JP2016081040A

JP2016081040A - 光反射材料、ならびに光反射材料を用いた発光装置

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Publication number: JP2016081040A
Application number: JP2015170111A
Authority: JP
Inventors: 達也奥野; Tatsuya Okuno
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2016-05-16

Abstract

【課題】高い反射特性を有し得る光反射材料を提供する。【解決手段】本開示の光反射材料１００は、透光性を有する母材１１と、複数の空孔１７、および、複数の空孔１７を規定し母材１１の屈折率よりも高い屈折率を有するシェル１５を含み、母材１１内に位置する多孔質粒子１３と、を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、光反射材料、ならびに光反射材料を用いた発光装置に関する。

有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」と略する）などの発光装置は、典型的には、陽極および陰極と、これらの間に配置された発光層とを備える。いずれか一方の電極側からのみ光を取り出す場合、発光装置における光取り出し側の表面とは反対側の面に反射層が設けられる。

反射層として、典型的には、銀（Ａｇ）などの金属材料からなる層（以下、「金属反射層」と呼ぶ）が用いられる（例えば特許文献１）。

特許第５５３３５４５号明細書

発光装置の光取出し効率を高めるためには、反射層の反射特性をさらに高めることが求められている。

本願の限定的ではない例示的な一実施形態にかかる光反射材料は、透光性を有する母材と、複数の空孔、および、前記複数の空孔を規定し前記母材の屈折率よりも高い屈折率を有するシェルを含み、前記母材内に位置する多孔質粒子とを含む。

本願の限定的ではない例示的な一実施形態にかかる発光装置は、光を出射する発光体と、透光性を有する母材と、複数の空孔、および、前記複数の空孔を規定し前記母材の屈折率よりも高い屈折率を有するシェルを含み、前記母材内に位置する多孔質粒子とを含み、前記発光体の表面の一部を覆う反射層とを備える。

なお、包括的又は具体的な態様は、素子、デバイス、システム、集積回路、及び方法で実現されてもよい。また、包括的又は具体的な態様は、素子、デバイス、システム、集積回路、及び方法の任意な組み合わせで実現されてもよい。

開示された実施形態の追加的な効果および利点は、明細書および図面から明らかになる。効果および／または利点は、明細書および図面に開示の様々な実施形態や特徴によって個々に提供され、これらの１つ以上を得るために全てを必要とはしない。

本願の限定的ではない例示的な一実施形態は、高い反射特性を有し得る新規な光反射材料を提供する。また、そのような光反射材料を用いた反射層を備え、発光層で生じた光を高効率で取り出すことの可能な発光装置を提供する。

第１の実施形態の光反射材料１００の一例の模式的な断面図である。光反射材料のシェル１５および空孔１７による光の散乱・反射を説明する模式図である。光反射材料のシェル１５および空孔１７による光の散乱・反射を説明する模式図である。光反射材料１００の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である。光反射材料１００の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である。光反射材料１００の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である。光反射材料１００の製造方法を説明するための模式的な工程断面図である。実施例１の光反射材料の作製に使用する多孔質膜の断面の電子顕微鏡像である。空孔径および空孔体積比率と、比較例１の光反射材料７００を用いた反射率との関係を検討するためのシミュレーションモデルを示す図である。空孔径および空孔体積比率と、実施例２Ａ、２Ｂの光反射材料１０１、１０２を用いた反射層の反射率との関係を検討するためのシミュレーションモデルを示す図である。比較例１の光反射材料７００の反射特性を示す図である。実施例２Ａの光反射材料１０１の反射特性を示す図である。実施例２Ｂの光反射材料１０２の反射特性を示す図である。実施例３および比較例２の光反射材料を用いた反射層の反射率の測定結果およびシミュレーション結果を示す図である。第２の実施形態の有機ＥＬ素子２００の一例の模式的な断面図である。第３の実施形態の発光装置３００の一例の模式的な斜視図である。発光装置３００の一例の模式的な断面図である。第４の実施形態の発光装置４００の一例を模式的に示す図である。第４の実施形態の他の発光装置４００ａを示す図である。第４の実施形態のさらに他の発光装置４００ｂを示す図である。金属反射層を有する従来の発光装置の一例の模式的な断面図である。樹脂層に多数の空孔を設けた反射層を有する参考例の発光装置６００の一例の模式的な断面図である。中空シリカ粒子を母材に混入させた光反射性材料（参考例）の断面の電子顕微鏡像である。

反射層として、典型的には、銀（Ａｇ）などの金属材料からなる層が用いられる。しかしながら、Ａｇ反射層の可視光に対する反射率は、空気中で９５％程度、有機層と接続した場合には９０％程度であり、光取り出し効率を十分に高めることは難しい。発光装置の「光取り出し効率」とは、発光層で発した光に対して発光装置の光取り出し側表面から大気中に放出される光の割合をいう。

本発明の基礎となった知見を説明する。

本発明者は、金属反射層よりも高い反射特性を有し得る反射層の構造および材料について、鋭意検討を重ねた。この過程で、例えばアクリル系樹脂からなる、透光性を有する母材に、多数の空孔が設けられた構造を有する反射層を検討した。その結果、以下に説明するような知見を得た。

図１６Ａは、金属反射層１１０を有する発光装置５００を示す模式的な断面図である。図１６Ｂは、反射層１２０として多数の空孔を有する樹脂層を有する発光装置６００を示す模式的な断面図である。

発光装置５００は、基板１２１上に、下部電極層１２２、発光層１３２、上部電極層１２３および金属反射層１１０をこの順で有している。発光層１３２は、例えば有機ＥＬ材料を含む。上部電極層１２３および下部電極層１２２は、いずれも、例えばインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）からなる透明導電層である。発光装置５００は、発光層１３２で生じた光を基板１２１側から出射する片面発光素子である。

発光装置６００は、樹脂からなる母材１１１に複数の空孔１１７が設けられた構造を有する反射層１２０を備える。その他の構造は発光装置５００と同様である。このような反射層１２０は、例えば、発泡剤を母材１１１に混合し、加熱などの発泡処理を行うことによって形成され得る。

発光装置５００では、例えば、導波光の発生、光の吸収に起因して、光取り出し効率が低下する可能性がある。図１６Ａに示すように、発光装置５００では、発光層１３２から出射され、金属反射層１１０に入射する光の大部分は鏡面反射され、一部は吸収される。金属反射層１１０で鏡面反射された光の一部８６は、基板１２１側から外部に取り出される。鏡面反射された光の他の一部８７は、基板１２１と空気との界面（基板１２１の下側表面ということがある。）に対して臨界角以上の角度で入射し、全反射される。その結果、金属反射層１１０と基板１２１の下側表面との間を導波する成分が生じる。この導波する成分を導波光ということがある。導波光は発光装置５００から取り出されないので、取り出し効率の低下を招く。また、導波光の一部は、例えば、金属反射層１１０、電極層１２２、１２３、有機層で吸収される。

一方、発光装置６００では、図１６Ｂに示すように、発光層１３２から出射され、反射層１２０に入射する光は、反射層１２０によって、拡散反射および散乱される。すなわち、反射層１２０に入射した光は種々の方向に反射、散乱される。したがって、基板１２１の下側表面で全反射された光が反射層１２０に入射しても、基板１２１の下側表面に臨界角以上の角度で入射するような角度で反射、散乱される光はわずかである。そのため、導波光は生成されない。このように、空孔１１７を有する反射層１２０を用いると、導波光の発生を抑制できる。よって、反射層１２０を用いた発光装置６００は、金属反射層１１０を用いた発光装置５００よりも光取出し効率を高めることができる。

しかしながら、本発明者が空孔１１７を利用した反射層１２０についてさらに検討したところ、反射層１２０の反射率は、空孔１１７のサイズに大きく依存することが分かった。このため、空孔１１７のサイズにばらつきが生じると、高い反射率が得られない可能性がある。母材１１１に、均等なサイズの空孔１１７を設けることは困難であることから、空孔１１７の大きさのばらつきに起因する反射率低下を抑えることは難しいと考えられる。なお、本明細書では、「反射率」は、反射層の表面に入射する光の量に対する、反射層で反射される光の量の比率を指し、一般的に全光線反射率とも呼ばれる。なお、反射層で反射される光は、拡散反射される光も含む。

さらに、本発明者は、反射層１２０における空孔１１７の体積比率を増加させることによって、反射率をさらに向上できることを見出した。しかしながら、従来の方法で母材１１１内部に空孔１１７を設けると、空孔１１７の体積比率を十分に高めることは難しい。

一方、単一の空孔を有する中空粒子を母材に混入することによって、母材内部に空孔を設けることも考えられる。しかしながら、本発明者が検討したところ、中空粒子を用いても、空孔の体積比率を十分に高めることは困難であることが分かった。

これに対し、本発明者は、複数の空孔を内部に有し、かつ、母材よりも屈折率の高いシェルを有する多孔質粒子を用いることにより、上記問題を解決できることを見出した。

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態の光反射材料を説明する。

図１は、本実施形態の光反射材料１００の模式的な断面図である。

光反射材料１００は、母材１１と、複数の多孔質粒子１３とを含む。

母材１１は、透光性の有機物または無機物である。ここでいう「透光性」は、光反射材料１００で反射しようとする光（以下、「第１の光」と呼ぶ。）を透過可能であればよい。第１の光は、例えば、特定の波長の光であってもよい。第１の光は、例えば、可視光であってもよい。

多孔質粒子１３のそれぞれは、複数の空孔１７と、複数の空孔１７を規定するシェル１５とを含む。シェル１５は、母材１１の屈折率よりも高い屈折率を有する。空孔１７の屈折率は例えば１．０である。なお、本明細書において、「屈折率」、「透過率」および「反射率」は、それぞれ、第１の光の屈折率、透過率および反射率を意味する。

本実施形態の光反射材料１００を用いて反射層を形成すると、金属による光の吸収、表面プラズモンロスおよび導波光の発生を抑制できるので、金属反射層よりも高い反射特性が得られる。さらに、図１６Ｂに示す参考例における反射層よりも反射特性を向上できる。以下、理由を詳しく説明する。

図１６Ｂを参照しながら前述したように、母材１１１に空孔１１７のみが設けられた反射層１２０では、反射率は空孔１１７のサイズに大きく依存するため、空孔１１７のサイズのばらつきに起因して反射率が低下する可能性がある。これに対し、本実施形態では、母材１１よりも高い屈折率を有するシェル１５を設ける。これにより、空孔１７とその周囲（シェル１５）との屈折率差を大きくでき、空孔１７による散乱性を高めることができるので、高い反射率を有する反射層が得られる。また、空孔１７の大きさにかかわらず、その散乱性を高めることができるので、空孔１７の大きさによる反射率のばらつきを結果的に小さくできる。さらに、空孔１７の体積比率を高めることが可能である。このため、例えば、母材１１およびシェル１５の屈折率、空孔１７の体積比率などを制御することにより、金属反射層よりも高い反射率（例えば９５％超）を実現し得る。

多孔質粒子１３の平均粒子径は、第１の光の波長よりも十分に大きいことが望ましく、例えば１０μｍ以上であることが望ましい。ここで、「平均粒子径」とは、多孔質粒子１３の粒子直径の個数基準の平均値であり、正規分布とした場合、多孔質粒子１３群は平均粒子径を中心に分布をもつ。平均粒子径は、例えば、ＳＥＭなどの電子顕微鏡による観察や、粒度分布計によって測定される。

多孔質粒子１３の平均粒子径が第１の光の波長よりも十分に大きければ、空孔１７による散乱により、高い反射率が得られる。以下、図面を参照しながら詳しく説明する。

多孔質粒子１３の粒径が小さい（例えば１０μｍ未満）場合、図２Ａに例示するように、多孔質粒子１３の粒径および第１の光の波長によっては、多孔質粒子１３は、シェル１５の屈折率と空孔１７の屈折率とをそれぞれの体積比率で相加平均をとった１つの均質な粒子として振舞う場合がある。これに対し、多孔質粒子１３の粒径が、光の波動性が発現しないサイズ（例えば粒径：１０μｍ以上）であれば、多孔質粒子１３と母材１１との界面は散乱粒子としての性質をほとんど発現しない。この界面に入射した第１の光は、図２Ｂに例示するように、スネルの法則およびフレネル理論に基づき、一部は多孔質粒子１３内部に散乱されることなく透過（進入）し、一部は多孔質粒子１３外部に散乱されることなく反射する。多孔質粒子１３内部に進入した光は、空孔１７によって散乱される。多孔質粒子１３の散乱特性を支配的に決定するのは、空孔１７のサイズ、空孔１７の屈折率およびシェル１５の屈折率である。従って、空孔１７のサイズ、屈折率およびシェル１５の屈折率を制御することによって、空孔１７による散乱性を高めることができ、反射率を向上できる。

また、多孔質粒子１３の平均粒子径を大きくすることにより、従来よりも空孔１７の体積比率を高めることができる。その結果、反射率をさらに向上できる。以下に詳しく説明する。

前述したように、母材１１１に空孔１１７のみが設けられた参考例の反射層１２０（図１６Ｂ）では、空孔１１７の体積比率を高めることが難しいという問題があった。母材１１１に対する空孔１１７の体積比率が小さいと、高い反射率が得られない。

一方、内部に単一の空孔を有する中空粒子を母材に混入することによって、母材内部に空孔を設けることも考えられる。本発明者がＭｉｅ理論に基づきシミュレーションを用いて検討したところ、母材に混入させる散乱粒子（ここでは中空粒子）の直径が１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下のとき、より高い反射率が得られることを見出した。しかしながら、本発明者が検討したところ、そのような微小な中空粒子は、その表面抵抗に起因して母材に混入させることは難しいことが分かった。そのため、中空粒子を用いても、反射率を高めることは困難であることが分かった。

一例として、本発明者は、上記範囲の直径を有する中空粒子として、直径：１００ｎｍ、シェルの厚さ：１０ｎｍの中空シリカ粒子を用いて光反射性材料（参考例）を作製した。図１７は、参考例の反射性材料の断面を示す電子顕微鏡像である。図１７から分かるように、参考例の反射性材料では、母材に対する中空シリカ粒子の体積比率を１０％よりも高めることは難しい。これは、上記の中空シリカ粒子は、その表面抵抗に起因して母材に混入されにくく、また、シェルの厚さが小さいために壊れやすいからと考えられる。

これに対し、本実施形態では、図２を参照しながら前述したように、多孔質粒子１３のサイズが第１の光の波長よりも十分大きくなると、多孔質粒子１３と母材１１の界面は散乱粒子としての性質をほとんど発現しなくなる。そのため、多孔質粒子１３の散乱特性は、空孔１７のサイズおよび屈折率と、シェル１５の屈折率とによって、主に決定される。多孔質粒子１３内部の空孔１７の体積比率が変わらない限り、多孔質粒子１３のサイズを大きくしても反射特性は低下しない。従って、多孔質粒子１３の平均粒子径を大きく（例えば１０μｍ以上）することにより、反射特性を低下させることなく、多孔質粒子１３をより容易に母材１１に混入させることが可能になる。また、多孔質粒子１３の耐久性を高めることができるので、製造プロセス中に多孔質粒子１３が壊れることを抑制できる。従って、空孔１７の体積比率を高めることができ、より高い反射率が得られる。

なお、製造プロセス中に、母材１１に混入した多孔質粒子が割れて分割されたとしても、分割後の粒子（多孔質粒子）のサイズが例えば１０μｍ以上であれば、空孔１７による散乱が生じるので反射特性は低下しない。

一方、多孔質粒子１３の平均粒子径は１０００μｍ以下であってもよい。これにより、反射層の厚さの増大を抑えることができる。

母材１１に対する空孔１７の体積比率Ｖａは２０％以上であってもよい。後述する実施例２Ａ、２Ｂおよび比較例１（図６〜図８）から分かるように、空孔１７の体積比率Ｖａが２０％以上であれば、反射層１０の反射率をより効果的に高めることができる。また、空孔１７の大きさのばらつきに起因する反射率の低下をより効果的に抑えることができる。「空孔１７の体積比率Ｖａ」は、例えば、母材１１に対する多孔質粒子１３の体積比率をＶｂ、多孔質粒子１３の平均空隙率（多孔質粒子１３の体積に占める空孔１７の体積の割合）をｅとすると、Ｖｂ×ｅで求められる。

本実施形態の光反射材料１００は、図１に示す構成に限定されない。母材１１には、材料の異なる複数種類の多孔質粒子１３が混入されていてもよい。また、多孔質粒子１３に加えて、他の粒子、空孔、中空粒子などが母材１１に混入されていてもよい。

＜各構成要素の説明＞
［母材１１］
母材１１は有機物であってもよい。有機物として、例えば、アクリル系、エポキシ系、シリコーン系、フッ素系などの樹脂化合物などが挙げられる。あるいは、硫黄変性樹脂化合物、例えばチオフェン系樹脂化合物であってもよい。母材１１は無機物であってもよい。無機物として、例えば、水ガラスが挙げられる。母材１１の屈折率は特に限定しないが、例えば１．４５以上１．８０以下である。

母材１１は、単体である必要はなく、例えば、基材に、基材よりも高い屈折率を有するフィラーを混ぜることによって形成されていてもよい。これにより、基材よりも高い屈折率を有する母材１１が得られる。このような構造を有する反射層１０を用いると、例えば、フィラーの体積比率によって母材１１の屈折率を調整できる。このため、発光層からの光を反射層１０内により効率的に取り込むことが可能になり、光取出し効率をさらに高めることができる。

なお、基材およびフィラーを含む母材１１の屈折率は、下記式で求めることができる。
母材１１の屈折率＝（母材１１に対する基材の体積比率）×（基材の屈折率）＋（母材１１に対するフィラーの体積比率）×（フィラーの屈折率）
フィラーは、可視光によって散乱されない大きさであることが望ましい。フィラーの平均粒子径は、例えば０．００５μｍ以上０．０５μｍ以下であってもよい。フィラーとしては、ＴｉＯ₂（屈折率：２．１）、ＺｒＯ₂（屈折率：２．５）、ＩＴＯ（屈折率：２．０）、ＡＴＯ（屈折率：２．０）、ＺｎＯ（屈折率：２．０）、ＣｅＯ２（屈折率：２．２）、ＣｄＯ（屈折率：２．５）などが挙げられる。母材１１の基材としては、高い屈折率を有するものであってもよく、例えば、フルオレン系樹脂化合物、ナフタレン系樹脂化合物などが挙げられる。基材に対するフィラーの体積比率は、母材１１の屈折率が所望の値となるように適宜調整され得る。

［多孔質粒子１３］
多孔質粒子１３としては、多孔質シリカ粒子、多孔質アクリル粒子、メソポーラスシリカ粒子、多孔質ＴｉＯ₂粒子、多孔質ＺｒＯ₂粒子などが挙げられる。

多孔質粒子１３の空隙率（多孔質粒子１３の体積に対する空孔１７の体積の割合）は、特に限定されない。母材１１に対する空孔１７の体積比率Ｖａを確保するためには、多孔質粒子１３の空隙率は、例えば３０％以上であってもよい。より望ましくは５０％以上であってもよい。これにより、空孔１７の体積比率Ｖａをさらに高くできる。一方、多孔質粒子１３の耐久性を確保する観点から、多孔質粒子１３の空隙率は８０％以下であってもよい。

多孔質粒子１３の形状は球形でなくてもよい。例えば、粉砕により得られるようなランダムな形状でもよい。また、母材１１に含まれる複数の多孔質粒子１３の形状、大きさ、空隙率は均一でなくてもよい。

シェル１５の屈折率は、母材１１の屈折率よりも高ければよい。シェル１５の屈折率が大きいと（例えば１．６以上）、シェル１５と空孔１７との界面における屈折率差をより大きくできるので、より効果的に反射率を高めることができる。

空孔１７のサイズ（平均粒子径）は、特に限定されない。例えば１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であってもよい。上述したシミュレーション結果から、散乱粒子として機能する空孔１７が上記範囲のサイズを有していれば、より効果的に反射を向上できる。空孔１７のサイズおよび形状は均一でなくてもよい。また、図示する例では、空孔１７はシェル１５で完全に包囲されているが、シェル１５で完全に包囲されていなくてもよい。例えば空孔１７の一部が母材１１と接していてもよい。

＜光反射材料１００の製造方法＞
次いで、光反射材料１００の製造方法の一例を説明する。

まず、図３Ａに示すように、基板１上に多孔質膜３を形成する。多孔質膜３は、内部に複数の空孔１７を有している。空孔１７の径は、例えば１００〜３００ｎｍである。多孔質膜３の形成方法は特に限定しない。

続いて、図３Ｂに示すように、多孔質膜３を砕いて粒化する。これにより、図３Ｃに示すように、複数の空孔１７およびシェル１５を有する多孔質粒子１３が得られる。粒子１３の形状は特に限定されない。多孔質粒子１３は球状でなくてもよい。

この後、図３Ｄに示すように、多孔質粒子１３を母材１１に混練する。母材１１は、例えばアクリル系樹脂である。母材１１は、任意の樹脂であってもよい。このようにして、光反射材料１００が製造される。

光反射材料１００の製造方法は上記方法に限定されない。例えば市販のアクリル系多孔質粒子（例えば積水化学製のアドバンセルＨＢ）を、母材１１に混入させることによって、光反射材料１００を得ることも可能である。

＜実施例１＞
実施例１の光反射性材料を作製した。以下、その具体的な作製方法を説明する。

まず、平均１次粒子径が２０ｎｍの水分散（固形分濃度：２０ｗｔ％）された高純度ＴｉＯ₂粉末２．３ｇ、エタノール７．７ｇ、平均粒径０．３μｍの非水溶性高分子粒子（ＦＳ−１０４Ｅ、日本ペイント社製）１．９ｇ、および表面活性剤（Ｆ１２７、シグマアルドリッチ社製）０．４５ｇを攪拌し、超音波分散処理を行った。得られた均一な分散液を多孔質ＴｉＯ₂薄膜形成用分散液とした。

次いで、調製した多孔質ＴｉＯ₂薄膜形成用分散液を、スピンコート（５００ｒｐｍ、２０秒）によってガラス基板上に塗布した。スピンコート後に、ガラス基板上の多孔質ＴｉＯ₂薄膜形成用分散液を乾燥した。次いで、空気中で、５００℃で１時間焼成を行った。焼成により非水溶性高分子粒子を気化させることで、空孔１７を形成した。このようにして、複数の空孔１７を有する多孔質ＴｉＯ₂薄膜を得た（図３Ａ参照）。

得られた多孔質ＴｉＯ₂薄膜の断面の電子顕微鏡像を図４に示す。図４から分かるように、ＴｉＯ₂ナノ粒子によって形成された層の中に、非水溶性のφ０．３μｍの球状高分子粒子が消失したことによって形成された空孔１７が確認された。

この後、ガラス基板上の多孔質ＴｉＯ₂薄膜を削り取ることで、ＴｉＯ₂（屈折率：２．５）をシェルとした多孔質粒子１３を得た（図３Ｂおよび図３Ｃ参照）。

続いて、得られた多孔質粒子１３をアクリル系樹脂に混練することで、実施例１の光反射材料１００を得た（図３Ｄ参照）。

＜実施例２および比較例１＞
シミュレーションにより、空孔の大きさおよび空孔の体積比率Ｖａと、反射率との関係を調べた。シミュレーション方法および結果を説明する。

・シミュレーションモデル
図５は、シミュレーションモデルを説明するための図である。図５Ａは、比較例１の光反射材料７００を用いた反射層の模式的な拡大断面図である。図５Ｂは、実施例２Ａ、２Ｂの光反射材料１０１、１０２を用いた反射層の模式的な拡大断面図である。

比較例１の光反射材料７００は、母材１１１に複数の空孔（屈折率：１．０）１１７が設けられた構造を有する。母材１１１は、アクリル系樹脂（屈折率：１．５）である。

実施例２Ａの光反射材料１０１は、母材１１に、複数のシェル（屈折率：１．７）１５が設けられた構造を有する。シェル１５は、内部に複数の空孔（屈折率：１．０）１７を有する。母材１１はアクリル系樹脂（屈折率：１．５）である。

実施例２Ｂの光反射材料１０２は、シェルの屈折率を２．５とした点以外は、実施例２Ａの光反射材料１０１と同様の構成を有する。

・シミュレーション方法
散乱粒子における光の散乱の振る舞いは、Ｍｉｅ理論で解析できる。実施例２および比較例１では、Ｍｉｅ理論により、散乱粒子間の光の平均自由行程を求め、確率的な光線追跡法にて、反射層の反射率を求めた。なお、散乱粒子間の光の平均自由行程は、母材に対する散乱粒子数密度と、散乱粒子の散乱断面積との積の逆数で決定される。実施例２における空孔１７、および比較例１における空孔１１７が、散乱粒子に相当する。

光反射材料７００における空孔１１７の径を１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で変化させて、母材１１１に対する空孔（屈折率：１．０）１１７の体積比率と、反射率Ｒとの関係を調べた。反射率Ｒとして、反射層の表面Ｓに垂直に入射する光４１のうち、反射層内で反射されて表面Ｓ側から出射する光４３の割合を求めた。同様に、光反射材料１０１、１０２における空孔１７の径を１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲で変化させて、母材１１に対する空孔１７の体積比率と、反射率Ｒとの関係を調べた。

なお、シミュレーションでは、光４１、４３の波長を６２５ｎｍ、反射層の厚さを０．１ｍｍとした。

・シミュレーション結果
シミュレーション結果を図６〜図８に示す。図６は、比較例１の光反射材料７００を用いた反射層の反射特性を示す図である。図７および図８は、それぞれ、実施例２Ａ、２Ｂの光反射材料１０１、１０２を用いた反射層の反射特性を示す図である。

これらの結果から、いずれの光反射材料を用いた場合でも、空孔１７、１１７の体積比率を大きくすることによって、反射率Ｒを向上できることが分かる。

しかしながら、図６に示すように、比較例１の光反射材料７００を用いた反射層では、空孔１１７の大きさによって反射率Ｒの値は大きく異なる。従って、空孔１１７の大きさのばらつきに起因して、反射率Ｒにばらつきが生じると考えられる。例えば、空孔１１７の体積比率が２０％の場合、空孔１１７の大きさが１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲でばらつくと、反射率Ｒのばらつきは１０％程度と大きい。

前述したように、実際に母材１１１に空孔１１７を形成する場合、空孔１１７の大きさを均一に制御することは困難である。従って、光反射材料７００を用いると、高い反射率Ｒが得られない可能性があると考えられる。

一方、図７および図８に示すように、実施例２Ａ、２Ｂの光反射材料１０１、１０２を用いた反射層では、シェル１５を設けることにより、比較例１よりも高い反射率Ｒが得られ、かつ、空孔１７の大きさによる反射率Ｒのばらつきが抑制されている。この理由は次のとおりである。

前述したように、実施例２Ａ、２Ｂの光反射材料１０１、１０２では、多孔質粒子１３と母材１１の界面は、散乱粒子としての特性をほとんど発現しない。そのため、多孔質粒子１３の散乱特性は、空孔１７のサイズと、空孔１７とシェル１５との屈折率差とによって主に決定される。実施例２Ａ、２Ｂにおける空孔１７とシェル１５との屈折率差は、比較例１における空孔１１７と母材１１１との屈折率差よりも大きい。したがって、実施例２Ａ、２Ｂにおける空孔１７の方が、比較例１における空孔１１７よりも散乱効率が高められ、高い反射率Ｒが得られたと考えられる。また、空孔による散乱効率が高められた結果、空孔の大きさによる反射率Ｒのばらつきが低減されると考えられる。例えば、図７から分かるように、光反射材料１０１を用いた反射層では、空孔１７の体積比率が２０％の場合、空孔１７の大きさが１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲でばらついても、反射率Ｒのばらつきを５％未満に抑えることが可能である。

また、光反射材料１０２を用いた反射層では、光反射材料１０１を用いた反射層よりも高い反射率Ｒが得られ、かつ、空孔１７の大きさによる反射率Ｒのばらつきも小さい。例えば、光反射材料１０２を用いた反射層では、図８から分かるように、空孔１７の体積比率にかかわらず、空孔１７の径が１００ｎｍのときの反射率Ｒと、空孔１７の径が３００ｎｍのときの反射率Ｒとは略等しい。このことから、シェル１５の屈折率を高めることにより、空孔１７とシェル１５との屈折率差をさらに大きくできるので、反射率Ｒをさらに高め、かつ、反射率Ｒのばらつきをさらに低減できることが分かる。

なお、光反射材料１０２では、特に、空孔１７の径が１００ｎｍのときの反射率Ｒが大きく改善されている。この要因を以下に説明する。先に説明したとおり、Ｍｉｅ理論では、散乱粒子間の光の平均自由行程は、母材に対する散乱粒子数密度と、散乱粒子の散乱断面積との積の逆数で決定される。一般に、散乱粒子径があるサイズ以下となったとき、散乱粒子間の光の平均自由行程は指数関数的に大きくなる。これは、散乱粒子径の小径化にともなう散乱粒子の散乱断面積の低下が、母材に対する散乱粒子数密度の増加に対して支配的になることにより起こる。散乱粒子間の光の平均自由行程が指数関数的に増大すると、反射率も急激に低下する。

しかし、実施例２Ａ、２Ｂでは、散乱粒子（空孔１７）と周囲材料（シェル１５）との屈折率差が、比較例１に比べて相対的に大きくなっている。そのため、散乱断面積が比較例１に比べ相対的に大きくなっている。このため、光の平均自由行程が指数関数的に大きくなる散乱粒子径の範囲が小径側にシフトし、結果として、空孔１７の径が１００ｎｍのときの反射率Ｒに、大きな改善が得られたと考えられる。

さらに、光反射材料１０１、１０２では、空孔１７の体積比率の増加に伴って、反射率Ｒは高くなり、かつ、空孔１７の大きさに起因する反射率Ｒのばらつきも小さくなることが分かる。これは、空孔１７の体積比率の増加により、空孔１７による散乱の反射率への寄与が大きくなるからと考えられる。実施例２Ａ、２Ｂでは、シェル１５の屈折率にかかわらず、空孔１７の体積比率が例えば２０％以上であれば、空孔１７の大きさにもよるが、例えば９５％以上の高い反射率を実現できる。空孔１７の体積比率が４０％以上であれば、空孔１７の大きさが１００〜５００ｎｍの範囲でばらつきが生じても、９５％以上の高い反射率を実現できる。また、空孔１７の体積比率が５０％以上であれば、シェル１５の屈折率および空孔１７の大きさにかかわらず、反射率を、例えば９８％程度に高めることが可能になる。

＜実施例３および比較例２＞
実施例３として、多孔質粒子を有する光反射材料を用いた反射層を作製し、比較例２として中空粒子を有する光反射材料を用いた反射層を作製した。これらの反射層の反射特性を測定し、解析値と比較した。

・反射層の作製
実施例３として、樹脂材料に多孔質粒子を混入することによって、厚さが１ｍｍ、３ｍｍおよび５ｍｍの３種類の反射層を作製した。反射層の平面形状は４０ｍｍ×４０ｍｍの矩形とした。ここでは、アクリル系多孔質粒子（積水化学製）を、母材であるアクリル系樹脂（屈折率：１．５９）に混練した。多孔質粒子の平均径は２０μｍであり、アクリル系多孔質粒子内部の空孔の体積比率は５０ｖｏｌ％程度である。

また、母材に対し、アクリル系多孔質粒子を体積比率にして５４ｖｏｌ％混練した。この結果、母材に対する空孔の体積比率は、２７ｖｏｌ％程度である。

比較例２として、中空シリカ粒子を、母材であるアクリル系樹脂（屈折率：１．５９）に混練することにより、厚さが１ｍｍおよび５ｍｍの反射層を作製した。反射層の平面形状は４０ｍｍ×４０ｍｍの矩形とした。中空シリカ粒子の平均径は０．１μｍとした。また、母材に対する空孔の体積比率が２７ｖｏｌ％となるように中空シリカ粒子の混入量を調整しようとしたが、中空シリカ粒子の表面抵抗のため、１０ｖｏｌ％程度しか混練できなかった。

・反射率Ｒの測定結果
実施例３および比較例２の反射層の反射率Ｒを測定した。具体的には、反射層の表面に法線方向から光を入射し、拡散反射された光を含む反射光を測定し、反射率Ｒを求めた。測定結果を図９に示す。また、図９には、シミュレーションにより求めた結果も合わせて示す。シミュレーションでは、母材に対する空孔の体積比率を２７ｖｏｌ％としたときの、反射層の厚さと反射率Ｒとの関係を求めた。

図９に示すように、多孔質粒子を用いた実施例３の反射層の反射率Ｒは、例えば９８％程度まで向上できることが分かる。一方、中空粒子を用いた比較例２の反射層では、反射層の厚さが５ｍｍのときに、反射率Ｒは８０％程度である。この結果より、多孔質粒子を用いることにより、より高い反射率が得られることが分かる。

なお、比較例２の反射層の反射率Ｒの実測値は、シミュレーション結果よりも大幅に低い。これは、表面抵抗のために中空粒子を１０ｖｏｌ％程度しか混練できなかったことに加え、中空粒子を樹脂に混練する際に一部の中空粒子が壊れ、空孔の実質的な体積比率が低下したことによる（図１７参照）。これに対し、実施例３では、反射層の厚さが十分に大きいと（例えば３ｍｍ以上）、反射率Ｒの実測値は、シミュレーション結果とほぼ一致している。従って、実施例３の多孔質粒子は高い耐久性を有し、製造プロセス中に壊れにくいことが確認される。

（第２の実施形態）
第２の実施形態は、光反射材料１００を用いた反射層を備える発光装置である。以下、本実施形態の発光装置を、有機ＥＬ素子を例に説明する。

図１０は、本実施形態の有機ＥＬ素子２００の一例を示す模式的な断面図である。

有機ＥＬ素子２００は、基板２１と、基板２１に支持された下部電極層２２と、上部電極層２３と、下部電極層２２と上部電極層２３との間に配置された機能層としての有機層３０と、上部電極層２３の有機層３０と反対側に配置された反射層１０とを備える。有機層３０は、少なくとも発光層３３を含む。ここでは、有機層３０は、一例として、発光層３３、ホール注入層３１およびホール輸送層３２を有している。

反射層１０は、光反射材料１００を用いている。この場合、反射層１０の全てを光反射材料１００で構成しても良いし、反射層１０を構成する一部の層に光反射材料１００を用いても良い。すなわち、反射層１０は、母材１１と、複数の多孔質粒子１３とを含む。各多孔質粒子１３は、内部に複数の空孔１７を有するシェル１５を有している。シェル１５の屈折率は母材１１の屈折率よりも高い。

下部電極層２２および上部電極層２３は透光性を有している。ここで、「透光性を有する」とは、少なくとも第１の光を含む可視光が下部電極層あるいは上部電極層を通過する際に吸収される割合が、例えば５０％以下であることをいう。下部電極層および上部電極層の一方または両方は透明な導電材料を用いて形成されてもよい。

なお、本実施形態では、「第１の光」は、発光層３３が発する光（可視光）に含まれる光であればよい。「第１の光」の波長は、例えば、発光層３３が発する光のピーク波長である。なお、第１の光の波長は、発光層３３が発する波長帯域内の波長であればよく、ピーク波長でなくてもよい。

前述したように、金属反射層を用いた従来の発光装置（図１６Ａ参照）では、例えば反射層表面で反射された光が、素子内部に閉じ込められ、素子外部に取り出すことができない場合がある。導波光の一部は、有機層等を繰り返し通過する間に吸収される。さらに、金属反射層による光の吸収、および、表面プラズモンによるロスが発生し得る。このため、発光層で生じた光を素子外部に効率よく取り出すことが困難である。

これに対し、有機ＥＬ素子２００では、発光層３３で発した光は、反射層１０に入射し、拡散反射されるので、導波光を低減することが可能になる。拡散反射された光は、基板２１側から取り出され得る。前述したように、反射層１０は、例えば母材に空孔のみを設ける構造（図１６Ｂ）の反射層よりも高い反射率を有し得る。また、金属反射層を用いないので、金属材料による光の吸収、および、表面プラズモンによるロスが発生しない。従って、従来よりも光取り出し効率を向上でき、発光装置の電力効率を向上できる。

さらに、本実施形態では、反射層１０で拡散反射されるので、金属反射層を用いた場合のように鏡面反射による強い干渉が生じない。このため、素子を構成する各層の厚さバラつきに対するロバスト性が高い。

反射層１０の母材１１の屈折率は、発光層３３の屈折率以上であってもよい。これにより、発光層３３で生じた光が、反射層１０とその有機層３０側に隣接する層との界面で全反射することを抑制できる。従って、発光層３３からの光をより効率的に反射層１０に入射させることが可能になる。

上部電極層２３の屈折率は、発光層３３の屈折率以上であってもよい。これにより、発光層３３から反射層１０に向かう光が、反射層１０に達する前に、上部電極層２３と有機層３０との界面で全反射することを抑制できる。従って、発光層３３からの光をより効率的に反射層１０に入射させることが可能になる。

＜有機ＥＬ素子２００の各構成要素＞
［基板２１］
基板２１としては、ガラス基板やプラスチック板などを用いることができる。ガラス基板の材料としては、例えば、石英ガラス、ソーダライムガラス、無アルカリガラスなどを採用することができる。また、プラスチック板の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリカーボネートなどを採用することができる。プラスチック板を用いる場合は、プラスチック板の表面にＳｉＯＮ膜、ＳｉＮ膜などが成膜されたものを用いることで、水分の透過を抑えてもよい。なお、基板は、リジッドなものでもよいし、フレキシブルなものでもよい。

［有機層３０］
有機層３０は、少なくとも発光層を含んでいればよく、発光層以外の、ホール注入層、ホール輸送層、インターレイヤー、電子輸送層、電子注入層などは適宜設ければよい。発光層３３は、単層構造でも多層構造でもよい。例えば、所望の発光色が白色の場合には、発光層３３中に赤色、緑色、青色の３種類のドーパント色素をドーピングするようにしてもよい。青色正孔輸送性発光層と緑色電子輸送性発光層と赤色電子輸送性発光層との積層構造を採用してもよい。青色電子輸送性発光層と緑色電子輸送性発光層と赤色電子輸送性発光層との積層構造を採用してもよい。

発光層３３の材料としては、例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、色素体、金属錯体系発光材料を高分子化したものが挙げられる。また、アントラセン、ナフタレン、ピレン、金属錯体系発光材料などの低分子発光材料が挙げられる。発光層３３の材料は、これらに限定されるものではない。

電子注入層の材料は、例えば、フッ化リチウムやフッ化マグネシウムなどの金属フッ化物、塩化ナトリウム、塩化マグネシウムなどに代表される金属塩化物などの金属ハロゲン化物を用いることができる。また、例えば、チタン、亜鉛、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウムなどの酸化物を用いることができる。

また、電子輸送層の材料は、電子輸送性を有する化合物の群から選定することができる。この種の化合物としては、例えば、Ａｌｑ３等の電子輸送性材料として知られる金属錯体、フェナントロリン誘導体、ピリジン誘導体、テトラジン誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール（ＴＡＺ）誘導体などのヘテロ環を有する化合物が挙げられる。電子輸送層の材料としては、一般に知られる任意の電子輸送材料を用いることが可能である。

ホール輸送層の材料としては、ＬＵＭＯ（ＬｏｗｅｓｔＵｎｏｃｃｕｐｉｅｄＭｏｌｅｃｕｌａｒＯｒｂｉｔａｌ）準位が小さい低分子材料や高分子材料を用いることができる。

ホール注入層３１の材料としては、例えば、チオフェン、トリフェニルメタン、ヒドラゾリン、アミールアミン、ヒドラゾン、スチルベン、トリフェニルアミンを含む有機材料が挙げられる。

インターレイヤーは、発光層側からのキャリアの漏れを抑制するキャリアブロッキング機能を有してもよい。なお、本実施形態では、インターレイヤーが、発光層側からの電子の漏れを抑制する電子ブロッキング層を構成している。有機ＥＬ素子では、インターレイヤーを設けることにより、発光効率の向上および長寿命化を図ることが可能となる。インターレイヤーの材料としては、例えば、ポリアリールアミン若しくはその誘導体、ポリフルオレン若しくはその誘導体、ポリビニルカルバゾール若しくはその誘導体、トリフェニルジアミン誘導体を用いることができる。

これらの有機材料は、必要に応じて、適宜選択して用いることができる。また、これらの有機材料は、塗布法のような湿式プロセス、真空蒸着法、転写法などの乾式プロセスによって成膜される。塗布法としては、例えば、スピンコート法、スプレーコート法、ダイコート法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法が挙げられる。

［下部電極層および上部電極層］
下部電極層２２および上部電極層２３のうち一方は陽極、他方は陰極として用いられる。陽極および陰極の材料として、光吸収性の比較的低い導電性材料が用いられ得る。例えば、金（Ａｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの金属、ＩＴＯなどの金属酸化物、導電性高分子、金属ナノ粒子や金属ナノワイヤを保持する光透過樹脂が適用できる。

金属酸化物としてはＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＩＺＯ（インジウム−亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム−亜鉛酸化物）などの金属酸化物などが挙げられる。これらの材料を用い、真空蒸着法や、スパッタリング法などによって電極を形成することができる。

導電性高分子としては、例えば、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセチレン、ポリカルバゾールなどの導電性高分子材料を用いることができる。また、導電性を高めるために、例えば、スルホン酸、ルイス酸、プロトン酸、アルカリ金属、アルカリ土類金属などのドーパントをドーピングしたものを採用してもよい。

金属ナノ粒子や金属ナノワイヤを保持する光透過樹脂膜の金属ナノ粒子、金属ナノワイヤなどの導電性を持つ物質としては、銀、金、銅等の金属が挙げられる。この樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリカーボネート樹脂、ポリウレタン、ポリアクリルニトリル、ポリビニルアセタール、ポリアミド、ポリイミド、ジアクリルフタレート樹脂、セルロース系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ酢酸ビニル、その他の熱可塑性樹脂や、これらの樹脂を構成する単量体の２種以上の共重合体が挙げられる。

導電性高分子材料、金属ナノ粒子や金属ナノワイヤを保持する光透過樹脂膜は、塗布法のような湿式プロセス、転写法などの乾式プロセスによって成膜される。

本実施形態では、下部電極層２２や上部電極層２３の光透過率が、例えば５０％以上、より望ましくは７０％以上となるように、材料、厚さおよび形成方法を選択する。

有機ＥＬ素子２００では、基板２１上に下部電極層２２および有機層３０を形成した後、有機層３０の上に上部電極層２３を形成する。このため、下部電極層２２と同じ成膜条件で、上部電極層２３を形成することが困難な場合がある。上部電極層２３を形成する際には、有機層３０に用いる材料の耐熱性を考慮して温度などの条件を設定してもよい。有機層３０へのダメージの要因として、例えばスパッタの場合は加熱温度およびイオン衝突が挙げられる。塗布の場合は、例えば、塗布材料中の不純物の有機層３０への浸透、乾燥時の温度が挙げられる。

下部電極層２２および上部電極層２３として、例えばＩＴＯ膜を形成してもよい。ＩＴＯ膜では、加熱温度１８０℃程度で結晶化が生じ、結晶化の前後で特性が異なる。典型的には、ボトムエミッション型の有機ＥＬ素子の透明電極には、２００℃以上の温度で形成されたＩＴＯ膜が用いられる。２００℃以上で形成されたＩＴＯ膜は、低温で形成したＩＴＯ膜よりも導電性に優れ、かつ、高い透明性を有する。また、光の吸収も小さい。このため、本実施形態における下部電極層２２として、例えば２００℃以上の温度で形成したＩＴＯ膜を用いてもよい。一方、上部電極層２３は、有機層３０の上に形成される。このため、有機層３０に用いる材料の耐熱性を考慮して、例えば２００℃未満で形成される。

［反射層１０］
反射層１０は、母材１１と複数の多孔質粒子１３とを含む。各多孔質粒子１３は、内部に複数の空孔１７を有するシェル１５を有している。シェル１５の屈折率は母材１１の屈折率よりも高い。各構成要素の材料、大きさ等は、第１の実施形態と同様であるので、説明を省略する。

反射層１０は、拡散反射層として機能し得る。反射層１０は、屈曲性を有していてもよい。反射層１０の反射率は、例えば６０％以上、望ましくは８０％以上である。さらに、本実施形態によると、例えば、反射層１０に、金属で最大の反射率を持つＡｇの反射率（９５％）以上の反射率を持たせることも可能である。

母材１１は、発光層３３の屈折率よりも高い屈折率を有していてもよい。これにより、発光層３３で発した光が、反射層１０と、反射層１０の発光層３３側に位置する層（ここでは上部電極層２３）との界面で全反射することを抑制できる。そのため、発光層３３で発した光を、より効率的に反射層１０に入射させることができる。

有機ＥＬ素子２００は、さらに、光取出し層を有していてもよい。光取出し層は、光の反射または屈折角を乱れさせる層であればよい。光取出し層を、例えば、屈折率の異なる２層の間に挿入すると、界面で全反射する光の角度を変えることができる。これにより、全反射する光の一部を、臨界角以内で界面を通過する光に変えることが可能である。光取出し層は、例えば、表面が凹凸形状を有する層、内部に光反射性の界面を含有する層、屈折率の異なる媒体が接触する界面を含有する層であってもよい。光取出し層は、粒子または空隙を内部に含む層、または複数の材料が混合された層であってもよい。

有機ＥＬ素子を一例として説明したが、本開示の技術は、例えば、発光層に硫化亜鉛などの無機材料を用いた無機ＥＬ素子など、広く発光装置に適用可能である。本開示の技術は、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子、ＬＥＤ、半導体レーザなど、光を出射する発光体を含む発光装置に適用可能である。本開示の反射層を、発光体の一部を覆うように配置することにより、効率よく光を取り出すことができる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態は、反射層を備える発光装置である。本実施の形態に係る発光装置は、励起光を吸収して発光する発光体と、発光体の表面の一部を覆うように配置された反射層とを備える。反射層は、図１を参照しながら前述した光反射材料１００を含んでおり、発光体で発した光を拡散反射し得る。

以下、図面を参照しながら、本実施の形態に係る発光装置の一例を説明する。図１１および図１２は、それぞれ、本実施の形態に係る発光装置３００の一例の模式的な斜視図および断面図である。

発光装置３００は、励起光を発する励起光源３１０と、発光体３２０と、反射層３３０と、ヒートシンク３４０とを備える。ヒートシンク３４０と反射層３３０との間に、接着層３５０が設けられていてもよい。ここでは、発光体３２０としてセラミック蛍光体を用い、励起光源３１０としてレーザ光源を用いる例を説明する。

レーザ光源３１０がセラミック蛍光体３２０に向けてレーザ光３１１を照射した場合に、セラミック蛍光体３２０は、光３２１を出射する。セラミック蛍光体３２０は、ヒートシンク３４０の戴置面３４１に、反射層３３０及び接着層３５０を挟んで戴置されて固定されている。

なお、図１１及び図１２において、ヒートシンク３４０におけるセラミック蛍光体３２０が載置される面（戴置面）３４１に垂直な方向をＺ軸方向とする。このＺ軸方向に垂直で、かつ、互いに直交する２つの方向をそれぞれ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向とする。つまり、戴置面３４１は、ＸＹ平面に平行である。

以下では、本実施の形態に係る発光装置３００の各構成部材について詳細に説明する。

［レーザ光源］
レーザ光源３１０は、例えば、半導体レーザ又はＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）であり、駆動電流によって駆動されて所定の波長のレーザ光を、セラミック蛍光体３２０に向けて出射する。具体的には、レーザ光源３１０は、紫外線、又は、紫若しくは青色の可視光をレーザ光３１１として出射する。レーザ光３１１は、セラミック蛍光体３２０が含む蛍光体の励起光である。レーザ光３１１の強度及び波長は、蛍光体の電子を励起させる程度であればよい。

なお、図１１には、１つのレーザ光源３１０を示しているが、図１２に示すように、発光装置３００は、複数のレーザ光源３１０を備えてもよい。複数のレーザ光源３１０は、互いに異なる方向からセラミック蛍光体３２０にレーザ光３１１を照射するように配置されている。例えば、複数のレーザ光源３１０は、セラミック蛍光体３２０を囲むように環状に並んで配置されていてもよい。

［セラミック蛍光体］
セラミック蛍光体３２０は、レーザ光により励起されるセラミック蛍光体である。セラミック蛍光体３２０は、蛍光体を含有する板状のセラミックから形成される。具体的には、図１１及び図１２に示すように、セラミック蛍光体３２０は、互いに対向する２つの主面を有する一枚の平板状のセラミックから形成される。セラミック蛍光体は単一の単結晶体であってもよいし、単一の多結晶体であってもよい。あるいは、セラミック蛍光体は、蛍光体粒子が蛍光体３２０の全体に散りばめられた構造を有していてもよい。２つの主面の一方（上面）は、レーザ光３１１の照射側の面、すなわち、レーザ照射面である。２つの主面の下方（下面）には、反射層３３０が設けられている。

図１１に示すように、セラミック蛍光体３２０の平面視形状は、例えば、矩形である。なお、本実施の形態において、平面視とは、レーザ光３１１の照射側から見た場合、すなわち、Ｚ軸正方向から見た場合を意味する。セラミック蛍光体３２０の平面視の形状は、矩形に限らず、例えば、正方形、円形、若しくは楕円形でもよい。

本実施の形態では、セラミック蛍光体３２０は、アルミナ（酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃））などのセラミックから構成される平板である。なお、セラミックとしては、アルミナに限らず、例えば、ジルコニア（酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２））、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いることもできる。

セラミック蛍光体３２０は、単結晶であってもよい。単結晶のセラミック蛍光体３２０は、例えば、特開平５−３３５６７８号公報などに開示される公知の手法で製造される。あるいは、セラミック蛍光体３２０は、アルミナ粒子などのセラミック原料と、散乱体又は焼結助剤（添加剤）と、蛍光体とを混合したものにバインダを加えて加熱成形し、その後、焼成することにより作製されてもよい。

蛍光体は、例えば、黄色蛍光体、赤色蛍光体、緑色蛍光体、これらの組み合わせであってもよい。蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ系の蛍光体粒子、カズン（ＣａＡｌＳｉＮ₃：ＣＡＳＮ）を利用することができる。

セラミック蛍光体３２０では、レーザ光３１１が照射された場合に、蛍光体の電子が励起される。励起された電子が基底状態に戻るときに光（蛍光）を発する。蛍光は、一部はそのままレーザ光３１１の照射側に出射され、一部は、反射層３３０によって反射されてレーザ光３１１の照射側に出射される。

また、セラミック蛍光体３２０から出射される光３２１は、蛍光体が発する蛍光と、励起光であるレーザ光３１１とを含んでもよい。つまり、発光装置３００は、蛍光とレーザ光３１１との合成光を、光３２１として外部に出射してもよい。例えば、レーザ光３１１として青色光を利用した場合、レーザ光３１１は、セラミック蛍光体３２０内部で散乱され、一部は蛍光体に吸収及び変換されることなく、青色光として放出される。したがって、セラミック蛍光体３２０は、当該青色光と、蛍光体から発せられる蛍光（例えば、黄色光）とを利用することで、白色の光３２１を出射することができる。

［反射層］
反射層３３０は、光反射性を有し、セラミック蛍光体３２０のレーザ照射面（上面）とは異なる面に接触して設けられている。具体的には、反射層３３０は、レーザ照射面とは反対側の面（下面）に接触して設けられている。より具体的には、反射層３３０は、セラミック蛍光体３２０の下面全体に接触するように設けられている。

反射層３３０は、セラミック蛍光体３２０から下面側に向かう光３２１を反射する。具体的には、反射層３３０は、レーザ光３１１と、セラミック蛍光体３２０から発せられた蛍光とを反射する。反射層３３０が蛍光を反射することにより、上面側への光の取り出し効率を高めることができる。また、反射層３３０がレーザ光３１１を反射することにより、反射したレーザ光３１１によってセラミック蛍光体３２０の蛍光体の電子をさらに励起させることができる。これにより、蛍光の光量を増やすことができるので、光の取り出し効率を更に高めることができる。

本実施の形態では、反射層３３０は、図１を参照しながら前述した光反射材料１００を含む。すなわち、反射層３３０は、母材と、複数の多孔質粒子とを含む。母材は、透光性を有する有機物または無機物であってもよい。各多孔質粒子は、内部に複数の空孔を有するシェルを有している。シェルの屈折率は母材の屈折率よりも高い。母材の屈折率は、特に限定しないが、セラミック蛍光体３２０の屈折率と同等（例えば１．７）であることが望ましい。反射層３３０の厚さは、例えば、５０μｍ以上１００μｍ以下である。

セラミック蛍光体を用いた発光装置では、電力効率を高めるため、セラミック蛍光体の上面側からの光の取り出し効率を高める必要がある。このため、従来の発光装置では、例えば、セラミック蛍光体の下面側に金属反射層が設けられていた。しかしながら、金属反射層を用いると、前述したように、金属反射層表面で反射された光が、装置内部に閉じ込められ、装置外部に取り出すことができない場合がある。

金属反射層の代わりに、屈折率の異なる層を含む多層膜構造を用いる場合でも、同様の問題が生じ得る。多層膜構造を反射層として用いると、入射波長選択性や入射角選択性を示すことがある。そのため、セラミック蛍光体で発する光に対して、十分な反射率を得られない場合がある。

例えば、セラミック蛍光体が単結晶の場合、セラミック蛍光体の屈折率と外部の屈折率段差により求められる臨界角（たとえばセラミック蛍光体の屈折率が１．７のとき、３６°）以上の成分は導波光となる。導波光の一部は、セラミック蛍光体を繰り返し通過する間に吸収される。さらに、金属反射層による光の吸収、および、表面プラズモンによるロスが発生し得る。このため、セラミック蛍光体で生じた光を装置外部に効率よく取り出すことが困難である。

あるいは、セラミック蛍光体の全体に蛍光体粒子が散りばめられていてもよい。この場合、レーザ光源から蛍光への変換効率の観点から、蛍光体粒子のセラミック蛍光体における体積比率は、例えば４０ｖｏｌ％以上が望ましい。蛍光体粒子の粒径は、例えば１０μｍ以上が望ましい。しかしながら、このような条件下では、セラミック蛍光体内部での光散乱性は乏しく、導波光を十分に低減することは困難である。

これに対し、本実施の形態に係る発光装置３００では、セラミック蛍光体３２０で発した光は、反射層３３０に入射し、拡散反射されるので、導波光を低減することが可能になる。前述したように、反射層３３０は、例えば母材に空孔のみを設ける構造（図１６Ｂ）の反射層よりも高い反射率を有し得る。また、金属反射層を用いないので、金属材料による光の吸収、および、表面プラズモンによるロスが発生しない。従って、従来よりも光取り出し効率を向上でき、発光装置の電力効率を向上できる。

さらに、セラミック蛍光体の下面側に金属反射層が配置された従来の構造では、製造に加熱プロセスを適用する場合などに、セラミック蛍光体と金属反射層との熱膨張の違いによって剥離が生じる可能性がある。これに対し、本実施の形態では、金属反射層を用いないので、上述した熱膨張の違いに起因する剥離を抑制できる。

［ヒートシンク］
ヒートシンク３４０は、セラミック蛍光体３２０が戴置される放熱体の一例である。ヒートシンク３４０は、セラミック蛍光体３２０が含有する蛍光体で発熱する熱を外部（大気中）に放熱するための放熱部材である。したがって、ヒートシンク３４０は、金属などの熱伝導率の高い材料を用いてもよい。ヒートシンク３４０は、例えば、アルミニウム合金を用いたアルミダイカスト製である。また、ヒートシンク３４０には、例えば、複数の放熱フィン（図示せず）が設けられていてもよい。

ヒートシンク３４０の戴置面３４１は、ヒートシンク３４０が有する面の１つであり、セラミック蛍光体３２０が戴置される面である。具体的には、セラミック蛍光体３２０は、反射層３３０と接着層３５０とを間に挟むようにして戴置面３４１に戴置される。より具体的には、下面に反射層３３０が形成されたセラミック蛍光体３２０が、接着性の材料（接着層３５０）が塗布された戴置面３４１に戴置される。これにより、セラミック蛍光体３２０を容易にヒートシンク３４０に固定することができる。

［接着層］
接着層３５０は、熱伝導材料から構成され、反射層３３０とヒートシンク３４０とを接着する。接着層３５０としては、半田又は銀ペーストなどが挙げられる。なお、接着層３５０としては、金属材料に限らず、グリス、サーコン（登録商標）シートなどの樹脂材料を用いてもよい。例えば、接着層３５０としては、熱伝導率が１Ｗ／ｍ・Ｋ〜１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を用いることができる。

なお、反射層３３０はヒートシンク３４０の表面上に直接形成されていてもよい。その場合には、ヒートシンク３４０と反射層３３０との間に接着層３５０を設けなくてもよい。

上記の実施の形態では、発光装置３００がレーザ光源３１０を備える例について示したが、発光装置３００は、レーザ光源３１０を備えていなくてもよい。例えば、別のレーザ光源から照射されたレーザ光によってセラミック蛍光体３２０が光３２１を発してもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、発光装置３００がヒートシンク３４０を備える例について示したが、発光装置３００は、ヒートシンク３４０などの放熱体を備えていなくてもよい。例えば、セラミック蛍光体３２０は、放熱体以外の部材に戴置されてもよく、あるいは、クリップのような把持部材によって把持されてもよい。ヒートシンク３４０がない場合であっても、反射層３３０によって光３２１を反射させることができるので、光の取り出し効率を高めることができる。

また、例えば、上記の実施の形態では、蛍光体を混合したセラミック粒子を焼結することでセラミック蛍光体３２０を形成する例について示したが、これに限らない。例えば、セラミック蛍光体３２０は、セラミックの薄膜成長によって作製されてもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、セラミック蛍光体３２０が一枚の平板である例について示したが、これに限らない。セラミック蛍光体３２０は、平板に限らず、平板の一部が欠けたような多面体でもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、セラミック蛍光体３２０の２つの主面の一方からレーザ光３１１を照射する例について示したが、セラミック蛍光体３２０の端面からレーザ光３１１を照射してもよい。

具体的には、セラミック蛍光体３２０は、レーザにより励起される蛍光体を含有する発光部と、発光部を囲むように設けられた、発光部からの光を反射する反射部とを備えてもよい。より具体的には、発光部と反射部とは同一層内に設けられていてもよい。例えば、アルミナ粒子（セラミック粒子）を焼成する際に、所定の領域にのみ蛍光体を添加することで、同一層内に、蛍光体を含有する発光部と蛍光体を含有しない反射部とを形成することができる。

上記の実施の形態に係る発光装置３００は、例えば、照明装置、プロジェクタ、レーザポインタなどの各種発光装置に利用することができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態は、反射層および光ファイバーを備える発光装置である。本実施の形態に係る発光装置は、励起光を吸収して発光する発光体と、発光体の表面の一部を覆うように配置された反射層と、光ファイバーとを備える。本実施の形態に係る発光装置は、光ファイバーとして、発光体からの光を一端から取り込み、他端から出射させる第１の光ファイバーを備えていてもよい。また、本実施の形態に係る発光装置は、励起光源からの励起光を一端から取り込み、他端から発光体に向けて出射させる第２の光ファイバーを備えていてもよい。あるいは、本実施の形態に係る発光装置は、第１および第２の光ファイバーの両方を備えていてもよい。

図１３は、本実施の形態の発光装置４００の一例を模式的に示す図である。図１３に例示する発光装置４００は、ファイバー照明装置である。発光装置４００は、発光体４１０と、発光体４１０の表面の一部を覆う反射層４５０と、発光体４１０からの光を一端から取り込み、他端から出射させる光ファイバー４２０とを備える。発光体４１０は、例えば、２つの主面のうち一方の主面（以下、「第１主面」）４１０ｓから光を出射する。光ファイバー４２０は、発光体４１０から出射した光を伝播して対象物４６０に照射する。対象物４６０は、検査対象物であり、検体と呼ぶこともある。この例では、発光体４１０の光出射面である第１主面４１０ｓに励起光を入射させているが、励起光は発光体４１０のもう一方の主面（以下、「第２主面」）または発光体４１０の側面に入射させてもよい。

発光体４１０は、励起光を受けて発光する材料（フォトルミネッセンス材料）を含み得る。フォトルミネッセンス材料は、狭義の蛍光材料および燐光材料を包含し、無機材料だけなく、有機材料（例えば色素）を包含し、さらには、量子ドット（半導体微粒子）を包含する。本実施形態における発光体４１０は、例えばセラミック蛍光体であってもよい。セラミック蛍光体は、前述したセラミック蛍光体３２０（図１１、１３）と同様の構成を有してもよい。

反射層４５０は、光反射材料１００（図１）を含む。反射層４５０は、前述した反射層３３０（図１１、１３）と同様の構成を有してもよい。反射層４５０は、発光体４１０の表面のうち励起光が入射する部分および光を出射する部分（ここでは第１主面４１０ｓ）を除く領域の少なくとも一部または全体に配置される。この例では、反射層４５０は、発光体４１０の側面と第２主面とを覆うように配置されている。

発光装置４００は、光学系を備えていてもよい。光学系は、例えば、発光体４１０から出射した光を集束して光ファイバー４２０に導入するレンズ、および光ファイバー４２０から出射した光を集束させるレンズの少なくともいずれかを有する。

＜変形例＞
図１４は、本実施の形態の他の発光装置４００ａを示す図である。発光装置４００ａは、励起光源４４０および光学系４３０を備えている。励起光源４４０は、例えば青色の波長帯域の光を励起光として出射する。励起光源４４０は、励起光を、発光体４１０に垂直に入射させる。光学系４３０のレンズの構成は、用途に応じて適宜設計される。この例では、発光体４１０は、その第１主面４１０ｓから光を出射する。励起光は発光体４１０の光出射面である第１主面４１０ｓとは反対側の第２主面４１０ｔから入射する。反射層４５０は、発光体４１０の側面を覆うように配置されている。図１４に示す例では、発光装置４００ａは、光学系４３０および励起光源４４０の両方を備えているが、発光装置４００ａはこれらのうち一方のみを備えていてもよい。

図１５は、本実施の形態のさらに他の発光装置４００ｂを示す図である。発光装置４００ｂは、光ファイバー４２０が、励起光源４４０から出射された励起光を発光体４１０に伝播させる点で、先の例とは異なっている。光ファイバー４２０は、励起光を一端から取り込み、他端から発光体４１０に向けて出射させる。図示する例では、光ファイバー４２０は、発光体４１０の光出射面（第１主面４１０ｓ）とは反対側の第２主面４１０ｔから励起光が入射するように配置されている。発光体４１０は、光ファイバー４２０の先端に取り付けられていてもよい。この例でも、光学系４３０を省略してもよい。

なお、上述した発光装置４００ａ、４００ｂでは、発光体４１０の第２主面４１０ｔに励起光を入射させるが、発光体４１０の光出射面である第１主面４１０ｓに入射させてもよいし、発光体４１０の側面に入射させてもよい。反射層４５０は、発光体４１０の光を出射する部分および励起光を入射する部分以外に配置されていればよい。発光体４１０の側面に励起光を入射する場合には、反射層４５０は、発光体４１０の第２主面４１０ｔを覆うように配置されていてもよい。

その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。

本開示の光反射材料は、有機ＥＬ素子、無機ＥＬ素子を含む種々の発光装置に広く適用され得る。また、本開示の発光装置は、例えば、照明、ディスプレイ、プロジェクタといった光学デバイスに広く適用可能である。

１０：反射層
１１：母材
１３：多孔質粒子
１５：シェル
１７：空孔
２１：基板
２２：下部電極層
２３：上部電極層
３０：有機層
３３：発光層
１００：光反射材料
２００：発光装置（有機ＥＬ素子）
３００：発光装置
３１０：励起光源
３２０：発光体
３３０：反射層
３４０：ヒートシンク
４００、４００ａ、４００ｂ：発光装置
４１０：発光体
４２０：光ファイバー
４３０：光学系
４４０：励起光源
４５０：反射層

Claims

透光性を有する母材と、
複数の空孔、および、前記複数の空孔を規定し前記母材の屈折率よりも高い屈折率を有するシェルを含み、前記母材内に位置する多孔質粒子と、
を含む、光反射材料。
前記母材の体積に対する前記複数の空孔の体積の比率は２０％以上である、請求項１に記載の光反射材料。
光を出射する発光体と、
透光性を有する母材と、複数の空孔、および、前記複数の空孔を規定し前記母材の屈折率よりも高い屈折率を有するシェルを含み、前記母材内に位置する多孔質粒子とを含み、前記発光体の表面の一部を覆う反射層と、
を備える、発光装置。
前記発光体は、フォトルミネッセンス材料を含み、励起光を吸収して前記光を出射する、請求項３に記載の発光装置。
前記発光体からの光を、一端から取り込み他端から出射させる、第１の光ファイバーをさらに備える、請求項４に記載の発光装置。
前記励起光を、一端から取り込み他端から前記発光体に向けて出射させる、第２の光ファイバーをさらに備える、請求項４または５に記載の発光装置。
前記発光体は、
透光性を有する第１の電極層と、
透光性を有する第２の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に位置する発光層と、
を備え、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に電圧を印加することにより、前記光を出射し、
前記反射層は、前記第１の電極層の前記発光層とは反対側の面を覆う、請求項３から６のいずれかに記載の発光装置。
前記母材の体積に対する前記複数の空孔の体積の比率は２０％以上である、請求項３から７のいずれかに記載の発光装置。