KR20160040048A - 스트레처블/폴더블 광전자소자와 그 제조방법 및 광전자소자를 포함하는 장치 - Google Patents

스트레처블/폴더블 광전자소자와 그 제조방법 및 광전자소자를 포함하는 장치 Download PDF

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Abstract

인장 가능하거나 접을 수 있는 광전자소자(즉, stretchable and/or foldable optoelectronic device)와 그 제조방법 및 상기 광전자소자를 포함하는 장치에 관해 개시되어 있다. 개시된 광전자소자는 탄성 폴리머를 포함하고 늘어나는 특성을 갖는 기판 및 상기 기판 상에 웨이비 구조(wavy structure)를 갖는 광전자소자부를 포함할 수 있다. 상기 광전자소자부는 그래핀층과 양자점 함유층을 포함할 수 있다. 상기 광전자소자부는 웨이비 구조에 의해 늘어나는 특성을 가질 수 있다. 상기 광전자소자부 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층이 더 구비될 수 있다. 상기 광전자소자부의 적어도 일면에 플라스틱 물질층이 더 구비될 수 있다.

Description

스트레처블/폴더블 광전자소자와 그 제조방법 및 광전자소자를 포함하는 장치{Stretchable/foldable optoelectronic device, method of manufacturing the same and apparatus including the optoelectronic device}
인장 가능하거나 접을 수 있는 광전자소자(즉, stretchable and/or foldable optoelectronic device)와 그 제조방법 및 상기 광전자소자를 포함하는 장치에 관한 것이다.
최근, 휘어지는 전자장치, 즉, 플렉서블(flexible) 전자장치에 대한 관심이 높아지고 있다. 플렉서블 일렉트로닉스(flexible electronics)는 플라스틱과 같이 휘어지는 기판에 전자소자를 실장하여 구부리거나 접을 수 있는 전자회로/장치를 구현하는 기술이다. 특히, 플렉서블 일렉트로닉스는 디스플레이(display) 분야에서 차세대 기술로 주목받고 있다.
플렉서블 전자장치와 더불어 늘어나는(인장 가능한) 전자장치, 즉, 스트레처블 전자장치(stretchable electronic device)에 대한 필요성이 대두되고 있다. 플렉서블 전자장치는 전체 길이는 그대로 유지하면서 휘어지는 장치인데 반해 스트레처블 전자장치는 휘어질 뿐 아니라 길이가 늘어나는 장치이다. 스트레처블 일렉트로닉스(stretchable electronics)는 전자기기의 새로운 적용분야를 가능하게 하는 기술로 기대되고 있다.
우수한 특성을 갖는 스트레처블/폴더블 광전자소자(stretchable/foldable optoelectronic device)를 제공한다.
그래핀 및/또는 양자점 함유층을 포함하는 스트레처블/폴더블 광전자소자를 제공한다.
내구성이 우수한 스트레처블/폴더블 광전자소자를 제공한다. 반복적인 스트레칭(stretching) 및/또는 접는(folding) 동작에서도 특성 및 효율 저하 없이 정상적으로 구동할 수 있는 스트레처블/폴더블 광전자소자를 제공한다.
액티브면(ex, 발광면) 자체가 늘어나거나 접힐 수 있는 스트레처블/폴더블 광전자소자를 제공한다.
상기 스트레처블/폴더블 광전자소자의 제조방법을 제공한다.
상기 스트레처블/폴더블 광전자소자를 포함하는 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면(aspect)에 따르면, 탄성 폴리머를 포함하고 늘어나는 특성을 갖는 기판; 및 상기 기판 상에 구비된 것으로, 그래핀층과 양자점 함유층을 포함하고, 웨이비 구조(wavy structure)를 가져 늘어나는 특성을 갖는 광전자소자부;를 구비하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)가 제공된다.
상기 광전자소자부 상에, 탄성 폴리머를 포함하고 늘어나는 특성을 갖는 캡핑층이 더 구비될 수 있다.
상기 광전자소자부는 역학적 중립면(mechanical neutral plane) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다.
상기 광전자소자부의 일면에 구비된 플라스틱 물질층을 더 포함할 수 있다. 상기 기판과 상기 광전자소자부 사이에 상기 플라스틱 물질층이 구비되거나, 상기 기판과 상기 플라스틱 물질층 사이에 상기 광전자소자부가 구비될 수 있다.
상기 플라스틱 물질층은 polyethylene naphthalate(PEN), polyimide(PI), polyethylene terephthalate(PET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 플라스틱 물질층은 0.5㎛ ∼ 30㎛ 정도의 두께를 가질 수 있다.
상기 광전자소자부의 웨이비 구조(wavy structure)의 평균 파장(average wavelength)은 10㎛ ∼ 2㎜ 정도일 수 있고, 평균 진폭(average amplitude)은 100㎚ ∼ 1㎜ 정도일 수 있다.
상기 광전자소자부는 발광소자부(light emitting device portion), 광발전소자부(photovoltaic device portion) 및 광검출소자부(photo-detecting device portion) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 광전자소자부는 상기 기판 측으로부터 순차로 구비된 제1 전극, 발광층 및 제2 전극을 포함할 수 있고, 상기 제1 및 제2 전극 중 양극(anode)은 상기 그래핀층을 포함할 수 있고, 상기 발광층은 상기 양자점 함유층을 포함할 수 있다.
상기 광전자소자부는 상기 제1 및 제2 전극 중 양극(anode)과 상기 발광층 사이에 구비된 정공수송층; 및 상기 제1 및 제2 전극 중 음극(cathode)과 상기 발광층 사이에 구비된 전자수송층; 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
상기 광전자소자부는 상기 양극과 상기 정공수송층 사이에 구비된 정공주입층을 더 포함할 수 있다.
상기 광전자소자부는 상기 그래핀층에 접촉된 PEDOT층을 더 포함할 수 있다.
상기 그래핀층은 p형 도펀트로 도핑될 수 있다.
상기 기판의 탄성 폴리머는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로(optionally), 상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 캡핑층의 탄성 폴리머는 polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer,　acrylate terpolymer 및 silicone-based polymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로(optionally), 상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 스트레처블 광전자소자는 약 5% 이상의 변형률을 가질 수 있다.
상기 스트레처블 광전자소자는 폴더블 소자(foldable device)일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 탄성 폴리머를 포함하는 제1 물질층; 상기 제1 물질층에 대향하는 것으로, 탄성 폴리머를 포함하는 제2 물질층; 상기 제1 및 제2 물질층 사이에 구비된 것으로, 양자점을 갖는 발광층을 포함하고, 상기 발광층의 발광면이 늘어나거나 접힐 수 있도록 구성된 발광소자부;를 구비하는 발광소자가 제공된다.
상기 발광소자부는 그래핀층을 더 포함할 수 있다.
상기 그래핀층은 상기 제1 물질층과 상기 발광층 사이에 배치되거나, 상기 제2 물질층과 상기 발광층 사이에 배치될 수 있다.
상기 제1 물질층과 상기 발광소자부 사이 또는 상기 제2 물질층과 상기 발광소자부 사이에 플라스틱층이 더 구비될 수 있다.
상기 그래핀층은 상기 플라스틱층과 상기 양자점 함유층 사이에 배치될 수 있다.
상기 플라스틱층은 polyethylene naphthalate(PEN), polyimide(PI), polyethylene terephthalate(PET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 발광소자부는 상기 제1 물질층 또는 제2 물질층 측으로부터 순차로 구비된 제1 전극, 정공수송층, 상기 발광층, 전자수송층 및 제2 전극을 포함할 수 있고, 상기 제1 전극은 그래핀을 포함할 수 있다.
상기 발광소자부는 웨이비 구조(wavy structure)를 가질 수 있다.
상기 제1 물질층의 탄성 폴리머와 상기 제2 물질층의 탄성 폴리머 중 적어도 하나는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로, 상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기한 발광소자(스트레처블/폴더블 발광소자)를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 제1 기판 상에 플라스틱층을 형성하는 단계; 상기 플라스틱층 상에 그래핀층과 양자점 함유층을 포함하는 광전자소자부를 형성하는 단계; 상기 제1 기판으로부터 상기 플라스틱층과 광전자소자부를 포함하는 적층구조물을 분리하는 단계; 탄성 폴리머를 포함하는 제2 기판을 수평 방향으로 인장한 상태에서, 상기 제2 기판 상에 상기 적층구조물을 부착하는 단계; 및 상기 제2 기판에 대한 인장을 해제하여 상기 광전자소자부에 웨이비 구조(wavy structure)를 형성하는 단계;를 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)의 제조방법이 제공된다.
상기 제조방법은 상기 광전자소자부 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 플라스틱층은 polyethylene naphthalate(PEN), polyimide(PI), polyethylene terephthalate(PET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광전자소자부를 형성하는 단계는 상기 플라스틱층 상에 제1 전극, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 제2 전극을 순차로 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극은 상기 그래핀층을 포함할 수 있고, 상기 발광층은 상기 양자점 함유층을 포함할 수 있다.
상기 제2 기판 상에 상기 적층구조물을 부착하는 단계에서, 상기 플라스틱층이 상기 제2 기판과 상기 광전자소자부 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2 기판 상에 상기 적층구조물을 부착하는 단계에서, 상기 광전자소자부가 상기 제2 기판과 상기 플라스틱층 사이에 배치될 수 있다.
상기 제2 기판과 상기 광전자소자부 사이에 접착층이 더 구비될 수 있다.
상기 제2 기판의 탄성 폴리머는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로(optionally), 상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 캡핑층의 탄성 폴리머는 polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer,　acrylate terpolymer 및 silicone-based polymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로(optionally), 상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 기판은 유리기판 및 상기 유리기판 상에 구비된 폴리머기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 탄성 폴리머를 포함하는 기판을 수평 방향으로 인장하는 단계; 상기 인장된 기판 상에 그래핀층과 양자점 함유층을 포함하는 광전자소자부를 형성하는 단계; 및 상기 기판에 대한 인장을 해제하여 상기 광전자소자부에 웨이비 구조(wavy structure)를 형성하는 단계;를 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)의 제조방법이 제공된다.
상기 광전자소자부를 형성하는 단계에서, 상기 그래핀층은 상기 기판에 접촉될 수 있다.
상기 광전자소자부를 형성하는 단계는 상기 기판 상에 제1 전극, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 제2 전극을 순차로 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제1 전극은 상기 그래핀층을 포함할 수 있고, 상기 발광층은 상기 양자점 함유층을 포함할 수 있다.
상기 광전자소자부는 다른 기판 상에 형성된 후, 상기 인장된 기판 상에 부착될 수 있고, 상기 인장된 기판과 상기 그래핀층 사이에 상기 양자점 함유층이 배치될 수 있다.
상기 광전자소자부 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판의 탄성 폴리머는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로(optionally), 상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 캡핑층의 탄성 폴리머는 polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer,　acrylate terpolymer 및 silicone-based polymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 선택적으로(optionally), 상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
우수한 특성을 갖는 스트레처블/폴더블 광전자소자(stretchable/foldable optoelectronic device)를 구현할 수 있다. 그래핀 및/또는 양자점 함유층을 포함하는 스트레처블/폴더블 광전자소자를 구현할 수 있다. 내구성이 우수한 스트레처블/폴더블 광전자소자를 구현할 수 있다. 반복적인 스트레칭(stretching) 및/또는 접는(folding) 동작에서도 특성 및 효율 저하 없이 정상적으로 구동할 수 있는 스트레처블/폴더블 광전자소자를 구현할 수 있다. 액티브면(ex, 발광면) 자체가 늘어나거나 접힐 수 있는 스트레처블/폴더블 광전자소자를 구현할 수 있다. 이러한 스트레처블/폴더블 광전자소자는 다양한 분야(디스플레이, 전자장치, 웨어러블 장치 등)에 여러 가지 용도로 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자 단면도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자 단면도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자 단면도이다.
도 15는 도 14의 스트레처블 광전자소자를 단순화하여 도시한 단면도이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자에 사용될 수 있는 양자점 함유층의 구성을 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 17a 내지 도 17f는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 19a 내지 도 19d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 21a 내지 도 21c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 22는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 23a 내지 도 23d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 24는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자의 제조방법을 설명하기 위한 단면도이다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자에 적용될 수 있는 그래핀/PEDOT 적층구조의 웨이비 구조(wavy structure)를 보여주는 평면사진이다.
도 26은 그래핀/PEDOT 적층구조에서 PEDOT층의 두께에 따른 웨이비 구조(wavy structure)의 파장 변화를 보여주는 그래프이다.
도 27은 그래핀/PEDOT 적층구조의 스트레칭(stretching)에 따른 모폴로지(morphology) 변화를 보여주는 평면사진이다.
도 28은 웨이비 구조를 갖는 그래핀/PEDOT 적층구조의 변형률에 따른 면저항(sheet resistance)(Ω/sq)의 변화를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 29는 웨이비 구조(wavy structure)를 갖는 PDMS/그래핀/PEDOT 적층구조의 투과율(transmittance)을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 30은 전변형된(prestrained) PDMS 기판 위에 트랜스퍼 프린팅(transfer printing)된 양자점층(QD layer)의 웨이비 구조(wavy structure)를 보여주는 평면사진이다.
도 31은 전변형된(prestrained) PDMS 기판 위에 트랜스퍼 프린팅(transfer printing)된 양자점층(QD layer)의 두께에 따른 웨이비 구조(wavy structure)의 파장 변화를 보여주는 그래프이다.
도 32는 탄성 기판(Ecoflex 기판) 상에 형성된 PEN/그래핀 적층구조의 스트레칭(stretching)에 따른 모폴로지(morphology) 변화를 보여주는 평면사진이다.
도 33의 (A) 및 (B)는 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자의 단축 웨이비 구조(uniaxial wavy structure) 및 다축 웨이비 구조(multiaxial wavy structure)를 보여주는 평면사진이다.
도 34는 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)가 구동되는 모습을 보여주는 사진이다.
도 35는 도 34의 광전자소자(발광소자)를 구부리고(bending) 접은(folding) 경우를 보여주는 사진이다.
도 36은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)를 스트레칭한 경우를 보여주는 사진이다.
도 37은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 EL(electroluminescence) 스펙트럼을 보여주는 그래프이다.
도 38은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 전압(voltage)-전류밀도(current density) 특성을 보여주는 그래프이다.
도 39는 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 전압(voltage)-휘도(brightness) 특성을 보여주는 그래프이다.
도 40은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 전류밀도(current density)-발광효율(luminous efficiency) 특성을 보여주는 그래프이다.
도 41은 PEN층과 같은 플라스틱 물질층을 사용하지 않고 전변형된(prestrained) PDMS 기판 위에 직접 형성한 광전자소자(발광소자)를 보여주는 사진이다.
도 42는 도 41의 광전자소자(발광소자)의 전압-전류밀도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 43은 도 41의 광전자소자(발광소자)의 전압-휘도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 44는 전변형된(prestrained) PDMS 기판 위에 플라스틱 물질층(PEN층)을 사용하여 제조한 광전자소자(발광소자)를 보여주는 사진이다.
도 45은 도 45의 광전자소자(발광소자)를 스트레칭한 경우를 보여주는 사진이다.
도 46은 도 45의 광전자소자(발광소자)를 구부린 경우를 보여주는 사진이다.
도 47은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 전압-전류밀도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 48은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 전압-휘도 특성을 보여주는 그래프이다.
도 49는 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 전류밀도-발광효율 특성을 보여주는 그래프이다.
도 50은 비교예에 따른 발광소자의 전류밀도-발광효율 특성을 보여주는 그래프이다.
도 51은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)를 적용한 PPG(photoplethysmography) 센서를 이용해서 피검체(사람)의 심박수를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 52는 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)를 적용한 PPG 센서를 이용해서 측정된 PPG 신호 펄스(signal pulses) 중 한 주기에 대응하는 펄스를 보여주는 그래프이다.
도 53은 비교예에 따른 발광소자를 적용한 PPG 센서를 이용해서 측정된 PPG 신호 펄스(signal pulses) 중 한 주기에 대응하는 펄스를 보여주는 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(stretchable and/or foldable optoelectronic device)와 그 제조방법 및 상기 광전자소자를 포함하는 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)(100)를 보여주는 단면도이다. 스트레처블 광전자소자(100)는 폴더블 광전자소자(foldable optoelectronic device)일 수 있다. 이하에서는, 스트레처블 광전자소자(100)를 '스트레처블 소자'라 한다.
도 1을 참조하면, 스트레처블 소자(100)는 탄성을 갖는 기판(S10)을 구비할 수 있다. 기판(S10)은 탄성 폴리머(elastomeric polymer)를 포함할 수 있고, 늘어나는 특성을 가질 수 있다. 상기 탄성 폴리머는 탄성 고무(elastomeric rubber)일 수 있다. 스트레처블 소자(100)는 기판(S10) 상에 구비된 광전자소자부(D10)를 포함할 수 있다. 광전자소자부(D10)는 발광소자부(light emitting device portion), 광발전소자부(photovoltaic device portion) 및 광검출소자부(photo-detecting device portion) 중 어느 하나일 수 있다. 광전자소자부(D10)는 그래핀층(graphene layer)과 양자점 함유층(quantum dot-containing layer)(QD-containing layer)을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다. 또한, 광전자소자부(D10)는 웨이비 구조(wavy structure)를 가질 수 있다. 광전자소자부(D10)는 웨이비 구조(wavy structure)에 의해 늘어나는 특성을 가질 수 있다. 웨이비 구조(wavy structure)는 버클 구조(buckled structure) 또는 주름진 구조(corrugated structure)라고 할 수도 있다.
광전자소자부(D10)가 발광소자부인 경우, 상기 양자점 함유층(ex, 양자점층)은 '발광층(액티브층)'으로 사용될 수 있다. 양자점(quantum dot)(QD)은 높은 색순도와 높은 양자수율(quantum yield), 고안정성 및 자체발광특성을 갖고, 도트(dot) 사이즈의 조절에 의한 색조절이 용이하며, 용액 공정(solution process)이 가능하다는 장점이 있다. 따라서, 양자점은 차세대 대면적/고화질 디스플레이 분야에 응용될 가능성이 있다. 그런데, 양자점층 또는 양자점 함유층 자체는 탄성 고무와 같이 늘어나는 특성을 갖기 어렵기 때문에, 이를 포함한 스트레처블 소자를 구현하는 것은 쉽지 않을 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 탄성을 갖는 기판(S10) 상에 양자점 함유층을 포함하는 광전자소자부(D10)를 구비시키되, 광전자소자부(D10)에 웨이비 구조(wavy structure)를 형성함으로써, 양자점 함유층을 포함하는 스트레처블 소자(100)를 구현할 수 있다. 상기 양자점 함유층의 표면은 '발광면'일 수 있고, 상기 발광면은 웨이비 구조(wavy structure)를 가질 수 있으므로, 본 실시예의 스트레처블 소자(100)는 발광면 자체가 늘어나거나 접힐 수 있는 소자일 수 있다.
한편, 광전자소자부(D10)의 그래핀층은 전극으로 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 그래핀층은 양극(anode)으로 사용될 수 있다. 그래핀은 우수한 투광성을 가질 수 있고, 산소(oxygen)나 수분(moisture)의 침투를 방지하는 역할을 할 수 있기 때문에, 광의 진행을 차단하지 않으면서 산소나 수분으로부터 광전자소자부(D10)를 보호하는 역할을 할 수 있다. 또한, 그래핀은 매우 얇은 두께를 갖고, 우수한 유연성 및 높은 강도를 가질 수 있다. 따라서, 그래핀은 웨이비 구조(wavy structure)에서 늘어나거나 구부러지는 특성을 가질 수 있다. 특히, 반복적인 스트레칭(stretching)이나 극도로 작은 굽힘 반경(bending radius)(약 150 nm 이하의 굽힘 반경)에서도 그래핀은 파손 없이 고유한 특성을 유지할 수 있다. 또한, 그래핀은 비교적 높은 일함수(work function)를 갖고 우수한 전기전도성(즉, 낮은 전기저항)을 갖기 때문에, 전극(양극)으로 사용되기에 적합할 수 있다. 광전자소자부(D10)가 그래핀 및 양자점을 포함하는 경우, 스트레처블 소자(100)는 그래핀-양자점(graphene-quantum dot) 기반의 소자 또는 하이브리드(hybrid) 그래핀-양자점(graphene-quantum dot) 기반의 소자라고 할 수 있다.
기판(S10)의 탄성 폴리머는 0.4 이상 또는 0.45 이상의 포아송 비(Poisson's ratio)를 갖는 물질일 수 있다. 포아송 비(Poisson's ratio)는 재료에 수직 응력을 가했을 때, 가로 변형률과 세로 변형률의 비를 의미한다. 폴리머의 포아송 비(Poisson's ratio)가 0.4 이상이라는 것은 상기 폴리머가 잘 늘어나는 고무(즉, 탄성 고무)와 같은 특성을 갖는다는 것을 의미할 수 있다. 본 실시예에서 기판(S10)의 탄성 폴리머는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 silicone-based polymer는, 예컨대, polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 polydimethylsiloxane은 "PDMS"로, polyurethane은 "PU"로, polyurethane acrylate는 "PUA"로 표시할 수 있다. 또한, 상기 silicone-based polymer로는 Smooth-On 사(社)의 Ecoflex가 사용될 수 있다. 상기한 물질들은 0.4 이상의 포아송 비(Poisson's ratio)를 가질 수 있다. 예컨대, polydimethylsiloxane(PDMS)의 포아송 비는 0.48 일 수 있고, polyurethane(PU)의 포아송 비는 0.5 일 수 있다. 여기서 제시한 기판(S10)의 구체적인 물질들은 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 탄성 폴리머들이 사용될 수도 있다.
기판(S10)은 탄성 폴리머에 의해 늘어나는 특성을 가질 수 있고, 그 일면에 형성된 광전자소자부(D10)는 웨이비 구조(wavy structure)에 의해 늘어나는 특성을 가질 수 있으므로, 스트레처블 소자(100)는 늘어나는(인장 가능한) 특성을 가질 수 있다. 또한, 스트레처블 소자(100)는 폴더블 소자(foldable device)일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 1의 광전자소자부(D10) 상에 탄성을 갖는 캡핑층(capping layer)을 더 구비시킬 수 있다. 그 일례가 도 2에 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 스트레처블 소자(100-1)는 광전자소자부(D10) 상에 탄성을 갖는 캡핑층(C10)을 더 포함할 수 있다. 기판(S10)과 캡핑층(C10) 사이에 광전자소자부(D10)가 구비되었다고 할 수 있다. 캡핑층(C10)은 '봉지층(encapsulation layer)'이라고 할 수 있다. 캡핑층(C10)은 기판(S10)과 유사하거나 동일한 물질로 구성될 수 있다. 즉, 캡핑층(C10)은 탄성 폴리머(탄성 고무)를 포함할 수 있고, 늘어나는 특성을 가질 수 있다. 캡핑층(C10)의 탄성 폴리머는 기판(S10)의 탄성 폴리머와 동일할 수 있지만, 그렇지 않을 수도 있다. 구체적인 예로, 캡핑층(C10)의 탄성 폴리머는 polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer,　acrylate terpolymer 및 silicone-based polymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 silicone-based polymer는, 예컨대, polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 polyurethane은 "PU"로, polyurethane acrylate는 "PUA"로, polydimethylsiloxane은 "PDMS"로 표시할 수 있다. 또한, 상기 silicone-based polymer로는 Smooth-On 사(社)의 Ecoflex가 사용될 수 있다. 그러나 여기서 제시한 캡핑층(C10)의 구체적인 물질들은 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 탄성 폴리머들이 사용될 수 있다.
도 2의 실시예에서와 같이, 광전자소자부(D10)가 탄성을 갖는 기판(S10)과 탄성을 갖는 캡핑층(C10) 사이에 배치되는 경우, 광전자소자부(D10)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane)(MNP) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 역학적 중립면(MNP)이란, 소자(100-1)에 기계적 변형이 발생하더라도 응력(stress)이 발생하지 않는 영역(면)을 의미한다. 광전자소자부(D10)가 역학적 중립면(MNP)에 위치한다는 것은 소자(100-1)가 변형되더라도 광전자소자부(D10)가 받는 인장력(tensile strain)과 응력(stress)이 없거나 거의 없다는 것을 의미한다. 따라서, 광전자소자부(D10)를 역학적 중립면(MNP) 또는 그 근방에 위치시킴으로써, 소자(100-1)의 변형(인장 변형 등)에 의한 광전자소자부(D10)의 손상 또는 특성 저하 등을 방지(또는 최소화)할 수 있다.
역학적 중립면(MNP)의 위치는 기판(S10)의 물질 및 두께와 캡핑층(C10)의 물질 및 두께, 그리고, 광전자소자부(D10)의 적층 구조 및 구성 물질 등에 따라 달라질 수 있다. 다시 말해, 기판(S10)의 물질 및 두께와 캡핑층(C10)의 물질 및 두께 등을 조절함으로써, 역학적 중립면(MNP)의 위치를 적절히 제어할 수 있다. 또한, 기판(S10)과 광전자소자부(D10) 사이에 추가적인 물질층이 구비되거나, 광전자소자부(D10)와 캡핑층(C10) 사이에 추가적인 물질층이 구비된 경우에도, 역학적 중립면(MNP)의 위치가 달라질 수 있다. 본 실시예에서는 역학적 중립면(MNP)이 광전자소자부(D10)의 액티브층(ex, 발광층)에 위치하도록 만들 수 있다. 상기 액티브층(ex, 발광층)은 '양자점 함유층'일 수 있다. 이를 통해, 소자(100-1)의 변형에 의한 상기 액티브층(ex, 발광층)의 손상 또는 특성 저하를 방지(또는 최소화)할 수 있다.
부가해서, 도 2의 캡핑층(C10)은 수분(moisture)과 산소(oxygen)로부터 광전자소자부(D10)를 보호하는 보호층의 역할을 할 수 있다. 또한, 캡핑층(C10)은 투명한 층일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 광전자소자부(D10)의 일면에 '플라스틱 물질층'이 더 구비될 수 있다. 상기 플라스틱 물질층은 광전자소자부(D10)의 하면 또는 상면에 구비될 수 있다. 상기 플라스틱 물질층을 구비시킨 예가 도 3 및 도 4에 도시되어 있다.
도 3을 참조하면, 스트레처블 소자(100-2)는 기판(S10)과 광전자소자부(D10a) 사이에 플라스틱 물질층(P10)을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 플라스틱 물질층(P10)은 광전자소자부(D10a)의 하면에 구비되었다고 할 수 있다. 광전자소자부(D10a) 상에 캡핑층(C10)이 구비된 경우, 광전자소자부(D10a)는 플라스틱 물질층(P10)과 캡핑층(C10) 사이에 구비되었다고 할 수 있다. 광전자소자부(D10a)는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 광전자소자부(D10)와 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다.
플라스틱 물질층(P10)은 기판(S10) 및 캡핑층(C10)의 탄성 폴리머보다 작은 포아송 비(Poisson's ratio)를 가질 수 있다. 예컨대, 플라스틱 물질층(P10)의 포아송 비(Poisson's ratio)는 0.4 미만 또는 0.3 미만일 수 있다. 또한, 플라스틱 물질층(P10)의 영률(Young's modulus)은 기판(S10) 및 캡핑층(C10)의 탄성 폴리머의 영률(Young's modulus)보다 높을 수 있다. 구체적인 예로, 플라스틱 물질층(P10)은 polyethylene naphthalate(PEN), polyimide(PI), polyethylene terephthalate(PET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 플라스틱 물질층(P10)의 두께는, 예컨대, 0.5㎛ ∼ 100㎛ 정도 또는 0.5㎛ ∼ 30㎛ 정도일 수 있다. 플라스틱 물질층(P10)의 두께에 따라, 광전자소자부(D10a)의 웨이비 구조(wavy structure)의 파장(평균 파장) 및 진폭(평균 진폭)이 달라질 수 있다. 플라스틱 물질층(P10)의 두께가 얇을수록, 상기 웨이비 구조(wavy structure)의 파장(평균 파장)은 짧아질 수 있고, 진폭(평균 진폭)은 감소할 수 있다. 따라서, 플라스틱 물질층(P10)의 두께가 얇을수록, 광전자소자부(D10a)의 변형률(인장 변형률)은 증가할 수 있다.
플라스틱 물질층(P10)은 스트레처블 소자(100-2)의 제조과정에서 요구되는 층일 수 있다. 또한, 앞서 언급한 바와 같이, 플라스틱 물질층(P10)을 사용함으로써, 광전자소자부(D10a)의 변형률, 즉, 스트레처블 소자(100-2)의 변형률을 조절할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 광전자소자부(D10b)의 상면에 플라스틱 물질층(P10)이 구비될 수 있다. 이 경우, 기판(S10)과 플라스틱 물질층(P10) 사이에 광전자소자부(D10b)가 구비되었다고 할 수 있다. 플라스틱 물질층(P10) 상에 캡핑층(C10)이 구비될 수 있다. 따라서, 플라스틱 물질층(P10)은 광전자소자부(D10b)와 캡핑층(C10) 사이에 구비될 수 있다. 참조번호 100-3은 '스트레처블 소자(스트레처블 광전자소자)'를 나타낸다.
도 4의 광전자소자부(D10b)는 도 3의 광전자소자부(D10a)를 위·아래로 뒤집은 구조(즉, 역구조)를 가질 수 있다. 예컨대, 도 3의 광전자소자부(D10a)에서 양자점 함유층이 그래핀층의 위쪽에 배치되어 있었다면, 도 4의 광전자소자부(D10b)에서는 양자점 함유층이 그래핀층의 아래쪽에 배치될 수 있다.
도 4에 도시하지는 않았지만, 기판(S10)과 광전자소자부(D10b) 사이에 소정의 접착층이 더 구비될 수 있다. 상기 접착층은 유기 접착층일 수 있다. 상기 접착층은 캡핑층(C10)과 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다. 구체적인 예로, 상기 접착층은 polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer,　acrylate terpolymer 및 silicone-based polymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 silicone-based polymer는, 예컨대, polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4의 실시예에서 광전자소자부(D10a, D10b)는 기판(S10)과 캡핑층(C10) 사이에 배치되므로, 광전자소자부(D10a, D10b)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 광전자소자부(D10a, D10b)의 양자점 함유층이 역학적 중립면 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 역학적 중립면은 도 2를 참조하여 설명한 바와 동일할 수 있다.
도 1 내지 도 4의 광전자소자부(D10, D10a, D10b)의 웨이비 구조(wavy structure)는 비교적 균일한 파형(waveform)을 가질 수 있다. 상기 웨이비 구조는 소정의 파장(wavelength) 및 진폭(amplitude)을 갖는다고 할 수 있다. 광전자소자부(D10, D10a, D10b)의 웨이비 구조의 평균 파장(average wavelength)은 3㎛ ∼ 3㎜ 정도 또는 10㎛ ∼ 2㎜ 정도일 수 있고, 평균 진폭(average amplitude)은 50㎚ ∼ 2㎜ 정도 또는 100㎚ ∼ 1㎜ 정도일 수 있다. 상기 평균 파장 및 평균 진폭은 광전자소자부(D10, D10a, D10b)를 인장하지 않은 상태, 즉, 비인장 상태(unstretched state)에서 측정된 값일 수 있다. 상기 평균 파장이 짧을수록, 광전자소자부(D10, D10a, D10b)의 변형률(인장 변형률)이 증가할 수 있다. 도 3 및 도 4의 실시예에서는, 플라스틱 물질층(P10)의 두께에 따라 상기 웨이비 구조(wavy structure)의 파장(평균 파장) 및 진폭(평균 진폭)이 조절될 수 있다.
도 1 내지 도 4의 스트레처블 소자(100, 100-1, 100-2, 100-3)는 약 5% 이상 혹은 약 10% 이상의 변형률(인장 변형률)을 가질 수 있다. 스트레처블 소자(100, 100-1, 100-2, 100-3)의 변형률(인장 변형률)은 약 50% 이상 혹은 약 100% 이상일 수 있다. 광전자소자부(D10, D10a, D10b)의 웨이비 구조(wavy structure)가 평면적 구조(planar structure)가 될 때까지 소자(100, 100-1, 100-2, 100-3)가 늘어나더라도 광전자소자부(D10, D10a, D10b)의 전기적, 광학적 특성은 안정적으로 유지될 수 있다. 즉, 상기 웨이비 구조가 늘어나더라도 평면적 구조가 될 때까지는 크랙(crack)이 발생하거나 미세구조가 변화되지 않기 때문에, 그의 전기적, 광학적 특성이 변화되지 않고 유지될 수 있다. 또한, 스트레처블 소자(100, 100-1, 100-2, 100-3)는 굽힘 반경(bending radius)이 약 1mm 이하가 되도록 구부러질 수 있다. 스트레처블 소자(100, 100-1, 100-2, 100-3)의 굽힘 반경(bending radius)은 약 0.5mm 이하 또는 약 0.1mm 이하일 수 있다. 따라서, 스트레처블 소자(100, 100-1, 100-2, 100-3)는 폴더블 소자(foldable device)일 수 있다. 특히, 도 2 내지 도 4의 실시예에서와 같이, 광전자소자부(D10, D10a, D10b)가 탄성을 갖는 기판(S10)과 탄성을 갖는 캡핑층(C10) 사이에 임베드(embed)된 경우, 소자(100-1, 100-2, 100-3)가 물리적으로 변형되더라도 광전자소자부(D10, D10a, D10b)의 손상이나 특성 열화가 발생하지 않을 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 우수한 특성 및 안정성을 갖는 스트레처블/폴더블 광학장치(전자장치)를 구현할 수 있다.
도 1 내지 도 4에서는 광전자소자부(D10, D10a, D10b)의 구성을 단순하게 도시하고 설명하였지만, 이하에서는, 도 5 내지 도 12 등을 참조하여, 광전자소자부(D10, D10a, D10b)가 가질 수 있는 구체적인 구성 및 이를 포함하는 스트레처블/폴더블 광전자소자를 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 구체적인 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)(100A)를 보여주는 단면도이다. 스트레처블 광전자소자(100A)는 폴더블 광전자소자(foldable optoelectronic device)일 수 있다. 이하에서는, 스트레처블 광전자소자(100A)를 '스트레처블 소자'라 한다.
도 5를 참조하면, 스트레처블 소자(100A)는 탄성을 갖는 기판(S11) 및 기판(S11) 상에 구비된 광전자소자부(D11)를 포함할 수 있다. 광전자소자부(D11)는 그래핀층 및 양자점 함유층을 포함할 수 있고, 웨이비 구조(wavy structure)를 가질 수 있다. 광전자소자부(D11)는 상기 웨이비 구조에 의해 늘어나는 특성을 가질 수 있다. 스트레처블 소자(100A)는 기판(S11)과 광전자소자부(D11) 사이에 플라스틱 물질층(P11)을 더 포함할 수 있다. 기판(S11), 플라스틱 물질층(P11) 및 광전자소자부(D11)는 각각 도 3의 기판(S10), 플라스틱 물질층(P10) 및 광전자소자부(D10a)에 대응될 수 있다.
광전자소자부(D11)는 발광소자부(light emitting device portion), 광발전소자부(photovoltaic device portion) 및 광검출소자부(photo-detecting device portion) 중 어느 하나일 수 있다. 여기서는, 광전자소자부(D11)가 발광소자부인 경우가 도시되어 있다. 이 경우, 광전자소자부(D11)는 기판(S11) 측으로부터 순차로 구비된 제1 전극(E11), 발광층(LE11) 및 제2 전극(E21)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극(E11, E21) 중 하나는 양극(anode)일 수 있고, 다른 하나는 음극(cathode)일 수 있다. 예컨대, 제1 전극(E11)은 양극일 수 있고, 제2 전극(E21)은 음극일 수 있다. 제1 및 제2 전극(E11, E21) 중 양극, 예컨대, 제1 전극(E11)은 그래핀층일 수 있다. 참조부호 GP는 '그래핀'을 나타낸다. 상기 그래핀층은 하나의 그래핀으로 구성된 단층 그래핀(single layer graphene)이거나, 복수의 그래핀(약 100층 이내 혹은 약 10층 이내의 복수의 그래핀)이 겹쳐진(적층된) 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 전극(E11, E21) 사이에 배치되는 발광층(LE11)은 양자점 함유층을 포함할 수 있다. 참조부호 QD는 '양자점'을 나타낸다. 예컨대, 발광층(LE11)은 양자점층(quantum dot layer)(QD layer)일 수 있다. 광전자소자부(D11)는 제1 전극(E11)과 발광층(LE11) 사이에 구비된 정공수송층(hole transport layer)(HTL11) 및 제2 전극(E21)과 발광층(LE11) 사이에 구비된 전자수송층(electron transport layer)(ETL11)을 더 포함할 수 있다. 또한, 광전자소자부(D11)는 제1 전극(E11)과 정공수송층(HTL11) 사이에 구비된 정공주입층(hole injection layer)(HIL11)을 더 포함할 수 있다. 도시하지는 않았지만, 광전자소자부(D11)는 제2 전극(E21)과 전자수송층(ETL11) 사이에 구비된 전자주입층(electron injection layer)을 더 포함할 수 있다.
제1 전극(E11)은 그래핀층일 수 있고, 비교적 큰 일함수(work function)를 가질 수 있다. 제1 전극(E11)의 그래핀층은 미도핑층(undoped layer)일 수 있지만, 경우에 따라서는, p형 도펀트(dopant)로 도핑된 층일 수도 있다. 즉, 필요에 따라, 제1 전극(E11)의 그래핀층은 p-도핑될 수 있다. 이러한 p-도핑에 의해 상기 그래핀층의 일함수는 증가할 수 있고, 전기저항은 감소할 수 있다. 상기 p형 도펀트의 소오스로는, 예컨대, AuCl3 또는 HNO3 등을 사용할 수 있다.
제2 전극(E21)은 비교적 작은 일함수를 가질 수 있다. 예컨대, 제2 전극(E21)의 일함수는 3.4 ∼ 4.2 eV 정도일 수 있다. 제2 전극(E21)은 금속이나 금속화합물을 포함할 수 있다. 또한, 제2 전극(E21)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 구체적인 예로, 제2 전극(E21)은 Al-Li 합금, Al, LiF/Al, Ag, Ca, Ca/Al, Ca/Ag 등으로 구성될 수 있다. 여기서, LiF/Al은 LiF층과 그 위에 형성된 Al층을 포함하는 다층 구조를 의미한다. 이러한 의미는 Ca/Al, Ca/Ag에 대해서도 동일하다. 제2 전극(E21)은 n형 도펀트로 도핑된 그래핀으로 형성될 수도 있다. 상기 n형 도펀트에 의해 그래핀의 일함수가 낮아질 수 있으므로, n-도핑된 그래핀층을 제2 전극(E21)으로 사용할 수 있다. 또한, 제2 전극(E21)은 금속 나노와이어(metal nanowire)나 CNT(carbon nanotube) 또는 그래핀 후레이크(graphene flake) 등을 포함할 수 있다. 구체적인 예로, 제2 전극(E21)은 복수의 금속 나노와이어나 복수의 CNT 또는 복수의 그래핀 후레이크(graphene flake)가 네트워크된 구조를 가질 수 있다. 이러한 네트워크 구조는 소정의 폴리머 물질층 내에 임베드(embed) 되어 있을 수 있다. 상기 금속 나노와이어의 일례로 Ag 나노와이어가 사용될 수 있다. 상기 금속 나노와이어나 CNT 등은 투명한 특성을 가질 수 있다. 따라서, 제2 전극(E21)은 투명할 수 있고, 이는 투명한 소자(발광소자) 제조를 위해 적용될 수 있다. 그러나, 앞서 언급한 제2 전극(E21)의 구체적인 물질들은 예시적인 것이고, 그 밖에 다양한 물질들이 사용될 수 있다.
전자수송층(ETL11)은 n형 유기반도체 및/또는 n형 무기반도체를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 n형 무기반도체는 산화물 또는 비산화물일 수 있고, 상기 n형 유기반도체는 단량체(monomer) 또는 중합체(polymer)일 수 있다. 예컨대, 상기 n형 무기반도체는 TiOx, ZnOx, ZrOx 등의 n형 산화물 반도체이거나, n-GaN 등의 n형 비산화물 반도체일 수 있다. 상기 n형 무기반도체(TiOx 등)는 소정의 폴리머와 혼합되어 전자수송층(ETL11)을 구성할 수 있다. 한편, 상기 n형 유기반도체는 Alq3, TAZ, TPBi, BPhen 등과 같은 단량체(monomer) 기반의 유기물을 포함하거나, P3CN4HT 등과 같은 중합체(polymer) 기반의 유기물을 포함할 수 있다. 상기 Alq3, TAZ, TPBi, BPhen, P3CN4HT의 화학명은 다음과 같다.
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)
그러나 위에서 제시한 전자수송층(ETL11)의 구체적인 물질은 예시적인 것이고, 그 밖에 다양한 물질이 전자수송층(ETL11) 물질로 사용될 수 있다. 전자수송층(ETL11)은 졸-겔(sol-gel), 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 블레이드 코팅(blade coating), 프린팅(printing), 증착(deposition) 법 등으로 형성될 수 있다.
정공수송층(HTL11)은 p형 유기반도체 및/또는 p형 무기반도체를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 p형 무기반도체는 산화물 또는 비산화물일 수 있고, 상기 p형 유기반도체는 단량체(monomer) 또는 중합체(polymer)일 수 있다. 예컨대, 상기 p형 무기반도체는 MoOx, NiOx, VxOy, RhxOy 등의 p형 산화물 반도체이거나, p-GaN 등의 p형 비산화물 반도체일 수 있다. 상기 p형 무기반도체는 소정의 폴리머와 혼합되어 정공수송층(HTL11)을 구성할 수 있다. 한편, 상기 p형 유기반도체는 NPD, TPD 등과 같은 단량체(monomer) 기반의 유기물을 포함하거나, TFB, PFB, F8T2 등과 같은 중합체(polymer) 기반의 유기물을 포함할 수 있다. 상기 NPD, TPD, TFB, PFB, F8T2의 화학명은 다음과 같다.
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)
그러나 위에서 제시한 정공수송층(HTL11)의 구체적인 물질은 예시적인 것이고, 그 밖에 다양한 물질이 정공수송층(HTL11) 물질로 사용될 수 있다. 그리고 전자수송층(ETL11)과 유사하게, 정공수송층(HTL11)은 졸-겔(sol-gel), 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating), 블레이드 코팅(blade coating), 프린팅(printing), 증착(deposition) 법 등으로 형성될 수 있다.
정공주입층(HIL11)은, 예컨대, PEDOT 또는 PVK 등을 포함할 수 있다. PEDOT의 화학명은 poly(3,4-ethylenedioxythiophene)이고, PVK의 화학명은 poly(N-vinylcarbazole)이다. PEDOT의 경우, 우수한 투광성을 가질 수 있고, 제1 전극(E11)의 그래핀층과 접촉되었을 때, 그래핀층의 전기전도도를 높이는 역할을 할 수 있다. 정공주입층(HIL11)의 전기전도도가 높은 경우, 정공주입층(HIL11)을 전극(양극)의 일부로 여길 수도 있다. 여기서 제시한 정공주입층(HIL11)의 구체적인 물질들은 예시적인 것이고, 그 밖에 다양한 물질이 정공주입층(HIL11) 물질로 사용될 수 있다. 또한, 정공주입층(HIL11)은 구비시키지 않을 수도 있다. 이 경우, 정공수송층(HTL11)이 정공주입층(HIL11)의 역할을 겸할 수 있다.
도 5의 광전자소자부(D11) 상에 탄성을 갖는 캡핑층을 더 구비시킬 수 있다. 그 일례가 도 6에 도시되어 있다.
도 6을 참조하면, 스트레처블 소자(100B)는 광전자소자부(D11) 상에 구비된 캡핑층(C11)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층(C11)은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 캡핑층(C10)과 동일하거나 유사한 층일 수 있다. 캡핑층(C11)을 구비시킴에 따라, 스트레처블 소자(100B)에서 광전자소자부(D11)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane)(MNP) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 예컨대, 광전자소자부(D11)의 발광층(LE11)이 역학적 중립면(MNP) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 역학적 중립면(MNP)은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 바와 동일하므로, 이에 대한 반복 설명은 배제한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 5 및 도 6에서 광전자소자부(D11)의 구성 층들의 배열 순서가 상하로 역전될 수 있다. 즉, 도 5 및 도 6의 광전자소자부(D11)를 상하로 뒤집은 역구조를 기판(S11) 상에 적용할 수 있다. 이 경우, 플라스틱 물질층(P11)의 위치도 달라질 수 있다. 이러한 변형예는 도 7 및 도 8을 참조하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(이하, 스트레처블 소자)(100C)를 보여주는 단면도이다.
도 7을 참조하면, 탄성을 갖는 기판(S12) 상에 광전자소자부(D12)가 구비될 수 있다. 광전자소자부(D12) 상에 플라스틱 물질층(P12)이 구비될 수 있다. 따라서, 기판(S12)과 플라스틱 물질층(P12) 사이에 광전자소자부(D12)가 구비될 수 있다. 광전자소자부(D12)는 도 5의 광전자소자부(D11)를 상하로 뒤집은 역구조를 가질 수 있다. 즉, 광전자소자부(D12)는 기판(S12) 측으로부터 순차로 배치된 제2 전극(E22), 전자수송층(ETL12), 발광층(LE12), 정공수송층(HTL12), 정공주입층(HIL12) 및 제1 전극(E12)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 전극(E22)을 '제1 전극'이라 하고, 제1 전극(E12)을 '제2 전극'이라 할 수도 있다. 제1 전극(E12)은 양극(anode)일 수 있고, 제2 전극(E22)은 음극(cathode)일 수 있다. 제1 전극(E12)은 그래핀층일 수 있고, 발광층(LE12)은 양자점 함유층일 수 있다. 플라스틱 물질층(P12)은 제1 전극(E12)에 접촉하도록 구비될 수 있다. 제1 전극(E12)이 그래핀층인 경우, 플라스틱 물질층(P12)은 상기 그래핀층에 접촉할 수 있다.
본 실시예에 따른 스트레처블 소자(100C)는 기판(S12)과 광전자소자부(D12) 사이에 구비된 접착층(B12)을 더 포함할 수 있다. 접착층(B12)은 유기 접착층일 수 있다. 접착층(B12)은 도 6의 캡핑층(C11)과 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다. 구체적인 예로, 접착층(B12)은 polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer,　acrylate terpolymer 및 silicone-based polymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 silicone-based polymer는, 예컨대, polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나, 여기서 제시한 접착층(B12)의 구체적인 물질은 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 물질을 사용할 수도 있다.
도 7의 플라스틱 물질층(P12) 상에 탄성을 갖는 캡핑층을 더 구비시킬 수 있다. 그 일례가 도 8에 도시되어 있다.
도 8을 참조하면, 스트레처블 소자(100D)는 플라스틱 물질층(P12) 상에 구비된 캡핑층(C12)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층(C12)은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 캡핑층(C10)과 동일하거나 유사한 층일 수 있다. 캡핑층(C12)을 구비시킴에 따라, 광전자소자부(D12)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane)(MNP) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 예컨대, 광전자소자부(D12)의 발광층(LE12)이 역학적 중립면(MNP) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다.
도 5 내지 도 8의 실시예에서는 광전자소자부(D11, D12)의 일면에 플라스틱 물질층(P11, P12)을 적용한 경우에 대해서 도시하고 설명하였지만, 경우에 따라서는, 플라스틱 물질층(P11, P12)을 사용하지 않을 수도 있다. 그 예들이 도 9 내지 도 12에 도시되어 있다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)(100E)를 보여주는 단면도이다. 스트레처블 광전자소자(100E)는 폴더블 광전자소자(foldable optoelectronic device)일 수 있다. 이하에서는, 스트레처블 광전자소자(100E)를 '스트레처블 소자'라 한다.
도 9를 참조하면, 탄성을 갖는 기판(S13) 상에 광전자소자부(D13)가 구비될 수 있다. 광전자소자부(D13)는 도 5의 광전자소자부(D11)와 동일하거나 유사한 적층구조를 가질 수 있다. 즉, 광전자소자부(D13)는 기판(S13) 측으로부터 순차로 배열되는 제1 전극(E13), 정공주입층(HIL13), 정공수송층(HTL13), 발광층(LE13), 전자수송층(ETL13) 및 제2 전극(E23)을 포함할 수 있다. 제1 전극(E13)은 그래핀층을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(E13)의 그래핀층은 기판(S13)의 상면에 접촉될 수 있다. 발광층(LE13)은 양자점 함유층일 수 있다. 예컨대, 발광층(LE13)은 양자점층일 수 있다. 도 9의 구조는 도 5에서 플라스틱 물질층(P11)이 배제된 구조와 동일하거나 유사할 수 있다.
도 9의 광전자소자부(D13) 상에 탄성을 갖는 캡핑층을 더 구비시킬 수 있다. 그 일례가 도 10에 도시되어 있다.
도 10을 참조하면, 스트레처블 소자(100F)는 광전자소자부(D13) 상에 구비된 캡핑층(C13)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층(C13)은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 캡핑층(C10)과 동일하거나 유사한 층일 수 있다. 광전자소자부(D13)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane)(MNP) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 예컨대, 광전자소자부(D13)의 발광층(LE13)이 역학적 중립면(MNP) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 도 10의 구조는 도 6에서 플라스틱 물질층(P11)이 배제된 구조와 동일하거나 유사할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 9 및 도 10에서 광전자소자부(D13)의 구성 층들의 배열 순서가 상하로 역전될 수 있다. 즉, 도 9 및 도 10의 광전자소자부(D13)를 상하로 뒤집은 역구조를 기판(S13) 상에 적용할 수 있다. 이러한 변형예는 도 11 및 도 12를 참조하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(이하, 스트레처블 소자)(100G)를 보여주는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 탄성을 갖는 기판(S14) 상에 광전자소자부(D14)가 구비될 수 있다. 광전자소자부(D14)는 도 9의 광전자소자부(D13)를 상하로 뒤집은 역구조를 가질 수 있다. 즉, 광전자소자부(D14)는 기판(S14) 측으로부터 순차로 배치된 제2 전극(E24), 전자수송층(ETL14), 발광층(LE14), 정공수송층(HTL14), 정공주입층(HIL14) 및 제1 전극(E14)을 포함할 수 있다. 이때, 제2 전극(E24)을 '제1 전극'이라 하고, 제1 전극(E14)을 '제2 전극'이라 할 수도 있다. 제1 전극(E14)은 양극(anode)일 수 있고, 제2 전극(E24)은 음극(cathode)일 수 있다. 제1 전극(E14)은 그래핀층일 수 있고, 발광층(LE14)은 양자점 함유층일 수 있다.
스트레처블 소자(100G)는 기판(S14)과 광전자소자부(D14) 사이에 접착층(B14)을 더 포함할 수 있다. 접착층(B14)은 유기 접착층일 수 있다. 접착층(B14)은 도 7의 접착층(B12)과 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다.
또한, 스트레처블 소자(100G)는 광전자소자부(D14) 상에 구비된 폴리머층(PM14)을 더 포함할 수 있다. 따라서, 접착층(B14)과 폴리머층(PM14) 사이에 광전자소자부(D14)가 구비될 수 있다. 폴리머층(PM14)은 탄성 폴리머를 포함할 수 있다. 이 경우, 폴리머층(PM14)은 기판(S14)의 탄성 폴리머와 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다. 예컨대, 폴리머층(PM14)의 탄성 폴리머는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 silicone-based polymer는, 예컨대, polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 silicone-based polymer로 Smooth-On 사(社)의 Ecoflex가 사용될 수 있다. 그러나, 여기서 제시한 폴리머층(PM14)의 구체적인 물질들은 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 폴리머들이 사용될 수 있다. 이러한 폴리머층(PM14)은 제1 전극(E14)에 접촉하도록 구비될 수 있다. 제1 전극(E14)이 그래핀층인 경우, 폴리머층(PM14)은 상기 그래핀층에 접촉할 수 있다. 폴리머층(PM14)은 비교적 얇은 두께, 예컨대, 약 100 ㎛ 이하의 두께 또는 약 50 ㎛ 이하의 두께를 가질 수 있다.
도 11의 폴리머층(PM14) 상에 탄성을 갖는 캡핑층을 더 구비시킬 수 있다. 그 일례가 도 12에 도시되어 있다.
도 12를 참조하면, 스트레처블 소자(100H)는 폴리머층(PM14) 상에 구비된 캡핑층(C14)을 더 포함할 수 있다. 캡핑층(C14)은 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한 캡핑층(C10)과 동일하거나 유사한 층일 수 있다. 캡핑층(C14)을 구비시킴에 따라, 광전자소자부(D14)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane)(MNP) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 예컨대, 광전자소자부(D14)의 발광층(LE14)이 역학적 중립면(MNP) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(이하, 스트레처블 소자)(100K)를 보여주는 단면도이다. 본 실시예는 도 6의 소자(100B)를 변형한 경우를 보여준다.
도 13을 참조하면, 탄성을 갖는 기판(S15) 상에 플라스틱 물질층(P15)이 구비될 수 있고, 플라스틱 물질층(P15)의 일부(예컨대, 일단부) 상에 금속층(M15)이 구비될 수 있다. 플라스틱 물질층(P15) 상에 금속층(M15)의 일부와 접촉된 광전자소자부(D15)가 구비될 수 있다. 광전자소자부(D15)는 기판(S15) 측으로부터 순차로 구비된 제1 전극(E15), 정공주입층(HIL15), 정공수송층(HTL15), 발광층(LE15), 전자수송층(ETL15) 및 제2 전극(E25)을 포함할 수 있다. 제1 전극(E15)은 그래핀층일 수 있고, 발광층(LE15)은 양자점 함유층일 수 있다. 제1 전극(E15)이 그래핀층인 경우, 상기 그래핀층은 금속층(M15)의 일부와 접촉될 수 있다. 금속층(M15)의 나머지 영역은 상기 그래핀층(즉, 제1 전극(E15))으로 커버되지 않고 노출될 수 있다. 금속층(M15)의 노출된 영역은 제1 콘택영역(CR1)일 수 있다.
광전자소자부(D15) 상에 탄성을 갖는 캡핑층(C15)이 구비될 수 있다. 캡핑층(C15)의 일부가 제거(식각)됨에 따라, 제2 전극(E25)의 일부가 노출될 수 있다. 제2 전극(E25)의 노출된 영역은 제2 콘택영역(CR2)일 수 있다.
제1 콘택영역(CR1) 및 제2 콘택영역(CR2)을 통해 광전자소자부(D15)에 소정의 전기적 신호를 입력할 수 있다. 예컨대, 제1 콘택영역(CR1) 및 제2 콘택영역(CR2)을 통해, 광전자소자부(D15)의 제1 전극(E15) 및 제2 전극(E25) 사이에 소정의 전압을 인가할 수 있다.
도 13에서는 도 6의 스트레처블 소자(100B)에 제1 및 제2 콘택영역(CR1, CR2)을 구비시킨 경우를 보여준다. 이러한 제1 및 제2 콘택영역(CR1, CR2)은 도 5 및 도 7 내지 도 12의 스트레처블 소자(100A, 100C∼100H)에도 유사하게 적용될 수 있다. 또한, 도 13에서 설명한 제1 및 제2 콘택영역(CR1, CR2)의 구조/형태/위치 등은 예시적인 것에 불과하고, 광전자소자부(D11∼D14)에 대한 전기적 접속을 위한 구조/수단은 다양하게 변화될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나의 기판 상에 복수의 소자부를 구비시킬 수 있다. 그 일례가 도 14에 도시되어 있다.
도 14를 참조하면, 탄성을 갖는 기판(S100) 상에 웨이비 구조(wavy structure)를 갖는 광전자소자부(D100)가 구비될 수 있다. 기판(S100)과 광전자소자부(D100) 사이에는, 필요에 따라, 플라스틱 물질층(P100)이 구비될 수 있다. 광전자소자부(D100)는 그래핀층과 양자점 함유층을 포함할 수 있다. 구체적인 예로, 광전자소자부(D100)는 기판(S100) 측으로부터 순차로 구비된 제1 전극(E100), 정공주입층(HIL100), 정공수송층(HTL100), 발광층(LE100) 및 전자수송층(ETL100)을 포함할 수 있다. 또한, 광전자소자부(D100)는 전자수송층(ETL100) 상에 구비된 복수의 제2 전극(E201, E202, E203)을 포함할 수 있다. 각각의 제2 전극(E201, E202, E203)에 대응하는 광전자소자부(D100) 영역이 하나의 '단위 소자부'일 수 있다. 따라서, 광전자소자부(D100)는 복수의 단위 소자부를 포함한다고 할 수 있다. 광전자소자부(D100) 상에 탄성을 갖는 캡핑층(C100)이 더 구비될 수 있다. 캡핑층(C100)을 구비시킴에 따라, 광전자소자부(D100)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다.
경우에 따라서는, 도 14에서 제1 전극(E100)부터 전자수송층(ETL100) 까지의 적층구조물의 적어도 일부를 제2 전극(E201, E202, E203)과 같은 형태로 패터닝할 수 있다. 다시 말해, 하나의 기판 상에 서로 이격된 복수의 광전자소자부(단위 소자부)를 구비시킬 수 있고, 상기 기판 상에 상기 복수의 광전자소자부를 덮는 캡핑층을 구비시킬 수 있다. 그 밖에도, 도 14의 구조는 다양하게 변화될 수 있다.
도 14의 구조를 좀더 단순화하면 도 15와 같이 도시될 수 있다.
도 15를 참조하면, 탄성을 갖는 기판(S110)과 탄성을 갖는 캡핑층(C110) 사이에 웨이비 구조(wavy structure)를 갖는 광전자소자부(D110)가 구비될 수 있다. 광전자소자부(D110)의 적어도 일부는 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한 광전자소자부(D10∼D100)에 대응될 수 있다. 기판(S110) 및 캡핑층(C110)은 각각 도 1 내지 도 14를 참조하여 설명한 기판(S10∼S100) 및 캡핑층(C10∼C100)에 대응될 수 있다. 도 15에 도시하지는 않았지만, 기판(S110)과 광전자소자부(D110) 사이 및/또는 광전자소자부(D110)와 캡핑층(C110) 사이에 플라스틱 물질층이나, 접착층(유기 접착층) 또는 폴리머층 등이 더 구비될 수 있다.
도 5 내지 도 15를 참조하여 설명한 스트레처블 소자는 발광면 자체가 늘어날 수 있고 접힐 수 있는 스트레처블 발광소자일 수 있다. 상기 발광면은 발광층(LE11∼LE15, LE100)의 표면일 수 있다. 발광층(LE11∼LE15, LE100)은 양자점 함유층일 수 있으므로, 상기 발광면은 양자점 함유층의 표면일 수 있다. 발광면 자체가 늘어나거나 접힐 수 있다는 것은 스트레처블/폴더블 장치의 구현에 있어서 유용한 특성일 수 있다. 예컨대, 발광면을 늘리거나 접을 수 있으면서, 늘어나거나 접히는 부분(발광면의 일부)의 특성이 변화되지 않으므로, 이를 이용하면, 다양한 웨어러블(wearable) 전자장치, 스트레처블/폴더블 전자장치 등을 용이하게 구현할 수 있다.
도 1 내지 도 15를 참조하여 설명한 광전자소자부(D10∼D110)에 사용될 수 있는 양자점 함유층은, 예컨대, 도 16에 도시된 바와 같은 구조를 가질 수 있다. 즉, 도 16은 도 1 내지 도 15의 소자에 사용될 수 있는 양자점 함유층의 구성을 예시적으로 보여주는 단면도이다.
도 16을 참조하면, 양자점 함유층(QDL1)은 복수의 양자점(QD)을 포함할 수 있다. 복수의 양자점(QD)이 단층 또는 다층 구조를 이룰 수 있다. 각각의 양자점(QD)은 코어부(c1)와 껍질부(s1)를 가질 수 있고, 껍질부(s1)는 단일 쉘(single shell) 또는 이중 쉘(double shell) 구조를 가질 수 있다. 코어부(c1)는 CdSe, InP, PbS, PbSe, CdTe 등으로 구성될 수 있고, 껍질부(s1)는 CdS, ZnS 등으로 구성될 수 있다. 이러한 양자점(QD)은 약 10 nm 이하의 지름을 가질 수 있다. 양자점(QD)의 표면에는 유기 리간드(organic ligand)(d1)가 존재할 수 있다. 유기 리간드(d1)는, 예컨대, oleic acid, trioctylphosphine, trioctylamine, trioctylphosphine oxide 등일 수 있다. 양자점(QD)은 콜로이달 양자점(colloidal quantum dot)일 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)의 제조방법을 설명한다.
도 17a 내지 도 17f는 본 발명의 일 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(이하, 스트레처블 소자)의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 17a를 참조하면, 제1 기판(SUB1)을 마련할 수 있다. 제1 기판(SUB1)은, 예컨대, 유리기판(10) 및 폴리머층(20)을 포함할 수 있다. 유리기판(10) 상에 폴리머층(20)을 형성할 수 있다. 폴리머층(20)은 폴리머기판이라고 할 수도 있다. 폴리머층(20)은 탄성 폴리머를 포함할 수 있다. 이 경우, 폴리머층(20)은 도 1에서 설명한 기판(S10)의 탄성 폴리머와 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다. 예컨대, 폴리머층(20)의 탄성 폴리머는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 silicone-based polymer는, 예컨대, polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 silicone-based polymer로 Smooth-On 사(社)의 Ecoflex가 사용될 수 있다. 그러나, 여기서 제시한 폴리머층(20)의 구체적인 물질들은 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 폴리머들이 사용될 수 있다.
구체적인 예로, 폴리머층(20)을 polydimethylsiloxane(PDMS)으로 형성할 경우, PDMS의 전구체(즉, prepolymer)와 경화제(curing agent)의 혼합물을 유리기판(10) 상에 스핀 코팅한 후, 이를 약 70℃의 온도로 경화하여 폴리머층(PDMS층)(20)을 형성할 수 있다. 상기 혼합물에서 상기 전구체와 경화제의 중량비는 10:1 정도일 수 있고, 상기 스핀 코팅은 약 6000 rpm의 속도로 수행할 수 있다. 그러나 여기서 제시한 폴리머층(20)의 구체적인 형성 방법은 예시적인 것이고, 이는 다양하게 변화될 수 있다.
폴리머층(20)의 두께는 비교적 얇을 수 있다. 예컨대, 폴리머층(20)의 두께는 약 100 ㎛ 이하 또는 약 50 ㎛ 이하로 얇을 수 있다. 폴리머층(20)의 두께가 얇을 경우, 후속하는 가열 공정에 의해 폴리머층(20)의 부피가 팽창되거나 폴리머층(20)에 스트레스가 발생되는 문제 등이 억제될 수 있다. 이를 위해, 폴리머층(20)은 비교적 얇은 두께로 형성할 수 있다. 한편, 폴리머층(20)이 형성되는 유리기판(10)은 단단한(rigid) 재질의 기판으로 지지기판의 역할을 할 수 있다. 즉, 유리기판(10)은 소자의 취급성(즉, handling 특성) 향상을 위해 사용될 수 있다. 유리기판(10)은 단단한 재질의 다른 기판으로 대체될 수 있다.
도 17b를 참조하면, 제1 기판(SUB1) 상에 플라스틱층(30)을 형성할 수 있다. 플라스틱층(30)은 폴리머층(20) 상에 부착될 수 있다. 플라스틱층(30)은 도 3 내지 도 5에서 설명한 플라스틱 물질층(P10, P11)과 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다. 플라스틱층(30)의 포아송 비(Poisson's ratio)는 0.4 미만 또는 0.3 미만일 수 있다. 또한, 플라스틱층(30)은 폴리머층(20)보다 큰 영률(Young's modulus)을 가질 수 있다. 구체적인 예로, 플라스틱층(30)은 polyethylene naphthalate(PEN), polyimide(PI), polyethylene terephthalate(PET) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 플라스틱층(30)은 폴리머층(20)에 잘 부착될 수 있다. 플라스틱층(30)의 두께는, 예컨대, 0.5㎛ ∼ 100㎛ 정도 또는 0.5㎛ ∼ 30㎛ 정도일 수 있다.
도 17c를 참조하면, 플라스틱층(30) 상에 광전자소자부(40)를 형성할 수 있다. 광전자소자부(40)는 발광소자부(light emitting device portion), 광발전소자부(photovoltaic device portion) 및 광검출소자부(photo-detecting device portion) 중 어느 하나일 수 있다. 광전자소자부(40)는 그래핀층과 양자점 함유층을 포함할 수 있다. 광전자소자부(40)가 발광소자부인 경우, 광전자소자부(40)는 플라스틱층(30) 측으로부터 순차로 구비된 제1 전극(40a), 발광층(40d) 및 제2 전극(40f)을 포함할 수 있다. 제1 및 제2 전극(40a, 40f) 중 하나는 양극(anode)일 수 있고, 다른 하나는 음극(cathode)일 수 있다. 예컨대, 제1 전극(40a)은 양극일 수 있고, 제2 전극(40f)은 음극일 수 있다. 제1 및 제2 전극(40a, 40f) 중 양극, 예컨대, 제1 전극(40a)은 그래핀층일 수 있다. 상기 그래핀층은 하나의 그래핀으로 구성된 단층 그래핀(single layer graphene)이거나, 복수의 그래핀(약 100층 이내 혹은 약 10층 이내의 복수의 그래핀)이 겹쳐진(적층된) 구조를 가질 수 있다. 제1 및 제2 전극(40a, 40f) 사이에 배치되는 발광층(40d)은 양자점 함유층을 포함할 수 있다. 예컨대, 발광층(40d)은 양자점층(quantum dot layer)(QD layer)일 수 있다. 광전자소자부(40)는 제1 전극(40a)과 발광층(40d) 사이에 구비된 정공수송층(40c) 및 제2 전극(40f)과 발광층(40d) 사이에 구비된 전자수송층(40e)을 더 포함할 수 있다. 또한, 광전자소자부(40)는 제1 전극(40a)과 정공수송층(40c) 사이에 구비된 정공주입층(40b)을 더 포함할 수 있다. 제1 전극(40a), 정공주입층(40b), 정공수송층(40c), 발광층(40d), 전자수송층(40e) 및 제2 전극(40f)의 물질은 각각 도 5의 제1 전극(E11), 정공주입층(HIL11), 정공수송층(HTL11), 발광층(LE11), 전자수송층(ETL11) 및 제2 전극(E21)의 물질에 대응될 수 있다. 도시하지는 않았지만, 광전자소자부(40)는 제2 전극(40f)과 전자수송층(40e) 사이에 구비된 전자주입층을 더 포함할 수 있다.
제1 전극(40a)을 그래핀층으로 형성하는 경우, 상기 그래핀층은 플라스틱층(30) 상에 전이(transfer)될 수 있다. 상기 그래핀층은 미도핑층(undoped layer)일 수 있지만, 경우에 따라서는, p형 도펀트(dopant)로 도핑된 층일 수도 있다. 정공주입층(40b)은 PEDOT 또는 PVK 등으로 형성할 수 있는데, 예컨대, PEDOT으로 형성하는 경우, PEDOT:DMSO:zonyl의 혼합용액을 제1 전극(40a) 상에 수십 nm 정도의 두께로 코팅하고, 이를 진공오븐에서 약 100∼250℃ 정도의 온도로 열처리(어닐링)하여 정공주입층(40b)을 형성할 수 있다. 여기서, DMSO는 dimethyl sulfoxide이다. 다음, 정공주입층(40b) 상에 정공수송층(40c), 발광층(40d) 및 전자수송층(40e)을 습식 공정(wet process)으로 차례로 형성할 수 있다. 그런 다음, 전자수송층(40e) 상에 제2 전극(40f)을 형성할 수 있다. 제2 전극(40f)은 Al-Li 합금, Al, LiF/Al, Ag, Ca, Ca/Al, Ca/Ag과 같은 금속이나 금속화합물로 형성하거나, 도핑된 그래핀으로 형성할 수 있다. 또는, 제2 전극(40f)은 금속 나노와이어(metal nanowire), CNT(carbon nanotube), 그래핀 후레이크(graphene flake) 등으로 형성할 수도 있다. 제2 전극(40f)을 Al-Li 합금 등으로 형성하는 경우, 예컨대, 열증발(thermal evaporation) 법을 사용할 수 있다.
부가적으로, 도 17c의 광전자소자부(40)의 형성 단계에서, 플라스틱층(30)은 우수한 내열성을 가질 수 있으므로, 열에 의해 플라스틱층(30)이 손상되는 문제가 방지될 수 있다. 특히, 플라스틱층(30)이 PEN으로 형성된 경우, 우수한 내열성을 가질 수 있다.
도 17d를 참조하면, 제1 기판(SUB1)으로부터 플라스틱층(30)과 광전자소자부(40)의 적층구조물을 분리할 수 있다. 플라스틱층(30)을 폴리머층(20)으로부터 물리적으로 떼어냄으로써 상기 적층구조물(즉, 30+40)을 제1 기판(SUB1)으로부터 분리할 수 있다. 유리기판(10)과 폴리머층(20) 간의 접착력 및 플라스틱층(30)과 광전자소자부(40) 간의 접착력보다 폴리머층(20)과 플라스틱층(30) 간의 접착력이 약할 수 있기 때문에, 폴리머층(20)으로부터 플라스틱층(30)을 용이하게 분리할 수 있다. 제1 기판(SUB1)으로부터 플라스틱층(30)과 광전자소자부(40)의 적층구조물을 분리한 후에는, 플라스틱층(30)이 광전자소자부(40)에 대한 지지기판 또는 핸들링기판의 역할을 할 수 있다.
도 17e를 참조하면, 탄성 폴리머를 포함하는 제2 기판(60)을 수평 방향으로 인장한 상태에서, 제2 기판(60) 상에 상기 플라스틱층(30)과 광전자소자부(40)의 적층구조물을 부착할 수 있다. 제2 기판(60)의 물질은 도 1을 참조하여 설명한 기판(S10)의 물질과 동일하거나 유사할 수 있다. 즉, 제2 기판(60)은 탄성 폴리머를 포함할 수 있고, 늘어나는 특성을 가질 수 있다. 상기 탄성 폴리머는 탄성 고무(elastomeric rubber)일 수 있다. 제2 기판(60)의 탄성 폴리머는 0.4 이상 또는 0.45 이상의 포아송 비(Poisson's ratio)를 갖는 물질일 수 있다. 제2 기판(60)의 탄성 폴리머는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 silicone-based polymer는, 예컨대, polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 silicone-based polymer로 Smooth-On 사(社)의 Ecoflex를 사용할 수 있다. 그러나, 여기서 제시한 제2 기판(60)의 구체적인 물질들은 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 탄성 폴리머들이 사용될 수도 있다. 이러한 제2 기판(60)을 수평 방향으로 소정 길이만큼 늘려준 상태에서, 제2 기판(60) 상에 플라스틱층(30)과 광전자소자부(40)의 적층구조물을 부착할 수 있다. 이때, 플라스틱층(30)은 제2 기판(60)에 잘 부착될 수 있다. 경우에 따라서는, 플라스틱층(30)과 제2 기판(60) 사이에 소정의 접착제(접착층)를 더 구비시킬 수도 있다.
도 17e 단계에서, 제2 기판(60)을 수평 방향으로 늘려주는 정도, 즉, 제2 기판(60)에 대한 전변형률(prestrain)은 약 5% 이상 또는 약 10% 이상일 수 있다. 제2 기판(60)의 전변형률(prestrain)은 약 50% 이상 또는 약 100% 이상일 수 있다. 이렇게 전변형된(prestrained) 제2 기판(60) 상에 광전자소자부(40)를 형성할 수 있다.
다음, 제2 기판(60)에 대한 인장을 해제하면, 도 17f에 도시된 바와 같이, 광전자소자부(40)에 웨이비 구조(wavy structure)가 형성될 수 있다. 웨이비 구조(wavy structure)를 갖는 광전자소자부(40)는 제2 기판(60)과 함께 수평 방향으로 늘어날 수 있고(stretchable), 큰 각도로 접힐 수 있다(foldable). 이때, 제2 기판(60)과 광전자소자부(40) 사이에 플라스틱층(30)이 위치할 수 있다. 광전자소자부(40)의 웨이비 구조(wavy structure)는 소정의 파장(wavelength) 및 진폭(amplitude)을 갖는다고 할 수 있다. 광전자소자부(40)의 웨이비 구조의 평균 파장(average wavelength)은 3㎛ ∼ 3㎜ 정도 또는 10㎛ ∼ 2㎜ 정도일 수 있고, 평균 진폭(average amplitude)은 50㎚ ∼ 2㎜ 정도 또는 100㎚ ∼ 1㎜ 정도일 수 있다. 플라스틱층(30)의 두께에 따라 상기 웨이비 구조(wavy structure)의 파장(평균 파장) 및 진폭(평균 진폭)이 조절될 수 있다. 도 17f의 소자는 도 5의 소자(100A)에 대응될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 17e 또는 도 17f의 광전자소자부(40) 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층을 더 형성할 수 있다. 그 결과물이 도 18에 도시되어 있다.
도 18을 참조하면, 광전자소자부(40) 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층(70)을 형성할 수 있다. 캡핑층(70)은 도 17e의 단계 또는 도 17f의 단계에서 형성할 수 있다. 광전자소자부(40)는 제2 기판(60)과 캡핑층(70) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 광전자소자부(40)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 광전자소자부(40)의 발광층(40d)이 역학적 중립면 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 캡핑층(70)은 도 2의 캡핑층(C10)과 동일한 혹은 유사한 물질로 형성할 수 있다. 예컨대, 캡핑층(70)의 탄성 폴리머는 polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer,　acrylate terpolymer 및 silicone-based polymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 silicone-based polymer는, 예컨대, polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 상기 silicone-based polymer로 Smooth-On 사(社)의 Ecoflex를 사용할 수 있다. 그러나 여기서 제시한 캡핑층(70)의 구체적인 물질들은 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 탄성 폴리머들이 사용될 수도 있다. 도 18의 소자는 도 6의 소자(100B)에 대응될 수 있다.
도 19a 내지 도 19d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(이하, 스트레처블 소자)의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 19a를 참조하면, 도 17a 내지 도 17c의 방법을 이용해서 제1 기판(SUB1) 상에 플라스틱층(30)과 광전자소자부(40)를 형성할 수 있다. 다음, 광전자소자부(40) 상에 접착층(50)을 더 형성할 수 있다. 접착층(50)은 유기 접착층일 수 있다. 접착층(50)은 도 18의 캡핑층(700과 동일하거나 유사한 물질로 구성될 수 있다. 구체적인 예로, 접착층(50)은 polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer,　acrylate terpolymer 및 silicone-based polymer 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 silicone-based polymer는, 예컨대, polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
도 19b를 참조하면, 제1 기판(SUB1)으로부터 플라스틱층(30), 광전자소자부(40) 및 접착층(50)을 포함하는 적층구조물을 분리할 수 있다. 이는 도 17d의 분리 공정과 유사할 수 있다.
도 19c를 참조하면, 탄성 폴리머를 포함하는 제2 기판(60)을 수평 방향으로 인장한 상태에서, 제2 기판(60) 상에 상기 플라스틱층(30), 광전자소자부(40) 및 접착층(50)의 적층구조물을 부착할 수 있다. 이때, 접착층(50)이 제2 기판(60)의 표면에 부착될 수 있다. 따라서, 광전자소자부(40)는 상하로 뒤집어진 상태로 제2 기판(60) 상에 구비될 수 있다. 광전자소자부(40)는 제2 기판(60) 측으로부터 순차로 구비된 제2 전극(40f), 전자수송층(40e), 발광층(40d), 정공수송층(40c), 정공주입층(40b) 및 제1 전극(40a)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 전극(40a)은 양극(anode)일 수 있고, 제2 전극(40f)은 음극(cathode)일 수 있다. 제1 전극(40a)은 그래핀층일 수 있고, 발광층(40d)은 양자점 함유층일 수 있다.
다음, 제2 기판(60)에 대한 인장을 해제하면, 도 19d에 도시된 바와 같이, 광전자소자부(40)에 웨이비 구조(wavy structure)가 형성될 수 있다. 도 19d의 소자는 도 7의 소자(100C)에 대응될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 19c 또는 도 19d의 플라스틱층(30) 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층을 더 형성할 수 있다. 그 결과물이 도 20에 도시되어 있다.
도 20을 참조하면, 플라스틱층(30) 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층(70)을 형성할 수 있다. 캡핑층(70)은 도 19c의 단계 또는 도 19d의 단계에서 형성할 수 있다. 플라스틱층(30)은 광전자소자부(40)와 캡핑층(70) 사이에 배치될 수 있고, 광전자소자부(40)는 제2 기판(60)과 캡핑층(70) 사이에 배치될 수 있다. 광전자소자부(40)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 캡핑층(70)은 도 18의 캡핑층(70)과 동일한 혹은 유사한 물질로 형성할 수 있다. 도 20의 소자는 도 8의 소자(100D)에 대응될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 탄성 폴리머를 포함하는 기판을 수평 방향으로 인장한 상태에서, 상기 인장된 기판 상에 그래핀층과 양자점 함유층을 포함하는 광전자소자부를 형성한 후, 상기 기판에 대한 인장을 해제하여 상기 광전자소자부에 웨이비 구조(wavy structure)를 형성할 수 있다. 그 일례가 도 21a 내지 도 21c에 도시되어 있다.
도 21a 내지 도 21c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(이하, 스트레처블 소자)의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 21a를 참조하면, 탄성 폴리머를 포함하는 기판(62)을 수평 방향으로 인장할 수 있다. 기판(62)을 인장하는 방법으로는 물리적 인장 방법 및 열적 인장 방법이 있을 수 있다. 물리적 인장 방법에서는, 기판(62)의 적어도 양단을 잡아당겨 늘려줄 수 있다. 열적 인장 방법을 사용하면, 기판(62)이 사방으로 늘어날 수 있다. 상기 물리적 인장 방법과 열적 인장 방법 중 하나를 선택적으로 사용하거나, 이들을 동시에 사용할 수도 있다.
도 21b를 참조하면, 인장된 기판(62) 상에 광전자소자부(42)를 형성할 수 있다. 광전자소자부(42)는, 예컨대, 기판(62) 측으로부터 순차로 배치된 제1 전극(42a), 정공주입층(42b), 정공수송층(42c), 발광층(42d), 전자수송층(42e) 및 제2 전극(42f)을 포함할 수 있다. 제1 전극(42a)은 그래핀층을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 전극(42a)의 그래핀층은 기판(62)의 상면에 접촉될 수 있다. 발광층(42d)은 양자점 함유층을 포함할 수 있다. 예컨대, 발광층(42d)은 양자점층일 수 있다. 제1 전극(42a), 정공주입층(42b), 정공수송층(42c), 발광층(42d), 전자수송층(42e) 및 제2 전극(42f) 각각의 구체적인 형성방법은 도 17c를 참조하여 설명한 제1 전극(40a), 정공주입층(40b), 정공수송층(40c), 발광층(40d), 전자수송층(40e) 및 제2 전극(40f)의 형성방법과 동일하거나 유사할 수 있다.
도 21c를 참조하면, 기판(62)에 대한 인장을 해제하여 광전자소자부(42)에 웨이비 구조(wavy structure)를 형성할 수 있다. 도 21c의 소자는 도 9의 소자(100E)에 대응될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 21b 또는 도 21c의 광전자소자부(42) 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층을 더 형성할 수 있다. 그 결과물이 도 22에 도시되어 있다.
도 22를 참조하면, 광전자소자부(42) 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층(72)을 형성할 수 있다. 캡핑층(72)은 도 21b의 단계 또는 도 21c의 단계에서 형성할 수 있다. 광전자소자부(42)는 제2 기판(62)과 캡핑층(72) 사이에 배치될 수 있다. 광전자소자부(40)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 캡핑층(72)은 도 18의 캡핑층(70)과 동일하거나 유사한 물질로 형성할 수 있다. 도 22의 소자는 도 10의 소자(100F)에 대응될 수 있다.
도 23a 내지 도 23d는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스트레처블 광전자소자(이하, 스트레처블 소자)의 제조방법을 보여주는 단면도이다.
도 23a를 참조하면, 도 17a 내지 도 17c의 방법과 유사한 방법으로 유리기판(15) 상에 폴리머층(25)을 형성하고, 폴리머층(25) 상에 광전자소자부(45)를 형성할 수 있다. 이때, 폴리머층(25)은, 예컨대, 약 500㎛ ∼ 2mm 정도의 두께를 가질 수 있다. 광전자소자부(45)는 순차로 적층된 제1 전극(45a), 정공주입층(45b), 정공수송층(45c), 발광층(45d), 전자수송층(45e) 및 제2 전극(45f)을 포함할 수 있다. 다음, 광전자소자부(45) 상에 접착층(55)을 형성할 수 있다. 접착층(55)은 도 19a의 접착층(50)과 동일하거나 유사할 수 있다.
도 23b를 참조하면, 유리기판(15)으로부터 폴리머층(25), 광전자소자부(45) 및 접착층(55)을 포함하는 적층구조물을 분리할 수 있다. 폴리머층(25)을 유리기판(15)으로부터 물리적으로 분리함으로써, 상기 적층구조물을 유리기판(15)으로부터 분리할 수 있다. 유리기판(10)과 폴리머층(25) 사이의 접착력이 폴리머층(25)과 광전자소자부(45) 사이의 접착력보다 상대적으로 약하기 때문에, 유리기판(10)으로부터 폴리머층(25)을 용이하게 분리할 수 있다. 이때, 폴리머층(25)은 광전자소자부(45)를 지지하는 역할을 하고, 광전자소자부(45)가 손상되거나 찢어지는 문제를 방지하는 역할을 할 수 있다. 이와 관련해서, 폴리머층(25)의 두께는 비교적 두꺼울 수 있다. 예컨대, 폴리머층(25)의 두께는 약 500㎛ ∼ 2mm 정도일 수 있다.
도 23c를 참조하면, 탄성 폴리머를 포함하는 제2 기판(65)을 수평 방향으로 인장한 상태에서, 인장된 제2 기판(65) 상에 폴리머층(25), 광전자소자부(45) 및 접착층(55)을 포함하는 적층구조물을 부착할 수 있다. 이때, 접착층(55)이 제2 기판(65)에 부착될 수 있다. 따라서, 광전자소자부(45)는 상하로 뒤집힌 상태로 제2 기판(65) 상에 구비될 수 있다. 즉, 광전자소자부(45)는 제2 기판(65) 측으로부터 순차로 배치된 제2 전극(45f), 전자수송층(45e), 발광층(45d), 정공수송층(45c), 정공주입층(45b) 및 제1 전극(45a)을 포함할 수 있다. 그리고 광전자소자부(45) 상에 폴리머층(25)이 위치할 수 있다.
도 23d를 참조하면, 기판(65)에 대한 인장을 해제하여 광전자소자부(45)에 웨이비 구조(wavy structure)를 형성할 수 있다. 도 23d의 소자는 도 11의 소자(100G)에 대응될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 23c 또는 도 23d의 폴리머층(55) 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층을 더 형성할 수 있다. 그 결과물이 도 24에 도시되어 있다.
도 24를 참조하면, 폴리머층(55) 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층(75)을 형성할 수 있다. 캡핑층(75)은 도 23c의 단계 또는 도 23d의 단계에서 형성할 수 있다. 폴리머층(25)은 광전자소자부(45)와 캡핑층(75) 사이에 배치될 수 있고, 광전자소자부(45)는 제2 기판(65)과 캡핑층(75) 사이에 배치될 수 있다. 광전자소자부(45)는 역학적 중립면(mechanical neutral plane) 혹은 그 근방에 위치할 수 있다. 캡핑층(75)은 도 18의 캡핑층(70)과 동일한 혹은 유사한 물질로 형성할 수 있다. 도 24의 소자는 도 12의 소자(100H)에 대응될 수 있다.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자에 적용될 수 있는 그래핀/PEDOT 적층구조의 웨이비 구조(wavy structure)를 보여주는 평면사진이다. 상기 그래핀/PEDOT 적층구조는 전변형된(prestrained) PDMS 기판 상에 형성된 후, 상기 PDMS 기판의 인장을 해제함에 따라, 웨이비 구조를 갖도록 형성되었다. 이때, 상기 PDMS 기판의 전변형률(prestrain)은 25% 이었다. 도 25이 평면사진은 광학현미경으로 촬영된 것이다.
도 25를 참조하면, 그래핀/PEDOT 적층구조에 웨이비 구조가 형성된 것을 확인할 수 있고, 상기 웨이비 구조는 비교적 균일한 파형(waveform)을 갖는 것을 알 수 있다.
도 26은 그래핀/PEDOT 적층구조에서 PEDOT층의 두께에 따른 웨이비 구조(wavy structure)의 파장 변화를 보여주는 그래프이다. 상기 그래핀/PEDOT 적층구조는 전변형된(prestrained) PDMS 기판 상에 형성된 후, 상기 PDMS 기판의 인장을 해제함에 따라, 웨이비 구조를 갖도록 형성되었다. 이때, 상기 PDMS 기판의 전변형률은 25% 이었다. 또한, 도 26에는 그래핀 없이 PEDOT층만을 PDMS 기판에 형성한 경우, PEDOT층의 두께에 따른 웨이비 구조(wavy structure)의 파장 변화 결과가 포함되어 있다.
도 26을 참조하면, 그래핀/PEDOT 적층구조를 사용한 경우와 그래핀 없이 PEDOT층을 사용한 경우 모두 PEDOT층의 두께가 증가함에 따라 웨이비 구조(wavy structure)의 파장(평균 파장)이 증가하는 것을 알 수 있다. 또한, PEDOT층만 사용한 경우보다 그래핀을 같이 사용한 경우, 웨이비 구조(wavy structure)의 파장(평균 파장)이 다소 증가한 것을 확인할 수 있다. 이는 그래핀을 함께 사용한 경우, 그래핀에 의해 영률(Young's modulus)이 증가하기 때문이라고 추정된다.
도 27은 그래핀/PEDOT 적층구조의 스트레칭(stretching)에 따른 모폴로지(morphology) 변화를 보여주는 평면사진이다. 25% 만큼 전변형된(prestrained) PDMS 기판 상에 그래핀/PEDOT 적층구조를 형성한 후, 상기 PDMS 기판에 대한 인장을 해제하여 웨이비 구조를 갖는 그래핀/PEDOT 구조물을 형성하였고, 이 구조물에 대한 스트레칭을 진행하면서 모폴로지(morphology) 변화를 확인하였다. 도 27에서 (A)도면은 인장 변형률이 0%인 경우이고, (B)도면은 인장 변형률이 5%인 경우이고, (C)도면은 인장 변형률이 10%인 경우이고, (D)도면은 인장 변형률이 15%인 경우이고, (E)도면은 인장 변형률이 20%인 경우이며, (F)도면은 인장 변형률이 25%인 경우이다.
도 27을 참조하면, 인장 변형률이 증가함에 따라, 즉, (A)도면에서 (F)도면으로 갈수록 웨이비(wavy) 정도가 점차 감소하는 것을 알 수 있다. (F)도면의 경우, 즉, 인장 변형률이 25% 정도인 경우, 표면의 주름이 거의 없어진 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 PDMS 기판의 전변형률과 관련된다. PDMS 기판의 전변형률이 증가할수록 그래핀/PEDOT 구조의 인장 변형률이 증가할 수 있다.
도 28은 웨이비 구조를 갖는 그래핀/PEDOT 적층구조의 변형률에 따른 면저항(sheet resistance)(Ω/sq)의 변화를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 그래핀/PEDOT 적층구조는 30% 전변형된(prestrained) PDMS 기판 상에 형성되었고, 이때, PEDOT층의 두께는 55 nm 이었다.
도 28을 참조하면, 변형률(인장 변형률)이 약 30%가 될 때까지는 면저항의 변화가 거의 발생하지 않았고, 변형률이 30% 이상으로 증가하는 경우, 면저항이 다소 증가하였다. 변형률이 50% 일 때, 면저항은 약 127 Ω/sq 이었으나, 이러한 면저항 수치는 양극(anode)으로 사용하는데 문제가 없는 수준일 수 있다. 도 28의 결과로부터, PDMS 기판의 전변형률과 동일한(유사한) 수준의 변형률까지는 면저항이 거의 변화되지 않고, 그 이상으로 변형되더라도 면저항이 크게 증가하지 않는 것을 알 수 있다.
도 29는 웨이비 구조(wavy structure)를 갖는 PDMS/그래핀/PEDOT 적층구조의 투과율(transmittance)을 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. 빛의 파장을 약 275 nm 에서 800 nm 까지 변화시키면서 투과율을 측정하였다. 상기 PDMS/그래핀/PEDOT 적층구조에서 PEDOT층의 두께는 50 nm 이고, 그래핀층은 단일 그래핀 시트이다. 또한, 도 29는 PDMS 기판 (두께 : 2.4 mm)에 대한 투과율 데이터도 포함한다.
도 29를 참조하면, PDMS 기판 자체의 투과율이 90% 이상으로 매우 높은 것을 알 수 있다. 또한, PDMS/그래핀/PEDOT 적층구조의 투과율도 약 80∼90% 정도로 높은 것을 알 수 있다. 빛의 파장이 550 nm인 경우, PDMS/그래핀/PEDOT 적층구조의 투과율은 약 87.2% 이다. 따라서, PDMS/그래핀/PEDOT 적층구조는 투명하거나 거의 투명하다고 할 수 있다. 따라서, 이러한 구조는 광학소자(발광소자 등)에 유용하게 적용될 수 있다.
한편, 도 29의 그래핀/PEDOT 적층구조의 면저항은 약 92 Ω/sq 이었다. 단일 그래핀이나 이와 동일한 두께의 PEDOT층의 저항보다 그래핀/PEDOT 적층구조의 저항이 약 4∼7배 정도 낮을 수 있다. 따라서, 그래핀/PEDOT 적층구조는 양극(anode) 전극으로 사용되기에 적합할 수 있다.
도 30은 전변형된(prestrained) PDMS 기판 위에 트랜스퍼 프린팅(transfer printing)된 양자점층(QD layer)의 웨이비 구조(wavy structure)를 보여주는 평면사진이다. 도 30의 (A)도면은 양자점층의 두께가 40 nm인 경우이고, (B)도면은 양자점층의 두께가 90 nm인 경우이고, (C)도면은 양자점층의 두께가 120 nm인 경우이고, (D)도면은 양자점층의 두께가 200 nm인 경우이다.
도 30을 참조하면, 양자점층의 두께가 증가함에 따라, 즉, (A)도면에서 (D)도면으로 갈수록, 웨이비 구조(wavy structure)의 파장이 증가하는 것을 알 수 있다. (A)도면의 평균 파장은 약 4.85 ㎛이고, (B)도면의 평균 파장은 약 10.95 ㎛이고, (C)도면의 평균 파장은 약 14.9 ㎛이고, (D)도면의 평균 파장은 약 20 ㎛이다. 한편, 도 30에서 측정된 평균 파장을 이용해서 수식으로부터 계산된 양자점층의 영률(Young's modulus)은 약 47 GPa이었다.
도 31은 전변형된(prestrained) PDMS 기판 위에 트랜스퍼 프린팅(transfer printing)된 양자점층(QD layer)의 두께에 따른 웨이비 구조(wavy structure)의 파장 변화를 보여주는 그래프이다.
도 31을 참조하면, 양자점층의 두께가 증가할수록 웨이비 구조의 파장(평균 파장)이 증가하는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 도 30의 결과에 대응된다.
도 32는 탄성 기판(Ecoflex 기판) 상에 형성된 PEN/그래핀 적층구조의 스트레칭(stretching)에 따른 모폴로지(morphology) 변화를 보여주는 평면사진이다. 70% 만큼 전변형된(prestrained) Ecoflex 기판 상에 PEN/그래핀 적층구조를 형성한 후, 상기 Ecoflex 기판에 대한 인장을 해제하여 웨이비 구조를 갖는 PEN/그래핀 구조물을 형성하였고, 이 구조물에 대한 스트레칭을 진행하면서 모폴로지 변화를 확인하였다. PEN층의 두께는 1.3 ㎛ 였다. 도 32에서 (A)도면은 인장 변형률이 0%인 경우이고, (B)도면은 인장 변형률이 30%인 경우이고, (C)도면은 인장 변형률이 50%인 경우이고, (D)도면은 인장 변형률이 70%인 경우이다.
도 32를 참조하면, 인장 변형률이 증가함에 따라, 즉, (A)도면에서 (D)도면으로 갈수록 웨이비(wavy) 정도가 점차 감소하는 것을 알 수 있다. (D)도면의 경우, 즉, 인장 변형률이 70% 정도인 경우, 표면의 주름이 거의 없어진 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 Ecoflex 기판의 전변형률과 관련된다. Ecoflex 기판의 전변형률이 증가할수록 PEN/그래핀 적층구조의 인장 변형률이 증가할 수 있다.
도 33의 (A) 및 (B)는 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자의 단축 웨이비 구조(uniaxial wavy structure) 및 다축 웨이비 구조(multiaxial wavy structure)를 보여주는 평면사진이다. (B)도면의 다축 웨이비 구조(multiaxial wavy structure)는 이축 웨이비 구조(biaxial wavy structure)이다. 탄성을 갖는 기판을 한쪽 방향(ex, X축 방향) 또는 양쪽 방향(ex, X축 및 Y축 방향)으로 늘린 다음, 그 위에 다층 구조의 광전자소자부를 형성할 수 있고, 기판에 대한 인장을 해제하여 단축 웨이비 구조(A) 또는 다축 웨이비 구조(B)를 갖는 광전자소자를 얻을 수 있다. 도 33에 나타난 바와 같이, 크랙 없이 단축 또는 다축으로 늘어날 수 있는 웨이비 구조를 제조할 수 있다.
도 34는 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)가 구동되는 모습을 보여주는 사진이다. 도 34의 (A)도면은 녹색 발광소자를 보여주고, (B)도면은 적색 발광소자를 보여준다. 본 실시예의 광전자소자(발광소자)는 전변형된(prestrained) PDMS 기판 상에 그래핀층과 양자점층을 포함하는 광전자소자부를 부착하여 형성한 것이다. 상기 PDMS 기판과 광전자소자부 사이에 PEN층이 구비된다.
도 35는 도 34의 광전자소자(발광소자)를 구부리고(bending) 접은(folding) 경우를 보여주는 사진이다. 도 35를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광전자소자(발광소자)를 구부리거나 접은 경우에도 전기적, 광학적 특성 저하 없이 정상적으로 구동하는 것을 알 수 있다. 이때, 상기 광전자소자의 굽힘 반경(bending radius)은 1 mm 이하일 수 있다.
도 36은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)를 스트레칭한 경우를 보여주는 사진이다. 본 실시예의 광전자소자(발광소자)는 전변형된(prestrained) PDMS 기판 상에 그래핀층과 양자점층을 포함하는 광전자소자부를 부착하여 형성한 것이다. 상기 PDMS 기판과 광전자소자부 사이에 PEN층이 구비된다. 상기 PEN층의 두께는 12 ㎛ 였다. 도 36에 나타난 바와 같이, 광전자소자(발광소자)를 약 23% 까지 인장 변형하더라도 발광 특성이 잘 유지되는 것을 알 수 있다.
도 37은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 EL(electroluminescence) 스펙트럼을 보여주는 그래프이다. 도 37의 그래프(A)는 녹색 발광소자에 대한 것이고, 그래프(B)는 적색 발광소자에 대한 것이다. 광전자소자(발광소자)의 제조방법은 도 36의 실시예에서 설명한 바와 동일하였다.
도 37을 참조하면, 그래프(A) 및 그래프(B) 각각은 해당 컬러의 파장에서 높은 인텐시티(intensity)를 갖고 노이즈(noise)가 거의 없는 것을 확인할 수 있다. 각각의 소자는 양자점(QD) 고유의 광학적 성질로 인해 FWHM(full width at half maximum)이 30 nm 이내로 좁았다. 이는 각각의 소자가 우수한 색순도를 갖는다는 것을 의미한다.
도 38은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 전압(voltage)-전류밀도(current density) 특성을 보여주는 그래프이다. 도 38의 그래프(A)는 녹색 발광소자에 대한 것이고, 그래프(B)는 적색 발광소자에 대한 것이다. 도 38에서 전압은 광전자소자의 두 전극(제1 및 제2 전극) 사이에 인가되는 전압을 의미하고, 전류밀도는 상기 두 전극 사이의 전류밀도를 의미한다.
도 39는 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 전압(voltage)-휘도(brightness) 특성을 보여주는 그래프이다. 도 39의 그래프(A)는 녹색 발광소자에 대한 것이고, 그래프(B)는 적색 발광소자에 대한 것이다. 도 39를 참조하면, 광전자소자의 최대휘도는 약 1200 cd/m2 정도로 높았다.
도 40은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 전류밀도(current density)-발광효율(luminous efficiency) 특성을 보여주는 그래프이다. 도 40의 그래프(A)는 녹색 발광소자에 대한 것이고, 그래프(B)는 적색 발광소자에 대한 것이다. 도 40을 참조하면, 광전자소자의 최대효율은 약 1 cd/A 정도로 높았다.
도 41은 PEN층과 같은 플라스틱 물질층을 사용하지 않고 전변형된(prestrained) PDMS 기판 위에 직접 형성한 광전자소자(발광소자)를 보여주는 사진이다. 상기 광전자소자(발광소자)는 그래핀-양자점을 이용한 LED(light emitting device)이다.
도 42 및 도 43은 도 41의 광전자소자(발광소자)의 특성을 평가한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 42는 전압-전류밀도 특성을 보여주고, 도 43은 전압-휘도 특성을 보여준다.
도 44는 전변형된(prestrained) PDMS 기판 위에 플라스틱 물질층(PEN층)을 사용하여 제조한 광전자소자(발광소자)를 보여주는 사진이다. 상기 광전자소자(발광소자)는 그래핀-양자점을 이용한 LED 이다. 이때, 플라스틱 물질층(PEN층)의 두께는 25 ㎛ 였다.
도 45은 도 45의 광전자소자(발광소자)를 스트레칭한 경우를 보여주는 사진이고, 도 46은 도 45의 광전자소자(발광소자)를 구부린 경우를 보여주는 사진이다. 도 45로부터 광전자소자(발광소자)의 인장 변형률이 약 8% 이상일 수 있음을 알 수 있고, 도 46으로부터 광전자소자(발광소자)의 굽힘 반경이 약 1 mm 이하일 수 있음을 알 수 있다.
도 47 내지 도 49는 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)의 특성을 평가한 결과를 보여주는 그래프이다. 도 47은 전압-전류밀도 특성을 보여주고, 도 48은 전압-휘도 특성을 보여주고, 도 49는 전류밀도-발광효율 특성을 보여준다. 본 실시예의 광전자소자(발광소자)는 전변형된 탄성 기판 상에 그래핀층과 양자점층을 포함하는 광전자소자부를 부착하여 형성한 것이다. 상기 탄성 기판과 광전자소자부 사이에 PEN층이 구비된다. 이때, PEN층의 두께는 12 ㎛ 였다. 상기 광전자소자는 적색 발광소자이다. 도 48에서 최대휘도는 1200 cd/m2 이상으로 높았고, 도 49에서 최대효율은 약 2.3 cd/A 정도로 높게 나타났다.
도 50은 비교예에 따른 발광소자의 전류밀도-발광효율 특성을 보여주는 그래프이다. 상기 비교예에 따른 발광소자는 ITO(indium tin oxide) 전극을 사용하고 양자점층을 포함하는 단단한(rigid) 발광소자(LED)이다. 도 50을 참조하면, 비교예에 따른 발광소자의 최대효율은 약 0.43 cd/A 정도로 낮았다. 이는 도 49의 실시예에 따른 발광소자의 최대효율이 약 2.3 cd/A 정도인 것과 비교하여 상당히 낮은 수치이다.
도 51은 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)를 적용한 PPG(photoplethysmography) 센서를 이용해서 피검체(사람)의 심박수를 측정한 결과를 보여주는 그래프이다. PPG 센서는 피검체의 손가락에 끼워지는 형태를 가질 수 있고, 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)는 PPG 센서의 광원으로 사용될 수 있다. 이때, 상기 광원에 대하여 웨어러블(wearable)/스트레처블(stretchable)/폴더블(foldable)한 특성이 요구될 수 있다. PPG 센서는 손가락과 같은 인체 부위에서 혈류에 의한 광의 투과도 변화를 감지하여 심박수를 측정하는데 사용될 수 있다.
도 51을 참조하여, PPG 신호 펄스(signal pulses)가 반복적으로 분명하게 잘 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자가 PPG 센서에서 잘 동작하는 것을 알 수 있다.
도 52는 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자(발광소자)를 적용한 PPG 센서를 이용해서 측정된 PPG 신호 펄스(signal pulses) 중 한 주기에 대응하는 펄스를 보여주는 그래프이다.
도 53은 비교예에 따른 발광소자를 적용한 PPG 센서를 이용해서 측정된 PPG 신호 펄스(signal pulses) 중 한 주기에 대응하는 펄스를 보여주는 그래프이다. 여기서, 비교예에 따른 발광소자는 도 50에서 설명한 비교예에 따른 발광소자와 동일하다.
도 52 및 도 53을 비교하면, 비교예에 따른 발광소자를 이용할 경우(도 53), 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자를 이용할 경우(도 52)보다 노이즈(noise)가 크게 증가하였고 신호 상태가 나빠지는 것을 알 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자를 이용할 경우, 우수한 측정 특성을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따르면, 우수한 특성을 갖는 스트레처블/폴더블 광전자소자(stretchable/foldable optoelectronic device)를 구현할 수 있다. 이러한 스트레처블/폴더블 광전자소자는 우수한 내구성을 가질 수 있다. 광전자소자부의 웨이비 구조(wavy structure)가 늘어나더라도 웨이비 구조가 평면적 구조(planar structure)가 될 때까지는 전기적, 광학적 특성이 안정적으로 유지될 수 있다. 또한, 광전자소자부가 역학적 중립면 혹은 그 근방에 위치하는 경우, 소자가 크게/반복적으로 변형되더라도 광전자소자부는 스트레스를 받지 않거나 거의 받지 않을 수 있다. 또한, 그래핀은 우수한 유연성을 갖고 기계적 강도가 좋기 때문에, 1 mm 이하의 굽힘 반경에서도 본래의 특성/기능을 잘 유지할 수 있고, 웨이비 구조 내에서 자유롭게 늘어날 수 있다. 또한, 양자점은 높은 색순도와 높은 양자수율, 고안정성 및 자체발광특성을 갖고, 도트(dot) 사이즈의 조절에 의한 색조절이 용이하며, 웨이비 구조 내에서 스트레처블(stretchable) 및 폴더블(foldable)한 특성을 가질 수 있다. 양자점을 함유하는 층은 발광층일 수 있으므로, 상기 스트레처블/폴더블 광전자소자는 발광면 자체가 늘어나거나 접힐 수 있는 소자일 수 있다. 이러한 스트레처블/폴더블 광전자소자는 약 5% 이상 또는 약 100% 이상의 인장 변형률을 가질 수 있고, 1 mm 이하의 굽힘 반경에서도 휘도나 발광효율의 저하 없이 정상적으로 구동될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자는 차세대 모바일 디스플레이, 스트레처블 면발광장치, 굴곡이 있는 유리면에 부착하여 사용하는 투명 디스플레이, 웨어러블(wearable) 디스플레이, 바이오-센싱(bio-sensing)을 위한 패치-타입 광원(patch-type light source), PPG(photoplethysmography) 센서, 외과수술용 글러브(glove)에 적용되는 광원 등 다양한 분야에 여러 가지 용도로 사용될 수 있다. 여기서 제시한 분야들은 예시적인 것이고, 그 밖에 다른 다양한 분야에도 상기 스트레처블/폴더블 광전자소자를 적용할 수 있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다, 구체적인 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 도 1 내지 도 15의 스트레처블/폴더블 광전자소자의 구성은 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 구체적인 예로, 그래핀층과 양자점 함유층 중 적어도 하나는 다른 물질로 대체될 수 있고, 광전자소자부의 적층구조는 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 또한, 도 17 내지 도 24를 참조하여 설명한 스트레처블/폴더블 광전자소자의 제조방법도 다양하게 변화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그리고, 본 발명의 실시예에 따른 스트레처블/폴더블 광전자소자에 적용된 원리/사상은 광전자소자뿐 아니라 그 밖에 다른 소자에도 적용될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호설명 *
S10∼S15 : 기판 D10∼D15 : 광전자소자부
C10∼C15 : 캡핑층 P10∼P12, P15 : 플라스틱 물질층
B12, B14 : 접착층 PM14 : 폴리머층
E11∼E15 : 제1 전극 E21∼E25 : 제2 전극
LE11∼LE15 : 발광층 ETL11∼ETL15 : 전자수송층
HTL11∼HTL15 : 정공수송층 HIL11∼HIL15 : 정공주입층
M15 : 금속층 CR1 : 제1 콘택영역
CR2 : 제2 콘택영역 QDL1 : 양자점 함유층
100, 100A∼100K : 광전자소자

Claims (42)

  1. 탄성 폴리머를 포함하고 늘어나는 특성을 갖는 기판; 및
    상기 기판 상에 구비된 것으로, 그래핀층과 양자점 함유층을 포함하고, 웨이비 구조(wavy structure)를 가져 늘어나는 특성을 갖는 광전자소자부;를 구비하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전자소자부 상에, 탄성 폴리머를 포함하고 늘어나는 특성을 갖는 캡핑층을 더 구비하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광전자소자부는 역학적 중립면(mechanical neutral plane) 혹은 그 근방에 위치하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  4. 제 1 내지 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전자소자부의 일면에 구비된 플라스틱 물질층을 더 포함하고,
    상기 기판과 상기 광전자소자부 사이에 상기 플라스틱 물질층이 구비되거나, 상기 기판과 상기 플라스틱 물질층 사이에 상기 광전자소자부가 구비된 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라스틱 물질층은 polyethylene naphthalate(PEN), polyimide(PI), polyethylene terephthalate(PET) 중 적어도 하나를 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 플라스틱 물질층은 0.5㎛ ∼ 30㎛의 두께를 갖는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전자소자부의 웨이비 구조(wavy structure)의 평균 파장(average wavelength)은 10㎛ ∼ 2㎜이고, 평균 진폭(average amplitude)은 100㎚ ∼ 1㎜인 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전자소자부는 발광소자부(light emitting device portion), 광발전소자부(photovoltaic device portion) 및 광검출소자부(photo-detecting device portion) 중 어느 하나인 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전자소자부는 상기 기판 측으로부터 순차로 구비된 제1 전극, 발광층 및 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 및 제2 전극 중 양극은 상기 그래핀층을 포함하고,
    상기 발광층은 상기 양자점 함유층을 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 광전자소자부는,
    상기 제1 및 제2 전극 중 양극과 상기 발광층 사이에 구비된 정공수송층; 및
    상기 제1 및 제2 전극 중 음극과 상기 발광층 사이에 구비된 전자수송층; 중 적어도 하나를 더 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 광전자소자부는,
    상기 양극과 상기 정공수송층 사이에 구비된 정공주입층;을 더 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 광전자소자부는 상기 그래핀층에 접촉된 PEDOT층을 더 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀층은 p형 도펀트로 도핑된 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 탄성 폴리머는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함하고, 선택적으로(optionally),
    상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  15. 제 2 항에 있어서,
    상기 캡핑층의 탄성 폴리머는 polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer,　acrylate terpolymer 및 silicone-based polymer 중 적어도 하나를 포함하고, 선택적으로(optionally),
    상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트레처블 광전자소자는 5% 이상의 변형률을 갖는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  17. 제 1 항에 있어서,
    상기 스트레처블 광전자소자는 폴더블 소자(foldable device)인 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device).
  18. 청구항 1에 기재된 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)를 포함하는 장치.
  19. 탄성 폴리머를 포함하는 제1 물질층;
    상기 제1 물질층에 대향하는 것으로, 탄성 폴리머를 포함하는 제2 물질층;
    상기 제1 및 제2 물질층 사이에 구비된 것으로, 양자점을 갖는 발광층을 포함하고, 상기 발광층의 발광면이 늘어나거나 접힐 수 있도록 구성된 발광소자부;를 구비하는 발광소자.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 발광소자부는 그래핀층을 더 포함하고,
    상기 그래핀층은 상기 제1 물질층과 상기 발광층 사이 또는 상기 제2 물질층과 상기 발광층 사이에 배치된 발광소자.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 물질층과 상기 발광소자부 사이 또는 상기 제2 물질층과 상기 발광소자부 사이에 구비된 플라스틱층을 더 포함하고,
    상기 그래핀층은 상기 플라스틱층과 상기 양자점 함유층 사이에 배치된 발광소자.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 플라스틱층은 polyethylene naphthalate(PEN), polyimide(PI), polyethylene terephthalate(PET) 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 발광소자부는 상기 제1 물질층 또는 제2 물질층 측으로부터 순차로 구비된 제1 전극, 정공수송층, 상기 발광층, 전자수송층 및 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극은 그래핀을 포함하는 발광소자.
  24. 제 19 내지 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발광소자부는 웨이비 구조(wavy structure)를 갖는 발광소자.
  25. 제 19 항에 있어서,
    상기 제1 물질층의 탄성 폴리머와 상기 제2 물질층의 탄성 폴리머 중 적어도 하나는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함하고, 선택적으로,
    상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함하는 발광소자.
  26. 청구항 19에 기재된 발광소자를 포함하는 장치.
  27. 제1 기판 상에 플라스틱층을 형성하는 단계;
    상기 플라스틱층 상에 그래핀층과 양자점 함유층을 포함하는 광전자소자부를 형성하는 단계;
    상기 제1 기판으로부터 상기 플라스틱층과 광전자소자부를 포함하는 적층구조물을 분리하는 단계;
    탄성 폴리머를 포함하는 제2 기판을 수평 방향으로 인장한 상태에서, 상기 제2 기판 상에 상기 적층구조물을 부착하는 단계; 및
    상기 제2 기판에 대한 인장을 해제하여 상기 광전자소자부에 웨이비 구조(wavy structure)를 형성하는 단계;를 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)의 제조방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 광전자소자부 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 플라스틱층은 polyethylene naphthalate(PEN), polyimide(PI), polyethylene terephthalate(PET) 중 적어도 하나를 포함하는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 광전자소자부를 형성하는 단계는 상기 플라스틱층 상에 제1 전극, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 제2 전극을 순차로 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 그래핀층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 양자점 함유층을 포함하는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  31. 제 27 항에 있어서,
    상기 제2 기판 상에 상기 적층구조물을 부착하는 단계에서,
    상기 플라스틱층이 상기 제2 기판과 상기 광전자소자부 사이에 배치되는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  32. 제 27 항에 있어서,
    상기 제2 기판 상에 상기 적층구조물을 부착하는 단계에서,
    상기 광전자소자부가 상기 제2 기판과 상기 플라스틱층 사이에 배치되는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 제2 기판과 상기 광전자소자부 사이에 접착층이 더 구비되는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  34. 제 27 항에 있어서,
    상기 제2 기판의 탄성 폴리머는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함하고, 선택적으로(optionally),
    상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함하는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  35. 제 28 항에 있어서,
    상기 캡핑층의 탄성 폴리머는 polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer,　acrylate terpolymer 및 silicone-based polymer 중 적어도 하나를 포함하고, 선택적으로(optionally),
    상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함하는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  36. 제 27 항에 있어서,
    상기 제1 기판은 유리기판 및 상기 유리기판 상에 구비된 폴리머기판을 포함하는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  37. 탄성 폴리머를 포함하는 기판을 수평 방향으로 인장하는 단계;
    상기 인장된 기판 상에 그래핀층과 양자점 함유층을 포함하는 광전자소자부를 형성하는 단계; 및
    상기 기판에 대한 인장을 해제하여 상기 광전자소자부에 웨이비 구조(wavy structure)를 형성하는 단계;를 포함하는 스트레처블 광전자소자(stretchable optoelectronic device)의 제조방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 광전자소자부를 형성하는 단계에서,
    상기 그래핀층은 상기 기판에 접촉되는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  39. 제 37 항에 있어서,
    상기 광전자소자부를 형성하는 단계는 상기 기판 상에 제1 전극, 정공수송층, 발광층, 전자수송층 및 제2 전극을 순차로 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전극은 상기 그래핀층을 포함하고, 상기 발광층은 상기 양자점 함유층을 포함하는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  40. 제 37 항에 있어서,
    상기 광전자소자부는 다른 기판 상에 형성된 후, 상기 인장된 기판 상에 부착되고,
    상기 인장된 기판과 상기 그래핀층 사이에 상기 양자점 함유층이 배치되는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  41. 제 37 내지 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광전자소자부 상에 탄성 폴리머를 포함하는 캡핑층을 형성하는 단계를 더 포함하는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
  42. 제 37 항에 있어서,
    상기 기판의 탄성 폴리머는 silicone-based polymer, polyurethane, polyurethane acrylate, acrylate polymer　및 acrylate terpolymer 중 적어도 하나를 포함하고, 선택적으로(optionally),
    상기 silicone-based polymer는 polydimethylsiloxane, polyphenylm-ethylsiloxane 및 hexamethyldisiloxane 중 적어도 하나를 포함하는 스트레처블 광전자소자의 제조방법.
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