xxiii πανελληνιο ÏƒÏ Î½ÎµÎ´ÏÎ¹Î¿ Ï†Ï ÏƒÎ¹ÎºÎ·Ï‚ στερεας καταστασης & επιστημης ...

Βελτιστοποίηση της Εξωτερικής Απόδοσης Οργανικών Διόδων Εκπομπής Φωτός
(OLEDs) Με Χρήση Θεωρητικού Μοντέλου
Α. Κορρές 2 , Ν. Σταθόπουλος 2 , Π. Αργείτης 1 και Μ. Βασιλοπούλου 1*
1 Ινστιτούτο Μικροηλεκτρονικής, Ε.Κ.Ε.Φ.Ε. Δημόκριτος, Αγία Παρασκευή, Αθήνα, 153 10
2 Τμήμα Ηλεκτρονικής, Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Πειραιά, Αιγάλεω, 122 44
(* mariva@imel.demokritos.gr)
Η μελέτη της εσωτερικής και εξωτερικής κβαντικής απόδοσης των οργανικών διόδων εκπομπής φωτός (OLEDs) έχει
προσελκύσει ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια. Έχει αναφερθεί [1] ότι παρόλο που η βελτίωση της
εσωτερικής κβαντικής απόδοσης των OLEDs σχετίζεται άμεσα με την φύση των υλικών εκπομπής, η εξωτερική κβαντική
απόδοση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την δομή της συσκευής. Συγκεκριμένα, η απόδοση της διόδου εξαρτάται από το
πάχος και το δείκτη διάθλασης των επιμέρους διαστρωματώσεων από τα οποία αποτελείται η OLED (διαστρωμάτωση
εκπομπής, κατάλληλες διαστρωματώσεις για έγχυση ηλεκτρονίων και οπών από την κάθοδο και την άνοδο αντίστοιχα,
καθώς και τη μεταφορά ηλεκτρονίων και οπών), τους ανακλαστήρες (μεταλλικοί ή πολλαπλών διαστρωματώσεων DBR)
αλλά και από το φάσμα του υλικού εκπομπής [1]. Ο στόχος αυτής εργασίας είναι να προταθεί η κατάλληλη δομή της OLED
για βέλτιστη εξωτερική απόδοση. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται ένα οπτικό μοντέλο που έχει προταθεί στο παρελθόν
για την αντιμετώπιση παρόμοιων προβλημάτων [2] και το οποίο προσαρμόζεται στις ανάγκες του συγκεκριμένου
προβλήματος.
Στο Σχήμα 1 παρατίθεται η δομή μιας OLED. Πάνω σε υπόστρωμα γυαλιού έχει εναποτεθεί υμένιο διοξειδίου του
Κασσιτέρου εμπλουτισμένου με τριοξείδιο του Ινδίου (ΙΤΟ) και το οποίο αποτελεί την άνοδο της διόδου. Ακολούθως
επιστρώνεται μέσω μηχανικής περιστροφής από διάλυμα υμένιο (PEDOT-PSS) που υποβοηθά την έγχυση οπών από την
άνοδο στο υμένιο εκπομπής, το οποίο στην προκειμένη περίπτωση είναι πολυβινυλική καρβαζόλη (PVK), και το οποίο
επιστρώνεται επίσης με τη μέθοδο της μηχανικής περιστροφής από διάλυμα. Τέλος, εναποτίθεται το ηλεκτρόδιο της
καθόδου, που αποτελείται από Αλουμίνιο, μέσω εξάχνωσης.
Στο Σχήμα 2 παρουσιάζεται η διασπορά του πραγματικού μέρους του δείκτη διάθλασης σε συνάρτηση με το μήκος
κύματος, τόσο για το ίδιο το PVK (εκπομπή στα 413 nm), όσο και για τρία άλλα υλικά που έχουν προκύψει από το PVK με
την εισαγωγή σ’ αυτό κατάλληλων φωτοεκπεμπουσών ουσιών, ώστε να εκπέμπουν στα τρία βασικά χρώματα (Κόκκινο-
Πράσινο-Μπλε) [3].
-
AL (300 nm)
1.78
+
EMITTING LAYER (100 nm)
PEDOT-PSS (100 nm)
ITO (100 nm)
GLASS
N (REFRACTIVE INDEX)
1.76
1.74
1.72
1.7
1.68
1.66
1.64
400 500 600 700
RED PIXEL
GREEN
PIXEL
BLUE PIXEL
PVK
WAVELENGH (NM)
Σχήμα 1 Η τυπική δομή της
OLED.
Σχήμα 2 Το πραγματικό μέρος του δείκτη διάθλασης
του PVK συναρτήσει με το μήκος κύματος.
Η μοντελοποίηση της συγκεκριμένης διάταξης έγινε με την βοήθεια ενός οπτικού μοντέλου [2,4,5,6] σύμφωνα με
το οποίο στο υλικό εκπομπής υπάρχει αριθμός από αυθαίρετα προσανατολισμένα δίπολα τα οποία εκπέμπουν προς
οποιαδήποτε κατεύθυνση. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την εκπομπή μη πολωμένου φωτός από την συσκευή. Η μέση συνολική
ένταση ακτινοβολίας για κάθε μήκος κύματος μέσα σε συγκεκριμένο περιβάλλον (γυαλί ή αέρας), μπορεί να υπολογιστεί
λαμβάνοντας υπόψη τους συντελεστές μετάδοσης και ανάκλασης των διαφόρων στρωμάτων της διάταξης του Σχήματος 1
και τα οποία βρίσκονται είτε πάνω από το στρώμα εκπομπής (Αλουμίνιο στο Σχήμα 1) είτε από κάτω (PEDOT-PSS, ITO και
γυαλί). Εισάγοντας τη διασπορά του δείκτη διάθλασης του υλικού εκπομπής στο οπτικό μας μοντέλο αναμένουμε να
84