一种基于D/M/D电极的OLED器件的出光率的计算方法与流程

本发明属于有机发光二极管技术领域，具体涉及一种有机发光二极管器件出光率的计算方法。

背景技术：

有机发光二极管(oled)视角广、体积小、功率低、反应速度快，甚至透明度和颜色调试能力方面有着独特的特性，具备了终极显示器应具备的所有特质，是下一代低成本、高效率、高质量的适用与普通照明和显示器材的发光器件的最佳选择。然而，由于oled的层状结构，发光层中产生的光的传播受到限制，使得器件外量子效率只有20％～30％。因此，研究提出很多提高oled出光率的方法。一种是修饰衬底的方法：粗糙化玻璃衬底、覆盖散射层和涂布微球粒等，可以不同程度的提高器件的出光率。这些方法以散射原理为基础，将发光层发出的光以最大的概率发射到空气中，存在概率性和不确定性，使得器件一致性差。另一种是替换ito技术的方法：以“电介质/金属/电介质”(dielectric/metal/dielectric，d/m/d)复合薄膜替代传统oled的ito电极。研究指出，基于d/m/d电极的oled出光率有明显的提高，以wo3/ag/wo3、izo/ag/izo为电极的oled的外量子效率可以达到35％以上。此外，d/m/d具有与ito薄膜相当或优于ito薄膜的光学透光性和导电性能，可通过改变d/m/d中与有机层相邻的电介质层来调节器件的注入特性等优点，因此，高效率d/m/d电极oled成为了研究的热点。

目前，已有很多关于d/m/d薄膜的模拟方面的研究。比如采用时域有限差分(thefinite-differencetimedomain，fdtd)、传输矩阵的方法分析d/m/d薄膜的光学性能。2013年，yun等人采用fdtd法仿真“zns/ag/moo3”薄膜在波长350nm～900nm之间的透过率，仿真结果和实验结果基本吻合。然而，这些方法局限于多层薄膜的透过率的模拟计算。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是为了克服已有技术的缺陷，提出一种基于d/m/d电极的oled器件的出光率的计算方法，该方法能够可以直接计算出出oled的出光率，其不仅适应于基于d/m/d电极的oled器件，也适合以ito为电极的所有传统oled器件的出光率计算。

本发明方法是通过下述技术方案实现的：

一种基于d/m/d电极的oled器件的出光率的计算方法，其具体过程为：

将oled器件的发光层定义为第一层、空穴传输层定义为第二层，并依此类推，第m-3层为内电介质层，m-2层为金属层，第m-1层为外电介质层，最后一层即第m层为空气层；

利用各膜层的复折射率，计算oled器件的每个相邻层界面的透过率tm，m＝1，2，...，m，m为总的层数；

将所述透过率tm带入出射光的光通量式中，计算出射光的光通量φm；

其中，i1为oled器件发光层中的发光点s的光强，nm表示第m层薄膜的复折射率，n1表示第1层薄膜的复折射率，θm为光在第m层薄膜中的入射角度，ωm为光在第m层薄膜中的半个立体角；

由入射光的光通量和出射光的光通量之比得出oled器件出光率ηc。

有益效果：

本发明方法对比已有技术，能够直接计算oled器件的出光率，本方法在现有的传输矩阵法多层薄膜透过率的计算方法的基础上进行改进，通过参考迭代法，利用推导出的公式直接计算oled器件的出光率，这种方法不会局限于多层薄膜的透过率计算上。

附图说明

图1为本发明实施方式的器件结构模型图。

图2为叠层薄膜透过率情况示意图。

图3为金属层视为变量时，本发明方法所计算的器件出光率变化曲线。

图4为内外电介质层分别视为变量时，本发明方法所计算的器件出光率变化曲线。

图5为ag、au和cu三种金属的折射率、波长、消光系数变化曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法的实施方式做详细说明。

oled的出光率(lightout-couplingefficiency，ηc)是器件表面射出的光子数目与器件内部产生的光子数目的比值，是衡量oled性能的主要参数之一。

根据发光模式，oled可分为底发射器件和顶发射器件。本实施例便于与传统基于ito电极的oled比较，选取底发射器件结构，如图1所示，器件结构为“铝阴极层/发光层/空穴传输层/内电介质层/金属层/外电介质层/玻璃衬底层”。

假设光源为点光源，发光点s发出的光是各向同性的，一半的光射向玻璃衬底(前发射光)，其中的一部分光通过各层界面成为出射光，另一部分光以吸收、波导效应或者传向基板侧面的方式损失。另一半的光射向铝阴极层(背发射光)，通过铝阴极的反射后同样也经历上述过程的同时增加铝镜面的反射损失。在忽略吸收损失和铝镜面的反射损失的情况下，往前后方射出的光所经历的过程是一样的，所以在器件内量子效率达到100％的情况下，器件的出光率近似等于前发射光的出光率。

设发光层为第一层薄膜，空穴传输层为第二层薄膜，以此类推，最后一层空气层为第m层。发光层中的发光点s的光强(i1)和光通量(φ1)的关系为φ1＝∫i1dω1＝4πi1，其中ω1代表光在发光层中的半个立体角。由于光源是各向同性的，所以光源在每个角度上的光强相同，也就i1为常数。

根据光学薄膜的边界条件和等效界面思想，可知薄膜的特征矩阵，第m层到第m+1层的薄膜特征矩阵的表达式为

其中，δm和ηm为第m层薄膜的相位厚度和有效导纳，i表示复数。

光在各界面的透射率近似用垂直透射率来表示，光从第m层薄膜到第m+1层薄膜的垂直透过率可表示为tm，其中m＝1，2，...，m。通过传输矩阵法得到tm表达式：

其中，符号*表示伴随矩阵。

根据透过率和光通量的定义表达，有

其中，φm为第m层薄膜中的光的光通量，ωm为光在第m层薄膜中的半个立体角。

整理得出

tm[imdωm]＝im+1dωm+1

再将折射定律公式两边求导后带入上式中，得出由入射光光强度表示的出射光光强：

其中，n为薄膜的复折射率，n＝n-ik，n为折射率，k为吸收系数，当材料没有吸收属性时，n＝n，nm表示第m层薄膜的复折射率，n1表示第1层薄膜的复折射率。θm为光在第m层薄膜中的入射角度。与其相对应的出射光光通量表达式为

φm＝∫imdωm

由入射光的光通量和出射光的光通量之比得出器件出光率ηc。

实例：

本实例计算oled器件的出光率的方法，其具体步骤包括：

步骤一、参见图1，假设oled器件结构包含铝阴极、发光层、空穴传输层和“电介质/金属/电介质”阳极，其中发光材料、传输材料、内电介质材料、金属材料、外电介质材料和玻璃衬底的复折射率分别为1.75、1.75、2.20、0.04-i×3.61、2.20和1.58，其厚度分别为50nm、50nm、50nm、13nm、90nm和0.75e+6nm。

步骤二、结合上面给出的薄膜的特征矩阵、折射定律和透过率公式得出每个相邻薄层界面的透过率tm。

步骤三、带入出射光的光通量公式中，如下

步骤四、将入射光的光通量和出射光的光通量之比后，整理得出器件的出光率ηc，器件的出光率为57.79％。

自此，就完成了/实现了器件的出光率的计算。

oled器件出光率的计算可得出更加接近于实验的理论结果，可避免盲目的试验和有效减少实验次数，本发明可以用于判断器件的好次，例如当某种oled器件的出光率达到设定值时，则认为该器件合格，利用本发明可以理论计算出结果来指导器件的设计。

此器件的其余参数不变，将ag的厚度定为7nm、13nm、16nm、19nm，内电介质层的厚度在0nm～200nm之间，外电介质层的厚度在0nm～200nm之间时，叠层薄膜透过率情况如图2所示。随着ag的厚度的增加，d/m/d薄膜的透过率最大值在减小。在ag的厚度为7nm的时候，透过率可以达到96％，而在19nm的时候，透过率最大值只有90％。而且透过率大于90％的区域的面积也随着ag厚度的增加在减小。可知对于叠层薄膜的透过率金属层的厚度越小越好。当金属层ag的厚度为13nm时，内电介质层和外电介质层的厚度分别在40nm～80nm和70nm～90nm之间最佳。

根据常见的金属材料ag、au和cu在可见光波段的光学参数(折射率n和吸收系数k)。

将金属层视为变量时，利用本发明方法所计算的器件出光率变化曲线如图3所示。此时，金属层的折射率在0.1～1.7的范围内，吸收系数为3.00。结果表明：随着折射率的减小器件出光率从26％增加到56％。

将d/m/d的内外电介质层分别视为变量时，利用本发明方法所计算的器件出光率变化曲线如图4所示。此时，内外电介质层的材料的折射率都在1.8～3.0区间。结果表明：随着电介质层的折射率的增大出光率也增大。在两个电介质层的折射率在2.50～3.00范围内时器件出光率达到顶点，在内外电介质层的折射率分别为2.20和2.80时，器件出光率近56％。

通过对比，可知在金属层、内电介质层和外电介质层的折射率变化范围内，器件出光率的增长量分别约54％，12％和11％。显然，金属层的折射率对器件出光率的影响远大于电介质层的折射率对器件出光率的影响，并且折射率小于1时出光率大于35％。由此可知，金属层的折射率n是d/m/d技术影响oled的出光率的最主要因素，金属的折射率越小器件出光率越高。

在单波长550nm处，d/m/d的金属层分别为ag、au和cu时的器件出光率的值如表1所示。结合三种金属材料的光学参数(图5)，可知采用折射率最大的cu的器件出光率最小，而采用折射率最小的ag的器件出光率最大，符合以上结论。

表1波长为550nm处，d/m/d电极器件出光率(m＝ag、au和cu)

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。