Modeling of multilayer OLEDs doped. Application to new architectures.
Modélisation des diodes électroluminescentes organiques multicouches dopées. Application à de nouvelles architectures.
Résumé
The development of OLED devices for display or lighting applications usually needs a long and costly experimental approach to determine the key parameters that influence the performances. An electrical model aims at replacing this complex system with a simple object and reproducing or even predicting its main behaviors (Current-Voltage characteristic, J-V) in order to reduce the number of experiments. A first method has consisted in using a continuum band model, derived from crystalline semiconductors. This 2d finite-element model notably accounted for the variations of the thicknesses of organic layers for high current densities (50 Ç J Ç 7£103 mA/cm2). We have also shown that 2d simulations are of interest to study complex architectures with a nanopatterned electrode. A second method lies in the development of a compact model based on electrical compounds, compatible with professional TCAD tools. The proposed equivalent circuit distinguishes charge injection from charge transport phenomena. It precisely reproduces, with only 8 parameters obtained from simple measurements, static J-V characteristics for a wide range of current densities (from 10¡6 to 7£103 mA/cm2) as well as the overall dynamic behavior up to MHz. This model manages to simulate complex systems such as an addressing circuit for matrix displays. Moreover, both analysis and quantification of the influence of different experimental variations make it a development and/or production control tool. The achievements and future prospects show that modeling tools are of interest to develop compounds or efficient OLED devices.
Le développement de dispositifs OLED pour des applications dans les afficheurs ou l'éclairage nécessite généralement une approche expérimentale longue et coûteuse afin de déterminer les paramètres clés influant sur les performances. Le but d'une modélisation électrique est de remplacer ce système complexe par un objet simple et de reproduire voire prédire ses comportements principaux (caractéristique Intensité-Tension, J-V) afin de limiter le nombre de séries d'expériences. Une première méthode consiste à utiliser des modèles continus de bandes d'énergie, issus des semiconducteurs cristallins. Cette modélisation par éléments finis 2D a notamment permis de rendre compte des variations d'épaisseurs des couches organiques pour des densités de courant élevées (50 < J < 7x10^3 mA/cm2). Nous avons également montré l'intérêt des simulations 2D pour étudier des architectures complexes avec une électrode nanostructurée. Une seconde méthode réside dans le développement d'un modèle électrique compact, de type composants, compatible avec les outils professionnels de CAO électronique. Le circuit équivalent proposé sépare les phénomènes d'injection et de transport de charges. Il reproduit précisément, avec seulement 8 paramètres obtenus à partir de mesures simples, les caractéristiques statiques J-V sur une grande plage de densités de courant (de 10^-6 à 7x10^3 mA/cm2) ainsi que le comportement dynamique global jusqu'au MHz. Ce modèle permet la simulation de systèmes complexes tels que les écrans matriciels avec leur circuit d'adressage. Par ailleurs, l'analyse et la quantification de l'influence de différentes variations expérimentales en font un outil de développement et/ou de contrôle de production. Les résultats acquis et les perspectives montrent l'intérêt de disposer d'outils de modélisation pour développer des composants ou des dispositifs performants à base d'OLEDs.
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