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Lumerical 和 Zemax 針對(duì) OLED 的聯(lián)合仿真

發(fā)布日期:
2023-04-12

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// 01 說(shuō)明


此案例首先示范使用Lumerical 中STACK求解器的相關(guān)函數(shù)指令,優(yōu)化偶極子在疊層中的位置,接著計(jì)算單位立體角的功率,把仿真結(jié)果轉(zhuǎn)換成紅綠藍(lán)三色光源的能量角度分布。然后把結(jié)果轉(zhuǎn)成Zemax OpticStudio 光源格式,在Zemax OpticStudio 中視覺(jué)化任意OLED源陣列的遠(yuǎn)場(chǎng)結(jié)果。


Lumerical 和 Zemax 針對(duì) OLED 的聯(lián)合仿真



//?02? 綜述


Lumerical 和 Zemax 針對(duì) OLED 的聯(lián)合仿真


在Lumerical 中我們會(huì)使用stackfield 函數(shù)來(lái)找偶極子理想的位置,用stackdipole函數(shù)換算出遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)。然后把遠(yuǎn)場(chǎng)光場(chǎng)帶入Zemax OpticStudio,可以觀(guān)察多個(gè)光源非相干的宏觀(guān)光場(chǎng)分布。


有些OLED結(jié)構(gòu)會(huì)使用散射結(jié)構(gòu)來(lái)增加提取效率,但由于散射結(jié)構(gòu)仿真比較耗費(fèi)仿真資源,因此建議先優(yōu)化疊層結(jié)構(gòu)之后再進(jìn)行散射相關(guān)優(yōu)化。


步驟1:確定發(fā)光層中的偶極子位置

使用stackfield函數(shù)可以獲得由平面波注入的多層堆棧內(nèi)的電場(chǎng)配置檔案。理想偶極子位置是發(fā)光層區(qū)域的極大電場(chǎng)處,以提高自發(fā)輻射速率。


參考文獻(xiàn)[1] 中的介電堆棧幾何形狀由六層組成,折射率分別為1.5 :2.13 :1.87 :1.94 :1.75 :0.644+5.28i,如下所示。雖然FDTD仿真和stackfield函數(shù)都可用于計(jì)算此幾何體內(nèi)的電場(chǎng)分布,但stackfield函數(shù)對(duì)于多層幾何形狀的效率要高得多,尤其是在需要大量仿真時(shí)。


Lumerical 和 Zemax 針對(duì) OLED 的聯(lián)合仿真


stackfield函數(shù)的輸入包含層的折射率、厚度,以及源波長(zhǎng)和入射角。這相當(dāng)于執(zhí)行一維模擬(一個(gè)網(wǎng)格單元沿著x軸和y軸),平面波源沿著z軸移動(dòng)。相應(yīng)完整腳本請(qǐng)查看官網(wǎng)案例


Lumerical 和 Zemax 針對(duì) OLED 的聯(lián)合仿真



步驟2:計(jì)算單位立體角的功率

官網(wǎng)案例的腳本文件將使用 stackdipole 函數(shù)計(jì)算 OLED 堆棧的紅、綠和藍(lán)色發(fā)射光譜遠(yuǎn)場(chǎng)功率密度(見(jiàn)下圖)。我們使用位于有源區(qū)中心的單個(gè)非極化偶極子來(lái)提取所有三種光頻率的功率密度。此結(jié)果用于生成 3 個(gè)射線(xiàn)集并保存為可導(dǎo)入 OpticStudio 的.dat格式。如下圖所示,紅色像素顯示大視角處每單位立體角的功率較大,即常見(jiàn)的大視角偏紅現(xiàn)象。


Lumerical 和 Zemax 針對(duì) OLED 的聯(lián)合仿真



步驟3:在OpticStudio中進(jìn)行光線(xiàn)追跡

在此步驟中,會(huì)將步驟2完成的.dat檔案匯入OpticStudio,在整體模型中作為光源來(lái)傳播光線(xiàn)。


導(dǎo)入流程包含將光源信息的 .dat 文件放在 OpticStudio光源指定文件夾中,以及在非序列元件編輯器中創(chuàng)立Source File物件并代入.dat檔案。步驟2中有紅、綠、藍(lán)色三個(gè)像素的射線(xiàn)集,因此在此需要?jiǎng)?chuàng)建3個(gè)Source File物件作為三種光源。

OpticStudio可以快速完成OLED陣列化。方法為在Source File物件的屬性中,導(dǎo)航到源選項(xiàng)卡并選擇矩形陣列類(lèi)型,此案例中設(shè)定了 30 x 1 的陣列。每個(gè)光源Source File物件必須單獨(dú)完成陣列化設(shè)定。


在非序列元件編輯器中,將每個(gè)光源的隨機(jī)化參數(shù)設(shè)置為 1,并將每個(gè)源的分析光線(xiàn)數(shù)設(shè)置為 50,000,使用光線(xiàn)分裂運(yùn)行光線(xiàn)追跡。


運(yùn)行光線(xiàn)追跡后,查看檢測(cè)器會(huì)顯示人眼看到的照度。在這種情況下,三種不同的光源混合在一起形成白光。此外,在整個(gè)設(shè)備的著色模型中,可以添加布局光線(xiàn)以從源文件中查看較少數(shù)量的光線(xiàn)。


Lumerical 和 Zemax 針對(duì) OLED 的聯(lián)合仿真

閱讀原文

模型參考文獻(xiàn):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.


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