本申請(qǐng)涉及具有光致發(fā)光層的發(fā)光裝置。

背景技術(shù)：

對(duì)于照明器具、顯示器、投影儀之類的光學(xué)設(shè)備而言，存在指向性高的設(shè)備和指向性低的設(shè)備。熒光燈、白色LED等設(shè)備所使用的光致發(fā)光材料各向同性地發(fā)光。因此，這些設(shè)備在原理上具有指向性低即廣角的布光特性。但是，多種用途需要發(fā)光裝置向所需方向射出強(qiáng)光的特性；即，需要狹角的布光特性。通常的發(fā)光裝置為了向特定方向射出強(qiáng)光，與光致發(fā)光材料一起使用反射器、透鏡等光學(xué)部件。例如，專利文獻(xiàn)1公開了使用布光板和輔助反射板來(lái)確保指向性的照明系統(tǒng)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特開2010-231941號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問(wèn)題

對(duì)于現(xiàn)有的發(fā)光裝置而言，不存在同時(shí)進(jìn)行指向性高的(即，狹角布光的)發(fā)光和指向性低的(即，廣角布光的)發(fā)光的裝置。

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N具備新型結(jié)構(gòu)的發(fā)光裝置，該新型結(jié)構(gòu)具備狹角布光的發(fā)光和廣角布光的發(fā)光。

用于解決問(wèn)題的手段

本申請(qǐng)的一個(gè)方案的發(fā)光裝置具備：光致發(fā)光層，該光致發(fā)光層接受激發(fā)光而發(fā)光；以及發(fā)光面，該發(fā)光面位于上述光致發(fā)光層上，并且射出由上述光致發(fā)光層產(chǎn)生的光。上述發(fā)光面包含第一區(qū)域和第二區(qū)域，上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長(zhǎng)為λ_a的第一光，由上述第一區(qū)域 射出的上述第一光的指向角小于由上述第二區(qū)域射出的上述第一光的指向角。

本申請(qǐng)的另一個(gè)方案的發(fā)光裝置具備：第一發(fā)光層，該第一發(fā)光層包含接受激發(fā)光而發(fā)光的第一光致發(fā)光層；以及第二發(fā)光層，該第二發(fā)光層位于上述第一發(fā)光層的至少一部分之上，并且包含接受從上述第一發(fā)光層透過(guò)的上述激發(fā)光而發(fā)光的第二光致發(fā)光層。上述第一和第二光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長(zhǎng)為λ_a的第一光。上述第一和第二發(fā)光層中的一個(gè)具有沿著與上述第一或第二光致發(fā)光層平行的面擴(kuò)大的至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)。上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)包含多個(gè)凸部和多個(gè)凹部中的至少一者。當(dāng)將上述一個(gè)發(fā)光層所包含的上述光致發(fā)光層對(duì)上述第一光的折射率設(shè)定為n_wav-a、將上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)的周期設(shè)定為p_a時(shí)，成立λ_a/n_wav-a＜p_a＜λ_a的關(guān)系。由上述一個(gè)發(fā)光層的表面射出的上述第一光的指向角小于由另一個(gè)發(fā)光層的表面射出的上述第一光的指向角。

上述總的方案或具體的方案可以通過(guò)器件、裝置、系統(tǒng)、方法或它們的任意組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明效果

基于本申請(qǐng)的某些實(shí)施方式的發(fā)光裝置由于具備狹角布光的區(qū)域和廣角布光的區(qū)域，因此能夠用于在使寬范圍明亮的同時(shí)使特定位置更明亮之類的用途。

基于本申請(qǐng)的某些實(shí)施方式的發(fā)光裝置具有新型構(gòu)成，能夠根據(jù)新的機(jī)理對(duì)亮度、指向性或偏振特性進(jìn)行控制。

附圖說(shuō)明

圖1A是表示本申請(qǐng)某個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光裝置10的示意性結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖1B是表示另一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光裝置10的示意性構(gòu)成的剖視示意圖。

圖2A是表示發(fā)光裝置10的發(fā)光面中的狹角布光區(qū)域40a和廣角布光區(qū)域40b的配置的一個(gè)例子的俯視圖。

圖2B是示意性地表示由發(fā)光裝置10射出的光的布光特性的圖。

圖3A是表示發(fā)光裝置10的另一個(gè)變形例的圖。

圖3B是示意性地表示由發(fā)光裝置10射出的光的布光特性的另一個(gè)例子的圖。

圖4是表示發(fā)光裝置10的又一個(gè)變形例的圖。

圖5是表示發(fā)光裝置10的再一個(gè)變形例的圖。

圖6是用于對(duì)發(fā)光裝置10中的狹角布光的區(qū)域與廣角布光的區(qū)域的體積比進(jìn)行說(shuō)明的圖。

圖7是表示使狹角布光的區(qū)域大于廣角布光的區(qū)域的發(fā)光裝置10的一個(gè)例子的俯視圖。

圖8A是表示基于某個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光器件的構(gòu)成的立體圖。

圖8B是圖8A所示的發(fā)光器件的局部剖視圖。

圖8C是表示基于另一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光器件的構(gòu)成的立體圖。

圖8D是圖8C所示的發(fā)光器件的局部剖視圖。

圖9是表示分別改變發(fā)光波長(zhǎng)和周期結(jié)構(gòu)的周期來(lái)計(jì)算向正面方向射出的光的增強(qiáng)度的結(jié)果的圖。

圖10是圖示式(10)中的m＝1和m＝3的條件的圖表。

圖11是表示改變發(fā)光波長(zhǎng)和光致發(fā)光層的厚度t來(lái)計(jì)算向正面方向輸出的光的增強(qiáng)度的結(jié)果的圖。

圖12A是表示厚度t＝238nm時(shí)計(jì)算向x方向?qū)Р?引導(dǎo)光(to guide light))的模式的電場(chǎng)分布的結(jié)果的圖。

圖12B是表示厚度t＝539nm時(shí)計(jì)算向x方向?qū)Рǖ哪Ｊ降碾妶?chǎng)分布的結(jié)果的圖。

圖12C是表示厚度t＝300nm時(shí)計(jì)算向x方向?qū)Рǖ哪Ｊ降碾妶?chǎng)分布的結(jié)果的圖。

圖13是表示以與圖9的計(jì)算相同的條件就光的偏振為具有與y方向垂直的電場(chǎng)成分的TE模式時(shí)計(jì)算光的增強(qiáng)度的結(jié)果的圖。

圖14A是表示二維周期結(jié)構(gòu)的例子的俯視圖。

圖14B是表示就二維周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行與圖9相同的計(jì)算的結(jié)果的圖。

圖15是表示改變發(fā)光波長(zhǎng)和周期結(jié)構(gòu)的折射率來(lái)計(jì)算向正面方向輸出的光的增強(qiáng)度的結(jié)果的圖。

圖16是表示以與圖15相同的條件將光致發(fā)光層的膜厚設(shè)定為1000nm時(shí)的結(jié)果的圖。

圖17是表示改變發(fā)光波長(zhǎng)和周期結(jié)構(gòu)的高度來(lái)計(jì)算向正面方向輸出的光的增強(qiáng)度的結(jié)果的圖。

圖18是表示以與圖17相同的條件將周期結(jié)構(gòu)的折射率設(shè)定為n_p＝2.0時(shí)的計(jì)算結(jié)果的圖。

圖19是表示設(shè)定為光的偏振為具有與y方向垂直的電場(chǎng)成分的TE模式來(lái)進(jìn)行與圖16所示的計(jì)算相同的計(jì)算的結(jié)果的圖。

圖20是表示以與圖16所示的計(jì)算相同的條件將光致發(fā)光層的折射率n_wav變更為1.5時(shí)的結(jié)果的圖。

圖21是表示在折射率為1.5的透明基板之上設(shè)置有與圖9所示的計(jì)算相同的條件的光致發(fā)光層和周期結(jié)構(gòu)時(shí)的計(jì)算結(jié)果的圖。

圖22是圖示式(15)的條件的圖表。

圖23是表示具備圖8A、8B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(gòu)成例的圖。

圖24A是用于對(duì)通過(guò)使激發(fā)光與模擬導(dǎo)波模式結(jié)合而使光高效地射出的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明的第一圖。

圖24B是用于對(duì)通過(guò)使激發(fā)光與模擬導(dǎo)波模式結(jié)合而使光高效地射出的構(gòu)成進(jìn)行說(shuō)明的第二圖。

圖24C是表示圖24A的構(gòu)成中的光的吸收率的波長(zhǎng)依賴性的圖。

圖24D是表示圖24B的構(gòu)成中的光的吸收率的波長(zhǎng)依賴性的圖。

圖25A是表示二維周期結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子的圖。

圖25B是表示二維周期結(jié)構(gòu)的另一個(gè)例子的圖。

圖26A是表示在透明基板上形成了周期結(jié)構(gòu)的變形例的圖。

圖26B是表示在透明基板上形成了周期結(jié)構(gòu)的另一個(gè)變形例的圖。

圖26C是表示在圖26A的構(gòu)成中改變發(fā)光波長(zhǎng)和周期結(jié)構(gòu)的周期來(lái)計(jì)算向正面方向輸出的光的增強(qiáng)度的結(jié)果的圖。

圖27是表示混合了多個(gè)粉末狀的發(fā)光器件的構(gòu)成的圖。

圖28是表示在光致發(fā)光層之上二維地排列周期不同的多個(gè)周期結(jié)構(gòu)的例子的俯視圖。

圖29是表示具有在表面上形成有凹凸結(jié)構(gòu)的多個(gè)光致發(fā)光層110層疊而成的結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件的一個(gè)例子的圖。

圖30是表示在光致發(fā)光層110與周期結(jié)構(gòu)120之間設(shè)置了保護(hù)層150的構(gòu)成例的剖視圖。

圖31是表示通過(guò)僅加工光致發(fā)光層110的一部分來(lái)形成周期結(jié)構(gòu)120的例子的圖。

圖32是表示形成在具有周期結(jié)構(gòu)的玻璃基板上的光致發(fā)光層的截面TEM圖像的圖。

圖33是表示測(cè)定試制的發(fā)光器件的出射光的正面方向的光譜的結(jié)果的圖表。

圖34(a)和(b)是表示試制的發(fā)光器件的出射光的角度依賴性的測(cè)定結(jié)果(上段)和計(jì)算結(jié)果(下段)的圖表。

圖35(a)和(b)是表示試制的發(fā)光器件的出射光的角度依賴性的測(cè)定結(jié)果(上段)和計(jì)算結(jié)果(下段)的圖表。

圖36是表示測(cè)定試制的發(fā)光器件的出射光(波長(zhǎng)為610nm)的角度依賴性的結(jié)果的圖表。

圖37是示意性地表示平板型波導(dǎo)的一個(gè)例子的立體圖。

符號(hào)說(shuō)明

10 發(fā)光裝置

20 激發(fā)光源

30、30a、30b 光致發(fā)光層

40 發(fā)光面

40a 狹角取向區(qū)域

40b 廣角取向區(qū)域

60a 第一發(fā)光層

60b 第二發(fā)光層

100、100a 發(fā)光器件

110 光致發(fā)光層(導(dǎo)波層)

120、120’、120a、120b、120c 透光層(周期結(jié)構(gòu)、亞微米結(jié)構(gòu))

140 透明基板

150 保護(hù)層

180 光源

200 發(fā)光裝置

具體實(shí)施方式

[1.本申請(qǐng)的實(shí)施方式的概要]

本申請(qǐng)包括以下項(xiàng)目所述的發(fā)光器件和發(fā)光裝置。

[項(xiàng)目1]

一種發(fā)光裝置，其具備：

光致發(fā)光層，該光致發(fā)光層接受激發(fā)光而發(fā)光；以及

發(fā)光面，該發(fā)光面位于上述光致發(fā)光層上，并且射出由上述光致發(fā)光層產(chǎn)生的光，

其中，上述發(fā)光面包含第一區(qū)域和第二區(qū)域，

上述光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長(zhǎng)為λ_a的第一光，

由上述第一區(qū)域射出的上述第一光的指向角小于由上述第二區(qū)域射出的上述第一光的指向角。

[項(xiàng)目2]

根據(jù)項(xiàng)目1所述的發(fā)光裝置，其中，上述第一區(qū)域?yàn)榕c上述光致發(fā)光層接近的透光層的表面。

[項(xiàng)目3]

根據(jù)項(xiàng)目2所述的發(fā)光裝置，其中，上述光致發(fā)光層和上述透光層中的至少一個(gè)具有包含多個(gè)凸部和多個(gè)凹部中的至少一者的至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)，

當(dāng)將上述光致發(fā)光層對(duì)上述第一光的折射率設(shè)定為n_wav-a、將上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)的周期設(shè)定為p_a時(shí)，成立λ_a/n_wav-a＜p_a＜λ_a的關(guān)系。

[項(xiàng)目4]

根據(jù)項(xiàng)目3所述的發(fā)光裝置，其中，上述透光層具有上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)。

[項(xiàng)目5]

根據(jù)項(xiàng)目1所述的發(fā)光裝置，其中，上述發(fā)光面為上述光致發(fā)光層的表面。

[項(xiàng)目6]

根據(jù)項(xiàng)目5所述的發(fā)光裝置，其中，上述光致發(fā)光層在上述第一區(qū)域具有包含多個(gè)凸部和多個(gè)凹部中的至少一者的至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)，

當(dāng)將上述光致發(fā)光層對(duì)上述第一光的折射率設(shè)定為n_wav-a、將上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)的周期設(shè)定為p_a時(shí)，成立λ_a/n_wav-a＜p_a＜λ_a的關(guān)系。

[項(xiàng)目7]

根據(jù)項(xiàng)目5所述的發(fā)光裝置，其中，上述光致發(fā)光層在上述表面相反一側(cè)的面上的與上述第一區(qū)域相對(duì)置的區(qū)域具有包含多個(gè)凸部和多個(gè)凹部中的至少一者的至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)，

當(dāng)將上述光致發(fā)光層對(duì)上述第一光的折射率設(shè)定為n_wav-a、將上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)的周期設(shè)定為p_a時(shí)，成立λ_a/n_wav-a＜p_a＜λ_a的關(guān)系。

[項(xiàng)目8]

根據(jù)項(xiàng)目1～7中任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其中，上述第二區(qū)域的至少一部分位于上述發(fā)光面的端部。

[項(xiàng)目9]

根據(jù)項(xiàng)目1～8中任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其中，上述第二區(qū)域包圍上述第一區(qū)域。

[項(xiàng)目10]

根據(jù)項(xiàng)目1～9中任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其中，上述第一區(qū)域的面積大于上述第二區(qū)域的面積。

[項(xiàng)目11]

根據(jù)項(xiàng)目1～10中任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其中，上述第二區(qū)域的面積大于上述第一區(qū)域的面積。

[項(xiàng)目12]

一種發(fā)光裝置，其具備：

第一發(fā)光層，該第一發(fā)光層包含接受激發(fā)光而發(fā)光的第一光致發(fā)光層；以及

第二發(fā)光層，該第二發(fā)光層位于上述第一發(fā)光層的至少一部分之上， 并且包含接受從上述第一發(fā)光層透過(guò)的上述激發(fā)光而發(fā)光的第二光致發(fā)光層，

其中，上述第一和第二光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長(zhǎng)為λ_a的第一光，

上述第一和第二發(fā)光層中的一個(gè)具有沿著與上述第一或第二光致發(fā)光層平行的面擴(kuò)大的至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)，上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)包含多個(gè)凸部和多個(gè)凹部中的至少一者，

當(dāng)將上述一個(gè)發(fā)光層所包含的上述光致發(fā)光層對(duì)上述第一光的折射率設(shè)定為n_wav-a、將上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)的周期設(shè)定為p_a時(shí)，成立λ_a/n_wav-a＜p_a＜λ_a的關(guān)系，

由上述一個(gè)發(fā)光層的表面射出的上述第一光的指向角小于由另一個(gè)發(fā)光層的表面射出的上述第一光的指向角。

[項(xiàng)目13]

根據(jù)項(xiàng)目12所述的發(fā)光裝置，其中，上述第一和第二發(fā)光層中的上述一個(gè)包含與上述一個(gè)發(fā)光層所包含的上述光致發(fā)光層接近的透光層，

上述光致發(fā)光層和上述透光層中的至少一個(gè)具有上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)。

[項(xiàng)目14]

根據(jù)項(xiàng)目12所述的發(fā)光裝置，其中，上述第一和第二發(fā)光層中的上述一個(gè)所包含的上述光致發(fā)光層具有上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)。

[項(xiàng)目15]

根據(jù)項(xiàng)目12所述的發(fā)光裝置，其中，上述第二發(fā)光層具有上述至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)，

由上述第二發(fā)光層的上述表面射出的上述第一光的指向角小于由上述第一發(fā)光層的上述表面射出的上述第一光的指向角。

[項(xiàng)目16]

根據(jù)項(xiàng)目2、3、4或13所述的發(fā)光裝置，其中，上述光致發(fā)光層與上述透光層直接接觸。

[項(xiàng)目17]

根據(jù)項(xiàng)目1～16中任一項(xiàng)所述的發(fā)光裝置，其還具備射出上述激發(fā)光 的激發(fā)光源。

以往，不存在包含相對(duì)窄的指向角(即狹角布光)的發(fā)光區(qū)域和相對(duì)寬的指向角(即廣角布光)的發(fā)光區(qū)域這兩者的發(fā)光裝置。為了實(shí)現(xiàn)這樣的發(fā)光裝置，除了將現(xiàn)有的廣角布光的光源與使用反射器、透鏡等光學(xué)部件實(shí)現(xiàn)狹角布光的光源組合起來(lái)以外，沒(méi)有其他方法。但是，就這樣的僅將兩種光源組合起來(lái)的構(gòu)成來(lái)說(shuō)，需要分別制造各個(gè)光源，并使它們結(jié)合起來(lái)，因此制造工序變多。

本申請(qǐng)的發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)了上述問(wèn)題，對(duì)一個(gè)發(fā)光器件具備狹角布光的發(fā)光區(qū)域和廣角布光的發(fā)光區(qū)域的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入研究。其結(jié)果發(fā)現(xiàn)：通過(guò)采用以下說(shuō)明的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)，能夠簡(jiǎn)易地制造具有狹角布光和廣角布光這兩種特性的發(fā)光裝置。

圖1A是表示本申請(qǐng)的某個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光裝置10的示意性結(jié)構(gòu)的剖視圖。該發(fā)光裝置10具備：激發(fā)光源20，該激發(fā)光源20發(fā)出激發(fā)光；光致發(fā)光層30，該光致發(fā)光層30接受激發(fā)光而發(fā)光；以及發(fā)光面40，該發(fā)光面40位于光致發(fā)光層30之上，并且射出由光致發(fā)光層30產(chǎn)生的光。發(fā)光面40包含第一區(qū)域40a和第二區(qū)域40b。光致發(fā)光層30所發(fā)出的光包括空氣中的波長(zhǎng)為λ_a的第一光。波長(zhǎng)λ_a例如為可見光波長(zhǎng)區(qū)域所包含的任意波長(zhǎng)。典型來(lái)說(shuō)，光致發(fā)光層30所發(fā)出的光可以為與白色光接近的寬波長(zhǎng)區(qū)域的光。由第一區(qū)域40a射出的第一光的指向角小于由第二區(qū)域40b射出的第一光的指向角。這里“指向角”定義為由發(fā)光面射出的光的強(qiáng)度為最大的方向與光的強(qiáng)度為最大強(qiáng)度的50％的方向之間的角度。以下說(shuō)明中，有時(shí)將第一區(qū)域40a稱為“狹角布光區(qū)域40a”，將第二區(qū)域40b稱為“廣角布光區(qū)域40b”。

在圖1A所示的例子中，發(fā)光面40為光致發(fā)光層30的表面。圖1A雖然被繪制為像是在發(fā)光面40與光致發(fā)光層30之間存在界面，但實(shí)際上并不存在這樣的界面。

圖1B是表示另一個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光裝置10的示意性構(gòu)成的剖視示意圖。該發(fā)光裝置10a還具備位于光致發(fā)光層30之上的透光層50。在該例子中，透光層50的表面為發(fā)光面40。圖1B雖然也被繪制為像是在發(fā)光面40與透光層50之間存在界面，但實(shí)際上并不存在這樣的界面。

本申請(qǐng)的發(fā)明者們所發(fā)現(xiàn)的新型結(jié)構(gòu)(稱為亞微米結(jié)構(gòu)或周期結(jié)構(gòu))可以設(shè)置在發(fā)光面40中的第一區(qū)域40a。詳細(xì)內(nèi)容將會(huì)在后面敘述，不過(guò)該結(jié)構(gòu)具有沿著發(fā)光面平行的面擴(kuò)大的至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)。當(dāng)將光致發(fā)光層30對(duì)第一光的折射率設(shè)定為n_wav-a、將上述周期結(jié)構(gòu)的周期設(shè)定為p_a時(shí)，成立λ_a/n_wav-a＜p_a＜λ_a的關(guān)系。通過(guò)滿足這樣的條件，如后所述實(shí)現(xiàn)指向性高的發(fā)光。

上述的周期結(jié)構(gòu)不需要設(shè)置在第一區(qū)域40a本身上，可以設(shè)置在第一區(qū)域40a與激發(fā)光源20之間的區(qū)域。周期結(jié)構(gòu)也可以設(shè)置在光致發(fā)光層30或透光層50的發(fā)光面40相反一側(cè)的面上的與第一區(qū)域40a相對(duì)置的部分。

上述那樣的周期結(jié)構(gòu)沒(méi)有設(shè)置在第二區(qū)域40b。第二區(qū)域40b可以為例如玻璃、合成樹脂等透光性的罩或使光散射的散射板等的表面。

圖2A是表示發(fā)光裝置10的發(fā)光面上的狹角布光區(qū)域40a和廣角布光區(qū)域40b的配置的一個(gè)例子的俯視圖。圖2B是示意性地表示由發(fā)光裝置10射出的光的布光特性的圖。在該例子中，第一區(qū)域40a位于發(fā)光面的中央附近，第二區(qū)域40b包圍第一區(qū)域40b。由發(fā)光面的第一區(qū)域40a射出狹角布光的光L1。由第二區(qū)域40b射出廣角布光的光L2。通過(guò)這樣的構(gòu)成，能夠在照亮寬范圍的同時(shí)對(duì)特定位置進(jìn)行更強(qiáng)烈的照射。

圖3A和圖3B是表示發(fā)光裝置10的另一個(gè)變形例的圖。在該發(fā)光裝置10中，第二區(qū)域40b位于發(fā)光面40的端部。這樣，第二區(qū)域40b的至少一部分可以設(shè)置在發(fā)光面40的端部。由此，例如能夠在使房間整體明亮的同時(shí)對(duì)照射房間的角落進(jìn)行更強(qiáng)烈的照射。

圖4表示發(fā)光裝置10的又一個(gè)變形例的圖。在該例子中，發(fā)光裝置10具備廣角布光的第一發(fā)光層60a和位于其之上的狹角布光的第二發(fā)光層60b。第一發(fā)光層60a包含第一光致發(fā)光層30a。第二發(fā)光層60b包含第二光致發(fā)光層30b和發(fā)光面40。在該例子中，發(fā)光面40為光致發(fā)光層30b的表面，但如上述的例子那樣，也可以為透光層的表面。光致發(fā)光層30a、30b既可以由相同材料構(gòu)成，也可以由不同的材料構(gòu)成。

光致發(fā)光層30a、30b所發(fā)出的光包括空氣中的波長(zhǎng)為λ_a的第一光。發(fā)光層60b上的發(fā)光面40具有沿著與其內(nèi)部的光致發(fā)光層30b平行的面擴(kuò)大的至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)。當(dāng)將光致發(fā)光層30b對(duì)第一光的折射率設(shè)定為n_wav-a、 將至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)的周期設(shè)定為p_a時(shí)，成立λ_a/n_wav-a＜p_a＜λ_a的關(guān)系。其結(jié)果是，由發(fā)光面40射出的第一光的指向角小于由發(fā)光層60a的表面(該例子為與光致發(fā)光層30b接觸的面)射出的第一光的指向角。

該例子是第二發(fā)光層60b具有周期結(jié)構(gòu)，但第一發(fā)光層60a也可以具有周期結(jié)構(gòu)。此時(shí)，可以在第一發(fā)光層60a所包含的光致發(fā)光層30a或未圖示的透光層設(shè)置周期結(jié)構(gòu)。

圖5是表示發(fā)光裝置10的又一個(gè)變形例的圖。在該發(fā)光裝置10中，狹角布光的發(fā)光層(發(fā)光區(qū)域)60b位于廣角布光的發(fā)光層(發(fā)光區(qū)域)60a的一部分之上。如該例子那樣，狹角布光的發(fā)光區(qū)域也可以埋入廣角布光的發(fā)光區(qū)域。

如圖4和圖5所示的例子那樣，通過(guò)在不同的面上形成(層疊)狹角布光的發(fā)光區(qū)域和廣角布光的發(fā)光區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。

以上的例子對(duì)于狹角布光區(qū)域和廣角布光區(qū)域的配置、形狀、大小，可以根據(jù)利用用途來(lái)適當(dāng)設(shè)計(jì)。也可以設(shè)置用于錯(cuò)開狹角布光區(qū)域的位置的車輪、電機(jī)等驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，或者使用根據(jù)遙控器等的操作使狹角布光區(qū)域的位置、亮度、顏色變化的控制機(jī)構(gòu)。

圖6是用于對(duì)發(fā)光裝置10中的狹角布光的區(qū)域與廣角布光的區(qū)域的體積比進(jìn)行說(shuō)明的圖。為了使房間明亮所需的光束例如對(duì)約16m²的房間來(lái)說(shuō)為4000～5000lm左右。而為了作業(yè)所需的光束例如對(duì)1m²的作業(yè)空間來(lái)說(shuō)為750～1500lm左右。該例子由于廣角布光的光束所需的量比狹角布光的光束所需的量更多，因此設(shè)計(jì)為廣角布光的區(qū)域的體積大于狹角布光的發(fā)光區(qū)域的體積。在該用途中，狹角布光的區(qū)域的體積與廣角布光的發(fā)光區(qū)域的體積的比例可以為例如1/5～1/2。

另一方面，也可以設(shè)計(jì)為狹角布光的區(qū)域大于廣角布光的區(qū)域。圖7是表示這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的發(fā)光裝置10的一個(gè)例子的俯視圖。該發(fā)光裝置10具有與圖1A或圖1B所示的構(gòu)成相同的構(gòu)成。其中，在狹角取向區(qū)域40a明顯大于廣角取向區(qū)域40b這一點(diǎn)上，與上述的構(gòu)成不同。在該例子中，狹角取向區(qū)域40a的面積占到發(fā)光面的面積的八成以上。這樣的構(gòu)成主要適用于利用指向性高的光的用途。廣角取向區(qū)域40b可以為包圍狹角取向區(qū)域40a的玻璃或合成樹脂等的框(所謂的框子)。在主要利用指向性高的 光的用途的情況下，廣角取向區(qū)域40b與其說(shuō)是可以作為發(fā)光區(qū)域發(fā)揮功能，不如說(shuō)是可以作為框子發(fā)揮功能。即，也可以在將發(fā)光裝置10安裝于殼體等支撐部時(shí)作為抓握部分發(fā)揮功能。當(dāng)抓握廣角取向區(qū)域40b來(lái)固定于支撐部時(shí)，能夠不損傷狹角取向區(qū)域40a而容易地進(jìn)行組裝。以上的例子是發(fā)光裝置10具備激發(fā)光源，但激發(fā)光源也可以為發(fā)光裝置10的外部要素。另外，用于實(shí)現(xiàn)狹角布光的構(gòu)成不限于使用周期結(jié)構(gòu)的構(gòu)成。當(dāng)為如圖1A和圖1B所例示的那樣多個(gè)發(fā)光區(qū)域共用一個(gè)光致發(fā)光層的類型時(shí)，只要以由多個(gè)區(qū)域射出指向性不同的光的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)就行。例如，可以在第一區(qū)域40a裝入現(xiàn)存的指向性較高的LED等光源，在第二區(qū)域40b設(shè)置光擴(kuò)散板。

以下，對(duì)用于實(shí)現(xiàn)狹角布光的周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明。周期結(jié)構(gòu)不需要完全為周期性的結(jié)構(gòu)，只要至少一部分為周期性的就行。另外，也可以是多個(gè)周期結(jié)構(gòu)的組合。在周期結(jié)構(gòu)的周期小于微米級(jí)的情況下，也可以將這樣的結(jié)構(gòu)稱為“亞微米結(jié)構(gòu)”。用于狹角布光的發(fā)光器件可以采用例如以下說(shuō)明的各種構(gòu)成。

基于本申請(qǐng)的某個(gè)實(shí)施方式的發(fā)光器件具有：光致發(fā)光層；透光層，該透光層以與上述光致發(fā)光層接近的方式配置；以及亞微米結(jié)構(gòu)，該亞微米結(jié)構(gòu)形成在上述光致發(fā)光層和上述透光層中的至少一個(gè)上，并且向上述光致發(fā)光層或上述透光層的面內(nèi)擴(kuò)散。亞微米結(jié)構(gòu)包含多個(gè)凸部或多個(gè)凹部。光致發(fā)光層所發(fā)出的光包括空氣中的波長(zhǎng)為λ_a的第一光。當(dāng)將相鄰的凸部之間或凹部之間的距離設(shè)定為D_int、將光致發(fā)光層對(duì)第一光的折射率設(shè)定為n_wav-a時(shí)，成立λ_a/n_wav-a＜D_int＜λ_a的關(guān)系。波長(zhǎng)λ_a例如在可見光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)(例如380nm～780nm)。在利用紅外線的用途中，波長(zhǎng)λ_a有時(shí)也可以超過(guò)780nm。在本申請(qǐng)中，將包括紅外線在內(nèi)的放射線全部表示為“光”。

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)光材料狹義地包括熒光材料和磷光材料，不僅包括無(wú)機(jī)材料，也包括有機(jī)材料(例如色素)，還包括量子點(diǎn)(即，半導(dǎo)體微粒)。光致發(fā)光層除了光致發(fā)光材料以外，還可以包含基質(zhì)材料(即，主體材料)?；|(zhì)材料例如為玻璃、氧化物等無(wú)機(jī)材料、樹脂。

以與光致發(fā)光層接近的方式配置的透光層由對(duì)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(wú)機(jī)材料、樹脂形成。透光層例如優(yōu)選由電介質(zhì)(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(fā)光層的基板。在光致發(fā)光層的空氣側(cè)的表面具有亞微米結(jié)構(gòu)的情況下，空氣層可以為透光層。

發(fā)光器件如后面參照計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果所詳述的那樣，根據(jù)形成在光致發(fā)光層和透光層中的至少一個(gè)上的亞微米結(jié)構(gòu)(例如周期結(jié)構(gòu))，在光致發(fā)光層和透光層的內(nèi)部形成獨(dú)特的電場(chǎng)分布。該電場(chǎng)分布是導(dǎo)波光與亞微米結(jié)構(gòu)相互作用而形成的，也可以表示為“模擬導(dǎo)波模式”。通過(guò)利用該模擬導(dǎo)波模式，如在以下所說(shuō)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、偏振光的選擇性的效果。此外，以下的說(shuō)明中，有時(shí)使用模擬導(dǎo)波模式這一用語(yǔ)對(duì)本申請(qǐng)的發(fā)明者們發(fā)現(xiàn)的新型構(gòu)成和/或新的機(jī)理進(jìn)行說(shuō)明。以下的說(shuō)明不過(guò)是一種例示性的說(shuō)明，任何意義上來(lái)說(shuō)都不是要限定本申請(qǐng)。

亞微米結(jié)構(gòu)包含多個(gè)凸部和多個(gè)凹部中的至少一者。當(dāng)將相鄰的凸部之間或凹部之間的距離(即，中心間距離)設(shè)定為D_int時(shí)，滿足λ_a/n_wav-a＜D_int＜λ_a的關(guān)系。λ表示光的波長(zhǎng)，λ_a表示空氣中的光的波長(zhǎng)。n_wav為光致發(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(zhì)的情況下，將各材料的折射率以各自的體積比率加權(quán)而得到的平均折射率設(shè)定為n_wav。通常折射率n依賴于波長(zhǎng)，因此優(yōu)選將對(duì)λ_a的光的折射率表示為n_wav-a，但有時(shí)為了簡(jiǎn)化會(huì)省略。n_wav基本上是光致發(fā)光層的折射率。但是，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)光層的折射率以各自的體積比率加權(quán)而得到的平均折射率設(shè)定為n_wav。這是因?yàn)?，此時(shí)光學(xué)上與光致發(fā)光層由多個(gè)不同材料的層構(gòu)成的情況等價(jià)。

當(dāng)將介質(zhì)對(duì)模擬導(dǎo)波模式的光的有效折射率設(shè)定為n_eff時(shí)，滿足n_a＜n_eff＜n_wav。這里，n_a為空氣的折射率。如果認(rèn)為模擬導(dǎo)波模式的光為在光致發(fā)光層的內(nèi)部一邊以入射角θ全反射一邊傳播的光，則有效折射率n_eff可寫作n_eff＝n_wavsinθ。另外，有效折射率n_eff由存在于模擬導(dǎo)波模式的電場(chǎng)分布的區(qū)域中的介質(zhì)的折射率確定，因此例如在透光層形成了亞微米結(jié)構(gòu)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(dǎo)波模式的偏振方向(TE模式和TM模式)的不同，電場(chǎng)的分布不同，因此在TE模式和TM模式中，有效折射率n_eff可以不同。

亞微米結(jié)構(gòu)形成在光致發(fā)光層和透光層中的至少一個(gè)上。在光致發(fā)光層與透光層互相接觸時(shí)，也可以在光致發(fā)光層與透光層的界面上形成亞微米結(jié)構(gòu)。此時(shí)，光致發(fā)光層和透光層具有亞微米結(jié)構(gòu)。光致發(fā)光層也可以不具有亞微米結(jié)構(gòu)。此時(shí)，具有亞微米結(jié)構(gòu)的透光層以與光致發(fā)光層接近的方式配置。這里，所謂的透光層(或其亞微米結(jié)構(gòu))與光致發(fā)光層接近典型來(lái)說(shuō)是指：它們之間的距離為波長(zhǎng)λ_a的一半以下。由此，導(dǎo)波模式的電場(chǎng)達(dá)到亞微米結(jié)構(gòu)，形成模擬導(dǎo)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(shí)，即使不滿足上述的關(guān)系，光也到達(dá)透光層，因此透光層的亞微米結(jié)構(gòu)與光致發(fā)光層之間的距離也可以超過(guò)波長(zhǎng)λ_a的一半。本說(shuō)明書中，在光致發(fā)光層與透光層處于導(dǎo)波模式的電場(chǎng)到達(dá)亞微米結(jié)構(gòu)、形成模擬導(dǎo)波模式那樣的配置關(guān)系的情況下，有時(shí)表示兩者互相關(guān)聯(lián)。

亞微米結(jié)構(gòu)如上所述滿足λ_a/n_wav-a＜D_int＜λ_a的關(guān)系，具有大小為亞微米量級(jí)的特征。亞微米結(jié)構(gòu)例如如以下詳細(xì)說(shuō)明的實(shí)施方式的發(fā)光器件中那樣，可以包含至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)。至少一個(gè)周期結(jié)構(gòu)當(dāng)將周期設(shè)定為p_a時(shí)，成立λ_a/n_wav-a＜p_a＜λ_a的關(guān)系。即，此時(shí)，亞微米結(jié)構(gòu)可以包含相鄰的凸部之間的距離D_int為p_a且固定的周期結(jié)構(gòu)。如果亞微米結(jié)構(gòu)包含周期結(jié)構(gòu)，則模擬導(dǎo)波模式的光通過(guò)一邊傳播一邊與周期結(jié)構(gòu)反復(fù)相互作用，被亞微米結(jié)構(gòu)衍射。這與在自由空間傳播的光通過(guò)周期結(jié)構(gòu)而衍射的現(xiàn)象不同，而是光一邊導(dǎo)波(即，一邊反復(fù)全反射)一邊與周期結(jié)構(gòu)作用的現(xiàn)象。因此，即使由周期結(jié)構(gòu)引起的相移小(即，即使周期結(jié)構(gòu)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(jī)理，則通過(guò)由模擬導(dǎo)波模式增強(qiáng)電場(chǎng)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(dǎo)波模式結(jié)合。模擬導(dǎo)波模式的光的前進(jìn)角度僅彎曲被周期結(jié)構(gòu)規(guī)定的衍射角度。通過(guò)利用該現(xiàn)象，能夠向特定方向射出特定波長(zhǎng)的光(指向性顯著提高)。進(jìn)而，由于在TE模式和TM模式中，有效折射率n_eff(＝n_wavsinθ)不同，因此還能夠同時(shí)得到高偏振光的選擇性。例如，如后面實(shí)驗(yàn)例所示，能夠得到向正面方向射出強(qiáng)的特定波長(zhǎng)(例如610nm)的直線偏振光(例如TM模式)的發(fā)光器 件。此時(shí)，向正面方向射出的光的指向角例如低于15°。

相反地，如果亞微米結(jié)構(gòu)的周期性降低，則指向性、發(fā)光效率、偏振度以及波長(zhǎng)選擇性變?nèi)?。只要根?jù)需要調(diào)整亞微米結(jié)構(gòu)的周期性就行。周期結(jié)構(gòu)既可以為偏振光的選擇性高的一維周期結(jié)構(gòu)，也可以是能夠減小偏振度的二維周期結(jié)構(gòu)。

亞微米結(jié)構(gòu)可以包含多個(gè)周期結(jié)構(gòu)。多個(gè)周期結(jié)構(gòu)例如周期互相不同，或者，具有周期性的方向(軸)互相不同。多個(gè)周期結(jié)構(gòu)可以形成在同一面內(nèi)，也可以形成在不同的面。當(dāng)然，發(fā)光器件可以具有多個(gè)光致發(fā)光層和多個(gè)透光層，它們也可以具有多個(gè)亞微米結(jié)構(gòu)。

亞微米結(jié)構(gòu)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(dǎo)向光致發(fā)光層。即，激發(fā)光被亞微米結(jié)構(gòu)衍射，與將光致發(fā)光層和透光層導(dǎo)波的模擬導(dǎo)波模式結(jié)合，由此能夠高效地激發(fā)光致發(fā)光層。只要使用當(dāng)將激發(fā)光致發(fā)光材料的光在空氣中的波長(zhǎng)設(shè)定為λ_ex、將光致發(fā)光層對(duì)該激發(fā)光的折射率設(shè)定為n_wav-ex時(shí)成立λ_ex/n_wav-ex＜D_int＜λ_ex的關(guān)系的亞微米結(jié)構(gòu)就行。n_wav-ex為光致發(fā)光材料對(duì)激發(fā)波長(zhǎng)的折射率?？梢允褂镁哂挟?dāng)將周期設(shè)定為p_ex成立λ_ex/n_wav-ex＜p_ex＜λ_ex的關(guān)系的周期結(jié)構(gòu)的亞微米結(jié)構(gòu)。激發(fā)光的波長(zhǎng)λ_ex例如為450nm，但也可以為比可見光短的波長(zhǎng)。在激發(fā)光的波長(zhǎng)處于可見光的范圍內(nèi)的情況下，也可以設(shè)定為與光致發(fā)光層所發(fā)出的光一起射出激發(fā)光。

[2.作為本申請(qǐng)的基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)]

接著，對(duì)作為本申請(qǐng)的基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)進(jìn)行說(shuō)明。如上所述，熒光燈、白色LED等所使用的光致發(fā)光材料各向同性地發(fā)光。為了用光照射特定方向，需要反射器、透鏡等光學(xué)部件。然而，如果光致發(fā)光層自身以指向性地發(fā)光，就不需要(或者能夠減小)如上所述的光學(xué)部件，從而能夠大幅縮小光學(xué)設(shè)備或器具的大小。本申請(qǐng)的發(fā)明者們根據(jù)這樣的設(shè)想，為了得到指向性發(fā)光，對(duì)光致發(fā)光層的構(gòu)成進(jìn)行了詳細(xì)研究。

本申請(qǐng)的發(fā)明者們首先認(rèn)為：為了使來(lái)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(biāo)的發(fā)光率Γ根據(jù)費(fèi)米的黃金法則，由以下的式(1)表示。

式(1)中，r是表示位置的向量，λ為光的波長(zhǎng)，d為偶極向量，E為電場(chǎng)向量，ρ為狀態(tài)密度。就除了一部分結(jié)晶性物質(zhì)以外的多種物質(zhì)而言，偶極向量d具有隨機(jī)的方向性。另外，在光致發(fā)光層的尺寸和厚度比光的波長(zhǎng)足夠大的情況下，電場(chǎng)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Γ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。

另一方面，為了由式(1)得到各向異性的發(fā)光，需要進(jìn)行使偶極向量d匯集在特定方向或者增強(qiáng)電場(chǎng)向量的特定方向的成分中的任意一種。通過(guò)進(jìn)行它們中的任意一種，能夠?qū)崿F(xiàn)指向性發(fā)光。本申請(qǐng)中，對(duì)用于利用通過(guò)將光封閉在光致發(fā)光層中的效果將特定方向的電場(chǎng)成分增強(qiáng)的模擬導(dǎo)波模式的構(gòu)成進(jìn)行了研究，以下對(duì)分析的結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

本申請(qǐng)的發(fā)明者們認(rèn)為要使用電場(chǎng)強(qiáng)的導(dǎo)波模式對(duì)發(fā)光進(jìn)行控制。通過(guò)設(shè)定為導(dǎo)波結(jié)構(gòu)本身含有光致發(fā)光材料的構(gòu)成，能夠使得發(fā)光與導(dǎo)波模式結(jié)合。但是，如果僅使用光致發(fā)光材料形成導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，則由于發(fā)出的光成為導(dǎo)波模式，因此向正面方向幾乎出不來(lái)光。于是，本申請(qǐng)的發(fā)明者們認(rèn)為要對(duì)包含光致發(fā)光材料的波導(dǎo)和周期結(jié)構(gòu)(由多個(gè)凸部和多個(gè)凹部中的至少一者形成)進(jìn)行組合。在周期結(jié)構(gòu)與波導(dǎo)接近、光的電場(chǎng)一邊與周期結(jié)構(gòu)重疊一邊導(dǎo)波的情況下，通過(guò)周期結(jié)構(gòu)的作用，存在模擬導(dǎo)波模式。即，該模擬導(dǎo)波模式是被周期結(jié)構(gòu)所限制的導(dǎo)波模式，其特征在于，電場(chǎng)振幅的波腹以與周期結(jié)構(gòu)的周期相同的周期產(chǎn)生。該模式是通過(guò)光被封閉在導(dǎo)波結(jié)構(gòu)中從而電場(chǎng)向特定方向被增強(qiáng)的模式。進(jìn)而，由于通過(guò)該模式與周期結(jié)構(gòu)進(jìn)行相互作用，通過(guò)衍射效果轉(zhuǎn)換為特定方向的傳播光，因此能夠向波導(dǎo)外部射出光。另外，由于除了模擬導(dǎo)波模式以外的光被封閉在波導(dǎo)內(nèi)的效果小，因此電場(chǎng)不被增強(qiáng)。所以，大多數(shù)發(fā)光與具有大的電場(chǎng)成分的模擬導(dǎo)波模式結(jié)合。

即，本申請(qǐng)的發(fā)明者們認(rèn)為通過(guò)將以周期結(jié)構(gòu)接近的方式設(shè)置的波導(dǎo)設(shè)定為包含光致發(fā)光材料的光致發(fā)光層(或者具有光致發(fā)光層的導(dǎo)波層)，使發(fā)光與轉(zhuǎn)換為特定方向的傳播光的模擬導(dǎo)波模式結(jié)合，實(shí)現(xiàn)具有指向性的光源。

作為導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)便構(gòu)成，著眼于平板型波導(dǎo)。平板型波導(dǎo)是指光的 導(dǎo)波部分具有平板結(jié)構(gòu)的波導(dǎo)。圖37是示意性地表示平板型波導(dǎo)110S的一個(gè)例子的立體圖。在波導(dǎo)110S的折射率比支撐波導(dǎo)110S的透明基板140的折射率高時(shí)，存在在波導(dǎo)110S內(nèi)傳播的光的模式。通過(guò)將這樣的平板型波導(dǎo)設(shè)定為包含光致發(fā)光層的構(gòu)成，由于由發(fā)光點(diǎn)產(chǎn)生的光的電場(chǎng)與導(dǎo)波模式的電場(chǎng)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(dǎo)波模式結(jié)合。進(jìn)而，通過(guò)將光致發(fā)光層的厚度設(shè)定為光的波長(zhǎng)程度，能夠作出僅存在電場(chǎng)振幅大的導(dǎo)波模式的狀況。

進(jìn)而，在周期結(jié)構(gòu)與光致發(fā)光層接近的情況下，通過(guò)導(dǎo)波模式的電場(chǎng)與周期結(jié)構(gòu)相互作用而形成模擬導(dǎo)波模式。即使在光致發(fā)光層由多個(gè)層構(gòu)成的情況下，只要導(dǎo)波模式的電場(chǎng)達(dá)到周期結(jié)構(gòu)，就會(huì)形成模擬導(dǎo)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。

另外，在由金屬形成周期結(jié)構(gòu)的情況下，形成導(dǎo)波模式和基于等離子體共振效應(yīng)的模式，該模式具有與上面所述的模擬導(dǎo)波模式不同的性質(zhì)。此外，該模式由于金屬導(dǎo)致的吸收多，因此損失變大，發(fā)光增強(qiáng)的效果變小。所以，作為周期結(jié)構(gòu)，優(yōu)選使用吸收少的電介質(zhì)。

本申請(qǐng)的發(fā)明者們首先研究了使發(fā)光與通過(guò)在這樣的波導(dǎo)(例如光致發(fā)光層)的表面形成周期結(jié)構(gòu)而能夠作為特定角度方向的傳播光射出的模擬導(dǎo)波模式結(jié)合。圖1A是示意性地表示具有這樣的波導(dǎo)(例如光致發(fā)光層)110和周期結(jié)構(gòu)(例如透光層)120的發(fā)光器件100的一個(gè)例子的立體圖。此外，圖8A示出了參照?qǐng)D1A～圖7進(jìn)行了說(shuō)明的與狹角取向區(qū)域40a相對(duì)應(yīng)的部分的結(jié)構(gòu)。示出周期結(jié)構(gòu)以后的圖也是相同的。以下，在透光層120形成了周期結(jié)構(gòu)的情況下(即，在透光層120形成有周期性的亞微米結(jié)構(gòu)的情況下)，有時(shí)將透光層120稱為周期結(jié)構(gòu)120。在該例子中，周期結(jié)構(gòu)120是分別在y方向延伸的條紋狀的多個(gè)凸部在x方向上等間隔排列的一維周期結(jié)構(gòu)。圖8B是將該發(fā)光器件100用與xz面平行的平面切斷時(shí)的剖視圖。如果以與波導(dǎo)110接觸的方式設(shè)置周期p的周期結(jié)構(gòu)120，則面內(nèi)方向的具有波數(shù)k_wav的模擬導(dǎo)波模式被轉(zhuǎn)換為波導(dǎo)外的傳播光，該波數(shù)k_out能夠用以下的式(2)表示。

$k_{out}=k_{wav}-m\frac{2\mathrm{\&pi;}}{p}---\left(2\right)$

式(2)中的m為整數(shù)，表示衍射的次數(shù)。

這里，為了簡(jiǎn)化，可以近似地將在波導(dǎo)內(nèi)導(dǎo)波的光看作是以角度θ_wav傳播的光線，成立以下的式(3)和(4)。

$\frac{k_{wav}{\mathrm{\&lambda;}}_0}{2\mathrm{\&pi;}}=n_{wav}{\mathrm{sin\&theta;}}_{wav}---\left(3\right)$

$\frac{k_{out}{\mathrm{\&lambda;}}_0}{2\mathrm{\&pi;}}=n_{out}{\mathrm{sin\&theta;}}_{out}---\left(4\right)$

在這些式子中，λ₀為光在空氣中的波長(zhǎng)，n_wav為波導(dǎo)的折射率，n_out為出射側(cè)的介質(zhì)的折射率，θ_out為光射出到波導(dǎo)外的基板或空氣時(shí)的出射角度。由式(2)～(4)可知，出射角度θ_out能夠用以下的式(5)表示。

n_out sinθ_out＝n_wav sinθ_wav-mλ₀/p (5)

根據(jù)式(5)可知，在n_wavsinθ_wav＝mλ₀/p成立時(shí)，θ_out＝0，能夠使光向與波導(dǎo)的面垂直的方向(即，正面)射出。

根據(jù)如上的原理，可以認(rèn)為通過(guò)使發(fā)光與特定模擬導(dǎo)波模式結(jié)合，進(jìn)而利用周期結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為特定出射角度的光，能夠使強(qiáng)的光向該方向射出。

為了實(shí)現(xiàn)如上所述的狀況，有幾個(gè)制約條件。首先，為了使模擬導(dǎo)波模式存在，需要在波導(dǎo)內(nèi)傳播的光全反射。用于此的條件用以下的式(6)表示。

n_out＜n_wavsinθ_wav (6)

為了使該模擬導(dǎo)波模式通過(guò)周期結(jié)構(gòu)衍射并使光射出到波導(dǎo)外，式(5)中需要-1＜sinθ_out＜1。因此，需要滿足以下的式(7)。

$-1<\frac{n_{wav}}{n_{out}}{\mathrm{sin\&theta;}}_{wav}-\frac{{\mathrm{m\&lambda;}}_0}{n_{out}p}<1---\left(7\right)$

對(duì)此，如果考慮式(6)，可知只要成立以下的式(8)就行。

$\frac{{\mathrm{m\&lambda;}}_0}{2n_{out}}<p---\left(8\right)$

進(jìn)而，為了使得由波導(dǎo)110射出的光的方向?yàn)檎娣较?θ_out＝0)，由式(5)可知需要以下的式(9)。

p＝mλ₀/(n_wavsinθ_wav) (9)

由式(9)和式(6)可知，必要條件為以下的式(10)。

$\frac{{\mathrm{m\&lambda;}}_0}{n_{wav}}<p<\frac{{\mathrm{m\&lambda;}}_0}{n_{out}}---\left(10\right)$

此外，在設(shè)置如圖8A和圖8B所示的周期結(jié)構(gòu)的情況下，由于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(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)就行。因此，在本實(shí)施方式的周期結(jié)構(gòu)中，設(shè)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。

$\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_0}{n_{wav}}<p<\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_0}{n_{out}}---\left(11\right)$

如圖8A和圖8B所示，在波導(dǎo)(光致發(fā)光層)110不與透明基板接觸的情況下，n_out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。

$\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_0}{n_{wav}}<p<{\mathrm{\&lambda;}}_0---\left(12\right)$

另一方面，可以采用如圖8C和圖8D所例示的那樣在透明基板140上形成有光致發(fā)光層110和周期結(jié)構(gòu)120的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，由于透明基板140的折射率n_s比空氣的折射率大，因此只要以滿足在式(11)中設(shè)定為n_out＝n_s得到的下式(13)的方式確定周期p就行。

$\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_0}{n_{wav}}<p<\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_0}{n_s}---\left(13\right)$

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8A和圖8B所示發(fā)光器件100的兩面與空氣層接觸的情況下，只要將m設(shè)定為1以上的整數(shù)并以滿足以下的式(14)的方式設(shè)定周期p就行。

$\frac{{\mathrm{m\&lambda;}}_0}{n_{wav}}<p<{\mathrm{m\&lambda;}}_0---\left(14\right)$

同樣地，在如圖8C和圖8D所示的發(fā)光器件100a那樣將光致發(fā)光層110形成在透明基板140上的情況下，只要以滿足以下的式(15)的方式設(shè)定周期p就行。

$\frac{{\mathrm{m\&lambda;}}_0}{n_{wav}}<p<\frac{{\mathrm{m\&lambda;}}_0}{n_s}---\left(15\right)$

通過(guò)以滿足以上的不等式的方式確定周期結(jié)構(gòu)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?qū)崿F(xiàn)具有指向性的發(fā)光裝置。

[3.通過(guò)計(jì)算進(jìn)行的驗(yàn)證]

[3-1.周期、波長(zhǎng)依賴性]

本申請(qǐng)的發(fā)明者們利用光學(xué)解析驗(yàn)證了如上那樣向特定方向射出光實(shí)際上是否可能。光學(xué)解析通過(guò)使用了Cybernet公司的DiffractMOD的計(jì)算進(jìn)行。這些計(jì)算中，在對(duì)發(fā)光器件由外部垂直地射入光時(shí)，通過(guò)計(jì)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(qiáng)度。由外部射入的光與模擬導(dǎo)波模式結(jié)合而被光致發(fā)光層吸收的過(guò)程對(duì)應(yīng)于：對(duì)與光致發(fā)光層中的發(fā)光和模擬導(dǎo)波模式結(jié)合而轉(zhuǎn)換為向外部垂直地射出的傳播光的過(guò)程相反的過(guò)程進(jìn)行計(jì)算。另外，在模擬導(dǎo)波模式的電場(chǎng)分布的計(jì)算中，也同樣計(jì)算由外部射入光時(shí)的電場(chǎng)。

將光致發(fā)光層的膜厚設(shè)定為1μm，將光致發(fā)光層的折射率設(shè)定為n_wav＝1.8，將周期結(jié)構(gòu)的高度設(shè)定為50nm，將周期結(jié)構(gòu)的折射率設(shè)定為1.5，分別改變發(fā)光波長(zhǎng)和周期結(jié)構(gòu)的周期，計(jì)算向正面方向射出的光的增強(qiáng)度，將其結(jié)果表示在圖9中。計(jì)算模型如圖8A所示，設(shè)定為在y方向上為均勻的一維周期結(jié)構(gòu)、光的偏振為具有與y方向平行的電場(chǎng)成分的TM模式，由此進(jìn)行計(jì)算。由圖9的結(jié)果可知，增強(qiáng)度的峰在某個(gè)特定波長(zhǎng)和周期的組合中存在。此外，在圖9中，增強(qiáng)度的大小用顏色的深淺來(lái)表示，深(即黑)的增強(qiáng)度大，淺(即白)的增強(qiáng)度小。

在上述的計(jì)算中，周期結(jié)構(gòu)的截面設(shè)定為如圖8B所示的矩形。圖10表示圖示式(10)中的m＝1和m＝3的條件的圖表。比較圖9和圖19可知，圖9中的峰位置存在于與m＝1和m＝3相對(duì)應(yīng)的地方。m＝1的強(qiáng)度強(qiáng)是因?yàn)橄啾扔谌我陨系母叽窝苌涔?，一次衍射光的衍射效率高。不存在m＝2的峰是因?yàn)橹芷诮Y(jié)構(gòu)中的衍射效率低。

在圖10所示的分別與m＝1和m＝3相對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，圖9中能夠確認(rèn)存在多個(gè)線?？梢哉J(rèn)為這是因?yàn)榇嬖诙鄠€(gè)模擬導(dǎo)波模式。

[3-2.厚度依賴性]

圖11是表示將光致發(fā)光層的折射率設(shè)定為n_wav＝1.8、將周期結(jié)構(gòu)的周 期設(shè)定為400nm、將高度設(shè)定為50nm、將折射率設(shè)定為1.5并改變發(fā)光波長(zhǎng)和光致發(fā)光層的厚度t來(lái)計(jì)算向正面方向輸出的光的增強(qiáng)度的結(jié)果的圖?？芍?dāng)光致發(fā)光層的厚度t為特定值時(shí)，光的增強(qiáng)度達(dá)到峰值。

將在圖11中存在峰的波長(zhǎng)600nm、厚度t＝238nm、539nm時(shí)對(duì)向x方向?qū)Рǖ哪Ｊ降碾妶?chǎng)分布進(jìn)行計(jì)算的結(jié)果分別表示在圖12A和圖12B中。為了比較，對(duì)于不存在峰的t＝300nm的情況進(jìn)行了相同的計(jì)算，將其結(jié)果表示在圖12C中。計(jì)算模型與上述同樣，設(shè)定為在y方向?yàn)榫鶆虻囊痪S周期結(jié)構(gòu)。在各圖中，越黑的區(qū)域表示電場(chǎng)強(qiáng)度越高，越白的區(qū)域表示電場(chǎng)強(qiáng)度越低。在t＝238nm、539nm時(shí)有高的電場(chǎng)強(qiáng)度分布，而在t＝300nm時(shí)整體上電場(chǎng)強(qiáng)度低。這是因?yàn)?，在t＝238nm、539nm的情況下，存在導(dǎo)波模式，光被較強(qiáng)地封閉。進(jìn)而，可以觀察出如下特征：在凸部或凸部的正下方，必然存在電場(chǎng)最強(qiáng)的部分(波腹)，產(chǎn)生與周期結(jié)構(gòu)120相關(guān)的電場(chǎng)。即，可知根據(jù)周期結(jié)構(gòu)120的配置，可以得到導(dǎo)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(chǎng)的波節(jié)(白色部分)的數(shù)目?jī)H差一個(gè)的模式。

[3-3.偏振光依賴性]

接著，為了確認(rèn)偏振光依賴性，以與圖9的計(jì)算相同的條件，對(duì)于光的偏振為具有與y方向垂直的電場(chǎng)成分的TE模式時(shí)進(jìn)行了光的增強(qiáng)度的計(jì)算。本計(jì)算的結(jié)果表示在圖13中。與TM模式時(shí)(圖9)相比，盡管峰位置多少有變化，但峰位置仍舊處于圖10所示的區(qū)域內(nèi)。因此，確認(rèn)了本實(shí)施方式的構(gòu)成對(duì)于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(jié)構(gòu)]

進(jìn)而，進(jìn)行了基于二維周期結(jié)構(gòu)的效果的研究。圖14A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(jié)構(gòu)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。在這樣的二維周期結(jié)構(gòu)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(shí)相同，但也存在具有x、y兩方的成分的方向(例如傾斜45°方向)的衍射，因此能夠期待得到與一維時(shí)不同的結(jié)果。將就這樣的二維周期結(jié)構(gòu)計(jì)算光的增強(qiáng)度得到的結(jié)果表示在圖14B中。除了周期結(jié)構(gòu)以外的計(jì)算條件與圖9的條件相同。如圖14B所示，除了圖9所示 的TM模式的峰位置以外，還觀測(cè)到了與圖13所示的TE模式中的峰位置一致的峰位置。該結(jié)果表示：基于二維周期結(jié)構(gòu)，TE模式也通過(guò)衍射被轉(zhuǎn)換而輸出。另外，對(duì)于二維周期結(jié)構(gòu)而言，還需要考慮x方向和y方向這兩方向同時(shí)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，2^1/2倍)的周期相對(duì)應(yīng)的角度的方向射出。因此，除了一維周期結(jié)構(gòu)時(shí)的峰以外，還可以考慮在周期p的倍的周期也產(chǎn)生峰。圖14B中，也能夠確認(rèn)到這樣的峰。

作為二維周期結(jié)構(gòu)，不限于如圖14A所示的x方向和y方向的周期相等的四方點(diǎn)陣的結(jié)構(gòu)，也可以是如圖23A和圖23B所示的排列六邊形或三角形的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。另外，根據(jù)方位方向也可以為(例如四方點(diǎn)陣時(shí)x方向和y方向)的周期不同的結(jié)構(gòu)。

如上所述，本實(shí)施方式確認(rèn)了：利用基于周期結(jié)構(gòu)的衍射現(xiàn)象，能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)周期結(jié)構(gòu)和光致發(fā)光層所形成的特征性的模擬導(dǎo)波模式的光僅向正面方向選擇性地射出。通過(guò)這樣的構(gòu)成，用紫外線或藍(lán)色光等激發(fā)光使光致發(fā)光層激發(fā)，可以得到具有指向性的發(fā)光。

[4.周期結(jié)構(gòu)和光致發(fā)光層的構(gòu)成的研究]

接著，對(duì)于改變周期結(jié)構(gòu)和光致發(fā)光層的構(gòu)成、折射率等各種條件時(shí)的效果進(jìn)行說(shuō)明。

[4-1.周期結(jié)構(gòu)的折射率]

首先，對(duì)于周期結(jié)構(gòu)的折射率進(jìn)行研究。將光致發(fā)光層的膜厚設(shè)定為200nm，將光致發(fā)光層的折射率設(shè)定為n_wav＝1.8，將周期結(jié)構(gòu)設(shè)定為如圖8A所示那樣的在y方向上均勻的一維周期結(jié)構(gòu)，將高度設(shè)定為50nm，將周期設(shè)定為400nm，光的偏振為具有與y方向平行的電場(chǎng)成分的TM模式，由此進(jìn)行計(jì)算。將改變發(fā)光波長(zhǎng)和周期結(jié)構(gòu)的折射率計(jì)算向正面方向輸出的光的增強(qiáng)度得到的結(jié)果表示在圖15中。另外，將以相同的條件將光致發(fā)光層的膜厚設(shè)定為1000nm時(shí)的結(jié)果表示在圖16中。

首先，著眼于光致發(fā)光層的膜厚，可知與膜厚為200nm時(shí)(圖15)相比，膜厚為1000nm時(shí)(圖16)的相對(duì)于周期結(jié)構(gòu)的折射率變化的光強(qiáng)度達(dá)到峰值的波長(zhǎng)(稱為峰值波長(zhǎng))的位移更小。這是因?yàn)?，光致發(fā)光層的膜厚越小，模擬導(dǎo)波模式越容易受到周期結(jié)構(gòu)的折射率的影響。即，周期 結(jié)構(gòu)的折射率越高，有效折射率越大，相應(yīng)地峰值波長(zhǎng)越向長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)位移，但該影響在膜厚越小時(shí)越明顯。此外，有效折射率由存在于模擬導(dǎo)波模式的電場(chǎng)分布的區(qū)域中的介質(zhì)的折射率確定。

接著，著眼于相對(duì)于周期結(jié)構(gòu)的折射率變化的峰的變化，可知折射率越高，則峰越寬，強(qiáng)度越降低。這是因?yàn)橹芷诮Y(jié)構(gòu)的折射率越高，則模擬導(dǎo)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(qiáng)度，只要設(shè)定為利用封閉光的效果高(即Q值高)的模擬導(dǎo)波模式適度地將光放出到外部的構(gòu)成就行。可知為了實(shí)現(xiàn)該構(gòu)成，不優(yōu)選將折射率與光致發(fā)光層的折射率相比過(guò)大的材料用于周期結(jié)構(gòu)。因此，為了將峰強(qiáng)度和Q值提高一定程度，只要將構(gòu)成周期結(jié)構(gòu)的電介質(zhì)(即，透光層)的折射率設(shè)定為光致發(fā)光層的折射率的同等以下就行。光致發(fā)光層包含除了光致發(fā)光材料以外的材料時(shí)也是同樣的。

[4-2.周期結(jié)構(gòu)的高度]

接著，對(duì)于周期結(jié)構(gòu)的高度進(jìn)行研究。將光致發(fā)光層的膜厚設(shè)定為1000nm，將光致發(fā)光層的折射率設(shè)定為n_wav＝1.8，周期結(jié)構(gòu)為如圖8A所示那樣的在y方向上均勻的一維周期結(jié)構(gòu)，并且將折射率設(shè)定為n_p＝1.5，將周期設(shè)定為400nm，光的偏振為具有與y方向平行的電場(chǎng)成分的TM模式，由此進(jìn)行計(jì)算。將改變發(fā)光波長(zhǎng)和周期結(jié)構(gòu)的高度計(jì)算向正面方向輸出的光的增強(qiáng)度的結(jié)果表示在圖17中。將以相同的條件將周期結(jié)構(gòu)的折射率設(shè)定為n_p＝2.0時(shí)的計(jì)算結(jié)果表示在圖18中?？芍趫D17所示的結(jié)果中，在一定程度以上的高度，峰強(qiáng)度、Q值(即，峰的線寬)不變化，而在圖18所示的結(jié)果中，周期結(jié)構(gòu)的高度越大，峰強(qiáng)度和Q值越低。這是因?yàn)?，在光致發(fā)光層的折射率n_wav比周期結(jié)構(gòu)的折射率n_p高的情況(圖17)下，光進(jìn)行全反射，所以僅模擬導(dǎo)波模式的電場(chǎng)的溢出(瞬逝)部分與周期結(jié)構(gòu)相互作用。在周期結(jié)構(gòu)的高度足夠大的情況下，即使高度變化到更高，電場(chǎng)的瞬逝部分與周期結(jié)構(gòu)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n_wav比周期結(jié)構(gòu)的折射率n_p低的情況(圖18)下，由于光不全反射而到達(dá)周期結(jié)構(gòu)的表面，因此周期結(jié)構(gòu)的高度越大，越受其影響。僅觀察圖18，可知高度為100nm左右就足夠，在超過(guò)150nm的區(qū)域，峰強(qiáng)度和Q值降低。因此，在光致發(fā)光層的折射率n_wav比周期結(jié)構(gòu)的折射 率n_p低的情況下，為了使峰強(qiáng)度和Q值一定程度地提高，只要將周期結(jié)構(gòu)的高度設(shè)定為150nm以下就行。

[4-3.偏振方向]

接著，對(duì)于偏振方向進(jìn)行研究。將以與圖16所示的計(jì)算相同的條件設(shè)定為光的偏振為具有與y方向垂直的電場(chǎng)成分的TE模式進(jìn)行計(jì)算得到的結(jié)果表示在圖19中。在TE模式時(shí)，由于模擬導(dǎo)波模式的電場(chǎng)溢出比TM模式大，因此容易受到由周期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。所以，在周期結(jié)構(gòu)的折射率n_p大于光致發(fā)光層的折射率n_wav的區(qū)域，峰強(qiáng)度和Q值的降低比TM模式明顯。

[4-4.光致發(fā)光層的折射率]

接著，對(duì)于光致發(fā)光層的折射率進(jìn)行研究。將以與圖16所示的計(jì)算相同的條件將光致發(fā)光層的折射率n_wav變更為1.5時(shí)的結(jié)果表示在圖20中。可知即使是光致發(fā)光層的折射率n_wav為1.5的情況下，也可以得到大致與圖16同樣的效果。但是，可知波長(zhǎng)為600nm以上的光沒(méi)有向正面方向射出。這是因?yàn)?，根?jù)式(10)，λ₀＜n_wav×p/m＝1.5×400nm/1＝600nm。

由以上的分析可知，在將周期結(jié)構(gòu)的折射率設(shè)定為與光致發(fā)光層的折射率同等以下或者周期結(jié)構(gòu)的折射率為光致發(fā)光層的折射率以上的情況下，只要將高度設(shè)定為150nm以下就能夠提高峰強(qiáng)度和Q值。

[5.變形例]

以下，對(duì)本實(shí)施方式的變形例進(jìn)行說(shuō)明。

[5-1.具有基板的構(gòu)成]

如上所述，如圖8C和圖8D所示，發(fā)光器件也可以具有在透明基板140之上形成有光致發(fā)光層110和周期結(jié)構(gòu)120的結(jié)構(gòu)。為了制作這樣的發(fā)光器件100a，可以考慮如下的方法：首先，在透明基板140上由構(gòu)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(zhì)材料；以下同)形成薄膜，在其之上形成周期結(jié)構(gòu)120。在這樣的構(gòu)成中，為了通過(guò)光致發(fā)光層110和周期結(jié)構(gòu)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n_s需要設(shè)定為光致發(fā)光層的折射率n_wav以下。在將透明基板140以與光致發(fā)光層110相接觸的方式設(shè)置的情況下，需要以滿足將式(10)中的出射介質(zhì)的折射率n_out設(shè)定為n_s的式(15)的方式來(lái)設(shè)定周期p。

為了確認(rèn)上述內(nèi)容，進(jìn)行了在折射率為1.5的透明基板140之上設(shè)置有與圖9所示的計(jì)算相同條件的光致發(fā)光層110和周期結(jié)構(gòu)120時(shí)的計(jì)算。本計(jì)算的結(jié)果表示在圖21中。與圖9的結(jié)果同樣地，能夠確認(rèn)對(duì)于每個(gè)波長(zhǎng)以特定周期出現(xiàn)光強(qiáng)度的峰，但可知峰出現(xiàn)的周期的范圍與圖9的結(jié)果不同。對(duì)此，將式(10)的條件設(shè)定為n_out＝n_s得到的式(15)的條件表示在圖22中。圖21中可知在與圖22所示的范圍相對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi)，出現(xiàn)光強(qiáng)度的峰。

因此，對(duì)于在透明基板140上設(shè)置有光致發(fā)光層110和周期結(jié)構(gòu)120的發(fā)光器件100a而言，在滿足式(15)的周期p的范圍可以獲得效果，在滿足式(13)的周期p的范圍可以得到特別顯著的效果。

[5-2.具有激發(fā)光源的發(fā)光裝置]

圖23是表示具備圖8A、8B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(gòu)成例的圖。如上所述，本申請(qǐng)的構(gòu)成通過(guò)使光致發(fā)光層被紫外線或藍(lán)色光等激發(fā)光激發(fā)，得到具有指向性的發(fā)光。通過(guò)設(shè)置以射出這樣的激發(fā)光的方式構(gòu)成的光源180，能夠?qū)崿F(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(zhǎng)典型地為紫外或藍(lán)色區(qū)域的波長(zhǎng)，但不限于這些，可以根據(jù)構(gòu)成光致發(fā)光層110的光致發(fā)光材料適當(dāng)確定。此外，在圖23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，但不限于這樣的例子，例如也可以由光致發(fā)光層110的上表面射入激發(fā)光。

也有通過(guò)使激發(fā)光與模擬導(dǎo)波模式結(jié)合來(lái)使光高效地射出的方法。圖24A～24D是用于說(shuō)明這樣的方法的圖。在該例子中，與圖8C、8D所示的構(gòu)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(jié)構(gòu)120。首先，如圖24A所示，為了增強(qiáng)發(fā)光，確定x方向的周期p_x；接著，如圖24B所示，為了使激發(fā)光與模擬導(dǎo)波模式結(jié)合，確定y方向的周期p_y。周期p_x以滿足在式(10)中將p置換為p_x后的條件的方式確定。另一方面，周期p_y以將m為1以上的整數(shù)、將激發(fā)光的波長(zhǎng)設(shè)定為λ_ex、將與光致發(fā)光層110接觸的介質(zhì)中除了周期結(jié)構(gòu)120以外折射率最高的介質(zhì)的折射率設(shè)定為n_out并滿足以下的式(16)的方式確定。

$\frac{{\mathrm{m\&lambda;}}_{ex}}{n_{wav}}<p_y<\frac{{\mathrm{m\&lambda;}}_{ex}}{n_{out}}---\left(16\right)$

這里，n_out在圖24的例子中為透明基板140的n_s，但在如圖23所示不設(shè)置透明基板140的構(gòu)成中，為空氣的折射率(約1.0)。

特別是，如果設(shè)定為m＝1以滿足下式(17)的方式確定周期p_y，則能夠進(jìn)一步提高將激發(fā)光轉(zhuǎn)換為模擬導(dǎo)波模式的效果。

$\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{ex}}{n_{wav}}<p_y<\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{ex}}{n_{out}}---\left(17\right)$

這樣，通過(guò)以滿足式(16)的條件(特別是式(17)的條件)的方式設(shè)定周期p_y，能夠?qū)⒓ぐl(fā)光轉(zhuǎn)換為模擬導(dǎo)波模式。其結(jié)果是，能夠使光致發(fā)光層110有效地吸收波長(zhǎng)λ_ex的激發(fā)光。

圖24C和圖24D分別是表示相對(duì)于圖24A和圖24B所示的結(jié)構(gòu)射入光時(shí)對(duì)每個(gè)波長(zhǎng)計(jì)算光被吸收的比例的結(jié)果的圖。在該計(jì)算中，設(shè)定為p_x＝365nm、p_y＝265nm，將來(lái)自光致發(fā)光層110的發(fā)光波長(zhǎng)λ設(shè)定為約600nm，將激發(fā)光的波長(zhǎng)λ_ex設(shè)定為約450nm，將光致發(fā)光層110的消光系數(shù)設(shè)定為0.003。如圖24D所示，不僅對(duì)由光致發(fā)光層110產(chǎn)生的光，而且對(duì)于作為激發(fā)光的約450nm的光也顯示高的吸收率。這是因?yàn)?，通過(guò)將射入的光有效地轉(zhuǎn)換為模擬導(dǎo)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(duì)作為發(fā)光波長(zhǎng)的約600nm，吸收率也增大，但這如果在約600nm的波長(zhǎng)的光射入該結(jié)構(gòu)的情況下，則同樣被有效地轉(zhuǎn)換為模擬導(dǎo)波模式。這樣，圖24B所示的周期結(jié)構(gòu)120為在x方向和y方向分別具有周期不同的結(jié)構(gòu)(周期成分)的二維周期結(jié)構(gòu)。這樣，通過(guò)使用具有多個(gè)周期成分的二維周期結(jié)構(gòu)，能夠提高激發(fā)效率，并且提高出射強(qiáng)度。此外，圖24A～24D的例子中是使激發(fā)光由基板側(cè)射入，但即使由周期結(jié)構(gòu)側(cè)射入也可以得到相同效果。

進(jìn)而，作為具有多個(gè)周期成分的二維周期結(jié)構(gòu)，也可以采用如圖25A或圖25B所示的構(gòu)成。通過(guò)設(shè)定為如圖25A所示將具有六邊形的平面形狀的多個(gè)凸部或凹部周期性地排列而成的構(gòu)成或如圖25B所示將具有三角形的平面形狀的多個(gè)凸部或凹部周期性地排列而成的構(gòu)成，能夠確定可視為周期的多個(gè)主軸(圖的例子中為軸1～3)。因此，能夠?qū)τ诟鱾€(gè)軸向分配不同的周期?？梢詾榱颂岣叨鄠€(gè)波長(zhǎng)的光的指向性分別設(shè)定這些周期，也 可以為了高效地吸收激發(fā)光而分別設(shè)定這些周期。在任何一種情況下，都以滿足相當(dāng)于式(10)的條件的方式設(shè)定各周期。

[5-3.透明基板上的周期結(jié)構(gòu)]

如圖26A和圖26B所示，可以在透明基板140上形成周期結(jié)構(gòu)120a，在其之上設(shè)置光致發(fā)光層110。在圖26A的構(gòu)成例中，以追隨基板140上的由凹凸構(gòu)成的周期結(jié)構(gòu)120a的方式形成光致發(fā)光層110，從而在光致發(fā)光層110的表面也形成有相同周期的周期結(jié)構(gòu)120b。另一方面，在圖26B的構(gòu)成例中，以使光致發(fā)光層110的表面變得平坦的方式進(jìn)行了處理。在這些構(gòu)成例中，通過(guò)以周期結(jié)構(gòu)120a的周期p滿足式(15)的方式進(jìn)行設(shè)定，也能夠?qū)崿F(xiàn)指向性發(fā)光。為了驗(yàn)證該效果，在圖26A的構(gòu)成中，改變發(fā)光波長(zhǎng)和周期結(jié)構(gòu)的周期來(lái)計(jì)算向正面方向輸出的光的增強(qiáng)度。這里，將光致發(fā)光層110的膜厚設(shè)定為1000nm，將光致發(fā)光層110的折射率設(shè)定為n_wav＝1.8，周期結(jié)構(gòu)120a為在y方向均勻的一維周期結(jié)構(gòu)且高度為50nm，折射率n_p＝1.5，周期為400nm，光的偏振為具有與y方向平行的電場(chǎng)成分的TM模式。本計(jì)算的結(jié)果表示在圖26C中。本計(jì)算中，也以滿足式(15)的條件的周期觀測(cè)到了光強(qiáng)度的峰。

[5-4.粉體]

根據(jù)以上的實(shí)施方式，能夠通過(guò)調(diào)整周期結(jié)構(gòu)的周期、光致發(fā)光層的膜厚，突出任意波長(zhǎng)的發(fā)光。例如，如果使用以寬帶域發(fā)光的光致發(fā)光材料并設(shè)定為如圖8A、8B所示的構(gòu)成，則能夠僅突出某個(gè)波長(zhǎng)的光。因此，也可以將如圖8A、8B所示那樣的發(fā)光器件100的構(gòu)成設(shè)定為粉末狀，并制成熒光材料進(jìn)行利用。另外，也可以將如圖8A、8B所示那樣的發(fā)光器件100埋入樹脂、玻璃等進(jìn)行利用。

在如圖8A、8B所示那樣的單體的構(gòu)成中，制成僅向特定方向射出某個(gè)特定波長(zhǎng)，因此難以實(shí)現(xiàn)例如具有寬波長(zhǎng)區(qū)域的光譜的白色等的發(fā)光。因此，通過(guò)使用如圖27所示混合了周期結(jié)構(gòu)的周期、光致發(fā)光層的膜厚等條件不同的多個(gè)粉末狀發(fā)光器件100的構(gòu)成，能夠?qū)崿F(xiàn)具有寬波長(zhǎng)區(qū)域的光譜的發(fā)光裝置。此時(shí)，各個(gè)發(fā)光器件100的一個(gè)方向的尺寸例如為數(shù)μm～數(shù)mm左右；其中，例如可以包含數(shù)周期～數(shù)百周期的一維或二維周期結(jié)構(gòu)。

[5-5.排列周期不同的結(jié)構(gòu)]

圖28是表示在光致發(fā)光層之上將周期不同的多個(gè)周期結(jié)構(gòu)以二維排列而成的例子的俯視圖。在該例子中，三種周期結(jié)構(gòu)120a、120b、120c沒(méi)有間隙地排列。周期結(jié)構(gòu)120a、120b、120c例如以分別將紅、綠、藍(lán)的波長(zhǎng)區(qū)域的光向正面射出的方式設(shè)定周期。這樣，也能夠通過(guò)在光致發(fā)光層之上排列周期不同的多個(gè)結(jié)構(gòu)，對(duì)于寬波長(zhǎng)區(qū)域的光譜發(fā)揮指向性。此外，多個(gè)周期結(jié)構(gòu)的構(gòu)成不限于上述的構(gòu)成，可以任意設(shè)定。

[5-6.層疊結(jié)構(gòu)]

圖29表示具有表面上形成有凹凸結(jié)構(gòu)的多個(gè)光致發(fā)光層110層疊而成的結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件的一個(gè)例子。多個(gè)光致發(fā)光層110之間設(shè)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(jié)構(gòu)相當(dāng)于上述的周期結(jié)構(gòu)或亞微米結(jié)構(gòu)。在圖29所示的例子中，形成了三層的周期不同的周期結(jié)構(gòu)，分別以將紅、藍(lán)、綠的波長(zhǎng)區(qū)域的光向正面射出的方式設(shè)定周期。另外，以發(fā)出與各周期結(jié)構(gòu)的周期相對(duì)應(yīng)的顏色的光的方式選擇各層的光致發(fā)光層110的材料。這樣，即使通過(guò)層疊周期不同的多個(gè)周期結(jié)構(gòu)，也能夠?qū)τ趯挷ㄩL(zhǎng)區(qū)域的光譜發(fā)揮指向性。

此外，層數(shù)、各層的光致發(fā)光層110和周期結(jié)構(gòu)的構(gòu)成不限于上述的構(gòu)成，可以任意設(shè)定。例如，在兩層的構(gòu)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)光層以相對(duì)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(jié)構(gòu)。此時(shí)，只要第一光致發(fā)光層與第一周期結(jié)構(gòu)這一對(duì)和第二光致發(fā)光層與第二周期結(jié)構(gòu)這一對(duì)分別滿足相當(dāng)于式(15)的條件就行。在三層以上的構(gòu)成中也同樣地，只要各層中的光致發(fā)光層和周期結(jié)構(gòu)滿足相當(dāng)于式(15)的條件就行。光致發(fā)光層和周期結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系可以與圖29所示的關(guān)系相反。雖然在圖29所示的例子中，各層的周期不同，但也可以將它們?nèi)吭O(shè)定為相同周期。此時(shí)，雖然不能使光譜變寬，但能夠增大發(fā)光強(qiáng)度。

[5-7.具有保護(hù)層的構(gòu)成]

圖30是表示在光致發(fā)光層110與周期結(jié)構(gòu)120之間設(shè)置有保護(hù)層150的構(gòu)成例的剖視圖。這樣，也可以設(shè)置用于保護(hù)光致發(fā)光層110的保護(hù)層150。但是，在保護(hù)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(hù)層150的內(nèi)部，光的電場(chǎng)只能溢出波長(zhǎng)的一半左右。因此，在保護(hù)層150比波長(zhǎng)厚的情況下，光達(dá)不到周期結(jié)構(gòu)120。因此，不存在模擬導(dǎo)波模式，得不到向特定方向放出光的功能。在保護(hù)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以上的情況下，光到達(dá)保護(hù)層150的內(nèi)部。因此，對(duì)保護(hù)層150沒(méi)有厚度的制約。但是，在這種情況下，由光致發(fā)光材料形成光導(dǎo)波的部分(以下，將該部分稱為“導(dǎo)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(yōu)選保護(hù)層150較薄者。此外，也可以使用與周期結(jié)構(gòu)(透光層)120相同的材料形成保護(hù)層150。此時(shí)，具有周期結(jié)構(gòu)的透光層兼為保護(hù)層。優(yōu)選透光層120的折射率比光致發(fā)光層110的折射率小。

[6.材料]

如果用滿足如上所述的條件的材料構(gòu)成光致發(fā)光層(或者導(dǎo)波層)和周期結(jié)構(gòu)，則能夠?qū)崿F(xiàn)指向性發(fā)光。周期結(jié)構(gòu)可以使用任意材料。然而，如果形成光致發(fā)光層(或者導(dǎo)波層)、周期結(jié)構(gòu)的介質(zhì)的光吸收性高，則封閉光的效果下降，峰強(qiáng)度和Q值降低。因此，作為形成光致發(fā)光層(或者導(dǎo)波層)和周期結(jié)構(gòu)的介質(zhì)，可以使用光吸收性較低的材料。

作為周期結(jié)構(gòu)的材料，例如可以使用光吸收性低的電介質(zhì)。作為周期結(jié)構(gòu)的材料的候補(bǔ)，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(氮化硅)、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(jié)構(gòu)的折射率低于光致發(fā)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(fā)光材料包括狹義的熒光材料和磷光材料，不僅包括無(wú)機(jī)材料，也包括有機(jī)材料(例如色素)，還包括量子點(diǎn)(即，半導(dǎo)體微粒)。通常以無(wú)機(jī)材料為主體的熒光材料存在折射率高的傾向。作為以藍(lán)色發(fā)光的熒光材料，可以使用例如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(fā)光的熒光材料，可使用例如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⁺、CaSi_12-(m+n)Al_(m+n)O_n N_16-n:Ce³⁺、β-SiAlON:Eu²⁺。作為以紅色發(fā)光的熒光材料，可使用例如CaAl SiN₃: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(fā)光的熒光材料，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(diǎn)可以使用例如CdS、CdSe、核殼型CdSe/ZnS、合金型CdSSe/ZnS等材料，根據(jù)材質(zhì)能夠得到各種發(fā)光波長(zhǎng)。作為量子點(diǎn)的基質(zhì)，例如可以使用玻璃、樹脂。

圖8C、8D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(gòu)成。作為這樣的材料，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。

[7.制造方法]

接著，對(duì)制造方法的一個(gè)例子進(jìn)行說(shuō)明。

作為實(shí)現(xiàn)圖8C、8D所示的構(gòu)成的方法，例如有如下方法：在透明基板140上通過(guò)蒸鍍、濺射、涂布等工序?qū)晒獠牧闲纬晒庵掳l(fā)光層110的薄膜，然后形成電介質(zhì)的層，通過(guò)光刻等方法進(jìn)行布圖來(lái)形成周期結(jié)構(gòu)120。此時(shí)，對(duì)與圖1A等所示的廣角取向區(qū)域40b相當(dāng)?shù)牟糠诌M(jìn)行掩蔽以使其不形成周期結(jié)構(gòu)。也可以代替上述方法，通過(guò)納米壓印來(lái)形成周期結(jié)構(gòu)120。另外，如圖31所示，也可以通過(guò)僅加工光致發(fā)光層110的一部分來(lái)形成周期結(jié)構(gòu)120。此時(shí)，周期結(jié)構(gòu)120就由與光致發(fā)光層110相同的材料形成。

圖8A、8B所示的發(fā)光器件100例如能夠通過(guò)在制作圖8C、8D所示的發(fā)光器件100a后，進(jìn)行從基板140剝除光致發(fā)光層110和周期結(jié)構(gòu)120的 部分的工序來(lái)實(shí)現(xiàn)。

圖26A所示的構(gòu)成例如能夠通過(guò)在透明基板140上的與狹角取向區(qū)域40a相當(dāng)?shù)牟糠忠园雽?dǎo)體工藝或納米壓印等方法形成周期結(jié)構(gòu)120a，然后在其之上通過(guò)蒸鍍、濺射等方法將構(gòu)成材料形成光致發(fā)光層110來(lái)實(shí)現(xiàn)?；蛘?，也能夠通過(guò)利用涂布等方法將周期結(jié)構(gòu)120a的凹部埋入光致發(fā)光層110來(lái)實(shí)現(xiàn)圖26B所示的構(gòu)成。

此外，上述的制造方法為一個(gè)例子，本申請(qǐng)的發(fā)光器件不限于上述的制造方法。

[7.實(shí)驗(yàn)例]

以下，對(duì)制作基于本申請(qǐng)的實(shí)施方式的發(fā)光器件的例子進(jìn)行說(shuō)明。

試制具有與圖26A相同構(gòu)成的發(fā)光器件的樣品，評(píng)價(jià)特性。發(fā)光器件如下操作來(lái)制作。

在玻璃基板上設(shè)置周期為400nm、高度為40nm的一維周期結(jié)構(gòu)(條紋狀的凸部)，從其之上形成210nm光致發(fā)光材料YAG:Ce的膜。將其剖視圖的TEM圖像表示在圖32中，通過(guò)將其用450nm的LED激發(fā)而使YAG:Ce發(fā)光時(shí)，測(cè)定其正面方向的光譜，將得到的結(jié)果表示在圖33中。在圖33中示出了測(cè)定沒(méi)有周期結(jié)構(gòu)時(shí)的測(cè)定結(jié)果(ref)、具有與一維周期結(jié)構(gòu)平行的偏振光成分的TM模式和具有與一維周期結(jié)構(gòu)垂直的偏振光成分的TE模式的結(jié)果。在存在周期結(jié)構(gòu)時(shí)，與沒(méi)有周期結(jié)構(gòu)時(shí)相比，可以觀察到特定波長(zhǎng)的光顯著增加。另外，可知具有與一維周期結(jié)構(gòu)平行的偏振光成分的TM模式的光的增強(qiáng)效果大。

此外，將在相同的樣品中出射光強(qiáng)度的角度依賴性的測(cè)定結(jié)果和計(jì)算結(jié)果表示在圖34和圖35中。圖34表示以與一維周期結(jié)構(gòu)(周期結(jié)構(gòu)120)的線方向平行的軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的測(cè)定結(jié)果(上段)和計(jì)算結(jié)果(下段)；圖35表示以與一維周期結(jié)構(gòu)(即，周期結(jié)構(gòu)120)的線方向垂直的方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的測(cè)定結(jié)果(上段)和計(jì)算結(jié)果(下段)。另外，圖34和圖35分別表示與TM模式和TE模式的直線偏振光有關(guān)的結(jié)果；圖34(a)表示與TM模式的直線偏振光有關(guān)的結(jié)果；圖34(b)表示與TE模式的直線偏振光有關(guān)的結(jié)果；圖35(a)表示與TE模式的直線偏振光有關(guān)的結(jié)果；圖35(b)表示與TM模式的直線偏振光有關(guān)的結(jié)果。從圖34和圖35可知 如下情況：TM模式的增強(qiáng)效果高，而且被增強(qiáng)的波長(zhǎng)隨著角度逐漸發(fā)生位移。例如，對(duì)于波長(zhǎng)為610nm的光而言，由于為TM模式且僅在正面方向存在光，因此可知指向性高且偏振發(fā)光。另外，各圖的上段和下段一致，因此上述計(jì)算的正確性得到了實(shí)驗(yàn)證實(shí)。

由上述的測(cè)定結(jié)果，作為一個(gè)例子，研究在610nm的光中，以與線方向垂直的方向?yàn)樾D(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的強(qiáng)度的角度依賴性。圖36是表示其結(jié)果的圖表?？梢杂^察出：在正面方向上產(chǎn)生了強(qiáng)的發(fā)光增強(qiáng)，對(duì)于其他角度而言，光幾乎沒(méi)有被增強(qiáng)的情況?？芍蛘娣较蛏涑龅墓獾闹赶蚪?即，強(qiáng)度為最大強(qiáng)度的50％的角度)小于15°。也就是說(shuō)，可知實(shí)現(xiàn)了指向性發(fā)光。此外，由于其全都為TM模式的成分，因此可知同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了偏振發(fā)光。

以上的驗(yàn)證使用了在廣帶域的波長(zhǎng)帶發(fā)光的YAG:Ce來(lái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，但即使以發(fā)光為窄帶域的光致發(fā)光材料設(shè)定為同樣的構(gòu)成，對(duì)于該波長(zhǎng)的光也能夠?qū)崿F(xiàn)指向性和偏振發(fā)光。此外，此時(shí)由于不產(chǎn)生其他波長(zhǎng)的光，因此能夠?qū)崿F(xiàn)不產(chǎn)生其他方向和偏振狀態(tài)的光之類的光源。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

本申請(qǐng)的發(fā)光器件和發(fā)光裝置能夠適用于以照明器具、顯示器、投影儀為代表的各種光學(xué)設(shè)備。