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[摘 要]光学微腔被广泛应用于提高OLED的色纯度和外量子效率。本文考虑激子在发光层中分布的情况下，对微腔OLED的色纯度和外量子效率进行了理论分析。该分析结果表明：激子在发光层中的分布越陡，微腔对OLED外量子效率增强越明显，但对其色纯度没有明显改善效果。
[关键词]微腔OLED 光谱 激子分布
中图分类号：TN383+.1 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）07-0304-01
前言
有机电致发光器件（OLED）具有低功耗以及宽视角等优点，逐渐成为照明和显示领域中最具有前景的技术之一。然而，大多数有机发光材料具有很宽的发光光谱，其发光颜色不是单纯色。另外，OLED由多层薄膜层叠构成，层与层、以及器件与空气或衬底之间的折射率差异，导致OLED外量子效率非常低。因此，如何提高OLED的色纯度和外量子效率成为OLED研究的重要课题。由于腔量子动力学效应，光学微腔会对微腔内发光材料的发射速率以及发光颜色等发光特性具有调制作用，其被广泛的应用于提高OLED的色纯度以及外量子效率[1-2]。现有对微腔OLED发光特性的研究，都是基于点发光模型，并没有考虑到激子在发光层中的分布[3-4]。本文在考虑激子在发光层中分布的情况下，对微腔OLED的色纯度和发光效率进行了理论分析。
1 理论分析
如图1所示，界面1和界面2是微腔OLED的透射面和反射面，L为微腔OLED的腔长，X0是发光层厚度，X1和X2是发光层两边到反射面的距离，n1和n3是微腔OLED外界的折射率，n2是微腔内物质的折射率，θ是出射光与透射面的夹角，即外界观测角。
根据光的干涉理论可知，发光层中第m个激子的发射光在观测点处的电场强度为： （1-1）
其中 （1-2）
（1-3）
t1和r1为界面1的透射系数和反射系数，r2为界面2的反射系数，α1为透射光束An和An-1或Bn和Bn-1之间的相位差，α2m为透射光束An和Bn之间的相位差，Xm和E0m为发射层中第m个激子到界面2的距离，以及其发射光在真空中的电场强度。
发光层中所有的激子发射的光在观测点处的电场强度为：
（1-4）
观测点处的光强为：
（1-5）
在仅仅考虑自发辐射，而不考虑受激辐射，则公式（1-5）化减为：
（1-6）
即
（1-7）
其中，R1、R2、φ1以及φ2为透射面和反射面的反射率和相移。
利用积分和求和之间的数学关系，上式（1-7）可写成：
（1-8）
其中，S為发光层的表面积，ρ为发光层中激子的密度，|E0x|2为发射层发射的光在自由空间的光谱强度分布，其应与激子的位置无关，也为发光材料的归一化的光致（PL）光谱。
即： （1-9）
其中，
F为微腔的增强因子，|E0|2为发光层发射的光在自由空间的发光强度。
2 计算结果
glass/Ag（150nm）/ITO（51nm）/NPB（60nm）/NPB：DPVBi（nm10）/BCP（10nm）/Alq3（30nm）/LiF（1）/Ag（20nm）为顶发射蓝光微腔OLED，假设激子在发光层中的分布为e指数分布e-ax，其中a为e指数分布的分布因子。图2示出根据公式（1-9）计算的不同分布因子a下的该微腔OLED的增强因子F。对图2的结果分析表明：随着分布因子a的从0.001增加到10，微腔增强因子F的最大值从15.23增加到17.85，其半高宽和最大值位置几乎没有发生任何变化，分别为15.7nm和444nm处。即激子在发光层中的分布越陡，微腔对OLED外量子效率增强越明显，但对其色纯度没有明显改善效果。
小结
本文考虑激子在发光层中分布的情况下，对微腔OLED的色纯度和外量子效率进行了理论分析。该分析结果表明：激子在发光层中的分布越陡，微腔对OLED外量子效率增强越明显，但对其色纯度没有明显改善效果。
参考文献
[1] 陈俊江，利用光学微腔效应调节顶发射蓝光器件的色纯度[J]，发光学报，2012，33（5）：545-548.
[2] 陈星明，胡胜坤，金玉等，不同发光染料的顶发射有机电致发光器件的研制[J]，发光学报，2016，37（4）：446-451.
[3] 张春玉，王庆凯，秦莉等，微腔有机电致发光器件角度依赖性的模拟与实验验证[J].发光学报，2015，36（4）：454-458.
[4] Deppe D. G.，Lei C.，Lin C. C.，et al.. Spontaneous emission from planar microstructures [ J]. Journal of Modern Optics，1994，41（2）：325-344.
[关键词]微腔OLED 光谱 激子分布
中图分类号：TN383+.1 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）07-0304-01
前言
有机电致发光器件（OLED）具有低功耗以及宽视角等优点，逐渐成为照明和显示领域中最具有前景的技术之一。然而，大多数有机发光材料具有很宽的发光光谱，其发光颜色不是单纯色。另外，OLED由多层薄膜层叠构成，层与层、以及器件与空气或衬底之间的折射率差异，导致OLED外量子效率非常低。因此，如何提高OLED的色纯度和外量子效率成为OLED研究的重要课题。由于腔量子动力学效应，光学微腔会对微腔内发光材料的发射速率以及发光颜色等发光特性具有调制作用，其被广泛的应用于提高OLED的色纯度以及外量子效率[1-2]。现有对微腔OLED发光特性的研究，都是基于点发光模型，并没有考虑到激子在发光层中的分布[3-4]。本文在考虑激子在发光层中分布的情况下，对微腔OLED的色纯度和发光效率进行了理论分析。
1 理论分析
如图1所示，界面1和界面2是微腔OLED的透射面和反射面，L为微腔OLED的腔长，X0是发光层厚度，X1和X2是发光层两边到反射面的距离，n1和n3是微腔OLED外界的折射率，n2是微腔内物质的折射率，θ是出射光与透射面的夹角，即外界观测角。
根据光的干涉理论可知，发光层中第m个激子的发射光在观测点处的电场强度为： （1-1）
其中 （1-2）
（1-3）
t1和r1为界面1的透射系数和反射系数，r2为界面2的反射系数，α1为透射光束An和An-1或Bn和Bn-1之间的相位差，α2m为透射光束An和Bn之间的相位差，Xm和E0m为发射层中第m个激子到界面2的距离，以及其发射光在真空中的电场强度。
发光层中所有的激子发射的光在观测点处的电场强度为：
（1-4）
观测点处的光强为：
（1-5）
在仅仅考虑自发辐射，而不考虑受激辐射，则公式（1-5）化减为：
（1-6）
即
（1-7）
其中，R1、R2、φ1以及φ2为透射面和反射面的反射率和相移。
利用积分和求和之间的数学关系，上式（1-7）可写成：
（1-8）
其中，S為发光层的表面积，ρ为发光层中激子的密度，|E0x|2为发射层发射的光在自由空间的光谱强度分布，其应与激子的位置无关，也为发光材料的归一化的光致（PL）光谱。
即： （1-9）
其中，
F为微腔的增强因子，|E0|2为发光层发射的光在自由空间的发光强度。
2 计算结果
glass/Ag（150nm）/ITO（51nm）/NPB（60nm）/NPB：DPVBi（nm10）/BCP（10nm）/Alq3（30nm）/LiF（1）/Ag（20nm）为顶发射蓝光微腔OLED，假设激子在发光层中的分布为e指数分布e-ax，其中a为e指数分布的分布因子。图2示出根据公式（1-9）计算的不同分布因子a下的该微腔OLED的增强因子F。对图2的结果分析表明：随着分布因子a的从0.001增加到10，微腔增强因子F的最大值从15.23增加到17.85，其半高宽和最大值位置几乎没有发生任何变化，分别为15.7nm和444nm处。即激子在发光层中的分布越陡，微腔对OLED外量子效率增强越明显，但对其色纯度没有明显改善效果。
小结
本文考虑激子在发光层中分布的情况下，对微腔OLED的色纯度和外量子效率进行了理论分析。该分析结果表明：激子在发光层中的分布越陡，微腔对OLED外量子效率增强越明显，但对其色纯度没有明显改善效果。
参考文献
[1] 陈俊江，利用光学微腔效应调节顶发射蓝光器件的色纯度[J]，发光学报，2012，33（5）：545-548.
[2] 陈星明，胡胜坤，金玉等，不同发光染料的顶发射有机电致发光器件的研制[J]，发光学报，2016，37（4）：446-451.
[3] 张春玉，王庆凯，秦莉等，微腔有机电致发光器件角度依赖性的模拟与实验验证[J].发光学报，2015，36（4）：454-458.
[4] Deppe D. G.，Lei C.，Lin C. C.，et al.. Spontaneous emission from planar microstructures [ J]. Journal of Modern Optics，1994，41（2）：325-344.