Organic light emitting diodes (OLEDs) have rapidly developed over last decade due to many advantages including a low operating voltage, wide viewing angle, a fast response time, and flexibility for their potential applications in displays and solid state lighting field. However, The difference in refractive indices of several layers causes total internal reflection inside the OLEDs. Since the 80% of the emitted light are trapped and wave-guided in devices, OLEDs with conventional structure suffer from a low outcoupling efficiency. Thus, it is important to fabricate of OLED structure with enhanced outcoupling efficiency and investigate mechanisms that affect the light outcoupling characteristics for organic electroluminescent devices.
Recently, for the benefit of high luminescence, microlens arrays for OLEDs have been studied in solid-state lighting field. However, microlens arrays have been generally fabricated with periodic structure leading to an optical interference effect, which causes that a spectrum of devices with microlens arrays is different from that of standard devices. In this thesis, in order to overcome the unexpected problem, templates for the fabrication of microlens arrays were prepared with irregular colloidal arrays which are bimodal mixture of polystyrene particles. It was shown that the irregular microlens arrays enhance external quantum efficiency and maintain the original spectrum of color.
유기 발광 소자는 낮은 구동 전압, 넓은 시야각, 빠른 반응 속도, 유연한 제조 특성과 같은 장점으로 인해 차세대 디스플레이 또는 조명으로 지난 수십 년간 활발히 연구되고 있다. 하지만, 굴절률이 다른 여러 층으로 이루어지는 구조적 특성으로 인해 각 층간에서 전반사와 같은 광손실 현상이 발생하여, 발광층에서 방출되는 빛의 80%는 소자 안에서 손실된다. 이 때문에 외광 효율 향상에 관한 다양한 연구들이 필요하며 진행되고 있다. 특히, 여러 외광 효율 향상 구조 중에서 마이크로렌즈는 광학설계가 간편하고, 소자 적층 후에도 외부에 도입할 수 있는 산업적인 장점으로 조명 분야에서 연구되고 있다.
하지만, 기존의 마이크로렌즈는 복잡한 공정이고 고가격인 포토리소그래피를 이용하여 규칙적인 구조로 제작되었다. 이러한 공정으로 제작된 렌즈는 주기적인 구조적 특성으로 보강간섭현상을 일으켜서 조명의 색 안정성을 저감시킬 수 있다. 따라서, 이 논문에서는 이러한 문제들을 해결하기 위해, 공정이 간편하며 저가격인 콜로이드를 이용한 용액공정의 도입과 함께 렌즈의 불규칙한 비주기적인 구조를 형성시켜 불필요한 광학적 간섭현상을 억제시키는 새로운 방법을 제시한다. 서로 크기가 다른 콜로이드 고분자 입자를 이용하여 불규칙한 3D 배열을 형성하고 이를 복제하여 비 주기적인 렌즈를 제작한다. 이렇게 제작된 렌즈를 유기 발광 소자에 적용시켜 성능 측정을 한 결과, 외광 효율은 약 40%정도 향상되었으며 비 주기적인 구조로 간섭현상이 억제되어 고유의 스펙트럼은 유지하면서 색안정성을 확보할 수 있었다.
