oled - maulana.lecture.ub.ac.id · • memiliki fungsi kerja yang tinggi (wf) ... 4. difusi eksiton...
TRANSCRIPT
Outline
Elektronika Organik - Mei 2013
Material, Struktur, dan Fabrikasi
Aplikasi
Karakteristik dan Performansi
Mekanisme Emisi dan Luminensi
OLED• pemancar cahaya terbuat dari lapisan semokonduktor organik
• Digunakan dalam teknologi elektroluminensi, seperti padaaplikasi tampilan layar
• Terkenal fleksibel dengan ketipisannya yang mencapai kurangdari 1 mm
• Diciptakan sebagai teknologi alternatif yang mampumengungguli generasi tampilan layar sebelumnya, tampilankristal cair (Liquid Crystal Display atau LCD)
Elektronika Organik - Mei 2013
Material dan Struktur OLED
Elektronika Organik - Mei 2013
Organic Electronics, Volume 13, Issue 10, October 2012, Pages 2210-2219
AnodaMaterial anoda biasanya terbuat dari ITO yang dilapiskan padasubstrat kaca tipis transparan
Elektronika Organik - Mei 2013
Syarat:• transparan• konduktivitas tinggi sehingga dapat mengurangi resistansi
kontak• memiliki fungsi kerja yang tinggi (WF) (f>4.1eV) untuk
meningkatkan injeksi lubang yang efisien• lapisan film yang tepat• Stabilitas termal maupun kimia baik
Katoda
Material katoda memiliki syarat :
• Konduktivitas yang tinggi
• WF rendah untuk meningkatkan injeksi elektron
• Sifat pembasahan yang dapat diterapkan pada bahan organik
untuk memastikan kontak yang baik dengan lapisan organik
terdekat, stabilitas yang baik dan sangat reflektif atau transparan
jika digunakan dalam top-emitting OLED
Elektronika Organik - Mei 2013 Elektronika Organik - Mei 2013
Hole Transport Layer (HTL)
Syarat material hole transport yang baik yaitu:
• Morfologis bahan stabil dan bentuknya seragam film tipis
kedap udara tersublimasi
• Memiliki potensi ionisasi kecil keadaan padat
• Memiliki hole mobilitas tinggi
• Memiliki mobilitas tinggi affinity elektron
Elektronika Organik - Mei 2013
Electron Transport Layer (ETL)
Material electron transport dapat dibuat dari :
• Logam kelat
• Senyawa Oxadiazole
• Mengandung quinoline, anthrazoline, phenanthraline, dan
senyawa piridin dan senyawa siano dan F-tersubstitusi
Elektronika Organik - Mei 2013
Emissive Layer
Banyak fluorescent dye dengan photoluminescence kuantum tinggi
telah digunakan sebagai lapisan emisi OLED. Namun, hanya
segelintir dye cukup kuat untuk menjadi kandidat yang menjanjikan
untuk aplikasi.
Laser dye seperti 4-dicyanomethylene-2-methyl-6-p-
dimethylaminostyryl)-4Hpyran (DCM), dimethylquinacridone (QA)
dan rubrene (Rub) telah berhasil digunakan untuk meningkatkan
efisiensi quantum Emissive Layer dan memodifikasi spectra emisi.
Elektronika Organik - Mei 2013
Struktur OLED (cont‘d)
• Substrat. Ini merupakan medium sejenis kaca plastik atau foil.
• Anoda. Medium ini bersifat transparan dimana anoda berfungsiuntuk memindahkan elektron (membuat ‘lubang’ elektron)ketika arus mengalir melalui perangkat.
• Organik layer. Lapisan ini terbuat dari molekul organik ataupolimer.
• Conducting Layer. Salah satu polimer yang digunakan dalamlapisan ini adalah polianilin.
Elektronika Organik - Mei 2013
Struktur OLED (cont‘d)
• Emissive Layer. Lapisan ini terbuat dari molekul plastik
organik (yang berbeda dari conducting layer) yang
memindahkan elektron dari katoda. Ini merupakan tempat
dimana cahaya dihasilkan. Salah satu polimer yang
digunakan dalam lapisan ini adalah polyfluorene.
• Katoda. Medium ini bisa berbentuk transparan atau tidak
tergantung pada jenis OLEDnya. Katoda akan menyuntikan
elektron ketika arus mengalir melalui perangkat.
Elektronika Organik - Mei 2013
Elektronika Organik - Mei 2013
Fabrikasi OLED
Organic Electronics, Volume 13, Issue 6, June 2012, Pages 980-984
OLED with a controlled molecular weight of the PVK (poly(9-vinylcarbazole)) formed by a reactive ink-jet process
Organic Electronics, Volume 14, Issue 12, December 2013, Pages 3444-3452
Improving the flexibility of large-area transparent conductive oxide electrodes on polymer substrates for flexible organic light emitting diodes by introducing surface roughness
Fabrikasi OLED (cont‘d)
• Bagian penting OLED adalah lapisan elektrode danlapisan tipis yang terdiri dari molekul-molekul organiksebagai pemancar cahaya dimana keduanya disusunbertumpuk.
• Lapisan organik dapat dimendapkan dengan teknik yangrelatif sederhana yaitu pelapisan memutar (spin coating)sedangkan lapisan elektrode dimendapkan menggunakanteknik penguapan(evaporation).
• Lapisan elektrode dibuat dari bahan logam transparanatau semi-transparan seperti Indium Tin Oxide (ITO) ataualuminium (Al). Sifat transparan memungkinkan cahayayang terpancar dari struktur piranti keluar secara optimal.
Elektronika Organik - Mei 2013
Mekanisme Emisi dan Luminensi• Luminensi terjadi saat sumber energi eksternal dapat digunakan
untuk mengeksitasi pasangan elektron-hole untuk memenuhijumlah yang dibutuhkan agar terjadi radiasi rekombinasi secaraspontan sehingga dapat menyebabkan bahan memancarkancahaya atau mengalami luminesensi
• Cara yang sederhana untuk menghasilkan emisi ini adalah denganmenghubungkan forward bias p-n yang menghasilkan efek injeksielektron dan hole pada ruang yang sama dimana hasil radiasirekombinasi ini selanjutnya disebut dengan injectionelectroluminescent.
Elektronika Organik - Mei 2013
Mekanisme Emisi dan Luminensi (cont’d)
• Pada forward bias, proses elektrik dalam OLED secara garis besardapat dibedakan dalam 4 langkah, yaitu:1. injeksi hole and electron dari anoda ke katoda2. pembawa muatan ditranspor kearah elektroda yang
berlawanan di bawah pengaruh medan listrik3. formasi eksiton akibat gaya Coulomb4. difusi eksiton (transfer energi) dan rekombinasi (peluruhan
radiatif dan non-radiatif)
Diantara langkah-langkah ini, injeksi pembawa muatan adalahlangkah yang paling penting dalam menentukan efisiensi danlifetime device.
Elektronika Organik - Mei 2013
Mekanisme Emisi dan Luminensi (cont’d)
1.Katoda (-)2. Emmisive layer3. Emisi radiasi4. Conductive Layer5.Anoda (+)
Elektronika Organik - Mei 2013
Mekanisme Emisi dan Luminensi (cont’d)
Sebuah tegangan dilewatkan melalui OLED sehingga menyebabkan
arus dari muatan negatif mengalir di dalam device dari katoda ke
anoda. Katoda memberikan elektron ke emissive layer dan anoda
mengambil elektron dari conductive layer.
Dalam seketika emissive layer menjadi bermuatan negatif
sementara conductive layer kaya akan muatan positif hole. Gaya
elektrostatik membawa elektron ke hole dan sebaliknya sehingga
terjadi rekombinasi.
Elektronika Organik - Mei 2013
Mekanisme Emisi dan Luminensi (cont’d)
Peristiwa ini terjadi di dekat emissive layer karena dalam
semikonduktor organik, hole lebih mudah berpindah daripada
elektron.
Rekombinasi ini menyebabkan energi elektron turun ke tingkat
yang lebih rendah yang disertai dengan peristiwa emisi radiasi
dengan frekuensi cahaya tampak. Inilah yang menyebabkan
lapisan ini disebut lapisan emisssive.
Elektronika Organik - Mei 2013
Mekanisme Emisi dan Luminensi (cont’d)
• Device ini tidak bekerja jika anoda diletakkan pada kutub negatif,demikian sebaliknya pada katoda. Dalam kondisi ini, hole bergerakke anoda dan elektron ke katoda sehingga mereka bergerak makinmejauh dan tidak terjadi rekombinasi.
• Pada proses rekombinasi muatan dapat didefinisikan sebagaipenggabungan muatan positif dan muatan negatif menjadibermuatan netral. Radiasi peluruhan yang mengikuti suksesif kedaantereksitasi dan menghasilkan cahaya disebut radiasi rekombinasi.
Elektronika Organik - Mei 2013
Mekanisme Emisi dan Luminensi (cont’d)
• Proses rekombinasi elektron dan lubang di dalam lapisan
organik memberikan kelebihan energi dalam bentuk foton
cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Pada akhirnya
akan diperoleh satu jenis pancaran cahaya dengan panjang
gelombang tertentu bergantung pada jenis bahan pemancar
cahaya yang digunakan atau mengalami luminensi
Elektronika Organik - Mei 2013
Karakteristik OLED• Elektroluminansinya lebih luas• Mempunyai emisi yang berwarna-warni• Efisiensi luminensi yang lebih tinggi• Molekul organik yang ada tidak terbatas jumlahnya• Model OLED terdiri dari lapisan Hole Transport Layer (HTL) dan
Electron Transport Layer (ETL).• Performansi dan lifetime sangat dipengaruhi oleh material
penyusunnya• Recombination region yang sangat tipis diakibatkan oleh
konsentrasi doping acceptor dan donor pada HTL dan ETL yang sangat rendah, yaitu hanya 1,40 x 105 cm-3
Elektronika Organik - Mei 2013
Performansi OLED
• Layar terbuat dari gabungan warna dalam kaca transparan sangat tipis
sehingga ringan dan fleksibel.
• Konsumsi daya listrik yang rendah dan terbuat dari bahan organik
menjadikan OLED sebagai teknologi ramah lingkungan.
• Memiliki jangkauan wilayah warna, tingkat terang, dan tampilan sudut
pandang yang sangat luas. Piksel OLED memancarkan cahaya secara
langsung sedangkan LCD menggunakan teknologi cahaya belakang
(backlight) sehingga tidak memancarkan warna yang sebenarnya.
Elektronika Organik - Mei 2013
Elektronika Organik - Mei 2013
Performansi OLED (cont’d)• LED memiliki waktu reaksi yang lebih cepat. Layar LCD
memiliki waktu reaksi 8-12 milisekon, sedangkan OLED hanyakurang dari 0.01 ms.
• Masalah teknis OLED yaitu masa bertahan bahan organikyang terbatas, sekitar 14.000 jam dibandingkan layar datarlain yang bisa mencapai 60.000 jam. Pada tahun 2007, masabertahan OLED dikembangkan menjadi 198.000 jam.
• Kelembaban dapat memperpendek umur OLED. Bahankandungan organik di dalam OLED dapat rusak jika terkenaair.
• Pengembangan proses segel (improved sealing process)dalam praktik pembuatan OLED dapat membatasi masabertahan tampilan.
Elektronika Organik - Mei 2013
Aplikasi OLEDAMOLED
OLED + active matrix TFT LCD konvensional
(Active Matrix Organic Light Emitting Diode)