
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 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 Qrafen əsaslı üzvi işıq yayan diodlar (OLED-lər) son zamanlarda yüksək çevik işıq mənbələri üçün verdikləri vədlər sayəsində, xüsusilə də gələcək nəsil displeylər və işıqlandırma üçün əsas element kimi ortaya çıxmışdır. Bununla belə, onların səmərəliliyi, ən yaxşı halda, ənənəvi, indiyum qalay oksidi əsaslı analoqları ilə eyni səviyyədə olmuşdur. Biz burada yüksək indeksli TiO₂ təbəqələri və qrafen elektrodlarını əhatə edən aşağı indeksli deşik-enjeksiyon təbəqələrinin sinergetik qarşılıqlı əlaqəsinə əsaslanan ideal bir elektrod strukturunu təklif edirik, bu da rezonansla gücləndirilmənin maksimallaşdırıldığı, lakin səth plazmon polyaritonuna itkinin azaldıldığı ideal bir vəziyyətə gətirib çıxarır. Təklif olunan yanaşma, vahid və çoxqatlı cihazlar üçün müvafiq olaraq 40,8 və 62,1% (yarım kürə linzası ilə 64,7 və 103%) ultra-yüksək xarici kəmiyyət səmərəliliyinə malik OLED-lərə yol açır. Bu elektrodlarla plastiklər üzərində hazırlanmış OLED-lər, TiO₂ təbəqələrinin çat-döngü sərtləşməsi yolu ilə 4%-ə qədər əyilmə gərginliyinə davam gətirməsi sayəsində, 2,3 mm radiusda dəfələrlə əyilə bilər. Giriş Forma faktoru üstünlükləri, məsələn, çeviklik və uzanma qabiliyyəti, üzvi işıq yayan diodları (OLED-lər) mobilə, deformasiyaya uğraya bilən və/və ya genişlənən tələb edən geyilə bilən, rulon tipli və ya qatlana bilən displeylər kimi yeni cihazlarda istifadə üçün böyük diqqət çəkmişdir , . Lakin, belə bir potensialın tam realizasiyası çətin deyil və aşağı temperaturlu nazik filmli tranzistor texnologiyaları və/və ya çevik qablaşdırma kimi müxtəlif aspektlərdə əhəmiyyətli səy tələb edir . Yüksək çevik displeylər üçün nəzərə alınmalı digər vacib bir cəhət, tipik olaraq məhdud çeviklikdən və yüksək tələbat və/və ya qeyri-sabit təchizatla əlaqəli potensial dəyər problemlərindən əziyyət çəkən indiyum qalay oksidi (ITO) elektrodlarını əvəz edə bilən şəffaf elektrodlar (TE-lər) tapmaqdır . Bu baxımdan, metal nanoşüaları, karbon əsaslı materiallar (məsələn, karbon nanotüblər və ya qrafen) və digər TE növləri ilə birləşdirilmiş metal şəbəkələr kimi bir sıra çevik şəffaf elektrodlar OLED-lər üçün təklif edilmişdir , , , , , . Onların arasında, atom qalınlığında sp²-hibridləşmiş karbon atomları təbəqəsi olan qrafen, onun daxili nazikliyi və üstün elektrik xüsusiyyətlərinin unikal birləşməsi sayəsində, heç bir və ya az optik qeyri-şəffaflıq, kobalıqdan qaynaqlanan elektrik qısa qapanma və pozulmalara qarşı dayanıqlı hamar səth topologiyası, yüksək keçiricilik, aşağı səhifə müqaviməti və eyni anda yüksək dərəcədə çeviklik kimi ideal şəffaf elektrodları təmin edəcəyi gözlənildiyi üçün ümidverici hesab olunur , . Sənaye sektorları tərəfindən kütləvi istehsal ilə 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 adekvat performans nümayiş etdirdiyi göstərilmişdir , . Xüsusilə, nisbətən aşağı iş fəaliyyəti (təxminən 4,5 eV) öhdəsindən gəlmək üçün deşik enjeksiyon təbəqələrinin (HIL) köməyi ilə səmərəli qrafen əsaslı OLED-lər əldə edilmişdir. Belə enjeksiyon təbəqələrinə özünü təşkil edən qradient HIL (GraHIL) adlanan qradiyent elektronik xüsusiyyətlərə malik keçirici polimerlər , həmçinin nazik MoO₃ tampon təbəqələri, 3,4-etilendioksitiofen: polistirol sulfonat (PEDOT:PSS) kimi keçirici polimerlərlə birləşdirilmişdir . Bununla belə, bu son texnologiya qrafen əsaslı OLED-lərin güc səmərəliliyi və xarici kəmiyyət səmərəliliyi (EQE), hətta həcm tələb edən yarım kürə linza istifadə olunmasa belə, ITO əsaslı OLED-lərlə eyni səviyyədə qalmışdır . Ən yüksək mümkün səmərəliliyin təmin edilməsi, xüsusilə mobil və ya geyilə bilən tətbiqlər üçün nəzərdə tutulmuş çevik displeylər üçün vacibdir, çünki onlar ölçü, çəki və ya forma faktorları məhdudiyyətləri səbəbindən batareyalara etibar etməli olurlar. Bu, qrafen əsaslı OLED-lərin səmərəliliyini maksimallaşdıra bilən bir cihaz arxitekturasının inkişafını tələb edir. Əsas çətinlik, onların tam optik potensialını açan, eyni zamanda qrafenin forma faktorlarındakı 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 təbəqələri və aşağı indeksli HIL-lərdən ibarət sadə bir elektrod arxitekturasını tədqiq edirik. Yüksək və aşağı indeksli təbəqələr arasında sinergetik qarşılıqlı əlaqədən tam istifadə edən optik dizaynla, təklif olunan qrafen əsaslı OLED-lər, qrafenin şəffaf elektrod kimi istifadə edildiyi OLED-lərdə görünməmiş ultra-yüksək EQE göstərir. Bundan əlavə, TiO₂-nin əyilmə gərginliyinə qarşı qeyri-adi yüksək müqaviməti aşkar edilmişdir ki, bu da yalnız səmərəli deyil, həm də yüksək dərəcədə çevik olan plastik OLED-ləri mümkün edir. Nəticələr Yüksək səmərəli qrafen əsaslı OLED-lərin optik dizaynı OLED-lərin səmərəliliyi, tipik olaraq ən yaxşı halda 20% olan məhdud xarici çıxış səmərəliliyi ilə məhdudlaşır. Bu günə qədər təklif edilmiş müxtəlif xarici çıxış gücləndirmə sxemləri arasında , mikrorezonans əsaslı bir üsul, heç bir mikro/nano strukturlaşdırma və ya lentikulyar struktur istifadə etmədən planolyar geometriyanı saxladığı üçün üstünlüklərə malikdir, beləliklə, onlardan hazırlanmış OLED-lər displey tətbiqləri üçün əlverişsiz olan elektrik qısa qapanmalarına və optik artefaktlara (məsələn, bulanıklık, diffraksiya və s.) məruz qalmır, lakin eyni zamanda gücləndirilmiş səmərəliliklə yüksək təmiz, doymuş qırmızı (R), yaşıl (G), mavi (B) əsas rəngləri göstərə bilər , . Zəif, lakin hələ də əhəmiyyətli bir mikrorezonans effektinə malik ITO əsaslı OLED-lər də, ITO təbəqələrinin qalınlığını tənzimləməklə, heç bir optik qeyri-şəffaflıq və ya bulanıklık olmadan maksimal səmərəlilik üçün optimize edilə bilər; bu sxemdə, ilk növbədə, 3λ/4 rezonans dizaynı, burada λ dalğa uzunluğunu ifadə edir, rezonans modunun ITO/substrat interfeysində yerləşdiyi rezonans dizaynı , . Lakin, ITO-suz, qrafen əsaslı OLED-lər halında, qrafen elektrodları rezonans effektinə görə səmərəliliyi artırmaq üçün çətinləşdirən rezonans uzunluğunu idarə etmək üçün kifayət qədər qalın ola bilməz . 15 16 17 18 19 20 Alternativ tədbir kimi, qrafen təbəqələrinin altında yüksək əmsallı (nH) bir təbəqə yerləşdirmək olar, Şəkil 1a-da göstərildiyi kimi, nazik metal elektrodları əhatə edən dielektrik kimi , , , . Qrafen elektrodunun daxili nazikliyi səbəbindən işığın az faza fərqi ilə qrafendən keçə bilməsi səbəbindən, 3λ/4 rezonans dizaynı rahatlıqla əldə edilə bilər, məsələn, üzvi və enjeksiyon təbəqələri ilə yüksək əmsallı təbəqənin optik qalınlığı müvafiq olaraq təxminən 2λ/4 və λ/4 olaraq təyin edilə bilər (Şəkil 1b). Xüsusilə, 'λ/4 qalınlığında' yüksək əmsallı təbəqə, həmçinin metal olmayan, dielektrik güzgü kimi çıxış edir ki, bu da alt elektrod yığmasının (Rbot) üzvi təbəqələrdən gələn işığa görə əhəmiyyətli əks etdirilməsini təmin edir, bu da Şəkil 1c,d-də göstərilən qrafiklərdə təsdiqlənə bilər. Bu, qrafen əsaslı OLED-lərə başqa cür mümkün olmayacaq rezonans effektinə görə səmərəliliyi artırmaq imkanı verir. Göstərilir ki, Rbot və bununla əlaqəli rezonans artımı nH ilə artır (Əlavə Şəkil 1). Yüksək əmsallıq həm də çeviklik baxımından faydalıdır, çünki hədəf optik qalınlıq (nHdH) aşağı fiziki qalınlıq dH ilə əldə edilə bilər və verilmiş filmin əyilməsi ilə yaranan çat ümumiyyətlə daha böyük fiziki qalınlıqla daha aşağı başlanğıc gərginlikdə baş verir . Bu sxemdə uğurlu yüksək əmsallı təbəqə mümkün qədər yüksək nH-ə malik olmalıdır. Bundan əlavə, o şəffaf olmalı və hər şeydən əvvəl, verilmiş qrafen köçürmə prosesi tərəfindən zədələnməməlidir. Müxtəlif namizədlər arasında, sıçrayışla yerləşdirilən TiO₂ təbəqəsi görünən spektral diapazonda şəffafdır və nisbətən yüksək əmsala (n=2,5) malikdir. Bizim cəhd etdiyimiz digər yüksək əmsallı təbəqələrdən fərqli olaraq, TiO₂ təbəqəsi aseton və ya izopropil spirti (IPA) kimi həlledicilərdən istifadə edən qrafen köçürmə proseslərinə qarşı kimyəvi davamlılığa malikdir, bu da onun üzərində keyfiyyətli qrafen elektrodun yaranmasına imkan verir (Əlavə Şəkil 2). 17 20 21 22 23   ( ) Təklif olunan OLED-lərin sxematik cihaz strukturu. ( ) Tədqiq olunan OLED-lərin ilk növbə rezonans dizaynı üçün elektromaqnit sahəsinin intensivlik paylanması (naxətlər). TiO₂ olmadan qrafen əsaslı OLED-in sahə intensivlik paylanması, TiO₂ olan OLED-lərin qalınlıq dəyərləri eyni olduğu halda, lakin aşağı indeksli HIL-lər olmadan da müqayisə üçün göstərilmişdir. ( , ) TiO₂ alt təbəqəsi olan qrafen əsaslı OLED-lərin hesablanmış maksimal xarici kəmiyyət səmərəliliyi (ηEQE) TiO₂ və üzvi təbəqənin qalınlığından (dTiO₂ və dorg, müvafiq olaraq) asılı olaraq. Naxətlər 10, 20, 30 və ya 40% ηEQE üçün kontur xətlərini göstərir (qrafikdə göstərildiyi kimi). ( ) Aşağı indeksli HIL olmadan; ( ) aşağı indeksli HIL kimi GraHIL ilə. Hər bir halın altında, üzvi təbəqələrdən gələn işığa görə alt elektrod yığmasının (TiO₂/qrafen/(HIL)) əks etdirilməsi (Rbot) dTiO₂-dən asılı olaraq təqdim olunur. a b c d c d Qeyd etmək lazımdır ki, qalın üzvi yığınlara əsaslanan daha yüksək səviyyəli mikrorezonans strukturu (məsələn, ikinci səviyyə, 5λ/4 rezonans) da mümkün ola bilər. Bununla belə, bu işdə ilk növbədə ilk səviyyə rezonans dizaynı seçilmişdir, çünki bu, daha yüksək səviyyəli dizayndan daha güclü Purcell effekti və daha az dalğavurucu modlar yaradır, nəticədə daha böyük xarici çıxış səmərəliliyi və EQE yaranır , . İlk növbə rezonans dizaynı üçün hələ də çətinliklər mövcuddur, çünki emissiya zonasının ideal yeri metal/üzvi interfeysdən ilk antinoda məhdudlaşır, bu da emitter-metal məsafəsinin uzadılması yolu ilə SPP modlarının azaldılmasını çətinləşdirir , . SPP-nin azaldılması üçün tipik olaraq istifadə olunan alternativ üsul, daxili dalğalı strukturlar və ya qırışlar daxil etməkdir , lakin belə yanaşmalarla elektrik qısa qapanmalarına qarşı dözümlülük tez-tez pozula bilər. Bizim burada istifadə etdiyimiz üsul, SPP modlarını effektiv şəkildə azaldığı göstərilən aşağı əmsallı bir təbəqənin daxil edilməsidir , . Xoşbəxtlikdən, qrafen əsaslı OLED-lərdə deşik enjeksiyonunu yaxşılaşdırmaqda çox təsirli olduğu göstərilən, müəlliflər tərəfindən əvvəllər təklif edilmiş PEDOT:PSS və tetra-fluoroetilen-perfluoro-3, 6-dioks-4-metil-7-oktensulfonat kopolimeri (PFI) ilə təşkil olunmuş özünü təşkil edən qradient deşik-enjeksiyon təbəqəsi olan GraHIL və ya özünü təşkil edən qradient deşik-enjeksiyon təbəqəsi, 550 nm λ-də təxminən 1,42 əmsala malikdir (Əlavə Şəkil 3), bu da tipik üzvi təbəqələrin (n=1,8) əmsallarından xeyli aşağıdır. Yüksək və aşağı indeksli təbəqələrin sinergetik qarşılıqlı əlaqəsi ilə, qrafen təbəqələrini əhatə edən, rezonans effektinin gücləndirilməsi və SPP modlarının azaldılması eyni anda həyata keçirilə bilər, beləliklə EQE, xarici çıxış strukturları olmadan belə əhəmiyyətli dərəcədə artıra bilər. 24 25 25 26 27 28 29 , Furno et al.  tərəfindən ümumiləşdirilmiş qabaqcıl klassik elektromaqnit nəzəriyyəsinə əsaslanan optik simulyasiya nəticələrini, bütün görünən spektral diapazonda və 550 nm λ-də təqdim edir. Formalizm Purcell faktoru, dipol istiqaməti təsiri və SPP və dalğavurucu modların eksitasiyaları nəzərə alır. Bütün bu amillərin hərtərəfli daxil edilməsi, biri və ya bir neçəsi bu amilləri nəzərə almayan sadələşdirilmiş bir yanaşmadan istifadə etdikdə, aşağı və ya həddindən artıq qiymətləndirmə baş verə biləcəyi üçün dəqiq təhlil və kəmiyyət dizaynı üçün kritikdir (bax Əlavə Şəkil 4; Əlavə Cədvəl 1 və Əlavə Qeyd 1 misallar üçün). Nəticələr göstərir ki, GraHIL istifadəsi, plazmonik dalğalanma vektorlarına doğru nisbi güc tərkiblərini yenidən bölüşdürür, beləliklə SPP modlarına qoşulan güc azalır və xaricə çıxan hissələr daha da artır (Əlavə Şəkil 5a). Həmçinin, Əlavə Cədvəl 2-də qrafen altında TiO₂ təbəqəsinin istifadəsi, rezonans gücləndirilməsi yolu ilə dalğalanan və substrat modlarına qoşulan güc miqdarını effektiv şəkildə yatırdığı görünür. Bu, xarici çıxış səmərəliliyinin əhəmiyyətli dərəcədə artmasına səbəb olur, baxmayaraq ki, enən modlara itki, transvers-elektrik dalğavurucu modlarının daha yüksək normalaşdırılmış plazmonik dalğalanma vektorlarına doğru dəyişməsi səbəbindən artır (Əlavə Şəkil 5b). Yüksək indeksli (H) TiO₂ və aşağı indeksli (L) GraHIL təbəqələrinin birləşdirilmiş istifadəsi, tipik olaraq çox qatlı nazik film örtükləri üçün istifadə olunan HL yığınlarına bənzər bir vəziyyət yaradır , və hətta Rbot-u daha da artırır (Şəkil 1d), Fabry–Perot rezonans effektində əlavə gücləndirməyə imkan verir. Təklif olunan texnologiyanı ənənəvi texnologiyalara nisbətən unikal və qabaqcıl edən şey, rezonans effektini və SPP itkisini optik idarə etməyə imkan verən bu yüksək və aşağı indeksli təbəqələrin sinergetik qarşılıqlı əlaqəsidir ki, bu da maksimal xarici çıxışdan faydalanır; və HL yığması vasitəsilə əlavə rezonans gücləndirməsi. İdeal elektrik xüsusiyyətləri (məsələn, səmərəli deşik enjeksiyonu) ilə birlikdə bütün bu optik faydalar, planolyar OLED-lərin həqiqətən təklif edə biləcəyi gizli potensialı tamamilə açmağa imkan verir. Üzvi (dorg) və TiO₂ qalınlığından (dTiO₂) asılı olaraq əldə edilə bilən optik olaraq mövcud olan maksimal EQE (ηEQE (max)) üçün əldə edilmiş kontur diaqramları (Şəkil 1c,d) göstərir ki, həm GraHIL, həm də TiO₂ təbəqələrini ehtiva edən cihazlarda ηEQE (max) 44%-ə qədər yüksək ola bilər, halbuki GraHIL olmadan 38%-ə və ya TiO₂ olmadan 31%-ə məhdudlaşacaq. Optimal şərtlər dH (H TiO₂ olduqda) λ/(4nH)-ə yaxın olduğu bir vəziyyətə uyğundur (λ=550 nm üçün 55 nm). Həmçinin qeyd etmək olar ki, ηEQE (max) 44% eyni emitterlə optimize edilmiş, ənənəvi nazik metal əsaslı rezonans OLED-ləri üçün gözlənilən dəyərlərdən yüksəkdir. Bu, təklif olunan arxitekturanın, yarı-şəffaf elektrodlar içərisindəki foton udulması və/və ya SPP modlarının yaranmasından qaynaqlanan itkilərə daha az məruz qalması ilə izah edilə bilər (ənənəvi nazik metal əsaslı rezonans OLED-ləri ilə müqayisə üçün Əlavə Şəkil 6 və Əlavə Cədvəl 3 baxın). Şəkil 2a,b 19 30   ( , ) Hesablanmış güc itkisi spektrləri, emitter spektrinə görə çəkilişləri, vahidlərdə (rəngli çərçivədə göstərilən rəng kimi təyin edilmiş) plazmonik dalğalanma vektoru ilə müqayisədə: ( ) TiO₂ ilə, lakin GraHIL olmadan; ( ) həm TiO₂, həm də GraHIL ilə. Qara naxətlər xaricə çıxan, substratda həbs olunmuş (subs), dalğalanan (wg) və enən modlar daxil olmaqla, təmsili optik modları ayıran sərhəd xətlərini göstərir. ( ) λ=550 nm üçün müxtəlif elektrod strukturları üçün hesablanmış güc itkisi, plazmonik dalğalanma vektoru ilə müqayisədə. TiO₂ olan cihazlar üçün dTiO₂ 55 nm-ə bərkidilmiş və dorg hər bir hal üçün optimal şərtlərə uyğun olaraq seçilmişdir. TiO₂ olmadan cihazlar üçün, dorg onların müvafiq analoqları ilə eyni dəyərə təyin edilmişdir. a b a b c İstehsal edilmiş qrafen əsaslı OLED-lərin cihaz performansı Yuxarıda göstərilən simulyasiya nəticələrindən ilhamlanaraq, biz tərkibində bis(2-(2-piridinil-N)fenil-C)(asetilasetonato) iridium (III) (Ir(ppy)2acac) olan fosforlu emitterlərə əsaslanan yaşıl OLED-ləri, şüşə/anod/(HIL)/OS1/LiF/Al konfiqurasiyasında, müxtəlif anod/(HIL) strukturları ilə: TiO₂/qrafen/GraHIL; qrafen/GraHIL; və ITO (185 nm)/GraHIL, burada OS1 Metodlarda təsvir edilmiş üzvi çox qatlı yığınını ifadə edir. Şəkil 3-də təqdim olunan eksperimental nəticələr göstərir ki, TiO₂/qrafen/GraHIL əsaslı cihaz üçün əldə edilən maksimal EQE, güc səmərəliliyi və cərəyan səmərəliliyi müvafiq olaraq 40,8%, 160,3 lm W⁻¹ və 168,4 cd A⁻¹ kimi yüksəkdir, halbuki bu dəyərlər qrafen/GraHIL əsaslı cihaz üçün 31,7%, 112,6 lm W⁻¹ və 119,0 cd A⁻¹, və ITO/GraHIL əsaslı cihaz üçün 27,4%, 104,3 lm W⁻¹ və 106,2 cd A⁻¹ ilə məhdudlaşır. TiO₂/qrafen/GraHIL əsaslı cihazda müşahidə olunan yüksək EQE, həm TiO₂, həm də GraHIL təbəqələrinin sinergetik rolunu təsdiqləyir və simulyasiya nəticələri ilə uyğundur. Yarım kürə linzası ilə substratın arxasına optik olaraq birləşdirilmiş halda, TiO₂/qrafen/GraHIL əsaslı cihaz EQE, güc səmərəliliyi və cərəyan səmərəliliyi müvafiq olaraq 64,7%, 250,4 lm W⁻¹ və 257,0 cd A⁻¹ kimi yüksəkdir, bu da təklif olunan qrafen əsaslı OLED-lərin potensialını daha da nümayiş etdirir. Daha sonra biz təklif olunan sxemi, əsas EQE-nin artırıldığı (gərginlik bahasına) tandem, çoxqatlı OLED-ə genişləndirdik, çünki bu, nəticədə onun fərdi OLED-lərinin cəmi kimi verilir ; bu yanaşma, artırılmış EQE ümumiyyətlə daha uzun əməliyyat ömrünə səbəb olduğu üçün populyardır 31

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

Bu audio hekayənin orijinal dilində hazırlanmışdır!

Elmlər Qrafen və Titanium Dioksid istifadə edərək Ultra-Effektiv Esnek Ekran Göstəricilərini Açıblar

About Author

ŞƏRHLƏR

ETİKET ASIN

BU MƏQALƏ TƏQDİM EDİLMİŞDİR

Related Stories

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

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

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps