```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 pagaminti organiniai šviesos diodai (OLED) pastaruoju metu tapo svarbia ateities ekranų ir apšvietimo technologijų dalimi, ypač dėl galimybės sukurti lanksčius šviesos šaltinius. Tačiau jų efektyvumas, geriausiu atveju, prilygsta tradicinių, indžio alavo oksido (ITO) pagrindu pagamintų prietaisų efektyvumui. Šiame darbe siūlome idealios elektrodo struktūros koncepciją, pagrįstą didelio lūžio rodiklio TiO₂ sluoksnių ir mažo lūžio rodiklio skylės injekcijos sluoksnių sinergetiniu sąveikavimu, tarp kurių yra grafeno elektrodas. Tokia struktūra užtikrina maksimalų rezonanso ertmėje padidėjimą, kartu sumažinant paviršinio plazmoninio poliaritono (SPP) praradimus. Siūlomas metodas leidžia sukurti OLED įrenginius, pasižyminčius itin aukštu išoriniu kvantiniu efektyvumu (EQE) – 40,8 % ir 62,1 % (64,7 % ir 103 % su pusiau rutulio lęšiu) vienos ir daugiakamerių įtaisų atveju. Plastikiniuose OLED, pagamintuose su šiais elektrodais, galima pakartotinai lenkti iki 2,3 mm spinduliu, iš dalies dėl TiO₂ sluoksnių atsparumo lenkimo deformacijai iki 4 % dėl įtrūkimų išsklaidymo. Įvadas Formos faktoriaus privalumai, tokie kaip lankstumas ir tampriumas, paskatino organinius šviesos diodus (OLED) sulaukti didelio dėmesio, taikant juos naujoviškuose prietaisuose, tokiuose kaip nešiojami, ritininiai ar sulankstomi ekranai, kuriems reikalingas mobilumas, deformacija ir/arba išplečiamumas , . Tačiau visiškas šio potencialo realizavimas nėra paprastas ir reikalauja didelių pastangų įvairiose srityse, tokiose kaip mažos temperatūros plonų sluoksnių tranzistorių technologijų ir/arba lankstaus įvilkimo kūrimas . Kitas svarbus aspektas, atsižvelgtinas kuriant itin lanksčius ekranus, yra skaidrių elektrodų (TE), galinčių pakeisti indžio alavo oksido (ITO) elektrodus, kurie paprastai pasižymi ribotu lankstumu ir gali kelti sąnaudų problemų dėl didelės paklausos ir/arba nestabilios pasiūlos, radimas . Šiuo atžvilgiu, OLED įrenginiams buvo pasiūlytos kelios lanksčių skaidrių elektrodų rūšys, tokios kaip metaliniai nanolaidai, anglies pagrindo medžiagos (pavyzdžiui, anglies nanovamzdeliai arba grafenas) ir metalinės tinklelio struktūros kartu su kitų tipų TE , , , , , . Tarp jų, grafenas – atomiškai plonas sp² hibridizuotų anglies atomų sluoksnis – laikomas perspektyviu, nes unikalus jo plonumo ir puikių elektrinių savybių derinys leidžia tikėtis idealių skaidrių elektrodų, turinčių mažą arba jokios optinės miglos, lygų paviršių, kuris apsaugo nuo šiurkštumo sukeltų trumpųjų jungimų ir gedimų, didelį pralaidumą, mažą paviršiaus varžą ir didelį lankstumą vienu metu , . Neseniai buvo pademonstruotas lengvas aukštos kokybės grafeno paruošimas didelio masto plastikiniuose substratuose, naudojant su masine gamyba suderinamas metodikas, siekiant sukurti skaidrius elektrodus, o tai patvirtina jų praktinį gyvybingumą , . Tiek vieno sluoksnio (SLG), tiek daugiasluoksnio grafeno (MLG) pasirodė tinkami kaip TE OLED įrenginiuose , . Visų pirma, efektyvūs grafeno pagrindu pagaminti OLED buvo pasiekti naudojant skylės injekcijos sluoksnius (HIL), siekiant kompensuoti jų santykinai žemą darbinę funkciją, kuri, kaip žinoma, yra apie 4,5 eV. Tokie injekcijos sluoksniai apima laidžius polimerus su gradientinėmis elektroninėmis savybėmis, vadinamus savaime susidarančiu gradientiniu HIL (GraHIL) , ir plonus MoO₃ buferinius sluoksnius kartu su laidžiais polimerais, tokiais kaip poli(3,4-etilendioksitiofenas): polistirenas sulfonatas (PEDOT:PSS) . Nepaisant to, šių naujausių grafeno pagrindu pagamintų OLED galios efektyvumas ir išorinis kvantinis efektyvumas (EQE) vis dar buvo panašūs į ITO pagrindu pagamintų OLED, nebent buvo naudojamas didelis pusrutulio formos lęšis išėjimui padidinti . Aukščiausio galimo efektyvumo užtikrinimas yra ypač svarbus lankstiems ekranams, taikomiems labai nešiojamose ar nešiojamose programose, nes dėl dydžio, svorio ar formos apribojimų jie dažnai turi pasikliauti baterijomis su gana ribota energijos talpa. Tai reikalauja sukurti įrenginio architektūrą, kuri galėtų padidinti grafeno pagrindu pagamintų OLED efektyvumą. Pagrindinis iššūkis yra sukurti struktūrą ar metodiką, kuri leistų atskleisti visą jų optinį potencialą, išsaugant grafeno privalumus formos faktoriuose, kiek įmanoma labiau. 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 13 14 14 Šiuo tikslu mes nagrinėjame paprastą elektrodo architektūrą, pagrįstą didelio lūžio rodiklio TiO₂ sluoksniais ir mažo lūžio rodiklio HIL sluoksniais, tarp kurių yra grafeno elektrodai. Optimizuojant optines savybes, išnaudojant sinergetinį aukšto ir mažo lūžio rodiklio sluoksnių bendradarbiavimą, kuris kontroliuoja tiek ertmės rezonanso padidinimą, tiek praradimus dėl paviršinio plazmoninio poliaritono (SPP), siūlomi grafeno pagrindu pagaminti OLED demonstruoja precedento neturintį EQE, kuris dar nebuvo pasiektas naudojant grafeną kaip skaidrų elektrodą. Be to, atskleidžiamas neįprastai didelis TiO₂ atsparumas lenkimo deformacijai, leidžiantis sukurti plastikinius OLED, kurie yra ne tik efektyvūs, bet ir labai lankstūs. Rezultatai Didelio efektyvumo grafeno pagrindu pagamintų OLED optinė konstrukcija OLED efektyvumą galiausiai riboja baigtinis išėjimo efektyvumas, kuris paprastai neviršija 20 % įrenginiams su izotropiniais emiteriais. Tarp įvairių siūlomų išėjimo didinimo schemų , metodas, pagrįstas mikrotinklinės ertmės rezonansu, turi privalumų, nes išlaiko plokščią geometriją nenaudojant jokios mikro/nano struktūrizacijos ar lęšiukų, todėl OLED, pagaminti tokiu būdu, nėra linkę į trumpuosius jungimus 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 padidintu efektyvumu , . Silpno, bet vis dar reikšmingo mikrotinklinės ertmės efekto dėka, ITO pagrindu pagaminti OLED taip pat gali būti optimizuoti maksimaliam efektyvumui, nesukeliant optinio drumstumo ar neryškumo, tiesiog koreguojant ITO sluoksnių storį; šioje schemoje, pirmojo eilės, 3 /4 ertmės dizainas, kur  reiškia bangos ilgį, pasiekiama atidarytu ertmės modo galu ITO/pagrindo sąsajoje , . Tačiau ITO neturinčiuose, grafeno pagrindu pagamintuose OLED, grafeno elektrodai negali būti pakankamai stori, kad kontroliuotų ertmės ilgį, todėl sunku padidinti efektyvumą rezonanso efektu . 15 16 17 λ λ  18 19 20 Kaip alternatyvi priemonė, galima patalpinti ploną sluoksnį su aukštu lūžio rodikliu ( H) po grafeno sluoksniais, kaip parodyta   panašiai kaip dielektriniai dengti ploni metaliniai elektrodai , , , . Kadangi šviesa gali praeiti per grafeną su nedideliu fazės skirtumu dėl grafeno elektrodo plonumo, 3 /4 ertmės dizainas gali būti patogiai pasiektas, pavyzdžiui, kai optinis organinio plius injekcijos sluoksnių ir aukšto lūžio rodiklio sluoksnio storis yra atitinkamai maždaug 2 /4 ir  /4 ( ). Visų pirma, „ /4 storio“ aukšto lūžio rodiklio sluoksnis taip pat veikia kaip be metalo, dielektrinis veidrodis, užtikrinantis reikšmingą dugno elektrodo mazgo ( bot) atspindį nuo organinių sluoksnių sklindančiai šviesai, kaip galima patvirtinti grafikuose, pateikiamuose   apačioje. Tai suteikia grafeno pagrindu pagamintiems OLED galimybes padidinti jų efektyvumą rezonanso efektu, kuris kitaip nebūtų įmanomas. Parodyta, kad  bot ir kartu rezonanso padidėjimas didėja su  H sąvybingu santykiu ( ). Aukštas lūžio rodiklis taip pat yra naudingas lankstumo atžvilgiu, nes tikslinis optinis storis ( H H) gali būti pasiektas su mažu fiziniu storiu  H, ir nes lenkiant sukeltas įtrūkimas paprastai susidaro esant žemesnei pradinio deformacijos vertei su didesniu fiziniu storiu . Todėl sėkmingas aukšto lūžio rodiklio sluoksnis šioje schemoje turėtų turėti kuo didesnį  H. Be to, jis turėtų būti skaidrus, o svarbiausia – nepažeistas grafeno perdavimo proceso metu. Tarp įvairių kandidatų, purškiamas TiO₂ sluoksnis yra skaidrus matomoje spektro dalyje ir turi santykinai aukštą lūžio rodiklį ( =2,5). Skirtingai nei kiti bandyti aukšto lūžio rodiklio sluoksniai, TiO₂ sluoksnis pasižymi cheminiu atsparumu, atspariu grafeno perdavimo procesams, kuriuose naudojami tirpikliai, tokie 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 1 papildomas paveikslėlis Fig. 1 n d d 23 n n 2 papildomas paveikslėlis Fig. 2   ( ) Siūlomų OLED scheminė įrenginio struktūra. ( ) Tiriamųjų OLED elektromagnetinio lauko intensyvumo pasiskirstymas (brūkšninės linijos) jų atitinkamai pirmojo eilės ertmės konstrukcijai. Taip pat lyginimo tikslais parodytas grafeno pagrindu pagaminto OLED lauko intensyvumo pasiskirstymas be TiO₂, kai organinių sluoksnių storio vertės yra tokios pačios kaip ir OLED su TiO₂, bet be mažo lūžio rodiklio HIL. ( , ) Apskaičiuotas maksimalus išorinis kvantinis efektyvumas ( EQE) grafeno pagrindu pagamintų OLED su TiO₂ apatiniu sluoksniu, priklausantis nuo TiO₂ ir organinio sluoksnio storio (atitinkamai  TiO₂ ir  org). Brūkšninės linijos rodo kontūrines linijas  EQE vertėms 10, 20, 30 arba 40 %, kaip nurodyta grafike. ( ) Be mažo lūžio rodiklio HIL; ( ) su GraHIL kaip mažo lūžio rodiklio HIL. Kiekvieno atvejo apačioje pateikiamas dugno elektrodo mazgo (TiO₂/grafeno/(HIL)) atspindys ( bot) kaip  TiO₂ funkcija organinių sluoksnių sklindančiai šviesai. a b c d η d d η c d R d Verta paminėti, kad aukštesnės eilės mikrotinklinės ertmės struktūra (pavyzdžiui, antroji eilė, 5 /4 ertmė), pagrįsta storu organiniu sluoksniu, taip pat gali būti įmanoma. Tačiau šiame darbe pirmojo eilės ertmės konstrukcija buvo pasirinkta pirmiausia, nes ji sukelia stipresnį Purcelio efektą ir mažiau bangolaidinių modų nei aukštesnės eilės konstrukcija, galiausiai vedanti prie didesnio išeigos efektyvumo ir EQE , . Pirmojo eilės ertmės konstrukcijai vis dar išlieka iššūkių, nes idealus emisijos zonos vietoj yra apribotas pirmojo antinodo nuo organinio/metalo sąsajos, todėl sunkiau sumažinti SPP modus ilgesniu emiterio-metalo atstumu , . Alternatyvus metodas, paprastai naudojamas SPP mažinimui, yra vidinių banguotų struktūrų ar gofruotumo įtraukimas , tačiau tokių metodų tolerancija trumpiesiems jungimams dažnai gali būti pažeista. Metodas, kurį mes naudojame čia, yra mažo lūžio rodiklio sluoksnio įtraukimas, kuris, kaip parodyta, efektyviai mažina SPP modus , . Laimei, GraHIL arba savaime susidarantis gradientinis skylės injekcijos sluoksnis, sudarytas iš PEDOT:PSS ir tetrafluoreteno-perfluoro-3,6-dioksos-4-metil-7-oktensulfonato kopolimero (PFI), kuris anksčiau buvo pasiūlytas autorių ir parodytas kaip labai efektyvus pagerinant skylės injekciją grafeno pagrindu pagamintuose OLED , turi maždaug 1,42 lūžio rodiklį esant   = 550 nm ( ), kuris yra daug mažesnis nei tipinių organinių sluoksnių ( =1,8). Dėl sinergetinio aukšto ir mažo lūžio rodiklio sluoksnių, tarp kurių yra grafeno sluoksniai, sąveikavimo, ertmės rezonanso efekto padidinimas ir SPP modų 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 3 papildomas paveikslėlis Fig. 3 n  pateikia optinių simuliacijų rezultatus, pagrįstus pažangia klasikine elektromagnetine teorija, apibendrinta Furno  .  visame matomoje spektro diapazone ir esant   = 550 nm. Formalizmas atsižvelgia į Purcelio koeficientą, dipolio orientacijos efektą ir SPP bei bangolaidinių modų sužadinimą. Visų šių veiksnių išsamus įtraukimas yra kritinis tiksliam analizei ir kiekybiniam projektavimui, nes gali atsirasti nepakankamas arba per didelis įvertinimas, naudojant supaprastintą metodą, neatitinkantį vieno ar daugiau šių efektų (žr.  ;   ir   pavyzdžiams). Rezultatai rodo, kad GraHIL naudojimas perkelia santykinę galios sudėtį tarp įvairių modų link mažesnių plokštuminių bangų vektorų, todėl sumažėja į SPP modus sukaupta galia ir dar labiau padidėja išėjimo dalis ( ). Taip pat galima pastebėti  , kad TiO₂ sluoksnio naudojimas po grafenu efektyviai slopina į bangolaidinius ir pagrindo modus sukauptą galią per rezonanso padidinimą. Tai lemia žymų išėjimo efektyvumo padidėjimą, nors taip pat parodytas nuostolių į evaniescentinius modus padidėjimas dėl skersinių elektrinių bangolaidinių modų poslinkio link didesnių normalizuotų plokštuminių bangų vektorų ( ). Jungtinis aukšto (H) TiO₂ ir mažo (L) GraHIL sluoksnių naudojimas sukuria idealų situaciją, kai rezonanso padidinimas yra didelis, tačiau SPP/evaniescentinių modų nuostoliai yra sumažinti. Be to, jungtinis naudojimas sukuria situaciją, panašią į HL kaminus, dažnai naudojamus daugiasluoksnių plonų plėvelių dangoms , ir dar labiau padidina  bot ( ), leidžiantį papildomai padidinti Fabry–Perot rezonanso efektą. Tai, kas daro siūlomą technologiją unikalią ir pažangią, palyginti su tradicinėmis technologijomis, yra būtent šių aukšto ir mažo lūžio rodiklio sluoksnių sinergetinis bendradarbiavimas, leidžiantis optiškai valdyti tiek rezonanso efektą, tiek SPP nuostolius didžiausiam išeijimui; ir papildomas rezonanso padidinimas per HL kaminą. Kartu su jų gimtuoju suderinamumu su pageidaujamomis elektrinėmis savybėmis (pavyzdžiui, efektyvia skylės injekcija), visi šie optiniai privalumai leidžia visiškai atskleisti net paslėptą plokščių OLED potencialą. Apskaičiuotos maksimalaus optiškai pasiekiamo EQE ( EQE (max)) kontūrinės diagramos, priklausomos nuo organinio ( org) ir TiO₂ storio ( TiO₂), pateiktos  , rodo, kad  EQE (max) gali siekti net 44 % įrenginiuose su GraHIL ir TiO₂ sluoksniais, o be GraHIL jis būtų apribotas iki 38 %, o be TiO₂ – iki 31 %. Optimalios sąlygos atitinka situaciją, kai  H (kur H yra TiO₂) priartėja prie  /(4 H) (55 nm esant  =550 nm). Taip pat galima pastebėti, kad  EQE (max) 44 % yra didesnis nei tikėtasi optimizuotų, tradicinių plonų metalų pagrindu pagamintų ertmės OLED su tuo pačiu emiteriu. Tai galima paaiškinti tuo, kad siūloma architektūra yra mažiau linkusi į nuostolius dėl fotonų absorbcijos ir/arba SPP modo sužadinimo perpus skaidriuose elektroduose (žr.   ir   palyginimui su tradiciniais plonų metalų pagrindu pagamintais ertmės OLED). 2 pav. a,b ir kt 19 λ 4 papildomas paveikslėlis Fig. 4 1 papildoma lentelė Table 1 1 papildoma pastaba Note 1 5 papildomas paveikslėlis Fig. 5a 2 papildomoje lentelėje Table 2 5 papildomas paveikslėlis Fig. 5b 30 R 1 pav. d η d d 1 pav. c,d η d λ n λ η 6 papildomas paveikslėlis Fig. 6 3 papildoma lentelė Table 3   ( , ) Apskaičiuoti galios išsklaidymo spektrai, sverti emiterio spektru, savitarpiškais vienetais (pavaizduoti spalvų juostose apibrėžta spalva) pagal plokštuminį bangos vektorių: ( ) su TiO₂, bet be GraHIL; ( ) su TiO₂ ir GraHIL. Juodos brūkšninės linijos rodo ribines linijas, skiriančias atstovaujamus optinius modus, įskaitant išeinančius, pagrindo ribojamus (subs), bangolaidinius (wg) ir evaniescentinius modus. ( ) Apskaičiuota galios išsklaidymas pagal normalizuotą plokštuminį bangos vektorių esant  =550 nm įvairioms tiriamoms elektrodo struktūroms. TiO₂ įrenginiuose  TiO₂ buvo fiksuotas 55 nm, o  org buvo pasirinktas optimalioms sąlygoms kiekvienu atveju. Įrenginiuose be TiO₂,  org buvo nustatytas toks pat kaip ir atitinkamų įrenginių su TiO₂.  a b a b c λ d d d Pagamintų grafeno pagrindu pagamintų OLED įrenginių veikimo charakteristikos Remdamiesi aukščiau pateiktais simuliacijos rezultatais, pagaminome žalius OLED, naudodami fosforescuojančius emiterius, tokius kaip bis(2-(2-piridinil- )fenil-C)(acetilacetonato) iridžio (III) (Ir(ppy)2acac), tokios konfigūracijos: stiklas/anodas/(HIL)/OS1/LiF/Al su skirtingomis anodo/(HIL) struktūromis: TiO₂/grafeno/GraHIL; grafeno/GraHIL; ir ITO (185 nm)/GraHIL, kur OS1 reiškia organinio daugiasluoksnio mazgą, apibrėžtą Metodų skiltyje. Eksperimentiniai rezultatai, pateikti  , rodo, kad maksimalus EQE, galios efektyvumas ir srovės efektyvumas, gauti TiO₂/grafeno/GraHIL pagrindu pagamintame įrenginyje, yra atitinkamai 40,8 %, 160,3 lm W⁻¹ ir 168,4 cd A⁻¹, o šios vertės yra apribotos iki 31,7 %, 112,6 lm W⁻¹ ir 119,0 cd A⁻¹ grafeno/GraHIL pagrindu pagamintam įrenginiui, ir 27,4 %, 104,3 lm W⁻¹ ir 106,2 cd A⁻¹ ITO/GraHIL pagrindu pagamintam įrenginiui. Stebimas aukštas EQE TiO₂/grafeno/GraHIL pagrindu pagamintame įrenginyje pat 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 ekrano ekranus naudodami grafeno 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