SiO2-UV 경화제 혼합층에 의한 OLED 소자의 외부 발광효율 향상 = Out-coupling efficiency enhancement of OLED device by SiO2-UV hardener composite layer

국문 초록 (Abstract)

OLED는 얇고, 가벼우며, 낮은 소비전력 등으로 인해 조명과 디스플레이 응용분야에서 매우 각광받는 소자이다. 그러나 OLED는 여전히 긴 수명과, 높은 효율, 그리고 낮은 구동전압이 요구되어진다. OLED는 ITO/Organic 그리고, Glass/Air층 사이에서의 2가지 waveguide 모드에 의해 20% 이내의 빛만 방출된다. 이러한 낮은 외부발광효율은 현재 디스플레이나 조명에 요구되어지는 높은 휘도를 내기위해 높은 구동 전압이 필요하며, 결국 소자의 수명을 단축시킨다.
본 연구에서는 SiO2-polymer 복합층을 사용하여 OLED의 외부발광효율을 향상시켰다. SiO2-polymer 복합체는 SiO2 nanopowder와 일반적으로 사용되는 UV-경화제로 제조되었다. 이 복합층은 SiO2와 UV-경화제를 corning glass 위에 스핀 코팅법을 사용하여 1μm 두께를 가지는 박막으로 코팅 되었다.
SiO2-polymer 복합층의 광학적 특징은 복합층안의 SiO2 양과 SiO2 현탁액의 분산정도에 의존한다. SiO2 nanopowder의 양과 점도, 그리고 층수가 증가할 때 투과율은 급속히 감소한다. 빛의 scattering 효과를 향상시키기 위해 복합층 안에 80/250 nm 크기의 SiO2 nanopowders를 첨가하였다. 30 cps의 점도를 가지는 UV-경화제를 사용하여 1~3층을 가지는 1μm 두께의 UV-경화 박막이 제조되었고, 이 때 100%를 상회하는 투과율이 관측되었다. 이 UV-경화 박막은 전 파장영역에서 OLED 실험용 소자의 외부발광효율을 증가시켰으며, 특히 560-730 nm에서 외부발광효율이 30% 향상 되었다. 본 연구에서 사용된 방법은 매우 큰 cost-effect와 simple process를 가지기 때문에 OLED나 LED 소자에 있어 매우 장래성 있는 방법이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

OLEDs are very promising devices for applications in displays and lighting due to thin, light weight, low power consumption etc.. However OLEDs still require further improvements for longer life time, high efficiency and low operating voltage. Only 20% of the total light emitted can be used due to the two waveguide mode of the ITO/Organic and Glass/Air layers. The low out-coupling efficiency reduces the life time of the devices because the driving voltage needs to be increased to achieve a desirable brightness.
In this study the out-coupling efficiency of OLED devices was improved using SiO2–polymer composite layers. The SiO2–polymer composite was made from a SiO2 nanopowder and commercial UV-hardeners. The composite layer was coated on corning glass by dip-coating in a SiO2 suspension and then coated with a 1µm thick UV-hardener by spin-coating.
The optical properties were found to be dependent on the quantity of SiO2 in the composite layers and the dispersion of the SiO2 suspension. When the quantity of SiO2 nanopowder and viscosity were decreased, the number of layers increased and the transmittance decreased gradually. 194/440 nm SiO2 nanopowders were added to the composite layer to enhance the light scattering effect. Approximately 100% transmittance was obtained in the 1 µm thick UV-hardening thin film with 1~3 layers using a 30 cps UV-hardener. The composite layer enhanced the out-coupling of the test OLED device within all wavelength regions, particularly 30% between 560-730 nm. This new approach can be a promising method for OLED and LED devices due to the cost-effective and simple process.

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• List of Tables IV
• List of Figures V
• ABSTRACT VII
• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 이론적 배경 4
• 제 2.1 절 OLED 디스플레이 개요 4
• 2.1.1 OLED 연구의 역사 4
• 2.1.2 OLED 디스플레이 응용분야 5
• 2.1.3 백색 OLED 조명의 개요 7
• 2.1.4 백색 OLED 조명 제조를 위한 기술 9
• 제 2.2 절 OLED 구조 및 동작원리 10
• 제 2.3 절 전자파의 기본이론 15
• 2.3.1 전자기파의 전파 15
• 2.3.2 전자기파의 경계면에서의 반사 20
• 2.3.3 EMT (Effective Medium Theory)에 의한 전자기파 특성 21
• 2.3.4 전반사와 반사방지가 빛 이동에 미치는 영향 26
• 제 2.4 절 단분산 구형 SiO2 분말제조 31
• 2.4.1 졸-겔 반응론 31
• 제 3 장 실험 방법 36
• 제 3.1 절 단분산 구형 SiO2 분말제조 36
• 3.1.1 stöber 법에 의한 SiO2 분말제조 36
• 3.1.2 UV 경화제 굴절률 조절 38
• 제 3.2 절 UV 경화박막 제조 39
• 3.2.1 콜로이드 SiO2 용액의 분산 39
• 3.2.2 SiO2 나노분말의 크기와 함유량 39
• 3.2.3 UV 경화박막 제조 40
• 3.2.4 OLED device 적용 40
• 제 3.3 절 미세구조 및 광특성 분석 42
• 제 4 장 결과 및 고찰 43
• 제 4.1 절 단분산 구형 SiO2 표면 미세구조 43
• 4.1.1 반응온도와 H2O/EtOH 몰 비에 따른 입자크기 43
• 4.1.2 UV 경화제 굴절률 조절 45
• 제 4.2 절 UV 경화박막 제조 48
• 4.2.1 콜로이드 SiO2 용액의 분산 48
• 4.2.2 나노분말의 크기와 함유량에 따른 광특성 51
• 4.2.3 Muti-coating 방법 54
• 4.2.4 2 step-coating 방법 58
• 제 4.3 절 OLED device 적용결과 62
• 제 5 장 결론 65
• 참고문헌 66