(PDF) Tổng quan về OLED

DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH HÌNH VẼ

3.3.1 SMOLED …………………………….. 17

3.3.2 PLED ………………………………. 17

3.4 QuangphổánhsángOLED ……………………….. 17

3.5 ThiếtbịOLED ……………………………… 19

3.6 Mởrộng:kíchthích……………………………. 20

3.7 Ứngdụng ………………………………… 21

3.7.1 Mànhìnhphẳng(FPD) ……………………… 22

3.7.2 TV………………………………… 22

3.7.3 Chiếusáng ……………………………. 22

Danh sách hình vẽ

1 ĐènOLEDcủahãngLG…………………………. 4

2 TấmpinmặttrờiOLED…………………………. 4

3 TVOLEDcongcủaLG …………………………. 4

4 MộttấmnềnOLEDdẻo…………………………. 5

5 OM mới khi hai hàm sóng cùng pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

6 OM mới khi hai hàm sóng ngược pha . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

7 Các mức năng lượng OM sau kết hợp so với mức năng lượng của 2 orbital ban

đầu……………………………………. 8

8 Lai hóa sp2 và tạo thành liên kết pi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

9 Trạng thái cơ bản của C, sự lai hóa sp2 và hình thành thêm xen phủ bên (liên

kếtpi) ………………………………….. 9

10 BiểuđồnănglượngcủaCO ……………………….. 10

11 Các MO tương ứng với các mức năng lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

12 Giản đồ Jablonski mô tả các mức năng lượng kích thích . . . . . . . . . . . . . . 11

13 Các trạng thái kích thích trong chuyển hóa liên hệ thống (ISC) . . . . . . . . . . 12

14 Cấu trúc và biểu đồ năng lượng cho một tế bào OLED đơn giản . . . . . . . . . 14

15 Các polymer vận chuyển electron bên trong OLED . . . . . . . . . . . . . . . . 14

16 Các polymer vận chuyển electron bên trong OLED . . . . . . . . . . . . . . . . 15

17 Các trạng thái e, lỗ trống và exciton trong tế bào OLED . . . . . . . . . . . . . 16

18 SơđồhoạtđộngcủaOLED ……………………….. 16

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 2

1 VÌ SAO LẠI CHỌN OLED?

19 Các phương thức chế tạo OLED . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

20 Quang phổ thông thường của các vật liệu hữu cơ. Sơ đồ mô tả phổ của OLED

phát ánh sáng đỏ, xanh lá và xanh dương, cùng với sự chồng chập của chúng để

tạoraánhsángtrắng…………………………… 18

21 Cấu trúc của một số phân tử hữu cơ quan trọng . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

22 Tế bào OLED theo cấu trúc xếp chồng: có hai nơi xảy ra hiện tượng tái hợp e

và lỗ trống dẫn đến phát quang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1 Vì sao lại chọn OLED?

Chương 1 giải đáp những câu hỏi thường xuất hiện mỗi khi ta bắt đầu tìm hiểu một lĩnh vực

mới: OLED là gì; OLED mang lại những tiện ích gì chúng ta cần quan tâm; các vấn đề còn

cần giải quyết – tức xu hướng của việc nghiên cứu OLED và cuối cùng là một chút lịch sử ra

đời của nó.

1.1 Dẫn nhập

OLED hay đi-ốt phát quang hữu cơ (Organic Light-Emitting Diode) là thiết bị sử dụng vật liệu

hữu cơ và phát ra ánh sáng nhờ hiện tượng phát quang hữu cơ (organic electroluminescence

– OL) – một lĩnh vực khoa học thú vị bởi sự giao thoa giữa các ngành hóa lý, hóa tổng hợp,

vật liệu bán dẫn và quang học. OLED đang thu hút sự đầu tư và nghiên cứu lớn của giới khoa

học bởi bài nghiên cứu về lĩnh vực này xuất hiện gần như mỗi tháng. Chính các phát hiện về

quy luật di chuyển của điện tử trong vật liệu hữu cơ cùng với nhu cầu lớn từ phía các nhà sản

xuất tấm nền màn hình là động lực chính thôi thúc sự phát triển của OLED.

OLED có thể được chia ra làm hai loại chính theo vật liệu cấu tạo: loại dùng phân tử hữu

cơ nhỏ hoặc dùng pô-li-me dẫn. OLED được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 1987 bởi Tang và

VanSlyke tại phòng thí nghiệm của Eastman Kodak tại New York, Hoa Kì [1] và 3 năm sau

đó, phiên bản OLED dùng pô-li-me được ra đời tại Cambridge [2]. Sở dĩ người ta đột nhiên

quan tâm tới OLED vì khi dùng để hiển thị, OLED có một số những ưu điểm vượt trội:

•Mỏng hơn và nhẹ hơn tấm nền tinh thể lỏng truyền thống (LCD).

•Nhẹ, trong suốt, uốn cong được (hình 4) và có khả năng tinh chỉnh màu sắc tốt [3].

•Cho góc trông rộng (vốn là nhược điểm của LCD), độ sáng cao, thời gian đáp ứng nhanh

và hiệu điện thế điều khiển thấp (thông thường là dưới 5V).

•Hiển thị được nhiều màu sắc hơn hẳn – hình ảnh rực rỡ và trung thực [4].

1.2 OLED: một công nghệ tiềm năng

Tiền đề để OLED phát triển là vật liệu bán dẫn hữu cơ đã có bước phát triển vượt trội trong

vài thập kỉ vừa qua và được xem là một trong những công nghệ với nhiều ứng dụng đầy tiềm

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 3

1 VÌ SAO LẠI CHỌN OLED? 1.2 OLED: một công nghệ tiềm năng

Hình 1: Đèn OLED của hãng LG

Hình 2: Tấm pin mặt trời OLED

Hình 3: TV OLED cong của LG

năng trong tương lai. Nhưng thật sai lầm nếu nghĩ nó vẫn còn quá xa vời, bởi chúng ta đã bắt

đầu bắt gặp chúng đâu đó trong những thiết bị phổ biến.

Chẳng hạn, ở thời điểm viết bài tiểu luận này chiếc điện thoại thông minh đình đám nhất

là Samsung Galaxy S7 Edge sử dụng màn hình cong được quảng cáo có chất lượng rất tốt với

độ sáng, độ tương phản và khả năng hiển thị màu sắc trung thực nhờ công nghệ AMOLED [5]

– chính là một “dẫn xuất” của khoa học vật liệu bán dẫn hữu cơ. Ngoài ra, OLED còn xuất

hiện trong cả những tấm nền trong lĩnh vực sản xuất TV, màn hình vi tính – gọi chung là FPD

(flat-panel display) (hình 3); trong chiếu sáng (solid state lighting) [6] hoặc những tế bào pin

mặt trời (organic solar cells) nhằm tạo ra nguồn năng lượng sạch, thân thiện với môi trường

[7].

Trong ví dụ của chiếc điện thoại Galaxy S7 kể trên ta dễ dàng nhận thấy OLED đang được

thương mại hóa và sẽ trở nên phổ biến trong tương lai giống như điều mà LED đã từng làm.

Tuy nhiên vẫn còn có một số rào cản ngăn OLED đạt được điều đó:

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 4

1 VÌ SAO LẠI CHỌN OLED? 1.2 OLED: một công nghệ tiềm năng

Hình 4: Một tấm nền OLED dẻo

1. Chi phí OLED là rất cao do khó khăn trong việc chế tạo, tuy nhiên vật liệu làm OLED

thì lại khá rẻ, thân thiện với môi trường và chịu uốn cơ học tốt [8]. Điều này vô hình

chung khiến mọi người nghĩ OLED là thứ gì đó đắt đỏ và cao cấp vì với TV hay điện

thoại di động, màn hình OLED chỉ xuất hiện trên những dòng thuộc phân khúc cao cấp.

2. Hiệu năng của OLED cần được cải thiện [3]. Tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu phát thải

là một trong số những chỉ tiêu mà ngành công nghiệp tiêu dùng cần hướng tới. Muốn

vậy, OLED cần tiêu thụ điện năng hiệu quả nếu nó muốn thay thế những bóng đèn neon

hoặc LED dùng chiếu sáng trong nhà, đặc biệt là OLED phát ánh sáng lam. Cụ thể, hiệu

suất quang ngoại của điốt phát sáng đỏ (625 nm) và lục (530 nm) là 20% và 19% nhưng

OLED phát ánh lam (430 nm) chỉ có hiệu suất 4-6%. [9], [10], [11]. Do đó, OLED chỉ

hiệu quả khi hiển thị với phông nền tối. Đối với màu trắng, màn hình OLED tiêu thụ

điện gấp 3 lần bình thường.

3. Tuổi thọ của OLED còn chưa cao [3]. Màn hình TV dùng OLED sau khi sử dụng 1 000

giờ thì khả năng phát sáng lam giảm 12%, sáng đỏ giảm 7% và sáng lục giảm 8% [12].

Một lần nữa, ánh sáng lam lại là một thứ gì đó hắc ám đối với OLED. Các điốt phát

sáng màu này mất một nửa khả năng phát quang sau sử dụng chừng 14 000 giờ, tức là

khoảng 5 năm. So với màn hình tinh thể lỏng, màn hình LED thì loại này chỉ mất một

nửa khả năng phát sáng sau khi sử dụng chừng 0969756783 giờ.

Cả ba thách thức đòi hỏi cả ngành khoa học và công nghiệp phải giải quyết cùng lúc, tức

làm thế nào để có vật liệu tốt, có thiết kế tích hợp được (các mạch điện tử) nhưng giá vẫn rẻ.

Ngoài ra, các kỹ sư và nhà khoa học cũng đang quan tâm đến việc khắc phục hiện tượng sai

màu theo thời gian (do tế bào lam suy giảm cường độ sáng nhanh hơn các tế bào khác) hoặc

nhạy cảm với hơi nước [13].

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 5

2 CÁC TIỀN ĐỀ 1.3 Những dấu mốc chính

1.3 Những dấu mốc chính

Sự phát triển của OLED chỉ mới diễn ra khoảng nửa thế kỉ nay, các mục dưới đây sẽ điểm lại

những dấu mốc chính:

•Bernanose và các cộng sự đã quan sát được lần đầu tiên hiện tượng phát quang đối với

vật liệu hữu cơ tại đại học Nancy, Pháp vào những năm 50 của thế kỉ XX bằng cách áp

điện thế xoay chiều vào vật liệu làm từ acridine orange trong cellulose. Kết quả thu được

chỉ là những chớp sáng ngắn [14], [15].

•Vào những năm 60, tế bào phát quang dùng điện xoay chiều sử dụng anthracene kích

thích được phát triển [16].

•Trong một bài báo của Shirakawa và các cộng sự năm 1977, một loại vật liệu dẫn điện

tốt ra đời từ polyacetilene ô-xi hóa và kích thích bằng i-ốt [17].

•1987, một dấu mốc quan trọng như đã đề cập trong phần dẫn nhập, Chin Tang và Van

Slyke giới thiệu OLED đầu tiên từ những tấm vật liệu hữu cơ mỏng [1].

2 Các tiền đề

Hành trình trong chương 2 sẽ bắt đầu từ những khái niệm của cơ học lượng tử cho phép giải

thích vì sao lại xuất hiện hiện tượng phát quang khi có điện thế. Sau đó, phần lí luận được cụ

thể hóa trong trường hợp tế bào OLED. Mục tiêu cuối cùng là giải thích những khía cạnh vật

lý nào khiến OLED hoạt động.

2.1 Orbital phân tử – Molecular Orbital (MO)

Orbital phân tử được hình thành từ sự kết hợp của nhiều orbital nguyên tử thành viên. Cơ

học lượng tử cho rằng orbital chỉ là những hàm sóng của electron mà độ lớn của nó tỉ lệ với

xác suất tìm thấy điện tử ở vị trí nào đó trong không gian.

Mà đã là sóng, ta biết rằng chúng có tính cộng được với nhau: nghĩa là đôi lúc chúng kết

hợp làm tăng ảnh hưởng lên (tạo liên kết hóa học), nhưng đôi lúc cũng làm át chế ảnh hưởng

của nhau (tạo phản liên kết hóa học). Chỉ là đôi lúc thôi vì không phải lúc nào các hàm sóng

này cũng chịu tác dụng với nhau, giống như hai người bạn: họ phải có sự tương đồng nào đó

về sở thích, cách nói chuyện… Đối với orbital, chúng phải có mức năng lượng tương đồng và

hình dạng hình học phù hợp. Điều đó có nghĩa là những orbital có mức năng lượng chênh lệch

và định hướng khác biệt nhau trong không gian không kết hợp được và hiển nhiên chẳng tạo

thành liên kết gì cả.

Không để quá phức tạp, ta chỉ xét sự tạo thành orbital phân tử (MO) đối với các điện tử

nằm ở vỏ của nguyên tử và xem xét một trường hợp cơ bản nhất của hai nguyên tử hydrogen

A và B. Lập luận ở trên rút ra một nhận xét: hai hàm sóng của electron nguyên tử A và B có

[external_link offset=1]

thể “cộng”vào nhau (khi chúng đồng pha), cũng có thể “trừ”đi nhau (nếu chúng ngược pha).

Ta viết được:

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 6

2 CÁC TIỀN ĐỀ 2.2 Liên kết sigma và pi – tính bán dẫn

Hình 5: OM mới khi hai hàm sóng cùng pha Hình 6: OM mới khi hai hàm sóng ngược pha

Ψ+=1

√2(φ1sa +φ2sa)

Ψ−=1

√2(φ1sa −φ2sa)

Một cách gần đúng, hàm Ψ+và Ψ−cho chúng ta mật độ khả năng tìm thấy electron mới

nếu có hai nguyên tử hydrogen ở đủ gần nhau và năng lượng của mỗi cách phân bố này (hình

5, 6) (theo Ψ+hoặc Ψ−có thể thấp hơn hoặc cao hơn so với mức năng lượng của hai nguyên

tử hydrogen ban đầu.

Biểu đồ năng lượng của mỗi cách kết hợp được trình bày trong hình 7. Ta thấy rằng nếu

phản liên kết Ψ−được tạo thành, mức năng lượng là cao hơn so với mức năng lượng ban đầu

của 2 orbital hydrogen ở bên trái và phải của sơ đồ. Nếu là liên kết Ψ+thì mức năng lượng là

thấp hơn, do đó đây là trạng thái bền hơn so với tình trạng hai hydrogen này sống “li thân”với

nhau và ta thường tìm thấy hydrogen ở dạng H2là vì thế [18].

2.2 Liên kết sigma và pi – tính bán dẫn

Hãy xét một ví dụ đơn giản sau đây. Cấu hình điện tử của nguyên tử carbon ở dạng cơ bản

là 1s22s22p2. Mức năng lượng của orbital 2svà 2pxấp xỉ bằng nhau nên xảy ra sự lai hóa,

chẳng hạn trong cấu trúc tứ diện như methane hoặc kim cương, 4 electron ở lớp vỏ ngoài cùng

(n= 2) nằm trong các orbital sp3tạo ra nhờ sự lai hóa giữa 2svà 2p. Tuy nhiên, đây không

phải là cách lai hóa duy nhất. Hãy tưởng tượng một trường hợp khác mà orbital 2schỉ lai hóa

với 2 orbital 2pđể tạo ra các orbital lai hóa sp2và còn dư lại một orbital 2p (pz). 3 orbital

sp2đồng phẳng và mỗi orbital cách nhau một góc 120 deg (hình 8). Ta cho thêm một phân tử

khác giống hệt như vậy liên kết với phân tử đang có. Khi các orbital xen phủ với nhau theo

hướng dọc trục, nó tạo thành liên kết / phản liên kết σ, σ∗(trường hợp này là sp2). Orbital

còn lại cũng có thể xen phủ bên và tạo thành liên kết / phản liên kết π, π∗(pz).

Liên kết πcho phép dịch chuyển những electron πthông qua những orbital pliền kề nhau

tức là từ cái pznày đi qua pzkia – và tạo ra tính chất dẫn cho những vật liệu đặc thù gọi là π

cộng hưởng. Đặc tính chung của nó là có nhiều liên kết đôi (xen phủ π) xen kẽ (hình 9). Thông

qua cơ chế phản cục bộ hóa (delocalization) do cộng hưởng (resonance) mà electron (hoặc lỗ

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 7

2 CÁC TIỀN ĐỀ 2.3 Biểu đồ trạng thái năng lượng – HOMO và LUMO

Hình 7: Các mức năng lượng OM sau kết hợp so với mức năng lượng của 2 orbital ban đầu

trống) có thể lan truyền từ nguyên tử này sang nguyên tử khác và trong toàn bộ khối vật chất.

Những vật liệu πcộng hưởng (πconjugated) thường được tìm đến khi người ta cần khai thác

tính bán dẫn của nó [19].

Tính toán cho thấy mật độ xen phủ giữa 2 orbital dọc trục (σ) là lớn hơn so với hai orbital

xen phủ bên (π) [20] nên năng lượng của liên kết σlà nhỏ hơn năng lượng của liên kết π(hình

??). Điều ngược lại xảy ra đối với các phản liên kết.

2.3 Biểu đồ trạng thái năng lượng – HOMO và LUMO

Mặc dù những phân tử hữu cơ là những phân tử lớn, phức tạp nhưng phần dẫn nhập như

vậy chỉ là để đơn giản hóa và hình dung ra rằng: nhờ có các MO – những ngôi nhà để cho các

Hình 8: Lai hóa sp2 và tạo thành liên kết pi

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 8

2 CÁC TIỀN ĐỀ 2.3 Biểu đồ trạng thái năng lượng – HOMO và LUMO

Hình 9: Trạng thái cơ bản của C, sự lai hóa sp2 và hình thành thêm xen phủ bên (liên kết pi)

electron trú ngụ – mà phân tử có thể tồn tại ở nhiều trạng thái năng lượng khác nhau. Vậy

electron “vào nhà”theo quy tắc nào?

•Electron thích vào những MO có mức năng lượng thấp hơn.

•Mỗi MO có thể bỏ trống, có một hoặc tối đa là 2 electron.

•Nếu 2 electron cùng ở trong một MO, chúng phải có spin ngược chiều (quy tắc loại trừ

Pauli).

Đến đây, biểu đồ năng lượng cho phân tử của chúng ta đã trở nên tương đối hoàn chỉnh

– cũng là lúc thích hợp để giới thiệu hai khái niệm HOMO và LUMO mật thiết đến sự phát

quang của OLED. Mặc dù CO không phải là chất hữu cơ nhưng biểu đồ năng lượng của nó

(hình 10) sẽ được đưa ra vì tính đơn giản.

Các electron được sắp theo thứ tự có mức năng lượng từ thấp lên cao (quy tắc Hund).

Nếu phân tử đang xét ở trạng thái cơ bản là chất nhận cặp electron di chuyển từ nơi khác

đến (trong các phản ứng hóa học hoặc hiện tượng phát quang của OLED bên dưới) thì orbital

“LOMO”trở nên quan trọng; nếu phân tử đang xét cho cặp electron thì orbital “HUMO”là

đáng chú ý. LOMO viết tắt cho Lowest Unoccupied Molecular Orbital – là orbital có mức năng

lượng thấp nhất mà chưa có electron nào vào trú ngụ. Hoàn toàn dễ hình dung chuyện này vì

quy tắc sắp xếp số 1 ở trên cho thấy electron sẽ có khuynh hướng bay vào MO có mức năng

lượng thấp nhất – và dĩ nhiên là không vi phạm 2 nguyên tắc còn lại. Còn HOMO – Highest

Occupied Molecular Orbital là orbital có mức năng lượng cao nhất có electron trú ngụ. Lý giải

tại sao hoàn toàn tương tự như LUMO.

Giản đồ năng lượng của chất hữu cơ tương ứng với các dải dẫn và dải hóa trị của electron

trong vật liệu vô cơ theo thuyết vùng năng lượng. LUMO và HOMO xác định ranh giới giới

hạn của các dải này. Cần nhớ rằng các e−có thể chạy lung tung thoải mái, do đó cái electron

nhảy xuống HOMO một phần tỷ giây sau không nhất thiết phải là electron nhảy lên LUMO

trước đó [18], [21].

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 9

2 CÁC TIỀN ĐỀ 2.3 Biểu đồ trạng thái năng lượng – HOMO và LUMO

Hình 10: Biểu đồ năng lượng của CO

Hình 11: Các MO tương ứng với các mức năng lượng

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 10

2 CÁC TIỀN ĐỀ 2.4 Bản chất của hiện tượng phát quang

Hình 12: Giản đồ Jablonski mô tả các mức năng lượng kích thích

2.4 Bản chất của hiện tượng phát quang

Nếu các phân tử đang tồn tại ở trạng thái cơ bản và môi trường chung quanh không có biến

động, chúng sẽ tồn tại mãi mãi như thế. Do vậy, để phân tử phát ra ánh sáng ta cần kích thích

chúng – tức là đưa các electron lên các mức năng lượng cao hơn; khuynh hướng của chúng sau

đó là giải phóng phần năng lượng thừa để trở về trạng thái cơ bản. Song, không phải lúc nào

phần năng lượng thừa cũng phát ra dưới dạng ánh sáng.

Người ta chia các phương thức chuyển trạng thái electron thành các nhóm:

•Không phát xạ: gồm có chuyển hóa nội tại (internal conversion) và chuyển hóa liên hệ

thống (intersystem crossing) nếu chỉ xét trong nội tại phân tử. Đối với “quần thể”phân

tử thì ta còn có phương thức giảm năng lượng thông qua dao động (vibrational energy

relaxation) – tức là thông qua quá trình lan truyền động năng giữa các cá thể mà quần

thể đang bị kích thích sẽ dần dần trở về phân bố Maxwell-Boltzmann.

•Có phát xạ: giảm năng lượng bằng cách phát ra photon nằm trong phổ phát xạ của chất

đang xét.

Một cách tuyệt vời để giải thích hiện tượng này là dùng giản đồ năng lượng Jablonski (hình

12). S0là mức năng lượng của electron tương ứng với trạng thái cơ bản. S1,S2… là các mức

năng lượng tạm gọi là “bán bền”và là các vạch tô đậm trong giản đồ Jablonski. Nó không bền

hoàn toàn vì mọi electron sau khi bị kích thích đều có xu hướng quay lại trạng thái cơ bản,

nhưng các mức này là điểm dừng chân của mọi quá trình chuyển hóa trung gian trước phi khát

xạ (quy tắc Kasha). Giữa các mức “bán bền”ta còn nhiều mức con tương ứng với các trạng

thái dao động hay quay khác nhau được kí hiệu bằng cách vạch mảnh hơn.

Hãy tưởng tượng ta có một electron ở trạng thái cơ bản S0. Vì một lý do nào đó, ví dụ

như hấp thu ánh sáng hoặc kích thích điện từ mà nó nhảy lên mức năng lượng cao hơn nào đó

(mức này là bất kì, không nhất thiết phải là các mức bán bền). Theo quy tắc Kasha, electron

tự thay đổi trạng thái quay và dao động, chuyển hóa một phần năng lượng nó đang có dưới

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 11

2 CÁC TIỀN ĐỀ 2.5 Tổng kết

Hình 13: Các trạng thái kích thích trong chuyển hóa liên hệ thống (ISC)

dạng nhiệt để đi đến trạng thái bán bền gần nó nhất. Trường hợp này gọi là chuyển hóa nội

tại (internal conversion) và không có photon nào phát ra. Sau đó, electron có thể nhảy cái vèo

xuống mức S0bằng cách phát ra một photon tương ứng với khoảng năng lượng biến thiên.

Hiện tượng đang được nói tới là hiện tượng huỳnh quang (fluorescence). Nếu có ai đó có một

cái đồng hồ đủ chính xác và bấm giờ từ lúc electron bị kích thích tới lúc mà nó phát ra một

photon, kết quả sẽ vào cỡ 10−9s. Rất ngắn.

Còn một hình thức phát quang khác kéo dài hơn có liên quan đến hiện tượng chuyển hóa

liên hệ thống (intersystem crossing). Ta biết rằng ở trong cùng orbital thì 2 electron phải có

spin ngược chiều nhau (nguyên tắc Pauli). Trạng thái này còn có tên gọi thông dụng là singlet

(hình 13). Bây giờ kích thích để một trong hai electron này nhảy lên orbital khác thì có 2 khả

năng xảy ra: hoặc nó vẫn giữ nguyên spin cũ như trong trạng thái cơ bản (hai electron có spin

ngược chiều) – excited singlet – hoặc đổi chiều spin khiến cho hai electron có cùng chiều spin với

nhau – gọi là trạng thái triplet (hình 13) – kí hiệu trên giản đồ Jablonski T1. Sự chuyển hóa từ

singlet lên triplet và ngược lại là một quá trình có điều kiện (forbidden transition) về sự chuyển

động có thể chồng chập giữa hai trạng thái dẫn đến cần rất ít năng lượng để thực hiện cú

“nhào lộn”ngoạn mục này [22]. Thông thường, mức năng lượng T1thấp hơn S1. Nếu electron

từ T1nhảy về S0phát ra photon tương ứng thì ta có hiện tượng lân quang (phosphorescence).

Bởi vì khoảng cách về năng lượng nhỏ hơn, photon lân quang phát ra có bước sóng dài hơn

so với hiện tượng huỳnh quang và thời gian cho toàn bộ quá trình kéo dài từ cỡ 10−6scho

tới tận 10s. Một lưu ý thêm bên ngoài là electron triplet T1cũng có thể chuyển về singlet S1

rồi nhảy xuống S0. Ta không gọi quá trình này là lân quang mà là huỳnh quang trễ (delayed

fluorescence) [21], [23].

Để phân tử phát quang, ta cần phải kích thích nó bằng cách đưa các electron trong trạng

thái cơ bản lên các mức năng lượng cao hơn. Nếu trong vật liệu vô cơ có độ rộng năng lượng

vùng cấm (band-gap) Egthì Egtrong vật liệu hữu cơ là khoảng cách giữa LUMO và HOMO,

tương ứng với năng lượng của một photon hν trong các hiệu ứng quang học như hấp thụ

photon hoặc bức xạ [21].

2.5 Tổng kết

Như vậy chúng ta đã giới thiệu qua rất nhiều khía cạnh liên quan cho việc giải thích được hoạt

động của OLED. Phần này tổng kết lại những hành trang mà ta hiện có, trước khi bắt đầu

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 12

3 OLED

tiếp cận với những tia sáng đầu tiên do tế bào OLED phát ra.

1. Từ các hàm sóng mô tả trạng thái (vị trí, động lượng, spin) của electron thuộc nhiều

nguyên tử khác nhau kết hợp với nhau ta được những hàm sóng mới mô tả vùng không

gian xuất hiện điện tử chung giữa các nguyên tử gọi là orbital. Tùy theo cách mà chúng

kết hợp, chúng có thể tạo ra nhiều orbital khác nhau. Mỗi orbital mang một mức năng

lượng riêng.

2. Nếu trong phân tử có liên kết pi (đặc biệt là trong những liên kết đôi), electron (và lỗ

trống) có thể di chuyển từ nguyên tử này sang nguyên tử khác do hiện tượng phản cục

bộ và cộng hưởng. Do đó, vật liệu có khả năng (bán) dẫn điện.

3. Ở trạng thái cơ bản, electron được điền vào theo quy tắc Hund. Orbital có mức năng

lượng cao nhất chứa electron gọi là HOMO, mức năng lượng thấp nhất mà chưa có

electron chiếm chỗ gọi là LUMO. Chúng tương ứng với dải hóa trị và dải dẫn trong lý

thuyết vùng năng lượng đối với vật liệu vô cơ.

4. Các electron vì một lý do nào đó bị đẩy lên mức năng lượng cao hơn (LUMO) có xu

hướng nhảy xuống các mức năng lượng thấp hơn thông qua nhiều con đường, trong đó

có con đường phát ra photon với mức năng lượng xấp xỉ bề rộng vùng cấm (band-gap)

Eg. Nếu hiện tượng xảy ra trong thời gian ngắn cỡ 10−9sthì gọi là hiện tượng huỳnh

quang, kéo dài hơn từ 10−4đến 10sgọi là hiện tượng lân quang.

3 OLED

Phần này tiếp nối những tổng kết được rút ra trong phần tiền đề, trước hết giải thích hoạt

động của OLED. Sau đó, cấu tạo của một tế bào OLED được đưa ra đi kèm với cách chế tạo

và phân loại.

3.1 Những bộ phận cơ bản của tế bào OLED

Một đi-ốt phát quang hữu cơ (OLED) gồm có một hay nhiều lớp bán dẫn hữu cơ mỏng kẹp

giữa hai điện cực – giống như những lát phô mai kẹp giữa miếng bánh mì sandwich.

OLED yêu cầu một trong số các điện cực đó phải trong suốt và để đạt được điều này,

phương pháp phổ biến là sử dụng thiếc idium ô-xít (idium tin oxide – ITO) để làm anode. Điện

cực còn lại (cathode) thường sử dụng hơi kim loại. Hình 14 minh họa sơ đồ cho một cấu trúc

OLED đơn giản như thế, chế tạo bằng cách cho vật liệu từng lớp lắng đọng lên bề mặt trong

suốt – thủy tinh hay nhựa trong tráng ITO trên bề mặt. Những “lát phô mai tức là lớp vật

liệu hữu cơ – có chức năng vận tải điện tích và phát ra ánh sáng. Số lượng và đặc tính của mỗi

lớp hữu cơ phụ thuộc hoàn toàn vào loại vật liệu sử dụng và phương pháp chế tạo. Cathode

(calcium hoặc hợp kim magnesium-bạc) nạp electron từ phía trên những lớp này được đưa vào

thông qua quá trình “bay hơi”dùng nhiệt độ. Cuối cùng, toàn bộ thiết bị của chúng ta sẽ được

đóng gói ngăn ngừa sự xâm nhập của nước hoặc khí ô-xi phá hoại như đã giới thiệu ở phần

trên [24].

Khi cho điện thế xoay chiều được áp vào hai đầu điện cực, người ta quan sát được hiện

tượng chỉnh lưu khá giống với đi-ốt bán dẫn: dòng điện chỉ đi qua khi điện cực ITO được phân

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 13

3 OLED 3.1 Những bộ phận cơ bản của tế bào OLED

Hình 14: Cấu trúc và biểu đồ năng lượng cho một tế bào OLED đơn giản

Hình 15: Các polymer vận chuyển electron bên trong OLED

cực dương. Sự phân cực đi kèm với phát quang và ánh sáng tỏa ra chung quanh thông qua tấm

thủy tinh hay nhựa trong suốt. Bên phải hình 14 là biểu đồ năng lượng liên kết của electron

khi đi từ cathode đến anode. Người ta quy ước điểm cao nhất của trục tung là năng lượng của

một electron tự do – theo thông lệ gọi là giá trị tham chiếu 0. Thông thường, người ta sẽ không

ghi dấu trừ vào kết quả mà mặc nhiên hiểu: nếu kí hiệu 6eV thì mức năng lượng là thấp hơn

năng lượng của electron tự do một khoảng là 6eV.

Những tế bào OLED đơn giản đôi khi chỉ cần một lớp hữu cơ, nhưng hiện nay đa phần sử

dụng nhiều loại vật liệu hữu cơ để chế tạo nhiều lớp chia làm ba bộ phận nữa là lớp vận chuyển

electron, lớp vận chuyển lỗ trống và lớp phát quang (sẽ được nói rõ hơn trong phần thiết bị

OLED). Vật liệu hữu cơ sử dụng chủ yếu gọi là πcộng hưởng.

Đối với lớp vận chuyển e, các polymer thường được sử dụng gồm có PBD, Alq3, TPBI và

BCP (hình 15). Trong đó, Alq3phổ biến nhất với độ linh động evào cỡ 10−6cm2/(V s). Thêm

vào đó, Alq3phát ra ánh sáng xanh lục với đỉnh dãy phổ rơi vào bước sóng 530mm [3].

Lớp vận chuyển lỗ trống phổ biến sử dụng polymer HTL, TPD và NPB (hình 16) [4]. Chúng

có nhiệt độ hóa giòn (Tg) vào cỡ 100oCvà độ linh động lỗ trống vào cỡ 10−3−10−4cm2/(V s)

[8].

Lớp phát quang (emissive layer) là nơi xảy ra hiện tượng phát quang (mà được đề cập trong

phần sau là nơi electron – lỗ trống tái hợp). Vật liệu thường xuyên sử dụng nhất cho lớp này là

polyfluorene. Màu sắc mà tế bào phát ra phụ thuộc vào loại phân tử được sử dụng trong lớp

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 14

3 OLED 3.2 Nguyên lý hoạt động của OLED

Hình 16: Các polymer vận chuyển electron bên trong OLED

này. Mỗi tế bào chỉ phát một màu sắc cố định (do Egcố định). Như vậy, nguyên tắc hoạt động

của màn hình OLED là xếp chồng nhiều lớp bán dẫn hữu cơ phát những màu cơ bản (đỏ, lục,

lam). Cường độ phát quang phụ thuộc vào cường độ dòng điện cấp vào: dòng điện càng lớn,

càng có nhiều cặp electron-lỗ trống tương tác phát ra nhiều photon nên sáng hơn [4].

Trên đây là sơ lược về những bộ phận cấu trúc cơ bản nên tế bào OLED. Để dễ hiểu, ta sẽ

nói về nguyên lý hoạt động và cách thức chế tạo OLED trước để làm tiền đề quay trở lại với

những cấu trúc phức tạp hơn cùng với cách phân loại các công nghệ OLED ta hay nghe quảng

cáo trên thị trường như PLED, AMOLED…

3.2 Nguyên lý hoạt động của OLED

Để OLED hoạt động, ta áp một hiệu điện thế vào hai đầu điện cực. Đầu anode là cực dương và

đầu cathode là cực âm: VA−VC=UAC >0. Ở cathode, các electron được “nạp”vào trong các

orbital LUMO của phân tử lớp hữu cơ và tại anode, các electron được “bứt”ra khỏi HOMO

(hay nói cách khác là nạp vào lỗ trống). Do hiện tượng phản cục bộ (delocalization) và cộng

hưởng (resonance), các electron và lỗ trống được phép dịch chuyển trong nội bộ khối vật chất

và có tính bán dẫn. Dòng điện tử chạy từ cathode đến anode, dòng lỗ trống dịch chuyển từ

anode đến cathode thông qua tương tác Coulomb.

Trong quá trình dịch chuyển, cặp electron và lỗ trống gặp nhau sẽ tạo thành một trạng thái

liên kết giữa điện tử và lỗ trống (giống như hạt nhân với electron trong nguyên tử hydrogen)

– gọi là exciton bao gồm hai trạng thái excited singlet hoặc triplet chính là hai hình bên tay

trái phía dưới của giản đồ hình 17. Sau thời gian rất ngắn, exciton phân rã, electron kích thích

nhảy về bù đắp vào lỗ trống phát ra năng lượng tương ứng với một photon. Giản đồ mức năng

lượng orbital của phân tử tại cathode (và lớp vận chuyển e), tại anode (và lớp vận chuyễn lỗ

trống) cũng như cách tương tác của electron và lỗ trống được thể hiện trong hình 17.

Cả electron và lỗ trống đều là các fermion với spin 1/2. Exciton tạo thành do sự kết hợp

của electron và lỗ trống có thể ở trạng thái excited singlet hoặc triplet như đã lý giải ở trên.

Theo thống kê, có khoảng 25% excitons rơi vào trường hợp singlet và 75% rơi vào trạng thái

triplet. Trong các OLED phát huỳnh quang hữu cơ, gần như không có ánh sáng phát ra từ

trạng thái triplet mà thay vào đó, chúng trở về các mức năng lượng thấp hơn thông qua con

đường không phát xạ. Điều này đặt ra một giới hạn lý thuyết ηint tổng số photon tạo ra trên

tổng số electron đưa vào không vượt quá con số 0,25 [25], [26], [27], [28].

Hình 18 mô tả lại toàn bộ hoạt động của OLED dưới dạng một sơ đồ trực quan hơn.

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 15

3 OLED 3.2 Nguyên lý hoạt động của OLED

Hình 17: Các trạng thái e, lỗ trống và exciton trong tế bào OLED

Hình 18: Sơ đồ hoạt động của OLED

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 16

3 OLED 3.3 Phương pháp chế tạo OLED

3.3 Phương pháp chế tạo OLED

Như đã nói trên, vật liệu sử dụng làm bán dẫn hữu cơ chủ yếu là các vật liệu πcộng hưởng

(conjugated pi). Chúng được chia ra làm hai loại: tiểu phân (phân tử nhỏ) và polymer (phân

tử lớn) mà về bản chất, polymer chỉ là một đại phân tử gồm rất nhiều bộ phận cấu trúc lặp

đi lặp lại và có phân tử lượng khá lớn. Dựa vào đó OLED cũng chia ra làm hai nhóm chính là

OLED tiểu phân (small molecule OLED – SMOLED) và polymer OLED (PLED).

3.3.1 SMOLED

SMOLED thường được sản xuất thông qua quá trình bay hơi nhiệt trong chân không thể hiện

trong hình 19. Quá trình lắng đọng trong chân không, nếu được kiểm soát tốt, sẽ cho ra những

lớp hữu cơ đồng đều chồng lên nhau và tạo ra cấu trúc nhiều lớp phức tạp. Phương pháp này

mang lại sự linh hoạt vì chúng ta có thể các lớp dẫn điện tích và chắn điện tích tùy ý nên

SMOLED thường có hiệu năng cao [29], [30]. Tuy nhiên, vì yêu cầu đòi hỏi sự lắng xảy ra trong

chân không với áp suất nhỏ hơn 10−6T orr nên giá thành cao và công nghệ chế tạo phức tạp.

Hơn nữa ta cũng không thể làm ra các SMOLED có kích thước lớn [31], [32].

3.3.2 PLED

Polymer có khối lượng phân tử quá lớn nên khó làm bay hơi bằng nhiệt. Ở nhiệt độ cao chúng

bị phân hủy hoặc biến tính nên PLED được sản xuất bằng các phương pháp như tráng lớp li

tâm (spin-coating), in phun (inkjet printing) hoặc in màn (screen printing). Đặc điểm chung là

những phương pháp cho tiềm năng rất tốt trong sản xuất hàng loạt, cạnh tranh về giá nhưng

hiệu năng không được như SMOLED vì để sản xuất những cấu trúc phức tạp cần những dung

môi đặc biệt hơn [33].

Hình 19 mô tả các giai đoạn khác nhau của quá trình tráng li tâm (spin coating). Giai đoạn

đầu tiên được gọi là “phân phát”(dispensation): phun chất tráng lỏng vào tấm nền. Giai đoạn

thứ hai là gia tốc: tấm nền được gia tốc từ từ đạt đến vận tốc quay cần thiết. Giai đoạn thứ

ba là chảy tràn: chất lỏng dưới tác dụng của lực li tâm làm đầy dần lên một cách ổn định. Giai

đoạn cuối cùng là bay hơi: tấm nền vẫn được quay với cùng vận tốc nhưng quá trình dung môi

bay hơi diễn ra mạnh, làm mỏng lớp hữu cơ đến độ dày cần thiết [21].

3.4 Quang phổ ánh sáng OLED

Phổ ánh sáng phát ra của các phân tử hữu cơ thường rộng 20. Như đã đề cập trong những

phần trên, loại phân tử hữu cơ có đóng góp trực tiếp đến màu sắc do tế bào OLED phát ra.

Bằng cách dùng nhiều lớp với nhiều phân tử hữu cơ, ta hoàn toàn có thể kiểm soát được màu

sắc phát ra mong muốn. Đa phần các tế bào OLED phát ánh sáng trắng thường có 3 lớp phát

ánh sáng đỏ, xanh lá và xanh dương [34].

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 17

3 OLED 3.4 Quang phổ ánh sáng OLED

Hình 19: Các phương thức chế tạo OLED

Hình 20: Quang phổ thông thường của các vật liệu hữu cơ. Sơ đồ mô tả phổ của OLED phát

ánh sáng đỏ, xanh lá và xanh dương, cùng với sự chồng chập của chúng để tạo ra ánh sáng

trắng

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 18

3 OLED 3.5 Thiết bị OLED

3.5 Thiết bị OLED

Phần đầu của chương này đã giới thiệu qua về những bộ phận cơ bản của tế bào OLED và

đây cũng chính là cấu trúc của tế bào OLED đơn giản đầu tiên: chỉ có một lớp vật liệu hữu cơ

giữa cathode và anode. Ví dụ cho tế bào này là PLED đầu tiên phát triển bởi Burroughes và

các cộng sự chỉ với một lớp PPV duy nhất [35]. Hiệu suất lượng tử của chiếc PLED này chỉ

vào khoảng 0,05%. Rất thấp.

Để cải thiện, người ta nghĩ ra cách cho nhiều lớp hữu cơ làm bằng các vật liệu khác

nhau và có bề rộng vùng năng lượng cấm khác nhau (band-gap energy) gọi là cấu trúc dị

(heterostructure). SMOLED lần đầu sử dụng cấu trúc dị gồm 2 lớp vật liệu hữu cơ khác nhau:

lớp vận chuyển lỗ trống làm bằng TPD và lớp vận chuyển electron bằng Alq3. Bằng cách này,

hiệu suất lượng tử của SMOLED được tăng lên đáng kể gấp 100 lần lên khoảng 1% [36]. Đối

với PLED, cấu trúc dị được phát triển lần đầu vào năm 1992 bằng cách sử dụng vật liệu cho

[external_link offset=2]

lớp vận chuyển e là PBD (2-(4-biphenylyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole) pha loãng

trong poly methyl methacrylate (PMMA) làm tăng hiệu suất lượng tử lên khoảng 0,8% [37].

Phát hiện này đánh dấu cho sự khởi đầu của niềm tin rằng con người sắp nắm trong tay một

phương pháp phát quang mới hiệu quả có thể ứng dụng trong tất cả các khía cạnh từ chế tạo

màn hình cho tới chiếu sáng. Rất nhiều nhà khoa học và kĩ sư tham gia vào nghiên cứu công

nghệ này sau đó.

Sau hơn hai thập kỉ phát triển, công nghệ OLED đã có những bước tiến vượt bậc với cấu

trúc càng ngày càng tinh vi, phức tạp – đặc biệt là đối với SMOLED nhờ công nghệ bay hơi

nhiệt chân không đã đề cập ở trên. OLED không chỉ còn hai tầng mà rất nhiều tầng nằm giữa

hai điện cực. Hiện nay, một tế bào OLED thông dụng gồm có:

1. Lớp nạp lỗ trống – hole injection layer (HIL).

2. Lớp vận chuyển lỗ trống – hole transporation layer (HTL).

3. Lớp chắn electron – electron blocking layer (HBL) (đề cập ở phần mở rộng).

4. Lớp phát quang – emission layer (EML).

5. Lớp chắn lỗ trống – electron blocking layer (EBL).

6. Lớp vận chuyển electron – electron transportation layer (ETL).

7. Lớp nạp electron – electron injection layer (EIL).

HIL (EIL) là lớp trung gian nằm giữa anode (cathode) và lớp HTL (ETL) liền kề, giảm điện

thế ngưỡng để nạp electron thuận lợi hơn. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate)

(PEDOT:PSS) và MoO3là hai loại vật liệu thường dùng để làm HIL [38], [39].. LiF và CsF

được dùng làm EIL [40], [41].

Như đã mô tả trong phần những bộ phận cơ bản, HTL (ETL) vận chuyển nhanh các lỗ

trống (electron) vào vùng tái hợp nằm trong EML, do đó yêu cầu thiết kế đặt ra là HTL và

ETL lần lượt có độ linh động lỗ trống µhvà độ linh động electron µecao.

N,N- bis(naphthalen-1-yl)-N,N-15bis(phenyl)-2,2-dimethylbenzidine (NPD) và di-[4-(N,N-

ditolyl-amino)- phenyl]cyclohexane (TAPC) là những ứng viên sáng giá cho HTM [42], [43],

trong khi Alq3và 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen) thường dùng cho ETL [44].

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 19

3 OLED 3.6 Mở rộng: kích thích

Hình 21: Cấu trúc của một số phân tử hữu cơ quan trọng

EBL (HBL) ngăn electron (lỗ trống) đi qua phía điện cực đối diện và giữ cho nó không đi

ra ngoài khỏi vùng tái hợp (recombination zone – RZ) nằm trong EML. Vật liệu HTL (ETL)

tốt cũng là vật liệu chắn electron (lỗ trống) tốt.

Khi electron và lỗ trống tái hợp tạo thành exciton trong EML, chúng chỉ khuếch tán thêm

được khoảng 10nm trước khi phân rã tạo thành ánh sáng phát quang. Bằng cách thay đổi vật

liệu của EML, ta có thể thay đổi màu sắc phát ra của OLED từ UV cho tới đỏ, hủ toàn bộ vùng

quang phổ của ánh sáng khả kiến. Đối với vật liệu huỳnh quang, 4,4-bis(carbazol-9-yl)biphenyl

(CBP) có thể phát ra ánh sáng từ vùng tia cực tím cho tới tím thẫm, 4,4-bis(2,2 diphenyl

vinyl)-1,1-biphenyl (DPVBi) cho ánh sáng xanh da trời, Alq3như đã đề cập cho màu xanh lá

và 4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran (DCM2) cho màu đỏ [45], [46].

Đối với các vật liệu phát lân quang thì FIrpic phát ánh sáng xanh da trời, I r(ppy)3phát ánh

sáng xanh lá cây, PtOEP phát ánh sáng đỏ [47]. Một số vật liệu hữu cơ cũng có tính đa năng.

Chẳng hạn Alq3có thể vừa làm EML, cũng vừa làm ETL; NPD vừa làm EML và HTL trong

khi CBP có thể vừa dùng cho EML và vật liệu chủ. Một số hình vẽ phân tử của những chất

vừa nêu tới được thể hiện trong hình 21 [21].

3.6 Mở rộng: kích thích

Trong công nghệ bán dẫn hữu cơ, khái niệm kích thích điện được áp dụng để nâng cao độ dẫn

điện của các vật liệu và tăn khả năng nạp electron và lỗ trống từ các điện cực vào trong vật

liệu hữu cơ. Thiết kế đưa vào một lớp mà về bản chất của nó là chưa bị kích thích vào các lớp

bán dẫn loại p và loại n bị kích thích – gọi chung là diode pin. Ngoài tác dụng làm tăng tính

dẫn điện, thiết kế này còn cho phép gia tăng chiều dày của tế bào OLED trong khi giữ nguyên

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 20

3 OLED 3.7 Ứng dụng

Hình 22: Tế bào OLED theo cấu trúc xếp chồng: có hai nơi xảy ra hiện tượng tái hợp e và lỗ

trống dẫn đến phát quang

hiệu điện thế giữa hai điện cực. Nếu chiều dày của tế bào OLED quá bé, nhỏ hơn cỡ vài trăm

nanomet thì thiết bị có nguy cơ cao bị chập mạch do sự hiện diện của những phần tử vật chất

còn bám lại trong giai đoạn bay hơi của quá trình spin coating hoặc do tấm nền không được

phẳng.

Quá trình kích thích liên kết các lớp vật chất lại với nhau trong mô hình “nhà cao tầng”trong

hình 22. Lớp trung gian P-N hoạt động theo chiều nghịch tạo ra hiệu ứng đường hầm lượng

tử, tức là các hạt mang điện có thể di chuyển trực tiếp từ HOMO của lớp này sang LUMO của

lớp liền kề. Trong tế bào OLED, lớp trung gian P-N này thường được gọi là lớp tạo hạt mang

điện (charge generation layers) bởi cặp electron và lỗ trống tạo ra ở bề mặt và được phân cách

bởi điện trường của nó. Một tế bào có nhiều lớp tiếp xúc như vầy gọi là có cấu trúc xếp chồng

(stacking). Một thiết bị gồm 2 chồng như trong hình đè lên nhau có thể cho phát ra ánh sáng

với cường độ gấp đôi một tế bào OLED đơn giản nhưng chỉ dùng một dòng điện bằng một nửa

bởi vì chúng ta đang có tới 2 bộ phận phát sáng, tuy nhiên sử dụng hiệu điện thế gấp hai lần.

Những lợi ích khác cho việc sử dụng cấu trúc xếp chồng còn có cải thiện được tuổi thọ và

cho khả năng phát sáng tốt hơn [34].

Ngoài ra, hiện nay còn rất nhiều cấu trúc khác đang được phát triển, hoặc tại các viện

nghiên cứu, hoặc tại các công ty như TEOLED, TOLED, Inverted OLED, ITO-free OLED…

3.7 Ứng dụng

Tiếp nối phần đầu, ở đây ta nêu ra một số ứng dụng thực tiễn của OLED – cả về khía cạnh

nghiên cứu lẫn thương mại hóa:

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 21

THAM KHẢO THAM KHẢO

3.7.1 Màn hình phẳng (FPD)

OLED được sử dụng làm màn hình có kích thước nhỏ trong các thiết bị cầm tay như điện thoại

di động, máy nghe nhạc, máy ảnh… Các thiết bị này tận dụng ưu thế của OLED cho cường độ

sáng cao, dễ đọc ngoài trời và tiết kiệm điện năng. Nhiều điện thoại thuộc dòng flagship của

các hãng như Samsung, LG đã sử dụng màn hình OLED. iPhone 8 cũng có tin đồn sử dụng

màn hình OLED.

3.7.2 TV

TV OLED đã bắt đầu xuất hiện trên thị trường và dự báo sẽ trở nên phổ biến trong tương lai.

Hiện nay ta đã có thể bắt gặp một số TV OLED có kích thước lên đến 55 inch.

3.7.3 Chiếu sáng

Do đặc tính uốn dẻo được, OLED được sử dụng để làm các biển báo và đèn chiếu sáng. Hãng

Philips có dòng sản phẩm Lumiblade hay Siemens là Osram đã được thương mại hóa.

Những khuyết điểm của OLED đã được đề cập trong phần đầu tiên và đặt ra rất nhiều

thách thức để giải quyết. OLED là một công nghệ đầy hứa hẹn, chỉ trong chưa hơn 20 năm

đã có bước phát triển vượt bậc đạt đến mức độ thương mại hóa. Hi vọng trong tương lai công

nghệ này sẽ khắc phục được nhiều khuyết điểm hơn và có giá thành rẻ hơn để đến tay tất cả

mọi người.

Tham khảo

[1] C. W. Tang and S. A. VanSlyke, “Organic electroluminescent diodes”, Applied physics

letters, vol. 51, no. 12, pp. 913–915, 1987.

[2] J. Burroughes, D. Bradley, A. Brown, R. Marks, K Mackay, R. Friend, P. Burns, and

A. Holmes, “Light-emitting diodes based on conjugated polymers”, Nature, vol. 347, no.

6293, pp. 539–541, 1990.

[3] L. Hung and C. Chen, “Recent progress of molecular organic electroluminescent materials

and devices”, Materials Science and Engineering: R: Reports, vol. 39, no. 5, pp. 143–222,

2002.

[4] Y Karzazi, “Organic light emitting diodes: Devices and applications”, J. Mater. Environ.

Sci, vol. 5, no. 1, pp. 1–12, 2014.

[5] R. M. Soneira. (2016). Galaxy s7 oled display technology shoot-out, [Online]. Available:

http://www.displaymate.com/Galaxy_S7_ShootOut_1.htm.

[6] B. W. D’Andrade and S. R. Forrest, “White organic light-emitting devices for solid-state

lighting”, Advanced Materials, vol. 16, no. 18, pp. 1585–1595, 2004.

[7] D. W¨ohrle and D. Meissner, “Organic solar cells”, Advanced Materials, vol. 3, no. 3,

pp. 129–138, 1991.

[8] M. Rahman and M Moniruzzaman, “Fundamentals of organic light emitting diode”,

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 22

THAM KHẢO THAM KHẢO

[9] G. Jabbour, Y Kawabe, S. Shaheen, J. Wang, M. Morrell, B Kippelen, and N Peygham-

barian, “Highly efficient and bright organic electroluminescent devices with an aluminum

cathode”, Applied physics letters, vol. 71, no. 13, pp. 1762–1764, 1997.

[10] A. Mikami, T. Koshiyama, and T. Tsubokawa, “High-efficiency color and white organic

light-emitting devices prepared on flexible plastic substrates”, Japanese journal of applied

physics, vol. 44, no. 1S, p. 608, 2005.

[11] A. Mikami, Y. Nishita, and Y. Iida, “35-3: High efficiency phosphorescent organic light-

emitting devices coupled with lateral color-conversion layer”, in SID symposium digest of

technical papers, Wiley Online Library, vol. 37, 2006, pp. 1376–1379.

[12] HDTV. (2008). Oled tv estimated lifespan shorter than expected, [Online]. Available:

http://hdtvinfo.eu/news/hdtv-article/oled-tv-estimated-lifespan-shorter-

than-expected.

[13] M. Schaer, F. N¨uesch, D. Berner, W. Leo, and L. Zuppiroli, “Water vapor and oxygen

degradation mechanisms in organic light emitting diodes”, Advanced Functional Materi-

als, vol. 11, no. 2, pp. 116–121, 2001.

[14] A. Bernanose, M Comte, and P Vouaux, “Sur un nouveau mode d’émission lumineuse

chez certains composés organiques”, J. de Chimie Physique, no. 1, pp. 64–68, 1953.

[15] A Bernanose, “The mechanism of organic electroluminescence”, Journal of Chemical

Physics, vol. 52, pp. 396–400, 1955.

[16] E. Frankevich and B. Rumyantsev, “Anthracene luminescence quenching by a magnetic

field”, Soviet Journal of Experimental and Theoretical Physics Letters, vol. 6, p. 70, 1967.

[17] H. Shirakawa, E. J. Louis, A. G. MacDiarmid, C. K. Chiang, and A. J. Heeger, “Synthesis

of electrically conducting organic polymers: Halogen derivatives of polyacetylene,(ch) x”,

Journal of the Chemical Society, Chemical Communications, no. 16, pp. 578–580, 1977.

[18] N. D. Luca. (2000). Lecture notes on molecular orbital, [Online]. Available: faculty.

uml.edu/ndeluca/84.334/topics/Molecular%20Orbitals.ppt.

[19] G. Inzelt, Conducting polymers: A new era in electrochemistry, ser. Monographs in Elec-

trochemistry. Springer Berlin Heidelberg, 2008, isbn: 0969756783.

[20] J. Moore, C. Stanitski, and P. Jurs, Principles of chemistry: The molecular science, ser.

Available Titles OWL Series. Cengage Learning, 2009, isbn: 0969756783.

[21] M. Cai, “Organic light-emitting diodes (oleds) and optically-detected magnetic resonance

(odmr) studies on organic materials”, 2011.

[22] E. List, J Partee, J Shinar, U. Scherf, K. M¨ullen, E Zojer, K Petritsch, G Leising, and W

Graupner, “Localized triplet excitations and the effect of photo-oxidation in ladder-type

poly (p-phenylene) and oligo (p-phenylene)”, Physical Review B, vol. 61, no. 16, p. 10807,

2000.

[23] D. McQuarrie and J. Simon, Physical chemistry: A molecular approach, ser. Physical

Chemistry: A Molecular Approach. University Science Books, 1997, isbn: 0969756783.

[Online]. Available: https://books.google.com.vn/books?id=f-bje0-DEYUC.

[24] J. J. Shiang and A. R. Duggal, “Organic electroluminescence”, in Luminescence: From

Theory to Applications. 2008.

[25] A. Holmes, D. Bradley, A. Brown, P. Burn, J. Burroughes, R. Friend, N. Greenham, R.

Gymer, D. Halliday, R. Jackson, et al., “Photoluminescence and electroluminescence in

conjugated polymeric systems”, Synthetic Metals, vol. 57, no. 1, pp. 4031–4040, 1993.

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 23

THAM KHẢO THAM KHẢO

[26] M. Baldo, D. O’brien, M. Thompson, and S. Forrest, “Excitonic singlet-triplet ratio in a

semiconducting organic thin film”, Physical Review B, vol. 60, no. 20, p. 14 422, 1999.

[27] T. Tsutsui, M.-J. Yang, M. Yahiro, K. Nakamura, T. Watanabe, T. Tsuji, Y. Fukuda, T.

Wakimoto, and S. Miyaguchi, “High quantum efficiency in organic light-emitting devices

with iridium-complex as a triplet emissive center”, Japanese Journal of Applied Physics,

vol. 38, no. 12B, p. L1502, 1999.

[28] S. R. Forrest, D. D. Bradley, and M. E. Thompson, “Measuring the efficiency of organic

light-emitting devices”, Advanced Materials, vol. 15, no. 13, pp. 1043–1048, 2003.

[29] C. Adachi, M. A. Baldo, M. E. Thompson, and S. R. Forrest, “Nearly 100% internal phos-

phorescence efficiency in an organic light-emitting device”, Journal of Applied Physics,

vol. 90, pp. 5048–5051, 2001.

[30] J. Huang, M. Pfeiffer, A. Werner, J. Blochwitz, K. Leo, and S. Liu, “Low-voltage organic

electroluminescent devices using pin structures”, Applied Physics Letters, vol. 80, no. 1,

pp. 139–141, 2002.

[31] M. C. Gather, A. K¨ohnen, and K. Meerholz, “White organic light-emitting diodes”, Ad-

vanced Materials, vol. 23, no. 2, pp. 233–248, 2011.

[32] R. Holmes, B. D’Andrade, S. Forrest, X Ren, J. Li, and M. Thompson, “Efficient, deep-

blue organic electrophosphorescence by guest charge trapping”, Applied Physics Letters,

vol. 83, no. 18, pp. 3818–3820, 2003.

[33] S. R. Forrest, “The path to ubiquitous and low-cost organic electronic appliances on

plastic”, Nature, vol. 428, no. 6986, pp. 911–918, 2004.

[34] OSRAM, Introduction to oled technology. 2007. [Online]. Available: https://dammedia.

osram.info/media/binx/osram-dam-271197/1982902.pdf.

[35] R. H. Friend, J. H. Burroughes, and D. D. Bradley, Electroluminescent devices, US Patent

5,247,190, 1993.

[36] P. Vincett, W. Barlow, R. Hann, and G. Roberts, “Electrical conduction and low voltage

blue electroluminescence in vacuum-deposited organic films”, Thin solid films, vol. 94,

no. 2, pp. 171–183, 1982.

[37] A. Brown, D. Bradley, J. Burroughes, R. Friend, N. Greenham, P. Burn, A. Holmes, and

A Kraft, “Poly (p-phenylenevinylene) light-emitting diodes: Enhanced electroluminescent

efficiency through charge carrier confinement”, Applied physics letters, vol. 61, no. 23,

pp. 2793–2795, 1992.

[38] Z. Wang, M. Helander, J Qiu, D. Puzzo, M. Greiner, Z. Liu, and Z. Lu, “Highly simplified

phosphorescent organic light emitting diode with> 20% external quantum efficiency at>

10,000 cd/m2”, Applied Physics Letters, vol. 98, no. 7, p. 073 310, 2011.

[39] S. A. Choulis, V.-E. Choong, M. K. Mathai, and F. So, “The effect of interfacial layer on

the performance of organic light-emitting diodes”, Applied Physics Letters, vol. 87, no.

11, p. 113 503, 2005.

[40] Z. Xie, W. Zhang, B. Ding, X. Gao, Y. You, Z. Sun, X. Ding, and X. Hou, “Interfacial

reactions at al/lif and lif/al”, Applied Physics Letters, vol. 94, no. 6, p. 063 302, 2009.

[41] P. Piromreun, H. Oh, Y. Shen, G. G. Malliaras, J. C. Scott, and P. J. Brock, “Role of

csf on electron injection into a conjugated polymer”, Applied Physics Letters, vol. 77, no.

15, pp. 2403–2405, 2000.

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 24

THAM KHẢO THAM KHẢO

[42] T. Matsushima, G.-H. Jin, and H. Murata, “Marked improvement in electroluminescence

characteristics of organic light-emitting diodes using an ultrathin hole-injection layer of

molybdenum oxide”, Journal of Applied Physics, 2008.

[43] Y. Zheng, S.-H. Eom, N. Chopra, J. Lee, F. So, and J. Xue, “Efficient deep-blue phospho-

rescent organic light-emitting device with improved electron and exciton confinement”,

Applied Physics Letters, vol. 92, no. 22, pp. 223 301–223 301, 2008.

[44] G. Xie, Y. Meng, F. Wu, C. Tao, D. Zhang, M. Liu, Q. Xue, W. Chen, and Y. Zhao,

“Very low turn-on voltage and high brightness tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum-based

organic light-emitting diodes with a moo (x) p-doping layer”, Applied Physics Letters, vol.

92, no. 9, pp. 093 305–1, 2008.

[45] L Zou, V Savvate’ev, J Booher, C.-H. Kim, and J Shinar, “Combinatorial fabrication and

studies of intense efficient ultraviolet–violet organic light-emitting device arrays”, Applied

Physics Letters, vol. 79, no. 14, pp. 2282–2284, 2001.

[46] K. Cheon and J Shinar, “Bright white small molecular organic light-emitting devices

based on a red-emitting guest–host layer and blue-emitting 4,4-bis (2, 2-diphenylvinyl)-

1,1-biphenyl”, Applied physics letters, vol. 81, no. 9, pp. 1738–1740, 2002.

[47] N. Chopra, J. S. Swensen, E. Polikarpov, L. Cosimbescu, F. So, and A. B. Padmaperuma,

“High efficiency and low roll-off blue phosphorescent organic light-emitting devices using

mixed host architecture”, Applied Physics Letters, vol. 97, no. 3, p. 033304, 2010.

SV: Hoàng Đình Thịnh (0969756783) 25