DE112008001921T5 - Analyseverfahren für ein Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements, Analysevorrichtung und lichtemittierendes Bauelement - Google Patents

Analyseverfahren für ein Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements, Analysevorrichtung und lichtemittierendes Bauelement Download PDF

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Abstract

Analyseverfahren für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements zum Analysieren von Licht, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur mit vier oder mehr Lagen laminierter Dünnschichten, einschließlich einer lichtemittierenden Schicht, aufweist, unter Verwendung einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte:
einen Eingabeschritt zum Eingeben von Parametern der das lichtemittierende Bauelement bildenden Dünnschichten und von Information, die ein Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt;
einen Spektrumberechnungsschritt zum Erzeugen von Information, die auf den im Eingabeschritt eingegebenen Parametern basiert und das lichtemittierende Element darstellt, das nur in der Laminierungsrichtung der Dünnschichten in Gitter geteilt ist, und zum Berechnen eines Spektrums des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts durch ein FDTD-Verfahren unter Verwendung der erzeugten Information und der im Eingabeschritt eingegebenen Information, die das Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt; und
einen Spektruminformationsausgabeschritt zum Ausgeben von Information, die das im Spektrumberechnungsschritt...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Analyseverfahren für ein Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements zum Analysieren von vom lichtemittierenden Bauelement austretendem Licht, wobei das Bauelement eine Struktur hat, bei der Dünnschichten laminiert sind, eine Analysevorrichtung und ein lichtemittierendes Bauelement.
  • Technischer Hintergrund
  • Im Allgemeinen müssen bei einem lichtemittierenden Bauelement, in dem Dünnschichten laminiert sind, z. B. bei einem anorganischen EL-(Elektrolumineszenz)Licht emittierenden Bauelement oder einem organischen EL-Licht emittierenden Bauelement, die Farbechtheit oder Farbreinheit der Lichtemission und die Lichtauskopplungseffizienz erhöht werden. Daher wird im lichtemittierenden Bauelement eine Resonatorstruktur verwendet, um die Farbreinheit und die Lichtauskopplungseffizienz zu verbessern.
  • Bei dem lichtemittierenden Bauelement, in dem eine Resonatorstruktur verwendet wird, ist es wichtig, dass das durch eine lichtemittierende Schicht emittierte Licht und das davon innerhalb der Struktur des lichtemittierenden Bauelements reflektierte Licht effektiv miteinander interferieren. Daher ist das Strukturdesign eine wichtige Aufgabe ge wesen. Anfangs sind beim Design einer Bauelementstruktur Wirkungen von Mehrfachreflexionen an einer Grenzfläche einer mehrschichtigen Struktur nicht berücksichtigt worden. Daher konnte nicht immer davon ausgegangen werden, dass eine designte Bauelementstruktur optimal ist (vergl. z. B. Patentdokumente 1 und 2). Andererseits sind Analysen unter Verwendung eines Finite-Differenz-Verfahrens im Zeitbereich (Finite Difference Time Domain Method (FDTD-Verfahren)) vorgenommen worden, das ein Analyseverfahren unter Verwendung elektromagnetischer Wellen ist, bei dem Mehrfachreflexionen an einer Grenzfläche einer mehrschichtigen Struktur berücksichtigt werden können (vergl. z. B. Nicht-Patentdokument 1).
    • Patentdokument 1: JP 2004-165154 A
    • Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 3703028
    • Nicht-Patentdokument 1: A. Chutinan, et al., Org. Elec. Bd. 6 S. 3, 2005
  • Offenbarung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Weil ein lichtemittierendes Bauelement gemäß dem im Nicht-Patentdokument 1 beschriebenen Verfahren in räumliche Gitter eines zwei- oder dreidimensionalen Raums geteilt ist, wird jedoch die Anzahl der für eine Berechnung zu verwendeten Gitter enorm, wenn das Verfahren für das Strukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements verwendet wird, das aus vier oder mehr Schichten einer mehrschichtigen Struktur besteht. Es ist daher schwierig gewesen, unter Verwendung dieses Verfahrens Designs in einer realistischen Rechenzeit zu erhalten. Daher sind keinerlei lichtemittierende Bauelemente bekannt gewesen, die eine optimale Resonatorstruktur aufweisen, die durch ein Design unter Verwendung dieses Verfahrens erhalten werden und aus vier oder mehr Dünnschichten einer mehrschichtigen Struktur bestehen.
  • Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um die vorstehend beschriebenen Probleme zu lösen. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Analyseverfahren und eine Analysevorrichtung für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements bereitzustellen, durch die ermöglicht wird, dass Licht, das vom lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur hat, in der vier oder mehr Dünnschichten, einschließlich einer lichtemittierenden Schicht, laminiert sind, innerhalb einer im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren kürzeren Rechenzeit analysiert wird. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein lichtemittierendes Bauelement mit einer funktionell bevorzugten Bauelementstruktur bereitzustellen, indem ein Wert, der auf durch das vorstehend erwähnte Analyseverfahren ausgegebener Information basiert, innerhalb eines spezifischen Bereichs gesetzt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass die hierin betrachteten vier oder mehr Dünnschichten keine als Elektrode dienende Dünnschicht beinhalten. D. h., wenn die vier oder mehr Dünnschichten so definiert werden, dass sie eine als Elektrode dienende Schicht aufweisen, dann hat das lichtemittierende Bauelement eine Struktur, in der fünf oder mehr Dünnschichten laminiert sind.
  • Mittel zur Lösung des Problems
  • Als Ergebnis eingehender Studien zur Lösung der vorstehend beschriebenen Probleme hat der Erfinder der vorliegenden Anmeldung festgestellt, dass die Lichtinterferenz, die mit von einem lichtemittierenden Bauelement austretendem Licht in Beziehung steht, nur bezüglich des Lichts stattfindet, das sich in der Laminierungsrichtung des lichtemittierenden Bauelements ausbreitet. Auf der Grundlage dieser Erkenntnis hat der Erfinder der vorliegenden Anmeldung festge stellt, dass es möglich ist, austretendes Licht auch für ein lichtemittierendes Bauelement zu analysieren, das eine Struktur hat, in der vier oder mehr aus mehrlagigen Dünnschichten bestehende Schichten laminiert sind, indem die Lichtausbreitung unter Verwendung eines FDTD-Verfahrens nur in dieser Richtung analysiert wird. Diese Feststellung hat den Erfinder dazu gebracht, die vorliegende Erfindung zu entwickeln.
  • Ein erfindungsgemäßes Analyseverfahren für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements ist ein Verfahren zum Analysieren von Licht, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur hat, in der vier oder mehr Dünnschichten, einschließlich einer lichtemittierenden Schicht, laminiert sind, unter Verwendung einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte: einen Eingabeschritt zum Eingeben von Parametern der das lichtemittierende Bauelement bildenden Dünnschichten und von Information, die ein Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt; einen Spektrumberechnungsschritt zum Erzeugen von Information basierend auf den im Eingabeschritt eingegebenen Parametern, und Information, die das lichtemittierende Bauelement darstellt, das nur in der Laminierungsrichtung der Dünnschichten in Gitter geteilt ist, und zum Berechnen eines Spektrums des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts durch ein FDTD-Verfahren unter Verwendung der erzeugten Information und der im Eingabeschritt eingegebenen Information, die das Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt; und einen Spektruminformationsausgabeschritt zum Ausgeben von Information, die das im Spektrumberechnungsschritt berechnete Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts darstellt.
  • In einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Analysieren des Bauelementschichtstrukturdesigns eines lichtemittierenden Bauelements wird ein Spektrum von von einem lichtemittierenden Bauelement austretendem Licht durch ein FDTD-Verfahren unter Verwendung von Information berechnet, die das lichtemittierende Element darstellt, das nur in der Laminierungsrichtung der Dünnschichten in Gitter geteilt ist. Gemäß dem vorstehend erwähnten Verfahren können Wirkungen von Mehrfachreflexionen an einer Grenzfläche einer mehrschichtigen Struktur berücksichtigt werden, weil die Lichtausbreitung präzise gelöst wird. Außerdem wird im erfindungsgemäßen Analyseverfahren für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements die Gitterteilung (Anordnung) nur in der Laminierungsrichtung der Dünnschichten vorgenommen. Infolgedessen wird die Gitterzahl im Vergleich zu einem herkömmlichen FDTD-Verfahren, in dem zwei- oder dreidimensionale Gitter angeordnet werden, erheblich vermindert. Dadurch kann das Licht, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur hat, in der vier oder mehr aus mehrlagigen Dünnschichten bestehende Schichten laminiert sind, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren innerhalb einer kürzeren Rechenzeit analysiert werden.
  • Parameter der Dünnschichten sind beispielsweise die Dicken und die Brechungsindizes der Dünnschichten. Gemäß dieser Konfiguration kann das vom lichtemittierenden Bauelement austretende Licht zuverlässig analysiert werden.
  • Das erfindungsgemäße Analyseverfahren für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements weist ferner vorzugsweise einen Parameterausgabeschritt auf, in dem i) bestimmt wird, ob Information, die ein Spektrum des von jedem lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts darstellt und im Spektruminformationsausgabe schritt als Ergebnis davon ausgegeben wird, dass Parameter der Dünnschichten, die mehreren lichtemittierenden Bauelementen zugeordnet sind, im Eingabeschritt eingegeben wurden, im Voraus festgelegte Bedingungen erfüllt oder nicht, und ii) Parameter der Dünnschichten ausgegeben werden, die im Eingabeschritt für ein lichtemittierendes Bauelement eingegeben wurden, dem Information zugeordnet ist, die das Spektrum des austretenden Lichts darstellt und für das bestimmt worden ist, dass es die Bedingungen erfüllt. Gemäß dieser Konfiguration kann ein lichtemittierendes Bauelement mit dem gewünschten Leistungsvermögen gestaltet werden, das eine Struktur hat, in der vier oder mehr aus mehrlagigen Dünnschichten bestehende Schichten laminiert sind.
  • Die im Voraus festgelegten Bedingungen sind vorzugsweise derart, dass das Verhältnis zwischen der Intensität des Spektrums des austretenden Lichts bei der Peak-Frequenz und der Intensität des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts bei der Peak-Frequenz größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist. Gemäß dieser Konfiguration kann ein lichtemittierendes Bauelement geeignet und zuverlässig gestaltet werden.
  • Grundsätzlich kann, wie vorstehend diskutiert wurde, die vorliegende Erfindung als Analyseverfahren für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements beschrieben werden. Außerdem kann die vorliegende Erfindung, wie nachstehend diskutiert wird, auch als eine Analysevorrichtung für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements beschrieben werden. D. h., dass die Erfindungen sich lediglich in der Kategorie unterscheiden und daher im Wesentlichen gleich sind und damit die gleiche Funktion und Wirkung entfalten.
  • D. h., eine erfindungsgemäße Analysevorrichtung für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements ist eine Vorrichtung zum Analysieren von Licht, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur hat, in der vier oder mehr Dünnschichten, einschließlich einer lichtemittierenden Schicht, laminiert sind, wobei die Analysevorrichtung gekennzeichnet ist durch: eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben von Parametern der das lichtemittierende Bauelement bildenden Dünnschichten und von Information, die ein Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt; eine Spektrumberechnungseinrichtung zum Erzeugen von Information basierend auf den Parametern, die durch die Eingabeeinrichtung eingegeben werden, wobei die Information das lichtemittierende Bauelement darstellt, das nur in die Laminierungsrichtung der Dünnschichten in Gitter geteilt ist, und zum Berechnen eines Spektrums des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts durch ein FDTD-Verfahren unter Verwendung der erzeugten Information und der durch die Eingabeeinrichtung zugeführten Information, die das Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt; und eine Spektruminformationsausgabeeinrichtung zum Ausgeben von Information, die das durch die Spektrumberechnungseinrichtung berechnete Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts darstellt.
  • Das erfindungsgemäße lichtemittierende Bauelement ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Intensität eines Spektrums des austretenden Lichts bei seiner Peak-Frequenz, das durch Information dargestellt wird, die durch ein Analyseverfahren für das Bauelementschichtstrukturdesign des lichtemittierenden Bauelements analysiert und ausgegeben wird, und der Intensität eines Spektrums des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts bei der Peak-Frequenz größer oder gleich 6,5 ist. Das vorstehend erwähnte lichtemittierende Bauelement hat eine ausreichend ho he Intensität eines Spektrums des austretenden Lichts bei seiner Peak-Frequenz und kann daher ein lichtemittierendes Bauelement mit einer funktionell bevorzugten Bauelementstruktur sein.
  • Wirkung der Erfindung
  • In der vorliegenden Erfindung ist, weil die Gitterteilung nur in der Laminierungsrichtung der Dünnschichten erfolgt, die Gitterzahl im Vergleich zu einem herkömmlichen FDTD-Verfahren, in dem zwei- oder dreidimensionale Gitter verwendet werden, wesentlich vermindert. Daher kann erfindungsgemäß das Licht, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur hat, in der vier oder mehr Schichten einer aus mehrlagigen Dünnschichten bestehenden Struktur laminiert sind, im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren innerhalb einer kürzeren Rechenzeit analysiert werden. Außerdem kann durch Setzen eines Wertes basierend auf durch das Analyseverfahren ausgegebener Information innerhalb eines spezifischen Bereichs ein lichtemittierendes Bauelement mit einer funktionell bevorzugten Bauelementstruktur bereitgestellt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Konfiguration eines lichtemittierenden Bauelements, das durch eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Analyseverfahrens für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements analysiert werden soll;
  • 2 zeigt ein Konfigurationsdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analysevorrichtung für ein Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements;
  • 3 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Analyseverfahrens für ein Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements;
  • 4 zeigt ein anderes Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Analyseverfahrens für ein Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements;
  • 5 zeigt ein noch anderes Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Analyseverfahrens für ein Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements;
  • 6 zeigt ein weiteres Ablaufdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Analyseverfahrens für ein Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements;
  • 7 zeigt einen Graphen zum Darstellen einer Brechungsindexverteilung einer in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten LiF-Schicht;
  • 8 zeigt einen Graphen zum Darstellen einer Brechungsindexverteilung einer in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten ITO-Schicht;
  • 9 zeigt einen Graphen zum Darstellen einer Brechungsindexverteilung einer in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten PEDOT-Schicht;
  • 10 zeigt einen Graphen zum Darstellen einer Brechungsindexverteilung einer in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten lichtemittierenden Schicht;
  • 11 zeigt einen Graphen zum Darstellen einer Brechungsindexverteilung eines in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Glassubstrats;
  • 12 zeigt eine Tabelle von Parametern, die zum Berechnen der Dielektrizitätskonstante einer in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Ca-Schicht verwendet werden;
  • 13 zeigt eine Tabelle von Parametern, die zum Berechnen der Dielektrizitätskonstante einer in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Al-Metallschicht verwendet werden;
  • 14 zeigt einen Graphen zum Darstellen eines in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten Eingangsspektrums; und
  • 15 zeigt eine Tabelle zum Darstellen von Werten von Resonanzpeakverhältnissen, die gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung für verschiedene Dicken einer lichtemittierenden Schicht und einer PEDOT-Schicht berechnet werden.
    • 1
    Lichtemittierendes Bauelement
    10
    Analysevorrichtung
    11
    Eingabeabschnitt
    12
    Spektrumberechnungsabschnitt
    13
    Resonanzpeakverhältnisberechnungsabschnitt
    14
    Ausgabeabschnitt
    20
    Externe Vorrichtung
  • Beste Techniken zum Ausführen der Erfindung
  • Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Analyseverfahrens und einer erfindungsgemäßen Analysevorrichtung für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements in Verbindung mit den Zeichnungen ausführlich beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass bei der Erläuterung der Zeichnungen gleiche Teile und Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und nicht erneut beschrieben werden. Es wird au ßerdem darauf hingewiesen, dass das Dimensionsverhältnis einer Zeichnung nicht unbedingt mit demjenigen der erläuterten Zeichnung übereinstimmt.
  • Durch die vorliegende Ausführungsform eines Analyseverfahrens für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements soll Licht (ausgekoppeltes Licht) analysiert werden, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur hat, in der vier oder mehr Dünnschichten, einschließlich einer lichtemittierenden Schicht, laminiert sind. Insbesondere wird ein Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts unter Verwendung eines FDTD-Verfahrens berechnet. Alternativ kann das lichtemittierende Bauelement unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Analyseverfahrens für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements gestaltet werden. Dies wird später ausführlicher beschrieben.
  • 1 zeigt ein Beispiel eines lichtemittierenden Bauelements, das durch die vorliegende Ausführungsform eines Analyseverfahrens für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements analysiert werden soll. Wie in 1 dargestellt ist, hat ein lichtemittierendes Bauelement 1 eine Struktur, in der mehrere Dünnschichten 2 bis 9 laminiert sind. Insbesondere ist das lichtemittierende Bauelement 1 derart strukturiert, dass eine Elektrode 9, eine lichtemittierende Schicht 8, eine PEDOT-Schicht 7, eine ITO-Schicht 6, eine TiO2-Schicht 5, eine SiO2-Schicht 4, eine TiO2-Schicht 3 und ein Glassubstrat 2 als Lichtausgangsmedium nacheinander auf und über einer Luftschicht 30 laminiert sind. Hierbei besteht die Elektrode 9 aus einer Al-Metallschicht 9c, einer Ca-Schicht 9b und einer LiF-Schicht 9a, die von unten nacheinander laminiert sind. Von den vorstehend beschriebenen jeweiligen Schichten haben die Dünn schichten 2 bis 9 etwa eine Dicke von mehreren zehn Nanometern bis mehreren hundert Nanometern. Es wird darauf hingewiesen, dass das lichtemittierende Bauelement, das durch die vorliegende Ausführungsform des Analyseverfahrens für ein Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements analysiert werden soll, nicht auf das vorstehend beschriebene Beispiel beschränkt ist. Es sind beliebige lichtemittierende Bauelemente akzeptierbar, so lange das Bauelement eine Struktur hat, in der vier oder mehr Dünnschichten, einschließlich einer lichtemittierenden Schicht, laminiert sind. Obgleich das vorstehend beschrieben lichtemittierende Bauelement 1 eine Konfiguration hat, gemäß der außer der Elektrode 9 sieben Dünnschichten 2 bis 8 vorgesehen sind, kann als Gegenstand einer Analyse auch ein lichtemittierendes Bauelement verwendet werden, das beispielsweise vier bis sechs oder acht oder mehr Dünnschichten aufweist. Außerdem kann das zu analysierende lichtemittierende Bauelement 1 einen Metallabschnitt aufweisen, es ist jedoch nicht auf ein lichtemittierendes Bauelement mit einem Metallabschnitt beschränkt.
  • 2 zeigt eine Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements, in dem die vorliegende Ausführungsform des Analyseverfahrens für das Bauelementschichtstrukturdesign des lichtemittierenden Bauelements ausgeführt wird. Die Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements ist insbesondere eine Informationsverarbeitungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Arbeitsplatzrechner oder ein Personalcomputer (PC). Die Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements besteht aus Hardwarekomponenten, wie beispielsweise einer CPU (Zentraleinheit) und einem Speicher. Wenn diese Komponenten in Betrieb sind, führt die Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements später beschriebene Funktionen der Vorrichtung aus. Es wird darauf hingewiesen, dass das vorliegende Verfahren auch dadurch ausgeführt werden kann, dass ein Programm, durch das veranlasst wird, dass die vorliegende Ausführungsform des Analyseverfahrens für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements in der Informationsverarbeitungsvorrichtung ausgeführt werden soll, in der Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements ausgeführt wird.
  • Wie in 1 dargestellt ist, weist die Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements einen Eingabeabschnitt 11, einen Spektrumberechnungsabschnitt 12, einen Resonanzpeakverhältnisberechnungsabschnitt 13 und einen Ausgabeabschnitt 14 auf. Außerdem ist die Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements mit einer externen Vorrichtung 20 verbunden, von der der Analysevorrichtung 10 Information zugeführt wird.
  • Der Eingabeabschnitt 11 ist eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben von Parametern der Dünnschichten 2 bis 9 (und der Luftschicht 30), die das lichtemittierende Bauelement 1 bilden, und von Information, die ein Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht 8 emittiertem Lichts darstellt. Diese Informationselemente sind für auf einem FDTD-Verfahren basierende Berechnungen erforderlich. Die einzugebenden Parameter der Dünnschichten 2 bis 9 sind insbesondere beispielsweise Informationselemente, die die Dicke jeder der Dünnschichten 2 bis 9, die Anordnungsfolge der Dünnschichten 2 bis 9 und das Material jeder der Dünnschichten 2 bis 9 darstellen (einen Brechungsindex ”n”, beispielsweise für eine Doppelbrechung (n2 im Fall einer Dielektrizitätskonstan ten), und eine magnetische Permeabilität μ). Die Information, die ein Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht 7 emittierten Lichts darstellt, ist insbesondere beispielsweise Information, die eine Wellenlänge λ des emittierten Lichts in Vakuum, eine Amplitude A an einem Emissionsort und eine Anfangsphase ϕ darstellt. Außerdem enthält die vom Eingabeabschnitt 11 zugeführte Information auch Information, die für Berechnungen basierend auf einem FDTD-Verfahren verwendet wird. Insbesondere beinhalten Beispiele der Information eine räumliche Gitterbreite Δh, ein Zeitinkrement Δt, eine zum Ausführen von Anfangsberechnungen verwendete Zeit und eine Rechenabschlusszeit Tmax.
  • Wenn mehrere lichtemittierende Bauelemente 1 auf der Basis mehrerer verschiedener Parameter analysiert werden, um ein lichtemittierendes Bauelement 1 zu gestalten, werden die mehreren Parameter vom Eingabeabschnitt 11 zugeführt. In diesem Fall müssen nicht unbedingt die mehreren Parameter selbst zugeführt werden, sondern es kann Information zugeführt werden, die anzeigt, wie die Parameter geändert werden sollen. Beispielsweise kann Information zugeführt werden, die anzeigt, dass die Dicke der Dünnschichten 2 bis 9 geändert werden soll, und Information, die eine Schrittweite und einen Bereich anzeigt, über den die Dicke geändert wird.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass nicht alle Parameter der Dünnschichten 2 bis 9 geändert werden müssen. Es können nur die Parameter spezifischer Dünnschichten aus den Dünnschichten 2 bis 9 geändert werden, die wesentlich mit dem Leistungsvermögen des lichtemittierenden Bauelements 1 in Beziehung stehen. Beispielsweise ist es bevorzugt, die Dicken von zwei oder drei spezifischen Schichten aus den Dünnschichten 2 bis 9 unabhängig voneinander zu ändern. Außerdem kann eine Schichtdicke derart geändert werden, dass die Dicke zunächst grob geändert wird, woraufhin ein später be schriebener Abschnitt mit einem hohen Resonanzpeakverhältnis in feinen Schritten geändert wird. Außerdem kann die Schichtstruktur des lichtemittierenden Bauelements 1 fest sein, woraufhin die Brechungsindizes mehrerer Dünnschichten aus den Dünnschichten 2 bis 9 auf die gleiche Weise geändert werden können wie die Schichtdicke.
  • Die Eingabe dieser Informationselemente erfolgt insbesondere beispielsweise durch Übernehmen von Information, die gemäß einer Operation durch einen Benutzer über die externe Vorrichtung 20 eingegeben wird. Alternativ können über die externe Vorrichtung 20 eingegebene Parameter in der Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements vorgespeichert werden. Dann können die gespeicherten Parameter unter Verwendung einer als Trigger dienenden Operation durch den Benutzer eingegeben werden. Der Eingabeabschnitt 11 gibt die zugeführte Information an den Spektrumberechnungsabschnitt 12 aus.
  • Der Spektrumberechnungsabschnitt 12 ist ein Spektrumberechnungsabschnitt zum Lösen von Maxwell-Gleichungen unter Verwendung eines FDTD-Verfahrens auf der Basis von Parametern, die über den Eingabeabschnitt 11 eingegeben werden und das lichtemittierende Bauelement 1 darstellen, um ein Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement 1 austretenden Lichts zu berechnen. Insbesondere erzeugt der Spektrumberechnungsabschnitt 12 zunächst Information (Modell), die das lichtemittierende Bauteil 1 darstellt, das nur in der Laminierungsrichtung (z-Achsenrichtung) der Dünnschichten 2 bis 9 in Gitter geteilt ist, und dazu verwendet wird, Berechnungen unter Verwendung eines FDTD-Verfahrens basierend auf Parametern auszuführen, die vom Eingabeabschnitt 11 zugeführt werden und das lichtemittierende Bauelement 1 darstellen. Es wird darauf hingewiesen, dass der hierin verwendete Ausdruck ”Gitter” räumliche Gitter (Raumgitter) bezeichnet. Es wird außerdem darauf hingewiesen, dass ein Spektrum von Licht, das am Emissionsort (lichtemittierende Schicht 7) emittiert wird, ein Spektrum ist, bei dem die durch die Struktur des lichtemittierenden Bauelements 1 erzeugte Interferenz ausgeschlossen ist. Daher ist das Spektrum in einem realen Bauelement das gleiche wie ein Spektrum, das in einer Richtung erhalten wird, die sich senkrecht zur Laminierungsrichtung des lichtemittierenden Bauelements 1 erstreckt. Außerdem ist jede der Schichten 2 bis 9 des lichtemittierenden Bauelements 1, die eine mehrschichtige Struktur bilden, etwa mehrere zehn bis mehrere hundert Nanometer dick, wie vorstehend beschrieben wurde. Daher beträgt die hier vorgesehene Größe der Gitter höchstens mehrere Nanometer.
  • Anschließend berechnet der Spektrumberechnungsabschnitt 12 das Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement 1 austretenden Lichts durch ein FDTD-Verfahren unter Verwendung der erzeugten Information und von vom Eingabeabschnitt 11 zugeführter Information, die ein Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht 7 emittierten Lichts darstellt.
  • Der Spektrumberechnungsabschnitt 12 berechnet durch die für das lichtemittierende Bauelement 1 ausgeführte, vorstehend beschriebene Berechnung (das Bauelement darstellende Information) ein elektrisches Feld und ein Magnetfeld für jeden Zeitpunkt und jede Position, die Lichtenergie für jeden Zeitpunkt und jede Position, einen Pointing-Vektor für jeden Zeitpunkt und jede Position, einen integrierten Pointing-Vektor für jede Position, usw. Der Spektrumberechnungsabschnitt 12 berechnet ein Spektrum von austretendem Licht (Frequenz- und Intensitätsverteilung) an einem Lichtaustrittsabschnitt (insbesondere beispielsweise am vorderen Ende des Glassubstrats 2 als Lichtausgangsmedium) des lichtemittierenden Bauelements 1 auf der Basis dieser Informationselemente. Die Inhalte der Berechnung des Spektrums des austretenden Lichts werden später ausführlicher beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass im Spektrumberechnungsabschnitt 12 Information vorgespeichert ist, z. B. Algorithmen und bekannte numerische Werte, die zum Ausführen von Berechnungen basierend auf einem FDTD-Verfahren verwendet werden, und dass der Spektrumberechnungsabschnitt Berechnungen durch Auslesen der Information ausführt. Der Spektrumberechnungsabschnitt 12 gibt das berechnete Spektrum darstellende Information an den Resonanzpeakverhältnisberechnungsabschnitt 13 aus. D. h., der Spektrumberechnungsabschnitt 12 dient auch als Spektruminformationsausgabeabschnitt zum Ausgeben von das berechnete Spektrum darstellender Information.
  • Der Resonanzpeakverhältnisberechnungsabschnitt 13 ist eine Einrichtung zum Berechnen des Resonanzpeakverhältnisses ”Z” eines zu analysierenden lichtemittierenden Bauelements 1. Das Resonanzpeakverhältnis ”Z” bezeichnet das durch den Spektrumberechnungsabschnitt 12 berechnete Verhältnis zwischen der Intensität ”Ip” eines Spektrums des austretenden Lichts bei dessen Peak-Frequenz und der Intensität ”I0” eines Spektrums des von der lichtemittierenden Schicht 8 emittierten Lichts bei seiner Peak-Frequenz (Z = Ip/I0). D. h., der Resonanzpeakverhältnisberechnungsabschnitt 13 ist eine Funktion einer später beschriebenen Parameterausgabeeinrichtung. Der Resonanzpeakverhältnisberechnungsabschnitt 13 gibt Information, die das berechnete Resonanzpeakverhältnis ”Z” darstellt, an den Ausgabeabschnitt 14 aus. Es wird darauf hingewiesen, dass ein größer Wert des Resonanzpeakverhältnisses ”Z” ein größeres Leistungsvermögen des lichtemittierenden Bauelements 1 bedeutet.
  • Der Ausgabeabschnitt 14 ist eine Parameterausgabeeinrichtung zum Bestimmen, ob Information, die ein Spektrum des von jedem lichtemittierenden Bauelement 1 austretenden Lichts darstellt, das durch den Spektrumberechnungsabschnitt 12 berechnet und ausgegeben wurde, eine vorgegebene Bedingung erfüllt oder nicht, und zum Ausgeben von Parametern der Dünnschichten eines lichtemittierenden Bauelements 1, das mit Information in Beziehung steht, die das Spektrum des austretenden Lichts darstellt und für die bestimmt wurde, dass sie die Bedingung erfüllt. Hierbei besteht die vorgegebene Bedingung beispielsweise darin, dass das vorstehend beschriebene Resonanzpeakverhältnis ”Z” größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist. Diese Bedingung ist im Ausgabeabschnitt 14 vorgespeichert. Der Schwellenwert ist vorzugsweise beispielsweise größer oder gleich 5,7. Als Schwellenwert kann auch ein Wert von 6,0, 6,2 oder 6,5 verwendet werden.
  • Die auszugebenden Parameter der Dünnschichten 2 bis 9 eines lichtemittierenden Bauelements 1 stehen mit der Struktur des lichtemittierenden Bauelements 1 in Beziehung, z. B. die Dicken der Dünnschichten 2 bis 9, etc. Der Ausgabeabschnitt 14 erhält diese Parameter je nach Erfordernis vom Eingabeabschnitt 11 oder auf ähnliche Weise. Alternativ kann der Ausgabeabschnitt 14 zu diesem Zeitpunkt auch Information, die ein Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement 1 austretenden Lichts darstellt, das durch den Spektrumberechnungsabschnitt 12 berechnet wurde, Information über das Resonanzpeakverhältnis ”Z”, usw. ausgeben. Die Ausgabe durch den Ausgabeabschnitt 14 erfolgt beispielsweise auf eine Displayeinheit oder eine ähnliche Einheit, die die Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements aufweist. Durch die Ausgabe wird ein Benutzer über die Designinformation für ein lichtemittierendes Bauelements 1 mit einem vorgegebenen Leistungsvermögen in Kenntnis gesetzt. Vorstehend wurde die Konfiguration der Analysevorrichtung 10 für das Bauelement schichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements beschrieben.
  • Nachstehend wird unter Verwendung der in den 3 bis 6 dargestellten Ablaufdiagramme die vorliegende Ausführungsform eines Analyseverfahrens für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements, das auf der vorstehend beschriebenen Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements basiert, beschrieben.
  • In der Analysevorrichtung 10 für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements wird zunächst Information, wie beispielsweise die vorstehend beschriebenen Parameter und ähnliche Information, die zum Analysieren des lichtemittierenden Bauelements 1 erforderlich ist, durch den Eingabeabschnitt 11 eingegeben (S01 in 3, ein Eingabeschritt). Dann werden mehrere lichtemittierende Bauelemente 1 der vorliegenden Ausführungsform analysiert, bei denen die Dicken der das lichtemittierende Bauelement 1 bildenden Dünnschichten 2 bis 9 geändert wurde.
  • Dann wird Information, die zum Analysieren der lichtemittierenden Bauelemente 1 erforderlich ist, vom Eingabeabschnitt 11 an den Spektrumberechnungsabschnitt 12 ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt werden die Dicken der Dünnschichten 2 bis 9 (Schichtdicke) im Eingabeabschnitt 11 gesetzt (S02, ein Eingabeschritt). Je nach Einstellung der Schichtlagen kann beispielsweise ein Verfahren zum Ändern mehrerer Schichtdicken durch Inkrementieren, wie vorstehend beschrieben wurde, ein Verfahren zum Ändern der Schichtdicken basierend auf Zufallszahlen oder ein ähnliches Verfahren verwendet werden.
  • Anschließend wird ein Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement 1 austretenden Lichts durch den Spektrumberechnungsabschnitt 12 unter Verwendung eines FDTD-Verfahrens auf der Basis von Information berechnet, die vom Eingabeabschnitt 11 zugeführt wird (S03, Spektrumberechnungsschritt). Zu diesem Zeitpunkt werden festzulegende Gitter nur in der Laminierungsrichtung (z-Achse) der Dünnschichten 2 bis 8 des lichtemittierenden Bauelements 1 geteilt. D. h., es werden eindimensionale Gitter im lichtemittierenden Bauelement 1 erzeugt. D. h., es wird nur das Licht, das sich in eine axiale Richtung (z-Achse) eines Raums ausbreitet, durch ein (eindimensionales) FDTD-Verfahren gelöst. Als das FDTD-Verfahren kann beispielsweise das in ”Toru Uno, 'Finite Difference Time Domain Method for Electromagnetic Field and Antenna' Corona Publishing Co., Ltd. (1998)” beschriebene Verfahren verwendet werden.
  • Nachstehend wird die Berechnung eines Spektrums des austretenden Lichts durch den Spektrumberechnungsabschnitt 12 unter Verwendung eines FDTD-Verfahrens unter Bezug auf die in den 4 bis 6 dargestellten Ablaufdiagramme ausführlicher beschrieben. Zunächst wird zum Analysieren eines lichtemittierenden Bauelements 1 erforderliche Information gelesen (S31 in 4, ein Spektrumberechnungsschritt). Anschließend wird eine Wellenlänge in Vakuum in eine Kreisfrequenz umgewandelt (S32, ein Spektrumberechnungsschritt). Daraufhin werden eindimensionale Gitter im lichtemittierenden Bauelement 1 erzeugt, das durch Parameter und ähnliche Werte dargestellt wird, die durch den Eingabeabschnitt 11 eingegeben werden (S33, ein Spektrumberechnungsschritt). Die Gitter werden auf die vorstehend beschriebene Weise festgelegt.
  • Nun wird vorausgesetzt, dass das Licht sich in Richtung der z-Achse ausbreitet, wie vorstehend beschrieben wurde, eine räumliche Gitterbreite Δh und ein Zeitinkrement Δt beträgt. Die Schichten sind in der z-Achsenrichtung angeordnet. Ein elektrisches Feld ”E” und ein Magnetfeld ”H” sind zeitlich und räumlich gemäß der Weise der Teilung in temporospatiale Gitter durch ein FDTD-Verfahren auf eine alternierende Weise angeordnet. Infolgedessen wird das elektrische Feld durch t = 0, Δt, ... (n – 1)Δt, nΔt, (n + 1)Δt, ... und das Magnetfeld durch t = 1/2Δt, 3/2Δt, ... (n – 1/2)Δt, (n + 1/2)Δt, (n + 3/2)Δt, ... bezüglich der Zeit dargestellt (wobei ”n” eine ganze Zahl ist und den Index eines zeitlichen Gitters oder Rasters darstellt). Außerdem wird das elektrische Feld durch z = 0, Δh, ... (m – 1)Δh, mΔh, (n + 1)Δh, ... dargestellt, und das Magnetfeld wird durch t = 1/2Δh, 3/2Δh, ... (m – 1/2)Δh, (m + 1/2)Δh, (m + 3/2)Δh, ... bezüglich der Position dargestellt (wobei ”m” eine ganze Zahl ist und den Index eines räumlichen Gitters darstellt). Das elektrische Feld und das Magnetfeld werden, wie nachstehend für ihre ”x”-Komponente und ihre ”y”-Komponente gezeigt ist, dargestellt: [Ausdruck 1]
    Figure 00210001
  • Anschließend wird den Gittern eine Dielektrizitätskonstante, eine magnetische Permeabilität oder die Anpassungsfunktion einer Dielektrizitätskonstante zugeordnet (S34, ein Spektrumberechnungsschritt). Daraufhin wird ein Zeitschritt auf T = 0 gesetzt, und der folgende Prozess (nachstehend als Prozess 1 bezeichnet) wird ausgeführt (S35 in 5, ein Spektrumberechnungsschritt).
  • Der Prozess 1 wird unter Verwendung des in 6 dargestellten Ablaufdiagramms beschrieben. Zunächst wird eine elektrische Feldanregung (Lichtemission) an einem Emissionspunkt ”j” durch den folgenden Ausdruck analysiert (S51, ein Spektrumberechnungsschritt).
  • [Ausdruck 2]
    • En-1x (j) = En-1x (j) + Asin(ω(n – 1)Δt + ϕ)wobei ω die Kreisfrequenz des emittierten Lichts, ϕ eine Anfangsphase und ”A” eine Amplitude bezeichnen. Der Ausdruck ε(j)A2, in dem der später beschriebene Ausdruck ε(j) verwendet wird, bezieht sich auf die Energie.
  • Anschließend wird die zeitliche Entwicklung eines elektrischen Feldes berechnet (Aktualisierung des elektrischen Feldes) (S52, ein Spektrumberechnungsschritt). Die Aktualisierung eines elektrischen Feldes an einer Position ”i” (auf der z-Achse) von einem (n – 1)-ten Zeitschritt zu einem n-ten Zeitschritt wird gemäß den folgenden Ausdrücken ausgeführt.
  • [Ausdruck 3]
    Figure 00220001
  • Hierbei sind A(i), Bx(i), By(i), Φn-1totDrx (i), Φ n-1 / totDry(i), Φn-1totLzx (i) und Φn-1totLzy (i) entsprechend den nachstehend beschriebenen jeweiligen Fällen durch die folgenden Ausdrücke gegeben.
    • (1) Wenn die Dielektrizitätskonstante ε einer an einer Position (i) angeordneten Substanz durch ε = εre + iεim gegeben ist (in diesem Ausdruck bezeichnet ”i” eine imaginäre Einheit) und angenommen wird, dass ω eine Kreisfrequenz von Licht ist, gilt: [Ausdruck 4]
      Figure 00220002
      Φn-1totDrx (i) = Φn-1totDry (i) = Φn-1totLzx (i) = Φn-1totLzy (i) = 0
    • (2) Wenn die Dielektrizitätskonstante ε der an der Position ”i” angeordneten Substanz gegeben ist durch: [Ausdruck 5]
      Figure 00230001
      gilt unter der Voraussetzung, dass die Winkelfrequenz von Licht ω beträgt [Ausdruck 6]
      Figure 00230002
      (wobei angenommen wird, dass ”i” eine imaginäre Einheit ist); wobei Drj und Lzj Funktionen des Drude-Typs und des Lorenz-Typs sind, aj und bj Expansionskoeffizienten bezeichnen, ωDrpj und ωLzpj Plasmafrequenzen entsprechende Parameter bezeichnen und ωDrtj und ωLztj Kollisionsfrequenzen entsprechende Parameter bezeichnen, dann gilt [Ausdruck 7]
      Figure 00230003
  • Hierbei bezeichnet ε0 eine Dielektrizitätskonstante in Vakuum. χDr0j , χLz0j , φDrx,n-1j , φDry,n-1j , φLzx,n-1j und φLzy,n-1j werden durch die folgenden Ausdrücke dargestellt: [Ausdruck 8]
    Figure 00240001
    wobei [Ausdruck 9]
    Figure 00240002
  • Außerdem gilt [Ausdruck 10]
    Figure 00240003
    wobei [Ausdruck 11]
    Figure 00240004
    φDrx,–1j = φDrx,0j = φDry,–1j = φDry,0j
  • Außerdem gilt
  • [Ausdruck 12]
    • φLzx,n-1j = Re(φ ~Lzx,n-1j ), φLzy,n-1j = Re(φ ~Lzy,n-1j ),wobei, wenn ωLzpj > ωLztj , dann
      Figure 00250001
      wobei [Ausdruck 13]
      Figure 00250002
      φ ~Lzx,–1j = φ ~Lzx,0j = φ ~Lzy,–1j = φ ~Lzy,0j = 0
  • Falls ωLzpj < ωLztj , dann [Ausdruck 14]
    Figure 00250003
    wobei [Ausdruck 15]
    Figure 00250004
    φ ~Lzx,–1j = φ ~Lzx,0j = φ ~Lzy,–1j = φ ~Lzy,0j = 0
  • Anschließend werden nachstehend dargestellte Randbedingungen für elektrische Felder am ersten (j = 0) und letzten (j = mj) Gitter gesetzt (Murs Absorptionsrandbedingungen erster Ordnung) (S53, ein Spektrumberechnungsschritt). [Ausdruck 16]
    Figure 00250005
    wobei ν0 und νmj durch die folgenden Ausdrücke berechnet werden, wobei vorausgesetzt wird, dass die Lichtgeschwindigkeit in Vakuum ”c” beträgt, ein dem ersten Gitter (j = 0) zugeordneter Brechungsindex n0 und ein dem letzten Gitter (j = mj) zugeordneter Brechungsindex nmj beträgt. [Ausdruck 17]
    Figure 00260001
  • Anschließend wird ein Zeitschritt als T = T + Δt/2 gesetzt, und die zeitliche Entwicklung eines Magnetfeldes (Aktualisierung des Magnetfeldes) wird berechnet (S54, ein Spektrumberechnungsschritt). Ein Magnetfeld an einer Position i + 1/2 (auf der z-Achse) wird von einem (n – 1/2)-ten Zeitschritt zu einem (n – 1/2)ten Zeitschritt gemäß den folgenden Ausdrücken aktualisiert. [Ausdruck 18]
    Figure 00260002
    wobei C(i), Dx(i) und Dy(i) durch die folgenden Ausdrücke gegeben sind. Vorausgesetzt, dass die magnetische Permeabilität μ als μ = μre + iμim definiert ist (in diesem Ausdruck bezeichnet ”i” eine imaginäre Einheit), gilt: [Ausdruck 19]
    Figure 00260003
  • Vorstehend wurde der Prozess 1 beschrieben.
  • Anschließend wird bestimmt, ob T > Tini erfüllt ist oder nicht (S36 in 5, ein Spektrumberechnungsschritt). Wenn bestimmt wird, dass T > Tini nicht erfüllt ist, wird der Zeitschritt als T = T + Δt/2 gesetzt, woraufhin der Prozess 1 (S35) erneut ausgeführt wird.
  • Wenn bestimmt wird, dass T > Tini erfüllt ist, wird der Zeitschritt als T = T + Δt/2 gesetzt, woraufhin der Prozess 1 ausgeführt wird (S37, ein Spektrumberechnungsschritt). Anschließend werden ein elektrisches Feld, ein Magnetfeld, ein Pointing-Vektor und ähnliche Daten ausgegeben (S38, ein Spektrumberechnungsschritt). Hierbei wird ein Pointing-Vektor Sz an einem Beobachtungspunkt ”k” durch den folgenden Ausdruck basierend auf S = E × H berechnet. [Ausdruck 20]
    Figure 00270001
  • Anschließend wird bestimmt, ob T > Tmax erfüllt ist oder nicht (S39, ein Spektrumberechnungsschritt). Wenn bestimmt wird, dass T > Tmax nicht erfüllt ist, wird der Zeitschritt als T = T + Δt/2 gesetzt, woraufhin der Prozess 1 erneut ausgeführt wird (S37). Wenn bestimmt wird, dass T > Tmax erfüllt ist, wird ein mittlerer Pointing-Vektor basierend auf einem integrierten Wert von Pointing-Vektoren bestimmt (S40, ein Spektrumberechnungsschritt). Hierbei wird der integrierte Wert der Pointing-Vektoren durch den folgenden Ausdruck bestimmt.
  • [Ausdruck 21]
    Figure 00280001
  • Basierend auf dem durch die vorstehend beschriebenen Berechnungen erhaltenen Wert wird ein Spektrum des von einem lichtemittierenden Bauelement 1 austretenden Lichts berechnet. Das berechnete Spektrum des austretenden Lichts darstellende Information wird vom Spektrumberechnungsabschnitt 12 an den Resonanzpeakverhältnisberechnungsabschnitt 13 ausgegeben (S03 in 3, ein Spektruminformationsausgabeschritt).
  • Anschließend wird durch den Resonanzpeakverhältnisberechnungsabschnitt 13 ein Resonanzpeakverhältnis ”Z” bezüglich des lichtemittierenden Bauelements 1 berechnet, für das das Spektrum des austretenden Lichts berechnet worden ist (S04 in 3, ein Parameterausgabeschritt). Das berechnete Resonanzpeakverhältnis ”Z” wird vom Resonanzpeakverhältnisberechnungsabschnitt 13 an den Ausgabeabschnitt 14 ausgegeben.
  • Hierbei wird bestimmt, ob ein Spektrum des austretenden Lichts für alle Kombinationen von Schichtdicken eines lichtemittierenden Bauelements 1 berechnet worden ist oder nicht, dessen Spektrum des austretenden Lichts berechnet werden soll (S05). Wenn das Spektrum des austretenden Lichts nicht für alle Kombinationen von Schichtdicken berechnet worden ist, werden vom Eingabeabschnitt 11 an den Spektrumberechnungsabschnitt 12 Parameter für Kombinationen von Schichtdicken zugeführt, die von den bereits berechneten Kombinationen von Schichtdicken verschieden sind, so dass das Spektrum des austretenden Lichts erneut berechnet wird (S02 bis S05).
  • Andererseits wird, wenn das Spektrum des austretenden Lichts für alle Kombinationen von Schichtdicken berechnet worden ist, durch den Ausgabeabschnitt 14 bestimmt, ob jedes berechnete Resonanzpeakverhältnis ”Z” einen im Voraus gesetzten Schwellenwert überschreitet oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass das Resonanzpeakverhältnis ”Z” den im Voraus gesetzten Schwellenwert überschreitet, werden durch den Ausgabeabschnitt 14 mit dem Resonanzpeakverhältnis ”Z” in Beziehung stehende Parameter des lichtemittierenden Bauelements 1 ausgegeben (S06, ein Parameterausgabeschritt). Außerdem können zusammen mit diesen Parametern Information, die ein durch den Spektrumberechnungsabschnitt 12 berechnetes Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement 1 austretenden Lichts darstellt, Information über das Resonanzpeakverhältnis ”Z” und ähnliche Information ausgegeben werden. Vorstehend ist die vorliegende Ausführungsform eines Analyseverfahrens für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements beschrieben worden.
  • Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn im lichtemittierenden Bauelement 1 ein Metallabschnitt vorhanden ist, die Dispersionsrelation der Dielektrizitätskonstanten des Metalls einer Funktionsanpassung unter Verwendung einer oder mehrerer Funktionen des Debye-Typs, des Drude-Typs, des Lorenz-Typs, einer rationalen Funktion, usw. unterzogen und in einer eindimensionalen FDTD-Simulation unter Verwendung eines RC-Verfahrens verwendet werden kann. Für das RC-Verfahren kann geeignet das im vorstehend erwähnten Dokument ”Finite Difference Time Domain Method for Electromagnetic Field and Antenna” beschriebene Verfahren verwendet werden.
  • Für einen nichtmetallischen Abschnitt des lichtemittierenden Bauelements 1 kann der numerische Wert der Dielektrizitätskonstanten des nichtmetallischen Abschnitts direkt in einer eindimensionalen FDTD-Simulation verwendet werden. Alternativ kann jedoch die Dispersionsrelation der Dielektrizitätskonstanten auf die gleiche Weise wie im Fall des metallischen Abschnitts einer Funktionsanpassung unter Verwen dung einer oder mehrerer Funktionen des Debye-Typs, des Drude-Typs, des Lorenz-Typs, einer rationalen Funktion, usw. unterzogen und in einer eindimensionalen FDTD-Simulation unter Verwendung eines RC-Verfahrens verwendet werden.
  • Bei einer Spektralberechnung können Berechnungen bezüglich monochromatischem Licht mit verschiedenen Emissionswellenlängen für verschiedene Emissionswellenlängen unabhängig voneinander ausgeführt werden. Alternativ können die Berechnungen jedoch unter Verwendung einer Pulswelle ausgeführt werden, die verschiedene Emissionswellenlängen enthält, z. B. eines gaußschen Pulses.
  • Wie vorstehend beschrieben wurde, wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein lichtemittierendes Bauelement 1 nur in der Laminierungsrichtung (z-Achsenrichtung) der das lichtemittierende Bauelement 1 bildenden Dünnschichten in Gitter geteilt, um ein Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement 1 austretenden Lichts unter Verwendung eines FDTD-Verfahrens zu berechnen. In diesem Verfahren können Effekte von Mehrfachreflexionen an einer Grenzfläche einer mehrschichtigen Struktur berücksichtigt werden, weil die Lichtausbreitung präzise gelöst wird.
  • Außerdem wird in einem erfindungsgemäßen Analyseverfahren für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements eine Gitterteilung (Festlegung) nur in der Laminierungsrichtung der Dünnschichten ausgeführt. Infolgedessen wird die Gitterzahl im Vergleich zu einem herkömmlichen FDTD-Verfahren, in dem zwei- oder dreidimensionale Gitter verwendet werden, wesentlich vermindert. Dadurch kann das Licht, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur hat, in der vier oder mehr aus mehrlagigen Dünnschichten bestehende Schichten laminiert sind, innerhalb einer im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren kürzeren Rechenzeit analysiert werden. Insbesondere kön nen Berechnungen innerhalb einer Zeit ausgeführt werden, die einem Exponenten 1/2 bis 1/3 der in herkömmlichen Verfahren erforderlichen Zeit entspricht. Dadurch kann eine Rechenzeit von beispielsweise einem Jahr auf eine Rechenzeit von etwa einer Woche verkürzt werden.
  • Durch Hinzufügen der Dicken und der Brechungsindizes der Dünnschichten 2 bis 9 als Parameter der Dünnschichten 2 bis 9, die ein zu analysierendes lichtemittierendes Bauelement 1 bilden, die nicht nur für Berechnungen verwendet, sondern auch geändert werden können, wie dies in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist, kann innerhalb einer realistischen Rechenzeit und auf eine zuverlässige Weise das vom lichtemittierenden Bauelement 1 austretende Licht analysiert und das lichtemittierende Bauelement 1 gestaltet werden.
  • Außerdem kann durch Analysieren mehrerer lichtemittierender Bauelemente 1 mit verschiedenen Parametern und unter Verwendung der Analyseergebnisse, wie dies in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist, ein lichtemittierendes Bauelement 1 mit einer Struktur gestaltet werden, in der vier oder mehr aus mehrlagigen Dünnschichten bestehende Schichten laminiert sind, und das ein gewünschtes Leistungsvermögen hat, d. h. ein hohes Resonanzpeakverhältnis ”Z”. Außerdem kann durch eine Bestimmung unter Verwendung des Resonanzpeakverhältnisses ”Z”, wie dies in der vorliegenden Ausführungsform vorgesehen ist, das lichtemittierende Bauelement 1 geeignet und zuverlässig gestaltet werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird die Analyse des austretenden Lichts bezüglich mehreren lichtemittierenden Bauelementen 1 ausgeführt, und es werden Parameter der lichtemittierenden Bauelemente 1 ausgegeben, die vorgegebene Bedingungen erfüllen, so dass ein Benutzer die Parameter verifizieren kann. Alternativ kann die Analyse des austreten den Lichts jedoch bezüglich den lichtemittierenden Bauelementen 1 ausgeführt werden, und die Analyseergebnisse können ausgegeben werden, so dass ein Benutzer die Ergebnisse verifizieren kann (unabhängig von den vorgegebenen Bedingungen).
  • Außerdem hat ein lichtemittierendes Bauelement 1, dessen Resonanzpeakverhältnis ”Z”, das durch die vorliegende Ausführungsform des Analyseverfahrens für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements ausgegeben wurde, einen Wert von 6,5 oder mehr hat, eine funktionell bevorzugte Bauelementstruktur. Wie vorstehend beschrieben wurde, kann, indem ein Wert basierend auf durch die vorliegende Ausführungsform des Analyseverfahrens für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements ausgegebener Information innerhalb eines vorgegebenen Bereichs gesetzt wird, ein lichtemittierendes Bauelement mit einer funktionell bevorzugten Bauelementstruktur bereitgestellt werden.
  • Beispiel 1
  • Nachstehend wird ein Beispiel der vorstehend beschriebenen Ausführungsform beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf das nachstehend beschriebene Beispiel beschränkt ist. Im vorliegenden Beispiel wurde das in 1 dargestellte, vorstehend beschriebene lichtemittierende Bauelement 1 als Analyseobjekt verwendet.
  • Als die jeweiligen Schichten 2 bis 9 und Schichtdicken werden verwendet: eine 100 nm dicke Luftschicht 30, eine, eine Elektrode 9 bildende, 100 nm dicke Al-Metallschicht 9c, eine 5 nm dicke Ca-Schicht 9b, eine 4 nm dicke LiF-Schicht 9a, eine 150 nm dicke ITO-Schicht 6, eine 50 nm dicke TiO2-Schicht 5, eine 550 nm dicke SiO2-Schicht 4, eine 130 nm dicke TiO2-Schicht 3 und ein 100 nm dickes Glassubstrat 2.
  • Die Brechungsindexverteilungen der LiF-Schicht 9a, der ITO-Schicht 6, einer PEDOT-Schicht 7, einer lichtemittierenden Schicht 8 und des Glassubstrats 2, die für Berechnungen für eine Analyse verwendet werden, sind in den 7, 8, 9, 10 bzw. 11 dargestellt. Außerdem wurden die Brechungsindizes der TiO2-Schicht 3 und der SiO2-Schicht 4 auf 2,3 bzw. 1,46 gesetzt. Für die Dispersion der Dielektrizitätskonstante der Ca-Schicht 9b und der Al-Metallschicht 9c wurden 15 Modelle des Drude-Typs verwendet, um die Dispersion der Dielektrizitätskonstante der Ca-Schicht 9b darzustellen, und drei Modelle des Drude-Typs wurden verwendet, um die Dispersion der Dielektrizitätskonstante der Al-Metallschicht 9c darzustellen. Ein Modell des Drude-Typs wird durch die folgenden Ausdrücke dargestellt.
  • [Ausdruck 22]
    Figure 00330001
  • Hierbei bezeichnen εre den Realteil einer Dielektrizitätskonstanten, εim den Imaginärteil der Dielektrizitätskonstanten, αj, ωDrtj und ωDrpj Parameter und ω die Winkelfrequenz des in die Ca-Schicht 9b oder die Al-Metallschicht 9c eintretenden Lichts. Die Parameter der Ca-Schicht 9b und der Al-Metallschicht 9c sind in den 12 bzw. 13 dargestellt.
  • Eine Analyse wurde durch Ändern der Dicke der lichtemittierenden Schicht 8 über den Bereich von 20 nm bis 350 nm und der Dicke der PEDOT-Schicht 7 über den Bereich von 10 nm bis 350 nm ausgeführt, wobei jede Schicht in 10 nm-Inkrementen verändert wurde. Außerdem wurde unter Verwendung eines eindimensionalen FDTD-Verfahrens eine wellenlängenspe zifische Auskopplungseffizienz unter Bezug auf jede Schichtdicke in Wellenlängeninkrementen von 10 nm über den Emissionswellenlängenbereich von 300 nm bis 800 nm analysiert. Der hierin verwendete Ausdruck ”Auskopplungseffizienz” wird durch Teilen der Energieflussrate pro Zeiteinheit und Flächeneinheit innerhalb des als Lichtausgangsmedium dienenden Glassubstrats 2 durch die Lichtenergiemenge pro Zeiteinheit und Flächeneinheit an der lichtemittierenden Schicht 8 erhalten. Ein Spektrum (Ausgangsspektrum) des austretenden Lichts im Glassubstrat 2 wurde durch Multiplizieren eines Spektrums (Eingangsspektrums) des an der lichtemittierenden Schicht 8 emittiertem Lichts mit der Auskopplungseffizienz bestimmt. 14 zeigt das im vorliegenden Beispiel verwendete Eingangsspektrum. Wenn die Auskopplungseffizienz unter Verwendung eines zweidimensionalen FDTD-Verfahrens bestimmt wurde, wurden das Glassubstrat 2 und die Luftschicht 30 so definiert, dass sie Absorptionskanten mit entsprechenden Dielektrizitätskonstanten und (als Absorptionsgrenzen definierte) magnetische Permeabilitäten aufweisen, und der Emissionsort wurde als Abschnitt mit einer Breite von 1 nm in der lichtemittierenden Schicht 8 und in einem Abstand von 1 nm von der PEDOT-Schicht 7 spezifiziert.
  • Basierend auf dem Eingangsspektrum und dem Ausgangsspektrum wurde ein Resonanzpeakverhältnis ”Z” bezüglich jeder Schichtdicke bestimmt. Die Tabelle von 15 zeigt die Werte der bestimmten Resonanzpeakverhältnisse ”Z” bezüglich den Schichtdicken der PEDOT-Schicht 7 und der lichtemittierenden Schicht 8. Es wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Tabelle dargestellten Werte Werte für relativ große Resonanzpeakverhältnisse ”Z” sind. Das Design der optimalen Dicken der PEDOT-Schicht und der lichtemittierenden Schicht der gleichen Bauelementstruktur unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens ( japanisches Patent Nr. 3703028 ) zeigte, dass die Dicken der PEDOT-Schicht und der lichtemittierenden Schicht 95 nm bzw. 45 nm betrugen, und dass ein Resonanzpeakverhältnis ”Z” = 6,34 betrug. Wie in der Tabelle von 15 dargestellt ist, kann durch Gestalten eines lichtemittierenden Bauelements mit einer mehrschichtigen Struktur durch Ausführen von Analysen und Berechnungen unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ein lichtemittierendes Bauelement 1 mit einem Resonanzpeakverhältnis ”Z” erhalten werden, das höher ist als ein durch das herkömmliche Verfahren erhaltenes Resonanzpeakverhältnis.
  • Zusammenfassung
  • Analyseverfahren für ein Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements, Analysevorrichtung und lichtemittierendes Bauelement
  • Durch die vorliegende Erfindung soll Licht, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur aufweist, in der vier oder mehr Dünnschichten, einschließlich einer lichtemittierenden Schicht, laminiert sind, innerhalb einer im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren kürzeren Zeitdauer analysiert werden. Ein Analyseverfahren für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements ist ein Verfahren zum Analysieren von Licht, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur hat, in der vier oder mehr aus mehrlagigen Dünnschichten bestehende Schichten, einschließlich einer lichtemittierenden Schicht, laminiert sind, unter Verwendung einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: einen Eingabeschritt (S01) zum Eingeben von Parametern der das lichtemittierende Bauelement bildenden Dünnschichten und von Information, die ein Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt; einen Spektrumberechnungsschritt (S03) zum Erzeugen von Information basierend auf den im Eingabeschritt eingegebenen Parametern, wobei die Information das lichtemittierende Bauelement darstellt, das nur in der Laminierungsrichtung der Dünnschichten in Gitter geteilt ist, und zum Berechnen eines Spektrums des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts durch ein FDTD-Verfahren unter Verwendung der erzeugten Information und der Information, die das Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt, und einen Spektruminformationsausgabeschritt (S04) zum Ausgeben von Information, die das berechnete Spektrum des austretenden Lichts darstellt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
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    • - JP 3703028 [0003, 0084]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - A. Chutinan, et al., Org. Elec. Bd. 6 S. 3, 2005 [0003]
    • - Toru Uno, 'Finite Difference Time Domain Method for Electromagnetic Field and Antenna' Corona Publishing Co., Ltd. (1998) [0049]

Claims (6)

  1. Analyseverfahren für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements zum Analysieren von Licht, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur mit vier oder mehr Lagen laminierter Dünnschichten, einschließlich einer lichtemittierenden Schicht, aufweist, unter Verwendung einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch die Schritte: einen Eingabeschritt zum Eingeben von Parametern der das lichtemittierende Bauelement bildenden Dünnschichten und von Information, die ein Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt; einen Spektrumberechnungsschritt zum Erzeugen von Information, die auf den im Eingabeschritt eingegebenen Parametern basiert und das lichtemittierende Element darstellt, das nur in der Laminierungsrichtung der Dünnschichten in Gitter geteilt ist, und zum Berechnen eines Spektrums des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts durch ein FDTD-Verfahren unter Verwendung der erzeugten Information und der im Eingabeschritt eingegebenen Information, die das Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt; und einen Spektruminformationsausgabeschritt zum Ausgeben von Information, die das im Spektrumberechnungsschritt berechnete Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts darstellt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parameter der Dünnschichten die Dicken und die Brechungsindizes der Dünnschichten einschließen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Parameterausgabeschritt zum Bestimmen, ob Information, die ein Spektrum des von jedem lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts darstellt, die im Spektruminformationsausgabeschritt als Ergebnis davon erhalten wird, dass im Eingabeschritt Parameter der Dünnschichten eingegeben werden, die mit mehreren lichtemittierenden Bauelementen in Beziehung stehen, im Voraus gesetzte Bedingungen erfüllt oder nicht, und Ausgeben von Parametern der Dünnschichten, die im Eingabeschritt für ein lichtemittierendes Bauelement eingegeben wurden, dem Information zugeordnet ist, die das Spektrum des austretenden Lichts darstellt und für die bestimmt wurde, dass sie die Bedingungen erfüllt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im Voraus gesetzten vorgegebenen Bedingungen derart sind, dass das Verhältnis zwischen einer Intensität des Spektrums des austretenden Lichts bei der Peak-Frequenz und der Intensität des Spektrums des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts bei der Peak-Frequenz größer oder gleich einem vorgegebenen Schwellenwert ist.
  5. Analysevorrichtung für das Bauelementschichtstrukturdesign eines lichtemittierenden Bauelements zum Analysieren von Licht, das von einem lichtemittierenden Bauelement austritt, das eine Struktur mit vier oder mehr Lagen laminierter Dünnschichten aufweist, einschließ lich einer lichtemittierenden Schicht, wobei die Analysevorrichtung gekennzeichnet ist durch: eine Eingabeeinrichtung zum Eingeben von Parametern der das lichtemittierende Bauelement bildenden Dünnschichten und von Information, die ein Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt; eine Spektrumberechnungseinrichtung zum Erzeugen von Information basierend auf den durch die Eingabeeinrichtung zugeführten Parametern, wobei die Information das lichtemittierende Element darstellt, das nur in der Laminierungsrichtung der Dünnschichten in Gitter geteilt ist, und zum Berechnen eines Spektrums des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts durch ein FDTD-Verfahren unter Verwendung der erzeugten Information und der durch die Eingabeeinrichtung zugeführten Information, die das Spektrum des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts darstellt; und eine Spektruminformationsausgabeeinrichtung zum Ausgeben von durch die Spektrumberechnungseinrichtung berechneter Information, die das Spektrum des vom lichtemittierenden Bauelement austretenden Lichts darstellt.
  6. Lichtemittierendes Bauelement, dessen Verhältnis zwischen der Intensität eines Spektrums des austretenden Lichts bei seiner Peak-Frequenz, die durch Information dargestellt wird, die durch ein Analyseverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 analysiert und ausgegeben wurde, und der Intensität eines Spektrums des von der lichtemittierenden Schicht emittierten Lichts bei der Peak-Frequenz größer oder gleich 6,5 ist.
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