Báo cáo Nghiên cứu cải thiện hiệu suất phát quang và nâng cao thời gian hoạt động của oled cấu trúc đa lớp (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu cải thiện hiệu suất phát quang và nâng cao thời gian hoạt động của oled cấu trúc đa lớp (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN HIỆU SUẤT PHÁT QUANG VÀ NÂNG CAO THỜI GIAN HOẠTS K C 0 0 0 2 8 1 ĐỘNG CỦA OLED CẤU TRÚC ĐA LỚP MÃ SỐ: T2011 - 16 S K C 0 0 3 6 3 9 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2012
2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƢỜNG NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN HIỆU SUẤT PHÁT QUANG VÀ NÂNG CAO THỜI GIAN HOẠT ĐỘNG CỦA OLED CẤU TRÚC ĐA LỚP Mã số:T2011-16 Chủ nhiệm đề tài: ThS. Vũ Thị Ngọc Thu TP. HCM, 12/2012
3. Xin gửi lời cám ơn đến ThS. Lâm Minh Long đã cung cấp các tài liệu hữu ích
4. DANH MỤC BẢNG BIỂU Hình 1. 1: Những thành phần chính hình thành nên một OLED cĩ cấu trúc đa lớpbao gồm điện cực âm, lớp phát xạ, lớp dẫn, điện cực dương và một tấm đế. Hình 1.2: Các phân tử hữu cơ được đốt nĩng nhẹ (làm bốc hơi) và sẽ ngưng tụ thành các tấm màng mỏng. Hình 1.3: Qui trình lắng đọng pha hơi hữu cơ OVPD. Hình 1.4: Thiết bị in phun độ chính xác cao (hình a) và cách thực hiện (hình b) để tạo ra các OLED. Hình 1.5: Hệ thống quay phủ (a) và tấm đế được quay với tốc độ cao mục đích là làm cho chất lỏng đĩ lan rộng ra phía ngồi (b). Hình 1.6: Mức năng lượng của OLED trong quá trình hoạt động. Hình 1.7: Ảnh hưởng của rào tiêm tại 2 đầu điện cực tới đặc trưng I-V của OLED. Hình 1.8: Phổ hấp thụ (a) và quang huỳnh quang (f) của màng PVK Hình 2.1: Phổ tán xạ Raman của PVK dạng bột và màng mỏng PVK/ITO với các tỷ lệ về cường độ khác nhau cho cả hai mẫu. Hình 2.2: Phổ huỳnh quang của mẫu quay phủ ly tâm PVK/ITO (1) và tổ hợp P.n.T/ITO (2). Ta thấy đỉnh phổ của P.n.T dịch về phía sĩng ngắn và cường độ PL của mẫu tổ hợp lớn hơn đáng kể so với PL của mẫu PVK thuần nhất. Hình 2.3: Đặc trưng I-V của OLED PVK/ITO (1) và tổ hợp P.n.T/ITO (2). Ta nhận thấy rằng, ngưỡng điện thế phát quang của mẫu tổ hợp lớn hơn so với điện thế ngưỡng của polymer thuần nhất. Hình 2.4: Sự hấp thụ của PVK polymer. Hình 2.5: PL của PVK polymer. Hình 2.6: Phổ quang huỳnh quang của màng PVK và PVK + CdSe. Hình 2.7: Đặc trưng I-V của cấu trúc diode ITO/PVK/Al:Sn chế tạo bằng phương pháp quay phủ ly tâm. Hình 2.8: Đặc trưng I-V của diode cĩ cấu trúc ITO/PVK/Al:Sn chế tạo bằng phương pháp bốc bay trong chân khơng. Hình 2.9: Phổ Raman của màng MEH-PPV (trên) và PVK chế tạo bằng phương pháp quay ly tâm (dưới). Hình 2.10: Đặc trưng I-V của diode cĩ cấu trúc đa lớp ITO/PVK/MEH-PPV/Ag và ITO/MEH-PPV/Ag. Hình 2.11: Phổ huỳnh quang của màng MEH-PPV và MEH-PPV+TiO2 Hình 2.12: Đặc trưng I-V của cấu trúc diode ITO/MEH-PPV/Al và ITO/MEH- PPV+TiO2/Al. Hình 2.13: Mặt cắt của OLED cấu trúc đa lớp. Hình 2.14: Đồ thị cho thấy mối quan hệ giữa điện áp và hiệu suất của OLED. Các mức điện áp tác động từ 2 đến 4V như là một ohmic. Von của OLED theo một năng lượng liên kết khi được biểu diển trong phương trình (1). Hình 2.15: Đồ thị cho thấy mối quan hệ giữa cường độ sáng và hiệu suất.
5. Hình 2.16: Độ chiếu sáng tăng theo hàm số mũ sau khi điện áp hoạt động của OLED với sự gia tăng của điện áp phân cực. Von trong đồ thị cĩ giá trị khoảng 2V khi sự phát xạ và vì vậy độ chiếu sáng cũng bắt đầu được gia tăng. Hình 2.17: Các mức năng lượng liên kết giữa Au và ZnPc. Cạnh trái trình bày cấu trúc năng lượng của trường hợp khơng được pha tạp; cạnh phải là ZnPc p-được pha tạp với F4-TCNQ là một kiểu pha tạp loại p. Mức HOMO chuẩn tạm dịch là quỹ đạo phân tử đã điền đầy cao nhất; IP là điện thế ion hĩa. Hình 2.18: Đồ thị cho thấy các đỉnh khác nhau của quá trình pha tạp chất styrylamine mang tính tập trung. Các đỉnh xuất hiện tại giá trị 450nm biểu thị sự phát xạ ánh sáng màu xanh dương. Sự phát xạ diễn ra với mức điện áp phân cực thấp một cách đáng kể và với một hiệu suất cao. Hình 2.19: Sơ đồ khối hệ thống phún xạ kép. Chất pha tạp Ni tham gia vào lớp màng ITO được phún xạ- sử dụng nguồn cơng suất cao tần và lớp màng ITO chưa pha tạp sử dụng nguồn cơng suất một chiều DC. Hình 2.20: Sơ đồ trình bày cấu trúc chuẩn và cấu trúc cĩ pha thêm tạp chất Ni của lớp màng ITO. Hình 2.21: Tốc độ lắng đọng của màng ITO cĩ pha tạp chất Ni bằng cơng suất phún xạ cao tần trên các tấm bia ITO được pha tạp với các tỷ lệ khác nhau Hình 2.22: Các giá trị điện trở màng của ITO với chất tạp Ni tương ứng với cơng suất phún xạ cao tần trên trục đồ thị. Hình 2.23: Trình bày hệ số truyền quang bị suy giảm khi cơng suất phún xạ cao tần tăng lên, hệ số truyền quang rơi xuống từ 90,02% cịn 83,63% cho mẫu ITO cĩ pha tạp chất Ni là 1%, từ 91,23% xuống cịn 84,84% cho mẫu ITO cĩ tỷ lệ pha tạp là 3%, và từ 87,09% xuống cịn 78,41% cho mẫu ITO cĩ tỷ lệ pha tạp 5%. Hình 2.24: Trình bày các đặc trưng I-V của OLED với các mẫu ITO cĩ pha tạp chất Ni với các tỷ lệ 1%, 3% và 5% tại cơng suất phún xạ cao tần là 90W.
6. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 1. CVD: Chemical vapor phase depositon 2. ETL: Electron transport layer 3. EL: Electro luminescence 4. F4-TCNQ: Tetracyanoquinodimethane 5. HTL: Hole transport layer 6. HOMO: Highest occupied molecular orbital 7. ITO: Indium-tin-oxide 8. IP: Ionization potential 9. LUMO: Lowest occupied molecular orbital 10. LCD: Liquid crystal display 11. OLED: Organic light emitting diode 12. PEDOT: Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) 13. PDPV: poly (4,4‟-diphenylene diphenylvinylene) 14. PSS: Poly (styenesulfonate) 15. PVK: Polyvinycarbazole 16. PL: Photo luminescense
7. MỤC LỤC A. Phần giới thiệu - Mục lục. - Tóm tắt kết quả nghiên cứu - Tính cấp thiết của đề tài - Mục tiêu nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu B. Phần nội dung Chương 1. Tổng quan về cấu trúc OLED đa lớp 1.1 Cấu trúc OLED đa lớp 4 1.2 Giới thiệu một số phương pháp chế tạo OLED 6 Chương 2. Một số giải pháp để nâng cao hiệu suất làm việc của OLED 2.1 Một phương pháp thực nghiệm dựa trên sự lựa chọn các vật liệu 21 2.2 Cải thiện hiệu suất của OLED dùng trong thương mại 32 2.3 Phương pháp pha tạp Ni vào lớp ITO 46 C. Phần kết luận 53 Tài liệu tham khảo 54
8. A MỞ ĐẦU
9. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƢỚC Trên thế giới đã cĩ một số nước nghiên cứu, chế tạo và thương mại hĩa OLED. OLED được nghiên cứu để cải tiến khơng ngừng. 1.Myriam Beshay (May 8-2008), “Improving the Efficiency of Organic Light Emitting Diodes for Commercial Use” University of Southampton. 2.Nguyen Duy Tien, Yung woo Park, Chong Ho Park, (10/2004) „‟The effect of nanoparticles TiO2 in light emitting device made of polymer/ TiO2 composites’’, The second International Workshop on Nanophysics and nanotechnology (IWONN‟04), Hanoi, Vietnam. 3.Hans. Meier, „‟Organic Semiconductor’’, Wiley, NewYork, (1972). Young Geun, et al, Synthetic Metals 153 (2005), 205-208. 4.S.H, et al , Composite: Part A .36 (2005), 509-513. 5.Nguyen Phuong Hoai Nam, Soon Wook Cha, Bong-Soo Kim, Seong-Ho Choi, Don Soo Choi, Jung-Il Jin, Synthetic Metals. 130 (2002), 271–277. Trong nước, một số tài liệu cĩ đề cập đến cấu trúc của OLED, một số biện pháp cải thiện đặc tính V-A của OLED. Tuy nhiên, chưa phân tích sâu vào các phương pháp. Đề tài sẽ phân tích các phương pháp cải thiện này. 1.Vật lý màng mỏng, Nguyễn Năng Định TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Polyme thường được biết đến như chất cách điện. Gần đây, chúng ta nhận thấy là polymer cĩ thể dẫn điện. Các chất polymer dẫn điện hay cao phân tử cĩ khả năng phát quang ánh sáng ở vùng nhìn thấy với dải bước sĩng rộng, trong đĩ cĩ 3 màu cơ bản là xanh, vàng và đỏ. Từ đĩ việc nghiên cứu về linh kiện huỳnh quang hữu cơ và diode phát quang hữu cơ (Organic Light Emitting Diode – OLED) ngày càng phát triển. Lĩnh vực ứng dụng của OLED rất đa dạng với những ưu điểm của nĩ (mỏng, nhẹ, mềm dẻo ), nĩ cĩ thể dùng trong chiếu sáng với diện tích rộng, làm màn hình điện thoại di động, tivi MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu các phương pháp nhằm cải thiện hiệu suất làm việc của OLED NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tổng quan về OLED cấu trúc đa lớp. - Các phương pháp cải thiện hiệu suất làm việc của OLED. CÁCH TIẾP CẬN - Tham gia các hội thảo về OLED. - Truy cập Internet. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp tham khảo tài liệu. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cấu trúc OLED.