JP2006528825A - 改良された光抽出を有する有機エレクトロルミネセンスデバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
改良された光抽出を有する有機エレクトロルミネセンスデバイスは、自体に隣接して配置された光散乱媒質を含む。この光散乱媒質は0超から約0.99の範囲の光散乱異方性パラメータg、及び約0.22よりも小さく又は約3よりも大きいスキャタランスパラメータSを有する。本発明の他の態様では、発光デバイスが有機エレクトロルミネセンスデバイスであり、光散乱媒質がホストマトリックス中に散乱粒子を含む。本発明の他の態様では、有機エレクトロルミネセンスデバイスが有機発光ダイオード(「OLED」)である。
【選択図】図1A
Description
エレクトロルミネセンスデバイスは、デバイス内で生み出された光と環境に放出された光の比である光抽出効率ηexによって限定される。OLEDではこの効率の推定値が一般に0.17〜0.5である。したがって、電気的に生み出された光のかなりの部分がデバイスの内部で失われる。これは、抽出効率が1に近い水銀蛍光照明の場合とは対照的である。この損失機構の起源は、基板−空気界面の臨界角よりも大きな角度で入射した光は全反射し、環境へは決して放出されないことにある。
OLEDの出力に対する体積散乱の効果を定量的に記述することができる解析的方法を説明するため、我々は放射輸送モデルを使用する。該モデルは散乱をさまざまな文脈で記述するために広く展開されており、我々はこれに関する広範な業績を利用する。以下の理論展開において、我々は最初に、モデル化の対象のOLED及び散乱幾何配置を定義し、次いで単一粒子散乱理論及び多重散乱に対する放射輸送法による関連結果を概説し、これを利用して、体積散乱を組み込んだOLED用のモデルを構築する。次いで、このモデルを適用して、OLEDの出力結合(outcoupling)効率を、実験的に獲得可能なパラメータに関して計算する方法について説明する。このセクションの最後には、OLEDにおける光散乱の我々の説明において使用されるさまざまな近似を列挙する。
実際のOLEDデバイスはいくつかの層からなり、それぞれの層が特定の機能を果たす。標準OLEDデバイス(図1上)では、最下層が環境による攻撃からデバイスをシールする。その次には発光構造を形成する一連の層、反射性電極層、有機層及び透明電極層がある。最後に、このデバイスは透明基板上に製作されており、電気的に生み出された光はこの基板を通して環境に結合される。この標準設計の基板と環境の間に、我々は、低屈折率マトリックス材料の中に埋め込まれた高屈折率散乱粒子からなる層を追加する。我々の目標は、OLEDからの光抽出に対するこの体積散乱層の効果を理解することである。この構造をモデル化するため、我々は、この実際の有限多層OLED幾何配置を、単層無限平面幾何配置(図1下)で近似する。この近似幾何配置では、図中に太字で示した7つのパラメータによって光出力を完全に記述することができる。電気活性層(カソード層、有機層、アノード層)が体積散乱層の1つの境界を形成し、これらの層の特性が、下部界面(x=0)での反射率及び基板内部の入力光分布フラックスの角プロファイルD(θ)を決定する。単純にするため、体積散乱層のマトリックス材料の屈折率と基板の屈折率が同じと仮定する。これによって、これらを、層の散乱及び吸収特性によって特徴づけられる単一の有効散乱層として取り扱うことができ、我々はこの層を、3つパラメータs、a及びg、基板の屈折率n並びに物理的な厚さXを使用して特徴づける。本明細書では後に、これらのそれぞれのパラメータについて論じる。平坦な空気−基板界面の上部境界条件(x=X)は、屈折率nの媒質に対するフレネル(Fresnel)の式によって決定される。
個々の散乱事象の物理はよく理解されており、球などのある種の形状に関してはこれを、ミー(Mie)理論を使用して正確に導き出すことができる。単一の粒子の光散乱計算には、重要な3つの量、すなわち散乱断面積、吸収損及び位相関数がある。巨視的なサンプルでは、最初の2つの量は粒子濃度と結合されてそれぞれ、散乱の平均自由行程s及び吸収の平均自由行程kを与える。位相関数は、強度I、角度(ψ,φ)、偏光πの入射波が与えられたときの角度(ψ’,φ’)、偏光π’の散乱波の相対強度I’であり、すなわち下式で表される。
位相関数の1つの形が得られたら、正確に又は近似によって記述することができるそれぞれの散乱事象の物理を、単一の入射光子が媒質を出るまでに何回かの散乱事象を経験する懸濁媒質中の巨視的な観察可能パラメータ及び境界条件に結びづける必要がある。これは放射輸送問題であり、散乱媒質におけるその解明は、いくつかの分野、特に天文学において相当な関心を集めている問題である。無限平面平行散乱媒質に関して、この式は以下の通りである。
入力光は点x=0で媒質に入ると仮定され、初期条件は、光がOLEDの活性層から出て基板に入るときの光の角分布すなわちI0(θ)である。我々はこの条件をフラックスD(θ)に関して書き、単一の数zによってパラメータ表示する。
解析の間に、我々は、8つのカテゴリにグループ分けすることができるいくつかの近似を実施した。我々は以下のように仮定した。1)散乱層及びOLED基板は無限均一等方性層としてモデル化することができる。2)散乱事象及び放射源は方位角対称性を持つ。3)偏光効果は相対的に重要ではない。4)単一の近似位相関数が単一の散乱事象を全波長にわたってモデル化し、散乱事象間に干渉はない。5)角度及び位置に無関係の平均有効カソード反射率を使用することができる。6)上面は平坦である。7)蛍光効果を無視することができる。8番目のカテゴリは、我々の特定の数値解の選択によって導入される誤差に由来するものであり、これらは付録及び文献に広く論じられており、ここでこれ以上論ずることはしない。
前のセクションでは、OLEDデバイスに適した7パラメータ放射輸送モデルを詳細に説明した。このセクションでは、この光抽出モデルのいくつかの含意について論ずる。このモデルは、大部分の大面積平面OLEDを記述するのに十分に柔軟であり、同時に全てのパラメータを実験測定によって得ることができる。実際のOLED系に対するこのモデルの妥当性を証明する実験を実施した。このセクションでは、モデルパラメータからOLED設計パラメータへのマッピングを示し、光抽出に対するこれらの選択の影響について論ずる。
このモデルの文脈において、OLEDデバイス設計は3つパラメータ、すなわち基板の屈折率(n)と、最下層の有効反射率Rと、パラメータzによって特徴づけられる、OLEDの活性層から基板に入るときの放出光の角分布D(θ)とを設定する。これらの変数は直接に測定することができ、デバイス設計の選択を通して制御することができる。例えば、反射率パラメータは金属フィルムに関連した損失だけでなく、透明な電極及び有機層によって負わされる吸収損も含む。これらの追加の層の存在は、反射率を、金属及び基板の複素誘電率によって決まる理論上の最大値よりも低い値に制限する。角光分布に対する多層OLED構造の影響はよく知られており、複数の層の使用及び狭い放出波長範囲によって、光出力を高度に導き、したがってzを変更することができる。弱いマイクロキャビティ効果を有するガラス上に製作された一般的なOLEDに関して、これらの3つのパラメータの一般的な値はROLED=0.8、n=1.5、z=1である。
一般的な値の前述のOLEDパラメータを用いてこのモデルを解き、体積散乱のない一般的なケースを記述するためにSをゼロに設定する場合には、通常の推定値に一致した光抽出項ηs−aの値0.44が得られる(式14)。デバイスの活性層からOLED基板中に光を抽出する際の効率、すなわちηOLED−sが分かっている場合には、これから全体の抽出効率を計算することができる。文献に記載されているマイクロキャビティモデルを使用して、ηOLED−sの非常に正確な推定値を計算することができる。詳細なマイクロキャビティ効果を無視し、OLED層から基板への効率ηOLED−sをフレネルの式、すなわちηOLED−s=(nsubstrate/nOLED)2によってモデル化することができると仮定し、OLED層内でのランベルト放出プロファイルを仮定することによって、単純な推定値が得られる。例えば、ガラス基板の屈折率nを1.5に、OLED活性層の屈折率を1.7に設定すると、ηOLED−s=(1.5/1.7)2=0.78となる。この単純な推定値を、ゼロに設定された散乱を用いた我々のモデルの結果とともに式1に代入した場合、Kim et. alによって高分子OLEDに対して得られた結果と同様の、体積散乱がない場合の出力結合効率の予測(0.75)×0.44=0.33が得られる。
光散乱の存在下で光抽出を決定する際に最も決定的なパラメータは有効カソード反射率であることを我々は見い出した。図2には、有効カソード反射率のさまざまな値について、抽出効率がスキャタランスに対してプロットされている。選択した有効反射率の範囲について、スキャタランス値の広い範囲にわたって、基板−空気抽出効率がスキャタランスがゼロのときの値(0.44)に比べて向上していることに留意されたい。有効反射率が低くなるにつれてこの向上のピークも低くなる。図には示されていないが、有効反射率が0.2よりも大きい限り、この向上は依然として起こることを我々は見い出した。高カソード反射率ではηs−aはほとんど1であり、すなわち非常に効率的な「光子リサイクリング」が起こる。所与の光子は脱出するまでに何回も界面に衝突することができるため、このことは直観的に予想される。所与の反射率についても、スキャタランスの関数としての曲線の全体形状は容易に説明できる。低スキャタランス値では基板内の導波性は完全には抑制されず、一方、非常に高いスキャタランス値では、大部分の光が基板から損失性のカソードに向かって反射される。ピーク値はこれらの2つの効果が釣り合う点である。一般的なOLED反射率0.8では、抽出効率が、スキャタランスがゼロのときの値の約2倍に向上していることに留意されたい。したがって全出力結合効率は〜0.3から〜0.6に増大される。
我々のモデルでは、粒形の効果と粒径の効果が単一のパラメータgに含まれる。図3には、g=0からg=0.9の4つの異なるg値について、ηs−aがスキャタランスに対してプロットされている。放出プロファイルをランベルトプロファイルであると仮定し(z=1)、カソードの反射率は0.8に設定した。それぞれのg値に関して、図2から予想される特定のスキャタランス値のところに抽出効率のピークがあることに留意されたい。しかし、gの値が大きくなるにつれて、ピーク位置はスキャタランス値のより高い方へ移動する。この移動の理由を物理的に理解することは可能である。パラメータgは、散乱光がその元の方向から平均してどれくらいそれるかを表す。したがって、1に近いgの値によって特徴づけられる粒子は入射ビームを効率的に偏向させず、低ローディングでは、非散乱性基板に類似した抽出効率を示すはずである。この場合、最適な光抽出は、非常に大きなスキャタランス値でしか起こらない。一方、低いg値はより良好な散乱効率を意味し、したがって、最適な散乱を達成するのにより小さいスキャタランスですむ。したがって、gが0と1の間を変化するとき、光抽出に関するSの最適値はより高い値の方へ移動すると予想される。最終的に、gが1に近づく限界では、最適な光抽出を達成するのに無限大のスキャタランスが必要となろう。
散乱がない場合、平坦な基板−空気境界の反射率は基板の屈折率によって決まる。光散乱がある場合でもこのことが真であるかどうかを調べるため、図4に、さまざまな値の基板屈折率について、計算された抽出効率を、カソード反射率の関数としてプロットした。それぞれのケースのスキャタランスは、計算された光抽出が最大になる値に設定した。予想どおり、必要なスキャタランスは、n=1を除く全ての基板屈折率についてノンゼロであった。セクション(A)(10)の議論と合致して、1よりも大きな全てのn値に関して、抽出効率は、有効カソード反射率が1に向かって増大するにつれて、可能な最大値である1まで増大する。しかし、より低いカソード反射率値について、基板の屈折率は抽出効率ηs−aにある上限を設定し、この上限は基板屈折率が低くなるつれて高くなる。したがってηs−aの最適化には低屈折率基板の使用が必要である。
このモデルでは、D(θ)を決定するzを変更することによって、ηs−aに対するOLEDの光マイクロキャビティ構造の効果をおおまかに考慮することができる。図5の挿入図は、さまざまなz値について、光分布を角度の関数として示したものである(実線)。比較のため、一般的な高分子OLEDデバイス構造の角放出の完全な光マイクロキャビティ計算を示す。具体的には、文献に示された他の詳細モデルに類似した方法であるCrawfordによって記載された方法を使用して計算された、偏光に関して平均された角放出プロファイルを示す。この放出は、デバイスの明確に画定された平面から生じ、双極子は電極に平行に整列し、又は等方的に配向していると仮定した。マイクロキャビティ計算の出力は詳細には、層厚、屈折率及び放出に関して使用する仮定によって変わってくるが、ここに示した計算された分布は、デバイス構造中に強いマイクロキャビティ効果が特に組み込まれていないOLEDデバイスで観察される一般的な放出パターンを表すことに留意されたい。このようなケースに関して、一般に2よりも小さなz値はD(θ)の合理的な近似を与えることが分かった。
16.1 線形微分方程式系
数値技法のいくつかの改善を含む離散縦座標(DO)近似を実現した。単一粒子の散乱の詳細な式、離散縦座標モデルに関する初期及び境界条件を以下に示す。特に明記しない限り、以下の議論では先に示したものと同じ表記法を使用する。
この問題の初期条件は、OLEDデバイスの活性層の微視的光学特性によって決まる。このモデルの2つの主要な出力は、散乱性基板中への光の全結合効率ηOLED−s、及び結合された光の角分布である。離散化されたときこれらの2つの量は、下式によって与えられる初期条件
このセクションでは、実際のデバイスの抽出効率を予測するモデルの能力を試験するため、モデルの入力パラメータと、体積光散乱の関数としての相対抽出効率の両方の実験測定を示す。
散乱粒子を分散させた独立フィルムに関しては、式6の境界条件がそれぞれの面の鏡面反射係数によって与えられる。これらの係数はフレネルの式によって与えられる。
このセクションでは、独立散乱フィルムの関連散乱パラメータの測定を目的とした実験について説明する。さらに、OLEDデバイスの関連物理パラメータの測定についても記載する。次いで結果として得られたパラメータを使用して、OLEDデバイスに散乱フィルムが光学的に結合されているときの光出力に対する効果を予測する。後に説明するようにこの予測は調整可能パラメータを使用しない。次いで光出力に対する実際の効果を測定し、これを予測と比較する。
フィルムの製造
重量既知の可視光非吸収性粒子を未硬化のPDMS樹脂(硬化フィルムでn=1.41)10gと混合することによって、可変の光散乱を有する独立したテープを調製した。この調査で使用した2種類の白色粉末は、冷白色(cool white:CW)蛍光体(d50=6μm)、及びZrO2粉末(d50=0.6mm)である。メジアン粒径は光散乱によって決定した。一般的な重量ローディングはZrO2で0.2%〜1.76%、冷白色蛍光体粒子で1%〜20%であった。両方のサンプルに対して実行した無限平面反射率測定は、非常に低い可視吸光度を指示した。この散乱フィルムは硬化前にテープ注型によって調製した。一般的なフィルム厚は400〜600μmであった。
独立フィルム内での光散乱の程度を決定するためには、放射輸送モデルを逆に使用し、すなわち観察された透過率及び反射率データセットから出発し、これを逆にたどってS、K及びgのセットを得る必要がある。一般に、この手順は、3つの入力(T、R、Tinline)から3つの出力(S、K、g)への非線形適合を必要とするが、ほとんど吸収がない(すなわちK〜0)場合には、Sは、ベアー(Beer)の法則型の式によってインライン透過率から直接に決定される。
S、K及びnが得られれば、透過率及び反射率に対して式30〜31を適合させることによってgを測定することができる。gは唯一の調整可能パラメータである。市販のUV−Vis分光計(Perkin−Elmer lamda−9)に取り付けられた積分球アクセサリを使用して全透過率及び全反射率スペクトルを測定した。任意の波長点における誤差は+/−0.3%と測定された。相対的に大きなCW粒子では波長の関数としてこれらの値はほとんど変動せず、ZrO2がロードされたテープでは、短波長側の反射率がわずかに高いことが分かった。PDMSのS(インライン測定により決定されたもの)、K(<0.001に設定)及びn、並びにgの値が与えられれば、式23によって全反射及び全透過率の値が予測される。我々は、我々のテープに関して、観察された透過率及び反射率値と最もよく一致するようにgを適合させた。この手順は非常にロバストであり、全てのサンプルについてプールされたgの決定における我々の観察された標準偏差は0.008である。この調査で使用されたテープのうち5つのテープの488nmにおける透過率及び反射率の観察値と計算値の比較を表Iに示す。ミクロンサイズの粒子では、ミー理論から、波長が変更されたときにgの値は弱い変動しか示さないと予想される。このことを、670nmダイオードレーザを使用したインライン透過率の解析によって確認した。670nmでのgの計算値(CW及びZrO2をロードしたサンプルに対してそれぞれ0.872及び0.816)は488nmでのそれらと同様であった。我々は次に、独立散乱フィルムの全ての関連光学パラメータを決定した。したがってこの放射輸送モデルは、追加の適合パラメータを一切使用せずiに、さまざまな光入力及び出力幾何配置に対する光学的ふるまいを予測することが予想される。したがって、我々のモデルの適用可能性の独立した試験は、独立フィルムによって散乱された光の計算角依存性と測定角依存性の比較である。このような試験を実行するため、長さl=38.2cmの回転アームに半径r=0.5cmの検出器を、散乱サンプルから離して取り付けた。670nmレーザビームをサンプルに通し、透過した670nm光の強度を0°から85°まで測定した。角偏向した成分の測定強度は、検出器が対する立体角であるスケールファクタf=5.4×10−4=πr2/l2によって、計算されたフラックスに関係付けられる。式36を使用すると以下の通りである。
有効反射率
一般的なOLEDの反射率を、市販の分光計の鏡面反射率アタッチメントを使用して測定した。S. Moller et al., Appl. Phys. Lett., 3324 (2002) に記載されている手順及び材料を使用して青色発光OLEDを製造した。反射率スペクトルは、基板及びデバイス(ITO+高分子)層を通して測定され、したがって反射率スペクトルは、ガラス上のアルミニウムのフィルムの反射率を計算することによって得られた値0.91よりも低いと予想される。図9では、実験による反射率スペクトルを、積分球で測定された一般的なOLEDスペクトルと比較した。OLEDデバイスの出力スペクトルにわたって平均すると有効反射率0.79が得られる。放射輸送モデルにこの数を直接に入力するための理想的なOLEDは、基板領域に比べて薄く、均一に反射するデバイスであると考えられる。試験した実際のOLEDは、厚さ1mmの1.5インチガラス基板上に1インチ平方の活性領域OLEDを有するが、OLEDの大部分の非活性領域は、薄い絶縁層によってITOアノードから分離されたアルミニウム膜で覆われており、非反射領域はデバイス領域の7%でしかなかった。この領域は比較的に小さく且つ非放出性のため、全光出力に対する効果は小さいはずであり、したがって我々はROLED=0.79とした。
OLED層から基板の中へ進むときのOLED光出力の角依存性は式24の初期条件D(θ)を設定する。原理上、この内部角分布は、光散乱の角依存性の我々の決定と同様の方法を使用して外部OLED発光パターンを測定することによって決定することができる。問題は、これが、式36に現れる立体角の比と同じ比によるデコンボルーションを必要とし、D(θ)の小さな変化を分解することが難しくなることであろう。したがって、我々は、DDを直接に測定する手順を組み立てた。具体的には、ガラス半球の中心にOLEDを光学的に結合し、放出される光を半球からの角度の関数として測定した。この幾何配置は立体角の比を事実上1にする。この実験では、小さな(1/4インチ平方)OLEDを直径3インチのガラス半球の中心点に置く。2つの方法を使用して角放出を精査した。第1の方法では、光ファイバ入力カプラを半球の周りに回転させ、このファイバに結合された光を遠隔検出器に結合した。ファイバの不良位置合せの影響を最小化するため、アイリス絞り及び光学ディフューザをファイバ入力の前に取り付けた。第2の測定方法では、回転構成部品としてファイバ入力カプラの代わりに小さなシリコンダイオードを利用した。両方の測定方法を利用した角度の関数としての積分強度を図10に示す。実線は、D(θ)=cos(θ)1.2の形の計算された放出プロファイルである。係数1.2は、ダイオード内で観察された信号レベルを対数−対数プロット上でcos(θ)に当てはめることによって決定される。
前述のOLED及び散乱フィルムの関連特性の完全な特徴付けが済めば、この作業の最終目的は、散乱フィルムをOLEDに結合することの光出力に対する効果を予測することである。これに応じて、散乱テープを有するOLEDからの全積分光出力を散乱テープのないOLEDからの全積分光出力で割ったものとして、向上係数(enhancement factor ε)を定義する。我々はこの量を以下の方法で測定する。CCD検出を備えた1/4m分光計に接続されたファイバ束が取り付けられた直径18インチの積分球の内側にOLEDを置いた。OLEDは、厚さ1/4インチの磁石を使用して鋼製の白色ベース上に取り付けた。したがって、前半球に現れる光は全て、検出前に同様の光経路を経る。OLEDの側面から出た光は、逆方向へ伝わって、球体内へ反射される前に白色ベースに当たり、その一部は、いくぶんかは吸収性であるOLEDの背面への衝突の結果として失われる。さらに、NISTトレーサブル(NIST traceable)の黒体源に対して以前に較正された白色光源(10W、タングステンフィラメント)を球体の内側に取り付け、内部スペクトル較正を与えた。較正は、球体内にOLEDデバイスがあるときとないときの両方で頻繁にチェックし測定した。OLEDが安定な動作モードにあること、及びOLEDができるだけきれいであることが保証されるよう注意した。OLEDの表面に散乱テープを取り付け、スペクトルを測定した。OLEDからテープを取り除き、直ちに測定を繰り返した。散乱フィルムごとに向上係数ε、すなわち比I(散乱有り)/I(散乱無し)を計算した。図5に、冷白色蛍光体粒子から作られたテープ(上図)及びZrO2粒子から作られたテープ(下図)について、向上係数(左軸)を、観察されたスキャタランスに対してプロットした。誤差解析は、εの測定値の統計的不確実性が+/−0.028であることを指示している。このデータは、塗りつぶされた正方形及びエラーバーによって表されている。最大向上係数1.41が観察されていることに留意されたい。放射輸送モデル及び実験によって測定された入力パラメータ(R=0.79、z=1.2、g及びSは図示)に基づいて予測された向上が実線で示されている。独立に調整可能なパラメータがモデルに含まれていないことを考えるとなおのこと、予測データと実験データの一致が非常に印象的である。
図11に示したデータ及びモデルは、単純な物理図を使用して記述することができる。両方のデータセットには、散乱フィルムのスキャタランスSの最適値がある。低スキャタランス値では散乱媒質内の導波性は完全には抑制されず、非常に高いスキャタランス値では、光は、散乱媒質から損失性のカソードへ向かって逆に反射される。ピーク値はこれらの2つの効果が釣り合う点である。我々のモデル化によれば、この最適値の位置はgの値に依存する。ZrO2がロードされたフィルムのスキャタランスの最適量が〜2、CWがロードされたフィルムの最適量が〜3である図11のデータは、この傾向を明らかに示している。より重要なのは、光出力向上の絶対値と、散乱粒子のスキャタランス及び位相関数が変化するときの光出力の傾向の両方に関して、解析モデルとデータが高いレベルで一致していることである。モデル入力パラメータの我々の決定における実験誤差を考慮すると、絶対出力結合効率の決定における可能な誤差は〜±7%である。
図12の上図に、角度の関数としてのスペクトルの変化を示す。これらの結果は、同様の装置を使用して他の人によって得られた結果と同様であり、スペクトルに対するマイクロキャビティ効果を示している。0度から50度の範囲でスペクトルの変化は比較的に小さく、角度がさらに増すにつれて、より青い波長側にスペクトルがわずかに移動することが観察される。
角度によって分解された散乱データと1パラメータヘンイー−グリーンスタインモデルの結果との間の比較において、モデルデータと実験データの間には低い角度に不一致がある(図8)。下記の2項H−G位相関数を導入することによって我々の適合を向上させることができる。
1.粒子形態と散乱事象の関係
散乱媒質中における光の伝搬特性は2つの因子の影響を受ける。それは、散乱中心の密度及びそれぞれの散乱事象によって引き起こされる角偏向である。粒子の平均密度は、媒質中の粒子体積ローディングによって制御され、インライン透過率、すなわち散乱することなく媒質を横切るビームの割合及び粒子半径を知ることによって決定することができる。それぞれの散乱事象によって引き起こされる角偏向は、散乱粒子のサイズ、形状及び屈折率、並びに入射光の波長によって決定され、その量は既知であり、位相関数である。球状粒子に関しては、この位相関数を、ミー理論によって解析的に計算することができる。図14に、位相関数に対するサイズ変更の効果を示す、ミー理論計算のいくつかの実例を示す。これらの計算に関しては粒子屈折率を1.8、媒質屈折率を1.5、光の波長を520nmに設定した。それぞれの曲線の粒子半径は凡例に示されている。比較の目的上、位相関数は全て正規化されて最大値1を有する。
上記セクションAでは、gとOLEDデバイス中の出力結合効率の間の関係が、ランダムに並べられた粒子の集団に対して詳細に調べられている。具体的には、OLEDなどの大きな平面に対して光抽出を最適化するために、与えるgとSの間の関係が調べられた。図16に示すようにS(スキャタランス)の最適値がgの値に依存することを我々は認めた。この図は、高いg値(〜0.9)では最適スキャタランスも高く(〜3)、低いg値(<0.3)では最適スキャタランス値も低いことを明らかに指示している。さらに、gの値を増大させると、(スキャタランスの関数としての)ピーク光出力も増大し、最適に近い性能を達成するためにスキャタランスがとることができる領域も広がる。
上記の解析は、粒子集団に対するg値は低いよりも高いほうが一般に好ましいことを指示している。高いg値(>0.8)を示す粒子集団の使用は、デバイスからの最大光出力を高くするだけでなく、全スキャタランスの範囲も大きくする。低いg値が望ましいのは、他の設計上の考慮事項によってスキャタランスを低く保たなければならない場合だけである。あらゆる場合に、粒子は、後方散乱光の量を最小化するように選択されるはずである。
Claims (8)
- 発光デバイスと、
前記発光デバイスに光学的に結合された光散乱媒質と
を備え、
前記光散乱媒質が約0から約0.99の範囲の光散乱異方性gを有し、スキャタランスSが0<S≦0.22及びS=3からなるグループから選択された
光源。 - 発光デバイスと、
前記発光デバイスに光学的に結合された光散乱媒質と
を備え、
前記光散乱媒質が、約0.8から約0.95の範囲の光散乱異方性g及び約3よりも大きなスキャタランスSを有する
光源。 - 前記発光デバイスが有機エレクトロルミネセンスデバイスである、請求項2記載の光源。
- 前記発光デバイスが有機エレクトロルミネセンスデバイスである、請求項1記載の光源。
- 前記発光デバイスが、2つの電極間に配置された有機エレクトロルミネセンス材料を含む、請求項3記載の光源。
- 前記光散乱媒質が、マトリックス中に分散させた光散乱粒子を含む、請求項3記載の光源。
- 前記光散乱粒子のメジアン粒径d50が約6マイクロメートルである、請求項6記載の光源。
- 前記光散乱媒質が、厚さ約400マイクロメートルから約600マイクロメートルの層である、請求項6記載の光源。
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