Abstract
Organic light emitting diodes (OLEDs) have rapidly progressed in recent years due to their potential applications in flat panel displays and solid-state lighting. In spite of the commercialization of OLEDs, they still have a low out-coupling efficiency of about 20% due to factors such as the total internal reflection, absorption, and surface plasmon coupling. This light out-coupling efficiency is a major limitation on the high efficiency levels of OLEDs. Hence, enhancing the light out-coupling efficiency of OLEDs offers the greatest potential for achieving a substantial increase in the external quantum efficiency and power efficiency of OLEDs. Accordingly, significant advancements in OLEDs have driven the development of light extraction technologies as well as highly transparent conducting electrode materials. Recent efforts to combine light extraction structures with the improved out-coupling efficiency of OLEDs have produced OLEDs with an efficiency level that matches the efficiency of a fluorescent tube (>100 lm/W). This paper reviews the technical issues and recent progress in light extraction technologies and discusses ways of enhancing the out-coupling efficiency of OLEDs.
Similar content being viewed by others
References
T. Sekitani, H. Nakajima, H. Maeda, T. Fukishima, T. Aida, K. Hata, and T. Someya, Nature Mater. 8, 494 (2009).
E. C.-W. Ou, L. Hu, G. C. R. Raymond, O. K. Soo, J. Pan, Z. Zheng, Y. Park, D. Hecht, G. Irvin, P. Drzaic, and G. Gruner, ACS Nano 3, 2258 (2009).
Y.-S. Park, J.-W. Kang, D. M. Kang, J.-W. Park, Y.-H. Kim, S.-K. Kwin, and J.-J. Kim, Adv. Mater. 20, 1957 (2008).
L. S. Liao, W. K. Slusarek, T. K. Hatwar, M. L. Ricks, and D. L. Comfort, Adv. Mater. 20, 324 (2008).
S. Schols, S. Verlaak, C. Rolin, D. Cheyns, J. Genoe, and P. Heremans, Adv. Func. Mater. 18, 136 (2008).
H. W. Choi, S. Y. Kim, K. B. Kim, Y.-H. Tak, and J.-L. Lee, Appl. Phys. Lett. 86, 012104 (2005).
C.-G. Zhen, Y.-F. Dai, W.-J. Zeng, Z. Ma, Z.-K. Chen, and J. Kieffer, Adv. Mater. 21, 699 (2011).
S. Hamwi, J. Meyer, M. Kroger, T. Winkler, M. Witte, T. Riedl, A. Kahn, and W. Kowalsky, Adv. Func. Mater. 20, 1762 (2010).
T. V. Pho, P. Zalar, A. Garcia, T.-Q. Nguyen, and F. Wudl, Chem. Comm. 46, 8210 (2010).
C. Cai, S.-J. Su, T. Chiba, H. Sasabe, Y.-J. Pu, K. Nakayama, and J. Kido, Org. Electron. 12, 843 (2011).
E. L. Williams, K. Haavisto, J. Li, and G. E. Jabbour, Adv. Mater. 19, 197 (2007).
C.-L. Ho, M.-F. Lin, W.-Y. Wong, W.-K. Wong, and C.-H. Chen, Appl. Phys. Lett. 92, 083301 (2008).
J. Meyer, S. Hamwi, T. Bulow, H.-H. Johannes, T. Riedl, and W. Kowalsky, Appl. Phys. Lett. 91, 113506 (2007).
S. Y. Kim, K. Y. Kim, Y.-H. Tak, and J.-L. Lee, Appl. Phys. Lett. 89, 132108 (2006).
K. Hong, K. Kim, and J.-L. Lee, Appl. Phys. Lett. 95, 213307 (2009).
S. Y. Kim, W.-K. Kim, K. Y. Kim, Y.-H. Tak, and J.-L. Lee, Electrochem. Solid St. 9, H1 (2006)
H. W. Choi, S. Y. Kim, W.-K. Kim, and J.-L. Lee, Appl. Phys. Lett. 87, 082102 (2005).
N. Chopra, J. Lee, Y. Zheng, S.-H. Eom, J. Xue, and F. So, Appl. Phys. Lett. 93, 143307 (2009).
S. Y. Kim, K. Hong, H. W. Choi, K. Y. Kim, Y.-H. Tak, and J.-L. Lee, J. Electrochem. Soc. 156, J57 (2009).
R. Meerheim, S. Scholz, S. Olthof, G. Schwartz, S. Reineke, K. Walzer, and K. Leo, J. Appl. Phys. 104, 014510 (2008).
S. Y. Kim and J.-L. Lee, Appl. Phys. Lett. 88, 112106 (2006).
B. C. Krummacher, S. Nowy, J. Frischeisen, M. Klein, and W. Brutting, Org. Electron. 10, 478 (2009).
G. Schwartz, M. Pfeiffer, S. Reineke, K. Walzer, and K. Leo, Adv. Mater. 19, 3672 (2007).
G. Schwartz, S. Reineke, T. C. Rosenow, K. Walzer, and L. Leo, Adv. Func. Mate. 19, 1319 (2009).
Y. R. Sun, N. C. Giebink, H. Kanno, B. W. Ma, M. E. Thompson, and S. R. Forrest, Nature, 440, 908 (2006).
S.-H. Eom, Y. Zheng, E. Wizesniewski, J. Lee, N. Chopra, F. So, and J. Xue, Appl. Phys. Lett. 94, 153303 (2009).
S.-C. Lo and P. L. Burn, Chem. Rev. 107, 1097 (2007).
J. A. G. Williams, Stephanie Develary, D. L. Rochester, and L. Murphy, Coordin. Chem. Rev. 252, 2596 (2008).
S. Nowy, B. C. Krummacher, J. Frischeisen, N. A. Reinke, and W. Brutting, J. Appl. Phys. 104, 123109 (2008).
V. Bulovic, V. B. Khalfin, G. Gu, P. E. Burrows, D. Z. Garbuzov, and S. R. Forrest, Phys. Rev. B 58, 3730 (1998).
J. Huang, G. Li, E. Wu, Q. Xu, and Y. Yang, Adv. Mater. 18, 114 (2006).
C. Ganzorig and M. Fujihira, Appl. Phys. Lett. 81, 3137 (2002).
A. Misra, P. Kumar, M. N. Kamalasanan, and S. Chandra, Semicond. Sci. Technol. 21, R35 (2006).
X. Qi, N. Li, and S. R. Forrest, J. Appl. Phys. 107, 014514 (2010).
H. Heil, J. Steiger, S. Kang, M. Gastel, H. Ortner, H. V. Seggem, and M. Stobel, J. Appl. Phys. 89, 420 (2001).
B. J. Chen and X. W. Sun, Semicond. Sci. Technol. 20, 801 (2005).
Y. Li, D.-Q. Zhang, L. Duan, R. Zhang, L.-D. Wang, and Y. Qiu, Appl. Phys. Lett. 90, 012119 (2007).
H. W. Choi, S. Y. Kim, W.-K. Kim, K. Hong, and J.-L. Lee, J. Appl. Phys. 100, 064106 (2006).
S. Y. Kim and J.-L. Lee, Appl. Phys. Lett. 87, 232105 (2005).
I.-M. Chan, T.-Y. Hsu, and F. C. Hong, Appl. Phys. Lett. 81, 1899 (2002).
X. L. Zhu, J. X. Sun, H. J. Peng, Z. G. Meng, M. Wong, and H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 87, 153508 (2005).
K. Hong, K. Kim, S. Kim, Y. H. Song, H. J. Kim, K. H. Song, K. C. Ahn, Y. H. Tak, and J.-L. Lee, J. Electrochem. Soc. 156, H648 (2009).
S. Kim, K. Hong, K. Kim, I. Lee, K.-B. Kim, D. Y. Lee, T.-Y. Kim, and J.-L. Lee, J. Electrochem. Soc. 157, J347 (2010).
S. Lamansky, P. Djurovich, D. Murphy, F. Abdel-Razzaq, H.-E. Lee, C. Adachi, P. E. Burrows, S. R. Forrest, and M. E. Thompson, J. Am. Chem. Soc. 123, 4304 (2001).
C. Adachi, M. A. Baldo, S. R. Forrest, and M. E. Thompson, Appl. Phys. Lett. 77, 904 (2000).
M. Probst and R. Haight, Appl. Phys. Lett. 71, 202 (1997).
Y. Kawamura, K. Goushi, J. Brooks, and C. Adachi, Appl. Phys.Lett. 86, 071104 (2005).
J. Huang, W.-J. Hou, J.-H. Li, G. Li, and Y. Yang, Appl. Phys. Lett. 89, 133509 (2006).
P. A. Hobson, S. Wedge, J. A. E. Wasey, I. Sage, and W. L. Barnes, Adv. Mater. 14, 193 (2002).
P. T. Worthing and W. L. Barnes, Appl. Phys. Lett. 29, 3035 (2001).
C. F. Madigan, M. H. Lu, and J. C. Sturm, Appl. Phys. Lett. 76, 1650 (2000).
S. Moller and S. R. Forrest, J. Appl. Phys. 91, 3324 (2002).
T. Tsutsui, M. Yashiro, H. Yokogawa, K. Kawano, and M. Yokoyama, Adv. Mater. 13, 1149 (2001).
L. H. Smith, J. A. Wasey, and W. L. Barnes, Appl. Phys. Lett. 84, 2986 (2004).
Y. Lee, S. Kim, J. Huh, G. Kim, Y. Lee, S. Cho, Y. Kim, and Y. R. Do, Appl. Phys. Lett. 82, 3779 (2003).
V. Bulovic, V. B. Khalfin, G. Gu, and P. E. Burrows, Phys. Rev. B 58, 3730 (1998).
R. Coehoom, W. F. Pasveer, P. A. Bobbert, and M. A. J. Michels, Phys. Rev. B 72, 155206 (2005).
Y. Hirose, A. Kahn, V. Aristov, P. Soukiassian, V. Bulovic, and S. R. Forrest, Phys. Rev. B 54, 13748 (1996).
X. Zhou, M. Pfeiffer, J. Blochwitz, A. Werner, A. Nollau, T. Fritz, and K. Leo, Appl. Phys. Lett. 78, 410 (2001).
D.-D. Zhang, J. Feng, Y.-F. Liu, Y.-Q. Zhong, Y. Bai, Y. Jin, G.-H. Xie, Q. Xue, Y. Zhao, S.-Y. Liu, and H.-S. Sun, Appl. Phys. Lett. 94, 223306 (2009).
M.-R. Choi, S.-H. Woo, T.-H. Han, K.-G. Lim, S.-Y. Min, W. M. Yun, O. K. Kwon, H.-K. Shin, M.-S. Kim, T. Noh, J. H. Park, K.-H. Shin, J. Jang, and T.-W. Lee, Chemsuschem 4, 363 (2011).
K. Fehse, K. Walzer, K. Leo, W. Lovenich, and A. Elschner, Adv. Mater. 19, 441 (2007).
J. Li, L. Hu, J. Liu, L. Wang, T. J. Marks, and G. Gruner, Appl. Phys. Lett. 93, 083306 (2008).
A. Benor, S.-Y. Takizawa, P. Chen, C. Perez-Bolvar, and P. Anzenbacher, Appl. Phys. Lett. 94, 193301 (2009).
S. Choulis, V. Choong, M. Mathai, and F. So, Appl. Phys. Lett. 87, 113503 (2005).
G. B. Murdoch, M. Geiner, M. G. Helander, Z. B. Wang, and Z. H. Lu, Appl. Phys. Lett. 93, 083309 (2008).
I.-Min, Chan and F. C. Hong, Thin Solid Films 450, 304 (2004).
S. Y. Kim, K.-B. Kim, Y.-H. Tak, and J.-L. Lee, Appl. Phys. Lett. 86, 133504 (2005).
H. You, Y. Dai, Z. Zhang, and D. Ma, J. Appl. Phys. 101, 026105 (2007).
J. Luo, L. Xiao, Z. Chen, B. Qu, and Q. Gong, J. Appl. D 43, 385101 (2010).
S. Y. Kim, J. M. Baik, H. K. Yu, Y.-H. Tak, and J.-L. Lee, Appl. Phys. Lett. 87, 072105 (2005).
J. Wu, J. Hou, Y. Cheng, Z. Xie, and L. Wang, Semicond. Sci. Technol. 22, 824 (2007).
J. Meyer, T. Winkler, S. Hamwi, S. Schmale, H.-H. Johannes, T. Weimann, P. Hinze, W. Kowlasky, and T. Riedl, Adv. Mater. 20, 3839 (2008).
M. Knupfer and H. Peisert, Phys. Status Solidi A 201, 1055 (2004).
M. Knupfer and G. Paasch, J. Vac. Sci. Technol. A 23, 1072 (2005).
J. Cao, X. Y. Jiang, and Z. L. Zhang, Appl. Phys. Lett. 89, 252108 (2006).
S. A. Choulis, V.-E. Choong, A. Patwardhan, M. K. Mathai, and F. So, Adv. Funct. Mater. 16, 1075 (2006).
I.-H. Hong, M.-W. Lee, Y.-M. Koo, H. Jeong, T.-S. Kim, and O.-K. Song, Appl. Phys. Lett. 87, 063502 (2005).
S. Y. Kim and J.-L. Lee, Org. Electron. 9, 678 (2008).
S. Y. Kim, K. Hong, K. Kim, H. K. Yu, W.-K. Kim, and J.-L. Lee, J. Appl. Phys. 103, 076101 (2008).
N. D. Lang and W. Kohn, Phys. Rev. B 3, 1215 (1971).
Z. Qiao, R. Latz, and D. Mergel, Thin Solid Films 466, 250 (2004).
S. Y. Kim, K. Hong, and J.-L. Lee, Appl. Phys. Lett. 90, 183508 (2007).
A. Y.-Y. Tam, D. P.-K. Tsang, M.-Y. Chan, N. Zhu, and V. W.-W. Yam, Chem. Commun. 47, 3383 (2011).
S. C. Gong, J. G. Jang, H. J. Chang, and J.-S. Park, Synthetic Mat. 161, 823 (2011).
M. Yamada, M. Matsumura, and Y. Maeda, Thin Solid Films 519, 3352 (2011).
J. Wu, M. Agrawal, H. A. Becerril, Z. Bao, Z. Liu, Y. Chen, and P. Peumans, ACS Nano 4, 43 (2010).
L. Hu, H. S. Kim, J.-Y. Lee, P. Peumans, and Y. Cui, ACS Nano 4, 2955 (2010).
L. Hu, J. Li, J. Liu, G. Gruner, and T. Marks, Nanotechnology 21, 155202 (2010)
Y.-M. Chien, F. Lefevre, I. Shin, and R. Izquierdo, Nanotechnology 21, 134020 (2010).
T. Sun, Z. L. Wang, Z. J. Shi, G. Z. Ran, W. J. Xu, Z. Y. Wang, Y. Z. Li, L. Dai, and G. G. Qin, Appl. Phys. Lett. 96, 133301 (2010).
W. Gaynor, G. F. Burkhard, M. D. McGehee, and P. Peumans, Adv. Mater., doi: 10.1002/adma.2011005 (2011).
J. Y. Lee, S. T. Connor, Y. Cui, and P. Peumans, Nano Lett. 8, 689 (2008).
D. Azulai, T. Belenkova, H. Gilon, Z. Barkay, and G. Markovich, Nano Lett. 9, 4246 (2009).
S. Y. Ryu, J. H. Noh, B. H. Hwang, C. S. Kim, S. J. Jo, J. T. Kim, H. S. Hwang, H. K. Baik, H. S Jeong, C. H. Lee, S. Y. Song, S. H. Choi, and S. Y. Park, Appl. Phys. Lett. 92, 023306 (2008).
T. Satoh, H. Fujikawa, and Y. Taga, Appl. Phys. Lett. 87, 143503 (2005).
S. Y. Kim, K. Hong, J.-L. Lee, K. H. Choi, K. H. Song, and K. C. Ahn, Sol-St. Electron. 52, 1 (2008).
S. Y. Kim, K. Hong, J. H. Son, G. H. Jung, K. H. Choi, K. H. Song, K. C. Ahn, and J.-L. Lee, Jpn. J. Appl. Phys. 47, 862 (2008).
H. Kim, J. S. Horwitz, W. H. Kim, A. J. Makinen, Z. H. Kafafi, and D. B. Chrisey, Thin Solid Films 420, 539 (2002).
T. Minami, K. Oohashi, S. Takata, T. Mouri, and N. Ogawa, Thin Solid Films 193, 721 (1990).
G. A. Hirata, J. McKittrick, J. Siquerios, O. A. Lopez, T. Cheeks, O. Contreras, and J. Y. Yi, J. Vac. Sci. Technol. A 14, 791 (1996).
K. Tominaga, N. Umezu, I. Mori, T. Ushiro, T. Moriga, and I. Nakabayashi, J. Vac. Sci. Technol. A 16, 1213 (1998).
S. B. Qadri, H. Kim, J. S. Horwitz, and D. B. Chrisey, J. Appl. Phys. 88, 6564 (2000).
Y. Onai and T. Uchida, Thin Solid Films 516, 5911 (2008).
J.-A. Jeong, H.-K. Kim, J.-Y. Lee, J.-H. Lee, H.-D. Bae, and Y.-H. Tak, Thin Solid Films 517, 4043 (2009).
Y. Lee, J. Kim, J. N. Jang, I. H. Yang, S. Kwon, M. Hong, D. C. Kim, K. S. Oh, S. J. Yoo, B. J. Lee, and W.-G. Jang, Thin Solid Films 517, 4019 (2009).
R. B. Pode, C. J. Lee, D. G. Moon, and J. I. Han, Appl. Phys. Lett. 84, 4614 (2004).
C. J. Lee, R. B. Pode, J. I. Han, and D. G. Moon, Appl. Phys. Lett. 89, 123501 (2006).
S. Y. Kim, D. G. Moon, C. J. Lee, and J. I. Han, Thin Solid Films 517, 2035 (2009).
K. Hong, K. Kim, S. Kim, I. Lee, S. Cho, S. Yoo, H. W. Choi, N.-Y. Lee, Y.-H. Tak, and J.-L. Lee, J. Phys. Chem. C 115, 3453 (2011).
C.-C. Lee, S.-H. Chen, and C.-C. Jaing, Appl. Optics 35, 5698 (1996).
K. Hong and J.-L. Lee, Electrochem. Solid St. 11, H29 (2008).
H. Cho, C. Yun, and S. Yoo, Opt. Express 18, 3404 (2010).
H. A. Atwater and A. Polman, Nature Mater. 9, 205 (2010).
W. L. Barnes, W. A. Murray, J. Dintinger, E. Devaus, and T. W. Ebbesen, Phy. Rev. Lett. 92, 107401 (2004).
S. Wedge, A. Giannattasio, and W. L. Barnes, Org. Electron. 8, 136 (2007).
J. A. Schuller, E. S. Barnard, W. Cai, Y. C. Jun, J. S. White, and M. L. Brongersma, Nature Mater. 9, 193 (2010).
K. S. Yook, S. O. Jeon, C. W. Joo, and J. Y. Lee, Appl. Phys. Lett. 93, 013301 (2008).
H. A. Macleod, Thin-Film Optical Filters, Taylor & Francis (2001).
D. Zhang, K. Ryu, X. Liu, E. Polikarpov, J. Ly, M. E. Tompson, and C. Zhou, Nano Lett. 6, 1880 (2006).
Y. Zhou, L. Hu, and G. Gruner, Appl. Phys. Lett. 88, 123109 (2006).
K. S. Novoselov, A. K. Gelm, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grlgorleva, and A. A. Flrsov, Science 306, 666 (2004).
Y. Zhang, Y. Tan, H. L. Stormer, and P. Kim, Nature 6, 183 (2005).
A. K. Gelm and K. S. Novoselov, Nat. Matter. 6, 183 (2007).
K. S. Choi, Y. Park, K.-C. Kwon, J. Kim, C. K. Kim, S. Y. Kim, K. Hong, and J.-L. Lee, J. Electrochem. Soc. 158, J231 (2011).
T. Fang, A. Konar, H. Xing, and D. Jena, Appl. Phys. Lett. 91, 092109 (2007).
M.-G. Kang, T. Xu, H. J. Park, X. Luo, and L. J. Guo, Adv. Mater. 22, 4378 (2010).
M.-G. Kang and L. J. Guo, Adv. Mater. 19, 1391 (2007).
T. Nakamura, N. Tsutsumi, N. Juni, and H. Fujii, J. Appl. Phys. 97, 054505 (2005).
N. C. Greenham, R. H. Friend, and D. D. C. Bradley, Adv. Mater. 6, 491 (1994).
Y. Sun and S. R. Forrest, Nature Photon. 2, 483 (2008).
M. Slootsky and S. R. Forrest, Appl. Phys. Lett. 94, 163302 (2009).
K. Hong, H. K. Yu, I. Lee, K. Kim, S. Kim, and J.-L. Lee, Adv. Mater. 22, 4890 (2010).
T.-W. Koh, J.-M. Choi, S. Lee, and S. Yoo, Adv. Mater. 22, 1849 (2010).
W. L. Barnes, A. Dereux, and T. W. Ebbesen, Nature 424, 824 (2003).
K. Y. Yang, K. C. Choi, and C. W. Ahn, Appl. Phys. Lett. 94, 173301 (2009).
K. Y. Yang, K. C. Choi, and C. W. Ahn, Opt. Express 17, 11495 (2009).
W. H. Koo, S. M. Jeong, S. Nishimura, F. Araoka, K. Ishikawa, T. Toyooka, and H. Takezoe, Adv. Mater. 23, 1003 (2011).
W. H. Koo, S. M. Jeong, F. Araoka, K. Ishikawa, S. Nishimura, T. Toyooka, and H. Takezoe, Nat. Photon. 4, 222, (2010).
D. G. Deppe, C. Lei, C. C. Lin, and D. L. Huffaker, J. Mod. Opt. 41, 325 (1994).
M. Thomschke, R. Nitsche, M. Furno, and K. Leo, Appl. Phys. Lett. 94, 083303 (2009).
S. Moller and S. R. Forrest, J. Appl. Phys. 91, 3324 (2002).
J.-H. Lee, Y.-H. Ho, K.-Y. Chen, H.-Y. Lin, J.-H. Fang, S.-C. Hsu, J.-R. Lin, and M.-K. Wei, Opt. Express 16, 21184 (2008).
Y. R. Do, Y.-C. Kim, Y.-W. Song, and Y.-H. Lee, J. Appl. Phys. 96, 7629 (2004).
OLED-Info.com: http://www.oled-info.com/lg/universal_display_presents_significant_advances_in_whiteoled (2011).
S. Reineke, F. Lindner, G. Schwartz, N. Seidler, K. Walzer, B. Lussem, and K. Leo, Nature 459, 234 (2009).
M. G. Helander, Z. B. Wang, J. Qiu, M. T. Greiner, D. P. Puzzo, Z. W. Liu, and Z. H. Lu, Science 332, 944 (2011).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Hong, K., Lee, JL. Review paper: Recent developments in light extraction technologies of organic light emitting diodes. Electron. Mater. Lett. 7, 77–91 (2011). https://doi.org/10.1007/s13391-011-0601-1
Published:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/s13391-011-0601-1