发光装置的制造方法

发光装置的制造方法
【专利摘要】本发明的发光装置具备发光器件和激发光源器件，其中，发光器件具备光致发光层、透光层和亚微米结构，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、将光致发光层对第一光的折射率设定为nwav?a时，成立λa/nwav?a＜Dint＜λa的关系，激发光源器件发出被导入光致发光层的激发光，发光器件与激发光源器件被一体地形成。
【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] 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。
[000引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。
[0009] 用于解决问题的手段
[0010] 本申请的某个实施方式的发光装置具备发光器件和激发光源器件，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，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nwav-a时，成立Aa/rwv-a< Dint<Aa的关系，上述激发光源器件发出被导入上述光致发光层的激发光，上述发光器件与 上述激发光源器件被一体地形成。
[0011] 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。
[0012]发明效果
[0013] 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】
[0014] 图IA是表示某个实施方式的发光器件的构成的立体图。
[0015] 图IB是图IA所示的发光器件的局部剖视图。
[0016] 图IC是表示另一个实施方式的发光器件的构成的立体图。
[0017] 图ID是图IC所示的发光器件的局部剖视图。
[0018] 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。
[0019] 图3是图示式(10)中的m=l和m = 3的条件的图表。
[0020] 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。
[0021] 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。
[0022] 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。
[0023] 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。
[0024] 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。
[0025] 图7A是表示二维周期结构的例子的俯视图。
[0026] 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。
[0027] 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。
[0028] 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。
[0029] 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。
[0030] 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。
[0031] 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。
[0032] 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。
[0033] 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。
[0034] 图15是图示式(15)的条件的图表。
[0035] 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。
[0036] 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。
[0037] 图18A是表示二维周期结构的一个例子的图。
[0038] 图18B是表示二维周期结构的另一个例子的图。
[0039] 图19A是在透明基板上形成了周期结构的变形例的图。
[0040] 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。
[0041] 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。
[0042] 图20是表示混合了多个粉末状发光器件的构成的图。
[0043] 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。
[0044] 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。
[0045] 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。
[0046] 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。
[0047] 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。
[0048] 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。
[0049] 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。
[0050] 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。
[0051] 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。
[0052] 图30是示意性地表示平板型波导的一个例子的立体图。
[0053] 图31(a)是发光装置300的剖视示意图；（b)是发光装置301的剖视示意图；（C)是发 光装置302的剖视示意图。
[0054] 图32(a)是示意性地表示底部发光型Lm)的结构的剖视图；（b)是示意性地表示顶 部发光型L邸的结构的剖视图。
[0055] 图33(a)是发光装置310的剖视示意图；（b)是发光装置311的剖视示意图；（C)是发 光装置312的剖视示意图。
[0056] 图34(a)是发光装置313的剖视示意图；（b)是发光装置314的剖视示意图；（C)是发 光装置315的剖视示意图。
[0057] 图35是发光装置316的剖视示意图。
[0058] 图36(a)是用于说明端面发光激光器的结构的示意图；（b)是用于说明面发光激光 器的结构的示意图。
[0059] 图37(a)是发光装置317的剖视示意图；（b)是发光装置318的剖视示意图。
[0060] 图38是发光装置320的剖视示意图。
【具体实施方式】
[0061] 本申请包括W下的项目所述的发光器件W及发光装置。
[0062] [项目 1]
[0063] -种发光器件，其具有：
[0064] 光致发光层；
[0065] 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
[0066] 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，
[0067] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0068] 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，
[0069] 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。
[0070] [项目 2]
[0071] 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。
[0072] [项目引
[0073] 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。
[0074] [项目 4]
[0075] 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。
[0076] [项目 5]
[0077] 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。
[007引[项目6]
[0079] 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。
[0080] [项目 7]
[0081] 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°。
[0082] [项目 8]
[0083] 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。
[0084] [项目 9]
[0085] 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。 [00化][项目10]
[0087]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。
[008引[项目11]
[0089] 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，
[0090] 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。
[00川[项目12]
[0092] 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。
[0093] [项目 13]
[0094] 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，
[00M]上述光致发光层被形成在上述亚微米结构之上。
[0096] [项目 14]
[0097] 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。
[0098] [项目 15]
[0099] 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，
[0100] 上述第一周期结构为一维周期结构。
[0101] [项目 16]
[0102] 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，
[0103] 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，
[0104] 上述第二周期结构为一维周期结构。
[0105] [项目 17]
[0106] 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。
[0107] [项目1引
[0108] 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，
[0109] 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。
[0110] [项目 19]
[0111] 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，
[0112] 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。
[。…][项目20]
[0114] -种发光器件，其具有多个光致发光层和多个透光层，
[0115] 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。
[0116] [项目 21]
[0117] 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。 [011引[项目22]
[0119] -种发光器件，其具有：
[0120] 光致发光层；
[0121] 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
[0122] 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，
[0123] 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。
[0124] [项目 23]
[01巧]一种发光器件，其具备：
[0126] 光能够导波的导波层；W及
[0127] 周期结构，该周期结构W与上述导波层接近的方式配置，
[0128] 其中，上述导波层具有光致发光材料，
[0129] 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。
[0130] [项目 24]
[0131] -种发光器件，其具有：
[0132] 光致发光层；
[0133] 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
[0134] 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，
[0135] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0136] 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。
[0137] [项目2引
[0138] 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。
[0139] [项目 26]
[0140] -种发光器件，其具有：
[0141] 透光层；
[0142] 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
[0143] 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，
[0144] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0145] 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，
[0146] 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，
[0147] 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。
[014引[项目27]
[0149] -种发光器件，其具有：
[0150] 光致发光层；
[0151] 透光层，该透光层具有比上述光致发光层高的折射率;W及
[0152] 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，
[0153] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0154] 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，
[0155] 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，
[0156] 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。
[0157][项目2引
[0158] -种发光器件，其具有：
[0159] 光致发光层；W及
[0160] 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，
[0161] 其中，上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0162] 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，
[0163] 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，
[0164] 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。
[01化][项目29]
[0166] 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。
[0167] [项目 30]
[0168] 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。
[0169] [项目 3U
[0170] 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。
[0171] [项目 32]
[0172] 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。
[017；3][项目 33]
[0174] -种发光装置，其具备发光器件和激发光源器件，
[0175] 其中，上述发光器件具有：
[0176] 光致发光层；
[0177] 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
[0178] 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，
[0179] 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] 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，
[0182] 上述激发光源器件发出被导入上述光致发光层的激发光，
[0183] 上述发光器件与上述激发光源器件被一体地形成。
[0184] [项目 34]
[0185] 根据项目33所述的发光装置，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。
[0186] [项目 35]
[0187] 根据项目33或34所述的发光装置，其中，上述发光器件在上述光致发光层和上述 透光层与上述激发光源器件之间还具备低折射率层，
[0188] 上述低折射率层对上述第一光的折射率比上述光致发光层对上述第一光的折射 率小。
[0189] [项目 36]
[0190] 根据项目35所述的发光装置，其中，上述低折射率层在上述激发光源器件侧具有 多个第二凸部。
[0191] [项目 37]
[0192] 根据项目33或34所述的发光装置，其中，上述激发光源器件的出射面与上述光致 发光层或上述透光层直接接触。
[019；3][项目3引
[0194]根据项目35或36所述的发光装置，其中，上述激发光源器件的出射面与上述低折 射率层直接接触。
[019引[项目39]
[0196] 根据项目33~38中任一项所述的发光装置，其中，上述发光器件还具有对透过了 上述光致发光层的光选择性地进行反射的选择反射层。
[0197] [项目 40]
[0198] -种发光装置，其具备发光器件和激发光源器件，
[0199] 其中，上述发光器件具有：
[0200] 透光层；
[0201] 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；
[0202] 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，
[0203] 上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0204] 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，
[0205] 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， 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，
[0206] 上述激发光源器件发出被导入上述光致发光层的激发光，
[0207] 上述发光器件与上述激发光源器件被一体地形成。
[020引[项目41]
[0209] -种发光装置，其具备发光器件和激发光源器件，
[0210] 其中，上述发光器件具有：
[0211] 光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光；
[0212] 透光层，该透光层具有比上述光致发光层高的折射率;W及
[0213] 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，
[0214] 上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0215] 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，
[0216] 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， 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，
[0217] 上述激发光源器件发出被导入上述光致发光层的激发光，
[021 8]上述发光器件与上述激发光源器件被一体地形成。
[0219] [项目 42]
[0220] 根据项目33~41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。
[02別][项目43]
[0222] -种发光装置，其具备发光器件和激发光源器件，
[0223] 其中，上述发光器件具有：
[0224] 光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光；W及
[0225] 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，
[02%] 上述亚微米结构包含多个凸部或多个凹部，
[0227] 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，
[0228] 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，
[0229] 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，
[0230] 上述激发光源器件发出被导入上述光致发光层的激发光，
[0231 ]上述发光器件与上述激发光源器件被一体地形成。
[0232] [项目 44]
[0233] 根据项目33~43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。
[0234] 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）。
[0235] 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。
[0236] 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。
[0237] 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。
[0238] 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nwav-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rwv。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。
[0239] 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<rwv。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。
[0240] 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。
[0241] 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。
[0242] 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。
[0243] 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。
[0244] 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。
[0245] 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。
[0246] [1.作为本申请的基础的认识]
[0247] 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。
[0248] 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。
[0249]
[0250] 式（1)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。
[0251] 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。
[0252] [ 2.仅增强特定方向的电场的构成]
[0253] 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。
[0254] 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。
[0255] 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。
[0256] 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。
[0257] 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。
[0258] 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。
[0 巧9]
[0260] 式(2)中的m为整数，表示衍射的次数。
[0261] 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)。
[0%2]
[0%3]
[0264] 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。
[0265] Houtsin 白 〇ut = nwavsin 白 TOv-m 入 o/p (5) 惦66] 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。
[0267] 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。
[0268] 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。
[0269] n〇ut<nwavsin0wav (6)
[0270] 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-I <sin0〇ut<l。因此，需要满足W下的式(7)。
[0271]
[0272] 、下的式(8)就行。
[0273]
[0274] 向为正面方向（目。Ut = O),由式（5)可知需 要W下
[0275]
[0276] I式(10)。
[0277]
[0278] 吉构的情况下，由于m为2 W上的高次的衍 射效率 i行设计就行。因此，在本实施方式的周期 结构中 ^下的式(11)的方式，确定周期P。
[0279]
[0280] )11〇不与透明基板接触的情况下，n〇ut为 空气的 ：12)的方式确定周期P就行。
[0281]
[0282] 的那样在透明基板140上形成有光致发 光层1] i明基板140的折射率ns比空气的折射率 大，因山 I勺下式(13)的方式确定周期P就行。
[0283]
[0284] 的情况，但也可队2。即，在如图IA和图 IB所示 f，只要将m设定为IW上的整数并W满足 W下的
[0285]
[0286] 问巧；!；化，化50J図iLW図化TC带件IOOa那样将光致发光层110形成在透明 基板140上的情况下，只要W满足W下的式(15)的方式设定周期P就行。
[0287]
[0288] 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。
[0289] [3.通过计算进行的验证]
[0290] [3-1.周期、波长依赖性]
[0291] 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。
[0292] 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。
[0293] 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。
[0294] 在图3所示的分别与m= 1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。
[02巧][3-2.厚度依赖性]
[0296] 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 400nm、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。
[0297] 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、539nm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。
[029引[3-3.偏振光依赖性]
[0299] 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。
[0300] [3-4.二维周期结构]
[0301] 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?^/i倍（即，2l/2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。
[0302] 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。
[0303] 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。
[0304] [4.周期结构和光致发光层的构成的研究]
[0305] 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。
[0306] [4-1.周期结构的折射率]
[0307] 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。
[0308] 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。
[0309] 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。
[0310] [4-2.周期结构的高度]
[0311] 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。
[0312] [4-3.偏振方向]
[0313] 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。
[0314] [4-4.光致发光层的折射率]
[0315] 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。
[0316] 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。
[0317] [5.变形例]
[0318] W下，对本实施方式的变形例进行说明。
[0319] [5-1.具有基板的构成]
[0320] 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。
[0321] 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。
[0322] 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。
[0323] [ 5-2.具有激发光源的发光装置]
[0324] 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。
[0325] 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。
[0326]
[0327] 运里，n〇ut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)。
[0328] 特别是，如果设定为m= IW满足下式（17)的方式确定周期Py，则能够进一步提高 将激发光转换为横拟导波横式的效果。
[0329]
[0330] 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。
[0331] 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。
[0332] 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。
[0333] [5-3.透明基板上的周期结构]
[0334] 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。
[0335] 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Iiwav= 1.8，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。
[0336] [5-4.粉体]
[0337] 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。
[0338] 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Mi~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。
[0339] [5-5.排列周期不同的结构]
[0340] 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。
[0；341] [5-6.层叠结构]
[0342] 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。
[0343] 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。
[0344] [5-7.具有保护层的构成]
[0345] 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。
[0%6] [6.材料和制造方法]
[0347] 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。
[0348] 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。
[0349] 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:Eu2\BaZrSi3〇9:Eu2\M2Si〇4:Eu2 + (M =选自 Ba、Sr和Ca中的至少一种）、Ba Si3〇4化：Eu2+、CasMg (Si〇4)4Cl2 :Eu2+、CasSiCkCl 2 :Eu2+、CaSi 12-(m+n)Al (m+n)0n Nl6-n: Ce3+、0- SiA10N:Eu2+。作为W红色发光的巧光材料，可使用例如CaAl SiN3:Eu2+、SrAlSi4〇7:Eu2+、 MsSisNs:化h(M=选自Ba、Sr和Ca中的至少一种）、MSiN2:化h(M=选自Ba、Sr和Ca中的至少一 种）、MSi2〇2化：Yb2+(M =选自 Sr和Ca中的至少一种）、Y2〇2S:Eu3+，Sm3+、La2〇2S:Eu3+，Sm 3+、 〇曰胖〇4:^1+，化3+，51113+、]\125154:6112+(1=选自6曰、5巧0(：曰中的至少一种）、]\1351〇5:611 2+(]\1=选自 8曰、5'和〔曰中的至少一种）。作为^黄色发光的巧光材料，可使用例如￥3415〇12:〔63\ CaSi2〇2 化：Eu2+、Ca3Sc2Si30l2:Ce3+、CaSc204:Ce3\a-SiA10N:Eu2+、MSi202N2: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）。
[0350] 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。
[0351] 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。
[0352] 接着，对制造方法的一个例子进行说明。
[0353] 作为实现图ICUD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。
[0354] 图lA、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100a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。
[0355] 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。
[0356] 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。
[0357] [实验例]
[0358] 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。
[0359] 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。
[0360] 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。
[0361] 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）。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 610nm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。
[0362] 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。
[0363] 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。
[0364] [7.发光器件与激发光源器件被一体地形成的发光装置]
[0365] 本申请的某个实施方式的发光装置具备发光器件和激发光源器件。发光器件与激 发光源器件被一体地形成。另外，附图中，实质上具有相同功能的构成要素W共同的附图标 记表示，省略其说明。
[0366] 参照图31(a)，对实施方式的发光装置进行说明。图31(a)是发光装置300的剖视示 意图。
[0367] 发光装置300具备发光器件100和激发光源器件180。发光器件100具备光致发光层 110、透光层120和亚微米结构。透光层120W与光致发光层110接近的方式配置。亚微米结构 形成在光致发光层110和透光层120的至少一者上，并向光致发光层110或透光层120的面内 扩散。亚微米结构包含多个凸部或者多个凹部。将相邻的凸部之间或相邻的凹部之间的距 离设定为Dint。光致发光层110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 对束一光1 10的折射率设走为Hwav-a。b们之间成立人a/riwav-a<Dint 的关系。激发光源器 件180发出被导入光致发光层110的激发光。发光器件100与激发光源器件180被一体地形 成。为了简化起见，用与光源180相同的附图标记来表示激发光源器件180。
[0368] 就发光装置300而言，发光器件100与激发光源器件180被一体地形成，因此能够实 现包含指向性和发光效率优秀的发光器件W及激发光源的发光装置的小型化。
[0369] 如图31(a)所示，激发光源器件180例如设置在发光器件100的下表面侧。发光器件 100例如被激发光源器件180支撑。
[0370] 激发光源器件180所发出的激发光的波长典型地为紫外或蓝色区域的波长。但是， 激发光源器件180所发出的激发光的波长不限于此，可W根据构成光致发光层110的光致发 光材料适当确定。激发光源器件180例如是发光二极管(LED) dLED例如是底部发光型或顶部 发光型。
[0371] 参照图32(a)和图32(b)，对Lm)的结构进行说明。图32(a)是示意性地表示底部发 光型Lm)的剖视图。图32(b)是示意性地表示顶部发光型Lm)的剖视图。但是，Lm)的结构并不 限于图示的那些。作为激发光源器件180,可W使用公知的LED。由于Lm)的结构和原理众所 周知，因此省略详细说明。
[0372] 如图32(a)所示，底部发光型Lm)例如具备第1电极181、第2电极182、设置在运些电 极之间的半导体层叠结构183W及支撑它们的基板184。在基板184由半导体形成的情况下， 第2电极182还可W设置在基板184的下表面侧。例如，第1电极181反射从半导体层叠结构 183所发出的光。第1电极181例如由反射率高的金属形成。例如，第2电极182和基板184透射 从半导体层叠结构183所发出的光。第2电极182例如由渗杂了杂质的半导体形成。半导体层 叠结构183所发出的光由L邸的下表面(基板184侧)射出。
[0373] 在发光装置300的激发光源器件180为底部发光型Lm)的情况下，例如在基板184上 形成有发光器件100。即，激发光源器件180的出射面还可W与发光器件100接触。激发光源 器件180的出射面例如还可W与光致发光层110或透光层120直接接触。激发光源器件的出 射面是指激发光射出最多的面。出射面典型地是与射出激发光的方向垂直的面。例如，准备 底部发光型LED,在L邸的基板上沉积光致发光材料，由此能够制造发光器件100被激发光源 器件180支撑的发光装置300。
[0374] 激发光源器件180的出射面与光致发光层110或透光层120直接接触，由此减少激 发光的损失，激发光能够被高效地导向光致发光层110。运里，激发光的损失是指未被导入 光致发光层110的光，例如漏出到发光装置的外部的光。
[0375] 在图32(b)所示的顶部发光型Lm)中，半导体层叠结构183所发出的光由Lm)的上表 面射出。即，W下的点中，顶部发光型Lm)与底部发光型Lm)不同。两者的区别点是:第1电极 181透射半导体层叠结构183所发出的光；W及反射半导体层叠结构183所发出的光的反射 膜189设置在半导体层叠结构183的下侧（与第1电极181侧相反一侧）。反射膜189例如如图 所示可W设置在基板184的下侧(与半导体层叠结构183侧相反一侧）。或者，反射膜189例如 还可W设置在第2电极182与基板184之间。在第2电极182反射半导体层叠结构183所发出的 光的情况下，可W省略反射膜189。在激发光源器件180为顶部发光型Lm)的情况下，可W在 第1电极181上形成发光器件100。激发光源器件180的出射面还可W与发光器件100接触。激 发光源器件180的出射面例如还可W与光致发光层110或透光层120直接接触。
[0376] 在发光装置300中，激发光源器件180之中与发光器件100接触的层的折射率例如 比光致发光层110的折射率小。该折射率的关系例如对光致发光层110所发出的光所具有的 空气中的波长为Aa的第一光成立。因此，可W认为激发光源器件180对形成在发光器件100 内的模拟导波模式赋予的影响小。发光装置300能够在不减少发光器件100的指向性和发光 效率的情况下实现包含发光器件和激发光源的发光装置的小型化。在激发光源器件180为 底部发光型Lm)的情况下，激发光源器件180之中与发光器件100接触的层例如为基板184。 基板184例如由蓝宝石(折射率为1.76)或氮化嫁(GaN)(折射率为2.4)形成。在激发光源器 件180为顶部发光型L邸的情况下，激发光源器件180之中与发光器件100接触的层例如为第 1电极181。透射半导体层叠结构183所发出的光的第1电极181例如由口0形成。
[0377] 发光装置的构成不限于上述的构成。激发光源器件180之中与发光器件100接触的 层的折射率还有时会比光致发光层110的折射率大。例如，参照图33并如后述所示，可W列 举出发光器件在光致发光层和透光层与激发光源器件之间还具有低折射率层的情况。
[0378] 参照图31(b)和图3Uc)，对另一个实施方式的发光装置301和发光装置302进行说 明。图31(b)是发光装置301的剖视示意图。图31(c)是发光装置302的剖视示意图。发光装置 301和发光装置302就发光器件100的构成而言与发光装置300不同。发光装置301和发光装 置302除了发光器件100的构成W外与发光装置300相同。
[0379] 在图31(a)所图示的发光装置300中，透光层120被光致发光层110支撑。发光器件 100的构成不限于此。例如，如图31(b)所图示的发光装置301所具有的发光器件100那样，还 可W在透光层120上设置光致发光层110。例如，如图31(c)所图示的发光装置302所具有的 发光器件100那样，还可W在光致发光层110的上表面和下表面运两者上设置透光层120。进 而，不限于图示的例子，发光器件100还可W与上述本申请的实施方式的发光器件中的任一 个相同。发光器件100还可W是将上述本申请的实施方式的发光器件中的任意多个组合而 成的构成。
[0380] 发光装置301和发光装置302的激发光源器件180例如为底部发光型LED。在发光装 置301和发光装置302中，激发光源器件180之中与发光器件100接触的层的折射率例如比光 致发光层110和透光层120的折射率小。
[0381] 在制造发光装置301和发光装置302时，例如准备底部发光型LED,在Lm)的基板上 形成与亚微米结构相对应的规定的凹凸形状（图案）。就凹凸形状的形成而言，例如可W使 用公知的半导体工艺。之后，在Lm)的基板之上依次沉积形成透光层120的材料和形成光致 发光层110的材料，由此分别制造发光装置301和发光装置302。
[0382] 发光装置302的发光器件100具有多个亚微米结构。多个亚微米结构例如包含由多 个凸部或者多个凹部形成的多个周期结构。多个周期结构例如包含对周期Pex成立Aex/ rW-ex<Pex<Aex的关系的周期结构。运里，将激发光源器件180所发出的激发光在空气中的 波长设定为Aex。将光致发光层110对激发光的折射率设定为nwav-ex。
[0383] 接着，参照图33(a)，对另一个实施方式的发光装置进一步进行说明。图33(a)是发 光装置310的剖视示意图。
[0384] 发光装置310的发光器件100在光致发光层110和透光层120与激发光源器件180之 间还具有低折射率层130运一点上，与发光装置300的发光器件100不同。低折射率层130的 折射率比光致发光层110的折射率小。发光装置310除了还具有低折射率层130运一点W外， 可W与发光装置300相同。
[0385] 就发光装置310而言，发光器件100与激发光源器件180被一体地形成，因此能够实 现包含指向性和发光效率优秀的发光器件W及激发光源的发光装置的小型化。
[0386] 低折射率层130对第一光的折射率比光致发光层110对第一光的折射率小。因此， 可W认为激发光源器件180对形成在发光器件100内的模拟导波模式赋予的影响小。发光装 置310能够在不减少发光器件100的指向性和发光效率的情况下实现包含发光器件和激发 光源的发光装置的小型化。发光装置310具有低折射率层130,因此激发光源器件180之中与 发光器件100接触的层的折射率例如还可W比光致发光层110的折射率大。激发光源器件 180之中与发光器件100接触的层的折射率当然还可W比光致发光层110的折射率小。发光 装置310具有低折射率层130,由此能够使用更多的材料来作为形成激发光源器件180之中 与发光器件100接触的层的材料。低折射率层130例如由二氧化娃(Si〇2)、M评2XaF2、BaF2、 SrF2或常溫固化玻璃化SQ ? S0G)形成。低折射率层130的厚度例如优选比第一光在空气中 的波长Aa大。运里，低折射率层130的厚度是光致发光层110的法线方向上的厚度。
[0387] 在发光装置310中，激发光源器件180的出射面例如还可W与低折射率层130直接 接触。激发光源器件180的出射面与低折射率层130直接接触，由此激发光能够高效地到达 低折射率层130。能够提高激发光向光致发光层110的导入效率。
[0388] 发光装置310的制造方法除了低折射率层130的形成W外，可W与发光装置300的 制造方法相同。低折射率层130是通过在激发光源器件180上沉积形成低折射率层130的材 料而形成的。
[0389] 参照图33(b)和图33k)，对另一个实施方式的发光装置311和发光装置312进一步 进行说明。图33(b)是发光装置311的剖视示意图。图33k)是发光装置312的剖视示意图。发 光装置311和发光装置312就发光器件100的构成而言与发光装置310不同。发光装置311和 发光装置312除了发光器件100的构成W外，可W与发光装置310相同。发光装置311在还具 有低折射率层130运一点上，与发光装置301不同。发光装置311除了还具有低折射率层130 运一点W外，可W与发光装置301相同。发光装置312在还具有低折射率层130运一点上，与 发光装置302不同。发光装置312除了还具有低折射率层130运一点W外，可W与发光装置 30巧目同。
[0390] 在发光装置311和发光装置312中，低折射率层130的厚度比透光层120的厚度大。 低折射率层130的厚度例如优选比透光层120的厚度与第一光在空气中的波长Aa之和大。运 是因为，当透光层120与激发光源器件180之间的距离变得比第一光在空气中的波长Aa短 时，在发光器件100与激发光源器件180之间生成的瞬逝光会漏出到激发光源器件180侧。运 里，低折射率层130的厚度和透光层120的厚度是光致发光层110的法线方向上的厚度。低折 射率层130的厚度在图示的例子中是从低折射率层130与激发光源器件180接触的面到低折 射率层130与光致发光层110接触的面的在光致发光层110的法线方向上的长度。
[0391] 在发光装置311和发光装置312的制造工序中，在将形成低折射率层130的材料沉 积到激发光源器件180上并成膜后，对低折射率层130进行图案化。图案化例如使用公知的 半导体工艺来进行。通过图案化，形成光致发光层110之下的透光层120(和亚微米结构）。
[0392] 发光装置311和发光装置312的激发光源器件180例如为底部发光型LED。发光装置 311和发光装置312的激发光源器件180例如为顶部发光型LED。
[0393] 接着，参照图34(a)，对另一个实施方式的发光装置313进一步进行说明。图34(a) 是发光装置313的剖视示意图。
[0394] 发光装置313的低折射率层130在激发光源器件180侧具有多个第二凸部131a运一 点上，与发光装置310的低折射率层130不同。相邻的第二凸部131a之间的距离可W比Dint 小，也可W比Dint大。发光装置313除了还具有多个第二凸部131a运一点W外，可W与发光装 置310相同。
[03M]就发光装置313而言，发光器件100与激发光源器件180被一体地形成，因此能够实 现包含指向性和发光效率优秀的发光器件W及激发光源的发光装置的小型化。
[0396] 多个第二凸部131a能够减少激发光在激发光源器件180与低折射率层130的界面 处的反射。在具有多个第二凸部131a的发光装置313中，激发光源器件180所发出的激发光 从低折射率层130通过而被高效地导入光致发光层110。运里，激发光在界面处的反射包括 激发光在界面处的反射和激发光在界面处的全反射。通过第二凸部131a来减少反射损失 和/或全反射损失，由此激发光被高效地导入光致发光层110。
[0397] 例如，在相邻的第二凸部131a之间的距离比Dint小的情况下，多个第二凸部131a例 如构成所谓蛾眼结构。激发光源器件180之中与发光器件100接触的层的折射率例如比低折 射率层130的折射率大。多个第二凸部131a例如由与激发光源器件180之中与发光器件100 接触的层相同的材料形成。通过设置有多个第二凸部131a，对激发光源器件180所发出的激 发光的实效折射率沿着光致发光层110的法线方向由激发光源器件180的折射率连续地变 化到低折射率层130的折射率。由此，激发光源器件180所发出的激发光被高效地导入光致 发光层110。发光装置313的发光器件的指向性和发光效率更优秀。
[0398] 在多个第二凸部131a由与激发光源器件180之中与发光器件100接触的层不同的 材料形成的情况下，多个第二凸部131a例如由具有比低折射率层130的折射率大的折射率 的材料形成。
[0399] 第二凸部131a的形状例如是大致圆锥或大致棱锥。第二凸部131a的形状例如也可 W是圆锥或者棱锥的前端(顶点）带有圆度的形状。第二凸部131a的形状例如还可W是圆锥 台或者棱锥台。第二凸部131a的形状例如也可W是大致半球。第二凸部131a的形状例如还 可W是大致圆柱或者大致棱柱。第二凸部131a例如W周期性设置。第二凸部131a还可W不 W周期性设置(即，还可W不规则地配置）。
[0400] 多个第二凸部131a不限于上述的所谓蛾眼结构。例如，相邻的第二凸部131a之间 的距离还可W比化nt大。第二凸部131a的形状例如可W是具有周期性的凹凸结构。多个第二 凸部131a例如还可W构成衍射光栅。第二凸部131a例如也可W不W周期性设置。通过第二 凸部131a，可W W产生激发光的衍射和/或散射的方式适当地对第二凸部131a的形状、高 度、尺寸和周期进行设计。通过第二凸部131a，能够有效地抑制激发光源器件180与低折射 率层130的界面处的全反射。通过第二凸部131a，产生激发光的衍射和/或散射，由此激发光 源器件180所发出的激发光从低折射率层130通过而被高效地导入光致发光层110。
[0401] 低折射率层130的厚度比第二凸部131a的高度大。第二凸部131a的高度例如为 5化m~50WI1。低折射率层130的厚度例如优选比第二凸部131a的高度与第一光在空气中的 波长Aa之和大。运里，低折射率层130的厚度和第二凸部131a的高度是光致发光层110的法 线方向上的长度。
[0402] 第二凸部131a例如W周期性配置。第二凸部131a的周期（间距)例如为200nm~50y m。运里，第二凸部131a的周期在与光致发光层110平行的面内为相邻的第二凸部131a之间 的距离。第二凸部131a的尺寸例如与第二凸部131a的周期相同。第二凸部131a的尺寸例如 还可W比第二凸部131a的周期小。运里，第二凸部131a的尺寸是第二凸部131a在与光致发 光层110平行的面内的尺寸(例如，在第二凸部131a的底面为大致圆形的情况下为其直径； 在第二凸部131a的底面为矩形的情况下为其一边的长度）。
[0403] 发光装置313例如按照W下方式制造。首先，例如通过半导体工艺或者转印工艺 (例如纳米压印等)在激发光源器件180上制作第二凸部131a。在形成第二凸部131a后，在激 发光源器件180上依次沉积形成低折射率层130的材料、形成光致发光层110的材料和形成 透光层120的材料。之后，对形成透光层120的材料进行图案化，由此形成亚微米结构。
[0404] 参照图34(b)和图34k)，对另一个实施方式的发光装置314和发光装置315进一步 进行说明。图34(b)是发光装置314的剖视示意图。图34k)是发光装置315的剖视示意图。发 光装置314和发光装置315就发光器件100的构成而言与发光装置313不同。发光装置314和 发光装置315除了发光器件100的构成W外，可W与发光装置313相同。发光装置314在还具 有多个第二凸部131a运一点上，与发光装置311不同。发光装置314除了还具有多个第二凸 部131a运一点W外，可W与发光装置311相同。发光装置315除了还具有多个第二凸部131a 运一点W外，与发光装置312不同。发光装置315除了还具有多个第二凸部131a运一点W外， 可W与发光装置312相同。
[0405] 在发光装置314和发光装置315中，低折射率层130的厚度比第二凸部131a的高度 与透光层120的厚度的合计大。第二凸部131a的高度例如为50nm~50WI1。低折射率层130的 厚度例如优选比第二凸部131a的高度与第一光在空气中的波长Aa之和大。运里，低折射率 层130的厚度、透光层120的厚度和第二凸部131a的高度是光致发光层110的法线方向上的 长度。低折射率层130的厚度在图示的例子中是从第二凸部131a的底面到低折射率层130与 光致发光层110接触的面的在光致发光层110的法线方向上的长度。
[0406] 图35示出另一个实施方式的发光装置316的剖视示意图。如图35所示，激发光源器 件180还可W在侧面具有反射膜188。激发光从激发光源器件180的侧面漏出，由此可能会产 生激发光的损失（即，未被导入光致发光层110的光）。在侧面设置反射膜188,由此激发光被 高效地导向光致发光层110。运里，激发光源器件180的侧面是指例如与出射面垂直的面。反 射膜188例如由电介质多层膜或金属形成。反射膜188例如还可W由Ti化或BaS化等形成。
[0407] 在上述的例子中，激发光源器件180例如是LED,但不限于此。上述的实施方式的发 光装置的激发光源器件180例如还可W是激光器。通常，激光器所发出的光与Lm)所发出的 光相比，单色性优秀，因此能够提高激发光向光致发光层110的导入效率。
[0408] 参照图36(a)和图36(b)，对用作激发光源器件180的激光器的结构进行说明。图36 (a)是用于说明端面发光激光器的结构的示意图，图36(b)是用于说明面发光激光器的结构 的示意图。但是，激光器的结构不限于图示的那些。作为激发光源器件180,可W使用公知的 激光器。由于激光器的结构W及原理众所周知，因此省略详细说明。
[0409] 如图36(a)所示，就端面发光激光器而言，例如在基板184上设置有共振器185。共 振器185的反射镜185a例如在与基板184平行的面内设置在共振器185的两端。还可W使基 板184的劈开后的端面作为反射镜起作用，由此形成共振器185。就端面发光激光器而言，激 光向与基板184平行的方向射出。如图36(b)所示，还可W使用面发光激光器作为激发光源 器件180。就面发光激光器而言，共振器185的反射镜185a例如被设置为与基板184平行。激 光向与基板184垂直的方向射出。
[0410] 在使用激光器作为激发光源器件180的发光装置中，激发光源器件180的出射面还 可W与发光器件100接触。激发光源器件180的出射面例如还可W与光致发光层110或透光 层120直接接触。作为激发光源器件180,例如可W使用半导体激光器。就半导体激光器而 言，通过对pn结施加电压，由此引起激光振荡。例如，还可W使用将氮化嫁系半导体作为材 料的半导体激光器。
[0411] 图37(a)和图37(b)分别是示意性地表示具有端面发光激光器作为激发光源器件 180的发光装置317和发光装置318的剖视图。如图37(a)所示，光致发光层110还可W W与由 激发光源器件180射出的激发光的方向垂直的方式设置。如图37(b)所示，光致发光层110还 可W W与由激发光源器件180射出的激发光的方向平行的方式设置。
[0412] 上述的实施方式的发光装置还可W具有配置在光致发光层110的上表面侧的选择 反射层170。参照图38,对发光装置320进行说明。图38是发光装置320的剖视示意图。
[0413] 发光装置320的发光器件100还具有配置在光致发光层110的上表面侧的选择反射 层170。在图38图示的例子中，发光装置320除了还具有选择反射层170运一点W外，与发光 装置314相同。发光装置320不限于此。发光装置320除了还具有选择反射层170运一点W外， 可W与上述的本申请的实施方式的发光装置中的任一个或任意多个的组合相同。发光装置 320的发光器件100除了还具有选择反射层170运一点W外，可W与上述的本申请的实施方 式的发光器件中的任一个或任意多个的组合相同。
[0414] 就发光装置320而言，发光器件100与激发光源器件180被一体地形成，因此能够实 现包含指向性和发光效率优秀的发光器件W及激发光源的发光装置的小型化。
[0415] 选择反射层170是仅透射和反射特定的波长区域的光的滤光器。例如，激发光源器 件180所发出的激发光之中透过了光致发光层110的激发光被选择反射层170反射，由此能 够提高激发光向光致发光层110的导入效率。发光装置320的发光器件能够实现优秀的指向 性和发光效率。选择反射层170可W设定为不反射但透射光致发光层110所发出的光。能够 进一步提高发光装置320的发光器件的指向性和发光效率。进而，可W通过选择反射层170 来选择由发光装置320射出的光的波长。由发光装置320射出的光能够具有优秀的单色性。
[0416] 选择反射层170不限于上述的例子，可W任意设定。例如，选择反射层170也可W设 定为使得激发光之中透过了光致发光层110的激发光和光致发光层110所发出的光运两者 透射。例如，选择反射层170还可W设定为使得激发光之中透过了光致发光层110的激发光 和光致发光层110所发出的光运两者向光致发光层110的法线方向射出。在运种情况下，由 发光装置320射出的光可W包括一起向光致发光层110的法线方向射出（指向性优异）的波 长相互不同的光。能够实现由发光装置320射出的光的多色化和白色化。
[0417] 选择反射层170例如具有电介质多层膜结构。电介质多层膜如众所周知那样是通 过交互地层叠折射率不同的电介质来制作的。各自的电介质膜的材料(例如折射率)和厚度 根据选择反射层170所具有的反射性和/或透射性来适当地确定。选择反射层170例如是带 通滤波器或分色镜（die虹Oic mirror)。
[0418] 产业上的可利用性
[0419] 根据本申请的发光器件，能够实现具有指向性的发光装置，因此能够适用于例如 照明、显示器、投影仪之类的光学设备。
[0420] 符号说明
[0421] 100、IOOa 发光器件
[0422] 110光致发光层(波导）
[0423] 120、120'、120a、120b、120c透光层(周期结构、亚微米结构）
[0424] 130低折射率层 [042引140透明基板
[0426] 150保护层
[0427] 170选择反射层
[04%] 180光源(激发光源器件）
[04 巧]200、300 ~302、310 ~318、320 发光装置
【主权项】
1. 一种发光装置，其具备发光器件和激发光源器件， 其中，所述发光器件具有： 光致发光层； 透光层，该透光层以与所述光致发光层接近的方式配置；以及 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， 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， 所述激发光源器件发出被导入所述光致发光层的激发光， 所述发光器件与所述激发光源器件被一体地形成。2. 根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述亚微米结构包含由所述多个凸部或所述 多个凹部形成的至少一个周期结构，所述至少一个周期结构包含当将周期设定为PJ寸成立 Xa/nwaV-a<Pa<Xa的关系的第一周期结构。3. 根据权利要求1或2所述的发光装置，其中，所述发光器件在所述光致发光层和所述 透光层与所述激发光源器件之间还具备低折射率层， 所述低折射率层对所述第一光的折射率比所述光致发光层对所述第一光的折射率小。4. 根据权利要求3所述的发光装置，其中，所述低折射率层在所述激发光源器件侧具有 多个第二凸部。5. 根据权利要求1或2所述的发光装置，其中，所述激发光源器件的出射面与所述光致 发光层或所述透光层直接接触。6. 根据权利要求3或4所述的发光装置，其中，所述激发光源器件的出射面与所述低折 射率层直接接触。7. 根据权利要求1~6中任一项所述的发光装置，其中，所述发光器件还具有对透过了 所述光致发光层的光选择性地进行反射的选择反射层。8. -种发光装置，其具备发光器件和激发光源器件， 其中，所述发光器件具有： 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；以及 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， 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， 所述亚微米结构包含由所述多个凸部或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 为口』寸，成立X a/nwav-a<pa<X』9关系， 所述激发光源器件发出被导入所述光致发光层的激发光， 所述发光器件与所述激发光源器件被一体地形成。9. 一种发光装置，其具备发光器件和激发光源器件， 其中，所述发光器件具有： 光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光； 透光层，该透光层具有比所述光致发光层高的折射率；以及 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， 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， 所述亚微米结构包含由所述多个凸部或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 为口』寸，成立X a/nwav-a<pa<X』9关系， 所述激发光源器件发出被导入所述光致发光层的激发光， 所述发光器件与所述激发光源器件被一体地形成。10. 根据权利要求1~9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。11. 一种发光装置，其具备发光器件和激发光源器件， 其中，所述发光器件具有： 光致发光层，该光致发光层接受激发光而发光；以及 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， 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， 所述亚微米结构包含由所述多个凸部或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， 所述激发光源器件发出被导入所述光致发光层的激发光， 所述发光器件与所述激发光源器件被一体地形成。12. 根据权利要求1~11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】F21K9/20GK105940510SQ201580006200
【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
【申请人】松下知识产权经营株式会社