Светоизлучающие органические диоды и полевые транзисторы А.Г.Витухновский, ФИАН

Светоизлучающие органические диоды
и
полевые транзисторы
А.Г.Витухновский, ФИАН
Outstanding Nobel
Prizes Laureates
H-bomb (Sakharov, 1953, 1975)
Lasers (Basov and
Prokhorov, 1964)
Superconductivity (Ginzburg, 2003)
Vavilov Luminescence Department
1904-1990
1937
1891-1951
Cherenkov-Vavilov Effect
1958 Nobel price (with Tamm & Frank)
к 120-летию С.И.Вавилова
XXV Вавиловские чтения, ФИАН, 23 марта 2011г.
Государственная премия СССР
(1951)"За разработку
люминесцентных ламп"
награждены:
С.И. Вавилов (посмертно)
В.Л.Левшин
В.А.Фабрикант
М.А.Константинова-Шлезингер
Ф.А.Бутаева
В.И.Долгополов.
Категория
тип
(Люмен/Ватт
КПД%
0.3
0.04 %
100Вт лампа
накаливания (220 В
13.8
2.0 %
Люминесцентная
линейная лампа,
60
9%
Свеча
белый светодиод
белый OLED
Прототип светодиода
10 — 90
102
до 208
1.5-13 %
15%
до 30 %
Evolution of Display Technologies
OLEDs
Electronic display world market by
technology
real OLED action
C.W.Tang
Steven Van Slyke
Organic Electroluminescent
Diodes
C.W. Tang, S. A. Van Slyke
Appl. Phys. Lett. 51, 913 (1987)
Alq3 (C27H18AlN3O3)
Aluminium tris(quinolin-8-olate)
Example of flexible OLED
Transparent OLED for notebook
Transparent cell phone
Transparent OLED for Lighting
Advantages:
•
•
•
•
•
•
•
•
Robust Design - OLED’s are tough enough to use in portable devices such as
cellular phones, digital video cameras, DVD players, car audio equipment and
PDA’s.
Viewing Angles – Can be viewed up to 160 degrees, OLED screens provide a clear
and distinct image, even in bright light.
High Resolution – High information applications including videos and graphics,
active-matrix OLED provides the solution. Each pixel can be turned on or off
independently to create multiple colors in a fluid and smooth edged display.
“Electronic Paper” – OLED’s are paper-thin. Due to the exclusion of certain
hardware goods that normal LCD’s require, OLED’s are as thin as a dime.
Production Advantages – Up to 20% to 50% cheaper than LCD processes. Plastics
will make the OLED tougher and more rugged. The future quite possibly could
consist of these OLED’s being produced like newspapers, rather than computer
“chips”.
Video Capabilities – They hold the ability to handle streamlined video, which
could revolutionize the PDA and cellular phone market.
Hardware Content – Lighter and faster than LCD’s. Can be produced out of plastic
and is bendable. Also, OLED’s do not need lamps, polarizers, or diffusers.
Power Usage – Takes less power to run (2 to 10 volts).
Disadvantages:
• Sunlight Readability – OLED’s emit light. Bright sunlight
interferes and washes out the image.
• MTBF vs. Color – The reliability of OLEDs have been
dramatically improved. But the colors still degrade at a
different rate. MTBF = 150,000 hours for red, 80,000 hours
for green & blue.
• Overcoming LCD’s – LCD’s have predominately been the
preferred form of display for the last few decades. LCD
manufacturers will continue to improve their products and
search for ways to reduce production costs.
Which way?
QD-OLED
Light Emitting
Organic Transistor
Roll-to-Roll
Flexible OLED
Roll-to-Roll technology
2 May 2010
EQE = 5%
The first idea of QD-OLED
Coe et al., Nature 420, 800 (2002).
Органический полевой
транзистор
FIAN OFET
Исток
Сток
Пентацен
Подложка
Парилен
Затвор
Микрофотография рабочей области
готового органического полевого транзистора.
3
Ion/Ioff ~ 10
Hybrid OLED
Cathode
Anode
Energy level structure
QDs
Synthesis of Colloidal Quantum Dots
Synthesis of Colloidal Quantum Dots
Простейший QD-OLED
ПРЕИМУЩЕСТВА
• Перестройка длины волны излучения
– только от размера наночастицы
• Стабильность - эмиттер
неорганический материал
• Дешевизна – синтез коллоидных
наночастиц
• Высокий квантовый выход
QDs Layer Formation
TPD/QD solution in chloroform
QDs Layer Formation TPD/QDs in
solution chloroform
QD - OLED
ACTIVE LAYER
WITH
NANOPARTICLES
+
METAL
ETL
HTL
ITO
-
GLASS
OUTPUT WHITE LIGHT
FIAN suggestion for ITRI (Taiwan), 2005
FIAN vacuum deposition set-up
OLED-FIAN-1
FIAN spin-coating set-up
OLED-FIAN -2
Working OLED sample (June, 2010)
Working OLED sample (June, 2010)
Что нужно и можно исследовать для
создания эффективных QD-OLEDs
• Механизм возбуждения полупроводниковых QDs в QDOLEDs
• Электронные и оптические свойства полупроводниковых
QDs
– Роль формы (сфера или тетрапод)
– Спектры
– Кинетика
– Blinking
• Электронные и оптические свойства QDs с металлическим
ядром и органической оболочкой (плазмон-экситонное
взаимодействие)
• Подвижность носителей заряда в матрице содержащей
QDs
Что нужно и можно исследовать для
создания эффективных QD-OLEDs
Транспорт электронов
Транспорт дырок
• Механизм возбуждения
полупроводниковых QDs в QDOLEDs
Что нужно и можно исследовать для
создания эффективных QD-OLEDs
• Электронные и оптические
свойства полупроводниковых
QDs
–Роль формы (сфера или
тетрапод)
–Спектры
Semiconductor QDs
Size change
CdSe example
Quantum Dots Shape
• Spherical form
• Tetrapoid form
Anisotropic QDs
Quantum Dots from Dr.R.Vasiliev Group (MSU)
Четвероно́гие (лат. Tetrapoda) или
наземные позвоночные — надкласс,
охватывающий всех наземных челюстноротых
позвоночных.
Красноглазая квакша (Agalychnis callidryas)
Nanotetrapod
shell,
CdSe
core,
CdTe
Model
CdTe/CdSe
nanotetrapod
ТЕМ image
Nanoterapod
construction
Что нужно и можно исследовать для
создания эффективных QD-OLEDs
• Электронные и оптические
свойства QDs с металлическим
ядром и органической оболочкой
(плазмон-экситонное
взаимодействие)
Впервые синтезированы трехкомпонентные композитные
наночастицы, состоящие из металлического ядра (Au, Ag)
диаметром 6 нм, покрытого двумя концентрическими
оболочками органического вещества
спектры поглощения трехкомпонентных наночастиц
Au/TMA/J-агрегат 3,3′-ди(γ-сульфопропил)-4′,5′-[1′′метилиндоло(3″,2″)]-тиатиазолоцианина:
Что нужно и можно исследовать для
создания эффективных QD-OLEDs
• Электронные и оптические
свойства полупроводниковых
QDs
–Blinking
Мерцание
Blinking
Blinking role
e
“On” state
QD
hv
emission
trap
“Off” state
e
hv
No emission
QD
trap
Измерение люминесценции
полупроводниковых квантовых точек
при гелиевых температурах (от 7К)
Time-of-Flight Set-up (excitation 266 нм)
COMMON CONCLUSION
• Towards to QD-OLEDs
• QDs processes are shorter than 1ms. We need a new
method for blinking study (role shell thickness).
• No exponential kinetics of CdTe/CdSe QDs related
with space charge separation
• Hole mobility is independent from QDs concentration
in QDs doped organic matrix. The energetic disorder σ
is increased for concentrations of QDs (9210 мeV up
1275 мeV).
• Additional studies of QDs doped organic matrix are
needed.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Л.С.Лепнев – доктор физ.-мат.наук
Д.Ю.Паращук - доктор физ.-мат.наук
В.М.Кобрянский – доктор хим.наук
А.Н.Лобанов - кандидат физ.-мат.наук
Е.В.Переведенцева - кандидат физ.мат.наук
С.А.Амброзевич – кандидат физ.мат.наук
А.А.Ващенко - кандидат физ.-мат.наук
Д.А.Чубич - кандидат физ.-мат.наук
А.С.Аверюшкин – старший научный
сотрудник
Т.Ф.Лимонова – научный сотрудник
Сергей Широков – аспирант ФИАН
Станислав Зиборов – аспирант МИФИ
Денис Васильев – аспирант МФТИ
Михаил Ковалев – аспиран МИФИ
Валентина Уточникова аспирантка МГУ
Кто?
Ольга Коновал – студентка МФТИ 6-й
курс
Александр Переверзев – студент
МФТИ 5-й курс
Дмитрий Глубоков –студент МФТИ 5-й
курс
Иван Харыбин - студент МФТИ 5-й
курс
Александр Селюков - студент МФТИ
5-й курс
Алексей Кацаба - студент МФТИ 4-й
курс