Suy ra: ηEL ×γ rst q ηcoupling
I.2.3.2 Các phương pháp nâng cao hiệu suất phát quang
Theo biểu thức hiệu suất phát quang của OLED nêu trên, có những phương pháp sau làm tăng hiệu suất OLED:
• Tăng thừa số cân bằng điện tích γ bằng cách chế tạo các hệ OLED đa lớp. • Biến tính vật liệu EML để tăng hiệu suất hình thành exciton trong vật liệu. • Làm giảm coupling quang học để tăng số photon hữu ích.
Các lỗ trống và điện tử trong mức HOMO và mức LUMO được phun từ anốt và catốt tương ứng. Khi các điện tích đi vào các lớp hữu cơ, chúng chuyển động dưới tác dụng của điện trường, đi xuyên qua linh kiện hay tự kết cặp để hình thành exciton trung hòa và cuối cùng phát ra photon mà năng lượng phụ thuộc vào sự sai biệt năng lượng giữa mức HOMO và LUMO.
Như vậy, hiệu suất lượng tử cực đại nhận được khi đồng thời anốt và catốt tạo nên tiếp xúc ohmic với vật liệu hữu cơ (nghĩa là không có rào ngăn cản việc phun điện tích từ điện cực vào vật liệu hữu cơ) và độ linh động của cả hai loại hạt tải là bằng nhau. Bỏ qua các hiện tượng vật lý khác, các điều kiện này là tối ưu hóa quá trình cân bằng điện tích và cho phép nhận được một hiệu suất cực đại.
Tuy nhiên trong thực tế, rào thế tại giao diện giữa lớp hữu cơ/điện cực luôn luôn tồn tại và độ linh động của hai loại hạt tải là như nhau trong bán dẫn hữu cơ hiếm khi đạt được. Vì vậy, độ linh động khác nhau của cả hai loại hạt tải sẽ ảnh hưởng mạnh đến quá trình cân bằng điện tích và hiệu suất tái hợp.
Để làm tăng hiệu suất phát quang bằng cách cân bằng hai loại điện tích phun vào lớp phát quang, các tổ hợp OLED đa lớp đang được nghiên cứu chế tạo. Cấu trúc một OLED đa lớp được mô tả trong Hình I-39.
Hình I-39: Các lớp polymer đóng các vai trò khác nhau trong OLED đalớp.
Với mục đích làm giảm tối thiểu rào thế, công thoát của các điện cực phải được chọn gần nhất nếu có thể với các mức năng lượng của lớp hữu cơ được sử dụng (HOMO và LUMO). Ngoài ra, một trong hai điện cực phải trong suốt để ánh sáng được phát có thể đi xuyên qua. ITO thường được sử dụng như là điện cực trong suốt, ngoài ra ZnO:Al với giá thành chế tạo thấp, công thoát và độ truyền qua tương đối cao thường được sử dụng để thay ITO làm anốt cho linh kiện OLED [108,120]. Các TCO trong suốt này cho phép phun lỗ trống vào tổ hợp hữu cơ nhờ vào công thoát lớn của chúng (4,8eV). Ngược lại, quá trình phun electron cần loại kim loại có công thoát thấp như Ca (2,9eV), Ba (2,8eV), Mg (3,7eV). Để tăng quá trình phun từ anốt, một lớp HIL được đưa vào để kiểm soát và làm tăng qua trình phun lỗ trống vào lớp HTL. Lớp HTL hiệu quả là một vật liệu hữu cơ loại p có độ linh động của lỗ trống cao, dễ dàng truyền tải lỗ trống đến vùng phát. Lớp EML sẽ là nơi hình thành các exciton và phát sáng. Sự cân bằng điện tích rất khó đạt được vì thế việc giam giữ các hạt tải tại các lớp “khóa” được sử dụng để thực hiện quá trình tái hợp cực đại [68,107]. Lớp ETL là vật liệu hữu cơ pha tạp loại n truyền tải điện tử đến EML. Lớp này sẽ làm tăng sự linh động của các hạt tải và cũng có chức năng “khóa” lỗ trống. Tương tự như HTL, lớp ETL cũng được sử dụng làm lớp phát
quang. Lớp EIL được sử dụng để giúp các electron vượt qua rào thế giữa catốt và ETL.
Do sự truyền tải của electron tốt hơn, linh kiện đa lớp chỉ cần một điện áp thấp nên linh kiện OLED đa lớp sẽ có hiệu suất năng lượng cao hơn. Người ta có thể sử dụng cùng một loại vật liệu cho cả hai điện cực anốt và catốt, nhưng sẽ làm giảm hiệu suất.
Với mục đích làm giảm tối thiểu rào thế, công thoát của các điện cực phải được chọn gần nhất nếu có thể với các mức năng lượng của lớp hữu cơ được sử dụng (HOMO và LUMO). Ngoài ra, một trong hai điện cực phải trong suốt để ánh sáng được phát có thể đi xuyên qua. ITO thường được sử dụng như là điện cực trong suốt, ngoài ra ZnO:Al với giá thành chế tạo thấp, công thoát và độ truyền qua tương đối cao thường được sử dụng để thay ITO làm anod cho linh kiện OLED [108,120]. Các TCO trong suốt này cho phép phun lỗ trống vào tổ hợp hữu cơ nhờ vào công thoát lớn của chúng (4,8eV). Ngược lại, quá trình phun electron cần loại kim loại có công thoát thấp như Ca (2,9eV), Ba (2,8eV), Mg (3,7eV).