各向异性 OLED 出光耦合
Simulation method for study on outcoupling characteristics of stratified anisotropic OLEDs
作者： Xianhua Ke、Honggang Gu、Xuenan Zhao、Xiuguo Chen、Yating Shi、Chuanwei Zhang、Hao Jiang、Shiyuan Liu
期刊： Optics Express 27(16), A1014–A1029（2019） · 对照目标： Figure 3
玻璃基底出光的有机发光二极管（OLED）由透明阳极、有机传输层、发光层和金属阴极组成。发光层与金属之间的距离决定微腔干涉，偶极取向及传输层的双折射进一步改变出光效率和远场角分布。Ke 等以 Alq3 发光层、TPD 空穴传输层（HTL）和 BCP 电子传输层（ETL）研究这些关系。
本案例在 539 nm 下对照 Figure 3 的厚度响应。文章只展示输入条件明确且与论文结果吻合的对照。
结构
器件向玻璃一侧出光。软件从 Top Medium 的空气向下输入下表，玻璃位于第一层，金属位于末端；Bottom Medium 同样设为空气，折射率为 1。在 Structure 逐层设置名称、厚度及状态，启用 EML / Alq3 的 Emis.，启用 Glass substrate 的 Inco.。玻璃与发光层均启用 Tran.。
| 膜层 | 厚度 | 层状态 |
|---|---|---|
| Glass substrate | 1 mm | Inco. / Tran. |
| ITO | 160 nm | 无 |
| PEDOT:PSS | 30 nm | 无 |
| HTL / TPD | 50 nm | 无 |
| EML / Alq3 | 30 nm | Emis. / Tran. |
| ETL / BCP | 50 nm | 无 |
| Mg:Ag (60:1) | 100 nm | 无 |
| Ag | 20 nm | 无 |
各层 Index Type 初始设为 Constant。以下 为折射率实部， 为消光系数，二者均无量纲；内部七层来自论文 Table 1，仅适用于 539 nm。玻璃常数和厚度是本案例假设，不代表论文给出的测量数据。
| 膜层 | 来源 | ||
|---|---|---|---|
| Glass substrate | 1.500 | 0 | 非相干玻璃假设 |
| ITO | 1.811 | 0.010 | Table 1 |
| PEDOT:PSS | 1.518 | 0.011 | Table 1 |
| HTL / TPD | 1.727 | 0.0000319 | Table 1 |
| EML / Alq3 | 1.716 | 0 | Table 1，透明发光层 |
| ETL / BCP | 1.727 | 0.0000319 | Table 1 |
| Mg:Ag (60:1) | 0.305 | 4.926 | Table 1 |
| Ag | 0.102 | 3.904 | Table 1 |
发射光谱输入
下载 539 nm 单色输入。文件仅包含波长 539 nm 和单位权重 1，由本案例为单色计算建立；它不替代论文 Figure 2(b) 的完整光致发光谱。
发光设置与厚度扫描
水平偶极（HED）平行于膜面，垂直偶极（VED）沿膜面法线。打开 EML / Alq3 的发射体编辑区，将名称设为 539 nm emitter，按下表设置。Custom 中的 表示垂直取向份额， 为 HED， 为 VED；这里不扫描混合取向。
| 字段 | 设置 |
|---|---|
Spectrum Type | File，上传上述单色文件 |
Spectrum Unit | Probability |
Dipole Orientation | Custom，初始 |
Position (0-1) | 0.5，即发光层中央 |
Distribution | Delta |
Quantum Efficiency (0-1) | 1 |
Lifetime | 1 ns |
Conversion Efficiency (0-1)、Multiplication Factor | 均为 1 |
在 Optics 仅启用 Mode，Wavelength Mode 设为 Single，Wavelength 设为 539 nm。
在 Sweep 用 Add 加入 ETL 厚度与取向两个扫描项，量子效率保持为 1，先完成 Figure 3 的 400 组计算。
Parameter | From | To | Sampling | Step |
|---|---|---|---|---|
ETL / BCP → thickness | 2 | 400 | Step | 2 nm |
539 nm emitter → dipoleOrientationValue | 0 | 1 | Step | 1 |
点击顶部 Sweep，等待完成。界面中缺少优化目标与变量的两项提示不影响本案例的扫描。下载 Figure 3 的 400 组 Dreapex TMM 模式扫描数据 可核对正文曲线。
厚度引起的出光与衰减变化（Figure 3）
运行后进入 Mode → Distribution，选择 Line 与 Top Outcoupling；进入 Mode → Emission，选择 Line 与 Decay Rate Enhancement。图例中的 0.000 和 1.000 分别表示 HED、VED，出光纵轴为比例，乘以 100 后得到百分数。
在量子效率 时，HED 的第一处出光极大值为 34.30%，对应 ETL 厚度 30 nm；VED 在 138 nm 处达到 10.17%。两种取向的极大值位置不同，HED 的出光峰也不与衰减率峰重合。
软件结果：Figure 3 出光比例，图例 0 为 HED、1 为 VED
软件结果：Figure 3 归一化衰减率
论文 Figure 3 上排曲线按像素提取后，在 10–390 nm 范围内进行同厚度比较。出光比例的均方根差分别约为 VED 0.32 个百分点、HED 0.45 个百分点；归一化衰减率的均方根差分别约为 0.019、0.015。这些差值在论文 PNG 中约为 1.1–2.0 个纵向像素，与曲线线宽及空心标记造成的读图不确定度相当。论文只给出经过舍入的 539 nm 光学常数，并未给出玻璃折射率和外边界；因此不能从现有资料把剩余差异唯一归因到某个输入参数。
论文 Figure 3 下排是论文自身方法与 Celebi 方法之间的差值，不是 Dreapex TMM 的误差，软件截图只对照上排两个物理量。软件衰减率图的上限为 5，以完整显示 2 nm 厚 ETL 下的 VED 结果。
未纳入的论文图
- Figures 4、5： 缺少完整发射谱和材料色散。
- Figures 6、7： 曲线与 Figure 3 不一致，扫描发光位置也没有找到共同输入。
- Figures 8、9： 未说明固定 ETL 厚度和角度口径；厚度、发光位置及玻璃内角度扫描均未找到同时匹配 VED 与 HED 的共同输入。
- Figure 10： 论文按 Air、Glass、ITO、Organic 和 Top contact 等物理区域累计功率，软件
Mode按出光、衬底波导、器件波导和倏逝场等波矢区间分组；四个空气出光端点可以核对，但整张堆叠图不是同一组物理量。
对照范围
本案例只比较 Figure 3 中厚度变化下的出光与衰减曲线。其余论文图因输入缺失、跨图条件不一致或输出分组定义不同而未纳入。