```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 veikiantys organiniai šviesos diodai (OLED) pastaruoju metu tapo pagrindiniu elementu, nepakeičiamu kitos kartos ekranuose ir apšvietime, daugiausia dėl jų potencialo kurti itin lanksčius šviesos šaltinius. Tačiau jų efektyvumas, geriausiu atveju, buvo panašus į įprastų, indžio alavo oksido pagrindu veikiančių prietaisų. Čia siūlome idealios elektrodo struktūros koncepciją, paremtą sinergetine aukšto indekso TiO2 sluoksnių ir žemo indekso skylių injekcijos sluoksnių sąveika, tarp kurių yra grafeno elektrodai. Tai lemia idealų situaciją, kai ertmės rezonanso stiprinimas yra maksimalus, tačiau praradimas dėl paviršiaus plazmonų poliaritonų yra sumažintas. Siūlomas metodas leidžia sukurti OLED prietaisus, pasižyminčius itin dideliu išoriniu kvantiniu efektyvumu – 40,8 ir 62,1 % (su pusiau rutulio lęšiu – 64,7 ir 103 %) – atitinkamai vienos ir daugiapusės jungties prietaisams. Plastikiniuose pagrinduose su šiais elektrodais pagaminti OLED prietaisai gali būti daug kartų lankstomi su 2,3 mm spinduliu, iš dalies dėl to, kad TiO2 sluoksniai atlaiko iki 4 % lenkimo deformaciją, pasitelkiant įtrūkimų nukreipimo sutvirtinimo mechanizmą. Įvadas Privalumai, susiję su formos koeficientu, tokie kaip lankstumas ir tempumas, sulaukė didelio organinių šviesos diodų (OLED) dėmesio, naudojant juos naujoviškuose prietaisuose, tokiuose kaip nešiojami, ritininiai ar sulankstomi ekranai, kuriems reikia mobilumo, deformuojamumo ir (arba) išplečiamumo , . Tačiau visapusiškas tokio potencialo realizavimas nėra paprastas ir reikalauja didelių pastangų įvairiose srityse, tokiose kaip žemos temperatūros plonasluoksnių tranzistorių technologijų ir (arba) lankstaus įpakavimo kūrimas . Kitas svarbus aspektas, kurį reikia apsvarstyti kuriant itin lanksčius ekranus, yra skaidrių elektrodų (TE) paieška, kurie galėtų pakeisti indžio alavo oksido (ITO) elektrodus, kurie paprastai pasižymi ribotu lankstumu ir galimomis išlaidomis, susijusiomis su dideliu poreikiu ir (arba) nestabiliu tiekimu . Šiuo atžvilgiu OLED prietaisams buvo pasiūlyta keletas lanksčių skaidrių elektrodų tipų, tokių kaip metaliniai nanolaidai, anglies pagrindo medžiagos (pavyzdžiui, anglies nanotubuliai ar grafenas) ir metaliniai tinkleliai, kartu su kitais TE tipais , , , , , . Tarp jų grafenas – atomiškai plonas sp2-hibridizuotų anglies atomų lakštas – buvo laikomas perspektyviu dėl unikalaus jo savybių derinio: būdingo plonumo ir puikių elektrinių charakteristikų, kurios, tikėtina, leis sukurti idealius skaidrius elektrodus, pasižyminčius mažu ar nuliu optinio miglotumo, lygia paviršiaus topologija, apsaugančia nuo šiurkštumo sukeltų trumpųjų jungimų ir gedimų, dideliu pralaidumu, mažu paviršiaus pasipriešinimu ir dideliu lankstumu vienu metu , . Neseniai buvo pademonstruotas lengvas aukštos kokybės grafeno paruošimas didelio masto plastikiniuose pagrinduose, naudojant pramonės sektoriams tinkamas masinės gamybos metodus, taip patvirtinant jų praktinį gyvybingumą , . Buvo parodyta, kad tiek vieno sluoksnio (SLG), tiek daugiasluoksnio grafeno (MLG) našumas yra pakankamas TE prietaisuose OLED , . Ypač efektyvūs grafeno pagrindu veikiantys OLED prietaisai buvo pasiekti naudojant skylių injekcijos sluoksnius (HIL), skirtus kompensuoti santykinai žemą jų darbo funkciją, kuri, kaip žinoma, yra apie 4,5 eV. Tokie injekcijos sluoksniai apima laidžius polimerus su gradientinėmis elektroninėmis savybėmis, vadinamus savarankiškai organizuojančiu gradientiniu HIL (GraHIL) , ir plonus MoO3 buferinius sluoksnius, sujungtus su laidžiais polimerais (poly(3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS)) . Nepaisant to, galios efektyvumas ir išorinis kvantinis efektyvumas (EQE) šių moderniausių grafeno pagrindu veikiančių OLED prietaisų tebebuvo panašūs į ITO pagrindu veikiančių OLED prietaisų, nebent buvo naudojamas didelis pusrutulio formos lęšis išėjimo šviesai padidinti . Aukščiausio įmanomo efektyvumo užtikrinimas yra ypač svarbus lankstiems ekranams, taikomiems itin nešiojamoms ar dėvimoms reikmėms, nes dėl dydžio, svorio ar formos apribojimų jie dažnai turi pasikliauti gana ribotos talpos baterijomis. Tai reikalauja sukurti įrenginio architektūrą, kuri galėtų maksimaliai padidinti grafeno pagrindu veikiančių OLED prietaisų efektyvumą. Pagrindinis iššūkis yra sukurti struktūrą ar metodiką, kuri atskleistų visą jų optinį potencialą, kartu kuo labiau išlaikant grafeno privalumus formos koeficiento atžvilgiu. 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 13 14 14 Šiuo tikslu mes tyrinėjame paprastą elektrodo architektūrą, paremtą aukšto indekso TiO2 sluoksniais ir žemo indekso HIL, tarp kurių yra grafeno elektrodai. Naudojant optinį dizainą, kuris visiškai išnaudoja sinergetinę aukšto ir žemo indekso sluoksnių sąveiką, kontroliuojančią tiek ertmės rezonanso stiprinimą, tiek praradimą dėl paviršiaus plazmonų poliaritonų (SPP), siūlomi grafeno pagrindu veikiantys OLED prietaisai pasižymi itin dideliu EQE, kuris yra precedento neturintis prietaisuose, kuriuose grafenas naudojamas kaip skaidrus elektrodas. Be to, atskleidžiamas neįprastai didelis TiO2 atsparumas lenkimo deformacijai, leidžiantis sukurti ne tik efektyvius, bet ir itin lanksčius plastikinius OLED prietaisus. Rezultatai Dizaino apžvalga, kaip sukurti didelio efektyvumo grafeno pagrindu veikiančius OLED prietaisus OLED prietaisų efektyvumą galiausiai riboja baigtinis šviesos išėjimo efektyvumas, kuris paprastai yra apie 20 % geriausiu atveju prietaisams su izotropiniais emiteriais. Tarp įvairių pasiūlytų šviesos išėjimo didinimo schemų , mikroertmės rezonanso metodas turi privalumų, nes jis išlaiko plokščią geometriją nenaudojant jokių mikro/nano struktūrų ar lęšių, todėl OLED prietaisai nėra linkę į trumpuosius jungimus ir optinius artefaktus, nepalankius ekrano pritaikymui (pavyzdžiui, neryškumą, difrakciją ir pan.), tačiau gali pasižymėti itin grynomis, prisotintomis raudonomis (R), žaliomis (G), mėlynomis (B) pirminėmis spalvomis su sustiprintu efektyvumu , . Esant silpnam, bet vis dar reikšmingam mikroertmės efektui, ITO pagrindu veikiantys OLED prietaisai taip pat gali būti optimizuoti maksimaliam efektyvumui pasiekti, nesukeliant optinio miglotumo ar neryškumo, tiesiog koreguojant ITO sluoksnių storį; šioje schemoje pirmojo laipsnio, 3 /4 ertmės dizainas, kur   reiškia bangos ilgį, pasiekiamas atidarant ertmės modo atvirą galą ties ITO/pagrindo sąsaja , . Tačiau ITO neturinčių, grafeno pagrindu veikiančių OLED prietaisų atveju grafeno elektrodų negalima pagaminti pakankamai storių, kad būtų galima kontroliuoti ertmės ilgį, todėl sunku padidinti efektyvumą rezonanso efektu . 15 16 17 λ λ 18 19 20 Kaip alternatyvi priemonė, galima būtų po grafeno sluoksniais patalpinti ploną sluoksnį su aukštu refrakcijos indeksu ( H), kaip parodyta  , panašiai kaip dielektriniais dengti ploni metaliniai elektrodai , , , . Kadangi šviesa gali praeiti pro betoną su nedideliu fazės skirtumu dėl būdingo grafeno elektrodo plonumo, 3 /4 ertmės dizainas gali būti patogiai pasiektas, pavyzdžiui, kai organinių plius injekcijos sluoksnių ir aukšto refrakcijos indekso sluoksnio optinis storis yra atitinkamai apie 2 /4 ir  /4 ( ). Visų pirma, „ /4 storio“ aukšto indekso sluoksnis taip pat veikia kaip metalo neturintis, dielektrinis veidrodis, užtikrinantis didelį atspindį nuo apatinio elektrodo mazgo ( bot) organiniams sluoksniams krintančiai šviesai, kaip galima patvirtinti grafikuose, parodytuose   apačioje. Tai suteikia grafeno pagrindu veikiantiems OLED prietaisams galimybę padidinti jų efektyvumą rezonanso efektu, kas kitu atveju nebūtų įmanoma. Parodyta, kad  bot ir kartu rezonanso stiprinimas didėja kartu su  H ( ). Aukštas refrakcijos indeksas taip pat yra naudingas lankstumo atžvilgiu, nes tikslinis optinis storis ( H H) gali būti pasiektas su mažu fiziniu storiu  H, ir nes įtrūkimas, kurį sukelia lenkimas, paprastai susidaro esant mažesnei pradinės deformacijos sąlygai su didesniu fiziniu storiu . Todėl sėkmingas aukšto indekso sluoksnis šioje schemoje turėtų turėti kuo didesnį  H rodiklį. Be to, jis turėtų būti skaidrus ir, svarbiausia, neturėtų būti pažeistas grafeno perdavimo proceso metu. Tarp įvairių kandidatų, purškimo būdu nusodintas TiO2 sluoksnis yra skaidrus matomoje spektrinėje srityje ir turi santykinai aukštą refrakcijos indeksą ( =2,5). Skirtingai nuo kitų bandytų aukšto indekso sluoksnių, TiO2 sluoksnis pasižymi cheminiu atsparumu, kuris yra atsparus grafeno perdavimo procesams, naudojant tirpiklius, tokius kaip acetonas ar izopropilo alkoholis (IPA), leidžiantis ant jo susidaryti aukštos kokybės grafeno elektrodui ( ). n 1 pav. a 17 20 21 22 λ λ λ 1 pav. b λ R 1 pav. c,d R n papildoma 1 pav. n d d 23 n n papildoma 2 pav.   ( ) Siūlomų OLED prietaisų scheminė įrenginio struktūra. ( ) Tiriamųjų OLED prietaisų elektromagnetinio lauko intensyvumo pasiskirstymas (brūkšninės linijos) jų atitinkamiems pirmo laipsnio ertmės dizainams. Taip pat parodytas grafeno pagrindu veikiančių OLED prietaisų lauko intensyvumo pasiskirstymas be TiO2 palyginimui tuo atveju, kai organinių sluoksnių storio vertės yra tokios pačios kaip OLED prietaisuose su TiO2, bet be žemo indekso HIL. ( , ) Apskaičiuotas maksimalus išorinis kvantinis efektyvumas ( EQE) grafeno pagrindu veikiančių OLED prietaisų su TiO2 apatiniais sluoksniais, kaip funkcija nuo TiO2 ir organinių sluoksnių storio (atitinkamai  TiO2 ir  org). Brūkšninės linijos rodo  EQE kontūrų linijas, atitinkančias 10, 20, 30 arba 40 %, kaip nurodyta grafike. ( ) Be žemo indekso HIL; ( ) su GraHIL kaip žemo indekso HIL. Kiekvieno atvejo apačioje parodytas apatinio elektrodo mazgo (TiO2/grafeno/(HIL)) atspindėjimas ( bot) kaip funkcija nuo  TiO2 organiniams sluoksniams krintančiai šviesai. a b c d η d d η c d R d Verta paminėti, kad galimas ir didesnio laipsnio mikroertmės struktūros (pavyzdžiui, antrojo laipsnio, 5 /4 ertmės) dizainas su storu organiniu sluoksnių rinkiniu. Tačiau šiame darbe pirmojo laipsnio ertmės dizainas buvo pasirinktas pirmiausia, nes jis lemia stipresnį Purcell efektą ir mažiau bangolaidžio modos nei aukštesnio laipsnio dizainas, galiausiai vedant prie didesnio šviesos išėjimo efektyvumo ir EQE , . Pirmojo laipsnio ertmės dizainui vis dar išlieka iššūkių, nes idealus emisijos zonos išsidėstymas yra ribotas pirmojoje antinodoje nuo organinio/metalinio sąsajos, todėl sunku sumažinti SPP modos ilginant emiterio-metalo atstumą , . Alternatyvus metodas, paprastai naudojamas SPP sumažinimui, yra vidinių banguotų struktūrų ar gofruočių įtraukimas , tačiau tokių metodų tolerancija trumpiesiems jungimams dažnai gali būti kompromituota. Metodas, kurį mes naudojame čia, yra žemo refrakcijos indekso sluoksnio įtraukimas, kuris, kaip parodyta, efektyviai sumažina SPP modos , . Laimei, GraHIL arba savarankiškai organizuojantis gradientinis skylių injekcijos sluoksnis, sudarytas iš PEDOT:PSS ir tetra-fluoroetilen-perfluoro-3,6-dioksa-4-metil-7-oktensulfoninės rūgšties kopolimero (PFI), kuris anksčiau buvo pasiūlytas autorių ir parodytas kaip labai efektyvus gerinant skylių injekciją grafeno pagrindu veikiančiuose OLED prietaisuose , turi refrakcijos indeksą apie 1,42 esant 550 nm bangos ilgiui ( ) ( ), kuris yra daug mažesnis nei tipinių organinių sluoksnių ( =1,8). Dėl sinergetinės aukšto ir žemo indekso sluoksnių, tarp kurių yra grafeno sluoksniai, sąveikos, ertmės rezonanso efekto stiprinimas ir SPP modos sumažinimas gali būti atliekami tuo pačiu metu, todėl EQE gali būti žymiai padidintas net ir be išėjimo struktūrų. λ 24 25 25 26 27 28 29 13 λ papildoma 3 pav. n  pateikia optinio modeliavimo rezultatus, paremtus pažangia klasikine elektromagnetine teorija, apibendrinta Furno   visoje matomojo spektro srityje ir esant 550 nm bangos ilgiui ( ). Formalizmas atsižvelgia į Purcellio faktorių, dipolio orientacijos efektą ir SPP bei bangolaidžio modos sužadinimą. Visų šių veiksnių išsamus įtraukimas yra labai svarbus tiksliam analizei ir kiekybiniam dizainui, nes gali atsirasti nepakankamas ar per didelis įvertinimas, naudojant supaprastintą metodą, kuris neatsižvelgia į vieną ar daugiau šių efektų (žr.  ;   ir   pavyzdžiams). Rezultatai rodo, kad GraHIL naudojimas perkelia santykinę galios turinio dalį tarp įvairių modos link mažesnių plokštumos bangos vektorių, todėl galia, perduota SPP modoms, sumažėja, o išėjusi dalis dar labiau padidėja ( ). Taip pat galima pastebėti  , kad TiO2 sluoksnio naudojimas po grafenu efektyviai slopina bangolaidžio ir pagrindo modos sužadintos galios kiekį per rezonanso stiprinimą. Tai lemia reikšmingą išėjimo efektyvumo padidėjimą, nors praradimai į evakuacijos modos taip pat padidėja dėl skersinių elektrinių bangolaidžio modos poslinkio link didesnių normalizuotų plokštumos bangos vektorių ( ). Bendras aukšto indekso (H) TiO2 ir žemo indekso (L) GraHIL sluoksnių naudojimas lemia idealų situaciją, kai rezonanso stiprinimas yra didelis, tačiau praradimai į SPP/evakuacijos modos yra sumažinti. Be to, bendras naudojimas sukuria situaciją, panašią į HL-sankaupas, paprastai naudojamas daugiasluoksniams plonasluoksniams danginiams , ir dar labiau sustiprina  bot ( ), leidžiantis papildomai sustiprinti Fabry–Perot rezonanso efektą. Tai, kas daro siūlomą technologiją unikalia ir pažangia, palyginti su tradicinėmis technologijomis, yra būtent šių aukšto ir žemo indekso sluoksnių sinergetinė sąveika, leidžianti optiškai valdyti tiek rezonanso efektą, tiek SPP praradimą, siekiant maksimalaus išėjimo; ir papildomas rezonanso stiprinimas per HL sankloją. Kartu su jų būdinga suderinamumu su pageidaujamomis elektrinėmis savybėmis (pavyzdžiui, efektyviu skylių injekcijos būdu), visi šie optiniai privalumai leidžia visiškai atskleisti net ir paslėptą plokščių OLED prietaisų potencialą. Apskaičiuotos optiškai pasiekiamos maksimalaus EQE ( EQE (max)) kontūrų diagramos kaip organinių ( org) ir TiO2 ( TiO2) storio funkcija, pateiktos  , rodo, kad  EQE (max) gali siekti net 44 % prietaisuose su GraHIL ir TiO2 sluoksniais, o be GraHIL jis būtų ribojamas iki 38 %, o be TiO2 – iki 31 %. Optimalios sąlygos atitinka situaciją, kai  H (kai H yra TiO2) priartėja prie  /(4 H) (55 nm esant  =550 nm). Taip pat galima pažymėti, kad  EQE (max) 44 % yra didesnis nei tikėtina optimizuotuose, tradiciniuose plonų metalų pagrindu veikiančiuose ertmės OLED prietaisuose su tuo pačiu emiteriu. Tai galima paaiškinti tuo, kad siūloma architektūra yra mažiau linkusi į fotonų absorbcijos ir (arba) SPP modos sužadinimo nuostolius per pusiau skaidrius elektrodus (žr.   ir   palyginimui su tradiciniais plonų metalų pagrindu veikiančiais ertmės OLED prietaisais). 2 pav. a,b ir kt. 19 λ papildomą 4 pav. papildomą 1 lentelę papildomą 1 pastabą papildoma 5 pav. a papildomoje 2 lentelėje papildoma 5 pav. b 30 R 1 pav. d η d d 1 pav. c,d η d λ n λ η papildomą 6 pav. papildomą 3 lentelę   ( , ) Apskaičiuoti energijos išsklaidymo spektrai, sverti emiterio spektru, savavališkais vienetais (pavaizduoti spalvomis, nurodytomis spalvų juostose) pagal plokštumos bangos vektorių: ( ) su TiO2, bet be GraHIL; ( ) su TiO2 ir GraHIL. Juodosios brūkšninės linijos žymi ribines linijas, skiriančias atstovaujančias optines modos, įskaitant išėjusias, pagrinde įstrigusias (subs), bangolaidines (wg) ir evakuacines (evanescent) למודות. ( ) Apskaičiuota energijos išsklaidymas pagal normalizuotą plokštumos bangos vektorių 550 nm bangos ilgiui ( ) įvairioms tiriamosioms elektrodo struktūroms. TiO2 turinčiuose prietaisuose  TiO2 buvo fiksuotas ties 55 nm, o  org buvo pasirinktas optimalioms sąlygoms kiekvienu atveju. TiO2 neturinčiuose prietaisuose  org buvo nustatytas toks pat, kaip ir atitinkamų prietaisų, turinčių TiO2. a b a b c λ d d d Pagamintų grafeno pagrindu veikiančių OLED prietaisų našumas Remdamiesi aukščiau pateiktais modeliavimo rezultatais, pagaminome žalius OLED prietaisus, naudodami fosforescencinius emiterius, tokius kaip bis(2-(2-piridinil- )fenil-C)(acetilacetonato) iridžio (III) (Ir(ppy)2acac), stiklo/anodo/(HIL)/OS1/LiF/Al konfigūracijoje su skirtingomis anodo/(HIL) struktūromis: TiO2/grafenas/GraHIL; grafenas/GraHIL; ir ITO (185 nm)/GraHIL, kur OS1 nurodo organinių daugiasluoksnių mazgą, apibrėžtą Metoduose. Eksperimentiniai rezultatai, pateikti  , rodo, kad maksimalus EQE, galios efektyvumas ir srovės efektyvumas, gauti TiO2/grafeno/GraHIL pagrindu veikiančiam prietaisui, yra at 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