```html
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Mualliflar: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Jaeho Li Tae-Hee Xan 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 Grafenga asoslangan organik yorug'lik chiqaradigan diyotlar (OLEDlar) yaqinda kelajak avlod displeylari va yoritgichlar uchun muhim element sifatida paydo bo'ldi, asosan ular yuqori moslashuvchan yorug'lik manbalari uchun katta imkoniyatlar yaratadi. Biroq, ularning samaradorligi eng yaxshi holatda, an'anaviy, indiy qalay oksidi asosidagi analoglariga teng bo'lgan. Biz bu yerda yuqori indeksli TiO2 qatlamlari va past indeksli teshik kirituvchi qatlamlarning sinergistik o'zaro ta'siriga asoslangan ideal elektrod tuzilmasini taklif etamiz, bu esa bo'shliq rezonansi orqali kuchaytirish maksimal darajada oshirilgan, ammo sirt plazmon polaritoniga yo'qotishlar kamaygan ideal vaziyatga olib keladi. Taklif etilgan yondashuv OLEDlarni 40,8 va 62,1% tashqi kvant samaradorligini ko'rsatadi (yarim sharli linza bilan mos ravishda 64,7 va 103%) bir va ko'p birikma qurilmalari uchun. TiO2 qatlamlari yoriqlar bilan mustahkamlash orqali 4% gacha bo'lgan bukrilish kuchlanishiga bardosh berganligi sababli, ushbu elektrodlar bilan plastmassalarda tayyorlangan OLEDlar 2,3 mm radiusda takrorlanadigan tarzda egiluvchan bo'ladi. Kirish Moslashuvchanlik va cho'ziluvchanlik kabi shakl faktorining afzalliklari organik yorug'lik chiqaradigan diyotlarga (OLED) kiyiladigan, rolikli yoki buklanadigan displeylar kabi yangi qurilmalarda katta e'tibor qaratdi, bu esa harakatchanlik, deformatsiyalanuvchanlik va/yoki kengayishni talab qiladi , . Bunday potentsialni to'liq amalga oshirish, ammo, murakkab va past haroratli yupqa plyonkali tranzistor texnologiyalari va/yoki moslashuvchan inkapsulyatsiyani ishlab chiqish kabi turli jihatlarda sezilarli sa'y-harakatlarni talab qiladi . Yuqori moslashuvchan displeylar uchun yana bir muhim jihat - bu odatda cheklangan moslashuvchanlik va yuqori talab va/yoki beqaror ta'minot bilan bog'liq potentsial xarajat muammolaridan aziyat chekadigan indiy qalay oksidi (ITO) elektrodlarini almashtirishga qodir shaffof elektrodlarni (TE) topishdir . Shu nuqtai nazardan, metall nanodarachalari, uglerod asosidagi materiallar (masalan, uglerod nanotubalari yoki grafen) va boshqa TE turlari bilan birlashtirilgan metall panjaralari kabi bir qancha moslashuvchan shaffof elektrodlar OLEDlar uchun taklif qilingan , , , , , . Ularning orasida, grafen — sp2-gibridlashgan uglerod atomlarining atom darajasida yupqa qatlami — noyob yupqaligi va yuqori elektr xususiyatlarining kombinatsiyasi tufayli istiqbolli deb hisoblanadi, chunki u past yoki umuman optik xiralik, pürüzlülükdan kelib chiqqan elektr qisqa tutashuvi va degradatsiyani oldini oladigan silliq sirt topologiyasi, yuqori o'tkazuvchanlik, past qatlam qarshiligi va yuqori darajada moslashuvchanlikka ega ideal shaffof elektrodlarni ta'minlaydi degan umid bor , . Yaqinda sanoat sektorlari tomonidan ommaviy ishlab chiqarishga mos usullar bilan shaffof elektrodlar uchun katta miqyosdagi plastmassali substratlarda yuqori sifatli grafenni oson tayyorlash namoyish etildi, bu ularning amaliy yaroqliligini ko'rsatadi , . Bir qatlamli grafen (SLG) va ko'p qatlamli grafen (MLG) ham OLEDlarda TE uchun etarli bo'lgan samaradorlikni ko'rsatdi , . Xususan, samarali grafenga asoslangan OLEDlar ularning nisbatan past ish funksiyasini (taxminan 4,5 eV) engish uchun ishlatiladigan teshik kirituvchi qatlamlar (HILlar) yordamida erishildi. Bunday kiritish qatlamlariga gradient elektron xususiyatlariga ega bo'lgan o'z-o'zidan tashkil topgan gradient HIL (GraHIL) deb ataladigan o'tkazuvchan polimerlar kiradi , va poli(3,4-etilendioksitiofen): polistirol sulfonat (PEDOT:PSS) o'tkazuvchan polimerlari bilan birlashtirilgan yupqa MoO3 tampon qatlamlari . Shunga qaramay, ushbu eng zamonaviy grafenga asoslangan OLEDlarning quvvat samaradorligi va tashqi kvant samaradorligi (EQE) hali ham ITO asosidagi OLEDlar bilan teng edi, agar tashqi chiqishni kuchaytirish uchun katta yarim sharsimon linza ishlatilmagan bo'lsa . Eng yuqori samaradorlikni ta'minlash, ayniqsa, ko'p ishlatiladigan portativ yoki kiyiladigan ilovalar uchun moslashuvchan displeylar uchun muhimdir, chunki ular hajmi, og'irligi yoki shakl faktorining cheklovlari tufayli tez-tez batareyalar bilan cheklangan energiya sig'imiga tayanadi. Bu grafenga asoslangan OLEDlarning samaradorligini maksimal darajada oshiradigan qurilma arxitekturasini ishlab chiqishni talab qiladi. Asosiy muammo shundaki, ularning to'liq optik potentsialini ochib beradigan, shu bilan birga grafenning shakl omillari bo'yicha 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 grafen elektrodlarini joylashtirilgan oddiy elektrod arxitekturasini o'rganamiz. Yuqori va past indeksli qatlamlar o'rtasidagi sinergistik hamkorlikdan to'liq foydalanadigan optik dizayn bilan, bu esa bo'shliq rezonansining kuchaytirilishini va sirt plazmon polaritoni (SPP) ga yo'qotishlarni kamaytiradi, taklif etilgan grafenga asoslangan OLEDlar ilgari grafendan shaffof elektrod sifatida foydalanadiganlarda kuzatilmagan ultra yuqori EQEni ko'rsatadi. Bundan tashqari, TiO2 ning moslashuvchan kuchlanishga g'ayrioddiy yuqori qarshiligi aniqlangan bo'lib, u plastmassali OLEDlarni emas, balki samarali, balki juda moslashuvchan ham bo'lishiga imkon beradi. Natijalar Yuqori samarali grafenga asoslangan OLEDlarning optik dizayni OLEDlarning samaradorligi nihoyatda cheklangan, odatda qurilmalar uchun eng yaxshi holatda 20% atrofida bo'lgan chiqish samaradorligi bilan chegaralanadi. Bugungi kungacha taklif qilingan turli xil chiqishni kuchaytirish usullaridan  , mikrobo'shliq rezonansiga asoslangan usul afzalliklarga ega, chunki u mikro/nano tuzilmalarsiz yoki lentikulyar tuzilmalarsiz tekis geometriyani saqlab qoladi, shuning uchun undan tayyorlangan OLEDlar elektr qisqa tutashuvi va displey ilovasi uchun noqulay bo'lgan optik artefaktlardan (masalan, xiralik, difraksiya va boshqalar) aziyat chekmaydi, lekin shu bilan birga yuqori toza, to'yingan qizil (R), yashil (G), ko'k (B) asosiy ranglarni kuchaytirilgan samaradorlik bilan ko'rsatishi mumkin  , . Yengil, lekin hali ham sezilarli mikrobo'shliq effektiga ega bo'lgan ITO asosidagi OLEDlar ham optik xiralik yoki xiralikni keltirib chiqarmasdan, faqat ITO qatlamlarining qalinligini sozlash orqali maksimal samaradorlik uchun optimallashtirilishi mumkin; bu sxemada, birinchi tartibli, 3λ/4 bo'shlig'i dizayni, bu yerda λ to'lqin uzunligini bildiradi, bo'shliq rejimining ochiq uchi ITO/substrat interfeysida joylashgan  , . ITOsiz, grafenga asoslangan OLEDlar holatida, ammo, grafen elektrodlari bo'shliq uzunligini nazorat qilish uchun etarlicha qalin bo'lishi mumkin emas, bu rezonans effektidan samaradorlikni oshirishni qiyinlashtiradi  . 15 16 17 18 19 20 Muqobil chorasi sifatida, grafen qatlamlarining ostiga yuqori sinishi indeksiga ega (nH) yupqa qatlamni joylashtirish mumkin  , bu dielektrik qoplamali yupqa metall elektrodlarga o'xshash  , , , . Grafen elektrodining tabiiy yupqaligi tufayli yorug'lik kam faza farqi bilan o'tishi mumkinligi sababli, 3λ/4 bo'shlig'i dizayni qulay tarzda erishilishi mumkin, masalan, organik va kiritish qatlamlarining optik qalinligi va yuqori sinishi indeksli qatlam mos ravishda taxminan 2λ/4 va λ/4 ga teng bo'lishi bilan ( ). Xususan, ‘λ/4-qalin’ yuqori indeksli qatlam metall bo'lmagan, dielektrik oynaning roli ham o'ynaydi, bu esa organik qatlamlardan tushgan yorug'lik uchun pastki elektrod majmuasining (Rbot) sezilarli aksini ta'minlaydi, bu   pastki qismidagi grafiklarda tasdiqlanishi mumkin (c,d). Bu grafenga asoslangan OLEDlarga rezonans effektidan samaradorlikni oshirish imkoniyatlarini beradi, bu boshqa yo'l bilan mumkin emas edi. Rbot va hamrohlik rezonansining kuchayishi nH bilan ortadi ( ). Yuqori sinishi indeksi moslashuvchanlik nuqtai nazaridan ham foydalidir, chunki maqsadli optik qalinlik (nHdH) past fizik qalinlik dH bilan erishilishi mumkin va egilishdan kelib chiqqan filmning yorilishi odatda katta fizik qalinlik bilan kichikroq boshlang'ich kuchlanishda hosil bo'ladi  . Shu sxemada muvaffaqiyatli yuqori indeksli qatlam iloji boricha katta nH ga ega bo'lishi kerak. Bundan tashqari, u shaffof bo'lishi kerak va eng muhimi, grafenni o'tkazish jarayonidan shikastlanmasligi kerak. Bir qancha nomzodlar orasida, sepilgan TiO2 qatlami ko'rinadigan spektral diapazonda shaffof va nisbatan yuqori sinishi indeksiga (n=2,5) ega. Sinab ko'rgan boshqa yuqori indeksli qatlamlardan farqli o'laroq, TiO2 qatlami atseton yoki izopropil spirti (IPA) kabi erituvchilardan foydalanadigan grafenni o'tkazish jarayonlariga kimyoviy chidamliligini ko'rsatadi, bu esa uning ustida yuqori sifatli grafen elektrodining shakllanishiga imkon beradi ( ). 1-rasmda 17 20 21 22 1-rasm, b 1-rasmning Qo'shimcha rasm 1 23 Qo'shimcha rasm 2   ( ) Taklif etilgan OLEDlarning sxematik qurilma tuzilishi. ( ) Tadqiq qilinayotgan OLEDlarning ularning mos keluvchi birinchi tartibli bo'shliq dizayni uchun elektromagnit maydon intensivligi taqsimoti (nuqtali chiziqlar). TiO2 bo'lmagan grafenga asoslangan OLEDning maydon intensivligi taqsimoti ham solishtirish uchun ko'rsatilgan, bu yerda organik qatlamlarning qalinligi TiO2 bo'lgan OLEDlar bilan bir xil, lekin past indeksli HILlar yo'q. ( , ) TiO2 ostki qatlami bilan grafenga asoslangan OLEDlarning hisoblangan maksimal tashqi kvant samaradorligi (ηEQE) TiO2 va organik qatlam qalinligi (dTiO2 va dorg, mos ravishda) funksiyasi sifatida. Nuqtali chiziqlar 10, 20, 30 yoki 40% ηEQE uchun kontur chiziqlarini bildiradi, bu grafikda ko'rsatilgan. ( ) Past indeksli HILsiz; ( ) GraHILni past indeksli HIL sifatida ishlatgan holda. Har bir holatning pastki qismida, TiO2/grafen/(HIL) dan iborat pastki elektrod majmuasining aks etishi (Rbot) organik qatlamlardan tushgan yorug'lik uchun dTiO2 funksiyasi sifatida keltirilgan. a b c d c d Yuqori tartibli mikrobo'shliq tuzilmasi (masalan, ikkinchi tartibli, 5λ/4 bo'shlig'i) qalin organik to'plamga asoslangan bo'lishi mumkinligini ta'kidlash joiz. Biroq, bu ishda birinchi tartibli bo'shliq dizayni birinchi bo'lib tanlangan, chunki u yuqori tartibli dizaynga qaraganda kuchliroq Purcell effektini va kamroq to'lqinli rejimlarini beradi, natijada chiqish samaradorligi va EQE yuqori bo'ladi , . Birinchi tartibli bo'shliq dizayni uchun hali ham qiyinchiliklar mavjud, chunki emissiya zonasining ideal joylashuvi metall/organik interfeysdan birinchi antinodda cheklangan, bu esa emitentdan metalgacha bo'lgan masofani uzaytirish orqali SPP rejimlarini kamaytirishni qiyinlashtiradi  , . SPPni kamaytirish uchun odatda ishlatiladigan muqobil usul ichki to'lqinli tuzilmalar yoki korrugatsiyalarni o'z ichiga oladi  , ammo elektr qisqa tutashuvlarga chidamlilik ko'pincha bunday yondashuvlar tomonidan buzilishi mumkin. Biz bu yerda qo'llaydigan usul past sinishi indeksiga ega qatlamni o'z ichiga oladi, bu SPP rejimlarini samarali ravishda kamaytirishi ko'rsatilgan  , . Yaxshiyamki, GraHIL yoki PEDOT:PSS va tetra-ftor Etilen-perftor-3, 6-dioksa-4-metil-7-okten sulfon kislotasi sopolimeri (PFI) dan tashkil topgan o'z-o'zidan tashkil topgan gradient teshik kiritish qatlami, avvalgi mualliflar tomonidan taklif qilingan va grafenga asoslangan OLEDlarda teshik kiritishni yaxshilashda juda samarali bo'lganligi ko'rsatilgan  , 550 nm λ da taxminan 1.42 indeksiga ega ( ), bu tipik organik qatlamlar (n=1.8) indeksidan ancha past. Yuqori va past indeksli qatlamlarni grafen qatlamlari bilan joylashtirishning sinergistik o'zaro ta'siri bilan, bo'shliqni rezonans effektining kuchaytirilishi va SPP rejimlarining kamayishi bir vaqtning o'zida amalga oshirilishi mumkin, shuning uchun chiqishni kuchaytirish tuzilmalari bo'lmagan holda ham EQE sezilarli darajada oshirilishi mumkin. 24 25 25 26 27 28 29 13 Qo'shimcha rasm 3  Furno va boshqalar tomonidan umumlashtirilgan ilg'or klassik elektromagnit nazariyasiga asoslangan optik simulyatsiya natijalarini taqdim etadi.   butun ko'rinadigan spektral diapazon bo'ylab va 550 nm λ da. Formalizm Purcell faktori, dipol orientatsiyasi effekti va SPP hamda to'lqinli rejimlarining qo'zg'alishini hisobga oladi. Ushbu barcha omillarni har tomonlama kiritish aniq tahlil va miqdoriy dizayn uchun muhimdir, chunki bitta yoki bir nechta effektlarni hisobga olmaydigan soddalashtirilgan yondashuvni ishlatganda past baholash yoki haddan tashqari baholash yuzaga kelishi mumkin (qarang  ;   va   misollar uchun). Natijalar shuni ko'rsatadiki, GraHILdan foydalanish SPP rejimlariga yo'naltirilgan quvvatni kamaytiradi va tashqi chiqqan qismlarni yanada kuchaytiradi, shu bilan turli rejimlar orasidagi nisbiy quvvat tarkibini qayta taqsimlaydi ( ). Shuningdek,   da ko'rish mumkinki, grafen ostidagi TiO2 qatlamidan foydalanish to'lqinli va substrat rejimlariga yo'naltirilgan quvvat miqdorini rezonans kuchaytirish orqali samarali ravishda bostiradi. Bu chiqish samaradorligining sezilarli o'sishiga olib keladi, garchi SPP yo'qotishlari ham ko'payishi ko'rsatilgan bo'lsa-da, chunki ko'ndalang-elektr to'lqinli rejimlar yuqori normalizatsiyalangan tekislikdagi to'lqin vektorlariga siljiganligi sababli ( ). Yuqori indeksli (H) TiO2 va past indeksli (L) GraHIL qatlamlarining birgalikda ishlatilishi, rezonans kuchaytirilgan, ammo SPP/yashirin rejimlariga yo'qotish kamaygan ideal vaziyatga olib keladi. Bundan tashqari, birgalikda ishlatish ko'p qatlamli yupqa plyonkali qoplama uchun odatda ishlatiladigan HL-to'plamlariga o'xshash vaziyatni yaratadi  , va hatto Rbot ni yanada kuchaytiradi ( ), Fabry–Perot rezonans effektining qo'shimcha kuchaytirilishiga imkon beradi. Taklif etilgan texnologiyani an'anaviy texnologiyalarga nisbatan noyob va ilg'or qiladigan narsa aynan ushbu yuqori va past indeksli qatlamlarning sinergistik hamkorligidir, bu esa maksimal chiqishdan foyda olish uchun rezonans effektini va SPP yo'qotilishini boshqarishga imkon beradi; va HL stacking orqali qo'shimcha rezonans kuchaytirish. Istalgan elektr xususiyatlariga (masalan, samarali teshik kiritish) mos kelishi bilan bir qatorda, ushbu optik afzalliklarning barchasi tekis OLEDlarning haqiqatan ham taqdim eta oladigan yashirin potentsialini to'liq ochishga imkon beradi. Optik jihatdan mavjud bo'lgan maksimal EQE (ηEQE (max)) uchun olingan kontur grafiklari organik (dorg) va TiO2 qalinligi (dTiO2) funksiyasi sifatida   (c,d) ko'rsatilgan bo'lib, GraHIL va TiO2 qatlamlariga ega qurilmalarda ηEQE (max) 44% ga yetishi mumkinligini ko'rsatadi, bu esa GraHILsiz 38% yoki TiO2siz 31% ga cheklangan bo'ladi. Optimal shartlar dH (H - TiO2 bo'lgan) λ/(4nH) ga yaqinlashgan vaziyatga to'g'ri keladi (λ=550 nm uchun 55 nm). Shuningdek, ηEQE (max) 44% aynan shu emitent bilan optimallashtirilgan, an'anaviy yupqa metall asosidagi bo'shliqli OLEDlar uchun kutilganidan yuqori ekanligi qayd etilgan. Bu taklif etilgan arxitekturaning yarim shaffof elektrodlar ichidagi foton yutilishi va/yoki SPP rejimining qo'zg'alishidan kelib chiqqan yo'qotishlarga kamroq sezgir ekanligi bilan bog'liq (an'anaviy yupqa metall asosidagi bo'shliqli OLEDlar bilan solishtirish uchun   va   qarang). 2-rasm, a, b 19 Qo'shimcha rasm 4 Qo'shimcha jadval 1 Qo'shimcha eslatma 1 Qo'shimcha rasm 5a Qo'shimcha jadval 2 Qo'shimcha rasm 5b 30 1-rasm, d 1-rasmda Qo'shimcha rasm 6 Qo'shimcha jadval 3   ( , ) Tekislikdagi to'lqin vektori bo'yicha, emitent spektrida og'irlikdagi quvvatni tarqatish spektrlarining hisoblangan grafiklari, ixtiyoriy birliklarda (rangli paneldagi rang sifatida belgilangan) : ( ) TiO2 bilan, lekin GraHILsiz; ( ) TiO2 va GraHIL ikkalasi bilan. Qora nuqtali chiziqlar tashqi chiqqan, substratga qamalgan (subs), to'lqinli (wg) va yashirin rejimlar kabi vakillik optik rejimlarni ajratuvchi chegaraviy chiziqlarni bildiradi. ( ) Tekislikdagi to'lqin vektori bo'yicha quvvatning hisoblangan tarqalishi, λ=550 nm da, tadqiq qilinayotgan turli elektrod tuzilmalari uchun. TiO2 bilan qurilmalar uchun dTiO2 55 nm ga o'rnatildi va har bir holatda optimal shartlar uchun dorg tanlandi. TiO2siz qurilmalar uchun dorg TiO2 bo'lgan mos keladigan qurilmalar bilan bir xil qiymatga o'rnatildi. a b a b c Tayyorlangan grafenga asoslangan OLEDlarning qurilma samaradorligi Yuqoridagi simulyatsiya natijalaridan ilhomlanib, biz fosforesans emitentlar bis(2-(2-piridinil-N)fenil-C)(atsetilasetonato) iridiy (III) (Ir(ppy)2acac) dan foydalangan holda yashil OLEDlarni shisha/anod/(HIL)/OS1/LiF/Al konfiguratsiyasida turli anod/(HIL) tuzilmalari bilan tayyorladik: TiO2/grafen/GraHIL; grafen/GraHIL; va ITO (185 nm)/GraHIL, bu yerda OS1 usullar qismida aniqlangan organik ko'p qatlamli to'plamni bildiradi.   keltirilgan 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 Vt−1 va 168,4 kd A−1 ga teng, shu bilan birga bu qiymatlar grafen/GraHIL asosidagi qurilma uchun 31,7%, 112,6 lm Vt−1 va 119,0 kd A−1 ga, va ITO/GraHIL asosidagi qurilma uchun 27,4%, 104,3 lm Vt−1 va 106,2 kd A−1 ga cheklangan. TiO2/grafen/GraHIL asosidagi qurilmada kuzatilgan yuqori EQE ham TiO2 ham GraHIL qatlamlarining sinergistik rolini tasdiqlaydi va simulyatsiya natijalariga mos keladi. Yarim sharli linza substratning orqa tomoniga optik tarzda ulangan holda, TiO2/grafen/GraHIL asosidagi qurilma mos ravishda 64,7%, 250,4 lm Vt−1 va 257,0 kd A−1 EQE, quvvat samaradorligi va 3-rasmda

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 dioksidi yordamida ultra samarali moslashuvchan ekran displeylarini yaratishdi

About Author

IZOHLAR

TEGI QILISH

USHBU MAQOLA TAQDIM ETILGAN

Related Stories

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

Meet UzairaAdvisory, Startups of The Year 2024 Nominee

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

Light-Mode

Classic

Newspaper

Minty

Dark-Mode

Neon Noir

Minty

HN StartUps