Architettura degli OLED

A seconda dell’architettura del dispositivo, questi LED organici si possono dividere
in single e multilayer OLED.[3,6]


SINGLE LAYER

Un tipico OLED one-layer consiste di un catodo metallico (ad esempio Ca, Al, Ba), uno strato organico semiconduttore che consente il trasporto di elettroni e delle buche, e di un anodo trasparente, di solito fatto di ITO (ossido di Indio) immobilizzati in un materiale trasparente come il vetro o un polimero flessibile.

Sotto l’azione di un certo voltaggio, gli elettroni sono iniettati dal catodo verso il LUMO dello strato organico adiacente, mentre l’anodo inietta una “buca” nell’HOMO sempre del materiale organico.

Gli elettroni e le buche si muovono attraverso lo strato organico fino a ricombinarsi dando origine ad un “eccitone”, il quale ha la capacita di rilassarsi dallo stato eccitato verso lo stato fondamentale con l’emissione di luce. Questo fenomeno è chiamato elettroluminescenza ed è il principiò base di questi dispositivi luminosi, sia che siano organici che inorganici.

Il problema di questi dispositivi sono:
  • L’iniezione della carica nello strato organico;
  • Il trasporto degli elettroni e delle buche tramite lo strato organico;
  • il pericolo di spegnimento (quenching) dell'eccitone se la ricombinazione ha luogo nelle vicinanze degli elettrodi;
  • La presenza di una dark current se gli elettroni attraversano lo strato organico senza ricombinarsi con le buche;
Una risposta a queste problematiche può esser data da una struttura multy-layer.

MULTI-LAYER

Una struttura multi-layer può esser definita come una struttura a sandwiches, dove uno strato emettitore (EL) è racchiuso tra due strati trasportatori, rispettivamente di buche (HTL) e di elettroni (ETL).

I vantaggi di questa struttura sono i seguenti:
  • Facilita l'iniezione di elettroni e buche riducendo così le corrispondenti barriere energetiche: dal punto di vista chimico, lo strato trasportatore di buche, HTL, deve presentare un HOMO (highest occupied molecular orbital) sufficientemente elevato facilitando così l'iniezione di buche provenienti dalla riduzione dell'anodo. Allo stesso tempo, l'ETL deve possedere un LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) abbastanza basso da esser un buon accettore di elettroni provenienti dal catodo;
  • Favorisce la ricombinazione di elettroni e buche nell'EL bloccando gli uni e le altre negli opposti strati trasportatori; l'HTL diventa una barriera per gli elettroni e l'ETL per le buche;
  • Limita lo spegnimento degli eccitoni agli elettrodi spostando la zona di ricombinazione verso il centro del dispositivo;

Bisogna inoltre sottolineare il fatto che lo strato realmente responsabile del fenomeno di elettroluminescenza è lo strato dove avviene la ricombinazione di buche ed elettroni, detto EML (o EL, emissive layer).
Potendo essere ottimizzato indipendentemente, quest’ultimo strato può essere scelto per un particolare colore di emissione o per un’alta efficienza nella luminescenza.