Сучасне програмне забезпечення для моделювання OLED-дисплеїв

1. Вступ

OghmaNano пропонує вдосконалену платформу для моделювання OLED-дисплеїв, яка використовує самоузгоджений багатофізичний підхід для моделювання органічних світлодіодів. Цей симулятор об’єднує моделювання транспортування заряду, рекомбінації, оптичного випромінювання та емісії в єдину систему, що дає змогу детально дослідити внутрішню роботу OLED-пристроїв.

Замість того, щоб розглядати пристрій як «чорну скриньку», OghmaNano дає змогу користувачам зрозуміти, як структура шарів, енергетика, бар’єри інжекції, баланс рухливості, рекомбінація та оптична інтерференція тонких плівок визначають кінцеву електричну та оптичну характеристики. Це включає положення області випромінювання, розподіл електронів і дірок, вихідний спектр, коефіцієнт квантової ефективності (EQE) та отриманий колір. Основний процес моделювання проілюстровано в рисунок ??, а саму структуру OLED можна редагувати безпосередньо за допомогою редактора шарів, показаного в рисунок ??.

Ту саму структуру можна використовувати для моделювання усталених, перехідних процесів і процесів зі змінним струмом в одномірній, двомірній і тримірній геометріях. Покрокова інструкція доступна в Рисунок ??, а повний посібник можна знайти в Розділ A: Моделювання OLED-пристрою – когерентна оптика тонких плівок.

✨ Що ви можете робити за допомогою OghmaNano?

• Імітуйте повний цикл роботи OLED: моделюйте процес введення заряду, його транспортування, рекомбінацію та випромінювання світла в рамках єдиної самоузгодженої моделі пристрою.
• Вирішіть задачу електрооптичної взаємодії: використайте профіль рекомбінації, отриманий за допомогою електричної моделі, як джерело випромінювання для оптичної моделі.
• Розрахуйте оптичне випромінювання: дослідіть ймовірність виходу випромінювання, вплив резонатора та залежність випромінювання від довжини хвилі, використовуючи когерентну оптику тонких плівок.
• Досліджуйте спектри та ККЕ (коефіцієнт квантової ефективності): моделюйте залежність яскравості, ККЕ та спектрів випромінювання від напруги безпосередньо.
• Відстежуйте стабільність кольору: обчислюйте координати CIE та вивчайте зміни кольору, що залежать від напруги та спричинені ефектами порожнин і зміщенням зони рекомбінації.
• Досліджуйте конструкцію пристрою: змінюйте товщину шарів, транспортні властивості, ефективність випромінювання та місце рекомбінації, щоб зрозуміти, які фактори обмежують його продуктивність.
• Порівняйте безпосередньо з результатами експерименту: проаналізуйте дані I–V–L, EQE та спектральні вимірювання, використовуючи фізичну модель, а не лише емпіричне підлаштування.

2. Чому для моделювання OLED потрібна багатофакторна модель.

Ефективність роботи OLED-дисплеїв визначається тісним взаємозв’язком між електричним струмом і оптичним випромінюванням. Сам по собі струм недостатній: внутрішній розподіл носіїв заряду визначає, де відбувається рекомбінація, наскільки ефективно генеруються фотони та яка частина цього світла випромінюється з багатошарової структури. Незначні зміни в балансі рухливості, висоті бар’єрів інжекції, положенні зони рекомбінації або товщині шару можуть суттєво вплинути на ефективність і колір.

Саме тому для створення фізично реалістичної OLED-моделі потрібне щось більше, ніж просте описування за допомогою еквівалентної схеми. OghmaNano безпосередньо визначає внутрішній стан пристрою, що дозволяє користувачам відокремлювати обмеження транспортування, втрати внаслідок рекомбінації, ефективність випромінювання та ефекти оптичного випромінювання, а не об’єднувати їх в емпіричні параметри для підгонки.

Розрахунок оптичного випромінювання можна перевірити безпосередньо, як показано на рисунок ??. На цій схемі показано, як імовірність випромінювання залежить як від довжини хвилі, так і від положення всередині пристрою, що робить вплив ефектів, пов’язаних із резонатором, одразу помітним.

3. Комплексне електричне та оптичне моделювання OLED-дисплеїв.

У OghmaNano оптичну модель OLED можна безпосередньо поєднати з електродинамічною моделлю, що описує процес дифузії та дрейфу носіїв заряду. У цьому робочому процесі профіль рекомбінації, отриманий за допомогою електродинамічного розв’язувача, використовується як джерело випромінювання для оптичних обчислень, що дає змогу прогнозувати як характеристики струм-напруга, так і оптичні параметри, використовуючи одну й ту саму модель.

Отримані результати містять такі параметри, як щільність струму, світловіддача, ККД, спектри люмінесценції та величини, пов’язані з кольором. Типовий набір результатів показано на рисунок ??, де об’єднана електрооптична симуляція записує відповідні файли в вікно виведення даних для подальшого аналізу.

Це дає змогу встановити зв’язок між процесами, що відбуваються всередині OLED-дисплея (ін’єкція, транспорт, перекриття носіїв заряду та рекомбінація), і параметрами, які вимірюються зовні пристрою.

4. Спектр, коефіцієнт квантової ефективності та колір.

Одним із найкорисніших аспектів моделювання OLED є можливість вивчати, як змінюється спектр випромінювання та ККЕ (коефіцієнт квантової ефективності) залежно від напруги. Оскільки зона рекомбінації зміщується всередині оптичної резонаторної камери, різні частини спектра випромінювання по-різному впливають на ефективність, що може безпосередньо призводити до зміни кольору в залежності від напруги.

Цю поведінку можна проаналізувати за допомогою розрахованого спектра EQE, який показано на рисунок ??. У OghmaNano ці спектральні дані можна об’єднати з розрахунками CIE для відстеження хроматичності як функції робочої напруги.

До наступних корисних кроків належать навчальний посібник з OLED (частина A), навчальний посібник з трасування променів для OLED (частина B), більш широкий розділ теорія дрейфу та дифузії та збуджені стани та процеси випромінювання.