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

Σύστημα Ηλεκτροπτικού Χαρακτηρισμού Οργανικών Διόδων Εκπομπής Φωτός
(OLEDs)
Α. Μποτσιαλάς 1,2 , 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)
Οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός (OLEDs: Organic Light Emitting Diodes) είναι οπτoηλεκτρονικές διατάξεις
τεχνολογίας αιχμής, πολλά υποσχόμενες σε μελλοντικές εφαρμογές αλλά και σε εφαρμογές που ήδη διατίθενται στο
εμπόριο. Κύριες εφαρμογές αφορούν στην περιοχή των οθονών: κινητά τηλέφωνα, ψηφιακές φωτογραφικές μηχανές, σε
επίπεδες εύκαμπτες οθόνες υπολογιστών και τηλεοράσεων καθώς και σε πιο ειδικές εφαρμογές όπως φωτιστικά σώματα
χώρου μεγάλης επιφάνειας, φωτισμός ασφαλείας σε αυτοκίνητα ή ακόμη και ενδύματα.
Η λειτουργία τους βασίζεται σε οργανικά υλικά τα οποία έχουν ημιαγώγιμη συμπεριφορά, λόγω της εκτεταμένης
συζυγίας απλών και διπλών δεσμών που παρουσιάζουν. Η κίνηση των ηλεκτρικών φορέων στο εσωτερικό αυτών των
υλικών, υπό κάποιες προϋποθέσεις μπορεί να προκαλέσει επανασυνδέσεις φορέων που να οδηγούν σε εκπομπή φωτός. Στο
Σχήμα 1 φαίνεται η δομή και το ενεργειακό διάγραμμα μιας μονοστρωματικής 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 το υμένιο εκπομπής, το οποίο στην
προκειμένη περίπτωση είναι πολυβινυλική καρβαζόλη (PVK). Τέλος, εναποτίθεται το ηλεκτρόδιο της καθόδου, που
αποτελείται από Αλουμίνιο, μέσω εξάχνωσης. Στο ίδιο Σχήμα φαίνεται η επιθυμητή διευθέτηση των ενεργειακών επιπέδων
μιας διάταξης OLED, ώστε να είναι δυνατή η έκχυση ηλεκτρονίων και οπών (από την κάθοδο και την άνοδο αντίστοιχα) στο
υμένιο εκπομπής, ώστε μέσω των επανασυνδέσεων που θα ακολουθήσουν, να έχουμε εκπομπή φωτός. Η βελτιστοποίηση της
παραπάνω απλής δομής (για παράδειγμα με επίστρωση υμενίου (PEDOT-PSS) μεταξύ του ΙΤΟ και του PVK, που υποβοηθά
την έγχυση οπών από την άνοδο στο στρώμα εκπομπής) οδηγεί στην ανάπτυξη διατάξεων με καλύτερες επιδόσεις και
χαρακτηριστικά.
Vacuum
Μέταλλο καθόδου
(Al, Ca, Mg, Ag)
E A
Φ Al
LUMO
Αγώγιμο πολυμερές
Φ ITO
I P
ΔΕe
ΙΤΟ (Διαφανής άνοδος)
Υπόστρωμα γυαλιού
HOMO
ΔΕ h
ITO
Αγώγιμο
πολυμερές
Al
Σχήμα 1 Σχηματική δομή και ενεργειακό διάγραμμα μιας διάταξης μονοστρωματικής OLED.
Οι OLEDs σαν οπτοηλεκτρονικές διατάξεις πρέπει να χαρακτηρίζονται ταυτόχρονα ως προς τα ηλεκτρικά μεγέθη
που τις οδηγούν και τα φωτομετρικά μεγέθη που προκύπτουν από την λειτουργία τους. Μερικά μεγέθη που είναι κρίσιμα για
τον χαρακτηρισμό των OLEDs είναι η χαρακτηριστική I-V-L, το φάσμα ακτινοβολίας, οι CIE χρωματικοί συντελεστές x,y
και μια σειρά συντελεστών απόδοσης[1], με πιο σημαντικές την εξωτερική κβαντική απόδοση και την απόδοση ισχύος.
Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη ενός συστήματος ηλεκτροπτικού χαρακτηρισμού, που λαμβάνει μετρήσεις για όλα τα
παραπάνω μεγέθη. Η διάταξη είναι ελεγχόμενη από Η/Υ, για να είναι δυνατή η εκτέλεση σάρωσης σε όλο το εύρος
λειτουργίας μιας OLED, ενώ για τον έλεγχό της αναπτύχθηκε κατάλληλο λογισμικό, σε περιβάλλον LabVIEW, το οποίο
διαχειρίζεται και την διαλογή, επεξεργασία και απεικόνιση των αποτελεσμάτων στον χρήστη. Τα βασικά στοιχεία της
διάταξης είναι μια πηγή τάσης με ένα αμπερόμετρο ακριβείας, για τον έλεγχο της τροφοδοσίας και ένα φασματοφωτόμετρο
τεχνολογίας CCD για την μέτρηση των οπτικών χαρακτηριστικών λειτουργίας της OLED. Κατάλληλη οπτική ίνα
χρησιμοποιείται για την συλλέξει και να οδηγήσει το φως της OLED (η οποία βρίσκεται σε σκοτεινό θάλαμο) στο
φασματοφωτόμετρο. Στο Σχήμα 2 απεικονίζεται το σύστημα μέτρησης των διατάξεων OLED που περιγράφτηκαν παραπάνω.
86