光透過型金属電極、電子装置及び光学素子
【課題】低い電気抵抗を維持しながら、広い波長範囲で十分な透明性を得ることができる金属電極、半導体発光素子及び光学素子を提供する。
【解決手段】実施形態に係る金属電極は、部材の主面上に設けられ、金属細線と、前記金属細線により形成される複数の開口部と、を有する金属層である。金属細線は、前記主面に対して平行な第１方向に沿う複数の第１直線部と、前記主面に対して平行で前記第１方向と交差する前記第１方向とは異なる方向に沿う複数の直線部と、を有する。前記複数の第１直線部の前記第１方向に沿う長さの最大値及び前記複数の第２直線部の前記第１方向とは異なる方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。前記主面の法線方向にみた前記金属層の面積に対する前記法線方向にみた前記金属細線の面積の比は、２０パーセントを超え８０パーセント以下である。
【解決手段】実施形態に係る金属電極は、部材の主面上に設けられ、金属細線と、前記金属細線により形成される複数の開口部と、を有する金属層である。金属細線は、前記主面に対して平行な第１方向に沿う複数の第１直線部と、前記主面に対して平行で前記第１方向と交差する前記第１方向とは異なる方向に沿う複数の直線部と、を有する。前記複数の第１直線部の前記第１方向に沿う長さの最大値及び前記複数の第２直線部の前記第１方向とは異なる方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。前記主面の法線方向にみた前記金属層の面積に対する前記法線方向にみた前記金属細線の面積の比は、２０パーセントを超え８０パーセント以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光透過型金属電極、電子装置及び光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイに代表される表示デバイスや、半導体発光素子や有機エレクトロルミネッセンス素子などの発光デバイス、太陽電池やフォトディテクタなどの光電変換デバイスなどにおいて、光を透過する電極として、酸化物導電材料の一つであるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が多く用いられている。ガラス基板上にＩＴＯ膜を形成したときの可視光領域の透過率は８０パーセント（％）程度となる。一方で、ＩＴＯの抵抗率は１０−４オームセンチメートル（Ω・ｃｍ）程度であり、一般的な金属材料に比べて２桁程度高い。
【０００３】
金属薄膜に、利用光の波長よりも短い周囲長さを有する開口を設けた光透過型金属電極も考えられている。この光透過型金属電極では、金属部位の占める割合を２０％以下、好ましくは１０％以下とし、金属部位における反射損失を低減している。このような光透過型金属電極において、低い電気抵抗を維持しながら、広い波長範囲で十分な透明性を得るには改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２０７１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、低い電気抵抗を維持しながら、広い波長範囲で十分な透明性を得ることができる光透過型金属電極、電子装置及び光学素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る光透過型金属電極は、部材の主面上に設けられる金属層である。
前記金属層は、金属細線と、前記金属細線により形成される複数の開口部と、を有する。
前記金属細線は、前記主面に対して平行な第１方向に沿う複数の第１直線部と、前記主面に対して平行で前記第１方向と交差する前記第１方向とは異なる方向に沿う複数の直線部と、を有する。
前記複数の第１直線部の前記第１方向に沿う長さの最大値及び前記複数の第２直線部の前記第２方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。
前記主面の法線方向にみた前記金属層の面積に対する前記法線方向にみた前記金属細線の面積の比は、２０パーセントを超え８０パーセント以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る光透過型金属電極の構造を例示する模式的斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｂ）は、金属層の一部を拡大した模式的平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は、他の金属層の例を示す模式的平面図である。
【図４】他の金属層を例示する模式的平面図である。
【図５】他の金属層を例示する模式的平面図である。
【図６】他の金属層を例示する模式的平面図である。
【図７】直線部の透過スペクトルの一例を示した図である。
【図８】実施形態に係る光透過型金属電極の透過スペクトルの一例を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、光透過型金属電極の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｂ）は、電子顕微鏡による観察像を例示する模式図である。
【図１１】（ａ）〜（ｂ）は、電子顕微鏡による別の観察像を例示する模式図である。
【図１２】有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を例示する模式的断面図である。
【図１３】液晶表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１４】太陽電池の構成を例示する模式的断面図である。
【図１５】半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
【図１６】タッチパネルの構成を例示する模式的斜視図である。
【図１７】カラーフィルタの構成を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
従来の酸化物導電体に比べて、低抵抗率化が可能な光透過性導電体として、金属薄膜にナノメートルオーダーの円形開口部を周期的に形成した金属ナノ構造体がある。この金属ナノ構造体に光が入射すると、光の異常透過現象が生じることがある。この現象は、光がナノ開口を形成した金属薄膜に入射すると、ナノ開口のエッジ部に表面電荷に由来した局在電場が生じ、この局在電場が入射電場と同様に振動するため、光が再放射されることに由来している。それぞれのナノ開口から再放射した光は、隣接ナノ開口からの光と干渉することによって、特定波長の光の透過が強められる。そのため、この金属ナノ構造体の透過スペクトルは、金属薄膜の材質、円形ナノ開口部の周期や開口径、周囲媒質の誘電率に応じた特定波長でピークを持つスペクトルを示し、金属膜厚などの条件によっては、開口率以上の透過率を得ることができる。この金属ナノ構造体の材質は、一般的な金属材料を用いることができるため、従来の酸化物導電体に比べてキャリア密度が高く、低抵抗率の透明電極として用いることができる。しかしながら、この金属ナノ構造体の透過スペクトルは、特定波長でピークとなった後、ピーク波長より長波長側になると著しく反射率が増大する。そのため、この金属ナノ構造体を光透過性電極として用いると、使用波長範囲全域で高い透明性を得ることはできない。そのため、可視光範囲全域での高い透明性が求められるディスプレイや照明装置といったデバイスに応用すると、発光色に波長依存性が現れるため視認性が低下するという課題が生じる。
一方、背景技術で述べたように、金属薄膜に利用光の波長よりも短い周囲長さを有する開口を設けた光透過性電極が公知である。この光透過性電極は、金属部位の占める割合を２０％以下、好ましくは１０％以下とし、金属部位における反射損失を低減することによって、広い波長範囲で高い透明性を得ることができる。しかしながら、広い波長範囲で透明性を得るためには、金属部位の占める割合を２０％以下とする必要があるため、電極の抵抗率がバルクの金属材料の抵抗率に比べて著しく増大することとなる。その結果、従来の酸化物導電体と同程度、あるいはそれ以上の抵抗率となってしまう。すなわち、この光透過性電極は、従来の酸化物導電体に比べて低抵抗率であり、かつ広い波長範囲で高い透明性を有する、という二つの特性を満足するには課題がある。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光透過型金属電極の構造を例示する模式的斜視図である。
図２（ａ）〜（ｂ）は、金属層の一部を拡大した模式的平面図である。
図２（ｂ）は、図２（ａ）の部分拡大図である。
【００１０】
図１に表したように、実施形態に係る光透過型金属電極は、部材１の主面１ａ上に設けられる金属層２である。金属層２は、金属細線２２と、金属細線２２により形成される複数の開口部２１と、を有する。すなわち、光透過型金属電極は、複数の開口部２１と、複数の開口部２１のあいだに設けられた金属細線２２と、で構成される。
【００１１】
図２（ａ）に表したように、金属細線２２は、部材１の主面１ａに対して平行な方向に沿う複数の直線部２２０を有する。複数の直線部２２０は、主面１ａに対して平行な方向Ｄ１ａに沿う複数の直線部２２１ａと、主面１ａに対して平行で方向Ｄ１ａと交差する方向Ｄ２ａに沿う複数の直線部２２２ａと、を少なくとも有する。
【００１２】
実施形態では、複数の直線部を総称して直線部２２０ということにする。
また、実施形態では、方向Ｄ１ａを第１方向、方向Ｄ２ａを第２方向とする。第１方向に沿う直線部２２０は第１直線部である。第２方向に沿う直線部２２０は第２直線部である。なお、方向Ｄ２ａを第１方向、方向Ｄ１ａを第２方向としてもよい。複数の直線部２２０の延びる方向が３方向以上ある場合には、これらの方向のうちいずれか一つを第１方向とし、第１方向以外のいずれか一つを第２方向とする。
【００１３】
光透過型金属電極において、複数の第１直線部の第１方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。例えば、複数の直線部２２１ａの方向Ｄ１に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。
また、複数の第２直線部の第２方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。例えば、複数の直線部２２２ａの方向Ｄ２に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。
また、光透過型金属電極において、主面１ａの法線方向Ｖにみた金属層２の面積に対する法線方向Ｖにみた金属細線２２の面積の比は、２０パーセント（％）を超え８０％以下である。
【００１４】
このような光透過型金属電極では、低い電気抵抗を維持しながら、広い波長範囲で十分な透明性が得られる。
【００１５】
部材１は、光透過型金属電極である金属層２を保持する。部材１の材料は、金属層２を支持することができれば特に限定されない。例えば、部材１には、石英基板やガラス基板などの透明基板、シリコン基板やガリウム砒素基板などの半導体基板、ポリエチレンテレフタラートなどのプラスチック基板が用いられる。部材１は、半導体材料等を積層した構造体でもよい。
【００１６】
部材１の厚さは、金属層２を支持することができれば特に限定されない。部材１の厚さは、十分な強度を得るために、例えば、５マイクロメートル（μｍ）以上であることが好ましい。
【００１７】
金属層２は、電極として機能する。金属層２の材料としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉛、亜鉛、白金、コバルト、マグネシウム、クロム、タングステン、パラジウム、インジウム、アンチモン、スズ、または、これらのうち少なくとも１つ以上を含有する合金材料を用いることが好ましい。このような材料は、酸化物透明電極（例えば、ＩＴＯ）の材料に比べて十分に低い抵抗率をもつ。また、このような材料は、可視光領域において負の誘電率を持ち、いわゆる金属的な光学特性を示す。
【００１８】
金属層２の厚さ（法線方向Ｖに沿った厚さ）としては、１０ナノメートル（ｎｍ）以上４００ｎｍ以下であることが望ましい。金属層２の厚さが１０ｎｍ未満であると、金属電極層の抵抗率が大きくなるため好ましくない。一方、金属層２の厚さが４００ｎｍを越えると、金属層２の透明性が低下するため好ましくない。
【００１９】
法線方向Ｖにみた複数の開口部２１の形状は、複数の直線部２２０によって多角形になる。
ここで、本明細書における多角形の角ＣＰ（図２（ｂ）参照）とは、互いに方向の異なる２つの直線部（例えば、直線部２２１ａ及び２２２ａ）のそれぞれの側壁２２０ｗが交わる部分のことをいう。多角形の角ＣＰには、製造上形成される多少の丸みを持ったものも含まれる。
複数の開口部２１の形状としては、例えば、四角形、六角形及び八角形のうちの少なくとも１つである。
【００２０】
図２（ａ）に例示した金属層２は、六角形の開口部２１を含む。図２（ａ）〜（ｂ）に表した金属層２の例では、主面１ａに沿って互いに異なる３つの方向（方向Ｄ１ａ、Ｄ２ａ及びＤ３ａ）に沿う直線部２２１ａ、２２２ａ及び２２３ａが設けられる。
【００２１】
金属細線２２は、直線部２２１ａ、２２２ａ及び２２３ａを連結した構造である。図２（ｂ）に表したように、各直線部２２０の長さＬは、各直線部２２０の中心線の交わる点をつなぐ直線の長さである。すなわち、各直線部２２０の長さＬは、各直線部２２０の延びる方向に平行な平面に投影して得られる構造の最大の長さを指す。直線部２２１ａ、２２２ａ及び２２３ａのそれぞれの長さＬの最大値は、可視光の波長以下である。
実施形態において、可視光の波長は、例えば７８０ｎｍである。
複数の直線部２２０のそれぞれ長さＬは、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２２】
また、複数の開口部２１のうちの隣り合う２つの開口部（例えば、図２（ａ）に示す開口部２１ａ及び２１ｂ）の重心を結ぶ直線ＣＬ上の金属細線２２の長さ（幅）は、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｂ）は、他の金属層の例を示す模式的平面図である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）の部分拡大図である。
図３（ｂ）に表した直線部２２０（直線部２２１ｂ、２２２ｂ及び２２３ｂ）の幅Ｗ２は、図２（ｂ）に表した直線部２２０（直線部２２１ａ、２２２ａ及び２２３ａ）の幅Ｗ１よりも広い。ここで、幅とは、主面１ａと平行で各直線部２２０の延びる方向と直交する方向に沿った長さである。各開口部２１のピッチが同じである場合、各直線部２２０の幅が広くなると金属細線２２の占有率が高くなる。ここで、金属細線２２の占有率とは、金属層２を法線方向Ｖにみたとき、金属層２の面積（法線方向Ｖにみた、金属細線２２の面積と、複数の開口部２１の面積と、の合計の面積）に対して金属細線２２の占める面積の割合のことを指す。
【００２４】
実施形態に係る光透過型金属電極では、直線部２２０の最大の長さＬは、２０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下であることが好ましい。直線部２２０の最大の長さＬが２０ｎｍ未満であると、金属層２の加工が困難になり、製造歩留まりの観点から好ましくない。また、直線部２２０の最大の長さＬが７８０ｎｍを超えると、可視光領域での透明性が低下するため好ましくない。
【００２５】
開口部２１の形状は、多角形であれば特に限定されない。ひとつの金属層２に異なる多角形形状の開口部２１が含まれていてもよい。代表的な多角形形状として四角形、六角形、八角形などがあげられる。開口部２１の形状は正多角形である必要はなく、各辺の長さが異なっていてもよい。また、凹型多角形、凸型多角形のいずれであってもよい。
【００２６】
図４は、他の金属層を例示する模式的平面図である。
図４に表した金属層２では、異なる４方向に沿う複数の直線部２２０によって、八角形の開口部２１１と、四角形（正方形）の開口部２１２とが組み合わされている。複数の直線部２２０は、方向Ｄ１ｂに沿う直線部２２１ｃ、方向Ｄ２ｂに沿う直線部２２２ｃ、方向Ｄ３ｂに沿う直線部２２３ｃ及び方向Ｄ４ｂに沿う直線部２２４ｃを含む。
【００２７】
八角形の複数の開口部２１１は、主面１ａに沿って千鳥状に配置される。四角形の複数の開口部２１２のそれぞれは、複数の開口部２１１の間に配置される。したがって、複数の開口部２１２も主面１ａに沿って千鳥状に配置される。
【００２８】
図４に表した金属層２において、直線部２２１ｃ、２２２ｃ、２２３ｃ及び２２４ｃのそれぞれの長さは、可視光の波長以下である。例えば、直線部２２１ｃ、２２２ｃ、２２３ｃ及び２２４ｃのそれぞれの長さは等しい。
【００２９】
図５は、他の金属層を例示する模式的平面図である。
図５に表した金属層２では、異なる２方向に沿う複数の直線部２２０によって、十二角形の開口部２１３と、四角形（正方形）の開口部２１４とが組み合わされている。複数の直線部２２０は、方向Ｄ１ｃに沿う直線部２２１ｄ及び２２３ｄ、方向Ｄ２ｂに沿う直線部２２２ｄ及び２２４ｄとを含む。
【００３０】
十二角形の複数の開口部２１３は、主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。四角形の複数の開口部２１４のそれぞれは、複数の開口部２１３の間に配置される。したがって、複数の開口部２１２も主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。
【００３１】
図５に表した金属層２において、直線部２２１ｄ、２２２ｄ、２２３ｄ及び２２４ｄのそれぞれの長さは、可視光の波長以下である。例えば、直線部２２１ｄ、２２２ｄ、２２３ｄ及び２２４ｄのそれぞれの長さは等しい。
【００３２】
図６は、他の金属層を例示する模式的平面図である。
図６に表した金属層２では、異なる２方向に沿う複数の直線部２２０によって、十二角形の開口部２１５と、四角形（長方形）の開口部２１６及び２１７と、四角形（正方形）の開口部２１８とが組み合わされている。複数の直線部２２０は、方向Ｄ１ｃに沿う直線部２２１ｅ及び２２３ｅ、方向Ｄ２ｂに沿う直線部２２２ｅ及び２２４ｅとを含む。
【００３３】
十二角形の複数の開口部２１５は、主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。複数の開口部２１６のそれぞれは、方向Ｄ２ｃに隣り合う複数の開口部２１５の間に配置される。開口部２１６の形状は、方向Ｄ１ｃに長い長方形である。複数の開口部２１６も主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。
【００３４】
複数の開口部２１７のそれぞれは、方向Ｄ１ｃに隣り合う複数の開口部２１５の間に配置される。開口部２１７の形状は、方向Ｄ２ｃに長い長方形である。複数の開口部２１７も主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。
【００３５】
複数の開口部２１８のそれぞれは、方向Ｄ１ｃに隣り合う２つの開口部２１５と、方向Ｄ２ｃに隣り合う２つの開口部２１５の合計４つの開口部２１５の間に配置される。複数の開口部２１８も主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。
【００３６】
図６に表した金属層２において、直線部２２１ｅ、２２２ｅ、２２３ｅ及び２２４ｅのそれぞれの長さは、可視光の波長以下である。
【００３７】
上記のように、金属層２には各種の形態が挙げられる。
実施形態に係る光透過型金属電極において、金属細線２２の占有率は、２０％を超え８０％以下である。金属細線２２の占有率が２０％以下になると、酸化物透明電極材料と同程度の抵抗率となるため好ましくない。一方、金属細線２２の占有率が８０％を超えると、金属反射が増加して透明性が低下するため好ましくない。
【００３８】
光透過型金属電極では、複数の直線部２２０によって多角形形状の開口部２１が複数形成される。これにより、光透過型金属電極では、広い波長範囲で高い透明性を得られる。さらに、光透過型金属電極では、金属細線２２の占有率が２０％を超えて８０％以下であるため、酸化物透明電極材料に比べて低抵抗な透明電極となる。
【００３９】
図７は、直線部の透過スペクトルの一例を示した図である。
図７において、横軸は光の波長、縦軸は光の透過率を示している。
図７には、直線部２２０の延びる方向に対して垂直な偏光を入射させた場合（垂直偏光）の透過スペクトルＴＭ１と、水平な偏光を入射させた場合（水平偏光）の透過スペクトルＴＭ２とが示されている。
【００４０】
直線部２２０の延びる方向に対して垂直な偏光方向の光が入射すると、直線部２２０中の自由電子が入射光の振動電場に応答して振動する。直線部２２０の長さが波長よりも十分大きいときには、この自由電子の振動によって反射光が生じる。そのため直線部２２０は不透明となる。
【００４１】
一方、直線部２２０の長さが波長と同程度の大きさになると、振動電場による自由電子の振動は、金属と空気との界面のポテンシャル障壁によって妨げられる。その結果、金属と空気との界面には表面電荷が形成される。この表面電荷によって、振動電場と逆方向の電場（反電場）が生じ、特定波長において反電場と入射電場の共鳴（局在表面プラズモン共鳴）が起こる。
【００４２】
局在表面プラズモン共鳴が生じる波長は、直線部２２０の表面に現れる表面電荷量と、直線部２２０内を移動する自由電子の距離とに依存する。したがって、局在表面プラズモン共鳴が生じる波長は、入射光の偏光方向に沿った直線部２２０の長さ、直線部２２０の誘電率（材質）、直線部２２０の周囲媒質の誘電率（材質）によって変化する。
【００４３】
図７に表したように、特定波長において直線部２２０の透過スペクトルＴＭ１、ＹＭ２に大きなディップが観測される。局在表面プラズモン共鳴が生じることによって、直線部２２０で光の反射及び吸収が生じるためである。一方、このディップが生じる波長よりも長波長側になると高い透過率を示していることがわかる。これは、入射光の波長が長くなると（入射電場の周波数が遅くなると）、自由電子の振動が直線部２２０の側壁によって構造的に阻害されて反射が抑制され、かつ直線部２２０中の自由電子が光の入射電場に追従できるようになり、局在表面プラズモン共鳴も生じないためである。
【００４４】
その結果、直線部２２０の延びる方向と垂直な偏光方向の光を入射した場合の透過スペクトルは、図７に示すように短波長側で局在表面プラズモン共鳴により大きなディップが生じ、それよりも長波長側の広い波長範囲で高い透過率を示す透明体として振舞うこととなる。
【００４５】
一方、直線部２２０の延びる方向と水平な偏光方向の光が入射した場合、入射電場によって自由電子は水平方向に振動することとなる。その結果、直線部２２０の端部には表面電荷が形成され、垂直偏光の場合と同様に局在表面プラズモン共鳴が起こる。
【００４６】
水平偏光では、垂直偏光の場合よりも偏光方向に沿った直線部２２０の長さが長いため、局在表面プラズモン共鳴が生じる波長は垂直偏光の場合に比べて長波長側となる。局在表面プラズモン共鳴が生じる波長よりも長波長側では、垂直偏光のときと同様に高い透過率を示す。その結果、水平偏光の透過スペクトルも、垂直偏光の場合と同様に短波長側で局在プラズモン共鳴によるディップを生じ、それよりも長波長側では透明体として振舞うこととなる。
【００４７】
発明者らは、このような光学特性を持つ複数の直線部２２０を二次元方向（少なくとも２方向）に連結させて多角形形状の開口部２１を有する光透過型金属電極を構成することにより、低抵抗でかつ広い波長範囲で高い透明性を示すことを見出した。
【００４８】
光透過型金属電極の光学特性は、直線部２２０の光学特性から説明される。光透過型金属電極は、複数の直線部２２０を連結して構成された多角形の開口部２１を有する。このため、任意の偏光方向の光に対して、入射電場による直線部２２０中の自由電子の振動が構造的に阻害される。その結果、光透過型金属電極の透過スペクトルは、直線部２２０に対して垂直偏光による局在プラズモン共鳴による損失、及び水平偏光による局在プラズモン共鳴による損失が生じ、これらの局所プラズモン共鳴が起こる波長よりも長波長側の波長領域では高い透過率を示す。
これにより、実施形態に係る光透過型金属電極では、広い波長範囲で高い透明性を示すことになる。
【００４９】
図８は、実施形態に係る光透過型金属電極の透過スペクトルの一例を示す図である。
図８に表した透過スペクトルＴＭ３のように、光透過型金属電極では、直線部２２０に由来する局在表面プラズモン共鳴が起こる波長よりも長波長側で高い透明性が得られる。一方、局在表面プラズモン共鳴が起こる波長付近では金属細線２２での反射及び吸収による損失が生じ、透過率は減少する。
【００５０】
直線部２２０に関して局在表面プラズモン共鳴が起こる波長は、直線部２２０の長さに依存する。すなわち、直線部２２０の長さが長くなると、局在プラズモン共鳴が起こる波長は長波長側にシフトする。可視光領域の広い波長範囲で高い透明性を得るためには、局在プラズモン共鳴が起こる波長を、より短波長側にすることが好ましい。
【００５１】
そのため、光透過型金属電極における直線部２２０の最大長さは可視光の波長以下にする。これにより、光透過型金属電極では、可視光の広い範囲で高い透過率が得られる。
【００５２】
波長よりも十分大きな開口を有する金属電極の場合、金属細線部の占有率を大きくすると、それに比例して透過率が減少する。これは、金属部位で光の反射が生じるためである。一方、実施形態に係る光透過型金属電極の光透過原理は、可視光波長より短い長さの直線部２２０を連結させた多角形形状の開口部２１を有する構造である。これにより、金属細線部の自由電子の振動を構造的に阻害する。そのため、金属細線２２の占有率が高くなっても透過率の減少が抑制される。
【００５３】
ここで、金属細線２２の占有率が２０％以下となっても高い透明性を得ることはできるが、金属細線２２の占有率が低下すると抵抗率が増加する。一方、金属細線２２の占有率が８０％以上となると金属細線２２による反射が大きくなり、透明性が低下する。そのため、金属部位の占有率は２０％を超え８０％以下とすることが好ましい。
【００５４】
光透過型金属電極の製造方法は、本発明が要求する構造を満足するものであれば特に限定されない。本発明の金属層２における直線部２２０の最大の長さＬは可視光の波長以下であり、開口部２１も波長と同程度のサイズとなる。
【００５５】
図９（ａ）〜（ｄ）は、光透過型金属電極の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
まず、図９（ａ）に表したように、部材１の上に金属材料層２Ａを形成する。金属材料層２Ａの形成は、広く一般的な薄膜形成方法を用いればよい。例えば、抵抗過熱方式の真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザ蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法があげられる。
【００５６】
次に、図９（ｂ）に表したように、金属材料層２Ａに、金属細線２２の形状に対応したパターン層５を形成する。パターン層５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、ソフトインプリント法、ブロックポリマーリソグラフィ法、コロイダルリソグラフィ法、走査プローブ法などによって形成される。
【００５７】
次に、図９（ｃ）に表したように、パターン層５をマスクとして金属材料層２Ａにパターンを形成する。パターンの形成には、例えば、ドライエッチング法、イオンミリング法、フォーカスイオンビーム法が用いられる。パターン層５の開口から金属材料層２Ａをエッチングすることで、金属層２に開口部２１が形成される。パターン層５によってマスクされた部分には、金属細線２２が残る。
【００５８】
その後、図９（ｄ）に表したように、パターン層５を除去することによって、金属層（光透過型金属電極）２が完成する。
本実施形態においては、金属細線２２を構成要素としているために、電子ビーム描画により製造する場合には、描画時間を短くできるという効果がある。
【００５９】
ここでは、はじめに部材１の上に金属材料層２Ａを形成したが、部材１の上にパターン層５を形成した後、金属材料層２Ａを形成し、パターン層５及びパターン層５上の金属材料層２Ａを除去するリフトオフ法やめっき法を用いることで光透過型金属電極を製造してもよい。
【００６０】
このような方法で得られた光透過型金属電極の構造は、一般的な走査型電子顕微鏡を用いて確認することができる。例えば、走査エリア内に１個〜１０個程度の開口部２１を含む電子顕微鏡像を観察する。得られた画像から直線部２２０の最大長さを測定することができる。直線部２２０の側壁２２０ｗの直線のばらつきや、直線部２２０の交点のばらつきについてもこの画像から測定することができる。続いて、５０個程度の開口部２１を含む電子顕微鏡像を観察する。得られた画像を画像解析して金属細線２２と開口部２１とに二値化処理し、金属細線２２の占有率を求めることができる。
【００６１】
図１０（ａ）〜（ｂ）は、電子顕微鏡による観察像を例示する模式図である。
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すＡ部の拡大図である。直線部２２０の側壁２２０ｗは、完全な直線となっていないことがわかる。これは、微細加工時の設計値からのばらつきのためである。
【００６２】
例えば、光リソグラフィを用いてパターン層５を形成する場合、パターン層５を形成する材料は、一般的な半導体工程で用いられるレジスト等の有機高分子が用いられる。光リソグラフィにおいて、フォトマスクを用いてパターン層５にパターン形成すると、パターン層５の側壁に、有機高分子の大きさに由来するばらつきが生じる。このパターン層の直線ばらつきによって、金属材料層２Ａに同様のばらつきが生じる。しかしながら、発明者らが検討した結果、このようなばらつきがあっても、設計値からのばらつきが例えば±３０％以内であれば、実施形態の作用効果を損なうことはない。このばらつきは、局在表面プラズモン共鳴が起こる波長において、透過スペクトルのディップの半値幅を広げることになるが、この波長領域よりも長波長側の透明性には影響を与えないためである。
【００６３】
図１１（ａ）〜（ｂ）は、電子顕微鏡による別の観察像を例示する模式図である。
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示すＢ部の拡大図である。すなわち、図１１（ｂ）では、３つの直線部２２０が重なった交点部分（図１１（ａ）のＢ部）の観察像を表している。
【００６４】
図１１に表した交点部分において、側壁２２０ｗの交わる角ＣＰは完全な角になっておらず、丸みを帯びていることがわかる。この場合も前記と同様に、微細加工時の設計値からのばらつきに由来している。光リソグラフィを用いた場合、フォトマスクのパターンエッジで光が回折によって広がるためである。しかしながら、設計値からのばらつきが例えば±３０％以内であれば、実施形態の作用効果を損なうことはない。
【００６５】
光透過型金属電極は、酸化物透明電極材料を用いた透明電極に比べて低抵抗であり、かつ広い波長範囲で高い透明性を有する。そのため、タッチパネルなどの光学部品や、半導体発光素子、太陽電池やフォトディテクタなどの光電変換素子、液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスなどの表示素子、その他各種の機器へ応用される。
【００６６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電子装置について説明する。
上記説明した光透過型金属電極は、種々の電子装置に適用される。
電子装置は、主面を有する構造体を備える。光透過型金属電極は、構造体の主面上に設けられる。構造体には、光透過型金属電極である金属層２を介して電荷が供給される。
以下、具体的な電子装置への適用例を説明する。
【００６７】
図１２は、有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を例示する模式的断面図である。
図１２には、ボトムアップ型の素子構造が示されている。図１２に表したように、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、単に「有機ＥＬ素子」という。）２１０は、基板９と、基板９の上に設けられた電極層１０と、電極層１０の上に設けられた発光層１１と、発光層１１の上に設けられた対向電極１２と、を備える。構造体は、例えば、基板９、電極層１０及び発光層１１の積層構造を含む。有機ＥＬ素子２１０では、例えば、電極層１０として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。
【００６８】
基板９は、例えば透明性を有する。発光層１１は光学層の一例であり、有機発光材料を少なくとも１層以上含む。発光層１１は、電極層１０である光透過型金属電極の金属層２から供給される電荷に基づいて光を放出する。すなわち、有機ＥＬ素子２１０においては、電極層１０及び対向電極１２より注入された電子及び正孔が発光層１１にて再結合して発光する。発光光は、光透過型金属電極である電極層１０を透過して外部に放出される。
【００６９】
図１２には、ボトムアップ型の素子構造を示したが、トップエミッション型の素子構造でもよい。光透過型金属電極は、有機ＥＬ素子２１０の発光層１１に対して発光光を放出する側に設けられる。有機ＥＬ素子２１０では、対向電極１２０に光透過型金属電極を用いてもよい。
【００７０】
有機ＥＬ素子２１０は、図１２に表した素子構造を基本素子として、複数の基本素子をアレイ化したディスプレイ装置や、大面積化した照明装置などにも適用される。一般的に用いられている酸化物導電材料を電極層１０に用いた場合、電極層１０の抵抗によって電圧降下が起こり、発光強度のばらつきが発生することもある。特に、照明装置のような大面積デバイスでは、この問題が顕著となる。酸化物導電材料に比べて低抵抗な光透過型金属電極を用いることによって、透明性を失うことなく、発光強度のばらつきが改善される。
【００７１】
図１３は、液晶表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１３に表したように、液晶表示装置３１０は、駆動基板３１、対向基板３２、シール部３３、液晶層３４、画素電極３５及び対向電極３６を備える。構造体は、例えば、駆動基板３１、シール部３３、液晶層３４及び画素電極３５を含む。図１３に表した液晶表示装置３１０では、対向電極３６として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。
【００７２】
駆動基板３１には、画素ごとに画素電極３５が設けられる。画素電極３５にはＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の駆動素子（図示せず）が接続される。画素電極３５は、駆動素子によって制御される。この構造体の画素電極３５には、対向電極３６と駆動素子とを介して電荷が供給される。画素電極３５には、この電荷に基づく電圧が生じる。画素電極３５と対向電極３６との間の電圧がよって液晶層３４に印加され、液晶層３４の光学特性が制御される。
【００７３】
駆動基板３１はシール部３３を介して対向基板３２と貼り合わせられる。対向基板３２には、対向電極３６が設けられる。駆動基板３１と対向基板３２との間には液晶層３４が設けられる。
液晶層３４は、電荷に基づく電圧によって電流複屈折性、旋光性、散乱性、回折性及び吸収性の少なくともいずれかを含む光学特性が変化する光学層の一例である。液晶層３４の光学特性が変化することで、画素ごとに液晶層３４の光の透過率が変化する。
【００７４】
図１４は、太陽電池の構成を例示する模式的断面図である。
図１４に表したように、太陽電池４１０は、少なくとも１つ以上のｐｎ接合を形成したシリコン基板１３と、シリコン基板１３の一方側（光照射面側）に設けられた電極層１４と、シリコン基板１３の他方側（光照射面と反対側）に設けられた対向電極１５と、を備える。この電極層１４として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。
【００７５】
図１４に表した太陽電池４１０の例では、シリコン基板１３にｎ層１３ｎ及びｐ層１３ｐが設けられる。シリコン基板１３は構造体の一例であり、入射する光を電気信号に変換する光電変換層（例えばｐｎ接合を含む層）を含む。この太陽電池４１０では、シリコン基板１３のｎ層１３ｎの側が光照射面となっている。
【００７６】
シリコン基板１３には、光透過型金属電極である電極層１４を透過した太陽光が到達する。シリコン基板１３中に透過した太陽光によって、シリコン基板１３のｎ層１３ｎ、ｐ層１３ｐではそれぞれ励起されたキャリアが内部電界によって分離され、電極層１４、対向電極１５によって捕集される。電極層１４である光透過型金属電極において、金属層２には、シリコン基板１３の光電変換層で変換された電気信号を含む電流が流れる。
【００７７】
結晶シリコンを用いた太陽電池のようにキャリア拡散長が長い場合には、光照射面側電極（電極層１４）として、櫛形電極が用いられる。このとき、櫛形電極に照射された光は遮光されて反射損失となる。実施形態に係る光透過型金属電極を用いることによって、このような反射損失の低減が達成される。
【００７８】
一方、薄膜シリコン太陽電池では、アモルファス状のシリコン薄膜が発電層に用いられる。アモルファスシリコンは結晶シリコンに比べて、キャリア拡散長が短いため、櫛形電極は使用することができない。そのため、照射面全面に光透過性を有する電極（例えば、酸化物透明電極）が用いられる。
【００７９】
酸化物透明電極の抵抗率は金属材料の抵抗率に比べて高いため、酸化物透明電極での抵抗損失によって効率が低下する。太陽電池の基板が大型化すると、このような効率の低下は顕著となる。本実施形態の光透過型金属電極を用いることで、抵抗損失の低減及び変換効率の改善が達成される。
【００８０】
図１５は、半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図１５では、フェイスアップ型の半導体発光素子の構造を例示している。
図１５に表したように、半導体発光素子５１０は、基板１６と、基板１６の上に設けられた半導体層１７と、半導体層１７の上に設けられたｎ側電極１８と、半導体層１７の上に設けられたｐ側電極１９と、ｎ側電極１８の上に設けられた第一のパッド電極２０ｎと、ｐ側電極１９の上に設けられた第二のパッド電極２０ｐと、を備える。構造体は、例えば基板１６と、半導体層１７と、を含む。このｎ側電極１８として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。
【００８１】
半導体層１７は、例えばｐ形半導体層１７ｐ、ｎ形半導体層１７ｎ及び発光層１７ａを含む。発光層１７ａは、ｐ形半導体層１７ｐとｎ形半導体層１７ｎとの間に設けられる。発光層１７ａは、ｎ側電極１８である光透過型金属電極の電極層２から供給される電荷に基づいて光を放出する。すなわち、ｎ側電極１８及びｐ側電極１９より半導体層１７に注入された電子及び正孔は、半導体層１７の発光層１７ａで再結合して発光し、光透過型金属電極であるｎ側電極１８を透過して素子外部に放出される。
【００８２】
半導体発光素子５１０の発光強度を上げるため、注入電流を増加させることが有効である。しかしながら、ｎ側電極１８として酸化物透明電極が適用された半導体発光素子の電流−輝度特性は、ある電流値でピークを持ち、それ以上半導体発光素子に電流を流しても輝度は低下していく。これは、酸化物透明電極の抵抗率が高いため、均一に電流注入することができず、均一な発光が困難になるためである。酸化物透明電極に比べて抵抗率の低い光透過型金属電極をｎ側電極１８に用いることによって、電流集中による輝度低下が抑制され、高輝度の半導体発光素子５１０が提供される。また、大面積の半導体発光素子５１０であっても、均一な発光特性を得られる。
【００８３】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る光学素子について説明する。
上記説明した光透過型金属電極は、種々の光学素子に適用される。
光学素子は、光を透過する部分を有し主面を有する光学部材を備える。光透過型金属電極は、光学部材の主面上に設けられる。
以下、光学素子への適用例を説明する。
【００８４】
図１６は、タッチパネルの構成を例示する模式的斜視図である。
図１６に表したように、タッチパネル６１０は、光学部材の一例である基板６と、基板６の上に設けられた電極層７と、を備える。この電極層７として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。タッチパネル６１０において、基板６は光学部材の一例である。基板６には駆動回路８が形成されている。タッチパネル６１０は、電極層７と対向しつつ電極層７と離間する対向電極（図示せず）を備えていてもよい。タッチパネル６１０の方式は抵抗変化型及び静電容量型のどちらであってもよい。電極層７に光透過型金属電極を用いることで、電極層７に酸化物導電材料を用いる場合に比べて透明性を損なうことなく、接触感度の向上が達成される。
【００８５】
図１７は、カラーフィルタの構成を例示する模式的断面図である。
カラーフィルタ７１０は、特定の波長帯の光を透過率が他の波長帯の光の透過率よりも高い色層７２を備える。色層７２は、光学部材の一例である。色相７２は、例えば基板７１の主面７１ａ上に形成される。色層７２には、電極層７３が設けられる。この電極層７３として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。
【００８６】
色層７２は、例えば、第１波長帯の光を透過する第１領域７２１と、主面７１ａに対して平行な面内において第１領域７２１と並置され第１波長帯とは異なる第２波長帯の光を透過する第２領域７２２と、主面７１ａに対して平行な面内において第１領域７２１及び第２領域７２２と並置され第１波長帯とは異なり第２波長帯と異なる第３波長帯の光を透過する第３領域７２３と、を含む。
【００８７】
カラーフィルタ７１０は、例えば液晶表示装置の対向側部材として用いられる。例えば、カラーフィルタ７１０の基板７１は、図１３に表した対向基板３２として用いられ、電極層７３は、図１３に表した対向電極３６として用いられる。
【００８８】
カラーフィルタ７１０において、電極層７３である光透過型金属電極の金属層２の上には、金属層２とは異なる材料の被覆層７４が設けられていてもよい。カラーフィルタ７１０を対向側部材として用いる場合、被覆層７４は、例えば液晶層３４の液晶の配向を揃える配向膜である。
【００８９】
（第１実施例）
第１実施例は、六角形の開口部２１を有する銀（Ａｇ）を用いた光透過型金属電極の具体例である。
洗浄した石英基板（旭硝子社製、ＡＱ）上に、真空蒸着法によりＡｇＣｕ（Ａｇ７３％、Ｃｕ２７％）を３０ｎｍの厚さに蒸着した。窒素雰囲気中３００℃で熱処理した後、ＳｉＯを３０ｎｍの厚さに蒸着した。この基板にレジスト（東京応化工業社製、ＴＨＭＲ−ｉｐ３２５０）を塗布し、１２０℃にて熱ナノインプリントを行った。
【００９０】
ナノインプリントに用いるモールド（版）は、直線部２２０を形成するための凹部と、開口部２１を形成するための正六角形の凸部と、を備える。支持基板上に複数の凸部が周期的に形成される。凹部の最大長さは２００ｎｍである。凸部の占有率は６０％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【００９１】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、反応性リアクティブエッチング装置により、レジスト残膜を除去した後、レジストをマスクにしてＳｉＯをエッチングした。残ったレジストはアセトンで溶解した。
【００９２】
続いて、イオンミリング装置によりＳｉＯをマスクにしてＡｇＣｕをエッチングした。残ったＳｉＯをフッ酸で溶解した。得られた構造の表面を、走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される六角形の開口部２１の配置は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ４０％であった。
【００９３】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長４００ｎｍで大きなディップが生じ、それよりも長波長側では８５％〜７５％の高い透過率を示した。また、シート抵抗を測定した結果、０．８Ω／□であった。
【００９４】
（第２実施例）
第２実施例は、六角形の開口部２１を有する金（Ａｕ）を用いた光透過型金属電極の具体例である。
洗浄した石英基板（旭硝子社製、ＡＱ）上に、真空蒸着法によりＡｕを３０ｎｍの厚さに蒸着した。窒素雰囲気中３００℃で熱処理した後、ＳｉＯを３０ｎｍの厚さに蒸着した。この基板にレジスト（東京応化工業社製、ＴＨＭＲ−ｉｐ３２５０）を塗布し、１２０℃にて熱ナノインプリントを行った。
【００９５】
ナノインプリントに用いるモールドは、第１実施例と同じである。このモールドのパターンをレジストに転写した。モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、反応性リアクティブエッチング装置により、レジスト残膜を除去した後、レジストをマスクにしてＳｉＯをエッチングした。残ったレジストはアセトンで溶解した。
【００９６】
続いて、イオンミリング装置によりＳｉＯをマスクにしてＡｕをエッチングした。残ったＳｉＯをフッ酸で溶解した。得られた構造の表面を、走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される六角形の開口部２１の配置は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ４０％であった。
【００９７】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長６５０ｎｍに大きなディップが生じ、それよりも長波長側では８５％〜７５％の高い透過率を示した。また、シート抵抗を測定した結果、０．９Ω／□であった。
【００９８】
（第３実施例）
第３実施例は、六角形の開口部２１を有するアルミニウム（Ａｌ）を用いた光透過型金属電極の具体例である。
洗浄した石英基板（旭硝子社製、ＡＱ）上に、真空蒸着法によりＡｌを３０ｎｍの厚さに蒸着した。窒素雰囲気中３００℃で熱処理した。この基板にレジスト（東京応化工業社製、ＴＨＭＲ−ｉｐ３２５０）を塗布し、１２０℃にて熱ナノインプリントを行った。
【００９９】
ナノインプリントに用いるモールドは、第１実施例と同じである。このモールドのパターンをレジストに転写した。モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、反応性リアクティブエッチング装置により、レジスト残膜を除去した後、レジストをマスクにしてＡｌをエッチングした。残ったレジストはアセトンに溶解した。
【０１００】
得られた構造の表面を、走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される六角形の開口部２１の配置は周期的であった。金属部位の面積率はおおよそ４０％であった。
【０１０１】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長２８０ｎｍに大きなディップが生じ、それよりも長波長側では８０％〜７０％の高い透過率を示した。また、シート抵抗を測定した結果、１．1Ω／□であった。
【０１０２】
（第４実施例）
第４実施例は、四角形の開口部２１２と八角形の開口部２１１とを有するＡｇを用いた光透過型金属電極の具体例である。
第１実施例と同様に、ＡｇＣｕ、ＳｉＯを真空蒸着した基板を用意した。この基板にレジスト（東京応化工業社製、ＴＨＭＲ−ｉｐ３２５０）を塗布して、１２０℃にて熱インプリントを行った。
【０１０３】
ナノインプリントに用いたモールド（版）は、直線部２２０を形成するための凹部と、開口部２１１を形成するための正八角形の凸部と、開口部２１２を形成するための正四角形の凸部と、を備える。支持基板上に正四角形の複数の凸部と、正八角形の複数の凸部とが周期的に形成される。凹部の最大長さは２００ｎｍである。凸部の占有率は７０％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【０１０４】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、第１実施例と同様の方法によりＡｇＣｕのエッチングを行った。得られた構造の表面を、走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される四角形の開口部２１２と八角形の開口部２１１との配列は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ３０％であった。
【０１０５】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長３９０ｎｍに大きなディップが生じ、それよりも長波長側では８５％〜８０％の高い透過率を示した。またシート抵抗を測定した結果、０．９Ω／□であった。
【０１０６】
（第５実施例）
第５実施例は、四角形の開口部と十二角形の開口部と有するＡｇを用いた光透過型金属電極の具体例である。
第１実施例と同様に、ＡｇＣｕ、ＳｉＯを真空蒸着した基板を用意した。この基板にレジスト（東京応化工業社製、ＴＨＭＲ−ｉｐ３２５０）を塗布して、１２０度にて熱インプリントを行った。
【０１０７】
ナノインプリントに用いたモールド（版）は、直線部２２０を形成するための凹部と、開口部２１１を形成するための十二角形の凸部と、開口部２１２を形成するための正四角形の凸部と、を備える。支持基板上に十二角形の複数の凸部と、正四角形の複数の凸部とが周期的に形成される。凹部の最大長さは２００ｎｍである。凸部の占有率は６０％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【０１０８】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、第１実施例と同様の方法によりＡｇＣｕのエッチングを行った。得られた構造の表面を走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される十二角形の開口部２１３と正四角形の開口部２１２との配列は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ４０％であった。
【０１０９】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００〜１０００ｎｍの範囲で測定した結果、波長４３０ｎｍに大きなディップが生じ、それより長波長側では、８５％〜７５％の高い透過率を示した。またシート抵抗を測定した結果、０．８Ω／□であった。
【０１１０】
（第６実施例）
第６実施例は、長方形の開口部と十二角形の開口部とを有するＡｇを用いた光透過型金属電極の具体例である。
第１実施例と同様に、ＡｇＣｕ、ＳｉＯを真空蒸着した基板を用意した。この基板にレジストを塗布して、１２０度にて熱インプリントを行った。
【０１１１】
ナノインプリントに用いたモールド（版）は、直線部２２０を形成するための凹部と、開口部２１１を形成するための十二角形の凸部と、開口部２１２を形成するための長方形の凸部と、を備える。支持基板上に十二角形の複数の凸部と、長方形の複数の凸部とが周期的に形成される。一方向に延びる凹部の最大長さは２００ｎｍである。他方向に延びる凹部の最大長さは１５０ｎｍである。凸部の占有率は５５％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【０１１２】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、第１実施例と同様の方法によりＡｇＣｕのエッチングを行った。得られた構造の表面を走査型電子顕微鏡で観察した。その結果、一方向に延びる直線部２２０の最大長さは２００ｎｍ、他方向に延びる直線部２２０の最大長さは１５０ｎｍであった。直線部２２０によって形成される十二角形の開口部と長方形の開口部との配列は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ４５％であった。
【０１１３】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長４５０ｎｍに大きなディップが生じ、それより長波長側では、８０％〜７０％の高い透過率を示した。また、シート抵抗を測定した結果、０．８Ω／□であった。
【０１１４】
（第１参考例）
第１参考例は、第１実施例と同様に正六角形状の開口を有する構造で、開口部２１の開口率が９０％の具体例である。
第１実施例と同様に、ＡｇＣｕ、ＳｉＯを真空蒸着した基板を用意した。この基板にレジストを塗布して、１２０℃にて熱インプリントを行った。
【０１１５】
ナノインプリントに用いたモールド（版）は、直線部２２０を形成するための凹部と、開口部２１１を形成するための正六角形の凸部と、を備える。支持基板上に正六角形の複数の凸部が周期的に形成される。凹部の最大長さは２００ｎｍである。凸部の占有率は９０％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【０１１６】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、反応性リアクティブエッチング装置により、レジスト残膜を除去した後、レジストをマスクにしてＳｉＯをエッチングした。残ったレジストはアセトンで溶解した。
【０１１７】
続いて、イオンミリング装置によりＳｉＯをマスクにしてＡｇＣｕをエッチングした。残ったＳｉＯをフッ酸で溶解した。得られた構造の表面を、走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される六角形の開口部２１の配置は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ１０％であった。
【０１１８】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長３８０ｎｍに大きなディップが生じ、それよりも長波長側では８５％〜７５％の高い透過率を示した。また、シート抵抗を測定した結果、２．５Ω／□であった。第１参考例に係る光透過型金属電極では、第１実施例に係る光透過型金属電極に比べて高い抵抗を示した。
【０１１９】
（第２参考例）
第２参考例は、円形の開口部を有する光透過型金属電極の具体例である。
第１実施例と同様に、ＡｇＣｕ、ＳｉＯを真空蒸着した基板を用意した。この基板にレジストを塗布して、１２０度で熱インプリントを行った。
【０１２０】
ナノインプリントに用いたモールド（版）は、直径１８０ｎｍの円形の凸部が三角格子状に配列されたものである。凸部の占有率は４５％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【０１２１】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、第１実施例と同様の方法によりＡｇＣｕのエッチングを行った。得られた構造の表面を走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直径１８０ｎｍの円形の開口部が三角格子状に形成されていた。金属細線２２の面積率は５５％であった。
【０１２２】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長４９０ｎｍでディップが生じ、波長５６０ｎｍで透過率８２％のピークが生じた。それより長波長側では透過率は減少し、波長１０００ｎｍでは３２％となった。参考例２に係る光透過型金属電極では、第１実施例に係る光透過型金属電極のような広い波長範囲での透明性は得られなかった。また、シート抵抗を測定した結果、０．７Ω／□であった。
【０１２３】
（第７実施例）
第７実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極を有機ＥＬ素子の照明に適用した具体例である。
ガラス基板上に第３実施例に係る光透過型金属電極を形成した。光透過型金属電極上へ、ＰＳＳ：ＰＥＤＯＴ水溶液を塗布し、正孔注入層を形成した。その上にα−ＮＰＤを真空蒸着法により堆積させて、正孔輸送層を形成した。次に、その上に、青色発光材料であるＦＩｒｐｉｃがＣＢＰにドープされた青色発光層を共蒸着法により形成した。次に、その上に、赤色発光材料であるＢｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）がＣＢＰにドープされた赤色発光層を共蒸着法により形成した。次に、その上に、黄色発光材料であるＢｔ２Ｉｒ（ａｃａｃ）がＣＢＰにドープされた黄色発光層を共蒸着法により形成した。そして、その上に、ＢＣＰを蒸着法により堆積させて電子輸送層を形成させた。最後にＬｉＦ（１ｎｍ厚）／Ａｌ（１５０ｎｍ厚）を蒸着法により堆積させて陰極を形成し、白色有機ＥＬ照明装置を得た。
【０１２４】
得られた有機ＥＬ照明装置について輝度のムラの評価を行ったところ、中心部と端との輝度の差は１０％以下であった。陽極とした適用した光透過型金属電極のシート抵抗が、ＩＴＯのシート抵抗の１／３以下になったことから均一発光していることが確認された。
【０１２５】
（第８実施例）
第８実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極をアモルファスシリコン太陽電池に適用した具体例である。
ガラス基板上に第３実施例に係る光透過型金属電極を形成した。次にプラズマＣＶＤ装置を用いて、ＰＨ３とＳｉＨ４との混合ガスによりｐ形Ｓｉ層を形成した。ＳｉＨ４ガスによりｉ形Ｓｉ層を、Ｂ２Ｈ６とＳｉＨ４と混合ガスによりｎ形Ｓｉ層を形成し、ｐｉｎ光電変換層を形成した。続いてスパッタ法を用いて、ｎ形Ｓｉ層上にアルミニウムを含有する銀合金からなる裏面側電極層を形成した。
【０１２６】
以上の手順によって作製したアモルファスシリコン太陽電池の電流電圧特性を評価した。参考例として、光透過型金属電極の代わりにＩＴＯを１００ｎｍ厚で形成する以外は第８実施例と同様に作製した太陽電池を用いた。ＩＴＯのシート抵抗に比べて光透過型金属電極のシート抵抗が低下したことにより、抵抗損失が減少した。その結果、変換効率は４．６％から４．８％に改善した。
【０１２７】
（第９実施例）
第９実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極を結晶シリコン太陽電池に適用した具体例である。
ｐｎ接合を形成した結晶シリコン太陽電池基板の表面の酸化膜をフッ酸で除去した後、ｎ面側（光照射面側）に第１実施例に係る光透過型金属電極を形成した。続いてｐ面側（裏面側）の全面にアルミニウムペーストを塗布して加熱することにより、対向電極を形成した。
【０１２８】
以上の手順によって作製した結晶シリコン太陽電池の変換効率を評価した。参考例として、光透過型金属電極の代わりに櫛形の表面電極を形成した以外は第９実施例と同様に作製した太陽電池を用いた。参考例の太陽電池の変換効率が６．５％であったのに対して、第９実施例に係る結晶シリコン太陽電池の変換効率は６．８％であった。
【０１２９】
（第１０実施例）
第１０実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極を半導体発光素子に適用した具体例である。
サファイア基板上に、バッファ層としてのｎ−ＧａＮ層を形成し、ｎ−ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなるＭＱＷ（multi quantum well）層、ｐ−ＡｌＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ層を順に形成した半導体発光素子基板（発光波長４４０ｎｍ）を用意した。p面側にＮｉを１ｎｍ成膜した後、パラジウムを添加した銀合金によりｐ電極を形成した。その後、ナノインプリント法を用いて、実施例１の光透過型金属電極を形成した。続いて、反射防止膜及び保護膜としてＳｉＮを膜厚３５ｎｍでスパッタ成膜した。その後、光リソグラフィによりｎ−ＧａＮ層の面出しのためパターニングを行った後、ＳｉＮをドライエッチング、Ａｇをイオンミリングでパターニングした後、塩素ドライエッチングでp−ＧａＮ層をエッチングして、ｎ−ＧａＮ層の面出しを行った。その後、エッチングしたｎ−ＧａＮ面にＴｉ/Ａｌ/Ｔｉをそれぞれ１０ｎｍ/１００ｎｍ/５０ｎｍの厚さでスパッタして、ｎ電極を形成した。ウェーハを窒素雰囲気下で６５０℃で１０分間アニールして、電極層と素子との間にオーミック接触を形成した。さらに、ｐ電極、ｎ電極表面にＡｕパッド電極を形成し、第１０実施例に係る半導体発光素子を作製した。
【０１３０】
第３参考例として、光透過型金属電極の代わりに第１参考例の円形の開口部を形成した光透過型金属電極を適用した半導体発光素子を作製した。
また、第４参考例として、光透過型金属電極の代わりに、膜厚１００ｎｍのＩＴＯを用いた以外は第１０実施例と同様に作製した半導体発光素子を作製した。
【０１３１】
第１０実施例に係る半導体発光素子と、第３参考例及び第４参考例に係る半導体発光素子とで、電流−輝度特性を評価した。その結果、第１０実施例に係る半導体発光素子の輝度は、第３参考例及び第４参考例に係る半導体発光素子の輝度に比べて１．２倍であった。
【０１３２】
（第１１実施例）
第１１実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極を半導体発光素子に適用した具体例である。
ＧａＡｓ基板上クラッド層としてのｎ−ＩｎＧａＡｌＰ層、活性層としてのＩｎＧａＡｌＰ層、クラッド層としてのｐ−ＩｎＧａＡｌＰ層および電流拡散層としてのｐ−ＧａＰ層を順次成膜した半導体発光素子基板（発光波長６３０ｎｍ）を用意した。次いで、電流拡散層上に金属電極層としてＡｕ膜１０ｎｍ、Ａｕ−Ｚｎ合金膜３０ｎｍからなる金属電極膜を真空蒸着法により形成した。さらに、ＧａＡｓ基板の裏面にＡｕ−Ｇｅ合金を１５０ｎｍの厚さで真空蒸着により成膜して裏面電極を形成した。その後、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間シンタリングすることにより、基板と裏面電極層間、電流拡散層と金属電極層間にオーミック接触を形成した。金属薄膜上にナノインプリント法を用いて、実施例１の光透過型金属電極と同等の構造を作製した。続いて、金属電極層の一部にＡｕからなる丸型電極を形成することで、第１１実施例に係る半導体発光素子を作製した。
【０１３３】
参考例として、第１１実施例と同様の半導体発光素子であるが、電流拡散層とオーミック接触を持つ膜厚２５０ｎｍのＩＴＯを金属電極層の代わりに用いた半導体発光素子を用意した。チップサイズ１ｍｍ×１ｍｍにダイシング加工し、ベアチップでチップテスタにて輝度測定を行った。最大輝度で比較した結果、参考例の素子の最大輝度を１とした場合、第１１実施例は１．２倍であった。
【０１３４】
（第１２実施例）
第１２実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極を半導体発光素子に適用した具体例である。
ｎ−ＧａＮ基板上に、ＭＯＣＶＤ法によりバッファ層としてｎ−ＧａＮ、クラッド層としてｎ−ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなるＭＱＷ層、クラッド層としてｐ−ＡｌＧａＮ、およびコンタクト層としてｐ−ＧａＮを順次形成した半導体発光素子基板（発光波長４４０ｎｍ厚）を用意した。続いて、真空蒸着法によりｐ型コンタクト層上にＮｉ（１ｎｍ厚）／Ａu（３０ｎｍ厚）からなるｐ側電極層を形成した。また、基板の裏面にはＴｉ（１０ｎｍ厚）／Ａｕ（１００ｎｍ厚）からなるｎ側電極層を形成させ、所望の形状に加工した。最後に熱処理によって、各電極層と素子との接触面にオーミック接触を形成した。次に、ナノインプリント法を用いて、実施例１と同等の光透過型電極構造を形成した。さらにｐ側電極層の一部にＴｉ／Ａｕからなる丸型電極を形成することで、第１２実施例に係る半導体発光素子を作製した。
【０１３５】
参考例として、第１２実施例と同様の半導体発光素子であるが、ｐ型電極として膜厚２００ｎｍのＩＴＯを金属電極層の変わりに形成した半導体発光素子を製造した。半導体発光素子をチップサイズ３００μｍ角にダイシング加工し、ベアチップでチップテスタにて輝度測定を行った。最大輝度で比較した結果、参考例の素子の最大輝度を１とした場合、第１２実施例は１．３倍であった。
【０１３６】
実施形態に係る光透過型金属電極によれば、直線部２２０の最大長さを可視光の波長以下にして、複数の直線部２２０によって多角形の開口部２１を複数設けることで、全偏向方向の光に対して、金属層２の内部で生じる自由電子の振動を構造的に阻害し、反射損失を抑制することができる。これにより、金属細線２２の占有率が２０％を超え８０％以下であっても高い透明性を失うことなく、従来の酸化物導電体に比べて低抵抗であり、かつ波長依存性の少ない光透過性金属電極を提供することができる。
また、実施形態に係る光透過型金属電極を電子装置及び光学素子に適用することで、高効率なデバイスを提供することができる。
【０１３７】
以上説明したように、実施形態によれば、低い電気抵抗を維持しながら、広い波長範囲で十分な透明性を得ることができる光透過型金属電極、電子装置及び光学素子を提供できる。
【０１３８】
なお、上記に本実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【０１３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４０】
１…部材、１ａ…主面、２…金属層（光透過型金属電極）、２Ａ…金属材料層、５…パターン層、６…基板、７…電極層、８…駆動回路、９…基板、１０…電極層、１１…発光層、１２…対向電極、１３…シリコン基板、１３ｎ…ｎ層、１３ｐ…ｐ層、１４…電極層、１５…対向電極、１６…基板、１７…半導体層、１７ａ…発光層、１７ｎ…ｎ形半導体層、１７ｐ…ｐ形半導体層、１８…ｎ側電極、１９…ｐ側電極、２０ｎ…第一のパッド電極、２０ｐ…第二のパッド電極、２１…開口部、２２…金属細線、３１…駆動基板、３２…対向基板、３３…シール部、３４…液晶層、３５…画素電極、３６…対向電極、７１…基板、７１ａ…主面、７２…色層、７２…色相、７３…電極層、７４…被覆層、２１０…有機エレクトロルミネッセンス素子、２１１…開口部、２１２〜２１８…開口部、２２０…各直線部、２２０ｗ…側壁、２２１ａ〜２２１ｅ…直線部、２２２ａ〜２２２ｅ…直線部、２２３ａ〜２２３ｃ…直線部、２２４ｃ〜２２４ｅ…直線部、３１０…液晶表示装置
４１０…太陽電池、５１０…半導体発光素子、６１０…タッチパネル、７１０…カラーフィルタ、７２１…第１領域、７２２…第２領域、７２３…第３領域、ＣＰ…角、Ｄ１…方向、Ｄ１ａ…方向、Ｄ１ｂ…方向、Ｄ１ｃ…方向、Ｄ２…方向、Ｄ２ａ…方向、Ｄ２ｂ…方向、Ｄ２ｃ…方向、Ｄ３ｂ…方向、Ｄ４ｂ…方向、Ｌ…長さ、ＴＭ１…透過スペクトル、ＴＭ２…透過スペクトル、ＴＭ３…透過スペクトル、Ｖ…法線方向、Ｗ１…幅、Ｗ２…幅
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、光透過型金属電極、電子装置及び光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイに代表される表示デバイスや、半導体発光素子や有機エレクトロルミネッセンス素子などの発光デバイス、太陽電池やフォトディテクタなどの光電変換デバイスなどにおいて、光を透過する電極として、酸化物導電材料の一つであるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が多く用いられている。ガラス基板上にＩＴＯ膜を形成したときの可視光領域の透過率は８０パーセント（％）程度となる。一方で、ＩＴＯの抵抗率は１０−４オームセンチメートル（Ω・ｃｍ）程度であり、一般的な金属材料に比べて２桁程度高い。
【０００３】
金属薄膜に、利用光の波長よりも短い周囲長さを有する開口を設けた光透過型金属電極も考えられている。この光透過型金属電極では、金属部位の占める割合を２０％以下、好ましくは１０％以下とし、金属部位における反射損失を低減している。このような光透過型金属電極において、低い電気抵抗を維持しながら、広い波長範囲で十分な透明性を得るには改良の余地がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２０７１８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、低い電気抵抗を維持しながら、広い波長範囲で十分な透明性を得ることができる光透過型金属電極、電子装置及び光学素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る光透過型金属電極は、部材の主面上に設けられる金属層である。
前記金属層は、金属細線と、前記金属細線により形成される複数の開口部と、を有する。
前記金属細線は、前記主面に対して平行な第１方向に沿う複数の第１直線部と、前記主面に対して平行で前記第１方向と交差する前記第１方向とは異なる方向に沿う複数の直線部と、を有する。
前記複数の第１直線部の前記第１方向に沿う長さの最大値及び前記複数の第２直線部の前記第２方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。
前記主面の法線方向にみた前記金属層の面積に対する前記法線方向にみた前記金属細線の面積の比は、２０パーセントを超え８０パーセント以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る光透過型金属電極の構造を例示する模式的斜視図である。
【図２】（ａ）〜（ｂ）は、金属層の一部を拡大した模式的平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｂ）は、他の金属層の例を示す模式的平面図である。
【図４】他の金属層を例示する模式的平面図である。
【図５】他の金属層を例示する模式的平面図である。
【図６】他の金属層を例示する模式的平面図である。
【図７】直線部の透過スペクトルの一例を示した図である。
【図８】実施形態に係る光透過型金属電極の透過スペクトルの一例を示す図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、光透過型金属電極の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｂ）は、電子顕微鏡による観察像を例示する模式図である。
【図１１】（ａ）〜（ｂ）は、電子顕微鏡による別の観察像を例示する模式図である。
【図１２】有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を例示する模式的断面図である。
【図１３】液晶表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
【図１４】太陽電池の構成を例示する模式的断面図である。
【図１５】半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
【図１６】タッチパネルの構成を例示する模式的斜視図である。
【図１７】カラーフィルタの構成を例示する模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
従来の酸化物導電体に比べて、低抵抗率化が可能な光透過性導電体として、金属薄膜にナノメートルオーダーの円形開口部を周期的に形成した金属ナノ構造体がある。この金属ナノ構造体に光が入射すると、光の異常透過現象が生じることがある。この現象は、光がナノ開口を形成した金属薄膜に入射すると、ナノ開口のエッジ部に表面電荷に由来した局在電場が生じ、この局在電場が入射電場と同様に振動するため、光が再放射されることに由来している。それぞれのナノ開口から再放射した光は、隣接ナノ開口からの光と干渉することによって、特定波長の光の透過が強められる。そのため、この金属ナノ構造体の透過スペクトルは、金属薄膜の材質、円形ナノ開口部の周期や開口径、周囲媒質の誘電率に応じた特定波長でピークを持つスペクトルを示し、金属膜厚などの条件によっては、開口率以上の透過率を得ることができる。この金属ナノ構造体の材質は、一般的な金属材料を用いることができるため、従来の酸化物導電体に比べてキャリア密度が高く、低抵抗率の透明電極として用いることができる。しかしながら、この金属ナノ構造体の透過スペクトルは、特定波長でピークとなった後、ピーク波長より長波長側になると著しく反射率が増大する。そのため、この金属ナノ構造体を光透過性電極として用いると、使用波長範囲全域で高い透明性を得ることはできない。そのため、可視光範囲全域での高い透明性が求められるディスプレイや照明装置といったデバイスに応用すると、発光色に波長依存性が現れるため視認性が低下するという課題が生じる。
一方、背景技術で述べたように、金属薄膜に利用光の波長よりも短い周囲長さを有する開口を設けた光透過性電極が公知である。この光透過性電極は、金属部位の占める割合を２０％以下、好ましくは１０％以下とし、金属部位における反射損失を低減することによって、広い波長範囲で高い透明性を得ることができる。しかしながら、広い波長範囲で透明性を得るためには、金属部位の占める割合を２０％以下とする必要があるため、電極の抵抗率がバルクの金属材料の抵抗率に比べて著しく増大することとなる。その結果、従来の酸化物導電体と同程度、あるいはそれ以上の抵抗率となってしまう。すなわち、この光透過性電極は、従来の酸化物導電体に比べて低抵抗率であり、かつ広い波長範囲で高い透明性を有する、という二つの特性を満足するには課題がある。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光透過型金属電極の構造を例示する模式的斜視図である。
図２（ａ）〜（ｂ）は、金属層の一部を拡大した模式的平面図である。
図２（ｂ）は、図２（ａ）の部分拡大図である。
【００１０】
図１に表したように、実施形態に係る光透過型金属電極は、部材１の主面１ａ上に設けられる金属層２である。金属層２は、金属細線２２と、金属細線２２により形成される複数の開口部２１と、を有する。すなわち、光透過型金属電極は、複数の開口部２１と、複数の開口部２１のあいだに設けられた金属細線２２と、で構成される。
【００１１】
図２（ａ）に表したように、金属細線２２は、部材１の主面１ａに対して平行な方向に沿う複数の直線部２２０を有する。複数の直線部２２０は、主面１ａに対して平行な方向Ｄ１ａに沿う複数の直線部２２１ａと、主面１ａに対して平行で方向Ｄ１ａと交差する方向Ｄ２ａに沿う複数の直線部２２２ａと、を少なくとも有する。
【００１２】
実施形態では、複数の直線部を総称して直線部２２０ということにする。
また、実施形態では、方向Ｄ１ａを第１方向、方向Ｄ２ａを第２方向とする。第１方向に沿う直線部２２０は第１直線部である。第２方向に沿う直線部２２０は第２直線部である。なお、方向Ｄ２ａを第１方向、方向Ｄ１ａを第２方向としてもよい。複数の直線部２２０の延びる方向が３方向以上ある場合には、これらの方向のうちいずれか一つを第１方向とし、第１方向以外のいずれか一つを第２方向とする。
【００１３】
光透過型金属電極において、複数の第１直線部の第１方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。例えば、複数の直線部２２１ａの方向Ｄ１に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。
また、複数の第２直線部の第２方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。例えば、複数の直線部２２２ａの方向Ｄ２に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下である。
また、光透過型金属電極において、主面１ａの法線方向Ｖにみた金属層２の面積に対する法線方向Ｖにみた金属細線２２の面積の比は、２０パーセント（％）を超え８０％以下である。
【００１４】
このような光透過型金属電極では、低い電気抵抗を維持しながら、広い波長範囲で十分な透明性が得られる。
【００１５】
部材１は、光透過型金属電極である金属層２を保持する。部材１の材料は、金属層２を支持することができれば特に限定されない。例えば、部材１には、石英基板やガラス基板などの透明基板、シリコン基板やガリウム砒素基板などの半導体基板、ポリエチレンテレフタラートなどのプラスチック基板が用いられる。部材１は、半導体材料等を積層した構造体でもよい。
【００１６】
部材１の厚さは、金属層２を支持することができれば特に限定されない。部材１の厚さは、十分な強度を得るために、例えば、５マイクロメートル（μｍ）以上であることが好ましい。
【００１７】
金属層２は、電極として機能する。金属層２の材料としては、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉛、亜鉛、白金、コバルト、マグネシウム、クロム、タングステン、パラジウム、インジウム、アンチモン、スズ、または、これらのうち少なくとも１つ以上を含有する合金材料を用いることが好ましい。このような材料は、酸化物透明電極（例えば、ＩＴＯ）の材料に比べて十分に低い抵抗率をもつ。また、このような材料は、可視光領域において負の誘電率を持ち、いわゆる金属的な光学特性を示す。
【００１８】
金属層２の厚さ（法線方向Ｖに沿った厚さ）としては、１０ナノメートル（ｎｍ）以上４００ｎｍ以下であることが望ましい。金属層２の厚さが１０ｎｍ未満であると、金属電極層の抵抗率が大きくなるため好ましくない。一方、金属層２の厚さが４００ｎｍを越えると、金属層２の透明性が低下するため好ましくない。
【００１９】
法線方向Ｖにみた複数の開口部２１の形状は、複数の直線部２２０によって多角形になる。
ここで、本明細書における多角形の角ＣＰ（図２（ｂ）参照）とは、互いに方向の異なる２つの直線部（例えば、直線部２２１ａ及び２２２ａ）のそれぞれの側壁２２０ｗが交わる部分のことをいう。多角形の角ＣＰには、製造上形成される多少の丸みを持ったものも含まれる。
複数の開口部２１の形状としては、例えば、四角形、六角形及び八角形のうちの少なくとも１つである。
【００２０】
図２（ａ）に例示した金属層２は、六角形の開口部２１を含む。図２（ａ）〜（ｂ）に表した金属層２の例では、主面１ａに沿って互いに異なる３つの方向（方向Ｄ１ａ、Ｄ２ａ及びＤ３ａ）に沿う直線部２２１ａ、２２２ａ及び２２３ａが設けられる。
【００２１】
金属細線２２は、直線部２２１ａ、２２２ａ及び２２３ａを連結した構造である。図２（ｂ）に表したように、各直線部２２０の長さＬは、各直線部２２０の中心線の交わる点をつなぐ直線の長さである。すなわち、各直線部２２０の長さＬは、各直線部２２０の延びる方向に平行な平面に投影して得られる構造の最大の長さを指す。直線部２２１ａ、２２２ａ及び２２３ａのそれぞれの長さＬの最大値は、可視光の波長以下である。
実施形態において、可視光の波長は、例えば７８０ｎｍである。
複数の直線部２２０のそれぞれ長さＬは、同じであっても、異なっていてもよい。
【００２２】
また、複数の開口部２１のうちの隣り合う２つの開口部（例えば、図２（ａ）に示す開口部２１ａ及び２１ｂ）の重心を結ぶ直線ＣＬ上の金属細線２２の長さ（幅）は、２０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。
【００２３】
図３（ａ）〜（ｂ）は、他の金属層の例を示す模式的平面図である。
図３（ｂ）は、図３（ａ）の部分拡大図である。
図３（ｂ）に表した直線部２２０（直線部２２１ｂ、２２２ｂ及び２２３ｂ）の幅Ｗ２は、図２（ｂ）に表した直線部２２０（直線部２２１ａ、２２２ａ及び２２３ａ）の幅Ｗ１よりも広い。ここで、幅とは、主面１ａと平行で各直線部２２０の延びる方向と直交する方向に沿った長さである。各開口部２１のピッチが同じである場合、各直線部２２０の幅が広くなると金属細線２２の占有率が高くなる。ここで、金属細線２２の占有率とは、金属層２を法線方向Ｖにみたとき、金属層２の面積（法線方向Ｖにみた、金属細線２２の面積と、複数の開口部２１の面積と、の合計の面積）に対して金属細線２２の占める面積の割合のことを指す。
【００２４】
実施形態に係る光透過型金属電極では、直線部２２０の最大の長さＬは、２０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下であることが好ましい。直線部２２０の最大の長さＬが２０ｎｍ未満であると、金属層２の加工が困難になり、製造歩留まりの観点から好ましくない。また、直線部２２０の最大の長さＬが７８０ｎｍを超えると、可視光領域での透明性が低下するため好ましくない。
【００２５】
開口部２１の形状は、多角形であれば特に限定されない。ひとつの金属層２に異なる多角形形状の開口部２１が含まれていてもよい。代表的な多角形形状として四角形、六角形、八角形などがあげられる。開口部２１の形状は正多角形である必要はなく、各辺の長さが異なっていてもよい。また、凹型多角形、凸型多角形のいずれであってもよい。
【００２６】
図４は、他の金属層を例示する模式的平面図である。
図４に表した金属層２では、異なる４方向に沿う複数の直線部２２０によって、八角形の開口部２１１と、四角形（正方形）の開口部２１２とが組み合わされている。複数の直線部２２０は、方向Ｄ１ｂに沿う直線部２２１ｃ、方向Ｄ２ｂに沿う直線部２２２ｃ、方向Ｄ３ｂに沿う直線部２２３ｃ及び方向Ｄ４ｂに沿う直線部２２４ｃを含む。
【００２７】
八角形の複数の開口部２１１は、主面１ａに沿って千鳥状に配置される。四角形の複数の開口部２１２のそれぞれは、複数の開口部２１１の間に配置される。したがって、複数の開口部２１２も主面１ａに沿って千鳥状に配置される。
【００２８】
図４に表した金属層２において、直線部２２１ｃ、２２２ｃ、２２３ｃ及び２２４ｃのそれぞれの長さは、可視光の波長以下である。例えば、直線部２２１ｃ、２２２ｃ、２２３ｃ及び２２４ｃのそれぞれの長さは等しい。
【００２９】
図５は、他の金属層を例示する模式的平面図である。
図５に表した金属層２では、異なる２方向に沿う複数の直線部２２０によって、十二角形の開口部２１３と、四角形（正方形）の開口部２１４とが組み合わされている。複数の直線部２２０は、方向Ｄ１ｃに沿う直線部２２１ｄ及び２２３ｄ、方向Ｄ２ｂに沿う直線部２２２ｄ及び２２４ｄとを含む。
【００３０】
十二角形の複数の開口部２１３は、主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。四角形の複数の開口部２１４のそれぞれは、複数の開口部２１３の間に配置される。したがって、複数の開口部２１２も主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。
【００３１】
図５に表した金属層２において、直線部２２１ｄ、２２２ｄ、２２３ｄ及び２２４ｄのそれぞれの長さは、可視光の波長以下である。例えば、直線部２２１ｄ、２２２ｄ、２２３ｄ及び２２４ｄのそれぞれの長さは等しい。
【００３２】
図６は、他の金属層を例示する模式的平面図である。
図６に表した金属層２では、異なる２方向に沿う複数の直線部２２０によって、十二角形の開口部２１５と、四角形（長方形）の開口部２１６及び２１７と、四角形（正方形）の開口部２１８とが組み合わされている。複数の直線部２２０は、方向Ｄ１ｃに沿う直線部２２１ｅ及び２２３ｅ、方向Ｄ２ｂに沿う直線部２２２ｅ及び２２４ｅとを含む。
【００３３】
十二角形の複数の開口部２１５は、主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。複数の開口部２１６のそれぞれは、方向Ｄ２ｃに隣り合う複数の開口部２１５の間に配置される。開口部２１６の形状は、方向Ｄ１ｃに長い長方形である。複数の開口部２１６も主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。
【００３４】
複数の開口部２１７のそれぞれは、方向Ｄ１ｃに隣り合う複数の開口部２１５の間に配置される。開口部２１７の形状は、方向Ｄ２ｃに長い長方形である。複数の開口部２１７も主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。
【００３５】
複数の開口部２１８のそれぞれは、方向Ｄ１ｃに隣り合う２つの開口部２１５と、方向Ｄ２ｃに隣り合う２つの開口部２１５の合計４つの開口部２１５の間に配置される。複数の開口部２１８も主面１ａに沿ってマトリクス状に配置される。
【００３６】
図６に表した金属層２において、直線部２２１ｅ、２２２ｅ、２２３ｅ及び２２４ｅのそれぞれの長さは、可視光の波長以下である。
【００３７】
上記のように、金属層２には各種の形態が挙げられる。
実施形態に係る光透過型金属電極において、金属細線２２の占有率は、２０％を超え８０％以下である。金属細線２２の占有率が２０％以下になると、酸化物透明電極材料と同程度の抵抗率となるため好ましくない。一方、金属細線２２の占有率が８０％を超えると、金属反射が増加して透明性が低下するため好ましくない。
【００３８】
光透過型金属電極では、複数の直線部２２０によって多角形形状の開口部２１が複数形成される。これにより、光透過型金属電極では、広い波長範囲で高い透明性を得られる。さらに、光透過型金属電極では、金属細線２２の占有率が２０％を超えて８０％以下であるため、酸化物透明電極材料に比べて低抵抗な透明電極となる。
【００３９】
図７は、直線部の透過スペクトルの一例を示した図である。
図７において、横軸は光の波長、縦軸は光の透過率を示している。
図７には、直線部２２０の延びる方向に対して垂直な偏光を入射させた場合（垂直偏光）の透過スペクトルＴＭ１と、水平な偏光を入射させた場合（水平偏光）の透過スペクトルＴＭ２とが示されている。
【００４０】
直線部２２０の延びる方向に対して垂直な偏光方向の光が入射すると、直線部２２０中の自由電子が入射光の振動電場に応答して振動する。直線部２２０の長さが波長よりも十分大きいときには、この自由電子の振動によって反射光が生じる。そのため直線部２２０は不透明となる。
【００４１】
一方、直線部２２０の長さが波長と同程度の大きさになると、振動電場による自由電子の振動は、金属と空気との界面のポテンシャル障壁によって妨げられる。その結果、金属と空気との界面には表面電荷が形成される。この表面電荷によって、振動電場と逆方向の電場（反電場）が生じ、特定波長において反電場と入射電場の共鳴（局在表面プラズモン共鳴）が起こる。
【００４２】
局在表面プラズモン共鳴が生じる波長は、直線部２２０の表面に現れる表面電荷量と、直線部２２０内を移動する自由電子の距離とに依存する。したがって、局在表面プラズモン共鳴が生じる波長は、入射光の偏光方向に沿った直線部２２０の長さ、直線部２２０の誘電率（材質）、直線部２２０の周囲媒質の誘電率（材質）によって変化する。
【００４３】
図７に表したように、特定波長において直線部２２０の透過スペクトルＴＭ１、ＹＭ２に大きなディップが観測される。局在表面プラズモン共鳴が生じることによって、直線部２２０で光の反射及び吸収が生じるためである。一方、このディップが生じる波長よりも長波長側になると高い透過率を示していることがわかる。これは、入射光の波長が長くなると（入射電場の周波数が遅くなると）、自由電子の振動が直線部２２０の側壁によって構造的に阻害されて反射が抑制され、かつ直線部２２０中の自由電子が光の入射電場に追従できるようになり、局在表面プラズモン共鳴も生じないためである。
【００４４】
その結果、直線部２２０の延びる方向と垂直な偏光方向の光を入射した場合の透過スペクトルは、図７に示すように短波長側で局在表面プラズモン共鳴により大きなディップが生じ、それよりも長波長側の広い波長範囲で高い透過率を示す透明体として振舞うこととなる。
【００４５】
一方、直線部２２０の延びる方向と水平な偏光方向の光が入射した場合、入射電場によって自由電子は水平方向に振動することとなる。その結果、直線部２２０の端部には表面電荷が形成され、垂直偏光の場合と同様に局在表面プラズモン共鳴が起こる。
【００４６】
水平偏光では、垂直偏光の場合よりも偏光方向に沿った直線部２２０の長さが長いため、局在表面プラズモン共鳴が生じる波長は垂直偏光の場合に比べて長波長側となる。局在表面プラズモン共鳴が生じる波長よりも長波長側では、垂直偏光のときと同様に高い透過率を示す。その結果、水平偏光の透過スペクトルも、垂直偏光の場合と同様に短波長側で局在プラズモン共鳴によるディップを生じ、それよりも長波長側では透明体として振舞うこととなる。
【００４７】
発明者らは、このような光学特性を持つ複数の直線部２２０を二次元方向（少なくとも２方向）に連結させて多角形形状の開口部２１を有する光透過型金属電極を構成することにより、低抵抗でかつ広い波長範囲で高い透明性を示すことを見出した。
【００４８】
光透過型金属電極の光学特性は、直線部２２０の光学特性から説明される。光透過型金属電極は、複数の直線部２２０を連結して構成された多角形の開口部２１を有する。このため、任意の偏光方向の光に対して、入射電場による直線部２２０中の自由電子の振動が構造的に阻害される。その結果、光透過型金属電極の透過スペクトルは、直線部２２０に対して垂直偏光による局在プラズモン共鳴による損失、及び水平偏光による局在プラズモン共鳴による損失が生じ、これらの局所プラズモン共鳴が起こる波長よりも長波長側の波長領域では高い透過率を示す。
これにより、実施形態に係る光透過型金属電極では、広い波長範囲で高い透明性を示すことになる。
【００４９】
図８は、実施形態に係る光透過型金属電極の透過スペクトルの一例を示す図である。
図８に表した透過スペクトルＴＭ３のように、光透過型金属電極では、直線部２２０に由来する局在表面プラズモン共鳴が起こる波長よりも長波長側で高い透明性が得られる。一方、局在表面プラズモン共鳴が起こる波長付近では金属細線２２での反射及び吸収による損失が生じ、透過率は減少する。
【００５０】
直線部２２０に関して局在表面プラズモン共鳴が起こる波長は、直線部２２０の長さに依存する。すなわち、直線部２２０の長さが長くなると、局在プラズモン共鳴が起こる波長は長波長側にシフトする。可視光領域の広い波長範囲で高い透明性を得るためには、局在プラズモン共鳴が起こる波長を、より短波長側にすることが好ましい。
【００５１】
そのため、光透過型金属電極における直線部２２０の最大長さは可視光の波長以下にする。これにより、光透過型金属電極では、可視光の広い範囲で高い透過率が得られる。
【００５２】
波長よりも十分大きな開口を有する金属電極の場合、金属細線部の占有率を大きくすると、それに比例して透過率が減少する。これは、金属部位で光の反射が生じるためである。一方、実施形態に係る光透過型金属電極の光透過原理は、可視光波長より短い長さの直線部２２０を連結させた多角形形状の開口部２１を有する構造である。これにより、金属細線部の自由電子の振動を構造的に阻害する。そのため、金属細線２２の占有率が高くなっても透過率の減少が抑制される。
【００５３】
ここで、金属細線２２の占有率が２０％以下となっても高い透明性を得ることはできるが、金属細線２２の占有率が低下すると抵抗率が増加する。一方、金属細線２２の占有率が８０％以上となると金属細線２２による反射が大きくなり、透明性が低下する。そのため、金属部位の占有率は２０％を超え８０％以下とすることが好ましい。
【００５４】
光透過型金属電極の製造方法は、本発明が要求する構造を満足するものであれば特に限定されない。本発明の金属層２における直線部２２０の最大の長さＬは可視光の波長以下であり、開口部２１も波長と同程度のサイズとなる。
【００５５】
図９（ａ）〜（ｄ）は、光透過型金属電極の製造方法の一例を示す模式的断面図である。
まず、図９（ａ）に表したように、部材１の上に金属材料層２Ａを形成する。金属材料層２Ａの形成は、広く一般的な薄膜形成方法を用いればよい。例えば、抵抗過熱方式の真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、レーザ蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）法があげられる。
【００５６】
次に、図９（ｂ）に表したように、金属材料層２Ａに、金属細線２２の形状に対応したパターン層５を形成する。パターン層５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、ソフトインプリント法、ブロックポリマーリソグラフィ法、コロイダルリソグラフィ法、走査プローブ法などによって形成される。
【００５７】
次に、図９（ｃ）に表したように、パターン層５をマスクとして金属材料層２Ａにパターンを形成する。パターンの形成には、例えば、ドライエッチング法、イオンミリング法、フォーカスイオンビーム法が用いられる。パターン層５の開口から金属材料層２Ａをエッチングすることで、金属層２に開口部２１が形成される。パターン層５によってマスクされた部分には、金属細線２２が残る。
【００５８】
その後、図９（ｄ）に表したように、パターン層５を除去することによって、金属層（光透過型金属電極）２が完成する。
本実施形態においては、金属細線２２を構成要素としているために、電子ビーム描画により製造する場合には、描画時間を短くできるという効果がある。
【００５９】
ここでは、はじめに部材１の上に金属材料層２Ａを形成したが、部材１の上にパターン層５を形成した後、金属材料層２Ａを形成し、パターン層５及びパターン層５上の金属材料層２Ａを除去するリフトオフ法やめっき法を用いることで光透過型金属電極を製造してもよい。
【００６０】
このような方法で得られた光透過型金属電極の構造は、一般的な走査型電子顕微鏡を用いて確認することができる。例えば、走査エリア内に１個〜１０個程度の開口部２１を含む電子顕微鏡像を観察する。得られた画像から直線部２２０の最大長さを測定することができる。直線部２２０の側壁２２０ｗの直線のばらつきや、直線部２２０の交点のばらつきについてもこの画像から測定することができる。続いて、５０個程度の開口部２１を含む電子顕微鏡像を観察する。得られた画像を画像解析して金属細線２２と開口部２１とに二値化処理し、金属細線２２の占有率を求めることができる。
【００６１】
図１０（ａ）〜（ｂ）は、電子顕微鏡による観察像を例示する模式図である。
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に示すＡ部の拡大図である。直線部２２０の側壁２２０ｗは、完全な直線となっていないことがわかる。これは、微細加工時の設計値からのばらつきのためである。
【００６２】
例えば、光リソグラフィを用いてパターン層５を形成する場合、パターン層５を形成する材料は、一般的な半導体工程で用いられるレジスト等の有機高分子が用いられる。光リソグラフィにおいて、フォトマスクを用いてパターン層５にパターン形成すると、パターン層５の側壁に、有機高分子の大きさに由来するばらつきが生じる。このパターン層の直線ばらつきによって、金属材料層２Ａに同様のばらつきが生じる。しかしながら、発明者らが検討した結果、このようなばらつきがあっても、設計値からのばらつきが例えば±３０％以内であれば、実施形態の作用効果を損なうことはない。このばらつきは、局在表面プラズモン共鳴が起こる波長において、透過スペクトルのディップの半値幅を広げることになるが、この波長領域よりも長波長側の透明性には影響を与えないためである。
【００６３】
図１１（ａ）〜（ｂ）は、電子顕微鏡による別の観察像を例示する模式図である。
図１１（ｂ）は、図１１（ａ）に示すＢ部の拡大図である。すなわち、図１１（ｂ）では、３つの直線部２２０が重なった交点部分（図１１（ａ）のＢ部）の観察像を表している。
【００６４】
図１１に表した交点部分において、側壁２２０ｗの交わる角ＣＰは完全な角になっておらず、丸みを帯びていることがわかる。この場合も前記と同様に、微細加工時の設計値からのばらつきに由来している。光リソグラフィを用いた場合、フォトマスクのパターンエッジで光が回折によって広がるためである。しかしながら、設計値からのばらつきが例えば±３０％以内であれば、実施形態の作用効果を損なうことはない。
【００６５】
光透過型金属電極は、酸化物透明電極材料を用いた透明電極に比べて低抵抗であり、かつ広い波長範囲で高い透明性を有する。そのため、タッチパネルなどの光学部品や、半導体発光素子、太陽電池やフォトディテクタなどの光電変換素子、液晶ディスプレイや有機エレクトロルミネッセンスなどの表示素子、その他各種の機器へ応用される。
【００６６】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る電子装置について説明する。
上記説明した光透過型金属電極は、種々の電子装置に適用される。
電子装置は、主面を有する構造体を備える。光透過型金属電極は、構造体の主面上に設けられる。構造体には、光透過型金属電極である金属層２を介して電荷が供給される。
以下、具体的な電子装置への適用例を説明する。
【００６７】
図１２は、有機エレクトロルミネッセンス素子の構成を例示する模式的断面図である。
図１２には、ボトムアップ型の素子構造が示されている。図１２に表したように、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、単に「有機ＥＬ素子」という。）２１０は、基板９と、基板９の上に設けられた電極層１０と、電極層１０の上に設けられた発光層１１と、発光層１１の上に設けられた対向電極１２と、を備える。構造体は、例えば、基板９、電極層１０及び発光層１１の積層構造を含む。有機ＥＬ素子２１０では、例えば、電極層１０として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。
【００６８】
基板９は、例えば透明性を有する。発光層１１は光学層の一例であり、有機発光材料を少なくとも１層以上含む。発光層１１は、電極層１０である光透過型金属電極の金属層２から供給される電荷に基づいて光を放出する。すなわち、有機ＥＬ素子２１０においては、電極層１０及び対向電極１２より注入された電子及び正孔が発光層１１にて再結合して発光する。発光光は、光透過型金属電極である電極層１０を透過して外部に放出される。
【００６９】
図１２には、ボトムアップ型の素子構造を示したが、トップエミッション型の素子構造でもよい。光透過型金属電極は、有機ＥＬ素子２１０の発光層１１に対して発光光を放出する側に設けられる。有機ＥＬ素子２１０では、対向電極１２０に光透過型金属電極を用いてもよい。
【００７０】
有機ＥＬ素子２１０は、図１２に表した素子構造を基本素子として、複数の基本素子をアレイ化したディスプレイ装置や、大面積化した照明装置などにも適用される。一般的に用いられている酸化物導電材料を電極層１０に用いた場合、電極層１０の抵抗によって電圧降下が起こり、発光強度のばらつきが発生することもある。特に、照明装置のような大面積デバイスでは、この問題が顕著となる。酸化物導電材料に比べて低抵抗な光透過型金属電極を用いることによって、透明性を失うことなく、発光強度のばらつきが改善される。
【００７１】
図１３は、液晶表示装置の構成を例示する模式的断面図である。
図１３に表したように、液晶表示装置３１０は、駆動基板３１、対向基板３２、シール部３３、液晶層３４、画素電極３５及び対向電極３６を備える。構造体は、例えば、駆動基板３１、シール部３３、液晶層３４及び画素電極３５を含む。図１３に表した液晶表示装置３１０では、対向電極３６として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。
【００７２】
駆動基板３１には、画素ごとに画素電極３５が設けられる。画素電極３５にはＴＦＴ（Thin Film Transistor）等の駆動素子（図示せず）が接続される。画素電極３５は、駆動素子によって制御される。この構造体の画素電極３５には、対向電極３６と駆動素子とを介して電荷が供給される。画素電極３５には、この電荷に基づく電圧が生じる。画素電極３５と対向電極３６との間の電圧がよって液晶層３４に印加され、液晶層３４の光学特性が制御される。
【００７３】
駆動基板３１はシール部３３を介して対向基板３２と貼り合わせられる。対向基板３２には、対向電極３６が設けられる。駆動基板３１と対向基板３２との間には液晶層３４が設けられる。
液晶層３４は、電荷に基づく電圧によって電流複屈折性、旋光性、散乱性、回折性及び吸収性の少なくともいずれかを含む光学特性が変化する光学層の一例である。液晶層３４の光学特性が変化することで、画素ごとに液晶層３４の光の透過率が変化する。
【００７４】
図１４は、太陽電池の構成を例示する模式的断面図である。
図１４に表したように、太陽電池４１０は、少なくとも１つ以上のｐｎ接合を形成したシリコン基板１３と、シリコン基板１３の一方側（光照射面側）に設けられた電極層１４と、シリコン基板１３の他方側（光照射面と反対側）に設けられた対向電極１５と、を備える。この電極層１４として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。
【００７５】
図１４に表した太陽電池４１０の例では、シリコン基板１３にｎ層１３ｎ及びｐ層１３ｐが設けられる。シリコン基板１３は構造体の一例であり、入射する光を電気信号に変換する光電変換層（例えばｐｎ接合を含む層）を含む。この太陽電池４１０では、シリコン基板１３のｎ層１３ｎの側が光照射面となっている。
【００７６】
シリコン基板１３には、光透過型金属電極である電極層１４を透過した太陽光が到達する。シリコン基板１３中に透過した太陽光によって、シリコン基板１３のｎ層１３ｎ、ｐ層１３ｐではそれぞれ励起されたキャリアが内部電界によって分離され、電極層１４、対向電極１５によって捕集される。電極層１４である光透過型金属電極において、金属層２には、シリコン基板１３の光電変換層で変換された電気信号を含む電流が流れる。
【００７７】
結晶シリコンを用いた太陽電池のようにキャリア拡散長が長い場合には、光照射面側電極（電極層１４）として、櫛形電極が用いられる。このとき、櫛形電極に照射された光は遮光されて反射損失となる。実施形態に係る光透過型金属電極を用いることによって、このような反射損失の低減が達成される。
【００７８】
一方、薄膜シリコン太陽電池では、アモルファス状のシリコン薄膜が発電層に用いられる。アモルファスシリコンは結晶シリコンに比べて、キャリア拡散長が短いため、櫛形電極は使用することができない。そのため、照射面全面に光透過性を有する電極（例えば、酸化物透明電極）が用いられる。
【００７９】
酸化物透明電極の抵抗率は金属材料の抵抗率に比べて高いため、酸化物透明電極での抵抗損失によって効率が低下する。太陽電池の基板が大型化すると、このような効率の低下は顕著となる。本実施形態の光透過型金属電極を用いることで、抵抗損失の低減及び変換効率の改善が達成される。
【００８０】
図１５は、半導体発光素子の構成を例示する模式的断面図である。
図１５では、フェイスアップ型の半導体発光素子の構造を例示している。
図１５に表したように、半導体発光素子５１０は、基板１６と、基板１６の上に設けられた半導体層１７と、半導体層１７の上に設けられたｎ側電極１８と、半導体層１７の上に設けられたｐ側電極１９と、ｎ側電極１８の上に設けられた第一のパッド電極２０ｎと、ｐ側電極１９の上に設けられた第二のパッド電極２０ｐと、を備える。構造体は、例えば基板１６と、半導体層１７と、を含む。このｎ側電極１８として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。
【００８１】
半導体層１７は、例えばｐ形半導体層１７ｐ、ｎ形半導体層１７ｎ及び発光層１７ａを含む。発光層１７ａは、ｐ形半導体層１７ｐとｎ形半導体層１７ｎとの間に設けられる。発光層１７ａは、ｎ側電極１８である光透過型金属電極の電極層２から供給される電荷に基づいて光を放出する。すなわち、ｎ側電極１８及びｐ側電極１９より半導体層１７に注入された電子及び正孔は、半導体層１７の発光層１７ａで再結合して発光し、光透過型金属電極であるｎ側電極１８を透過して素子外部に放出される。
【００８２】
半導体発光素子５１０の発光強度を上げるため、注入電流を増加させることが有効である。しかしながら、ｎ側電極１８として酸化物透明電極が適用された半導体発光素子の電流−輝度特性は、ある電流値でピークを持ち、それ以上半導体発光素子に電流を流しても輝度は低下していく。これは、酸化物透明電極の抵抗率が高いため、均一に電流注入することができず、均一な発光が困難になるためである。酸化物透明電極に比べて抵抗率の低い光透過型金属電極をｎ側電極１８に用いることによって、電流集中による輝度低下が抑制され、高輝度の半導体発光素子５１０が提供される。また、大面積の半導体発光素子５１０であっても、均一な発光特性を得られる。
【００８３】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態に係る光学素子について説明する。
上記説明した光透過型金属電極は、種々の光学素子に適用される。
光学素子は、光を透過する部分を有し主面を有する光学部材を備える。光透過型金属電極は、光学部材の主面上に設けられる。
以下、光学素子への適用例を説明する。
【００８４】
図１６は、タッチパネルの構成を例示する模式的斜視図である。
図１６に表したように、タッチパネル６１０は、光学部材の一例である基板６と、基板６の上に設けられた電極層７と、を備える。この電極層７として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。タッチパネル６１０において、基板６は光学部材の一例である。基板６には駆動回路８が形成されている。タッチパネル６１０は、電極層７と対向しつつ電極層７と離間する対向電極（図示せず）を備えていてもよい。タッチパネル６１０の方式は抵抗変化型及び静電容量型のどちらであってもよい。電極層７に光透過型金属電極を用いることで、電極層７に酸化物導電材料を用いる場合に比べて透明性を損なうことなく、接触感度の向上が達成される。
【００８５】
図１７は、カラーフィルタの構成を例示する模式的断面図である。
カラーフィルタ７１０は、特定の波長帯の光を透過率が他の波長帯の光の透過率よりも高い色層７２を備える。色層７２は、光学部材の一例である。色相７２は、例えば基板７１の主面７１ａ上に形成される。色層７２には、電極層７３が設けられる。この電極層７３として、実施形態に係る光透過型金属電極が適用される。
【００８６】
色層７２は、例えば、第１波長帯の光を透過する第１領域７２１と、主面７１ａに対して平行な面内において第１領域７２１と並置され第１波長帯とは異なる第２波長帯の光を透過する第２領域７２２と、主面７１ａに対して平行な面内において第１領域７２１及び第２領域７２２と並置され第１波長帯とは異なり第２波長帯と異なる第３波長帯の光を透過する第３領域７２３と、を含む。
【００８７】
カラーフィルタ７１０は、例えば液晶表示装置の対向側部材として用いられる。例えば、カラーフィルタ７１０の基板７１は、図１３に表した対向基板３２として用いられ、電極層７３は、図１３に表した対向電極３６として用いられる。
【００８８】
カラーフィルタ７１０において、電極層７３である光透過型金属電極の金属層２の上には、金属層２とは異なる材料の被覆層７４が設けられていてもよい。カラーフィルタ７１０を対向側部材として用いる場合、被覆層７４は、例えば液晶層３４の液晶の配向を揃える配向膜である。
【００８９】
（第１実施例）
第１実施例は、六角形の開口部２１を有する銀（Ａｇ）を用いた光透過型金属電極の具体例である。
洗浄した石英基板（旭硝子社製、ＡＱ）上に、真空蒸着法によりＡｇＣｕ（Ａｇ７３％、Ｃｕ２７％）を３０ｎｍの厚さに蒸着した。窒素雰囲気中３００℃で熱処理した後、ＳｉＯを３０ｎｍの厚さに蒸着した。この基板にレジスト（東京応化工業社製、ＴＨＭＲ−ｉｐ３２５０）を塗布し、１２０℃にて熱ナノインプリントを行った。
【００９０】
ナノインプリントに用いるモールド（版）は、直線部２２０を形成するための凹部と、開口部２１を形成するための正六角形の凸部と、を備える。支持基板上に複数の凸部が周期的に形成される。凹部の最大長さは２００ｎｍである。凸部の占有率は６０％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【００９１】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、反応性リアクティブエッチング装置により、レジスト残膜を除去した後、レジストをマスクにしてＳｉＯをエッチングした。残ったレジストはアセトンで溶解した。
【００９２】
続いて、イオンミリング装置によりＳｉＯをマスクにしてＡｇＣｕをエッチングした。残ったＳｉＯをフッ酸で溶解した。得られた構造の表面を、走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される六角形の開口部２１の配置は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ４０％であった。
【００９３】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長４００ｎｍで大きなディップが生じ、それよりも長波長側では８５％〜７５％の高い透過率を示した。また、シート抵抗を測定した結果、０．８Ω／□であった。
【００９４】
（第２実施例）
第２実施例は、六角形の開口部２１を有する金（Ａｕ）を用いた光透過型金属電極の具体例である。
洗浄した石英基板（旭硝子社製、ＡＱ）上に、真空蒸着法によりＡｕを３０ｎｍの厚さに蒸着した。窒素雰囲気中３００℃で熱処理した後、ＳｉＯを３０ｎｍの厚さに蒸着した。この基板にレジスト（東京応化工業社製、ＴＨＭＲ−ｉｐ３２５０）を塗布し、１２０℃にて熱ナノインプリントを行った。
【００９５】
ナノインプリントに用いるモールドは、第１実施例と同じである。このモールドのパターンをレジストに転写した。モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、反応性リアクティブエッチング装置により、レジスト残膜を除去した後、レジストをマスクにしてＳｉＯをエッチングした。残ったレジストはアセトンで溶解した。
【００９６】
続いて、イオンミリング装置によりＳｉＯをマスクにしてＡｕをエッチングした。残ったＳｉＯをフッ酸で溶解した。得られた構造の表面を、走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される六角形の開口部２１の配置は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ４０％であった。
【００９７】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長６５０ｎｍに大きなディップが生じ、それよりも長波長側では８５％〜７５％の高い透過率を示した。また、シート抵抗を測定した結果、０．９Ω／□であった。
【００９８】
（第３実施例）
第３実施例は、六角形の開口部２１を有するアルミニウム（Ａｌ）を用いた光透過型金属電極の具体例である。
洗浄した石英基板（旭硝子社製、ＡＱ）上に、真空蒸着法によりＡｌを３０ｎｍの厚さに蒸着した。窒素雰囲気中３００℃で熱処理した。この基板にレジスト（東京応化工業社製、ＴＨＭＲ−ｉｐ３２５０）を塗布し、１２０℃にて熱ナノインプリントを行った。
【００９９】
ナノインプリントに用いるモールドは、第１実施例と同じである。このモールドのパターンをレジストに転写した。モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、反応性リアクティブエッチング装置により、レジスト残膜を除去した後、レジストをマスクにしてＡｌをエッチングした。残ったレジストはアセトンに溶解した。
【０１００】
得られた構造の表面を、走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される六角形の開口部２１の配置は周期的であった。金属部位の面積率はおおよそ４０％であった。
【０１０１】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長２８０ｎｍに大きなディップが生じ、それよりも長波長側では８０％〜７０％の高い透過率を示した。また、シート抵抗を測定した結果、１．1Ω／□であった。
【０１０２】
（第４実施例）
第４実施例は、四角形の開口部２１２と八角形の開口部２１１とを有するＡｇを用いた光透過型金属電極の具体例である。
第１実施例と同様に、ＡｇＣｕ、ＳｉＯを真空蒸着した基板を用意した。この基板にレジスト（東京応化工業社製、ＴＨＭＲ−ｉｐ３２５０）を塗布して、１２０℃にて熱インプリントを行った。
【０１０３】
ナノインプリントに用いたモールド（版）は、直線部２２０を形成するための凹部と、開口部２１１を形成するための正八角形の凸部と、開口部２１２を形成するための正四角形の凸部と、を備える。支持基板上に正四角形の複数の凸部と、正八角形の複数の凸部とが周期的に形成される。凹部の最大長さは２００ｎｍである。凸部の占有率は７０％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【０１０４】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、第１実施例と同様の方法によりＡｇＣｕのエッチングを行った。得られた構造の表面を、走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される四角形の開口部２１２と八角形の開口部２１１との配列は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ３０％であった。
【０１０５】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長３９０ｎｍに大きなディップが生じ、それよりも長波長側では８５％〜８０％の高い透過率を示した。またシート抵抗を測定した結果、０．９Ω／□であった。
【０１０６】
（第５実施例）
第５実施例は、四角形の開口部と十二角形の開口部と有するＡｇを用いた光透過型金属電極の具体例である。
第１実施例と同様に、ＡｇＣｕ、ＳｉＯを真空蒸着した基板を用意した。この基板にレジスト（東京応化工業社製、ＴＨＭＲ−ｉｐ３２５０）を塗布して、１２０度にて熱インプリントを行った。
【０１０７】
ナノインプリントに用いたモールド（版）は、直線部２２０を形成するための凹部と、開口部２１１を形成するための十二角形の凸部と、開口部２１２を形成するための正四角形の凸部と、を備える。支持基板上に十二角形の複数の凸部と、正四角形の複数の凸部とが周期的に形成される。凹部の最大長さは２００ｎｍである。凸部の占有率は６０％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【０１０８】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、第１実施例と同様の方法によりＡｇＣｕのエッチングを行った。得られた構造の表面を走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される十二角形の開口部２１３と正四角形の開口部２１２との配列は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ４０％であった。
【０１０９】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００〜１０００ｎｍの範囲で測定した結果、波長４３０ｎｍに大きなディップが生じ、それより長波長側では、８５％〜７５％の高い透過率を示した。またシート抵抗を測定した結果、０．８Ω／□であった。
【０１１０】
（第６実施例）
第６実施例は、長方形の開口部と十二角形の開口部とを有するＡｇを用いた光透過型金属電極の具体例である。
第１実施例と同様に、ＡｇＣｕ、ＳｉＯを真空蒸着した基板を用意した。この基板にレジストを塗布して、１２０度にて熱インプリントを行った。
【０１１１】
ナノインプリントに用いたモールド（版）は、直線部２２０を形成するための凹部と、開口部２１１を形成するための十二角形の凸部と、開口部２１２を形成するための長方形の凸部と、を備える。支持基板上に十二角形の複数の凸部と、長方形の複数の凸部とが周期的に形成される。一方向に延びる凹部の最大長さは２００ｎｍである。他方向に延びる凹部の最大長さは１５０ｎｍである。凸部の占有率は５５％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【０１１２】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、第１実施例と同様の方法によりＡｇＣｕのエッチングを行った。得られた構造の表面を走査型電子顕微鏡で観察した。その結果、一方向に延びる直線部２２０の最大長さは２００ｎｍ、他方向に延びる直線部２２０の最大長さは１５０ｎｍであった。直線部２２０によって形成される十二角形の開口部と長方形の開口部との配列は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ４５％であった。
【０１１３】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長４５０ｎｍに大きなディップが生じ、それより長波長側では、８０％〜７０％の高い透過率を示した。また、シート抵抗を測定した結果、０．８Ω／□であった。
【０１１４】
（第１参考例）
第１参考例は、第１実施例と同様に正六角形状の開口を有する構造で、開口部２１の開口率が９０％の具体例である。
第１実施例と同様に、ＡｇＣｕ、ＳｉＯを真空蒸着した基板を用意した。この基板にレジストを塗布して、１２０℃にて熱インプリントを行った。
【０１１５】
ナノインプリントに用いたモールド（版）は、直線部２２０を形成するための凹部と、開口部２１１を形成するための正六角形の凸部と、を備える。支持基板上に正六角形の複数の凸部が周期的に形成される。凹部の最大長さは２００ｎｍである。凸部の占有率は９０％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【０１１６】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、反応性リアクティブエッチング装置により、レジスト残膜を除去した後、レジストをマスクにしてＳｉＯをエッチングした。残ったレジストはアセトンで溶解した。
【０１１７】
続いて、イオンミリング装置によりＳｉＯをマスクにしてＡｇＣｕをエッチングした。残ったＳｉＯをフッ酸で溶解した。得られた構造の表面を、走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直線部２２０の最大長さは２００ｎｍであった。直線部２２０によって形成される六角形の開口部２１の配置は周期的であった。金属細線２２の面積率はおおよそ１０％であった。
【０１１８】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長３８０ｎｍに大きなディップが生じ、それよりも長波長側では８５％〜７５％の高い透過率を示した。また、シート抵抗を測定した結果、２．５Ω／□であった。第１参考例に係る光透過型金属電極では、第１実施例に係る光透過型金属電極に比べて高い抵抗を示した。
【０１１９】
（第２参考例）
第２参考例は、円形の開口部を有する光透過型金属電極の具体例である。
第１実施例と同様に、ＡｇＣｕ、ＳｉＯを真空蒸着した基板を用意した。この基板にレジストを塗布して、１２０度で熱インプリントを行った。
【０１２０】
ナノインプリントに用いたモールド（版）は、直径１８０ｎｍの円形の凸部が三角格子状に配列されたものである。凸部の占有率は４５％である。このモールドのパターンをレジストに転写した。
【０１２１】
モールドを除去した後、モールドと逆パターンの構造がレジストに形成されていることを確認した。その後、第１実施例と同様の方法によりＡｇＣｕのエッチングを行った。得られた構造の表面を走査型電子顕微鏡により観察した。その結果、直径１８０ｎｍの円形の開口部が三角格子状に形成されていた。金属細線２２の面積率は５５％であった。
【０１２２】
この光透過型金属電極に光を垂直入射して、入射した光の波長に対する透過率を測定した。具体的には、垂直入射における透過スペクトルを波長２００〜１０００ｎｍの範囲で測定した。その結果、波長４９０ｎｍでディップが生じ、波長５６０ｎｍで透過率８２％のピークが生じた。それより長波長側では透過率は減少し、波長１０００ｎｍでは３２％となった。参考例２に係る光透過型金属電極では、第１実施例に係る光透過型金属電極のような広い波長範囲での透明性は得られなかった。また、シート抵抗を測定した結果、０．７Ω／□であった。
【０１２３】
（第７実施例）
第７実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極を有機ＥＬ素子の照明に適用した具体例である。
ガラス基板上に第３実施例に係る光透過型金属電極を形成した。光透過型金属電極上へ、ＰＳＳ：ＰＥＤＯＴ水溶液を塗布し、正孔注入層を形成した。その上にα−ＮＰＤを真空蒸着法により堆積させて、正孔輸送層を形成した。次に、その上に、青色発光材料であるＦＩｒｐｉｃがＣＢＰにドープされた青色発光層を共蒸着法により形成した。次に、その上に、赤色発光材料であるＢｔｐ２Ｉｒ（ａｃａｃ）がＣＢＰにドープされた赤色発光層を共蒸着法により形成した。次に、その上に、黄色発光材料であるＢｔ２Ｉｒ（ａｃａｃ）がＣＢＰにドープされた黄色発光層を共蒸着法により形成した。そして、その上に、ＢＣＰを蒸着法により堆積させて電子輸送層を形成させた。最後にＬｉＦ（１ｎｍ厚）／Ａｌ（１５０ｎｍ厚）を蒸着法により堆積させて陰極を形成し、白色有機ＥＬ照明装置を得た。
【０１２４】
得られた有機ＥＬ照明装置について輝度のムラの評価を行ったところ、中心部と端との輝度の差は１０％以下であった。陽極とした適用した光透過型金属電極のシート抵抗が、ＩＴＯのシート抵抗の１／３以下になったことから均一発光していることが確認された。
【０１２５】
（第８実施例）
第８実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極をアモルファスシリコン太陽電池に適用した具体例である。
ガラス基板上に第３実施例に係る光透過型金属電極を形成した。次にプラズマＣＶＤ装置を用いて、ＰＨ３とＳｉＨ４との混合ガスによりｐ形Ｓｉ層を形成した。ＳｉＨ４ガスによりｉ形Ｓｉ層を、Ｂ２Ｈ６とＳｉＨ４と混合ガスによりｎ形Ｓｉ層を形成し、ｐｉｎ光電変換層を形成した。続いてスパッタ法を用いて、ｎ形Ｓｉ層上にアルミニウムを含有する銀合金からなる裏面側電極層を形成した。
【０１２６】
以上の手順によって作製したアモルファスシリコン太陽電池の電流電圧特性を評価した。参考例として、光透過型金属電極の代わりにＩＴＯを１００ｎｍ厚で形成する以外は第８実施例と同様に作製した太陽電池を用いた。ＩＴＯのシート抵抗に比べて光透過型金属電極のシート抵抗が低下したことにより、抵抗損失が減少した。その結果、変換効率は４．６％から４．８％に改善した。
【０１２７】
（第９実施例）
第９実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極を結晶シリコン太陽電池に適用した具体例である。
ｐｎ接合を形成した結晶シリコン太陽電池基板の表面の酸化膜をフッ酸で除去した後、ｎ面側（光照射面側）に第１実施例に係る光透過型金属電極を形成した。続いてｐ面側（裏面側）の全面にアルミニウムペーストを塗布して加熱することにより、対向電極を形成した。
【０１２８】
以上の手順によって作製した結晶シリコン太陽電池の変換効率を評価した。参考例として、光透過型金属電極の代わりに櫛形の表面電極を形成した以外は第９実施例と同様に作製した太陽電池を用いた。参考例の太陽電池の変換効率が６．５％であったのに対して、第９実施例に係る結晶シリコン太陽電池の変換効率は６．８％であった。
【０１２９】
（第１０実施例）
第１０実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極を半導体発光素子に適用した具体例である。
サファイア基板上に、バッファ層としてのｎ−ＧａＮ層を形成し、ｎ−ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなるＭＱＷ（multi quantum well）層、ｐ−ＡｌＧａＮ層、ｐ−ＧａＮ層を順に形成した半導体発光素子基板（発光波長４４０ｎｍ）を用意した。p面側にＮｉを１ｎｍ成膜した後、パラジウムを添加した銀合金によりｐ電極を形成した。その後、ナノインプリント法を用いて、実施例１の光透過型金属電極を形成した。続いて、反射防止膜及び保護膜としてＳｉＮを膜厚３５ｎｍでスパッタ成膜した。その後、光リソグラフィによりｎ−ＧａＮ層の面出しのためパターニングを行った後、ＳｉＮをドライエッチング、Ａｇをイオンミリングでパターニングした後、塩素ドライエッチングでp−ＧａＮ層をエッチングして、ｎ−ＧａＮ層の面出しを行った。その後、エッチングしたｎ−ＧａＮ面にＴｉ/Ａｌ/Ｔｉをそれぞれ１０ｎｍ/１００ｎｍ/５０ｎｍの厚さでスパッタして、ｎ電極を形成した。ウェーハを窒素雰囲気下で６５０℃で１０分間アニールして、電極層と素子との間にオーミック接触を形成した。さらに、ｐ電極、ｎ電極表面にＡｕパッド電極を形成し、第１０実施例に係る半導体発光素子を作製した。
【０１３０】
第３参考例として、光透過型金属電極の代わりに第１参考例の円形の開口部を形成した光透過型金属電極を適用した半導体発光素子を作製した。
また、第４参考例として、光透過型金属電極の代わりに、膜厚１００ｎｍのＩＴＯを用いた以外は第１０実施例と同様に作製した半導体発光素子を作製した。
【０１３１】
第１０実施例に係る半導体発光素子と、第３参考例及び第４参考例に係る半導体発光素子とで、電流−輝度特性を評価した。その結果、第１０実施例に係る半導体発光素子の輝度は、第３参考例及び第４参考例に係る半導体発光素子の輝度に比べて１．２倍であった。
【０１３２】
（第１１実施例）
第１１実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極を半導体発光素子に適用した具体例である。
ＧａＡｓ基板上クラッド層としてのｎ−ＩｎＧａＡｌＰ層、活性層としてのＩｎＧａＡｌＰ層、クラッド層としてのｐ−ＩｎＧａＡｌＰ層および電流拡散層としてのｐ−ＧａＰ層を順次成膜した半導体発光素子基板（発光波長６３０ｎｍ）を用意した。次いで、電流拡散層上に金属電極層としてＡｕ膜１０ｎｍ、Ａｕ−Ｚｎ合金膜３０ｎｍからなる金属電極膜を真空蒸着法により形成した。さらに、ＧａＡｓ基板の裏面にＡｕ−Ｇｅ合金を１５０ｎｍの厚さで真空蒸着により成膜して裏面電極を形成した。その後、窒素雰囲気下で４５０℃、３０分間シンタリングすることにより、基板と裏面電極層間、電流拡散層と金属電極層間にオーミック接触を形成した。金属薄膜上にナノインプリント法を用いて、実施例１の光透過型金属電極と同等の構造を作製した。続いて、金属電極層の一部にＡｕからなる丸型電極を形成することで、第１１実施例に係る半導体発光素子を作製した。
【０１３３】
参考例として、第１１実施例と同様の半導体発光素子であるが、電流拡散層とオーミック接触を持つ膜厚２５０ｎｍのＩＴＯを金属電極層の代わりに用いた半導体発光素子を用意した。チップサイズ１ｍｍ×１ｍｍにダイシング加工し、ベアチップでチップテスタにて輝度測定を行った。最大輝度で比較した結果、参考例の素子の最大輝度を１とした場合、第１１実施例は１．２倍であった。
【０１３４】
（第１２実施例）
第１２実施例は、実施形態に係る光透過型金属電極を半導体発光素子に適用した具体例である。
ｎ−ＧａＮ基板上に、ＭＯＣＶＤ法によりバッファ層としてｎ−ＧａＮ、クラッド層としてｎ−ＧａＮ、ＩｎＧａＮ／ＧａＮからなるＭＱＷ層、クラッド層としてｐ−ＡｌＧａＮ、およびコンタクト層としてｐ−ＧａＮを順次形成した半導体発光素子基板（発光波長４４０ｎｍ厚）を用意した。続いて、真空蒸着法によりｐ型コンタクト層上にＮｉ（１ｎｍ厚）／Ａu（３０ｎｍ厚）からなるｐ側電極層を形成した。また、基板の裏面にはＴｉ（１０ｎｍ厚）／Ａｕ（１００ｎｍ厚）からなるｎ側電極層を形成させ、所望の形状に加工した。最後に熱処理によって、各電極層と素子との接触面にオーミック接触を形成した。次に、ナノインプリント法を用いて、実施例１と同等の光透過型電極構造を形成した。さらにｐ側電極層の一部にＴｉ／Ａｕからなる丸型電極を形成することで、第１２実施例に係る半導体発光素子を作製した。
【０１３５】
参考例として、第１２実施例と同様の半導体発光素子であるが、ｐ型電極として膜厚２００ｎｍのＩＴＯを金属電極層の変わりに形成した半導体発光素子を製造した。半導体発光素子をチップサイズ３００μｍ角にダイシング加工し、ベアチップでチップテスタにて輝度測定を行った。最大輝度で比較した結果、参考例の素子の最大輝度を１とした場合、第１２実施例は１．３倍であった。
【０１３６】
実施形態に係る光透過型金属電極によれば、直線部２２０の最大長さを可視光の波長以下にして、複数の直線部２２０によって多角形の開口部２１を複数設けることで、全偏向方向の光に対して、金属層２の内部で生じる自由電子の振動を構造的に阻害し、反射損失を抑制することができる。これにより、金属細線２２の占有率が２０％を超え８０％以下であっても高い透明性を失うことなく、従来の酸化物導電体に比べて低抵抗であり、かつ波長依存性の少ない光透過性金属電極を提供することができる。
また、実施形態に係る光透過型金属電極を電子装置及び光学素子に適用することで、高効率なデバイスを提供することができる。
【０１３７】
以上説明したように、実施形態によれば、低い電気抵抗を維持しながら、広い波長範囲で十分な透明性を得ることができる光透過型金属電極、電子装置及び光学素子を提供できる。
【０１３８】
なお、上記に本実施の形態およびその変形例を説明したが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。例えば、前述の各実施の形態またはその変形例に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除、設計変更を行ったものや、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせたものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含有される。
【０１３９】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４０】
１…部材、１ａ…主面、２…金属層（光透過型金属電極）、２Ａ…金属材料層、５…パターン層、６…基板、７…電極層、８…駆動回路、９…基板、１０…電極層、１１…発光層、１２…対向電極、１３…シリコン基板、１３ｎ…ｎ層、１３ｐ…ｐ層、１４…電極層、１５…対向電極、１６…基板、１７…半導体層、１７ａ…発光層、１７ｎ…ｎ形半導体層、１７ｐ…ｐ形半導体層、１８…ｎ側電極、１９…ｐ側電極、２０ｎ…第一のパッド電極、２０ｐ…第二のパッド電極、２１…開口部、２２…金属細線、３１…駆動基板、３２…対向基板、３３…シール部、３４…液晶層、３５…画素電極、３６…対向電極、７１…基板、７１ａ…主面、７２…色層、７２…色相、７３…電極層、７４…被覆層、２１０…有機エレクトロルミネッセンス素子、２１１…開口部、２１２〜２１８…開口部、２２０…各直線部、２２０ｗ…側壁、２２１ａ〜２２１ｅ…直線部、２２２ａ〜２２２ｅ…直線部、２２３ａ〜２２３ｃ…直線部、２２４ｃ〜２２４ｅ…直線部、３１０…液晶表示装置
４１０…太陽電池、５１０…半導体発光素子、６１０…タッチパネル、７１０…カラーフィルタ、７２１…第１領域、７２２…第２領域、７２３…第３領域、ＣＰ…角、Ｄ１…方向、Ｄ１ａ…方向、Ｄ１ｂ…方向、Ｄ１ｃ…方向、Ｄ２…方向、Ｄ２ａ…方向、Ｄ２ｂ…方向、Ｄ２ｃ…方向、Ｄ３ｂ…方向、Ｄ４ｂ…方向、Ｌ…長さ、ＴＭ１…透過スペクトル、ＴＭ２…透過スペクトル、ＴＭ３…透過スペクトル、Ｖ…法線方向、Ｗ１…幅、Ｗ２…幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材の主面上に設けられ、金属細線と、前記金属細線により形成される複数の開口部と、を有する金属層であり、
前記金属細線は、前記主面に対して平行な第１方向に沿う複数の第１直線部と、前記主面に対して平行で前記第１方向と交差する前記第１方向とは異なる方向に沿う複数の直線部と、を有し、
前記複数の第１直線部の前記第１方向に沿う長さの最大値及び前記複数の第２直線部の前記第１方向とは異なる方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下であり、
前記主面の法線方向にみた前記金属層の面積に対する前記法線方向にみた前記金属細線の面積の比は、２０パーセントを超え８０パーセント以下であることを特徴とする光透過型金属電極。
【請求項２】
前記法線方向にみた前記開口部の形状は、多角形であることを特徴とする請求項１記載の光透過型金属電極。
【請求項３】
前記法線方向にみた前記複数の開口部の形状は、四角形、六角形及び八角形のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の光透過型金属電極。
【請求項４】
前記複数の開口部のうちの隣り合う２つの開口部の重心を結ぶ直線上の前記金属細線の長さは、２０ナノメートル以上２００ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光透過型金属電極。
【請求項５】
前記金属細線の厚さは、１０ナノメートル以上４００ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光透過型金属電極。
【請求項６】
前記金属細線は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉛、亜鉛、白金、コバルト、マグネシウム、クロム、タングステン、パラジウム、インジウム、アンチモン及びスズよりなる群から選択された少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光透過型金属電極。
【請求項７】
前記複数の第１直線部の前記第１方向に沿う前記長さの前記最大値及び前記複数の第２直線部の前記第１方向とは異なる方向に沿う前記長さの前記最大値さは、７８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光透過型金属電極。
【請求項８】
前記金属層の上に設けられ、前記金属層とは異なる材料の被覆層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光透過型金属電極。
【請求項９】
主面を有する構造体と、
前記主面上に設けられ、金属細線と、前記金属細線により形成される複数の開口部と、を有する金属層と、
を備え、
前記金属細線は、前記主面に対して平行な第１方向に沿う複数の第１直線部と、前記主面に対して平行で前記第１方向と交差する第１方向とは異なる方向に沿う複数の直線部と、を有し、
前記第１直線部の前記第１方向に層長さの最大値及び前記第２直線部の前記第１方向とは異なる方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下であり、
前記主面に垂直な法線方向にみた前記金属層の面積に対する前記法線方向にみた前記金属細線の面積の比は、２０パーセントを超え８０パーセント以下であり、
前記構造体には、前記金属層を電極として用いることを特徴とすることを特徴とする電子装置。
【請求項１０】
前記構造体は、前記電荷が供給される積層体を有し、
前記積層体は、
第１導電形の第１半導体層と、
前記第１半導体層と前記法線方向に沿って積層された第２導電形の第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられ、前記電荷に基づいて光を放出する発光部と、
を含むことを特徴とする請求項９記載の電子装置。
【請求項１１】
前記構造体は、入射する光を電気信号に変換する光電変換層を含み、
前記金属層には、前記電気信号を含む電流が流れることを特徴とする請求項９記載の電子装置。
【請求項１２】
前記構造体は、
前記電荷に基づいて光を放出する、及び、前記電荷に基づいて、複屈折性、旋光性、散乱性、回折性及び吸収性の少なくともいずれかを含む光学特性が変化するのいずれかの光学層を含むことを特徴とする請求項９記載の電子装置。
【請求項１３】
光を透過する部分を有し主面を有する光学部材と、
前記主面上に設けられ、金属細線と、前記金属細線により形成される複数の開口部と、前記複数の開口部と、を有する金属層と、
を備え、
前記金属細線は、前記主面に対して平行な第１方向に沿う複数の第１直線部と、前記主面に対して平行で前記第１方向と交差する第１方向とは異なる方向に沿う複数の直線部と、を有し、
前記第１直線部の前記第１方向に層長さの最大値及び前記第２直線部の前記第１方向とは異なる方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下であり、
前記主面に垂直な法線方向にみた前記金属層の面積に対する前記法線方向にみた前記金属細線の面積の比は、２０パーセントを超え８０パーセント以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項１】
部材の主面上に設けられ、金属細線と、前記金属細線により形成される複数の開口部と、を有する金属層であり、
前記金属細線は、前記主面に対して平行な第１方向に沿う複数の第１直線部と、前記主面に対して平行で前記第１方向と交差する前記第１方向とは異なる方向に沿う複数の直線部と、を有し、
前記複数の第１直線部の前記第１方向に沿う長さの最大値及び前記複数の第２直線部の前記第１方向とは異なる方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下であり、
前記主面の法線方向にみた前記金属層の面積に対する前記法線方向にみた前記金属細線の面積の比は、２０パーセントを超え８０パーセント以下であることを特徴とする光透過型金属電極。
【請求項２】
前記法線方向にみた前記開口部の形状は、多角形であることを特徴とする請求項１記載の光透過型金属電極。
【請求項３】
前記法線方向にみた前記複数の開口部の形状は、四角形、六角形及び八角形のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１記載の光透過型金属電極。
【請求項４】
前記複数の開口部のうちの隣り合う２つの開口部の重心を結ぶ直線上の前記金属細線の長さは、２０ナノメートル以上２００ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の光透過型金属電極。
【請求項５】
前記金属細線の厚さは、１０ナノメートル以上４００ナノメートル以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光透過型金属電極。
【請求項６】
前記金属細線は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉛、亜鉛、白金、コバルト、マグネシウム、クロム、タングステン、パラジウム、インジウム、アンチモン及びスズよりなる群から選択された少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光透過型金属電極。
【請求項７】
前記複数の第１直線部の前記第１方向に沿う前記長さの前記最大値及び前記複数の第２直線部の前記第１方向とは異なる方向に沿う前記長さの前記最大値さは、７８０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光透過型金属電極。
【請求項８】
前記金属層の上に設けられ、前記金属層とは異なる材料の被覆層をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光透過型金属電極。
【請求項９】
主面を有する構造体と、
前記主面上に設けられ、金属細線と、前記金属細線により形成される複数の開口部と、を有する金属層と、
を備え、
前記金属細線は、前記主面に対して平行な第１方向に沿う複数の第１直線部と、前記主面に対して平行で前記第１方向と交差する第１方向とは異なる方向に沿う複数の直線部と、を有し、
前記第１直線部の前記第１方向に層長さの最大値及び前記第２直線部の前記第１方向とは異なる方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下であり、
前記主面に垂直な法線方向にみた前記金属層の面積に対する前記法線方向にみた前記金属細線の面積の比は、２０パーセントを超え８０パーセント以下であり、
前記構造体には、前記金属層を電極として用いることを特徴とすることを特徴とする電子装置。
【請求項１０】
前記構造体は、前記電荷が供給される積層体を有し、
前記積層体は、
第１導電形の第１半導体層と、
前記第１半導体層と前記法線方向に沿って積層された第２導電形の第２半導体層と、
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられ、前記電荷に基づいて光を放出する発光部と、
を含むことを特徴とする請求項９記載の電子装置。
【請求項１１】
前記構造体は、入射する光を電気信号に変換する光電変換層を含み、
前記金属層には、前記電気信号を含む電流が流れることを特徴とする請求項９記載の電子装置。
【請求項１２】
前記構造体は、
前記電荷に基づいて光を放出する、及び、前記電荷に基づいて、複屈折性、旋光性、散乱性、回折性及び吸収性の少なくともいずれかを含む光学特性が変化するのいずれかの光学層を含むことを特徴とする請求項９記載の電子装置。
【請求項１３】
光を透過する部分を有し主面を有する光学部材と、
前記主面上に設けられ、金属細線と、前記金属細線により形成される複数の開口部と、前記複数の開口部と、を有する金属層と、
を備え、
前記金属細線は、前記主面に対して平行な第１方向に沿う複数の第１直線部と、前記主面に対して平行で前記第１方向と交差する第１方向とは異なる方向に沿う複数の直線部と、を有し、
前記第１直線部の前記第１方向に層長さの最大値及び前記第２直線部の前記第１方向とは異なる方向に沿う長さの最大値は、可視光の波長以下であり、
前記主面に垂直な法線方向にみた前記金属層の面積に対する前記法線方向にみた前記金属細線の面積の比は、２０パーセントを超え８０パーセント以下であることを特徴とする光学素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１３−６８８８３（Ｐ２０１３−６８８８３Ａ）
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０８７４６（Ｐ２０１１−２０８７４６）
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１８日（２０１３．４．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２６日（２０１１．９．２６）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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