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Aug 02, 2023

새로운 LED 기술로 휴대폰 화면을 유연하게 만들 수 있습니다.

읽기 시간: 8분 게시일: 2023년 7월 31일 2023년 7월 31일 작성자: Melisa Yashinski TV, 노트북, 스마트폰에서 볼 수 있는 화면과 같은 오늘날의 많은 화면은 유기물이라는 물질에 의존합니다.

읽기 시간: 8분

게시일: 2023년 7월 31일 2023년 7월 31일 작성자: Melisa Yashinski

TV, 노트북, 스마트폰에 사용되는 화면과 같은 오늘날의 화면 중 상당수는 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, 줄여서 OLED)라는 소재를 사용합니다. OLED 기반 화면은 얇고 가벼우며, 더 깊고 어두운 검정색을 표현하는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 이러한 스크린은 유리 조각처럼 단단하고 부서지기 쉽습니다. 피부와 같은 부드러움을 갖고 손목을 감싸거나 반으로 완전히 접을 수 있는 화면을 만들 수 있다면 어떨까요?

이전에 과학자들은 OLED 디스플레이에 유연성을 부여하기 위해 새로운 화면 디자인을 설계했습니다. 그러나 이러한 시도로 인해 해상도와 이미지 품질이 저하되고 굽힘성이 제한되었습니다. 다른 과학자들은 형광등과 같은 대체 발광 재료를 사용하여 신축성 있는 스크린을 성공적으로 설계했습니다. 하지만 이들 소재는 OLED 소재에 비해 휘도가 낮고 전력 효율도 떨어지는 등 열등한 특성을 갖고 있다.

최근 중국과 미국의 과학자들은 기존 OLED 재료의 분자 설계를 수정하여 빛 방출 능력을 유지하면서 더 유연하게 만들었습니다. 그들은 열에서 흡수된 에너지를 사용하여 전자를 다른 에너지 상태로 여기시키고 빛을 방출하는 일종의 OLED에 중점을 두었습니다. 이러한 유형의 스크린을 열 활성화 지연 형광(TADF) 방출기라고 합니다. 다른 OLED 기술과 달리 TADF 이미터는 중금속에 의존하지 않으므로 웨어러블 기기와 같은 인간 통합 애플리케이션에 안전합니다.

대부분의 TADF 이미터는 작고 유연하지 않은 분자로 만들어집니다. 최근 연구에서 과학자들은 폴리머라고 불리는 긴 분자 사슬에서 TADF 방출기를 개발했지만 이 역시 신축성이 없었습니다. 재료에 신축성을 추가하기 위해 이 과학자들은 TADF 폴리머 단위 사이에 알킬 사슬이라고 불리는 탄소와 수소 원자로 구성된 연질 분자를 추가했습니다. 그들의 목표는 발광 특성을 희생하지 않고 유연성을 부여하기 위해 추가할 수 있는 가장 긴 알킬 사슬을 결정하는 것이었습니다. 그들은 탄소 원자 1, 3, 6, 10개의 알킬 사슬 길이를 가진 4개의 TADF 폴리머를 합성했습니다. 그들은 또한 비교를 위해 일반적인 소분자 TADF 방출체를 합성했습니다.

먼저 과학자들은 알킬 사슬을 추가하는 것이 성능에 영향을 미치는지 알아보기 위해 각 방출체의 발광 특성을 테스트했습니다. 그들은 5개 장치 모두 강도에 최소한의 변화만 주면서 녹색 빛을 성공적으로 방출하는 것을 관찰했습니다. 그런 다음 그들은 TADF 공정에서 전자를 여기시키기 위해 얼마나 많은 열 에너지가 필요한지에 해당하는 값인 전자 에너지 상태의 차이를 측정했으며 모든 방출기에 대해 거의 동일하다는 것을 발견했습니다. 그들은 결과를 해석하여 TADF 장치에 연질 알킬 사슬을 추가해도 빛 방출 능력에 영향을 미치지 않는다는 것을 나타냈습니다.

다음으로 과학자들은 길이가 두 배로 늘어날 때까지 각 방출기를 늘려 균열 형성과 빛 방출의 변화를 관찰했습니다. 그들은 더 긴 알킬 사슬을 가진 장치에서 균열이 더 적고 더 짧은 것을 관찰했는데, 이는 스트레칭으로 인한 손상이 적다는 것을 의미합니다. 그들은 테스트한 가장 긴 알킬 사슬인 10개의 탄소 알킬 사슬을 가진 TADF 폴리머가 방사체를 원래 크기의 두 배로 늘렸을 때에도 균열 없이 완전히 온전하게 남아 있다는 점에 주목했습니다. 그들은 또한 더 짧은 알킬 사슬로 만든 샘플보다 TADF 폴리머의 늘어난 버전에서 더 많은 빛이 방출되는 것을 측정했습니다. 그들은 이것이 이미터에 형성된 균열로 인해 발생했을 가능성이 높다고 설명했는데, 이로 인해 전기 접촉이 악화되고 전자가 에너지 상태를 변경하는 것을 잠재적으로 방지할 수 있었습니다.

그런 다음 과학자들은 10개의 탄소 알킬 사슬을 가진 TADF 폴리머를 신축성 OLED 장치에 통합했습니다. 일반적인 OLED 장치에서 유기 발광 재료는 전극이라고 불리는 두 개의 전도성 층 사이에 끼워져 있어 그 사이에 전기가 흐를 수 있습니다. 과학자들은 실리콘과 유사한 유연한 폴리머에 은 나노와이어를 추가하여 새로운 신축성 투명 전극을 설계했습니다. 그런 다음 그들은 이 두 개의 유연한 전극 사이에 TADF 폴리머를 끼웠습니다. 그들은 결과적인 OLED 장치가 켜지기 위해 낮은 전압이 필요하고 상용 배터리로 전원을 공급받을 수 있다는 것을 발견했습니다.