고굴절률 유기재료의 제조 및 광학설계를 통한 OLED 외광 추출 효율 조사 Improvement of Light Extraction Efficiency of OLED Utilizing High Refractive Index Organic Material and Optical Simulation원문보기
본 연구에서는 고분산 TiO2 용액과 UV 경화형 고분자 재료를 혼합하는 방법으로 광학설계에 사용 가능한 고굴절, 고투과율의 기능성 재료를 제조하고, OLED 소자의 기판에 광학 설계층으로 도입하여 기판에서 일어나는 외광 추출 효율 감소를 최소화 시키는 연구를 진행하였다. 우선 혼합비를 달리한 재료의 광학적 상수를 Ellipsometer와 Spectraphotometer로 측정하고 그 결과를 다층 박막 설계 프로그램에 적용하여 최적화된 적층구조를 파악하였다. 이렇게 최적화된 적층구조를 토대로 OLED 기판을 제작하였으며 최종적인 소자의 결과를 ...
본 연구에서는 고분산 TiO2 용액과 UV 경화형 고분자 재료를 혼합하는 방법으로 광학설계에 사용 가능한 고굴절, 고투과율의 기능성 재료를 제조하고, OLED 소자의 기판에 광학 설계층으로 도입하여 기판에서 일어나는 외광 추출 효율 감소를 최소화 시키는 연구를 진행하였다. 우선 혼합비를 달리한 재료의 광학적 상수를 Ellipsometer와 Spectraphotometer로 측정하고 그 결과를 다층 박막 설계 프로그램에 적용하여 최적화된 적층구조를 파악하였다. 이렇게 최적화된 적층구조를 토대로 OLED 기판을 제작하였으며 최종적인 소자의 결과를 시뮬레이션과 비교하여 시뮬레이션으로 추론 가능한 소자의 효율 향상 범위를 검증하였다. 연구의 중요한 내용은 다음과 같다. 1. 광학 설계층으로 사용이 가능한 고굴절, 고투과 고분자 재료는 세라믹전구체인 Titanium(Ⅳ)isopropoxide [TIP]를 고분산 용액의 형태로 UV 경화형 수지와 혼합함으로써 고른 분산성을 가짐과 동시에 고투과율을 가지는 재료를 제조할 수 있었다. 2. 반응성 스퍼터링을 이용하여 증착한 ITO 박막을 다양한 환경에서 성장시킴으로써 OLED 소자에 적용 가능한 전기적, 광학적 특성을 가지는 ITO 박막을 형성할 수 있었다. 형성된 ITO 박막은 1nm두께에 따른 면저항의 값이 가장 낮아지는 1200W, 산소 분압이 0.1%인 0.2sccm에서 최적화된 ITO 박막을 형성함을 확인하였다. 3. 제조한 고분자 재료와 증착한 ITO 박막을 엘립소메터를 이용하여 광학 상수를 분석하였다. ITO 박막의 경우 기준파장 510nm에서 2.11의 굴절률을 나타냄을 확인하였고, 고분자 재료의 경우 고분산 TiO2 용액의 혼합비율에 따라 1.84에서 1.55로 점층적인 굴절률 감소가 일어남을 확인하였다. 4. 엘립소메트리를 이용하여 분석한 박막의 광학 상수 값을 적용한 다층 박막 설계 프로그램(Macleod software)을 이용하여 가시광선 영역에서 입사각도를 변화시켜 그에 따른 최고의 투과율을 가지는 광학 설계층을 설계하고 이를 OLED 소자에 적용할 수 있었다. 5. OLED 기판은 굴절률이 다른 계면에서 일어나는 전반사의 영향을 알아보기 위하여 광학 설계층을 1층에서 4층으로 달리하여 제작하고 그에 따른 특성을 확인하였다. 투과율 측정장비인 UV-spectrophotometer에 따르면 광학 설계층이 2층인 기판에서 최고의 투과율을 가짐을 확인 할 수 있었다. 6. 광학 설계층이 도입된 유리 기판에 OLED 소자를 제작하였으며 전압에 따른 휘도와 효율, 전류밀도를 확인하였다. 결과에 따르면 전압에 따른 휘도, 효율 및 전류밀도 모든 측면에서 3층의 광학 설계층이 도입된 소자가 우수함을 확인하였다. 이는 제작한 OLED 소자의 휘도가 파장에 따라 다른 가중치를 가지게 되어 기판의 투과율과는 다른 값을 보였다. 또한, 조명용으로 적당한 밝기인 1000nit의 휘도에서 광학 설계층이 3층 도입된 소자의 전류밀도가 가장 낮고 효율이 높아 OLED 광학 설계층이 소자특성 향상에 우수함을 확인하였다.
본 연구에서는 고분산 TiO2 용액과 UV 경화형 고분자 재료를 혼합하는 방법으로 광학설계에 사용 가능한 고굴절, 고투과율의 기능성 재료를 제조하고, OLED 소자의 기판에 광학 설계층으로 도입하여 기판에서 일어나는 외광 추출 효율 감소를 최소화 시키는 연구를 진행하였다. 우선 혼합비를 달리한 재료의 광학적 상수를 Ellipsometer와 Spectraphotometer로 측정하고 그 결과를 다층 박막 설계 프로그램에 적용하여 최적화된 적층구조를 파악하였다. 이렇게 최적화된 적층구조를 토대로 OLED 기판을 제작하였으며 최종적인 소자의 결과를 시뮬레이션과 비교하여 시뮬레이션으로 추론 가능한 소자의 효율 향상 범위를 검증하였다. 연구의 중요한 내용은 다음과 같다. 1. 광학 설계층으로 사용이 가능한 고굴절, 고투과 고분자 재료는 세라믹전구체인 Titanium(Ⅳ)isopropoxide [TIP]를 고분산 용액의 형태로 UV 경화형 수지와 혼합함으로써 고른 분산성을 가짐과 동시에 고투과율을 가지는 재료를 제조할 수 있었다. 2. 반응성 스퍼터링을 이용하여 증착한 ITO 박막을 다양한 환경에서 성장시킴으로써 OLED 소자에 적용 가능한 전기적, 광학적 특성을 가지는 ITO 박막을 형성할 수 있었다. 형성된 ITO 박막은 1nm두께에 따른 면저항의 값이 가장 낮아지는 1200W, 산소 분압이 0.1%인 0.2sccm에서 최적화된 ITO 박막을 형성함을 확인하였다. 3. 제조한 고분자 재료와 증착한 ITO 박막을 엘립소메터를 이용하여 광학 상수를 분석하였다. ITO 박막의 경우 기준파장 510nm에서 2.11의 굴절률을 나타냄을 확인하였고, 고분자 재료의 경우 고분산 TiO2 용액의 혼합비율에 따라 1.84에서 1.55로 점층적인 굴절률 감소가 일어남을 확인하였다. 4. 엘립소메트리를 이용하여 분석한 박막의 광학 상수 값을 적용한 다층 박막 설계 프로그램(Macleod software)을 이용하여 가시광선 영역에서 입사각도를 변화시켜 그에 따른 최고의 투과율을 가지는 광학 설계층을 설계하고 이를 OLED 소자에 적용할 수 있었다. 5. OLED 기판은 굴절률이 다른 계면에서 일어나는 전반사의 영향을 알아보기 위하여 광학 설계층을 1층에서 4층으로 달리하여 제작하고 그에 따른 특성을 확인하였다. 투과율 측정장비인 UV-spectrophotometer에 따르면 광학 설계층이 2층인 기판에서 최고의 투과율을 가짐을 확인 할 수 있었다. 6. 광학 설계층이 도입된 유리 기판에 OLED 소자를 제작하였으며 전압에 따른 휘도와 효율, 전류밀도를 확인하였다. 결과에 따르면 전압에 따른 휘도, 효율 및 전류밀도 모든 측면에서 3층의 광학 설계층이 도입된 소자가 우수함을 확인하였다. 이는 제작한 OLED 소자의 휘도가 파장에 따라 다른 가중치를 가지게 되어 기판의 투과율과는 다른 값을 보였다. 또한, 조명용으로 적당한 밝기인 1000nit의 휘도에서 광학 설계층이 3층 도입된 소자의 전류밀도가 가장 낮고 효율이 높아 OLED 광학 설계층이 소자특성 향상에 우수함을 확인하였다.
A new high refractive index organic materials were synthesized from titanium(Ⅳ) isopropoxide and then mixed with UV curing resin to give thin film forming property. The refractive index value of new organic materials could be varied by adjusting the composition of the UV resin in the mixture. The re...
A new high refractive index organic materials were synthesized from titanium(Ⅳ) isopropoxide and then mixed with UV curing resin to give thin film forming property. The refractive index value of new organic materials could be varied by adjusting the composition of the UV resin in the mixture. The refractive index of each sample was measured after spin coating on glass substrate and the optical constants were determined by using ellipsometer. Four refractive index modulating UV resins were spin coated and cured repeatedly on glass substrate followed by ITO transparent anode deposition by sputtering method. The organic layers were deposited on top of anode layer followed by LiF/Al cathode deposition to give OLED devices with refractive index gradient between ITO anode layer and glass substrate. The optical simulation for light extraction from the emitting layer of OLED was compared with the measurement data of the fabricated OLED devices. Some important results are as following. 1. The UV curable type organic materials with high refractive index could be prepared from titanium(Ⅳ) isopropoxide and mixing with UV resin. 2. The low sheet resistance transparent anode could be obtained by making ITO thin film on top of the cured multiple organic thin layer to give refractive index gradient layers between ITO anode and glass substrate. The lowest sheet resistance of ITO thin film(thickness 1 nm) was obtained with Ar/O₂ gas mixture(O₂: 0.1 % by volume) at 1,200 W power and gas flow rate of 0.2 sccm. 3. The refractive index of ITO layer was 2.11 at 510 nm wavelength and those of organic thin layers could be varied from 1.55 to 1.84 in four different layers. 4. Macleod software program could be used to design and simulate the optical property of the OLED devices with varying refractive index thin films between ITO anode and glass substrate. 5. The transmittance measurements of ITO/organic layers/glass substrate showed highest value with two organic layers by using UV-vis. spectrophotometer. 6. The white OLED devices with different number of organic layers for refractive index modulation exhibited highest luminance in the OLED device with 3 organic index modulating layers. The difference between optical simulation and OLED measurement seemed to be due to the luminance dependence of OLED on the wavelength of the emissions from the OLED devices.
A new high refractive index organic materials were synthesized from titanium(Ⅳ) isopropoxide and then mixed with UV curing resin to give thin film forming property. The refractive index value of new organic materials could be varied by adjusting the composition of the UV resin in the mixture. The refractive index of each sample was measured after spin coating on glass substrate and the optical constants were determined by using ellipsometer. Four refractive index modulating UV resins were spin coated and cured repeatedly on glass substrate followed by ITO transparent anode deposition by sputtering method. The organic layers were deposited on top of anode layer followed by LiF/Al cathode deposition to give OLED devices with refractive index gradient between ITO anode layer and glass substrate. The optical simulation for light extraction from the emitting layer of OLED was compared with the measurement data of the fabricated OLED devices. Some important results are as following. 1. The UV curable type organic materials with high refractive index could be prepared from titanium(Ⅳ) isopropoxide and mixing with UV resin. 2. The low sheet resistance transparent anode could be obtained by making ITO thin film on top of the cured multiple organic thin layer to give refractive index gradient layers between ITO anode and glass substrate. The lowest sheet resistance of ITO thin film(thickness 1 nm) was obtained with Ar/O₂ gas mixture(O₂: 0.1 % by volume) at 1,200 W power and gas flow rate of 0.2 sccm. 3. The refractive index of ITO layer was 2.11 at 510 nm wavelength and those of organic thin layers could be varied from 1.55 to 1.84 in four different layers. 4. Macleod software program could be used to design and simulate the optical property of the OLED devices with varying refractive index thin films between ITO anode and glass substrate. 5. The transmittance measurements of ITO/organic layers/glass substrate showed highest value with two organic layers by using UV-vis. spectrophotometer. 6. The white OLED devices with different number of organic layers for refractive index modulation exhibited highest luminance in the OLED device with 3 organic index modulating layers. The difference between optical simulation and OLED measurement seemed to be due to the luminance dependence of OLED on the wavelength of the emissions from the OLED devices.
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