Quang học ứng dụng - Một số vật liệu quang học đặc biệt

Thấu kính điện 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  dễ dàng điều chỉnh độ dài hội tụ.. x0 : khoảng cách khẩu độ cực

MỘT SỐ VẬT LiỆU

QUANG HỌC ĐẶC BiỆT

HVTH : La Phan Phương Hạ

► Dịch tiếng anh chuyên nghành trực tuyến:

http://www.mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuye n_nghanh.html

► Học liệu mở:

http://www.mientayvn.com/OCW/MIT/Vat_li.htm l

Một 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 Vật liệu quang tinh thể

1 Thấu kính điện 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  dễ dàng điều chỉnh độ dài hội tụ.

 Được ứng dụng nhiều trong các thiết bị quang điện.

 Phân loại :

- Curved cell gap

- Planar cell gap

- Spherical 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

 Độ dài hội tụ có giá trị trong khoảng fe

và fo tùy thuộc V

Thấu kính điện tử tinh thể lỏng

Curved 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 lỏng

Planar 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 lỏng

Spherical 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

Thấu kính điện tử tinh thể lỏng

Spherical electrode within a planar substrate

Thấu kính điện tử tinh thể lỏng

Spherical

electrode

within a planar

substrate

2 OLEDs

► 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 liệu giàu lỗ trống – đóng vai trò như bán dẫn vô cơ loại P.

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

quang.

Chất hữu cơ và polymer dẫn điện

- ethylhexyloxy)-

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

(MEH Poly(MEH para(MEH phenylenevinylene (PPV)

2 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

Truyền dẫn điện tử giữa các sợi của

vật liệu polymer ( inter-fiber mobility

of a charge carrier )

2 OLEDs

Chất hữu cơ và polymer dẫn điện

Polymer có độ dẫn điện cao thỏa :

- Độ kết tinh trong mạch polymer cao

thể uốn dẻo, khả năng tạo

màu sắc trung thực cao

2 OLEDs

2 OLEDs

Cấu trúc đa lớp

2 OLEDs

Cấu trúc đa lớp

 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 OLEDs

Cấu 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

Sơ đồ NL cấu trúc ITO/CuPC/-NPD

 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 trắng

OLED trong suốt, OLED phát xạ bề

mặt, OLED thường

OLED 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 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 : LiNbO3, BaTiO3, Fe:LiNbO3 (Lithium Niobate) …

3 Vật liệu khúc xạ quang

4 Vật liệu quang tinh thể

Halides , CaF 2

Sapphire

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