cường hiệu quả của quá trình truyền ñiện tử (minh họa tại hình A.II.9). Bên cạnh ñó, cathode phải có ñộ phản xạ cao trong các cấu trúc OLED thường (ánh sáng phát ra qua anode) ñể khi ánh sáng phát ra từ lớp phát quang truyền ñến cathode có thể phản xạ anode nằm tăng hiệu suất phát quang[2]. Có ñộ truyền qua cao trong các cấu trúc OLED ñảo ñể khi ánh sáng phát ra từ lớp phát quang có thể truyền qua cathode và phát sáng.
Chân không ∆Ee ∆Ee HOMO LUMO Ái lực ñiện tử Năng lượng Ion hóa Công thoát cathode EIL Cathode
Hình A.II.9: Giảng ñồ năng lượng HIL-cathode kim loại
Với các yêu cầu như vậy, các kim loại và hợp kim có công thoát thấp (như Mg, Ca, Al, Ba…) ñược xem là phù hợp nhất ñể sử dụng làm cathode. Tuy nhiên, các vật liệu công thoát thấp này dễ bịảnh hưởng bởi oxi và hơi nước trong không khí (ñặc biệt là Ca, Ba..), làm giảm khả năng hoạt ñộng và tuổi thọ của linh kiện [23]. Để giải quyết vấn ñề này,
một lớp nhôm mỏng ñược phủ lên bề mặt cathode sau khi chế tạo nhằm giảm ảnh hưởng của các chất hóa học trong môi trường [24].
Bên cạnh ñó, các ñiện cực sử dụng vật liệu hợp kim cũng là ñối tượng ñược nghiên cứu rộng rãi. Các hợp kim dùng làm cahtode chủ yếu hiện nay là Mg - Ag, Li – Al, hợp chất của các kim loại kiềm như Li2O, LiBO2, Cs2CO3 …hay các muối CH3COOM, với M là các kim loại kiềm như Li, Na, K, Rb, Cs [23, 24]. Các nghiên cứu cho thấy việc sử dụng các loại vật liệu trên giúp nâng cao hiệu suất quá trình phun ñiện tử và tăng cường ñộ ổn ñịnh của cathode, từñó tăng hiệu suất so với OLED chỉ sử dụng cathode là kim loại ñơn thuần.
Bên cạnh các phương pháp trên, nghiên cứu của L.S.Hung và CW. Tang cho thấy sử dụng cathode nhôm cùng với một lớp mỏng muối Florua (LiF, CsF) cũng giúp làm tăng hiệu suất phát quang và giảm thế hoạt ñộng của linh kiện [25]. Tùy vào loại vật liệu hữu cơ tiếp giáp mà ñộ dày của lớp LiF có thể thay ñổi, dẫn tới sự thay ñổi trong hoạt ñộng của OLED (hình A.II.10).
Hình A.II.10: Sự thay ñổi công thoát của LiF theo ñộ dày
Bên cạnh LiF, CsF và các muối Florua của các kim loại hiếm cũng ñược sử dụng và cho kết quả tương tự, tuy nhiên CsF tỏ ra thích hợp hơn khi vật liệu hữu cơ tiếp giáp với cathode là polymer . Cơ chế của hiện tượng này vẫn còn gây nhiều tranh cãi, bao gồm các giải thích dựa trên sự xuyên hầm, sự giảm chiều cao rào thế, sự xuất hiện các dipole bề
mặt và sự phân ly giữa lớp LiF và lớp hữu cơ [25,26]… Các nghiên cứu khác chỉ ra rằng vị trí của lớp ñiện môi này cũng làm thay ñổi tính chất diode [26].
Hình A.II.11: Đặc tuyến I-V của OLED sử dụng các cathode khác nhau : Al, Al-LiF, Mg- Ag
II.2. Cơ chế hoạt ñộng của OLED :
Nguồn ñiện cung cấp dòng ñiện cho OLED. Một dòng các electron chạy từ cathode qua các lớp hữu cơ tới anode. Cathode sẽ truyền các electron cho lớp các phân tử hữu cơ phát quang. Anode sẽ lấy các electron từ lớp các phân tử hữu cơ dẫn (ñiều này giống với việc truyền các lỗ trống mang ñiện dương cho lớp dẫn). Tại biên giữa lớp phát quang và lớp dẫn, các electron gặp các lỗ trống. Khi một electron gặp một lỗ trống, nó sẽ tái hợp với lỗ trống này (hay nó rơi vào mức năng lượng của nguyên tử lỗ trống bị mất một electron) và sự tái hợp này sẽ tạo ra một năng lượng dưới dạng một photon ánh sáng, OLED phát ra ánh sáng. Màu của ánh sáng phụ thuộc vào kiểu phân tử hữu cơ của lớp phát quang. Cường ñộ ánh sáng phát ra phụ thuộc vào dòng ñiện cung cấp. Dòng ñiện càng lớn, ánh sáng càng mạnh nhưng không vượt quá giá trị hoạt ñộng của OLED.
II.3. Các dạng OLED :
Các OLED thông thường có cấu trúc gồm lớp vật liệu hữu cơ kẹp giữa ñiện cực anode trong suốt TCO (ITO, AZO …) ñược phủ lên ñế thủy tinh và ñiện cực cathode kim loại (Al, Ca, Ba…). Sự tái hợp cặp ñiện tử - lỗ trống tạo thành ánh sáng và phát ra ngoài qua ñiện cực trong suốt trên ñế thủy tinh. Một phần ánh sáng sẽ tới bề mặt kim loại, phản xạ trên bề mặt này và quay lại thoát ra ngoài. Bên cạnh OLED phát ánh sáng qua anode trên ñế nền trong suốt (thủy tinh, ñế PET), các OLED phát xạ bề mặt và OLED trong suốt cũng ñược nghiên cứu rộng rãi.
II.3.1. OLED phát xạñảo :
Các cấu trúc OLED phát xạ thông qua bề mặt có cấu trúc ñế nền / cathode (anode) /cấu trúc ña lớp hữu cơ / anode (cathode) trong suốt. Lớp anode hay cathode trong suốt nằm trên cùng cho phép ánh sáng từ lớp phát quang truyền ra ngoài mà không cần ñi qua ñế. Có thể sử dụng kim loại thích hợp có bề mặt nhẵn bóng vừa làm ñiện cực dưới cùng, vừa làm ñế cho OLED. Khi ñó ,phần ánh sáng từ EML phát ñến sẽ phản xạ trên ñiện cực này và truyền ra ngoài ñiện cực trong suốt trên cùng. OLED như vậy gọi là OLED phát xạ ñảo [2]. Hiệu suất phát quang của OLED này tăng lên nhờ sự phản xạ ánh sáng tại ñế nền.
OLED truyền thống OLED phát xạ qua bề mặt Đếtrong suốt Anode trong suốt Cathode lim loại Tổhợp cấu trúc hữu cơ Đếthủy tinh/loại khác Anode trong suốt Cathode Tổhợp cấu trúc hữu cơ Đếthủy tinh/loại khác Cathode trong suốt Anode Tổhợp cấu trúc hữu cơ