OLED Organic Light-Emitting Diodes - PowerPoint PPT Presentation

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OLED Organic Light-Emitting Diodes

Description:

OLED Organic Light-Emitting Diodes Docente: Mauro Mosca (www.dieet.unipa.it/tfl) A.A. 2013-14 Ricevimento: alla fine della lezione o per appuntamento – PowerPoint PPT presentation

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Title: OLED Organic Light-Emitting Diodes


1
OLEDOrganic Light-Emitting Diodes
  • Docente Mauro Mosca
  • (www.dieet.unipa.it/tfl)

A.A. 2014-15
Ricevimento alla fine della lezione o per
appuntamento
Università di Palermo Facoltà di Ingegneria
(DEIM)
2
Materiali organici
  • Composti del carbonio ( H, O, N, S o P)
  • C H idrocarburi (acetilene, etilene,
    propilene)
  • Idrocarburi aromatici formati da anelli di
    benzene
  • Molecole organiche più semplici monomeri (basso
    peso molecolare)
  • Catena ripetuta di monomeri polimeri (es
    cellulosa, DNA, polistirolo, nylon)

3
Polimeri conduttori
  • E possibile drogare i polimeri (1977)!
  • Premio Nobel per la chimica 2000
  • Alan J. Heeger, 
  • Alan G. MacDiarmid e 
  • Hideki Shirakawa  

4
Forme ed energie degli orbitali della molecola
H2orbitali leganti ed antileganti
conducibilità delocalizzazione
elettronica orbitali molecolari
s
s
sovrapposizione orbitali s legame s
5
Orbitali molecolari s e p
se si sovrappongono orbitali p
s
Ep lt Es
p
6
Struttura elettronica della molecola di etene
legami doppi C due orbitali 2p di un
atomo si legano con il 2s dellaltro
elettroni delocalizzati spazialmente
tre orbitali ibridi sp2 (in un piano a 120 luno
dallaltro)
con gli atomi vicini legami s
pz si sovrappone allaltro pz e forma una coppia
di orbitali molecolari p
e il terzo orbitale atomico???
7
Delocalizzazione degli elettroninella molecola
del benzene
polimeri coniugati scambiando un
legame singolo con uno doppio, la struttura
non risulta alterata
8
Struttura del poliacetilene
tutte le molecole organiche con struttura
coniugata possiedono elettroni delocalizzati
lungo la catena
9
Bande di energia nei composti organici
  • La conducibilità dipende dal grado di
    delocalizzazione degli
  • elettroni (grado di sovrapposizione)
  • Gli elettroni possono muoversi facilmente
    allinterno della catena
  • polimerica
  • Gli elettroni si muovono con difficoltà tra
    catene polimeriche
  • adiacenti
  • Tra una catena e laltra gli elettroni devono
    effettuare dei piccoli
  • salti (hopping)
  • Minore mobilità rispetto ai semiconduttori
    inorganici
  • La bandgap dipende dallestensione dei legami
    coniugati di tipo p
  • unestensione maggiore causa il restringimento
  • della bandgap!
  • Orbitale p (legante) BANDA DI VALENZA
  • Orbitale p (antilegante) BANDA DI CONDUZIONE

HOMO Highest Occupied Molecular Orbital LUMO
Lowest Unoccupied Molecular Orbital
10
Bande di energia in un cristallo
11
Materiali amorfi densità degli stati e mobilità
sebbene EC ed EV si sovrappongano
distribuzione di potenziale non periodica
impurezze
struttura reticolare disordinata
stati localizzati o centri trappola allinterno
della gap (shallow levels)
allinterno della gap la conduzione può avvenire
solo per hopping
Il disordine strutturale non altera il numero
totale degli stati energetici ma porta alla loro
ridistribuzione
Il comportamento è paragonabile a quello di un
materiale cristallino
12
Livelli energetici dellAlq3
0,15 eV
piccole distorsioni molecolari
13
Materiali a basso peso molecolare e polimeri
sublimazione termica
  1. Monomeri e oligomeri
  2. Polimeri

spinning o dipping
più puri e più alta mobilità (0,001-10 cm2/Vs)
possibile realizzare strutture multistrato
degrado dovuto ai contatti e al film HTL
14
Transizione vetrosa
i polimeri hanno Tg più elevata
degrado dovuto ai contatti e al film HTL
(hole-transport layer)
15
Deposizione di film organici OMBE
temperatura più alta di quella di sublimazione
ma più bassa di quella di decomposizione chimica
0,01-10 nm/s
16
Deposizione di film organici metodo di
Langmuir-Blodgett
HYDROPHILIC
HYDROPHILIC
17
Deposizione di film organici spinning
18
Deposizione di film organici spinning
19
Deposizione di film organici dipping
20
Deposizione di film organicistampa a getto
dinchiostro
minore efficienza rispetto allo spinning
(problema del profilo dei punti)
65 mm
21
Purificazione del materialegradient sublimation
Il processo richiede almeno due cicli e parecchi
giorni!!
Ts
22
Materiali emissivi lAlq3
famiglia dei chelati
M(C9H6NO)n
8-chinolina
  • stabile
  • proprietà emissive
  • buon trasportatore di elettroni

23
Struttura fisica dellOLED
ETL -EML
HTL
HTL blocca gli elettroni e permette il trasporto
delle lacune
nellAlq3 mn 10-6 e mp 10-8 cm2/Vs
ricombinazione vicino agli elettrodi (senza HTL)
come?...
dove avviene la ricombinazione?...
DIVERSO DA GIUNZIONE P-N!!
24
Iniezione e trasporto negli OLEDposizione
livelli energetici
CATODO
ANODO
25
Iniezione e trasporto negli OLEDiniezione e
ricombinazione
tunneling
Al
emissione termoionica
26
Quale modello per la corrente?
Fowler-Nordheim?
(effetto tunnel)
non sono rette!
dipendenza da T
27
Quale modello per la corrente?
Emissione termoionica?
La corrente non è determinata dalliniezione di
cariche dagli elettrodi ma dalle proprietà di
trasporto dei materiali organici
28
Quale modello per la corrente?
Modello TCL (trapped charge-limited)
V basse
la corrente dovuta alla generazione termica di
cariche libere predomina rispetto alla corrente
dovuta alle cariche iniettate dagli elettrodi
la densità di corrente J è proporzionale al campo
elettrico applicato (conduzione ohmica)
29
Quale modello per la corrente?
V gt 5-8 V
Modello TCL (trapped charge-limited)
0,15 eV
moooooooolto più pratico ricordare che
EFn
30
Modello TCL (trapped charge-limited)
I ? Vm1
I ? V
31
Il processo di emissione
eccitone
zona di ricombinazione
32
Il processo di emissione
q
in questo modo si determina la lunghezza di
diffusione delle lacune e la regione di emissione
33
Rilassamento di Franck-Condon
dovuto ai piccoli cambiamenti energetici che si
manifestano in presenza di un eccitone
quando un elettrone passa ad un livello più alto,
poiché i nuclei sono più pesanti degli
elettroni, la transizione elettronica si svolge
più velocemente della risposta dei nuclei
i nuclei iniziano a vibrare e oscillano rispetto
ad una nuova distanza R1 di equilibrio, maggiore
della loro distanza originaria R0
34
Processi di ricombinazione
I materiali organici usati per i LED sono
isolanti (r 1015 W cm)
fattore di bilancio di carica (lt 1)
1/4
Senza iniezione di carica non è presente alcun
elettrone libero
spin antiparalleli, momento angolare totale NULLO
spin paralleli, momento angolare totale NON NULLO
La ricombinazione avviene tramite coppie e-h
legate tra loro tramite una forza elettrostatica
(? ricombinazione banda-banda)
35
Stati di singoletto e tripletto
bande stati vibrazionali e rotazionali
idem
materiali fosforescenti
poco probabile (deve variare lo spin)
36
Vantaggi degli OLED
Elevata purezza cromatica
Trasparenza
Tempi brevi di risposta
Alto grado di purezza
Flessibilità meccanica
Uniformità del film
Ampio angolo di osservazione (emissione
lambertiana)
Basso costo dei materiali
Discrete efficienze luminose
Capacità di ottenere tutti i colori dello spettro
37
Applicazioni degli OLED
38
1. Passive-Matrix OLED (PMOLED)
  • Perpendicular cathode/anode strip orientation
  • Light emitted at intersection (pixels)
  • External circuitry
  • Turns on/off pixels
  • Large power consumption
  • Used on 1-3 inch screens
  • Alphanumeric displays

39
2. Active-Matrix OLED (AMOLED)
  • Full layers of cathode
  • Patterned anode, organic molecules
  • Thin Film Transistor matrix (TFT) on top of anode
  • Internal circuitry to determine which pixels to
    turn on/off
  • Less power consumed then PMOLED
  • Used for larger displays

40
3. Transparent OLEDTOLED
  • Transparent substrate, cathode and anode
  • Bi-direction light emission
  • Passive or Active Matrix OLED
  • Useful for heads-up display
  • Transparent projector screen
  • glasses

41
4. Top-emitting OLEDTEOLED
  • Non-transparent or reflective substrate
  • Transparent Cathode
  • Used with Active Matrix Device
  • Smart card displays

42
5. Foldable OLED
  • Flexable metalic foil or plastic substrate
  • Lightweight and durable
  • Reduce display breaking
  • Clothing OLED

43
6. White OLED
  • Emits bright white light
  • Replace fluorescent lights
  • Reduce energy cost for lighting
  • True Color Qualities

44
6. White OLED
Cellphone backlight white OLED vs standard LED
from Organic Lighting Technologies LLC
45
OLED Advantages over LED and LCD
  • Thinner, lighter and more flexible
  • Plastic substrates rather then glass
  • High resolution (lt5mm pixel size) and fast
    switching
  • Do not require backlight, light generated
  • Low voltage, low power and emissive source
  • Robust Design (Plastic Substrate)
  • Larger sized displays
  • Brighter- good daylight visibility
  • Larger viewing angles -170

46
OLED Display Disadvantages
  • Lifetime
  • White, Red, Green ? 46,000-230,000 hours
  • About 5-25 years
  • Blue ? 14,000 hours
  • About 1.6 years
  • Expensive
  • Susceptible to water
  • Overcome multi-billion dollar LCD market

47
Dispositivi commerciali
Kodak LS633 EasyShare with OLED display
The Sony 11-inch XEL-1 OLED TV
  • Samsung Roadmap
  • 2009 - 14,15, and 21 inch OLED panel
  • 2010 - 40 to 42 inch full HD OLED panel
  • Toshiba Roadmap
  • 2009 30 inch Full HD panel

48
Dispositivi commerciali
A 2'x2' white light prototype by GE
Worlds First OLED Lamp
49
http//www.oled-info.com/buy-oled
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