CN103038677A - 片材及发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种片材，其按照来自发光体的光向一侧的面入射且从另一侧的面射出的方式使用，在另一侧的面具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域(13)，多个微小区域(13)中的每个微小区域被多个微小区域(13)中的另外的多个微小区域邻接且围绕，多个微小区域(13)由从多个微小区域(13)中以20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域(13a)和除此之外的多个微小区域(13b)构成，透过所述多个微小区域(13a)的光与透过多个微小区域(13b)的光的相位差为π。

Description

片材及发光装置

技术领域

本发明涉及通过使其一侧的面与发光体邻接所使用的透明的片材及使用此的发光装置。

背景技术

图18是表示使用了普通的有机场致发光元件(有机EL元件)的发光装置的截面构成和光的传播形态的图。在普通的有机EL元件中，在基板101上顺次层叠有电极102、发光层103、透明电极104，在透明电极104上设置有透明基板105。在电极102和透明电极104之间施加电压时，在发光层103的内部的点S产生发光。该光直接或在电极102中反射后，透过透明电极104，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，在该点折射后向空气层106侧射出。

将透明基板105的折射率设定为n’1时，在入射角θ比临界角θc＝sin^-1(1/n’1)大时，发生全反射。例如，以θc以上的角度x向透明基板105的表面上的点Q入射的光会进行全反射，不向空气层106侧射出。

图19(a)、(b)是说明在所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取出效率的说明图。在图19(a)中，将发光层103的折射率设定为n’_k、将空气层106的折射率设定为n₀、将介于发光层103和空气层106之间的多个透明层的折射率自与发光层103接近的侧起设定为n’_k-1、n’_k-2、…、n’₁、将自发光层3内的点S发光的光的传播方位(与折射面的面法线构成的角)设定为θ’_k、将在各折射面的折射角顺次设定为θ’_k-1、θ’_k-2、…、θ’₁、θ₀时，根据斯涅耳定律下式(数1)成立。

[数1]

n’_k×sinθ’_k＝n’_k-1×sinθ’_k-1＝…＝n’₁×sinθ’₁＝n_o×sinθ_o

因此，下式(数2)成立。

[数2]

sinθ’_k＝sinθ_o×n_o/n’_k

其结果为(数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，而与其间所夹设的透明层的折射率无关，在θ’k≥θ_c＝sin^-1(n₀/n’_k)时发生全反射。

图19(b)模式化地表示从发光层103取出的光的范围。取出的光被包含在：以发光点S为顶点且以临界角θc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的取出效率η等于由圆锥体107、107’切去球面108的面积对球面108的表面积之比，能够由下式表达。

[数3]

η＝1-cosθ。

另外，因为即使在临界角以内的入射角下透射率也不是100％，所以，实际的取出效率η比1-cosθc小。另外，作为发光元件的全效率是将发光层的发光效率乘以所述取出效率η后的值。

在专利文献1中所公开的是：在有机EL元件中，出于在从透明基板向大气射出光时的透明基板表面的全反射要加以抑制的目的，通过在基板界面或反射面形成衍射光栅，使光对光取出面的入射角发生变化，由此提高光的取出效率。

另外在专利文献2中记述的是，为了提供光取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

然而，在上述这样的现有发光装置中存在以下的问题。

在图18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的光取出效率η最大也不会超过1-cosθ_c，如果发光层103的折射率被决定，则光取出效率的最大值也就被毫无疑义地限制。例如在(数2)中，若n₀＝1.0、n’_k＝1.457，则临界角θc＝sin^-1(n₀/n’_k)＝43.34度，光取出效率的最大值小达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，虽然能够确实地将会变成全反射的光取出，但其相反的也存在。即，在没有衍射光栅层时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、折射的光，通过衍射光栅层被衍射，对折射面的入射角超过临界角而发生全反射的情况存在。因此，专利文献1所公开的技术无法保证光取出效率的提高。此外在专利文献1所公开的技术中，全部的光线一律按既定角度折曲的衍射光会发生。包含有这样的衍射光的光，由于方位导致光强度有所分布，由于光折曲的角度依存于出射光的波长，因此存在因方位造成的色彩的失衡。

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规则地反射，且对于从发光层取出的光而言就构成干扰(所谓映射)，因此需要对透明基板的表面进行防反射膜层叠等的光学处理，这抬高了制品成本。

另一方面，专利文献2所公开的发光装置其目的在于防止在折射面的光的反射，而这一构造带来的光取出效率的改善很小，不过一、两成左右。

发明内容

本发明鉴于这一点而做，其目的在于，提供一种片材及发光装置，其中，使临界角以上的向透明基板的入射光也出射，从而实现光取出效率的大幅提高，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彩的失衡的发生。

本发明的第一种片材，其按照来自发光体的光向其一侧的面入射且从其另一侧的面射出的方式使用，在所述另一侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，透过所述多个微小区域δ1的光与透过所述多个微小区域δ2的光的相位差为π。

在某实施方式中，还具备：分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸的多个微小部分d1；分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸的多个微小部分d2，在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2分别配置有光轴一致的1/2波长板，所述多个微小部分d1的1/2波长板的光轴方位和所述多个微小部分d2的1/2波长板的光轴方位以45度角度配置。

本发明的第二种片材，其按照来自发光体的光入射其一侧的面且从其另一侧的面射出的方式使用，在所述另一侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，还具备：分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸的多个微小部分d1；分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸的多个微小部分d2，在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2分别配置有透过轴一致的偏振器，在所述多个微小部分d1所配置的偏振器的透过轴和构成所述多个微小部分d2的偏振器的透过轴正交。

本发明的第三种片材，其按照来自发光体的光入射其一侧的面且从另一侧的面射出的方式使用，在所述另一侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，还具备：分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸的多个微小部分d1；分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸的多个微小部分d2，在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2中的任一方设置有遮光面。

在某实施方式中，所述多个微小区域δ1及所述多个微小区域δ2为多边形，所述多个微小区域δ1及所述多个微小区域δ2为彼此相同的形状。

本发明的第一种发光装置，其具备发光体和在所述发光体的发光面上所设置的保护层，在所述保护层中所述发光面侧的相反侧的面，具备内切的最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，透过所述多个微小区域δ1的光与透过所述多个微小区域δ2的光的相位差为π，所述保护层中的所述发光层侧的相反侧的面，与具有比所述保护层的折射率更低的折射率的介质相接。

在某实施方式中，还具备：分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸的多个微小部分d1；分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸的多个微小部分d2，在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2分别配置有光轴一致的1/2波长板，所述多个微小部分d1的1/2波长板的光轴方位和所述多个微小部分d2的1/2波长板的光轴方位以45度角度配置。

本发明的第二种发光装置，其具备发光体和在所述发光体的发光面上所设置的保护层，在所述保护层中所述发光面侧的相反侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，所述保护层中的所述发光层侧的相反侧的面，与具有比所述保护层的折射率更低的折射率的介质相接，还具备：分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸的多个微小部分d1；分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸的多个微小部分d2，在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2中分别配置有透过轴一致的偏振器，在所述多个微小部分d1所配置的偏振器的透过轴与构成所述多个微小部分d2的偏振器的透过轴正交。

本发明的第三种发光装置，其具备发光体和在所述发光体的发光面上所设置的保护层，在所述保护层中所述发光面侧的相反侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，所述保护层中的所述发光层侧的相反侧的面，与具有比所述保护层的折射率更低的折射率的介质相接，还具备：分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸的多个微小部分d1；分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸的多个微小部分d2，在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2中的任一方设置有遮光面。

在某实施方式中，所述介质为空气。

在某实施方式中，所述介质为气凝胶。

根据本发明，在微小区域δ1、δ2所内切的最大圆直径在0.2μm以上2μm以下的范围内，并且，关于透过微小区域δ1、δ2的光，其电场矢量方向、大小或相位在微小区域δ1、δ2的境界为不连续。在这种情况下，折射面所入射的光的电场矢量或磁场矢量的围道积分不是零，因此，在微小区域δ1、δ2的境界发生光(境界衍射效应)。根据该现象，能够将以超过临界角的角度向微小区域δ1、δ2入射的光取出。在微小区域δ1、δ2入射之前在下地所反射的光也在下地再次向片材侧反射，再次向微小区域δ1、δ2入射。这样，能够重复进行光的取出，因此，光取出效率能够得到大幅度的改善。

附图说明

图1(a)是表示折射面107a附近的光106的行进方向的图，(b)是表示折射面107a附近的折射率的阶跃状变化的图，(c)是表示折射率附近107a附近的折射率的平稳变化的图，(d)是表示折射面的入射角和透射率的关系的坐标图；

图2(a)是表示在表面具备有着周期的构造的衍射光栅的发光装置的截面图，(b)是表示(a)所示的发光装置的顶面的图；

图3是用于说明衍射光栅的衍射方位的图；

图4(a)是表示在表面具备随机配置的突起的发光装置的截面的图，(b)是表示(a)所示的发光装置的上面的图；

图5(a)～(h)是模式化地表示折射面中的光场的境界条件的图；

图6(a)是配置有针孔(pinhole)的图，(b)是配置有移相器(phaseshifter)的图；

图7(a)是表示在图6所示的构造中，折射面的透射率t的入射角依存性的坐标图，(b)是用于说明从图6所示的构造射出的光的量增加的理由的图；

图8是表示本发明的第一实施方式的有机场致发光元件的断面构成和光的传播形态的图；

图9(a)是表示第一实施方式的微细区域13的局部放大图，(b)是在比(a)更宽范围下的图形图；

图10是表示第一实施方式的保护层的图形的图；

图11是表示第一实施方式的保护层的取出光量的入射角依存性的说明图，是表示第1次及第2次的取出光量的入射角依存性的说明图；

图12是第一实施方式的发光装置的一例(具有调整层的发光装置)的断面图；

图13是第一实施方式的发光装置的一例(在与调整层的境界也设置有表面构造的发光装置)的断面图；

图14是表示第二实施方式的保护层的图形的图；

图15是表示第三实施方式的保护层的图形的图；

图16(a)是表示第四实施方式的第一图形的图，(b)的表示第二图形的图；

图17(a)、(b)是表示其它的实施方式的有机场致发光元件的断面构成和光的传播形态的图；

图18是表示作为现有例的有机场致发光元件的断面构成和光的传播形态的图；

图19(a)是用于说明多层构造的透明基板的图，(b)是用于说明可取出的光的范围的图。

具体实施方式

在对本申请发明的实施方式进行说明之前，说明在专利文献1及专利文献2所示的先行例的基础上直至本发明的研究经过。

图1(a)～(d)是用于说明在折射面(透明层表面和空气层的界面)的透射率的图。

图1(a)所示的光108，从折射率1.5的透明层107的内部沿纸面方向以角度θ入射到透明层107的折射面107a，向空气侧(折射率1.0)射出。在折射面107a，光108向与折射面107a接近的方向折射。

图1(b)、(c)表示折射面107a附近的折射率的分布。在图1(b)、(c)中，纵轴表示透明层107及空气中的位置。纵轴的值为0的位置是折射面107a。图1(b)、(c)的横轴表示折射率。

通常来说，沿着折射面107a附近的面法线的折射率分布是图1(b)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)显示出图1(d)的曲线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)显示出曲线108b的透射率特性。曲线108a、108b的透射率在入射角为临界角(＝41.8度)以下时是相互不同的，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1(c)所示这样的锥形状的假定下，P偏振光显示出图1(d)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曲线108A、108B的透射率均变为0这一点，与曲线108a、108b同样。但是，就临界角以下的透射率而言，曲线108A比曲线108a更接近100％；同样，就临界角以下的透射率而言，曲线108B比曲线108b更接近100％。这样，曲线108A、108B比曲线108a、108b更接近以临界角为境界的阶跃函数的形状。近似于以临界角为界的阶跃函数的形状。图1(c)的多层结构，是在折射率从1.5至1.0为止将呈0.01的偏差的厚度0.01μm的膜层叠了50层的构造，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均近似于阶跃函数的结果。

为了在折射面不发生全反射，需要筹划的方法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，本申请发明者对专利文献1所公开的、图2(a)、(b)所示的发光装置进行了探讨。图2(a)、(b)所示的发光装置是在透明基板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2(a)所示，在基板201上，将电极202、发光层203、透明电极204、衍射光栅层209按照这一顺序进行层叠，在衍射光栅层209之上设置透明基板205。衍射光栅层209在与透明基板205相接的表面具有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2(b)所示的这种宽w的正方形、并且该凸部排列成千鸟格状。在电极202、透明电极204之间外加电压，由发光层203的内部(例如点S)发光，该光直接地或经电极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于衍射光栅层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。从而能够防止光的全反射。

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的内部沿着纸面方向在透明层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。图3中未图示，但在折射面207a形成有沿着纸面为间距Λ的衍射光栅。为了说明，在图3中示出以点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按照使其正投影矢量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。光210i每单位时间在透明层207(折射率n_A)中行进的x方向的距离(矢量210I的长度)由n_A×sinθ表示。另一方面，光210r每单位时间在透明层206(折射率n_B)中行进的x方向的距离(矢量210R的长度)由n_B×sinφ表示。矢量210I的长度和矢量210R的长度相等，因此，下式(数4)成立。根据(数4)，获得给予折射光线的方位的矢量210r的方位角φ(与折射面法线构成的角)。

[数4]

n_B×sinφ＝n_A×sinθ

这是斯涅耳定律。另一方面，给予衍射光线的方位的矢量210d的方位角φ’(与折射面法线构成的角)由下式(数5)获得。

[数5]

n_B×sinφ′＝n_A×sinθ-qλ/Λ

其中，图3的角φ’，因为跨过z轴(通过点O的折射面法线)，所以由负数定义。

根据(数4)、(数5)的结果，衍射光线(矢量210d)朝向的方向是从折射光线(矢量210r)朝向的方向错位qλ/Λ的量后的方向。在图2(a)中，假设未衍射的光线210b与图3的折射光线(矢量210r)相当。另一方面，在图2中衍射的光线210c与图3中衍射光线(矢量210d)相当。光线210c从光线210b按qλ/Λ的量进行方位移动，从而就会避免在折射面205a的全反射。从而也认为，因为能够将本应全反射的光取出，所以与不具有衍射光栅层的有机EL发光装置相比，就可以预见光取出效率的提高。

但是，在考虑图2(a)中在点S出射的光210A的情况下，发现如下问题。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。然而，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也未必能够保证光取出效率的提高。

另外，在使用了图2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。包含有这样的衍射光的光，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，所以因光出射的方位而存在色彩失衡。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。

接着，本申请发明人对专利文献2公示的图4(a)、(b)所示的发光装置进行了研究。图4(a)、(b)所示的发光装置为在透明基板305的表面设置突起物315的有机EL元件。如图4(a)所示，在基板301上，顺次层叠电极302、发光层303、透明电极304、透明基板305，且在透明基板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4(b)所示，配置在透明基板表面305a中的随机位置。w的大小在0.4～20μm范围内，h的大小在0.4～10μm范围内，这样的突起物315以5000～1000000个/mm²范围的密度形成。通过在电极302和透明电极304之间施加电压，自发光层303的内部(例如点S)发出光。该光310d直接或在电极302反射后，透过透明电极304，其一部分通过突起物315如310f那样被取出到外界。

本申请发明人认为，在图4(a)、(b)的发光装置中光取出效率提高的理由如下。实际的突起物315的形状不仅能够通过侧面蚀刻(sideetching)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也自然地将突起物315形成为前端细的形状，有效的折射率就可取透明基板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，在该情况下，折射率分布接近于图1(c)所示的折射率分布，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取出效率。另外，即使突起物315的尺寸设定为波长以上，因为突起物315是随机排列的，所以仍能够抑制取出的光的干涉。

但是，在图4所示的构造的发光装置中，根据图1(d)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，且光的取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、如何增加所取出的光量进行了进一步研究。作为进一步研究的起始，是研究折射面的光的境界条件。

图5模式化地表示折射面中的光场的境界条件，考察幅宽W的光入射折射面T的情况。根据麦克斯韦方程式，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朝向、相位、大小是连续的，成为前提条件。

在如图5(a)所示宽度W足够大的情况下，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，只剩下电场矢量或磁场矢量的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折射的法则和全反射的现象等。

如图5(b)所示，光的幅宽W若小至波长的数十倍以下，则不能忽视幅度t。这时，若将围道积分A分割成B和C(参照图5(c))，则其中围道积分B因为被包含在光束(a bundle of rays)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5(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，若光的幅宽W小至波长的1/10左右，则如图5(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，不会在围道路径内发出光。

另一方面，考察在如图5(f)那样以π的相位差的光出射的区域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，若光的幅宽W小至波长的数十倍以下，则也不能忽视幅度t。这时，若将围道积分A分割成B、C和B’(参照图5(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，不仅是幅宽狭窄的光、即使经由狭窄的幅宽而相位不同的光并排时，在幅宽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杨氏所提倡的境界衍射这一现象，所以称为境界衍射效应)。这种现象在彼此射出电场矢量的振动方向正交的光的区域沿折射面排列的情况下及光透过的区域和光遮断的区域沿折射面排列的情况下也同样引起。

即使光束的相位自π偏移也产生发光，但是，发光量逐渐变少。

若在折射面T中无论怎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。即可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，按下述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得以实际地发生。

作为强烈体现境界衍射效应的例子，如图8所示，提出在发光体所载置的透明基板的与空气的境界面，(a)设置针孔、且对其以外的部分进行遮光而形成针孔光(仅在宽度w的区域内有光存在)；(b)在按宽度w所分隔的棋盘格上随机地配置180度的移相器18。还有，最初是对针孔进行研究，但针孔几乎不能取出实际的光，因此对于被认为显示出与针孔同等光取出特性的随机配置的移相器也进行了研究。

图7(a)是表示在图6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。在图7(a)中，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，在以幅宽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5(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5(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5(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7(a)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。

另外，在图7(a)所示的曲线中，在比临界角小的入射角度下，w＝20.0μm时的透射率大致为1，然而，在其它的w值下，透射率比1低。但是，由于如下的理由而整体的光量增加。如图7(b)所示，对相位移相器18(图6所示)上的点S从各种角度入射光。在图7(b)中，从Z轴的负方向入射光，向正方向射出。在对S的入射光中的相对于相位移相器18以比临界角小的角度入射的光30、和以比临界角大的角度入射的光31相比较时，入射角度相对大的光31与入射角度相对小的光30相比从更广泛的区域入射，因此光量变多。这些光中，光30的入射角度比临界角更小，在相位移相器18中不反射而向空气层侧射出。另一方面，光31的入射角度比临界角更大，因此一部分在相位移相器18中反射，一部分通过境界衍射效应向空气层侧射出。这时，与光30相比光31的光量也多，因此，如图7(a)所示，即使在比临界角小的角度的光30中透射率低，比临界角大的入射角度的光31的透射率提高的情况下(w＝0.2、0.4、1.0、2.0μm)，作为整体的光的量也增加。

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取出效率飞跃性地提高的至今为止仍未企及的发光装置。

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

(第一实施方式)

下面，基于图8～图13说明本发明的片材(保护层)及发光装置的第一实施方式。本实施方式的发光装置是有机EL元件。

图8表示第一实施方式的有机EL元件的截面构成和光的传播形态。本实施方式的有机EL元件具有的构成为，在基板1上顺次层叠电极2、发光层3、透明电极4，且在透明电极4上形成保护透明电极4的透明基板(透明的保护层)5。在有机EL元件中，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上形成有保护层11。保护层11按照来自发光体的光向一侧的面(透明基板5侧的面)入射且从另一侧的面(透明基板5相反侧的面)射出的方式使用。保护层11在透明基板5相反侧的面具备多个微小区域13(微小区域δ)。

图9(a)表示第一实施方式的微小区域13的图形。如图9(a)所示，在保护层11上，微小区域13被分为微小区域13a、13b(微小区域δ1、δ2)。就微细区域13a、13b而言，将保护层11中有机EL元件相反侧的面假想地无间隙分割成宽度w(称为境界宽度)的棋盘格(正方形的微小区域δ)。

微小区域13a、微小区域13b中的每一个具有与其它的微小区域13a、13b邻接且其周围被包围的构造。

微小区域13a在所有的微小区域13中以20％以上80％以下的比率配置。微小区域13b占据微小区域13中除了微小区域13a之外的区域。例如，微小区域13a、13b优选以微小区域13的各50％的比率配置。

微小区域13a、13b具有内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的尺寸。

在微小区域13a及微小区域13b分别铺满透过轴正交的微小偏振器。将偏振器设置在包括微小区域13a且沿厚度方向延伸的微小部分13A(微小部分d1)和包括微小区域13b且沿厚度方向延伸的微小部分13B(微小部分d2)。

由此，透过了微小区域13a的光的电场矢量的振动方向和透过了微小区域13b的光的电场矢量的振动方向正交，关于透过微小区域13a、13b的光，电场矢量的方向为不连续。由此，向折射面入射的光的电场矢量的围道积分不是零，因此，在微小区域13a和微小区域13b的境界产生光(境界衍射效应)。

另外，在“透过微小区域13a的光和透过微小区域13b的光的振动方向正交的”范围，也包括由于微小部分13A、13B的制造误差、及对光的振动方向进行测定时的测定误差，振动方向从正交的方向偏移的情况。

图10模式化地表示保护层11中的偏振器19a、19b的配置。偏振器19a、19b在面内具有光学的各向异性的构造，仅透过彼此正交的偏光成分。各微小部分13A的偏振器19a的透过轴彼此相一致，每一个微小部分13B的偏振器19b的透过轴彼此相一致。另外，微小部分13A的偏振器19a的透过轴和微小部分13B的偏振器19b的透过轴正交。每一个偏振器19a、19b都是透过一方的偏光成分、而遮断另一方的偏光成分(或反射)。

在使用该偏振器19a、19b的情况下，在保护膜11的表面不需要设置凹凸，因此，微小区域13a、13b间的光的传播距离的差为零，并且，能够使通过微小区域13a、13b的光产生相位差。

图9(b)表示保护层11的表面中比图9(a)更宽大的区域。在图9(b)中，微小区域13a由黑色表示，微小区域13b由白色表示。在图9(b)所示的保护层11中，w为0.4μm。

在本实施方式中，优选微小区域13a、13b的配置不具有周期性(随机地配置)。但是，该情况下的“配置”是保护层11的有机EL元件相反侧的面的面内的配置，不是保护层11的在厚度方向的配置。另外，分别配置有微小区域13a、13b的微小区域13为正方形，其大小为“内切的最大圆直径为0.2μm以上2μm以下”。这样，微小区域13的形状及大小不是“不具有周期性”。

这种随机地配置的图形通过境界衍射效应所衍射的光，其传播方位也是随机的，因此，不存在如记载于专利文献1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彩失衡。另外，从外界(空气层侧)入射的光在透明基板5的表面中反射，但该反射光在随机的方位发生衍射，因此就没有外界的像映射，不需要进行防反射膜等的光学处理，可将制品成本抑制得低。

在本实施方式中，通过在电极2和透明电极4之间施加电压，在发光层3的内部(例如点S)产生发光。该光直接或电极2反射后，透过透明电极4，向透明基板5的表面上所设置的保护层13的点P以相对于表面的面法线为角度θ入射。在点P中，光进行衍射，向空气6侧射出。

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表面设置有保护层11，所以在点Q即使光以临界角θ_c以上的角度入射，该光也未全反射、且进行衍射而出射到空气层6侧(第一次的光取出)。还有，在点Q光的一部分会发生反射，但该反射的成分在经电极2反射后会再度在保护层11上的点R入射，且其一部分出射到空气层6侧(第二次的光取出)、其余的反射。以上的过程无限重复。

在此，若考察使用了现有的有机EL元件的发光装置，则按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，会发生全反射。所全反射的光即使由电极反射也会再度在透明基板与空气层的界面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取出，这一点与本实施方式不同。

在此，再次使用图7，对光的取出效率进行说明。在透明基板5内光量1的光以角θ(与折射面法线的夹角)入射保护层11的微小部分13A、13B，第一次有多少光出射到空气6侧被表示在图7中。设定透明基板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13a的面积比率P＝0.5，将微小区域13a、13b的宽度w设定为参数(w＝0.1、0.2、0.4、1.0、2.0、4.1.0μm、2.0μm、4.0μm、20μm)。

与如图18所示的现有的发光装置不同，在本实施方式中，在宽度w小的情况下(w＝0.2、0.4、1.0、2.0μm)，可知根据境界分析效果即使超过临界角(43.34度)也存在大的透射率。

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，取出光量与在图7所示的透射率t乘上sinθ的值成正比。即，在透明基板5内的1点(实际上是发光层内的点)发光的光量1的光向微小部分13A、13B以角θ(与折射面法线构成的角)入射，只要求出第一次1有多少向空气层6侧射出，就可知道第一次的取出光量的入射角依存性。另外，也能够求出在保护层11反射一次、且由电极2反射后再向保护层11入射的情况即第二次的取出光量的入射角依存性。

若将取出光量按入射角θ进行积分，则能够得到光取出效率。。图11是表示第一实施方式的保护层11的光取出效率的曲线图。图11表示在微小区域13a放置使光的相位变换180度的相位移相器的情况下的光取出效率。图11中，与图7所示的结果同样的条件下的结果，在横轴为保护层11的境界宽度w下得以归纳。在图11中不仅表示第一次的光取出效率η1，也表示第二次的取出效率η2。第二次的光取出效率η2是没有透明电极4中的吸收和电极2中的反射损等往返中的光衰减、并由保护层13反射且经电极2反射后再入射保护层13时的光取出效率。在使境界宽度w变大时，第一次、第二次的光取出效率分别与0.25、0.00接近，使境界宽度w自0.3μm变小时，不仅第二次、且第一次的光取出效率也成为零(该理由已经在图5(e)中进行了说明)。

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取出效率为τ×η₂。光取出不仅进行一次、两次，而且被无限重复，且在若其关系为等比数列的假定下，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次的光取出的合计为下述(数6)式。

[数6]

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

在无限次时，渐近于下述(数7)。

[数7]

η1/(1-τ×η2/η1)

若在图11中由2个曲线看，则在w＝0.20μm时，η1＝0.177、η2＝0.029；设定为τ＝0.88时，获得0.207的光取出效率。在w＝0.40μm时，η1＝0.260、η2＝0.056，获得0.321的光取出效率。另外，在w＝1.00μm时，η1＝0.267、η2＝0.067，获得0.343的取出效率，在w＝2.00μm时，η1＝0.271、η2＝0.015，获得0.284的光取出效率。

另一方面，就图18所示的发光装置而言，因为认为与w＝∞情况相当即可，所以，η1＝0.246、η2＝0，第二次以后全部为零，合计的光透射率为0.246。因此可知，本实施方式的发光装置中，在w＝0.20μm的条件下能够实现图18所示的发光装置的0.84倍的光取出效率；在w＝0.40μm的条件下，能够实现1.20倍的光取出效率；在w＝1.00μm的条件下，能够实现1.39倍的光取出效率；在w＝2.00μm的条件下，能够实现1.15倍的光取出效率。从图11看出，通过将w设定为0.3μm以上2.00μm以下(在通常的表现下，即为将微小区域13所内切的圆中的最大圆的直径设定为0.3μm以上2μm以下)，能够实现光取出效率的大幅度的提高。在将w设定为0.3μm来制作保护层11的情况下，有时由于制造误差而使最小区域的w为0.2μm。从该结果可知，为了使光取出效率提高，优选将w设定为0.2μm以上2μm以下。

另外，在将w设定为0.4μm以上0.8μm以下时，能够保证光取出效率的高的范围，因此更优选。

接着，对决定微小区域13a、13b的比率的过程进行说明。表1是表示将微小区域13中的微小区域13a存在的概率P1作为参数所计算的光取出效率的值(将第一次、第二次、总的光取出效率分别表示为η1、η2、η)。

[表1]

P1	0.0	0.1	0.2	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9
										η1	0.163	0.182	0.209	0.244	0.249	0.242	0.228	0.206	0.184
η2	0.059	0.100	0.121	0.132	0.136	0.127	0.121	0.112	0.096
										η	0.239	0.352	0.426	0.466	0.479	0.450	0.428	0.395	0.340

如表1所示，随着P1的值从0.5偏移，而光取出效率降低，但是，在0.8≥P1≥0.2范围时降低的程度小。因此，只要根据本实施方式在0.8≥P1≥0.2范围的图形生成规则，就成为高的光取出效率。

如图10所示的偏振器19a、19b的图形，可通过使用例如图形化光结晶的形成方法来形成，例如，公示于精密工学会誌(精密工学会志)74卷、8号(2008)的795～798页(以下，称为技术文献)。

下面，关于使两种材料交互层叠的自克隆法进行具体的说明。首先，利用平版印刷技术按下地基板的正方形的区域形成数100nm间距的条纹状的凹凸图形。这时，将形成微小区域13a的预定的正方形的条纹和形成微小区域13b的预定的正方形的条纹在不同的方向上形成。

之后，在下地基板上，通过例如SiO₂和Ti₂O₅的交替供给来形成20周期(40层)程度的层叠构造。这时，在表面由氩离子进行蚀刻的同时进行层叠，由此可在形成沿着下地基板的凹凸的斜面的同时进行层叠。形成20周期的层叠构造后，该偏振器的厚度成为0.5μm左右，形成微小区域13a的部分和形成微小区域13b的部分的厚度几乎没有差异。

另外，层叠的材料不限于上述材料，例如也可以使用SiO₂和Si₃N₄、SiO₂和TiO₂、SiO₂和NbO₂、SiO₂和Si等。

在上述技术文献中，表示了正方形的区域的尺寸为5μm见方程度。作为对于下地基板的平版印刷术的方法，只要使用电子射束平版印刷技术等微细加工技术，就能够进行位数小一位的区域内的加工。

接着，对本实施方式的变形例进行说明。

在有机EL元件中，如图12所示，在透明电极4之上设置有透明的调整层，其用于对透明基板5和电极2之间的光的往返中的光透射率进行调整。这种情况下，透明基板5载置于调整层上(即，包含调整层在内的有机EL元件能够称为发光体)，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

具体而言，由折射率n₂的发光层3的内部的点S所发出的光，直接地或经电极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并经由保护层11上的点P出射到空气6侧。在此n₁’≥n₂＞n₁＞1.0。还有，n₁’比n₂小也可，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保护层11，因此即使是超过临界角的光也能够取出到空气层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O’的入射中发生全反射，且该光在与电极2之间反复发生全反射，不能取出到空气6侧。

在这种情况下，如图13所示，只要在调整层15和透明基板5的境界面也设置本实施方式的保护层11’即可。由此，可以将超过该面的临界角的入射光在空气6侧取出。

即，通过保护层11’即使超过临界角的向点Q’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，再次入射保护层11’上的点R’，其一部分经由保护层13向空气6侧射出，以上的过程无限重复。图13的构成是将具有凹凸的保护层11、11’形成两层的复杂形状，而透明基板5可以使用折射率低的材料，因此具有拓展材料的选择面的优点。

另外，从(数7)可知，如果透明基板5和电极2之间的往返的光透射率τ大，则光取出效率就增大。实际的发光层3被除电极2及透明电极4以外的、上述的调整层15等多个透明层等包围，而这些的膜设计(包含发光层3的膜的折射率及厚度的决定)应该按照使上述的光透射率τ成为最大的方式进行。这时，在保护层13的反射因为相位的分布是随机的，所以反射光的叠加以非相干对待(不是振幅相加，而是强度相加)。即，透明基板5表面的反射影响可以忽视，在假设上反射率0％、透射率100％来对待。在该条件下从透明基板5使光发出，使该光在含有发光层3在内的多层膜中多次往返，以使返回透明基板5的复光振幅的叠加光量达到最大，从而决定各膜的折射率及厚度。

如已经说明，若在折射面无论在怎样的入射条件下而在折射面上有等价的发光(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7所示的即使超过临界角而光也透过的现象，根据在该折射面上发生等价的发光的条件也能够说明。

(第二实施方式)

以下，基于图14说明本发明的片材(保护层)及发光装置的第二实施方式。另外，第二实施方式仅保护层11的微小部分13A、13B的图形与第一实施方式不同，其它的构成全部与第一实施方式相同。对于与第一实施方式同样的构成，在此省略其说明。

第二实施方式中，代替如第一实施方式那样形成各自的透过轴大致正交的微小偏光板，而在微小部分13A、13B具有形成有各自光轴各异的1/2波长板20a、20b的二维波长板阵列构造(图14)。

微小部分13A、13B的波长板20a、20b按照各自的光轴方位成为大致45度的角度的方式配置。

将入射光的直线偏振光的电场矢量的振动方向与1/2波长板中的一方的光轴构成的角度设定为θ。1/2波长板有使入射光的偏光面旋转2θ的作用，因此，射出光的电场矢量的振动方向相对于结晶的光轴，倾斜θ-2θ度、即-θ度。这时，1/2波长板中的另一方的光轴从入射光的直线偏振光的电场矢量的振动方向倾斜(θ+45)度。射出光的电场矢量的振动方向相对于结晶的光轴倾斜θ-2(θ+45)度即(-θ-90)度。从该结果可知，对光轴以彼此45度不同的方位放置的1/2波长板入射光时，分别来自波长板的射出光的偏光轴正交。即，在本实施方式中，能够获得与赋予π相位差的情况下同样的效果。这样，从微小区域13a射出的光和从微小区域13b射出的光的相位差为π，对于透过微小区域13a、13b的光而言，电场矢量的相位为不连续。由此，向折射面入射的光的电场矢量的围道积分不为零，从而在微小区域13a和微小区域13b的境界产生光(境界衍射效应)。

从有机EL元件发出各种波长的光，但是，相位差的比较通过具有彼此相同的波长的光来进行。

保护层11按照从有机EL发出的可视光波长域(380nm～780nm范围)的光中的中心附近的波长的光(波长为600nm左右的绿色或红色光)的相位差为π的方式设计。但是，以在从有机EL元件发出的各种波长的光中的、任一波长的光为基准进行设计也可。有时也根据从发光元件发出的光的波长域，以400nm及500nm波长的光为基准进行设计。

在“透过微小区域13a的光和透过微小区域13b的光的相位差为π”范围中，也包括根据微小部分13A、13B的制造误差及对光的电场矢量的振动方向进行测定时的测定误差，相位差自π偏移的情况。

另外，波长板也使用与第一实施方式的偏振器阵列同样的制作方法，通过对层叠的厚度(各层的厚度及层叠周期)进行控制，能够进行制造。使用图形化光结晶的形成方法来形成波长板，在第一实施方式中所述的技术文献中有公示。

以下进行具体的说明。首先，利用平版印刷技术按下地基板的正方形的区域形成数100nm间距的条纹状的凹凸图形。这时，将形成微小区域13a的预定的正方形的条纹和形成微小区域13b的预定的正方形的条纹在45度不同的方向上形成。

之后，在下地基板上，通过例如SiO₂和Ti₂O₅的交替供给来形成10周期(20层)程度的层叠构造。这时，在表面由氩离子进行蚀刻的同时进行层叠，由此可在形成沿着下地基板的凹凸的斜面的同时进行层叠。形成10周期的层叠构造后，该偏振器的厚度为3μm左右，形成微小区域13a的部分和形成微小区域13b的部分的厚度几乎没有差异。与入射的光的波长相比各层的厚度及层叠间距充分短，由此，相对于各偏振光使实际的折射率产生差异，因此，能够保持作为相位板的功能。

在上述技术文献中，表示有正方形的区域的尺寸为5μm见方程度。作为对于下地基板的平版印刷术的方法，只要采用电子射束平版印刷技术等微细加工技术，就能够进行位数小一位的区域内的加工。

(第三实施方式)

下面，基于图15说明本发明的片材(保护层)及发光装置的第三实施方式。另外，第三实施方式仅保护层11的微小部分13A、13B的图形与第一实施方式不同，其它的构成全部与第一实施方式相同。对于与第一实施方式共同的构成在此省略其说明。

第三实施方式中，代替第一实施方式那样的铺满各透过轴大致正交的微小偏光板，而具有在微小部分13A和微小13B铺满了透过板21b和遮光板21a的二维的阵列构造(图15)。

在本实施方式中，向遮光板21a入射的光被遮断，因此，对于透过微小区域13a、13b的光，电场矢量的大小为不连续。由此，折射面所入射的光的电场矢量的围道积分不为零，因此，在微小区域13a和微小区域13b的境界产生光(境界衍射效应)。这样，在本实施方式中，能够获得针孔及相位移相器同样的光取出特性，即能够取得与在微小部分13A和微小部分13B之间赋予π相位差的情况同样的效果。

本实施方式的保护层11可以通过如下的方法制作。例如，只要按照进行使用于光版印刷术的掩模的形成的方式，在电子射束曝光和干腐蚀程序中在玻璃基板上的金属上制作图形即可。该情况下，除去金属且玻璃基板露出的部分成为透过板21b，残余有金属的部分成为遮光板21a。1μm以下的图形尺寸也可以充分得以制作。

(第四实施方式)

下面，基于图16说明本发明的片材(保护层)的第四实施方式。另外，第四实施方式仅保护层11的微小部分13A、13B的图形与第一实施方式不同，其它的构成全部与第一实施方式同样。对于与第一实施方式共同的构成，在此省略其说明。

图16(a)是表示本实施方式的第一保护层23的图形的图。如图16(a)所示，第一保护层23被分割为一边的长度为w的正三角形(微小区域13)，一个一个微小区域13为α区域23a(微小区域13a)或β区域23b(微小区域13b)的比率设定为各50％，α区域23a和β区域23b随机地分配。w为3.5μm以下。

另一方面，图16(b)是表示本实施方式的第二保护层33的图形的图。如图16(b)所示，第二保护层33被分割为一边的长度为w的正六边形(微小区域13)，一个一个的图形为α区域33a(微小区域13a)或β区域33b(微小区域13b)的比率设定为各50％，使α区域33a和β区域33b随机地分配。w为1.15μm以下。

另外，图形的大小，在通常的表现下，该图形内切的圆中的最大圆的直径为0.2μm以上2μm以下为条件。

作为本实施方式的保护层23、33，也可以使用第一实施方式的偏振器、第二实施方式的波长板、第三实施方式的透过板及遮光板中的任一种。

本实施方式的图形形状不限于正三角形及正六角形，只要以同一图形能够进行无间隙地面分割，也可以是任意的多角形(多边形)。

第四实施方式仅保护层23、33的图形形状与第一实施方式不同，与第一实施方式同样的原理进行作用，获得同样的效果。

另外，在形成第一～第四实施方式的保护层时，实际的加工体的微小部分13A、13B严格地说不是正方形及正三角形、正六角形，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。

(其它的实施方式)

上述的实施方式是本发明的例示，本发明不仅限于这些例。

另外，在透明基板5的厚度大的情况下，光的射出位置(平面的位置)在光取出的次数增加时从发光点S的位置偏离。在该情况下，如显示器用的EL，在按300μm程度的像素所划分的构成中，光混入相邻的像素，与画质的劣化有关。为了防止这种现象，考虑以下构成，即如图17(a)所示，将形成有保护层13的透明基板5以减薄至数μm程度的方式构成，在其上夹着空气层由0.2mm～0.5mm范围的保护基板14覆盖。在保护基板14的表面14a、背面14b不发生全反射，但是，需要AR涂层。这时，在保护层13上代替空气层也可以使用气凝胶等低折射率的透明的材料，在该情况下，从基板1到保护基板14为止被一体构成，因此，作为装置的稳定性提高。

另外，在上述实施方式中，仅在透明基板5的一面侧(上面侧)形成保护层11，但是，也可以在透明基板5的两面侧形成同样的构造。另外，在保护层11和发光点S之间配置一般的衍射光栅11’也可。这时，如图17(b)所示，考虑以下构造，即，将透明基板5制成薄膜形状，在表面形成保护层11，在背面形成具有衍射光栅的膜11’或具有其它规格的表面构造的膜11”，与发光体侧经由粘接层22粘接的构造。在透明基板5的折射率小、且与发光层3的折射率差为0.1以上的情况下，在将粘接层22的材料按照比发光层3的折射率小0.1或者为其以上的方式选择时，在粘接层22和发光层3的境界面几乎不发生全反射。另外，在粘接层22和透明基板5之间的折射面、及透明基板5和空气6之间的折射面发生的全反射，能够通过分别具有表面构造的膜11”(或具有衍射光栅的膜11’)及保护层11得以避免。

另外，第一～第四实施方式的保护层11的图形与毛玻璃及粗糙面等的表面状态、专利文献2记载的发光装置中所示的表面状态不同。第一～第四实施方式的保护层的图形中，将表面分割为宽度w的棋盘格区域，将在一个一个格赋予光学性不连续的境界的构造以例如1∶1的比率分配。在该图形中，称为固有的宽度w的尺度和固有的微小区域的特性存在，但是，一方的总面积和另一方的总面积的比率也容纳于1∶1的关系。

与之相对，毛玻璃及粗糙面等表面状态不存在固有的宽度w(至少在w≥0.05μm的条件下不存在)，微小区域的形状为不定形，面积的比率也不是简单的1∶1的关系。

即使第一～第四实施方式中的区域的比率从50％偏离，面积的比率从1∶1脱离的情况下，依然存在固有的宽度w，一方的总面积和另一方的总面积的比率也是规定的值，与完全随机的图形划分界限。这样，上述实施方式的图形不是完全没有周期性的随机的图形，而可以说成是沿着某规则的图形。即，在第一～第四实施方式的保护层11中，“没有周期性”是“微细区域δ1、δ2的二维的配置”，各微细区域δ的大小及形状不是“没有周期性”的。

另外，第一～第四实施方式中的表面形状引起的现象是衍射现象的一种。如图2所示，在衍射现象中，将相对于使表面形状平均的平坦的基准面在假设下进行折射的光线作为0次衍射光(在全反射的情况下不能表示)，将该光作为方位的基准而在偏移的方位发生高次的衍射光。在本发明的随机的图形中除了0次之外的衍射光的传播方位为随机的。与之相对，在毛玻璃及粗糙面中引起的不是衍射现象而是折射现象的一种，在不规则的折射面其面法线的方位为随机的，由此折射的方位也仅为随机的。即，在平行平板上形成第一～第四实施方式的图形形状，透视观看时能清楚看到相反侧的像的轮廓。这是由于，由表面形状所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，若透视观看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，光“被直接地放射到空气中”的表现，没有衍射这样的表现。通常而言，“直接”这一措词能够解释为更简单的原理即斯涅耳定律。在该意思中，可以理解专利文献2的表面的突起物归入与毛玻璃及粗糙面同一类中，可以说是与本发明完全不同的。

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，如本申请这样使各自区域作为同一形状的微小区域的一个以上的集合体、并且使它们的存在比率成为特定的比例这样的特征并没有记载也没有暗示。例如在本申请发明中，使一方和另一方替换的构造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。通过这样的本发明的特征，本发明者们首次发现了所起到的显著的光取出效果，而专利文献2中没有记述本发明这样的显著的效果。

就境界衍射效应而言，因为在光的电场矢量的方向、相位或大小不连续的境界发生，所以为了使该效果极大化，优选使光的电场矢量的方向、相位或大小不连续的境界的出现比率极大化。若使折射面在无数的微小区域分割，且在微小区域彼此的境界光的电场矢量方向、相位或大小为不连续，则通过两个条件实现前述的出现比率的极大化。第一个条件为各微小区域的面积尽可能的一致，第二个条件是在相邻的微小区域间也存在光的电场矢量的方向、相位或大小不连续的境界。即，若在微小区域内有比其它的更大的面积的区域，则将该大面积分割后，其光的电场矢量的方向、相位或大小的不连续的境界增加。反之，若在微小区域内有比其它的更小的面积的区域，这就使比其它区域大的面积得以存在，则将该大面积分割后，其光的电场矢量的方向、相位或大小不连续的境界增加。作为该延长线，各微小区域的面积尽可能的一致，至少各微小区域的面积进入相对于某基准面积为0.5～1.5倍的范围(微小区域所内切的圆中最大圆的直径相对于成为基准的直径为0.7～1.3倍的范围)，会使微小区域间的境界线的出现比率极大化。第一～第四实施方式遵从该条件。另外，即使能够使向微小区域的分割极大化，若在相邻的微小区域彼此光的电场矢量的方向、相位或大小一致，则效果也变差。因此，需要微小区域的随机的分配，以使在相邻的微小区域间也以光的电场矢量方向、相位或大小不连续境界存在。即，上述实施方式的发光装置，并非如专利文献2记载的发光装置那样的反射防止的效果(也包括该效果)，通过使境界衍射效应极大化的效果能够实现取出效率的提高。

第一～第四实施方式不仅分别独立地成立，也可以将各自的一部分组合作为新的实施例。另外，在第一～第四实施方式中以有机场致发光元件为例进行了说明，但是，只要是在折射率比1大的介质内发光的元件，本发明全部能够适用。例如，也可以适用于LED及导光板等。另外，发光装置射出光的介质不仅限于空气。本发明可以应用于透明基板的折射率比与透明基板相接的介质的折射率大、尤其大0.1以上的情况。

工业上的可利用性

如以上说明，本发明的发光装置使光的取出效率大幅度地提高，因此，作为显示器及光源等是有用的。

符号说明

1、基板

2、电极

3、发光层

4、透明电极

5、透明基板

6、空气

11、保护层

13a、13b、微小区域

13A、13B、微小部分

19a、19b、偏振器

20a、20b、1/2波长板

21a、透过板

21b、遮光板

23a、33a、α区域

23b、33b、β区域

S、发光点

Claims (11)

1.一种片材，其按照来自发光体的光入射其一侧的面且从其另一侧的面射出的方式使用，

在所述另一侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，

所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，

透过所述多个微小区域δ1的光与透过所述多个微小区域δ2的光的相位差为π。

2.如权利要求1所述的片材，其中，

还具备：

多个微小部分d1，分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸；

多个微小部分d2，分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸，

在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2分别配置有光轴一致的1/2波长板，

所述多个微小部分d1的1/2波长板的光轴方位和所述多个微小部分d2的1/2波长板的光轴方位以45度角度配置。

3.一种片材，其按照来自发光体的光入射其一侧的面且从其另一侧的面射出的方式使用，

在所述另一侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，

所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，

还具备：

多个微小部分d1，分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸；

多个微小部分d2，分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸，

在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2分别配置有透过轴一致的偏振器，

在所述多个微小部分d1所配置的偏振器的透过轴与构成所述多个微小部分d2的偏振器的透过轴正交。

4.一种片材，其按照来自发光体的光入射其一侧的面且从其另一侧的面射出的方式使用，

在所述另一侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，

所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，

还具备：

多个微小部分d1，分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸；

多个微小部分d2，分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸，

在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2中的任一方设置有遮光面。

5.如权利要求1～4中任一项所述的片材，其中，

所述多个微小区域δ1及所述多个微小区域δ2是多边形，

所述多个微小区域δ1及所述多个微小区域δ2是彼此相同的形状。

6.一种发光装置，其具备发光体和在所述发光体的发光面上所设置的保护层，

在所述保护层中所述发光面侧的相反侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，

所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，

透过所述多个微小区域δ1的光与透过所述多个微小区域δ2的光的相位差为π，

所述保护层中的所述发光层侧的相反侧的面，与具有比所述保护层的折射率更低的折射率的介质相接。

7.如权利要求6所述的发光装置，其中，

还具备：

多个微小部分d1，分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸；

多个微小部分d2，分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸，

在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2分别配置有光轴一致的1/2波长板，

所述多个微小部分d1的1/2波长板的光轴方位和所述多个微小部分d2的1/2波长板的光轴方位以45度角度配置。

8.一种发光装置，其具备发光体和在所述发光体的发光面上所设置的保护层，

在所述保护层中所述发光面侧的相反侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，

所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，

所述保护层中的所述发光层侧的相反侧的面，与具有比所述保护层的折射率更低的折射率的介质相接，

还具备：

多个微小部分d1，分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸；

多个微小部分d2，分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸，

在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2分别配置有透过轴一致的偏振器，

在所述多个微小部分d1所配置的偏振器的透过轴与构成所述多个微小部分d2的偏振器的透过轴正交。

9.一种发光装置，其具备发光体和在所述发光体的发光面上所设置的保护层，

在所述保护层中所述发光面侧的相反侧的面，具备内切最大圆直径为0.2μm以上2μm以下的多个微小区域δ，

所述多个微小区域δ中的每个微小区域δ被所述多个微小区域δ中的另外的多个微小区域δ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20％以上80％以下的比率所随机选择的多个微小区域δ1和除此之外的多个微小区域δ2构成，

所述保护层中的所述发光层侧的相反侧的面，与具有比所述保护层的折射率更低的折射率的介质相接，

还具备：

多个微小部分d1，分别包括所述多个微小区域δ1且沿厚度方向延伸；

多个微小部分d2，分别包括所述多个微小区域δ2且沿厚度方向延伸，

在所述多个微小部分d1及所述多个微小部分d2中的任一方设置有遮光面。

10.如权利要求6～9中任一项所述的发光装置，其中，所述介质为空气。

11.如权利要求6～9中任一项所述的发光装置，其中，所述介质为气凝胶。

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