
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Müəlliflər: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Jaeho Lee Tae-Hee Han Min-Ho Park Dae Yool Jung Jeongmin Seo Hong-Kyu Seo Hyunsu Cho Eunhye Kim Jin Chung Sung-Yool Choi Taek-Soo Kim Tae-Woo Lee Seunghyup Yoo Abstrakt Növbəti nəsil displeylər və işıqlandırmada qrafen əsaslı üzvi işıq yayan diodlar (OLED-lər) son zamanlarda əsas element kimi ortaya çıxmışdır, əsasən onların yüksək çevik işıq mənbələri üçün vəd etdiyi imkanlara görə. Bununla belə, onların səmərəliliyi, ən yaxşı halda, adi, indiyə qədər istifadə olunan oksid əsaslı analoqları ilə eyni səviyyədə idi. Biz burada yüksək indeksli TiO2 laylarının və qrafen elektrodlarını əhatə edən aşağı indeksli deşik enjeksiyon laylarının sinergik qarşılıqlı təsirinə əsaslanan ideal bir elektrod strukturu təklif edirik, bu da rezonansla gücləndirmənin maksimum olduğu, lakin səthi plazmon polyaritonuna itkinin azaldığı ideal bir vəziyyətə gətirib çıxarır. Təklif olunan yanaşma, tək və çox qatlı cihazlar üçün müvafiq olaraq 40,8 və 62,1% (yarım-şar linza ilə 64,7 və 103%) ultrayüksək xarici kvan effektivliyə malik OLED-lərə səbəb olur. Bu elektrodlarla plastik üzərində hazırlanmış OLED-lər, TiO2 laylarının çat-yönləndirmə sərtləşdirmə mexanizmi vasitəsilə 4%-ə qədər bükülmə deformasiyasına davam gətirməsi sayəsində 2,3 mm radiusda təkrarlana bilən şəkildə bükülə bilər. Giriş Çeviklik və dartılma kimi forma faktor üstünlükləri, üzvi işıq yayan diodlara (OLED-lər) geyilə bilən, rulon tipli və ya qatlana bilən displeylər kimi yeni cihazlarda istifadə üçün böyük diqqət çəkmişdir ki, bu da hərəkətlilik, deformasiya qabiliyyəti və/və ya genişlənmə tələb edir , . Lakin, belə bir potensialın tam reallaşması çətin deyil və aşağı temperaturlu nazik təbəqə tranzistor texnologiyalarının və/və ya çevik şüşələnmənin inkişafı kimi müxtəlif aspektlərdə əhəmiyyətli səy tələb edir . Yüksək çevik displeylər üçün nəzərə alınmalı digər mühüm bir cəhət, adətən məhdud çeviklikdən və yüksək tələbat və/və ya qeyri-sabit təkliflə əlaqəli potensial maya problemlərindən əziyyət çəkən indiyə qədər istifadə olunan oksid (ITO) elektrodlarını əvəz edə bilən şəffaf elektrodlar (TE-lər) tapmaqdır . Bu baxımdan, OLED-lər üçün metal nanodüymləri, karbon əsaslı materiallar (məsələn, karbon nanotublar və ya qrafen) və digər TE növləri ilə birləşdirilmiş metal şəbəkələri kimi bir neçə növ çevik şəffaf elektrod təklif edilmişdir , , , , , . Onların arasında, qrafen - sp2-hibridləşmiş karbon atomlarının atom qalınlığında təbəqəsi - perspektivli olaraq qəbul edilmişdir, çünki onun daxili nazikliyi və üstün elektrik xarakteristikalarının unikal birləşməsi, eyni zamanda aşağı və ya heç bir optik dumanlılıq, kobudluqdan qaynaqlanan elektrik qısaqapanması və pozulmasını maneə törədən hamar səthi topologiyası, yüksək ötürücülük, aşağı səthi müqavimət və yüksək dərəcədə çeviklik kimi ideal şəffaf elektrodları təmin edəcəyi gözlənilir , . Sənaye sektorları tərəfindən kütləvi istehsal uyğun üsullarla şəffaf elektrodlar üçün son zamanlarda böyük miqyaslı plastik substratlar üzərində yüksək keyfiyyətli qrafenin asan hazırlanması, onların praktik uyğunluğunu nümayiş etdirmişdir , . Həm tək qatlı qrafen (SLG), həm də çox qatlı qrafen (MLG) OLED-lərdə TE kimi kifayət edən performansa malik olduğu göstərilmişdir , . Xüsusilə, nisbətən aşağı iş funksiyasını (təxminən 4,5 eV) aradan qaldırmaq üçün istifadə olunan deşik enjeksiyon laylarının (HIL-lər) köməyi ilə effektiv qrafen əsaslı OLED-lər əldə edilmişdir. Belə enjeksiyon laylarına öz-özünə təşkil olunan qradient HIL (GraHIL) adlanan qradiyent elektron xüsusiyyətlərinə malik keçirici polimerlər , və poli(3,4-etilendioksitiofen): polistirol sulfonat (PEDOT:PSS) keçirici polimerləri ilə birləşdirilmiş nazik MoO3 tampon layları daxildir . Bununla belə, bu ən son qrafen əsaslı OLED-lərin güc səmərəliliyi və xarici kvan effektivliyi (EQE) hələ də ITO əsaslı OLED-lərlə eyni səviyyədə idi, hətta çıxış gücləndirməsi üçün böyük bir yarımkürəvi linza istifadə edilmədikdə belə . Mümkün olan ən yüksək səmərəliliyin təmin edilməsi, xüsusilə yüksək daşınan və ya geyilə bilən tətbiqlər üçün nəzərdə tutulmuş çevik displeylər üçün vacibdir, çünki onlar ölçü, çəki və ya forma faktor məhdudiyyətləri səbəbindən tez-tez məhdud enerji tutumuna malik batareyalara etibar etməli olurlar. Bu, qrafen əsaslı OLED-lərin səmərəliliyini maksimallaşdıra bilən bir cihaz arxitekturasının inkişafını tələb edir. Əsas problem, onların tam optik potensialını açan, lakin forma faktorlarında qrafenin üstünlüklərini mümkün qədər qoruyan bir struktur və ya metodologiya inkişaf etdirməkdir. 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 13 14 14 Bu məqsədlə, biz burada yüksək indeksli TiO2 layları və qrafen elektrodlarını əhatə edən aşağı indeksli HIL-lərə əsaslanan sadə bir elektrod arxitekturasını araşdırırıq. Yüksək və aşağı indeksli laylar arasındakı sinergik qarşılıqlı təsirdən tam şəkildə istifadə edən optik dizayn, rezonans gücləndirməsini maksimallaşdırır və səthi plazmon polyaritonuna (SPP) itkini azaldır, təklif olunan qrafen əsaslı OLED-lər, şəffaf elektrod kimi qrafen istifadə edənlərdə görünməmiş ultrayüksək EQE nümayiş etdirir. Bundan əlavə, TiO2-nin bükülmə deformasiyasına qarşı fövqəladə yüksək müqaviməti aşkar edilmişdir ki, bu da yalnız səmərəli deyil, həm də yüksək dərəcədə çevik olan plastik OLED-lərə imkan verir. Nəticələr Yüksək səmərəli qrafen əsaslı OLED-lərin optik dizaynı OLED-lərin səmərəliliyi, adətən izotrop emissiya edənlər üçün maksimum 20% olan məhdud çıxış effektivliyi ilə məhdudlaşır. Bu günə qədər təklif edilmiş müxtəlif çıxış gücləndirmə sxemlərindən , mikrorezonans rezonansına əsaslanan bir üsul, heç bir mikro/nano strukturlaşma və ya linzalı struktur istifadə etmədən planı qoruyur, beləliklə ondan hazırlanan OLED-lər displey tətbiqi üçün əlverişsiz olan elektrik qısaqapanmaları və optik artefaktlara (məsələn, bulanıqlıq, diffraksiya və s.) məruz qalmır, lakin gücləndirilmiş səmərə ilə yüksək dərəcədə saf, doymuş qırmızı (R), yaşıl (G), mavi (B) əsas rəngləri göstərə bilər , . Zəif, lakin hələ də əhəmiyyətli bir mikrorezonans təsiri ilə, ITO əsaslı OLED-lər də optik dumanlılıq və ya bulanıqlıq olmadan, yalnız ITO laylarının qalınlığını tənzimləməklə maksimum səmərəliliyə görə optimallaşdırıla bilər; bu sxemdə, birinci dərəcəli, 3 /4 rezonans dizaynı, burada   dalğaboyu göstərir, rezonans rejiminin açıq ucu ITO/substrat interfeysində yerləşir , . ITO-suz, qrafen əsaslı OLED-lər hallarında isə, qrafen elektrodları rezonans effekti ilə səmərəliliyi artırmaq çətinləşdirən rezonans uzunluğunu idarə etmək üçün kifayət qədər qalın edilə bilməz . 15 16 17 λ λ 18 19 20 Alternativ tədbir kimi, qrafen laylarının altında yüksək əmsalına ( H) malik nazik bir təbəqə yerləşdirilə bilər, bu da şəkildə göstərildiyi kimi  , dielektrik örtüklü nazik metal elektrodlara bənzər şəkildə aparılır , , , . Qrafen elektrodunun daxili nazikliyi səbəbindən işığın kiçik faz fərqi ilə qrafendən keçə bilməsi, 3 /4 rezonans dizaynı, məsələn, üzvi və enjeksiyon laylarının optik qalınlığı və yüksək əmsal təbəqəsi müvafiq olaraq təxminən 2 /4 və  /4 olmaqla rahatlıqla əldə edilə bilər (Şəkil 1b) ). Yüksək əmsal, həmçinin çeviklik baxımından faydalıdır, çünki hədəf optik qalınlıq ( H H) aşağı fiziki qalınlıq  H ilə əldə edilə bilər və verilmiş təbəqənin bükülməsinə səbəb olan çatların ümumiyyətlə daha böyük fiziki qalınlıqla daha aşağı başlanğıc deformasiyasında əmələ gəldiyi üçün . Bu sxemdə uğurlu yüksək əmsal təbəqəsi beləliklə mümkün qədər böyük  H olmalıdır. Bundan əlavə, o, şəffaf olmalı və ən əsası, verilmiş qrafen köçürmə prosesi tərəfindən zədələnməməlidir. Müxtəlif namizədlər arasında, səpələnmiş TiO2 təbəqəsi görünən spektral diapazonda şəffafdır və nisbətən yüksək əmsala malikdir ( =2,5). Bizim cəhd etdiyimiz digər yüksək əmsal təbəqələrindən fərqli olaraq, TiO2 təbəqəsi aseton və ya izopropil spirt (IPA) kimi həlledicilərdən istifadə edən qrafen köçürmə proseslərinə qarşı kimyəvi davamlılığa malikdir, bu da onun üstündə yüksək keyfiyyətli qrafen elektrodun formalaşmasına imkan verir ( ). n Şəkil 1a 17 20 21 22 λ λ λ . Xüsusilə, ' /4 qalınlığında' yüksək əmsal təbəqəsi, həmçinin metal olmayan, dielektrik güzgü kimi çıxış etməklə, orqanik laylardan gələn işığa görə aşağı elektrod yığınının ( bot) əhəmiyyətli əksini təmin edir, bu da Şəkil 1c,d-nin altındakı qrafiklərdə təsdiqlənə bilər λ R . Bu, qrafen əsaslı OLED-lərə, əks halda mümkün olmayacaq rezonans effekti vasitəsilə səmərəliliklərini artırmaq üçün imkanlar təqdim edir. Göstərilir ki,  bot və müşayiət olunan rezonans gücləndirməsi  H ilə artır ( R n Əlavə Şəkil 1 n d d 23 n n Əlavə Şəkil 2   ( ) Təklif olunan OLED-lərin sxematik cihaz quruluşu. ( ) Tədqiq edilən OLED-lərin ilk dərəcəli rezonans dizaynı üçün elektromaqnit sahəsinin intensivlik paylanması (naxışlı xətlər). TiO2 olmayan qrafen əsaslı OLED-in sahə intensivliyi paylanması da müqayisə üçün göstərilir, burada üzvi layların qalınlıq dəyərləri TiO2 olan OLED-lərlə eynidir, lakin aşağı indeksli HIL-lər olmadan. ( , ) TiO2 alt təbəqəsi olan qrafen əsaslı OLED-lərin hesablanmış maksimum xarici kvan effektivliyi ( EQE) TiO2 və üzvi təbəqənin qalınlığından ( TiO2 və  org, müvafiq olaraq) asılı olaraq. Naxışlı xətlər 10, 20, 30 və ya 40%  EQE üçün kontur xətlərini göstərir. ( ) Aşağı indeksli HIL olmadan; ( ) GraHIL aşağı indeksli HIL kimi olduqda. Hər iki halın alt hissəsində, üzvi laylardan gələn işığa görə bütün (TiO2/qrafen/(HIL)) aşağı elektrod yığınının əks olunması ( bot) göstərilir.  TiO2-nin funksiyası olaraq.  a b c d η d d η c d R d Daha yüksək dərəcəli bir mikrorezonans strukturu (məsələn, ikinci dərəcəli, 5 /4 rezonans) qalın üzvi yığınla da mümkün ola bilər. Lakin bu işdə, birinci dərəcəli rezonans dizaynı ilk növbədə seçilmişdir, çünki o, daha yüksək dərəcəli dizayndan daha güclü Purcell effekti və daha az dalğaboyu rejimi verir, nəticədə daha böyük çıxış effektivliyi və EQE əldə edilir , . Birinci dərəcəli rezonans dizaynı üçün hələ də çətinliklər qalmaqdadır, çünki emissiya zonasının ideal yeri katod/metal interfeysindən ilk antinoda məhdudlaşır, bu da emissiya edənin metaldan məsafəsini uzadaraq SPP rejimlərini azaltmağı çətinləşdirir , . SPP azalması üçün tipik olaraq istifadə olunan alternativ üsul daxili dalğalı strukturların və ya qırışların daxil edilməsidir , lakin belə yanaşmalarla elektrik qısaqapanmalarına dözümlülük tez-tez pozula bilər. Bizim tərəfimizdən qəbul edilən üsul, SPP rejimlərini effektiv şəkildə azaldığı göstərilən aşağı əmsal təbəqəsini daxil etməkdir , . Xoşbəxtliklə, GraHIL və ya PEDOT:PSS və tetra-fluoroetilen-perfluoro-3, 6-dioksa-4-metil-7-oktenesülfonat kopolimerindən (PFI) ibarət öz-özünə təşkil olunan qradient deşik-enjeksiyon təbəqəsi, müəlliflər tərəfindən əvvəllər təklif edilmiş və qrafen əsaslı OLED-lərdə deşik enjeksiyonunu yaxşılaşdırmaqda çox təsirli olduğu göstərilmişdir , 550 nm dalğaboyunda təxminən 1,42 əmsala malikdir ( ), bu da tipik üzvi layların ( =1,8) əmsalından xeyli aşağıdır. Qrafen laylarını əhatə edən yüksək və aşağı indeksli layların sinergik qarşılıqlı təsiri ilə, rezonans effektinin gücləndirilməsi və SPP rejiminin azalması eyni anda edilə bilər, beləliklə çıxış gücləndirməsi strukturları olmadan belə EQE əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər. λ 24 25 25 26 27 28 29 13 Əlavə Şəkil 3 n  üzvi spektral diapazon boyunca və 550 nm dalğaboyunda Furno   tərəfindən xülasə edilmiş inkişaf etmiş klassik elektromaqnit nəzəriyyəsinə əsaslanan optik simulyasiya nəticələrini təqdim edir. Formalizm Purcell faktoru, dipol istiqamətləndirmə effekti və SPP və dalğaboyu rejimlərinin hərəkətə gətirilməsini nəzərə alır. Bütün bu faktorların hərtərəfli daxil edilməsi dəqiq analiz və kəmiyyət dizaynı üçün kritikdir, çünki onlardan birini və ya bir neçəsini nəzərə almayan sadələşdirilmiş bir yanaşma istifadə edildikdə az qiymətləndirmə və ya çox qiymətləndirmə baş verə bilər ( Bax  ;   və   nümunələr üçün). Nəticələr göstərir ki, GraHIL-dən istifadə etmək nisbi güc tərkiblərini müxtəlif rejimlər arasında daha kiçik müstəvi dalğa vektorlarına doğru yenidən paylayır, beləliklə SPP rejimlərinə qoşulan güc azalır və çıxışa qoşulan hissələr daha da artır ( ). Həmçinin  -də görmək olar ki, qrafenin altında TiO2 təbəqəsinin istifadəsi dalğaboyu və substrat rejimlərinə qoşulan güc miqdarını rezonans gücləndirməsi yolu ilə effektiv şəkildə basdırır. Bu, çıxış effektivliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olur, baxmayaraq ki, eninə elektrik dalğaboyu rejimlərinin daha yüksək normallaşdırılmış müstəvi dalğa vektorlarına doğru dəyişməsi səbəbindən təsirli rejimlərə itki də artır ( ). Yüksək indeksli (H) TiO2 və aşağı indeksli (L) GraHIL laylarının birləşdirilmiş istifadəsi, adətən çox qatlı nazik təbəqə örtüyü üçün istifadə edilən HL yığınlarına bənzər bir vəziyyət yaradır , və Hətta daha da  bot-u gücləndirir ( ), Fabry-Perot rezonans effektinin əlavə gücləndirilməsinə imkan verir. Təklif olunan texnologiyanı ənənəvi texnologiyalara nisbətən unikal və inkişaf etmiş edən şey, həqiqətən də bu yüksək və aşağı indeksli laylar arasındakı sinergik qarşılıqlı əlaqədir ki, bu da rezonans effektinin və SPP itkisinin optik idarə edilməsinə imkan verir ki, bu da maksimum çıxış üçün sərfəlidir; və HL yığma vasitəsilə əlavə rezonans gücləndirməsi. İstenən elektrik xüsusiyyətlərinə (məsələn, effektiv deşik enjeksiyonu) daxili uyğunluqları ilə birlikdə, bütün bu optik üstünlüklər, yalnız müstəvi OLED-lərin həqiqətən təklif edə biləcəyi gizli potensialı belə tamamilə açmağa imkan verir. Üzvi ( org) və TiO2 qalınlığından ( TiO2) asılı olaraq hesablana bilən maksimum EQE ( EQE (max)) üçün əldə edilən kontur qrafikləri Şəkil 1c,d-də təqdim edilmişdir və GraHIL və TiO2 layları olan cihazlarda  EQE (max) 44%-ə qədər yüksək ola bilər, halbuki GraHIL olmadan 38%-ə, TiO2 olmadan isə 31%-ə qədər məhdudlaşardı. Optimal şərtlər  H (H TiO2 olduqda)  /(4 H) -ə yaxınlaşdığı vəziyyətə uyğundur ( =550 nm üçün 55 nm). Həmçinin qeyd etmək olar ki,  EQE (max) 44% hətta eyni emissiya ilə optimallaşdırılmış, adi nazik metal əsaslı rezonans OLED-ləri üçün gözlənilən dəyərlərdən yüksəkdir. Bu, təklif olunan arxitekturanın, yarımşəffaf elektrodlar daxilində foton udulması və/və ya SPP rejiminin hərəkətə gətirilməsi səbəbindən itkiyə daha az məruz qalması ilə izah edilə bilər (adi nazik metal əsaslı rezonans OLED-ləri ilə müqayisə üçün   və  -ə baxın). Şəkil 2a,b və digərləri 19 Əlavə Şəkil 4 Əlavə Cədvəl 1 Əlavə Qeyd 1 Əlavə Şəkil 5a Əlavə Cədvəl 2 Əlavə Şəkil 5b 30 R Şəkil 1d d d η η d λ n λ η Əlavə Şəkil 6 Əlavə Cədvəl 3   ( , ) Hesablanmış güc itkisi spektri, emissiya spektri ilə çəkilmiş, istənilən vahidlərdə (rəngli xətlərlə göstərilmişdir) müstəvi dalğa vektoru ilə müqayisədə: ( ) TiO2 ilə, lakin GraHIL olmadan; ( ) həm TiO2 həm də GraHIL ilə. Qara naxışlı xətlər, çıxışa qoşulmuş, substrata məhdudlaşmış (subs), dalğaboylu (wg) və təsirli rejimlər daxil olmaqla, təmsili optik rejimləri ayıran sərhəd xətlərini göstərir. ( ) Hesablanmış güc itkisi, müstəvi dalğa vektoru ilə müqayisədə, 550 nm dalğaboyunda müxtəlif elektrod strukturları üçün. TiO2 olan cihazlar üçün  TiO2 55 nm-də sabit idi və  org hər bir halda optimal şərtlər üçün seçilmişdir. TiO2 olmayan cihazlar üçün  org TiO2 olan cihazlardakı müvafiq cihazlarla eyni dəyərə təyin edilmişdir.</ a b a b c d d d

Part of HackerNoon's growing list of open-source research papers, promoting free access to academic material.

Bu audio hekayənin orijinal dilində hazırlanmışdır!

Elmlər Graphen və Titanium Dioksid istifadə edərək ultra-effektiv çevik ekran displeylərini kilidini açır

About Author

ŞƏRHLƏR

ETİKET ASIN

BU MƏQALƏ TƏQDİM EDİLMİŞDİR

Related Stories

Women in Tech: Azize Sultan Shares Her Inspiring Journey from Architecture to Tech Leadership

Optimizing Operations for Real Estate Investors - Interview with Startups of the Year Nominee, Azibo

How Azarus's Technology is Transforming Viewer Engagement on Stream

Women in Tech: Azize Sultan Shares Her Inspiring Journey from Architecture to Tech Leadership

Optimizing Operations for Real Estate Investors - Interview with Startups of the Year Nominee, Azibo

How Azarus's Technology is Transforming Viewer Engagement on Stream

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps