디스플레이 시장에서 liquid crystal display (LCD)가 디스플레이 시장을 장악하고 있다. 하지만 요 근래에 들어서 디스플레이 시장을 장악할 새로운 후보가 떠오르고 있다. 바로 유기발광다이오드 (OLED)이다. 뛰어난 색 재현 능력, 높은 전력 효율, 높음 명암 대비율 그리고 빠른 응답 속도와 같은 특성들이 OLED가 디스플레이 시장에서 주목 받는 이유이다. LCD와는 다르게 OLED는 polyethylene terephthalate (PET), 천과 같은 다양한 기판에서의 제작이 가능하다. 이러한 기판 위의 제작이 가능함으로 인해서 OLED는 구부릴 수 있고, 늘어날 수 있게 제작할 수 있다. 또한 OLED는 투명한 디스플레이로의 제작도 가능하다.
이러한 다양한 장점들을 가지고 있음에도 불구하고 OLED는 여전히 해결해야 할 문제를 가지고 있다. 여러 문제들 중에서 낮은 외부 양자 효율을 해결하고자 하는 것이 이 논문의 주제이다. 전반사, 혹은 표면 플라즈몬으로 소자 내에 갇혀있는 빛으로 인해 감소하는 외부 양자 효율을 향상 시키고자 선행적으로 소자 외부로 빛을 추출하는 방법들이 연구되었다. 이 논문에서는 소자 내에 나노 입자 층을 삽입하여 마이크로캐비티 현상을 이용한 OLED의 외부 양자 효율 향상을 연구하였다. 일반적으로 마이크로캐비티 현상을 이용하기 위해서는 두 개의 금속 반사판을 이용하지만 본 연구에서는 다른 연구와 다르게 TiOnot2 나노 입자의 큰 굴절률을 이용하여 마이크로캐비티를 위한 반사판으로 사용하였다. 그 결과 1000cd/m2에서 25%의 전류 효율 증가, 15%의 외부 양자 효율 증가, 23%의 전력 효율 증가를 구현할 수 있었다. 실험적인 결과를 통해서 나노 입자 층 또한 마이크로캐비티를 위한 반사판으로 사용이 가능할 수 있다는 가능성을 확인하였다. 나노 입자 층을 소자 내에 삽입하고자 spin coating 공법을 이용하였는데, 이는 금속 반사판의 제작 공정보다 더욱 간단하고 저렴한 공정 방법이다. 또한 TiO2 나노 입자와, 그 용매인 Xylene은 매우 저렴한 물질이기에 TiO2 나노 입자 층을 이용한 소자의 외부 양자 효율 증가 방법은 산업에서도 경쟁력 있는 방법이 될 수 있을 것이라 생각된다.
나노 입자 층 삽입을 통한 마이크로캐비티 효과를 이용하여 소자의 외부 양자 효율을 향상시킬 때, 각도에 따른 색좌표 변화가 줄어드는 것 또한 실험을 통하여 확인하였다.
In the display industry, liquid crystal display (LCD) dominate the display market. But in these days new candidate for the dominator of the display market comes up and that is organic light emitting diodes (OLED). The clear reappearance of the color, low power consumption, high contrast ratio and fast response are the reason for the candidate of the dominator in the display market. In contrast with LCD, OLED can be fabricated on the numerous substrate such as polyethylene terephthalate (PET) and fabric. The OLEDs display can be flexible and stretchable with these substrates. Also OLED can be transparent display.
In spite of numerous advantage it still has some problems to solve. Among the problems, low external quantum efficiency is the main theme in this study. Previous studies have suggested many methods to extract the light confined inside the OLED due to total reflection and surface plasmon. We suggest a microcavity effect using embedded nanoparticle layer for the enhancement of the efficiency of the OLED. Generally, microcavity effects are used within two metal layer inside the OLED, but we used TiO2 nanoparticle layer which has high refractive index and there were 25% improvement of current efficiency, 15% improved EQE and 23% improved power efficiency at 1000cd/m2. By the experimental results, we found the possibility of the nanoparticle layer as the candidates of reflector for the microcavity effect in OLED. The method for the fabricating embedded nanoparticle layer inside the OLED is spin coating and it is very simple method compare with the fabrication of the metal layer in the OLED. Also, TiO2 nanoparticle and its solution, Xylene, are very cheap, and that means it is competitiveness method in the industry.
The roughness and quasi-periodic surface of the nanoparticle layer can reinforce the side effect of the microcavity. When there is a microcavity effect in the OLED color coordinates are shifted, but the rough surface on the nanoparticle layer surface have decline the movement of the color coordinates of the OLED.
