(57)【要約】      （修正有）【課題】新たな構成で指向性を有する発光装置を提供する。【解決手段】発光素子１００は、励起光を受けて波長λの光を発するように構成された層状の発光体１１０と、発光体１１０の表面に形成された誘電体の周期構造１２０とを備える。発光体１１０の屈折率をｎwav、周期構造１２０の周期をｐとするとき、ｍλ／ｎwav＜ｐ＜ｍλ（ｍは１以上の整数）を満足する。【選択図】図１Ｂ
2015179657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を受けて波長λの光を発するように構成された層状の発光体と、
前記発光体の表面に形成された誘電体の周期構造と、
を備え、
前記発光体の屈折率をｎwav、前記周期構造の周期をｐとするとき、
【数１】
2015179657.tif 000025
（ｍは１以上の整数）を満足する発光素子。
【請求項２】
透光性基板と、
前記透光性基板上に形成され、励起光を受けて波長λの光を発するように構成された層状の発光体と、
前記発光体の表面に形成された誘電体の周期構造と、
を備え、
前記透光性基板の屈折率をｎs、前記発光体の屈折率をｎwav、前記周期構造の周期をｐとするとき、
【数２】
2015179657.tif 000026
（ｍは１以上の整数）を満足する発光素子。
【請求項３】
前記発光体の厚さは、前記発光体の内部で波長λの光についての導波モードが形成されるように設計されている、請求項１または２に記載の発光素子。
【請求項４】
ｍ＝１である、請求項１から３のいずれかに記載の発光素子。
【請求項５】
前記周期構造を第１の周期構造とするとき、
前記発光体において、前記第１の周期構造が形成されている側とは反対の側に形成され、前記第１の周期構造と同一の周期を有する第２の周期構造をさらに備える請求項１から４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項６】
前記誘電体は、前記発光体と同じ材料である、請求項１から５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項７】
前記誘電体の屈折率は、前記発光体の屈折率よりも小さい、請求項１から５のいずれかに記載の発光素子。
【請求項８】
前記周期構造の高さは１５０ｎｍ以下である、請求項１から７のいずれかに記載の発光素子。
【請求項９】
前記発光体を第１の発光体、前記周期構造を第１の周期構造とするとき、
前記透光性基板を介して前記第１の発光体の反対側に形成され、波長λ２の光を発するように構成された第２の発光体と、
前記第２の発光体の表面に形成された第２の周期構造と、
をさらに備える請求項２に記載の発光素子。
【請求項１０】
波長λ２と波長λとは異なっており、
前記第２の発光体の屈折率をｎwav2、前記第２の周期構造の周期をｐ2とするとき、
【数３】
2015179657.tif 000027
（ｍは１以上の整数）を満足する、請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記周期構造は、周期の異なる複数の領域が２次元に配列された構造を有している、請求項１から１０のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１２】
前記周期構造は、１次元周期構造である、請求項１から１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１３】
前記周期構造は、２次元周期構造である、請求項１から１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１４】
前記周期構造は、複数の周期成分を有する２次元周期構造である、請求項１から１１のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１５】
前記発光体は、蛍光体を含む、請求項１から１４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１６】
前記発光体は、量子ドットを含む、請求項１から１４のいずれかに記載の発光素子。
【請求項１７】
請求項１から１６のいずれかに記載の発光素子と、
前記発光体から波長λの光を発生させるように、前記発光体に励起光を入射させる光源と、
を備える発光装置。
【請求項１８】
前記周期構造は、第１の方向に周期ｐの周期成分を有し、前記第１の方向とは異なる第２の方向に周期ｐとは異なる周期ｐexの周期成分を有する２次元周期構造であり、
前記励起光の波長をλex、前記発光体に接する媒質のうち、前記周期構造を除く最も屈折率の高い媒質の屈折率をｎoutとするとき、周期ｐexは、
【数４】
2015179657.tif 000028
を満足するように設定されている、請求項１７に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、指向性を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
照明、ディスプレイ、プロジェクターといった光学デバイスでは、多くの用途において、必要な方向に光を出射することが求められる。例えば、照明では、リフレクターやレンズなどの光学系を利用して指向性を確保し、必要な場所を照らす工夫がなされている。同様に、ディスプレイでは、正面を中心にある程度の視野角で見えるように、また、プロジェクターでは、スクリーンに画像が適切に表示されるように、光の方向性を制御するリフレクターやレンズなどの光学系が使用されている。例えば、特許文献１は、配光板および補助反射板を用いて指向性を確保した照明システムを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２３１９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
白熱電球、蛍光灯、ＬＥＤ照明などで使用される蛍光体は等方的に発光するので、特定の方向のみに光を出射させるためには、一般的にはリフレクターやレンズなどの光学系が必要である。しかしながら、リフレクターやレンズなどの光学系を配置すると、そのスペースを確保するために、デバイスや器具を大きくする必要がある。
【０００５】
単色の光を発するＬＥＤや、蛍光体の配置に工夫がなされた白色ＬＥＤでは、ある程度指向性をもつ発光を実現でき、例えば数十度程度しか広がらない光を得ることができる。しかし、プロジェクターや照明など、より高い指向性が求められる用途では、やはりリフレクターやレンズなどの光学系が必要である。
【０００６】
一方、レーザーを用いれば極めて高い指向性を得ることはできる。しかしながら、レーザー光は高いコヒーレンスを持つため、人の目に入った場合、網膜を損傷して視力を損なうおそれがある。また、レーザー光で物体を照射すると、照射面にスペックルが発生し、人がその物体を見た時に不快感を覚えるおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様に係る発光素子は、励起光を受けて波長λの光を発するように構成された層状の発光体と、前記発光体の表面に形成された誘電体の周期構造とを備え、前記発光体の屈折率をｎwav、前記周期構造の周期をｐとするとき、
【数１】
2015179657.tif 000003
（ｍは１以上の整数）を満足する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様によれば、簡単な構成で指向性を有する発光装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】ある実施形態における発光素子の構成を示す斜視図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す発光素子の部分断面図である。
【図１Ｃ】他の実施形態における発光素子の構成を示す斜視図である。
【図１Ｄ】図１Ｃに示す発光素子の部分断面図である。
【図２】発光波長および周期構造の高さをそれぞれ変えて、正面方向に出射する光の強さを計算した結果を示す図である。
【図３】式（１０）におけるｍ＝１およびｍ＝３の条件を図示したグラフである。
【図４】発光波長および導波路の厚さｔを変えて正面方向に出力する光の強さを計算した結果を示す図である。
【図５Ａ】厚さｔ＝２３８ｎｍのときに、ｘ方向に導波するモードの電場分布を計算した結果を示す図である。
【図５Ｂ】厚さｔ＝５３９ｎｍのときに、ｘ方向に導波するモードの電場分布を計算した結果を示す図である。
【図５Ｃ】厚さｔ＝３００ｎｍのときに、ｘ方向に導波するモードの電場分布を計算した結果を示す図である。
【図６】図２の計算と同じ条件で、光の偏光がｙ方向に垂直な電場成分を有するＴＥモードである場合について計算した結果を示す図である。
【図７Ａ】２次元の周期構造の例を示す平面図である。
【図７Ｂ】２次元周期構造に関して図２と同様の計算を行った結果を示す図である。
【図８】発光波長および周期構造の屈折率を変えて正面方向に出力する光の強さを計算した結果を示す図である。
【図９】図８と同様の条件で導波路の膜厚を１０００ｎｍにした場合の結果を示す図である。
【図１０】発光波長および周期構造の高さを変えて正面方向に出力する光の強さを計算した結果を示す図である。
【図１１】図１０と同様の条件で、周期構造の屈折率をｎp＝２．０とした場合の計算結果を示す図である。
【図１２】光の偏光がｙ方向に垂直な電場成分を有するＴＥモードであるものとして図９に示す計算と同様の計算を行った結果を示す図である。
【図１３】図９に示す計算と同様の条件で、導波路の屈折率ｎwavを１．５に変更した場合の結果を示す図である。
【図１４】屈折率が１．５の透明基板の上に、図２に示す計算と同じ条件の導波路および周期構造を設けた場合の計算結果を示す図である。
【図１５】式（１３）の条件を図示したグラフである。
【図１６】図１Ａ、１Ｂに示す発光素子１００と、励起光を発光体１１０に入射させる光源１８０とを備える発光装置２００の構成例を示す図である。
【図１７】励起光を導波モードに結合させることで、効率よく光を出射させる構成を説明するための図である。（ａ）はｘ方向の周期ｐｘを有する１次元周期構造を示し、（ｂ）はｘ方向の周期ｐｘ、ｙ方向の周期ｐｙを有する２次元周期構造を示し、（ｃ）は（ａ）の構成における光の導波モードへの吸収率の波長依存性を示し、（ｄ）は（ｂ）の構成における光の導波モードへの吸収率の波長依存性を示している。
【図１８Ａ】２次元周期構造の一例を示す図である。
【図１８Ｂ】２次元周期構造の他の例を示す図である。
【図１９Ａ】透明基板上に周期構造を形成した変形例を示す図である。
【図１９Ｂ】透明基板上に周期構造を形成した他の変形例を示す図である。
【図１９Ｃ】図１９Ａの構成において、発光波長および周期構造の周期を変えて正面方向に出力する光の強さを計算した結果を示す図である。
【図２０】複数の粉末状の発光素子を混ぜた構成を示す図である。
【図２１】導波路の上に周期の異なる複数の周期構造を２次元に配列した例を示す平面図である。
【図２２】表面に凹凸構造が形成された複数の発光体１１０が積層された構造を有する発光素子の一例を示す図である。
【図２３】発光体１１０と周期構造１２０との間に保護層１５０を設けた構成例を示す断面図である。
【図２４】発光体１１０の一部のみを加工することによって周期構造１２０を形成した例を示す図である。
【図２５】スラブ型導波路の一例を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本開示の実施形態の概要は、以下のとおりである。
【００１１】
（１）本開示の一態様に係る発光素子は、励起光を受けて波長λの光を発するように構成された層状の発光体と、前記発光体の表面に形成された誘電体の周期構造と、を備え、前記発光体の屈折率をｎwav、前記周期構造の周期をｐとするとき、
【数２】
2015179657.tif 000004
（ｍは１以上の整数）を満足する。
【００１２】
（２）本開示の他の態様に係る発光素子は、透光性基板と、前記透光性基板上に形成され、励起光を受けて波長λの光を発するように構成された層状の発光体と、前記発光体の表面に形成された誘電体の周期構造と、を備え、前記透光性基板の屈折率をｎs、前記発光体の屈折率をｎwav、前記周期構造の周期をｐとするとき、
【数３】
2015179657.tif 000005
（ｍは１以上の整数）を満足する。
【００１３】
（３）ある実施形態において、前記発光体の厚さは、前記発光体の内部で波長λの光についての導波モードが形成されるように設計されている。
【００１４】
（４）ある実施形態において、ｍ＝１である。
【００１５】
（５）ある実施形態において、前記周期構造を第１の周期構造とするとき、前記発光体において、前記第１の周期構造が形成されている側とは反対の側に形成され、前記第１の周期構造と同一の周期を有する第２の周期構造をさらに備える。
【００１６】
（６）ある実施形態において、前記誘電体は、前記発光体と同じ材料である。
【００１７】
（７）ある実施形態において、前記誘電体の屈折率は、前記発光体の屈折率よりも小さい。
【００１８】
（８）ある実施形態において、前記周期構造の高さは１５０ｎｍ以下である。
【００１９】
（９）ある実施形態において、前記発光体を第１の発光体、前記周期構造を第１の周期構造とするとき、前記透光性基板を介して前記第１の発光体の反対側に形成され、波長λ２の光を発するように構成された第２の発光体と、前記第２の発光体の表面に形成された第２の周期構造と、をさらに備える。
【００２０】
（１０）ある実施形態において、波長λ２と波長λとは異なっており、前記第２の発光体の屈折率をｎwav2、前記第２の周期構造の周期をｐ2とするとき、
【数４】
2015179657.tif 000006
（ｍは１以上の整数）を満足する。
【００２１】
（１１）ある実施形態において、前記周期構造は、周期の異なる複数の領域が２次元に配列された構造を有している。
【００２２】
（１２）ある実施形態において、前記周期構造は、１次元周期構造である。
【００２３】
（１３）ある実施形態において、前記周期構造は、２次元周期構造である。
【００２４】
（１４）ある実施形態において、前記周期構造は、複数の周期成分を有する２次元周期構造である。
【００２５】
（１５）ある実施形態において、前記発光体は、蛍光体を含む。
【００２６】
（１６）ある実施形態において、前記発光体は、量子ドットを含む。
【００２７】
（１７）本開示の他の態様に係る発光装置は、上記のいずれかに記載の発光素子と、前記発光体から波長λの光を発生させるように、前記発光体に励起光を入射させる光源と、を備える。
【００２８】
（１８）ある実施形態において、前記周期構造は、第１の方向に周期ｐの周期成分を有し、前記第１の方向とは異なる第２の方向に周期ｐとは異なる周期ｐexの周期成分を有する２次元周期構造であり、前記励起光の波長をλex、前記発光体に接する媒質のうち、前記周期構造を除く最も屈折率の高い媒質の屈折率をｎoutとするとき、周期ｐexは、
【数５】
2015179657.tif 000007
を満足するように設定されている。
【００２９】
［１．本開示の基礎となった知見］
本開示の具体的な実施形態を説明する前に、まず、本開示の基礎となった知見を説明する。上述のように、白熱電球、蛍光灯、ＬＥＤ照明などで使われる蛍光体は等方的に発光するので、特定の方向を光で照らすためには、リフレクターやレンズなどの光学系が必要である。しかしながら、もし発光体自身が指向性をもって発光すれば、上記のような光学系は不要になるので、デバイスや器具の大きさを大幅に小さくすることができる。本願発明者は、このような着想に基づき、指向性発光を得るために、発光体の構成を詳細に検討した。
【００３０】
本願発明者は、まず、発光体からの光が特定の方向に偏るようにするため、発光自体に特定の方向性をもたせることを考えた。発光を特徴付ける指標である発光レートΓは、フェルミの黄金則により、以下の式（１）で表される。
【数６】
2015179657.tif 000008
【００３１】
式（１）において、ｒは位置を表すベクトル、λは光の波長、ｄは双極子ベクトル、Ｅは電場ベクトル、ρは状態密度である。一部の結晶性物質を除く多くの物質では、双極子ベクトルｄはランダムな方向性を有している。また、発光体のサイズが光の波長よりも十分に大きい場合、電場Ｅの大きさも向きに依らずほとんど一定である。よって、ほとんどの場合、<(d・E(r))>2の値は方向に依らない。即ち、発光レートΓは方向に依らず一定である。このため、ほとんどの場合において発光体は等方的に発光する。
【００３２】
一方、式（１）から、異方的な発光を得るためには、双極子ベクトルｄを特定の方向に揃えるか、電場Ｅを特定の向きにのみ増強するかのいずれかの工夫が必要である。これらのいずれかの工夫を行うことで、指向性発光を実現できる可能性がある。本開示では、電場Ｅを特定の方向にのみ増強するための構成について検討し、詳細に分析した結果を以下に説明する。
【００３３】
［２．特定の方向の電場のみを強くする構成］
本願発明者はまず、特定の方向の電場のみを強くする簡便な構成として、スラブ型導波路に着目した。スラブ型導波路とは、光の導波部分が平板構造を有する導波路のことである。図２５は、スラブ型導波路の一例を模式的に示す斜視図である。導波部分１１０の屈折率が導波路を支持する透明基板１４０の屈折率よりも高いとき、導波路内を伝播する光のモードが存在する。このようなスラブ型導波路を発光体材料で形成すれば、発光点から生じた光の電場が導波モードの電場と大きく重なりをもつので、発光点から生じた光の大部分を導波モードに結合させることができる。さらに、スラブ型導波路の厚さを小さくすることにより、少数の導波モードのみが存在する状況を作り出すことができる。
【００３４】
本願発明者は、このような導波モードが存在する導波路（発光体）の表面に、周期構造を形成することで、特定の角度方向の導波モードに光を結合させることを着想した。図１Ａは、そのような導波路１１０と周期構造１２０とを有する発光素子１００の一例を模式的に示す斜視図である。この例では、周期構造１２０は、各々がｙ方向に延びるストライプ状の複数の凸部がｘ方向に等間隔に並んだ１次元周期構造である。図１Ｂは、この発光素子１００をｘｚ面に平行な平面で切断したときの断面図である。導波路１１０に接するように周期ｐの周期構造１２０を設けると、面内方向の波数ｋwavをもつ導波モードは、導波路外の伝播光へと変換され、その波数ｋoutは以下の式（２）で表すことができる。
【数７】
2015179657.tif 000009
式（２）におけるｍは整数であり、回折の次数を表す。
【００３５】
ここで、簡単のため、近似的に導波路内を導波する光を角度θwavで伝播する光線であると考え、以下の式（３）および（４）が成立するとする。
【数８】
2015179657.tif 000010
【数９】
2015179657.tif 000011
これらの式において、λ0は光の波長、ｎwavは導波路の屈折率、ｎoutは出射側の媒質の屈折率、θoutは光が導波路外の基板または空気に出射するときの出射角度である。式（２）〜（４）から、出射角度θoutは、以下の式（５）で表すことができる。
【数１０】
2015179657.tif 000012
式（５）より、ｎwavｓｉｎθwav＝ｍλ0／ｐが成立するとき、θout＝０となり、導波路の面に垂直な方向（正面）に光を出射させることができることがわかる。
【００３６】
以上のような原理に基づけば、発光を特定の導波モードに結合させ、さらに周期構造を利用して特定の出射角度の光に変換することにより、その方向に強い光を出射させることができると考えられる。
【００３７】
上記のような状況を実現するためには、いくつかの制約条件がある。まず、導波モードが存在しなければならないため、導波路内で伝播する光が全反射することが必要である。このための条件は、以下の式（６）で表される。
【数１１】
2015179657.tif 000013
【００３８】
この導波モードを周期構造によって回折させて導波路外に光を出射させるためには、式（５）において−１＜ｓｉｎθout＜１である必要がある。よって、以下の式（７）を満足する必要がある。
【数１２】
2015179657.tif 000014
【００３９】
これに対し、式（６）を考慮すると、以下の式（８）が成立すればよいことがわかる。
【数１３】
2015179657.tif 000015
【００４０】
さらに、導波路１１０から出射される光の方向を正面方向（θout＝０）にするためには、式（５）から、以下の式（９）が必要であることがわかる。
【数１４】
2015179657.tif 000016
【００４１】
式（９）および式（６）から、必要な条件は、以下の式（１０）であることがわかる。
【数１５】
2015179657.tif 000017
【００４２】
なお、図１Ａおよび図１Ｂに示すような周期構造を設けた場合には、ｍが２以上の高次の回折効率は低いため、ｍ＝１である１次の回折光を主眼に設計すると良い。このため、本実施形態における周期構造では、ｍ＝１として、式（１０）を変形した以下の式（１１）を満足するように周期ｐが決定される。
【数１６】
2015179657.tif 000018
【００４３】
図１Ａおよび図１Ｂに示すように、導波路（発光体）１１０が透明基板に接していない場合には、ｎoutは空気の屈折率（約１．０）となるため、以下の式（１２）を満足するように周期ｐを決定すればよい。
【数１７】
2015179657.tif 000019
【００４４】
一方、図１Ｃおよび図１Ｄに例示するような透明基板１４０上に発光体１１０および周期構造１２０を形成した構造を採用してもよい。この場合には、透明基板１４０の屈折率ｎsが空気の屈折率よりも大きいことから、式（１１）においてｎout＝ｎsとした次式（１３）を満足するように周期ｐを決定すればよい。
【数１８】
2015179657.tif 000020
【００４５】
なお、式（１２）、（１３）では、式（１０）においてｍ＝１の場合を想定したが、ｍ≧２であってもよい。すなわち、図１Ａおよび図１Ｂに示すように発光素子１００の両面が空気層に接している場合には、ｍを１以上の整数として、以下の式（１４）を満足するように周期ｐが設定されていればよい。
【数１９】
2015179657.tif 000021
【００４６】
同様に、図１Ｃおよび図１Ｄに示すように、発光素子１００が透明基板１４０上に形成されている場合には、以下の式（１５）を満足するように周期ｐが設定されていればよい。
【数２０】
2015179657.tif 000022
【００４７】
以上の不等式を満足するように周期構造の周期ｐを決定することにより、発光体１１０から発生した光を正面方向に出射させることができるため、指向性を有する発光装置を実現できる。
【００４８】
［３．計算による検証］
［３−１．周期、波長依存性］
本願発明者は、以上のような特定方向への光の出射が実際に可能であるかを光学解析によって検証した。光学解析は、サイバネット社のDiffractMODを用いた計算によって行った。導波路の膜厚を１μｍ、導波路の屈折率をｎwav＝１．８、周期構造の高さを５０ｎｍ、周期構造の屈折率を１．５とし、発光波長および周期構造の高さをそれぞれ変えて、正面方向に出射する光の電場の強さを計算した結果を図２に示す。計算モデルは、図１Ａに示すように、ｙ方向には均一な１次元周期構造とし、光の偏光はｙ方向に平行な電場成分を有するＴＭモードであるとして計算を行った。この計算では、簡単のため、発光素子の正面から光を入射したときの電場分布を電磁界解析によって求めた。実際には、外部光源から与えられる励起光によって生じた光の導波モードに起因して外部に光が出射するため、実際のプロセスは本計算とは逆のプロセスになる。図２の結果から、強度のピークが、ある特定の波長と周期との組み合わせにおいて存在することがわかる。
【００４９】
上記の計算において、周期構造の断面は、図１Ｂに示すような矩形であるものとしている。断面が矩形の構造においては、奇数次の回折光のみが発生し、偶数次の回折光は発生しない。これを確認するために、式（１０）におけるｍ＝１およびｍ＝３の条件を図示したグラフを図３に示す。図２と図３とを比較すると、予想通り図２におけるピーク位置はｍ＝１とｍ＝３に対応するところに存在することがわかる。ｍ＝１の方が強度が強いのは、３次以上の高次の回折光よりも１次の回折光の回折効率の方が高いからである。ｍ＝２のピークが存在しないのは、周期構造における回折効率が低いためである。
【００５０】
図３で示したｍ＝１およびｍ＝３のそれぞれに対応する領域内において、図２では複数のラインが存在することが確認できる。これは、導波モードが複数存在するからであると考えられる。
【００５１】
［３−２．厚さ依存性］
図４は、導波路の屈折率をｎwav＝１．８、周期構造の周期を４００ｎｍ、高さを５０ｎｍ、屈折率を１．５とし、発光波長および導波路の厚さｔを変えて正面方向に出力する光の電場の強さを計算した結果を示す図である。導波路の厚さｔが特定の値であるときに光の強さがピークに達することがわかる。
【００５２】
図４においてピークが存在する波長６００ｎｍ、厚さｔ＝２３８ｎｍ、５３９ｎｍのときに、ｘ方向に導波するモードの電場分布を計算した結果を図５Ａおよび図５Ｂにそれぞれ示す。比較のため、ピークが存在しないｔ＝３００ｎｍの場合について同様の計算を行った結果を図５Ｃに示す。計算モデルは、上記と同様、ｙ方向に均一な１次元周期構造であるとした。各図において、黒い領域ほど電場強度が高く、白い領域ほど電場強度が低いことを表している。ｔ＝２３８ｎｍ、５３９ｎｍの場合には高い電場強度の分布があるのに対して、ｔ＝３００ｎｍでは全体的に電場強度が低い。これは、ｔ＝２３８ｎｍ、５３９ｎｍの場合には、導波モードが存在し、光が強く閉じ込められているからである。また、ｔ＝２３８ｎｍの場合とｔ＝５３９ｎｍの場合とを比較すると、ｚ方向の電場の節（白い部分）の数が１つだけ異なることがわかる。これは、導波モードの次数が１だけ異なることによる効果である。さらに、ｔ＝２３８ｎｍ、５３９ｎｍの電場分布では、必ず周期構造１２０の各凸部の中心位置に電場の腹が存在することがわかる。つまり、周期構造１２０の配置に従って、導波するモードが得られていることがわかる。
【００５３】
［３−３．偏光依存性］
次に偏光依存性を確認するために、図２の計算と同じ条件で、光の偏光がｙ方向に垂直な電場成分を有するＴＥモードである場合について計算を行った。本計算の結果を図６に示す。ＴＭモードのとき（図２）に比べ、ピーク位置は多少変化しているものの、図３で示した領域内にピーク位置が納まっている。よって、本実施形態の構成は、ＴＭモード、ＴＥモードのいずれの偏光についても有効であることが確認できた。
【００５４】
［３−４．２次元周期構造］
さらに、２次元の周期構造による効果の検討を行った。図７Ａは、ｘ方向およびｙ方向の両方向に凹部および凸部が配列された２次元の周期構造１２０’の一部を示す平面図である。図中の黒い領域が凸部、白い領域が凹部を示している。このような２次元周期構造では、ｘ方向とｙ方向の両方の回折を考慮する必要がある。ｘ方向のみ、あるいはｙ方向のみの回折に関しては１次元の場合と同様であるが、ｘ、ｙ両方の成分を有する方向（斜め４５°方向）の回折も存在するため、１次元の場合とは異なる結果が得られることが期待できる。このような２次元周期構造に関して計算した結果を図７Ｂに示す。周期構造以外の計算条件は図２の条件と同じである。図７Ｂに示すように、図２に示すピーク位置に加えて、図６に示すＴＥモードにおけるピーク位置と一致するピーク位置も観測された。この結果は、２次元周期構造により、ＴＭモードの導波モードも、回折によりＴＥモードに変換されて出力されていることを示している。また、２次元周期構造については、ｘ方向およびｙ方向の両方について、同時に１次の回折条件を満足する回折も考慮する必要がある。このような回折光は、周期ｐの√２倍の周期に対応する角度の方向に出射する。よって、１次元周期構造の場合のピークに加えて、周期ｐの√２倍の周期についてもピークが発生すると考えられる。図７Ｂでは、このようなピークも確認できる。
【００５５】
２次元周期構造としては、図７Ａに示すようなｘ方向およびｙ方向の周期が等しい正方格子の構造に限らず、ｘ方向およびｙ方向の周期が異なる構造であってもよい。また、三角格子や六角格子などの他の格子構造であってもよい。
【００５６】
以上のように、本実施形態では、周期構造と導波路とによって形成される特徴的な導波モードの光を、周期構造による回折現象を利用して、正面方向にのみ選択的に出射できることが確認できた。このような構成で、導波路を発光体材料で作製し、その発光体を紫外線や青色光などの励起光で励起させることにより、指向性を有する発光が得られる。
【００５７】
［４．周期構造および導波路の構成の検討］
次に、周期構造および導波路の構成や屈折率などの各種条件を変えたときの効果について説明する。
【００５８】
［４−１．周期構造の屈折率］
まず、周期構造の屈折率に関して検討を行った。導波路の膜厚を２００ｎｍ、導波路の屈折率をｎwav＝１．８、周期構造は図１Ａに示すようなｙ方向に均一な１次元周期構造とし、高さを５０ｎｍ、周期を４００ｎｍとし、光の偏光はｙ方向に平行な電場成分を有するＴＭモードであるものとして計算を行った。発光波長および周期構造の屈折率を変えて正面方向に出力する光の強さを計算した結果を図８に示す。また、同様の条件で導波路の膜厚を１０００ｎｍにした場合の結果を図９に示す。まず、導波路の膜厚に着目すると、膜厚が２００ｎｍの場合（図８）に比べ、膜厚が１０００ｎｍの場合（図９）のほうが、周期構造の屈折率の変化に対する光強度がピークとなる波長（ピーク波長）のシフトが小さいことがわかる。これは、膜厚が小さいほど、導波モードが周期構造の屈折率の変化による導波路の有効屈折率の変化の影響を受けやすいからである。即ち、周期構造の屈折率が高いほど、有効屈折率が大きくなり、その分ピーク波長が長波長側にシフトするが、この影響は、膜厚が小さいほど顕著になる。次に、周期構造の屈折率の変化に対するピークの変化に着目すると、屈折率が高いほどピークが広がり強度が下がっていることがわかる。これは、周期構造の屈折率が高いほど導波モードの光を外部に放出するレートが高いため、光を閉じ込める効果が減少する、すなわちＱ値が低くなることが原因である。ピーク強度を高く保つためには、光を閉じ込める効果の高い、即ちＱ値の高い導波モードを利用して、適度に光を外部に放出する構成にすればよい。これを実現するためには、屈折率が導波路の屈折率に比べて大きすぎる材料を周期構造に用いるのは望ましくないことがわかる。したがって、ピーク強度およびＱ値をある程度高くするためには、周期構造を構成する誘電体の屈折率を、導波路を構成する発光材料の屈折率よりも小さくすればよい。
【００５９】
［４−２．周期構造の高さ］
次に、周期構造の高さに関して検討を行った。導波路の膜厚を１０００ｎｍ、導波路の屈折率をｎwav＝１．８、周期構造は図１Ａに示すようなｙ方向に均一な１次元周期構造で屈折率をｎp＝１．５、周期を４００ｎｍとし、光の偏光はｙ方向に平行な電場成分を有するＴＭモードであるものとして計算を行った。発光波長および周期構造の高さを変えて正面方向に出力する光の強さを計算した結果を図１０に示す。同様の条件で、周期構造の屈折率をｎp＝２．０とした場合の計算結果を図１１に示す。図１０に示す結果では、ある程度以上の高さではピーク強度やＱ値（ピークの線幅）が変化していないのに対して、図１１に示す結果では、周期構造の高さが大きいほどピーク強度およびＱ値が低下していることがわかる。これは、導波路の屈折率ｎwavが周期構造の屈折率ｎpよりも高い場合（図１０）には、光が全反射するので、導波モードの電場の染み出し（エバネッセント）部分のみが周期構造と相互作用することに起因する。電場のエバネッセント部分と周期構造との相互作用の影響は、周期構造の高さが十分大きい場合には、それ以上高さが変化しても一定である。一方、導波路の屈折率ｎwavが周期構造の屈折率ｎpよりも低い場合（図１１）は、全反射せずに周期構造の表面にまで光が到達するので、周期構造の高さが大きいほどその影響を受ける。図１１を見る限り、高さは１００ｎｍ程度あれば十分であり、１５０ｎｍを超える領域ではピーク強度およびＱ値が低下していることがわかる。したがって、ピーク強度およびＱ値をある程度高くするためには、周期構造の高さを１５０ｎｍ以下に設定すればよい。
【００６０】
［４−３．偏光方向］
次に、偏光方向に関して検討を行った。図９に示す計算と同じ条件で、光の偏光がｙ方向に垂直な電場成分を有するＴＥモードであるものとして計算した結果を図１２に示す。ＴＥモードでは、導波モードの電場の染み出しがＴＭモードに比べて大きいため、周期構造による影響を受けやすい。よって、周期構造の屈折率ｎpが導波路の屈折率ｎwavよりも大きい領域では、ピーク強度およびＱ値の低下がＴＭモードよりも著しい。
【００６１】
［４−４．導波路の屈折率］
次に、導波路の屈折率に関して検討を行った。図９に示す計算と同様の条件で、導波路の屈折率ｎwavを１．５に変更した場合の結果を図１３に示す。導波路の屈折率ｎwavが１．５の場合においても概ね図９と同様の効果が得られていることがわかる。ただし、波長が６００ｎｍ以上の光は正面方向に出射していないことがわかる。これは、式（１０）より、λ0＜ｎwav×ｐ／ｍ＝１．５×４００ｎｍ／１＝６００ｎｍとなるからである。
【００６２】
以上の分析から、周期構造の屈折率は導波路の屈折率よりも小さくするか、周期構造の屈折率が導波路の屈折率と同等またはそれ以上の場合には、高さを１５０ｎｍ以下にすれば、ピーク強度およびＱ値を高くできることがわかる。
【００６３】
［５．変形例］
以下、本実施形態の変形例を説明する。
【００６４】
［５−１．基板を有する構成］
上述のように、発光素子は、図１Ｃおよび図１Ｄに示すように、透明基板１４０の上に導波路１１０および周期構造１２０が形成された構造を有していてもよい。このような発光素子１００ａを作製するには、まず、透明基板１４０上に導波路１１０を構成する発光材料で薄膜を形成し、その上に周期構造１２０を形成する方法が考えられる。このような構成において、導波路１１０と周期構造１２０とにより、光を特定の方向に出射する機能をもたせるためには、透明基板１４０の屈折率ｎsに注意する必要がある。透明基板１４０を導波路１１０に接するように設けた場合、式（１０）における出射媒質の屈折率ｎoutをｎsとした式（１５）を満足するように周期ｐを設定する必要がある。
【００６５】
このことを確認するために、屈折率が１．５の透明基板１４０の上に、図２に示す計算と同じ条件の導波路１１０および周期構造１２０を設けた場合の計算を行った。本計算の結果を図１４に示す。図２の結果と同様、波長ごとに特定の周期において光強度のピークが現れることが確認できるが、ピークが現れる周期の範囲が図２の結果とは異なることがわかる。これに対して、式（１０）の条件をｎout＝ｎsとした式（１５）の条件を図１５に示す。図１４において、図１５に示される範囲に対応する領域内に、光強度のピークが現れていることがわかる。
【００６６】
したがって、透明基板１４０上に導波路１１０と周期構造１２０とを設けた発光素子１００ａでは、式（１５）を満足する周期ｐの範囲において効果が得られ、式（１３）を満足する周期ｐの範囲において特に顕著な効果が得られる。
【００６７】
［５−２．励起光源を有する発光装置］
図１６は、図１Ａ、１Ｂに示す発光素子１００と、励起光を発光体１１０に入射させる光源１８０とを備える発光装置２００の構成例を示す図である。上述のように、本開示の構成では、発光体材料で作製した発光体を紫外線や青色光などの励起光で励起させることにより、指向性をもつ発光が得られる。そのような励起光を出射するように構成された光源１８０を設けることにより、指向性をもつ発光装置２００を実現できる。光源１８０から出射される励起光の波長は、典型的には紫外または青色領域の波長であるが、これらに限らず、発光体１１０を構成する発光材料に応じて適宜決定される。なお、図１６では、光源１８０が発光体１１０の側面から励起光を入射させるように描かれているが、このような例に限定されず、例えば、発光体１１０の背面や斜めから励起光を入射させてもよい。
【００６８】
励起光を導波モードに結合させることで、効率よく光を出射させる方法もある。図１７は、そのような方法を説明するための図である。この例では、図１Ｃ、１Ｄに示す構成と同様、透明基板１４０上に層状の発光体１１０および周期構造１２０が形成されているものとする。まず、図１７（ａ）に示すように、発光増強のためにｘ方向の周期ｐxを決定し、続いて、図１７（ｂ）に示すように、励起光を導波モードに結合させるためにｙ方向の周期ｐyを決定する。周期ｐxは、式（１０）においてｐをｐxに置き換えた条件を満足するように決定される。一方、周期ｐyは、ｍを１以上の整数、励起光の波長をλex、発光体１１０に接する媒質のうち、周期構造１２０を除く最も屈折率の高い媒質の屈折率をｎoutとして、以下の式（１６）を満足するように決定される。
【数２１】
2015179657.tif 000023
【００６９】
ここで、ｎoutは、図１７の例では透明基板１４０のｎsであるが、図１６のように透明基板１４０を設けない構成では、空気の屈折率（約１．０）である。
【００７０】
特に、ｍ＝１として、次の式（１７）を満足するように周期ｐｙを決定すれば、励起光を導波モードに変換する効果をより高くすることができる。
【数２２】
2015179657.tif 000024
【００７１】
このように、式（１６）の条件（特に式（１７）の条件）を満足するように周期ｐｙを設定することで、励起光を導波モードに変換することができる。その結果、発光体１１０の薄膜に効率的に光を吸収させることができ、波長λexの光についても外部に出射させることができる。
【００７２】
図１７（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、図１７（ａ）、（ｂ）に示す構造に対して光を入射したときに光が吸収される割合を波長ごとに計算した結果を示す図である。この計算では、ｐx＝３６５ｎｍ、ｐy＝２６５ｎｍとし、発光体１１０からの発光波長λを約６００ｎｍ、励起光の波長λexを約４５０ｎｍ、発光体１１０の消衰係数は０．００３としている。図１７（ｄ）に示すように、発光体１１０から生じた光だけでなく、励起光である約４５０ｎｍの光に対して高い吸収率を示している。これは、入射した光が効果的に導波モードに変換されることで、発光体に吸収される割合を増大させることができているためである。また、発光波長である約６００ｎｍに対しても吸収率が増大しているが、これは、もし約６００ｎｍの波長の光をこの構造に入射した場合には、同様に効果的に導波モードに変換されるということである。よって、もし波長が約６００ｎｍの光が発生した場合は、この逆の過程が起き、導波モードが効果的に伝播光に変換されるということになる。
【００７３】
このように、図１７（ｂ）に示す周期構造１２０は、ｘ方向およびｙ方向のそれぞれに周期の異なる構造（周期成分）を有する２次元周期構造である。このように、複数の周期成分を有する２次元周期構造を用いることにより、励起効率を高めつつ、出射強度を高めることが可能になる。なお、図１７（ｃ）、（ｄ）では励起光を基板側から入射しているが、周期構造側から入射しても同じ効果が得られる。
【００７４】
さらに、複数の周期成分を有する２次元周期構造としては、図１８Ａまたは図１８Ｂに示すような構成を採用してもよい。図１８Ａに示すように六角形の平面形状を有する複数の凸部を周期的に並べた構成や、図１８Ｂに示すように三角形の平面形状を有する複数の凸部を周期的に並べた構成とすることにより、周期とみなすことのできる複数の主軸（図の例では軸１〜３）を定めることができる。このため、それぞれの軸方向について異なる周期を割り当てることができる。これらの周期の各々を、複数の波長の光の指向性を高めるために設定してもよいし、励起光を効率よく吸収させるために設定してもよい。いずれの場合も、式（１０）に相当する条件を満足するように各周期が設定される。
【００７５】
［５−３．透明基板上の周期構造］
図１９Ａおよび図１９Ｂに示すように、透明基板１４０上に周期構造１２０ａを形成し、その上に発光体１１０を設けてもよい。図１９Ａの構成例では、基板１４０上の凹凸からなる周期構造１２０ａに追従するように発光体１１０が形成された結果、発光体１１０の表面にも同じ周期の周期構造１２０ｂが形成されている。一方、図１９Ｂの構成例では、発光体１１０の表面は平坦になるように処理されている。これらの構成例においても、周期構造１２０ａの周期ｐを式（１５）を満足するように設定することにより、指向性発光を実現できる。
【００７６】
この効果を検証するため、図１９Ａの構成において、発光波長および周期構造の周期を変えて正面方向に出力する光の強さを計算した。ここで、発光体１１０の膜厚を１０００ｎｍ、発光体１１０の屈折率をｎwav＝１．８、周期構造１２０ａはｙ方向に均一な１次元周期構造で高さを５０ｎｍ、屈折率をｎp＝１．５、周期を４００ｎｍとし、光の偏光はｙ方向に平行な電場成分を有するＴＭモードであるものとした。本計算の結果を図１９Ｃに示す。本計算においても、式（１５）の条件を満足する周期で光強度のピークが観測された。
【００７７】
［５−４．紛体］
以上の実施形態によれば、周期構造の周期や、導波路の膜厚を調整することで任意の波長の発光を強調することができる。例えば、広い帯域で発光する発光材料を用いて図１Ａ、１Ｂのような構成にすれば、ある波長の光のみを強調することが可能である。よって、図１Ａ、１Ｂのような発光体の構成を粉末状にして、蛍光体として利用してもよい。また、図１Ａ、１Ｂのような発光体を樹脂やガラスなどに埋め込んで利用してもよい。
【００７８】
図１Ａ、１Ｂのような単体の構成では、ある特定の波長しか特定の方向に出射できないため、例えば広い波長域のスペクトルを持つ白色などの発光を実現することは難しい。そこで、図２０に示すように周期構造の周期や導波路の膜厚などの条件の異なる複数の粉末状の発光素子１００を混ぜたものを用いることにより、広い波長域のスペクトルを持つ発光装置を実現できる。この場合、個々の発光素子１００の一方向のサイズは、例えば数μｍ〜数ｍｍ程度であり、その中に例えば数周期〜数百周期の１次元または２次元の周期構造を含み得る。
【００７９】
［５−５．周期の異なる構造を配列］
図２１は、導波路（発光体）の上に周期の異なる複数の周期構造を２次元に配列した例を示す平面図である。この例では、３種類の周期構造１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃが隙間なく配列されている。周期構造１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは、例えば、赤、緑、青の波長域の光をそれぞれ正面に出射するように周期が設定されている。このように、導波路の上に周期の異なる複数の構造を並べることによっても広い波長域のスペクトルをもつ指向性発光体を実現できる。なお、複数の周期構造の構成は、上記のものに限定されず、任意に設定してよい。
【００８０】
［５−６．積層構造］
図２２は、表面に凹凸構造が形成された複数の発光体１１０が積層された構造を有する発光素子の一例を示している。複数の発光体１１０の間には、透明基板１４０が設けられ、各層の発光体１１０の表面に形成された凹凸構造が上記の周期構造に相当する。図２２に示す例では、３層の周期の異なる周期構造が形成されており、それぞれ、赤、青、緑の波長域の光を正面に出射するように周期が設定されている。また、各周期構造の周期に対応する色の光を発するように各層の発光体１１０の材料が選択されている。このように、周期の異なる複数の周期構造を積層することによっても、広い波長域のスペクトルを持つ発光体を実現できる。
【００８１】
なお、層数や各層の発光体１１０および周期構造の構成は上記のものに限定されず、任意に設定してよい。例えば２層の構成では、透光性の基板を介して第１の発光体と第２の発光体とが対向するように形成され、第１および第２の発光体の表面に、それぞれ第１および第２の周期構造が形成されることになる。この場合、第１の発光体および第１の周期構造の対と、第２の発光体および第２の周期構造の対のそれぞれについて、式（１５）に相当する条件を満足していればよい。３層以上の構成においても同様に、各層における発光体および周期構造について、式（１５）に相当する条件を満足していればよい。発光体と周期構造との位置関係が図２２に示すものとは逆転していてもよい。図２２に示す例では、各層の周期が異なっているが、これらを全て同じ周期にしてもよい。その場合、スペクトルを広くすることはできないが、発光強度を大きくすることができる。
【００８２】
［５−７．保護層を有する構成］
図２３は、発光体１１０と周期構造１２０との間に保護層１５０を設けた構成例を示す断面図である。このように、発光体１５０を保護するための保護層１５０を設けても良い。ただし、保護層１５０の屈折率が発光体１１０の屈折率よりも低い場合は、保護層１５０の内部に波長の半分程度しか光の電場が染み出さない。よって、保護層１５０が波長よりも厚い場合には、周期構造１２０に光が届かないため、光を特定方向に放出する機能を得ることができない。保護層１５０の屈折率が発光体１１０の屈折率と同程度あるいはそれ以上の場合には、保護層１５０の内部にまで光が到達するので、保護層１５０に厚みの制約は無い。ただし、その場合でも、導波路部分の材料の大部分を発光体１１０で形成したほうが大きな光の出力が得られるので、やはり保護層１５０は薄いほうが望ましい。
【００８３】
［６．材料および製造方法］
以上のような条件を満たす材料で導波路および周期構造を構成すれば、指向性発光を実現できる。導波路には発光材料を用いるが、周期構造には任意の材料を用いることができる。しかしながら、導波路や周期構造を形成する媒質の光吸収性が高いと、光を閉じ込める効果が低化し、ピーク強度およびＱ値が低下する。よって、導波路および周期構造を形成する媒質として、光吸収性の比較的低いものが用いられ得る。
【００８４】
周期構造の材料としては、例えば、光吸収性の低い誘電体が使用され得る。周期構造の材料の候補としては、例えば、ＭｇＦ（フッ化マグネシウム）、ＬｉＦ（フッ化リチウム）、ＣａＦ2（フッ化カルシウム）、ＳｉＯ2（石英）、ガラス、樹脂、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＴｉＯ２（酸化チタン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、Ｔａ2Ｏ5（五酸化タンタル）、ＺｒＯ2（ジルコニア）、ＺｎＳｅ（セレン化亜鉛）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）などが挙げられる。ただし、前述のとおり周期構造の屈折率を発光体の屈折率よりも低くする場合、屈折率が１．３〜１．５程度であるＭｇＦ、ＬｉＦ、ＣａＦ2、ＳｉＯ2、ガラス、樹脂を好適に用いることができる。
【００８５】
発光体の材料としては、蛍光体や、量子ドット、その他の色素が挙げられる。一般に、無機材料をホストとする蛍光体は屈折率が高い傾向にある。青色に発光する蛍光体としては、例えば、Ｍ10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+（Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種）、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ2+、Ｍ3ＭｇＳｉ2Ｏ8：Ｅｕ2+（Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種）、Ｍ5ＳｉＯ4Ｃｌ6：Ｅｕ2+（Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種）を用いることができる。緑色に発光する蛍光体としては、例えば、Ｍ2ＭｇＳｉ2Ｏ7：Ｅｕ2+（Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種）、ＳｒＳｉ5ＡｌＯ2Ｎ7：Ｅｕ2+、ＳｒＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+、ＢａＡｌ2Ｏ4：Ｅｕ2+、ＢａＺｒＳｉ3Ｏ9：Ｅｕ2+、Ｍ2ＳｉＯ4：Ｅｕ2+(Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種)、ＢａＳｉ3Ｏ4Ｎ2：Ｅｕ2+Ｃａ8Ｍｇ（ＳｉＯ4）4Ｃｌ2：Ｅｕ2+、Ｃａ3ＳｉＯ4Ｃｌ2：Ｅｕ2+、ＣａＳｉ12-(m+n)Ａｌ(m+n)ＯnＮ16-n：Ｃｅ3+、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ2+を用いることができる。赤色に発光する蛍光体としては、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+、ＳｒＡｌＳｉ4Ｏ7：Ｅｕ2+、Ｍ2Ｓｉ5Ｎ8：Ｅｕ2+(Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種)、ＭＳｉＮ2:Ｅｕ2+(Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種)、ＭＳｉ2Ｏ2Ｎ2:Ｙｂ2+(Ｍ＝ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種)、Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+,Ｓｍ3+、Ｌａ2Ｏ2Ｓ:Ｅｕ3+,Ｓｍ3+、ＣａＷＯ4:Ｌｉ1+,Ｅｕ3+,Ｓｍ3+、Ｍ2ＳｉＳ4：Ｅｕ2+(Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種)、Ｍ3ＳｉＯ5：Ｅｕ2+(Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種)を用いることができる。黄色に発光する蛍光体としては、例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ3+、ＣａＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+、Ｃａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ3+、ＣａＳｃ2Ｏ4：Ｃｅ3+、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ2+、ＭＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ2+(Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種)、Ｍ7（ＳｉＯ3）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+(Ｍ＝Ｂａ，ＳｒおよびＣａから選ばれる少なくとも１種)を用いることができる。
【００８６】
量子ドットについては、例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、コア・シェル型ＣｄＳｅ／ＺｎＳ、合金型ＣｄＳＳｅ／ＺｎＳなどの材料を用いることができ、材質によって様々な発光波長を得ることができる。
【００８７】
図１Ｃ、１Ｄなどに示す透明基板１４０は、導波路１１０の屈折率よりも低い透光性材料によって構成される。そのような材料として、例えば、ＭｇＦ（フッ化マグネシウム）、ＬｉＦ（フッ化リチウム）、ＣａＦ2（フッ化カルシウム）、ＳｉＯ2（石英）、ガラス、樹脂が挙げられる。
【００８８】
続いて、製造方法の一例を説明する。
【００８９】
図１Ｃ、１Ｄに示す構成を実現する方法として、例えば、透明基板１４０上に蛍光体を蒸着、スパッタリング、塗布などの工程によって発光体１１０の薄膜を形成し、その後、誘電体を成膜し、フォトリソグラフィなどの方法によってパターニングすることによって周期構造１２０を形成する方法がある。上記方法の代わりに、ナノインプリントによって周期構造１２０を形成してもよい。また、図２４に示すように、発光体１１０の一部のみを加工することによって周期構造１２０を形成してもよい。その場合、周期構造１２０は発光体１１０と同じ材料で形成されることになる。
【００９０】
図１Ａ、１Ｂに示す発光素子１００は、例えば、図１Ｃ、１Ｄに示す発光素子１００ａを作製した後、基板１４０から導波路１１０および周期構造１２０の部分を剥がす工程を行うことで実現可能である。
【００９１】
図１９Ａに示す構成は、例えば、透明基板１４０上に半導体プロセスやナノインプリントなどの方法で周期構造１２０ａを形成した後、その上に発光体１１０を構成する材料を蒸着やスパッタリングなどの方法で形成することによって実現可能である。あるいは、塗布などの方法を用いて周期構造１２０ａの凹部を発光体１１０で埋め込むことによって図１９Ａに示す構成を実現することもできる。
【００９２】
なお、上記の製造方法は一例であり、本開示の発光素子は上記の製造方法に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
本開示の発光素子によれば、指向性を有する発光装置を実現できるため、例えば、照明、ディスプレイ、プロジェクターといった光学デバイスに適用可能である。
【符号の説明】
【００９４】
１００、１００ａ    発光素子
１１０    発光体（導波路）
１２０、１２０’、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ    周期構造
１４０    透明基板
１５０    保護層
１８０    光源
２００    発光装置
【図１Ａ】
2015179657.tif 000029
【図１Ｂ】
2015179657.tif 000030
【図１Ｃ】
2015179657.tif 000031
【図１Ｄ】
2015179657.tif 000032
【図２】
2015179657.tif 000033
【図３】
2015179657.tif 000034
【図４】
2015179657.tif 000035
【図５Ａ】
2015179657.tif 000036
【図５Ｂ】
2015179657.tif 000037
【図５Ｃ】
2015179657.tif 000038
【図６】
2015179657.tif 000039
【図７Ａ】
2015179657.tif 000040
【図７Ｂ】
2015179657.tif 000041
【図８】
2015179657.tif 000042
【図９】
2015179657.tif 000043
【図１０】
2015179657.tif 000044
【図１１】
2015179657.tif 000045
【図１２】
2015179657.tif 000046
【図１３】
2015179657.tif 000047
【図１４】
2015179657.tif 000048
【図１５】
2015179657.tif 000049
【図１６】
2015179657.tif 000050
【図１７】
2015179657.tif 000051
【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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