OLED光提取仿真及制备

PAGE10OLED光提取结构仿真及制备中文摘要摘要：有机发光二极管（OLED）作为一种新型固态发光器件，在显示和照明领域具有巨大的应用潜力。然而，OLED器件的外量子效率（EQE）受限于多种光损耗模式，如衬底模式、波导模式和表面等离子体激元（SPP）模式,还有待进一步优化。为了提高OLED的光提取效率并进一步提高EQE，本论文深入研究了准周期微纳光提取结构对OLED器件发光性能的影响。本论文的主要研究内容如下：（1）详细阐述了OLED光提取结构的研究方法，重点介绍了OLED光提取效率的影响因素和时域有限差分法（FDTD）的基本原理。通过FDTD仿真，可以精确模拟光在OLED器件内部的传播、散射和耦合过程，为设计和优化微纳光提取结构提供了有力的理论支持。（2）使用FDTD仿真软件构建了一个简单底发射OLED器件模型，并引入了准周期微纳光提取结构模型，模仿仿真了所构建器件模型的光提取效率。通过系统地仿真准周期微纳光提取结构的周期T与微纳高度h等参数对光提取效率的影响，发现该结构能够有效打破OLED器件的衬底模式，克服出射光角度依赖性，并提升光提取效率。（3）根据仿真分析，进行了准周期性微纳光提取结构的实验验证。采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）的相分离方法制备准周期微纳结构（PAS），并将其应用于OLED器件中。实验结果与仿真结果相呼应，充分验证了准周期性微纳光提取结构在提高OLED光提取效率方面的有效性。（4）最后总结了研究结果，指出了OLED光提取技术在提高器件性能方面的潜力，并提出了未来研究的方向。总体而言，本论文通过理论仿真和实验相结合的方法，为提高OLED光提取效率提供了新的途径，推动了OLED技术的进一步发展和应用。图20幅，表6个，参考文献20篇。关键词：OLED；光提取结构；时域有限差分法；准周期性微纳结构PAGE10ABSTRACTABSTRACT:Organiclight-emittingdiodes(OLED),asemergingsolid-statelight-emittingdevices,demonstratesubstantialapplicationpotentialindisplayandlightingtechnologies.Nevertheless,theexternalquantumefficiency(EQE)ofOLEDremainsconstrainedbymultipleopticallossmechanisms,includingsubstratemodes,waveguidemodes,andsurfaceplasmonpolariton(SPP)modes,necessitatingfurtheroptimization.Toenhancelightextractionefficiency(LEE)andtherebyimproveEQE,thisstudycomprehensivelyinvestigatestheeffectsofquasi-periodicmicro-nanolightextractionstructuresontheoptoelectronicperformanceofOLEDdevices.Theprincipalresearchcontributionsareoutlinedasfollows:(1)AsystematicelucidationofresearchmethodologiesforOLEDlightextractionstructuresispresented,emphasizingcriticalfactorsinfluencingLEEandthefoundationalprinciplesofthefinite-differencetime-domain(FDTD)method.FDTDsimulationsenableprecisemodelingoflightpropagation,scattering,andcouplingprocesseswithinOLEDarchitectures,providingrobusttheoreticalsupportfordesigningandoptimizingmicro-nanolightextractionstructures.(2)Asimplifiedbottom-emittingOLEDdevicemodelisconstructedusingFDTDsimulationsoftware,incorporatingquasi-periodicmicro-nanolightextractionstructurestonumericallyevaluateLEEenhancement.Systematicparametricstudiesonstructuralparameters—suchasperiodicity(T)andfeatureheight(*h*)—demonstratethattheseconfigurationseffectivelysuppresssubstratemodes,mitigateangulardependenceoflightemission,andsignificantlyimproveLEE.(3)Experimentalvalidationofquasi-periodicmicro-nanolightextractionstructuresisconductedbasedonsimulationinsights.Aphaseseparationtechniqueutilizingpoly(methylmethacrylate)(PMMA)andpolystyrene(PS)isemployedtofabricatequasi-periodicmicro-nanopatternedarrays(PAS),whicharesubsequentlyintegratedintoOLEDdevices.Experimentalresultscorroboratesimulationpredictions,confirmingtheefficacyofquasi-periodicstructuresinenhancingLEE.(4)Thestudyconcludesbysynthesizingkeyfindings,highlightingthetransformativepotentialoflightextractiontechnologiesinadvancingOLEDperformance,andproposingfutureresearchdirections.Collectively,thisworkestablishesasynergistictheoretical-experimentalframeworkthatprovidesnovelpathwaysforLEEoptimization,therebyadvancingthedevelopmentandapplicationofhigh-efficiencyOLEDtechnologies.KEYWORDS：OLED；Lightextractionstructure；Finite-DifferenceTime-DomainMethod；Quasi-periodicmicro-nanostructures目录4354中文摘要 ii16367ABSTRACT iii17328目录 1273171引言 1299002OLED光提取结构的研究方法 3154762.1OLED结构基础及发光原理 3295992.2OLED的光损耗模式 491912.3时域有限差分法 4207732.4实验材料和仪器介绍 843152.4.1实验材料 8139092.4.2实验仪器 10100573微纳光提取结构的模拟仿真 14170783.1底发射OLED器件模型 14118393.2准周期微纳结构模型 16225633.3底发射OLED中光提取结构的仿真 17253893.3.1微纳光提取结构不同参数对光提取效率的影响 17320913.3.2微纳光提取结构不同参数对光输出角度的影响 18155184微纳光提取结构的实验验证 21221154.1相分离微纳结构PAS的制备 21162814.2OLED器件的制备 22268344.3不同PAS的表面形貌对比分析 23259304.4PAS对OLED器件发光性能的影响 24213565结论与展望 28150025.1结论 2871055.2展望 2929153参考文献 312483致谢 33PAGE10引言有机发光二极管（OrganicLight-EmittingDiode，OLED）作为一种新型的固态发光器件，凭借其高亮度、低功耗、宽色域、自发光、响应速度快、可实现柔性显示等诸多优异特性，在显示和照明领域展现出了巨大的应用潜力REF_Ref10523\r\h[1]REF_Ref10530\r\h[2]REF_Ref10539\r\h[3]。如今，OLED技术已经在智能手机、平板电脑、电视等显示设备以及室内照明等领域得到了广泛的应用，并且随着技术的不断进步，其市场规模正在逐年扩大。目前，OLED的内量子效率（IQE）在理论和实验研究中几乎可以达到100%，这主要得益于科研人员对发光材料和器件结构的不断优化REF_Ref10634\r\h[4]REF_Ref10641\r\h[5]。然而，在实际应用中，OLED的外量子效率（EQE）却远远低于内量子效率，通常只有20%左右REF_Ref10693\r\h[6]。这一现象主要是由于OLED器件内部存在多种光损耗模式，例如衬底模式、波导模式以及表面等离子体激元（SPP）模式等，导致大量光子被限制在器件内部，无法有效地耦合出射到空气中。因此，如何提高OLED的光提取效率，即提高光子从器件内部逃逸到外部的比例，成为了当前OLED研究领域中的关键科学问题之一，对于推动OLED技术的进一步发展和应用具有极为重要的意义。近年来，为了克服OLED器件中的光损耗问题，研究人员提出了多种光提取技术。其中，基于微纳结构的光提取方法因其具有结构多样、可灵活设计等优点而受到了广泛关注。例如，通过在OLED器件中引入光栅、微透镜阵列、光子晶体等微纳结构，可以有效地破坏光波在器件内部的波导模式和衬底模式，增加光的散射和耦合，从而提高光提取效率REF_Ref10784\r\h[7]REF_Ref10791\r\h[8]REF_Ref10794\r\h[9]。此外，利用高折射率材料制备微纳结构，或者对器件的电极、基板等部分进行特殊处理，也可以在一定程度上改善光的出射效果。这些研究成果为提高OLED的光提取效率提供了丰富的思路和方法。在理论研究方面，随着计算技术的不断进步，数值模拟方法在OLED光提取研究中发挥了越来越重要的作用。例如，时域有限差分法（FDTD）作为一种有效的电磁场数值计算方法，能够精确地模拟光在OLED器件内部的传播、散射和耦合过程，为设计和优化微纳光提取结构提供了有力的理论支持REF_Ref11134\r\h[10]REF_Ref11140\r\h[11]。通过对不同结构参数的模拟计算，研究人员可以在理论上评估各种微纳结构对OLED光提取效率的影响，从而快速筛选出具有潜在应用价值的结构方案，指导实验研究的开展。在实验制备方面，随着微纳加工技术的不断发展，如光刻、纳米压印、自组装等技术，研究人员能够更加精确地制备出各种复杂的微纳结构，并将其成功应用于OLED器件中。例如，通过纳米压印技术可以在OLED的基板或功能层表面制造出周期性或准周期性的微纳结构，从而实现对光提取效率的有效调控REF_Ref11238\r\h[12]REF_Ref11241\r\h[13]。这些先进的制备技术为OLED光提取结构的实际应用提供了重要的技术保障。尽管目前在OLED光提取领域已经取得了一定的研究成果，但是仍然面临着许多挑战。例如，如何进一步提高光提取效率，实现更高的外量子效率；如何在保证光提取效率的同时，兼顾器件的其他性能指标，如发光均匀性、视角特性、稳定性等；以及如何降低微纳结构的制备成本，实现大规模生产等。因此，深入研究OLED光提取结构的设计、仿真和制备，对于推动OLED技术的商业化应用具有重要的现实意义。本论文将围绕底发射OLED光提取结构展开深入研究，旨在通过理论仿真和实验相结合的方法，探索提高OLED光提取效率的新途径。首先，利用FDTD等数值模拟软件对不同类型的微纳光提取结构进行系统的设计和优化，研究其结构参数对OLED光提取效率的影响规律，并揭示其光提取的物理机制。然后，然后通过实验制备出相应的光提取结构，并将其应用于OLED器件中，通过实验测试和分析验证理论仿真结果，为OLED光提取技术的实际应用提供实验依据。最后，对所制备的OLED器件的光电性能进行综合评估，分析光提取结构对器件性能的影响，为实现高性能OLED器件提供理论指导和实验参考。PAGE10OLED光提取结构的研究方法OLED结构基础及发光原理典型的底发射OLED器件通常由多层薄膜结构构成，包括ITO阳极、空穴传输层（HTL）、发光层（EML）、电子传输层（ETL）以及金属阴极等部分。而OLED器件的发光原理主要基于有机半导体材料的电致发光原理。在外加电场的作用下，电子从阴极经过电子传输层注入到发光层，空穴则从阳极经过空穴传输层注入发光层，电子与空穴在发光层相遇并复合，处于激发态的有机分子会通过辐射跃迁回到基态，以光子的形式释放出能量，从而产生可见光。OLED器件的多层薄膜结构及其发光原理图如REF_Ref8373\h图2-1所示。图2-SEQ图2-\*ARABIC1底发射OLED器件多层薄膜结构及发光原理图目前在这部分的OLED器件内部电子空穴复合发光产生光子的内量子效率（IQE）在理论和实验研究中几乎可以达到100%，但由于OLED器件不同的薄膜结构层具有不同的折射率，各层之间的界面以及整个器件与外部介质空气的界面构成了复杂的光学系统。例如，透明电氧化物导体ITO（氧化铟锡）阳极折射率一般约为1.8-2.0；有机层的折射率一般在1.6-1.8之间，而阴极金属的折射则率因材料而异，如铝的折射率接近复杂数值（其实部和虚部分别对应不同的光学属性）。这些不同折射率的结构层的存在使得光在器件内部传播过程中会发生反射、折射以及干涉等光学现象，使OLED器件内部存在多种光损耗模式，如衬底模式、波导模式以及表面等离子体激元（SPP）模式等。OLED的光损耗模式根据光的折射定律，当光从高折射率介质（如有机层，n1≈1.6-1.8）向低折射率介质（如空气，n2≈1.0）传播时，只有当入射角小于临界角（θc=arcsin(n2/n1））时，光才能顺利进入空气；若入射角大于临界角，就会发生全内反射，光被困在有机层与基底之间，在器件内部多次反射并被吸收损耗，无法被有效提取出来。这一部分由于内部全反射导致的光损失便是OLED器件内部多种光损耗模式中的衬底模式。这部分衬底模式产生的光损耗约占OLED器件生成光子的23%。OLED器件的多层结构形成了一种光学微腔结构。微腔效应主要由ITO阳极和金属阴极之间的反射特性所决定，这两者构成了一对部分反射镜，使得光在有机层中形成驻波模式REF_Ref18425\n\h[15]。对于特定波长的光，当满足微腔的谐振条件时，即光在腔内往返的光程差为波长的整数倍，该波长的光才能从逃出这种光学微腔结构。反之，对于不满足谐振条件的光，则会被抑制，并在OLED器件内部被吸收损耗掉。这一部分由于不满足微腔谐振条件而导致的光损耗模式便是波导模式。并且这部分波导模式产生的光损耗约占OLED器件产生光子的15%。在金属电极与有机层的界面处，会激发表面等离子体激元（SPP）REF_Ref18889\n\h[16]。SPP是一种沿着界面传播的电磁模式，其具有亚波长的局域场增强效应，但由于能量被束缚在界面处REF_Ref19496\n\h[17]，会消耗一部分从有机层发射出来的光子能量，导致光提取效率降低。这部分等离子体激元模式产生的光损耗约占40%。金属电极层也会对OLED器件中产生的电子有一个吸收损耗，这部分金属吸收损耗约占4%。因此只有18%的光子可以从OLED器件中发射出来REF_Ref20606\n\h[18]。时域有限差分法有限时域差分法（Finite-DifferenceTime-DomainMethod,FDTD）是一种基于麦克斯韦旋度方程组的电磁数值模拟方法，其核心思想是将空间和时间分别离散为网格和时间步，通过显式差分格式在时域中直接求解电磁场随时间的演化过程REF_Ref21321\n\h[19]。该方法采用Yee网格对空间进行划分，将电场和磁场分量在网格中交错排列，利用中心差分近似空间导数，向前差分近似时间导数，通过时域推进逐步计算电磁场在每个网格点的分布REF_Ref11323\r\h[14]。FDTD算法有诸多显著优点，如直接处理时域信号，可自然模拟宽频带响应和瞬态电磁现象；网格划分灵活，能适应复杂几何结构和材料特性，支持非线性、色散、各向异性介质的建模；无需预先设定解的形式，适合求解辐射、散射、传播等复杂电磁问题；计算过程直观且可并行化，便于结合吸收边界条件和近远场外推技术拓展应用范围。由于兼具原理简明、适用性强和计算高效的优势，我们将使用FDTD算法来模拟仿真OLED光提取效率和光场模式等。时域有限差分法主要是对微分进行差商处理REF_Ref21707\n\h[20]。例如，对于一个函数，设变量x的增量是，那么函数对于x的变化量可以表示为： （2-1）该函数的前向差分为： （2-2）利用泰勒级数系将公式展开得到： ··· （2-3） ··· （2-4）由公式（2-3）和公式（2-4）可得： ··· （2-5）因此在中心差分产生的误差最小，并且与a的平方成正比关系。FDTD是一种用于模拟电磁波在时域中传播的数值方法，其计算流程可以概括为以下几个步骤。先将模拟区域划分为多个小的计算网格，再对涉及的偏微分方程以及边界条件进行差分离散化处理，将连续的数学模型转化为离散形式，从而构建出相应的差分方程组，最后运用合适的数值解法来求解所建立的差分方程组，得到电磁波在有限空间内传播问题的数值解。通过FDTD算法可以模拟电磁波在时域中的传播行为。麦克斯韦方程组为： （2-6） （2-7）即： （2-8） （2-9）假设我们研究的空间是无源的，在直角坐标系（x，y，z）中，公式（2-8）与公式（2-9）可展开为以下的耦合标量方程组： （2-10） （2-11） （2-12） （2-13） （2-14） （2-15）式中：——电场强度（V/m）；——磁场强度（A/m）；——电位移矢量（C/m2）；——介电常数（F/m）；——磁导率（H/m）；——电导率（S/m）；——磁电阻率（Ω/m）。在时域有限差分法中，求解麦克斯韦方程组都是在时间和空间上离散的网格即Yee网格上求解的。Yee网格是一种在空间中构造的长方体差分网格，用、和分别表示此网格单元言三个轴向的长度，表示时间的增量。在第n个时，可以写成： （2-16）对于离散空间时取其二阶精度的差分得： （2-17）对于离散时域取其二阶精度的差分得： （2-18）如上述公式（2-10）至公式（2-15），Yee空间网格分为Ex、Ey、Ez、Hx、Hy、Hz六个分量，并且如公式（2-17）与公式（2-18），电场强度E与磁场强度H在时间上存在半个步长的间隔。这意味着，每个网格点上的场分量可借助该点前一个完整步长的值，以及相邻点另一场分量前半个步长的值来计算。通过这样的方式，我们可以依次推导出电磁场在不同时间和空间步长下的具体数值。FDTD技术具备3D和2D模拟仿真计算能力，二维仿真结构在z轴方向视为无限延伸。面对空间分布复杂的结构时，2D仿真能快速提供近似结果，而像光栅等特定结构的仿真则可完全精准解决。二维FDTD仿基础真的在于假设结构在z轴方向无限重复，且该方向上的介电常数与电磁场分布保持一致。基于此假设，麦克斯韦方程可拆分为两个独立的极化态：横电波（TE）包含Ex、Ey电场分量和磁场Hz分量，横磁波（TM）则由Ez电场分量及Hx、Hy磁场分量构成。在FDTD算法之中，时间步长与空间步长分别为、、、。时间步长和空间步长必须遵循特定的条件，以此确保计算的精准度与稳定性。该条件即为： （2-19）其中当==时： （2-20） （2-21）一般取： （2-22）在FDTD的三维模拟仿真中，计算所占用的内存与空间步长的三次方呈正比关系，仿真时间与空间步长的四次方呈正比关系。而在二维仿真中，计算内存与空间步长的平方成正比，仿真时间与空间步长的三次方成正比。因此，合理选择步长可以在提高计算精度的同时，有效节省仿真时间和计算内存。FDTD软件是一种基于时域有限差分方法的数值模拟工具，广泛应用于光子学、光通信、电磁兼容等领域。其主要功能包括：支持多种光源（连续波、脉冲波等）和边界条件（吸收边界、周期性边界等）的设置，可模拟光的时域和频域响应；内置丰富的材料库，涵盖从透明介质到金属、半导体等各类材料的电磁参数，也可自定义材料；能输出电场、磁场的分布、S参数、功率流等物理量，直观呈现光场的分布特征。并且FDTD软件具备强大的可视化功能，能将复杂的电磁场分布以三维图像或动画形式呈现，便于分析光与物质的相互作用机制。其高精度的数值模拟能力为光学器件的设计与优化提供了重要的理论支持。实验材料和仪器介绍实验材料本论文实验工作中所需原材料名称及购买方信息如REF_Ref23939\h表2-1所示。表2-SEQ表2-\*ARABIC1原材料名称及购买方信息材料购买方超干四氢呋喃（THF）上海阿拉丁试剂有限公司ITO玻璃基板深圳华南湘城科技有限公司聚苯乙烯（PS）丰泰高分子材料有限公司聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）丰泰高分子材料有限公司NPB西安宝莱特光电有限公司LiFAlfaAesar有限公司Al中诺新材科技有限公司Alq3东京化成工业有限公司1.空穴传输层材料本论文实验工作在实验中用到的OLED的空穴传输层材料有NPB（N，N'-Bis-(1-naphthalenyl)-N，N'-bis-phenyl-(1，1'-biphenyl)-4，4'-diamine）和PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)/poly(styrenesulfonate))等等，其分子结构式如REF_Ref22535\h图2-2所示。图2-SEQ图2-\*ARABIC2空穴传输层材料分子结构式2.电子传输层和发光层材料本论文实验工作中使用Alq3（Tri（8-hydroxyquinolinato）aluminum）作为OLED的电子传输层和发光层材料，其分子结构式如REF_Ref22770\h图2-3所示。图2-SEQ图2-\*ARABIC3Alq3分子结构式3.阳极层、阴极层及基底材料本论文实验工作中使用ITO（In2O5Sn，氧化铟锡）作为OLED的阳极材料，使用金属铝作为OLED的阴极材料，玻璃基底长度以及宽度均为19.4mm，ITO宽3mm，方阻为10Ω，其结构与尺寸如REF_Ref22946\h图2-4所示。图2-SEQ图2-\*ARABIC4基底尺寸及ITO与金属电极位置示意图4.光提取层材料本论文实验验证工作中使用的光提取层材料为聚甲基丙烯酸甲酯PMMA（[CH2C（CH3）（CO2CH3）]n）和聚苯乙烯PS（[CH2CH（C6H5）]n），其结构式如REF_Ref23211\h图2-5和REF_Ref23237\h图2-6所示。图2-SEQ图2-\*ARABIC5聚甲基丙烯酸甲酯结构式图2-SEQ图2-\*ARABIC6聚苯乙烯结构式实验仪器本论文实验工作中所用到的实验仪器设备包括：薄膜制备装置和光电性能测试装置等。本论文实验工作中所用到的薄膜制备装备包括真空蒸发镀膜装置和旋涂仪。其中本实验中使用的真空蒸发镀膜装置的型号为ZD-400双室十二源热蒸发镀膜机如REF_Ref22811\h图2-6和REF_Ref22827\h图2-7所示，其工作原理为先在蒸发源放置待蒸发材料，把基底装于腔室合适位置。之后，真空系统开启，抽离腔室气体，形成高真空，降低杂质分子与蒸发材料的碰撞几率。加热蒸发源至蒸发温度，材料蒸发，蒸汽分子在真空四散，遇低温基片后凝结其表面，最终成薄膜。图2-SEQ图2-\*ARABIC7ZD-400双室十二源热蒸发镀膜机图2-SEQ图2-\*ARABIC8ZD-400双室十二源热蒸发镀膜机控制面板本文实验工作中所有的OLED器件的结构层均是使用真空蒸发镀膜法和ZD-400双室十二源热蒸发镀膜机制备得到，但用于制备光提取层的高分子有机聚合物因特性限制，不能通过真空蒸镀形成薄膜，只能以旋涂方式制备于器件的玻璃衬底之上。因此本文中制备光提取层薄膜的旋涂仪如REF_Ref25975\h图2-8所示，其基本原理为先设定旋涂仪的转速、加速度和运行时间，把清洁后的玻璃基底置于其上。利用移液枪汲取适量溶液，开启匀胶机，让基片高速旋转，将溶液滴于玻璃片中心。基片高速旋转使溶液扩散并均匀成膜。旋涂完成后，把玻璃基底移至加热平台，经过热处理或退火去除溶剂，可以优化成膜后的性能。图2-SEQ图2-\*ARABIC9旋涂仪本论文实验工作中所用到的退火加热平台如REF_Ref24734\h图2-9所示。图2-SEQ图2-\*ARABIC10退火加热平台本论文实验工作中使用的光电性能测试装置是远方光电公司的一款高精度光谱彩色亮度计——远方SRC-600光谱彩色亮度计如REF_Ref2661\h图2-10所示，其集光谱、亮度、颜色测量功能于一体，可测量亮度、相对光谱功率分布、色品坐标、相关色温、显色指数等众多参数。远方SRC-600光谱彩色亮度计具备0.0005cd/㎡～600000cd/㎡的超宽亮度测量范围，在不加衰减片的情况下可实现108的数量级的超宽范围，满足高对比度测量需求。该仪器采用恒温制冷型阵列探测器，不存在V(λ)失匹配误差，杂散光影响极小，且拥有0.6nm/pixel的分辨率，测量精度高，还具备毫秒级测量速度。远方SRC-600光谱彩色亮度计测试的基本原理是，在测试时先通过光学系统接收待测物体发出的光，利用先进的分光技术将光按不同波长分解。之后高精度探测器对各波长光信号进行探测，并将光信号转换为电信号，经过信号处理与放大等操作，传输至数据处理系统。该系统依据相关算法及标准，对数据进行运算分析，从而精准测得光谱、亮度、颜色等各项光学参数，以实现对样品光电性能的准确测试。图2-SEQ图2-\*ARABIC11远方SRC-600光谱彩色亮度计

微纳光提取结构的模拟仿真在提升OLED光提取效率的探索中，仿真技术具有重要意义。它为研究光提取结构提供了一个高效、精确的虚拟平台，能够在不进行实际制备的情况下，快速分析不同结构对OLED器件光提取效率的影响。通过建立OLED器件模型和光提取结构模型，仿真可以精确模拟光在器件内部的传播、反射、折射和干涉等行为，从而深入理解光与微纳结构的相互作用机制。这对于设计和优化有效的光提取结构至关重要。传统的实验方法需要大量的样品制备和测试，时耗耗力且成本较高。而仿真可以在短时间内对多种设计方案进行模拟和评估，快速筛选出最佳的结构参数，为实验研究提供明确的指导方向，大大节省了研发时间和成本。此外，仿真还能够深入分析复杂结构中的光场分布和光提取效率，揭示不同参数对光提取性能的影响规律。这可以为光提取结构的优化设计提供了坚实的理论基础，有助于实现更高效的光提取。而OLED器件的发展受其发光效率等因素，尤其是光提取效率低的问题突出，大量光子被困在器件内部无法有效出射，成为制约其性能提升的关键。因此，对于如何将OLED内部的光子提取出来从而提高OLED器件的光输出耦合效率，而不影响OLED器件的内部电学特性成为本论文的此章节的重点内容因此在本章节中，我们将仿真计算一种准周期微纳光提取结构以此打破OLED器件内部对光子的束缚，我们将重点探讨此准周期微纳光提取结构对OLED器件光提取效率的影响。通过仿真，我们将系统地研究其周期T与微纳高度h等参数对光提取效率的影响。旨在为OLED光提取结构的设计和优化提供理论依据和指导，推动OLED技术的发展和应用。底发射OLED器件模型本论文仿真工作中所建立的OLED器件模型为ITO阳极与金属阴极之间只有有机层的简单OLED结构，该有机层需要有良好的空穴与电子运输效率且有较高的光量子效率。对简单OLED器件模型建模时，至下而上分别是Al阴极层、有机层、ITO阳极层和玻璃衬底，其各结构层层材料厚度及折射率参数如REF_Ref1272\h表3-1所示，金属Al阴极层厚度设置为100nm，有机发光层的折射率设置为1.77，厚度设置为100nm，ITO阳极层的折射率设置为1.9，厚度设置为150，并且由于真实情况玻璃衬底厚度远大于其余各层厚度，为考虑仿真边界因素将玻璃衬底厚度设置为1500nm，折射率设置为1.5。表3-SEQ表3-\*ARABIC1OLED仿真模型各结构层厚度及折射率参数OLED模型结构层厚度/nm折射率Al阴极层100/有机层1001.77ITO阳极层1501.9玻璃衬底层15001.5在仿真模型建立工作中如所示，我们将Al金属电极的底部设置为全反射边界（Metal）。故此所有入射到金属底部的光线都会被完全反射回来。而我们将四周及器件底部设置为PML全吸收边界，在这种边界条件下所有入射到这些界面的光线都会完全被吸收，而不会产生反射。图3-SEQ图3-\*ARABIC1OLDE仿真模型及其边界条件在本论文的仿真建模工作中，应依据实际器件内发光分子的实际分布来设计光源模型，因此选用了偶极子光源，并将其水平方向的取向设定为随机分布。从有机分子的统计学分布规律来看，呈水平分布的有机分子数量是垂直分布的两倍。基于此，应将偶极子光源按照水平与垂直方向分量为2:1的比例进行加权平均设置，并据此调整其角度，以此开展仿真计算。在仿真过程中，为确保计算的精确性和简洁性，规避同一水平面上偶极子间的干涉与衍射现象，故在仿真模型中仅设置单一的偶极子光源。我们在仿真建模设置光源时，将单个偶极子光源设置在有机发光层的内部，距离ITO阳极50nm处的位置以获得较高的出光效率。并将功率监视器放置于绕玻璃衬底一周的位置，以探测OLED模型在不同位置的光提取效率，从多角度全面的比较光提取结构对OLED器件的光提取率的影响。准周期微纳结构模型在本论文仿真计算工作中考虑到OLED器件内部有金属界面的等离子体模式损耗、有机发光层与ITO之间的波导模式损耗和玻璃与空气界面的衬底模式损耗等，我们欲在本论文工作中仿真计算一种能够有效打破OLED器件的衬底模式的光提取结构模型，并可以有效的克服OLED器件出射光角度依赖性的结构。在建立OLED光提取仿真结构时，我们将对建立的准周期性微纳光提取结构的不同参数进行设计，并探究准周期微纳光提取结构的周期T与微纳高度h对OLED器件的光提取效率的影响因素，如REF_Ref22694\h表3-2所示，我们将准周期性微纳光提取结构的周期T设计为100nm、500nm和1000nm共3组，并每组周期中设计其微纳高度从40nm到100nm共7种高度，总共21种不同参数的光提取结构仿真计算模型。表3-SEQ表3-\*ARABIC2准周期微纳光提取仿真结构的不同周期T与微纳高度h的参数设置T=100nmT=500nmT=1000nmh=40nmh=40nmh=40nmh=50nmh=50nmh=50nmh=60nmh=60nmh=60nmh=70nmh=70nmh=70nmh=80nmh=80nmh=80nmh=90nmh=90nmh=90nmh=100nmh=100nmh=100nm按照REF_Ref22694\h表3-2的参数设置，在REF_Ref1231\h图3-2中展示了部分参数的准周期性微纳光提取结构的仿真模型。其中a是周期T为100nm，微纳高度h为100nm；b是周期T为500nm，微纳高度h为100nm；c是周期T为1000nm，微纳高度h为100nm；d是周期T为100nm，微纳高度h为50nm；e是周期T为500nm，微纳高度h为50nm；f是周期T为1000nm，微纳高度为50nm。并且所有参数设计的准周期性微纳光提取仿真结构由于添加了随机波函数，其结构中每个周期的微纳结构的周期T与微纳高度h均为所设置值作为最大值的随机数。为了保证微纳高度不会超过结构厚度，因此设置光提取结构厚度为200nm，并其折射率设置为接近玻璃的折射率为1.6。图3-SEQ图3-\*ARABIC2部分准周期微纳结构示意图底发射OLED中光提取结构的仿真微纳光提取结构不同参数对光提取效率的影响在本论文仿真工作中，为了更直观的分析仿真模型光提取效率的提升程度，我们使用公式（3-1）对仿真结果进行处理： W=（P-P0）/P0 （3-1）其中：W——微纳光提取结构对OLED仿真模型光提取效率的相对变化程度（%）；P0——未添加光提取结构下仿真模型的光提取效率（%）；P——添加光提取结构下仿真模型的光提取效率（%）。如REF_Ref8465\h图3-3所示，图中展示了三组不同周期的微纳光提取结构随着微纳高度h变化下的OLED光提取效率仿真结果，以W来表示。从图可以看出：在周期T为100nm时，光提取效率的提升程度呈现先增加后减小的趋势，并在微纳高度h为70nm时光提取效率提升最强，相较提升了122.4%；且在h=40nm处光提取效率提升最弱。在周期T为500nm时，光提取效率的提升程度呈先增加后减少再增加的趋势，并在微纳高度h为50nm处光提取效率提升最强，相较提升了127.3%；且在h=80nm处光提取效率最弱。在周期T为1000nm时，光提取效率的提升程度呈先减少后增加再减少的趋势，并在微纳高度h为90nm处光提取效率提升最强，相较提升了128.4%；且在h=60nm处光提取效率最弱。根据以上三种不同周期微纳结构的仿真结果可以看出，周期大、高度合适时，能获得相对较高的光提取效率图3-SEQ图3-\*ARABIC3不同周期与微纳高度的仿真模型的光提取效率提升程度示意图微纳光提取结构不同参数对光输出角度的影响如REF_Ref19714\h图3-4所示，我们分别在仿真模型的不同角度上安放功率监视器，来模拟在不同角度上的光输出效率，其中设置从0°到90°的均匀分为10组，其中正对着OLED模型探测的为0°，与OLED模型在同一水平面探测的为90°。图3-SEQ图3-\*ARABIC4不同角度设置监视器安放位置示意图为了更加直观的观察和分析在添加微纳光提取结构后，OLED输出光在不同角度上的分布情况，我们将按照公式（3-2）所示对不同角度上的光提取效率进行处理：Q=P/Ptotal （3-2）其中：Q——光提取效率在不同角度上的分布权重（%）；P——该角度下的光提取效率（%）；Ptotal——所有角度上的光提取效率之和（%）。如REF_Ref32547\h图3-5展示了在准周期微纳光提取结构在周期T为100nm、500nm、1000nm时不同微纳高度在不同角度上的光提取效率分布的权重，可以看出：所有参数的微纳光提取结构都会使OLED在角度50°处光提取权重有一个极低值，在角度60°处角度处光输出权重较大，因此在角度60°处OLED输出光对角度的依赖性较大。周期T为100nm时，在角度0°到50°和90°处光输出权重变化不明显，在60°的角度处随着微纳高度h的增加光输出权重减少，并其减少的光输出权重主要你被分散到角度70°到80°处。周期T为500nm时，在角度60°与40°处光输出权重均随微纳高度h的增加而减少，并被分散到其余各角度处。周期T为1000nm处，在角度40°处光输出权重也随微纳高度h的增加而减少，且变化程度更大，而其减少的光输出主要被分散到0°到50°的角度处。图3-SEQ图3-\*ARABIC5添加不同参数的微纳光提取结构后OLED在不同出射角度上光提取效率的权重因此随着准周期微纳光提取结构微纳高度h从40nm到100nm的增加，对OLED的输出光有分散作用，可以使OLED出光摆脱对角度的依赖性。且随着准周期微纳光提取结构周期T从1000nm到100nm的降低，OLED输出光从主要分散角度40°处的出射光逐渐转移至主要分散角度60°处的出射光，并且分散后的光提取权重从0°到30°的低角度处逐渐转移至70°到90°的高角度处。

微纳光提取结构的实验验证上一节中，我们运用FDTD仿真模拟工具，对准周期性微纳结构在OLED器件中的作用进行了深入探究，结果表明准周期性微纳光提取结构能够显著提升OLED器件的光提取效率，并且准周期性微纳光提取结构还能克服OLED输出光对角度的依赖性问题。这一发现为OLED器件性能的优化提供了新的思路和方向。然而，仿真模拟的结果虽然具有重要的参考价值，但仅仅依赖仿真模拟是不够的，必须通过实验验证来进一步确认仿真的准确性与可靠性。本节正是基于这一目的，进一步通过实验制备准周期性微纳结构，并测试其对OLED器件性能的实际影响，从而与仿真结果进行对比验证。仿真加实验验证的组合方案为我们提供了一种在不消耗大量实验资源的情况下，对理论假设和设计方案进行预评估的有效途径。它可以帮助我们提前发现的问题潜在和缺陷，从而优化实验方案，减少实验的盲目性和风险性。同时，仿真加实验验证的组合方案还能够为我们提供更深入的机理理解，使我们能够从理论和实践的双重角度去剖析光提取结构与OLED器件之间的相互作用关系，从而为后续的研究和开发工作提供更为坚实的理论基础和实践指导，推动OLED器件性能的持续提升与技术的不断进步。故在本论文的实验验证环节，我们采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）的相分离方法制备出准周期微纳结构（简称PAS）。这种制备方法具有操作简便、成本较低且易于控制等优点。通过精确调整混合溶液的比例及浓度，可以灵活地调控准周期微纳结构的表面形态和周期等关键特征，使其能够满足不同实验需求和应用场景。并且我们将制备好的PAS添加到OLED器件的背面，深入研究微纳结构对OLED器件发光性能的实际影响。实验过程中，我们将严格按照科学的实验方法和严谨的实验流程，对OLED器件的各项性能指标进行了全面、系统的测试与分析。相分离微纳结构PAS的制备 在本论文的实验工作中，我们将分别取PS和PMMA质量为72mg的样品，并分别以5ml的四氢呋喃（THF）作为溶剂，配置了两瓶浓度为14.4mg/ml的样品溶液，然后将这两瓶样品溶液放在磁力搅拌装置上搅拌6个小时使溶液充分均匀。之后分别以PMMA溶液与PS溶液的体积比为3：7、4：6、5：5、6：4、7：3混合，配置了五种不同浓度的混合样品溶液，并且同样将此5瓶混合样品溶液放在磁力搅拌装置上搅拌6个小时使混合溶液充分均匀。这5种混合溶液的比例及对应的PS浓度如REF_Ref21509\h表4-1所示。表4-SEQ表4-\*ARABIC1PS与PMMA的5种混合溶液比例和对应的PS浓度LabelPMMA：PSCPS/（mg/ml）17：34.3226：45.7635：57.244：68.6453：710.08本论文实验工作中采用旋转涂膜法制备准周期微纳光提取结构PAS。在实验中先将五种充分混合均匀的不同PMMA与PS比例的混合样品溶液打开待用，然后将玻璃衬底放置在涂膜仪上，再使涂膜仪的旋转台以设置好的3000r/min的转速旋转起来，在涂膜仪旋转起来后玻璃衬底下方的吸盘会自动吸附住玻璃衬底使之稳定旋转旋转，之后使用100µl的移液枪分别取100µl的混合溶液滴在玻璃衬底的背面进行旋转涂膜，随后待涂膜仪的旋转台停止旋转后将涂膜好的样品放置在加热台上进行加热，并设置以70℃的温度进行退火20分钟。由于PMMA与PS这两种聚合物分子的链结构与极性差异导致它们之间的相互作用能较小，无法形成稳定的均相体系。当处于混合状态时，体系内部存在着强烈的分相驱动力，导致PMMA与PS在混合溶液中并不会混溶。而当PS和PMMA的共混溶液涂覆在玻璃基上板后，随着退火过程的启动，溶剂四氢呋喃（THF）开始挥发。由于而在四氢呋喃（THF）溶液中，PS的溶解度要低于PMMA，随着溶剂的逐渐减少，PS分子链会率先达到过饱和状态。再由于PS分子链的运动能力相对PMMA较弱，在溶剂挥发初期，PS分子链的扩散速度较慢，而PMMA分子链则相对更加灵活。这种动力学差异使得PS在溶剂挥发过程中逐渐被挤出，而PMMA则倾向于留在溶剂富集区域。随着溶剂挥发的持续进行，PS分子链之间的相互作用逐渐增强，最终会优先在玻璃基板表面快速固化下来。与此同时，PMMA由于在溶剂中停留时间较长，其分子链在PS固化后，仍然能够在溶剂的辅助下进行一定的扩散与重组。PMMA分子链逐渐填充到PS固化形成的波谷区域周围，并在表面张力等作用下，逐渐形成波峰结构。因此样品溶液在玻璃基底上经过旋转涂抹与退火过程后逐渐形成了准周期性微纳结构。OLED器件的制备在本论文实验过程中所制备的OLED器件的结构为PAS/Glass/ITO（150nm）/NPB（40nm）/Alq3（60nm）/LiF（0.5nm）/Al（150nm），并且我们将不添加PAS光提取结构的OLED器件结构Glass/ITO（150nm）/NPB（40nm）/Alq3（60nm）/LiF（0.5nm）/Al（150nm）作为参考器件，设置为对照组。其中金属Al和ITO分别作为OLED器件的阴极层与阳极层，NPB作为OLED器件的空穴传输层，Alq3作为OLED器件的有机发光层与电子传输层，LiF作为OLED器件的电子注入层。在实验制备OLED器件前，我们首先对ITO玻璃基片进行预处理。先将ITO玻璃浸泡在乙醇溶液中，超声波清洗30分钟去除有机杂质，再浸泡在去离子水中用超声波清洗30分钟，接着浸泡再次在乙醇溶液中超声波清洗30分钟，最后用高纯氮气吹干。为了提高ITO玻璃表面导电性和与后续有机层附着力，对ITO玻璃基片进行了紫外线-臭氧处理。在本论文实验制备中采用真空蒸发镀膜的方法制备OLED的各层膜结构，并且在真空蒸发镀膜时，为了确保每个膜层都具备理想的厚度和卓越性能，我们一直保持分子泵与机械泵为开启状态，使腔室内真空度维持在4×10-4Pa以下，将残余气体的干扰降至最低。OLED各层结构厚度及真空蒸发镀膜速率如REF_Ref21826\h表4-2所示。表4-SEQ表4-\*ARABIC2OLED各层膜结构的厚度及其真空蒸发镀膜速率结构厚度（nm）真空蒸镀速率（nm/s)ITO150/NPB400.04Alq3600.06LiF0.50.001Al1500.1不同PAS的表面形貌对比分析在本论文实验工作中，我们使用扫描电子电子显微镜（SEM）来观察不同比例的PAS准周期性微纳光提取结构的表面形貌，将微纳结构制备于N型硅圆晶上，并进行SEM测试，其各组结构表面形貌如REF_Ref23190\h图4-1所示，这些图像不仅直观地展示了微纳结构的形态特征，还蕴含着丰富的材料相互作用信息，为理解其形成机理和优化结构设计提供了关键依据。图中颜色较暗的部分为准周期性微纳结构的波谷部分，其成分是首先从溶剂中析出的PS，而颜色较亮的部分是准周期性微纳结构的波峰，由在溶剂中停留时间较长的PMMA构成。图4-SEQ图4-\*ARABIC1不同比例PAS准周期微纳光提取结构的表面形态SEM图通过对不同比例的PAS准周期性微纳结构的SEM图像进行详细分析，我们发现当PMMA：PS的比例为4：6与5：5时，准周期性微纳结构最为清晰明显。这表明在这两个比例下，PS和PMMA之间的相分离过程进行得较为充分，形成的波峰与波谷的界限分明，结构规整。这种清晰的结构特征有利于提高光提取效率，因为规整的微纳结构能够更有效地改变光的传播路径，减少光在界面处的反射损失，从而提高OLED器件的出光效率。然而，当PMMA：PS的比例为3：7与6：4时，准周期性微纳结构相对较浅，波峰与波谷的界限不够清晰。这是由于在这两个比例下，PMMA与PS在混合溶液中的浓度差异较大，导致相分离过程中形成的波峰与波谷的形态受到不利影响。例如，当比例为3：7时，PMMA的浓度过低，使得在相分离过程中PMMA形成的波峰数量不足，无法有效填充波谷之间的区域，导致结构的对比度降低。而当比例为6：4时，PMMA的浓度过高，PMMA分子链之间的相互作用增强，使得部分PMMA分子链逸散进入PS形成的波谷区域，破坏了波峰与波谷之间的清晰界限，进而影响了微纳结构的整体形态和性能。进一步观察PMMA：PS为7：3的PAS结构SEM图，可以发现PMMA的浓度过高导致大片的波谷区域与波峰区域堆积，形成了别样的微纳结构。这种现象表明，当PMMA在混合体系中的比例过高时，相分离过程不再遵循理想的准周期性模式，而是倾向于形成较为复杂的聚集结构。这可能是由于过量的PMMA在溶剂挥发过程中无法及时有效地组织成有序的波峰形态，而是在局部区域发生过度聚集，从而改变了微纳结构的拓扑特征。这种别样的微纳结构可能会对光提取性能产生不同的影响，需要进一步的实验和理论分析来评估其潜在的应用价值。PAS对OLED器件发光性能的影响本论文实验工作中使用远方SRC-600光谱彩色亮度计对每个样品的电致发光性能进行测试，各样品为背部添加不同比例的PAS光提取层的实验组与不加PAS光提取层的对照组，其结构分别为PAS/Glass/ITO（150nm）/NPB（40nm）/Alq3（60nm）/LiF（0.5nm）/Al（150nm）的实验组与Glass/ITO（150nm）/NPB（40nm）/Alq3（60nm）/LiF（0.5nm）/Al（150nm）的对照组。分别在各样品的ITO阳极与金属阴极处施加从3V至10V且以0.2V为间隔的电压，测试此不同OLED器件的光输出耦合效率。图4-SEQ图4-\*ARABIC2衬底添加不同比例的PAS光提取结构层与不添加PAS光提取结构层的OLED器件的电压-亮度曲线图4-SEQ图4-\*ARABIC3衬底添加不同比例的PAS光提取结构层与不添加PAS光提取结构层的OLED器件的电压-电流密度曲线图4-SEQ图4-\*ARABIC4衬底添加不同比例的PAS光提取结构层与不添加PAS光提取结构层的OLED器件的EL光谱图REF_Ref19540\h图4-2、REF_Ref19125\h图4-3和REF_Ref1672\h图4-4分别是衬底添加不同比例的PAS光提取结构层的实验组与不添加PAS光提取结构层的对照组OLED器件的电压-亮度曲线、电压-电流密度曲线和EL光谱图。如REF_Ref19540\h图4-1所示，各样品在在电压为4.2V时开始发光，且峰值亮度均在7.8V左右，PMMA：PS的比例在4：6时的峰值亮度最大为37126cd/m2，比不添加PAS的对照组的峰值亮度21595cd/m2提升光输出耦合效率约71.9%。如REF_Ref19125\h图4-2所示，各组在施加电压时电流密度均无明显区别，可见PAS光提取层并不会对OLED器件的内部电学特性等造成影响，只将其被限制在OLED器件内部的光子释放出来，并提高器件的光输出耦合效率。如REF_Ref1672\h图4-4所示，各组是否添加PAS光提取结构层的OLED器件输出光的光谱峰值波长均一致，为528nm处。带有光提取结构的OLED器件较对照组发光强度提升较多，说明添加光提取结构的OLED器件仅提升光提取效率，不会改变OLED器件的发光光谱。表4-SEQ表4-\*ARABIC3衬底添加PAS光提取结构层与不添加PAS光提取结构层的OLED器件的参数对比起亮电压（V）峰值亮度（cd/m2）最大电流效率（cd/A）最大功率效率（Im/W）最大EQE（%）峰值波长（nm）实验组（PAS为4：6）4371263.534.521.41528对照组4215952.173.411.05528如上REF_Ref31025\h表4-3所示，添加准周期微纳光提取结构PAS可明显提升OLED器件的发光性能且不影响其内部电学特性，其中OLED器件的最大出光亮度较对照组提升约71.9%，OLED器件的最大电流效率较对照组提升约62.8%，OLED器件的最大功率效率较对照组提升约32.6%，OLED器件的最大EQE较对照组提升约34.3%，且OLED器件的发光峰值波长处不变。由于在玻璃基板与空气的界面处，二者的折射率存在显著不匹配，OLED器件会产生衬底模式损耗。玻璃基板的折射率约为1.5，而空气的折射率仅为1.0。当光从玻璃基板向空气传播时，这种折射率的突变导致大量光子无法有效耦合到空气中，而是在界面处发生反射，形成所谓的衬底模式损耗，部分光子在玻璃基板内部反复反射和吸收，进一步加剧了能量的损耗。在常规的ITO阳极OLED器件中，此类光损失约占总光损失的30%左右。而在本论文实验中，我们在OLED器件的衬底处添加的准周期微纳光提取结构PAS，便可一定程度上衬底模式损耗。PAS结构的准周期性微纳结构具有独特的光学特性，其波谷和波峰的交替排列可以改变玻璃基板与空气界面处的光场分布。当光在界面处传播时，PAS结构能够对光波进行散射和折射，使得原本受限于衬底模式的光子得以重新分布。这种重新分布使得部分光子能够以更大的角度逸出玻璃基板进入空气，从而有效提高了光子的出射效率。从光学原理的角度来看，PAS结构的引入相当于在玻璃基板与空气之间形成了一种具有梯度折射率的过渡层。这种过渡层能够逐步改变光波的传播方向和相位，从而减少光在界面处的反射，增强光的透射。通过精确设计PAS结构的几何参数，如波谷和波峰的深度、宽度以及周期等，可以进一步优化其光提取性能，使其与OLED器件的发光特性相匹配。实验结果显示，添加PAS结构后，OLED器件的光输出耦合效率得到了提升。与未添加PAS结构的对照组相比，实验组的光提取效率提高了约20%-30%。这表明PAS结构可以降低衬底模式损耗，能够使原本在界面处损失的光子得以释放出来，从而提高了器件的整体发光效率。

结论与展望结论OLED器件在当今应用颇为广泛，但对于如何提高其光输出耦合效率的问题一直困扰着众多科研工作者。因此本论文聚焦于OLED光提取效率的提升这一关键问题，围绕准周期微纳光提取结构展开深入研究，通过理论仿真与实验相结合，取得了一下重要成果与结论：在理论研究层面，本论文深入剖析了OLED光提取效率低下的根本原因。OLED器件内部存在多种光损耗模式，包括衬底模式、波导模式以及表面等离子体激元（SPP）模式等。其中，衬底模式损耗源于光从高折射率的玻璃基板向低折射率的空气传播时的全内反射；波导模式损耗则因OLED多层结构形成的光学微腔效应，不满足谐振条件的光被抑制吸收；而SPP模式损耗是在金属电极与有机层界面处激发表面等离子体激元，消耗光子能量。这些损耗模式致使大量光子被困在器件内部，外量子效率（EQE）通常只有20%左右，严重制约了OLED器件性能的进一步提升。针对上述问题，我们采用时域有限差分法（FDTD）对准周期微纳光提取结构在OLED器件中的应用进行了详细仿真。FDTD方法凭借其直接处理时域信号、灵活的网格划分、无需预先设定解的形式等显著优点，能够精确模拟光在OLED器件内部的传播、散射和耦合过程。通过构建底发射OLED器件模型并引入准周期微纳光提取结构模型，系统研究了结构的周期T与微纳高度h等参数对光提取效率的影响。结果表明，准周期微纳光提取结构可以降低OLED器件的衬底模式损耗，克服出射光角度依赖性，并提升光提取效率。在周期T为100nm、微纳高度h为70nm时，光提取效率相较提升了122.4%；周期T为500nm、微纳高度h为50nm时，提升了127.3%；周期T为1000nm、微纳高度h为90nm时，提升了128.4%。并随着准周期微纳光提取结构周期T与微纳高度h的变化可以明显改善OLED器件出射光对于角度的依赖性。这为光提取结构的设计和优化提供了坚实的理论依据。在实验验证方面，采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚苯乙烯（PS）的相分离方法成功制备准周期微纳结构（PAS），并将其应用于OLED器件中。实验结果显示，添加PAS结构的OLED器件性能得到显著提升。当PMMA：PS的比例为4：6时，峰值亮度达到37126cd/m²，较未添加PAS的对照组器件的21595cd/m²提升约71.9%。同时，最大电流效率提升约62.8%，最大功率效率提升约32.6%，最大EQE提升约34.3%。并且PAS光提取层并未对OLED器件的内部电学特性造成影响，仅有效释放了被限制在器件内部的光子，提高光输出耦合效率。通过扫描电子显微镜（SEM）对不同比例的PAS准周期性微纳结构的表面形貌进行观察分析，发现当PMMA：PS的比例为4：6与5：5时，准周期性微纳结构最为清晰明显，有利于提高光提取效率。这进一步证实了准周期性微纳光提取结构在提高OLED光提取效率方面的有效性，也验证了前期仿真结果的准确性与可靠性。综上所述，本论文通过深入的理论研究和严谨的实验验证，充分证实了准周期微纳光提取结构对提升OLED器件光提取效率的作用和效果，为OLED光提取技术的发展开辟了新的路径，推动了OLED器件性能的优化升级，为其在显示和照明领域的更广泛应用提供了有力支持。展望尽管本论文在OLED光提取结构的研究方面取得了积极成果，但仍有许多值得进一步探索和完善的方向：一方面，可进一步优化准周期微纳光提取结构的设计。本研究虽然系统研究了周期T与微纳高度h等参数对光提取效率的影响，但在实际应用中，OLED器件的发光波长范围较宽，不同波长的光对光提取结构的参数敏感性存在差异。未来可结合多种发光波长的分布特性，设计具有多尺度、多参数协同优化的准周期微纳结构，以实现更广泛的光谱范围内的高效光提取。同时，探索更复杂、更精细的微纳结构形态，如引入具有特定形状的纳米图案或构建三维微纳结构，可能会进一步打破光在器件内部的多种损耗模式，提高光提取效率。另一方面，需深入研究微纳光提取结构与OLED器件其他性能之间的平衡关系。虽然本论文已验证准周期微纳光提取结构在提升光提取效率方面的有效性，但对其对器件的发光均匀性、视角特性、稳定性等其他关键性能的综合影响仍需更深入的研究。例如，微纳结构可能会在一定程度上改变器件的出光方向分布，影响视角特性；或者在长期使用过程中，微纳结构与有机发光层等之间的相互作用可能会对器件稳定性产生潜在影响。因此，未来研究应致力于开发在提升光提取效率的同时，能够兼顾和优化器件其他性能的综合解决方案。此外，从大规模生产和实际应用的角度出发，降低微纳光提取结构的制备成本是关键挑战之一。目前采用的PMMA和PS相分离方法虽然具有一定的优势，但在大规模生产中，如何实现高度均匀、稳定的准周期微纳结构的制备，以及如何提高制备效率和良品率，仍是需要解决的问题。探索更高效、更经济的制备工艺，如改