、または前記第２物質層と前記発光素子部との間に、プラスチック層がさらに具備されてもよい。
前記グラフェン層は、前記プラスチック層と前記量子ドット含有層との間に配置されてもよい。
前記プラスチック層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記発光素子部は、前記第１物質層側または第２物質層側から順に具備された、第１電極、正孔輸送層、前記発光層、電子輸送層及び第２電極を含み、前記第１電極は、グラフェンを含んでもよい。
前記発光素子部は、波状構造を有することができる。
前記第１物質層の弾性ポリマー及び前記第２物質層の弾性ポリマーのうち少なくとも一つは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。選択的に、前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。
本発明の他の側面によれば、前記発光素子（ストレッチャブル／フォールダブル発光素子）を含む装置が提供される。
本発明の他の側面によれば、第１基板上にプラスチック層を形成する段階と、前記プラスチック層上に、グラフェン層及び量子ドット含有層を含む光電子素子部を形成する段階と、前記第１基板から、前記プラスチック層と光電子素子部とを含む積層構造物を分離する段階と、弾性ポリマーを含む第２基板を水平方向に引っ張った状態で、前記第２基板上に、前記積層構造物を付着させる段階と、前記第２基板に対する引っ張りを解除し、前記光電子素子部に波状構造を形成する段階と、を含むストレッチャブル光電子素子の製造方法が提供される。
前記製造方法は、前記光電子素子部上に弾性ポリマーを含むキャッピング層を形成する段階をさらに含んでもよい。
前記プラスチック層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記光電子素子部を形成する段階は、前記プラスチック層上に、第１電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び第２電極を順に形成する段階を含んでもよい。前記第１電極は、前記グラフェン層を含み、前記発光層は、前記量子ドット含有層を含んでもよい。
前記第２基板上に、前記積層構造物を付着させる段階において、前記プラスチック層が、前記第２基板と前記光電子素子部との間に配置されてもよい。
前記第２基板上に、前記積層構造物を付着させる段階において、前記光電子素子部が、前記第２基板と前記プラスチック層との間に配置されてもよい。
前記第２基板と前記光電子素子部との間に接着層がさらに具備されてもよい。
前記第２基板の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。選択的に、前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記キャッピング層の弾性ポリマーは、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー、アクリレートターポリマー及びシリコンベース・ポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。選択的に、前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記第１基板は、剛性（rigid）基板上に具備されたポリマー基板を含み、前記剛性基板は、前記ポリマー基板よりも高い剛性を有することができる。
本発明の他の側面によれば、弾性ポリマーを含む基板を水平方向に引っ張る段階と、前記引っ張られた基板上に、グラフェン層及び量子ドット含有層を含む光電子素子部を形成する段階と、前記基板に対する引っ張りを解除し、前記光電子素子部に波状構造を形成する段階と、を含むストレッチャブル光電子素子の製造方法が提供される。
前記光電子素子部を形成する段階において、前記グラフェン層は、前記基板に接触してもよい。
前記光電子素子部を形成する段階は、前記基板上に、第１電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び第２電極を順に形成する段階を含んでもよい。前記第１電極は、前記グラフェン層を含み、前記発光層は、前記量子ドット含有層を含んでもよい。
前記光電子素子部は、他の基板上に形成された後、前記引っ張られた基板上に付着され、前記引っ張られた基板と前記グラフェン層との間に、前記量子ドット含有層が配置されてもよい。
前記光電子素子部上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層を形成する段階をさらに含んでもよい。
前記基板の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。選択的に、前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記キャッピング層の弾性ポリマーは、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー、アクリレートターポリマー及びシリコンベース・ポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。選択的に、前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。
本発明の他の側面によれば、弾性ポリマーを含み、伸びる特性を有する基板；及び前記基板上に具備された光電子素子部；を含み、前記光電子素子部は、グラフェン層及びアクティブ層を含み、前記アクティブ層は、前記グラフェン層上に、または前記グラフェン層と前記基板との間に具備され、前記アクティブ層は、量子ドット、発光ナノ物質（light-emitting nanomaterials）及びＴＭＤＣ（遷移金属ダイカルコゲナイド（transition metal dichalcogenide））のうち少なくとも一つを含み、前記光電子素子部は、引っ張り応力が印加されていない状態で波状構造を有し、前記光電子素子部は、引っ張り応力が印加された程度によって、前記波状構造から平面形構造（planar structure）に変形されるように構成されたストレッチャブル光電子素子が提供される。
前記基板の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリウレタンアクリレート（ＰＵＡ）、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記光電子素子部上にキャッピング層がさらに具備され、前記光電子素子部は、前記基板と前記キャッピング層との間に具備され、前記キャッピング層は、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリウレタンアクリレート（ＰＵＡ）、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。
前記アクティブ層は、量子ドットを含み、前記量子ドットは、単層構造または多層構造を形成することができる。
前記グラフェン層は、前記光電子素子部の第１電極でもあり、前記光電子素子部は、前記アクティブ層に連結された第２電極をさらに含み、前記光電子素子部は、前記グラフェン層と前記アクティブ層との間に具備された正孔輸送層、及び前記第２電極と前記アクティブ層との間に具備された電子輸送層のうち少なくとも１層をさらに含んでもよい。
前記アクティブ層は、前記正孔輸送層及び前記電子輸送層のうち少なくとも１層に直接接触してもよい。
前記ストレッチャブル光電子素子は、プラスチック物質層をさらに含み、前記プラスチック物質層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち少なくとも一つを含み、前記プラスチック物質層は、前記光電子素子部上に具備されるか、あるいは前記光電子素子部と前記基板との間に具備されてもよい。
本発明の他の側面によれば、前記ストレッチャブル光電子素子を含む電子パッチ（electronic patch）；並びに前記電子パッチと、データ及び電力信号を交換するように構成されたモバイル機器素子（mobile equipment device）；を含むセンサシステム（sensorsystem）が提供される。
本発明の他の側面によれば、前記ストレッチャブル光電子素子を含むセンシングユニット（sensing unit）；前記センシングユニットに連結されたフィルタ回路（filter circuit）；及び前記フィルタ回路に連結された利得増幅回路（gain amplification circuit）；を含むセンサ回路（sensor circuit）が提供される。
本発明によれば、優秀な特性を有するストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を具現することができる。グラフェン及び／または量子ドット含有層を含むストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を具現することができる。耐久性にすぐれるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を具現することができる。反復的なストレッチング及び／または折り曲げ（folding）動作でも、特性及び効率の低下なしに、正常に駆動することができるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を具現することができる。アクティブ面（例えば、発光面）自体が伸びたり折り曲がったりするストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を具現することができる。このようなストレッチャブル／フォールダブル光電子素子は、多様な分野（ディスプレイ、電子装置、ウェアラブル装置など）のさまざまな用途で適用される。
本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の断面図である。 図１４のストレッチャブル光電子素子を単純化して図示した断面図である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子に使用される量子ドット含有層の構成を例示的に示す断面図である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法について説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法について説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法について説明するための断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法を示す断面図である。 本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法について説明するための断面図である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子に適用されるグラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造の波状構造を示す平面写真である。 グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造において、ＰＥＤＯＴ層の厚みによる波状構造の波長変化を示すグラフである。 グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造のストレッチングによるモルフォロジー（morphology）変化を示す平面写真である。 波状構造を有するグラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造の変形率による面抵抗（sheet resistance）（Ω／ｓｑ）の変化を測定した結果を示すグラフである。 波状構造を有するポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）／グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造の透過率（transmittance）を測定した結果を示すグラフである。 前変形された（prestrained）ＰＤＭＳ基板の上に、トランスファープリンティング（transferprinting）された量子ドット層（ＱＤ layer）の波状構造を示す平面写真である。 前変形されたＰＤＭＳ基板の上にトランスファープリンティングされた量子ドット層の厚みによる波状構造の波長変化を示すグラフである。 弾性基板（Ecoflex（登録商標）基板）上に形成されたＰＥＮ／グラフェン積層構造のストレッチングによるモルフォロジー変化を示す平面写真である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ本発明の一実施形態による光電子素子の単軸波状構造（uniaxial wavy structure）及び多軸波状構造（multiaxial wavy structure）を示す平面写真である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）が駆動される様子を示す写真である。 図３４の光電子素子（発光素子）を曲げて（bending）折り曲げた（folding）場合を示す写真である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）をストレッチングした場合を示す写真である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）のＥＬ（electroluminescence）スペクトルを示すグラフである。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）の電圧−電流密度特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）の電圧−輝度（brightness）特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）の電流密度−発光効率特性を示すグラフである。 ＰＥＮ層のようなプラスチック物質層を使用せずに前変形されたＰＤＭＳ基板の上に直接形成した光電子素子（発光素子）を示す写真である。 図４１の光電子素子（発光素子）の電圧−電流密度特性を示すグラフである。 図４１の光電子素子（発光素子）の電圧−輝度特性を示すグラフである。 前変形されたＰＤＭＳ基板の上にプラスチック物質層（ＰＥＮ層）を使用して製造した光電子素子（発光素子）を示す写真である。 図４４の光電子素子（発光素子）をストレッチングした場合を示す写真である。 図４４の光電子素子（発光素子）を曲げた場合を示す写真である。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）の電圧−電流密度特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）の電圧−輝度特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）の電流密度−発光効率特性を示すグラフである。 比較例による発光素子の電流密度−発光効率特性を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）を適用したＰＰＧ（photoplethysmography）センサを利用して被検体（人）の心臓拍動数を測定した結果を示すグラフである。 本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）を適用したＰＰＧセンサを利用して測定されたＰＰＧ信号パルス（signal pulses）のうち１周期に対応するパルスを示すグラフである。 比較例による発光素子を適用したＰＰＧセンサを利用して測定されたＰＰＧ信号パルス（signal pulses）のうち１周期に対応するパルスを示すグラフである。 本発明の一実施形態によるセンサシステムを示すシステム図面である。 本発明の一実施形態によるセンサシステムの回路図である。
以下、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（stretchable and/or foldable optoelectronic device）及びその製造方法、並びに前記光電子素子を含む装置について、添付された図面を参照して詳細に説明する。添付された図面に図示された層や領域の幅及び厚みは、明細書の明確性のためにやや誇張されて図示されている。詳細な説明全体にわたって、同一参照番号は、同一構成要素を示す。
図１は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子（stretchable optoelectronic device）１００を示す断面図である。ストレッチャブル光電子素子１００は、フォールダブル光電子素子（foldable optoelectronic device）でもある。以下では、ストレッチャブル光電子素子１００を「ストレッチャブル素子」とする。
図１を参照すれば、ストレッチャブル素子１００は、弾性を有する基板Ｓ１０を具備することができる。基板Ｓ１０は、弾性ポリマー（elastomeric polymer）を含み、伸びる特性を有することができる。前記弾性ポリマーは、弾性ゴム（elastomeric rubber）でもある。ストレッチャブル素子１００は、基板Ｓ１０上に具備された光電子素子部Ｄ１０を含んでもよい。光電子素子部Ｄ１０は、発光素子部（light emitting device portion）、光発電素子部（photovoltaic device portion）及び光検出素子部（photo-detecting device portion）のうちいずれか一つでもある。光電子素子部Ｄ１０は、グラフェン層と量子ドット含有層（ＱＤ（quantum dot）−containing layer）を含む多層構造を有することができる。また、光電子素子部Ｄ１０は、波状構造（wavy structure）を有することができる。光電子素子部Ｄ１０は、波状構造によって伸びる特性を有することができる。波状構造は、バックル構造（buckled structure）またはしわより構造（corrugated structure）とすることもできる。
光電子素子部Ｄ１０が発光素子部である場合、量子ドット含有層（例えば、量子ドット層）は、「発光層（アクティブ層）」として使用される。または、発光層（例えば、図５のＬＥ１１）は、ＴＭＤＣ（transition metal dichalcogenide）によって形成された自発光（self-emissive）物質を含んでもよい。量子ドット（ＱＤ）は、高い色純度と高い量子収率（quantum yield）、高安定性及び自体発光特性を有し、ドットサイズの調節による色調節が容易であり、溶液工程（solution process）が可能であるという長所がある。従って、量子ドットは、次世代大面積／高画質ディスプレイ分野に応用される可能性がある。ところで、量子ドット層または量子ドット含有層自体は、弾性ゴムのように伸びる特性を有し難いために、それを含んだストレッチャブル素子を具現することは容易ではない。しかし、本発明の一実施形態によれば、弾性を有する基板Ｓ１０上に、量子ドット含有層を含む光電子素子部Ｄ１０を具備させ、光電子素子部Ｄ１０に波状構造を形成することにより、量子ドット含有層を含むストレッチャブル素子１００を具現することができる。量子ドット含有層の表面は、「発光面」であり、発光面は、波状構造を有することができるので、本実施形態のストレッチャブル素子１００は、発光面自体が伸びたり折り曲がったりする素子でもある。
一方、光電子素子部Ｄ１０のグラフェン層は、電極として使用される。例えば、グラフェン層は、正極として使用される。グラフェンは、優秀な透光性を有し、酸素や水分（moisture）の浸透を防止する役割を行うことができるため、光の進行を遮断せず、酸素や水分から光電子素子部Ｄ１０を保護する役割を担うことが可能である。また、グラフェンは、非常に薄く、優秀な柔軟性及び高強度を有することができる。従って、グラフェンは、波状構造において、伸びたり折れ曲がったりする特性を有することができる。特に、反復的なストレッチング（stretching）や、極度に小さい曲げ半径（bending radius）（約１５０ｎｍ以下の曲げ半径）でも、グラフェンは、破損なしに固有特性を維持することができる。また、グラフェンは、比較的高い仕事関数を有し、優秀な電気伝導性（すなわち、低い電気抵抗）を有するため、電極（正極）としての使用に適する。光電子素子部Ｄ１０がグラフェン及び量子ドットを含む場合、ストレッチャブル素子１００は、グラフェン−量子ドット（graphene-quantum dot）基盤の素子、またはハイブリッドグラフェン−量子ドット基盤の素子といえる。
基板Ｓ１０の弾性ポリマーは、０．４以上または０．４５以上のポアソン比（Poisson’s ratio)を有する物質でもある。例えば、基板Ｓ１０の弾性ポリマーは、０．４〜０．５及び／または０．４５〜０．５の範囲のポアソン比を有するが、それに限定されるものではない。ポアソン比は、材料に垂直応力を加えたときの、横変形率と縦変形率との比を意味する。ポリマーのポアソン比が０．４以上であるということは、ポリマーが良好に伸びるゴム（すなわち、弾性ゴム）のような特性を有するということを意味する。本実施形態において、基板Ｓ１０の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。シリコンベース・ポリマーは、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。ここで、ポリジメチルシロキサンは、「ＰＤＭＳ」、ポリウレタンは、「ＰＵ」、ポリウレタンアクリレートは、「ＰＵＡ」とも表示される。また、シリコンベース・ポリマーとしては、Smooth-On社のEcoflex（登録商標）が使用される。これらの物質は、０．４以上のポアソン比を有することができる。例えば、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）のポアソン比は、０．４８であり、ポリウレタン（ＰＵ）のポアソン比は、０．５でもある。ここで提示した基板Ｓ１０の具体的な物質は、例示的なものであり、それ以外に他の弾性ポリマーが使用されてもよい。
基板Ｓ１０は、弾性ポリマーによって伸びる特性を有し、その一面に形成された光電子素子部Ｄ１０は、波状構造によって伸びる特性を有することができるので、ストレッチャブル素子１００は、伸びる（引っ張り可能な）特性を有することができる。また、ストレッチャブル素子１００は、フォールダブル素子でもある。
本発明の他の実施形態によれば、図１の光電子素子部Ｄ１０上に、弾性を有するキャッピング層をさらに具備させることができる。その一例が図２に図示されている。
図２を参照すれば、ストレッチャブル素子１００−１は、光電子素子部Ｄ１０上に弾性を有するキャッピング層Ｃ１０をさらに含んでもよい。基板Ｓ１０とキャッピング層Ｃ１０との間に、光電子素子部Ｄ１０が具備されているといえる。キャッピング層Ｃ１０は、「封止層（encapsulation layer）」といえる。キャッピング層Ｃ１０は、基板Ｓ１０と類似しているか、あるいは同一の物質で構成されてもよい。すなわち、キャッピング層Ｃ１０は、弾性ポリマー（弾性ゴム）を含み、伸びる特性を有することができる。キャッピング層Ｃ１０の弾性ポリマーは、基板Ｓ１０の弾性ポリマーと同一であっても異なっていてもよい。具体的な例として、キャッピング層Ｃ１０の弾性ポリマーは、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー、アクリレートターポリマー及びシリコンベース・ポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。シリコンベース・ポリマーは、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。ここで、ポリウレタンは「ＰＵ」、ポリウレタンアクリレートは「ＰＵＡ」、ポリジメチルシロキサンは「ＰＤＭＳ」とも表示される。また、シリコンベース・ポリマーとしては、Smooth-On社のEcoflex（登録商標）が使用される。しかし、ここで提示したキャッピング層Ｃ１０の具体的な物質は、例示的なものであり、それ以外に他の弾性ポリマーも使用される。
図２の実施形態のように、光電子素子部Ｄ１０が弾性を有する基板Ｓ１０と、弾性を有するキャッピング層Ｃ１０との間に配置される場合、光電子素子部Ｄ１０は、力学的中立面（ＭＮＰ：mechanical neutral plane）あるいはその近傍に位置することができる。力学的中立面（ＭＮＰ）とは、素子１００−１に機械的変形が発生しても、応力（stress）が発生しない領域（面）を意味する。光電子素子部Ｄ１０が力学的中立面（ＭＮＰ）に位置するということは、素子１００−１が変形されても、光電子素子部Ｄ１０が受ける引っ張り力（tensile strain）と応力とがないか、あるいはほぼないということを意味する。従って、光電子素子部Ｄ１０を、力学的中立面（ＭＮＰ）またはその近傍に位置させることにより、素子１００−１の変形（引っ張り変形など）による光電子素子部Ｄ１０の損傷または特性低下などを防止（または、最小化）することができる。
力学的中立面（ＭＮＰ）の位置は、基板Ｓ１０の物質及び厚み、キャッピング層Ｃ１０の物質及び厚み、並びに光電子素子部Ｄ１０の積層構造及び構成物質などによって異なる。言い換えれば、基板Ｓ１０の物質及び厚みや、キャッピング層Ｃ１０の物質及び厚みなどを調節することにより、力学的中立面（ＭＮＰ）の位置を適切に制御することができる。また、基板Ｓ１０と光電子素子部Ｄ１０との間にさらなる物質層が具備されるか、光電子素子部Ｄ１０とキャッピング層Ｃ１０との間にさらなる物質層が具備された場合にも、力学的中立面（ＭＮＰ）の位置が変わる場合がある。本実施形態では、力学的中立面（ＭＮＰ）を光電子素子部Ｄ１０のアクティブ層（例えば、発光層）に位置させる。アクティブ層（例えば、発光層）は「量子ドット含有層」でもある。それを介して、素子１００−１の変形によるアクティブ層（例えば、発光層）の損傷または特性低下を防止（または、最小化）することができる。
さらに、図２のキャッピング層Ｃ１０は、水分（moisture）及び酸素から光電子素子部Ｄ１０を保護する保護層の役割を担うことが可能である。また、キャッピング層Ｃ１０は、透明層でもある。
本発明の他の実施形態によれば、光電子素子部Ｄ１０の一面に「プラスチック物質層」がさらに具備されてもよい。プラスチック物質層は、光電子素子部Ｄ１０の下面または上面に具備されてもよい。プラスチック物質層を具備した例が、図３及び図４に図示されている。
図３を参照すれば、ストレッチャブル素子１００−２は、基板Ｓ１０と光電子素子部Ｄ１０ａとの間に、プラスチック物質層Ｐ１０をさらに含んでもよい。その場合、プラスチック物質層Ｐ１０は、光電子素子部Ｄ１０ａの下面に具備されているといえる。光電子素子部Ｄ１０ａ上にキャッピング層Ｃ１０が具備された場合、光電子素子部Ｄ１０ａは、プラスチック物質層Ｐ１０とキャッピング層Ｃ１０との間に具備されているといえる。光電子素子部Ｄ１０ａは、図１及び図２を参照して説明した光電子素子部Ｄ１０と同一であるか、あるいは類似している構成を有することができる。
プラスチック物質層Ｐ１０は、基板Ｓ１０及びキャッピング層Ｃ１０の弾性ポリマーより小さいポアソン比を有することができる。例えば、プラスチック物質層Ｐ１０のポアソン比は、０．４５未満または０．４未満でもある。例えば、プラスチック物質層Ｐ１０のポアソン比は、０．３３〜０．４５または０．３５〜０．４範囲の値でもあるが、それに限定されるものではない。他の場合として、プラスチック物質層Ｐ１０のポアソン比は、０．３３未満または０．３未満でもある。また、プラスチック物質層Ｐ１０のヤング率（Young’s modulus）は、基板Ｓ１０及びキャッピング層Ｃ１０の弾性ポリマーのヤング率よりも高いことがある。具体的な例として、プラスチック物質層Ｐ１０は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち少なくとも一つを含んでもよい。プラスチック物質層Ｐ１０の厚みは、例えば、０．５μｍ〜１００μｍほど、または０．５μｍ〜３０μｍほどでもある。プラスチック物質層Ｐ１０の厚みによって、光電子素子部Ｄ１０ａの波状構造の波長（平均波長）及び振幅（平均振幅）が異なる。プラスチック物質層Ｐ１０の厚みが薄いほど、波状構造の波長（平均波長）が短くなり、振幅（平均振幅）が低減される。従って、プラスチック物質層Ｐ１０の厚みが薄いほど、光電子素子部Ｄ１０ａの変形率（引っ張り変形率）が上昇する。
プラスチック物質層Ｐ１０は、ストレッチャブル素子１００−２の製造過程で要求される層でもある。また、前述のように、プラスチック物質層Ｐ１０を使用することにより、光電子素子部Ｄ１０ａの変形率、すなわち、ストレッチャブル素子１００−２の変形率を調節することができる。
本発明の他の実施形態によれば、図４に図示されているように、光電子素子部Ｄ１０ｂの上面に、プラスチック物質層Ｐ１０が具備されてもよい。その場合、基板Ｓ１０とプラスチック物質層Ｐ１０との間に、光電子素子部Ｄ１０ｂが具備されているといえる。プラスチック物質層Ｐ１０上に、キャッピング層Ｃ１０が具備されてもよい。従って、プラスチック物質層Ｐ１０は、光電子素子部Ｄ１０ｂとキャッピング層Ｃ１０との間に具備されてもよい。参照番号１００−３は、「ストレッチャブル素子（ストレッチャブル光電子素子）」を示す。
図４の光電子素子部Ｄ１０ｂは、図３の光電子素子部Ｄ１０ａを上下に転倒させた構造（すなわち、逆構造）を有することができる。例えば、図３の光電子素子部Ｄ１０ａにおいて、量子ドット含有層がグラフェン層の上側に配置されているならば、図４の光電子素子部Ｄ１０ｂにおいては、量子ドット含有層がグラフェン層の下側に配置されてもよい。
図４に図示されていないが、基板Ｓ１０と光電子素子部Ｄ１０ｂとの間に、所定の接着層がさらに具備されてもよい。接着層は、有機接着層でもある。接着層は、キャッピング層Ｃ１０と同一であるか、あるいは類似している物質で構成されてもよい。具体的な例として、接着層は、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー、アクリレートターポリマー及びシリコンベース・ポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。シリコンベース・ポリマーは、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。
図３及び図４の実施形態において、光電子素子部Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂは、基板Ｓ１０とキャッピング層Ｃ１０との間に配置されるので、光電子素子部Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂは、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。光電子素子部Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂの量子ドット含有層が、力学的中立面あるいはその近傍に位置することができる。力学的中立面は、図２を参照して説明したものと同一である。
図１ないし図４の光電子素子部Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂの波状構造は、比較的均一な波形（waveform）を有することができる。波状構造は、所定の波長及び振幅を有するといえる。光電子素子部Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂの波状構造の平均波長は、３μｍ〜３ｍｍほど、または１０μｍ〜２ｍｍほどでもあり、平均振幅は、５０ｎｍ〜２ｍｍほど、または１００ｎｍ〜１ｍｍほどでもある。平均波長及び平均振幅は、光電子素子部Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂを引っ張っていない状態、すなわち、非引っ張り状態（unstretchedstate）で測定された値である。平均波長が短いほど、光電子素子部Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂの変形率（引っ張り変形率）が上昇する。図３及び図４の実施形態では、プラスチック物質層Ｐ１０の厚みによって、波状構造の波長（平均波長）及び振幅（平均振幅）が調節される。
図１ないし図４のストレッチャブル素子１００，１００−１，１００−２，１００−３は、約５％以上あるいは約１０％以上の変形率（引っ張り変形率）を有することができる。ストレッチャブル素子１００，１００−１，１００−２，１００−３の変形率（引っ張り変形率）は、約５０％以上あるいは約１００％以上でもある。光電子素子部Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂの波状構造が平面的構造になるまで、素子１００，１００−１，１００−２，１００−３が伸びても、光電子素子部Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂの電気的、光学的な特性は安定的に維持される。すなわち、波状構造が伸びても、平面的構造になるまでは、クラックが発生したり、あるいは微細構造が変化したりすることがないために、その電気的、光学的な特性が変化せずに維持される。また、ストレッチャブル素子１００，１００−１，１００−２，１００−３は、曲げ半径がおよそ１ｍｍ以下になるように曲がる。ストレッチャブル素子１００，１００−１，１００−２，１００−３の曲げ半径は、約０．５ｍｍ以下、または約０．１ｍｍ以下でもある。従って、ストレッチャブル素子１００，１００−１，１００−２，１００−３は、フォールダブル素子でもある。特に、図２ないし図４の実施形態のように、光電子素子部Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂが弾性を有する基板Ｓ１０と、弾性を有するキャッピング層Ｃ１０との間に埋め込まれている場合、素子１００−１，１００−２，１００−３が物理的に変形されても、光電子素子部Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂの損傷や特性劣化が発生しない。従って、本発明の一実施形態によれば、優秀な特性及び安定性を有するストレッチャブル／フォールダブル光学装置（電子装置）を具現することができる。
図１ないし図４では、光電子素子部Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂの構成を単純に図示して説明したが、以下では、図５ないし図１２を参照し、光電子素子部Ｄ１０，Ｄ１０ａ，Ｄ１０ｂが有することができる具体的な構成、及びそれを含むストレッチャブル／フォールダブル光電子素子について詳細に説明する。
図５は、本発明の具体的な実施形態によるストレッチャブル光電子素子１００Ａを示す断面図である。ストレッチャブル光電子素子１００Ａは、フォールダブル光電子素子でもある。以下では、ストレッチャブル光電子素子１００Ａを「ストレッチャブル素子」とする。
図５を参照すれば、ストレッチャブル素子１００Ａは、弾性を有する基板Ｓ１１、及び基板Ｓ１１上に具備された光電子素子部Ｄ１１を含んでもよい。光電子素子部Ｄ１１は、グラフェン層及び量子ドット含有層を含み、波状構造を有することができる。光電子素子部Ｄ１１は、波状構造によって伸びる特性を有することができる。ストレッチャブル素子１００Ａは、基板Ｓ１１と光電子素子部Ｄ１１との間に、プラスチック物質層Ｐ１１をさらに含んでもよい。基板Ｓ１１、プラスチック物質層Ｐ１１及び光電子素子部Ｄ１１は、それぞれ図３の基板Ｓ１０、プラスチック物質層Ｐ１０及び光電子素子部Ｄ１０ａに対応する。
光電子素子部Ｄ１１は、発光素子部、光発電素子部及び光検出素子部のうちいずれか一つでもある。ここでは、光電子素子部Ｄ１１が発光素子部である場合が図示されている。その場合、光電子素子部Ｄ１１は、基板Ｓ１１側から順に具備された、第１電極Ｅ１１、発光層ＬＥ１１及び第２電極Ｅ２１を含んでもよい。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ２１のうち一つは、正極（anode）であり、他の一つは、負極（cathode）でもある。例えば、第１電極Ｅ１１は、正極でもあり、第２電極Ｅ２１は、負極でもある。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ２１のうち正極、例えば、第１電極Ｅ１１は、グラフェン層でもある。参照符号ＧＰは、「グラフェン」を示す。グラフェン層は、１つのグラフェンで構成された単層グラフェン（single layer graphene)であるか、複数のグラフェン（約１００層以内、あるいは約１０層以内の複数のグラフェン）が重なった（積層された）構造を有することができる。第１電極Ｅ１１及び第２電極Ｅ２１の間に配置される発光層ＬＥ１１は、量子ドット含有層を含んでもよい。参照符号ＱＤは、「量子ドット」を示す。例えば、発光層ＬＥ１１は、量子ドット層（ＱＤ layer）でもある。または、発光層ＬＥ１１は、ＴＭＤＣによって形成された自発光（self-emissive）物質を含んでもよい。光電子素子部Ｄ１１は、第１電極Ｅ１１と発光層ＬＥ１１との間に具備された正孔輸送層ＨＴＬ１１、及び第２電極Ｅ２１と発光層ＬＥ１１との間に具備された電子輸送層ＥＴＬ１１をさらに含んでもよい。また、光電子素子部Ｄ１１は、第１電極Ｅ１１と正孔輸送層ＨＴＬ１１との間に具備された正孔注入層ＨＩＬ１１をさらに含んでもよい。図示されていないが、光電子素子部Ｄ１１は、第２電極Ｅ２１と電子輸送層ＥＴＬ１１との間に具備された電子注入層をさらに含んでもよい。
第１電極Ｅ１１は、グラフェン層でもあり、比較的大きい仕事関数を有することができる。第１電極Ｅ１１のグラフェン層は、非ドーピング層（undoped layer）でもあるが、場合によっては、ｐ型ドーパントでドーピングされた層でもある。すなわち、必要によって、第１電極Ｅ１１のグラフェン層は、ｐ−ドーピングされる。このようなｐ−ドーピングによって、グラフェン層の仕事関数は増大し、電気抵抗は低下する。ｐ型ドーパントのソースとしては、例えば、ＡｕＣｌ３またはＨＮＯ３などを使用することができる。
第２電極Ｅ２１は、比較的小さい仕事関数を有することができる。例えば、第２電極Ｅ２１の仕事関数は、３．４〜４．２ｅＶほどでもある。第２電極Ｅ２１は、金属や金属化合物を含んでもよい。また、第２電極Ｅ２１は、単層構造または多層構造を有することができる。具体的な例として、第２電極Ｅ２１は、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ａｌ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｃａ／Ａｌ、Ｃａ／Ａｇなどから構成される。ここで、ＬｉＦ／Ａｌは、ＬｉＦ層と、その上に形成されたＡｌ層とを含む多層構造を意味する。このような意味は、Ｃａ／Ａｌ、Ｃａ／Ａｇついても同様である。第２電極Ｅ２１は、ｎ型ドーパントでドーピングされたグラフェンによって形成される。ｎ型ドーパントによって、グラフェンの仕事関数が低くなるので、ｎ−ドーピングされたグラフェン層を、第２電極Ｅ２１として使用することができる。また、第２電極Ｅ２１は、金属ナノワイヤ、ＣＮＴ（carbon nanotube）またはグラフェンフレーク（graphene flake）などを含んでもよい。具体的な例として、第２電極Ｅ２１は、複数の金属ナノワイヤ、複数のＣＮＴ、または複数のグラフェンフレークがネットワークされた構造を有することができる。このようなネットワーク構造は、所定のポリマー物質層内に埋め込まれている。金属ナノワイヤの一例として、Ａｇナノワイヤが使用される。金属ナノワイヤやＣＮＴは、透明な特性を有することができる。従って、第２電極Ｅ２１は、透明であり、それは、透明な素子（発光素子）製造のために適用される。しかし、前述の第２電極Ｅ２１の具体的な物質は例示的なものであり、それ以外に多様な物質が使用される。
電子輸送層ＥＴＬ１１は、ｎ型有機半導体及び／またはｎ型無機半導体を含んでもよい。ここで、ｎ型無機半導体は、酸化物または非酸化物でもあり、ｎ型有機半導体は、単量体（monomer）または重合体（polymer）でもある。例えば、ｎ型無機半導体は、ＴｉＯｘ、ＺｎＯｘ、ＺｒＯｘのようなｎ型酸化物半導体であるか、ｎ−ＧａＮのようなｎ型非酸化物半導体であるか、ＭｏＳ２、ＭｏＳｅ２、ＭｏＴｅ２、ＷＳｅ２、ＷＴｅ２のようなｎ型ＴＭＤＣ物質でもある。ｎ型無機半導体（ＴｉＯｘなど）は、所定のポリマーと混合し、電子輸送層ＥＴＬ１１を構成することができる。一方、ｎ型有機半導体は、Ａｌｑ３、ＴＡＺ、ＴＰＢｉ、ＢＰｈｅｎのような単量体系の有機物を含むか、Ｐ３ＣＮ４ＨＴのような重合体系の有機物を含んでもよい。Ａｌｑ３、ＴＡＺ、ＴＰＢｉ、ＢＰｈｅｎ、Ｐ３ＣＮ４ＨＴの化学名は次の通りである。
Ａｌｑ３：tris-(8-hydroxyquinilone)aluminum
ＴＡＺ：3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-(4-tert-butylphenyl)-1, 2, 4-triazole
ＴＰＢｉ：2, 2, 2-(1, 3, 5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)
ＢＰｈｅｎ：4, 7-diphenyl-1, 10-phenanthroline
Ｐ３ＣＮ４ＨＴ：poly(3-cyano-4-hexylthiophene)
しかし、上記で提示した電子輸送層ＥＴＬ１１の具体的な物質は例示的なものであり、それら以外に多様な物質が電子輸送層ＥＴＬ１１物質として使用される。電子輸送層ＥＴＬ１１は、ゾルゲル（sol-gel）法、スプレーコーティング（spray coating）法、スピンコーティング（spin coating）法、ブレードコーティング（blade coating）法、プリンティング（printing）法、蒸着（deposition）法などによって形成される。
正孔輸送層ＨＴＬ１１は、ｐ型有機半導体及び／またはｐ型無機半導体を含んでもよい。ここで、ｐ型無機半導体は、酸化物または非酸化物でもあり、ｐ型有機半導体は、単量体または重合体でもある。例えば、ｐ型無機半導体は、ＭｏＯｘ、ＮｉＯｘ、ＶｘＯｙ、ＲｈｘＯｙのようなｐ型酸化物半導体であるか、ｐ−ＧａＮのようなｐ型非酸化物半導体であるか、ＷＳ２、ＺｒＳ２、ＺｒＳｅ２、ＨｆＳ２、ＨｆＳｅ２、ＮｂＳｅ２のようなｐ型ＴＭＤＣ物質でもある。ｐ型無機半導体は、所定のポリマーと混合し、正孔輸送層ＨＴＬ１１を構成することができる。一方、ｐ型有機半導体は、ＮＰＤ、ＴＰＤのような単量体系の有機物を含んでもよく、ＴＦＢ、ＰＦＢ、Ｆ８Ｔ２のような重合体系の有機物を含んでもよい。ＮＰＤ,ＴＰＤ,ＴＦＢ,ＰＦＢ,Ｆ８Ｔ２の化学名は、次の通りである。
ＮＰＤ：N, N’-diphenyl-N, N’-bis(1-naphthyl)-1, 1’biphenyl-4, 4diamine
ＴＰＤ：N, N’-bis(3-methyphenyl)-N, N’-diphenylbenzidine
ＴＦＢ：poly(9, 9-dioctylfluorene-co-N-(4-butylphenyl)diphenylamine)
ＰＦＢ：poly(9, 9-dioctylfluorene-co-bis-N, N-phenyl-1, 4-phenylenediamine
Ｆ８Ｔ２：poly(9, 9-dioctylfluorene-co-bithiophene)
しかし、上記で提示した正孔輸送層ＨＴＬ１１の具体的な物質は例示的なものであり、それ以外に多様な物質が正孔輸送層ＨＴＬ１１物質として使用される。そして、電子輸送層ＥＴＬ１１と類似して、正孔輸送層ＨＴＬ１１は、ゾルゲル法、スプレーコーティング法、スピンコーティング法、ブレードコーティング法、プリンティング法、蒸着法などによって形成される。
正孔注入層ＨＩＬ１１は、例えば、ＰＥＤＯＴまたはＰＶＫなどを含んでもよい。ＰＥＤＯＴの化学名は、poly(3, 4-ethylenedioxythiophene)であり、ＰＶＫの化学名は、poly(N-vinylcarbazole)である。ＰＥＤＯＴの場合、優秀な透光性を有し、第１電極Ｅ１１のグラフェン層と接触したとき、グラフェン層の電気伝導度を高める役割を担うことが可能である。正孔注入層ＨＩＬ１１の電気伝導度が高い場合、正孔注入層ＨＩＬ１１を、電極（正極）の一部とすることもできる。ここで提示した正孔注入層ＨＩＬ１１の具体的な物質は、例示的なものであり、それ以外に多様な物質が正孔注入層ＨＩＬ１１物質として使用される。また、正孔注入層ＨＩＬ１１は、具備しないこともある。その場合、正孔輸送層ＨＴＬ１１が、正孔注入層ＨＩＬ１１の役割を兼ねることができる。
図５の光電子素子部Ｄ１１上に、弾性を有するキャッピング層をさらに具備することができる。その一例が図６に図示されている。
図６を参照すれば、ストレッチャブル素子１００Ｂは、光電子素子部Ｄ１１上に具備されたキャッピング層Ｃ１１をさらに含んでもよい。キャッピング層Ｃ１１は、図２ないし図４を参照して説明したキャッピング層Ｃ１０と同一であるか、あるいは類似している層でもある。キャッピング層Ｃ１１を具備することにより、ストレッチャブル素子１００Ｂにおいて、光電子素子部Ｄ１１は、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。例えば、光電子素子部Ｄ１１の発光層ＬＥ１１が力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。力学的中立面（ＭＮＰ）は、図２ないし図４を参照して説明したところと同一であるので、それに係わる反復説明は省略する。
本発明の他の実施形態によれば、図５及び図６において、光電子素子部Ｄ１１の構成層の配列順序が上下に逆転されてもよい。すなわち、図５及び図６の光電子素子部Ｄ１１を上下に逆転させた逆構造を、基板Ｓ１１上に適用することができる。その場合、プラスチック物質層Ｐ１１の位置も異なることになる。このような変形例は、図７及び図８を参照して説明する。
図７は、本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子（以下、ストレッチャブル素子）１００Ｃを示す断面図である。
図７を参照すれば、弾性を有する基板Ｓ１２上に、光電子素子部Ｄ１２が具備される。光電子素子部Ｄ１２上に、プラスチック物質層Ｐ１２が具備される。従って、基板Ｓ１２とプラスチック物質層Ｐ１２との間に、光電子素子部Ｄ１２が具備される。光電子素子部Ｄ１２は、図５の光電子素子部Ｄ１１を上下に逆転させた逆構造を有することができる。すなわち、光電子素子部Ｄ１２は、基板Ｓ１２側から順に配置された、第２電極Ｅ２２、電子輸送層ＥＴＬ１２、発光層ＬＥ１２、正孔輸送層ＨＴＬ１２、正孔注入層ＨＩＬ１２及び第１電極Ｅ１２を含んでもよい。このとき、第２電極Ｅ２２を「第１電極」とし、第１電極Ｅ１２を「第２電極」とすることもできる。第１電極Ｅ１２は、正極であり、第２電極Ｅ２２は、負極でもある。第１電極Ｅ１２は、グラフェン層でもあり、発光層ＬＥ１２は、量子ドット含有層でもある。プラスチック物質層Ｐ１２は、第１電極Ｅ１２に接触するように具備される。第１電極Ｅ１２がグラフェン層である場合、プラスチック物質層Ｐ１２は、グラフェン層に接触することができる。
本実施形態によるストレッチャブル素子１００Ｃは、基板Ｓ１２と光電子素子部Ｄ１２との間に具備された接着層Ｂ１２をさらに含んでもよい。接着層Ｂ１２は、有機接着層でもある。接着層Ｂ１２は、図６のキャッピング層Ｃ１１と同一であるか、あるいは類似している物質から構成される。具体的な例として、接着層Ｂ１２は、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー、アクリレートターポリマー及びシリコンベース・ポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。シリコンベース・ポリマーは、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。しかし、ここで提示した接着層Ｂ１２の具体的な物質は例示的なものであり、それ以外に他の物質を使用することもできる。
図７のプラスチック物質層Ｐ１２上に、弾性を有するキャッピング層をさらに具備させることができる。その一例が図８に図示されている。
図８を参照すれば、ストレッチャブル素子１００Ｄは、プラスチック物質層Ｐ１２上に具備されたキャッピング層Ｃ１２をさらに含んでもよい。キャッピング層Ｃ１２は、図２ないし図４を参照して説明したキャッピング層Ｃ１０と同一であるか、あるいは類似している層でもある。キャッピング層Ｃ１２を具備することにより、光電子素子部Ｄ１２は、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。例えば、光電子素子部Ｄ１２の発光層ＬＥ１２が、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。
図５ないし図８の実施形態では、光電子素子部Ｄ１１，Ｄ１２の一面に、プラスチック物質層Ｐ１１，Ｐ１２を適用した場合について図示して説明したが、場合によっては、プラスチック物質層Ｐ１１，Ｐ１２を使用しないこともある。その例が図９ないし図１２に図示されている。
図９は、本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子１００Ｅを示す断面図である。ストレッチャブル光電子素子１００Ｅは、フォールダブル光電子素子でもある。以下では、ストレッチャブル光電子素子１００Ｅを「ストレッチャブル素子」とする。
図９を参照すれば、弾性を有する基板Ｓ１３上に、光電子素子部Ｄ１３が具備される。光電子素子部Ｄ１３は、図５の光電子素子部Ｄ１１と同一であるか、あるいは類似している積層構造を有することができる。すなわち、光電子素子部Ｄ１３は、基板Ｓ１３側から順に配列される、第１電極Ｅ１３、正孔注入層ＨＩＬ１３、正孔輸送層ＨＴＬ１３、発光層ＬＥ１３、電子輸送層ＥＴＬ１３及び第２電極Ｅ２３を含んでもよい。第１電極Ｅ１３は、グラフェン層を含んでもよい。その場合、第１電極Ｅ１３のグラフェン層は、基板Ｓ１３の上面に接触してもよい。発光層ＬＥ１３は、量子ドット含有層でもある。例えば、発光層ＬＥ１３は、量子ドット層でもある。図９の構造は、図５でのプラスチック物質層Ｐ１１が排除された構造と同一であるか、あるいは類似している。
図９の光電子素子部Ｄ１３上に、弾性を有するキャッピング層をさらに具備することができる。その一例が図１０に図示されている。
図１０を参照すれば、ストレッチャブル素子１００Ｆは、光電子素子部Ｄ１３上に具備されたキャッピング層Ｃ１３をさらに含んでもよい。キャッピング層Ｃ１３は、図２ないし図４を参照して説明したキャッピング層Ｃ１０と同一であるか、あるいは類似している層でもある。光電子素子部Ｄ１３は、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。例えば、光電子素子部Ｄ１３の発光層ＬＥ１３が、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。図１０の構造は、図６でのプラスチック物質層Ｐ１１が排除された構造と同一であるか、あるいは類似している。
本発明の他の実施形態によれば、図９及び図１０において、光電子素子部Ｄ１３の構成層の配列順序が上下に逆転されてもよい。すなわち、図９及び図１０の光電子素子部Ｄ１３を上下に逆転させた逆構造を、基板Ｓ１３上に適用することができる。このような変形例は、図１１及び図１２を参照して説明する。
図１１は、本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子（以下、ストレッチャブル素子）１００Ｇを示す断面図である。
図１１を参照すれば、弾性を有する基板Ｓ１４上に、光電子素子部Ｄ１４が具備される。光電子素子部Ｄ１４は、図９の光電子素子部Ｄ１３を上下に逆転させた逆構造を有することができる。すなわち、光電子素子部Ｄ１４は、基板Ｓ１４側から順に配置された、第２電極Ｅ２４、電子輸送層ＥＴＬ１４、発光層ＬＥ１４、正孔輸送層ＨＴＬ１４、正孔注入層ＨＩＬ１４及び第１電極Ｅ１４を含んでもよい。このとき、第２電極Ｅ２４を「第１電極」とし、第１電極Ｅ１４を「第２電極」とすることもできる。第１電極Ｅ１４は、正極であり、第２電極Ｅ２４は、負極でもある。第１電極Ｅ１４は、グラフェン層でもあり、発光層ＬＥ１４は、量子ドット含有層でもある。
ストレッチャブル素子１００Ｇは、基板Ｓ１４と光電子素子部Ｄ１４との間に、接着層Ｂ１４をさらに含んでもよい。接着層Ｂ１４は、有機接着層でもある。接着層Ｂ１４は、図７の接着層Ｂ１２と同一であるか、あるいは類似している物質から構成される。
また、ストレッチャブル素子１００Ｇは、光電子素子部Ｄ１４上に具備されたポリマー層ＰＭ１４をさらに含んでもよい。従って、接着層Ｂ１４とポリマー層ＰＭ１４との間に、光電子素子部Ｄ１４が具備される。ポリマー層ＰＭ１４は、弾性ポリマーを含んでもよい。その場合、ポリマー層ＰＭ１４は、基板Ｓ１４の弾性ポリマーと同一であるか、あるいは類似している物質から構成される。例えば、ポリマー層ＰＭ１４の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。シリコンベース・ポリマーは、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。また、シリコンベース・ポリマーとして、Smooth-On社のEcoflex（登録商標）が使用される。しかし、ここで提示したポリマー層ＰＭ１４の具体的な物質は例示的なものであり、それ以外に他のポリマーも使用される。このようなポリマー層ＰＭ１４は、第１電極Ｅ１４に接触するように具備される。第１電極Ｅ１４がグラフェン層である場合、ポリマー層ＰＭ１４は、グラフェン層に接触することができる。ポリマー層ＰＭ１４は、比較的薄い厚み、例えば、約１００μｍ以下の厚み、または約５０μｍ以下の厚みを有することができる。
図１１のポリマー層ＰＭ１４上に、弾性を有するキャッピング層をさらに具備することができる。その一例が図１２に図示されている。
図１２を参照すれば、ストレッチャブル素子１００Ｈは、ポリマー層ＰＭ１４上に具備されたキャッピング層Ｃ１４をさらに含んでもよい。キャッピング層Ｃ１４は、図２ないし図４を参照して説明したキャッピング層Ｃ１０と同一であるか、あるいは類似している層でもある。キャッピング層Ｃ１４を具備することにより、光電子素子部Ｄ１４は、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。例えば、光電子素子部Ｄ１４の発光層ＬＥ１４が力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。
図１３は、本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子（以下、ストレッチャブル素子）１００Ｋを示す断面図である。本実施形態は、図６の素子１００Ｂを変形した場合を示す。
図１３を参照すれば、弾性を有する基板Ｓ１５上に、プラスチック物質層Ｐ１５が具備され、プラスチック物質層Ｐ１５の一部（例えば、一端部）上に、金属層Ｍ１５が具備される。プラスチック物質層Ｐ１５上に、金属層Ｍ１５の一部と接触した光電子素子部Ｄ１５が具備される。光電子素子部Ｄ１５は、基板Ｓ１５側から順に具備された、第１電極Ｅ１５、正孔注入層ＨＩＬ１５、正孔輸送層ＨＴＬ１５、発光層ＬＥ１５、電子輸送層ＥＴＬ１５及び第２電極Ｅ２５を含んでもよい。第１電極Ｅ１５は、グラフェン層でもあり、発光層ＬＥ１５は、量子ドット含有層でもある。第１電極Ｅ１５がグラフェン層である場合、グラフェン層は、金属層Ｍ１５の一部と接触してもよい。金属層Ｍ１５の残り領域は、グラフェン層（すなわち、第１電極Ｅ１５）でカバーされずに露出される。金属層Ｍ１５の露出された領域は、第１コンタクト領域ＣＲ１でもある。
光電子素子部Ｄ１５上に、弾性を有するキャッピング層Ｃ１５が具備される。キャッピング層Ｃ１５の一部が除去（エッチング）されることによって、第２電極Ｅ２５の一部が露出される。第２電極Ｅ２５の露出された領域は、第２コンタクト領域ＣＲ２でもある。
第１コンタクト領域ＣＲ１及び第２コンタクト領域ＣＲ２を介して、光電子素子部Ｄ１５に所定の電気的信号を入力することができる。例えば、第１コンタクト領域ＣＲ１及び第２コンタクト領域ＣＲ２を介して、光電子素子部Ｄ１５の第１電極Ｅ１５及び第２電極Ｅ２５の間に、所定の電圧を印加することができる。
図１３では、図６のストレッチャブル素子１００Ｂに、第１コンタクト領域ＣＲ１及び第２コンタクト領域ＣＲ２を具備した場合を示す。このような第１コンタクト領域ＣＲ１及び第２コンタクト領域ＣＲ２は、図５、及び図７ないし図１２のストレッチャブル素子１００Ａ、１００Ｃ〜１００Ｈにも類似して適用される。また、図１３で説明した第１コンタクト領域ＣＲ１及び第２コンタクト領域ＣＲ２の構造／形態／位置などは、例示的なものに過ぎず、光電子素子部Ｄ１１〜Ｄ１４に係わる電気的接続のための構造／手段は多様に変化する。
本発明の他の実施形態によれば、１枚の基板上に、複数の素子部を具備することができる。その一例が図１４に図示されている。
図１４を参照すれば、弾性を有する基板Ｓ１００上に、波状構造を有する光電子素子部Ｄ１００が具備される。基板Ｓ１００と光電子素子部Ｄ１００との間には、必要によって、プラスチック物質層Ｐ１００が具備される。光電子素子部Ｄ１００は、グラフェン層及び量子ドット含有層を含んでもよい。具体的な例として、光電子素子部Ｄ１００は、基板Ｓ１００側から順に具備された、第１電極Ｅ１００、正孔注入層ＨＩＬ１００、正孔輸送層ＨＴＬ１００、発光層ＬＥ１００及び電子輸送層ＥＴＬ１００を含んでもよい。また、光電子素子部Ｄ１００は、電子輸送層ＥＴＬ１００上に具備された複数の第２電極Ｅ２０１，Ｅ２０２，Ｅ２０３を含んでもよい。それぞれの第２電極Ｅ２０１，Ｅ２０２，Ｅ２０３に対応する光電子素子部Ｄ１００領域が、１つの「単位素子部」でもある。従って、光電子素子部Ｄ１００は、複数の単位素子部を含むといえる。光電子素子部Ｄ１００上に、弾性を有するキャッピング層Ｃ１００がさらに具備される。キャッピング層Ｃ１００を具備することにより、光電子素子部Ｄ１００は、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。
場合によっては、図１４において、第１電極Ｅ１００から電子輸送層ＥＴＬ１００までの積層構造物の少なくとも一部を、第２電極Ｅ２０１，Ｅ２０２，Ｅ２０３のような形態にパターニングすることができる。言い換えれば、１つの基板上に、お互いに離隔された複数の光電子素子部（単位素子部）を具備することができ、前記基板上に、前記複数の光電子素子部を覆うキャッピング層を具備することができる。それ以外にも、図１４の構造は多様に変化される。
図１４の構造をさらに単純化すれば、図１５のように図示される。
図１５を参照すれば、弾性を有する基板Ｓ１１０と、弾性を有するキャッピング層Ｃ１１０との間に、波状構造を有する光電子素子部Ｄ１１０が具備される。光電子素子部Ｄ１１０の少なくとも一部は、図１ないし図１４を参照して説明した光電子素子部Ｄ１０〜Ｄ１００に対応する。基板Ｓ１１０及びキャッピング層Ｃ１１０は、それぞれ図１ないし図１４を参照して説明した基板Ｓ１０〜Ｓ１００及びキャッピング層Ｃ１０〜Ｃ１００に対応する。図１５に図示されていないが、基板Ｓ１１０と光電子素子部Ｄ１１０との間、及び／または光電子素子部Ｄ１１０とキャッピング層Ｃ１１０との間に、プラスチック物質層、接着層（有機接着層）またはポリマー層などがさらに具備される。
図５ないし図１５を参照して説明したストレッチャブル素子は、発光面自体が伸びたり折れ曲がったりするストレッチャブル発光素子でもある。発光面は、発光層ＬＥ１１〜ＬＥ１５，ＬＥ１００の表面でもある。発光層ＬＥ１１〜ＬＥ１５，ＬＥ１００は、量子ドット含有層でもあるので、発光面は、量子ドット含有層の表面でもある。発光面自体が伸びたり折り曲がったりするということは、ストレッチャブル／フォールダブル装置の具現において有用な特性でもある。例えば、発光面を伸ばしたり折り曲げたりしながら、伸びたり折り曲がったりする部分（発光面の一部）の特性が変化しないので、それを利用すれば、多様なウェアラブル（wearable）電子装置、ストレッチャブル／フォールダブル電子装置などを容易に具現することができる。
図１ないし図１５を参照して説明した光電子素子部Ｄ１０〜Ｄ１１０に使用される量子ドット含有層は、例えば、図１６に図示されているような構造を有することができる。すなわち、図１６は、図１ないし図１５の素子に使用される量子ドット含有層の構成を例示的に示す断面図である。
図１６を参照すれば、量子ドット含有層ＱＤＬ１は、複数の量子ドットＱＤを含んでもよい。複数の量子ドットＱＤが単層構造または多層構造をなすことができる。それぞれの量子ドットＱＤは、コア部ｃ１とシェル部ｓ１とを有し、シェル部ｓ１は、単一シェル（single shell）構造または二重シェル（double shell）構造を有することができる。コア部ｃ１は、ＣｄＳｅ、ＩｎＰ、ＰｂＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＴｅなどから構成され、シェル部ｓ１は、ＣｄＳ、ＺｎＳなどから構成される。このような量子ドットＱＤは、約１０ｎｍ以下の径を有することができる。量子ドットＱＤの表面には、有機リガンド（organic ligand）ｄ１が存在することができる。有機リガンドｄ１は、例えば、オレイン酸、トリオクチルホスフィン、トリオクチルアミン、トリオクチルホスフィンオキシドなどでもある。量子ドットＱＤは、コルロイダル量子ドット（colloidal quantum dot）でもある。
本発明の多様な実施形態において、量子ドットＱＤは、他の適切な物質によって形成されるか、代替されもする。例えば、量子ドットＱＤは、グラフェン量子ドット（ＧＱＤｓ：graphene quantum dots）、シリコン量子ドット、ＴＭＤＣ（例えば、ＭｏＳ２、ＭｏＳｅ２、ＭｏＴｅ２、ＷＳｅ２、ＷＴｅ２、ＷＳ２、ＺｒＳ２、ＺｒＳｅ２、ＨｆＳ２、ＨｆＳｅ２、ＮｂＳｅ２）、及びそれらの組み合わせで構成されたり代替されたりしてよく、発光層を形成するための自発光物質としても使用される。また、量子ドットＱＤは、それ以外に、他の発光ナノ物質（light-emitting nanomaterials）のうち少なくとも一つによって形成されたり代替されもする。
以下では、本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子の製造方法について説明する。
図１７Ａないし図１７Ｆは、本発明の一実施形態によるストレッチャブル光電子素子（以下、ストレッチャブル素子）の製造方法を示す断面図である。
図１７Ａを参照すれば、第１基板ＳＵＢ１を設ける。第１基板ＳＵＢ１は、例えば、ガラス基板１０及びポリマー層２０を含んでもよい。ガラス基板１０上に、ポリマー層２０を形成することができる。ガラス基板１０は、一種の剛性基板でもある。剛性基板（すなわち、ガラス基板１０）は、ポリマー層２０よりも高い剛性を有する基板でもある。ポリマー層２０は、ポリマー基板でもある。ポリマー層２０は、弾性ポリマーを含んでもよい。その場合、ポリマー層２０は、図１で説明した基板Ｓ１０の弾性ポリマーと同一であるか、あるいは類似している物質から構成される。例えば、ポリマー層２０の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。シリコンベース・ポリマーは、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。また、シリコンベース・ポリマーとして、Smooth-On社のEcoflex（登録商標）が使用される。しかし、ここで提示したポリマー層２０の具体的な物質は例示的なものであり、それ以外に他のポリマーも使用される。
具体的な例として、ポリマー層２０をポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）で形成する場合、ＰＤＭＳの前駆体（すなわち、プレポリマー）と硬化剤（curing agent）との混合物をガラス基板１０上にスピンコーティングした後、それを約７０℃の温度で硬化し、ポリマー層（ＰＤＭＳ層）２０を形成することができる。前記混合物において、前駆体と硬化剤との重量比は１０：１ほどでもあり、スピンコーティングは、約６，０００ｒｐｍの速度で行うことができる。しかし、ここで提示したポリマー層２０の具体的な形成方法は、例示的なものであり、それは多様に変化される。
ポリマー層２０の厚みは、比較的薄い。例えば、ポリマー層２０の厚みは、約１００μｍ以下、または約５０μｍ以下と薄い。ポリマー層２０の厚みが薄い場合、後続する加熱工程によって、ポリマー層２０の体積が膨脹したり、あるいはポリマー層２０に応力が発生したりするという問題が抑制される。このために、ポリマー層２０は、比較的薄い厚みで形成する。一方、ポリマー層２０が形成されるガラス基板１０は、剛性を有する基板であり、支持基板の役割を担うことが可能である。すなわち、ガラス基板１０は、素子の取り扱い性（すなわち、ハンドリング特性）向上のために使用される。ガラス基板１０は、剛性を有する他の基板で代替可能である。
図１７Ｂを参照すれば、第１基板ＳＵＢ１上に，プラスチック層３０を形成することができる。プラスチック層３０は、ポリマー層２０上に付着される。プラスチック層３０は、図３ないし図５で説明したプラスチック物質層Ｐ１０，Ｐ１１と同一であるか、あるいは類似している物質から構成される。プラスチック層３０のポアソン比は、０．４５未満または０．３未満でもある。また、プラスチック層３０は、ポリマー層２０より大きいヤング率を有することができる。具体的な例として、プラスチック層３０は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち少なくとも一つを含んでもよい。このようなプラスチック層３０は、ポリマー層２０に良好に付着することができる。プラスチック層３０の厚みは、例えば、０．５μｍ〜１００μｍほど、または０．５μｍ〜３０μｍほどでもある。
図１７Ｃを参照すれば、プラスチック層３０上に，光電子素子部４０を形成することができる。光電子素子部４０は、発光素子部、光発電素子部及び光検出素子部（例えば、発光素子部）のうちいずれか一つでもある。光電子素子部４０は、グラフェン層及び量子ドット含有層を含んでもよい。光電子素子部４０は、グラフェン層と、ＴＭＤＣを含む層とを含んでもよい。光電子素子部４０が発光素子部である場合、光電子素子部４０は、プラスチック層３０側から順に具備された、第１電極４０ａ、発光層４０ｄ及び第２電極４０ｆを含んでもよい。第１電極４０ａ及び第２電極４０ｆのうち一つは、正極であり、他の一つは、負極でもある。例えば、第１電極４０ａは、正極でもあり、第２電極４０ｆは、負極でもある。第１電極４０ａ及び第２電極４０ｆのうち正極、例えば、第１電極４０ａは、グラフェン層でもある。グラフェン層は、１つのグラフェンで構成された単層グラフェンであるか、複数のグラフェン（約１００層以内、あるいは約１０層以内の複数のグラフェン）が重なった（積層された）構造を有することができる。第１電極４０ａ及び第２電極４０ｆの間に配置される発光層４０ｄは、量子ドット含有層を含んでもよい。例えば、発光層４０ｄは、量子ドット層でもある。光電子素子部４０は、第１電極４０ａと発光層４０ｄとの間に具備された正孔輸送層４０ｃ、及び第２電極４０ｆと発光層４０ｄとの間に具備された電子輸送層４０ｅをさらに含んでもよい。また、光電子素子部４０は、第１電極４０ａと正孔輸送層４０ｃとの間に具備された正孔注入層４０ｂをさらに含んでもよい。第１電極４０ａ、正孔注入層４０ｂ、正孔輸送層４０ｃ、発光層４０ｄ、電子輸送層４０ｅ及び第２電極４０ｆの物質は、それぞれ図５の第１電極Ｅ１１、正孔注入層ＨＩＬ１１、正孔輸送層ＨＴＬ１１、発光層ＬＥ１１、電子輸送層ＥＴＬ１１及び第２電極Ｅ２１の物質に対応する。図示されていないが、光電子素子部４０は、第２電極４０ｆと電子輸送層４０ｅとの間に具備された電子注入層をさらに含んでもよい。
第１電極４０ａをグラフェン層で形成する場合、グラフェン層は、プラスチック層３０上に転移（transfer）される。グラフェン層は、非ドーピング層でもあるが、場合によっては、ｐ型ドーパントでドーピングされた層でもある。正孔注入層４０ｂは、ＰＥＤＯＴまたはＰＶＫなどで形成することができるが、例えば、ＰＥＤＯＴで形成する場合、ＰＥＤＯＴ：ＤＭＳＯ：zonyl（登録商標）の混合溶液を、第１電極４０ａ上に数十ｎｍほどの厚みにコーティングし、それを真空オーブンで約１００〜２５０℃ほどの温度で熱処理（アニーリング）し、正孔注入層４０ｂを形成することができる。ここで、ＤＭＳＯは、ジメチルスルホキシドである。次に、正孔注入層４０ｂ上に、正孔輸送層４０ｃ、発光層４０ｄ及び電子輸送層４０ｅを、湿式工程（wet process）で順に形成することができる。その後、電子輸送層４０ｅ上に、第２電極４０ｆを形成することができる。第２電極４０ｆは、Ａｌ−Ｌｉ合金、Ａｌ、ＬｉＦ／Ａｌ、Ａｇ、Ｃａ、Ｃａ／Ａｌ、Ｃａ／Ａｇのような金属や金属化合物によって形成するか、ドーピングされたグラフェンでも形成可能である。または、第２電極４０ｆは、金属ナノワイヤ、ＣＮＴ、グラフェンフレークなどで形成することもできる。第２電極４０ｆをＡｌ−Ｌｉ合金などで形成する場合、例えば、熱蒸発（thermal evaporation）法を使用することができる。
さらには、図１７Ｃの光電子素子部４０の形成段階において、プラスチック層３０は、優秀な耐熱性を有することができるので、熱によってプラスチック層３０が損傷される問題が防止される。特に、プラスチック層３０がＰＥＮから形成された場合、優秀な耐熱性を有することができる。
図１７Ｄを参照すれば、第１基板ＳＵＢ１から、プラスチック層３０と光電子素子部４０との積層構造物を分離することができる。プラスチック層３０を、ポリマー層２０から物理的に引き離すことにより、積層構造物（すなわち、プラスチック層３０及び光電子素子部４０）を第１基板ＳＵＢ１から分離することができる。ガラス基板１０とポリマー層２０との接着力、及びプラスチック層３０と光電子素子部４０との接着力より、ポリマー層２０とプラスチック層３０との接着力が弱いために、ポリマー層２０からプラスチック層３０を容易に分離することができる。第１基板ＳＵＢ１から、プラスチック層３０と光電子素子部４０との積層構造物を分離した後には、プラスチック層３０が光電子素子部４０に対する支持基板またはハンドリング基板の役割を行う。
図１７Ｅを参照すれば、弾性ポリマーを含む第２基板６０を水平方向に引っ張った状態で、第２基板６０上に、プラスチック層３０と光電子素子部４０との積層構造物を付着させることができる。第２基板６０の物質は、図１を参照して説明した基板Ｓ１０の物質と同一であるか、あるいは類似している。すなわち、第２基板６０は、弾性ポリマーを含み、伸びる特性を有することができる。前記弾性ポリマーは、弾性ゴム（elastomeric rubber）でもある。第２基板６０の弾性ポリマーは、０．４以上または０．４５以上のポアソン比を有する物質でもある。第２基板６０の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。シリコンベース・ポリマーは、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。また、シリコンベース・ポリマーとして、Smooth-On社のEcoflex（登録商標）を使用することができる。しかし、ここで提示した第２基板６０の具体的な物質は例示的なものであり、それ以外に他の弾性ポリマーも使用される。このような第２基板６０を水平方向に所定長ほど伸ばした状態で、第２基板６０上にプラスチック層３０と光電子素子部４０との積層構造物を付着させることができる。このとき、プラスチック層３０は、第２基板６０に良好に付着することができる。場合によっては、プラスチック層３０と第２基板６０との間に、所定の接着剤（接着層）をさらに具備することもできる。
図１７Ｅの段階において、第２基板６０を水平方向に伸ばした程度、すなわち、第２基板６０に対する前変形率（prestrain）は、約５％以上、または約１０％以上でもある。第２基板６０の前変形率は、約５０％以上、または約１００％以上でもある。このように、前変形された第２基板６０上に、光電子素子部４０を形成することができる。
次に、第２基板６０に対する引っ張りを解除すれば、図１７Ｆに図示されているように、光電子素子部４０に波状構造が形成される。波状構造を有する光電子素子部４０は、第２基板６０のように、水平方向に伸び（stretchable）、大きい角度にも折れ曲がる（foldable）。このとき、第２基板６０と光電子素子部４０との間に、プラスチック層３０が位置することができる。光電子素子部４０の波状構造は、所定の波長及び振幅を有するといえる。光電子素子部４０の波状構造の平均波長は、３μｍ〜３ｍｍほど、または１０μｍ〜２ｍｍほどでもあり、平均振幅は、５０ｎｍ〜２ｍｍほど、または１００ｎｍ〜１ｍｍほどでもある。プラスチック層３０の厚みによって、波状構造の波長（平均波長）及び振幅（平均振幅）が調節される。図１７Ｆの素子は、図５の素子１００Ａに対応する。
本発明の他の実施形態によれば、図１７Ｅまたは図１７Ｆの光電子素子部４０上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層をさらに形成することができる。その結果物が図１８に図示されている。
図１８を参照すれば、光電子素子部４０上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層７０を形成することができる。キャッピング層７０は、図１７Ｅの段階、または図１７Ｆの段階で形成することができる。光電子素子部４０は、第２基板６０とキャッピング層７０との間に配置される。その場合、光電子素子部４０は、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。光電子素子部４０の発光層４０ｄが力学的中立面あるいはその近傍に位置することができる。キャッピング層７０は、図２のキャッピング層Ｃ１０と同一であるか類似した物質から形成することができる。例えば、キャッピング層７０の弾性ポリマーは、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー、アクリレートターポリマー及びシリコンベース・ポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。シリコンベース・ポリマーは、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。また、シリコンベース・ポリマーとして、Smooth-On社のEcoflex（登録商標）を使用することができる。しかし、ここで提示したキャッピング層７０の具体的な物質は例示的なものであり、それ以外に他の弾性ポリマーも使用される。図１８の素子は、図６の素子１００Ｂに対応する。
図１９Ａないし図１９Ｄは、本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子（以下、ストレッチャブル素子）の製造方法を示す断面図である。
図１９Ａを参照すれば、図１７Ａないし図１７Ｃの方法を利用して、第１基板ＳＵＢ１上に、プラスチック層３０と光電子素子部４０とを形成することができる。次に、光電子素子部４０上に、接着層５０をさらに形成することができる。接着層５０は、有機接着層でもある。接着層５０は、図１８のキャッピング層７０と同一であるか、あるいは類似している物質から構成される。具体的な例として、接着層５０は、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー、アクリレートターポリマー及びシリコンベース・ポリマーのうち少なくとも一つを含んでもよい。シリコンベース・ポリマーは、例えば、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含んでもよい。
図１９Ｂを参照すれば、第１基板ＳＵＢ１から，プラスチック層３０、光電子素子部４０及び接着層５０を含む積層構造物を分離することができる。それは，図１７Ｄの分離工程と類似している。
図１９Ｃを参照すれば、弾性ポリマーを含む第２基板６０を水平方向に引っ張った状態で、第２基板６０上に、プラスチック層３０、光電子素子部４０及び接着層５０の積層構造物を付着させることができる。このとき、接着層５０が第２基板６０の表面に付着することができる。従って、光電子素子部４０は、上下に逆転された状態で、第２基板６０上に具備される。光電子素子部４０は、第２基板６０側から順に具備された、第２電極４０ｆ、電子輸送層４０ｅ、発光層４０ｄ、正孔輸送層４０ｃ、正孔注入層４０ｂ及び第１電極４０ａを含んでもよい。ここで、第１電極４０ａは、正極であり、第２電極４０ｆは、負極でもある。第１電極４０ａは、グラフェン層でもあり、発光層４０ｄは、量子ドット含有層でもある。
次に、第２基板６０に対する引っ張りを解除すれば、図１９Ｄに図示されているように、光電子素子部４０に波状構造が形成される。図１９Ｄの素子は、図７の素子１００Ｃに対応する。
本発明の他の実施形態によれば、図１９Ｃまたは図１９Ｄのプラスチック層３０上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層をさらに形成することができる。その結果物が図２０に図示されている。
図２０を参照すれば、プラスチック層３０上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層７０を形成することができる。キャッピング層７０は、図１９Ｃの段階または図１９Ｄの段階で形成することができる。プラスチック層３０は、光電子素子部４０とキャッピング層７０との間に配置され、光電子素子部４０は、第２基板６０とキャッピング層７０との間に配置される。光電子素子部４０は、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。キャッピング層７０は、図１８のキャッピング層７０と同一であるか類似した物質から形成することができる。図２０の素子は、図８の素子１００Ｄに対応する。
本発明の他の実施形態によれば、弾性ポリマーを含む基板を水平方向に引っ張った状態で、前記引っ張られた基板上に、グラフェン層及び量子ドット含有層を含む光電子素子部を形成した後、前記基板に対する引っ張りを解除し、前記光電子素子部に波状構造を形成することができる。その一例が図２１Ａないし図２１Ｃに図示されている。
図２１Ａないし図２１Ｃは、本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子（以下、ストレッチャブル素子）の製造方法を示す断面図である。
図２１Ａを参照すれば、弾性ポリマーを含む基板６２を、水平方向に引っ張ることができる。基板６２を引っ張る方法としては、物理的引っ張り方法及び熱的引っ張り方法がある。物理的引っ張り方法では、基板６２の少なくとも両端を引っぱって伸ばす。熱的引っ張り方法を使用すれば、基板６２が四方に伸びる。物理的引っ張り方法及び熱的引っ張り方法のうち一つを選択的に使用したり、それらを同時に使用したりする。
図２１Ｂを参照すれば、引っ張られた基板６２上に，光電子素子部４２を形成することができる。光電子素子部４２は、例えば、基板６２側から順に配置された，第１電極４２ａ、正孔注入層４２ｂ、正孔輸送層４２ｃ、発光層４２ｄ、電子輸送層４２ｅ及び第２電極４２ｆを含んでもよい。第１電極４２ａは、グラフェン層を含んでもよい。その場合、第１電極４２ａのグラフェン層は、基板６２の上面に接触してもよい。発光層４２ｄは、量子ドット含有層を含んでもよい。例えば、発光層４２ｄは、量子ドット層でもある。第１電極４２ａ、正孔注入層４２ｂ、正孔輸送層４２ｃ、発光層４２ｄ、電子輸送層４２ｅ及び第２電極４２ｆそれぞれの具体的な形成方法は、図１７Ｃを参照して説明した、第１電極４０ａ、正孔注入層４０ｂ、正孔輸送層４０ｃ、発光層４０ｄ、電子輸送層４０ｅ及び第２電極４０ｆの形成方法と同一であるか、あるいは類似している。
図２１Ｃを参照すれば、基板６２に対する引っ張りを解除し、光電子素子部４２に波状構造を形成することができる。図２１Ｃの素子は、図９の素子１００Ｅに対応する。
本発明の他の実施形態によれば、図２１Ｂまたは図２１Ｃの光電子素子部４２上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層をさらに形成することができる。その結果物が図２２に図示されている。
図２２を参照すれば、光電子素子部４２上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層７２を形成することができる。キャッピング層７２は、図２１Ｂの段階または図２１Ｃの段階で形成することができる。光電子素子部４２は、第２基板６２とキャッピング層７２との間に配置される。光電子素子部４０は、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。キャッピング層７２は、図１８のキャッピング層７０と同一であるか、あるいは類似している物質から形成することができる。図２２の素子は、図１０の素子１００Ｆに対応する。
図２３Ａないし図２３Ｄは、本発明の他の実施形態によるストレッチャブル光電子素子（以下、ストレッチャブル素子）の製造方法を示す断面図である。
図２３Ａを参照すれば、図１７Ａないし図１７Ｃの方法と類似した方法で、ガラス基板１５上にポリマー層２５を形成し、ポリマー層２５上に、光電子素子部４５を形成することができる。このとき、ポリマー層２５は、例えば、約５００μｍ〜２ｍｍほどの厚みを有することができる。光電子素子部４５は、順に積層された、第１電極４５ａ、正孔注入層４５ｂ、正孔輸送層４５ｃ、発光層４５ｄ、電子輸送層４５ｅ及び第２電極４５ｆを含んでもよい。次に、光電子素子部４５上に、接着層５５を形成することができる。接着層５５は、図１９Ａの接着層５０と同一であるか、あるいは類似している。
図２３Ｂを参照すれば、ガラス基板１５から，ポリマー層２５、光電子素子部４５及び接着層５５を含む積層構造物を分離することができる。ポリマー層２５を、ガラス基板１５から物理的に分離することにより、積層構造物をガラス基板１５から分離することができる。ガラス基板１０とポリマー層２５との接着力が、ポリマー層２５と光電子素子部４５との接着力より相対的に弱いために、ガラス基板１０からポリマー層２５を容易に分離することができる。このとき、ポリマー層２５は、光電子素子部４５を支持する役割を行い、光電子素子部４５が損傷されたり壊れたりする問題を防止する役割が可能である。それと関係して、ポリマー層２５の厚みは、比較的厚いことがある。例えば、ポリマー層２５の厚みは、約５００μｍ〜２ｍｍほどでもある。
図２３Ｃを参照すれば、弾性ポリマーを含む第２基板６５を水平方向に引っ張った状態で、引っ張られた第２基板６５上に，ポリマー層２５、光電子素子部４５及び接着層５５を含む積層構造物を付着させることができる。このとき、接着層５５が、第２基板６５に付着することができる。従って、光電子素子部４５は、上下に逆転された状態で、第２基板６５上に具備される。すなわち、光電子素子部４５は、第２基板６５側から順に配置された、第２電極４５ｆ、電子輸送層４５ｅ、発光層４５ｄ、正孔輸送層４５ｃ、正孔注入層４５ｂ及び第１電極４５ａを含んでもよい。そして、光電子素子部４５上に、ポリマー層２５が位置することができる。
図２３Ｄを参照すれば、基板６５に対する引っ張りを解除し、光電子素子部４５に波状構造を形成することができる。図２３Ｄの素子は、図１１の素子１００Ｇに対応する。
本発明の他の実施形態によれば、図２３Ｃまたは図２３Ｄのポリマー層５５上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層をさらに形成することができる。その結果物が図２４に図示されている。
図２４を参照すれば、ポリマー層５５上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層７５を形成することができる。キャッピング層７５は、図２３Ｃの段階または図２３Ｄの段階で形成することができる。ポリマー層２５は、光電子素子部４５とキャッピング層７５との間に配置され、光電子素子部４５は、第２基板６５とキャッピング層７５との間に配置される。光電子素子部４５は、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することができる。キャッピング層７５は、図１８のキャッピング層７０と同一であるか類似した物質から形成することができる。図２４の素子は、図１２の素子１００Ｈに対応する。
図２５は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子に適用されるグラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造の波状構造を示す平面写真である。グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造は、前変形されたＰＤＭＳ基板上に形成された後、ＰＤＭＳ基板の引っ張りを解除することにより、波状構造を有するように形成された。このとき、ＰＤＭＳ基板の前変形率は、２５％であった。図２５の平面写真は、光学顕微鏡によって撮影されたものである。
図２５を参照すれば、グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造に、波状構造が形成されていることを確認することができ、波状構造は、比較的均一な波形を有するということが分かる。
図２６は、グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造において、ＰＥＤＯＴ層の厚みによる波状構造の波長変化を示すグラフである。グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造は、前変形されたＰＤＭＳ基板上に形成された後、ＰＤＭＳ基板の引っ張りを解除することにより、波状構造を有するように形成された。このとき、ＰＤＭＳ基板の前変形率は、２５％であった。また、図２６には、グラフェンなしに、ＰＥＤＯＴ層のみをＰＤＭＳ基板に形成した場合の、ＰＥＤＯＴ層の厚みによる波状構造の波長変化結果が含まれている。
図２６を参照すれば、グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造を使用した場合と、グラフェンなしにＰＥＤＯＴ層を使用した場合とにおいて、いずれもＰＥＤＯＴ層の厚みが増加することにより、波状構造の波長（平均波長）が増大するということが分かる。また、ＰＥＤＯＴ層だけ使用した場合より、グラフェンを共に使用した場合、波状構造の波長（平均波長）が若干増加したということを確認することができる。それは、グラフェンを共に使用した場合、グラフェンによって、ヤング率が上昇するからであるとと推定される。
図２７は、グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造のストレッチングによるモルフォロジー（morphology）変化を示す平面写真である。２５％ほど前変形されたＰＤＭＳ基板上に、グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造を形成した後、ＰＤＭＳ基板に対する引っ張りを解除し、波状構造を有するグラフェン／ＰＥＤＯＴ構造物を形成し、該構造物に対するストレッチングを進めながらモルフォロジー変化を確認した。図２７において、（Ａ）図面は、引っ張り変形率が０％である場合であり、（Ｂ）図面は、引っ張り変形率が５％である場合であり、（Ｃ）図面は、引っ張り変形率が１０％である場合であり、（Ｄ）図面は、引っ張り変形率が１５％である場合であり、（Ｅ）図面は、引っ張り変形率が２０％である場合であり、（Ｆ）図面は、引っ張り変形率が２５％である場合である。
図２７を参照すれば、引っ張り変形率が上昇するにつれ、すなわち、（Ａ）図面から（Ｆ）図面に行くほど波状（wavy）程度が徐々に低下するということが分かる。（Ｆ）図面の場合、すなわち、引っ張り変形率が２５％ほどである場合、表面のしわがほぼなくなっているということが分かる。このような結果は、ＰＤＭＳ基板の前変形率と関係する。ＰＤＭＳ基板の前変形率が上昇するほど、グラフェン／ＰＥＤＯＴ構造の引っ張り変形率が上昇するのである。
図２８は、波状構造を有するグラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造の変形率による面抵抗（sheet resistance（Ω／ｓｑ）の変化を測定した結果を示すグラフである。グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造は、３０％前変形されたＰＤＭＳ基板上に形成され、このとき、ＰＥＤＯＴ層の厚みは、５５ｎｍであった。
図２８を参照すれば、変形率（引っ張り変形率）がおよそ３０％になるまでは、面抵抗の変化がほとんど発生せず、変形率が３０％以上に上昇する場合、面抵抗が若干増大した。変形率が５０％であるとき、面抵抗は、約１２７Ω／ｓｑであったが、このような面抵抗数値は、正極として使用するのに問題がないレベルでもある。図２８の結果から、ＰＤＭＳ基板の前変形率と同一（類似）レベルの変形率までは面抵抗がほとんど変化せず、その以上に変形されても、面抵抗が大きく増大しないということが分かる。
図２９は、波状構造を有するＰＤＭＳ／グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造の透過率（transmittance）を測定した結果を示すグラフである。光の波長を、約２７５ｎｍから８００ｎｍまで変化させながら透過率を測定した。ＰＤＭＳ／グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造において、ＰＥＤＯＴ層の厚みは、５０ｎｍであり、グラフェン層は、単一グラフェンシートである。また、図２９は、ＰＤＭＳ基板（厚み：２．４ｍｍ）に係わる透過率データも含む。
図２９を参照すれば、ＰＤＭＳ基板自体の透過率が９０％以上と非常に高いことが分かる。また、ＰＤＭＳ／グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造の透過率も、約８０〜９０％ほどと高いことが分かる。光の波長が５５０ｎｍである場合、ＰＤＭＳ／グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造の透過率は、約８７．２％である。従って、ＰＤＭＳ／グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造は、透明であるか、ほぼ透明であるといえる。従って、このような構造は、光学素子（発光素子など）に有用に適用される。
一方、図２９のグラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造の面抵抗は、約９２Ω／ｓｑであった。単一グラフェンであるか、それと同一厚のＰＥＤＯＴ層の抵抗より、グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造の抵抗が約４〜７倍ほど低い。従って、グラフェン／ＰＥＤＯＴ積層構造は、正極電極としての使用に適する。
図３０は、前変形されたＰＤＭＳ基板の上にトランスファープリンティングされた量子ドット層の波状構造を示す平面写真である。図３０の（Ａ）図面は、量子ドット層の厚みが４０ｎｍである場合であり、（Ｂ）図面は、量子ドット層の厚みが９０ｎｍである場合であり、（Ｃ）図面は、量子ドット層の厚みが１２０ｎｍである場合であり、（Ｄ）図面は、量子ドット層の厚みが２００ｎｍである場合である。
図３０を参照すれば、量子ドット層の厚みが増加するにつれ、すなわち、（Ａ）図面から（Ｄ）図面に行くほど、波状構造の波長が増大するということが分かる。（Ａ）図面の平均波長は、約４．８５μｍであり、（Ｂ）図面の平均波長は、約１０．９５μｍであり、（Ｃ）図面の平均波長は、約１４．９μｍであり、（Ｄ）図面の平均波長は、約２０μｍである。一方、図３０で測定された平均波長を利用して、数式から計算された量子ドット層のヤング率は、約４７ＧＰａであった。
図３１は、前変形されたＰＤＭＳ基板の上にトランスファープリンティングされた量子ドット層の厚みによる波状構造の波長変化を示すグラフである。
図３１を参照すれば、量子ドット層の厚みが増加するほど、波状構造の波長（平均波長）が増大するということが分かる。このような結果は、図３０の結果に対応する。
図３２は、弾性基板（Ecoflex（登録商標）基板）上に形成されたＰＥＮ／グラフェン積層構造のストレッチングによるモルフォロジー変化を示す平面写真である。７０％ほど前変形されたEcoflex（登録商標）基板上に、ＰＥＮ／グラフェン積層構造を形成した後、Ecoflex（登録商標）基板に対する引っ張りを解除し、波状構造を有するＰＥＮ／グラフェン構造物を形成し、該構造物に対するストレッチングを進めながらモルフォロジー変化を確認した。ＰＥＮ層の厚みは、１．３μｍであった。図３２において、（Ａ）図面は、引っ張り変形率が０％である場合であり、（Ｂ）図面は、引っ張り変形率が３０％である場合であり、（Ｃ）図面は、引っ張り変形率が５０％である場合であり、（Ｄ）図面は、引っ張り変形率が７０％の場合である。
図３２を参照すれば、引っ張り変形率が上昇するにつれ、すなわち、（Ａ）図面から（Ｄ）図面に行くほど波状程度が徐々に低減するということが分かる。（Ｄ）図面の場合、すなわち、引っ張り変形率が７０％ほどである場合、表面のしわがほとんど消えているということが分かる。このような結果は、Ecoflex（登録商標）基板の前変形率と関係する。Ecoflex（登録商標）基板の前変形率が上昇するほど、ＰＥＮ／グラフェン積層構造の引っ張り変形率が上昇する。
図３３の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の一実施形態による光電子素子の単軸波状構造及び多軸波状構造を示す平面写真である。（Ｂ）図面の多軸波状構造は、二軸波状構造（biaxial wavy structure）である。弾性を有する基板を一方向（例えば、Ｘ軸方向）または両方向（例えば、Ｘ軸方向及びＹ軸方向）に伸ばした後、その上に多層構造の光電子素子部を形成することができ、基板に対する引っ張りを解除し、単軸波状構造（Ａ）または多軸波状構造（Ｂ）を有する光電子素子を得ることができる。図３３から分かるように、クラックなしに、単軸または多軸に伸びることができる波状構造を製造することができる。
図３４は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）が駆動される様子を示す写真である。図３４の（Ａ）図面は、緑色発光素子を示し、（Ｂ）図面は、赤色発光素子を示す。本実施形態の光電子素子（発光素子）は、前変形されたＰＤＭＳ基板上に、グラフェン層と量子ドット層とを含む光電子素子部を付着させて形成したものである。ＰＤＭＳ基板と光電子素子部との間にＰＥＮ層が具備される。
図３５は、図３４の光電子素子（発光素子）を曲げて（bending）折り曲げた（folding）場合を示す写真である。図３５を参照すれば、本発明の一実施形態による光電子素子（発光素子）を曲げたり折り曲げた場合にも、電気的、光学的な特性低下なしに、正常に駆動するということが分かる。このとき、光電子素子の曲げ半径は、１ｍｍ以下でもある。
図３６は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）をストレッチングした場合を示す写真である。本実施形態の光電子素子（発光素子）は、前変形されたＰＤＭＳ基板上に、グラフェン層と量子ドット層とを含む光電子素子部を付着させて形成したものである。ＰＤＭＳ基板と光電子素子部との間に、ＰＥＮ層が具備される。ＰＥＮ層の厚みは、１２μｍであった。図３６から分かるようにに、光電子素子（発光素子）を約２３％まで引っ張り変形しても、発光特性が良好に維持されるのである。
図３７は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）のＥＬ（electroluminescence）スペクトルを示すグラフである。図３７のグラフ（Ａ）は、緑色発光素子に係わるものであり、グラフ（Ｂ）は、赤色発光素子に係わるものである。光電子素子（発光素子）の製造方法は、図３６の実施形態で説明したところと同一である。
図３７を参照すれば、グラフ（Ａ）及びグラフ（Ｂ）それぞれは、当該カラーの波長において、高い強度（intensity）を有し、ノイズ（noise）がほとんどないということを確認することができる。それぞれの素子は、量子ドットＱＤ固有の光学的性質によって、ＦＷＨＭ（full width at half maximum）が３０ｎｍ以内と狭かった。それは、それぞれの素子がすぐれた色純度を有するということを意味する。
図３８は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）の電圧−電流密度特性を示すグラフである。図３８のグラフ（Ａ）は、緑色発光素子に係わるものであり、グラフ（Ｂ）は、赤色発光素子に係わるものである。図３８において電圧は、光電子素子の２つの電極（第１電極及び第２電極）間に印加される電圧を意味し、電流密度は、これらの２つの電極間の電流密度を意味する。
図３９は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）の電圧−輝度（brightness）特性を示すグラフである。図３９のグラフ（Ａ）は、緑色発光素子に係わるものであり、グラフ（Ｂ）は、赤色発光素子に係わるものである。図３９を参照すれば、光電子素子の最大輝度は、約１，２００ｃｄ／ｍ２ほどと高かった。
図４０は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）の電流密度−発光効率特性を示すグラフである。図４０のグラフ（Ａ）は、緑色発光素子に係わるものであり、グラフ（Ｂ）は、赤色発光素子に係わるものである。図４０を参照すれば、光電子素子の最大効率は、約１ｃｄ／Ａほどと高かった。
図４１は、ＰＥＮ層のようなプラスチック物質層を使用せずに前変形されたＰＤＭＳ基板の上に、直接形成した光電子素子（発光素子）を示す写真である。前記光電子素子（発光素子）は、グラフェン−量子ドットを利用したＬＥＤ（light emitting device）である。
図４２及び図４３は、図４１の光電子素子（発光素子）の特性を評価した結果を示すグラフである。図４２は、電圧−電流密度特性を示し、図４３は、電圧−輝度特性を示す。
図４４は、前変形されたＰＤＭＳ基板上に、プラスチック物質層（ＰＥＮ層）を使用して製造した光電子素子（発光素子）を示す写真である。前記光電子素子（発光素子）は、グラフェン−量子ドットを利用したＬＥＤである。このとき、プラスチック物質層（ＰＥＮ層）の厚みは、２５μｍであった。
図４５は、図４４の光電子素子（発光素子）をストレッチングした場合を示す写真であり、図４６は、図４４の光電子素子（発光素子）を曲げた場合を示す写真である。図４５から、光電子素子（発光素子）の引っ張り変形率が約８％以上であるということが分かり、図４６から、光電子素子（発光素子）の曲げ半径が約１ｍｍ以上であるということが分かる。
図４７ないし図４９は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）の特性を評価した結果を示すグラフである。図４７は、電圧−電流密度特性を示し、図４８は、電圧−輝度特性を示し、図４９は、電流密度−発光効率特性を示す。本実施形態の光電子素子（発光素子）は、前変形された弾性基板上に、グラフェン層と量子ドット層とを含む光電子素子部を付着させて形成したものである。弾性基板と光電子素子部との間に、ＰＥＮ層が具備される。このとき、ＰＥＮ層の厚みは、１２μｍであった。前記光電子素子は、赤色発光素子である。図４８において、最大輝度は１，２００ｃｄ／ｍ２以上と高く、図４９において、最大効率は、約２．３ｃｄ／Ａほどと高く示された。
図５０は、比較例による発光素子の電流密度−発光効率特性を示すグラフである。比較例による発光素子は、ＩＴＯ（indium tin oxide）電極を使用した、量子ドット層を含む剛性発光素子（ＬＥＤ）である。図５０を参照すれば、比較例による発光素子の最大効率は、約０．４３ｃｄ／Ａほどと低かった。それは、図４９の実施形態による発光素子の最大効率が約２．３ｃｄ／Ａほどであるということと比較し、はるかに低い数値である。
図５１は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）を適用したＰＰＧ（photoplethysmography）センサを利用して、被検体（人）の心臓拍動数を測定した結果を示すグラフである。ＰＰＧセンサは、被検体の指に差し入れられた形態を有し、実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）は、ＰＰＧセンサの光源として使用される。このとき、光源に対して、ウェアラブル／ストレッチャブル／フォールダブルの特性が要求される。ＰＰＧセンサは、指のような人体部位において、血流による光の透過度変化を感知し、心臓拍動数を測定するのに使用される。
図５１を参照し、ＰＰＧ信号パルス（signal pulses）が反復的に明らかに良好に示されるということを確認することができる。それを介して、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子がＰＰＧセンサとして良好に動作するということが分かる。
図５２は、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子（発光素子）を適用したＰＰＧセンサを利用して測定されたＰＰＧ信号パルス（signal pulses）のうち１周期に対応するパルスを示すグラフである。
図５３は、比較例による発光素子を適用したＰＰＧセンサを利用して測定されたＰＰＧ信号パルス（signal pulses）のうち１周期に対応するパルスを示すグラフである。ここで、比較例による発光素子は、図５０で説明した比較例による発光素子と同一である。
図５２及び図５３を比較すれば、比較例による発光素子を利用する場合（図５３）、実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を利用する場合（図５２）より、ノイズが大きく増加し、信号状態が好ましくないということが分かる。結果的に、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を利用する場合、優秀な測定特性を確保する可能性があるということが分かる。
図５４は、本発明の一実施形態によるセンサシステム（sensor system）を示すシステム図面である。
図５４を参照すれば、該センサシステムは、モバイル機器素子（mobile equipment device）と電子パッチ（electronic patch）とを使用して具現される。モバイル機器素子は、コントローラ（controller）、通信チップ（communication chip）（例えば、ラジオチップセット（radio chipset））、駆動集積回路（drive ＩＣ（integratedcircuit））及びアプリケーションプロセッサ（ＡＰ：application processor）を含んでもよい。アプリケーションプロセッサ（ＡＰ）は、ＣＰＵ（cenral processing unit）、ＲＡＭ（random access memory）及びメモリチップ（memory chip）を含んでもよい。電子パッチ（electronic patch）は、アンテナ（antenna）、通信チップ（communication chip）（例えば、ラジオチップセット）、スーパーキャパシタ（supercapacitor）及び光電子センサ（optoelectronic sensor）を含んでもよい。光電子センサ（optoelectronic sensor）は、図１ないし図１５を参照して説明した実施形態による少なくとも１つのストレッチャブル素子に連結されたセンサ回路（sensor circuit）を含んでもよい。
モバイル機器素子内に具備された通信チップ（communication chip）は、アンテナ（antenna）に連結される。電子パッチ内に具備された通信チップも、アンテナに連結される。このようなアンテナを使用して、モバイル機器素子と電子パッチは、電力（power）及びデータ信号（data signal）を相互交換することができる。
アプリケーションプロセッサ（ＡＰ）に具備されたメモリチップ（memory chip）は、フラッシュメモリ、相変化メモリ（ＰＲＡＭ）、磁気メモリ（ＭＲＡＭ）、抵抗性メモリ（ＲｅＲＡＭ）または強誘電性メモリ（ＦＲＡＭ（登録商標））のような不揮発性メモリ素子でもある。
モバイル機器素子が、電子パッチと通信近接距離内にあるとき、例えば、モバイル機器素子が、電子パッチと隣接しているとき、電子パッチは、モバイル機器素子から電力及びデータ信号を受信することができる。電力及びデータ信号は、電子パッチのアンテナによって受信され、電子パッチの通信チップ及びスーパーキャパシタに伝送される。言い換えれば、電子パッチによって受信された電力及びデータ信号は、電子パッチのアンテナを介して、通信チップ及びスーパーキャパシタに伝送される。スーパーキャパシタは、光電子センサの動作のために、光電子センサに電力を提供することができる。
光電子センサが光を感知したとき、光電子センサは、電子パッチの通信チップに信号を伝送することができる。電子パッチの通信チップは、光電子センサから受信した信号を処理し、処理された信号を、アンテナを使用して、電力及びデータ信号として伝送することができる。モバイル機器素子の通信チップは、電力及びデータ信号を受信し、それをコントローラに伝送することができる。コントローラは、受信された電力及びデータ信号を、アプリケーションプロセッサ（ＡＰ）に伝送することができ、受信された信号は、ＣＰＵによって分析され、メモリチップ内に保存される。また、アプリケーションプロセッサ（ＡＰ）は、駆動集積回路を使用して、モバイル機器素子の通信チップを制御することができる。
図５５は、本発明の一実施形態によるセンサシステム（sensor system）の回路図である。
図５５を参照すれば、光電子素子から発生された信号を処理するように構成された回路は、センシングユニット（sensing unit）、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ：high pass filter）、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：low pass filter）及び利得増幅器（gain amplifier）を含んでもよい。センシングユニットは、発光素子ＬＥＤ及びフォトダイオードＰＤを含んでもよい。発光素子ＬＥＤ及び／またはフォトダイオードＰＤは、図１ないし図１５を参照して説明した実施形態に他のストレッチャブル素子のうち少なくとも一つを含んでもよい。発光素子ＬＥＤの一端は、発光素子ＬＥＤとパワーサプライピン（power supply pin）ＶＣＣとの間に具備された第１抵抗Ｒ１に連結される。発光素子ＬＥＤの他端は、接地ピン（ground pin）ＧＮＤと第２抵抗Ｒ２との間のノード（node）に連結される。フォトダイオードＰＤの一端は、パワーサプライピンＶＣＣに連結される。フォトダイオードＰＤの他端は、第２抵抗Ｒ２と、ハイパスフィルタＨＰＦの第１キャパシタＣ１とに連結されたライン間のノードに連結される。
ハイパスフィルタＨＰＦは、第１キャパシタＣ１と第２キャパシタＣ２、動作増幅器（operation amplifier；ＨＰＦ動作増幅器）及び複数の抵抗Ｒ３〜Ｒ６を含んでもよい。第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２は、ＨＰＦ動作増幅器の第１端子に連結される。第１端子は、正（＋）の端子でもある。接地ピンＧＮＤは、また第２キャパシタＣ２と第１端子との間のノードに、第３抵抗Ｒ３を介して連結される。第１キャパシタＣ１及び第２キャパシタＣ２間のノードは、直列に連結された抵抗Ｒ４〜Ｒ６を介して、接地ピンＧＮＤに連結される。第５抵抗Ｒ５及び第６抵抗Ｒ６の間のノードは、ＨＰＦ動作増幅器の第２端子に連結される。第２端子は、負（−）の端子でもある。
図５５に図示されているように、ローパスフィルタＬＰＦは、抵抗Ｒ７〜Ｒ１０、キャパシタＣ３，Ｃ４及び動作増幅器（ＬＰＦ動作増幅器）を含んでもよい。ＨＰＦ動作増幅器の出力端は、ローパスフィルタＬＰＦの第７抵抗Ｒ７の一端に連結される。第７抵抗Ｒ７及び第８抵抗Ｒ８は、ＬＰＦ動作増幅器の第１端子に直列に連結される。第１端子は、正（＋）の端子でもある。第３キャパシタＣ３、第９抵抗Ｒ９及び第１０抵抗Ｒ１０は、第７抵抗Ｒ７と第８抵抗Ｒ８との間のノードと、接地ピンＧＮＤとの間に直列に連結される。第９抵抗Ｒ９と第１０抵抗Ｒ１０との間のノードは、ＬＰＦ動作増幅器の第２端子に連結される。ＬＰＦ動作増幅器の第２端子は、負（−）の端子でもある。
利得増幅器は、動作増幅器（利得動作増幅器）及び抵抗Ｒ１１，Ｒ１２を含んでもよい。抵抗Ｒ１１，Ｒ１２は、利得動作増幅器の出力端と接地ピンＧＮＤとの間に直列に連結される。ＬＰＦ動作増幅器の出力端は、利得動作増幅器の第１端子に連結される。利得動作増幅器の第１端子は、正（＋）の端子でもある。利得動作増幅器の第２端子は、第１１抵抗Ｒ１１と第１２抵抗Ｒ１２との間のノードに連結される。利得動作増幅器の第２端子は、負（−）の端子でもある。
以上での説明のように、本発明の一実施形態によれば、優秀な特性を有するストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を具現することができる。このようなストレッチャブル／フォールダブル光電子素子は、優秀な耐久性を有することができる。光電子素子部の波状構造が伸びても、波状構造が平面的構造になるまでは、電気的、光学的な特性が安定して維持される。また、光電子素子部が力学的中立面あるいはその近傍に位置する場合、素子が大きく反復して変形しても、光電子素子部は、応力を受けないか、あるいはほとんど受けない。また、グラフェンは、優秀な柔軟性を有して機械的強度にすぐれるために、１ｍｍ以下の曲げ半径でも、本来の特性／機能を良好に維持することができ、波状構造内で自由に伸びることができる。また、量子ドットは、高い色純度、高い量子収率、高安定性及び自体発光特性を有し、ドットサイズの調節による色調節が容易であり、波状構造内でストレッチャブル及びフォールダブルな特性を有することができる。量子ドットを含む層は、発光層でもあるので、前記ストレッチャブル／フォールダブル光電子素子は、発光面自体が伸びたり折り曲がったりする素子でもある。このようなストレッチャブル／フォールダブル光電子素子は、約５％以上、または約１００％以上の引っ張り変形率を有し、１ｍｍ以下の曲げ半径でも、輝度や発光効率の低下なしに正常に駆動される。
本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子は、次世代モバイルディスプレイ、ストレッチャブル面発光装置、屈曲があるガラス面に付着して使用する透明ディスプレイ、ウェアラブルディスプレイ、バイオセンシングのためのパッチタイプ光源、ＰＰＧセンサ、外科手術用グローブに適用される光源など多様な分野のさまざまな用途に使用される。ここで提示した分野は、例示的なものであり、それ以外に他の多様な分野にも、前記ストレッチャブル／フォールダブル光電子素子を適用することができる。
前述のところで多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するものとするよりも、具体的な実施形態の例示として解釈されなければならない。例えば、本発明が属する技術分野で当業者であるならば、図１ないし図１５のストレッチャブル／フォールダブル光電子素子の構成が多様に変化されるということが分かるであろう。具体的な例として、グラフェン層及び量子ドット含有層のうち少なくとも一つは、他の物質で代替され、光電子素子部の積層構造は、多様に変化されるということが分かるであろう。また、図１７ないし図２４を参照して説明したストレッチャブル／フォールダブル光電子素子の製造方法も多様に変化される可能性があるということが分かるであろう。そして、本発明の一実施形態によるストレッチャブル／フォールダブル光電子素子に適用された原理／思想は、光電子素子だけではなく、それ以外の他素子にも適用されるということが分かるであろう。従って、本発明の範囲は、説明された実施形態によって決められるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想によって定められるものである。
本発明のストレッチャブル／フォールダブル光電子素子及びその製造方法、並びに該光電子素子を含む装置は、例えば、フレキシブルエレクトロニクス／ストレッチャブルエレクトロニクス関連の技術分野に効果的に適用可能である。
Ｓ１０〜Ｓ１５ 基板
Ｄ１０〜Ｄ１５ 光電子素子部
Ｃ１０〜Ｃ１５ キャッピング層
Ｐ１０〜Ｐ１２，Ｐ１５ プラスチック物質層
Ｂ１２，Ｂ１４ 接着層
ＰＭ１４ ポリマー層
Ｅ１１〜Ｅ１５ 第１電極
Ｅ２１〜Ｅ２５ 第２電極
ＬＥ１１〜ＬＥ１５ 発光層
ＥＴＬ１１〜ＥＴＬ１５ 電子輸送層
ＨＴＬ１１〜ＨＴＬ１５ 正孔輸送層
ＨＩＬ１１〜ＨＩＬ１５ 正孔注入層
Ｍ１５ 金属層
ＣＲ１ 第１コンタクト領域
ＣＲ２ 第２コンタクト領域
ＱＤＬ１ 量子ドット含有層
１００，１００Ａ〜１００Ｋ 光電子素子

Claims (51)

  1. 弾性ポリマーを含み、伸びる特性を有する基板と、
    前記基板上に具備され、グラフェン層及び量子ドット含有層を含み、波状構造を有して伸びる特性を有する光電子素子部と、を具備するストレッチャブル光電子素子。
  2. 前記光電子素子部上に、弾性ポリマーを含み、伸びる特性を有するキャッピング層をさらに具備することを特徴とする請求項１に記載のストレッチャブル光電子素子。
  3. 前記光電子素子部は、力学的中立面（ＭＮＰ）あるいはその近傍に位置することを特徴とする請求項２に記載のストレッチャブル光電子素子。
  4. 前記光電子素子部の一面に具備されたプラスチック物質層をさらに含み、
    前記基板と前記光電子素子部との間に、前記プラスチック物質層が具備されるか、前記基板と前記プラスチック物質層との間に、前記光電子素子部が具備されたことを特徴とする請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のストレッチャブル光電子素子。
  5. 前記プラスチック物質層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項４に記載のストレッチャブル光電子素子。
  6. 前記プラスチック物質層は、０．５μｍ〜３０μｍの厚みを有することを特徴とする請求項４または５に記載のストレッチャブル光電子素子。
  7. 前記光電子素子部の波状構造の平均波長は、１０μｍ〜２ｍｍであり、平均振幅は、１００ｎｍ〜１ｍｍであることを特徴とする請求項１ないし６のうちいずれか１項に記載のストレッチャブル光電子素子。
  8. 前記光電子素子部は、発光素子部、光発電素子部及び光検出素子部のうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１ないし７のうちいずれか１項に記載のストレッチャブル光電子素子。
  9. 前記光電子素子部は、前記基板側から順に具備された、第１電極、発光層及び第２電極を含み、
    前記第１電極及び第２電極のうち一つは、正極であり、前記正極は、前記グラフェン層を含み、
    前記発光層は、前記量子ドット含有層を含むことを特徴とする請求項１に記載のストレッチャブル光電子素子。
  10. 前記光電子素子部は、
    前記第１電極及び第２電極のうちの正極と、前記発光層との間に具備された正孔輸送層と、
    前記第１電極及び第２電極のうちの負極と、前記発光層との間に具備された電子輸送層と、のうち少なくとも１層をさらに含むことを特徴とする請求項９に記載のストレッチャブル光電子素子。
  11. 前記光電子素子部は、
    前記正極と前記正孔輸送層との間に具備された正孔注入層をさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載のストレッチャブル光電子素子。
  12. 前記光電子素子部は、前記グラフェン層に接触したポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載のストレッチャブル光電子素子。
  13. 前記グラフェン層は、ｐ型ドーパントでドーピングされたことを特徴とする請求項１に記載のストレッチャブル光電子素子。
  14. 前記基板の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含み、選択的に、
    前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１に記載のストレッチャブル光電子素子。
  15. 前記キャッピング層の弾性ポリマーは、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー、アクリレートターポリマー及びシリコンベース・ポリマーのうち少なくとも一つを含み、選択的に、
    前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２に記載のストレッチャブル光電子素子。
  16. 前記ストレッチャブル光電子素子は、５％以上の変形率を有することを特徴とする請求項１に記載のストレッチャブル光電子素子。
  17. 前記ストレッチャブル光電子素子は、フォールダブル素子であることを特徴とする請求項１に記載のストレッチャブル光電子素子。
  18. 請求項１ないし１７のうちいずれか１項に記載のストレッチャブル光電子素子を含む装置。
  19. 弾性ポリマーを含む第１物質層と、
    前記第１物質層に対向し、弾性ポリマーを含む第２物質層と、
    前記第１物質層及び第２物質層の間に具備され、量子ドットを有する発光層を含み、前記発光層の発光面が伸びたり折れ曲がったりするように構成された発光素子部と、を具備する発光素子。
  20. 前記発光素子部は、グラフェン層をさらに含み、
    前記グラフェン層は、前記第１物質層と前記発光層との間、または前記第２物質層と前記発光層との間に配置されたことを特徴とする請求項１９に記載の発光素子。
  21. 前記第１物質層と前記発光素子部との間、または前記第２物質層と前記発光素子部との間に具備されたプラスチック層をさらに含み、
    前記グラフェン層は、前記プラスチック層と前記量子ドット含有層との間に配置されたことを特徴とする請求項２０に記載の発光素子。
  22. 前記プラスチック層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２１に記載の発光素子。
  23. 前記発光素子部は、前記第１物質層側または第２物質層側から順に具備された、第１電極、正孔輸送層、前記発光層、電子輸送層及び第２電極を含み、
    前記第１電極は、グラフェンを含むことを特徴とする請求項１９に記載の発光素子。
  24. 前記発光素子部は、波状構造を有することを特徴とする請求項１９ないし２３のうちいずれか１項に記載の発光素子。
  25. 前記第１物質層の弾性ポリマー、及び前記第２物質層の弾性ポリマーのうち少なくとも一つは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含み、選択的に、
    前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１９に記載の発光素子。
  26. 請求項１９ないし２５のうちいずれか１項に記載の発光素子を含む装置。
  27. 第１基板上にプラスチック層を形成する段階と、
    前記プラスチック層上に、グラフェン層及び量子ドット含有層を含む光電子素子部を形成する段階と、
    前記第１基板から、前記プラスチック層と光電子素子部とを含む積層構造物を分離する段階と、
    弾性ポリマーを含む第２基板を水平方向に引っ張った状態で、前記第２基板上に、前記積層構造物を付着させる段階と、
    前記第２基板に対する引っ張りを解除し、前記光電子素子部に波状構造を形成する段階と、を含むストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  28. 前記光電子素子部上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層を形成する段層をさらに含むことを特徴とする請求項２７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  29. 前記プラスチック層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  30. 前記光電子素子部を形成する段階は、前記プラスチック層上に、第１電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び第２電極を順に形成する段層を含み、
    前記第１電極は、前記グラフェン層を含み、前記発光層は、前記量子ドット含有層を含むことを特徴とする請求項２７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  31. 前記第２基板上に、前記積層構造物を付着させる段階において、
    前記プラスチック層が、前記第２基板と前記光電子素子部との間に配置されることを特徴とする請求項２７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  32. 前記第２基板上に、前記積層構造物を付着させる段階において、
    前記光電子素子部が、前記第２基板と前記プラスチック層との間に配置されることを特徴とする請求項２７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  33. 前記第２基板と前記光電子素子部との間に接着層がさらに具備されることを特徴とする請求項３２に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  34. 前記第２基板の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含み、選択的に、
    前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  35. 前記キャッピング層の弾性ポリマーは、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー、アクリレートターポリマー及びシリコンベース・ポリマーのうち少なくとも一つを含み、選択的に、
    前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項２８に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  36. 前記第１基板は、剛性基板上に具備されたポリマー基板を含み、前記剛性基板は、前記ポリマー基板よりも高い剛性を有することを特徴とする請求項２７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  37. 弾性ポリマーを含む基板を水平方向に引っ張る段階と、
    前記引っ張られた基板上に、グラフェン層及び量子ドット含有層を含む光電子素子部を形成する段階と、
    前記基板に対する引っ張りを解除し、前記光電子素子部に波状構造を形成する段階と、を含むストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  38. 前記光電子素子部を形成する段階において、
    前記グラフェン層は、前記基板に接触することを特徴とする請求項３７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  39. 前記光電子素子部を形成する段階は、前記基板上に、第１電極、正孔輸送層、発光層、電子輸送層及び第２電極を順に形成する段層を含み、
    前記第１電極は、前記グラフェン層を含み、前記発光層は、前記量子ドット含有層を含むことを特徴とする請求項３７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  40. 前記光電子素子部は、他の基板上に形成された後、前記引っ張られた基板上に付着され、
    前記引っ張られた基板と前記グラフェン層との間に、前記量子ドット含有層が配置されることを特徴とする請求項３７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  41. 前記光電子素子部上に、弾性ポリマーを含むキャッピング層を形成する段層をさらに含むことを特徴とする請求項３７ないし４０のうちいずれか１項に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  42. 前記基板の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン、ポリウレタンアクリレート、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含み、選択的に、
    前記シリコンベース・ポリマーは、ポリジメチルシロキサン、ポリフェニル−メチルシロキサン及びヘキサメチルジシロキサンのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項３７に記載のストレッチャブル光電子素子の製造方法。
  43. 弾性ポリマーを含み、伸びる特性を有する基板と、
    前記基板上に具備された光電子素子部と、を含み、
    前記光電子素子部は、グラフェン層及びアクティブ層を含み、
    前記アクティブ層は、前記グラフェン層上に、または前記グラフェン層と前記基板との間に具備され、
    前記アクティブ層は、量子ドット、発光ナノ物質及びＴＭＤＣのうち少なくとも一つを含み、
    前記光電子素子部は、引っ張り応力が印加されていない状態で波状構造を有し、
    前記光電子素子部は、引っ張り応力が印加された程度によって、前記波状構造から平面形構造に変形されるように構成されたストレッチャブル光電子素子。
  44. 前記基板の弾性ポリマーは、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリウレタンアクリレート（ＰＵＡ）、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項４３に記載のストレッチャブル光電子素子。
  45. 前記光電子素子部上に具備されたキャッピング層をさらに含み、
    前記光電子素子部は、前記基板と前記キャッピング層との間に具備され、
    前記キャッピング層は、シリコンベース・ポリマー、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリウレタンアクリレート（ＰＵＡ）、アクリレートポリマー及びアクリレートターポリマーのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項４３または４４に記載のストレッチャブル光電子素子。
  46. 前記アクティブ層は、量子ドットを含み、
    前記量子ドットは、単層構造または多層構造を形成することを特徴とする請求項４３ないし４５のうちいずれか１項に記載のストレッチャブル光電子素子。
  47. 前記グラフェン層は、前記光電子素子部の第１電極であり、
    前記光電子素子部は、前記アクティブ層に連結された第２電極をさらに含み、
    前記光電子素子部は、前記グラフェン層と前記アクティブ層との間に具備された正孔輸送層、及び前記第２電極と前記アクティブ層との間に具備された電子輸送層のうち少なくとも１層をさらに含むことを特徴とする請求項４３ないし４６のうちいずれか１項に記載のストレッチャブル光電子素子。
  48. 前記アクティブ層は、前記正孔輸送層及び前記電子輸送層のうち少なくとも１層に直接接触したことを特徴とする請求項４７に記載のストレッチャブル光電子素子。
  49. 前記ストレッチャブル光電子素子は、プラスチック物質層をさらに含み、
    前記プラスチック物質層は、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）のうち少なくとも一つを含み、
    前記プラスチック物質層は、前記光電子素子部上に具備されるか、あるいは前記光電子素子部と前記基板との間に具備されたことを特徴とする請求項４３ないし４８のうちいずれか１項に記載のストレッチャブル光電子素子。
  50. 請求項４３ないし４９のうちいずれか１項に記載のストレッチャブル光電子素子を含む電子パッチと、
    前記電子パッチと、データ及び電力信号を交換するように構成されたモバイル機器素子と、を含むセンサシステム。
  51. 請求項４３ないし４９のうちいずれか１項に記載のストレッチャブル光電子素子を含むセンシングユニットと、
    前記センシングユニットに連結されたフィルタ回路と、
    前記フィルタ回路に連結された利得増幅回路と、を含むセンサ回路。
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