다층 유기 발광 소자의 계면 구조에 관한 X-선 산란 연구
X-RAY SCATTERING STUDY ON INTERFACIAL STRUCTURE OF MULTILAYERED ORGANIC LIGHT EMITTING DEVICES
초록/요약
본 논문에서는 다층 구조를 갖는 유기발광소자(organic light emitting device: OLED) [lithium fluoride (LiF) (전자 주입층)/tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3) (전자 수송층 및 발광층)/N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine (NPB) (홀 수송층)/copper phthalocyanine (CuPc) (홀 주입층)/indium tin oxide (ITO) (양극)/SiO2 on a glass]의 열에 의한 열화 과정과, LiF의 Alq3 및 Al (음극)층으로의 확산과, 습도에 따른 Alq3층의 동역학적 모폴로지의 변화를 X-선 산란을 이용하여 연구하였다. 유기 발광 소자에서 120 °C 이상의 온도에서는 층간 확산이 가장 주요한 소자 열화 메커니즘이라는 것을 발견하였다. OLED 소자는 100 °C에서 1 시간, 120 °C에서 0.25 시간의 후열처리조건 하에서는, NPB층과 Alq3층의 열팽창과 층간 확산이 관찰되나, 계면의 선명성(sharpness)과 계면간 거칠기 연관성을 갖는다. NPB의 결정화는 층간 확산(층간 상호 작용)에 기인하여, 본래 물질의 유리전이온도(96 °C)보다 훨씬 높은 온도(180 °C)에서 관찰되었다. Al/LiF/Alq3와 Alq3/LiF/Al에 대한 X-선 반사율 실험 결과에 따르면, 후열처리에 의해 LiF가 Alq3로보다 Al로 더 활발히 확산되는 것을 관찰하였다. 또한, Alq3 상의 LiF는 그 두께가 증가할수록 Al(111)의 우선배향을 유도하는 사실도 발견하였다. Alq3의 습도에 의한 열화 연구에서는 수분 노출이 3일보다 짧은 시간일 경우, Alq3 층의 최상부에서 수분 침투층이 발견되었고, 수분에의 노출이 3일 이상인 조건에서는 실리콘 기판 위의 실리콘 산화막과 Alq3 층 사이에 또 다른 수분 침투층이 생성됨을 측정하였다. 수분에 의한 열화 과정을 통해 계면 모폴로지가 변화함에 따라 계면들 간의 거칠기 연관성이 주기적으로 향상되었다. 수분에 노출 시간이 길어짐에 따라 Alq3의 결정화는 부분적으로 형성되다가 인접한 것들끼리 서로 연결되면서 성장하여 로컬 네트워크들을 형성하는 사실로부터 결정화가 분자들의 질량 수송을 수반하는 것을 발견하였다.
more초록/요약
The process of thermal degradation of organic light emitting devices (OLEDs) having multilayered structure of [lithium fluoride (LiF)/tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)/N,N'-Bis(naphthalen-1-yl)-N,N'-bis(phenyl)benzidine (NPB)/copper phthalocyanine (CuPc)/indium tin oxide (ITO)/SiO2 on a glass], interdiffusion of LiF into Alq3 and/or Al, and kinetic morphological changes of Alq3 with moisture dependence were studied by synchrotron x-ray scattering in this thesis. We found that the interlayer diffusion is a leading degradation mechanism above 120 °C. Interface sharpness and roughness correlation are held under annealing at 100 °C up to 1 h and at 120 °C up to 0.25 h in spite of thermal expansions and interlayer diffusions of NPB and Alq3 layers. Crystallization of NPB is hindered due to the interlayer diffusions and appears at much higher temperature than its glass transition. From the X-ray reflectivity results on Al/LiF/Alq3 and Alq3/LiF/Al, the interdiffusion of LiF into Al occurs more actively than into Alq3 in annealing process. In addition, LiF on Alq3 induces a preferred orientation of Al (111) with increasing LiF thickness. In the study of moisture induced degradation of Alq3 on silicon substrate, a moisture permeation layer is found in the Alq3 layer at the top portion in the short period (< 3 days) of exposure and another layer is appeared at the interface between Alq3 and silicon oxide on silicon substrate after three days of moisture exposure. Transient improvement of the roughness cross correlations at the interfaces are observed owing to the varying interface morphologies along the moisture involved degradation process. The islands due to crystallization grow by connecting with adjacent ones and form local networks. The crystallization involves mass transportations of the molecules.
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