Korean Journal of Optics and Photonics (한국광학회지)

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Outcoupling Enhancement of OLED using Microlens Array and Diffractive Grating

마이크로 렌즈 어레이와 회절격자 레지스트 패턴을 이용한 유기광원(OLED)의 광 추출 효율 향상

  • Jang, Ji-Hyang (Nano-Bio Photonics Lab., Department of Electronics Engineering, Pusan National University) ;
  • Kim, Kyung-Jo (Nano-Bio Photonics Lab., Department of Electronics Engineering, Pusan National University) ;
  • Kim, Jin-Hun (Nano-Bio Photonics Lab., Department of Electronics Engineering, Pusan National University) ;
  • Oh, Min-Cheol (Nano-Bio Photonics Lab., Department of Electronics Engineering, Pusan National University)
  • 장지향 (부산대학교 전자공학과 나노 바이오 광소자 연구실) ;
  • 김경조 (부산대학교 전자공학과 나노 바이오 광소자 연구실) ;
  • 김진헌 (부산대학교 전자공학과 나노 바이오 광소자 연구실) ;
  • 오민철 (부산대학교 전자공학과 나노 바이오 광소자 연구실)
  • Published : 2007.12.25
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Abstract

Outcoupling efficiency of the OLED device is improved by incorporating both a microlens array and a diffractive grating pattern. The microlens array improves the light transmission at the interface of glass and air, and the diffractive grating outcouples the guided mode propagating at the waveguide, which consists of ITO and organic layers. By using the PDMS soft mold imprinting method, the microlens array is fabricated on the glass substrate. The diffractive grating pattern is directly fabricated on the ITO surface by using laser interferometry. A microlens array with a diameter of $10{\mu}m$ improves the light coupling efficiency by 22%. The diffractive grating made of TSMR photoresist enhances the luminance power efficiency by 41% at a current density of $20mA/cm^2$.

OLED 소자는 유리기판과 공기 층의 경계면에서 발생하는 전반사와 ITO-유기층으로 형성되는 광도파로를 따라 진행하는 도파모드 결합으로 인해 내부에서 생성된 빛의 80% 이상이 외부로 추출되지 못하게 된다. 본 연구에서는 마이크로 렌즈 어레이와 회절격자 레지스트 층을 이용하여 소자 내부에서 손실되는 빛을 외부로 추출시킴으로써 OLED의 발광효율을 향상시킨다. 마이크로 렌즈 어레이를 이용하여 유리기판-공기 전반사로 인해 내부에 갇히는 빛을 외부로 출력시키고, ITO 와 유기물 사이에 회절격자 레지스트 층을 삽입하여 ITO-유기층 광도파로에 갇힌 빛들을 수직방향으로 추출될 수 있도록 하였다. 제작된 OLED 소자에 전류밀도 $20mA/cm^2$를 인가한 경우, 마이크로 렌즈 어레이를 적용한 OLED에서 22%의 효율 개선을 얻었고, 회절격자 레지스트 층을 가지는 OLED 의 경우 41%의 효율개선을 얻을 수 있었다.

Keywords

References

  1. D. Z. Garbuzov, and S. R. Forrest, 'Weak microcavity effects in organic light-emitting devices,' Phy. Rev. Lett., Vol. 58, No.7, pp. 3730-3740, 1998
  2. S. Moller and S. R. Forrest, 'Improved light out-coupling in OLED employing ordered micro lens arrays,' J. Appl. Phy., Vol. 91, No.5, pp. 3324-3327, 2002 https://doi.org/10.1063/1.1435422
  3. H. Peng, Y. L. Ho, X. J. Yu, M. Wong, and H. S. Kwok, 'Coupling efficiency enhancement in OLED using microlens array-theory and experiment,' J. Disp. Tech., Vol. 1, No.2, pp. 278-282, 2005 https://doi.org/10.1109/JDT.2005.858944
  4. Y-J. Lee, S.-H. Kim, J. Huh, G.-H. Kim, Y-H. Lee, S.-H. Cho, Y.-C. Kim, and Y.-R. Do, 'A high-extraction-efficiency nanopatterned OLED,' Appl. Phy. Lett., Vol. 82, No. 21, pp. 3779-3781, 2003 https://doi.org/10.1063/1.1577823
  5. K. Ishihara, M. Fujita, I. Matsubara, T. Asano, S. Noda, H. Ohata, A. Hirasawa, H. Nakada, and N. Shimoji, 'OLED with photonic crystals on glass substrate fabricated by nanoimprint lithography,' Appl. Phy. Lett., Vol. 90, 111114, 2007 https://doi.org/10.1063/1.2713237
  6. Y.-C. Kim, and Y.-R. Do, 'Nanohole-templated OLED fabricated using laser-interfering lithography: moth-eye lighting,' Opt. Express., Vol. 13, No.5, pp. 1598-1603, 2005 https://doi.org/10.1364/OPEX.13.001598
  7. J. D. Wright, Molecular Crystals, 2nd Ed. (Cambridge University Press, 1995, Cambridge), p. 149
  8. X. C. Yuan, W. X. Yu, M. He, J. Bu, W. C. Cheong, H. B. Niu, and X. Peng, 'Soft-lithography-enabled fabrication of large numerical aperture refractive microlens array in hybrid $SiO_2-TiO_2$ sol-gel glass,' Appl. Phy. Lett., Vol. 80, 114102, 2005

Cited by

  1. Simulation study on the optical structures for improving the outcoupling efficiency of organic light-emitting diodes vol.13, pp.4, 2012, https://doi.org/10.1080/15980316.2012.734258
  2. Far-field luminous intensity distribution depending on the outcoupling structure of organic light-emitting diodes vol.14, pp.2, 2013, https://doi.org/10.1080/15980316.2013.801927
  3. Simulation of the Combined Effects of Dipole Emitter Orientation, Mie Scatterers, and Pillow Lenses on the Outcoupling Efficiency of an OLED vol.25, pp.4, 2014, https://doi.org/10.3807/KJOP.2014.25.4.193
  4. Simulation Study on the Effect of the Emitter Orientation and Photonic Crystals on the Outcoupling Efficiency of Organic Light-Emitting Diodes vol.18, pp.6, 2014, https://doi.org/10.3807/JOSK.2014.18.6.732
  5. Emission Characteristics of OLEDs Using LiF/Al/LiF Structure vol.23, pp.9, 2010, https://doi.org/10.4313/JKEM.2010.23.9.696
  6. Effects of a Dielectric Multilayer Mirror on the Lighting Efficiency of Organic Light-Emitting Diodes Studied by Optical Simulation vol.26, pp.3, 2015, https://doi.org/10.3807/KJOP.2015.26.3.139