유기 전자는 무엇입니까?
유기재료를 사용하는 전자분야의 한 분야입니다.
전통적인 전자 제품은 고체를 기반으로합니다.반도체를 만드는 데 사용되는 실리콘. 무기물입니다 (즉, 탄소를 포함하지 않음). 대조적으로, 유기 전자 공학은 탄소 기반 분자 (소분자 또는 분자의 긴 사슬 인 고분자)를 사용합니다. 거의 모든 생물학적 분자는 유기 화합물이지만 석유 화학, 오일 및 플라스틱과 같은 탄화수소에서 파생 된 물질이기도합니다. 많은 사람들이 폴리머를 특히 비전 도성이라고 생각할 수 있습니다. 예를 들어 플라스틱 폴리머는 구리선을 절연하는 데 사용됩니다. 그러나 일부 유기 고분자와 분자는 전기를 전도 할 수 있습니다.
기존 실리콘 기반 전자 제품과 어떻게 다릅니 까?
유기 화합물에는무기 화합물에 비해 장점. 가볍고 유연하며 투명합니다. 모두 기존 실리콘 기술과 크게 다릅니다. 또한 제조 비용이 더 저렴할 수 있습니다.
유기 전자 제품이 왜 그렇게 많은 흥분을 유발합니까?
유기화합물이 너무 많아서다양한 작용기(고유한 특성을 지닌 원자 클러스터). 기능 그룹을 추가하면 전자 특성을 조정하기가 매우 쉬워집니다. 일부 기능 그룹은 전자를 회수하고 일부 기능 그룹은 전자를 제공하므로 이를 결합하여 과학자들은 원하는 특성을 매우 정확하게 조정할 수 있습니다. 예를 들어 발광 다이오드의 형광성을 조정할 수 있습니다.
새로운 종류의 전자 제품은 어떻게 생겨 났습니까?
유기농 전자 제품은 1950 년대에 시작되었습니다.H. Inokuchi와 그의 동료들이 최초의 전도성 유기 분자를 발견 한 해. 이 발견을 통해 유기 분자는 실리콘, 게르마늄 및 기타 유사한 요소에 일반적으로 사용되는 용어 인 반도체가 될 수 있음이 확인되었습니다. 유기 반도체는 기존의 반도체에 비해 많은 장점이 있습니다.
유기 반도체
V. Helfrikh 및 V.G.슈나이더는 유기 분자가 빛을 방출 할 수 있다는 것을 발견했습니다. 이 특성은 안트라센 분자에서 처음 발견되었습니다. 유일한 단점은이 효과가 고전압을 필요로했기 때문에 발견과 추가 개발 가능성을 극도로 비효율적으로 만들었다는 것입니다. 그리고 1980 년대에 Heeger, McDiarmid, Shirakawa라는 세 명의 과학자가 전도성 고분자를 만들어 2000 년에 노벨 화학상을 받았습니다. 몇 년 후, 페 릴렌 테트라 카르 복실 산 이무수 물 (PTCDA)은 여전히 자동차 페인트에 사용되는 유기 염료 분자가 반도체 특성을 가지고 있음을 발견했습니다.
다음으로 중요한 이정표는 개장이었습니다.유기 발광 다이오드(OLED) - 전류가 통과할 때 효과적으로 빛을 방출하는 유기 화합물로 만든 반도체 장치입니다. 이 장치는 1987년 Kodak의 Ching Tang과 Stephen Van Slykme에 의해 발명되었습니다. 이 장치는 단 5V의 전력으로도 빛을 낼 수 있었고 디스플레이 산업을 영원히 바꿔 놓았습니다.
이러한 전자 제품은 현재 어디에 사용되고 있으며 미래는 무엇입니까?
Andreas Hirsch 교수에 따르면독일 Erlangen-Nuremberg에있는 Friedrich-Alexander University의 유기 화학과는 실리콘이 아닌 탄소로 만든 전자 공학을 통해 차세대 의료 기기, 센서, 심지어 로봇까지 발전시킬 수 있습니다.
"대부분의 사람들은 아마도스크린 기술. 유기발광다이오드(OLED)는 이제 휴대폰에서 흔히 볼 수 있으며, TV에서도 OLED를 구입할 수 있습니다. 하지만 그 이전에도 일종의 유기 전자 장치로 간주될 수 있는 액정 디스플레이(LCD)는 수년 동안 많은 응용 분야에서 사용되어 왔습니다.”라고 Hirsch는 Horizon의 Richard Gray와의 인터뷰에서 설명합니다.
“50 년 정도 지나면유기적으로 보이고 금속 기반 로봇이 할 수없는 기능을 수행 할 수있는 더 많은 로봇을 보게 될 것입니다.”라고 과학자는 말합니다.
유기 전자 장치의 응용 스펙트럼
유기 전자 제품은 다양한 용도로 사용됩니다. 그중 4 개는 디스플레이, 광전지 및 트랜지스터 기술, 생물 의학 등 가장 유망한 것으로 불릴 수 있습니다.
디스플레이
OLED(유기발광다이오드) —Ching Tang과 Stephen Van Slyke가 개발한 선구적인 기술입니다. OLED는 백라이트를 사용하는 대신 인광의 특성을 이용해 자체 빛을 생성하는 유기 필름으로 구성됩니다. 인광은 오랜 시간 동안 지속되는 전자의 여기로 인한 방출입니다. 어둠 속에서 빛나는 손목시계와 다이얼에서 이러한 현상을 발견하셨을 것입니다.
남산 서울 타워 1 층-OLED 터널
인광은 특별한 유형의 광 발광입니다.형광 물질과 달리 인광 물질은 흡수 된 에너지를 즉시 방출하지 않습니다. 더 긴 재전송 시간은 양자 역학에서 "금지 된"에너지 전환과 관련이 있습니다.
OLED 작동은 매우 간단합니다.유기 막은 발광과 전도성의 두 가지 층으로 구성됩니다. 두 레이어 사이의 경계에 구멍이 있습니다. 발광층은 전자를 방출하고 전자와 정공의 재결합으로 빛을 구성하는 광자가 생성됩니다.
기본적으로 OLED에는 수동 및 능동 매트릭스의 두 가지 유형이 있습니다.
- 패시브 매트릭스 OLED (PMOLED)에 줄무늬가 있음음극 및 양극 스트립은 서로 수직입니다. 교차점은 빛이 방출되는 픽셀을 형성합니다. 외부 회로는 애노드와 캐소드의 선택된 스트립에 전류를 적용하여 어떤 픽셀이 켜지고 꺼질 지 결정합니다. 밝기는 적용된 전류의 크기에 따라 다릅니다. 단점은 전력을 많이 소비하므로 PDA (Personal Digital Assistant) 및 MP3 플레이어와 같은 작은 화면에서 사용된다는 것입니다.
- 두 번째 유형의 OLED는 액티브 매트릭스 OLED입니다.(아몰 레드). AMOLED는 또한 음극, 유기 물질 및 양극의 전체 층을 가지고 있지만 양극 층은 박막 트랜지스터 (TFT) 매트릭스와 겹칩니다. TFT 어레이는 이미지를 형성하기 위해 켜지는 픽셀을 결정하는 회로입니다.
AMOLED는 다음보다 훨씬 적은 전력을 소비합니다.PMOLED는 TFT 어레이가 외부 회로보다 적은 전력을 필요로하기 때문입니다. 따라서 컴퓨터 모니터, 텔레비전 및 전자 광고판과 같은 대형 디스플레이에 적합합니다.
차례로, OLED LED는 많은 것을 가지고 있습니다.LCD(액정 디스플레이)에 비해 장점이 있습니다. 전통적인 LCD 디스플레이는 많은 부품으로 구성됩니다. 액정은 자체 백라이트가 없기 때문에 백라이트를 사용합니다. 또한 디스플레이 디자인에는 밝기를 향상시키는 반사 시트, 빛을 고르게 분리하고 분배하는 확산 시트, 하단 편광판과 상단 편광판, 유색 빛을 생성하는 컬러 필터, 그리고 핵심 요소인 액정이 포함됩니다. 이는 화면의 두께를 획기적으로 증가시킵니다.
양자발광다이오드(QLED) - 기타방향. 여기에는 편광판과 컬러 필터가 포함되어 있습니다. 또한 퀀텀닷은 스스로 빛을 낼 수 없기 때문에 백라이트가 필요합니다. 결과적으로 이러한 디스플레이는 너무 두꺼워집니다. OLED LED는 매끄럽고 QLED보다 절대적인 검정색을 더 많이 생성하며 각 픽셀이 개별적으로 조명되기 때문에 어두운 조명에서 더 나은 성능을 발휘합니다. OLED 화면은 매우 얇을 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 대부분의 기업과 소비자는 스마트폰용으로 OLED 디스플레이를 선택합니다.
태양광 발전 응용
유기 태양 광 장치는대부분 유기 태양 전지. 폴리머는 일반적으로 광전지 재료로 사용됩니다. 유기 물질을 사용하여 태양 전지를 만드는 주요 이점 중 하나는 유기 분자의 "광 흡수 계수"가 높기 때문에 소량의 물질에 의해 많은 양의 빛이 흡수 될 수 있다는 것입니다. 나노 미터. 그들은 또한 실리콘보다 매우 유연하고 훨씬 얇습니다. 현재의 OPV (Organic Photovoltaic) 기술은 10 % 이상의 변환 효율을 자랑하여 12 %에 달하지만 일부 연구자들은 유기 태양 전지가 15-20 % 효율을 달성 할 것이라고 예측합니다. 그들은 또한 말아서 퇴비로 만들 수도 있습니다.
우리는 점점 전자화되는 세상에 살고 있지만이 세상에 대한 접근은 제한되어 있습니다. 약 13 억 명의 사람들이 전기를 이용할 수 없으며 많은 사람들이 등유, 배터리 또는 디젤 발전기에 의존하고 있습니다. 저렴한 제조 비용으로 인해 유기 전자 제품은 사람들이 기술을 사용하는 방식을 바꿀뿐만 아니라 그리드에 액세스하지 않고도 인구에 대한 사용을 확대 할 것을 약속합니다.
유기농의 주요 단점광전지는 실리콘 태양 전지와 같은 무기 광전지에 비해 효율이 낮습니다. 그러나이 문제를 해결하기위한 연구가 진행되고 있으며, 태양 에너지 산업에 혁명을 일으킬 수있는 새로운 물질이 매일 발견되고 있습니다.
유연한 인쇄 유기 트랜지스터
트랜지스터는 기본적인 구성 요소입니다.신호를 증폭하거나 스위치 역할을하는 최신 전자 장치 블록. 유기 전계 효과 트랜지스터 (OFET)는 전도 전극, 유기 반도체 및 유전체를 포함하는 전계 효과 트랜지스터입니다. 그 특징은 매우 적은 전력을 사용하여 매우 높은 전류를 순찰하고 좋은 스위치 역할도한다는 것입니다. 이 트랜지스터는 유연한 유기 염료를 사용하여 인쇄 회로로 제조됩니다. 재료의 전도도에 악영향을 미칠 수 있으므로 재료에 오염 물질이 들어 가지 않도록 특히주의해야합니다.
OFET를 사용한 인쇄 회로
Yasunori Takeda et al/Wikimedia, CC BY 4.0에 따라 라이센스가 부여됨
지난 몇 년 동안 OFET에 대한 관심이 높아졌습니다.엄청나게 성장했고 그럴 만한 이유가 있었습니다. 특성면에서 OFET는 비정질 실리콘(a-Si)과 경쟁할 수 있습니다. 결과적으로 현재 a-Si 또는 기타 무기 트랜지스터 기술의 사용과 호환되지 않는 응용 분야에서 OFET의 산업적 사용에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 주요 기술적 장점 중 하나는 모든 OFET 층을 실온에서 증착 및 구조화할 수 있어 유연한 기판에 저비용, 대면적 전자 장치를 구현하는 데 이상적이라는 것입니다. 실리콘을 주형에 주조하려면 40°C가 넘는 고온으로 가열해야 합니다. 그러나 기술의 불완전성으로 인해 OFET의 광범위한 사용을 논하기에는 아직 이르다.
생의학
유기농의 또 다른 중요한 용도전자제품은 약이다. 예를 들어, 눈에 이식된 망막 칩을 사용하여 실명을 치료합니다. 이 장치는 눈에 들어오는 빛 신호를 감지하고 이를 전기 신호로 변환하여 뇌로 전송합니다. 유기 염료로 코팅된 전극은 눈의 수용체 세포에 전기 신호를 전달합니다.
조성물은 생체 적합성이어야합니다.올바른 재료와 구성 요소의 혼합물을 선택하는 것이 중요합니다. 지금은 시각 장애인이 빛과 어둠, 사물의 윤곽, 때로는 글자와 표정까지도인지 할 수있게되었습니다. 과학자들의 목표는 장치가 고해상도 일뿐만 아니라 우수한 성능을 갖는 것입니다. 이것은 사람들의 삶을 개선하기 위해 기술과 의학이 어떻게 협력하는지에 대한 훌륭한 예입니다.
새로운 전자 제품의 미래
미래 유기 전자 분야는오늘날 상상조차 할 수없는 방식으로 계속 진화하고 있습니다. 농촌 지역의 옥상에 설치된 OLED 스마트 폰, TV 및 저렴한 태양 광 패널과 같은 일부 아이디어는 이미 구현되었습니다. 앞으로 폴더 블 스마트 폰이 보편화 될 것이며, 예를 들어 촉감으로 인간의 피부를 모방 한 전자 피부는 개발에 더 많은 시간이 소요될 것입니다. 응용 프로그램이 다양하고 의학 및 생물 의학 연구, 에너지 및 환경, 통신 및 엔터테인먼트, 가정 및 사무용 가구, 의류 및 개인 액세서리 등 많은 분야를 다루기 때문에 다른 예측은 아직 불가능합니다.
유기 전자 제품도 할 수 있습니다보다 환경친화적인 전자제품을 생산, 사용 및 재활용합니다. 과학자와 엔지니어들은 오늘날의 실리콘 기반 설계보다 에너지 효율이 높은 새로운 전자 장치를 만드는 방법을 찾고 있습니다.
전자 생산에 유기물을 사용하면 어떤 이점이 있습니까?
- 새로운 기회
유기농 소재는 독특한 특성을 가지고 있습니다.실리콘 기반 전자 장치로는 달성할 수 없는 특성입니다. 이들의 특성에는 민감도, 생체 적합성 및 유연성이 포함됩니다. 감지는 환경이나 인체에 있는 화학적 또는 생물학적 물질을 감지하기 위해 전자 장치를 사용하는 것입니다.
과학자들은 그렇지 않은 바이오센서를 상상한다.당뇨병 환자의 혈당 수치를 감지할 뿐만 아니라 실제로 적시에 적절한 용량의 인슐린을 분배합니다. 유기 전자 재료는 실리콘 기반 장치보다 생물학적 시스템과 화학적으로 더 잘 호환될 뿐만 아니라; 물질에 유연성, 확장성 및 기계적 "부드러움"을 부여합니다.
이러한 특성은 인체의 곡률과 움직이는 부분을 일치시킬 수있는 혁신적인 생체 전자 센서의 잠재력을 창출합니다.
- 에너지 효율
과학자와 엔지니어가 계속됨에 따라전자제품에 사용하기 위한 유기재료의 합성과 특성화를 개선하기 위해 그들은 그러한 재료의 사용이 보다 에너지 효율적인 전자 디스플레이, 조명 및 기타 장치로 이어질 수 있기를 희망합니다.
예를 들어, 유기농을 만들어야 합니다.태양 전지는 밤이 매우 길고 햇빛이 짧은 기간만 있는 북유럽이나 러시아의 많은 지역, 특히 겨울에 사용할 수 있을 정도로 더 효율적입니다.
엔지니어는 다음에서 장치를 만들려고합니다.오래 지속되는 유기 물질은 재활용 가능하거나 생분해 가능합니다. 유기 전자 제품 제조 방법은 또한 에너지 효율성이 높아져 단계와 폐열 회수 방법이 줄어 듭니다.
- 낭비 감소, 안전성 향상
유기 재료 사용전자 장치의 생성은 미래의 전자 제품 제조 방법이 더 적은 원자재에 의존하고 더 안전 할 것이라는 희망을 제공합니다.
덜 의존함으로써 재료를 절약할 수 있습니다.인쇄와 같은 낭비적인 프로세스. 재료를 제거하고 초과분을 처리하는 원심분리와 달리 재료는 구조물이나 장치가 생성될 때마다 층별로 추가됩니다.
덜 사용하는 것 외에도화학자들은 더 안전한 재료를 사용하는 방법을 찾고 있습니다. 예를 들어, 많은 폴리머에는 발암 성 용매가 필요합니다. 일부 솔벤트는 독성으로 인해 EU의 인쇄 산업에서도 허용되지 않습니다.
- 안정적인 전자
친환경 전자 제품 만들기-더 많은 "친환경"태양 전지 또는 기타 장치를 만드는 것뿐만 아니라 더 많은 "친환경"생산 방법을 사용하는 것입니다. 환경 지속 가능성은 원자재 획득에서 폐기물 처리에 이르기까지 생산주기의 모든 단계에서 적용되어야합니다. 유기 물질은 오늘날의 전자 세계에서 가능한 것보다 더 지속 가능한 방식으로 전자를 미래로 추진할 수 있습니다.
마지막으로 친환경 전자는전자 제품 자체는 내구성이 있습니다. 환경 및 사회적 지속 가능성에 대한 분야의 약속과 결합 된 유기 전자 제품의 다양성은 매우 오래 지속되는 기술 제품군을 향한 길을 가리 킵니다.
시장 상황
연합 시장 조사에 따르면 2027년까지유기 전자 시장은 CAGR 21.0%로 성장해 1,591억 달러에 달할 것입니다. 지속 가능한 개발을 지원하는 기술의 채택과 최신 기술 개발을 위한 유기 전자 장치의 필요성으로 인해 수요가 증가하면서 세계 유기 전자 시장의 성장이 촉진되었습니다. 소재 기준으로 2019년에는 반도체 부문이 가장 큰 점유율을 차지했다. 지역별로 보면 2019년에는 아시아 태평양 시장이 가장 큰 비중을 차지했습니다.
게다가 이번주에 출시된대규모 보고서 "2020~2028년까지 유기 전자 시장 규모, 점유율, 성장 및 보고서". 이에 따르면 예측 기간 동안 글로벌 유기 전자 시장은 성장할 것입니다. 이 연구 보고서는 가까운 미래에 시장 환경과 개발 전망을 조사합니다. 주요 회사를 조사한 후 보고서는 시장 성장을 주도하는 신규 참가자에 중점을 둡니다. 세계 유기전자제품 시장의 대부분의 기업은 현재 시장의 새로운 기술 트렌드를 수용하고 있습니다.
마지막으로 연구원들은 글로벌 유기 전자 시장의 성장에 영향을 미치는 강점, 약점, 기회 및 위협을 식별하는 다양한 방법을 조명합니다.
이 작업을 수행하는 주요 플레이어 중 일부는시장에는 Fujifilm Dimatix, AU Optronics, BASF, Bayer MaterialScience, H.C. STARCK, DuPont, Koninklijke Philips, LG Display, Sumitomo, Merck, AGC Seimi Chemical, Novaled, Samsung Display, Sony, Universal Display, Heliatek, Evonik.
결론은 무엇입니까?
지난 수십 년 동안이 지역은유기 전자 제품은 분명히 엄청난 발전을 이루었습니다. 많은 장치가 이미 시장에 나와 있고 많은 프로토 타입이 개발 중입니다. 이 분야는 계속해서 성장하여 화학자, 물리학 자, 기타 과학자 및 엔지니어가 연구 과제를 해결함에 따라 사회가 기술과 상호 작용하는 방식을 변화시킬 것입니다. 다양한 지식 분야의 과학자와 엔지니어와 다양한 활동 분야 (예 : 학계, 산업, 정부)의 과학자와 엔지니어를한데 모으는 학제 간 연구 및 훈련 프로그램은 이러한 문제를 해결하는 데 필요한 협력 노력에 기여할 것입니다.
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