專利名稱：發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法及評價裝置以及發(fā)光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對來自含有薄膜層疊的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光進(jìn)行評價的發(fā)光元
件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法及評價裝置以及發(fā)光元件。
背景技術(shù)：
通常，在例如無機(jī)EL (Electroluminescent)發(fā)光元件及有機(jī)EL發(fā)光元件等的層 疊有薄膜的發(fā)光元件中需要提高發(fā)光的色純度及光取出效率。因此，對于發(fā)光元件而言，通 過導(dǎo)入共振器結(jié)構(gòu)謀求色純度的提高及光取出效率的提高。 在導(dǎo)入共振器結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件中，發(fā)光層釋放的光和發(fā)光元件結(jié)構(gòu)內(nèi)的這些反射 光有效的干涉是重要的，且結(jié)構(gòu)的設(shè)計是重要的課題。當(dāng)初，在該元件結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，未進(jìn) 行考慮到多層膜界面的多重反射的影響的設(shè)計，所設(shè)計的元件結(jié)構(gòu)未必是最適合的結(jié)構(gòu) (例如，參照專利文獻(xiàn)1及2)。與之相對，也進(jìn)行過能夠考慮了多層膜界面的多重反射的、 使用電磁波解析方法即時間區(qū)域有限差分法(FDTD法FiniteDiffereneeTirneDornain) Method)的解析(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。
專利文獻(xiàn)1 :(日本)特開2004-165154號公報
專利文獻(xiàn)2 :(日本)特許3703028號公報 非專利文獻(xiàn)1 :(曰本)A. Chutinan， et. al， Org. Elec. vol. 6p32005 但是，在非專利文獻(xiàn)1記載的方法中，為了將發(fā)光元件在二維或三維空間中分割
為空間網(wǎng)格，在由4層以上的多層薄膜構(gòu)成的發(fā)光元件的結(jié)構(gòu)設(shè)計所使用時，計算所使用
的空間網(wǎng)格的數(shù)量巨大。因此，應(yīng)用該方法以現(xiàn)實的計算時間進(jìn)行設(shè)計是困難的。因此，通
過應(yīng)用了該方法的設(shè)計所得到的且具有最好的共振器結(jié)構(gòu)的、由4層以上的多層薄膜構(gòu)成
的發(fā)光元件不為人知。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決以上問題而開發(fā)的，其目的在于提供一種發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu) 設(shè)計的評價方法及評價裝置，能夠以比目前方法短的計算時間進(jìn)行來自包括層疊有含有發(fā) 光層的4層以上的薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光的評價。另外，其目的在于提供一種發(fā) 光元件，通過將基于根據(jù)該評價方法所輸出的信息的值設(shè)定為特定的范圍，具有功能優(yōu)選 的元件結(jié)構(gòu)。另外，在此所說的4層以上的薄膜不包括成為電極的薄膜。S卩，含有成為電極 的薄膜時，發(fā)光元件包括層疊有5層以上的薄膜的結(jié)構(gòu)。 本發(fā)明者為實現(xiàn)所述目的重復(fù)銳意研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與來自發(fā)光元件的射出光有 關(guān)的光的干涉的發(fā)生僅是在發(fā)光元件的層疊方向進(jìn)行的光。本發(fā)明者基于該見解發(fā)現(xiàn)，通 過用FDTD法解析僅向該方向的光的傳輸，對包括層疊有4層以上的多層薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光 元件也能夠進(jìn)行射出光的評價，至此完成了本發(fā)明。 本發(fā)明提供發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法，其通過信息處理裝置評價來自包括層疊有含有發(fā)光層的4層以上的薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光，其特征在于，包 括輸入步驟，輸入表示構(gòu)成發(fā)光元件的薄膜的參數(shù)、及來自發(fā)光層的發(fā)出光的光譜的信 息；光譜計算步驟，基于在輸入步驟輸入的參數(shù)，生成表示僅在薄膜的層疊方向分割為網(wǎng)格 的發(fā)光元件的信息，應(yīng)用該生成的信息、及在輸入步驟輸入的表示來自發(fā)光層的發(fā)出光的 光譜的信息，利用FDTD法計算來自該發(fā)光元件的射出光的光譜；光譜信息輸出步驟，輸出 表示在光譜計算步驟計算的來自發(fā)光元件的射出光的光譜的信息。 在本發(fā)明的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法中，應(yīng)用表示僅在薄膜的層疊 方向分割為網(wǎng)格的發(fā)光元件的信息，利用FDTD法計算來自該發(fā)光元件的射出光的光譜。在 該方法中，能夠考慮用于光的傳播的正確解析的在多層膜界面的多重反射的影響。另外，在 本發(fā)明的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法中，網(wǎng)格的分割(設(shè)定)只相對于薄膜的 層疊方向進(jìn)行，因此，與設(shè)定二維或三維的網(wǎng)格的目前的FDTD法相比網(wǎng)格數(shù)大幅減少。其 結(jié)果是，與目前方法相比能夠以短的計算時間進(jìn)行來自包括層疊有4層以上的多層的薄膜 的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光的評價。 薄膜的參數(shù)優(yōu)選包括該薄膜的厚度及折射率。根據(jù)該構(gòu)成，能夠可靠地進(jìn)行來自 發(fā)光元件的射出光的評價。 本發(fā)明的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法，在輸入步驟輸入多個發(fā)光元件 的薄膜的參數(shù)，優(yōu)選還包括參數(shù)輸出步驟，判斷在光譜信息輸出步驟中輸出的表示來自各 發(fā)光元件的射出光的光譜的信息是否滿足預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的條件，并輸出判斷為滿足該條 件的表示該射出光的光譜的信息所涉及的發(fā)光元件的、在輸入步驟輸入的薄膜的參數(shù)。根 據(jù)該構(gòu)成，能夠設(shè)計所希望性能的、包括層疊有4層以上的多層的薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
優(yōu)選的是，預(yù)先設(shè)定的規(guī)定條件是，在該射出光的光譜的峰值的頻率下的強(qiáng)度相 對于在來自發(fā)光層的發(fā)出光的光譜的峰值的頻率下的強(qiáng)度之比值為規(guī)定的閾值以上。根據(jù) 該構(gòu)成，能夠適當(dāng)且可靠地進(jìn)行發(fā)光元件的設(shè)計。 但是，本發(fā)明如上所述，除了作為發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法的發(fā)明 能夠敘述之外，如下述，作為發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置的發(fā)明也能夠敘述。這 只是范疇不同，實質(zhì)上是同一發(fā)明，發(fā)揮同樣的作用及效果。 S卩，本發(fā)明提供發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置，其評價來自包括層疊有 含有發(fā)光層的4層以上的薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光，其特征在于，具備輸入裝置， 其輸入表示構(gòu)成發(fā)光元件的薄膜的參數(shù)、及來自發(fā)光層的發(fā)出光的光譜的信息；光譜計算 裝置，其基于通過輸入裝置輸入的參數(shù)，生成表示僅在薄膜的層疊方向分割為網(wǎng)格的發(fā)光 元件的信息，應(yīng)用該生成的信息、及由輸入裝置輸入的表示來自發(fā)光層的發(fā)出光的光譜的 信息，利用FDTD法計算來自該發(fā)光元件的射出光的光譜；光譜信息輸出裝置，其輸出表示 由光譜計算裝置計算的來自發(fā)光元件的射出光的光譜的信息。 本發(fā)明的發(fā)光元件的特征在于，通過發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法評價 并輸出的信息所表示的射出光的光譜的峰值頻率的強(qiáng)度相對于來自發(fā)光層的發(fā)出光的光 譜的峰值頻率的強(qiáng)度之比值為6. 5以上。所述發(fā)光元件射出光的光譜的峰值的頻率的強(qiáng)度 充分，因此，可得到具有優(yōu)選功能的元件結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。 在本發(fā)明中，網(wǎng)格的分割只對薄膜的層疊方向進(jìn)行，因此，與設(shè)定二維或三維的網(wǎng) 格的目前的FDTD法相比網(wǎng)格數(shù)大幅減少。由此，根據(jù)本發(fā)明，與目前方法相比能夠以短的
4計算時間進(jìn)行來自包括層疊有4層以上的多層的薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光的評價。 另外，通過將基于根據(jù)該評價方法所輸出的信息的值設(shè)定為特定的范圍內(nèi)，能夠提供具有 功能優(yōu)選的元件結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。


圖1是表示成為本發(fā)明實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法所針 對的評價對象的發(fā)光元件的構(gòu)成的圖； 圖2是本發(fā)明實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置的構(gòu)成圖； 圖3是表示本發(fā)明實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法的流程圖； 圖4是表示本發(fā)明實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法的流程圖； 圖5是表示本發(fā)明實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法的流程圖； 圖6是表示本發(fā)明實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法的流程圖； 圖7是表示本發(fā)明實施例中使用的LiF層的折射率分布的圖表； 圖8是表示本發(fā)明實施例中使用的ITO層的折射率分布的圖表； 圖9是表示本發(fā)明實施例中使用的PED0T層的折射率分布的圖表； 圖10是表示本發(fā)明實施例中使用的發(fā)光層的折射率分布的圖表； 圖11是表示本發(fā)明實施例中使用的玻璃基板的折射率分布的圖表； 圖12是用于計算本發(fā)明實施例中使用的Ca層的介電常數(shù)的參數(shù)的表； 圖13是用于計算本發(fā)明實施例中使用的A1金屬的介電常數(shù)的參數(shù)的表； 圖14是表示本發(fā)明實施例中使用的輸入光譜的圖表； 圖15表示由本發(fā)明的實施例所計算的峰值共振率的隨發(fā)光層及PED0T層的層厚
的變化的值的表。 符號說明 1、發(fā)光元件 10、評價裝置 11、輸入部 12、光譜計算部 13、峰值共振率計算部 14、輸出部 20、外部裝置
具體實施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法及評價裝置的 優(yōu)選實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。另外，在附圖的說明中，同一要素標(biāo)注同樣的符號，省略重復(fù) 的說明。另外，附圖的尺寸比例未必與說明的情況一致。 本實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法評價來自包括層疊有含有 發(fā)光層的4層以上薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光(取出光)。具體而言，通過FDTD法計 算來自該發(fā)光元件的射出光的光譜。另外，也可以使用上述發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的 評價方法設(shè)計發(fā)光元件。更詳細(xì)的說明將后述。
圖i表示成為本實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法所針對的評 價對象的發(fā)光元件的例子。如圖1所示，發(fā)光元件1包括多個薄膜2 9層疊的結(jié)構(gòu)。更 具體地說，為在空氣層30上依次層疊電極9、發(fā)光層8、PED0T層7、IT0層6、1102層5、Si02 層4、Ti02層3及作為射出介質(zhì)的玻璃基板2的結(jié)構(gòu)。在此，電極9為從下按順序?qū)盈BAl金 屬9c、 Ca層9b、 LiF層9a而成的電極。上述各層中的薄膜2 9的厚度為數(shù)十nm 數(shù)百 nm范圍的厚度。另外，成為本實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法所針對的 評價對象的發(fā)光元件的不限于上述例，只要是包括層疊有包含發(fā)光層的4層以上的薄膜的 結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件即可。例如，上述的發(fā)光元件1若除去電極9后則成為包含7層薄膜2 8 的構(gòu)成，但是，也可以將包含4 6層或8層以上的薄膜的發(fā)光元件作為對象。另外，成為 評價對象的發(fā)光元件1也可以含有金屬部位，但是，并不限定包括金屬部位。
圖2表示本實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法得以執(zhí)行的發(fā)光 元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置10。具體而言，發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置 10是工作站及PC (Personal Computer)等信息處理裝置。發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評 價裝置10例如由CPU(CentralProcessing Unit)及存儲器等硬件構(gòu)成，通過這些構(gòu)成要素 的動作，作為后述的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置10發(fā)揮功能。另外，對信息處 理裝置執(zhí)行本實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法的程序被在發(fā)光元件的 元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置10中執(zhí)行，由此，本方法也可以進(jìn)行。 如圖1所示，發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置10具備輸入部11、光譜計算 部12、峰值共振率計算部13、輸出部14而構(gòu)成。另外，發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價 裝置10與外部裝置20連接，從外部裝置20輸入信息。 輸入部11是輸入構(gòu)成發(fā)光元件1的薄膜2 9 (及空氣層30)的參數(shù)及輸入表示 來自發(fā)光層8的發(fā)出光的光譜的信息的輸入裝置。這些信息在FDTD法的計算中是必要的。 輸入的薄膜2 9的參數(shù)具體而言例如，是表示各薄膜2 9的厚度、及薄膜2 9的排 列順序、及各薄膜2 9的材質(zhì)(雙折射率n(介電常數(shù)為n2)等折射率和導(dǎo)磁率y )的信 息。表示來自發(fā)光層8的發(fā)出光的光譜的信息具體而言例如是表示發(fā)出的光的真空中的波 長入、發(fā)光場所的振幅A及初始相位小的信息。另外，輸入部11輸入的信息也包括FDTD 法計算中所使用的信息。具體而言例如，空間網(wǎng)格寬度Ah、時間刻度寬度At、進(jìn)行初期計 算(初始計算)的時間Tini及計算結(jié)束時間Tmax等。 另外，為了進(jìn)行發(fā)光元件l的設(shè)計，根據(jù)不同的多個參數(shù)進(jìn)行多個發(fā)光元件l的評 價時，輸入部11輸入該多個參數(shù)。該情況下，不需要輸入多個參數(shù)自身，而也可以輸入表示 使參數(shù)如何變化的信息。例如，也可以輸入表示使厚度變化的薄膜2 9的信息、表示變化 的寬度及范圍的信息。 另外，不必變更全部薄膜2 9的參數(shù)，而也可以只改變與發(fā)光元件1的性能有深 切聯(lián)系的特定的薄膜2 9的參數(shù)。例如，可以分別獨立地改變特定的2層或3層的薄膜 2 9的層厚。另外，層厚的變化方法也可以是最初進(jìn)行粗變化，使后述的峰值共振率高的 部分進(jìn)行細(xì)變化。另外，也可以固定發(fā)光元件1的層結(jié)構(gòu)，以與層厚的變化同樣的方法改變 多個薄膜2 9的折射率。 這些信息的輸入，具體而言例如通過用戶的操作接受從外部裝置20輸入的信息 來進(jìn)行。另外，也可以將從外部裝置20輸入的參數(shù)預(yù)先儲存于發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置10中，以用戶的操作為觸發(fā)，輸入儲存的參數(shù)。輸入部11將輸入的信息向光譜 計算部12輸出。 光譜計算部12根據(jù)從輸入部11輸入的表示發(fā)光元件1的參數(shù)，通過FDTD法解 Maxwell方程式，計算來自該發(fā)光元件1的射出光的光譜。具體而言，首先，光譜計算部12 生成用于根據(jù)自輸入部11輸入的表示發(fā)光元件1的參數(shù)進(jìn)行FDTD法的計算的、表示僅在 薄膜2 9的層疊方向(z軸方向)分割成網(wǎng)格的發(fā)光元件1的信息(模式)。另外，在此 所說的網(wǎng)格是空間上的網(wǎng)格(空間網(wǎng)格)。另外，在發(fā)光部位(發(fā)光層7)發(fā)出的光的光譜 為排除了發(fā)光元件1的結(jié)構(gòu)的干涉的光譜，因此，在實際元件中，與向發(fā)光元件1的層疊方 向垂直的方向所射出的光譜相同。另外，成為多層結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件1的各層2 9的厚度 為上述數(shù)十nm 數(shù)百nm范圍，因此，在此設(shè)定的網(wǎng)格即使為大最多也就是數(shù)nm。
接著，光譜計算部12應(yīng)用該生成的信息、及從輸入部11輸入的表示來自發(fā)光層7 的發(fā)出光的光譜的信息，利用FDTD法計算來自發(fā)光元件1的射出光的光譜。
光譜計算部12通過針對發(fā)光元件1 (表示發(fā)光元件1的信息)的上述的運算，計 算各時刻及各位置的電場及磁場、各時刻及各位置的光的能量、各時刻及各位置的坡印廷 矢量、以及各位置的積算的坡印廷矢量等。光譜計算部12根據(jù)這些信息，計算發(fā)光元件1 的射出部(具體而言，例如，作為射出介質(zhì)玻璃基板2的前端部)的射出光的光譜(頻率和 強(qiáng)度的分布)。關(guān)于射出光的光譜的計算內(nèi)容將更詳細(xì)地后述。另外，光譜計算部12預(yù)先 儲存用于進(jìn)行FDTD法計算的算法及已知的數(shù)值等信息，讀出這些信息并進(jìn)行運算。光譜計 算部12將表示計算的光譜的信息向峰值共振率計算部13輸出。S卩，光譜計算部12也是輸 出表示所計算的光譜的信息的光譜信息輸出裝置。 峰值共振率計算部13是計算成為評價對象的發(fā)光元件1的峰值共振率Z的裝置。 所謂峰值共振率Z為光譜計算部12所計算的射出光的光譜的峰值頻率的強(qiáng)度Ip對來自發(fā) 光層8發(fā)出的光的光譜的峰值頻率的強(qiáng)度I。的比值(Ip/I。)。即，峰值共振率計算部13是 后述的參數(shù)輸出裝置的一種功能。峰值共振率計算部13向輸出部14輸出表示計算的峰值 共振率Z的信息。另外，峰值共振率Z其值越大表示發(fā)光元件1的性能越高。
輸出部14為參數(shù)輸出裝置，其判斷表示通過光譜計算部12計算并輸出的來自各 發(fā)光元件1的射出光的光譜的信息是否滿足規(guī)定的條件，判斷為滿足該條件時，輸出表示 該射出光的光譜的信息所關(guān)聯(lián)的發(fā)光元件l的薄膜的參數(shù)。在此，所謂規(guī)定條件，例如是上 述的峰值共振率Z為規(guī)定的閾值以上。該條件預(yù)先儲存于輸出部14。作為閾值，例如理想 5.7以上。另外，作為閾值，也可以應(yīng)用6. 0、6. 2及6. 5。 輸出的發(fā)光元件1的薄膜2 9的參數(shù)例如是薄膜2 9的厚度等、與發(fā)光元件1 的結(jié)構(gòu)所關(guān)聯(lián)的參數(shù)。輸出部14根據(jù)需要從輸入部11等取得這些參數(shù)。另外，與此同時， 也可以輸出表示通過光譜計算部12計算的來自發(fā)光元件1的射出光的光譜的信息及峰值 共振率Z的信息等。輸出部14的輸出例如對發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置10所 具備的顯示裝置進(jìn)行，用戶參照此能夠知道規(guī)定性能的發(fā)光元件1的設(shè)計信息。以上是發(fā) 光元件1的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置10的構(gòu)成。 接著，應(yīng)用圖3 圖6的流程圖說明由上述發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝
置10所進(jìn)行的本實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法。 在發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置10中，首先，通過輸入部11輸入上述的
7參數(shù)等的發(fā)光元件1的評價必要的信息(圖3的S01，輸入步驟)。在本實施方式中，對變 更構(gòu)成發(fā)光元件1的薄膜2 9的厚度的多個發(fā)光元件1進(jìn)行評價。 接著，從輸入部11向光譜計算部12輸出對發(fā)光元件1評價必要的信息。這時，在
輸入部11，設(shè)定薄膜2 9的厚度(層厚)(S02，輸入步驟)。層膜的設(shè)定方法例如可以使
用按一定量改變上述那樣多個層厚的方法及通過隨機(jī)數(shù)改變層厚的方法等。 接著，根據(jù)從輸入部11輸入的信息，由光譜計算部12利用FDTD法計算來自發(fā)光
元件1的射出光的光譜(S03，光譜計算步驟)。這時，設(shè)定的網(wǎng)格僅在發(fā)光元件1的薄膜
2 8的層疊方向(z軸)被分割。即，在發(fā)光元件l中生成一次元的網(wǎng)格。即，只在空間的
一個軸(z軸)方向行進(jìn)的光通過(一次元)FDTD法被分解。關(guān)于FDTD法，例如，可以使用
宇野亨"FDTD法的電磁場及天線解析"- 口 *社，1998年記載的方法。 在此，應(yīng)用圖4 圖6的流程圖，更詳細(xì)的說明由光譜計算部12利用FDTD法進(jìn)行
的射出光的光譜的計算。首先，讀入對發(fā)光元件1的評價的必要的信息(圖4的S31，光譜
計算步驟)。接著，真空中的波長變換為角振動數(shù)(S31，光譜計算步驟)。接著，在用由輸入
部11輸入的參數(shù)等表示的發(fā)光元件1中生成一次元網(wǎng)格(S33，光譜計算步驟)。網(wǎng)格設(shè)定如下。 如上述，將光的行進(jìn)方向設(shè)定為z軸，將空間網(wǎng)格寬度設(shè)定為Ah、將時間刻度寬 度設(shè)定為A t。層在z軸方向上排列。通過在FDTD法的時間空間網(wǎng)格切分的方法，電場E 和磁場H在時間上及空間上交替配置。由此，關(guān)于時間，電場成為t = 0， At，…(n-l) At， nAt， (n+l) At，…，磁場成為t = 1/2 A t， 3/2 A t，…(n_l/2) At， (n+1/2) At， (n+3/2) A t，…，(在此，n是整數(shù)，表示時間的網(wǎng)格指數(shù))。另外，關(guān)于位置，電場成為z = 0， Ah，… (m_l) Ah，mAh， (m+l) Ah，…，磁場成為t = 1/2 Ah，3/2/h，…(m_l/2) Ah， (m+l/2) Ah， (m+3/2)Ah，…，(在此，m是整數(shù)，表示空間的網(wǎng)格指數(shù))。電場和磁場用x成分和y成分
分別表示。
數(shù)1
<formula>formula see original document page 8</formula>
<formula>formula see original document page 8</formula> 接著，進(jìn)行向介電常數(shù)、導(dǎo)磁率或介電常數(shù)的擬合函數(shù)的網(wǎng)格的分配(S34，光譜計 算步驟)。接著，設(shè)定時間步長T = O，進(jìn)行以下處理(以下，稱為處理1)(圖5的S35，光譜 計算步驟)。
0067] 利用圖6的流程圖說明該處理1。首先，發(fā)光點j的電場的激振(發(fā)光)通過以下 數(shù)學(xué)式求取(S51，光譜計算步驟)。
數(shù)2
<formula>formula see original document page 8</formula>Zi) 在此，"表示發(fā)出的光的角頻率(角振動數(shù))，小表示初始相位，A表示振幅。應(yīng) 用后述的e (j)， e (j)A2就相當(dāng)于能量。 接著，進(jìn)行電場的時間發(fā)展的計算(電場的更新)(S52，光譜計算步驟)。從第n-l 時間步長向第n時間步長的(在z軸)位置I的電場的更新根據(jù)以下數(shù)學(xué)式進(jìn)行。<formula>formula see original document page 9</formula>
vo
0138] 接著，設(shè)定時間步長T = T+At/2，進(jìn)行磁場的時間發(fā)展的計算(電場的更新) S54，光譜計算步驟)。從第n-1/2時間步長向第n+1/2時間步長的(在z軸)位置i+1/2 i勺磁場的更新根據(jù)以下數(shù)學(xué)式進(jìn)行。 0139]數(shù)18
0137]
<formula>formula see original document page 12</formula>0140] <formula>formula see original document page 12</formula>0141] <formula>formula see original document page 12</formula>0142] 在此，C(i)、Dx(i)、Dy(i)用以下數(shù)學(xué)式給定。將導(dǎo)磁率P設(shè)定為y u y im(在該式中，i表示虛數(shù)單位)。 0143]數(shù)19
<formula>formula see original document page 12</formula>0144] <formula>formula see original document page 12</formula>0145] 以上是處理l的說明。
0146] 接著，判斷是否滿足T > Tini(圖5的S36，光譜計算步驟)。判斷為不滿足T > Tini 寸，設(shè)為T = T+ A T/2，進(jìn)行再一次處理1 (S35)。
0147] 判斷為滿足T > Tini時，設(shè)為T = T+AT/2，進(jìn)行處理1 (S37，光譜計算步驟)。接 費，輸出電場、磁場及坡印廷矢量等(S38，光譜計算步驟)。在此，在觀測點k的坡印廷矢量 ;z由S = EXH，利用以下數(shù)學(xué)式計算。 0148]數(shù)20
0149] <formula>formula see original document page 12</formula>0150]
<formula>formula see original document page 12</formula>0151] 接著，判斷是否滿足T > Tmax(S39，光譜計算步驟)。 力T = T+ A T/2，再一次進(jìn)行處理1 (S37)。判斷為滿足T >乙 長平均的坡印廷矢量(S40，光譜計算步驟)。在此，坡印廷矢』漢。
12
判斷為不滿足T〉T^時，設(shè) ,時，由坡印廷矢量的積算值， t的積算值利用以下數(shù)學(xué)式求
數(shù)21
7WSZ("=A^]《(A;) 從由上述的運算導(dǎo)出的値計算來自發(fā)光元件1的射出光的光譜。表示所計算的射 出光的光譜的信息從光譜計算部12向峰值共振率計算部13輸出(圖3的S03，光譜信息輸 出步驟)。 接著，通過峰值共振率計算部13計算相對于計算射出光的光譜的發(fā)光元件1的峰 值共振率Z (圖3的S04，參數(shù)輸出步驟)。 在此，為了計算射出光的光譜，對發(fā)光元件1的全部層厚的組合判斷是否進(jìn)行了 射出光的光譜的計算(S05)。對于全部層厚的組合而射出光的光譜的計算沒有進(jìn)行時，從輸 入部11向光譜計算部12輸入與已經(jīng)計算的層厚的組合不同的層厚組合的參數(shù)，并再次進(jìn) 行射出光的光譜的計算(S02 S05)。 另一方面，對于全部層厚的組合進(jìn)行了射出光的光譜的計算時，通過輸出部14判 斷所計算的各峰值共振率Z是否超過預(yù)先設(shè)定的閾值。判斷峰值共振率Z超過預(yù)先設(shè)定的 閾值時，通過輸出部14輸出該峰值共振率Z所關(guān)聯(lián)的發(fā)光元件1的參數(shù)(S06，參數(shù)輸出步 驟)。另外，與此同時，也可以輸出表示由光譜計算部12計算的來自發(fā)光元件1的射出光的 光譜的信息及峰值共振率Z的信息等。以上為本實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的 評價方法。 另外，在發(fā)光元件1中含有金屬部位的情況下，將該金屬的介電常數(shù)的分散關(guān)系 用德拜型、德魯?shù)?Drude)型、洛倫茲(Lorenz)型或有理函數(shù)型等函數(shù)一個以上進(jìn)行函數(shù) 擬合，也可以用RC法用于一次元FDTD模擬。關(guān)于RC法，可以適宜使用上述的"FDTD法的 電磁場及天線解析"記載的方法。 關(guān)于發(fā)光元件1的非金屬部位，可以將介電常數(shù)的數(shù)值直接用于一次元FDTD模 擬，但是，也可以和金屬部位相同，將介電常數(shù)的分散關(guān)系用德拜型、德魯?shù)滦汀⒙鍌惼澬突?有理函數(shù)型等函數(shù)一個以上進(jìn)行函數(shù)擬合，也可以用RC法用于一次元FDTD模擬(FDTD仿真)。 在光譜的計算中，將有關(guān)發(fā)光波長不同的單色光的計算可以對于各種發(fā)光波長獨 立地進(jìn)行，但是，也可以用包括各種發(fā)光波長的脈沖波，例如高斯型脈沖等進(jìn)行計算。
如上所述，根據(jù)本實施方式，僅在構(gòu)成發(fā)光元件1的薄膜的層疊方向(z軸方向) 分割成網(wǎng)格，利用FDTD法計算來自該發(fā)光元件1的射出光的光譜。在該方法中，為了正確 解析光的傳播，可以考慮多層膜界面的多重反射的影響。 另外，在本發(fā)明的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法中，網(wǎng)格的分割(設(shè)定) 只在薄膜的層疊方向進(jìn)行，因此，與設(shè)定二維或三維的網(wǎng)格的目前的FDTD法相比，網(wǎng)格數(shù) 量大幅減少。其結(jié)果是，與目前的方法相比，能夠在較短的計算時間內(nèi)進(jìn)行包括層疊有4 層以上的多層薄膜的結(jié)構(gòu)的來自發(fā)光元件的射出光的評價。具體而言，可以用目前方法的 1/2 1/3左右時間的時間進(jìn)行計算，且可以將一年的計算時間縮短為一周左右。
另外，如本實施方式所示，作為構(gòu)成評價對象的發(fā)光元件l的薄膜2 9的運算中 使用且使之改變的參數(shù)，只要包括薄膜2 9的厚度及折射率，就能夠以現(xiàn)實的計算時間可 靠地進(jìn)行來自發(fā)光元件1的射出光的評價及發(fā)光元件1的設(shè)計。
13
如本實施方式所示，只要進(jìn)行不同的參數(shù)的多個發(fā)光元件1的評價，應(yīng)用其結(jié)果， 則就能夠設(shè)計包括層疊有所希望的性能即峰值共振率Z高的4層以上的多層薄膜的結(jié)構(gòu)的 發(fā)光元件1 。另外，如本實施方式所示，只要進(jìn)行應(yīng)用峰值共振率Z的判斷，就能夠適當(dāng)且可 靠地進(jìn)行發(fā)光元件1的設(shè)計。 另外，在本實施方式中，將對于多個發(fā)光元件1進(jìn)行射出光的評價的滿足規(guī)定條 件的參數(shù)按照用戶能夠確認(rèn)的方式進(jìn)行輸出，但是，也可以將對于發(fā)光元件1進(jìn)行射出光 的評價其評價結(jié)果以(不依據(jù)規(guī)定的條件)用戶能夠確認(rèn)的方式進(jìn)行輸出。
另外，根據(jù)本實施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法所輸出的峰值共 振率Z為6. 5以上的發(fā)光元件1具有功能上優(yōu)選的元件結(jié)構(gòu)。這樣，通過將基于根據(jù)本實 施方式的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法所輸出的信息之值設(shè)定為特定的范圍內(nèi)， 能夠提供具有在功能上優(yōu)選的元件結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件。
實施例1 下面，說明上述實施方式的實施例。但是，本發(fā)明不限于以下的實施例。在本實施 例中以圖1所示的上述發(fā)光元件1作為評價對象。 各層2 9的層厚分別設(shè)定為空気層30為100nm、構(gòu)成電極9的AL金屬9c為 100nm、 Ca層9b為5nm、 LiF層9a為4nm、 ITO層6為150nm、 Ti02層5為50nm、 Si02層4為 550nm、 Ti02層3為130nm、玻璃基板2為100nm。 圖7表示在用于在評價的計算中所使用的LiF層9a的折射率分布，圖8表示ITO 層6的折射率分布，圖9表示PEDOT層7的折射率分布，圖10表示發(fā)光層8的折射率分布， 圖11表示玻璃基板2的折射率分布。另外，設(shè)定Ti02層3的折射率為2. 3，設(shè)定Si02層4 的折射率為1. 46。對于Ca層9b及Al金屬9c的介電常數(shù)分散，對于Ca層9b用德魯?shù)滦?模型15個表示，對于Al金屬9c用德魯?shù)滦湍Ｐ?個表示。德魯?shù)滦湍Ｐ陀萌缦聰?shù)學(xué)式表 示。
數(shù)22
<formula>formula see original document page 14</formula>
在此，￡ ^是介電常數(shù)的實部，￡ im是介電常數(shù)的虛部，aj、 "J, "/rP是參數(shù)，"
是向Ca層9b或AL金屬9c入射的光的角振動數(shù)。圖12及圖13分別表示Ca層9b及Al 金屬9c的參數(shù)。 另外，在發(fā)光層8的層厚為20nm 350nm范圍，在PED0T層7的層厚為10nm 350nm范圍，以各層10nm刻度改變層厚，進(jìn)行評價。另外，相對于各層厚，從發(fā)光波長300nm 到800nm以波長10nm步幅利用一次元FDTD法求取按波長的取出效率。在此，所謂的取出 效率為射出介質(zhì)即玻璃基板2內(nèi)的每單位時間面積的能量流量除以在發(fā)光層8的每單位時 間單位面積所發(fā)光的光的能量之值。通過在發(fā)光層8的發(fā)出的光的光譜(輸入光譜)上乘 以取出效率，求取玻璃基板2內(nèi)的射出光的光譜(射出光譜)。圖14表示本實施例中使用 的輸入光譜。用一次元FDTD法求取出效率時，玻璃基板2和空氣層30設(shè)定為具有相當(dāng)?shù)慕殡姵?shù)及導(dǎo)磁率、具有吸收端(作為吸收邊界)，發(fā)光位置為在發(fā)光層8內(nèi)，從PED0T層7 離開lnm的部分作為寬度lnm。 由輸入光譜及射出光譜求得有關(guān)各層厚的峰值共振率Z。圖15的表中表示所求取 的峰值共振率Z的與PED0T層7及發(fā)光層8的厚度對應(yīng)的值。另外，該表所表示的值是峰 值共振率Z表示高值的部分。用已知的方法(特許第3703028號)設(shè)計同樣的元件結(jié)構(gòu)的 最適PEDOT層厚、發(fā)光層厚時，PED0T層厚為95nm，發(fā)光層厚為45nm，峰值共振率Z為6. 34。 如圖15的表所示，通過利用本發(fā)明的方法進(jìn)行評價而設(shè)計的多層膜結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件，能夠 得到峰值共振率Z比目前的方法高的發(fā)光元件1。
權(quán)利要求
一種發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法，其通過信息處理裝置對來自包括層疊有含有發(fā)光層的4層以上的薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光進(jìn)行評價，其中，該評價方法包括輸入步驟，輸入表示構(gòu)成所述發(fā)光元件的所述薄膜的參數(shù)、及來自所述發(fā)光層的發(fā)出光的光譜的信息；光譜計算步驟，基于在所述輸入步驟輸入的參數(shù)，生成表示僅在所述薄膜的層疊方向分割為網(wǎng)格的所述發(fā)光元件的信息，應(yīng)用該生成的信息、及在所述輸入步驟輸入的表示來自所述發(fā)光層的發(fā)出光的光譜的信息，利用FDTD法計算來自該發(fā)光元件的射出光的光譜；光譜信息輸出步驟，輸出表示在所述光譜計算步驟計算的來自所述發(fā)光元件的射出光的光譜的信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法，其特征在于，所述薄 膜的參數(shù)包括該薄膜的厚度及折射率。
3. 如權(quán)利要求1所述的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法，其特征在于， 在所述輸入步驟輸入多個發(fā)光元件所涉及的所述薄膜的參數(shù)，所述評價方法還包括參數(shù)輸出步驟，判斷在所述光譜信息輸出步驟中輸出的表示來自 各發(fā)光元件的射出光的光譜的信息是否滿足預(yù)先設(shè)定的規(guī)定的條件，并輸出判斷為滿足該 條件的表示該射出光的光譜的信息所涉及的發(fā)光元件的、在所述輸入步驟輸入的所述薄膜 的參數(shù)。
4. 如權(quán)利要求3所述的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法，其特征在于，所述預(yù) 先設(shè)定的規(guī)定條件是，該射出光的光譜的峰值頻率的強(qiáng)度相對于來自所述發(fā)光層的發(fā)出光 的光譜的峰值頻率的強(qiáng)度之比值為規(guī)定的閾值以上。
5. —種發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價裝置，其對來自包括層疊有含有發(fā)光層的4 層以上的薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光進(jìn)行評價，其中，該評價裝置具備輸入裝置，其輸入表示構(gòu)成所述發(fā)光元件的所述薄膜的參數(shù)、及來自所述發(fā)光層的發(fā) 出光的光譜的信息；光譜計算裝置，其基于通過所述輸入裝置輸入的參數(shù)，生成表示僅在所述薄膜的層疊 方向分割為網(wǎng)格的所述發(fā)光元件的信息，應(yīng)用該生成的信息、及由所述輸入裝置輸入的表 示來自所述發(fā)光層的發(fā)出光的光譜的信息，利用FDTD法計算來自該發(fā)光元件的射出光的 光譜；光譜信息輸出裝置，其輸出表示由所述光譜計算裝置計算的來自所述發(fā)光元件的射出 光的光譜的信息。
6. —種發(fā)光元件，由通過權(quán)利要求1 4中任一項所述的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計 的評價方法評價并輸出的信息所表示的所述射出光的光譜的峰值頻率的強(qiáng)度相對于來自 所述發(fā)光層的發(fā)出光的光譜的峰值頻率的強(qiáng)度之比值為6. 5以上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法及評價裝置，以比目前方法短的計算時間進(jìn)行來自包括層疊有含有發(fā)光層的4層以上的薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光的評價。本發(fā)明的發(fā)光元件的元件層結(jié)構(gòu)設(shè)計的評價方法，其通過信息處理裝置對來自包括層疊有含有發(fā)光層的4層以上的薄膜的結(jié)構(gòu)的發(fā)光元件的射出光進(jìn)行評價，其中，包括輸入步驟(S01)，輸入表示構(gòu)成發(fā)光元件的薄膜的參數(shù)、及來自發(fā)光層的發(fā)出光的光譜的信息；光譜計算步驟(S03)，基于所輸入的參數(shù)，生成表示僅在薄膜的層疊方向分割為網(wǎng)格的發(fā)光元件的信息，應(yīng)用該生成的信息、及表示來自發(fā)光層的發(fā)出光的光譜的信息，利用FDTD法計算射出光的光譜；光譜信息輸出步驟(S03)，輸出表示所計算的來自射出光的光譜的信息。
文檔編號H05B33/14GK101755484SQ20088010004
公開日2010年6月23日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月23日
發(fā)明者坂野文洋 申請人:住友化學(xué)株式會社