折射率数据
高效率顶发射 QLED
Highly Efficient Top-Emitting Quantum-Dot Light-Emitting Diodes with Record-Breaking External Quantum Efficiency of over 44.5% Haotao Li, Shiming Zhou, Shuming Chen*
亮点
该工作对比了顶发射（Top-emitting, TE） QLED 相比于底发射（Bottom-emitting, BE） QLED 在 LEE 上的优势。在顶发射结构中引入双 IZO 相位调谐层（Phase tuning layers, PTLs）并优化其厚度使得 QLED 出光耦合效率突破 45%。最终实现了 44.5% 的 EQE，是发表时已知的最高的 QLED 效率。
图 1（a）BE-QLED 和 TE-QLED 器件结构示意图以及波长 626 nm 下的仿真参数。（b）基于 BE 和 TE 结构的器件光学模。（c）最优结构下 BE-QLED 和 TE-QLED 在 626 nm 波长处的功率耗散光谱。（d）平均 EQE/γ 随着底部和顶部 IZO PTL 厚度的变化而变化。
图 S1. 功能层的光学特性。（a, b）QD 和 CTL 的波长依赖的折射率。（c）电极的波长依赖的折射率和消光系数。
准备
根据 安装与许可，正确安装并激活 Leda。
将以下数据下载到本地。
光谱数据
数据仅用于本次案例实践，如将数据用于实际项目，请引用：Li et al., 2023
仿真验证
我们将使用 Leda 来完成 图 1 中的仿真结果。
BE-QLED 和 TE-QLED 的损耗分析
首先按照 图 1（a） 建立了 BE-QLED 结构，各层导入作者提供的折射率数据。激活 QD 层的 Emis. 属性，将其作为 EML；由于 Glass 为基底，激活其 Inco. 属性。
在 Emitter 中导入作者提供的 Red CdSe QD 的 PL 光谱。
开启 Mode Detector，根据 图 1 的 caption 所述，我们只关注 626 nm 波长下的 Mode。因此 Wavelength Type 设置为 Single。
点击 Run 输出 Mode 结果，可以看到各 Mode 数值与 图 1（b） 基本一致。Leda 输出的 TOC 为 42.02%，图 1（b） 中的 Air mode为 41.42%。
接下来我们按照图 1（a）建立 TE-QLED 模型。
注意取消勾选 Glass 层，因为由于 100 nm Ag 层的存在，光几乎无法到达 Glass（具体见 层的属性 中的讨论）。
Emitter 和 Detector 的设置与 BE-QLED 一致，点击 Run 输出结果，可以看到各 Mode 数值与 图 1（b） 基本一致。Leda 输出的 TOC 为 45.83%，图 1（b） 中的 Air mode为 45.74%。
相比于 BE-QLED，可以看到 TE-QLED 的 Substrate mode（SUB）消失，而 Air mode（TOC）和 Waveguide mode（WVG）增加了。
Power Dissipation Spectra
图 1（c） 展示了 626 nm 波长下 BE-QLED 和 TE-QLED 的 Power dissipation spectra。
对 BE-QLED 和 TE-QLED 的配置同时开启 Power Dissipation 探测器，u inplane 范围设置为 0–2，Step 为 0.002，如下所示。
仿真完成后，使用 Leda 一键数据拷贝功能，可以快速将数据导出到 Excel。
经过格式处理后，可以得到如下图所示的 BE-QLED 和 TE-QLED 的 Power dissipation spectra。
微腔优化
图 1（d） 展示了 TE-QLED 结构通过微腔效应优化来实现最佳效率。在 QY 为 90.59% 的情况下，最终确定当底部 IZO 厚度为 150 nm，顶部 IZO 厚度为 100 nm 时，得到最优 EQE/γ 为 41.4%。
我们复制一份 TE-QLED 的仿真文件，进行以下修改：
- 将 Emitter 的
Quantum Efficiency设置为 91%。
- 仅激活 Mode 探测器，设置
Wavelength Type为Integration。根据 Emitter 的光谱范围，设置 Wavelength 范围从 570 到 670 nm，步长（Step）为 5 nm。
- 在 Sweep 添加 IZO-B 和 IZO-T 的厚度扫描，从 5 nm 到 200 nm，步长为 5 nm（你可以进一步提高精度，但会增加计算时间）。
点击 Run Sweep 获得扫描结果。在结果中将 Chart Type 切换到 Heatmap 观察 EQE 随着底部和顶部 IZO 厚度的变化而变化。如下图所示，我们实现了与 图 1（d） 相同的图案。
在最佳效率下 IZO-B 的厚度为 150 nm，IZO-T 的厚度为 100 nm，也正是我们在第一步分析中所使用的参数。所以该工作对比
通过拖动 colorbar 的最小值到 0.38，可以发现 IZO 在一定的厚度范围内，都可以达到较高效率。
总结
在该案例中，我们了解了顶发射结构相比于底发射结构的效率优势，以及顶发射结构的微腔优化技巧，最终实现了高效率的 QLED。
Leda 的运行结果与论文结果几乎一致，且能够在秒级完成运算。借助数据一键导出功能，也可以快速完成图表绘制和数据分析。建模→计算→导出，Leda 的全程几乎无负担地完成了专业的光学仿真。
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