Stretchable organic light-emitting diodes (OLEDs) have gained immense attention as versatile optoelectronic devices due to their exceptional ability to conform to various form factors. However, when these stretchable OLEDs are stretched, a common challenge emerges in the form of reduced geometrical fill factor (FF). The FF, representing the ratio of the active area to the total area, plays a critical role in the performance and applicability of stretchable OLEDs. To address this issue and maximize the potential of stretchable OLEDs, we introduce a novel three-dimensional (3D) architecture. This innovative design leverages a hidden active area, which serves a dual purpose as both an emitting area and an interconnector. The concept revolves around attaching an ultrathin OLED to a 3D rigid island array structure through quadaxial stretching, ensuring precise and deformation-free alignment. What sets this approach apart is the ability of a portion of the ultrathin OLED to remain concealed by 'folding in' between adjacent islands when in the initial, non-stretched state. However, as the device is stretched, this concealed portion gradually unfolds and surfaces to the top. This ingenious engineering design allows our stretchable OLEDs to not only boast an initial FF of nearly 100%, but also to maintain this high FF even after enduring substantial deformation equivalent to a 30% biaxial system strain. This innovation has the potential to significantly expand the applicability of stretchable OLEDs, making them more adaptable for various real-world applications where flexibility and high FF are paramount. By addressing the FF limitation, our 3D architecture paves the way for stretchable OLEDs to reach their full potential, ushering in a new era of stretchable optoelectronics.
신축 유기 발광 다이오드 (Stretchable OLEDs)는 다양한 폼펙터에 적응할 수 있는 탁월한 성능을 바탕으로, 차세대 광전자 디바이스로 큰 주목을 받고 있다. 그러나 신축 유기 발광 다이오드를 신축하게 되면, 발광 면적 사이의 거리가 멀어짐에 따라 기하학적 면적비(FF)의 감소라는 치명적 문제가 발생한다. 면적비는 발광영역과 총 영역의 비율을 의미하며, 신축 유기 발광 다이오드의 주요 어플리케이션인 웨어러블 광치료 및 디스플레이 등에서 핵심적인 설계 고려사항이다. 본 연구에서는 신축시 면적비 감소에 대한 문제를 해결하고, 신축 유기 발광 다이오드의 잠재력을 극대화하기 위해‘숨겨진 발광 영역’이라는 새로운 3차원 (3D) 아키텍처를 제안한다. 기존의 발광 면적 사이에 숨겨진 형태를 가지는 본 구조는, 발광 영역 및 인터커넥터의 역할을 동시에 수행하며 4축으로 인장된 3차원 구조의 아일랜드 어레이에 초박막 OLED를 정밀히 얼라인하는 방식으로 제작된다. 제작된 구조체는 초기 상태에서는 아일랜드 사이에 ‘안으로 접혀져’ 숨겨져 있지만, 소자가 늘어남에 따라 숨겨진 부분이 점차 펼쳐져 상단으로 나타나며 면적비를 보상하는 형태를 가진다. 구현된 신축 유기 발광 다이오드는 초기 FF가 100%에 근접하고, 30% 의 양축 변형 하에서도 90%의 높은 FF 를 유지하며 다양한 기계적 변형 하에서도 전기-광학적 성능을 유지한다. 본 연구를 통해 신축 유기 발광 다이오드의 어플리케이션을 크게 확장할 수 있을 것으로 기대되며, FF 한계를 해결함으로써 신축 가능한 광전자 소자의 새로운 페러다임을 제시하고자 한다.
