DESIGN, SIMULATION AND FABRICATION OF THE OPTIMUM DEVICE ARCHITECTURE FOR NVIS COMPATIBLE OLED DISPLAYS (NVIS-OLED)
NVIS UYUMLU OLED EKRANLAR (NVIS-OLED) İÇİN OPTİMUM AYGIT MİMARİSİNİN TASARIMI, SİMÜLASYONU VE ÜRETİMİ
- Tez No: 956360
- Danışmanlar: PROF. DR. EBRU MENŞUR TEK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Askeri ekranlar, zorlu çevre koşullarında yüksek performans göstermesinin yanı sıra, MIL-STD-3009 gece görüş sistemleriyle (NVIS) tam uyumluluk gerektiren kritik bir bileşendir. Bu uyumluluğun sağlanabilmesi, özellikle renklerin hassas şekilde kontrol edilebildiği teknolojilere ihtiyaç duymaktadır. Bu bağlamda, Organik Işık Yayan Diyot (OLED) teknolojisi hem ışık renginin ayarlanabilir olması hem de yüksek verim, parlaklık, kontrast oranı ve görüş açısı gibi birçok özelliği sayesinde NVIS uyumlu askeri ekran uygulamaları için güçlü bir adaydır. Bu çalışmada, gece görüş (NVIS) uyumlu askeri bir OLED ekranın (NVIS-OLED) katman mimarisinin oluşturulması amaçlanmıştır. Katman mimarisi oluşturulurken her bir fonksiyonel katman ayrı ayrı incelenmiş, özellikle boşluk enjeksiyon katmanı (HIL), boşluk taşıma katmanı (HTL) ve elektron taşıma katmanı (ETL) gibi fonksiyonel katmanların malzemeleri ve katman kalınlıklarının ışıma rengine olan etkileri incelenmiştir. Önerilen NVIS-OLED aygıtlarının parlaklığı, parlaklık verimliliği ve renk koordinatlarını incelemek amacıyla, SETFOS® (Yarıiletken Işıma Yapan İnce Film Optik Simülatörü), MATLAB® ve LightTools® (Aydınlatma Tasarım Yazılımı) gibi simülasyon araçları kullanılmıştır. OLED aygıt SETFOS® yazılımı ile modellenmiş, her bir katman için malzeme seçimi yine bu araçla yapılarak optimum elektron-boşluk dengesi sağlanmaya çalışılmıştır. Aygıt verimliliğinin hesaplanması için de aynı araç kullanılmıştır. OLED'in çoklu katmanlarının etkili yansıtıcılığı MATLAB® ortamında hesaplanmıştır. Çıkış parlaklığı ve lüminesans verimliliğinin optik doğrulaması ise LightTools® ile gerçekleştirilmiştir. Yeşil ışık yayan bir OLED aygıt için yapılan çok sayıda simülasyon sonucunda, ETL malzemesi ve kalınlığı 1 nm ile 200 nm arasında değiştirildiğinde, renk koordinatlarında özellikle sarı spektrumuna doğru önemli kaymalar gözlemlenmiştir. Buna karşılık, HIL ve HTL katman kalınlıklarındaki değişimlerin renk koordinatları üzerinde ihmal edilebilir düzeyde etkisi olduğu görülmüştür. Bu sonuçlar, OLED'lerde renk ayarlama ve ışıma karakteristikleri açısından ETL'nin kritik rolünü vurgularken, HIL ve HTL için malzeme seçiminin daha esnek olabileceğini göstermektedir. SETFOS®, MATLAB® ve LightTools® kullanılarak yapılan analizlerle, ETL (3TPYMB) malzemesinin kalınlığı 51 nm'ye optimize edildiğinde, ETL-EIL yığını üzerinden katot yansıtırlığının minimum düzeye indiği ve bu sayede Glass/ITO/MoO₃/TAPC/(CBP:Ir(ppy)₃)/3TPYMB/LiF/Aluminum OLED mimarisi içinde 3470 cd/m² çıkış parlaklığı ve 10 mA/cm² akım yoğunluğu altında 34.73 cd/A akım verimliliği elde edildiği doğrulanmıştır. Bu çalışma, katman kalınlıklarının yansıtırlık özelliklerine göre optimize edilmesi durumunda OLED aygıt performansının önemli ölçüde iyileştirilebileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Military displays are critical components that must not only perform reliably under harsh environmental conditions but also fully comply with MIL-STD-3009 Night Vision Imaging Systems (NVIS). Achieving this compliance requires technologies capable of precise control over emission color. In this context, Organic Light-Emitting Diode (OLED) technology stands out as a strong candidate for NVIS-compatible military display applications due to its tunable emission spectrum, high efficiency, brightness, contrast ratio, and wide viewing angle. This study aims to design the multilayer device architecture of a military-grade NVIS-compatible OLED (NVIS-OLED) display. During the architectural design, each functional layer was analyzed individually, with particular focus on the effects of material choice and layer thickness of key functional layers—such as the Hole Injection Layer (HIL), Hole Transport Layer (HTL), and Electron Transport Layer (ETL)—on the emission color. To analyze the luminance, luminous efficiency, and chromaticity coordinates of the proposed NVIS-OLED devices, simulation tools such as SETFOS® (Semiconducting Emissive Thin Film Optics Simulator), MATLAB®, and LightTools® (Illumination Design Software) were employed. The OLED device was modeled using SETFOS®, which also facilitated material selection for each layer to achieve optimal electron-hole balance and device efficiency. MATLAB® was used to calculate the effective reflectivity of the multilayer OLED structure, while the optical validation of output luminance and luminous efficiency was carried out using LightTools®. Extensive simulations conducted on a green-emitting OLED device revealed that varying the ETL material and its thickness between 1 nm and 200 nm resulted in significant shifts in color coordinates, especially towards the yellow spectrum. In contrast, changes in the thickness of the HIL and HTL layers had negligible effects on emission color. These results underscore the critical role of the ETL in color tuning and emission characteristics, while suggesting greater flexibility in the material selection for the HIL and HTL layers. Through combined analyses using SETFOS®, MATLAB®, and LightTools®, it was validated that when the ETL material (3TPYMB) was optimized to a thickness of 51 nm, the cathode reflectivity through the ETL-EIL stack was minimized. This optimization enabled an output luminance of 3470 cd/m² and a current efficiency of 34.73 cd/A under a current density of 10 mA/cm² within the Glass/ITO/MoO₃/TAPC/(CBP:Ir(ppy)₃)/3TPYMB/LiF/Aluminum OLED stack. These findings demonstrate that optimizing the thickness of OLED layers with respect to their reflectivity properties can lead to significant improvements in overall device performance.
Benzer Tezler
- The behoavioral modeling and an application of SAR ADC
SAR ADC'nin davranışsal modeli ve uygulaması
MERİÇ ECE ZEDELİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ TOKER
- Broadband metamaterial solar cell design
Geniş bantlı metamalzeme güneş hücresi tasarımı
YAREN YÜCEL YAMAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FUNDA AKLEMAN YAPAR
- GNSS sistemleri için küçük boyutlu yama anteni ve kompakt anten dizisi tasarımı
Design of a compact patch antenna and antenna array for GNSS systems
MUHAMMED YUSUF ŞAHİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL
- A novel current reuse low noise amplifier design operating in 10-18 ghz
10-18 ghz frekans aralığında özgün bir akım yeniden kullanımlı düşük gürültülü yükselteç tasarımı
YAVUZHAN YAVUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA BERKE YELTEN
- Enhancement of dispenser cathode fabrication with pre – design activation simulations and polymer doping
Polimer katkılandırma ve ön aktivasyon tasarımı benzetim çalışmaları ile dispenser katotların üretim süreçlerinin geliştirilmesi
NERGİS YILDIZ ANGIN ATMACA
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ALVEROĞLU DURUCU