2026年4月24日，中国工程院旗下工程领域知名期刊《ENGINEERING Mechanical Engineering》在线刊发精密仪器研究中心团队在有机发光二极管（OLED）光学仿真领域的最新成果，题为“Optical simulations of organic light-emitting diodes with non-uniform layers based on two-step domain decomposition method（基于两步区域分解法的含非均匀层OLED器件光学仿真）”。已毕业博士生陈林雅为论文第一作者，刘世元教授、谷洪刚教授为通讯作者。

OLED显示凭借超薄、低功耗、广视角等优势快速普及，但喷墨打印（IJP）等制程易产生咖啡环效应，导致薄膜厚度非均匀，引发亮度、色度不均，严重影响器件光学性能。传统仿真方法（如FDTD、FEM、COMSOL）在处理大面积像素、非均匀层结构时，存在网格复杂、计算量大、速度慢等问题，难以适配工业化设计需求。针对上述瓶颈，研究团队提出两步区域分解法（two-step DDM），构建适用于非均匀层像素OLED的高效精准光学仿真模型，突破传统均匀模型局限，大幅提升大面积非均匀OLED的光学分析效率与精度。

图1 基于两步域分解法（T-DDM）的含非均匀膜层OLED器件光学模拟流程图

实验与数值验证结果表明，该方法在保持高精度的同时实现了计算效率的显著提升。在同等仿真精度下，两步域分解法将典型非均匀OLED的仿真时间从COMSOL所需的2889秒大幅缩短至15.87秒，计算效率提升182倍，电磁场分布仿真结果与商用软件变化趋势吻合，归一化相对误差小于0.15，远优于传统均匀层模型。团队进一步通过喷墨打印红色像素OLED开展实验验证，仿真得到的发光光谱、亮度及色度坐标与实测数据高度一致，充分证实了方法的可靠性与实用性，如图2-3所示。此外，研究还研究了截断高斯微腔中厚度非均匀对珀塞尔效应的调控机制，明确了不同层厚形貌对器件光学性能的影响规律，为OLED层厚控制与结构优化提供了清晰的理论指导。

图2 喷墨打印制备的红色子像素结构参数。(a) 器件膜层结构示意图；(b) 实际像素大小和像素分布情况；(c) EML、HTL和HIL三种喷墨打印层的厚度分布；(d )距离yz平面25 μm的截面上喷墨打印膜层的实际形貌分布。

图3 喷墨打印制备的红色子像素性能参数。(a)实测和仿真发光性能；(b) yz平面截面上实测和仿真的归一化亮度和色度坐标。

该研究突破了传统均匀层仿真模型的局限，首次实现了大面积非均匀层OLED的快速精准光学分析，对提升OLED显示器件性能、优化喷墨打印制备工艺具有重要应用价值。未来，团队将继续完善模型，引入高阶修正并耦合热、电等多物理场，拓展方法在复杂层厚分布场景下的适用性，推动OLED显示技术向更高质量、更低成本方向发展。

论文信息:

L. Chen, H. Gu, X. Guo, M. Xu, T. Shi, J. Li, W. Cao, and S. Liu, "Optical simulations of organic light-emitting diodes with non-uniform layers based on two-step domain decomposition method," ENG. Mech. Eng. 21, 100886 (2026).