发光器件的制作方法

本申请涉及发光器件，特别涉及具有光致发光层的发光器件。

背景技术：

对于照明器具、显示器、投影仪之类的光学设备而言，根据其用途需要向所需的方向射出光。但是，荧光灯、白色LED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，这种材料与反射器、透镜等光学部件一起使用。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-231941号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

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。优选不用这些光学部件，或者至少使它们小型化。

本申请提供能够对光致发光材料的发光效率、指向性或偏振特性进行控制的具有新型结构的发光器件。

用于解决问题的手段

本申请的某个实施方式的发光器件具备：光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出规定波长的光；以及射入上述光的透光层，其中，表面结构通过上述光致发光层和上述透光层中的至少一者来形成，上述表面结构包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，并对光的指向角进行限制，上述光致发光层和上述透光层弯曲。

上述总的方案或具体的方案可以通过器件、装置、系统、方法或它们 的任意组合来实现。

发明效果

本申请的某些实施方式的发光器件具有新型构成，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

图1A是表示第一实施方式的发光器件的构成例的立体示意图。

图1B是图1A所示的发光器件的剖视示意图。

图1C是表示第一实施方式的发光器件的构成例的立体示意图。

图1D是图1C所示的发光器件的剖视示意图。

图2是表示分别改变发光波长和周期结构的周期来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的一个例子的图。

图3是表示在m＝1和m＝3的情况下满足式(9)的区域的图。

图4是表示分别改变发光波长和光致发光层的厚度来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的一个例子的图。

图5A是表示计算向x方向导波(引导光(to guide light))的模式的电场分布的结果的一个例子的图。

图5B是表示计算向x方向导波的模式的电场分布的结果的一个例子的图。

图5C是表示计算向x方向导波的模式的电场分布的结果的一个例子的图。

图6是表示分别改变发光波长和周期结构的周期来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的一个例子的图。

图7A是表示二维周期结构的例子的俯视示意图。

图7B是表示分别改变发光波长和周期结构的周期来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的一个例子的图。

图8是表示分别改变发光波长和透光构件的折射率来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的一个例子的图。

图9是表示分别改变发光波长和透光构件的折射率来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的一个例子的图。

图10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一个例子的图。

图11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一个例子的图。

图12是表示分别改变发光波长和透光构件的折射率来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的一个例子的图。

图13是表示分别改变发光波长和透光构件的折射率来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的一个例子的图。

图14是表示分别改变发光波长和周期结构的周期来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的一个例子的图。

图15是图示出在m＝1和m＝3的情况下满足式(14)的区域的图。

图16是表示第一实施方式的发光装置的构成例的剖视示意图。

图17A是表示第一实施方式的具有一维周期结构的发光器件的构成例的立体示意图。

图17B是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有二维周期结构的发光器件的构成的立体示意图。

图17C是表示图17A所示的发光器件中的光的吸收光谱的图。

图17D是表示图17B所示的发光器件中的光的吸收光谱的图。

图18A是表示作为第一实施方式的一个变形例的二维周期结构的俯视示意图。

图18B是表示作为第一实施方式的一个变形例的二维周期结构的俯视示意图。

图19A是表示作为第一实施方式的一个变形例的在透明基板上形成了周期结构的发光器件的构成的剖视示意图。

图19B是表示作为第一实施方式的一个变形例的在透明基板上形成了周期结构的发光器件的构成的剖视示意图。

图19C是表示分别改变发光波长和周期结构的周期来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的一个例子的图。

图20是表示作为第一实施方式的一个变形例的多个粉末状发光器件的示意图。

图21是表示作为第一实施方式的一个变形例的排列了周期不同的多个 周期结构的构成的俯视示意图。

图22A是表示作为第一实施方式的一个变形例的排列了凸部延伸方向不同的多个一维周期结构的构成的俯视示意图。

图22B是表示作为第一实施方式的一个变形例的排列了周期方向不同的多个二维周期结构的构成的俯视示意图。

图23是表示作为第一实施方式的一个变形例的层叠了多个周期结构的发光器件的构成的剖视示意图。

图24是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有保护层的发光器件的构成的剖视示意图。

图25是表示作为第一实施方式的一个变形例的具备具有周期结构的光致发光层的发光器件的构成例的剖视示意图。

图26是用于说明在图25所示的光致发光层中光的出射方向的剖视示意图。

图27是表示作为第一实施方式的一个变形例的具备微透镜的发光器件的构成的剖视示意图。

图28A是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有发光波长不同的多个光致发光层的发光器件的构成的剖视示意图。

图28B是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有发光波长不同的多个光致发光层的发光器件的构成的剖视示意图。

图29A是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有防扩散层的发光器件的构成的剖视示意图。

图29B是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有防扩散层的发光器件的构成的剖视示意图。

图29C是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有防扩散层的发光器件的构成的剖视示意图。

图29D是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有防扩散层的发光器件的构成的剖视示意图。

图30A是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有晶体生长层的发光器件的构成的剖视示意图。

图30B是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有晶体生长层的发 光器件的构成的剖视示意图。

图30C是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有晶体生长层的发光器件的构成的剖视示意图。

图31A是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有表面保护层的发光器件的构成的剖视示意图。

图31B是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有表面保护层的发光器件的构成的剖视示意图。

图32A是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有导热层的发光器件的构成的剖视示意图。

图32B是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有导热层的发光器件的构成的剖视示意图。

图32C是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有导热层的发光器件的构成的剖视示意图。

图32D是表示作为第一实施方式的一个变形例的具有导热层的发光器件的构成的剖视示意图。

图33是表示发光器件的样品的截面TEM像的一个例子的图。

图34是表示由发光器件的样品向正面方向射出的光的光谱的一个例子的图。

图35A是表示TM模式直线偏振光的方向、一维周期结构条纹的朝向与发光器件的旋转方向之间的关系的示意图。

图35B是表示对TM模式成分的光谱的出射角依赖性进行了测定的结果的一个例子的图。

图35C是表示对TM模式成分的光谱的出射角依赖性进行了计算的结果的一个例子的图。

图35D是表示TE模式直线偏振光的方向、一维周期结构条纹的朝向与发光器件的旋转方向之间的关系的示意图。

图35E是表示对TE模式成分的光谱的出射角依赖性进行了测定的结果的一个例子的图。

图35F是表示对TE模式成分的光谱的出射角依赖性进行了计算的结果的一个例子的图。

图36A是表示TE模式直线偏振光的方向、一维周期结构条纹的朝向与发光器件的旋转方向之间的关系的示意图。

图36B是表示对TE模式成分的光谱的出射角依赖性进行了测定的结果的一个例子的图。

图36C是表示对TE模式成分的光谱的出射角依赖性进行了计算的结果的一个例子的图。

图36D是表示TM模式直线偏振光的方向、一维周期结构条纹的朝向与发光器件的旋转方向之间的关系的示意图。

图36E是表示对TM模式成分的光谱的出射角依赖性进行了测定的结果的一个例子的图。

图36F是表示对TM模式成分的光谱的出射角依赖性进行了计算的结果的一个例子的图。

图37是表示对波长为610nm的TM模式成分的强度的出射角依赖性进行了测定的结果的一个例子的图。

图38是示意性地表示平板型波导的一个例子的立体图。

图39是表示第二实施方式的发光器件的构成例的剖视示意图。

图40是表示作为第二实施方式的一个变形例的具有透光层的发光器件的构成的剖视示意图。

图41是表示作为第二实施方式的一个变形例的具有透明基板的发光器件的构成的剖视示意图。

图42是表示作为第二实施方式的一个变形例的具有保护层的发光器件的构成的剖视示意图。

图43是表示作为第二实施方式的一个变形例的具有中间层的发光器件的构成的剖视示意图。

图44是表示对弯曲了的光致发光层的表面的形状进行了测定的结果的一个例子的图。

图45是表示第三实施方式的发光器件的构成例的剖视示意图。

图46是表示作为第三实施方式的一个变形例的具有透光层的发光器件的构成的剖视示意图。

图47是将显示光致发光层的一部分放大表示的剖视示意图。

图48是将显示光致发光层的一部分放大表示的剖视示意图。

图49是表示作为第三实施方式的一个变形例的具有凸形状的光致发光层的发光器件的构成的剖视示意图。

图50是表示作为第三实施方式的一个变形例的具有光致发光层的发光器件的构成的剖视示意图，其中，光致发光层具有倾斜平面。

图51是表示具有多个凸部和多个凹部中的至少一者的表面结构的一个例子的剖视示意图。

符号说明

100、100a、100d、100e、100f、100g、100h、100i 发光器件

105 导热层

106、106a、106b 晶体生长层

107 低折射率层

108、108a、108b 防扩散层

110、110a、110b、110d、110e、110g、110h、110i、110r、110y 光致发光层

110t 顶面

120、120’、120d、120e 透光构件

120b、120g、120h、120i、120j、120k、120m、120n、120r 周期结构

130 微透镜

132 表面保护层

140、140e 基板(透明基板)

150 保护层

160 中间层

180 光源

200 发光装置

具体实施方式

(实施方式的概要)

一个实施方式的发光器件具有：光致发光层，该光致发光层接受激发 光而发出空气中的波长为λ_a的光；透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者。表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λ_a的光的指向角进行限制。光致发光层和透光层弯曲。

一个实施方式的发光器件具有：光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λ_a的光；透光层，该透光层具有比光致发光层高的折射率；以及表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者。表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λ_a的光的指向角进行限制。光致发光层和透光层弯曲。

一个实施方式的发光器件具有：光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λ_a的光；以及表面结构，该表面结构形成在光致发光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者。表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λ_a的光的指向角进行限制。光致发光层弯曲。

一个实施方式的发光器件具有：光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λ_a的光；透光层，该透光层与光致发光层接触；以及表面结构，该表面结构形成在光致发光层与透光层的界面，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者。表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λ_a的光的指向角进行限制。光致发光层和透光层弯曲。

上述任一个发光器件还可以具有支撑光致发光层的基板。进而，光致发光层和基板也可以弯曲。

一个实施方式的发光器件具有：光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λ_a的光；以及表面结构，该表面结构形成在光致发光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者。表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λ_a的光的指向角进行限制。光致发光层的厚度从光致发光层的端部朝着中央部减少或增加。

例如，光致发光层的厚度也可以从光致发光层上的一个端部朝着另一个端部减少或增加。

例如，上述发光器件还可以具有支撑光致发光层的基板。表面结构也可以形成在光致发光层中与基板相对置的面的相反侧。

就上述任一个发光器件而言，表面结构也可以将光致发光层所发出的空气中的波长为λ_a的光的指向角限制为小于15°。

就上述任一个发光器件而言，当将表面结构中相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为D_int、将光致发光层对空气中的波长为λ_a的光的折射率设定为n_wav-a时，也可以成立λ_a/n_wav-a＜D_int＜λ_a的关系。

就上述任一个发光器件而言，表面结构也可以具有至少一个周期结构，当将至少一个周期结构的周期设定为p_a时，也可以成立λ_a/n_wav-a＜p_a＜λ_a的关系。

波长λ_a例如在可见光的波长范围内(例如380nm以上且780nm以下)。在利用红外线的用途中，波长λ_a也可以超过780nm；在利用紫外线的用途中，波长λ_a也可以小于380nm。本申请中，为了方便起见而将包括红外线和紫外线在内的电磁波全部示为“光”。

光致发光层含有光致发光材料。光致发光材料是指接受激发光而发光的材料。光致发光材料包括荧光材料和磷光材料，包括无机材料和有机材料(例如色素)，包括块状半导体(bulk semiconductor)和量子点(即半导体微粒)。光致发光层除了光致发光材料以外，还可以包含基质材料(即，主体材料)。基质材料例如为玻璃、氧化物等无机材料、树脂。

透光层是对光致发光层所发出的光的透射率高的材料，例如，由无机材料、树脂形成。透光层例如可以由电介质(特别是，光的吸收少的绝缘体)形成。透光层例如可以是支撑光致发光层的基板。在光致发光层的空气侧的表面具有后述的亚微米结构的情况下，透光层也可以是空气层。

光致发光层和透光层中的至少一者的表面形成包含多个凸部和多个凹部的至少一者的表面结构。这里，某层的“表面”是指该层与其他物质接触的部分(即界面)。在透光层为气体层(例如空气层)的情况下，气体层与其他物质(例如光致发光层)之间的界面为气体层的表面。换言之，表面结构以彼此相邻的折射率不同的多个介质(例如，层或构件)的边界面的形式形成。

表面结构典型地包含周期结构。“周期结构”通过以一维或二维周期性排列而成的多个凸部和/或多个凹部来形成。横切属于周期结构的多个凸部和/或多个凹部的规定方向上的折射率沿该方向周期性地变动。

周期结构的例子可以列举出：俯视时多个凸部(或多个凹部)的各中心以周期性排列的结构；或俯视时多个凸部(或多个凹部)的规定端边以周期性排列的结构。

这里，“周期性”不限于严格地周期性的形态，包括可称作近似地周期性的形态。例如，在周期结构内多个凸部(或多个凹部)的相邻两个中心间的距离均落入0.85p～1.15p的范围内的情况下，该凸部(或凹部)的周期可以视为近似地固定的周期p。例如，周期的基准也可以用凸部或凹部的规定侧面来代替凸部或凹部的中心。

本申请中，“凸部”是指相对于某个基准面凸出的部分。“凹部”是指相对于某个基准面凹下的部分。基准面例如是指将彼此远离的多个凸部或凹部之间连起来的面。基准面既可以是平面也可以是曲面。根据表面结构的形状、尺寸、分布，有时候多个面可作为基准面来进行选择。在这种情况下，根据从这些面之中选择哪一个作为基准面，凸部或凹部相对地确定。该相对性是源于表面结构以多个介质的边界面的形式形成。

“凸部”和“凹部”严格地以多个介质之间的边界面的形式形成，但以下有时会以好像是属于一个介质那样的方式来进行说明。但是，这仅是为了方便进行说明，并不是限定本申请的主旨。例如，图51所示的剖视图可以解释为构件610具有凹部、构件620具有凸部，但也可以与其相反地进行解释。不管如何解释，都不改变是通过构件610和构件620来形成多个凸部和凹部中的至少一者。

相邻的两个凸部的中心间的距离或相邻的两个凹部的中心间的距离例如比由光致发光层所发出的光在空气中的波长λ_a短。在由光致发光层所发出的光为可见光、短波长的近红外线或紫外线的情况下，该距离比微米量级(即微米级)短。因此，有时将这种表面结构称作“亚微米结构”。另外，亚微米结构也可以包含上述中心间的距离超过1微米(μm)的区域。

下述说明对以光为可见光、表面结构为亚微米结构的例子进行说明。但是，下述说明对于除了上述以外的情况也同样成立。例如，下述说明对于光为红外线、表面结构为微米级的结构的情况也同样成立。

对于本申请的各种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，在光致发光层和透光层的内部形成独特的电场分 布。该电场分布是由于导波光与亚微米结构相互作用而形成的。可以将形成这种电场分布的光的模式表示为“模拟导波模式”。具体来说，模拟导波模式是指通过将发光封闭在光致发光层和/或透光层的内部从而使电场向特定方向被增强的模式，而且该模拟导波模式是通过使发光射入亚微米结构从而使发光由光致发光层和/或透光层射出的模式。通过利用该模拟导波模式，如以下所说明的那样，能够得到光致发光的发光效率增大、光的指向性提高和/或偏振光的选择性提高这样的效果。另外，下述说明中，有时使用模拟导波模式这一用语来对本申请的发明者们发现的新型结构和/或新型的机理进行说明。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。

亚微米结构内的相邻的凸部(或凹部)之间的中心间的距离D_int、光在空气中的波长λ_a和光致发光层的折射率n_wav-a可以满足λ_a/n_wav-a＜D_int＜λ_a的关系。另外，在光致发光层为混合有多种材料的介质的情况下，将各材料的折射率以各自的体积比率加权而得到的平均折射率设定为n_wav-a。光致发光层除了包含含有光致发光材料的层，还可以包含其他层。在该其他层具有例如比含有光致发光材料的层还大的折射率的情况下，将这些层的折射率以各自的体积比率加权而得到的平均折射率设定为n_wav-a。

介质对模拟导波模式的光的有效折射率n_eff满足n_a＜n_eff＜n_wav-a。这里，n_a是空气的折射率。例如，当模拟导波模式的光仅在光致发光层的内部一边以反射角θ全反射一边传播时，有效折射率n_eff为例如n_eff＝n_wav-asinθ。但是，由于有效折射率n_eff根据模拟导波模式的电场分布的介质的折射率而确定，因此例如在透光层上形成了亚微米结构的情况下，有效折射率n_eff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。

模拟导波模式的电场分布根据偏振方向(即TE模式与TM模式)的不同而不同。因此，就TE模式与TM模式而言，有效折射率n_eff可能不同。

亚微米结构是通过光致发光层和透光层中的至少一者来形成的。例如，在光致发光层与透光层互相接触的情况下，亚微米结构被形成在两者的界面上。在这种情况下，可以视为光致发光层和透光层具有亚微米结构。

光致发光层可以不具有亚微米结构而透光层具有亚微米结构。进而，只要是导波模式的电场达到亚微米结构、形成模拟导波模式，则透光层与 光致发光层可以远离。例如，透光层的折射率也可以大于光致发光层的折射率。或者，透光层也可以以与光致发光层接近的方式配置。在任一情况下，导波模式的电场均能够到达亚微米结构，形成模拟导波模式。另外，“透光层与光致发光层接近”是指这些层之间的距离为波长λ_a的一半以下。亚微米结构与光致发光层之间的距离也可以是波长λ_a的一半以下。

在亚微米结构包含周期结构的情况下，周期结构的周期p_a满足λ_a/n_wav-a＜p_a＜λ_a的关系。在这种情况下，介质中的光一边反复全反射，一边与周期结构反复进行相互作用。由此，模拟导波模式的光一边在介质中传播，一边被周期结构衍射。该现象与在自由空间传播的光被周期结构衍射的现象不同。模拟导波模式的光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。

如果电场被模拟导波模式增强，则光致发光的发光效率增大，该发光与模拟导波模式结合。

模拟导波模式的光的进行角度仅弯曲被周期结构规定的衍射角度。由此，能够向特定方向射出特定波长的光。即，周期结构与不存在周期结构的情况相比，出射光的指向角被限制为狭窄的角度。进而，在TE模式与TM模式中有效折射率n_eff(＝n_wav-asinθ)不同的情况下，能够提高偏振光的选择性。例如，能够得到较强地向正面方向射出特定波长的直线偏振光(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小于15°。

这里，“指向角”就射出后的特定波长的直线偏振光定义为强度最大方向与强度是最大强度的50％的方向之间的角度。即，指向角是当将射出后的特定波长的直线偏振光的强度最大方向设定为0°时强度是最大强度的50％方向的角度。另外，“正面方向”例如是凸部突出的方向或凹部凹下的方向，其是与排列有凸部或凹部的面垂直的方向。

周期结构对波长λ_a的光的指向角进行限制，但并不是说波长λ_a的光全部都是以狭角射出。例如，在后述的图37所示的例中，向偏离了强度最大方向的角度(例如20°～70°)的方向也稍许射出波长λ_a的光。但是，整体上来说，波长λ_a的出射光集中在0°～20°的范围，指向角被限制。

周期结构与常规的衍射光栅不同，其具有比光的波长λ_a短的周期。常 规的衍射光栅使特定波长的光分成0次光(即透射光)、±1次衍射光等多个衍射光来射出。此时，高次衍射光向从0次光的出射方向仅偏离了规定角度的方向射出。该高次衍射光难以实现向狭角布光。换言之，现有的衍射光栅无法将光的指向角限制为规定角度(例如15°左右)。

亚微米结构具有越高的周期性，则越能够提高指向性、发光效率、偏振度和波长选择性。周期结构既可以是偏振光的选择性高的一维周期结构，也可以是能够减小偏振度的二维周期结构。

亚微米结构可以包含多个周期结构。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(轴)互相不同。多个周期结构既可以形成在同一个面内，也可以层叠。发光器件还可以具有多个光致发光层和多个透光层，这些层也可以具有多个亚微米结构。

亚微米结构能够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而与将光致发光层和/或透光层导波的模拟导波模式结合，由此能够高效地使得光致发光层内的光致发光材料激发。激发光在空气中的波长λ_ex和光致发光层对该激发光的折射率n_wav-ex例如满足λ_ex/n_wav-ex＜D_int＜λ_ex的关系。在亚微米结构包含周期结构的情况下，周期结构的周期p_a也可以满足λ_ex/n_wav-ex＜p_a＜λ_ex。激发光的波长λ_ex例如为450nm，但也可以为比可见光短的波长。当激发光的波长在可见光的范围内时，也可以与光致发光层所发出的光一起射出激发光。

(作为本申请的基础的认识)

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。

本申请的发明者们首先认为：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Γ根据费米的黄金法则，由下述的式(1)表示。

r是表示位置的矢量，λ是光的波长，d是偶极矢量，E是电场矢量，ρ是状态密度。在除了一部分结晶性物质以外的多数物质中，多个偶极矢量d的方向随机分布。另外，在光致发光层的尺寸与厚度足够大于光的波长的 情况下，电场E的大小也不依赖于方向而大致固定。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Γ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。

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。本申请的各种实施方式的发光器件通过在光致发光层内激发模拟导波模式，由此来增强特定方向的电场成分。对于用于此的构成进行研究，以下对经分析后的结果进行详细说明。

本申请的发明者们认为要使用电场强的导波模式对发光进行控制。

首先，对含有光致发光材料的波导进行了研究。这里，作为导波结构的简便的构成，着眼于平板型波导。平板型波导是指平板状的波导。图38是示意性地表示平板型波导110S的一个例子的立体图。波导110S形成在透明基板140上。在波导110S的折射率高于透明基板140的折射率时，存在光在波导110S内传播的导波模式。在该平板型波导110S含有光致发光材料的情况下，由光致发光材料产生的发光的电场与导波模式的电场大幅重合，能够使发光的大部分与导波模式结合。进而，在将光致发光层的厚度设定为发光的波长程度的情况下，能够制造出仅存在导波模式的状况。

但是，如果仅采用这种方式，则由于发光为导波模式，发光几乎无法由波导向正面方向射出。于是，本申请的发明者们认为要将含有光致发光材料的波导与周期结构组合起来。

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，由于周期结构的作用而产生模拟导波模式。模拟导波模式是被周期结构限制了导波特性(例如电场分布)的导波模式。模拟导波模式是与导波模式同样地，通过将发光封闭在波导内而增强了向特定方向的电场的模式。但是，模拟导波模式与导波模式不同，由于与周期结构进行相互作用，能够通过衍射效果使模拟导波模式的光转换为特定方向的传播光，向波导的外部射出。在模拟导波模式中，电场振幅的波腹例如以与周期结构的周期相同的周期产生。由于除了将模拟导波模式以外的光封闭在波导内的效果小，因此与除了模拟导波模式以外的模式相关的电场不被增强。因此， 大部分的发光与具有大电场成分的模拟导波模式结合。根据以上的机理，能够实现具有指向性的光源。

模拟导波模式通过导波模式的电场与周期结构相互作用来形成。例如，即使在光致发光层包含多个层的情况下，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由光致发光材料形成，只要光致发光层的至少一部分区域含有光致发光材料就行。

形成周期结构的介质例如为吸收少的电介质。通过由非金属形成周期结构，能够防止阻碍模拟导波模式形成的等离子体共振的发生。通过由吸收少的介质形成周期结构，能够减少阻碍发光的增大的吸收。

(第一实施方式)

以下，参照附图，对本申请的第一实施方式的发光器件进行说明。

[1.发光器件]

图1A是示意性地表示第一实施方式的发光器件100的构成例的立体图。

发光器件100具有光致发光层110和多个透光构件120。光致发光层110是波导的一个例子，多个透光构件120是透光层的一个例子。通过排列在光致发光层110上的透光构件120，形成周期结构。

在图1A所示的例子中，周期结构包含向y方向延伸的条纹状的多个凸部，这些凸部等间隔地排列在x方向上。该周期结构在一维方向上具有周期性。图1B是将该发光器件100用与xz面平行的平面切断时的剖视图。由透光构件120形成的周期结构具有周期p。此时，面内方向的具有波数k_wav的模拟导波模式被转换为向波导的外部传播的光，该波数k_out能够以下述的式(2)来表示。

式(2)中的m为整数，表示衍射的次数。

这里，为了简化起见，设定为在波导的内部和外部分别近似地成立下述的式(3)和(4)。

在这些式子中，λ_a是光在空气中的波长，n_wav-a是波导的折射率，θ_wav是在波导的内部传播的光的传播角，n_out是出射侧的介质(例如，透明基板或空气)的折射率，θ_out是由波导的外部射出的光的出射角。传播角θ_wav和出射角θ_out均为相对于正面方向的角度。由式(2)～(4)可导出下述的式(5)的关系。

n_outsinθ_out＝n_wav-asinθ_wav-mλ_a/p (5)

在式(5)中，n_wav-asinθ_wav＝mλ_a/p成立时，θ_out＝0，可以使光向正面方向射出。

另外，为了实现模拟导波模式，除了满足上述的式(5)以外，还有几项制约条件。

第一，为了使发光在波导内传播，需要使发光全反射。用于此的条件以下述的式(6)来表示。

n_out＜n_wav-asinθ_wav (6)

第二，为了使模拟导波模式的光被周期结构衍射并射出到波导之外，在式(5)中需要使-1＜sinθ_out＜1。因此，需要满足下述的式(7)。

第三，为了使由波导射出的光的方向为正面方向，在式(5)中需要设定为θ_out＝0。即，需要满足下述的式(8)。

p＝mλ_a/(n_wav-asinθ_wav) (8)

根据式(6)和式(8)以及sinθ_wav-a＜1，成立下述的式(9)。

在设置了如图1A和图1B所示的周期结构的情况下，由于m为2以上的高次衍射效率低，因此也可以以m＝1的一次衍射光为重点进行设计。在这种情况下，例如可以将周期p设计为满足通过在式(9)中设m＝1而得出的下述的式(10)。

如图1A和图1B所示，在光致发光层110不与透明基板接触的情况下，n_out为空气的折射率(约1.0)。因此，例如可将周期p设计为满足通过在式(10)中设n_out＝1而得出的下述的式(11)。

图1C和图1D是示意性地表示第一实施方式的发光器件100a的构成例的立体图和剖视图。发光器件100a具备透明基板140、配置在透明基板140上的光致发光层110和透光构件120。就发光器件100a而言，在透明基板140的折射率n_s大于空气的折射率的情况下，可将周期p设计为满足通过在式(10)中设n_out＝n_s而得出的下述的式(12)。

另外，式(11)、(12)假定了在式(9)中m＝1的情况，但次数m也可以是2以上。

例如，如图1A和图1B所示的发光器件100那样，在发光器件100的两面与空气层(即n_out＝1)接触的情况下，对于作为1以上的任意整数的m可将周期p设定为满足下述的式(13)。

例如，如图1C和图1D所示的发光器件100a那样，在光致发光层110形成于透明基板140之上的情况下，对作为1以上的任意整数的m可将周期p设定为满足下述的式(14)。

因此，通过以周期p满足式(9)～(14)中的至少一个的方式来设计周期结构，可使指向性高的光由光致发光层向正面方向射出。

[2.通过计算进行的验证]

[2-1.周期和波长依赖性]

本申请的发明者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Cybernet公司的DiffractMOD的计算来进行。这里，对光由正面方向射入了发光器件时光致发光层所产生的光的吸收度进行计算，根据该光的吸收度求出由光致发光层向正面方向射出的光的增强度。向外部进入了光致发光层内的光在光致发光层内与模拟导波模式结合而被光致发光层吸收这一过程对应于：与光致发光层发光、该发光与模拟导波模式结合并向外部射出的过程相反的过程。另外，对光由外部进入了光致发光层内时光致发光层内的电场分布进行计算，由此求出模拟导波模式的电场分布。

作为计算模型，使用了如图1A所示那样具有分别向y方向延伸的多个凸部在x方向上以规定间隔排列而成的一维周期结构的结构体。周期结构的截面设定为图1B所示那样的矩形。将光致发光层的膜厚设定为1μm，将光致发光层的折射率设定为n_wav-a＝1.8，将透光构件的高度设定为50nm，将透光构件的折射率设定为n_p＝1.5。光的偏振设定为具有与y方向平行的电场成分的TM模式。

图2示出分别改变发光波长和周期结构的周期来计算向正面方向射出的光的增强度的结果。图2中，光的增强度的大小以颜色的明暗来表示，越暗则光的增强度越大。由图2的结果可知：光的增强度的峰存在于波长与周期的某个特定组合中。

图3示出在m＝1和m＝3的情况下满足式(9)的区域。比较图2与图3可知：图2中的峰位置存在于m＝1和m＝3中的任一区域内。m＝1的峰强度强于m＝3的峰强度。这是因为，一次衍射光的衍射效率比三次以上的高次衍射光高。图2中不存在m＝2的峰是因为，周期结构中的二次衍射光的衍射效率低。

图2中光的增强度的峰以多条线来表示，在图3所示的m＝1和m＝3的各自区域之中存在多条线。这可以认为是因为存在多个模拟导波模式。

[2-2.厚度依赖性]

图4示出分别改变发光波长和光致发光层(即波导)的厚度来计算向正面方向射出的光的增强度的结果。

除了使光致发光层的厚度变化这一点和将周期结构的周期固定为400nm这一点以外，以与2-1节中所示出的条件相同的条件进行了计算。

由图4可知：在光致发光层的厚度为特定值时，光的增强度达到峰值。

图5A示出对在光的波长为600nm、光致发光层的厚度为238nm的情况下向x方向导波的模式的电场分布进行了计算的结果。图5B示出对在光的波长为600nm、光致发光层的厚度为539nm的情况下向x方向导波的模式的电场分布进行了计算的结果。上述这些中的任一种情况均相当于在图4中出现了光的增强度的峰的条件。图5C示出对在光的波长为600nm、光致发光层的厚度为300nm的情况下向x方向导波的模式的电场分布进行了计算的结果。其相当于在图4中未出现光的增强度的峰的条件。各图中，越暗的区域则电场强度越高。

比较图5A～5C可知：在t＝238nm、539nm的情况下存在示出了高电场强度的区域，而在t＝300nm的情况下整体上电场强度低。这是因为，在t＝238nm、539nm的情况下存在模拟导波模式，光被较强地封闭。在图5A和5B中，在每个透光层120内和正下方存在电场强度最大的部分(波腹)，产生了与周期结构相关的电场。即，产生了根据周期结构来导波的模式。另外，比较图5A和5B可知：上述模式是z方向的电场的波节(白色部分)的数目仅差一个的模式。

[2-3.偏振依赖性]

为了确认偏振依赖性，除了光的偏振是具有与y方向垂直的电场成分的TE模式这一点以外，以与2-1节相同的条件对光的增强度进行了计算。图6示出该计算的结果。图6所示的峰位置与图2所示的峰位置相比，虽然稍有不同，但出现在图3所示的m＝1和m＝3的区域内。因此，能够确认模拟导波模式对于TM模式、TE模式中的任一偏振都可产生。

[2-4.二维周期结构]

对周期结构具有二维方向的周期性的情况进行了计算。

图7A表示在x方向和y方向上具有周期性的周期结构的一部分。该周期结构是通过在光致发光层上以方格图案状排列多个透光构件120’而形成的。图中的黑色区域表示凸部，白色区域表示凹部。

这样的二维周期结构在x方向与y方向这两方向产生衍射。具体来说，对于仅在x方向的衍射和仅在y方向的衍射而言，与一维方向的衍射类似，但也存在具有x方向成分和y方向成分这两者的方向(例如斜45°方向)的 衍射。因此，预测通过二维周期结构可得到与一维周期结构不同的结果。

图7B示出对与二维周期结构相关的光的增强度进行了计算的结果。计算模型除了周期结构的形状以外是与2-1节相同的条件。在图7B中观测到的光的增强度的峰包含图2所示的峰和图6所示的峰。即，在图7B中出现了光的偏振为TM模式时产生的光的增强度的峰以及光的偏振为TE模式时产生的光的增强度的峰。该结果示出了：二维周期结构不仅能够对TM模式的光，而且还能够对TE模式的光通过衍射转换来进行输出。

在二维周期结构中，就x方向和y方向这两方向也产生满足一次衍射条件的衍射。由这样的衍射产生的衍射光向与周期p的倍(即，2^1/2倍)的周期相对应的角度的方向射出。因此，可以认为光的增强度除了示出与周期p相对应的峰以外，还示出与周期相对应的峰。在图7B中也观测到了这样的峰。

作为二维周期结构，不限于图7A所示那样的x方向和y方向的周期相等的四方点阵的结构。例如，周期结构也可以是图18A所示那样的排列了六边形的凸部或凹部的结构，还可以是图18B所示那样的排列了三角形的凸部或凹部的结构。另外，在周期结构中，周期也可以在每个方向上都不同，例如周期结构还可以是周期在x方向和y方向上不同的结构。

[3.各种条件]

对改变与光致发光层、透光构件、透明基板有关的各种条件时的效果进行说明。

[3-1.透光层的折射率]

对形成周期结构的透光构件的折射率进行了研究。

图8和9示出改变发光波长和透光构件的折射率来计算向正面方向输出的光的增强度的结果。

图8中，除了使透光构件的折射率n_p变化这一点和使光致发光层的膜厚为200nm并将周期结构的周期固定为400nm这一点以外，以与2-1节相同的条件进行了计算。图9中，除了使透光构件的折射率n_p变化这一点和将周期结构的周期固定为400nm这一点以外，以与2-1节相同的条件进行了计算。

图8和9中，光的增强度示出峰的波长伴随着透光构件的折射率n_p的 变化，向长波长侧位移。光致发光层的膜厚为1000nm时(图9)的峰值波长的位移量小于膜厚为200nm时的位移量(图8)。这是可以认为是因为下述那样的理由。模拟导波模式的光所感知的有效折射率n_eff由在该光分布的区域中的介质的折射率分布来确定。模拟导波模式的光分布于光致发光层和透光构件中。因此，光致发光层的膜厚越厚，则分布在透光构件内的光的比例相对越低，透光构件的折射率n_p的变化对有效折射率n_eff的影响越小。其结果是，光致发光层的膜厚越厚，则峰值波长的位移量越小。

图8和9中，透光构件的折射率n_p越高，则光的增强度的峰越宽，其峰值越低。这是因为，透光构件的折射率n_p越高，则封闭光的效果越减少(即Q值越低)，模拟导波模式的光之中向外部散逸的部分的比例越增高。

为了较高地保持光的增强度的峰值，例如可以将透光构件的折射率n_p设定为光致发光层的折射率n_wav-a以下。由此，Q值增高，光的放大率的峰值增高。在光致发光层含有除了光致发光材料以外的其他材料的情况下，也可以通过调整这次其他材料的折射率来调整光的放大率的峰值。

图8和9中，在透光构件的折射率n_p与光致发光层的折射率n_wav-a＝1.8相等的情况下，也观测到了模拟导波模式。因此，即使在透光构件与光致发光层为相同材料的情况下，换言之，即使在光致发光层于其主面上具有凸部或凹部的情况下，也能够得到与本实施方式中进行说明的各种效果相同的效果。

[3-2.周期结构的高度]

对周期结构的高度进行了研究。以下的例子中，透光构件的高度相当于周期结构的高度。

图10和11示出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。

图10中，除了使透光构件的高度变化这一点和将周期结构的周期固定为400nm这一点以外，以与2-1节相同的条件进行了计算。图11中，除了使透光构件的高度变化这一点、将透光构件的折射率设定为n_p＝2.0这一点和将周期结构的周期固定为400nm这一点以外，以与2-1节相同的条件进行了计算。

图10中，如果周期结构的高度超过某个程度，则光的增强度的峰值、 峰的拓宽无变化(即Q值被维持)。另一方面，图11中，周期结构的高度越大，则光的增强度的峰值越降低，峰的拓宽越增大(即Q值越降低)。这可以认为是因为如下所述的理由。在光致发光层的折射率n_wav-a高于透光构件的折射率n_p的情况(图10)下，光在光致发光层与透光构件的界面处全反射。因此，模拟导波模式的电场之中仅向透光构件溢出的部分(即瞬逝场；倏逝场)与周期结构相互作用。瞬逝场在距离光致发光层与透光构件的界面某个程度的区域，相对于距界面的距离的变化的电场强度的变化小。因此，在周期结构的高度足够大的区域，瞬逝场与周期结构的相互作用的大小不依赖于周期结构的高度的变化，几乎固定。另一方面，在光致发光层的折射率n_wav-a低于周期结构的折射率n_p的情况下(图11)，光在光致发光层与透光构件的界面不发生全反射而到达周期结构。因此，周期结构的高度越大，则光与周期结构的相互作用越大。

图11中，在周期结构的高度为150nm以下的区域，可得到足够的Q值。因此，在光致发光层的折射率n_wav-a低于周期结构的折射率n_p的情况下，周期结构的高度例如可以设定为150nm以下。

[3-3.偏振方向]

对于偏振方向进行了研究。

图12示出改变发光波长和透光构件的折射率来计算向正面方向输出的光的增强度的结果。图12中，除了光的偏振是具有与y方向垂直的电场成分的TE模式这一点以外，以与图9所示的例子相同的条件进行了计算。

在光的偏振为TE模式的情况下(图12)，与TM模式的情况(图9)相比，在透光构件的折射率n_p大于光致发光层的折射率n_wav-a的区域，光的增强度的峰值的降低和峰的拓宽增大(即Q值大幅降低)。这是因为，TE模式的电场与TM模式的电场相比，容易从光致发光层与透光构件的界面溢出，因此容易受周期结构影响。

[3-4.光致发光层的折射率]

对于光致发光层的折射率进行了研究。

图13示出改变发光波长和透光构件的折射率来计算向正面方向输出的光的增强度的结果。图13中，除了将光致发光层的折射率n_wav-a设定为1.5这一点以外，以与图9所示的例子相同的条件进行了计算。

如图13所示，在光致发光层的折射率n_wav-a为1.5的情况下，也得到了大致与图9相同的效果。但是，图13中，波长为600nm以上的光并未向正面方向射出。这是因为，在λ_a≥600nm时，mλ_a/n_wav-a≥1×600nm/1.5＝400nm＝p，不满足式(9)的关系。

由3-2节和3-4节的分析可知：在透光构件的折射率为光致发光层的折射率以下的情况下，或者在透光构件的折射率为光致发光层的折射率以上并且透光构件高度为150nm以下的情况下，能够增大Q值并增大光的放大率的峰值。

[3-5.透明基板]

如图1C和图1D所示，在将透明基板140以与光致发光层110相接触的方式设置的情况下，可将周期p设定为满足式(14)。

图14示出在折射率为1.5的透明基板140上以与2-1节相同的条件设置了光致发光层110和透光构件120时的计算的结果。图14中，与图2的结果类似地，在某个特定波长与周期的某个特定的组合中，出现了光的增强度的峰。但是，图14中出现峰的区域不同于图2的结果。

图15示出在m＝1和m＝3的情况下满足式(14)的区域。可知图14中峰的位置出现在图15所示的m＝1和m＝3中的任一区域内。

该结果证实了：对于在透明基板140上设置了光致发光层110和透光构件120的发光器件100a而言，当周期结构的周期p满足式(14)和/或式(12)时，可以得到模拟导波模式。

[4.变形例]

以下，对本实施方式的变形例进行说明。另外，本实施方式也可以包含通过将以下所示的各种变形例组合而得到的方案。

[4-1.具有激发光源的发光装置]

图16示出具备图1A、1B所示的发光器件100和射出激发光的光源180的发光装置200的构成例。

由光源180射出的激发光的波长典型地是紫外或者蓝色区域的波长，但不限于此，根据光致发光层110所含有的光致发光材料来适当确定。

图16中，光源180配置在光致发光层110的下侧，激发光射入光致发光层110的下表面。但是，光源180的配置和激发光的入射面不限于该例 子。例如，激发光也可以射入光致发光层110的上表面。激发光还可以由除了与光致发光层110的主面(例如上表面或下表面)垂直的方向以外的方向射入光致发光层110。当激发光以在光致发光层110内发生全反射的角度斜向射入时，能够更高效地发光。

另外，本申请中，“上表面”和“下表面”这些用语被用于区别层状构件的两个主面。这些用语并不限定发光器件使用时的朝向。

存在通过使激发光与模拟导波模式结合来高效地使光射出的方法。图17A～图17D是用于说明那样的方法的图。图17A和17B所示的发光器件在透明基板140上形成有光致发光层110和透光构件120。图17A中，与图1C和1D同样地，分别向y方向延伸的多个透光构件120在x方向上以周期p_x排列。图17B中，多个透光构件120在x方向上以周期p_x并且在y方向上以周期p_y被排列为矩阵状。

周期p_x例如以满足在上述式(9)中将p置换成了p_x的条件的方式来确定。

周期p_y例如以满足将m设定为1以上的整数、将激发光的波长设定为λ_ex、将出射侧的介质的折射率设定为n_out的下述的式(15)的方式来确定。这里，出射侧的介质是指与光致发光层110接触的至少一个介质(其中，除掉透光层120)之中折射率最高的介质。

图17B的例子中，n_out为透明基板140的折射率n_s。在如图16那样未设置透明基板140的例子中，n_out为空气的折射率(约1.0)。在周期p_y以满足式(15)的方式来确定时，能够高效地将激发光转换为模拟导波模式。

式(15)中，当m＝1时，可得到下述的式(16)。在周期p_y以满足该式(16)的方式来确定时，能够更高效地将激发光转换为模拟导波模式。

通过将激发光高效地转换为模拟导波模式，可使激发光高效地被光致发光层110吸收。

图17C和图17D分别示出当对图17A和图17B所示的发光器件射入 光时按照每个波长计算光被吸收的比例的结果。在该计算中，假定发光的波长λ_wav-a为约600nm、激发光的波长λ_ex为约450nm的情况，并设计为p_x＝365nm、p_y＝265nm。光致发光层110的消光系数设定为0.003。

图17D中，在波长为约450nm的位置和波长为约600nm位置出现了高吸收峰。这些吸收峰表示：射入了的光被有效地转换为模拟导波模式，被光致发光层高效地吸收。该结果证实了：具有这些波长的发光和激发光在光致发光层中被有效地转换为模拟导波模式。

通过在x方向和y方向分别具有不同的周期成分的二维周期结构，能够提高激发效率并且提高发光的出射强度。

另外，图17A、17B中使激发光由透明基板140的下侧射入，但也可以是由周期结构侧射入。

具有多个不同周期成分的二维周期结构例如可以是图18A或图18B所示那样的结构。图18A和图18B所示的周期结构在多个轴方向上具有周期成分(图中轴1～3)。因此，能够对各个轴向分配不同的周期。这些各个周期既可以设定为用于提高多个波长的发光的指向性，也可以设定为用于使激发光被高效地吸收。在任一情况下，都以满足式(9)或式(15)的方式来设定各周期都。

[4-2.具有周期结构的透明基板]

如图19A和图19B所示，可在透明基板140上表面形成周期结构，在其之上设置光致发光层110。图19A中，透明基板140在上表面具有由凹凸形成的周期结构，以追随该周期结构的方式形成了光致发光层110。其结果是，在光致发光层110的上表面也形成了相同周期的周期结构。图19B中，以使光致发光层110的上表面平坦的方式进行了处理。就这些构成例而言，例如通过将周期结构的周期p设定为满足式(14)，也能够实现指向性高的发光。

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。这里，将透明基板140的折射率设定为n_p＝1.5，将透明基板140的上表面的一维周期结构的高度设定为50nm，将其周期设定为400nm。将光致发光层110的膜厚设定为1000nm，将光致发光层110的折射率设定为n_wav-a＝1.8，将光致发光层110的上表面的一维 周期结构的高度设定为50nm，将周期设定为400nm。透明基板140的上表面的一维周期结构和光致发光层110的上表面的一维周期结构形状相同，向y方向延伸的多个凸部排列在x方向上。光的偏振为具有与y方向平行的电场成分的TM模式。本计算的结果示出在图19C中。在本计算中，也以满足式(14)的条件的周期观测到了光强度的峰。

[4-3.粉体]

根据上述实施方式，通过调整周期结构的周期、光致发光层的膜厚能够增强任意波长的发光。例如，当为图1A、1B所示的发光器件100时，即使光致发光材料在宽带域发光的情况下，也能够仅增强某个特定波长的光。因此，不要求高指向性的用途中也可利用本实施方式的发光器件100。

例如，如图20所示，可将分别具有图1A、1B所示的结构的粉末用作荧光材料。进而，还可将该粉末埋入树脂、玻璃等。

当粉末都具有形状相同的周期结构时，仅能够增强某个特定波长。因此，难以实现具有宽波长区域的光谱的发光(例如白色发光)。于是，通过将周期结构的周期、光致发光层的膜厚等条件不同的多个发光器件100作为粉末来混合，能够实现具有宽波长区域的光谱的发光装置。在这种情况下，例如各发光器件100的长度方向的尺寸为例如数μm～数mm左右，其中例如具有几个周期～数百周期的一维或二维周期结构。

[4-4.周期不同的多个周期结构的排列]

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以二维排列而成的例子的俯视图。在图21中，排列有三种周期结构120r、120g、120b。周期结构120r、120g、120b例如以分别向正面射出红、绿、蓝的波长区域的光的方式来设定周期。这样，通过在光致发光层上配列周期不同的多个结构，能够对于宽波长区域的光谱发挥高指向性。另外，多个周期结构的构成不限于上述那些，可以任意设定。

各周期结构120r、120g和120b的尺寸(即，一边的长度)例如为周期的三倍以上。例如，一边的长度可以小于1mm。各周期结构的形状可以是长方形、三角形或六边形。

可以在周期结构120r、120g和120b之下分别设置示出红、绿、蓝的发光的光致发光层。或者，也可以在周期结构120r、120g和120b之下设 置共通的光致发光层。

[4-5.周期朝向不同的多个周期结构的排列]

图22A是表示排列了凸部延伸方向不同的多个一维周期结构(包含周期结构120h、120i和120j)的例子的俯视图。在多个周期结构的周期相同的情况下，可以得到特定波长区域的非偏振光。在多个周期结构的周期不同的情况下，可以得到非偏振的白色光。图22B是表示排列了排列方向不同的多个二维周期结构(包含周期结构120k、120m和120n)的例子的俯视图。

[4-6.周期结构的层叠]

图23示出了发光器件的一个例子，该发光器件具有各自在表面形成了周期结构的多个光致发光层110层叠而成的结构。在多个光致发光层110之间设置有透明基板140。图23所示的例子在三个光致发光层110之上分别形成有周期不同的周期结构。这些周期被设定为分别向正面射出红、蓝、绿的波长区域的光。并且，在各光致发光层110内含有与这些波长区域相对应的光致发光材料。这样，通过将具有周期不同的周期结构的多个层进行层叠，能够对于宽波长区域的光谱发挥指向性。

另外，光致发光材料的种类、周期结构和层数不限于上述那些，可以任意地设定。例如，也可以以使具有第一周期结构的第一光致发光层与具有第二周期结构的第二光致发光层隔着透光性基板相对置的方式来配置。在这种情况下，只要对于各层满足式(14)就行。在光致发光层为三层以上的情况下也是同样的。各层的周期结构也可以形状相同。在这种情况下，对于特定波长区域能够提高发光强度。

[4-7.保护层]

图24是表示在光致发光层110与透光构件120之间设置了保护层150的构成例的剖视图。在保护层150的折射率低于光致发光层110的折射率时，保护层的膜厚例如设定为发光的波长的一半以下。由此，向保护层150溢出的光的电场能够到达透光构件120，形成模拟导波模式。另一方面，在保护层150的折射率为光致发光层110的折射率以上时，由于光经由保护层150到达透光构件120，因此对保护层150没有厚度的制约。但是，在这种情况下，为了提高光的增强效果，也可以将保护层150设计得较薄。这 是因为，保护层150越薄，则模拟导波模式的光的越多部分会分布在光致发光层110中。

保护层150与透光构件120可以由相同材料形成。此时，具有周期结构的透光层兼为保护层。进而，透光层120的折射率例如也可以小于光致发光层110。

[4-8.具有周期结构的光致发光层]

图25示出光致发光层110具有周期结构的发光器件。该发光器件具备或不具备基板140都行。图26示出图25所示的光致发光层110。

例如，假定周期结构为一维周期结构并且满足上述的式(5)的情况。此时，根据上述的式(5)可以得出θ_out＝arcsin[(n_wav-a×sinθ_wav-mλ/p)/n_out]。因此，通常来说，如果波长λ不同，则光的出射角θ_out不同。由此，该发光器件根据观察方向，能够目测到的光的颜色不同。

为了减少该视场依赖性，例如可以对光致发光层110的材料和外侧的介质进行选择，以使(n_wav-a×sinθ_wav-mλ/p)/n_out与波长λ无关而固定。此时，例如可以考虑n_wav-a和n_out的波长分散性。例如，在外部的介质为空气的情况下，折射率n_out与波长无关而大致为1.0。在这种情况下，例如选择折射率n_wav-a的波长分散小的材料作为光致发光层110的材料。光致发光层110的材料例如也可以具有对更短波长的光折射率变低那样的逆分散(反频散)。

[4-9.透镜和棱镜]

图27示出在光的出射侧配置了微透镜130的阵列的发光器件。通过微透镜130的阵列，能够使向斜向射出的光弯向正面方向。

图27所示的发光器件具有区域R1、R2和R3。区域R1具有周期结构120r，周期结构120r例如使红色光R向正面方向射出、使绿色光G向斜向射出。此时，微透镜130通过其折射作用使向斜向射出的绿色光G折射向正面方向。其结果是，在法线方向上，可以观察到红色光R与绿色光G的混色。这样，通过设置微透镜130，可以抑制具有不同波长的光的出射角的偏差。

图27例示出了多个微透镜130一体化而成的微透镜阵列，但不限于此。

光学器件也可以具备柱状透镜(lenticular lens)来代替微透镜阵列作为 使向斜向射出的光弯曲的光学器件。这样的光学器件既可以是棱镜也可以是棱镜阵列。例如，也可以与周期结构相对应地分别配置棱镜。棱镜的形状不特别限制。棱镜也可以是例如三角棱镜或者金字塔型棱镜。

[4-10.光致发光层的层叠]

图28A示出发光波长不同的多个光致发光层110b、110g、110r层叠而成的发光器件。由此，可以得到白色光。层叠的顺序不限于图示的例子。如图28B所示，可以在发出蓝色光的光致发光层110b之上配置发出黄色光的光致发光层110y。光致发光层110y也可以含有例如YAG。

单一光致发光层也可以含有发光波长不同的多个光致发光材料。这些光致发光材料例如分散在基质材料中。由此，例如发光器件可以发出白色光。

[4-11.防扩散层、低折射率层和晶体生长层]

例如，如图29A～29D所示，发光器件也可以在光致发光层之下具备防扩散层108。由此，例如在为了形成光致发光层110而进行热处理(例如超过1000℃)的情况下，防扩散层108能够阻止杂质由基板向光致发光层110扩散。由此，可以防止发光特性降低。

例如，如图29A所示，可以在基板140与光致发光层110之间配置防扩散层108。如图29B所示，也可以在光致发光层110a之下形成防扩散层108a，在光致发光层110b之下配置防扩散层108b。

当基板140的折射率为光致发光层110的折射率以上时，如图29C和29D所示，也可以在基板140之上配置低折射率层107。图29C所示的例子在低折射率层107与光致发光层110之间，还配置有防扩散层108。图29D所示的例子在光致发光层110a之下配置防扩散层108a，在光致发光层110b之下配置形成防扩散层108b。

低折射率层107的折射率低于光致发光层110的折射率。低折射率层107例如使用MgF₂、LiF、CaF₂、BaF₂、SrF₂、石英、树脂、HSQ-SOG等常温固化玻璃来形成。低折射率层107的厚度例如大于光的波长。作为基板140的材料的例子，可列举出：MgF₂、LiF、CaF₂、BaF₂、SrF₂、玻璃(例如碱石灰玻璃)、树脂、MgO、MgAl₂O₄、蓝宝石(Al₂O₃)、SrTiO₃、LaAlO₃、TiO₂、Gd₃Ga₅O₁₂、LaSrAlO₄、LaSrGaO₄、LaTaO₃、SrO、YSZ(ZrO₂-Y₂O₃)、 YAG、Tb₃Ga₅O₁₂。

防扩散层108、108a、108b的材料根据防止扩散的对象的元素来适当选择。防扩散层108、108a、108b的材料例如使用共价键合性强的氧化物晶体、氮化物晶体来形成。防扩散层108、108a、108b的厚度例如分别为50nm以下。

就使用无机材料形成的光致发光层110而言，由于无机材料的结晶性低，因此有时光致发光层110的发光特性低。为了提高构成光致发光层110的无机材料的结晶性，图30A所示的发光器件在光致发光层110之下具备晶体生长层(即籽晶层)106。晶体生长层106的材料是与构成光致发光层110的晶体晶格匹配的材料。晶格匹配是例如晶格不匹配度在±5％以内。

当基板140的折射率大于光致发光层110的折射率时，可以将晶体生长层106或106a的折射率设计为小于光致发光层110的折射率。

图30B所示的发光器件具备配置在基板140上的低折射率层107和配置在低折射率层107上的晶体生长层106。图30C所示的发光器件具备配置在光致发光层110a之下的晶体生长层106a和配置在光致发光层110b之下的晶体生长层106b。晶体生长层106、106a和106b的厚度例如分别为50nm以下。

[4-12.表面保护层]

图31A和31B所示的发光器件具备用于保护周期结构的表面保护层132。在图31A和31B所示的例子中，表面保护层132覆盖透光构件120，表面保护层132的上表面平坦。图31A所示的发光器件不具有基板，图31B所示的发光器件具有基板。图31A所示的发光器件还可以在光致发光层110之下具备表面保护层。在图31A和31B中，例如透光构件120可以是与光致发光层110相同的材料。换言之，也可以在光致发光层110形成有周期结构。

作为表面保护层132的材料的例子，例如可以列举出：树脂、硬涂材料、SiO₂、Al₂O₃(氧化铝)、SiOC、DLC。表面保护层132的厚度例如为100nm～10μm。

表面保护层132保护周期结构不受伤、水分、氧、酸、碱和/或热的影响。由此，可以抑制发光器件劣化。

[4-13.导热层]

图32A所示的发光器件在光致发光层110与基板140之间具备具有透光性的导热层105。导热层105使光致发光层110的热高效地向外部传导。由此，能够抑制发光器件的温度上升，能够抑制发光器件的劣化。

导热层105的折射率例如低于光致发光层110的折射率。或者，当基板140的折射率低于光致发光层110的折射率时，导热层105的折射率也可以高于光致发光层110的折射率。在这种情况下，导热层105的厚度例如为50nm以下。导热层105的材料可以考虑基板140的折射率来进行适当选择。

图32B所示的发光器件在光致发光层110与导热层105之间具备低折射率层107。在这种情况下，能够增大导热层105的膜厚。

图32C所示的发光器件具备具有高导热率的低折射率层107，低折射率层107覆盖周期结构。图32D所示的发光器件具备：图32C所示的发光器件中的覆盖周期结构的低折射率层107；以及覆盖低折射率层107的具有透光性的导热层105。

作为导热层105的材料，例如可以列举出：Al₂O₃、MgO、Si₃N₄、ZnO、AlN、Y₂O₃、金刚石、石墨烯、CaF₂、BaF₂。在这些材料之中，CaF₂、BaF₂也可以作为低折射率层107来利用。

[5.材料]

形成周期结构的构件可以使用任意材料。

在光致发光层具有除了光致发光材料以外的介质(例如基质材料)的情况下，该介质的材料例如可以是光的吸收性较低的电介质。透光层的材料例如可以是光的吸收性较低的电介质。通过这些材料，能够提高封闭光的效果(即Q值增加)，增大光的放大率的峰值。

作为电介质的例子，例如可以列举出：MgF₂(氟化镁)、LiF(氟化锂)、CaF₂(氟化钙)、SiO₂(石英)、玻璃、树脂、MgO(氧化镁)、ITO(氧化铟锡)、TiO₂(氧化钛)、SiN(氮化硅)、Ta₂O₅(五氧化钽)、ZrO₂(氧化锆)、ZnSe(硒化锌)、ZnS(硫化锌)等。

例如，透光层的折射率可以是1.3～1.5左右，其材料可以是MgF₂、LiF、CaF₂、SiO₂、玻璃或树脂。

光致发光材料包括荧光材料和磷光材料，包括无机材料和有机材料(例如色素)，也包括块状半导体和量子点(即，半导体微粒)。

作为以蓝色发光的荧光材料的例子，可以使用M₁₀(PO₄)₆Cl₂:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺、M₃MgSi₂O₈:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、M₅SiO₄Cl₆:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)。作为以绿色发光的荧光材料，例如可以列举出：M₂MgSi₂O₇:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、SrSi₅AlO₂N₇:Eu²⁺、SrSi₂O₂N₂:Eu²⁺、BaAl₂O₄:Eu²⁺、BaZrSi₃O₉:Eu²⁺、M₂SiO₄:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、BaSi₃O₄N₂:Eu²⁺、Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺、Ca₃SiO₄Cl₂:Eu²⁺、CaSi_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n:Ce³⁺、β-SiAlON:Eu²⁺。

作为以红色发光的荧光材料的例子，可以列举出：CaAlSiN₃:Eu²⁺、SrAlSi₄O₇:Eu²⁺、M₂Si₅N₈:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、MSiN₂:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、MSi₂O₂N₂:Yb²⁺(M＝选自Sr和Ca中的至少一种)、Y₂O₂S:Eu³⁺、Sm³⁺、La₂O₂S:Eu³⁺、Sm³⁺、CaWO₄:Li¹⁺、Eu³⁺、Sm³⁺、M₂SiS₄:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、M₃SiO₅:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)。

作为以黄色发光的荧光材料的例子，可以列举出：Y₃Al₅O₁₂:Ce³⁺、CaSi₂O₂N₂:Eu²⁺、Ca₃Sc₂Si₃O₁₂:Ce³⁺、CaSc₂O₄:Ce³⁺、α-SiAlON:Eu²⁺、MSi₂O₂N₂:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、M₇(SiO₃)₆Cl₂:Eu²⁺(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)。

作为量子点的例子，可列举出，CdS量子点、CdSe量子点、核壳型CdSe/ZnS量子点、合金型CdSSe/ZnS量子点。根据量子点的材质和尺寸，可以得到多种发光波长。作为量子点的矩阵的例子，例如可列举出玻璃、树脂。

透明基板由透光性材料构成。透明基板的折射率例如低于光致发光层的折射率。

作为透明基板的材料的例子，例如可以列举出：MgF₂(氟化镁)、LiF(氟化锂)、CaF₂(氟化钙)、SiO₂(石英)、玻璃、树脂。

另外，当激发光不经由基板射入光致发光层时，基板也可以不透明。

[6.制造方法]

对制造方法的各种例子进行说明。

图1C、1D所示的发光器件100a例如通过如下的方法来制造。首先，在透明基板140上形成光致发光层110(例如薄膜)。光致发光层110例如通过蒸镀、溅射或涂布荧光材料来形成。接着，透光材料(例如电介质)成膜在光致发光层110之上，然后通过例如光刻来进行图案化(布图)。由此，形成多个透光构件120，得到周期结构。

周期结构也可以通过纳米压印代替上述方法来形成。就图25所示的发光器件而言，也可以通过加工光致发光层110的一部分来形成周期结构。在该情况下，周期结构通过光致发光层110来形成。

图1A、1B所示的发光器件100例如通过在制作了发光器件100a之后从基板剥除由光致发光层110和透光构件20形成的结构体来得到。另外，基板也可以不是透明基板。

图19A所示的发光器件例如通过如下的方法来制造。首先，在透明基板140的一部分形成周期结构。周期结构例如通过半导体工艺、纳米压印等来形成。接着，在周期结构之上形成光致发光层110。光致发光层110例如通过蒸镀、溅射来形成。由此，在光致发光层110的上表面生成周期结构。或者，光致发光层110例如通过涂布来形成。由此，周期结构的凹部埋入光致发光层110，得到图19B所示的发光器件。

另外，上述制造方法为一个例子，本申请的发光器件不限于上述制造方法。

[7.实验例]

作为本实施方式的发光器件，试制具有与图19A相同的构成的发光器件的样品，对特性进行评价。

样品按照下述那样制作。在玻璃基板的表面形成周期为400nm、高度为40nm的条纹状的凸部(即一维周期结构)。在玻璃基板之上，形成210nm的光致发光材料YAG:Ce膜。图33示出样品的截面TEM像。

以LED的光(波长为450nm)来激发该样品，对由样品向正面方向射出的发光的光谱进行了测定。具体来说，对出射光之中与条纹状的凸部延伸的方向平行的直线偏振光成分(TM模式成分)的光谱以及出射光之中与条纹状的凸部排列的方向垂直的直线偏振光成分(TE模式成分)的光谱进 行了测定。为了比较，使用以除了不具有周期结构以外都相同的条件制作而成的样品，对测定了出射光的光谱进行了测定。

图34示出这些光谱。在发光器件具有周期结构的情况下，与不具有周期结构的情况相比，特定波长的光的强度显著增强。TM模式成分与TE模式成分相比，光的增强效果大。

图35A是表示TM模式直线偏振光的方向、发光器件所具有的一维周期结构的条纹朝向和发光器件的旋转方向的示意图。在该测定中，以一维周期结构的凸部延伸方向作为旋转轴来使发光器件旋转。角度θ相当于：检测出射光的方向与发光器件的正面方向所成的角。图35B和图35C分别示出了与TM模式成分的光谱的出射角依赖性有关的测定结果和计算结果。

图35D是表示TE模式直线偏振光的方向、发光器件所具有的一维周期结构的条纹朝向和发光器件的旋转方向的示意图。旋转方向和角度θ与图35A同样地确定。图35E和图35F分别示出了与TE模式成分的光谱的出射角依赖性有关的测定结果和计算结果。

图36A是表示TE模式直线偏振光的方向、发光器件所具有的一维周期结构的条纹朝向和发光器件的旋转方向的示意图。在该测定中，以与一维周期结构的凸部排列的方向平行的方向作为旋转轴来使发光器件旋转。角度θ相当于：检测出射光的方向与发光器件的正面方向所成的角。图36B和图36C分别示出了与TE模式成分的光谱的出射角依赖性有关的测定结果和计算结果。

图36D是表示TM模式直线偏振光的方向、发光器件所具有的一维周期结构的条纹朝向和发光器件的旋转方向的示意图。旋转方向和角度θ与图36A同样地确定。图36E和图36F分别示出了与TM模式成分的光谱的出射角依赖性有关的测定结果和计算结果。

由图35A～35F和图36A～36F可知：TM模式成分与TE模式成分相比，被增强的效果更高。即，射出了以TM模式偏振的光。另外，被增强的光的波长根据出射角而位移。例如，对于波长为610nm的光，向正面方向指向性高地发光。另外，图35B与图35C、图35E与图35F、图36B与图36C、图36E与图36F各自的测定结果与计算结果一致。由此，通过实验证实了上述计算的正确性。

图37示出了图36D所示的配置和旋转方向波长为610nm的TM模式成分的强度的角度依赖性。如图37所示，在正面方向(θ＝0°)的附近，产生强的光的增强；在其他角度中，光几乎未被增强。在图37中，向正面方向射出的光的指向角小于15°。进而，由于所射出的光的主要成分为TM模式成分，因此实现了偏振发光。

以上的实验中，光致发光材料是在广范围的波段发光的YAG:Ce，但就算是发出窄范围的光的材料，也能够对该波长的光实现高指向性和偏振发光。进而，在使用了那样的光致发光材料的情况下，能够防止其他波长成分的光向除了正面方向以外的方向射出，能够避免产生其他偏振状态的光。

(第二实施方式)

以下，参照附图，对本申请的第二实施方式的发光器件进行说明。以下，以第二实施方式与第一实施方式的区别点为主来进行说明，有时会省略与第一实施方式重复的说明。第二实施的方式不仅包含以下所说明的构成，还可以包含由以下所说明的构成与在第一实施方式中进行了说明的构成组合而得到的构成。

[1.发光器件]

图39是表示发光器件100d的构成例的剖视示意图。

发光器件100d具备具有周期结构的光致发光层110d。换言之，周期结构通过光致发光层110d与空气层的界面来形成。空气层是透光层的一个例子。

光致发光层110d具有整体上弯曲了的形状。光致发光层110d的上表面为凹面，光致发光层110d下表面为凸面。

这里，“凹面”是指忽略由于周期结构所产生的凹凸而得到的实质凹面。例如，当将形成在光致发光层主面的多个凸部之间连接的区域包含在一个虚拟凹面内时，该光致发光层的主面被视为是实质凹面。例如，当形成在光致发光层主面的多个凸部的顶面包含在一个虚拟凹面内时，该光致发光层的主面被视为是实质凹面。

凹面例如也可以是通过使圆弧状或椭圆弧状的平面曲线旋转而得到的曲面。或者，凹面例如还可以是抛物面。

周期结构沿着光致发光层110d的凹面来形成。该周期结构包含多个凸 部。多个凸部各自的顶面110t既可以是平面状也可以是曲面状。当多个凸部的顶面110t为曲面时，这些顶面110t例如也可以包含在虚拟上的凹面内。

光致发光层110d的周期结构与在第一实施方式中进行了说明的周期结构同样地，能够限制光致发光层110d所发出的光的指向角。例如，波长为λ_a的光向凸部的顶面110t的法线方向射出。

在图39中，周期结构所包含的多个凸部沿着光致发光层110d的凹面配置，由此，多个顶面110t以向光致发光层110d的凹面的中央部变低的方式倾斜。换言之，与光致发光层110d的凸面中的中央部接触的切面Lg和凸部的顶面110t上的某个点Pt之间的距离H会随着点Pt靠近光致发光层110d的凹面的中央部而减少。

根据该构成，向凸部的顶面110t的法线方向射出的光线从光致发光层110d的凸面与切面Lg的切点通过，并且以靠近与切面Lg垂直的法线N的方式前进。即，通过使光致发光层110d具有弯曲了的形状，能够将特定波长的光集中。

由光致发光层110d射出的光以相对于凸部的顶面110t的法线方向为中心，具有微小的指向角。因此，出射光包含向偏离了凸部的顶面110t的法线方向的方向射出的成分。但是，这些成分也可以通过弯曲了的光致发光层110d向靠近法线N的方向前进。其结果是，可以提高发光的指向性。

通过提高发光的指向性，例如能够使得接受由发光器件射出的光的光学部件小型化。

[2.变形例]

以下，对本实施方式的变形例进行说明。另外，本实施方式还可以包括通过将以下所示的各种变形例组合而得到的方式。

[2-1.透光层]

图40示出具有弯曲了的光致发光层110d和排列在光致发光层110d上的多个透光构件120d的发光器件。多个透光构件120d是透光层的一个例子。多个透光构件120d例如由光的吸收性低的电介质形成。

图40中，周期结构通过由透光构件120d的上表面和侧面以及光致发光层110d的上表面之中从透光构件120d露出了的区域来形成。作为其他例子，发光器件也可以具有弯曲了的光致发光层和具有周期结构的透光层。

另外，就图40的发光器件而言，当透光构件120d与光致发光层110d由相同材料形成时，该发光器件相当于图39的发光器件100d。

图40所示的透光构件120d与光致发光层110d接触，但透光构件120d也可以远离光致发光层110d。当透光构件120d的折射率大于光致发光层110d的折射率时，透光构件120d与光致发光层110d之间的距离可以任意设计。当透光构件120d的折射率小于光致发光层110d的折射率时，周期结构与光致发光层110d之间的距离可以设计为光的波长λ_a的一半以内。

[2-2.透明基板]

图41示出具有光致发光层110d和支撑光致发光层110d的透明基板140e的发光器件。图41中，光致发光层110d与透明基板140e共同弯曲。即，发光器件100e的截面形状与参照图39进行了说明的例子同样地，整体上为圆弧状。透明基板140e的材料和特性例如可以与在第一实施方式中进行了说明的那些相同。

就图41所示的例而言，光致发光层110d具有周期结构，但也可以将参照图40进行了说明的发光器件100d配置在透明基板140e上。

如图19A和19B所示，透明基板140也可以例如具有周期结构。

[2-3.中间层]

图42示出在光致发光层110d与透光构件120d之间配置了中间层的发光器件。中间层例如可以是参照图24进行了说明的保护层。中间层也可以包含材料不同的多个层。

图43示出在光致发光层110d与透明基板140e之间配置了中间层160的发光器件100f，该中间层160形成了周期结构。图43中，中间层160具有周期结构，在中间层160之上形成有光致发光层110d。其结果是，在光致发光层110d的表面，以追随中间层160的周期结构的方式形成有周期结构。另外，光致发光层110d的表面也可以与图19B所示的例子同样地被平滑化。

中间层160也可以由与构成透明基板140e的材料不同的材料形成。例如，可以是透明基板140e由蓝宝石形成，中间层160由石英(SiO₂)形成。

另外，图43中的中间层160是具有多个凸部的连续了的一个层，但中间层例如也可以由远离地排列的多个构件构成。

[2-4.其他变形例]

通过使第一实施方式和其变形例中进行了说明的各种发光器件弯曲，从而能够得到本实施方式的发光器件。

发光器件既可以具备例如图29A～29D所示那样的防扩散层，也可以具备图32A和32B所示那样的具有透光性的导热层。发光器件也可以具备例如图31A和31B所示那样的表面保护层。

[3.制造方法]

对发光器件的制造方法的各种例子进行说明。

首先，准备透明基板。接着，例如通过溅射、溶胶凝胶法、CVD法，在透明基板上形成含有光致发光材料的膜。之后，在还原气氛下或者在空气中对该膜进行烧成。在光致发光材料为无机材料的情况下，能够通过烧成来提高其结晶性。在透明基板为石英基板的情况下，烧成温度例如为950℃～1200℃左右。另外，在透明基板为碱石灰玻璃基板的情况下，膜的烧成也可以使用激光、等离子体等来进行。

在烧成的过程中，膜的体积收缩。此时，膜不仅在膜的厚度方向上收缩，也在沿着与基板的接触面的方向上收缩。由此，透明基板和膜以使透明基板的一对主面之中形成有膜的主面为凹面的方式弯曲。其结果是，能够得到弯曲了的光致发光层和弯曲了的透明基板的层叠体。

之后，对光致发光层的表面进行加工，由此形成周期结构。通过以上的方法，可以得到图42所示那样的具有透明基板的发光器件。

也可以在光致发光层上形成电介质膜、对电介质膜进行图案化来代替对光致发光层的表面进行加工。由此，例如能够形成包含周期结构的透光层。

周期结构例如也可以通过纳米压印来形成。

还可以将光致发光层或由光致发光层与透光层形成的层叠体从透明基板剥离。由此，能够得到如图39或图40所示那样的不具有基板的发光器件。

在透明基板上形成层之前，也可以例如使用半导体工艺、纳米压印等在透明基板上形成周期结构。周期结构还可以通过对透明基板的表面进行加工来形成。或者，也可以在透明基板的表面形成材料与透明基板不同的 膜，通过对该膜进行图案化或纳米压印来形成周期结构。由此，能够得到例如图43所示那样的具有中间层的发光器件。

也可以使光致发光层的表面平滑化。

[4.弯曲的测定例]

制作具有弯曲了的光致发光层的发光器件的样品，对其表面的形状进行了测定。

样品在透明基板上具有光致发光层，但在光致发光层未形成周期结构。该样品的表面的形状例如相当于在图41所示的发光器件100e之中忽略由于周期结构所产生的凹凸而得到的实质凹面的形状。

样品如以下那样制作。首先，准备15mm见方大小的石英基板。石英基板的厚度为0.5mm。接着，在石英基板上形成光致发光材料YAG:Ce的膜(厚度：大约300nm)。之后，在还原气氛下，以烧成温度为大约1000℃、烧成时间为4小时的条件，对YAG:Ce膜进行烧成。其结果是，得到具有石英基板和光致发光层的层叠结构的样品。

接着，使用布鲁克公司制的台阶仪(Stylus Profiler)DEKTAK XT(“DEKTAK”是布鲁克纳米股份有限公司的注册商标)对所得到的样品的光致发光层的表面形状进行了测定。测定时使用前端的半径为12.5μm的触针。

图44示出样品上的表面形状的测定结果。图44的纵轴以负值来表示当将与光致发光层的上表面的外轮郭接触的虚拟切面作为基准时切面到光致发光层的上表面的深度。

如图44所示，就该样品而言，上表面的中央附近比上面的端部低1.1μm左右。

就具有与该样品相同程度的弯曲的发光器件而言，发光器件的表面为圆弧，并且当假定所关注的波长的光是由发光器件的表面各点垂直地射出时，由发光器件射出的光汇聚于距发光器件的表面大约25.6m的点。即，可知：根据本申请的实施方式，能够提高发光中的指向性。

(第三实施方式)

以下，参照附图，对本申请的第三实施方式的发光器件进行说明。以下，有时会以第三实施方式与第一实施方式或第二实施方式的区别点为主 来进行说明。

[1.发光器件]

图45示出对发光器件100g的构成例进行表示的示意截面。

发光器件100g具有透明基板和光致发光层。在光致发光层形成有周期结构。发光器件100g中的光致发光层110e的下表面为平坦面，光致发光层110e的上表面为凹面。换言之，发光器件100g的光致发光层110e根据位置而具有不同厚度。在图45所例示的构成中，光致发光层110e的厚度从光致发光层110e的端部朝着中央部减少。

图46示出在光致发光层110e之上配列有多个透光构件120e的发光器件。透光构件120e为透光层的一个例子。透光构件120e例如由光的吸收性低的电介质形成。

图45和46中，透明基板140不弯曲，透明基板140的上表面和下面为平坦面。因此，与透明基板140的上表面相对置的光致发光层110e的下表面也为平坦面。图45和46所示的发光器件也可以不具备透明基板140。

[2.基于光致发光层的厚度分布的效果]

如在第一实施方式的2-2节中进行了说明的那样，就具有周期结构的发光器件而言，通过对光致发光层的厚度进行调整，能够增强任意特定波长的光。因此，如果光致发光层的厚度每个位置均不同，则由光致发光层射出的光的波长也每个位置均不同。

图47和图48将发光器件100g的光致发光层110e的一部分放大表示。图47和图48示出了周期结构所包含的多个凸部之中的两个。图47和图48中，左侧为靠近光致发光层110e的上表面的中央部的一侧，右侧为靠近光致发光层110e的上表面的端部的一侧。

图47中，由右侧的凸部的顶面110t向相对于透明基板140的法线方向较强地射出波长λ_a1的光。另一方面，由左侧的凸部的顶面110t向相对于透明基板140的法线方向较强地射出与波长λ_a1不同的波长λ_a2的光。即，光致发光层110e的厚度从端部朝着中央部减少，由此能够扩大向特定方向(例如，发光器件的正面方向)射出的光的波长范围。

图47中，波长λ_a1的光由左侧的凸部的顶面110t向从透明基板140的法线方向朝着光致发光层110e的上表面的中央部倾斜的方向射出。因此， 通过使光致发光层110e的上表面为凹面，能够使波长λ_a1的光的至少一部分以靠近从光致发光层110e的上表面中心通过并且与光致发光层110e的下表面垂直的法线的方式前进。

图48中，由左侧的凸部的顶面110t向顶面110t的法线方向较强地射出波长λ_a1的光。另一方面，由图的右侧的凸部的顶面110t向顶面110t的法线方向较强地射出与波长λ_a1不同的波长λ_a3的光。因此，通过使光致发光层110e的上表面为凹面，能够使波长不同的光线以靠近从光致发光层110e的上表面中心通过并且与光致发光层110e的下表面垂直的法线的方式前进。由此，多个波长的光被混色，由此可以降低由发光器件射出的光中的颜色不均。

[3.变形例]

以下，对本实施方式的变形例进行说明。另外，本实施方式还可以包含通过组合以下所示的各种变形例而得到的方式。

[3-1.凸形状的光致发光层]

图49示出具有厚度从端部朝着中央部而增加的光致发光层110h的发光器件100h。就图49所例示的构成而言，光致发光层110h的上表面为实质凸面。图49中，光致发光层110h在其上表面具有周期结构。

图48可视为将发光器件100h的光致发光层110h的一部分扩大了的图。此时，图48中，左侧为靠近光致发光层110h的上表面的端部的一侧，右侧为靠近光致发光层110h的上表面的中央部的一侧。

在图48中，由左侧的凸部的顶面110t向顶面110t的法线方向较强地射出波长λ_a1的光。如图48所示，从顶面110t也射出波长与波长λ_a1不同的例如波长λ_a3的光。例如，在光致发光层110h的周期结构为一维周期结构的情况下，波长λ_a3的光相对于顶面110t的法线方向对称地向两个方向射出。向该两个方向射出的光分别对应于衍射次数m为正的光和m为负的光。例如，m为正的光以靠近从光致发光层110h的上表面的中心通过并且与光致发光层110h的下表面垂直的法线的方式前进。另一方面，m为负的光向离开该法线的方向前行。

通过周期结构的设计，对由周期结构射出的衍射光的次数和正负进行控制。因此，通过选择性地使特定次数m的衍射光由光致发光层射出，即 使是根据图49所例示那样的构成，也能够使光汇聚。例如，通过将凸部的各个截面形状设定为梯形状或三角形状等，能够选择出射光的衍射次数。

进而，由图47可知：即使在使用含有示出特定波长的发光的光致发光材料的光致发光层110e的情况下，也能够通过周期结构对所射出的衍射光的次数进行控制，从而实现高指向性。另外，虽然也可以使用滤色器来切割除了特定波长以外的波长的光，但使用适当的光致发光材料对波长进行限制的损失小、因此有利。

图49所示的光致发光层110h例如可以使用溅射来制作。在这种情况下，通过对目标中心与透明基板140的旋转中心的相对位置进行调整，能够对光致发光层110h的厚度施予规定的分布。

[3-2.具有倾斜平面的光致发光层]

图50示出具有厚度从一个端部朝着另一个端部单调递减或单调递增的光致发光层110i的发光器件100i。发光器件100i具有支撑光致发光层110i的透明基板140，但也可以不具有透明基板140。图50中，与透明基板140接触的光致发光层110i的下表面为平坦面。光致发光层110i在其上表面具有周期结构120i。

图50所示的发光器件100i与上述各种发光器件同样地，能够使得特定波长的光线向特定方向射出，能够使这些光线集中。

就图50所示的例子而言，光致发光层110i的厚度从一个端部朝着另一个端部呈直线状地变化。然而，光致发光层110i的上表面既可以是平面状也可以是曲面状。发光器件100i既可以通过对例如图45所示的发光器件100g进行分割来制造，也可以通过对图49所示的发光器件100h进行分割来制造。

[3-3.其他变形例]

通过将在第一实施方式和其变形例以及第二实施方式和其变形例中进行了说明的各种发光器件的光致发光层的上表面变更为凹面、凸面、倾斜面，由此能够得到本实施方式的发光器件。

在图45、图46和图49所示的例子中，光致发光层的上表面为曲面，但光致发光层的上表面例如也可以由多个平面区域构成。

当然，就光致发光层为大致平板状类型的发光器件进行了说明的各种 变更也可以适用于具有根据面内位置而厚度不同的光致发光层类型的发光器件。

产业上的可利用性

本申请的发光器件例如可以适用于照明器具、显示器、投影仪。