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표제지

초록

Abstract

목차

제1장 서론 10

1.1. 연구배경 및 동기 10

1.2. 선행 연구 13

제2장 이론적 배경 23

2.1. 봉지막에서의 투과 메커니즘 및 투과도 측정 23

2.1.1. 투과 메커니즘 23

2.1.2. Ca test 25

2.2. 멀티 배리어 형성 기술 29

2.2.1. 다층 박막봉지 기술 29

2.2.2. 나노라미네이트 30

2.2.3. ALD 31

제3장 멤브레인 포스 조절을 통한 TFE의 기계적 특성 향상 34

3.1. 나노라미네이트를 위한 Al₂O₃, ZnO 물질 선정 및 구조 최적화 34

3.2. 멤브레인 포스 조절을 통한 TFE의 유연성 향상 38

제4장 높은 연신율을 가진 유기층을 이용한 TFE의 기계적 특성 향상 47

4.1. 낮은 영률 / 높은 연신율을 갖는 유기물 선정 47

4.2. 높은 연신율을 갖는 유기막을 사용한 TFE의 유연성 측정 51

제5장 탄성 고분자 블렌딩을 통한 유기물 유연성 향상 57

5.1. 탄성 고분자 블렌딩을 이용한 유기물 가교도 조절 57

5.2. 연신율과 영률의 개선으로 유연성이 향상된 TFE 66

5.3. 유연성이 향상된 TFE를 이용한 OLED 봉지 및 소자 성능 테스트 69

제6장 요약 및 결론 75

참고문헌 78

약력 82

그림 1. 유연 디스플레이 개발 동향 및 다양한 시연 제품들 10

그림 2. OLED 캐소드 전극의 균열로 인한 다크 스팟 생성 11

그림 3. Bi-layer 구조가 적용된 TFE (2018) 14

그림 4. Multi-barrier 구조가 적용된 TFE (2015) 15

그림 5. Buffer layer를 이용한 중립축 이동 및 유연성 개선 (2016) 16

그림 6. Al₂O₃/ZnO 나노라미네이트가 삽입된 멀티 배리어 (2017) 18

그림 7. 0.5% 이상의 변형율을 견디는 TFE에 대한 보고 19

그림 8. 무기층의 취성 개선에 초점을 맞춘 선행 연구들 19

그림 9. 다층 봉지막에서 봉지막 유연성에 영향을 미치는 유기층의 기계적 물성 21

그림 10. 연구 전략 22

그림 11. 유연 봉지막에 대한 선행 연구 정리 22

그림 12. 배리어 필름의 투과 메커니즘 23

그림 13. 시간에 따른 수분 투과량 25

그림 14. 칼슘 테스트 샘플 제작 모식도 27

그림 15. 멀티 배리어에서의 확산 메커니즘 29

그림 16. 나노라미네이트에서의 확산 메커니즘 30

그림 17. 자연 발생 균열에 의한 스트레스 저감 효과 34

그림 18. Al₂O₃, ZnO, Al₂O₃/ZnO 나노라미네이트(Nano-stratified layer)에 대한 측정 결과: (a) PL intensity, (b) XRD, (c) Residual stress, (d) Young's modulus 35

그림 19. Al₂O₃/ZnO 나노라미네이트의 pair 개수 최적화 37

그림 20. 높은 벤딩 스트레스 인가로 인한 균열 발생 38

그림 21. 잔류응력 계산을 위한 레이저 스캐닝 방법 39

그림 22. CROP 중합 반응의 모식도 41

그림 23. 인장/압축 잔류응력에 따른 박막의 형태 변화와 스토니 공식에 따른 잔류응력 측정 42

그림 24. 하이브리머 용매 희석비율 변화를 통한 두께 조절 43

그림 25. 하이브리머 두께 변화에 따른 벤딩 테스트 후 WVTR 수치 44

그림 26. 120nm, 500nm 두께의 하이브리머를 사용한 멀티 배리어 TFE의 변형율에 따른 WVTR 변화 45

그림 27. 하이브리머의 연신을 한계 46

그림 28. 다양한 종류의 유기물이 적용된 선행 연구 47

그림 29. Sol-gel 반응과 열경화과정을 통해 제작되는 고분자 중합체인 i-OPTO TB 48

그림 30. 하이브리머와 i-OPTO TB의 contact angle 및 AFM 측정 결과 49

그림 31. 나노-인덴테이션 측정법을 통해 구해낸 Nano-stratified layer, 하이브리머, i-OPTO TB의 영률 50

그림 32. 하이브리머 및 i-OPTO TB의 인장시험 결과 비교_영률, 강도, 연신율 51

그림 33. 하이브리머 및 i-OPTO TB의 인장시험 결과 비교_인성 및 데이터 테이블 52

그림 34. i-OPTO TB 두께별 TFE 유연성 변화 53

그림 35. i-OPTO TB가 나타내는 인장 잔류응력과 i-OPTO TB 두께별 TFE 유연성 변화 54

그림 36. 120nm 하이브리머, 500nm 하이브리머 및 385nm i-OPTO TB를 사용한 TFE의 벤딩 테스트 후 WVTR 측정 및 이론적인 영률 계산 55

그림 37. i-OPTO TB의 취약점 56

그림 38. 고분자 블렌딩 공법 활용 동기 57

그림 39. 에폭시-엘라스토머의 상용성 및 고분자 물질군에 따른 밀도-영률 그래프 58

그림 40. 하이브리머에 실비온을 블렌딩하는 공법 59

그림 41. TMA 측정을 이용한 실비온 블렌딩 비율 최적화 60

그림 42. 하이브리머와 실비온 블렌딩 하이브리머의 단면 EDS 측정 결과 61

그림 43. 하이브리머와 실비온의 경화 방식 차이 61

그림 44. 하이브리머와 실비온의 경화시간 차이로 인한 가교도의 향상 62

그림 45. 하이브리머 및 실비온 블렌딩 하이브리머의 영률, 밀도, 잔류응력 및 FTIR 측정 결과 비교 63

그림 46. I-OPTO TB, 하이브리머, 실비온 블렌딩 하이브리머 표면 위에 형성된 나노라미네이트 구조 64

그림 47. AFM 측정을 통한 실비온 블렌디드 하이브리머 표면 이미지 65

그림 48. 하이브리머 / i-OPTO TB 및 실비온 블렌디드 하이브리머의 인장 시험 결과 66

그림 49. 하이브리머, i-OPTO TB 및 실비온 블렌디드 하이브리머에 대한 인장 시험에 따른 인성 측정 결과 67

그림 50. 하이브리머, 실비온 블렌디드 하이브리머, i-OPTO TB가 삽입된 3.5 dyads 멀티 배리어의 벤딩 테스트 전후 WVTR 측정 결과 68

그림 51. 박막봉지된 OLED 소자의 제작 과정 69

그림 52. 중립축 이동을 위한 버퍼 층의 적층 70

그림 53. 본 연구 결과를 포함한 선행 플렉서블 TFE 연구의 strain-WVTR 그래프 71

그림 54. TFE 전후, 버퍼 적층 전후, 벤딩 테스트 전후 OLED 소자의 I-V-L 특성 72

그림 55. TFE 봉지 및 벤딩 테스트를 거친 OLED 소자의 Cell image 73

그림 56. OLED 소자의 봉지 전후 및 벤딩 전후 보관수명 측정 73

초록보기

 최근 IOT, 휴대용 의료 디바이스, 스마트 기기 등에 적용 가능한 유연한 유기발광소자에 대한 개발이 적극적으로 이루어지고 있다. 유기발광소자는 플렉서블 디스플레이에 적용하기에 많은 장점을 가지고 있지만 수분 및 산소에 취약하다는 단점이 있다. 본 연구에서는 의류형, 인체 부착형 등 인체에 밀접하게 사용되는 유기발광소자에 적용 가능한 다층 TFE의 유기층의 기계적 물성을 개선하여 유연성 향상을 목표로 하였다. 다층 TFE의 무기물 층으로는 선행연구에 의해 유연성능이 최적화된 Al₂O₃/ZnO 나노라미네이트(Nano-stratified layer) 구조를 사용하였으며, 압축 잔류응력을 가진 유기물 층인 하이브리머 두께를 이전에 비해 두껍게 늘려 멤브레인 포스 저감을 통해 1.5% 수준의 변형율에도 신뢰성을 유지하는 TFE 성능을 확보하였다. 다음으로는, 연신율이 높은 유기물인 i-OPTO TB를 사용하여 통해 전체적인 유/무기 적층 구조의 유연성을 높였다. 유기 층의 높은 연신율은 외부 변형에 대한 TFE 무기 층의 파괴를 억제하였다. 마지막으로, 탄성 고분자를 블렌딩하여 에폭시 기반 봉지재의 영률 및 연신율을 기존에 비해 높이는 공법을 개발하였다. 탄성 고분자인 실비온을 블렌딩한 후, 하이브리머의 가교도가 증가하였고 블렌딩 전에 비해 1.2배 가량 높은 영률과 2배 가량 높은 연신율을 나타내었다. i-OPTO TB는 연신율이 높은 대신 영률이 낮지만 실비온 블렌디드 하이브리머는 두 인자가 모두 우수하였다. 또한 영률과 연신율을 모두 고려한 종합적인 인자인 인성 (toughness) 측면에서 i-OPTO TB에 비해 훨씬 우수하였다.

실비온 블렌디드 하이브리머를 사용하여 제작한 TFE는 2%의 변형율로 1000회 벤딩 테스트한 후에도 OLED에 수명 신뢰성을 제공할 수 있는 수준의 WTR을 나타내었다. 이와 더불어 버퍼 층 적층을 통한 중립축 이동으로 유효 응력을 저감시켰고, 버퍼 층을 포함한 TFE는 최상부 표면에 대한 3.29%의 변형율을 견뎌 폴더블 수준의 성능을 나타내었다. 봉지한 OLED 소자는 봉지 전후 및 벤딩 테스트한 후에도 전기적 특성을 유지하였다. 또한, 벤딩 테스트 후 50일간의 보관수명 측정에서도 500 cd/m²의 휘도를 유지하였다. 결론적으로, TFE 유기층의 기계적 물성 개선을 통해 이전보다 유연성 측면에서 크게 향상되었다. 이 TFE는 유기발광소자에 폴더블 수준의 변형율이 발생하여도 수명 신뢰성 제공이 가능한 성능을 나타내었다.

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