Część B: Symulacja wyświetlaczy OLED z wykorzystaniem śledzenia promieni.

1. Wprowadzenie

W poprzedniej sekcji wykorzystaliśmy metodę macierzy przenoszenia (TMM) do obliczenia prawdopodobieństwa, że fotony opuszczają urządzenie. Metoda TMM traktuje światło jako falę, uwzględniając w naturalny sposób wielokrotne odbicia na granicach warstw oraz wynikające z nich interferencje wewnątrz cienkiej warstwy.

W tej części przechodzimy do uzupełniającej metody: śledzenia promieni. Światło traktowane jest jako strumień cząstek (promieni), co stanowi powszechnie stosowany paradygmat w grafice komputerowej. Kluczową zaletą jest wyraźna zależność od kąta: możemy śledzić, jak promienie ulegają załamaniu i odbiciu, opuszczając urządzenie, a tym samym przewidywać zachowanie w zależności od kąta – na przykład kolor (widmo) obserwowany w funkcji kąta widzenia – co jest głównym tematem tej części.

2. Szybki start – śledzenie promieni

Aby utworzyć nową symulację śledzenia promieni dla wyświetlacza OLED, otwórz okno „Nowa symulacja” i kliknij dwukrotnie opcję „OLED (śledzenie promieni)” (patrz ??). Zapisz nowy projekt na dysku. Po otwarciu zobaczysz główny interfejs OLED ( ?? ), który jest podobny do poprzedniego przykładu, ale z włączonym modułem śledzenia promieni jako modelem optycznym.

W głównym interfejsie przejdź do sekcji „Optyczna ścieżka” (??) i kliknij opcję „Optyczne wyprowadzanie”, tak jak w poprzedniej symulacji. Spowoduje to otwarcie okna wyprowadzania (patrz ??). Zwróć uwagę, że tym razem w głównym interfejsie zaznaczono przycisk „Śledzenie promieni”, a nie przycisk „Macierz transferu”. Kliknięcie przycisku „Uruchom symulację optyczną” (▶) uruchomi program śledzący promienie, który będzie rozprzestrzeniał promienie ze wszystkich punktów siatki w obrębie aktywnej warstwy, aby obliczyć prawdopodobieństwo, że fotony opuszczą urządzenie w każdym punkcie.

Ze względu na zwiększoną złożoność, przeprowadzenie tych symulacji zajmie znacznie więcej czasu niż w przypadku symulacji TMM. Ponadto symulacje będą obliczać jedynie prawdopodobieństwo wydostania się promieni z aktywnej warstwy, aby zaoszczędzić czas. Należy pamiętać, że efektywność wydobywania promieni w metodzie śledzenia promieni jest niższa niż przewidywana przez metodę macierzy przenoszenia, ponieważ metoda macierzy przenoszenia zakłada propagację promieni prostopadle do powierzchni, podczas gdy metoda śledzenia promieni umożliwia propagację promieni we wszystkich kierunkach, a niektóre z nich nigdy nie opuszczą urządzenia.

3. Symulacje elektryczne połączone z metodą śledzenia promieni.

Teraz wróć do głównego okna symulacji i naciśnij przycisk. niebieski przycisk „Odtwórz” przycisk (lub naciśnij) 9) uruchamia główną symulację. Podczas tego uruchomienia najpierw wykonuje się program do śledzenia promieni a potem dryf–dyfuzja moduł obliczeniowy. Algorytm śledzenia promieni oblicza prawdopodobieństwo, że fotony generowane w warstwie aktywniej opuszczają urządzenie, a także określa rozkład kątów emisji (a zatem, które kolory są widoczne pod określonymi kątami). Następnie moduł obliczeniowy oparty na równaniach dryfu i dyfuzji oblicza natężenie emitowanego światła, analizując składnik rekombinacji, który reprezentuje szybkość emisji promieniowania. Otrzymany obraz uzyskany metodą śledzenia promieni jest prezentowany w: Rysunek 5.oraz odpowiadający mu wykres zależności napięcia od strumienia świetlnegolv.csv, zależność natężenia światła od napięcia jest przedstawiona w Rysunek 6..

3. Najważniejsze rezultaty/osiągnięcia.

Jeśli przeanalizujesz wyniki połączonej symulacji śledzenia promieni i symulacji dyfuzji-dryfu (??), zauważysz, że wiele plików odpowiada tym, które opisano w poprzedniej sekcji (metoda macierzy przenoszenia). Kluczowym dodatkiem jest to, że śledzenie promieni generuje profil emisji w zależności od kąta, dlatego OghmaNano zapisuje również dane dotyczące koloru w zależności od kąta: ogólne wartości RGB w zależności od kąta obserwacji (theta_RGB.csv) oraz składowe CIE 1931 x, y, z i trójchromatyczne X, Y, Z w zależności od kąta (theta_x/y/z.csv, theta_X/Y/Z.csv). Na ilustracji są one przedstawione jako ikony podglądu spektrum tęczy, a podsumowanie znajduje się w poniższej tabeli.

4. Widmo emitowanego światła.

Podobnie jak w przypadku ustawiania parametrów elektrycznych dla każdej warstwy, można skonfigurować widmo emisji dla każdej z nich w oknie parametrów emisji (otwierane z poziomu struktury urządzenia → parametry emisji w głównym interfejsie; zob. Rysunek 5). Widmo może przyjmować jedną z następujących form:

• Widmo eksperymentalne – przełącznik: Użyj eksperymentalnych widm emisyjnych. Włącz tę opcję, a następnie wybierz zestaw danych w sekcji „Eksperymentalne widma emisyjne”. Kontroluj ogólną intensywność za pomocą opcji „Eksperymentalna efektywność emisji” (zakres 0.0–1.0, jednostki arbitralne). W bazie danych dostępnych jest wiele zestawów danych, a Ty możesz dodać własne (zobacz sekcja „Bazy danych”).
• Obliczone spektrum – przełącznik: Użyj eksperymentalnych spektrów emisyjnych. Wyłącz, aby obliczyć spektrum na podstawie populacji nośników i gęstości stanów, korzystając z reguły złotych reguł Fermiego. Pojawiają się dodatkowe człony dotyczące efektywności generowania fotonów (wszystkie 0.0–1.0, au): nfree→pfree, nfree→ntrap, ntrap→pfree, ptrap→nfree i pfree→ptrap. Ten tryb jest przeznaczony dla zaawansowanych użytkowników.

W przypadku wykorzystania śledzenia promieni do efektywnego wyprowadzania światła, każda warstwa może określić kierunki emisji w sekcji dotyczącej śledzenia promieni, używając kątów sferycznych: kroki zmiany kąta theta (np. 180), początkowy/końcowy kąt theta (w stopniach, np. 0–360); kroki zmiany kąta phi (np. 25), początkowy/końcowy kąt phi (w stopniach, np. 0–360). Pozwala to na analizę rozkładu kątowego emitowanego światła. W przypadku płaskich, jednorodnych warstw, symetria często oznacza, że wystarczy zmieniać tylko jeden z kątów – theta lub phi.

Opcja „Emit from” kontroluje położenie źródeł promieni: „Center” – promienie są emitowane z centrum każdej warstwy (szybko); „At each electrical mesh point” – promienie są emitowane z każdego węzła siatki elektrycznej, co zapewnia większą precyzję (wolniej, ale można to zrekompensować, zwiększając liczbę wątków).