شبیه سازی OLED های دارای لایه حمل الکترون قطبی
چکیده
دیود گسیل نور ارگانیک (OLED ها) به استفاده از مواد مناسبی وابسته اند که سطوح انرژی مناسب داشته و همچنین برای تزریق انتخابی حامل بار و انتقال یک گونه در الکترود مربوطه دارای قابلیت تحرک باشند. اما تا به حال در این زمینه، ماهیت دو قطبی بسیاری از نیمه هادی های ارگانیک نادیده گرفته شده است. به خصوص لایه های حمل الکترون (ELT ها) که اغلب پلاریته آن ها به صورت خود به خودی جهت گیری کرده و موجب می گردد بارهای میان سطحی، پتانسیل الکتریکی درون دستگاه چند لایه را تغییر دهند. ما در این جا نشان می دهیم که اگر این بارهای میان سطحی در نظر گرفته شوند، تأثیر ETL های قطبی با استفاده از صورت گرایی پواسون و انحراف-انتشار قابل شبیه سازی خواهد بود. برای تأیید روش خود و تعیین پلاریته ماده از روش طیف سنجی امپدانس استفاده می کنیم. در نهایت، شبیه سازی ها ما را قادر خواهند ساخت تا تأثیر ETL های قطبی بر عمکلرد دستگاه را مورد سنجش قرار دهیم.
1. مقدمه
تکنولوژی OLED به عنوان نسل بعدی دستگاه های مورد استفاده در نمایشگرها و کاربردهای نوری در حال پیشرفت می باشد. در نمایشگر و روشنایی دستگاه های موبایل، بازده توان یکی از مهمترین پارامترها محسوب می شود. برای افزایش بازده OLED ها از روش های مختلفی استفاده می شود: روش اپتیکال (همانند پراکندگی نور در کاربردهای نوری) و روش الکتریکی دو روش مورد استفاده می باشد که از نمونه های آن می توان به استفاده از لایه های حمل حفره هادی (HTL ها) و لایه های حمل الکترون (ELT ها) اشاره نمود که برای کاهش ولتاژ کار دستگاه مورد استفاده قرار می گیرند. مواد ELT اغلب دارای گشتاور دو قطبی مولکولی دائمی غیر صفر می باشند. این رفتار در دو ماده ETL رایج یعنی تریس (8-هیدروکسی فنولیناتو) آلومینیوم (Alq3) و 4، 7-دیفنیل-1، 10-فنانترولین (BPhen) و مواد بسیار دیگری که در مقالات ذکر شده اند مشاهده شده است. مولکول های ETL قطبی هنگام رسوب در پیکربندی پشته لایه نازک، به طور کاملاً تصادفی قرار نمی گیرند، بلکه آن ها دارای کمی جهت گیری دلخواه می باشند که موجب خواهند شد چگالی بار صفحه ای مثبت در یک سمت و چگالی بار صفحه ای بار منفی در سمت دیگر تشکیل شود (شکل 1 را مشاهده نمایید). اما هنوز هم علت این جهت گیری غیر تصادفی مشخص نیست. تا کنون برای بررسی تأثیر قطبیدگی در عملکرد دستگاه تنها مطالعات آزمایشگاهی انجام شده است و برای شبیه سازی چنین دستگاه هایی، تنها مدل های فشرده ای معرفی شده اند که مبتنی بر مدارهای معادل می باشند. ما برای اولین بار نشان می دهیم که صورت گرایی معتبر انحراف-انتشار که در SETFOS 4.3 پیاده سازی شد می تواند جواب گوی این مواد باشد و OLED های دارای مواد ETL قطبی را به صورت کمّی شبیه سازی نماید. این کار ما را قادر خواهد ساخت رفتار خاص ناشی از چنین مواد قطبی را شبیه سازی کرده و همچنین برای بهبود عملکرد دستگاه، روش هایی را ارائه دهیم. در این مقاله ما عمدتاً به مطالعه OLED دو لایه متداول خواهیم پرداخت که در شکل 1 نشان داده شده است اما برای دستگاه های چند لایه آلائیده به رنگ های پیچیده تر نیز تأثیرات و نتایج مشابهی را می توان یافت. ما در این مقاله از توصیف و مدل سازی طیف سنجی امپدانس به شکل گسترده ای استفاده خواهیم نمود. در واقع تجربه نشان داده است که این تکنیک به شدت به بارهای دستگاه حساس است؛ در نتیجه این تکنیک توصیف برای مطالعه تأثیر مواد قطبی بر عملکرد دستگاه کاملاً مناسب خواهد بود.
abstract
Organic light-emitting diodes (OLEDs) rely on the use of functional materials with suitable energy levels and mobilities for selective charge carrier injection and transport of one species only at the respective electrode. Until recently, however, the dipolar nature of many organic semiconductors has been largely ignored in this context. In particular, electron transports layers (ETLs) often exhibit spontaneous orientation polarization leading to interfacial charges that modify the electrical potential landscape inside a hetero-layer device. Here we demonstrate that the effect of polar ETLs can be simulated using the well-established Poisson and drift-diffusion formalism, if these interfacial charges are taken into account. Impedance spectroscopy is used in order to validate our approach and to characterize the polarity of the material. Finally, simulations allow to quantify the impact of polar ETLs on device performance.
1. Introduction
OLED technology is gaining ground as next generation device for display and lighting applications. For mobile devices in display and lighting, the power efficiency is one of the most important parameters. Several paths are followed in order to increase the efficiency of OLEDs: both optical (like light scattering for lighting applications [1]) and electrical, for example using highly conductive hole transport layers (HTLs) and electron transport layers (ETLs) in order to decrease the operation voltage of the device. ETL materials often show a non-zero permanent molecular dipole moment. This behavior has been found in the two most common ETL materials, Tris(8-hydroxyquinolinato) aluminium (Alq3) [2] and 4,7-diphenyl1,10-phenanthroline (BPhen) [3], and also in many others, as listed in Ref. [4]. When deposited in a thin film stack configuration, the polar ETL molecules do not arrange fully randomly, they have a slightly preferable orientation which effectively leads to a layer with a positive sheet charge density on one side and a negative one on the other side (see Fig. 1). The origin of this non-random orientation is however still not clear. So far, only experimental studies have been performed to investigate the impact of the polarity on the device operation, and only compact models based on equivalent circuits have been proposed to simulate such devices [2,5]. For the first time we show that the well-established driftdiffusion formalism implemented in SETFOS 4.3 [6] is able to cope with these materials leading to quantitative simulations of OLEDs embedding a polar ETL material. This allows us to both simulate the specific behavior introduced by such polar materials but also to give directions to improve the device operation. In this contribution we will mainly study a traditional bilayer OLED as shown in Fig. 1, but similar effects and conclusions can be found for more complex dyedoped multilayer devices [3]. In this contribution we make an extensive use of impedance spectroscopy characterization and modelling. Indeed this technique is known to be highly sensitive to the charges in the device; therefore this characterization technique is well suited to study the effect of polar materials on the device operation.
چکیده
1. مقدمه
2. مدل سازی مواد قطبی با شبیه سازی های انحراف-انتشار
3. مقایسه شبیه سازی ها و آزمایش ها
3.1. مشخصه های ظرفیت-ولتاژ
3.2. اندازه گیری های ظرفیت-فرکانس
4. تأثیر پلاریته ETL بر منحنی IV OLED
5. نتیجه گیری
abstract
1. Introduction
2. Modelling of polar materials by drift-diffusion simulations
3. Comparison between simulations and experiments
3.1. Capacitance-voltage characteristics
3.2. Capacitance-frequency measurements
4. Impact of the polarity of the ETL on the IV curve of the OLED
5. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه