웨어러블 적층형 다파장 유기발광다이오드 및 양자점 발광-광 다이오드 구조 기반의 디스플레이-헬스케어 동시 구현 플랫폼 연구 = Research on a Wearable Platform for Simultaneous Implementation of Display and Healthcare based on Stacked Color-tunable Organic Light Emitting Diodes and Quantum-Dot Organic Light-emitting Photodiode

국문 초록 (Abstract)

유연한 광 전자기기를 넘어, 섬유를 기반으로 한 웨어러블한 광전자기기는 시간적, 공간적 제약을 벗어나 정보 전달용 디스플레이를 비롯하여 바이오 헬스케어 분야로까지 응용이 확대되고 있다. 특히, 광 효율과 집적도를 높이는 탠덤 유기 발광 소자(Tandem OLED) 기술은 디스플레이와 헬스케어 효과를 동시에 향상시키는 데 주목받고 있다.
기존에는 디스플레이와 광치료를 위해 서로 다른 파장대의 OLED를 개별적으로 구현하거나, OLED 및 OPD를 수평 배열하여 광진단에 적용하는 방식이 주로 사용되었다. 이러한 방식은 디바이스의 면적 활용과 광효율 측면에서 한 계가 존재한다. 이에 본 연구에서는 섬유 기반의 다파장 제어가 가능한 두 OLED를 적층한 tandem OLED를 구현하고, OPD와 OLED를 적층한 유기 발광-광다이오드(OLPD, Organic Light–emitting-Photodiode) 구조를 제안한다. 이를 통해 단일 소자 내에서 소자의 면적 및 광효율을 향상 시키며, 디스플레이 및 헬스케어 기능의 동시 구현이 가능함을 확인한다.
섬유 기반의 tandem OLED는 red, blue, white의 다파장을 구현할 수 있으며, 이를 통해 하나의 웨어러블 디바이스로 다양한 색상의 디스플레이와 다파장 광치료를 동시에 수행할 수 있음을 입증하였다. 또한, AC 구동을 통해 적층된 두 소자의 각 전압에 따라 white 색감 제어가 가능함을 확인하였다. 이어서, 양자점(Quantum Dot, QD)층을 활용한 OLED와 OPD를 적층한 QD-OLPD를 설계하여, 디스플레이와 광진단의 동시 응용 가능성을 제시하였다. 이는 상단부의 OLED와 하단부의 OPD가 동시에 동작하며, 하나의 소자에서 발광과 흡광이 동시에 이루어져, 디바이스의 집적도를 향상시킨다.
최종적으로, 적층형 tandem OLED와 QD-OLPD 소자를 모두 웨어러블한 섬유 기판에 성공적으로 구현함으로써, 디스플레이와 헬스케어의 융합형 웨어러블 플랫폼으로의 확장 가능성을 확인하였다. 본 연구는 적층형 광소자를 활용 한 다기능 융합 디바이스의 새로운 방향성을 제시하며, 차세대 웨어러블 디스플레이 기술의 발전 가능성을 제안한다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 1.1 연구 배경 및 목적 1
• 제2장 이론적 배경 4
• 2.1 웨어러블 광디바이스 4
• 2.2 유기 광소자 6
• 2.2.1 유기 발광 다이오드 6
• 2.2.2 유기 광다이오드 8
• 2.3 광의학 10
• 2.3.1 광생물 변조 10
• 2.3.2 광혈류 측정 12
• 2.4 섬유 기반의 적층형 광 디바이스 기술 14
• 2.4.1 섬유 기반 유기발광다이오드 및 유기광다이오드 구현 기술 14
• 2.4.2 적층형 유기발광다이오드 연구 16
• 2.4.3 적층형 유기광다이오드 연구 19
• 제3장 섬유 기반의 적층형 유기발광다이오드 22
• 3.1 웨어러블 적층형 유기발광다이오드 구조 및 제작 방법 22
• 3.1.1 섬유 기반의 유기발광다이오드 평탄화 방법 22
• 3.1.2 적층형 유기발광다이오드 소자 제작 25
• 3.2 섬유 기반 적층형 유기발광다이오드 성능 평가 27
• 3.2.1 섬유 기반 단일 유기발광다이오드 특성 분석 27
• 3.2.2 섬유 기반 적층형 유기발광다이오드 특성 분석 34
• 3.3 웨어러블 적층형 유기발광다이오드 신뢰성 평가 45
• 3.3.1 섬유 기반 적층형 유기발광다이오드 기계적 신뢰성 45
• 3.4 웨어러블 적층형 유기발광다이오드 광치료 응용 50
• 3.4.1 섬유 기반 병렬 적층형 유기발광다이오드의 광치료 응용 50
• 제4장 섬유 기반의 적층형 양자점 유기발광-광다이오드 54
• 4.1 섬유 기반 적층형 양자점 유기발광-광 다이오드의 단일 구조 분석 54
• 4.1.1 양자점 레이어의 특성 54
• 4.1.2 섬유 기반의 양자점 기반 유기발광다이오드 특성 분석 58
• 4.1.3 섬유 기반 유기광다이오드 특성 분석 66
• 4.2 웨어러블 적층형 양자점 유기발광-광 다이오드 소자 제작 70
• 4.2.1 적층형 양자점 유기발광-광 다이오드 구조 설계 70
• 4.2.2 섬유 기반의 양자점 유기발광-광 다이오드 제작 및 원리 74
• 4.3 웨어러블 적층형 유기발광-광 다이오드 특성 분석 78
• 4.3.1 유기발광-광 다이오드의 유기발광다이오드 특성 분석 78
• 4.3.2 유기발광-광 다이오드의 유기광다이오드 특성 분석 81
• 4.3.3 유기발광-광 다이오드의 발광, 흡광의 동시 구현 84
• 4.4 웨어러블 적층형 양자점 유기발광-광 다이오드 응용 90
• 4.4.1 웨어러블 양자점 유기발광-광 다이오드의 디스플레이 90
• 4.4.2 웨어러블 양자점 유기발광-광다이오드의 광진단 93
• 제5장 결론 및 고찰 96
• 참고문헌 98
• ABSTRACT 107
• 발표논문 109