[논문]Purcell effect를 고려한 OLED 광학 시뮬레이션 동향

Purcell effect를 고려한 OLED 광학 시뮬레이션 동향 원문보기

오준식 (강남대학교 산학협력단) , 김성근 (경희대학교 정보디스플레이학과)

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[1,2] 그런데 OLED 광학 해석 기술에 Purcell effect를 고려하여 계산하는 것에 대한 연구가 약 10년 전부터 활발히 진행되어왔으며, 지금은 발전 단계에 있는 것으로 보여진다.[4~6] 그러면 위에서 언급한 Purcell effect가 무엇이고 이 effect에 대한 연구 history, 그리고 EQE를 계산하는데 어떤 형태로 고려되는 것이 타당한 지에 대해 살펴보려 한다.
앞 장에서 Purcell effect의 영향과 이를 고려한 식들을 살펴보았고 최종적으로 Purcell effect가 고려된 EQE 식을 도출하고자 하는데 그전에 광학 효율을 계산하는 입장에서 Purcell effect 어떻게 고려해야 하는지 살펴보고자 한다.
[7] 이 논문에서 형광 분자 (europium dibenzoylmethan complex)가 mirror 위에 놓여 지면 형광의 시야각분포와 lifetime이 변한다는 것이었다 (그림 3 및 그림 4[7]). 이와 같은 현상에 대해 최초에 형광분자로부터 위로 출발한 빛과 아래로 출발하여 반사한 빛들 과의 간섭 현상으로 시야각 분포가 발생하는 것으로 설명하였고 또한 이 intensity를 적분함으로써 형광 분자와 mirror 사이의 거리에 따른 lifetime 변화에 대해서 설명하고자 하였다. 결과적으로는 광원이 멀리 놓였을 때는 비교적 잘 맞지만 광원에 가까워지면 잘 안 맞는 결과가 나왔다.

여기에 양자효율과 dipole 방향 성분비를 parameter로 하여 dipole 거리에 따른 lifetime의 변화를 계산하였다. 기존의 다른 이론들 보다 실험 결과와 좀 더 근접하는 결과를 도출하였는데 여전히 가까운 거리에서 실험 결과와 다소 차이가 존재하는 문제가 남아 있었다.
이후 1974년 Chance와 Prock, Silbey 세 명의 학자가 이 주제로 논문을 발표하였고 dipole이 전극 mirror 앞에 놓여 있을 때 dipole의 운동방정식 (식 (1))으로부터 damping coefficient b를 decay rate으로 보고 external electric filed에 의해 만들어지는 decay rate의 변화 관계식을 도입하여 mirror로 인한 image dipole0] 만드는 image field를 계산하였다. 여기에 양자효율과 dipole 방향 성분비를 parameter로 하여 dipole 거리에 따른 lifetime의 변화를 계산하였다.
결과적으로는 광원이 멀리 놓였을 때는 비교적 잘 맞지만 광원에 가까워지면 잘 안 맞는 결과가 나왔다. 이후 이 특이한 실험 결과에 대해 많은 학자들이 관심을 갖고 다양한 이론적 접근을 시도하였다.

이후 많은 세월이 흘러 1997년 Kristiaan A.Neyts가 "Simulation of Light Emission from thin film microcavities"란 제목의 논문을 발표했고 이 논문에서 Purcell factor가 total power이고 이 값을 계산할 수 있게 됨으로써 cavity에서 exciton lifetime의 변화를 쉽고 정확하게 계산할 수 있게 되었다.[9] 즉, #이므로 재료의 양자 효율과 Purcell effect 계산 값을 넣어주면 # 를 쉽게 구할 수 있다.
이와 같은 현상에 대해 최초에 형광분자로부터 위로 출발한 빛과 아래로 출발하여 반사한 빛들 과의 간섭 현상으로 시야각 분포가 발생하는 것으로 설명하였고 또한 이 intensity를 적분함으로써 형광 분자와 mirror 사이의 거리에 따른 lifetime 변화에 대해서 설명하고자 하였다. 결과적으로는 광원이 멀리 놓였을 때는 비교적 잘 맞지만 광원에 가까워지면 잘 안 맞는 결과가 나왔다. 이후 이 특이한 실험 결과에 대해 많은 학자들이 관심을 갖고 다양한 이론적 접근을 시도하였다.

하지만 이론적으로 도출한 이 식이 형광, 인광 등 다양한 재료 및 1차 공진 구조에서 보정 term이 없이 깨끗하게 성립할 수 있는지 앞으로 실험을 통한 검증이 더욱 많이 되어야 할 것으로 생각한다.

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