nghiên cứu cải thiện hiệu suất phát quang và nâng cao thời gian hoạt động của oled cấu trúc đa lớp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN HIỆU SUẤT PHÁT QUANG VÀ NÂNG CAO THỜI GIAN HOẠT ĐỘNG CỦA OLED CẤU TRÚC ĐA LỚP S K C 0 9 MÃ SỐ: T2011 - 16 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2011 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN HIỆU SUẤT PHÁT QUANG VÀ NÂNG CAO THỜI GIAN HOẠT ĐỘNG CỦA OLED CẤU TRÚC ĐA LỚP Mã số:T2011-16 Chủ nhiệm đề tài: ThS Vũ Thị Ngọc Thu TP HCM, 12/2012 Xin gửi lời cám ơn đến ThS Lâm Minh Long cung cấp tài liệu hữu ích DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 1: Những thành phần hình thành nên OLED có cấu trúc đa lớpbao gồm điện cực âm, lớp phát xạ, lớp dẫn, điện cực dương đế Hình 1.2: Các phân tử hữu đốt nóng nhẹ (làm bốc hơi) ngưng tụ thành màng mỏng Hình 1.3: Qui trình lắng đọng pha hữu OVPD Hình 1.4: Thiết bị in phun độ xác cao (hình a) cách thực (hình b) để tạo OLED Hình 1.5: Hệ thống quay phủ (a) đế quay với tốc độ cao mục đích làm cho chất lỏng lan rộng phía ngồi (b) Hình 1.6: Mức lượng OLED q trình hoạt động Hình 1.7: Ảnh hưởng rào tiêm đầu điện cực tới đặc trưng I-V OLED Hình 1.8: Phổ hấp thụ (a) quang huỳnh quang (f) màng PVK Hình 2.1: Phổ tán xạ Raman PVK dạng bột màng mỏng PVK/ITO với tỷ lệ cường độ khác cho hai mẫu Hình 2.2: Phổ huỳnh quang mẫu quay phủ ly tâm PVK/ITO (1) tổ hợp P.n.T/ITO (2) Ta thấy đỉnh phổ P.n.T dịch phía sóng ngắn cường độ PL mẫu tổ hợp lớn đáng kể so với PL mẫu PVK Hình 2.3: Đặc trưng I-V OLED PVK/ITO (1) tổ hợp P.n.T/ITO (2) Ta nhận thấy rằng, ngưỡng điện phát quang mẫu tổ hợp lớn so với điện ngưỡng polymer Hình 2.4: Sự hấp thụ PVK polymer Hình 2.5: PL PVK polymer Hình 2.6: Phổ quang huỳnh quang màng PVK PVK + CdSe Hình 2.7: Đặc trưng I-V cấu trúc diode ITO/PVK/Al:Sn chế tạo phương pháp quay phủ ly tâm Hình 2.8: Đặc trưng I-V diode có cấu trúc ITO/PVK/Al:Sn chế tạo phương pháp bốc bay chân khơng Hình 2.9: Phổ Raman màng MEH-PPV (trên) PVK chế tạo phương pháp quay ly tâm (dưới) Hình 2.10: Đặc trưng I-V diode có cấu trúc đa lớp ITO/PVK/MEH-PPV/Ag ITO/MEH-PPV/Ag Hình 2.11: Phổ huỳnh quang màng MEH-PPV MEH-PPV+TiO2 Hình 2.12: Đặc trưng I-V cấu trúc diode ITO/MEH-PPV/Al ITO/MEHPPV+TiO2/Al Hình 2.13: Mặt cắt OLED cấu trúc đa lớp Hình 2.14: Đồ thò cho thấy mối quan hệ điện áp hiệu suất OLED Các mức điện áp tác động từ đến 4V ohmic V on OLED theo lượng liên kết biểu diển phương trình (1) Hình 2.15: Đồ thị cho thấy mối quan hệ cường độ sáng hiệu suất Hình 2.16: Độ chiếu sáng tăng theo hàm số mũ sau điện áp hoạt động OLED với gia tăng điện áp phân cực Von đồ thị có giá trị khoảng 2V phát xạ độ chiếu sáng bắt đầu gia tăng Hình 2.17: Các mức lượng liên kết Au ZnPc Cạnh trái trình bày cấu trúc lượng trường hợp khơng pha tạp; cạnh phải ZnPc p-được pha tạp với F4-TCNQ kiểu pha tạp loại p Mức HOMO chuẩn tạm dịch quỹ đạo phân tử điền đầy cao nhất; IP điện ion hóa Hình 2.18: Đồ thị cho thấy đỉnh khác q trình pha tạp chất styrylamine mang tính tập trung Các đỉnh xuất giá trị 450nm biểu thị phát xạ ánh sáng màu xanh dương Sự phát xạ diễn với mức điện áp phân cực thấp cách đáng kể với hiệu suất cao Hình 2.19: Sơ đồ khối hệ thống phún xạ kép Chất pha tạp Ni tham gia vào lớp màng ITO phún xạ- sử dụng nguồn cơng suất cao tần lớp màng ITO chưa pha tạp sử dụng nguồn cơng suất chiều DC Hình 2.20: Sơ đồ trình bày cấu trúc chuẩn cấu trúc có pha thêm tạp chất Ni lớp màng ITO Hình 2.21: Tốc độ lắng đọng màng ITO có pha tạp chất Ni cơng suất phún xạ cao tần bia ITO pha tạp với tỷ lệ khác Hình 2.22: Các giá trị điện trở màng ITO với chất tạp Ni tương ứng với cơng suất phún xạ cao tần trục đồ thị Hình 2.23: Trình bày hệ số truyền quang bị suy giảm cơng suất phún xạ cao tần tăng lên, hệ số truyền quang rơi xuống từ 90,02% 83,63% cho mẫu ITO có pha tạp chất Ni 1%, từ 91,23% xuống 84,84% cho mẫu ITO có tỷ lệ pha tạp 3%, từ 87,09% xuống 78,41% cho mẫu ITO có tỷ lệ pha tạp 5% Hình 2.24: Trình bày đặc trưng I-V OLED với mẫu ITO có pha tạp chất Ni với tỷ lệ 1%, 3% 5% cơng suất phún xạ cao tần 90W DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CVD: Chemical vapor phase depositon ETL: Electron transport layer EL: Electro luminescence F4-TCNQ: Tetracyanoquinodimethane HTL: Hole transport layer HOMO: Highest occupied molecular orbital ITO: Indium-tin-oxide IP: Ionization potential LUMO: Lowest occupied molecular orbital 10 LCD: Liquid crystal display 11 OLED: Organic light emitting diode 12 PEDOT: Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) 13 PDPV: poly (4,4‟-diphenylene diphenylvinylene) 14 PSS: Poly (styenesulfonate) 15 PVK: Polyvinycarbazole 16 PL: Photo luminescense MỤC LỤC A Phần giới thiệu - Mục lục - Tóm tắt kết nghiên cứu - Tính cấp thiết đề tài - Mục tiêu nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu B Phần nội dung Chương Tổng quan cấu trúc OLED đa lớp 1.1 Cấu trúc OLED đa lớp 1.2 Giới thiệu số phương pháp chế tạo OLED Chương Một số giải pháp để nâng cao hiệu suất làm việc OLED 2.1 Một phương pháp thực nghiệm dựa lựa chọn vật liệu 21 2.2 Cải thiện hiệu suất OLED dùng thương mại 32 2.3 Phương pháp pha tạp Ni vào lớp ITO 46 C Phần kết luận 53 Tài liệu tham khảo 54 A MỞ ĐẦU TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC Trên giới có số nước nghiên cứu, chế tạo thương mại hóa OLED OLED nghiên cứu để cải tiến khơng ngừng 1.Myriam Beshay (May 8-2008), “Improving the Efficiency of Emitting Diodes for Commercial Use” University of Southampton Organic Light 2.Nguyen Duy Tien, Yung woo Park, Chong Ho Park, (10/2004) „‟The effect of nanoparticles TiO2 in light emitting device made of polymer/ TiO2 composites’’, The second International Workshop on Nanophysics and nanotechnology (IWONN‟04), Hanoi, Vietnam 3.Hans Meier, „‟Organic Semiconductor’’, Wiley, NewYork, (1972) Young Geun, et al, Synthetic Metals 153 (2005), 205-208 4.S.H, et al , Composite: Part A 36 (2005), 509-513 5.Nguyen Phuong Hoai Nam, Soon Wook Cha, Bong-Soo Kim, Seong-Ho Choi, Don Soo Choi, Jung-Il Jin, Synthetic Metals 130 (2002), 271–277 Trong nước, số tài liệu có đề cập đến cấu trúc OLED, số biện pháp cải thiện đặc tính V-A OLED Tuy nhiên, chưa phân tích sâu vào phương pháp Đề tài phân tích phương pháp cải thiện 1.Vật lý màng mỏng, Nguyễn Năng Định TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Polyme thường biết đến chất cách điện Gần đây, nhận thấy polymer dẫn điện Các chất polymer dẫn điện hay cao phân tử có khả phát quang ánh sáng vùng nhìn thấy với dải bước sóng rộng, có màu xanh, vàng đỏ Từ việc nghiên cứu linh kiện huỳnh quang hữu diode phát quang hữu (Organic Light Emitting Diode – OLED) ngày phát triển Lĩnh vực ứng dụng OLED đa dạng với ưu điểm (mỏng, nhẹ, mềm dẻo…), dùng chiếu sáng với diện tích rộng, làm hình điện thoại di động, tivi… MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu phương pháp nhằm cải thiện hiệu suất làm việc OLED NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tổng quan OLED cấu trúc đa lớp - Các phương pháp cải thiện hiệu suất làm việc OLED CÁCH TIẾP CẬN - Tham gia hội thảo OLED - Truy cập Internet PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp tham khảo tài liệu ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cấu trúc OLED - Các phương pháp chế tạo OLED CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƢỢC - Nghiên cứu phương pháp chế tạo cải thiện hiệu suất OLED Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI - Giới thiệu phương pháp cải thiện hiệu suất OLED chế tạo Việt Nam NỘI DUNG BÁO CÁO NGHIỆM THU Chương 1: Tổng quan OLED cấu trúc đa lớp Chương 2: Các phương pháp cải thiện hiệu suất thời gian hoạt động OLED Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 cấu trúc polymeric Bằng cách so sánh OLED có điện cực cathode m magnesium OLED khác có điện cực cathode làm aluminium có độ chói sáng cực đại 17000 4800 cd/m2 hiệu suất lượng tử hóa cực đại bên 2.13% 1.03%, điều chứng tỏ aluminium có hiệu suất thấp Trong lúc thêm vào lớp đệm aluminium phải theo dõi để có độ chiếu sáng hiệu suất lượng tử hóa bên tốt (gấp lần lúc lớp đệm) Điều giải thích tính chất đường hầm LiF có dãi khe hỡ lớn, dẫn đến rơi áp lớn ngang qua Mức Fermi aluminium rơi xuống thẳng hàng với mức LUMO lớp hoạt động có cấu trúc polymeric, dẫn đến tình trạng hầu hết electron ngang qua lớp LiF để đến lớp hữu Kết cân trình phun hạt điện tích, tăng dần hiệu suất theo phương trình (4) đề cập Khái niệm tương tự áp dụng trình phun lỗ trống điều khiển thay phun hạt electron Một lớp CuPc thêm vào điện cực anode ITO lớp phun lỗ trống (xem hình 2.13) để hạ thấp chức hoạt động, làm giảm hiệu suất trình phun lỗ trống Bù lại dẫn đến trạng thái cân điện tích, làm gia tăng hiệu suất lượng tử hóa bên Xác suất điện tích nạp theo hiệu ứng đường hầm phụ thuộc vào chiều dày lớp đệm, hạt điện tích qua đường hầm để đến lớp hữu Đường hầm không phụ thuộc vào độ dày lớp polymer hoạt động điện trường phát sinh bên linh kiện, dẫn đến tượng phun hạt mang điện Sự pha tạp vật liệu hữu ảnh hưởng đến hiệu ứng đường hầm, việc pha tạp polymer đề xuất Lúc chúng chưa pha tạp thường đổ dồn khe dãi LUMO chúng, hàng rào giảm xuống cho electron qua, dẫn đến gia tăng bên đường hầm Do tiếp tục làm hạ thấp mức điện áp phân cực linh kiện, cải thiện hiệu suất Tác động dự đoán lý thuyết hiệu ứng đường hầm Fowler-Nordheim, dự đoán mang tính tổng quát áp dụng cho LED áp dụng cho OLED mà pha trộn khác polymer thực nghiệm để thu hàng rào thấp b Cải thiện hiệu suất OLED màu xanh dương: Hiệu suất lượng tử hóa bên cao cần thiết để thu hiệu suất cao từ OLED có màu sắc khác Ba màu xanh lục, đỏ xanh dương tương ứng với bước sóng 530nm, 625nm 430nm Các OLED có ánh sáng phát màu đỏ màu xanh lục đạt hiệu suất cao: 20% 19% Quá trình cải thiện cách pha tạp đồng pha tạp ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 42 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 tập trung riêng để hiệu chỉnh màu sắc Nói chung, phức hợp iridium sử dụng cho màu xanh lục rubene cho màu đỏ Tuy nhiên, hiệu suất thực cho màu xanh dương cao đạt 4%, hiệu suất thấp để tạo sản phẩm thương mại Một cách tổng quát màu xanh dương có hiệu suất thấp mắt người có độ nhạy vùng bước sóng Các polymer có tinh lân quang dựa vào carbazole thường sử dụng cho việc phát ánh sáng màu xanh dương Tuy nhiên, chúng có khe dãy lớn Hơn nữa, trình phun hạt mang điện trở nên khó khăn Để tính toán khe dãy lượng theo yêu cầu phát ánh sáng màu xanh dương, ta sử dụng phương trình: Eg= hc/λ (6) Với h số Planck c vận tốc ánh sáng Khi đó, độ rộng khe hở 2.89eV Có thể thấy, màu xanh lục màu đỏ có bước sóng cao có khe dãy lượng thấp lượng tỷ lệ nghòch với bước sóng theo phương trình (6) Đặc biệt màu xanh lục màu đỏ xuất phát từ màu xanh dương phối màu vật liệu Để có hiển thò đầy đủ màu sắc OLED màu xanh dương cải thiện cách hiệu Một cố gắng để cải thiện hiệu suất OLED màu xanh dương việc sử dụng mối nối có chọn lọc hẳn kiểu dò mối nối truyền thống Mối nối chọn lọc nằm lớp truyền lỗ trống lớp phát xạ, điều cải thiện tính ổn đònh linh kiện hiệu suất giảm Mối nối thực cách thêm vào lớp CuPc nhằm cải thiện ổn đònh làm tăng thời gian phục vụ linh kiện lên đến 6500 so với loại truyền thống trung bình khoảng 1000 Sự thay đổi cho tượng suy giảm lúc phát sinh lượng nhiệt suốt trình phun bề mặt phân giới tạo suy giảm hàng rào vật lý Tuy nhiên, hàng rào hạ thấp cho trình phun lỗ trống, dẫn đến tình trạng giới hạn lỗ trống không cân điện tích, làm giảm hiệu suất theo phương trình (5) đề cập đến Có thể sử dụng hàng rào bước bề mặt phun electron để tăng cường khả phun electron, khôi phục khả cân điện tích làm tăng hiệu suất Thay sử dụng hàng rào bước, việc đưa vào chất pha tạp bên OLED cải thiện tình trạng phun electron Nói chung, OLED không pha tạp chúng có lớp phun electron lớp chứa lỗ trống lẫn electron Điều chỉnh số lượng chất pha tạp làm tăng cao điều khiển chế phun electron ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 43 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 Kết xác trình pha tạp nghiên cứu thử nghiệm lớp phát xạ ZnPc pha tạp lắng đọng đế ITO lớp ZnPc pha tạp lắng đọng bên OLED khác Cả hai đem so sánh với thông qua biểu đồ lượng (xem hình 2.17) Hình 2.17: Các mức lượng liên kết Au ZnPc Cạnh trái trình bày cấu trúc lượng trường hợp không pha tạp; cạnh phải ZnPc p-được pha tạp với F4-TCNQ kiểu pha tạp loại p Mức HOMO chuẩn tạm dòch quỹ đạo phân tử điền đầy cao nhất; IP điện ion hóa Từ hình 2.17 thấy mức fermi trạng thái pha tạp dòch chuyển đến gần trạng thái HOMO thêm vào chất pha tạp loại p Toàn khả ion hóa có điểm tương đồng, cho thấy tích tụ điện tích nạp bề mặt phân giới Chúng biểu thò rõ trình truyền electron Điện ion hóa xác đònh lượng liên quan trình pha tạp mức phân tử chủ đạo Lớp ZnPc chưa pha tạp đònh dạng công tắc ohmic với nguyên tố Au, lớp ZnPc pha tạp kiểu p dẫn đến liên kết khối yếu ớt suốt trình dòch chuyển trở xuống mức fermi Do dẫn đến hình thành dải băng uốn cong (xem hình 2.17) Nó cho thấy rằng, dòng phun từ lớp ZnPc pha tạp gần tăng lên gấp lần Người ta cho thay đổi nhỏ bên hàng rào cao Tuy nhiên thay đổi không đủ lớn để gây thay đổi, thay đổi bên hàng rào đường hầm thảo luận trước Các vật liệu truyền electron khác sử dụng để cải thiện trình phun electron Các chất chủ đạo bên lớp phát xạ cải thiện đặc tính OLED màu xanh dương dòch chuyển vùng phát xạ đến bước sóng ngắn Chất Alq3 thường ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 44 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 sử dụng chất chủ đạo OLED màu đỏ màu xanh lục Hiệu suất lượng tử hóa bên đạt giá trò cực đại với chất huỳnh quang 25% Để tăng gấp ba lần chất lân quang, pha tạp màu sắc với chất lân quang dẫn đến hiệu suất cao Vấn đề phải bảo đảm chất pha tạp đặt vò trí exciton, điều thực chất chủ đạo với khe dãi lớn so với chất pha tạp Tuy nhiên kết ban đầu với OLED phát ánh sáng màu xanh dương Để tránh vấn đề này, cấu trúc cho OLED đề nghò OLED có cấu trúc p-i-n bao gồm lớp phun lỗ trống, lớp truyền lỗ trống pha tạp lớp truyền electron Một trình vận chuyển electron, lớp ngăn lỗ trống thêm vào truyền electron, lớp chứa nhiều hạt lỗ trống thêm vào lớp phát xạ lớp truyền electron (xem hình 2.13) Đó lợi ích lớp phát xạ mang tính cách điện từ phân tử pha tạp Vật liệu có đặc trưng pha tạp chất Cs có cường độ sáng khoảng 100cd/m2 điện áp hoạt động 2,9V Hình 2.18: Đồ thò cho thấy đỉnh khác trình pha tạp chất styrylamine mang tính tập trung Các đỉnh xuất giá trò 450nm biểu thò phát xạ ánh sáng màu xanh dương Sự phát xạ diễn với mức điện áp phân cực thấp cách đáng kể với hiệu suất cao Cho nên với OLED màu xanh dương có cấu trúc p-i-n dự kiến sử dụng việc chế tạo OLED trắng với điện áp phân cực thấp Một phương pháp thông dụng để chế tạo OLED trắng kết hợp OLED phát ánh sáng màu xanh dương với phương pháp pha tạp mang tính đảo ngược hướng xuống c.OLED trắng: ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 45 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 Các OLED trắng đóng vai trò quan trọng việc hiển thò hình ảnh với màu sắc khác Ánh sáng trắng có chất lượng tốt thực với thời gian thể 63 giây nhiệt độ 6300K, hiệu suất linh kiện thấp yêu cầu cải thiện hiệu suất đặt muốn thương mại hóa sản phẩm Màu trắng tạo kết hợp ba màu đỏ, xanh lục xanh dương Người ta nghiên cứu khả OLED có ánh sáng màu xanh dương sử dụng để phát ánh sáng màu xanh lục màu đỏ Chất distyrylarylene chọn lựa làm chất để phát ánh sáng màu xanh dương vật liệu chủ đạo với hiệu suất cao Sự phát xạ ánh sáng màu xanh dương kết hợp với thay đổi tương đối màu sắc, màu sắc thay đổi trình phát xạ việc kết hợp ánh sáng màu xanh lục, xanh dương màu đỏ Sự kết hợp thực để chế tạo OLED trắng OLED màu xanh dương kết hợp với lớp đảo chiều Một ví dụ chất polyflourene làm sở cho việc phát ánh sáng màu xanh dương bề mặt thủy tinh với hai lớp riêng biệt nằm bên lắng đọng bề mặt Các lớp bao gồm phân tử nhỏ LumogenF màu cam màu đỏ phún xạ chất pha tạp poly(methylmethacrylate) phospholuminescent Một OLED chất lượng tốt với cường độ chiếu sáng 1080cd/m2 Một đề xuất để cải thiện trình cài đặt sử dụng chất dystyraylarylene để phát ánh sáng màu xanh dương, để quan sát hiệu suất lượng tử hóa bên cách tốt chất lượng tốt màu trắng ổn đònh Tuy nhiên kế hoạch nhiều vấn đề nảy sinh chẳng hạn liên kết lớp với trình phát xạ ánh sáng màu xanh dương bề mặt đối ngược thủy tinh Một khái niệm tương tự áp dụng OLED màu xanh dương sử dụng chất chủ đạo làstyrylarylene vật liệu pha tạp , mảng phân tử nhỏ fluorescent hữu tạo khuôn cách sử dụng phương pháp in ảnh mặt thủy tinh để tạo thành đảo ngược hướng xuống Mặt dù loại trừ vấn đề liên kết, vấn đề nảy sinh từ mát trình tự phát xạ Như thảo luận phần trên, OLED có mát suốt trình dẫn sóng, điều dẫn đến tượng đảo ngược hướng xuống không đònh trước Để tránh vấn đề này, lỗ nhỏ sử dụng để lọc OLED trắng Lỗ hổng gồm có ba lớp: liên kết kim loại đóng vai trò gương phía trên, chất điện môi có ¼ bước sóng đóng vai trò gương nằm phía ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 46 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 lớp màng đóng vai trò lọc thụ động để thay đổi độ sâu lỗ hổng yêu cầu Để thu ánh sáng trắng phải sử dụng lớp phát xạ xếp với với lớp pha tạp cho ánh sáng màu đỏ, xanh lục xanh dương Tuy nhiên, OLED trắng sử dụng phần OLED bình thường chúng truyền dẫn tốt vùng quan sát Các exiton triplet phát ngang qua nhiều lớp trước phát xạ độ dày lớp góp phần làm cải thiện hiệu suất OLED Cường độ phát xạ điều khiển trình điều khiển tập trung pha tạp độ dày lớp màng Các lớp xếp theo chiều ngang theo chiều dọc Nếu theo chiều ngang tránh truyền lượng không cần thiết lớp, nhiên lắng đọng theo chiều ngang lớp bề mặt gặp phải vấn đề liên kết trình chế tạo Hiệu việc xếp theo chiều ngang OLED trắng có hiệu suất lượng tử hóa bên đạt khoảng 5,2% Nếu xếp theo chiều dọc, cấu trúc bên cho phép lớp có điện áp cung cấp riêng dẫn đến độc lập màu sắc hiệu chỉnh cường độ sáng Không có phương pháp hiệu tốt mà điểm yếu riêng trình cải thiện hiệu suất thời gian tồn OLED Vì vậy, cần thiết phải đẩy mạnh nghiên cứu để cải thiện đặc tính phương pháp hiệu suất màu riêng biệt 2.3 Phương pháp pha tạp Ni vào lớp ITO Ba bia ITO với tỷ lệ 1%, 3% 5% nickel sử dụng để đưa tạp chất Ni vào màng ITO với nồng độ pha Ni khác Diode phát quang hữu (OLED) với đế plastic/ undoped ITO/ Ni-doped ITO/ N, N’- bis – (1-naphthyl)-N, N’- diphenyl -1, 1’biphenyl- 4, 4’diamine/ tris(8-hydroxyquinoline) aluminum/ lithium fluoride/ cấu trúc aluminum chế tạo để nghiên cứu hiệu ứng chất pha tạp Ni vào cực anode ITO Trong đặc trưng I-V OLED, điện áp ngưỡng linh kiện với chất pha tạp Ni vào cực anode ITO nghiên cứu làm giảm điện áp ngưỡng khoảng 1,1V Kể từ lúc Tang Van Slyke báo cáo phát minh diode phát quang hữu OLED hiệu suất cao vào năm 1987, đặc tính OLED bắt đầu nghiên cứu rộng rãi Một vài tính chất OLED bị ảnh hưởng khơng tốt tính chất cấu tạo từ lớp hữu mà điện cực bề mặt phân giới chúng với lớp truyền điện tích Hầu hết OLED có sử dụng ITO để làm vật liệu cho điện cực anode có tính suốt cao, độ dẫn, chức hoạt động cao ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 47 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 Sự điều chỉnh trạng thái hóa học để đạt chức hoạt động bề mặt cao nhiều hướng làm gia tăng phun phủ lỗ trống Điều cho thấy rằng, hàng rào điện điện cực anode ITO lớp truyền lỗ trống hữu HTL bò hạ thấp xuống nâng lên chức hoạt động bề mặt ITO hạt mang điện lỗ trống dễ dàng tiêm vào bên lớp hoạt động OLED giá trò điện áp điều khiển thấp Chức hoạt động bề mặt ITO điều chỉnh thay đổi cấu tạo ITO làm giảm trạng thái hóa học bề mặt Trong số phương pháp thực hiện, bao gồm việc xử lý plasma bề mặt O2, N2 Cl Lớp màng ITO nhúng vào bên bề mặt chất lỏng lưỡng cực giới thiệu kim loại chức làm việc cao bên lớp màng ITO Từ tài liệu báo cáo khoa học, phần lớn nghiên cứu dựa điều chỉnh chực làm việc cách đặt bề mặt ITO vào bên buồng khí có môi trường áp suất lớn dung dòch lỏng Mặc dù vậy, thêm vào kim loại chức làm việc cao bên chất ITO để nâng cao chức hoạt động bề mặt làm tăng thêm ý nhà nghiên cứu năm gần ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 48 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 Hình 2.19: Sơ đồ khối hệ thống phún xạ kép Chất pha tạp Ni tham gia vào lớp màng ITO phún xạ- sử dụng nguồn công suất cao tần lớp màng ITO chưa pha tạp sử dụng nguồn công suất chiều DC Trên phương diện khác, hợp chất cách điện siêu mỏng có chứa kim loại chức hoạt động thấp sử dụng để phát triển dipole gây phân cực tập hợp mức fermi kim loại quỹ đạo phân tử chưa điền đầy thấp (LUMO) mức lượng lớp truyền điện tử Do bò cản trở hàng rào nên việc phun electron sau bò giảm dần Ví dụ hợp chất Lithium Fluoride (LiF) Cesium fluoride Trong phạm vi nghiên cứu này, người ta đưa tỷ lệ 1%, 3% 5% chất pha tạp Ni vào bia ITO với công suất phún xạ khác để chế tạo lớp ITO riêng biệt dùng OLED cấu trúc đa lớp Sự thay đổi tính chất bên màng ITO trình đưa nguyên tử Ni vào, chẳng hạn hệ số truyền quang điện trở màng khảo sát Sự ảnh hưởng chất pha tạp Ni vào lớp màng ITO dựa đặc tính quang điện linh kiện OLED dò mối nối kép chứng minh Thí nghiệm: Sơ đồ mô tả hệ thống phún xạ kép trình bày hình 2.19 Các nguồn phún xạ kép bao gồm nguồn công suất chiều nguồn phát tín hiệu cao tần RF công suất lớn dùng trình ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 49 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 lắng đọng tạo màng ITO chưa có chất pha tạp có độ dày 100nm (90% In2O3 10% SnO2) màng ITO có pha tạp Ni điều khiển với bia ITO đơn pha tạp chất Ni để có tỷ lệ 1%, 3% 5% Buồng xử lý hút chân không đến áp suất 5.10-6 Torr trước tiến hành trình lắng đọng Sự pha chế mẫu lắng đọng lớp ITO kép dựa đế plastic (diện tích bề mặt 50 x 50mm), nhiệt độ đế khoảng 100oC, công suất nguồn phún xạ chiều 80W, mức độ phún xạ ITO cho phép 13nm/phút Với màng ITO với chất pha tạp Ni công suất phún xạ điều chỉnh từ 30W đến 90W Tấm đế đònh vò vòng 10cm hai phần nguồn trình điều khiển áp suất khí Ar mức 3mTorr Motor dùng để quay đế với tốc độ 15rpm để tạo màng có độ dày đồng Độ dày lớp ITO tỷ lệ phún xạ xác đònh bước qua máy đo biên dạng bề mặt Điện trở màng lớp ITO kép truyền ánh sáng qua đo phương pháp điểm đầu dò máy đo phổ Hitachi 3310UV Các linh kiện OLED chế tạo hệ thống gồm có buồng tiếp nhận trả mẫu, buồng bốc bay chứa điện trở nhiệt, buồng có chức bốc dùng chùm tia electron thêm buồng hệ thống phún xạ Lớp NPB có độ dày 20nm lớp Alq3 có độ dày 35nm lắng đọng liên tục cách dùng nhiệt độ thoát từ điện trở nhiệt làm bay lớp ITO có pha tạp chất Ni xuyên qua mặt nạ chắn kim loại Các mẫu nghiên cứu sau chuyển vào bên buồng có chức lắng đọng chùm tia điện tử mà không làm gián đoạn chân không trình lắng đọng LiF (0,05nm) điện cực Al (100nm) Một mặt nạ bảo vệ kim loại sử dụng để đồng dạng hóa mẫu điện cực Al LiF Việc chế tạo OLED hoàn tất sau đến trình đo kiểm tra đặc trưng I-V máy đo HP 4155B Cấu trúc chuẩn cấu trúc pha tạp chất Ni OLED trình bày hình 2.20 Cả hai cấu trúc trình bày sau: a) Cấu trúc chuẩn sau: màng ITO chưa pha tạp (150nm) / NPB (20nm) / Alq3 (35nm) / LiF (0,05nm) / Al (100nm) b) Cấu trúc cải tiến sau: màng ITO chưa có chất pha tạp (100nm) / màng ITO pha tạp chất Ni (50nm) / NPB (20nm) / Alq3 (35nm) / LiF (0,05nm) / Al (100nm) ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 50 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 Từ cấu trúc đặc trưng hai loại so sánh, đối chiếu lẫn Hình 2.20: Sơ đồ trình bày cấu trúc chuẩn cấu trúc có pha thêm tạp chất Ni lớp màng ITO Kết Hình 2.21 đồ thò để biểu diễn vận tốc lắng đọng công suất phún xạ cao tần cho màng ITO có pha tạp chất Ni với tỷ lệ khác Từ đồ thò cho thấy, tốc độ lắng đọng gia tăng thêm với công suất phún xạ cao tần Các vận tốc lắng đọng không phụ thuộc vào chất pha tạp Ni nguyên tử Ni thiểu số bia ITO Hình 2.21: Tốc độ lắng đọng màng ITO có pha tạp chất Ni công suất phún xạ cao tần bia ITO pha tạp với tỷ lệ khác Tuy vậy, lượng nhỏ Ni lại ảnh hưởng đến điểm khác Điện trở màng ITO có pha tạp Ni màng ITO nguyên chất lắng đọng đế plastic trình bày biểu đồ công suất phún xạ cao tần hình 2.22 Màng ITO chưa có chất tạp có độ dày 150nm ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 51 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 điện trở màng có khuynh hướng giảm gia tăng công suất phún xạ cao tần – nguyên tử kim loại pha tạp Ni xuất lớp màng ITO Hơn nữa, điện trở màng có pha tạp Ni tỷ lệ 3% chí tốt loại pha tạp 5% Hiện tượng vòng nghiên cứu thêm Sự phụ thuộc hệ số truyền quang màng ITO có chất tham gia Ni vào công suất phún xạ cao tần ý Các hệ số truyền quang lớp màng ITO có pha tạp chất Ni tính giá trò trung bình hệ số truyền qua phạm vi quang phổ ánh sáng từ 380 đến 780nm Hình 2.22: Các giá trò điện trở màng ITO với chất tạp Ni tương ứng với công suất phún xạ cao tần trục đồ thò Hình 2.23: Trình bày hệ số truyền quang bò suy giảm công suất phún xạ cao tần tăng lên, hệ số truyền quang rơi xuống từ 90,02% 83,63% cho mẫu ITO có pha tạp chất Ni 1%, từ 91,23% xuống 84,84% cho mẫu ITO có tỷ lệ pha tạp 3%, từ 87,09% xuống 78,41% cho mẫu ITO có tỷ lệ pha tạp 5% Do việc dư thừa nguyên tử kim loại Ni làm suy giảm hệ số truyền quang màng ITO có pha tạp nguyên tố kim loại không suốt Ni ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 52 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 Hình 2.24 Trình bày đặc trưng I-V OLED với mẫu ITO có pha tạp chất Ni với tỷ lệ 1%, 3% 5% công suất phún xạ cao tần 90W Theo nghiên cứu cho thấy, đặc trưng I-V OLED với công suất phún xạ cao tần 90W điện cực anode ITO tốt so với giá trò công suất phún xạ khác Giá trò đo điện áp ngưỡng 7V với dòng điện tương ứng 0,001A cho mẫu ITO có pha tạp – thấp 0,6V so với mẫu chưa pha tạp Mặc dù hình 2.24, mức điện điện áp điều khiển cho thấy mẫu ITO có pha tạp Ni có dòng điện cao so với mẫu ITO nguyên chất, điều giải thích việc phun lỗ trống đẩy mạnh bề mặt phân giới lớp ITO lớp NPB Sự giảm thấp bên hàng rào lớp NPB ITO cho nguyên nhân gây suy giảm đáng kể điện áp ngưỡng, chức hoạt động bề mặt ITO có pha tạp nâng lên Tóm lại: Người ta chứng minh OLED với điện cực anode ITO có chất tham gia Ni dùng bia Ni-ITO đơn có đặc tính hoạt động tốt so với loại ITO không pha tạp chất Ni Mặc dù vậy, giá trò điện trở màng ITO pha tạp chất Ni có khuynh hướng giảm xuống với gia tăng công suất phún xạ cao tần hầu hết nguyên tử kim loại Ni kết hợp chặc chẽ bên lớp màng ITO Hệ số truyền quang giảm xuống công suất phún xạ cao tần tăng lên dư thừa nguyên tử kim loại không suốt Ni làm giảm hệ số truyền quang ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 53 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 Kết luận: Đề tài: “Nghiên cứu cải thiện hiệu suất phát quang nâng cao thời gian hoạt động OLED cấu trúc đa lớp” thực nội dung cụ thể sau: - Tìm hiểu tổng quan OLED cấu trúc đa lớp - Các phương pháp chế tạo OLED - Các phương pháp chế tạo nâng cao hiệu suất phát quang nâng cao thời gian hoạt động OLED cấu trúc đa lớp Kiến nghị: Tài liệu biên soạn sử dụng để tham khảo cho quan tâm đến cơng nghệ nano Hướng phát triển đề tài: Cập nhật thêm phương pháp cải thiện với hiệu suất khoảng 25% với OLED xanh dương ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 54 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 TÀI LIỆU THAM KHẢO C C Wu, J C Sturm, R A Register, J Tian, E P Dana, and M E Thompson, IEEE Trans Electron Devices 44 (1997) 1269 J L Zhao, J Y Zhang, C Y Jiang, J Bohhenberger, T Basche, and A Mews, J Appl Phys 96( 2004), 3206 Hans Meier, „‟Organic Semiconductor’’, Wiley, NewYork, (1972) I D Parker, J Appl Phys 75 (1994), 1656 L.S Hung, C.W Tang, M.G Mason, Appl Phys Lett 70 (1997), 152 M Pope, H P Kallmann and P Magnaute., J Chem Phys 38 (1963), 2002 Myriam Beshay (May 8-2008), “Improving the Efficiency of Organic Light Emitting Diodes for Commercial Use” University of Southampton Nguyen Duy Tien, Yung woo Park, Chong Ho Park, (10/2004) „‟The effect of nanoparticles TiO2 in light emitting device made of polymer/ TiO2 composites’’, The second International Workshop on Nanophysics and nanotechnology (IWONN‟04), Hanoi, Vietnam N N Dinh, V T Bich, N H Hoang, V N Quynh, N V Chanh, Phys Stat Sol.(a) 106 (1988), K.147 10 Nguyen Phuong Hoai Nam, Soon Wook Cha, Bong-Soo Kim, Seong-Ho Choi, Don Soo Choi, Jung-Il Jin, Synthetic Metals 130 (2002), 271–277 11 S.H, et al , Composite: Part A 36 (2005), 509-513 12 T P Nguyen, P Le Rendu, N N Dinh, Synthetic Metals 138 (2003),229 13 Xinjun Xu, Gui Yu, Yunqi Liu, Daoben Zhu, Displays 27 (2006), 24 14 Young Geun, et al, Synthetic Metals 153 (2005), 205-208 15 Zhong Zhi You, Jiang Ya Dong, Applied Surface Science 249 (2005), 271 ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 55 [...]... anode một lớp vật liệu có cơng thốt rất lớn như là PEDOT, PEDOT-PSS… - Tạo ra lớp điện mơi rất mỏng giữa anode và lớp polymer Cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo và phù hợp với điều kiện hiện có nên ITO được chọn làm điện cực dương Cathode Lớp phát Lớp dẫn Anode Lớp đế Hình 1: Cấu trúc OLED Hình 1 1: Những thành phần chính hình thành nên một OLED có cấu trúc đa lớp bao gồm điện cực âm, lớp phát xạ, lớp dẫn,... (Ca) cho các LED có cấu trúc đơn lớp PDPV kém hơn so với PPV [f (Al) = 2500, f (Ca) = 250] bởi vì hiệu suất PL là cao nhất và dòng mang tính khơng cân bằng là lớn nhất Tỷ số về cấu trúc của các lớp là: f (Al) ≤ 100 và f (Ca) ≤ 70 (đây là thơng số tối ưu) Mặc dù các giá trị tuyệt đối của hiệu suất khơng hẳn là cao để có thể thực hiện được với cấu trúc PPV/CN-PPV nhưng hiệu suất được cải thiện khoảng 2 bậc... trình hấp thu và đỉnh của PL Với khối lượng của PVK và hỗn hợp PVK+ TiO2 là như nhau thì chúng tơi thấy rằng cường độ hoạt động của linh kiện đang bị suy giảm Chúng tơi có thể cải thiện hiệu suất lượng tử ánh sáng của linh kiện thơng qua q trình hình thành các lớp HTL nằm giữa lớp điện cực và lớp phát xạ Sự pha trộn các hạt nano TiO2 với PVK đã làm giảm điện thế Voc và đồng thời làm tăng hiệu suất Tuy nhiên,... rằng, cấu trúc vùng của PVK rất gần với cấu trúc vùng của polyphenylene cho nên vùng biên phân cách kiểu ITO/PVK và PVK/MEHPPV hình thành do được gia tăng thêm lớp HTL nên đã làm tăng khả năng truyền lỗ trống từ ITO vào trong lớp phát quang của OLED đa lớp Trong khi đó nếu xét về cấu trúc năng lượng thì MEH-PPV có thể xem như gần đúng với PPV có cấu trúc như một thể trung gian giữa polyacetylene và polyphenylene,... khác, khi nghiên cứu về OLED cho thấy, dòng lỗ trống đóng góp chủ yếu vào dòng tổng do có độ linh động cao hơn điện tử Vì vậy, cải tiến lớp tiếp xúc cho cả hai đầu điện cực nhằm làm cân bằng dòng tiêm lỗ trống và điện tử là một nhu cầu cấp thiết cho việc nâng cao hiệu suất phát sáng và độ ổn định của OLED Lớp phun lỗ trống hoặc lớp đệm cực tính ThS Vũ Thị Ngọc Thu Trang 17 Đề tài nghiên cứu khoa học... tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 dòng ngược, tăng cường độ quang huỳnh quang, thay đổi màu sắc phát quang theo kích thước và cấu trúc vật liệu đưa vào Có thể thấy rằng, khi các hạt nano tinh thể được đưa vào bên trong các chất polymer, chúng có tác dụng thay đổi cấu trúc vùng LUMO-HOMO của polymer và làm tăng xác suất tái hợp điện tử – lỗ trống, do đó hiệu suất phát quang sẽ tăng lên Sự phát. .. một chất phát quang trong OLED vẫn chưa thật hiệu quả bởi vì cường độ phát quang thấp, điện thế ngưỡng phát lại cao Khi pha tạp chất chứa iodine PVK trở thành chất phát quang trong vùng ánh sáng xanh Phổ huỳnh quang của PVK trải rộng từ 350nm đến 600nm, có đỉnh tại bước sóng 410nm và vai tại 385nm Do đó, để hiểu rõ hơn nữa hiệu ứng quang huỳnh quang trong tổ hợp cấu trúc nanơ, nhóm nghiên cứu đã chế...Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 Chương 1 Giới thiệu tổng quan về diode phát quang hữu cơ (OLED) 1.1 Cấu trúc OLED Các OLED (Organic Light-emitting diode) thường có cấu trúc xếp lớp do nhiều lớp màng mỏng hình thành Cấu trúc của nó giống như một cái bánh “sandwiched” có các lớp màng mỏng nằm giữa điện cực dương anode và điện cực âm cathode Các lớp màng mỏng được hình... 14 Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 diode có cấu trúc ITO/PDPV/Ca thì hiệu suất bên trong lên đến 0,04% và 0,25% với cấu trúc ITO/PPV/PDPV/Ca Đặc biệt, một thơng số để phân loại mức độ chiếu sáng của vật liệu được lợi dụng bên trong các linh kiện có hình dạng đặc biệt có thể được tính tốn như là tỷ số hiệu suất PL của vật liệu phát xạ đến hiệu suất EL của diode (f ≡ ηPL/ ηEL), và nó gần... Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường T2011-16 Chương 2 Một số giải pháp nâng cao hiệu suất làm việc của OLED 2.1 Một phương pháp thực nghiệm dựa trên sự lựa chọn các vật liệu 2.1.1 Tính chất của tổ hợp cấu trúc nano PVK+ nc-TiO2 và PVK+ ncCdSe: a Tổ hợp PVK+ nc-TiO2 (P.n.T): Để làm rõ vai trò của vật liệu tổ hợp, tiến hành nghiên cứu đồng thời các vật liệu polymer thuần nhất, trong đó có PVK và PVK+