一种OLED结构尺寸优化设计方法及设备技术

本发明专利技术公开了一种OLED结构优化设计方法及设备，属于OLED领域。该方法包括如下步骤：步骤1：确定OLED工作波长λ，OLED各层材料的光学常数，OLED各层材料的厚度设计初值，OLED中各向异性材料的主轴方位角

A design method and equipment for OLED structure size optimization

The invention discloses a method and device for optimizing the design of OLED structures, belonging to the field of OLED. The method includes the following steps: Step 1: determine the wavelength of the OLED working wavelength, the optical constants of the materials in each layer of OLED, the initial value of the thickness of the materials in each layer of OLED, and the azimuth of the principal axis of the anisotropic material in the OLED

【技术实现步骤摘要】
一种OLED结构尺寸优化设计方法及设备
本专利技术属于有机电致发光二极管(OLED)领域，更具体地，涉及一种OLED结构尺寸优化设计方法及设备，适用于优化设计OLED结构尺寸以提高其外耦合效率。
技术介绍
自上世纪60年代Pope及其合作者对单晶蒽进行电压实验发现蓝光电致发光现象(JournalofChemicalPhysics,1963,38(8):2042-2043)以来，科学家们逐渐开始关注有机电致发光材料及器件的研究。有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象，根据此原理制成的器件称为有机发光二极管(Organiclightemittingdiode，OLED)。OLED是指在有机半导体光电材料两边加上电极而构成的发光器件。在外加电场下，电子和空穴载流子克服各自电极和有机材料之间形成的载流子势垒分别从电源负极和正极注入到有机层，然后在电场作用下在有机层中相向传输。当它们迁移到发光层就可能相遇形成激子，激子经历辐射失活，产生光子，便有光发出。由于具有高亮度、高清晰度、广视角、材料选择范围宽、驱动电压低、全固化主动发光等诸多优点，OLED被认为是继CRT、LCD之后的新一代照明和显示技术，在新型平板显示、固态照明以及可穿戴电子设备等领域也显示出极为广阔的应用潜力，受到了科学界和工业界的广泛关注。OLED器件通常采用夹层式的三明治结构，主要由金属阴极，有机层(包括有机发光层EML、电子传输层ETL、空穴传输层HTL、电子注入层EIL、空穴注入层HIL、电子阻挡层EBL、空穴阻挡层HBL等)和ITO阳极所构成。由于OLED各功能层间(包括有机层各层之间、有机层与基底之间、以及基底与空气环境之间)折射率不同造成的全反射现象、波导效应以及金属/有机材料界面的表面等离子体共振现象，通过激子复合产生的光子有很大一部分被束缚在有机层、ITO阳极及玻璃基底中，只有约20％的光可由发光层出射到空气中，造成OLED外耦合效率(即射出器件的光子数与器件内部复合产生光子数之比)很低。低外耦合效率是目前制约OLED器件性能和其进一步发展的主要因素，因此，需要对OLED进行优化以提高其外耦合效率等器件性能。OLED的优化设计可分为材料属性优化和器件结构优化两种，其中，材料优化是指通过合成寻找新材料或调控材料的带隙等特性达到提高OLED性能的目的，而器件结构优化是指通过优化器件各层厚度等结构参数或引入纳米结构等新结构特征进而达到提高OLED性能的目的。相比于材料层面的优化，OLED器件结构优化具有更多自由度和优化空间，也更具有实际意义，是OLED性能优化的主要方面。研究者们通常通过调节OLED膜层厚度或增加微结构等方式进行OLED器件结构优化。在器件设计过程中，对OLED进行光学模拟仿真是快速合理设计器件各部分尺寸的一种有效方法。德国奥格斯堡大学WolfgangBrütting等人(JournalofAppliedPhysics,2008,104(12):123109)采用偶极子模型描述OLED有机发光层内的激子，基于发射偶极子传统的CPS(Chance,Prock,andSilbey)方法，将电偶极子视为强制阻尼谐波振荡器，并采用传输矩阵方法计算OLED多层膜系的菲涅尔系数。该方法虽然可以仿真计算得出OLED不同结构尺寸下的量子效率、出射光强等参数，但只适用于各向同性材料，难以满足模拟仿真含各向异性材料OLED的需求。目前发现许多OLED材料(主要是具有线形、长椭圆形或盘状分子形状)在光学性能及电学性能上都具有明显的各向异性，因此，亟需发展考虑材料各向异性特征的OLED器件结构优化设计方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种OLED结构优化设计方法及设备，其目的在于，在建立数学模型时将各向异性材料的光学特征参数考虑在内，据此计算不同结构尺寸的OLED外耦合效率，由此解决含各向异性材料OLED的结构优化问题。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种OLED结构优化设计方法，用于优化OLED的阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中至少一个结构层的厚度，包括如下步骤：步骤1：确定OLED工作波长λ，OLED各层材料的光学常数，OLED各层材料的厚度设计初值，OLED中各向异性材料的主轴与实验室坐标系x轴、y轴和z轴三个方向的夹角θ、ψ；步骤2：根据步骤1确定的各个参数建立OLED的多膜层堆叠光学模型，并调整阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中待优化的结构层的厚度，进行仿真实验，获得OLED在不同结构厚度时的外耦合效率，从而确定外耦合效率最高的结构厚度。进一步地，步骤2包括如下子步骤：(2.1)根据步骤1确定的各个参数建立OLED的多膜层堆叠光学模型；(2.2)从阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中选定至少一个结构层作为优化对象，给定优化对象的厚度值，对发射光在OLED上下表面的出射情况进行仿真，发射光入射角θ′与在OLED上下表面出射角度θ之间的关系如式(1)所示：其中，Nout为出射介质的光学常数，N0为有机发光层材料的光学常数；(2.3)计算出射角度θ在可出射范围内变化时各出射角度θm对应的外耦合效率，如式(2)所示：其中，θm为出射角度θ变化过程中的第m个出射角，θ′m为第m个出射角θm所对应的入射角，I(λ,θm)为在选定波长λ下出射角度为θm时的出射光强，I0(λ,θ′m)为在选定波长λ下有机发光层在相应发射角θ′m时的发光光强；对允许出射角范围内所有出射角的外耦合效率进行平均，获得在选定波长λ下的外耦合效率ηout(λ)，即得到在当前给定优化对象的厚度值和选定波长λ下，OLED出射光强I(λ)与有机发光层发光光强I0(λ)的比值，如式(3)所示：其中，M为所计算的所有出射角的总数，m＝1,2,…,M，ηout(λ,θm)为第m个出射角θm所对应的外耦合效率，由式(2)计算得到；(2.4)调整给定优化对象的厚度值，重复步骤(2.2)和(2.3)，获得不同结构尺寸OLED的外耦合效率；(2.5)比较不同结构尺寸下的OLED外耦合效率，确定最优结构尺寸。进一步地，当需要仿真计算某个波长范围内OLED的外耦合效率时，只需计算该波长范围内各波长下OLED的外耦合效率ηout(λ)，再如式(9)所示将ηout(λ)根据各波长下发光层材料发射光强I0(λ)进行加权平均即可；其中，J为所选取的波长范围内所使用的所有波长总数量，j＝1,2,…,J；λj为选取的波长范围内的第j个波长；I0(λj)为波长λj时有机发光层的发射光强；I0为发光层材料总发射光强，I0＝∑I0(λj)；ηout(λj)为OLED在波长λj时的外耦合效率，将λj代入式(3)计算得到。进一步地，当OLED待优化结构厚度可选范围较大时，在步骤(2.4)中先以较大步长改变待优化结构的厚度，并计算对应的外耦合效率，再从外耦合效率的计算结果中选择较优结果，根据该较优结果缩小OLED待优化结构厚度的变化范围，然后在该缩小后的变化范围内，以较小步长改变待优化结构的厚度，并计算对应的外耦合效率。进一步地，先逐个计算只改变一个结构尺寸时OLED外耦合效本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种OLED结构优化设计方法，用于优化OLED的阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中至少一个结构层的厚度，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：确定OLED工作波长λ，OLED各层材料的光学常数，OLED各层材料的厚度设计初值，OLED中各向异性材料的主轴与实验室坐标系x轴、y轴和z轴三个方向的夹角

【技术特征摘要】
1.一种OLED结构优化设计方法，用于优化OLED的阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中至少一个结构层的厚度，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：确定OLED工作波长λ，OLED各层材料的光学常数，OLED各层材料的厚度设计初值，OLED中各向异性材料的主轴与实验室坐标系x轴、y轴和z轴三个方向的夹角θ、ψ；步骤2：根据步骤1确定的各个参数建立OLED的多膜层堆叠光学模型，并调整阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中待优化的结构层的厚度，进行仿真实验，获得OLED在不同结构厚度时的外耦合效率，从而确定外耦合效率最高的结构厚度。2.如权利要求1所述的一种OLED结构优化设计方法，其特征在于，步骤2包括如下子步骤：(2.1)根据步骤1确定的各个参数建立OLED的多膜层堆叠光学模型；(2.2)从阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中选定至少一个结构层作为优化对象，给定优化对象的厚度值，对发射光在OLED上下表面的出射情况进行仿真，发射光入射角θ′与在OLED上下表面出射角度θ之间的关系如式(1)所示：其中，Nout为出射介质的光学常数，N0为有机发光层材料的光学常数；(2.3)计算出射角度θ在可出射范围内变化时各出射角度θm对应的外耦合效率，如式(2)所示：其中，θm为出射角度θ变化过程中的第m个出射角，θ′m为第m个出射角θm所对应的入射角，I(λ,θm)为在选定波长λ下出射角度为θm时的出射光强，I0(λ,θ′m)为在选定波长λ下有机发光层在相应发射角θ′m时的发光光强；对允许出射角范围内所有出射角的外耦合效率进行平均，获得在选定波长λ下的外耦合效率ηout(λ)，即得到在当前给定优化对象的厚度值和选定波长λ下，OLED出射光强I(λ)与有机发光层发光光强I0(λ)的比值，如式(3)所示：其中，M为所计算的所有出射角的总数，m＝1,2,…,M，ηout(λ,θm)为第m个出射角θm所对应的外耦合效率，由式(2)计算得到；(2.4)调整给定优化对...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷洪刚，赵雪楠，刘世元，柯贤华，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42