利用Tracepro设计OLED微透镜

摘要：有机电致发光从最初进行的研究直到今天，在许多方面都有了很大的突破，但目前仍存在着一些困难，例如器件的寿命就是比较关键的问题。如果器件具有较高的发光效率，便可在出射光子数相同的情况下，减少电子数的注入，从而降低了器件的焦耳热，提高了器件的寿命，所以提高OLED的量子效率是解决器件寿命问题的关键所在。利用微透镜提高器件的外量子效率可以取得明显的效果。本文探讨了Tracepro在OLED微透镜设计中的应用。

关键词：Tracepro；外量子效率；微透镜

1 介绍

有机电致发光（OLED）具有亮度高、材料选择范围宽、驱动电压低、全固化主动发光等特性,同时拥有高清晰、广视角、以及可顺畅显示动画的高速响应等优势，成为了最近十几年来相当热门的研究领域。提高器件的外量子效率是提高器件性能的一个关键。近年来，科学家们对光输出和逃逸过程的分析及在此基础上进行的研究工作开始增多。很多研究成果表明，利用微透镜改变与空气接触的玻璃表面结构会显著提高器件的外量子效率。Tracepro是美国LAMBDA RESEARCH公司开发的一套用于照明系统、光学分析、辐射度分析及光度分析的光学仿真软件。它是第一套以ACIS solid modeling kernel为基础的光学软件，可以直接进行3D绘图建模，并且兼容ProE、Zemax以及CodeV等软件的模型文件，采用Non-Sequential和Monte Carlo法进行光线仿真，对光线进行有效和准确地分析，能仿真所有类型的显示系统（从背光系统到光管、光纤、显示面板和LCD投影系统）。比起传统的方法，Tracepro在建立显示系统的原型时，时间上和成本上要大大减少。本文中的OLED器件及其微透镜均使用Tracepro软件绘制，并利用该软件人为设置光线接收表面的方法获取相关设计数据。

2 原理

3.3 利用Tacepro进行微透镜设计

以球微透镜为例，对利用Tacepro进行微透镜设计进行说明。在微透镜设计中主要考虑微透镜本身的形状和填充因子。利用Tracepro的Reptile可进行微透镜的尺寸和排列的设计。如图3所示：

图3. Reptile的效果图

先设计三种周期相同但径高比不同的球微透镜来进行比较:球微透镜一（球冠直径20μm，高7μm），球微透镜二（球冠直径20μm，高5μm）球微透镜二（球冠直径20μm，高3μm）。对三种模型进行仿真，得到外量子效率分别：23.2%，21.6%，20.3%。

图4.优化后的结果

以微透镜二为例，来考虑填充因子对外量子效率的影响。同样制作三种周期不同的微透镜二进行比较:周期为30μm，周期为25μm，周期为22μm。可得到外量子效率分别为:21.6%，23.3%，24.1%。可见微透镜对外量子效率的影响很重要，对于周期为22μm的微透镜一，外量子效率高达24.1% 。

以上主要是对利用Tacepro对OLED微透镜的设计进行了探索，实际制作中还要结合制作工艺对微透镜参数进行调整，比如用光刻胶热熔法制作微透镜会对微透镜的高度有一定限制。

4 结论

OLED微透镜设计的一大难点是如何定量分析微透镜尺寸及其形状对外量子效率的影响。虽然通过Tacepm进行设计并不能得到全部所需的性能数据，但正如本文所述,在局部设计环节，仿真技术可以为设计者提供有效的分析平台，在研发阶段就能预知其最终的显示效果，以降低风险、节约时间和资金。通过仿真，可以对优化器件结构有所帮助。在设计器件时根据需要预先对所设计的器件进行光输出的仿真，从而验证器件结构的合理性。这样不仅使设计的器件更精确,而且还节约了材料，避免了不必要的浪费。