Desenvolvimento e aplicação de um método de processamento e caraterização elétrica, térmica e ótica para OLEDs

Abstract

O presente trabalho foi desenvolvido no âmbito de um projeto empresarial, numa parceria entre a Universidade de Aveiro e o Centro de Nanotecnologia e Materiais Técnicos, Funcionais e Inteligentes, tendo como principais objetivos o desenvolvimento de um sistema integrado de caracterização (SIC) e o processamento de OLEDs com uma área ativa de 18x18 mm. O programa que rege o funcionamento do SIC foi desenvolvido em plataforma Matlab e Arduino IDE, permitindo deste modo a caracterização elétrica, térmica e ótica dos dispositivos após processamento. Para o desenvolvimento do SIC foi necessário o cumprimento de um conjunto de requisitos, nomeadamente: compatibilidade com o funcionamento numa caixa de luvas em atmosfera de nitrogénio; capacidade de suporte de um substrato com dimensões de 150x150 mm (incluindo uma fácil adaptabilidade de outros suportes para substratos de dimensões inferiores às testadas); garantir um movimento em xx e yy com uma amplitude máxima semelhante às dimensões do substrato testado; garantir a reprodutibilidade e precisão no posicionamento do substrato na ordem das décimas de milímetro (permitindo um alinhamento rigoroso entre a área de deteção dos equipamentos e a área ativa do OLED); permitir as ligações elétricas e controlo individual dos OLEDs da matriz. Para a padronização dos ânodos de óxido de índio-estanho (ITO) dos dispositivos desenvolveu-se um processo de fotolitografia de baixo custo de implementação, procedendo-se à sua caracterização por análises de microscopia de força atómica (AFM) e espectroscopia de transmissão. Desenhou-se as máscaras utilizadas para a evaporação térmica das camadas funcionais dos dispositivos, projetando-se uma matriz composta por doze OLEDs. Procedeu-se à calibração do equipamento de evaporação térmica, determinando-se os parâmetros de tooling factor dos materiais orgânicos evaporados por análises realizadas de AFM e elipsometria. Executou-se o teste do SIC desenvolvido pela caracterização dos OLEDs e quantificação de um conjunto de parâmetros nomeadamente, densidade de corrente máxima, tensão de arranque, temperatura máxima e mínima de funcionamento, luminância máxima, eficiência elétrica máxima, máximo comprimento de onda de emissão, coordenadas de cor e tempo de vida dos dispositivos. Por último são apresentadas sugestões de melhoramento para o processamento de OLEDs e do SIC desenvolvido.

The present work was developed in a partnership between University of Aveiro and Centre for Nanotechnology and Smart Materials, having the main goals of develop an integrated characterization system (ICS) and processing 18x18 mm active area OLEDs. The software created to control the ICS was developed with Matlab and Arduino IDE platforms, to perform electrical, thermal and optical characterization of the devices. The ICS development had to fulfill a set of requirements: work compatibility inside a nitrogen atmosphere glove box, capability to support a 150x150 mm substrate (including an easy adaptability to other substrate supports, with small dimension compared to the tested one); ensure a xx and yy movement with the same amplitude as the substrate dimensions used; ensure reproducibility and precision on the 10th of millimeter (to establish a strict alignment between the equipment’s detection area an OLED's active area); allow electrical connection and individual control of the OLEDs at the matrix. In order to create the ITO devices anode, we develop a low cost photolithography procedure and characterize it by AFM and transmission spectroscopy. We draw the masks used at thermal evaporation of the OLED’s functional layers, projecting a twelve matrix OLEDs. We execute the thermal evaporation system calibration, determining the organic materials tooling factor parameters, by AFM and ellipsometry measurements. We tested de ICS developed, by OLEDs characterization, quantifying the maximum current density, built-in voltage, maximum and minimum work temperatures, maximum luminance, maximum electric efficiency, maximum wavelength emission, color coordinates and lifetime of the devices. At last we present a set of suggestions to improve de OLED processing and ICS operation.