Nghiên cứu chế tạo và đặc tính của linh kiện OLED

LINH KIỆN PHÁT QUANG HỮU CƠ

Các chất hữu cơ và polymer dẫn điện 1 Giới thiệu chung

Trong dạng này, carbon có thể hình thành 4 liên kết, nghĩa là bằng cách dùng chung electron với lớp vỏ 1s của hydrogen: ví dụ CH4 (methane) minh họa trên Hình I-2, hay với carbon sp3 khác (nghĩa là: H3C-CH3, ethane). Liên kết C-C trong ethane được gọi là liên kết σ. Các liên kết σ rất mạnh, ví dụ như kim cương gồm các carbon liên kết với nhau chỉ toàn bằng liên kết σ. Có 3 “nhánh” nằm trong mặt phẳng, tạo từng cặp với nhau góc 1200, và vân đạo p còn lại vuông góc với mặt phẳng như được minh họa trên Hình I-3. Nhánh thứ 3 của mỗi C chồng chập với vân đạo sp2 của C khác, để hình thành liên kết σ. Các vân đạo p còn lại của cả hai C chồng chập nhau, hình thành liên kết carbon/carbon khác, được gọi. orbital sp3 orbital sp3. vân đạo tương ứng thì thường “bất định xứ”, nghĩa là chiếm một không gian tương đối lớn tính từ gốc carbon của nó. d) Các vân đạo lai sp. “bất định xứ” hoàn toàn để hình thành “đám mây” được mở rộng toàn phân tử (Hình I-6). orbital sp orbital sp. lk pi lk pi Acetylene. Hình I-6: Cấu trúc của Benzen. Vòng Benzen là một trong những khối được xây dựng linh hoạt và quan trọng nhất của hoá học hữu cơ. Các electron π bất định xứ của nó có các tính chất đặc biệt khi tương tác với ánh sáng, do đó một số phân tử chứa các vòng Benzen có thể đóng góp hay nhận các điện tích tương đối dễ dàng. Hầu hết vật lý phân tử, bao gồm vật lý bán dẫn hữu cơ, đều liên quan đến các phân tử chứa các vòng Benzen [50]. Vòng Benzen là nguồn gốc của các phân tử kết hợp, chúng là các phân tử có các liên kết carbon nối ba/đơn hay đôi/đơn luân phiên. Trong các phân tử kết hợp, các electron π bất định xứ xuyên suốt toàn bộ phân tử và được liên kết tương đối lỏng lẻo. Các tính chất điện học của các polymer kết hợp đều liên quan đến các electron π bất định xứ này. a) Cấu trúc điện tử của các polymer kết hợp.

Điốt phát quang hữu cơ (OLED)

Bên cạnh các vật liệu được phân loại trên, tồn tại các vật liệu gọi là khóa electron hay khóa lỗ trống, chúng bao gồm mức LUMO tương đối cao và mức HOMO rất cao, cho phép giam cầm các lỗ trống ở giao diện (interface) của chúng với các lớp phát quang, nó làm tăng xác suất tái hợp, nên tạo ra hiệu suất phát xạ tốt hơn. Trong đó:γ - thừa số cân bằng điện tích (trùng với số electron – lỗ trống được phun vào tạo ra exciton), rst - tỉ số singlet/triplet (số exciton singlet trên số exciton triplet), q – số photon phát ra trên một singlet exciton (thông thường bằng1) và ηcoupling - tỉ số mode truyền ánh sáng thoát ra khỏi linh kiện (số photon có thể phát ra khỏi linh kiện trên số photon được phát ra bên trong linh kiện).

CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MẪU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Xây dựng các phương pháp công nghệ

Hệ chân không (Hình II-1) bao gồm một buồng thủy tinh pyrex thể tích 10 lít nối kết với các bơm khuếch tán và bơm sơ cấp thông qua van liên hợp bao gồm van chính (nối buồng với bơm khuếch tán), 02 van sơ cấp (nối bơm sơ cấp với buồng và với bơm khuếch tán), van xả buồng và van kim dùng để tiêm khí Argon từ bình chứa khí khi hệ đã đạt chân không cao. Quá trình lắng đọng các phân tử nhỏ bằng cách bay hơi trong chân không được thực hiện trong một hệ chân không được thiết kế và xây dựng được minh họa trên Hình II-4 bao gồm buồng chân không thể tích 30 lít bằng thủy tinh pyrex được bảo vệ bằng khung lưới thép, bơm sơ cấp và bơm khuếch tán, hệ có thể đạt được áp suất 2.10-4 torr [10,14].

TÍNH CHẤT ĐIỆN VÀ QUANG CỦA ANỐT TRONG SUÔT

Màng ZnO: Al (AZO) chế tạo từ phương pháp phún xạ

So với màng AZO trên đế thuỷ tinh, điện cực AZO trên đế PET (polyethylene glycol terephatalate) có nhiều ưu điểm như: mềm dẻo, chịu được biến dạng, nhẹ, thể tích nhỏ, do đó có thể giảm kích thước và tăng tính linh hoạt của linh kiện OLED. Theo nghiên cứu thực nghiệm [25], về cơ chế tán xạ của các hạt tải trong các màng bán dẫn đa tinh thể suy biến với kích cỡ hạt nhỏ (nhỏ hơn quãng đường bay tự do trung bình của hạt tải) và nồng độ hạt tải cao (ne > 5x1018cm-3), trong khoảng nhiệt độ thấp, quá trình tán xạ trên các ion tạp chất chiếm ưu thế và độ linh động phụ thuộc vào nhiệt độ hay năng lượng hạt.

Màng ZnO:Al chế tạo bằng phương pháp sol-gel

Độ truyền qua của các màng ZnO với hàm lượng pha tạp Al từ 0 đến 8% trên đế thuỷ tinh trước và sau khi ủ nhiệt trong chân không đều lớn hơn 85% (độ truyền qua tuyệt đối của màng AZO chế tạo bằng phương pháp sol-gel lớn hơn 95%) trong vùng ánh sáng khả kiến và hồng ngoại gần. Phổ nhiễu xạ tia X của màng (Hình III-24) được tạo trên đế thuỷ tinh tại hàm lượng pha tạp Al 2% trước và sau khi ủ nhiệt trong chân không đều có cấu trúc đa tinh thể wurtzite và tương đối giống nhau, tinh thể định hướng tốt chủ yếu theo phương (002) vuông góc với bề mặt đế, chứng tỏ quá trình ủ nhiệt chân không không làm thay đổi cấu trúc của màng.

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU PHÁT QUANG HỮU CƠ và ĐẶC TUYẾN I-V,

Tính chất của vật liệu phát quang hữu cơ 1 Màng truyền lỗ trống – PVK

Tính chất điện phát quang và đặc tuyến I-V (đo ở chế độ vòng với số vòng lặp là 2) của PVK được khảo sát thông qua mẫu có cấu trúc đơn lớp ITO/PVK/Al (Hình IV-4) ở môi trường chân không (0,1 Torr), trong đó điện thế kích là 7 V và thế ngưỡng phát quang là 8V. Cường độ phát quang khá thấp do mẫu đạt giá trị dòng bão hòa khá nhỏ và các tâm điểm phát quang nếu có bị phá hủy nhanh có thể do tác động của màng Al (catốt kim loại của cấu hình này) thấm sâu vào màng Alq3 trong quá trình tạo catốt kim loại bằng phương pháp bốc bay, làm ảnh hưởng đến chất lượng màng tạo được (khảo sát hơn 50 mẫu có cấu hình AZO/Alq3/Al và ITO/Alq3/Al đều cho đặc tuyến I-V và L-V không ổn định)….

Nghiên cứu đặc trưng diode của một số linh kiện OLED

Khi các lớp tiếp xúc này có chất lượng không tốt (do có lớp đơn điện môi hình thành trong quá trình chế tạo giữa các lớp tiếp giáp) thì điện thế ngưỡng cho quá trình phun hạt tải sẽ lớn hơn độ chênh lệch thế thực sự giữa các lớp tiếp giáp làm cho điện áp ngoài cần thiết cho quá trình phun hạt tải sẽ cao hơn. Cường độ dòng qua lớp MEH-PPV lớn hơn rất nhiều so với qua lớp Alq3 (khoảng tuyến tính của hệ đa lớp Alq3:1 – 7 mA; hệ đa lớp MEH-PPV: 2 – 24 mA), điều này đồng nghĩa với lượng electron và lỗ trống tiêm vào trong trường hợp sử dụng lớp MEH-PPV cao hơn nhiều so với trường hợp sử dụng lớp Alq3.

Nghiên cứu tính chất quang huỳnh quang của một số vật liệu tổ hợp

So sánh hai ảnh SEM của mẫu PVK và PNT có thể thấy bề mặt của PVK khá đồng nhất, trong mẫu PNT xen giữa polymer là các hạt nanô TiO2 ở nhiều chỗ có kích thước lớn hơn kích thước của mẫu chuẩn (70 nm). Điều này có thể là do các hạt nanô TiO2 chưa được tách rời hẳn. Biên giới giữa các hạt nanô và PVK không bằng phẳng, mà gồ ghề. Phân tích phổ tán xạ Raman cho thấy trên phổ của mẫu tổ hợp PNT không có đỉnh đặc trưng nào khác ngoài các đỉnh của PVK và TiO2. Do đó có thể nhận thấy, tổ hợp polymer và oxide vô cơ có cấu trúc kiểu “bánh nhân nho”, trong đó các hạt nanô oxide được bao bọc bởi polymer. Cấu trúc này tạo ra các biên tiếp xúc vô cơ/hữu cơ, mật độ biên tiếp xúc càng lớn khi tỷ số WR càng cao. Từ nhiều thí nghiệm chúng tôi nhận thấy khi tổ hợp được pha trộn các thành phần vô cơ và hữu cơ ứng với tỷ lệ khối lượng WR = 0,35 thì cường độ quang huỳnh quang của tổ hợp đạt giá trị cao nhất. điều này cũng chưa thể kết luận tỷ lệ trên là tối ưu, vì cường độ huỳnh quang còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố công nghệ khác như nồng độ dung dịch, tốc độ quay, nhiệt độ ủ, v.v.. c) Phổ quang huỳnh quang và đặc trưng I-V. Để giải thích các kết quả nhận được như nêu trên chúng tôi đưa ra mô hình cấu tạo của tổ hợp dưới dạng tập hợp các tiếp xúc oxide/polymer , trong đó TiO2 được coi là chất bán dẫn loại n vùng cấm rộng (cỡ 3,6 eV) và PVK có độ rộng vùng cấm (khe năng lượng phân cách hai mức LUMO và HOMO) cũng nằm trong khoảng 3,2 eV, hơn nữa khi cùng so với mức chân không thì mức LUMO của PVK cao hơn mức vùng dẫn của TiO2 (Hình IV-34).

Tiếng Việt

[9] Trần Quang Trung, Nguyễn Đăng Khoa, Nguyễn Hoàng Hưng, Vừ Trọng Nghĩa Nguyễn Văn Thái, Phùng Đức Huy (2004), “Xây dựng hệ tạo điện cực chuyên dụng bằng phương pháp bốc bay chân không”, Hội nghị khoa học tháng 10/2004 trường ĐHKHTN Tp HCM. [14] Vừ Trọng Nghĩa- Nguyễn Trường An - Nguyễn Đăng Khoa- Trần Quang Trung (2001), “Sử dụng PLC trong tự động hoá thí nghiệm”, Hội nghị khoa học toàn quốc ứng dụng vật lý vào phát triển sản xuất và đời sống lần 1, Tp HCM 11/2001 Vừ Trọng Nghĩa, Trần Quang Trung, Lờ Khắc Bình, Trương Quang Nghĩa, Nguyễn Năng Ðịnh, “Phương pháp hồ quang chân không nhiệt đô thấp (LTAVD) ứng dụng trong công nghệ màng mỏng”, Báo cáo tại Hội nghị Vật lý Chất rắn toàn quốc lần thứ IV – Núi Cốc, Thái Nguyên 5-7/11/2003.

Tiếng Anh

Đề xuất và giải thích cơ chế việc kết hợp polymer dẫn với các ôxít kim loại có công thoát lớn để làm tăng hiệu suất quang huỳnh quang lên nhiều lần góp phần làm tăng hiệu suất lượng tử nội của OLED và khả năng ứng dụng vào các lĩnh vực khác như pin mặt trời (solar cell) hũu cơ hiệu suất cao. Thin MEH-PPV films prepared by spin-coating have met the requests for the light emission layer in multi-layer electro-luminescence devices having an emitting wavelength in the orange-red region and a strong luminescence current density of 25 mA/cm2 with a off set voltage about 5 V.