JPWO2013035299A1 - 発光装置および光シート - Google Patents

Abstract

本願に開示された発光装置は、発光層と、回折格子を含む回折格子構造と、一方の面から他方の面へ透過する光を拡散させる構造を有する拡散層を備え、発光層から出射する光の中心波長はλであり、回折格子の周期ｐは、１．０λ以上３．５λ以下であり、前記拡散層は、８０％以上のヘーズおよび８０％以下の全光線透過率を有する。

Description

本願は、シートおよびこれを含む発光装置に関する。

近年、発光効率の高い発光装置の１つとして有機エレクトロルミネッセンス（有機ＥＬ）素子が注目されている。図１は、一般的な有機ＥＬ素子の断面構造を模式的に示している。従来の有機ＥＬ素子は、基板１上に電極２、発光層３、透明電極４および透明基板５が積層された構造を備えている。透明基板５は空気層６に接している。電極２と透明電極４との間に電圧を印加することによって発光層３の内部の点Ｓで発光体が発光する。発生した光は一部がそのまま空気層６の方向に伝播し、一部は電極２において反射した後に空気層６の方向に伝播する。高屈折率の媒質から低屈折率の媒質に光が伝播するとき、光の入射角度が臨界角を越えると全反射が起きる。このため、空気層６に達するまでに、全反射することなく伝播した光のみが、有機ＥＬ素子の外部へ出射する。発光層３と空気層６の屈折率をそれぞれｎ_k、ｎ₀とすると、臨界角θ_cは下記式（１）で示される。
θ_c＝ｓｉｎ^-1（ｎ₀／ｎ_k） （１）

従って、図１に示す有機ＥＬ素子において、素子の外部に取り出すことができる光は、点Ｓにおいて発光し、空気層６と透明基板５との界面に臨界角θcよりも小さい角度で入射する光に限られる。点Ｓからの発光が等方的で、光の干渉効果を無視し、屈折面での透過率が臨界角以内の入射角では１００％であると仮定すれば、光を取り出すことのできる割合（光取り出し効率）ηは１−ｃｏｓθ_cで表される。例えば、発光層３の屈折率が１．７である場合、取り出し効率ηは２０％に満たない。このように、有機ＥＬ素子では一般的に光の利用効率が高くない。

光取り出し効率を上げるために、発光層３や透明電極４の厚さを光の波長オーダーで調整することによって、光の干渉効果を利用し、光を効率よく取り出す手法が検討されている。しかし、干渉の効果は、発生する光の伝播する方向に依存するために、全ての方向の光を効率よく取り出せるわけではない。このため、この方法で取り出し効率を１００％にするのは不可能である。また、光の干渉は波長に依存するために、発光波長域内のすべての波長の光を効率よく取り出すことは難しい。このため、白色の有機ＥＬ素子の場合、見る角度によって輝度や色が変化する輝度むら、色むらが発生する原因になる。

このような有機ＥＬ素子から、より効率的に光を取り出す技術として、例えば特許文献１に開示されている技術がある。

特許文献１は、基板界面あるいは反射面に回折格子を形成し、全反射が起きる界面に対する光の入射角を変化させることにより、光の取り出し効率を向上させた有機ＥＬ素子を開示している。

特開平１１−２８３７５１公報

しかし、特許文献１の有機ＥＬ素子では、光が回折格子構造を通過する際の回折効率と回折角度が、光の波長と入射角度に依存する。このため、有機ＥＬ素子から出射する光の強度が見る角度に対して変化する（輝度むら）。また、発光体が白色の光を発生する場合、見る角度に対して色が変化する（色むら）。さらに、素子が発光していない場合にも、回折格子構造の光の反射率、反射角度が波長に依存することから、有機ＥＬ素子の色が見る角度によって変化し、外観を悪くする。

本願の、限定的ではない例示的なある実施形態は、輝度むらおよび色むらを抑制し、光取り出し効率が向上させることのできる光シートおよび発光装置を提供する。

本発明の一態様である発光装置は、発光層と、回折格子を含む回折格子構造と、一方の面から他方の面へ透過する光を拡散させる構造を有する拡散層を備え、前記発光層から出射する光の中心波長はλであり、前記回折格子の周期ｐは１．０λ以上３．５λ以下であり、前記拡散層は、８０％以上のヘーズおよび８０％以下の全光線透過率を有する。

本発明の一態様にかかる発光装置によれば、回折格子構造および拡散層を備えているため、光取り出し効率が向上し、かつ、輝度むらおよび色むらを効果的に抑制することができる。

一般的な有機ＥＬ素子の構成と光の伝播の様子を示す図である。 発光装置の第１の実施形態の断面構造を模式的に示す図である。 （ａ）から（ｅ）は回折格子のパターンを模式的に示す図である。 回折格子構造を透過する光の様子を示す図である。 （ａ）は、回折格子構造による、光の回折パターンを示し、（ｂ）および（ｃ）は回折格子構造の断面構造および平面構造を示す模式図である。 実験に用いた拡散層の透過率およびヘーズを示す図である。 回折格子構造および拡散層の透過率の角度依存性を計算した結果であって、（ａ）は計算に用いた構造を示す図であり、（ｂ）は計算結果を示すグラフである。 回折格子構造の配光特性を計算した結果であって、（ａ）は計算に用いた構造を示し、（ｂ）は計算結果を示すグラフである。 拡散層の配光特性を計算した結果であって、（ａ）は計算に用いた構造を示し、（ｂ）は計算結果を示すグラフである。 （ａ）および（ｂ）は、第１の実施形態における、回折格子構造の周期と光取り出し効率および色差との関係を示す図である。 第１の実施形態における、種々のヘーズおよび透過率の拡散層を用いた場合における取り出し効率を示すグラフである。 第１の実施形態における、種々のヘーズおよび透過率の拡散層を用いた場合における色差を示すグラフである。 第１の実施形態における、輝度の角度依存性を示すグラフである。 第１の実施形態における、色差の角度依存性を示すグラフである。 発光装置の第２の実施形態の断面構造を模式的に示す図である。 発光装置の第３の実施形態の断面構造を模式的に示す図である。 発光装置の第４の実施形態の断面構造を模式的に示す図である。 発光装置の第５の実施形態の断面構造を模式的に示す図である。

本発明の一態様の概要は以下のとおりである。

本発明の一態様である発光装置は、発光層と、回折格子を含む回折格子構造と、一方の面から他方の面へ透過する光を拡散させる構造を有する拡散層を備え、前記発光層から出射する光の中心波長はλであり、前記回折格子の周期ｐは、１．０λ以上３．５λ以下であり、前記拡散層は、８０％以上のヘーズおよび８０％以下の全光線透過率を有する。

前記回折格子構造は前記拡散層および前記発光層の間に位置していてもよい。

前記拡散層は空気と接していてもよい。

発光装置は保護層をさらに備え、前記拡散層は前記保護層および前記回折格子構造の間に位置しており、前記保護層は空気と接していてもよい。

発光装置は、前記発光層に接しており、前記発光層を挟む第１及び第２の電極をさらに備え、前記第１の電極は拡散層と前記発光層に挟まれており、前記発光層から出射する光に対して透明であり、前記回折格子構造は前記発光層の前記第１電極と接する界面に設けられていてもよい。

前記拡散層は前記回折格子構造および前記発光層の間に位置していてもよい。

発光装置は、前記発光層に接しており、前記発光層を挟む第１及び第２の電極をさらに備え、前記第１の電極は前記拡散層と前記発光層に挟まれており、前記発光層から出射する光に対して透明であり、前記第２の電極は、前記発光層から出射する光を反射してもよい。

前記発光層は前記拡散層と前記回折格子構造の間に位置していてもよい。

発光装置は、前記発光層に接しており、前記発光層を挟む第１及び第２の電極をさらに備え、前記第１の電極は拡散層と前記発光層に挟まれており、前記発光層から出射する光に対して透明であり、前記回折格子構造は前記発光層の前記第２電極と接する界面に設けられていてもよい。

本発明の他の一態様であるシートは、回折格子を含む回折格子構造と、一方の面から他方の面へ透過する光を拡散させる構造を有する拡散層を備え、前記発光層から出射する光の中心波長はλであり、前記回折格子の周期ｐは、１．０λ以上３．５λ以下であり、前記拡散層は、８０％以上のヘーズおよび８０％以下の全光線透過率を有する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明による発光装置の第１の実施形態の断面構造を模式的に示している。発光装置１０１は、基板１上に設けられた電極２と、電極２上に位置する発光層３と、発光層３上に位置する電極４と、電極４上に位置する層５１と、層５１上に位置する回折格子構造７１と、回折格子構造７１上に位置する層５２と、層５２上に位置する拡散層７２とを備える。

本実施形態は、色むらの抑制に効果があるため、白色光を出射する発光層３を用いた場合に特に顕著な効果を得ることができる。このような発光層３を用いた発光装置としては、例えば有機ＥＬ素子を用いた発光装置が挙げられる。有機ＥＬの場合、高い発光効率を得るために、発光層３の部分を複数の層で構成する場合があるが、以下の説明ではこのような複数の層をまとめて発光層３と表現することとする。

電極２と電極４とは、発光層３に電気的に接続されるように、発光層３に接触し、発光層３を挟んでいてもよい。電極２は発光層３から出射する光に対して透明であってもよい。基板１側から光を取り出さない場合には、電極２は発光層３から出射する光に対して不透明であってよい。

基板１は、電極２及び電極４に挟まれた発光層３を支持する。基板１の材料に特に制限はなく、ガラス等、公知の支持基板を基板１として用いることができる。

本実施形態では、発光層３から出射した光は、回折格子構造７１を透過し、さらに、拡散層７２を透過した後、発光装置１０１の外部である空気層６へ出射する。層５１、層５２はそれぞれの層を挟む２つの層の接着のため、保護のため、平坦性を確保するため等の目的で適宜用いられる。層５１、層５２は、発光層３から出射する光に対して透明であってもよい。これらの層はなくてもよいし、また、層５１、５２をそれぞれ２つ以上備えていてもよい。つまり、本実施形態では、回折格子構造７１が拡散層７２および発光層３の間に位置し、拡散層７２から空気層６へ光が出射する構造であればよい。

回折格子構造７１は、本実施形態ではシート形状を有している。回折格子構造７１は、２次元に回折格子が形成された構造を有している。図３（ａ）から（ｅ）は、２次元に配置された回折格子の例を示している。これらの図において、白く示される領域と黒く示される領域とで所定の光路長差が形成される限り、回折格子構造７１は種々の構造によって構成されていてよい。たとえば、白く示される領域および黒く示される領域の一方が空気であり他方がガラス等によって構成されなど、材料の屈折率差によって光学段差が形成されていてもよいし、白く示される領域およびは黒く示される領域の両方が同じ光学材料によって構成されているが、高さ（厚さ）が異なることにより光学段差が形成されていてもよい。

拡散層７２は、一方の面から他方の面へ透過する光を屈折により拡散させる構造を有し、公知の拡散板を用いることができる。

本実施形態の発光装置１０１は、回折格子構造７１および拡散層７２を組み合わせることによって、これら単体では得られることができない効果を発揮する。以下、まず、回折格子構造７１および拡散層７２単体の光学的特性を説明し、発光装置１０１の特性を説明する。なお、以下において説明する検討において行った計算では、発光層から出た光のうち、媒質が異なる界面における反射や全反射した光については無視し、透過した光のみを扱った。

１．回折格子構造の特徴
回折格子構造７１として、特許文献１に開示された回折格子の特性を検討した結果を説明する。図４示すように、周期ｐの回折格子を有する回折格子構造７１が屈折率ｎ₅₁である層５１および屈折率ｎ₅₂である層５２に挟まれた構造において、層５１から回折格子構造７１に光が角度θで入射する場合について考える。このとき、層５２では式（２）を満たす角度θ_mの方向にｍ次（ｍは整数）の回折光が生じる。
ｎ₅₂ｓｉｎθ_m−ｎ₅₁ｓｉｎθ＝ｍλ／ｐ （２）

この回折により、層５２で臨界角を越える角度を持った光でも、回折格子を通過した後に臨界角以内の角度の回折光となり、空気層６へ出射することができるようになる。層５１が存在せず回折格子構造７１が直接空気層６に接している場合でも、式（２）において、ｎ₅₂＝１のときにθ_mが解を持てば、同様の理由から臨界角以上の光の取り出しが可能になる。

回折格子構造７１の特性を調べるために、回折格子構造７１に対して垂直に光を入射し透過した光の放射パターンを測定する実験を行った。図５（ｂ）および（ｃ）は、回折格子構造７１の断面および平面構造を示している。回折格子構造７１は、ｘｙ方向に二次元的に形成された回折格子を備える。格子の周期ｐは２．０μｍであり、厚さｈは０．６μｍである。図５（ｃ）に示すように、黒く塗りつぶした領域はガラスによって構成され、屈折率は１．４７である。また、白く示される領域の屈折率は１．７８である。入射したレーザーの波長はλ＝６３３ｎｍである。図５（ａ）に透過光の放射パターンを示す。回折格子構造７１は四角格子によって構成されるため、４つの回折パターンが検出された。これらの回折パターンから、式（２）を満たす方向θ_mに光が回折していることが確認できる。

２．拡散層の特徴
上述したように、拡散層７２は、屈折により一方の面から他方の面へ透過する光を拡散させる。一般に、公知の光を拡散させる構造としては、大きく２つに分類される。

ひとつは、光の波長に対して十分大きい（例えば、波長の５倍以上の大きさを有する）構造を光が通過することによる「屈折現象」を主に利用した構造である。具体的には、プリズム構造や、１０μｍ程度の粒子を構造表面又は内部に分散させた構造などが挙げられる。

もうひとつは、光の波長程度の大きさを有する構造を光が通過することによる「回折現象」を主に利用した構造である。具体的には、波長程度の周期で規則的な屈折率分布を有する回折格子や、波長程度の微小なランダムパターン（特開２００９−２１７２９２号公報に開示された構造）などが挙げられる。

本実施形態および以下の実施形態において、拡散層は、前者の光の「屈折現象」を利用して光を拡散させる構造を有している。

拡散層７２には、たとえば、液晶表示装置のバックライト等の用途として市販されている拡散シートを用いることできる。拡散層７２は、正面から光を入射したときの全光線透過率（ＪＩＳ Ｋ７３６１−１）と、光の拡散度合いを示す指標であるヘーズ（ＪＩＳ Ｋ７１３６， ＩＳＯ １４７８２）でその性質を規定することができる。図６に拡散構造を有する各種拡散シートの全光線透過率とヘーズ値を示す。このように、種々の全光線透過率とヘーズ値との組みあわせを有する拡散シートが存在する。

３．回折格子構造７１および拡散層７２の光取り出しの特性
回折格子構造７１および拡散層７２の光取り出しの特性について行った実験結果を説明する。実験に用いた回折格子構造７１は、図５（ｂ）、（ｃ）に示す構造を備えている。回折格子の単位となる正方形の形状の一辺は０．６μｍであり、周期ｐは１．２μｍである。拡散層７２には、図６に示すシート１４を用いた。

図７（ａ）に示すように、層５１に半円柱プリズム８を取り付けた構造（以下、平面構造と呼ぶ）、回折格子構造７１に層５１を介して半円柱プリズム８を取り付けた構造（回折格子構造）、および、拡散層７２に層５１を介して半円柱プリズム８を取り付けた構造（拡散構造）を作成した。そして、これらの構造に、波長６３３ｎｍのレーザーを垂直線に対する角度θが０度から８０度までで変化させて入射させた。回折格子構造７１については、図５（ｃ）に示すｙ軸に垂直な平面（０度方向）および、その平面をｙ軸方向に４５度傾けた平面（４５度方向）において測定を行った。これらの構造を透過した光の透過率を入射角度に対してプロットしたグラフを図７（ｂ）に示す。

平面構造では４２度付近に臨界角が存在し、それ以上の角度で光を入射させたときには光が透過しないのに対して、回折格子構造や拡散構造では臨界角以上の光でも透過していることが分かる。拡散構造の場合は、透過率が角度に対してなめらかに変化するのに対して、回折格子では透過率が急峻に変化していることが分かる。

次に、回折格子構造や拡散層を面光源に用いた計算結果を説明する。図８（ａ）に示すように、図２に示す本実施形態の発光装置１０１から拡散層７２を取り除いた構造における配光分布を計算した。回折格子構造７１は図５（ｂ）、（ｃ）を参照して説明した構造を備え、周期ｐは１μｍであり高さｈは０．６μｍである。また、層５１における配光分布は等方的である、つまり、どの角度に対しても同じ強度の光が存在すると仮定し、その光の波長は５６５ｎｍとした。

図８（ｂ）に、回折格子構造７１と層５２を通過して、空気層６に出てくる光の配光分布を極座標表示したものを示す。この結果から、取り出される光の強度は、回折格子構造７１がない場合に比べて、ある場合の方が大きいことが分かる。しかし、急激に強度が強くなる角度が存在する。これは、見る角度によって輝度が変化する輝度むらが生じていることを意味している。また、式（２）の回折条件は波長に依存することから、このピークの位置も透過する光の波長に依存する。よって、白色の有機ＥＬを用いた場合には、角度によって色が変化する色むらも生じることを意味している。このような特性は、式（２）で表わされる光の回折によって生じる。したがって、回折格子構造７１を空気層に直接接するように配置した場合にも同様の特性を示す。

次に、拡散構造を面光源に用いた計算結果を説明する。図９（ａ）に示すように、図２に示す本実施形態の発光装置１０１から回折格子構造７１および層５２を取り除いた構造における配光分布を計算した。拡散層７２には、ヘーズ８５％、全光線透過率７５％ものを使用した。その他の条件は、回折格子構造の配光分布の測定と同様の条件に従った。

図９（ｂ）に拡散層７２を透過し、空気層６に出てくる光の配光分布を極座標表示したものを示す。拡散層７２がない場合の分布に比べて、取り出される光の強度が上がっていることが分かる。また、回折格子を用いたときとは異なり、配光分布を示す曲線はなめらかであり、輝度むらが発生しないことが分かる。ただし、拡散層７２の透過率が７５％であるため、拡散層７２を設けない場合に比べて、全透過光量はあまり増加しない。

以上の結果から、発光装置に回折格子構造７１を設ければ、角度によっては、透過光の光量は増大するが、色むらおよび輝度むらが生じる。また、発光装置に拡散層７２を設ければ、均一な配光分布が得られるが、全透過光量は大幅には増加しない。これに対し、本実施形態の発光装置１０１によれば、優れた配光分布でかつ光の取り出し効率を増大させることができる。

以下、本実施形態の発光装置１０１の光学的特性を、実験結果を参照しながら説明する。図１０（ａ）および（ｂ）は、本実施形態の発光装置１０１において、回折格子構造７１の周期と光取り出し効率および色差との関係をそれぞれ示している。色差は、ＣＩＥ表示系における（ｕ’，ｖ’）を測定し、視野角に対する（ｕ’ｖ’）の最大変化量Δｕ’ｖ’をプロットした。つまり、Δｕ’ｖ’の値が大きい程、見る角度によって色が大きく変化する（色むらが大きくなる）ことになる。

比較のため、上述した拡散層７２のみまたは回折格子構造７１のみを備えた構造の測定結果も示している。回折格子構造７１は図５（ｂ）および（ｃ）に示す構造を有している。また、拡散層７２には、図６におけるシート１４（図１０（ａ））及びシート７（図１０（ｂ））を用いた。なお、シート１４は、シート１から１５の中でシート単体として最も取り出し効率が高くなるものである。シート７は、シート１から１５の中でシート単体として最も色差Δｕ’ｖ’が小さくなるものである。詳細は後述する。

発光層３から出射する光の中心波長は、５６５ｎｍである。中心波長は、スペクトルにおいてその波長よりも大きな波長を持つ光の強度の合計と、その波長よりも小さな波長を持つ光の強度の合計が等しくなるように定義した。取り出し効率は、取り出し構造がない有機ＥＬ素子の効率を１とした値をプロットした。

図１０（ａ）に示すように、本実施形態の発光装置１０１によれば、測定した０．３μｍから１２μｍまでのすべての回折格子の周期において、回折格子構造のみを有する構造に比べて光の取り出し効率が向上している。特に、周期が０．５５μｍ以上２μｍ以下の範囲では、回折格子構造のみ、あるいは拡散シートのみを有する構造において得られる最も高い取り出し効率を超える取り出し効率が得られることが分かる。

また図１０（ｂ）に示すように、色差Δｕ’ｖ’は、回折格子構造のみを有する構造に比べ、特に回折格子の周期が小さい範囲において、大幅に改善している。より具体的には、回折格子構造のみを有する構造または、周期が０．３μｍ以上１２μｍ以下の全ての範囲において色差Δｕ’ｖ’が小さくなっている。さらに、回折格子の周期が０．５５μｍ以上２μｍ以下であれば、回折格子構造のみ、あるいは拡散シートのみを有する構造において得られる最も小さい色差よりも小さな色差を得ることができる。

これらの結果から、本実施形態の発光装置１０１のように拡散層７２及び回折格子構造７１を備えた発光装置の場合、光取り出し構造として回折格子構造のみを有する発光装置と比較すると、回折格子の周期が０．３μｍ以上１２μｍ以下の全ての場合において、取り出し効率及び色差の改善が見られる。また、回折格子の周期が０．５５μｍ以上２μｍ以下であれば、拡散シートのみを有する発光装置と比較しても光取り出し効率および色差の改善が見られる。

上記の実験は、中心波長が５６５ｎｍの発光装置において行った。発光波長が異なる場合、それに比例するように回折格子の周期の条件を変えることで、同じ特性を得ることができる。即ち、発光層３から出射する光の中心波長をλとした場合、回折格子の周期が０．５（０．３／０．５６５）λ以上２１（１２／０．５６５）λ以下が好ましく、１．０（０．５５／０．５６５）λ以上３．５（２／０．５６５）λ以下であることがより好ましいことを示している。

回折格子の回折効率は、回折格子構造７１の高さおよび屈折率差に比例する。このため、回折効率を高めるという点では、回折格子構造の高さおよび屈折率差は大きい方が好ましい。一方、回折格子の周期パターンは、回折光の方位方向にのみ影響するので、取り出し効率あまり影響しない。ただし、方位角方向における色差も低減するためには、回折光が多く生じる周期パターンが好ましく、６個の回折光が生じる三角格子であることが好ましい。

図１１および図１２は、種々のヘーズおよび透過率の拡散層７２を用いた場合における取り出し効率および色差Δｕ’ｖ’の値を示している。

それぞれの図において、左端のデータは、拡散層７２および回折格子構造７１を含まない構造および拡散層７２を含まず、回折格子構造７１のみを含む構造を用いた測定結果を示している。回折格子の周期は１．２μｍ、高さは１．０μｍであり、回折格子における屈折率差は０．３２（１．４６と１．７８）あでる。

図１１、図１２に示すように、全てのシートにおいて、回折格子構造７１を含まない構造よりも取り出し効率及び色差が改善している。さらに、シート６からシート１５においては、拡散層７２を含まない構造よりも取り出し効率および色差が大幅に改善している。これらのシートのヘーズ値は、図６に示すように、８０％以上の値である。したがって、取り出し効率の向上および色差の低減のために拡散層７２のヘーズは大きい方が好ましいことが分かる。一方、全光線透過率がシート６から１５と比較して高い値であるシート１から５を有する本構成は、シート６から１５に比べて取り出し効率の向上および色差の低減効果は小さい。特に、シート５は８０％を超えるヘーズを有しているにも関わらず、シート５を有する本構成の取り出し効率は拡散層７２を備えない構造とほぼ同じであり、色差も十分小さくない。これは、取り出し効率の向上および色差の低減のためには、ヘーズ値が８０％以上の値であるだけでなく、全光線透過率が比較的小さいことが好ましいことを示している。

シート５を有する発光装置の拡散光を詳細に検討した結果、その広がり角度は、他のシートに比べて小さいことがわかった。つまり、本実施形態で用いる拡散層７２は高いヘーズを有し、かつ、大きな拡散の広がり角度を有していることが重要である。大きな拡散の広がり角度を有するシートは、拡散によって反射成分も増えるため、全光線透過率が必然的に低下してしまう。このため、常識に反し、全光線透過率は大きくない方が好ましいといえる。上述の結果から、拡散層７２は、８０％以上のヘーズおよび８０％以下の全光線透過率を有していることが好ましい。なお、当然のことながら、シートが吸収性の材質で作られていることによって全光線透過率が低い場合には、上記のような効果は得られない。

図１３および図１４は、輝度と色差の角度依存性を示している。図１３および図１４から、本実施形態の発光装置は、いずれの角度から見た場合でも輝度が高く、また色差も小さいことが分かる。さらに、角度に対する光取り出し効率および色差の変化がなめらかであり、輝度むらおよび色むらが効果的に抑制されていることが分かる。

このように本実施形態の発光装置によれば、回折格子構造および拡散層を備えているため、光取り出し効率が向上し、かつ、輝度むらおよび色むらを効果的に抑制することができる。

（第２の実施形態）
図１５は、本発明による発光装置の第２の実施形態の断面構造を模式的に示している。発光装置１０３は、拡散層７２上に位置する層５３をさらに備え、層５３が空気層６としている点で第１の実施形態と異なる。層５３はたとえば、拡散層７２を外部から保護するための保護層である。

拡散層７２の光を拡散させる構造が拡散層７２の内部にある場合、実質的に層５３も存在しているのと同等である。

したがって、層５３をさらに備える場合であっても、実施的には拡散層７２と層５３とが一体化した拡散層とみなすことができる。層５３において光が吸収される可能性があり、これにより、数％程のロスが生じることを除けば、本実施形態の発光装置は第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。

（第３の実施形態）
図１６は、本発明による発光装置の第３の実施形態の断面構造を模式的に示している。発光装置１０４は、回折格子構造７１と拡散層７２との位置が入れ替わっている点、電極２が反射性を有する点で第１の実施形態と異なる。

回折格子構造７１と拡散層７２との位置が入れ替わっているため、本実施形態では、拡散層７２が回折格子構造７１と発光層３との間に位置している。また、電極２が発光層３から出射する光を反射する構造を備えている。

このため、発光装置１０４によれば回折格子構造７１や拡散層７２によって、発光層３側に反射した光を電極２によって再度拡散層７２側へ反射させ、外部へ出射させることができる。この場合、回折格子構造７１において反射した光は、拡散層７２を２回透過するため、より配光分布の偏りが緩和される。よって、第１の実施形態に比べ、より配光むらおよび色むらが抑制された発光装置が実現する。

（第４の実施形態）
図１７は、本発明による発光装置の第４の実施形態の断面構造を模式的に示している。発光装置１０５は、回折格子構造７１が発光層３と電極４との界面に設けられている点で第１の実施形態と異なる。

上述したように回折格子構造７２は、周期的な光路長差が設けられた構造であるため、発光層３の電極４との界面や、電極４の発光層３との界面に形成することができる。より具体的には、発光層３の表面や電極４の表面を周期的にエッチングし、発光層３や電極４と異なる屈折率を有する物質で埋め込むことによって回折格子構造７２を形成することができる。あるいは、陽極酸化ポーラスアルミナ等の微細パターンを有するマスクを用いて、発光層３や４を周期的なパターンで形成することも可能である。

このような構造によれば、回折格子構造７２を有する層を別途設ける必要がないため、そのような層における光の吸収を抑制することができたり、発光装置全体の厚さを小さくすることができる。

（第５の実施形態）
図１８は、本発明による発光装置の第５の実施形態の断面構造を模式的に示している。発光装置１０６は、回折格子構造７１が発光層３と電極２との界面に設けられている点で第１の実施形態と異なる。

この場合、発光層３で発生した光のうち、電極２方向へ向う光を回折する効果がある。電極２上に形成された回折格子構造７１に角度θで入射した光は、θ_m方向に回折される。その条件は以下の式（３）で表すことができる。
ｎ₃（ｓｉｎθ_m−ｓｉｎθ）＝ｍλ／ｐ （３）

これは式（２）と同じであり、上記第１から第４の実施形態と同様の効果を奏する。また、発光層３より上側にある層により反射した光を再度回折し、外部へ出射させることもできるため、効果的な光取り出しが可能となる。

本発明は上記実施形態に限られず、種々の変形が可能である。たとえば、第１から第５の実施形態では、回折格子構造７１および拡散層７２はそれぞれ１つであったが、２つ以上発光装置が含んでいてもよい。回折格子構造７１を２つ以上含む場合、積層方向にも回折格子を構成し、全体として３次元の回折格子構造を実現してもよい。また、第１から第５の実施形態を組み合わせてもよい。

さらに回折格子構造や拡散層の垂直な断面形状は矩形形状に限らず、台形や円錐形状であってもよく、斜面が曲線になってもよい。実際に、切削や半導体プロセス等でミクロンオーダーの構造を加工する場合、角の部分に斜面や曲線ができる。これらの要因により、上述の実施形態において説明したような回折格子やランダム構造の性質が失われない限り、それらの形状は本発明の実施形態に含まれる。

また、上記実施形態では、本発明を発光装置として説明したが、上記説明から明らかなように、本発明の構造は種々の面発光素子に適用可能であり、種々の面発光素子と組み合わせ可能な光シートとして本発明を実施してもよい。

本願に開示された発光装置および光シートは種々の発光装置に好適に用いられ、面発光装置、たとえば、有機ＥＬ素子に好適に用いることができる。

１ 基板
２ 電極
３ 発光層
４ 電極
６ 空気層
５１、５２、５３ 層
７１ 回折格子構造
７２ 拡散層

Claims (10)

1. 発光層と、回折格子を含む回折格子構造と、一方の面から他方の面へ透過する光を拡散させる構造を有する拡散層を備え、
   前記発光層から出射する光の中心波長はλであり、
   前記回折格子の周期ｐは、１．０λ以上３．５λ以下であり、
   前記拡散層は、８０％以上のヘーズおよび８０％以下の全光線透過率を有する、発光装置。
2. 前記回折格子構造は前記拡散層および前記発光層の間に位置している、請求項１に記載の発光装置。
3. 前記拡散層は空気と接している、請求項２に記載の発光装置。
4. 保護層をさらに備え、
   前記拡散層は前記保護層および前記回折格子構造の間に位置しており、前記保護層は空気と接している請求項２に記載の発光装置。
5. 前記発光層に接しており、前記発光層を挟む第１及び第２の電極をさらに備え、
   前記第１の電極は拡散層と前記発光層に挟まれており、前記発光層から出射する光に対して透明であり、
   前記回折格子構造は前記発光層の前記第１電極と接する界面に設けられている請求項２から４のいずれかに記載の発光装置。
6. 前記拡散層は前記回折格子構造および前記発光層の間に位置している、請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。
7. 前記発光層に接しており、前記発光層を挟む第１及び第２の電極をさらに備え、
   前記第１の電極は前記拡散層と前記発光層に挟まれており、前記発光層から出射する光に対して透明であり、
   前記第２の電極は、前記発光層から出射する光を反射する請求項６に記載の発光装置。
8. 前記発光層は前記拡散層と前記回折格子構造の間に位置している、請求項１に記載の発光装置。
9. 前記発光層に接しており、前記発光層を挟む第１及び第２の電極をさらに備え、
   前記第１の電極は拡散層と前記発光層に挟まれており、前記発光層から出射する光に対して透明であり、
   前記回折格子構造は前記発光層の前記第２電極と接する界面に設けられている請求項８に記載の発光装置。
10. 回折格子を含む回折格子構造と、一方の面から他方の面へ透過する光を拡散させる構造を有する拡散層を備え、
    前記発光層から出射する光の中心波長はλであり、
    前記回折格子の周期ｐは、１．０λ以上３．５λ以下であり、
    前記拡散層は、８０％以上のヘーズおよび８０％以下の全光線透過率を有する、シート。

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