Effect of phosphorescent iridium dopant on characteristics of organic light emitting diodes
Organik ısık yayan diyotlara fosforesan iridyum katkılanmasının aygıt karakteristiğine etkisi
- Tez No: 608859
- Danışmanlar: PROF. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ, DOÇ. DR. EMİNE TEKİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Energy, Physics and Physics Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 81
Özet
Organik ışık yayan diyotlar (OLED), 1985 yılında Ching Tang ve Steven van Slyke'ın verimli ince film ışık yayan diyot üretmesi ile sadece araştırma konusu olmaktan çıkan görüntüleme ve aydınlatma teknolojisidir. Bükülebilir alt taban üzerine ve şeffaf üretilebilir olması organik ışın yayan diyotları geleceğin görüntüleme teknolojilerinden biri haline getirmektedir. Üstelik organik ışık yayan diyotların, çözeltiden üretim metodlarının kullanımına bağlı olarak üretiminin düşük maliyetli olması, görüntü kalitesinin yüksek olması, daha ince ve hafif olması, tepki süresinin çok daha hızlı olması ve verimli olması gibi bir çok avantajı vardır. Organik ışık yayan diyotlarda ortaya çıkan en büyük teknik sorun organik materyallerin bozunmasına bağlı olarak yaşam ömrünün limitli olmasıdır. Organik ışık yayan diyotlarda kullanılan organik materyaller oksijen ve neme karşı duyarlı olup, zaman içinde oksijen ve nemle teması halinde siyah noktalar oluşabilmekte ve görüntüyü etkileyebilmektedir. Bunun dışında organik materyallerin kendi bozunmaları da yaşam süresini düşürmektedir. Ancak bu konuda da gelişmeler sürmektedir ve organik ışık yayan diyotların yaşam ömürleri zamanla artmaktadır. Organik ışık yayan diyotlar en basit ifadeyle farklı iş fonksiyonuna sahip iki elektrot arasında bulunan ince film organik katmanlardan oluşmaktadır. Doğası gereği düşük iş fonksiyonuna sahip metaller oksijen ve neme oldukça duyarlıdır ve hızlı bozunuma sebep olmaktadırlar. Tersinir organik ışık yayan diyotlarlarda yüksek iş fonksiyonuna sahip daha kararlı üst elektrot bulunmaktadır, bu da cihazın yaşam ömrünü arttırmaktadır. Ayrıca, PEDOT:PSS, geleneksel cihazlar için yaygın olarak kullanılan kararsız boşluk enjeksiyon malzemesidir. Dolayısıyla PEDOT:PSS kullanmamak tersinir cihazlarda yaşam ömrünü arttırır. Ayrıca tersinir yapıdaki organik ışık yayan diyotlar, aktif matris OLED (AMOLED) ekranlarda entegrasyon kolaylığı sağlamaktadır. AMOLEDler yapılarında bulunan ince film transistör (TFT) sayesinde diğer ekran sistemlerine göre daha az enerji harcarlar. Bu sebeple, geniş görüntüleme sistemlerinde daha verimlilerdir. AMOLED görüntüleme sistemlerinde renkler üç ana renk (kırmızı, yeşil, mavi – RGB) piksele verilen akım ile kontrol edilmektedir. İnce film transistörün kontrol ettiği bu akım sayesinde ekran üzerinde çok farklı renkler görüntülenebilmektedir. Bu sebeple bu üç ana renkte ışıma yapan organik ışık yayan diyotlar üretmek büyük önem arzetmektedir. Tez çalışması kapsamında, Hex-Ir(piq)3 küçük molekülü, AMOLED ekranların potansiyel uygulamaları için çözelti bazlı kullanılmak üzere kırmızı ışık yayan malzeme olarak seçilmiştir. Bu molekülün seçilmesinde literatürde Hex-Ir(piq)3 hakkında kısıtlı kaynak bulunmasının etkisi olmuştur. Hex-Ir(piq)3 küçük molekülü kullanılarak geleneksel ve tersinir OLED mimarisinde çözelti bazlı organik ışık yayan diyotlar üretilmiş ve karakterizasyon ölçümleri yapılmıştır. Molekülün karakteristik özelliklerini anlamak amacı ile ilk olarak katkısız Hex-Ir(piq)3 çözeltisi hazırlanmış ve farklı dönme hızları ile dönel kaplama yöntemi kullanarak kaplanmıştır. Üretilen cihaz için 1000 rpm dönme hızı en yüksek verim değerini verse de kaplanan ince filmde gözle görülür morfolojik sorunlar bulunmaktadır. Hex-Ir(piq)3 bir küçük molekül olduğundan ve genel olarak küçük moleküllerin çözünürlülüğü düşük olduğundan 1000 rpm dönme hızının yeterli gelmediği kanısına varılmış ve 2500 rpm dönme hızı optimum değer olarak belirlenmiştir. Bu mimaride elde edilen parlaklık 55 cd/m2 olup, akım ve güç verimi ise sırasıyla 0.02 cd/A ve 0.01 lm/W'dır. Katkısız Hex-Ir(piq)3 çözeltisi ile üç farklı tersinir cihaz üretilmiştir. İlki daha basit yapıda boşluk taşıma katmanı olmaksızın üretilmiştir. Elde edilen parlaklık değeri ve akım verimi sırasıyla, 29.66 cd/m2 ve 0.04 cd/A'dir. Bu değerlerin düşüklüğü göz önüne alındığında boşluk taşıma katmanı eklenmesine karar verilmiş ve yapıya TPD boşluk taşıma katmanı eklenerek cihaz üretilmiştir. Boşluk taşıma katmanının eklenmesi ile cihaz performansında önemli gelişmeler gözlemlenmiştir. Parlaklık değeri 370.6 cd/m2'ye ve akım verimi 0.6 cd/A'e yükselmiştir. Son olarak elektron enjeksiyon katmanı değiştirilerek etkisi incelenmiş ve performansta önemli bir etkisi bulunmamıştır. Üretilen tüm katkısız Hex-Ir(piq)3 cihazları kırmızı ışık dalga boyu aralığında ışıma yapmaktadır ve CIE 1931 renk standardına göre kromatik koordinatları belirlenmiştir. Literatür dikkate alınarak ilk konak molekül olarak NPD kullanılmıştır. Bu konak molekülü için geleneksel mimaride dikkate değer parlaklık ve verim değerleri elde edilmiştir. Parlaklık değeri ve akım verimi sırasıyla, 1889 cd/m2'ye 2.78 cd/A'dir. Ancak, tersinir mimaride boşluk taşıma katmanı olsa dahi parlaklık ve verim değerlerinin ciddi şekilde düştüğü gözlemlenmiştir. Ek olarak, elektrolüminesans karakteristik grafiğinde NPD etkisi ile 400-450 nm arasında pik gözlemlenmiş ve CIE 1931 renk koordinatlarına göre ışıma rengi pembemsi kırmızıya doğru kaymıştır. NPD konak molekülünün tersinir yapıdaki performans düşüklüğü ve elektrolüminesans grafiğindeki pik sebebi ile bu çalışma için uygun bir host olmadığına karar verilmiştir. Son olarak turuncu ışıma yapması ve tersinir mimarideki bilinen yüksek performansı sebebiyle MEH-PPV polimeri konak olarak denenmiştir. İlk olarak geleneksel yapıda doplama oranı çalışılmıştır. %20 doplama oranı ile elektron taşıma katmanı olmaksızın 289 cd/m2 parlaklık ve 0.09 lm/W güç verimi elde edilmiştir. Daha sonrasında TPBi elektron taşıma katmanı eklenerek performansta dikkate değer bir yükseliş gözlemlenmiştir. Parlaklık değer 1025 cd/m2'ye ve güç verimi 0.23 lm/W'a yükselmiştir. Hex-Ir(piq)3 doplanmış MEH-PPV çözeltisinden üretilen tersinir cihazlarda ilk olarak elektron enjeksiyon katmanı farkı denenmiş ve BNC (ikili nano-kompozit) ile üretilen cihazda 672 cd/m2 parlaklık ve 2.22 cd/A akım verimi elde edilmiştir. Daha sonra bu cihaza TPD boşluk taşıma katmanı eklenerek parlaklığın 1514 cd/m2'ye yükselmesi sağlanmıştır. Hex-Ir(piq)3 doplanmış MEH-PPV cihazlarında elektrolüminesans karakteristiği katkısız Hex-Ir(piq)3 cihazı ile karşılaştırıldığında dalga boyunun katkısız olan cihazda 620 nm olan dalga boyunun 597 nm'ye kaydığı ve cihazın daha turuncumsu kırmızı ışıma yaptığı gözlemlenmiştir. Ancak doplanmamış MEH-PPV ile karşılaştırıldığında elde edilen CIE 1931 renk kordinatlarına göre elde edilen cihazlarda kırmızı bölgeye doğru ciddi bir kayma gözlemlenmiştir. Bu çalışmalara ek olarak, Hex-Ir(piq)3 katkılanmış MEH-PPV ince filminin elektron hareketliliği incelenmiştir. Elde edilen parlaklık ve verim değerleri ile uyumlu olarak 1.29 x 10-6 cm2V-1s-1 değeri ile %20 doplama oranı ile üretilen cihazda en yüksek elektron hareketliliği elde edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Organic light-emitting diodes (OLED) are imaging and lighting technology that was no longer just a subject of research in 1985 when Ching Tang and Steven van Slyke produced efficient thin-film light-emitting diodes. The fact that it can be produced transparent and on a flexible substrate makes the organic light emitting diodes one of the promising displaying technologies for the future. Moreover, organic light emitting diodes have many advantages such as low cost of production due to solution processing methods, high display quality, thinner and lighter weight, faster response time and higher efficieny. The biggest technical problem that emerges in organic light emitting diodes is the limited life time due to degradation of organic materials. Organic materials used in organic light emitting diodes are sensitive to oxygen and moisture; black spots may form on contact with oxygen and moisture over time and affect the image. In addition, self-degradation of organic materials reduces the life time. However, researchs continue in this regard and the life times of organic light emitting diodes are increasing by time. Simply, organic light emitting diodes are composed of thin film organic layers between two electrodes with different work functions. Metals with low working function are very sensitive to oxygen and moisture by nature and cause rapid degradation. Inverted organic light emitting diodes have a more stable upper electrode with a high work function, which increases the life time of the device. Also, PEDOT:PSS is unstable hole injection material which used widely for conventional devices. Hence, avoid using PEDOT:PSS in inverted devices increases the life time. In addition, inverted organic light emitting diodes provide ease of integration in active matrix OLED (AMOLED) displays. AMOLEDs consume less energy compared to other display systems due to the thin film transistor (TFT) in their structures. Therefore, they are more efficient in large display systems. In AMOLED display systems, colors are controlled by the current given to the three primary color (red, green, blue - RGB) pixels. Due to this current controlled by the thin film transistor, many different colors can be displayed on the screen. For this reason, it is of great importance to fabricate organic light emitting diodes that emits in these three primary colors. Hex-Ir(piq)3 small molecule was selected for investigation of solution processed red light emitting material for potential applications of AMOLED displays. Limited source about Hex-Ir(piq)3 in the literature was effective in the selection of this molecule. By using Hex-Ir(piq)3 small molecule, solution based organic light emitting diodes were produced and characterization measurements were performed in conventional and inverted OLED architecture. In order to understand the characteristic properties of the molecule, first the host-free Hex-Ir(piq)3 solutions were prepared and coated with the spin-coating method with different spin rates. Although the spin rate of 1000 rpm gived the highest eficiency for the fabricated device, there were visible morphological problems in the thin film coating. Since Hex-Ir(piq)3 is a small molecule and generally, the solubility of small molecules is low, it was concluded that the rotation speed of 1000 rpm was not sufficient and the rotation speed of 2500 rpm was determined as the optimum value. Three different inverted devices were fabricated with host-free Hex-Ir(piq)3 solutions. The first one was fabricated in a simpler structure without the hole transport layer. Considering the low luminescence and efficiency, it was decided to add a hole transport layer and the device was produced by adding TPD as hole transport layer to the structure. Significant improvements in device performance was observed with the addition of the hole transport layer. Finally, the effect of electron injection layer was studied and no significant effect on performance was found. All fabricated host-free Hex-Ir(piq)3 devices emitted in the red light wavelength range and chromatic coordinates are determined according to the CIE 1931 color standard. Considering the literature, NPD was used as the first host molecule. Significant luminescence and efficiency values were obtained for this host molecule in conventional architecture. However, in inverted architecture, it was observed that luminescence and efficiency values are reduced significantly even if there is a hole transport layer. In addition, in the electroluminescence characteristic graph, a peak between 400-450 nm was observed with the effect of NPD and the emitted color shifted to pinkish red according to CIE 1931 color coordinates. It was decided that NPD host molecule was not suitable host for this study because of the inverted device performance decrease and peak in the electroluminescence graph. Finally, the MEH-PPV polymer was tested as a host because of its orange light emission and its high performance in inverted architecture. Firstly, doping ratio in conventional structure was studied. Subsequently, a significant increase in performance was observed by adding TPBi as electron transport layer. In the inverted devices produced from Hex-Ir(piq)3 doped MEH-PPV solution, the difference of electron injection layer was first tried Then, TPD hole transport layer was added to this device to increase the luminescence. Compared with host-free Hex-Ir(piq)3, electroluminescence characteristics of MEH-PPV devices doped with Hex-Ir(piq)3 showed that the device produced an orange red radiation. However, a significant shift towards the red zone was observed in the Hex-Ir(piq)3 doped MEH-PPV devices comparing to undoped MEH-PPV, according to the CIE 1931 color coordinates. In addition to these studies, electron mobility of Hex-Ir(piq)3 doped MEH-PPV thin film was investigated. In accordance with the obtained luminescence and efficiency values, the highest electron mobility was obtained in the device produced with a doping ratio of 20%.
Benzer Tezler
- Synthesis and application of the iridium semiconductor complexes for organic light emitting diodes
Organik ışık yayan diyotlar için iridyum yarıiletken komplekslerinin sentezi ve uygulaması
CANER KARAKAYA
Doktora
İngilizce
2017
Enerjiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞERAFETTİN DEMİÇ
- Uzun ışımalı lantanit katkılı nano taneciklerin sentezi, karakterizasyonu ve lüminesans özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and luminescence properties of long-lasting lanthanide doped nano particles
EMRAH ÇINAR
- Lantanit katkılı borat taneciklerin sentezi karakterizasyonu ve lüminesans özellikleri
Synthesis, characterization and luminescence of lanthanide doped borate particles
SERPİL IŞIK
- Pr3+ katkılı kalsiyum titanat seramiklerin kırmızı fosforesans özelliklerinin geliştirilmesi
Enhancement of red phosphorescence properties of Pr3+ activated calcium titanate
HATİCE KÜBRA SADE
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ SOLAK
- Synthesis and characterization of strontium aluminate based nanophospors
Nano boyutta stronsiyum aluminat esaslı fosfor sentezi ve karakterizasyonu
MEHMET DURMUŞ ÇALIŞIR
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ SOLAK