MỘT SỐ VẬT LiỆU MỘT SỐ VẬT LiỆU QUANG HỌC ĐẶC BiỆTQUANG HỌC ĐẶC BiỆT

HVTH : La Phan Phương HạHVTH : La Phan Phương Hạ

►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

Một số vật liệu quang học đặc biệtMột số vật liệu quang học đặc biệt

1. Thấu kính điện tử tinh thể lỏng ( Liquid Crystal Electronic Lens )

2. OLEDs

3. Tinh thể khúc xạ quang ( Photorefractive Crystals )

4.4. Vật liệu quang tinh thểVật liệu quang tinh thể

1. Thấu kính điện tử tinh thể lỏng1. Thấu kính điện tử tinh thể lỏng

Dựa trên sự tái sắp xếp của các phân tử tinh thể lỏng Dựa trên sự tái sắp xếp của các phân tử tinh thể lỏng dưới tác dụng của điện thế áp vào dưới tác dụng của điện thế áp vào dễ dàng điều dễ dàng điều chỉnh độ dài hội tụ.chỉnh độ dài hội tụ.

Được ứng dụng nhiều trong các thiết bị quang điện.Được ứng dụng nhiều trong các thiết bị quang điện. Phân loại :Phân loại :- Curved cell gapCurved cell gap- Planar cell gapPlanar cell gap- Spherical electrode within a planar substrateSpherical electrode within a planar substrate

- Khi chưa áp điện thế :

fo = R/( no – ng )

fe = R/(ne – ng )

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

- 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

Độ dài hội tụ có giá trị trong khoảng fe và fo tùy thuộc V

Thấu kính điện tử tinh thể lỏngThấu kính điện tử tinh thể lỏngCurved cell gapCurved cell gap

x0 : khoảng cách khẩu độ cực đại

neff : chiết suất hiệu dụng

Độ dài hội tụ của thấu kính :

Thấu kính điện tử tinh thể lỏngThấu kính điện tử tinh thể lỏngPlanar cell gapPlanar cell gap

Vì no < neff < ne

dLC : độ dày lớp LC

εLC, εg, εm : hằng số điện môi của lớp LC, lớp đế thủy tinh, lớp vật liệu lắp đầy.

Thấu kính điện tử tinh thể lỏngThấu kính điện tử tinh thể lỏngSpherical electrode within a planar substrateSpherical electrode within a planar substrate

Điện trường tại biên và tại tâm bên trong lớp VL lắp đầy

Độ dài hội tụ :

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 lỏngThấu kính điện tử tinh thể lỏng

Spherical electrode within a planar substrateSpherical electrode within a planar substrate

Thấu kính điện tử tinh thể lỏngThấu kính điện tử tinh thể lỏng

Spherical Spherical electrode electrode within a planar within a planar substratesubstrate

2. OLEDs2. OLEDs

► Có cấu trúc gồm lớp vật liệu có chức năng cung cấp Có cấu trúc gồm lớp vật liệu có chức năng cung cấp điện tử - tương đương bán dẫn vô cơ loại N và lớp vật điện tử - tương đương bán dẫn vô cơ loại N và lớp vật liệu giàu lỗ trống – đóng vai trò như bán dẫn vô cơ loại liệu giàu lỗ trống – đóng vai trò như bán dẫn vô cơ loại P.P.

► Sử dụng các hợp chất hữu cơ làm môi trường phát Sử dụng các hợp chất hữu cơ làm môi trường phát quang.quang.

Chất hữu cơ và polymer dẫn điện

- Poly[2-methoxy-5(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene] (MEH-PPV)- Poly-para-phenylenevinylene (PPV)

2. OLEDs2. OLEDs

Chất hữu cơ và polymer dẫn điện

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. OLEDs2. OLEDs

Chất hữu cơ và polymer dẫn điện

Polymer có độ dẫn điện cao thỏa : Polymer có độ dẫn điện cao thỏa : - Độ kết tinh trong mạch polymer caoĐộ kết tinh trong mạch polymer cao- Độ định hướng tốtĐộ định hướng tốt- Không có khuyết tật trong quá trình chế tạoKhông 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. OLEDs2. OLEDs

2. OLEDsCấu trúc đơn lớp

Anốt : vật liệu TCO ( ITO, AZO,…)

Catốt : kim loại công thoát cao

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.

2. OLEDsCấu trúc đa lớp

2. OLEDsCấu trúc đa lớpĐiện cực anốt : cung cấp hạt tải lỗ trống cho OLEDs

Khả năng dẫn điện tốt và độ trong suốt cao ( ITO, AZO…)

Đảm bảo tốt sự phun lỗ trống vào lớp vật liệu hữu cơ Có công thoát cao

Có độ ổn định theo thời gian, bền với nhiệt độ, kết dính với các vật liệu hữu cơ khác phủ lên nó.

Vật liệu ITO thường được sử dụng làm anốt

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.)

OLED phát xạ đảo

Cấu trúc đa lớp

2. OLEDs

Anốt

2. OLEDsCấu trúc đa lớp

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.

-Vật liệu phun lỗ trống : phức kim loại, SiO2, TiO2…

-Vật liệu truyền lỗ trống : Triarylamines ( TPD, NPD…), Triphenylmethanes MPMP…

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 trắngOLED tiên tiến và OLED trắng

OLED trong suốt, OLED phát xạ bề mặt, OLED thường.

OLED tiên tiến và OLED trắngOLED tiên tiến và 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. Vật liệu khúc xạ quang3. Vật liệu khúc xạ quang

- Chiết suất vật liệu thay đổi khi ánh sáng chiếu vào ( hiệu ứng quang phi tuyến )

Một số loại vật liệu khúc xạ quang : LiNbOMột số loại vật liệu khúc xạ quang : LiNbO33, BaTiO, BaTiO33, ,

Fe:LiNbOFe:LiNbO33 (Lithium Niobate) (Lithium Niobate) ……

3. Vật liệu khúc xạ quang3. Vật liệu khúc xạ quang

4. Vật liệu quang tinh thể4. Vật liệu quang tinh thể

►Halides , CaFHalides , CaF22

►SapphireSapphire

Halides , CaFHalides , CaF22

►Halides : CaFHalides : CaF22 , MgF , MgF22 , NaCl … , NaCl …

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