近红外串联 OLED 微腔仿真复核
Cell proliferation effect of deep-penetrating microcavity tandem NIR OLEDs with therapeutic trend analysis
作者： Yongjin Park、Hye-Ryung Choi、Yongmin Jeon、Hyuncheol Kim、Jung Won Shin、Chang-Hun Huh、Kyoung-Chan Park、Kyung-Cheol Choi
期刊： Scientific Reports 12, 10935（2022） · 许可： CC BY 4.0
Park 等用两组串联发光单元和 Ag/Al 金属微腔，把近红外有机发光二极管（OLED）的目标峰位设置为 710–770 nm。本页逐项对照 Figure 1c、3、4f、S4、S6、S8 和 S16。所有软件图都是 Dreapex TMM 完成真实 Run 或 Sweep 后的结果页截图；每张截图下方的说明写明它对应的论文 panel、物理量和坐标换算。
这里的“对应”只说明自变量、因变量和图型一致，不代表数值已经复现。非腔光谱和单发光单元器件 A 的峰位接近论文；串联微腔的两组斜向腔模及红移方向可以重现；串联器件的绝对腔模位置和完整光谱没有定量闭合。论文说明各有机层的复折射率来自椭偏测量，却未公开这些数据，因此当前模型使用公开材料数据和下文列出的代理输入。
| 论文 Figure | 论文中的图 | 软件截图 | 对应关系 |
|---|---|---|---|
| Figure 1c | 单器件与串联器件的实验、仿真归一化谱叠加在一个坐标系 | 两张 Normalized Spectrum 结果页 | 分拆对应。物理量和波长范围相同，软件截图没有把两个模型叠在一张图中 |
| Figure S4 | PL、Fabry–Pérot 因子、双光束因子和最终强度 | 两张 Intensity 结果页 | 部分对应。只对应每个 panel 的最终 Intensity，不对应前三个分解量 |
| Figure 3a–d | 710、730、750、770 nm 的窄范围二维强度图 | 四张独立的窄范围 Heatmap | 直接同型。每张论文 panel 后紧跟同一波长的软件截图；坐标按下文公式换算 |
| Figure S6a–d | 同四个波长的宽范围二维强度图 | 四张独立的宽范围 Heatmap | 直接同型。软件坐标显示单元层厚，论文坐标显示两个单元的总层厚 |
| Figure S8 | Ag 为 15、20、30、40 nm 的四条强度曲线 | 一张 Intensity 结果页，图例只显示这四条曲线 | 直接同型。曲线集合一致，谱形和线宽不一致 |
| Figure 4f | 器件 A、B、C 的归一化谱叠加在一个坐标系 | 三张 Normalized Spectrum 结果页 | 分拆对应。每张截图对应一个器件，软件没有跨模型叠图 |
| Figure S16 | 四个目标器件的归一化谱 | 一张四条曲线的 Normalized Spectrum 结果页 | 直接同型。扫描参数一致，软件结果没有得到论文中的四条近红外主峰 |
结构
论文的串联微腔器件 B 和 C 只在 Ag 阳极厚度上不同。Dreapex TMM 的 Intensity 计算列表首端 Top Medium 一侧的辐射，因此软件中从出光侧开始输入 Glass substrate、Ag 阳极、两组发光单元、Liq 和 Al 阴极。两侧介质均设为 Air，1 mm 玻璃设为 Inco.。
| 膜层 | 厚度 | 层状态 |
|---|---|---|
| Glass substrate | 1 mm | Inco. |
| Ag | 器件 B 30 nm；器件 C 20 nm | 无 |
| MoO₃ | 10 nm | 无 |
| NPB | 120 nm | 无 |
| Bebq₂:Ir(piq)₃ | 30 nm | Emis. |
| Alq₃:LiH | 40 nm | 无 |
| Liq | 1 nm | 无 |
| Al | 100 nm | 无 |
MoO₃、NPB、Bebq₂:Ir(piq)₃ 和 Alq₃:LiH 构成一个 Layer Group，Repeat Count 设为 2。Figure 3 和 Figure S6 的二维扫描直接改变组内 NPB 和 Alq₃:LiH 的单元厚度，使两个发光单元保持相同。
非腔基线把 Ag 换为 150 nm ITO。单器件的 NPB 与 Alq₃ 厚度分别为 40 nm 和 20 nm；非腔串联器件将同一发光单元输入两次。器件 A 使用 30 nm Ag、90 nm NPB 和 40 nm Alq₃，仅包含一个发光单元。
论文 Methods 给出层厚和材料名称，并说明所有有机层的 、 由椭偏测量。原文没有公开这些数组。本次对玻璃使用 ，对 Ag、MoO₃、NPB、Alq₃ 和 Al 使用 Dreapex TMM 折射率数据库的公开色散数据；Bebq₂:Ir(piq)₃ 使用透明 Alq₃ 作为代理；Alq₃:LiH 使用 Alq₃ 的光学数据。材料代理没有通过调节折射率或厚度去配准论文峰位。
发光与扫描设置
每个发光层在中心放置一个 Delta 分布的发光体，界面中的偶极取向设为 Isotropic。发光谱提取自论文 Figure S1 的 Ir(piq)₃ 薄膜光致发光曲线。论文把该归一化 PL 纵坐标直接乘入腔增益，未说明它是光子计数谱还是辐射功率谱；本次按 Power 输入。两个串联发光单元等权，量子效率、转换效率和倍率均取 1。
| 设置 | 值 |
|---|---|
| 探测器 | Emission Intensity |
| 出射角 | Single，0° |
| Figure 1c、Figure 4f | 400–800 nm 或 500–800 nm，步长 2 nm |
| Figure S8 | Ag 15–40 nm，步长 5 nm；波长 550–800 nm，步长 2 nm |
| Figure S16 | 每单元 NPB 115–130 nm，步长 5 nm；波长 500–800 nm，步长 2 nm |
| Figure 3 | 每单元 NPB 5–140 nm、ETL 5–50 nm，步长均为 5 nm；目标波长单点计算 |
| Figure S6 | 每单元 NPB 5–190 nm、ETL 15–200 nm，步长均为 5 nm；目标波长单点计算 |
四项扫描在软件中的配置如下。结果页再选择 Total、Line 或 Heatmap 显示方式。
非腔归一化光谱（Figure 1c）
Figure 1c 给出单器件和串联器件的实测归一化电致发光谱，并叠加论文自身的光学仿真。单器件实测峰位为 630.1 nm；串联器件实测峰位为 626.4 nm，长波侧肩部更宽。
| 对照量 | 论文实验 | Dreapex TMM | 偏差 |
|---|---|---|---|
| 单器件峰位 | 630.1 nm | 631.7 nm | +1.6 nm |
| 单器件包络半高全宽 | 88.0 nm | 80.9 nm | −7.1 nm |
| 单器件归一化线形 RMS | 不适用 | 8.1% | 不适用 |
| 串联器件峰位 | 626.4 nm | 632.7 nm | +6.3 nm |
| 串联器件包络半高全宽 | 102.6 nm | 99.5 nm | −3.1 nm |
| 串联器件归一化线形 RMS | 不适用 | 4.1% | 不适用 |
RMS 在 580–778 nm 上逐点比较论文实测曲线与软件导出的归一化强度。两张软件截图分别对应 Figure 1c 中的 Single 和 Tandem 对象，不能把这种分拆展示称为论文四条曲线布局的复现。
最终强度与分解量边界（Figure S4）
Figure S4 把论文模型拆成 PL、Fabry–Pérot 因子、双光束因子和最终强度。Dreapex TMM 的 Intensity 结果直接给出完整发光强度，不单独输出前三个论文分解量。因此下面两张软件图只对应 Figure S4 每个 panel 的最终 Intensity 曲线。
二维腔模的坐标换算
Figure 3 和 Figure S6 的横纵坐标是串联腔内两组 HTL 与 ETL 的总厚度。软件中的 Layer Group 扫描量是一个发光单元内的 NPB 与 ETL 厚度，因此论文坐标 、 与软件输入的关系为
其中 是论文横轴的总 HTL 厚度， 是论文纵轴的总 ETL 厚度， 和 分别是一个发光单元中的 NPB 与 ETL 厚度，固定的 10 nm 来自每个单元的 MoO₃。所有厚度均以 nm 为单位。下面每个论文 panel 都与同一波长、同一扫描范围的软件截图相邻排列。
设计窗口二维腔模（Figure 3）
Figure 3 的总 HTL 范围为约 30–300 nm，总 ETL 范围为 10–100 nm。软件对应扫描使用每单元 NPB 5–140 nm 和 ETL 5–50 nm。论文标记的四个设计点在软件坐标中依次是 NPB 115、120、125、130 nm，ETL 均为 40 nm。
710 nm：Figure 3a
730 nm：Figure 3b
750 nm：Figure 3c
770 nm：Figure 3d
四张软件图与 Figure 3a–d 都出现两条从左上向右下的亮脊，且目标波长增加时亮脊向更厚的 NPB 方向移动。亮脊的绝对位置没有落在论文标记点。固定论文总 ETL 为 80 nm，比较设计点附近的右侧亮脊：
| 目标波长 | 论文总 HTL | Dreapex TMM 总 HTL | 偏差 |
|---|---|---|---|
710 nm | 250 nm | 227.9 nm | −22.1 nm |
730 nm | 260 nm | 239.4 nm | −20.6 nm |
750 nm | 270 nm | 250.2 nm | −19.8 nm |
770 nm | 280 nm | 261.0 nm | −19.0 nm |
宽范围二维腔模（Figure S6）
Figure S6 把总 HTL 与总 ETL 的范围扩展到 30–400 nm。软件使用每单元 NPB 5–190 nm、ETL 15–200 nm，换算后覆盖相同总厚度范围。以下四组仍按论文 panel 与软件结果一一排列。
710 nm：Figure S6a
730 nm：Figure S6b
750 nm：Figure S6c
770 nm：Figure S6d
Figure S6 的八张图按波长逐一对齐后可以看到，Dreapex TMM 重现了腔模条纹的数量、倾斜方向和红移方向；亮脊绝对坐标仍存在 19.0–22.1 nm 的总 HTL 偏差。
Ag 厚度与 Figure S8
论文 Figure S8 在相同串联腔中把 Ag 阳极改为 15、20、30、40 nm。论文曲线随 Ag 增厚而变窄，近红外峰强度先增加，在 30 nm 达到最大，再在 40 nm 降低。
| Ag 厚度 | 论文近红外峰相对强度 | Dreapex TMM | 论文半高全宽 | Dreapex TMM 包络半高全宽 |
|---|---|---|---|---|
15 nm | 0.754 | 0.773 | 60 nm | 124.2 nm |
20 nm | 0.983 | 0.926 | 30 nm | 184.3 nm |
30 nm | 1.000 | 1.000 | 19 nm | 30.6 nm |
40 nm | 0.649 | 0.731 | 14 nm | 21.5 nm |
相对强度以各自的 30 nm 结果归一化，四个偏差为 0.000–0.082。软件结果也显示厚 Ag 对近红外谱线的压窄作用。15 nm 和 20 nm 结果包含论文没有的宽谱瓣，包络半高全宽不能视为同一条单峰的线宽。
器件 A/B/C 与 Figure 4f
Figure 4f 是三种成品器件的实测归一化电致发光谱。A 是单发光单元与 30 nm Ag；B 是串联双单元与 30 nm Ag；C 是串联双单元与 20 nm Ag。论文峰位依次为 727、727、732 nm。
| 器件 | 论文峰位 | Dreapex TMM 峰位 | 峰位偏差 | 论文半高全宽 | Dreapex TMM 包络半高全宽 |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 727 nm | 724.1 nm | −2.9 nm | 52 nm | 74.5 nm |
| B | 727 nm | 763.0 nm | +36.0 nm | 23 nm | 30.6 nm |
| C | 732 nm | 767.2 nm | +35.2 nm | 34 nm | 184.3 nm |
器件 A 的绝对峰位接近论文，线宽多 22.5 nm。B 的近红外主峰明显偏红。C 出现多个强谱瓣，整个包络在很宽的区间内高于半峰值，因此 184.3 nm 不能解读为论文中那条近红外单峰的线宽。
目标波长器件与 Figure S16
论文 Figure S16 给出目标波长为 710、730、750、770 nm 的四种实测器件。按照论文 Table 1，每个发光单元的 NPB 厚度分别为 115、120、125、130 nm，ETL 均为 40 nm。
| 论文目标峰位 | 每单元 NPB | Dreapex TMM 近红外局部峰 | 偏差 | 局部峰相对全局峰 |
|---|---|---|---|---|
710 nm | 115 nm | 746.8 nm | +36.8 nm | 1.000 |
730 nm | 120 nm | 763.0 nm | +33.0 nm | 1.000 |
750 nm | 125 nm | 778.4 nm | +28.4 nm | 0.688 |
770 nm | 130 nm | 797.5 nm | +27.5 nm | 0.445 |
软件结果保持 NPB 增厚时近红外局部峰红移的顺序。750 nm 和 770 nm 两组的全局峰分别落在 540.4 和 550.8 nm，截图中的近红外峰只是局部峰。这一结果与论文的四条近红外主峰不一致。
偏差边界
- 原文缺少椭偏测得的有机层 、。Figure S6 的
19.0–22.1 nm厚度偏差和串联器件约35 nm的峰位偏差都指向光学厚度不一致；现有证据不能把差异唯一归因于某一个材料。 - Bebq₂:Ir(piq)₃ 使用 Alq₃ 代理，Alq₃:LiH 也沿用 Alq₃ 数据。代理保留了透明有机层的基本腔行为，没有提供论文样品的实测色散。
- 论文没有给出两个发光单元的相对发光强度和实际复合区位置。本次按两层中心、等权输入；这两个量会改变串联器件的合成谱形。
- 论文公式先分别相加两个发光单元的 Fabry–Pérot 与双光束因子，再将两项相乘。Dreapex TMM 对两个发光层的辐射贡献分别计算后求和，两种定义在强微腔中可能产生不同的谱瓣权重。
- Figure S8 的近红外相对强度趋势与论文接近，不能据此声称完整光谱已复现。Figure S6 的腔模形状一致，也不能替代绝对坐标的数值检查。
本页保留这些未闭合结果，使读者能直接比较论文原图和软件结果页。取得论文样品的有机层椭偏数据后，可以保持层厚、发光位置和扫描网格不变，重新检验串联微腔的绝对峰位。