UNIVERSITAS INDONESIA PENGARUH PENGGUNAAN HOLE TRANSPORT LAYER DAN ELECTRON TRANSPORT LAYER TERHADAP LUMINANSI PADA BLUE ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE

UNIVERSITAS INDONESIA

PENGARUH PENGGUNAAN HOLE TRANSPORT LAYER DAN ELECTRON TRANSPORT LAYER TERHADAP LUMINANSI PADA BLUE ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE

SEMINAR

YEFA SISTER 1106014614

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO DEPOK DESEMBER 2014

UNIVERSITAS INDONESIA

PENGARUH PENGGUNAAN HOLE TRANSPORT LAYER DAN ELECTRON TRANSPORT LAYER TERHADAP LUMINANSI PADA BLUE ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE

SEMINAR Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar akademik Sarjana Teknik

YEFA SISTER 1106014614

FAKULTAS TEKNIK PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO KEKHUSUSAN ELEKTRONIKA DEPOK DESEMBER 2014

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Seminar ini adalah hasil karya saya sendiri dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar

Nama NPM

: YEFA SISTER : 1106014614

Tanda Tangan

:

Tanggal

: Desember 2014

ii

HALAMAN PENGESAHAN Seminar ini diajukan oleh Nama : Yefa Sister NPM : 1106014614 Program Studi : Teknik Elektro Judul : Pengaruh Penggunaan Hole Transport Layer dan Electron Transport Layer terhadap Luminansi pada Blue Organic Light Emitting Diode

Telah dipresentasikan dan diterima sebagai persyaratan yang diperlukan untk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia.

Pembimbing : Dr.Eng. Arief Udhiarto S.T., M.T. NIP :

(

)

Ditetapkan di : Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok Tanggal : 31 Desember 2014

iii Universitas Indonesia

KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT karena atas berkat, rahmat dan karunia-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas seminar yang berjudul “Pengaruh Penggunaan Hole Transport Layer dan Electron Transport Layer terhadap Luminansi pada Blue Organic Light Emitting Diode” dengan baik dan tepat waktu. Seminar ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Elektro pada Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Banyak saran dan motivasi penulis terima dari berbagai pihak yang sangat berperan dalam penyusunan seminar ini. Maka dari itu, penulis mengucapkan terima kasih banyak kepada: 1. Dr.Eng. Arief Udhiarto S.T., M.T. selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, memberi masukan, memotivasi, dan sangat membantu untuk mengarahkan penulis dalam penyusunan seminar ini sehingga menjadi lebih baik. 2. Dr. Ir. Retno Wigajatri P, M.T. yang telah menyediakan waktu untuk berdiskusi dan memberikan referensi tambahan mengenai materi cahaya kepada penulis. 3. Orangtua, keluarga dan teman-teman atas doa dan dukungan yang telah diberikan kepada penulis. Akhir kata, penulis berharap Allah Yang Maha Kuasa berkenan memberi balasan atas segala kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga seminar ini dapat bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan teknologi, khususnya di Indonesia.

Depok, Desember 2014

Penulis

iv Universitas Indonesia

ABSTRAK Nama : Yefa Sister Program Studi : Teknik Elektro Judul : Pengaruh Penggunaan Hole Transport Layer dan Electron Transport Layer terhadap Luminansi pada Blue Organic Light Emitting Diode

Organic Light Emitting Diode merupakan sebuah teknologi baru di bidang optoelektronika yang dapat digunakan sebagai display maupun lighting device. OLED tersusun dari beberapa organic layer yang terdapat di antara anoda dan katodanya. Organik layer tersebut berupa Hole Transport Layer, Emissive Layer dan Electron Transport Layer. Pada seminar ini dirancang sebuah struktur Organic Light Emitting Diode yang menghasilkan warna biru dengan luminansi tinggi. Struktur yang dibuat terdiri dari satu emissive layer menggunakan Blue Fluorescent Emitter. Berdasarkan struktur tersebut kemudian dilihat pengaruh penggunaan Hole Transport Layer dan Electron Transport Layer terhadap luminansi. Luminansi maksimum diperoleh ketika menggunakan HTL sebesar 49.543 cd/m2. Kata Kunci

: Organic Light Emitting Diode, luminansi, hole transport layer, emissive layer, electron transport layer

ABSTRACT Name : Yefa Sister Study Program : Electrical Engineering Title : Influence of Hole Transport Layer and Electron Transport Layer of the luminance at the Blue Organic Light Emitting Diode

Organic Light Emitting Diode is a new optolectronics technology that can be used as a displays and lighting devices. OLED composed of several organic layer contained between the anode and the cathode. The organic layer are Hole Transport Layer,Emissive Layer and Electron Transport Layer. This seminar designed an OLED structure that produces a blue color with high luminance. Structure created consist an emissive layer using Blue Fluorescent Emitter. Based on the structure seen the influence using Hole transport Layer and Electron Transport Layer of the luminance. Maximum luminance of 49.543 cd/m2 obtained .when using HTL Keywords

: Organic Light Emitting Diode, luminansi, hole transport layer, emissive layer, electron transport layer

v Universitas Indonesia

DAFTAR ISI

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS .................................................... ii HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................ iii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv ABSTRAK .............................................................................................................. v DAFTAR ISI .......................................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... viii DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix DAFTAR SINGKATAN ........................................................................................ x BAB 1 ..................................................................................................................... 1 PENDAHULUAN .................................................................................................. 1 1.1

Latar Belakang ......................................................................................... 1

1.2

Tujuan ....................................................................................................... 2

1.3

Batasan Masalah ....................................................................................... 2

1.4

Metodologi ............................................................................................... 2

1.5

Sistematika Penulisan ............................................................................... 3

BAB 2 ..................................................................................................................... 4 DASAR TEORI ...................................................................................................... 4 2.1.1

Definisi cahaya .................................................................................. 4

2.1.2

Pengukuran Cahaya .......................................................................... 5

2.2

Organic Light Emitting Diode (OLED) ................................................... 7

2.2.1

Struktur OLED .................................................................................. 8

2.2.2

Prinsip Kerja OLED ........................................................................ 10

2.2.3

Istilah –Istilah dalam simulasi OLED ............................................. 11

2.3

SimOLED ............................................................................................... 11

BAB 3 ................................................................................................................... 13 PERANCANGAN STRUKTUR OLED ............................................................... 13 3.1

Perancangan Struktur Dasar ................................................................... 13

3.2

Penggunaan Hole Transport Layer (HTL) ............................................. 15

3.3

Penggunaan Electron Transport Layer (ETL) ........................................ 15

3.4

Penambahan HTL dan ETL pada stuktur dasar ...................................... 16

BAB 4 ................................................................................................................... 18 HASIL DAN ANALISA ....................................................................................... 18

vi Universitas Indonesia

BAB 5 ................................................................................................................... 24 KESIMPULAN ..................................................................................................... 24 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 25

vii Universitas Indonesia

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Spektrum gelombang elektromagnetik ............................................... 4 Gambar 2.2 1 Steradian (sudut ruang) .................................................................... 6 Gambar 2.3 Struktur Dasar OLED .......................................................................... 8 Gambar 2.4 Prinsip kerja OLED ........................................................................... 11 Gambar 3.1 Struktur devais acuan ........................................................................ 14 Gambar 3.2 Struktur dasar pada simulasi terdiri dari satu organic layer ............. 14 Gambar 3.3 Penambahan NPB sebagai HTL pada struktur dasar ........................ 15 Gambar 3.4 Penambahan ETM sebagai ETL pada struktur dasar ........................ 16 Gambar 3.5 Struktur blue OLED menggunakan HTL dan ETL ........................... 16 Gambar 3.6 Diagram alir perancangan struktur .................................................... 17 Gambar 4.1 Current density dan luminance untuk ketebalan BFE 1-15 nm ........ 18 Gambar 4.2 Variasi ketebalan NPB dengan BFE 5nm ......................................... 19 Gambar 4.3 Variasi ketebalan ETM dengan BFE 5 nm........................................ 20 Gambar 4.4 Perbandingan Luminansi untuk 4 buah struktur ............................... 21 Gambar 4.5 Perbandingan current density untuk 4 struktur ................................. 21 Gambar 4.6 Perbandingan current efficiency untuk 4 struktur ............................. 22

viii Universitas Indonesia

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Radiometri dan Fotometri ....................................................................... 5 Tabel 4.1 Perbandingan Hasil dari 4 struktur ....................................................... 23

ix Universitas Indonesia

DAFTAR SINGKATAN

A/ m2

: Ampere/ meter persegi

BFE

: Blue Fluorescent Emitter

cd/A

: candela/ Ampere

cd/m2

:candela / meter persegi

cm/s

: centimeter / second

ETL

: Electron Transport Layer

ETM

: Electron Transport Material

HTL

: Hole Transport Layer

LiF-Al

: Lithium Fluoride

OLED

: Organic Light Emitting Diode

nm

: nanometer

mA/cm2

: miliAmper e/ centimeter persegi

mm

: milimeter

PEDOT-PSS : poly (3,4-ethylenedioxythiophene)-poly(styrene sulfonate)

x Universitas Indonesia

BAB 1 PENDAHULUAN 1.1

Latar Belakang

Light Emitting Diode (LED) merupakan divais elektronika yang memanfaatkan prinsip kerja p-n junction. Ketika diberikan tegangan maka akan terjadi fenomena rekombinasi elektron dan hole

yang menghasilkan cahaya.

Cahaya yang dihasilkan berasal dari pelepasan energi oleh elektron yang berada di pita konduksi menuju hole yang berada di pita valensi. Tingkat keterangan LED ditentukan oleh seberapa banyak rekombinasi elektron dan hole yang terjadi. Pada awalnya LED hanya berupa panel cahaya indikator, namun sekarang LED dapat dijumpai dalam berbagai bentuk, ukuran, tingkat keluaran cahaya dan beragam warna, sehingga dapat digunakan untuk sistem traffic signalling, pencahayaan pada automobile dan aplikasi lainnya [1]. Semakin banyaknya penggunaan LED untuk berbagai keperluan mendorong peningkatan kualitas LED. Perkembangan LED tidak hanya dari segi power dan efisiensi namun juga dari material yang digunakan. Inovasi terbaru dan sedang dikembangkan untuk LED adalah penggunaan material organik sebagai bahan yang menghasilkan emisi cahaya pada LED. Jenis LED yang terbuat dari bahan organik ini dikenal dengan nama Organic Light Emitting Diode (OLED). Material organik adalah material yang memiliki atom karbon di dalam molekulnya. OLED merupakan rekayasa di bidang optoelekronika yang bertujuan untuk menggantikan sumber pencahayaan konvensional dengan sumber cahaya yang lebih efisien [2]. Beberapa keunggulan OLED dibandingkan dengan LCD dan teknologi display lainnya yaitu sifat self-emitting, efisiensi luminansi yang tinggi, tampilan warna lebih banyak, sudut pengamatan yang lebih luas, kontras tinggi, konsumsi daya rendah, lebih ringan dan fleksibel [3]. Lapisan organik pada OLED terletak di antara anoda dan katoda yang akan memancarkan cahaya jika diberikan tegangan akibat sifat konduktif dari bahan organik tersebut. Organic layer pada OLED biasanya terdiri dari 3 jenis layer yaitu Hole Trasnport Layer, Emissive Layer dan Electron Transport Layer. Struktur OLED yang paling sederhana hanya terdiri dari 1 emissive layer. Pada

1 Universitas Indonesia

2

beberapa struktur HTL dan ETL berfungsi untuk meningkatkan performa dari OLED yaitu untuk menghasilkan luminansi yang lebih tinggi. Oleh karena itu dirancanglah sebuah struktur OLED yang paling sederhana. Struktur ini berupa sebuah struktur dasar yang hanya terdiri dari satu emissive layer menghasilkan satu jenis warna. Kemudian pada struktur dasar tersebut ditambahkan Hole Transport Layer dan Electron Transport Layer untuk mengetahui pengaruh dari kedua jenis layer tersebut terhadap luminansi, current density dan current efficiency. Struktur yang dibuat dibandingkan untuk memperoleh rancangan struktur yang paling bagus dengan luminansi yang tinggi

1.2

Tujuan Riset ini bertujuan untuk mengetaui pengaruh dari penggunaan Hole

Transport Layer dan Electron Transport Layer pada sebuah blue OLED yang hanya terdiri dari sebuah emissive layer.

1.3

Batasan Masalah Riset yang dilakukan dibatasi pada pembuatan struktur OLED yang dapat

menghasilkan warna biru. Penggunaan HTL dan ETL yang diamati hanya satu layer. Ketebalan maksimum yang diamati untuk setiap jenis layer pada masingmasing struktur adalah adalah 10 nm. Simulasi model menggunakan perangkat lunak SimOLED.

1.4

Metodologi Metode yang digunakan dalam riset ini dijelaskan pada butir-butir berikut: 1. Mempelajari dasar teori tentang Organic Light Emitting Diode dan cahaya serta satuan-satuan pengukuran cahaya yang berkaitan dengan OLED. 2. Berdasarkan butir satu, dilakukan perancangan struktur OLED untuk menghasilkan satu jenis warna dan digunakan HTL dan ETL untuk mengetahui pengaruh kedua layer tersebut terhadap struktur dasar. 3. Setelah perancangan struktur, dilakukan simulasi untuk menemukan ketebalan masing-masing layer yang dapat menghasilkan luminansi paling

Universitas Indonesia

3

tinggi. Kemudian dibandingkan pengaruh penggunaan kedua layer terhadap struktur dasar.

1.5

Sistematika Penulisan Sistematika penulisan dibagi dalam empat bab yaitu sebagai berikut:

BAB 1 berisi pendahuluan yang di dalamnya mencakup latar belakang, tujuan, batasan masalah, metode penulisan dan sistematika penulisan; BAB 2 berisi dasar teori yang menjelaskan tentang teori cahaya dan OLED; BAB 3 berisi perancangan struktur OLED dan BAB 4 berisi tentang simulasi dan analisa dari struktur yang telah dirancang.


BAB 2 DASAR TEORI Pada bab ini akan dibahas teori yang berkaitan dengan riset ini, sekaligus sebagai literatur guna merancang dan membuat simulasi dari Organic Light Emitting Diode.

2.1

Teori Cahaya

2.1.1

Definisi cahaya Cahaya didefinisikan sebagai bagian dari spektrum elektromagnetik yang

sensitif bagi penglihatan mata manusia. Spektrum elektromagnetik terdiri dari sinar gamma hingga gelombang radio yang terlihat pada Gambar 2.1. Semua radiasi elektromagnetik mentransmisikan energi dan pada ruang hampa memiliki kecepatan

[4]. Cahaya tampak mempunyai panjang

gelombang yang berada di antara Ultraviolet dan Inframerah dengan rentang panjang gelombang berkisar antara 380 nm (biru) sampai dengan 760 nm (merah) [5]. Frekuensi dari cahaya tampak berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya. Frekuensi tertinggi dimiliki oleh cahaya biru dan frekuensi paling rendah adalah warna merah.

Gambar 2.1 Spektrum gelombang elektromagnetik [6]


5

2.1.2

Pengukuran Cahaya Dalam pengukuran cahaya terdapat dua konsep dasar yaitu radiometri dan

fotometri. Radiometri berkaitan dengan energi radiasi misalnya radiasi elektromagnetik pada setiap panjang gelombang sedangkan fotometri hanya terbatas pada rentang cahaya tampak dengan memperhatikan respon mata [4]. Unit dasar dari daya pada radiometri adalah watt dimana pada fotometri dikenal dengan lumen, keduanya berada pada dimensi yang setara. Tabel 2.1 menampilkan dimensi dari radiometri dan fotometri.

Tabel 2.1 Radiometri dan Fotometri Radiometri

Fotometri

Term

Satuan

Term

Satuan

Radiant energy

J = Ws

Luminous energy

lms

Radiant energy density

J/m3

Luminous energy density

lms/m3

Radiant Flux

W

Luminous Flux

lm

Radiant Exitance

W/m2

Luminous exitance

lm/m2

Irradiance

W/m2

Illuminance

lm/m2 (lx)

Radiant Intensity

W/sr

Luminous intensity

lm/sr

Beberapa istilah dalam pengukuran cahaya antara lain : 1. Fluks Cahaya (Φ) Fluks cahaya merupakan pengukuran dalam fotometri yang menyatakan besarnya daya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya. Dikenal dalam satuan lumen (lm). Pada radiometri jumlah daya yang dipancarkan oleh suatu sumber cahaya disebut dengan radiasi yang dinyatakan dalam satuan watt (W). Besarnya energi radiasi diukur dalam satuan Joule (watt per second).

2. Intensitas Cahaya (I) Intensitas cahaya dinyatakan dalam satuan candela (cd) yang menunjukkan banyaknya fluks cahaya yang melalui satu sudut ruang. Candela merupakan satuan dasar dalam pengukuran cahaya. 1 candela


6

menyatakan 1 lumen cahaya yang melalui 1 steradian sudut ruang. Pada radiometri intensitas cahaya dikenal dengan intensitas radiasi yang dinyatakan dalam watt per steradian.

I = Intensitas cahaya (candela) Φ = fluks cahaya (lumen) Ω = jumlah steradian suatu sudut ruang 3. Steradian (Sudut Ruang Ω) Steradian merupakan sebuah satuan yang menyatakan volume yang dibentuk oleh sebuah bidang pada permukaan bola seluas r2 dengan titik pusat bola berjari-jari r. Gambar 2.2 menunjukkan 1 steradian (Ω) yang besarnya sama dengan A/r2 dengan A adalah luas bidang.

Gambar 2.2 1 Steradian (sudut ruang) [7]

4. Luminansi Luminansi merupakan jumlah fluks cahaya dari suatu sumber yang mengenai permukaan sebuah bidang. Dapat juga diartikan sebagai tingkat keterangan cahaya yang sampai ke pengamat. Luminansi dinyatakan dalam cd/m2.

L = Luminansi (candela/m2)


7

I = Intensitas cahaya (candela) A = luas permukaan bidang yang dikenai cahaya (m2)

5. Iluminansi atau Intensitas penerangan (E) Iluminansi merupakan jumlah fluks cahaya yang mengenai permukaan sebuah bidang, dinyatakan dalam lux (lumen / m2). Perbedaan luminansi dengan iluminansi terletak pada sudut ruang yang dilalui cahaya. Pada luminansi yang diukur adalah jumlah cahaya yang mengenai sebuah bidang dalam satu sudut ruang (satu arah tertentu). Sedangkan iluminansi mengukur jumlah fluks cahaya yang mengenai permukaan bidang tanpa memperhatikan sudut ruang.

E = Iluminansi (lux) Φ =Fluks cahaya ( lumen) A = Luas bidang yang dikenai cahaya (m2)

6. Luminesensi atau Fluoresensi Luminesensi merupakan emisi cahaya oleh suatu zat yang tidak berasal dari panas, disebut juga sebagai bentuk radiasi benda dingin. Pancaran cahaya tersebut terjadi ketika pada sebuah materi ditambahkan sejumlah energi, dimana kelebihan energi tersebut akan dipancarkan kembali dalam bentuk cahaya. Luminesensi hanya terjadi selama proses eksitasi. Ada beberapa penyebab luminesensi diantaranya arus listrik (electroluminescence) dan penyerapan foton (photoluminscence).

2.2

Organic Light Emitting Diode (OLED) Organic Light Emitting Diode merupakan LED dimana lapisan emisi

elektroluminensi terbuat dari senyawa organik yang dapat mengemisikan cahaya ketika mengalir arus listrik. Penemuan OLED bertujuan untuk menggantikan


8

sumber pencahayaan konvensional seperti lampu pijar dan lampu neon dengan sumber cahaya semikonduktor yang lebih efisien. Kelebihan utama dari OLED untuk aplikasi display adalah kemampuan untuk memancarkan cahaya sendiri, efisiensi luminansi yang tinggi, tampilan warna lebih banyak, sudut penglihatan yang lebih lebar, kontras tinggi, konsumsi daya rendah, lebih ringan dan fleksibel [2].

2.2.1

Struktur OLED Bentuk fisik OLED berupa thin film yang terdiri tumpukan dari beberapa

lapisan dengan 3 bagian dasar yaitu substrat, elektroda dan bahan organik. Elektroda yang digunakan ada dua jenis yaitu anoda dan katoda. Gambar 2.1 merupakan struktur dasar dimana lapisan yang berada di antara katoda dan anoda merupakan bahan organik.

Chatode Electron Transport Layer Emissive Layer Hole Transport Layer Anode Substrate Gambar 2.3 Struktur Dasar OLED

a. Substrat Merupakan lapisan dasar yang berfungsi sebagai penyangga dan untuk melindungi keseluruhan struktur OLED. Beberapa bahan yang dapat dijadikan sebagai substrat adalah kaca, plastik dan kertas foil.

b. Anoda Merupakan elektroda positif yang diletakkan di atas substrat. Material yang digunakan sebagai anoda bersifat transparan agar dapat meneruskan cahaya dan memiliki work function yang tinggi. Bahan yang sering digunakan sebagai anoda adalah Indium Tin Oxide (ITO). Bahan


9

anoda yang sedang dikembangkan sebagai pengganti ITO adalah poly(3,4-ethylenedioxidythiophene)-poly (styrene sulfonate) (PEDOT-PSS). PEDOT-PSS merupakan sebuah bahan konduktor organik yang nilai konduktifitasnya dapat dinaikkan dengan menambahkan pelarut yang titik didihnya lebih tinggi dari titik didih air [8].

c. Hole Transport Layer Lapisan ini digunakan sebagai media yang dilalui oleh hole untuk mencapai emissive layer. Bahan yang biasa digunakan untuk layer ini adalah kelas aromatic amines [5]

d. Emissive Layer Merupakan lapisan tempat berekombinasinya elektron dan hole. Pada lapisan ini cahaya diemisikan dan warna cahaya yang dipancarkan tergantung dari jenis bahan organik yang digunakan sebagai emissive layer. Zona rekombinasi pada berbagai struktur OLED tidak sama. Hal ini disebabkan karena perbedaan kecepatan hole dan elektron melalui media HTL dan ETL [9]. Kecepatan elektron tersebut dipengaruhi oleh karakteristik material organik yang digunakan sebagai ETL dan HTL. Variasi dari struktur OLED tergantung dari lapisan emisinya. Secara umum jenis OLED dibedakan berdasarkan jumlah emissive layer yang digunakan yaitu single layer dan multi layer. Pada single layer hanya satu emissive layer yang digunakan dan hanya menghasilkan satu warna. Sedangkan multi layer tersusun dari beberapa emissive layer sehingga warna yang dihasilkan bervariasi tergantung jumlah layer. Ada tiga warna dasar yang dapat digunakan untuk membentuk warna OLED yaitu merah, hijau dan biru. Gabungan dari ketiga warna tersebut menghasilkan warna putih. Semakin banyak tumpukan emissive layer maka semakin banyak pula warna yang dapat dihasikan oleh OLED tetapi proses fabrikasinya akan semakin rumit. Beberapa bahan yang biasanya digunakan sebagai emissive layer adalah poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene](MEH-


10

PPV), tris -(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3) dan poly(9,9dioctylfluorene) (PFO).

e. Electron Transport Layer Merupakan lapisan yang berfungsi sebagai media yang dilalui elektron untuk mencapai emissive layer. Pada beberapa struktur lapisan ini dapat dihilangkan tergantung dari karakteristik emissive layer yang dapat langsung menerima elektron dari katoda.

f. Katoda Katoda merupakan eletroda negatif yang berada diatas lapisan organik. Katoda harus memiliki work function yang rendah agar proses rekombinasi hole dan elektron terjadi pada interface antara kedua bahan organik. Bahan yang biasa digunakan sebagai katoda adalah bahan metal seperti Al, LiF, MgAu, Ca, Ag, MgAg.

2.2.2

Prinsip Kerja OLED OLED bekerja berdasarkan prinsip elektroluminansi dimana ketika

diberikan catu daya akan mengalir arus listrik yang menyebabkan emisi cahaya. Tegangan diberikan pada elektroda, catu negatif dihubungkan dengan katoda dan catu positif dihubungkan dengan anoda. Dengan menggunakan tegangan bias, hole akan diinjeksikan ke highest occupied molecular orbital (HOMO) pada HTL sedangkan elektron akan diinjeksikan ke lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) pada ETL. HOMO dan LUMO dianalogikan sama dengan pita valensi dan pita konduksi yang terdapat pada material anorganik. Elektron dan hole akan menuju ke emissive layer dimana kecepatan tempuh keduanya berbeda [9]. Kecepatan tempuh ini dipengaruhi oleh karakteristik material yang dilalui. Ketika mencapai emissive layer, elektron dan hole akan berekombinasi. Pada proses rekombinasi tersebut elektron melepaskan sejumlah energi yang dipancarkan dalam bentuk cahaya. Besarnya emisi cahaya diukur sebagai luminansi yang dinyatakan dalam candela per m2.


11

HTL

Emissive Layer

Anoda

Katoda ETL Elektron Hole

Gambar 2.4 Prinsip kerja OLED

2.2.3

Istilah –Istilah dalam simulasi OLED Berikut ini adalah istilah istilah yang digunakan dalam simulasi OLED

yaitu : 1. Current density Merupakan ukuran yang digunakan untuk menyatakan jumlah arus yang mengalir pada satuan luas bidang. Pada simulasi ini current density dinyatakan dengan mA/cm2. 2. Current Efficiency Merupakan ukuran jumlah fluks cahaya yang dihasilkan pada setiap 1 A arus yang mengalir. Pada simulasi ini dinyatakan dalam cd/A. Semakin tinggi nilai current eficiency maka semakin baik performa dari divais karena fluks cahaya yang dihasilkan menyatakan banyaknya hole dan elektron yang berekombinasi. 3. Spektral Angular Menyatakan panjang gelombang cahaya yang dihasilkan oleh simulasi dari sebuah divais. Berdasarkan panjang gelombang tersebut maka dapat diklasifikasikan warna cahaya yang dihasilkan. Panjang gelombang cahaya yang dapat diukur adalah pada rentang cahaya tampak yaitu dari 400 nm hingga 700 nm. 2.3

SimOLED SimOLED merupakan simulator yang digunakan untuk simulasi Organic

Light Emitting Diode. Pada SimOLED terdapat beberapa bahan yang dapat


12

digunakan sebagai material penyusun OLED mulai dari substrat, anoda, organic layer dan katoda. Selain itu terdapat juga material outcoupling layer yang digunakan sebagai layer diantara anoda dan substrat. SimOLED terdiri dari beberapa menu yang digunakan untuk mengatur parameter yang ingin digunakan. Ada dua karakterisitik yang dapat dilihat pada simulator ini yaitu karakteristik optik dan karakteristik elektris. Keduanya berguna untuk melihat fenomena yang terjadi pada layer-layer organik sebagai material penyusun OLED. Pada OLED terdapat menu yang digunakan untuk mengatur parameter yang ingin diamati misalnya rentang tegangan yang ingin diukur, panjang gelombang dan ketebalan. Output pada simulasi yang diamati antara lain luminansi, current density, current efficiency dan spectral radiance. Hasil yang ditampilkan berupa grafik yang mudah diamati. Selain itu, output yang diperoleh dapat dilihat dalam bentuk angka untuk melihat detail dari hasil yang ditampilkan


BAB 3 PERANCANGAN STRUKTUR OLED Pada seminar ini dilakukan perancangan sebuah struktur OLED menggunakan perangkat lunak SimOLED versi 4.5.0. Simulasi ini akan dilakukan melalui tahapan-tahapan berikut : 1. Penentuan struktur divais yang disimulasikan Pada tahap ini dilakukan penentuan struktur dasar divais yang digunakan dalam simulasi dan struktur lainnya yang akan digunakan sebagai perbandingan. 2. Penentuan parameter yang akan digunakan untuk simulasi Parameter yang digunakan pada simulasi ini adalah luminansi, current density dan current efficiency. 3. Simulasi Simulasi dilakukan untuk mendapatkan data dari struktur yang dirancang. 4. Pengolahan data dan analisa Pada tahap ini dilakukan pengolahan data yang didapatkan dari simulasi untuk mendapatkan perbandingan hasil. Kemudian dilakukan analisa pada data yang telah diolah untuk mendapatkan kesimpulan.

Struktur yang dirancang merupakan struktur paling sederhana untuk menghasilkan satu jenis warna. Terdapat 4 simulasi dengan 4 struktur yang berbeda yaitu perancangan struktur dasar, penggunaan HTL, penggunaan ETL serta penggunaan HTL dan ETL pada struktur dasar. Penambahan HTL dan ETL bertujuan untuk mengukur pengaruh dari kedua layer terhadap luminansi dari struktur dasar. 3.1

Perancangan Struktur Dasar Struktur Organic Light Emitting Diode paling sederhana hanya tersusun

dari satu layer organik yang berfungsi sebagai emissive layer. Pada simulasi ini digunakan material yang menghasilkan warna biru dimana struktur yang dibuat diacu dari sebuah jurnal.


14

Struktur yang difabrikasi oleh Kazumi et al. ditampilkan pada Gambar 3.1, terdiri dari satu emissive layer menggunakan poly(9,9-dioctylfluorene) (PFO) yang dapat memancarkan warna biru. Bahan metal yang digunakan sebagai katoda adalah Lithium Fluoride (LiF) dengan ketebalan 0,8 nm dan Aluminium (Al) dengan ketebalan 70 nm.

Anoda menggunakan bahan PEDOT-PSS dengan

ketebalan 200 nm dan substrat terbuat dari glass dengan ketebalan 1,2 mm. Dari hasil eksperimen diperoleh hasil luminansi maksimum sebesar 500 cd/m2 dengan current density sebesar 3000 A/m2.

LiF-AL PFO (Organic Layer) PEDOT-PSS (Anode) Glass (Substrate)

Gambar 3.1 Struktur devais acuan [8] Berdasarkan struktur pada Gambar 3.1 dibuatlah sebuah simulasi yang dapat menghasilkan warna biru menggunakan bahan anoda, katoda dan substrat yang sama. PFO sebagai

emissive layer diganti

dengan

material Blue

Fluorescent Emitter (BFE). Struktur pada simulasi diperlihatkan pada Gambar 3.2. Simulasi ini bertujuan untuk mendapatkan ketebalan dari BFE yang dapat menghasilkan luminansi paling tinggi. Pada simulasi ketebalan Blue Fluorescent Emitter divariasikan antara 1 nm hingga 15 nm.

Gambar 3.2 Struktur dasar pada simulasi terdiri dari satu organic layer


15

3.2

Penggunaan Hole Transport Layer (HTL) Hole Transport Layer (HTL) digunakan untuk meningkatkan luminansi

pada sebuah struktur OLED. Oleh karena itu pada struktur dasar digunakan HTL untuk melihat pengaruh HTL terhadap luminansi dan current density yang ditampilkan pada Gambar 3.3. Material organik yang digunakan sebagai HTL adalah

N,N’-diphenyl-N,N’-bis(1-naphtyl)-1,1’-biphenyl-4,4”-diamine

(NPB).

NPB ini diletakkan di antara PEDOT-PSS dan Blue Fluorecent Emitter dengan ketebalan divariasikan antara 1-10 nm untuk mendapatkan ketebalan yang dapat menghasilkan luminansi paling tinggi. Struktur ini menggunakan BFE dengan ketebalan maksimum yang diperoleh dari struktur pertama.

Gambar 3.3 Penambahan NPB sebagai HTL pada struktur dasar

3.3

Penggunaan Electron Transport Layer (ETL) Selain penggunaan HTL digunakan juga Electron Transport Layer untuk

mengetahui pengaruhnya terhadap luminansi. Pada simulasi ini digunakan Electron Transport Material (ETM) sebagai Electron Transport Layer yang diletakkan di antara LiF-Al dan Blue Fluorescent Emitter. Ketebalan BFE yang digunakan adalah ketebalan BFE maksimum dari simulasi yang dilakukan pada struktur dasar dengan ETM divariasikan dari 1 nm hingga 10 nm.


16

Gambar 3.4 Penambahan ETM sebagai ETL pada struktur dasar

3.4

Penambahan HTL dan ETL pada stuktur dasar Berdasarkan ketiga percobaan sebelumnya, dibuat simulasi menggunakan

HTL dan ETL dengan susunan layer PEDOT-PSS, NPB, BFE, ETM dan LiF-Al. Ketebalan dari layer organik yang digunakan merupakan ketebalan yang dapat menghasilkan luminansi maksimum dari percobaan sebelumnya. Gambar 3.5 merupakan tampilan struktur menggunakan 3 organic layer.

Gambar 3.5 Struktur blue OLED menggunakan HTL dan ETL


17

Keseluruhan proses yang dilakukan pada seminar ini ditampilkan pada digram alir yang ditunjukkan pada Gambar 3.6 seperti berikut

Penentuan Struktur Dasar

Penentuan Parameter

Pengukuran parameter pada struktur dasar

Penambahan HTL pada struktur dasar

Pengukuran parameter

Penambahan ETL pada struktur dasar


Penambahan HTL dan ETL pada struktur dasar


Penarikan Kesimpulan

Gambar 3.6 Diagram alir perancangan struktur


BAB 4 HASIL DAN ANALISA Berdasarkan perancangan dan simulasi empat buah struktur Organic Light Emiting Diode diperoleh hasil yang dijelaskan sebagai berikut. 4.1 Struktur Dasar Simulasi untuk struktur dasar menggunakan sebuah Blue Fluorescent Emitter sebagai emissive layer yang menghasilkan luminansi dan current density . Luminansi diukur dengan variasi ketebalan Blue Fluorescent Emitter 1 nm hingga 15 nm. Gambar 4.1 menampilkan nilai current density dan luminansi untuk setiap ketebalan BFE yang dicuplik pada tegangan 10 V. Luminansi tertinggi dicapai pada ketebalan 5 nm sebesar 30.613 cd/m2 dengan current density 1,653 x 105 mA/cm2.

Gambar 4.1 Current density dan luminance untuk ketebalan BFE 1-15 nm

Ketebalan BFE 5 nm yang menghasilkan luminansi maksimum pada struktur dasar dijadikan sebagai referensi untuk mengukur pengaruh penggunaan HTL dan ETL terhadap luminansi


19

a.

Penggunaan HTL Penggunaan HTL dapat meningkatkan luminansi pada struktur dasar. Pada

simulasi ini digunakan BFE dengan ketebalan 5 nm dan NPB menghasilkan luminansi maksimum pada ketebalan 1 nm. Luminansi tertinggi yang diukur pada tegangan 10 V adalah 49.543 cd/m2 dengan current density sebesar 3,055 x 105 mA/cm2. Gambar 4.2 menampilkan hasil simulasi dengan variasi ketebalan NPB 1-10 nm.

Gambar 4.2 Variasi ketebalan NPB dengan BFE 5nm

b.

Penggunaan ETL Penggunaan ETL pada struktur ketigadari simulasi

ini menghasilkan

luminansi paling tinggi ketika ketebalan ETM sebesar 1 nm. Luminansi yang dihasilkan adalah sebesar 30.031 cd/m2 dengan current density 1,249 x 105 mA/cm2 yang diukur pada tegangan 10 V. Luminansi yang dihasilkan tidak lebih besar dibandingkan dengan luminansi yang dihasilkan pada struktur dasar. Hal ini menyebabkan penggunaan ETL tidak efisien untukstruktur OLED ini. Pengukuran hasil luminansi menggunakan ETL ditampilkan pada Gambar 4.3.


20

Gambar 4.3 Variasi ketebalan ETM dengan BFE 5 nm

c.

Penggunaan HTL dan ETL Berdasarkan ketiga struktur yang telah disimulasikan sebelumnya maka

dibuat struktur yang menggunakan HTL dan ETL sekaligus untuk melihat pengaruh terhadap luminansi yang dihasilkan. HTL dan ETL yang digunakan adalah setebal 1 nm dengan BFE 5 nm. Hasil yang diperoleh adalah sebesar 39.770 cd/m2 dengan current efficiency 1,801 x 105 mA/cm2 yang diukur pada tegangan 10 V. Gambar 4.4 merupakan perbandingan luminansi yang diperoleh dari keempat struktur yang telah disimulasikan. Luminansi tertinggi diperoleh ketika menggunakan HTL yang ditempatkan di antara BFE dan anoda. Luminansi kedua diperoleh pada struktur HTL,BFE dan ETL.


21

Gambar 4.4 Perbandingan Luminansi untuk 4 buah struktur Current density dan current efficiency dari grafik perbandingan untuk keempat hasil luminansi ditampilkan pada Gambar 4.5 dan 4.6

Gambar 4.5 Perbandingan current density untuk 4 struktur


22

Gambar 4.6 Perbandingan current efficiency untuk 4 struktur Keempat jenis struktur di atas menghasilkan warna biru pada panjang gelombang dengan peak value pada 420 nm hingga 480 nm. Spektral angular yang dihasilkan ditampilkan pada Gambar 4.7 berikut

Gambar 4.7 Spektral Angularyang menghasilkan warna biru


23

Hasil simulasi untuk keempat jenis struktur tersebut ditampilkan pada Tabel 4.1. Luminansi dan current density yang paling tinggi diperoleh dari struktur yang menggunakan HTL. Penggunaan ETLpada struktur blue OLED dengan BFE sebagai emissive layer menyebabkan penurunan luminansi dibandingkan hasil yang diperoleh tanpa ETL.Sementara penggunaan HTL dan ETL menghasilkan luminansi yang lebih rendah dibandingkan dengan penggunaan HTL saja. Tabel 4.1 menampilkan hasil yang diperole pada pengukuran 10 Volt dengan ketebalan BFE 5 nm dan ketebalan HTL dan ETL sebesar 1 nm. Ketebalan tersebut menrupakan ketebalan yang menghasilkan luminansi paling tinggi padasetiap struktur. Tabel 4.1 Perbandingan Hasil dari 4 struktur No

Struktur

1 2 3 4

BFE HTL + BFE BFE + ETL HTL + BFE + ETL

Luminance [cd/m2] 30.613 49.543 30.031 39.770

Current density [mA/cm2] 1,653 x 105 3,055 x 105 1,249 x 105 1,801 x 105

Current Efficiency [cd/A] 0,01852 0,01622 0,02405 0,02209


BAB 5 KESIMPULAN Setelah dilakukan perancangan dan simulasi dapat ditarik kesimpulan bahwa pada pengukuran pengaruh HTL dan ETL terhadap struktur blue OLED menggunakan BFE sebagai emissive layer, diperoleh hasil luminansi maksimum ketika digunakan HTL dengan ketebalan 1 nm. Penggunaan HTL yang diletakkan di antara anoda dan BFE menghasilkan luminansi sebesar 49.543 cd/m2. Sedangkan dengan penggunaan ETL yang ditempatkan di antara BFE dan katoda menghasilkan luminansi sebesar 30.031 cd/m2. Penggunaan bersama kedua layer tersebut menghasilkan luminansi sebesar 39.770 cd/m2. Sementara hasil luminansi yang diperoleh pada penggunaan BFE sebagai single layer menghasilkan luminansi sebesar 330.613 cd/m2. Hasil tersebut dicuplik pada tegangan 10 V.


DAFTAR PUSTAKA [1]

A.A Gaertner, “LED Measurement Issues”, National Research Council of Canada, April 2002

[2]

Arnob Islam, Mamun Rabbani, et al., “A Review on Fabrication Process of Organic Light Emitting Diodes,” IEEE,2013

[3]

B. Geffroy, P. le Roy, and C. Prat, “Organic Light-Emitting Diode (OLED) Technology: Materials, Devices and Display Technologies,” Polymer International, Vol. 55, no. 6, pp. 572–582, 2006.

[4]

Smith,Warrent.J,” Modern Optical Engineering Fourth Edition, Mc Graw Hill, California :2008

[5]

L.Hung

and

C.Chen,

“Recent

Progress

of

Molecular

Organic

Electroluminescent Materials and Devices,” Materials Science and Engineering, R: Reports, vol. 39, no. 5, pp. 143–222, 2002. [6]

http://www.pro-lite.co.uk

[7]

Alex Ryer,”Light Measurement Handbook,” International Light Inc, 1998

[8]

Kazumi Aoba, Hideki Sakai, Takashi Ohmori and Hayato Hyakutake, “Organic Transparent Electrodes Applied to Polymer Light Emitting Diodes” Journal of Surface Science and Nanotechnology, vol. 12, pp.5762, 2014.

[9]

Michio Matsumura and Yukitoshi Jinde, “Volltage Dependence of LightEmitting Zone in Aluminum-Hydroxyquinoline Layers of Organic Heterojunction EL Device,” IEEE Transcationalon Electron Devices, Vo. 44, no.8, August 1997.

UNIVERSITAS INDONESIA PENGARUH PENGGUNAAN HOLE TRANSPORT LAYER DAN ELECTRON TRANSPORT LAYER TERHADAP LUMINANSI PADA BLUE ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE

Recommend Documents