OLED
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 pada aplikasi tampilan layar
• Terkenal fleksibel dengan ketipisannya yang mencapai kurang dari 1 mm
• Diciptakan sebagai teknologi alternatif yang mampu
mengungguli generasi tampilan layar sebelumnya, tampilan kristal cair (Liquid Crystal Display atau LCD)
Material dan Struktur OLED
Elektronika Organik - Mei 2013
Organic Electronics,Volume 13, Issue 10,October 2012,Pages 2210-2219
Anoda
Material anoda biasanya terbuat dari ITO yang dilapiskan pada substrat kaca tipis transparan
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
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
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
Struktur kimia HTL
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
Struktur kimia ETL
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.
Struktur Kimia Emissive Layer
Elektronika Organik - Mei 2013
Struktur OLED (cont‘d)
• Substrat. Ini merupakan medium sejenis kaca plastik atau foil.
• Anoda. Medium ini bersifat transparan dimana anoda berfungsi untuk memindahkan elektron (membuat ‘lubang’ elektron) ketika arus mengalir melalui perangkat.
• Organik layer. Lapisan ini terbuat dari molekul organik atau
polimer.
• Conducting Layer. Salah satu polimer yang digunakan dalam lapisan ini adalah polianilin.
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
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 dan lapisan tipis yang terdiri dari molekul-molekul organik sebagai pemancar cahaya dimana keduanya disusun bertumpuk.
• Lapisan organik dapat dimendapkan dengan teknik yang relatif sederhana yaitu pelapisan memutar (spin coating) sedangkan lapisan elektrode dimendapkan menggunakan teknik penguapan(evaporation).
• Lapisan elektrode dibuat dari bahan logam transparan atau semi-transparan seperti Indium Tin Oxide (ITO) atau aluminium (Al). Sifat transparan memungkinkan cahaya yang terpancar dari struktur piranti keluar secara optimal.
Mekanisme Emisi dan Luminensi
• Luminensi terjadi saat sumber energi eksternal dapat digunakan
untuk mengeksitasi pasangan elektron-hole untuk memenuhi jumlah yang dibutuhkan agar terjadi radiasi rekombinasi secara spontan sehingga dapat menyebabkan bahan memancarkan cahaya atau mengalami luminesensi
• Cara yang sederhana untuk menghasilkan emisi ini adalah dengan menghubungkan forward bias p-n yang menghasilkan efek injeksi elektron dan hole pada ruang yang sama dimana hasil radiasi rekombinasi ini selanjutnya disebut dengan injection electroluminescent.
Mekanisme Emisi dan Luminensi (cont’d)
• Pada forward bias, proses elektrik dalam OLED secara garis besar dapat dibedakan dalam 4 langkah, yaitu:
1. injeksi hole and electron dari anoda ke katoda
2. pembawa muatan ditranspor kearah elektroda yang berlawanan di bawah pengaruh medan listrik
3. formasi eksiton akibat gaya Coulomb
4. difusi eksiton (transfer energi) dan rekombinasi (peluruhan radiatif dan non-radiatif)
Diantara langkah-langkah ini, injeksi pembawa muatan adalah langkah yang paling penting dalam menentukan efisiensi dan lifetime device.
Mekanisme Emisi dan Luminensi (cont’d) 1.Katoda (-) 2. Emmisive layer 3. Emisi radiasi 4. Conductive Layer 5.Anoda (+)
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.
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.
Mekanisme Emisi dan Luminensi (cont’d)
• Device ini tidak bekerja jika anoda diletakkan pada kutub negatif,
demikian sebaliknya pada katoda. Dalam kondisi ini, hole bergerak ke anoda dan elektron ke katoda sehingga mereka bergerak makin mejauh dan tidak terjadi rekombinasi.
• Pada proses rekombinasi muatan dapat didefinisikan sebagai penggabungan muatan positif dan muatan negatif menjadi bermuatan netral. Radiasi peluruhan yang mengikuti suksesif kedaan tereksitasi 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
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
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.
Performansi OLED (cont’d)
• LED memiliki waktu reaksi yang lebih cepat. Layar LCD
memiliki waktu reaksi 8-12 milisekon, sedangkan OLED hanya kurang dari 0.01 ms.
• Masalah teknis OLED yaitu masa bertahan bahan organik yang terbatas, sekitar 14.000 jam dibandingkan layar datar lain yang bisa mencapai 60.000 jam. Pada tahun 2007, masa bertahan OLED dikembangkan menjadi 198.000 jam.
• Kelembaban dapat memperpendek umur OLED. Bahan kandungan organik di dalam OLED dapat rusak jika terkena air.
• Pengembangan proses segel (improved sealing process) dalam praktik pembuatan OLED dapat membatasi masa
Elektronika Organik - Mei 2013
Aplikasi OLED
AMOLED
OLED + active matrix TFT
LCD konvensional
OLED sebagai Lampu
Elektronika Organik - Mei 2013
OLED sebagai Jam Tangan Digital
Sony Watch iWatch
