發(fā)光器件以及發(fā)光裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的發(fā)光器件(100)具備：光致發(fā)光層(110)；透光層(120)，該透光層(120)以與光致發(fā)光層(110)接近的方式配置；亞微米結構，該亞微米結構形成在光致發(fā)光層(110)和透光層(120)中的至少一者上，并向光致發(fā)光層(110)或透光層(120)的面內擴散；以及多層鏡，該多層鏡與光致發(fā)光層和上述透光層層疊，其中，亞微米結構包含多個凸部或多個凹部，光致發(fā)光層(110)所發(fā)出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，當將相鄰的凸部之間或凹部之間的距離設定為Dint、將上述光致發(fā)光層對上述第一光的折射率設定為nwav?a時，成立λa/nwav?a＜Dint＜λa的關系。
【專利說明】
發(fā)光器件從及發(fā)光裝置
技術領域
[0001] 本申請設及發(fā)光器件W及發(fā)光裝置，特別設及具有光致發(fā)光層的發(fā)光器件W及發(fā) 光裝置。
【背景技術】
[0002] 對于照明器具、顯示器、投影儀之類的光學設備而言，在多種用途中需要向所需的 方向射出光。巧光燈、白色Lm)等所使用的光致發(fā)光材料各向同性地發(fā)光。因此，為了使光僅 向特定方向射出，運種材料與反射器、透鏡等光學部件一起使用。例如，專利文獻1公開了使 用布光板和輔助反射板來確保指向性的照明系統(tǒng)。
[0003] 現(xiàn)有技術文獻
[0004] 專利文獻
[0005] 專利文獻1:日本特開2010-231941號公報
【發(fā)明內容】
[0006] 發(fā)明所要解決的問題
[0007] 本申請?zhí)峁┠軌驅庵掳l(fā)光層的發(fā)光效率、指向性或偏振特性進行控制的具有新 型結構的發(fā)光器件W及具備該發(fā)光器件的發(fā)光裝置。
[0008] 用于解決問題的手段
[0009] 本申請的某個實施方式的發(fā)光器件具有:光致發(fā)光層;透光層，該透光層W與上述 光致發(fā)光層接近的方式配置;亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發(fā)光層和上述透 光層中的至少一者上，并向上述光致發(fā)光層或上述透光層的面內擴散；W及多層鏡，該多層 鏡與上述光致發(fā)光層和上述透光層一起層疊，其中，上述亞微米結構至少包含多個凸部或 多個凹部，當將相鄰的凸部之間或凹部之間的距離設定為化nt、上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光 包括空氣中的波長為Aa的第一光、將上述光致發(fā)光層對上述第一光的折射率設定為nwav-a 時，成立VrW-a<Dint<Aa的關系。
[0010] 上述總的方案或具體的方案可W通過器件、裝置、系統(tǒng)、方法或它們的任意組合來 實現(xiàn)。
[0011] 發(fā)明效果
[0012] 本申請的某些實施方式的發(fā)光器件W及發(fā)光裝置具有新型構成，能夠根據(jù)新的機 理對亮度、指向性或偏振特性進行控制。
【附圖說明】
[0013] 圖IA是表示某個實施方式的發(fā)光器件的構成的立體圖。
[0014] 圖IB是圖IA所示的發(fā)光器件的局部剖視圖。
[0015] 圖IC是表示另一個實施方式的發(fā)光器件的構成的立體圖。
[0016] 圖ID是圖IC所示的發(fā)光器件的局部剖視圖。
[0017] 圖2是表示分別改變發(fā)光波長和周期結構的高度來計算向正面方向射出的光的增 強度的結果的圖。
[0018] 圖3是圖示式(10)中的m=l和m = 3的條件的圖表。
[0019] 圖4是表示改變發(fā)光波長和光致發(fā)光層的厚度t來計算向正面方向輸出的光的增 強度的結果的圖。
[0020] 圖5A是表示厚度t = 238皿時計算向X方向導波（引導光(to guide light))的模式 的電場分布的結果的圖。
[0021] 圖5B是表示厚度t = 539nm時計算向X方向導波的模式的電場分布的結果的圖。
[0022] 圖5C是表示厚度t = 300nm時計算向X方向導波的模式的電場分布的結果的圖。
[0023] 圖6是表示W(wǎng)與圖2的計算相同的條件就光的偏振為具有與y方向垂直的電場成分 的TE模式時計算光的增強度的結果的圖。
[0024] 圖7A是表示二維周期結構的例子的俯視圖。
[0025] 圖7B是表示就二維周期結構進行與圖2相同的計算的結果的圖。
[0026] 圖8是表示改變發(fā)光波長和周期結構的折射率來計算向正面方向輸出的光的增強 度的結果的圖。
[0027] 圖9是表示W(wǎng)與圖8相同的條件將光致發(fā)光層的膜厚設定為1000 nm時的結果的圖。
[0028] 圖10是表示改變發(fā)光波長和周期結構的高度來計算向正面方向輸出的光的增強 度的結果的圖。
[0029] 圖11是表示W(wǎng)與圖10相同的條件將周期結構的折射率設定為np = 2.0時的情況的 計算結果的圖。
[0030] 圖12是表示設定為光的偏振為具有與y方向垂直的電場成分的TE模式來進行與圖 9所示的計算相同的計算的結果的圖。
[0031] 圖13是表示W(wǎng)與圖9所示的計算相同的條件將光致發(fā)光層的折射率nwav變更為1.5 時的情況的結果的圖。
[0032] 圖14是表示在折射率為1.5的透明基板之上設置有與圖2所示的計算相同的條件 的光致發(fā)光層和周期結構時的計算結果的圖。
[0033] 圖15是圖示式(15)的條件的圖表。
[0034] 圖16是表示具備圖1A、1B所示的發(fā)光器件100和使激發(fā)光射入光致發(fā)光層110的光 源180的發(fā)光裝置200的構成例的圖。
[0035] 圖17是用于說明通過使激發(fā)光與模擬導波模式結合來高效地射出光的構成的圖； (a)表示具有X方向的周期化的一維周期結構；（b)表示具有X方向的周期化、y方向的周期Py 的二維周期結構；（C)表示(a)的構成中的光的吸收率的波長依賴性；（d)表示(b)的構成中 的光的吸收率的波長依賴性。
[0036] 圖18A是表示二維周期結構的一個例子的圖。
[0037] 圖18B是表示二維周期結構的另一個例子的圖。
[0038] 圖19A是在透明基板上形成了周期結構的變形例的圖。
[0039] 圖19B是在透明基板上形成了周期結構的另一個變形例的圖。
[0040] 圖19C是表示在圖19A的構成中改變發(fā)光波長和周期結構的周期來計算向正面方 向輸出的光的增強度的結果的圖。
[0041] 圖20是表示混合了多個粉末狀發(fā)光器件的構成的圖。
[0042] 圖21是表示在光致發(fā)光層之上二維地排列周期不同的多個周期結構的例子的俯 視圖。
[0043] 圖22是表示具有表面上形成有凹凸結構的多個光致發(fā)光層110層疊而成的結構的 發(fā)光器件的一個例子的圖。
[0044] 圖23是表示在光致發(fā)光層110與周期結構120之間設置了保護層150的構成例的剖 視圖。
[0045] 圖24是表示通過僅加工光致發(fā)光層110的一部分來形成周期結構120的例子的圖。
[0046] 圖25是表示形成在具有周期結構的玻璃基板上的光致發(fā)光層的截面TEM圖像的 圖。
[0047] 圖26是表示測定試制的發(fā)光器件的出射光的正面方向的光譜的結果的圖表。
[0048] 圖27(a)和(b)是表示測定試制的發(fā)光器件的出射光的角度依賴性的結果(上段） 和計算結果(下段)的圖表。
[0049] 圖28(a)和(b)是表示測定試制的發(fā)光器件的出射光的角度依賴性的結果(上段） 和計算結果(下段)的圖表。
[0050] 圖29是表示測定試制的發(fā)光器件的出射光(波長為610nm)的角度依賴性的結果的 圖表。
[0051 ]圖30是示意性地表示平板型波導的一個例子的立體圖。
[0052] 圖31是表示具有多層鏡的發(fā)光器件的實施方式的圖。
[0053] 圖32A是表示計算多層鏡的高折射率層的厚度和傳播光的波長與反射率之間的關 系的結果的圖。
[0054] 圖32B是表示計算多層鏡的高折射率層的厚度和傳播光的波長與發(fā)光強度之間的 關系的結果的圖。
[0055] 圖33A是表示計算光致發(fā)光層的厚度和傳播光的波長與由周期結構側射出的傳播 光的發(fā)光強度之間的關系的結果的圖。
[0056] 圖33B是表示計算光致發(fā)光層的厚度和傳播光的波長與由透明基板側射出的傳播 光的發(fā)光強度之間的關系的結果的圖。
[0057] 圖34是表示具有多層鏡的發(fā)光器件的另一個例子的圖。
[0058] 圖35是表示計算透明基板的厚度和傳播光的波長與發(fā)光強度之間的關系的結果 的圖。
[0059] 圖36是表示具有多層鏡的發(fā)光器件的又一個例子的圖。
[0060] 圖37是表示具有多層鏡的發(fā)光器件的又一個例子的圖。
[0061] 圖38是表示具有多層鏡的發(fā)光器件的又一個例子的圖。
[0062] 圖39是表示具有多層鏡的發(fā)光器件的又一個例子的圖。
【具體實施方式】
[0063] 對于光學設備而言，當配置反射器、透鏡等光學部件時，需要增大光學設備自身的 尺寸來確保它們的空間，優(yōu)選不用運些光學部件，或者至少使它們小型化。
[0064] 本申請包括W下項目所述的發(fā)光器件W及發(fā)光裝置。
[0065] [項目 U
[0066] -種發(fā)光器件，其具有：
[0067] 光致發(fā)光層；
[0068] 透光層，該透光層W與上述光致發(fā)光層接近的方式配置；W及
[0069] 亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發(fā)光層和上述透光層中的至少一者 上，并向上述光致發(fā)光層或上述透光層的面內擴散，
[0070] 其中，上述亞微米結構包含多個凸部或多個凹部，
[0071] 上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為Aa的第一光，
[0072] 當將相鄰的凸部之間或凹部之間的距離設定為Dint、將上述光致發(fā)光層對上述第 一光的折射率設定為rw-a時，成立Aa/rw-a<^nt < Aa的關系。
[0073] [項目 2]
[0074] 根據(jù)項目1所述的發(fā)光器件，其中，上述亞微米結構包含由上述多個凸部或上述多 個凹部形成的至少一個周期結構，上述至少一個周期結構包含當將周期設定為Pa時成立入a/ nwav-a<Pa<^a的關系的第一周期結構。
[0075] [項目 3]
[0076] 根據(jù)項目1或2所述的發(fā)光器件，其中，上述透光層對上述第一光的折射率nt-a小于 上述光致發(fā)光層對上述第一光的折射率riwav-a。
[0077] [項目 4]
[0078] 根據(jù)項目1~3中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述第一光在由上述亞微米結構 預先確定的第一方向上強度最大。
[0079] [項目 5]
[0080] 根據(jù)項目4所述的發(fā)光器件，其中，上述第一個方向為上述光致發(fā)光層的法線方 向。
[0081 ][項目 6]
[0082] 根據(jù)項目4或5所述的發(fā)光器件，其中，向上述第一個方向射出的上述第一光為直 線偏振光。
[0083] [項目 7]
[0084] 根據(jù)項目4~6中任一項所述的發(fā)光器件，其中，W上述第一光的上述第一個方向 為基準時的指向角小于15°。
[0085] [項目 8]
[0086] 根據(jù)項目4~7中任一項所述的發(fā)光器件，其中，具有與上述第一光的波長Aa不同 的波長Ab的第二光在與上述第一個方向不同的第二方向上強度最大。
[0087] [項目 9]
[0088] 根據(jù)項目1~8中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述透光層具有上述亞微米結構。
[0089] [項目 10]
[0090] 根據(jù)項目1~9中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述光致發(fā)光層具有上述亞微米 結構。
[00川[項目11]
[0092]根據(jù)項目1~8中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述光致發(fā)光層具有平坦的主面，
[0093] 上述透光層形成在上述光致發(fā)光層的上述平坦的主面上，并且具有上述亞微米結 構。
[0094] [項目 12]
[00M]根據(jù)項目11所述的發(fā)光器件，其中，上述光致發(fā)光層被透明基板支撐。
[0096] [項目 13]
[0097] 根據(jù)項目1~8中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述透光層為在一個主面上具有 上述亞微米結構的透明基板，
[0098] 上述光致發(fā)光層被形成在上述亞微米結構之上。
[0099] [項目 14]
[0100] 根據(jù)項目1或2所述的發(fā)光器件，其中，上述透光層對上述第一光的折射率nt-a為上 述光致發(fā)光層對上述第一光的折射率rwv-aW上，上述亞微米結構所具有的上述多個凸部的 高度或上述多個凹部的深度為ISOnmW下。
[0101] [項目 15]
[0102] 根據(jù)項目1和3~14中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述亞微米結構包含由上述 多個凸部或上述多個凹部形成的至少一個周期結構，上述至少一個周期結構包含當將周期 設定為Pa時成立Aa/nwav-a<Pa<Aa的關系的第一周期結構，
[0103] 上述第一周期結構為一維周期結構。
[0104] [項目 16]
[0105] 根據(jù)項目15所述的發(fā)光器件，其中，上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波 長為與Aa不同的Ab的第二光，
[0106] 在將上述光致發(fā)光層對上述第二光上述第二光的折射率設定為nwav-b的情況下，上 述至少一個周期結構還包含當將周期設定為Pb時成立Ab/nwav-b<pb<Ab的關系的第二周期 結構，
[0107] 上述第二周期結構為一維周期結構。
[010引[項目17]
[0109] 根據(jù)項目1和3~14中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述亞微米結構包含由上述 多個凸部或上述多個凹部形成的至少兩個周期結構，上述至少兩個周期結構包含在互相不 同的方向具有周期性的二維周期結構。
[0110] [項目1引
[0111] 根據(jù)項目1和3~14中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述亞微米結構包含由上述 多個凸部或上述多個凹部形成的多個周期結構，
[0112] 上述多個周期結構包含W矩陣狀排列而成的多個周期結構。
[?！璢[項目19]
[0114] 根據(jù)項目1和3~14中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述亞微米結構包含由上述 多個凸部或上述多個凹部形成的多個周期結構，
[0115] 當將上述光致發(fā)光層所具有的光致發(fā)光材料的激發(fā)光在空氣中的波長設定為入ex、 將上述光致發(fā)光層對上述激發(fā)光的折射率設定為nwav-ex時，上述多個周期結構包含周期Pex 成立Aex/rW-ex < Pex <入郎的關系的周期結構。
[0116] [項目 20]
[0117] -種發(fā)光器件，其具有多個光致發(fā)光層和多個透光層，
[0118] 上述多個光致發(fā)光層中的至少兩個和上述多個透光層中的至少兩個各自獨立地 分別相當于項目1~19中任一項所述的上述光致發(fā)光層和上述透光層。
[0119] [項目 2U
[0120] 根據(jù)項目20所述的發(fā)光器件，其中，上述多個光致發(fā)光層與上述多個透光層層疊。 [01別][項目22]
[0122] -種發(fā)光器件，其具有：
[0123] 光致發(fā)光層；
[0124] 透光層，該透光層W與上述光致發(fā)光層接近的方式配置；W及
[0125] 亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發(fā)光層和上述透光層中的至少一者 上，并向上述光致發(fā)光層或上述透光層的面內擴散，
[0126] 上述發(fā)光器件射出在上述光致發(fā)光層和上述透光層的內部形成模擬導波模式的 光。
[0127] [項目 23]
[0128] -種發(fā)光器件，其具備：
[0129] 光能夠導波的導波層；W及
[0130] 周期結構，該周期結構W與上述導波層接近的方式配置，
[0131 ]其中，上述導波層具有光致發(fā)光材料，
[0132] 在上述導波層中，由上述光致發(fā)光材料發(fā)出的光存在一邊與上述周期結構作用一 邊導波的模擬導波模式。
[0133] [項目 24]
[0134] -種發(fā)光器件，其具有：
[013日]光致發(fā)光層；
[0136] 透光層，該透光層W與上述光致發(fā)光層接近的方式配置；W及
[0137] 亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發(fā)光層和上述透光層中的至少一者 上，并向上述光致發(fā)光層或上述透光層的面內擴散，
[0138] 其中，上述亞微米結構包含多個凸部或多個凹部，
[0139] 當將相鄰的凸部之間或凹部之間的距離設定為Dint、將上述光致發(fā)光層所具有的 光致發(fā)光材料的激發(fā)光在空氣中的波長設定為Aex、將在到達上述光致發(fā)光層或上述透光層 的光路中所存在的介質之中折射率最大的介質對上述激發(fā)光的折射率設定為nwav-ex時，成 AL 火 ex/Owav-ex <Dint<心的關系。
[0140] [項目 25]
[0141] 根據(jù)項目24所述的發(fā)光器件，其中，上述亞微米結構包含由上述多個凸部或上述 多個凹部形成的至少一個周期結構，上述至少一個周期結構包含當將周期設定為Pex時成立 入ex/riwav-ex < Pex < 的關系的第一周期結構。
[0142] [項目 26]
[0143] 一種發(fā)光器件，其具有：
[0144] 透光層；
[0145] 亞微米結構，該亞微米結構形成在上述透光層上，并向上述透光層的面內擴散；W 及
[0146] 光致發(fā)光層，該光致發(fā)光層W與上述亞微米結構接近的方式配置，
[0147] 其中，上述亞微米結構包含多個凸部或多個凹部，
[0148] 上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為Aa的第一光，
[0149] 上述亞微米結構包含由上述多個凸部或上述多個凹部形成的至少一個周期結構，
[0150] 當將上述光致發(fā)光層對上述第一光的折射率設定為nwav-a、將上述至少一個周期結 構的周期設定為Pa時，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的關系。
[0151] [項目 27]
[0152] -種發(fā)光器件，其具有：
[0153] 光致發(fā)光層；
[0154] 透光層，該透光層具有比上述光致發(fā)光層高的折射率;W及
[0155] 亞微米結構，該亞微米結構形成在上述透光層上，并向上述透光層的面內擴散，
[0156] 其中，上述亞微米結構包含多個凸部或多個凹部，
[0157] 上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為Aa的第一光，
[0158] 上述亞微米結構包含由上述多個凸部或上述多個凹部形成的至少一個周期結構，
[0159] 當將上述光致發(fā)光層對上述第一光的折射率設定為nwav-a、將上述至少一個周期結 構的周期設定為Pa時，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的關系。
[0160] [項目 28]
[0161] -種發(fā)光器件，其具有：
[0162] 光致發(fā)光層；W及
[0163] 亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發(fā)光層上，并向上述光致發(fā)光層的面 內擴散，
[0164] 其中，上述亞微米結構包含多個凸部或多個凹部，
[0165] 上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為Aa的第一光，
[0166] 上述亞微米結構包含由上述多個凸部或上述多個凹部形成的至少一個周期結構，
[0167] 當將上述光致發(fā)光層對上述第一光的折射率設定為nwav-a、將上述至少一個周期結 構的周期設定為Pa時，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的關系。
[016引[項目29]
[0169] 根據(jù)項目1~21和24~28中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述亞微米結構包含上 述多個凸部和上述多個凹部運兩者。
[0170] [項目 30]
[0171] 根據(jù)項目1~22和24~27中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述光致發(fā)光層與上述 透光層互相接觸。
[OW][項目別]
[0173] 根據(jù)項目23所述的發(fā)光器件，其中，上述導波層與上述周期結構互相接觸。
[0174] [項目 32]
[0175] 一種發(fā)光裝置，其具備項目1~31中任一項所述的發(fā)光器件和向上述光致發(fā)光層 照射激發(fā)光的激發(fā)光源。
[0176] [項目 33]
[0177] -種發(fā)光器件，其具有：
[0178] 光致發(fā)光層；
[0179] 透光層，該透光層W與上述光致發(fā)光層接近的方式配置；
[0180] 亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發(fā)光層和上述透光層中的至少一者 上，并向上述光致發(fā)光層或上述透光層的面內擴散；W及
[0181 ]多層鏡，該多層鏡與上述光致發(fā)光層和上述透光層一起層疊，
[0182] 其中，上述亞微米結構至少包含多個凸部或多個凹部，
[0183] 上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包含空氣中的波長為Aa的第一光，
[0184] 當將相鄰的凸部之間或凹部之間的距離設定為Dint、將上述光致發(fā)光層對上述第 一光的折射率設定為rW-a時，成立Aa/rW-a<^nt < Aa的關系。
[0185] [項目 34]
[0186] 根據(jù)項目33所述的發(fā)光器件，其中，上述多層鏡包含多個低折射率層W及具有比 上述多個低折射率層高的折射率的多個高折射率層，
[0187] 各低折射率層和各高折射率層交互地層疊。
[018引[項目35]
[0189] 根據(jù)項目34所述的發(fā)光器件，其中，上述多個低折射率層和上述多個高折射率層 的折射率分別為nL和M，上述多個低折射率層和上述多個高折射率層的厚度分別為tML和 tMH，mR為任意的正整數(shù)，滿足下述式：
[0190] (2mR-1.2)人a/ (4化）《tML《（2mR-0.8)人a/ (4化）
[0191] (2mR-1.2)入a/ (4加）《tMH《（2mR-0.8)入a/ (4加）。
[01W][項目 36]
[0193] 根據(jù)項目33~35中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述多個高折射率層由與上述 光致發(fā)光層相同的材料形成。
[0194] [項目 37]
[01M]根據(jù)項目35所述的發(fā)光器件，其中，上述HiR為1。
[0196] [項目3引
[0197] 根據(jù)項目33~37中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述透光層具有上述亞微米結 構，
[0198] 上述光致發(fā)光層位于上述透光層與上述多層鏡之間。
[0199] [項目 39]
[0200] 根據(jù)項目33~37中任一項所述的發(fā)光器件，其還包含位于上述多層鏡與上述光致 發(fā)光層之間的調整層。
[0201] [項目 40]
[0202] 根據(jù)項目33~37中任一項所述的發(fā)光器件，其還具備支撐上述光致發(fā)光層的透明 基板和調整層，
[0203] 其中，上述光致發(fā)光層具有平坦的主面，
[0204] 上述透光層形成于上述光致發(fā)光層的上述平坦的主面上，并具有上述亞微米結 構，
[0205] 上述調整層覆蓋上述透光層并位于上述光致發(fā)光層上，
[0206] 上述多層鏡位于上述調整層上。
[0207] [項目 41]
[0208] 根據(jù)項目33~39中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述透光層是在表面具有上述 亞微米結構的透明基板，
[0209] 上述光致發(fā)光層W填埋上述亞微米結構的方式位于上述透明基板的表面，
[0210] 上述多層鏡位于上述光致發(fā)光層上。
[0別。[項目42]
[0212] 根據(jù)項目41所述的發(fā)光器件，其中，上述光致發(fā)光層的位于與上述透明基板相反 一側的主面是平坦的。
[0213] [項目4引
[0214] 根據(jù)項目41所述的發(fā)光器件，其中，上述光致發(fā)光層的位于與上述透明基板相反 一側的主面具有追隨上述亞微米結構的多個凸部或多個凹部的凹凸形狀，
[0215] 上述多層鏡具有追隨上述亞微米結構的多個凸部或多個凹部的凹凸形狀。
[0216] [項目 44]
[0217] 根據(jù)項目33~43中任一項所述的發(fā)光器件，其具備包含上述光致發(fā)光層和上述透 光層的透光性結構體，
[0218] 其中，上述多層鏡與上述透光性結構體互相接觸，在上述多層鏡與上述透光性結 構體的界面部分，上述透光性結構體的折射率比上述多層鏡的折射率大，
[0219] HlT為任意的正整數(shù)，上述透光性結構體在上述層疊方向上的有效光路長（又稱為 光通道有效長度)dT滿足下述式：
[0220] (4mT-1 ) Aa/(8nwav-a) <山< (4mT+1) Aa/(8rwv-a)。
[02別][項目45]
[0222] 根據(jù)項目33~43中任一項所述的發(fā)光器件，其具備包含上述光致發(fā)光層和上述透 光層的透光性結構體，
[0223] 其中，上述多層鏡與上述透光性結構體互相接觸，在上述多層鏡與上述透光性結 構體的界面部分，上述透光性結構體的折射率比上述多層鏡的折射率小，
[0224] HiT為任意的正整數(shù)，上述透光性結構體在上述層疊方向上的有效光路長山滿足下 述式：
[022引（4mT-3) Aa/ ( 8nwav-a ) < 山 < (4mT-1) Aa/ (8rwv-a)。
[0226] [項目 46]
[0227] 根據(jù)項目44或45所述的發(fā)光器件，其中，上述HiT是1。
[022引[項目47]
[02巧]一種發(fā)光器件，其具有：
[0230] 透光層；
[0231] 亞微米結構，該亞微米結構形成在上述透光層上，并向上述透光層的面內擴散；
[0232] 光致發(fā)光層，該光致發(fā)光層W與上述亞微米結構接近的方式配置;W及
[0233] 多層鏡，該多層鏡與上述光致發(fā)光層和上述透光層一起層疊，
[0234] 其中，上述亞微米結構包含多個凸部或多個凹部，
[0235] 上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為Aa的第一光，
[0236] 上述亞微米結構至少包含由上述多個凸部或上述多個凹部形成的至少一個周期 結構，
[0237] 當將上述光致發(fā)光層對上述第一光的折射率設定為nwav-a、將上述至少一個周期結 構的周期設定為Pa時，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的關系。
[023引[項目48]
[0239] -種發(fā)光器件，其具有：
[0240] 光致發(fā)光層；
[0241] 透光層，該透光層具有比上述光致發(fā)光層高的折射率；
[0242] 亞微米結構，該亞微米結構形成在上述透光層上，并向上述透光層的面內擴散；W 及
[0243] 多層鏡，該多層鏡與上述光致發(fā)光層和上述透光層一起層疊，
[0244] 其中，上述亞微米結構至少包含多個凸部或多個凹部，
[0245] 上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為Aa的第一光，
[0246] 上述亞微米結構至少包含由上述多個凸部或上述多個凹部形成的至少一個周期 結構，
[0247] 當將上述光致發(fā)光層對上述第一光的折射率設定為nwav-a、將上述至少一個周期結 構的周期設定為Pa時，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的關系。
[0248] [項目 49]
[0249] 根據(jù)項目33~47中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述光致發(fā)光層與上述透光層 互相接觸。
[0巧0][項目50]
[0251] 一種發(fā)光器件，其具有：
[0252] 光致發(fā)光層；
[0253] 亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發(fā)光層上，并向上述光致發(fā)光層的面 內擴散;W及
[0254] 多層鏡，該多層鏡與上述光致發(fā)光層一起層疊，
[02W] 其中，上述亞微米結構至少包含多個凸部或多個凹部，
[0256] 上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為Aa的第一光，
[0257] 上述亞微米結構至少包含由上述多個凸部或上述多個凹部形成的至少一個周期 結構，
[025引當將上述光致發(fā)光層對上述第一光的折射率設定為nwav-a、將上述至少一個周期結 構的周期設定為Pa時，成立Aa/nwav-a < Pa < Aa的關系。
[0巧9][項目5U
[0260] 根據(jù)項目33~50中任一項所述的發(fā)光器件，其中，上述亞微米結構包含上述多個 凸部和上述多個凹部運兩者。
[0261] [項目 52]
[0262] 一種發(fā)光裝置，其具備項目33~51中任一項所述的發(fā)光器件和向上述光致發(fā)光層 照射激發(fā)光的激發(fā)光源。
[0263] 本申請的實施方式的發(fā)光器件具備:光致發(fā)光層;透光層，該透光層W與上述光致 發(fā)光層接近的方式配置；W及亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發(fā)光層和上述透 光層中的至少一者上，并向上述光致發(fā)光層或上述透光層的面內擴散，其中，上述亞微米結 構包含多個凸部或多個凹部，當將相鄰的凸部之間或凹部之間的距離設定為化nt、上述光致 發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為Aa的第一光、將上述光致發(fā)光層對上述第一光的折 射率設定為rw-a時，成立VrW-a<Dint<Aa的關系。波長Aa例如在可見光的波長范圍內（例 如380nm W 上且780nm W 下）。
[0264] 光致發(fā)光層包含光致發(fā)光材料。光致發(fā)光材料是指接受激發(fā)光而發(fā)光的材料。光 致發(fā)光材料包括狹義的巧光材料和憐光材料，不僅包括無機材料，也包括有機材料(例如色 素），還包括量子點（即，半導體微粒）。光致發(fā)光層除了光致發(fā)光材料W外，還可W包含基質 材料(即，主體材料）。基質材料例如為玻璃、氧化物等無機材料、樹脂。
[0265] W與光致發(fā)光層接近的方式配置的透光層由對于光致發(fā)光層所發(fā)出的光透射率 高的材料形成，例如由無機材料、樹脂形成。透光層例如優(yōu)選由電介質(特別是光的吸收少 的絕緣體)形成。透光層例如可W為支撐光致發(fā)光層的基板。另外，在光致發(fā)光層的空氣側 的表面具有亞微米結構的情況下，空氣層可W為透光層。
[0266] 對于本申請的實施方式的發(fā)光器件而言，如后面參照計算結果和實驗結果所詳述 的那樣，由于形成在光致發(fā)光層和透光層中的至少一者上的亞微米結構(例如周期結構）， 在光致發(fā)光層和透光層的內部形成獨特的電場分布。運是導波光與亞微米結構相互作用形 成的，可W將其表示為模擬導波模式。通過利用該模擬導波模式，如W下所說明的那樣，能 夠得到光致發(fā)光的發(fā)光效率增大、指向性提高、偏振光的選擇性效果。另外，W下的說明中， 有時使用模擬導波模式運一用語來對本申請的
【發(fā)明人】們發(fā)現(xiàn)的新型構成和/或新的機理進 行說明，但該說明不過是一種例示性的說明，任何意義上來說都不是要限定本申請。
[0267] 亞微米結構例如包含多個凸部，當將相鄰的凸部之間的距離（即，中屯、間距離）設 定為Dint時，滿足Aa/rWv-a<Dint<Aa的關系。亞微米結構也可W包含多個凹部來代替多個凸 部。W下，為了簡化起見，W亞微米結構具有多個凸部的情況進行說明。A表示光的波長，入a 表示空氣中的光的波長。rwv是光致發(fā)光層的折射率。在光致發(fā)光層為混合有多種材料的介 質的情況下，將各材料的折射率W各自的體積比率加權而得到的平均折射率設定為nwav。通 常折射率n依賴于波長，因此優(yōu)選將對Aa的光的折射率表示為rwv-a，但有時為了簡化起見會 省略。rwv基本上是光致發(fā)光層的折射率，但在與光致發(fā)光層相鄰的層的折射率大于光致發(fā) 光層的折射率的情況下，將該折射率大的層的折射率和光致發(fā)光層的折射率W各自的體積 比率加權而得到的平均折射率設定為nwav。運是因為，運種情況光學上與光致發(fā)光層由多個 不同材料的層構成的情況等價。
[026引當將介質對模擬導波模式的光的有效折射率設定為neff時，滿足na<neff<rwv。運 里，na是空氣的折射率。如果認為模擬導波模式的光為在光致發(fā)光層的內部一邊W入射角0 全反射一邊傳播的光，則有效折射率rief f可寫作nef f = rwvS i n 0。另外，有效折射率nef f由存在 于模擬導波模式的電場分布的區(qū)域中的介質的折射率確定，因此例如在透光層形成了亞微 米結構的情況下，不僅依賴于光致發(fā)光層的折射率，還依賴于透光層的折射率。另外，由于 根據(jù)模擬導波模式的偏振方向（TE模式和TM模式）的不同，電場的分布不同，因此在TE模式 和TM模式中，有效折射率neff可W不同。
[0269]亞微米結構形成在光致發(fā)光層和透光層中的至少一者上。在光致發(fā)光層與透光層 互相接觸時，也可W在光致發(fā)光層與透光層的界面上形成亞微米結構。此時，光致發(fā)光層和 透光層具有亞微米結構。光致發(fā)光層也可W不具有亞微米結構。此時，具有亞微米結構的透 光層W與光致發(fā)光層接近的方式配置。運里，透光層(或其亞微米結構）與光致發(fā)光層接近 典型而言是指:它們之間的距離為波長Aa的一半W下。由此，導波模式的電場達到亞微米結 構，形成模擬導波模式。但是，在透光層的折射率比光致發(fā)光層的折射率大時，即使不滿足 上述的關系，光也到達透光層，因此透光層的亞微米結構與光致發(fā)光層之間的距離可W超 過波長Aa的一半。本說明書中，在光致發(fā)光層與透光層處于導波模式的電場到達亞微米結 構、形成模擬導波模式那樣的配置關系的情況下，有時表示兩者互相關聯(lián)。
[0270] 亞微米結構如上所述滿足Vrwv-a<Dint<Aa的關系，因此具有大小為亞微米量級 的特征。亞微米結構例如如W下詳細說明的實施方式的發(fā)光器件中那樣，可W包含至少一 個周期結構。至少一個周期結構當將周期設定為Pa時，成立Aa/nwav-a<Pa<Aa的關系。即，亞 微米結構具有相鄰的凸部之間的距離化nt為Pa且固定的周期結構。如果亞微米結構包含周 期結構，則模擬導波模式的光通過一邊傳播一邊與周期結構反復相互作用，被亞微米結構 衍射。運與在自由空間傳播的光通過周期結構而衍射的現(xiàn)象不同，而是光一邊導波（即，一 邊反復全反射)一邊與周期結構作用的現(xiàn)象。因此，即使由周期結構引起的相移?。?，即使 周期結構的高度?。材軌蚋咝У匾鸸獾难苌?。
[0271] 如果利用如上所述的機理，則通過由模擬導波模式增強電場的效果，光致發(fā)光的 發(fā)光效率增大，并且產(chǎn)生的光與模擬導波模式結合。模擬導波模式的光的前進角度僅彎曲 被周期結構規(guī)定的衍射角度。通過利用該現(xiàn)象，能夠向特定方向射出特定波長的光(指向性 顯著提高）。進而，在TE和TM模式中，有效折射率neff(=rwsin0)不同，因此還能夠同時得到 高偏振光的選擇性。例如，如后面實驗例所示，能夠得到向正面方向射出強的特定波長(例 如61 Onm)的直線偏振光(例如TM模式）的發(fā)光器件。此時，向正面方向射出的光的指向角例 如低于15°。另外，指向角設定為將正面方向設成0°的單側的角度。
[0272] 相反，如果亞微米結構的周期性降低，則指向性、發(fā)光效率、偏振度和波長選擇性 變弱。只要根據(jù)需要調整亞微米結構的周期性就行。周期結構既可W為偏振光的選擇性高 的一維周期結構，也可W是能夠減小偏振度的二維周期結構。
[0273] 另外，亞微米結構可W包含多個周期結構。多個周期結構例如周期（間距)互相不 同?；蛘?，多個周期結構例如具有周期性的方向巧由)互相不同。多個周期結構既可W形成在 同一個面內，也可W層疊。當然，發(fā)光器件可W具有多個光致發(fā)光層和多個透光層，它們也 可W具有多個亞微米結構。
[0274] 亞微米結構不僅能夠用于控制光致發(fā)光層所發(fā)出的光，而且還能夠用于將激發(fā)光 高效地導向光致發(fā)光層。即，激發(fā)光被亞微米結構衍射，與將光致發(fā)光層和透光層導波的模 擬導波模式結合，由此能夠高效地激發(fā)光致發(fā)光層。只要使用當將激發(fā)光致發(fā)光材料的光 在空氣中的波長設定為Aex、將光致發(fā)光層對該激發(fā)光的折射率設定為nwav-ex時成立Aex/ rW-ex<Dint < Aex的關系的亞微米結構就行。rW-ex是光致發(fā)光材料對激發(fā)波長的折射率。可 W使用具有當將周期設定為Pex時成立Aex/rW-ex<Pex<Aex的關系的周期結構的亞微米結 構。激發(fā)光的波長Aex例如是45化m，但也可W為比可見光短的波長。在激發(fā)光的波長處于可 見光的范圍內的情況下，也可W設定為與光致發(fā)光層所發(fā)出的光一起射出激發(fā)光。
[0275] [1.作為本申請的基礎的認識]
[0276] 在說明本申請的【具體實施方式】之前，首先，對作為本申請的基礎的認識進行說明。 如上所述，巧光燈、白色Lm)等所使用的光致發(fā)光材料各向同性地發(fā)光，因此為了用光照射 特定方向，需要反射器、透鏡等光學部件。然而，如果光致發(fā)光層自身W指向性地發(fā)光，就不 需要(或者能夠減?。┤缟纤龅墓鈱W部件，由此能夠大幅縮小光學設備或器具的大小。本 申請的
【發(fā)明人】們根據(jù)運樣的設想，為了得到指向性發(fā)光，詳細研究了光致發(fā)光層的構成。
[0277] 本申請的
【發(fā)明人】們首先認為:為了使來自光致發(fā)光層的光偏向特定方向，要使發(fā) 光本身具有特定方向性。作為表征發(fā)光的指標的發(fā)光率r根據(jù)費米的黃金法則，由W下的 式(1)表示。
[027引
[0279] 式（1)中，r是表示位置的矢量，A是光的波長，d是偶極矢量，E是電場矢量，P是狀態(tài) 密度。就除了一部分結晶性物質W外的多種物質而言，偶極矢量d具有隨機的方向性。另外， 在光致發(fā)光層的尺寸和厚度比光的波長足夠大的情況下，電場E的大小也不依賴于朝向而 基本固定。因此，在絕大多數(shù)情況下，<(d-E(r))〉2的值不依賴于方向。即，發(fā)光率r不依賴 于方向而固定。因此，在絕大多數(shù)情況下，光致發(fā)光層各向同性地發(fā)光。
[0280] 另一方面，為了由式（1)得到各向異性的發(fā)光，需要花工夫進行使偶極矢量d匯集 在特定方向或者增強電場矢量的特定方向的成分中的任意一種。通過花工夫進行它們中的 任意一種，能夠實現(xiàn)指向性發(fā)光。在本申請中，利用通過將光封閉在光致發(fā)光層中的效果將 特定方向的電場成分增強的模擬導波模式，對于用于此的構成進行了研究，W下說明詳細 分析的結果。
[0281] [ 2.僅增強特定方向的電場的構成]
[0282] 本申請的
【發(fā)明人】們認為要使用電場強的導波模式對發(fā)光進行控制。通過設定為導 波結構本身含有光致發(fā)光材料的構成，能夠使得發(fā)光與導波模式結合。但是，如果僅使用光 致發(fā)光材料形成導波結構，則由于發(fā)出的光成為導波模式，因此向正面方向幾乎出不來光。 于是，本申請的
【發(fā)明人】們認為要對包含光致發(fā)光材料的波導和周期結構（由多個凸部和多 個凹部中的至少一者來形成)進行組合。在周期結構與波導接近、光的電場一邊與周期結構 重疊一邊導波的情況下，通過周期結構的作用，存在模擬導波模式。即，該模擬導波模式是 被周期結構所限制的導波模式，其特征在于，電場振幅的波腹W與周期結構的周期相同的 周期產(chǎn)生。該模式是通過光被封閉在導波結構中從而電場向特定方向被增強的模式。進而， 由于通過該模式與周期結構進行相互作用，通過衍射效果轉換為特定方向的傳播光，因此 能夠向波導外部射出光。進而，由于除了模擬導波模式W外的光被封閉在波導內的效果小， 因此電場不被增強。所W，大多數(shù)發(fā)光與具有大的電場成分的模擬導波模式結合。
[0283] 目P，本申請的
【發(fā)明人】們認為通過將包含光致發(fā)光材料的光致發(fā)光層(或者具有光 致發(fā)光層的導波層)設定為W與周期結構接近的方式設置的波導，使發(fā)光與轉換為特定方 向的傳播光的模擬導波模式結合，實現(xiàn)具有指向性的光源。
[0284] 作為導波結構的簡便構成，著眼于平板型波導。平板型波導是指光的導波部分具 有平板結構的波導。圖30是示意性地表示平板型波導IlOS的一個例子的立體圖。在波導 IlOS的折射率比支撐波導IlOS的透明基板140的折射率高時，存在在波導IlOS內傳播的光 的模式。通過將運樣的平板型波導設定為包含光致發(fā)光層的構成，由于由發(fā)光點產(chǎn)生的光 的電場與導波模式的電場大幅重合，因此能夠使光致發(fā)光層中產(chǎn)生的光的大部分與導波模 式結合。進而，通過將光致發(fā)光層的厚度設定為光的波長程度，能夠作出僅存在電場振幅大 的導波模式的狀況。
[0285] 進而，在周期結構與光致發(fā)光層接近的情況下，通過導波模式的電場與周期結構 相互作用而形成模擬導波模式。即使在光致發(fā)光層由多個層構成的情況下，只要導波模式 的電場達到周期結構，就會形成模擬導波模式。不需要光致發(fā)光層全部都為光致發(fā)光材料， 只要其至少一部分區(qū)域具有發(fā)光的功能就行。
[0286] 另外，在由金屬形成周期結構的情況下，形成導波模式和基于等離子體共振效應 的模式，該模式具有與上面所述的模擬導波模式不同的性質。另外，該模式由于由金屬導致 的吸收多，因此損失變大，發(fā)光增強的效果變小。因此，作為周期結構，優(yōu)選使用吸收少的電 介質。
[0287] 本申請的
【發(fā)明人】們首先研究了使發(fā)光與通過在運樣的波導（例如光致發(fā)光層）的 表面形成周期結構而能夠作為特定角度方向的傳播光射出的模擬導波模式結合。圖IA是示 意性地表示具有運樣的波導（例如光致發(fā)光層HlO和周期結構(例如透光層）120的發(fā)光器 件100的一個例子的立體圖。W下，在透光層120形成有周期結構的情況下（即，在透光層120 形成有周期性的亞微米結構的情況下），有時將透光層120稱為周期結構120。在該例子中， 周期結構120是分別在y方向延伸的條紋狀的多個凸部在X方向上等間隔排列的一維周期結 構。圖IB是將該發(fā)光器件100用與XZ面平行的平面切斷時的剖視圖。如果W與波導110接觸 的方式設置周期P的周期結構120,則面內方向的具有波數(shù)kwav的模擬導波模式被轉換為波 導外的傳播光，該波數(shù)kDut能夠用W下的式(2)表示。
[028引
[0289] 式(2)中的m為整數(shù)，表示衍射的次數(shù)。
[0290] 運里，為了簡化起見，近似地將在波導內導波的光看作是W角度0W3V傳播的光線， 成立W下的擊（3)巧（4)。
[0291]
[0292]
[0293] 在運些式子中，Ao是光在空氣中的波長，IWv是波導的折射率，n〇ut是出射側的介質 的折射率，0Dut是光射出到波導外的基板或空氣時的出射角度。由式(2)~(4)可知，出射角 度0DUt能夠用W下的式(5)表示。
[0294] n〇ut sin白OUt = Hwav sin白wav-m入o/p (5)
[0巧引由式（5)可知，在riwavsin目wav = mA0/p成立時，目。Ut = O，能夠使光向與波導的面垂直 的方向（即，正面)射出。
[0296] 根據(jù)如上的原理，可W認為通過使發(fā)光與特定模擬導波模式結合，進而利用周期 結構轉換為特定出射角度的光，能夠使強的光向該方向射出。
[0297] 為了實現(xiàn)如上所述的狀況，有幾個制約條件。首先，為了使模擬導波模式存在，需 要在波導內傳播的光全反射。用于此的條件用W下的式(6)表示。
[0巧引 n0ut<nwav sin目TOV (6)
[0299] 為了使該模擬導波模式通過周期結構衍射并使光射出到波導外，式(5)中需要-1 <sin0〇ut<l。因此，需要滿足W下的式(7)。
[0300]
(?)
[0301] 對此，如果考慮式(6)，則可知只要成立W下的式(8)就行。
[0302]
[0303] 專110射出的光的方向為正面方向（9。。* = 0)，由式（5)可知需 要W下
[0304] ) (9)
[0305] ，必要條件為W下的式（10)。
[0306] { 1 0 )
[0307] 巧圖IB所示的周期結構的情況下，由于m為2W上的高次的衍 射效羣 -次衍射光為重點進行設計就行。因此，在本實施方式的周期 結構牛 式(10)變形得到的W下的式(11)的方式，確定周期P。
[030引 Hl)
[0309] 左波導（光致發(fā)光層Hio不與透明基板接觸的情況下，n〇ut為 空氣於 要W滿足W下的式(12)的方式確定周期P就行。
[0310] 12)
[0311] 扣圖IC和圖ID所例示的那樣在透明基板140上形成有光致發(fā) 光層1: 勾。在運種情況下，透明基板140的折射率ns比空氣的折射率 大，因] 曼定為n〇ut = ns得到的下式（13)的方式確定周期P就行。
[0312] 1 3)
[0313] 慮了式（10)中m=l的情況，但也可隊杉2。即，在如圖IA和圖 IB所牙 空氣層接觸的情況下，只要將m設定為IW上的整數(shù)并W滿足 W下於 P就行。
[0314] (14)
[0315] 同樣地，在如圖IC和圖ID所示的發(fā)光器件IOOa那樣將光致發(fā)光層110形成在透明 基板140上的情況下，只要W滿足W下的式(15)的方式設定周期P就行。
[0316]
U
[0317] 通過W滿足W上的不等式的方式確定周期結構的周期p，能夠使由光致發(fā)光層110 產(chǎn)生的光向正面方向射出，因此能夠實現(xiàn)具有指向性的發(fā)光裝置。
[0318] [3.通過計算進行的驗證]
[0319] [3-1.周期、波長依賴性]
[0320] 本申請的
【發(fā)明人】們利用光學解析驗證了如上那樣向特定方向射出光實際上是否 可能。光學解析通過使用了切bernet公司的DiffractMOD的計算來進行。運些計算中，在對 發(fā)光器件由外部垂直地射入光時，通過計算光致發(fā)光層中的光吸收的增減，求出向外部垂 直地射出的光的增強度。由外部射入的光與模擬導波模式結合而被光致發(fā)光層吸收的過程 對應于:對與光致發(fā)光層中的發(fā)光和模擬導波模式結合而轉換為向外部垂直地射出的傳播 光的過程相反的過程進行計算。另外，在模擬導波模式的電場分布的計算中，也同樣計算由 外部射入光時的電場。
[0321] 將光致發(fā)光層的膜厚設定為Iwn，將光致發(fā)光層的折射率設定為rwv=l.8,將周期 結構的高度設定為50nm，將周期結構的折射率設定為1.5,分別改變發(fā)光波長和周期結構的 周期，計算向正面方向射出的光的增強度，將其結果表示在圖2中。計算模型如圖IA所示，設 定為在y方向上為均勻的一維周期結構、光的偏振為具有與y方向平行的電場成分的TM模 式，由此進行計算。由圖2的結果可知，增強度的峰在某個特定波長和周期的組合中存在。另 夕h在圖2中，增強度的大小用顏色的深淺來表示，深（即黑）的增強度大，淺（即白）的增強度 小。
[0322] 在上述的計算中，周期結構的截面設定為如圖IB所示的矩形。圖3表示圖示式（10) 中的m=l和m = 3的條件的圖表。比較圖2和圖3可知，圖2中的峰位置存在于與m=l和m=3相 對應的地方。m=l的強度強是因為，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的峰是因為，周期結構中的衍射效率低。
[0323] 在圖3所示的分別與m= 1和m = 3相對應的區(qū)域內，圖2中能夠確認存在多個線?？?W認為運是因為存在多個模擬導波模式。
[0324] [3-2.厚度依賴性]
[0325] 圖4是表示將光致發(fā)光層的折射率設定為nwav= 1.8、將周期結構的周期設定為 400nm、將高度設定為50nm、將折射率設定為1.5并改變發(fā)光波長和光致發(fā)光層的厚度t來計 算向正面方向輸出的光的增強度的結果的圖?？芍敼庵掳l(fā)光層的厚度t為特定值時，光的 增強度達到峰值。
[0326] 將在圖4中存在峰的波長為600nm、厚度t = 238nm、53化m時對向X方向導波的模式 的電場分布進行計算的結果分別表示在圖5A和圖5B中。為了比較，對于不存在峰的t = SOOnm的情況進行了相同的計算，將其結果表示在圖5C中。計算模型與上述同樣，設定為在y 方向為均勻的一維周期結構。在各圖中，越黑的區(qū)域，表示電場強度越高;越白的區(qū)域，表示 電場強度越低。在t = 238皿、539皿時有高的電場強度分布，而在t = 30化m時整體上電場強 度低。運是因為，在t = 238nm、539nm的情況下，存在導波模式，光被較強地封閉。進而，可W 觀察出如下特征:在凸部或凸部的正下方，必然存在電場最強的部分(波腹），產(chǎn)生與周期結 構120相關的電場。即，可知根據(jù)周期結構120的配置，可W得到導波的模式。另外，比較t = 238nm的情況和t = 539nm的情況，可知是Z方向的電場的波節(jié)（白色部分）的數(shù)目僅差一個的 模式。
[0327] [3-3.偏振光依賴性]
[0328] 接著，為了確認偏振光依賴性，W與圖2的計算相同的條件，對于光的偏振為具有 與y方向垂直的電場成分的TE模式時進行了光的增強度的計算。本計算的結果表示在圖6 中。與TM模式時（圖2)相比，盡管峰位置多少有變化，但峰位置仍舊處于圖3所示的區(qū)域內。 因此，確認了本實施方式的構成對于TM模式、TE模式中的任意一種偏振光都有效。
[03巧][3_4.二維周期結構]
[0330] 進而，進行了基于二維周期結構的效果的研究。圖7A是表示凹部和凸部在X方向和 y方向運兩方向排列而成的二維周期結構120'的一部分的俯視圖。圖中的黑色區(qū)域表示凸 部，白色區(qū)域表示凹部。在運樣的二維周期結構中，需要考慮X方向和y方向運兩方向的衍 射。就僅X方向或者僅y方向的衍射而言，與一維時相同但也存在具有x、y兩方向的成分的方 向（例如傾斜45°方向）的衍射，因此能夠期待得到與一維時不同的結果。將對于運樣的二維 周期結構計算光的增強度得到的結果表示在圖7B中。除了周期結構W外的計算條件與圖2 的條件相同。如圖7B所示，除了圖2所示的TM模式的峰位置W外，還觀測到了與圖6所示的TE 模式中的峰位置一致的峰位置。該結果表示:基于二維周期結構，TE模式也通過衍射被轉換 而輸出。另外，對于二維周期結構而言，還需要考慮X方向和y方向運兩方向同時滿足一次衍 射條件的衍射。運樣的衍射光向與周期9的^^/^倍(即，21/2倍)的周期相對應的角度的方向射 出。因此，除了一維周期結構時的峰W外，還可W考慮在周期P的倍的周期也產(chǎn)生峰。圖 7B中，也能夠確認到運樣的峰。
[0331] 作為二維周期結構，不限于如圖7A所示的X方向和y方向的周期相等的四方點陣的 結構，也可W是如圖18A和圖18B所示的排列六邊形或=角形的點陣結構。另外，根據(jù)方位方 向也可W為(例如四方點陣時X方向和y方向）的周期不同的結構。
[0332] 如上所述，本實施方式確認了：利用基于周期結構的衍射現(xiàn)象，能夠將通過周期結 構和光致發(fā)光層所形成的特征性的模擬導波模式的光僅向正面方向選擇性地射出。通過運 樣的構成，用紫外線或藍色光等激發(fā)光使光致發(fā)光層激發(fā)，可W得到具有指向性的發(fā)光。
[0333] [4.周期結構和光致發(fā)光層的構成的研究]
[0334] 接著，對于改變周期結構和光致發(fā)光層的構成、折射率等各種條件時的效果進行 說明。
[0335] [4-1.周期結構的折射率]
[0336] 首先，對于周期結構的折射率進行研究。將光致發(fā)光層的膜厚設定為200nm，將光 致發(fā)光層的折射率設定為nwav=l.8,將周期結構設定為如圖IA所示那樣的在y方向上均勻 的一維周期結構，將高度設定為50nm，將周期設定為400nm，光的偏振為具有與y方向平行的 電場成分的TM模式，由此進行計算。將改變發(fā)光波長和周期結構的折射率計算向正面方向 輸出的光的增強度得到的結果表示在圖8中。另外，將W相同的條件將光致發(fā)光層的膜厚設 定為1000 nm時的結果表示在圖9中。
[0337] 首先，著眼于光致發(fā)光層的膜厚，可知與膜厚為200nm時（圖8)相比，膜厚為1000 nm 時（圖9)相對于周期結構的折射率變化的光強度達到峰值的波長(稱為峰值波長)的位移更 小。運是因為，光致發(fā)光層的膜厚越小，模擬導波模式越容易受到周期結構的折射率的影 響。即，周期結構的折射率越高，有效折射率越大，相應地峰值波長越向長波長側位移，但該 影響在膜厚越小時越明顯。另外，有效折射率由存在于模擬導波模式的電場分布的區(qū)域中 的介質的折射率決定。
[0338] 接著，著眼于相對于周期結構的折射率變化的峰的變化，可知折射率越高，則峰越 寬，強度越降低。運是因為周期結構的折射率越高，則模擬導波模式的光放出到外部的速率 越高，因此封閉光的效果減少，即，Q值變低。為了保持高的峰強度，只要設定為利用封閉光 的效果高（即Q值高）的模擬導波模式適度地將光放出到外部的構成就行。可知為了實現(xiàn)該 構成，不優(yōu)選將折射率與光致發(fā)光層的折射率相比過大的材料用于周期結構。因此，為了將 峰強度和Q值提高一定程度，只要將構成周期結構的電介質（即，透光層)的折射率設定為光 致發(fā)光層的折射率的同等W下就行。光致發(fā)光層包含除了光致發(fā)光材料W外的材料時也是 同樣的。
[0339] [4-2.周期結構的高度]
[0340] 接著，對于周期結構的高度進行研究。將光致發(fā)光層的膜厚設定為lOOOnm，將光致 發(fā)光層的折射率設定為nwav=l.8,周期結構為如圖IA所示的那樣的在y方向上均勻的一維 周期結構，并且將折射率設定為np = l. 5,將周期設定為400nm，光的偏振為具有與y方向平 行的電場成分的TM模式，由此進行計算。將改變發(fā)光波長和周期結構的高度計算向正面方 向輸出的光的增強度的結果表示在圖10中。將W相同的條件將周期結構的折射率設定為np = 2.0時的計算結果表示在圖11中?？芍趫D10所示的結果中，在一定程度W上的高度，峰 強度、Q值(即，峰的線寬)不變化，而在圖11所示的結果中，周期結構的高度越大，峰強度和Q 值越低。運是因為，在光致發(fā)光層的折射率nwav比周期結構的折射率np高的情況（圖10)下， 光進行全反射，因此僅模擬導波模式的電場的溢出（瞬逝)部分與周期結構相互作用。在周 期結構的高度足夠大的情況下，即使高度變化到更高，電場的瞬逝部分與周期結構的相互 作用的影響也是固定的。另一方面，在光致發(fā)光層的折射率nwav比周期結構的折射率np低的 情況(圖11)下，由于光不全反射而到達周期結構的表面，因此周期結構的高度越大，越受其 影響。僅觀察圖11，可知高度為IOOnm左右就足夠，在超過15化m的區(qū)域，峰強度和Q值降低。 因此，在光致發(fā)光層的折射率nwav比周期結構的折射率np低的情況下，為了使峰強度和Q值 一定程度提高，只要將周期結構的高度設定為ISOnmW下就行。
[0341] [4-3.偏振方向]
[0342] 接著，對于偏振方向進行研究。將W與圖9所示的計算相同的條件設定為光的偏振 為具有與y方向垂直的電場成分的TE模式進行計算得到的結果表示在圖12中。在TE模式時， 由于模擬導波模式的電場溢出比TM模式的電場溢出大，因此容易受到由周期結構產(chǎn)生的影 響。所W，在周期結構的折射率np大于光致發(fā)光層的折射率nwav的區(qū)域，峰強度和Q值的降低 比TM模式明顯。
[0343] [4-4.光致發(fā)光層的折射率]
[0344] 接著，對于光致發(fā)光層的折射率進行研究。將W與圖9所示的計算相同的條件將光 致發(fā)光層的折射率rwv變更為1.5時的結果表示在圖13中?？芍词故枪庵掳l(fā)光層的折射率 rwv為1.5的情況下，也可W得到大致與圖9同樣的效果。但是，可知波長為eOOnmW上的光沒 有向正面方向射出。運是因為，根據(jù)式(10)，^<nwavXp/m= 1.5 X400nm/l = 600nm。
[0345] 由W上的分析可知，在將周期結構的折射率設定為與光致發(fā)光層的折射率同等W 下或者周期結構的折射率為光致發(fā)光層的折射率W上的情況下，只要將高度設定為150nm W下就能夠提高峰強度和Q值。
[0：346] [5.變形例]
[0347] W下，對本實施方式的變形例進行說明。
[0%引[5-1.具有基板的構成]
[0349] 如上所述，如圖IC和圖ID所示，發(fā)光器件也可W具有在透明基板140之上形成有光 致發(fā)光層110和周期結構120的結構。為了制作運樣的發(fā)光器件100a，可W考慮如下的方法： 首先，在透明基板140上由構成光致發(fā)光層110的光致發(fā)光材料(根據(jù)需要包含基質材料；W 下同）形成薄膜，在其之上形成周期結構120。在運樣的構成中，為了通過光致發(fā)光層110和 周期結構120而使其具有將光向特定方向射出的功能，透明基板140的折射率ns需要設定為 光致發(fā)光層的折射率nwavW下。在將透明基板140W與光致發(fā)光層110相接觸的方式設置的 情況下，需要W滿足式(10)中的出射介質的折射率n〇ut設定為ns的式(15)來設定周期P。
[0350] 為了確認上述內容，進行了在折射率為1.5的透明基板140之上設置有與圖2所示 的計算相同條件的光致發(fā)光層110和周期結構120時的計算。本計算的結果表示在圖14中。 與圖2的結果同樣地，能夠確認對于每個波長W特定周期出現(xiàn)光強度的峰，但可知峰出現(xiàn)的 周期的范圍與圖2的結果不同。對此，將式（10)的條件設定為n〇ut = ns得到的式（15)的條件 表示在圖15中。圖14中可知在與圖15所示的范圍相對應的區(qū)域內，出現(xiàn)光強度的峰。
[0351] 因此，對于在透明基板140上設置有光致發(fā)光層110和周期結構120的發(fā)光器件 IOOa而言，在滿足式（15)的周期P的范圍可W獲得效果，在滿足式（13)的周期P的范圍可W 得到特別顯著的效果。
[0352] [ 5-2.具有激發(fā)光源的發(fā)光裝置]
[0353] 圖16是表示具備圖1A、1B所示的發(fā)光器件100和使激發(fā)光射入光致發(fā)光層110的光 源180的發(fā)光裝置200的構成例的圖。如上所述，本申請的構成通過使光致發(fā)光層被紫外線 或藍色光等激發(fā)光激發(fā)，得到具有指向性的發(fā)光。通過設置W射出運樣的激發(fā)光的方式構 成的光源180,能夠實現(xiàn)具有指向性的發(fā)光裝置200。由光源180射出的激發(fā)光的波長典型地 為紫外或藍色區(qū)域的波長，但不限于運些，可W根據(jù)構成光致發(fā)光層110的光致發(fā)光材料適 當確定。另外，在圖16中，光源180被配置為由光致發(fā)光層110的下表面射入激發(fā)光，但不限 于運樣的例子，例如也可W由光致發(fā)光層110的上表面射入激發(fā)光。
[0354] 也有通過使激發(fā)光與模擬導波模式結合來使光高效地射出的方法。圖17是用于說 明運樣的方法的圖。在該例子中，與圖1C、1D所示的構成同樣地，在透明基板140上形成有光 致發(fā)光層110和周期結構120。首先，如圖17(a)所示，為了增強發(fā)光，確定X方向的周期Px;接 著，如圖17(b)所示，為了使激發(fā)光與模擬導波模式結合，確定y方向的周期py。周期PxW滿足 在式（10)中將P置換為Px后的條件的方式確定。另一方面，周期PyW將m設定為IW上的整數(shù)、 將激發(fā)光的波長設定為Aex、將與光致發(fā)光層110接觸的介質中除了周期結構120W外折射率 最高的介質的折射率設定為并滿足W下的式(16)的方式確定。
[0355]
( I 資）
[0356] 運里，n〇ut在圖17的例子中為透明基板140的ns，但在如圖16所示不設置透明基板 140的構成中，為空氣的折射率(約1.0)。
[0357]特別是，如果設定為m= IW滿足下式（17)的方式確定周期Py，則能夠進一步提高 將激發(fā)光轉換為模擬導波模式的效果。
[035引
（1 ?)
[0359] 運樣，通過W滿足式（16)的條件(特別是式（17)的條件）的方式設定周期Py,能夠 將激發(fā)光轉換為模擬導波模式。其結果是，能夠使光致發(fā)光層110有效地吸收波長Aex的激發(fā) 光。
[0360] 圖17(c)、（d)分別是表示相對于圖17(a)、（b)所示的結構射入光時對每個波長計 算光被吸收的比例的結果的圖。在該計算中，設定為Px=365nm、py = 265nm，將來自光致發(fā)光 層110的發(fā)光波長W受定為約600nm，將激發(fā)光的波長Aex設定為約450nm，將光致發(fā)光層110的 消光系數(shù)設定為0.003。如圖17(d)所示，不僅對由光致發(fā)光層110產(chǎn)生的光，而且對于作為 激發(fā)光的約450nm的光也顯示高的吸收率。運是因為，通過將射入的光有效地轉換為模擬導 波模式，能夠使光致發(fā)光層所吸收的比例增大。另外，雖然即使對作為發(fā)光波長的約600nm， 吸收率也增大，但運如果在約600nm的波長的光射入該結構的情況下，則同樣被有效地轉換 為模擬導波模式。運樣，圖17(b)所示的周期結構120為在X方向和y方向分別具有周期不同 的結構(周期成分)的二維周期結構。運樣，通過使用具有多個周期成分的二維周期結構，能 夠提高激發(fā)效率，并且提高出射強度。另外，圖17中是使激發(fā)光由基板側射入，但即使由周 期結構側射入也可W得到相同效果。
[0361] 進而，作為具有多個周期成分的二維周期結構，也可W采用如圖18A或圖18B所示 的構成。通過設定為如圖18A所示將具有六邊形的平面形狀的多個凸部或凹部周期性地排 列而成的構成或如圖18B所示將具有S角形的平面形狀的多個凸部或凹部周期性地排列而 成的構成，能夠確定可視為周期的多個主軸（圖的例子中為軸1~3)。因此，能夠對于各個軸 向分配不同的周期。可W為了提高多個波長的光的指向性分別設定運些周期，也可W為了 高效地吸收激發(fā)光而分別設定運些周期。在任何一種情況下，都W滿足相當于式（10)的條 件的方式設定各周期。
[0362] [5-3.透明基板上的周期結構]
[0363] 如圖19A和圖19B所示，可W在透明基板140上形成周期結構120a，在其之上設置光 致發(fā)光層110。在圖19A的構成例中，W追隨基板140上的由凹凸構成的周期結構120a的方式 形成光致發(fā)光層110,結果在光致發(fā)光層110的表面也形成有相同周期的周期結構120b。另 一方面，在圖19B的構成例中，進行了使光致發(fā)光層110的表面變得平坦的處理。在運些構成 例中，通過W周期結構120a的周期P滿足式(15)的方式進行設定，也能夠實現(xiàn)指向性發(fā)光。
[0364] 為了驗證該效果，在圖19A的構成中，改變發(fā)光波長和周期結構的周期來計算向正 面方向輸出的光的增強度。運里，將光致發(fā)光層110的膜厚設定為lOOOnm，將光致發(fā)光層110 的折射率設定為IWv=I.8,周期結構120a為在y方向均勻的一維周期結構且高度為50nm，折 射率np=l.5,周期為4(K)nm，光的偏振為具有與y方向平行的電場成分的TM模式。本計算的 結果表示在圖19C中。本計算中，也W滿足式(15)的條件的周期觀測到了光強度的峰。
[0365] [5-4.粉體]
[0366] 根據(jù)W上的實施方式，能夠通過調整周期結構的周期、光致發(fā)光層的膜厚，突出任 意波長的發(fā)光。例如，如果使用W寬帶域發(fā)光的光致發(fā)光材料并設定為如圖1A、1B所示的構 成，則能夠僅突出某個波長的光。因此，也可W將如圖1A、1B所示那樣的發(fā)光器件100的構成 設定為粉末狀，并制成巧光材料進行利用。另外，也可W將如圖1A、1B所示那樣的發(fā)光器件 100埋入樹脂、玻璃等進行利用。
[0367] 在如圖1A、1B所示那樣的單體的構成中，制成僅向特定方向射出某個特定波長，因 此難W實現(xiàn)例如具有寬波長區(qū)域的光譜的白色等的發(fā)光。于是，通過使用如圖20所示混合 了周期結構的周期、光致發(fā)光層的膜厚等條件不同的多個粉末狀發(fā)光器件100的構成，能夠 實現(xiàn)具有寬波長區(qū)域的光譜的發(fā)光裝置。此時，各個發(fā)光器件100的一個方向的尺寸例如為 數(shù)Mi~數(shù)mm左右;其中，例如可W包含數(shù)周期~數(shù)百周期的一維或二維周期結構。
[0368] [5-5.排列周期不同的結構]
[0369] 圖21是表示在光致發(fā)光層之上將周期不同的多個周期結構W二維排列而成的例 子的俯視圖。在該例子中，S種周期結構120a、120b、120c沒有間隙地排列。周期結構120曰、 120b、120c例如W分別將紅、綠、藍的波長區(qū)域的光向正面射出的方式設定周期。運樣，也能 夠通過在光致發(fā)光層之上排列周期不同的多個結構，對于寬波長區(qū)域的光譜發(fā)揮指向性。 另外，多個周期結構的構成不限于上述的構成，可W任意設定。
[0370] [5-6.層疊結構]
[0371] 圖22表示具有表面上形成有凹凸結構的多個光致發(fā)光層110層疊而成的結構的發(fā) 光器件的一個例子。多個光致發(fā)光層110之間設置有透明基板140,形成在各層的光致發(fā)光 層110的表面上的凹凸結構相當于上述的周期結構或亞微米結構。在圖22所示的例子中，形 成了=層的周期不同的周期結構，分別W將紅、藍、綠的波長區(qū)域的光向正面射出的方式設 定周期。另外，W發(fā)出與各周期結構的周期相對應的顏色的光的方式選擇各層的光致發(fā)光 層110的材料。運樣，即使通過層疊周期不同的多個周期結構，也能夠對于寬波長區(qū)域的光 譜發(fā)揮指向性。
[0372] 另外，層數(shù)、各層的光致發(fā)光層110和周期結構的構成不限于上述的構成，可W任 意設定。例如，在兩層的構成中，隔著透光性的基板，第一光致發(fā)光層與第二光致發(fā)光層W 相對置的方式形成，在第一和第二光致發(fā)光層的表面分別形成第一和第二周期結構。此時， 只要第一光致發(fā)光層與第一周期結構運一對和第二光致發(fā)光層與第二周期結構運一對分 別滿足相當于式（15)的條件就行。在=層W上的構成中也同樣地，只要各層中的光致發(fā)光 層和周期結構滿足相當于式（15)的條件就行。光致發(fā)光層和周期結構的位置關系可W與圖 22所示的關系相反。雖然在圖22所示的例子中，各層的周期不同，但也可W將它們全部設定 為相同周期。此時，雖然不能使光譜變寬，但能夠增大發(fā)光強度。
[0373] [5-7.具有保護層的構成]
[0374] 圖23是表示在光致發(fā)光層110與周期結構120之間設置有保護層150的構成例的剖 視圖。運樣，也可W設置用于保護光致發(fā)光層110的保護層150。但是，在保護層150的折射率 低于光致發(fā)光層110的折射率的情況下，在保護層150的內部，光的電場只能溢出波長的一 半左右。因此，在保護層150比波長厚的情況下，光達不到周期結構120。因此，不存在模擬導 波模式，得不到向特定方向放出光的功能。在保護層150的折射率為與光致發(fā)光層110的折 射率相同程度或者其W上的情況下，光到達保護層150的內部。因此，對保護層150沒有厚度 的制約。但是，在運種情況下，由光致發(fā)光材料形成光導波的部分（W下將該部分稱為"導波 層"）的大部分可W得到大的光輸出。因此，在運種情況下，也優(yōu)選保護層150較薄者。另外， 也可W使用與周期結構(透光層）120相同的材料形成保護層150。此時，具有周期結構的透 光層兼為保護層。透光層120的折射率優(yōu)選比光致發(fā)光層110的折射率小。
[0375] [6.材料和制造方法]
[0376] 如果用滿足如上所述的條件的材料構成光致發(fā)光層(或者導波層)和周期結構，貝U 能夠實現(xiàn)指向性發(fā)光。周期結構可W使用任意材料。然而，如果形成光致發(fā)光層(或者導波 層）、周期結構的介質的光吸收性高，則封閉光的效果下降，峰強度和Q值降低。因此，作為形 成光致發(fā)光層(或者導波層)和周期結構的介質，可W使用光吸收性較低的材料。
[0377] 作為周期結構的材料，例如可W使用光吸收性低的電介質。作為周期結構的材料 的候補，例如可W列舉:M評2(氣化儀）、LiF(氣化裡）、CaF2(氣化巧）、Si〇2(石英）、玻璃、樹 月旨、Mg0(氧化儀）、IT0(氧化銅錫）、Ti〇2(氧化鐵）、SiN(氮化娃）、化2〇5(五氧化粗）、化〇2(氧 化錯）、ZnSe(砸化鋒）、ZnS(硫化鋒)等。但是，在如上所述使周期結構的折射率低于光致發(fā) 光層的折射率的情況下，可W使用折射率為1.3~1.5左右的1旨。2、^。、〔曰。2、51化、玻璃、樹 脂。
[0378] 光致發(fā)光材料包括狹義的巧光材料和憐光材料，不僅包括無機材料，也包括有機 材料(例如色素），還包括量子點（即，半導體微粒）。通常，W無機材料為主體的巧光材料存 在折射率高的傾向。作為W藍色發(fā)光的巧光材料，可W使用例如Mio(P〇4)6Cl2:Eu2+(M =選自 Ba、Sr 和 Ca 中的至少一種）、BaMgAh〇Oi7:化 2+、M3MgSi2〇8:Eu2+(M=選自 Ba、Sr 和 Ca 中的至少一 種）、MsSi化Cl6:Eu2+(M=選自Ba、Sr和化中的至少一種）。作為W綠色發(fā)光的巧光材料，可使 用例如M2MgSi2〇7:Eu2+ (M=選自 Ba、Sr和Ca中的至少一種）、SrSisAl〇2N7:Eu2+、SrSi2〇2化:Eu2\BaAl2〇4:Eu2\BaZrSi3〇9:Eu2\M2Si〇4:Eu2 + (M =選自 Ba、Sr和Ca中的至少一種）、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+。作為W紅色發(fā)光的巧光材料，可使用例如CaAl SiN3:Eu2+、SrAlSi4〇7:Eu2+、 MsSisNs:化h(M=選自Ba、Sr和Ca中的至少一種）、MSiN2:化h(M=選自Ba、Sr和Ca中的至少一 種）、MSi2〇2化：Yb2+(M =選自 Sr和Ca中的至少一種）、Y2〇2S:Eu3+，Sm3+、La2〇2S:Eu3+，Sm 3+、 〇曰胖〇4:^1+，化3+，51113+、]\125154:6112+(1=選自6曰、5巧0(：曰中的至少一種）、]\1351〇5:611 2+(]\1=選自 8曰、5'和〔曰中的至少一種）。作為^黃色發(fā)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 = 選自Ba、 Sr和Ca中的至少一種）、M7(Si〇3)6Cl2:Eu2+(M=選自Ba、Sr和Ca中的至少一種）。
[03巧]量子點可W使用例如CdS、CdSe、核殼型CdSe/ZnS、合金型CdSSe/ZnS等材料，根據(jù) 材質能夠得到各種發(fā)光波長。作為量子點的基質，例如可W使用玻璃、樹脂。
[0380]圖ICUD等所示的透明基板140由比光致發(fā)光層110的折射率低的透光性材料構 成。作為運樣的材料，例如可W列舉:M評(氣化儀）、LiF(氣化裡）、CaF2(氣化巧）、Si化（石 英）、玻璃、樹脂。
[0381 ]接著，對制造方法的一個例子進行說明。
[0382]作為實現(xiàn)圖1C、ID所示的構成的方法，例如有如下方法:在透明基板140上通過蒸 鍛、瓣射、涂布等工序將巧光材料形成光致發(fā)光層110的薄膜，然后形成電介質膜，通過光刻 等方法進行圖案化(布圖）來形成周期結構120。也可W代替上述方法，通過納米壓印來形成 周期結構120。另外，如圖24所示，也可W通過僅加工光致發(fā)光層110的一部分來形成周期結 構120。此時，周期結構120就由與光致發(fā)光層110相同的材料形成。
[0383] 圖lA、IB所示的發(fā)光器件100例如能夠通過在制作圖1C、ID所示的發(fā)光器件100a之 后進行從基板140剝除光致發(fā)光層110和周期結構120的部分的工序來實現(xiàn)。
[0384] 圖19A所示的構成例如能夠通過在透明基板140上W半導體工藝或納米壓印等方 法形成周期結構120a，然后在其之上通過蒸鍛、瓣射等方法將構成材料形成光致發(fā)光層110 來實現(xiàn)?；蛘?，也能夠通過利用涂布等方法將周期結構120a的凹部嵌入光致發(fā)光層110來實 現(xiàn)圖19B所示的構成。
[0385] 另外，上述的制造方法為一個例子，本申請的發(fā)光器件不限于上述的制造方法。
[0386] [實驗例]
[0387] W下，對制作本申請的實施方式的發(fā)光器件的例子進行說明。
[0388] 試制具有與圖19A同樣構成的發(fā)光器件的樣品，評價特性。發(fā)光器件如下操作來制 作。
[0389] 在玻璃基板上設置周期為400nm、高度為40nm的一維周期結構(條紋狀的凸部），從 其之上形成210nm光致發(fā)光材料YAG:Ce膜。將其剖視圖的TEM圖像表示在圖25中，通過將其 用450nm的Lm)激發(fā)而使YAG:Ce發(fā)光時，測定其正面方向的光譜，將得到的結果表示在圖26 中。在圖26中示出了測定沒有周期結構時的測定結果(ref)、具有與一維周期結構平行的偏 振光成分的TM模式和具有與一維周期結構垂直的偏振光成分的TE模式的結果。在存在周期 結構時，與沒有周期結構時相比，可W觀察到特定波長的光顯著增加。另外，可知具有與一 維周期結構平行的偏振光成分的TM模式的光的增強效果大。
[0390] 進而，將在相同的樣品中出射光強度的角度依賴性的測定結果和計算結果表示在 圖27和圖28中。圖27表示W(wǎng)與一維周期結構（周期結構120)的線方向平行的軸為旋轉軸旋 轉時的測定結果(上段)和計算結果(下段）；圖28表示W(wǎng)與一維周期結構（即，周期結構120) 的線方向垂直的方向為旋轉軸旋轉時的測定結果(上段)和計算結果(下段）。
[0391] 另外，圖27和圖28分別表示與TM模式和TE模式的直線偏振光有關的結果；圖27(a) 表示與TM模式的直線偏振光有關的結果；圖27(b)表示與TE模式的直線偏振光有關的結果； 圖28(a)表示與TE模式的直線偏振光有關的結果；圖28(b)表示與TM模式的直線偏振光有關 的結果。由圖27和圖28可知:TM模式的增強效果更高，而且被增強的波長隨著角度不同而發(fā) 生位移。例如，對于610皿的光而言，由于為TM模式且僅在正面方向存在光，因此可知指向性 且偏振發(fā)光。此外，由于各圖的上段和下段一致，因此上述計算的正確性得到了實驗證實。
[0392] 圖29表示了由上述測定結果例如使61化m的光W與線方向垂直的方向為旋轉軸旋 轉時的強度的角度依賴性?？蒞觀察出：在正面方向上產(chǎn)生了強的發(fā)光增強，對于其他角度 而言，光幾乎沒有被增強的情況?？芍蛘娣较蛏涑龅墓獾闹赶蚪切∮?5°。此外，指向角 是強度為最大強度的50%的角度，用W最大強度的方向為中屯、的單側的角度表示。即，可知 實現(xiàn)了指向性發(fā)光。此外，由于所射出的光全都為TM模式的成分，因此可知同時也實現(xiàn)了偏 振發(fā)光。
[0393] W上的驗證使用在廣帶域的波長帶發(fā)光的YAG:Ce來進行實驗，但即使使用發(fā)光為 窄帶域的光致發(fā)光材料W同樣的構成進行實驗，對于該波長的光也能夠實現(xiàn)指向性和偏振 發(fā)光。此外，在運樣的情況下，由于不產(chǎn)生其他波長的光，因此能夠實現(xiàn)不產(chǎn)生其他方向和 偏振狀態(tài)的光的光源。
[0394] [7.具有多層鏡的實施方式]
[03%] W下，對具有多層鏡的實施方式進行說明。
[0396] 圖31是表示本實施方式的發(fā)光器件300的剖視圖。發(fā)光器件300與其他實施方式的 發(fā)光器件同樣地具有:光致發(fā)光層110; W及透光層，該透光層包含W與光致發(fā)光層110接近 的方式配置的周期結構(例如亞微米結構）120。通過射入激發(fā)光，從而光致發(fā)光層110中發(fā) 出的光與由周期結構120確定的特定模擬導波模式結合。與模擬導波模式結合的光作為在 特定方向具有高指向性的傳播光L由光致發(fā)光層110經(jīng)由周期結構120向外部射出。在本實 施方式中，傳播光L向正面方向（一個主面11 Oa的法線方向）射出。
[0397] 發(fā)光器件300還具備設置在光致發(fā)光層110的另一個主面11化側的多層鏡310。多 層鏡310與光致發(fā)光層110和周期結構120-起層疊。多層鏡310還可W設置在透明基板140 上。多層鏡310還被稱為電介質反射膜、電介質鏡、電介質多層膜等，抑制傳播光由光致發(fā)光 層110的另一個主面11化向發(fā)光器件300外部射出。由此，能夠提高由不存在多層鏡310的一 個主面IlOa側射出的傳播光L的強度。
[0398] 多層鏡310具有至少一個高折射率層311和至少一個低折射率層312。多層鏡310還 可W具有多個高折射率層311和多個低折射率層312。在運種情況下，各高折射率層311和各 低折射率層312交互地層疊，膜數(shù)越多，效果越大。高折射率層311具有比低折射率層312高 的折射率。
[0399] 分別將低折射率層312和高折射率層311的折射率設定為riL和M，分別將低折射率 層312和高折射率層311的厚度設定為tML和tMH。另外，將HlR設定為正整數(shù)（即，自然數(shù)）。1?在 多個低折射率層312和多個高折射率層311可W相同，也可W不同。多層鏡310在滿足下述式 的情況下，能夠利用光的干擾W最高效率來反射光。因此，光致發(fā)光層110中的由模擬導波 模式產(chǎn)生的光封閉的效果變大，能夠提高由一個主面IlOa射出的傳播光的出射強度。
[0400] tML= (2mR-l)Aa/(4riL)
[0401] tMH= (2郵-l)Aa/(4nH)
[0402] 低折射率層312例如還可W由滿足1.3《nL《l. 7、對傳播光L吸收少的材料形成。 具體來說，還可W由作為形成周期結構的材料例示出來的各種材料之中處于上述折射率范 圍的材料形成。高折射率層311例如還可W由滿足1.5《riL《2.5、對傳播光L吸收少的材料 形成。具體來說，還可W由作為形成周期結構的材料例示出來的各種材料之中處于上述折 射率范圍的材料形成。另外，高折射率層311還可W由與光致發(fā)光層110相同的材料構成。由 此，發(fā)光器件的制造變得容易。
[0403] 圖32A和圖32B分別示出對多層鏡310的高折射率層311的厚度和傳播光的波長與 反射率和發(fā)光強度之間的關系進行了計算的結果。
[0404] 計算條件如下所述。
[0405] 低折射率層312的折射率化:1.5
[0406] 高折射率層311的折射率M: 1.75
[0407] 低折射率層312和高折射率層311的數(shù)量:各四層
[040引低折射率層312的厚度:高折射率層的厚度的1.17( = 1.75/1.5)倍
[0409] 光致發(fā)光層110的厚度：130nm
[0410] 光致發(fā)光層110的折射率:1.75
[0411] 周期結構120的周期：370nm
[0412]周期結構120的高度:80nm
[0413]在圖32A和圖32B中，橫軸表示傳播光的波長，縱軸表示高折射率層311的厚度。圖 32A中的深淺表示透射率，濃度越濃表示透射率越高。圖32B中的深淺表示發(fā)光強度，濃度越 濃表示發(fā)光強度越高。
[0414] 由圖32A和圖32B可知：例如在傳播光的波長為57化m的情況下，如果將高折射率層 311的厚度設定為約65~95nm，則多層鏡310中的反射率提高，由設置有周期結構120的光致 發(fā)光層110的一個主面IlOa射出的傳播光的出射效率也提高。另外，例如在傳播光的波長為 560nm的情況下，如果將高折射率層311的厚度設定為約225~255nm，則多層鏡310中的反射 率提高，由設置有周期結構120的光致發(fā)光層110的一個主面IlOa射出的傳播光的出射效率 也提局。
[0415] 運些范圍與0.2Aa/nH~0.3Aa/nH和0.7Aa/nH~0. SAaAiH相對應。即，在發(fā)光器件300 滿足W下的式(18)的情況下，能夠不取決于上述計算所假定的條件（即，各層的折射率或周 期結構的周期、高度、光致發(fā)光層的厚度)就W高出射效率使傳播光L由作為出射面的一個 主面IlOa射出。
[0416] (2mR-1.2)人a/ (4化）《tML《（2mR-0.8)人a/ (4化）
[0417] (2 郵-1.2)入 a/(4nH)《tMH《（2mR-0.8)Aa/(4nH) (18)
[041引圖32A和圖3?所示的波長Aa = 570皿和高折射率層311的厚度tMH =約65~95nm在 式（18)中相當于HiR=I的情況;波長Aa = 560皿和高折射率層311的厚度tMH =約225~255皿 在式（18)中相當于mR = 2的情況。在HiR=I的情況下，能夠使低折射率層312和高折射率層311 最薄，因此制造容易。運樣，在包括多層鏡310的反射效率最高的厚度在內的規(guī)定范圍內，由 發(fā)光器件300射出的光的出射效率提高。
[0419] 另外，發(fā)光器件300中將多層鏡310與發(fā)光器件300中的光的出射面之間的結構設 定為適合于透射傳播光的結構，由此能夠進一步提高發(fā)光器件300的出射效率。具體來說， 就發(fā)光器件300而言，只要透光性結構體滿足通過干擾來提高光的出射效率的條件就行。運 里，透光性結構體由除了多層鏡310W外的透射由光致發(fā)光層110和光致發(fā)光層110射出的 光的層構成。在圖31所示的發(fā)光器件300的情況下，透光性結構體320由光致發(fā)光層110和周 期結構120構成?；?40相對于多層鏡310設置在與光致發(fā)光層110相反一側，因此不是"透 射由光致發(fā)光層110射出的光的層"。
[0420] 透光性結構體320滿足通過干擾使光互相增強的條件。具體來說，透光性結構體 320的厚度設定為通過干擾使得反射變小的范圍。例如，在周期結構120具有高度hp、折射率 np和一個主面11 Oa中的專有面積(填充率)f的情況下，周期結構120的有效光路長由hpnpf表 示。另外，在光致發(fā)光層110具有折射率nw和厚度tw的情況下，光致發(fā)光層110的有效光路長 由郵tw表示。
[0421] 如圖31所示，透光性結構體320與多層鏡310互相接觸，在它們的界面處相接觸的 光致發(fā)光層110與低折射率層312之中，光致發(fā)光層110的折射率比低折射率層312的折射率 大。因此，對于由多層鏡310向透光性結構體320傳播的光而言，透光性結構體320與多層鏡 310的界面成為自由端反射(相位不變化的反射）。
[0422] 因此，在將它們的合計即透光性結構體320在層疊方向上的有效光路長設定為山 = hpnpf+nwtw、將HiT設定為正的任意整自然數(shù)的情況下，當dT為mTV(2rw-a)時，通過干擾效 果能夠使光最好地透射。相反，在滿足(2m-l)Aa/(4nwav-a)的情況下，透光性結構體320中的 光的反射性變得最高，發(fā)光增強效果變得最小。因此，優(yōu)選范圍如下述所示。
[0423] (4mT-l) V(Srwa) < 山<(4mT+l) V(Srwa) (19)
[0424] 圖33A和圖33B示出對光致發(fā)光層110的厚度和傳播光的波長與發(fā)光強度之間的關 系進行了計算的結果。圖33A示出由一個主面IlOa射出的光L的發(fā)光強度；圖33B示出由基板 140側射出的光L'的發(fā)光強度。
[0425] 計算條件如下所示。
[04%]低折射率層312的折射率化:1.5 [0427]高折射率層311的折射率M: 1.75 [04巧]低折射率層312的厚度：93nm [04巧]高折射率層311的厚度：SOnm
[0430] 低折射率層312和高折射率層311的數(shù)量:各四層
[0431] 光致發(fā)光層110的折射率:1.75
[0432] 周期結構120的周期：370nm
[0433] 周期結構120的高度:SOnm
[0434] 周期結構120的折射率1.5 [04巧]周期結構120的填充率:0.5
[0436] 在圖33A和圖33B中，橫軸表示傳播光的波長，縱軸表示光致發(fā)光層的厚度。圖33A 和圖33B中的深淺表示發(fā)光強度，濃度越濃表示發(fā)光強度越高。根據(jù)圖33A，例如在傳播光的 波長為560nm的情況下，當光致發(fā)光層的厚度為約85~165nm時，發(fā)光強度大。此時，周期結 構120的有效光路長為Hphpf= 1.5 X SOnm X 0.5 = 60皿，而光致發(fā)光層的有效光路長為149nm <nwtw<28化m。因此，成立209nm<dT<349nm。該關系和與dT相關的上述式（19)的范圍大致 一致。
[0437] 目P，在發(fā)光器件300滿足與dT相關的上述式（19)的情況下，能夠不取決于上述計算 所假定的條件就使傳播光LW高出射效率由作為出射面的一個主面IlOa射出。
[0438] 另外，將圖33A與圖33B相比可知：由基板140側射出的光L'的發(fā)光強度大幅地小于 由一個主面IlOa射出的光L的發(fā)光強度。由此，可知多層鏡310使由光致發(fā)光層110的另一個 主面11化射出的光高效地反射。
[0439] 圖34是表示本實施方式的第一別例的發(fā)光器件301的剖視圖，對于與圖31相同的 構成使用了相同的符號。發(fā)光器件301具備包含調整層140'的透光性結構體320a。具體來 說，透光性結構體320a由周期結構120、光致發(fā)光層110、調整層140'構成。在運種情況下，透 光性結構體320a的有效光路長山'由周期結構120、光致發(fā)光層110和調整層140'各自的有 效光路長之和來表示。
[0440] 透光性結構體320a與多層鏡310互相接觸，在它們的界面處相接觸的調整層140' 與高折射率層311之中，調整層140'的折射率比高折射率層311的折射率小。因此，對于由多 層鏡310向透光性結構體320a傳播的光而言，透光性結構體320a與多層鏡310的界面成為固 定端反射(反射時相位偏移n)。因此，有效光路長dT'的優(yōu)選范圍與上述式（19)僅相差入a/ (4rw-a)，優(yōu)選滿足下述式(20)的條件的情況。
[0441] (4mT-3)V(8rwa) < 山<(4mT-l) V(Srwa) (20)
[0442] 圖35示出對調整層140'的厚度和傳播光的波長與發(fā)光強度之間的關系進行了計 算的結果。橫軸表示傳播光的波長，縱軸表示調整層140'的厚度。圖35中的深淺表示發(fā)光強 度，濃度越濃表示發(fā)光強度越高。計算條件如下所示。
[0443] 低折射率層312的折射率化:1.5
[0444] 高折射率層311的折射率M: 1.75
[0445] 低折射率層312的厚度:93nm
[0446] 高折射率層311的厚度:SOnm
[0447] 低折射率層312的數(shù)量層
[0448] 高折射率層311的數(shù)量：四層
[0449] 光致發(fā)光層110的折射率:1.75
[0450] 光致發(fā)光層110的厚度:SOnm [0451 ]周期結構120的周期：370nm
[0452] 周期結構120的高度:SOnm
[0453] 周期結構120的折射率1.5
[0454] 周期結構120的填充率:0.5
[0455] 調整層140'的折射率:1.5
[0456] 根據(jù)圖35,例如在傳播光的波長為560nm的情況下，當調整層140'的厚度為約 IOOnm~200皿、約270nm~380nm時，發(fā)光強度大。此時，周期結構120的有效光路長為Hphpf = 1.5 X 80皿X 0.5 = 60皿，而光致發(fā)光層110的有效光路長為1.75 X 80 = 140皿，調整層140 ' 的有效光路長為150nm~300nm。因此，透光性結構體320的有效光路長成立350nm<dT< 500nm、605nm<dT<770皿。該關系與mT = 2、3時的上述式(20)的范圍大致一致。
[0457] 運樣，對作為透光性結構體320a的一部分構成要素的調整層140'的厚度進行調 整，由此在透光性結構體320a的有效光路長滿足上述式（19)的情況下，能夠W透光性結構 體320a整體提高光的透射性，能夠提高發(fā)光器件301的出射效率。因此，光致發(fā)光層110和周 期結構120的厚度W通過模擬導波模式使得發(fā)光效率變高的方式進行設定（即，最適化），獨 立地對調整層140'的厚度進行調整，由此能夠W透光性結構體320a整體提高光的透射性。 良P，能同時實現(xiàn)通過模擬導波模式使得發(fā)光效率提高和提高所生成的光的透射性。
[0458] 圖36是表示本實施方式的第二別例的發(fā)光器件302的剖視圖，對于與圖31、圖34相 同的構成使用了相同的符號。透光性結構體32化具備光致發(fā)光層110、110'和調整層140'。 在運種情況下，透光性結構體320b的有效光路長山'由光致發(fā)光層110、110'和調整層140' 各自的有效光路長之和來表示。多層鏡310位于透光性結構體320與透明基板140之間。
[0459] 圖37是表示本實施方式的第=別例的發(fā)光器件303的剖視圖，對于與圖31、圖34、 圖36相同的構成使用了相同的符號。發(fā)光器件303在透光性結構體320之上形成有多層鏡 310。此時，透明基板140還可W被設置為支撐多層鏡310、多層鏡310被透明基板140與透光 性結構體320夾住運樣的構成。另外，還可W使用空氣層代替透明基板140。
[0460] 在透光性結構體320之上，W填埋其周期結構120的凹凸的方式設置調整層140'， 調整層140'具有平坦的主面，多層鏡310位于其主面上。透光性結構體320還可W進一步包 含透明基板140, W包含基板140在內的整體來滿足式(20)。
[0461] 就發(fā)光器件303而言，多層鏡310設置在透光性結構體320的上側，因此能夠由基板 140側射出高強度的傳播光L'。
[0462] 圖38是表示本實施方式的第四別例的發(fā)光器件304的剖視圖，對于與圖31、圖34、 圖36、圖37相同的構成使用了相同的符號。發(fā)光器件304與發(fā)光器件303同樣地是在透光性 結構體320c之上配置有多層鏡310的結構。透光性結構體320c包含在表面設置有周期結構 120的透明基板140W及W填埋周期結構120的凹凸的方式設置于透明基板140的光致發(fā)光 層110。周期結構120例如由與透明基板140相同的材料形成。透光性結構體320c的有效光路 長被構成為滿足上述式(19)。
[0463] 光致發(fā)光層110中的與透明基板140相反一側的主面是平坦的。在該主面上形成有 多層鏡310。因此，多層鏡310的高折射率層311和低折射率層312分別具有平坦的主面。多層 鏡310的高折射率層311和低折射率層312被構成為滿足式（18)。
[0464] 就發(fā)光器件304而言，多層鏡310設置在透光性結構體320的上側，因此能夠由基板 140側射出高強度的傳播光L'。
[0465] 圖39是表示本實施方式的第五別例的發(fā)光器件305的剖視圖，對于與圖38相同的 構成使用了相同的符號。發(fā)光器件305與發(fā)光器件304的不同點在于，其具備具有追隨周期 結構120的凹凸的凹凸結構的光致發(fā)光層now及多層鏡310。
[0466] 就發(fā)光器件305而言，多層鏡310的高折射率層311和低折射率層312分別滿足式 (18)。另外，包含光致發(fā)光層110和周期結構120的透光性結構體320d滿足式（19)。因此，發(fā) 光器件305能夠與發(fā)光器件304同樣地由基板140側射出高發(fā)光強度的傳播光L'。
[0467] W上，本實施方式對向光致發(fā)光層110的主面的法線方向射出傳播光L、L'的發(fā)光 器件進行了說明。但是，還可W實現(xiàn)向除了法線方向W外的方向射出的發(fā)光器件。在運種情 況下，通過將本實施方式的"厚度"置換為與射出的方向平行的"光路長"，由此能夠實現(xiàn)具 備與本實施方式相同的特征的發(fā)光器件。
[0468] 另外，本實施方式還可W與在本實施方式之前進行了說明的其他實施方式、變形 例進行組合。
[0469] 產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0470] 根據(jù)本申請的發(fā)光器件，能夠實現(xiàn)具有指向性的發(fā)光裝置，因此能夠適用于例如 照明、顯示器、投影儀之類的光學設備。
[0471] 符號說明
[0472] 100、100日、300、300' 發(fā)光器件
[0473] 110 光致發(fā)光層(波導）
[0474] 120、120'、120a、120b、120c 透光層(周期結構、亞微米結構）
[047引 140 透明基板
[0476] 140' 調整層
[0477] 150 保護層
[047引 180 光源
[04巧]200 發(fā)光裝置
[0480] 310 多層鏡
[0481] 311 高折射率層
[0482] 312 低折射率層
【主權項】
1. 一種發(fā)光器件，其具有： 光致發(fā)光層； 透光層，該透光層以與所述光致發(fā)光層接近的方式配置； 亞微米結構，該亞微米結構形成在所述光致發(fā)光層和所述透光層中的至少一者上，并 向所述光致發(fā)光層或所述透光層的面內擴散;以及 多層鏡，該多層鏡與所述光致發(fā)光層和所述透光層一起層疊， 其中，所述亞微米結構至少包含多個凸部或多個凹部， 所述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為的第一光， 當將相鄰的凸部之間或凹部之間的距離設定為Dint、將所述光致發(fā)光層對所述第一光 的折射率設定為nwav-3時，成立Aa/nwav- a<Dint<Aa的關系。2. 根據(jù)權利要求1所述的發(fā)光器件，其中，所述多層鏡包含多個低折射率層以及具有比 所述多個低折射率層高的折射率的多個高折射率層， 各低折射率層和各高折射率層交互地層疊。3. 根據(jù)權利要求2所述的發(fā)光器件，其中，所述多個低折射率層和所述多個高折射率層 的折射率分別為ru和nH，所述多個低折射率層和所述多個高折射率層的厚度分別為和 tMH，mR為任意的正整數(shù)，滿足下述式： (2mR-l. 2)λ3/(4nL)^tML^(2mR-〇 .8)λ3/(4iil) (2mR-l. 2)λ3/(4ηΗ)^Ξ?ΜΗ^Ξ (2mR-〇. 8)λ3/(4πη) 〇4. 根據(jù)權利要求1~3中任一項所述的發(fā)光器件，其中，所述多個高折射率層由與所述 光致發(fā)光層相同的材料形成。5. 根據(jù)權利要求3所述的發(fā)光器件，其中，所述mR為1。6. 根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的發(fā)光器件，其中，所述透光層具有所述亞微米結 構， 所述光致發(fā)光層位于所述透光層與所述多層鏡之間。7. 根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的發(fā)光器件，其還包含位于所述多層鏡與所述光致 發(fā)光層之間的調整層。8. 根據(jù)權利要求1~5中任一項所述的發(fā)光器件，其還具備支撐所述光致發(fā)光層的透明 基板和調整層， 其中，所述光致發(fā)光層具有平坦的主面， 所述透光層形成于所述光致發(fā)光層的所述平坦的主面上，并具有所述亞微米結構， 所述調整層覆蓋所述透光層并位于所述光致發(fā)光層上， 所述多層鏡位于所述調整層上。9. 根據(jù)權利要求1~7中任一項所述的發(fā)光器件，其中，所述透光層是在表面具有所述 亞微米結構的透明基板， 所述光致發(fā)光層以填埋所述亞微米結構的方式位于所述透明基板的表面， 所述多層鏡位于所述光致發(fā)光層上。10. 根據(jù)權利要求9所述的發(fā)光器件，其中，所述光致發(fā)光層的位于與所述透明基板相 反一側的主面是平坦的。11. 根據(jù)權利要求9所述的發(fā)光器件，其中，所述光致發(fā)光層的位于與所述透明基板相 反一側的主面具有追隨所述亞微米結構的多個凸部或多個凹部的凹凸形狀， 所述多層鏡具有追隨所述亞微米結構的多個凸部或多個凹部的凹凸形狀。12. 根據(jù)權利要求1~11中任一項所述的發(fā)光器件，其具備包含所述光致發(fā)光層和所述 透光層的透光性結構體， 其中，所述多層鏡與所述透光性結構體互相接觸，在所述多層鏡與所述透光性結構體 的界面部分，所述透光性結構體的折射率比所述多層鏡的折射率大， mT為任意的正整數(shù)，所述透光性結構體在所述層疊方向上的有效光路長dT滿足下述式： (4??1Τ_ 1 ) ^a/ ( Sllwav-a )〈 (It〈（ 4??1Τ+1 ) ^a/ ( Sllwav-a )。13. 根據(jù)權利要求1~11中任一項所述的發(fā)光器件，其具備包含所述光致發(fā)光層和所述 透光層的透光性結構體， 其中，所述多層鏡與所述透光性結構體互相接觸，在所述多層鏡與所述透光性結構體 的界面部分，所述透光性結構體的折射率比所述多層鏡的折射率小， mT為任意的正整數(shù)，所述透光性結構體在所述層疊方向上的有效光路長dT滿足下述式： (4niT_3 ) A^a/ ( 8llwav-a ) < dT < ( 4Π 1Τ_ 1 ) ( 8llwav-a )。14. 根據(jù)權利要求12或13所述的發(fā)光器件，其中，所述mT為1。15. -種發(fā)光器件，其具有： 透光層； 亞微米結構，該亞微米結構形成在所述透光層上，并向所述透光層的面內擴散； 光致發(fā)光層，該光致發(fā)光層以與所述亞微米結構接近的方式配置；以及 多層鏡，該多層鏡與所述光致發(fā)光層和所述透光層一起層疊， 其中，所述亞微米結構包含多個凸部或多個凹部， 所述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為的第一光， 所述亞微米結構至少包含由所述多個凸部或所述多個凹部形成的至少一個周期結構， 當將所述光致發(fā)光層對所述第一光的折射率設定為nwav-a、將所述至少一個周期結構的 周期設定為Pa時，成立X a/nwaV-a<Pa<Xa的關系。16. -種發(fā)光器件，其具有： 光致發(fā)光層； 透光層，該透光層具有比所述光致發(fā)光層高的折射率； 亞微米結構，該亞微米結構形成在所述透光層上，并向所述透光層的面內擴散；以及 多層鏡，該多層鏡與所述光致發(fā)光層和所述透光層一起層疊， 其中，所述亞微米結構至少包含多個凸部或多個凹部， 所述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為的第一光， 所述亞微米結構至少包含由所述多個凸部或所述多個凹部形成的至少一個周期結構， 當將所述光致發(fā)光層對所述第一光的折射率設定為nwav-a、將所述至少一個周期結構的 周期設定為Pa時，成立X a/nwaV-a<Pa<Xa的關系。17. 根據(jù)權利要求1~15中任一項所述的發(fā)光器件，其中，所述光致發(fā)光層與所述透光 層互相接觸。18. -種發(fā)光器件，其具有： 光致發(fā)光層； 亞微米結構，該亞微米結構形成在所述光致發(fā)光層上，并向所述光致發(fā)光層的面內擴 散； 多層鏡，該多層鏡與所述光致發(fā)光層一起層疊， 其中，所述亞微米結構至少包含多個凸部或多個凹部， 所述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長為的第一光， 所述亞微米結構至少包含由所述多個凸部或所述多個凹部形成的至少一個周期結構， 當將所述光致發(fā)光層對所述第一光的折射率設定為nwav-a、將所述至少一個周期結構的 周期設定為Pa時，成立X a/nwaV-a<Pa<Xa的關系。19. 根據(jù)權利要求1~18中任一項所述的發(fā)光器件，其中，所述亞微米結構包含所述多 個凸部和所述多個凹部這兩者。20. -種發(fā)光裝置，其具有權利要求1~19中任一項所述的發(fā)光器件和向所述光致發(fā)光 層照射激發(fā)光的激發(fā)光源。
【文檔編號】H01L33/46GK105940494SQ201580006195
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年2月20日
【發(fā)明人】稻田安壽, 平澤拓, 中村嘉孝, 橋谷享, 新田充, 山木健之
【申請人】松下知識產(chǎn)權經(jīng)營株式會社