本发明属于有机发光二极管(oled)相关技术领域，更具体地，涉及一种oled器件多个目标的协同优化方法。
背景技术：
有机发光二级管(organiclightemittingdiodes，oled)是目前新兴的显示和固态照明技术之一，具有自发光、广视角、广色域、低工作电压、高发光效率等优点。
oled器件通常由阳极、有机层以及阴极构成，其中，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。oled器件的工作过程可以简化为：空穴和电子在外加偏压的作用下克服界面能障后分别进入空穴传输层和电子传输层；在外部电场的作用下，电荷累积在空穴传输层和电子传输层界面外；空穴和电子在发光层中进行再结合形成激子，由于激子的不稳定性，会以光或热的形式释放能量从而回到基态。
为描述oled器件的发光效率常采用电流效率对其进行描述，为提高oled器件的电流效率，常采用调节膜层厚度、调控激子取向以及引入周期性结构和光子晶体等方法来优化微腔结构。因此，oled器件的视角对其发光效率的影响成为了研究热点，例如，论文《multi-objectivecollaborativeoptimizationstrategyforefficiencyandchromaticityofstratifiedoledsbasedonanopticalsimulationmethodandsensitivityanalysis》中研究了电流效率和色度坐标对oled器件发光效率的影响，但在进一步研究中发现，电流效率和色度坐标的协同优化是可以提高器件发光质量，但提升能力有限，以电流效率和色度坐标为考虑目标确定的待优化层，当对该待优化层在优化空间内优化时发现该oled器件的其他性能会受到显著影响，例如出射光谱、角分辨率光谱、外量子效率等均不是很好，导致优化后的器件多视角下的性能较差，若想进一步提高其发光质量则无能为力，因此，亟需设计一种可以使得该oled器件多方面性能均能保持较优的协同优化方法。
技术实现要素：
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器件多个目标协同优化方法，首先通过建立多个目标与oled器件厚度关系的联合优化函数获得多个目标对联合优化函数的综合影响，而后基于该联合优化函数获得表征oled器件对膜层厚度变化灵敏度的全局灵敏度函数，以获取oled器件中每层厚度变化对oled器件性能的影响大小，进而筛选出影响较大的膜层进行联合优化，进而求出联合优化函数极值或常数对应的膜层厚度即为优化后的oled器件的优化结构。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种oled器件多个目标协同优化方法，所述方法包括：s1，分别获取所述多个目标与所述oled器件的膜层的厚度矩阵的关系式，其中，所述多个目标至少包括所述oled器件的出射光谱、角分辨率光谱、外量子效率、电流效率、色度坐标、色坐标偏差以及多视角下色彩表现精准度函数；s2，分别获取多个所述关系式与其对应的预设目标期望值的偏差，并建立所述多个偏差的联合函数以获取联合优化函数；s3，改变所述联合优化函数中膜层厚度矩阵中的第k个膜层的厚度获取所述oled器件对所述第k个膜层厚度变化的全局灵敏度函数，分别获取多个膜层厚度的全局灵敏度函数；s4，针对每一全局灵敏度函数分别以预设步长改变对应的膜层厚度计算对应的灵敏度函数值，以此方式分别获取多个全局灵敏度函数在不同的膜层厚度下的灵敏度函数值，将灵敏度函数值大于预设值的膜层作为待优化层；s5，联合调节所述待优化层的膜层厚度使得所述联合优化函数达到极值或常数，即可获得膜层厚度优化后的oled器件。
优选地，所述多个目标与所述oled器件的膜层的厚度矩阵的关系式分别为：
其中，pout(λ，u，d)为用平面波矢u表示的oled器件的出射光谱，d为所述oled器件的膜层厚度矩阵，iinj为oled器件的电流密度，e为元电荷，γ为载流子平衡率，χ为激子的辐射比例，qeff为有效辐射衰减效率，s(λ)为发光材料的固有光谱，g(z)为激子的复合区域密度函数，fout/f为所述oled器件的外耦合效率；pout(λ，ω，d)为用立体角ω表示的器件角分辨率光谱，ns为发光层折射率，θ为视角；ηeqe为器件的外量子效率，p0为真空中偶极子天线辐射功率；ηce(d)为所述oled器件的电流效率，y(λ)为视觉函数，xi为cie1931色度坐标下的色度坐标值，xi(λ)为色匹配函数，δcie(θ，d)为cie1931色度坐标下的色坐标偏差，jncd(θ，d)为多视角下色彩表现精准度函数，u′和v′为cie1976lab色度坐标下的色度坐标值。
优选地，步骤s2中所述分别获取多个所述关系式与其对应的预设目标期望值的偏差的计算公式为以下表达式中的一个：
gi(θ，d)＝gi(θ，d)|c|(c≠0)
gi(θ，d)＝-sgn(gi(θ，d)-c)
其中，i为第i个优化目标，1≤i≤7，i为整数，gi，exp为第i个优化目标的期望值，||·||为二范数，δδi为第i个优化目标可接受的偏差范围。
优选地，步骤s2中所述建立所述多个偏差的联合函数以获取联合优化函数具体为：对所述多个偏差进行累积获得所述联合优化函数。
优选地，所述对所述多个偏差进行累积包括：
对所述多个偏差进行累乘，所述联合优化函数g(θ，d)对应的计算公式为：
或者将所述偏差分别与其对应的优化目标的权重乘积后累加，所述联合优化函数g(θ，d)对应的计算公式为：
其中，m为多目标优化中的优化目标的个数，π为连乘符号，ωi为第i个优化目标的权重系数。
优选地，所述oled器件对所述第k个膜层厚度变化的全局灵敏度的函数为：
其中，g(θ，[d1，d2，...，dk δdk，...，dn])为第k层膜层厚度变化后的联合优化函数值；为第k层膜层厚度，为第k层膜层厚度的变化的预设步长，n为所述oled器件的总层数，j为第j个oled器件样本，r为所述oled器件的样本的总数量。
优选地，步骤s5中联合调节所述优化层的膜层厚度时还包括对调节后的联合优化函数基于以下约束条件进行筛选：
或者
其中，
优选地，步骤s5中优化后的oled器件的膜层厚度d*的计算公式为以下公式中的一个：
其中，argmax为联合优化函数g(θ，d)取最大值所对应的膜层厚度矩阵的数值；argmin为联合优化函数g(θ，d)取最小值时所对应的膜层厚度矩阵的数值；argg(θ，d)→c为联合优化函数g(θ，d)趋近于常数c时所对应的膜层厚度矩阵的数值。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的oled器件多个目标协同优化方法至少包括如下有益效果：
1.对oled结构进行优化的过程中既考虑了oled器件的电流效率和色度坐标，又考虑了出射光谱、角分辨率光谱、外量子效率、色坐标偏差以及多视角下色彩表现精准度函数对oled器件结构的影响，增加了优化时考虑的维度使得优化结果更为合理，可以使得优化后的oled器件的各方面均可具有较好的性能；
2.构建了多个目标对oled器件的每层厚度的相互影响关系，进而可以使得每层膜厚都可以作为待优化的对象，考虑更加全面；
3.本申请的联合优化函数形式多样，用户可以根据自己的需要进行选择；
4.通过构建膜层厚度对oled器件性能的全局灵敏度函数，可以很容易获得对oled器件性能影响最大的膜层，进而锁定优化对象，实现最少膜层的调节获得最优效率，易于操作，具有广泛的应用场景；
5.根据确定的待优化膜层使得联合优化函数达到极值或常数即可，目标明确，易于计算。
附图说明
图1示意性示出了根据本公开实施例的oled器件多个目标协同优化方法的步骤图；
图2示意性示出了根据本公开实施例的色度坐标与偏差系数的关系曲线；
图3a示意性示出了根据本公开实施例的外量子效率随各膜层厚度的变化曲线；
图3b示意性示出了根据本公开实施例的多视角下色彩表现精准度参数最大值随各膜层厚度的变化曲线；
图3c示意性示出了根据本公开实施例的色度坐标随各膜层厚度的变化曲线；
图4示意性示出了根据本公开实施例的在给定约束空间内联合优化函数、外量子效率、多视角下色彩表现精准度参数和色度坐标的全局灵敏度；
图5示意性示出了根据本公开实施例满足多视角下色彩表现精准度约束条件的厚度组合；
图6a示意性示出了根据本公开实施例的外量子效率随ito层和etl层厚度变化的趋势；
图6b示意性示出了根据本公开实施例的多视角下色彩表现精准度参数随ito层和etl层厚度变化的趋势；
图6c示意性示出了根据本公开实施例的色度坐标随ito层和etl层厚度变化的趋势；
图6d示意性示出了根据本公开实施例的联合优化函数随ito层和etl层厚度变化的趋势。
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。
本公开实施例的oled器件为层状结构，包括glass、ag、mgag、etl、eml、ebl、htl、hil、ito以及tfe层。其中，eml为发光层，假设辐射偶极子均位于离ebl层界面16.515nm处，电流密度为10ma/cm2，平衡率为1，转换率为1，固有量子效率为0.92，偶极子为随机取向。对于典型的顶出射蓝光器件，期望多视角下色彩表现精准度参数jncd＜4，外量子效率不小于初始器件的外量子效率，外量子效率不小于初始器件的外量子效率，色度坐标的期望值为x1，0＝0.35，约束空间为δ1＝[0.33，0.37]。膜层材料的光学常数均可以采用穆勒矩阵椭偏仪测定。本发明提供了一种oled器件多个目标协同优化方法，用于oled器件结构的膜层厚度的全局优化，实现oled器件的出射光谱、角分辨率光谱、外量子效率等均具有较好的性能，如图1所示，该协同优化方法包括以下步骤s1～s5。
s1，分别获取所述多个目标与所述oled器件的膜层的厚度矩阵的关系式，其中，所述多个目标至少包括所述oled器件的出射光谱、角分辨率光谱、外量子效率、电流效率、色度坐标、色坐标偏差以及多视角下色彩表现精准度函数。本实施例中，为了减少优化的时间仅以协同优化色度坐标、外量子效率以及多视角下的色彩表现精准度为例，若同时优化所有目标即选择合适的偏差函数构建联合优化函数即可。
所述多个目标与所述oled器件的膜层的厚度矩阵的关系式分别为：
其中，pout(λ，u，d)为用平面波矢u表示的oled器件的出射光谱，d为所述oled器件的膜层厚度矩阵，iinj为oled器件的电流密度，e为元电荷，γ为载流子平衡率，χ为激子的辐射比例，qeff为有效辐射衰减效率，s(λ)为发光材料的固有光谱，g(z)为激子的复合区域密度函数，fout/f为所述oled器件的外耦合效率；pout(λ，ω，d)为用立体角ω表示的器件角分辨率光谱，ns为发光层折射率，θ为视角；ηeqe为器件的外量子效率，p0为真空中偶极子天线辐射功率；ηce(d)为所述oled器件的电流效率，y(λ)为视觉函数，xi为cie1931色度坐标下的色度坐标值，xi(λ)为色匹配函数，δcie(θ，d)为cie1931色度坐标下的色坐标偏差，jncd(θ，d)为多视角下色彩表现精准度函数，u′和v′为cie1976lab色度坐标下的色度坐标值。
值得注意的是，外量子效率、色度坐标以及多视角下色彩表现精准度通常还与固有量子效率q、发光层中激子取向参数θ、激子分布函数h(z)以及膜层介电张量矩阵ε有关。但是对于某些通过调节微腔效应进行优化的oled器件，参数θ、h(z)和q通常为常数。膜层介电张量与材料的折射率n以及消光系数k有关，对于膜层材料确定的oled器件，其膜层介电张量也为常数，因此可认为外量子效率和色度坐标仅受膜层厚度的影响。
s2，分别获取多个所述关系式与其对应的预设目标期望值的偏差，并建立所述多个偏差的联合函数以获取联合优化函数。
其中，分别获取多个所述关系式与其对应的预设目标期望值的偏差的计算公式为以下表达式中的一个：
gi(θ，d)＝gi(θ，d)|c|(c≠0)
gi(θ，d)＝-sgn(gi(θ，d)-c)
其中，i为第i个优化目标，1≤i≤7，i为整数，gi，exp为第i个优化目标的期望值，||·||为二范数，δδi为第i个优化目标可接受的偏差范围。多个目标可以选择相同的gi(θ，d)，也可以选择不同的gi(θ，d)，本公开实施例中优选多视角下色彩表现精准度参数的偏差函数为gi(θ，d)＝-sgn(gi(θ，d)-c)，取c为4，则gi(θ，d)＝-sgn(gi(θ，d)-4)。如图2所示为色度坐标的偏差系数函数图像，x轴为色度坐标中第二个分量x2，y轴为函数g2(θ，d)的函数值。色度坐标的期望值为x1，0＝0.35，可接受的偏差范围为δδ1＝0.04，即约束空间为δ1＝[0.33，0.37]。当色度坐标x1为0.28和0.32时，函数g2(θ，d)的值为0.6065；当色度坐标x2为0.35时，函数g2(θ，d)的值为1。
对上述多个偏差进行累积即可获得联合优化函数，累积的方式可以为对所述多个偏差进行累乘或累加，其中，当对所述多个偏差进行累乘，所述联合优化函数g(θ，d)对应的计算公式为：
或者将所述偏差分别与其对应的优化目标的权重乘积后累加，所述联合优化函数g(θ，d)对应的计算公式为：
其中，m为多目标优化中的优化目标的个数，π为连乘符号，ωi为第i个优化目标的权重系数。
s3，改变所述联合优化函数中膜层厚度矩阵中的第k个膜层的厚度获取所述oled器件对所述第k个膜层厚度变化的全局灵敏度函数，分别获取多个膜层厚度的全局灵敏度函数。
所述oled器件对所述第k个膜层厚度变化的全局灵敏度的函数为：
其中，g(θ，[d1，d2，...，dk δdk，...，dn])为第k层膜层厚度变化后的联合优化函数值；为第k层膜层厚度，为第k层膜层厚度的变化的预设步长，n为所述oled器件的总层数，j为第j个oled器件样本，r为所述oled器件的样本的总数量。
现有技术中，采用单个优化目标构建全局灵敏度函数时，优化目标的变化的相对量可以表示为：
yi(d)为膜层厚度变化时外量子效率、色度坐标或多视角下色彩表现精准度参数变化的相对量，d为某状态下整个oled器件的厚度矩阵，yi，0为目标oled器件的外量子效率、色度坐标或多视角下色彩表现精准度参数，若glass层的厚度为100nm，ag层的厚度为100nm，mgag层的厚度为50nm，etl层的厚度为35nm，eml层的厚度为36.7nm，ebl层的厚度为10nm，htl层的厚度为100nm，hil层的厚度为10.2nm，ito层的厚度为177nm，tfe层为非相干层。图3a示意性示出了外量子效率随单层膜层厚度变化的结果，图3b示意性示出了多视角下色彩表现精准度参数随单层膜层厚度变化的结果，图3c示意性示出了色度坐标随单层膜层厚度变化的结果，由图中可以看出在外量子效率满足最大值时多视角下色彩表现精准度以及色度坐标很难满足要求。因此该方式并不能很好的综合考虑多种特性的影响，常导致优化了这个特性而导致另一特性变差，综合下来对发光质量的提高并没有太大贡献。
本公开实施例可以根据实际应用中膜层厚度的调节空间确定约束空间。例如，本公开实施例中考虑在实际器件基础上对膜层厚度做微小调整达到高性能的目的，因此对于初始厚度30＞d0＞10nm膜层的约束空间为ω＝[d0-10，d0 10]，对于初始厚度大于30nm的膜层约束空间为ω＝[d0-30，d0 30]。如图4所示为在约束空间内，联合优化函数、外量子效率、多视角下色彩表现精准度参数和色度坐标的全局灵敏度，其中，l2-l9分别表示ag、mgag、etl、eml、ebl、htl、hil以及ito层。
s4，针对每一全局灵敏度函数分别以预设步长改变对应的膜层厚度计算对应的灵敏度函数值，以此方式分别获取多个全局灵敏度函数在不同的膜层厚度下的灵敏度函数值，将灵敏度函数值大于预设值的膜层作为待优化层。
由图4所示，可以为全局灵敏度设置优化预设值，将全局灵敏度值大于预设值对应的膜层作为待优化层或者按全局灵敏度值大小从大到小优化预设数量的膜层。从图中可以看出，联合优化函数的全局灵敏度大于0.5的膜层序号为4、5、9层，即etl、eml以及ito层。
s5，联合调节所述待优化层的膜层厚度使得所述联合优化函数达到极值或常数，即可获得膜层厚度优化后的oled器件。
联合调节所述优化层的膜层厚度时还包括对调节后的联合优化函数基于以下约束条件进行筛选：
或者
其中，
优化后的oled器件的膜层厚度d*的计算公式为以下公式中的一个：
其中，argmax为联合优化函数g(θ，d)取最大值所对应的膜层厚度矩阵的数值；argmin为联合优化函数g(θ，d)取最小值时所对应的膜层厚度矩阵的数值；argg(θ，d)→c为联合优化函数g(θ，d)趋近于常数c时所对应的膜层厚度矩阵的数值。本公开实施例中，膜层厚度的优化公式优选为
本公开实例中考虑到发光层厚度的改变会引起激子位置以及分布情况的改变，此处只展示etl以及ito层联合优化分析的结果。
本公开实施例优选为待优化膜层同时分析，并分别展示了优化后外量子效率、多视角下色彩表现精准度参数、色度坐标以及联合优化函数随膜层厚度变化的结果，分别如图6a、6b、6c、6d所示。从图6a、6b、6c中很难找出同时满足目标要求的厚度范围，特别是当同时优化两个以上膜层厚度时，无法直观地用二维图的形式展现，但是从图6d中，可以直接观察出较浅颜色的区域均为满足三个目标条件的厚度范围。并且可以看出，当detl＜30nm时为该器件的第一微腔，此时dito＜175nm；当detl＞30nm时为器件的第二微腔，htl和ito的厚度呈负相关。
表1给出了两组联合优化函数最大时的oled器件的结构组合，从表中可以看出，优化后的外量子效率满足目标中外量子效率大于10％的要求，色度坐标也在约束空间内，值得注意的是优化后不同视角下多视角下色彩表现精准度参数jncd＜4，和原器件jncdmax＝8.3123相比，器件色度的视角依赖特性得到较大改善。
表1
综上所述，本申请通过建立多个目标与oled器件厚度关系的联合优化函数获得多个目标对联合优化函数的综合影响，而后基于该联合优化函数获得表征oled器件对膜层厚度变化灵敏度的全局灵敏度函数，以获取oled器件中每层厚度变化对oled器件性能的影响大小，进而筛选出影响较大的膜层进行联合优化，进而求出联合优化函数极值或常数对应的膜层厚度即为优化后的oled器件的优化结构，可以使得优化后的oled器件的各方面均可具有较好的性能。
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。
1.一种oled器件多个目标协同优化方法，其特征在于，所述方法包括：
s1，分别获取多个目标与所述oled器件的膜层厚度矩阵的关系式，其中，所述多个目标至少包括所述oled器件的出射光谱、角分辨率光谱、外量子效率、电流效率、色度坐标、色坐标偏差以及多视角下色彩表现精准度函数；
s2，分别获取多个所述关系式与其对应的预设目标期望值的偏差，并建立所述多个偏差的联合函数以获取多个目标的联合优化函数；
s3，改变所述联合优化函数中膜层厚度矩阵中的第k个膜层的厚度获取所述oled器件对所述第k个膜层厚度变化的全局灵敏度函数，分别获取多个膜层厚度的全局灵敏度函数；
s4，针对每一全局灵敏度函数分别以预设步长改变对应的膜层厚度计算对应的灵敏度函数值，以此方式分别获取多个膜层厚度对应的全局灵敏度函数值，将全局灵敏度函数值大于预设值的膜层作为待优化层；
s5，联合调节所述待优化层的膜层厚度使得所述联合优化函数达到极值或常数，即可获得膜层厚度优化后的oled器件。
2.根据权利要求1所述的协同优化方法，其特征在于，所述多个目标与所述oled器件的膜层的厚度矩阵的关系式分别为：
其中，pout(λ，u，d)为用平面波矢u表示的oled器件的出射光谱，d为所述oled器件的膜层厚度矩阵，iinj为oled器件的电流密度，e为元电荷，γ为载流子平衡率，χ为激子的辐射比例，qeff为有效辐射衰减效率，s(λ)为发光材料的固有光谱，g(z)为激子的复合区域密度函数，fout/f为所述oled器件的外耦合效率；pout(λ，ω，d)为用立体角ω表示的器件角分辨率光谱，ns为发光层折射率，θ为视角；ηeqe为器件的外量子效率，p0为真空中偶极子天线辐射功率；ηce(d)为所述oled器件的电流效率，y(λ)为视觉函数，xi为cie1931色度坐标下的色度坐标值，xi(λ)为色匹配函数，δcie(θ，d)为cie1931色度坐标下的色坐标偏差，jncd(θ，d)为多视角下色彩表现精准度函数，u′和v′为cie1976lab色度坐标下的色度坐标值。
3.根据权利要求2所述的协同优化方法，其特征在于，步骤s2中所述分别获取多个所述关系式与其对应的预设目标期望值的偏差的计算公式为以下表达式中的一个：
gi(θ，d)＝gi(θ，d)|c|(c≠0)
gi(θ，d)＝-sgn(gi(θ，d)-c)
其中，i为第i个优化目标，1≤i≤7，i为整数，gi，exp为第i个优化目标的期望值，||·||为二范数，δδi为第i个优化目标可接受的偏差范围。
4.根据权利要求3所述的协同优化方法，其特征在于，步骤s2中所述建立所述多个偏差的联合函数以获取联合优化函数具体为：对所述多个偏差进行累积获得所述联合优化函数。
5.根据权利要求4所述的协同优化方法，其特征在于，所述对所述多个偏差进行累积包括：
对所述多个偏差进行累乘，所述联合优化函数g(θ，d)对应的计算公式为：
或者将所述偏差分别与其对应的优化目标的权重乘积后累加，所述联合优化函数g(θ，d)对应的计算公式为：
其中，m为多目标优化中的优化目标的个数，π为连乘符号，ωi为第i个优化目标的权重系数。
6.根据权利要求5所述的协同优化方法，其特征在于，所述oled器件对所述第k个膜层厚度变化的全局灵敏度的函数为：
其中，g(θ，[d1，d2，...，dk δdk，...，dn])为第k层膜层厚度变化后的联合优化函数值；为第k层膜层厚度，为第k层膜层厚度的变化的预设步长，n为所述oled器件的总层数，j为第j个oled器件样本，r为所述oled器件的样本的总数量。
7.根据权利要求6所述的协同优化方法，其特征在于，步骤s5中联合调节所述优化层的膜层厚度时还包括对调节后的联合优化函数基于以下约束条件进行筛选：
或者
其中，
8.根据权利要求1或7所述的协同优化方法，其特征在于，步骤s5中优化后的oled器件的膜层厚度d*的计算公式为以下公式中的一个：
其中，argmax为联合优化函数g(θ，d)取最大值所对应的膜层厚度矩阵的数值；argmin为联合优化函数g(θ，d)取最小值时所对应的膜层厚度矩阵的数值；argg(θ，d)→c为联合优化函数g(θ，d)趋近于常数c时所对应的膜层厚度矩阵的数值。
技术总结