Organic Light Emitting Diode
OLED
Diod phát quang hữu cơ
Cơ Chế dẫn điện của bán dẫn hữu cơ
•
HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) mức của
điện tử ở quỹ đạo điền đầy cao nhất
•
LUMO (the Lowest Unoccupied Molecular Orbital).:các
mức năng lượng của điện tử ở quỹ đạo phân tử chưa
điền đầy thấp nhất
•
sự tách biệt năng lượng giửa 2 mức HOMO và LUMO
đóng vai trò tương tự như vùng dẫn và vùng hóa trị
trong các bán dẫn vô cơ.
LUMO
HOMO
Cơ chế dẫn điện của bán dẫn hữu cơ
•
Khi các hạt tải electron và lỗ trống được phun vào
các chuỗi hữu cơ polymer gây ra những sai hỏng
hình thành các cặp electron-phonon, lỗ trống-phonon
gọi là polaron.
•
Polaron âm tạo nên mức năng lượng thấp hơn mức
LUMO và ngược lại polaron dương có mức năng
lượng cao hơn mức HOMO
•
Lượng pha tạp càng tăng điện tử chuyển từ vùng hóa
trị lên vùng dẫn được dễ dàng hơn.
Cơ chế dẫn điện của bán dẫn hữu cơ

•
Cơ chế dẫn của các polymer “kết hợp” dựa trên cơ sở
của các sai hỏng tích điện trong khung sườn kết hợp.
•
Các hạt tải điện dương hay âm được xem như là sản
phẩm của quá trình oxy hóa hay khử polymer tương
ứng
•
Các điện tử di chuyển bằng các bước nhảy (hoping)
giửa các vị trí trên các chuỗi khác nhau.
Polymer dẫn thuần có độ dẫn rất thấp.
polymer pha tạp có độ dẫn tăng lên rất nhiều lần,
Cơ chế dẫn điện của bán dẫn hữu cơ
Quá trình truyền điện tử gồm có:
•
Truyền dẫn điện tử nội phân tử polymer (Intramobility)
•
Truyền dẫn điện tử giửa các phân tử (Intermobility)
•
Truyền dẫn điện tử giửa các sợi của vật liệu pollymer (inter-fiber mobility of a charge carrier)
1. Truyền dẫn điện tử nội phân tử polymer
2.
Truyền dẫn điện tử giửa các phân tử
3.
Truyển dẫn điện tử giửa các sợi của vật liệu
pollymer
Các tính chất của polymer dẫn điện
Ưu điểm
•
Dễ chế tạo và giá thành sản xuất thấp

•
Chế tạo được các linh kiện hay thiết bị có diện tích lớn
•
có thể uốn dẻo, đàn hồi tốt, khả năng tạo ra nhiều màu sắc cao và trung thực,
•
dễ dàng kết hợp với các chất hóa học khác để tạo thành các hợp chất mới
Nhược điểm
•
Dễ bị oxy hóa và ảnh hưởng của môi trường làm thay đổi tích chất của vật liệu
•
Khó kiểm soát được độ dày trong quá trình chế tạo.
•
Độ dẫn điện vẫn còn thấp
Nhược điểm :
Khó khăn trong việc chọn vật liệu cho lớp phát quang.
Cấu trúc
•
Lớp phát quang bằng vật liệu hữu cơ đặt giữa các điện cực.
•
Điện cực Anốt có tác dụng cung cấp hạt tải lỗ trống.
•
Điện cực cathode đóng vai trò là nguồn cung cấp điện tử.
Cơ chế :
Khi áp điện trường, electron và lỗ trống từ các điện cực được phun vào lớp vật liệu hữu cơ, hình thành exciton khi tái hợp phát xạ
Anốt
Cathode
Structure – Monolayer OLED
Cấu trúc đa lớp
Structure – Mullayer OLED
Anode EML

HIL
EIL
Cathode
Chân không
LUMO
HOMO
HIL (Hole Injecon Layer) và EIL (Electron Injecon Layer) là các lớp hữu cơ có tác dụng tăng
cường quá trình phun hạt tải từ các điện cực,
HTL (Hole Transort Layer) và ETL (Electron Transport Layer) là các lớp vật liệu có chức năng
tăng cường sự truyền điện tử và lỗ trống.
Anode EML
HIL
EIL
Cathode
Chân không
LUMO
HOMO
Structure – Mullayer OLED
Anode
Độ dẫn điện cao
Công thoát cao tăng cường quá trình phun lỗ trống (> 4,1eV)
Có độ ổn định cao (cơ, nhiệt, hóa …)
Độ trong suốt cao tăng hiệu năng phát quang
ITO (4,5-4,8eV), AZO, Au(4,9eV), Au(4,2eV) …
•
bốc bay
•
phún xạ
•
CVD

Anode
EML
HIL
EIL
Cathode
Chân không
LUMO
HOMO
Structure – Mullayer OLED
HIL/HTL (Hole injec1on layer/Hole Transmission Layer)
HIL
Kiểm soát, tăng cường truyền lỗ trống
Độ linh động lỗ trống cao
NL ion hóa và NL mức LUMO phù hợp với vật liệu làm anode
VL Phân tử nhỏ :
Copper phthalocyanine (CuPc)
Perylenetettracarboxylic-dianitride (PTCDA) …
VL Polymer :
poly-3,4-ethylenedioxythiophene
(PEDOT) / pha tạp Polystyrene
Sulfonate (PEDOT-PPS)
Anode
LM
HM
HIL HTL
Anode EML
HIL
EIL
Cathode
Chân không

LUMO
HOMO
Structure – Mullayer OLED
HIL/HTL (Hole injec1on layer/Hole Transmission Layer)
HTL
Truyền lỗ trống vào vùng phát quang
Lớp khóa electron
Năng lượng ion hóa thấp, độ linh động lỗ trống cao
VL Phân tử nhỏ : gốc amin nhân thơm
Diphenin Diamin (TDP), Polyvinyl
Carbozole (PVK)
VL Polymer :
Poly Paraphenylene Vinylene
(PPV)
Anode
LM
HM
HIL HTL
Anode EML
HIL
EIL
Cathode
Chân không
LUMO
HOMO
Structure – Mullayer OLED
EML
Nơi xảy ra quá trình tái hợp và phát quang.
Khả năng truyền electron, lỗ trống cao
Hình thành cặp electron- lỗ trống  tái hợp phát quang

Phải ổn định với nhiệt độ và các tác nhân hóa học.
Pha tạp với các vật liệu khác thay đổi tính chất phát quang
Gồm hai nhóm chính: vật liệu phân tử nhỏ (SMOLED) và vật liệu Polymer
(PLED)
Thường dùng là
PPV : phát ánh sáng xanh lá cây
MEHPPV : phát ánh sáng da cam
Dẫn xuất của PFO : phát ánh sáng đỏ
Các polymer dẫn
Vật liệu phân tử nhỏ
Một số loại vật liệu phát quang
Structure – Mullayer OLED
EML
Summarizes previously reported dopant molecules in Alqbased devices
Anode EML
HIL
EIL
Cathode
Chân không
LUMO
HOMO
Structure – Mullayer OLED
ETL/EIL
ETL
Độ linh động electron cao; bền hóa, nhiệt
NL ion hóa cao, mức LUMO thấp
 Phù hợp với EML và EIL
Thường được pha tạp với vật liệu có tính chất huỳnh quang (fluorescence)
 Tăng độ linh động hạt tải và hiệu suất phát quang
LM

HM
HIL HTL
* Metal chelates
* Oxadiazole compounds
* N=C (imine) containing quinoline, anthrazoline,
phenanthraline, and pyridine compounds
* Cyano and F-substituted compounds
Độ linh động electron cao; bền hóa, nhiệt
NL ion hóa cao, mức LUMO thấp
Phù hợp với EML và ETL
Anode EML
HIL
EIL
Cathode
Chân không
LUMO
HOMO
Structure – Mullayer OLED
ETL/EIL
LM
HM
HIL HTL
* Metal chelates
* Oxadiazole compounds
* N=C (imine) containing quinoline, anthrazoline,
phenanthraline, and pyridine compounds
* Cyano and F-substituted compounds
EIL
Anode EML
HIL

EIL
Cathode
Chân không
LUMO
HOMO
Structure – Mullayer OLED
Cathode
Công thoát WF thấp
Có khả năng tạo ra một lượng lớn các electron
Phản xạ được ánh sáng phát ra
Độ chênh lệch mức năng lượng E
F
của cathode và mức LUMO của vật liệu hữu cơ nhỏ
Ái lực điện tử lớp hữu cơ χ = sự chênh lệch năng lượng ion hóa của lớp này và công thoát cathode
LUMO
HOMO
•
Ca, Mg
•
ITO, AZO
EA
IE
WF
Ưu điểm của oled
Màu sắc trung thực
Độ tương phản cao
Góc nhìn rộng
Tiêu thụ năng lượng ít
Điện thế hoạt động thấp
Mỏng và nhẹ

Phổ màu rộng
Có thể tạo kích thước lớn
ứng dụng của oled
•
Dùng làm nguồn sáng
•
Dùng làm màn hình máy tính, điện thoại, màn hình hiển thị,
biển báo điện tử…
Kodak EasyShare with OLED display The Sony 11-inch XEL-1 OLED TV
Một số loại OLED và ứng dụng
•
Oled ma trận thụ động(PMOLED)
•
Oled ma trận chủ động(AMOLED)
•
OLED trong suốt (TOLED)
•
OLED phát sáng đỉnh
•
OLED gấp được
•
Oled trắng
Oled ma trận thụ động (Passive-Matrix)
Các dải anode được xếp vuông góc với các dải cathode.
Phần giao nhau giữa cathode và anode tạo thành các pixel (điểm ảnh) tại đó ánh
sáng được phát ra.
Dùng cho việc hiển thị văn bản hay các biểu tượng
phù hợp cho các màn hình nhỏ (2 đến 3 inch)
Oled ma trận chủ động(AMOLED)
lớp anode sẽ phủ lên một tấm mạng lưới các transitor film mỏng (thin film

transitor hay TFT) tạo thành một ma trận các pixel. Bản thân tấm TFT là một
mạch điện để xác định những pixel nào sẽ được bật để tạo ra hình ảnh.
tiêu thụ ít điện năng hơn PMOLED
phù hợp cho các màn hình lớn.
dùng tốt nhất cho màn hình máy tính, các TV màn hình lớn và các bảng tín
hiệu hay thông báo điện tử
OLED trong suốt (TOLED)
OLED trong suốt được cấu tạo hoàn toàn từ các thành phần trong suốt.
nó sẽ cho phép ánh sáng phát ra theo cả hai hướng.
Một OLED trong suốt có thể là kiểu ma trận thụ động hoặc ma trận chủ động.
dùng làm màn hiển thị trên kính ô tô hay máy bay (head-up display).
OLED phát sáng đỉnh
Các OLED phát sáng đỉnh có một tấm nền đục hoặc có thể phản xạ.
Các OLED này phù hợp nhất với kiểu thiết kế ma trận động.
có thể sử dụng các OLED phát sáng đỉnh trong các thẻ thông minh.
OLED gấp được
tấm nền làm từ các lá kim loại mềm dẻo hoặc làm từ nhựa.
rất nhẹ và có tuổi thọ cao. Khi được dùng trong các thiết bị như điện thoại di động hay PDA, tình
trạng vỡ màn hình sẽ không còn xảy ra.
Có khả năng các màn OLED sẽ trở thành chất liệu cho các bộ quần áo thông minh khi các bộ quần
áo này được tích hợp các chip máy tính, điện thoại di động, bộ thu GPS và màn hình OLED.