Teil A: Simulation von OLED-Bauelementen – kohärente Optik von Dünnschichten

1. Überblick über die Simulation von OLEDs

Organische Leuchtdioden (OLEDs) werden in modernen Display- und Beleuchtungstechnologien weit verbreitet eingesetzt, und ihre Leistung hängt stark von den gekoppelten elektrischen und optischen Prozessen im Inneren des Bauelements ab. In einer OLED werden Ladungsträger von den Elektroden in organische Dünnschichten injiziert, wo durch radiative Rekombination Licht mittels Elektrolumineszenz erzeugt wird. Bei OghmaNano wird die OLED-Bauelement-Simulation durch die Kombination von Drift-Diffusions-Ladungstransportmodellen mit optischen Modellen durchgeführt, wodurch sowohl der Stromfluss als auch die Lichterzeugung selbstkonsistent behandelt werden können.

In diesem Tutorial stellen wir eine schrittweise OLED-Bauelementensimulation in OghmaNano unter Verwendung einer Struktur mit einer einzigen emittierenden Schicht (Single-EML) vor. Das elektrische Verhalten wird selbstkonsistent mithilfe der Drift-Diffusions-Gleichungen gelöst, während die optische Reaktion mithilfe der Transfermatrixmethode (TMM) modelliert wird. Die Transfermatrixmethode behandelt Licht als kohärente Welle und bietet eine präzise, dünnschichtoptische Beschreibung der Ausbreitung, Reflexion und Interferenz innerhalb des geschichteten OLED-Aufbaus.

Dieses kohärente optische Modell eignet sich besonders gut für glatte, planare OLED-Strukturen, wie beispielsweise durch Aufdampfen erzeugte Dünnschichten, bei denen Mikrohöhleneffekte und Dünnschichtinterferenz eine zentrale Rolle spielen. In Kombination mit der elektrischen Simulation ermöglicht das Modell die direkte Berechnung von Strom-Spannungs-Kennlinien, spannungsabhängiger externer Quanteneffizienz (EQE), Emissionsspektren und farbrelevanten Größen und erfasst so die wesentlichen physikalischen Aspekte der elektro-optischen Kopplung in OLEDs.

2. Erstellen einer neuen Simulation

Um zu beginnen, öffnen Sie die Beispielsimulation für OLED (TMM), indem Sie im Fenster „Neue Simulation“ darauf doppelklicken. Dadurch wird die Hauptoberfläche geladen, die in ?? dargestellt ist. Hier werden die Schichtstruktur des Bauelements und die zugehörigen Editorfenster angezeigt.

3. Untersuchung von Simulationen, die ausschließlich auf optischen Methoden basieren

Eine der größten Herausforderungen beim Design von OLEDs besteht darin, zu bestimmen, wie viel des im Inneren des Bauelements erzeugten Lichts letztendlich in den freien Raum entweicht. Ein großer Teil der Photonen bleibt in der Schichtstruktur eingeschlossen oder wird absorbiert, bevor sie zur gewünschten Lichtemission beitragen können. Die Transfermatrixmethode (TMM) bietet einen quantitativen Rahmen für die Analyse, wie Interferenz innerhalb der dünnen Schichtstruktur die optische Leistung neu verteilt und wie Änderungen der Schichtdicke oder des Brechungsindex den Anteil des extrahierten Lichts beeinflussen.

Um auf die optischen Werkzeuge zuzugreifen, wählen Sie die Registerkarte „Optik“ (??) aus und klicken Sie auf die Schaltfläche „Optische Auskopplung“. Dadurch wird das Werkzeug „Optische Auskopplung“ geöffnet, das in ?? dargestellt ist. Hier können Sie Berechnungen mit der Transfermatrix durchführen, die unabhängig vom elektrischen Solver ausgeführt werden.

Um die Berechnung zu starten, klicken Sie auf die Schaltfläche „Wiedergabe“. Die Simulation berechnet die räumliche und spektrale Verteilung der emittierten Photonen innerhalb des OLED-Stacks. Das resultierende Diagramm ?? zeigt die Wahrscheinlichkeit, dass Photonen entweichen, in Abhängigkeit von der Wellenlänge (vertikale Achse) und der Position innerhalb des Bauelements (horizontale Achse). Helle Bereiche zeigen Kombinationen aus Emissionswellenlänge und Tiefe an, bei denen die Wahrscheinlichkeit, dass Photonen nach außen gelangen, hoch ist, während dunklere Bereiche Licht anzeigen, das innerhalb der Struktur eingeschlossen bleibt.

Die abwechselnden Streifen, die in dieser Darstellung sichtbar sind, entstehen durch konstruktive und destruktive Interferenz zwischen sich vorwärts und rückwärts ausbreitenden optischen Wellen innerhalb der OLED-Mikrohöhle. Dieses Verhalten ist direkt vergleichbar mit den stehenden Wellenmustern, die in einem Wellenbecken beobachtet werden (??), wo Reflexionen an den Rändern dazu führen, dass sich Wasserwellen gegenseitig beeinflussen und Bereiche mit erhöhter bzw. verminderter Wellenamplitude entstehen. In der OLED wird das gleiche Wellenverhalten angewendet, um zu bestimmen, wie optische Energie über die gesamte Schicht verteilt wird, was zu dem charakteristischen Interferenzmuster führt, das in der Karte der Austrittswahrscheinlichkeit zu sehen ist.

Solche rein optischen Simulationen ermöglichen einen direkten Einblick, wie die geschichtete Mikrohöhle die Emission beeinflusst, und bieten praktische Anleitungen zur Optimierung der Schichtdicken und der Emissionswellenlängen, bevor eine umfassende, gekoppelte elektro-optische Modellierung durchgeführt wird.

3. Elektrische Simulationen in Kombination mit optischen Transfermatrixberechnungen

Nachdem Sie die optische Auskopplung mit der Transfermatrixmethode (TMM) untersucht haben, können Sie diese mit der Drift-Diffusions-Modellierung kombinieren, um zu verstehen, wie eine OLED Licht in Abhängigkeit von Strom und Spannung emittiert. In diesen kombinierten Simulationen liefert das Rekombinationsprofil aus der Drift-Diffusions-Berechnung die emittierende Quelle, die dann in das optische Auskopplungsmodell integriert wird. Die Simulation führt zunächst eine optische Auskopplungsberechnung durch, wie oben beschrieben, und führt dann eine Standard-Drift-Diffusions-Simulation durch, um die Strom-Spannungs-Kennlinie (JV) zu ermitteln. Der Benutzer sollte zum Hauptmenü zurückkehren und auf die Schaltfläche „Simulation starten“ (▶) klicken, um die vollständige Berechnung zu starten. Die Ergebnisse der kombinierten elektro-optischen Simulation werden im Reiter „Ausgabe“ gespeichert und werden wie in ?? dargestellt angezeigt.

Key files produced by the OLED simulation.

Dateiname	Beschreibung
iv.csv	Stromstärke im Vergleich zur Spannung
jv.csv	Stromdichte in Abhängigkeit von der Spannung
jl.csv	Stromdichte im Verhältnis zur optischen Ausgangsleistung
k.csv	Gemittelte Rekombinationsgeschwindigkeitskonstante in Abhängigkeit von der Spannung.
v_eqe.csv	Spannung im Vergleich zur externen Quanteneffizienz (EQE)
vl.csv	Spannung im Vergleich zur optischen Ausgangsleistung
v_cd_a.csv	Leuchtdichte-Effizienz (cd A⁻¹) in Abhängigkeit von der Spannung
v_cd_m2.csv	Leuchtdichte (cd/m²) in Abhängigkeit von der Spannung
sweep/	Werte, z. B. (Mobilität, CIE X/Y/Z, Trägerdichte in Abhängigkeit von der Spannung)
Snapshots/	Momentaufnahmen der Parameter des elektrischen Geräts, die bei jedem Simulationsschritt gespeichert werden.

Die Simulation erstellt eine Reihe von Ausgabedateien, die im Reiter „Ausgabe“ gespeichert werden. Diese Dateien enthalten die wichtigsten numerischen Ergebnisse der kombinierten optischen und elektrischen OLED-Simulation und können für weitere Analysen oder zur Erstellung von Diagrammen verwendet werden. Die wichtigsten Dateien werden im Folgenden in Tabelle 7.1 beschrieben.

Die wichtigsten Kennwerte der gekoppelten elektrisch-optischen OLED-Simulation sind in ??, ?? und ?? dargestellt. Die Stromdichte-Spannungskurve (jv.csv) zeigt das elektrische Einschaltverhalten des Bauelements. Die Spannungs-Leuchtdichtekurve (v_cd_m2.csv) wandelt die simulierte optische Ausgangsleistung in für die Anzeige relevante Einheiten (cd m−2) um und veranschaulicht, wie die Helligkeit schnell ansteigt, sobald eine effiziente Rekombination erreicht ist. Abschließend zeigt die Spannungs-EQE-Kurve (v_eqe.csv) den Beginn der Lichterzeugung beim Einschalten und in diesem Beispiel eine nahezu konstante Effizienz, sobald das Bauelement in seinem Strahlungsbetrieb arbeitet.

4. Wie wird in dem Gerät Licht erzeugt?

In einer OLED wird Licht durch die radiative Rekombination von freien Elektronen und Löchern innerhalb der emittierenden Schicht erzeugt. Die von der Kathode injizierten Elektronen und die von der Anode injizierten Löcher werden durch das Bauelement transportiert, bis sich ihre räumlichen Verteilungen überlappen. An diesem Punkt kann eine Rekombination stattfinden und ein Photon emittiert werden.

Die Schichtstruktur des Bauelements wird im Schichteditor definiert, der in ?? dargestellt ist. Schichten, die am Ladungstransport und der Rekombination beteiligt sind, werden in diesem Editor explizit als elektrisch aktiv gekennzeichnet, während Kontakte und optisch passive Schichten von der elektrischen Berechnung ausgeschlossen werden. Im vorliegenden Bauelement ist nur die zentrale Alq3-Schicht als emittierende Schicht konfiguriert, wodurch sichergestellt wird, dass die radiative Rekombination auf diese Region beschränkt ist.

Die lokale Strahlungsrekombinationsrate ist proportional zum Produkt der Konzentrationen freier Ladungsträger und wird wie folgt dargestellt:

\( R = k \left( n p - n_{\mathrm{eq}} p_{\mathrm{eq}} \right) \)

Hierbei bezeichnen \(n\) und \(p\) jeweils die Konzentrationen an freien Elektronen und Löchern, und \(k\) ist der Koeffizient für die radiative Rekombination. Dieser Ausdruck stellt sicher, dass die Rekombination im Gleichgewichtszustand verschwindet und zunimmt, wenn durch die Einspeisung von Ladungsträgern das System aus dem Gleichgewichtszustand unter angelegter Vorspannung herausgeführt wird.

Die elektrischen Parameter, die den Ladungstransport und die Rekombination steuern, werden im Editor für elektrische Parameter definiert. Dieser ist über die Registerkarte „Gerät“ im Hauptfenster zugänglich. Die für das aktuelle Gerät verwendeten Parameter sind in ??, ?? und ?? dargestellt und beziehen sich jeweils auf die Lochtransportschicht (HTL), die Emissionsschicht (EML) und die Elektronentransportschicht (ETL).

Diese Werte bestimmen die Trägermobilität, die effektive Zustandsdichte, die elektrostatischen Parameter und die Rekombinationskonstanten, die in den Drift-Diffusions-Gleichungen verwendet werden. In diesem Beispiel ist die radiative Rekombination nur in der emittierenden Alq3-Schicht aktiviert, während die Transportschichten hauptsächlich dazu dienen, Ladungsträger einzuspeisen und zu konzentrieren. Zusammen bestimmen diese Parameter, wo sich die Träger ansammeln, wo die Rekombination stattfindet und letztendlich die räumliche Verteilung der Lichterzeugung innerhalb des Bauelements.

Während der Simulation erstellt OghmaNano automatisch ein Verzeichnis mit dem Namen „snapshots“ im Ausgabeverzeichnis (siehe ??). Das Verzeichnis „snapshots“ enthält elektrische und optische Größen, die bei jedem Simulationsschritt aufgezeichnet werden, was in diesem Beispiel der angelegten Spannung entspricht. Zusätzlich zu den auf Geräteebene erzeugten Ausgaben enthalten die „snapshots“ räumlich aufgelöste interne Solver-Variablen als Funktion der Position innerhalb des Geräts, wie z. B. Quasi-Fermi-Niveaus und Konzentrationen freier Ladungsträger. Abgeleitete Größen und beobachtbare Ausgaben, einschließlich der externen Quanteneffizienz (EQE), werden ebenfalls aufgezeichnet, wodurch sowohl die interne Gerätephysik als auch extern gemessene Größen konsistent untersucht werden können.

Öffnen Sie das Verzeichnis „Snapshots“, um den Betrachter für die Snapshots zu starten. Dazu doppelklicken Sie einfach auf das Verzeichnis. Daraufhin wird das in ?? gezeigte Fenster geöffnet. Verwenden Sie die blaue Schaltfläche mit dem Pluszeichen, um eine neue Kurve hinzuzufügen, und wählen Sie die entsprechende Datei aus (z. B. Q_nfree.csv, Q_pfree.csv oder R_nfree_to_pfree.csv). Wenn Sie den Schieberegler von links nach rechts bewegen, werden die dargestellten Werte für jeden Simulationsschritt aktualisiert, sodass Sie die Entwicklung der Trägerdichte und der Rekombination in Abhängigkeit von der angelegten Spannung beobachten können.

Bei niedriger angelegter Spannung sind die Konzentrationsprofile der freien Elektronen und Löcher in ?? dargestellt. Wenn die Spannung erhöht wird, entwickeln sich die entsprechenden Profile zu den in ?? gezeigten. Die räumliche Verteilung der Elektronen und Löcher ist daher bei niedriger und hoher Vorspannung deutlich unterschiedlich, was beeinflusst, wo (und wie stark) sich die Ladungsträger in der Emissionsschicht überlappen.

Die entsprechenden Diagramme ?? (niedrige Spannung) und ?? (hohe Spannung) zeigen die jeweiligen Rekombinationsprofile. Mit zunehmender Vorspannung verschiebt sich die Rekombinationszone deutlich und wird stärker lokalisiert, was darauf hindeutet, dass sich der Bereich, in dem hauptsächlich Licht erzeugt wird, innerhalb des Bauelements verschoben hat.

5. Die Umrechnung der Rekombinationsrate in ein Emissionsspektrum

Im vorherigen Abschnitt haben wir gesehen, dass sich die Konzentrationen an freien Elektronen und Löchern innerhalb des Bauelements erheblich in Abhängigkeit von der angelegten Spannung ändern. Mit steigender angelegter Spannung verändern sich die Prozesse der Ladungsträgerinjektion und des Ladungsträgertransports, was die räumliche Überlappung von Elektronen und Löchern beeinflusst. Dadurch erhöht sich die Rekombinationsrate und die Rekombinationszone verschiebt sich innerhalb des Bauelements. Dies wirft natürlich die Frage auf, wie eine räumlich veränderliche Rekombinationsrate im Rahmen des Modells in ein emittiertes optisches Spektrum umgewandelt wird.

Bei OghmaNano wird dies unter anderem dadurch erreicht, dass ein experimentell gemessenes Emissionsspektrum verwendet wird, das in der Materialdatenbank definiert ist. Das intrinsische Emissionsspektrum des emittierenden Materials ist in ?? dargestellt. Dieses Spektrum definiert die Wellenlängenverteilung der durch radiative Rekombination erzeugten Photonen, bevor optische Kavitätseffekte und Auskopplung angewendet werden, und wurde experimentell gemessen.

Das vom Gerät verwendete Emissionsspektrum wird im Lumineszenz-Editor ausgewählt, der in ?? dargestellt ist. Auf diesen kann über die Emissionsparameter im Gerätestruktur-Reiter des Hauptfensters zugegriffen werden. In diesem Beispiel ist das Emissionsspektrum auf small_molecules/Alq3 eingestellt, was dem experimentell gemessenen Emissionsspektrum von Alq3 entspricht. Mit der Schaltfläche mit den drei Punkten neben dem Materialpfad kann das emittierende Material geändert werden.

Im Lumineszenz-Editor wird auch die experimentelle Emissionswirksamkeit angezeigt. In dem vorliegenden Beispiel ist dieser Wert auf 0,25 eingestellt, was bedeutet, dass nur 25 Prozent der Elektron-Loch-Rekombinationsereignisse zur Emission von Photonen führen. Dies spiegelt die Spin-Statistik der elektrisch erzeugten Exzitonen in fluoreszierenden OLEDs wider, bei denen nur Singulett-Exzitonen strahlend sind.

Unter elektrischer Anregung führt die Rekombination zur Bildung von Singulett- und Triplett-angeregten Zuständen im Verhältnis 1:3, sodass nur ein Viertel der Rekombinationsereignisse zu strahlenden Singulett-Zuständen führt, während die übrigen Tripletts nicht-strahlend sind. Infolgedessen ist selbst bei fehlenden optischen oder elektrischen Verlusten der interne Quantenausbeutewert in diesem Modell grundsätzlich auf 25 Prozent begrenzt. Dies ist der Hauptgrund, warum die externe Quantenausbeute (EQE) und die ortsaufgelöste EQE in diesem Beispielgerät relativ niedrig bleiben.

Im optischen Modell bestimmt die lokale Rate der radiativen Rekombination, wie viele Elektron-Loch-Paare rekombinieren, während die Emissionswirksamkeit steuert, welcher Anteil dieser Ereignisse Photonen erzeugt. Die resultierende Photonenproduktionsrate wird dann über die Wellenlänge verteilt, und zwar entsprechend dem ausgewählten Emissionsspektrum des Materials.

\( I(\lambda) = \eta \, R \, S(\lambda) \)

Hierbei ist \(R\) die lokale Rekombinationsrate durch Strahlung, die aus dem Drift-Diffusions-Solver ermittelt wird, \(\eta\) ist der Emissionsgrad (in diesem Beispiel auf 0,25 eingestellt, um die Bildung von Singuletten zu berücksichtigen), und \(S(\lambda)\) ist das normalisierte Emissionsspektrum, das in der Materialdatenbank gespeichert ist.

Anspruchsvollere OLED-Modelle können explizit mehrere angeregte Zustände berücksichtigen, darunter separate Singulett- und Triplett-Spezies im emittierenden Material sowie eine Photonraten-Gleichungsbeschreibung der Lichtemission. Diese Modelle sind in erster Linie für Forschungszwecke gedacht, bei denen detaillierte Dynamiken angeregter Zustände von Interesse sind, und nicht für die routinemäßige Optimierung von Geräten. Die Implementierung dieser Modelle für angeregte Zustände in OghmaNano wird in Angeregte Zustände und Emissionsprozesse beschrieben.

6. Untersuchung der Lumineszenz, des externen Quanteneffizienzgrads (EQE) und der Farbe in Abhängigkeit von der Spannung.

Ein charakteristisches Merkmal vieler OLEDs ist, dass sich die emittierte Farbe bei veränderter angelegter Spannung ändert, selbst wenn sich das emittierende Material selbst nicht verändert. Mit zunehmender Vorspannung verändert die Ladungsträgerinjektion die räumliche Überlappung von Elektronen und Löchern, wodurch sich die Rekombinationszone innerhalb des Bauelements verschiebt. Da die OLED-Schicht als optischer Resonator wirkt, begünstigen verschiedene Positionen innerhalb des Resonators die Emission verschiedener Wellenlängen. Eine Rekombination, die näher an einer Grenzfläche stattfindet, kann bevorzugt kürzere Wellenlängen emittieren, während eine Rekombination an anderer Stelle bevorzugt längere Wellenlängen emittieren kann. Da sich die Rekombinationszone mit der Spannung verschiebt, wählt der Resonator daher verschiedene Teile des Emissionsspektrums aus, was direkt zu einer spannungsabhängigen Farbverschiebung führt.

In einer gut konzipierten OLED ändert sich die emittierte Farbe nur geringfügig mit der angelegten Spannung. Dies wird dadurch erreicht, dass die Rekombinationszone auf einen Bereich des optischen Resonators beschränkt wird, in dem die wellenlängenabhängige Auskopplung sich nur langsam mit der Position ändert. In der Praxis bedeutet dies oft, dass die emittierende Region relativ dünn gestaltet wird, sodass selbst bei einer leichten Verschiebung des Rekombinationsprofils durch die angelegte Vorspannung der Resonator nahezu die gleichen Wellenlängen auswählt.

In diesem Beispiel weichen wir bewusst von diesem optimierten Zustand ab, um die zugrunde liegende Physik besser sichtbar zu machen. Indem wir im Layer Editor die Dicke der Alq3-Emissionsschicht auf 100 nm erhöhen (siehe ??), schaffen wir einen größeren Bereich, in dem Rekombination stattfinden kann. Dadurch können ausgeprägte, spannungsabhängige Verschiebungen in der Rekombinationszone entstehen, was es einfacher macht, zu beobachten, wie sich Änderungen bei der Ladungsträgerinjektion und -transport in Änderungen der optischen Resonanzeigenschaften äußern.

Nachdem Sie die Dicke der Emissionsschicht aktualisiert haben, führen Sie die Simulation erneut aus. Verwenden Sie nun das Snapshot-Tool, um eqe.csv darzustellen, und fügen Sie dies mit dem +-Button hinzu. Die Darstellung zeigt die externe Quanteneffizienz (EQE) in Abhängigkeit von der Wellenlänge für den aktuell ausgewählten Spannungsbereich. Indem Sie den Schieberegler über den Spannungsbereich bewegen, können Sie beobachten, wie sich das EQE-Spektrum verändert, während sich die Rekombinationszone innerhalb des Resonators bewegt und unterschiedliche Wellenlängen mit unterschiedlicher Effizienz extrahiert werden.

Derselbe Arbeitsablauf kann verwendet werden, um das spannungsabhängige Lumineszenzspektrum zu untersuchen. Fügen Sie eine Diagrammlinie für luminescence_lambda.csv hinzu und bewegen Sie den Schieberegler, um zu sehen, wie sich das Emissionsspektrum in Abhängigkeit von der Vorspannung verändert (siehe ?? und ??). Die zur Darstellung des Spektrums verwendete Farbe entspricht der wahrgenommenen Ausgangsfarbe, die ein Beobachter an diesem Betriebspunkt sehen würde. Wenn die Spannung erhöht wird, ist dies direkt im Diagramm sichtbar, da sich das dargestellte Spektrum von einem helleren Blau bei niedriger Vorspannung zu einem dunkleren Blau bei höherer Vorspannung verschiebt, was auf eine Veränderung der emittierten Farbe hinweist.

Verwenden Sie abschließend denselben Workflow für die Momentaufnahmen, um das EQE-Spektrum explizit zu untersuchen. Stellen Sie eqe.csv dar und bewegen Sie den Spannungsschieberegler, um zu beobachten, wie sich das wellenlängenabhängige EQE in Abhängigkeit von der Vorspannung verändert (siehe ??). In der Praxis sollten das Lumineszenzspektrum und das EQE-Spektrum zusammen interpretiert werden: Das Lumineszenzdiagramm zeigt, was emittiert wird, während das EQE-Diagramm zeigt, wie effizient jede Wellenlänge an jedem Betriebspunkt ausgekoppelt wird.

7. CIE-Farbraum

OLED-Spektren werden häufig auf eine kleine Anzahl von wahrnehmungsbezogenen Farbkoordinaten reduziert, um die Farbstabilität als Funktion der Vorspannung beurteilen zu können. Die gebräuchlichste Darstellung ist das CIE-1931-System, bei dem ein Spektrum zunächst mithilfe der CIE-Farbangleichungfunktionen in Tristimuluswerte \((X,Y,Z)\) umgewandelt und anschließend auf chromatische Koordinaten \((x,y)\) normalisiert wird.

Ausgehend von einer spektralen Leistungsverteilung \(P(\lambda)\) (zum Beispiel der emittierten optischen Leistung pro Wellenlängeneinheit) werden die CIE-Tristimuluswerte durch eine Gewichtung \(P(\lambda)\) mit den Farbangleichungsfunktionen \(\overline{x}(\lambda)\), \(\overline{y}(\lambda)\) und \(\overline{z}(\lambda)\) berechnet:

\[ X = k \int_{\lambda_1}^{\lambda_2} P(\lambda)\,\overline{x}(\lambda)\,d\lambda,\qquad Y = k \int_{\lambda_1}^{\lambda_2} P(\lambda)\,\overline{y}(\lambda)\,d\lambda,\qquad Z = k \int_{\lambda_1}^{\lambda_2} P(\lambda)\,\overline{z}(\lambda)\,d\lambda \]

Hierbei beschreiben \(\overline{x}(\lambda)\), \(\overline{y}(\lambda)\) und \(\overline{z}(\lambda)\) die standardisierte spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Sehens, und die Konstante \(k\) ist ein allgemeiner Skalierungsfaktor (ihr spezifischer Wert hängt davon ab, wie \(P(\lambda)\) definiert ist und ob eine absolute photometrische Kalibrierung durchgeführt wird). Die entsprechenden Chromazitätskoordinaten werden dann durch Normalisierung ermittelt:

\( x=\dfrac{X}{X+Y+Z}, \qquad y=\dfrac{Y}{X+Y+Z} \)

Die \((x,y)\)-Koordinaten stellen die Farbigkeit (Farbton/Sättigung) dar und sind weitgehend unabhängig von der absoluten Helligkeit, was nützlich ist, um zu unterscheiden, „wie hell“ das OLED ist, von „welcher Farbe“ es erscheint. In OghmaNano werden die CIE-Werte aus dem simulierten Emissionsspektrum bei jedem Spannungsschritt berechnet und in die Ausgabedatei geschrieben, sodass die Farbabweichung direkt in Abhängigkeit vom elektrischen Betriebspunkt dargestellt werden kann. Um diese Ausgabedateien anzuzeigen, doppelklicken Sie im Reiter „Ausgabe“ auf das Verzeichnis sweep/, um die Ausgabedateianzeige (??) zu öffnen.

Die oben genannten Diagramme zeigen, wie sich die simulierte Farbchromasie über den Spannungsbereich verändert. Die einzelnen Kurven \(x(V)\) und \(y(V)\) (?? und ??) quantifizieren die Farbverschiebung in Abhängigkeit vom Betriebspunkt, während das Diagramm \(y(x)\) (??) die gleichen Informationen als Pfad im Farbraum darstellt.

In this example, the chromaticity moves systematically with increasing bias and then approaches a steady value at higher voltage. Physically, this typically reflects a change in the effective emitted spectrum with voltage (for example, due to a shift in the recombination zone within the optical cavity, or voltage-dependent spectral weighting from the outcoupling response). In well-optimised OLED stacks the corresponding \((x,y)\) drift is small;

8. Kontakte

In dieser Simulation wird das OLED als ein gut konstruiertes Bauelement mit effizienten und selektiven elektrischen Kontakten behandelt. Die Randbedingungen für die Kontakte werden mithilfe des Kontakt-Editors definiert, der in ?? dargestellt ist und über die Registerkarte „Bauelementstruktur“ im Hauptfenster aufgerufen wird.

Die obere Kontaktfläche, die Löcher injiziert, und die untere Kontaktfläche, die Elektronen injiziert, werden beide als ohmsche Kontakte für ihre jeweiligen dominanten Ladungsträger modelliert. Das bedeutet, dass Ladungsträger in das Bauelement eintreten und es verlassen können, ohne dass eine Injektionsbarriere vorhanden ist, sodass der Stromfluss nicht durch die Kontakte, sondern durch den Transport und die Rekombination innerhalb der organischen Schichten selbst begrenzt wird.

Minderheitsträger werden an jeder Elektrode blockiert: Elektronen werden an dem Loch-injektierenden Kontakt blockiert, und Löcher werden an dem Elektronen-injektierenden Kontakt blockiert. Dadurch wird die Trägerselektivität verstärkt und Leckströme unterdrückt, was sicherstellt, dass Elektronen und Löcher auf ihre vorgesehenen Transportwege beschränkt sind und im Inneren des Bauelements rekombinieren.

Mit dieser Kontaktaufstellung wird die Simulation im Regime betrieben, das durch die Materialeigenschaften begrenzt ist und für ein hochwertiges OLED geeignet ist. Die elektrische Reaktion wird daher durch den Ladungsträgertransport, die räumliche Überlappung und die strahlende Rekombination in der emittierenden Schicht bestimmt, wodurch es möglich wird, die interne Physik des Bauelements und dessen Kopplung an den optischen Resonator direkt zu untersuchen.