发光装置的制造方法

发光装置的制造方法
【专利摘要】本申请的发光元件具有：光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光；透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；亚微米结构，该亚微米结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者上，并向光致发光层或透光层的面内扩散；以及导光结构，该导光结构以将上述激发光导向光致发光层的方式配置，其中，亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，光致发光层所发出的光包括空气中的波长为λa的第一光，当将相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为Dint、将光致发光层(110)对第一光的折射率设定为nwav?a时，成立λa/nwav?a＜Dint＜λa的关系。
【专利说明】
发光装置
技术领域
[0001] 本申请设及发光装置，特别设及具有光致发光层的发光装置。
【背景技术】
[0002] 对于照明器具、显示器、投影仪之类的光学设备而言，在多种用途中需要向所需的 方向射出光。巧光灯、白色Lm)等所使用的光致发光材料各向同性地发光。因此，为了使光仅 向特定方向射出，运种材料与反射器、透镜等光学部件一起使用。例如，专利文献1公开了使 用布光板和辅助反射板来确保指向性的照明系统。
[0003] 现有技术文献
[0004] 专利文献
[0005] 专利文献1:日本特开2010-231941号公报

【发明内容】

[0006] 发明所要解决的问题
[0007] 本申请提供能够对光致发光层的发光效率、指向性或偏振特性进行控制的具有新 型结构的发光装置。
[0008] 用于解决问题的手段
[0009] 本申请的某个实施方式的发光装置具有:光致发光层，该光致发光层接受激发光 而发光;透光层，该透光层W与上述光致发光层接近的方式配置;亚微米结构，该亚微米结 构形成在上述光致发光层和上述透光层中的至少一者上，并向上述光致发光层或上述透光 层的面内扩散；W及导光结构体，该导光结构体W将上述激发光导向上述光致发光层的方 式配置，其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，上述光致发光层所发出的光包括 空气中的波长为Aa的第一光，当将相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为化nt、将上述光 致发光层对上述第一光的折射率设定为rw-a时，成立VrW-a<Dint<Aa的关系。
[0010] 上述总的方案或具体的方案可W通过器件、装置、系统、方法或它们的任意组合来 实现。
[0011] 发明效果
[0012] 本申请的某些实施方式的发光装置具有新型构成，能够根据新的机理对亮度、指 向性或偏振特性进行控制。
【附图说明】
[0013] 图IA是表示某个实施方式的发光器件的构成的立体图。
[0014] 图IB是图IA所示的发光器件的局部剖视图。
[0015] 图IC是表示另一个实施方式的发光器件的构成的立体图。
[0016] 图ID是图IC所示的发光器件的局部剖视图。
[0017] 图2是表示分别改变发光波长和周期结构的高度来计算向正面方向射出的光的增 强度的结果的图。
[0018] 图3是图示式(10)中的m=l和m = 3的条件的图表。
[0019] 图4是表示改变发光波长和光致发光层的厚度t来计算向正面方向输出的光的增 强度的结果的图。
[0020] 图5A是表示厚度t = 238皿时计算向X方向导波（引导光(to guide light))的模式 的电场分布的结果的图。
[0021] 图5B是表示厚度t = 539nm时计算向X方向导波的模式的电场分布的结果的图。
[0022] 图5C是表示厚度t = 300nm时计算向X方向导波的模式的电场分布的结果的图。
[0023] 图6是表示W与图2的计算相同的条件就光的偏振为具有与y方向垂直的电场成分 的TE模式时计算光的增强度的结果的图。
[0024] 图7A是表示二维周期结构的例子的俯视图。
[0025] 图7B是表示就二维周期结构进行与图2相同的计算的结果的图。
[0026] 图8是表示改变发光波长和周期结构的折射率来计算向正面方向输出的光的增强 度的结果的图。
[0027] 图9是表示W与图8相同的条件将光致发光层的膜厚设定为1000 nm时的结果的图。
[0028] 图10是表示改变发光波长和周期结构的高度来计算向正面方向输出的光的增强 度的结果的图。
[0029] 图11是表示W与图10相同的条件将周期结构的折射率设定为np = 2.0时的计算结 果的图。
[0030] 图12是表示设定为光的偏振为具有与y方向垂直的电场成分的TE模式来进行与图 9所示的计算相同的计算的结果的图。
[0031] 图13是表示W与图9所示的计算相同的条件将光致发光层的折射率nwav变更为1.5 时的结果的图。
[0032] 图14是表示在折射率为1.5的透明基板之上设置有与图2所示的计算相同的条件 的光致发光层和周期结构时的计算结果的图。
[0033] 图15是图示式(15)的条件的图表。
[0034] 图16是表示具备图1A、1B所示的发光器件100和使激发光射入光致发光层110的光 源180的发光装置200的构成例的图。
[0035] 图17是用于说明通过使激发光与模拟导波模式结合来高效地射出光的构成的图； (a)表示具有X方向的周期化的一维周期结构；（b)表示具有X方向的周期化、y方向的周期Py 的二维周期结构；（C)表示(a)的构成中的光的吸收率的波长依赖性；（d)表示(b)的构成中 的光的吸收率的波长依赖性。
[0036] 图18A是表示二维周期结构的一个例子的图。
[0037] 图18B是表示二维周期结构的另一个例子的图。
[0038] 图19A是在透明基板上形成了周期结构的变形例的图。
[0039] 图19B是在透明基板上形成了周期结构的另一个变形例的图。
[0040] 图19C是表示在图19A的构成中改变发光波长和周期结构的周期来计算向正面方 向输出的光的增强度的结果的图。
[0041] 图20是表示混合了多个粉末状发光器件的构成的图。
[0042] 图21是表示在光致发光层之上二维地排列周期不同的多个周期结构的例子的俯 视图。
[0043] 图22是表示具有表面上形成有凹凸结构的多个光致发光层110层叠而成的结构的 发光器件的一个例子的图。
[0044] 图23是表示在光致发光层110与周期结构120之间设置了保护层150的构成例的剖 视图。
[0045] 图24是表示通过仅加工光致发光层110的一部分来形成周期结构120的例子的图。
[0046] 图25是表示形成在具有周期结构的玻璃基板上的光致发光层的截面TEM图像的 图。
[0047] 图26是表示测定试制的发光器件的出射光的正面方向的光谱的结果的图表。
[0048] 图27(a)和(b)是表示测定试制的发光器件的出射光的角度依赖性的结果(上段） 和计算结果(下段)的图表。
[0049] 图28(a)和(b)是表示测定试制的发光器件的出射光的角度依赖性的结果(上段） 和计算结果(下段)的图表。
[0050] 图29是表示测定试制的发光器件的出射光(波长为610nm)的角度依赖性的结果的 图表。
[0051 ]图30是示意性地表示平板型波导的一个例子的立体图。
[0052] 图31是示意性地表示使得激发光的吸收效率提高的第一实施方式的发光装置的 一部分的局部剖视图。
[0053] 图32是示意性地表示使得激发光的吸收效率提高的第一实施方式的发光装置的 一部分的立体图。
[0054] 图33是为了说明用于将激发光通过全反射来封闭的条件的图。
[0055] 图34是示意性地表示导光结构体220的另一个例子的局部剖视图。
[0056] 图35是示意性地表示导光结构体220的又一个例子的局部剖视图。
[0057] 图36是示意性地表示导光结构体220的又一个例子的局部剖视图。
[0058] 图37是示意性地表示导光结构体220的又一个例子的局部剖视图。
[0059] 图38是示意性地表示导光结构体220的又一个例子的局部剖视图。
[0060] 图39是表示由多个透光性构件构成的导光结构体220的例子的立体图。
[0061] 图40是表示由多个透光性构件构成的导光结构体220的另一个例子的立体图。
[0062] 图41是表示由多个透光性构件构成的导光结构体220的又一个例子的立体图。
[0063] 图42是用于说明导光结构体220的配置的第一例的图。
[0064] 图43是用于说明导光结构体220的配置的第二例的图。
[0065] 图44是用于说明导光结构体220的配置的第S例的图。
[0066] 图45是示意性地表示具有导光结构体220的发光装置的第二实施方式的局部剖视 图。
[0067] 图46是用于说明激发光的入射角度的图。
[0068] 图47是用于对来自光源180的激发光的出射方向进行更详细说明的图。
[0069] 图48是示意性地表示在光致发光层110内产生的光与模拟导波模式结合并向外部 射出的状况的剖视图。
[0070] 图49是示意性地表示使得激发光的吸收效率提高的第=实施方式的发光装置的 一部分的剖视图。
[0071] 图50是表示通过计算设定的发光器件的构成的局部剖视图。
[0072] 图51是表示入射光的吸收率的波长和角度依赖性的图。
[0073] 图52是表示具备光纤230作为导光结构体的发光装置的构成例的图。
[0074] 图53是表示在透明基板140内封闭激发光并将对光致发光层110的入射角度设定 为引起共振吸收的角度来提高吸收效率的构成的图。
[0075] 图54是示意性地表示将与周期结构120的线方向平行的轴作为旋转轴旋转时的旋 转角设定为入射角0的构成的剖视图。
[0076] 图55是表示在图54的构成中就激发光的吸收率对入射角度0和空气中的波长入的 依赖性进行计算得到的结果的图。
[0077] 图56是表示在图53的构成中入射光的吸收率的波长和角度依赖性的图。
[0078] 图57是表示具有向与周期结构120的线方向垂直的方向延伸的导光结构体220的 发光装置的例子的图。
[0079] 图58是表示通过周期结构的作用使具有指向性的光向包含光致发光层的发光器 件的两侧射出的情况的剖视图。
[0080] 图59是表示在包含光致发光层的发光器件设置反射层的方案的剖视图。
[0081] 图60是表示光在构成设置于光致发光层的背面侧的反射层的凸部分全反射的状 况的剖视图。
[0082] 图61(a)~（d)分别是表示反射层的构成不同的各种实施方式的发光装置的剖视 图。
[0083] 图62是表示不同波长的光由发光器件射出时的出射光的角度的图；（a)是表示不 同波长的光向不同方向射出的状况的剖视图；（b)和(C)是表示通过在发光器件的背面侧设 置反射层而使得不同波长的光的出射方向汇集(一致)的方案的剖视图。
[0084] 图63是表示具备反射层的另一个实施方式的发光装置的剖视图。
[0085] 图64是表示对多个发光器件进行敷设(tiling)的方案的图；（a)是俯视图；（b)是 剖视图。
【具体实施方式】
[0086] 在光学设备中，当配置反射器、透镜等光学部件时，需要增大光学设备自身的尺寸 来确保它们的空间，优选不用运些光学部件，或者至少使它们小型化。
[0087] 本申请包括W下的项目所述的发光器件W及发光装置。
[008引[项目1]
[0089] -种发光器件，其具有：
[0090] 光致发光层；
[0091] 透光层，该透光层W与上述光致发光层接近的方式配置；W及
[0092] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述光致发光层和上述透光层中的至少一者 上，并向上述光致发光层或上述透光层的面内扩散，
[0093] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0094] 上述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光，
[0095] 当将相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为Dint、将上述光致发光层对上述第 一光的折射率设定为rw-a时，成立Aa/rw-a<^nt < Aa的关系。
[0096] [项目 2]
[0097] 根据项目1所述的发光器件，其中，上述亚微米结构包含由上述多个凸部或上述多 个凹部形成的至少一个周期结构，上述至少一个周期结构包含当将周期设定为Pa时成立入a/ nwav-a<Pa<^a的关系的第一周期结构。
[009引[项目3]
[0099] 根据项目1或2所述的发光器件，其中，上述透光层对上述第一光的折射率m-a比上 述光致发光层对上述第一光的折射率nwav-a小。
[0100] [项目 4]
[0101] 根据项目1~3中任一项所述的发光器件，其中，上述第一光在由上述亚微米结构 预先确定的第一方向上强度最大。
[0102] [项目 5]
[0103] 根据项目4所述的发光器件，其中，上述第一个方向为上述光致发光层的法线方 向。
[0104] [项目 6]
[0105] 根据项目4或5所述的发光器件，其中，向上述第一个方向射出的上述第一光为直 线偏振光。
[0106] [项目 7]
[0107] 根据项目4~6中任一项所述的发光器件，其中，W上述第一光的上述第一个方向 为基准时的指向角小于15°。
[010引[项目8]
[0109] 根据项目4~7中任一项所述的发光器件，其中，具有与上述第一光的波长Aa不同 的波长Ab的第二光在与上述第一个方向不同的第二方向上强度最大。
[0110] [项目 9]
[0111] 根据项目1~8中任一项所述的发光器件，其中，上述透光层具有上述亚微米结构。 [0…][项目10]
[0113] 根据项目1~9中任一项所述的发光器件，其中，上述光致发光层具有上述亚微米 结构。
[0114] [项目 11]
[0115] 根据项目1~8中任一项所述的发光器件，其中，上述光致发光层具有平坦的主面，
[0116] 上述透光层形成在上述光致发光层的上述平坦的主面上，并具有上述亚微米结 构。
[0117] [项目 12]
[0118] 根据项目11所述的发光器件，其中，上述光致发光层被透明基板支撑。
[0119] [项目 13]
[0120] 根据项目1~8中任一项所述的发光器件，其中，上述透光层为在一个主面上具有 上述亚微米结构的透明基板，
[0121 ]上述光致发光层被形成在上述亚微米结构之上。
[0122] [项目 14]
[0123] 根据项目1或2所述的发光器件，其中，上述透光层对上述第一光的折射率m-a为上 述光致发光层对上述第一光的折射率rwv-aW上，上述亚微米结构所具有的上述多个凸部的 高度或上述多个凹部的深度为ISOnmW下。
[0124] [项目 15]
[0125] 根据项目1和3~14中任一项所述的发光器件，其中，上述亚微米结构包含由上述 多个凸部或上述多个凹部形成的至少一个周期结构，上述至少一个周期结构包含当将周期 设定为Pa时成立Aa/nwav-a<Pa<Aa的关系的第一周期结构，
[01%]上述第一周期结构为一维周期结构。
[0127] [项目 16]
[0128] 根据项目15所述的发光器件，其中，上述光致发光层所发出的光包括空气中的波 长为与Aa不同的Ab的第二光，
[0129] 在将上述光致发光层对上述第二光上述第二光的折射率设定为nwav-b的情况下，上 述至少一个周期结构还包含当将周期设定为Pb时成立Ab/nwav-b<pb<Ab的关系的第二周期 结构，
[0130] 上述第二周期结构为一维周期结构。
[0131] [项目 17]
[0132] 根据项目1和3~14中任一项所述的发光器件，其中，上述亚微米结构包含由上述 多个凸部或上述多个凹部形成的至少两个周期结构，上述至少两个周期结构包含在互相不 同的方向具有周期性的二维周期结构。
[0133] [项目 18]
[0134] 根据项目1和3~14中任一项所述的发光器件，其中，上述亚微米结构包含由上述 多个凸部或上述多个凹部形成的多个周期结构，
[0135] 上述多个周期结构包含W矩阵状排列而成的多个周期结构。
[0136] [项目 19]
[0137] 根据项目1和3~14中任一项所述的发光器件，其中，上述亚微米结构包含由上述 多个凸部或上述多个凹部形成的多个周期结构，
[0138] 当将上述光致发光层所具有的光致发光材料的激发光在空气中的波长设定为入ex、 将上述光致发光层对上述激发光的折射率设定为nwav-ex时，上述多个周期结构包含周期Pex 成立Aex/rW-ex < Pex <入郎的关系的周期结构。
[0139] [项目 20]
[0140] -种发光器件，其具有多个光致发光层和多个透光层，
[0141] 其中，上述多个光致发光层中的至少两个和上述多个透光层中的至少两个各自独 立地分别相当于项目1~19中任一项所述的上述光致发光层和上述透光层。
[0142] [项目 2U
[0143] 根据项目20所述的发光器件，其中，上述多个光致发光层与上述多个透光层层叠。
[0144] [项目 22]
[0145] 一种发光器件，其具有：
[0146] 光致发光层；
[0147] 透光层，该透光层W与上述光致发光层接近的方式配置；W及
[0148] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述光致发光层和上述透光层中的至少一者 上，并向上述光致发光层或上述透光层的面内扩散，
[0149] 上述发光器件射出在上述光致发光层和上述透光层的内部形成模拟导波模式的 光。
[01加][项目測
[0151] -种发光器件，其具备：
[0152] 光能够导波的导波层；W及
[0153] 周期结构，该周期结构W与上述导波层接近的方式配置，
[0154] 其中，上述导波层具有光致发光材料，
[0155] 在上述导波层中，由上述光致发光材料发出的光存在一边与上述周期结构作用一 边导波的模拟导波模式。
[0156] [项目 24]
[0157] -种发光器件，其具有：
[0158] 光致发光层；
[0159] 透光层，该透光层W与上述光致发光层接近的方式配置；W及
[0160] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述光致发光层和上述透光层中的至少一者 上，并向上述光致发光层或上述透光层的面内扩散，
[0161] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0162] 当将相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为Dint、将上述光致发光层所具有的 光致发光材料的激发光在空气中的波长设定为Aex、将在到达上述光致发光层或上述透光层 的光路中所存在的介质之中折射率最大的介质对上述激发光的折射率设定为nwav-ex时，成 AL 火 ex/Owav-ex <Dint<心的关系。
[016；3][项目2引
[0164]根据项目24所述的发光器件，其中，上述亚微米结构包含由上述多个凸部或上述 多个凹部形成的至少一个周期结构，上述至少一个周期结构包含当将周期设定为Pex时成立 入ex/riwav-ex < Pex < 的关系的第一周期结构。
[01化][项目26]
[0166] -种发光器件，其具有：
[0167] 透光层；
[0168] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述透光层上，并向上述透光层的面内扩散；W 及
[0169] 光致发光层，该光致发光层W与上述亚微米结构接近的方式配置，
[0170] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0171] 上述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光，
[0172] 上述亚微米结构包含由上述多个凸部或上述多个凹部形成的至少一个周期结构，
[0173] 当将上述光致发光层对上述第一光的折射率设定为nwav-a、将上述至少一个周期结 构的周期设定为Pa时，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的关系。
[0174][项目 27]
[01巧]一种发光器件，其具有：
[0176] 光致发光层；
[0177] 透光层，该透光层具有比上述光致发光层高的折射率;W及
[0178] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述透光层上，并向上述透光层的面内扩散，
[0179] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0180] 上述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光，
[0181] 上述亚微米结构包含由上述多个凸部或上述多个凹部形成的至少一个周期结构，
[0182] 当将上述光致发光层对上述第一光的折射率设定为nwav-a、将上述至少一个周期结 构的周期设定为Pa时，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的关系。
[0183] [项目 28]
[0184] -种发光器件，其具有：
[0185] 光致发光层；W及
[0186] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述光致发光层上，并向上述光致发光层的面 内扩散，
[0187] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0188] 上述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光，
[0189] 上述亚微米结构包含由上述多个凸部或上述多个凹部形成的至少一个周期结构，
[0190] 当将上述光致发光层对上述第一光的折射率设定为nwav-a、将上述至少一个周期结 构的周期设定为Pa时，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的关系。
[0191] [项目 29]
[0192] 根据项目1~21和24~28中任一项所述的发光器件，其中，上述亚微米结构包含上 述多个凸部和上述多个凹部运两者。
[019；3][项目 30]
[0194]根据项目1~22和24~27中任一项所述的发光器件，其中，上述光致发光层与上述 透光层互相接触。
[019引[项目3U
[0196] 根据项目23所述的发光器件，其中，上述导波层与上述周期结构互相接触。
[0197] [项目 32]
[0198] 一种发光装置，其具备项目1~31中任一项所述的发光器件和向上述光致发光层 照射激发光的激发光源。
[0199] [项目 33]
[0200] 一种发光装置，其具有：
[0201] 光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光；
[0202] 透光层，该透光层W与上述光致发光层接近的方式配置；
[0203] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述光致发光层和上述透光层中的至少一者 上，并向上述光致发光层或上述透光层的面内扩散；W及
[0204] 导光结构体，该导光结构体W将上述激发光导向上述光致发光层的方式配置，
[0205] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0206] 上述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光，
[0207] 当将相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为Dint、将上述光致发光层对上述第 一光的折射率设定为rw-a时，成立Aa/rw-a<^nt < Aa的关系。
[020引[项目34]
[0209] 根据项目33所述的发光装置，其中，上述导光结构体形成在上述光致发光层中存 在上述亚微米结构一侧的面。
[0210] [项目 35]
[0211] 根据项目33所述的发光装置，其中，上述导光结构体形成在上述光致发光层中与 存在上述亚微米结构一侧相反一侧的面。
[0別^ [项目36]
[0213] 根据项目34或35所述的发光装置，其还具有使上述激发光向上述导光结构体射出 的光源，
[0214] 其中，当将上述激发光由上述导光结构体到上述光致发光层的入射角设定为0st、 将上述导光结构体的折射率设定为rist时，成立nstsin(目st)>l。
[0215] [项目 37]
[0216] 根据项目33所述的发光装置，其还具备支撑上述光致发光层的透明基板，
[0217] 其中，上述导光结构体形成在上述透明基板中与上述光致发光层一侧相反一侧的 面。
[0別引[项目3引
[0219] 根据项目37所述的发光装置，其还具备使上述激发光向上述导光结构体射出的光 源，
[0220] 其中，当将上述激发光由上述导光结构体到上述透明基板的入射角设定为0st、将 上述导光结构体的折射率设定为rist时，成立nstsin(目st)>l。
[02別][项目39]
[0222] 根据项目1~6中任一项所述的发光装置，其中，上述导光结构体由至少一个棱柱 形状的透光性构件构成。
[0223] [项目 40]
[0224] 根据项目33~38中任一项所述的发光装置，其中，上述导光结构体由至少一个半 球形状的透光性构件构成。
[02巧][项目41]
[0226] 根据项目33~38中任一项所述的发光装置，其中，上述导光结构体由至少一个金 字塔形状的透光性构件构成。
[0227] [项目 42]
[0228] 根据项目33~41中任一项所述的发光装置，其中，当将上述激发光在空气中的波 长设定为Aex时，上述亚微米结构W上述第一光向上述光致发光层的法线方向最强地射出、 在波长为Aex的第二光在上述光致发光层的内部传播的情况下上述第二光向与上述光致发 光层的法线方向成角度0DUt的方向最强地射出的方式构成，
[0229] 上述导光结构体使上述激发光W入射角0Dut射入上述光致发光层。
[0230] [项目 43]
[0231] 根据项目33~42中任一项所述的发光装置，其中，上述亚微米结构具有一维周期 结构，
[0232] 上述导光结构体具有向与上述一维周期结构的线方向和上述光致发光层的厚度 方向运两者垂直的方向延伸的结构。
[0233] [项目 44]
[0234] -种发光装置，其具有：
[0235] 光致发光层，该光致发光层接受空气中的波长为Asx的激发光而发光；
[0236] 透光层，该透光层W与上述光致发光层接近的方式配置；
[0237] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述光致发光层和上述透光层中的至少一者 上，并向上述光致发光层或上述透光层的面内扩散；W及
[0238] 光源，该光源射出上述激发光，
[0239] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0240] 上述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光，
[0241] 当将相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为Dint、将上述光致发光层对上述第 一光的折射率设定为rW-a时，成立Aa/rW-a<^nt<Aa的关系，
[0242] 上述亚微米结构W上述第一光向上述光致发光层的法线方向最强地射出、在波长 为入ex的第二光在上述光致发光层的内部传播的情况下上述第二光向与上述光致发光层的 法线方向成角度0DUt的方向最强地射出的方式构成，
[0243] 上述光源使上述激发光W入射角0Dut射入上述光致发光层。
[0244] [项目4引
[0245] 一种发光装置，其具有：
[0246] 透光层；
[0247] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述透光层上，并向上述透光层的面内扩散；
[0248] 光致发光层，该光致发光层W与上述亚微米结构接近的方式配置，并接受激发光 而发光；W及
[0249] 导光结构体，该导光结构体W将上述激发光导向上述光致发光层的方式配置，
[0250] 其中，上述亚微米结构至少包含多个凸部或多个凹部，
[0251] 上述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光，
[0252] 上述亚微米结构至少包含由上述多个凸部或者上述多个凹部形成的至少一个周 期结构，
[0253] 当将上述光致发光层对上述第一光的折射率设定为nwav-a、将上述至少一个周期结 构的周期设定为Pa时，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的关系。
[0254][项目 4S]
[02W] -种发光装置，其具有：
[0256] 光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光；
[0257] 透光层，该透光层具有比上述光致发光层高的折射率；
[0258] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述透光层上，并向上述透光层的面内扩散；W 及
[0259] 导光结构体，该导光结构体W将上述激发光导向上述光致发光层的方式配置，
[0260] 其中，上述亚微米结构至少包含多个凸部或多个凹部，
[0%1]上述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光，
[0262] 上述亚微米结构至少包含由上述多个凸部或者上述多个凹部形成的至少一个周 期结构，
[0263] 当将上述光致发光层对上述第一光的折射率设定为nwav-a、将上述至少一个周期结 构的周期设定为Pa时，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的关系。
[0264] [项目 47]
[0265] 根据项目33~46中任一项所述的发光装置，其中，上述光致发光层与上述透光层 互相接触。
[0266] [项目 48]
[0267] -种发光装置，其具有：
[0268] 光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光；
[0269] 亚微米结构，该亚微米结构形成在上述光致发光层上，并向上述光致发光层的面 内扩散;W及
[0270] 导光结构体，该导光结构体W将上述激发光导向上述光致发光层的方式配置，
[0271 ]其中，上述亚微米结构至少包含多个凸部或多个凹部，
[0272] 上述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光，
[0273] 上述亚微米结构至少包含由上述多个凸部或者上述多个凹部形成的至少一个周 期结构，
[0274] 当将上述光致发光层对上述第一光的折射率设定为rw-a、将上述至少一个周期结 构的周期设定为Pa时，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的关系。
[02巧][项目49]
[0276] 根据项目33~48中任一项所述的发光装置，其中，上述亚微米结构包含上述多个 凸部和上述多个凹部运两者。
[0277] [项目 50]
[0278] -种发光装置，其具有：
[0279] 发光器件；W及
[0280] 反射层，该反射层W与上述发光器件所具有的光出射面相对置的方式配置，
[0281 ]其中，上述发光器件具有:光致发光层;透光层，该透光层W与上述光致发光层接 近的方式配置；W及亚微米结构，该亚微米结构形成在上述光致发光层和上述透光层中的 至少一者上，并向上述光致发光层或上述透光层的面内扩散，
[0282] 上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，当将相邻的凸部之间或凹部之间的距 离设定为化nt、上述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光、将光致发光层 110对上述第一光的折射率设定为rW-a时，成立Aa/rW-a<^nt<Aa的关系。
[0283] [项目 5U
[0284] 根据项目50所述的发光装置，其中，上述反射层包含透光性的凹凸结构，并W在上 述凹凸结构的表面产生全反射的方式构成。
[0285] [项目 52]
[0286] 根据项目51所述的发光装置，其中，上述凹凸结构包含棱镜状结构体、金字塔状结 构体、微透镜阵列、柱状透镜（lenticular lens)和角锥棱镜阵列（corner cube array)中 的任一种。
[0287] [项目 53]
[0288] 根据项目50所述的发光装置，其中，上述反射层包含金属反射膜或电介质多层膜。 [02例[项目54]
[0290] 根据项目53所述的发光装置，其中，上述电介质多层膜构成分色镜（dichroic mirror)。
[0291] [项目5引
[0292] 根据项目50所述的发光装置，其中，上述反射层包含漫反射膜。
[0293] [项目 56]
[0294] 根据项目50~55中任一项所述的发光装置，其中，上述反射层具备相对于上述光 致发光层的层面仅倾斜了超过0°的角度0的反射面。
[02巧][项目57]
[0296] 根据项目56所述的发光装置，其中，由上述光致发光层射出的光包括:具有第一波 长的光，该具有第一波长的光通过上述周期结构的衍射作用向上述光致发光层的层面法线 方向射出；W及具有第二波长的光，该具有第二波长的光通过上述周期结构的衍射作用向 与上述光致发光层的层面法线方向不同的方向射出，
[0297] 上述具有第二波长的光沿着从上述光致发光层的层面法线方向仅偏移了角度20 的方向到达上述反射面，
[0298] 上述反射面的上述角度0是上述角度20的1/2的角度。
[0299] [项目5引
[0300] 根据项目56或57所述的发光装置，其中，上述反射层包含配置在上述仅倾斜了角 度0的反射面与上述发光器件之间的空气层。
[0301] [项目 59]
[0302] 根据项目50~58中任一项所述的发光装置，其包含W在面内互相相邻的方式配置 的多个上述发光器件，
[0303] 其中，上述多个发光器件至少包含第一发光器件和第二发光器件，
[0304] 上述第一发光器件的亚微米结构所具有的周期结构的周期与上述第二发光器件 的亚微米结构所具有的周期结构的周期不同。
[0305] 本申请的实施方式的发光器件具备:光致发光层;透光层，该透光层W与上述光致 发光层接近的方式配置；W及亚微米结构，该亚微米结构形成在上述光致发光层和上述透 光层中的至少一者上，并向上述光致发光层或上述透光层的面内扩散，其中，上述亚微米结 构包含多个凸部或多个凹部，当将相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为化nt、上述光致 发光层所发出的光包括空气中的波长为Aa的第一光、将上述光致发光层对上述第一光的折 射率设定为rw-a时，成立VrW-a<Dint<Aa的关系。波长Aa例如在可见光的波长范围内（例 如380nm W 上且780nm W 下）。
[0306] 光致发光层包含光致发光材料。光致发光材料是指接受激发光而发光的材料。光 致发光材料包括狭义的巧光材料和憐光材料，不仅包括无机材料，也包括有机材料(例如色 素），还包括量子点（即，半导体微粒）。光致发光层除了光致发光材料W外，还可W包含基质 材料(即，主体材料）。基质材料例如为玻璃、氧化物等无机材料、树脂。
[0307] W与光致发光层接近的方式配置的透光层由对于光致发光层所发出的光透射率 高的材料形成，例如由无机材料、树脂形成。透光层例如优选由电介质(特别是光的吸收少 的绝缘体)形成。透光层例如可W为支撑光致发光层的基板。另外，在光致发光层的空气侧 的表面具有亚微米结构的情况下，空气层可W为透光层。
[0308] 对于本申请的实施方式的发光器件而言，如后面参照计算结果和实验结果所详述 的那样，由于形成在光致发光层和透光层中的至少一者上的亚微米结构(例如周期结构）， 在光致发光层和透光层的内部形成独特的电场分布。运是导波光与亚微米结构相互作用形 成的，可W将其表示为模拟导波模式。通过利用该模拟导波模式，如W下所说明的那样，能 够得到光致发光的发光效率增大、指向性提高、偏振光的选择性效果。另外，W下的说明中， 有时使用模拟导波模式运一用语来对本申请的
【发明人】们发现的新型构成和/或新的机理进 行说明，但该说明不过是一种例示性的说明，任何意义上来说都不是要限定本申请。
[0309] 亚微米结构例如包含多个凸部，当将相邻的凸部之间的距离（即，中屯、间距离）设 定为Dint时，满足Aa/rWv-a<Dint<Aa的关系。亚微米结构也可W包含多个凹部来代替多个凸 部。W下，为了简化起见，W亚微米结构具有多个凸部的情况进行说明。A表示光的波长，入a 表示空气中的光的波长。rwv是光致发光层的折射率。在光致发光层为混合有多种材料的介 质的情况下，将各材料的折射率W各自的体积比率加权而得到的平均折射率设定为nwav。通 常折射率n依赖于波长，因此优选将对Aa的光的折射率表示为rwv-a，但有时为了简化起见会 省略。rwv基本上是光致发光层的折射率，但在与光致发光层相邻的层的折射率大于光致发 光层的折射率的情况下，将该折射率大的层的折射率和光致发光层的折射率W各自的体积 比率加权而得到的平均折射率设定为nwav。运是因为，运种情况光学上与光致发光层由多个 不同材料的层构成的情况等价。
[0310]当将介质对模拟导波模式的光的有效折射率设定为neff时，满足na<neff<rw。运 里，na是空气的折射率。如果认为模拟导波模式的光为在光致发光层的内部一边W入射角0 全反射一边传播的光，则有效折射率rief f可写作nef f = rwvS i n 0。另外，有效折射率nef f由存在 于模拟导波模式的电场分布的区域中的介质的折射率确定，因此例如在透光层形成了亚微 米结构的情况下，不仅依赖于光致发光层的折射率，还依赖于透光层的折射率。另外，由于 根据模拟导波模式的偏振方向（TE模式和TM模式）的不同，电场的分布不同，因此在TE模式 和TM模式中，有效折射率neff可W不同。
[0311] 亚微米结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者上。在光致发光层与透光层 互相接触时，也可W在光致发光层与透光层的界面上形成亚微米结构。此时，光致发光层和 透光层具有亚微米结构。光致发光层也可W不具有亚微米结构。此时，具有亚微米结构的透 光层W与光致发光层接近的方式配置。运里，透光层(或其亚微米结构）与光致发光层接近 典型而言是指:它们之间的距离为波长Aa的一半W下。由此，导波模式的电场达到亚微米结 构，形成模拟导波模式。但是，在透光层的折射率比光致发光层的折射率大时，即使不满足 上述的关系，光也到达透光层，因此透光层的亚微米结构与光致发光层之间的距离可W超 过波长Aa的一半。本说明书中，在光致发光层与透光层处于导波模式的电场到达亚微米结 构、形成模拟导波模式那样的配置关系的情况下，有时表示两者互相关联。
[0312] 亚微米结构如上所述满足Aa/rWv-a<Dint<Aa的关系，因此具有大小为亚微米量级 的特征。亚微米结构例如如W下详细说明的实施方式的发光器件中那样，可W包含至少一 个周期结构。当将周期设定为Pa时，至少一个周期结构成立Aa/nwav-a<Pa<Aa的关系。即，亚 微米结构具有相邻的凸部之间的距离化nt为Pa且固定的周期结构。如果亚微米结构包含周 期结构，则模拟导波模式的光通过一边传播一边与周期结构反复相互作用，被亚微米结构 衍射。运与在自由空间传播的光通过周期结构而衍射的现象不同，而是光一边导波（即，一 边反复全反射)一边与周期结构作用的现象。因此，即使由周期结构引起的相移小（即，即使 周期结构的高度小），也能够高效地引起光的衍射。
[0313] 如果利用如上所述的机理，则通过由模拟导波模式增强电场的效果，光致发光的 发光效率增大，并且产生的光与模拟导波模式结合。模拟导波模式的光的前进角度仅弯曲 被周期结构规定的衍射角度。通过利用该现象，能够向特定方向射出特定波长的光(指向性 显著提高）。进而，在TE和TM模式中，有效折射率neff(=rwsin0)不同，因此还能够同时得到 高偏振光的选择性。例如，如后面实验例所示，能够得到向正面方向射出强的特定波长(例 如61 Onm)的直线偏振光(例如TM模式）的发光器件。此时，向正面方向射出的光的指向角例 如低于15°。另外，指向角设定为将正面方向设成0°的单侧的角度。
[0314] 相反，如果亚微米结构的周期性降低，则指向性、发光效率、偏振度和波长选择性 变弱。只要根据需要调整亚微米结构的周期性就行。周期结构既可W为偏振光的选择性高 的一维周期结构，也可W是能够减小偏振度的二维周期结构。
[0315] 另外，亚微米结构可W包含多个周期结构。多个周期结构例如周期（间距)互相不 同。或者，多个周期结构例如具有周期性的方向巧由)互相不同。多个周期结构既可W形成在 同一个面内，也可W层叠。当然，发光器件可W具有多个光致发光层和多个透光层，它们也 可W具有多个亚微米结构。
[0316] 亚微米结构不仅能够用于控制光致发光层所发出的光，而且还能够用于将激发光 高效地导向光致发光层。即，激发光被亚微米结构衍射，与将光致发光层和透光层导波的模 拟导波模式结合，由此能够高效地激发光致发光层。只要使用当将激发光致发光材料的光 在空气中的波长设定为Aex、将光致发光层对该激发光的折射率设定为nwav-ex时成立Aex/ rW-ex<Dint < Aex的关系的亚微米结构就行。rW-ex是光致发光材料对激发波长的折射率。可 W使用具有当将周期设定为Pex时成立Aex/rW-ex<Pex<Aex的关系的周期结构的亚微米结 构。激发光的波长Aex例如是45化m，但也可W为比可见光短的波长。在激发光的波长处于可 见光的范围内的情况下，也可W设定为与光致发光层所发出的光一起射出激发光。
[0317] [1.作为本申请的基础的认识]
[0318] 在说明本申请的【具体实施方式】之前，首先，对作为本申请的基础的认识进行说明。 如上所述，巧光灯、白色Lm)等所使用的光致发光材料各向同性地发光，因此为了用光照射 特定方向，需要反射器、透镜等光学部件。然而，如果光致发光层自身W指向性地发光，就不 需要(或者能够减小）如上所述的光学部件，由此能够大幅缩小光学设备或器具的大小。本 申请的
【发明人】们根据运样的设想，为了得到指向性发光，详细研究了光致发光层的构成。
[0319] 本申请的
【发明人】们首先认为:为了使来自光致发光层的光偏向特定方向，要使发 光本身具有特定方向性。作为表征发光的指标的发光率r根据费米的黄金法则，由W下的 式(1)表示。
[0320]
[0321 ] 式（I)中，r是表示位置的矢量，A是光的波长，d是偶极矢量，E是电场矢量，P是状态 密度。就除了一部分结晶性物质W外的多种物质而言，偶极矢量d具有随机的方向性。另外， 在光致发光层的尺寸和厚度比光的波长足够大的情况下，电场E的大小也不依赖于朝向而 基本固定。因此，在绝大多数情况下，<(d-E(r))〉2的值不依赖于方向。即，发光率r不依赖 于方向而固定。因此，在绝大多数情况下，光致发光层各向同性地发光。
[0322] 另一方面，为了由式（1)得到各向异性的发光，需要花工夫进行使偶极矢量d汇集 在特定方向或者增强电场矢量的特定方向的成分中的任意一种。通过花工夫进行它们中的 任意一种，能够实现指向性发光。在本申请中，利用通过将光封闭在光致发光层中的效果将 特定方向的电场成分增强的模拟导波模式，对于用于此的构成进行了研究，W下说明详细 分析的结果。
[0323] [2.仅增强特定方向的电场的构成]
[0324] 本申请的
【发明人】们认为要使用电场强的导波模式对发光进行控制。通过设定为导 波结构本身含有光致发光材料的构成，能够使得发光与导波模式结合。但是，如果仅使用光 致发光材料形成导波结构，则由于发出的光成为导波模式，因此向正面方向几乎出不来光。 于是，本申请的
【发明人】们认为要对包含光致发光材料的波导和周期结构（由多个凸部和多 个凹部中的至少一者来形成)进行组合。在周期结构与波导接近、光的电场一边与周期结构 重叠一边导波的情况下，通过周期结构的作用，存在模拟导波模式。即，该模拟导波模式是 被周期结构所限制的导波模式，其特征在于，电场振幅的波腹W与周期结构的周期相同的 周期产生。该模式是通过光被封闭在导波结构中从而电场向特定方向被增强的模式。进而， 由于通过该模式与周期结构进行相互作用，通过衍射效果转换为特定方向的传播光，因此 能够向波导外部射出光。进而，由于除了模拟导波模式W外的光被封闭在波导内的效果小， 因此电场不被增强。所W，大多数发光与具有大的电场成分的模拟导波模式结合。
[0325] 目P，本申请的
【发明人】们认为通过将包含光致发光材料的光致发光层(或者具有光 致发光层的导波层)设定为W与周期结构接近的方式设置的波导，使发光与转换为特定方 向的传播光的模拟导波模式结合，实现具有指向性的光源。
[0326] 作为导波结构的简便构成，着眼于平板型波导。平板型波导是指光的导波部分具 有平板结构的波导。图30是示意性地表示平板型波导IlOS的一个例子的立体图。在波导 IlOS的折射率比支撑波导IlOS的透明基板140的折射率高时，存在在波导IlOS内传播的光 的模式。通过将运样的平板型波导设定为包含光致发光层的构成，由于由发光点产生的光 的电场与导波模式的电场大幅重合，因此能够使光致发光层中产生的光的大部分与导波模 式结合。进而，通过将光致发光层的厚度设定为光的波长程度，能够作出仅存在电场振幅大 的导波模式的状况。
[0327] 进而，在周期结构与光致发光层接近的情况下，通过导波模式的电场与周期结构 相互作用而形成模拟导波模式。即使在光致发光层由多个层构成的情况下，只要导波模式 的电场达到周期结构，就会形成模拟导波模式。不需要光致发光层全部都为光致发光材料， 只要其至少一部分区域具有发光的功能就行。
[0328] 另外，在由金属形成周期结构的情况下，形成导波模式和基于等离子体共振效应 的模式，该模式具有与上面所述的模拟导波模式不同的性质。另外，该模式由于由金属导致 的吸收多，因此损失变大，发光增强的效果变小。因此，作为周期结构，优选使用吸收少的电 介质。
[0329] 本申请的
【发明人】们首先研究了使发光与通过在运样的波导（例如光致发光层）的 表面形成周期结构而能够作为特定角度方向的传播光射出的模拟导波模式结合。图IA是示 意性地表示具有运样的波导（例如光致发光层HlO和周期结构(例如透光层）120的发光器 件100的一个例子的立体图。W下，在透光层120形成有周期结构的情况下（即，在透光层120 形成有周期性的亚微米结构的情况下），有时将透光层120称为周期结构120。在该例子中， 周期结构120是分别在y方向延伸的条纹状的多个凸部在X方向上等间隔排列的一维周期结 构。图IB是将该发光器件100用与XZ面平行的平面切断时的剖视图。如果W与波导110接触 的方式设置周期P的周期结构120,则面内方向的具有波数kwav的模拟导波模式被转换为波 导外的传播光，该波数kDut能够用W下的式(2)表示。
[0330]
[0331 ]式(2)中的m为整数，表示衍射的次数。
[0332] 运里，为了简化起见，近似地将在波导内导波的光看作是W角度0W3V传播的光线， 成立W下的式(3)和(4)。
[0333]
[0334]
[0335] 在运些式子中，Ao是光在空气中的波长，IWv是波导的折射率，n〇ut是出射侧的介质 的折射率，0Dut是光射出到波导外的基板或空气时的出射角度。由式(2)~(4)可知，出射角 度0DUt能够用W下的式(5)表示。
[0336] Houtsin 白 OUt = HwavSin 白 wav-m 入 o/p (5) 惦37] 由式（5)可知，在n^ravsin目^rav = mA日/p成立时，目。ut = 0，能够使光向与波导的面垂直 的方向（即，正面)射出。
[0338] 根据如上的原理，可W认为通过使发光与特定模拟导波模式结合，进而利用周期 结构转换为特定出射角度的光，能够使强的光向该方向射出。
[0339] 为了实现如上所述的状况，有几个制约条件。首先，为了使模拟导波模式存在，需 要在波导内传播的光全反射。用于此的条件用W下的式(6)表示。
[0340] n〇ut<nwavsin0wav (6)
[0341] 为了使该模拟导波模式通过周期结构衍射并使光射出到波导外，式(5)中需要-1 <sin0〇ut<l。因此，需要满足W下的式(7)。
[0；342]
[0343] 对此，如果考虑式(6)，则可知只要成立W下的式(8)就行。
[0344]
[0345] i的光的方向为正面方向（9cmt = 0)，由式（5)可知需 要W下 [0；346]
[0：347] 牛为W下的式(10)。
[0；34 引
[0349] 示的周期结构的情况下，由于m为2 W上的高次的衍 射效率 化为重点进行设计就行。因此，在本实施方式的周期 结构中 i形得到的W下的式(11)的方式，确定周期P。
[0350]
[0351] 6致发光层HlO不与透明基板接触的情况下，n〇ut为 空气的 下的式(12)的方式确定周期P就行。
[0352]
[0353] 图ID所例示的那样在透明基板140上形成有光致发 光层1] 青况下，透明基板140的折射率ns比空气的折射率 大，因心 t = ns得到的下式(13)的方式确定周期P就行。
[0354]
[0巧5] LO)中m=l的情况，但也可队11>2。即，在如图IA和图 IB所示 触的情况下，只要将m设定为IW上的整数并W满足 W下的
[0356]
[0357] 的发光器件IOOa那样将光致发光层110形成在透明 基板14 I式(15)的方式设定周期P就行。
[035引
[0359] 通过W满足W上的不等式的方式确定周期结构的周期P，能够使由光致发光层110 产生的光向正面方向射出，因此能够实现具有指向性的发光装置。
[0360] [3.通过计算进行的验证]
[0361] [3-1.周期、波长依赖性]
[0362] 本申请的
【发明人】们利用光学解析验证了如上那样向特定方向射出光实际上是否 可能。光学解析通过使用了切bernet公司的DiffractMOD的计算来进行。运些计算中，在对 发光器件由外部垂直地射入光时，通过计算光致发光层中的光吸收的增减，求出向外部垂 直地射出的光的增强度。由外部射入的光与模拟导波模式结合而被光致发光层吸收的过程 对应于:对与光致发光层中的发光和模拟导波模式结合而转换为向外部垂直地射出的传播 光的过程相反的过程进行计算。另外，在模拟导波模式的电场分布的计算中，也同样计算由 外部射入光时的电场。
[0363] 将光致发光层的膜厚设定为Iwn，将光致发光层的折射率设定为rwv=l.8,将周期 结构的高度设定为50nm，将周期结构的折射率设定为1.5,分别改变发光波长和周期结构的 周期，计算向正面方向射出的光的增强度，将其结果表示在图2中。计算模型如图IA所示，设 定为在y方向上为均匀的一维周期结构、光的偏振为具有与y方向平行的电场成分的TM模 式，由此进行计算。由图2的结果可知，增强度的峰在某个特定波长和周期的组合中存在。另 夕h在图2中，增强度的大小用颜色的深浅来表示，深（即黑）的增强度大，浅（即白）的增强度 小。
[0364] 在上述的计算中，周期结构的截面设定为如图IB所示的矩形。图3表示图示式（10) 中的m=l和m = 3的条件的图表。比较图2和图3可知，图2中的峰位置存在于与m=l和m=3相 对应的地方。m=l的强度强是因为，相比于=次W上的高次衍射光，一次衍射光的衍射效率 高。不存在m = 2的峰是因为，周期结构中的衍射效率低。
[0365] 在图3所示的分别与m=l和m = 3相对应的区域内，图2中能够确认存在多个线。可 W认为运是因为存在多个模拟导波模式。
[0366] [3-2.厚度依赖性]
[0367] 图4是表示将光致发光层的折射率设定为nwav= 1.8、将周期结构的周期设定为 4(K)nm、将高度设定为50nm、将折射率设定为1.5并改变发光波长和光致发光层的厚度t来计 算向正面方向输出的光的增强度的结果的图。可知当光致发光层的厚度t为特定值时，光的 增强度达到峰值。
[0368] 将在图4中存在峰的波长为600nm、厚度t = 238nm、53化m时对向X方向导波的模式 的电场分布进行计算的结果分别表示在图5A和图5B中。为了比较，对于不存在峰的t = SOOnm的情况进行了相同的计算，将其结果表示在图5C中。计算模型与上述同样，设定为在y 方向为均匀的一维周期结构。在各图中，越黑的区域，表示电场强度越高;越白的区域，表示 电场强度越低。在t = 238皿、539皿时有高的电场强度分布，而在t = 30化m时整体上电场强 度低。运是因为，在t = 238nm、539皿的情况下，存在导波模式，光被较强地封闭。进而，可W 观察出如下特征:在凸部或凸部的正下方，必然存在电场最强的部分(波腹），产生与周期结 构120相关的电场。即，可知根据周期结构120的配置，可W得到导波的模式。另外，比较t = 238nm的情况和t = 539nm的情况，可知是Z方向的电场的波节（白色部分）的数目仅差一个的 模式。
[0369] [3-3.偏振光依赖性]
[0370] 接着，为了确认偏振光依赖性，W与图2的计算相同的条件，对于光的偏振为具有 与y方向垂直的电场成分的TE模式时进行了光的增强度的计算。本计算的结果表示在图6 中。与TM模式时（图2)相比，尽管峰位置多少有变化，但峰位置仍旧处于图3所示的区域内。 因此，确认了本实施方式的构成对于TM模式、TE模式中的任意一种偏振光都有效。
[0371] [3-4.二维周期结构]
[0372] 进而，进行了基于二维周期结构的效果的研究。图7A是表示凹部和凸部在X方向和 y方向运两方向排列而成的二维周期结构120'的一部分的俯视图。图中的黑色区域表示凸 部，白色区域表示凹部。在运样的二维周期结构中，需要考虑X方向和y方向运两方向的衍 射。就仅X方向或者仅y方向的衍射而言，与一维时相同但也存在具有x、y两方向的成分的方 向（例如倾斜45°方向）的衍射，因此能够期待得到与一维时不同的结果。将对于运样的二维 周期结构计算光的增强度得到的结果表示在图7B中。除了周期结构W外的计算条件与图2 的条件相同。如图7B所示，除了图2所示的TM模式的峰位置W外，还观测到了与图6所示的TE 模式中的峰位置一致的峰位置。该结果表示:基于二维周期结构，TE模式也通过衍射被转换 而输出。另外，对于二维周期结构而言，还需要考虑X方向和y方向运两方向同时满足一次衍 射条件的衍射。运样的衍射光向与周期P的?x/J倍（即，倍)的周期相对应的角度的方向射 出。因此，除了一维周期结构时的峰W外，还可W考虑在周期P的倍的周期也产生峰。图 7B中，也能够确认到运样的峰。
[0373] 作为二维周期结构，不限于如图7A所示的X方向和y方向的周期相等的四方点阵的 结构，也可W是如图18A和图18B所示的排列六边形或=角形的点阵结构。另外，根据方位方 向也可W为(例如四方点阵时X方向和y方向）的周期不同的结构。
[0374] 如上所述，本实施方式确认了：利用基于周期结构的衍射现象，能够将通过周期结 构和光致发光层所形成的特征性的模拟导波模式的光仅向正面方向选择性地射出。通过运 样的构成，用紫外线或蓝色光等激发光使光致发光层激发，可W得到具有指向性的发光。
[0375] [4.周期结构和光致发光层的构成的研究]
[0376] 接着，对于改变周期结构和光致发光层的构成、折射率等各种条件时的效果进行 说明。
[0377] [4-1.周期结构的折射率]
[0378] 首先，对于周期结构的折射率进行研究。将光致发光层的膜厚设定为200nm，将光 致发光层的折射率设定为nwav=l.8,将周期结构设定为如图IA所示那样的在y方向上均匀 的一维周期结构，将高度设定为50nm，将周期设定为400nm，光的偏振为具有与y方向平行的 电场成分的TM模式，由此进行计算。将改变发光波长和周期结构的折射率计算向正面方向 输出的光的增强度得到的结果表示在图8中。另外，将W相同的条件将光致发光层的膜厚设 定为1000 nm时的结果表示在图9中。
[0379] 首先，着眼于光致发光层的膜厚，可知与膜厚为200nm时（图8)相比，膜厚为1000 nm 时（图9)相对于周期结构的折射率变化的光强度达到峰值的波长(称为峰值波长)的位移更 小。运是因为，光致发光层的膜厚越小，模拟导波模式越容易受到周期结构的折射率的影 响。即，周期结构的折射率越高，有效折射率越大，相应地峰值波长越向长波长侧位移，但该 影响在膜厚越小时越明显。另外，有效折射率由存在于模拟导波模式的电场分布的区域中 的介质的折射率决定。
[0380] 接着，着眼于相对于周期结构的折射率变化的峰的变化，可知折射率越高，则峰越 宽，强度越降低。运是因为周期结构的折射率越高，则模拟导波模式的光放出到外部的速率 越高，因此封闭光的效果减少，即，Q值变低。为了保持高的峰强度，只要设定为利用封闭光 的效果高（即Q值高）的模拟导波模式适度地将光放出到外部的构成就行。可知为了实现该 构成，不优选将折射率与光致发光层的折射率相比过大的材料用于周期结构。因此，为了将 峰强度和Q值提高一定程度，只要将构成周期结构的电介质（即，透光层)的折射率设定为光 致发光层的折射率的同等W下就行。光致发光层包含除了光致发光材料W外的材料时也是 同样的。
[0381] [4-2.周期结构的高度]
[0382] 接着，对于周期结构的高度进行研究。将光致发光层的膜厚设定为lOOOnm，将光致 发光层的折射率设定为nwav=l.8,周期结构为如图IA所示的那样的在y方向上均匀的一维 周期结构，并且将折射率设定为np = l. 5,将周期设定为400nm，光的偏振为具有与y方向平 行的电场成分的TM模式，由此进行计算。将改变发光波长和周期结构的高度计算向正面方 向输出的光的增强度的结果表示在图10中。将W相同的条件将周期结构的折射率设定为np = 2.0时的计算结果表示在图11中。可知在图10所示的结果中，在一定程度W上的高度，峰 强度、Q值(即，峰的线宽)不变化，而在图11所示的结果中，周期结构的高度越大，峰强度和Q 值越低。运是因为，在光致发光层的折射率nwav比周期结构的折射率np高的情况（图10)下， 光进行全反射，因此仅模拟导波模式的电场的溢出（瞬逝)部分与周期结构相互作用。在周 期结构的高度足够大的情况下，即使高度变化到更高，电场的瞬逝部分与周期结构的相互 作用的影响也是固定的。另一方面，在光致发光层的折射率nwav比周期结构的折射率np低的 情况(图11)下，由于光不全反射而到达周期结构的表面，因此周期结构的高度越大，越受其 影响。仅观察图11，可知高度为IOOnm左右就足够，在超过15化m的区域，峰强度和Q值降低。 因此，在光致发光层的折射率nwav比周期结构的折射率np低的情况下，为了使峰强度和Q值 一定程度提高，只要将周期结构的高度设定为ISOnmW下就行。
[0383] [4-3.偏振方向]
[0384] 接着，对于偏振方向进行研究。将W与图9所示的计算相同的条件设定为光的偏振 为具有与y方向垂直的电场成分的TE模式进行计算得到的结果表示在图12中。在TE模式时， 由于模拟导波模式的电场溢出比TM模式的电场溢出大，因此容易受到由周期结构产生的影 响。所W，在周期结构的折射率np大于光致发光层的折射率nwav的区域，峰强度和Q值的降低 比TM模式明显。
[0385] [4-4.光致发光层的折射率]
[0386] 接着，对于光致发光层的折射率进行研究。将W与图9所示的计算相同的条件将光 致发光层的折射率rwv变更为1.5时的结果表示在图13中。可知即使是光致发光层的折射率 rwv为1.5的情况下，也可W得到大致与图9同样的效果。但是，可知波长为eOOnmW上的光没 有向正面方向射出。运是因为，根据式(10)，^<nwavXp/m= 1.5 X400nm/l = 600nm。
[0387] 由W上的分析可知，在将周期结构的折射率设定为与光致发光层的折射率同等W 下或者周期结构的折射率为光致发光层的折射率W上的情况下，只要将高度设定为150nm W下就能够提高峰强度和Q值。
[038引 [5.变形例]
[0389] W下，对本实施方式的变形例进行说明。
[0390] [5-1.具有基板的构成]
[0391] 如上所述，如图IC和图ID所示，发光器件也可W具有在透明基板140之上形成有光 致发光层110和周期结构120的结构。为了制作运样的发光器件100a，可W考虑如下的方法： 首先，在透明基板140上由构成光致发光层110的光致发光材料(根据需要包含基质材料；W 下同）形成薄膜，在其之上形成周期结构120。在运样的构成中，为了通过光致发光层110和 周期结构120而使其具有将光向特定方向射出的功能，透明基板140的折射率ns需要设定为 光致发光层的折射率nwavW下。在将透明基板140W与光致发光层110相接触的方式设置的 情况下，需要W满足式(10)中的出射介质的折射率n〇ut设定为ns的式(15)来设定周期P。
[0392] 为了确认上述内容，进行了在折射率为1.5的透明基板140之上设置有与图2所示 的计算相同条件的光致发光层110和周期结构120时的计算。本计算的结果表示在图14中。 与图2的结果同样地，能够确认对于每个波长W特定周期出现光强度的峰，但可知峰出现的 周期的范围与图2的结果不同。对此，将式（10)的条件设定为n〇ut = ns得到的式（15)的条件 表示在图15中。图14中可知在与图15所示的范围相对应的区域内，出现光强度的峰。
[0393] 因此，对于在透明基板140上设置有光致发光层110和周期结构120的发光器件 IOOa而言，在满足式（15)的周期P的范围可W获得效果，在满足式（13)的周期P的范围可W 得到特别显著的效果。
[0394] [ 5-2.具有激发光源的发光装置]
[03M]图16是表示具备图1A、1B所示的发光器件100和使激发光射入光致发光层110的光 源180的发光装置200的构成例的图。如上所述，本申请的构成通过使光致发光层被紫外线 或蓝色光等激发光激发，得到具有指向性的发光。通过设置W射出运样的激发光的方式构 成的光源180,能够实现具有指向性的发光装置200。由光源180射出的激发光的波长典型地 为紫外或蓝色区域的波长，但不限于运些，可W根据构成光致发光层110的光致发光材料适 当确定。另外，在图16中，光源180被配置为由光致发光层110的下表面射入激发光，但不限 于运样的例子，例如也可W由光致发光层110的上表面射入激发光。
[0396] 也有通过使激发光与模拟导波模式结合来使光高效地射出的方法。图17是用于说 明运样的方法的图。在该例子中，与图1C、1D所示的构成同样地，在透明基板140上形成有光 致发光层110和周期结构120。首先，如图17(a)所示，为了增强发光，确定X方向的周期Px;接 着，如图17(b)所示，为了使激发光与模拟导波模式结合，确定y方向的周期py。周期PxW满足 在式（10)中将P置换为Px后的条件的方式确定。另一方面，周期PyW将m设定为IW上的整数、 将激发光的波长设定为Aex、将与光致发光层110接触的介质中除了周期结构120W外折射率 最高的介质的折射率设定为并满足W下的式(16)的方式确定。
[0397]
[039引运里，n0ut在图17的例子中为透明基板140的ns，但在如图16所示不设置透明基板 140的构成中，为空气的折射率(约1.0)。
[0399] 特别是，如果设定为m= 1W满足下式（17)的方式确定周期Py，则能够进一步提高 将激发光掉換为横拟骨妮横式的效果。
[0400]
[0401] 运样，通过W满足式（16)的条件(特别是式（17)的条件）的方式设定周期Py,能够 将激发光转换为模拟导波模式。其结果是，能够使光致发光层110有效地吸收波长Aex的激发 光。
[0402] 图17(c)、（d)分别是表示相对于图17(a)、（b)所示的结构射入光时对每个波长计 算光被吸收的比例的结果的图。在该计算中，设定为Px=365nm、py = 265nm，将来自光致发光 层110的发光波长W受定为约600nm，将激发光的波长Aex设定为约450nm，将光致发光层110的 消光系数设定为0.003。如图17(d)所示，不仅对由光致发光层110产生的光，而且对于作为 激发光的约450皿的光也显示高的吸收率。运是因为，通过将射入的光有效地转换为模拟导 波模式，能够使光致发光层所吸收的比例增大。另外，虽然即使对作为发光波长的约600nm， 吸收率也增大，但运如果在约600nm的波长的光射入该结构的情况下，则同样被有效地转换 为模拟导波模式。运样，图17(b)所示的周期结构120为在X方向和y方向分别具有周期不同 的结构(周期成分)的二维周期结构。运样，通过使用具有多个周期成分的二维周期结构，能 够提高激发效率，并且提高出射强度。另外，图17中是使激发光由基板侧射入，但即使由周 期结构侧射入也可W得到相同效果。
[0403] 进而，作为具有多个周期成分的二维周期结构，也可W采用如图18A或图18B所示 的构成。通过设定为如图18A所示将具有六边形的平面形状的多个凸部或凹部周期性地排 列而成的构成或如图18B所示将具有S角形的平面形状的多个凸部或凹部周期性地排列而 成的构成，能够确定可视为周期的多个主轴（图的例子中为轴1~3)。因此，能够对于各个轴 向分配不同的周期。可W为了提高多个波长的光的指向性分别设定运些周期，也可W为了 高效地吸收激发光而分别设定运些周期。在任何一种情况下，都W满足相当于式（10)的条 件的方式设定各周期。
[0404] [5-3.透明基板上的周期结构]
[0405] 如图19A和图19B所示，可W在透明基板140上形成周期结构120a，在其之上设置光 致发光层110。在图19A的构成例中，W追随基板140上的由凹凸构成的周期结构120a的方式 形成光致发光层110,结果在光致发光层110的表面也形成有相同周期的周期结构120b。另 一方面，在图19B的构成例中，进行了使光致发光层110的表面变得平坦的处理。在运些构成 例中，通过W周期结构120a的周期P满足式(15)的方式进行设定，也能够实现指向性发光。
[0406] 为了验证该效果，在图19A的构成中，改变发光波长和周期结构的周期来计算向正 面方向输出的光的增强度。运里，将光致发光层110的膜厚设定为lOOOnm，将光致发光层110 的折射率设定为IWv=I.8,周期结构120a为在y方向均匀的一维周期结构且高度为50nm，折 射率np=l.5,周期为4(K)nm，光的偏振为具有与y方向平行的电场成分的TM模式。本计算的 结果表示在图19C中。本计算中，也W满足式(15)的条件的周期观测到了光强度的峰。
[0407] [5-4.粉体]
[0408] 根据W上的实施方式，能够通过调整周期结构的周期、光致发光层的膜厚，突出任 意波长的发光。例如，如果使用W宽带域发光的光致发光材料并设定为如图1A、1B所示的构 成，则能够仅突出某个波长的光。因此，也可W将如图1A、1B所示那样的发光器件100的构成 设定为粉末状，并制成巧光材料进行利用。另外，也可W将如图1A、1B所示那样的发光器件 100埋入树脂、玻璃等进行利用。
[0409] 在如图1A、1B所示那样的单体的构成中，制成仅向特定方向射出某个特定波长，因 此难W实现例如具有宽波长区域的光谱的白色等的发光。于是，通过使用如图20所示混合 了周期结构的周期、光致发光层的膜厚等条件不同的多个粉末状发光器件100的构成，能够 实现具有宽波长区域的光谱的发光装置。此时，各个发光器件100的一个方向的尺寸例如为 数WIi~数mm左右;其中，例如可W包含数周期~数百周期的一维或二维周期结构。
[0410] [5-5.排列周期不同的结构]
[0411] 图21是表示在光致发光层之上将周期不同的多个周期结构W二维排列而成的例 子的俯视图。在该例子中，S种周期结构120a、120b、120c没有间隙地排列。周期结构120曰、 120b、120c例如W分别将红、绿、蓝的波长区域的光向正面射出的方式设定周期。运样，也能 够通过在光致发光层之上排列周期不同的多个结构，对于宽波长区域的光谱发挥指向性。 另外，多个周期结构的构成不限于上述的构成，可W任意设定。
[0412] [5-6.层叠结构]
[0413] 图22表示具有表面上形成有凹凸结构的多个光致发光层110层叠而成的结构的发 光器件的一个例子。多个光致发光层110之间设置有透明基板140,形成在各层的光致发光 层110的表面上的凹凸结构相当于上述的周期结构或亚微米结构。在图22所示的例子中，形 成了=层的周期不同的周期结构，分别W将红、蓝、绿的波长区域的光向正面射出的方式设 定周期。另外，W发出与各周期结构的周期相对应的颜色的光的方式选择各层的光致发光 层110的材料。运样，即使通过层叠周期不同的多个周期结构，也能够对于宽波长区域的光 谱发挥指向性。
[0414] 另外，层数、各层的光致发光层110和周期结构的构成不限于上述的构成，可W任 意设定。例如，在两层的构成中，隔着透光性的基板，第一光致发光层与第二光致发光层W 相对置的方式形成，在第一和第二光致发光层的表面分别形成第一和第二周期结构。此时， 只要第一光致发光层与第一周期结构运一对和第二光致发光层与第二周期结构运一对分 别满足相当于式（15)的条件就行。在=层W上的构成中也同样地，只要各层中的光致发光 层和周期结构满足相当于式（15)的条件就行。光致发光层和周期结构的位置关系可W与图 22所示的关系相反。虽然在图22所示的例子中，各层的周期不同，但也可W将它们全部设定 为相同周期。此时，虽然不能使光谱变宽，但能够增大发光强度。
[0415] [5-7.具有保护层的构成]
[0416] 图23是表示在光致发光层110与周期结构120之间设置有保护层150的构成例的剖 视图。运样，也可W设置用于保护光致发光层110的保护层150。但是，在保护层150的折射率 低于光致发光层110的折射率的情况下，在保护层150的内部，光的电场只能溢出波长的一 半左右。因此，在保护层150比波长厚的情况下，光达不到周期结构120。因此，不存在模拟导 波模式，得不到向特定方向放出光的功能。在保护层150的折射率为与光致发光层110的折 射率相同程度或者其W上的情况下，光到达保护层150的内部。因此，对保护层150没有厚度 的制约。但是，在运种情况下，由光致发光材料形成光导波的部分（W下将该部分称为"导波 层"）的大部分可W得到大的光输出。因此，在运种情况下，也优选保护层150较薄者。另外， 也可W使用与周期结构(透光层）120相同的材料形成保护层150。此时，具有周期结构的透 光层兼为保护层。透光层120的折射率优选比光致发光层110的折射率小。
[0417] [6.材料和制造方法]
[0418] 如果用满足如上所述的条件的材料构成光致发光层(或者导波层)和周期结构，贝U 能够实现指向性发光。周期结构可W使用任意材料。然而，如果形成光致发光层(或者导波 层）、周期结构的介质的光吸收性高，则封闭光的效果下降，峰强度和Q值降低。因此，作为形 成光致发光层(或者导波层)和周期结构的介质，可W使用光吸收性较低的材料。
[0419] 作为周期结构的材料，例如可W使用光吸收性低的电介质。作为周期结构的材料 的候补，例如可W列举:M评2(氣化儀）、LiF(氣化裡）、CaF2(氣化巧）、Si〇2(石英）、玻璃、树 月旨、Mg0(氧化儀）、IT0(氧化铜锡）、Ti〇2(氧化铁）、SiN(氮化娃）、化2〇5(五氧化粗）、化〇2(氧 化错）、ZnSe(砸化锋）、ZnS(硫化锋)等。但是，在如上所述使周期结构的折射率低于光致发 光层的折射率的情况下，可W使用折射率为1.3~1.5左右的1旨。2、^。、〔曰。2、51化、玻璃、树 脂。
[0420] 光致发光材料包括狭义的巧光材料和憐光材料，不仅包括无机材料，也包括有机 材料(例如色素），还包括量子点（即，半导体微粒）。通常，W无机材料为主体的巧光材料存 在折射率高的倾向。作为W蓝色发光的巧光材料，可W使用例如Mio(P〇4)6Cl2:Eu2+(M =选自 Ba、Sr 和 Ca 中的至少一种）、BaMgAh〇Oi7:化 2+、M3MgSi2〇8:Eu2+(M=选自 Ba、Sr 和 Ca 中的至少一 种）、MsSi化Cl6:Eu2+(M=选自Ba、Sr和化中的至少一种）。作为W绿色发光的巧光材料，可使 用例如M2MgSi2〇7:Eu2+ (M=选自 Ba、Sr和Ca中的至少一种）、SrSisAl〇2N7:Eu2+、SrSi2〇2化:Eu2+、BaAl2〇4:化 2+、8曰2'513〇9:6112+、]\1251〇4:6112+(]\1 =选自6曰、5巧0(：曰中的至少一种）、8曰513〇4化： Eu2+、C^isMg ( Si〇4)4Cl2 :Eu2+、(^l3Si〇4Cl2 :Eu2+、C^lSil2-(m+n)Al(m+n)0n化6-n:Ce3+、0-SiAlON:Eu2+。 作为W红色发光的巧光材料，可使用例如CaAlSiNs :Eu2\SrAlSi4〇7:Eu2+、M2Si5N8:Eu2+(M = 选自Ba、Sr和Ca中的至少一种）、MSi化：Eu2+(M =选自Ba、Sr和Ca中的至少一种）、MSi2〇2化： 孔(M=选自 Sr和Ca中的至少一种）、Y2O2S:化，Sm3+、La2〇2S: Eu3+，Sm3+、CaW〇4: Lib，Eu3+，Sm3 +、M2SiS4:Eu2+(M=选自 Ba、Sr 和 Ca 中的至少一种）、M3Si〇5:Eu2+(M=选自 Ba、Sr 和 Ca 中的至少 一种）。作为W黄色发光的巧光材料，可使用例如Y3Al5〇i2:Ce3\CaSi2〇2N2:Eu2+、 Ca3Sc2Si30l2:Ce3+、CaSc204:Ce3+、a-SiA10N:Eu 2+、MSi202化：Eu2+(M=选自Ba、Sr和Ca中的至少 一种）、M7(Si〇3)6Cl2:Eu2+(M=选自 Ba、Sr 和 Ca 中的至少一种）。
[0421] 量子点可W使用例如CdS、CdSe、核壳型CdSe/ZnS、合金型CdSSe/ZnS等材料，根据 材质能够得到各种发光波长。作为量子点的基质，例如可W使用玻璃、树脂。
[0422] 图ICUD等所示的透明基板140由比光致发光层110的折射率低的透光性材料构 成。作为运样的材料，例如可W列举:M评(氣化儀）、LiF(氣化裡）、CaF2(氣化巧）、Si化（石 英）、玻璃、树脂。
[0423] 接着，对制造方法的一个例子进行说明。
[0424] 作为实现图1C、ID所示的构成的方法，例如有如下方法:在透明基板140上通过蒸 锻、瓣射、涂布等工序将巧光材料形成光致发光层110的薄膜，然后形成电介质膜，通过光刻 等方法进行图案化(布图）来形成周期结构120。也可W代替上述方法，通过纳米压印来形成 周期结构120。另外，如图24所示，也可W通过仅加工光致发光层110的一部分来形成周期结 构120。此时，周期结构120就由与光致发光层110相同的材料形成。
[0425] 图1A、IB所示的发光器件100例如能够通过在制作图1C、ID所示的发光器件IOOa之 后进行从基板140剥除光致发光层110和周期结构120的部分的工序来实现。
[04%]图19A所示的构成例如能够通过在透明基板140上W半导体工艺或纳米压印等方 法形成周期结构120a，然后在其之上通过蒸锻、瓣射等方法将构成材料形成光致发光层110 来实现。或者，也能够通过利用涂布等方法将周期结构120a的凹部嵌入光致发光层110来实 现图19B所示的构成。
[0427] 另外，上述的制造方法为一个例子，本申请的发光器件不限于上述的制造方法。
[0428] [实验例]
[0429] W下，对制作本申请的实施方式的发光器件的例子进行说明。
[0430] 试制具有与图19A同样构成的发光器件的样品，评价特性。发光器件如下操作来制 作。
[0431] 在玻璃基板上设置周期为400nm、高度为40nm的一维周期结构(条纹状的凸部），从 其之上形成210nm光致发光材料YAG:Ce膜。将其剖视图的TEM图像表示在图25中，通过将其 用450nm的Lm)激发而使YAG:Ce发光时，测定其正面方向的光谱，将得到的结果表示在图26 中。在图26中示出了测定没有周期结构时的测定结果(ref)、具有与一维周期结构平行的偏 振光成分的TM模式和具有与一维周期结构垂直的偏振光成分的TE模式的结果。在存在周期 结构时，与没有周期结构时相比，可W观察到特定波长的光显著增加。另外，可知具有与一 维周期结构平行的偏振光成分的TM模式的光的增强效果大。
[0432] 进而，将在相同的样品中出射光强度的角度依赖性的测定结果和计算结果表示在 图27和图28中。图27表示W与一维周期结构（周期结构120)的线方向平行的轴为旋转轴旋 转时的测定结果(上段)和计算结果(下段）；图28表示W与一维周期结构（即，周期结构120) 的线方向垂直的方向为旋转轴旋转时的测定结果(上段)和计算结果(下段）。
[0433] 另外，图27和图28分别表示与TM模式和TE模式的直线偏振光有关的结果；图27(a) 表示与TM模式的直线偏振光有关的结果；图27(b)表示与TE模式的直线偏振光有关的结果； 图28(a)表示与TE模式的直线偏振光有关的结果；图28(b)表示与TM模式的直线偏振光有关 的结果。由图27和图28可知:TM模式的增强效果更高，而且被增强的波长随着角度不同而发 生位移。例如，对于610皿的光而言，由于为TM模式且仅在正面方向存在光，因此可知指向性 且偏振发光。此外，由于各图的上段和下段一致，因此上述计算的正确性得到了实验证实。
[0434] 图29表示了由上述测定结果例如使61化m的光W与线方向垂直的方向为旋转轴旋 转时的强度的角度依赖性。可W观察出：在正面方向上产生了强的发光增强，对于其他角度 而言，光几乎没有被增强的情况。可知向正面方向射出的光的指向角小于15°。此外，指向角 是强度为最大强度的50%的角度，用W最大强度的方向为中屯、的单侧的角度表示。即，可知 实现了指向性发光。此外，由于所射出的光全都为TM模式的成分，因此可知同时也实现了偏 振发光。
[0435] W上的验证使用在广带域的波长带发光的YAG:Ce来进行实验，但即使使用发光为 窄带域的光致发光材料W同样的构成进行实验，对于该波长的光也能够实现指向性和偏振 发光。此外，在运样的情况下，由于不产生其他波长的光，因此能够实现不产生其他方向和 偏振状态的光的光源。
[0436] [7.使激发光的吸收效率提高的实施方式]
[0437] 接着，对用于使光致发光层110高效地吸收激发光的实施方式进行说明。
[0438] 作为使激发光射入光致发光层110的构成，例如可W考虑上述的图16所示的构成。 在图16的构成中，激发光大致垂直地射入光致发光层110。由此，导致激发光的大部分从光 致发光层110透过，有可能无法提高吸收效率。如果是将激发光的一部分取出到外部来利用 的方案(例如，从蓝色的激发光和黄色的巧光取出白色光的方案）则没有问题，但是对于不 是运样的方案而言，要求使光致发光材料吸收尽可能多的激发光。因此，W下对使得激发光 的吸收效率提高的实施方式进行说明。
[0439] (实施方式1)
[0440] 图31是示意性地表示第一实施方式的发光装置的一部分的局部剖视图。图32是示 意性地表示该发光装置的一部分的立体图。该发光装置除了具备透明基板140、光致发光层 110、周期结构120W外，还具备导光结构体220。导光结构体220作为将由光源180射出的激 发光导向光致发光层110的激发光导入导向件起作用。由光源180射出的激发光如图31中箭 头所示，从导光结构体220透过而射入光致发光层110，在光致发光层110内传播。在光侵入 透明基板140的情况下，如图31中虚线所示，光还能在透明基板140内传播。
[0441] 导光结构体220形成在光致发光层110中周期结构120-侧的表面。由此，能够使激 发光由存在周期结构120-侧的面射入光致发光层110,在光致发光层110封闭激发光。导光 结构体220由=棱柱状的透光性构件(=棱镜)构成。该例子中的导光结构体220具有向与周 期结构120的线方向（即，各凸部的长度方向）平行的方向延伸的形状。对于构成导光结构体 220的材料而言，例如可W使用例示过的上述材料中的任意材料作为周期结构120的材料。
[0442] 图31和图32没有反映各构成要素的现实尺寸。例如，导光结构体220可W具有周期 结构120周期的10倍W上的宽度。运里，导光结构体220的宽度是指图31所示的导光结构体 220的截面=角形中的一边长度。导光结构体220的宽度可W设定在例如数WIi~数mm的范围 内。
[0443] 导光结构体220使由光源180射出的激发光W规定的入射角度射入光致发光层 110。该入射角度W在光致发光层110与透明基板140的界面或在透明基板140与外部的空气 层的界面产生全反射的方式进行设定。由此，能够将激发光封闭在光致发光层110的内部或 光致发光层110和透明基板140的内部中。其结果是，能够使得光致发光层110的发光效率提 局。
[0444] 图33是为了说明用于将激发光通过全反射来封闭的条件的图。将导光结构体220 的折射率设定为nst，将光致发光层110的折射率设定为rm，将透明基板140的折射率设定为 nsub，将从导光结构体220到光致发光层110的激发光的入射角设定为0st，将出射角设定为 0fi。另外，将激发光侵入透明基板140内时从光致发光层110到透明基板140的入射角设定为 Sfl，将出射角设走为9sub。
[0445] 将激发光封闭在光致发光层110内的条件由W下的式(18)表示。
[0446] ristsin(目 St) =Dfisin(目 fi) >nsub (18)
[0447] 将激发光封闭在光致发光层110和透明基板140内的条件由W下的式(19)表示。
[044引 ristsin(目 st)=nfisin(目 fi)=nsubsin(目 sub)>l (19)
[0449] 因此，如果W满足式（19)的方式来确定来自光源180的激发光的出射角度W及导 光结构体220的折射率和形状，则能够将激发光通过全反射封闭在包括光致发光层110在内 的区域内。由此，来自光致发光层110的发光得到促进，出射效率提高。
[0450] 导光结构体220的结构和配置不限于上述例子，可W考虑各种构成。例如，导光结 构体220不限于一个，还可W由包含多个棱镜的棱镜阵列构成。在运种情况下，各棱镜不限 于=棱柱形状，还可W具有除了=棱柱W外的棱柱、半球或锥体等其他形状。导光结构体 220不限于设置在光致发光层110中存在周期结构120-侧的面，还可W设置在与其相反一 侧的面。在运种情况下，能够使激发光从与存在周期结构120-侧相反一侧的面射入光致发 光层110,将激发光封闭在光致发光层110中。
[0451] 图34~图38是示意性地表示导光结构体220的另一个例子的局部剖视图。图34示 出从图31所示的构成中除去透明基板140后的构成。就算在该例子中，如果W成立nstsin (0st)>l的方式来确定导光结构体220的折射率nst和激发光的入射方向，则也能够将激发 光封闭在光致发光层110内。
[0452] 图35示出导光结构体220由半球状透光性构件构成的例子。在该例子中，如果使激 发光向球的中屯、射出，则不受折射的影响，因此容易调整角度。
[0453] 图36示出导光结构体220由衍射光栅构成的例子。该衍射光栅具有多个凹凸形状 的透光性构件在周期结构120的排列方向（即，图的横向）上排列而成的结构。在该例子中， 激发光W由衍射产生的光在光致发光层110内传播的方式射入衍射光栅。在图示的例子中， 激发光垂直地射入光致发光层110,但是入射角度不限于该例子。另外，衍射光栅的周期优 选设定成与激发光共振的周期。
[0454] 图37示出导光结构体220由闪耀衍射光栅构成的例子。在闪耀衍射光栅中，能够增 强某个次数的衍射光强度。该闪耀衍射光栅具有多个=棱柱状的透光性构件在周期结构 120的排列方向（即，图的横向）上排列而成的结构。在该例子中，激发光W由衍射产生的光 在光致发光层110内存在周期结构120的方向上较强地传播的方式射入闪耀衍射光栅。在图 示的例子中，激发光垂直地射入光致发光层110,但是入射角度不限于该例子。
[0455] 图38示出将由闪耀衍射光栅构成的导光结构体220设置在光致发光层110的背面 (即，与存在周期结构120-侧相反一侧的面)的构成例。在该例子中，光致发光层110形成在 透明基板140上。导光结构体220设置在透明基板140的内部。就算在该例子中，激发光也W 由衍射产生的光在光致发光层11〇(或者透明基板140)内传播的方式射入闪耀衍射光栅。激 发光的入射方向不限于与光致发光层110垂直的方向，还可W是倾斜的方向。另外，不限于 闪耀衍射光栅，还可W将图36所示的衍射光栅设置在光致发光层110的背面。
[0456] 图39~图41是表示由多个透光性构件构成的导光结构体220的另一个例子的立体 图。图39示出由棱镜阵列构成的导光结构体220的例子，该棱镜阵列由在与周期结构120的 排列方向相同的方向上排列的多个=棱镜形成。图40示出由二维排列的多个半球棱镜的阵 列构成的导光结构体220的例子。图41示出由在周期结构120的各凸部延伸的方向上排列的 多个金字塔形状棱镜的阵列构成的导光结构体220的例子。在任一个例子中，均能够将激发 光高效地导入光致发光层110。
[0457] 构成导光结构体220的透光性构件的个数不限于图示的个数，还可W由多个透光 性构件构成导光结构体220。另外，各构件的排列方向不限于图示的方向。但是，如果在与周 期结构120的排列方向相同或者垂直的方向没有遗漏地均匀排列透光性构件，则使得作为 薄膜巧光体的光致发光层110整体容易吸收激发光。
[0458] 图42~图44是用于说明导光结构体220的配置的例子的图。导光结构体220可W如 图42所示位于光致发光层110的一端，还可W如图43所示位于周期结构120之间（例如光致 发光层110的中央附近）。如图44所示，多个导光结构体220还可W配置在光致发光层110的 两端。在任一个配置中，均能够将激发光封闭在光致发光层110中。
[0459] (实施方式2)
[0460] 图45是示意性地表示具有导光结构体220的发光装置的第二实施方式的局部剖视 图。在该发光装置与实施方式I不同点在于:导光结构体220形成在透明基板140中与光致发 光层110-侧相反一侧。运样，导光结构体220设置在透明基板140与外部的介质(例如空气） 的界面的一部分。由此，能够使由光源180射出的激发光从与存在周期结构120-侧相反一 侧经由透明基板140射入光致发光层110,封闭在光致发光层110中。
[0461] 在图45所示的例子中，导光结构体220是具有=棱柱形状的=棱镜，但是如实施方 式1中进行了说明那样，还可W具有半球、金字塔、衍射光栅、闪耀衍射光栅等其他结构。导 光结构体220还可W由多个透光性构件构成。
[0462] 图46是用于说明本实施方式的激发光的入射角度的图。将导光结构体220与透明 基板140的界面处的激发光的入射角设定为0st，将出射角设定为0sub，将透明基板140与光致 发光层110的界面处的激发光的出射角设定为0fi。与实施方式1同样地，将导光结构体220的 折射率设定为nst，将透明基板140的折射率设定为nsub，将光致发光层110的折射率设定为 Mi。于是，光在光致发光层110内传播的条件由W下的式(20)表示。
[0463] ristsin(目 st)=nsubsin(目 sub)=nfisin(目 fi)>l (20)
[0464] 因此，光源180被构成为W满足式(20)的方式使激发光向导光结构体220射出。
[0465] 图47是用于对来自光源180的激发光的出射方向进行更详细说明的图。在图47中， 为了简单起见，省略除了透明基板140和导光结构体220W外的构成要素的记载内容。将折 射率riDut的外气(例如空气)与导光结构体220的界面处的激发光的入射角设定为01，将出射 角设定为0。，将激发光向导光结构体220的入射方向与透明基板140的面方向所成的角度设 定为0in，将导光结构体220截面形状的=角形的顶角设定为0t。
[0466] 在该构成例中，成立W下的关系式。
[0467] 0in = 9〇-(0t+0i)
[0468] Bst =白 t+白。
[0469] Houtsin(目 i) =Dstsin(白 0)
[0470] 根据运些关系式和式(20)的条件，能够求出角度0i和0in的条件。例如，在nst= 1.5、 9t = 60°的情况下，得到0in<56.8运一条件。
[0471] 在导光结构体220为半球状的透光性构件的情况下，如果向球的中屯、射出激发光 则理想来说不会产生折射，因此只要在W上的式中设定为0in=0。就行。
[0472] (实施方式3)
[0473] 接着，对使得激发光的吸收效率提高的第=实施方式进行说明。本实施方式的发 光装置通过高效地使激发光与模拟导波模式结合，由此使得发光效率提高。
[0474] 图48是示意性地表示在光致发光层110内产生的光与模拟导波模式结合并向外部 射出的状况的剖视图。衍射现象依赖于波长，因此在特定波长的光向光致发光层110的法线 方向最强地射出的情况下，其他波长的光向从光致发光层110的法线方向倾斜的方向（斜 向）最强地射出。图48示出红色光(R)向与光致发光层110垂直的方向最强地射出、绿色光 (G)和蓝色光(B)向与红色光(R)不同的方向射出的例子。在该例子中，相对于在光致发光层 110内传播的光的入射角0in，蓝色光(B)向出射角0Dut的方向最强地射出。
[0475] 运是指：当使波长与蓝色光(B)相同的激发光W入射角度0Dut射入光致发光层110 时，激发光被构成光致发光层110的薄膜巧光体共振吸收。如果利用该效果，则就算在没有 导光结构体220的情况下，也能够提高激发光的吸收效率。就共振条件而言，将周期结构120 的周期设定为P，将空气中的激发光的波长设定为Aex，由W下的式(21)表示。
[0476] priinsin(目 in)-pn〇utsin(目。ut)=mAex(m 为整数）（21)
[0477] 因此，本实施方式的发光装置的激发光源180如图49所示W使空气中的波长Aex的 激发光W入射角fUt射入光致发光层110的方式构成。激发光源180不限于光致发光层110中 存在周期结构120-侧，还可W使激发光W入射角0Dut射入与其相反一侧。
[0478] 为了确认上述的共振吸收效果，本申请者们对激发光的吸收率的入射角度依赖性 进行了计算。图50是表示本计算设定的发光器件的构成的局部剖视图。该发光器件具备在 表面具有一维周期结构的透明基板140W及形成在其上的包含巧光体的光致发光层110。光 致发光层110在表面具有一维周期结构120。
[0479] 在本计算中，将光致发光层110的折射率设定为1.77,将吸收系数设定为0.03,将 透明基板140的折射率设定为1.5,将吸收系数设定为0。周期结构120的高度h设定为40nm， 光致发光层110的厚度设定为185nm。周期结构120的周期P设定为400nm。该条件W使具有约 620nm的波长的红色光向光致发光层110的法线方向射出的方式来确定。激发光的电场设定 为与周期结构120中各凸部延伸的方向（线方向）平行地振动的TM模式。入射角度0如图50 (a)所示相当于W与周期结构120中的线方向平行的轴作为旋转轴旋转时的旋转角。运是因 为，如图28所示可知，在W与线方向垂直的轴作为旋转轴旋转时，在激发光的波长（例如 45化m或405nm)不产生共振。将入射角度目和波长A设定为变量，对使光由空气射入周期结构 120时光致发光层110中的光的吸收率进行计算。
[0480] 图51是表示本计算的结果的图。在该图中，颜色越淡表示吸收率越高。W使约 620nm的红色光向与光致发光层110垂直的方向射出的方式进行设计，因此吸收率也在 620nm附近共振地变高。当关注于波长为450nm的位置时，在入射角度为约28.5度的情况下 产生共振吸收。也就是说，在激发光的波长为45化m的情况下，只要W约28.5度的入射角使 激发光射入就行。在激发光的波长为405nm的情况下，只要W约37度的入射角使激发光射入 就行。
[0481] 作为W特定的入射角使激发光射入光致发光层110的方法，例如有使用如 F.V丄aereetal.，I邸EJ.li曲twaveTechnol.25，151(2007)所公开的光纤的方法。图52 是表示具备那样的光纤230作为导光结构体的发光装置的构成例的图。在该例子中，端被斜 着切割而成的光纤230配置在发光器件的端。通过使激发光在忍232的内部传播，由此能够 使光相对于光致发光层110倾斜地射入。光纤230不限于设置在光致发光层110的端，还可W 设置在其他位置。
[0482] 就算在采取了上述构成的情况下，激发光的大部分依然也会从光致发光层110和 透明基板140透过。因此，对在透明基板140内封闭激发光并且将向光致发光层110的入射角 度设定成引起共振吸收的角度来提高吸收效率的构成进行了研究。
[0483] 图53是表示那样的构成的例子的局部剖视图。图53示出图50中的A-A'线截面。在 该例子中，光源180由透明基板140-侧射出激发光。就运样的构成，对激发光的吸收率的入 射角度依赖性进行计算。即使在本计算中，入射光的电场也设定为向周期结构120的线方向 平行地振动的TM模式。在该例子中，向光致发光层110与透明基板140的界面的入射角度0如 图53(a)所示是W与周期结构120中的线方向垂直的轴作为旋转轴旋转时的旋转角。运是因 为，在W与线方向平行的轴作为旋转轴旋转时，在激发光的波长(例如450nm或405nm)，共振 的角度比全反射角低，没有封闭激发光。
[0484] 图54是示意性地表示将W与周期结构120的线方向平行的轴作为旋转轴旋转时的 旋转角设定为入射角0的构成的剖视图。图55是表示就激发光的吸收率对入射角度0和空气 中的波长A的依赖性进行计算得到的结果的图。图55的计算条件除了入射光为TE模式运一 点W外，与图50和图51中的计算条件相同。由图55的结果可知:产生共振吸收的角度比全反 射角（该例子中为约42度)小。
[0485] 因此，在图53所示的例子中，将W与一维周期结构120的线方向垂直的轴作为旋转 轴旋转时的旋转角设定为入射角度0。在图53的构成中，将入射角度0和空气中的波长A设定 为变量，对激发光的吸收率进行计算。计算条件设定为与图50和图51中的计算条件相同。
[0486] 图56是表示本计算的结果的图。当关注于波长450nm时，在入射角度0为约52度的 情况下引起共振吸收。因此，激发光源的波长为45化m的情况下，只要使激发光与周期结构 120的线方向平行地向入射角度0为约52度的方向射出就行。在激发光源的波长为405nm的 情况下，只要使激发光与周期结构120的线方向平行地向入射角度0为约61.6度的方向射出 就行。如图56的结果所示，本构成例能够使激发光的吸收效率进一步提高。
[0487] 本实施方式还可W使用如实施方式1或实施方式2那样的导光结构体220来使激发 光射入透明基板140。在图53的构成中，为了使产生共振吸收的入射角度化k全反射角度大， 设置如实施方式2那样的导光结构体220是有效的。即，如图57所示，还可W设置导光结构体 220,该导光结构体220W使激发光不具有在与周期结构120的线方向和光致发光层110的厚 度方向运两者垂直的方向（图57的纸面垂直方向）传播的成分的方式使激发光射入透明基 板140。那样的导光结构体220具有向与周期结构120的线方向和层110的厚度方向运两者垂 直的方向延伸的结构。由此，能够使得光致发光层110中的激发光的吸收率提高，并且将激 发光封闭在光致发光层110和透明基板140中。运样的导光结构体220不限于=棱镜，还可W 具有其他形状。另外，就算在实施方式1和2的各构成例中，也可W具有导光结构体220向与 周期结构120的线方向和层110的厚度方向运两者垂直的方向延伸的结构。
[048引如W上所示，在本实施方式中，周期结构(亚微米结构）120 W空气中的波长为Aa的 第一光向光致发光层110的法线方向最强地射出、波长构成Aex的第二光在光致发光层110的 内部传播的情况下由光致发光层110的法线方向向角度为0DUt的方向最强地射出的方式构 成。光源180和/或导光结构体220W使激发光W入射角0Dut射入光致发光层110的方式构成。 通过运样的构成，能够使激发光被光致发光层110共振吸收，因此能够使得发光效率进一步 提局。
[0489] [8.在发光器件的单侧设置反射层的实施方式]
[0490] 图58是表示具有光致发光层32的发光装置3900的剖视图。如图58所示，在发光装 置3900中，在光致发光层32的表面和光致发光层32与透明基材38的界面设置有周期结构 35。通过该周期结构35的作用，向特定方向（例如光致发光层32的法线方向）射出具有高指 向性的光。该指向性高的光由发光装置3900的表面侧和背面侧运两者射出。
[0491] 但是，就通常的用途而言，大多期望使光仅由包含光致发光层32的发光器件的光 出射面一侧射出。于是，如图59所示，本实施方式的发光装置3000在光致发光层32的单侧 (背面侧)设置了用于反射来自光致发光层32的光的反射层50。
[0492] 在发光装置3000中，反射层50由透光性的材料形成，例如，可W包含图中示出立角 形截面的横向=棱柱状的棱镜50P。=棱柱状的棱镜50P例如可W与形成为条纹状的周期结 构35平行地延伸，但也可W沿着其他方向（例如正交的方向）延伸。另外，在本说明书中，将 设置了反射层50-侧称为发光器件(或者光致发光层32)的背面侧，将与其相反一侧称为发 光器件(或者光致发光层32)的前面侧。
[0493] 另外，图59示出在光致发光层32的前面侧的表面和光致发光层32与反射层50的界 面设置周期结构35的方案，但是不限于此，可W在上述的各种形态中设置周期结构35。例 如，也可W仅在光致发光层32的前面侧设置周期结构35。另外，为了适当地形成模拟导波模 式，反射层50的折射率还可W设定为比光致发光层32的折射率小。在本实施方式中，反射层 50还可W兼具作为用于支撑光致发光层32的基材的功能。
[0494] =棱柱状的棱镜50P具有相对于外侧的介质(例如空气)55露出的两个带状的倾斜 面50S。运些倾斜面50SW相互相对不同的角度配置，并在棱镜前端的棱线处连接。=棱柱状 棱镜50P的折射率nl比外侧的介质55的折射率n2大。由此，由光致发光层32射出到其背面侧 并且在=棱柱状的棱镜50P内传播的光可W在两个倾斜面50S全反射。
[04%]在该构成中，向光致发光层32的背面侧射出的光的至少一部分被反射层50反射并 朝向光致发光层32。由此，能够使由包含光致发光层32的发光器件的前面侧射出的光的量 增加。
[0496] 在图59所示的构成中，还可W使激发光由反射层50的背面侧经由反射层50射入光 致发光层32。即，如在上述的[7.使得激发光的吸收效率提高的实施方式]中进行了说明那 样，通过使激发光相对于光致发光层32的层面W适当的入射角度由斜向照射棱镜50P，也能 够使得激发光的吸收效率提高。在运样的构成中，反射层50还作为"导光结构体"起作用。
[0497] 反射层50不限于上述的=棱柱状的棱镜50P，还可W具有柱状透镜。另外，反射层 50还可W具有棱锥(金字塔)状或圆锥状的多个凸部、微透镜阵列、角锥棱镜阵列（W包括互 相正交的=个平面的凸部和凹部为单位结构的回归反射结构)等细微的凸部和/或凹部。另 夕h在反射层50中排列成条纹状或点状的上述各种凹凸结构的间距与周期结构的间距相比 还可W足够大，例如可W为10皿~1000皿左右。设置在反射层50的凹凸结构例如可W由丙 締酸树脂、聚酷亚胺树脂、环氧树脂等有机材料或Si化，Ti〇2等无机材料形成。但是，并不限 于运些材料。
[0498] 另外，上述的凹凸结构还可W直接形成在作为反射层50来使用的透明基材的背 面。作为透明基材，例如可W使用玻璃基板、塑料基板等。作为玻璃基板的材料，例如可W使 用石英玻璃、钢巧玻璃、无碱玻璃等。作为塑料板的材料，例如可W使用聚对苯二甲酸乙二 醇醋、聚糞二甲酸乙二醇醋、聚酸讽、聚碳酸醋等。在使用塑料板的情况下，还可W使用在塑 料基板的表面形成了 SiON膜、SiN膜等的塑料板。在运种情况下，能够高效地抑制水分透过。 另外，透明基材可W是刚性的，也可W是柔性的。在运些透明基材的背面，可W通过公知的 表面加工法来形成棱镜、透镜等凹凸结构。
[0499] 另外，在图59所示的方案中，反射层50包含支撑=棱柱状棱镜50P的基部(厚度部 分），但不限于此。反射层50也可W由实质上不具有基部而W与光致发光层32接触的方式设 置的多个凸结构构成。另外，在反射层50与光致发光层32之间，还可W夹着透明缓冲层等。
[0500] 图60是用于对反射层50的S棱柱状棱镜的倾斜面(反射面)50S的倾斜角度0进行 说明的图。倾斜面50S的倾斜角度0如图所示被规定为倾斜面50S相对于棱镜的底面50B(或 者发光层的层面)所成的角度。运里，作为例示，对两个倾斜面50S的倾斜角度0相同的情况 进行说明。在两个倾斜面50S的倾斜角度为相同的情况下，=棱柱状棱镜的截面形成等腰= 角形。
[0501] 根据棱镜的倾斜角度0，射出到光致发光层32的背面侧的光LT的反射率不同。为了 得到高反射率，倾斜角度e优选满足使用反射层50的折射率nl和反射层50外侧的介质55(例 如空气）的折射率n2由斯涅耳定律导出的0>arcsin(n2/nl)。该式示出了由光致发光层32 向与棱镜的底面50B垂直的方向射入的光LTW临界角W上的角度射入倾斜面50S并且在倾 斜面50S与外侧的介质55的界面全反射的条件。
[0502] 另外，如图60所示，将在一个倾斜面50S全反射后的光LT在另一个倾斜面50S全反 射时的入射角度设定为9'。此时，如图所示，由光LT的路线和示出底面50B的水平线包围而 成的四边形的内角之和成立90° +2目+2目' + (目+b) =360°，因此可知3目+2目' +b = 270°。另外，由 于b+目'=90°，因此由上述式导出3目+目'=180°，即，目'=180°-3白。
[0503] 为了在另一个倾斜面50S产生全反射，需要入射角0'比临界角大，即，满足0'> a;rcsin(n2/nl)。运里，可知：如果代入上述的目' =180° -3目。则在满足180° -a;rcsin(n2/nl) >30的情况下，在另一个倾斜面50S也会全反射。由W上内容可知：为了使得来自发光器件 的光LT在棱镜的两个倾斜面50S均全反射并返回入射侧。0的范围优选满足arcsin(n2/nl) <目<60°-(l/3)Xarcsin(n2/nl)。也就是说，如果与形成棱镜的材料的折射率nl和外侧介 质的折射率n2相对应地W满足上述的式的方式来适当地选择棱镜的倾斜面的倾斜角度0， 则能够使得由发光器件射出的尤其向垂直方向具有高指向性的光LT被反射层50向发光器 件侧反射。例如，在棱镜的折射率nl为1.5、外侧介质的折射率n2为1.0时，由上述式导出只 要满足约41° <0<约46°就行。也就是说，在形成于玻璃基板背面的棱镜曝露于空气中那样 的情况下，通过将棱镜的倾斜角度0设定为超过41°且小于46%能够高效地反射垂直方向的 光。尤其是，还可W将倾斜角度0设定为45°附近。
[0504] W下，参照图61(a)~(d)，对反射层50具有其他构成的各种实施方式进行说明。
[0505] 图61(a)示出在光致发光层32的背面侧隔着透明基材48设置作为反射层的金属反 射膜50a的方案。金属反射膜50aW反射由光致发光层32的背面侧射出的光的方式起作用。 由此，能够增加由光致发光层32的前面侧射出的光的量。另外，金属反射膜50a例如可W使 用银、侣等金属材料通过真空制膜法或湿式制膜法等各种成膜方法来形成，但是不限于此。 另外，在设置金属反射膜50a的情况下，还可W使激发光由光致发光层32和透明基材48的侧 面或由光致发光层32的前面侧射入。
[0506] 图61(b)示出在光致发光层32的背面侧隔着透明基材48设置作为反射层的电介质 多层膜50b。电介质多层膜50b W反射由光致发光层32的背面侧射出的光的方式起作用。由 此，能够增加由光致发光层32的前面侧射出的光的量。
[0507] 电介质多层膜50b通过交互层叠高折射率的电介质层和低折射率的电介质层来形 成。射入电介质多层膜50b的光在上述的电介质层的各界面被反射。另外，通过将电介质层 的厚度设定为入射光或者反射光的波长的1/4,能够调整在各界面反射的光的相位，能够得 到更强的反射光。
[0508] 此外，作为构成电介质多层膜50b的材料，优选选择对于想要反射的光的波长区域 吸收小的材料。通常来说，可W使用氧化铁、氧化娃、氣化儀、妮、氧化侣之类的无机材料、丙 締酸树脂、环氧树脂、聚酷亚胺树脂W及在它们之中混合折射率调整材料而成的材料之类 的有机材料等，但是不限于运些。另外，电介质多层构膜50b例如可W使用真空蒸锻法、分子 线蒸锻法(MBE)、离子锻法、瓣射法、热CV的去、等离子体CVD法等真空制膜法或旋转涂布法、 狭缝模具涂布法、刮棒涂布法等湿式制膜法等形成。但是，并不限于运些制造方法。
[0509] 图61(c)示出在光致发光层32的背面侧隔着透明基材48设置作为反射层的分色镜 50c的方案。分色镜50cW反射由光致发光层32的背面侧射出的光的方式起作用。由此，能够 增加由光致发光层32的前面侧射出的光的量。
[0510] 就图61(c)所示的构成而言，能够经由分色镜50c由背面侧使激发光射入光致发光 层32。分色镜50c能够使具有特定波长的光透过，并使除其W外的波长的光反射。由此，在经 由分色镜50c使激发光射入光致发光层32的情况下，只要W选择性地使激发光透过并使除 其W外的波长的光反射的方式设置分色镜50c就行。运样，能够不妨碍向光致发光层32射入 激发光，并且使得在光致发光层32发光并向背面侧射出的光适当地反射。
[0511 ]分色镜50c可W与上述的电介质多层膜50b同样地由电介质多层膜构成。分色镜 50c可W通过交互层叠具有两种折射率的薄膜而形成。作为形成高折射率膜和低折射率膜 的材料，可W列举氧化铁、氧化娃、氣化儀、妮、氧化侣等，但不限于运些。
[0512]图61(d)示出在光致发光层32的背面侧隔着透明基材48设置作为反射层的漫反射 层50d的方案。漫反射层50dW反射由光致发光层32的背面侧射出的光的方式起作用。由此， 能够增加由光致发光层32的前面侧射出的光的量。作为漫反射层50d，可W使用通过将由二 氧化娃、氧化铁等无机材料形成的微粒、由丙締酸树脂、甲基丙締酸树脂、聚苯乙締等有机 材料形成的微粒与用于保持运些微粒的由各种树脂等形成的粘结剂混合而得到的膜。另 夕h可W使用铁酸领、氧化锋等的蒸锻膜来构成，但不限于运些。
[051；3] 而且，上述的图61(a)~（d)示出了隔着透明基材4則尋各反射层50a、50b、50c、50d 设置在光致发光层32的背面侧的方案，但也可W具有其他形态。反射层50a、50b、50c、50cU^ 透明基材48还可W被一体地形成。另外，还可W按照不设置透明基材48而使反射层50a、 5化、50c、50d与光致发光层32的背面相接触的方式来设置。
[0514] 此外，在上述的图61(a)~(d)所示的方案中，如在[7.使得激发光的吸收效率提高 的实施方式]中进行了说明那样，还可W采用在上述的透明基材48的侧方或者内部设置棱 镜、透镜等、使激发光相对于光致发光层32由背面侧斜向射入的构成。
[0515] W下，参照图62(a)~(C)，对设置适合于反射多色光的反射层的方案进行说明。
[0516] 图62(a)是表示在发光器件中色（即波长)不同的光L1、L2射出时出射角度的不同 的图。在光致发光层32的表面设置有周期结构35,由光致发光层32射出至少两种色不同的 光Ll、L2。不同颜色的光Ll、L2还可W是巧光与激发光的组合。
[0517] 如图62(a)所示，将光致发光层32的折射率设定为ni，将光出射侧的介质的折射率 设定为no,将周期结构的周期设定为d(nm)。另外，当将在光致发光层32的内部按照周期d的 周期结构导波的光Li到界面的入射角(衍射角)设定为0i、将向外侧介质侧射出的光的出射 角设定为目O时，dXni Xsin0i-dXnoXsin0o = mA为共振条件。运里，m是指次数，A是指由光 致发光层32射出的光的波长。由该式可知:在周期结构的周期dW与出射光的波长A相适应 的方式设定时（例如在dXniXsin0i=mA时），波长A的光Ll向法线方向（0o = O)选择性地射 出。但是，在如上述那样设定了周期d的情况下，就其他波长A'的光L2而言，W向从法线方向 偏移后的方向具有指向性的方式射出。
[0518] 在运种情况下，向法线方向射出的光包括大量特定波长A的光LI,向从正面方向偏 移后的规定方向射出的光包括大量不同波长的光L2。其结果是，根据来自发光器件的出 射角度，着色有可能会不同。
[0519] 于是，在发出多色光的情况下，如图62(b)所示，在透明基材64的背面，形成具有倾 斜面66S的斜面部66,该倾斜面66S相对于光致发光层32的层面成规定的倾斜角度0。另外， W设定为与倾斜面66S相接触的方式来设置反射构件(例如金属膜、电介质多层膜等)等，从 而使倾斜面66S作为反射面起作用。
[0520] 运里，倾斜面66S的倾斜角度目被设定为图62(b)和（C)所示的角度2目的一半。如果 进行更具体说明，则角度20是不同波长A'的光L2通过具有周期d的周期结构向除了法线方 向W外的方向射出、该波长的向背面方向的光在光致发光层32与透明基材64的界面处折 射时的出射角（向透明基材64侧的出射角）。
[0521] 在该构成中，通过周期结构35的作用向法线方向射出的波长A的光Ll之中向光致 发光层32的背面侧射出并向法线方向前进的光Llb被倾斜面66S反射。此时，倾斜面66S的倾 斜角被设定为角度20的1/2的角度0(即，光Llb相对于倾斜面66SW入射角0射入），因此被倾 斜面66S反射到方向仅进一步偏移了角度0的方向。
[0522] 另一方面，向从法线方向偏移后的方向射出的其他波长A'的光L2之中向光致发光 层32的背面侧射出并被透明基材64的界面折射而朝向倾斜面66S的光L2b沿着从法线方向 仅偏移角度20后的方向前进并被倾斜面66S反射。此时，倾斜面66S仅倾斜倾斜角度0，因此 相对于倾斜面66SW入射角0射入。另外，进过反射后的光的方向仅进一步偏移角度0，因此 沿着法线方向前进。其结果是，波长互相不同的光L1、L2作为具有相同的指向性的光射出。 因此，根据出射角度会突出特定颜色的光的现象减少。
[0523] 另外，倾斜面66S不限于如图62(b)所示那样形成银齿截面的方案，即，不限于有互 相平行的关系的相邻的倾斜面66S介由垂直面连接的方案。例如，如图63(c)所示，互相对称 配置的相邻的倾斜面66S(其中，倾斜角度相同）还可W连续地设置成屋顶型。此外，还可W 组合图63(b)所示的截面银齿的方案与图63(b)所示的屋顶型的方案来使用。
[0524] 运样，W具有与由周期结构35的排列间距、发光波长确定的角度相对应地被适当 设定出的倾斜角度的方式来设置反射面，由此能够使不同波长的出射光的指向性汇集。由 此，在通过发出多个颜色的光来射出白色光那样的情况下，对于任意的角度均能够射出不 易突出特定颜色的均质白色光。
[0525] W下，参照图63,对设置另一个形态的反射层的方案进行说明。另外，在W下的方 案中，有时对与图59所示的方案相同的构成要素赋予相同的附图标记，并省略说明。
[0526] 图63所示的发光装置具有在反射层50的基部50T与棱镜50P之间夹着低折射率层 70的构成。运里，低折射率层70具有比反射层50的折射率nl小的折射率n3,例如可W是空气 层。
[0527] 通过设置低折射率层(空气层)70,能够使在基部50T传播的光之中向当W光致发 光层32的法线方向为基准时角度大的方向行进的光在基部50T与低折射率层70的界面处反 射。由此，能够将没有被例如W倾斜角度45°设置的棱镜50P的倾斜面50S反射的光（即，相对 于倾斜面50S的入射角较小的光)也在低折射率层70的界面反射，并导向光致发光层32的前 面侧。
[0528] 基部50T与低折射率层70的界面典型地设置为与光致发光层32的层面平行的平 面。但是，不限于此，例如基部50T与低折射率层70的界面还可W被形成为包含W比棱镜的 倾斜面50S的倾斜角度0小的角度与光致发光层32的层面相交的各种倾斜面。另外，还可W 在光致发光层32与棱镜50P之间设置多个低折射率层70。此外，如果低折射率层70具有对激 发光的透光性，则能够使激发光经由反射层50和低折射率层70由反射层50的背面侧射入光 致发光层32。
[0529] W下，参照图64(a)和(b)，对敷设RGB发光器件的方案进行说明。如图64(a)所示， 将射出红色R、绿色G和蓝色B各颜色的光的发光器件没有间隙地在横竖向排列，即进行所谓 的敷设，由此能够射出白色光。另外，通过W如上述所示设置周期结构并形成模拟导波模式 的方式来构成各色的发光器件，能够向规定的方向W高指向性射出白色光。另外，在图示的 方案中，红色R、绿色G和蓝色B的发光器件W相同颜色分别位于斜向的方式排列，但是也可 W是其他形态的排列。
[0530] 如图64(b)所示，与各色相对应地，发光器件的周期结构的间距可W不同。由此，能 够使所期望的颜色的光W高指向性高效地射出。另外，在发光器件的背面侧还可W设置反 射层803、806、808。与各发光器件相对应的反射层801?、806、808可^被一体地形成，也可^ 分开设置。反射层80R、80G、80B还可W是相同形状的凸部结构。
[0531] 产业上的可利用性
[0532] 本申请的发光装置能够适用于W照明器具、显示器、投影仪为代表的各种光学设 备。
[0533] 符号说明
[0534] 100、IOOa 发光器件
[化巧]110 光致发光层(波导）
[化36] 120、120'、120曰、12化、120〇透光层(周期结构、亚微米结构）
[0537] 140 透明基板
[053引150 保护层
[0539] 180 光源
[0540] 200 发光装置
[0541] 220 激发光导入结构
[0542] 230 光纤
[0543] 232 光纤的忍
【主权项】
1. 一种发光装置，其具有： 光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光； 透光层，该透光层以与所述光致发光层接近的方式配置； 亚微米结构，该亚微米结构形成在所述光致发光层和所述透光层中的至少一者上，并 向所述光致发光层或所述透光层的面内扩散;以及 导光结构体，该导光结构体以将所述激发光导向所述光致发光层的方式配置， 其中，所述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部， 所述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为的第一光， 当将相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为Dint、将所述光致发光层对所述第一光 的折射率设定为nwav-3时，成立Aa/nwav- a<Dint<Aa的关系。2. 根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述导光结构体形成在所述光致发光层中存 在所述亚微米结构一侧的面。3. 根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述导光结构体形成在所述光致发光层中与 存在所述亚微米结构一侧相反一侧的面。4. 根据权利要求2或3所述的发光装置，其还具有使所述激发光向所述导光结构体射出 的光源， 其中，当将所述激发光由所述导光结构体到所述光致发光层的入射角设定为9st、将所 述导光结构体的折射率设定为nst时，成立nstsin(0st)>l。5. 根据权利要求1所述的发光装置，其还具有支撑所述光致发光层的透明基板， 其中，所述导光结构体形成在所述透明基板中与所述光致发光层一侧相反一侧的面。6. 根据权利要求5所述的发光装置，其还具备使所述激发光向所述导光结构体射出的 光源， 其中，当将所述激发光由所述导光结构体到所述透明基板的入射角设定为9st、将所述 导光结构体的折射率设定为nst时，成立nstsin(0st)>l。7. 根据权利要求1~6中任一项所述的发光装置，其中，所述导光结构体由至少一个棱 柱形状的透光性构件构成。8. 根据权利要求1~6中任一项所述的发光装置，其中，所述导光结构体由至少一个半 球形状的透光性构件构成。9. 根据权利要求1~6中任一项所述的发光装置，其中，所述导光结构体由至少一个金 字塔形状的透光性构件构成。10. 根据权利要求1~9中任一项所述的发光装置，其中，当将所述激发光在空气中的波 长设定为时，所述亚微米结构以所述第一光向所述光致发光层的法线方向最强地射出、 在波长为的第二光在所述光致发光层的内部传播的情况下所述第二光向与所述光致发 光层的法线方向成角度的方向最强地射出的方式构成， 所述导光结构体使所述激发光以入射角9_射入所述光致发光层。11. 根据权利要求1~10中任一项所述的发光装置，其中，所述亚微米结构具有一维周 期结构， 所述导光结构体具有向与所述一维周期结构的线方向和所述光致发光层的厚度方向 这两者垂直的方向延伸的结构。12. -种发光装置，其具有： 光致发光层，该光致发光层接受空气中的波长为kx的激发光而发光； 透光层，该透光层以与所述光致发光层接近的方式配置； 亚微米结构，该亚微米结构形成在所述光致发光层和所述透光层中的至少一者上，并 向所述光致发光层或所述透光层的面内扩散;以及 光源，该光源射出所述激发光， 其中，所述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部， 所述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为的第一光， 当将相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为Dint、将所述光致发光层对所述第一光 的折射率设定为nwav-3时，成立Aa/nwav- a<Dint<Aa的关系， 所述亚微米结构以所述第一光向所述光致发光层的法线方向最强地射出、在波长为 的第二光在所述光致发光层的内部传播的情况下所述第二光向与所述光致发光层的法线 方向成角度的方向最强地射出的方式构成， 所述光源使所述激发光以入射角9_射入所述光致发光层。13. -种发光装置，其具有： 透光层； 亚微米结构，该亚微米结构形成在所述透光层上，并向所述透光层的面内扩散； 光致发光层，该光致发光层以与所述亚微米结构接近的方式配置，并接受激发光而发 光；以及 导光结构体，该导光结构体以将所述激发光导向所述光致发光层的方式配置， 其中，所述亚微米结构至少包含多个凸部或多个凹部， 所述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为的第一光， 所述亚微米结构至少包含由所述多个凸部或者所述多个凹部形成的至少一个周期结 构， 当将所述光致发光层对所述第一光的折射率设定为nwav-a、将所述至少一个周期结构的 周期设定为Pa时，成立Xa/nwaV-a<Pa<Xa的关系。14. 一种发光装置，其具有： 光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光； 透光层，该透光层具有比所述光致发光层高的折射率； 亚微米结构，该亚微米结构形成在所述透光层上，并向所述透光层的面内扩散；以及 导光结构体，该导光结构体以将所述激发光导向所述光致发光层的方式配置， 其中，所述亚微米结构至少包含多个凸部或多个凹部， 所述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为的第一光， 所述亚微米结构至少包含由所述多个凸部或者所述多个凹部形成的至少一个周期结 构， 当将所述光致发光层对所述第一光的折射率设定为nwav-a、将所述至少一个周期结构的 周期设定为Pa时，成立Xa/nwaV-a<Pa<Xa的关系。15. 根据权利要求1~14中任一项所述的发光装置，其中，所述光致发光层与所述透光 层互相接触。16. -种发光装置，其具有： 光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光； 亚微米结构，该亚微米结构形成在所述光致发光层上，并向所述光致发光层的面内扩 散；以及 导光结构体，该导光结构体以将所述激发光导向所述光致发光层的方式配置， 其中，所述亚微米结构至少包含多个凸部或多个凹部， 所述光致发光层所发出的光包括空气中的波长为的第一光， 所述亚微米结构至少包含由所述多个凸部或者所述多个凹部形成的至少一个周期结 构， 当将所述光致发光层对所述第一光的折射率设定为nwav-a、将所述至少一个周期结构的 周期设定为Pa，成立Xa/nwav-a<Pa<Xa的关系。17. 根据权利要求1~16中任一项所述的发光装置，其中，所述亚微米结构包含所述多 个凸部和所述多个凹部这两者。
【文档编号】G02B5/18GK105940509SQ201580006448
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2015年2月20日
【发明人】桥谷享, 平泽拓, 稻田安寿, 中村嘉孝, 新田充, 山木健之, 中村将启
【申请人】松下知识产权经营株式会社