(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、
前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、
前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ1aは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2aとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、
前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である、シート。
【請求項２】
一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、
前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、
前記微小領域δ1aは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ1bは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1aと前記微小領域δ2bとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、
前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である、シート。
【請求項３】
一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、
前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、
前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ1aは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2bとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、
前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である、シート。
【請求項４】
一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、
前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、
前記微小領域δ1aは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ1bは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1aと前記微小領域δ2aとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、
前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である、シート。
【請求項５】
一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、
前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、
前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ1a及びδ2aは、前記微小領域δ1bとδ2bとの間で前記基準面に対して連続的に傾いた面をなし、
前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2bとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、
前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である、シート。
【請求項６】
一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δと、内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δ’であって、前記微小領域δ’の１つが前記微小領域δ’の他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δ’とによって独立して、かつ、重畳して規定された形状を有し、
前記複数の微小領域δの境界線は、前記複数の微小領域δ’の境界線と交差はするが、重なることはなく、
前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、
前記複数の微小領域δ’は、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ’1と、それ以外の複数の微小領域δ’2とからなり、
前記微小領域δ1と微小領域δ’1とが重なる領域は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2と微小領域δ’2とが重なる領域は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ1と微小領域δ’2とが重なる領域は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2と微小領域δ’1とが重なる領域は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1と微小領域δ’1とが重なる領域と前記微小領域δ2と微小領域δ’2とが重なる領域との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、
前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である、シート。
【請求項７】
前記複数の微小領域δ’は市松模様を形成している請求項６に記載のシート。
【請求項８】
発光面を有する発光体と、
一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、
前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、
前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ1aは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2aとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートと、
を備え、
前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、
前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、
λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）
の関係を満たしている発光装置。
【請求項９】
発光面を有する発光体と、
一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、
前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、
前記微小領域δ1aは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ1bは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1aと前記微小領域δ2bとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートと、
を備え、
前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、
前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、
λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）
の関係を満たしている発光装置。
【請求項１０】
発光面を有する発光体と、
一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、
前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、
前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ1aは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2bとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートと、
を備え、
前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、
前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、
λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）
の関係を満たしている発光装置。
【請求項１１】
発光面を有する発光体と、
一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、
前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、
前記微小領域δ1aは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ1bは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1aと前記微小領域δ2aとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートと、
を備え、
前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、
前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、
λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）
の関係を満たしている発光装置。
【請求項１２】
発光面を有する発光体と、
一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、
前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、
前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ1a及びδ2aは、前記微小領域δ1bとδ2bとの間で前記基準面に対して連続的に傾いた面をなし、
前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2bとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートと、
を備え、
前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、
前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、
λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）
の関係を満たしている発光装置。
【請求項１３】
発光面を有する発光体と、
一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δと、内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δ’であって、前記微小領域δ’の１つが前記微小領域δ’の他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δ’とによって独立して、かつ、重畳して規定された形状を有し、
前記複数の微小領域δの境界線は、前記複数の微小領域δ’の境界線と交差はするが、重なることはなく、
前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、
前記複数の微小領域δ’は、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ’1と、それ以外の複数の微小領域δ’2とからなり、
前記微小領域δ1と微小領域δ’1とが重なる領域は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2と微小領域δ’2とが重なる領域は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記微小領域δ1と微小領域δ’2とが重なる領域は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2と微小領域δ’1とが重なる領域は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1と微小領域δ’1とが重なる領域と前記微小領域δ2と
微小領域δ’2とが重なる領域との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在
しているシートと、
を備え、
前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、
前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、
λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）
の関係を満たしている発光装置。
【請求項１４】
前記複数の微小領域δ’は市松模様を形成している請求項１３に記載の発光装置。
【請求項１５】
発光面を有する発光体と、
一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、
前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上ｗμｍ以下の複数の微小領域δであって、前記微小領域δの１つが前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されている複数の微小領域δからランダムに確率Ｐの割合で選ばれる複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とによって得られる形状を有し、
直径ｗと確率Ｐとはｗ＝６×Ｐ2の関係を満足し、
前記微小領域δ1は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、
前記微小領域δ2は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、
前記基準面は、前記微小領域δ1と前記微小領域δ2との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートと、
を備え、
前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、
前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、
λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦λ／（ｎ１−ｎ０）
の関係を満たしている発光装置。
【請求項１６】
前記微小領域δは多角形かつそれぞれ合同な形状である、請求項８から１５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１７】
前記発光体の前記発光面と前記シートの前記一方の面とは界面を形成するように接しており、前記界面の両側において屈折率差が存在し、前記界面の表面形状は千鳥格子状もしくは市松模様の凹凸構造である請求項８から１５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１８】
前記媒質は空気である請求項８から１５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１９】
前記媒質はエアロゲルである請求項８から１５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項２０】
前記発光体の光が生じる部分の屈折率がｎ２であるとき、ｎ２−ｎ１＜０．１である請求項８から１５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項２１】
前記媒質は透明材料である請求項８から１５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項２２】
前記シートの前記一方の面に回折格子が形成されている請求項８から１５のいずれかに記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシート及びそれを用いた発光装置に関するものである。また本発明はシートの製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
白色ＬＥＤや有機エレクトロルミネセンス素子などの新しい発光素子の開発が盛んであり、これに伴って、発光体からの光の取り出し効率を向上させる技術が検討されている。
【０００３】
図２６は、一般的な有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いた発光装置の断面構成及び光の伝搬の様子を示している。基板１０１の上に電極１０２、発光層１０３、透明電極１０４がこの順に積層され、透明電極１０４の上には透明基板１０５が載せられている。電極１０２、透明電極１０４の間に電圧を印加することで、発光層１０３の内部の点Ｓで発光し、この光は直接、もしくは電極１０２において反射した後、透明電極１０４を透過し、透明基板１０５の表面上の点Ｐに表面の面法線に対して角度θで入射し、この点において屈折して空気層１０６側に出射する。
【０００４】
透明基板１０５の屈折率をｎ’１とすると、入射角θが臨界角θc＝ｓｉｎ-1（１／ｎ’１）より大きくなった時、全反射が発生する。例えば、θc以上の角度で透明基板１０５の表面上の点Ｑに入射する光は全反射し、空気層１０６側に出射することはない。
【０００５】
図２７（ａ）、（ｂ）は上記発光装置において透明基板１０５が多層構造を有していると仮定した場合における光取り出し効率を説明する説明図である。図２７（ａ）において、発光層１０３の屈折率をｎ’k、空気層１０６の屈折率をｎ0、発光層１０３と空気層１０６の間に介在する複数の透明層の屈折率を発光層１０３に近い側からｎ’k-1、ｎ’k-2、…、ｎ’1とし、発光層３内の点Ｓから発光する光の伝搬方位（屈折面の面法線となす角）をθ’k、各屈折面での屈折角を順にθ’k-1、θ’k-2、…、θ’1、θ0とすると、スネルの法則より次式が成り立つ。
ｎ’k×ｓｉｎθ’k＝ｎ’k-1×ｓｉｎθ’k-1＝…＝ｎ’1×ｓｉｎθ’1
＝ｎ0×ｓｉｎθ0 （式１）
【０００６】
従って、次式が成り立つ。
ｓｉｎθ’k＝ｓｉｎθ0×ｎ0／ｎ’k （式２）
【０００７】
結局、（式２）は発光層１０３が空気層１０６に直接接触する場合のスネルの法則に他ならず、間に介在する透明層の屈折率には関係せずに、θ’k≧θc＝ｓｉｎ-1（ｎ0／ｎ’k）で全反射が発生することを表している。
【０００８】
図２７（ｂ）は、発光層１０３から取り出せる光の範囲を模式的に示したものである。取り出せる光は、発光点Ｓを頂点、臨界角θcの２倍を頂角とし、屈折面の面法線に沿ったｚ軸を中心軸とする２対の円錐体１０９、１０９’の内部に含まれる。点Ｓからの発光が、全方位に等強度の光を放射するものとし、屈折面での透過率が臨界角以内の入射角で１００％とすれば、発光層１０３からの取り出し効率ηは、球面１１０の表面積に対する、円錐体１０９、１０９’により球面１１０を切り取った面積の比に等しく、次式で与えられる。
η＝１−ｃｏｓθc （式３）
【０００９】
なお、実際の取り出し効率ηは臨界角以内の透過率が１００％とはならないので、１−ｃｏｓθｃよりも小さくなる。また、発光素子としての全効率は、発光層の発光効率を上記取り出し効率ηに乗じた値となる。
【００１０】
これに対し、発光体からの光の取り出し効率を向上させる従来の技術として、例えば特許文献１、２に開示されている技術がある。特許文献１には、有機ＥＬ素子において、透明基板から大気へと光が出ていくときの透明基板表面での全反射を抑制する目的で、基板界面や内部の面あるいは反射面に回折格子を形成し、光取り出し面に対する光の入射角を変化させることにより光の取り出し効率を向上させるという原理に基づくものと記載されている発明が開示されている。
【００１１】
また、特許文献２には、光の取り出し効率のよい平面発光装置を提供するため、有機ＥＬ素子において透明基板の表面に透明の突起物を複数形成して透明基板と空気との界面における光の反射を防止することができると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２８３７５１号公報
【特許文献２】特開２００５−２７６５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述のような従来の発光装置において以下の問題があった。
【００１４】
図２６に示す従来の有機ＥＬ素子を用いた発光装置では、発光層１０３からの光取り出し効率ηが最大でも１−ｃｏｓθｃを超えることがなく、発光層１０３の屈折率が決まれば、光取り出し効率の最大値が一義的に制限されていた。例えば、（式２）においてｎ０＝１．０、ｎ’ｋ＝１．４５７とすると、臨界角θｃ＝ｓｉｎ−１（ｎ０／ｎ’ｋ）＝４３．３４度であり、光取り出し効率の最大値は１−ｃｏｓθｃ＝０．２７３程度と小さく、ｎ’ｋ＝１．７０では０．１９１程度まで下がる。
【００１５】
また、特許文献１に開示された技術では、確かに全反射になるべき光を取り出すことができるが、その逆もある。すなわち、回折格子層がないと仮定したときに発光層内の点から出射した光が、透明基板の屈折面（出射面）において臨界角より小さい角度で入射して透過、屈折する場合があるが、回折格子層がありそこで回折するときは、屈折面に対する入射角が臨界角を超え、全反射する場合がある。従って、特許文献１に開示された技術は光取り出し効率の向上を保証するものではない。更に特許文献１に開示された技術では、全ての光線に一律に所定量の方位がシフトした回折光が発生する。このような回折光を含んだ光は、方位によって光強度に分布があり、所定量のシフト幅が出射光の波長に依存することから、方位による色のアンバランスが存在する。
【００１６】
また、特許文献１に開示された発光装置では、外界（空気層側）から入射する光は透明基板の表面を規則的に反射し、発光層から取り出される光にとって外乱（いわゆる映り込み）となるため、透明基板の表面には反射防止膜等の光学処理が必要であり、製品コストを押し上げていた。
【００１７】
一方、特許文献２に開示された発光装置は屈折面における光の反射防止を目的にしたもので、この構造による光取り出し効率の改善は１、２割程度と小さいものに収まる。
【００１８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、臨界角以上の透明基板への入射光も出射させて光取り出し効率の大幅な向上を実現するとともに、映り込みを防ぎ、方位による光強度の分布や色のアンバランスの発生も抑えるシート、発光装置およびシートの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明のシートは、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．５μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ1aは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2aとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である。
【００２０】
このような構成により、発光体からシート内部を通過してシートの他方の面に入射した光は、他方の面の面法線に対して臨界角以上の角度で入射しても他方の面上に設けられた微小領域による表面構造が、全反射が生じることを妨げて、その光の一部を外部に出射するとともに、他方の面で発光体の方に反射した光も発光体内の反射により再びシートの他方の面に入射すると全反射が生じず一部が外部へ出射される。
【００２１】
本発明の他のシートは、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．５μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、前記微小領域δ1aは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ1bは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1aと前記微小領域δ2bとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である。
【００２２】
本発明の他のシートは、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ1aは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2aとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である。
【００２３】
本発明の他のシートは、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、前記微小領域δ1aは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ1bは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1aと前記微小領域δ2aとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である。
【００２４】
本発明の他のシートは、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ1a及びδ2aは、前記微小領域δ1bとδ2bとの間で前記基準面に対して連続的に傾いた面をなし、前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2bとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である。
【００２５】
本発明の他のシートは、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δ及びδ’に互いに独立して、かつ、重畳して分割されているとともに、前記微小領域δ及びδ’の１つは前記微小領域δ及びδ’の他の複数によってそれぞれ隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δの境界線は、前記複数の微小領域δ’の境界線と交差はするが、重なることはなく、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記複数の微小領域δ’は、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ’1と、それ以外の複数の微小領域δ’2とからなり、前記微小領域δ1と微小領域δ’1とが重なる領域は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ2と微小領域δ’2とが重なる領域は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ1と微小領域δ’2とが重なる領域は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ2と微小領域δ’1とが重なる領域は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1と微小領域δ’1とが重なる領域と前記微小領域δ2と微小領域δ’2とが重なる領域との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、前記ｄは０．２μｍ以上３．０μｍ以下である。
【００２６】
ある好ましい実施形態において、前記複数の微小領域δ’は市松模様を形成している。
【００２７】
本発明の他のシートは、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上ｗμｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに確率Ｐの割合で選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、直径ｗと確率Ｐとはｗ＝６×Ｐ2の関係を満足し、前記微小領域δ1は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ2は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1と前記微小領域δ2との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しており、前記ｄは０．２μｍ以上１．４μｍ以下である。
【００２８】
ある好ましい実施形態において、前記微小領域δは多角形かつそれぞれ合同な形状である。
【００２９】
本発明の発光装置は、発光面を有する発光体と、一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ1aは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2aとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートとを備え、前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）の関係を満たしている。
【００３０】
本発明の他の発光装置は、発光面を有する発光体と、一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．５μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、前記微小領域δ1aは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ1bは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1aと前記微小領域δ2bとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートとを備え、前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）の関係を満たしている。
【００３１】
本発明の他の発光装置は、発光面を有する発光体と、一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ1aは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2aとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートとを備え、前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）の関係を満たしている。
【００３２】
本発明の他の発光装置は、発光面を有する発光体と、一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、前記微小領域δ1aは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ1bは、前記基準面に対して前記他方の面上方へ、ゼロからｄ／２の間の高さで突き出しており、前記微小領域δ2aは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1aと前記微小領域δ2aとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートとを備え、前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）の関係を満たしている。
【００３３】
本発明の他の発光装置は、発光面を有する発光体と、一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は前記微小領域δ2との境界線に沿った領域δ1aと、それ以外の領域δ1bを含み、前記微小領域δ2は前記微小領域δ1との境界線に沿った領域δ2aと、それ以外の領域δ2bを含み、前記微小領域δ1bは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ2bは、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ1a及びδ2aは、前記微小領域δ1bとδ2bとの間で前記基準面に対して連続的に傾いた面をなし、前記基準面は、前記微小領域δ1bと前記微小領域δ2bとの前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートとを備え、前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）の関係を満たしている。
【００３４】
本発明の他の発光装置は、発光面を有する発光体と、一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上３μｍ以下の複数の微小領域δ及びδ’に互いに独立して、かつ、重畳して分割されているとともに、前記微小領域δ及びδ’の１つは前記微小領域δ及びδ’の他の複数によってそれぞれ隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δの境界線は、前記複数の微小領域δ’の境界線と交差はするが、重なることはなく、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記複数の微小領域δ’は、前記複数の微小領域δからランダムに選ばれた複数の微小領域δ’1と、それ以外の複数の微小領域δ’2とからなり、前記微小領域δ1と微小領域δ’1とが重なる領域は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ2と微小領域δ’2とが重なる領域は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記微小領域δ1と微小領域δ’2とが重なる領域は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ2と微小領域δ’1とが重なる領域は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ゼロからｄ／２の間の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1と微小領域δ’1とが重なる領域と前記微小領域δ2と微小領域δ’2とが重なる領域との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートとを備え、前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦２λ／（ｎ１−ｎ０）の関係を満たしている。
【００３５】
ある好ましい実施形態において前記複数の微小領域δ’は市松模様を形成している。
【００３６】
本発明の他の発光装置は、発光面を有する発光体と、一方の面が前記発光面側に位置するように設けられた透明なシートであって、前記シートの他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上ｗμｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、前記微小領域δの１つは前記微小領域δの他の複数によって隣接かつ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δからランダムに確率Ｐの割合で選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、直径ｗと確率Ｐとはｗ＝６×Ｐ2の関係を満足し、前記微小領域δ1は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ、ｄ／２の高さで突き出しており、前記微小領域δ2は、前記基準面に対して前記他方の面下方へ、ｄ／２の深さで窪んでおり、前記基準面は、前記微小領域δ1と前記微小領域δ2との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存在しているシートとを備え、前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を前記発光面から出射し、前記シートの屈折率をｎ１、前記シートの他方の面が接する媒質の屈折率がｎ１よりも小さいｎ０としたとき、λ／６（ｎ１−ｎ０）≦ｄ≦λ／（ｎ１−ｎ０）の関係を満たしている。
【００３７】
ある好ましい実施形態において、前記微小領域δは多角形かつそれぞれ合同な形状である。
【００３８】
ある好ましい実施形態において、前記発光体の前記発光面と前記シートの前記一方の面とは界面を形成するように接しており、前記界面の両側において屈折率差が存在し、前記界面の表面形状は千鳥格子状もしくは市松模様の凹凸構造である。
【００３９】
ある好ましい実施形態において、前記媒質は空気である。
【００４０】
ある好ましい実施形態において、前記媒質はエアロゲルである。
【００４１】
ある好ましい実施形態において、前記発光体の光が生じる部分の屈折率がｎ２であるとき、ｎ２−ｎ１＜０．１である。
【００４２】
本発明のシートの製造方法は、上記第１番目のシートの製造方法であって、シート材料を用意する工程と、前記シート材料の一面に、前記微小領域δ1を規定する第１マスクを用いて第１パターンを形成し、前記第１パターンを用いて前記シート材料をエッチングする工程と、前記第１パターンを除去後、前記微小領域δ1b及び前記微小領域δ2bを規定する第２マスクを用いて前記シート材料の一面に第２パターンを形成し、前記第２パターンを用いて前記シート材料をエッチングする工程とを包含する。
【００４３】
本発明のシートの製造方法は、上記第２番目のシートの製造方法であって、シート材料を用意する工程と、前記シート材料の一面に、前記微小領域δ1を規定する第１マスクを用いて第１パターンを形成し、前記第１パターンを用いて前記シート材料をエッチングする工程と、前記第１パターンを除去後、前記微小領域δ1a及び前記微小領域δ2aを規定する第２マスクを用いて前記シート材料の一面に第２パターンを形成し、前記第２パターンを用いて前記シート材料をエッチングする工程とを包含する。
【００４４】
本発明のシートの製造方法は、上記第３番目のシートの製造方法であって、シート材料を用意する工程と、前記シート材料の一面に、前記微小領域δ1を規定する第１マスクを用いて第１パターンを形成し、前記第１パターンを用いて前記シート材料をエッチングする工程と、前記第１パターンを除去後、前記微小領域δ1b及び前記微小領域δ2aを規定する第２マスクを用いて前記シート材料の一面に第２パターンを形成し、前記第２パターンを用いて前記シート材料をエッチングする工程とを包含する。
【００４５】
本発明のシートの製造方法は、上記第４番目のシートの製造方法であって、シート材料を用意する工程と、前記シート材料の一面に、前記微小領域δ1を規定する第１マスクを用いて第１パターンを形成し、前記第１パターンを用いて前記シート材料をエッチングする工程と、前記第１パターンを除去後、前記微小領域δ1a及び前記微小領域δ2bを規定する第２マスクを用いて前記シート材料の一面に第２パターンを形成し、前記第２パターンを用いて前記シート材料をエッチングする工程とを包含する。
【００４６】
本発明のシートの製造方法は、上記第６番目のシートの製造方法であってシート材料を用意する工程と、前記シート材料の一面に、前記微小領域δを規定する第１マスクを用いて第１パターンを形成し、前記第１パターンを用いて前記シート材料をエッチングする工程と、前記第１マスクを除去後、前記微小領域δ’を規定する第２マスクを用いて、前記シート材料の一面に第２パターンを形成し、前記第２パターンを用いて前記シート材料をエッチングする工程とを包含し、前記シート材料の一面に対する前記第１マスクの位置合わせ、及び、前記シート材料の一面に対する前記第２マスクの位置合わせが前記シート材と平行な面における直交する２方向にシフトしている。
【００４７】
ある好ましい実施形態において、前記第１パターンを用いたエッチングのエッチング量は前記ｄの１／３であり、前記第２パターンを用いたエッチングのエッチング量は前記ｄの２／３である。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば、臨界角を超えた光の取り出しを繰り返し行えるため、光取り出し効率の大幅な改善が可能となる。更に、ランダムな構造での回折になるため、回折方位に規則性がなくなり、方位による光強度の分布や色のアンバランスの発生や映り込みを抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（ａ）は第１の実施形態における有機エレクトロルミネセンス素子の断面構成と光の伝搬の様子を示す図であり、（ｂ）は調整層を有する発光装置の断面を示した図であり、（ｃ）は調整層との境界にも表面構造を設けた発光装置の断面を示した図である。
【図２】（ａ）は第１の実施形態における表面構造の１回目のプロセスを説明する断面図、（ｂ）は２回目のプロセスを説明する断面図、（ｃ）は１回目のプロセスで形成される表面構造のパターン図、（ｄ）は２回目のプロセスで形成される表面構造の最終的なパターン図である。
【図３Ａ】（ａ）から（ｆ）は、第１の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図３Ｂ】（ａ）から（ｆ）は、第１の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図４】第１の実施形態における表面構造の透過率ｔの入射角依存性を示す説明図であって、（ａ）は１回目の透過率の入射角依存性を示す説明図であり、（ｂ）２回目の透過率の入射角依存性を示す説明図であり、（ｃ）は１回目の透過率の入射角依存性を示す実験説明図である。
【図５】第１の実施形態の表面構造における取り出し光量の入射角依存性を示す説明図であって、（ａ）は１回目の取り出し光量の入射角依存性を示す説明図であり、（ｂ）は２回目の取り出し光量の入射角依存性を示す説明図であり、（ｃ）は光取り出し効率を示す説明図である。
【図６】（ａ）は第２の実施形態における表面構造の１回目のプロセスを説明する断面図、（ｂ）は２回目のプロセスを説明する断面図、（ｃ）は１回目のプロセスで形成される表面構造のパターン図、（ｄ）は２回目のプロセスで形成される表面構造の最終的なパターン図である。
【図７Ａ】（ａ）から（ｆ）は、第２の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図７Ｂ】（ａ）から（ｆ）は、第２の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図８】第２の実施形態の表面構造における光取り出し効率を示す説明図である。
【図９】（ａ）、（ｃ）は第３の実施形態における表面構造の１回目のプロセスを説明するパターン図であり、（ｂ）、（ｄ）は２回目のプロセスを説明するパターン図であり、（ｅ）は１回目と２回目のプロセスで形成される表面構造の最終的なパターン図である。
【図１０Ａ】（ａ）から（ｄ）は、第３の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図１０Ｂ】（ａ）から（ｄ）は、第３の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図１１】第３の実施形態の表面構造における光取り出し効率を示す説明図である。
【図１２】（ａ）、（ｃ）は第４の実施形態における表面構造の１回目のプロセスを説明するパターン図であり、（ｂ）、（ｄ）は２回目のプロセスを説明するパターン図であり、（ｅ）は１回目と２回目のプロセスで形成される表面構造の最終的なパターン図である。
【図１３Ａ】（ａ）から（ｄ）は、第４の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図１３Ｂ】（ａ）から（ｄ）は、第４の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図１４】第４の実施形態の表面構造における光取り出し効率を示す説明図である。
【図１５】（ａ）、（ｃ）は第５の実施形態における表面構造の１回目のプロセスを説明するパターン図であり、（ｂ）、（ｄ）は２回目のプロセスを説明するパターン図であり、（ｅ）は１回目と２回目のプロセスで形成される表面構造の最終的なパターン図である。
【図１６Ａ】（ａ）から（ｄ）は、第５の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図１６Ｂ】（ａ）から（ｄ）は、第５の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図１７】第５の実施形態の表面構造における光取り出し効率を示す説明図である。
【図１８】第６の実施形態における表面構造１３のパターン図であり、（ａ）は凸になる比率Ｐが５０％であり、（ｂ）は凸になる比率Ｐが９０％である。
【図１９Ａ】（ａ）から（ｄ）は、第６の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図１９Ｂ】（ａ）から（ｆ）は、第６の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図１９Ｃ】（ａ）から（ｆ）は、第６の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図２０】第６の実施形態の表面構造における光取り出し効率を示す説明図であり、（ａ）は凸になる比率Ｐをパラメータにした比較、（ｂ）は段差ｄをパラメータにした比較である。
【図２１】（ａ）は第７の実施形態の第１の表面構造における１回目、または２回目のプロセスで形成されるパターン図であり、（ｂ）は第２の表面構造における１回目、または２回目のプロセスで形成されるパターン図であり、（ｃ）は第１の表面構造における２回目、または１回目のプロセスで形成されるパターン図、（ｄ）は第２の表面構造における２回目、または１回目のプロセスで形成されるパターン図である。
【図２２】（ａ）および（ｂ）はその他の実施形態における有機エレクトロルミネセンス素子の断面構成と光の伝搬の様子を示す説明図である。
【図２３】（ａ）は表面構造がチェッカー形状をなすパターン図であり、（ｂ）は（ａ）の透過率ｔの入射角依存性を示す説明図である。
【図２４】（ａ）および（ｂ）はチェッカー形状の表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。
【図２５】（ａ）から（ｃ）は突起物のランダムな配置の仕方を説明する説明図である。
【図２６】有機エレクトロルミネセンス素子の断面構成と光の伝搬の様子を示す説明図である。
【図２７】（ａ）は多層構造の透明基板を、（ｂ）は取り出し可能な光の範囲を説明する図である。
【図２８】（ａ）は屈折率のステップ状の変化を、（ｂ）は屈折率のなだらかな変化を、（ｃ）は屈折面における入射角と透過率との関係を、（ｄ）は光線と屈折面の関係を示す図である。
【図２９】（ａ）は周期的構造を有した回折格子を界面に備えた発光装置の断面を、（ｂ）は（ａ）の上面から見たパターンを示す図である。
【図３０】回折格子による回折方位を説明する説明図である。
【図３１】（ａ）はランダムに配置された突起を表面に備えた発光装置の断面を、（ｂ）は（ａ）の上面から見たパターンを示す図である。
【図３２】（ａ）から（ｈ）は屈折面における光の場の境界条件を説明する説明図である。
【図３３】（ａ）はピンホールを、（ｂ）は位相シフターを配置した図である。
【図３４】１８０度位相シフターがランダムに配置された屈折面の入射角に対する透過率を示した図である。
【図３５】１８０度位相シフターがランダムに配置された屈折面の入射角に対する透過率を示す実験説明図である。
【図３６】入射角に対する透過率を測定するための実験装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
本願発明の実施形態を説明する前に、特許文献１や特許文献２等の先行例を踏まえて、本願発明に至るまでの検討経過を説明する。
【００５１】
図２８は屈折面（透明層表面と空気層との界面）での透過率を説明する説明図である。図２８（ｄ）に示すように、屈折率１．５の透明層１０７の内部から紙面方向に沿って透明層１０７の屈折面１０７ａに角度θで入射し、空気側（屈折率１．０）に屈折する光の透過率は光の偏光状態に関係する。通常は、屈折面１０７ａ近傍での面法線に沿った屈折率分布が図２８（ａ）に示すようなステップ状であるので、Ｐ偏光（電界ベクトルが紙面に平行な振動成分）は曲線１０８ａ、Ｓ偏光（電界ベクトルが紙面に直交する振動成分）は曲線１０８ｂの透過率特性を示す。いずれも入射角が臨界角（＝４１．８度）以下での振る舞いは異なるが、臨界角を超えるとゼロになる。
【００５２】
一方、透明層１０７の表層部分を多層構造として屈折率分布が図２８（ｂ）に示すようなテーパ状になると仮定すると、Ｐ偏光は曲線１０８Ａ、Ｓ偏光は曲線１０８Ｂの透過率特性を示す。いずれも臨界角を超えるとゼロになることは変わらないが、臨界角以下での透過率が１００％に近づき、臨界角を境にしたステップ関数の形状に近づく。図２８（ｂ）では屈折率が１．５から１．０まで０．０１の偏差をなす厚さ０．０１μｍの膜を５０層重ねた構造として計算したが、厚さ方向の屈折率変化の勾配が緩やかな程、Ｐ偏光、Ｓ偏光の差がなくなり、いずれも入射角に対する透過率のグラフがステップ関数に近づく結果が得られる。
【００５３】
全反射しないようにするためには、屈折面に入射する光の入射角を臨界角以下にする工夫が必要である。そのような工夫の一つとして、特許文献１を例にとり、図２９に示す、透明基板２０５と透明電極２０４との界面に回折格子２０９を設けた有機ＥＬ素子を用いた発光装置の検討を行った。
【００５４】
図２９（ａ）に示すように基板２０１の上に電極２０２、発光層２０３、透明電極２０４、回折格子層２０９をこの順に積層し、回折格子層２０９の上には透明基板２０５を設けている。回折格子層２０９は透明基板２０５との間でｘ方向、ｙ方向ともピッチΛの凹凸周期構造をなし、凸部の形状は図２９（ｂ）に示すような幅ｗの正方形であって、この凸部を千鳥格子状に並べている。電極２０２、透明電極２０４の間に電圧を印加することで、発光層２０３の内部の点Ｓで発光し、この光は直接、もしくは電極２０２において反射した後、透明電極２０４を透過し、回折格子層２０９を透過し、回折する。例えば、点Ｓを出射する光２１０ａが回折格子層２０９において回折せず直進すると仮定すると、光２１０ｂのように透明基板２０５の屈折面２０５ａに臨界角以上の角度で入射して全反射するが、実際には回折格子層２０９において回折するので、光２１０ｃのように屈折面２０５ａに対する入射角が臨界角よりも小さくなり、これを透過できる。
【００５５】
上記の回折格子による回折方位を図３０に従って説明する。屈折率ｎＡの透明層２０７の内部から紙面方向に沿って透明層２０７の屈折面２０７ａ上の点Ｏに角度θで入射し、屈折率ｎＢの透明層２０６側に回折する波長λの光を考える。屈折面２０７ａには紙面に沿ってピッチΛをなす回折格子が形成されている。紙面上に点Ｏを中心にする半径ｎＡの円２１１と半径ｎＢの円２１２を描く。入射ベクトル２１０ｉ（円２１１の円周上を始点として角度θで点Ｏに向かうベクトル）の屈折面２０７ａへの正射影ベクトル（垂線の足Ａから点Ｏに向かうベクトル）を２１０Ｉとし、点Ｏを始点として円２１２の円周上に終点をもつベクトル２１０ｒを、その正射影ベクトル２１０Ｒがベクトル２１０Ｉと同一になるように描く。垂線の足Ｃを始点として、大きさｑλ／Λのベクトル（格子ベクトル）を考える。ただし、ｑは回折次数（整数）である。図ではｑ＝１の場合のベクトル２１０Ｄを描いており、その終点Ｂを垂線の足とし、点Ｏを始点として円２１２の円周上に終点をもつベクトル２１０ｄを描く。作図の仕方から、ベクトル２１０ｒの方位角φ（屈折面法線となす角）は次式で与えられる。
ｎＢ×ｓｉｎφ＝ｎＡ×ｓｉｎθ  （式４）
【００５６】
これはスネルの法則そのものである。一方、回折光線の方位を与えるベクトル２１０ｄの方位角φ’（屈折面法線となす角）は次式で与えられる。
ｎＢ×ｓｉｎφ’＝ｎＡ×ｓｉｎθ−ｑλ／Λ  （式５）
【００５７】
ただし、図３０の場合の角φ’はｚ軸（点Ｏを通る屈折面法線）を跨いでいるのでマイナスで定義される。
【００５８】
すなわち、回折光線は屈折光線からｑλ／Λの分だけ方位がずれることになる。図２９において、回折しないと仮定した光線２１０ｂは屈折光線に相当し、回折する光線２１０ｃは光線２１０ｂからｑλ／Λの分だけ方位がずれることで、屈折面２０５ａでの全反射を免れていることになる。従って、全反射になるべき光を取り出すことができるので、回折格子層を持たない有機ＥＬ発光装置に比べ、光取り出し効率の向上が見込めるようにも考えられる。
【００５９】
しかしながら、図２９（ａ）において点Ｓを出射する光２１０Ａを考えた場合、光２１０Ａが回折格子層２０９において回折せず直進すると仮定すると光２１０Ｂのように透明基板２０５の屈折面２０５ａに臨界角以下の角度で入射して屈折面２０５ａを屈折して透過していくが、実際には回折格子層２０９において回折するので、光２１０Ｃのように屈折面２０５ａに対する入射角が臨界角よりも大きくなり屈折面２０５ａに臨界角以上の角度で入射して全反射してしまう。このように、回折格子層２０９を設けても光取り出し効率の向上は必ずしも保証されるわけではない。
【００６０】
また、図２９に示す有機ＥＬ素子を用いた発光装置では、全ての光線に関して一律にｑλ／Λの分だけ方位がシフトした回折光が発生する。このような回折光を含んだ光は方位によって光強度に分布があり、シフト幅ｑλ／Λが出射光の波長λに依存するため、光が出射する方位によって色のアンバランスが存在する。即ち、見る方向によって異なる色の光が見えることになり、ディスプレイ用途にはもちろん、照明用の光源としても不都合である。
【００６１】
次に特許文献２を例にとり、図３１に示す、透明基板３０５の表面に突起物３１５を設けた有機ＥＬ素子を用いた発光装置について検討を行った。図３１（ａ）に示すように基板３０１の上に電極３０２、発光層３０３、透明電極３０４、透明基板３０５をこの順に積層し、透明基板３０５の表面３０５ａに複数の突起物３１５を形成している。突起物３１５は幅ｗ、高さｈの四角柱形状のものを図３１（ｂ）に示すように透明基板表面３０５ａ上でランダムな位置に配置している。ｗの大きさは０．４〜２０μｍ、ｈの大きさは０．４〜１０μｍの範囲にあり、このような突起物３１５を５０００〜１００００００個／ｍｍ２の範囲の密度で形成している。電極３０２、透明電極３０４の間に電圧を印加することで、発光層３０３の内部の点Ｓで発光し、この光３１０ｄは直接、もしくは電極３０２を反射した後、透明電極３０４を透過し、その一部が突起物３１５を通じて３１０ｆのように外界に取り出される。実際の突起物３１５はサイドエッチングにより先端に行くほど細くなるよう加工できるし、サイドエッチングがなくても実効的な屈折率が透明基板３０５と空気との中間付近の値を取るので、等価的に屈折率分布を緩やかに変化させられる。従って図２８（ｂ）に示す屈折率分布に近い分布となるため、突起物３１５により３１０ｅで示されるような光の反射を一部防止することができ、結果として光の取り出し効率を向上させることができる。また突起物３１５のサイズを波長以上に設定しても、突起物３１５がランダムに並んでいるので取り出された光の干渉を抑えることができる。
【００６２】
しかしながら、図３１に示す構造の発光装置は、突起物の効果が特許文献２の中で主張されている反射防止にあるとすると、図２８（ｃ）の曲線１０８ａ、１０８ｂと曲線１０８Ａ、１０８Ｂとの比較からわかるように、透過率の向上は臨界角以下の光によるものに限られ、光の取り出し効率の改善は１、２割程度に止まり、大きな改善は見込めない。
【００６３】
以上のような検討を行い、これらに基づいて本願発明者らは屈折面での全反射される光量を減らし、取り出せる光量を如何にして増すかについて更に検討を重ねていった。さらなる検討の手始めとして屈折面での光の境界条件を検討した。
【００６４】
図３２は屈折面における光の場の境界条件を模式的に示しており、幅Ｗの光が屈折面Ｔに入射する場合を考えている。マックスウェルの方程式から、電界ベクトルまたは磁界ベクトルに関して、屈折面Ｔを挟んで周回する経路Ａに沿った積分はゼロである。ただし周回路内部に電荷や光源がなく、屈折面Ｔに沿った電界ベクトルまたは磁界ベクトルの強度、位相が連続していることが前提条件である。
【００６５】
図３２（ａ）のように幅Ｗが十分大きい場合には、屈折面に直交する幅ｔを屈折面に沿った幅ｓに比べ無視できるほど小さくでき、周回積分の内、屈折面に沿った成分しか残らない。この関係から、屈折面を挟んで電界ベクトルまたは磁界ベクトルが連続することが求められる。この連続性の関係を利用して導出されるのがフレネルの式であり、この式により反射、屈折の法則や全反射の現象等が完全に解き明かされる。
【００６６】
図３２（ｂ）のように、光の幅Ｗが波長の数十倍以下まで小さくなると幅ｔは無視できなくなる。この時、周回積分ＡをＢとＣに分割すると（図３２（ｃ）参照）、このうち周回積分Ｂは光束内に含まれるのでゼロになる。残った周回積分Ｃは光束外での電界ベクトルまたは磁界ベクトルがゼロなので、光束内にある経路ＰＱの積分値だけが残る（図３２（ｄ）参照）。従って周回積分Ｃはゼロではなくなり、計算上周回路内で光が発光することと等価になる。更に、光の幅Ｗが波長の１／１０程度まで小さくなると、図３２（ｅ）に示すように、周回積分ＣとＣ’が近接し経路ＰＱとＱ’Ｐ’が重なるので、ＣとＣ’を合わせた周回積分がゼロになり、周回路内で光が発光することはなくなる。
【００６７】
一方、図３２（ｆ）のように、πだけ位相差がある光が屈折面に沿って並ぶ場合、これらの光束をまたがる周回積分Ａを考える。この場合も光の幅Ｗが波長の数十倍以下まで小さくなると幅ｔは無視できなくなる。この時、周回積分ＡをＢとＣとＢ’とに分割すると（図３２（ｇ）参照）、このうち周回積分Ｂ、Ｂ’は光束内に含まれるのでゼロになる。残った周回積分Ｃは屈折面に沿った成分が無視でき、２つの光束の境界に沿った経路ＰＱとＱ’Ｐ’の積分値だけが残る（図３２（ｈ）参照）。光束の位相がπの場の経路Ｑ’Ｐ’での積分は光束の位相が０の場の経路Ｐ’Ｑ’での積分に等しいので、周回積分Ｃは経路ＰＱでの積分の２倍の大きさになり、計算上周回路内で光が発光することと等価になる。また、光束の位相がπ以外の値であっても２πの整数倍でなければ、周回積分Ｃは経路ＰＱでの積分と経路Ｑ’Ｐ’の積分とが相殺しないため、計算上周回路内で光が発光することと等価になる。
【００６８】
従って、幅の狭い領域を透過する光だけでなく、狭い幅の２つの領域をそれぞれ透過する光の位相が異なる場合でも領域の境界付近で光が発生する（ただし、実効的に発光と同じ振る舞いをするだけで、実際に発光するわけではない）。この現象は、回折理論の成立前にヤングが提唱した境界回折に似ているため、ここでは境界回折効果と呼ぶことにする。
【００６９】
屈折面Ｔにおいてどのような入射条件であろうとも屈折面上で発光があると、その光は屈折面を挟んだ両方の媒質内に伝搬する。すなわち、臨界角以上の入射光であっても、計算上屈折面で発光が生じるようにすれば全反射しないで透過光が現れると考えられる。そこで、本願発明者らはこのような考察結果から、臨界角を超えても光が透過する現象を実際に生じさせるための屈折面の構造を以下のように検討した。
【００７０】
境界回折効果が強く出る例として図３３に示すように、発光体に載せられた透明基板の空気との境界面に（ａ）ピンホールを設けそれ以外は遮光してピンホール光（幅ｗの白い四角内のみに光が存在）としたものと、（ｂ）幅ｗで仕切られた碁盤の目に１８０度の位相シフター１８をランダムに配置したものとを取り上げた。なお最初はピンホールで検討を行ったが、ピンホールでは現実的な光の取り出しがほとんどできないので、ピンホールと同じ光取り出し特性を示すと考えたランダム配置の位相シフターも検討した。
【００７１】
図３４は図３３で示した構造での、屈折面における透過率ｔの入射角依存性を示す説明図であり、光の波長を０．６３５μｍとし、屈折率１．４５７の透明基板内で光量１の光が空気との境界面に角θ（屈折面法線となす角）で入射し、１回目でどれだけが空気側に出射するかを幅ｗをパラメータ（ｗ＝０．１、０．２、０．４、０．６、０．８、１．０、２．０、４．０、２０．０μｍ）にして示している（ピンホール光も１８０度位相シフターも全く同じ特性を示すので１８０度位相シフターのもので代用する）。図３２（ａ）の条件に近いｗ＝２０μｍの特性は、臨界角（４３．３４度）を超えると透過率がほぼゼロになる。ｗが０．４〜１．０μｍまで小さくなると、図３２（ｄ）、（ｈ）で説明した境界回折効果により、臨界角を超えても大きな透過率が存在する。更にｗを小さくすると（ｗ＝０．１，０．２μｍ）、図３２（ｅ）で説明した様に、あらゆる入射角で透過率が０に近づいてくる。なお、図３４はヘルムホルツの波動方程式（いわゆるスカラー波動方程式）に基づく解析結果なので、Ｐ偏光とＳ偏光の差は現れていない。
【００７２】
図３５は、Ｐ偏光入射における１回目の透過率ｔの入射角依存性を示す実験結果である。微細な位相シフター１８の作製は実際には困難であるので、位相０度の部分を透過させ、位相１８０度の部分を遮光膜（Ｃｒ膜）で覆ったマスク（いわゆる幅ｗで仕切られた碁盤の目に遮光膜をランダムに配置したもので、ピンホール光をランダムに配置したものと同じ）で代用し、実験を行った（遮光膜外の領域に入射する光の光量で規格化すると、この場合の透過率特性も計算では図３４に一致する）。実際に作製したマスクパターンでは幅ｗが０．６、０．８、１．０、２．０、５．０μｍであった。実験装置は図３６に示すように、半導体レーザー（波長０．６３５μｍ）、三角プリズム５８（ＢＫ７）、マスク基板５９（合成石英、屈折率は１．４５７、裏面にマスクパターン形成）、集光レンズ系５０、光検出器５１を備えている。屈折率１．５１のマッチング液５２を挟んで三角プリズムをマスク基板の表面に密着させ、三角プリズム側から方位角を計測しながらレーザー光を入射し、裏面側から漏れ出る透過光を集光レンズ系５０で集め、光検出器５１で透過光量を測定する。マスクの場合、全体の１／２の面積に相当する遮光膜の部分が遮光され、透過光量が位相シフターを用いたものに比べ１／２となるので、透過率ｔとしては遮光膜のない部分に入射する光量（全体の１／２の光量）で規格化する。実験結果は図３４で示した解析結果と良く一致し、臨界角（４３．３４度）を超えても大きな透過率が存在し、ｗが小さいほどその傾向が強まることが分かる。
【００７３】
このような結果に基づいて、本願発明者らは更に検討を進め、全反射を防いで光の取り出し効率を飛躍的に向上させる今までにない発光装置に想到するに至った。
【００７４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
【００７５】
（第１の実施形態）
第１の実施形態を図１から図５に基づいて説明する。
【００７６】
図１（ａ）は第１の実施形態における有機ＥＬ素子を用いた発光装置の断面構成と光の伝搬の様子を示している。基板１の上に電極２、発光層３、透明電極４がこの順に積層され、透明電極４の上には透明基板（透明なシートまたは透明な保護層）５が設けられている。基板１、電極２、発光層３、透明電極４が発光体を構成しており、透明電極４の表面が発光体の表面となる。透明基板５の一方の面は発光体の発光面側に位置しており、他方の面の表面には微小領域によって区画化され微細な凹凸を有する表面構造１３が形成されている。表面構造１３は媒体である空気層６と接している。
【００７７】
電極２、透明電極４の間に電圧を印加することで、発光層３の内部の点Ｓで発光し、この光は直接、もしくは電極２を反射した後、透明電極４を透過し、透明基板５表面の表面構造１３上の点Ｐに、表面の面法線に対して角度θで入射し、この点において表面構造１３によって回折して空気層６側に出射する。
【００７８】
空気層６の屈折率をｎ0、透明基板５の屈折率をｎ1とすると、入射角θが臨界角θc＝ｓｉｎ-1（ｎ0／ｎ1）より大きくなった時に全反射が発生するはずである。しかし、透明基板５表面に表面構造１３があるため、点Ｑには臨界角θc以上の角度で光が入射しても全反射することなく回折し、空気層６側に出射する（１回目の光取り出し）。なお、点Ｑでは光の一部が反射するがその反射する成分は、電極２を反射した後、再び表面構造１３上の点Ｒに入射し、その一部が空気層側６に出射し（２回目の光取り出し）、残りは反射する。以上の過程を無限に繰り返す。
【００７９】
ここで表面構造１３がない従来の有機ＥＬ素子を用いた発光装置を考えると、臨界角以上の角度で透明基板と空気層との界面に透明基板側から入射した光は全反射し、それが電極で反射しても再び透明基板と空気層との界面においては再び臨界角以上で入射するので、２回目以降の光の取り出しは起こらず、この点で本実施形態とは異なっている。
【００８０】
以下に本実施形態の特徴である表面構造１３について詳しく説明をする。分かり易さのため、製造工程とともに表面構造１３の特徴を説明する。
【００８１】
図２は第１の実施形態における表面構造１３の形成手順と断面図及びパターン図を示している。表面構造１３は２つのプロセスで形成される。図２（ａ）は１回目のプロセスを示し、図２（ｂ）は２回目のプロセスを示す。図２（ａ）では、第１のマスクを用いて縮小露光等の方法で透明基板５上に形成されたフォトレジストを感光させ、感光部を除去してレジストパターン７ａを形成し（現像）、透明基板５を深さ２ｄ／３だけエッチングし、レジストを除去している。
【００８２】
図２（ｃ）は１回目のプロセスで形成されるパターン図であり、この段階での表面構造１３は透明基板５の表面を幅ｗ（境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ）に隙間なく分割し、一つ一つの目が凸（微小領域δ1、灰色の目）であるかの比率Ｐ、この凸に対して相対的に凹（微小領域δ2、白の目）であるかの比率１−Ｐを各５０％としてランダムに割り当てたもので（比率Ｐは５０％以外でもよい）、図２（ｃ）にはｗ＝１．０μｍの場合の例を示している。即ち、一つの微小領域δは別の複数の微小領域δによって隣接されているとともに囲繞されており、微小領域δ1は微小領域δ2よりも透明基板５の表面の上方へ２ｄ／３だけ突き出している。本実施形態では、微小領域δは正方形であるが、微小領域δに内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下であれば、他の形状であってもよい。
【００８３】
微小領域δのそれぞれが微小領域δ1または微小領域δ2である確率は、それぞれＰまたは１−Ｐである。このため、微小領域δにおいて、微小領域δ1または微小領域δ2が２以上連続して隣接し存在し得る。この場合、連続する微小領域δ1または微小領域δ2間に境界は形成されておらず、境界は仮想的である。しかし、この場合でも、微小領域δ1または微小領域δ2が連続することにより、これらの領域の境界がなくなっただけであり、透明基板５の表面は微小領域δを基準単位として分割されていると言える。
【００８４】
図２（ｂ）では、透明基板５上に再びフォトレジストを塗布し、これを第２のマスクを用いて縮小露光等の方法で感光させ、感光部を除去してレジストパターン７ｂを形成し（現像）、透明基板５を深さｄ／３だけエッチングし、レジストを除去している。このプロセスでの感光部（レジスト除去部）は微小領域δ1が微小領域δ2との境界線に沿った領域であり、境界線を中心にして幅２ｗ／３の範囲が感光する。
【００８５】
図２（ｄ）は２回目のプロセスで形成される最終的なパターン図であり、微小領域δ1は微小領域δ2に接する幅ｗ／３の範囲の領域δ1a（濃い灰色領域）とそれ以外の領域δ1b（黒色領域）に二分され、微小領域δ2は微小領域δ1に接する幅ｗ／３の範囲の領域δ2a（白領域）とそれ以外の領域δ2b（薄い灰色領域）に二分される。ここで透明基板５の表面に垂直な方向に関する中間の位置に、透明基板５表面に平行な基準面を定めると、微小領域δ1bは基準面からｄ／２だけ上方に突き出しており、微小領域δ1aは基準面からｄ／６だけ上方に突き出しており、微小領域δ2aは基準面からｄ／２だけ下方に窪んでおり、微小領域δ2bは基準面からｄ／６だけ下方に窪んでいる。１回目と２回目のプロセスはこの順で行われてもよく、この逆でもよい。また、エッチングの深さは１回目と２回目で２：１としたが、それ以外でもよく、結果として、微小領域δ1bは基準面からｄ／２だけ上方に突き出し、微小領域δ1aは基準面から０からｄ／２の間の値だけ上方に突き出し、微小領域δ2aは基準面からｄ／２だけ下方に窪み、微小領域δ2bは基準面から０からｄ／２の間の値だけ下方に窪んでおればよい。なお、第２のマスクの代わりにその反転マスク（遮光部と透過部が入れ替わったマスク）を用いてもよい。このとき、２回目のプロセスで形成される最終的なパターンは図２（ｄ）と同じであるが、微小領域δ1aは基準面からｄ／２だけ上方に突き出しており、微小領域δ1bは基準面からｄ／６だけ上方に突き出しており、微小領域δ２ｂは基準面からｄ／２だけ下方に窪んでおり、微小領域δ2aは基準面からｄ／６だけ下方に窪んだ形状になる。
【００８６】
表面構造１３の形成はエッチングで凹凸の形成された金型を作製し、この形状をプレスによりシート状の樹脂に転写し、このシートを透明基板５として接着層を介して透明電極４に貼り合わせるという方法で行ってもよい。この場合は透明基板５イコール透明なシートである。また、シートの表面あるいは保護層として形成された透明基板５の表面に直接にエッチングなどによって凹凸を形成する方法で行っても構わない。
【００８７】
このようなランダムパターンを回折する光はその伝搬方位もランダムになるので、特許文献１に記載された発光装置のような、方位による光強度の分布が存在せず、方位による色のアンバランスもない。また、外界（空気層側）から入射する光は透明基板５表面の表面構造１３において反射するが、この反射光はランダムな方位に回折するため、外界の像が映り込むことにはならず、反射防止膜等の光学処理は不要であり、製品コストを低く抑えられる。
【００８８】
図３Ａ、３Ｂは第１の実施形態における表面構造１３から出射する１回目の取り出し光の視野角依存性の解析結果を示す図であり、段差ｄ＝０．６μｍとし、波長λと境界幅ｗをパラメータにして示している。図３Ａ（ａ）〜（ｆ）はλ＝０．４５０μｍ、図３Ｂ（ａ）〜（ｆ）はλ＝０．６３５μｍである場合の結果を示している。また、図３Ａ、３Ｂにおいて、（ａ）はｗ＝０．５μｍ、（ｂ）はｗ＝１．０μｍ、（ｃ）はｗ＝１．５μｍ、（ｄ）はｗ＝２．０μｍ、（ｅ）はｗ＝３．０μｍ、（ｆ）はｗ＝４．０μｍである場合の結果を示している。
【００８９】
横軸の原点と曲線上の点を結ぶベクトルが出射光の光強度と出射方位を表しており、ベクトルの長さが光強度、ベクトルの方位が出射方位に対応する。縦軸は面法線軸の方位、横軸は面内軸の方位に対応し、実線は面内軸が図２（ｄ）におけるｘ軸またはｙ軸に沿った断面（０度、９０度の経度方位）、破線は面内軸がｙ＝ｘまたはｙ＝−ｘの直線に沿った断面（４５度、１３５度の経度方位）における視野角依存性の解析結果を示す。９０度方位の結果は０度方位と一致し、１３５度方位の結果は４５度方位と一致するので省略している。曲線がなめらかであるほど、視野角の差異による光強度の変化が小さいことを示している。
【００９０】
これらの図からわかるように、境界幅ｗ＝０．５μｍでは偏角（緯度）に対する強度変動が大きい偏角（緯度）が存在し、ｗ＝１．０〜２．０μｍでは実線、破線とも偏角に対しなめらかな変動（即ち視差に伴う強度差が少ないこと）を示す。ｗ＝３．０、４．０μｍになると面法線方向の近傍での偏角に対する強度変動が大きくなる。従って、偏角に対する強度変動が緩やかな視野角依存性は境界幅ｗが０．５μｍ以上、３．０μｍ以下の条件で得られることが分かる。
【００９１】
図４は第１の実施形態における表面構造１３の透過率ｔの入射角依存性を示す図であり、透明基板５内で光量１の光が表面構造に角θ（屈折面法線となす角）で入射し、１回目でどれだけが空気６側に出射するかを図４（ａ）に示している。図４（ｂ）は表面構造１３で反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合、すなわち２回目における透過率の入射角依存性を示している。ただし電極２での反射率を１００％とし、往復間に吸収はないものとする。いずれの図も、発光層３及び透明基板５の屈折率ｎ1＝１．４５７、空気６の屈折率ｎ0＝１．０、光の波長λ＝０．６３５μｍ、微小領域δ1bの微小領域δ2aに対する段差ｄ＝０．７μｍ、微小領域δ1の面積比率Ｐ＝０．５とし、表面構造の幅ｗをパラメータ（ｗ＝０．１、０．２、０．４、０．６、０．８、１．０、２．０、４．０μｍ）にしている。なお、段差ｄ＝０．７μｍは垂直入射において凹部での透過光と凸部での透過光にπだけ位相差が発生する条件（ｄ＝λ／２（ｎ1−ｎ0））に相当する。
【００９２】
図４（ａ）は、ｗ＝０．１、０．２μｍでの結果が異なる以外は１８０度位相シフターを用いた場合の結果（図３４）に近く、臨界角を超えても大きな透過率が存在する。図４（ｃ）はＰ偏光入射における透過率ｔの入射角依存性を示す実験結果である。実験は電子線ビーム法により石英基板上に深さｄ＝０．６μｍ、境界幅ｗ＝１．０５μｍの表面構造１３を形成し、図３６に示した測定装置を用いて行った。実験結果は図４（ａ）で示した解析結果と良く一致し、臨界角（４３．３４度）を超えても大きな透過率が存在することが分かる。本実施形態の前に説明したように、臨界角を超えても光が透過する理由は、屈折面上で等価的な発光（いわゆる境界回折効果）が行われ、その光が屈折面を挟んだ両方の媒質内を伝搬するためである。
【００９３】
点発光により光は透明基板５内で球面波となって均一に拡散すると仮定すると、発光方位角θ（前述の入射角θに一致）からθ＋ｄθの間にある光量の総和はｓｉｎθｄθに比例する。従って、取り出し光量は図４（ａ）、（ｂ）で示した透過率ｔにｓｉｎθを掛けた値に比例する。図５（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態の表面構造における取り出し光量の入射角依存性を示す説明図である。すなわち、透明基板５内の１点（実際には発光層内の点）で発光する光量１の光が表面構造に角θ（屈折面法線となす角）で入射し、１回目でどれだけが空気層６側に出射するかを図５（ａ）に示し、図５（ｂ）は表面構造１３において１回反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合、すなわち２回目の取り出し光量の入射角依存性を示している。ただし電極２での反射率を１００％とし、往復間に吸収はないものとする。
【００９４】
取り出し光量を入射角θで積分すると光取り出し効率が得られる。図５（ｃ）は第１の実施形態における表面構造１３の光取り出し効率を示す説明図であり、図４（ａ）におけるものと同じ条件の下、横軸に表面構造１３の境界幅ｗをおいてまとめている。図５（ｃ）において、表面構造１３の段差ｄ＝０．７μｍに加え、ｄ＝０．３、０．９、１．４、２．１μｍの場合の光取り出し効率（１回目の光取り出し効率η１）、更には透明電極４での吸収や電極２での反射損など、往復における光減衰はないとして、表面構造１３で反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合の光取り出し効率（２回目の光取り出し効率η２）も示している。曲線５ａ、５Ａはそれぞれｄ＝０．３μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線５ｂ、５Ｂはそれぞれｄ＝０．７μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線５ｃ、５Ｃはそれぞれｄ＝０．９μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線５ｄ、５Ｄはそれぞれｄ＝１．４μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線５ｅ、５Ｅはそれぞれｄ＝２．１μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率である。
【００９５】
いずれの曲線も境界幅ｗが０．２μｍ以下で大きく劣化するので、境界幅ｗの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。一方、視野角依存性で限定された範囲（ｗ＝０．５〜３．０μｍ）で曲線５ａ、５Ａは他の深さに比べ光取り出し効率が小さくなり、段差ｄ＝０．３μｍは劣化の始まりといえるので、ｄの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。ｄを大きくしていくと１回目の光取り出し効率はｗの小さい領域で劣化し、その極大点がｗの大きい側にシフトしていく。ｄ＝２．１μｍまではｗ＝３．０μｍの近傍に取り出し効率の最大値があるが、これ以上大きくするとｗ＝０．５〜３．０μｍの全領域で取り出し効率は劣化するので、ｄの上限値は３μｍ程度と見てよい。従って、深さｄの範囲は０．２〜３μｍが推奨値である。この深さｄは、上述した波長λの光、屈折率ｎ1の透明基板５及び屈折率ｎ0の空気６を用いた場合の推奨値である。透過する光の波長、透明基板の屈折率及び透明基板に接する媒質の屈折率が上述した値と異なる場合でも、各微小領域を透過する光の位相差がこの深さｄに対応する値であれば同様の効果が得られると考えられる。従って、上述の深さｄの範囲を、透過する光の波長λ、透明基板５の屈折率ｎ1及び透明基板５に接する媒質の屈折率ｎ0を用いて一般化した場合、深さｄは、２λ／（ｎ1−ｎ0）≧ｄ≧λ／６（ｎ1−ｎ0）の関係を満たすことが好ましいと言える。ここで、透明基板５に接する媒質は、透明基板５の屈折率ｎ1よりも小さければよい。
【００９６】
ｄ≦０．９μｍの場合、１回目の光取り出し効率はいずれも境界幅ｗが０．４〜１μｍで極大になり、ｗを小さく、または、大きくしていくと０．２７（いわゆる（式３）で与えられる値で表面が鏡面とした場合の光取り出し効率、図５（ｃ）における直線５ｆ）に漸近する。２回目の光取り出し効率はいずれもｗ＝１．０μｍから３．０μｍの間で極大値をなし、ｗを大きくしていくと０．０に漸近し（図５（ｃ）の範囲では現れていない）、ｗ≦０．４μｍではｗが小さくなるに従って０．０に収束する。
【００９７】
透明基板５から見た、透明基板５の表面と電極２との間の往復における光透過率をτとすると、往復における光減衰を考慮した２回目の光取り出し効率はτ×η２になる。光取り出しは１回、２回にとどまらず無限に繰り返され、その関係が等比数列をなすと仮定して１回目がη１、２回目がτ×η２であれば、ｎ回目はη１×（τ×η２／η１）n-1と予想できる。従って、ｎ回目までの光取り出しの合計は
【数１】
0005511674.tif 000002
となり、無限回ではη１／（１−τ×η２／η１）に漸近する。
【００９８】
図５（ｃ）において曲線５ｂ、５Ｂ（ｄ＝０．７μｍ）で見てみると、ｗ＝０．６μｍの時、η１＝０．３４４、η２＝０．１２４であり、τ＝０．８８とすると、０．５０４の光取り出し効率が得られる。ｗ＝１．０μｍの時には、η１＝０．３２２、η２＝０．１４０であり、０．５２２の光取り出し効率が得られる。一方、図２６、図２８（ａ）に示される従来の発光装置は、η１＝０．２７４、η２＝０であり、２回目以降は全てゼロとなり、合計で０．２７４である。従って、本実施形態の発光装置は、ｗ＝０．６μｍ条件では図２８（ａ）に示される発光装置の１．８４倍、ｗ＝１．０の条件では１．９１倍の光取り出し効率を実現できることが分かる。
【００９９】
なお、（式６）より透明基板５と電極２との間の往復における光透過率τが大きければ、光取り出し効率は増大する。実際の発光層３は電極２や透明電極４以外に複数の透明層等に取り囲まれるが、それらの膜設計（発光層３を含めた膜の屈折率や厚みの決定）は、前述の光透過率τが最大になるように行うべきである。この時、表面構造１３での反射は位相の分布がランダムになるので、反射光の重ね合わせはインコヒーレントな扱い（振幅加算でなく強度加算）になる。すなわち透明基板５表面の反射影響は無視でき、仮想的に反射率０％、透過率１００％として扱える。この条件で透明基板５から光を発光させ、この光を発光層３を含む多層膜を多重に往復させ、透明基板５に戻ってくる複素光振幅の重ね合わせ光量を最大にすることを条件にして、各膜の屈折率や厚みが決定される。
【０１００】
透明基板５の屈折率ｎ１が発光層３の屈折率ｎ２より小さいとき、透明基板５と発光層３の間に介在する屈折率境界面でも全反射が発生する。更にこの境界面での屈折により、屈折光は面法線方向側にエネルギーが移行するので、この光がそのまま表面構造１３に入射すると、入射角の大きい側の透過に効果がある表面構造１３のメリットが損なわれる。例えば、有機ＥＬ素子では透明電極４の上に、透明基板５と電極２との間の光の往復における光透過率を調整するための透明な調整層が置かれることがある。この場合、透明基板５は調整層の上に載せられる（即ち調整層まで含んだ有機ＥＬ素子を発光体と言うことができる）が、透明基板５の屈折率ｎ１が調整層の屈折率ｎ１’よりも小さくなる場合、透明基板５と調整層との間に全反射が発生する境界面が存在し、特にｎ１’−ｎ１＞０．１の場合にはその影響が無視できなくなる。図１（ｂ）はその時の光の伝搬の様子を示している。
【０１０１】
図１（ｂ）において、屈折率ｎ2の発光層３の内部の点Ｓで発光する光は直接、もしくは電極２を反射した後、透明電極４を透過し、屈折率ｎ１’の調整層１５を透過し、境界面１５ａ上の点Ｐ’において屈折して、屈折率ｎ１の透明基板５を透過し、透明基板５と空気６との境界面上の点Ｐを経て空気６側に出射する。ここではｎ1’≧ｎ2＞ｎ1＞１．０である。なお、ｎ1’はｎ2よりも小さくても構わないが、この場合は透明電極４と調整層１５との間でも全反射が発生する。透明基板５において空気６との境界面には本実施形態に係る表面構造１３が形成されているので、臨界角を超えた光でも空気層６側に取り出すことができる。しかし、ｎ1’＞ｎ1の関係から境界面１５ａでも全反射が発生する。すなわち、点Ｐ’への入射より入射角の大きい点Ｑ’への入射では全反射し、この光は電極２との間で全反射を繰り返し、空気６側に取り出すことはできない。しかも、境界面１５ａを透過する光は屈折の結果、面法線方向側にエネルギーが移行するので、表面構造１３からの光取り出し効率が劣化する。
【０１０２】
このような場合、図１（ｃ）に示すように、調整層１５と透明基板５との境界面にも本実施形態に係る表面構造１３’を設けることでこの面での臨界角を超えた入射光を空気６側に取り出すことができる。すなわち、表面構造１３’により臨界角を超えた点Ｑ’への入射でも全反射は発生せず一部が透過し、この面で反射する成分は電極２を反射した後、再び表面構造１３’上の点Ｒ’に入射し、その一部が表面構造１３を経て空気６側に出射でき、以上の過程を無限に繰り返す。しかも、境界面１３’を透過する光は回折の結果、全方位にエネルギーが広がるので、表面構造１３からの光取り出し効率を高く維持できる。表面構造１３からの光取り出しで回折方位に規則性がなくなるので、表面構造１３’は千鳥やチェッカー等の規則パターンであってもよい。図１（ｃ）の構成は、凹凸を有する表面構造１３，１３’を２重に形成する複雑さはあるが、透明基板５に屈折率の低い材料を用いることができ、材料の選択の幅を広げられるメリットを有する。
【０１０３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態を図６から図８に基づいて説明する。なお第２の実施形態は表面構造１３のパターンが第１の実施形態と違うだけで、他の構成は全て第１の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
【０１０４】
図６は第２の実施形態における表面構造１３の形成手順と断面図及びパターン図を示している。表面構造１３は２つのプロセスで形成される。図６（ａ）は１回目のプロセスを示し、図６（ｂ）は２回目のプロセスを示す。図６（ａ）では、第１のマスクを用いて縮小露光等の方法で透明基板５上に形成されたフォトレジストを感光させ、感光部を除去してレジストパターン７ａを形成し（現像）、透明基板５を深さ２ｄ／３だけエッチングし、レジストを除去している。図６（ｃ）は１回目のプロセスで形成されるパターン図であり、この段階での表面構造１３は透明基板５の表面を幅ｗ（境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ）に隙間なく分割し、一つ一つの目が凸（微小領域δ１、灰色の目）であるかの比率Ｐ、この凸に対して相対的に凹（微小領域δ２、白の目）であるかの比率１−Ｐを各５０％としてランダムに割り当てたもので（比率Ｐは５０％以外でもよい）、図６（ｃ）にはｗ＝１．０μｍの場合の例を示している。即ち、一つの微小領域δは別の複数の微小領域δによって隣接されているとともに囲繞されており、微小領域δ1は微小領域δ2よりも透明基板５の表面の上方へ２ｄ／３だけ突き出している。本実施形態では、微小領域δは正方形であるが、微小領域δに内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下であれば、他の形状であってもよい。
【０１０５】
図６（ｂ）では、透明基板５上に再びフォトレジストを塗布し、これを第２のマスクを用いて縮小露光等の方法で感光させ、感光部を除去してレジストパターン７ｂを形成し（現像）、透明基板５を深さｄ／３だけエッチングし、レジストを除去している。このプロセスでの感光部（レジスト除去部）は微小領域δ１が微小領域δ２との境界線に沿った２つの領域でなされ、一つは微小領域δ２との境界線から微小領域δ１の側に向かって幅ｗ／３の範囲、もう一つは微小領域δ１との境界線から微小領域δ２の側に向かって幅ｗ／３の範囲を除いた領域である。
【０１０６】
図６（ｄ）は２回目のプロセスで形成される最終的なパターン図であり、微小領域δ1は微小領域δ2に接する幅ｗ／３の範囲の領域δ1a（濃い灰色領域）とそれ以外の領域δ1b（黒色領域）に二分され、微小領域δ2は微小領域δ１に接する幅ｗ／３の範囲の領域δ2a（薄い灰色領域）とそれ以外の領域δ2b（白領域）に二分される。ここで透明基板５の表面に垂直な方向に関する中間の位置に、透明基板５表面に平行な基準面を定めると、微小領域δ1bは基準面からｄ／２だけ上方に突き出しており、微小領域δ1aは基準面からｄ／６だけ上方に突き出しており、微小領域δ2bは基準面からｄ／２だけ下方に窪んでおり、微小領域δ2aは基準面からｄ／６だけ下方に窪んでいる。１回目と２回目のプロセスはこの順で行われてもよく、この逆でもよい。また、エッチングの深さは１回目と２回目で２：１としたが、それ以外でもよく、結果として、微小領域δ1bは基準面からｄ／２だけ上方に突き出し、微小領域δ1aは基準面から０からｄ／２の間の値だけ上方に突き出し、微小領域δ2bは基準面からｄ／２だけ下方に窪み、微小領域δ2aは基準面から０からｄ／２の間の値だけ下方に窪んでおればよい。なお、第２のマスクの代わりにその反転マスク（遮光部と透過部が入れ替わったマスク）を用いてもよい。このとき、２回目のプロセスで形成される最終的なパターンは図６（ｄ）と同じであるが、微小領域δ1aは基準面からｄ／２だけ上方に突き出しており、微小領域δ1bは基準面からｄ／６だけ上方に突き出しており、微小領域δ２ａは基準面からｄ／２だけ下方に窪んでおり、微小領域δ2bは基準面からｄ／６だけ下方に窪んだ形状になる。
【０１０７】
図７Ａ、７Ｂは第２の実施形態における表面構造から出射する１回目の取り出し光の視野角依存性の解析結果を示す図であり、段差ｄ＝０．６μｍとし、波長λと境界幅ｗをパラメータにして示している。図７Ａ（ａ）〜（ｆ）はλ＝０．４５０μｍ、図７Ｂ（ａ）〜（ｆ）はλ＝０．６３５μｍである場合の結果を示している。また、図７Ａ、７Ｂにおいて、（ａ）はｗ＝０．５μｍ、（ｂ）はｗ＝１．０μｍ、（ｃ）はｗ＝１．５μｍ、（ｄ）はｗ＝２．０μｍ、（ｅ）はｗ＝３．０μｍ、（ｆ）はｗ＝４．０μｍである場合の結果を示している。
【０１０８】
境界幅ｗ＝０．５〜２．０μｍでは実線、破線とも偏角（緯度）に対しなめらかな強度変動（即ち視差に伴う強度差が少ないこと）を示す。ｗを大きくし、ｗ＝３．０、４．０μｍになると面法線方向の近傍での偏角に対する強度変動が大きくなる。従って、偏角に対する強度変動が緩やかな視野角依存性は境界幅ｗが３．０μｍ以下の条件で得られることが分かる。
【０１０９】
図８は第２の実施形態における表面構造１３の光取り出し効率を示す説明図であり、図５（ｃ）におけるものと同じ条件の下、横軸に表面構造１３の境界幅ｗをおいてまとめている。図８において、表面構造１３の段差ｄ＝０．７μｍに加え、ｄ＝０．３，０．９，１．４，２．１μｍの場合の光取り出し効率（１回目の光取り出し効率η１）、更には透明電極４での吸収や電極２での反射損など、往復における光減衰はないとして、表面構造１３で反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合の光取り出し効率（２回目の光取り出し効率η２）も示している。曲線８ａ、８Ａはそれぞれｄ＝０．３μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線８ｂ、８Ｂはそれぞれｄ＝０．７μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線８ｃ、８Ｃはそれぞれｄ＝０．９μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線８ｄ、８Ｄはそれぞれｄ＝１．４μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線８ｅ、８Ｅはそれぞれｄ＝２．１μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率である。いずれの曲線も境界幅ｗが０．２μｍ以下で大きく劣化するので、境界幅ｗの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。一方、視野角依存性が小さい範囲（ｗ＝３．０μｍ以下）で曲線８ａ、８Ａは他の深さに比べ光取り出し効率が小さくなり、段差ｄ＝０．３μｍは劣化の始まりといえるので、ｄの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。ｄを大きくしていくと１回目の光取り出し効率はｗの小さい領域で劣化し、その極大点がｗの大きい側にシフトしていく。ｄ＝２．１μｍまではｗ＝３．０μｍの近傍で優位性を保っているが、これ以上大きくするとｗ＝０．５〜３．０μｍの全領域で劣化するので、ｄの上限値は３μｍ程度と見てよい。従って、深さｄの範囲は０．２〜３μｍが推奨値である。第１の実施形態と同様、透明基板５の屈折率ｎ１、空気６の屈折率ｎ０、光のスペクトルの中心波長λを用いて上述の深さｄの推奨値を表わすと、２λ／（ｎ1−ｎ0）≧ｄ≧λ／６（ｎ1−ｎ0）となる。
【０１１０】
ｄ≦０．９μｍの場合、１回目の光取り出し効率はいずれも境界幅ｗが０．２〜１μｍで極大になり、ｗを小さく、または大きくしていくと０．２７（いわゆる（式３）で与えられる値で表面が鏡面とした場合の光取り出し効率）に漸近する。２回目の光取り出し効率はいずれもｗ＝１．０μｍから８．０μｍの間で極大値をなし、ｗを大きくしていくと０．０に漸近し（図８の範囲では現れていない）、ｗ≦０．４μｍではｗが小さくなるに従って０．０に収束する。
【０１１１】
図８において曲線８ｂ，８Ｂ（ｄ＝０．７μｍ）で見てみると、ｗ＝０．６μｍの時、η１＝０．３３５、η２＝０．１１９であり、τ＝０．８８とすると、０．４８７の光取り出し効率が得られる。ｗ＝１．０μｍの時には、η１＝０．３０６、η２＝０．１３０であり、０．４８９の光取り出し効率が得られる。一方、図２６、図２８（ａ）に示される従来の発光装置は、η１＝０．２７４、η２＝０であり、２回目以降は全てゼロとなり、合計で０．２７４である。従って、本実施形態の発光装置は、ｗ＝０．６μｍ条件では図２８（ａ）に示される発光装置の１．７８倍、ｗ＝１．０の条件では１．７８倍の光取り出し効率を実現できることが分かる。
【０１１２】
なお、図６（ｂ）の断面図から分かるように、微小領域δ1a、δ2aは微小領域δ1bからδ2bに向かう斜面を階段状に形成したものと見ることができる。微小領域δ1bからδ2bに向かう階段を更に細かく分割しても同様の効果が得られることは容易に類推でき、究極的には斜面形状にしてもよい。すなわち、微小領域δ1a、δ2aが斜面形状であっても、同様の効果を得ることができる。
【０１１３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態を図９から図１１に基づいて説明する。なお第３の実施形態は表面構造１３のパターンが第１の実施形態と違うだけで、他の構成は全て第１の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
【０１１４】
図９は第３の実施形態における表面構造１３の形成手順とパターン図を示している。表面構造１３は２つのプロセスで形成される。図９（ａ）、（ｃ）は１回目のプロセスを示し、図９（ｂ）、（ｄ）は２回目のプロセスを示す。
【０１１５】
１回目のプロセスでは図９（ａ）に示したマスクを用いて縮小露光等の方法で透明基板５上に形成されたフォトレジストを感光させ、感光部を除去してレジストパターンを形成し（現像）、透明基板５を深さｄ／３だけエッチングし、レジストを除去する。図９（ｃ）は１回目のプロセスで形成されるパターン図であり、この段階での表面構造１３は透明基板５の表面を幅２ｗ（ｗを境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ’）に隙間なく分割し、一つ一つの目が凸（微小領域δ’1、右下がりストライプ）であるか、この凸に対して相対的に凹（微小領域δ’2、白の目）であるかを、チェッカー模様状に割り当てたものである。即ち、微小領域δ’1は微小領域δ’2よりも透明基板５の表面の上方へｄ／３だけ突き出している。本実施形態では、微小領域δ’は正方形であるが、微小領域δ’に内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下であれば、他の形状であってもよい。
【０１１６】
２回目のプロセスでは図９（ｂ）に示したマスクを用いて縮小露光等の方法で透明基板５上に形成されたフォトレジストを感光させ、感光部を除去してレジストパターンを形成し（現像）、透明基板５を深さ２ｄ／３だけエッチングし、レジストを除去する。図９（ｄ）は２回目のプロセスで形成されるパターン図であり、表面構造１３は透明基板５の表面を幅２ｗ（ｗを境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ）に隙間なく分割し、一つ一つの目が凸（微小領域δ1、左下がりストライプ）であるかの比率Ｐ、この凸に対して相対的に凹（微小領域δ2、白の目）であるかの比率１−Ｐを各５０％としてランダムに割り当てたものである（比率Ｐは５０％以外でもよい）。即ち、一つの微小領域δは別の複数の微小領域δによって隣接されているとともに囲繞されており、微小領域δ1は微小領域δ2よりも透明基板５の表面の上方へ２ｄ／３だけ突き出している。
【０１１７】
これら２つのプロセスは、実際には図９（ｅ）に示すように、２つのパターンが横方向、縦方向ともｗだけシフトした状態で（シフト量はｗである必要はない）、１回目のプロセス、２回目のプロセスの順、またはその逆の順で行われる。従って、透明基板５の表面は、１回目のプロセスによって、微小領域δ’（微小領域δ’1とδ’2）に分割されるとともに、２回目のプロセスによって、１回目のプロセスとは独立して、かつ、重畳して、微小領域δ（微小領域δ1とδ2）に分割されている。
【０１１８】
透明基板５の表面に垂直な方向に関する中間の位置に、透明基板５表面に平行な基準面を定めると、微小領域δ1とδ’1が重なる領域は基準面からｄ／２だけ上方に突き出しており、微小領域δ1とδ’2が重なる領域は基準面からｄ／６だけ上方に突き出しており、微小領域δ2とδ’2が重なる領域は基準面からｄ／２だけ下方に窪んでおり、微小領域δ2とδ’1が重なる領域は基準面からｄ／６だけ下方に窪んでいる。また、エッチングの深さは１回目と２回目で１：２としたが、それ以外でもよく、結果として、微小領域δ1とδ’1が重なる領域は基準面からｄ／２だけ上方に突き出し、微小領域δ1とδ’2が重なる領は基準面から０からｄ／２の間の値だけ上方に突き出し、微小領域δ2とδ’2が重なる領域は基準面からｄ／２だけ下方に窪み、微小領域δ2とδ’1が重なる領域は基準面から０からｄ／２の間の値だけ下方に窪んでおればよい。
【０１１９】
これにより、複数の微小領域δ1とδ2の少なくとも一部は、複数の微小領域δ’1とδ’2の少なくとも一部と互いに重なっている。しかし、シフト幅ｗが、微小領域δ1、δ2、δ’1及びδ’2の幅２ｗと一致しないため、それぞれの微小領域の境界は交差しても重なることはない。
【０１２０】
図１０Ａ、１０Ｂは第３の実施形態における表面構造から出射する１回目の取り出し光の視野角依存性の解析結果を示す説明図であり、段差ｄ＝０．６μｍとし、波長λと境界幅ｗをパラメータにして示している。図１０Ａにおいて（ａ）〜（ｄ）はλ＝０．４５０μｍ、図１０Ｂ（ａ）〜（ｄ）はλ＝０．６３５μｍである場合の結果を示している。図１０Ａ，１０Ｂにおいて、（ａ）はｗ＝０．５μｍ、（ｂ）はｗ＝１．０μｍ、（ｃ）はｗ＝１．５μｍ、（ｄ）はｗ＝２．０μｍの条件である。境界幅ｗ＝０．５，１．０μｍでは実線、破線とも偏角に対しなめらかな強度変動（即ち視差に伴う強度差が少ないこと）を示す。ｗを大きくし、ｗ＝１．５、２．０μｍになると面法線方向の近傍での偏角に対する強度変動が大きくなる。従って、偏角（緯度）に対する強度変動が緩やかな視野角依存性は境界幅ｗが１．５μｍ以下の条件で得られることが分かる。
【０１２１】
図１１は第３の実施形態における表面構造１３の光取り出し効率を示す説明図であり、図５（ｃ）におけるものと同じ条件の下、横軸に表面構造１３の境界幅ｗをおいてまとめている。図１１において、表面構造１３の段差ｄ＝０．７μｍに加え、ｄ＝０．３，０．９，１．４，２．１μｍの場合の光取り出し効率（１回目の光取り出し効率η１）、更には透明電極４での吸収や電極２での反射損など、往復における光減衰はないとして、表面構造１３で反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合の光取り出し効率（２回目の光取り出し効率η２）も示している。曲線１１ａ、１１Ａはそれぞれｄ＝０．３μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線１１ｂ、１１Ｂはそれぞれｄ＝０．７μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線１１ｃ、１１Ｃはそれぞれｄ＝０．９μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線１１ｄ、１１Ｄはそれぞれｄ＝１．４μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線１１ｅ、１１Ｅはそれぞれｄ＝２．１μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率である。いずれの曲線も境界幅ｗが０．２μｍ以下で大きく劣化するので、境界幅ｗの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。一方、視野角依存性で限定された範囲の一部（ｗ＝１．５μｍ以下）で曲線１１ａ、１１Ａは他の深さに比べ光取り出し効率が小さくなり、段差ｄ＝０．３μｍは劣化の始まりといえるので、ｄの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。ｄを大きくしていくと１回目の光取り出し効率はｗの小さい領域で劣化し、その極大点がｗの大きい側にシフトしていく。ｄ＝２．１μｍまではｗ＝１．５μｍの近傍で優位性を保っているが、これ以上大きくするとｗ≦１．５μｍの全領域で劣化するので、ｄの上限値は３μｍ程度と見てよい。従って、深さｄの範囲は０．２〜３μｍが推奨値である。第１の実施形態と同様、透明基板５の屈折率ｎ１、空気６の屈折率ｎ０、光のスペクトルの中心波長λを用いて上述の深さｄの推奨値を表わすと、２λ／（ｎ1−ｎ0）≧ｄ≧λ／６（ｎ1−ｎ0）となる。
【０１２２】
ｄ≦０．９μｍの場合、１回目の光取り出し効率はいずれも境界幅ｗが０．２〜１μｍで極大になり、ｗを小さく、または大きくしていくと０．２７（いわゆる（式３）で与えられる値で表面が鏡面とした場合の光取り出し効率）に漸近する。２回目の光取り出し効率はいずれもｗ＝０．４μｍから８．０μｍの間で極大値をなし、ｗを大きくしていくと０．０に漸近し（図１１の範囲では現れていない）、ｗ≦０．４μｍではｗが小さくなるに従って０．０に収束する。
【０１２３】
図１１において曲線８ｂ，８Ｂ（ｄ＝０．７μｍ）で見てみると、ｗ＝０．６μｍの時、η１＝０．３３４、η２＝０．１４２であり、τ＝０．８８とすると、０．５３４の光取り出し効率が得られる。ｗ＝１．０μｍの時には、η１＝０．３１７、η２＝０．１４７であり、０．５３６の光取り出し効率が得られる。一方、図２６、図２８（ａ）に示される従来の発光装置は、η１＝０．２７４、η２＝０であり、２回目以降は全てゼロとなり、合計で０．２７４である。従って、ｗ＝０．６μｍ条件では、本実施形態の発光装置は図２８（ａ）に示される発光装置の１．９５倍、ｗ＝１．０の条件では１．９６倍の光取り出し効率を実現できることが分かる。
【０１２４】
なお、一般に縮小露光技術ではアライメント精度（２つのパターンの位置合わせ精度）をパターニング精度（パターニング可能な最小パターン寸法）の数分の１のレベルにすることができる。従って、本実施例は境界幅２ｗのサイズをパターンニングすれば、２回のプロセスの後では境界幅ｗの構造を形成できるもので、微細パターン形成という技術的なハードルを低くできるメリットもある。
【０１２５】
（第４の実施形態）
第４の実施形態を図１２から図１４に基づいて説明する。なお第４の実施形態は表面構造１３のパターンが第１の実施形態と違うだけで、他の構成は全て第１の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
【０１２６】
図１２は第４の実施形態における表面構造１３の形成手順とパターン図を示している。表面構造１３は２つのプロセスで形成される。図１２（ａ）、（ｃ）は１回目のプロセスを示し、図１２（ｂ）、（ｄ）は２回目のプロセスを示す。
【０１２７】
１回目のプロセスでは図１２（ａ）に示したマスクを用いて縮小露光等の方法で透明基板５上に形成されたフォトレジストを感光させ、感光部を除去してレジストパターンを形成し（現像）、透明基板５を深さｄ／３だけエッチングし、レジストを除去する。図１２（ｃ）は１回目のプロセスで形成されるパターン図であり、この段階での表面構造１３は透明基板５の表面を幅２ｗ（ｗを境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ’）に隙間なく分割し、一つ一つの目が凸（微小領域δ’1、右下がりストライプ）であるかの比率Ｐ、この凸に対して相対的に凹（微小領域δ’2、白の目）であるかの比率１−Ｐを各５０％としてランダムに割り当てたものである（比率Ｐは５０％以外でもよい）。即ち、一つの微小領域δ’は別の複数の微小領域δ’によって隣接されているとともに囲繞されており、微小領域δ’1は微小領域δ’2よりも透明基板５の表面の上方へｄ／３だけ突き出している。本実施形態では、微小領域δは正方形であるが、微小領域δに内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上３μｍ以下であれば、他の形状であってもよい。
【０１２８】
２回目のプロセスでは図１２（ｂ）に示したマスクを用いて縮小露光等の方法で透明基板５上に形成されたフォトレジストを感光させ、感光部を除去してレジストパターンを形成し（現像）、透明基板５を深さ２ｄ／３だけエッチングし、レジストを除去する。図１２（ｄ）は２回目のプロセスで形成されるパターン図であり、この段階での表面構造１３は透明基板５の表面を幅２ｗ（ｗを境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ）に隙間なく分割し、一つ一つの目が凸（微小領域δ1、左下がりストライプ）であるか、この凸に対して相対的に凹（微小領域δ2、白の目）であるかを、市松模様に割り当てたものである。即ち、微小領域δ1は微小領域δ2よりも透明基板５の表面の上方へ２ｄ／３だけ突き出している。
【０１２９】
これら２つのプロセスにおける位置合わせは、図１２（ｅ）に示すように２つのパターンが透明基板５と平行な面における直交する２方向、つまり、横方向、縦方向ともｗだけシフトした状態で（シフト量はｗである必要はない）、１回目のプロセス、２回目のプロセスの順、またはその逆の順で行われる。従って、透明基板５の表面は、１回目のプロセスによって、微小領域δ’（微小領域δ’1とδ’2）に分割されるとともに、２回目のプロセスによって、１回目のプロセスとは独立して、かつ、重畳して、微小領域δ（微小領域δ1とδ2）に分割されている。
【０１３０】
透明基板５の表面に垂直な方向に関する中間の位置に、透明基板５表面に平行な基準面を定めると、微小領域δ1とδ’1が重なる領域は基準面からｄ／２だけ上方に突き出しており、微小領域δ1とδ’2が重なる領域は基準面からｄ／６だけ上方に突き出しており、微小領域δ2とδ’2が重なる領域は基準面からｄ／２だけ下方に窪んでおり、微小領域δ2とδ’1が重なる領域は基準面からｄ／６だけ下方に窪んでいる。また、エッチングの深さは１回目と２回目で１：２としたが、それ以外でもよく、結果として、微小領域δ1とδ’1が重なる領域は基準面からｄ／２だけ上方に突き出し、微小領域δ1とδ’2が重なる領は基準面から０からｄ／２の間の値だけ上方に突き出し、微小領域δ2とδ’2が重なる領域は基準面からｄ／２だけ下方に窪み、微小領域δ2とδ’1が重なる領域は基準面から０からｄ／２の間の値だけ下方に窪んでおればよい。
【０１３１】
これにより、複数の微小領域δ1とδ2の少なくとも一部は、複数の微小領域δ’1とδ’2の少なくとも一部と互いに重なっている。しかし、シフト幅ｗが、微小領域δ1、δ2、δ’1及びδ’2の幅２ｗと一致しないため、それぞれの微小領域の境界は交差しても重なることはない。
【０１３２】
図１３Ａ、１３Ｂは第４の実施形態における表面構造から出射する１回目の取り出し光の視野角依存性の解析結果を示す説明図であり、段差ｄ＝０．６μｍとし、波長λと境界幅ｗをパラメータにして示している。図１３Ａの（ａ）〜（ｄ）はλ＝０．４５０μｍ、図１３Ｂの（ａ）〜（ｄ）はλ＝０．６３５μｍの場合の結果を示している。図１３Ａ、１３Ｂにおいて、（ａ）はｗ＝０．５μｍ、（ｂ）はｗ＝１．０μｍ、（ｃ）はｗ＝１．５μｍ、（ｄ）はｗ＝２．０μｍの条件である。境界幅ｗ＝０．５μｍでは強度変動（即ち視差に伴う強度差が少ないこと）の大きい偏角（緯度）が存在し、ｗ＝１．０μｍでは実線、破線とも偏角に対しなめらかな強度変動を示す。ｗを大きくし、ｗ＝１．５、２．０μｍになると面法線方向の近傍での偏角に対する強度変動が大きくなる。従って、偏角に対する強度変動が緩やかな視野角依存性は境界幅ｗが０．５μｍ以上、１．５μｍ以下の条件で得られることが分かる。
【０１３３】
図１４は第４の実施形態における表面構造１３の光取り出し効率を示す説明図であり、図５（ｃ）におけるものと同じ条件の下、横軸に表面構造１３の境界幅ｗをおいてまとめている。図１４において、表面構造１３の段差ｄ＝０．７μｍに加え、ｄ＝０．３，０．９，１．４，２．１μｍの場合の光取り出し効率（１回目の光取り出し効率η１）、更には透明電極４での吸収や電極２での反射損など、往復における光減衰はないとして、表面構造１３で反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合の光取り出し効率（２回目の光取り出し効率η２）も示している。曲線９ａ、９Ａはそれぞれｄ＝０．３μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線９ｂ、９Ｂはそれぞれｄ＝０．７μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線９ｃ、９Ｃはそれぞれｄ＝０．９μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線９ｄ、９Ｄはそれぞれｄ＝１．４μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線９ｅ、９Ｅはそれぞれｄ＝２．１μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率である。いずれの曲線も境界幅ｗが０．２μｍ以下で大きく劣化するので、境界幅ｗの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。一方、視野角依存性で限定された範囲（ｗ＝０．５〜１．５μｍ）で曲線９ａ、９Ａは他の深さに比べ光取り出し効率が小さくなり、段差ｄ＝０．３μｍは劣化の始まりといえるので、ｄの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。ｄを大きくしていくと１回目の光取り出し効率はｗの小さい領域で劣化し、その極大点がｗの大きい側にシフトしていく。ｄ＝２．１μｍまではｗ＝１．５μｍの近傍で優位性を保っているが、これ以上大きくするとｗ＝０．０〜１．５μｍの全領域で劣化するので、ｄの上限値は３μｍ程度と見てよい。従って、深さｄの範囲は０．２〜３μｍが推奨値である。第１の実施形態と同様、透明基板５の屈折率ｎ１、空気６の屈折率ｎ０、光のスペクトルの中心波長λを用いて上述の深さｄの推奨値を表わすと、２λ／（ｎ1−ｎ0）≧ｄ≧λ／６（ｎ1−ｎ0）となる。
【０１３４】
ｄ≦０．９μｍの場合、１回目の光取り出し効率はいずれも境界幅ｗが０．２〜１μｍで極大になり、ｗを小さく、または大きくしていくと０．２７（いわゆる（式３）で与えられる値で表面が鏡面とした場合の光取り出し効率）に漸近する。２回目の光取り出し効率はいずれもｗ＝０．４μｍから８．０μｍの間で極大値をなし、ｗを大きくしていくと０．０に漸近し（図１４の範囲では現れていない）、ｗ≦０．４μｍではｗが小さくなるに従って０．０に収束する。
【０１３５】
図１４において曲線９ｂ，９Ｂ（ｄ＝０．７μｍ）で見てみると、ｗ＝０．６μｍの時、η１＝０．３５０、η２＝０．１４５であり、τ＝０．８８とすると、０．５５１の光取り出し効率が得られる。ｗ＝１．０μｍの時には、η１＝０．３３０、η２＝０．１４０であり、０．５２７の光取り出し効率が得られる。一方、図２６、図２８（ａ）に示される従来の発光装置は、η１＝０．２７４、η２＝０であり、２回目以降は全てゼロとなり、合計で０．２７４である。従って、ｗ＝０．６μｍ条件では、本実施形態の発光装置は図２８（ａ）に示される発光装置の２．０１倍、ｗ＝１．０の条件では１．９２倍の光取り出し効率を実現できることが分かる。
【０１３６】
なお、一般に縮小露光技術ではアライメント精度（２つのパターンの位置合わせ精度）をパターニング精度（パターニング可能な最小パターン寸法）の数分の１のレベルにすることができる。従って、本実施例は境界幅２ｗのサイズをパターンニングすれば、２回のプロセスの後では境界幅ｗの構造を形成できるもので、微細パターン形成という技術的なハードルを低くできるメリットもある。
【０１３７】
（第５の実施形態）
第５の実施形態を図１５から図１７に基づいて説明する。なお第５の実施形態は表面構造１３のパターンが第１の実施形態と違うだけで、他の構成は全て第１の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
【０１３８】
図１５は第５の実施形態における表面構造１３の形成手順とパターン図を示している。表面構造１３は２つのプロセスで形成される。図１５（ａ）、（ｃ）は１回目のプロセスを示し、図１５（ｂ）、（ｄ）は２回目のプロセスを示す。
【０１３９】
１回目のプロセスでは図１５（ａ）に示したマスクを用いて縮小露光等の方法で透明基板５上に形成されたフォトレジストを感光させ、感光部を除去してレジストパターンを形成し（現像）、透明基板５を深さｄ／３だけエッチングし、レジストを除去する。図１５（ｃ）は１回目のプロセスで形成されるパターン図であり、この段階での表面構造１３は透明基板５の表面を幅２ｗ（ｗを境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ’）に隙間なく分割し、一つ一つの目が凸（微小領域δ’1、右下がりストライプ）であるかの比率Ｐ、この凸に対して相対的に凹（微小領域δ’2、白の目）であるかの比率１−Ｐを各５０％としてランダムに割り当てたものである（比率Ｐは５０％以外でもよい）。即ち、一つの微小領域δ’は別の複数の微小領域δ’によって隣接されているとともに囲繞されており、微小領域δ’1は微小領域δ’2よりも透明基板５の表面の上方へｄ／３だけ突き出している。本実施形態では、微小領域δは正方形であるが、微小領域δに内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上３μｍ以下であれば、他の形状であってもよい。
【０１４０】
２回目のプロセスでは図１５（ｂ）に示したマスクを用いて縮小露光等の方法で透明基板５上に形成されたフォトレジストを感光させ、感光部を除去してレジストパターンを形成し（現像）、透明基板５を深さ２ｄ／３だけエッチングし、レジストを除去する。図１５（ｄ）は２回目のプロセスで形成されるパターン図であり、この段階での表面構造１３は透明基板５の表面を幅２ｗ（ｗを境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ）に隙間なく分割し、一つ一つの目が凸（微小領域δ1、左下がりストライプ）であるかの比率Ｐ、この凸に対して相対的に凹（微小領域δ2、白の目）であるかの比率１−Ｐを各５０％としてランダムに割り当てたものである（比率Ｐは５０％以外でもよい）。即ち、一つの微小領域δは別の複数の微小領域δによって隣接されているとともに囲繞されており、微小領域δ1は微小領域δ2よりも透明基板５の表面の上方へ２ｄ／３だけ突き出している。
【０１４１】
これら２つのプロセスにおける位置合わせは、図１５（ｅ）に示すように２つのパターンが、透明基板５と平行な面における直交する２方向、横方向、縦方向ともｗだけシフトした状態で（シフト量はｗである必要はない）、１回目のプロセス、２回目のプロセスの順、またはその逆の順で行われる。従って、透明基板５の表面は、１回目のプロセスによって、微小領域δ’（微小領域δ’1とδ’2）に分割されるとともに、２回目のプロセスによって、１回目のプロセスとは独立して、かつ、重畳して、微小領域δ（微小領域δ1とδ2）に分割されている。
【０１４２】
透明基板５の表面に垂直な方向に関する中間の位置に、透明基板５表面に平行な基準面を定めると、微小領域δ1とδ’1が重なる領域は基準面からｄ／２だけ上方に突き出しており、微小領域δ1とδ’2が重なる領域は基準面からｄ／６だけ上方に突き出しており、微小領域δ2とδ’2が重なる領域は基準面からｄ／２だけ下方に窪んでおり、微小領域δ2とδ’1が重なる領域は基準面からｄ／６だけ下方に窪んでいる。また、エッチングの深さは１回目と２回目で１：２としたが、それ以外でもよく、結果として、微小領域δ1とδ’1が重なる領域は基準面からｄ／２だけ上方に突き出し、微小領域δ1とδ’2が重なる領は基準面から０からｄ／２の間の値だけ上方に突き出し、微小領域δ2とδ’2が重なる領域は基準面からｄ／２だけ下方に窪み、微小領域δ2とδ’1が重なる領域は基準面から０からｄ／２の間の値だけ下方に窪んでおればよい。
【０１４３】
これにより、複数の微小領域δ1とδ2の少なくとも一部は、複数の微小領域δ’1とδ’2の少なくとも一部と互いに重なっている。しかし、シフト幅ｗが、微小領域δ1、δ2、δ’1及びδ’2の幅２ｗと一致しないため、それぞれの微小領域の境界は交差しても重なることはない。
【０１４４】
図１６Ａ、１６Ｂは第５の実施形態における表面構造から出射する１回目の取り出し光の視野角依存性の解析結果を示す説明図であり、段差ｄ＝０．６μｍとし、波長λと境界幅ｗをパラメータにして示している。図１６Ａ（ａ）〜（ｄ）はλ＝０．４５０μｍ、図１６Ｂ（ａ）〜（ｄ）はλ＝０．６３５μｍの場合の結果を示している。図１６Ａ、１６Ｂにおいて、（ａ）はｗ＝０．５μｍ、（ｂ）はｗ＝１．０μｍ、（ｃ）はｗ＝１．５μｍ、（ｄ）はｗ＝２．０μｍの条件である。境界幅ｗ＝０．５，１．０μｍでは実線、破線とも偏角（緯度）に対しなめらかな強度変動（即ち視差に伴う強度差が少ないこと）を示す。ｗを大きくし、ｗ＝１．５、２．０μｍになると面法線方向の近傍での偏角に対する強度変動が大きくなる。従って、偏角に対する強度変動が緩やかな視野角依存性は境界幅ｗが１．５μｍ以下の条件で得られることが分かる。
【０１４５】
図１７は第５の実施形態における表面構造１３の光取り出し効率を示す説明図であり、図５（ｃ）におけるものと同じ条件の下、横軸に表面構造１３の境界幅ｗをおいてまとめている。図１７において、表面構造１３の段差ｄ＝０．７μｍに加え、ｄ＝０．３，０．９，１．４，２．１μｍの場合の光取り出し効率（１回目の光取り出し効率η１）、更には透明電極４での吸収や電極２での反射損など、往復における光減衰はないとして、表面構造１３で反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合の光取り出し効率（２回目の光取り出し効率η２）も示している。曲線１７ａ、１７Ａはそれぞれｄ＝０．３μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線１７ｂ、１７Ｂはそれぞれｄ＝０．７μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線１７ｃ、１７Ｃはそれぞれｄ＝０．９μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線１７ｄ、１７Ｄはそれぞれｄ＝１．４μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線１７ｅ、１７Ｅはそれぞれｄ＝２．１μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率である。いずれの曲線も境界幅ｗが０．２μｍ以下で大きく劣化するので、境界幅ｗの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。一方、視野角依存性で限定された範囲の一部（ｗ＝０．５〜１．５μｍ）で曲線１７ａ、１７Ａは他の深さに比べ光取り出し効率が小さくなり、段差ｄ＝０．３μｍは劣化の始まりといえるので、ｄの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。ｄを大きくしていくと１回目の光取り出し効率はｗの小さい領域で劣化し、その極大点がｗの大きい側にシフトしていく。ｄ＝２．１μｍまではｗ＝１．５μｍの近傍で優位性を保っているが、これ以上大きくするとｗ＝０．０〜１．５μｍの全領域で劣化するので、ｄの上限値は３μｍ程度と見てよい。従って、深さｄの範囲は０．２〜３μｍが推奨値である。第１の実施形態と同様、透明基板５の屈折率ｎ１、空気６の屈折率ｎ０、光のスペクトルの中心波長λを用いて上述の深さｄの推奨値を表わすと、２λ／（ｎ1−ｎ0）≧ｄ≧λ／６（ｎ1−ｎ0）となる。
【０１４６】
ｄ≦０．９μｍの場合、１回目の光取り出し効率はいずれも境界幅ｗが０．２〜１μｍで極大になり、ｗを小さく、または大きくしていくと０．２７（いわゆる（式３）で与えられる値で表面が鏡面とした場合の光取り出し効率）に漸近する。２回目の光取り出し効率はいずれもｗ＝０．４μｍから２．０μｍの間で極大値をなし、ｗを大きくしていくと０．０に漸近し（図１７の範囲では現れていない）、ｗ≦０．４μｍではｗが小さくなるに従って０．０に収束する。
【０１４７】
図１７において曲線１７ｂ，１７Ｂ（ｄ＝０．７μｍ）で見てみると、ｗ＝０．６μｍの時、η１＝０．３３４、η２＝０．１４５であり、τ＝０．８８とすると、０．５４０の光取り出し効率が得られる。ｗ＝１．０μｍの時には、η１＝０．３１１、η２＝０．１６６であり、０．５８６の光取り出し効率が得られる。一方、図２６、図２８（ａ）に示される従来の発光装置は、η１＝０．２７４、η２＝０であり、２回目以降は全てゼロとなり、合計で０．２７４である。従って、ｗ＝０．６μｍ条件では、本実施形態の発光装置は図２８（ａ）に示される発光装置の１．９７倍、ｗ＝１．０の条件では２．１４倍の光取り出し効率を実現できることが分かる。
【０１４８】
なお、一般に縮小露光技術ではアライメント精度（２つのパターンの位置合わせ精度）をパターニング精度（パターニング可能な最小パターン寸法）の数分の１のレベルにすることができる。従って、本実施例は境界幅２ｗのサイズをパターンニングすれば、２回のプロセスの後では境界幅ｗの構造を形成できるもので、微細パターン形成という技術的なハードルを低くできるメリットもある。
【０１４９】
（第６の実施形態）
第６の実施形態を図１８から図２０に基づいて説明する。なお第６の実施形態は表面構造１３のパターンが第１の実施形態と違うだけで、他の構成は全て第１の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
【０１５０】
図１８は第６の実施形態における表面構造１３のパターン図を示している。表面構造１３は透明基板５の表面を幅ｗ（境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ）に隙間なく分割し、一つ一つの目が凸（微小領域δ1、黒の目）であるか、この凸に対して相対的に凹（微小領域δ2、白の目）であるかが決められ、凸になる比率Ｐを５０％としたのが図１８（ａ）、９０％としたのが図１８（ｂ）である。即ち、それぞれ一つの微小領域δは別の複数の微小領域δによって隣接されているとともに囲繞されており、微小領域δ1は微小領域δ2よりも透明基板５の表面の上方へｄだけ突き出している。本実施形態では、微小領域δは正方形であるが、微小領域δに内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上３μｍ以下であれば、他の形状であってもよい。
【０１５１】
図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃは第６の実施形態における表面構造から出射する１回目の取り出し光の視野角依存性の解析結果を示す説明図であり、段差ｄ＝０．６μｍとし、波長λと境界幅ｗをパラメータにして示している。図１９Ａ（ａ）〜（ｄ）は比率Ｐ＝５０％、図１９Ｂ（ａ）〜（ｄ）は比率Ｐ＝７０％、図１９Ｃ（ａ）〜（ｆ）は比率Ｐ＝９０％の場合の結果を示している。図１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃにおいて、（ａ）はｗ＝０．５μｍ、（ｂ）はｗ＝１．０μｍ、（ｃ）はｗ＝１．５μｍ、（ｄ）はｗ＝２．０μｍ、（ｅ）はｗ＝３．０μｍ、（ｆ）はｗ＝４．０μｍの条件である。比率Ｐ＝５０％の場合、境界幅ｗ＝０．５，１．０μｍでは実線、破線とも偏角（緯度）に対しなめらかな強度変動（即ち視差に伴う強度差が少ないこと）を示す。ｗを大きくし、ｗ＝１．５、２．０μｍになると面法線方向の近傍での偏角に対する強度変動が大きくなる。従って、偏角に対する強度変動が緩やかな視野角依存性は境界幅ｗが１．５μｍ以下の条件で得られることが分かる。比率Ｐ＝７０％の場合、境界幅ｗ＝０．５〜２．０μｍでは実線、破線とも偏角（緯度）に対しなめらかな強度変動（即ち視差に伴う強度差が少ないこと）を示す。ｗを大きくし、ｗ＝３．０、４．０μｍになると面法線方向の近傍での偏角に対する強度変動が大きくなる。従って、偏角に対する強度変動が緩やかな視野角依存性は境界幅ｗが３．０μｍ以下の条件で得られることが分かる。一方、比率Ｐ＝９０％の場合、境界幅ｗ＝０．５〜４．０μｍまで実線、破線とも偏角（緯度）に対しなめらかな強度変動（即ち視差に伴う強度差が少ないこと）を示す。従って、Ｐ＝９０％での境界幅ｗの上限値は４．０μｍと推定できる。Ｐ＝５０％の場合、ｗ＝１．５μｍであり、Ｐ＝７０％の場合、ｗ＝３．０μｍであり、Ｐ＝９０％の場合、ｗ＝４．０μｍであるから、これらの関係から、境界幅の上限値ｗは比率Ｐを用いて、ｗ＝６×Ｐ2の関係で近似できる。
【０１５２】
図２０（ａ）、（ｂ）は第６の実施形態における表面構造１３の光取り出し効率を示す説明図である。図２０（ａ）は表面構造１３の段差ｄ＝０．６μｍとして、他は図５（ｃ）におけるものと同じ条件の下、横軸に表面構造１３の境界幅ｗをおいてまとめており、比率Ｐ＝５０％、９０％の場合の光取り出し効率（１回目の光取り出し効率η１）、更には透明電極４での吸収や電極２での反射損など、往復における光減衰はないとして、表面構造１３で反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合の光取り出し効率（２回目の光取り出し効率η２）も示している。曲線１９ａ、１９ＡはそれぞれＰ＝０．５での１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線１９ｂ、１９ＢはそれぞれＰ＝０．９での１回目、及び２回目の光取り出し効率である。いずれの曲線も境界幅ｗが０．２μｍ以下で大きく劣化するので、境界幅ｗの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。
【０１５３】
図２０（ｂ）は比率Ｐ＝５０％として、図５（ｃ）におけるものと同じ条件の下、横軸に表面構造１３の境界幅ｗをおき、表面構造１３の段差ｄ＝０．７μｍに加え、ｄ＝０．３，０．９，１．４，２．１μｍの場合の光取り出し効率（１回目の光取り出し効率η１）、更には透明電極４での吸収や電極２での反射損など、往復における光減衰はないとして、表面構造１３で反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合の光取り出し効率（２回目の光取り出し効率η２）も示している。曲線２０ａ、２０Ａはそれぞれｄ＝０．３μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線２０ｂ、２０Ｂはそれぞれｄ＝０．７μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線２０ｃ、２０Ｃはそれぞれｄ＝０．９μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線２０ｄ、２０Ｄはそれぞれｄ＝１．４μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線２０ｅ、２０Ｅはそれぞれｄ＝２．１μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率である。いずれの曲線も境界幅ｗが０．２μｍ以下で大きく劣化するので、境界幅ｗの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。
【０１５４】
一方、ｄを大きくしていくと１回目の光取り出し効率はｗの小さい領域で劣化し、その極大点がｗの大きい側にシフトしていく。視野角依存性で限定された範囲内（ｗ＝０．５〜１．５μｍ）で見ると曲線２０ｅ、２０Ｅは他の深さに比べ光取り出し効率が小さくなるので、ｄの上限値は２．１μｍ程度と見てよい。また、曲線２０ａもｗ＞０．８μｍの範囲で他の深さに比べ光取り出し効率が下がり、段差ｄ＝０．３μｍは劣化の始まりといえるので、ｄの下限値は０．２μｍ程度と見てよい。従って、深さｄの範囲は０．２〜１．４μｍが推奨値である。第１の実施形態と同様の理由から、透明基板５の屈折率ｎ１、空気６の屈折率ｎ０、光のスペクトルの中心波長λを用いて上述の深さｄの推奨値を表わすと、λ／（ｎ1−ｎ0）≧ｄ≧λ／６（ｎ1−ｎ0）となる。
【０１５５】
ｄ≦０．９μｍの場合、１回目の光取り出し効率はいずれも境界幅ｗが０．２〜２μｍで極大になり、ｗを小さく、または大きくしていくと０．２７（いわゆる（式３）で与えられる値で表面が鏡面とした場合の光取り出し効率）に漸近する。２回目の光取り出し効率はいずれもｗ＝０．２μｍから８．０μｍの間で極大値をなし、ｗを大きくしていくと０．０に漸近し（図２０の範囲では現れていない）、ｗ≦０．２μｍではｗが小さくなるに従って０．０に収束する。
【０１５６】
図２０（ｂ）において曲線２０ｂ，２０Ｂ（ｄ＝０．７μｍ）で見てみると、ｗ＝０．６μｍの時、η１＝０．３１８、η２＝０．０９３であり、τ＝０．８８とすると、０．４２８の光取り出し効率が得られる。ｗ＝１．０μｍの時には、η１＝０．３１９、η２＝０．１０２であり、０．４６９の光取り出し効率が得られる。一方、図２６、図２８（ａ）に示される従来の発光装置は、η１＝０．２７４、η２＝０であり、２回目以降は全てゼロとなり、合計で０．２７４である。従って、ｗ＝０．６μｍ条件では、本実施形態の発光装置は図２８（ａ）に示される発光装置の１．５６倍、ｗ＝１．０の条件では１．７１倍の光取り出し効率を実現できることが分かる。
【０１５７】
（第７の実施形態）
第７の実施形態を図２１に基づいて説明する。なお第７の実施形態は表面構造のパターンが第１から第６の実施形態と違うだけで、他の構成は全て第１から第６の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
【０１５８】
図２１（ａ）、（ｂ）は本実施形態における第１、２、４、５の表面構造３３の１回目のプロセスで形成されるパターン図、または本実施形態における第３、５の表面構造３３の２回目のプロセスで形成されるパターン図、または第６の表面構造３３のパターン図を示している。図２１（ａ）では、表面構造２３は透明基板５の表面を一辺の長さｗの正三角形（微小領域δ）に分割し、一つ一つの微小領域δが凸（図中の２３ａ（微小領域δ１）、灰色の図形）であるかの比率Ｐ、凹（図中の２３ｂ（微小領域δ２）、白の図形）であるかの比率１−Ｐを各５０％として凸と凹とをランダムに割り当てたものである（比率Ｐは５０％以外でもよい）。一方、図２１（ｂ）では、透明基板５の表面を一辺の長さｗの正六角形（微小領域δ）に分割し、一つ一つの図形が凸（図中の３３ａ（微小領域δ１）、灰色の図形）であるかの比率Ｐ、凹（図中の３３ｂ（微小領域δ２）、白の図形）であるかの比率１−Ｐを各５０％として凸と凹とをランダムに割り当てたものである（比率Ｐは５０％以外でもよい）。第１から第６の実施形態では方形を基本としたパターン形成ルールであったが、第７の実施形態は多角形を基本としたパターン形成ルールに置き換わっている。この実施例では第３、４の実施形態で現れる市松模様（チェッカーパターン）も図２１（ｃ）、（ｄ）に示すような多角形の規則パターン（凸になる目に規則性を持たせたパターン）に置き換わる。また、第１、２の実施形態で現れる２回目のプロセスでのエッチングパターンは境界線に沿った領域で行われたが、本実施例でも同じルールに従う。
【０１５９】
第７の実施形態は１回目のプロセスで形成される表面構造２３，３３のパターン形状が第１から第６の実施形態とは異なるだけで、２つのプロセスを経て得られた構造では第１の実施形態と同じ原理が作用し、同一の効果が得られる（第６の実施形態では１回目のプロセスのみ）。また、正三角形や正六角形に限らず、同じ図形で隙間なく面分割ができるのであれば、任意の多角形であってもよく、その図形の大きさを一般的に表現すれば、その図形に内接する円の最大のものの直径が０．２μｍ以上３μｍ以下であることが条件となる。
【０１６０】
なお、第１から第７の実施形態では、実際の加工体での表面構造１３，２３，３３が厳密には正方形や正三角形、正六角形にはならず角の部分が丸まったり角が丸まった微小領域の隣の微小領域の角がその分変形したりするが、特性の劣化はなく同一の効果が得られることは言うまでもない。
【０１６１】
（その他の実施形態）
上述の実施形態は本発明の例示であって、本発明はこれらの例に限定されない。以上の実施形態において、表面構造の凸部分の表面に垂直な断面形状は矩形形状に限らず、台形や円錐形状となってもよく、凸部分の斜面が曲線になってもよい。
【０１６２】
また、透明基板５の厚さが大きい場合、光の出射位置は光取り出しの回数が増すごとに発光点Ｓの位置から離れてくる。この場合、ディスプレイ用のＥＬの様に３００μｍ程度の画素ごとに区切られた構成では、光が隣の画素に紛れ込み、画質の劣化につながる。従って、図２２（ａ）に示すように、表面構造１３の形成された透明基板５は数μｍ程度に薄く構成し、その上に空気層を挟んで０．２ｍｍから０．５ｍｍ程度の保護基板１４で覆う構成が考えられる。保護基板の表面１４ａ、裏面１４ｂでは全反射は発生しないが、ＡＲコートの必要はある。このとき表面構造１３の上には空気層の代わりにエアロゲル等の低屈折率で透明な材料を用いてもよく、このとき一体構成になるため装置としての安定性が高い。
【０１６３】
更に、以上の実施形態では、一つの面だけに表面構造１３を形成したが、透明基板５の両面に同じような構造を形成することができる。また表面構造１３と発光点Ｓの間に一般の回折格子１３’を配置してもよい。この時図２２（ｂ）に示すように、透明基板５をフィルム形状にし、表面に表面構造１３、裏面に回折格子１３’や別仕様の表面構造１３”を形成し、発光体側に接着層２１を介して接着させる構造が考えられる。透明基板５の屈折率が小さく、発光層３との屈折率差が０．１以上ある場合には、接着層２１の材料を発光層３の屈折率より０．１だけ小さいかそれ以上になるように選ぶと接着層２１と発光層３との恭敬面での全反射はほとんど生じないとともに、接着層２１と透明基板５の間の屈折面、及び透明基板５と空気６の間の屈折面で発生する全反射を、それぞれ表面構造１３”（または回折格子１３’）、及び表面構造１３で回避できる。なお、回折格子１３’や表面構造１３”の凹部の深さまたは凸部の高さは凹部での透過光と凸部での透過光にπだけ位相差が発生する条件が好ましいが、これよりも凹の深さや凸の高さが小さい条件であってもよい。
【０１６４】
なお参考として、図２３（ａ）に表面構造が市松模様（チェッカー形状）をなすパターン図を示している。図２３（ａ）において、表面構造は透明基板５の表面を一辺の長さｗの正方形に分割し、灰色の正方形１３ａと白の正方形１３ｂがチェッカーパターンを形成し、灰色が凸となり、相対的に白が凹の形状をなす。
【０１６５】
図２３（ｂ）は図５（ａ）におけるものと同じ条件の下で、凹凸の段差ｄ＝０．７０μｍとして図２３（ａ）に示した表面構造の透過率ｔの入射角依存性を示す説明図であり、透明基板５内で光量１の光が表面構造に角θ（屈折面法線となす角）で入射し、１回目でどれだけが空気６側に出射するかを幅ｗをパラメータ（ｗ＝０．１、０．２、０．４、１．０、２．０、４．０μｍ）にして示している。図２３（ｂ）をランダムパターンの特性である図３（ａ）と比べると、ｗ＝０．１、０．２μｍ（いわゆる回折光が発生しないナノ構造の領域）の曲線を除いて細かいうねりが存在することが分かる。これはチェッカーパターンによる回折で空気層側に回折光が発生したり消滅したりするためで、方位によって光強度に分布があることを示しており、周期パターン固有の問題である。
【０１６６】
図２４（ａ），（ｂ）に、チェッカーパターンの表面構造から出射する１回目の取り出し光の視野角依存性の解析結果を付記している。段差ｄ＝０．７μｍ、境界幅ｗ＝０．５μｍとし、（ａ）はλ＝０．４５０μｍ、（ｂ）はλ＝０．６３５μｍの条件である。実線（０度、９０度の経度方位）、破線（４５度、１３５度の経度方位）とも偏角に対する変動が大きく、両者の乖離も大きいうえ、波長によって形状が大きく変化することが分かる。方位による光強度の分布や色のアンバランスが発生することは、特許文献１に記載された発光装置同様、周期パターンにおける致命的な欠点である。これらの課題は第１から７の実施形態では全て克服できている。
【０１６７】
境界回折効果は光の位相の不連続な部分を一定間隔以上隔てた場合に発生するので、この効果を極大化させるためには、限られた面積内で位相の不連続な部分の出現比率を極大化させることが必要になる。屈折面を無数の微小領域で分割し、微小領域同士の境界で位相が不連続になるとすると、２つの条件により前述の出現比率の極大化がなされる。一つ目の条件は各微小領域の面積ができるだけ一つに揃うこと、２つ目の条件は隣り合う微小領域間にも位相差が存在することである。すなわち、微小領域の内に他のものより大きい面積のものがあれば、この大きな面積を分割した方が位相不連続の境界が増える。反対に微小領域の内に他のものより小さい面積のものがあるとすれば、これは他のものより大きい面積のものが存在することになり、この大きな面積を分割した方が位相不連続の境界が増える。この延長線として、各微小領域の面積ができるだけ一つに揃い、少なくとも各微小領域の面積がある基準面積に対し例えば０．５〜１．５倍の範囲（微小領域に内接する円のうち最大のものの直径が、基準になる直径に対し０．７〜１．３倍の範囲）に入ることが微小領域間の境界線の出現比率を極大化することになる。第１から第７の実施形態は全てこの条件に従っている。また微小領域への分割を極大化することができても、隣り合う微小領域同士で位相が揃えば効果が薄くなる。従って隣り合う微小領域間にも位相差の存在、すなわちランダムな位相の割り当てが必要である。第１から第５の実施形態はこの条件に従っており、境界回折効果を極大化させた構造になっている。
【０１６８】
なお、第１から７の実施形態における表面形状は磨りガラスや面粗し等の表面状態や特許文献２に記載された発光装置で示された表面状態とは異なる。第１から７までの実施形態の１回目または２回目のプロセスでは、表面を幅ｗの碁盤の目（または多角形の目）に分割し、一つ一つの目に凸と凹をＰ：１−Ｐで割り当てたもので、このパターンには固有の幅ｗというスケールと固有の微小領域の形状とが存在し、凸部の総面積と凹部の総面積の比率もＰ：１−Ｐの関係に収まっている。これに対し、磨りガラスや面粗し等の表面状態は固有の幅ｗが存在せず微小領域の形状は不定形であり、凸部の総面積と凹部の総面積の比率もＰ：１−Ｐの関係になる訳ではない。このように、上記実施形態における表面形状は、完全にランダムなパターンではなく、ある規則に沿ったランダムパターンと言える。
【０１６９】
完全にランダムなパターンとの違いをもう少し考察してみる。図２５（ａ）に示すように、幅４ｗのテーブル１６の上に幅ｗのカード１７を８枚ランダムに並べる。即ち８枚のカード１７の総面積はテーブル１６の面積の１／２である。ただし、カード１７はテーブル１６をはみ出さないとする。図２５（ｂ）はカード１７の重なりを許して配列している。図２５（ｃ）はカード１７の重なりを許さずに配列している。図２５（ｂ）ではカード１７が重なった分だけ、カードの面積総和がテーブル面積の１／２より小さくなる。図２５（ｃ）では面積比１／２を維持するものの、カード間にｗよりも小さい微小な隙間ｊが発生し、これは図２５（ｂ）でも同じである。微小な隙間ｊが発生しその頻度が大きくなると、ｊを新たな境界幅と見ることができ、図５（ｃ）からわかるようにｊ＜０．２μｍの条件で光取り出し効率が大きく劣化する。
【０１７０】
上記の実施形態で用いたランダムパターンの生成原理は図２５のものとは異なる。上記の実施形態では面積比はある比率に保たれ微小間隔ｊ等の、幅ｗより小さいスケールは発生することはない。このように、上記実施形態における表面形状は、完全なランダムなパターンではなく、光取り出し効率を極大化するための規則に沿ったランダムパターンと言える。
【０１７１】
また、第１から７の実施形態における表面形状が引き起こす現象は回折現象の一つである。図３０で示したように、回折現象では表面形状を平均する平坦な基準面に対し仮想的に屈折する光線を０次回折光（全反射の場合には表れない）とし、この光を方位の基準としてシフトした方位に高次の回折光が発生する。本願のようなランダムな表面形状では０次以外の回折光の伝播方位がランダムになる。これに対し磨りガラスや面粗しは回折現象ではなく屈折現象を利用しており、デコボコした屈折面においてその面法線の方位がランダムになることで屈折の方位もランダムになっているだけである。すなわち、平行平板の上に第１から７の実施形態における表面形状を形成し、透かして見ると反対側の像の輪郭がはっきりと見える。これは表面形状で回折分離する光の中に０次回折光が必ず存在し、この光が反対側の像の輪郭を維持させている。これに対し、磨りガラスや面粗しでは０次回折光に相当する光が存在せず、透かして見ると反対側の像の輪郭がぼやけたものになる。特許文献２では表面の突起物により光が「素直に空気中に放射される」の表現があるだけで回折という表現がなく、「素直」という言葉をスネルの法則（屈折の法則）に従うと解釈できる。このため、特許文献２の構造は、磨りガラスや面粗しと同じ部類に入る構造であると理解でき、本願発明とは別のものであると言うことができる。
【０１７２】
ちなみに、特許文献２に開示された技術の特徴は、透明絶縁基板の上に複数の透明な突起物を完全にランダムに配置することにあり、本願のように凸部と凹部とを同じ形状の微小領域の一つ以上の集合体とするという特徴は記載も示唆もされていない。このような特徴により、本願では凸部と凸部、または凹部と凹部を一定間隔隔てることができ、境界回折の効果を引き出すことができているが、特許文献２に記載された発光装置ではそうはならない。このような例示的な実施形態の特徴により顕著な光取り出し効果を奏することは本願発明者らが初めて見出したものであり、特許文献２には上記実施形態のような顕著な効果は記載されていない。特許文献２に記載された発光装置では単位面積当たり５０００〜１０６個／ｍｍ２の数で幅０．４〜２０μｍの突起物が完全なランダムな配置で与えられており、形式的には上記実施形態の発光装置の一部がこの発光装置の中に含有される形にはなるが、突起物とそれ以外の部分との形状の関係、更にはそのような関係が存在して初めて奏される効果が記載も示唆もない以上、実質的には上記の実施形態は特許文献２に開示された技術には含まれず、特許文献２に開示された発明と本願発明とは全く別のものであると言うことができる。
【０１７３】
なお、第１から７の実施形態では凹凸形状で光の位相をシフトさせた。位相のシフトは凹凸形状以外でも実現でき、例えば凹部に対応した領域と凸部に対応した領域で多層膜の厚みや屈折率条件を変えることでも可能である。この場合でも、上記実施形態と同じ効果が得られることは言うまでもない。また、第１から７の実施形態はそれぞれ独立して成り立つのではなく、それぞれの一部を組み合わせて、新たな実施例とすることも考えられる。また、第１から７の実施形態では有機エレクトロルミネセンス素子を例にとって説明したが、屈折率が１より大きい媒質内で発光する素子であれば全てに適用できる。例えば、ＬＥＤや導光板などへの適用も可能である。更に、発光装置が光を出射する媒質は空気に限定されない。上記実施形態の表面構造は、透明基板の屈折率が、透明基板が接している媒質の屈折率より大きい、特に０．１以上大きい場合に適用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１７４】
以上説明したように、本発明に係る発光装置は、光の取り出し効率を大幅に向上させる上、出射光の視野角特性も良好なので、ディスプレイや光源等として有用である。
【符号の説明】
【０１７５】
１    基板
２    電極
３    発光層
４    透明電極
５    透明基板
６    空気
１３  表面構造
Ｓ    発光点
【図１】
0005511674.tif 000003
【図２】
0005511674.tif 000004
【図３Ａ】
0005511674.tif 000005
【図３Ｂ】
0005511674.tif 000006
【図４】
0005511674.tif 000007
【図５】
0005511674.tif 000008
【図６】
0005511674.tif 000009
【図７Ａ】
0005511674.tif 000010
【図７Ｂ】
0005511674.tif 000011
【図８】
0005511674.tif 000012
【図９】
0005511674.tif 000013
【図１０Ａ】
0005511674.tif 000014
【図１０Ｂ】
0005511674.tif 000015
【図１１】
0005511674.tif 000016
【図１２】
0005511674.tif 000017
【図１３Ａ】
0005511674.tif 000018
【図１３Ｂ】
0005511674.tif 000019
【図１４】
0005511674.tif 000020
【図１５】
0005511674.tif 000021
【図１６Ａ】
0005511674.tif 000022
【図１６Ｂ】
0005511674.tif 000023
【図１７】
0005511674.tif 000024
【図１８】
0005511674.tif 000025
【図１９Ａ】
0005511674.tif 000026
【図１９Ｂ】
0005511674.tif 000027
【図１９Ｃ】
0005511674.tif 000028
【図２０】
0005511674.tif 000029
【図２１】
0005511674.tif 000030
【図２２】
0005511674.tif 000031
【図２３】
0005511674.tif 000032
【図２４】
0005511674.tif 000033
【図２５】
0005511674.tif 000034
【図２６】
0005511674.tif 000035
【図２７】
0005511674.tif 000036
【図２８】
0005511674.tif 000037
【図２９】
0005511674.tif 000038
【図３０】
0005511674.tif 000039
【図３１】
0005511674.tif 000040
【図３２】
0005511674.tif 000041
【図３３】
0005511674.tif 000042
【図３４】
0005511674.tif 000043
【図３５】
0005511674.tif 000044
【図３６】
0005511674.tif 000045