JP4989367B2 - Design method of organic electroluminescence device - Google Patents

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Description

本発明は、反射・屈折角を乱れさせる領域を設けて光取り出し効率を向上する場合に、有機エレクトロルミネッセンス素子から出射される光の成分の量が所望の程度になるように有機エレクトロルミネッセンス素子の有機発光層の厚みを設計する有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法関する。 The present invention provides an organic electroluminescent device having a desired amount of light emitted from the organic electroluminescent device when the region where the reflection / refraction angle is disturbed is provided to improve the light extraction efficiency. about the design method of the organic electroluminescence element of designing the thickness of the organic luminescent layer.

図2は光透過性の基板6上に光透過性の電極1、ホール輸送層8、発光層3、電子輸送層9、光反射性の電極2が順次形成された有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)を示す。この図2により従来の有機EL素子の設計方法を説明する。   FIG. 2 shows an organic electroluminescence element (organic EL element) in which a light transmissive electrode 1, a hole transport layer 8, a light emitting layer 3, an electron transport layer 9, and a light reflective electrode 2 are sequentially formed on a light transmissive substrate 6. Element). A conventional organic EL element designing method will be described with reference to FIG.

特許文献1では、光反射性の電極2と、これに隣接する有機層4(ここでは電子輸送層9)の界面で光が反射する際には、外面反射であるので反射前後で位相シフトπが生じることを前提とし、発光層3から基板6側へ向かう光21と、発光層3から光反射性の電極2へ向かった後にこの電極2の表面で反射されてから基板6側に向かう光22とが干渉して強め合うようにするために、発光層3における発光源10と光反射性の電極2の表面との間の膜厚dに屈折率を乗じて導出される光学膜厚Dを光の波長λの1/4の奇数倍と略等しくなるようにし、これにより基板6から正面方向に外部に出射する光の成分の量が極大値となるようにすることができることが開示されている。   In Patent Document 1, when light is reflected at the interface between the light-reflective electrode 2 and the organic layer 4 adjacent thereto (here, the electron transport layer 9), the phase shift π before and after the reflection because it is an external reflection. On the assumption that the light is emitted from the light emitting layer 3 toward the substrate 6 and the light 21 from the light emitting layer 3 toward the light reflective electrode 2 and then reflected from the surface of the electrode 2 and then toward the substrate 6. The optical film thickness D derived by multiplying the film thickness d between the light-emitting source 10 and the surface of the light-reflective electrode 2 in the light-emitting layer 3 by the refractive index so as to interfere with each other. Is approximately equal to an odd multiple of ¼ of the wavelength λ of the light, so that the amount of light components emitted from the substrate 6 in the front direction to the outside can be maximized. ing.

しかし、特許文献2で説明されているように、光反射性の電極2の表面で生じる位相シフトはπではなく、有機層4(電子輸送層9)の屈折率n1と消衰係数k1、並びに光反射性の電極2の屈折率n2と消衰係数k2に基づき、次の式(1)で表される位相シフトφである。 However, as described in Patent Document 2, the phase shift generated on the surface of the light reflective electrode 2 is not π, but the refractive index n 1 and the extinction coefficient k 1 of the organic layer 4 (electron transport layer 9). In addition, based on the refractive index n 2 and extinction coefficient k 2 of the light-reflective electrode 2, the phase shift φ is expressed by the following equation (1).

Figure 0004989367
Figure 0004989367

特許文献2ではこの位相シフトφを考慮して、基板6から外部へ出射する光の成分の量が極大値となるようにするために、発光源10から電極2の表面までの光学膜厚Dが次の式(2)〜(4)を満たすようにすることが記載されている。   In Patent Document 2, in consideration of this phase shift φ, the optical film thickness D from the light source 10 to the surface of the electrode 2 is set so that the amount of the component of light emitted from the substrate 6 to the outside becomes a maximum value. Satisfies the following formulas (2) to (4).

2π/9≦φ≦15π/18 …(2)
F=φ×λ/4π …(3)
0.73F≦D≦1.15F …(4)
ここで、図2において有機EL素子の発光層3の発光源10から斜めに発光した光23の伝搬について説明する。尚、実際には発光源10から光反射性の電極2へ向かう光も存在するが、ここでは省略している。屈折率の高い媒質から屈折率の低い媒質へ光が伝搬するとき、その界面では媒質間の屈折率により、スネルの法則から臨界角が決定され、その臨界角以上の光は界面で全反射して、屈折率の高い媒質に閉じ込められ、導波光として失われる。例えば、図2の有機EL素子で、基板6の屈折率が1.5である場合に、基板6から屈折率1.0の大気11へと出射する光の臨界角は約42°である。つまり、発光源10から発光した光23が基板6から大気11へ出射するとき、大気11への入射角θが約42°より大きい光は基板6に閉じ込められ、導波光として失われる。立体角を考慮すると、基板6まで伝搬してきた光のうち、基板6から大気11へ出射する光の割合は約26%となり、残りの約74%は基板6に閉じ込められ、導波光として失われる。
2π / 9 ≦ φ ≦ 15π / 18 (2)
F = φ × λ / 4π (3)
0.73F ≦ D ≦ 1.15F (4)
Here, the propagation of the light 23 emitted obliquely from the light source 10 of the light emitting layer 3 of the organic EL element in FIG. 2 will be described. Actually, there is light traveling from the light source 10 to the light-reflective electrode 2, but it is omitted here. When light propagates from a medium with a high refractive index to a medium with a low refractive index, the critical angle is determined from Snell's law by the refractive index between the medium at the interface, and light above the critical angle is totally reflected at the interface. Thus, it is trapped in a medium having a high refractive index and lost as guided light. For example, in the organic EL element of FIG. 2, when the refractive index of the substrate 6 is 1.5, the critical angle of light emitted from the substrate 6 to the atmosphere 11 having a refractive index of 1.0 is about 42 °. That is, when the light 23 emitted from the light source 10 is emitted from the substrate 6 to the atmosphere 11, the light having an incident angle θ to the atmosphere 11 larger than about 42 ° is confined in the substrate 6 and lost as guided light. Considering the solid angle, the proportion of the light propagating to the substrate 6 is about 26%, and the remaining about 74% is confined in the substrate 6 and lost as guided light. .

この導波光を外部へ取り出すための手法として、例えば図3の有機EL素子のように基板6と大気11の間に反射・屈折角を乱れさせる領域7を形成することが挙げられる。この場合、スネルの法則を崩して、本来導波光として全反射される約42°以上の光の伝搬角を変化させることができ、これにより光の屈折角を変化させて全反射条件にある光を減らすことができる。このような手法としては、例えば透光性基体上に単粒子層を並べた拡散部材による光拡散層を形成する方法(特許文献3)が挙げられる。   As a method for extracting the guided light to the outside, for example, a region 7 that disturbs the reflection / refraction angle is formed between the substrate 6 and the atmosphere 11 as in the organic EL element of FIG. In this case, Snell's law can be broken to change the propagation angle of light of about 42 ° or more which is totally reflected as originally guided light, thereby changing the refraction angle of the light and changing the light under total reflection conditions. Can be reduced. As such a method, for example, a method of forming a light diffusion layer using a diffusion member in which single particle layers are arranged on a translucent substrate (Patent Document 3) can be mentioned.

このような光拡散層を形成する場合に、基板6の中で導波する光を効率良く取り出すための設計方法が特許文献4で提案されている。これは基板6から大気11へ出射される発光光の正面輝度値と50〜70°方向の輝度値が次の式(5)の関係を満たすようにし、或いは更に発光源10と光反射性の電極2の表面との間の寸法をd、発光層3に用いている発光材料の蛍光発光スペクトルのピーク波長をλ、発光層3と反射性電極との間の有機層4の屈折率をnとした場合に次の式(6)の関係を満たすようにするものである。   Patent Document 4 proposes a design method for efficiently extracting light guided in the substrate 6 when such a light diffusion layer is formed. This is so that the front luminance value of the emitted light emitted from the substrate 6 to the atmosphere 11 and the luminance value in the direction of 50 to 70 ° satisfy the relationship of the following equation (5), or further, the light emitting source 10 and the light reflecting property. The dimension between the surface of the electrode 2 is d, the peak wavelength of the fluorescence emission spectrum of the light emitting material used in the light emitting layer 3 is λ, and the refractive index of the organic layer 4 between the light emitting layer 3 and the reflective electrode is n. In this case, the relationship of the following formula (6) is satisfied.

(正面輝度値)<(50〜70°方向の輝度値) …(5)
(3/n)λ<d<(0.5/n)λ …(6)
この設計方法によれば、正面方向の光は干渉により弱め合うが、通常は導波光として素子内に閉じ込められる広角度成分の光が強めあい、この光を光拡散層を設けることで外部に出射することで全体的な光の取り出し効率を向上しようというものである。
特開2000−243573号公報 特開2004−165154号公報 特開2001−356207号公報 特開2004−296423号公報
(Front luminance value) <(Brightness value in the direction of 50 to 70 °) (5)
(3 / n) λ <d <(0.5 / n) λ (6)
According to this design method, the light in the front direction is weakened by interference, but light with a wide angle component that is normally confined in the element as guided light is strengthened, and this light is emitted to the outside by providing a light diffusion layer. This is to improve the overall light extraction efficiency.
JP 2000-243573 A JP 2004-165154 A JP 2001-356207 A JP 2004-296423 A

しかし、上記特許文献1に記載の方法では、光反射性の電極2での反射の際の位相シフトが正確に考慮されておらず、この方法に従って発光源10から光反射性の電極2の表面までの寸法を設計しても、基板6から正面方向に外部へ出射する光の成分の量を極大値とすることができない。   However, in the method described in Patent Document 1, the phase shift at the time of reflection at the light reflective electrode 2 is not accurately taken into consideration, and the surface of the light reflective electrode 2 from the light emitting source 10 according to this method. Even if the dimensions up to are designed, the amount of the component of the light emitted from the substrate 6 to the outside in the front direction cannot be set to the maximum value.

また、特許文献2に記載の方法では、上記位相シフトを正確に考慮していることから、基板6から外部へ正面方向に出射する光の成分の量が極大値となるように設計することができるが、基板6を導波して失われる約70%の光の成分は考慮されておらず、このため光拡散層を設けて本来失われる光を取り出すようにした場合には、光取出し効率が必ずしも最も高くなるとはいえない。   Further, in the method described in Patent Document 2, since the above phase shift is accurately taken into consideration, it is possible to design so that the amount of the light component emitted from the substrate 6 to the outside in the front direction becomes a maximum value. However, about 70% of the light component lost by being guided through the substrate 6 is not taken into consideration. Therefore, when a light diffusing layer is provided to extract the originally lost light, the light extraction efficiency is reduced. Is not necessarily the highest.

また、特許文献4に記載の方法では、光拡散層を設けることで基板6を導波して失われる光を取り出す際に、光取り出し効率を向上することができるが、干渉効果によって変化する光の成分の量の一つの極大値のみを導出するものであって、発光源10と光反射性の電極2の表面との間の寸法を前記極大値とすることができない場合、例えば発光層3を複数層設ける場合のように発光源10と光反射性の電極2の表面との間の寸法が前記極大値を取り得る寸法を超えざるを得ないような場合には対応することができないものであった。   In the method described in Patent Document 4, the light extraction efficiency can be improved when the lost light is guided through the substrate 6 by providing the light diffusion layer. However, the light that changes due to the interference effect can be improved. In the case where only one local maximum value of the component amount is derived and the dimension between the light emitting source 10 and the surface of the light-reflecting electrode 2 cannot be set to the local maximum value, for example, the light emitting layer 3 In the case where the dimension between the light emitting source 10 and the surface of the light-reflective electrode 2 has to exceed the dimension that can take the maximum value as in the case of providing a plurality of layers Met.

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、有機エレクトロルミネッセンス素子の基板と大気との間に反射・屈折角を乱れさせる領域を設けることで本来基板を導波する光を外部に取り出して光取り出し効率を向上するにあたり、広い範囲のなかで有機発光層の厚みを設定することで、外部に出射する光の成分の量を向上することができる有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and by providing a region in which the reflection / refraction angle is disturbed between the substrate of the organic electroluminescence element and the atmosphere, the light originally guided through the substrate is externally transmitted. Providing a design method for organic electroluminescent devices that can improve the amount of light components emitted to the outside by setting the thickness of the organic light-emitting layer within a wide range to improve light extraction efficiency It is intended to do.

請求項1に係る有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法は、光透過性の電極1と光反射性の電極2との間に発光層3と他の有機層4とを含む有機発光層5を設けると共に前記光透過性の電極1の有機発光層5とは反対側の表面に光透過性の基板6を備えて構成される有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法であって、前記基板6、光透過性の電極1、発光層3及び他の有機層4の、各厚み、屈折率及び消衰係数、並びに前記光反射性の電極2の屈折率及び消衰係数と、発光層3における発光材料のフォトルミネッセンススペクトルと、発光層3における発光点の位置及び発光分布とをファクターとして、光学伝搬解析を行うことにより、前記基板6内部を導波する光の成分の量と、上記発光点から光反射性の電極2の表面までの寸法との間の関係を導出し、この関係に基づいて、基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設ける場合の有機発光層5の厚みを設計することを特徴とする。   The organic electroluminescent element design method according to claim 1 is provided with an organic light emitting layer 5 including a light emitting layer 3 and another organic layer 4 between a light transmissive electrode 1 and a light reflective electrode 2. A method for designing an organic electroluminescent element comprising a light-transmitting substrate 6 on the surface opposite to the organic light-emitting layer 5 of the light-transmitting electrode 1, wherein the substrate 6 has a light-transmitting property. Each thickness, refractive index and extinction coefficient of the electrode 1, the light emitting layer 3 and the other organic layer 4, and the refractive index and extinction coefficient of the light reflective electrode 2, and photoluminescence of the light emitting material in the light emitting layer 3 By performing an optical propagation analysis using the spectrum, the position of the light emitting point in the light emitting layer 3 and the light emission distribution as a factor, the amount of the light component guided inside the substrate 6 and the light reflecting property from the light emitting point are obtained. Up to the surface of electrode 2 Deriving a relationship between the law, on the basis of this relationship, characterized by designing the thickness of the organic light-emitting layer 5 in the case of providing the region 7 causes disturbance reflection and refraction angle to the substrate 6.

請求項2に係る発明は、請求項1において、上記光の成分の量が、視感度を考慮した光束であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is characterized in that, in claim 1, the amount of the light component is a light beam in consideration of visibility.

請求項3に係る発明は、請求項1において、上記光の成分の量が、光子数であることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is characterized in that, in claim 1, the amount of the light component is the number of photons.

請求項4に係る発明は、請求項1において、上記光の成分の量が、エネルギーであることを特徴とする。   The invention according to claim 4 is characterized in that, in claim 1, the amount of the light component is energy.

機エレクトロルミネッセンス素子は、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法で設計されたことを特徴とする。 Organic electroluminescent device is characterized in that it is designed by the method according to any one of claims 1-4.

請求項1に係る発明によれば、光の反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けていない状態での、基板6内部を導波する光の成分の量と、発光点の位置から光反射性の電極2の表面までの寸法との間の関係から、有機発光層5の厚みを決定することで、有機エレクトロルミネッセンス素子の基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けた場合の出射光の光の成分の量が所望の程度になるようにすることができるものであり、またこのとき有機発光層5の広い厚み範囲に亘って前記関係を導出しておけば、広い厚み範囲に亘って有機発光層5の厚みを設計することができるものである。   According to the first aspect of the present invention, the amount of the light component guided through the substrate 6 and the light reflection from the position of the light emitting point in the state where the region 7 for disturbing the reflection / refraction angle of light is not provided. When the region 7 for disturbing the reflection / refraction angle is provided in the substrate 6 of the organic electroluminescence element by determining the thickness of the organic light emitting layer 5 from the relationship with the dimension to the surface of the conductive electrode 2 The amount of the light component of the emitted light can be set to a desired level, and if the relationship is derived over a wide thickness range of the organic light emitting layer 5 at this time, a wide thickness range is obtained. Thus, the thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed.

また、請求項2に係る発明によれば、光の反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けていない状態での、基板6内部を導波する光束と、発光点の位置から光反射性の電極2の表面までの寸法との間の関係から有機発光層5の厚みを決定することで、有機エレクトロルミネッセンス素子の基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けた場合の出射光の光束が所望の程度になるようにすることができるものであり、またこのとき有機発光層5の広い厚み範囲に亘って前記関係を導出しておけば、広い厚み範囲に亘って有機発光層5の厚みを設計することができるものである。   According to the second aspect of the present invention, the light reflecting from the position of the luminous flux guided through the substrate 6 and the light emitting point without the region 7 that disturbs the reflection / refraction angle of light is provided. By determining the thickness of the organic light-emitting layer 5 from the relationship between the dimensions to the surface of the electrode 2, the emission light in the case where the region 7 for disturbing the reflection / refraction angle is provided on the substrate 6 of the organic electroluminescence element. In this case, if the above relationship is derived over a wide thickness range of the organic light emitting layer 5, the organic light emitting layer 5 can be obtained over a wide thickness range. The thickness can be designed.

また、請求項3に係る発明によれば、光の反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けていない状態での、基板6内部を導波する光子数と、発光点の位置から光反射性の電極2の表面までの寸法との間の関係から、有機発光層5の厚みを決定することで、有機エレクトロルミネッセンス素子の基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けた場合の出射光の光子数或いは量子効率が所望の程度になるようにすることができるものであり、またこのとき有機発光層5の広い厚み範囲に亘って前記関係を導出しておけば、広い厚み範囲に亘って有機発光層5の厚みを設計することができるものである。   According to the invention of claim 3, the light reflectivity is determined from the number of photons guided in the substrate 6 and the position of the light emitting point in a state where the region 7 for disturbing the reflection / refraction angle of light is not provided. By determining the thickness of the organic light-emitting layer 5 from the relationship between the dimensions of the electrode 2 to the surface of the electrode 2, a region 7 in which the reflection / refraction angle is disturbed is provided in the substrate 6 of the organic electroluminescence element. The number of photons or the quantum efficiency of the incident light can be set to a desired level, and if the relationship is derived over a wide thickness range of the organic light emitting layer 5 at this time, a wide thickness range can be obtained. The thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed over the entire length.

また、請求項4に係る発明によれば、光の反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けていない状態での、基板6内部を導波する光のエネルギーと、発光点の位置から光反射性の電極2の表面までの寸法との間の関係から、有機発光層5の厚みを決定することで、有機エレクトロルミネッセンス素子の基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けた場合の出射光の光のエネルギーが所望の程度になるようにすることができるものであり、またこのとき有機発光層5の広い厚み範囲に亘って前記関係を導出しておけば、広い厚み範囲に亘って有機発光層5の厚みを設計することができるものである。   According to the fourth aspect of the present invention, the energy of the light guided inside the substrate 6 and the light reflection from the position of the light emitting point without the region 7 that disturbs the reflection / refraction angle of light are provided. When the region 7 for disturbing the reflection / refraction angle is provided in the substrate 6 of the organic electroluminescence element by determining the thickness of the organic light emitting layer 5 from the relationship with the dimension to the surface of the conductive electrode 2 The energy of the emitted light can be set to a desired level, and if the above relationship is derived over a wide thickness range of the organic light emitting layer 5 at this time, the energy can be extended over a wide thickness range. Thus, the thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed.

また、機エレクトロルミネッセンス素子の基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けた場合の出射光の光の成分の量が所望の程度になるように設計された有機エレクトロルミネッセンス素子を得ることができるものである。 Further, the amount of components of light of the emitted light to obtain an organic electroluminescent device which is designed to be a desired degree obtained when a region 7 causes disturbance reflection and refraction angle to the substrate 6 of the organic electroluminescent device It is something that can be done.

以下、本発明の実施をするための最良の形態について説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図2に有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)の構成の一例を示す。   FIG. 2 shows an example of the configuration of an organic electroluminescence element (organic EL element).

この有機EL素子は、透明な基板6の一面側に、光透過性の電極1、有機発光層5、光反射性の電極2が、この順に順次積層成形されている。前記有機発光層5は、発光材料を含む発光層3に必要に応じて電子注入層、電子輸送層9、正孔注入層、正孔輸送層等の適宜の有機層4を積層して構成される。図示の例では、光反射性の電極2と発光層3との間に電子輸送層9を介在させ、光透過性の電極1と発光層3との間にホール輸送層8を介在させている。   In this organic EL element, a light transmissive electrode 1, an organic light emitting layer 5, and a light reflective electrode 2 are sequentially laminated in this order on one surface side of a transparent substrate 6. The organic light emitting layer 5 is formed by laminating a suitable organic layer 4 such as an electron injection layer, an electron transport layer 9, a hole injection layer, a hole transport layer, or the like, as necessary, on the light emitting layer 3 containing a light emitting material. The In the illustrated example, an electron transport layer 9 is interposed between the light reflective electrode 2 and the light emitting layer 3, and a hole transport layer 8 is interposed between the light transmissive electrode 1 and the light emitting layer 3. .

有機EL素子を構成する各層の材質は、有機EL素子に適用されている適宜のものを採用することができ、特に制限されない。   As a material of each layer constituting the organic EL element, an appropriate material applied to the organic EL element can be adopted and is not particularly limited.

このような有機EL素子の設計にあたり、本発明では、光学伝搬解析を行うことにより、有機EL素子の基板6内部を導波する光の成分の量(導波成分量)と、上記発光点から光反射性の電極2の表面までの寸法(発光点位置寸法)との間の関係を求め、前記関係に基づいて有機発光層5の厚みの設計を行うものである。   In designing such an organic EL element, in the present invention, by performing an optical propagation analysis, the amount of light component guided through the substrate 6 of the organic EL element (waveguide component amount) and the light emitting point are determined. The relationship between the dimension to the surface of the light-reflective electrode 2 (light emitting point position dimension) is obtained, and the thickness of the organic light emitting layer 5 is designed based on the relationship.

ここで、上記の光の成分とは、有機エレクトロルミネッセンスの発光を評価するための成分であり、例えば視感度を考慮した光束、量子効率を求めるための光子数、或いは光のエネルギー(放射束)等、必要に応じて適宜のものが選択される。   Here, the light component is a component for evaluating the emission of organic electroluminescence. For example, the luminous flux considering the visibility, the number of photons for obtaining the quantum efficiency, or the light energy (radiant flux). For example, an appropriate one is selected as necessary.

上記光学伝搬解析を行うにあたっては、基板6、光透過性の電極1、発光層3及び前記発光層3以外の有機層4を有する場合はその有機層4の各厚み、屈折率及び消衰係数、並びに前記光反射性の電極2の屈折率及び消衰係数と、発光層3における発光材料のフォトルミネッセンススペクトル(PLスペクトル)と、発光層3における発光点の位置及び発光分布とを、ファクターとする。   In performing the optical propagation analysis, when the substrate 6, the light transmissive electrode 1, the light emitting layer 3, and the organic layer 4 other than the light emitting layer 3, each thickness, refractive index and extinction coefficient of the organic layer 4 are provided. And the refractive index and extinction coefficient of the light-reflecting electrode 2, the photoluminescence spectrum (PL spectrum) of the light emitting material in the light emitting layer 3, the position of the light emitting point and the light emission distribution in the light emitting layer 3, and To do.

発光層3における発光点の位置及び発光分布は、発光層3内に一つの発光点を設定し、発光分布としては前記発光点を基準にした発光層3内における厚み方向の発光源10の分布を設定したものを用いることができる。発光点の位置は、通常は発光層3内の最も強く発光する位置又はそれに相当する位置に設定することができる。また、発光分布としては、例えばデルタ分布、矩形分布、ガウス分布、発光点をピークとして指数関数的に減少する分布など、有機EL素子の構成に応じて発光源10の分布をよく反映するものを設定することができる。   As for the position of the light emitting point and the light emission distribution in the light emitting layer 3, one light emitting point is set in the light emitting layer 3, and the light emission distribution is a distribution of the light emitting sources 10 in the thickness direction in the light emitting layer 3 based on the light emitting point. Can be used. The position of the light emitting point can be set to a position where light is most intensely emitted in the light emitting layer 3 or a position corresponding thereto. Further, as the light emission distribution, for example, a delta distribution, a rectangular distribution, a Gaussian distribution, a distribution that decreases exponentially with a light emission point as a peak, or the like that reflects the distribution of the light source 10 depending on the configuration of the organic EL element. Can be set.

例えば、発光層3内の発光材料としてAlq3等を用いる場合のように発光層3における電子移動度がホール移動度に比べて遙かに大きくなる場合には、主としてホール輸送層8と発光層3の界面で電子とホールの再結合が起こり最も強い発光が生じると考えられる。この場合、発光点の位置をホール輸送層8と発光層3の界面に設定し、発光分布をデルタ分布と設定することができる。   For example, when the electron mobility in the light emitting layer 3 is much larger than the hole mobility as in the case of using Alq3 or the like as the light emitting material in the light emitting layer 3, the hole transport layer 8 and the light emitting layer 3 are mainly used. It is thought that the recombination of electrons and holes occurs at the interface and the strongest light emission occurs. In this case, the position of the light emitting point can be set at the interface between the hole transport layer 8 and the light emitting layer 3, and the light emission distribution can be set as a delta distribution.

また、発光層3の厚みが1nm程度、或いはそれ以下の場合のように極く薄い場合には、発光層3の厚み方向の中心に発光点を設定すると共に、発光分布は発光層3の厚みと同一幅の矩形分布とみなして設定したり、或いは発光分布は発光点のみに分布するもの(分布なし)と設定しても良い。   Further, when the thickness of the light emitting layer 3 is extremely thin as in the case of about 1 nm or less, a light emitting point is set at the center of the light emitting layer 3 in the thickness direction, and the light emission distribution is the thickness of the light emitting layer 3. Alternatively, the light emission distribution may be set to be distributed only at the light emitting points (no distribution).

また、発光層3内の発光点の位置と発光分布が不明な場合は、あらかじめ対象となる構成の有機EL素子を作製して、この素子から取り出される光の成分の量の角度特性を実測しておき、一方で後述する光学伝搬解析によって前記構成の有機EL素子について発光層3での発光点の位置と発光分布を変化させながら光の成分の量の角度特性を求め、両者を対比することで実測と一致する発光点の位置と発光分布とを設定しても良い。   When the position of the light emitting point in the light emitting layer 3 and the light emission distribution are unknown, an organic EL element having a target configuration is prepared in advance, and the angular characteristics of the amount of light components extracted from this element are measured. On the other hand, the angle characteristic of the amount of the light component is obtained while changing the position of the light emitting point and the light emission distribution in the light emitting layer 3 for the organic EL element having the above configuration by optical propagation analysis described later, and the two are compared. The position of the light emitting point that coincides with the actual measurement and the light emission distribution may be set.

また、発光層3における発光材料のPLスペクトルとしては文献値を使用しても良いが、実測値を使用することが好ましい。実測を行う場合には、例えばガラス製の基板6上に発光層3のみを蒸着法等により厚み数十nmに成膜し、この発光層3に紫外線を照射して発光させ、その発光を積分球等を用いて計測することで発光材料の発光スペクトルを測定することができる。   Moreover, although a literature value may be used as the PL spectrum of the light emitting material in the light emitting layer 3, it is preferable to use a measured value. In the actual measurement, for example, only the light emitting layer 3 is formed on the glass substrate 6 to a thickness of several tens of nanometers by vapor deposition, and the light emitting layer 3 is irradiated with ultraviolet rays to emit light, and the light emission is integrated. The emission spectrum of the luminescent material can be measured by measuring using a sphere or the like.

また、光透過性の電極1、発光層3、有機層4及び光反射性の電極2の、屈折率及び消衰係数については、文献値を利用しても良いが、実測値を使用することが好ましい。実測する場合には、例えばガラス製の基板6上に各層を形成するための材料のみを蒸着法等により厚み数十nmに成膜し、この層について分光法とエリプソメータや垂直入射式透過反射屈折率計とを用いて透過率と反射率を計測し、ローレンツモデルから誘電率を決定し、その値から逆算して屈折率と消衰係数とを求めることができる。屈折率と消衰係数は、波長ごとに求める。   In addition, literature values may be used for the refractive index and extinction coefficient of the light transmissive electrode 1, the light emitting layer 3, the organic layer 4, and the light reflective electrode 2, but measured values should be used. Is preferred. In the actual measurement, for example, only a material for forming each layer is formed on the glass substrate 6 to a thickness of several tens of nanometers by vapor deposition or the like, and the spectroscopic method and the ellipsometer or normal incidence transmission reflection refraction are applied to this layer. The transmittance and the reflectance are measured using a ratio meter, the dielectric constant is determined from the Lorentz model, and the refractive index and the extinction coefficient can be obtained by calculating backward from the values. The refractive index and extinction coefficient are obtained for each wavelength.

これらのファクターを用いた光学伝搬解析にあたっては、有機EL素子では基板6を除き各層の厚みは数nm〜数100nm程度であり、可視光の波長380〜780nmと同程度であるため、有機EL素子内では光の多重干渉が生じる。   In the optical propagation analysis using these factors, the thickness of each layer of the organic EL element excluding the substrate 6 is about several nanometers to several hundred nanometers, which is about the same as the wavelength of visible light 380 to 780 nm. In this, multiple interference of light occurs.

そこで、上記ファクターを用いることにより、有機EL素子の各層の材料の波長ごとの屈折率及び消衰係数と、発光層3での発光点の位置、発光分布及びPLスペクトルとを考慮した光の成分の量の角度特性を解析する光学伝搬解析を行うものである。この光学伝搬解析にあたっては、例えば、フレネル理論と特性マトリクス計算を組み合わせた波動光学に基づく理論計算(フレネル理論解析)やマクスウェル方程式を時間領域差分法で解く数値計算(FDTD法)等を適用することができる。   Therefore, by using the above factors, the light component considering the refractive index and extinction coefficient for each wavelength of the material of each layer of the organic EL element, the position of the light emitting point in the light emitting layer 3, the light emission distribution, and the PL spectrum. The optical propagation analysis is performed to analyze the angular characteristics of the amount of the above. In this optical propagation analysis, for example, theoretical calculation based on wave optics (Fresnel theory analysis) combining Fresnel theory and characteristic matrix calculation, numerical calculation (FDTD method) to solve Maxwell's equations by time domain difference method, etc. are applied. Can do.

光学伝搬解析により導波成分量と、発光点位置寸法との間の関係を求めるにあたっては、光学伝搬解析のためのプログラムを用いたコンピュータによる情報処理によって行うことができる。この場合の、コンピュータが実行する手順のフローの一例について、図1を参照して説明する。   The relationship between the amount of the guided component and the light emitting point position size can be obtained by optical propagation analysis by information processing by a computer using a program for optical propagation analysis. An example of the flow of the procedure executed by the computer in this case will be described with reference to FIG.

(S1)まず作業者がコンピュータ上で光学伝搬解析プログラムを起動する。   (S1) First, an operator starts an optical propagation analysis program on a computer.

(S2)次に作業者によって、設計する有機EL素子の層構成と、各層の材料、構成、膜厚の値とが入力されると、その入力値を光学伝搬解析のファクターとして設定する。このとき、有機層4の厚みについては、発光点位置寸法と相関する有機層4の厚みは変数とし、残りの有機層4の厚みを設定する。例えば図1に示す構成の有機EL素子においては、発光層3と光反射性の電極2との間に介在する電子輸送層9の厚みを変数とし、また複数の有機層4が介在する場合にはこれらの有機層4の厚みを変数とする。   (S2) Next, when the operator inputs the layer configuration of the organic EL element to be designed and the values of the material, configuration, and film thickness of each layer, the input values are set as factors of the optical propagation analysis. At this time, regarding the thickness of the organic layer 4, the thickness of the organic layer 4 correlating with the light emitting point position dimension is a variable, and the thickness of the remaining organic layer 4 is set. For example, in the organic EL element having the configuration shown in FIG. 1, the thickness of the electron transport layer 9 interposed between the light emitting layer 3 and the light reflective electrode 2 is used as a variable, and a plurality of organic layers 4 are interposed. Uses the thickness of these organic layers 4 as a variable.

(S3)次に作業者によって前記各層の材料について波長ごとの屈折率と消衰係数が入力されると、その入力値を光学伝搬解析のファクターとして設定する。尚、コンピュータのメモリや適宜の記憶媒体等に予め有機EL素子に汎用される材料の波長ごとの屈折率と消衰係数を記憶させておき、上記材料の設定の際に設定された材料についての波長ごとの屈折率と消衰係数を自動的に読み込んで設定するものであっても良い。   (S3) Next, when the operator inputs the refractive index and extinction coefficient for each wavelength for the material of each layer, the input values are set as the factors of the optical propagation analysis. It should be noted that the refractive index and extinction coefficient for each wavelength of the material widely used for the organic EL element are stored in advance in a computer memory or an appropriate storage medium, and the material set at the time of setting the material is stored. The refractive index and extinction coefficient for each wavelength may be automatically read and set.

(S4)次に作業者によって、発光層3に用いる材料のPLスペクトルが入力されると、これらを光学伝搬解析のファクターとして設定する。   (S4) Next, when the operator inputs the PL spectrum of the material used for the light emitting layer 3, these are set as the factors of the optical propagation analysis.

(S5)次に作業者によって発光点の位置及び発光分布が入力されると、これらを光学伝搬解析のファクターとして設定する。   (S5) Next, when the position of the light emission point and the light emission distribution are input by the operator, these are set as factors of the optical propagation analysis.

(S6)次に、作業者によって取得する光の成分の種類が入力されると、この光の成分の種類を設定する。   (S6) Next, when the type of light component acquired by the operator is input, the type of light component is set.

(S7)次に、作業者によって発光点位置寸法の範囲(初期値及び最大値)と刻み幅が入力されると、この寸法範囲と刻み幅を設定する。尚、作業者による入力を不要とし、あらかじめ寸法範囲と刻み幅を設定しておいても良い。例えば初期値を40nm、最大値を740nm、刻み幅を10nmと設定することができる。   (S7) Next, when the light emitting point position size range (initial value and maximum value) and step size are input by the operator, the size range and step size are set. It should be noted that the input by the operator is unnecessary, and the dimension range and step size may be set in advance. For example, the initial value can be set to 40 nm, the maximum value can be set to 740 nm, and the step size can be set to 10 nm.

(S8)次に発光点位置寸法を、S7で設定された初期値に設定すると共に、S2において変数とされている電子輸送層9等の有機層4の厚みを、発光点位置寸法の前記設定値と合致する値に設定する。尚、二層以上の有機層4の厚みが変数とされている場合には、例えばこの二層以上の有機層4同士の厚みの比率を一定に保ったり、特定の一つの有機層4の厚みを変更して他の有機層4の厚みを固定するなど、適宜の手法により有機層4の厚みを設定することができる。   (S8) Next, the light emitting point position dimension is set to the initial value set in S7, and the thickness of the organic layer 4 such as the electron transport layer 9 which is a variable in S2 is set as the light emitting point position dimension. Set to a value that matches the value. When the thickness of two or more organic layers 4 is a variable, for example, the ratio of the thicknesses of the two or more organic layers 4 is kept constant, or the thickness of one specific organic layer 4 is determined. The thickness of the organic layer 4 can be set by an appropriate method such as fixing the thickness of the other organic layer 4 by changing the above.

上記S2〜S8を実行する順序は上記のものに限られず、適宜順序を入れ替えても良い。   The order of executing S2 to S8 is not limited to the above, and the order may be changed as appropriate.

(S9)次に有機EL素子内の光についてフレネル理論解析等の光学伝搬解析を実行し、導波成分量を取得する。ここでは光学伝搬解析としてフレネル理論解析を用いる。   (S9) Next, optical propagation analysis such as Fresnel theory analysis is performed on the light in the organic EL element, and the amount of guided component is acquired. Here, Fresnel theory analysis is used as the optical propagation analysis.

このS9における処理は、例えば下記T1〜T10の手順を実行することで行うことができる。このとき、発光層3内の発光源10は、上記発光点の位置及び発光分布に従って分布する点光源であり、全方位に向けて等方的に光を放射するものと仮定する。また、同一の発光源10からは全方位に向けて光が同位相で放射され、発光層3内で多重干渉が生じるが、異なる発光源10から放射される光同士は干渉しないと仮定する。また、各層間の界面は平坦であると仮定する。また、光の成分の量はs偏光とp偏光の平均値であると仮定する。   The process in S9 can be performed, for example, by executing the following steps T1 to T10. At this time, it is assumed that the light emitting source 10 in the light emitting layer 3 is a point light source distributed according to the position of the light emitting point and the light emission distribution, and emits light isotropically in all directions. Further, it is assumed that light from the same light source 10 is emitted in the same phase in all directions and multiple interference occurs in the light emitting layer 3, but light emitted from different light sources 10 does not interfere with each other. It is assumed that the interface between the layers is flat. Further, it is assumed that the amount of light component is an average value of s-polarized light and p-polarized light.

また、導波成分量を導出する際には、基板6がこの基板6と同一の屈折率及び同一の消衰係数を有する層と接触すると仮定した場合に基板6から出射される光の成分の量を導出し、基板6が大気11に直接と接触すると仮定した場合に基板6から出射される光の成分の量とを、それぞれ導出し、前者の値から後者の値を減じた値を、導波成分量として導出する。   Further, when deriving the amount of the guided component, the component of light emitted from the substrate 6 is assumed when the substrate 6 is in contact with a layer having the same refractive index and the same extinction coefficient as the substrate 6. The amount of light components emitted from the substrate 6 when the substrate 6 is assumed to be in direct contact with the atmosphere 11, and the value obtained by subtracting the latter value from the former value, Derived as the amount of guided component.

(T1)まず、発光源10からの上層側及び下層側への光の放射角度、発光波長、及び発光源10の発光層3内での位置をパラメータとし、各値の初期値を設定する。   (T1) First, the initial value of each value is set by using the emission angle of light from the light source 10 to the upper layer side and the lower layer side, the light emission wavelength, and the position of the light source 10 in the light emitting layer 3 as parameters.

(T2)次に、上記の光の放射角度、発光波長、及び発光源10の発光層3内での位置の設定値と、基板6、光透過性の電極1、発光層3及びこの発光層3以外の有機層4(電子輸送層9、ホール輸送層8等)の、各厚み、屈折率及び消衰係数、並びに前記光反射性の電極2の屈折率及び消衰係数の設定値とに基づき、基板6の外部には基板6と同一の屈折率及び消衰係数を有する層が積層されていると仮定した上で発光層3よりも下層と上層の各多層膜をそれぞれ光学的に等価な単層膜に変換し、特性マトリクス計算を実行することで、有効フレネル係数として、発光層3とその上層との界面での光の反射係数及び透過係数、並びに発光層3とその下層との界面での反射係数を導出する。   (T2) Next, the set value of the light emission angle, the emission wavelength, and the position of the light source 10 in the light emitting layer 3, the substrate 6, the light transmissive electrode 1, the light emitting layer 3, and the light emitting layer. The thickness, refractive index, and extinction coefficient of the organic layer 4 other than 3 (electron transport layer 9, hole transport layer 8, etc.) and the set values of the refractive index and extinction coefficient of the light-reflecting electrode 2 are set. Based on the assumption that a layer having the same refractive index and extinction coefficient as that of the substrate 6 is laminated outside the substrate 6, the multilayer films lower and upper than the light emitting layer 3 are optically equivalent to each other. By converting to a simple single layer film and executing the characteristic matrix calculation, the reflection coefficient and transmission coefficient of light at the interface between the light emitting layer 3 and its upper layer, and the light emitting layer 3 and its lower layer are obtained as effective Fresnel coefficients. The reflection coefficient at the interface is derived.

このとき、まず発光層3とその上層との界面での有効フレネル係数を導出するにあたっては、発光層3よりも上層側に配置されている基板6までの層数sの多層膜について、j番目の層の特性マトリクスM及び多層膜の特性マトリックスMを下記式から導く。式中のλは発光波長の設定値である。dはj番目の層の厚みの設定値である。n、kはそれぞれj番目の層の屈折率及び消衰係数の設定値である。θはj番目の層からの光の入射角であって、光の放射角度の設定値に基づき、各層につきスネルの法則から導かれるものである。 At this time, in deriving the effective Fresnel coefficient at the interface between the light emitting layer 3 and its upper layer, the jth multilayer film with the number of layers s up to the substrate 6 disposed on the upper layer side of the light emitting layer 3 is selected. The layer characteristic matrix M j and the multilayer characteristic matrix M are derived from the following equations. In the equation, λ is a set value of the emission wavelength. d j is a set value of the thickness of the j-th layer. n j and k j are set values of the refractive index and extinction coefficient of the j-th layer, respectively. θ j is the incident angle of light from the j-th layer, and is derived from Snell's law for each layer based on the set value of the light emission angle.

Figure 0004989367
Figure 0004989367

この特性マトリクスMを用い、規格化された電界及び磁界の各振幅B,Cを、下記式から導く。式中のθは基板6からの光の入射角である。 Using this characteristic matrix M, the normalized amplitudes B and C of the electric and magnetic fields are derived from the following equations. In the equation, θ s is an incident angle of light from the substrate 6.

Figure 0004989367
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この結果に基づき、発光層3とその上層の仮想的な単層膜との界面での有効フレネル係数である反射係数ρと位相変化φを下記式にて算出する。式中のn、kはそれぞれ発光層3の屈折率及び消衰係数の設定値である。θは発光層3からの光の入射角であって、光の放射角度の設定値に基づいて導かれるものである。 Based on this result, a reflection coefficient ρ A that is an effective Fresnel coefficient and a phase change φ A at the interface between the light emitting layer 3 and a virtual single layer film above the light emitting layer 3 are calculated by the following equations. In the formula, n 0 and k 0 are set values of the refractive index and extinction coefficient of the light emitting layer 3, respectively. θ 0 is the incident angle of light from the light emitting layer 3 and is derived based on the set value of the light emission angle.

Figure 0004989367
Figure 0004989367

また、発光層3とその下層との界面での有効フレネル係数を導出するにあたっては、上記と同様にして、発光層3よりも下層側に配置されている光反射性の電極2までの多層膜について特性マトリックス計算を行い、発光層3とその下層の仮想的な単層膜との界面での反射係数ρと位相変化φを算出する。 Further, in deriving the effective Fresnel coefficient at the interface between the light emitting layer 3 and its lower layer, the multilayer film up to the light reflective electrode 2 disposed on the lower layer side than the light emitting layer 3 is the same as described above. A characteristic matrix calculation is performed for, and a reflection coefficient ρ B and a phase change φ B at the interface between the light emitting layer 3 and the hypothetical single layer film below it are calculated.

(T3)次に、設定波長に基づき、上記導出された有効フレネル係数を境界条件として、発光源10から上面側と下面側にそれぞれ同一角度で放射される光につき、下記式に示すような多重干渉計算を実行することにより、発光源10から有機EL素子の外部に出射される光のエネルギー透過率Tが算出される。この光のエネルギー透過率Tに、発光材料のフォトルミネッセンススペクトルから取得される設定波長での光のエネルギーを積算することで有機EL素子から外部に出射される光のエネルギーを算出する。尚、有機EL素子から外部に出射される光のエネルギーの精度を上げるために、発光層3と有機EL素子外部の屈折率差に伴う立体角の変化を補正したり、膜厚の厚い基板6部分の透過率を補正しても良い。下記式中のnは発光層3の屈折率の設定値である。θは発光層3からの光の入射角であって、光の放射角度の設定値に基づいて導かれるものである。dは発光層3の膜厚である。Zは発光源10から電子輸送層9までの界面までの距離であって、発光源10の位置の設定値に基づいて導かれるものである。 (T3) Next, based on the set wavelength, using the derived effective Fresnel coefficient as a boundary condition, for the light emitted from the light source 10 to the upper surface side and the lower surface side at the same angle, the multiplexing as shown in the following equation By executing the interference calculation, the energy transmittance T of light emitted from the light emitting source 10 to the outside of the organic EL element is calculated. The energy of light emitted from the organic EL element to the outside is calculated by integrating the energy of light at a set wavelength acquired from the photoluminescence spectrum of the light emitting material with the energy transmittance T of the light. In order to improve the accuracy of the energy of the light emitted from the organic EL element to the outside, the change in the solid angle due to the difference in refractive index between the light emitting layer 3 and the organic EL element is corrected, or the thick substrate 6 is used. You may correct | amend the transmittance | permeability of a part. N 0 in the following formula is a set value of the refractive index of the light emitting layer 3. θ 0 is the incident angle of light from the light emitting layer 3 and is derived based on the set value of the light emission angle. d 0 is the thickness of the light emitting layer 3. Z is the distance from the light emitting source 10 to the interface from the electron transport layer 9 and is derived based on the set value of the position of the light emitting source 10.

Figure 0004989367
Figure 0004989367

(T4)次に、基板6の外部には大気1が直接接していると仮定する以外はT2と同様にして特性マトリクス計算を実行することで、有効フレネル係数として、発光層3とその上層との界面での光の反射係数及び透過係数、並びに発光層3とその下層との界面での反射係数を導出する。   (T4) Next, by executing the characteristic matrix calculation in the same manner as T2 except that the atmosphere 1 is in direct contact with the outside of the substrate 6, the light emitting layer 3 and its upper layer are obtained as effective Fresnel coefficients. The reflection coefficient and transmission coefficient of light at the interface, and the reflection coefficient at the interface between the light emitting layer 3 and its lower layer are derived.

(T5)次に、発光材料のフォトルミネッセンススペクトルから取得される設定波長での光のエネルギーに基づき、T4で導出された有効フレネル係数を境界条件とし、発光源10から上面側と下面側にそれぞれ同一角度で放射される光につき、T3と同様に多重干渉計算を実行することにより、有機EL素子から外部に出射される光のエネルギーを算出する。   (T5) Next, based on the energy of the light at the set wavelength obtained from the photoluminescence spectrum of the light emitting material, the effective Fresnel coefficient derived in T4 is used as a boundary condition, and the light source 10 is exposed to the upper surface side and the lower surface side, respectively. For the light emitted at the same angle, the energy of the light emitted from the organic EL element to the outside is calculated by executing multiple interference calculation as in T3.

(T6)次に、T3で算出した光のエネルギーから、T5で算出した光のエネルギーを減じることで、基板内を導波する光のエネルギーを算出する。   (T6) Next, the energy of light guided in the substrate is calculated by subtracting the energy of light calculated in T5 from the energy of light calculated in T3.

尚、この算出される光の成分の量には、後述する反射・屈折角を乱れさせる領域7の角度特性に基づく補正を施しても良い。この場合、更に正確に有機EL素子の設計を行うことができる。例えば、予め領域7のみを基板6に積層したものについて、基板6側から入射角を変化させながら光を照射すると共に入射角ごとに出射光の光の成分の量を計測したり、FDTD法等による解析を行ったりするなどして、領域7から出射される光の成分の量の角度特性を導出し、この角度特性に基づき、光の成分の量を補正することができる。   The calculated amount of the light component may be corrected based on the angle characteristics of the region 7 that disturbs the reflection / refraction angle described later. In this case, the organic EL element can be designed more accurately. For example, in the case where only the region 7 is laminated on the substrate 6 in advance, the light is irradiated from the substrate 6 side while changing the incident angle, and the amount of the light component of the emitted light is measured for each incident angle, or the FDTD method, etc. The angle characteristic of the amount of the light component emitted from the region 7 can be derived by performing analysis based on the above, and the amount of the light component can be corrected based on this angle characteristic.

(T7)次に、発光源10の位置の設定値を変更し、上記T2〜T6の手順を繰り返す。この手順は全ての発光源10の位置が順次設定されるまで繰り返し行う。ここで、発光源10の位置は、設定されている発光点の位置と発光分布とに基づいて導出されたものを用いる。   (T7) Next, the set value of the position of the light emitting source 10 is changed, and the above steps T2 to T6 are repeated. This procedure is repeated until the positions of all the light sources 10 are sequentially set. Here, the position of the light emission source 10 is derived based on the set position of the light emission point and the light emission distribution.

(T8)次に、発光波長の設定値を変更し、上記T2〜T7の手順を繰り返す。このとき発光波長の設定値は、例えば可視光の波長380〜780nmの範囲で順次変更する。   (T8) Next, the set value of the emission wavelength is changed, and the above steps T2 to T7 are repeated. At this time, the set value of the emission wavelength is sequentially changed, for example, in the range of the visible light wavelength of 380 to 780 nm.

(T9)次に、発光源10からの放射角度の設定値を変更し、上記T2〜T8の手順を繰り返す。このとき放射角度の設定値は例えば0°〜90°の範囲で順次変更する。   (T9) Next, the set value of the radiation angle from the light emitting source 10 is changed, and the above steps T2 to T8 are repeated. At this time, the setting value of the radiation angle is sequentially changed within a range of 0 ° to 90 °, for example.

(T10)次に、導波成分量を導出し、メモリや各種記憶媒体に記憶させる。このとき、上記S6において光の成分の量として光のエネルギーが設定されている場合には、T2〜T9の手順においてT6で順次算出した基板内を導波する光のエネルギーの積分値を導波成分量として導出する。また、上記S6において光の成分の量として光子数が設定されている場合には、前記光のエネルギーをchν(c:光速、h:プランク定数、ν:波長の逆数)の値で除することで導波成分量を導出する。また、上記S6において光の成分の量として光束が設定されている場合には、導波成分量は、T2〜T9の手順においてT6で順次算出した基板内を導波する光のエネルギーからCIE標準比視感度と最大視感度とに基づいて導出する。   (T10) Next, the amount of guided component is derived and stored in a memory or various storage media. At this time, when the light energy is set as the amount of the light component in S6, the integral value of the light energy guided in the substrate sequentially calculated in T6 in the procedure of T2 to T9 is guided. Derived as component amount. When the number of photons is set as the amount of light component in S6, the light energy is divided by the value of chν (c: speed of light, h: Planck constant, ν: reciprocal of wavelength). To derive the amount of guided component. Further, when a light beam is set as the amount of light component in S6, the amount of guided component is calculated from the energy of light guided in the substrate sequentially calculated in T6 in the procedure from T2 to T9 based on the CIE standard. Derived based on specific visibility and maximum visibility.

(S10)次に、この時点で設定されている発光点位置寸法の値を、S8で設定された発光点位置寸法の最大値と比較する。   (S10) Next, the value of the light emitting point position dimension set at this time is compared with the maximum value of the light emitting point position dimension set in S8.

(S11)S10において、発光点位置寸法の設定値が前記最大値よりも小さいと判定されたら、この設定値をS7で設定された刻み幅分だけ増大させた値に変更すると共に、電子輸送層9等の発光点位置寸法と相関する有機層4の厚みの設定値をS8と同様にして発光点位置寸法の前記設定値と合致する値に変更し、その後、上記S9(T1〜T10)の処理を繰り返す。これにより、発光点位置寸法の設定範囲内における、導波成分量と、発光点位置寸法との間の関係が記録される。尚、S11においては、導波成分量の極大値付近では発光点位置寸法の設定値を前記設定された刻み幅よりも小さな値だけ増大させることで、極大値付近の光の成分の量を詳細に導出するようにしても良い。   (S11) If it is determined in S10 that the set value of the light emitting point position dimension is smaller than the maximum value, the set value is changed to a value increased by the step size set in S7, and the electron transport layer The setting value of the thickness of the organic layer 4 correlated with the emission point position dimension such as 9 is changed to a value that matches the set value of the emission point position dimension in the same manner as S8, and then the above S9 (T1 to T10). Repeat the process. As a result, the relationship between the amount of the guided component and the light emitting point position size within the set range of the light emitting point position size is recorded. In S11, in the vicinity of the maximum value of the waveguide component amount, the set value of the light emitting point position dimension is increased by a value smaller than the set step size, so that the amount of light component near the maximum value is detailed. May be derived.

(S12)また、S10において、設定値が前記最大値まで達していると判定されたら、上記のようにして得られた、導波成分量と、発光点位置寸法との間の関係を、メモリや適宜の記憶媒体等に電子データとして記憶させて保存する。   (S12) If it is determined in S10 that the set value has reached the maximum value, the relationship between the waveguide component amount and the light emitting point position dimension obtained as described above is stored in the memory. Or stored as electronic data in an appropriate storage medium or the like.

このS11の処理においては、上記導波成分量の極大値と、この極大値に対応する発光点位置寸法との組み合わせを導出し、これをメモリや適宜の記憶媒体等に電子データとして記憶させて保存しても良い。このとき、光の干渉効果により有機発光層5の膜厚の設定範囲内で複数の極大値が現れている場合には、各極大値につき、この極大値と、対応する発光点位置寸法との組み合わせを保存する。また、極大値ごとに、この極大値に対応する発光点位置寸法を中心とした一定幅(例えば±40nm)の発光点位置寸法の範囲、或いはこの範囲内における導波成分量と、発光点位置寸法との間の関係を導出して保存しても良い。また、これらの結果をディスプレイ等の表示装置に出力して表示しても良い。   In the process of S11, a combination of the maximum value of the waveguide component amount and the light emitting point position dimension corresponding to the maximum value is derived, and this is stored as electronic data in a memory or an appropriate storage medium. May be saved. At this time, when a plurality of maximum values appear within the set range of the film thickness of the organic light emitting layer 5 due to the light interference effect, for each maximum value, the maximum value and the corresponding light emitting point position dimension Save the combination. In addition, for each local maximum value, a range of the light emitting point position dimension having a constant width (for example, ± 40 nm) centered on the light emitting point position dimension corresponding to the local maximum value, or the amount of waveguide component in this range and the light emitting point position A relationship between dimensions may be derived and stored. These results may be output and displayed on a display device such as a display.

以上のようにして得られた導波成分量と、発光点位置寸法との間の関係は、図3に示すように有機EL素子の基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けることで導波成分を外部に取り出す場合の、有機発光層5の厚みの設計に利用する。この反射・屈折角を乱れさせる領域7は、基板6内からのこの基板6とその外部との界面に到達した光を拡散させるなどすることにより本来前記界面で反射して基板6内を導波する光を外部に出射させる機能を有するものであり、例えばシリカやアルミナ等の透光性微粒子を透光性を有する結着剤中に分散させるなどして構成される光拡散層を形成することができる。   The relationship between the amount of the waveguide component obtained as described above and the position of the light emitting point is as shown in FIG. 3 in which a region 7 for disturbing the reflection / refraction angle is provided on the substrate 6 of the organic EL element. This is used for designing the thickness of the organic light emitting layer 5 when the waveguide component is taken out. The region 7 for disturbing the reflection / refraction angle is originally reflected at the interface by diffusing light that has reached the interface between the substrate 6 and the outside from the substrate 6 and guided through the substrate 6. A light diffusing layer formed by dispersing translucent fine particles such as silica and alumina in a translucent binder, for example. Can do.

ここで、導波成分量は、反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けず基板6が大気11に直接曝されている状態で、外部に出射されず基板6内に閉じ込められて導波光として失われる光の成分の量に相当するが、既述のとおり、この導波成分量は、発光層3から基板6内に到達する光の成分の量の約74%にも達する。このため、基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設ける場合の有機EL素子の発光量は、このような領域7を設けない場合に有機EL素子から出射される光の成分の量(出射成分量)よりも、前記導波成分量によって支配されることとなる。   Here, the amount of the waveguide component is not provided outside the region 7 where the reflection / refraction angle is disturbed, and the substrate 6 is directly exposed to the atmosphere 11. Although this corresponds to the amount of the lost light component, as described above, the amount of the guided component reaches approximately 74% of the amount of the light component reaching the substrate 6 from the light emitting layer 3. For this reason, the amount of light emitted from the organic EL element when the region 7 for disturbing the reflection / refraction angle is provided on the substrate 6 is the amount of light component emitted from the organic EL element when such a region 7 is not provided ( It is governed by the waveguide component amount rather than the output component amount).

従って、導波成分量と、発光点位置寸法との間の関係を利用して有機発光層5の厚みの設計を行えば、反射・屈折角を乱れさせる領域7を設ける場合に有機EL素子から出射される光の成分の量が所望の程度となるように、有機発光層5の厚みの設計を行うことができるものである。   Therefore, if the thickness of the organic light emitting layer 5 is designed using the relationship between the amount of the waveguide component and the position of the light emitting point, the organic EL element can be used when the region 7 for disturbing the reflection / refraction angle is provided. The thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed so that the amount of the emitted light component becomes a desired level.

有機発光層5の厚みの設計は、導波成分量が所望の値となるように発光点位置寸法を調整することで行うことができる。この発光点位置寸法の調整は、発光点位置寸法の値と相関する電子輸送層9等の有機層4の厚みを、所望の発光点位置寸法と対応する値になるようにすることで行うことができる。   The thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed by adjusting the position of the light emitting point so that the amount of the waveguide component becomes a desired value. The adjustment of the light emitting point position dimension is performed by adjusting the thickness of the organic layer 4 such as the electron transport layer 9 or the like correlated with the value of the light emitting point position dimension to a value corresponding to the desired light emitting point position dimension. Can do.

このように有機発光層5の厚みを設計するにあたり、導波成分量が極大値あるいはその近傍の値をとるように有機発光層5の厚みを設計することで、基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けた場合に有機EL素子から出射される光の成分の量を著しく向上することができる。   Thus, when designing the thickness of the organic light emitting layer 5, the thickness of the organic light emitting layer 5 is designed so that the amount of the waveguide component takes a maximum value or a value in the vicinity thereof. When the region 7 to be disturbed is provided, the amount of light component emitted from the organic EL element can be remarkably improved.

ここで、光学伝搬解析の際に発光点位置寸法の設定範囲を広くとっていれば、上記極大値として第一の極大値だけでなく、第二の極大値或いは第三以降の極大値と、発光点位置寸法との関係も導出される。このため、導波成分量が、複数の極大値のうちのいずれかの値又はその近傍の値をとるように、有機発光層5の厚みを設計することができる。   Here, if the setting range of the light emission point position dimension is wide at the time of optical propagation analysis, not only the first maximum value but also the second maximum value or the third and subsequent maximum values as the maximum value, The relationship with the light emitting point position dimension is also derived. For this reason, the thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed so that the amount of the waveguide component takes any one of a plurality of maximum values or a value in the vicinity thereof.

また、上記のように導波成分量が極大値又はその近傍をとるようにするだけでなく、この値が適宜の値をとるように有機発光層5の厚みを設計することができ、このとき導波成分量と、発光点位置寸法との間の関係から、導波成分量が充分に大きくなるように有機発光層5の厚みを設計することで、有機EL素子から出射される光の成分の量を向上することができる。   In addition, the thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed so that the waveguide component amount takes a maximum value or its vicinity as described above, and this value takes an appropriate value. The component of light emitted from the organic EL element is designed by designing the thickness of the organic light emitting layer 5 so that the amount of the guided component is sufficiently large from the relationship between the amount of the guided component and the position of the light emitting point. The amount of can be improved.

また、有機EL素子の構成によっては発光点位置寸法が制限される場合がある。その具体的な例としては、有機EL素子が複数の発光層3を含むことで、この有機EL素子の各発光層3における発光点ごとの発光点位置寸法の範囲が一定の範囲に制限される場合が挙げられる。このような場合であっても、上記のように有機発光層5の厚み設計を広い範囲で行うことができるので、各発光層3ごとに、その発光点位置寸法の制限範囲内で、導波成分量が極大値又はその近傍をとるように、或いはこのような値でなくても導波成分量が前記制限範囲内で最も高い値をとるなどのように充分に大きい値をとるように、有機発光層5の厚みの設計を行うことができる。   Moreover, the light emission point position dimension may be restrict | limited depending on the structure of an organic EL element. As a specific example, since the organic EL element includes a plurality of light emitting layers 3, the range of the light emitting point position dimension for each light emitting point in each light emitting layer 3 of the organic EL element is limited to a certain range. There are cases. Even in such a case, the thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed in a wide range as described above. Therefore, each light emitting layer 3 is guided within the limit range of the light emitting point position size. The component amount takes a maximum value or its vicinity, or even if it is not such a value, the waveguide component amount takes a sufficiently large value such as taking the highest value within the limit range, The thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed.

ここで、複数の発光層3から発せられる光の成分のうち、全ての発光層3からの導波成分量が極大値をとるように厚み設計をすると、光の取り出し効率を非常に高くすることができるが、少なくとも一つの発光層3からの導波成分量が極大値をとるようにすれば、光の取り出し効率の向上に寄与することができる。また、導波成分量がいずれも極大値をもとることができない場合でも、上述のように有機エレクトロルミネッセンスから出射される光の成分の量が所望のものとなるように有機発光層5の厚みを設計することができる。   Here, out of the light components emitted from the plurality of light emitting layers 3, if the thickness is designed so that the amount of waveguide components from all the light emitting layers 3 takes a maximum value, the light extraction efficiency is extremely increased. However, if the amount of the guided component from at least one light emitting layer 3 takes a maximum value, it can contribute to the improvement of the light extraction efficiency. Further, even when none of the waveguide component amounts can take the maximum value, the thickness of the organic light emitting layer 5 is set so that the amount of the component of light emitted from the organic electroluminescence becomes a desired one as described above. Can be designed.

以下に、有機EL素子の設計の具体例を示す。   Below, the specific example of the design of an organic EL element is shown.

有機EL素子として、膜厚0.7mmのガラスの基板6上に、ITOからなる膜厚150nmの光透過性の電極1、NPDからなる膜厚40nmのホール輸送層8、ルブレン(Rubrene)を6重量%ドープしたAlq3からなる膜厚30nmの発光層3、下記[化1]のTmPyPhBからなり膜厚が変数となる電子輸送層9、Alからなる膜厚80nmの光反射性の電極2を積層したものを想定する。   As an organic EL element, on a glass substrate 6 having a thickness of 0.7 mm, a light-transmitting electrode 1 having a thickness of 150 nm made of ITO, a hole transport layer 8 having a thickness of 40 nm made of NPD, and 6 rubrenes. A light emitting layer 3 having a thickness of 30 nm made of Alq3 doped by weight%, an electron transport layer 9 made of TmPyPhB of the following [Chemical Formula 1] having a variable thickness, and a light reflective electrode 2 made of Al having a thickness of 80 nm are laminated. Assuming that

Figure 0004989367
Figure 0004989367

このとき、発光層3に用いられるルブレン(Rubrene)を6重量%ドープしたAlq3の、光のエネルギー(放射束)のPLスペクトルを実測すると、図4に示すようなものとなり、スペクトルのピーク波長は559nmである。尚、図4の縦軸は光のエネルギーの規格化強度を示す。   At this time, when the PL spectrum of light energy (radiant flux) of Alq3 doped with 6% by weight of rubrene used for the light emitting layer 3 was measured, it was as shown in FIG. 4, and the peak wavelength of the spectrum was 559 nm. The vertical axis in FIG. 4 indicates the normalized intensity of light energy.

また、発光層3内の発光点の位置と発光分布は、本例のようにAlq3を用いる場合には発光層3における電子移動度がホール移動度より3桁程度大きくなるため、発光点の位置をホール輸送層8と発光層3の界面に設定し、発光分布はデルタ分布と設定することができる。   In addition, the position and emission distribution of the light emitting points in the light emitting layer 3 are such that when Alq3 is used as in this example, the electron mobility in the light emitting layer 3 is about three orders of magnitude higher than the hole mobility. Can be set at the interface between the hole transport layer 8 and the light emitting layer 3, and the light emission distribution can be set as a delta distribution.

図5は、上記のような形態の有機EL素子において、電子輸送層9の厚みを変化させることにより発光点位置寸法を変化させた場合の、光束の導波成分量と、発光点位置寸法との関係を、上記のようなフレネル理論解析により導出した結果を示す。図5の縦軸は光束の相対値を示している。尚、このフレネル理論解析においては光の反射・屈折角を乱れさせる領域7の角度特性に基づく補正は行っていない。   FIG. 5 shows the amount of the guided component of the luminous flux and the light emitting point position dimensions when the light emitting point position dimensions are changed by changing the thickness of the electron transport layer 9 in the organic EL element having the above-described form. The results derived from the above-described Fresnel theory analysis are shown below. The vertical axis in FIG. 5 indicates the relative value of the luminous flux. In this Fresnel theoretical analysis, correction based on the angle characteristics of the region 7 that disturbs the reflection / refraction angle of light is not performed.

また、図5には、併せて基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けない場合に有機EL素子から出射される光束(出射成分量)と発光点位置寸法との関係、並びに導波成分量と出射成分量との和と発光点位置寸法との関係も、併せて示している。   FIG. 5 also shows the relationship between the luminous flux emitted from the organic EL element (emission component amount) and the light emitting point position dimension when the substrate 6 is not provided with the region 7 that disturbs the reflection / refraction angle, and the light guide point size. The relationship between the sum of the wave component amount and the emission component amount and the light emitting point position dimension is also shown.

この出射成分量と発光点位置寸法との関係は、上記の光学伝搬解析のフローにおいて、T4〜T6の手順を行わず、T10においてT3で導出された光のエネルギーの積分値を基に光束を導出することで得られる。   The relationship between the amount of the emitted component and the position of the light emitting point is determined based on the integrated value of the energy of light derived at T3 in T10 without performing steps T4 to T6 in the flow of optical propagation analysis. It is obtained by deriving.

また、導波成分量と出射成分量との和は、発光層3から基板6に到達した光が全て有機EL素子から出射される場合の、この有機EL素子から出射される光の成分の量に相当し、反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けた場合に有機EL素子から出射される光の成分の量の最大値に相当する。   Further, the sum of the amount of the guided component and the amount of the emitted component is the amount of the component of the light emitted from the organic EL element when all the light reaching the substrate 6 from the light emitting layer 3 is emitted from the organic EL element. This corresponds to the maximum value of the amount of light components emitted from the organic EL element when the region 7 for disturbing the reflection / refraction angle is provided.

図示のように、導波成分量と、出射成分量とは、共に発光点位置寸法が増大するに従って変化してそれぞれ複数の極大値をとるが、その変化の傾向は相違しており、極大値をとる発光点位置寸法の値にずれが生じている。   As shown in the figure, both the amount of the guided component and the amount of the outgoing component change as the emission point position dimension increases, and each takes a plurality of local maximum values. There is a deviation in the value of the light emitting point position dimension taking

すなわち、出射成分量については、発光点位置寸法が70nmで第一の極大値が現れ、250nmで第二の極大値が現れるが、導波成分量については発光点位置寸法が100nmで第一の極大値が、340nmで第二の極大値が現れる。このため、導波成分量と発光点位置寸法との関係に基づけば、導波成分量の極大値をとるように有機発光層5の厚みを設計することで、出射成分量に基づく場合よりも、光の反射・屈折角を乱れさせる領域7が設けられた有機EL素子から出射される光束を増大させることができる。例えば、導波成分量が第二の極大値をとるように有機発光層5の厚み設計を行った場合には、出射成分量が第二の極大値をとるように有機発光層5の厚み設計をした場合と比べて、導波成分量と出射成分量との和が1.08倍に増加している。また、導波成分量が前記第二の極大値をとる場合には、出射成分量は大きく落ち込んでいるため、出射成分量に基づいて有機発光層4の厚みを設計する場合にはこのような導波成分量が極大値をとるような有機発光素層4の厚みを設計することはできず、光の反射・屈折角を乱れさせる領域7が設けられた有機EL素子から出射される光束を充分に増大させることができないことがわかる。   That is, for the emission component amount, the first maximum value appears when the emission point position dimension is 70 nm, and the second maximum value appears at 250 nm. However, for the waveguide component amount, the first emission point position dimension is 100 nm. A second maximum appears at a maximum of 340 nm. For this reason, by designing the thickness of the organic light-emitting layer 5 so as to take the maximum value of the waveguide component amount based on the relationship between the waveguide component amount and the light emitting point position dimension, it is possible to perform the design based on the emission component amount. The luminous flux emitted from the organic EL element provided with the region 7 that disturbs the reflection / refraction angle of light can be increased. For example, when the thickness of the organic light emitting layer 5 is designed so that the waveguide component amount takes the second maximum value, the thickness of the organic light emitting layer 5 is designed so that the emission component amount takes the second maximum value. Compared with the case of the above, the sum of the waveguide component amount and the output component amount is increased 1.08 times. In addition, when the amount of guided component takes the second maximum value, the amount of outgoing component is greatly reduced. Therefore, when the thickness of the organic light emitting layer 4 is designed based on the amount of outgoing component, It is impossible to design the thickness of the organic light-emitting element layer 4 so that the amount of the guided component takes a maximum value, and the luminous flux emitted from the organic EL element provided with the region 7 that disturbs the reflection / refraction angle of light is used. It can be seen that it cannot be increased sufficiently.

また、ここでは光の成分の量として光束を採用した場合について述べているが、光の成分の量として光子数を採用した場合にも、同様に導波成分量と発光点位置寸法との関係を利用して、有機EL素子の基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けた場合の出射光の光子数或いは量子効率が所望の程度になるように有機発光層5の厚み設計を行うことができ、またこのとき有機発光層5の広い厚み範囲に亘って有機発光層5の厚みを設計することができるものである。また、光の成分の量として光のエネルギー(放射束)を採用した場合にも、同様に導波成分量と発光点位置寸法との関係を利用して、有機EL素子の基板6に反射・屈折角を乱れさせる領域7を設けた場合の出射光の光のエネルギーが所望の程度になるように有機発光層5の厚み設計を行うことができ、またこのとき有機発光層5の広い厚み範囲に亘って有機発光層5の厚みを設計することができるものである。   Although the case where a light beam is used as the amount of the light component is described here, the relationship between the amount of the waveguide component and the light emitting point position size is similarly applied when the number of photons is used as the amount of the light component. Is used to design the thickness of the organic light-emitting layer 5 so that the number of photons or quantum efficiency of the emitted light when the region 7 for disturbing the reflection / refraction angle is provided on the substrate 6 of the organic EL element is as desired. In this case, the thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed over a wide thickness range of the organic light emitting layer 5. Similarly, when light energy (radiant flux) is adopted as the amount of light component, the relationship between the amount of waveguide component and the position of the light emitting point is similarly utilized to reflect on the substrate 6 of the organic EL element. The thickness of the organic light-emitting layer 5 can be designed so that the energy of the emitted light when the region 7 that disturbs the refraction angle is provided becomes a desired level. Thus, the thickness of the organic light emitting layer 5 can be designed.

このようにして導出された導波成分量と発光点位置寸法との関係が、実際の有機EL素子から出射される光の成分の量を反映していることを、以下に検証する。   It will be verified below that the relationship between the waveguide component amount derived in this way and the light emitting point position size reflects the amount of light component emitted from the actual organic EL element.

図7は、上記構成を有する有機EL素子を実際に作製し、この有機EL素子における導波成分量、出射成分量、並びに導波成分量と出射成分量との和を計測した結果を示す。図7の縦軸は光束の相対値を示している。この計測は次のようにして行ったものである。   FIG. 7 shows a result of actually producing an organic EL element having the above-described configuration and measuring the amount of the waveguide component, the amount of the outgoing component, and the sum of the amount of the waveguide component and the amount of the outgoing component in this organic EL element. The vertical axis in FIG. 7 indicates the relative value of the luminous flux. This measurement was performed as follows.

まず、図5に示す関係を導出するために想定したものと同一の構成を有する有機エレクトルミネッセンス素子を、電子輸送層9の厚みを異ならせて複数個作製する。   First, a plurality of organic electroluminescent elements having the same configuration as that assumed for deriving the relationship shown in FIG. 5 are manufactured by varying the thickness of the electron transport layer 9.

各有機EL素子につき、図6に示すように、基板6の表面に半球レンズ12を設ける。この半球レンズ12は基板6と同一の材質で形成したものであり、一面側が平面、他面側が球面となったレンズである。この半球レンズ12は、その平面を基板6の表面と密接させるようにして基板6に設ける。   For each organic EL element, a hemispherical lens 12 is provided on the surface of the substrate 6 as shown in FIG. The hemispherical lens 12 is formed of the same material as that of the substrate 6 and is a lens in which one surface side is a flat surface and the other surface side is a spherical surface. The hemispherical lens 12 is provided on the substrate 6 so that its plane is in close contact with the surface of the substrate 6.

この状態で有機EL素子を発光させて、光を半球レンズ12から出射させ、出射光を積分球を用いて計測する。このとき、基板6の屈折率は約1.5であるから、半球レンズ12を設けない場合はスネルの法則により基板6から大気11側へ出射する光の臨界角は約42°となり、入射角θが臨界角よりも小さい光23は大気11側に出射されるが、入射角θが臨界角よりも大きい光23は基板6と大気11との界面で全反射して基板6内を導波する。しかし、前記半球レンズ12を設けることで本来全反射するはずの光23も半球レンズ12へ入射される。また半球レンズ12へ入射した光23は球面側から出射するため、半球レンズ12から大気11への入射角が低減され、半球レンズ12へ入射した光23の殆どを球面側から大気11に出射することができる。このため、半球レンズ12から出射される光の成分の量は、導波成分量と出射成分量との和に相当するものとなる。   In this state, the organic EL element emits light, the light is emitted from the hemispherical lens 12, and the emitted light is measured using an integrating sphere. At this time, since the refractive index of the substrate 6 is about 1.5, when the hemispherical lens 12 is not provided, the critical angle of light emitted from the substrate 6 to the atmosphere 11 side is about 42 ° according to Snell's law. Light 23 with θ smaller than the critical angle is emitted to the atmosphere 11 side, but light 23 with incident angle θ larger than the critical angle is totally reflected at the interface between the substrate 6 and the atmosphere 11 and guided through the substrate 6. To do. However, the light 23 that should be totally reflected by providing the hemispherical lens 12 is also incident on the hemispherical lens 12. Since the light 23 incident on the hemispherical lens 12 is emitted from the spherical surface side, the incident angle from the hemispherical lens 12 to the atmosphere 11 is reduced, and most of the light 23 incident on the hemispherical lens 12 is emitted from the spherical surface side to the atmosphere 11. be able to. For this reason, the amount of the light component emitted from the hemispherical lens 12 corresponds to the sum of the waveguide component amount and the emission component amount.

また、上記半球レンズ12を設けない状態で、同様に有機EL素子からの出射光を計測した。このとき出射される光の成分の量は、出射成分量に相当するものになる。   Similarly, the light emitted from the organic EL element was measured without the hemispherical lens 12 provided. The amount of the light component emitted at this time corresponds to the amount of the emitted component.

また、上記のように計測された導波成分量と出射成分量との和から、出射成分量を減じることにより、導波成分量を算出したものである。   Further, the waveguide component amount is calculated by subtracting the emission component amount from the sum of the waveguide component amount and the emission component amount measured as described above.

図5と図7を対比すると、光学伝搬解析にて導出された図5に示す導波成分量、出射成分量、並びに導波成分量と出射成分量との和と、発光点位置寸法との関係は、図7に示す実測結果と非常によく近似しており、光学伝搬解析にて導出される導波成分量と出射成分量との和と発光点位置寸法との関係に基づけば、有機EL素子の設計を正確に行うことができることを確認することができる。   5 and FIG. 7 are compared, the waveguide component amount, the outgoing component amount, and the sum of the guided component amount and the outgoing component amount shown in FIG. The relationship is very close to the actual measurement result shown in FIG. 7, and based on the relationship between the sum of the waveguide component amount and the emission component amount derived in the optical propagation analysis and the light emitting point position dimension, It can be confirmed that the EL element can be designed accurately.

本発明の実施の形態の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of embodiment of this invention. 反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられていない有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the organic electroluminescent element in which the area | region which disturbs a reflection and a refraction angle is not provided. 反射・屈折角を乱れさせる領域が設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the organic electroluminescent element provided with the area | region which disturbs reflection and a refraction angle. ルブレンを6重量%ドープしたAlq3のフォトルミネッセンススペクトルの測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the photoluminescence spectrum of Alq3 which doped 6 weight% of rubrenes. 光学伝搬解析を行うことにより導出された、導波光量、出射光量、並びに導波光量と出射光量との和と、発光点位置寸法との間の関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the light emission point position dimension derived | led-out by conducting an optical propagation analysis, and the sum of guided light quantity, the emitted light quantity, the sum of guided light quantity and emitted light quantity. 半球レンズが設けられた有機エレクトロルミネッセンス素子の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the organic electroluminescent element provided with the hemispherical lens. 実測により得られた、導波光量、出射光量、並びに導波光量と出射光量との和と、発光点位置寸法との間の関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the light emission point position dimension obtained by actual measurement, the sum of the light quantity of guided light, the quantity of outgoing light, the quantity of guided light and the quantity of outgoing light.

符号の説明Explanation of symbols

1 光透過性の電極
2 光反射性の電極
3 発光層
4 有機層
5 有機発光層
6 基板
7 反射・屈折角を乱れさせる領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light-transmissive electrode 2 Light-reflective electrode 3 Light emitting layer 4 Organic layer 5 Organic light emitting layer 6 Substrate 7 Area where reflection / refraction angle is disturbed

Claims (4)

光透過性の電極と光反射性の電極との間に発光層と他の有機層とを含む有機発光層を設けると共に前記光透過性の電極の有機発光層とは反対側の表面に光透過性の基板を備えて構成される有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法であって、
前記基板、光透過性の電極、発光層及び他の有機層の、各厚み、屈折率及び消衰係数、並びに前記光反射性の電極の屈折率及び消衰係数と、発光層における発光材料のフォトルミネッセンススペクトルと、発光層における発光点の位置及び発光分布とをファクターとして、光学伝搬解析を行うことにより、
前記基板内部を導波する光の成分の量と、上記発光点から光反射性の電極の表面までの寸法との間の関係を導出し、この関係に基づいて、基板に反射・屈折角を乱れさせる領域を設ける場合の有機発光層の厚みを設計することを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法。
An organic light emitting layer including a light emitting layer and another organic layer is provided between the light transmissive electrode and the light reflective electrode, and light is transmitted to the surface of the light transmissive electrode opposite to the organic light emitting layer. A method for designing an organic electroluminescent device comprising a conductive substrate,
Each thickness, refractive index and extinction coefficient of the substrate, light transmissive electrode, light emitting layer and other organic layers, and the refractive index and extinction coefficient of the light reflective electrode, and the light emitting material in the light emitting layer By performing the optical propagation analysis using the photoluminescence spectrum, the position of the light emitting point in the light emitting layer and the light emission distribution as factors,
The relationship between the amount of the light component guided inside the substrate and the dimension from the light emitting point to the surface of the light reflective electrode is derived, and based on this relationship, the reflection / refraction angle is given to the substrate. A design method of an organic electroluminescence element, wherein the thickness of an organic light emitting layer is designed when a region to be disturbed is provided.
上記光の成分の量が、視感度を考慮した光束であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法。   2. The method of designing an organic electroluminescence element according to claim 1, wherein the amount of the light component is a light beam in consideration of visibility. 上記光の成分の量が、光子数であることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法。   The method of designing an organic electroluminescent element according to claim 1, wherein the amount of the light component is the number of photons. 上記光の成分の量が、エネルギーであることを特徴とする請求項1に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子の設計方法。   The method for designing an organic electroluminescent element according to claim 1, wherein the amount of the light component is energy.
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