(57)【要約】      （修正有）【課題】新規な外光反射防止機構を有する円偏光吸収フィルタ、ならびに折り曲げが可能でコントラストが向上した有機ＥＬ素子を提供する。【解決手段】旋光性を示すメタマテリアルを有する円偏光吸収フィルタであって、前記メタマテリアルが、立体的ねじれ構造又は擬平面ねじれ構造を有するメタマテリアルなどの損失要素を含むメタマテリアルである円偏光吸収フィルタ、ならびに前記円偏光吸収フィルタと透明電極層、有機エレクトロルミネッセンス層及び反射層をこの順に含む有機エレクトロルミネッセンス素子【選択図】図１
2019066633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
旋光性を示すメタマテリアルを有する円偏光吸収フィルタであって、
前記メタマテリアルが、損失要素を含むメタマテリアルである円偏光吸収フィルタ。
【請求項２】
前記メタマテリアルが、立体的ねじれ構造又は擬平面ねじれ構造を有するメタマテリアルである請求項１に記載の円偏光吸収フィルタ。
【請求項３】
前記立体的ねじれ構造が、ラセン状構造又はすだれ構造積層体である請求項２に記載の円偏光吸収フィルタ。
【請求項４】
前記メタマテリアルが、導電性材料からなる請求項１〜３のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタ。
【請求項５】
前記損失要素を含むメタマテリアルが、抵抗体と電気的に接続したメタマテリアル、又は透明導電性媒体で被覆されたメタマテリアルである請求項１〜４のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタ。
【請求項６】
入射光のうち、右回り円偏光を減衰させて左回り円偏光を透過させる、又は、入射光のうち、左回り円偏光を減衰させて右回り円偏光を透過させる、請求項１〜５のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタ。
【請求項７】
前記メタマテリアルが、基板上に等間隔Ｐで周期的に複数形成されており、
前記メタマテリアルの前記基板水平方向の最大幅をＤ、前記メタマテリアルの前記基板垂直方向の高さをＬとしたとき、Ｄ、Ｌ及びＰがいずれも４０ｎｍ〜３９０ｎｍである請求項１〜６のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタを含む光学素子。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタ、透明電極層、有機エレクトロルミネッセンス層及び反射層をこの順に含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
【請求項１０】
キャリア基板上に複数のメタマテリアルを形成して、前記複数のメタマテリアルからなるメタマテリアル構造を含むメタマテリアル積層体を製造し、
光学素子の発光部位に前記メタマテリアル積層体のメタマテリアル構造を転写法によって接合し、前記キャリア基板を剥離する光学素子の製造方法。
【請求項１１】
キャリア基板上に複数のメタマテリアルを形成して、前記複数のメタマテリアルからなるメタマテリアル構造を含むメタマテリアル積層体を製造し、
透明電極層、有機エレクトロルミネッセンス層及び反射層を含む積層体の前記透明電極層と前記メタマテリアル積層体のメタマテリアル構造を転写法によって接合し、前記キャリア基板を剥離する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の光学素子を備えるディスプレイ。
【請求項１３】
請求項９に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えるディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円偏光吸収フィルタ、並びに該円偏光吸収フィルタを備える光学素子及び該円偏光吸収フィルタを備える有機ＥＬ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）ディスプレイでは、曲げられること（フレキシブル、ベンダブル）、又は折り曲げられこと（フォルダブル）が希求されている。
有機ＥＬディスプレイに用いられる有機ＥＬ素子では、コントラスト向上のために外光反射防止フィルタが用いられており、当該外光反射防止フィルタは、直線偏光板と１/４波長板の積層体である。直線偏光板は、ヨウ素で染色された延伸ポリビニルアルコールフィルムをトリアセチルセルロースフィルムで挟持した構造を有し、厚みがあるために屈曲性に欠ける。また１/４波長板には、例えばポリカーボネートなどの高分子の延伸フィルムや配向した高分子液晶フィルムなどが用いられている。従来の高分子材料の複屈折はさほど大きくないので、必要な位相差を実現するにはある程度の厚みが必要であり、１/４波長板も屈曲性に欠ける。このように、有機ＥＬ素子の外光反射防止フィルタは、厚く、柔軟性に欠けるため、小さい曲率半径での曲げ及び繰り返しの折り曲げには対応できていない。
有機ＥＬ素子では、薄くかつ柔軟な外光反射防止フィルタが求められている。
【０００３】
特許文献１は、薄型の直線偏光板の製造方法を開示する。しかしながら、偏光板の厚みを薄くすると、高い消光比を維持することが難しくなる。また、特許文献２は、金属ワイヤを用いた直線偏光板を開示するが、透過偏光軸と直交する偏光は反射してしまうため、有機ＥＬ素子の外光反射防止フィルタにはそのままでは適用できない。
特許文献３は、吸収型直線偏光板と、反射型直線偏光板と、１/４波長板からなる外光反射防止フィルタを用い、さらに有機ＥＬ層の発光面を拡散反射性とすることで、外光反射を防止するとともに、有機ＥＬの光の取出し効率を向上させることを開示する。しかしながら、当該反射防止フィルタは３層構造と複雑で、やはり屈曲性に欠ける問題がある。
【０００４】
メタマテリアルを用いた反射防止フィルタの試みもなされている。メタマテリアルは、対象となる電磁波の波長よりも小さい人工構造体であり、負の屈折率などの特異な特性を発現する材料として注目されている（非特許文献１及び２）。
特許文献４は、メタマテリアルの共振器アレイからなる位相差板であって、平面内のｘ軸方向とｙ軸方向のアレイの配列密度を変えることで屈折率異方性を発現させる位相差板を開示する。しかしながら、有機ＥＬ素子の外光反射防止フィルタに用いるには、さらに直線偏光板を組み合わせる必要があり、構成が複雑かつ厚くなり、柔軟性に欠ける問題がある。
特許文献５は、櫛形構造のメタマテリアルを用いた１／４波長板を開示するが、当該１／４波長板は反射型であり、有機ＥＬ素子の反射防止フィルタには適用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４６９１２０５号
【特許文献２】特開２０１６−２７４１８号
【特許文献３】特表２０１６−５２４２９０号
【特許文献４】特表２０１２−５１０６３７号
【特許文献５】特開２０１３−２５４２１５号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「メタマテリアルの世界」石原照也、物性研究・電子版  Ｖｏｌ．４，０４４２０１（２０１５年１１月号）
【非特許文献２】メタマテリアルとは何か」北野正雄、応用物理，７８号，６巻，５０３（２００９年）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、新規な外光反射防止機構を有する円偏光吸収フィルタを提供することである。
本発明の他の目的は、折り曲げが可能でコントラストが向上した発光素子を提供することである。
本発明の他の目的は、折り曲げが可能でコントラストが向上した有機ＥＬ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、以下の円偏光吸収フィルタ等が提供される。
１．旋光性を示すメタマテリアルを有する円偏光吸収フィルタであって、
前記メタマテリアルが、損失要素を含むメタマテリアルである円偏光吸収フィルタ。
２．前記メタマテリアルが、立体的ねじれ構造又は擬平面ねじれ構造を有するメタマテリアルである１に記載の円偏光吸収フィルタ。
３．前記立体的ねじれ構造が、ラセン状構造又はすだれ構造積層体である２に記載の円偏光吸収フィルタ。
４．前記メタマテリアルが、導電性材料からなる１〜３のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタ。
５．前記損失要素を含むメタマテリアルが、抵抗体と電気的に接続したメタマテリアル、又は透明導電性媒体で被覆されたメタマテリアルである１〜４のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタ。
６．入射光のうち、右回り円偏光を減衰させて左回り円偏光を透過させる、又は、入射光のうち、左回り円偏光を減衰させて右回り円偏光を透過させる、１〜５のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタ。
７．前記メタマテリアルが、基板上に等間隔Ｐで周期的に複数形成されており、
前記メタマテリアルの前記基板水平方向の最大幅をＤ、前記メタマテリアルの前記基板垂直方向の高さをＬとしたとき、Ｄ、Ｌ及びＰがいずれも４０ｎｍ〜３９０ｎｍである１〜６のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタ。
８．１〜７のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタを含む光学素子。
９．１〜７のいずれかに記載の円偏光吸収フィルタ、透明電極層、有機エレクトロルミネッセンス層及び反射層をこの順に含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
１０．キャリア基板上に複数のメタマテリアルを形成して、前記複数のメタマテリアルからなるメタマテリアル構造を含むメタマテリアル積層体を製造し、
光学素子の発光部位に前記メタマテリアル積層体のメタマテリアル構造を転写法によって接合し、前記キャリア基板を剥離する光学素子の製造方法。
１１．キャリア基板上に複数のメタマテリアルを形成して、前記複数のメタマテリアルからなるメタマテリアル構造を含むメタマテリアル積層体を製造し、
透明電極層、有機エレクトロルミネッセンス層及び反射層を含む積層体の前記透明電極層と前記メタマテリアル積層体のメタマテリアル構造を転写法によって接合し、前記キャリア基板を剥離する有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
１２．８に記載の光学素子を備えるディスプレイ。
１３．９に記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を備えるディスプレイ。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、新規な外光反射防止機構を有する円偏光吸収フィルタが提供できる。
本発明によれば、折り曲げが可能でコントラストが向上した発光素子が提供できる。
本発明によれば、折り曲げが可能でコントラストが向上した有機ＥＬ素子が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】円偏光吸収フィルタの一実施形態を示す図である。
【図２】メタマテリアルの具体例を示す図である。
【図３】損失要素を備えるメタマテリアルの一実施形態を示す図である。
【図４】直線偏光板及び１／４波長板からなる外光反射防止フィルタを有機ＥＬ素子に用いた場合の外光反射防止機構の原理を示す図である。
【図５】図４の有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層で発光した光が、外光反射防止フィルタを透過して取り出される原理を示す図である。
【図６】本発明の円偏光吸収フィルタを有機ＥＬ素子に用いた場合の外光反射防止機構の原理を示す図である。
【図７】図６の有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層で発光した光が、円偏光吸収フィルタを透過して取り出される原理を示す図である。
【図８】ジョーンズ行列の説明における座標の定義を示す図である。
【図９】本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の一実施形態を示す概略断面図である。
【図１０】本発明の有機ＥＬ素子の製造方法のプロセスの一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［円偏光吸収フィルタ］
本発明の一態様に係る円偏光吸収フィルタは、旋光性を示すメタマテリアルを有し、当該メタマテリアルは損失要素を含む。
本態様におけるメタマテリアルは、例えば可視光の波長（４００〜７８０ｎｍ）よりも小さい微小構造体であり、旋光性を示し、直線偏光を円偏光に変換することができる。旋光性を示すメタマテリアルは、反射特性及び／又は光相反性により、そのままでは外光反射抑制に用いることはできない。円偏光との相互作用によってメタマテリアルに誘起される電流を減衰させ、電流エネルギーを熱に変換し、再放射による反射を抑制する必要がある。本態様では、メタマテリアルが損失要素を含むことにより、可視光通過によって誘起される励起電流を減衰し、再放射による光の反射を抑制することができる。
尚、上記円偏光は、より一般的には楕円偏光である。
【００１２】
円偏光吸収フィルタが、損失要素を含むメタマテリアルを有することで、円偏光吸収フィルタの厚みを極めて薄くすることができる。具体的には、従来の直線偏光板及び位相差板からなる円偏光吸収フィルタの厚みが、通常１００μｍ以上あるのに対し、本態様の円偏光吸収フィルタの厚みは、後述する基板を含めたとしても、数１０μｍ以下とすることができる。この薄さにより、本態様の円偏光吸収フィルタは柔軟性、屈曲性も示すことができる。
【００１３】
本態様の円偏光吸収フィルタは、好ましくは基板上に、損失要素を含むメタマテリアルが等間隔で周期的に複数形成された構造を有する。
図１は、本態様の円偏光吸収フィルタの一実施形態を示す図である。
円偏光吸収フィルタ１では、基板１０上に複数の損失要素を含むメタマテリアル２０が、アレイ状に配置されている。円偏光吸収フィルタ１に光（無偏光）が入射した時、メタマテリアル２０は、入射光のうち、右回り円偏光を減衰させて、左回り円偏光を透過させる、又は、左回り円偏光を減衰させて、右回り円偏光を透過させることができる。
以下、円偏光吸収フィルタの各部材について説明する。
【００１４】
メタマテリアルは、立体的ねじれ構造を有するメタマテリアルであると好ましい。
「立体的ねじれ構造」とは、光の進行方向に対して、構造がねじれて（少しずつ回転して）おり、全体として鏡像対称性を持たない構造を意味する。
立体的ねじれ構造を有するメタマテリアルは、入射光のうち、右回り円偏光を減衰させ左回り円偏光を透過させる、又は、入射光のうち、左回り円偏光を減衰させ右回り円偏光を透過させることができる。
【００１５】
立体的ねじれ構造を有するメタマテリアルとしては、ラセン状構造を有するメタマテリアル又はすだれ構造積層体からなるメタマテリアルが好ましい。
【００１６】
図２にメタマテリアルの具体例を示す。
ラセン状構造を有するメタマテリアルの具体例としては、弦巻型らせん構造を有するメタマテリアル（図２（ａ））、渦巻き型らせん構造を有するメタマテリアル（図２（ｂ））が挙げられる。また、すだれ構造積層体からなるメタマテリアル（図２（ｃ））も、立体的ねじれ構造を有するメタマテリアルとして好適である。図２（ｃ）のすだれ構造積層体からなるメタマテリアルは、すだれ状構造体の積層体であって、各層のすだれ状構造体が、光の進行方向、すなわち厚み方向に対して、一定の角度でねじれて積層されている。
【００１７】
メタマテリアルは、擬平面ねじれ構造を有するメタマテリアルであっても好ましい
ここで「擬平面ねじれ構造」とは、平面構造にねじれを導入したものを意味する。擬平面ねじれ構造を有するメタマテリアルも、立体的ねじれ構造を有するメタマテリアルと同様に、入射光のうち、右回り円偏光を減衰させ左回り円偏光を透過させる、又は、入射光のうち、左回り円偏光を減衰させ右回り円偏光を透過させることができる。
擬平面ねじれ構造を有するメタマテリアルの具体例としては、卍型構造を有するメタマテリアル（図２（ｄ））などが挙げられる。
【００１８】
尚、擬平面ねじれ構造を有するメタマテリアルの旋光性は、二次元平面上のねじれ構造にのみ由来するものではなく、厚み方向の非対称性（例えば、メタマテリアルの片方の面が空気に接し、一方の面が基板に接すること）によってもたらされる立体的な鏡像非対称性によるとされている（Ｍ．  Ｋｕｗａｔａ−Ｇｏｎｏｋａｍｉ  他、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．  ９５、ｐ−２２７４０１、２００５年）。
擬平面ねじれ構造のメタマテリアルを用いることで、偏光面の回転、楕円偏光の生成等の偏光操作が可能となる。擬平面ねじれ構造のメタマテリアルの機能は、ショ糖溶液のような、光学活性媒質に類似している。
【００１９】
図２（ａ）の弦巻型らせん構造を有するメタマテリアルは、Ｊ．Ｋ．Ｇａｎｓｅｌ他、Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．３２５、Ｎｏ．１８、ｐ１５１３、２００９年に開示がある。
図２（ｂ）の渦巻き型ラセン構造を有するメタマテリアルは、Ｔ．Ｋａｎ他、Ｎａｔｕｒｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、｜３：９６９｜ＤＯＩ：１０．１０３８｜ｎｃｏｍｍｓ１９７６、Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ２４  Ｊｕｌ．２０１２年に開示がある。
図２（ｃ）のすだれ状構造体の積層体のメタマテリアルは、Ｓ．Ｔａｋａｈａｓｈｉ他、Ｏｐｔｉｃｓ  Ｅｘｐｒｅｓｓ，Ｖｏｌ．２４，２０１３年｜ＤＯＩ：１０．１３６４／ＯＥ．２１．０２９９０５に開示ある。
図２（ｄ）の卍型構造を有するメタマテリアルは、Ｍ．  Ｋｕｗａｔａ−Ｇｏｎｏｋａｍｉ  他、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．  ９５、ｐ−２２７４０１、２００５年に開示がある。
【００２０】
メタマテリアルの大きさは、可視光の波長（４００〜７８０ｎｍ）より小さく設定するとよい。
図２（ａ）の弦巻型らせん構造を有するメタマテリアルを開示する文献（Ｊ．Ｋ．Ｇａｎｓｅｌ  ｅｔ  ａｌ，Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｖｏｌ．３２５、Ｎｏ．１８、ｐ１５１３、２００９年）では、赤外領域の波長（３〜５μｍ）での動作を目的として、メタマテリアルの直径を１μｍ以下としている。本態様の円偏光吸収フィルタは、可視光の波長（４００〜７８０ｎｍ）での動作を目的とするので、メタマテリアルの基板水平方向の最大幅をＤ、メタマテリアルの基板垂直方向の高さをＬとしたとき、Ｌ及びＤは、それぞれ４０ｎｍ〜３９０ｎｍとすると好ましい。図１に、弦巻型らせん構造を有するメタマテリアルの高さＬ及び直径Ｄを示す。
Ｌ及びＤが３９０ｎｍ超の場合、可視光域全域での均一な円偏光との相互作用が得られず、波長依存性が生じたり、十分な減衰特性が得られないおそれがある。一方、Ｌ及びＤが４０ｎｍ未満の場合、微細構造のメタマテリアルを製造することが困難になり、製造コスト増加等の問題が生じるおそれがある。
【００２１】
基板上にメタマテリアルが等間隔Ｐ（ピッチＰ）で周期的に複数形成されている場合、当該ピッチＰは４０ｎｍ〜３９０ｎｍとすると好ましい。図１に、基板上の弦巻型らせん構造を有するメタマテリアルのピッチＰを示す。
ピッチＰが３９０ｎｍ超の場合、可視光域全域での均一な円偏光との相互作用が得られず、波長依存性が生じたり、十分な減衰特性が得られないおそれがある。一方、ピッチＰが４０ｎｍ未満の場合、メタマテリアルの形成が困難になり、製造コスト増加等の問題が生じるおそれがある。
【００２２】
メタマテリアルの材質は、導電性材料であれば特に限定されず、当該導電性材料としては、金属、導電性酸化物、及びカーボンナノチューブ、グラフェン等の導電性炭素材料が挙げられる。これらのうち、メタマテリアルは、金、銀、銅、鉄、アルミニウム、チタン、タングステン、こられの合金、及びこれら金属の組み合わせからなるメタマテリアルであると好ましい。
【００２３】
メタマテリアルは、損失要素を含む。
例えば立体的ねじれ構造を有するメタマテリアルは、一般的にねじれのヘリシティに一致する円偏光成分と相互作用して、当該円偏光成分を反射し、反対回りの円偏光成分を通過させる。これは、コレステリック液晶における選択反射と類似の動作である。反射成分を生じるため、損失要素を含まない円偏光吸収フィルタは、そのままでは反射抑制として機能しない。
メタマテリアルが損失要素を含むことで、左右非対称な相互作用によって生成する電流を減衰させることができる。
【００２４】
損失要素を含むメタマテリアルとしては、抵抗体と電気的に接続したメタマテリアル、又は透明導電性媒体で被覆したメタマテリアルが好ましい。
図３に損失要素を備えるメタマテリアルの一実施形態を示す。
図３（ａ）は、弦巻型らせん構造を有するメタマテリアルが抵抗体（導電性ポスト３０）と電気的に接続しており、図３（ｂ）は、弦巻型らせん構造を有するメタマテリアルが透明導電性媒体３２で被覆されている。
【００２５】
擬平面ねじれ構造を有するメタマテリアルの旋光性は、先に述べたショ糖のような光学活性媒体と同様の特性を示す。すなわち光相反性を示す。このため、入射光がメタマテリアルを通過し、偏光状態が変調を受けたあと（例えば、直線偏光が楕円偏光に変換される）、光学素子の反射層で反射され、再度メタマテリアルを逆方向に通過すると、偏光状態が入射前の状態にもどってしまうので、そのままでは反射抑制として機能しない。そこで、損失要素を導入することで相反性を回避し、反射抑制効果を発揮させることができる。このためには、例えば図２（ｄ）に示す卍型構造を有するメタマテリアルである場合、卍型の翼間を、適性な抵抗値を有する抵抗体を設けて橋渡しするとよい。
【００２６】
損失要素の材質は、適当な導電性を示すものであれば特に限定されない。
損失要素が抵抗体である場合、メタマテリアルの材質と同じ材質を用いることができ、金属、導電性酸化物、及びカーボンナノチューブ、グラフェン等の導電性炭素材料が好ましい。
損失要素が透明導電性媒体である場合、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＺｎＯ、ＩＴＺＯ、ＡＺＯ等の金属酸化物；ポリアニリン、ポリピロール、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ等の導電性高分子を用いることができる。
【００２７】
複数のメタマテリアルを形成する基板（ベース基板）は、柔軟性があり、薄く、均一で、光学異方性の少ない基板が好ましい。
上記ベース基板としては、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド等のポリマーフィルム、薄く柔軟なガラス基板を用いることができる。これらのうち、耐熱性と柔軟性に優れる透明ポリイミドからなるポリマーフィルムが好ましい。
【００２８】
本発明の円偏光吸収フィルタは、ベース基板を含まなくてもよい。例えば本発明の円偏光吸収フィルタを有機ＥＬ素子に用いる場合、有機ＥＬ素子を薄く柔軟にして、折り曲げを可能にするという観点から、ベース基板を用いずに、有機ＥＬ素子の光取出し面にメタマテリアルを直接形成すると好ましい。
【００２９】
本発明の円偏光吸収フィルタは、公知の方法で製造することができる。損失要素を備えるメタマテリアルは、光リソグラフィ法、電子線リソグラフィ法、ナノインプリント法、リフトオフ法、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性イオンエッチング法、化学気相成長法、収束イオンビーム法、インクジェット法、３Ｄプリンタ法、メッキ、ＤＮＡ等の生物鋳型を用いる自己組織化法、磁場配向を利用した自己組織化法、及びこれら方法を１以上組み合わせることで形成できる。
【００３０】
[光学素子及び有機ＥＬ素子]
本発明の円偏光吸収フィルタは、入射光のうち、右回り円偏光を減衰させ左回り円偏光を透過させる、又は、入射光のうち、左回り円偏光を減衰させ右回り円偏光を透過させることができる。本発明の円偏光吸収フィルタは、メタマテリアルのみで外光反射防止機能を発現することができるので、光学素子及び有機ＥＬ素子の円偏光吸収フィルタとして好適に用いることができる。
【００３１】
光学素子に本発明の円偏光吸収フィルタを用いる場合、本発明の光学素子は、例えば本発明の円偏光吸収フィルタを、発光部位より視認側に設け、外光反射を減衰させることができる。
有機ＥＬ素子に本発明の円偏光吸収フィルタを用いる場合、本発明の有機ＥＬ素子は、本発明の円偏光吸収フィルタ、透明電極層、有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）層及び反射層をこの順に含む。
【００３２】
有機ＥＬ素子は、蛍光方式、りん光方式、ＴＡＤＦ方式などの各種発光機構が採用できる。
また、有機ＥＬ素子は、ボトムエミッション、トップエミッションなどの光学的構成は特に限定されず、いずれも採用でき；三色塗分けや白色カラーフィルタ法などのカラー化方式も特に限定されず、いずれも採用でき；有機ＥＬ層の基板側に陰極を配する逆積層構造、光取出し側とは反対側に反射層を積層する積層構造などの構造も特に限定されず、いずれも採用できる。
【００３３】
有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層は、発光層を含めばよく、例えば正孔輸送層、正孔注入層、発光層、電子輸送層及び電子注入層、および必要に応じて、それらの任意の組み合せの積層構造を採用することができる。また複数の層を含む発光ユニットをさらに複数個積層したタンデム構造を採用することもできる。これら層の材料、厚み等は、公知の材料、公知の厚みが採用できる。
【００３４】
有機ＥＬ素子の反射層は、ミラー反射を生じることができる材料を含む層であれば、特に限定されない。反射層は、例えば、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、これらの合金を含むとよく、これら金属もしくは合金からなるとよい。
有機ＥＬ素子の反射層は、駆動電極としての機能を有してもよい。駆動電極としても機能する反射層は、例えば、Ａｇ、Ｐｄ及びＣｕの合金からなる電極（ＡＰＣ電極）、Ｍｇ及びＡｇの合金からなる電極、及び金属とＩＴＯ等の透明導電酸化物からなる積層体電極が挙げられる。
【００３５】
図４は、直線偏光板及び１／４波長板からなる従来の外光反射防止フィルタを有機ＥＬ素子に用いた場合の外光反射防止機構の原理を示す図である。図４中の「１」及び「０．５」は、入射光強度を１とした場合の概略の光強度を示す。
外光入射光は、無偏光、すなわちランダムな方向に偏光した直線偏光の集まりと見なせる。直線偏光板５０を通過した外光入射光はｙ軸方向（透過軸方向）に電界振動面を持つ直線偏光に整えられ、さらに１／４波長板６０を通過すると右回り円偏光に変換される。この時、１／４波長板６０の進相軸は、ｘ軸方向からｙ軸方向に向かって反時計回りに４５°の角度を成すように設定される。１／４波長板６０を出射した右回り円偏光は、有機ＥＬ層７０を通過し、反射層８０で反射し、反射光となる。この際、右回り円偏光は、左回り円偏光として反射され、再び有機ＥＬ層７０を通過した後、再度１／４波長板６０を通過する。これにより左回り円偏光は直線偏光に再変換されるが、出射光の偏光面がｘ軸方向となり、直線偏光板の透過軸（ｙ軸方向）に対して垂直になるため、直線偏光板５０で吸収されて外部には出射されない。
尚、１/４波長板６０の軸が−４５°に設定される場合は、入射直線偏光は左回り円偏光に変換されるが、上記の議論は、右回りと左回りを入れ替えれば、同様に成り立つ。
【００３６】
図５は、図４の有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層で発光した光が、外光反射防止フィルタを透過して取り出される原理を示す図である。
有機ＥＬの発光は一般に概略無偏光であるが、偏光面の向きの異なる直線偏光の集合と考えることができ、それぞれの直線偏光は右回り円偏光と左回り円偏光の和と考えることができる。
図５において、有機ＥＬ層７０で発光した光（無偏光）は、反射層８０で反射される分も含めて、外光反射防止フィルタ方向（−z軸方向）に向かう光のうち、右回り円偏光は１/４波長板６０の通過にともないy軸方向の直線偏光に変換され、直線偏光板５０を通過して出射する。偏光板方向に向かう光のうち左回り円偏光は、１/４波長板６０の通過にともないx軸方向の直線偏光に変換されるので、直線偏光板５０で吸収され外に取り出すことはできない。
【００３７】
図６は、本発明の円偏光吸収フィルタを有機ＥＬ素子に用いた場合の外光反射防止機構の原理を示す図である。図６中の「１」及び「０．５」は、入射光強度を１とした場合の概略の光強度を示す。また、図６では、円偏光吸収フィルタに左回り円偏光吸収フィルタを用いた場合を例示するが、右回り円偏光吸収フィルタを用いる場合においても、以下の議論は「左」と「右」を入れ替えることで同様に成り立つ。
外光入射光は、無偏光、すなわちランダムな方向に偏光した直線偏光の集まりと見なせる。個々の直線偏光は、それぞれ強度の等しい右回り円偏光と左回り円偏光の和と考えられる。外光入射光のうち、右回り円偏光の成分は、円偏光吸収フィルタ９０とは相互作用せず、通過する。一方、左回り円偏光は円偏光吸収フィルタ９０によって吸収され、損失要素によって熱に変換され、減衰する。円偏光吸収フィルタ９０を通過した右回り円偏光は、有機ＥＬ層７０を通過した後、反射層８０に達する。反射層８０で反射された右回り円偏光は、左回り円偏光に変換され、有機ＥＬ層７０を再度通過したあと、円偏光吸収フィルタ９０で吸収され、減衰する。
【００３８】
図７は、図６の有機ＥＬ素子の有機ＥＬ層で発光した光が、円偏光吸収フィルタを透過して取り出される原理を示す図である。
有機ＥＬの発光は概略無偏光であり、当該無偏光は、右回り円偏光と左回り円偏光の和と考えることができる。図７において、有機ＥＬ層７０で発光した光（無偏光）は、反射層８０で反射される分も含めて、円偏光吸収フィルタ方向（−z軸方向）に向かう光のうち、右回り円偏光成分は円偏光吸収フィルタ９０を通過して外に取り出すことができるが、左回り円偏光は吸収を受け、減衰する。
本発明の円偏光吸収フィルタを備える有機ＥＬ素子を、直線偏光板及び１／４波長板からなる外光反射防止フィルタを備える有機ＥＬ素子と比較した場合、ＥＬの発光の概略半分を取り出す点で共通するが、外光反射防止フィルタを薄型化でき、有機ＥＬ素子に柔軟性や屈曲性を与えることができる。
【００３９】
外光入射光及び有機ＥＬ層で発光した光が、円偏光吸収フィルタによって、右回り円偏光が減衰して左回り円偏光が透過する、又は、左回り円偏光が減衰して右回り円偏光が透過する原理は、ジョーンズ行列を用いて説明することができる。
具体的には、ｘ軸方向の直線偏光ｅｘ及びｙ方向の直線偏光ｅｙを基底ベクトルとしたとき、任意の偏光Ｅは、ｅｘとｅｙの線形結合で表すことができる。
Ｅ＝ｖｘｅｘ＋ｖｙｅｙ          （１）
同様に、右円偏光及び左円偏光ｅＲ及びｅＬもまた基底ベクトルを構成し、任意の偏光Ｅは、ｅＲとｅＬの線形結合で表すことができる。
Ｅ＝ｖＲｅＲ＋ｖＬｅＬ        （２）
（ｖｘ，ｖｙ）系と（ｖＲ，ｖＬ）系は、相互に変換可能である。その変換式は、以下のようである。
【数１】
2019066633.tif 000003
ここでiは虚数単位である。
（ｖＲ，ｖＬ）系において、左回り円偏光吸収フィルタのジョーンズ行列は、下記で表される（ここでは、左回り円偏光が完全に吸収されるとした）。
【数２】
2019066633.tif 000004
実際、右回り円偏光（ｖＲ，ｖＬ）＝（１，０）、及び左回り円偏光（ｖＲ，ｖＬ）＝（０，１）（いずれも、大きさを１で規格化している）に、この行列を作用させると、下記となる。
【数３】
2019066633.tif 000005
右回り円偏光は透過、左回り円偏光は吸収されることがわかる。このジョーンズ行列を（ｖｘ，ｖｙ）系で記述するには、以下の変換を施せばよい。
【数４】
2019066633.tif 000006
上記は、（ｖｘ，ｖｙ）系を（ｖＲ，ｖＬ）系に変換し、そこで左回り円偏光吸収フィルタを作用させ、再び（ｖｘ，ｖｙ）系にもどす変換を行なっている。
偏光面の角度がｘ軸から反時計方向にθ回転した直線偏光のジョーンズベクトルは、（ｃｏｓθ、ｓｉｎθ）と書ける。これが左回り円偏光吸収フィルタを通過すると、下記となる。
【数５】
2019066633.tif 000007
これをミラーで反射させると、下式のようになる。
【数６】
2019066633.tif 000008
反射した光が再度左回り円偏光フィルタを通過する。ミラー反射にともない、光の進行方向が反転し、それにともないx軸が入れ替わるが、左回り円偏光フィルタのヘリシティには裏表がないので、逆方向に進行する光に対しても、やはり左回り円偏光吸収フィルタとして作用する。
【数７】
2019066633.tif 000009
上記は入射光の偏光方向θによらず、任意の偏光方向の直線偏光が吸収されることを表している。上記ジョーンズ行列の説明における座標の定義を図８に示す。
【００４０】
図９は、本発明の一態様に係る有機ＥＬ素子の一実施形態を示す概略断面図である。
図９の有機ＥＬ素子１００は、フレキシブル基板１１０、平坦化層１２０、反射層１３０、透明陽極１４０、正孔注入層１５０、正孔輸送層１６０、発光層１７０、電子輸送層１８０、透明陰極１９０及び円偏光吸収フィルタ２００がこの順に積層している。また、平坦化層１２０は、駆動素子２３０を含む。
図９において、正孔注入層１５０、正孔輸送層１６０、発光層１７０及び電子輸送層１８０の積層部分は、発光に関与する有機ＥＬ層２１０であり、反射層１３０、透明陽極１４０、有機ＥＬ層２１０、透明陰極１９０は、封止層２２０で固体封止されている。
有機ＥＬ素子１００は、円偏光吸収フィルタ２００から光を取り出す、トップエミッション型の有機ＥＬ素子である。
【００４１】
有機ＥＬ素子１００において、発光層１７０で発光した光は、直接透明陰極１９０を透過して、円偏光吸収フィルタ２００で一部吸収されて通過して取り出される、及び反射層１３０で反射して透明陰極１９０を透過し、円偏光吸収フィルタ２００で一部吸収されて通過して取り出される、の２つのルートで光が取り出される。
また、有機ＥＬ素子１００外から入ってくる外光は、入射時に円偏光吸収フィルタ２００で一部が吸収され、残った外光の一部も反射層１３０で反射して直接透明陰極１９０を透過し、円偏光吸収フィルタ２００で再度吸収される。
【００４２】
［光学素子及び有機ＥＬ素子の製造方法］
本発明の円偏光吸収フィルタは、転写することで光学素子及び有機ＥＬ素子に積層することができる。
本発明の光学素子の製造方法は、キャリア基板上に複数のメタマテリアルを形成して、複数のメタマテリアルからなるメタマテリアル構造を含むメタマテリアル積層体を製造し、光学素子の光取出し側の最表面と円偏光吸収フィルタのメタマテリアル構造を転写法によって接合し、キャリア基板を剥離する。
本発明の有機ＥＬ素子の製造方法は、キャリア基板上に複数のメタマテリアルを形成して、複数のメタマテリアルからなるメタマテリアル構造を含むメタマテリアル積層体を製造し、透明電極層、有機エレクトロルミネッセンス層及び反射層を含む積層体の透明電極層とメタマテリアル積層体のメタマテリアル構造を転写法によって接合し、キャリア基板を剥離する。
【００４３】
図１０は、本発明の有機ＥＬ素子の製造方法のプロセスの一実施形態を示す図である。
まず、キャリア基板３１０上に複数のメタマテリアルからなるメタマテリアル構造３００を形成して、メタマテリアル積層体を製造する。
製造したメタマテリアル積層体のメタマテリアル構造３００側を、別途作製した、透明電極層１９０、有機ＥＬ層２１０、反射層１３０及びフレキシブル基板１００からなる積層体の透明電極１９０上に転写する。転写後、キャリア基板３１０を剥離する。剥離後、メタマテリアル構造３００上に保護層３２０を形成してもよい。
【００４４】
ベース基板及びメタマテリアル構造からなる積層体を、透明電極上に積層して円偏光吸収フィルタとする場合、ベース基板は光透過性を有することが求められるという制約がある。一方、メタマテリアル構造を転写して円偏光吸収フィルタとする場合、上記キャリア基板に特に制約は生じない。キャリア基板は、不透明なポリイミドフィルム、その他のポリマーフィルム、金属箔等を用いてもよい。
【００４５】
基板を含まない複数のメタマテリアルからなる円偏光吸収フィルタは、ベース基板を含まないので薄型で柔軟性に優れ、また、光透過性に優れる。また、円偏光吸収フィルタが基板を含む場合であっても、直線偏光板及び１／４波長板からなる外光反射防止フィルタに比べて、薄型で柔軟性に優れ、また、光透過性に優れる有機ＥＬ素子の円偏光吸収フィルタを除く部分が可撓性を有するのであれば、有機ＥＬ素子全体として屈曲性に富み、折り曲げも可能となる。
【００４６】
以上、本発明を実施形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成）を包含する。また本発明は、上記の実施形態で説明した構成の本質的でない部分を他の構成に置き換えた構成を包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成をも包含する。さらに本発明は、上記の実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成をも包含する。
【符号の説明】
【００４７】
１  円偏光吸収フィルタ
１０  基板
２０  メタマテリアル
３０  導電性ポスト
４０  透明導電性媒体
５０  直線偏光板
６０  １／４波長板
７０  有機ＥＬ層
８０  反射層
９０  円偏光吸収フィルタ
１００  有機ＥＬ素子
１１０  フレキシブル基板
１２０  平坦化層
１３０  反射層
１４０  透明陽極
１５０  正孔注入層
１６０  正孔輸送層
１７０  発光層
１８０  電子輸送層
１９０  透明陰極
２００  円偏光吸収フィルタ
２１０  有機ＥＬ層
２２０  封止層
２３０  駆動素子
３００  メタマテリアル構造
３１０  キャリア基板
３２０  保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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