Organic light-emitting diodes (OLEDs) are considered a promising candidate for next-generation displays that can lead to futuristic applications that are not readily available through conventional technologies ? augmented reality, mutual interactive displays, and invisible displays seamlessly integrated with various objects, to name a few. Transparent OLEDs (TrOLEDs) and top-emitting OLEDs can be easily achieved by replacing their top, thick metal electrodes with a transparent one. A seemingly straightforward transparent electrode for such a purpose may be transparent conductive oxides (TCOs), such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO); however, the sputtering deposition process used for TCOs can easily damage the underlying organic layers, making it difficult, though not impossible, to adopt them as a top electrode. For this reason, thin metallic films (e.g. Ag or Au) have particularly been popular because they can be deposited by thermal evaporation with little damage to the underlying organic layers.
In the first part, strategies to achieve efficient TrOLEDs are presented. The emission zone position is carefully adjusted by monitoring the optical phase change upon reflection from the top electrode, which is significant when the thickness of the capping layer changes. With the proposed design strategy, external quantum efficiency and transmittance values as high as 15% and 80% are demonstrated simultaneously. The effect of surface plasmon polaritons (SPP) loss from thin metal electrodes is also taken into account to correctly describe the full scaling behavior of the efficiency of TrOLEDs over key optical design parameters.
In the second part, a systematic methodology for suppressing the white angular dependence (WAD) in top-emitting OLEDs is presented. In particular, optical simulation is modified to include the effect of an encapsulation layer, which involves both optically thin and thick multilayers. When this encapsulation structure is also taken into account, the refractive index of the passivation capping layer is shown to plays a major role in WAD and efficiency control; with a high-index capping layer inserted in between the top-metal electrode and the encapsulation structure, we demonstrate top-emitting OLEDs in which both efficiency and color stability characteristics are simultaneously improved. The optically equivalent structure is then fabricated to prove the main concept of the proposed method.
유기발광다이오드는 기존의 액정 디스플레이와 달리 자체 발광 특성을 기반으로 부피, 두께에서 강점을 가지며, 전기적으로 전력소모가 적고, 광학적으로는 높은 명암비와 색재현율을 구현 가능하기 때문에 차세대 디스플레이 기술로서 각광을 받고 있으며, 실제 휴대전화나 텔레비전에 적용되어 상용화된 제품을 통해 우리 생활에서 사용되고 있다. 이 유기발광다이오드를 구성하는 양 전극 중 특히 상부전극을 투명하게 설계할 경우, 구경비가 높아 중소형디스플레이에 적합한 상부발광형 유기발광다이오드나 투명디스플레이를 위한 투명 유기발광다이오드를 구현 가능하다. 본 연구에서는 실제 상용화에 사용되었으며, 하부 물질에 피해를 주지 않아 공정상 가장 적합한 금속 기반의 상부 투명전극을 이용한 유기발광다이오드의 성능 향상을 위한 연구를 진행하였다. 먼저 상부 투명전극 설계 시, 하부 완충층 혹은 상부 캐핑층을 이용해 광학적 투과도와 전기적 전도도 특성을 향상 시킬 수 있음을 보였다. 이와 같은 금속 기반 상부 투명전극을 투명 유기발광다이오드를 위해 사용할 때, 그 동안 잘 보고되지 않았던 상부 반사에서 발생하는 위상 변화의 중요성을 광학적 계산을 통해 보였으며, 발광 위치 조절을 통해 투과도 손해 없이 최적화된 효율의 투명 유기발광다이오드를 설계할 수 있음을 보였다. 또한 금속 기반 상부 투명전극 설계에 있어 상부 금속 두께를 얇게 만들어, 여기서 발생하는 표면 플라즈몬 손실을 줄일 수 있음을 보였다. 금속 기반의 상부 투명전극을 이용한 상부발광형 유기발광다이오드의 각도별 백색 색변이 문제를 해결하기 위한 설계 방법을 찾고자 하였으며, 특히 실제 상용화에 사용되는 다층박막봉지 구조를 포함하는 구조에서 굴절률이 높은 광학 조절층을 도입하여 효율과 색 안정성을 동시에 개선할 수 있는 설계방법에 대한 연구를 진행하였다.