Mesh-patterned silver electrode via Electrohydrodynamic printing for Transparent and Flexible Quantum Dot Light-Emitting Diodes = 전기수력학적 직접 프린팅을 통한 메쉬 패턴 은 전극 제작 및 투명·유연 QLED 소자 구현

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The direct integration of transparent and flexible electrodes is essential for next-generation optoelectronic devices, particularly transparent and flexible display technologies. However, conventional transparent electrodes such as indium tin oxide (ITO) are brittle and require complex patterning processes involving photolithography and chemical etching, which limit their applicability in flexible and large-area systems.
In this study, mesh-patterned silver (Ag) electrodes were directly fabricated via electrohydrodynamic (EHD) printing, enabling high-resolution direct patterning and electrode integration without sacrificial layers or chemical etching. By optimizing the printing parameters, the EHD-printed Ag mesh electrodes achieved high optical transmittance exceeding 84% at 550 nm, low sheet resistance below 8 Ω/sq (20 × 20 mm²), and excellent mechanical robustness, exhibiting less than 5% resistance change after 2000 bending cycles.
The directly printed Ag mesh electrodes were integrated as the top electrodes in transparent and flexible quantum dot light-emitting diodes (TF-QLEDs), exhibiting luminance and efficiency comparable to planar electrodes while providing superior transparency and flexibility. Uniform electroluminescence was maintained under repeated bending and crumpling, confirming stable device operation under harsh mechanical deformation.
Overall, this work demonstrates that direct EHD printing of Ag mesh electrodes offers a simple, scalable, and mechanically robust electrode integration strategy for transparent and flexible QLEDs, highlighting its strong potential for next-generation transparent and flexible display applications.

국문 초록 (Abstract)

차세대 광전자 소자, 특히 투명 및 유연 디스플레이 기술의 구현을 위해서는 투명하고 유연한 전극의 직접 집적이 필수적이다. 그러나 기존의 투명 전극 소재인 인듐 주석 산화물(ITO)은 취성이 크고, 포토리소그래피 및 화학적 식각 공정과 같은 복잡한 패터닝 공정을 필요로 하여 유연 소자 및 대면적 시스템 적용에 한계가 있다.
본 연구에서는 전기수력학적(EHD) 프린팅 공정을 이용하여 메쉬 구조의 은(Ag) 전극을 직접 패터닝하는 공정을 구현함으로써, 희생층이나 화학적 식각 공정 없이 고해상도 패터닝 및 전극 집적이 가능함을 보였다. 프린팅 공정 조건을 최적화한 결과, EHD 프린팅된 Ag 메쉬 전극은 550 nm 파장에서 84% 이상의 광투과도와 8 Ω/sq 이하의 면저항 (20 × 20 mm² 기준)을 달성하였다. 또한, 2000회 이상의 반복 굽힘 시험에서도 저항 변화율이 5% 이하로 유지되는 우수한 기계적 안정성을 확보하였다.
제작된 Ag 메쉬 전극은 투명 및 유연 양자점 발광 다이오드(TF-QLEDs)의 상부 전극으로 적용되었으며, 평면 전극을 사용한 소자와 유사한 휘도 및 효율 특성을 나타내는 동시에 우수한 투명성과 유연성을 나타냈다. 또한 반복적인 굽힘 및 구김 변형 환경에서도 균일한 발광을 유지하여, 기계적 변형 조건 하에서의 안정적인 전기발광 동작이 가능함을 확인하였다.
종합적으로, 본 연구는 EHD 프린팅을 이용한 Ag mesh 전극의 직접 집적이 투명 및 유연 QLED를 위한 간단하고 확장 가능하며 기계적으로 안정적인 전극 통합 전략임을 입증하였으며, 차세대 투명 및 유연 디스플레이 기술 구현에 대한 높은 잠재력을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• Abstract ⅰ
• Table of Contents ⅲ
• List of Tables ⅵ
• List of Figures ⅶ
• Chapter 1. Introduction 1
• 1.1 Transparent and Flexible Displays Based on Quantum Dots 1
• 1.2 Challenges in Transparent and Flexible Electrodes 5
• 1.3 Printing-Based Approaches for High-Resolution Mesh Electrode Fabrication 7
• 1.4 Motivation and Structure of This Thesis 11
• Chapter 2. Experimental Section 14
• 2.1 Materials and Device Structures 14
• 2.2 Fabrication of Mesh Electrodes 17
• 2.3 Quantum Dot Light-Emitting Diodes Fabrication 18
• 2.4 Characterization and Measurement Techniques 20
• Chapter 3. Optimization of Solution-Processed HIL and Bottom Electrode 21
• 3.1 Wetting Property Enhancement of PEDOT:PSS Using Triton X-100 21
• 3.2 Optimization of Ag Thickness for Semi-Transparent Bottom Electrodes 26
• 3.3 Performance Evaluation of Flexible QLEDs 30
• Chapter 4. Mesh-Patterned Silver Electrodes via Electrohydrodynamic Printing 35
• 4.1 Principle and Process of EHD Printing 35
• 4.2 Mesh Design and Printability Optimization 40
• 4.3 Optical, Electrical, and Mechanical Properties of Printed Mesh Electrodes 42
• 4.4 Device Integration and Impact of Electrode on TF-QLED Performance with Mesh Electrodes 48
• Chapter 5. Conclusion and Suggestions for Future Research 56
• 5.1 Conclusion 56
• 5.2 Suggestions for Future Research 59
• References 62
• Publication List 70
• Abstract in Korean 72