Optical modeling technologies have led the organic light emitting diodes (OLEDs) from the research stage into the commercialization in the display market and have played a key role in maximizing the advantages such as color gamut and viewing angle compared to the conventional liquid crystal display technologies. In recent years, various optical extraction technologies have been introduced in order to realize ultimate device efficiency. Although the predictive technologies for each method have been established, there are still difficulties in developing highly efficient nanostructure-embedded OLEDs because their feasibility are not fully addressable in a quantitative manner. Therefore, this study explores several numerical simulation methods in an effort to find a methodology that would cover OLEDs with arbitrary structures without loss of generality. Each method carefully considers the microcavity phenomena in OLED such as the Purcell effect and the surface plasmon polariton loss. In order to verify the proposed methods, a comparative analysis is conducted with the widely known analytic power density model, and it is confirmed that the optical characteristics obtained from the proposed methods are quantitatively matched with those predicted with the analytic model. Furthermore, by applying the proposed methods to the highly efficient vacuum nanohole array embedded OLED, the changes of optical properties to those with the nanohole array are observed.
유기 발광 다이오드에 관한 광 특성 예측 기법은 연구 단계에 있던 소자 기술을 디스플레이 분야에서의 상용화까지 이끌어 왔으며, 종래의 액정 디스플레이 기반 발광 다이오드 기술에 비해 유기 발광 다이오드가 가지는 색 재현성 및 시야각 등의 장점을 극대화하는 데에 핵심적인 역할을 하였다. 최근에는 궁극적인 소자 효율을 구현하기 위해 다양한 방식의 광 추출 구조들이 도입되고 있으며 이에 관한 예측 기술도 정립되고 있지만, 가장 고효율을 보이고 있는 나노 구조가 도입된 유기 발광 다이오드에 대해서는 그 타당성 및 정량성이 완전히 확보되지는 않아 연구에 어려움을 주고 있다. 따라서 본 연구에서는 임의의 구조가 도입되더라도 일반성을 잃지 않을 것으로 생각되는 몇 가지 확장된 수치 시뮬레이션 방법들을 제안하였으며, 각 방법은 전력 밀도의 원리에 기반하여 마이크로캐비티에 의한 퍼셀 현상 및 표면 플라즈몬 폴라리톤으로 소실되는 전력까지 면밀하게 고려하였다. 제안한 방법들을 검증하기 위하여 평면형 유기 발광 다이오드에 대해 널리 알려진 해석적 전력 밀도 모델과의 비교 분석을 진행하였고, 제안한 방법을 통해 얻은 광 특성이 정량적으로 유효함을 확인하였다. 이를 토대로 진공 나노구멍이 도입되어 높은 효율 향상을 보인 유기 발광 다이오드에 대해 계산을 수행한 결과, 해당 입체 구조가 도입된 경우에 수반되는 광 특성 변화를 확인할 수 있었다.