Lumerical Zemax | 针对 OLED 的联合仿真

01 说明

此案例首先示范使用Lumerical 中STACK求解器的相关函数指令，优化偶极子在叠层中的位置，接着计算单位立体角的功率，把仿真结果转换成红绿蓝三色光源的能量角度分布。最后把结果转成Zemax OpticStudio 光源格式，在Zemax OpticStudio 中视觉化任意OLED源阵列的远场结果。 

 

02 综述

 

在Lumerical 中我们会使用stackfield 函数来找偶极子最佳的位置，用stackdipole函数换算出远场光场。最后把远场光场带入Zemax OpticStudio，可以观察多个光源非相干的宏观光场分布。

 
有些OLED结构会使用散射结构来增加提取效率，但由于散射结构仿真比较耗费仿真资源，因此建议先优化叠层结构之后再进行散射相关优化。

步骤1：确定发光层中的偶极子位置

 
使用stackfield函数可以获得由平面波注入的多层堆栈内的电场配置档案。最佳偶极子位置是发光层区域的最大电场处，以提高自发辐射速率。

 
参考文献[1] 中的介电堆栈几何形状由六层组成，折射率分别为1.5 ：2.13 ：1.87 ：1.94 ：1.75 ：0.644+5.28i，如下所示。虽然FDTD仿真和stackfield函数都可用于计算此几何体内的电场分布，但stackfield函数对于多层几何形状的效率要高得多，尤其是在需要大量仿真时。

 

stackfield函数的输入包含层的折射率、厚度，以及源波长和入射角。这相当于执行一维模拟（一个网格单元沿着x轴和y轴），平面波源沿着z轴移动。相应完整脚本请查看官网案例

 

步骤2：计算单位立体角的功率

 
官网案例的脚本文件将使用 stackdipole 函数计算 OLED 堆栈的红、绿和蓝色发射光谱远场功率密度（见下图）。我们使用位于有源区中心的单个非极化偶极子来提取所有三种光频率的功率密度。此结果用于生成 3 个射线集并保存为可导入 OpticStudio 的.dat格式。如下图所示，红色像素显示大视角处每单位立体角的功率较大，即常见的大视角偏红现象。

 

步骤3：在OpticStudio中进行光线追迹

在此步骤中,会将步骤2完成的.dat档案汇入OpticStudio，在整体模型中作为光源来传播光线。

导入流程包含将光源信息的 .dat 文件放在 OpticStudio光源指定文件夹中，以及在非序列元件编辑器中创立Source File物件并代入.dat档案。步骤2中有红、绿、蓝色三个像素的射线集，因此在此需要创建3个Source File物件作为三种光源。

OpticStudio可以快速完成OLED阵列化。方法为在Source File物件的属性中，导航到源选项卡并选择矩形阵列类型，此案例中设定了 30 x 1 的阵列。每个光源Source File物件必须单独完成阵列化设定。

在非序列元件编辑器中，将每个光源的随机化参数设置为 1，并将每个源的分析光线数设置为 50,000，使用光线分裂运行光线追迹。

运行光线追迹后，查看检测器会显示人眼看到的照度。在这种情况下，三种不同的光源混合在一起形成白光。此外，在整个设备的着色模型中，可以添加布局光线以从源文件中查看较少数量的光线。 

 

 

模型参考文献：Seung Hwan Ko, “Organic Light Emitting Diode – Material, Process and Devices”, (2011), DOI: 10.5772/19292. see chapter 10,  “Micro-cavity in organic light-emitting diode” by Young-Gu Ju.