Teknologi dan Piranti Desain OLED

Hari ini saya akan nebulis artikel tentang Salah satu dioda yang sudah terkenal dan yang sudah sangat banyak digunakan  hingga saat ini. Postingan saya hari berisikan tentang OLED ( Organic Light Emitting Diode ).  Kita mulai saja pembahasannya.  Semoga bermanfaat.  :)

OLED (Organic LightEmitting)

Diode (OLED) atau dioda cahaya organik adalah sebuah semikonduktor sebagai pemancar cahaya yang terbuat dari lapisan organik. OLED digunakan dalam teknologi elektroluminensi, seperti pada aplikasi tampilan layar atau sensor. Teknologi ini terkenal fleksibel dengan ketipisannya yang mencapai kurang dari 1 mm.

 

Teknologi OLED

OLED merupakan piranti penting dalam teknologi elektroluminensi. Teknologi tersebut memiliki dasar konsep pancaran cahaya yang dihasilkan oleh piranti akibat adanya medan listrik yang diberikan. Teknologi OLED dikembangkan untuk memperoleh tampilan yang luas, fleksibel, murah dan dapat digunakan  sebagai layar yang efisien untuk berbagai keperluan layar tampilan. Jumlah warna dari cahaya yang dipancarkan oleh piranti OLED berkembang dari satu warna menjadi multiwarna. Fenomena ini diperoleh dengan membuat variasi tegangan listrik yang diberikan kepada piranti OLED sehingga piranti tersebut memiliki prospek untuk menjadi piranti alternatif seperti teknologi tampilan layar datar berdasarkan kristal cair..

Struktur lapisan

Struktur OLED terdiri atas lapisan kaca terbuat dari oksida timahindium yang  berfungsi sebagai elektroda positif atau anoda, lapisan organik dari diamine aromatik dengan ketebalan 750 nm, lapisan pemancar cahaya yang terbuat dari senyawa metal kompleks misalnya 8hydroxyquinoline aluminium, dan lapisan elektroda negatif atau katoda terbuat dari campuran logam magnesium dan perak dengan perbandingan atom 10:1. Konstruksi keseluruhan lapisan tidak lebih dari 500 nm, artinya OLED sama tipis dengan selembar kertas.

Desain Piranti OLED

Prinsip dari piranti electroluminescent secara garis besar adalah piranti yang dapat mengeluarkan / memancarkan cahaya dengan warna (panjang gelombang) tertentu jika diberikan kepadanya medan listrik. Bagian penting dari piranti OLED adalah lapisan tipis (thin film) yang tersusun dari molekul-molekul organik / polimer yang berfungsi sebagai emitter (pemancar) cahaya dan lapisan elektrode yang disusun secara sandwich seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1. Thin film bahan organik tersebut dapat dimendapkan dengan teknik yang relatif sederhana seperti spin-coating, sementara itu untuk memendapkan lapisan elektrode digunakan teknik evaporation / sputtering. Lapisan elektrode dibuat dari bahan logam yang transparan (atau semi-transparan) seperti Indium Tin Oxide (ITO) atau aluminium (Al). Dengan sifat transparan ini memungkinkan cahaya yang dihasilkannya memancar keluar dari struktur piranti secara optimal.
 Mekanisme dari piranti OLED adalah jika pada elektrode diberikan medan listrik, fungsi kerja dari elektrode negatif (katode) tersebut akan turun yang menjadikan elektron - elektron dari katode bergerak menuju pita konduksi di bahan organik. Keadaan ini mengakibatkan munculnya hole di pita valensi. Sementara itu elektrode bermuatan positif (anode) akan meng-injeksi hole untuk bergerak menuju pita valensi bahan organik. Dengan keadaan ini mengakibatkan terjadinya proses rekombinasi elektron dan hole di dalam bahan organik. Pada waktu proses rekombinasi terjadi, elektron akan turun dan bersatu dengan hole sambil memberikan kelebihan energi sebesar hn dalam bentuk foton cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Skema dari proses rekombinasi elektron-hole dapat digambarkan sebagaimana pada Gambar 2. Dari struktur piranti OLED yang sederhana seperti di atas akan diperoleh satu jenis pancaran cahaya dengan panjang gelombang tertentu tergantung jenius bahan emitter yang dipergunakannya

Gambar 2. Proses rekombinasi elektron-hole yang menghasilkan pancaran cahaya sebagai konsep dasar dari piranti OLED

Untuk piranti OLED yang dapat menghasilkan dua jenis pancaran warna cahaya, sebagai contohnya adalah piranti yang di-desain dengan menggunakan lapisan elektrode semi-transparan Mg-Al-ITO yang berfungsi sebagai lapisan untuk meng-injeksi elektron bagi pancaran warna Biru, demikian juga sebagai lapisan untuk meng-injeksi hole bagi pancaran warna Merah. Warna yang dihasilkan dari piranti tersebut dapat dirubah secara kontinyu dari warna Biru ke Merah. Sedangkan intensitas cahaya yang dihasilkan oleh tiap-tiap warna tidak bergantung kepada arus listrik yang diberikannya. Sedangkan piranti OLED yang dapat menghasilan dua jenis pancaran warna bisa diperoleh dengan menggunakan satu lapisan bahan emitter yang mana warna Merah dan warna Hijau diperoleh dengan mengatur polaritas medan listrik yang diberikannya. Sedangkan intensitas cahaya yang dipancarkan dapat diubah dengan mengatur besarnya medan listrik tersebut [5]. Desain piranti ini menggunakan lapisan bahan emitter pyridine-phenylene atau thiopene-phenylene yang diapit oleh lapisan bahan emeraldine base dan bahan sulfonate dari polyaniline.

 

Dalam perkembangannya, sekarang ini telah dimungkinkan untuk membuat piranti OLED yang dapat menghasilkan tiga pancaran cahaya dengan warna Hijau, Biru dan Merah dalam satu piranti yang di-desainnya [6]. Struktur dari piranti ini lebih komplek dibandingkan dengan piranti OLED satu atau dua warna seperti yang di-skemakan pada Gambar 3. Proses pancaran warna yang dihasilkan tersebut pada prinsipnya sama seperti dalam struktur piranti OLED dengan satu bahan emitter. Namun dengan kombinasi berbagai bahan akan memungkinkan terjadinya proses rekombinasi yang komplek di dalam variasi bahan yang dipergunakan tersebut. Dengan struktur tersebut dimungkinkan untuk mendapatkan pancaran cahaya dari masing - masing warna dan juga dapat diperoleh cahaya sebagai hasil dari kombinasi ketiga warna yang ada. Ketebalan lapisan emitter cahaya Merah, Hijau dan Biru masing-masing adalah 65 nm. Sedangkan untuk lapisan yang lainnya ketebalan berkisar antara 10 nm - 65 nm. Dari desain piranti OLED tersebut diperoleh efisiensi kuantum untuk masing-masing warna sebesar: 1.6% (warna biru), 0.55% (warna hijau), dan 0.3% (warna merah). 

Gambar 3. Skema daripada struktur piranti OLED Multi-Warna.

       

Emitter Biru               : a -NPD ( 4,4'-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino] biphenyl )

Emitter Hijau             : Alq₃ ( tris (8-hydroxyquinoline aluminum) )

Emitter Merah           : TPP:Alq₃ ( 5,10,15,20-tetraphenyl-21H,23H-porphine didop ke bahan Alq₃)

PTCDA                    : 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride

Mg:Ag                      : Magnesium (Mg) yang didop ke bahan perak (Ag)