Mô Phỏng Hoạt Ðộng Của OLED Bằng phần mềm ATLAS (có code)

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

OLED

Organic Light Emitting Diodes

HOMO

Highest occupied Molecular Orbital

LUMO

Lowest Unoccupied Molecular Orbital
1


TCO

Transparment Conducting Oxide

HIL

Hole Injection Layer

HTL

Hole Transport Layer

EML

Emissive Layer

ETL

Electron Transport Layer

EIL

Electron Injection Layer

AMOLED

Active Matrix OLED

PMOLED

Passive Matrix OLED

2


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 3/53

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu chung
Trong thế giới công nghệ hiện nay, bên cạnh sự phát triển không ngừng nghỉ của khoa
học kĩ thuật trong nhiều lĩnh vực khác nhau, ta nhận thấy rằng công nghệ hiển thị còn
đang phát triển khá chậm chạp so với các lĩnh vực khác. Bên cạnh các tập đoàn lớn như
Kodak, LG, Samsung, Sony,….đã chế tạo ra công nghệ màn hình hiển thị từ rất lâu
trước đó. Cho đến ngày nay, công nghệ hiển thị đã được các tập đoàn lớn này nghiên
cứu và phát triển thêm vào công nghệ hiển thị với các hợp chất vật liệu hữu cơ để tăng
tính linh động hơn trong quá trình sản xuất để phục vụ người tiêu dùng.
Từ đó, việc hoàn thiện các tấm nền hiển thị ngày càng một hoàn thiện hơn so với công
nghệ cũ nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng phát ra trên tấm nền và giảm thiểu giá
thành từ hợp chất vô cơ sang hợp chất hữu cơ bởi vì trên thế giới có hơn 90% là hợp
chất hữu cơ còn hợp chất vô cơ đa số là do con người tạo ra. Ngoài ra, các hợp chất
hữu cơ được sử dụng trong tấm nền hiển thị mang lại tính linh động hơn so với công
nghệ cũ.
Hơn thế nữa, các tập đoàn lớn có thể chế tạo được tấm nền hiển thị với diện tích lớn.
Nhờ vào sự linh động của vật liệu hữu cơ các tập đoàn lớn có thể chế tạo ra công nghệ
hiển thị linh động nhằm đáp ứng với mong muốn thiết kế của nhà sản xuất đối trước
khi đưa ra thị trường. Bên cạnh đó, công nghệ hiển thị bằng vật liệu hữu cơ cho ra màu
sắc sống động, trung thực, mật độ điểm ảnh nhiều,….
Tuy nhiên, độ ổn định của công nghệ này chưa được kiểm chứng bởi thị trường, công
nghệ chế tạo phức tạp, chi phí để sản xuất khá cao do vật liệu chế tạo ra phải mang tính
chất dẫn điện.
Chính vì lí do trên nên em quyết định chọn đề tài MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA
OLED THÔNG QUA PHẦN MỀM ATLAS để tìm hiểu và nghiên cứu.
1.2 Mục đích của đề tài
Mục đích của đề tài Luận văn tốt nghiệp này gồm những phần chính sau:
-

Tìm hiểu về OLED: cấu trúc, nguyên lý, tính chất và ứng dụng.
Tìm hiểu phần mềm mô phỏng ATLAS.

Mô phỏng hoạt động của OLED với các cấu trúc khác nhau.
Phân tích đặc tính đầu ra của OLED

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 4/53

CHƯƠNG 2: LÝ THUYẾT VỀ OLED
2.1 Giới thiệu chung về OLED
OLED (Organic Light Emitting Diodes) là một công nghệ phát sáng phẳng được làm
bằng cách đặt một loạt các màng mỏng hữu cơ giữa hai điện cực. Khi điện áp được áp
dụng, ánh sáng phát ra. OLED có thể được sử dụng để làm màn hình hiển thị và linh
kiện phát sáng. Vì OLED phát ra ánh sáng, chúng không yêu cầu đèn nền và mỏng hơn
và hiệu quả hơn màn hình LCD. [15]
2.1.1 Các chất bán dẫn hữu cơ
2.1.1.1 Khái niệm

Chất bán dẫn hữu cơ là vật liệu hữu cơ có tính chất bán dẫnvới độ dẫn điện ở mức giữa
độ dẫn của vật liệu cách điện và kim loại. [16]
2.1.1.2 Cấu tạo

Các chất hữu cơ trong đề tài này có các đặc điểm đáng lưu ý sau:
-

Biểu đồ trạng thái năng lượng – HOMO và LUMO.
Orbitan phân tử.
Liên kết sigma và liên kết pi.
Bản chất hiện tượng phát quang.

Trong phần này, ta chỉ nêu ra biểu đồ trạng thái năng lượng – HOMO (Highest
occupied Molecular Orbital) và LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) để
phục vụ cho bài luận văn này. Trong đó:
-

HOMO là mức điện tử quỹ đạo điền đầy cao nhất.
LUMO là mức năng lượng của điện tử ở quỹ đạo phân tử chưa điền đầy thấp
nhất .

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 5/53

Hình 2-1: Trạng thái năng lượng của hai mức HOMO và LUMO. [1]
-

-

-

Khoảng cách năng lượng giữa hai mức HOMO và LUMO được xem là vùng
cấm của bán dẫn hữu cơ. Hầu hết các polymer bán dẫn đều có mức năng lượng
trong khoảng 1.5eV đến 3eV thích hợp để chế tạo các linh kiện quang điện tử
trong vùng khả kiến.
Trong biểu đồ năng lượng của 2 lớp HOMO và LUMO thì các điện tích được
thể hiện theo mức độ phân cực từ thấp đến cao. Các loại đơn vị phân cực âm sẽ
có mức năng lượng thấp hơn mức LUMO và ngược lại các đơn vị phân cực

dương sẽ có mức năng lương cao hơn mức HOMO.
Lực hút giữa các đơn vị phân cực âm và cực dương tạo nên đơn vị phân cực
exciton. Các trạng thái của đơn vị phân cực exciton sẽ có ảnh hưởng đến sự phát
xạ ánh sáng và hiệu suất vì nó phát xạ photon và giải phóng năng lượng tạo ra
nhiệt. Ở nhiệt độ cao, các điện tử ở mức HOMO nhận được năng lượng đủ lớn
để kích thích nhảy lên vùng LUMO. Hơn nữa, photon ánh sáng phải có mức
năng lượng lớn hơn hiệu giữa hai vùng HOMO và LUMO thì mới có đủ năng
lượng để nhảy lên vùng trên là vùng LUMO là nhờ có các hợp chất hữu cơ cấu
thành nên và có thể dẫn điện được.

2.1.1.3 Tính chất điện

Đa phần vật liệu hữu cơ hoạt động theo cơ chế hoping giúp các điện tích di chuyển từ
chỗ này sang chỗ khác. Tuy nhiên khi pha thêm tạp chất thì độ dẫn của chúng tăng lên
rất nhiều lần, cấu trúc khác nhau thì có tính chất dẫn khác nhau.
Quá trình truyền dẫn gồm có:
-

Truyền dẫn nội phân tử polymer.
Truyền dẫn giữa các phân tử.
Truyền dẫn giữa các sợi.

Độ dẫn điện cao khi có những điều kiện sau:

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 6/53

-

Độ kết tinh trong mạch cao.
Độ định hướng tốt.
Quá trình chế tạo không có khuyết tật.

Đối với các chất bán dẫn thì cần thêm vào công thức trên hạt tải mang điện tích
dương. Độ dẫn điện còn phụ thuộc vào nhiệt độ, nó thường tăng khi nhiệt độ giảm ứng
với các vật liệu làm bằng kim loại, nếu nhiệt độ hạ rất thấp thì sẽ dẫn đến siêu dẫn,
ngược lại đối với các vật liệu hữu cơ khi nhiệt độ tăng thì độ dẫn sẽ tăng, tuy nhiên chỉ
đến một giới hạng nhất định vì khi nhiệt độ tăng quá lớn thì polymer bị thay đổi tính
chất dẫn đến phá vỡ cấu trúc.
2.1.1.4 Tính chất quang

Trong tính chất quang này sẽ có tính chất :
-

-

Hấp thụ
• Các hợp chất hữu cơ có năng lượng thấp và chúng được kích thích bởi
ánh sáng hay điện, các điện tử nhảy lên các mức phản liên kết thì sẽ có
năng lượng cao hơn.
Quang huỳnh quang và điện huỳnh quang
• Mối quan hệ giữa phổ hấp thụ, phổ phát quang và các trạng thái kích
thích của các bán dẫn hữu cơ ít có tính chất gióng nhau nên để tuận tiện
cho việc phát triển lí thuyết chung dựa vào các yếu tố nào rất khó.
• Phổ của một số polymer thì không trùng nhau. Điều này ảnh hưởng ít
nhiều đến trạng thái cũng như cấu trúc của polyme trong việc chế tạo
màng hay dung môi.

2.1.2 OLED cấu trúc đơn lớp
OLED đơn lớp có cấu tạo gồm lớp vật liệu hữu cơ đặt giữa các điện cực.
Cực dương có cấu tạo từ các màng oxit dẫn điện trong suốt dùng để cung cấp hạt tải là
lỗ trống.
Cực âm được cấu tạo từ các vật liệu mang tính chất của kim loại để có công thoát cao
có vai trò như là nguồn cung cấp điện tử. Nhờ đó, các hạt tải này được phun vào lớp
hữu cơ để hình thành nên cặp điện tử.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 7/53

Hình 2-2: Cấu hình đơn lớp của OLED [2]
Bên cạnh đó cấu trúc này còn có một vài nhược điểm:
-

-

-

Thứ nhất, vật liệu để tạo ra linh kiện để đáp ứng các yêu cầu phát quang, truyền
tải các điện tích phải phù hợp với năng lương, các điện cực khác và độ bám của
các điện tích là cực kì khó khăn ở thời điểm hiện tại.
Thứ hai, đa phần vật liệu polymer và phân tử nhỏ có độ linh động hạt tải lỗ
trống cao hơn electron để có thể truyền qua hết chiều dài của lớp phát quang mà
không tái hợp với bất kì điện tử nào, hoặc tái hợp phát quang bị dập tắt tại vị trí
gần các điện cực.

Thứ ba, các hạt tải không ổn định sẽ có tình trạng tích tụ gần các điện cực làm
cản trở quá trình phun điện tích vào các lớp vật liệu hữu cơ.
Tóm lại, OLED hiện nay được chế tạo theo cấu trúc đa lớp, trong đó mỗi lớp chỉ
đóng một vai trò xác định, giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của linh kiện.

2.1.3 OLED cấu trúc đa lớp
OLED đa lớp thường có 5 lớp trở lên bao gồm:
-

Cực dương (Anode).
Lớp HIL (Hole Injection Layer).
Lớp HTL (Hole Transport Layer).
Lớp EL (Electroluminescence Layer).
Lớp ETL (Electron Transport Layer).
Lớp EIL (Electron Injection Layer) .
Cực âm (Cathode).

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 8/53

Hình 2-3: Cấu trúc của OLED đa lớp. [3]
2.1.4 Cấu tạo của OLED
Thực chất, OLED phát triển cũng dựa trên nền tảng của LED ( Light Emitting Diode)
nhưng khác với LED thì OLED được sử dụng vật liệu từ các chất hữu cơ.Thường thì
OLED sẽ có cấu tạo từ 2 lớp nhưng khi cấu tạo của OLED tăng thêm 1 lớp trở đi thì
thiết kế các lớp được thêm sẽ có chức năng truyền tải điện tích từ cực âm đến lớp phát
quang.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 9/53

Hình 2-4: Các lớp OLED. [4]
Một OLED gồm các phần sau:
-

-

-

Lớp substrate thường được làm làm từ nhựa trong, thủy tinh,.. Lớp này thường
có tác dụng chống đỡ cho OLED.
Cực dương sẽ lấy đi các điện tích khi dòng điện chạy qua.
Các lớp hữu cơ được tạo thành từ các phân tử hữu cơ.
Lớp dẫn được làm từ các phân tử hữu cơ dẻo có nhiệm vụ truyền tải các lỗ trống
từ cực dương.
Lớp phát sáng được làm từ các phân tử hữu cơ dẻo truyền tải điện tích từ cực
âm.
Cực âm sẽ tạo ra các điện tích khi có dòng điện chạy qua thiết bị.
Màu của sự phát sáng phụ thuộc vào quá trình chọn polymer hoặc các phân tử
nhỏ thích hợp. Các electron được phun từ vật liệu có công thoát thấp, trong khi
đó các lỗ trống được phun từ vật liệu có công thoát cao.
Cực dương trong suốt thường được chế tạo bởi các hợp chất ITO,ZnO…
Lớp HIL thường được chế tạo bởi các hợp chất như: CuPc, NBP, …. Bên cạnh
đó, lớp màng phát quang hữu cơ thường được chế tạo bởi các chất như: MeHPPV, Alq3… và một số tạp tạo màu như DCM, , DCM2 …

Lớp ETL thường được chế tạo bởi: Alq3, LiF… và thêm vào đó là một số tạp
chất.
Cực âm có thể dẫn điện trong suốt và nó thường được chế tạo bởi các hợp chất
sau: Ag, Ca …

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 10/53

2.1.5 Nguyên lý hoạt động OLED
Các OLED phát ra ánh sáng theo cách giống với các đèn LED. Hiện tượng này còn
được gọi là hiện tượng lân quang.

Hình 2-5: Nguyên lý phát quang của OLED. [5]
Quá trình này xảy ra như sau:
-

-

Đầu tiên, cho nguồn điện vào OLED để cung cấp cho OLED hoạt động.
Tiếp theo đó, dòng các electron chuyển động từ cực âm qua tới cực dương thông
qua các lớp hữu cơ.
Bên cạnh đó, các phân tử phát quang sẽ nhận được các electron từ cực âm
truyền.
Từ đó, các lớp phân tử hữu cơ sẽ nhận được các electron từ cực dương.
Hơn thế nữa, sự tiếp giáp giữa lớp phát quang và lớp dẫn sẽ có các electron gặp
các lỗ trống khi đó electron sẽ tái hợp với lỗ trống này để tạo ra năng lượng khi
hai photon va đập với nhau và tạo ra năng lượng để phát sáng.

Cuối cùng, lớp phát quang sẽ có màu sắc khác nhau phụ thuộc vào các chất hữu
cơ tạo thành. Cường độ hay độ sáng của ánh sáng phụ thuộc vào lượng điện
cung cấp. Lượng điện càng lớn, ánh sáng càng sáng hơn.

Cơ chế hoạt động của OLED dựa trên bốn quá trình chính, bao gồm :
-

Sự phun hạt tải từ các điện cực vào lớp vật liệu hữu cơ.
Quá trình truyền hạt tải.
Hình thành cặp exciton điện tử - lỗ trống.
Sự tái hợp cặp điện tử lỗ trống và phát quang.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 11/53

2.2 Các lớp trong OLED
2.2.1 Cực dương
Cực dương cung cấp hạt tải lỗ trống cho OLED vì vậy vật liệu sử dụng đối với cực
dương phải có công thoát cao nhằm đảm bảo được sự phun các electron vào lỗ trống
của các lớp vật liệu hữu cơ bên cạnh đó còn phải có khả năng dẫn điện tốt và độ trong
suốt cao. Thêm vào đó, các điện cực TCO phù hợp nhất cho việc sử dụng trong việc
chế tạo OLED sẽ giúp số lượng lỗ trống được đảm bảo trong quá trình truyền tải
electron vào vì độ linh động của vật liệu bán dẫn sẽ linh động thường sẽ rất cao. Điều
này, có tác dụng làm cân bằng các hạt tải để tăng hiệu suất phát quang.
Bên cạnh điện cực TCO, ngày nay người ta thường sử dụng ITO ( Indium Tin Oxide)
bởi vì nó có nhiều điểm ưu việt hơn so với TCO bởi vì có thể chế tạo ra bằng nhiều
phương pháp khác nhau như:

-

Bốc bay nhiệt.
Bốc bay chùm điện tử.
Sử dụng xung laser.

2.2.2 Lớp phun/ truyền lỗ trống (HIL/HTL)
Lớp này là lớp nằm giữa điện cực dương với lớp vật liệu phát quang, hai lớp này tăng
cường vận chuyển và cung cấp các hạt electron vào các lỗ trống từ đó làm giảm điện
thế hoạt động kéo dài thời gian sống của linh kiện. Bên cạnh đó, sử dụng lớp HIL và
lớp HTL còn nâng cao sự cân bằng lượng hạt tải trong vùng phát và làm tăng hiệu suất
phát quang.
Thêm vào đó, lớp HIL và lớp HTL phải phù hợp giữa lớp phát quang và cực dương.
Nói rõ hơn là công thoát của cực dương phải nhỏ hơn mức HOMO của lớp HIL và lớp
HTL. Bên cạnh đó, nó phải nhỏ hơn mức HOMO của lớp phát quang để đảm bảo quá
trình truyền tải hạt không xảy ra sự cố trong quá trình hoạt động. Một yêu cầu đặc biệt
khác đối với vật liệu HIL/HTL là nhiệt độ chuyển pha thủy tinh. Hơn thế nữa, nhiệt độ
cũng sẽ là yếu tố ảnh hưởng đến sự liên hệ giữa hai lớp HIL và lớp HTL với cực dương
của OLED vì nhiệt độ chuyển pha cao sẽ có tính ổn định hơn đối với các hoạt động của
OLED.
Tóm lại, lớp HIL và lớp HTL sẽ có thể phát triển và nâng cao hiệu quả hoạt động đối
với OLED bằng cách tạo ra các vật liệu có khả năng truyền lỗ trống.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 12/53

2.2.3 Lớp phát quang (EML)

Đây là lớp vô cùng quan trọng đối với OELD vì tại đây sẽ xảy ra sự phát xạ ánh sáng
do các exciton tái hợp lại với nhau.Do đó, vật liệu tạo nên lớp này phải đảm bảo hài
hòa về mặt năng lượng so với các lớp khác trong cấu trúc của OLED đạt hiệu quả cao
nhất. Thêm vào đó, lớp này phải có độ linh động cao để để đảm bảo sự phát quan
không bị tắt và lớp phát quang này phải phù hợp với sự ổn đinh về nhiệt độ cũng như
cá tác nhân khác làm ảnh hưởng.
Tuy nhiên, các OLED dùng vật liệu huỳnh quan có độ tin cậy cao nưng hiệu quả phát
quang thấp do các exciton đơn thấp khi đã được kích thích. Hiện nay, do công nghệ
phát triển nên các exciton đã được sản xuất với tỉ lệ exciton cao hơn để mang lại hiệu
suất cao nhất cho lớp phát quang.

Hình 2-6: Quá trình phát quang OLED.[6]
Dựa vào nhu cầu cần thiết mà người ta có thể tạo ra màu sắc như mong muốn bằng
cách thay đổi hợp chất của lớp này để phát ra bước sóng ánh sáng nằm trong phạm vi
mắt người có thể nhìn.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 13/53

Hình 2-7: Các loại hợp chất dùng để phát ra ánh sáng trong lớp EML [7]
Thông thường, do nhu càu thị trường nên người ta thường dùng các hợp chất sau để tạo
ra sự phát xạ màu sắc mong muốn:
-

MEH – PPV phát ra ánh sáng đỏ
DOO – PPV phát ra ánh sáng xanh lá
PFO phát ra ánh sáng xanh dương

2.2.4 Lớp truyền/phun tải điện tử( ETL/EIL)
Là lớp nằm giữa cực âm và lớp phát quang nên lớp này có vai trò tăng cường tình
truyền dẫn các điện tích đảm bảo cân bằng cho lớp phát sáng và cực âm. Vật liệu để
chế tạo ra lớp phát quang đều có tính chất truyền lỗ trống sẽ giảm được sự chênh lệch
về hạt tải. Bên cạnh đó, nó có có chức năng khóa các lỗ trống để đảm bảo các exciton
thành cặp. Hơn thế nữa, một lỗ trống truyền đi cần có 1 ái lực electron cao và năng
lượng ion thấp, độ linh động cao,sự tương thích với các vật liệu khác nhằm tương thích
cho các linh kiện.
Các vật liệu truyền điện tử phổ biến hiện nay chủ yếu là vật liệu phân tử nhỏ, được chia
thành một số nhóm chính như sau dựa trên thành phần hóa học :
-

Phức hữu cơ kim loại.
Các hợp chất Oxidazole.
Các hợp chất có chứa liên kết N = C.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 14/53

2.2.5 Cực âm
Cực âm trong OLED cũng rất quan trọng vì nó phải có các yêu cầu về khả năng dẫn
điện, khả năng liên kết với các vật liệu hữu cơ , độ bền, đặc biệt là ít chịu tác động với
nhiệt độ.
2.3 Phân loại
2.3.1 OLED ma trận chủ động (Active Matrix OLED)
OLED ma trận chủ động có đầy đủ các lớp cơ bản của OLED bao gồm: lớp cực âm,

lớp phân tử hữu cơ và lớp cực dương. Bên cạnh đó, một mạng lưới transistor sẽ phủ lên
bên trên lớp cực dương để tạo thành một ma trận pixel để có thể kiểm soát được pixel
nào đang bật và pixel nào đang tắt để kiểm soát hình ảnh được tạo ra theo mong muốn.

Hình 2-8: Oled ma trận chủ động [8]
OLED ma trận chủ động tiêu thụ ít điện năng hơn OLED ma trân bị động bởi vì lớp
TFT ( Thin Film Transistor ) cần ít điện hơn. Vì vậy, chúng rất phù hợp cho các màn
hình lớn. Tuy nhiên, OLED ma trận chủ động có tốc độ làm tươi nhanh hơn nên phù
hợp cho video nên ngày nay đa số loại này được dùng hiển thị cho các màn hình máy
tính, các TV với màn hình có độ phân giải cao.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 15/53

2.3.2 OLED trắng (White OLED)
OLED trắng là loại OLED phát ra ánh sáng trắng có tính chất đồng nhất nên ngày nay
chúng thay thế cho bóng đèn huỳnh quang trong các cao ốc hoặc căn hộ vì sự tiết kiệm
năng lương của nó và độ sáng của nó cũng có cường độ sang ngang với bóng đèn dây
tóc trên thị trường.

Hình 2-9: OLED trắng [9]

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 16/53

2.3.3 OLED ma trận thụ động (Passive Matrix OLED)
OLED ma trận thụ động có các dải cực dương được xếp vuông góc với các dải cực âm.
Khi cung cấp dòng điện cho các dải điện cực nào đó thì chỗ giao nhau gọi là điểm ảnh
(pixel) sẽ phát sáng vàđộ sáng của OLED sẽ tỉ lệ thuận với dòng điện vào.

Hình 2-10: OLED thụ động [10]
Các OLED ma trận bị động trên thị trường hiện nay đa phần là dễ chế tạo trái lại điện
năng tiêu thụ của chúng khá cao do mạch điện nguồn.
Tóm lại, OLED ma trận bị động thường dùng hiển thị các đoạn tin văn bản của các
thiết bị điện thoại di động, các máy nghe nhạc rất phổ biến trong thế giới công nghệ
phát triển như hiện nay.
2.3.4 OLED gấp được (Foldable OLED)
OLED gấp được có màn hình hiển thị được làm từ các vật liệu nhựa hoặ kim loại dẻo
để chúng có thể gấp được. Bên cạnh đó, tuổi thọ của loại màn hình này khá cao cùng
với màn hình của chúng khá nhẹ nên thường được dùng trong các công nghệ hiển thị
như các thiết bị di động, máy nghe nhạc….Vì chúng có cấu tạo dẻo nên hiện tượng vỡ
màn hình sẽ khó gặp trên loại màn hình này vì độ dẻo dai của chúng.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 17/53

Hình 2-11: OLED gấp được [11]
2.3.5 OLED phát sáng đỉnh (top-emitting OLED)
OLED phát xạ đỉnh được cấu tạo bởi một tấm nền có thể phản xạ được và loại này sẽ
có thể sử dụng trong các thẻ thông minh dựa trên nguyên lý ma trận động.

Hình 2-12: OLED phát sáng đỉnh [12]

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 18/53

2.3.6 OLED trong suốt (transparent OLED)
OLED trong suốt sẽ có cấu tạo từ các thành phần có cấu tạo trong suốt. Khi cho nó
phát sáng, ánh sáng của nó sẽ phát ra theo hai hướng. OLED trong suốt có thể có kiểu
ma trận thụ động hoặc có thể có kiểu ma trận chủ động. Công nghệ OLED này có thể
được dùng làm màn hiển thị trên kính ô tô hay máy bay.

Hình 2-13: OLED trong suốt [13]
2.4 So sánh LED và OLED
LCD
- Có góc nhìn 30 độ, tiêu hao năng
lượng ít (2-10v).
- Có phổ màu khoảng 262.000 màu
- Có ảnh xanh da trời mạnh trong
vùng tối của ảnh và ánh sáng đỏ
mạnh trong các điểm sáng.
- Có độ tương phản khoảng 200:1
- Chi phí giá thành vừa phải.

OLED
- Tự phát sáng không cần phản
xạ
- OLED có tầm nhìn rông

hơn(170 độ)
- Màn hình tiêu hao ít năng
lượng
- OLED có phổ màu rộng (16,78
triệu màu)
- OLED có màu trung thực thể
hiện màu đen sâu
- Có độ tương phản cao khoảng
3000:1
- Chi phí cao
Bảng 2-1: So sánh giữa LED và OLED

Kết luận: Tùy vào nhu cầu và mục đích sử dụng sẽ dẫn đễn việc nên chọn màn hình
nào là phù hợp.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 19/53

2.5 Độ bền OLED
OLED đang tăng dần những ứng dụng mang tính thương mại trong vài năm gần đây.
Với hiệu suất đã và đang được cải tiến sau vài thập niên nghiên cứu, tuy nhiên độ bền
của OLED vẫn là rào cản cho những ứng dụng của nó. Tuổi thọ của linh kiện, cả trong
khi hoạt động lẫn lúc bảo quản cần phải được nâng cao trước khi OLED có thể được
tìm thấy trong những ứng dụng như là màn hình TV, màn hình smartphone…
2.6 Ưu điểm
Công nghệ LCD hiện là lựa chọn số một trong các thiết bị nhỏ và cũng rất phổ biến
trong các TV màn hình lớn. Công nghệ đèn LED thường được dùng để tạo thành các

chữ số trên các đồng hồ điện tử và các thiết bị điện tử khác. Công nghệ OLED đưa ra
rất nhiều ưu điểm so với các công nghệ trên:
-

-

-

Cấu tạo của OLED ngày nay đã nhẹ hơn rất nhiều so với trước đây, thêm vào đó
độ mỏng cũng được tối ưu hóa hơn và đối với một vài loại OLED thì đã xuất
hiện màn hình có cấu tạo mềm dẻo hơn các công nghệ hiển thị trước đó.
Hiện nay, tấm nền OLED dẻo đang dần được thay thế cho phù hợp với công
nghệ hiện tại để tránh vỡ màn hình.
Độ sáng của OLED sáng hơn.
Tiêu thụ điện năng ít so với các công nghệ hiển thị trước như LCD hay LED.
OLED được chế tạo dễ hơn vì hiện nay đa số các công ty tập đoàn công nghệ
lớn đang tập trung sản xuất loại OELD dẻo thay cho các loại OLED cứng và
chúng có thể làm được tấm nền hiển thị với kích thước lớn.
OLED có dải màu rộng hơn nên cho độ trung thực màu sắc tốt hơn.

2.7 Nhược điểm
OLED có vẻ là một công nghệ hoàn hảo cho mọi kiểu hiển thị, tuy nhiên chúng cũng
bộc lộ một số vấn đề:
-

OLED đỏ và xanh lá cây có thời gian sống khá lâu thì trái lại OLED xanh da
trời hiện tại có thời gian sống ít hơn nhiều.
Giá thành nguyên vật liệu để chế tạo ra tấm nền OLED còn khá đắt.
Dễ bị hỏng bởi nước.

2.8 Ứng dụng hiện nay của OLED
Vì tiêu tốn điện năng thấp nên OLED được các tập đoàn công ty sản xuất hàng loạt tiêu
biểu như Samsung, Sony,….để tích hợp lên màn hình TV, Smartphone với sự hiển thị
trung thực về màu sắc đã bước đầu thành công. Tuy nhiên, công nghệ này còn khá là
hạn chế về mặt vật liệu chế tạo nên việc chế tạo khó khăn.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 20/53

CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ATLAS
3.1 Tổng quan về phần mềm
ATLAS là một thiết bị giả lập thiết bị hai và ba chiều vật lý. Nó dự đoán các hành vi
của các cấu trúc bán dẫn xác định và cung cấp cái nhìn sâu vào các cơ chế vật lý nội tại
liên quan đến hoạt động của thiết bị.
ATLAS có thể được sử dụng độc lập hoặc như một công cụ cốt lõi trong môi trường
mô phỏng VIRTUAL WAFER của Silvaco.
3.1.1 Cấu trúc đầu vào và đầu ra trong phần mềm Atlas
Hầu hết các mô phỏng ATLAS sử dụng hai tệp nhập. Tệp đầu vào đầu tiên là tệp văn
bản có chứa lệnh cho ATLAS để thực thi. Tệp đầu vào thứ hai là tệp cấu trúc xác định
cấu trúc sẽ được mô phỏng.
ATLAS tạo ra ba loại tệp xuất. Loại đầu tiên của tập tin đầu ra là đầu ra chạy-thời gian,
cung cấp cho bạn sự tiến bộ và các thông báo lỗi và cảnh báo khi tiến hành mô phỏng.
Loại thứ hai của tệp tin đầu ra là tệp nhật ký, lưu trữ tất cả điện áp đầu cuối và dòng từ
phân tích thiết bị. Loại thứ ba của tệp tin đầu ra là tệp giải pháp lưu trữ dữ liệu 2D và
3D liên quan đến các giá trị của các biến giải pháp trong thiết bị tại một điểm sai lệch
nhất định.

Hình 3-14: Cấu trúc đầu vào và đầu ra[14]

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 21/53

3.1.2 Phương thức hoạt động
ATLAS thường được sử dụng kết hợp với môi trường thời gian chạy DECKBUILD, hỗ
trợ cả thao tác tương tác và chế độ hàng loạt.
3.1.2.1 Chế độ tương tác Với DeckBuild
Để bắt đầu ATLAS trong DECKBUILD, gõ:
deckbuild -as
Nếu bắt đầu từ một tập tin đầu vào hiện có, hãy bắt đầu DECKBUILD bằng cách gõ:
deckbuild -as <nhập tên tệp>
Thời gian chạy cho thấy việc thực hiện mỗi lệnh ATLAS và bao gồm các thông báo lỗi,
cảnh báo, các tham số chiết xuất, và các đầu ra quan trọng khác để đánh giá mỗi lần
chạy ATLAS.
3.1.2.2 Chế độ theo đợt với DECKBuild
Để sử dụng DECKBUILD ở chế độ không tương tác hoặc theo đợt, hãy thêm tham số
-run vào lệnh bắt đầu DECKBUILD
Sử dụng lệnh này yêu cầu phải chạy hệ thống X-Windows cục bộ. Công việc này chạy
bên trong một biểu tượng DECKBUILD trên terminal và tự động thoát khi mô phỏng
ATLAS hoàn tất.
3.1.2.3 Chạy ATLAS bên trong Deckbuild
Mỗi ATLAS chạy bên trong DECKBUILD nên bắt đầu với dòng:
go atlas
Một tập tin chứa tín hiệu sẽ chạy tách ra với một dòng khi sử dụng cấu trúc lệnh go
atlas.

Phần mềm sẽ chạy trên một phiên bản nhất định. Bên cạnh đó, các câu lệnh sẽ cung
cấp tham số khi chạy phần mềm Atlas
3.1.2.4 Chế độ theo đợt mà không cần DECKBUILD
Để chạy ATLAS trực tiếp dưới UNIX, sử dụng lệnh:
atlas <tên tập tin đầu vào>
Để lưu sản lượng thời gian chạy vào một tệp tin, không sử dụng lệnh chuyển hướng
UNIX (>). Đơn giản chỉ cần xác định tên của tập tin đầu ra. Ví dụ:
atlas <tên tập tin đầu vào> -logfile <tên tập tin đầu ra>

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 22/53

3.1.2.5 Chế dộ không của sổ với DECKBUILD
Đối với hoạt động Windows hoàn toàn không X của DECKBUILD, sử dụng tham số
-ascii. Ví dụ:
deckbuild -run -ascii -as <tên tập tin đầu vào> -outfile <tên tập tin đầu ra>
Lệnh này chỉ đạo DECKBUILD chạy mô phỏng ATLAS mà không có cửa sổ hoặc biểu
tượng DeckBuild.
Khi sử dụng chế độ lô, sử dụng hậu tố lệnh UNIX, &, để tách công việc khỏi trình bao
lệnh hiện tại.
3.1.3 Truy cập các ví dụ
Các ví dụ được truy cập từ hệ thống trong DECKBUILD. Để chọn và tải một ví dụ:
-

Khởi động DECKBUILD với ATLAS làm trình mô phỏng, được mô tả trong
phần trước.
Sử dụng nút chuột trái để kéo trình đơn Kiểm soát Chính.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 23/53

Chọn ví dụ. Một chỉ mục sẽ xuất hiện trong một cửa sổ Deckbuild

Hình 3-15: Ví dụ trong deckbuild trong Atlas user[14]
3.1.4 Cú pháp trong ATLAS
Một tệp lệnh ATLAS là một danh sách các lệnh cho ATLAS để thực thi. Danh sách này
được lưu dưới dạng tệp tin văn bản ASCII có thể được chuẩn bị trong DECKBUILD
hoặc trong bất kỳ trình soạn thảo văn bản nào. Chuẩn bị một tệp tin đầu vào trong
DECKBUILD được ưu tiên hơn.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 24/53

3.1.4.1 Các câu lệnh và tham số
Tệp nhập chứa một chuỗi các câu lệnh. Mỗi câu lệnh bao gồm một từ khóa xác định
câu lệnh và tập hợp các tham số. Định dạng chung là:
<STATEMENT> <PARAMETER> = <VALUE>
Với một vài trường hợp ngoại lệ, cú pháp đầu vào không phân biệt chữ hoa chữ
thường.
Đối với bất kỳ <STATEMENT> nào, ATLAS có thể có bốn loại khác nhau cho tham số
<VALUE>.

Một ví dụ của một dòng Statement là:
DOPING UNIFORM N.TYPE CONCENTRATION = 1.0e16 REGION = 1
OUTFILE= my.dop
Tất cả các mục khác là các thông số của câu lệnh DOPING. UNIFORM và N.TYPE là
các tham số logic.
Các từ khóa tuyên bố phải đến đầu tiên nhưng thứ tự của các thông số trong một tuyên
bố là không quan trọng.
ATLAS có thể đọc đến 256 ký tự trên một dòng. Nhưng tốt hơn là nên truyền các câu
lệnh đầu vào dài qua nhiều dòng để làm cho tệp đầu vào dễ đọc hơn. Ký tự \ ở cuối
dòng cho biết sự tiếp tục.
3.1.4.2 Lệnh của các lệnh ATLAS
Trật tự trong báo cáo xảy ra trong một tập tin đầu vào ATLAS là rất quan trọng. Có
năm nhóm các câu lệnh phải xuất hiện đúng thứ tự. Nếu không, một thông báo lỗi sẽ
xuất hiện, có thể gây ra hoạt động không chính xác hoặc chấm dứt chương trình.
Thứ tự các câu lệnh trong định nghĩa lưới, định nghĩa cấu trúc và các nhóm giải pháp
cũng rất quan trọng. Nếu không, nó cũng có thể gây ra hoạt động không chính xác hoặc
chấm dứt của chương trình.
3.1.4.3 Menu lệnh của DeckBuild
Các Command Menu DeckBuild (Command Menu) có thể giúp bạn tạo ra các tập tin
đầu vào. Menu này được tìm thấy dưới nút Commands trên màn hình chính của
DECKBUILD'S.
Menu lệnh cho phép bạn truy cập cửa sổ bật lên mà bạn nhập thông tin. Khi bạn chọn
nút Write, các câu lệnh đúng cú pháp được ghi vào vùng soạn thảo văn bản
DECKBUILD.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Trang 25/53

3.1.4.4 Bắt đầu nhanh PISCES-II
Phần này là một bước khởi đầu cho những ai có thể quen thuộc với cú pháp và sử dụng
chương trình PISCES-II của trường Đại học Stanford hoặc các trình mô phỏng thiết bị
khác có nguồn gốc từ chương trình này.
Sự khác biệt chính giữa ATLAS và PISCES-II là:
-

-

-

Tất cả các đồ họa được xử lý bởi một chương trình đồ họa tương tác riêng biệt,
TONYPLOT. Các lệnh đồ họa PISCES-II, chẳng hạn như PLOT. 1D, PLOT.2D,
CONTOUR, VECTOR là tùy chọn.
Không cần phải mô phỏng các mô phỏng ATLAS cá nhân riêng lẻ thành các tập
tin đầu vào riêng biệt.
Giao diện từ quá trình xử lý sang mô phỏng thiết bị được xử lý mặc dù một định
dạng tệp duy nhất tương thích với các chương trình khác. Tệp được đọc bởi
ATLAS là định dạng tệp đầu ra mặc định của ATHENA. Không có định dạng
tệp đặc biệt cho giao diện là bắt buộc.
Khi xác định cấu trúc lưới trong ATLAS, không cần phải có cú pháp NODE và
LOCATION để xác định số đường lưới chính xác trong X và Y.
Sử dụng lệnh REGRID không được khuyến khích do việc tạo ra các tam giác
nghiêng.
Tất cả các lệnh lựa chọn phương pháp số và các tham số đều có trong câu lệnh
METHOD. Câu lệnh SYMBOLIC không được sử dụng.
Các lệnh mục đích chung khác nhau thực sự là một phần của môi trường người
dùng DECKBUILD. Bao gồm SET, EXTRACT, GO, SYSTEM, và SOURCE.
Thay thế biến được hỗ trợ cho cả hai biến số và chuỗi sử dụng câu lệnh SET và

biểu tượng $.

3.2 Sơ lược về thiết kế và giao diện
Khi cài phần mềm Atlas xong chúng ta sẽ thấy xuất hiện trên màn hình biểu tượng của
SEDA Tools.

Hình 3-16: Biểu tượng Seda Tools
Sau đó, khi nhấp vào biểu tượng trên ta sẽ thấy được chương trình Deckbuild xuất hiện
trong Folder Shortcut.

Mô Phỏng Hoạt Động Của OLED Bằng phần mềm ATLAS