Embed Size (px)
Citation preview
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
ii
HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS
Seminar ini adalah hasil karya saya sendiri
dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk
telah saya nyatakan dengan benar
Nama : YEFA SISTER
NPM : 1106014614
Tanda Tangan :
Tanggal : Desember 2014
iii Universitas Indonesia
HALAMAN PENGESAHAN
Seminar ini diajukan oleh
Nama
NPM
Program Studi
Judul
:
:
:
:
Yefa Sister
1106014614
Teknik Elektro
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
iv 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
v Universitas Indonesia
ABSTRAK
Nama :
Program Studi :
Judul :
Yefa Sister
Teknik Elektro
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 :
Study Program :
Title :
Yefa Sister
Electrical Engineering
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
vi 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
vii Universitas Indonesia
BAB 5 ................................................................................................................... 24
KESIMPULAN ..................................................................................................... 24
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 25
viii 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
ix Universitas Indonesia
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Radiometri dan Fotometri ....................................................................... 5
Tabel 4.1 Perbandingan Hasil dari 4 struktur ....................................................... 23
x 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)
1 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
2
Universitas Indonesia
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 masing-
masing 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
3
Universitas Indonesia
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.
4 Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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/m
3
Radiant Flux W Luminous Flux lm
Radiant Exitance W/m2 Luminous exitance lm/m
2
Irradiance W/m2 Illuminance lm/m
2 (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
Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
PPV), tris -(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3) dan poly(9,9-
dioctylfluorene) (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
Universitas Indonesia
HTLEmissive
LayerETL
Anoda
Katoda
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
Universitas Indonesia
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
13 Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
Keseluruhan proses yang dilakukan pada seminar ini ditampilkan pada
digram alir yang ditunjukkan pada Gambar 3.6 seperti berikut
Penentuan Struktur Dasar
Pengukuran parameter
pada struktur dasar
Pengukuran parameter
Penambahan HTL pada
struktur dasar
Penambahan ETL pada
struktur dasar
Penambahan HTL dan ETL
pada struktur dasar
Penentuan Parameter
Pengukuran parameter
Pengukuran parameter
Penarikan Kesimpulan
Gambar 3.6 Diagram alir perancangan struktur
18 Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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 10
5
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
Universitas Indonesia
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 10
5 mA/cm
2 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
Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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
Universitas Indonesia
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 Luminance
[cd/m2]
Current density
[mA/cm2]
Current Efficiency
[cd/A]
1 BFE 30.613 1,653 x 105 0,01852
2 HTL + BFE 49.543 3,055 x 105 0,01622
3 BFE + ETL 30.031 1,249 x 105 0,02405
4 HTL + BFE + ETL 39.770 1,801 x 105 0,02209
24 Universitas Indonesia
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.57-
62, 2014.
[9] Michio Matsumura and Yukitoshi Jinde, “Volltage Dependence of Light-
Emitting Zone in Aluminum-Hydroxyquinoline Layers of Organic
Heterojunction EL Device,” IEEE Transcationalon Electron Devices, Vo.
44, no.8, August 1997.
