When we think about clothes, they are usually formed with textiles and have to be both wearable and washable for daily use; however, wearable electronics has had a problem with its power sources and moisture permeability, which causes the devices to malfunction. To ease out the problem of external power sources and enhance the practicability of wearable displays, the author fabricated wearing display modules on real textiles that integrated polymer solar cells (PSCs) with organic light emitting diodes (OLEDs).
PSCs have been one of the most promising candidates for a next-generation power source, especially for wearable and optoelectronic applications because they can provide stable power without an external power source, while OLEDs can be driven with milliwatts. However, the problem was that they are both very vulnerable to external moisture and oxygen. The encapsulation barrier is essential for their reliability. The conventional encapsulation barrier is sufficient for normal environments; however, it loses its characteristics in aqueous environments, such as water. It limits the commercialization of wearing displays that must operate even on rainy days or after washing.
To tackle this issue, the author employed a washable encapsulation barrier that can protect the device without losing its characteristics after washing through atomic layer deposition (ALD) and spin coating. With this encapsulation technology, the author confirmed that textile-based wearing display modules including PSCs, OLEDs, and the proposed encapsulation barrier exhibited little change in characteristics even after 20 washings with 10-minute cycles. Moreover, the encapsulated device operated stably with a low curvature radius of 3mm and boasted high reliability.
Finally, it exhibited no deterioration in properties over 30 days even after being subjected to both bending stress and washing. Since it uses a less stressful textile, compared to conventional wearable electronic devices that use traditional plastic substrates, this technology can accelerate the commercialization of wearing electronic devices. Importantly, this wearable electronic device in daily life can save energy through a self-powered system.
일반적인 웨어러블 소자에 있어서, 그것들은 대개 섬유로 형성되어 있고 일상적으로 사용하기 위해 세탁이 가능해야 한다. 하지만, 웨어러블 디스플레이 소자의 경우 동력원과 수분 및 산소에 의해 열화 되는 문제가 있어 실용화에 한계를 가지고 있다. 저자는 이러한 외부 전원의 문제를 해결하고 웨어러블 디스플레이의 실용성을 높이기 위해 유기발광다이오드(OLED)로 폴리머 태양전지(PSC)를 통합한 세탁 가능한 섬유 기반 디스플레이 모듈을 제작했다.OLED의 경우 매우 적은 밀리와트의 전력으로도 구동이 가능하기 때문에 PSC는 웨어러블 디스플레이 소자의 차세대 전원 특히 웨어러블 소자에 있어 주목 받고 있다. 그러나 문제는 둘 다 외부의 수분과 산소에 매우 취약하다는 것이었다. 따라서 봉지막은 그들의 신뢰성에 필수적이다. 기존의 봉지막은 일반적인 환경에서는 안정적으로 작동하지만 물 속 같은 수용성 환경에서는 그 특성을 상실한다. 웨어러블 디스플레이는 비 오는 날이나 세탁 후에도 작동해야 되기 때문에 이러한 단점은 웨어러블 디스플레이의 상업화를 제한한다.저자는 이러한 문제를 해결하기 위해 원자층 증착 방법(ALD)과 스핀코팅을 통해 세탁한 후 특성을 잃지 않고 기기를 보호할 수 있는 세탁 가능한 봉지막을 개발했다. 저자는 이 봉지막 기술로 PSC, OLED, 봉지막 등 섬유 기반 디스플레이 모듈이 10분 주기의 20번 세탁 후에도 특성의 변화가 거의 없음을 확인했다. 게다가 본 모듈은 3mm의 낮은 곡률 반경에서도 안정적으로 작동했고 높은 신뢰성을 자랑한다.마지막으로 굽힘테스트와 세탁을 병행한 후에도 30일 동안 특성의 열화 현상이 발생하지 않았다. 플라스틱 기판을 사용하는 기존 웨어러블 전자 기기와 비교해 스트레스가 적은 직물을 사용하기 때문에 본 기술은 웨어러블 전자 기기의 상용화를 가속화할 수 있다. 무엇보다 일생생활에서 사용 가능한 본 웨어러블 디스플레이 모듈은 자가발전을 통해 에너지를 절약할 수 있다.
