光子晶体结构增强有机发光二极管出光效率的理论计算

发布时间：2022-02-12 10:22

　　有机发光二极管（OLED）中产生的光在进入空气的过程中,会因材料折射率的不匹配而产生全内反射现象,极大地限制了器件的出光效率,最终只有20%的光能够进入空气中。采用有限时域差分（FDTD）的理论计算方法,在OLED器件中嵌入由高折射率与低折射率材料组成的光子晶体结构,研究了不同光子晶体周期、深度以及折射率参数对器件出光效率的影响。结果表明:在可见光范围内（400～700 nm）,光子晶体的深度为0.45μm、周期为1.4μm、占空比为50%以及介质1与介质2折射率为2.2∶1.0时,光子晶体OLED器件的平均出光效率提高到40.7%,平均增强系数为122%。 

【文章来源】：南京工业大学学报(自然科学版). 2020,42(01)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

OLED器件中的波导模式

如图2所示,普通平板OLED器件结构主要包括玻璃基板、透明导电阳极ITO、空穴传输层(HTL)N,N′-二苯基-N,N′-二(1-萘基)-1,1′-联苯-4,4′-二胺(NPB)、有机发光层8-羟基喹啉铝(Alq3)、电子注入层(EIL)LiF以及金属阴极Al。模型所采用的各层材料的厚度分别为ITO (100 nm)/NPB(60 nm)/Alq3(40 nm)/LiF(1 nm)/Al(150 nm)。玻璃基板厚度远大于其他层,因此,在建立模型结构时假定玻璃基板为无限厚。在仿真区域内采用非均匀网格设置,即在光源处的网格设置为2 nm,而在玻璃内的网格尺寸设置为20 nm,默认网格精度为2。结构模型X轴方向与Z轴正方向上使用完美匹配层(PML)作为边界条件来吸收入射到边界的光,避免光在边界面处发生反射,Z轴负方向上则采用金属层作为边界条件,避免光从金属阴极处透射出去。在器件的玻璃基板内,沿X轴的方向放置一条长度和器件结构等宽的监测线,通过远场转化指数(far_field_change_index)计算得到光在玻璃/空气界面处的反射与折射。添加的光子晶体结构设置在ITO层与玻璃基板之间的界面上,如图2所示,该光子晶体是由介质1和介质2材料周期性排列组成,并且只考虑介质材料的折射率,不考虑消光系数。光子晶体基本结构参数包括光子晶体深度H、周期P和晶体宽度L,通过这3个参数,定义光子晶体的占空比R,计算公式见式(3)。

真实OLED器件的发光属于一种面发光,但是在器件内放置多个偶极子光源会发生相干干涉,从而无法准确地得到器件出光效率。因此,本文将一个偶极子分别放置在介质1和介质2的正下方,同时对X、Y和Z轴3个方向进行计算,然后对结果取平均作为OLED器件的出光效率。同时,模型中所采用的有机发光材料为Alq3,Alq3是一种绿色荧光材料,光致发光光谱(PL)强度归一化后可以得到此发光光谱的峰值在λ=537 nm(绿光)处,如图3所示。1.3 效率计算

【参考文献】：
期刊论文
[1]NPB/Alq3有机发光二极管的光学模拟[J]. 朱成顺,冯晓东.  南京工业大学学报(自然科学版). 2014(05)
[2]时域有限差分法及其在室内声场模拟中的应用[J]. 彭健新.  声学技术. 2009(01)



本文编号：3621543