Stretchable optoelectronic devices have conventionally been developed by combining rigid elements and stretchable connectors to ensure device functionality when subjected to stretching deformations. However, this approach, often involving two-dimensional rigid-island configurations, unavoidably compromises the density of active components to improve interconnector stretchability and maximum strain. In this context, we introduce a novel 3D buckled pop-up architecture for stretchable OLEDs, substantially reducing the lateral space occupied by the connectors. This reduction allows for a higher fill factor of active components and a significant enhancement in stretchability and maximum strain. These innovations are underpinned by a selective bonding approach employing a dimpled pop-up assisting adhesion blocking layer. This layer facilitates reliable out-of-plane buckling by reducing adhesion energy. Consequently, we achieve a simultaneous high initial fill factor (density) of 85% in the emission region and a remarkable increase in the lateral dimensions of the connecting region by 510%. With this proposed method, we present stretchable OLEDs that maintain consistent performance even after enduring 2,000 biaxial cycles at 40% system strain. Additionally, we confirm the mechanical robustness of the proposed system when subjected to convex deformation.
기존에는 신축성 광전자 기기는 단단한 구성 요소와 탄성 연결자의 조합을 통해 성능을 유지하는 데 의존해왔다. 그러나 이러한 방식은 이차원 구조의 단단한 아일랜드와 인터커넥터에 대한 구성을 포함하며, 이는 인터커넥터의 신축성과 최대 변형률을 향상시키기 위해 능동 소자의 영역에 대한 밀도를 불가피하게 희생하는 문제를 가지고 있다. 본 연구에서는 이러한 근본적인 문제를 해결하고자 신축성 OLED를 위해 설계된 3차원 팝업 아키텍처를 제안한다. 제안한 소자의 구조는 인터커넥터가 차지하는 측면 공간을 크게 감소시켜 능동 소자 영역에 대한 높은 밀도와 신축성 및 최대 변형에 대한 내구성을 상당히 향상시킬 수 있게한다. 본 연구의 핵심은 OLED 층을 탄성 중합체에 선택적 접합을 근간으로 하고 있다. 이러한 선택적 접합은 낮은 점착 에너지를 가지는 선택적 접착 및 팝업 보조를 위한 층을 활용하여 기계적으로 신뢰성 있는 좌굴 변형을 유도하고, 이로써 3차원 팝업 구조 형성에 기여한다. 말굽 모양의 인터커넥터 특성상 본질적으로 낮은 굽힘 강성으로 인해 3차원 팝업 구조에 대한 형성이 어려운 한계를 가지고 있으며, 이러한 한계를 팝업 보조 접착 방지층의 낮은 점착 에너지로 극복이 가능하다. 결과적으로 본 연구에서는 발광 영역에서 85%의 높은 초기 밀도와 인터커넥터 영역의 최대 인장률을 510% 증가시키는 것을 동시에 달성할 수 있었다. 본 연구에서 제안한 접근 방법으로 40% 시스템 변형에서 2,000회의 양방향 인장에서도 성능 변화가 없는 신축성 OLED를 가능하게 하였다. 뿐만 아니라 본 연구에서 제안한 시스템의 곡면 변형에 대한 기계적인 견고성을 평가하여, 다양한 변형 형태에도 성능을 유지하는 것을 확인하였다.
