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 1937 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.

Категориятип (Люмен/ВаттЛюменВатт КПДКПД% Свеча % 100Вт лампа накаливания (220 В % Люминесцентная линейная лампа, 609 % белый светодиод % белый OLEDOLED % Прототип светодиодадо 208до 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 (C 27 H 18 AlN 3 O 3) Aluminium tris(quinolin-8-olate)

Example of flexible OLED

Transparent OLED for notebook

Transparent cell phone

Transparent OLED for Lighting

Advantages: Robust Design - OLEDs are tough enough to use in portable devices such as cellular phones, digital video cameras, DVD players, car audio equipment and PDAs. 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 – OLEDs are paper-thin. Due to the exclusion of certain hardware goods that normal LCDs require, OLEDs 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 OLEDs 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 LCDs. Can be produced out of plastic and is bendable. Also, OLEDs do not need lamps, polarizers, or diffusers. Power Usage – Takes less power to run (2 to 10 volts).

Disadvantages: Sunlight Readability – OLEDs 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 LCDs – LCDs 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-OLEDRoll-to-Roll Light Emitting Organic Transistor

Flexible OLED

Roll-to-Roll technology

EQE = 5% 2 May 2010

The first idea of QD-OLED Coe et al., Nature 420, 800 (2002).

Органический полевой транзистор

FIAN OFET

Микрофотография рабочей области готового органического полевого транзистора.

I on /I off ~ 10 3

Hybrid OLED Anode Cathode

Energy level structure

QDs

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 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)

Что нужно и можно исследовать для создания эффективных QD-OLEDs Механизм возбуждения полупроводниковых QDs в QD- OLEDs 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 Механизм возбуждения полупроводниковых QDs в QD- OLEDs Транспорт электронов Транспорт дырок

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.лат.челюстноротых позвоночных Красноглазая квакшаКрасноглазая квакша (Agalychnis callidryas)

Nanotetrapod 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

On state e hv QD emission trap

Off state e hv QD No emission 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 мeV). Additional studies of QDs doped organic matrix are needed.

Кто? 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 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