(57)【要約】【課題】広い発光波長領域を有し、且つ、発光効率の高い発光素子を提供する。【解決手段】光取出し面の少なくとも一部に凹凸構造を有する発光素子であって、前記凹凸構造は、互いに周期が異なる２種類以上の２次元周期構造部を含み、前記２種類以上の２次元周期構造部のうち、少なくとも１種類の２次元周期構造部は、前記凹凸構造の中で２次元周期単位２つ分以上から成る微小エリアを形成し、周期が異なる他の２次元周期構造部と入り混じって存在することを特徴とする発光素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光取出し面の少なくとも一部に凹凸構造を有する発光素子であって、
前記凹凸構造は、互いに周期が異なる２種類以上の２次元周期構造部を含み、
前記２種類以上の２次元周期構造部のうち、少なくとも１種類の２次元周期構造部は、前記凹凸構造の中で２次元周期単位２つ分以上から成る微小エリアを形成し、周期が異なる他の２次元周期構造部と入り混じって存在することを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記微小エリアの大きさは、直径５０μｍの円に収まる大きさである請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記互いに周期が異なる前記２次元周期構造部のうち、周期の最も近い２種類の２次元周期構造部の周期を比較し、周期が小さい２次元周期構造部の周期をＰ１、周期が大きい２次元周期構造部の周期をＰ２とし、周期の最も離れた２種類の２次元周期構造部周期を比較し、周期が小さい２次元周期構造部の周期をＰ３、周期が大きい２次元周期構造部の周期をＰ４としたとき、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が数式（１）および数式（２）を充たす請求項１または２に記載の発光素子。
数式（１）Ｐ１≦０．９０Ｐ２
数式（２）Ｐ３≧０．１０Ｐ４
【請求項４】
前記凹凸構造は前記発光素子の光取り出し面に設けられた樹脂層表面に設けられたものである請求項１〜３のいずれかに記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光効率の高い発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子としては、発光ダイオード、半導体レーザーがある。
【０００３】
発光ダイオードの場合、基板上に電極（陰極または陽極）層、発光層、および電極（陽極または陰極）層を積層して構成される。更に各層の間には電子輸送層、電子注入層、ホール輸送層、ホール注入層などの中間層が設けられる場合がある。
【０００４】
発光ダイオードの発光層で生じた光が発光ダイオードの外部へ取り出されるとき、発光ダイオードを構成する材料の屈折率と空気の屈折率の差によって、光の一部が反射し、光の取り出し効率が低下する問題が発生していた。
【０００５】
光の取り出し効率を上げるため、発光素子の発光側表面に、回折格子構造を有する発光ダイオードが提案されている（特許文献１）。特許文献１の回折格子構造により取り出すことのできる光の波長範囲は、格子構造の周期によって決定される光の波長範囲に限られるため、発光波長領域の広い発光素子においては、光取出し効果は限定的なものであった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１１９２８６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、発光素子に関し、広い発光波長領域を有し、且つ、発光効率の高い発光素子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するための手段として、本発明は以下の［１］〜［４］を含む。
［１］光取出し面の少なくとも一部に凹凸構造を有する発光素子であって、
前記凹凸構造は、互いに周期が異なる２種類以上の２次元周期構造部を含み、
前記２種類以上の２次元周期構造部のうち、少なくとも１種類の２次元周期構造部は、前記凹凸構造の中で２次元周期単位２つ分以上から成る微小エリアを形成し、周期が異なる他の２次元周期構造部と入り混じって存在することを特徴とする発光素子。
［２］前記微小エリアの大きさは、直径５０μｍの円に収まる大きさである［１］に記載の発光素子。
［３］前記互いに周期が異なる前記２次元周期構造部のうち、周期の最も近い２種類の２次元周期構造部の周期を比較し、周期が小さい２次元周期構造部の周期をＰ１、周期が大きい２次元周期構造部の周期をＰ２とし、周期の最も離れた２種類の２次元周期構造部周期を比較し、周期が小さい２次元周期構造部の周期をＰ３、周期が大きい２次元周期構造部の周期をＰ４としたとき、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４が数式（１）および数式（２）を充たす［１］または［２］に記載の基板。
数式（１）Ｐ１≦０．９０Ｐ２
数式（２）Ｐ３≧０．１０Ｐ４
［４］前記凹凸構造は前記発光素子の光取り出し面に設けられた樹脂層表面に設けられたものである［１］〜［３］のいずれかに記載の発光素子。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、広い発光波長領域を有し且つ発光素子発光効率の高い発光素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は、本発明の光電変換素子用基板の一面に設けられた凹凸構造における微小エリアの分布の一例を示す模式図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の凹凸構造を線Ｘ１−Ｘ２で切った断面図である。
【図２】図２（ａ）は、本発明の光電変換素子用基板の一面に設けられた凹凸構造における微小エリアの分布の別の一例を示す模式図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の凹凸構造を線Ｘ３−Ｘ４で切った断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態の一例（発光素子）である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の発光素子は、光取出し面の少なくとも一部に凹凸構造を有する。凹凸構造は、光取出し面に凸部が並んだ構造であっても良いし、光取出し面に凹部が並んだ構造であっても良い、或いは光取出し面に対して垂直な面で凹凸構造を切った断面が正弦波状、方形波状、正弦波と方形波の複合形状である構造であっても良い。前記、凸部または凹部の形状としては、円柱、円錐状、円錐台状、砲弾形状またはこれらの複合形状などが挙げられる。
【００１２】
図１に示すように前記凹凸構造は、互いに周期が異なる２種類以上の２次元周期構造部から成る。前記２種類以上の２次元周期構造部のうち、少なくとも１種類の２次元周期構造部は、微小エリアを形成している。前記微小エリアが周期の異なる他の２次元周期構造部と入り混じって存在することにより、前記凹凸構造は、互いに周期が異なる２種類以上の２次元周期構造部の存在割合が均一である。
【００１３】
図２は、２次元周期構造部Ａの中に２次元周期構造部Ａとは異なる周期を持つ２次元周期構造部Ｂの微小エリアが島状に存在している例である。
【００１４】
図３は、互いに周期の異なる２次元周期構造部Ａ、２次元周期構造部Ｂ、２次元周期構造部Ｃが各々微小エリアとなって存在している例である。
【００１５】
前記微小エリアは、周期構造単位が２つ以上繰り返された構造であり、好ましくは周期構造単位が４つ以上、更に好ましくは６つ以上である。
【００１６】
本発明においては、前記２次元周期構造の凸部または凹部の中心同士を結んだ線で形成される図形を正方格子または三角格子のうち、いずれか近似する格子にあてはめ、当てはめた正方形または三角形を周期構造単位とする。
【００１７】
尚、互いに周期の異なる２次元周期構造部の間は凹凸構造を持たない部分が存在していても良いし、周期性のない凹凸構造部分が存在しても良い。
【００１８】
前記微小エリアの大きさは、直径５０μｍの円に収まる大きさであることが好ましい。前記微小エリアの大きさが、直径５０μｍの円を超えると本発明の基板を発光素子に使用した場合には色調ムラが発生する場合があり、本発明の基板を太陽電池に使用した場合には発電効率の上昇が顕著に見られない場合がある。
【００１９】
ここで、前記微小エリアの形状が歪である場合、歪な微小エリアの面積の７５％以上が収まる大きさの円が、直径５０μｍの円に収まる大きさであれば、前記歪な微小エリアの大きさは、直径５０μｍの円に収まる大きさであると見なす。
【００２０】
本発明の発光素子に使用できる凹凸構造の形成方法は、本発明の凹凸構造の特徴を再現できればいかなる方法であってもよく、各種公知の方法を適用できる。本発明の凹凸構造の形成方法の一例としては、レーザービームにより基板表面を切削加工して凹凸構造を作製するする方法、基板上に感光材料を塗布し遮光マスクパターンを被せて露光現像し、マスクされた基板をドライエッチングして凹凸構造を作製する方法、基板上に粒子からなる膜を配置し、前記粒子からなる膜によりマスクされた基板をドライエッチングして凹凸構造を作製する方法などが挙げられる。
【００２１】
前記粒子からなる膜を用いて凹凸構造を作製する場合、平均粒子径の異なる２種類以上の粒子から粒子膜を形成する。平均粒子径の異なる２種類以上の粒子の混合分散条件（例えば攪拌の強さや時間など）を調整し、基板上に配置することによって、粒子径の近い粒子同士がクラスターを作って基板上に配置され、これをエッチングすることによって本発明の発光素子に使用できる凹凸構造が形成される。
【００２２】
前記粒子からなる膜を用いて凹凸構造を作製する場合、ラングミュア−ブロシェット法を採用し、液面に粒子単層膜を形成するときに、別々の滴下口から平均粒子径の異なる２種類以上の粒子を滴下するなどの方法により、粒子径の近い粒子同士がクラスターを作った粒子単層膜を作製することができる。これを基板上に配置しエッチングすることによって本発明の発光素子に使用できる凹凸構造が形成される。
【００２３】
前記光取出し面の少なくとも一部に前記凹凸構造を設ける場合、光取出し面を構成する層に前述した各種方法を用いて直接加工を施しても良い。或いは、前述した各種方法を用い、前記凹凸構造を前記光取出し面とは別の基材の表面に直接加工したものをスタンパーとし、前記光取出し面の少なくとも一部に熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂などを含む樹脂層を積層し、前記スタンパーを前記樹脂層に押し付けて、前記凹凸構造を前記光取出し面の少なくとも一部に転写しても良い。この場合、前記凹凸構造を直接加工したスタンパーから前記凹凸構造を転写した中間スタンパーを作製し、前記中間スタンパーを前記樹脂層に押し付けることにより、前記凹凸構造を前記光取出し面の少なくとも一部に転写しても良い。
【００２４】
図３は、本発明の発光素子の一例である。図３の例では、発光素子の基板の発光層側とは反対側の面には、凹凸構造を有している。
【００２５】
図３の例では、基板に光透過材料を用いて基板を通して光を出射する発光素子の例をしめしているが、発光層から基板とは反対側へ光を出射する発光素子としてもよい。発光層から基板とは反対側へ光を出射する発光素子の場合は、光取出し面の最表層に凹凸構造を有する。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明の光電変換素子用基板により、発光効率の高い発光素子の提供が可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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