Perovskite light-emitting diodes are emerging as promising next-generation displays as they can realize vivid natural colors due to their high color purity and easily tunable color spectrum. Owing to their optoelectronic properties, the perovskite light-emitting diodes have been rapidly developing in the past 5 years. Recently, they exhibit external quantum efficiencies of more than 20%. Among them, iodine-based perovskite light-emitting diodes emit near-infrared lights which can be used to various near-infrared applications such as mobile biometrics systems, digital health care systems or night visions. Despite the rapid development of perovskite light-emitting diodes, the emission zone position in the perovskite emissive layer remains uncertain. The ambiguous emission zone position limits the optical optimization of perovskite light-emitting diodes. Since the perovskite film can be formed by solution coating process, the organic sensing layer cannot be embedded into the perovskite layer. In this work, the drift-diffusion model-based electrical simulation and power-dissipation model-based optical simulation based were used to find the emission zone in the perovskite emission layer. With simulation results, the device structure was devised to improve the outcoupling efficiency. The optimized device exhibits an external quantum efficiency of 6.78%.
페로브스카이트 발광 다이오드는 쉽게 색 조절이 가능한 특징과 높은 색 순도를 통해 자연의 색을 실감나게 구현 가능하기 때문에 차세대 디스플레이로 각광받고 있다. 덕분에 최근 5년간 빠른 성장세를 보이며 20%가 넘는 외부양자효율 달성에 성공하였다. 이 중에서 아이오딘을 사용하는 페로브스카이트 발광 다이오드는 근적외선 파장 대역의 빛을 방출하여 모바일 생체인식 시스템, 디지털 헬스케어, 야간투시장비 등 점차 증가하는 근적외선 광원에 대한 수요를 해결할 수 있을 것으로 기대가 되고 있다. 하지만 이런 빠른 발전을 보였음에도 페로브스카이트 발광층 내에서 발광 위치에 대해서는 충분한 연구가 이루어지지 않아 광학적 설계에 있어서 한계가 있었다. 용액 공정을 통해서 페로브스카이트 발광층을 형성하기 때문에 발광 감지층 (Sensing layer)을 삽입할 수 없는 등 기존의 방식으로는 발광 위치를 찾기 힘들었다. 본 연구에서는 Drift-diffusion model을 이용한 전기적 시뮬레이션과 Power-dissipation model 기반의 광학적 시뮬레이션을 사용하여 페로브스카이트 발광층 내에서 발광 위치를 확인하였다. 시뮬레이션 결과를 통해 광추출 효율을 높일 수 있는 최적 구조를 도출하였고, 최대 6.78% 의 외부양자효율을 가지는 소자를 제작할 수 있었다.
