CN102405424B - 薄片及发光装置 - Google Patents

Abstract

一种通过使一侧的面与发光体邻接所使用的透明的薄片，其中，薄片的另一侧的面被分割成内切最大圆直径为0.2μm以上1.5μm以下的多个微小区域δ，并且各微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的两个以上所邻接且围绕。多个微小区域δ由从多个微小区域δ中以40％以上98％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ_b和除此以外的多个微小区域δ_a构成，在微小区域δ_a配置有厚度为d且有效折射率为n_a的第一微小体，在微小区域δ_b配置有厚度为d且有效折射率为比n_a大的n_b的第二微小体。

Description

薄片及发光装置

技术领域

本发明涉及一种通过使其一侧的面与发光体邻接所使用的透明的薄片以及使用该薄片的发光装置。

背景技术

图1表示使用了通常的有机电致发光元件(有机EL元件)的发光装置的剖面结构和光的传播状况。在基板101之上，顺次层叠有电极102、发光层103、透明电极104，在透明电极104之上载置有透明基板105。通过在电极102、透明电极104之间施加电压，由发光层103的内部的点S发光，且该光直接或在经电极102反射后透过透明电极104，并在透明基板105的表面上的点P相对于表面的面法线以角度θ入射，并且在该点发生折射后出射到空气层106侧。

若透明基板105的折射率为n’₁，则入射角θ比临界角θ_c＝sin^-1(1/n’₁)大时，全反射就发生。例如以θc以上的角度在透明基板105的表面上的点Q所入射的光就发生全反射，不会出射到空气层106侧。

图2(a)、(b)是说明在上述发光装置中透明基板105具有多层构造的假设情况下的光引出效率的说明图。在图2(a)中，将发光层103的折射率设为n’_k，空气层106的折射率设为n₀，介于发光层103与空气层106之间的多个透明层的折射率从靠近发光层103的一侧起设为n’_k-1、n’_k-2…、n’₁，从发光层3内的点S发出的光的传播方位(与折射面的面法线的夹角)设为θ’_k，各折射面的折射角依次设为θ’_k-1、θ’_k-2…、θ’₁、θ₀，则根据斯涅耳定律(Snell′s law)下式成立。

n’_k×sinθ’_k＝n’_k-1×sinθ’_k-1＝…＝n’₁×sinθ’₁＝n₀×sinθ₀(式1)

因此，下式成立。

sinθ’_k＝sinθ₀×n₀/n’_k(式2)

其结果为(式2)表达的是，只与发光层103直接接触空气层106时的斯涅耳定律有关，而与介于其间的透明层的折射率无关，在θ’k≥θ_c＝sin^-1(n₀/n’_k)时就发生全反射。

图2(b)模式化地表示从发光层103引出的光的范围。引出的光被包含在：以发光点S为顶点且以临界角θ_c的2倍为顶角并以沿着折射面的面法线的z轴为中心轴的两对圆锥体107、107’的内部。如果来自点S的发光在全方位放射等强度的光、且折射面的透射率在临界角以内的入射角下为100％，则从发光层103的引出效率η等于由圆锥体107、107’切去球面108的面积对球面108的表面积的比，能够由下式表达。

η＝1-cosθ_c(式3)

还有，因为临界角以内的透射率达不到100％，所以实际引出效率η比1-cosθ_c小。另外，作为发光元件的总效率为发光层的发光效率乘以上述引出效率η的值。

对于上述的机理，在专利文献1中所公开的发明记述是基于如下原理：在有机EL元件中，出于使在光从透明基板向大气射出时的在透明基板表面的全反射得以抑制的目的，在基板界面和内部的面或反射面形成衍射光栅，使光对光引出面的入射角发生变化，由此提高光的引出效率。

另外在专利文献2中记述有：为了提供光引出效率良好的平面发光装置，在有机EL元件中，于透明基板的表面形成多个透明的突起物，从而能够防止在透明基板和空气的界面发生光的反射。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：特开平11-283751号公报

专利文献2：特开2005-276581号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

然而，在上述这样的现有发光装置中存在以下的问题。

在图1所示的使用了现有的有机EL元件的发光装置中，来自发光层103的光引出效率η最大也不会超过1-cosθ_c，如果发光层103的折射率被决定，则光引出效率的最大值也就被毫无疑义地限制。例如在(式2)中，若n₀＝1.0、n’_k＝1.457，则临界角θ_c＝sin^-1(n₀/n’_k)＝43.34度，光引出效率的最大值小至1-cosθ_c＝0.273左右，n’_k＝1.70时则降低至0.191左右。

另外，在专利文献1所公开的技术中，虽然能够确实地引出应该变成全反射的光，但也有其相反的一面。即，虽然存在在没有衍射光栅层的假设情况下从发光层内的点出射的光在透明基板的折射面(出射面)以比临界角小的角度入射而发生透射、折射的情形，但在有衍射光栅层因此而发生衍射时，也存在相对于折射面的入射角超过临界角而发生全反射的情形。因此，专利文献1所公开的技术无法保证光引出效率的提高。此外在专利文献1所公开的技术中，在全部的光线一律地规定量的方位移动的衍射光会发生。包含有这样的衍射光的光，由于方位导致光强度有所分布，由于规定量的移动幅度依存于出射光的波长，因此存在因方位造成的色失衡。

另外在专利文献1所公开的发光装置中，从外界(空气层侧)入射的光由透明基板的表面有规则性地反射，而对于从发光层引出的光来说则构成干扰(所谓映射：映り込み)，因此需要对透明基板的表面进行防反射膜等的光学处理，这抬高了制品成本。

另一方面，专利文献2所公开的发光装置中，其目的在于防止折射面的光发生反射，而这一构造带来的光引出效率的改善很小，不过一、两成左右。

用于解决技术问题的技术手段

本发明鉴于这一点而做，其目的在于，提供一种薄片和发光装置，其中，使临界角以上的向透明基板入射的光也出射，从而实现光引出效率的大幅的提高，并且还能够防止映射，抑制因方位造成的光强度的分布和色失衡的发生。

为了解决上述的课题，本发明的薄片，是通过使一侧的面与发光体邻接所使用的透明的薄片，其中，所述薄片的另一侧的面被分割成内切最大圆直径为0.2μm以上1.5μm以下的多个微小区域δ，并且各微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的两个以上所邻接且围绕，所述多个微小区域δ由从所述多个微小区域δ中以40％以上98％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ_b和除此以外的多个微小区域δ_a构成，在所述微小区域δ_a中，配置有厚度为d且有效折射率为n_a的第一微小体，在所述微小区域δ_b中，配置有厚度为d且有效折射率为比n_a大的n_b的第二微小体。

根据这样的构成，从发光体通过薄片内部而入射到薄片的另一侧的面的光，即使以相对于另一侧的面的面法线为临界角以上的角度入射，也能够通过由在另一侧的面上所设置的微小区域所形成的表面构造来防止全反射发生，不仅使该光的一部分出射到外部，并且在由另一侧的面反射到发光体一方的光也经过发光体内部的反射而再度入射到薄片的另一侧的面时就不会发生全反射而使一部分向外部出射。

本发明的发光装置，其具有发光体和在所述发光体的发光面上所设置的透明的保护层，其中，所述保护层的与所述发光面邻接的面相反侧的面，被分割成内切最大圆直径为0.2μm以上1.5μm以下的多个微小区域δ，并且各微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的两个以上所邻接且围绕，所述多个微小区域δ由从所述多个微小区域δ中以40％以上98％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ_b和除此以外的多个微小区域δ_a构成；在所述微小区域δ_a中，配置有厚度为d且有效折射率为n_a的第一微小体；在所述微小区域δ_b中，配置有厚度为d且有效折射率为比n_a大的n_b的第二微小体。

根据以上，因为使超过了临界角的光的引出得以反复进行，所以可以大幅地改善光引出效率。此外，因为成为在随机的构造下的衍射，所以衍射方位没有规则性，可以抑制映射和方位造成的光强度的分布和色失衡的发生。

附图说明

图1是表示有机电致发光元件的剖面结构和光的传播的状况的说明图。

图2(a)是说明多层构造的透明基板的图，(b)是说明可引出的光的范围的图。

图3(a)是表示折射率的阶跃状的变化的图，(b)是表示折射率平稳的变化的图，(c)是表示折射面的入射角和透射率的关系的图，(d)是表示折射面的图。

图4(a)是表示在界面具备有着周期性的构造的衍射光栅的发光装置的剖面的图，(b)是表示(a)的上表面的图。

图5是说明基于衍射光栅的衍射方位的说明图。

图6(a)是表示在表面具有随机配置的突起的发光装置的剖面的图，(b)是表示(a)的上表面的图。

图7(a)～(h)是说明在折射面的光的场的境界条件的图。

图8(a)是配置有针孔(pinhole)的图，(b)是配置有移相器(phaseshifter)的图。

图9是表示随机配置有180度移相器的折射面的入射角所对应的透射率的图。

图10是表示随机配置有180度移相器的折射面的入射角所对应射率的实验说明图。

图11是用于测量入射角所对应的透射率的实验装置的结构图。

图12是表示在第一实施方式中的有机电致发光元件的剖面结构与光的传播状况的图。

图13(a)是第一实施方式中的表面构造的局部放大图，(b)是更宽范围的图案图。

图14(a)～(d)是表示从第一实施方式中的表面构造所出射的光的视场角依存性的说明图。

图15(a)～(d)是表示从第一实施方式中的表面构造所出射的光的视场角依存性的说明图。

图16是表示第一实施方式中的表面构造的透射率t的入射角依存性的说明图，(a)是表示第一次的透射率的入射角的依存性的说明图，(b)是表示第二次的透射率的入射角的依存性的说明图。

图17是表示第一实施方式中的表面构造的透射率t的入射角依存性的实验说明图。

图18是表示第一实施方式中的表面构造的引出光量的入射角依存性的说明图，(a)是表示第一次的引出光量的入射角依存性的说明图，(b)是表示第二次的引出光量的入射角依存性的说明图。

图19(a)、(b)是表示第一实施方式中的表面构造的光引出效率的说明图。

图20是表示具有调整层的发光装置的剖面的图。

图21是表示在与调整层的界面也设置了表面构造的发光装置的剖面的图。

图22(a)是表示第二实施方式中的表面构造的光引出效率的说明图，(b)是表示第三实施方式中的表面构造的光引出效率的说明图。

图23是表示第二实施方式中的引出效率的说明图。

图24(a)～(e)是至决定第四实施方式中的表面构造的图案为止的说明图。

图25(a)是表示第六实施方式的第一表面构造的图，(b)是表示第二表面构造的图。

图26(a)是表示第八实施方式的剖面图，(b)是第八实施方式的俯视图。

图27(a)是表示第八实施方式的具体构造的剖面图，(b)是沿(a)所示的虚线A的切断面的俯视图。

图28是表示第八实施方式的透射率t的入射角依存性的图。

图29是表示第八实施方式的外壳层109为0.1μm时的光引出效率与尺寸d的关系的图。

图30是表示使第八实施方式的直径比率变化时的光引出效率与尺寸d的关系的图。

图31(a)是表示第八实施方式的另一具体构造的剖面图，(b)是沿(a)所示的虚线A的切断面的俯视图。

图32(a)是第八实施方式的其他图案的剖面图，(b)是第八实施方式的其他图案的A切断面的俯视图。

图33(a)和(b)是表示其他实施方式中的有机电致发光元件的剖面结构和光的传播状况的说明图。

图34是表面构造呈棋盘格状的图案图。

图35是表示图34所示的表面构造的透射率t的入射角依存性的说明图。

图36(a)、(b)是表示从棋盘格图案表面构造所出射的光的视场角依存性的说明图。

图37(a)～(c)是说明突起物的随机的配置的方法的说明图。

具体实施方式

在说明本申请发明的实施方式之前，说明在专利文献1和专利文献2等先行例的基础上直至本申请发明的研究经过。

图3是说明折射面(透明层表面和空气层的界面)的透射率的说明图。从折射率1.5的透明层107的内部沿着纸面方向以角度θ入射到透明层107的折射面107a、且在空气侧(折射率1.0)发生折射的光的透射率，与光的偏振状态有关联。通常来说，沿着折射面107a邻域的面法线的折射率分布，为图3(a)所示这种阶跃状，因此P偏振光(电场矢量与纸面平行的振动部分)示出曲线108a的透射率特性，S偏振光(电场矢量与纸面正交的振动部分)示出曲线108b的透射率特性。虽然两者在入射角为临界角(＝41.8度)以下的特性有所不同，但若超过临界角则均变为0。

另一方面，在将透明层107的表层部分形成为多层构造而折射率分布成为图3(b)所示这样的锥形状的假定下，P偏振光显示出曲线108A的透射率特性，S偏振光显示出曲线108B的透射率特性。虽然若超过临界角则均变为0这一点没有改变，但在临界角以下的透射率接近100％，近似于以临界角为界的阶跃函数的形状。在图3(b)中，是在折射率从1.5到1.0为止将呈0.01的偏差的厚度0.01μm的膜层叠50层的构造下进行了计算，但获得了在厚度方向的折射率变化的梯度平缓的情形下，P偏振光、S偏振光的差异消失，入射角所对应的透射率的曲线近似于阶跃函数的结果。

为了不发生全反射，需要筹划的是使入射折射面的光的入射角处于临界角以下。作为这一筹划的方法之一，以专利文献1为例，对于图4所示的发光装置进行了探讨，该发光装置中使用了在透明基板205和透明电极204的界面设有衍射光栅209的有机EL元件。

如图4(a)所示，在基板201上，顺次层叠电极202、发光层203、透明电极204、衍射光栅层209，在衍射光栅层209之上设有透明基板205。衍射光栅层209在与透明基板205之间具有x方向、y方向均为间距Λ的凹凸周期构造，凸部的形状为图4(b)所示的这种宽w的正方形、且该凸部排列成千鸟格状。在电极202、透明电极204之间施加电压，由发光层203的内部的点S发光，该光直接地或在经电极202反射后透过透明电极204、且透过衍射光栅层209并进行衍射。例如，在从点S出射的光210a在衍射光栅层209中不发生衍射而是直线行进的假定情况下，如光210b这样在透明基板205的折射面205a以临界角以上的角度入射并发生全反射，但实际上因为在衍射光栅层209中发生衍射，所以能够如光210c这样、对折射面205a的入射角会比临界角小而将其透过。

根据图5说明基于上述的衍射光栅的衍射方位。考察从折射率n_A的透明层207的内部沿纸面方向在透明层207的折射面207a上的点O以角度θ入射、且在折射率n_B的透明层206侧衍射的波长λ的光。在折射面207a形成有沿纸面为间距Λ的衍射光栅。在纸面上绘制以点O为中心的半径n_A的圆211和半径n_B的圆212。使入射矢量210i(以圆211的圆周上为起点且以角度θ朝向点O的矢量)的向折射面207a的正投影矢量(从垂足A朝向点O的矢量)设为210I，并且将以点O为起点在圆212的圆周上具有终点的矢量210r按照使其正投影210R与矢量210I等同的方式进行绘制。考察以垂足C为起点、量值qλ/Λ的矢量(光栅矢量)。其中，q为衍射级次(整数)。图中绘制着q＝1时的矢量210D，并且以其终点B为垂足、且以点O为起点在圆212的圆周上具有终点的矢量210d被绘制。根据绘图的方法，矢量210r的方位角(与折射面法线的夹角)由下式代表。

(式4)

这就是斯涅耳定律。另一方面，赋予衍射光线的方位的矢量210d的方位角(与折射面法线的夹角)由下式代表。

(式5)

其中，图5这一情况中的角因为跨过z轴(通过点O的折射面法线)，所以由负数定义。

即，衍射光线会从折射光线按qλ/Λ的量进行方位移动。在图4中，在不发生衍射的假设下的光线210b相当于折射光线，所衍射的光线210c从光线210b按qλ/Λ的量进行方位移动，从而避免在折射面205a上的全反射。因此也认为，因为能够将本应全反射的光引出，所以与不具有衍射光栅层的有机EL发光装置相比，可以预见光引出效率的提高。

然而，在考察图4(a)中从点S出射的光210A的情况下，发现以下问题。若假定光210A在衍射光栅层209中不发生衍射而直线行进，则如光210B这样会在透明基板205的折射面205a以临界角以下的角度入射、且在折射面205a发生折射并透过，但实际上因为在衍射光栅层209中发生衍射，所以如光210C这样、对折射面205a的入射角会比临界角大，且在折射面205a以临界角以上的角度入射就发生全反射。如此，即使设置衍射光栅层209，也未必能够保证光引出效率的提高。

另外，在使用了图4所示的有机EL元件的发光装置中，会发生关于全部的光线一律按qλ/Λ的量进行了方位移动的衍射光。包含这样的衍射光的光，由于方位导致光强度上有所分布，因为移动幅度qλ/Λ依存于出射光的波长λ，所以由于光出射的方位而存在色失衡。即，根据观看方向而会看到不同颜色的光，其当然不适合显示器用途，即使作为光源也不妥当。

其次，以专利文献2为例，对于图6所示的、使用了在透明基板305的表面设置突起物315的有机EL元件的发光装置进行研究。如图6(a)所示，在基板301之上，顺次层叠电极302、发光层303、透明电极304、透明基板305，在透明基板305的表面305a形成多个突起物315。突起物315为宽w、高h的四角柱形状，如图6(b)所示，配置在透明基板表面305a上随机的位置。w的大小处于0.4～20μm的范围，h的大小处于0.4～10μm的范围，这样的突起物315以5000～1000000个/mm²的范围的密度形成。在电极302、透明电极304之间施加电压，由发光层303的内部的点S发光，该光310d直接地或在经电极302反射后透过透明电极304，其一部分通过突起物315如310f这样被引出到外界。实际的突起物315不仅能够通过侧面蚀刻(side etching)按照越靠近前端就越细的方式进行加工，并且因为即使不实施侧面蚀刻而有效折射率也可取透明基板305和空气的中间附近的值，所以可等效地使折射率分布平缓地变化。因此所形成的分布接近于图3(b)所示的这种折射率分布，所以利用突起物315能够部分地防止310e所示的这种光的反射，结果是能够提高光的引出效率。另外，即使突起物315的尺寸设定为波长以上，因为突起物315是随机排列，所以仍能够抑制引出的光的干涉。

然而，图6所示的构造的发光装置中，若突起物的效果在于专利文献2之中所主张的反射防止，则根据图3(c)的曲线108a、108b和曲线108A、108B的比较可知，透射率的提高仅限于临界角以下的光，光的引出效率的改善停留在一、二成左右，看不到很大的改善。

进行以上这样的研究并基于此，本申请发明者们对于如何减少在折射面被全反射的光量、如何增加所引出的光量进行了进一步反复研究。作为进一步研究的起始，是研究折射面的光的境界条件。

图7模式化地表示折射面中的光的场的境界条件，考察宽度W的光入射到折射面T的情况。根据麦克斯韦的方程式，关于电场矢量或磁场矢量，沿着夹隔折射面T而围道的路径A的积分为0。但是，围道路径内部没有电荷和光源，沿着折射面T的电场矢量或磁场矢量的强度、相位是连续的，成为前提条件。

在如图7(a)所示宽度W充分大的情况下，与折射面正交的幅度t比起沿着折射面的宽度s而言能够小到可以忽视的程度，只剩下围道积分之内的沿着折射面的成分。根据这一关系可求得，在夹隔折射面下电场矢量或磁场矢量连续。利用该连续性的关系所导出的就是菲涅耳的公式，由该式可完全解释清楚反射、折射的法则和全反射的现象等。

如图7(b)，光的宽度W若小至波长的数十倍以下，则不能忽视宽度t。这时，若将围道积分A分割成B和C(参照图7(c))，则其中围道积分B因为被包含在光束内所以为0。就其余的围道积分C而言，因为在光束外的电场矢量或磁场矢量为0，所以仅有处于光束内的路径PQ的积分值剩余(参照图7(d))。因此围道积分C不为0，在计算上与围道路径内发出的光等价。此外，若光的宽度W小至波长的1/10左右，则如图7(e)所示，因为围道积分C与C’接近，路径PQ与Q’P’重叠，所以在C和C’合在一起后的围道积分成为0，在围道路径内不会发出光。

另一方面，考察在如图7(f)那样以π的相位差的光沿着折射面并排的情况下跨越这些光束的围道积分A。这种情况下，若光的宽度W小至波长的数十倍以下，则也不能忽视宽度t。这时，若将围道积分A分割成B、C和B’(参照图7(g))，则其中B、B’因为被包含在光束内所以成为0。其余的围道积分C中，沿着折射面的成分能够忽视，仅有沿着两个光束的境界的路径PQ和Q’P’的积分值剩余(参照图7(h))。因为光束的相位为π的场的路径Q’P’中的积分等于光束的相位为0的场的路径P’Q’中的积分，所以围道积分C成为路径PQ中的积分的2倍的大小，在计算上与围道路径内发出的光等价。因此，不仅是宽度狭窄的光，即使经由狭窄的度宽而相位不同的光并排时，在宽度的境界附近也会发出光(实际上不是发光，而是实效上等同于发光表现的现象，类似于在衍射理论成立前早期提倡的境界衍射这一现象，所以称为境界衍射效应)。

若在折射面T中无论什么样的入射条件下在折射面上都有发光，则该光在夹隔折射面的两方的介质内传播。即认为即使是临界角以上的入射光，如果计算上在折射面产生发光，则也不发生全反射，而是显现为透射光。因此，本申请发明者们根据这一考察结果，按如下方式研究一种折射面的构造，其用于使在超过临界角下仍有光透射的现象实际地发生。

作为强烈体现境界衍射效应的例子，如图8所示，在发光体所载置的透明基板与空气的境界面，(a)设置针孔、且对其以外的部分进行遮光而成为针孔光(仅在白的四边形内有光存在)；(b)在按宽度w所分隔的棋盘格上随机配置180度的移相器18。还有，最初是以针孔进行研究，但针孔几乎不能进行实际的光的引出，因此对于被认为显示出与针孔同等光引出特性的随机配置的移相器也进行了研究。

图9是表示图8所示的构造中折射面中的透射率t的入射角依存性的说明图，使光的波长为0.635μm，在折射率1.457的透明基板内光量1的光在与空气的境界面以角θ(与折射面法线的夹角)入射，在以宽度w为参数(w＝0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、4.0、20.0μm)下表示第一次有怎样的量出射到空气侧(因为针孔光也显示出与180度移相器完全相同的特性，所以由180度移相器代用)。与图7(a)的条件相近的w＝20μm的特性为：若超过临界角(43.34度)，则透射率大致为0。若w小至0.4～1.0μm，则在图7(d)、(h)说明的境界衍射效应下，即使超过临界角，仍存在很大的透射率。若进一步减少w(w＝0.1、0.2μm)，则如图7(e)所说明的，在所有的入射角下透射率均接近0。还有，因为图9是基于亥姆霍兹的波动方程式(所谓标量波动方程式)的分析结果，所以P偏振光与S偏振光的差异没有展现。

图10是表示在P偏振光入射的第一次透射率t的入射角依存性的实验结果。因为微细的移相器18的制作在实际中有困难，所以用掩膜(等同于所谓在以宽度w所分隔的棋盘格上随机配置了遮光膜的部件、随机配置针孔光的部件)加以替代来进行实验，该掩模中让相位0度的部分透过、由遮光膜(Cr膜)覆盖相位180的部分。在实际制作的掩膜图案中，宽w为0.6、0.8、1.0、2.0、5.0μm。实验装置如图11所示由如下构成：半导体激光器(波长0.635μm)、三角棱镜58(BK7)、掩膜基板59(合成石英，折射率1.457，背面形成掩膜图案)、聚光透镜系统50、光检测器51，并且夹隔折射率1.51的匹配液52而使三角棱镜密接于掩膜基板的表面，一边从三角棱镜侧计测方位角一边入射激光，从背面侧泄漏的透射光由聚光透镜系统50收集，由光检测器51测量透射光量。掩膜的情况下，整体的1/2的面积所相当的遮光膜的部分受到遮光，透射光量与使用了移相器的相比为1/2，因此作为透射率t，由入射到没有遮光膜的部分的光量(整体的1/2的光量)规格化。实验结果与图9所示的分析结果一致，可知即使超过临界角(43.34度)仍存在很大的透射率，w越小这一倾向越强烈。

基于这样的结果，本申请发明者们进一步进行研究，直至想到了防止全反射而使光的引出效率飞跃性地提高的至今为止仍未企及的发光装置。

以下，基于附图详细地说明本发明的实施方式。在以下的附图中，为了使说明简洁化，用同一参照符号表示实质上具有相同的功能的构成要素。

(第一实施方式)

基于图12～19(a)、(b)，说明第一实施方式。

图12表示第一实施方式中使用了有机EL元件的发光装置的剖面结构和光的传播状况。在基板1上顺次层叠电极2、发光层3、透明电极4，在透明电极4之上构成透明基板(透明的保护层)5。基板1、电极2、发光层3、透明电极4构成发光体。在透明基板5的表面形成有被微小区域区分化并具有微细的凹凸的表面构造13。

在电极2、透明电极4之间施加电压，由发光层3的内部的点S发光，该光直接地或在经电极2反射后透过透明电极4，在透明基板5表面的表面结构13上的点P相对于表面的面法线以角度θ入射，在该点经由表面构造13衍射而出射到空气层6侧。

若空气层6的折射率为n₀，透明基板5的折射率为n₁，则入射角θ比临界角θ_c＝sin^-1(n₀/n₁)大时应该发生全反射。但是，因为在透明基板5表面有表面构造13，所以在点Q即使光以临界角θ_c以上的角度入射也不会发生全反射，而是发生衍射，出射到空气层6侧(第一次的光引出)。还有，在点Q光的一部分会发生反射，但该反射的成分经电极2反射后，会再度入射到表面构造13上的点R，其一部分出射到空气层6侧(第二次的光引出)，其余的反射。以上的过程无限重复。

在此，若考察使用没有表面构造13的现有的有机EL元件的发光装置，则以临界角以上的角度在透明基板与空气层的界面从透明基板侧入射的光发生全反射，即使其由电极反射，再度在透明基板与空气层的界面也再次以临界角以上的角度入射，因此不会发生第二次以后的光的引出，这一点与本实施方式不同。

以下，对于本实施方式的特征、即表面构造13详细地进行说明。

图13示出第一实施方式的表面构造13的图案图。图13(a)的左侧是俯视图，右侧是俯视图的A-A剖面图。图13(a)所示，表面构造13是将透明基板5的表面无间隙地分割成宽w(称为境界宽度)的棋盘格(正方形的微小区域δ)、且一个一个的格(微小区域δ)为凸(图中的13a(微小区域δ₁)、为灰色的格)或相对于该凸为相对性的凹(图中的13b(微小区域δ₂)、为白的格)以比率各50％的方式随机地分配的构造，图13(b)中示出w＝0.4μm时的例子(黑对应凸，白对应凹)。凸的突出高度从凹的底部看为d。即一个微小区域δ被其他多个微小区域δ邻接并且被围绕，微小区域δ₁比微小区域δ₂更向透明基板5的表面的上方突出。在此，若在微小区域δ₁和微小区域δ₂的、垂直于透明基板5的表面的方向所相关的中间位置，确定与透明基板5表面平行的基准面，则微小区域δ₁从基准面向上方突出d/2，微小区域δ₂从基准面向下方凹陷d/2。或者，在透明基板5与空气6的境界面存在多个凹陷(白的部分)且凹陷以外的部分的上表面存在于同一面上，凹陷的深度分别为实质上相同的d，将该凹陷的底面作为第一基准面，则第一基准面被分割成具有1.5×1.5μm²以下的相同面积的多个微小区域δ，或凹陷的底面为两个以上的微小区域δ连续的形状、或只有一个微小区域δ的形状，也可以说凹陷被随机地配置在第一基准面上。还有，第一基准面与上述的基准面是不同的面。

微小区域δ分别为微小区域δ₁或微小区域δ₂的概率，在本实施方式中例如为50％。因此，在微小区域δ中，微小区域δ₁或微小区域δ₂能够连续邻接存在2个以上。这种情况下，在连续的微小区域δ₁或的微小区域δ₂间不形成境界，境界是假想的。但是，在这种情况，由于微小区域δ₁或微小区域δ₂连续，这些区域的境界也只是消失了，可以说透明基板5的表面以微小区域δ为基准单位被分割。

表面构造13的形成也可以通过如下方法进行：制作经蚀刻而形成有凹凸的模具，将其形状经挤压而转印到片状的树脂上，以该薄片作为透明基板5，经由粘结层使之贴合在透明电极4上。这种情况下，透明的薄片等同于透明基板5。另外，也可以采用在薄片的表面或作为保护层而形成的透明基板5的表面直接地通过蚀刻等而形成凹凸的方法。

由这样的随机图案衍射的光其传播方位也是随机的，因此不存在专利文献1所述的发光装置那样的、因方位造成的光强度的分布，也没有因方位造成的色失衡。另外，从外界(空气层侧)入射的光在透明基板5的表面构造13中反射，但该反射光在随机的方位发生衍射，因此没有外界的像映射(映入)，不需要防反射膜等的光学处理，可将制品成本抑制得低。图14～图15是表示从第一实施方式的表面构造出射的第一次的引出光的视场角依存性的分析结果的说明图，高差d＝0.7μm，以波长λ和境界宽度w作为参数表示。图14(a)为λ＝0.450μm、w＝0.5μm的条件，图14(b)为λ＝0.635μm、w＝0.5μm的条件，图14(c)为λ＝0.450μm、w＝1.0μm的条件，图14(d)为λ＝0.635μm、w＝1.0μm的条件，图15(a)为λ＝0.450μm、w＝1.5μm的条件，图15(b)为λ＝0.635μm、w＝1.5μm的条件，图15(c)为λ＝0.450μm、w＝2.0μm的条件，图15(d)为λ＝0.635μm、w＝2.0μm的条件。使原点和曲线上的点得以连结的矢量代表出射光的光强度与出射方位，矢量的长度对应光强度，矢量的方位对应出射方位。纵轴对应面法线轴的方位，横轴对应面内轴的方位，实线是面内轴沿图13(b)中的x轴或y轴的剖面(0度、90度的经度方位)的特性，虚线是面内轴沿着y＝x或y＝-x的直线的剖面(45度、135度的经度方位)的特性(90度方位的结果与0度方位一致，135方位的结果与45度方位一致，故将其省略)。境界宽度w＝0.5、1.0μm时，实线、虚线均相对于偏角(纬度)示出光滑的变动(即，伴随视差的强度差少)，并且两者一致。若增大w，变成w＝2.0μm，则在面法线方向的邻域的相对于偏角的强度变动变大；λ＝0.450μm时，实线、虚线间的分歧也变大。w＝1.5μm是强度变动出现的临界条件。因此可知，面法线方向的光强度强，相对于偏角(纬度)的变动平缓，经度方向的光强度差少的视场角依存性能够在境界宽度w为1.5μm以下的条件获得。

图16是说明第一实施方式的表面构造13的透射率t的入射角依存性的说明图，在透明基板5内光量1的光以角θ(与折射面法线的夹角)入射到表面构造且第一次有怎样量的光出射到空气6侧，示出在图16(a)中。图16(b)表示，由表面构造13反射经电极2反射后再度入射表面构造13的情况，即表示第二次的透射率的入射角依存性。无论是哪张图，均是透明基板5的折射率n₁＝1.457，空气6的折射率n₀＝1.0，光的波长λ＝0.635μm，微小区域δ₁相对于微小区域δ₂的突出高度d＝0.70μm，微小区域δ₁的面积比率(即作为凸的比率)P＝0.5，以表面构造的宽度w为参数(w＝0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、2.0、4.0μm)。还有，突出高度d＝0.70μm，相当于在垂直入射中在凹部的透射光和在凸部的透射光发生π相位差的条件(d＝λ/2(n₁-n₀))。

图16(a)中，除了w＝0.1、0.2μm的结果不同以外，均接近180度移相器中的结果(图9)，即使超过临界角也存在很大的透射率。图17是表示P偏振光入射的透射率t的入射角依存性的实验结果。实际上通过电子束法在石英基板上形成深度d＝0.70μm、境界宽度w＝0.4μm的凹凸的随机图案，使用图11所示的测定装置进行实验。实验结果与图16(a)所示的分析结果高度一致，可知即使超过临界角(43.34度)仍存在很大的透射率。如本实施方式之前说明的，若在折射面无论怎么样的入射条件下而在折射面上都有等价的发光(所谓境界衍射效应)，则该光在夹着折射面的双方的介质内传播。图16所示的这种即使超过临界角，光仍然透射的现象，能够在该折射面上产生等价的发光的条件也能够说明。

若假定通过点发光使光在透明基板5内成为球面波而均一地扩散，则根据发光方位角θ(与前述的入射角θ一致)而处于θ+dθ之间的光量的总和，就与sinθdθ成正比。因此，引出光量与图16(a)、(b)所示的透射率t乘上sinθ的值成正比。图18(a)、(b)是表示第一实施方式的表面构造的引出光量的入射角依存性的说明图。即，在透明基板5内的一点(实际上是发光层内的点)发出的光量1的光以角度θ(与折射面法线的夹角)入射表面构造而第一次有多少光出射到空气层6侧被示出在图18(a)中，在图18(b)表示，在表面构造13中进行一次反射经电极2反射后再入射表面构造13的情况，即表示第二次的引出光量的入射角依存性。

若将引出光量按入射角θ进行积分，则能够得到光引出效率。图19(a)、(b)是表示第一实施方式的表面构造13的光引出效率的说明图，在与图16中的条件相同的条件下，横轴上一并设置表面构造13的境界宽度w。在图19(a)中，除了表面构造13的突出高度d＝0.70μm以外，还示出d＝0.1、0.30、0.50、1.40μm时的光引出效率(第一次的光引出效率η₁)，此外还示出在没有透明电极4的吸收和电极2的反射损失等往返中的光衰减、由表面构造13反射经电极2反射后再入射表面构造13时的光引出效率(第二次光引出效率η₂)。曲线5a、5A分别是d＝0.70μm下的第一次及第二次的光引出效率，曲线5b、5B分别是d＝0.50μm下的第一次及第二次的光引出效率，曲线5c、5C分别是d＝0.30μm下的第一次及第二次的光引出效率。曲线5g、5G分别是d＝0.10μm下的第一次及第二次的光引出效率，由于与其他深度相比而光引出效率小，所以需要突出高度d为0.20μm以上。另外，如曲线5h所示，若达到可见光波长的倍数以上(d≥1.4μm)，则在宽度w为1.5μm以下的区域，第一次的效率大大劣化，因此优选突出高度d为1.4μm以下。因此，d的推荐值处于0.2～1.4μm的范围。如果更一般地说，若设透明基板5的折射率为n₁，空气6的折射率为n₀(但是，与透明基板5接触的介质也可以不是空气，只要该介质的折射率n₀比透明基板5的折射率n₁小即可)，光的光谱的中心波长为λ，则λ/(n₁-n₀)≥d≥λ/6(n₁-n₀)的条件为高差的推荐值。

d≤0.70μm时，第一次的光引出效率均在境界宽度为0.2～1.4μm时变得极大；若减小或加大w，则渐近于0.27(所谓由(式3)提供的值，表面为镜面时的光引出效率)。第二次的光引出效率均在w＝0.10～2.0μm之间达到极大值，若增大w，则渐近于0.00(图19的范围中未体现)；w≤0.10μm时，随着w变小而会聚到0.00。

作为参考，图19(b)的曲线5d、5D表示，在不设置表面构造13而在微小区域δ₁中设置使光的相位变化180度的移相器时的第一次和第二次的光引出效率。在本实施方式的表面构造13中，凹部和凸部的传播光在以其高差部分的距离传播的期间发生相位差，相对于此，移相器是假想传播距离为0而发生相位差的部件。在移相器的情况下，若增大境界宽度w，则第一次、第二次的光引出效率分别渐近于0.27、0.00，这与表面构造13相同；但若减小到0.3μm以下，则不仅是第二次，第一次的光引出效率也变为0(其理由已经由图7(e)进行了说明)。本实施方式的表面构造13在境界宽度0.4μm以下的条件下能够获得比移相器更高的光引出效率的理由之一，被认为是凸部作为光波导管发挥了作用。

若从透明基板5看到的、透明基板5的表面和电极2之间的往返的光透射率设为τ，则考虑了往返中的光衰减的第二次的光引出效率为τ×η₂。光引出不仅进行一次、两次，而且被无限重复，如果假定其关系为等比数列，第一次为η₁，第二次为τ×η₂，则能够预想第n次为η₁×(τ×η₂/η₁)^n-1。因此至第n次的光引出的合计为：

[算式1]

${\mathrm{\η}}_1\×\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{\τ}\×{\mathrm{\η}}_2/{\mathrm{\η}}_1)}^{k-1}$ (式6)

在无限次时，渐近于η₁/(1-τ×η₂/η₁)。

在图19(a)中，若由曲线5a、5A(d＝0.70μm)看，则w＝0.60μm时，η₁＝0.318，η₂＝0.093；若τ＝0.88，则能够得到0.428的光引出效率。w＝1.00μm时，η₁＝0.319，η₂＝0.102，能够得到0.444的光引出效率。另一方面，图1、图3(a)所示的现有的发光装置，η₁＝0.274，η₂＝0，第二次以后全部为0，合计为0.274。因此可知，在w＝0.60μm的条件下，本实施方式的发光装置是图3(a)所示的发光装置的1.56倍，在w＝1.00的条件下则能够实现1.62倍的光引出效率。如此，通过使w比0.2μm大(如果是一般地表现，则是使与微小区域δ内切的圆的最大的直径为0.2μm以上)，能够实现光引出效率的大幅的提高。

接下来，考察本实施方式中的表面构造13的光引出效率如何依存于波长。

图19(a)的曲线5a’、5A’、5h’、5H’表示在波长0.45μm的条件下，d＝0.70μm、1.40μm所对应的第一次和第二次的光引出效率。这些特性与波长0.635μm的结果大体一致，因此可知，能够减小伴随可见光内的波长差而来的引出效率的变化。

如此，本实施方式的表面构造13即使是单一的形状(d和w)，针对可见光内的全部光波长也能够取得接近最佳值的光引出效率，因此将该构造用于显示器装置的显示面时，不需要针对RGB这三种像素个别地改变形状，能够使构成和组装时的调整大幅地简单化。

另外，在有机EL元件中，在透明电极4之上，设置有用于调节透明基板5和电极2之间的光在往返中的光透射率的透明的调整层。这种情况下，透明基板5载置于调整层上(即，能够将包含调整层在内的有机EL元件称为发光体)，但如果透明基板5的折射率n₁比调整层的折射率n₁’小，则透明基板5和调整层之间存在全反射发生的境界面，特别是n₁’-n₁＞0.1时更不能无视其影响。图20表示这时的光的传播状况。

在图20中，由折射率n₂的发光层3的内部的点S发出的光，直接地或在经电极2反射后透过透明电极4、且透过折射率n₁’的调整层15，并且在境界面15a上的点P’发生折射、且透过折射率n₁的透明基板5并经透明基板5和空气6的境界面上的点P出射到空气6侧。在此n₁’≥n₂＞n₁＞1.0。还有，n₁’也可以比n₂小，但这时在透明电极4和调整层15之间发生全反射。在透明基板5中与空气6的境界面，形成有本实施方式的表面构造13，因此即使是超过临界角的光也能够引出到空气层6侧。但是，由于n₁’＞n₁的关系，在境界面15a也会发生全反射。即，与向点P’的入射相比而入射角更大的向点Q’的入射中发生全反射，该光在与电极2之间反复发生全反射，不能引出到空气6侧。

这种情况下，如图21所示，在调整层15和透明基板5的境界面也设置本实施方式的表面构造13’，从而能够将该面中的超过临界角的入射光引出到空气6侧。即，在表面构造13’的作用下，即使超过临界角的向Q’点的入射也不会发生全反射；由该面进行反射的成分经电极2反射后，再次入射表面构造13’上的点R’，其一部分经由表面构造13能够出射到空气6侧，以上的过程无限重复。图21的结构是将具有凹凸的表面构造13、13’双重形成的复杂结构，而透明基板5能够使用折射率低的材料，具有拓展材料的选择面的优点。

还有，根据(式6)，如果透明基板5和电极2之间的往返的光透射率τ大，则光引出效率增大。实际的发光层3被除电极2和透明电极4以外的、上述的调整层15等多个透明层等包围，而这些膜的设计(包含发光层3的膜的折射率和厚度的决定)应该按照使前述的光的透射率τ达到最大的方式进行。这时，表面构造13的反射因为相位的分布是随机的，所以反射光的重叠以非相干(incoherent)对待(不是振幅相加，而是强度相加)。即，透明基板5的表面的反射影响可以忽视，在假设上反射率为0％、透射率为100％来对待。在该条件下从透明基板5使光发出，使该光在包含发光层3在内的多层膜中多次往返，以使返回透明基板5的复光振幅的重叠光量达到最大，以此为条件来决定各膜的折射率和厚度。

(第二实施方式)

基于图22、图23说明第二实施方式。还有第二实施方式只是表面构造13的图案与第一实施方式不同，其他结构与第一实施方式完全相同，对于共通的结构省略其说明。

第二实施方式中，没有将表面构造的作为凸的比率P和作为凹的比率1-P固定为0.5，而设为P＝0.4～0.98。即，微小区域δ₁(向上方突出的区域)存在40～98％，微小区域δ₂(凹陷)存在60～2％。

图22(a)是说明本实施方式的表面构造的光引出效率的图，表示在透明基板5的折射率n₁＝1.457、空气6的折射率n₀＝1.0、光的波长λ＝0.635μm、表面构造的突出高度d＝0.70μm、且横轴设为表面构造的境界宽度w、并且比率P＝0.2、0.4、0.6、0.8，0.9时的光引出效率(第1次和第2次)。曲线6a、6b、6c、6d、6e和6A、6B、6C、6D、6E分别是P＝0.2、0.4、0.6、0.8，0.9时的光引出效率。图23的曲线27a、27A是在上述条件下，境界宽度w＝1.0μm，使凸的比率P为横轴而绘制出的光引出效率(第一次和第二次)。

根据图22(a)，第一次的光引出效率中，在w的全部区域，比率P＝0.2的特性最小，w≤2μm时P＝0.6的特性给出最大值。在第二次的光引出效率中，在w≤4μm的范围中，P＝0.9的特性最大，P＝0.2的特性最小。

根据图23的曲线27a，在第一次的光引出中，将支配凹凸的面积比率的比率P设定在以0.6为中心的0.4～0.8的范围，可进一步提高光引出效率。这被认为是由于在该范围内凸部作为光波导管而有效地发挥作用之缘故(P≤0.2时，形成波导的凸部的面积比少；P≥0.8时，凸部彼此过于接近，导波效果薄弱)。另一方面，根据图23的曲线27A，在第二次的光引出中，将比率P设定在以0.9为中心的0.5～0.98的范围，可进一步提高光引出效率。因此，包括第一次、第二次在内的总的光引出效率中，优选将比率P设定在0.4～0.98的范围。

如此，在本实施方式中，使比率P错开0.5，能够得到比第一实施方式更高的光引出效率。另外，与第一实施方式一样，除了能够避免因方位造成的光强度的分布和色失衡以外，还具有的效果是，能够实现光引出效率的大幅提高，并抑制外界的像的映入等。

(第三实施方式)

基于图22(b)说明第三实施方式。还有第三实施方式只是表面构造13的高差条件不同，其他结构与第一、第二实施方式完全相同，对于共通的结构省略其说明。

第三实施方式是使第一、第二实施方式中的表面构造的邻接的两个微小区域δ₁、δ₂之间的高差的量为随机的情况。作为达到随机的方法，是在图13(a)中，将透明基板5的表面无间隙地分割成宽w(称为境界宽度)的棋盘格(正方形的微小区域δ)，基于随机函数，对于单一的基准面，在一个一个的格中随机设定-d_m/2～d_m/2之间的任意的高度(或深度)。作为单一的基准面，是在与透明基板5的表面的面法线平行的方向上最高位置所存在的微小区域δ和最低位置所存在的微小区域δ的中间所存在的、且与透明基板5的表面平行的面。d_m是处于最高位置的微小区域δ和处于最低值的微小区域δ在高度方向的位置的差。

图22(b)是表示本实施方式的表面构造的光引出效率的说明图，表示在透明基板5的折射率n₁＝1.457、空气6的折射率n₀＝1.0、光的波长λ＝0.635μm、且横轴设为表面构造的境界宽度(微小区域δ的宽度)w、并且最大高差d_m＝1.4、0.9、0.7、0.3μm时的第一次光引出效率η₁和第二次光引出效率η₂。从计算的情况出发，作为距基准面的高差量的随机性，分别以如下随机选择的条件(出现概率分别为25％的条件)进行随机选择：d_m＝1.4μm时，以-0.7μm～0.7μm的按0.467μm梯级进行4种高差的随机选择；d_m＝0.9μm时，以-0.45μm～0.45μm的按0.3μm梯极进行4种高差的随机选择；d_m＝0.7μm时，以-0.35μm～0.35μm的按0.233μm梯级进行4种高差的随机选择；d_m＝0.3μm时，以-0.15μm～0.15μm的按0.1μm梯级进行4种高差的随机选择。还有，各梯级的出现概率不需要均等，例如也可以减小低的(深的)位置的梯级的出现概率，也可以加大高的(浅的)位置的梯级的出现概率。

曲线6i、6I分别是d_m＝1.4μm时的第一次和第二次的光引出效率，曲线6h、6H分别是d_m＝0.9μm时的第一次和第二次的光引出效率，曲线6g、6G分别是d_m＝0.7μm时的第一次和第二次的光引出效率，曲线6f、6F分别是d_m＝0.3μm时的第一次和第二次的光引出效率。与第一实施方式同样，第一次的光引出效率均在境界宽度w为0.2～2μm时达到极大，若减小或增大w，则渐近于0.27(所谓以(式3)所赋予的值，表面为镜面时的光引出效率)。第二次的光引出效率在w≤0.20μm时，随着w变小而向0.00收敛，虽然图中未呈现，但若使w比8μm大，则渐近于0。因此，境界宽度w的范围需要为0.2μm以上的量值，此外如第一实施方式的图14、图15所讨论的，根据视场角依存性的关系而优选1.5μm以下。在图22(b)中，在d_m＝0.7μm、境界宽度w＝0.6μm的条件下计算的第一次、第二次的光引出效率(η₁、η₂)为0.331、0.141。因此d_m＝0.7μm所得到的特性与第一实施方式中所得到的特性(曲线5A)和第二实施方式中所得到的特性(曲线6B、6C)相比，第二次的光引出效率提高。这被认为是由于，凸部的前端不整齐，图案的随机性增强，在表面构造反射的光的传播方位的随机性也增强，反射光的扩散性提高，在第二次的光引出中，光也能够以接近第一次的状态(全方位均匀的光强度的状态)入射。

还有，在w≥0.4μm的范围，与d_m＝0.7μm相比，d_m＝0.30μm的第一次的特性劣化，因此d_m优选为d_m≥0.2～0.3μm(该范围与第一实施方式相同)。另外，d_m＝1.40μm的情况下，在w≥1.0μm的范围，与d_m＝0.7μm相比，第一次的特性稍有改善，但若d_m过大，则除了加工困难以外，在w≥1.5μm的条件下，视场角特性也劣化(参照图14、15)，因此1.40μm可以说是d_m的上限目标。这些范围与第一实施方式的范围(λ/(n₁-n₀)≥d_m≥λ/6(n₁-n₀)相同。

这样，第三实施方式通过使高差的量随机化，能够得到比第一、第二实施方式更高的光引出效率。另外，与第一实施方式一样，除了不会因方位造成光强度的分布和色失衡以外，还具有抑制外界的像映入等的效果。

还有，作为使高差的量随机化的条件，认为有如下两种情况：(1)取从0至最大高差量d_m的全部的值；(2)包括0和最大高差量d_m在内而取三级以上的高差之内的任意值。其中作为(2)的一例，若考虑取0、d_m/3、d_m×2/3、d_m这4种高差的情况，则用于将这种表面构造形成于薄片表面的形状转印用的模具，能够经两次曝光、蚀刻工序(第一次：使用境界宽度w₁的掩膜图案，经曝光进行深d_m/3的蚀刻，第二次：将掩膜变成境界宽度w₂的掩膜图案，经曝光进行深d_m×2/3的蚀刻)制作。这时，为了使不连续的境界线的出现频率达到最大，以w₂＝w₁为条件。

此外，若考虑取0、d_m/6、d_m×2/6、d_m×3/6、d_m×4/6、d_m×5/6、d_m这7种高度(高差)的情况，则用于将这样的表面构造形成于薄片表面的形状转印用的模具，能够经三次曝光、蚀刻工序(第一次：使用境界宽度w₁的掩膜图案，经曝光进行深d_m/6的蚀刻，第二次：将掩膜变成境界宽度w₂的掩膜图案，经曝光进行深d_m×2/6的蚀刻，第三次：将掩膜变成境界宽度w₃的掩膜图案，经曝光进行深d_m×3/6的蚀刻)制作。这时，为了使不连续的境界线的出现频率达到最大，以w₁＝w₂＝w₃为条件。

(第四实施方式)

基于图24说明第四实施方式。还有第四实施方式只是表面构造的图案与第一实施方式不同，其他结构与第一实施方式完全相同，对于共通的结构省略其说明。

图24表示至决定第四实施方式的表面构造的图案为止的过程。图24(a)是将透明基板5的表面分割成宽w₁的棋盘格(正方形的微小区域α)，使一个一个的格或黑或白的比率各50％而随机地分配黑和白的图，图中示出的例子是w₁＝1μm的情况(w₁的最佳值有更小的情况，但因为作为图来说难以观看，所以用该值进行说明)。分配为黑的微小区域α为微小区域α₁，分配为白的微小区域α为微小区域α₂。

图24(b)是将透明基板5的表面分割成w₁的整数倍的大小的宽度w₂的棋盘格(正方形的微小区域β)、且一个一个的格是黑的比率为P₂、并且白的比率为1-P₂且P₂＝0.5而随机地分配白和黑的图，图中示出的例子是w₂＝2μm的情况。分配为黑的微小区域β为微小区域β₁，分配为白的微小区域β为微小区域β₂。

图24(c)是使图24(a)、图24(b)的图案以棋盘格对齐的方式重叠并遵循如下的规律生成的图案：黑(α₁)和黑(β₁)的重叠成为白，白(α₂)和白(β₂)的重叠成为白，白(α₂)和黑(β₁)或黑(α₁)和白(β₂)的重叠成为黑。图24(c)作为结果是与图24(a)的图案和生成规律等同，以黑为凸，相对于此相对性地白为凹的表面构造的图案与第一实施方式所介绍的相同。

另一方面，图24(d)是将透明基板5的表面分割成宽w₁的棋盘格(正方形的微小区域α)、且一个一个的格是黑的比率为P₁、并且是白的比率为1-P₁而进行随机地分配的图，图中示出的例子是w₁＝1μm，P₁＝0.1的情况。与图24(a)同样，黑为微小区域α₁，白为微小区域α₂。

图24(e)是使图24(d)、图24(b)的图案以棋盘格对齐的方式重叠并按照如下的规律生成的图案：黑(α₁)和黑(β₁)的重叠成为白，白(α₂)和白(β₂)的重叠成为白，白(α₂)和黑(β₁)或黑(α₁)和白(β₂)的重叠成为黑。图24(e)具有与图24(c)的图案相似的特征：如黑、白面积比率为1∶1；黑标记、白标记的最小尺寸相同等等，但最小尺寸的出现比率低这一点不同。最终的黑与白的比率(凹凸的面积比率)由比率P₁、P₂决定，黑的比率P(凸的比率)由P＝P₁+P₂-2P₁P₂提供。

图23中，在表面构造的凸部分的突出高度d＝0.7μm、w₁＝0.2μm、w₂＝1μm、P₁＝0.1的条件下，将构成凸的比率P设为横轴加以计算的第一次、第二次的光引出效率(η₁、η₂)的特性作为曲线27b、27B进行附注。

根据图23的曲线27b，不论与第一实施方式不同的图案的凹凸分布怎样，在第一次光引出中，通过将支配凹凸的面积比率的比率P设定在以0.6为中心的0.4～0.8的范围，都能够进一步提高光引出效率。另一方面，根据曲线27B，在第二次光引出中，通过将比率P设定在0.5～0.9的范围(因为设定为P₁＝0.1，所以曲线27b、27B不能绘制0.1以下、0.9以上)，能够进一步提高光引出效率。因此，与第一实施方式同样，通过组合比率P₁、P₂而将最终的构成凸的比率P设定在0.5～0.98的范围，能够提高包括第一次、第二次在内的总的光引出效率。还有，图23的曲线27c、27C是w₁＝0.1μm、P₁＝0.1的条件下的第一次、第二次的光引出效率的特性，曲线27d、27D是w₁＝0.1μm、P₁＝0.2的条件下的第一次、第二次的光引出效率的特性。因为使w₁比0.2μm小，则效率会大大劣化，所以需要w₁为0.2μm以上的量值。另外，w₁的上限值如第一实施例的图14、图15所讨论的，根据视场角依存性的关系而优选为1.5μm以下。

第四实施方式是使表面构造的形成条件相对于第一实施方式有一些改变，由于条件不同，光引出效率比第一实施方式有一些劣化，但依然能够实现比图1、图3(a)所示的现有的发光装置大的光引出效率，与第一实施方式同样，除了能够避免因方位造成的光强度的分布和色失衡以外，还能够实现光引出效率的大幅提高，还具有抑制外界的像的映入等的效果。另外第四实施方式与第一实施方式相比，关于表面构造的形状的制约条件宽松，因此可以取得宽泛的误差幅度，在加工容易度的具有优点。例如在第一实施方式的条件下，因为凹部与凹部或凸部与凸部的间隔接近，所以加工微细的凹凸形状有困难，但在第四实施方式中，因为微细的凹部或凸部的出现比率低(参照图24的(c)和(e))，所以凹部与凹部或凸部与凸部的间隔有效地扩展，加工的难易度的障碍变低。还有，在第二实施方式中应用第四实施方式，当然也能够得到与第二实施方式同样的效果。

(第五实施方式)

第四实施方式和第三实施方式的组合就是第五实施方式。在本实施方式中，为了使区域的设定容易领会，以颜色区别各区域而进行说明。在第五实施方式中，首先，将透明基板5的表面分割成宽w₁的棋盘格(正方形的微小区域α)，使一个一个的格是黑的比率为P₁，是白的比率为1-P₁而随机地分配成黑和白，对于分配成白的区域(微小区域α₂)按深度为d₁(＞0)以蚀刻等的方法进行镂刻(enchase)。还有分配成黑的区域为微小区域α₁。

其次，将透明基板5的表面分割成宽w₂的棋盘格(正方形的微小区域β)，使一个一个的格是蓝色的比率为P₂，是红色的比率为1-P₂而随机地分配蓝和红，对于分配成红色的区域(微小区域β₂)按深度为d₂(＞0)以蚀刻等的方法进行镂刻(enchase)。分配成蓝色的区域为微小区域β₁。其中宽度w₂是宽度w₁的整数倍(最优选w₂＝w₁)，使境界线对齐而重叠各个棋盘格。

如此，以白与红重叠的部分的面作为基准面时，相对于该基准面，黑与蓝的重叠其高度能够达到d₁+d₂，白与蓝的重叠其高度能够达到d₂，或黑与红的重叠其高度能够达到d₁。因此，高差能够随机取从0到d₁+d₂之间的4种值(0、d₁、d₂、d₁+d₂)，因此能够得到与第三实施方式同样的效果。

而且，如果设定为d₁＝d_m×1/3、d₂＝d_m×2/3，则以微细的构造制作困难的宽w₁的图案就能够使深度变浅，因此在加工的容易度上具有优点。d₁＝d_m×1/3，d₂＝d_m×2/3时，比率P₂与其被镂刻幅度深的一侧对应(实际上在比率P₂一侧为2的权数、比率P₁一侧为1的权数下与平均深度有关)，因此与决定凹凸的面积比率、即深度的平均水平的第四实施方式的比率P₂具有相似的意义。另一方面，比率P₁与微细的构造(宽度w₁)的出现比率有关，因此与第四实施方式的比率P₁具有相似的意义。

还有，上述的实施例中组合了两种曝光、蚀刻工序，但若组合3种曝光、蚀刻工序，则能够从8种值中取得随机的高度。这种情况在上述的2个蚀刻工序中加入以下的工序。即，将透明基板5的表面分割成宽w₃的棋盘格(正方形的微小区域γ)，使一个一个的格是绿色的比率为P₃，是黄色的比率为1-P₃而随机地分配绿和黄，对于分配成黄色的区域(微小区域γ₂)按深度为d₃(＞0)以蚀刻等的方法进行镂刻。还有分配成绿色的区域为微小区域γ₁。其中宽度w₃是宽度w₂的整数倍(最优选w₃＝w₂)，使境界线对齐而重叠各个棋盘格。

如此，将白和红和黄重叠的部分的面作为基准面时，相对于该基准面，黑和蓝和绿的重叠其高度能够达到d₁+d₂+d₃，白和蓝和绿的重叠其高度能够达到d₂+d₃，或黑和蓝和黄的重叠其高度能够达到d₁+d₂，黑和红和绿的重叠其高度能够达到d₁+d₃，黑和红和黄色的重叠其高度能够达到d₁，白和蓝和黄色的重叠其高度能够达到d₂，白和红和绿的重叠其高度能够达到d₃。因此，高差能够随机取从0到d₁+d₂+d₃之间的8种值(0、d₁、d₂、d₃、d₁+d₂、d₂+d₃、d₃+d₁、d₁+d₂+d₃)，因此能够得到与第三实施方式同样的效果。

而且，如果设定为d₁＝d_m×1/6、d₂＝d_m×2/6、d₃＝d_m×3/6，则以微细的构造制作困难的宽w₁和w₂的图案就能够使深度变浅，因此在加工的容易度上具有优点。在d₁＝d_m×1/6、d₂＝d_m×2/6、d₃＝d_m×3/6时，比率P₂和P₃与被镂刻幅度深的一侧对应(实际上在比率P₃一侧为3的权数、比率P₂一侧为2的权数、比率P₁一侧为1的权数下与平均深度有关)，因此，P₂、P₃与决定凹凸的面积比率、即决定深度的平均水平的第四实施方式的比率P₂具有相似的意义。另一方面，因为比率P₁与微细的构造(宽度w₁)的出现比率有关，所以与第四实施方式的比率P₁具有相似的意义。

(第六实施方式)

基于图12说明第六实施方式。还有，第六实施方式只有表面构造13的图案与第一实施方式不同，其他结构均与第一实施方式完全相同，关于共同的结构省略其说明。

第六实施方式是使第一实施方式中的表面构造的邻接的两个微小区域δ₁、δ₂由移相器构成的实施方式。移相器例如由折射率不同的多层膜形成。即，利用多层膜的多重反射，能够调整透射光的相位；通过改变多层膜的构造(膜厚和层数)，能够随机形成180度的区域和0度的区域。另外，使用起偏镜来改变透过两个区域的光的偏振，也能够取得同样的效果。这时，180度区域所对应的透射光的偏振光为P偏振光或右旋圆偏振光，0度区域所对应的透射光的偏振光为S偏振光或左旋圆偏振光，这样的起偏镜如果使用方位有90度不同的1/2波长板则也能够实现。还有，第一实施例这样的、折射率存在差异的界面的凹凸构造，因为透射光的相位在凹凸间也发生变化，就可以说是移相器的一种方式。

本实施方式的表面构造13的透射率t的入射角依存性和光引出效率已经在图9、图19(b)(曲线5d、5D)中有所展示，第一次的光引出效率也在w为0.4μm以上1μm以下的范围能够超过在表面为镜面时的光引出效率。在图19(b)中，还示出使相位差达到90度的结果，第一次、第二次的光引出效率分别由曲线5d’、5D’表示。因为均比相位差180度的光引出效率(曲线5d、5D)劣化，所以可知相位差的最佳值为180。

这样，第六实施方式由移相器构成表面构造13，能够得到比现有例更高的光引出效率。另外，与第一实施方式同样，除了能够避免因方位造成的光强度的分布和色失衡以外，还具有抑制外界的像的映入等的效果。

(第七实施方式)

基于图25说明第七实施方式。还有，第七实施方式只有表面构造13的图案与第一实施方式不同，其他结构均与第一实施方式完全相同，关于共同的结构省略其说明。

图25(a)表示本实施方式的第一表面构造23的图案图。如图25(a)所示，表面构造23中，将透明基板5的表面分割成使一边的长度为w的正三角形(微小区域δ)，使一个一个的微小区域δ或凸(图中的23a(微小区域δ₁)，灰色的图形)或凹(图中的23b(微小区域δ₂)，白色的图形)的比率各50％，随机地分配凸和凹。w为2.25μm以下。

另一方面，图25(b)表示本实施方式中的第二表面构造33的图案图。将透明基板5的表面分割成使一边的长度为w的正六边形(微小区域δ)，使一个一个的图形为凸(图中的33a(微小区域δ₁)，灰色的图形)或者为凹(图中的23b(微小区域δ₂)，白色的图形)的比率各50％，随机地分配凸和凹。w为0.93μm以下。

还有，如果是一般地表现，则图形的大小以如下为条件：与该图形内切的圆的最大的直径为0.2μm以上、1.5μm以下。

第七实施方式只有表面构造23、33的图案的形状与第一实施方式不同，而作用原理与第一实施方式相同，并能够得到同样的效果。另外，其并不限于正三角形和正六边形，如果能够以相同图形无间隙进行面分割，则任意的多边形都可以。

还有，在第一至第七实施方式中，实际的加工体的表面构造13、23、33严格地说并非是正方形和正三角形，而是角的部分变圆、或者角变圆的微小区域相邻的微小区域的角变形该变形量，即使在这种情况下，当然也不会特性劣化，能够获得同样的效果。另外，在第二至第六的实施方式中应用第七实施方式，也能够得到与第二至第六的实施方式同样的效果。

(第八实施方式)

说明第八实施方式。还有，第八实施方式只有表面构造与第一实施方式不同，其他结构则与第一实施方式完全相同，关于共通的结构省略其说明。

图26(a)是本实施方式的发光装置的剖面图。图26(b)是本实施方式的发光装置的俯视图。本实施方式的发光装置具有：基板101、电极102、发光层103、透明电极104、透明基板105和设于透明基板105上的表面构造13。由透明基板105和表面构造13形成本实施方式的光引出薄片。

在本实施方式中，有效折射率为n_a的微小体A和有效折射率为n_b的微小体B，被没有间隙地铺设配置在有效折射率为n_b的透明基板105上。微小体A和微小体B厚度为d、上表面的宽度为w。然后，如图26(b)所示，被随机地配置在透明基板105上。在图26中，微小体A和微小体B均为立方体，但也可以是长方体和多面体柱等，只要具有能够在透明基板105的表面进行铺设的形状即可。另外，微小体A和微小体B也可以具有互不相同的形状。

本发明的方式，是在具有第一实施方式的微小的凹凸的表面构造中，具有凸部由微小体B构成且凹部由微小体A填埋的构造。即，本实施方式的微小体A，相当于第一实施方式的凹部的空气或介质。另外，本实施方式的微小体B，相当于第一实施方式的透明基板表面的凸部。因此，如果使第一实施方式中的空气(或介质)的折射率n₀为微小体A的折射率n_a，透明基板的折射率n_b为微小体B的折射率n_b，则在本实施方式中，也能够适用第一实施方式中说明的分析结果。即，将内切最大圆直径为0.2μm以上1.5μm以下的微小体A和微小体B按照使微小体A为40％以上98％以下的比率的方式随机地铺设在透明基板的表面。由此，如第一实施方式中详细说明的，可以将可视光在超过临界角下从一侧的面向另一侧的面引出。另外，在微小体A的厚度设为d、有效折射率设为n_a、微小体B的厚度设为d、有效折射率设为n_b、λ为使之邻接地使用的发光体所发出的光的波长时，以λ/6(n_b-n_a)＜d＜λ/(n_b-n_a)的方式设定d，由此可以大幅改善光引出效率。

在本实施方式中，因为能够使表面构造平坦，所以与第一实施方式这样凹凸的表面形状相比，能够减轻灰尘和污物向表面的附着，能够防止光引出效率的劣化。

接着，作为上述的微小体A和微小体B的一例，说明使用纳米粒子构成微小体A和微小体B的例子。

图27(a)是发光装置的剖面图。图27(b)是图27(a)沿A面的剖面图。如27(a)所示，在透明基板105上配置：中空的纳米粒子a、和相同外径d的非中空的纳米粒子(实心纳米粒子)b。以下，将其称为中空纳米粒子a和实心纳米粒子b。

中空纳米粒子a包含：中空部307和以包围中空部307的方式所设置的外壳部308。中空部307是空洞，在中空部307例如充满空气和氮等气体也可，中空部307为真空也可。

另一方面，实心纳米粒子b具有被填充的构造。中空纳米粒子a和实心纳米粒子b的外径为d，中空部307的直径也就是外壳部308的内径d’。中空纳米粒子a和实心纳米粒子b，能够使用中空二氧化硅粒子和二氧化硅粒子。具有在0.2μm以上、1.5μm以下的范围的各种尺寸的外形的中空二氧化硅粒子和二氧化硅粒子在市场上有售，可以取得。另外，可以取得具有各种尺寸的中空部分的中空二氧化硅粒子。另外，还能够使用如下中空纳米粒子和实心纳米粒子：使用了苯乙烯、交联苯乙烯、改性苯乙烯/丁二烯等的中空聚合物粒子，和PMMA粒子等的实心纳米粒子等。

中空纳米粒子a的外壳部309的折射率、和实心纳米粒子b的折射率，与透明基板305的折射率大致相等。

这些纳米粒子由粘合剂108埋没而被固定在透明基板105上，该粘合剂108具有与透明基板105的折射率大致相等的折射率。另外，外壳部309的上端与空气层106接触而配置。如此，微小体A就包括由中空纳米粒子a的外壳部309和粘合剂108构成的外部构造、和由中空纳米粒子a的中空部307构成的内部构造，并具有使折射率互不相同的双重构造。

含有中空纳米粒子a的立方体的区域，实效上能够作为均质的折射率对待。即，含有中空纳米粒子a的由虚线表示的区域310a，能够视为具有有效折射率n_a的微小体A。另外，含有实心纳米粒子b的由虚线表示的区域310b，能够视为具有有效折射率n_b的微小体B。在此，若粘合剂308的折射率设为n_x、中空部307的折射率设为n₀，则实效上折射率n_a、n_b由以下所示的(式7)和(式8)表示。即，微小体A的有效折射率由中空纳米粒子a的外壳部309和粘合剂308所构成的外部构造、以及由中空部307所构成的内部构造的折射率及其体积比决定。

[算式2]

$n_a=\frac{1-\frac{4}{3}\mathrm{\π}{\left(\frac{d^{\′}}{2}\right)}^3}{d^3}{n}_x+\frac{\frac{4}{3}\mathrm{\π}{\left(\frac{d^{\′}}{2}\right)}^3}{d^3}{n}_0$

[算式3]

n_b＝n_x

接着，在图28中，示出具有图27所示的构造的薄片的透射率t的入射角依存性的分析结果。图28是在(d-d’)/2为0.1μm，d的值为0.3μm、0.4μm、0.6μm、0.8μm、1.0μm、2.0μm、4.0μm时的分析结果。另外，实心纳米粒子b、中空纳米粒子a的外壳309的折射率，以及粘合剂308的折射率为n_x＝1.457，中空纳米粒子a的中空部307的折射率n₀＝1.0，波长为635。由图28可知，即使在临界角43.3度以上的角度下，也能够确认到具有很大的光的引出效果，能够得到境界衍射效应。

另外，在图29中示出在d为0.3μm、0.4μm、0.6μm、0.8μm、1.0μm、2.0μm、4.0μm时的光引出效率η。可知第一次光引出效率在d＝0.6～2.0μm附近达到最大值0.32，能够得到与第一实施方式所示的境界衍射结构大致同等的光引出效率。另外，第二次光引出效率，在比d＝0.3μm小的时候变小。可知在(d-d’)/2为0.1μm时，d至少需要在0.3μm以上。

接着，在图30中示出在具有图27所示的构造的薄片中、径比率(d-d’)/d＝0.1、0.3、0.5，d＝0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.6μm、0.8μm、1.0μm、2.0μm、4.0μm时的光引出效率的分析结果。由图30可知，径比率越大，第一次的光引出效率越小，特别是在径比率＝0.5、d＜0.6μm时，第一次的光引出效率几乎接近镜面的值，因此径比率的上限可视为0.5。由以上的结果可知，需要相对于微小体A整体的体积而中空部所占的体积比率为1/16以上。另外可知，在(d-d’)/d＝0.1、0.3时，在d＝0.2μm也使光引出效率提高。据此，作为d的值需要在0.2μm以上。

还有，在本实施方式中，微小体A和微小体B在平面上的配置，如图27(b)所示这样排列成棋盘格状，但也可以随机排列或使之排列成最密充填构造。

另外，为了确保随机性，优选将中空纳米粒子a和实心纳米粒子b进行混合后分散在液相中、且涂布在透明基板105上之后使之干燥、并使中空纳米粒子a和实心纳米粒子b排列。因为中空纳米粒子a和实心纳米粒子b随机地分散在液相中，所以涂布后的排列也能够是随机的。

另外，作为使中空纳米粒子和实心纳米粒子随机配置的方法，也可以是以下的方法。即，首先，准备使具有极性的中空纳米粒子和实心纳米粒子以规定的比率混合了的混合体。其次，对透明基板105的表面实施处理，使之成为与对中空纳米粒子和实心纳米粒子所实施的极性相反的极性。然后，在该透明基板105上涂布前述的混合体，由此能够很容易地实现随机排列。

将通过以上的手段所随机配置的粒子经由具有与透明基板同样的折射率的粘合剂(例如透明基板的折射率为1.457时，用丙烯酸树脂系粘合剂材料FA-125M)等固定，由此能够制成光引出薄片。

还有，在本实施方式中，排列的是中空和实心的球状的物体，但只要是使有效折射率不同的构造，便能够确保透射光的相位差，能够得到境界衍射效应。例如，也可以使折射率互不相同的同一形状的实心纳米粒子混合地排列。另外，如图31(a)和(b)所示，使中空纳米粒子的中空部(在图中没有由阴影表示的部分)的直径d’互不相同的粒子混合也可。另外，如图32(a)和(b)所示，纳米粒子的形状是立方体和多面体也可。另外，也可以通过对基板表面进行激光照射在表面邻域使气泡发生、或使表面邻域的晶体结构发生变化从而改变折射率等的方法，由此制作有效折射率不同的微小体A、B。

(其他的实施方式)

上述的实施方式是本发明的例示，而本发明并不受这些例子的限定。在第一至第七实施方式中，与表面构造的凸部的表面垂直的截面形状并不限于矩形，也可以为梯形和圆锥形状，凸部的斜面也可以为曲线。

另外，在第一至第八实施方式中，透明基板5的厚度大时，光的出射位置每当光引出的次数增加就会从发光点S的位置偏离。这种情况下，如显示器用的EL这样按300μm左右的像素所区分后的结构中，光会混入相邻的像素而造成画质的劣化。因此如图33(a)所示，考虑如下结构：使形成有表面构造13的透明基板5以薄至数μm左右的方式构成，且在其上夹隔空气层而由0.2mm～0.5mm左右的保护基板14覆盖。在保护基板的表面14a、背面14b不会发生全反射，但需要AR(抗反射)涂层。这时，也可以在表面构造13之上使用气凝胶等低折射率且透明的材料来代替空气层，这时因为是一体结构，所以作为装置的稳定性高。

此外，在第一至第八实施方式中，仅在一个面上形成有表面构造13，但也能够在透明基板5的两面形成同样的构造。另外也可以在表面构造13与发光点S之间配置一般的衍射光栅13’。这时考虑的构造如图33(b)所示，使透明基板5形成为薄膜状，其表面形成表面构造13，其背面形成衍射光栅13’和其他规格的表面构造13”，在发光体侧经由粘接层21使之粘接。透明基板5的折射率小，与发光层3的折射率差为0.1以上时，若选择粘接层21的材料而使之比发光层3的折射率只小0.1或小更多，则在粘接层21和发光层3的境界面几乎不会发生全反射，并且在粘接层21与透明基板5之间的折射面、及在透明基板5与空气6之间的折射面所发生的全反射，分别能够通过表面构造13”(或衍射光栅13’)及表面构造13得以避免。还有，衍射光栅13’和表面构造13”的凹部的深度或凸部的高度优选的条件为，在凹部的透射光和在凸部的透射光会发生π相位差，但也可以是凹的深度或凸的高度较小的条件。

还有作为参考，还在图34中示出了表面构造呈格子式样(棋盘格形状)的图案图。在图34中，表面构造中，将透明基板5的表面分割成使一边的长度为w的正方形，且灰色的正方形13a和白色的正方形13b形成棋盘格图案，并且灰色为凸，相对地白色呈凹的形状。

图35是表示在与图19(a)相同的条件下凹凸的高差d＝0.70μm时图34所示的表面构造的透射率t的入射角依存性的图，在透明基板5内光量1的光以角θ(与折射面法线的夹角)入射到表面构造且第一次有怎样量的光出射到空气6侧，以宽度w为参数(w＝0.1、0.2、0.4、1.0、2.0、4.0μm)，得以示出。若将图35与具有随机图案的特性的图16(a)相比则可知，除去w＝0.1、0.2μm(所谓不发生衍射光的纳米构造的区域)的曲线，都存在很细小的起伏。这表示，因为棋盘格图案形成的衍射使衍射光在空气层侧发生或消失，所以根据方位不同光强度有所分布，是周期图案固有的问题。

呈现该棋盘格形状的表面构造和图4(b)所示的呈现千鸟格(由宽w的四边的部分为凹的一侧)的表面构造，其第一次和第二次的光引出效率附注在图19(b)中(d＝0.70μm，分别为曲线5e、5f、5E、5F)。千鸟格图案的第二次的光引出效率之所以大，与图23所介绍的现象相同，是因为在千鸟格图案中构成凸的比率P＝0.75。与随机图案的特性相比，棋盘格图案、千鸟格图案均示出随着w的变化而起伏的特性，而这也是周期图案固有的问题，与方位造成的光强度的分布有关系。

在图36(a)、(b)中，附注从棋盘格图案的表面构造所出射的第一次的引出光的视场角依存性的分析结果。高差d＝0.70μm，境界宽度w＝0.5μm，图36(a)是λ＝0.450μm的条件，图36(b)是λ＝0.635μm的条件。实线(0度、90度的经度方位)、虚线(45度、135度的经度方位)相对于偏角的变动均大，两者的分歧也大，可知因波长导致形状发生很大的变化。因方位造成的光强度的分布和色失衡发生，这与专利文献1所述的发光装置一样，是周期图案中的致命的缺陷。这些课题在第一至第八实施方式中能够完全克服。

境界衍射效应在使光的相位的不连续的部分相隔一定间隔以上时发生，因此为了使该效应极大化，需要在所限定的面积内使相位的不连续的部分的出现比率极大化。若折射面由无数的微小区域分割，在微小区域之间的境界使相位变得不连续，则通过两个条件能够使前述的出现比率极大化。第一个条件是，各微小区域的面积尽可能统一；第二个条件是，相邻的微小区域间也存在相位差。即，如果在微小区域之内有其他更大面积的区域，则分割该大的面积的一方，相位不连续的境界增加。相反地，如果在微小区域之内有其他更小面积的区域，则这使其他更大面积的区域存在，分割该大的面积的一方，相位不连续的境界增加。作为其延长线，各微小区域的面积尽可能统一，至少各微小区域的面积纳入相对于某基准面积为0.5～1.5倍的范围(与微小区域内切的圆之中最大的圆的直径相对于作为基准的直径为0.7～1.3倍的范围)，这将使微小区域间的境界线的出现比率极大化。第一至第八实施方式遵循该条件。另外即使能够使对于微小区域的分割极大化，如果在相邻的微小区域之间相位统一，则效果仍薄弱。因此在相邻的微小区域间也需要有相位差的存在，即需要随机的相位的分配，第四和第五实施方式等遵循该条件。即，上述的实施方式的发光装置，不是利用专利文献2所述的发光装置这样的来自防反射的效果，而是利用使境界衍射效应极大化的效果来实现引出效率的提高。

还有，第一至第七实施方式的表面形状与磨砂玻璃和表面粗糙等的表面状态或专利文献2所述的发光装置所示的表面状态不同。在第一、第四和第七实施方式中，将表面分割成宽w的棋盘格(或多边形的格)，对于一个一个的格将凸和凹以1∶1的比率进行分配，在该图案中存在固有的宽度w这样的尺度和固有的微小区域的形状，凸部的总面积和凹部的总面积的比率也保持为1∶1的关系。相对于此，磨砂玻璃和表面粗糙等的表面状态不存在固有的宽度w、且微小区域的形状不定形，并且凸部的总面积和凹部的总面积的比率也不是1∶1的关系。在第二实施方式中，虽然凸和凹的比率偏离50％，凹部的总面积与凸部的总面积的比率脱离1∶1，但依然存在固有的宽度w，凹部的总面积与凸部的总面积仍是既定的值，与完全随机的图案划清了界线。在第三和第五实施方式中也存在固有的宽度w，由该宽度w定义的棋盘格(或多边形的格)每个高差不同。如此，上述实施方式中的表面形状不是完全随机的图案，可以说是沿着某种规则的随机的图案。

再稍微考察一下与完全随机的图案的不同。如图37(a)所示，在宽4w的台16上随机排列8张宽w的卡片17。即，8张卡片17的总面积为台16的面积的1/2。但是卡片17没有溢出台16。图37(b)允许卡片17重叠排列。图37(c)则不允许卡片17重叠排列。在图37(b)中，按卡17未重叠的量，使卡片的面积总和比台面积的1/2小。若面积比从一定比率偏离，则光引出效率劣化，这已经由图23的曲线27a、27b诠释过。在图37(c)中，虽然维持着面积比1/2，但是在卡片间发生比w小的微小的间隔j，这在图37(b)中也同样。微小的间隙j发生，若其频度大，则能够将j视为新的境界宽度，由图22可知，在j＜0.2μm的条件下，光引出效率大大劣化。另外，如图23所示，微小的凹凸构造的比率P₁增大(按曲线27a、27c、27d的顺序，w₁＝0.1μm的构造的比率P₁增大为0.0、0.1、0.2)，即使总的凸的比率相同，第一次、第二次的光引出效率也均劣化。如此只是完全随机的图案就不可能成为使光引出效率最大的条件。

上述的实施方式中采用的随机图案的生成原理与图37的不同。在上述实施方式中，面积比被保持为某一比率，不会发生微小间隔j等比宽度w小的尺度。如此，上述实施方式的表面形状不是完全的随机图案，可以说是沿着用于使光引出效率极大化的规则的随机图案。

另外，第一至第八实施方式的表面形状引起的现象是衍射现象之一。如图5所示，在衍射现象中，将相对于使表面形状平均化的平坦的基准面而假想地发生折射的光线设为0次衍射光(全反射时不表现)，在以该光作为方位的基准下所移动的方位会发生高次的衍射光。在本申请这样的随机表面形状中，0次以外的衍射光的传播方位为随机。相对于此，磨砂玻璃和表面粗糙不会发生衍射现象，而是折射现象之一，仅仅是在凹凸的折射面其面法线的方位随机而使折射的方位也为随机。即在平行平板之上形成第一至七的实施方式的表面形状且若透视则相反侧的像的轮廓清晰可见。这是由于，在表面形状衍射分离的光之中必然存在0次衍射光，该光使相反侧的像的轮廓得以维持。相对于此，磨砂玻璃和表面粗糙不存在相当于0次衍射光的光，若透视则相反侧的像的轮廓模糊。在专利文献2中，只有在表面的突起物作用下使光“被直接地放射到空气中”的表现，没有衍射这样的表现，若遵循斯涅耳定律(折射的法则)则能够解释“直接”这一措词，其意思能够理解为属于磨砂玻璃和表面粗糙相同的种类，可以说与本申请发明有所区别。

附带一下，专利文献2所公开的技术的特征在于，在透明绝缘基板之上完全随机地配置多个透明的突起物，如本申请这样使凸部和凹部作为同一形状的微小区域的一个以上的集合体，并且使凸部和凹部的存在比率成为特定的比率这样的特征并没有记载也没有暗示。例如在第一实施方式中，将凹部和凸部替换了的构造或将微小区域的高度和深度替换了的构造会成为与原本的构造大致相同的构造，但是专利文献2所述的发光装置没有达成。通过这样的例示性的实施方式的特征，本发明者们首次发现了所起到的显著的光引出效果，而专利文献2中没有记述上述实施方式这样的显著的效果。在专利文献2所述的发光装置中，以单位面积中5000～10⁶个/mm²的数量计，宽0.4～20μm的突起物被完全地随机配置提供，形式上说，上述实施方式的发光装置的一部分成为该发光装置中所含有的形式，但突起物和其以外的部分的形状的关系以及存在比率的关系，还有存在这种关系最初起到的效果也没有记载和暗示，除此之外，实质上上述的实施方式并不包括在专利文献2所公开的技术之内，可以说专利文献2公开的发光和本申请发明完全不同。

还有，在第一至六的实施方式中，由凹凸形状使光的相位移动。相位的移动以凹凸形状以外的方式也能够实现，例如也可以在凹部所对应的区域和凸部所对应的区域对多层膜的厚度和折射率条件进行改变。在这种情况下，当然也能够得到上述实施方式同样的效果。另外还认为，第一至八实施方式不是各自独立才成立的，而是使各自的一部分加以组合而成为新的实施例。另外，在第一至八实施方式中，是以有机电致发光元件为例进行的说明，但只要是在折射率比1大的介质内发光的元件便完全能够适用。例如也可以对LED和导光板等应用。此外，发光装置出射光的介质并不限定为空气。上述实施方式的表面构造，能够适用在透明基板的折射率比接触透明基板的介质的折射率大的情况、尤其是大0.1以上的情况。

产业上的可利用性

如上说明，本发明的发光装置，除了使光引出效率大幅提高以外，出射光的视场角特性也良好，因此作为显示器和光源等也有用。

符号的说明

1基板

2电极

3发光层

4透明电极

5透明基板

6空气

307中空部

308粘合剂

309外壳部

310a实效上折射率为n_a的微小体A

310b实效上折射率为n_b的微小体B

13表面构造

S发光点

Claims (13)

1.一种薄片，是通过使一侧的面与发光体邻接所使用的透明的薄片，其中，所述薄片的另一侧的面被分割成内切最大圆直径为0.2μm以上8.0μm以下的多个微小区域δ，并且各微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的两个以上所邻接且围绕，

所述多个微小区域δ由从所述多个微小区域δ中以40％以上98％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ_b和除此以外的多个微小区域δ_a构成，

在所述微小区域δ_a中，配置有厚度为d且有效折射率为n_a的第一微小体，

在所述微小区域δ_b中，配置有厚度为d且有效折射率为比n_a大的n_b的第二微小体。

2.根据权利要求1所述的薄片，其中，

所述发光体发出的光的波长λ、所述厚度d、所述有效折射率n_a和n_b，满足如下关系：λ／6(n_b-n_a)＜d＜λ/(n_b-n_a)。

3.根据权利要求2所述的薄片，其中，

所述第一微小体包含：折射率互不相同的内部构造和外部构造，且该外部构造包围所述内部构造，所述第一微小体的有效折射率n_a基于所述内部构造和所述外部构造的所述折射率和体积比被决定。

4.根据权利要求3所述的薄片，其中，

所述内部构造为空洞。

5.根据权利要求4所述的薄片，其中，

所述第一微小体包含：中空粒子，其具有作为所述内部构造的中空部和作为所述外部构造的外壳部；粘合剂，其具有与所述中空粒子的所述外壳部的折射率大致相等的折射率，且覆盖所述中空粒子的周围，

所述第二微小体包含实心粒子和粘合剂，该粘合剂具有与所述实心粒子的折射率大致相等的折射率、且覆盖所述实心粒子的周围。

6.一种发光装置，其具有发光体和在所述发光体的发光面上所设置的透明的保护层，其中，

所述保护层的与所述发光面邻接的面相反侧的面，被分割成内切最大圆直径为0.2μm以上8.0μm以下的多个微小区域δ，并且各微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的两个以上所邻接且围绕，

所述多个微小区域δ由从所述多个微小区域δ中以40％以上98％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ_b和除此以外的多个微小区域δ_a构成，

在所述微小区域δ_a中，配置有厚度为d且有效折射率为n_a的第一微小体，

在所述微小区域δ_b中，配置有厚度为d且有效折射率为比n_a大的n_b的第二微小体。

7.根据权利要求6所述的发光装置，其中，

所述发光体发出的光的波长λ、所述厚度d、所述有效折射率n_a和n_b，满足如下关系：λ/6(n_b-n_a)＜d＜λ/(n_b-n_a)。

8.根据权利要求6所述的发光装置，其中，

所述第一微小体包含：折射率互不相同的内部构造和外部构造，且该外部构造包围所述内部构造，所述第一微小体的有效折射率n_a基于所述内部构造和所述外部构造的所述折射率和体积比被决定。

9.根据权利要求8所述的发光装置，其中，

所述内部构造为空洞。

10.根据权利要求9所述的发光装置，其中，

所述第一微小体包含：中空粒子，其具有作为所述内部构造的中空部和作为所述外部构造的外壳部；粘合剂，其具有与所述中空粒子的所述外壳部的折射率大致相等的折射率，且覆盖所述中空粒子的周围，

所述第二微小体包含：实心粒子和粘合剂，该粘合剂具有与所述实心粒子的折射率大致相等的折射率、且覆盖所述实心粒子的周围。

11.根据权利要求1所述的薄片，其中，

所述内切最大圆直径为0.2μm以上1.5μm以下。

12.根据权利要求6所述的发光装置，其中，

所述内切最大圆直径为0.2μm以上1.5μm以下。

13.根据权利要求6～10任一项所述的发光装置，其中，

所述保护层在所述相反侧的面所接触的介质，是折射率比所述保护层小的透明材料。