Degradation Mechanisms in OLEDs

Abstract

Organic light emitting diodes (OLEDs) are widely used in modern display technologies due to their high image quality and flexibility. However, degradation processes limit their efficiency and reduce lifetime, particularly in blue-emitting pixels. This thesis examines the mechanisms causing degradation and the impact on device’s lifetime. Degradation mechanisms can be classified as external and internal. External factors, such as oxygen, water, temperature and impurities, can lead to early failure of a device due to effects like dark spot formation and growth. Abrupt failures can be mitigated by well-controlled fabrication and OLED encapsulation. Internal degradation originates from processes within the device, including phenomena such as diffusion, charge accumulation and exciton-induced reactions, resulting in luminance decay and lower efficiency. OLED degradation is not based on a single mechanism, but rather on the interaction of multiple mechanisms. While external processes can be controlled, internal processes prove to be the main limiting factor on device lifetime. Stability and lifetime improvements require material research and effective OLED design to address the challenges of blue emission.

Orgaanisia valoa emittoivia diodeja (OLED) käytetään laajasti moderneissa näyttöteknologioissa niiden tarjoaman korkean kuvanlaadun ja taipuvuuden vuoksi. Kuitenkin erilaiset kulumisprosessit rajoittavat niiden tehokkuutta ja elinikää erityisesti johtuen sinistä valoa emittoivan pikselin epävakaudesta. Tämä tutkielma tarkastelee kulumista aiheuttavia mekanismeja ja niiden vaikutusta laitteen elinikään. Kulumismekanismit voidaan erotella ulkoisiin tai sisäisiin. Ulkoiset tekijät, kuten happi, vesi, lämpötila ja epäpuhtaudet, voivat johtaa laitteen ennenaikaiseen vikaantumiseen johtuen ilmiöistä, kuten tummien pisteiden muodostumisesta ja kasvusta. Äkillinen vikaantuminen voidaan estää hyvin kontrolloidun valmistuksen ja OLEDien kapseloinnin avulla. Sisäinen kuluminen ilmenee laitteen sisällä tapahtuvista prosesseista, kuten diffuusiosta, varausten kertymisestä sekä eksitonireaktioista, aiheuttaen luminanssin laskua ja alempaa tehokkuutta. OLEDien kuluminen ei perustu yksittäiseen mekanismiin vaan monien mekanismien vuorovaikutukseen. Ulkoisten prosessien ollessa kontrolloitavissa sisäiset prosessit osoittautuvat elinikää rajoittavaksi tekijäksi. Vakauden ja eliniän parantaminen vaatii uutta materiaalitutkimusta sekä rakenteen tehokasta suunnittelua vastaamaan sinisen valon emittoinnin haasteisiin.