In this thesis, the improved structure of organic light-emitting diodes (OLEDs) with enhance lifetime has been studied. OLEDs, attracting much attention as a next-generation display for their emission qualities, are known suffer from limited reliability and stability. Therefore it is important that establish the systematic method to access origin of degradation and to prolong lifetime of OLEDs.
In general, degradation of OLEDs proceeds by two groups of factors: Intrinsic factors and environ-mental factors. This thesis focuses on environmental factors like oxygen and humidity that is more crucial in the actual lifetime of OLEDs due to sensitivity of organic materials with those factors. Main challenges for extended lifetime of OLEDs are preventing the oxygen and water vapor permeance through top and bot-tom/substrate.
In the first, organic and cathode interface is investigated for enhanced lifetime of OLEDs using impedance spectroscopy (IS). Impedance spectroscopy measurements confirm that exposure to air causes chemical reaction between cathode and organic layer with reducing charge injection from cathode to electron transfer layer. Various types of metal such as LiF, $BaF_2$, $Cs2_CO_3$ and Liq are adjusted to electron injection layer. Liq based OLED resulted in lowest increment in impedance by enhancing the chemical adhesion and reaction between the cathode and the organic material. In addition, the lifetime of OLED with Liq as electron injection layer was increased 2.5-fold compared to those of OLED with LiF as electron injection layer.
In the second, flexible OLEDs based on multilayer transparent electrode represent enhanced lifetime with outstanding barrier characteristic under mechanical stress. Dielectric/ metal/ dielectric (DMD) multilayer transparent electrode has been introduced as a promising alternative to ITO films with low sheet resistance, high transmittance and mechanical flexibility. ZnS/Ag/$WO_3$ (ZAW) coated on PEN substrates shows a better barrier characteristic than those of ITO under repeated bending. Also sol-gel hybrimer implemented as a planarizing film and also barrier layer for enhancing the barrier properties of plastic substrates. Lifetime measurement shows that flexible organic light-emitting diodes (OLEDs) based on these MTEs with sol-gel hybrimer are superior to ITO-based counterparts with lower permeability and mechanical durability.
본 논문에서는 유기 발광 다이오드 (Organic light-emitting diodes: OLEDs)의 수명을 향상 시키기 위한 구조 개선에 대해 연구 하였다. OLED는 자체발광, 저전력 소비, 광 시야각, 등의 장점으로 인해 차세대 디스플레이로써 많은 주목을 받고 있지만 제한된 수명과 안정성이 다양한 어플리케이션으로써의 응용에 큰 장애물이 되고 있다. 따라서 OLED의 열화 원인을 분석하고 수명을 연장하기 위한 체계적인 방법과 기술 개발이 중요하다.
대게 OLED의 수명에 영향을 미치는 열화는 크게 내적 요인과 환경적 요인의 두 가지로 나뉜다. 본 논문에서는 산소나 수증기에 민감한 유기재료의 특성으로 인해 OLED의 수명에 큰 영향을 미치는 환경적인 요인에 의한 소자의 열화에 관점을 맞추고 배면발광소자의 환경적인 요인에 의한 열화를 막기 위해 상부 전극과 하부 전극 및 기판으로 침투되는 산소나 수분을 차단하며 이로 인한 소자의 열화를 최소화 하는데 중점을 두었다.
첫 번째로 OLED의 수명 향상을 위해 상부 전극인 음극과 유기층의 계면을 Impedance spectroscopy를 통해 분석하였다. 대기 중에 노출됨으로써 열화된 소자의 임피던스 측정과 XPS측정 결과에서 음극과 유기층 사이의 전자의 주입을 저하시키는 절연층이 추가적으로 발생하였다. 이러한 음극과 전자수송층 계면의 화학적인 반응을 완화시키기 위하여 LiF, $BaF_2$, $Cs2_CO_3$ 그리고 Liq 의 다양한 종류의 전자주입층을 적용하였으며 그 중에서도 Liq를 전자 주입층으로 적용한 OLED소자가 열화에 있어서 유기층과 음극의 계면에서 가장 적은 폭으로 임피던스가 증가함으로써 계면 특성이 향상되었다. 이를 반영하듯 Liq를 기반으로 한 OLED소자의 경우 LiF를 기반으로 한 소자에 비해서 수명이 약 2.5배 가량 증가함으로써 우수한 성능을 보였다.
두 번째로 다층 투명 박막 전극을 기반으로 한 플렉서블 OLED가 기계적인 스트레스 하에서 우수한 가스 차단 특성으로 인해 수명이 향상되었다. ITO의 대체전극으로써 제안된 Dielectric/Metal/Dielectric (DMD) 구조의 다층 투명 박막 전극은 낮은 면 저항, 높은 투과도와 기계적인 유연성 등으로 인해 플렉서블 OLED의 전극으로써 우수성이 입증되었다. PEN 기판 위에 형성된 ZnS/Ag/$WO_3$ (ZAW) 구조의 전극이 반복된 휨 테스트에 있어서 동일한 기판 위의 ITO전극에 비해 뛰어난 가스차단특성의 안정성을 보였다. 또한 폴리머 기판과 ZAW전극 사이에 솔-젤 하이브리드 물질을 평탄화 층과 차단막 층으로써 적용하였으며 이는 ZAW 구조의 다층 투명 박막 전극과 함께 추가적으로 수증기의 침투를 차단하였다. 솔-젤 하이브리머를 평탄화 층으로 적용한 ZAW 구조의 다층 투명 박막 전극 기반의 플렉서블 OLED는 기계적인 내구성과 낮은 투습율 등의 장점으로 인해 ITO 기반의 플렉서블 소자에 비해 향상된 수명을 보였다.
