```html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Mualliflar: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 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 Grafen asosidagi organik yorituvchi diyodlar (OLEDlar) yaqinda kelajak avlod displeylari va yoritgichlarida asosiy element sifatida paydo bo'ldi, asosan ular yuqori moslashuvchan yorug'lik manbalari uchun istiqbolli. Biroq, ularning samaradorligi, eng yaxshi holatda, an'anaviy, indiy qalay oksidi asosidagi hamkasblari bilan bir xil bo'lgan. Biz bu yerda yuqori indeksli TiO2 qatlamlari va past indeksli teshik in'ektsiya qatlamlarining sinergik o'zaro ta'siriga asoslangan ideal elektrod tuzilmasini taklif etamiz, bu esa bo'shliqli rezonans natijasida kuchayish maksimal bo'lgan, ammo sirt plazmon polaritoniga yo'qotish kamaygan ideal vaziyatga olib keladi. Taklif qilingan yondashuv mos ravishda 40,8 va 62,1% (yarim shar linzasi bilan 64,7 va 103%) tashqi kvant samaradorligiga ega bo'lgan OLEDlarni namoyish etadi. Ushbu elektrodlar bilan plastmassalarda tayyorlangan OLEDlar 2,3 mm radiusda takroriy egiluvchan bo'ladi, bu qisman TiO2 qatlamlarining yoriqlar sonini kamaytirish orqali 4% gacha bo'lgan egilish kuchlanishiga bardosh berishi bilan bog'liq. Kirish Moslashuvchanlik va cho'ziluvchanlik kabi shakl omilining afzalliklari organik yorituvchi diyodlarga (OLEDlar) kiyiladigan, rulonli yoki buklanuvchi displeylar kabi mobil, deformatsiyalanuvchi va/yoki kengayishni talab qiluvchi yangi qurilmalarda foydalanish uchun katta e'tibor qaratdi , . Biroq, bunday potentsialni to'liq amalga oshirish murakkabdir va past haroratli yupqa plyonkali transistor texnologiyalari va/yoki moslashuvchan inkapsulyatsiyani ishlab chiqish kabi turli jihatlardan sezilarli sa'y-harakatlarni talab qiladi . Yuqori moslashuvchan displeylar uchun e'tiborga olish kerak bo'lgan yana bir muhim jihat shundaki, ular odatda cheklangan moslashuvchanlik va yuqori talab va/yoki beqaror ta'minot bilan bog'liq narx muammolari bilan duch keladigan indiy qalay oksidi (ITO) elektrodlarini almashtira oladigan shaffof elektrodlarni (TE) topishdir . Shu nuqtai nazardan, metalldan yasalgan nano simlar, uglerod asosidagi materiallar (masalan, uglerod nanotrubkalari yoki grafen) va boshqa turdagi TElar bilan birlashtirilgan metall panjaralar kabi bir nechta moslashuvchan shaffof elektrodlar OLEDlar uchun taklif qilingan , , , , , . Ularning orasida, grafen — sp2-gibridlangan uglerod atomlarining atom darajasida yupqa qatlami — istiqbolli deb hisoblanadi, chunki uning noyob yupqaligi va yuqori elektr xarakteristikalarining kombinatsiyasi optik xiralashmasi past yoki umuman mavjud bo'lmagan, qo'pol yuzadan kelib chiqadigan elektr qisqa tutashuvi va degradatsiyaning oldini oladigan silliq sirt topologiyasi, yuqori nur o'tkazuvchanligi, past qatlam qarshiligi va yuqori darajada moslashuvchanlikka ega bo'lgan ideal shaffof elektrodlarni yaratishi kutilmoqda , . Shu vaqtgacha keng ko'lamli plastmassa substratlarida yuqori sifatli grafenni oson tayyorlash sanoat sektorlari tomonidan ommaviy ishlab chiqarishga mos usullar yordamida shaffof elektrodlar uchun namoyish etilgan, bu ularning amaliy yashash qobiliyatini ko'rsatadi , . Yagona qatlamli grafen (SLG) va ko'p qatlamli grafen (MLG) ham OLEDlarda TE sifatida etarli ko'rsatkichlarga ega ekanligi ko'rsatilgan , . Xususan, samarali grafen asosidagi OLEDlar nisbatan past ish funksiyasini (odatda 4,5 eV atrofida) bartaraf etish uchun ishlatiladigan teshik in'ektsiya qatlamlari (HILlar) yordamida erishildi. Bunday in'ektsiya qatlamlari o'z-o'zidan tashkil topgan gradient HIL (GraHIL) deb nomlangan gradient elektron xossalariga ega bo'lgan o'tkazuvchi polimerlarni o'z ichiga oladi , va polimer-3,4-etilendioksitiofen): polistiren sulfonat (PEDOT: PSS) bilan birlashtirilgan yupqa MoO3 buffer qatlamlari . Shunga qaramay, ushbu eng yaxshi grafen asosidagi OLEDlarning quvvat samaradorligi va tashqi kvant samaradorligi (EQE) ITO asosidagi OLEDlar bilan teng bo'lgan, agar nur chiqishini kuchaytirish uchun katta yarim sharsimon linza ishlatilmagan bo'lsa . Eng yuqori samaradorlikni ta'minlash, ayniqsa, moslashuvchan displeylar uchun juda portativ yoki kiyiladigan ilovalar uchun muhimdir, chunki ular ko'pincha o'lchami, og'irligi yoki shakli cheklovlari tufayli juda cheklangan energiya sig'imiga ega batareyalarga tayanishlari kerak. Bu grafen asosidagi OLEDlarning samaradorligini maksimal darajada oshiradigan qurilma arxitekturasini ishlab chiqishni talab qiladi. Asosiy muammo shundaki, ularning to'liq optik potentsialini ochib beradigan, ammo grafenning shakl omilidagi afzalliklarini iloji boricha saqlab qoladigan tuzilma yoki metodologiyani ishlab chiqishdir. 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 11 11 12 13 14 13 14 14 Shu maqsadda, biz bu yerda yuqori indeksli TiO2 qatlamlari va past indeksli HILlar asosidagi oddiy elektrod arxitekturasini o'rganamiz, ular grafen elektrodlarini qatlamlaydi. Yuqori va past indeksli qatlamlar orasidagi sinergik hamkorlikdan to'liq foydalanadigan optik dizayn bilan bo'shliqli rezonansni kuchaytirishni va sirt plazmon polaritoniga (SPP) yo'qotishni kamaytirishni nazorat qiladi, taklif qilingan grafen asosidagi OLEDlar ilgari grafenni shaffof elektrod sifatida ishlatgan OLEDlarda kuzatilmagan ultra yuqori EQEni namoyish etadi. Bundan tashqari, TiO2ning egilish kuchlanishiga g'ayrioddiy yuqori qarshiligi aniqlandi, bu plastmassa OLEDlarga imkon beradi, ular nafaqat samarali, balki juda moslashuvchan hamdir. Natijalar Yuqori samaradorlikdagi grafen asosidagi OLEDlarning optik dizayni OLEDlarning samaradorligi cheklangan nur chiqish samaradorligi bilan cheklanadi, bu odatda izotropik emitterlar mavjud qurilmalar uchun eng yaxshi holatda taxminan 20% ni tashkil qiladi. Hozirgacha taklif qilingan turli nur chiqishini kuchaytirish sxemalaridan , mikrobo'shliqli rezonansga asoslangan usul afzalliklarga ega, chunki u mikro/nano tuzilmasiz yoki linzali tuzilmasiz tekis geometriyani saqlaydi, shu bilan ishlab chiqarilgan OLEDlar elektr qisqa tutashuvlari va displey ilovasi uchun yomon bo'lgan optik artefaklar (masalan, xiralashish, difraksiya va boshqalar) ga duch kelmaydi, lekin kuchaytirilgan samaradorlik bilan yuqori sof, to'yingan qizil (R), yashil (G), ko'k (B) birlamchi ranglarni namoyish eta oladi , . Zaif, ammo hali ham sezilarli mikrobo'shliqli effekt bilan, ITO asosidagi OLEDlar ham optik xiralashish yoki xiralashishni keltirib chiqarmasdan, faqat ITO qatlamlarining qalinligini sozlash orqali maksimal samaradorlik uchun optimallashtirilishi mumkin; bu sxemada birinchi tartibli, 3λ/4 bo'shliqli dizayn, bu yerda λ to'lqin uzunligini bildiradi, bo'shliqli rejimning ochiq uchi ITO/substrat interfeysida joylashgan , . ITOsiz, grafen asosidagi OLEDlar holatida, grafen elektrodlari bo'shliqli uzunlikni boshqarish uchun etarlicha qalin bo'lishi mumkin emas, bu esa rezonans effekti orqali samaradorlikni oshirishni qiyinlashtiradi . 15 16 17 18 19 20 Muqobil chorasi sifatida, grafen qatlamlari ostiga yuqori indeksli (nH) yupqa qatlamni joylashtirish mumkin, bu esa 1a-rasmda ko'rsatilganidek, dielektrik bilan qoplangan yupqa metall elektrodlarga o'xshash tarzda bajariladi , , , . Yoritgich grafen elektrodining ichki yupqaligi tufayli kam faza farqi bilan o'tishi mumkinligi sababli, 3λ/4 bo'shliqli dizaynni qulay tarzda amalga oshirish mumkin, masalan, organik+in'ektsiya qatlamlari va yuqori indeksli qatlamning optik qalinligi mos ravishda taxminan 2λ/4 va λ/4 ga o'rnatiladi (1-rasm b) . Xususan, ‘λ/4 qalinlikdagi’ yuqori indeksli qatlam metall bo'lmagan, dielektrik oynaga o'xshash vazifasini bajaradi, bu esa pastki elektrod majmuasidan (Rbot) organik qatlamlardan tushuvchi yoritgich uchun sezilarli aks ettirishni ta'minlaydi, bu 1c,d-rasmlarining pastki qismidagi grafiklarda tasdiqlanishi mumkin . Bu grafen asosidagi OLEDlarga rezonans effekti orqali samaradorlikni oshirish imkoniyatini beradi, bu esa aks holda mumkin bo'lmas edi. Rbot va tegishli rezonansni kuchaytirish nH bilan ortadi ( ). Yuqori indeks ham moslashuvchanlik nuqtai nazaridan foydalidir, chunki maqsadli optik qalinlik (nHdH) past fizik qalinlik dH bilan erishilishi mumkin va egilishdan kelib chiqqan yoriq odatda kattaroq fizik qalinlik bilan past boshlang'ich kuchlanishda hosil bo'ladi . Shu sxemadagi muvaffaqiyatli yuqori indeksli qatlam shuning uchun iloji boricha katta nH ga ega bo'lishi kerak. Bundan tashqari, u shaffof bo'lishi kerak va eng muhimi, berilgan grafenni o'tkazish jarayonida shikastlanmasligi kerak. Turli nomzodlar orasida, sepilgan TiO2 qatlami ko'rinadigan spektral diapazonda shaffofdir va nisbatan yuqori indeksga ega (n=2,5). Sinab ko'rgan boshqa yuqori indeksli qatlamlardan farqli o'laroq, TiO2 qatlami atseton yoki izopropil spirti (IPA) kabi erituvchilardan foydalanadigan grafenni o'tkazish jarayonlariga chidamli kimyoviy chidamlilikka ega bo'lib, uning ustida yuqori sifatli grafen elektrodining hosil bo'lishiga imkon beradi ( ). 17 20 21 22 Fig. 1b Fig. 1c,d Qo'shimcha rasmi 1 23 Qo'shimcha rasmi 2   ( ) Taklif qilingan OLEDlarning sxematik qurilma tuzilishi. ( ) Tadqiqot qilinayotgan OLEDlarning elektromagnit maydonining intensivlik taqsimoti (nuqtali chiziqlar) ularning tegishli birinchi tartibli bo'shliqli dizayni uchun. TiO2siz bo'lgan grafen asosidagi OLEDning maydon intensivligi taqsimoti ham solishtirish uchun ko'rsatilgan, bu yerda organik qatlamlarning qalinligi TiO2 bo'lgan OLEDlar bilan bir xil, lekin past indeksli HILsiz. ( , ) TiO2 pastki qatlami bilan grafen asosidagi OLEDlarning hisoblangan maksimal tashqi kvant samaradorligi (ηEQE) TiO2 va organik qatlam qalinligining (mos ravishda dTiO2 va dorg) funksiyasi sifatida. Nuqtali chiziqlar grafikda ko'rsatilganidek, 10, 20, 30 yoki 40% ηEQE uchun kontur chiziqlarini bildiradi. ( ) Past indeksli HILsiz; ( ) past indeksli HIL sifatida GraHIL bilan. Har bir holatning pastki qismida, organik qatlamlardan tushuvchi yoritgich uchun TiO2/grafen/(HIL) pastki elektrod majmuasidan aks etish (Rbot) dTiO2 funksiyasi sifatida taqdim etilgan. a b c d c d Yuqori tartibli mikrobo'shliqli tuzilma (masalan, ikkinchi tartibli, 5λ/4 bo'shliqli) qalin organik qatlam asosida ham mumkinligini ta'kidlash joiz. Biroq, ushbu ishda birinchi tartibli bo'shliqli dizayn birinchi navbatda tanlangan, chunki u yuqori tartibli dizaynga qaraganda kuchliroq Purcell effekti va kamroq to'lqinli rejimlar natijasida yuqori nur chiqish samaradorligi va EQEga olib keladi , . Birinchi tartibli bo'shliqli dizayn uchun muammolar hali ham mavjud, chunki emissiya zonasining ideal joylashuvi katoddan birinchi antinod bilan cheklangan, bu emitterdan katodgacha bo'lgan masofani uzaytirish orqali SPP rejimlarini kamaytirishni qiyinlashtiradi , . SPPni kamaytirish uchun odatda ishlatiladigan muqobil usul ichki to'lqinli tuzilmalar yoki girilarni o'z ichiga olishdir , ammo bunday yondashuvlar elektr qisqa tutashuviga chidamlilikni ko'pincha buzishi mumkin. Biz bu yerda qo'llaydigan usul past indeksli qatlamni o'z ichiga olishdir, bu SPP rejimlarini samarali kamaytirishi ko'rsatilgan , . Yaxshiyamki, GraHIL yoki PEDOT: PSS va tetra-ftorli etilen-perftor-3, 6-dioks-4-metil-7-oktensulfonat kopolimeri (PFI) dan tashkil topgan o'z-o'zidan tashkil topgan gradient teshik in'ektsiya qatlami, avvalroq mualliflar tomonidan taklif qilingan va grafen asosidagi OLEDlarda teshik in'ektsiyasini yaxshilashda juda samarali ekanligi ko'rsatilgan , taxminan 1,42 indeksiga ega λ 550 nm da ( ), bu tipik organik qatlamlarning indeksidan (n=1,8) ancha past. Shuning uchun, yuqori va past indeksli qatlamlarni sinergik o'zaro ta'siri orqali, ular grafen qatlamlarini qatlamlaydi, bo'shliqli rezonans effektini kuchaytirish va SPP rejimlarini kamaytirish bir vaqtda amalga oshirilishi mumkin, shuning uchun nur chiqish tuzilmalari bo'lmaganda ham EQE sezilarli darajada oshishi mumkin. 24 25 25 26 27 28 29 13 Qo'shimcha rasmi 3 2a,b-rasmlar Furno va boshqalar tomonidan tasvirlangan ilg'or klassik elektromagnit nazariyasiga asoslangan optik simulyatsiya natijalarini taqdim etadi  butun ko'rinadigan spektral diapazonda va λ 550 nm da. Formalizm Purcell omili, dipolning yo'nalish effekti va SPP va to'lqinli rejimlariga qo'zg'alishni hisobga oladi. Ushbu barcha omillarni keng qamrovli kiritish aniq tahlil va miqdoriy dizayn uchun juda muhimdir, chunki bir yoki bir nechta effektlarni hisobga olmaydigan soddalashtirilgan yondashuvdan foydalanganda past yoki haddan tashqari baholash yuzaga kelishi mumkin (qo'shimcha rasmlarga qarang. 4; Qo'shimcha jadval 1 va Qo'shimcha eslatma 1 misollar uchun) ;  va  ). Natijalar shuni ko'rsatadiki, GraHILdan foydalanish turli rejimlar orasidagi nisbiy quvvat tarkibini kichikroq tekislikdagi to'lqin vektorlariga qarab qayta taqsimlaydi, shuning uchun SPP rejimlariga o'tadigan quvvat kamayadi va chiqarilayotgan qismlar yanada kuchayadi ( ). Shuningdek, Qo'shimcha jadval 2da ko'rish mumkin bo'lganidek, TiO2 qatlamidan foydalanish grafen ostida to'lqinli va substrat rejimlariga o'tadigan quvvat miqdorini rezonans orqali kuchaytirish orqali samarali ravishda bostiradi. Bu nur chiqish samaradorligining sezilarli o'sishiga olib keladi, garchi sirt plazmonlari va to'lqinli rejimlariga yo'qotish ham ko'payishi ko'rsatilgan, chunki transversal-elektr to'lqinli rejimlar yuqoriroq normalizatsiya qilingan tekislikdagi to'lqin vektorlariga siljishi sababli ( ). Yuqori indeksli (H) TiO2 va past indeksli (L) GraHIL qatlamlarining birlashgan foydalanishi natijasida ideal holat yuzaga keladi, bu yerda rezonans kuchayishi katta, ammo SPP/evanescent rejimlariga yo'qotish kamayadi. Bundan tashqari, birlashgan foydalanish HL-qoplamalariga o'xshash holatni yaratadi, odatda ko'p qatlamli yupqa plyonkali qoplama uchun ishlatiladi , va Rbotni yanada kuchaytiradi ( ), bu esa Fabry–Perot rezonans effektining qo'shimcha kuchayishiga imkon beradi. Taklif qilingan texnologiyani an'anaviy texnologiyalarga nisbatan noyob va ilg'or qiladigan narsa, aynan shu yuqori va past indeksli qatlamlarning sinergik hamkorligidir, bu esa maksimal nur chiqishiga foyda keltirish uchun rezonans effekti va SPP yo'qotishini boshqarish imkonini beradi; va HL qoplama orqali qo'shimcha rezonans kuchayishi. Joriy elektr xossalariga (masalan, samarali teshik in'ektsiyasi) mos kelishi bilan bir qatorda, ushbu optik afzalliklarning barchasi tekis OLEDlarning haqiqatan ham taklif qila oladigan yashirin potentsialini to'liq ochib berishga imkon beradi. Optimal optik mavjud bo'lgan maksimal EQE (ηEQE (max)) uchun olingan kontur grafiklari organik (dorg) va TiO2 qalinligining (dTIO2) funksiyasi sifatida 1c,d-rasmlarda keltirilgan  ko'rsatadiki, GraHIL va TiO2 qatlamlari mavjud qurilmalarda ηEQE (max) 44% ga etishi mumkin, bu GraHILsiz 38% ga yoki TiO2siz 31% ga cheklangan bo'ladi. Optimal shartlar dH (H TiO2 bo'lgan holda) λ/(4nH) ga (λ=550 nm uchun 55 nm) yaqinlashgan vaziyatga to'g'ri keladi. Shuningdek, ta'kidlash joizki, ηEQE (max) 44% bir xil emitterga ega bo'lgan optimallashtirilgan, an'anaviy yupqa metall asosidagi bo'shliqli OLEDlar uchun kutilganidan yuqori. Buni taklif qilingan arxitektura yarim shaffof elektrodlar ichidagi yoritgichning yutilishi va/yoki SPP rejimiga qo'zg'alish tufayli yo'qotishlarga kamroq moyil ekanligi bilan bog'lash mumkin (an'anaviy yupqa metall asosidagi bo'shliqli OLEDlarning ko'rsatkichlari bilan solishtirish uchun   va   ga qarang). 19 Supplementary Fig. 4 Supplementary Table 1 Supplementary Note 1 Qo'shimcha rasmi 5a Qo'shimcha rasmi 5b 30 1-rasm d Fig. 1c,d Qo'shimcha rasmi 6 Qo'shimcha jadval 3   ( , ) Hisoblangan quvvat tarqalish spektrlari emitter spektrining vaznini o'z ichiga olgan holda, o'zgaruvchan birliklarda (rangli paneldagi rang sifatida xaritalangan) tekislikdagi to'lqin vektori bo'yicha: ( ) TiO2 bilan, lekin GraHILsiz; ( ) ham TiO2, ham GraHIL bilan. Qora nuqtali chiziqlar chiqarilgan, substratga o'ralgan (subs), to'lqinli (wg) va evanescent rejimlar kabi vakillik optik rejimlarini ajratuvchi chegaraviy chiziqlarni ko'rsatadi. ( ) λ=550 nm da turli elektrod tuzilmalari uchun hisoblangan quvvat tarqalishi va normalizatsiya qilingan tekislikdagi to'lqin vektori. TiO2 bo'lgan qurilmalar uchun dTiO2 55 nm ga o'rnatilgan va dorg har bir holat uchun optimal shartlar uchun tanlangan. TiO2siz bo'lgan qurilmalar uchun dorg ularning hamkasblarining har bir qurilmasidagi bilan bir xil qiymatga o'rnatilgan. a b a b c Tayyorlangan grafen asosidagi OLEDlarning qurilma ishlashi Yuqoridagi simulyatsiya natijalaridan ilhomlanib, biz bis(2-(2-piridinil-N)fenil-C)(asetilasetonato) iridiy(III) (Ir(ppy)2acac) fosforetsent emitterlariga asoslangan yashil OLEDlarni shisha/anod/(HIL)/OS1/LiF/Al konfiguratsiyasida, turli anod/(HIL) tuzilmalari: TiO2/grafen/GraHIL; grafen/GraHIL; va ITO (185 nm)/GraHIL, bu yerda OS1 usullar bo'limida aniqlangan organik ko'p qatlamli majmuani bildiradi. 3-rasmda taqdim etilgan eksperimental natijalar shuni ko'rsatadiki, TiO2/grafen/GraHIL asosidagi qurilma uchun olingan maksimal EQE, quvvat samaradorligi va oqim samaradorligi mos ravishda 40,8%, 160,3 lm V−1 va 168,4 cd A−1 ni tashkil qiladi, shu bilan birga bu qiymatlar grafen/GraHIL asosidagi qurilma uchun 31,7%, 112,6 lm V−1 va 119,0 cd A−1 ga, va ITO/GraHIL asosidagi qurilma uchun 27,4%, 104,3 lm V−1 va 106,2 cd A−1 ga cheklangan. TiO2/grafen/GraHIL asosidagi qurilmada kuzatilgan yuqori EQE ham TiO2, ham GraHIL qatlamlarining sinergik rolini tasdiqlaydi va simulyatsiya natijalariga mos keladi. Yarim shar linzasini substratning orqa tomoniga optik ulash orqali, TiO2/grafen/GraHIL asosidagi qurilma mos ravishda 64,7%, 250,4 lm V−1 va 257,0 cd A−1 EQE, quvvat samaradorligi va oqim samaradorligini ko'rsatadi, bu taklif qilingan grafen asosidagi OLEDlarning istiqbolli potentsialini yanada ko'rsatadi. Keyin biz taklif qilingan sxemani

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

Ushbu audio hikoyaning asl tilida yaratilgan!

Olimlar grafen va titanium dioksid yordamida ultra-samarali moslashuvchan ekran displeylarini ochdilar

About Author

IZOHLAR

TEGI QILISH

USHBU MAQOLA TAQDIM ETILGAN

Related Stories

Meet UzairaAdvisory, Startups of The Year 2024 Nominee

Meet Uzi World Digital, Winner of Startups of the year 2024 in Kolkata, West Bengal, India

Meet UzairaAdvisory, Winner of Startups of The Year 2024 in Business

Meet UzairaAdvisory, Startups of The Year 2024 Nominee

Meet Uzi World Digital, Winner of Startups of the year 2024 in Kolkata, West Bengal, India

Meet UzairaAdvisory, Winner of Startups of The Year 2024 in Business

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps