Nature I Scientific Reports I 在不同尺度下分析有机发光二极管的粘附性

自有机发光二极管（OLED）发明以来，其低功耗、高亮度和超高对比度等优点，使其在电视和移动电话等众多显示应用中得到了长足的发展，并且有了更广泛的研究。

Nature Scientific Reports 8, 6391 (2018)

2018年韩国成均馆大学材料科学与工程专业的研究课题组(Kim, S., Park, S.,  at al.)和三星公司工程师(Lee, W. et al),一起针对OLED的不同界面层之间的粘附特性开展了研究，证实了阳极与发射层之间的界面对有机电致发光器件宏观附着力的性质起着决定性的作用。该研究内容发表在Nature期刊. Nature Scientific Reports 8, 6391 (2018)      可进入链接 https://doi.org/10.1038/s41598-018-24889-9 阅读原文。

OLED是一种由有机和无机材料构成的多层结构，有机材料与半导体或金属之间的非均匀界面特性是决定OLED的预期寿命和性能的重要因素，并且其异质界面的粘附特性对其性能有重要影响。

本研究使用的原子力显微镜是Park公司的Park NX10，Park原子力显微镜公司作为AFM制造行业的佼佼者，不仅在专业的研究领域或是在科技半导体产业中都有着广泛的使用。

图1

(a). 剥离测试后OLED的照片

(b). 从图(a)中红色框放大的OM图像

(c-g). 从每个颜色区域放大的扫描电镜图像（见箭头）

(h). 图(c)中沿白线的OLED结构示意图。

该实验按照以下分析过程： 

1

进行剥离试验以获得OLED的宏观粘附力。

2

获取照片和OM图像以观察OLED上的任何暴露层及其面积部分。

3

进行横截面扫描电镜成像以识别每一层。

4

在指定每一层后，使用接触式扫描模式和PinPointTM原子力显微镜分别测量形貌和粘附力图像，以探测每一暴露层的表面粗糙度和粘附力。

PinPoint模式是帕克公司独有的扫描成像模式，对每一层识别后的表面形貌进行表征的同时，能够获取相对应的粘附力图像，以探测表面粗糙度和粘附力等局部物理性质。

图2   (a-f)分别在(a.d) [1], (b,e) [2]和(c,f) [3]层上测量的OLED(a-c) 1和(d-f) 2的形貌图像

比例尺为两个OLED每层的1μm(g)粗糙度值

如图2，可视化地图像上观察两个OLED的所有层在测量区域上看起来是均匀的，但详细的表面微观结构略有不同。层[1]是一个均匀平坦的表面，具有一些类似颗粒的特征（见图2（a，d））。然而，第[2]层的地形完全不同，表面看起来非常粗糙。层[1]和[2]显示了两个OLED相似的形貌。然而，对于OLED#1和#2，层[3]的地形特征完全不同，OLED#1粗糙，具有许多类似粒子的特征，OLED#2相当平坦。注意，一般来说，宏观附着力与表面粗糙度相关。因此，如果考虑单个OLED，由于其粗糙度相对高于其他层，层[2]可能不会对观察到的宏观粘附有显著贡献，因此，较弱的界面最终决定了观察到的宏观粘附。此外，由于两种OLED的表面粗糙度相似，因此在本研究中观察到的[2]层可能不会导致相对不同的宏观粘附。相反，由于层[3]的OLED之间的粗糙度差异最大，因此层[3]引起的差异可能是宏观粘附力的相对差异的原因。与[1]和[3]层之间的较高值相比，相对（绝对）粗糙度差分别为43.8%（0.658）和69.7%（1.548）。换句话说，阳极（层[3]）和电致发光层之间的界面可能会对OLED的宏观粘附性能产生强烈的影响。

图3 (a-f)分别在(a,d) [1], (b,e) [2]和(c,f) [3]层上测量的OLED(a-c) 1和(d-f) 2的粘附力图像。比例尺为1μm, (g)两个OLED每层的标准化粘附值。

图3显示了两个OLED上每个确认层的粘附力图像。标准化粘着值如图3(g)所示。结果表明，粘附力的平均值和偏差由所测得的层间粘附力的最大平均值归一化。通过粘着力图像可以清楚地分辨出构成每一层的不同材料。两种OLED都表现出相同的趋势，其中第[1]层具有最高的粘附力，第[3]层和第[2]层依次增大。此外，当比较时，OLEDs#1和#2中的层[2]的粘附力几乎相同，但层[1]和层[3]的粘附力不同。与上面讨论并在图4中所示的表面粗糙度类似，虽然层[2]表现出几乎相同的附着力，但层[1]和[3]表现出附着力的差异，证实层[2]对宏观附着力没有贡献。与[1]层和[3]层之间的较高值相比，相对粘附性差异分别为36.0%和32.1%。

利用原子力显微镜（AFM）获得粘附力图像，以探测表面粗糙度和粘附力等局部物理性质。尽管未发现局部粘附的显著差异，但在第[3]层中观察到粗糙度的明显差异。这证实了第[3]层，即阳极和电致发光之间的界面，是影响OLED宏观粘附性能的主要因素。结果表明，采用不同长度尺度的显微技术，有机电致发光器件中的弱界面和宏观粘附的主要因素被揭示出来。这些结果可以为有机电致发光器件以及其它多层器件的宏观粘附提供有用的信息。此外，这些观察结果为改善有机电致发光器件界面层之间的粘附性提供了指导。

本次研究所使用的Park NX10原子力显微镜，

产品推介

Park NX10 原子力显微镜

Park公司是原子力显微镜的发明者，1986年研制了世界首台商用原子力显微镜，一直致力于原子力显微镜技术的开发与应用，Park产品主要有以下特点：

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非接触工作模式：全球唯一一家真实实现非接触式测量模式的原子力显微镜厂家，非接触模式使原子力针尖磨损大大降低，延长了探针寿命，提高了测量图像的重复性；

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高端平板扫描器：所有产品型号均采用的高端平板扫描器，远远优于传统的管式扫描器；

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全球最高的测量精度：Z轴精度可达0.02nm；

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智能扫描Smartscan：仪器操作极其简单，可实现自动扫描，对操作者无特殊要求，并且有中文操作界面；

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简单的换针方式：换针非常方便，采用磁铁直接吸上即可，不需调整激光光斑；

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Park拥有全球最广泛的工作模式：可用于光学，电学，热学，力学，磁学，电化学等方面的研究与测试。

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