KR101825871B1 - 전계 발광 소자의 설계 방법 및 그 설계 방법을 사용한 전계 발광 소자의 제조 방법 - Google Patents

전계 발광 소자의 설계 방법 및 그 설계 방법을 사용한 전계 발광 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

이 전계 발광 소자의 설계 방법은, 전계 발광 소자의 구성을 구비하는 기준 소자 및 전계 발광 소자의 구성을 구비하는 원하는 해석 소자를 준비하고, 제1 투명 부재, 제1 전극, 제1 기능층, 제2 기능층, 광자 발생층 및 제2 전극의, 각각의 두께 및 각각의 복소 비유전율, 그리고 광자 발생층에 있어서의 발광점의 위치 및 광자 발생층에 있어서의 발광점의 분포를 설계 변수로 하여, 양자 광학 해석, 전자장 해석 및 광선 추적을 행하고, 기준 소자와 해석 소자 양쪽에 있어서, 광자 발생층으로부터 투명 부재 또는 공기에 대한 광 취출 효율을 계산하여, 기준 소자와 해석 소자의 「광 취출 효율의 비」를 산출하고, 또한, 기준 소자 및 해석 소자를 각각 구성하는 각 층의 두께 및 각 층의 복소 비유전율과 「광 취출 효율의 비」의 관계를 구하고, 상기 관계 및 기준 소자에 전류를 흘림으로써 측정되는 공기 또는 제1 투명 부재에 있어서의 일렉트로루미네센스 스펙트럼에 기초하여, 설계 변수로서, 제1 투명 부재, 제1 전극, 제1 기능층, 제2 기능층, 광자 발생층 및 제2 전극의, 각각의 두께 및 각각의 복소 비유전율을 얻는다.

Description

전계 발광 소자의 설계 방법 및 그 설계 방법을 사용한 전계 발광 소자의 제조 방법{ELECTROLUMINESCENT ELEMENT DESIGN METHOD AND ELECTROLUMINESCENT ELEMENT MANUFACTURING METHOD USING SUCH DESIGN METHOD}
본 발명은 전계 발광 소자의 설계 방법, 그 설계 방법을 사용하여 제조된 전계 발광 소자 및 그 설계 방법을 사용한 전계 발광 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근들어 발광 다이오드(LED)나 유기 EL 등의 전계 발광 소자를 사용한 발광 효율이 높은 면 발광 소자가 주목을 모으고 있다. 전계 발광 소자는 평면형의 음극과 양극에 끼워진 광자 발생층으로 구성되지만, 일반적으로는 양극을 투명 전극으로 하고 음극을 금속 반사 전극으로 구성하는 경우가 많다.
한편, 금속 전극으로 구성한 경우에는 광은 투명 양극측으로부터 취출되어, 편면 발광형의 발광 디바이스로서 사용되고 있다. 또한, 양쪽 전극을 투명 전극으로 한 경우에는, 투명한 발광 소자를 실현할 수 있어 장식 조명 등에의 응용이 기대되고 있다. 한편, 광자 발생층 내부에서 발광한 광은 모두 취출되는 것은 아니고, 투명 기재에 광이 갇히는 기판 모드, 광자 발생층이나 투명 전극에 광이 갇히는 도파 모드, 금속 전극에 광이 갇히는 플라즈몬 모드 등이 존재하여, 소자의 발광 효율을 제한하는 요인이 되고 있다.
또한, 조명이나 장식 광원으로서 사용하는 경우에는 외부로 나오는 광의 색이나 휘도가 중요하지만, 외부로 취출되는 광의 색이나 휘도는 광학 다층막 간섭에 따라 변화되어 버려 그 제어가 어렵다는 문제가 존재하고 있다. 외부로 취출되는 광의 색이나 휘도를 어림잡는 것은 응용에 있어서 중요하다.
외부로 취출할 수 있는 광의 색 좌표나 휘도 등을 설계하는 방법으로서, 발광 재료의 포토루미네센스 스펙트럼을 바탕으로 계산하는 방법이, 일본 특허 공개 제2010-147337호 공보(특허문헌 1) 및 일본 특허 공개 제2009-054382호 공보(특허문헌 2)에 개시되어 있다. 또한, 상세한 광 취출 효율 계산 방법은, R.Meerheim et. al., Appl. Phys. Lett., 97, 253305(2010)(비특허문헌 1)에 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2010-147337호 공보 일본 특허 공개 제2009-054382호 공보
R.Meerheim et. al., Appl. Phys. Lett., 97, 253305(2010).
그러나, 특허문헌 1, 2에 있어서는, 포토루미네센스 스펙트럼을 바탕으로 외부 스펙트럼을 계산하고 있어, 실제의 소자의 전류 주입 상태에 있어서의 일렉트로루미네센스 스펙트럼을 정확하게 계산할 수 없는 문제가 있었다.
비특허문헌 1에 있어서는 광자 발생층 내부의 스펙트럼을 가정할 필요가 있지만, 전자 주입과 내부 스펙트럼 강도의 비나 내부 스펙트럼 형상을 어떻게 설정하면 실험과 계산에서 오차가 적어지느냐 하는 데 대한 상세한 설명이나, 포토루미네센스 스펙트럼과 일렉트로루미네센스 스펙트럼의 차이에 관한 설명이 부족하여, 실험과 계산의 차가 잔존하고 있었다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 전류 주입 상태에 있어서 외부로 출력되는 외부 발광 스펙트럼을 보다 정확하게 계산하여, 외부로 취출되는 광의 양 및/또는 색을 정확하게 어림잡을 수 있는, 전계 발광 소자의 설계 방법, 그 설계 방법을 사용하여 제조된 전계 발광 소자 및 그 설계 방법을 사용한 전계 발광 소자의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 기초한 전계 발광 소자의 설계 방법에 의하면, 투명 전극인 제1 전극과 제2 전극의 사이에, 제1 기능층 및 제2 기능층에 끼워지는 광자 발생층을 갖고, 상기 제1 전극의 상기 광자 발생층이 형성되는 측과는 반대측에는 제1 투명 부재를 갖는 전계 발광 소자의 설계 방법이며, 상기 전계 발광 소자의 구성을 구비하는 기준 소자 및 상기 전계 발광 소자의 구성을 구비하는 원하는 해석 소자를 준비하고, 상기 제1 투명 부재, 상기 제1 전극, 상기 제1 기능층, 상기 제2 기능층, 상기 광자 발생층 및 상기 제2 전극의, 각각의 두께 및 각각의 복소 비유전율, 그리고 상기 광자 발생층에 있어서의 발광점의 위치 및 상기 광자 발생층에 있어서의 발광점의 분포를 설계 변수로 하여, 양자 광학 해석, 전자장 해석 및 광선 추적을 행하고, 상기 기준 소자와 상기 해석 소자 양쪽에 있어서, 상기 광자 발생층으로부터 상기 투명 부재 또는 공기에 대한 광 취출 효율을 계산하여, 상기 기준 소자와 상기 해석 소자의 「광 취출 효율의 비」를 산출하고, 또한, 상기 기준 소자 및 상기 해석 소자를 각각 구성하는 상기 각 층의 두께 및 상기 각 층의 복소 비유전율과 상기 「광 취출 효율의 비」의 관계를 구하고, 상기 관계 및 상기 기준 소자에 전류를 흘림으로써 측정되는 공기 또는 상기 제1 투명 부재에 있어서의 일렉트로루미네센스 스펙트럼에 기초하여, 설계 변수로서, 상기 제1 투명 부재, 상기 제1 전극, 상기 제1 기능층, 상기 제2 기능층, 상기 광자 발생층 및 상기 제2 전극의, 각각의 상기 두께 및 각각의 상기 복소 비유전율을 얻는다.
다른 형태에 있어서는, 상기 제2 전극은 투명 전극이면서, 또한 상기 제2 전극의 상기 광자 발생층이 형성되는 측과 반대측에 제2 투명 부재를 갖고, 설계 변수로서 상기 제2 투명 부재의 복소 비유전율과 두께를 더 포함한다.
다른 형태에 있어서는, 상기 제2 전극과 상기 제1 투명 부재 사이 또는 상기 제2 전극과 상기 제2 투명 부재 사이의 적어도 어느 한쪽 사이에 광학 버퍼층을 더 갖고, 설계 변수로서 상기 광학 버퍼층을 구성하는 각 막의 두께, 복소 비유전율 및 구조 상수를 설계하는 것을 더 포함한다.
다른 형태에 있어서는, 상기 투명 부재와 상기 광자 발생층 사이의 어느 한 쪽 영역에 광의 진폭 및 위상 조건을 어지럽히는 제1 광학 미세 구조를 더 포함하고, 설계 변수로서 상기 제1 광학 미세 구조의 구조 상수 및 복소 비유전율을 설계하는 것을 더 포함한다.
다른 형태에 있어서는, 상기 제1 투명 부재와 외부의 계면에, 광의 진폭 및 위상 조건을 어지럽히는 제2 광학 미세 구조를 포함하고, 설계 변수로서 상기 제2 광학 미세 구조의 구조 상수 및 복소 비유전율을 포함한다.
본 발명에 기초한 전계 발광 소자의 설계 방법을 사용하여 설계된 전계 발광 소자에 있어서는, 상술한 어느 한 곳에 기재된 전계 발광 소자의 설계 방법을 사용하여 설계되고 있다.
본 발명에 기초한 전계 발광 소자의 설계 방법에 의하면, 상술한 어느 한 형태 설명에 기재된 전계 발광 소자의 설계 방법에 의해 얻어진 상기 설계 변수에 기초하여 제조된 전계 발광 소자를 검사하여, 전류 구동 특성을 측정 및 해석하는 공정과, 상기 측정 및 해석된 상기 전계 발광 소자를 기준 소자로 하여, 상술한 어느 한 곳에 기재된 전계 발광 소자의 설계 방법에 의해 상기 설계 변수를 얻고, 상기 설계 변수에 기초하여, 전계 발광 소자의 제조를 행하는 공정을 구비한다.
이 전계 발광 소자의 제조 방법에 의하면, 전류 주입 상태에 있어서 외부로 출력되는 외부 발광 스펙트럼을 보다 정확하게 계산하여, 외부로 취출되는 광의 양 및/또는 색을 정확하게 어림잡을 수 있는, 전계 발광 소자의 설계 방법, 그 설계 방법을 사용하여 제조된 전계 발광 소자 및 그 설계 방법을 사용한 전계 발광 소자의 제조 방법 제공을 가능하게 한다.
도 1은 배경 기술에 있어서의 전계 발광 소자의 설계 방법을 도시하는 블록도이다.
도 2는 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 설계 방법의 개략을 도시하는 블록도이다.
도 3은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제1 단면도이다.
도 4는 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제2 단면도이다.
도 5는 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제3 단면도이다.
도 6은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제4 단면도이다.
도 7은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제5 단면도이다.
도 8은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제6 단면도이다.
도 9는 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제7 단면도이다.
도 10은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제8 단면도이다.
도 11은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제9 단면도이다.
도 12는 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제10 단면도이다.
도 13은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제11 단면도이다.
도 14는 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제12 단면도이다.
도 15는 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제13 단면도이다.
도 16은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제14 단면도이다.
도 17은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제15 단면도이다.
도 18은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제16 단면도이다.
도 19는 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제17 단면도이다.
도 20은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제18 단면도이다.
도 21은 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 설계 방법의 상세를 도시하는 블록도이다.
도 22는 실시예에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 23은 기준 소자에 사용한 전계 발광 소자의 설계 변수를 도시하는 도면이다.
도 24는 외부 발광 스펙트럼을 측정하는 장치의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 25는 기준 소자의 측정 데이터의 항목을 도시하는 도면이다.
도 26은 기준 소자의 계산되는 항목과 해석 방법의 선택을 도시하는 도면이다.
도 27은 N루프째의 해석 소자에 대하여 계산되는 항목의 일람을 도시하는 도면이다.
도 28은 N루프째의 해석 소자에 대하여 계산되는 강도비 및 외부 발광 스펙트럼을 도시하는 도면이다.
도 29는 전계 발광 소자의 계산될 수 있는 지표의 예를 나타내는 도면이다.
도 30은 최적화 루프에 있어서의 수준 번호 N과, 색 좌표의 목표 좌표의 차 Δxy의 관계를 나타내는 도면이다.
도 31은 최적화 소자의 설계 변수를 도시하는 도면이다.
도 32는 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 설계 방법을 사용한 전계 발광 소자의 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 33은 실시예에 있어서의 측정값과 계산값을 도시하는 도면이다.
도 34는 실시예에 있어서의 측정값에 관한 오차의 절댓값을 도시하는 도면이다.
[1. 개요]
도 1에 상술한 특허문헌 1 및 2에 기재된 설계 방법을 블록도로 나타낸다. 계산에서 가정하는 조건은, (1) 발광 재료의 포토루미네센스(PL) 스펙트럼 및 (2) 발광층의 재료, 굴절률, 막 두께이다(S0). 스텝 1(S1)에 있어서, 발생 광 강도 및 발생 포톤 수에 의해 PL 스펙트럼을 설정한다. S2에 있어서, 발광점의 위치 및 막 두께, 굴절률의 조건 설정이 행하여진다. S3에 있어서, 광 취출 효율이 계산된다. S4에 있어서, S1 및 S3의 결과에 기초하여, 외부광 강도, 외부 포톤 수, LPW(lumen/W), EQE(external quantum efficiency: 외부 양자 효율) 등의 원하는 특성이 계산된다. 원하는 특성의 최대화를 얻기 위하여, S3 및 S4를 반복하여 실행한다(S5). 그 후, S6에 있어서, 원하는 특성의 최대화가 얻어진 경우에는, 계산값, 광 취출 효율, 외부광 강도, 외부 포톤 수, 원하는 특성 등의 계산 결과가 얻어진다.
이와 같이, 특허문헌 1 및 2에 기재된 설계 방법에 의하면, 발광 재료 단체의 PL 스펙트럼과 발광층의 굴절률 막 두께를 바탕으로 계산한 광 취출 효율을 바탕으로 원하는 외부 특성을 계산하고 있다. 그러나, 포토루미네센스 스펙트럼을 바탕으로 한 계산은 마이크로 캐비티 효과나, 전자 주입과 광 여기의 특성의 차에 의해 실제의 소자의 전류 주입 상태에 있어서의 일렉트로루미네센스 스펙트럼을 정확하게 계산할 수 없는 문제가 있었다. 또한, 비특허문헌 1에 개시되는 방법에 있어서는, 발광층 내부의 스펙트럼을 가정할 필요가 있지만 어떻게 내부 스펙트럼을 설정하면 실험과 계산에서 오차가 적어지느냐 하는 데 대한 상세한 설명이 부족했다.
도 2에 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 설계 방법의 개략을 블록도로 나타낸다. 계산에서 가정하는 조건은, (1) 기준 소자의 외부 발광 스펙트럼 및 (2) 발광층의 재료, 굴절률, 막 두께이다(S00). 스텝 11(S11)에 있어서, 발생 광 강도 및 발생 포톤 수에 의해 기준 소자의 실험값을 얻는다. S12에 있어서, 기준 소자의 광 취출 효율 계산값을 얻는다. S13에 있어서, 발광점의 위치 및 막 두께, 굴절률의 조건 설정을 행한다. S14에 있어서, 광 취출 효율이 계산된다. S15에 있어서, S12 및 S14에서 얻어진 값 및 조건에 기초하여, 기준 소자와의 광 취출 효율의 비를 계산한다. 또한, S16에 있어서, S11 및 S15에 의해 얻어진 실험값 및 비에 기초하여, 외부광 강도, 외부 포톤 수, LPW, EQE 등의 원하는 특성이 계산된다. 원하는 특성의 최대화를 구하기 위하여, S14, S15 및 S16을 반복하여 실행한다(S17). 그 후, S18에 있어서, 원하는 특성의 최대화가 얻어진 경우에는, 계산값, 광 취출 효율, 외부광 강도, 외부 포톤 수, 원하는 특성 등의 계산 결과가 얻어진다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서는, 기준 소자에 있어서 실제로 외부에서 측정된 일렉트로루미네센스 스펙트럼과, 기준 소자의 광학 상수 및 막 두께로부터 산출되는 광 취출 효율과, 해석 소자의 광학 상수 및 막 두께로부터 산출되는 광 취출 효율을 바탕으로, 해석 소자의 외부 발광 스펙트럼을 계산하는 설계 방법이다. 본 실시 형태의 설계 방법을 사용함으로써 전류 주입 상태에 있어서 외부로 출력되는 외부 발광 스펙트럼을 보다 정확하게 계산하여, 외부로 취출되는 광의 양 및/또는 색을 정확하게 어림잡을 수 있는 전계 발광 소자의 설계 방법의 실현을 가능하게 하고 있다.
[2. 전계 발광 소자의 설계 방법]
『2.1 전계 발광 소자의 구성』
본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성에 대하여 설명한다. 이하에서는 유기 전계 발광 소자를 예로 들어 설명하지만, 본 설계 방법은 유기 전계 발광 소자의 설계에 한정되지 않고, 무기 재료로 구성되는 발광 다이오드(LED) 등의 설계에도 사용할 수 있다.
(제1 전계 발광 소자)
이하, 도 3 내지 도 7을 참조하여, 제1 전계 발광 소자로서, 「투명 전극과 제2 전극 사이에 끼움 지지된 복수의 기능층과 적어도 1층의 광자 발생층을 갖고, 투명 전극의 광자 발생층과는 반대측의 면에 투명 부재가 접하고 있는 전계 발광 소자」의 구성예에 대하여 설명한다. 도 3 내지 도 7은, 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제1 내지 제5 단면도이다.
도 3에 도시하는 전계 발광 소자(1A)는, 제1 투명 부재(10) 위에 투명 전극(제1 전극)(13)으로서 ITO(Indium Tin Oxide) 전극, 발광층(14) 및 제2 전극(15)으로서 금속(Ag) 반사 전극이, 이 순으로 형성되어 있다. 발광층(14)은 복수의 기능층과 광자 발생층에 의해 구성되고, 제1 투명 부재(10)에는, 투명 유리 기판이 사용된다.
도 4에 도시하는 전계 발광 소자(1B)는, 전계 발광 소자(1A)의 구성과 비교하여, 투명 전극(제1 전극)(13)으로서, 도전성 수지(13a), 박막 Al(박막 금속 전극)(13b) 및 도전성 수지(13c)의 적층 구조가 사용되고 있다.
도 5에 도시하는 전계 발광 소자(1C)는, 전계 발광 소자(1A)의 구성과 비교하여, 발광층(14)이, 유기 재료로 구성되어 있고, 예를 들어 발광층은, 정공 주입층(14a), 정공 수송층(14b), 광자 발생층(14c), 전자 수송층(14d) 및 전자 주입층(14e)으로 구성되어 있다. 이와 같이 다수의 기능층으로 구성함으로써, 광자 발생층(14c)에 있어서의 캐리어 밸런스를 개선하여, 효율적인 발광을 실현할 수 있게 된다.
도 6에 도시하는 전계 발광 소자(1D)는, 투명 전극(13)에 박막 Ag가 사용되고 있는 구성이며, 전계 발광 소자(1C)와 동일한 작용 효과가 얻어진다.
또한, 전계 발광 소자(1C) 및 전계 발광 소자(1D)의 어느 경우에도, 제2 전극(15)으로서 금속(Ag) 반사 전극을 사용할 수 있다. 또한, 도 5 및 도 6에 도시하는, 전계 발광 소자(1C, 1D)는 보텀 에미션 소자이다.
도 3 내지 도 6에 있어서는, 투명 기판을 사용한 제1 투명 부재(10) 위에 기능층을 구성하는 소자(보텀 에미션 소자)를 예시해 왔지만, 불투명 부재 위에 반사 전극을 설치하는 구성(톱 에미션 소자)에도 본 실시 형태는 적용된다.
도 7에 톱 에미션 소자의 구성예인 전계 발광 소자(1E)를 도시한다. 지지 기판(16) 위에 제2 전극(15)으로서 반사 전극이 설치되고, 제2 전극(15) 위에 발광층(14), 투명 전극(13)으로서 박막 Ag, 제1 투명 부재(10)로서 밀봉 부재가, 이 순으로 형성되어 있다. 발광층(14)은 제2 전극(15)측부터, 전자 주입층(14e), 전자 수송층(14d), 광자 발생층(14c), 정공 수송층(14b) 및 정공 주입층(14a)으로 구성되어 있다.
톱 에미션 소자의 경우, 투명 전극(13) 위에 투명한 밀봉 부재(제1 투명 부재(10)), 혹은 밀봉용 불활성 기체, 혹은 공기를 형성하는 경우가 많다. 본 실시 형태의 투명 부재는, 밀봉 부재 혹은 불활성 기체, 혹은 공기를 나타낸다.
(제2 전계 발광 소자)
이하, 도 8 내지 도 10을 참조하여, 제2 전계 발광 소자로서, 「제2 전극이 투명 전극이면서 또한 제2 전극의 발광층이 형성되는 측과 반대측에 제2 투명 부재를 갖는 전계 발광 소자」의 구성예에 대하여 설명한다. 도 8 내지 도 10은, 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제6 내지 제8 단면도이다.
도 8에 도시하는 전계 발광 소자(1F)는 제1 투명 부재(10) 위에 투명 전극(13)으로서 ITO 전극, 발광층(14), 제2 전극(15)으로서 ITO 전극 및 제2 투명 부재(17)가, 이 순으로 형성되어 있다. 이 구성을 채용함으로써, 양면측이 투명이 되어, 양면 혹은 편면에 발광하는 투명 발광 소자를 실현할 수 있다. 제2 투명 부재(17)는, 예를 들어 ITO나 박막 금속 전극으로 구성된다. 또한, 제2 투명 부재(17)는 제1 투명 부재(10)와 마찬가지의 재료가 적용 가능하다.
도 9에 도시하는 전계 발광 소자(1G)는 전계 발광 소자(1F)의 구성과 비교하여, 제2 전극(15)으로서 박막 금속막(Ag)이 사용되고 있다. 이와 같은 구성을 취함으로써, 발광층으로부터 본 제2 전극측의 반사율이 발광층으로부터 본 투명 전극의 반사율보다도 높아져, 편측에 치우친 발광이 가능해진다.
도 10에 도시하는 전계 발광 소자(1H)는 전계 발광 소자(1F)의 구성과 비교하여, 투명 전극(13) 및 제2 전극(15) 모두 박막 금속막(Ag)이 사용되고 있다. 이와 같은 구성을 취함으로써 발광층으로부터 본 양쪽 전극 반사율을 높일 수 있어, 마이크로 캐비티 효과에 의해 발광 효율을 향상시키거나, 색 순도를 높이거나 할 수 있다.
(제3 전계 발광 소자)
이하, 도 11 내지 도 13을 참조하여, 제3 전계 발광 소자로서, 「투명 전극과 투명 부재의 사이, 혹은 제2 전극과 제2 투명 부재의 사이의 적어도 한쪽에 광학 다층막을 갖는 전계 발광 소자」의 구성예에 대하여 설명한다. 도 11 내지 도13은 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제9 내지 제13 단면도이다.
도 11에 도시하는 전계 발광 소자(1I)는 제1 투명 부재(10) 위에 투명 전극(13)으로서 도전성 수지, 발광층(14), 제2 전극(15)으로서 박막 금속막(Ag), 광학 버퍼층(18)으로서, 유전체 다층막 및 반사 부재(45)로서 후막 금속막(Ag)이, 이 순으로 형성되어 있다. 이 구성을 채용함으로써, 전계 발광 소자로부터 발생하는 광의 색도나 배광을 적절하게 제어할 수 있다. 또한, 도 11에 도시한 광학 버퍼층(18)은 투명 발광 소자에도 적용 가능하다.
도 12에 도시하는 전계 발광 소자(1J)는 전계 발광 소자(1I)의 구성과 비교하여, 제1 투명 부재(10)와 투명 전극(13) 사이에, 제2 광학 버퍼층(19)으로서, 유전체 다층막을 갖고 있다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 편면 발광 소자에 있어서 양면으로부터 발광하는 광의 색이나 휘도 비율, 그리고 배광을 광학적으로 설계하는 것이 가능해진다.
도 13에 도시하는 전계 발광 소자(1K)는 전계 발광 소자(1I)의 구성과 비교하여, 제1 투명 부재(10)와 투명 전극(13) 사이에, 제2 광학 버퍼층(19)으로서, 유전체 다층막을 갖고 있는 것 이외에, 반사 부재 대신에 제2 투명 부재를 갖고 있다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 양면 발광 소자에 있어서 양면으로부터 발광하는 광의 색이나 휘도 비율, 그리고 배광을 광학적으로 설계하는 것이 가능해진다.
(제4 전계 발광 소자)
이하, 도 14 내지 도 16을 참조하여, 제4 전계 발광 소자로서, 「투명 부재와 광자 발생층 사이에 광의 진폭 및 위상 조건을 어지럽히는 광학 미세 구조를 포함하는 전계 발광 소자」의 구성예에 대하여 설명한다. 도 14 내지 도 16은, 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제12 내지 제14 단면도이다.
도 14에 도시하는 전계 발광 소자(1L)는 도 6에 도시하는 전계 발광 소자(1D)의 보텀 에미션 소자의 구성과 비교하여, 제1 투명 부재(10)와 투명 전극(13)으로서의 박막 Ag 사이에 내부 산란층을 포함하는 제1 광학 미세 구조(21)가 설치되어 있다. 제1 광학 미세 구조(21)는 광 산란층(21b)으로서의 산란 입자를, 광 산란층(21a)으로서의 바인더로 보유 지지한 층 위에 평활층(21c)을 형성한 구조를 갖는다. 광 산란층(21b)의 두께로서는 광의 파장과 동등하고, 산란 입자의 크기로서는 광의 파장의 수배 이하의 미세 구조를 갖는다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 발광층(14)의 내부를 전반하는 도파 모드를 효율적으로 산란할 수 있다.
도 15에 도시하는 전계 발광 소자(1M)는 도 7에 도시하는 전계 발광 소자(1E)의 구성과 비교하여, 제2 전극(15)과 전자 주입층(14e) 사이에, 제1 광학 미세 구조(21)가 설치되어 있다. 이 미세 구조(21)는 금속 요철 구조(21d) 및 투명 도전막(21e)을 포함한다.
도 16에 도시하는 전계 발광 소자(1N)는 도 15에 도시하는 전계 발광 소자(1M)의 구성과 비교하여, 제1 투명 부재(10)를 제외하고, 제2 전극(15)보다 위의 소자 전체가 미세하게 파형으로 되어 있는 형상이기도 하다. 특히, 반사 전극인 제2 전극(15) 위에 광학 미세 구조를 설치한 경우에는, 전극에서 흡수되는 플라즈몬 모드 손실을 저감시킬 수 있기 때문에 유용하다. 또한, 도 8 내지 도 10에 도시한 투명 발광 소자인, 전계 발광 소자(1F 내지 1H)에, 상술한 광학 미세 구조를 설치해도 된다.
(제5 전계 발광 소자)
이하, 도 17을 참조하여, 제5 전계 발광 소자로서, 「투명 부재와 외부의 계면에, 광의 진폭 및 위상 조건을 어지럽히는 제2 광학 미세 구조를 포함하는 전계 발광 소자」의 구성예에 대하여 설명한다. 도 17은 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 구성예를 나타내는 제15 단면도이다.
도 17에 도시하는 전계 발광 소자(1O)는 도 6에 도시하는 전계 발광 소자(1D)의 보텀 에미션 소자의 구성과 비교하여, 제1 투명 부재(10)에 제2 광학 미세 구조(31)가 설치되어 있다. 제2 광학 미세 구조(31)로서는, 시판되고 있는 광 취출 시트를 사용할 수 있다. 구체적인 구조로서는, 도시한 바와 같이, 투명층(31b)의 내부에 광 산란 입자(31a)를 함유하고 있는 구조, 투명 부재의 표면에 요철이 있는 구조 등을 들 수 있다. 이 경우의 구조 상수로서는, 표면 요철 높이, 폭, 단위 구조의 주기, 혹은 산란 입자의 크기, 밀도, 형상 등을 들 수 있다.
또한, 상기한 제1 내지 제5 전계 발광 소자(1A 내지 1O)는 발광층이 단층인 경우를 기재하고 있지만, 발광층은 단일에 한하지 않고 복수이어도 된다. 도 18에 복수의 광자 발생층을 포함하는 전계 발광 소자(1P)의 구성예를 나타낸다. 도 18은, 전계 발광 소자(1P)의 단면도이다. 이 전계 발광 소자(1P)는 투명 부재(10) 위에 투명 전극(13), 발광층(14A), 전하 발생층(14B), 제2 발광층(14C), 전하 발생층(14D), 제3 발광층(14E) 및 반사 전극(45)이 이 순으로 적층되어 있다. 또한, 투명 전극(13)과 반사 전극(45) 사이에 전원이 접속되어 있다.
이러한 전계 발광 소자는, 동일한 전류로 보다 많은 광을 발생할 수 있어, 고효율의 전계 발광 소자에 적합하다. 이러한 전계 발광 소자에 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 설계 방법을 적용할 수 있다. 이 경우, 각 발광층에 있어서의 발광 도펀트의 비율을 설계 변수에 더 포함하면 된다. 본 실시 형태의 전계 발광 소자의 설계 방법을 적용함으로써 원하는 스펙트럼이면서 효율이 높은 소자를 효율적으로 설계하는 것이 가능해진다.
또한, 복수의 발광층은 독립적으로 구동할 수 있도록 전극을 구성해도 된다. 도 19에 복수의 발광층을 독립적으로 구동할 수 있도록 구성의 전계 발광 소자(1Q)를 도시한다. 도 19는 전계 발광 소자(1Q)의 단면도이다. 이 전계 발광 소자(1Q)는, 투명 부재(10) 위에 투명 전극(13), 발광층(14A), 제2 전극(투명 전극)(15), 제2 발광층(14C), 제3 전극(투명 전극)(23), 제3 발광층(14E) 및 반사 전극(45)이 이 순으로 적층되어 있다. 또한, 투명 전극(13)과 제2 전극(투명 전극)(15) 사이에 전원 1, 제2 전극(투명 전극)(15)과 제3 발광층(14E) 사이에 전원 2, 제3 전극(투명 전극)(23)과 반사 전극(45) 사이에 전원 3이 접속되어 있다. 이와 같이 구성함으로써, 임의의 색으로 발광하는 전계 발광 소자를 실현할 수 있다.
또한, 도 20과 같이 복수의 광자 발생층의 사이에 광학 버퍼층을 포함해도 된다. 도 20은 전계 발광 소자(1R)의 단면도이다. 이 전계 발광 소자(1R)는 투명 부재(10) 위에 광학 버퍼층(41), 투명 전극(13), 발광층(14A), 제2 전극(투명 전극)(15), 광학 버퍼층(42), 제3 전극(투명 전극)(23), 제2 발광층(14C), 제4 전극(투명 전극)(24), 광학 버퍼층(43), 제5 전극(투명 전극)(25), 제3 발광층(14E), 제6 전극(투명 전극)(26), 광학 버퍼층(44) 및 반사 전극(45)이 이 순으로 적층되어 있다. 또한, 투명 전극(13)과 제2 전극(투명 전극)(15) 사이에 전원 1, 제3 전극(투명 전극)(23)과 제4 전극(투명 전극)(24) 사이에 전원 2 및 제5 전극(투명 전극)(25)과 제6 전극(투명 전극)(26) 사이에 전원 3이 접속되어 있다.
이와 같이 구성함으로써 발광하는 광의 스펙트럼이나 배광 분포를 임의로 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 이러한 광학 버퍼층은 특정한 파장에서 마이크로 캐비티를 구성하도록 하면, 특정한 파장의 발광 레이트를 증대시킬 수 있다. 광학 버퍼층도 포함하여 본 실시 형태의 전계 발광 소자의 설계 방법을 적용함으로써, 원하는 파장, 원하는 각도의 발광 강도가 강한 전계 발광 소자를 실현하는 구성을, 효율적으로 설계하는 것이 가능해진다.
또한, 지금까지는 편측 발광 소자의 예로 설명해 왔지만, 복수의 발광층을 포함하는 구성은 양측 발광 소자에 적용해도 된다. 이 경우는, 양측에 발광하는, 고효율, 혹은 원하는 스펙트럼을 실현하는 전계 발광 소자를 효율적으로 설계할 수 있다.
『2.2 구성 부재의 상세』
이하에, 상술한 전계 발광 소자(1A 내지 1N)를 구성하는 각종 부재(재료)의 상세에 대하여 설명한다.
(제1 투명 부재(10)/제2 투명 부재(17))
제1 투명 부재(10) 또는 제2 투명 부재(17)로서 사용할 수 있는 재료를 예시한다. 예를 들어, 유리, 플라스틱 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다. 바람직하게 사용되는 투명 부재로서는, 유리, 석영, 투명 수지 필름을 들 수 있다.
유리로서는, 예를 들어 실리카 유리, 소다 석회 실리카 유리, 납 유리, 붕규산염 유리, 무알칼리 유리 등을 들 수 있다. 이들 유리 재료의 표면에는, 산란층과의 밀착성, 내구성, 평활성의 관점에서, 필요에 따라, 연마 등의 물리적 처리를 실시하거나, 무기물 또는 유기물을 포함하는 피막이나, 이들 피막을 조합한 하이브리드 피막을 형성하거나 할 수 있다.
수지 필름으로서는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 등의 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 셀로판, 셀룰로오스디아세테이트, 셀룰로오스트리아세테이트(TAC), 셀룰로오스아세테이트부티레이트, 셀룰로오스아세테이트프로피오네이트(CAP), 셀룰로오스아세테이트프탈레이트, 셀룰로오스나이트레이트 등의 셀룰로오스에스테르류 또는 그들의 유도체, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌비닐알코올, 신디오택틱 폴리스티렌, 폴리카르보네이트, 노르보르넨 수지, 폴리메틸펜텐, 폴리에테르케톤, 폴리이미드, 폴리에테르술폰(PES), 폴리페닐렌술피드, 폴리술폰류, 폴리에테르이미드, 폴리에테르케톤이미드, 폴리아미드, 불소 수지, 나일론, 폴리메틸메타크릴레이트, 아크릴 혹은 폴리아릴레이트류, 아톤((등록 상표): 상품명 JSR사제) 혹은 아펠((등록 상표): 상품명 미츠이 가가쿠사제)이라는 시클로올레핀계 수지 등을 들 수 있다. 수지 필름의 표면에는, 무기물 또는 유기물을 포함하는 피막이나, 이들 피막을 조합한 하이브리드 피막이 형성되어 있어도 된다.
이러한 피막 및 하이브리드 피막은, JIS K 7129-1992에 준거한 방법으로 측정된 수증기 투과도(25±0.5℃, 상대 습도 90±2％RH)가, 0.01g/(㎡·24h) 이하인 가스 배리어성 필름(배리어막 등이라고도 함)인 것이 바람직하다. 나아가, JIS K 7126-1987에 준거한 방법으로 측정된 산소 투과도가 1×10-3ml/(㎡·24h·atm) 이하, 수증기 투과도가 1×10-5g/(㎡·24h) 이하인 고가스 배리어성 필름인 것이 바람직하다.
이상과 같은 가스 배리어성 필름을 형성하는 재료로서는, 수분이나 산소 등소자의 열화를 초래하는 물질의 침입을 억제하는 기능을 갖는 재료이면 된다. 예를 들어, 산화규소, 이산화규소, 질화규소나, 전술한 폴리실라잔 등을 사용할 수 있다. 또한, 당해 가스 배리어성 필름의 취약성을 개량하기 위하여, 이들 무기층과 유기 재료를 포함하는 층(유기층)의 적층 구조를 갖게 하는 것이 보다 바람직하다. 무기층과 유기층의 적층순에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 양자를 교대로 복수회 적층시키는 것이 바람직하다.
가스 배리어성 필름의 형성 방법에 대해서는 특별히 한정은 없으며, 예를 들어 진공 증착법, 스퍼터링법, 반응성 스퍼터링법, 분자선 애피택시법, 클러스터 이온빔법, 이온 플레이팅법, 플라즈마 중합법, 대기압 플라즈마 중합법, 플라즈마 CVD법, 레이저 CVD법, 열 CVD법, 코팅법 등을 사용할 수 있지만, 일본 특허 공개 제2004-68143호 공보에 기재된 대기압 플라즈마 중합법에 의한 것이나, 폴리실라잔(함유액)에 파장 100㎚ 내지 230㎚의 진공 자외선을 조사하여, 개질 처리한 것이 특히 바람직하다.
일본 특허 공개 제2004-68143호 공보에는, 대기압 플라즈마 방전 처리 장치를 사용하는 박막 형성 방법에 의해, 제1 전극으로부터 인가하는 고주파 전계의 강도(kV/㎜)를 V1, 제2 전극으로부터 인가하는 고주파 전계의 강도(kV/㎜)를 V2, 방전 개시 전계의 강도(kV/㎜)를 IV라 했을 때, V1≥IV>V2 또는 V1>IV≥V2가 되는 관계를 갖고, 제2 전극으로부터 인가하는 고주파 전계의 출력 밀도가 1W/㎠ 이상인 고주파 전계를 인가하여 박막을 형성시키는 것이 기재되어 있다.
투명 부재에 관한 본 실시 형태의 설계 변수로서는 부재의 두께와 복소 비유전율을 들 수 있다. 또한, 복소 비유전율은 굴절률과 소쇠 상수로부터 후술하는 식 (3)을 사용하여 계산되고, 복굴절률을 갖는 경우는 3차원의 축방향으로 성분을 가진 텐서량으로서 정의된다.
(투명 전극(13)/제2 전극(15))
투명 전극(13), 혹은 제2 전극(15)으로서 사용되는 재료를 예시한다. 투명 전극(13)으로서는, 특히 투명 박막 금속이, 도파 모드의 실효 굴절률을 내리고, 도파 모드를 산란층에서 산란시키기 쉽게 하는 효과를 가지므로 바람직하다. 투명 박막 금속층은 박막 금속으로 구성되는 광 투과성을 갖는 박막이다. 어느 정도의 얇기이면 광이 투과하는지는, 굴절률의 허부를 사용하여 나타낼 수 있다. 굴절률 n과 소쇠 계수 κ를 사용한 경우, 두께 d[m]의 매질을 통과할 때에 발생하는 위상 변화 φ과 투과율 T는, 이하의 식 (1)로 표현할 수 있다.
Figure 112016121606636-pct00001
여기서, λ는 진공 중에 있어서의 광의 파장이다. 식 (1)로부터 광의 강도가 e2분의 1로 감쇠되는 거리 Ld는, 이하의 식 (2)로 표현된다.
Figure 112016121606636-pct00002
충분한 투과율을 갖기 위해 투명 박막 금속층은 식 (2)로 표현되는 거리 Ld보다 얇은 것이 바람직하다.
투명 유전체층은 유전체로 구성되어 있는 층이다. 유전체의 정의에 대하여 이하에 설명한다. 물체가 자유 전자를 많이 포함하여 그다지 광을 투과하지 않는 금속인지, 자유 전자가 적어 광을 투과하는 유전체인지는 복소 비유전율을 사용하여 조사할 수 있다. 복소 비유전율 εc는 계면 반사에 관계하는 광학 상수이며 굴절률 n과 소쇠 계수 κ를 사용하여, 이하의 식 (3)으로 표현되는 물리량이다.
Figure 112016121606636-pct00003
여기서, P와 E는 각각 분극과 전계, ε0은 진공 중의 유전율이다. 식 (3)으로부터 n이 작고 κ가 클수록 복소 비유전율의 실부가 작아지는 것을 알 수 있다. 이것은 전계의 진동에 비하여 전자의 진동에 의해 분극 응답의 위상이 어긋나는 효과를 나타내고 있다.
식 (3)으로 표현되는 복소 비유전율의 실부가 부(-)로 되면, 전계 진동과 분극 응답이 역전되는 것을 의미하며, 이것이 금속의 특성이 된다. 반대로, 복소 비유전율의 실부가 정(+)인 경우는 전계의 방향과 분극 응답의 방향이 일치하여, 유전체로서의 분극 응답을 나타낸다. 정리하면, 복소 비유전율의 실부가 부(-)인 매질이 금속이며, 복소 비유전율의 실부가 정(+)인 물질이 유전체이다.
일반적으로, 굴절률 n이 작고 소쇠 계수 κ가 클수록 전자가 잘 진동하는 재료인 것을 의미한다. 전자 수송성이 높은 재료는 굴절률 n이 작고 소쇠 계수 κ가 큰 경향이 있다.
특히 금속 전극에 있어서는, n이 0.1 정도인 것에 비해, 소쇠 계수 κ는, 2 내지 10으로 큰 값을 갖고 파장에 대한 변화율도 크다. 따라서 굴절률 n이 동일값이라도 소쇠 계수 κ의 값이 크게 달라, 전자 수송 성능에 큰 차이가 나는 경우가 많다.
본 실시 형태의 구성을 실시하는 데 있어서는, 도파 모드의 실효 굴절률을 낮추기 위해 굴절률 n이 작고, 전자의 응답을 좋게 하기 위해 소쇠 계수 κ가 큰 금속이 바람직하다. 예를 들어, 알루미늄(Al), 은(Ag), 칼슘(Ca)이 바람직하다. 다른 예에서는, 산화되기 어려운 이점도 갖는 금(Au)을 생각할 수 있다. 다른 재료로서 구리(Cu)가 있고, 그 재료는 도전성이 좋다는 특징을 갖는다. 그 밖에는 열적 성질이나 화학적 성질이 좋고 고온에서도 산화되기 어렵고 기판 재료와의 화학 반응도 일으키지 않는 특징이 있는 재료로서, 백금, 로듐, 팔라듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴 등을 들 수 있다. 또한, 복수의 금속 재료를 사용한 합금을 사용해도 된다. 특히, MgAg나 LiAl은 박막 투명 금속 전극으로서도 자주 사용된다.
투명 전극층에 있어서는 투명 산화물 반도체 이외에 도포법을 사용하여 저비용으로 제작이 가능한 도전성 수지를 투명 전극에 사용해도 된다. 전자 수송성 전극으로서 사용되는 도전성 수지 재료로서는, 페릴렌 유도체나 PCBM(페닐C61 부티르산메틸에스테르) 등의 풀러렌 유도체를 생각할 수 있다. 예를 들어, PCBM의 경우에는 가시광의 광학 상수는, 굴절률 n=2.2, 소쇠 계수 κ=0.25이며, 발광층으로부터 본 전극 반사율은, 굴절률 n=1.5의 수지와 비교하여 높아진다.
정공 수송성 전극으로서 사용되는 도전성 수지 재료는, PEDOT(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene))/PSS(Poly(4-styrenesulfonate)), P3HT(Poly(3-hexylthiophene)), P3OT(Poly(3-octylthiophene)), P3DDT(Poly(3-dodecylthiophene-2,5-Diyl)), F8T2(플루오렌과 바이티오펜의 공중합체) 등이 예시된다. 예를 들어 PEDOT/PSS의 경우에는, 가시광의 광학 상수는 굴절률 n=1.5, 소쇠 계수 κ=0.01이며, 발광층으로부터 본 전극 반사율은, 굴절률 n=1.5의 수지와 동등한 값을 취하고, PCBM보다도 반사율은 조금 낮아진다.
또한, 투명 전극의 전기 전도도를 높이기 위하여 금속 메쉬, 금속 나노 와이어, 금속 나노 입자 등을 병용해도 된다. 이 경우는, 금속 나노 와이어를 사용한 전극의 전자 전도성이 높아지기 때문에, 평균적인 굴절률이 낮아져, 발광층으로부터 본 반사율이 높아지는 경향이 있다. 본 실시 형태의 구성을 실시하는 데 있어서는, 발광층으로부터 본 반사율이 낮은 투명 전극 재료가 도파 모드를 산란시킨 광을 효율적으로 투명 기판에 취출할 수 있으므로 바람직하다. 또한, 금속 메쉬, 금속 나노 와이어, 금속 나노 입자를 사용한 경우에는, 전극 자체에서 도파 모드를 산란시켜 외부로 취출하는 효과도 가져, 고효율의 발광 소자를 실현하는 데 있어서 바람직하다.
투명 전극에 관한 본 실시 형태의 설계 변수로서는 부재의 두께와 복소 비유전율을 들 수 있다. 또한, 복소 비유전율은 굴절률과 소쇠 상수로부터 식 (3)을 사용하여 계산되고, 복굴절률을 갖는 경우는 3차원의 축방향으로 성분을 가진 텐서량으로서 정의된다. 또한, 투명 전극이 복수의 부재로 구성되는 경우에는, 각각의 부재의 구조를 정하기 위한 변수와 복소 비유전율을 설계 변수에 포함시킨다. 예를 들어 금속 메쉬 전극의 경우에는, 메쉬의 높이나 폭, 주기, 재료, 재료의 조합 등이 설계 변수에 포함될 수 있다.
(광자 발생층(14c)/기능층)
광자 발생층(14c)이나 기능층으로서 유기 재료를 사용하는 경우에는 가시광의 영역에서 전형적으로는 1.6 내지 1.8 사이의 굴절률을 갖는다. 특히, 광자 발생층의 재료는, 소자의 외부 취출 양자 효율의 향상, 발광 수명의 장수명화 등의 효과를 바람직하게 얻는 관점에서, 유기 EL 소자용 재료로서 유기 금속 착체를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 착체 형성에 관한 금속이 원소 주기율표의 8족 내지 10족에 속하는 임의의 1종의 금속, Al 또는 Zn인 것이 바람직하고, 특히 상기 금속이 Ir, Pt, Al 또는 Zn인 것이 바람직하다.
광자 발생층에 관한 본 실시 형태의 설계 변수로서는 부재의 두께와 복소 비유전율을 들 수 있다. 또한, 복소 비유전율은 굴절률과 소쇠 상수로부터 식 (3)을 사용하여 계산되고, 복굴절률을 갖는 경우는 3차원의 축방향으로 성분을 가진 텐서량으로서 정의된다. 또한, 광자 발생층이 복수의 부재로 구성되는 경우에는, 각각의 부재의 구조를 정하기 위한 변수와 복소 비유전율을 설계 변수에 포함시킨다.
(반사 전극(제2 전극)(15))
반사 전극의 재료로서는 투명 박막 금속층의 재료로서 예시한 금속 재료를 사용할 수 있다. 그 밖의 합금, 금속 나노 입자를 함유한 잉크 등을 사용해도 된다. 또한, 투명 전극과 유전체 다층막 미러, 금속 요철 구조, 포토닉 결정을 반사층과 조합하여 사용해도 된다. 유전체 다층막 미러, 금속 요철 구조, 포토닉 결정을 반사층으로서 사용한 경우에는, 반사층에서의 플라즈몬 손실을 없앨 수 있는 이점이 있다.
반사 전극에 관한 본 실시 형태의 설계 변수로서는, 부재의 두께와 복소 비유전율을 들 수 있다. 또한, 복소 비유전율은 굴절률과 소쇠 상수로부터 식 (3)을 사용하여 계산되고, 복굴절률을 갖는 경우는 3차원의 축방향으로 성분을 가진 텐서량으로서 정의된다. 또한, 반사 전극이 복수의 부재로 구성되는 경우에는, 각각의 부재의 구조를 정하기 위한 변수와 복소 비유전율을 설계 변수에 포함시킨다.
(광학 버퍼층)
광학 버퍼층으로서는 유전체 다층막 이외에, 포토닉 결정 구조를 사용할 수 있다. 유전체 다층막이나 포토닉 결정 구조를 제작하기 위해서는, 복수의 유전율을 갖는 재료를 조합할 필요가 있고, 유전체 재료는 광자 발생층에서 광이 발생하는 파장에 있어서 투명한 것이 바람직하다. 투명한 재료로서는, 투명 부재로서 사용되는 재료를 이용할 수 있다. 구체적인 재료로서는, TiO2(굴절률 n=2.5), SiOx(굴절률 n=1.4 내지 3.5) 등을 사용할 수 있다. 그 밖의 유전체 재료의 예로서는, 다이아몬드, 불화칼슘(CaF), 질화실리콘(Si3N4) 등을 예시할 수 있다.
수지 재료로서도 염화비닐, 아크릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, ABS, 나일론, 폴리카르보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리불화비닐리덴, 테플론(등록 상표), 폴리이미드, 페놀 수지 등이 예시되며, 굴절률도 1.4 내지 1.8의 것이 존재한다. 또한 나노 입자 등을 혼합하여 굴절률을 높게 하거나 낮게 하거나 제어하는 기술도 존재하고, 중공 나노실리카를 혼합한 플라스틱 재료라면 굴절률을 1에 접근시키는 것이 가능하다. 또한, TiO2 등의 고굴절률 재료의 입자를 수지에 혼합함으로써, 2에 가까운 굴절률을 실현하는 것도 가능하다.
광학 버퍼층에 관한 본 실시 형태의 설계 변수로서는 버퍼층을 구성하는 각 부재의 두께와 복소 비유전율을 들 수 있다. 또한, 복소 비유전율은, 굴절률과 소쇠 상수로부터 식 (3)을 사용하여 계산되고, 복굴절률을 갖는 경우는 3차원의 축방향으로 성분을 가진 텐서량으로서 정의된다. 또한, 광학 버퍼층이 복수의 부재로 구성되는 경우에는, 각각의 부재의 구조를 정하기 위한 변수와 광학 상수를 설계 변수에 포함시킨다. 예를 들어, 광학 버퍼층이 유전체 다층막으로 구성되는 경우에는, 유전체 다층막을 구성하는 각 광학 박막의 막 두께와 복소 비유전율을 설계 변수에 포함할 수 있다. 또한, 예를 들어 광학 버퍼층이 포토닉 결정으로서 구성되는 경우에는, 포토닉 결정의 단위 격자의 유전체 구조, 단위 격자를 구성하는 재료의 복소 비유전율이 설계 변수에 포함될 수 있다.
(광학 미세 구조)
광학 미세 구조로서는, 산란 입자를 함유하는 층, 요철 구조를 갖는 층, 발광층 전체가 파형 구조를 갖는 구조 등을 들 수 있다. 모든 경우에 있어서도, 구조의 크기나 형태를 정하기 위한 변수와, 각 구조의 복소 비유전율로부터 설계 변수가 구성된다. 또한, 복소 비유전율은 굴절률과 소쇠 상수로부터 식 (3)을 사용하여 계산되고, 복굴절률을 갖는 경우는 3차원의 축방향으로 성분을 가진 텐서량으로서 정의된다.
『2.3 광 취출 효율과 외부광의 여러 특성 계산 방법』
본 절에 있어서는, 본 실시 형태에 있어서의 광 취출 효율의 계산 방법에 대하여 설명한다. 광 취출 효율은, 광자 발생층에서 발생한 광자 수를 1로 한 경우에, 투명 부재 혹은 공기에 취출되는 광자 수이다. 구체적인 계산 방법에 대해서는, 배경 기술에서 기재한 특허문헌 1, 2에 개시되는 계산 방법(이하, 배경 기술에 있어서의 계산 방법이라고 칭함)을 사용할 수 있지만, 배경 기술에 있어서의 계산 방법과 본 실시 형태에 있어서의 계산 방법은, 이하의 2개의 관점에서 상이하다.
배경 기술에 있어서의 계산 방법과 본 실시 형태에 있어서의 계산 방법의 첫번째 상위점은, 『기준 소자와 원하는 해석 소자의 양쪽에 있어서, 광자 발생층으로부터 투명 부재 혹은 공기에 대한 광 취출 효율을 계산하여, 기준 소자와 해석 소자의 「광 취출 효율의 비」를 산출하고, 기준 소자 및 해석 소자를 각각 구성하는 각 층의 두께 및 각 층의 복소 비유전율과 「광 취출 효율의 비」의 관계를 구하는』 점이다. 이것에 의해, 실험 시에 전자 주입이나 마이크로 캐비티 효과에 의해 발생하는 포토루미네센스 스펙트럼과 일렉트로루미네센스 스펙트럼의 차이를 실험에 의해 보정하는 것이 가능해진다.
또한, 배경 기술에 있어서의 계산 방법과 본 실시 형태에 있어서의 계산 방법의 두번째 상위점은, 『양자 광학 해석』을 행하는 점이다. 본 실시 형태에서 주목하는 특성은, 전자 주입 시의 외부광의 여러 특성이다. 배경 기술에 있어서의 계산 방법은 설명되어 있지 않지만, 전자 주입 시의 특성을 계산하기 위해서는 양자 광학 해석에 의해, 내부 양자 효율을 구하여 둘 필요가 있다. 일반적으로는, 마이크로 캐비티 효과에 의한 발광 레이트의 변화를 계산하여, 발광 재결합에 관한 레이트 방정식을 풂으로써 엄밀한 계산을 행한다. 여기에서는, 간단하게 하기 위하여 발광 재결합과 비발광 재결합만이 존재하는 경우에 대하여 설명한다. 발광 재결합의 레이트를 kr, 비발광 재결합의 레이트를 knr로 놓으면, 발광 재결합에 관한 레이트 방정식은, 이하의 식 (4)와 같이 쓸 수 있다.
Figure 112016121606636-pct00004
여기서 Nexc는 광자 발생층에 있어서의 여기자 밀도, Ninj는 여기자 주입 밀도이다. 정상 상태에 있어서는, 시간 미분이 0이므로 결국, 이하의 식 (5)가 된다.
Figure 112016121606636-pct00005
즉, 발광 재결합의 확률 φ는, 이하의 식 (6)으로 계산된다.
Figure 112016121606636-pct00006
발광 재결합 레이트의 계산은, 재료 고유의 발광 수명과, 비특허문헌 1에 개시되는 계산 방법을 조합함으로써 계산할 수 있다. 그 밖에, 재료 고유의 발광 수명과 기존의 전자장 해석 방법인 유한 시간 차분법(FDTD법), 전송 행렬법 등을 조합함으로써 해석된다. 특히 발광 재결합 레이트의 계산을 하는 데 있어서는 비특허문헌 1에 개시되는 퍼셀 팩터를 계산 결과에 포함시켜 두는 것이 바람직하다.
보다 정확한 계산을 행하기 위한 지침을 이하에 기재한다. kr은 소자의 구조와 발광 파장에 의존하기 때문에, 실제의 계산에 있어서는 소자의 구조 의존과 파장 의존도 고려하여 가중치 부여 계산을 행하면 된다. 또한, 유기 전계 발광 소자의 경우에는, 여기 삼중항 실활이나, 일중항-삼중항 실활의 효과도 레이트 방정식에 포함함으로써 정확한 해석을 행하여, 「광 취출 효율」의 수정 계수를 계산해 둔다.
최종적으로 주입 전자수로 규격화한 외부로 취출되는 광자 수(EQE: External Quantum Efficiency)는, 하기 식 (7)로 계산된다.
Figure 112016121606636-pct00007
여기서, γe는 스핀 주입 규칙으로 결정되는 전자로부터 여기자로의 변환 효율, φ는 발광 재결합 확률, ηOE는 투명 부재 혹은 공기에 대한 「광 취출 효율」이고, 양자 광학 해석을 포함한 값으로 되어 있다.
전체의 구체적인 계산 방법에 대하여 하기에 기재한다. 배경 기술에 있어서의 계산 방법(기존의 해석 방법)과 양자 광학 계산을 조합하여, 기준 소자의 광 취출 효율의 파장 의존성 η0(λ)과, 해석 소자의 광 취출 효율 η1(λ)을 계산한다. 또한, 실험에서 측정된 기준 소자의 공기 전체 각도 광 스펙트럼을 S0(λ)라 한다. 이때, 해석 소자의 공기에 있어서의 전체 각도 스펙트럼 S1(λ)은, 하기 식 (8)로 계산된다.
Figure 112016121606636-pct00008
이 후, 해석 소자의 정면 스펙트럼 Sfront(λ)은, 계산에 의해 구해지는 공기 전체 각도 스펙트럼과 공기 정면 스펙트럼의 비 Gfront(λ)에 의해, 다음의 식 (9)로 산출된다.
Figure 112016121606636-pct00009
다른 각도의 스펙트럼도 마찬가지이다. 계산에 의해 구한 공기 전체 각도 스펙트럼과 각도 스펙트럼의 비를 Gang(λ, θ)로 놓으면, 하기 식 (10)이 된다.
Figure 112016121606636-pct00010
또한, 원하는 스펙트럼이 구해진 후의 색 좌표나 광속[lm]의 계산에 대해서는 CIE의 정의에 따른 계산으로 실시할 수 있다.
또한, 이 계산 방법은 공기 전체 각도 스펙트럼뿐만 아니라 투명 부재의 내부의 전체 각도 스펙트럼에 관해서도 적용할 수 있다. 구체적으로 투명 부재의 내부의 전체 각도 스펙트럼을 실험에서 구하는 방법으로서는, 발광 영역보다도 충분히 큰 반구 렌즈를 투명 부재에 매칭 오일을 사용하여 밀착시켜 적분구를 사용하여 측정하는 방법이 있다.
『2.4 최적화 계산 방법』
여기에서는, 도 2를 참조하면서, 최적화 계산의 바람직한 방법에 대하여 설명한다. 전계 발광 소자의 설계 변수 하나하나에 관해서, 『2.3 광 취출 효율과 외부광의 여러 특성 계산 방법』에서 설명한 방법으로 외부 스펙트럼을 계산함으로써 외부 양자 효율, 발광 휘도, 색 좌표가 계산된다.
단순하게는 설계 변수의 원하는 범위에서 망라하여 계산을 행하여, 원하는 색 좌표 혹은 효율을 달성하는 방법을 생각할 수 있다. 이 경우에는, 다수의 수준은 실험 계획법에 기초하여 계산하면 적은 수준으로 효율적으로 계산된다. 또한, 각 수준은, 복수의 클러스터 머신에 의해 병렬 계산되면 계산 효율이 좋다. 또한 그래픽 프로세서를 사용하여 병렬 계산되는 것이 계산 속도를 올리기 때문에 바람직하다.
또한, 최적화 계산을 조합하는 것이 바람직하다. 최적화 알고리즘에는, 원하는 특성에 관한 최급강하법, 공역 구배법, 선형 계획법, 유전적 알고리즘 등을 조합하는 것이 바람직하다. 또한, 최적화에 있어서는 로버스트니스를 고려한 최적화를 행하는 것이 바람직하다. 구체적인 로버스트니스의 계산 방법으로서는, 어느 수준의 부근의 설계 변수에 관하여 복수 계산을 행하고, 원하는 특성의 변동의 크기로 평가하여, 변동이 작은 수준을 선택하는 방법이 바람직하다.
[3. 설계 방법의 상세]
『3.1 개요』
도 21에 본 실시 형태에 있어서의 설계 방법의 수순을 나타낸다. 이 설계 방법은 주로 기준 소자의 전류 구동 특성, 그리고 해석을 행하는 부분 R100과, 해석 소자에 대한 최적화 루프 R200으로 구성된다. 이하에서는, 본 실시 형태에 있어서의 설계 방법의 본질적 부분의 설계 방법에 대하여 설명한다.
전류 구동 특성, 그리고 해석을 행하는 부분 R100은, 막 두께, 복소 비유전율, 구조 상수 등에 기초하여, 기준 소자의 설계 변수가 결정된다(S110). 그 후, 기준 소자가 제작된다(S120). 이어서, 기준 소자의 측정이 행하여진다(S130). 구체적으로는, 전류 구동 시의 일렉트로루미네센스 스펙트럼의 측정, 전류 구동 시의 외부 양자 효율이 측정된다. 기준 소자의 측정 결과는, 후술하는 최적화 루프 R200 내의 S250에 입력된다.
한편, 기준 소자의 설계 변수의 결정(S110)에 기초하여, 기준 소자의 계산이 행하여진다(S140). 구체적으로는, 양자 광학 해석, 전자장 해석 및 광선 추적을 사용하여, 기준 소자의 계산이 행하여진다. 이 기준 소자의 계산 결과는, 후술하는 최적화 루프 R200 내의 S240에 입력된다.
최적화 루프 R200에 있어서는, 막 두께, 복소 비유전율, 구조 상수 등에 기초하여, 해석 소자의 설계 변수가 결정된다(S210). 그 후, 해석 소자의 계산이 행하여진다(S220). 구체적으로는, 양자 광학 해석, 전자장 해석 및 광선 추적을 사용하여, 해석 소자의 계산이 행하여진다.
이어서, 해석 소자의 계산 결과가 얻어진다(S230). 구체적으로는, 상대 발광 레이트의 파장 의존성, 광 취출 효율의 파장 의존성, 소자 발광 강도의 파장 및 각도 의존성의 계산 결과가 얻어진다.
이어서, S140에서 계산된 계산 결과와 S230에서 계산된 계산 결과에 기초하여, 해석 소자와 기준 소자의 발광 강도비의 계산을 행한다(S240). 구체적으로는, 상대 발광 레이트의 파장 의존성, 광 취출 효율의 파장 의존성, 소자 발광 강도의 파장 및 각도 의존성에 관한 비가 계산된다.
이어서, S240과 S130에서 계산된 결과에 기초하여, 해석 소자의 일렉트로루미네센스 스펙트럼 계산이 행하여진다(S250). 구체적으로는, 광 취출 효율의 파장 의존성 및 소자 발광 강도의 파장 및 각도 의존성이 계산된다.
이어서, S250에서 얻어진 계산 결과에 기초하여, 해석 소자의 원하는 특성이 계산된다(S260). 구체적으로는, 외부 양자 효율, 정면 휘도, 정면 색 좌표, 색 좌표의 각도 의존성, 발광 효율[lm/w], 기타, 발광 스펙트럼과 그 각도 의존성 및 전력 효율로부터 산출되는 특성값이 계산된다.
이어서, S260에서의 해석 소자의 원하는 특성의 계산 결과에 기초하여, 원하는 특성의 목표값과 해석값을 비교하여, 설계 변수를 목표값에 접근하도록 변화시킨다(S270). 이 경우, 계산 방법으로서, 랜덤 계산, 실험 계획법, 최급강하법, 뉴턴법, 공역 구배법, 유전적 알고리즘이 사용된다. 그 후, 다시, S210으로 되돌아가, 해석 소자의 설계 변수가 결정되어(S210), 상기한 최적화 루프 R200이 실행된다.
본 실시 형태는, 투명 전극과 제2 전극 사이에 끼움 지지된 복수의 기능층과 적어도 1층의 광자 발생층을 갖고, 투명 전극의 광자 발생층과는 반대측의 면에 투명 부재가 접하고 있는 전계 발광 소자의 설계 방법에 관한 것이다. 전계 발광 소자로서는, 도 22에 도시된 바와 같은 유기 EL 전계 발광 소자(100)의 전형례이다.
도 22에 도시하는 유기 EL 전계 발광 소자(100)는 투명 부재(110)로서의 유리 기판 위에 투명 전극(113)으로서 ITO(막 두께 150㎚)를 형성하고, 진공 증착법에 의해 제1 기능층(114a), 광자 발생층(114c)(막 두께 20㎚), 제2 기능층(114e)을 형성한다. 그 후, 제2 전극(115)으로서, 반사 전극인 Ag막(막 두께 100㎚)을 형성했다. 또한, 광자 발생층(114c)은 발광 피크 파장이 20㎚인 녹색의 인포토루미네센스 재료를 사용했다. 제1 기능층(114a)은 정공 주입층, 정공 수송층 및 전자 블록층(합계 35㎚)을 형성했다. 제2 기능층(114e)은 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층(합계 x㎚)을 형성했다. 투명 부재(110)는 투명 전극(113)의 광자 발생층(114c)과는 반대측의 면에 접하고 있다.
도 22에 도시한 유기 EL 전계 발광 소자(100)의 설계에 있어서의 설계 변수는, 투명 부재(110), 투명 전극(113), 제1 기능층(114a), 제2 기능층(114e) 및 제2 전극(115)의 각각의 두께 및 복소 비유전율, 그리고 광자 발생층(114c)에 있어서의 발광점의 위치 및 분포이다.
본 실시 형태의 설계 방법은, 전류 구동 시의 외부 특성을 최적화하는 설계를 실현하는 것을 목적으로 한다. 또한, 전류 구동 시의 외부 특성이란 후술하는 도 29에 도시하는 원하는 특성으로서의 지표나, 후술하는 도 23, 도 25 내지 도 28의 값을 사용하여 계산되는 임의의 지표이다. 구체적인 지표의 예로서는, 전력 효율, 전류 효율, 외부 양자 효율, 정면 휘도, 정면 색 좌표(x, y), 정면 색 온도, 연색성, 색 좌표의 각도 의존성을 들 수 있다. 이하에서는, 도 21의 각 스텝에 있어서의 해석 방법을 설명한다.
『3.2 기준 소자의 전류 구동 특성 측정·해석』
(3.2.1 기준 소자의 설계 변수 결정, 기준 소자 제작)
최초로 기준 소자의 설계 변수를 결정한다(S110). 전형적으로는 각 기능을 실현하기 위하여 최저 필요한 막 두께로 제작하면 된다. 여기에서는, 도 22에 도시한 막 두께로, x=50㎚를 설정한 예로 설명한다. 기준 소자는 진공 증착법 등으로 제작할 수 있다. 도 23에 기준 소자에 사용한 설계 변수를 정리한다. 설계 변수는 각 구성 부재의 막 두께와 복소 비유전율로 구성된다.
투명 기판(110)은 유리 기판으로 구성되고, 막 두께는 700마이크로미터(0.7㎜), 복소 비유전율은 ε1이다. 투명 전극(113)은, ITO로 구성되고, 막 두께는 150㎚, 복소 비유전율은 ε2이다. 제1 기능층(114a)은 정공 주입층, 정공 수송층 및 전자 블록층으로 구성되고, 막 두께는 35㎚, 복소 비유전율은 ε3이다. 광자 발생층(114c)은 발광층으로 구성되고, 막 두께는 20㎚, 복소 비유전율은 ε4이다. 제2 기능층(114e)은 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층으로 구성되고, 막 두께는 50㎚, 복소 비유전율은 ε5이다. 제2 전극(115)은, Ag막으로 구성되고, 막 두께는 100㎚, 복소 비유전율은 ε6이다. 또한, 발광점의 위치는 광자 발생층(114c)의 중심으로 하고, 분포는 델타 함수 형상으로 중심에 집중되어 있는 것으로 했다.
(3.2.2 기준 소자의 측정)
제작된 기준 소자(S120)의 전극에 전압을 인가하여, 외부 발광 스펙트럼을 측정한다(S130). 도 24에 외부 발광 스펙트럼을 측정하는 장치(1000)의 구성의 일례를 나타낸다. 기준 소자(100)의 외부 발광 스펙트럼은 적분구(1100)를 사용하여 전체 각도 스펙트럼을 측정하면 된다. 따라서, 기준 소자(100)는 적분구(1100)의 중심부에, 다이(臺: 1200)를 사용하여 적재된다.
또한, 기준 소자(100)의 스펙트럼 측정 시에는, 분광기(1400)를 사용하여 파장마다의 광자 수를 제어 장치(1300)에 기록하면 된다. 또한, 측정 시에는 기준 소자(100)에 공급한 전원의 조건(전류, 전압)을 제어 장치(1300)에 의해 기록해 둔다. 이와 같이 해 둠으로써 후의 해석에 기준 소자(100)의 측정 데이터를 사용할 수 있다.
도 25에 구체적인 측정 데이터예를 나타낸다. 측정 데이터로서는, 구동 전류(기호 Iin, 단위[A]), 구동 전압(기호 Vin, 단위[V]), 일렉트로루미네센스 스펙트럼(기호 SEL1(λ), 단위[/s/㎚]), 소자 면적(기호 Sdev, 단위[㎡]), 소자 온도(기호 Tdev, 단위[K]), 정면 휘도(기호 Icd, 단위[cd/㎡]), 정면 색도 x(기호 x, 단위 무차원), 정면 색도 y(기호 y, 단위 무차원), 정면 색 온도(기호 T, 단위[K])를 들 수 있다.
도 25에 도시하지 않은 데이터(예를 들어 기압 등)도, 후의 해석에 필요한 경우는 기록하면 된다. 또한, 외부 발광 스펙트럼은, 단위 시간, 단위 파장당 광자 수의 단위로 측정하면, 외부 양자 효율 등의 특성을 환산하기 쉽다. 여기서 측정된 일렉트로루미네센스 스펙트럼은 단위 시간, 단위 파장당 광자 수로 환산되어 있는 것으로 한다. 또한, 다른 단위로 측정된 일렉트로루미네센스 스펙트럼도 측정 조건을 바탕으로, 단위 시간, 단위 파장당 광자 수로 환산 가능하다. 또한, 광자 수의 단위의 광 스펙트럼에 광자 1개당 에너지를 가함으로써 강도 스펙트럼으로 변환 가능하다.
(3.2.3 기준 소자의 계산)
도 21로 되돌아가, 계속해서, 기준 소자의 계산을 실시한다(S140). 기준 소자의 계산은 양자 광학 해석, 전자장 해석, 광선 추적과 같은 방법으로 구성되고, 각각 계산할 수 있는 항목이 상이하다. 여기에서는, 계산되는 항목과 해석 방법의 선택에 대하여, 도 26에 정리한다.
계산되는 항목으로서는, 상대 발광 재결합 레이트(퍼셀 팩터) 파장 의존성(기호 F1(λ), 단위 무차원, 해석 방법(양자 광학 해석·전자장 해석)), 공기에 대한 광 취출 효율(기호 ηAir1(λ), 단위 무차원, 해석 방법(전자장 해석, 광선 추적)), 특정 파장에 있어서의 공기 광 강도의 각도 분포(기호 DAir1(λ), 단위[/sr], 해석 방법(전자장 해석, 광선 추적)), 투명 부재에 대한 광 취출 효율(기호 ηSub1(λ), 단위 무차원, 해석 방법(전자장 해석, 광선 추적)) 및 특정 파장에 있어서의 투명 부재 내 광 강도의 각도 분포(기호 DSub1(λ), 단위[/sr], 해석 방법(전자장 해석, 광선 추적))를 들 수 있다.
어떤 해석에서든 도 23에 도시한 설계 변수를 해석에 사용한다. 각 해석 방법에 대해서는, 특허문헌 1, 2와 전자장 해석 방법에 기초하여 계산이 가능하다. 또한, 강도의 각도 분포에 있어서는 입체각을 곱하여 적분했을 때 1이 되도록 규격화되어 있는 것으로 한다(식 (11) 참조). 또한, 양면에 발광하는 소자의 설계의 경우에는, 각각의 방향의 발광에 관하여 식 (11)의 규격화가 되어 있는 것으로 한다.
Figure 112016121606636-pct00011
또한, 퍼셀 팩터는, 주위에 유전체나 금속 등으로 구성되는 마이크로 캐비티가 존재하는 경우의 발광 재결합 레이트의, 발광 재료 단체의 발광 재결합 레이트에 대한 비이며, 비특허문헌 1에 있어서의 F(λ)에 상당한다. 이상으로, 기준 소자의 전류 구동 특성 측정·해석에 관한 설명을 마친다.
『3.3 최적화 루프』
이하에서는, 도 21을 참조하면서, 최적화 루프 내의 각 수순에 대하여 설명한다.
(3.3.1 해석 소자의 설계 변수 결정)
해석하고 싶은 소자의 설계 변수를 결정한다(S210). 여기에서는, 도 23에 도시한 설계 변수의 값을 변화시키는 것으로 한다. 구체적인 변화의 방법으로서는, 후술하는 원하는 특성을 향상시키는 최급강하법, 유전적 알고리즘을 들 수 있다. 이 입력 변수의 조합을 벡터화하여, 1루프째는 x[1], 2루프째는 x[2], …, N루프째를 x[N]로 놓기로 한다.
(3.3.2 해석 소자의 계산)
이어서, 해석 소자의 계산을 행한다(S220, S230). 여기서 계산되는 항목은 도 26에 도시한 기준 소자의 계산되는 항목과 동일하다. 단, 설계 변수에 대하여 1루프째는 x[1], 2루프째는 x[2], …, N루프째가 x[N]으로 변화하고 있는 점에 주의한다. 여기에서는 N루프째의 해석 결과에 대하여, 도 27에서 정한 바와 같이 기호를 정하기로 한다.
N루프째의 해석 소자에 대하여 계산되는 항목으로서는, 상대 발광 재결합 레이트(퍼셀 팩터) 파장 의존성(기호 F[N](λ), 단위 무차원, 해석 방법(양자 광학 해석·전자장 해석)), 공기에 대한 광 취출 효율(기호 ηAir[N](λ), 단위 무차원, 해석 방법(전자장 해석, 광선 추적)), 특정 파장에 있어서의 공기 광 강도의 각도 분포(기호 DAir[N](λ), 단위[/sr], 해석 방법(전자장 해석, 광선 추적)), 투명 부재에 대한 광 취출 효율(기호 ηSub[N](λ), 단위 무차원, 해석 방법(전자장 해석, 광선 추적)) 및 특정 파장에 있어서의 투명 부재 내 광 강도의 각도 분포(기호 DSub[N](λ), 단위[/sr], 해석 방법(전자장 해석, 광선 추적))을 들 수 있다. 또한, 광 취출 효율은, 광자 발생층에서 발생한 광이 공기, 혹은 투명 부재에서 나오는 비율을 나타낸다. 광 취출 효율이나 EQE(외부 양자 효율)의 계산에 관해서는, 전술한 상대 발광 재결합 레이트(퍼셀 팩터)의 파장 의존성을 사용하여, 비특허문헌 1의 방법으로 보정해 두는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 전류 주입 시의 광 취출 효율을 정확하게 계산할 수 있게 된다.
(3.3.3 해석 소자와 기준 소자의 발광 강도비, 일렉트로루미네센스 스펙트럼 계산)
도 25에 도시하는 기준 소자의 전류 주입 시에 측정된 측정 항목을 사용하여, 해석 소자의 일렉트로루미네센스 스펙트럼을 계산하기 위한 비를 계산한다(S240). 또한, 상술한 강도비를 사용하여 해석 소자의 일렉트로루미네센스 스펙트럼을 계산한다(S250). 여기서 계산되는 항목과 기호를, 도 28 및 도 29와 같이 정의한다.
도 28을 참조하여, N루프째의 해석 소자에 대하여 계산되는 항목은, 기준 소자와의 공기에서 나오는 에너지의 강도비(기호 GAir[N](λ), 단위 무차원), 기준 소자와의 투명 부재에서 나오는 에너지의 강도비(기호 GSub[N](λ), 단위 무차원), 일렉트로루미네센스 스펙트럼 계산값(기호 SEL[N](λ), 단위[/s/㎚]) 및 투명 부재 내 일렉트로루미네센스 스펙트럼 계산값(기호 SELSub[N](λ), 단위[/s/㎚])을 들 수 있다.
도 29를 참조하여, N루프째의 해석 소자에 대하여 계산되는 항목은, 전력 효율(기호 LPW[N], 차원[lm/W]), 전류 효율(기호 LPA[N], 차원[lm/A]), 외부 양자 효율(기호 EQE[N], 무차원), 정면 휘도(기호 Y[N], 차원[cd/㎡]), 정면 색 좌표 x(기호 x[N], 무차원), 정면 색 좌표 y(기호 y[N], 무차원), 정면 색 온도(기호 T[N], [K]), 정면 연색성(기호 Ra[N], 무차원), 색 좌표의 각도 의존성 x(기호 xθ[N](θ), 무차원) 및 색 좌표의 각도 의존성 y(기호 yθ[N](θ), 무차원)를 들 수 있다.
여기에서는, 도 24에 도시한 기준 소자(100)의 측정이, 소자의 외부 공기에서 나오는 스펙트럼을 측정한 것으로 하여 설명한다. 도 28에 도시한 강도비와 외부 발광 스펙트럼 계산값은, 도 25에 도시한 실험 일렉트로루미네센스 스펙트럼을 사용하여, 식 (12)에 의해 계산된다.
Figure 112016121606636-pct00012
기준 소자와 해석 소자의 공기에서 나오는 에너지의 강도비에 대해서는, 도 27에 도시하는 기존의 양자 광학 해석 방법, 전자장 해석 방법 및 광선 추적 방법을 사용하여 계산된다.
여기에서 중요한 것은, 기준 소자의 일렉트로루미네센스 스펙트럼 측정값(S130)과, 기준 소자의 계산 결과(S140)와, 해석 소자의 계산 결과(S230)를 사용하여, 해석 소자의 일렉트로루미네센스 스펙트럼을 계산하고 있는 점이다(S240, S250). 이와 같이 계산함으로써, 전류 주입 시의 외부 발광 일렉트로루미네센스 스펙트럼을 정확하게 계산할 수 있게 된다.
(3.3.4 해석 소자의 원하는 특성의 계산)
상기, 3.3.3절까지의 해석 결과에 의해, 임의의 N번째의 계산에 있어서의 공기, 혹은 투명 부재 내부에 있어서의 외부 발광 스펙트럼 파장 분포와 광 강도의 각도 분포가 해석되게 된다(S260). 또한, 발광하는 광의 색 좌표 등에 흥미가 있는 경우에는, 계산된 스펙트럼과 각도 분포를 사용하여, CIE(국제 조명 위원회)의 정의에 따라 계산함으로써 색 좌표를 계산할 수 있다.
또한, 도 25에 도시하는 기준 소자의 구동 조건과, 도 26 내지 도 28에 도시한 계산 결과에 의해, 해석 소자의 전력 효율도 계산할 수 있다. 또한, 도 27에 도시하는 각도 분포 특성을 사용함으로써 휘도나 색 좌표의 각도 분포도 계산 가능하다. 도 29에 원하는 특성으로서 계산될 수 있는 지표를 열거한다.
원하는 특성은, 도 29에 예시한 지표에 한하지 않고, 도 23, 도 25 내지 도 28에 예시한 값을 사용하여 계산되는 임의의 지표를 포함할 수 있다. 예를 들어, 어떤 설계 변수의 근방에서 미량으로 설계 변수를 변화시켜 지표값의 편차를 새로운 지표값으로서 사용하여, 편차를 최소화하도록 최적화를 행하는 경우에는, 로버스트한 설계값을 도출할 수 있어 양산에 적합한 설계가 가능해진다. 또한, 도 29에는 예시하고 있지 않지만 연색성의 지표로서 Ra 의외에도 R1 내지 R15의 색표의 연색성을 독립적으로 평가해도 된다. 이와 같이 독립된 색표의 연색성을 평가함으로써, 어느 색이 잘 재현되고 있는지를 정량화할 수 있어, 조명으로서의 성능을 보다 정교하게 설계하는 것이 가능해진다.
(3.3.5 원하는 특성 목표값과 해석값을 비교하여 설계 변수를 목표값에 접근하도록 변화시킨다)
지금까지의 설명에 의해, 설계 변수를 벡터로서 통합한 N번째의 설계 변수 x[N]이 정해지면, 도 30에 예시되는 원하는 특성이, 기준 소자의 실험에서 구한 일렉트로루미네센스 스펙트럼으로부터 계산된다.
도 30을 참조하여, 최적화 소자의 설계 변수로서는, 투명 기판(110)은 유리 기판으로 구성되고, 막 두께는 700마이크로미터(0.7㎜), 복소 비유전율은 ε1이다. 투명 전극(113)은, ITO로 구성되고, 막 두께는 150㎚, 복소 비유전율은 ε2이다. 제1 기능층(114a)은 정공 주입층, 정공 수송층 및 전자 블록층으로 구성되고, 막 두께는 37㎚, 복소 비유전율은 ε3이다. 광자 발생층(114c)은 발광층으로 구성되고, 막 두께는 20㎚, 복소 비유전율은 ε4이다. 제2 기능층(114e)은 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층으로 구성되고, 막 두께는 113㎚, 복소 비유전율은 ε5이다. 제2 전극(115)은, Ag막으로 구성되고, 막 두께는 100㎚, 복소 비유전율은 ε6이다.
이 결과를 기초로 N+1번째의 계산을 행하고, 원하는 특성을 목표값에 접근한다(S270). 반복 계산의 알고리즘으로서는, 원하는 특성을 향상시키는 최급강하법, 공역 구배법, 유전적 알고리즘을 들 수 있다. 또한, 기존의 임의의 최적화 알고리즘을 사용해도 된다. 이하, 3.3.1절로 되돌아가 최적화 루프 R200을 계속한다. 최적화 루프 R200은 원하는 특성이 충분히 근접되었다고 판단하거나, 규정의 반복 횟수를 완료하면 종료하기로 한다.
최적화 시에는 평가 함수를 정하고, 평가 함수를 최소화 혹은 최대화하도록 알고리즘을 설계하는 것이 바람직하다. 예를 들어 정면 색 좌표(x, y)를 목표 색 좌표(xtarget, ytarget)에 접근하는 최적화를 행할 때에는 평가 함수로서 색 좌표의 오차를, 하기 식 (13)에 의해 정하고, 평가 함수를 최소화하도록 최급강하법, 공역 구배법, 유전적 알고리즘 등을 설계하는 것이 바람직하다.
Figure 112016121606636-pct00013
또한, 계산의 효율을 높이기 위해서는 미리 설계 변수 x[1], x[2]… x[N]을 실험 계획법에 기초하여 정해 두고, N개의 설계 변수의 조합에 대하여 병렬 계산을 행하면 된다. 병렬 계산에 대해서는 GPU(Graphics Processing Unit)를 사용한 계산, 클러스터 머신을 사용한 계산, 멀티 CPU를 사용한 계산 등이 사용된다.
(3.3.6 구체적인 최적화 루프의 실시예)
기준 소자로서는 도 23에 도시한 소자를 사용하고, 원하는 특성으로서는 소자의 정면 색 좌표(x, y)로 하여, 목표 정면 색 좌표를 sRGB의 녹색 좌표(0.30, 0.60)에 접근하도록 최적화 계산을 행했다. 설계 변수로서는 복수의 기능층의 막 두께를 사용했다. 최적화 방법에는 실험 계획법을 사용하여, 멀티 CPU에 의한 병렬 계산에 의해 복수 수준을 동시 계산했다.
원하는 특성으로서는 (x, y)색 좌표의 목표 좌표의 차 Δxy(하기의 식 (14) 참조)를 사용하고, 목표값으로서는 Δxy=0으로 했다. 또한, 최적화 계산은 N=256으로 끊었다.
Figure 112016121606636-pct00014
도 31에 최적화 계산 결과를 나타낸다. 또한, 수준 번호 N은, 오차가 큰 차례로 재분배하였다. 도 31로부터 설계 변수의 조합 x[256]이, 계산한 중에서 가장 차 Δxy가 작아, 바람직한 설계 변수의 조합인 것을 알 수 있다. 도 30에 최적화 결과의 설계 변수 x[256]을 나타낸다. 도 23의 기준 소자와 설계 변수가 변화되었음을 알 수 있다. 이와 같이 하여, 「설계 변수와 원하는 특성의 관계」를 도출함으로써, 원하는 특성을 목표값에 접근하는 최적화를 실시할 수 있음을 알 수 있다.
[4. 전계 발광 소자의 제조 방법 상세]
도 32에 전계 발광 소자의 제조 방법에 상기 실시 형태에 있어서의 설계 방법을 적용한 경우의 흐름을 나타낸다. [3. 설계 방법의 상세]에서 설명한 바와 같이, 일단 최적화 루프 R200을 돌려, 최적 설계를 출력한다. 이어서, 그 최적 설계 변수에 기초하여 전계 발광 소자의 제조를 행한다. 그 후, 제조한 전계 발광 소자를 검사하고, 전류 구동 특성을 측정하여 해석한다.
또한, 그 검사한 전계 발광 소자를 기준 소자로서 다시 최적화 루프 R200을 돌려 제조 공정에 피드백을 행한다. 이와 같이 하여 제조 방법에 상기 실시 형태에 있어서의 설계 방법을 적용함으로써, 원하는 특성값을 가진 전계 발광 소자를 안정적으로 제조하는 것이 가능해진다.
(실시예)
[5.1 편면 발광 소자]
이하에서는, 본 실시 형태의 효과를 보다 상세하게 설명하기 위하여, 유기 전계 발광 소자의 해석을 예로 들어 설명한다. 해석하는 유기 EL 전계 발광 소자(100)는 도 22에 도시하는 구조를 갖고, 투명 부재(110)로서의 유리 기판 위에 투명 전극(113)으로서 ITO(막 두께 150㎚)를 형성하고, 진공 증착법에 의해 제1 기능층(114a), 광자 발생층(114c)(막 두께 20㎚), 제2 기능층(114e)을 형성한다. 그 후, 제2 전극(115)으로서, 반사 전극인 Ag막(막 두께 100㎚)을 형성했다. 또한, 광자 발생층(114c)은 발광 피크 파장이 520㎚인 녹색의 인포토루미네센스 재료를 사용했다. 제1 기능층(114a)은 정공 주입층, 정공 수송층 및 전자 블록층(합계 35㎚)을 형성했다. 제2 기능층(114e)은 정공 저지층, 전자 수송층 및 전자 주입층(합계 x㎚)을 형성했다. 정공 저지층부터 전자 주입층까지의 총 막 두께를 변화시키면서, 실험과 계산을 비교했다.
도 33에 실험 결과와 배경 기술에 있어서의 해석 방법, 본 실시예에 있어서의 해석 방법을 비교한 결과를 나타낸다. 또한, 도 34에 실험과 해석의 오차를 나타낸다. 본 실시예 쪽이 실험의 색도와 외부 양자 효율을 정확하게 계산할 수 있는 것을 알 수 있다. 본 실시예의 해석 방법을 사용함으로써 보다 정확한 색도와, 효율을 계산할 수 있게 된다. 또한, 마찬가지의 해석은 도 5 내지 도 20에 도시한 편면 발광의 소자의 전계 발광 소자의 해석에 적용할 수 있다.
[5.2 투명 발광 소자]
도 8 내지 도 10에 도시한 투명 발광 소자인 전계 발광 소자(1F 내지 1H)에 본 실시 형태의 설계 방법은 적용 가능하다. 투명한 발광 소자에 대하여 본 실시 형태의 전계 발광 소자의 설계 방법을 실시함으로써, 양측의 외부로 취출되는 광의 양이나 색을 정확하게 어림잡을 수 있다.
[5.3 광학 버퍼층을 포함하는 구성]
도 11 및 도 12에 도시한 광학 버퍼층을 포함하는 전계 발광 소자(1I 내지 1J)에 본 실시 형태의 설계 방법은 적용 가능하다. 광학 다층막의 마이크로 캐비티 효과에 의한 발광 효율 향상 효과를 이용한 설계를 본 실시 형태의 설계 방법으로 최적화함으로써, 원하는 색으로 효율을 최적화한 소자를 설계할 수 있다.
[5.4 광학 미세 구조를 포함하는 구성]
도 13 내지 도 16에 도시한 광학 미세 구조를 포함하는 전계 발광 소자(1K 내지 1M)에 본 실시 형태의 설계 방법은 적용 가능하다. 도파 모드 광이나 플라즈몬 광의 취출 효율을 본 실시 형태의 설계 방법으로 설계함으로써, 발광 효율이 높고, 각도마다의 발광 강도나 색 편차가 작은 발광 소자를 실현할 수 있다.
[5.5 제2 광학 미세 구조를 포함하는 구성]
도 17에 도시한 제2 광학 미세 구조를 포함하는 전계 발광 소자(1O)에 본 실시 형태의 설계 방법은 적용 가능하다. 기판 모드 광을 효율적으로 산란할 수 있는 설계를 실현함으로써, 발광 효율이 높아, 각도마다의 발광 강도나 색 편차가 작은 발광 소자를 실현할 수 있다.
[5.6 전계 발광 소자]
도 5 내지 도 17에 도시한, 본 실시 형태의 설계 방법을 적용하여 설계한 전계 발광 소자(1A 내지 1O)는 고효율로 원하는 색을 낼 수 있는 면 발광 광원으로서 유용하다. 또한, 도 18 내지 도 20에 도시한 전계 발광 소자(1P 내지 1R)도 마찬가지이다.
이상, 배경 기술에 있어서의 전계 발광 소자의 설계 방법은, 포토루미네센스 스펙트럼을 바탕으로, 전류 주입에 의한 전계 발광 소자의 외부광 스펙트럼을 계산하고 있으며, 실제의 전계 발광 소자의 외부 발광 스펙트럼과 계산으로 구한 외부 발광 스펙트럼이 상이하여, 전계 발광 소자의 발광 효율이나 색 좌표를 정확하게 계산할 수 없는 과제가 있었다.
그러나, 상기 본 실시 형태의 전계 발광 소자의 설계 방법에 있어서는, 기준 소자의 외부 발광 스펙트럼을 바탕으로, 해석 소자의 외부 발광 스펙트럼을 계산함으로써, 정확한 효율이나 색 좌표를 계산하고, 원하는 특성을 최적화하여, 전계 발광 소자의 제조를 행하는 것을 가능하게 하고 있다.
이상, 상기 실시 형태에 의하면, 전류 주입 상태에 있어서 외부로 출력되는 외부 발광 스펙트럼을 보다 정확하게 계산하여, 외부로 취출되는 광의 양이나 색을 정확하게 어림잡을 수 있다. 또한, 투명한 발광 소자에 본 실시 형태를 채용함으로써, 양측의 외부로 취출되는 광의 양이나 색을 정확하게 어림잡을 수 있다. 또한, 광학 다층막의 마이크로 캐비티 효과에 의한 발광 효율 향상 효과를 이용한 설계를 본 실시 형태의 방법으로 최적화함으로써, 원하는 색으로 효율을 최적화한 전계 발광 소자를 설계할 수 있다.
또한, 도파 모드 광이나 플라즈몬 광의 취출 효율을 본 실시 형태의 설계 방법을 사용하여 설계함으로써, 발광 효율이 높고, 각도마다의 발광 강도나 색 편차가 작은 전계 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한, 기판 모드 광의 산란 효율을 본 실시 형태의 설계 방법을 사용하여 설계함으로써, 발광 효율이 높아, 각도마다의 발광 강도나 색 편차가 작은 전계 발광 소자를 실현할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 설계 방법을 사용하여 설계된 전계 발광 소자는, 높은 효율로 원하는 색도를 실현할 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 있어서의 전계 발광 소자의 설계 방법, 그 설계 방법을 사용하여 제조된 전계 발광 소자 및 그 설계 방법을 사용한 전계 발광 소자의 제조 방법에 대하여 설명했지만, 금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 1I, 1J, 1K, 1L, 1M, 1N, 1O, 1P, 1Q, 1R: 전계 발광 소자
10: 제1 투명 부재(밀봉 부재)
13: 투명 전극(제1 전극)
13a, 13c: 도전성 수지
13b: 박막 Al(박막 금속 전극)
14, 14A: 발광층
14B, 14D: 전하 발생층
14C: 제2 발광층
14E: 제3 발광층
14a: 정공 주입층
14b: 정공 수송층
14d: 전자 수송층
14e: 전자 주입층
14c: 광자 발생층
15: 반사 전극(제2 전극)
16: 지지 기판
17: 제2 투명 부재
19: 제2 광학 버퍼층
21: 제1 광학 미세 구조
21a, 21b: 광 산란층
21c: 평활층
21d: 금속 요철 구조
21e: 투명 도전막
23: 제3 전극(투명 전극)
24: 제4 전극(투명 전극)
25: 제5 전극(투명 전극)
26: 제6 전극(투명 전극)
31: 제2 광학 미세 구조
31b: 투명층
31a: 광 산란 입자
41, 42, 43, 44: 광학 버퍼층
45: 반사 부재
100: 유기 EL 전계 발광 소자
110: 투명 부재
113: 투명 전극
114a: 제1 기능층
114c: 광자 발생층
114e: 제2 기능층
115: 제2 전극

Claims (7)

  1. 투명 전극인 제1 전극과 제2 전극의 사이에, 제1 기능층 및 제2 기능층에 끼워지는 광자 발생층을 갖고, 상기 제1 전극의 상기 광자 발생층이 형성되는 측과는 반대측에는 제1 투명 부재를 갖는 전계 발광 소자의 설계 방법이며,
    상기 전계 발광 소자의 구성을 구비하는 기준 소자 및 상기 전계 발광 소자의 구성을 구비하는 원하는 해석 소자를 준비하고,
    상기 제1 투명 부재, 상기 제1 전극, 상기 제1 기능층, 상기 제2 기능층, 상기 광자 발생층 및 상기 제2 전극의, 각각의 두께 및 각각의 복소 비유전율, 그리고 상기 광자 발생층에 있어서의 발광점의 위치 및 상기 광자 발생층에 있어서의 발광점의 분포를 설계 변수로 하여, 양자 광학 해석, 전자장 해석 및 광선 추적을 행하고,
    상기 기준 소자와 상기 해석 소자 양쪽에 있어서, 상기 광자 발생층으로부터 상기 투명 부재 또는 공기에 대한 광 취출 효율을 계산하여, 상기 기준 소자와 상기 해석 소자의 「광 취출 효율의 비」를 산출하고, 또한,
    상기 기준 소자 및 상기 해석 소자를 각각 구성하는 상기 각 층의 두께 및 상기 각 층의 복소 비유전율과 상기 「광 취출 효율의 비」의 관계를 구하고,
    상기 관계 및 상기 기준 소자에 전류를 흘림으로써 측정되는 공기 또는 상기 제1 투명 부재에 있어서의 일렉트로루미네센스 스펙트럼에 기초하여, 설계 변수로서, 상기 제1 투명 부재, 상기 제1 전극, 상기 제1 기능층, 상기 제2 기능층, 상기 광자 발생층 및 상기 제2 전극의, 각각의 상기 두께 및 각각의 상기 복소 비유전율을 얻는, 전계 발광 소자의 설계 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극은 투명 전극이면서, 또한 상기 제2 전극의 상기 광자 발생층이 형성되는 측과 반대측에 제2 투명 부재를 갖고, 설계 변수로서 상기 제2 투명 부재의 복소 비유전율과 두께를 더 포함하는, 전계 발광 소자의 설계 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제2 전극과 상기 제1 투명 부재 사이 또는 상기 제2 전극과 상기 제2 투명 부재 사이의 적어도 어느 한쪽 사이에 광학 버퍼층을 더 갖고,
    설계 변수로서 상기 광학 버퍼층을 구성하는 각 막의 두께, 복소 비유전율 및 구조 상수를 설계하는 것을 더 포함하는, 전계 발광 소자의 설계 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투명 부재와 상기 광자 발생층 사이의 어느 한 쪽 영역에 광의 진폭 및 위상 조건을 어지럽히는 제1 광학 미세 구조를 더 포함하고,
    설계 변수로서 상기 제1 광학 미세 구조의 구조 상수 및 복소 비유전율을 설계하는 것을 더 포함하는, 전계 발광 소자의 설계 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 투명 부재와 외부의 계면에, 광의 진폭 및 위상 조건을 어지럽히는 제2 광학 미세 구조를 포함하고,
    설계 변수로서 상기 제2 광학 미세 구조의 구조 상수 및 복소 비유전율을 포함하는, 전계 발광 소자의 설계 방법.
  6. 삭제
  7. 제1항에 기재된 전계 발광 소자의 설계 방법에 의해 얻어진 상기 설계 변수에 기초하여 제조된 전계 발광 소자를 검사하여, 전류 구동 특성을 측정 및 해석하는 공정과,
    상기 측정 및 해석된 상기 전계 발광 소자를 기준 소자로 하여, 제1항에 기재된 전계 발광 소자의 설계 방법에 의해 상기 설계 변수를 얻고, 상기 설계 변수에 기초하여, 전계 발광 소자의 제조를 행하는 공정을 구비하는, 전계 발광 소자의 제조 방법.
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