JP2006278035A - Light emission distribution estimation method, light emission distribution estimation device, light emission distribution estimation program, record medium, display device, and image display device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発光分布推定方法、発光分布推定装置、発光分布推定プログラム、記録媒体、表示素子、画像表示装置に関する。 The present invention relates to a light emission distribution estimation method, a light emission distribution estimation device, a light emission distribution estimation program, a recording medium, a display element, and an image display device.
従来、印加された電界に基づいて励起され所定の発光スペクトルを有する光を発光可能な発光体と、当該発光体における一方の面側に設けられ光を透過可能な第1電極と、当該発光体における前記一方の面とは反対側の他方の面側に設けられ光を反射可能な第2電極と、を備える表示素子が知られている。このような表示素子としては、いわゆるLED(Light Emitting Diode:発光ダイオード)などが知られており、より具体的には、有機EL(Electro Luminescence)素子や無機EL素子などが知られている。 Conventionally, a light emitter that is excited based on an applied electric field and can emit light having a predetermined emission spectrum, a first electrode that is provided on one surface side of the light emitter and can transmit light, and the light emitter There is known a display element that includes a second electrode that is provided on the other surface side opposite to the one surface and can reflect light. As such a display element, a so-called LED (Light Emitting Diode) or the like is known, and more specifically, an organic EL (Electro Luminescence) element or an inorganic EL element is known.
図10は、有機EL素子の構成を模式的に示す断面図である。
この図において、有機EL素子1は、ガラスなどの透明材料によって構成される透明基板11と、ITO(Indium tin oxide)などによって構成される透明な陽極12(第1電極)と、正孔輸送層13と、発光層14(発光体)と、電子輸送層15と、金属などによって構成され光を反射可能な陰極16(第2電極)と、が順次積層されることによって構成されている。陽極12および陰極16は電源2に接続されており、陽極12から陰極16へ向かう電界Eが発生されるようになっている。このような電界Eの下、陽極12から正孔輸送層13へと注入された正孔(図10では、「+」、によって表示する)は陰極16側に輸送され、陰極16から電子輸送層15へと注入された電子(図10では、「−」、によって表示する)は陽極12側に輸送される。そして、正孔および電子は発光層14内で再結合し、励起状態にある正孔‐電子対(以下、励起子、という)が生成される。その後、励起子のエネルギーは発光層14を構成する発光材料に渡され、発光材料が励起して発光する。このときの発光スペクトルは主として発光材料の性質に応じて決まり、発光材料としてAlq3のみを用いた場合には、波長λ0≒530nmにおいて強度が最大の発光スペクトルになることが知られている。なお、発光層14は、1種類の発光材料のみによって構成することもできるし、また、2種類以上の材料、例えば、ホスト材料とドーパント材料とによって構成することもできる。発光層14内において生成された光は、透明な陽極12および透明基板11を通して、有機EL素子1外に出射されるようになっている。
FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the organic EL element.
In this figure, an
以上のような構成の有機EL素子1において、表示性能を向上させるために、陽極12および陰極16との間にピーク波長λ0の光に対する共振構造を形成してピーク波長λ0の光を増幅する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、陽極12、正孔輸送層13、発光層14、電子輸送層15を併せた層の光学距離L(=Σnd:但し、nは各層の屈折率、dは各層の厚み、を表す)と、陰極16によって光が反射される際の位相シフトΦと、を含む以下の式(1)を満たすように有機EL素子1を構成することによって、共振構造を形成することができる。
In the
説明の簡素化のため、以下、陰極16が理想的な導電体であり、かつ、陰極16に接する電子輸送層15が理想的な透明体である場合を例にとって説明する。この場合、陰極16での位相シフトはΦ=−πとなる。したがって、式(1)を以下の式(2)に変形することができる。
In order to simplify the description, a case where the
さらに、式(2)を変形すると、以下の式(3)が得られる。 Further, when the formula (2) is modified, the following formula (3) is obtained.
このように、ピーク波長λ0の光に対する共振構造を形成するためには、光学距離Lをピーク波長λ0の1/4倍,3/4倍,・・・にすればよいことがわかる。 Thus, it can be seen that in order to form a resonance structure for light having the peak wavelength λ 0 , the optical distance L should be set to 1/4 times, 3/4 times,... Of the peak wavelength λ 0 .
図11に、光学距離Lをピーク波長λ0の3/4倍とした場合に形成される共振構造において生じるピーク波長λ0の定在波形を模式的に示す。なお、説明の都合上、この図においては、正孔輸送層13,発光層14,電子輸送層15を一体的に図示している。実線の波形は陽極12側に進行する光を表し、破線の波形は陰極16側に進行する光を表す。陰極16の表面から光学距離λ0/4だけ隔たった位置Aは定在波形の腹になっており、陰極16の表面から光学距離λ0/2だけ隔たった位置Bは定在波形の節になっている。
Figure 11 shows the standing wave peak wavelength lambda 0 occurring in the resonant structure formed when the optical distance L is 3/4 times the peak wavelength lambda 0 schematically. For convenience of explanation, in this figure, the
以上のようなピーク波長λ0の光に対する共振構造を利用して有機EL素子1の表示性能を最大限に高めるためには、定在波形における腹の位置Aを含むように発光層14を形成することはもちろん、特に、発光層14内の発光分布における最大発光位置を定在波形における腹の位置Aに一致させることが好ましい。したがって、有機EL素子1の表示性能を高めるためには、発光層14内の発光分布に関する情報が不可欠である。
In order to maximize the display performance of the
発光層14内での発光は、前述したように、励起子(正孔‐電子対)の生成が原因となって起こるので、発光層14内の発光分布は、発光層14内における励起子の生成分布とも解釈することができる。しかしながら、発光層14内の励起子の生成分布(発光層14内の発光分布)は、陽極12の仕事関数、陰極16の仕事関数、各層13,14,15を構成する物質のキャリア(正孔・電子)移動度、イオン化ポテンシャル、エネルギーギャップなどの様々な量に依存して決まるため、演算によって算出することは非常に困難である。また、発光層14内の発光分布を直接測定することも困難である。これは、透明な陽極12および透明基板11を通して有機EL素子1外に出射される光が、発光層14内の各位置において生成された光の混合光であるため、これを測定しても発光分布に関する情報を取得することが困難だからである。
As described above, the light emission in the
そこで、発光層14内の発光分布を演算や測定によって直接取得する代わりに、これを推定しようとする技術の開発が試みられており、現在、例えば以下の2つの発光分布推定方法が知られている。
Therefore, instead of directly acquiring the light emission distribution in the
第1の発光分布推定方法では、陽極12の仕事関数、陰極16の仕事関数、各層13,14,15を構成する物質のキャリア移動度、イオン化ポテンシャル、エネルギーギャップなどの発光分布を決定する様々な量を予め測定しておき、これらの測定量に基づいて設定した物理モデルを用いて有機EL素子1の発光シミュレーションを行い、このシミュレーション結果に基づいて発光分布を推定する。
In the first light emission distribution estimation method, various light emission distributions such as a work function of the
第2の発光分布推定方法(例えば、非特許文献1参照)では、図12に示すように、発光層14内に微小な厚みを有するドープ層17を添加し、有機EL素子1外に出射される光の強度を測定する。光強度の測定は、発光層14内におけるドープ層17の位置を順次変えながら、複数回に渡って順次行われる。そして、発光層14内におけるドープ層17の位置と、測定された光強度との間の相関関係に基づいて、(ドープ層17が添加されていない)発光層14内の発光分布が推定される。
In the second light emission distribution estimation method (for example, see Non-Patent Document 1), as shown in FIG. 12, a
しかしながら、現時点では有機EL素子1の発光層14の発光メカニズムが十分に解明されていないため、前記第1の発光分布推定方法における発光シミュレーションに用いる物理モデルの妥当性を十分な精度をもって判断することができない。そのため、推定された発光分布が正しいか否かを正確に検証することはできず、前記第1の発光分布推定方法では十分な信頼性が確保されないという問題があった。
However, since the light emission mechanism of the
また、前記第2の発光分布推定方法では、発光層14にドープ層17を追加的に添加しているが、ドープ層17を構成する物質は、エネルギーギャップが発光層14を構成するホスト材料よりも小さく、かつ、HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)準位およびLUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位が、発光層14を構成するホスト材料の対応する準位よりも内側に存在することが多いので、ドープ層17は正孔や電子の移動の障害になりやすい。そのため、前記第2の発光分布推定方法では、(ドープ層17が添加されていない)本来の発光層14の発光状態が正確に再現されないおそれがあり、推定精度に問題があった。また、発光層14内にドープ層17を添加する煩雑な作業を、発光層14内においてドープ層17を添加する位置を順次変えながら複数回に渡って繰り返し行わなくてはならないので、作業効率が悪く、コストがかかってしまうという問題も生じていた。
Further, in the second light emission distribution estimation method, the doped
本発明の目的は、表示素子における発光体内の発光分布を効率的かつ高精度に推定することができる発光分布推定方法、発光分布推定装置、発光分布推定プログラム、記録媒体、表示素子、画像表示装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a light emission distribution estimation method, a light emission distribution estimation apparatus, a light emission distribution estimation program, a recording medium, a display element, and an image display apparatus capable of efficiently and accurately estimating a light emission distribution in a light emitting body in a display element. Is to provide.
本発明の発光分布推定方法は、印加された電界に基づいて励起され所定の発光スペクトルを有する光を発光可能な発光体と、当該発光体における一方の面側に設けられ光を透過可能な第1電極と、当該発光体における前記一方の面とは反対側の他方の面側に設けられる第2電極と、を備える表示素子において、前記第1電極および前記第2電極によって電界を印加した場合における前記発光体内の発光分布を推定する発光分布推定方法であって、前記第1電極および前記第2電極によって電界を印加して前記発光体を励起・発光させ、前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(以下、電界励起出射光スペクトル、という)を測定する電界励起出射光スペクトル測定工程と、前記表示素子の各構成要素の特性に基づいて、前記発光体内において生成される光のうち前記第1電極を通して出射される光の割合(以下、光取出し効率、という)を、前記発光体内において光が生成される各位置ごと、および、当該各位置にて生成される光の各波長ごと、に算出する光取出し効率算出工程と、前記発光スペクトル、前記光取出し効率、前記電界励起出射光スペクトルに基づいて前記発光体内の発光分布を推定する発光分布推定工程と、が設けられることを特徴とする。 The light emission distribution estimation method of the present invention includes a light emitter that is excited based on an applied electric field and can emit light having a predetermined light emission spectrum, and a first light source provided on one surface side of the light emitter that can transmit light. In a display element comprising one electrode and a second electrode provided on the other surface side opposite to the one surface of the light emitter, an electric field is applied by the first electrode and the second electrode A light emission distribution estimating method for estimating a light emission distribution in the luminous body in which an electric field is applied by the first electrode and the second electrode to excite and emit light, and the light is emitted through the first electrode. Based on the characteristics of each component of the display element based on the field excitation emission spectrum measurement process for measuring the spectrum of light (hereinafter referred to as the field excitation emission light spectrum), The ratio of the light emitted through the first electrode in the light generated in the above (hereinafter referred to as light extraction efficiency) at each position where the light is generated in the luminous body and at each position. A light extraction efficiency calculation step for calculating for each wavelength of the generated light, and a light emission distribution estimation step for estimating a light emission distribution in the luminous body based on the emission spectrum, the light extraction efficiency, and the electric field excitation emission light spectrum And is provided.
まず、用語の意味について説明する。
「発光分布」は、発光体内の発光の分布を意味し、発光体内の位置xについての関数WEL(x)として表すことができる。前述したように、発光分布WEL(x)は、発光体内における励起子の生成分布とも解釈することができる。なお、発光分布WEL(x)が電界励起に基づくものであることを明示するために、以下の説明では、発光分布WEL(x)を、特に、「EL発光分布WEL(x)」と表現することがある。
「発光スペクトル」は、発光体によって発光される光のスペクトルを意味し、光の波長λの関数としての光強度IL(λ)として表すことができる。前述したように、発光スペクトルは、主として発光体を構成する材料の性質に応じて決まる。しかしながら、発光体が2種類以上の材料によって構成されている場合には、その材料組成によっても発光スペクトルは変化する。例えば、ホスト材料内にドーパント材料が分散されることにより発光体が構成されている場合には、ドーパント材料からの発光が主となるが、ホスト材料の誘電率や密度によってドーパント材料の発光スペクトルは変化する。また、ドーパント材料の添加濃度によっても、濃度消光や自己吸収の影響により発光スペクトルが変化する。
「光取出し効率」は、発光体内の位置xにおいて波長λの光が生成された場合に、そのうち第1電極を通して表示素子外に出射される光の割合を意味し、波長λおよび位置xについての関数η(λ,x)として表すことができる。
「電界励起出射光スペクトル」は、第1電極および第2電極によって電界を印加して発光体を励起・発光させた場合に第1電極を通して表示素子外に出射される光のスペクトルを意味し、光の波長λの関数としての光強度IEL(λ)として表すことができる。
なお、添え字「EL(Electro Luminescence)」は、電界励起に関係することを意味する。
First, the meaning of terms will be described.
“Luminescence distribution” means the distribution of luminescence in the luminescent body and can be expressed as a function W EL (x) for the position x in the luminescent body. As described above, the emission distribution W EL (x) can also be interpreted as an exciton generation distribution in the luminous body. In order to clarify that the light emission distribution W EL (x) is based on electric field excitation, in the following description, the light emission distribution W EL (x) is referred to as “EL light emission distribution W EL (x)”. Sometimes expressed.
“Emission spectrum” means the spectrum of light emitted by a light emitter and can be expressed as light intensity I L (λ) as a function of the wavelength of light λ. As described above, the emission spectrum is determined mainly depending on the properties of the material constituting the light emitter. However, when the light emitter is composed of two or more kinds of materials, the emission spectrum changes depending on the material composition. For example, when a light emitter is formed by dispersing a dopant material in a host material, light emission from the dopant material is mainly, but the emission spectrum of the dopant material depends on the dielectric constant and density of the host material. Change. Also, the emission spectrum changes due to concentration quenching and self-absorption depending on the concentration of dopant material added.
“Light extraction efficiency” means the proportion of light emitted outside the display element through the first electrode when light of wavelength λ is generated at position x in the luminous body. It can be expressed as a function η (λ, x).
"Electric field excited emission light spectrum" means a spectrum of light emitted from the display element through the first electrode when an electric field is applied by the first electrode and the second electrode to excite and emit light. It can be expressed as light intensity I EL (λ) as a function of light wavelength λ.
Note that the subscript “EL (Electro Luminescence)” relates to electric field excitation.
続いて、表示素子の表示メカニズムを以上の用語を用いて説明する。
まず、第1電極および第2電極によって電界が印加されると、発光体は発光分布WEL(x)に応じて発光する。すなわち、発光体内の位置xでは、WEL(x)に応じた数の励起子が生成され、WEL(x)に応じた強度の光が生成される。
このとき、位置xで生成されるWEL(x)に応じた強度の光は、光強度IL(λ)によって表される発光スペクトルを有している(∵発光スペクトルは、発光体を構成する物質に応じて決まり、発光体内の位置xには無関係)。したがって、位置xにおいて生成される波長λの光の強度は、積WEL(x)・IL(λ)に応じて決まる。
そして、この光(波長λ,生成位置x)は、光取出し効率η(λ,x)に応じて第1電極を通して表示素子外に出射される。このため、位置xにおいて生成された波長λの光のうち、第1電極を通して表示素子外に出射される光の強度は、積WEL(x)・IL(λ)・η(λ,x)に応じて決まる。
この積WEL(x)・IL(λ)・η(λ,x)を位置xについて積分すれば、第1電極を通して表示素子外に出射される波長λの光の強度に相当する量を算出することができる。そして、この算出量は、電界励起出射光スペクトルにおける波長λの光強度IEL(λ)に相当する。
したがって、各項にかけるべき規格化定数などを無視すれば、以下の式(4)が成立する。
Next, the display mechanism of the display element will be described using the above terms.
First, when an electric field is applied by the first electrode and the second electrode, the light emitter emits light according to the light emission distribution W EL (x). That is, in the position x of the light emitting body, is generated W number of excitons in accordance with the EL (x), light intensity corresponding to W EL (x) is generated.
At this time, the light having the intensity corresponding to W EL (x) generated at the position x has an emission spectrum represented by the light intensity I L (λ). It depends on the substance to be used and is independent of the position x in the luminous body). Therefore, the intensity of the light having the wavelength λ generated at the position x is determined according to the product W EL (x) · I L (λ).
The light (wavelength λ, generation position x) is emitted outside the display element through the first electrode in accordance with the light extraction efficiency η (λ, x). Therefore, in the light of the wavelength lambda generated at position x, the intensity of light emitted outside the display device through the first electrode, the product W EL (x) · I L (λ) · η (λ, x )
If this product W EL (x) · I L (λ) · η (λ, x) is integrated with respect to the position x, an amount corresponding to the intensity of light of wavelength λ emitted from the display element through the first electrode is obtained. Can be calculated. This calculated amount corresponds to the light intensity I EL (λ) of the wavelength λ in the electric field excitation emission light spectrum.
Therefore, if the normalization constant to be applied to each term is ignored, the following formula (4) is established.
このように、電界励起出射光スペクトルIEL(λ)は、発光分布WEL(x),発光スペクトルIL(λ),光取出し効率η(λ,x)の3つの量に基づいて定まっているが、見方を変えれば、発光分布WEL(x)を、その他の3つの量に基づいて推定することができることが分かる。 As described above, the electric field excitation emission light spectrum I EL (λ) is determined based on the three quantities of the light emission distribution W EL (x), the light emission spectrum I L (λ), and the light extraction efficiency η (λ, x). However, from a different viewpoint, it can be seen that the emission distribution W EL (x) can be estimated based on the other three quantities.
本発明の発光分布推定方法によれば、電界励起出射光スペクトルIEL(λ)を測定しており、かつ、光取出し効率η(λ,x)を表示素子の各構成要素の特性に基づいて算出しているので、これら2つの量と発光スペクトルIL(λ)とに基づいて発光体内の発光分布WEL(x)を推定することができる。なお、発光スペクトルIL(λ)は、発光体を構成する物質に応じて決まるので、当該構成物質を対象とする試験などによって予め測定しておくことも可能である。また、後述するように、光励起出射光スペクトルに基づいて発光スペクトルIL(λ)を算出することも可能である。 According to the emission distribution estimation method of the present invention, the electric field excitation emission light spectrum I EL (λ) is measured, and the light extraction efficiency η (λ, x) is determined based on the characteristics of each component of the display element. Since it is calculated, the light emission distribution W EL (x) in the light emitter can be estimated based on these two quantities and the light emission spectrum I L (λ). Note that since the emission spectrum I L (λ) is determined according to the substance constituting the light emitter, it can be measured in advance by a test or the like for the constituent substance. Further, as will be described later, the emission spectrum I L (λ) can be calculated based on the light excitation emission light spectrum.
以上のような本発明の発光分布推定方法では、3つの量IEL(λ),η(λ,x),IL(λ)に基づいて発光分布WEL(x)を推定しているが、この際、式(4)に基づく演算処理を行えば十分であり、従来の第1の発光分布推定方法のように理論、実験面で十分確立されていない物理モデルを設定して発光シミュレーションを行う必要がない。したがって、本発明の発光分布推定方法によれば、十分に信頼できる前記3つの量に基づいて、発光分布WEL(x)を高精度に推定することができる。 In the light emission distribution estimation method of the present invention as described above, the light emission distribution W EL (x) is estimated based on the three quantities I EL (λ), η (λ, x), and I L (λ). In this case, it is sufficient to perform the arithmetic processing based on the equation (4), and a light emission simulation is performed by setting a physical model that is not well established theoretically and experimentally like the conventional first light emission distribution estimation method. There is no need to do it. Therefore, according to the light emission distribution estimation method of the present invention, the light emission distribution W EL (x) can be estimated with high accuracy based on the three quantities that are sufficiently reliable.
また、本発明の発光分布推定方法によれば、従来の第2の発光分布推定方法のように発光体にドープ層のような追加的な構成を添加することなく、表示素子の本来の構成を生かして発光分布WEL(x)を推定することができるので、推定精度を向上させることができる。また、発光体にドープ層のような追加的な構成を添加する煩雑な作業を行わなくて済むので、作業効率を向上させることができ、作業コストを低減させることができる。 Further, according to the emission distribution estimation method of the present invention, the original configuration of the display element can be achieved without adding an additional configuration such as a doped layer to the light emitter as in the conventional second emission distribution estimation method. Since the light emission distribution W EL (x) can be estimated by utilizing it, the estimation accuracy can be improved. In addition, since it is not necessary to perform a complicated operation of adding an additional structure such as a doped layer to the light emitter, the working efficiency can be improved and the working cost can be reduced.
また、本発明の発光分布推定方法では、前記発光体を励起・発光させることが可能な励起光を照射して当該発光体を励起・発光させ、前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(以下、光励起出射光スペクトル、という)を測定する光励起出射光スペクトル測定工程と、前記光励起出射光スペクトルおよび前記光取出し効率に基づいて前記発光スペクトルを算出する発光スペクトル算出工程と、が設けられ、前記発光分布推定工程では、前記発光スペクトル算出工程において算出された前記発光スペクトル、前記光取出し効率、前記電界励起出射光スペクトルに基づいて前記発光体内の発光分布を推定する、ことが好ましい。 Further, in the emission distribution estimation method of the present invention, an excitation light that can excite and emit the illuminant is irradiated to excite and emit the illuminant, and a spectrum of light emitted through the first electrode ( And a light excitation emission light spectrum measurement step for measuring the light excitation emission light spectrum, and an emission spectrum calculation step for calculating the emission spectrum based on the light excitation emission light spectrum and the light extraction efficiency, In the emission distribution estimation step, it is preferable that the emission distribution in the luminous body is estimated based on the emission spectrum calculated in the emission spectrum calculation step, the light extraction efficiency, and the electric field excitation emission light spectrum.
ここで、「光励起出射光スペクトル」は、励起光を照射して発光体を励起・発光させた場合に第1電極を通して表示素子外に出射される光のスペクトルを意味し、光の波長λの関数としての光強度IPL(λ)として表すことができる。
なお、添え字「PL(Photo Luminescence)」は、光励起に関係することを意味する。
Here, the “photoexcitation emission light spectrum” means a spectrum of light emitted outside the display element through the first electrode when the illuminant is excited and emitted by irradiating excitation light, and has a wavelength λ of light. It can be expressed as the light intensity I PL (λ) as a function.
Note that the subscript “PL (Photo Luminescence)” relates to photoexcitation.
光励起の場合には、電界励起の場合の式(4)と同様の以下の式(5)が成り立つ。 In the case of photoexcitation, the following equation (5) similar to equation (4) in the case of electric field excitation holds.
ここで、WPL(x)は、光励起による発光体内の発光分布を意味する。なお、発光分布WPL(x)が光励起に基づくものであることを明示するために、以下の説明では、発光分布WPL(x)を、特に、「PL発光分布WPL(x)」と表現することがある。
発光分布WPL(x)は、発光体内における励起光の強度分布L(x)に応じて決まる。特に、強度分布L(x)が略一様であると仮定できる場合には、発光分布WPL(x)も略一様である。そこで、WPL(x)=WPL0(定数)と置けば、式(5)を以下の式(6)に変形することができる。
Here, W PL (x) means a light emission distribution in the luminous body due to photoexcitation. In order to clarify that the emission distribution W PL (x) is based on photoexcitation, in the following description, the emission distribution W PL (x) is referred to as “PL emission distribution W PL (x)”. May be expressed.
The light emission distribution W PL (x) is determined according to the intensity distribution L (x) of the excitation light in the light emitting body. In particular, when it can be assumed that the intensity distribution L (x) is substantially uniform, the emission distribution W PL (x) is also substantially uniform. Therefore, if W PL (x) = W PL0 (constant) is set, equation (5) can be transformed into the following equation (6).
そして、以下の式(7)のように、光取出し効率η(λ,x)のxについての積分値をη0(λ)と置いて、式(6)を発光スペクトルIL(λ)についてとけば以下の式(8)が得られる。 Then, as shown in the following equation (7), the integral value for x of the light extraction efficiency η (λ, x) is set as η 0 (λ), and equation (6) is expressed for the emission spectrum I L (λ). If it melts | dissolves, the following formula | equation (8) will be obtained.
このように、発光スペクトル算出工程では、光励起出射光スペクトルIPL(λ)および光取出し効率η(λ,x)に基づいて発光スペクトルIL(λ)を算出することができる。 As described above, in the emission spectrum calculation step, the emission spectrum I L (λ) can be calculated based on the light excitation emission light spectrum I PL (λ) and the light extraction efficiency η (λ, x).
以上のような発光分布推定方法によれば、表示素子に組み込まれた発光体の実際の発光状態に基づいて発光スペクトルIL(λ)を高精度に算出することができるので、EL発光分布WEL(x)の推定精度を向上させることができる。 According to the light emission distribution estimation method as described above, the light emission spectrum I L (λ) can be calculated with high accuracy based on the actual light emission state of the light emitter incorporated in the display element. The estimation accuracy of EL (x) can be improved.
また、本発明の発光分布推定方法では、前記発光スペクトル算出工程では、前記表示素子の各構成要素の特性に基づいて、前記光励起出射光スペクトル測定工程での前記発光体内における前記励起光の強度分布を算出し、当該強度分布、前記光取出し効率、前記光励起出射光スペクトルに基づいて前記発光スペクトルを算出する、ことが好ましい。 In the emission distribution estimation method of the present invention, in the emission spectrum calculation step, the intensity distribution of the excitation light in the luminous body in the light excitation emission light spectrum measurement step based on the characteristics of each component of the display element. It is preferable that the emission spectrum is calculated based on the intensity distribution, the light extraction efficiency, and the light excitation emission light spectrum.
発光体内の強度分布L(x)が略一様であるとの前記仮定が成り立たない場合には、発光体内の発光分布WPL(x)も略一様ではなく、ばらつきが生じる。
しかしながら、強度分布L(x)は、表示素子の各構成要素の特性(屈折率など)に基づいて正確に算出することが可能である。そのため、発光体内の発光分布WPL(x)も正確に算出することが可能である。この場合、前記仮定の下での式(5)から式(8)までの式変形は成り立たないが、代わりに、式(5)を以下の式(9)に変形することができる。
When the assumption that the intensity distribution L (x) in the luminous body is substantially uniform does not hold, the luminous distribution W PL (x) in the luminous body is not substantially uniform and varies.
However, the intensity distribution L (x) can be accurately calculated based on the characteristics (such as the refractive index) of each component of the display element. Therefore, the light emission distribution W PL (x) in the light emitting body can be accurately calculated. In this case, equations (5) to (8) cannot be modified under the above assumption, but instead, equation (5) can be modified into the following equation (9).
ここで、右辺の各量IPL(λ),WPL(x),η(λ,x)は、いずれも測定あるいは算出されているので、式(9)によって発光スペクトルIL(λ)を算出することができる。 Here, since the quantities I PL (λ), W PL (x), and η (λ, x) on the right side are all measured or calculated, the emission spectrum I L (λ) is expressed by Equation (9). Can be calculated.
以上のような発光分布推定方法によれば、発光体内の強度分布L(x)のばらつきを加味した上で、発光スペクトルIL(λ)を高精度に算出することができるので、EL発光分布WEL(x)の推定精度を向上させることができる。 According to the light emission distribution estimation method as described above, the light emission spectrum I L (λ) can be calculated with high accuracy in consideration of variations in the intensity distribution L (x) in the light emitting body. The estimation accuracy of W EL (x) can be improved.
また、本発明の発光分布推定方法では、前記発光分布推定工程では、前記発光体内の発光分布の候補(以下、発光分布候補、という)を任意に設定する発光分布候補設定工程と、前記発光体が前記発光分布候補に基づいて発光したと仮定した場合に前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(以下、電界励起出射光スペクトル候補、という)を、当該発光分布候補、前記発光スペクトル、前記光取出し効率に基づいて算出する電界励起出射光スペクトル候補算出工程と、前記電界励起出射光スペクトル候補を、前記電界励起出射光スペクトルと比較し、両者の差異が所定範囲以内であるときは、当該電界励起出射光スペクトル候補の算出に用いた前記発光分布候補を、前記発光体内の発光分布であると推定するスペクトル比較工程と、が設けられることが好ましい。 In the light emission distribution estimation method of the present invention, in the light emission distribution estimation step, a light emission distribution candidate setting step for arbitrarily setting light emission distribution candidates (hereinafter referred to as light emission distribution candidates) in the light emitter, and the light emitter Is assumed to emit light based on the emission distribution candidate, the spectrum of the light emitted through the first electrode (hereinafter referred to as electric field excitation emission light spectrum candidate), the emission distribution candidate, the emission spectrum, The electric field excitation emission light spectrum candidate calculation step calculated based on the light extraction efficiency and the electric field excitation emission light spectrum candidate are compared with the electric field excitation emission light spectrum, and when the difference between the two is within a predetermined range, A spectrum comparison step for estimating the emission distribution candidate used for calculation of the electric field excitation emission light spectrum candidate as the emission distribution in the luminous body, It is preferably provided.
発光分布候補設定工程において設定されるEL発光分布候補(EL発光分布WEL(x)の候補)をWEL’(x)と置く。電界励起出射光スペクトル候補算出工程では、式(4)のWEL(x)にWEL’(x)を代入することによって得られる以下の式(10)にしたがって電界励起出射光スペクトル候補IEL’(λ)を算出する。 The EL light emission distribution candidate (EL light emission distribution W EL (x) candidate) set in the light emission distribution candidate setting step is set as W EL ′ (x). In the electric field excitation outgoing light spectrum candidate calculation step, electric field excitation outgoing light spectrum candidate I EL is obtained according to the following equation (10) obtained by substituting W EL ′ (x) into W EL (x) in equation (4). '(Λ) is calculated.
スペクトル比較工程では、算出されたIEL’(λ)を、測定されたIEL(λ)と比較し、両者の差異が所定範囲以内であるときは、IEL’(λ)の算出に用いたEL発光分布候補WEL’(x)を、発光体内のEL発光分布WEL(x)であると推定する。 In the spectrum comparison step, the calculated I EL '(λ) is compared with the measured I EL (λ), and when the difference between the two is within a predetermined range, it is used for calculating I EL ' (λ). The estimated EL emission distribution candidate W EL ′ (x) is estimated to be the EL emission distribution W EL (x) in the luminous body.
以上のような発光分布推定方法によれば、実際のEL発光分布WEL(x)に基づいて生成されるスペクトルIEL(λ)に近いスペクトル候補IEL’(λ)を生成するEL発光分布候補WEL’(x)を実際のEL発光分布であると推定しているので、推定されたEL発光分布(候補)WEL’(x)と実際のEL発光分布WEL(x)との差異を所定範囲以内に抑えることができ、高精度にEL発光分布WEL(x)を推定することができる。 According to the light emission distribution estimation method as described above, the EL light emission distribution for generating the spectrum candidate I EL '(λ) close to the spectrum I EL (λ) generated based on the actual EL light distribution W EL (x). Since the candidate W EL '(x) is estimated to be an actual EL emission distribution, the estimated EL emission distribution (candidate) W EL ' (x) and the actual EL emission distribution W EL (x) The difference can be suppressed within a predetermined range, and the EL emission distribution W EL (x) can be estimated with high accuracy.
また、本発明の発光分布推定方法では、前記スペクトル比較工程では、複数のサンプル波長を設定し、前記電界励起出射光スペクトル候補における前記各サンプル波長に対する各強度データ、および、前記電界励起出射光スペクトルにおける前記各サンプル波長に対する各強度データ、の個々の差の二乗の総和が所定閾値以下であるときは、当該電界励起出射光スペクトル候補の算出に用いた前記発光分布候補を、前記発光体内の発光分布であると推定する、ことが好ましい。 In the emission distribution estimation method of the present invention, in the spectrum comparison step, a plurality of sample wavelengths are set, each intensity data for each sample wavelength in the field excitation emission light spectrum candidate, and the field excitation emission light spectrum. When the sum of the squares of the individual differences of the respective intensity data for each sample wavelength is equal to or less than a predetermined threshold value, the emission distribution candidate used for the calculation of the electric field excitation emission light spectrum candidate is used as the light emission in the luminous body. It is preferable to estimate the distribution.
スペクトル比較工程においてN個のサンプル波長λi=λ1,λ2,・・・,λN(i=1,2,・・・,N)を設定した場合、スペクトル候補IEL’(λ)における各サンプル波長λiに対する各強度データIEL’(λi)、および、スペクトルIEL(λ)における各サンプル波長λiに対する強度データIEL(λi)、の個々の差の二乗の総和Δ When N sample wavelengths λi = λ1, λ2,..., ΛN (i = 1, 2,..., N) are set in the spectrum comparison step, each sample wavelength in the spectrum candidate I EL ′ (λ) The sum of squares of the individual differences Δ of each intensity data I EL ′ (λi) for λi and intensity data I EL (λi) for each sample wavelength λi in the spectrum I EL (λ)
が算出されて閾値Δ0と比較され、スペクトル候補IEL’(λ)の算出に用いた発光分布候補WEL’(x)を発光分布WEL(x)と推定してよいか否かが判定される。
なお、連続的なサンプル波長を設定した場合には、式(11)の右辺をλについての積分を用いて書き換えればΔを算出することができる。
Is calculated and compared with the threshold Δ 0, and whether or not the light emission distribution candidate W EL '(x) used for calculating the spectrum candidate I EL ' (λ) may be estimated as the light emission distribution W EL (x). Determined.
When a continuous sample wavelength is set, Δ can be calculated by rewriting the right side of Equation (11) using the integration for λ.
以上のような発光分布推定方法によれば、数学的な手法に基づいて、安定した精度で発光分布を推定することができる。 According to the light emission distribution estimation method as described above, the light emission distribution can be estimated with stable accuracy based on a mathematical method.
また、本発明の発光分布推定装置は、印加された電界に基づいて励起され所定の発光スペクトルを有する光を発光可能な発光体と、当該発光体における一方の面側に設けられ光を透過可能な第1電極と、当該発光体における前記一方の面とは反対側の他方の面側に設けられる第2電極と、を備える表示素子において、前記第1電極および前記第2電極によって電界を印加した場合における前記発光体内の発光分布を推定する発光分布推定装置であって、前記第1電極および前記第2電極によって電界を印加して前記発光体を励起・発光させる電界印加手段と、前記電界印加手段による電界の印加の際に前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(電界励起出射光スペクトル)を測定する電界励起出射光スペクトル測定手段と、前記表示素子の各構成要素の特性に基づいて、前記発光体内において生成される光のうち前記第1電極を通して出射される光の割合(光取出し効率)を、前記発光体内において光が生成される各位置ごと、および、当該各位置にて生成される光の各波長ごと、に算出する光取出し効率算出手段と、前記発光スペクトル、前記光取出し効率、前記電界励起出射光スペクトルに基づいて前記発光体内の発光分布を推定する発光分布推定手段と、を備えることを特徴とする。 The light emission distribution estimation device of the present invention can emit light having a predetermined emission spectrum that is excited based on an applied electric field, and can transmit light provided on one surface side of the light emitter. In a display element comprising a first electrode and a second electrode provided on the other surface side opposite to the one surface of the light emitter, an electric field is applied by the first electrode and the second electrode. A light emission distribution estimating device for estimating a light emission distribution in the light emitter in the case where an electric field is applied by the first electrode and the second electrode to excite and emit the light emitter, and the electric field An electric field excitation outgoing light spectrum measuring means for measuring a spectrum (electric field excitation outgoing light spectrum) of light emitted through the first electrode when an electric field is applied by the applying means; and the display Based on the characteristics of each component of the child, the ratio (light extraction efficiency) of the light emitted through the first electrode out of the light generated in the light emitting body is represented by each position where the light is generated in the light emitting body. And a light extraction efficiency calculating means for calculating for each wavelength of light generated at each position, and based on the emission spectrum, the light extraction efficiency, and the electric field excitation emission light spectrum, And a light emission distribution estimating means for estimating the light emission distribution.
また、本発明の発光分布推定装置では、前記発光体を励起・発光させることが可能な励起光を照射して当該発光体を励起・発光させる励起光照射手段と、前記励起光照射手段による励起光の照射の際に前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(光励起出射光スペクトル)を測定する光励起出射光スペクトル測定手段と、前記光励起出射光スペクトルおよび前記光取出し効率に基づいて前記発光スペクトルを算出する発光スペクトル算出手段と、が設けられ、前記発光分布推定手段は、前記発光スペクトル算出手段によって算出された前記発光スペクトル、前記光取出し効率、前記電界励起出射光スペクトルに基づいて前記発光体内の発光分布を推定する、ことが好ましい。 In the emission distribution estimation device of the present invention, excitation light irradiation means for irradiating the light emitter with excitation light capable of exciting and emitting the light to excite and emit the light emitter, and excitation by the excitation light irradiation means A light excitation emission light spectrum measuring means for measuring a spectrum (light excitation emission light spectrum) of light emitted through the first electrode during light irradiation, and the emission spectrum based on the light excitation emission light spectrum and the light extraction efficiency. An emission spectrum calculating means for calculating the emission spectrum, the emission distribution estimating means is based on the emission spectrum calculated by the emission spectrum calculating means, the light extraction efficiency, and the electric field excitation emission light spectrum. It is preferable to estimate the light emission distribution.
また、本発明の発光分布推定装置では、前記発光分布推定手段は、前記発光体内の発光分布の候補(発光分布候補)を任意に設定する発光分布候補設定手段と、前記発光体が前記発光分布候補に基づいて発光したと仮定した場合に前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(電界励起出射光スペクトル候補)を、当該発光分布候補、前記発光スペクトル、前記光取出し効率に基づいて算出する電界励起出射光スペクトル候補算出手段と、前記電界励起出射光スペクトル候補を、前記電界励起出射光スペクトルと比較し、両者の差異が所定範囲以内であるときは、当該電界励起出射光スペクトル候補の算出に用いた前記発光分布候補を、前記発光体内の発光分布であると推定するスペクトル比較手段と、を備えることが好ましい。
In the light emission distribution estimation apparatus of the present invention, the light emission distribution estimation means includes light emission distribution candidate setting means for arbitrarily setting light emission distribution candidates (light emission distribution candidates) in the light emitter, and the light emitter is the light emission distribution. When it is assumed that light is emitted based on a candidate, a spectrum of light emitted through the first electrode (electric field excitation light spectrum candidate) is calculated based on the light emission distribution candidate, the light emission spectrum, and the light extraction efficiency. The field excitation emission light spectrum candidate calculation means and the field excitation emission light spectrum candidate are compared with the field excitation emission light spectrum, and when the difference between the two is within a predetermined range, the field excitation emission light spectrum candidate is calculated. It is preferable to include a spectrum comparison unit that estimates that the light emission distribution candidate used in
以上のような構成の本発明の発光分布推定装置は、前述した本発明の発光分布推定方法を実施するための構成を備えているので、本発明の発光分布推定方法と同じ各作用・効果を奏することができる。 The light emission distribution estimation apparatus of the present invention having the above-described configuration has a structure for carrying out the light emission distribution estimation method of the present invention described above, and therefore has the same functions and effects as the light emission distribution estimation method of the present invention. Can play.
また、本発明の発光分布推定装置では、光のスペクトルを測定可能な単一のスペクトル測定手段が設けられ、当該単一のスペクトル測定手段が、前記電界励起出射光スペクトル測定手段として機能し、かつ、前記光励起出射光スペクトル測定手段として機能する、ことが好ましい。 In the emission distribution estimation apparatus of the present invention, a single spectrum measuring unit capable of measuring a light spectrum is provided, and the single spectrum measuring unit functions as the electric field excitation emission light spectrum measuring unit, and It preferably functions as the light excitation emission light spectrum measurement means.
このような構成の発光分布推定装置によれば、電界励起出射光スペクトル測定手段および光励起出射光スペクトル測定手段として単一のスペクトル測定手段を設ければよいので、発光分布推定装置の部品点数および部品コストを低減させることができる。 According to the light emission distribution estimation apparatus having such a configuration, since it is sufficient to provide a single spectrum measurement means as the electric field excitation emission light spectrum measurement means and the light excitation emission light spectrum measurement means, the number of parts and parts of the light emission distribution estimation apparatus Cost can be reduced.
また、本発明の発光分布推定プログラムは、印加された電界に基づいて励起され所定の発光スペクトルを有する光を発光可能な発光体と、当該発光体における一方の面側に設けられ光を透過可能な第1電極と、当該発光体における前記一方の面とは反対側の他方の面側に設けられる第2電極と、を備える表示素子において、前記第1電極および前記第2電極によって電界を印加した場合における前記発光体内の発光分布を推定する発光分布推定プログラムであって、前記第1電極および前記第2電極によって電界を印加して前記発光体を励起・発光させ、前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(電界励起出射光スペクトル)を測定する電界励起出射光スペクトル測定工程と、前記表示素子の各構成要素の特性に基づいて、前記発光体内において生成される光のうち前記第1電極を通して出射される光の割合(光取出し効率)を、前記発光体内において光が生成される各位置ごと、および、当該各位置にて生成される光の各波長ごと、に算出する光取出し効率算出工程と、前記発光スペクトル、前記光取出し効率、前記電界励起出射光スペクトルに基づいて前記発光体内の発光分布を推定する発光分布推定工程と、を発光分布推定装置に組み込まれたコンピュータに実行させる、ことを特徴とする。 Further, the emission distribution estimation program of the present invention is capable of transmitting light that is excited on the basis of an applied electric field and can emit light having a predetermined emission spectrum, and is provided on one side of the light emitter. In a display element comprising a first electrode and a second electrode provided on the other surface side opposite to the one surface of the light emitter, an electric field is applied by the first electrode and the second electrode. An emission distribution estimation program for estimating an emission distribution in the luminous body in a case where an electric field is applied by the first electrode and the second electrode to excite and emit the luminous body, and the light is emitted through the first electrode. Based on the characteristics of each component of the display element, and an electric field excitation emission light spectrum measurement step for measuring the spectrum of the emitted light (field excitation emission light spectrum) The ratio of light emitted through the first electrode (light extraction efficiency) in the light generated inside is determined for each position where light is generated in the light emitting body and the light generated at each position. A light extraction efficiency calculation step for calculating for each wavelength of light, and a light emission distribution estimation step for estimating a light emission distribution in the light emitter based on the emission spectrum, the light extraction efficiency, and the electric field excitation emission light spectrum. It is made to perform by the computer incorporated in the distribution estimation apparatus.
また、本発明の記録媒体は、前記発光分布推定プログラムが記録され、発光分布推定装置に組み込まれたコンピュータによって読み取り可能である、ことを特徴とする。 The recording medium of the present invention is characterized in that the light emission distribution estimation program is recorded and can be read by a computer incorporated in the light emission distribution estimation apparatus.
以上のような構成の本発明の発光分布推定プログラムおよび記録媒体は、前述した本発明の発光分布推定方法を実施するために利用されるので、本発明の発光分布推定方法と同じ各作用・効果を奏することができる。 Since the emission distribution estimation program and recording medium of the present invention configured as described above are used to implement the above-described emission distribution estimation method of the present invention, the same functions and effects as the emission distribution estimation method of the present invention are described. Can be played.
また、本発明の表示素子は、印加された電界に基づいて励起され、波長λ0において強度が最大の発光スペクトルを有する光を発光可能な発光体と、当該発光体における一方の面側に設けられ光を透過可能な第1電極と、当該発光体における前記一方の面とは反対側の他方の面側に設けられ光を反射可能な第2電極と、を備える表示素子であって、当該表示素子は、前記波長λ0の光に対する共振構造が前記第1電極および前記第2電極の間に形成されるように構成され、前記発光分布推定方法に基づいて推定された前記発光体内の発光分布における最大発光位置と、前記共振構造において生じる前記波長λ0の定在波形における腹の位置と、が互いに一致している、ことを特徴とする。 In addition, the display element of the present invention is provided on the one surface side of the light emitter that is excited based on the applied electric field and can emit light having the emission spectrum with the maximum intensity at the wavelength λ 0 . A display element comprising: a first electrode capable of transmitting light; and a second electrode provided on the other surface side opposite to the one surface of the light emitter and capable of reflecting light, The display element is configured such that a resonance structure with respect to the light having the wavelength λ 0 is formed between the first electrode and the second electrode, and the light emission in the light emitting body estimated based on the light emission distribution estimation method. The maximum light emission position in the distribution and the position of the antinode in the standing waveform of the wavelength λ 0 generated in the resonance structure coincide with each other.
このような構成の表示素子によれば、発光体内の発光分布における最大発光位置が、ピーク波長λ0の定在波形における腹の位置に一致しているので、ピーク波長λ0の光に対する共振構造を利用して表示素子の表示性能を最大限に高めることができる。 According to the display device having such a structure, the maximum emission position of the light emission distribution of the light emitting body is, therefore coincides with the position of the antinode at the peak wavelength lambda 0 of the standing wave resonance for light with a peak wavelength lambda 0 structure Can be used to maximize the display performance of the display element.
また、本発明の画像表示装置は、複数の表示画素を有する画像表示装置であって、前記個々の表示画素が、前記表示素子によって構成されている、ことを特徴とする。 The image display device of the present invention is an image display device having a plurality of display pixels, wherein each of the display pixels is constituted by the display element.
このような構成の画像表示装置によれば、前述した本発明の表示素子によって表示画素が構成されているので、表示性能を高めることができる。 According to the image display device having such a configuration, since the display pixel is configured by the display element of the present invention described above, display performance can be improved.
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る発光分布推定方法を実施するための構成を示すブロック線図である。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration for carrying out a light emission distribution estimation method according to the present invention.
有機EL素子1は、本発明の表示素子を構成している。有機EL素子1は、既に説明した図10に示される構成を備えている。ここでは、繰り返しになるので、説明を省略する。
The
電界印加手段2(図10では、電源2に相当する)は、陽極12および陰極16によって電界Eを正孔輸送層13,発光層14,電子輸送層15に印加して、発光層14を励起・発光させる。このとき、陽極12および透明基板11を通して有機EL素子1から出射される光のスペクトルが電界励起出射光スペクトル(以下、記載の簡略化のため、ELスペクトル、と略することがある)IEL(λ)である。
The electric field applying means 2 (corresponding to the
励起光照射手段3は、図示しない光源と光ファイバ31とを備えて構成され、発光層14を励起・発光させることが可能な励起光を光ファイバ31の先端から照射して発光層14を励起・発光させる。このとき、陽極12および透明基板11を通して有機EL素子1から出射される光のスペクトルが光励起出射光スペクトル(以下、説明の簡略化のため、PLスペクトル、と略することがある)IPL(λ)である。
The excitation light irradiating means 3 includes a light source (not shown) and an
なお、励起光としては、例えば、紫外領域および可視領域を含むブロードな連続スペクトル光を出射可能なランプ(例えば、キセノンランプ)の光から分光器によって抽出した単色光や、レーザ光を利用することができる。 As the excitation light, for example, monochromatic light extracted by a spectroscope from the light of a lamp (for example, a xenon lamp) capable of emitting broad continuous spectrum light including the ultraviolet region and the visible region, or laser light is used. Can do.
また、励起光の特性としては、半値幅が20nm以下であることが好ましく、さらには10nm以下であることがより好ましい。半値幅が20nmよりも広いと、励起光スペクトルとPLスペクトルIPL(λ)との重なりが大きくなり、EL発光分布WEL(x)の推定精度に悪影響を及ぼす可能性があるからである。 Moreover, as a characteristic of excitation light, it is preferable that a half value width is 20 nm or less, and it is more preferable that it is 10 nm or less. This is because if the half-value width is wider than 20 nm, the overlap between the excitation light spectrum and the PL spectrum I PL (λ) increases, which may adversely affect the estimation accuracy of the EL emission distribution W EL (x).
また、励起光は、発光層14のみを選択的に励起・発光させる波長を有することが好ましい。前述したように、電界励起時における発光層14の発光は、発光層14に含まれる発光材料が励起することによって起こるので、電界励起時と同等の発光状態を実現させるために発光材料のみを選択的に励起・発光させる波長の励起光を利用することが重要である。具体的には、発光材料および発光材料以外の材料(正孔輸送層13,電子輸送層15の構成材料)の光吸収スペクトルを測定し、発光材料の光吸収量が大きく、かつ、発光材料以外の材料の光吸収量が小さい波長を、励起光の波長とすればよい。さらに、発光材料がホスト材料およびそれに添加されるドーパント材料からなる場合には、ホスト材料の光吸収スペクトルも測定し、ドーパント材料の光吸収量が大きく、かつ、ホスト材料の光吸収量が小さい波長を、励起光の波長とすることが好ましい。
Moreover, it is preferable that excitation light has a wavelength which selectively excites and emits only the
スペクトル測定手段4は、分光放射輝度計や分光光度計など、波長λごとの光の強度を測定可能な計器によって構成され、有機EL素子1から出射されるELスペクトルIEL(λ)およびPLスペクトルIPL(λ)を測定する。このため、スペクトル測定手段4は、電界励起出射光スペクトル測定手段、および、光励起出射光スペクトル測定手段、を構成している。
The spectrum measuring means 4 is constituted by an instrument capable of measuring the intensity of light for each wavelength λ such as a spectral radiance meter or a spectrophotometer, and the EL spectrum I EL (λ) and PL spectrum emitted from the
制御手段5は、光取出し効率算出手段51と、発光スペクトル算出手段52と、発光分布推定手段53と、を備えて構成されている。
The
光取出し効率算出手段51は、有機EL素子1の各構成要素の特性に基づいて、発光層14内において生成される光のうち陽極12を通して出射される光の割合(光取出し効率η(λ,x))を、発光層14内において光が生成される各位置xごと、および、当該各位置xにて生成される光の各波長λごと、に算出する。
The light extraction efficiency calculation means 51 is based on the characteristic of each component of the
発光スペクトル算出手段52は、スペクトル測定手段4によって測定されたPLスペクトルIPL(λ)、および、光取出し効率算出手段51によって算出された光取出し効率η(λ,x)、に基づいて発光層14の発光スペクトルIL(λ)を算出する。 The emission spectrum calculating means 52 is based on the PL spectrum I PL (λ) measured by the spectrum measuring means 4 and the light extraction efficiency η (λ, x) calculated by the light extraction efficiency calculating means 51. 14 emission spectra I L (λ) are calculated.
発光分布推定手段53は、発光スペクトル算出手段52によって算出された発光スペクトルIL(λ)、光取出し効率算出手段51によって算出された光取出し効率η(λ,x)、スペクトル測定手段4によって測定されたELスペクトルIEL(λ)に基づいて発光層内のEL発光分布WEL(x)を推定する。
発光分布推定手段53は、発光分布候補設定手段531と、電界励起出射光スペクトル候補算出手段532と、スペクトル比較手段533と、を備えて構成されている。
The emission distribution estimating means 53 is measured by the emission spectrum I L (λ) calculated by the emission spectrum calculating means 52, the light extraction efficiency η (λ, x) calculated by the light extraction efficiency calculating means 51, and the spectrum measuring means 4. The EL emission distribution W EL (x) in the light emitting layer is estimated based on the EL spectrum I EL (λ).
The light emission distribution estimation means 53 includes a light emission distribution candidate setting means 531, a field excitation emission light spectrum candidate calculation means 532, and a spectrum comparison means 533.
発光分布候補設定手段531は、発光層14内のEL発光分布の候補(EL発光分布候補WEL’(x))を任意に設定する。
The light emission distribution
電界励起出射光スペクトル候補算出手段532は、発光層14がEL発光分布候補WEL’(x)に基づいて発光したと仮定した場合に陽極12および透明基板11を通して有機EL素子1から出射される光のスペクトル(電界励起出射光スペクトル候補(以下、記載の簡略化のため、ELスペクトル候補、と略することがある)IEL’(λ))を、発光分布候補設定手段531によって設定されたEL発光分布候補WEL’(λ)、発光スペクトル算出手段52によって算出された発光スペクトルIL(λ)、光取出し効率算出手段51によって算出された光取出し効率η(λ,x)、に基づいて算出する。
The field excitation emission light spectrum candidate calculation means 532 emits light from the
スペクトル比較手段533は、電界励起出射光スペクトル候補算出手段532によって算出されたELスペクトル候補IEL’(λ)を、スペクトル測定手段4によって測定されたELスペクトルIEL(λ)と比較し、両者の差異が所定範囲以内であるときは、ELスペクトル候補IEL’(λ)の算出に用いたEL発光分布候補WEL’(x)を、発光層14内のEL発光分布WEL(x)であると推定する。 Spectral comparison means 533 compares the EL spectrum candidate I EL calculated by field excitation emitted light spectrum candidate calculation unit 532 '(lambda), the measured EL spectra I EL by spectral measurement means 4 (lambda), both when the difference is within a predetermined range, EL spectrum candidate I EL '(λ) EL emission distribution candidate W EL used to calculate the' (x) a, EL light emission distribution W EL in the light emitting layer 14 (x) It is estimated that.
以上の構成において、電界印加手段2,励起光照射手段3,スペクトル測定手段4,制御手段5は、陽極12および陰極16によって電界Eを印加した場合における発光層14内のEL発光分布WEL(x)を推定する発光分布推定装置を構成している。
In the above configuration, the electric
続いて、このような発光分布推定装置を用いたEL発光分布WEL(x)の推定手順について図2のフローチャートを参照しながら説明する。 Next, an estimation procedure of the EL emission distribution W EL (x) using such an emission distribution estimation apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG.
S1(Sは工程の意。以下同様)では、有機EL素子1を作成する。
In S1 (S is a process, the same applies hereinafter), the
[電界励起出射光スペクトル測定工程]
S2では、制御手段5の制御の下、電界印加手段2が陽極12および陰極16の間に電圧を印加し、陽極12から陰極16に向かう電界Eを発生させる。この電界Eの下で、発光層14が励起・発光する。
S3では、制御手段5の制御の下、スペクトル測定手段4が、有機EL素子1から出射される光のスペクトル(ELスペクトルIEL(λ))を測定する。なお、ELスペクトルIEL(λ)は、そのピーク強度によって規格化されている。
[Electric field excitation emission spectrum measurement process]
In S <b> 2, under the control of the
In S3, under the control of the control means 5, the spectrum measurement means 4 measures the spectrum of light emitted from the organic EL element 1 (EL spectrum I EL (λ)). The EL spectrum I EL (λ) is normalized by its peak intensity.
[光励起出射光スペクトル測定工程]
S4では、制御手段5の制御の下、励起光照射手段3が有機EL素子1に励起光を照射し、発光層14を励起・発光させる。
S5では、制御手段5の制御の下、スペクトル測定手段4が、有機EL素子1から出射される光のスペクトル(PLスペクトルIPL(λ))を測定する。なお、PLスペクトルIPL(λ)は、そのピーク強度によって規格化されている。
[Optical excitation emission spectrum measurement process]
In S <b> 4, under the control of the
In S5, under the control of the control means 5, the spectrum measurement means 4 measures the spectrum of light emitted from the organic EL element 1 (PL spectrum I PL (λ)). The PL spectrum I PL (λ) is normalized by its peak intensity.
[光取出し効率算出工程]
S6では、有機EL素子1の各構成要素の特性を測定する。具体的には、各構成要素の材料の屈折率nと吸収係数kとを測定する。ここでは、特に、精度の高い発光分布推定を行うために、公知の測定方法を利用して屈折率nおよび吸収係数kの波長分散特性を測定する。ここで、公知の測定方法としては、例えば、エリプソメータを用いる方法、垂直反射スペクトル測定データを理論式にフィッティングして波長分散特性データを算出する方法を利用することができる。なお、以上の測定は、有機EL素子1とは別に予め用意されている各構成要素の各サンプルについて行えばよく、有機EL素子1自体を測定対象として測定を行う必要はない。
[Light extraction efficiency calculation process]
In S6, the characteristic of each component of the
S7では、光取出し効率算出手段51が、各サンプルについて測定された屈折率nおよび吸収係数kの波長分散特性に基づいて、光取出し効率η(λ,x)を算出する。この計算は、例えば、以下の2つの公知の計算方法によって行うことができる。
In S7, the light extraction
(1)発光層14内で生成される光が平面波であると近似し、有機EL素子1を構成する各層間における多重反射を考慮した計算方法(平面波近似法)
(2)媒体中の電磁波(光)の伝播を記述するマックスウェル方程式を時間および空間で差分化し、1階偏微分により計算解析空間の電磁波(光)強度を求める方法(FDTD法)
(1) A calculation method that approximates that the light generated in the
(2) A method in which the Maxwell equation describing the propagation of electromagnetic waves (light) in a medium is differentiated in time and space, and the electromagnetic wave (light) intensity in the calculation analysis space is obtained by first-order partial differentiation (FDTD method)
ここでは、(1)の平面波近似法について概説する。この方法の概略は以下の通りである。
a)波長λの光について、有機EL素子1を構成する各層(第j層:但し、j=1,2,・・・,J)の位相膜厚δjを算出する。
b)波長λの光について、以下の式(12)によって定義される各層の光学インピーダンスYjをs偏光、p偏光のそれぞれについて算出する。
Here, the plane wave approximation method (1) will be outlined. The outline of this method is as follows.
a) For light of wavelength λ, the phase film thickness δ j of each layer (jth layer: where j = 1, 2,..., J) constituting the
b) For the light of wavelength λ, the optical impedance Y j of each layer defined by the following equation (12) is calculated for each of s-polarized light and p-polarized light.
c)波長λの光について、以下の式(13)によって定義される各層の特性マトリクスMjをs偏光、p偏光のそれぞれについて算出する。 c) For the light of wavelength λ, the characteristic matrix M j of each layer defined by the following equation (13) is calculated for each of s-polarized light and p-polarized light.
d)発光層14において生成された波長λの光は、次の3通りのうちいずれか1通りの振る舞いを示す。
i)透明基板11の空気と接する界面(図10では、上面)を透過して有機EL素子1から出射される。
ii)透明基板11の空気と接する界面において反射される。
iii)陰極16の表面において反射される。
以上の3通りの振る舞いi),ii),iii)にそれぞれ対応する振幅透過率t1,振幅反射率r1,振幅反射率r2を算出する。
d) The light of the wavelength λ generated in the
i) The light passes through the interface of the
ii) Reflected at the interface of the
iii) Reflected on the surface of the
The amplitude transmittance t 1 , amplitude reflectance r 1 , and amplitude reflectance r 2 corresponding to the above three behaviors i), ii), and iii) are calculated.
e)振幅透過率t1,振幅反射率r1,振幅反射率r2に基づいて、発光層14内の位置xにおいて生成される光のうち多重干渉により有機EL素子1外に出射される光の振幅強度を算出する。
f)発光層14内の位置xにおいて生成される波長λの光のポインティングベクトルの時間平均値、および、この光のうち有機EL素子1外に出射される光のポインティングベクトルの時間平均値を求め、当該2つの値の比を計算することにより、位置xにおいて生成される波長λの光に対する光取出し効率η(λ,x)を算出する。
e) Based on the amplitude transmittance t 1 , the amplitude reflectance r 1 , and the amplitude reflectance r 2 , the light emitted outside the
f) The time average value of the pointing vector of the light with the wavelength λ generated at the position x in the
なお、ポインティングベクトルとは、電界ベクトルE、磁界ベクトルHを有する電磁波が媒体中を進行するときのエネルギーを表しており、媒体の屈折率がnであるとき、その時間平均値は、次の式(14)のように電界ベクトルEの2乗に比例する量になっている。 The pointing vector represents energy when an electromagnetic wave having an electric field vector E and a magnetic field vector H travels in the medium. When the refractive index of the medium is n, the time average value is expressed by the following equation: The amount is proportional to the square of the electric field vector E as shown in (14).
[発光スペクトル算出工程]
S8では、発光スペクトル算出手段52が、S5において測定されたPLスペクトルIPL(λ)と、S7において算出された光取出し効率η(λ,x)とに基づいて、発光層14の発光スペクトルIL(λ)を算出する。
[Emission spectrum calculation step]
In S8, the emission spectrum calculating means 52 uses the PL spectrum I PL (λ) measured in S5 and the light extraction efficiency η (λ, x) calculated in S7 to indicate the emission spectrum I of the
このとき、光励起による発光層14内のPL発光分布をWPL(x)とすれば、前記式(5)が成立する。PL発光分布WPL(x)は、S4およびS5における発光層14内での励起光の強度分布L(x)に応じて決まる。有機EL素子1の外部から照射された励起光は、有機EL素子1の内部において発生する光と同様に、有機EL素子1内部における各層間の界面にて多重反射するので、有機EL素子1内部での励起光の強度分布L(x)は厳密には一様でない。しかしながら、有機EL素子1における発光層14の光学膜厚が励起光の波長λeに比べて十分に小さい(例えば、λe×0.2よりも小さい)場合には、励起光の強度分布L(x)を一様と近似することができる。この場合、PL発光分布WPL(x)も一様と近似することができるから、WPL(x)=WPL0(定数)と置いて、前記式(5)を、前記式(6),前記式(7)を経て、前記式(8)に変形することができ、発光スペクトルIL(λ)を算出することができる。
At this time, if the PL emission distribution in the
一方、発光層14の光学膜厚が比較的大きい(例えば、λe×0.2よりも大きい)場合には、励起光の強度分布L(x)を一様と近似することはできない。しかしながら、S7で利用したような公知の計算方法によって励起光の強度分布L(x)を正確に算出することが可能である。この場合、L(x)に基づくPL発光分布WPL(x)も正確に算出することが可能である。したがって、前記式(5)を前記式(9)に変形することができ、発光スペクトルIL(λ)を算出することができる。
On the other hand, when the optical film thickness of the
[発光分布候補設定工程]
S9では、発光分布候補設定手段531が、ユーザの設定操作や、制御手段5のメモリ(図示せず)に予め記憶されている発光分布候補設定プログラムなどに基づいて、EL発光分布候補WEL’(x)を設定する。なお、EL発光分布候補WEL’(x)は、発光層14の厚み方向に沿って積分すると1になるように規格化されている。すなわち、WEL’(x)は、次の式(15)を満たすように設定される。なお、式(15)におけるdは発光層14の厚みである。
[Light emission distribution candidate setting process]
In S9, the light emission distribution
[電界励起出射光スペクトル候補算出工程]
S10では、電界励起出射光スペクトル候補算出手段532が、EL発光分布候補WEL’(x),発光スペクトルIL(λ),光取出し効率η(λ,x)に基づき、前記式(10)にしたがってELスペクトル候補IEL’(λ)を算出する。
なお、以下の式(16)によって、電界励起時に生成される光に対する平均的な光取出し効率ηEL’(λ)を定義すれば、前記式(10)を以下の式(17)に書き換えることができ、ELスペクトル候補IEL’(λ)が、発光スペクトルIL(λ)と平均的な光取出し効率ηEL’(λ)との積として表されることが分かる。
[Electric field excitation light spectrum candidate calculation process]
In S10, the field excitation emission light spectrum candidate calculation means 532 calculates the above-mentioned formula (10) based on the EL emission distribution candidate W EL ′ (x), the emission spectrum I L (λ), and the light extraction efficiency η (λ, x). The EL spectrum candidate I EL ′ (λ) is calculated according to
If the average light extraction efficiency η EL ′ (λ) for the light generated at the time of electric field excitation is defined by the following equation (16), the equation (10) can be rewritten as the following equation (17). It can be seen that the EL spectrum candidate I EL ′ (λ) is expressed as a product of the emission spectrum I L (λ) and the average light extraction efficiency η EL ′ (λ).
[スペクトル比較工程]
S11では、スペクトル比較手段533がELスペクトル候補IEL’(λ)とELスペクトルIEL(λ)とを比較し、S12では、両者の差異が所定範囲以内であるか否かが判定される。
具体的には、スペクトル比較手段533は、N個のサンプル波長λi=λ1,λ2,・・・,λN(i=1,2,・・・,N)を設定し、ELスペクトル候補IEL’(λ)における各サンプル波長λiに対する各強度データIEL’(λi)、および、ELスペクトルIEL(λ)における各サンプル波長λiに対する強度データIEL(λi)、の個々の差の二乗の総和Δを前記式(11)に基づいて算出し、所定の閾値Δ0と比較する。そして、Δ≦Δ0であるとき(S12においてYesと判定される)は、S13へと進んで、スペクトル比較手段533は、S10においてELスペクトル候補IEL’(λ)の算出に用いたEL発光分布候補WEL’(x)をEL発光分布WEL(x)と推定する。また、Δ>Δ0であるとき(S12においてNoと判定される)は、S9へと戻って、新たなEL発光分布候補WEL’(x)が設定される。
[Spectral comparison process]
In S11, the
Specifically, the
<実施形態の効果>
以上のような実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
従来の第1の発光分布推定方法のように理論、実験面で十分確立されていない物理モデルを設定して発光シミュレーションを行う必要がなく、十分に信頼できるデータ(IEL(λ),η(λ,x),IL(λ)など)に基づく演算によって、EL発光分布WEL(x)を高精度に推定することができる。
<Effect of embodiment>
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
There is no need to perform a light emission simulation by setting a physical model that is not well established in theory and experiment as in the conventional first light emission distribution estimation method, and sufficiently reliable data (I EL (λ), η ( EL emission distribution W EL (x) can be estimated with high accuracy by calculation based on (λ, x), I L (λ), etc.).
また、従来の第2の発光分布推定方法のように発光層14にドープ層のような追加的な構成を添加することなく、有機EL素子1の本来の構成を生かしてEL発光分布WEL(x)を推定することができるので、推定精度を向上させることができる。また、発光層14にドープ層のような追加的な構成を添加する煩雑な作業を行わなくて済むので、作業効率を向上させることができ、作業コストを低減させることができる。
Further, without adding an additional structure such as a doped layer to the
また、発光層14を励起光によって励起・発光させた際に測定されるPLスペクトルIPL(λ)に基づいて発光スペクトルIL(λ)を算出しているので、有機EL素子1に組み込まれた発光層14の実際の発光状態に基づいて発光スペクトルIL(λ)を高精度に算出することができ、EL発光分布WEL(x)の推定精度を向上させることができる。
In addition, since the emission spectrum I L (λ) is calculated based on the PL spectrum I PL (λ) measured when the
また、PLスペクトルIPL(λ)を測定する際における発光層14内の励起光の強度分布L(x)のばらつきを加味して発光スペクトルIL(λ)を高精度に算出することができるので、EL発光分布WEL(x)の推定精度を向上させることができる。
In addition, the emission spectrum I L (λ) can be calculated with high accuracy by taking into account variations in the intensity distribution L (x) of the excitation light in the
また、実際のEL発光分布WEL(x)に基づいて生成されるELスペクトルIEL(λ)に近いELスペクトル候補IEL’(λ)を生成するEL発光分布候補WEL’(x)を実際のEL発光分布WEL(x)であると推定しているので、推定されたEL発光分布(候補)WEL’(x)と実際のEL発光分布WEL(x)との差異を所定範囲以内に抑えることができ、高精度にEL発光分布WEL(x)を推定することができる。 Also, an EL emission distribution candidate W EL ′ (x) that generates an EL spectrum candidate I EL ′ (λ) close to the EL spectrum I EL (λ) generated based on the actual EL emission distribution W EL (x) is obtained. Since the actual EL emission distribution W EL (x) is estimated, the difference between the estimated EL emission distribution (candidate) W EL ′ (x) and the actual EL emission distribution W EL (x) is predetermined. Thus, the EL emission distribution W EL (x) can be estimated with high accuracy.
また、スペクトル候補IEL’(λ)における各サンプル波長λiに対する各強度データIEL’(λi)、および、スペクトルIEL(λ)における各サンプル波長λiに対する強度データIEL(λi)、の個々の差の二乗の総和Δ(式(11))と、閾値Δ0との比較という数学的な手法に基づいて、安定した精度でEL発光分布WEL(x)を推定することができる。 Further, each of the intensity data I EL ′ (λi) for each sample wavelength λi in the spectrum candidate I EL ′ (λ) and the intensity data I EL (λi) for each sample wavelength λi in the spectrum I EL (λ) The EL emission distribution W EL (x) can be estimated with stable accuracy based on a mathematical method of comparing the sum of squares of the differences Δ (equation (11)) with the threshold Δ 0 .
また、単一のスペクトル測定手段4によってELスペクトルIEL(λ)およびPLスペクトルIPL(λ)の2つのスペクトルを測定することができるので、部品点数および部品コストを低減させることができる。 In addition, since the two spectra of the EL spectrum I EL (λ) and the PL spectrum I PL (λ) can be measured by the single spectrum measuring means 4, the number of parts and the part cost can be reduced.
<変形例>
本発明は、以上で説明した実施形態によって限定されるものではなく、この実施形態を、本発明の目的を達成できる範囲内において変形したものであれば、本発明の技術的範囲に含まれる。
<Modification>
The present invention is not limited to the embodiment described above, and any modification of this embodiment within the scope that can achieve the object of the present invention is included in the technical scope of the present invention.
例えば、前記実施形態では、有機EL素子1を発光分布推定対象の表示素子としていたが、これに限らず、例えば、無機EL素子などのLEDを対象として発光分布を推定することも可能である。
For example, in the above-described embodiment, the
また、前記実施形態では、第2電極としての陰極16が光を反射可能に構成していたが、陽極12と同様に光を透過可能に構成してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the
また、前記実施形態では、発光スペクトルIL(λ)を、測定されたPLスペクトルIPL(λ)に基づいて算出していたが、発光スペクトルIL(λ)は、発光層14を構成する物質に応じて決まるので、当該構成物質を対象とする試験などによってIL(λ)を予め測定しておくことも可能である。
In the embodiment, the emission spectrum I L (λ) is calculated based on the measured PL spectrum I PL (λ). However, the emission spectrum I L (λ) constitutes the
また、前記実施形態では、任意に設定したEL発光分布候補WEL’(x)を利用したEL発光分布WEL(x)の推定方法について説明していたが、推定方法はこれに限られない。要するに、発光スペクトルIL(λ),光取出し効率η(λ,x),ELスペクトルIEL(λ)に基づいた推定方法であれば、本発明の技術的範囲に含まれる。 In the above embodiment, the estimation method of the EL emission distribution W EL (x) using the arbitrarily set EL emission distribution candidate W EL ′ (x) has been described. However, the estimation method is not limited to this. . In short, any estimation method based on the emission spectrum I L (λ), the light extraction efficiency η (λ, x), and the EL spectrum I EL (λ) is included in the technical scope of the present invention.
また、前記実施形態では、ELスペクトル候補IEL’(λ)とELスペクトルIEL(λ)との比較に当たって、ΔとΔ0とを比較していたが、スペクトルの比較方法はこれに限られない。 In the above embodiment, Δ and Δ 0 are compared in comparing the EL spectrum candidate I EL ′ (λ) and the EL spectrum I EL (λ). However, the method for comparing spectra is limited to this. Absent.
また、前記実施形態では、発光層14内のEL発光分布WEL(x)の推定方法について説明したが、当該推定方法をコンピュータに実行させる発光分布推定プログラムや、当該発光分布推定プログラムが記録され、コンピュータによって読み取り可能な記録媒体も本発明の技術的範囲に含まれる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the estimation method of EL light emission distribution WEL (x) in the
また、前記実施形態に記載された発光分布推定方法に基づいて推定された発光層14内のEL発光分布WEL(x)における最大発光位置と、光を透過可能な陽極12および光を反射可能な陰極16の間に形成される発光層14の発光スペクトルIL(λ)におけるピーク波長λ0の光に対する共振構造において生じるピーク波長λ0の定在波形における腹の位置と、が互いに一致するように構成された表示素子(有機EL素子1)も本発明の技術的範囲に含まれる。このような構成の表示素子によれば、ピーク波長λ0の光に対する共振構造を利用して表示素子の表示性能を最大限に高めることができる。
Further, the maximum light emission position in the EL light emission distribution W EL (x) in the
また、このような構成の表示素子を表示画素として有する表示性能の高い画像表示装置も本発明の技術的範囲に含まれる。 In addition, an image display device having a display performance having a display element having such a configuration as a display pixel is also included in the technical scope of the present invention.
次に、本発明の実施例について説明する。
[装置の構成]
図1に示される装置の各構成要素を、以下の各部品を用いて構成した。
電界印加手段2:定電流発生器
励起光照射手段3:モノクロ光源SM−5(分光計器社製)。これは、300Wキセノンランプ,分光器,光ファイバによって構成される。キセノンランプの光を分光器によって分光して所望の波長を有する単色光(励起光:半値幅15nm)を抽出し、光ファイバの先端から有機EL素子1の面に対して45°の角度で照射する。
スペクトル測定手段4:分光放射輝度計CS1000A(コニカミノルタ社製)
制御手段5:平面波近似法によって光取出し効率η(λ,x)を算出するプログラム、および、ELスペクトル候補IEL’(λ)とELスペクトルIEL(λ)とを比較し、前記実施形態のS11〜S13にしたがってEL発光分布WEL(x)を推定するプログラム、を格納
Next, examples of the present invention will be described.
[Device configuration]
Each component of the apparatus shown in FIG. 1 was configured using the following parts.
Electric field application means 2: Constant current generator Excitation light irradiation means 3: Monochrome light source SM-5 (manufactured by Spectrometer Co., Ltd.). This is composed of a 300 W xenon lamp, a spectroscope, and an optical fiber. Monochromatic light having a desired wavelength (excitation light: full width at half maximum 15 nm) is extracted by spectrally dividing the light of the xenon lamp with a spectroscope and irradiated at an angle of 45 ° with respect to the surface of the
Spectrum measuring means 4: Spectral radiance meter CS1000A (manufactured by Konica Minolta)
Control means 5: a program for calculating the light extraction efficiency η (λ, x) by the plane wave approximation method, and the EL spectrum candidate I EL ′ (λ) and the EL spectrum I EL (λ) are compared. Stores a program for estimating the EL emission distribution W EL (x) according to S11 to S13
[S1:有機EL素子の作成]
ガラス基板11上にITOをスパッタリングにより成膜して陽極12を形成し、さらにその上にNPD,Alq3,Alなどを順次真空蒸着法により成膜して正孔輸送層13(NPD),発光層14(Alq3),電子輸送層15(Alq3),陰極16(Al)を形成して、NPD層およびAlq3層の厚みが互いに異なる以下の3つの有機EL素子1を作成する(以下、互いに区別するために3つの有機EL素子1を、それぞれ、素子α、素子β、素子γと表記する)。なお、以上の説明においては、発光層14と電子輸送層15とを互いに区別していたが、本実施例の素子構成では、発光層14および電子輸送層15はAlq3のみによって構成された一体的な層になっている。
[S1: Creation of organic EL element]
ITO is formed on the
(1)素子α:基板(ガラス:0.7mm)/陽極(ITO:140nm)/正孔輸送層(NPD:40nm)/発光層および電子輸送層(Alq3:80nm)/陰極(Al:150nm)
(2)素子β:基板(ガラス:0.7mm)/陽極(ITO:140nm)/正孔輸送層(NPD:60nm)/発光層および電子輸送層(Alq3:60nm)/陰極(Al:150nm)
(3)素子γ:基板(ガラス:0.7mm)/陽極(ITO:140nm)/正孔輸送層(NPD:80nm)/発光層および電子輸送層(Alq3:40nm)/陰極(Al:150nm)
(1) Element α: substrate (glass: 0.7 mm) / anode (ITO: 140 nm) / hole transport layer (NPD: 40 nm) / light emitting layer and electron transport layer (Alq3: 80 nm) / cathode (Al: 150 nm)
(2) Element β: substrate (glass: 0.7 mm) / anode (ITO: 140 nm) / hole transport layer (NPD: 60 nm) / light emitting layer and electron transport layer (Alq3: 60 nm) / cathode (Al: 150 nm)
(3) Element γ: substrate (glass: 0.7 mm) / anode (ITO: 140 nm) / hole transport layer (NPD: 80 nm) / light emitting layer and electron transport layer (Alq3: 40 nm) / cathode (Al: 150 nm)
[S2〜S3:ELスペクトルIEL(λ)の測定]
電流密度が10mA/cm2となる条件下で定電流発生器(電界印加手段2)によって、陽極12(ITO)および陰極16(Al)間に電界Eを印加したところ、素子α,β,γはいずれも緑色に発光した。そして、この緑色光を分光放射輝度計(スペクトル測定手段4)によって測定し、素子α,β,γのそれぞれについて、ELスペクトルIEL(λ)のデータを取得した(なお、IEL(λ)は、そのピーク強度によって規格化されている)。図3に、IEL(λ)を示す。素子α,β,γの順に、ELスペクトルIEL(λ)のピーク波長が短くなっていることがわかる。
[S2 to S3: Measurement of EL spectrum I EL (λ)]
When an electric field E was applied between the anode 12 (ITO) and the cathode 16 (Al) by a constant current generator (electric field applying means 2) under the condition that the current density was 10 mA / cm 2 , the elements α, β, γ All emitted green light. Then, this green light was measured by a spectral radiance meter (spectrum measuring means 4), and EL spectrum I EL (λ) data was obtained for each of the elements α, β, and γ (note that I EL (λ) Is normalized by its peak intensity). FIG. 3 shows I EL (λ). It can be seen that the peak wavelength of the EL spectrum I EL (λ) becomes shorter in the order of the elements α, β, γ.
[S4〜S5:PLスペクトルIPL(λ)の測定]
励起光照射手段3を用いて、波長430nm、半値幅15nmの励起光(図4参照)を、素子α,β,γのそれぞれの面に対して45°の角度で照射したところ、電界励起時(S2〜S3)と同様、緑色の発光が観測された。そして、この緑色光を、ELスペクトルIEL(λ)の測定に用いたのと同じ分光放射輝度計によって測定し、素子α,β,γのそれぞれについて、PLスペクトルIPL(λ)のデータを取得した(なお、IPL(λ)は、そのピーク強度によって規格化されている)。図4に、IPL(λ)を示す。図3のELスペクトルIEL(λ)と同様、素子α,β,γの順に、PLスペクトルIPL(λ)のピーク波長が短くなっていることがわかる。
[S4 to S5: Measurement of PL spectrum I PL (λ)]
When excitation light having a wavelength of 430 nm and a full width at half maximum (see FIG. 4) is irradiated at an angle of 45 ° with respect to the surfaces of the elements α, β, and γ using the excitation light irradiation means 3, Similar to (S2 to S3), green light emission was observed. Then, this green light is measured by the same spectral radiance meter used for the measurement of the EL spectrum I EL (λ), and the data of the PL spectrum I PL (λ) is obtained for each of the elements α, β, and γ. (Note that I PL (λ) is normalized by its peak intensity). FIG. 4 shows I PL (λ). As in the EL spectrum I EL (λ) of FIG. 3, it can be seen that the peak wavelength of the PL spectrum I PL (λ) decreases in the order of the elements α, β, and γ.
[S6〜S7:光取出し効率η(λ,x)の算出]
ガラス基板上に、陽極12材料のITO(140nm)、正孔輸送層13材料のNPD(40nm)、発光層14および電子輸送層15材料のAlq3(40nm)、陰極16材料のAl(10nm)の薄膜をそれぞれ作製した。そして、光学式屈折率測定装置FilmTEK3000(SCI社製)を用いて、それぞれの薄膜の屈折率nと吸収係数kを測定した。測定された屈折率nと吸収係数kを用いて、平面波近似法により光取出し効率η(λ,x)を算出した。図5,図6,図7に、素子α,β,γの光取出し効率η(λ,x)をそれぞれ示す。なお、これらの図におけるA,B,C,D,Eのデータは、発光層14を構成するAlq3層を5等分したときの各面における光取出し効率を表している。
[S6-S7: Calculation of light extraction efficiency η (λ, x)]
On a glass substrate, ITO (140 nm) of
[S8:発光スペクトルIL(λ)の算出]
図4のPLスペクトルIPL(λ)と、図5〜図7の光取出し効率η(λ,x)とに基づいて、素子α,β,γのそれぞれについて発光スペクトルIL(λ)を算出した。図8に、算出された発光スペクトルIL(λ)を示す。素子α,β,γが同一のピーク波長を有していることがわかる。これは、前述したように、発光スペクトルIL(λ)のピーク波長が発光層14を構成する物質に応じて決まり、発光層14の厚みなどには無関係であるからである。逆に、図8の算出データから、測定された図4のPLスペクトルIPL(λ)が同一の物質(Alq3)からの発光であることがわかる。
[S8: Calculation of emission spectrum I L (λ)]
Based on the PL spectrum I PL (λ) in FIG. 4 and the light extraction efficiency η (λ, x) in FIGS. 5 to 7, the emission spectrum I L (λ) is calculated for each of the elements α, β, and γ. did. FIG. 8 shows the calculated emission spectrum I L (λ). It can be seen that the elements α, β, and γ have the same peak wavelength. This is because, as described above, the peak wavelength of the emission spectrum I L (λ) is determined according to the substance constituting the
[S9〜S13:EL発光分布WEL(x)の推定]
以上の工程で取得された測定データおよび算出データに基づいて、EL発光分布WEL(x)を推定した。図9に、素子α,β,γのそれぞれについてのEL発光分布WEL(x)の推定結果を示す。この図の横軸は、陽極12としてのITO層の表面(正孔輸送層13と接する面)からの距離(単位:nm)を表している。また、この図中のA,B,Cの各位置は、それぞれ、素子α,β,γにおける正孔輸送層13(NPD)と発光層14(Alq3)との境界面の各位置を表している。この推定結果により、発光層14を構成するAlq3の膜厚が80nmのとき(素子α)は、EL発光分布WEL(x)が20nm以上の幅に渡っており、Alq3の膜厚が小さくなるほど(素子α→素子β→素子γ)EL発光分布WEL(x)の幅が狭くなっていき、Alq3の膜厚が40nmのとき(素子γ)は、EL発光分布WEL(x)の幅が15nm程度になることなどが分かった。
[S9 to S13: Estimation of EL Emission Distribution W EL (x)]
The EL emission distribution W EL (x) was estimated based on the measurement data and calculation data acquired in the above steps. FIG. 9 shows the estimation result of the EL emission distribution W EL (x) for each of the elements α, β, and γ. The horizontal axis of this figure represents the distance (unit: nm) from the surface of the ITO layer as the anode 12 (surface in contact with the hole transport layer 13). In addition, each position of A, B, and C in this figure represents each position of the boundary surface between the hole transport layer 13 (NPD) and the light emitting layer 14 (Alq3) in the elements α, β, and γ, respectively. Yes. From this estimation result, when the film thickness of Alq3 constituting the
本発明は、自発光表示素子の発光体内の発光分布の推定に利用することができる。 The present invention can be used for estimating a light emission distribution in a light emitting body of a self-luminous display element.
1…有機EL素子
2…電界印加手段
3…励起光照射手段
4…スペクトル測定手段
5…制御手段
11…透明基板
12…陽極
13…正孔輸送層
14…発光層
15…電子輸送層
16…陰極
51…光取出し効率算出手段
52…発光スペクトル算出手段
53…発光分布推定手段
531…発光分布候補設定手段
532…電界励起出射光スペクトル候補算出手段
533…スペクトル比較手段
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記第1電極および前記第2電極によって電界を印加して前記発光体を励起・発光させ、前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(以下、電界励起出射光スペクトル、という)を測定する電界励起出射光スペクトル測定工程と、
前記表示素子の各構成要素の特性に基づいて、前記発光体内において生成される光のうち前記第1電極を通して出射される光の割合(以下、光取出し効率、という)を、前記発光体内において光が生成される各位置ごと、および、当該各位置にて生成される光の各波長ごと、に算出する光取出し効率算出工程と、
前記発光スペクトル、前記光取出し効率、前記電界励起出射光スペクトルに基づいて前記発光体内の発光分布を推定する発光分布推定工程と、
が設けられることを特徴とする発光分布推定方法。 A light emitter that is excited based on an applied electric field and can emit light having a predetermined emission spectrum; a first electrode that is provided on one surface side of the light emitter and is capable of transmitting light; and the light emitter in the light emitter. In a display device comprising a second electrode provided on the other surface side opposite to one surface, the light emission distribution in the light emitting body is estimated when an electric field is applied by the first electrode and the second electrode. A method for estimating a light emission distribution,
An electric field for measuring a spectrum of light emitted through the first electrode (hereinafter referred to as an electric field excitation emission light spectrum) by applying an electric field by the first electrode and the second electrode to excite and emit the light emitter. Excitation emission light spectrum measurement step;
Based on the characteristics of each component of the display element, the ratio of the light emitted through the first electrode out of the light generated in the light emitter (hereinafter referred to as light extraction efficiency) is the light in the light emitter. A light extraction efficiency calculating step for calculating for each position where is generated and for each wavelength of light generated at each position;
A light emission distribution estimating step of estimating a light emission distribution in the light emitter based on the light emission spectrum, the light extraction efficiency, and the electric field excitation emission light spectrum;
A light emission distribution estimation method characterized by comprising:
前記発光体を励起・発光させることが可能な励起光を照射して当該発光体を励起・発光させ、前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(以下、光励起出射光スペクトル、という)を測定する光励起出射光スペクトル測定工程と、
前記光励起出射光スペクトルおよび前記光取出し効率に基づいて前記発光スペクトルを算出する発光スペクトル算出工程と、
が設けられ、
前記発光分布推定工程では、前記発光スペクトル算出工程において算出された前記発光スペクトル、前記光取出し効率、前記電界励起出射光スペクトルに基づいて前記発光体内の発光分布を推定する、
ことを特徴とする発光分布推定方法。 In the light emission distribution estimation method of Claim 1,
Irradiating excitation light that can excite and emit the illuminant to excite and emit the illuminant, and measure the spectrum of light emitted through the first electrode (hereinafter referred to as photoexcitation emission light spectrum). A photo-excited emission light spectrum measuring step,
An emission spectrum calculation step of calculating the emission spectrum based on the light excitation emission light spectrum and the light extraction efficiency;
Is provided,
In the emission distribution estimation step, the emission distribution in the luminous body is estimated based on the emission spectrum calculated in the emission spectrum calculation step, the light extraction efficiency, and the electric field excitation emission light spectrum.
A method for estimating a light emission distribution.
前記発光スペクトル算出工程では、前記表示素子の各構成要素の特性に基づいて、前記光励起出射光スペクトル測定工程での前記発光体内における前記励起光の強度分布を算出し、当該強度分布、前記光取出し効率、前記光励起出射光スペクトルに基づいて前記発光スペクトルを算出する、
ことを特徴とする発光分布推定方法。 In the light emission distribution estimation method according to claim 2,
In the emission spectrum calculation step, the intensity distribution of the excitation light in the light emitter in the light excitation emission light spectrum measurement step is calculated based on the characteristics of each component of the display element, and the intensity distribution, the light extraction Calculating the emission spectrum based on the efficiency, the light excitation emission light spectrum,
A method for estimating a light emission distribution.
前記発光分布推定工程では、
前記発光体内の発光分布の候補(以下、発光分布候補、という)を任意に設定する発光分布候補設定工程と、
前記発光体が前記発光分布候補に基づいて発光したと仮定した場合に前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(以下、電界励起出射光スペクトル候補、という)を、当該発光分布候補、前記発光スペクトル、前記光取出し効率に基づいて算出する電界励起出射光スペクトル候補算出工程と、
前記電界励起出射光スペクトル候補を、前記電界励起出射光スペクトルと比較し、両者の差異が所定範囲以内であるときは、当該電界励起出射光スペクトル候補の算出に用いた前記発光分布候補を、前記発光体内の発光分布であると推定するスペクトル比較工程と、
が設けられることを特徴とする発光分布推定方法。 In the light emission distribution estimation method in any one of Claims 1-3,
In the emission distribution estimation step,
A light emission distribution candidate setting step for arbitrarily setting light emission distribution candidates in the light emitting body (hereinafter referred to as light emission distribution candidates);
When it is assumed that the illuminant emits light based on the light emission distribution candidate, a spectrum of light emitted through the first electrode (hereinafter referred to as a field-excitation light spectrum candidate) is represented as the light emission distribution candidate, the light emission. Spectrum, an electric field excitation emission light spectrum candidate calculation step for calculating based on the light extraction efficiency, and
The electric field excitation emission light spectrum candidate is compared with the electric field excitation emission light spectrum, and when the difference between the two is within a predetermined range, the emission distribution candidate used for calculation of the electric field excitation emission light spectrum candidate is A spectral comparison step for estimating the emission distribution in the luminous body;
A light emission distribution estimation method characterized by comprising:
前記スペクトル比較工程では、複数のサンプル波長を設定し、前記電界励起出射光スペクトル候補における前記各サンプル波長に対する各強度データ、および、前記電界励起出射光スペクトルにおける前記各サンプル波長に対する各強度データ、の個々の差の二乗の総和が所定閾値以下であるときは、当該電界励起出射光スペクトル候補の算出に用いた前記発光分布候補を、前記発光体内の発光分布であると推定する、
ことを特徴とする発光分布推定方法。 In the luminescence distribution estimation method according to claim 4,
In the spectrum comparison step, a plurality of sample wavelengths are set, each intensity data for each sample wavelength in the field excitation emission light spectrum candidate, and each intensity data for each sample wavelength in the field excitation emission light spectrum, When the sum of the squares of the individual differences is equal to or less than a predetermined threshold, the emission distribution candidate used for calculation of the electric field excitation emission light spectrum candidate is estimated to be the emission distribution in the light emitting body.
A method for estimating a light emission distribution.
前記第1電極および前記第2電極によって電界を印加して前記発光体を励起・発光させる電界印加手段と、
前記電界印加手段による電界の印加の際に前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(電界励起出射光スペクトル)を測定する電界励起出射光スペクトル測定手段と、
前記表示素子の各構成要素の特性に基づいて、前記発光体内において生成される光のうち前記第1電極を通して出射される光の割合(光取出し効率)を、前記発光体内において光が生成される各位置ごと、および、当該各位置にて生成される光の各波長ごと、に算出する光取出し効率算出手段と、
前記発光スペクトル、前記光取出し効率、前記電界励起出射光スペクトルに基づいて前記発光体内の発光分布を推定する発光分布推定手段と、
を備えることを特徴とする発光分布推定装置。 A light emitter that is excited based on an applied electric field and can emit light having a predetermined emission spectrum; a first electrode that is provided on one surface side of the light emitter and is capable of transmitting light; and the light emitter in the light emitter. In a display device comprising a second electrode provided on the other surface side opposite to one surface, the light emission distribution in the light emitting body is estimated when an electric field is applied by the first electrode and the second electrode. A luminescence distribution estimating device that
An electric field applying means for exciting and emitting the light emitter by applying an electric field by the first electrode and the second electrode;
Electric field excitation outgoing light spectrum measuring means for measuring a spectrum (electric field excitation outgoing light spectrum) of light emitted through the first electrode when an electric field is applied by the electric field applying means;
Based on the characteristics of each component of the display element, the ratio of the light emitted through the first electrode (light extraction efficiency) out of the light generated in the light emitter is generated in the light emitter. Light extraction efficiency calculating means for calculating each position and for each wavelength of light generated at each position;
An emission distribution estimating means for estimating an emission distribution in the luminous body based on the emission spectrum, the light extraction efficiency, and the electric field excitation emission light spectrum;
A light emission distribution estimation device comprising:
前記発光体を励起・発光させることが可能な励起光を照射して当該発光体を励起・発光させる励起光照射手段と、
前記励起光照射手段による励起光の照射の際に前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(光励起出射光スペクトル)を測定する光励起出射光スペクトル測定手段と、
前記光励起出射光スペクトルおよび前記光取出し効率に基づいて前記発光スペクトルを算出する発光スペクトル算出手段と、
が設けられ、
前記発光分布推定手段は、前記発光スペクトル算出手段によって算出された前記発光スペクトル、前記光取出し効率、前記電界励起出射光スペクトルに基づいて前記発光体内の発光分布を推定する、
ことを特徴とする発光分布推定装置。 In the luminescence distribution estimation apparatus according to claim 6,
Excitation light irradiating means for irradiating the illuminant with excitation light that can excite and emit light to excite and emit the illuminant;
Photoexcitation outgoing light spectrum measuring means for measuring a spectrum of light emitted through the first electrode (photoexcitation outgoing light spectrum) at the time of excitation light irradiation by the excitation light irradiation means;
An emission spectrum calculating means for calculating the emission spectrum based on the light excitation emission light spectrum and the light extraction efficiency;
Is provided,
The emission distribution estimation means estimates the emission distribution in the luminous body based on the emission spectrum calculated by the emission spectrum calculation means, the light extraction efficiency, and the electric field excitation emission light spectrum,
A light emission distribution estimation device characterized by the above.
光のスペクトルを測定可能な単一のスペクトル測定手段が設けられ、
当該単一のスペクトル測定手段が、前記電界励起出射光スペクトル測定手段として機能し、かつ、前記光励起出射光スペクトル測定手段として機能する、
ことを特徴とする発光分布推定装置。 In the luminescence distribution estimation apparatus according to claim 7,
A single spectrum measuring means capable of measuring the spectrum of light is provided;
The single spectrum measurement means functions as the electric field excitation emission light spectrum measurement means, and functions as the light excitation emission light spectrum measurement means.
A light emission distribution estimation device characterized by the above.
前記第1電極および前記第2電極によって電界を印加して前記発光体を励起・発光させ、前記第1電極を通して出射される光のスペクトル(電界励起出射光スペクトル)を測定する電界励起出射光スペクトル測定工程と、
前記表示素子の各構成要素の特性に基づいて、前記発光体内において生成される光のうち前記第1電極を通して出射される光の割合(光取出し効率)を、前記発光体内において光が生成される各位置ごと、および、当該各位置にて生成される光の各波長ごと、に算出する光取出し効率算出工程と、
前記発光スペクトル、前記光取出し効率、前記電界励起出射光スペクトルに基づいて前記発光体内の発光分布を推定する発光分布推定工程と、
を発光分布推定装置に組み込まれたコンピュータに実行させる、
ことを特徴とする発光分布推定プログラム。 A light emitter that is excited based on an applied electric field and can emit light having a predetermined emission spectrum; a first electrode that is provided on one surface side of the light emitter and is capable of transmitting light; and the light emitter in the light emitter. In a display device comprising a second electrode provided on the other surface side opposite to one surface, the light emission distribution in the light emitting body is estimated when an electric field is applied by the first electrode and the second electrode. A luminescence distribution estimation program that
An electric field excitation emission light spectrum for measuring a spectrum of light emitted through the first electrode (electric field excitation emission light spectrum) by applying an electric field by the first electrode and the second electrode to excite and emit the light emitter. Measuring process;
Based on the characteristics of each component of the display element, the ratio of the light emitted through the first electrode (light extraction efficiency) out of the light generated in the light emitter is generated in the light emitter. A light extraction efficiency calculation step for calculating for each position and for each wavelength of light generated at each position;
A light emission distribution estimating step of estimating a light emission distribution in the light emitter based on the light emission spectrum, the light extraction efficiency, and the electric field excitation emission light spectrum;
Is executed by a computer incorporated in the luminescence distribution estimation device,
Emission distribution estimation program characterized by the above.
ことを特徴とする記録媒体。 The luminescence distribution estimation program according to claim 9 is recorded and readable by a computer incorporated in the luminescence distribution estimation apparatus.
A recording medium characterized by the above.
当該表示素子は、前記波長λ0の光に対する共振構造が前記第1電極および前記第2電極の間に形成されるように構成され、
請求項1から請求項5のいずれかに記載の発光分布推定方法に基づいて推定された前記発光体内の発光分布における最大発光位置と、前記共振構造において生じる前記波長λ0の定在波形における腹の位置と、が互いに一致している、
ことを特徴とする表示素子。 A light emitter that is excited based on an applied electric field and can emit light having an emission spectrum with a maximum intensity at a wavelength λ 0 , and a first electrode that is provided on one surface side of the light emitter and can transmit light A second electrode provided on the other surface side opposite to the one surface of the light emitter and capable of reflecting light, and a display element comprising:
The display element is configured such that a resonant structure with respect to light having the wavelength λ 0 is formed between the first electrode and the second electrode,
The maximum light emission position in the light emission distribution in the luminous body estimated based on the light emission distribution estimation method according to any one of claims 1 to 5, and an antinode in the standing waveform of the wavelength λ 0 generated in the resonance structure And the position of
A display element characterized by the above.
前記個々の表示画素が、請求項11に記載の表示素子によって構成されている、
ことを特徴とする画像表示装置。 An image display device having a plurality of display pixels,
The individual display pixels are constituted by the display element according to claim 11.
An image display device characterized by that.
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