有机发光器件（OLED,Organic light emitting diodes）由于具有驱动电压低、响应时间短、对比度高、宽视角、超薄质轻、可柔性等优势,在显示和照明等领域引起了广泛的关注。效率是OLED器件的关键性能参数之一,其体现了器件将电能转化为光能的能力。尽管OLED器件的内量子效率已接近理论极限100%,然而由于膜层材料光学折射率不匹配,导致其耦合出光效率仅有约25%,因此,如何有效地提高OLED器件的出光效率成为了当前的研究热点之一。OLED光学数值模拟优化方法,能够有效地避免繁琐的实验过程,帮助深层次理解器件内部物理机制,已经成为提高OLED出光效率乃至器件光学设计优化中不可或缺的重要手段。然而现有的光学模型（包括商业软件）存在激子特性难以鲁棒性测量、忽略器件（如色品）其他光学重要参数等问题,同时,OLED光学建模过程中还面临着处理材料各向异性、解析/半解析方法处理纳米阵列结构等挑战,使得OLED器件光学数值仿真优化往往在实际应用中受到极大的限制。鉴于此,本学位论文从这四方面开展了层状OLED器件建模方法及其应用的研究,具体内容主要包括:提出了含各向异性材料的层状OLED器件光学建模方法。首先将OLED器件中量子力学描述的激子跃迁行为等效为经典力学中电偶极子天线在分层介质微腔中的辐射问题。然后基于Fourier法对偶极子的辐射源场进行展开,结合电磁场边界条件推导了任意截面处Poynting矢量的显式表达式,建立了含各向异性材料的层状OLED器件光学模型。最后通过仿真与实验验证了模型的正确性,为后续OLED器件光学分析与优化奠定了理论基础。提出了含纳米阵列结构的层状OLED器件的半解析光学建模方法。首先基于纳米阵列结构膜层的本征方程推导了膜层的散射矩阵;然后提出了基于偶极子点源场展开法的激子辐射模型,结合纳米阵列结构膜层的散射矩阵推导了出射光谱的表达式,实现了包含有纳米阵列结构的OLED器件的光学仿真与分析,为后续处理含纳米阵列结构OLED器件的光学分析与优化奠定了理论与模型基础。提出了基于OLED器件光学模型的激子特性反演方法。首先根据建立的层状OLED光学模型系统地分析了激子特性对OLED器件出射特性如视角光谱等的影响,然后提出了基于线性拟合与非线性拟合的分步式拟合反演方法,在无需知晓激子大致分布形貌的情况下实现了激子分布参数的逆向反演。最后提出了器件结构与激子特性参数的敏感度分析方法,为OLED器件中激子特性的鲁棒性原位测量奠定了方法基础。提出了基于OLED器件光学模型的多目标协同优化方法。首先根据建立的光学模型推导了OLED器件关键光学性能参数的计算表达式,然后提出了OLED器件中膜层厚度对光学性能参数的灵敏度分析方法,提出了平衡器件电流效率与色度坐标的评估单值函数,最终实现了OLED器件电流效率与色度坐标的分析与协同优化,为OLED器件多性能目标参数的分析与优化提供了理论指导。本学位论文提出的一系列层状OLED器件光学建模理论与应用方法,为实际中所面临的技术难题提供了有效的解决方案,为OLED器件的光学优化提供了新模型、新理论,从而指导OLED器件的光学分析与优化设计。