Modeling and characterization of organic light emitting diodes for automotive lighting applications

Abstract

In this thesis, we aim to propose a SPICE compatible new and accurate electrical model of an Automotive Electronics Council-Qualified (AEC-Q) organic light-emitting diode (OLED), and investigate the reliability of the OLEDs for automotive exterior lighting applications. The proposed model smoothly provides the current-voltage relation in the forward and reverse operating regions, and also dynamic capacitive behaviour of OLED is included in the model. The AEC-Q OLED samples that are currently used in a rear stop lamps have been electrically stressed with a current density of J = 11.5mA/cm2 (25% more than the nominal current density value) at room temperature. The model was presented through theoretical equations for forward and reverse current-voltage characteristics and impedance behaviour of OLED. The simulated and experimental results are in close agreement with each other. We characterize the complex impedance, operational voltage and current, wavelength, and luminance variation of OLED aged under electrical stress for 7040 hours. We utilize a simple setup that is based on image processing and a CMOS camera to monitor variations in light intensity of the tested device. Under pure electrical stress, the dominant wavelength was slightly red-shifted by 3.3 nm, the threshold voltage of OLED is increased from 4.2 V to 5.25 V, and luminance decayed to 88% of the peak luminance with stress time whereas spectral shape was not affected.Bu tez çalışmasında, Otomotiv Elektroniği Konseyi-Onaylı (AEC-Q) organik ışık yayan diyot (OLED) için SPICE uyumlu yeni ve doğru bir elektriksel model önerilmiş ve otomotiv dış aydınlatma uygulamaları için OLED’lerin güvenilirliği araştırılmıştır. Önerilen model ileri ve ters çalışma bölgelerinde OLED’in akım-gerilim ilişkisini sorunsuz bir şekilde sağlamaktadır ve ayrıca OLED’in dinamik kapasitif davranışı da modele dâhil edilmiştir. Günümüzde bir arka stop lambasında aktif olarak kullanılan AEC-Q OLED numunelerine oda sıcaklığında, J=11.5mA/cm2(nominal akım yoğunluğundan %25 daha fazlasına denk gelmektedir.)akım yoğunluğu ile elektriksel stres uygulanmıştır. Önerilen model OLED’in ileri ve geri çalışma bölgesindeki akım-gerilim karakteristikleri ve empedans davranışlarını temel alan teorik denklemler aracılığıyla sunulmuştur. Benzetim ve deneysel sonuçlar, birbirleri ile yakın uyum içerisindedir. OLED’in empedansı, çalışma gerilimi ve akımı, dalga boyu ve parlaklık değişimi,7040 saatlik operasyon süresi boyunca elektriksel stres altında karakterize edilmiştir. Numunelerin ışık yoğunluğundaki değişimleri izlemek için, imge işleme ve CMOS kamera temelli bir test düzeneği hazırlanmıştır. Saf elektriksel stres altında; baskın dalga boyunun, kırmızı renk spektrum sınırları içerisinde 3.3nm kaydığı, eşik geriliminin 4.2V’den 5.25V’ye yükseldiği ve ışık şiddetinin başlangıç değerinin%88’ine düştüğü gözlenirken, ışık spektrumunun şeklinde bir değişim gözlenmemiştir.