CN106469770B - 发光装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供易于小型化的发光装置。本申请的某个实施方式的发光装置具有：激发光源；发光器件，该发光器件配置在来自激发光源的激发光的光路上；以及第一聚光透镜，该第一聚光透镜配置在由发光器件射出的光的光路上。发光器件具有：光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者。表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。

Description

发光装置
技术领域
本申请涉及发光装置，特别涉及具有光致发光层的发光装置。
背景技术
对于照明器具、显示器、投影仪之类的光学设备而言，在多种用途中需要向所需的方向射出光。荧光灯、白色LED等所使用的光致发光材料各向同性地发光。因此，为了使光仅向特定方向射出，这种材料与反射器、透镜等光学部件一起使用。例如，专利文献1公开了使用布光板和辅助反射板来确保指向性的照明系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-231941号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在光学设备中，当配置反射器、透镜等光学部件时，需要增大光学设备自身的尺寸来确保它们的空间。因此，即使仅能够略微将这些光学部件小型化，也可以使得光学设备小型化，因此是有益处的。
用于解决问题的手段
本申请的某个实施方式的发光装置具备：激发光源；发光器件，该发光器件配置在来自上述激发光源的激发光的光路上；以及第一聚光透镜，该第一聚光透镜配置在由上述发光器件射出的光的光路上。上述发光器件具有：光致发光层，该光致发光层接受上述激发光而发出空气中的波长为λa的光；透光层，该透光层以与上述光致发光层接近的方式配置；以及表面结构，该表面结构形成在上述光致发光层和上述透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者。上述表面结构对上述光致发光层所发出的空气中的波长为λa的上述光的指向角进行限制。
上述总的方案或具体的方案可以通过器件、装置、系统、方法或它们的任意组合来实现。
发明效果
根据本申请的某些实施方式，提供易于小型化的发光装置。
附图说明
图1A是表示某个实施方式的发光器件的构成的立体图。
图1B是图1A所示的发光器件的局部剖视图。
图1C是表示另一个实施方式的发光器件的构成的立体图。
图1D是图1C所示的发光器件的局部剖视图。
图2是表示分别改变发光波长和周期结构的周期来计算向正面方向射出的光的增强度的结果的图。
图3是图示式(10)中的m＝1和m＝3的条件的图表。
图4是表示改变发光波长和光致发光层的厚度t来计算向正面方向输出的光的增强度的结果的图。
图5A是表示厚度t＝238nm时计算向x方向导波(引导光(to guide light))的模式的电场分布的结果的图。
图5B是表示厚度t＝539nm时计算向x方向导波的模式的电场分布的结果的图。
图5C是表示厚度t＝300nm时计算向x方向导波的模式的电场分布的结果的图。
图6是表示以与图2的计算相同的条件就光的偏振为具有与y方向垂直的电场成分的TE模式时计算光的增强度的结果的图。
图7A是表示二维周期结构的例子的俯视图。
图7B是表示就二维周期结构进行与图2相同的计算的结果的图。
图8是表示改变发光波长和周期结构的折射率来计算向正面方向输出的光的增强度的结果的图。
图9是表示以与图8相同的条件将光致发光层的膜厚设定为1000nm时的结果的图。
图10是表示改变发光波长和周期结构的高度来计算向正面方向输出的光的增强度的结果的图。
图11是表示以与图10相同的条件将周期结构的折射率设定为np＝2.0时的计算结果的图。
图12是表示设定为光的偏振为具有与y方向垂直的电场成分的TE模式来进行与图9所示的计算相同的计算的结果的图。
图13是表示以与图9所示的计算相同的条件将光致发光层的折射率nwav变更为1.5时的结果的图。
图14是表示在折射率为1.5的透明基板之上设置有与图2所示的计算相同的条件的光致发光层和周期结构时的计算结果的图。
图15是图示式(15)的条件的图表。
图16是表示具备图1A、1B所示的发光器件100和使激发光射入光致发光层110的光源180的发光装置200的构成例的图。
图17A是表示具有x方向的周期px的一维周期结构的图。
图17B是表示具有x方向的周期px、y方向的周期py的二维周期结构的图。
图17C是表示图17A的构成中的光的吸收率的波长依赖性的图。
图17D是表示图17B的构成中的光的吸收率的波长依赖性的图。
图18A是表示二维周期结构的一个例子的图。
图18B是表示二维周期结构的另一个例子的图。
图19A是在透明基板上形成了周期结构的变形例的图。
图19B是在透明基板上形成了周期结构的另一个变形例的图。
图19C是表示在图19A的构成中改变发光波长和周期结构的周期来计算向正面方向输出的光的增强度的结果的图。
图20是表示混合了多个粉末状发光器件的构成的图。
图21是表示在光致发光层之上二维地排列周期不同的多个周期结构的例子的俯视图。
图22是表示具有表面上形成有凹凸结构的多个光致发光层110层叠而成的结构的发光器件的一个例子的图。
图23是表示在光致发光层110与表面结构120之间设置了保护层150的构成例的剖视图。
图24是表示通过仅加工光致发光层110的一部分来形成表面结构120的例子的图。
图25是表示形成在具有周期结构的玻璃基板上的光致发光层的截面TEM图像的图。
图26是表示测定试制的发光器件的出射光的正面方向的光谱的结果的图表。
图27A是表示使射出TM模式的直线偏振光的发光器件以与一维周期结构的线方向平行的轴为旋转轴进行旋转的状况的图。
图27B是表示测定使试制的发光器件如图27A所示旋转时的出射光的角度依赖性的结果的图表。
图27C是表示计算使试制的发光器件如图27A所示旋转时的出射光的角度依赖性的结果的图表。
图27D是表示使射出TE模式的直线偏振光的发光器件以与一维周期结构的线方向平行的轴为旋转轴进行旋转的状况的图。
图27E是表示测定使试制的发光器件如图27D所示旋转时的出射光的角度依赖性的结果的图表。
图27F是表示计算使试制的发光器件如图27D所示旋转时的出射光的角度依赖性的结果的图表。
图28A是表示使射出TE模式的直线偏振光的发光器件以与一维周期结构的线方向垂直的轴为旋转轴进行旋转的状况的图。
图28B是表示测定使试制的发光器件如图28A所示旋转时的出射光的角度依赖性的结果的图表。
图28C是表示计算使试制的发光器件如图28A所示旋转时的出射光的角度依赖性的结果的图表。
图28D是表示使射出TM模式的直线偏振光的发光器件以与一维周期结构的线方向垂直的轴为旋转轴进行旋转的状况的图。
图28E是表示测定使试制的发光器件如图28D所示旋转时的出射光的角度依赖性的结果的图表。
图28F是表示计算使试制的发光器件如图28D所示旋转时的出射光的角度依赖性的结果的图表。
图29是表示测定试制的发光器件的出射光(波长为610nm)的角度依赖性的结果的图表。
图30是示意性地表示平板型波导的一个例子的立体图。
图31是用于说明在光致发光层110上具有表面结构120的发光器件中受到发光增强效果的光的波长与出射方向的关系的示意图。
图32A是表示排列了显示发光增强效果的波长不同的多个周期结构的构成的例子的俯视示意图。
图32B是表示排列了一维周期结构的凸部延伸方位不同的多个周期结构的构成的例子的俯视示意图。
图32C是表示排列了多个二维周期结构的构成的例子的俯视示意图。
图33是具备微透镜的发光器件的剖视示意图。
图34A是具有发光波长不同的多个光致发光层的发光器件的剖视示意图。
图34B是具有发光波长不同的多个光致发光层的另一个发光器件的剖视示意图。
图35是表示本申请的实施方式的发光装置的例示构成的示意图。
图36是用于说明本申请的实施方式的发光装置中发光器件100与聚光透镜202之间的耦合效率的示意图。
图37是用于说明比较例的发光装置510中荧光体512与聚光透镜202之间的耦合效率的示意图。
图38是表示本申请的实施方式的发光装置的另一个变形例的示意图。
图39是表示本申请的实施方式的发光装置的又一个变形例的示意图。
图40是表示本申请的实施方式的发光装置的又一个变形例的示意图。
图41是表示本申请的实施方式的发光装置的又一个变形例的示意图。
图42是表示本申请的某个方案的投影装置的一个例子的外视图。
图43是表示图42所示的投影装置2300中的光学体系的一个例子的示意图。
图44是表示图42所示的投影装置2300的构成的一个例子概要的框图。
图45A是表示以被MEMS镜2322A反射了的光来形成图像的情况的示意图。
图45B是表示能够对由光纤2250射出的光的波长进行切换的光学体系的另一个例子的示意图。
图46是表示投影装置2300中的光学体系的另一个例子的示意图。
图47是表示与图46所示的光学体系相对应的构成的一个例子概要的框图。
图48是用于说明光源与光纤之间的光学耦合的示意图。
图49是示意性地表示光源2280的发光面积S与被导入光纤2250的光的量A之间的关系的图表。
图50是具有收纳了图像形成用光学体系所有光学部件的投光单元的比较例的投影装置的外视图。
图51是表示图50所示的投影装置2500的配置在投光单元2510内部的用于形成图像的构成的示意图。
图52是表示投影装置2300中的光学体系的又一个例子的示意图。
图53是表示投影装置2300中的光学体系的又一个例子的示意图。
图54A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的例子的剖视图。
图54B是由上方向观察图54A所示的发光装置的俯视图。
图54C是表示具有将激发光高效地导向光致发光层110内的光采集结构3590的例子的图。
图55A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的另一个例子的剖视图。
图55B是由上方向观察图55A所示的发光装置的俯视图。
图56A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图56B是由上方向观察图56A所示的发光装置的俯视图。
图57A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图57B是由上方向观察图57A所示的发光装置的俯视图。
图58A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图58B是由上方向观察图58A所示的发光装置的俯视图。
图59A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图59B是由上方向观察图59A所示的发光装置的俯视图。
图60A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图60B是由上方向观察图60A所示的发光装置的俯视图。
图61A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图61B是由上方向观察图61A所示的发光装置的俯视图。
图62A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图62B是由上方向观察图62A所示的发光装置的俯视图。
图63A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图63B是由上方向观察图63A所示的发光装置的俯视图。
图64A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图64B是由上方向观察图64A所示的发光装置的俯视图。
图65A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图65B是由上方向观察图65A所示的发光装置的俯视图。
图66A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图66B是由上方向观察图66A所示的发光装置的俯视图。
图67A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图67B是由上方向观察图67A所示的发光装置的俯视图。
图68A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图68B是由上方向观察图68A所示的发光装置的俯视图。
图69A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图69B是由上方向观察图69A所示的发光装置的俯视图。
图70A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图70B是由上方向观察图70A所示的发光装置的俯视图。
图71A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图71B是由上方向观察图71A所示的发光装置的俯视图。
图72A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图72B是由上方向观察图72A所示的发光装置的俯视图。
图73A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图73B是由上方向观察图73A所示的发光装置的俯视图。
图74A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图74B是由上方向观察图74A所示的发光装置的俯视图。
图75A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的剖视图。
图75B是由上方向观察图75A所示的发光装置的俯视图。
图76A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的俯视图。
图76B是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的又一个例子的俯视图。
图77是表示具有反射器的发光装置的概要构成的图。
图78是表示不具有反射器的发光装置的概要构成的图。
图79是表示具有反射器的发光装置的另一个例子的图。
图80是表示具有支撑体的发光装置的例子的图。
图81是表示具有支撑体的发光装置的另一个例子的图。
图82是表示具有支撑体的发光装置的又一个例子的图。
图83是表示激发光源和发光器件被支撑体支撑而成的发光装置的例子的图。
图84A是表示使用了现有的发光器件的照明装置的尺寸的图。
图84B是表示使用了本申请的实施方式的发光器件的照明装置的尺寸的图。
图84C是表示使用了本申请的实施方式的发光器件和反射器的照明装置的尺寸的图。
图85是表示将来自多个光源的光合成的发光装置的例子的图。
图86是表示将来自多个光源的光合成的发光装置的更详细构成例的图。
图87是表示追加光源5500还作为激发光起作用的构成的例子的图。
图88是表示将来自多个光源的光合成的发光装置的又一个例子的图。
图89是表示将来自多个光源的光合成的发光装置的又一个例子的图。
图90是表示将来自多个光源的光合成的发光装置的又一个例子的图。
图91是表示将来自多个光源的光合成的发光装置的又一个例子的图。
图92是表示将来自多个光源的光合成的发光装置的又一个例子的图。
图93是表示将来自多个光源的光合成的发光装置的又一个例子的图。
图94是表示将来自多个光源的光合成的发光装置的又一个例子的图。
图95是表示将来自多个光源的光合成的发光装置的又一个例子的图。
图96是表示应用于家庭用光纤照明系统的应用例的图。
图97是表示将由发光器件向不同方向射出的多个波长区域的光合成的发光装置的例子的图。
图98是表示将多个波长区域的光合成的发光装置的构成例的详细内容的图。
图99是表示将特定三波长的光合成来得到白色光的发光装置的例子的图。
图100是表示由发光器件100’向第一方向射出的第一光和向第二方向射出的第二光分别被导入不同光纤6530a、6530b的例子的图。
图101是表示将多个光纤连结而成的发光装置的另一个例子的图。
图102是表示使用了敷设(tiling)有多个发光器件100r、100g、100b的结构来代替图101的构成中的发光器件100’的例子的图。
图103是表示在图97所示的构成中进一步利用由激发光源180射出的光的一部分的例子的图。
图104是表示改变了图103中激发光源180的位置的例子的图。
图105是表示在图100所示的构成中进一步利用由激发光源180射出的光的一部分的例子的图。
图106是表示应用于家庭用光纤照明系统的应用例的图。
图107是示意性地表示具有多个凸部和多个凹部中的至少一者的表面结构的一个例子的剖视图。
符号说明
100、100a、100w 发光器件
110 光致发光层(导波层)
120、120’、120a、120b、120c 透光层(周期结构、亚微米结构)
140 透明基板
150 保护层
180 激发光源
200、210A～210G 发光装置
202、206 聚光透镜
204、208 准直透镜
250 光纤
300 壳体
300a 壳体300的开口部
具体实施方式
[1.本申请的实施方式的概要]
本申请包括以下项目所述的发光器件、发光装置和投影装置。
[项目1]
一种发光装置，其具备：
激发光源；
发光器件，该发光器件配置在来自激发光源的激发光的光路上；以及
第一聚光透镜，该第一聚光透镜配置在由发光器件射出的光的光路上，
其中，发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目2]
一种发光装置，其具备：
激发光源；
发光器件，该发光器件配置在来自激发光源的激发光的光路上；以及
第一聚光透镜，该第一聚光透镜配置在由发光器件射出的光的光路上，
其中，发光器件具有：
透光层；
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；以及
光致发光层，该光致发光层以与表面结构接近的方式配置，并接受激发光而发出空气中的波长为λa的光，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目3]
一种发光装置，其具备：
激发光源；
发光器件，该发光器件配置在来自激发光源的激发光的光路上；以及
第一聚光透镜，该第一聚光透镜配置在由发光器件射出的光的光路上，
其中，发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层具有比光致发光层更高的折射率；以及
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目4]
一种发光装置，其具备：
激发光源；
发光器件，该发光器件配置在来自激发光源的激发光的光路上；以及
第一聚光透镜，该第一聚光透镜配置在由发光器件射出的光的光路上，
其中，发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目5]
根据项目1～4中任一项所述的发光装置，其中，表面结构具有至少一个周期结构，
当将至少一个周期结构的周期设定为pa时，成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。
[项目6]
根据项目1～5中任一项所述的发光装置，其具有配置在发光器件与第一聚光透镜之间的准直透镜。
[项目7]
根据项目1～6中任一项所述的发光装置，其在由第一聚光透镜射出的光所射入的位置处具有光纤的连接部。
[项目8]
根据项目1～7中任一项所述的发光装置，其具有配置在激发光源与发光器件之间的第二聚光透镜。
[项目9]
根据项目1～7中任一项所述的发光装置，其具有配置在激发光源与发光器件之间的准直透镜。
[项目10]
根据项目8所述的发光装置，其具有配置在激发光源与第二聚光透镜之间的准直透镜。
[项目11]
一种发光装置，其具备：
发光器件；以及
支撑体，该支撑体支撑发光器件，
其中，发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制，
支撑体以发光器件的一部分露出的方式与发光器件的其他部分接触来支撑发光器件。
[项目12]
根据项目11所述的发光装置，其中，支撑体与光致发光层接触，
支撑体的导热率比光致发光层的导热率高。
[项目13]
根据项目11或12所述的发光装置，其中，支撑体包围光致发光层的周围。
[项目14]
根据项目11～13中任一项所述的发光装置，其还具备射出激发光的激发光源，
其中，激发光源以激发光射入发光器件中露出了的部分的方式配置，激发光以相对于光致发光层的法线方向倾斜了的角度射入光致发光层。
[项目15]
根据项目14所述的发光装置，其中，支撑体具有：
支撑部，该支撑部与发光器件接触；以及
开口部，该开口部由支撑部向激发光源一侧扩散，并具有相对于光致发光层的法线方向倾斜了的侧面。
[项目16]
根据项目15所述的发光装置，其中，激发光源以激发光沿着开口部的侧面射入发光器件的方式配置。
[项目17]
根据项目11～14中任一项所述的发光装置，其中，支撑体具有：
支撑部，该支撑部与发光器件接触；以及
开口部，该开口部由支撑部沿着激发光的光路延伸。
[项目18]
根据项目11～17中任一项所述的发光装置，其中，透光层对空气中的波长为λa的光的折射率nt-a比光致发光层对光的折射率nwav-a小。
[项目19]
根据项目11～18中任一项所述的发光装置，其中，空气中的波长为λa的光在由表面结构预先确定的第一方向上强度最大。
[项目20]
根据项目19所述的发光装置，其中，表面结构将空气中的波长为λa的光的以第一方向为基准的指向角限制为小于15°。
[项目21]
根据项目11～20中任一项所述的发光装置，其中，表面结构以空气中的波长为λa的光向光致发光层的法线方向最强地射出、在波长为λex的激发光在光致发光层的内部传播的情况下激发光向与光致发光层的法线方向成角度θout的方向最强地射出的方式构成，
激发光源按照激发光以入射角θout射入发光器件的方式配置。
[项目22]
一种发光装置，其具备：
发光器件；以及
支撑体，该支撑体支撑发光器件，
其中，发光器件具有：
透光层；
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；以及
光致发光层，该光致发光层以与表面结构接近的方式配置，并接受激发光而发出空气中的波长为λa的光，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制，
支撑体以发光器件的一部分露出的方式与发光器件的其他部分接触来支撑发光器件。
[项目23]
一种发光装置，其具备：
发光器件；以及
支撑体，该支撑体支撑发光器件，
其中，发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层具有比光致发光层更高的折射率；以及
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制，
支撑体以发光器件的一部分露出的方式与发光器件的其他部分接触来支撑发光器件。
[项目24]
一种发光装置，其具备：
发光器件；以及
支撑体，该支撑体支撑发光器件，
其中，发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制，
支撑体以发光器件的一部分露出的方式与发光器件的其他部分接触来支撑发光器件。
[项目25]
一种发光装置，其具备：
激发光源；
发光器件；以及
反射器，该反射器设置在由激发光源射出的激发光的光路上，并将激发光反射而导向发光器件，
其中，发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目26]
根据项目1～3、25中任一项所述的发光装置，其中，表面结构将光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角限制为小于15°。
[项目27]
根据项目25或26所述的发光装置，其中，表面结构在光致发光层的内部形成模拟导波模式，该模拟导波模式使由光致发光层射出的空气中的波长为λa的光的强度在由表面结构预先确定的第一方向上最大。
[项目28]
根据项目25～27中任一项所述的发光装置，其中，反射器按照激发光以相对于与光致发光层的主面垂直的方向倾斜了的角度射入光致发光层的方式来反射激发光。
[项目29]
根据项目25～28中任一项所述的发光装置，其还具备支撑发光器件的支撑体，
其中，反射器设置在支撑体的一部分上。
[项目30]
根据项目29所述的发光装置，其中，支撑体还支撑激发光源。
[项目31]
根据项目25～30中任一项所述的发光装置，其中，反射器具有使激发光的反射角变化的角度调整机构。
[项目32]
一种发光装置，其具备：
激发光源；以及
发光器件，该发光器件配置在由激发光源射出的激发光的光路上，
其中，发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目33]
根据项目32所述的发光装置，其还具备支撑激发光源和发光器件的支撑体。
[项目34]
根据项目25～33中任一项所述的发光装置，其还具备配置在激发光源与发光器件之间的光路上的准直透镜。
[项目35]
根据项目1～3、11～21、25～34中任一项所述的发光装置，其中，当将表面结构中相邻的两个凸部之间或相邻的两个凹部之间的距离设定为Dint、将光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a时，成立λa/nwav-a＜Dint＜λa的关系。
[项目36]
根据项目11～21、25～35中任一项所述的发光装置，其中，表面结构具有至少一个周期结构，
当将光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a、将至少一个周期结构的周期设定为pa时，成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。
[项目37]
一种发光器件，其具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
其中，表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目38]
一种发光装置，其具备：
激发光源；
发光器件；以及
反射器，该反射器设置在由激发光源射出的激发光的光路上，并将激发光反射而导向发光器件，
其中，发光器件具有：
透光层；
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；以及
光致发光层，该光致发光层以与表面结构接近的方式配置，并接受激发光而发出空气中的波长为λa的光，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目39]
一种发光装置，其具备：
激发光源；
发光器件；以及
反射器，该反射器设置在由激发光源射出的激发光的光路上，并将激发光反射而导向发光器件，
其中，发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层具有比光致发光层更高的折射率；以及
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目40]
一种发光装置，其具备：
激发光源；
发光器件；以及
反射器，该反射器设置在由激发光源射出的激发光的光路上，并将激发光反射而导向发光器件，
其中，发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目41]
一种发光器件，其具有：
透光层；
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；以及
光致发光层，该光致发光层以与表面结构接近的方式配置，并接受激发光而发出空气中的波长为λa的光，
其中，表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目42]
一种发光器件，其具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层具有比光致发光层更高的折射率；以及
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
其中，表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目43]
一种发光器件，其具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
其中，表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目44]
一种发光装置，其具备：
项目41～43中任一项所述的发光器件；以及
激发光源，该激发光源射出被导入发光器件中的光致发光层的激发光。
[项目45]
根据项目44所述的发光装置，其中，当将表面结构中相邻的两个凸部之间或相邻的两个凹部之间的距离设定为Dint、将光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a时，成立λa/nwav-a＜Dint＜λa的关系。
[项目46]
根据项目45所述的发光装置，其中，表面结构具有至少一个周期结构，
当将光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a、将至少一个周期结构的周期设定为pa时，成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。
[项目47]
一种发光装置，其具备：
光致发光层，该光致发光层发出包括空气中的波长为λa的第一光和空气中的波长为λb的第二光在内的光；
透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；
表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，并对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的第一光的指向角进行限制，使第一光的强度在由多个凸部和多个凹部中的至少一者预先确定的第一方向上最大，使第二光的强度在与第一方向不同的第二方向上最大；以及
光学体系，该光学体系将第一光和第二光合成。
[项目48]
根据项目47所述的发光装置，其中，光学体系将向第一方向射出的第一光和向第二方向射出的第二光合成。
[项目49]
根据项目47或48所述的发光装置，其还具备由一端采集通过光学体系合成的光并由另一端射出的光纤。
[项目50]
根据项目47～49中任一项所述的发光装置，其还具备使第三光射入光致发光层的光源，该第三光包括激发光致发光层中的光致发光材料而发出第一光和第二光的激发光。
[项目51]
根据项目50所述的发光装置，其中，光学体系将由光源射出并透过了光致发光层的第三光的一部分、第一光和第二光合成。
[项目52]
一种发光装置，其具备：
光致发光层，该光致发光层发出包括空气中的波长为λa的第一光和空气中的波长为λb的第二光在内的光；
透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；
表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，并对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的第一光的指向角进行限制，使第一光的强度在由多个凸部和多个凹部中的至少一者预先确定的第一方向上最大，使第二光的强度在与第一方向不同的第二方向上最大；
第一光学体系，该第一光学体系将第一光导入第一光纤；以及
第二光学体系，该第二光学体系将第二光导入第二光纤。
[项目53]
根据项目52所述的发光装置，其中，第一光学体系将向第一方向射出的第一光导入第一光纤，
第二光学体系将向第二方向射出的第二光导入第二光纤。
[项目54]
根据项目52或53所述的发光装置，其还具备第一光纤和第二光纤，
其中，第一光纤和第二光纤连结，在连结点将第一光和第二光合成。
[项目55]
根据项目52～54中任一项所述的发光装置，其还具备使第三光射入光致发光层的光源，该第三光包括激发光致发光层中的光致发光材料而发出第一光和第二光的激发光。
[项目56]
根据项目55所述的发光装置，其还具备第三光学系，该第三光学系将由光源射出并透过了光致发光层的第三光的一部分导入第三光纤。
[项目57]
根据项目56所述的发光装置，其还具备第一光纤～第三光纤，
其中，第一光纤～第三光纤连结，在连结点将第一光～第三光合成。
[项目58]
根据项目47～57中任一项所述的发光装置，其中，当将表面结构中相邻的两个凸部的中心间或相邻的两个凹部的中心间距离设定为Dint、将光致发光层对空气中的波长为λa的第一光的折射率设定为nwav-a时，成立λa/nwav-a＜Dint＜λa的关系。
[项目59]
根据项目47～58中任一项所述的发光装置，其中，第一表面结构具有至少一个周期结构，
当将第一光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a、将至少一个周期结构的周期设定为pa时，成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。
[项目60]
根据项目1～3、11～23、25～39、41、42、47～59中任一项所述的发光装置，其中，上述光致发光层与上述透光层互相接触。
[项目61]
一种发光装置，其具备：
透光层；
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；
光致发光层，该光致发光层以与表面结构接近的方式配置，并发出包括空气中的波长为λa的第一光和空气中的波长为λb的第二光在内的光；以及
光学体系，该光学体系将第一光和第二光合成，
其中，表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的第一光的指向角进行限制，使第一光的强度在由多个凸部和多个凹部中的至少一者预先确定的第一方向上最大，使第二光的强度在与第一方向不同的第二方向上最大。
[项目62]
一种发光装置，其具备：
光致发光层，该光致发光层发出包括空气中的波长为λa的第一光和空气中的波长为λb的第二光在内的光；
透光层，该透光层具有比光致发光层更高的折射率；
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，并对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制，使第一光的强度在由多个凸部和多个凹部中的至少一者预先确定的第一方向上最大，使第二光的强度在与第一方向不同的第二方向上最大；以及
光学体系，该光学体系将第一光和第二光合成。
[项目63]
一种发光装置，其具备：
光致发光层，该光致发光层发出包括空气中的波长为λa的第一光和空气中的波长为λb的第二光在内的光；
表面结构，该表面结构形成在光致发光层的表面上，包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，并对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制，使第一光的强度在由多个凸部和多个凹部中的至少一者预先确定的第一方向上最大，使第二光的强度在与第一方向不同的第二方向上最大；以及
光学体系，该光学体系将第一光和第二光合成。
[项目64]
一种发光装置，其具备第一光源和第二光源，
其中，第一光源具备：
第一光致发光层，该第一光致发光层发出包括空气中的波长为λa的光在内的第一光；
第一透光层，该第一透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及
第一表面结构，该第一表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，包含多个第一凸部和多个第一凹部中的至少一者，并对第一光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制，
第二光源射出包括空气中的波长为λb的光在内的第二光，
将由第一光源射出的第一光和由第二光源射出的第二光合成。
[项目65]
根据项目64所述的发光装置，其中，当将第一表面结构中相邻的两个第一凸部的中心间或相邻的两个第一凹部的中心间距离设定为Dint-a、将第一光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a时，成立λa/nwav-a＜Dint-a＜λa的关系。
[项目66]
根据项目64或65所述的发光装置，其中，第一表面结构具有至少一个第一周期结构，
当将第一光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a、将至少一个第一周期结构的周期设定为pa时，成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。
[项目67]
根据项目64～66中任一项所述的发光装置，其中，由第一光源射出的空气中的波长为λa的光的强度在由多个第一凸部和多个第一凹部中的至少一者预先确定的第一方向上最大。
[项目68]
根据项目64～67中任一项所述的发光装置，其中，第二光源具有：
第二光致发光层，该第二光致发光层发出包括空气中的波长为λb的光在内的第二光；
第二透光层，该第二透光层以与第二光致发光层接近的方式配置；以及
第二表面结构，该第二表面结构形成在第二光致发光层和第二透光层中的至少一者的表面上，包含多个第二凸部和多个第二凹部中的至少一者，并对第二光致发光层所发出的空气中的波长为λb的光的指向角进行限制。
[项目69]
根据项目68所述的发光装置，其中，当将第二表面结构中相邻的两个第二凸部的中心间或相邻的两个第二凹部的中心间距离设定为Dint-b、将第二光致发光层对空气中的波长为λb的光的折射率设定为nwav-b时，成立λb/nwav-b＜Dint-b＜λb的关系。
[项目70]
根据项目68或69所述的发光装置，其中，第二表面结构具有至少一个第二周期结构，
当将第二光致发光层对空气中的波长为λb的光的折射率设定为nwav-b、将至少一个第二周期结构的周期设定为pb时，成立λb/nwav-b＜pb＜λb的关系。
[项目71]
根据项目68～70中任一项所述的发光装置，其中，由第二光源射出的空气中的波长为λb的光的强度在由多个第二凸部和多个第二凹部中的至少一者预先确定的第二方向上最大。
[项目72]
根据项目64～71中任一项所述的发光装置，其将由第一光源射出的第一光和由第二光源射出的第二光合成来生成白色光。
[项目73]
根据项目64～72中任一项所述的发光装置，其还具备第三光源，
其中，第三光源具有：
第三光致发光层，该第三光致发光层发出包括空气中的波长为λc的光在内的第三光；
第三透光层，该第三透光层以与第三光致发光层接近的方式配置；以及
第三表面结构，该第三表面结构形成在第三光致发光层和第三透光层中的至少一者的表面上，包含多个第三凸部和多个第三凹部中的至少一者，并对第三光致发光层所发出的空气中的波长为λc的光的指向角进行限制，
将由第一光源射出的第一光、由第二光源射出的第二光、由第三光源射出的第三光合成。
[项目74]
根据项目73所述的发光装置，其中，当将第三表面结构中相邻的两个第三凸部的中心间或相邻的两个第三凹部的中心间距离设定为Dint-c、将第三光致发光层对空气中的波长为λc的光的折射率设定为nwav-c时，成立λc/nwav-c＜Dint-c＜λc的关系。
[项目75]
根据项目73或74所述的发光装置，其中，第三表面结构具有至少一个第三周期结构，
当将第三光致发光层对空气中的波长为λc的光的折射率设定为nwav-c、将至少一个第三周期结构的周期设定为pc时，成立λc/nwav-c＜pc＜λc的关系。
[项目76]
根据项目73～75中任一项所述的发光装置，其中，由第三光源射出的空气中的波长为λc的光的强度在由多个第三凸部和多个第三凹部中的至少一者预先确定的第三方向上最大。
[项目77]
根据项目73～76中任一项所述的发光装置，其中，将由第一光源射出的第一光、由第二光源射出的第二光、由第三光源射出的第三光合成来生成白色光。
[项目78]
根据项目64～77中任一项所述的发光装置，其还具备由一端采集由第一光源射出的第一光并由另一端射出的光纤。
[项目79]
根据项目64～78中任一项所述的发光装置，其中，第二光源以第二光从第一光源通过的方式配置，
将由第一光源射出的第一光和从第一光源通过后的第二光合成。
[项目80]
根据项目64～78中任一项所述的发光装置，其中，将第一光和第二光在第一光源的内部合成。
[项目81]
根据项目64～78中任一项所述的发光装置，其还具备使第一光和第二光在第一光源的外部合成的光学体系。
[项目82]
根据项目81所述的发光装置，其中，光学体系将第一光和第二光合成并射入光纤。
[项目83]
根据项目82所述的发光装置，其中，由第二光源射出的第二光包括激发第一光致发光层内的发光材料而发光的激发光，
第二光源使第二光射入第一光致发光层，
光学体系将由第一发光器件射出的第一光和由第二光源射出并透过了第一光源的第二光合成并射入光纤。
[项目84]
根据项目64～77中任一项所述的发光装置，其还具备：
第一光纤，该第一光纤由一端采集由第一光源射出的第一光；以及
第二光纤，该第二光纤由一端采集由第二光源射出的第二光，
其中，第一光纤和第二光纤连结，在连结点将第一光和第二光合成。
[项目85]
根据项目64～84中任一项所述的发光装置，其中，第一光致发光层与第一透光层互相接触。
[项目86]
一种发光装置，其具备第一光源和第二光源，
其中，第一光源具有：
透光层；
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；以及
光致发光层，该光致发光层以与表面结构接近的方式配置，并发出包括空气中的波长为λa的光在内的第一光，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制，
第二光源射出包括空气中的波长为λb的光在内的第二光，
由第一光源射出的第一光和由第二光源射出的第二光被合成。
[项目87]
一种发光装置，其具备第一光源和第二光源，
其中，第一光源具有：
光致发光层，该光致发光层发出包括空气中的波长为λa的光在内的第一光；
透光层，该透光层具有比光致发光层更高的折射率；以及
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制，
第二光源射出包括空气中的波长为λb的光在内的第二光，
由第一光源射出的第一光和由第二光源射出的第二光被合成。
[项目88]
一种发光装置，其具备第一光源和第二光源，
其中，第一光源具有：
光致发光层，该光致发光层发出包括空气中的波长为λa的光在内的第一光；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制，
第二光源射出包括空气中的波长为λb的光在内的第二光，
由第一光源射出的第一光和由第二光源射出的第二光被合成。
[项目89]
一种投影装置，其具备：
光源部；
图像形成部，该图像形成部具有光调制器件；以及
光纤，该光纤由一端采集来自光源部的光，并导向图像形成部，
其中，光源部具有：
激发光源；
光致发光层，该光致发光层接受来自激发光源的激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及
表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目90]
一种投影装置，其具备：
光源部，该光源部具有激发光源；
图像形成部；以及
光纤，该光纤由一端采集来自激发光源的激发光，并导向图像形成部，
其中，图像形成部具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；
表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；以及
光调制器件，该光调制器件接受光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目91]
一种投影装置，其具备：
光源部；
图像形成部，该图像形成部具有光调制器件；以及
光纤，该光纤由一端采集来自光源部的光，并导向图像形成部，
其中，光源部具有：
激发光源；
透光层；
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；以及
光致发光层，该光致发光层以与表面结构接近的方式配置，并接受来自激发光源的激发光而发出空气中的波长为λa的光，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目92]
一种投影装置，其具备：
光源部，该光源部具有激发光源；
图像形成部；以及
光纤，该光纤由一端采集来自激发光源的激发光，并导向图像形成部，
其中，图像形成部具有：
透光层；
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；
光致发光层，该光致发光层以与表面结构接近的方式配置，并接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；以及
光调制器件，该光调制器件接受光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目93]
一种投影装置，其具备：
光源部；
图像形成部，该图像形成部具有光调制器件；以及
光纤，该光纤由一端采集来自光源部的光，并导向图像形成部，
其中，光源部具有：
激发光源；
光致发光层，该光致发光层接受来自激发光源的激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层具有比光致发光层更高的折射率；以及
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目94]
一种投影装置，其具备：
光源部，该光源部具有激发光源；
图像形成部；以及
光纤，该光纤由一端采集来自激发光源的激发光，并导向图像形成部，
其中，图像形成部具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层具有比光致发光层更高的折射率；
表面结构，该表面结构形成在透光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；以及
光调制器件，该光调制器件接受光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目95]
根据项目89～94中任一项所述的投影装置，其中，光致发光层和透光层互相接触。
[项目96]
一种投影装置，其具备：
光源部；
图像形成部，该图像形成部具有光调制器件；以及
光纤，该光纤由一端采集来自光源部的光，并导向图像形成部，
其中，光源部具有：
激发光源；
光致发光层，该光致发光层接受来自激发光源的激发光而发出空气中的波长为λa的光；
表面结构，该表面结构形成在光致发光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目97]
一种投影装置，其具备：
光源部，该光源部具有激发光源；
图像形成部；以及
光纤，该光纤由一端采集来自激发光源的激发光，并导向图像形成部，
其中，图像形成部具有：
光致发光层，该光致发光层接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；
表面结构，该表面结构形成在光致发光层的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者；以及
光调制器件，该光调制器件接受光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光，
表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。
[项目98]
根据项目89～97中任一项所述的投影装置，其中，表面结构在光致发光层的内部形成模拟导波模式，该模拟导波模式使由光致发光层射出的空气中的波长为λa的光的强度在由表面结构预先确定的第一方向上最大。
[项目99]
根据项目89～97中任一项所述的投影装置，其中，空气中的波长为λa的光在由表面结构预先确定的第一方向上强度最大。
[项目100]
根据项目89～99中任一项所述的投影装置，其中，空气中的波长为λa的光的以第一方向为基准时的指向角小于15°。
[项目101]
根据项目89～100中任一项所述的投影装置，其中，表面结构将光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角限制为小于15°。
[项目102]
根据项目89～101中任一项所述的投影装置，其中，当将表面结构中相邻的两个凸部之间或相邻的两个凹部之间的距离设定为Dint、将光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a时，成立λa/nwav-a＜Dint＜λa的关系。
[项目103]
根据项目89～102中任一项所述的投影装置，其中，表面结构具有至少一个周期结构，
当将至少一个周期结构的周期设定为pa时，成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。
本申请的某个实施方式的发光装置具有：激发光源；发光器件，该发光器件配置在来自激发光源的激发光的光路上；以及聚光透镜，该聚光透镜配置在由发光器件射出的光的光路上。发光器件包含接受激发光而发出空气中的波长为λa的光的光致发光层。如后面会详细说明的那样，本申请的发光装置中的发光器件具有能够对光致发光材料的发光效率、指向性或偏振特性进行控制的新型结构。根据本申请的某些实施方式，能够提供具有利用光致发光材料的新型结构的发光装置。以下，首先，对能够适用于本申请的发光装置的发光器件的例子进行说明。发光装置的整体构成的详细内容会在后面叙述。
本申请的某个实施方式的发光器件具有：光致发光层；透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者。该表面结构对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。表面结构可以是在光致发光层或透光层的面内扩散的亚微米结构。亚微米结构例如还可以是包括凸部或凹部中的至少一者的周期结构。亚微米结构例如包含多个凸部或多个凹部。光致发光层所发出的光包括空气中的波长为λa的第一光，当将相邻的凸部之间或凹部之间的距离设定为Dint、将致发光层对第一光光的折射率设定为nwav-a时，成立λa/nwav-a＜Dint＜λa的关系。或者，当将周期结构上的周期设定为pa时，成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。波长λa例如在可见光的波长范围内(例如380nm以上且780nm以下)。在利用红外线的用途中，波长λa有时超过780nm。另一方面，在利用紫外线的用途中，波长λa有时小于380nm。本申请中，为了方便起见，将包括红外线和紫外线在内的电磁波全部示为“光”。
光致发光层包含光致发光材料。光致发光材料是指接受激发光而发光的材料。光致发光材料包括狭义的荧光材料和磷光材料，不仅包括无机材料，也包括有机材料(例如色素)，还包括量子点(即，半导体微粒)。光致发光层除了光致发光材料以外，还可以包含基质材料(即，主体材料)。基质材料例如为玻璃、氧化物等无机材料、树脂。
以与光致发光层接近的方式配置的透光层由对于光致发光层所发出的光透射率高的材料形成，例如由无机材料、树脂形成。透光层例如优选由电介质(特别是光的吸收少的绝缘体)形成。透光层例如可以为支撑光致发光层的基板。在光致发光层的空气侧的表面具有亚微米结构的情况下，空气层可以为透光层。
在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，形成包含多个凸部和多个凹部中的至少一者的表面结构。这里，“表面”是指与其他物质接触的部分(即界面)。在透光层为空气等气体层的情况下，该气体层与其他物质(例如光致发光层)之间的界面是透光层的表面。该表面结构也可以称为“凹凸结构”。表面结构典型地包含将多个凸部或多个凹部一维或二维地以周期性排列而成的部分。这样的表面结构可以称为“周期结构”。多个凸部和多个凹部形成在互相接触的两个折射率不同的构件(或介质)的边界。因此，“周期结构”可以说是包含折射率在某个方向上周期性地变动的部分的结构。这里，“周期性”并不是严格限定为周期性的形态，还包括可以说是近似周期性的形态。本说明书认为：当连续的多个凸部或凹部之中相邻的两个中心间距离(以下有时称为“中心间隔”)对于任意两个相邻的凸部或凹部均收于某值p±15％以内的范围时，该部分为具有周期p的周期结构。
本说明书中，“凸部”是指相对于基准高度的部分凸出的部分。“凹部”是指相对于基准高度的部分凹下的部分。有时通过凸部和凹部的形状、尺寸、分布，无法容易地判断哪一个是凸部哪一个是凹部。例如，就图107所示的剖视图而言，既能够解释为构件610具有凹部、构件620具有凸部，也能够相反地进行解释。无论如何解释，构件610和构件620分别可以说是具有多个凸部和凹部中的至少一者这点是不变的。
表面结构中相邻的两个凸部或相邻的两个凹部的中心间距离(周期结构中为周期p)典型地比光致发光层所发出的光在空气中的波长λa短。在由光致发光层所发出的光为可见光、短波长的近红外线或紫外线的情况下，其距离比微米量级(即，微米级)短。因此，有时将这样的表面结构称为“亚微米结构”。“亚微米结构”还可以局部包含具有超过1微米(μm)的中心间隔或周期的部分。以下的说明主要是假定了发出可见光的光致发光层来进行的，作为意指表面结构的用语有时使用“亚微米结构”这一用语。然而，就具有超过亚微米量级的微细结构(例如，用于利用红外线的用途的微米量级的微细结构)的表面结构而言，以下的讨论相同完全成立。
就本申请的实施方式而言，如后面参照计算结果和实验结果所详述的那样，在光致发光层和透光层的内部形成独特的电场分布。这是导波光与亚微米结构(即表面结构)相互作用而形成的。可以将形成这样的电场分布的光的模式表示为“模拟导波模式”。通过有效利用该模拟导波模式，如以下所说明的那样，能够得到光致发光的发光效率增大、指向性提高、偏振光的选择性效果。另外，以下的说明中，有时使用模拟导波模式这一用语来对本申请的发明者们发现的新型构成和/或新的机理进行说明。该说明不过是一种例示性说明，任何意义上来说都不是要限定本申请。
亚微米结构例如包含多个凸部，当将相邻的凸部之间的中心间距离设定为Dint时，满足λa/nwav-a＜Dint＜λa的关系。亚微米结构也可以包含多个凹部来代替多个凸部。以下，为了简化起见，设定为亚微米结构具有多个凸部来进行说明。λ表示光的波长，具有下标记“a”的λa表示光在空气中的波长。nwav是光致发光层的折射率。在光致发光层为混合有多种材料的介质的情况下，将各材料的折射率以各自的体积比率加权而得到的平均折射率设定为nwav。通常折射率n依赖于波长，因此优选将对λa的光的折射率表示为nwav-a，但有时为了简化起见会省略。nwav基本上是光致发光层的折射率，但在与光致发光层相邻的层的折射率大于光致发光层的折射率的情况下，将该折射率大的层的折射率和光致发光层的折射率以各自的体积比率加权而得到的平均折射率设定为nwav。这是因为，这种情况光学上与光致发光层由多个不同材料的层构成的情况等价。
当将介质对模拟导波模式的光的有效折射率设定为neff时，满足na＜neff＜nwav。这里，na是空气的折射率。如果认为模拟导波模式的光为在光致发光层的内部一边以入射角θ全反射一边传播的光，则有效折射率neff可写作neff＝nwavsinθ。另外，有效折射率neff由存在于模拟导波模式的电场分布的区域中的介质的折射率确定，因此例如在透光层形成了亚微米结构的情况下，不仅依赖于光致发光层的折射率，还依赖于透光层的折射率。另外，由于根据模拟导波模式的偏振方向(TE模式和TM模式)的不同，电场的分布不同，因此在TE模式和TM模式之间，有效折射率neff可以不同。
亚微米结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者上。在光致发光层与透光层互相接触时，也可以在光致发光层与透光层的界面上形成亚微米结构。此时，光致发光层和透光层具有亚微米结构。光致发光层也可以不具有亚微米结构。此时，具有亚微米结构的透光层以与光致发光层接近的方式配置。这里，透光层(或其亚微米结构)与光致发光层接近典型而言是指：它们之间的距离为波长λa的一半以下。由此，导波模式的电场达到亚微米结构，形成模拟导波模式。但是，在透光层的折射率比光致发光层的折射率大时，即使不满足上述关系，光也到达透光层，因此透光层的亚微米结构与光致发光层之间的距离可以超过波长λa的一半。本说明书中，在光致发光层与透光层处于导波模式的电场到达亚微米结构、形成模拟导波模式那样的配置关系的情况下，有时表示两者互相关联。
当亚微米结构如上所述满足λa/nwav-a＜Dint＜λa的关系时，在利用可见光的用途中，表面结构具有大小为亚微米量级的特征。亚微米结构例如如以下详细说明的实施方式的发光器件中那样，可以包含至少一个周期结构。当将周期设定为pa时，至少一个周期结构成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。即，亚微米结构具有相邻的凸部之间的距离Dint为pa且固定的周期结构。如果亚微米结构包含这样的周期结构，则模拟导波模式的光通过一边传播一边与周期结构反复相互作用，被亚微米结构衍射。这与在自由空间传播的光通过周期结构而衍射的现象不同，而是光一边导波(即，一边反复全反射)一边与周期结构作用的现象。因此，即使由周期结构引起的相移小(即，即使周期结构的高度小)，也能够高效地引起光的衍射。
如果利用如上所述的机理，则通过由模拟导波模式增强电场的效果，光致发光的发光效率增大，并且产生的光与模拟导波模式结合。模拟导波模式的光的前进角度仅弯曲被周期结构规定的衍射角度。通过利用该现象，能够向特定方向射出特定波长的光。即，与不存在周期结构时相比，指向性显著提高。进而，在TE和TM模式中，有效折射率neff(＝nwavsinθ)不同，因此还能够同时得到高偏振光的选择性。例如，如后面实验例所示，能够得到向正面方向射出强的特定波长(例如610nm)的直线偏振光(例如TM模式)的发光器件。此时，向正面方向射出的光的指向角例如低于15°。这里，“指向角”对于所射出的特定波长的直线偏振光定义为强度最大方向与强度为最大强度的50％的方向之间的角度。即，指向角为将强度最大方向设成0°时的单侧的角度。这样，本申请的实施方式中的周期结构(即表面结构)不对特定波长为λa的光的指向角进行限制。换言之，与不具有周期结构时相比，将该波长为λa的光的布光设定为狭角。有时将这样的与不存在周期结构时相比指向角减少了的布光称为“狭角布光”。本申请的实施方式中的周期结构对波长为λa的光的指向角进行限制，但并不是以狭角射出全部波长为λa的光。例如，在后述的图29所示的例子中，波长为λa的光还向偏离了强度最大方向的角度(例如20°～70°)的方向略微射出。然而，整体上，波长为λa的出射光集中在0°～20°的范围，指向角被限制。
另外，本申请的典型实施方式中的周期结构与常规的衍射光栅不同，具有比光的波长λa短的周期。常规的衍射光栅具有比光的波长λa足够长的周期，其结果是使得特定波长的光分成0次光(即，透射光)、±1次衍射光等多个衍射光来射出。对于这样的衍射光栅而言，高次衍射光产生在0次光的两侧。衍射光栅中产生在0次光的两侧的高次衍射光使得狭角布光难以实现。换言之，现有的衍射光栅对于将光的指向角限制为规定角度(例如15°左右)这样的本申请的实施方式没有起到特有效果。就这一点来说，本申请的实施方式中的周期结构具有与现有的衍射光栅显著不同的性质。
如果亚微米结构的周期性降低，则指向性、发光效率、偏振度和波长选择性变弱。只要根据需要调整亚微米结构的周期性就行。周期结构既可以为偏振光的选择性高的一维周期结构，也可以是能够减小偏振度的二维周期结构。
亚微米结构可以包含多个周期结构。多个周期结构例如周期(间距)互相不同。或者，多个周期结构例如具有周期性的方向(轴)互相不同。多个周期结构既可以形成在同一个面内，也可以层叠。当然，发光器件可以具有多个光致发光层和多个透光层，它们也可以具有多个亚微米结构。
亚微米结构不仅能够用于控制光致发光层所发出的光，而且还能够用于将激发光高效地导向光致发光层。即，激发光被亚微米结构衍射，与将光致发光层和透光层导波的模拟导波模式结合，由此能够高效地激发光致发光层。只要使用当将激发光致发光材料的光在空气中的波长设定为λex、将光致发光层对该激发光的折射率设定为nwav-ex时成立λex/nwav-ex＜Dint＜λex的关系的亚微米结构就行。nwav-ex是光致发光材料对激发波长的折射率。可以使用具有当将周期设定为pex时成立λex/nwav-ex＜pex＜λex的关系的周期结构的亚微米结构。激发光的波长λex例如是450nm，但也可以为比可见光短的波长。在激发光的波长处于可见光的范围内的情况下，也可以设定为与光致发光层所发出的光一起射出激发光。
[2.作为本申请的基础的认识]
在说明本申请的具体实施方式之前，首先对作为本申请的基础的认识进行说明，接着对具有光致发光层的发光器件的例示构成进行说明。如上所述，荧光灯、白色LED等所使用的光致发光材料各向同性地发光。为了使用光致发光材料用光照射特定方向，通常需要反射器、透镜等光学部件。然而，如果光致发光层自身以指向性地发光，则例如能够减小透镜，由此能够大幅缩小光学设备或器具的大小。本申请的发明者们根据这样的设想，为了得到指向性发光，详细研究了光致发光层的构成。
本申请的发明者们首先认为：为了使来自光致发光层的光偏向特定方向，要使发光本身具有特定方向性。作为表征发光的指标的发光率Γ根据费米的黄金法则，由以下的式(1)表示。
Figure BDA0001074099990000391
式(1)中，r是表示位置的矢量，λ是光的波长，d是偶极矢量，E是电场矢量，ρ是状态密度。就除了一部分结晶性物质以外的多种物质而言，偶极矢量d具有随机的方向性。另外，在光致发光层的尺寸和厚度比光的波长足够大的情况下，电场E的大小也不依赖于朝向而基本固定。因此，在绝大多数情况下，<(d·E(r))>2的值不依赖于方向。即，发光率Γ不依赖于方向而固定。因此，在绝大多数情况下，光致发光层各向同性地发光。
另一方面，为了由式(1)得到各向异性的发光，需要花工夫进行使偶极矢量d汇集在特定方向或者增强电场矢量的特定方向的成分中的任意一种。通过花工夫进行它们中的任意一种，能够实现指向性发光。在本申请的实施方式中，利用通过将光封闭在光致发光层中的效果来将特定方向的电场成分增强的模拟导波模式。对于用于此的构成进行了研究，以下说明详细分析的结果。
[3.仅增强特定方向的电场的构成]
本申请的发明者们认为要使用电场强的导波模式对发光进行控制。通过设定为导波结构本身含有光致发光材料的构成，能够使得所产生的光与导波模式结合。但是，如果仅使用光致发光材料形成导波结构，则由于发出的光成为导波模式，因此向正面方向几乎出不来光。于是，本申请的发明者们认为要对包含光致发光材料的波导和周期结构进行组合。在周期结构与波导接近、光的电场一边与周期结构重叠一边导波的情况下，通过周期结构的作用，形成模拟导波模式。即，该模拟导波模式是被周期结构所限制的导波模式，其特征在于，电场振幅的波腹以与周期结构的周期相同的周期产生。该模式是通过光被封闭在导波结构中从而电场向特定方向被增强的模式。进而，通过该模式与周期结构进行相互作用，通过衍射效果转换为特定方向的传播光。因此，能够向波导外部射出光。进而，由于除了模拟导波模式以外的光被封闭在波导内的效果小，因此电场不被增强。所以，大多数发光与具有大的电场成分的模拟导波模式结合。
即，本申请的发明者们认为通过由包含光致发光材料的光致发光层(或者具有光致发光层的导波层)构成以与周期结构接近的方式设置的波导，使所产生的光与转换为特定方向的传播光的模拟导波模式结合，实现具有指向性的光源。
作为导波结构的简便构成，着眼于平板型波导。平板型波导是指光的导波部分具有平板结构的波导。图30是示意性地表示平板型波导的一个例子的立体图。在图30所示的波导110S的折射率比支撑波导110S的基板140的折射率高时，存在在波导110S内传播的光的模式。通过将这样的平板型波导设定为包含光致发光层的构成，由于由发光点产生的光的电场与导波模式的电场大幅重合，因此能够使光致发光层中产生的光的大部分与导波模式结合。进而，通过将光致发光层的厚度设定为光的波长程度，能够作出仅存在电场振幅大的导波模式的状况。
进而，在周期结构与光致发光层接近的情况下，通过导波模式的电场与周期结构相互作用而形成模拟导波模式。即使在光致发光层由多个层构成的情况下，只要导波模式的电场达到周期结构，就会形成模拟导波模式。不需要光致发光层全部都为光致发光材料，只要其至少一部分区域具有发光的作用就行。
另外，在由金属形成周期结构的情况下，形成导波模式和基于等离子体共振效应的模式，该模式具有与上面所述的模拟导波模式不同的性质。另外，该模式由于由金属导致的吸收多，因此损失变大，发光增强的效果变小。因此，作为周期结构，优选使用吸收少的电介质。
本申请的发明者们首先研究了使所产生的光与通过在这样的波导的表面形成周期结构而能够作为特定角度方向的传播光射出的模拟导波模式结合。图1A是示意性地表示具有这样的波导(例如光致发光层)110和表面结构(例如透光层的一部分)120的发光器件100的一个例子的立体图。以下，在透光层形成有周期结构的情况下(即，在透光层形成有周期性的亚微米结构的情况下)，有时将透光层120称为表面结构120。在该例子中，表面结构120是各自在y方向延伸的条纹状的多个凸部在x方向上等间隔排列而成的一维周期结构。图1B是将该发光器件100用与xz面平行的平面切断时的剖视图。如果以与波导110接触的方式设置周期p的周期结构，则面内方向的具有波数kwav的模拟导波模式被转换为波导外的传播光，该波数kout能够用以下的式(2)表示。
Figure BDA0001074099990000411
式(2)中的m为整数，表示衍射的次数。
这里，为了简化起见，近似地将在波导内导波的光看作是以角度θwav传播的光线，成立以下的式(3)和(4)。
Figure BDA0001074099990000412
Figure BDA0001074099990000413
在这些式子中，λ0是光在空气中的波长，nwav是波导的折射率，nout是出射侧的介质的折射率，θout是光射出到波导外的基板或空气时的出射角度。由式(2)～(4)可知，出射角度θout能够用以下的式(5)表示。
noutsinθout＝nwavsinθwav-mλ0/p (5)
由式(5)可知，在nwavsinθwav＝mλ0/p成立时，θout＝0，能够使光向与波导的面垂直的方向(即，正面)射出。
根据如上的原理，可以认为通过使所产生的光与特定模拟导波模式结合，进而利用周期结构转换为特定出射角度的光，能够使强的光向该方向射出。
为了实现如上所述的状况，有几个制约条件。首先，为了使模拟导波模式存在，需要在波导内传播的光全反射。用于此的条件用以下的式(6)表示。
nout＜nwavsinθwav (6)
为了使该模拟导波模式通过周期结构衍射并使光射出到波导外，式(5)中需要-1＜sinθout＜1。因此，需要满足以下的式(7)。
Figure BDA0001074099990000421
对此，如果考虑式(6)，则可知只要成立以下的式(8)就行。
Figure BDA0001074099990000422
进而，为了使得由波导110射出的光的方向为正面方向(θout＝0)，由式(5)可知需要以下的式(9)。
p＝mλ0/(nwavsinθwav) (9)
由式(9)和式(6)可知，必要条件为以下的式(10)。
Figure BDA0001074099990000423
另外，在设置如图1A和图1B所示的周期结构的情况下，由于m为2以上的高次的衍射效率低，所以只要以m＝1的一次衍射光为重点进行设计就行。因此，就本申请的典型实施方式中的周期结构而言，设定为m＝1，以满足将式(10)变形得到的以下的式(11)的方式，确定周期p。
Figure BDA0001074099990000424
如图1A和图1B所示，在波导(光致发光层)110不与透明基板接触的情况下，nout为空气的折射率(约1.0)，因此只要以满足以下的式(12)的方式确定周期p就行。
Figure BDA0001074099990000425
另一方面，可以采用如图1C和图1D所例示的那样在基板140上形成有作为波导110的光致发光层和表面结构120的结构。作为基板140，典型地使用透明基板。以下，有时将基板140称为透明基板140。
在透明基板140上形成了波导110和表面结构120的情况下，基板的折射率ns比空气的折射率大，因此只要以满足式(11)中设定为nout＝ns得到的下式(13)的方式确定周期p就行。
Figure BDA0001074099990000431
另外，式(12)、(13)假定了式(10)中m＝1的情况，但也可以m≥2。即，在如图1A和图1B所示发光器件100的两面与空气层接触的情况下，只要将m设定为1以上的整数并以满足以下的式(14)的方式设定周期p就行。
Figure BDA0001074099990000432
同样地，在如图1C和图1D所示的发光器件100a那样将作为波导110的光致发光层形成在透明基板140上的情况下，只要以满足以下的式(15)的方式设定周期p就行。
Figure BDA0001074099990000433
通过以满足以上的不等式的方式确定周期结构的周期p，能够使由光致发光层产生的光向正面方向射出，因此能够实现具有指向性的发光装置。另外，以下有时将波导110称为光致发光层110。
[4.通过计算进行的验证]
[4-1.周期、波长依赖性]
本申请的发明者们利用光学解析验证了如上那样向特定方向射出光实际上是否可能。光学解析通过使用了Cybernet公司的DiffractMOD的计算来进行。这些计算中，在对发光器件由外部垂直地射入光时，通过计算光致发光层中的光吸收的增减，求出向外部垂直地射出的光的增强度。由外部射入的光与模拟导波模式结合而被光致发光层吸收的过程对应于：对与光致发光层中的发光和模拟导波模式结合而转换为向外部垂直地射出的传播光的过程相反的过程进行计算。另外，在模拟导波模式的电场分布的计算中，也同样计算由外部射入光时的电场。
将光致发光层的厚度设定为1μm，将光致发光层的折射率设定为nwav＝1.8，将周期结构的高度设定为50nm，将周期结构的折射率设定为1.5，分别改变发光波长和周期结构的周期，计算向正面方向射出的光的增强度，将其结果表示在图2中。计算模型如图1A所示，设定为在y方向上为均匀的一维周期结构、光的偏振为具有与y方向平行的电场成分的TM模式，由此进行计算。由图2的结果可知，增强度的峰在某个特定波长和周期的组合中存在。另外，在图2中，增强度的大小用颜色的深浅来表示，深(即黑)的增强度大，浅(即白)的增强度小。
在上述的计算中，周期结构的截面设定为如图1B所示的矩形。图3表示图示式(10)中的m＝1和m＝3的条件的图表。比较图2和图3可知，图2中的峰位置存在于与m＝1和m＝3相对应的地方。m＝1的强度强是因为，相比于三次以上的高次衍射光，一次衍射光的衍射效率高。不存在m＝2的峰是因为，周期结构中的衍射效率低。
在图3所示的分别与m＝1和m＝3相对应的区域内，图2中能够确认存在多个线。可以认为这是因为存在多个模拟导波模式。
[4-2.厚度依赖性]
图4是表示将光致发光层的折射率设定为nwav＝1.8、将周期结构的周期设定为400nm、将高度设定为50nm、将折射率设定为1.5并改变发光波长和光致发光层的厚度t来计算向正面方向输出的光的增强度的结果的图。可知当光致发光层的厚度t为特定值时，光的增强度达到峰值。
将在图4中存在峰的波长为600nm、厚度t＝238nm、539nm时对向x方向导波的模式的电场分布进行计算的结果分别表示在图5A和图5B中。为了比较，对于不存在峰的t＝300nm的情况进行了相同的计算，将其结果表示在图5C中。计算模型与上述同样，设定为在y方向为均匀的一维周期结构。在各图中，越黑的区域，表示电场强度越高；越白的区域，表示电场强度越低。在t＝238nm、539nm时有高的电场强度分布，而在t＝300nm时整体上电场强度低。这是因为，在t＝238nm、539nm的情况下，存在导波模式，光被较强地封闭。进而，可以观察出如下特征：在凸部或凸部的正下方，必然存在电场最强的部分(波腹)，产生与表面结构120(该例子中为周期结构)相关的电场。即，可知根据表面结构120的配置，可以得到导波的模式。另外，比较t＝238nm的情况和t＝539nm的情况，可知是z方向的电场的波节(白色部分)的数目仅差一个的模式。
[4-3.偏振光依赖性]
接着，为了确认偏振光依赖性，以与图2的计算相同的条件，对于光的偏振为具有与y方向垂直的电场成分的TE模式时进行了光的增强度的计算。本计算的结果表示在图6中。与TM模式时(图2)相比，尽管峰位置多少有变化，但峰位置仍旧处于图3所示的区域内。因此，确认了本实施方式的构成对于TM模式、TE模式中的任意一种偏振光都有效。
[4-4.二维周期结构]
进而，进行了基于二维周期结构的效果的研究。图7A是表示凹部和凸部在x方向和y方向这两方向排列而成的二维表面结构120’的一部分的俯视图。图中的黑色区域表示凸部，白色区域表示凹部。在这样的二维周期结构中，需要考虑x方向和y方向这两方向的衍射。就仅x方向或者仅y方向的衍射而言，与一维时相同但也存在具有x、y两方向的成分的方向(例如倾斜45°方向)的衍射，因此能够期待得到与一维时不同的结果。将对于这样的二维周期结构计算光的增强度得到的结果表示在图7B中。除了周期结构以外的计算条件与图2的条件相同。如图7B所示，除了图2所示的TM模式的峰位置以外，还观测到了与图6所示的TE模式中的峰位置一致的峰位置。该结果表示：基于二维周期结构，TE模式也通过衍射被转换而输出。另外，对于二维周期结构而言，还需要考虑x方向和y方向这两方向同时满足一次衍射条件的衍射。这样的衍射光向与周期p的
Figure BDA0001074099990000451
倍(即，21/2倍)的周期相对应的角度的方向射出。因此，除了一维周期结构时的峰以外，还可以考虑在周期p的
Figure BDA0001074099990000452
倍的周期也产生峰。图7B中，也能够确认到这样的峰。
作为二维周期结构，不限于如图7A所示的x方向和y方向的周期相等的四方点阵的结构，也可以是如图18A和图18B所示的排列六边形或三角形的点阵结构。另外，根据方位方向也可以为(例如四方点阵时x方向和y方向)的周期不同的结构。
如上所述，本实施方式确认了：利用基于周期结构的衍射现象，能够将通过周期结构和光致发光层所形成的特征性的模拟导波模式的光仅向正面方向选择性地射出。在这样的构成的基础上，通过用紫外线或蓝色光等激发光使光致发光层激发，可以得到具有指向性的发光。
[5.周期结构和光致发光层的构成的研究]
接着，对于改变周期结构和光致发光层的构成、折射率等各种条件时的效果进行说明。
[5-1.周期结构的折射率]
首先，对于周期结构的折射率进行研究。将光致发光层的厚度设定为200nm，将光致发光层的折射率设定为nwav＝1.8，将表面结构设定为如图1A所示那样的在y方向上均匀的一维周期结构，将高度设定为50nm，将周期设定为400nm，光的偏振为具有与y方向平行的电场成分的TM模式，由此进行计算。将改变发光波长和周期结构的折射率计算向正面方向输出的光的增强度得到的结果表示在图8中。另外，将以相同的条件将光致发光层的厚度设定为1000nm时的结果表示在图9中。
首先，着眼于光致发光层的厚度，可知与厚度为200nm时(图8)相比，厚度为1000nm时(图9)相对于周期结构的折射率变化的光强度达到峰值的波长(称为峰值波长)的位移更小。这是因为，光致发光层的厚度越小，模拟导波模式越容易受到周期结构的折射率的影响。即，周期结构的折射率越高，有效折射率越大，相应地峰值波长越向长波长侧位移，但该影响在膜厚越小时越明显。另外，有效折射率由存在于模拟导波模式的电场分布的区域中的介质的折射率决定。
接着，着眼于相对于周期结构的折射率变化的峰的变化，可知折射率越高，则峰越宽，强度越降低。这是因为周期结构的折射率越高，则模拟导波模式的光放出到外部的速率越高，因此封闭光的效果减少，即，Q值变低。为了保持高的峰强度，只要设定为利用封闭光的效果高(即Q值高)的模拟导波模式适度地将光放出到外部的构成就行。可知为了实现该构成，优选将折射率与光致发光层的折射率相比不过大的材料用于周期结构。因此，为了将峰强度和Q值提高一定程度，只要将构成周期结构的电介质(即，透光层)的折射率设定为光致发光层的折射率的同等以下就行。光致发光层包含除了光致发光材料以外的材料时也是同样的。
[5-2.周期结构的高度]
接着，对于周期结构的高度进行研究。将光致发光层的厚度设定为1000nm，将光致发光层的折射率设定为nwav＝1.8，表面结构为如图1A所示的那样的在y方向上均匀的一维周期结构，并且将折射率设定为np＝1.5，将周期设定为400nm，光的偏振为具有与y方向平行的电场成分的TM模式，由此进行计算。将改变发光波长和周期结构的高度计算向正面方向输出的光的增强度的结果表示在图10中。将以相同的条件将周期结构的折射率设定为np＝2.0时的计算结果表示在图11中。可知在图10所示的结果中，在某种程度以上的高度，峰强度、Q值(即，峰的线宽)不变化，而在图11所示的结果中，周期结构的高度越大，峰强度和Q值越低。这是因为，在光致发光层的折射率nwav比周期结构的折射率np高的情况(图10)下，光进行全反射，因此仅模拟导波模式的电场的溢出(瞬逝)部分与周期结构相互作用。在周期结构的高度足够大的情况下，即使高度变化到更高，电场的瞬逝部分与周期结构的相互作用的影响也是固定的。另一方面，在光致发光层的折射率nwav比周期结构的折射率np低的情况(图11)下，由于光不全反射而到达周期结构的表面，因此周期结构的高度越大，越受其影响。仅观察图11，可知高度为100nm左右就足够，在超过150nm的区域，峰强度和Q值降低。因此，在光致发光层的折射率nwav比周期结构的折射率np低的情况下，为了使峰强度和Q值某种程度提高，只要将周期结构的高度设定为150nm以下就行。
[5-3.偏振方向]
接着，对于偏振方向进行研究。将以与图9所示的计算相同的条件设定为光的偏振为具有与y方向垂直的电场成分的TE模式进行计算得到的结果表示在图12中。在TE模式时，由于模拟导波模式的电场溢出比TM模式的电场溢出大，因此容易受到由周期结构产生的影响。所以，在周期结构的折射率np大于光致发光层的折射率nwav的区域，峰强度和Q值的降低比TM模式明显。
[5-4.光致发光层的折射率]
接着，对于光致发光层的折射率进行研究。将以与图9所示的计算相同的条件将光致发光层的折射率nwav变更为1.5时的结果表示在图13中。可知即使是光致发光层的折射率nwav为1.5的情况下，也可以得到大致与图9同样的效果。但是，可知波长为600nm以上的光没有向正面方向射出。这是因为，根据式(10)，λ0＜nwav×p/m＝1.5×400nm/1＝600nm。
由以上的分析可知，在将周期结构的折射率设定为与光致发光层的折射率同等以下或者周期结构的折射率为光致发光层的折射率以上的情况下，只要将高度设定为150nm以下就能够提高峰强度和Q值。
[6.变形例]
以下，对发光器件的实施方式的变形例进行说明。
[6-1.具有基板的构成]
如图1C和图1D所示，发光器件也可以具有在透明基板140之上形成有光致发光层110和表面结构120的结构。为了制作这样的发光器件100a，可以考虑如下的方法：首先，在透明基板140上由构成光致发光层110的光致发光材料(根据需要包含基质材料；以下同)形成薄膜，在其之上形成表面结构120。在这样的构成中，为了通过光致发光层110和表面结构120而使其具有将光向特定方向射出的作用，透明基板140的折射率ns需要设定为光致发光层的折射率nwav以下。在将透明基板140以与光致发光层110相接触的方式设置的情况下，需要以满足式(10)中的出射介质的折射率nout设定为ns的式(15)来设定周期p。
为了确认上述内容，进行了在折射率为1.5的透明基板140之上设置有与图2所示的计算相同条件的光致发光层110和表面结构120时的计算。本计算的结果表示在图14中。与图2的结果同样地，能够确认对于每个波长以特定周期出现光强度的峰，但可知峰出现的周期的范围与图2的结果不同。对此，将式(10)的条件设定为nout＝ns得到的式(15)的条件表示在图15中。图14中可知在与图15所示的范围相对应的区域内，出现光强度的峰。
因此，对于在透明基板140上设置有光致发光层110和表面结构120的发光器件100a而言，在满足式(15)的周期p的范围可以获得效果，在满足式(13)的周期p的范围可以得到特别显著的效果。
[6-2.具有激发光源的发光装置]
图16是表示具备图1A、1B所示的发光器件100和使激发光射入光致发光层110的光源180的发光装置200的构成例的图。如上所述，本申请的构成通过使光致发光层被紫外线或蓝色光等激发光激发，得到具有指向性的发光。通过设置以射出这样的激发光的方式构成的光源180，能够实现具有指向性的发光装置200。由光源180射出的激发光的波长典型地为紫外或蓝色区域的波长，但不限于这些，可以根据构成光致发光层110的光致发光材料适当确定。另外，在图16中，光源180被配置为由光致发光层110的下表面射入激发光，但不限于这样的例子，例如也可以由光致发光层110的上表面射入激发光。激发光还可以由相对于与光致发光层110的主面(即，上表面或下表面)垂直的方向倾斜了的方向(即，斜着)射入。使激发光以在光致发光层110内产生全反射的角度斜着射入，由此能够使光致发光层110更高效地发光。
也有通过使激发光与模拟导波模式结合来使光高效地射出的方法。图17A～图17D是用于说明这样的方法的图。在该例子中，与图1C、1D所示的构成同样地，在透明基板140上形成有光致发光层110和表面结构120。首先，如图17A所示，为了增强发光，确定x方向的周期px；接着，如图17B所示，为了使激发光与模拟导波模式结合，确定y方向的周期py。周期px以满足在式(10)中将p置换为px后的条件的方式确定。另一方面，周期py以将m设定为1以上的整数、将激发光的波长设定为λex、将与光致发光层110接触的介质中除了表面结构120以外折射率最高的介质的折射率设定为nout并满足以下的式(16)的方式确定。
Figure BDA0001074099990000491
这里，nout在图17B的例子中为透明基板140的ns，但在如图16所示不设置透明基板140的构成中，为空气的折射率(约1.0)。
特别是，如果设定为m＝1以满足下式(17)的方式确定周期py，则能够进一步提高将激发光转换为模拟导波模式的效果。
Figure BDA0001074099990000492
这样，通过以满足式(16)的条件(特别是式(17)的条件)的方式设定周期py，能够将激发光转换为模拟导波模式。其结果是，能够使光致发光层110有效地吸收波长为λex的激发光。
图17C和17D分别是表示相对于图17A和17B所示的结构射入光时对每个波长计算光被吸收的比例的结果的图。在该计算中，设定为px＝365nm、py＝265nm，将来自光致发光层110的发光波长λ设定为约600nm，将激发光的波长λex设定为约450nm，将光致发光层110的消光系数设定为0.003。如图17D所示，不仅对由光致发光层110产生的光，而且对于作为激发光的约450nm的光也显示高的吸收率。这是因为，通过将射入的光有效地转换为模拟导波模式，能够使光致发光层所吸收的比例增大。另外，虽然即使对作为发光波长的约600nm，吸收率也增大，但这如果在约600nm的波长的光射入该结构的情况下，则同样被有效地转换为模拟导波模式。
图17B所示的表面结构120为在x方向和y方向分别具有周期不同的结构(称为周期成分)的二维周期结构。这样，通过使用具有多个周期成分的二维周期结构，能够提高激发效率，并且提高出射强度。另外，图17A、17B中是使激发光由基板140侧射入，但即使由表面结构120侧射入也可以得到相同效果。
进而，作为具有多个周期成分的二维周期结构，也可以采用如图18A或图18B所示的构成。通过设定为如图18A所示将具有六边形的平面形状的多个凸部或凹部周期性地排列而成的构成或如图18B所示将具有三角形的平面形状的多个凸部或凹部周期性地排列而成的构成，能够确定可视为周期的多个主轴(图的例子中为轴1～3)。因此，能够对于各个轴向分配不同的周期。可以为了提高多个波长的光的指向性分别设定这些周期，也可以为了高效地吸收激发光而分别设定这些周期。在任何一种情况下，都以满足相当于式(10)的条件的方式设定各周期。
[6-3.透明基板上的周期结构]
如图19A和图19B所示，可以在透明基板140上形成表面结构120a，在其之上设置光致发光层110。在图19A的构成例中，以追随基板140上的由凹凸构成的表面结构120a的方式形成光致发光层110。其结果是，在光致发光层110的表面也形成有相同周期的表面结构120b。另一方面，在图19B的构成例中，使光致发光层110的表面平坦化。在这些构成例中，通过以表面结构120a的周期p满足式(15)的方式进行设定，也能够实现指向性发光。
为了验证该效果，在图19A的构成中，改变发光波长和周期结构的周期来计算向正面方向输出的光的增强度。这里，将光致发光层110的厚度设定为1000nm，将光致发光层110的折射率设定为nwav＝1.8，表面结构120a为在y方向均匀的一维周期结构且其高度为50nm，折射率np＝1.5，周期为400nm，光的偏振为具有与y方向平行的电场成分的TM模式。本计算的结果表示在图19C中。本计算中，也以满足式(15)的条件的周期观测到了光强度的峰。
[6-4.粉体]
根据以上进行了说明的实施方式，能够通过调整周期结构的周期、光致发光层的厚度，突出任意波长的发光。例如，如果使用以宽带域发光的光致发光材料并设定为如图1A、图1B所示的构成，则能够仅突出某个波长的光。因此，也可以将如图1A、图1B所示那样的发光器件100的构成设定为粉末状，并制成荧光材料进行利用。另外，也可以将如图1A、图1B所示那样的发光器件100埋入树脂、玻璃等进行利用。
在如图1A、图1B所示那样的单体的构成中，制成仅向特定方向射出某个特定波长，因此难以实现例如具有宽波长区域的光谱的白色等的发光。于是，通过使用如图20所示混合了周期结构的周期、光致发光层的厚度等条件不同的多个粉末状发光器件100的混合体，能够实现具有宽波长区域的光谱的发光装置。此时，各个发光器件100的一个方向的尺寸例如为数μm～数mm左右；其中，例如可以包含数周期～数百周期的一维或二维周期结构。
[6-5.排列周期不同的结构]
图21是表示在光致发光层之上将周期不同的多个周期结构以二维排列而成的例子的俯视图。就图21所例示的发光器件100c而言，三种表面结构120a、120b、120c没有间隙地排列。表面结构120a、120b、120c例如以分别将红、绿、蓝的波长区域的光向正面射出的方式设定周期。这样，也能够通过在光致发光层之上排列周期不同的多个结构，对于宽波长区域的光谱发挥指向性。另外，多个周期结构的构成不限于上述的构成，可以任意设定。
[6-6.层叠结构]
图22表示具有表面上形成有凹凸结构的多个光致发光层110层叠而成的结构的发光器件的一个例子。多个光致发光层110之间设置有透明基板140，形成在各层的光致发光层110的表面上的凹凸结构相当于上述的周期结构或亚微米结构。在图22所示的例子中，形成了三层的周期不同的周期结构，分别以将红、蓝、绿的波长区域的光向正面射出的方式设定周期。另外，以发出与各周期结构的周期相对应的颜色的光的方式选择各层的光致发光层110的材料。这样，即使通过层叠周期不同的多个周期结构，也能够对于宽波长区域的光谱发挥指向性。
另外，层数、各层的光致发光层110和周期结构的构成不限于上述的构成，可以任意设定。例如，在两层的构成中，隔着透光性的基板，第一光致发光层与第二光致发光层以相对置的方式形成，在第一和第二光致发光层的表面分别形成第一和第二周期结构。此时，只要第一光致发光层与第一周期结构这一对和第二光致发光层与第二周期结构这一对分别满足相当于式(15)的条件就行。在三层以上的构成中也同样地，只要各层中的光致发光层和周期结构满足相当于式(15)的条件就行。光致发光层和周期结构的位置关系可以与图22所示的关系相反。虽然在图22所示的例子中，各层的周期不同，但也可以将它们全部设定为相同周期。此时，虽然不能使光谱变宽，但能够增大发光强度。
[6-7.具有保护层的构成]
图23是表示在光致发光层110与表面结构120之间设置有保护层150的构成例的剖视图。这样，也可以设置用于保护光致发光层110的保护层150。但是，在保护层150的折射率低于光致发光层110的折射率的情况下，在保护层150的内部，光的电场只能溢出波长的一半左右。因此，在保护层150的厚度比波长大的情况下，光达不到表面结构120。因此，不存在模拟导波模式，得不到向特定方向放出光的作用。在保护层150的折射率为与光致发光层110的折射率相同程度或者其以上的情况下，光到达保护层150的内部。因此，对保护层150没有厚度的制约。但是，在这种情况下，由光致发光材料形成光导波的部分(以下将该部分称为“导波层”)的大部分可以得到大的光输出。因此，在这种情况下，也优选保护层150较薄者。另外，也可以使用与表面结构(透光层)120相同的材料形成保护层150。此时，具有周期结构的透光层兼为保护层。透光层120的折射率优选比光致发光层110的折射率小。
[7.材料]
如果用满足如上所述的条件的材料构成光致发光层(或者导波层)和表面结构，则能够实现指向性发光。表面结构可以使用任意材料。然而，如果形成光致发光层(或者导波层)、表面结构的介质的光吸收性高，则封闭光的效果下降，峰强度和Q值降低。因此，作为形成光致发光层(或者导波层)和表面结构的介质，可以使用光吸收性较低的材料。
作为表面结构的材料，例如可以使用光吸收性低的电介质。作为表面结构的材料的候补，例如可以列举：MgF2(氟化镁)、LiF(氟化锂)、CaF2(氟化钙)、SiO2(石英)、玻璃、树脂、MgO(氧化镁)、ITO(氧化铟锡)、TiO2(氧化钛)、SiN(氮化硅)、Ta2O5(五氧化钽)、ZrO2(氧化锆)、ZnSe(硒化锌)、ZnS(硫化锌)等。但是，在如上所述使表面结构的折射率低于光致发光层的折射率的情况下，可以使用折射率为1.3～1.5左右的MgF2、LiF、CaF2、SiO2、玻璃、树脂。
光致发光材料包括狭义的荧光材料和磷光材料，不仅包括无机材料，也包括有机材料(例如色素)，还包括量子点(例如半导体微粒)。通常，以无机材料为主体的荧光材料存在折射率高的倾向。作为以蓝色发光的荧光材料，可以使用例如M10(PO4)6Cl2:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、BaMgAl10O17:Eu2+、M3MgSi2O8:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、M5SiO4Cl6:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)。作为以绿色发光的荧光材料，可使用例如M2MgSi2O7:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、SrSi5AlO2N7:Eu2+、SrSi2O2N2:Eu2 +、BaAl2O4:Eu2+、BaZrSi3O9:Eu2+、M2SiO4:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、BaSi3O4N2:Eu2+、Ca8Mg(SiO4)4Cl2:Eu2+、Ca3SiO4Cl2:Eu2+、CaSi12-(m+n)Al(m+n)On N16-n:Ce3+、β-SiAlON:Eu2+。作为以红色发光的荧光材料，可使用例如CaAl SiN3:Eu2+、SrAlSi4O7:Eu2+、M2Si5N8:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、MSiN2:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、MSi2O2N2:Yb2+(M＝选自Sr和Ca中的至少一种)、Y2O2S:Eu3+,Sm3+、La2O2S:Eu3+,Sm3+、CaWO4:Li1+,Eu3+,Sm3+、M2SiS4:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、M3SiO5:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)。作为以黄色发光的荧光材料，可使用例如Y3Al5O12:Ce3+、CaSi2O2N2:Eu2+、Ca3Sc2Si3O12:Ce3+、CaSc2O4:Ce3+、α-SiAlON:Eu2+、MSi2O2N2:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)、M7(SiO3)6Cl2:Eu2+(M＝选自Ba、Sr和Ca中的至少一种)。
量子点可以使用例如CdS、CdSe、核壳型CdSe/ZnS、合金型CdSSe/ZnS等材料，根据材质能够得到各种发光波长。作为量子点的基质，例如可以使用玻璃、树脂。
图1C、1D等所示的基板140由比光致发光层110的折射率低的透光性材料构成。作为这样的材料，例如可以列举：MgF2(氟化镁)、LiF(氟化锂)、CaF2(氟化钙)、SiO2(石英)、玻璃、树脂。另外，就使激发光不经由基板140射入光致发光层110那样的构成而言，基板140并不是必须是透明的。基板140例如还可以使用BaF2、SrF2、MgO、MgAl2O4、蓝宝石(Al2O3)、SrTiO3、LaAlO3、TiO2、Gd3Ga5O12、LaSrAlO4、LaSrGaO4、LaTaO3、SrO、YSZ(ZrO2-Y2O3)、YAG、Tb3Ga5O12来形成。
[8.制造方法]
接着，对发光器件的制造方法的一个例子进行说明。
作为实现图1C、图1D所示的构成的方法，例如有如下方法：在透明基板140上通过蒸镀、溅射、涂布等将荧光材料形成光致发光层110的薄膜，然后形成电介质膜，通过光刻等方法进行图案化(布图)来形成表面结构120。也可以代替上述方法，通过纳米压印来形成表面结构120。另外，如图24所示，也可以通过仅加工光致发光层110的一部分来形成表面结构120。此时，表面结构120就由与光致发光层110相同的材料形成。
图1A、图1B所示的发光器件100例如能够通过在制作图1C、图1D所示的发光器件100a之后进行从基板140剥除光致发光层110和表面结构120的部分的工序来实现。
图19A所示的构成例如能够通过在透明基板140上以半导体工艺或纳米压印等方法形成表面结构120a，然后在其之上通过蒸镀、溅射等方法将构成材料形成光致发光层110来实现。或者，也能够通过利用涂布等方法将表面结构120a的凹部嵌入光致发光层110来实现图19B所示的构成。
另外，上述的制造方法为一个例子，本申请的发光器件不限于上述的制造方法。
[9.实验例]
以下，对制作能够适用于本申请的实施方式的发光装置的发光器件的例子进行说明。
试制具有与图19A同样构成的发光器件的样品，评价特性。发光器件如下操作来制作。
在玻璃基板上设置周期为400nm、高度为40nm的一维周期结构(条纹状的凸部)，从其之上形成210nm光致发光材料YAG:Ce膜。将其剖视图的TEM图像表示在图25中，通过将其用450nm的LED激发而使YAG:Ce发光时，测定其正面方向的光谱，将得到的结果表示在图26中。在图26中示出了测定没有周期结构时的测定结果(ref)、与具有和一维周期结构平行的偏振成分的TM模式有关的测定结果、与具有和一维周期结构垂直的偏振成分的TE模式有关的测定结果。在存在周期结构时，与没有周期结构时相比，可以观察到特定波长的光显著增加。另外，可知具有与一维周期结构平行的偏振成分的TM模式的光的增强效果大。
此外，将在相同的样品中出射光强度的角度依赖性的测定结果和计算结果表示在图27A～27F和图28A～28F中。图27A示出了使射出TM模式的直线偏振光的发光器件以与一维周期结构120的线方向平行的轴为旋转轴旋转的状况。图27B和图27C分别示出了对于这样使其旋转时的测定结果和计算结果。另一方面，图27D示出了使射出TE模式的直线偏振光的发光器件以与一维周期结构120的线方向平行的轴为旋转轴旋转的状况。图27E和图27F分别示出了此时的测定结果和计算结果。图28A示出了使射出TE模式的直线偏振光的发光器件以与一维周期结构120的线方向垂直的轴为旋转轴旋转的状况。图28B和图28C分别示出了此时的测定结果和计算结果。另一方面，图28D示出了使射出TM模式的直线偏振光的发光器件以与一维周期结构120的线方向垂直的轴为旋转轴旋转的状况。图28E和图28F分别示出了此时的测定结果和计算结果。
由图27A～27F和图28A～28F可知，TM模式的增强效果更高。另外，可知被增强的光的波长随着角度不同而发生位移。例如，对于波长为610nm的光而言，由于为TM模式且仅在正面方向存在光，因此可知指向性高且偏振发光。另外，图27B和图27C、图27E和图27F、图28B和图28C、图28E和图28F各自的测定结果和计算结果一致，因此上述计算的正确性得到了实验证实。
图29示出了使波长为610nm的光如图28D所示以与线方向垂直的方向为旋转轴旋转时的强度的角度依赖性。可以观察出：在正面方向上产生了强的发光增强，对于其他角度而言，光几乎没有被增强的情况。可知向正面方向射出的光的指向角小于15°。此外，如上所述，指向角是强度为最大强度的50％的角度，用以最大强度的方向为中心的单侧的角度表示。由图29所示的结果可知实现了指向性发光。此外，由于所射出的光全都为TM模式的成分，因此可知同时也实现了偏振发光。
用于以上的验证的实验使用在广带域的波长带发光的YAG:Ce来进行。即使使用发出窄带域的光的光致发光材料以同样的构成进行实验，对于该波长的光也能够实现高的指向性和偏振发光。此外，在使用了这样的光致发光材料的情况下，由于不产生其他波长的光，因此能够实现不产生其他方向和其他偏振状态的光的光源。
[10.其他变形例]
如上所述，通过本申请的发光器件所具有的亚微米结构，受到发光增强效果的光的波长和出射方向依赖于亚微米结构的构成。考虑图31所示的在光致发光层110上具有表面结构120的发光器件。这里，例示了表面结构120由与光致发光层110相同的材料形成、具有图1A所示的一维周期结构的情况。对于通过一维周期结构受到发光增强的光而言，当设定为一维周期结构的周期p(nm)、光致发光层110的折射率nwav、射出光的外部介质的折射率nout、将向一维周期结的入射角设定为θwav、由一维周期结构向外部介质的出射角设定为θout时，满足p×nwav×sinθwav-p×nout×sinθout＝mλ的关系(参照上述的式(5))。其中，λ为光在空气中的波长，m为整数。
由上述式可以得到θout＝arcsin[(nwav×sinθwav-mλ/p)/nout]。因此，通常如果波长λ不同，则受到发光增强的光的出射角θout也不同。其结果是，如图31所示意性地表示那样，根据观察的方向，所能看到的光的颜色不同。
为了降低该视角依赖性，只要以(nwav×sinθwav-mλ/p)/nout不依赖于波长λ而固定的方式选择nwav和nout就行。由于物质的折射率具有波长分散(波长依赖性)，因此只要选择(nwav×sinθwav-mλ/p)/nout不依赖于波长λ这样的具有nwav和nout的波长分散性的材料就行。例如，在外部介质为空气时，nout不依赖于波长基本为1.0，因此作为形成光致发光层110和一维周期结构的材料，优选选择折射率nwav的波长分散小的材料。进而，优选折射率nwav为相对于更短波长的光而言折射率变低那样的逆分散(反频散)材料。
另外，如图32A所示，通过排列显示发光增强效果的波长互相不同的多个周期结构，能够射出白色光。在图32A所示的例子中，能够增强红色光(R)的表面结构120r、能够增强绿色光(G)的表面结构120g和能够增强蓝色光(B)的表面结构120b以矩阵状排列。表面结构120r、120g和120b例如为一维周期结构且各自的凸部互相平行地排列。因此，在该例子中，偏振特性对于红、绿、蓝的全部颜色的光都相同。通过表面结构120r、120g和120b，受到发光增强的三原色的光被射出、混色，从而可以得到白色光且直线偏振光。
当将以矩阵状排列而成的各表面结构120r、120g和120b称为单位周期结构(或像素)时，单位周期结构的大小(即，一边的长度)例如为周期的三倍以上。另外，为了获得混色的效果，优选不能用人眼识别出单位周期结构，例如优选一边的长度小于1mm。这里，以正方形绘制各单位周期结构，但不限于此，例如相互相邻的表面结构120r、120g和120b可以为长方形、三角形、六边形等除了正方形以外的形状。
另外，设置在表面结构120r、120g和120b之下的光致发光层既可以对表面结构120r、120g和120b而言都相同，也可以设置根据各种颜色的光而具有不同的光致发光材料的光致发光层。
如图32B所示，可以排列一维周期结构的凸部延伸的方位不同的多个周期结构(包括表面结构120h、120i和120j)。多个周期结构发光增强的光的波长可以相同也可以不同。例如，如果将相同的周期结构如图32B所示排列，则能够得到不偏振的光。另外，对于图32A中的表面结构120r、120g和120b而言，如果分别适用图32B的排列，则作为整体能够得到不偏振的白色光。
当然，适用于敷设的周期结构不限于一维周期结构，也可以如图32C所示，排列多个二维周期结构(包括表面结构120k、120m和120n)。此时，表面结构120k、120m和120n的周期、方位如上所述，既可以相同也可以不同，可以根据需要适当设定。
如图33所示，例如可以在发光器件的光出射侧配置微透镜130的阵列。通过微透镜130的阵列，将向倾斜方向射出的光弯曲到法线方向，由此能够得到混色的效果。
图33所示的发光器件具有分别具有图32A中的表面结构120r、120g和120b的区域R1、R2和R3。在区域R1中，通过表面结构120r，红色光R向法线方向射出，例如绿色光G向倾斜方向射出。根据微透镜130的折射作用，向倾斜方向射出的绿色光G弯曲到法线方向。其结果是，在法线方向上，红色光R和绿色光G被混色从而被观察到。这样，通过设置微透镜130，所射出的光的波长根据角度不同而不同的现象得到抑制。这里，例示了将与多个周期结构相对应的多个微透镜一体化而成的微透镜阵列，但不限于此。当然，敷设的周期结构不限于上述例子，在敷设相同的周期结构的情况下也能够适用，还能够适用于图32B或图32C所示的构成。
具有将向倾斜方向射出的光弯曲的作用的光学器件可以为柱状透镜(lenticularlens)来代替微透镜阵列。另外，不仅为透镜，也可以使用棱镜。还可以使用棱镜的阵列。可以与周期结构相对应地分别配置棱镜。棱镜的形状没有特别限制。例如，可以使用三角棱镜或金字塔型棱镜。
得到白色光(或者具有宽光谱宽度的光)的方法除了利用上述的周期结构的方法以外，例如还有如参照图34A和图34B进行了说明的那样利用两层以上光致发光层的方法。如图34A所示，通过层叠发光波长不同的多个光致发光层110b、110g、110r，能够得到白色光。层叠顺序不限于图示的例子。另外，也可以如图34B所示，在发出蓝色光的光致发光层110b之上，层叠发出黄色光的光致发光层110y。光致发光层110y例如可以使用YAG来形成。
此外，在使用与荧光色素等基体(主体)材料混合来使用的光致发光材料的情况下，能够将发光波长不同的多个光致发光材料与基质材料混合，以单一的光致发光层发出白色光。这样的能够发出白色光的光致发光层可以用于参照图32A～图32C进行了说明的敷设了单位周期结构的构成。
[11.具有聚光透镜的发光装置]
以下，对本申请的实施方式的发光装置的例示构成进行说明。图35示意性地示出本申请的实施方式的发光装置的例示构成。图35所示的发光装置210A概略地具有参照图16进行了说明的发光装置200和接受由发光装置200射出的光的聚光透镜202。即，发光装置210A包含激发光源180、发光器件100、聚光透镜202。
发光器件100配置在由激发光源180射出的激发光行进的光路上。通过将发光器件100配置在激发光的光路上，使由激发光源180射出的激发光射入发光器件100的光致发光层110。光致发光层110中的光致发光材料接受激发光而发光。光致发光层110所发出的光经由表面结构120向发光器件100的外部(例如参照图16)射出。如已经进行了说明的那样，发光器件100能够使光向特定方向射出。在该例子中，光向发光器件100的正面方向射出。当然，还可以适用图1C和图1D所示的发光器件100a来代替发光器件100。
由发光器件100射出的光射入与表面结构120相对置的聚光透镜202。在图35所例示的构成中，聚光透镜202被壳体300支撑，由此配置在由发光器件100射出的光的光路上。壳体300还可以将发光器件100和聚光透镜202以对它们进行了定位的状态来进行保持。
在图35所例示的构成中，发光装置210A与光纤250连接。在该例子中，壳体300具有设置在由聚光透镜202射出的光所射入的位置的开口部300a，光纤250通过将其一端插入开口部300a，被固定于发光装置210A。
在光纤250与发光装置210A连接的状态下，光纤250的一端位于由聚光透镜202射出的光所射入的位置。因此，由聚光透镜202射出的光的至少一部分射入光纤250。即，光纤250通过与发光装置210A连接，从而与发光装置210A光学耦合。这样，在图35所例示的构成中，开口部300a具有作为光纤250的连接部的作用。另外，在该例子中，聚光透镜202的光轴与光纤250的轴一致。
用于连接光纤的构成只要是能够收入光纤的入射部的构成就行，不限于图35所示的构成。还可以在开口部300a配置能够透过由聚光透镜202射出的光的透明构件。配置在开口部300a的透明构件可以具有防反射涂层。发光装置210A还可以在由聚光透镜202射出的光所射入的位置处具有光连接器、插口(socket)、插槽(slot)、插头(plug)等作为光纤的连接部。
如已经进行了说明的那样，发光器件100具有能够对所射出的光的指向性进行控制的新型结构，因此例如能够使得由光致发光层110产生的光选择性地向正面方向射出。所以，如图36示意性地示出那样，能够在不使用准直透镜等的情况下使出射光束几乎全部射入聚光透镜202。这样，发光器件100能够射出指向性高的光，因此根据本申请的实施方式，能够在不使用大型聚光透镜的情况下使光的利用效率提高。所以，能够提供更小型的发光装置或者光学设备。
图37作为比较例示出具有现有的荧光体512来代替发光器件100的发光装置510。另外，在图37和上述图36中，省略图35所示的壳体300的图示。下面，也有时会省略壳体300的图示。
在发光装置510中，荧光体512各向同性地发光。因此，来自荧光体512的出射光束包括原理上不可能射入聚光透镜202的光束。即，不能够有效地利用在荧光体512产生的光。例如，如图37示意性地示出那样，由荧光体512射入聚光透镜202的出射光束的比例可以是20％左右。来自荧光体512的出射光束的剩余80％是损失。
例如，如图36和图37所示，假设使由光源(这里为发光器件100或荧光体512)射出的光射入光纤250的光学体系。就光学体系而言，已知：如果没有扩散等，则被称为集光率(光展量；Etendue)的量会保存下来。例如，光源的集光率以光源中的发光面积与由该光源发散的光的立体角的积来定义。集光率也可以就由光源接受光的照射面进行定义，受光侧的集光率表示受光侧上的光采集能力的大小。如果受光侧的集光率比光源的集光率小，则不能够采集全部由光源发出的光而产生损失。即，在光源侧的集光率与作为照射对象的光纤的集光率相等时，可以说是光的利用效率最大。光纤250的集光率由光纤250的数值口径(数值孔径)来确定。如果光源侧的集光率比光纤的集光率大，则产生损失。
在图36所示的发光装置210A中，根据光纤250的数值口径，使用具有适当大小的焦点距离的聚光透镜202，并且适当地对聚光透镜202与光纤250的端面之间的距离进行调整，此时能够使由聚光透镜202射出的光几乎全部射入光纤250。如果在发光装置210A设置光纤的连接部，则能够固定发光装置210A与光纤250之间的配置，因此在发光装置210A与光纤250之间容易实现高耦合效率，是有益处的。
与此相对，在使用了现有的荧光体512来代替发光器件100的构成(参照图37)中，为了使荧光体512各向同性地发光，通常使得荧光体512的集光率比光纤的集光率大，因此在荧光体512与光纤250之间无法得到高耦合效率。在图37所示的例子中，荧光体512与光纤250之间的耦合效率只不过是20％。另外，如果受光侧的集光率的大小固定，则即使扩大光源(这里为荧光体512)的发光面积，能够导入光纤250内部的光的量也不会增加。如上所示，光纤250的集光率由光纤250的数值口径确定，因此就算单纯地适用具有更大直径的透镜来使射入聚光透镜202的光束增加，如果光纤250的数值口径相同，则也不会增加射入光纤250的光束。
在发光装置210A中，能够使来自发光器件100的出射光束几乎全部射入聚光透镜202(参照图36)。即，能够使来自发光器件100的射出后的光几乎全部射入光纤250。这样，根据本申请的实施方式，能够将来自发光器件100的光的出射方向控制为从聚光透镜202穿过而射入光纤250那样的方向，因此能够提高发光器件100与光纤250之间的耦合效率。
根据本申请的实施方式，在发光器件100与光纤250之间能够实现高耦合效率，因此能够减少为了由光纤250得到相同的输出(也可称为光束)所必要的投入能源量。例如，作为激发光源180，设置为使用功率转换效率为40％的激光二极管并由光纤250得到2.3W的输出。如果将荧光体中的转换效率设置为55％，则此时投入激发光源180的每单位时间的能源量在图37所示的比较例的发光装置510中为大约53.9W，而在图36所示的发光装置210A中为大约10.7W。即，能够达成发光装置的节能化。
另外，在图35～图37中，聚光透镜202图示为双凸透镜。然而，聚光透镜202并不限于双凸透镜，还可以是平凸透镜、菲涅尔透镜或具有沿着轴变化的折射率的格林透镜等。聚光透镜202还可以是与光纤的端面结合的透镜。
[11-1.具有聚光透镜的发光装置的变形例]
图38示出本申请的实施方式的发光装置的另一个变形例。图38所示的发光装置210B在发光器件100与聚光透镜202之间具有准直透镜204。由发光器件100射出的光的指向角较小，因此能够在使用具有小直径的透镜作为准直透镜208的同时得到高的光利用效率。另外，根据这样的构成，能够扩大从发光器件100到光纤250的连接部的距离，因此光学体系的设计的自由度提高。
图39示出本申请的实施方式的发光装置的又一个变形例。图39所示的发光装置210C在激发光源180与发光器件100之间具有准直透镜208。根据这样的构成，能够相对于发光器件100照射准直后的激发光。因此，能够均匀地激发光致发光层110。
图40示出本申请的实施方式的发光装置的又一个变形例。图40所示的发光装置210D在激发光源180与发光器件100之间具有准直透镜208，并且在准直透镜208与发光器件100之间具有聚光透镜206。根据这样的构成，能够使激发光汇聚，因此能够将发光器件100小型化。所以，能够将光学体系小型化。另外，能够扩大从激发光源180到发光器件100的距离，因此光学体系的设计的自由度提高。
图41示出本申请的实施方式的发光装置的又一个变形例。图41所示的发光装置210E与图38所示的发光装置210B同样地，在发光器件100与聚光透镜202之间具有准直透镜204。另外，与图40所示的发光装置210D同样地，在激发光源180与发光器件100之间具有准直透镜208和聚光透镜206。如图41所示，准直透镜208和聚光透镜206从激发光源180向发光器件100依次配置。如图41所例示的那样，还可以在激发光源180与发光器件100之间以及发光器件100与接受由发光装置射出的光的光学部件(这里为光纤250)之间分别配置准直透镜和聚光透镜。由此，能够得到与图38所示的发光装置210B和图40所示的发光装置210D相同的效果。
这样，本申请的发光装置中的光学体系可以多样地进行设计。除了图38～图41所例示的构成之外，例如还可以设置为从图40所示的发光装置210D或图41所示的发光装置210E省略了准直透镜208那样的构成。即，还可以是在激发光源180与发光器件100之间没有配置准直透镜的构成。另外，在图35～图41中，聚光透镜(聚光透镜202、206)图示为单一的双凸透镜。然而，这仅仅是为了便于说明，本申请的发光装置中的聚光透镜还可以是多个透镜的组合。对于准直透镜(准直透镜204、208)也是相同的。当然，准直透镜(准直透镜204、208)并不限于双凸透镜。
如上所示，本申请的发光器件和具备该发光器件的发光装置具有各种优点，因此通过适用于各种光学设备，能够起到有利的效果。例如，能够如下所述地进行应用。
本申请的发光器件能够向特定方向射出指向性高的光。该高指向性例如优选作为利用液晶显示装置的导光板的边光型背光源来使用。例如，在使用了现有的指向性低的光源的情况下，由光源射出的光是利用反射板和/或扩散材料向导光板导入光。在特定方向的指向性高的光源的情况下，省略这些光学部件也能够高效地向导光板导入光。
另外，如果使用多台例如图35所示的发光装置210A，平面地铺设与发光装置210A光学耦合的光纤250的光出射侧的端面，则能够使发光装置210A的集合作为显示装置起作用。还可以适用参照图38～图41进行了说明的发光装置210B～210E中的任一种来代替发光装置210A。
现有的照明器具为了将各向同性地发出的光导向所期望的方向，例如使用包含反射板在内的光学部件。与此相对，根据本申请的实施方式，能够以高耦合效率将发光器件与光纤光学耦合，因此能够省略反射板。或者，能够将对于各向同性的光的复杂设计置换成对于指向性高的光的单纯设计。其结果是，能够将照明器具小型化，或者将设计工序简化。
本申请的发光器件能够仅增强特定波长的光。因此，能够容易实现仅射出所需要的波长的光源。另外，不改变光致发光层的材料，通过变更周期结构，就能够改变所射出的光的波长。进而，根据相对于周期结构的角度，也能够射出不同波长的光。这样的波长选择性例如可以用于窄带成像(narrow band imaging：NBI；注册商标)这一技术。此外，也能够适合用于可见光通信。
另外，在照明领域，开发了彩光色照明和美光色照明之类的技术。这些技术是使照明对象的颜色看起来更美的技术，彩光色照明例如具有使蔬菜等食品看起来更可口的效果，美光色照明具有使肌肤看起来更美的效果。这些技术均通过根据对象物控制光源的光谱(即，所发出的光的波长的强度分布)来进行。以往，通过使用光学滤波器使由光源射出的光选择透过，控制照明中所使用的光的光谱。即，由于不需要的光被光学滤波器吸收，因此使光的利用效率降低。与此相对，本申请的发光器件由于能够增强特定波长的光，因此不需要光学滤波器，其结果是能够使光的利用效率提高。
本申请的发光器件能够射出偏振光(直线偏振光)。以往，直线偏振光通过使用偏振滤波器(也被称为“偏振片”)来吸收构成由光源射出的不偏振光的正交的两个直线偏振光内的一个而制作。因此，光的利用效率为50％以下。如果使用本申请的发光器件作为偏振光源，则由于不需要使用偏振滤波器，因此能够提高光的利用效率。偏振光照明例如用于橱窗、展望餐厅的窗玻璃等想要降低反射光的场合。另外，用于利用了皮肤表面的反射特性依赖于偏振光这一认识的洗漱化妆用照明，进而用于使通过内窥镜观察病变部变得容易。
偏振光源除了适合作为液晶显示装置的背光源来使用以外，也适合用于液晶投影仪的光源。在作为液晶投影仪的光源使用的情况下，能够与上述的波长选择性组合，构成能够射出三原色的偏振光的光源。例如，将射出红色的直线偏振光的发光器件、射出绿色的直线偏振光的发光器件和射出蓝色的直线偏振光的发光器件连接起来形成圆盘，一边对该圆盘照射激发光，一边使圆盘旋转，由此能够实现以时间序列射出红、绿、蓝这三原色的偏振光的光源。
本申请的发光器件的应用例不限于上述内容，能够适用于各种光学设备。例如，如下所述，能够使用本申请的发光器件来实现更小型的投影装置。
[12.投影装置]
以下，对适用了本申请的发光器件的投影装置的例示构成进行说明。本申请的某个例示方案的投影装置具有：光源部；图像形成部，该图像形成部具有光调制器件；以及光纤，该光纤由一端采集来自光源部的光，并导向图像形成部。换言之，光源部和图像形成部经由光纤连接。如后面会进行详细说明的那样，光调制器件例如通过根据图像信号来改变来自光纤的出射光线的行进方向，在屏幕、壁面等投影对象上形成图像。
在本申请的某个方案中，光源部具有：激发光源；光致发光层，该光致发光层接受来自激发光源的激发光而发出空气中的波长为λa的光；透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上，包含多个凸部和多个凹部中的至少一者。作为光致发光层、透光层和表面结构，可以适用上述那样的构成。即，能够从光致发光层取出高指向性的光，在不需要反射器、透镜等光学部件的同时(或者在设定为小型的同时)用光照射特定方向。因此，能够使得投影装置的大小与以往相比大幅地缩小。
经由光纤由光源部导向图像形成部的光可以是来自激发光源的激发光。在本申请的另一个某个方案中，光致发光层、透光层和表面结构配置在图像形成部的内部。在这种情况下，光调制器件接受光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光。
[12-1.在光源部具有激发光源的投影装置]
图42示出本申请的某个方案的投影装置的外观的一个例子。在图42所例示的构成中，投影装置2300具有主体单元2350和投光单元2310。主体单元2350例如被构成为能够安装于室内的天花板。如图示所示，投影装置2300具有将主体单元2350与投光单元2310连接的光纤2250。在投影装置2300中，在主体单元2350内生成光，生成的光经由光纤2250被送至投光单元2310。
投光单元2310将用于形成图像(动态图像或静态图像)的光朝向屏幕、壁等射出。在图42所例示的构成中，在投光单元2310设置有开口部2330，用于形成图像的光经由开口部2330朝向投光单元2310的外部射出。投光单元2310通过铰链(hinge)等联轴器与主体单元2350连接，并被构成为能够变更光的出射方向。
图43示出图42所示的投影装置2300中的光学体系的一个例子。投影装置2300中的光学体系概略地包含光源部2360A、图像形成部2320A和将它们光学耦合的光纤2250。光源部2360A和图像形成部2320A分别配置在上述主体单元2350内和投光单元2310内。
在图43所例示的构成中，光源部2360A包含激发光源180和圆盘状的发光器件100w。发光器件100w沿着圆盘状的圆周方向被分割成多个区域，多个区域分别具有与上述发光器件100或100a相同的结构。即，发光器件100w中的多个区域分别包含光致发光层和表面结构。在该例子中，发光器件100w中的多个区域分别如在图43中示意性地示出那样具有与参照图19A进行了说明的发光器件相同的结构。这里，对适用于在基板140(这里为透明基板)上形成有光致发光层110的发光器件100a的例子进行说明，但是使用上述发光器件100来代替发光器件100a当然也没关系。
发光器件100w配置在来自激发光源180的激发光的光路上。激发光源180的例子为LED、激光二极管。在该例子中，基板140被设置为与激发光源180相对置，并且发光器件100w配置在上述主体单元2350内，由激发光源180射出的激发光经由基板140射入发光器件100w的光致发光层110。如已经进行了说明的那样，发光器件100w中的表面结构(这里为周期结构120a和/或120b)具有限制光致发光层110所发出的特定的光的指向角的作用。因此，由发光器件100w朝向特定方向(例如正面方向)较强地射出特定波长的光。
发光器件100w被支撑为在投光单元2310内能够旋转，并且当投影装置2300工作时通过驱动装置(例如马达；图43中未图示)来使其旋转。由激发光源180射出的激发光根据发光器件100w的旋转角度而射入发光器件100w中的多个区域中的某一个。
典型地，发光器件100w具有多个区域每个互相不同的周期结构。即，由发光器件100w朝向特定方向较强地射出的光的波长在发光器件100w中的多个区域各不相同。因此，发光器件100w根据激发光是射入了多个区域中的哪一个而射出不同波长的光。还可以将发光器件100w称为指向性发光色轮。
光纤2250的一端配置在由发光器件100w射出的光的光路上。通过在由发光器件100w射出的光的光路上配置光纤2250的一端，光纤2250与发光器件100w光学耦合。如已经进行了说明的那样，本申请的发光器件具有能够对所射出的光的指向性进行控制的新型结构。因此，能够在发光器件100w与光纤2250之间实现高耦合效率。在光纤2250与发光器件100w之间还可以配置聚光透镜等。
光纤2250采集来自主体单元2350中的光源部2360A的光，将采集到的光导向投光单元2310(参照图42)。这样，在光源部2360A生成了的光经由光纤2250被送至配置在投光单元2310内的图像形成部2320A。
图像形成部2320A包含接受由光纤2250射出的光的MEMS(Micro ElectroMechanical System；微机电系统)镜2322A。由光纤2250的一端采集到的来自光源部2360A的光由光纤2250的另一端朝向MEMS镜2322A射出。另外，由光纤2250射出的光与光纤2250的数值口径相对应地扩散。因此，典型地，在光纤2250与MEMS镜2322A之间，配置用于得到平行光的准直透镜2260。MEMS镜2322A只要配置在由光纤2250射出的光直接或者间接地射入的位置就行，准直透镜2260等其他光学部件可以夹在MEMS镜2322A与光纤2250之间。
射入MEMS镜2322A的光被反射到与MEMS镜2322A中的可动镜2323的倾斜相对应的角度。被可动镜2323反射的光经由开口部2330朝向投光单元2310的外部射出，形成图像。
图44示出图42所示的投影装置2300的构成的一个例子的概要。如上所示，主体单元2350具有包括激发光源180在内的光源部2360A。在该例子中，配置在主体单元2350内的光源部2360A包含发光器件100w。如图示所示，主体单元2350还可以具有发光器件100w的驱动装置2352、激发光源180的驱动器2354、控制电路2356和输入输出接口2358。
输入输出接口2358具有能够与外部装置(例如计算机、能够拆卸的存储器等)进行电信号交换的构成，通过有线或无线由外部装置(例如与网络连接的服务器或终端装置等)收到图像数据、控制信号等。控制电路2356例如包含存储器和CPU、数字信号处理器(DSP)等图像处理电路，基于经由输入输出接口2358输入的图像数据(或信号)来生成图像信号。另外，控制电路2356基于来自输入输出接口2358的输入，对投影装置2300中的各部分的工作进行控制。控制电路2356例如向驱动器2354送出控制信号，由此来控制激发光源180中的点灯和熄灯。还可以在光纤2250与激发光源180之间设置快门，通过驱动器2354对该快门的工作进行控制，由此来切换激发光向光纤2250的射入和阻断。快门只要配置在从激发光源180到后述的光调制器件2322的任意位置就行。控制电路2356还对用于使发光器件100w旋转的驱动装置2352(典型地为马达)进行控制，对来自激发光源180的激发光会射入发光器件100w中的多个区域中的哪一个区域进行切换。
在该例子中，投光单元2310具有用于驱动图像形成部2320A的光调制器件2322的驱动器2324。上述MEMS镜2322A是光调制器件2322的一个例子。在图44所例示的构成中，控制电路2356执行驱动器2324的控制。
[12-2.图像的形成]
接着，对使用了MEMS镜2322A的图像的形成方法进行说明。
图45A示意性地示出通过被MEMS镜2322A反射的光来形成图像的情况。MEMS镜2322A例如包含被微小的梁支撑的可动镜和使可动镜的倾斜变化的驱动机构(静电致动器)。在图45A所例示的构成中，MEMS镜2322A是将可动镜支撑为能够分别围绕正交的两个轴(这里为α轴和β轴)旋转的二维MEMS镜。对MEMS镜2322A以适当时间施加适当大小的电压作为驱动信号，由此能够向所期望的方向倾斜可动镜。通过控制可动镜的倾斜，能够使得入射光朝向屏幕等投影对象的所期望的位置反射。通过与α轴和β轴相关地使驱动频率互相不同，能够在水平方向和垂直方向扫描被MEMS镜2322A反射的光束。
如参照图43进行了说明的那样，由发光器件100w射出并通过光纤2250传送的光直接或间接地射入MEMS镜2322A。如上所示，发光器件100w包含朝向特定方向(例如发光器件100w的法线方向)较强地射出的光的波长不同的多个区域。例如，发光器件100w中的某个区域具有增强与红色光相对应的波长的光那样的周期结构，另一个某个区域具有增强与绿色光相对应的波长的光那样的周期结构。另外，又一个某个区域具有增强与蓝色光相对应的波长的光那样的周期结构。这样，向发光器件100w的法线方向射出的光的峰值波长能够按照区域而不同。
因此，使发光器件100w旋转，对激发光在发光器件100w中所射入的区域进行切换，由此能够切换与光纤2250耦合的光的波长。即，能够按照时间序贯(time sequential)来切换射入MEMS镜2322A的光的波长。因此，以与投影对象上的光束的扫描同步的方式对发光器件100w的旋转进行控制，由此如图45A示意性地示出那样，能够在投影对象上形成例如R光、G光和B光的光斑。通过扫描例如R光、G光和B光的束，能够基于供给到投影装置2300的图像信号来显示所期望的彩色图像。在想表现黑时，例如只要将射入MEMS镜2322A的光朝向配置在投光单元2310内的吸光体反射就行。另外，也可以在发光器件100w的多个区域之间共用周期结构，并且还可以在多个区域之间使用发光波长不同的光致发光材料。
由光纤2250朝向光调制器件2322射出所期望的波长的光的构成不限于图43所例示的构成。如图45B所例示的那样，还可以经由光纤耦合器2252来连接各自与较强地射出互相不同波长的光的发光器件光学耦合的多个光纤和上述光纤2250，由此生成所期望的波长的光。
在图45B所例示的构成中，在激发光源180与光纤2250r之间、激发光源180与光纤2250g之间和激发光源180与光纤2250b之间分别配置有发光器件100r、100g和100b。在图示的例子中，在激发光源180与发光器件100r、100g和100b各自之间配置有准直透镜2270。发光器件100r、100g和100b分别具有例如周期以向正面较强地射出红、绿和蓝的波长区域的光的方式进行了设定的周期结构。因此，红、绿和蓝的波长区域的光分别射入光纤2250r、2250g和2250r的各自一端。发光器件100r、100g和100b还可以具有发光波长互相不同的光致发光层，由此被设计为较强地射出互相不同的波长区域的光。如图示所示，还可以在发光器件100r与光纤2250r之间、发光器件100g与光纤2250g之间和发光器件100b与光纤2250b之间配置聚光透镜2272。
光纤2250r、2250g和2250b的另一端经由光纤耦合器2252与一端朝向光调制器件2322的光纤2250的另一端连接。光纤耦合器2252具有例如通过熔融将多个光纤结合而成的结构或者利用了波导的结构。将由光纤2250r传送的红色光、由光纤2250g传送的绿色光和由光纤2250b传送的蓝色光在光纤耦合器2252合成，合成后的光由光纤2250的另一端射出。此时，通过调整各激发光源180的输出，能够使所期望的颜色(即，光谱)的光由光纤2250的另一端射出。由此，能够任意地变更朝向投影对象行进的光束的颜色。由各激发光源180射出的激发光中的强度可以由与激发光源180分别连接的驱动器2354r、驱动器2354g和驱动器2354b来控制。这些驱动器2354r、驱动器2354g和驱动器2354b例如基于上述的控制电路2356的控制来工作。
或者，例如还可以在发光器件100r与光纤2250r之间、发光器件100g与光纤2250g之间和发光器件100b与光纤2250b之间设置隔板(diaphragm)，利用驱动器2354r、驱动器2354g和驱动器2354b来控制与各色相对应设置的隔板的打开情况。如果调整光阑的打开情况，则能够调整所合成的光的强度比，得到任意颜色的合成光。另外，这里对将红色光、绿色光和蓝色光合成的例子进行了说明，但所合成的光的波长区域和所使用的发光器件的个数等可以任意设定。
[12-3.投影装置的变形例]
图46示出投影装置2300中的光学体系的另一个例子。图47示出与图46所示的光学体系相对应的构成的一个例子的概要。
在图46和图47所例示的构成中，投影装置2300具有包括激发光源180在内的光源部2360B、包括MEMS镜2322A在内的图像形成部2320B和将它们光学耦合的光纤2250。在该例子中，图像形成部2320B包含发光器件100w。即，在该例子中，如图47示意性地示出那样，光调制器件2322和发光器件100w配置在投光单元2310内。另外，发光器件100w的驱动装置2352也配置在投光单元2310内。激发光源180配置在主体单元2350内这一点与参照图43和图44进行了说明的例子是共同的。
在图46和图47所例示的构成中，光纤2250的一端配置在来自激发光源180的激发光的光路上。光纤2250采集来自激发光源180的激发光，并将激发光导向图像形成部2320B。在由光纤2250射出的激发光所射入的位置，配置有图像形成部2320B的发光器件100w。即，光纤2250将采集到的激发光由另一端朝向发光器件100w射出。还可以在光纤2250与发光器件100w之间配置准直透镜等。
接受了激发光的发光器件100w将特定波长的光向特定方向(例如发光器件100w的法线方向)较强地射出。图像形成部2320B中的MEMS镜2322A接受被发光器件100w增强了的光。即，MEMS镜2322A配置在由发光器件100w射出的光所射入的位置。MEMS镜2322A只要配置在被发光器件100w增强了的光直接或间接地射入的位置就行，还可以在发光器件100w与MEMS镜2322A之间配置聚光透镜等。MEMS镜2322A根据驱动信号而使入射后的光的行进方向变化。
这样，还可以将在光源部2360B生成的激发光经由光纤2250向图像形成部2320B传送。通过这样的构成，也能够使所期望的图像显示在屏幕等之上。
[12-4.发光器件与光纤之间的光学耦合]
图48是用于说明光源与光纤之间的光学耦合的示意图。图48示意性地示出将由光源2280发出的光经由聚光透镜2290导入光纤2250内部的情况。
如上所示，就光学体系而言，如果没有扩散等，则集光率会保存下来。在图48所示的例子中，光源2280的中心、聚光透镜2290的光轴和光纤2250的轴L一致，如果将由光源2280发散出来的光线与轴L所成的最大角设定为θ、将光源2280的发光面积设定为S，则光源2280的集光率Es表示为Ssin2θ。另外，这里将空气的折射率设定为1。
如上所示，如果示出受光侧上的光采集能力的大小的受光侧的集光率比光源的集光率小，则不能够射入全部由光源发出的光，会产生损失。图48中的深的网点示意性地示出了导入光纤2250的光，而浅的网点示意性地示出了在光源2280的集光率大的情况下不能导入光纤2250的光。
作为受光侧的光纤2250的集光率Ef可以使用光纤2250的数值口径NA来表示。光纤2250的数值口径NA使用光纤2250能够采集到的光线与轴L所成的最大角θf来表示，该角θf的大小由在光纤2250内部发生全反射的条件来确定。即，在将光导入光纤2250内的情况下，受光侧的集光率的大小由使用了什么样的光纤2250来确定。
如果受光侧的集光率的大小固定，则就算扩大光源2280的发光面积，能够导入光纤2250内部的光的量也不会增加。这种情况就算扩大配置在光源2280与光纤2250之间的聚光透镜2290的直径也是相同的。
图49示意性地示出光源2280的发光面积S与导入光纤2250的光的量A之间的关系。图49中的虚线示出了光源2280中的发光为各向同性、光源2280的集光率Es较大的情况。此时的光源2280与光纤2250之间的耦合效率例如是20％左右。图49中的单点划线示出了光源2280具有指向性、集光率Es较小的情况。图49中的实线示出了光源2280具有完全的指向性、集光率Es大致为0的情况。此时，能够达成大致100％的耦合效率。这样，就具有某个程度的发光面积的光源与光纤之间的光学耦合而言，如果光源具有高指向性，则是有利的。
发光器件100w中的表面结构(这里为周期结构120a和/或120b)在光致发光层110的内部形成模拟导波模式，该模拟导波模式使由光致发光层110射出的特定波长的光的强度在特定方向(例如正面方向)上最大。发光器件100w中的表面结构例如将光致发光层110所发出的波长为λa的光的指向角限制为小于15°。由此，实现狭角布光。这样，发光器件100w具有能够对所射出的光的指向性进行控制的结构，因此能够在发光器件100w与光纤2250之间得到高耦合效率。因此，能够以高效率将由发光器件100w射出的光经由光纤2250进行传送(例如参照图43)。所以，就算使光纤2250夹在发光器件100w与光调制器件2322(这里为MEMS镜2322A)之间，也可以实现明亮的显示。另外，能够在发光器件100w与光纤2250之间得到高耦合效率，因此能够提供减少了耗电量的投影装置。
另外，根据本申请的发光器件，如图42所例示的那样，能够通过光纤2250将主体单元2350与投光单元2310光学耦合，因此无需将图像形成用光学体系的全部光学部件收纳于投光单元2310内。所以，投光单元的小型化容易，投光单元的设计自由度也提高。
图50示出具有收纳了图像形成用光学体系的全部光学部件的投光单元的投影装置的外观的一个例子作为比较例。图50所示的投影装置2500具有主体单元2550与投光单元2510连接的构成。投光单元2510具有开口部2530，在开口部2530内配置有成像透镜2332。
图51示出配置在图50所示的投影装置2500的投光单元2510的内部的用于形成图像的构成。投影装置2500是使用了数字微镜器件(Digital Micromirror Device：DMD)的DLP(Digital Light Processing；数字光处理)方式的投影装置。如图示所示，在投光单元2510的内部收纳有射出白色光的光源2580、色轮2520、接受从色轮2520穿过的光的数字微镜器件2322B(以下称为“DMD2322B”)和成像透镜2332。色轮2520具有圆盘形状，并包含沿着圆周方向排列的多个区域。多个区域分别是互相不同颜色的滤色器，例如包含使红色光(R)透过的区域、使绿色光(G)透过的区域、使蓝色光(B)透过的区域和使由光源2580射出的白色光(W)保持不变透过的区域。色轮2520被支撑为在投光单元2510内能够旋转，通过未图示的驱动装置(例如马达)来使其旋转。通过色轮2520旋转，切换射入DMD2322B的光的颜色。DMD2322B具有基板2326和配置在基板2326上的多个微小的镜2325，通过将射入各镜2325的光向规定方向反射，由此形成图像。图51为了简化起见图示了例如以数千行、数千列的矩阵状配置的镜2325之中的两个。DMD2322B的构成和工作的详细内容会在后面叙述。
如图50和图51所例示的那样，在将光源2580配置在投光单元2510内的构成中，较大的散热器、风扇等(图51中未图示)用于冷却光源2580的构件配置在投光单元2510内。因此，难以将投光单元2510小型化。在图50所示那样的大致圆筒形状的投光单元2510中，其直径和沿轴的长度例如分别可以为20cm和30cm左右。另外，通过使用大型的散热器，投光单元2510的重量也增加。投光单元2510的重量例如可以为3kg左右。
与此相对，根据适用了本申请的发光器件的投影装置，能够通过光纤将光源部与图像形成部光学耦合，因此易于将激发光源180和光调制器件2322在主体单元2350与投光单元2310之间分离地配置。因此，在投光单元2310的内部无需配置散热大的部件，在投光单元2310的内部无需配置散热器等。这样，能够从投光单元2310的内部省略掉散热器等，因此能够实现更小型且轻量的投光单元2310。投光单元2310的重量例如可以为0.3kg左右。根据上述方案，投光单元2310的小型化和轻量化较容易，因此还可以用于将住所、店铺、办公室等中的聚光灯、筒灯(downlight)置换成投光单元2310之类的利用方法。
另外，以往有时会使用激光作为用于在屏幕上显示图像的光。例如，在图51所示的光学体系中，有时会使用激光二极管(LD)作为光源2580。与此相对，本申请的投影装置使用由发光器件100w射出的光来显示图像。根据这样的构成，接受激发光而由发光器件100w所发出的光朝向投影对象射出，因此能够提供安全性更高的投影装置。另外，在使用激光作为用于显示图像的光的构成中，需要用于减少斑点噪声(speckle noise)的对策。与此相对，在本申请的投影装置中，用于显示图像的光不是激光，因此能够省略用于减少斑点噪声的特别机构。
[12-5.投影装置的其他变形例]
图52和图53示出投影装置2300中的光学体系的又一个例子。如图52和图53所例示的那样，还可以使用参照图51进行了说明的DMD2322B作为光调制器件2322。
在图52所例示的构成中，投影装置2300具有上述光源部2360A、包括DMD2322B在内的图像形成部2320C和将它们光学耦合的光纤2250。光源部2360A和图像形成部2320C分别配置在主体单元2350内和投光单元2310内(参照图42)。
在光源部2360A生成的光经由光纤2250被送到图像形成部2320C。在由光纤2250射出的光直接或间接地射入的位置配置有DMD2322B。在该例子中，在光纤2250与DMD2322B之间配置有透镜体系2340。透镜体系2340通过由光纤2250射出的光来形成扩大了的光束。DMD2322B用被透镜体系2340扩大了的光束同样地照射。
如上所示，DMD2322B具有配置在基板2326上的多个微小的镜2325。各个镜2325分别以能够通过未图示的致动器来变更倾斜的方式被支撑在基板2326上。镜2325各自上的倾斜例如根据来自驱动器2324(参照图44)的数字输入信号而变化大致10°左右。各镜2325根据该倾斜使入射后的光朝向成像透镜2332或投光单元2310内的吸光体中的任一个反射。如已经进行了说明的那样，通过使发光器件100w旋转，能够对经由光纤2250射入DMD2322B的光的波长进行切换。因此，以与发光器件100w的旋转同步的方式使各镜2325上的倾斜独立地变化(例如每秒数千次左右)，由此能够将所期望的彩色图像映出到屏幕上。
这样，还可以是使用DMD作为光调制器件2322并经由光纤2250使发光器件100w与DMD光学耦合这样的构成。根据本申请的实施方式，能够在发光器件100w与光纤2250之间得到高耦合效率，因此能够实现光学损失少的光学体系。所以，能够进行明亮的显示。另外，能够将激发光源180配置在主体单元2350内，因此能够得到与参照图43和图46进行了说明的构成相同的效果。
与参照图46进行了说明的构成同样地，还可以在投光单元2310侧配置发光器件100w。图53示出在投光单元2310侧配置了发光器件100w的构成例。在图53所例示的构成中，投光单元2310的图像形成部2320D包含DMD2322B和发光器件100w。在这样的构成中，激发光源180也配置在主体单元2350内，因此能够得到与参照图43和图46进行了说明的构成相同的效果。
除了上述的方式以外，本申请的技术可以进行各种改变。例如，还可以使用例如LCOS(Liquid Crystal on Silicon；硅基液晶)作为光调制器件2322。光调制器件2322只要是使入射后的光反射或透过来形成图像的器件就行。在上述方案中，通过对激发光是射入发光器件100w中的多个区域中的哪一个进行切换，切换射入光调制器件2322的光的波长。然而，不限于该例子，还可以对用于形成彩色图像的波长区域(例如红色、绿色和蓝色)每个独立地配置发光器件。
[13.具有光致发光层的支撑体的发光装置]
以下，对本申请的发光装置的又一个变形例进行说明。
图54A是示意性地表示具备发光器件100’和支撑发光器件100’的支撑体3540的发光装置的例子的剖视图。图54B是由图54A中的上方向观察该发光装置的俯视图。在这些图中，发光器件100’中的表面结构120被画得极大，但实际上表面结构120具有多个微细的凸部或凹部。这一点在本申请的其他图中也是同样的。在图54A和图54B所示的发光装置中，以包围发光器件100’周围的方式设置有支撑发光器件100’的支撑体3540。
支撑体3540与发光器件100’的侧部接触，固定发光器件100’。通过设置这样的支撑体3540，有在保护发光器件100’周围的同时易于把持这样的优点。支撑体3540例如可以由具有比光致发光层110高的导热率的材料构成。由此，还可以将支撑体3540作为将在光致发光层110产生的热向外部释放的热浴或散热器起作用。
在没有用于散热的热浴的情况下，有可能在高输出时光致发光层110变成高温而使得发光效率降低。通过使导热率高的支撑体3540与光致发光层110接触，能够促进散热，抑制发光效率的降低。支撑体3540例如可以由铝、黄铜、铜之类的导热率较高的材料构成。但是，不限于这样的材料。在仅以由冲击保护发光器件100’为目的而设置支撑体3540的情况下，还可以由导热率比光致发光层110低的材料构成支撑体3540。
发光器件100’可以具备与已经进行了说明的本申请中的任一个发光器件相同的构成。图54A作为一个例子示出在基板140上形成了透光层3520和光致发光层110的发光器件100’的构成。在透光层3520与光致发光层之间和光致发光层110与空气层之间形成表面结构(典型地为周期结构)120。这样的构成尤其在基板140的材料使用廉价的钠钙玻璃、硼硅酸玻璃等透明材料的情况下是有效的。但是，如果使用上述廉价的玻璃，则在使得制造发光器件100’时的光致发光材料烧结的工序中有可能会损伤基板140。为了避免这种情况，在低成本的基板140之上以耐热性高的材料(例如SiO2、Al2O3、MgO、SiN、Ta2O3、TiO2等)形成具有表面结构120的透光层3520是有效的。由此，在从光致发光层110侧以激光等进行短时间加热时，能够由透光层3520阻断烧结时的热，防止对基板140的伤害。发光器件100’不限于图54A所示的构成，可以如后述所示进行多样的变形。
在图示的例子中，发光装置还具备激发光源3510。激发光源3510朝向发光器件100’的底面(即，基板140与空气的界面)倾斜地照射激发光。激发光的入射角被设定为比0°大，优选设置光采集结构，满足在光致发光层110内激发光发生全反射的条件。光采集结构例如如图54C所示可以是设置在基板140的激发光源3510侧的表面的具有三角柱形状的三角棱镜。光采集结构3590(该例子中为三角棱镜)还可以具有半球、金字塔、衍射光栅、闪耀衍射光栅等其他结构。通过设置这样的结构体，能够抑制基板140的表面的反射，能够高效地将激发光导入光致发光层110内。这样的结构体在申请人申请的日本特愿2015-31515中作为导光结构体进行了更详细的说明。为了参考起见，本说明书援引日本特愿2015-31515的全部公开内容。为了实现这样的入射角，对激发光源3510的位置和朝向进行调整。其结果是，激发光以相对于光致发光层110的法线方向倾斜了的角度射入光致发光层110，在光致发光层110内传播。由此，与激发光垂直地射入光致发光层110时相比，能够使得发光效率提高。
表面结构120使得特定波长的光向特定方向较强地射出。因此，表面结构120可以说是使激发光也向特定方向最强地射出的结构。当将其出射角设定为θout时，激发光源可以配置为激发光以与θout相同的入射角射入发光器件100’。由此，能够高效地将激发光导入光致发光层110内，能够提高发光效率。
为了使得激发光斜着射入发光器件100’，图54A～图54C所示的构成例中的支撑体3540可以具有激发光源3510一侧较大地开放的结构。当将该开放的部分称为开口部时，开口部具有相对于光致发光层110的法线方向倾斜了的侧面3540a。如图示所示，该开口部从与发光器件100’接触的部分(称为“支撑部”)3540b朝向激发光源3510一侧缓缓地扩大。换言之，开口部的侧面具有锥状的结构。通过这样的结构，激发光能够沿着开口部的侧面3540a斜着射入发光器件100’。图54A～图54C例示的开口部的形状的底面为正方形的四边锥台，但是只要不妨碍激发光的光路，可以是任意形状。例如，还可以设置高低差来代替将侧面3540a设定为锥状。
图54A～图54C所例示的发光装置与已经叙述过的另一个实施方式相同，具有对特定波长的光的指向角进行限制的表面结构120。因此，能够使得特定波长的光的指向性提高。进而，发光器件100’以激发光所射入的部分(这里为基板140的底面)露出的方式固定于支撑体3540。由此，能够一边保护发光器件100’一边使激发光以所期望的角度射入。如果用导热率比光致发光层110高的材料来构成支撑体3540，则能够实现散热性优秀、发光效率不易降低的发光装置。
图55A和图55B是表示使用了与上述例子不同的结构的发光器件100’的例子的图。该发光器件100’具有从图54A和图54B所示的构成除去了透光层3520和其表面的表面结构120的构成。即，该发光器件100’具备基板140、其之上的光致发光层110和其表面的表面结构120。除了发光器件100’以外的构成与图54A和图54B所示的构成相同。在图55A和图55B所示的例子中，表面结构120仅设置在光致发光层110的上部，因此能够使制造工序简化。该构成尤其在基板140是由耐热性高的石英玻璃构成的情况下是有效的。石英玻璃的耐热性高，因此就算在光致发光材料的烧结时，损伤的可能性也低。因此，能够在基板140之上直接形成光致发光层110，形成表面结构120。
图56A和图56B是表示使用了更加不同的结构的发光器件100’的例子的图。该发光器件100’具有从图54A和图54B所示的构成除去了光致发光层110的表面的表面结构120的构成。即，该发光器件100’具备基板140、其之上的透光层3520、其表面的表面结构120和其之上的光致发光层110。表面结构120仅设置在光致发光层110与透光层3520的界面。通过这样的结构也能够使制造工序简化。
图57A和图57B是表示具备与图54A和图54B所示的例子不同的结构的支撑体3540的例子的图。如图57B所示，就该支撑体3540而言，由与光致发光层垂直的方向观察到的支撑体3540的侧面3540a的外周部和内周部的形状不是四边形而是圆形。换言之，开口部的形状不是四边锥台而是圆锥台。除了这一点以外，与图54A和图54B的结构相同。就算是这样的结构，也能够得到与图54A和图54B所示的构成相同的效果。
图58A和图58B是表示将图55A和图55B所示的发光装置中的支撑体3540置换成了图57A和图57B所示的支撑体的构成例的图。这样的构成仅支撑体的开口部的侧面形状不同，因此也能够得到与图55A和图55B所示的构成相同的效果。
图59A和图59B是表示将图56A和图56B所示的发光装置中的支撑体3540置换成了图57A和图57B所示的支撑体的构成例的图。这样的构成仅支撑体的开口部的侧面形状不同，因此也能够得到与图56A和图56B所示的构成相同的效果。
图60A和图60B是表示仅在发光器件100’的侧面设置了支撑体3540的发光装置的例子的图。在该例子中，支撑体3540的周边部没有向激发光源3510一侧突出，即，不具有向激发光源3510一侧扩展的开口部。除了这一点以外，与图54A和图54B所示的构成相同。该例子能够以简便的结构实现耐冲击性或散热性优秀的指向性发光装置。
图61A和图61B是表示在图60A和图60B所示的构成中将发光器件100’置换成了图55A和图55B所示的发光器件的发光装置的例子的图。该例子也能够以简便的结构实现散热性优秀的指向性发光装置。
图62A和图62B是表示在图60A和图60B所示的构成中将发光器件100’置换成了图56A和图56B所示的发光器件的发光装置的例子的图。该例子也能够同样地以简便的结构实现散热性优秀的指向性发光装置。
图63A和图63B是表示在图54A和图54B所示的发光装置中将支撑体3540的结构置换成了更加不同的结构的例子的图。该例子中的支撑体3540具有从与发光器件100’接触的支撑部3540b沿着激发光的光路延伸的开口部3540c。该开口部3540c作为将激发光导向发光器件100’的导光路起作用。由激发光源3510射出的激发光沿着开口部3540c传播，斜着射入发光器件100’的底面。就算通过这样的结构，也能够实现耐冲击性或散热性优秀的指向性发光装置。
图64A和图64B是表示在图63A和图63B所示的构成中将发光器件100’置换成了图55A和图55B所示的发光器件的发光装置的例子的图。图65A和图65B是表示在图63A和图63B所示的构成中将发光器件100’置换成了图56A和图56B所示的发光器件的发光装置的例子的图。这些例子仅发光器件100’的结构不同，因此也能够得到与图63A和图63B所示的构成相同的效果。
图66A和图66B示出了在导光路的中途设置反射激发光的反射镜(反射器)3530的构成例。发光器件100’的构成可以与图54A和图54B所示的构成相同。在该例子中，支撑体3540的开口部3540c(即导光路)在中途弯曲，在弯曲的位置配置反射器3530。该反射器3530在激发光的波长区域具有反射特性。反射器3530不限于通常的反射镜，还可以是分色镜。被反射器3530反射的激发光射入发光器件100’的底面。通过在导光路内设置反射器3530，激发光源3510的配置制约得以减少。由此，能够实现更小型的发光装置。
图67A和图67B是表示将图66A和图66B所示的发光装置中的发光器件100’置换成了图55A和图55B所示的发光器件的构成例的图。图68A和图68B是表示将图66A和图66B所示的发光装置中的发光器件100’置换成了图56A和图56B所示的发光器件的构成例的图。这些例子仅发光器件100’的结构不同，因此也能够得到与图66A和图66B所示的构成相同的效果。
图69A～图71B是表示激发光由光致发光层110的侧面射入的构成例的图。图69A和图69B示出了具有图54A和图54B所示的发光器件100’的例子。图70A和图70B示出了具有图55A和图55B所示的发光器件100’的例子。图71A和图71B示出了具有图56A和图56B所示的发光器件100’的例子。在图69A～图71B所示的例子中，支撑体3540具有由光致发光层110的侧面(即，不是主面的面)向激发光源3510延伸的开口部(即，导光路)3540c。激发光沿着该开口部3540c传播，斜着射入光致发光层110的侧面。这样，激发光直接射入光致发光层110。通过这样的构成，尤其对于纵方向(即，与光致发光层垂直的方向)能够实现小型的指向性发光装置。
图72A～图75B是表示除了具备支撑体3540以外还具备多个散热翅片3560的发光装置的例子的图。图72A和图72B示出了在图55A和图55B所示的发光装置附加了散热翅片3560的构成。图73A和图73B示出了在图64A和图64B所示的发光装置附加了散热翅片3560的构成。图74A和图74B示出了在图67A和图67B所示的发光装置附加了散热翅片3560的构成。图75A和图75B示出了在图70A和图70B所示的发光装置附加了散热翅片3560的构成。这些例子中，使用了图55A和图55B所示的发光器件作为发光器件100’，但发光器件100’还可以具有已经进行了说明的其他结构。
在图72A～图75B所示的各例子中，在发光器件100’的周围的支撑体3540的外周部以等间隔连接有多个散热翅片3560。支撑体3540和散热翅片3560由导热率比光致发光层110更高的材料(例如铝、黄铜或铜)构成。散热翅片3560和支撑体3540的材料可以相同也可以不同。在光致发光层110产生的热经由支撑体3540通过多个散热翅片3560释放到外部。由此，能够实现散热性更优秀的指向性发光装置。另外，多个散热翅片3560的形状和配置不限于所图示的例子，只要是能够高效地散热的结构就行。
以上的例子中，支撑体3540是连续的单一结构体，并包围了发光器件100’的全部周围，但支撑体3540不需要一定是这样的结构。例如，如图76A所示，还可以在发光器件100’的周围将支撑体3540的一部分切断，在该部分上使光致发光层110的一部分露出。另外，如图76B所示，支撑体3540还可以分成两个部分，使它们以夹着发光器件100’的方式固定。这样，支撑体3540不需要一定是连结而成的单一结构体。为了不妨碍激发光的光路，只要是以一部分开放、发光器件100’中的激发光所射入的部分露出的方式来固定发光器件100’的结构就行。例如，支撑体3540还可以仅与光致发光层110的一部分接触。
[14.具有反射器的光源单元]
图77是表示具有反射器(即反射构件)的光源单元(即发光装置)的概要构成的图。图77所示的光源单元4500具备激发光源4510、发光器件100a、反射器4530、准直透镜4520。发光器件100a具有与图1C所示的发光器件100a相同的结构。还可以使用具有已经进行了说明的其他结构的发光器件来代替发光器件100a。图77中，发光器件100a的表面结构120被画得极大，但实际上表面结构120可以具有多个微细的凸部或凹部。
反射器4530是在激发光的波长区域具有反射特性的反射构件。反射器4530可以是例如由多个金属的合金构成的常规的反射镜或者由电介质多层膜形成的分色镜。反射器4530配置在由激发光源4510射出的激发光的光路上，将激发光反射并导向发光器件100a。此时，对激发光源4510和反射器4530的位置和朝向进行了调整，以使激发光一边在光致发光层110的内部全反射一边传播。
准直透镜4520配置在激发光源4510与反射器4530之间。在激发光源4510为例如激光二极管等光源时，激发光通常以带有扩散的光束的形式射出。准直透镜4520使该扩散了的光束转换成平行光并射入反射器4530。图77中，准直透镜4520被画成单一的透镜，但是还可以是多个透镜的组合。另外，其形状也可以根据必要的性能适当设计。
发光器件100a具有：光致发光层110，该光致发光层110接受激发光而发出空气中的波长为λa的光；基板140(典型地为透明基板)；表面结构120(典型地为周期结构)，该表面结构120形成在光致发光层110的表面。表面结构120可以是与已经进行了说明的任一种表面结构相同的结构。表面结构120将光致发光层110所发出的波长为λa的光的指向角限制为例如小于15°。由此，实现狭角布光。
在图77所示的光源单元4500中，激发光被反射器4530反射后射入光致发光层110。即，以使激发光的光路折叠的方式射入光致发光层110。因此，能够提高激发光源4510与发光器件100a的配置关系的自由度。其结果是，能够将光源单元4500小型化。
图78示出了为了比较而没有设置反射器4530的光源单元的例子。在图78所示的光源单元4500c中，为了使激发光斜着射入，激发光源4510配置在远离发光器件100a的位置。其结果是，与图77的构成相比，与发光器件100a的各层平行的方向上的装置的尺寸变大。
图79是表示另一个构成例的图。在该例子中，激发光源4510的位置和朝向以及反射器4530的朝向与图77所示的例子不同。该例子中的激发光源4510向与光致发光层110的主面大致垂直的方向射出激发光。反射器4530使该激发光反射，斜着射入光致发光层110。通过这样的构成，与图77同样地，也能够使得装置的尺寸为小型。
图80是表示又一个构成例的图。在该例子中，发光装置具备支撑发光器件100a的构件(称为支撑体)4540。支撑体4540以包围发光器件100a的周围的方式支撑发光器件100a。以图80可以看出支撑体4540分离成两个部分，但实际上可以是连结而成的单一结构体。通过设置支撑体4540，由此，有在保护发光器件100a的周围的同时易于把持这样的优点。
支撑体4540的一部分是由反射激发光的材料形成的反射器4530。反射器4530将激发光反射并导向光致发光层110。由此，能够实现与图79所示的构成相同的作用。在该例子中，支撑体4540与反射器4530一体化，因此能够使耐冲击性提高。如果由导热率高的材料构成支撑体4540，则能够将支撑体4540作为使发光器件100a所发出的热高效地释放到外部的散热器起作用。
图81示出了图80的变形例。在该例子的发光装置中，支撑体4540的结构与图80所示的例子不同。支撑体4540除了发光器件100a以外，还将激发光源4510和准直透镜4520收纳于内部并保持。保持发光器件100a的部分附近处的倾斜了的部分作为反射器4530起作用。在该构成例中，激发光源4510、准直透镜4520、反射器4530和发光器件100a保持规定的配置关系而被支撑。通过这样的结构，能够抑制由于冲击而使激发光的光路偏移的情况。即，能够使耐冲击性进一步提高。
图82是表示另一个变形例的图。该例子中的发光装置具备发光器件100a、激光模块4580、安全过滤器4560、透镜4550、反射器4530、支撑它们的支撑体4540。激光模块4580具有包括激光二极管在内的激发光源4510和准直透镜4520。由激发光源4510射出的激发光经由准直透镜4520被反射器4530反射，以最合适的角度射入发光器件100a。
在使用激光二极管作为激发光源4510的情况下，没有被发光器件100a转换的一部分激发光从发光器件100a穿过。该穿过后的激光具有相干性，有可能给人体尤其是眼睛带来损伤。为了防止该激光泄漏，设置有对激发光源4510的波长的光进行切割的安全过滤器4560。透镜4550使从安全过滤器4560透过后的光聚光，导入例如光纤。
该例子中的反射器4530具有作为角度调整机构起作用的旋转轴4570。能够手动地使反射器4530绕旋转轴4570旋转。通过这样的结构，能够自由地对激发光到发光器件100a的入射角度进行调整。该调整可以在例如制品出货前以手动进行。作为角度调整机构，其他还可以导入如通过马达与驱动马达的控制电路的组合自动地进行角度调整那样的机构。还可以在激发光源4510一侧设置角度调整机构来代替使反射器4530具有角度调整机构。这样的角度调整机构例如可以通过使激发光源4510绕某个旋转轴旋转的机构来实现。
在图82所示的例子中，支撑体4540保持透镜4550、安全过滤器4560、发光器件100a、反射器4530和激光模块4580。因此，就算产生冲击，各部件的相对位置关系也不会偏移，能够实现稳定地工作的发光装置。
如上所示，通过设置反射器4530，能够使由激发光源4510射出的激发光的光路弯曲而射入光致发光层110。因此，激发光源4510与发光器件的配置关系的自由度提高，能够使得装置整体更紧凑。
图83是表示具有支撑体4540的发光装置的另一个变形例的图。该发光装置具备激发光源4510、准直透镜4520、发光器件100a、支撑它们的支撑体4540。在该例子中没有设置反射器。由激发光源4510射出的激发光经由准直透镜4520以所期望的角度射入发光器件100a的光致发光层。激发光源4510、准直透镜4520、发光器件100a经由支撑体4540一体化，由此耐冲击性提高。
接着，对由具有反射器4530的光源单元得到的小型化效果的具体例子进行说明。
图84A～图84C是表示由设置反射器4530而产生的效果的一个例子的图。图84A示出了使用了不具有高指向性的现有的发光器件700c的光源单元的构成例。图84B示出了具有本申请的实施方式的发光器件、不具有反射器的光源单元的构成例。图84C示出了具有本申请的实施方式的发光器件和反射器的光源单元的构成例。
这些构成例中，使用了激光二极管(LD)作为激发光源4510。各光源单元可以作为照明装置的部件来使用。例如，就适合于八块榻榻米(约13m2)的房间的照明装置而言，需要射出约5000lm的光束。当将各LD的光输出设定为约4.3W、将由各光源单元向正面方向射出的光束设定为500流明(lm)时，需要集成十个左右的发光模块。因此，要求将各发光模块小型化。
在图84A所示的光源单元中，使用指向性低的现有的发光器件700c。因此，为了向正面方向射出500lm的光束，需要多个激发光源4510。因此，各个光源单元的尺寸变大，集成了多个光源单元的照明装置的尺寸也变大。
在图84B所示的光源单元中，使用本申请的实施方式的指向性高的发光器件100a。因此，例如能够以一个激发光源4510使500lm的光束向正面方向射出。能够缩小各个光源单元的尺寸，因此能够缩小照明装置的尺寸。当将图84A所示的光源单元的体积设定为100时，图84B所示的光源单元的体积例如能够减少到62.5。
图84C所示的光源单元通过反射器4530使激发光的光束弯曲并射入发光器件100a。因此，能够进一步缩小各个光源单元的尺寸。作为结果，能够大幅地缩小照明装置的尺寸。当将图84A所示的光源单元的体积设定为100时，图84C所示的光源单元的体积例如能够减少到36。
[15.具有追加光源的发光装置]
以下进行说明的方案涉及通过将来自多个光源的光合成来得到所期望的颜色(即光谱)的光的发光装置。这里进行说明的方案的发光装置除了上述任一种方案的发光器件(以下有时称为“指向性发光器件”或“指向性光源”)以外，具有其他光源(以下有时称为“追加光源”)。追加光源射出光谱与指向性光源所发出的光的光谱不同的光。将由指向性光源射出的光和由追加光源射出的光在指向性光源的内部或外部合成。合成后的光能够被导入例如光纤缆线(以下简称为“光纤”)。这样的发光装置例如能够用于光纤照明。
这里，光的“合成”是指光谱不同的多个光束交集而形成混合后的状态。合成后的各光束的传播方向和扩散角度并不需要一定相同。由指向性光源射出的第一光和由追加光源射出的第二光在指向性光源的内部或外部被合成。在第二光从指向性光源穿过的方案中，第一和第二光可以在指向性光源的内部被合成。第一光和第二光还可以通过光学体系或光波导等在指向性光源的外部被合成。
由指向性光源射出的光的光谱与实际利用场合所要求的光的光谱相比，有时缺少了一部分波长成分。通过使用追加光源，能够补充不足的波长成分。进而，通过对各光源所发出的光的光谱和强度进行调整，还能够调整照明光的颜色和亮度。
图85是概略地表示这样的发光装置的一个例子的图。该发光装置具备发光器件100’、激发光源180、追加光源5500、光学体系5520、光纤5530。光学体系5520包含准直透镜5520a和聚光透镜5520b。在图示的例子中，发光器件100’具有与图1C所示的发光器件100a相同的结构，但还可以具有图1A等其他结构。
追加光源5500可以是例如使用了激光二极管或其他指向性发光器件的光源。追加光源5500射出光谱与由发光器件100’射出的光的光谱不同的光。追加光源5500所射出的光是在由发光器件100’射出的光中不足的光谱成分的光。例如，在白色光为所期望的光的情况下，当发光器件100’射出黄色(红和绿)的波长区域的光时，追加光源5500可以构成为射出蓝的波长区域的光。来自追加光源5500的光除了以与光致发光层内的导波模式共振地耦合的特定角度射入的情况以外，几乎不被吸收也不散射。因此，如图85所示，在与发光器件100’中的光致发光层垂直地使来自追加光源5500的光射入的情况下，大部分的光从发光器件100’透过。
激发光源180与追加光源5500分开设置，激发发光器件100’内的光致发光材料而使其发光。激发光源180例如使激发光向相对于发光器件100’的光致发光层的法线方向倾斜了的方向射入。
将通过向发光器件100’射入激发光而产生的第一光和由追加光源5500射出并且射入发光器件100’的第二光在发光器件100’的内部合成。更详细来说，第二光被集束于发光器件100’内的光致发光层内的某个点，在该点产生第一光的瞬间合成。合成后的第一和第二光以混合了的状态在发光器件100’的外部传播。该合成光被准直透镜5520a转换成平行光，在聚光透镜5520b被集束。集束后的光射入光纤5530。这样，包括透镜5520a、5520b在内的光学体系5520将第一光与第二光合成(或合波)并导入光纤5530。光纤5530使导入了的光由前端部射出。由此，能够在远离具有发光器件100’和追加光源5500的光源部的位置射出所期望颜色的光。另外，图85所示的光纤5530被画成带有较短形状的要素，但根据用途可以使用数米～数百米这样长的光纤5530。
图86是表示发光装置的更详细构成例的图。该发光装置5400除了具备上述的发光器件100’、追加光源5500、激发光源180、光学体系5520以外，还具备对激发光源180和追加光源5500进行控制的控制电路5570以及用于连接光纤5530的连接器5580。在该例子中，光纤5530是发光装置5400的外部要素。
控制电路5570例如可以是包括与激发光源180和追加光源5500连接的微控制器(微机)等处理器在内的集成电路。控制电路5570例如根据来自用户的输入，指示激发光源180和追加光源5500使出射光的强度变化。由此，对由发光器件100’射出的第一光与由追加光源5500射出的第二光的强度比进行调整。其结果是，能够使所合成的光的强度和颜色变化。除了这样的控制以外，也能够通过例如使配置在光学体系5520与发光器件100’之间的隔板5540的大小变化来调整第一光与第二光的强度比。
激发光源180例如为激光源，使激发光以在发光器件100’中的光致发光层内发生全反射的角度射入发光器件100’。由此，能够在发光器件100’内高效地产生发光。
连接器5580是用于连接光纤5530的端子，其设置在发光装置5400的框体上。其可以对连接器5580插拔光纤5530。由此，例如在光纤5530为铺设于建筑物内的长缆线的情况下，即使在发光装置5400发生故障或想要与不同发光特性的发光装置5400交换时，也能够容易地交换发光装置5400。
如上所示，图85和图86所例示的发光装置具备作为指向性光源的第一光源和作为追加光源的第二光源。第一光源具有：光致发光层，该光致发光层发出包括空气中的波长为λa的光在内的第一光；透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；以及表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上。表面结构包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，并对光致发光层所发出的空气中的波长为λa的光的指向角进行限制。例如，当将表面结构中相邻的两个凸部的中心间或相邻的两个凹部的中心间距离设定为Dint-a、将光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a时，成立λa/nwav-a＜Dint-a＜λa的关系。或者，表面结构具有至少一个周期结构，当将光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a、将至少一个周期结构的周期设定为pa时，成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。其结果是，由第一光源射出的空气中的波长为λa的光在由多个凸部和多个凹部中的至少一者预先确定的第一方向上强度最大。另一方面，第二光源射出包括空气中的波长为λb(≠λa)的光在内的第二光。由第一光源射出的第一光和由第二光源射出的第二光被合成。合成后的光被采集到例如光纤的一端，并由另一端射出。
通过这样的构成，以第二光源来补充仅用作为指向性光源的第一光源所不足的光谱，能够得到所期望的光谱的光。通过调整第一光源和第二光源的强度比，能够调整最终所得到的光的光谱。由此，能够实现可以调整颜色和亮度的光纤照明。另外，还可以在将第一和第二光合成的位置配置光扩散板。能够利用被光扩散板扩散的光作为照明。在后述的其他例子中也可以同样地，配置光扩散板来代替光纤5530。
图87是表示追加光源5500还作为激发光起作用的构成的例子的图。在该例子中，追加光源5500所射出的第二光包括作为激发光起作用的光的成分。第二光的一部分从发光器件100’透过，与由发光器件100’射出的第一光一起通过光学体系5520来合成。追加光源5500配置为激发光相对于发光器件100’以特定入射角θ射入。
在共振地激发光致发光材料的情况下，激发光以特定的倾斜角度θ射入，由此能够高效地激发。通常，激发光的波长比来自发光器件100’的狭角布光的光的波长短，因此狭角布光的光以比角度θ小的角度射出。于是，在此方案中，为了采集从正面(角度为0度)到角度θ的光，使用数值口径(NAlens)为sinθ以上的透镜5520a。通过使用这样的透镜5520a，能够将狭角布光的光与激发光这两者采集到光学体系5520中。
进而，在透镜5520b的构成为与透镜5520a相同的构成的情况下，通过选择数值口径(NAfiber)为sinθ以上那样的光纤5530，能够将在光学体系5520采集的光的大部分(理想地为全部)导入光纤5530。另外，在透镜5520b具有与透镜5520a不同的构成的情况下，只要使用当将透镜5520b所聚光的光束向光纤5530的入射角设定为θ’(≠θ)时满足NAfiber＞sinθ’的光纤5530就行。
在图87所示的例子中，追加光源5500兼具激发光源的作用，因此能够减少光源的个数。由此，能够减少成本和装置尺寸。
图88是表示发光装置的又一个构成例的图。该发光装置中，光学体系5520的构成和追加光源5500的位置与上述的例子不同。该例子中的光学体系5520具有配置在透镜5520a与透镜5520b之间的分色镜5520c。追加光源5500不是配置在发光器件100’的背面侧(图的左侧)而是配置在正面侧(图的右侧)。追加光源5500配置为使第二光射入分色镜5520c。另外，图88省略了使激发光射入发光器件100’的激发光源的图示。以后的图有时也同样地会省略激发光源的图示。
分色镜5520c被设计为在由发光器件100’射出的第一光的波长区域具有高透射率，并且在由追加光源5500射出的第二光的波长区域具有高反射率。追加光源5500被配置为第二光与来自发光器件100’的第一光交叉(图88的例子中为正交)。在第一光与第二光交叉的位置配置了分色镜5520c。分色镜5520c的角度被调整为第一光的透射光与第二光的反射光在相同方向传播。通过分色镜5520c将第一和第二光合成，在透镜5520b聚光并导入光纤5530。通过这样的构成，也能够与上述的其他例子同样地，得到所期望的光谱的光。
图89是表示发光装置的又一个构成例的图。该发光装置在不是通过光学体系5520而是通过光纤5530将第一光与第二光合成这一点上，与上述的例子不同。该例子中的发光装置具备在中途分叉成两个方向的光纤5530。以下，将分叉成的一部分5530a称为第一光纤，将另一部分5530b称为第二光纤。第一光纤5530a和第二光纤5530b在连结点5530c连结。来自发光器件100’的第一光经由光学体系5520射入第一光纤5530a。另一方面，来自追加光源5500的第二光射入第二光纤5530b。将这些光在光纤的连结点5530c合成。
通过这样的构成，也能够将所期望的光由光纤5530射出。另外，还可以在与图89所示的光纤5530的连结点5530c相当的位置设置将光分叉、耦合的机器。在这种情况下，能够通过将多根光纤与该机器连接来实现相同的构成。
图90是表示发光装置的又一个变形例的图。在该例子中，追加光源5500由与发光器件100’相同的指向性发光器件构成。追加光源5500与发光器件100’同样地具备光致发光层、透光层和表面结构。与对发光器件100’中的表面结构为波长为λa的光的指向角进行限制的情况相对地，追加光源5500对波长为λb(≠λa)的光的指向角进行限制。发光器件100’和追加光源5500还可以是层叠而成的单一结构体。在该例子中，也将来自发光器件100’的第一光和来自追加光源5500的第二光通过光学体系5520合成，并导入光纤5530。
图91是表示通过敷设多个指向性发光器件而实现的发光装置的一部分的图。该发光装置具有射出红色的波长区域的光的多个发光器件(第一光源)100r、射出绿色的波长区域的光的多个发光器件(第二光源)100g和射出蓝色的波长区域的光的多个发光器件(第三光源)100b一维或者二维地排列而成的结构。图91画出了五个发光器件，但实际上可以排列更多的发光器件。由这些发光器件100r、100g、100b射出的光被透镜5520d聚光，并导入光纤5530。由此，能够由光纤5530射出白色光。在该例子中，使用红、绿、蓝这三色的光源，但由第一光源、第二光源和第三光源分别射出的光的颜色(即光谱)可以任意设定。如该例子所示，通过组合三个种类的指向性光源，能够更灵活地调整出射光的颜色。该例子使用了三个种类的光源，但是还可以组合四个种类以上的光源。另外，第二光源和第三光源不限于指向性发光器件，例如还可以是激光源等其他光源。
图92是表示发光装置的又一个例子的图。该例子中的发光装置具有兼具激发光源的作用的追加光源5500，并且通过光纤5530将第一光与第二光合成。如图示所示，来自发光器件100’的第一光被透镜5520a和透镜5520e聚光，并导入光纤5530的分叉了的两个部分中的一个即第一光纤5530a。另一方面，来自追加光源5500的第二光从发光器件100’穿过，然后被透镜5520a和透镜5520f聚光，并导入光纤5530的分叉了的两个部分中的另一个即第二光纤5530b。由此，将第一和第二光在连结点5530c合成，并由光纤5530射出。
图93是表示发光装置的又一个例子的图。该例子与图87所示的构成类似，但是透镜的个数不同。在透镜5520a与发光器件100’之间配置有其他透镜5520g。透镜5520g配置在与发光器件100’接近的位置，因此就算来自追加光源5500的第二光的入射角大，也能够采集到从发光器件100’透过了的第二光。透镜5520a对被透镜5520g弯曲后的第二光的光路的弯曲不足量进行补充。其结果是，来自发光器件100’的第一光的光轴与来自追加光源5500的第二光的光轴被调整为大致平行。这些光被透镜5520b聚光，并导入光纤5530。在该例子中，使用三个透镜，但是透镜的个数是任意的。另外，各透镜的形状、尺寸和位置不限于图示的例子，可以适当设计。例如，如图94所示，光学体系中的透镜的个数为一片(图示的例子中为透镜5520a)。在该例子中，透镜的个数少，因此能够以低成本来构成发光装置。
图95是表示发光装置的又一个构成例的图。该例子中的发光装置具备发光器件100’、配置在发光器件100’一侧的透镜5520a、配置在另一侧的反射镜(反射器)5560、分叉成两个的光纤5530和追加光源5500。追加光源5500将激发光导入光纤5530的分叉了的部分中的一个。该激发光从透镜5520a穿过，射入发光器件100’。射入发光器件100’的激发光的一部分被光致发光层吸收并转换成第一光。激发光的另一部分从发光器件100’穿过并被反射镜5560反射，再次从发光器件100’穿过。由发光器件100’射出的第一光和从发光器件100’穿过后的激发光(第二光)被透镜5520a聚光，并导入光纤5530。由此，将第一光与第二光合成并由光纤5530射出。这样，还可以使用反射镜5560来有效利用反射后的激发光。
如上所示，具有追加光源的发光装置可以进行多种变形。在任一种变形例中，均能够将由作为指向性光源的第一光源射出的第一光和由第二光源射出的第二光合成，得到所期望的光谱的光。
图96是表示应用于家庭用光纤照明系统的应用例的图。该光纤照明系统具备发光装置(也称为光源单元)5400和多个光纤5530。光源单元5400设置在住宅的规定场所，从光源单元5400到各房间的照明安装位置铺设有多个光纤5530。另外，图96中被画成一根光纤那样的部分实际上是将多个光纤捆绑而成的。光源单元5400的构成不限于参照图86进行了说明的构成。图96所示的光源单元5400具有与上述图85～图96中的任一个发光装置相同的构成，将来自包括至少一个指向性光源在内的多个光源的光合成并导入多个光纤5530。由此，能够将所期望的光送到各照明安装位置，作为照明光来利用。通过根据状况来改变多个光源的输出，能够改变照明光的颜色和亮度。这样的光纤照明系统不限于家庭内，能够用于办公楼、地下街、运动场等各种施设。
能够容易地调整光谱的作用例如可以应用于上述被称为美光色照明和彩光色照明的技术。这些是通过控制光源的光谱(即，所发出的光的波长的强度分布)来使照明的对象看起来很美的技术。例如，通过减少作为肌肤的暗沉显眼的原因的570nm～580nm左右的波长的光，能够使肌肤看起来更美。使用本申请的发光装置，例如通过将570nm以下的蓝色～绿色的波长区域的光与580nm以上的红色的波长区域的光合成，能够实现这样的美光色照明。
另外，例如抑制580nm左右的波长的成分，增强长波长侧的红色成分，从而能够使食品的红色看起来更鲜艳。由此，能够使例如肉、鱼的瘦肉和红的水果、蔬菜看起来更鲜艳。使用本申请的发光装置，能够通过例如将570nm以下的蓝色～绿色的波长区域的光和590nm以上的红色的波长区域的光合成来实现这样的彩光色照明。相同的波长控制也能够用于使红的花、红叶等景色看起来更鲜艳的用途。
上述那样的能够调节出射光的光谱的方案的发光装置还能够用于判断食品的鲜度的用途。大多数食品如果鲜度降低则反射光的光谱会变化。例如，如果是牛肉，则根据鲜度的降低，600nm～700nm左右的波长区域的成分降低。于是，对食品仅照射根据鲜度不同而反射率会大幅变化的波长区域的光，通过观测该反射光的强度，能够容易地判断食品的鲜度。根据食品的不同，有时在多个不同的波长区域反射率的变化大。在这样的情况下，如果使用将来自多个光源的不同光谱的光合成的发光装置，则也能够容易地得到所期望的多个波长区域的光。
[16.将向互相不同的方向射出的光合成的发光装置]
下面叙述的方案涉及将由一个发光器件射出的不同波长区域的光合成来利用的发光装置。如上所示，本申请的发光器件将特定波长的光向特定方向较强地射出，将其他波长的光向其他方向较强地射出。利用该特性，能够使用光学体系或光波导等将向不同方向射出的不同波长区域的多个光束合成来有效利用。通过将多个波长区域的光合成，以另一个光束来补充一个光束中不足的光谱成分，由此能够接近所期望的光谱的光。合成后的光例如可以导入光纤。这样的发光装置也能够用于例如光纤照明。
图97是概略地表示将由发光器件向不同方向射出的多个波长区域的光合成的发光装置的一个例子的图。该发光装置具备发光器件100’、光学体系6520和光纤6530。光学体系6520包含准直透镜6520a和聚光透镜6520b。图97作为发光器件100’图示了与图1A所示的发光器件100相同的结构，但还可以使用具有参照图1C等进行了说明的其他结构的发光器件。另外，为了将各构成要素简化来表示，图97不一定与实际结构一致。其他图中也是相同的。虽然图97中省略了，但是实际上可以设置使激发光射入发光器件100’的激发光源。
这里，作为光致发光层中的光致发光材料，使用示出宽的发光光谱的材料。由光致发光材料所发出的某个波长为λa的光在特定的出射角度的方向上带有指向性，其他波长为λb的光在其他出射角度的方向上带有指向性。光学体系6520将包括波长为λa的第一光在内的光束与包括波长为λb的第二光在内的光束合成(或者合波)并导入光纤6530。光纤6530使导入后的光由前端部射出。由此，能够实现向远离具有发光器件100’的光源部的位置射出所期望的光谱的光的光纤照明。另外，图97所示的光纤6530被画为具有较短形状的要素，但是根据用途可以使用数米～数百米这样长的光纤6530。
图98是表示发光装置的构成例的详细内容的图。该发光装置6400除了具备上述的发光器件100’和光学体系6520以外，还具备激发光源180、对激发光源180进行控制的控制电路6570和用于连接光纤6530的连接器6580。在该例子中，光纤6530为发光装置6400的外部要素。
控制电路6570例如可以是包括与激发光源180连接的微控制器(微机)等处理器在内的集成电路。控制电路6570例如根据来自用户的输入，指示激发光源180使出射光的强度变化。由此，能够使由发光器件100’射出的第一光和第二光的强度变化。除了这样的控制以外，通过使配置在光学体系6520与发光器件100’之间的隔板6540的大小变化，也能够使第一光与第二光的强度比变化。由此，能够调整合成后的光的光谱。
激发光源180例如是激光源，使激发光以在发光器件100’中的光致发光层内发生全反射的角度射入发光器件100’。由此，能够在发光器件100’内高效地产生发光。
连接器6580是用于连接光纤6530的端子，其设置在发光装置6400的框体上。其可以对连接器6580插拔光纤6530。由此，例如在光纤6530为铺设于建筑物内的长缆线的情况下，即使在发光装置6400发生故障或想要与不同发光特性的发光装置6400交换时，也能够容易地交换发光装置6400。
如上所示，图97和图98所例示的发光装置具备：光致发光层，该光致发光层发出包括空气中的波长为λa的第一光和空气中的波长为λb的第二光在内的光；透光层，该透光层以与光致发光层接近的方式配置；表面结构，该表面结构形成在光致发光层和透光层中的至少一者的表面上；以及光学体系，该光学体系将第一光和第二光合成。表面结构具有多个凸部和多个凹部，并对第一光的指向角进行限制。例如，当将表面结构中相邻的两个凸部的中心间或相邻的两个凹部的中心间距离设定为Dint、将光致发光层对空气中的波长为λa的第一光的折射率设定为nwav-a时，成立λa/nwav-a＜Dint-a＜λa的关系。或者，表面结构具有至少一个周期结构，当将光致发光层对空气中的波长为λa的光的折射率设定为nwav-a、将至少一个周期结构的周期设定为pa时，成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。其结果是，第一光在由多个凸部和多个凹部中的至少一者预先确定的第一方向上强度最大，第二光在与第一方向不同的第二方向上强度最大。光学体系将包括沿第一方向射出的第一光在内的光束和包括沿第二方向射出的第二光在内的光束合成。合成后的光例如被采集到光纤的一端，并由另一端射出。
通过这样的构成，能够以第二光来补充仅向一个方向射出的第一光中不足的光谱成分。如上所示，通过调整隔板6540的大小等控制，能够调整第一光和第二光的强度比。由此，能够实现可以调整颜色和亮度的光纤照明。根据这里进行说明的方案，与将来自多个光源的光合成时相比，也具有能够使装置小型化这样的优点。通过将由一个发光器件射出的两个种类以上的波长或颜色的光合成，能够实现能够对光谱进行控制的小型发光装置。另外，还可以在将第一和第二光合成的位置配置光扩散板来代替光纤。可以将被光扩散板扩散的光作为照明来使用。后述的其他例子中也同样地，可以配置光扩散板来代替光纤6530。
图99是表示通过将特定三波长的光合成来得到白色光的发光装置的例子的图。在该例子中，发光器件100’向不同方向射出红(R)、绿(G)、蓝(B)这三个波长区域的光。光学体系6520将上述这三色的光合成并导入光纤6530。由此，能够由光纤6530射出白色光。另外，该例子是使用红、绿、蓝的光来得到白色光，但是颜色的组合可以任意设定。
图100示出了将由发光器件100’向第一方向射出的第一光和向第二方向射出的第二光导入不同光纤6530a、6530b的例子。该例子中的发光装置具有包括透镜6520a、6520b在内的第一光学体系和包括透镜6520c、6520d在内的第二光学体系。第一光学体系配置为将第一光导入第一光纤6530a，第二光学体系配置为将第二光导入第二光纤6530b。第一光纤6530a和第二光纤6530b通过合成器6640与一根光纤6530d连结。将第一光和第二光通过两个光纤6530a、6530b的连结点即合成器6640合成。在这样的构成中，也能够得到与上述的例子相同的效果。
图101是表示连结了多个光纤的发光装置的另一个例子的图。该发光装置具备发光器件100’、透镜6520a、透镜阵列6610、多个光调制器6582、多个光纤6530和合成器6640。该发光装置将由发光器件100’向不同方向射出的红(R)、绿(G)、蓝(B)的光用透镜6520a变成平行光，在透镜阵列6610处聚光，经由多个光调制器6582导入多个光纤6530。各光调制器6582根据其位置的不同，接受红、绿、蓝中的某一种光，并向所对应的光纤6530输出。光调制器6582能够减弱或阻断向光纤6530的不需要的光。将在多个光纤6530中传播后的光通过合成器6640合成，由一根光纤射出。
通过这样的构成，能够生成任意光谱的光。在该例子中，能够单独地输出红、绿、蓝这三原色的光，因此不仅能够用于照明，还能够用于显示器、投影仪等显示机器。
图102是表示使用了敷设多个发光器件100r、100g、100b而成的结构来代替图101的构成中的发光器件100’的例子的图。发光器件100r、100g、100b分别是狭角地射出红、绿、蓝的波长区域的光的指向性发光器件。多个发光器件100r、100g、100b一维或二维地排列。图102画出了五个发光器件，但是实际上能排列更多个发光器件。由这些发光器件100r、100g、100b射出的光被透镜6520a聚光，经由透镜阵列6610和多个光调制器6582导入多个光纤6530。通过这样的构成，也能够得到与图101的构成相同的效果。
在图101和图102的例子中，组合了红、绿、蓝的光，但是不限于该组合，还可以使用其他颜色的组合。另外，所组合的颜色的种类数不限于三个种类，还可以是两个种类或者四个种类以上。
图103是表示在图97所示的构成中进一步利用由激发光源180射出的光的一部分的例子的图。在该例子中，激发光源180被配置为从相对于光致发光层的法线方向倾斜了的方向(以入射角θ)使包括激发光在内的第三光(例如蓝色光)射入发光器件100’。第三光的一部分用于发光，另一部分从发光器件100’透过。光学体系6520除了由发光器件100’射出的第一光和第二光以外，还将从发光器件100’透过了的第三光导入光纤6530。通过这样的构成，在仅以由发光器件100’射出的光无法生成所期望的光谱的情况下，能够对不足的光谱成分进行补充。
如上所示，在对光致发光材料共振地激发的情况下，通过以特定的倾斜角度θ射入激发光，能够高效地激发。另外，通常激发光的波长比来自发光器件100’的狭角布光的光的波长短，狭角布光的光以比角度θ小的角度射出。如参照图87进行了说明的那样，通过使用数值口径(NAlens)为sinθ以上那样的透镜6520a，能够采集从正面(角度为0度)到角度θ的光，将狭角布光的光与激发光这两者采集到光学体系6520。
在透镜6520b的构成为与透镜6520a相同构成的情况下，通过选择数值口径(NAfiber)为sinθ以上那样的光纤6530，能够将在光学体系6520采集的光的大部分(理想上为全部)导入光纤6530。在透镜6520b具有与透镜6520a不同的构成的情况下，只要使用当将透镜6520b所聚光的光束向光纤6530的入射角设定为θ’(≠θ)时满足NAfiber＞sinθ’的光纤6530就行。
图104是表示改变了图103中的激发光源180的位置的例子的图。在该例子中，激发光源180被配置为与发光器件100’垂直，并使包括激发光在内的第三光射入。在这样的构成中，第三光大多从光透过发光器件100’透过，因此能够增强第三光的成分。另一方面，光致发光层中的发光效率降低，因此还可以专用对激发光源进行补充。在专用对激发光源进行补充的情况下，还可以使用射出与激发光不同波长区域的光的光源来代替激发光源180。
图105是表示在图100所示的构成中进一步利用由激发光源180射出的光的一部分的例子的图。该例子中的发光装置还具备第三光学体系(透镜)6520e，该第三光学体系(透镜)6520e将由激发光源180射出并从光致发光层透过了的第三光的一部分导入第三光纤6530c。第一～第三光纤6530a、6530b、6530c连结，并在作为连结点的合成器6640中将由发光器件100’射出的第一和第二光与从发光器件100’透过了的第三光合成。在这样的构成中，也能够有效利用来自激发光源180的光，由此来生成所期望的光谱的光。
如上所示，以将由发光器件向不同方向射出的多个波长区域的光合成的方式构成的发光装置可以进行多种变形。在任意的变形例中，将由发光器件射出的第一光与第二光合成，也能够得到所期望的光谱的光。
图106是表示应用于家庭用光纤照明系统的应用例的图。该光纤照明系统具备发光装置(也称为光源单元)6400和多个光纤6530。光源单元6400设置在住宅的规定场所，从光源单元6400到各房间的照明安装位置铺设多个光纤6530。另外，图105中被画成了一根光纤那样的部分实际上可以是将多个光纤捆绑而成的。光源单元6400的构成不限于参照图98进行了说明的构成。图106所示的光源单元6400具有与上述图97～图105中的任一个发光装置相同的构成，并将多个波长区域的光合成且导入光纤6530。由此，与参照图96进行了说明的应用例同样地，能够将所期望的光送到各照明安装位置，作为照明光来利用。通过根据情况来改变多个波长区域的光的合成比率，能够改变照明光的颜色和亮度。
通过这里参照图97～图106进行了说明的方案，能够容易地调整光谱。因此，这里进行了说明的方案与参照图85～图96进行了说明的方案同样地，能够适用于被称为美光色照明和彩光色照明的技术。另外，例如通过彩光色照明，能够使肉、蔬菜等食品看起来更美味，使红的花、红叶等景色看起来更鲜艳，或者还能够用于对食品的鲜度进行判断的用途。
如已经进行了说明的那样，以往就光的光谱的控制而言，使用滤光器对由光源射出的光之中不需要的波长区域的成分进行除去。因此，光的利用效率低。与此相对，本申请的发光装置能够增强并射出特定波长的光，因此滤光器不是必要的。因此，与现有的发光装置相比，能够使光的利用效率提高。
产业上的可利用性
本申请的发光器件和发光装置能够适用于以照明器具、显示器、投影仪为首的各种光学设备。

Claims (10)

1.一种发光装置，其具备：
激发光源；
发光器件，该发光器件配置在来自所述激发光源的激发光的光路上；以及
第一聚光透镜，该第一聚光透镜配置在由所述发光器件射出的光的光路上，
其中，所述发光器件具有：
光致发光层，该光致发光层接受所述激发光而发出空气中的波长为λa的光；
透光层，该透光层以与所述光致发光层接近的方式配置；以及
表面结构，该表面结构形成在所述光致发光层和所述透光层中的至少一者的表面上，并包含多个凸部和多个凹部中的至少一者，
所述表面结构对所述光致发光层所发出的空气中的波长为λa的所述光的指向角进行限制，
所述透光层由电介质形成。
2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述表面结构将所述光致发光层所发出的空气中的波长为λa的所述光的指向角限制为小于15°。
3.根据权利要求1所述的发光装置，其中，当将所述表面结构中相邻的两个凸部之间或相邻的两个凹部之间的距离设定为Dint、将所述光致发光层对空气中的波长为λa的所述光的折射率设定为nwav-a时，成立λa/nwav-a＜Dint＜λa的关系。
4.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述表面结构具有至少一个周期结构，当将所述至少一个周期结构的周期设定为pa时，成立λa/nwav-a＜pa＜λa的关系。
5.根据权利要求1所述的发光装置，其具有配置在所述发光器件与所述第一聚光透镜之间的准直透镜。
6.根据权利要求1所述的发光装置，其在由所述第一聚光透镜射出的光所射入的位置处具有光纤的连接部。
7.根据权利要求1所述的发光装置，其具有配置在所述激发光源与所述发光器件之间的第二聚光透镜。
8.根据权利要求1所述的发光装置，其具有配置在所述激发光源与所述发光器件之间的准直透镜。
9.根据权利要求7所述的发光装置，其具有配置在所述激发光源与所述第二聚光透镜之间的准直透镜。
10.根据权利要求1所述的发光装置，其中，所述光致发光层与所述透光层互相接触。
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