LED-Organik (OLED) Multi Warna

Teknologi LED

LED (Light Emitting Diode atau Light Emitting Device) merupakan piranti yang vital dalam teknologi electroluminescent seperti untuk aplikasi teknologi display (tampilan), sensor, dan lain-lainnya. Teknologi electroluminescent didasarkan pada konsep pancaran cahaya yang dihasilkan oleh suatu piranti sebagai akibat dari adanya medan listrik yang diberikan kepadanya. Pada dekade terakhir ini telah diperoleh kemajuan yag menarik dalam bidang desain piranti LED. Untuk teknologi tampilan, beberapa target yang ingin diperoleh bagi kepentingan produk industri adalah dapat dibuat tampilan yang luas / besar, fleksibel, murah dan dapat juga digunakan sebagai layar yang efisien untuk berbagai keperluan teknologi layar tampilan seperti komputer atau layar TV yang dapat ditempelkan pada dinding atau dapat digulung di dalam saku baju, dan lain-lain [1]. Dalam perkembangannya piranti LED telah dibuat dengan desain menggunakan bahan organik yang disebut dengan OLED (Organic Light Emitting Device). Sebagai contoh, para peneliti di perusahaan Kodak telah dapat men-desain OLED yang dapat menghasilkan pancaran cahaya dengan umur 6.000 jam secara terus menerus, sementara itu para peneliti di University of California at Santa Barbara, USA telah memperoleh kemajuan dengan desain piranti OLED yang dapat menghasilkan cahaya dengan umur 10.000 jam. Baru-baru ini para peneliti di Cambridge Display Technology Ltd., Inggris telah dapat men-desain piranti OLED yang berumur 12.000 jam [2]. Jika dalam teknologi sebelumnya jumlah warna dari cahaya yang dikeluarkan oleh piranti OLED hanya satu warna dalam desain piranti tersebut, maka dalam perkembangannya dalam satu desain piranti OLED dapat mengeluarkan cahaya dengan dua atau lebih warna. Fenomena ini diperoleh dengan membuat variasi tegangan listrik yang diberikan kepada piranti tersebut. Dengan demikian, piranti OLED memiliki prospek untuk menjadi piranti alternatif sebagaimana teknologi tampilan panel datar (flat-panel) yang didasarkan pada kristal cair (liquid crystal).(i-more)

Desain Piranti OLED

Prinsip dari piranti electroluminescent secara garis besar adalah piranti yang dapat mengeluarkan / memancarkan cahaya dengan warna (panjang gelombang) tertentu jika diberikan kepadanya medan listrik. Bagian penting dari piranti OLED adalah lapisan tipis (thin film) yang tersusun dari molekul-molekul organik / polimer yang berfungsi sebagai emitter (pemancar) cahaya dan lapisan elektrode yang disusun secara sandwich seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1. Thin film bahan organik tersebut dapat dimendapkan dengan teknik yang relatif sederhana seperti spin-coating, sementara itu untuk memendapkan lapisan elektrode digunakan teknik evaporation / sputtering. Lapisan elektrode dibuat dari bahan logam yang transparan (atau semi-transparan) seperti Indium Tin Oxide (ITO) atau aluminium (Al). Dengan sifat transparan ini memungkinkan cahaya yang dihasilkannya memancar keluar dari struktur piranti secara optimal.
 
  Gambar 1. Struktur piranti OLED satu warna. Mekanisme dari piranti OLED adalah jika pada elektrode diberikan medan listrik, fungsi kerja dari elektrode negatif (katode) tersebut akan turun yang menjadikan elektron - elektron dari katode bergerak menuju pita konduksi di bahan organik. Keadaan ini mengakibatkan munculnya hole di pita valensi. Sementara itu elektrode bermuatan positif (anode) akan meng-injeksi hole untuk bergerak menuju pita valensi bahan organik. Dengan keadaan ini mengakibatkan terjadinya proses rekombinasi elektron dan hole di dalam bahan organik. Pada waktu proses rekombinasi terjadi, elektron akan turun dan bersatu dengan hole sambil memberikan kelebihan energi sebesar hn dalam bentuk foton cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Skema dari proses rekombinasi elektron-hole dapat digambarkan sebagaimana pada Gambar 2. Dari struktur piranti OLED yang sederhana seperti di atas akan diperoleh satu jenis pancaran cahaya dengan panjang gelombang tertentu tergantung jenius bahan emitter yang dipergunakannya [3]. Gambar 2. Proses rekombinasi elektron-hole yang menghasilkan pancaran cahaya sebagai konsep dasar dari piranti OLED Untuk piranti OLED yang dapat menghasilkan dua jenis pancaran warna cahaya, sebagai contohnya adalah piranti yang di-desain dengan menggunakan lapisan elektrode semi-transparan Mg-Al-ITO yang berfungsi sebagai lapisan untuk meng-injeksi elektron bagi pancaran warna Biru, demikian juga sebagai lapisan untuk meng-injeksi hole bagi pancaran warna Merah. Warna yang dihasilkan dari piranti tersebut dapat dirubah secara kontinyu dari warna Biru ke Merah. Sedangkan intensitas cahaya yang dihasilkan oleh tiap-tiap warna tidak bergantung kepada arus listrik yang diberikannya [4]. Sedangkan piranti OLED yang dapat menghasilan dua jenis pancaran warna bisa diperoleh dengan menggunakan satu lapisan bahan emitter yang mana warna Merah dan warna Hijau diperoleh dengan mengatur polaritas medan listrik yang diberikannya. Sedangkan intensitas cahaya yang dipancarkan dapat diubah dengan mengatur besarnya medan listrik tersebut [5]. Desain piranti ini menggunakan lapisan bahan emitter pyridine-phenylene atau thiopene-phenylene yang diapit oleh lapisan bahan emeraldine base dan bahan sulfonate dari polyaniline.
Dalam perkembangannya, sekarang ini telah dimungkinkan untuk membuat piranti OLED yang dapat menghasilkan tiga pancaran cahaya dengan warna Hijau, Biru dan Merah dalam satu piranti yang di-desainnya [6]. Struktur dari piranti ini lebih komplek dibandingkan dengan piranti OLED satu atau dua warna seperti yang di-skemakan pada Gambar 3. Proses pancaran warna yang dihasilkan tersebut pada prinsipnya sama seperti dalam struktur piranti OLED dengan satu bahan emitter. Namun dengan kombinasi berbagai bahan akan memungkinkan terjadinya proses rekombinasi yang komplek di dalam variasi bahan yang dipergunakan tersebut. Dengan struktur tersebut dimungkinkan untuk mendapatkan pancaran cahaya dari masing - masing warna dan juga dapat diperoleh cahaya sebagai hasil dari kombinasi ketiga warna yang ada. Ketebalan lapisan emitter cahaya Merah, Hijau dan Biru masing-masing adalah 65 nm. Sedangkan untuk lapisan yang lainnya ketebalan berkisar antara 10 nm - 65 nm. Dari desain piranti OLED tersebut diperoleh efisiensi kuantum untuk masing-masing warna sebesar: 1.6% (warna biru), 0.55% (warna hijau), dan 0.3% (warna merah).
Gambar 3. Skema daripada struktur piranti OLED Multi-Warna. Keterangan : Emitter Biru : a -NPD ( 4,4'-bis[N-(1-napthyl)-N-phenyl-amino] biphenyl )
Emitter Hijau : Alq₃ ( tris (8-hydroxyquinoline aluminum) )
Emitter Merah : TPP:Alq₃ ( 5,10,15,20-tetraphenyl-21H,23H-porphine didop ke bahan Alq₃)
PTCDA : 3,4,9,10-perylenetetracarboxylic dianhydride
Mg:Ag : Magnesium (Mg) yang didop ke bahan perak (Ag)

Prospek Pengembangan

Piranti OLED multi-warna yang ada sekarang ini masih ada sedikit kekurangannya yaitu intensitas cahaya dengan warna tertentu yang dihasilkannya belum cukup kuat / terang, ini menjadi bahan pikiran para peneliti untuk dicari solusinya. Namun dengan adanya penelitian yang berkesinambungan dan dilakukan secara komprehensif seperti yang dilakukan di berbagai pusat riset di negara - negara maju maka dimungkinkan akan dapat diperoleh solusi dengan cepat. Faktor lain yang merupakan keuntungan dari desain piranti OLED adalah beaya operasional yang relatif rendah juga proses fabrikasi yang relatif sederhana jika akan dibuat untuk komoditi. Dengan demikian dapat diharapkan mengembangkan teknologi piranti LED yang tidak hanya dibuat dengan bahan-bahan semikonduktor seperti GaN, GaAs, dan sebagainya dengan teknik pembuatan seperti MOCVD atau CVD yang bisa dikatakan memerlukan beaya operasional yang tidak kecil. Dalam konteks pengembangannya di Indonesia, teknologi seperti OLED adalah cukup tepat mengingat realita pengembangan teknologi yang ada di Indonesia yaitu pengembangan teknologi yang disesuaikan dengan kemampuan budget yang terbatas dengan upaya memperoleh hasil yang optimal. Sehingga bentuk pengembangan teknologi alternatif seperti tersebut pada dasarnya dapat dijadikan sebagai salah satu bentuk upaya untuk selalu mengejar ketertinggalan perkembagan teknologi yang ada agar tidak semakin jauh sehingga ketergantungan penggunaan suatu produk teknologi dari negara industri maju (yang memang diciptakan) dapat dikurangi.