満足化 法を用い 有機 EL 射出光特性
多目的最適設計 関 検討
中 藤井研究室 長崎 花 M1中間報告会 環境機能工学専攻
13T617E
2014-01-10
課題: 各設計仕様 関係 あ .
渉効果を利用 い 射出光 膜厚 物性値 大 く影響 . 薄膜構造設計 複雑
研究背景
2
有機EL
• 射出光 色 特定 高純 化
• EL強
• 演色性
有機EL素子設計 い 要求 光学性能
実特徴: 薄い,高輝 ,高画質,高視 角,省 ネ性
Cover glass Filter Cathode EIL ETL EML HTL HIL Anode Metal anode
A multi layer type
異 料を様々 組 合わせ 設計仕様 応 射出光 実現 可能 実用例: マ ン プ ,照明技術
複数 設計仕様 対 膜厚 物性値 組合せを同時 最適化 設計 効率化
研究目的 研究内容
3
研究目的
研究内容
• 満足化 法を 入 有機EL薄膜構造多目的最適化シ 開発
• 設計仕様を考慮 有機EL構造 多目的最適設計法 提案 有機EL素子薄膜構造 多目的最適設計
ン ュ タ 計 算 を 行 う .
有機 EL 構造最適設計シ
4
最適化手法 遺伝的 を採用
膜厚 光物性値 使用 料 を タ 同時最適化 可能
Thickness
d1
dj Selectable
materials Filter
Cathode
Anode Glass
EML
Metal Anode
A,B,C D,E F,G,H
L,M N,O,P,Q
I,J,K
A E
P G
K L Selected material
. . .
The number of layer
1
. . .
j
Optimum design system using genetic algorithm
各層 設定 使用可能 料 中 最適 物性値を持つ 料 膜厚
選択 ,設計仕様を満 薄膜構造を決定 .
シ チャ
5
START
Initialization
Evaluation
Database
Crossing-over Spectrum analysis of OLED
Mutation Selection
Report
Fluctuation
Termination criterion
No Yes
Flowchart of optimization of the thin film structure of OLED END
分光特性解析 多目的最適化
射出光 ペ 定式化
6
°¿
°¾
½
°¯
°®
¸
¹
¨ ·
©
§ '
2
0exp OP
x b y a x D
発光強 分布D(x )
射出光 ペ P(Ȝ)
³³c
c
c c
e
s dn
mDx S F dxd
I P
O
O
O O O O
0
a0: 初期振幅 b: 係数
ȝ:最大強 を示 距離 均
ΔȜ:半値幅 y(x):発光輝点 置
tm,e,rm,e: 発光側 振幅透過率 び
振幅 射率
rm,r:: 射側 振幅 射率
n(Ȝ):発光層 複素屈折率 実部
N(Ȝ):発光層 屈折率
d:発光層 膜厚
S(Ȝ):発光 料 ペ F( )Oc: タ 分光特性関数
射出光 渉強 Im Ȝ, y(x)
^ `
¸¸
¹
·
¨¨
©
§
exp(2 ) 1
) exp( )
exp( 2
1 ) ( )) 1 ( , (
, ,
2 ,
,
G G G
O O
i r r
i r i t x n
y I
r m e m
r m e
m m
O M
O O S
G( ) 2 N( )dcos
,
An OLED structure EIL
Anode Metal anode Glass Cathode Filter
ETL HTL HIL EML
0 2 4 6 8
380 480 580 680 780
I
Ȝ
•青色発光 料を用い,赤 緑 蛍光体 照射 光を励起 せ 各色を取
出 ,高純 青色射出光 ペ 要求 .
•射出光強 を大 く ,素子内部 損失 減 ,省 ネ 化 可能 .
最適化設計例
7
• 波長領域 :
• 最適化膜数 : 7層
• 青色発光 料
射出光 色 強 を目的 色変換方式有機EL 設計
計算条件
青色領域内 色 標 対応 色
目標値
Target point
nm 780 nm
380 dOd
目標 発色を実現 , つ射出光強 高く う 膜厚 屈折率 最適化
Poor Good
最適化問題
8
max
min j j
j d d
d d d
max o
W f
min o D
W D:評価項目 関 評価値
c :正 定数
射出光 仕様 関 適応 を最大化 う 有機EL構造 膜厚 屈折率 値を各層 膜厚 制約条件 決定 .
制約条件
評価関数
最適化 タ
適応
} , , {d1d2dj d
^
N1,N2, ,Nn`
N 膜厚
屈折率
,dmin 5.00nm,dmax 100nm評価関数 W 検討
9
• 目的関数同士 競合 多く,解 一意 定 い.
• 特定 目的を改善 別 目的を犠牲 , 解を得 . 複数 目的関数を制約条件 最 化 問題
多目的最適化 解法
有機EL 求 複数 光学性能を同時 満足 い.
→ 薄膜構造 多目的最適化 必要
満足化 法
1,2,3,max
1 *
1 *
°¿
°¾
½
°¯
°®
¦
d
d f f z
f f f
f f W f
z
k k k
k k k
k k k z
k J : 理想点
fk
fk k*
f
: 希求水準
: 目的関数
: 微 係数 J
希求水準 要求仕様 応 設計者 決定 .
満足化 法 最適化設計例
10
評価関数
: 理想点
k*
f
fk :希求水準 J : 微 係数
1* 1
1 1 1
f f
f F f
min 1o f
* 2 2
2 2 2
f f
f F f
max
2o f
^
,`
minmaxF1 F2 F1F2 o
W J
fk : 目的関数
:色 評価項目 F1
:強 評価項目 F2
Target point
Design point
a:色 図 目標点 距離 P: ペ 面積
P
Wavelength nm
EL intensity a.u.
色 射出光強
x
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
y
x
Target point Example 2.1
満足化 法 設計結果 (Example 2.1)
11
Optimum result plotted in chromaticity diagram Result of emission spectrum Aspiration levels and results
Aspiration level Result
Distance a 0.100 0.075
Area P 1000.0 1217.5
希求水準を設定 ,設計者 意図 解 得 .
0 5 10 15 20 25 30
380 480 580 680 780
EL intensity a.u.
Wavelength nm
!
色を 視 設計結果 (Example 2.2)
12Aspiration levels and results
Optimum result plotted in chromaticity diagram Result of emission spectrum
Aspiration level Result
Distance a 0.010 0.009
Area P 500.0 127.5
0 5 10 15 20 25 30
380 480 580 680 780
EL intensity a.u.
Wavelength nm
希求水準 達成不可能 場合, 得 解 不 達 成 ン
ン 目立つ あ .
得 結果 満足 い場合 希求水準を再考 .
!
!
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
y
x
Target point Example 2.2
希求水準を再考 設計結果 (Example 2.3)
13Aspiration levels and results
Result of emission spectrum
各目的 ン を考え 方を考慮 薄膜構造設計 可能 Aspiration level Result
Distance a 0.050 0.045
Area P 500.0 900.2
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
y
x
Target point Example 2.3
0 5 10 15 20 25 30
380 480 580 680 780
EL intensity a.u.
Wavelength nm Optimum result plotted in chromaticity diagram
!
14
今後 展望 結論 目的
内容
• 分析法 入 ,各項目間 比 出
• 満足化 法 目的 一方を 程 視 , う一方を 程 犠 牲 い う ン を 考 え 方 を考 慮 有 機EL 薄膜構造設計 可能 あ .
要求仕様 応 有機EL素子薄膜構造 多目的最適設計
• 有機EL薄膜構造多目的最適化シ 開発
• 複数 項目を考慮 有機EL構造 多目的設計
希求水準 設定を支援 シ を組 込 .