특허 개요
본 특허는 늘어나는 기판 위에서 전자소자 배열이 평면과 입체 형상으로 전환되는 신축성 전자 장치입니다. 탄성 기재 위에 접착층과 저접착 접착 방지층을 선택적으로 배치하고, 그 위에 전자소자를 포함한 아일랜드와 인터커넥터를 전사합니다. 인장된 기재의 힘을 해제하면 접착력이 낮은 영역의 아일랜드와 인터커넥터가 압축 응력에 의해 좌굴하는 기계적 유도 조립(mechanically guided assembly) 방식으로 3차원 배열을 형성하며, 음각 패턴으로 유효 접착 일과 좌굴 조건을 제어합니다.
- 핵심 기능
인장된 탄성 기재에 접착층과 접착 방지층을 형성한 뒤 아일랜드-인터커넥터 구조를 배치하고, 인장력을 해제해 저접착 영역을 좌굴시킵니다. 접착층에 고정된 아일랜드는 기준점 역할을 하고, 접착 방지층 위의 아일랜드와 인터커넥터는 신축·굴곡하면서 평면 또는 3차원 배열로 전환됩니다.
- 차별 강점
기존 2차원 스트레처블 구조는 인터커넥터의 신축성을 높이는 과정에서 해상도와 유효 발광 영역의 확보가 제한될 수 있었습니다. 기존 3차원 구조에 요구되던 180℃ 이상의 고온 공정이나 희생층 제거를 위한 습식 식각 대신, 접착력 차이와 음각 패턴을 이용해 좌굴을 유도함으로써 공정 민감도가 높은 전자소자에도 적용 범위를 넓힙니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 스트레처블 디스플레이, 신축성 OLED 조명, 신축성 광전자 소자·트랜지스터·태양전지·전지, 기계적 유도 조립 기반 전자 패키징 분야에 활용 가능하며, 웨어러블 및 인체 부착형 전자제품, 로보틱스, 헬스케어 전자제품 개발에 적용할 수 있습니다. 사업 측면에서는 신축형 화면·조명 모듈, 피부 밀착형 디바이스, 곡면·변형 대응 전자 부품으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
음각 패턴 면적 비율이 다른 신축성 OLED 장치를 제작해 접착 방지층의 유효 접착 일과 좌굴에 따른 3차원 배열 형성을 확인했습니다. 실시예 3에서는 양축 인장과 볼록 표면 변형, 반복 인장·제거 조건에서 발광 구동 특성을 확인했으며, 대면적 제조와 다양한 전자소자 조합의 제품 수준 검증은 추가로 필요합니다.
- 시료: 음각 패턴 면적 비율 0%, 41%, 88%의 접착 방지층을 적용한 신축성 OLED
- 비교 조건: 실시예 1～3의 접착력 및 3차원 좌굴 배열
- 구동·변형 조건: 양축 인장률 0～40%, 정전류 0.2 mA, 볼록 표면 r/R 0.2～1
- 반복 조건: 10 mm/s 인장·제거 2000회
현재 성과
실시예 3은 양축 인장률 0～40% 및 정전류 0.2 mA 조건에서 검은 점 또는 눈에 띄는 시각적 결함 없이 균일하게 작동했습니다. 40% 양축 인장 시 100 nits에서 전류 효율 54 cd/A가 제시됐으며, 초기 상태의 전류 효율은 55 cd/A입니다.
실시예 3을 10 mm/s 조건으로 반복 인장·제거한 뒤 전류 밀도, 휘도 및 전류 효율 변화를 확인했습니다. 반복 전 초기 EL 성능을 기준으로 2000회 후 각 특성의 감소 수준을 제시해, 반복 기계 변형 중 발광 구동 특성을 검증했습니다.
접착층 가장자리를 노출하고 저접착 접착 방지층을 배치해, 인장력 해제 시 선택 영역의 아일랜드와 인터커넥터만 좌굴하도록 설계했습니다. 음각 패턴으로 접촉 면적과 유효 접착 일을 조절하며, 고온 공정 또는 희생층 제거 습식 식각에 의존하던 기존 3차원 조립 방식과 구별됩니다.
상용화까지 남은 부분
5×5 OLED 아일랜드 기반 실험실 규모 검증을 대면적 제조 공정으로 확장하는 실증
실제 제품 사용 기간을 고려한 장기 수명, 반복 신뢰성 및 실사용 환경 내구성 검증
OLED 외 광전자 소자·트랜지스터·태양전지·전지 등 다양한 전자소자 조합에서의 구조·공정 적합성 검증
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
신축성 전자 장치 및 이의 제조 방법
10-2024-0111226 (2024.08.20)
1020260026818 (2026.02.27)
미등록 (심사 중)
유승협 (한국과학기술원), 김수본 (한국과학기술원), 이동균 (한국과학기술원), 김준호 (한국과학기술원)
한국과학기술원