發光器件以及發光裝置的製作方法
2023-07-04 16:14:49
本申請涉及發光器件以及發光裝置，特別涉及具有光致發光層的發光器件以及發光裝置。
背景技術：
對於照明器具、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。螢光燈、白色LED等所使用的光致發光材料各向同性地發光。因此，為了使光僅向特定方向射出，這種材料與反射器、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。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：日本特開2010-231941號公報
技術實現要素：
發明所要解決的問題
在光學設備中，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，優選不用這些光學部件，或者至少使它們小型化。
本申請提供能夠對光致發光層的發光效率、指向性或偏振特性進行控制的具有新型結構的發光器件以及具備該發光器件的發光裝置。
用於解決問題的手段
本申請的某個實施方式的發光器件具有：光致發光層；透光層，該透光層以與上述光致發光層接近的方式配置；以及亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發光層和上述透光層中的至少一者上，並向上述光致發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Dint、上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光、將上述光致發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的關係，並且在上述光致發光層和上述透光層的至少一者之上具有多個第二凸部，該多個第二凸部中的相鄰的第二凸部之間的距離小於Dint。
上述總的方案或具體的方案可以通過器件、裝置、系統、方法或它們的任意組合來實現。
發明效果
本申請的某些實施方式的發光器件以及發光裝置具有新型構成，能夠根據新的機理對亮度、指向性或偏振特性進行控制。
附圖說明
圖1A是表示某個實施方式的發光器件的構成的立體圖。
圖1B是圖1A所示的發光器件的局部剖視圖。
圖1C是表示另一個實施方式的發光器件的構成的立體圖。
圖1D是圖1C所示的發光器件的局部剖視圖。
圖2是表示分別改變發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。
圖3是圖示式(10)中的m＝1和m＝3的條件的圖表。
圖4是表示改變發光波長和光致發光層的厚度t來計算向正面方向輸出的光的增強度的結果的圖。
圖5A是表示厚度t＝238nm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。
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。
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。
圖6是表示以與圖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。
圖7A是表示二維周期結構的例子的俯視圖。
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。
圖8是表示改變發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。
圖9是表示以與圖8相同的條件將光致發光層的膜厚設定為1000nm時的結果的圖。
圖10是表示改變發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。
圖11是表示以與圖10相同的條件將周期結構的折射率設定為np＝2.0時的計算結果的圖。
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。
圖13是表示以與圖9所示的計算相同的條件將光致發光層的折射率nwav變更為1.5時的結果的圖。
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光層和周期結構時的計算結果的圖。
圖1是圖示式(15)的條件的圖表。
圖16是表示具備圖1A、1B所示的發光器件100和使激發光射入光致發光層110的光源180的發光裝置200的構成例的圖。
圖17是用於說明通過使激發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px的一維周期結構；(b)表示具有x方向的周期px、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。
圖18A是表示二維周期結構的一個例子的圖。
圖18B是表示二維周期結構的另一個例子的圖。
圖19A是表示在透明基板上形成了周期結構的變形例的圖。
圖19B是表示在透明基板上形成了周期結構的另一個變形例的圖。
圖19C是表示在圖19A的構成中改變發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。
圖20是表示混合了多個粉末狀發光器件的構成的圖。
圖21是表示在光致發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。
圖22是表示具有表面上形成有凹凸結構的多個光致發光層110層疊而成的結構的發光器件的一個例子的圖。
圖23是表示在光致發光層110與周期結構120之間設置了保護層150的構成例的剖視圖。
圖24是表示通過僅加工光致發光層110的一部分來形成周期結構120的例子的圖。
圖25是表示形成在具有周期結構的玻璃基板上的光致發光層的截面TEM圖像的圖。
圖26是表示測定試製的發光器件的出射光的正面方向的光譜的結果的圖表。
圖27(a)和(b)是表示測定試製的發光器件的出射光的角度依賴性的結果(上段)以及計算結果(下段)的圖表。
圖28(a)和(b)是表示測定試製的發光器件的出射光的角度依賴性的結果(上段)以及計算結果(下段)的圖表。
圖29是表示測定試製的發光器件的出射光(波長610nm)的角度依賴性的結果的圖表。
圖30是示意性地表示平板型波導的一個例子的立體圖。
圖31(a)是另一個實施方式的發光器件1100的剖視示意圖；(b)是表示使用相當於發光器件1100的模型進行了計算的結果的圖。
圖32是又一個實施方式的發光器件1200的剖視示意圖。
圖33(a)～(c)分別是示意性地表示發光器件1200截面的放大圖的一個例子的圖。
圖34(a)是又一個實施方式的發光器件1300的剖視示意圖；(b)是又一個實施方式的發光器件1400的剖視示意圖。
圖35(a)是又一個實施方式的發光器件1500的剖視示意圖；(b)是又一個實施方式的發光器件1600的剖視示意圖。
圖36(a)是表示具有不是錐形狀的第一凸部121a的亞微米結構在包括光致發光層110的法線在內的面內的形狀的例子的圖；(b)～(e)分別 是表示具有錐形狀的第一凸部121a的亞微米結構在包括光致發光層110的法線在內的面內的形狀的例子的圖；(f)表示發光器件1600的立體示意圖的一個例子。
圖37(a)和(c)分別是用於說明進行了計算的模型的圖；(b)和(d)分別是表示使用(a)和(c)的模型進行了計算的結果的圖。
圖38是表示使用相當於發光器件1600的模型進行了計算的結果的圖。
圖39(a)是又一個實施方式的發光器件1700的剖視示意圖；(b)是又一個實施方式的發光器件1800的剖視示意圖。
圖40是用於說明透射型閃耀衍射光柵的圖。
圖41(a)～(e)是分別為了說明用於形成發光器件1800的第一凸部121a的模具10的製造方法的一個例子的剖視圖。
具體實施方式
本申請包括以下項目所述的發光器件以及發光裝置。
[項目1]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；
透光層，該透光層以與上述光致發光層接近的方式配置；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發光層和上述透光層中的至少一者上，並向上述光致發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，
上述光致發光層所發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的關係。
[項目2]
根據項目1所述的發光器件，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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係的第一周期結構。
[項目3]
根據項目1或2所述的發光器件，其中，上述透光層對上述第一光的 折射率nt-a小於上述光致發光層對上述第一光的折射率nwav-a。
[項目4]
根據項目1～3中任一項所述的發光器件，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。
[項目5]
根據項目4所述的發光器件，其中，上述第一方向為上述光致發光層的法線方向。
[項目6]
根據項目4或5所述的發光器件，其中，向上述第一方向射出的上述第一光為直線偏振光。
[項目7]
根據項目4～6中任一項所述的發光器件，其中，以上述第一光的上述第一方向為基準時的指向角小於15°。
[項目8]
根據項目4～7中任一項所述的發光器件，其中，具有與上述第一光的波長λa不同的波長λb的第二光在與上述第一方向不同的第二方向上強度最大。
[項目9]
根據項目1～8中任一項所述的發光器件，其中，上述透光層具有上述亞微米結構。
[項目10]
根據項目1～9中任一項所述的發光器件，其中，上述光致發光層具有上述亞微米結構。
[項目11]
根據項目1～8中任一項所述的發光器件，其中，上述光致發光層具有平坦的主面，
上述透光層形成在上述光致發光層的上述平坦的主面上，並且具有上述亞微米結構。
[項目12]
根據項目11所述的發光器件，其中，上述光致發光層被透明基板支撐。
[項目13]
根據項目1～8中任一項所述的發光器件，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，
上述光致發光層被形成在上述亞微米結構之上。
[項目14]
根據項目1或2所述的發光器件，其中，上述透光層對上述第一光的折射率nt-a為上述光致發光層對上述第一光的折射率nwav-a以上，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150nm以下。
[項目15]
根據項目1和3～14中任一項所述的發光器件，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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係的第一周期結構，
上述第一周期結構為一維周期結構。
[項目16]
根據項目15所述的發光器件，其中，上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為與λa不同的λb的第二光，
在將上述光致發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λb/nwav-b＜pb＜λb的關係的第二周期結構，
上述第二周期結構為一維周期結構。
[項目17]
根據項目1和3～14中任一項所述的發光器件，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。
[項目18]
根據項目1和3～14中任一項所述的發光器件，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，
上述多個周期結構包含以矩陣狀排列而成的多個周期結構。
[項目19]
根據項目1和3～14中任一項所述的發光器件，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，
當將上述光致發光層所具有的光致發光材料的激發光在空氣中的波長設定為λex、將上述光致發光層對上述激發光的折射率設定為nwav-ex時，上述多個周期結構包含周期pex成立λex/nwav-ex＜pex＜λex的關係的周期結構。
[項目20]
一種發光器件，其具有多個光致發光層和多個透光層，
其中，上述多個光致發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於項目1～19中任一項所述的上述光致發光層和上述透光層。
[項目21]
根據項目20所述的發光器件，其中，上述多個光致發光層與上述多個透光層層疊。
[項目22]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；
透光層，該透光層以與上述光致發光層接近的方式配置；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發光層和上述透光層中的至少一者上，並向上述光致發光層或上述透光層的面內擴散，
上述發光器件射出在上述光致發光層和上述透光層的內部形成模擬導波模式的光。
[項目23]
一種發光器件，其具備：
光能夠導波的導波層；以及
周期結構，該周期結構以與上述導波層接近的方式配置，
其中，上述導波層具有光致發光材料，
在上述導波層中，由上述光致發光材料發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。
[項目24]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；
透光層，該透光層以與上述光致發光層接近的方式配置；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發光層和上述透光層中的至少一者上，並向上述光致發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Dint、將上述光致發光層所具有的光致發光材料的激發光在空氣中的波長設定為λex、將在到達上述光致發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光的折射率設定為nwav-ex時，成立λex/nwav-ex＜Dint＜λex的關係。
[項目25]
根據項目24所述的發光器件，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λex/nwav-ex＜pex＜λex的關係的第一周期結構。
[項目26]
一種發光器件，其具有：
透光層；
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述透光層上，並向上述透光層的面內擴散；以及
光致發光層，該光致發光層以與上述亞微米結構接近的方式配置，
其中，上述亞微米結構包含多個凸部或多個凹部，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
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，
當將上述光致發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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係。
[項目27]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；
透光層，該透光層具有比上述光致發光層高的折射率；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述透光層上，並向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，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
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，
當將上述光致發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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係。
[項目28]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發光層上，並向上述光致發光層的面內擴散，
其中，上述亞微米結構包含多個凸部或多個凹部，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
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，
當將上述光致發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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係。
[項目29]
根據項目1～21和24～28中任一項所述的發光器件，其中，上述亞微米結構包含上述多個凸部和上述多個凹部這雙者。
[項目30]
根據項目1～22和24～27中任一項所述的發光器件，其中，上述光致發光層與上述透光層互相接觸。
[項目31]
根據項目23所述的發光器件，其中，上述導波層與上述周期結構互相接觸。
[項目32]
一種發光裝置，其具備項目1～31中任一項所述的發光器件和向上述 光致發光層照射激發光的激發光源。
[項目33]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；
透光層，該透光層以與上述光致發光層接近的方式配置；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發光層和上述透光層中的至少一者上，並向上述光致發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第一凸部或多個第一凹部，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
當將相鄰的第一凸部或第一凹部之間的距離設定為Dint、將上述光致發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的關係，
並且在上述光致發光層和上述透光層中的至少一者之上具有多個第二凸部，該多個第二凸部中的相鄰的第二凸部之間的距離小於Dint。
[項目34]
根據項目33所述的發光器件，其中，上述亞微米結構包含由上述多個第一凸部或上述多個第一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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係的第一周期結構。
[項目35]
根據項目33或35所述的發光器件，其中，上述相鄰的第二凸部之間的距離小於λa/2。
[項目36]
根據項目33～35中任一項所述的發光器件，其中，上述多個第二凸部的至少一部分構成周期結構。
[項目37]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；
透光層，該透光層以與上述光致發光層接近的方式配置；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發光層和上述透光層中的至少一者上，並向上述光致發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第一凸部或多個第一凹部，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
當將相鄰的第一凸部或第一凹部之間的距離設定為Dint、將上述光致發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的關係，並且
上述多個第一凸部的與上述光致發光層的法線方向垂直的截面的面積在距離上述光致發光層最近的截面中最大，或者上述多個第一凹部的與上述光致發光層的法線方向垂直的截面的面積在距離上述光致發光層最近的截面中最小。
[項目38]
根據項目37所述的發光器件，其中，上述多個第一凸部或上述多個第一凹部的側面的至少一部分相對於上述光致發光層的法線方向傾斜。
[項目39]
根據項目37或38所述的發光器件，其中，上述多個第一凸部或上述多個第一凹部的側面的至少一部分為臺階狀。
[項目40]
根據項目37～39中任一項所述的發光器件，其中，上述亞微米結構包含由上述多個第一凸部或上述多個第一凹部形成的至少一個周期結構，上述至少一個周期結構當將周期設定為pa時成立λa/nwav-a＜pa＜λa的關係。
[項目41]
一種發光器件，其具有：
透光層；
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述透光層上，並向上述透光層的面內擴散；以及
光致發光層，該光致發光層以與上述亞微米結構接近的方式配置，
其中，上述亞微米結構包含多個第一凸部或多個第一凹部，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
上述亞微米結構包含由上述多個第一凸部或上述多個第一凹部形成的至少一個周期結構，
當將上述光致發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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係，
並且在上述光致發光層之上具有多個第二凸部。
[項目42]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；
透光層，該透光層具有比上述光致發光層高的折射率；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述透光層上，並向上述透光層的面內擴散，
其中，上述亞微米結構包含多個第一凸部或多個第一凹部，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
上述亞微米結構包含由上述多個第一凸部或上述多個第一凹部形成的至少一個周期結構，
當將上述光致發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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係，
並且在上述光致發光層之上具有多個第二凸部。
[項目43]
一種發光器件，其具有：
透光層；
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述透光層上，並向上述透光層的面內擴散；以及
光致發光層，該光致發光層以與上述亞微米結構接近的方式配置，
其中，上述亞微米結構包含多個第一凸部或多個第一凹部，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
上述亞微米結構包含由上述多個第一凸部或上述多個第一凹部形成的至少一個周期結構，
當將上述光致發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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係，
並且上述多個第一凸部的與上述光致發光層的法線方向垂直的截面的面積在距離上述光致發光層最近的截面中最大，或者上述多個第一凹部的與上述光致發光層的法線方向垂直的截面的面積在距離上述光致發光層最 近的截面中最小。
[項目44]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；
透光層，該透光層具有比上述光致發光層高的折射率；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述透光層上，並向上述透光層的面內擴散，
其中，上述亞微米結構包含多個第一凸部或多個第一凹部，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
上述亞微米結構包含由上述多個第一凸部或上述多個第一凹部形成的至少一個周期結構，
當將上述光致發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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係，
並且上述多個第一凸部的與上述光致發光層的法線方向垂直的截面的面積在距離上述光致發光層最近的截面中最大，或者上述多個第一凹部的與上述光致發光層的法線方向垂直的截面的面積在距離上述光致發光層最近的截面中最小。
[項目45]
根據項目33～44中任一項所述的發光器件，其中，上述光致發光層與上述透光層互相接觸。
[項目46]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發光層上，並向上述光致發光層的面內擴散，
其中，上述亞微米結構包含多個第一凸部或多個第一凹部，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
上述亞微米結構至少包含由上述多個第一凸部或上述多個第一凹部形成的至少一個周期結構，
當將上述光致發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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係，
並且在上述光致發光層之上具有多個第二凸部。
[項目47]
一種發光器件，其具有：
光致發光層；以及
亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發光層上，並向上述光致發光層的面內擴散，
其中，上述亞微米結構包含多個第一凸部或多個第一凹部，
上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光，
上述亞微米結構至少包含由上述多個第一凸部或上述多個第一凹部形成的至少一個周期結構，
當將上述光致發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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係，
並且上述多個第一凸部的與上述光致發光層的法線方向垂直的截面的面積在距離上述光致發光層最近的截面中最大，或者上述多個第一凹部的與上述光致發光層的法線方向垂直的截面的面積在距離上述光致發光層最近的截面中最小。
[項目48]
根據項目33～47中任一項所述的發光器件，其中，上述亞微米結構包含上述多個第一凸部和上述多個第一凹部這兩者。
[項目49]
一種發光裝置，其具備項目33～48中任一項所述的發光器件和向上述光致發光層照射激發光的激發光源。
本申請的實施方式的發光器件具有：光致發光層；透光層，該透光層以與上述光致發光層接近的方式配置；以及亞微米結構，該亞微米結構形成在上述光致發光層和上述透光層中的至少一者上，並向上述光致發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Dint、上述光致發光層所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光、將上述光致發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的關係。波長λa例如在 可見光的波長範圍內(例如380nm以上且780nm以下)。
光致發光層包含光致發光材料。光致發光材料是指接受激發光而發光的材料。光致發光材料包括狹義的螢光材料和磷光材料，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)。光致發光層除了光致發光材料以外，還可以包含基質材料(即，主體材料)。基質材料例如為玻璃、氧化物等無機材料、樹脂。
以與光致發光層接近的方式配置的透光層由對於光致發光層所發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。透光層例如可以為支撐光致發光層的基板。另外，在光致發光層的空氣側的表面具有亞微米結構的情況下，空氣層可以為透光層。
對於本申請的實施方式的發光器件而言，如後面參照計算結果和實驗結果所詳述的那樣，由於形成在光致發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)，在光致發光層和透光層的內部形成獨特的電場分布。這是導波光與亞微米結構相互作用形成的，可以將其表示為模擬導波模式。通過利用該模擬導波模式，如以下所說明的那樣，能夠得到光致發光的發光效率增大、指向性提高、偏振光的選擇性效果。此外，以下的說明中，有時使用模擬導波模式這一用語來對本申請的發明者們發現的新型構成和/或新的機理進行說明，但其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。
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，中心間距離)設定為Dint時，滿足λa/nwav-a＜Dint＜λa的關係。亞微米結構也可以包含多個凹部來代替多個凸部。以下，為了簡化起見，以亞微米結構具有多個凸部的情況進行說明。λ表示光的波長，λa表示空氣中的光的波長。nwav為光致發光層的折射率。在光致發光層為混合有多種材料的介質的情況下，將各材料的折射率以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，因此優選將對λa的光的折射率表示為nwav-a，但有時為了簡化起見會省略。nwav基本上是光致發光層的折射率，但在與光致發光層相鄰的層的折射率大於光致發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光層的折射率以各自的體積比率加權而得到的 平均折射率設定為nwav。這是因為，這種情況光學上與光致發光層由多個不同材料的層構成的情況等價。
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＜nwav。這裡，na為空氣的折射率。如果認為模擬導波模式的光為在光致發光層的內部一邊以入射角θ全反射一邊傳播的光，則有效折射率neff可寫作neff＝nwavsinθ。另外，有效折射率neff由存在於模擬導波模式的電場分布的區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，不僅依賴於光致發光層的折射率，還依賴於透光層的折射率。另外，由於根據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可以不同。
亞微米結構形成在光致發光層和透光層中的至少一者上。在光致發光層與透光層互相接觸時，也可以在光致發光層與透光層的界面上形成亞微米結構。此時，光致發光層和透光層具有亞微米結構。光致發光層也可以不具有亞微米結構。此時，具有亞微米結構的透光層以與光致發光層接近的方式配置。這裡，透光層(或其亞微米結構)與光致發光層接近典型而言是指：它們之間的距離為波長λa的一半以下。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光層的折射率大時，即使不滿足上述的關係，光也到達透光層，因此透光層的亞微米結構與光致發光層之間的距離也可以超過波長λa的一半。本說明書中，在光致發光層與透光層處於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係的情況下，有時表示兩者互相關聯。
亞微米結構如上所述由於滿足λa/nwav-a＜Dint＜λa的關係，所以具有大小為亞微米量級的特徵。亞微米結構例如如以下詳細說明的實施方式的發光器件中那樣，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λa/nwav-a＜pa＜λa的關係。即，亞微米結構可以包含相鄰的凸部之間的距離Dint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覆相互作用，被亞微米結構衍射。這與在自由空間傳播的光通過周期結構而衍射的現象不同，而是光一邊導波(即，一邊反覆全反射)一邊與周期結構作用的現象。因此，即使由周期結構引起的相移小(即，即使周期結構的高度小)，也能 夠高效地引起光的衍射。
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，光致發光的發光效率增大，並且產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定的衍射角度。通過利用該現象，能夠向特定方向射出特定波長的光(指向性顯著提高)。進而，由於在TE模式和TM模式中，有效折射率neff(＝nwavsinθ)不同，因此還能夠同時得到高偏振光的選擇性。例如，如後面實驗例所示，能夠得到向正面方向射出強的特定波長(例如610nm)的直線偏振光(例如TM模式)的發光器件。此時，向正面方向射出的光的指向角例如低於15°。其中，指向角是指將正面方向設定為0°的單側的角度。
相反，如果亞微米結構的周期性降低，則指向性、發光效率、偏振度以及波長選擇性變弱。只要根據需要調整亞微米結構的周期性就行。周期結構既可以為偏振光的選擇性高的一維周期結構，也可以是能夠減小偏振度的二維周期結構。
另外，亞微米結構可以包含多個周期結構。多個周期結構例如周期(間距)互相不同。或者，多個周期結構例如具有周期性的方向(軸)互相不同。多個周期結構既可以形成在同一個面內，也可以層疊。當然，發光器件可以具有多個光致發光層和多個透光層，它們也可以具有多個亞微米結構。
亞微米結構不僅能夠用於控制光致發光層所發出的光，而且還能夠用於將激發光高效地導向光致發光層。即，激發光被亞微米結構衍射，與將光致發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光致發光層。只要使用當將激發光致發光材料的光在空氣中的波長設定為λex、將光致發光層對該激發光的折射率設定為nwav-ex時成立λex/nwav-ex＜Dint＜λex的關係的亞微米結構就行。nwav-ex為光致發光材料對激發波長的折射率。可以使用具有當將周期設定為pex時成立λex/nwav-ex＜pex＜λex的關係的周期結構的亞微米結構。激發光的波長λex例如為450nm，但也可以為比可見光短的波長。在激發光的波長處於可見光的範圍內的情況下，也可以設定為與光致發光層所發出的光一起射出激發光。
[1.作為本申請的基礎的認識]
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，由於螢光燈、白色LED等所使用的光致發光材料各向同性地發光，所以為了用光照射特定方向，需要反射器、透鏡等光學部件。然而，如果光致發光層自身以指向性地發光，就不需要(或者能夠減小)如上所述的光學部件，從而能夠大幅縮小光學設備或器具的大小。本申請的發明者們根據這樣的設想，為了得到指向性發光，詳細研究了光致發光層的構成。
本申請的發明者們首先認為：為了使來自光致發光層的光偏向特定方向，要使發光本身具有特定方向性。作為表徵發光的指標的發光率Γ根據費米的黃金法則，由以下的式(1)表示。
式(1)中，r是表示位置的矢量，λ為光的波長，d為偶極矢量，E為電場矢量，ρ為狀態密度。就除了一部分結晶性物質以外的多種物質而言，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的大小也不依賴於朝向而基本固定。因此，在絕大多數情況下，2的值不依賴於方向。即，發光率Γ不依賴於方向而固定。因此，在絕大多數情況下，光致發光層各向同性地發光。
另一方面，為了由式(1)得到各向異性的發光，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，能夠實現指向性發光。在本申請中，利用通過將光封閉在光致發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，對於用於此的構成進行了研究，以下說明詳細分析的結果。
[2.僅增強特定方向的電場的構成]
本申請的發明者們認為要使用電場強的導波模式對發光進行控制。通過設定為導波結構本身含有光致發光材料的構成，能夠使得發光與導波模式結合。但是，如果僅使用光致發光材料形成導波結構，則由於發出的光成為導波模式，因此向正面方向幾乎出不來光。於是，本申請的發明者們認為要對包含光致發光材料的波導和周期結構(形成在多個凸部和多個凹 部中的至少一者上)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，其特徵在於，電場振幅的波腹以與周期結構的周期相同的周期產生。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，由於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。另外，由於除了模擬導波模式以外的光被封閉在波導內的效果小，因此電場不被增強。所以，大多數發光與具有大的電場成分的模擬導波模式結合。
即，本申請的發明者們認為通過將包含光致發光材料的光致發光層(或者具有光致發光層的導波層)設定為以周期結構接近的方式設置的波導，使發光與轉換為特定方向的傳播光的模擬導波模式結合，實現具有指向性的光源。
作為導波結構的簡便構成，著眼於平板型波導。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110S的一個例子的立體圖。在波導110S的折射率比支撐波導110S的透明基板140的折射率高時，存在在波導110S內傳播的光的模式。通過將這樣的平板型波導設定為包含光致發光層的構成，由於由發光點產生的光的電場與導波模式的電場大幅重合，因此能夠使光致發光層中產生的光的大部分與導波模式結合。進而，通過將光致發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。
進而，在周期結構與光致發光層接近的情況下，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。不需要光致發光層全部都為光致發光材料，只要其至少一部分區域具有發光的功能就行。
另外，在由金屬形成周期結構的情況下，形成導波模式和基於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。此外，該模式由於由金屬導致的吸收多，因此損失變大，發光增強的效果變小。所以，作為周期結構，優選使用吸收少的電介質。
本申請的發明者們首先研究了使發光與通過在這樣的波導(例如光致發光層)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1A是示意性地表示具有這樣的波導(例如光致發光層)110和周期結構(例如透光層)120的發光器件100的一個例子的立體圖。以下，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1B是將該發光器件100用與xz面平行的平面切斷時的剖視圖。如果以與波導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kwav的模擬導波模式被轉換為波導外的傳播光，該波數kout能夠用以下的式(2)表示。
式(2)中的m為整數，表示衍射的次數。
這裡，為了簡化起見，近似地將在波導內導波的光看作是以角度θwav傳播的光線，成立以下的式(3)和(4)。
在這些式子中，λ0為光在空氣中的波長，nwav為波導的折射率，nout為出射側的介質的折射率，θout為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θout能夠用以下的式(5)表示。
noutsinθout＝nwavsinθwav-mλ0/p (5)
根據式(5)可知，在nwavsinθwav＝mλ0/p成立時，θout＝0，能夠使光向與波導的面垂直的方向(即，正面)射出。
根據如上的原理，可以認為通過使發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。
為了實現如上所述的狀況，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。用於此的條件用以下的式(6)表示。
nout＜nwav sinθwav (6)
為了使該模擬導波模式通過周期結構衍射並使光射出到波導外，式(5)中需要-1＜sinθout＜1。因此，需要滿足以下的式(7)。
對此，如果考慮式(6)，可知只要成立以下的式(8)就行。
進而，為了使得由波導110射出的光的方向為正面方向(θout＝0)，由式(5)可知需要以下的式(9)。
p＝mλ0/(nwav sinθwav) (5)
由式(9)和式(6)可知，必要條件為以下的式(10)。
此外，在設置如圖1A和圖1B所示的周期結構的情況下，由於m為2以上的高次的衍射效率低，所以只要以m＝1的一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中，設定為m＝1，以滿足將式(10)變形得到的以下的式(11)的方式，確定周期p。
如圖1A和圖1B所示，在波導(光致發光層)110不與透明基板接觸的情況下，nout為空氣的折射率(約1.0)，因此只要以滿足以下的式(12)的方式確定周期p就行。
另一方面，可以採用如圖1C和圖1D所例示的那樣在透明基板140上形成有光致發光層110和周期結構120的結構。在這種情況下，由於透明 基板140的折射率ns比空氣的折射率大，因此只要以滿足在式(11)中設定為nout＝ns得到的下式(13)的方式確定周期p就行。
此外，式(12)、(13)考慮了式(10)中m＝1的情況，但也可以m≥2。即，在如圖1A和圖1B所示發光器件100的兩面與空氣層接觸的情況下，只要將m設定為1以上的整數並以滿足以下的式(14)的方式設定周期p就行。
同樣地，在如圖1C和圖1D所示的發光器件100a那樣將光致發光層110形成在透明基板140上的情況下，只要以滿足以下的式(15)的方式設定周期p就行。
通過以滿足以上的不等式的方式確定周期結構的周期p，能夠使由光致發光層110產生的光向正面方向射出，因此能夠實現具有指向性的發光裝置。
[3.通過計算進行的驗證]
[3-1.周期、波長依賴性]
本申請的發明者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Cybernet公司的DiffractMOD的計算來進行。這些計算中，在對發光器件由外部垂直地射入光時，通過計算光致發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光層吸收的過程對應於：對與光致發光層中的發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。
將光致發光層的膜厚設定為1μm，將光致發光層的折射率設定為nwav＝1.8，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1A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。此外，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。
在上述的計算中，周期結構的截面設定為如圖1B所示的矩形。圖3表示圖示式(10)中的m＝1和m＝3的條件的圖表。比較圖2和圖3可知，圖2中的峰位置存在於與m＝1和m＝3相對應的地方。m＝1的強度強是因為，相比於三次以上的高次衍射光，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。
在圖3所示的分別與m＝1和m＝3相對應的區域內，圖2中能夠確認存在多個線。可以認為這是因為存在多個模擬導波模式。
[3-2.厚度依賴性]
圖4是表示將光致發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並改變發光波長和光致發光層的厚度t來計算向正面方向輸出的光的增強度的結果的圖。可知當光致發光層的厚度t為特定值時，光的增強度達到峰值。
將在圖4中存在峰的波長為600nm、厚度t＝238nm、539nm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，對於不存在峰的t＝300nm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，越黑的區域，表示電場強度越高；越白的區域，表示電場強度越低。在t＝238nm、539nm時有高的電場強度分布，而在t＝300nm時整體上電場強度低。這是因為，在t＝238nm、539nm的情況下，存在導波模式，光被較強地封閉。進而，可以觀察出如下特徵：在凸部或凸部的正下方，必然存在電場最強的部分(波腹)，產生與周期結構120相關的電場。即，可知根據周期結構120的配置，可以得到導波的模式。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(白色部分)的數目僅差一個的模式。
[3-3.偏振光依賴性]
接著，為了確認偏振光依賴性，以與圖2的計算相同的條件，對於光的偏振為具有與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，儘管峰位置多少有變化，但峰位置仍舊處於圖3所示的區域內。因此，確認了本實施方式的構成對於TM模式、TE模式中的任意一種偏振光都有效。
[3-4.二維周期結構]
進而，進行了基於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方向這兩方向排列而成的二維周期結構120』的一部分的俯視圖。圖中的黑色區域表示凸部，白色區域表示凹部。在這樣的二維周期結構中，需要考慮x方向和y方向這兩方向的衍射。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。將對於這樣的二維周期結構計算光的增強度計算得到的結果表示在圖7B中。除了周期結構以外的計算條件與圖2的條件相同。如圖7B所示，除了圖2所示的TM模式的峰位置以外，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：基於二維周期結構，TE模式也通過衍射被轉換而輸出。另外，對於二維周期結構而言，還需要考慮x方向和y方向這兩方向同時滿足一次衍射條件的衍射。這樣的衍射光向與周期p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以外，還可以考慮在周期p的倍的周期也產生峰。圖7B中，也能夠確認到這樣的峰。
作為二維周期結構，不限於如圖7A所示的x方向和y方向的周期相等的四方點陣的結構，也可以是如圖18A和圖18B所示的排列六邊形或三角形的點陣結構。另外，根據方位方向也可以為(例如四方點陣時x方向和y方向)的周期不同的結構。
如上所述，本實施方式確認了：利用基於周期結構的衍射現象，能夠將通過周期結構和光致發光層所形成的特徵性的模擬導波模式的光僅向正面方向選擇性地射出。通過這樣的構成，用紫外線或藍色光等激發光使光致發光層激發，可以得到具有指向性的發光。
[4.周期結構和光致發光層的構成的研究]
接著，對於改變周期結構和光致發光層的構成、折射率等各種條件時的效果進行說明。
[4-1.周期結構的折射率]
首先，對於周期結構的折射率進行研究。將光致發光層的膜厚設定為200nm，將光致發光層的折射率設定為nwav＝1.8，將周期結構設定為如圖1A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，將以相同的條件將光致發光層的膜厚設定為1000nm時的結果表示在圖9中。
首先，著眼於光致發光層的膜厚，可知與膜厚為200nm時(圖8)相比，膜厚為1000nm時(圖9)相對於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。這是因為，光致發光層的膜厚越小，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。此外，有效折射率由存在於模擬導波模式的電場分布的區域中的介質的折射率決定。
接著，著眼於相對於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。這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。可知為了實現該構成，不優選將折射率與光致發光層的折射率相比過大的材料用於周期結構。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光層的折射率的同等以下就行。光致發光層包含除了光致發光材料以外的材料時也是同樣的。
[4-2.周期結構的高度]
接著，對於周期結構的高度進行研究。將光致發光層的膜厚設定為1000nm，將光致發光層的折射率設定為nwav＝1.8，周期結構為如圖1A所示 那樣的在y方向上均勻的一維周期結構，並且將折射率設定為np＝1.5，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。將以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。可知在圖10所示的結果中，在一定程度以上的高度，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。這是因為，在光致發光層的折射率nwav比周期結構的折射率np高的情況(圖10)下，光進行全反射，所以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，由於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100nm左右就足夠，在超過150nm的區域，峰強度和Q值降低。因此，在光致發光層的折射率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150nm以下就行。
[4-3.偏振方向]
接著，對於偏振方向進行研究。將以與圖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，由於模擬導波模式的電場溢出比TM模式大，因此容易受到由周期結構產生的影響。所以，在周期結構的折射率np大於光致發光層的折射率nwav的區域，峰強度和Q值的降低比TM模式明顯。
[4-4.光致發光層的折射率]
接著，對於光致發光層的折射率進行研究。將以與圖9所示的計算相同的條件將光致發光層的折射率nwav變更為1.5時的結果表示在圖13中。可知即使是光致發光層的折射率nwav為1.5的情況下，也可以得到大致與圖9同樣的效果。但是，可知波長為600nm以上的光沒有向正面方向射出。這是因為，根據式(10)，λ0＜nwav×p/m＝1.5×400nm/1＝600nm。
由以上的分析可知，在將周期結構的折射率設定為與光致發光層的折射率同等以下或者周期結構的折射率為光致發光層的折射率以上的情況下，只要將高度設定為150nm以下就能夠提高峰強度和Q值。
[5.變形例]
以下，對本實施方式的變形例進行說明。
[5-1.具有基板的構成]
如上所述，如圖1C和圖1D所示，發光器件也可以具有在透明基板140之上形成有光致發光層110和周期結構120的結構。為了製作這樣的發光器件100a，可以考慮如下的方法：首先，在透明基板140上由構成光致發光層110的光致發光材料(根據需要包含基質材料；以下同)形成薄膜，在其之上形成周期結構120。在這樣的構成中，為了通過光致發光層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需要設定為光致發光層的折射率nwav以下。在將透明基板140以與光致發光層110相接觸的方式設置的情況下，需要以滿足將式(10)中的出射介質的折射率nout設定為ns的式(15)的方式來設定周期p。
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，能夠確認對於每個波長以特定周期出現光強度的峰，但可知峰出現的周期的範圍與圖2的結果不同。對此，將式(10)的條件設定為nout＝ns得到的式(15)的條件表示在圖15中。圖14中可知在與圖15所示的範圍相對應的區域內，出現光強度的峰。
因此，對於在透明基板140上設置有光致發光層110和周期結構120的發光器件100a而言，在滿足式(15)的周期p的範圍可以獲得效果，在滿足式(13)的周期p的範圍可以得到特別顯著的效果。
[5-2.具有激發光源的發光裝置]
圖16是表示具備圖1A、1B所示的發光器件100和使激發光射入光致發光層110的光源180的發光裝置200的構成例的圖。如上所述，本申請的構成通過使光致發光層被紫外線或藍色光等激發光激發，得到具有指向性的發光。通過設置以射出這樣的激發光的方式構成的光源180，能夠實現 具有指向性的發光裝置200。由光源180射出的激發光的波長典型地為紫外或藍色區域的波長，但不限於這些，可以根據構成光致發光層110的光致發光材料適當確定。此外，在圖16中，光源180被配置為由光致發光層110的下表面射入激發光，但不限於這樣的例子，例如也可以由光致發光層110的上表面射入激發光。
也有通過使激發光與模擬導波模式結合來使光高效地射出的方法。圖17是用於說明這樣的方法的圖。在該例子中，與圖1C、1D所示的構成同樣地，在透明基板140上形成有光致發光層110和周期結構120。首先，如圖17(a)所示，為了增強發光，確定x方向的周期px；接著，如圖17(b)所示，為了使激發光與模擬導波模式結合，確定y方向的周期py。周期px以滿足在式(10)中將p置換為px後的條件的方式確定。另一方面，周期py以將m設定為1以上的整數、將激發光的波長設定為λex、將與光致發光層110接觸的介質中除了周期結構120以外折射率最高的介質的折射率設定為nout並滿足以下的式(16)的方式確定。
這裡，nout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)。
特別是，如果設定為m＝1以滿足下式(17)的方式確定周期py，則能夠進一步提高將激發光轉換為模擬導波模式的效果。
這樣，通過以滿足式(16)的條件(特別是式(17)的條件)的方式設定周期py，能夠將激發光轉換為模擬導波模式。其結果是，能夠使光致發光層110有效地吸收波長λex的激發光。
圖17(c)、(d)分別是表示相對於圖17(a)、(b)所示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，將來自光致發光層110的發光波長λ設定為約600nm，將激發光的波長λex設定為約450nm，將光致發光層110的消光係數設定為0.003。如圖17(d)所示，不僅對由光致發光層110產生的光，而且對於 作為激發光的約450nm的光也顯示高的吸收率。這是因為，通過將射入的光有效地轉換為模擬導波模式，能夠使光致發光層所吸收的比例增大。另外，雖然即使對作為發光波長的約600nm，吸收率也增大，但這如果在約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。這樣，圖17(b)所示的周期結構120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。這樣，通過使用具有多個周期成分的二維周期結構，能夠提高激發效率，並且提高出射強度。此外，圖17中是使激發光由基板側射入，但即使由周期結構側射入也可以得到相同效果。
進而，作為具有多個周期成分的二維周期結構，也可以採用如圖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所示將具有三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，能夠對於各個軸向分配不同的周期。可以為了提高多個波長的光的指向性分別設定這些周期，也可以為了高效地吸收激發光而分別設定這些周期。在任何一種情況下，都以滿足相當於式(10)的條件的方式設定各周期。
[5-3.透明基板上的周期結構]
如圖19A和圖19B所示，可以在透明基板140上形成周期結構120a，在其之上設置光致發光層110。在圖19A的構成例中，以追隨基板140上的由凹凸構成的周期結構120a的方式形成光致發光層110，結果在光致發光層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，進行了使光致發光層110的表面變得平坦的處理。在這些構成例中，通過以周期結構120a的周期p滿足式(15)的方式進行設定，也能夠實現指向性發光。
為了驗證該效果，在圖19A的構成中，改變發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。這裡，將光致發光層110的膜厚設定為1000nm，將光致發光層110的折射率設定為nwav＝1.8，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＝1.5，周期為400nm，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，也以滿足式(15)的條件的周期觀測到了光強度的峰。
[5-4.粉體]
根據以上的實施方式，能夠通過調整周期結構的周期、光致發光層的膜厚，突出任意波長的發光。例如，如果使用以寬帶域發光的光致發光材料並設定為如圖1A、1B所示的構成，則能夠僅突出某個波長的光。因此，也可以將如圖1A、1B所示那樣的發光器件100的構成設定為粉末狀，並製成螢光材料進行利用。另外，也可以將如圖1A、1B所示那樣的發光器件100埋入樹脂、玻璃等進行利用。
在如圖1A、1B所示那樣的單體的構成中，製成僅向特定方向射出某個特定波長，因此難以實現例如具有寬波長區域的光譜的白色等的發光。因此，通過使用如圖20所示混合了周期結構的周期、光致發光層的膜厚等條件不同的多個粉末狀發光器件100的構成，能夠實現具有寬波長區域的光譜的發光裝置。此時，各個發光器件100的一個方向的尺寸例如為數μm～數mm左右；其中，例如可以包含數周期～數百周期的一維或二維周期結構。
[5-5.排列周期不同的結構]
圖21是表示在光致發光層之上將周期不同的多個周期結構以二維排列而成的例子的俯視圖。在該例子中，三種周期結構120a、120b、120c沒有間隙地排列。周期結構120a、120b、120c例如以分別將紅、綠、藍的波長區域的光向正面射出的方式設定周期。這樣，也能夠通過在光致發光層之上排列周期不同的多個結構，對於寬波長區域的光譜發揮指向性。此外，多個周期結構的構成不限於上述的構成，可以任意設定。
[5-6.層疊結構]
圖22表示具有表面上形成有凹凸結構的多個光致發光層110層疊而成的結構的發光器件的一個例子。多個光致發光層110之間設置有透明基板140，形成在各層的光致發光層110的表面上的凹凸結構相當於上述的周期結構或亞微米結構。在圖22所示的例子中，形成了三層的周期不同的周期結構，分別以將紅、藍、綠的波長區域的光向正面射出的方式設定周期。另外，以發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 致發光層110的材料。這樣，即使通過層疊周期不同的多個周期結構，也能夠對於寬波長區域的光譜發揮指向性。
此外，層數、各層的光致發光層110和周期結構的構成不限於上述的構成，可以任意設定。例如，在兩層的構成中，隔著透光性的基板，第一光致發光層與第二光致發光層以相對置的方式形成，在第一和第二光致發光層的表面分別形成第一和第二周期結構。此時，只要第一光致發光層與第一周期結構這一對和第二光致發光層與第二周期結構這一對分別滿足相當於式(15)的條件就行。在三層以上的構成中也同樣地，只要各層中的光致發光層和周期結構滿足相當於式(15)的條件就行。光致發光層和周期結構的位置關係可以與圖22所示的關係相反。雖然在圖22所示的例子中，各層的周期不同，但也可以將它們全部設定為相同周期。此時，雖然不能使光譜變寬，但能夠增大發光強度。
[5-7.具有保護層的構成]
圖23是表示在光致發光層110與周期結構120之間設置有保護層150的構成例的剖視圖。這樣，也可以設置用於保護光致發光層110的保護層150。但是，在保護層150的折射率低於光致發光層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光層110的折射率相同程度或者其以上的情況下，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，在這種情況下，由光致發光材料形成光導波的部分(以下將該部分稱為「導波層」)的大部分可以得到大的光輸出。因此，在這種情況下，也優選保護層150較薄者。此外，也可以使用與周期結構(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的折射率優選比光致發光層110的折射率小。
[6.材料和製造方法]
如果用滿足如上所述的條件的材料構成光致發光層(或者導波層)和周期結構，則能夠實現指向性發光。周期結構可以使用任意材料。然而，如果形成光致發光層(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，作為形成光致發光層(或者導波層)和周期結構的介質，可以使用光吸收性較低的材料。
作為周期結構的材料，例如可以使用光吸收性低的電介質。作為周期結構的材料的候補，例如可以列舉：MgF2(氟化鎂)、LiF(氟化鋰)、CaF2(氟化鈣)、SiO2(石英)、玻璃、樹脂、MgO(氧化鎂)、ITO(氧化銦錫)、TiO2(氧化鈦)、SiN(氮化矽)、Ta2O5(五氧化鉭)、ZrO2(氧化鋯)、ZnSe(硒化鋅)、ZnS(硫化鋅)等。但是，在如上所述使周期結構的折射率低於光致發光層的折射率的情況下，可以使用折射率為1.3～1.5左右的MgF2、LiF、CaF2、SiO2、玻璃、樹脂。
光致發光材料包括狹義的螢光材料和磷光材料，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)。通常以無機材料為主體的螢光材料存在折射率高的傾向。作為以藍色發光的螢光材料，可使用例如M10(PO4)6Cl2:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)、BaMgAl10O17:Eu2+、M3MgSi2O8:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)、M5SiO4Cl6:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)。作為以綠色發光的螢光材料，可以使用例如M2MgSi2O7:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)、SrSi5AlO2N7:Eu2+、SrSi2O2N2:Eu2+、BaAl2O4:Eu2+、BaZrSi3O9:Eu2+、M2SiO4:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)、Ba Si3O4N2:Eu2+、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+、Ca3SiO4Cl2:Eu2+、CaSi12-(m+n)Al(m+n)OnN16-n:Ce3+、β-SiAlON:Eu2+。作為以紅色發光的螢光材料，可以使用例如Ca AlSiN3:Eu2+、SrAlSi4O7:Eu2+、M2Si5N8:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)、MSiN2:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)、MSi2O2N2:Yb2+(M＝選自Sr和Ca中的至少一種)、Y2O2S:Eu3+,Sm3+、La2O2S:Eu3+,S m3+、CaWO4:Li1+,Eu3+,Sm3+、M2SiS4:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)、M3SiO5:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)。作為以黃色發光的螢光材料，可以使用例如Y3Al5O12:Ce3+、CaSi2O2N2:Eu2+、Ca3Sc2Si3O12:Ce3+、CaSc2O4:Ce3+、α-SiAlON:Eu2+、MSi2O2N2:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)、M7(SiO3)6Cl2:Eu2+(M＝選自Ba、Sr和Ca中的至少一種)。
量子點可以使用例如CdS、CdSe、核殼型CdSe/ZnS、合金型CdSSe/ZnS 等材料，根據材質能夠得到各種發光波長。作為量子點的基質，例如可以使用玻璃、樹脂。
圖1C、1D等所示的透明基板140由比光致發光層110的折射率低的透光性材料構成。作為這樣的材料，例如可以列舉：MgF(氟化鎂)、LiF(氟化鋰)、CaF2(氟化鈣)、SiO2(石英)、玻璃、樹脂。
接著，說明製造方法的一個例子。
作為實現圖1C、1D所示的構成的方法，例如有如下方法：在透明基板140上通過蒸鍍、濺射、塗布等工序將螢光材料形成光致發光層110的薄膜，然後形成電介質膜，通過光刻等方法進行圖案化(布圖)來形成周期結構120。也可以代替上述方法，通過納米壓印來形成周期結構120。另外，如圖24所示，也可以通過僅加工光致發光層110的一部分來形成周期結構120。此時，周期結構120由與光致發光層110相同的材料形成。
圖1A、1B所示的發光器件100例如能夠通過在製作圖1C、1D所示的發光器件100a後，進行從基板140剝除光致發光層110和周期結構120的部分的工序來實現。
圖19A所示的構成例如能夠通過在透明基板140上以半導體工藝或納米壓印等方法形成周期結構120a，然後在其之上通過蒸鍍、濺射等方法將構成材料形成光致發光層110來實現。或者，也能夠通過利用塗布等方法將周期結構120a的凹部嵌入光致發光層110來實現圖19B所示的構成。
此外，上述的製造方法為一個例子，本申請的發光器件不限於上述的製造方法。
[實驗例]
以下，對製作本申請的實施方式的發光器件的例子進行說明。
試製具有與圖19A同樣構成的發光器件的樣品，評價特性。發光器件如下操作來製作。
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LED激發而使YAG:Ce發光時，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，可以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。
此外，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表示以與一維周期結構(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表示以與一維周期結構(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)。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生位移。例如，對於610nm的光而言，由於為TM模式且僅在正面方向存在光，因此可知指向性且偏振發光。另外，由於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。
圖29表示了由上述測定結果例如使610nm的光以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。可以觀察出：在正面方向上產生了強的發光增強，對於其他角度而言，光幾乎沒有被增強的情況。可知向正面方向射出的光的指向角小於15°。此外，指向角是強度為最大強度的50％的角度，用以最大強度的方向為中心的單側的角度表示。即，可知實現了指向性發光。此外，由於所射出的光全都為TM模式的成分，因此可知同時也實現了偏振發光。
用於以上的驗證的實驗使用在廣帶域的波長帶發光的YAG:Ce來進行。即使使用發光為窄帶域的光致發光材料以同樣的構成進行實驗，對於該波長的光也能夠實現指向性和偏振發光。此外，在這樣的情況下，由於不產生其他波長的光，因此能夠實現不產生其他方向和偏振狀態的光的光源。
[7.提高發光效率的構成]
以下，對用於進一步提高指向性和發光效率的實施方式進行說明。附 圖中對實質上具有相同功能的構成要素以共通的參照符號表示，有時省略其說明。
(實施方式1)
對實施方式1進行說明。實施方式1的發光器件在光致發光層和透光層中的至少一者之上還具有多個第二凸部，該多個第二凸部中的相鄰的第二凸部之間的距離小於相鄰的第一凸部或第一凹部之間的距離。以下，有時將具有亞微米結構的多個凸部或多個凹部稱為多個第一凸部或多個第一凹部。實施方式1的發光器件除了還具有第二凸部這一點以外，既可以與上述實施方式的結構中的任意一種相同，也可以是將本申請的實施方式的發光器件中的任意多個組合而成的構成。
參照圖31(a)，對實施方式1的發光器件1100進行說明。圖31(a)是發光器件1100的剖視示意圖。
發光器件1100具有：光致發光層110；透光層120，該透光層120以與光致發光層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光層110和透光層120中的至少一者上，並向光致發光層110或透光層120的面內擴散；以及多個第二凸部160，該多個第二凸部160在光致發光層110之上。亞微米結構包含多個第一凸部121a或多個第一凹部121b。將相鄰的第一凸部121a之間或相鄰的第一凹部121b之間的距離設定為Dint。光致發光層110所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光。將光致發光層110對第一光的折射率設定為nwav-a。在它們之間，成立λa/nwav-a＜Dint＜λa的關係。相鄰的第二凸部160之間的距離小於Dint。
在發光器件1100中，光致發光層110例如設置在透光層120之上。多個第二凸部160例如設置在光致發光層110的表面。第二凸部160可以不與光致發光層110直接接觸。例如，可以在光致發光層110與第二凸部160之間設置其他層。
通過在光致發光層110的表面設置多個第二凸部160，發光器件1100的指向性和發光效率能夠進一步提高，以下就這一點進行說明。
多個第二凸部160例如構成所謂的蛾眼結構(蛾子眼睛的結構)。通過在光致發光層110的表面形成多個第二凸部160，對光致發光層110所發出的光的實效折射率沿著光致發光層110的法線方向由光致發光層110的折 射率連續變化為發光器件1100外部的折射率。由此，光致發光層110所發出的光在光致發光層110與發光器件1100外部(例如空氣)的界面的反射率降低。
在發光器件1100不具有多個第二凸部160的情況下，光致發光層110所發出的光在光致發光層110與發光器件1100外部(這裡例如設定為空氣)的界面上，其一部分會被反射。這是由於光致發光層110與空氣的折射率的不同而造成的。如果由光致發光層110射出的光中反射光的比例減少，則損失降低，因此能夠使發光器件1100的指向性和發光效率提高。特別是，只要能夠減少向光致發光層110的法線方向射出的光的反射率，則能夠提高光致發光層110所發出的光中向光致發光層110的法線方向射出的光的指向性和發光效率。通常來說，根據菲涅爾反射公式，當從折射率n1的介質向折射率n2的介質以與兩介質的界面垂直的方式射入強度I0的光時，反射光的強度由I0((n1-n2)/(n1+n2))2求得。例如，在發光器件1100中，當光致發光層110的折射率為1.5時，反射率為0.04；當光致發光層110的折射率為1.8時，反射率為0.08。如果光致發光層110的折射率高，則反射率增大。在光致發光層110的折射率高的發光器件1100中，通過具有多個第二凸部160，能夠更有效地提高指向性和發光效率。
第二凸部160的形狀例如為大致圓錐。第二凸部160為大致圓錐形時，實效折射率沿著光致發光層110的法線方向連續地變化。因此，能夠有效地降低光的反射率。第二凸部160的形狀例如可以為大致稜錐(包括多稜錐)。
第二凸部160的形狀不限於大致錐體。第二凸部160的形狀例如可以為圓錐或稜錐的前端(頂點)帶有圓度的形狀。第二凸部160的形狀可以為例如大致圓柱或大致稜柱(包括多稜柱)。當第二凸部160為稜柱形狀時，第二凸部160在包括光致發光層110的法線在內的截面的形狀為矩形(例如參照圖33(c))。第二凸部160的形狀例如可以為由圓錐或稜錐切去前端部分(即，包括頂點在內的部分)而成的形狀(即，圓錐臺或稜錐臺)。如作為下述實施方式2的發光器件的第一凸部的形狀進行說明的那樣，第二凸部160的形狀可以為錐形狀。就算通過具有這些形狀的第二凸部160，也能夠降低反射率。
第二凸部160既可以周期性地配置，也可以不規則地配置。多個第二凸部160的一部分可以構成周期結構。
可以認為多個第二凸部160能夠在不對形成於發光器件1100內的模擬導波模式施加影響的情況下提高發光器件1100的指向性和發光效率。這是因為，就算在光致發光層110的表面具有多個第二凸部160，光致發光層110所發出的光由光致發光層110射出到發光器件1100外部(例如空氣中)時的臨界角也不會變化。
多個第二凸部160具有比光致發光層110所發出的光在空氣中的波長小的周期Dint2。這裡，多個第二凸部160的周期Dint2在與光致發光層110和透光層120的面平行的面內稱為相鄰的第二凸部160之間的距離。第二凸部160的尺寸A可以與第二凸部160的周期Dint2相同(例如參照圖33(a)或圖33(b))。第二凸部160的尺寸A也可以小於第二凸部160的周期Dint2(例如參照圖33(c))。第二凸部160的尺寸A為與光致發光層110和透光層120的面平行的面內的第二凸部160的尺寸(例如，第二凸部160的底面為大致圓時為其直徑；在第二凸部160的底面為矩形時為其一邊的長度)。
多個第二凸部160的周期Dint2例如優選小於光致發光層110所發出的光中的第一光在空氣中的波長λa。具有與和光在空氣中的波長相同程度相比更大的周期的多個第二凸部160能夠產生衍射光。進而，為了抑制衍射光的產生，多個第二凸部160的周期Dint2例如更優選設定為λa/2以下。具體來說，當第一光在空氣中的波長λa例如為610nm時，多個第二凸部160的周期Dint2例如可以設定為50nm以上且305nm以下。如果周期Dint2低於50nm，則有時多個第二凸部160的加工並不容易。
多個第二凸部160的高度h2例如可以設定為50nm以上且300nm以下。第二凸部160的高度h2為光致發光層110的法線方向上的高度。多個第二凸部160的高度h2優選當將多個第一凸部的高度或多個第一凹部的深度設定為1時設定為例如1以上且2以下。多個第二凸部160的高度h2越大，則越能夠使實效折射率沿著光致發光層110的法線方向越緩慢地變化。因此，多個第二凸部160的高度h2越大，則越能夠降低光致發光層110的表面上的反射率。多個第二凸部160的高度h2例如為50nm以上。不過，在多個第二凸部160的高度h2大的情況下，有時多個第二凸部160的加工並 不容易和/或第二凸部160的強度變小(即，難以維持形狀)。另外，後述的納米壓印等方法難以適用。因此，優選第二凸部160的高度h2例如為300nm以下。
多個第二凸部160例如能夠通過使用了半導體工藝、納米壓印等的轉印工藝來製作。多個第二凸部160的製作方法不限於特定方法，可以使用公知的任何方法。
發光器件1100例如還可以具備支撐光致發光層110和透光層120的透明基板140。圖31表示將透光層120和透明基板140設置為一體的構成。在該構成例中，透光層120和透明基板140由相同材料一體性地形成。但是，透光層120和透明基板140當然也可以分別設置。其他實施方式中也同樣。透明基板140例如由石英形成。透明基板140可以省略。
為了有效地利用由第一凸部121a(和/或第一凹部121b)形成的周期結構所帶來的指向性、發光效率、偏振度和波長選擇性的效果，優選第二凸部160不僅構成一個周期結構。例如，第二凸部160可以具有多個周期結構，該多個周期結構具有互相不同的周期。或者，第二凸部160也可以不規則地配置。
另外，第二凸部160和第一凸部121a(和/或第一凸部121b)不需要使由光致發光層110的法線方向觀察時的位置一致。圖31(a)中的虛線表示第二凸部160、第一凸部121a和第一凸部121b各自在由光致發光層110的法線方向觀察時的中心線。第二凸部160的中心線和第一凸部121a(和/或第一凸部121b)的中心線不需要使由光致發光層110的法線方向觀察時的位置一致。例如，對於多個第二凸部160中的至少一部分而言，只要第一凸部121a(和/或第一凸部121b)與中心線的位置錯開就行。
本申請的發明者們對第二凸部的效果進行了計算並驗證。即，驗證出：如果發光器件具有第二凸部，則由發光器件的正面方向射出的光的透射率增加，從而發光器件的發光效率提高。
圖31(b)是表示計算使波長λ(μm)的激發光由正面的出射方向射入時的光致發光層110內的電場強度、計算向正面方向射出的光的增強度的結果的圖。所計算出的光的增強度越大，則發光器件具有越優異的發光效率。計算中使用與發光器件1100(參照圖31(a))對應的模型。在實施例 的模型中，將光致發光層110的厚度設定為163nm，將第二凸部160的高度設定為100nm。光致發光層110的厚度和第二凸部160的高度為光致發光層110的法線方向上的長度。作為比較例，在沒有設置第二凸部的模型中也進行同樣的計算。在比較例的模型中，光致發光層110的厚度為200nm。該厚度是以光的增強度達到最大的波長在實施例與比較例之間一致的方式確定的值。由圖31(b)的計算結果可知：在存在第二凸部時，與比較例相比，光的增強度增加。即，可知：通過使發光器件具有第二凸部，發光器件的發光效率提高。
接著，參照圖32，對實施方式1的另一個發光器件1200進行說明。圖32是示意地表示發光器件1200的剖視圖。
如圖32所示，在發光器件1200中，透光層120設置在光致發光層110上，在光致發光層110和透光層120之上設置有多個第二凸部160。發光器件1200除了上述幾點以外可以與發光器件1100相同。圖32表示將透光層120和光致發光層110設置為一體的構成。在該構成例中，透光層120和光致發光層110由同一材料一體性地形成。但是，透光層120和光致發光層110當然也可以分別設置。其他實施方式中也同樣。
例如，如圖32所例示那樣，多個第二凸部160設置在光致發光層110和透光層120的表面。多個第二凸部160可以不與光致發光層110和透光層120直接接觸。例如，在多個第二凸部160與光致發光層110和透光層120之間可以設置其他層。
發光器件1200在光致發光層110和透光層120的表面具有多個第二凸部160。因此，光致發光層110所發出的光對光致發光層110和透光層120的透射率增加。就發光器件1200而言，指向性和發光效率能夠進一步提高。
圖33(a)～(c)分別是示意性地表示發光器件1200截面的放大圖的一個例子的圖。圖33(a)表示亞微米結構所具有的第一凸部121a以及第一凹部121b和第二凸部160。如圖33(a)所示，亞微米結構具有第一凸部121a和第一凹部121b。第一凸部121a的高度或第一凹部121b的深度為h。這些為光致發光層110的法線方向上的距離。在第一凸部121a和第一凹部121b的表面設置有第二凸部160。第二凸部160具有尺寸A和高度h2。第二凸部160構成周期結構，其周期Dint2可以與第二凸部160的尺寸A一 致。如圖33(b)所示，可以代替第二凸部160，將具有尺寸A和深度h2的第二凹部160b設置在第一凸部121a和第一凹部121b的表面。另外，第二凸部160在包括光致發光層110的法線在內的截面中，如圖33(a)或(b)所示可以為三角形狀，也可以如圖33(c)所示為矩形狀。第二凸部160可以僅設置在第一凸部121a的表面，也可以僅設置在第一凹部121b的表面。第二凸部160為了使發光器件的指向性和發光效率進一步提高，優選設置在第一凸部121a和第一凹部121b這兩者的表面。
實施方式1的發光器件不限於上述的例子。參照圖34(a)和(b)，對實施方式1的其他發光器件1300和發光器件1400進行說明。圖34(a)和(b)分別是示意性地表示發光器件1300和發光器件1400的剖視圖。
如圖34(a)所示的發光器件1300那樣，透光層120也可以具有亞微米結構。如圖34(b)所示的發光器件1400那樣，在光致發光層110的兩側可以具有透光層120。發光器件1300和發光器件1400分別除了上述幾點以外，可以與發光器件1100或發光器件1200相同。
發光器件1300和發光器件1400在光致發光層110和透光層120的至少一者的表面上具有多個第二凸部160。因此，光致發光層110所發出的光對光致發光層110和透光層120的透射率增加。就發光器件1300和發光器件1400而言，能夠提高指向性和發光效率。
(實施方式2)
接著，對實施方式2進行說明。就實施方式2的發光器件而言，多個第一凸部或多個第一凹部的側面的至少一部分相對於光致發光層的法線方向傾斜。多個第一凸部的與光致發光層的法線方向垂直的截面的面積在距離光致發光層最近的截面中最大。實施方式2的發光器件除了上述幾點以外可以與上述實施方式的結構中的任意一個相同，也可以為將本申請的實施方式的發光器件中的任意多個組合而成的構成。
參照圖35(a)，對實施方式2的發光器件1500進行說明。圖35(a)是發光器件1500的剖視示意圖。
發光器件1500具有：光致發光層110；透光層120，該透光層120以與光致發光層110接近的方式配置；以及亞微米結構，該亞微米結構形成在光致發光層110和透光層120中的至少一者上，並向光致發光層110或 透光層120的面內擴散。亞微米結構包含多個第一凸部121a或多個第一凹部121b。將相鄰的第一凸部121a之間或相鄰的第一凹部121b之間的距離設定為Dint。光致發光層110所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光。將光致發光層110對第一光的折射率設定為nwav-a。它們之間成立λa/nwav-a＜Dint＜λa的關係。
發光器件1500的第一凸部121a或第一凹部121b具有所謂的錐形狀。這裡，就第一凸部121a而言，錐形狀是指：第一凸部121a的側面的至少一部分相對於光致發光層110的法線方向傾斜，第一凸部121a的與光致發光層110的法線方向垂直的截面的面積在距離光致發光層110最近的截面中最大。就第一凹部121b而言，錐形狀是指：第一凹部121b的側面的至少一部分相對於光致發光層110的法線方向傾斜，第一凹部121b的與光致發光層110的法線方向垂直的截面的面積在距離光致發光層110最近的截面中最小。通過這樣的第一凸部121a或第一凹部121b，能夠得到使對光致發光層110所發出的光的實效折射率沿著光致發光層110的法線方向緩慢變化的效果。這是基於與上述實施方式1的發光器件所具有的多個第二凸部同樣的原理。為了實現上述效果，第一凸部121a的折射率例如設定得高於第一凹部121b的折射率。
例如，發光器件1500還具有支撐光致發光層110和透光層120的透明基板140。在發光器件1500中，在透明基板140與光致發光層110之間設置有透光層120。激發光例如由發光器件1500的透明基板側射入。
發光器件1500在光致發光層110與透明基板140(在發光器件1500不具有透明基板的情況下，例如為空氣等發光器件1500外部)之間，對光致發光層110所發出的光的實效折射率沿著光致發光層110的法線方向的變化變得緩慢。因此，能夠使由透明基板140側射入的激發光的反射率降低。在發光器件1500中，由於激發光被高效地導向光致發光層110，所以能夠提高指向性和發光效率。
例如，發光器件1500如下製造。準備透明基板(例如石英基板)，通過對透明基板實施蝕刻，形成規定的形狀(圖案)，然後在透明基板上沉積發光材料，由此進行製造。此時，第一凸部121a由與光致發光層110相同的材料形成，第一凹部121b由與透明基板140相同的材料形成。第一凸部 121a可以由與光致發光層110不同的材料形成。第一凹部121b也可以由與透明基板140不同的材料形成。在省略透明基板140的情況下，第一凹部121b可以為空氣層。
實施方式2的發光器件不限於發光器件1500。參照圖35(b)，對實施方式2的又一個發光器件1600進行說明。圖35(b)為發光器件1600的剖視圖。發光器件1600在光致發光層110上設置有透光層120這一點上與發光器件1500不同。發光器件1600除了上述這點以外可以與發光器件1500相同。就發光器件1600而言，例如可以由透光層120側射入激發光。
發光器件1600具有錐形狀的第一凸部121a，從而由發光器件1600之上(由透光層120側)射入的激發光的反射率降低。在發光器件1600中，激發光被高效地導向光致發光層110，因此能夠提高指向性和發光效率。進而，發光器件1600的第一凸部121a也具有使光致發光層110所發出的光的出射效率提高的效果。
圖36(b)～(e)是表示亞微米結構在包括光致發光層110的法線在內的面內的截面形狀的例子的圖。為了比較，圖36(a)表示了具有不是錐形狀的第一凸部121a的亞微米結構。在圖36(a)～(e)中，亞微米結構具有第一凸部121a和第一凹部121b交替設置而成的周期結構。在圖示的例子中，亞微米結構在包括光致發光層110的法線在內的截面中為第一凸部121a的面積和第一凹部121b的面積相等的形狀。為了簡化起見，以下對第一凸部121a的形狀進行說明，但對於第一凹部121b的形狀也同樣。
如圖36(b)所示，在包括光致發光層110的法線在內的面內，第一凸部121a的形狀例如為等腰梯形。第一凸部121a的側面相對於光致發光層110的面傾斜角度θ。角度θ低於90°。第一凸部121a的高度h為光致發光層110的法線方向上的高度。如圖36(c)～(e)所示，第一凸部121a的側面的至少一部分可以具有曲線。圖36(c)表示第一凸部121a的側面的下部彎曲而成的結構。圖36(d)表示第一凸部121a的側面的上部彎曲而成的結構。圖36(e)表示第一凸部121a的側面的上部和下部這兩者彎曲而成的結構。這裡，「上部」是指在光致發光層110的法線方向上遠離光致發光層110的部分；「下部」是指在光致發光層110的法線方向上接近光致發光層110的部分。
圖36(f)表示發光器件1600的立體示意圖的一個例子。亞微米結構不限於圖35(b)中所例示的包含第一凸部121a和第一凹部121b的結構。如圖36(f)所例示的那樣，亞微米結構可以由散落在透光層120內的多個第一凹部121b形成。
本申請的發明者們對第一凸部具有錐形狀的效果進行了計算並驗證。
首先，驗證出：通過使第一凸部為錐形狀，光致發光層所發出的光高效地射出。將結果表示在圖37中並進行說明。
圖37(a)和(c)是用於說明進行計算的模型的圖。圖37(b)和(d)分別是表示對圖37(a)和(c)的模型計算由正面方向(即，以與光致發光層110和透光層120垂直的方式)射入波長λ(μm)的激發光時在光致發光層110內的電場強度、計算向正面方向射出的光的增強度的結果的圖。計算出的光的增強度越大，則發光器件具有越優異的發光效率。
圖37(a)的模型相當於發光器件1500。在光致發光層110和透明基板140之間設置有透光層120。光致發光層110的折射率為1.8，透明基板140的折射率為1.46。第一凸部121a由與光致發光層110相同的材料形成，第一凹部121b由與透明基板140相同的材料形成。因此，第一凸部121a的折射率為1.8，第一凹部121b的折射率為1.46。第一凸部121a和第一凹部121b構成周期p為380nm的周期結構。第一凸部121a的高度(第一凹部121b的深度)h為80nm。光致發光層110的厚度hL為150nm。
圖37(b)表示改變第一凸部121a(或第一凹部121b)的側面的傾斜角θ(°)計算光的增強度得到的結果。在計算中，就算傾斜角θ變化，包括光致發光層110的法線在內的截面中的第一凸部121a的面積也固定。如果傾斜角θ小於90°，則第一凸部121a具有錐形狀。如果傾斜角θ變小，則光的增強度變大，可知光致發光層110的發光效率提高。
就圖37(c)的模型而言，第一凸部121a(或第一凹部121b)不是錐形狀，具有兩層的層疊結構的形狀。即，多個第一凸部121a(或多個第一凹部121b)的側面為臺階狀。第一凸部121a的與光致發光層110的法線方向垂直的截面的面積在距離光致發光層110最近的截面中最大，在最遠的截面中最小。第一凹部121b的與光致發光層110的法線方向垂直的截面的面積在距離光致發光層110最近的截面中最小，在最遠的截面中最大。第 一凸部121a和/或第一凹部121b的與光致發光層110的法線方向垂直的截面的面積沿著光致發光層110的法線方向以臺階狀變化。
構成第一凸部121a(或第一凹部121b)的形狀的兩層在與光致發光層110平行的面內的大小不同，如果使兩層的中心一致來重疊，就會產生Δw(nm)的偏差(高低差)。圖37(d)表示改變高低差Δw(nm)計算光的增強度得到的結果。就算高低差Δw變化，也設定為第一凸部121a在包括光致發光層110的法線在內的截面中的面積是固定的。在沒有高低差的情況下，與圖37(a)中的傾斜角θ＝90°的情況相同。如果高低差Δw變大，則光的增強度變大，可知光致發光層110的發光效率提高。就第一凸部121a發現了：就算其具有兩層的層疊結構的形狀來代替錐形狀，也能夠得到與錐形狀同樣的效果。第一凸部121a就算為三層以上的層疊結構的形狀，也能夠得到同樣的效果。
進而，還對通過使第一凸部為錐形狀而光致發光層所發出的光被高效射出的範圍進行了驗證。將結果表示在圖38中並進行說明。
圖38表示在相當於發光器件1600(參照圖35(b))的模型中對由透光層120側以與光致發光層110和透光層120垂直的方式射入波長為612nm的光時的透射率進行了測定的結果。對由發光器件1600外部從透光層120透過並射入光致發光層110的光的比例進行了計算。該計算是對與光致發光層110所發出的光從透光層120透過並向發光器件1600外部射出的過程相反的過程進行了計算。即，計算出的透射率越大，則發光器件1600具有越優異的發光效率。與圖37(a)的模型同樣地，第一凸部121a具有周期p＝380nm的周期結構，改變傾斜角θ和高度h進行了計算。第一凸部121a由與光致發光層110相同的材料(折射率為1.8)形成。
圖38以等高線的形式對計算出的透射率進行繪製。例如在，傾斜角θ＝90°時，對於高度h小於0.14μm的區域而言，透射率會隨著高度h的增加而減少，透射率在高度h＝0.14μm和h＝0.22μm之間取極小值；對於高度h大於0.22μm的區域而言，透射率會隨著高度h的增加而增加。圖38的斜線部分為不成立第一凸部121a的形狀的區域，得不到有效的結果。
如果傾斜角θ從90°變小，則存在透射率增加的傾向。即，可知通過使第一凸部121a具有錐形狀，光致發光層110所發出的光高效地射出。特別 是，在第一凸部121a的高度h為約100nm以上的情況下，通過傾斜角θ的減少，透射率顯著增加。即，在第一凸部121a的高度h為約100nm以上的情況下，通過使第一凸部121a具有錐形狀，光致發光層110所發出的光的發光效率能夠大幅提高。與此相對，在第一凸部121a的高度h為約100nm以下的情況下，相對於傾斜角θ的變化，透射率幾乎不變化。
通過上述驗證，確認出：通過使第一凸部具有錐形狀，光致發光層所發出的光高效地射出，發光器件的發光效率和指向性提高。第一凸部的側面的傾斜角θ由於其製造工序中的誤差，有時小於90°。另外，在通過納米壓印形成第一凸部的情況下，為了順利進行脫模，有時對模具設置拔模斜度。在這些情況下，可以認為：由於第一凸部具有錐形狀，因此發光器件有時具有上述效果。
(實施方式3)
對實施方式3的發光器件進行說明。就實施方式3的發光器件而言，多個第一凸部或多個第一凹部的接受由光致發光層的法線方向射入發光器件的光的面從與光致發光層110平行的面傾斜。實施方式3的發光器件除了上述這點以外可以與上述實施方式的結構中的任意一種相同。實施方式3的發光器件除了上述這點以外也可以為將本申請的實施方式的發光器件中的任意多個組合而成的構成。
參照圖39(a)，對實施方式3的發光器件1700進行說明。圖39(a)是發光器件1700的剖視示意圖。
發光器件1700具有：光致發光層110；透光層120，該透光層120以與光致發光層110接近的方式配置；以及亞微米結構，該亞微米結構設置在光致發光層110和透光層120中的至少一者上，並向光致發光層110或透光層120的面內擴散。亞微米結構包含多個第一凸部121a或多個第一凹部121b。將相鄰的第一凸部121a之間的距離或相鄰的第一凹部121b之間的距離設定為Dint。光致發光層110所發出的光包括空氣中的波長為λa的第一光。將光致發光層110對第一光的折射率設定為nwav-a。它們之間成立λa/nwav-a＜Dint＜λa的關係。多個第一凸部121a或多個第一凹部121b的接受由光致發光層110的法線方向射入發光器件1700的光的面從與光致發光層110平行的面傾斜θB。傾斜角θB例如對各個第一凸部121a或第一凹部121b 而言是相同的。
在發光器件1700中，具有多個第一凸部121a和多個第一凹部121b的亞微米結構在包括光致發光層110的法線在內的截面中相對於光致發光層110的法線方向是非對稱的。在發光器件1700中，光致發光層110所發出的光的指向強度強的方向會從光致發光層110的法線方向傾斜。發光器件1700通過以與想要增強光的指向強度的方向或光致發光層110所發出的光的波長相對應的方式對θB進行調整，能夠控制指向性和發光效率。傾斜角θB例如為10°～60°。
如圖39(a)所示，發光器件1700所具有的第一凸部的形狀在包括光致發光層110的法線在內的截面中例如為鋸齒狀。這樣的形狀例如被用於閃耀衍射光柵中。
如參照圖40所說明的那樣，透射型閃耀衍射光柵通過使射入的光的經過衍射光柵折射後的進行方向與任意次數的衍射光的方向一致，能夠增強想要取出的次數的衍射光的強度。
圖40表示透射型閃耀衍射光柵的剖視示意圖。衍射光柵的槽為鋸齒狀，接受由衍射光柵法線的方向射入的光的面傾斜θB。當向折射率ni的衍射光柵內射入平行光線(空氣中的波長為λ)並向衍射光柵的外部(折射率no)射出時，得到衍射光的條件如下。
Dint×ni×sinθi-Dint×no×sinθo＝mλ (18)
這裡，Dint為衍射光柵的周期(相鄰的槽之間的間隔)，θi為入射角，θo為出射角，m為表示衍射次數的整數。入射角θi為入射光相對於衍射光柵法線的角度，出射角θo為出射光相對於衍射光柵法線的角度。另一方面，衍射光柵的傾斜θB的面上的折射條件根據斯涅爾法則如下。
ni×sinθ』i＝no×sinθ』o (19)
這裡，θ』i和θ』o是相對於從衍射光柵法線傾斜θB的線的角度。通過使式(19)所示的折射光與式(18)的衍射光之中想要增強的次數m的衍射光一致，能夠僅增強某個特定方向的光。
根據與閃耀衍射光柵相同的原理，發光器件1700增強向任意方向射出的光，能夠增強指向性。根據光致發光層110所發出的光的波長，對多個第一凸部的形狀進行調節，由此能夠增強指向性。由於能夠減少向除了增 強了指向性的方向以外的方向射出的光的比例，因此能夠提高發光效率。發光器件1700能夠提高和/或控制指向性和發光效率。
接著，參照圖39(b)，對能夠得到與發光器件1700相同效果的發光器件1800進行說明。圖39(b)是發光器件1800的剖視示意圖。
如圖39(b)所示，發光器件1800的第一凸部121a在包括光致發光層110的法線在內的截面中為包括多個階的臺階狀。就構成第一凸部121a的多個階各自而言，在與光致發光層110的法線方向垂直的截面中，距離光致發光層110最近的階的面積最大，距離光致發光層110最遠的階的面積最小。第一凸部121a在與光致發光層110的法線方向垂直的截面中，距離光致發光層110最近的截面的面積最大。
根據這樣形狀的第一凸部121a，就算臺階的階數變多，也能夠得到與具有鋸齒狀的第一凸部121a的發光器件1700同樣的效果。發光器件1800的第一凸部121a與發光器件1700的第一凸部121a相比，製造工藝容易。發光器件1800的第一凸部121a例如通過包括光刻工藝在內的公知半導體工藝形成。發光器件1800的第一凸部121a例如如後所述，可以通過使用了模具(壓模)的轉印法來形成。
圖39(b)例示階數為四的情況，但階的數量N不限於此。各階的高度可以相同也可以不同。例如，各個階的高度Δh為將第一凸部121a的高度h進行N-1等分後的高度(h/(N-1))。相鄰的階的面積差例如可以相同。理論上來說，可以認為：階數無限大，與發光器件1700的第一凸部121a等同，隨著階數的增加而接近發光器件1700的第一凸部121a的光學效果。另一方面，如果階數增加，則製造工序和製造成本增加。階數例如為四階～八階。在適用使用了以下說明的模具的轉印法的情況下，階數例如為偶數。
參照圖41(a)～圖41(e)，對用於形成發光器件1800的第一凸部121a的模具10的製造方法進行說明。圖41(a)～圖41(e)分別是為了說明用於形成發光器件1800的第一凸部121a的模具10的製造方法的一個例子的剖視圖。
首先，如圖41(a)所示，在基板11之上形成抗蝕劑層12。抗蝕劑層12例如通過在基板11的整個面上塗布公知的抗蝕劑材料來形成。
接著，如圖41(b)所示，通過公知的光刻工藝，將抗蝕劑層12加工 成規定的形狀(圖案)。也可以使用電子束刻蝕(EB刻蝕；electron beam lithography)。抗蝕劑層12例如以具有周期結構的方式進行加工。例如，在與基板11平行的面中，存在抗蝕劑層12的區域和不存在抗蝕劑層12的區域具有相同的面積，兩區域交替形成。
接下來，如圖41(c)所示，以圖案化後的抗蝕劑層12作為掩模，進行基板11的蝕刻。典型來說，進行各向異性乾式蝕刻。例如，對基板11之中的圖41(b)中不存在抗蝕劑層12的區域進行蝕刻。將蝕刻的深度設定為Δd。蝕刻後，將抗蝕劑層12除去。
接著，再次在基板11的整個面形成抗蝕劑層12。如圖41(d)所示，將抗蝕劑層12加工成規定的形狀(圖案)。與圖41(b)的工序同樣地，使用光刻或電子束刻蝕。典型來說，圖41(d)的工序中所形成的抗蝕劑層12的圖案(周期結構)的周期為圖41(b)的工序中的周期的兩倍。
接下來，如圖41(e)所示，以圖案化後的抗蝕劑層12為掩模，進行基板11的蝕刻。與圖41(c)的工序同樣地，典型來說，進行各向異性乾式蝕刻。例如，對基板11之中的圖41(d)中的不存在抗蝕劑層12的區域進行蝕刻。典型來說，蝕刻的深度為圖41(c)的工序中所蝕刻的深度的兩倍(2Δd)。蝕刻後，將抗蝕劑層12除去。
通過以上的製造工序，製造用於形成發光器件1800的第一凸部121a的模具10。就由使用了圖41(e)的模具10的轉印法形成的第一凸部而言，其如圖39(b)所例示的發光器件1800的第一凸部121a那樣具有四階。模具10中的蝕刻的深度Δd例如能夠相當於第一凸部121a的各個階的高度Δh。根據上述的模具的製造工序，能夠製作具有數量比蝕刻的次數多的階的模具。典型來說，階的數量為蝕刻的次數的兩倍。
產業上的可利用性
根據本申請的發光器件，能夠實現具有指向性的發光裝置，因此能夠適用於例如照明、顯示器、投影儀之類的光學設備。
符號說明
100、100a、1100～1800 發光器件
110 光致發光層(波導)
120、120』、120a、120b、120c 透光層(周期結構、亞微米結構)
121a 第一凸部
140 透明基板
150 保護層
160 第二凸部
180 光源
200 發光裝置