```html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Autori: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 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 Kopsavilkums Uz grafēna balstītas organiskās gaismu izstarojošās diodes (OLED) nesen ir kļuvušas par galveno elementu, kas nepieciešams nākamās paaudzes displejiem un apgaismojumam, galvenokārt to potenciāla nodrošināt ļoti elastīgus gaismas avotus dēļ. Tomēr to efektivitāte, labākajā gadījumā, bija līdzīga parastajām, uzIndija alvas oksīdu balstītajām ierīcēm. Mēs šeit piedāvājam ideālu elektrodu struktūru, kas balstīta uz augsta indeksa TiO2 slāņu un zema indeksa caurumu iesmidzināšanas slāņu sinerģisku mijiedarbību, kas ietver grafēna elektrodus, radot ideālu situāciju, kurā rezonanses pastiprinājums dobumā ir maksimāli palielināts, taču zudumi uz virsmas plazmonu polari-toniem tiek mazināti. Piedāvātā pieeja nodrošina OLED ar ultraaugstu ārējo kvantu efektivitāti attiecīgi 40,8 un 62,1% (64,7 un 103% ar puslodes lēcu) vienas un vairāku savienojumu ierīcēm. Plastmasā izgatavotie OLED ar šiem elektrodiem ir atkārtoti liekami ar rādiusu 2,3 mm, daļēji pateicoties TiO2 slāņiem, kas iztur lokšņu deformācijas līdz 4% caur plaisu novirzīšanas sacietēšanu. Ievads Formas faktora priekšrocības, piemēram, elastība un stiepjamība, ir piesaistījušas lielu uzmanību organiskajām gaismu izstarojošām diodēm (OLED) izmantošanai jaunās ierīcēs, piemēram, valkājamās, ruļļveida vai salokāmās displejos, kas prasa mobilitāti, deformējamību un/vai paplašināmību , . Tomēr šī potenciāla pilnīga realizācija nav triviāla un prasa ievērojamus centienus dažādos aspektos, piemēram, zemas temperatūras plānslāņu tranzistoru tehnoloģiju un/vai elastīgas enkapsulācijas izstrādē . Vēl viens svarīgs aspekts, kas jāņem vērā ļoti elastīgiem displejiem, ir caurspīdīgu elektrodu (TE) atrašana, kas var aizstātIndija alvas oksīdu (ITO) elektrodus, kuri parasti cieš no ierobežotas elastības un potenciālām izmaksu problēmām, kas saistītas ar lielo pieprasījumu un/vai nestabilu piegādi . Šajā sakarā OLED tika piedāvāti vairāki elastīgu caurspīdīgu elektrodu veidi, piemēram, metāla nanostieples, oglekļa bāzes materiāli (piemēram, oglekļa nanotorbes vai grafēns) un metāla režģi kopā ar citiem TE veidiem , , , , , . Starp tiem grafēns — atomiski plāns sp2 hibridizēta oglekļa atomu slānis — tiek uzskatīts par daudzsološu, jo tā unikālā plānuma un izcilā elektriskā raksturlielumu kombinācija paredzama, lai nodrošinātu ideālus caurspīdīgus elektrodus, kuriem ir zema vai nekāda optiskā duļķainība, gluda virsmas topoloģija, kas novērš raupjum-izraisītu elektrisko īssavienojumu un degradāciju, augsta caurlaidība, zema lokšņu pretestība un augsta elastības pakāpe vienlaicīgi , . Nesenie rūpniecības nozaru demonstrējumi par vieglu augstas kvalitātes grafēna sagatavošanu uz lielu plastmasas substrātu, izmantojot ražošanai piemērotas metodes, liecina par tā praktisko dzīvotspēju , . Gan vienas kārtas grafēns (SLG), gan daudzkārtu grafēns (MLG) ir parādījuši pietiekamu veiktspēju kā TE OLED ierīcēs , . Jo īpaši efektīvi uz grafēna balstīti OLED tika sasniegti ar caurumu iesmidzināšanas slāņu (HIL) palīdzību, ko izmanto, lai pārvarētu to relatīvi zemo darba funkciju, kas ir apmēram 4,5 eV. Šādi iesmidzināšanas slāņi ietver vadošus polimērus ar gradienta elektroniskajām īpašībām, ko sauc par pašorganizējošos gradientu HIL (GraHIL) , un plānus MoO3 bufera slāņus kopā ar vadošiem polimēriem poly(3,4-ethylenedioxythiophene): polistirol-sulfonātu (PEDOT:PSS) . Tomēr šo modernāko uz grafēna balstīto OLED jaudas efektivitāte un ārējā kvantu efektivitāte (EQE) joprojām bija līdzīga ITO balstīto OLED līmenī, ja vien netika izmantota apjomīga puslodes lēca izejošās gaismas pastiprināšanai . Visaugstākās iespējamās efektivitātes nodrošināšana ir īpaši svarīga elastīgiem displejiem, kas tiek izmantoti ļoti portatīvās vai valkājamās lietojumprogrammās, jo tie bieži vien ir atkarīgi no akumulatoriem ar diezgan ierobežotu enerģijas jaudu, ņemot vērā izmēra, svara vai formas faktora ierobežojumus. Tas prasa tādas ierīces arhitektūras izstrādi, kas var maksimāli palielināt uz grafēna balstīto OLED efektivitāti. Galvenais izaicinājums ir izstrādāt struktūru vai metodiku, lai atraisītu to pilnu optisko potenciālu, vienlaikus saglabājot grafēna priekšrocības formu faktoros pēc iespējas vairāk. 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 13 14 14 Šim nolūkam mēs šeit izpētīsim vienkāršu elektrodu arhitektūru, kas balstīta uz augsta indeksa TiO2 slāņiem un zema indeksa HIL, kas ietver grafēna elektrodus. Ar optisko dizainu, kas pilnībā izmanto augsto un zemo indeksu slāņu sinerģisko sadarbību, kas kontrolē gan dobuma rezonanses pastiprināšanu, gan zudumus uz virsmas plazmonu polari-toniem (SPP), piedāvātie uz grafēna balstītie OLED demonstrē ultraaugstu EQE, kas ir nepieredzēti tiem, kuri izmanto grafēnu kā caurspīdīgu elektrodu. Turklāt tiek atklāta neparasti augsta TiO2 izturība pret lokšņu deformāciju, kas nodrošina plastmasas OLED, kas ir ne tikai efektīvas, bet arī ļoti elastīgas. Rezultāti Augstas efektivitātes uz grafēna balstītu OLED optiskais dizains OLED efektivitāti galu galā ierobežo galīga izejošās gaismas efektivitāte, kas parasti ir aptuveni 20% labākajā gadījumā ierīcēm ar izotropiskiem izstarotājiem. Starp dažādām līdz šim piedāvātajām izejošās gaismas pastiprināšanas shēmām , metode, kas balstīta uz mik dobuma rezonansi, ir priekšrocības, ka tā saglabā plakanu ģeometriju, neizmantojot nekādu mikro/nano struktūru vai lēcveida struktūru, lai OLED, kas no tā izgatavoti, nebūtu pakļauti elektriskajiem īssavienojumiem un optiskiem artefaktiem, kas nav labvēlīgi displeja lietošanai (piemēram, izplūdumam, difrakcijai utt.), taču var demonstrēt ļoti tīras, piesātinātas sarkanas (R), zaļas (G), zilas (B) primārās krāsas ar pastiprinātu efektivitāti , . Ar vāju, bet joprojām ievērojamu mik dobuma efektu ITO balstīti OLED arī var optimizēt maksimālai efektivitātei, neradot optisko duļķainību vai izplūdumu, vienkārši pielāgojot ITO slāņu biezumu; šajā shēmā pirmās kārtas, 3 /4 dobuma dizains, kur   apzīmē viļņa garumu, tiek sasniegts ar dobuma modes atvērto galu, kas atrodas pie ITO/substrāta saskarnes , . Tomēr ITO-brīvu, uz grafēna balstītu OLED gadījumā grafēna elektrodus nevar padarīt pietiekami biezus, lai kontrolētu dobuma garumu, kas apgrūtina efektivitātes pastiprināšanu ar rezonanses efektu . 15 16 17 λ λ 18 19 20 Kā alternatīvu pasākumu var zem grafēna slāņiem novietot plānu augsta refrakcijas indeksa ( H) slāni, kā parādīts attēlā   līdzīgi dielektriski pārklātiem plāniem metāla elektrodiem , , , . Tā kā gaisma var iziet caur grafēnu ar nelielu fāzes atšķirību grafēna elektroda dabiskā plānuma dēļ, 3 /4 dobuma dizainu var ērti sasniegt, piemēram, iestatot organisko plus iesmidzināšanas slāņu un augstā refrakcijas indeksa slāņa optisko biezumu attiecīgi aptuveni 2 /4 un  /4 ( ). Jo īpaši „ /4 biezais” augstā indeksa slānis funkcionē arī kā metālu nesaturošs dielektrisks spogulis, kas nodrošina ievērojamu atstarošanos no apakšējā elektrodu komplekta ( bot) gaismai, kas krīt no organiskiem slāņiem, kā to var apstiprināt grafikos attēlā  . Tas dod uz grafēna balstītiem OLED iespējas uzlabot to efektivitāti ar rezonanses efektu, kas citādi nebūtu iespējams. Parādīts, ka  bot un līdz ar to rezonanses pastiprinājums palielinās līdz ar  H palielināšanos ( ). Augstais refrakcijas indekss ir izdevīgs arī elastības ziņā, jo mērķa optisko biezumu ( H H) var sasniegt ar mazu fizisko biezumu  H, un jo lieces izraisīta plēves plaisa parasti veidojas pie zemākas sākuma deformācijas ar lielāku fizisko biezumu . Veiksmīgam augstā indeksa slānim šajā shēmā vajadzētu būt pēc iespējas lielākam  H. Turklāt tam jābūt caurspīdīgam un, galvenokārt, tam nedrīkst sabojāt dotais grafēna pārneses process. Starp dažādiem kandidātiem izsmidzinātais TiO2 slānis ir caurspīdīgs redzamajā spektrālajā diapazonā un tam ir salīdzinoši augsts refrakcijas indekss ( =2,5). Atšķirībā no citiem izmēģinātajiem augstā indeksa slāņiem, TiO2 slānim ir ķīmiska izturība, kas ir izturīga pret grafēna pārneses procesiem, kuros izmanto šķīdinātājus, piemēram, acetonu vai izopropilspirtu (IPA), ļaujot uz tā izveidot augstas kvalitātes grafēna elektrodu ( ). n 1.a 17 20 21 22 λ λ λ 1.b attēls λ R 1.c,d R n 1. papildu attēls n d d 23 n n 2. papildu attēls   ( ) Piedāvāto OLED shēmatiskā ierīces struktūra. ( ) Elektromagnētiskā lauka intensitātes sadalījums (pārtrauktas līnijas) izpētes stadijā esošajām OLED ierīcēm to attiecīgajam pirmās kārtas dobuma dizainam. Lai salīdzinātu gadījumu, kad organisko slāņu biezuma vērtības ir tādas pašas kā OLED ar TiO2 , bet bez zema indeksa HIL, tiek parādīts arī lauka intensitātes sadalījums uz grafēna balstītajām OLED bez TiO2 . ( , ) Aprēķinātā maksimālā ārējā kvantu efektivitāte ( EQE) uz grafēna balstītām OLED ar TiO2 apakšējo slāni kā TiO2 un organisko slāņu biezuma ( TiO2 un  org, attiecīgi) funkciju. Pārtrauktas līnijas attēlo līnijas  EQE vērtībai 10, 20, 30 vai 40%, kā norādīts grafikā. ( ) Bez zema indeksa HIL; ( ) ar GraHIL kā zema indeksa HIL. Katra gadījuma apakšā ir parādīta apakšējā elektrodu komplekta (TiO2/grafēns/(HIL)) atstarošana ( bot) kā  TiO2 funkcija gaismai, kas krīt no organiskiem slāņiem. a b c d η d d η c d R d Ir vērts atzīmēt, ka varētu būt iespējama arī augstākas kārtas mik dobuma struktūra (piemēram, otrās kārtas, 5 /4 dobums), kas balstīta uz biezu organisku komplektu. Tomēr šajā darbā vispirms tika izvēlēts pirmās kārtas dobuma dizains, jo tas nodrošina spēcīgāku Purcela efektu un mazāk viļņvadu režīmu nekā augstākas kārtas dizains, galu galā nodrošinot lielāku izejošās gaismas efektivitāti un EQE , . Pirmās kārtas dobuma dizainam joprojām pastāv izaicinājumi, jo ideālā izstarošanas zonas atrašanās vieta ir ierobežota pie pirmā antinoda no organisko/metāla saskarnes, padarot grūti samazināt SPP režīmus, palielinot izstarotāja attālumu līdz metālam , . Alternatīva metode, ko parasti izmanto SPP samazināšanai, ir iekšēju viļņainu struktūru vai krokojumu iekļaušana , taču ar šādām pieejām bieži vien var tikt apdraudēta elektrisko īssavienojumu izturība. Mūsu pieņemtā metode ir iekļaut zema refrakcijas indeksa slāni, kas, kā parādīts, efektīvi samazina SPP režīmus , . Par laimi, GraHIL vai pašorganizējošais gradienta caurumu iesmidzināšanas slānis, kas sastāv no PEDOT:PSS un tetra-fluorētilēna-perfuro-3, 6-dioksa-4-metil-7-oktēnsulfonskābes kopolimēra (PFI), ko autori iepriekš piedāvājuši un kas izrādījies ļoti efektīvs caurumu iesmidzināšanas uzlabošanā uz grafēna balstītos OLED , ir refrakcijas indekss ap 1,42 pie   550 nm ( ), kas ir daudz zemāks nekā tipiskiem organiskiem slāņiem ( =1,8). Tādējādi ar augstā un zemo indeksu slāņu sinerģisko mijiedarbību, kas ietver grafēna slāņus, dobuma rezonanses efekta pastiprināšanu un SPP režīmu samazināšanu var veikt vienlaicīgi, lai EQE varētu ievērojami palielināties pat bez izejošās gaismas struktūrām. λ 24 25 25 26 27 28 29 13 λ 3. papildu attēls n  parāda optiskās simulācijas rezultātus, kas balstīti uz uzlaboto klasisko elektromagnētisko teoriju, ko apkopo Furno  .  visā redzamā spektra diapazonā un pie   550 nm. Formalisms ņem vērā Purcela faktoru, dipola orientācijas efektu un ierosinājumus SPP un viļņvadu režīmiem. Visu šo faktoru visaptveroša iekļaušana izrādās kritiska precīzai analīzei un kvantitatīvai projektēšanai, jo var rasties apakšējs vai pārvērtēts aprēķins, ja tiek izmantota vienkāršota pieeja, kas neņem vērā vienu vai vairākus no šiem efektiem (skatīt  ;   un   piemēriem). Rezultāti norāda, ka GraHIL izmantošana pārdala relatīvās jaudas saturu starp dažādiem režīmiem uz mazākiem plaknes viļņvektoriem, lai samazinātu jaudu, kas savienota ar SPP režīmiem, un tālāk pastiprinātu savienoto daļu ( ). Arī   redzams, ka TiO2 slāņa izmantošana zem grafēna efektīvi nomā jaudas daudzumu, kas savienots ar viļņvadītiem un substrāta režīmiem caur rezonanses pastiprināšanu. Tas noved pie ievērojama izejošās gaismas efektivitātes pieauguma, lai gan arī zudumi uz evanenscentiem režīmiem palielinās, jo šķērseniski elektriskie viļņvadītie režīmi pārvietojas uz augstākiem normalizētiem plaknes viļņvektoriem ( ). Augstā indeksa (H) TiO2 un zema indeksa (L) GraHIL slāņu kombinētā izmantošana rada ideālu situāciju, kurā rezonanses pastiprinājums ir liels, taču SPP/evanenscentu režīmu zudumi tiek mazināti. Turklāt kombinētā izmantošana rada situāciju, kas līdzīga HL komplektiem, ko parasti izmanto daudzkārtu plānslāņu pārklājumiem , un vēl vairāk pastiprina  bot ( ), ļaujot papildus pastiprināt Fabry–Perot rezonanses efektu. Tas, kas padara piedāvāto tehnoloģiju unikālu un progresīvu attiecībā pret tradicionālajām tehnoloģijām, ir tieši šo augsto un zemo indeksu slāņu sinerģiskā sadarbība, kas nodrošina gan rezonanses efekta, gan SPP zudumu optisko pārvaldību, maksimāli palielinot izejošo gaismu; un papildu rezonanses pastiprināšana caur HL komplektēšanu. Kopā ar to dabisko saderību ar vēlamajām elektriskajām īpašībām (piemēram, efektīvu caurumu iesmidzināšanu) visas šīs optiskās priekšrocības ļauj pilnībā atraisīt pat slēpto potenciālu, ko var patiesi piedāvāt plakanie OLED. Kontūru diagrammas, kas iegūtas optiski pieejamai maksimālai EQE ( EQE (max)) kā organisko ( org) un TiO2 biezuma ( TiO2) funkciju attēlā   parāda, ka  EQE (max) var sasniegt pat 44% ierīcēs ar gan GraHIL, gan TiO2 slāņiem, savukārt bez GraHIL tas būtu ierobežots līdz 38% vai bez TiO2 - līdz 31%. Optimālie nosacījumi atbilst situācijai, kurā  H (kur H ir TiO2) tuvojas  /(4 H) (55 nm, ja  =550 nm). Var arī atzīmēt, ka  EQE (max) 44% ir augstāka nekā paredzams optimizētiem, parastajiem uz plāniem metāliem balstītiem dobuma OLED ar tādu pašu izstarotāju. Tas ir saistīts ar to, ka piedāvātā arhitektūra mazāk pakļauta zudumiem, ko izraisa fotonu absorbcija un/vai SPP režīmu ierosināšana caurspīdīgajos elektrodos (skatīt   un   salīdzinājumam ar parastajiem uz plāniem metāliem balstītiem dobuma OLED). 2. attēls a,b et al 19 λ 4. papildu attēls 1. papildu tabula 1. papildu piezīme 5.a papildu attēls 2. papildu tabulā 5.b papildu attēls 30 R 1.d attēls η d d 1.c,d η d λ n λ η 6. papildu attēls 3. papildu tabula   ( , ) Aprēķinātie jaudas izkliedes spektri, kas svērti ar izstarotāja spektru, attēloti patvaļīgās vienībās (kartēti kā krāsa, kas definēta krāsu joslās.) attiecībā pret plaknes viļņvektoru: ( ) ar TiO2 , bet bez GraHIL; ( ) ar gan TiO2 , gan GraHIL. Melnās pārtrauktas līnijas norāda robežas, kas atdala reprezentatīvos optiskos režīmus, ieskaitot izejošos, substrātā iekļautos (subs), viļņvadītos (wg) un evanenscentus režīmus. ( ) Aprēķinātā jaudas izkliede attiecībā pret normalizēto plaknes viļņvektoru pie  =550 nm dažādām izpētes stadijā esošajām elektrodu struktūrām. OLED ar TiO2 ierīcēm  TiO2 tika fiksēts pie 55 nm, un  org tika izvēlēts optimāliem nosacījumiem katrā gadījumā. OLED bez TiO2 ierīcēm  org tika iestatīts tādā pašā vērtībā kā attiecīgajām ierīcēm ar TiO2 . a b a b c λ d d d Izgatavoto uz grafēna balstītu OLED ierīču veiktspēja Iedvesmojoties no iepriekš parādītajiem simulācijas rezultātiem, mēs izgatavojām zaļas OLED ier

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

Šis audio ir izveidots stāsta oriģinālvalodā!

Zinātnieki atbloķē īpaši efektīvus elastīgu ekrānu displejus, izmantojot grafēnu un titāna dioksīdu.

About Author

KOMENTĀRI

PAKARINĀT TAGUS

ŠIS RAKSTS TIKS PĀRSTRĀDĀTS

Related Stories

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps