CN108287944B - 一种oled结构尺寸优化设计方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种OLED结构优化设计方法及设备，属于OLED领域。该方法包括如下步骤：步骤1：确定OLED工作波长λ，OLED各层材料的光学常数，OLED各层材料的厚度设计初值，OLED中各向异性材料的主轴方位角
θ、ψ；步骤2：根据步骤1确定的各个参数建立OLED的多膜层堆叠光学模型，并调整阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中待优化的结构层的厚度，进行仿真实验，获得OLED在不同结构厚度时的外耦合效率，从而确定外耦合效率最高的结构厚度。该设备用于执行上述方法。本发明可以实现对OLED结构尺寸的仿真优化计算，原理简单，容易操作。
Description
技术领域
本发明属于有机电致发光二极管(OLED)领域，更具体地，涉及一种 OLED结构尺寸优化设计方法及设备，适用于优化设计OLED结构尺寸以提高其外耦合效率。
背景技术
自上世纪60年代Pope及其合作者对单晶蒽进行电压实验发现蓝光电致发光现象(Journal of Chemical Physics,1963,38(8):2042-2043)以来，科学家们逐渐开始关注有机电致发光材料及器件的研究。有机电致发光就是指有机材料在电流或电场的激发作用下发光的现象，根据此原理制成的器件称为有机发光二极管(Organic light emittingdiode，OLED)。
OLED是指在有机半导体光电材料两边加上电极而构成的发光器件。在外加电场下，电子和空穴载流子克服各自电极和有机材料之间形成的载流子势垒分别从电源负极和正极注入到有机层，然后在电场作用下在有机层中相向传输。当它们迁移到发光层就可能相遇形成激子，激子经历辐射失活，产生光子，便有光发出。由于具有高亮度、高清晰度、广视角、材料选择范围宽、驱动电压低、全固化主动发光等诸多优点，OLED被认为是继CRT、LCD之后的新一代照明和显示技术，在新型平板显示、固态照明以及可穿戴电子设备等领域也显示出极为广阔的应用潜力，受到了科学界和工业界的广泛关注。
OLED器件通常采用夹层式的三明治结构，主要由金属阴极，有机层 (包括有机发光层EML、电子传输层ETL、空穴传输层HTL、电子注入层 EIL、空穴注入层HIL、电子阻挡层EBL、空穴阻挡层HBL等)和ITO阳极所构成。由于OLED各功能层间(包括有机层各层之间、有机层与基底之间、以及基底与空气环境之间)折射率不同造成的全反射现象、波导效应以及金属/有机材料界面的表面等离子体共振现象，通过激子复合产生的光子有很大一部分被束缚在有机层、ITO阳极及玻璃基底中，只有约20％的光可由发光层出射到空气中，造成OLED外耦合效率(即射出器件的光子数与器件内部复合产生光子数之比)很低。低外耦合效率是目前制约 OLED器件性能和其进一步发展的主要因素，因此，需要对OLED进行优化以提高其外耦合效率等器件性能。
OLED的优化设计可分为材料属性优化和器件结构优化两种，其中，材料优化是指通过合成寻找新材料或调控材料的带隙等特性达到提高 OLED性能的目的，而器件结构优化是指通过优化器件各层厚度等结构参数或引入纳米结构等新结构特征进而达到提高OLED性能的目的。
相比于材料层面的优化，OLED器件结构优化具有更多自由度和优化空间，也更具有实际意义，是OLED性能优化的主要方面。研究者们通常通过调节OLED膜层厚度或增加微结构等方式进行OLED器件结构优化。
在器件设计过程中，对OLED进行光学模拟仿真是快速合理设计器件各部分尺寸的一种有效方法。德国奥格斯堡大学Wolfgang Brütting等人 (Journal of AppliedPhysics,2008,104(12):123109)采用偶极子模型描述 OLED有机发光层内的激子，基于发射偶极子传统的CPS(Chance,Prock,and Silbey)方法，将电偶极子视为强制阻尼谐波振荡器，并采用传输矩阵方法计算OLED多层膜系的菲涅尔系数。该方法虽然可以仿真计算得出OLED不同结构尺寸下的量子效率、出射光强等参数，但只适用于各向同性材料，难以满足模拟仿真含各向异性材料OLED的需求。
目前发现许多OLED材料(主要是具有线形、长椭圆形或盘状分子形状)在光学性能及电学性能上都具有明显的各向异性，因此，亟需发展考虑材料各向异性特征的OLED器件结构优化设计方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种OLED结构优化设计方法及设备，其目的在于，在建立数学模型时将各向异性材料的光学特征参数考虑在内，据此计算不同结构尺寸的OLED外耦合效率，由此解决含各向异性材料OLED的结构优化问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种OLED结构优化设计方法，用于优化OLED的阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中至少一个结构层的厚度，包括如下步骤：
步骤1：确定OLED工作波长λ，OLED各层材料的光学常数，OLED 各层材料的厚度设计初值，OLED中各向异性材料的主轴与实验室坐标系x 轴、y轴和z轴三个方向的夹角
θ、ψ；
步骤2：根据步骤1确定的各个参数建立OLED的多膜层堆叠光学模型，并调整阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中待优化的结构层的厚度，进行仿真实验，获得OLED在不同结构厚度时的外耦合效率，从而确定外耦合效率最高的结构厚度。
进一步地，步骤2包括如下子步骤：
(2.1)根据步骤1确定的各个参数建立OLED的多膜层堆叠光学模型；
(2.2)从阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中选定至少一个结构层作为优化对象，给定优化对象的厚度值，对发射光在OLED上下表面的出射情况进行仿真，发射光入射角θ′与在 OLED上下表面出射角度θ之间的关系如式(1)所示：
其中，Nout为出射介质的光学常数，N0为有机发光层材料的光学常数；
(2.3)计算出射角度θ在可出射范围内变化时各出射角度θm对应的外耦合效率，如式(2)所示：
其中，θm为出射角度θ变化过程中的第m个出射角，
θ′m为第m个出射角θm所对应的入射角，
I(λ,θm)为在选定波长λ下出射角度为θm时的出射光强，
I0(λ,θ′m)为在选定波长λ下有机发光层在相应发射角θ′m时的发光光强；
对允许出射角范围内所有出射角的外耦合效率进行平均，获得在选定波长λ下的外耦合效率ηout(λ)，即得到在当前给定优化对象的厚度值和选定波长λ下，OLED出射光强I(λ)与有机发光层发光光强I0(λ)的比值，如式(3) 所示：
其中，M为所计算的所有出射角的总数，m＝1,2,…,M，
ηout(λ,θm)为第m个出射角θm所对应的外耦合效率，由式(2)计算得到；
(2.4)调整给定优化对象的厚度值，重复步骤(2.2)和(2.3)，获得不同结构尺寸OLED的外耦合效率；
(2.5)比较不同结构尺寸下的OLED外耦合效率，确定最优结构尺寸。
进一步地，当需要仿真计算某个波长范围内OLED的外耦合效率时，只需计算该波长范围内各波长下OLED的外耦合效率ηout(λ)，再如式(9)所示将ηout(λ)根据各波长下发光层材料发射光强I0(λ)进行加权平均即可；
其中，J为所选取的波长范围内所使用的所有波长总数量，j＝1,2,…,J；
λj为选取的波长范围内的第j个波长；
I0(λj)为波长λj时有机发光层的发射光强；
I0为发光层材料总发射光强，I0＝∑I0(λj)；
ηout(λj)为OLED在波长λj时的外耦合效率，将λj代入式(3)计算得到。
进一步地，当OLED待优化结构厚度可选范围较大时，在步骤(2.4) 中先以较大步长改变待优化结构的厚度，并计算对应的外耦合效率，再从外耦合效率的计算结果中选择较优结果，根据该较优结果缩小OLED待优化结构厚度的变化范围，然后在该缩小后的变化范围内，以较小步长改变待优化结构的厚度，并计算对应的外耦合效率。
进一步地，先逐个计算只改变一个结构尺寸时OLED外耦合效率变化情况，随后选择对外耦合效率影响较大的一个或多个结构作为待优化结构，进行仿真计算，从而确定最优厚度组合。
进一步地，OLED中各向异性材料的光学常数及夹角
θ、ψ选用椭偏仪测量确定。
为了实现上述目的，另一方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如前任一项所述的方法。
为了实现上述目的，另一方面，本发明提供了一种实时检测施工现场图像中多类实体对象的设备，包括如前所述的计算机可读存储介质以及处理器，处理器用于调用和处理计算机可读存储介质中存储的计算机程序。
总体而言，本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下
有益效果：
1、适用于对包含各向同性和各向异性材料的OLED进行结构尺寸优化以提高OLED的外耦合效率；
2、本发明提供的OLED结构优化设计方法原理简单、易于操作，同时适用于各向同性材料和各向异性材料，在OLED结构优化设计领域将会有广泛的应用前景；
3、通过较大步长调整，初步计算外耦合效率的对应值，再根据初步计算结果缩小结构参数调整范围，进行小步长精细计算，既可以保证结果最优化，又能够提高效率；
4、先逐个计算只改变一个结构尺寸时OLED外耦合效率变化情况，随后选择对外耦合效率影响较大的一个或多个结构作为待优化结构，进行仿真计算，从而确定最优厚度组合，既可以保证结果最优化，又能够提高效率。
附图说明
图1本发明提供的OLED结构优化计算方法流程图；
图2穆勒矩阵椭偏仪结构示意图；
图3本发明实例中绿色荧光OLED光学模型示意图；
图4本发明实例中绿色荧光OLED空穴传输层厚度和空穴注入层厚度在较大范围变化时器件外耦合效率随空穴传输层厚度和空穴注入层厚度变化的二维灰度分布图；
图5本发明实例中绿色荧光OLED空穴传输层厚度和空穴注入层厚度在较小范围变化时器件外耦合效率随空穴传输层厚度和空穴注入层厚度变化的二维灰度分布图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
为了更清楚的阐述本发明所述OLED结构优化计算方法的实施过程，本实例中优选采用穆勒矩阵椭偏仪对OLED所含材料的光学常数及主轴方向进行检测，具体流程如图1所示。图2为穆勒矩阵椭偏仪结构示意图，仪器由光源1、起偏臂2、样品台3、检偏器4、探测器5等组成，光自光源出射经起偏器变为偏振光，照射到样件台3上的待测样件7，偏振光与待测样件7作用，偏振态发生改变，反射光经过检偏器4后被探测器5接收，计算机6可对探测器5探测的光强信号进行分析，解出待测样件7的光谱信息，获得其光学常数。
本实例是以一绿色荧光OLED结构优化设计为例，说明所提供的OLED 器件结构优化设计方法的具体实施过程，该过程主要包括确定工作参数和初始设计参数、仿真实验确定优化设计值两大步骤。
步骤1：确定OLED工作波长λ，OLED各层材料的光学常数，OLED 各层材料的厚度设计初值，OLED中各向异性材料的主轴与实验室坐标系x 轴、y轴和z轴三个方向的夹角
θ、ψ；
(1.1)确定OLED工作波长λ。本实例待优化器件为绿色荧光OLED，绿光波长范围为492-577nm，选择绿光的中心波长λ＝550nm作为OLED工作波长进行仿真计算。
(1.2)通过实验测量、查阅文献或数据库等途径确定实例中OLED所含材料在λ＝550nm处的光学常数和主轴方向。本实例中所用的各材料的光学常数均利用穆勒矩阵椭偏仪测量分析所得。
阴极材料为金属铝，折射率为N2＝1+6j；阴极修饰层材料为LiF，折射率为N1＝1.39；发光层为Alq3，折射率为N0＝1.81；空穴传输层材料为NPB，具有弱各向异性，寻常方向和非寻常方向折射率分别为N-1o＝1.84和 N-1e＝1.57，主轴与实验室坐标系三个坐标轴(即x轴、y轴和z轴)夹角分别为
θ＝0°和ψ＝-36°；空穴注入层材料为2-TNATA，折射率为N-2＝1.8；阳极材料为ITO，折射率为N-3＝1.92；基底材料为BK7玻璃，折射率为 N-4＝1.52。
由于该绿色荧光OLED所含材料除空穴传输层NPB外，均为各向同性材料，因此除空穴传输层NPB外各层材料的三个主轴方向的光学常数相同，主轴方向与实验室坐标系的夹角均为0°。上述材料的光学常数和主轴方位角信息如表1所示。
表1 绿色荧光OLED包含材料光学常数、主轴方向及初始结构尺寸；
(1.3)通过实验测量、查阅文献或根据经验确定OLED的初始结构参数。通过查阅文献，本实例中阴极金属铝厚度d2＝100nm；阴极修饰层LiF 厚度d1＝1nm；有机发光层Alq3厚度d0＝50nm；空穴传输层NPB厚度d-1＝5nm；空穴注入层厚度d-2＝45nm；阳极ITO厚度d-3＝140nm；基底BK7玻璃厚度为d-4＝1mm。
步骤2：根据步骤1确定的各个参数建立OLED的多膜层堆叠光学模型，并调整阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中待优化的结构层的厚度，进行仿真实验，获得OLED在不同结构厚度时的外耦合效率，从而确定外耦合效率最高的结构厚度。
(2.1)根据步骤1选取的波长λ＝550nm、确定的各层材料光学常数和主轴方向以及各层材料初始厚度建立OLED的多膜层堆叠光学模型进行仿真计算。图4为该绿色荧光OLED仿真光学模型，由上至下分别为阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极、基底，发光层发射出的光子由基底一侧射出器件。
(2.2)由于OLED的电致发光是一个双分子过程，电子空穴浓度及激子的复合效率对其效率和发光亮度有很大影响，且载流子的注入和迁移率都与器件内场强分布有关。空穴传输层与空穴注入层在阳极与发光层之间，除了改善器件内电极与有机层及有机层之间的能级匹配之外，其厚度对发光层与电极附近的电场分布有极大影响。因此，本实例选择优化空穴传输层与空穴注入层的厚度尺寸。
本实施例将OLED视为一个法布里-珀罗共振器，利用4×4传输矩阵法对OLED有机发光层的上部和下部膜系进行仿真计算，得到上部膜系在给定的优化对象的厚度值和选定波长λ下由有机发光层发射的光以不同入射角θ′入射时反射率Rt和透射率Tt，下部膜系在给定的优化对象的厚度值和选定波长λ下由有机发光层发射的光以不同入射角θ′入射时反射率Rb和透射率Tb；
发射光入射角θ′与在OLED上下表面出射角度θ之间的关系如式(1)所示：
其中，Nout为出射介质的光学常数，N0为有机发光层材料的光学常数。
(2.3)计算出射角度θ在可出射范围内变化时各出射角度θm对应的外耦合效率，如式(2)所示：
其中，θm为出射角度θ变化过程中的第m个出射角，
θ′m为第m个出射角θm所对应的入射角，
I(λ,θm)为在选定波长λ下出射角度为θm时的出射光强，
I0(λ,θ′m)为在选定波长λ下有机发光层在相应发射角θ′m时的发光光强。
对允许出射角范围内所有出射角的外耦合效率进行平均，获得在选定波长λ下的外耦合效率ηout(λ)，即得到在当前给定优化对象的厚度值和选定波长λ下，OLED出射光强I(λ)与有机发光层发光光强I0(λ)的比值。在空穴传输层厚度和空穴注入层厚度变化过程中，每个尺寸下的OLED在选定波长λ＝550nm时的外耦合效率ηout(λ)由下式给出：
其中，M为所计算的所有出射角的总数，m＝1,2,…,M，θm为第m个出射角；在本实施例中，出射光线角度θ由-π/2到π/2以π/200为步长变化，则M＝201；ηout(λ,θm)为出射角为θm时对应的外耦合效率，由式(2)计算得到。
计算ηout(λ,θm)时，先利用4×4传输矩阵法计算OLED的有机发光层上部膜系和下部膜系在选定波长下由有机发光层以对应入射角θm′入射时的传输矩阵St、Sb，对应入射角θm′如下式所示：
其中Nout为出射介质的光学常数，N0为有机发光层材料的光学常数。
进而由式(5)得出发光层的如下参数：上部膜系中只有p偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光光强的比值Rtpp、Rtps；下部膜系中只有p偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的 p偏振光光强的比值Rbpp、Rbps；上部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光光强的比值Rtsp、Rtss；下部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光光强的比值Rbsp、Rbss；上部膜系中只有p偏振光入射时，透射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光光强的比值Ttpp、Ttps；下部膜系中只有p 偏振光入射时，透射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光光强的比值Tbpp、Tbps；上部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光光强的比值Ttsp、Ttss；下部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光光强的比值Tbsp、 Tbss。式(5)如下：
其中，rtpp、rtps分别为上部膜系中只有p偏振光入射时，反射光线中p 偏振光和s偏振光与入射的p偏振光电场强度的比值，
rbpp、rbps分别为下部膜系中只有p偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光电场强度的比值，
rtsp、rtss分别为上部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光电场强度的比值，
rbsp、rbss分别为下部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光电场强度的比值，
ttpp、ttps分别为上部膜系中只有p偏振光入射时，透射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光电场强度的比值，
tbpp、tbps分别为下部膜系中只有p偏振光入射时，透射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光电场强度的比值，
ttsp、ttss分别为上部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光电场强度的比值，
tbsp、tbss分别为下部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光电场强度的比值，
rtpp、rtps、rbpp、rbps、rtsp、rtss、rbsp、rbss、ttpp、ttps、tbpp、tbps、ttsp、ttss、 tbsp、tbss由式(6)给出：
其中，Stxy、Sbxy分别表示上层膜系和下层膜系传输矩阵St、Sb中第x行，第y列的元素。
随后，根据式(7)仿真计算得到只有p偏振光入射时，p偏振光和s 偏振光射出器件的外耦合效率ηoutpp(λ,θm)、ηoutps(λ,θm)、ηoutsp(λ,θm)、ηoutss(λ,θm)：
其中，z为发光偶极子位置与发光层/下层膜系界面的距离；Φtpp、Φtps、Φtsp、Φtss、Φbpp、Φbps、Φbsp、Φbss为计算参数，由式(8)计算获得：
最后，根据有机发光层发光的偏振态信息，对ηoutpp(λ,θm)、ηoutps(λ,θm)、ηoutsp(λ,θm)、ηoutss(λ,θm)进行加权求和得到ηout(λ,θm)。
(2.4)调整给定优化对象的厚度值，重复步骤(2.2)和(2.3)，获得不同结构尺寸OLED的外耦合效率。本实施例中，令空穴传输层厚度和空穴注入层厚度均以3nm步长由1nm变化至150nm，仿真计算得出外耦合效率的变化情况。
图4为空穴传输层厚度和空穴注入层厚度均以3nm步长由1nm变化至 150nm时本实例中绿色荧光OLED外耦合效率的变化情况。根据图5中 OLED外耦合效率随着空穴传输层厚度和空穴注入层厚度变化的函数分布图，可看出图像左下方中存在一个颜色较浅(即外耦合效率较高)的区域，为得到精确结果，针对图像左下方的区域(空穴传输层厚度为1nm-50nm，空穴注入层厚度为10nm-65nm)进行进一步仿真计算。
令空穴传输层厚度以1nm步长由1nm变化至50nm，空穴注入层厚度以1nm步长由10nm变化至65nm，重复上述仿真计算步骤，得出外耦合效率的变化情况，如图5所示。
(2.5)比较不同结构尺寸下的OLED外耦合效率，确定最优结构尺寸。
根据图5中OLED外耦合效率随着空穴传输层厚度和空穴注入层厚度变化的函数分布图及数据，可得出空穴传输层厚度为21nm、空穴注入层厚度为41nm时OLED外耦合效率达到最大。由此，得到本实例中绿色荧光OLED空穴传输层和空穴注入层的最优厚度分别为21nm、41nm。
在其他实施例中，当OLED结构尺寸变化范围较大时，可先计算OLED 结构尺寸以较大步长变化时的外耦合效率，根据该结果选取较小的变化范围，再仿真计算OLED结构尺寸以较小步长变化时的外耦合效率，可重复多次。
在其他实施例中，当需要优化的OLED结构尺寸过多时，可先逐个计算只改变一个结构尺寸时OLED外耦合效率变化情况，随后选择对外耦合效率影响较大的一个或多个结构参数进行多次仿真计算。并且优化结构不限于优选实施例介绍的空穴传输层和空穴注入层。
在其他实施例中，当需要仿真计算某个波长范围内OLED的外耦合效率时，只需计算各波长下OLED的外耦合效率ηout(λ)，再如式(4)所示将ηout(λ) 根据各波长下发光层材料发射光强I0(λ)进行加权平均即可。
其中，I0＝∑I0(λj)，为发光层材料总发射光强；I0(λj)为波长为λj时有机发光层的发射光强；J为所选取的波长范围内容所使用的所有波长总数；ηout(λj)为在波长λj时的外耦合效率，将λj代入式(3)计算得到。
在其他实施例中，也可以采用传输矩阵方法、散射矩阵方法等其他能够仿真计算膜系反射、透射信息的方法或者换用光谱法、外差干涉测量法、棱镜耦合法等其他测量材料光学常数和主轴方向的方法，并不违背本发明的基本构思。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种OLED结构优化设计方法，用于优化OLED的阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中至少一个结构层的厚度，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：确定OLED工作波长λ，OLED各层材料的光学常数，OLED各层材料的厚度设计初值，OLED中各向异性材料的主轴与实验室坐标系x轴、y轴和z轴三个方向的夹角
θ、ψ；
步骤2：根据步骤1确定的各个参数建立OLED的多膜层堆叠光学模型，并调整阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中待优化的结构层的厚度，进行仿真实验，获得OLED在不同结构厚度时的外耦合效率，从而确定外耦合效率最高的结构厚度；
步骤2包括如下子步骤：
(2.1)根据步骤1确定的各个参数建立OLED的多膜层堆叠光学模型；
(2.2)从阴极、阴极修饰层、发光层、空穴传输层、空穴注入层、阳极以及基底中选定至少一个结构层作为优化对象，给定优化对象的厚度值，利用4×4传输矩阵法对OLED有机发光层的上部和下部膜系进行仿真计算，得到上部膜系在给定的优化对象的厚度值和选定波长λ下由有机发光层发射的光以不同入射角θ′入射时反射率Rt和透射率Tt，下部膜系在给定的优化对象的厚度值和选定波长λ下由有机发光层发射的光以不同入射角θ′入射时反射率Rb和透射率Tb；
发射光入射角θ′与在OLED上下表面出射角度θ之间的关系如式(1)所示：
其中，Nout为出射介质的光学常数，N0为有机发光层材料的光学常数；
(2.3)计算出射角度θ在可出射范围内变化时各出射角度θm对应的外耦合效率，如式(2)所示：
其中，θm为出射角度θ变化过程中的第m个出射角，
θ′m为第m个出射角θm所对应的入射角，
I(λ,θm)为在选定波长λ下出射角度为θm时的出射光强，
I0(λ,θ′m)为在选定波长λ下有机发光层在相应发射角θ′m时的发光光强；
对允许出射角范围内所有出射角的外耦合效率进行平均，获得在选定波长λ下的外耦合效率ηout(λ)，即得到在当前给定优化对象的厚度值和选定波长λ下，OLED出射光强I(λ)与有机发光层发光光强I0(λ)的比值，如式(3)所示：
其中，M为所计算的所有出射角的总数，m＝1,2,…,M，
ηout(λ,θm)为第m个出射角θm所对应的外耦合效率，由式(2)计算得到；
计算ηout(λ,θm)时，先利用4×4传输矩阵法计算OLED的有机发光层上部膜系和下部膜系在选定波长下由有机发光层以对应入射角θm′入射时的传输矩阵St、Sb，对应入射角θm′如下式所示：
其中Nout为出射介质的光学常数，N0为有机发光层材料的光学常数；
进而由式(5)得出发光层的如下参数：上部膜系中只有p偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光光强的比值Rtpp、Rtps；下部膜系中只有p偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光光强的比值Rbpp、Rbps；上部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光光强的比值Rtsp、Rtss；下部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光光强的比值Rbsp、Rbss；上部膜系中只有p偏振光入射时，透射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光光强的比值Ttpp、Ttps；下部膜系中只有p偏振光入射时，透射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光光强的比值Tbpp、Tbps；上部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光光强的比值Ttsp、Ttss；下部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光光强的比值Tbsp、Tbss；式(5)如下：
其中，rtpp、rtps分别为上部膜系中只有p偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光电场强度的比值，
rbpp、rbps分别为下部膜系中只有p偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光电场强度的比值，
rtsp、rtss分别为上部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光电场强度的比值，
rbsp、rbss分别为下部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光电场强度的比值，
ttpp、ttps分别为上部膜系中只有p偏振光入射时，透射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光电场强度的比值，
tbpp、tbps分别为下部膜系中只有p偏振光入射时，透射光线中p偏振光和s偏振光与入射的p偏振光电场强度的比值，
ttsp、ttss分别为上部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光电场强度的比值，
tbsp、tbss分别为下部膜系中只有s偏振光入射时，反射光线中p偏振光和s偏振光与入射的s偏振光电场强度的比值，
rtpp、rtps、rbpp、rbps、rtsp、rtss、rbsp、rbss、ttpp、ttps、tbpp、tbps、ttsp、ttss、tbsp、tbss由式(6)给出：
其中，Stxy、Sbxy分别表示上层膜系和下层膜系传输矩阵St、Sb中第x行，第y列的元素；
随后，根据式(7)仿真计算得到只有p偏振光入射时，p偏振光和s偏振光射出器件的外耦合效率ηoutpp(λ,θm)、ηoutps(λ,θm)、ηoutsp(λ,θm)、ηoutss(λ,θm)：
其中，z为发光偶极子位置与发光层/下层膜系界面的距离；Φtpp、Φtps、Φtsp、Φtss、Φbpp、Φbps、Φbsp、Φbss为计算参数，由式(8)计算获得：
最后，根据有机发光层发光的偏振态信息，对ηoutpp(λ,θm)、ηoutps(λ,θm)、ηoutsp(λ,θm)、ηoutss(λ,θm)进行加权求和得到ηout(λ,θm)；
(2.4)调整给定优化对象的厚度值，重复步骤(2.2)和(2.3)，获得不同结构尺寸OLED的外耦合效率；
(2.5)比较不同结构尺寸下的OLED外耦合效率，确定最优结构尺寸。
2.如权利要求1所述的一种OLED结构优化设计方法，其特征在于，当需要仿真计算某个波长范围内OLED的外耦合效率时，只需计算该波长范围内各波长下OLED的外耦合效率ηout(λ)，再如式(9)所示将ηout(λ)根据各波长下发光层材料发射光强I0(λ)进行加权平均即可；
其中，J为所选取的波长范围内所使用的所有波长总数量，j＝1,2,…,J；
λj为选取的波长范围内的第j个波长；
I0(λj)为波长λj时有机发光层的发射光强；
I0为发光层材料总发射光强，I0＝∑I0(λj)；
ηout(λj)为OLED在波长λj时的外耦合效率，将λj代入式(3)计算得到。
3.如权利要求1所述的一种OLED结构优化设计方法，其特征在于，当OLED待优化结构厚度可选范围较大时，在步骤(2.4)中先以较大步长改变待优化结构的厚度，并计算对应的外耦合效率，再从外耦合效率的计算结果中选择较优结果，根据该较优结果缩小OLED待优化结构厚度的变化范围，然后在该缩小后的变化范围内，以较小步长改变待优化结构的厚度，并计算对应的外耦合效率。
4.如权利要求1～3任意一项所述的一种OLED结构优化设计方法，其特征在于，先逐个计算只改变一个结构尺寸时OLED外耦合效率变化情况，随后选择对外耦合效率影响较大的一个或多个结构作为待优化结构，进行仿真计算，从而确定最优厚度组合。
5.如权利要求1～3任意一项所述的一种OLED结构优化设计方法，其特征在于，OLED中各向异性材料的光学常数及夹角
θ、ψ选用椭偏仪测量确定。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～5任一项所述的方法。
7.一种用于OLED结构优化设计的设备，其特征在于，包括如权利要求6所述的计算机可读存储介质以及处理器，处理器用于调用和处理计算机可读存储介质中存储的计算机程序。
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