```html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Autoriai: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 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 Santrauka Grafeno pagrindu sukurti organiniai šviesos diodai (OLED) pastaruoju metu tapo pagrindiniu elementu, būtiną kitos kartos ekranams ir apšvietimui, daugiausia dėl jų potencialo sukurti labai lanksčius šviesos šaltinius. Tačiau jų efektyvumas, geriausiu atveju, buvo panašus į įprastų, indžio alavo oksido pagrindu pagamintų analogų. Čia siūlome idealios elektrodų struktūros, pagrįstos sinergetiniu didelio indekso TiO2 sluoksnių ir mažo indekso skylių injekcijos sluoksnių, tarp kurių yra grafeno elektrodai, sąveika, rezultatu, kai ertmės rezonansas yra maksimaliai sustiprinamas, bet praradimai dėl paviršiaus plazmonų poliaritonų yra sumažinami. Siūlomas metodas leidžia sukurti OLED, pasižyminčius itin dideliu išoriniu kvantiniu našumu, atitinkamai 40,8 ir 62,1 % (64,7 ir 103 % su pusiau rutulio lęšiu) vieno ir daugialypės jungties įtaisams. Plastikiniams OLED su šiais elektrodais gali būti nuolat lenkiami 2,3 mm spinduliu, iš dalies dėl TiO2 sluoksnių, atlaikančių iki 4 % lenkimo įtempį, naudojant įtrūkimų nukreipimo sutvirtinimo technologiją. Įvadas Formos privalumai, tokie kaip lankstumas ir tempumas, organinius šviesos diodus (OLED) padarė patrauklius naujiems įrenginiams, tokiems kaip nešiojami, ritininiai ar sulankstomi ekranai, kuriems reikalingas mobilumas, deformacija ir/arba išplėtimas , . Tačiau visapusiškas tokio potencialo realizavimas nėra trivialus ir reikalauja didelių pastangų įvairiose srityse, tokiose kaip mažos temperatūros plonasluoksnių tranzistorių technologijų ir/arba lankstaus įvyniojimo kūrimas . Kitas svarbus aspektas, kurį reikia apsvarstyti kuriant labai lanksčius ekranus, yra skaidrių elektrodų (TE) radimas, kurie galėtų pakeisti indžio alavo oksido (ITO) elektrodus, kuriems paprastai būdingas ribotas lankstumas ir galimi kainų klausimai, susiję su didelė paklausa ir/arba nestabilia pasiūla . Šiuo atžvilgiu buvo pasiūlyti keli lankstūs skaidrūs elektrodai, tokie kaip metaliniai nanolaidai, anglies pagrindu pagamintos medžiagos (pavyzdžiui, anglies nanodalelės arba grafenas) ir metaliniai tinklai kartu su kitais TE tipais OLED , , , , , . Tarp jų grafenas – atomiškai plonas sp2 hibridizuotų anglies atomų sluoksnis – buvo laikomas perspektyviu, nes tikimasi, kad jo unikalus plonumas ir puikios elektrinės charakteristikos leis sukurti idealius skaidrius elektrodus, pasižyminčius mažu arba nuliu optiniu rūku, lygia paviršiaus topologija, užkertančia kelią šiurkštumo sukeltiems elektros trumpiniams ir degradacijai, dideliu pralaidumu, mažu lapo pasipriešinimu ir dideliu lankstumu vienu metu , . Neseniai pramonės sektoriuose buvo pademonstruotas lengvas aukštos kokybės grafeno paruošimas didelio masto plastikiniuose pagrinduose, skirtuose skaidriems elektrodams, naudojant masinei gamybai tinkamus metodus, taip parodydamas jų praktinį tinkamumą , . Tiek vieno sluoksnio grafenas (SLG), tiek daugiasluoksnis grafenas (MLG) pasirodė tinkami kaip TE OLED , . Visų pirma, efektyvūs grafeno pagrindu sukurti OLED buvo pasiekti naudojant skylių injekcijos sluoksnius (HIL), siekiant įveikti jų santykinai žemą darbo funkciją, kuri, kaip žinoma, yra apie 4,5 eV. Tokie injekcijos sluoksniai apima laidžius polimerus su gradiento elektroninėmis savybėmis, vadinamus savaime susidarančiu gradiento HIL (GraHIL) , ir plonus MoO3 buferinius sluoksnius kartu su laidžiais polimerais pol(3,4-etilendioksitiofeno): polistireno sulfonatu (PEDOT:PSS) . Nepaisant to, šių moderniausių grafeno pagrindu sukurtų OLED galios efektyvumas ir išorinis kvantinis našumas (EQE) vis dar buvo panašūs į ITO pagrindu sukurtų OLED, nebent buvo naudojamas didelis pusiau rutulio lęšis, skirtas pagerinti išvestį . Didžiausio galimo našumo užtikrinimas ypač svarbus lankstiems ekranams, naudojamiems labai nešiojamose ar dėvimuose įrenginiuose, nes jie dažnai turi pasikliauti baterijomis su gana ribota energijos talpa dėl dydžio, svorio ar formos apribojimų. Todėl reikia sukurti įrenginio architektūrą, kuri galėtų maksimaliai padidinti grafeno pagrindu sukurtų OLED našumą. Pagrindinis iššūkis yra sukurti struktūrą ar metodiką, kuri atskleistų visą jų optinį potencialą, tačiau kuo labiau išlaikytų grafeno privalumus formos faktoriuose. 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 13 14 14 Šiuo tikslu čia mes tyrinėjame paprastą elektrodų architektūrą, pagrįstą didelio indekso TiO2 sluoksniais ir mažo indekso HIL, tarp kurių yra grafeno elektrodai. Optiniu dizainu, kuris visiškai išnaudoja sinergetinį aukšto ir žemo indekso sluoksnių bendradarbiavimą, kontroliuojant tiek ertmės rezonanso padidinimą, tiek praradimą į paviršiaus plazmonų poliaritoną (SPP), siūlomi grafeno pagrindu sukurti OLED pasižymi itin dideliu EQE, kuris yra precedento neturintis tiems, kurie naudoja grafeną kaip skaidrų elektrodą. Be to, atskleidžiamas neįprastai didelis TiO2 atsparumas lenkimo įtempimui, kuris leidžia sukurti plastikinius OLED, kurie yra ne tik efektyvūs, bet ir labai lankstūs. Rezultatai Didelio našumo grafeno pagrindu sukurtų OLED optinis dizainas OLED našumą galiausiai riboja baigtinis išvesties efektyvumas, kuris paprastai yra ne daugiau kaip 20 % įtaisams su izotropiniais emiteriais. Tarp įvairių iki šiol pasiūlytų išvesties didinimo schemų , metodas, pagrįstas mikro ertmės rezonansu, turi privalumų, nes išlaiko plokščią geometriją nenaudojant jokios mikro/nano struktūrizacijos ar lęšių struktūros, todėl sukurti OLED nėra linkę į elektros trumpinius ir optinius artefaktus, nepalankius ekrano taikymui (pavyzdžiui, neryškumą, difrakciją ir pan.), tačiau gali parodyti labai grynas, prisotintas raudonas (R), žalias (G), mėlynas (B) pirmines spalvas su padidėjusiu efektyvumu , . Esant silpnam, bet vis dar reikšmingam mikrokeitimo efektui, ITO pagrindu sukurti OLED taip pat gali būti optimizuoti maksimaliam efektyvumui, nesukeliant optinio rūko ar neryškumo, tiesiog reguliuojant ITO sluoksnių storį; šioje schemoje pirmos eilės, 3 /4 ertmės dizainas, kur   reiškia bangos ilgį, pasiekiamas su atvira ertmės modo riba, esančia ITO/pagrindo sąsajoje , . Tačiau, esant OLED be ITO, grafeno elektrodų negali būti pakankamai stori, kad būtų galima kontroliuoti ertmės ilgį, todėl sunkiau padidinti efektyvumą rezonanso efektu . 15 16 17 λ λ 18 19 20 Kaip alternatyvi priemonė, galima dėti ploną sluoksnį su aukštu lūžio rodikliu ( H) po grafeno sluoksniais, kaip parodyta   panašiai kaip metaliniai plonasluoksniai elektrodai su dielektrine danga , , , . Kadangi šviesa gali praeiti pro grafeną su mažu fazės skirtumu dėl grafeno elektrodo plonumo, 3 /4 ertmės dizainas gali būti patogiai pasiektas, pavyzdžiui, kai organinių ir injekcijos sluoksnių bei didelio lūžio rodiklio sluoksnio optinis storis yra atitinkamai maždaug 2 /4 ir  /4 (1 pav. b). Ypač „ /4 storio“ didelio indekso sluoksnis taip pat veikia kaip metalo neturintis, dielektrinis veidrodis, užtikrinantis ženklią dugno elektrodų mazgo ( bot) atspindėjimą nuo organinių sluoksnių krintančiai šviesai, kaip galima patikrinti 1 pav. c, d grafikuose. Tai suteikia grafeno pagrindu sukurtų OLED galimybių padidinti jų efektyvumą per rezonanso efektą, kuris kitu atveju nebūtų galimas. Parodyta, kad  bot ir kartu rezonanso padidinimas didėja su  H ( ). Aukštas lūžio rodiklis taip pat naudingas lankstumo atžvilgiu, nes tikslinis optinis storis ( H H) gali būti pasiektas su mažu fiziniu storiu  H, ir nes lenkimo sukeltas plėvelės įtrūkimas paprastai susidaro esant žemesnei pradinio įtempimo vertei esant didesniam fiziniam storiui . Todėl sėkmingas didelio indekso sluoksnis šioje schemoje turėtų turėti kuo didesnį  H. Be to, jis turėtų būti skaidrus ir, svarbiausia, neturėtų būti pažeistas grafeno perdavimo proceso metu. Tarp įvairių kandidatų, purškiamas TiO2 sluoksnis yra skaidrus matomojo spektro diapazone ir turi santykinai aukštą lūžio rodiklį ( =2,5). Skirtingai nei kiti mūsų išbandyti didelio indekso sluoksniai, TiO2 sluoksnis pasirodė turintis cheminį atsparumą, atsparų grafeno perdavimo procesams, kuriuose naudojami tirpikliai, tokie kaip acetonas ar izopropilo alkoholis (IPA), leidžiantis susidaryti aukštos kokybės grafeno elektrodą ant jo viršaus ( ). n 1 pav. a 17 20 21 22 λ λ λ λ R R n 1 priedo pav. 1 n d d 23 n n 1 priedo pav. 2   ( ) Siūlomų OLED scheminė įrenginio struktūra. ( ) Tiriamųjų OLED elektromagnetinio lauko intensyvumo pasiskirstymas (brūkšninės linijos) jų atitinkamam pirmos eilės ertmės dizainui. Taip pat parodytas grafeno OLED lauko intensyvumo pasiskirstymas be TiO2 palyginimui, kai organinių sluoksnių storis yra toks pat kaip OLED su TiO2, bet be mažo indekso HIL. ( , ) Apskaičiuotas maksimalus išorinis kvantinis našumas ( EQE) grafeno OLED su TiO2 po sluoksniu, kaip funkcija nuo TiO2 ir organinio sluoksnio storio (atitinkamai  TiO2 ir  org). Brūkšninės linijos rodo  EQE kontūrines linijas, lygias 10, 20, 30 arba 40 %, kaip nurodyta grafike. ( ) Be mažo indekso HIL; ( ) su GraHIL kaip mažo indekso HIL. Kiekvieno atvejo apačioje parodytas dugno elektrodų mazgo (TiO2/grafeno/(HIL)) atspindėtumas ( bot) kaip  TiO2 funkcija organinių sluoksnių krintančiai šviesai. a b c d η d d η c d R d Verta pažymėti, kad aukštesnės eilės mikrokeitimo struktūra (pavyzdžiui, antros eilės, 5 /4 ertmė), pagrįsta storu organiniu kaminu, taip pat gali būti įmanoma. Tačiau šiame darbe pirmos eilės ertmės dizainas buvo pasirinktas pirmiausia, nes jis sukelia stipresnį Purcell efektą ir mažiau bangolaidžių modų nei aukštesnės eilės dizainas, galiausiai lemia didesnį išvesties efektyvumą ir EQE , . Pirmos eilės ertmės dizainui vis dar išlieka iššūkiai, nes ideali išmetimo zonos vieta yra apribota pirmojo antinodo nuo organinio/metalo sąsajos, todėl sunku sumažinti SPP modas dėl ilgesnio emiterio-metalo atstumo , . Alternatyvus metodas, paprastai naudojamas SPP mažinimui, yra vidinių banguotų struktūrų ar gofruotės įtraukimas , tačiau tokių metodų tolerancija elektros trumpiniams dažnai gali būti kompromituota. Metodas, kurį mes čia taikome, yra mažo lūžio rodiklio sluoksnio įtraukimas, kuris, kaip parodyta, efektyviai sumažina SPP modas , . Laimei, GraHIL arba savaime susidarantis gradiento skylių injekcijos sluoksnis, sudarytas iš PEDOT:PSS ir tetrafluoretileno-perfluor-3, 6-dioksos-4-metil-7-oktensulfoninės rūgšties kopolimero (PFI), kuris anksčiau buvo pasiūlytas autorių ir parodė didelį efektyvumą gerinant skylių injekciją grafeno pagrindu sukurtuose OLED , turi maždaug 1,42 lūžio rodiklį esant 550 nm   ( ), kuris yra daug mažesnis nei tipinių organinių sluoksnių ( =1,8). Todėl, sinergetiškai sąveikaujant aukšto ir žemo indekso sluoksniams, tarp kurių yra grafeno sluoksniai, ertmės rezonanso efekto padidinimas ir SPP modų sumažinimas gali būti atliekami tuo pačiu metu, todėl EQE gali būti žymiai padidintas net ir be išvesties struktūrų. λ 24 25 25 26 27 28 29 13 λ 1 priedo pav. 3 n  parodo optinio modeliavimo rezultatus, pagrįstus pažangia klasikinės elektromagnetinės teorijos, apibendrintos Furno  . , visame matomojo spektro diapazone ir 550 nm   vertyje. Formalizmas atsižvelgia į Purcell koeficientą, dipolio orientacijos efektą ir SPP bei bangolaidžių modų eksitaciją. Visapusiškas visų šių veiksnių įtraukimas yra kritiškai svarbus tiksliam analizei ir kiekybiniam dizainui, nes gali atsirasti nepakankamas ar per didelis įvertinimas, kai naudojamas supaprastintas metodas, neatitinkantis vieno ar daugiau šių efektų (žr.  ;   ir   pavyzdžiams). Rezultatai rodo, kad GraHIL naudojimas perkelia santykinę galios dalį tarp įvairių modų link mažesnių plokštumos bangų vektorių, todėl SPP modams perduodama galia sumažėja, o išvesti kiekiai dar labiau padidėja ( ). Taip pat galima matyti  , kad TiO2 sluoksnio naudojimas po grafenu efektyviai slopina į bangolaidžius ir pagrindo modas perduodamos galios kiekį per rezonanso padidinimą. Tai žymiai padidina išvesties efektyvumą, nors praradimai į evakuacines modas taip pat padidėja dėl skersinių elektrinių bangolaidžių modų poslinkio link didesnių normalizuotų plokštumos bangų vektorių ( ). Sudėtinis aukšto indekso (H) TiO2 ir žemo indekso (L) GraHIL sluoksnių naudojimas sukuria idealų situaciją, kai rezonanso padidinimas yra didelis, tačiau SPP/evakuacinių modų praradimai yra sumažinami. Be to, sudėtinis naudojimas sukuria situaciją, panašią į HL kaminus, paprastai naudojamus daugiasluoksnių plonasluoksnių dangų , ir dar labiau padidina  bot ( ), leidžiant papildomai padidinti Fabry–Perot rezonanso efektą. Tai, kas daro siūlomą technologiją unikalią ir pažangią, palyginti su įprastinėmis technologijomis, yra būtent sinergetinis šių aukšto ir žemo indekso sluoksnių bendradarbiavimas, kuris leidžia optiškai valdyti tiek rezonanso efektą, tiek SPP praradimą, siekiant maksimalios išvesties; ir papildomas rezonanso padidinimas per HL kaminavimą. Kartu su jų natūraliu suderinamumu su pageidaujamomis elektrinėmis savybėmis (pavyzdžiui, efektyvia skylių injekcija), visi šie optiniai privalumai leidžia visiškai atskleisti net ir paslėptą plokščių OLED potencialą. Optiškai pasiekiamo maksimalaus EQE ( EQE (max)) kontūrų grafikai, kaip organinio ( org) ir TiO2 storio ( TiO2) funkcija, pateikti  , rodo, kad  EQE (max) gali siekti net 44 % įtaisuose su GraHIL ir TiO2 sluoksniais, o be GraHIL jis būtų ribojamas iki 38 %, o be TiO2 – iki 31 %. Optimalios sąlygos atitinka situaciją, kai  H (kur H yra TiO2) priartėja prie  /(4 H) (55 nm kai  =550 nm). Taip pat galima pastebėti, kad  EQE (max) 44 % yra didesnis nei tikėtasi optimizuotiems, įprastiems plonų metalų pagrindu sukurtų ertmės OLED su tuo pačiu emiteriu. Tai galima paaiškinti tuo, kad siūloma architektūra mažiau linkusi į fotonų absorbcijos ir/arba SPP modo eksitacijos perpus skaidriuose elektroduose nuostolius (žr.   ir   palyginimui su įprastais plonų metalų pagrindu sukurtų ertmės OLED). 2 pav. a,b ir kt 19 λ 1 priedo pav. 4 1 priedo lentelė 1 1 priedo pastaba 1 1 priedo pav. 5a 1 priedo lentelėje 2 1 priedo pav. 5b 30 R 1 pav. d η d d 1 pav. c,d η d λ n λ η 1 priedo pav. 6 1 priedo lentelė 3   ( , ) Apskaičiuoti galios išsklaidymo spektrai, sverti emiterio spektru, savavališkais vienetais (pavaizduoti spalvų juostose) pagal plokštumos bangos vektorių: ( ) su TiO2, bet be GraHIL; ( ) su TiO2 ir GraHIL. Juodos brūkšninės linijos rodo ribines linijas, skiriančias atstovaujamus optinius modus, įskaitant išvestį, pagrindo viduje (subs), bangolaidžius (wg) ir evakuacinius modus. ( ) Apskaičiuota galios išsklaidymas pagal normalizuotą plokštumos bangos vektorių esant  =550 nm įvairioms tiriamoms elektrodų struktūroms. Įtaisams su TiO2,  TiO2 buvo fiksuotas 55 nm, o  org buvo pasirinktas optimalioms sąlygoms kiekvienu atveju. Įtaisams be TiO2,  org buvo nustatytas toks pat kaip ir atitinkamų įtaisų su TiO2. a b a b c λ d d d Pagamintų grafeno pagrindu sukurtų OLED įtaisų veikimas Remdamiesi aukščiau pateiktais modeliavimo rezultatais, pagaminome žalius OLED, pagrįstus fosforescenciniais emiteriais bis(2-(2-piridinil- )fenil-C)(acetilacetonatu) iridžio (III) (Ir(ppy)2acac) stiklo/anodo/(HIL)/OS1/LiF/Al konfigūracijoje su skirtingomis anodo/(HIL) struktūromis TiO2/grafeno/GraHIL; grafeno/GraHIL; ir ITO (185 nm)/GraHIL, kur OS1 reiškia organinį daugiasluoksnį kaminą, apibrėžtą Metodų skiltyje. Eksperimentiniai rezultatai, pateikti  , rodo, kad maksimalus EQE, galios efektyvumas ir srovės efektyvumas, gauti TiO2/grafeno/GraHIL pagrindu sukurtam įtaisui, yra atitinkamai 40,8 %, 160,3 lm W−1 ir 168,4 cd A−1, tuo tarpu šios reikšmės yra ribojamos iki 31,7 %, 112,6 lm W−1 ir 119,0 cd A−1 grafeno/GraHIL pagrindu sukurtam įtaisui, ir 27,4 %, 104,3 lm W−1 ir 106,2 cd A−1 ITO/GraHIL pagrindu sukurtam įtaisui. Pastebėtas aukštas EQE TiO2/grafeno/GraHIL pagrindu sukurtame įtaise patvirtina tiek TiO2, tiek GraHIL sluoksnių sinergetinį vaidmenį ir atitinka modeliavimo rezultatus. Su pusiau rutulio lęšiu, optiškai sujungtu su pagrindo galine puse, TiO2/grafeno/GraHIL pagrindu sukurtas įtaisas pasiekia atitinkamai 64,7 % EQE, 250,4 lm W−1 galios efektyvumą ir 257,0 cd A N 3 pav.

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

Šis garso įrašas sukurtas originalia istorijos kalba!

Mokslininkai atskleidžia itin efektyvius lanksčius ekranų ekranus, naudodami grafeną ir titano dioksidą

About Author

KOMENTARAI

PABAIGTI ŽYMES

ŠIS STRAIPSNIS BUVO PRISTATYMAS

Related Stories

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps