(57)【要約】【課題】簡便な方法を用いて面発光素子内部において発生した光が透明電極で吸収される量を測定することで、適切に面発光素子用透明電極の設計を行なうことを可能とする、面発光素子に用いられる透明電極の設計方法および面発光素子に用いられる透明電極を提供する。【解決手段】透明基板１１上に透明電極１２を有する面発光素子における、透明電極１２の設計方法であって、透明電極１２の選択においては、夫々のサンプル透明電極について、それぞれの角度におけるサンプル透明電極の吸収率、および、それぞれの偏光におけるサンプル透明電極の吸収率を評価し、総合的な吸収率が低いサンプル透明電極を最適な面発光素子に用いる透明電極として選択する。【選択図】図３
2016146259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に透明電極を有する面発光素子における、前記透明電極の設計方法であって、
被測定対象の透明電極に対して、前記透明基板の前記透明電極が設けられる側とは反対側の表面に、外部から前記透明電極に向けて照射される入射光の略全部を前記透明電極内に取り入れるための光投入手段を取り付ける工程と、
複数のサンプル透明電極のそれぞれに対し、前記入射光の偏光及び入射角を変化させて前記入射光を前記光投入手段を介して前記サンプル透明電極に照射し、各前記サンプル透明電極からの透過光強度および反射光強度を測定する工程と、
前記測定結果に基づいて、複数の前記サンプル透明電極の中から最適な面発光素子に用いる透明電極を選択する工程と、を有し、
前記透明電極の選択においては、夫々の前記サンプル透明電極について、それぞれの角度における前記サンプル透明電極の吸収率、および、それぞれの偏光における前記サンプル透明電極の吸収率を評価し、総合的な吸収率が低い前記サンプル透明電極を最適な面発光素子に用いる透明電極として選択する、透明電極の設計方法。
【請求項２】
前記透過光強度および反射光強度の測定においては、さらに波長毎に前記透過光強度および反射光強度を測定し、前記透明電極の選択においては、それぞれの波長における前記透明電極の吸収率を考慮する、請求項１に記載の透明電極の設計方法。
【請求項３】
前記透明基板と前記サンプル透明電極と間には、下地層が設けられている、請求項１または請求項２に記載の透明電極の設計方法。
【請求項４】
前記下地層に窒素原子を含む、請求項３に記載の透明電極の設計方法。
【請求項５】
前記入射光の偏光は、Ｐ偏光である、請求項１から４のいずれか１項に記載の透明電極の設計方法。
【請求項６】
前記透明基板の前記光投入手段が設けられる面とは反対側の光出射面側に光の略全部を外部に取り出すための光取り出し手段が設けられている、請求項１から５のいずれか１項に記載の透明電極の設計方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の透明電極の設計方法により設計された面発光素子に用いられる透明電極であって、
前記面発光素子の発光波長において、前記光投入手段で投入された光の全角度全偏光平均吸収率が、４７％以下である、面発光素子用透明電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、面発光素子に用いられる透明電極の設計方法および面発光素子用透明電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
面発光素子は、液晶ディスプレイのバックライトや看板照明のバックライト等、産業上広く使われている。面発光装置は有機ＥＬ（Electro-Luminescence）や導光板付き発光ダイオード（ＬＥＤ：Light  Emitting  Diode）等の面発光パネルを複数枚配列させることで構成される。面発光素子には電力の供給のために透明電極が用いられる。透明電極の光学吸収量を評価することが効率向上のために重要である。
【０００３】
面発光素子用の透明導電性基板の設計方法としては、特許第４９６６２６８号公報（特許文献１）および特開２０１３―２５８３９４号公報（特許文献２）に開示されている、透過率を評価する方法が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４９６６２６８号公報
【特許文献２】特開２０１３―２５８３９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、透過率が低い場合に光が薄膜に吸収されたのか反射されたのかが不明で絶対吸収量を評価できない課題があった。また、薄膜の光学特性を評価する方法としてはエリプソメトリが挙げられるが、空気入射の反射率から光学特性を評価する方法のため、発光素子内部の角度における吸収量の絶対測定が困難であるという解題があった。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、簡便な方法を用いて面発光素子内部において発生した光が透明電極で吸収される量を測定することで、適切に面発光素子用透明電極の設計を行なうことを可能とする、面発光素子に用いられる透明電極の設計方法および面発光素子用透明電極を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に基づいた透明電極の設計方法においては、透明基板上に透明電極を有する面発光素子における、上記透明電極の設計方法であって、被測定対象の透明電極に対して、上記透明基板の上記透明電極が設けられる側とは反対側の表面に、外部から上記透明電極に向けて照射される入射光の略全部を上記透明電極内に取り入れるための光投入手段を取り付ける工程と、複数のサンプル透明電極のそれぞれに対し、上記入射光の偏光及び入射角を変化させて上記入射光を上記光投入手段を介して上記サンプル透明電極に照射し、各上記サンプル透明電極からの透過光強度および反射光強度を測定する工程と、上記測定結果に基づいて、複数の上記サンプル透明電極の中から最適な面発光素子に用いる透明電極を選択する工程と、を有している。
【０００８】
上記透明電極の選択においては、夫々の上記サンプル透明電極について、それぞれの角度における上記透明電極の吸収率、および、それぞれの偏光における上記透明電極の吸収率を評価し、総合的な吸収率が低い上記サンプル透明電極を最適な面発光素子に用いる透明電極として選択する。
【０００９】
他の形態においては、上記透過光強度および反射光強度の測定においては、さらに波長毎に上記透過光強度および反射光強度を測定し、上記透明電極の選択においては、それぞれの波長における上記透明電極の吸収率を考慮する。
【００１０】
他の形態においては、上記透明基板と上記サンプル透明電極と間には、金属層が設けられている。
【００１１】
他の形態においては、上記下地層に窒素原子を含む。
他の形態においては、上記入射光の偏光は、Ｐ偏光である。
【００１２】
他の形態においては、上記透明基板の上記光投入手段が設けられる面とは反対側の光出射面側に光の略全部を外部に取り出すための光取り出し手段が設けられている。
【００１３】
他の形態においては、上述のずれかに記載の透明電極の設計方法により設計された面発光素子に用いられる透明電極であって、上記面発光素子の発光波長において、上記光投入手段で投入された光の全角度全偏光平均吸収率が、４７％以下である。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、簡便な方法を用いて面発光素子内部において発生した光が透明電極で吸収される量を測定することで、適切に面発光素子用透明電極の設計を行なうことを可能とする、面発光素子用透明電極の設計方法および面発光素子用透明電極を提供することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施の形態１における面発光素子の断面図である。
【図２】実施の形態１における面発光素子を示す平面図である。
【図３】実施の形態１における透明電極の評価方法と設計方法を示すモデルの模式断面図である。
【図４】実施の形態１における透明電極の具体的な設計方法のフローを示す図である。
【図５】実施の形態１における有機ＥＬにおける光学損失と光取り出しシートとの関係を示す図である。
【図６】実施の形態２における透明電極の設計方法を説明するための図である。
【図７】実施の形態３における透明電極の設計方法を説明するための図である。
【図８】実施の形態３における面発光素子のＳ波の吸収率を示す図である。
【図９】実施の形態３における面発光素子のＰ波の吸収率を示す図である。
【図１０】実施の形態３における面発光素子の下地層の有無におけるＳ波とＰ波との全角度平均吸収率の測定結果および評価結果を示す図である。
【図１１】実施の形態４における透明電極の設計方法を示すモデルの模式断面図である。
【図１２】面発光素子におけるプラズモン吸収を説明する図である。
【図１３】実施の形態５における透明電極の設計方法を示すモデルの模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、実施の形態の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。また、各実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。
【００１７】
（実施の形態１）
（面発光素子１０）
図１および図２を参照して、面発光素子１０の構造について説明する。図１は、本実施の形態における面発光素子の断面図、図２は、本実施の形態における面発光素子を示す平面図であり、図１中の矢印ＩＩ方向から見た図に相当している。
【００１８】
面発光素子１０は、透明基板１１、透明電極（陽極）１２、発光層１３、反射電極（陰極）１４、封止部材１５、および絶縁層１６を含む。透明基板１１は、ガラス、薄膜ガラス、または樹脂フィルムなどから構成される。
【００１９】
透明基板１１は、面発光素子１０の発光面１０Ｓを形成する部材である。透明基板１１を、薄膜ガラスや樹脂フィルム等の柔軟な材料を用いて作製した場合、面発光素子１０は可撓性を有することになり、面発光素子１０の全体を湾曲させることが可能となる。面発光素子１０の可撓性は、面発光素子１０の設置の自由度を向上させる。
【００２０】
陽極は、透明性を有する導電膜であり、透明電極１２を構成する。以下、透明電極１２と称する。たとえば、透明電極１２は、透明基板１１上にＩＴＯが成膜されることで形成される。透明電極１２を形成するためのＩＴＯ膜の一部は、電極取出部１７（陽極用）を形成しており、電気的な接続のために封止部材１５から露出している。
【００２１】
発光層１３は、電力を供給されることによって光を生成する。発光層１３は、単一または複数の層が積層されることによって構成される。反射電極１４は、たとえばアルミニウム（ＡＬ）であり、発光層１３を覆うように形成される。反射電極１４を形成するためのアルミニウムの一部は、電極取出部１８（陰極用）を形成しており、電気的な接続のために封止部材１５から露出している。絶縁層１６は、反射電極１４と透明電極１２との間に設けられる。
【００２２】
封止部材１５は、ガラス、薄膜ガラス、または樹脂フィルムなどから構成される。封止部材１５は、透明電極１２、発光層１３、および反射電極１４の略全体を透明基板１１上に封止する。電極取出部１７，１８は、電気的な接続のために、封止部材１５から露出している。
【００２３】
（透明電極１２の評価方法・設計方法）
以下、上記面発光素子１０に用いられる透明電極１２の評価方法と設計方法について、図３を参照しながら説明する。図３は、本実施の形態における透明電極１２の評価方法と設計方法を示すモデル１０００の模式断面図である。
【００２４】
透明基板１１上に透明電極１２を形成した比較用のサンプル透明電極を複数用意し、図３に示すモデル１０００を用いた測定方法で吸収量を測定する。モデル１０００において、光投入手段８０はたとえば半球レンズであり、透明基板１１と同じ屈折率の空間に光を入射できように、測定波長において透明基板１１の屈折率以上の屈折率を有している。
【００２５】
半球レンズと透明基板１１の間は光学密着している必要がある。光学密着については、後ほど詳細に説明する。入射光Ｌ１は、入射光波長偏光角度選択手段１００により、入射光Ｌ１の波長、偏光および角度が調整される。入射光Ｌ１の波長を選択するためには、例えば、波長幅を有する光源を分光すればよい。また、入射光Ｌ１の偏光を選択するためには、例えば、偏光を持たない光源の場合は偏光子を用いればよい。光源が偏光特性を有する場合は１／２波長板と必要に応じて偏光子を用いればよい。
【００２６】
透明基板１１上に各種透明電極を形成した複数のサンプル透明電極を準備し、順次入射光Ｌ１を光投入手段８０を介してサンプル透明電極に照射して、各サンプル透明電極からの出射光の強度および反射光の強度を、入射光の波長、偏光、および角度を変えて、測定する。
【００２７】
透過光Ｌ２は、透過光波長偏光角度分解測定手段２００により、特定の波長および特定の偏光における光強度が測定される。反射光Ｌ３は、反射光波長偏光角度分解手段３００により、特定の波長および特定の偏光における光強度が測定される。透過光Ｌ２および反射光Ｌ３の波長を分解（選択）するためには、分光器により分光すればよい。また、透過光Ｌ２および反射光Ｌ３の偏光を分解（選択）するためには、偏光子を用いればよい。
【００２８】
透過光と反射光とを測定する角度はスネルの法則及び反射の法則を用いて計算した角度にしておく。また、入射光Ｌ１の偏光をＳ偏光とした場合は、測定偏光をＳ偏光、入射光Ｌ１の偏光をＰ偏光とした場合は測定偏光をＰ偏光とする。このように測定することで一つの入射角度に対して透過光強度と反射光強度とが一意に決定される。これらの強度を用いて、下記の式（１）、式（２）から、吸収率を計算することができる。
【００２９】
［吸収量］＝［入射光強度］―［透過光強度］―［反射光強度］・・・式（１）
［吸収率］＝［吸収量］／［入射光強度］・・・式（２）
本実施の形態では、入射光Ｌ１の入射角度を変化させて、Ｐ偏光およびＳ偏光に対する吸収率を角度毎に測定する。なお、測定時に、透過光と反射光とを測定する角度を所定の角度から例えば±５°程度変化させ、測定値を平均化あるいは積分してもよい。散乱光の影響を低減することができ、測定精度が向上できる。
【００３０】
また、角度依存性を測定する際には、測定系の光学系が測定できる角度範囲（見込み角）を含めて換算しておくことで全角度の測定結果から絶対エネルギーを算出可能である。
【００３１】
面発光素子の発光波長が実質的に単波長の場合は、分光測定は必ずしも必要ではないが、波長幅を持つ光源の場合、分光測定を行なうこと望ましい。また、分光測定を行なうことで、それぞれの波長における透明電極の吸収率、それぞれの角度における透明電極の吸収率、および、それぞれの偏光における透明電極の吸収率を評価できる。夫々のサンプルについて上記吸収率を評価した後に、総合的な吸収率が低い透明電極を選択することで、面発光素子に適した透明電極を選択できる。
ここで総合的な吸収率については、面発光素子の発光波長分布と透明基板１１の内部に存在する光のエネルギーの角度分布で重み付けを行なうと良い。あるいは、たとえば特定の波長（５５０ｎｍなど）角度（正面など）の吸収率を減らしたい場合は、特定の波長と特定の角度の吸収率が最も小さい透明電極を選択すると良い。
【００３２】
図３に示すモデル１０００において、入射側、透過側、および反射側にそれぞれ波長偏光分解（選択）手段を用いているが、入射側と透過側の何れか一方、及び入射側と反射側のいずれか一方のみでも構わない。ただし、双方に波長偏光分解（選択）手段を用いるほうが、測定ノイズが減少するため望ましい。なお、入射側に波長偏光選択手段を用いず、透過側および反射側に波長偏光分解手段を用いた場合でも、透明電極により光の波長及び偏光に実質的に変化は生じないため、入射側で波長及び偏光を選択しているのと同じである。
【００３３】
（透明基板１１）
本実施の形態に用いられる透明基板１１として望ましい材料について説明する。均一な面発光および高効率な面発光を実現するためには、透明基板１１の透過率が高い方が望ましい。
【００３４】
具体的にはＪＩＳ  Ｋ  ７３６１−１：１９９７（プラスチック−透明材料の全光線透過率の試験方法）に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率が８０％以上のものが透明部材として好ましく用いられる。また、透明基板１１としては、フレキシブル性に優れている材質が好ましく用いられる。
【００３５】
透明基板１１としては、例えば、樹脂基板、樹脂フィルム等が好適に挙げられるが、生産性の観点並びに軽量性及び柔軟性といった性能の観点から、透明樹脂フィルムを用いることが好ましい。透明樹脂フィルムとは、ＪＩＳ  Ｋ  ７３６１−１：１９９７（プラスチック−透明材料の全光線透過率の試験方法）に準拠した方法で測定した可視光波長領域における全光線透過率が５０％以上のものをいう。
【００３６】
好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限はなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。かかる透明樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート、変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂フィルム、ポリサルホン（ＰＳＦ）樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂フィルム、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）樹脂フィルム等を挙げることができる。
【００３７】
上記した全光線透過率が８０％以上である樹脂フィルムであれば、本実施の形態に係る透明基板１１としてより好ましく用いられる。かかる透明基板１１としては、中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度及びコストの観点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム又はポリカーボネートフィルムが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム又は二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムがより好ましい。
【００３８】
また、フィルム状の基材の表面又は裏面には、無機物の被膜、有機物の被膜、又は、無機物及び有機物のハイブリッド被膜が形成されていてもよく、かかる被膜が形成された基材は、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２９−１９９２に準拠した方法で測定した水蒸気透過度（２５±０．５℃、相対湿度（９０±２）％ＲＨ）が、１×１０−３ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以下のバリア性フィルムであることが好ましく、さらには、ＪＩＳ  Ｋ  ７１２６−１９８７に準拠した方法で測定した酸素透過度が、１×１０−３ｍｌ／ｍ２・２４ｈ・ａｔｍ以下、水蒸気透過度（２５±０．５℃、相対湿度（９０±２）％ＲＨ）が、１×１０−３ｇ／（ｍ２・２４ｈ）以下の高バリア性フィルムであることが好ましい。
【００３９】
高バリア性フィルムとするためにフィルム状の基材の表面又は裏面に形成されるバリア膜を形成する材料としては、水分、酸素等といった素子の劣化をもたらすものの侵入を抑制する機能を有する材料であればよく、例えば、酸化珪素、二酸化珪素、窒化珪素等を用いることができる。さらに当該バリア膜の脆弱性を改良するためにこれら無機層と有機材料からなる層の積層構造を持たせることがより好ましい。無機層と有機層との積層順については特に制限はないが、両者を交互に複数回積層させることが好ましい。
【００４０】
本実施の形態に係る透明基板には、濡れ性及び接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理及び易接着層については、従来公知の技術を使用することができる。例えば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるために２層以上の構成にしてもよい。
【００４１】
透明電極１２としては透明酸化物半導体（ＩＴＯ，ＩＺＯ，ＺｎＯ，ＩｎＧａＯ３）等が挙げられるほか、塗布法を用いて低コストで作製が可能な導電性樹脂を透明電極に用いてもよい。
【００４２】
電子輸送性電極として用いられる導電性樹脂材料としては、ペリレン誘導体やＰＣＢＭ（フェニルＣ６１酪酸メチルエステル）等のフラーレン誘導体が考えられる。例えばＰＣＢＭの場合は可視光の光学定数は（屈折率ｎ＝２．２，消衰係数ｋ＝０．２５）であり、発光層から見た電極反射率は屈折率１．５の樹脂と比較して高くなる。
【００４３】
正孔輸送性電極として用いられる導電性樹脂材料は、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ、Ｐ３ＨＴ、ＰＳＯＴ、Ｐ３ＤＤＴ、Ｆ８Ｔ２などが例示される。例えばＰＥＤＯＴ／ＰＳＳの場合は可視光の光学定数は（屈折率ｎ＝１．５，消衰係数ｋ＝０．０１）であり、発光層から見た電極反射率は屈折率１．５の樹脂と同等の値と取り、ＰＣＢＭよりも反射率は低めになる。
【００４４】
さらに、透明電極の電気伝導度を高めるために金属メッシュ、金属ナノワイヤ、金属ナノ粒子等を併用してもよい。この場合は、金属ナノワイヤを用いた電極の電子伝導性が高まるために、平均的な屈折率が低くなり、発光層から見た反射率が高くなる傾向がある。また透明電極としては後述する薄膜金属電極が挙げられる。
【００４５】
（光学密着）
本実施の形態を有効的に実施するためには、図３に示すモデル１０００において、光投入手段８０と透明基板１１とは光学密着する必要がある。光学密着とは光投入手段８０と透明基板１１との間に透明な接着材料が満たされていたり、真空貼り合わせにより気泡等が混入しない状態で密着する状態を言う。
【００４６】
たとえば、面発光素子用の透明基板１１が可塑性を有するために透明粘着フィルム、透明ゲル、透明光学接着剤などの部材を用いて光投入手段８０と密着しているとよい。特に、透明基板１１と等しい屈折率のマッチングオイルやジェルを用いた場合には、界面のフレネル反射が低減できるため、より正確な評価が可能になる。
【００４７】
より具体的な透明粘着フィルムの例としては、３Ｍ社製の「高透明性接着剤転写テープ、Optical Clear Adhesive Tape（OCAテープ）」が挙げられる。また、具体的な透明ゲルとしては、ウレタンゲルが例示される。さらに、透明光学接着剤としてはＮｏｒｌａｎｄ社製のＮＯＡ６８、ＮＯＡ６５、ＮＯＡ６３などが例示される。このように、透明で可塑性を有する粘着部材を用いることで透明基板１１と光投入手段８０との密着性を上げると同時に界面のフレネル反射を抑制することができ、面発光光源の輝度ムラをより低減することができる。特に粘着部材の望ましい性質としては、透明基板１１の屈折率ｎ１および光投入手段８０の屈折率をｎ２とした場合に測定波長において、下記の式（３）を満足しているとよい。
【００４８】
｜ｎ１−ｎ２｜≦０．１・・・式（３）
例えば、面発光光源の透明基板１１として樹脂を用いる場合は屈折率ｎ１が略１．５であり、粘着部材の屈折率が式（１）を満たすｎ２＝１．４という値を取ることにより、光投入手段８０からから透明基板１１へ入射する際のフレネル反射率を０．１％に抑えることができる。
【００４９】
（具体的な透明電極１２の設計方法）
次に、図４を参照して本実施の形態における透明電極１２の具体的な設計方法のフローについて説明する。図４は、本実施の形態における透明電極１２の具体的な設計方法のフローを示す図である。
【００５０】
まず、使用する透明基板１１を定める（ステップ１１、以下「Ｓ１１」と称する）。透明基板１１には、上述した材料を用いることができる。たとえば、ガラス基板を用いた場合は、可視光において１．４〜１．５の屈折率をもつ。また、特別な高屈折率ガラスの場合は可視光において１．６〜１．８の屈折率をもつ。使用した透明基板の屈折率をここでは、ｎＳｕｂと示す。
【００５１】
次に、透明電極１２の候補を設計する（Ｓ１２）。透明電極１２としては、たとえば、特開２０１４−１８２９９７号公報等に示された薄膜金属電極が挙げられる。この公報に開示される薄膜金属電極は、窒素原子含有の下地層を薄膜金属電極の前に成膜することで、薄膜金属電極の連続性を向上し、透過率を上げることができる。たとえば、透明電極の候補としては下地の有り無しや、下地材料を変えた複数の候補を考えることができる。なお、窒素原子含有の下地層を設ける方法については、以下の実施の形態３以降で説明する。
【００５２】
次に、透明電極１２の候補を複数設計した後に、設計した透明電極１２を透明基板１１上に試作し、サンプルを作製する（Ｓ１３）。その後、作製したサンプルについて本実施の形態に示す方法を用いて、通常空気から入射できない角度を含め、測定したい波長と偏光において、全角度の吸収率を測定する（Ｓ１４）。
【００５３】
次に、測定した吸収量に基づいて透明電極１２の評価を行なう（Ｓ１５）。吸収量については、全角度全偏光の平均化した吸収率で順位付けを行なうことが望ましい。また、たとえば、有機ＥＬ等の面発光素子の透明電極１２の場合には、面発光素子の基板内部の光強度の角度依存性に従って、角度に対する重み付けを行って吸収量を比較すると良い。典型的な配光としてはランバーシアン（ｃｏｓθ）が挙げられる。また、角度重み付けにおいてはエネルギーで比較するため配光形状に立体角を掛けた値で重み付けを行なうことが望ましい。
【００５４】
設計においては特定の吸収量の閾値を設け、閾値以下の設計に到達するまで設計と試作を繰り返すと良い（Ｓ１６）。面発光素子としての有機ＥＬ用の透明電極１２としては、吸収量の望ましい閾値について以下のように考えられる。
【００５５】
図５に有機ＥＬにおける光学損失と光取り出しシートとの関係を示す。図５に示す有機ＥＬは、透明基板１１、透明電極１２、発光層１３、および、反射電極１４がこの順に積層され、透明基板１１の透明電極１２と反対側の面の一部に、光取り出しシート（ＯＣＦ）１５が設けられている。
【００５６】
一般に、透明基板１１を有し透明基板１１から光を出射する有機ＥＬにおいては、透明基板１１の内部から空気に出る際に全反射によって閉じ込められる成分が存在する。この透明基板１１の内部に全反射で閉じ込められる光の成分を、基板モードと呼ぶ。また、全反射で閉じ込められずに外部に出てくる光の成分を、空気モードと呼ぶ。通常、基板モードは外部に取り出せないが、光散乱性能を有する光取り出しシート１９を透明基板１１の外部に光学密着させることで、基板モードの一部を取り出すことができる。
【００５７】
ここで、光取り出しシート１９の効率ηＯＣＦを、下記の式（４）と定義する。ＰＡｉｒは空気モードのエネルギー量を示し、ＰＳｕｂは、基板モードのエネルギー量を示し、ＰＯＣＦは、光取り出しシートがある場合に外部に取り出される光のエネルギー量を示す。
【００５８】
【数１】
2016146259.tif 000003
【００５９】
ここで透明電極に吸収が存在する場合は、（式４）よりもさらに吸収量によって効率が下がる。吸収率をＡとおいたとき（式４）は（式５）のように変更される。
【００６０】
【数２】
2016146259.tif 000004
【００６１】
光取り出しシート１９を設けた際に効率で得するための条件としては、下記の式（６）となる。
【００６２】
【数３】
2016146259.tif 000005
【００６３】
よって、式（５）および式（６）とにより、下記の式（７）が得られる。
【００６４】
【数４】
2016146259.tif 000006
【００６５】
たとえば、屈折率１．５の透明基板１１を用いた場合に、全発光エネルギーに対するＰＡｉｒとＰＳｕｂとの割合は典型的にそれぞれ２０％，３０％である。また、光取り出しシート１９の効率に関しては典型的に７０％が挙げられる。従って、式（７）の典型的な値は、以下の式（８）のように計算される。
【００６６】
【数５】
2016146259.tif 000007
【００６７】
従って典型的には全角度全偏光で平均化した吸収率の閾値としては、式（７）で計算される閾値、典型的には４７％以下の吸収率であることが望ましい。
【００６８】
（実施の形態２）
図６は、本実施の形態における透明電極１２の設計方法を説明するための図である。透明電極１２と透明基板１１との間に下地層２１が形成されている点を除けば、図３に示した構成と同等である。このような構成の透明電極１２に対して、本実施の形態の設計方法を適用することで、望ましい下地層２１と透明電極１２との組み合わせを最適化することができる。
【００６９】
図６において、透明電極１２は面発光素子の発光波長において光を透過するのに充分薄い薄膜金属電極である必要がある。ここで言う、金属とは面発光パネルの発光波長において複素非誘電率の実部が負である材料である。複素比誘電率εｃは界面反射に関係する光学定数であり屈折率ｎと消衰係数κとを用いて、以下の式（９）で表される物理量である。
【００７０】
【数６】
2016146259.tif 000008
【００７１】
ここでＰとＥとはそれぞれ分極と電界、εｏは真空中の誘電率である。式（８）から屈折率ｎが小さく消衰係数κが大きいほど複素比誘電率の実部が小さくなることがわかる。
【００７２】
これは電界の振動に対して電子の振動によって分極応答の位相がずれる効果を現している。式（８）で示される複素比誘電率の実部が負になると、電界振動と分極応答が逆転することを意味し、これが金属の特性となる。逆に、素比誘電率の実部が正の場合は電界の方向と分極応答の方向が一致し、誘電体としての分極応答を示す。まとめると、複素比誘電率の実部が負である媒質が金属であり、複素比誘電率の実部が正の物質が誘電体である。
【００７３】
一般に、屈折率ｎが小さく消衰係数κが大きいほど電子がよく振動する材料であることを意味する。電子輸送性が高い材料は屈折率ｎが小さく消衰係数κが大きい傾向がある。特に、金属電極においては屈折率ｎが０．１程度であるのに対し、消衰係数κは、２〜１０と大きな値を持ち波長に対する変化率も大きい。したがって、屈折率ｎが同じ値でも消衰係数κの値が大きく違い、電子輸送性能に大きな差が出ることが多い。
【００７４】
本実施の形態を実施する上では、透明電極１２の材料は吸収率の低い金属であることが望ましい。より具体的な屈折率の要件としては屈折率ｎが小さく、電子の応答を良くするために消衰係数κが大きい金属がのぞましい。たとえば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、カルシウム（Ｃａ）が望ましい。他の例では、酸化され難い利点も持つ金（Ａｕ）が考えられる。別の材料として銅（Ｃｕ）があり、同材料は導電性が良いという特徴を持つ。その他には熱的性質や化学的性質が良く高温でも酸化されにくく基板材料との化学反応も起さない特徴がある材料として、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミニウムなどがあげられる。また複数の金属材料を用いた合金を用いても良い。特にＭｇＡｇなどのＡｇ合金やＬｉＡｌなどのＡｌ合金は薄膜透明金属電極としてもよく用いられる。
【００７５】
透明電極１２がどの程度の薄さであれば光が透過するかは、屈折率の虚部を用いて表すことができる。屈折率ｎと消衰係数κとを用いた場合、厚さｄ［ｍ］の媒質を通過する際に生じる位相変化Φと透過率Ｔとは、下記の式（１０）で表される。
【００７６】
【数７】
2016146259.tif 000009
【００７７】
ここで、λは真空中における光の波長である。式（１０）より光の強度がｅ２分の１に減衰する距離Ｌｄは、式（１１）で表される。
【００７８】
【数８】
2016146259.tif 000010
【００７９】
十分な透過率を有するために透明薄膜金属層は式（１１）で示されるＬｄより薄いことが望ましい。
【００８０】
（実施の形態３）
図７は、本実施の形態における透明電極１２の設計方法を説明するための図である。透明電極１２と透明基板１１との間に窒素原子含有の下地層２２が形成されている点を除けば、図３に示した構成と同等である。
【００８１】
特開２０１４−１８２９９７号公報には、窒素原子含有の下地層２２を透明電極１２の前に成膜することで、薄膜金属電極の連続性を向上し、透過率を上げることができることが示されている。以下では、窒素原子含有の下地層２２の設計を、本実施の形態の方法に基づいて行なう具体例について説明する。
【００８２】
透明電極１２に、材料設計の異なる二種類の下地層２２（下地層２２ａ，下地層２２ｂ）を比較した。材料設計の異なる二種類の下地層２２（下地層２２ａ，下地層２２ｂ）を、屈折率１．５のガラス基板（透明基板１１）上に下地層２２を膜厚さ１０ｎｍで成膜し、その後、薄膜金属電極（透明電極１２）としてＡｇを膜厚さ１０ｎｍで成膜し窒素雰囲気化でガラスの封止缶で封止した。下地層２２と透明電極１２の成膜方法には真空蒸着法を用いた。
【００８３】
なお、下地層２２ａの窒素原子含有量は、質量比で０．０５であり、下地層２２ｂの窒素原子含有量は、質量比で０．０８であり、下地層２２ｂの方が窒素原子含有量が多かった。また、特開２０１４−１８２９９７号公報に示される「窒素含有層に対する電極層を構成する銀の結合安定性の指標」としての有効非共有電子対含有率［ｎ／Ｍ］は、下地層２２ａで［ｎ／Ｍ］＝２．０×１０−３であり、下地層２２ｂで［ｎ／Ｍ］＝５．６×１０−３であり、下地層２２ｂの方が下地層２２ａより［ｎ／Ｍ］が高かった。
【００８４】
その後、上記実施の形態２および３に示す測定方法を用いて透明基板１１内から入射した場合の吸収率を評価した。入射光を波長５３２ｎｍの半導体レーザに設定することで、入射光、出射光、および反射光の波長選択手段とし、出射光と反射光の強度とは光パワーメータを用いて測定した。また、半導体レーザ出力に１／２波長板と偏光子を設けることで、入射光の偏光選択手段とした。同様に、光パワーメーターの前に偏光子を設けることで、出射光と反射光との偏光選択手段とした。
【００８５】
図８および図９を参照して、吸収率の測定結果について検討する。図８は、Ｓ波の吸収率を示す図であり、図９は、Ｐ波の吸収率を示す図である。透明電極１２を用いた場合に、下地層が設けられない場合と比較して、窒素原子含有の下地層２２を設けた場合の方が、Ｓ波およびＰ波のいずれにおいても、吸収率を抑制できていることがわかる。また、下地層の種類によって空気から入射できない深い角度の吸収特性に差があることがわかる。
【００８６】
特に、深い角度（５０度以上）の吸収を比較すると、最も吸収の小さい下地層２２ｂにおいても、Ｓ波よりもＰ波の方が大きい吸収を持つことがわかる。この原因は面方向の電子振動に起因する吸収がおきやすいＰ波の性質によるものと考えられ、Ｐ波の吸収を評価することが薄膜金属電極吸収量を評価するために重要であることを裏付けている。本実施の形態においては、特にＰ波の吸収を評価することが大切である。
【００８７】
図１０を参照して、Ｓ波とＰ波との全角度平均吸収率の測定結果について検討する。図１０は、下地層の有無におけるＳ波とＰ波との全角度平均吸収率の測定結果および評価結果を示す図である。
【００８８】
本実施の形態においては、入射された全ての角度の平均吸収率が低いことが望ましい。図１０に示すように、Ｓ波とＰ波の平均吸収率（全角度全偏光平均吸収率）の大小関係をＡ，Ｂ，Ｃの順番で序列付けすると（評価「Ａ」が最も望ましく、次いで「Ｂ」、次いで「Ｃ」である）。下地層２２ｂが最もＳ波とP波の平均吸収率が低く望ましい水準であることがわかる。
【００８９】
また、閾値として上述の典型的な吸収量４７％を採用すると、下地層２２ａと下地層２２ｂのある透明電極１２の構成が合格水準であり、下地層２１の無い透明電極１２は不合格であるという判定が可能である。また、全角度全偏光で平均化した吸収量で相対比較することにより、下地層２２ａよりも下地層２２ｂの方が望ましいことがわかる。このようにして、本実施の形態の面発光素子用透明電極の設計方法を用いることにより、適切な透明電極１２を設計することが可能になる。
【００９０】
また、窒素原子含有の下地層２２としては、特に特許第５２６６５３２号に開示されるような、窒素原子含有の下地層２２を用いてもよい。この場合の窒素原子含有の下地層２２は、薄膜金属（透明電極１２）を連続膜に成膜させる性質を持つ。連続膜として成膜された薄膜金属（透明電極１２）は吸収率が低いため、高効率の面発光素子の実現を可能とする。
【００９１】
なお、特許第５２６６５３２号に開示されるような窒素原子含有の下地層２２とは、酸窒化珪素膜を意味し、透明基板１１の上にポリシラザンを塗布し、１２０〜３００ｎｍの紫外光で酸化処理して得られた酸窒化珪素膜からなる層であり、かつ、透明基板１１に最も近い酸窒化珪素膜の元素濃度比Ｏ／（Ｏ＋Ｎ）が、その上層の酸窒化珪素膜の元素濃度比Ｏ／（Ｏ＋Ｎ）より大きい層を意味する。
【００９２】
（実施の形態４）
上記各実施の形態を、薄膜金属電極（透明電極１２）に実施する場合には特にＰ偏光の吸収率を測定することが望ましい。図１１は、本実施の形態における透明電極１２の設計方法を示すモデル３０００の模式断面図である。図１１のモデル３０００において、入射光Ｌ１１をＰ偏光として、透過率と反射率とを測定する透過光Ｌ１２および反射光Ｌ１３の偏光をＰ偏光としている以外は、図７に示すモデル２０００と同じである。このように測定することにより、薄膜金属電極（透明電極１２）特有のプラズモン吸収の量を評価することが可能になる。
【００９３】
ここで、図１２を参照して、プラズモン吸収について説明する。プラズモンとは、固体中の電子の振動モードの基準形態の一つである。電荷密度の不均一により発生するクーロン力を復元力とする電荷密度の縦波振動をプラズマ振動と呼び、それを第２量子化した準粒子をプラズモンという。
【００９４】
特に、面方向に広がった薄膜金属電極の場合はＰ波の光がプラズモンモードによく結合し吸収される。また、薄膜金属電極に不均一な凹凸が生じている場合や、海島状に成膜されている場合には、局在プラズモン吸収が生じるため、Ｓ波でも強いプラズモン吸収が生じる場合がある。
【００９５】
なお、ここで言うＰ波の光とは、電界成分が入射面に平行な光であり、Ｓ波の光とは電界成分が入射面に垂直な光である。図１２においては、入射面は光の進行方向ベクトルと基板の面法線ベクトルで構成される平面であり、図１２がちょうど入射面を表す図に相当する。図１２において、紙面方向に電界成分をもつ光がＰ波であり紙面垂直方向に電界成分をもつ光がＳ波である。本実施の形態においては、少なくともＰ波、より好適にはＰ波とＳ波の両方の吸収量を測定することが望ましい。
【００９６】
（実施の形態５）
図１３を参照して、本実施の形態における透明電極の設計方法について説明する。図１３に、本実施の形態における透明電極の設計方法を示すモデル４０００の模式断面図である。
【００９７】
透明電極１２の上にこの透明電極１２を保護する保護層５３と、光投入手段８０を裏返した光取り出し手段９０を設けたほかは、図３に示す実施の形態１における透明電極１２の設計方法を示すモデル１０００と同じである。光取り出し手段９０は光投入手段８０と同様に半球レンズなど、測定波長において透明基板１１以上の屈折率を有する媒質で構成された透明部材であり、保護層５３とは光学密着している。保護層５３は透明電極１２が空気によって光学特性が変わるのを防ぐための透明な光学薄膜で、屈折率は光取り出し手段９０よりも高くなるように構成されている。このような構成を採用することで入射側と透過側との両方で屈折率の高い空間とすることができ、屈折率の高い空間内での光学吸収量を定量化することを可能とする。
【００９８】
なお、保護層５３の屈折率が光取りだし手段９０の屈折率よりも低い場合でも、保護層の屈折率に相当する角度までは測定可能である。また、保護層５３は保護層内部における測定波長の２分の１と比較して薄くすることで、光取り出し手段９０へ透明電極から光を伝達することが可能になる。より、具体的な厚さで言うと、測定波長４７５ｎｍとした場合で屈折率１．５の保護層の場合は保護層が４７５／１．５／２＝１５８ｎｍ以下であることが望ましい。
【００９９】
以上、本実施の形態における面発光素子用透明電極の設計方法および面発光素子用透明電極によれば、面発光素子、特に有機ＥＬに用いる透明電極の吸収量を簡便な方法で評価する方法が求めることを可能とする。有機ＥＬに用いる透明電極の評価方法として公知例もあるが、透過光分布にしか注目しておらず、反射光も含めた吸収量の評価ができなかった。また、エリプソメータによる測定では全反射角度以上の光学特性が十分に評価できない上、装置が複雑になり簡単に評価できなかった。
【０１００】
上記各実施の形態においては、光投入手段を用いて透明基板１１内から見た全反射角よりも深い角度入射した光について、偏光と入射光の角度とを変化させて、入射光と透過光および反射光との光強度を測定することにより、特定波長の金属電極吸収の定量化を行なう。本実施の形態における面発光素子用透明電極の設計方法は、面発光素子で発生した光が透明電極でどの程度吸収するかを見積もり、吸収量を用いて複数の透明電極の候補を選別することで適切に面発光素子用透明電極の設計を行なうことを可能とする。
【０１０１】
また、フレキシブル性や量産性に優れる薄膜金属電極はプラズモンモード吸収が存在し、吸収の少ない透明電極の評価方法が必要だった。本実施の形態では、偏光を分離した吸収量の測定を行い薄膜金属電極のプラズモン吸収を調べることで、薄膜金属電極で吸収量増加の原因となるプラズモン吸収量の評価が可能となり、効率の高い有機ＥＬに適した透明電極の選択を可能とする。
【０１０２】
また、窒素原子を有する下地層を用いた金属薄膜透明電極は平滑性がよく光学吸収量が小さいが、その中でさらに吸収量の小さな透明電極構成を選択することを可能する。特にＰ偏光の吸収率を評価することで、入射側と透過側との両方で屈折率の高い空間として、屈折率の高い空間内での光学吸収量を定量化することを可能とする。
【０１０３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【０１０４】
１０  面発光素子、１０Ｓ  発光面、１１  透明基板、１２  透明電極（陽極）、１３  発光層、１４  反射電極（陰極）、１５  封止部材、１６  絶縁層、１７  電極取出部、１８  電極取出部、１９  光取り出しシート、２１  下地層、２２，２２ａ，２２ｂ  下地層、８０  光投入手段、９０  光取り出し手段、１００  入射光波長偏光角度選択手段、２００  透過光波長偏光角度分解測定手段、３００  反射光波長偏光角度分解手段、１０００，２０００，３０００，４０００  モデル。
【図１】
2016146259.tif 000011
【図２】
2016146259.tif 000012
【図３】
2016146259.tif 000013
【図５】
2016146259.tif 000014
【図６】
2016146259.tif 000015
【図７】
2016146259.tif 000016
【図８】
2016146259.tif 000017
【図９】
2016146259.tif 000018
【図１０】
2016146259.tif 000019
【図１１】
2016146259.tif 000020
【図１２】
2016146259.tif 000021
【図１３】
2016146259.tif 000022
【図４】
2016146259.tif 000023