Σχεδιασμός, ανάπτυξη και χαρακτηρισμός εκτυπωμένων OLED διατάξεων για φωτισμό
Creators: name: Παπαδόπουλος, Κυπαρίσης Αριστοτέλη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2021
Subjects: Πολυμερικοί δίοδοι εκπομπής φωτός
Εκτυπωμένα ηλεκτρονικά
Φωτισμός στερεάς κατάστασης
Polymer LED
Printed electronics
Solid state lighting

description: Η συνεχής αύξηση στις ανάγκες ηλεκτρισμού έχει οδηγήσει στην ανάπτυξη νέων διατάξεων φωτισμού που έχουν μειωμένη κατανάλωση. Οι δίοδοι εκπομπής φωτός (Light Emitting Diodes, LEDs) προσφέρουν υψηλή κβαντική απόδοση φωτισμού. Για το λόγο αυτό χρησιμοποιούνται ευρέως και τείνουν να αντικαταστήσουν τους παραδοσιακούς λαμπτήρες πυρακτώσεως και τα άλλα μέσα φωτισμού σε πολλές καθημερινές εφαρμογές. Επιπρόσθετα στην μειωμένη κατανάλωση ρεύματος και την υψηλή κβαντική απόδοση των ανόργανων LEDs, οι οργανικές δίοδοι εκπομπής φωτός (OLEDs) προσφέρουν επιπλέον πλεονεκτήματα όπως χρήση ήπιων τεχνικών εναπόθεσης των ενεργών υλικών, χαμηλό κόστος, δυνατότητα εφαρμογής τους στο φωτισμό μεγάλων επιφανειών διαφόρων σχημάτων και, κυρίως, τη δυνατότητα εκτύπωσής τους πάνω σε εύκαμπτες επιφάνειες. Τα τελευταία χρόνια έμφαση έχει δοθεί στα πολυμερικά υλικά για εκπομπή φωτός από πηγές μαλακής ύλης (PLED) καθώς είναι συμβατά με τεχνικές υγρής χημείας και μπορούν να εφαρμοστούν για μεγάλης κλίμακας παραγωγή σε roll-to-roll (R2R) γραμμή. Στην παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία, αναζητήθηκαν υποσχόμενα υλικά εκπομπής φωτός για εκτύπωση διατάξεων OLED μεγάλης επιφάνειας. Καθώς προορίζονται για εφαρμογές φωτισμού, τα κύρια χαρακτηριστικά που πρέπει να διαθέτουν οι OLED διατάξεις με τα συγκεκριμένα υλικά είναι χαμηλές τιμές πυκνότητας ρεύματος (J), χρωματική σταθερότητα και ομοιομορφία καθώς και υψηλή τιμή CRI (&gt;90). Για την μελέτη μας, χρησιμοποιήσαμε καινότομα φθορίζοντα πολυμερικά υλικά, σε συνεργασία με το τμήμα Χημείας του Πανεπιστημίου Πάτρας. Ως μπλε εκπομποί χρησιμοποιήθηκαν πολυμερή καρβαζόλης και πραγματοποιήθηκε συγκριτική μελέτη με εμπορικά παράγωγα πολυφλουορενίου. Ως εκπομποί λευκού φωτός, μελετήθηκαν συμπολυμερή καρβαζόλης-βενζοθειαζόλης με διαφορετικές αναλογίες χρωμοφόρων ενώ ως εκπομποί κίτρινου χρώματος μελετήθηκαν πολυμερή ανθρακενίου. Ταυτόχρονα διερευνήθηκε η επίδραση της προσθήκης της διφαινυλ-πυριδίνης στην πολυμερική αλυσίδα. Επιλέχθηκαν οι συγκεκριμένοι τρεις χρωματισμοί, καθώς θεωρούνται οι καταλληλότεροι για εφαρμογές φωτισμού και σήμανσης. Οι οπτικές ιδιότητες των πολυμερικών υλικών διερευνήθηκαν μέσω της Φασματοσκοπικής Ελλειψομετρίας (SE) ενώ τα δομικά τους χαρακτηριστικά μελετήθηκαν μέσω της Μικροσκοπίας Ατομικών Δυνάμεων (ΑFM). Παράλληλα, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις Φωτοφωταύγειας (PL) και Ηλεκτροφωταύγειας (EL) για τον οπτο-ηλεκτρονικό και ηλεκτρο-οπτικό τους χαρακτηρισμό, αντίστοιχα. Στο τελευταίο κομμάτι της εργασίας, με τα πιο αποδοτικά υλικά, κατασκευάστηκαν εκτυπωμένες, εύκαμπτες OLED διατάξεις. Σημαντικό αποτέλεσμα της μελέτης μας αποτελεί η ομοιόμορφη εκτύπωση λωρίδων 10 cm2 από το καινοτόμο πολυμερές Ανθρακενίου εργαστηριακής κλίμακας.
description: The continuous increase in the needs of electricity has led to the evolution of new lighting devices with lower electrical consumption. Light Emitting Diodes (LED) provide high lighting quantum yield. For this reason, these devices tend to replace the traditional incandescent lamps and the other conventional lighting devices. Additional to lower consumption and high quantum yield of inorganic LEDs, organic light emitting diodes (OLEDs) provides more advantages such as use of mild deposition techniques for active materials, low cost, large surface lighting, ability to be printed at flexible substrates. Recently, emphasis has been placed on polymeric materials for light emission from soft material sources (PLED) because they can be solution processed and they are compatible with large scale production (R2R). In the present postgraduate diploma thesis, we investigated promising emissive materials for printed OLED panels. Αs these are destined for lighting applications, the fabricated OLED devices should work with low current densities (J) and perform color stability and uniformity with high CRI value (&gt; 90). For our research, we used novel fluorescent polymers, in collaboration with the Department of Chemistry, University of Patras. As blue emitters, we studied novel carbazole polymers and we compared them with commercially available polyfluorene derivatives. As white emitters, we investigated novel co-polymers bearing carbazole and benzothiazole moieties in different ratios whereas for yellow emission we used novel anthracene polymers. Also, we investigated the influence of diphenyl-pyridine when is added to polymer’s backbone. These specific three colors were chosen because are considered as the most appropriate for lighting and signaling applications. Their optical properties were examined through Spectroscopic Ellipsometry (SE) whereas their structural characteristics were studied by Atomic Force Microscopy (AFM). In addition, we conducted Photoluminescent (PL) and Electroluminescent (EL) measurements in order to characterize their opto-electronic and electro-optical properties, respectively. In the last section of our study, we fabricated printed flexible OLED devices using the materials with the best performance. As a result, we achieved uniform printed stripes of 10 cm2 of the novel lab-scale synthesized Anthracene polymer.