MỘT SỐ VẬT LiỆU QUANG HỌC ĐẶC BiỆT

MỘT SỐ VẬT LiỆU QUANG HỌC ĐẶC BiỆT HVTH : La PhanPhươngHạ

Dịch tiếng anh chuyên nghành trực tuyến: http://www.mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html Học liệu mở: http://www.mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.html

Mộtsốvậtliệuquanghọcđặcbiệt • Thấukínhđiệntửtinhthểlỏng ( Liquid Crystal Electronic Lens ) • OLEDs • Tinhthểkhúcxạquang ( Photorefractive Crystals ) • Vậtliệuquangtinhthể

1. Thấukínhđiệntửtinhthểlỏng • Dựa trên sự tái sắp xếp của các phân tử tinh thể lỏng dưới tác dụng của điện thế áp vào  dễ dàng điều chỉnh độ dài hội tụ. • Được ứng dụng nhiều trong các thiết bị quang điện. • Phân loại : • Curved cell gap • Planar cell gap • Spherical electrode within a planar substrate

Thấu kính điện tử tinh thể lỏng Curved cell gap - Khi chưa áp điện thế : fo = R/( no – ng ) fe = R/(ne – ng ) • Khi áp điện thế : • Tia bất thường có chiết suất hiệu dụng neff • feff = R/( neff – ng ) • Khi V = 0 : neff cân bằng với ne • Khi V  ∞ : neff  no ng : chiết suất thủy tinh ne, no : chiết suất tia bất thường và tia thường bên trong vật liệu LC R : bán kính của thấu kính cong  Độ dài hội tụ có giá trị trong khoảng fe và fo tùy thuộc V

Thấu kính điện tử tinh thể lỏng Planar cell gap Độ dài hội tụ của thấu kính : Vì no < neff < ne x0 : khoảng cách khẩu độ cực đại neff : chiết suất hiệu dụng

Thấu kính điện tử tinh thể lỏng Spherical electrode within a planar substrate dLC : độ dày lớp LC εLC, εg, εm : hằng số điện môi của lớp LC, lớp đế thủy tinh, lớp vật liệu lắp đầy. Điện trường tại biên và tại tâm bên trong lớp VL lắp đầy Độ dài hội tụ :

Thấu kính điện tử tinh thể lỏng Spherical electrode within a planar substrate So sánh 2 vật liệu lắp đầy là polymer NOA 81 ( εm~5 ) và không khí ( εm~1 ). Các thông số cụ thể : Δε= 16.4, εLC= 10.7, Δn= 0.272 dLC= 0.025 mm; dg= 0.55 mm, εg = 7.75 ds= 0.72 mm Lớp lắp đầy là polymer NOA 81 : Lớp lắp dầy là không khí :

Thấu kính điện tử tinh thể lỏng Spherical electrode within a planar substrate

2. OLEDs • Cócấutrúcgồmlớpvậtliệucóchứcnăngcungcấpđiệntử - tươngđươngbándẫnvôcơloại N vàlớpvậtliệugiàulỗtrống – đóngvaitrònhưbándẫnvôcơloại P. • Sửdụngcáchợpchấthữucơlàmmôitrườngphátquang.

Chất hữu cơ và polymer dẫn điện 2. OLEDs - Poly[2-methoxy-5(2-ethylhexyloxy)- 1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV) - Poly-para-phenylenevinylene (PPV)

Chất hữu cơ và polymer dẫn điện 2. OLEDs • Polymer dẫn điện theo cơ chế hoping, các điện tử dịch chuyển từ chuỗi mạch này sang chuỗi mạch khác theo các quá trình : • Truyền dẫn điện tử nội phân tử polymer ( intramobility ) • Truyền dẫn điện tử giữa các phân tử ( intermobility ) • Truyền dẫn điện tử giữa các sợi của vật liệu polymer ( inter-fiber mobility of a charge carrier )

2. OLEDs Chất hữu cơ và polymer dẫn điện Polymer có độ dẫn điện cao thỏa : • Độ kết tinh trong mạch polymer cao • Độ định hướng tốt • Không có khuyết tật trong quá trình chế tạo • Ưu điểm : • Có tính chất quang, điện đặc biệt. • Có khả năng đàn hồi tốt, có thể uốn dẻo, khả năng tạo màu sắc trung thực cao. • Dễ dàng kết hợp với các chất hóa học khác để tạo hợp chất mới • Nhược điểm : • Dễ bị oxi hóa • Khó kiểm soát độ dày trong quá trình chế tạo • Độ dẫn điện vẫn còn thấp  pha tạp

2. OLEDs Cấu trúc đơn lớp • Nhược điểm : • Khó khăn trong việc chọn vật liệu cho lớp phát quang. • Sự không cân bằng hạt tải  sự tích tụ hạt tải gần các điện cực  vùng điện tích không gian  cản trở quá trình phun điện tích vào lớp vật liệu hữu cơ. Anốt : vật liệu TCO ( ITO, AZO,…) Catốt : kim loại công thoát cao

2. OLEDs Cấu trúc đa lớp

2. OLEDs • Cấutrúcđalớp • Điệncựcanốt: cungcấphạttảilỗtrốngcho OLEDs • Khảnăngdẫnđiệntốtvàđộtrongsuốtcao ( ITO, AZO…) • Đảmbảotốtsựphunlỗtrốngvàolớpvậtliệuhữucơ  Cócôngthoátcao • Cóđộổnđịnhtheothờigian, bềnvớinhiệtđộ, kếtdínhvớicácvậtliệuhữucơkhácphủlênnó. Vật liệu ITO thường được sử dụng làm anốt

2. OLEDs Cấu trúc đa lớp Anốt OLED phát xạ đảo Vật liệu ITO thường được sử dụng làm anốt ( công thoát : 4,5 – 4,8 eV ) Hạn chế : điện trở suất khá cao ( 2.10-4 Ω/cm, bề mặt ITO dễ pư hóa học, sự mờ dần của ITO trên đế thủy tinh  hạn chế quá trình phun lỗ trống, giảm cường độ ás phát ra  giảm hiệu suất hoạt động OLED => OLED phát xạ đảo ( ás phát ra từ anốt ở mặt trên, catốt phủ trên đế thủy tinh.)

2. OLEDsCấu trúc đa lớp • Vật liệu phun lỗ trống : phức kim loại, SiO2, TiO2… • Vật liệu truyền lỗ trống : Triarylamines ( TPD, NPD…), Triphenylmethanes MPMP… • Lớp phun và truyền lỗ trống • Tăng cường quá trình cung cấp hạt tải lỗ trống vào lớp vật liệu hữu cơ  giảm điện thế hoạt động và kéo dài thời gian sống của linh kiện. • Góp phần nâng cao sự cân bằng lượng hạt tải trong vùng phát  tăng hiệu suất phát quang. • Có sự phù hợp về mức NL đối với anốt và lớp phát quang • Có nhiệt độ chuyển pha thủy tinh thích hợp. Sơ đồ NL cấu trúc ITO/CuPC/-NPD

2. OLEDsCấu trúc đa lớp • Lớp vật liệu phát quang • -Nơi xảy ra quá trình tái hợp và phát quang. • Có độ linh động hạt tải cao, độ dày thích hợp để đảm bảo sự phát quang không bị dập tắt. • Phải ổn định với nhiệt độ và các tác nhân hóa học. PPV : phát ás xanh lá cây MEHPPV : phát ás da cam Dẫn xuất của PFO : phát ás đỏ Các polymer dẫn Vật liệu phân tử nhỏ

2. OLEDsCấu trúc đa lớp • Lớp truyền điện tử : • Tăng cường quá trình truyền dẫn điện tử • Đảm bảo sự cân bằng hạt tải • Phải ổn định với nhiệt độ và các tác nhân hóa học • Vật liệu phổ biến : vật liệu phân tử nhỏ • Phức hữu cơ kim loại ( Alq3 , Gaq3, Inq3 ) • Các hợp chất chứa liên kết N=C… • Điện cực catốt : • Có độ phản xạ cao ( OLED thường ) và độ truyền qua cao ( OLED đảo ) • Vật liệu có công thoát thấp ( Mg, Ca, Al, Ba…) Hạn chế : các vật liệu này dễ bị oxi hóa  giảm khả năng hoạt động và tuổi thọ linh kiện.  Khắc phục : phủ lớp Al mỏng lên bề mặt catốt hay sử dụng hợp kim Mg-Ag, Li-Al,…

OLED tiên tiến và OLED trắng OLED trong suốt, OLED phát xạ bề mặt, OLED thường.

OLED tiêntiếnvà OLED trắng OLED phát ás trắng với các OLED nhỏ xếp sát nhau và OLED phát ás trắng với các lớp phát quang xếp chồng lên nhau.

3. Vậtliệukhúcxạquang • Chiết suất vật liệu thay đổi khi ánh sáng chiếu vào ( hiệu ứng quang phi tuyến )

3. Vậtliệukhúcxạquang Mộtsốloạivậtliệukhúcxạquang : LiNbO3, BaTiO3, Fe:LiNbO3 (Lithium Niobate)…

4. Vật liệu quang tinh thể • Halides , CaF2 • Sapphire

Halides , CaF2 • Halides : CaF2 , MgF2 , NaCl …

Sapphire Trong công nghiệp bán dẫn, sapphire được dùng phổ biến để làm đế cho GaN trong sản xuất LEDs phát xạ xanh

MỘT SỐ VẬT LiỆU QUANG HỌC ĐẶC BiỆT