In this work, a stretchable organic light-emitting diode (OLED) has been realized. The stretchable platform,on which OLEDs are stacked, consists of rigid islands connected electrically and mechanically with serpentine shapedinterconnectors placed on a bilayer substrate based on a strain relief layer with low Young's modulus andan elastomeric substrate. When a floating, self-supporting serpentine-shaped interconnector is stretched, out-of-planetwisting tends to occur to reduce the strain applied to the interconnector. However, when interconnectorsattached to elastomeric substrates are stretched, the vertical movement is restricted, and the applied strain tendsto increase. To solve this problem, a strain relief layer having a very low Young's modulus is inserted betweenthe elastomeric substrate and the patterned plastic substrate. Due to the very low Young's modulus of the strainrelief layer, the serpentine interconnector has more freedom to move in a vertical direction, enabling the overallsystem to withstand a higher degree of stretching. Stretchable OLEDs are realized on this platform, and it wasconfirmed that stable operation is possible even when it is stretched to a significant degree. First-generationstretchable OLEDs are fabricated with a photo-patternable photoresist, SU-8, enabling stretchability is relativelylow due to the limitation of the material property. Therefore, polyimide (PI), a widely used plastic substrate inflexible OLED displays, is used to fabricate a more stable stretchable platform. To pattern this, commerciallyaccessible laser patterning was used, and to secure a surface at a level where OLEDs can be deposited, aphotoresist was coated to protect the surface during patterning. After this, poly(glycidyl acrylate-co-2-(dimethylamino)ethyl methacrylate (pGAD) was deposited to further increase the degree of planarization of thesurface, enabling the fabrication of an OLED that has very stable properties even on the patterned PI. In addition,a multi-layer thin-film encapsulation was applied to increase the environmental stability, leading to realization ofa passive-matrix stretchable OLED display that is operable in ambient air.
본 연구에서는 영률이 낮은 변형률 저감층과 탄성기판으로 구성된 신축플랫폼을 활용하여신축 유기 발광다이오드를 구현하였다. 신축 플랫폼을 구성하는 패턴은 능동소자인유기발광다이오드가 적층되는 단단한 섬과 이를 기계적 전기적으로 연결하는 말발굽모양의 연결전극으로 이루어져 있으며, 이는 탄성기판 상에 형성된다. 허공에 떠있는 말발굽모양의 연결전극을 늘리면, 평면에서 수직한 방향으로 뒤틀림이 발생하게 되는데, 이는 인가되는 변형률을줄이기 위함이다. 하지만 여타 다른 신축 기판에 이를 붙인 상태에서 늘리면, 수직 방향으로의거동이 제한되어 인장시 이에 인가되는 변형률이 증가하게 된다. 본 연구에서는 이를 해결하기위하여 매우 낮은 영률을 갖는 변형률 저감층을 신축 기판과 플라스틱 기판 사이에 삽입하였다.변형률 저감층의 낮은 영률로 인하여 말발굽 모양의 다리는 보다 수직방향으로의 거동에자유도를 얻게 되었으며, 이를 바탕으로 보다 높은 신축성을 확보할 수 있다. 이러한 기술을바탕으로 신축 유기발광다이오드를 구현하였으며, 40% 인장하였을 때에도 안정적인 구동이가능함을 확인하였다. 하지만 단단한 섬 구조와 연결 전극을 제작하기 위하여 사용된포토패터닝이 가능한 SU-8 의 물질적 한계로 끊어지기 쉽고, 저 영률층 상에 용액 공정을수행하는 어려움이 있다. 이를 해결하기 위하여 플렉서블 기판으로 널리 사용되는 Polyimide 를활용하였다. 이의 패터닝을 진행하기 위하여 상업적으로 접근이 용이한 레이저 패터닝을활용하였으며, 유기 발광 다이오드가 증착 가능한 수준의 표면을 확보하기 위하여,Photoresist 를 코팅하여 커팅시 표면을 보호하였다. 이 이후에 표면의 평탄화 정도를 보다높이기 위하여 기상증착형 고분자인 pGAD 를 증착하였으며, 이를 통해 패터닝된 Polyimide 위에안정적으로 구동 가능한 유기 발광 다이오드를 구현할 수 있었다. 추가적으로 외부 환경에서의안정성을 높이기 위하여 다층박막봉지를 적용하였으며, 이를 저 영률 기반의 변형율 저감층상에전사하여, 높은 신축성을 보이며 알파벳 및 숫자의 표현이 가능한 수동 구동 방식의 유기 발광다이오드 를 구현하였다.
