Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Обычно свет из устройства выходит вот так
Схема светодиода, созданного на пластиковой подложке с использованием золотого анода
Структура светодиода с рекордной внешней квантовой эффективностью - 63% - и его фотография

Выход света из устройства

Ключевые слова:  OLED, outcoupling, периодика

Автор(ы): Уточникова В.В.

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

14 апреля 2012

Органические светодиоды (OLED) в последнее время достигли значительного улучшения эффективности, однако до сих пор теряется большая часть излученного света, поскольку остается в устройстве как в ловушке, в результате чего внешний квантовый выход остается низким – всего 20-30%.

Поиск методов улучшения выхода света из устройства - outcoupling – очень важная задача. Одним из достижений в этой области сегодня является внешний квантовый выход зеленого светодиода 63%, которого ученые к тому же добились на гибкой подложке.

Чтобы достичь высокой эффективности власти в OLED, нужно выполнить три основных правила. Во-первых, произведение напряжения и заряда электрона должно быть низким - порядка энергии фотонов, и это требование уже почти выполнено: в настоящее время напряжение уже приближается к нижнему теоретическому пределу. Во-вторых, внутренняя квантовая эффективность OLED должна быть близка к 100%, то есть почти каждая пара электрон-дырка должна приводить к образованию фотона. Это условие можно эффективно выполнить, используя фосфоресцирующие молекулы в качестве эмиттеров. В-третьих, выход фотонов из слоя OLED должен быть очень эффективным, и вот тут-то и самая проблема.

Существуют три способа выхода фотонов из органических слоев. Они могут выделиться в окружающую среду и покинуть устройство через прозрачный анод (ITO) и подложку. Так, однако, поступают только 20-30% фотонов, образуемых в конусе излучения с пространственным углом около 40°. Большая часть фотонов выделяется либо оставаясь в подложке, либо оставаясь в ITO и органических слоях. Это может привести к обратному отражению фотонов к катоду.

К сожалению, фотонов, испускаемые под таким углом, не выходят через подложку, а захватываются в органическом слое как в волноводе. В результате большинство фотонов, которые идут этим путем, в конечно итоге захватываются катодом..

Однако и эти фотоны еще можно спасти. Существуют три различных способа для этого. Во-первых, можно просто использовать подложки с высоким показателем преломления: как органические слои, так и прозрачный анод имеют показатели преломления всего около 1,8-1,9. Недостатком этого подхода является то, что такие подложки с высоким показателем преломления (> 1,8), как правило, хрупкие, дорогие и ядовитые.

Второй способ улучшения выхода света, хотя и основан на элегантной концепции, имеет несколько существенных недостатков. Устанавливая частично отражающий контакт - полупрозрачный анод - OLED преобразуется в оптическую микрополость, выталкивая пучки фотонов вперед. По существу это эффект интерференции, эффективность которого зависит от длины волны, что делает его неэффективным для использования в белых светодиодах.

Третий подход заключается в структурировании активных слоев OLED таким образом, чтобы избежать эффекта волновода. Это требует структурирования тонких пленок с высоким разрешением, что является сложной задачей, важным моментом в решении которой является шероховатости подложки. Хотя этот метод ведет к улучшению выхода света из устройства, он обеспечивает лишь небольшое усовершенствование и, следовательно, неспособен достичь желаемого уровня эффективности, как с помощью других методов.

Недавно был предложен новый, четвертый, метод, который позволяет делать гибкие органические светодиоды без применения подложки с высоким показателем преломления. Ключевым моментом метода является замена прозрачного электрода ITO на многослойный анод, состоящий из тонкого полупрозрачного слоя золота, который служит проводящим электродом, заключенного между тонкопленочных слоев с высоким показателем преломления: оксида тантала (Ta2O5) на гибкой подложке из и дыркопроводящего слоя триоксида молибдена.

Используя этот метод, ученые получили очень высокую эффективность для устройств, излучающих зеленый свет. Было показано, что устройства, содержащие эти слои, демонстрируют двукратное увеличение внешней квантовой эффективности (до 40%) при яркости 10000 кд/м2. Внешняя квантовая эффективность и энергоэффективность могут быть улучшены до 60% и 126 лм/Вт. Наиболее высокими достигнутыми значениями являются 63% и 290 лм/Вт, что в 2,5 раза выше, чем у устройств с анодом из ITO. Таким образом, уже достигнуты значения эффективности, которые сопоставимы с таковыми для современных устройств, основанных на использловании стеклянных подложек с высоким показателем преломления.

Эта концепция, на самом деле, решает даже две ключевые проблемы для широкой реализации OLED: он позволяет значительно повысить эффективность выхода света благодаря простому тонкопленочному подходу, и позволяет избежать использования хрупких и дорогостоящих электродов из ITO, используемых в современных светодиодах. Кроме того, использование пластиковой подложки поможет достичь недорогого массового производства гибких органических светодиодов, которые можно сматывать в рулон.

Однако остаются некоторые сложные вопросы. Несмотря на то, что для дисплеев используются монохромные OLED, самый большой потенциал применения сегодня у светодиодов для освещения, то есть нужны белые светоизлучающие устройства. Кроме того, реализация этого подхода требует использованием золотой пленки.

Однако тем не менее, это достижение будет стимулировать исследования по этим вопросам.


В статье использованы материалы: Nature Photonics, Nature Photonics


Средний балл: 10.0 (голосов 4)

 


Комментарии
Очень интересная статья.
Согласен весьма не плохая статья.
126 лм/Вт
10000 кд/м2
Что это значит?

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Механистический материализм (мечта футуристов - нанотехнологов - окаменевший скелет шагающего наноробота, XXI в.н.э.)
Механистический материализм (мечта футуристов - нанотехнологов - окаменевший скелет шагающего наноробота, XXI в.н.э.)

На XXI Менделеевском съезде награждены выдающиеся ученые-химики
11 сентября 2019 года в Санкт-Петербурге на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии объявлены победители премии выдающимся российским ученым в области химии. Премия учреждена Российским химическим обществом им. Д.И.Менделеева совместно с компанией Elsevier с целью продвижения и популяризации науки, поощрения выдающихся ученых в области химии и наук о материалах.

Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых
Россия подала в ЮНЕСКО заявку на учреждение премии имени Менделеева для молодых ученых. Об этом премьер-министр РФ Дмитрий Медведев сообщил, открывая встречу с нобелевскими лауреатами, руководителями химических обществ, представителями международных и российских научных организаций.

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Синтез “перламутровых” нанокомпозитов с помощью бактерий. Оптомагнитный нейрон.Устойчивость азотных нанотрубок. Электронные характеристики допированных фуллереновых димеров.

Люди, создающие новые материалы: от поколения X до поколения Z
Е.В.Сидорова
Самые диковинные экспонаты научной выставки, организованной в Москве в честь Международного года Периодической таблицы химических элементов в феврале 2019 г., можно было рассмотреть только "вооруженным глазом»: Таблица Д.И.Менделеева размером 5.0 × 8.7 мкм и нанопортрет первооткрывателя периодического закона великолепно демонстрировали возможности динамической АСМ-литографии на сканирующем зондовом микроскопе. Миниатюрные произведения представили юные участники творческих конкурсов XII Всероссийкой олимпиады по нанотехнологиям, когда-то задуманной академиком Ю.Д.Третьяковым — основателем факультета наук о материалах (ФНМ) Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова. О том, как подобное взаимодействие со школьниками и студентами помогает сохранить своеобразие факультета и почему невозможно воплощать идею междисциплинарного естественнонаучного образования, относясь к обучению как к конвейеру, редактору журнала «Природа» рассказал заместитель декана ФНМ член-корреспондент РАН Е.А.Гудилин.

Как наночастицы применяются в медицине?
А. Звягин
В чем преимущества наночастиц? Как они помогают ученым в борьбе с раком? Биоинженер Андрей Звягин о наночастицах в химиотерапии, имиджинговых системах и борьбе с раком кожи.

Медицинская керамика: какими будут имплантаты будущего?
В.С. Комлев, Д. Распутина
Почему керамические изделия применяются в хирургии? Какие технологии используются для создания имплантатов? Материаловед Владимир Комлев о том, почему керамика используется в медицине, как на ее основе создаются имплантаты и какие перспективы у биоинженерии

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.