JPWO2015115046A1 - 光学シート及び発光装置 - Google Patents

Abstract

ある実施形態における光学シートは、入射した光の少なくとも一部を回折により拡散する光拡散層を備える。前記光拡散層は、複数の第１の微小領域及び複数の第２の微小領域を有する。前記複数の第１の微小領域の各々は、凸部（１５４ａ）であり、前記複数の第２の微小領域の各々は、凹部（１５５ａ）である。前記凸部及び前記凹部の少なくとも一部には、反射防止構造（４００）が設けられている。前記光拡散層に入射する光の中心発光波長をλ、前記光拡散層が光の出射側において接する層の屈折率をｎとしたとき、前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域により形成されるパターンの空間周波数成分は、０．０６８／（λ×ｎ）以上且つ２．８／（λ×ｎ）以下の空間周波数においてピークを有する。

Description

本発明は、入射した光の少なくとも一部を回折により拡散する光拡散層を備えた光学シート及び発光装置に関する。

一般に、高い屈折率の媒質から低い屈折率の媒質へと光が伝播する際に、臨界角を超える入射角度で入射した光は全反射を起こす。そのため、例えば有機エレクトロルミネッセンス等の発光装置では、積層された材料の界面で光が全反射することにより、光が発光装置の内部に閉じ込められてしまうという問題がある。そこで、臨界角を超える入射角度で入射した光を外部に取り出すための光学シートを組み込んだ発光装置が提案されている。

例えば特許文献１には、微小な凹凸構造をランダムに配置することにより形成された光学シートが開示されている。このような光学シートを発光装置に組み込むことにより、臨界角を超える入射角度で光学シートに入射した光の少なくとも一部を、光の回折現象により光を拡散させることで外部に取り出すことができる。

特許第４３４６６８０号公報 特開２０１１−１１８３２７号公報 特開２０１１−１１８３２８号公報 特許第４８２２２４３号公報

"Structural and Functional Adaptation in a Visual System," Endeavour Vol. 26, pp79-84 (1967) "Broadband Antireflection Gratings Fabricated upon Silicon Substrates," Optics Letters, Vol.24, No.20, 1999, pp. 1422-1424.

本発明は、光の取り出し効率をさらに高めることができる光学シート、発光装置、光学シートの製造方法及び発光装置の製造方法を提供する。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る光学シートは、入射した光の少なくとも一部を回折により拡散する光拡散層を備え、前記光拡散層は、複数の第１の微小領域及び複数の第２の微小領域を有し、前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域は、前記複数の第１の微小領域の各々を透過する光と、前記複数の第２の微小領域の各々を透過する光との間に位相差が生じるように構成されており、前記複数の第１の微小領域の各々は、凸部であり、前記複数の第２の微小領域の各々は、凹部であり、前記凸部及び前記凹部の少なくとも一部には、反射防止構造が設けられ、前記光拡散層に入射する光の中心発光波長をλ、前記光拡散層が光の出射側において接する層の屈折率をｎとしたとき、前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域により形成されるパターンの空間周波数成分は、０．０６８／（λ×ｎ）以上且つ２．８／（λ×ｎ）以下の空間周波数においてピークを有する。

本発明の光学シートによれば、臨界角を超える入射角度で光拡散層に入射した光を効率良く外部に取り出すことができ、光の取り出し効率を高めることができる。

図１は、実施の形態１に係る発光装置を示す断面図である。 図２Ａは、実施の形態１に係る光学シートを示す平面図である。 図２Ｂは、図２Ａの光学シートを構成する第１の単位構造体及び第２の単位構造体を示す平面図である。 図２Ｃは、図２Ａ中のＡ−Ａ線により切断した光学シートの断面図である。 図２Ｄは、ナノインプリント技術を用いて光学シートを製造した場合における、光学シートの断面図である。 図２Ｅは、透明基板の表面に光拡散層を形成した場合における、発光装置の一部を示す断面図である。 図３は、図２Ａの光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図４Ａは、光が光拡散層に入射角度θｘ＝０°で入射した場合における、光拡散層から出射した光の拡散パターンを計算により求めた結果を示す図である。 図４Ｂは、光が光拡散層に入射角度θｘ＝２０°で入射した場合における、光拡散層から出射した光の拡散パターンを計算により求めた結果を示す図である。 図４Ｃは、光が光拡散層に入射角度θｘ＝４０°で入射した場合における、光拡散層から出射した光の拡散パターンを計算により求めた結果を示す図である。 図５は、光拡散層におけるパターンをフーリエ変換することにより得られる空間周波数のうち、ある方位における１次元分布を示す図である。 図６は、光拡散層における光の透過率の入射角度依存性を計算した結果を示す図である。 図７は、光拡散層を介して空気層に出射する光の全発光量の、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。 図８Ａは、実施の形態１の光拡散層を介して空気層に出射する光の全発光量の出射角度分布を計算した結果を示す図である。 図８Ｂは、従来の光学シートを介して空気層に出射する光の全発光量の出射角度分布を計算した結果を示す図である。 図９は、第１の単位構造体及び第２の単位構造体の出現確率をそれぞれ７５％及び２５％とした場合における光学シートを示す平面図である。 図１０は、図９の光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図１１Ａは、第１の単位構造体の出現確率が１００％である場合における、パターンをフーリエ変換することにより得られる空間周波数のうち、ある方位における１次元分布を示す図である。 図１１Ｂは、第１の単位構造体の出現確率が８０％である場合における、パターンをフーリエ変換することにより得られる空間周波数のうち、ある方位における１次元分布を示す図である。 図１１Ｃは、第１の単位構造体の出現確率が７０％である場合における、パターンをフーリエ変換することにより得られる空間周波数のうち、ある方位における１次元分布を示す図である。 図１１Ｄは、第１の単位構造体の出現確率が６０％である場合における、パターンをフーリエ変換することにより得られる空間周波数のうち、ある方位における１次元分布を示す図である。 図１１Ｅは、第１の単位構造体の出現確率が５０％である場合における、パターンをフーリエ変換することにより得られる空間周波数のうち、ある方位における１次元分布を示す図である。 図１２は、光拡散層を介して空気層に出射する光の全発光量の、複数の凸部の各々の高さｈに対する依存性を計算した結果を示す図である。 図１３は、変形例に係る光学シートを示す断面図である。 図１４は、実施の形態１の変形例に係る光拡散層を介して空気層に出射する光の全発光量の、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。 図１５Ａは、実施の形態２に係る発光装置を示す断面図である。 図１５Ｂは、図１５Ａの発光装置の一部を拡大して示す断面図である。 図１６は、光拡散層における光の透過率の入射角度依存性を計算した結果を示す図である。 図１７は、高屈折率層において光が等方的に存在する場合において、光拡散層を介して保護層に出射する光の全発光量の、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。 図１８は、高屈折率層において臨界角以上の角度で進行する光のみが存在する場合において、光拡散層を介して保護層に出射する光の全発光量の、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。 図１９Ａは、実施の形態３に係る発光装置を示す断面図である。 図１９Ｂは、実施の形態３の変形例に係る発光装置を示す断面図である。 図２０Ａは、実施の形態４に係る光学シートを示す平面図である。 図２０Ｂは、図２０Ａの光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図２１は、図２０Ａの光拡散層におけるパターンを説明するための図である。 図２２Ａは、従来の回折格子パターンを有する光学シートを示す平面図である。 図２２Ｂは、図２２Ａの回折格子パターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図２３Ａは、従来の回折格子パターンを有する光学シートを示す平面図である。 図２３Ｂは、図２３Ａの回折格子パターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図２４Ａは、従来の回折格子にランダム性を付与した光学シートを示す平面図である。 図２４Ｂは、図２４Ａのパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図２５は、図２４Ａの光学シートにおけるパターンを説明するための図である。 図２６Ａは、実施の形態５に係る光学シートを示す平面図である。 図２６Ｂは、図２６Ａの光拡散層を構成する４種類の単位構造体を示す平面図である。 図２６Ｃは、図２６Ａの光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図２７Ａは、実施の形態６に係る光学シートを示す平面図である。 図２７Ｂは、図２７Ａの光拡散層を構成する２種類の単位構造体を示す平面図である。 図２７Ｃは、図２７Ａの光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図２７Ｄは、図２７Ａのパターンをフーリエ変換することにより得られる空間周波数のうち、ある方位における１次元分布を示す図である。 図２７Ｅは、光拡散層が透明基板の表面に設けられている場合において、光拡散層を介して空気層に出射する光の全発光量の、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。 図２７Ｆは、光学シートが高屈折率層と保護層との間に設けられている場合において、光学シートを介して保護層に出射する光の全発光量の、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。 図２８Ａは、実施の形態７に係る光学シートを示す平面図である。 図２８Ｂは、図２８Ａの光拡散層を構成する４種類の単位構造体を示す平面図である。 図２８Ｃは、図２８Ａの光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図２９Ａは、実施の形態８に係る光学シートを示す平面図である。 図２９Ｂは、図２９Ａの光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図３０Ａは、正六角形の単位構造体を従来のランダムパターンで複数配置した場合における光学シートを示す平面図である。 図３０Ｂは、図３０Ａの光学シートにおけるランダムパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図３１Ａは、実施の形態８の変形例に係る光学シートを示す平面図である。 図３１Ｂは、図３１Ａの光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図３２Ａは、実施の形態９に係る光学シートを示す平面図である。 図３２Ｂは、図３２Ａの光拡散層を構成する２種類の単位構造体を示す平面図である。 図３２Ｃは、図３２Ｂ中のＢ−Ｂ線により切断した第１の単位構造体の断面図である。 図３２Ｄは、第１の単位構造体を示す斜視図である。 図３２Ｅは、図３２Ａの光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図３３Ａは、実施の形態１０に係る光学シートを示す平面図である。 図３３Ｂは、図３３Ａの光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図３４Ａは、実施の形態１１に係る光学シートを示す平面図である。 図３４Ｂは、図３４Ａの光拡散層におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図３５Ａは、実施の形態１２に係る光学シートの一部を拡大して示す平面図である。 図３５Ｂは、図３５Ａの光拡散層を構成する２種類の単位構造体を示す平面図である。 図３５Ｃは、図３５Ａ中のＣ−Ｃ線により切断した光拡散層の断面図である。 図３５Ｄは、実施の形態１２に係る光拡散層を介して空気層に出射する光の全発光量の、単位大きさｗ２と単位大きさｗ１との比に対する依存性を計算した結果を示す図である。 図３６Ａは、実施の形態１３に係る発光装置を示す断面図である。 図３６Ｂは、実施の形態１３の変形例に係る発光装置を示す断面図である。 図３７Ａは、従来の光学シートを示す平面図である。 図３７Ｂは、図３７Ａの光学シートにおけるランダムパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。 図３８Ａは、光が光学シートに入射角度θｘ＝０°で入射した場合における、光学シートから出射した光の拡散パターンを計算により求めた結果を示す図である。 図３８Ｂは、光が光学シートに入射角度θｘ＝２０°で入射した場合における、光学シートから出射した光の拡散パターンを計算により求めた結果を示す図である。 図３８Ｃは、光が光学シートに入射角度θｘ＝４０°で入射した場合における、光学シートから出射した光の拡散パターンを計算により求めた結果を示す図である。 図３９は、従来の光学シートから出射する拡散光を模式的に示す図である。 図４０は、実施の形態１４における光拡散層１５１の凹凸構造の一部を模式的に示す断面図である。 図４１は、実施の形態１４における反射防止構造３００を設けた場合の光取り出しシートの透過特性を計算した結果を示す図である。 図４２は、実施の形態１４における光取り出し効率の改善効果を示すグラフである。 図４３Ａは、実施の形態１５における透明基板に形成されたランダムパターン構造及びナノ構造の第１の例を示す拡大図である。 図４３Ｂは、実施の形態１５における透明基板に形成されたランダムパターン構造及びナノ構造の第２の例を示す拡大図である。 図４４Ａは、微小なナノ構造体がランダムパターンの表面に形成された光拡散層１５１の一例を示す斜視図である。 図４４Ｂは、実施の形態１５における微小なナノ構造体の他の例を示す部分断面図である。 図４５は、ランダムパターンにナノ構造を形成した場合および形成しなかった場合のそれぞれについて、空気層１６から光拡散層１５１に入射した光の透過率の入射角度依存性を計算した結果を示す図である。 図４６は、実施の形態１５における光取り出し効率の改善効果を示すグラフである。

（本発明の基礎となった知見）
本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した光学シートに関し、以下の問題が生じることを見出した。

図３７Ａは、従来の光学シート６０を示す平面図である。図３７Ａに示すように、従来の光学シート６０では、ランダムに配置された複数の第１の微小領域６０１（すなわち、図３７Ａにおいて白色の四角形で示す領域）及び複数の第２の微小領域６０２（すなわち、図３７Ａにおいて黒色の四角形で示す領域）によりランダムパターンが形成されている。なお、複数の第１の微小領域６０１の各々は凸部であり、複数の第２の微小領域６０２の各々は凹部である。

図３７Ｂは、図３７Ａの光学シート６０におけるランダムパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。図３７Ｂの中心は、空間周波数が０の成分（直流成分）を表している。図３７Ｂにおいて中心から外側に向かうに従い、空間周波数が高くなるように表示している。図３７Ｂから理解されるように、図３７Ａの光学シート６０におけるランダムパターンの空間周波数では、低周波成分が比較的多く存在する。

図３８Ａ、図３８Ｂ及び図３８Ｃはそれぞれ、光が光学シート６０に入射角度θｘ＝０°、２０°及び４０°で入射した場合における、光学シート６０から出射した光の拡散パターンを計算により求めた結果を示す図である。図３８Ａ、図３８Ｂ及び図３８Ｃから理解されるように、光学シート６０から出射する拡散光は、光学シート６０から出射する０次光である非拡散光の出射方向を中心として拡散する。

図３９は、従来の光学シート６０から出射する拡散光を模式的に示す図である。図３９に示すように、光学シート６０は、透明基板６１の表面に設けられている。発光部（図示せず）からの光は、透明基板６１を透過した後に、光学シート６０に入射する。上述したように、光学シート６０から出射する拡散光は、光学シート６０から出射する０次光である非拡散光の出射方向（すなわち、図３９中の一点鎖線の矢印で示す方向）を中心として拡散する。そのため、光が臨界角を超える入射角度で光学シート６０に入射した場合には、光学シート６０から出射した拡散光の一部しか外部に取り出すことができないため、光の取り出し効率が大きくは改善しないという問題が生じる。

このような問題を解決するために、本発明の一態様に係る光学シートは、入射した光の少なくとも一部を回折により拡散する光拡散層を備え、前記光拡散層は、複数の第１の微小領域及び複数の第２の微小領域を有し、前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域は、前記複数の第１の微小領域の各々を透過する光と、前記複数の第２の微小領域の各々を透過する光との間に位相差が生じるように構成されており、前記複数の第１の微小領域の各々は、凸部であり、前記複数の第２の微小領域の各々は、凹部であり、前記凸部及び前記凹部の少なくとも一部には、反射防止構造が設けられ、前記光拡散層に入射する光の中心発光波長をλ、前記光拡散層が光の出射側において接する層の屈折率をｎとしたとき、前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域により形成されるパターンの空間周波数成分は、０．０６８／（λ×ｎ）以上且つ２．８／（λ×ｎ）以下の空間周波数においてピークを有する。

ある実施形態において、前記複数の第１の微小領域を構成する材料と、前記複数の第２の微小領域を構成する材料とは、屈折率が異なる。

ある実施形態において、前記複数の第１の微小領域の各々は平坦な面を有する凸部であり、前記複数の第２の微小領域の各々は平坦な面を有する凹部であり、前記複数の凹部に対する前記複数の凸部の平均高さは、１．５μｍ以下である。

ある実施形態において、前記反射防止構造は、ＡＲコートによって形成されている。

ある実施形態において、前記反射防止構造は、前記第１の微小領域および前記第２の微小領域よりも小さいサイズの複数の凸構造および複数の凹構造を含む微小凹凸構造によって形成されている。

ある実施形態において、前記微小凹凸構造における各凸構造は、円錐形状または角錐形状を有している。

ある実施形態において、前記微小凹凸構造における各凸構造および各凹構造の、前記光拡散層に平行な方向におけるサイズは、０．０５μｍ以上０．１μｍ以下である。

ある実施形態において、前記微小凹凸構造における各凸構造の高さは、０．１μｍ以上１．４μｍ以下である。

ある実施形態において、前記光拡散層に平行な平面で前記凸部および前記凹部を切断したときのそれぞれの断面の形状は、四角形または六角形である。 本開示の一態様における発光装置は、光を発する発光層と、前記発光層から出射された光の少なくとも一部を回折により拡散する光拡散層とを備え、前記光拡散層は、複数の第１の微小領域及び複数の第２の微小領域を有し、前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域は、前記複数の第１の微小領域の各々を透過する光と、前記複数の第２の微小領域の各々を透過する光との間に位相差が生じるように構成されており、前記複数の第１の微小領域の各々は、凸部であり、前記複数の第２の微小領域の各々は、凹部であり、前記凸部及び前記凹部の少なくとも一部には、反射防止構造が設けられ、前記光拡散層に入射する光の中心発光波長をλ、前記光拡散層が光の出射側において接する層の屈折率をｎとしたとき、前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域により形成されるパターンの空間周波数成分は、０．０６８／（λ×ｎ）以上且つ２．８／（λ×ｎ）以下の空間周波数においてピークを有する。

ある実施形態において、前記発光装置は、透光性を有する第１の電極層と、第２の電極層と、透明基板と、をさらに備え、前記発光層は、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられ、前記光拡散層は、前記第１の電極層と前記透明基板との間に設けられている。

以下、実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序等は、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態１）
［発光装置の構成］
図１は、実施の形態１に係る発光装置１を示す断面図である。本実施の形態では、発光装置１は、電極１１、発光層１２（発光部を有する）、透明電極１３、透明基板１４及び光学シート１５（光拡散層１５１を含む）がこの順に積層された発光装置である。なお、本実施の形態では、発光装置１は、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子やＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）等である。

電極１１が光反射性を有する場合には、この電極１１は、発光層１２内で発生した光を空気層１６の方向へ回帰する機能を有する。電極１１が光透過性を有する場合には、透明な発光装置１を構成することができる。上述したいずれの構成においても、光の取り出し効率を改善する効果が得られるので、本発明の範囲に含まれる。以下においては、電極１１が光反射性を有する場合について説明する。なお、電極１１は、例えば陰極である。

電極１１と透明電極１３との間に所定の電圧が印加された際には、電極１１から発光層１２へ電子（又はホール）が注入される。電極１１の材料としては、例えば銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、リチウム（Ｌｉ）及びナトリウム（Ｎａ）等を用いることができる。また、これらの金属に接するように、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）又はＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物）等の透明導電性材料を積層させることにより、電極１１を構成してもよい。

透明電極１３は、例えば、光透過性を有する陽極である。電極１１と透明電極１３との間に所定の電圧が印加された際には、透明電極１３から発光層１２へホール（又は電子）が注入される。透明電極１３の材料としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ポリチオフェンとポリスチレンスルホン酸との混合物）等を用いることができる。

例えば、発光装置１が有機エレクトロルミネッセンス素子である場合には、発光層１２の両側には、電子輸送層及びホール輸送層等（図示せず）を設けてもよい。電子輸送層は電極１１側に配置され、ホール輸送層は透明電極１３側に配置されている。なお、電極１１を陽極とする場合には、電子輸送層は透明電極１３側に配置され、ホール輸送層は電極１１側に配置される。電子輸送層の材料は、電子輸送性を有する化合物の群の中から適宜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（トリス（８−キノリノラト）アルミニウム）等の電子輸送性材料として知られる金属錯体や、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等のヘテロ環を有する化合物等が挙げられる。但し、これらの材料に限定されるものではなく、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り、特に、電子輸送性の高い材料を用いることが適している。ホール輸送層の材料は、正孔輸送性を有する化合物の群の中から適宜選定することができる。この種の化合物としては、例えば、４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）、２−ＴＮＡＴＡ、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ＭＴＤＡＴＡ）、４，４’−Ｎ，Ｎ’−ジカルバゾールビフェニル（ＣＢＰ）、スピロ−ＮＰＤ、スピロ−ＴＰＤ、スピロ−ＴＡＤ及びＴＮＢ等を代表例とする、トリアリールアミン系化合物、カルバゾール基を含むアミン化合物及びフルオレン誘導体を含むアミン化合物等を挙げることができる。但し、これらの材料に限定されるものではなく、一般に知られる任意の正孔輸送材料を用いることが可能である。

透明基板１４は、透明電極１３を保持するために設けられている。透明基板１４の材料としては、例えばガラス及び樹脂等の透明材料を用いることができる。透明基板１４の屈折率は、一般的には１．４５〜１．６５程度である。なお、透明基板１４として、屈折率が１．６５〜２．０程度の高屈折率基板を用いてもよい。また、透明電極１３を保持する必要のない構成の場合には、必ずしも透明基板１４は必要ではない。このような場合としては、例えば、電極１１を保持するための基板が設けられている場合や、電極１１が保持の必要のないくらい厚みがある場合等が該当する。

光学シート１５は、少なくとも空気層１６と接する表面において光拡散層１５１（後述する）を有している。透明基板１４の透明電極１３とは反対側における表面には、光学シート１５が設けられている。或いは、透明基板１４の当該表面には、光拡散層１５１が直接設けられていてもよい。透明基板１４が無い構成の場合には、透明電極１３に隣接するように光拡散層１５１を有する光学シート１５又は光拡散層１５１が直接設けられる。光拡散層１５１に入射した光の少なくとも一部は、光の回折現象により拡散された後に、光拡散層１５１から出射する。後述するように、光拡散層１５１から出射する拡散光は、光拡散層１５１から出射する０次光である非拡散光の出射方向（すなわち、図１中の一点鎖線の矢印で示す方向）と異なる方向を中心に拡散する。なお、０次光は、入射光が拡散されずに通過する光であるので、その出射角度はスネルの法則により決まる。すなわち、０次光の出射角度θ₁は、入射光の入射角度をθ₀、入射側の媒質の屈折率をｎ₀、出射側の媒質の屈折率をｎ₁としたとき、次式１のように表される。

光拡散層１５１により入射光の全てが拡散される場合においても、０次光の出射角度は上式１により計算することができ、その出射方向と異なる方向を中心に拡散光が拡散する構成は、本発明に含まれる。光拡散層１５１の具体的構成については後述する。なお、本実施の形態では、光学シート１５又は光拡散層１５１を透明基板１４の表面に設けたが、これらを透明基板１４の内部に設けることもできる。

発光層１２で発生した光の一部は、透明電極１３及び透明基板１４を透過した後に、光拡散層１５１に入射する。また、発光層１２で発生した光の他の一部は、電極１１で反射した後に、透明電極１３及び透明基板１４を透過して光拡散層１５１に入射する。光拡散層１５１に入射した光の少なくとも一部は、回折により拡散されることによって、発光装置１の外部の空気層１６に取り出される。なお、空気層１６の屈折率は、例えば１．０である。

［光学シートの構成］
図２Ａは、実施の形態１に係る光学シート１５を示す平面図である。図２Ｂは、図２Ａの光学シート１５を構成する第１の単位構造体１５２及び第２の単位構造体１５３を示す平面図である。図２Ｃは、図２Ａ中のＡ−Ａ線により切断した光学シート１５の断面図である。

図２Ａに示すように、光学シート１５は、入射した光を回折により拡散する光拡散層１５１を有している。本実施の形態においては、光学シート１５は、空気層１６（すなわち、光の出射側において接する層）と接する表面において光拡散層１５１を有している。光拡散層１５１は、図２Ｂに示される第１の単位構造体１５２及び第２の単位構造体１５３をそれぞれ複数配置することにより形成されている。

第１の単位構造体１５２は、２個の第１の微小領域１５４及び２個の第２の微小領域１５５を、第１の配置パターンで配置することにより形成されている。なお、第１の配置パターンとは、２個の第１の微小領域１５４及び２個の第２の微小領域１５５をそれぞれ対角状に配置した配置パターンである。第１の単位構造体１５２は、平面視で四角形（正方形）の形状を有する。

第２の単位構造体１５３は、２個の第１の微小領域１５４及び２個の第２の微小領域１５５を、上記第１の配置パターンとは異なる第２の配置パターンで配置することにより形成されている。なお、第２の配置パターンとは、第１の配置パターンにおいて第１の微小領域１５４と第２の微小領域１５５とを反転させた配置パターンである。第２の単位構造体１５３は、平面視で四角形（正方形）の形状を有する。

第１の微小領域１５４は、図２Ｂにおいて白色の四角形で示す領域であり、空気層１６側に突出した凸部１５４ａで構成される。凸部１５４ａは、層方向に平坦な面を有している。平坦な面とは、光が認識しない（光の波長より十分小さい）サイズの構造を無視した場合に平坦である面を意味する。第２の微小領域１５５は、図２Ｂにおいて黒色の四角形で示す領域であり、透明基板１４側に窪んだ凹部１５５ａで構成される。凹部１５５ａは、層方向に平坦な面を有している。なお、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５はそれぞれ、平面視で四角形（正方形）の形状を有している。上述した構成により、第１の微小領域１５４を透過する光と第２の微小領域１５５を透過する光との間には、位相差が生じる。例えば、第１の微小領域１５４の屈折率をｎ₁、第２の微小領域１５５の屈折率をｎ₂、光の波長をλ、光が第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５をそれぞれ透過する距離をｄとしたとき、光の位相差は、（ｎ₁−ｎ₂）×ｄ／λで表される。なお、本実施の形態では、光の位相差を凹凸構造により実現しているが、第１の微小領域１５４を構成する材料と第２の微小領域１５５を構成する材料とを屈折率の異なる材料とすることにより実現してもよい。

光拡散層１５１においては、図２Ａに示すように、複数の第１の微小領域１５４及び複数の第２の微小領域１５５を配置することによってパターンが形成されている。

なお、本実施の形態では、図２Ｃに示すように、複数の凹部１５５ａに対する複数の凸部１５４ａの各々の高さｈは、略同一である。後述するように、複数の凹部１５５ａに対する複数の凸部１５４ａの各々の高さｈは、１．５μｍ以下であるのが適している。

［光学シートの製造方法及び構成］
本実施の形態では、光学シート１５における光拡散層１５１のパターンの決定方法として、第１の単位構造体１５２及び第２の単位構造体１５３をそれぞれ複数配置する方法を用いたが、後述する各実施の形態に示すようなパターンの決定方法を用いてもよい。或いは、例えば特許文献２及び３等に開示された方法を用いることにより、空間周波数を制御したパターンを決定してもよい。特許文献２及び３の記載内容全体を本願明細書に援用する。

このようなパターンを有する本実施の形態の光学シート１５の製造方法として、例えば、半導体プロセスや切削を用いる方法、或いは、半導体プロセスや切削等を用いて作られた金型をナノインプリント技術により転写する方法等がある。

半導体プロセスや切削を用いることにより、材料を直接加工して凹凸形状を形成する場合には、光学シート１５は、図２Ｃに示すように構成される。すなわち、図２Ｃに示すように、光拡散層１５１は、透明な基板１５０上に加工された凹凸形状で構成される。なお、基板１５０及び第１の微小領域１５４は、同じ材料で構成されていてもよい。ミクロンオーダーでパターンが制御された微細な加工をする場合には、半導体プロセスが有効である。半導体プロセスを用いる場合、平坦な面を有する（高さのレベルが離散的である）段差構造が加工しやすい。例えば、高さのレベルが２段の構造の場合、一度のエッチングで加工が可能である。また、二度のエッチングプロセスを行うことにより、高さのレベルが３段や４段の構造を加工することが可能である。

図２Ｄは、ナノインプリント技術を用いて光学シート１５を製造した場合における、光学シート１５の断面図である。ナノインプリント技術を用いて光学シート１５を製造する際には、まず、液状の樹脂に対して金型を押し付ける工程が行われ、その後に、樹脂を硬化させる工程が行われる。液状の樹脂に金型の凹凸部が転写されることにより、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５が形成される。このとき、図２Ｄに示すように、樹脂には、金型の凹凸部が転写されない残膜部１５１’が残る。

なお、図２Ｃ及び図２Ｄに示すような光学シート１５を透明基板１４に隣接させて保持するために、透明な接着剤等を用いてもよい。

［透明基板の表面に光拡散層を直接形成した構成］
光拡散層１５１のパターンの決定方法は、上述したように光学シート１５を透明基板１４の表面に設けた場合と同様である。図２Ｅは、半導体プロセスや切削を用いることにより、透明基板１４の表面に光拡散層１５１を形成した場合における、発光装置１の一部を示す断面図である。

図２Ｅに示すように、発光装置１を製造する際には、まず、透明基板１４上に凹凸形状１５４，１５５を形成し、その後、透明基板１４の屈折率とは異なる屈折率の材料で上記凹凸形状１５４，１５５を埋め込む。これにより、透明基板１４の表面に凹凸形状の光拡散層１５１を直接形成することができる。

上述したいずれの製造方法においても、光拡散層１５１において光の全反射を抑制し、光の取り出し効率を改善する効果が得られるので、本発明の範囲に含まれる。

なお、第１の微小領域１５４の屈折率ｎ₁及び第２の微小領域１５５の屈折率ｎ₂（ｎ₁＞ｎ₂）がともに透明基板１４の屈折率よりも低い場合には、臨界角を超える入射角度で光拡散層１５１に入射した光は、透明基板１４と光拡散層１５１との界面で全反射を起こし、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５まで到達しない。そのため、第１の微小領域１５４の屈折率ｎ₁は、透明基板１４の屈折率と同程度又はそれより高い方が適している。また、適切な光の位相差を生じさせるために、第２の微小領域１５５の屈折率ｎ₂は、第１の微小領域１５４の屈折率ｎ₁よりも小さい値であり、且つ、空気層１６と同程度の屈折率であるのが適している。第１の微小領域１５４の材料としては、例えばガラス及び樹脂等の透明材料を用いることができる。第２の微小領域１５５の材料としては、例えば空気及び低屈折率の樹脂等の透明材料を用いることができる。

［光拡散層の特性］
図３は、図２Ａの光拡散層１５１におけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。ここで、「パターンをフーリエ変換する」とは、第１の微小領域１５４および第２の微小領域１５５によって生じる光の位相のずれを光拡散層１５１の面上の座標ｘ、ｙについての二次元関数として表したときのフーリエ変換を意味する。本実施の形態では、第１の微小領域１５４が凸部、第２の微小領域１５５が凹部であるため、パターンのフーリエ変換は、光拡散層１５１上の平坦部の高さの二次元分布をフーリエ変換したものともいえる。なお、図３では、周波数空間における座標を実空間における座標と同様、ｘおよびｙで表している。図３の中心は、空間周波数が０の成分（直流成分）を表している。図３において中心から外側に向かうに従い、空間周波数が高くなるように表示している。図３から理解されるように、図２Ａの光拡散層１５１におけるパターンの空間周波数では、低周波成分が抑制されている。

また、光の取り出し効率に直接的には影響しないが、図３において、ｘ方向及びｙ方向の各々における空間周波数成分が０となっている特徴が見て取れる。これは、図２Ｂに示す第１の単位構造体１５２及び第２の単位構造体１５３の各々において、ｘ方向における位相差の積分値及びｙ方向における位相差の積分値がそれぞれ０であるためである。その結果、図２Ａに示すような、第１の単位構造体１５２及び第２の単位構造体１５３が複数配置されたパターンにおいても、ｘ方向及びｙ方向の各々における空間周波数成分が０となる。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃはそれぞれ、光が光拡散層１５１に入射角度θｘ＝０°、２０°及び４０°で入射した場合における、光拡散層１５１から出射した光の拡散パターンを計算により求めた結果を示す図である。計算条件として、第１の微小領域１５４の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．５、第２の微小領域１５５及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．０、光拡散層１５１に入射する光の波長を５５０ｎｍ、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗを０．６μｍ、第１の微小領域１５４（凸部１５４ａ）の高さｈを０．６μｍとした。なお、単位大きさｗとは、平面視における第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の一辺の長さをいう。

図４Ａから理解されるように、光が光拡散層１５１に入射角度θｘ＝０°で入射した場合における拡散パターンの計算結果は、図３に示すフーリエ変換の結果と同じである。これは、光が光拡散層１５１に入射したときの光のフラウンホーファ回折像は、回折面で与えられる位相差をフーリエ変換した結果と一致するためである。また、図４Ｂ及び図４Ｃから理解されるように、光拡散層１５１から出射する拡散光は、入射角度θｘ＞０°の範囲においても、光拡散層１５１から出射する０次光である非拡散光の出射方向とは異なる方向を中心に拡散する。この結果から、図２Ａに示す構造のように平面パターンにおいて低い空間周波数成分を抑制することにより、どのような入射角度の光に対しても、０次光である非拡散光の出射方向とは異なる方向を中心に拡散させることができることが理解できる。

次に、光拡散層１５１におけるパターンについて、空間周波数に基づいた考察を行う。図５は、光拡散層１５１におけるパターンをフーリエ変換することにより得られる空間周波数のうち、ある方位における１次元分布を示す図である。図５において、横軸は、パターンの空間周波数を示し、縦軸は、空間周波数の強度を任意単位で示している。また、図５において、太い実線のグラフは、本実施の形態のパターンの空間周波数の１次元分布を示し、破線のグラフは、従来のランダムパターン（例えば、特許文献１に開示されたパターン）の空間周波数の１次元分布を示し、細い実線のグラフは、一般に白色雑音と呼ばれるパターン（例えば、ランダムな大きさを有する構造をランダムな位置に並べたパターン）の空間周波数の１次元分布を示している。

図５に示すように、本実施の形態のパターンの空間周波数は、１／（２ｗ）付近の空間周波数においてピークを有する。さらに、このパターンの空間周波数成分では、１／ｗ近傍における高い空間周波数及び０近傍における低い空間周波数がそれぞれピークに対して抑制されている。すなわち、１／ｗ近傍及び０近傍の空間周波数が抑制され、且つ、１／（２ｗ）付近の空間周波数をピークとする山形の強度分布を有している。当該強度分布曲線は、例えば、半値幅が１／（２ｗ）程度の広がりを持つ。なお、当該強度分布曲線は、ピークとなる成分１／（２ｗ）近傍で、発光素子の発光波長のスペクトル幅Δλ以上の広がりを持つことが望ましい。すなわち、１／（２ｗ±Δλ／２）の広がり以上を有していることが望ましい。これにより、発光素子から発する波長の異なる光を効果的に取り出すことができる。なお、ｗは、上述した単位大きさｗである。光の波長の逆数よりも大きな空間周波数は光の回折に寄与しないので、１／ｗ近傍及びそれ以上の高い空間周波数がピークに対して抑制されることにより、光拡散層１５１に入射した光のうちより多くの光を拡散光に変換することができる。さらに、０近傍における低い空間周波数がピークに対して抑制されることにより、光拡散層１５１から出射した拡散光のうち、０次光である非拡散光の出射方向近傍に出射した拡散光を抑制することができる。一方、従来のランダムパターンでは、０近傍における低い空間周波数においてピークを有し、白色雑音のパターンでは、全ての空間周波数が一定の振幅範囲内に存在する。

以上のように、本実施の形態の光拡散層１５１は、例えば図３７Ａに示す光学シート６０とは全く異なる性質を示すことが理解される。図１に示すように、本実施の形態の光拡散層１５１から出射する拡散光は、光拡散層１５１から出射する０次光である非拡散光の出射方向と異なる方向を中心に拡散する。一方、図３９に示すように、従来の光学シート６０から出射する拡散光は、光学シート６０から出射する０次光である非拡散光の出射方向を中心に拡散する。これにより、本実施の形態の光拡散層１５１では、従来の光学シート６０と比べて、臨界角を超える入射角度で光拡散層１５１に入射した光を、効率良く外部に取り出すことができる。

ここで、本実施の形態の光拡散層１５１における光の透過率の入射角度依存性を計算により求めた。図６は、光拡散層１５１における光の透過率の入射角度依存性を計算した結果を示す図である。図６において、横軸は、光拡散層１５１に対する光の入射角度を示し、縦軸は、光拡散層１５１を透過する光の透過率を示している。計算条件としては、図１及び図２Ａに示す構成において、第１の微小領域１５４の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．５、第２の微小領域１５５の屈折率及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．０、第１の微小領域１５４（凸部１５４ａ）の高さｈを１．０μｍとした。図６において、３つの破線のグラフはそれぞれ、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗが２５０ｎｍ、１μｍ、２．５μｍである場合の計算結果を示している。なお、実線のグラフは、光拡散層１５１が存在しない場合の計算結果を示している。図６から理解されるように、光拡散層１５１が存在しない場合には、約４２°の臨界角を超える入射角度では光の透過率が０である一方、光拡散層１５１が存在する場合には、約４２°の臨界角を超える入射角度においても透過率が０よりも大きい値であった。このことから、本実施の形態の光拡散層１５１を設けることにより、臨界角を超える入射角度で光拡散層１５１に入射した光を、効率良く外部に取り出すことができることが理解される。

次に、透明基板１４において光が等方的に存在する場合において、光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量の、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算により求めた。ここで、「光が等方的に存在する」とは、どの方向に進行する光も等量存在することを意味する。図７は、光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量の、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。図７において、横軸は、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗを示し、縦軸は、光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量を示している。計算条件としては、図１及び図２Ａに示す構成において、第１の微小領域１５４の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．５、第２の微小領域１５５の屈折率及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．０とした。図７において、実線のグラフは、本実施の形態の光拡散層１５１における計算結果を示している。なお、破線のグラフは、従来の光学シート６０における計算結果を示している。図７から理解されるように、単位大きさｗが１００ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲において、本実施の形態の光拡散層１５１では従来の光学シート６０と同程度の光の取り出し効率が得られ、さらに単位大きさｗが２５０ｎｍ〜４μｍの範囲において、本実施の形態の光拡散層１５１では従来の光学シート６０よりも優れた光の取り出し効率が得られた。

次に、透明基板１４において光が等方的に存在する場合において、光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量の出射角度分布を計算により求めた。図８Ａは、本実施の形態の光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量の出射角度分布を計算した結果を示す図である。図８Ａにおいて、横軸は、光拡散層１５１に対する光の出射角度を示し、縦軸は、光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量を示している。計算条件としては、図１及び図２Ａに示す構成において、第１の微小領域１５４の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．５、第２の微小領域１５５の屈折率及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．０とした。図８Ａにおいて、３つの破線のグラフはそれぞれ、本実施の形態の光拡散層１５１における第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗが０．２５μｍ、０．４μｍ、０．６μｍ、３．０μｍである場合の計算結果を示している。なお、実線のグラフは、光拡散層１５１が存在しない場合における計算結果を示している。

一方、図８Ｂは、従来の光学シート６０を介して空気層に出射する光の全発光量の出射角度分布を計算した結果を示す図である。図８Ｂにおいて、３つの破線のグラフはそれぞれ、従来の光学シート６０における第１の微小領域６０１及び第２の微小領域６０２の各々の単位大きさが０．６μｍ、３．０μｍ、１０μｍである場合の計算結果を示している。図８Ａ及び図８Ｂから理解されるように、従来の光学シート６０では、広角側（すなわち、出射角度が比較的大きい方向）により多くの光が取り出されるのに対して、本実施の形態の光拡散層１５１では、単位大きさｗが０．２５μｍ（２５０ｎｍ）〜０．６μｍの範囲において正面側（すなわち、出射角度が比較的小さい方向）により多くの光が取り出されることが分かった。

以上のことから、本実施の形態の光拡散層１５１におけるパターンにおいて、光の取り出し効率を改善するためには、単位大きさｗは１００ｎｍ〜４μｍが適しており、２５０ｎｍ〜４μｍがより適していることが分かった。さらに、光の取り出し効率を改善しつつ、光をより正面側に取り出すためには、単位大きさｗは、２５０ｎｍ〜０．６μｍが適している。なお、これらの単位大きさｗの範囲は、光の波長が５５０ｎｍの場合における数値範囲である。光拡散層１５１における光の拡散は回折現象に基づくので、単位大きさｗの範囲は、光の波長に比例する。そのため、光の中心発光波長をλとした場合において光の取り出し効率を改善するためには、単位大きさｗは０．１８λ〜７．３λが適しており、０．４５λ〜７．３λがより適している。さらに、光の取り出し効率を改善しつつ、光をより正面側に取り出すためには、単位大きさｗは、０．４５λ〜１．１λが適している。なお、中心発光波長λとは、その波長よりも大きい波長を有する光強度の総和と、その波長よりも小さい波長を有する光強度の総和とが等しい波長をいう。

［効果］
以上説明したように、本実施の形態の光拡散層１５１におけるパターンの空間周波数は、１／（２ｗ）近傍の空間周波数においてピークを有する。さらに、このパターンの空間周波数成分のうち、１／ｗ近傍における高い空間周波数及び０近傍における低い空間周波数がそれぞれ抑制されている。すなわち、１／ｗ近傍及び０近傍の空間周波数が抑制され、且つ、１／（２ｗ）付近の空間周波数をピークとする山形の強度分布を有している。当該強度分布曲線は、例えば、半値幅が１／（２ｗ）程度の広がりを持つ。これにより、光拡散層１５１に入射した光のうちより多くの光を拡散光に変換することができるとともに、光拡散層１５１から出射した拡散光のうち、０次光である非拡散光の出射方向近傍に出射した拡散光を抑制することができる。なお、当該強度分布曲線は、ピークとなる成分１／（２ｗ）近傍で、発光素子の発光波長のスペクトル幅Δλ以上の広がりを持つことが望ましい。すなわち、１／（２ｗ±Δλ／２）の広がり以上を有していることが望ましい。これにより、発光素子から発する波長の異なる光を取り出すことができる。

光拡散層１５１に入射する光の中心発光波長をλとしたとき、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗは、０．１８λ〜７．３λが適しており、０．４５λ〜７．３λがより適している。従って、上述したパターンの空間周波数の条件は、中心発光波長λを用いて、次のように表すことができる。すなわち、本実施の形態のパターンは、その空間周波数成分のうち、０近傍の成分と１／ｗ近傍の成分とが同時に抑制されており、そのｗの範囲は、０．１８λ〜７．３λであるのが適しており、０．４５λ〜７．３λであるのがより適している。また、空間周波数のピーク位置は、１／（２ｗ）近傍であるのが適している。よって、空間周波数のピーク位置は、１／（２×７．３λ）＝０．０６８／λ以上且つ１／（２×０．１８λ）＝２．８／λ以下の範囲にあることが適しており、１／（２×７．３λ）＝０．０６８／λ以上且つ１／（２×０．４５λ）＝１．３／λ以下の範囲にあることがより適している。

なお、透明基板１４の屈折率をｎ₁、空気層１６の屈折率をｎ₀とした場合には、上述したパターンの空間周波数の条件は、次のように表すことができる。光が屈折率ｎ₁の媒質から屈折率ｎ₀の媒質へ伝播する場合において、空間周波数１／ｗにより光が回折された際には、光の入射角度をθ₁、光の出射角度をθ₀としたとき、次式２が成立する。

上式２において、ｍは整数であり、λは光の波長である。上式１を変形することにより、次式３が得られる。

上式３において、出射角度θ₀が解を持たない場合には、光の出射角度θ₀は変化しない、すなわち光は回折（拡散）しない。上式３の右辺第一項が無い場合には、上式３はスネルの法則に他ならず、すなわち光拡散層１５１が存在しない場合と一致する。空間周波数成分に比例する値であるλ／ｗの値が十分小さい場合（すなわち、単位大きさｗが十分大きい場合）には、上式３の右辺第一項が十分小さくなるので、光拡散層１５１が存在しない場合と一致する。また、λ／ｗの値が十分大きい場合（すなわち、単位大きさｗが十分小さい場合）には、上式３の右辺第一項が十分大きくなるので、ｍ＝０の場合以外に出射角度θ₀は解を持たない。よって、この場合においても、光拡散層１５１が存在しない場合とほぼ一致する。

従って、本実施の形態の光拡散層１５１におけるパターンは、十分大きい空間周波数と十分小さい空間周波数とをそれぞれ抑制することにより、光の出射角度θ₀をより効果的に変換することができる拡散構造であると言える。

上式３から理解されるように、出射角度θ₀は、空気層１６の屈折率ｎ₀に依存する。上述したパターンの空間周波数の条件は、空気層１６の屈折率ｎ₀にほぼ反比例するので、次のように表現することができる。すなわち、パターンは、その空間周波数成分のうち、０近傍の成分と１／ｗ近傍の成分とが同時に抑制されており、そのｗの範囲は、０．１８ｎ₀×λ〜７．３ｎ₀×λであるのが適しており、０．４５ｎ₀×λ〜７．３ｎ₀×λであるのがより適している。また、空間周波数のピーク位置は、１／（２ｗ）近傍であるのが適している。よって、空間周波数のピーク位置は、１／（２×７．３ｎ₀λ）＝０．０６８／（ｎ₀×λ）以上且つ１／（２×０．１８ｎ₀λ）＝２．８／（ｎ₀×λ）以下の範囲にあることが適しており、１／（２×７．３ｎ₀λ）＝０．０６８／（ｎ₀×λ）以上且つ１／（２×０．４５ｎ₀λ）＝１．３／（ｎ₀×λ）以下の範囲にあることがより適している。

［第１の単位構造体及び第２の単位構造体の出現確率］
図９は、第１の単位構造体１５２及び第２の単位構造体１５３の出現確率をそれぞれ７５％及び２５％とした場合における光学シート１５Ａを示す平面図である。図１０は、図９の光拡散層１５１Ａにおけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

上述した出現確率で、第１の単位構造体１５２及び第２の単位構造体１５３をそれぞれランダムに複数配置した場合には、ランダム性の成分が現れるとともに、出現確率の高い第１の単位構造体１５２が周期的に出現することによる周期性の成分が現れる。そのため、図１０に示すように、光拡散層１５１Ａから出射する光には、ランダム性の成分に基づく拡散光と周期性の成分に基づく非拡散光（１次光）とが共存するようになる。

図１１Ａ〜図１１Ｅはそれぞれ、第１の単位構造体１５２の出現確率が１００％、８０％、７０％、６０％、５０％である場合における、パターンをフーリエ変換することにより得られる空間周波数のうち、ある方位における１次元分布を示す図である。第１の単位構造体１５２の出現確率が１００％である場合には、周期性の成分が強く現れるため、図１１Ａに示すように、パターンの空間周波数は、周期に対応した空間周波数成分に鋭いピークを有し、その他の成分をほとんど含まない。第１の単位構造体１５２の出現確率が５０％である場合には、図１１Ｅに示すように、パターンの空間周波数は、鋭いピークを有さない。また、０近傍から１／ｗ近傍までの範囲において、なだらかに遷移する（広がりを持つ）山形の強度分布を有している。これは、ランダム性の成分が強く現れていることを示している。第１の単位構造体１５２の出現確率が６０％である場合には、原理的には周期性の成分が現れるが、図１１Ｄに示すように、パターンの空間周波数は、鋭いピークをほとんど有さない。しかしながら、第１の単位構造体１５２の出現確率が８０％及び７０％である場合には、周期性の成分が目立って現れるため、図１１Ｂ及び図１１Ｃに示すように、パターンの空間周波数は、ランダム性の成分、すなわち、なだらかに遷移する（広がりを持つ）強度分布を備えるとともに、周期性の成分に起因した鋭いピークを有するようになる。

ここで、第１の単位構造体１５２の出現確率をｘ％、第２の単位構造体１５３の出現確率をｙ％とする（但し、ｘ＞ｙ）。この場合、第１の単位構造体１５２のｙ％分は、第２の単位構造体１５３のｙ％分のペアが存在するのでランダム性の成分であるが、第１の単位構造体１５２の（ｘ−ｙ）％分は、第２の単位構造体１５３のペアが存在しないので周期性の成分である。すなわち、第１の単位構造体１５２の出現確率をｘ％、第２の単位構造体１５３の出現確率をｙ％としたときには、第１の単位構造体１５２のｙ％分がランダム性の成分、第１の単位構造体１５２の（ｘ−ｙ）％分が周期性の成分となる。従って、ランダム性の成分が支配的になる条件は、「ｙ＞ｘ−ｙ」である。「ｘ＋ｙ＝１００％」である場合には、上記条件は、「ｘ＜６６．６％」となる。この条件は、図１１Ｄに示すように、第１の単位構造体１５２の出現確率が６０％である場合にはほとんどがランダム性の成分であるが、図１１Ｃに示すように、第１の単位構造体１５２の出現確率が７０％である場合には周期性の成分が明確に現れることと一致する。

以上のように、パターンの空間周波数成分を解析することにより、ランダム性の成分が支配的であるか否かを判定することができる。例えば、あるパターンの空間周波数スペクトルにおいて、ランダム性に起因する強度分布の振幅が周期性に起因する周波数成分の振幅よりも大きい場合には、そのパターンは、ランダム性の成分が支配的であるとみなすことができる。本実施の形態の光拡散層１５１が有するパターンは、ランダム性の成分が支配的である。

［凸部の高さ］
図１２は、光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量の、複数の凸部１５４ａの各々の高さｈに対する依存性を計算した結果を示す図である。図１２において、横軸は、複数の凹部１５５ａに対する複数の凸部１５４ａの各々の高さｈを示し、縦軸は、光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量を示している。計算条件としては、図１及び図２Ａに示す構成において、第１の微小領域１５４の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．５、第２の微小領域１５５の屈折率及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．０、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗを１μｍとした。図１２において、実線のグラフは、本実施の形態の光拡散層１５１における計算結果を示している。なお、破線のグラフは、従来の光学シート６０における計算結果を示している。

図１２から理解されるように、特に、高さｈが１．５μｍ以下の範囲において、本実施の形態の光拡散層１５１では従来の光学シートよりも優れた光の取り出し効率が得られた。従って、複数の凸部１５４ａの各々の高さｈは、例えば１．５μｍ以下に設定され得る。また、高さｈが０．１μｍ以上である場合には、従来の光学シートよりも優れた光の取り出し効率が得られた。高さｈが０．５μｍ以上である場合には、さらに優れた光の取り出し効率が得られた。したがって、複数の凸部１５４ａの各々の高さｈは、０．１μｍ以上であるのが適している。また、複数の凸部１５４ａの各々の高さｈは、０．５μｍ以上であればなお適している。

なお、本実施の形態では、複数の凸部１５４ａの各々の高さｈを一定としたが、複数の凸部１５４ａの各々の高さをランダムにすることもできる。図１３は、変形例に係る光学シート１５Ｂを示す断面図である。図１３に示す光学シート１５Ｂでは、複数の凹部１５５Ｂａに対する複数の凸部１５４Ｂａの各々の高さはランダムである。光が複数の凸部１５４Ｂａ及び複数の凹部１５５Ｂａの各々を透過する際に、複数の凸部１５４Ｂａの各々においてその高さに応じた位相差が発生する。このとき、透過した光の平均位相差は、複数の凸部１５４Ｂａの平均高さで決定される。従って、この場合においても、透過した光に十分な平均位相差を与える限り、複数の凸部１５４Ｂａの各々の高さの平均高さは、例えば１．５μｍ以下に設定され得る。

（実施の形態１の変形例）
本変形例においては、図１及び図２Ａに示す構成において、光拡散層１５１に入射する光の全強度に対する、臨界角よりも大きい角度で光拡散層１５１に入射する光の強度の割合は５０％以上である。この場合には、光拡散層１５１のパターンの空間周波数が満たすべき条件は、次のようになる。

図１４は、実施の形態１の変形例に係る光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量の、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。計算条件としては、透明基板１４において臨界角よりも大きい角度で進行する光のみが存在するとし、第１の微小領域１５４の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．５、第２の微小領域１５５の屈折率及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．０とした。図１４において、実線のグラフは、本実施の形態の光拡散層１５１における計算結果を示している。なお、破線のグラフは、従来の光学シート６０における計算結果を示している。図１４から理解されるように、単位大きさｗが０．６μｍ〜５μｍの範囲において、本実施の形態の光拡散層１５１では従来の光学シート６０よりも優れた光の取り出し効率が得られた。中心発光波長をλとしたとき、上述した単位大きさｗの範囲は、１．１λ〜９．１λとなる。

従って、本変形例のパターンの空間周波数の条件は、中心発光波長をλ、出射側の空気層１６の屈折率をｎとして、次のように表すことができる。すなわち、本実施の形態のパターンは、その空間周波数成分のうち、０近傍の成分と１／ｗ近傍の成分とが同時に抑制されており、そのｗの範囲は、１．１ｎ×λ〜９．１ｎ×λであるのが適している。また、空間周波数のピーク位置は、１／（２ｗ）近傍であるのが適している。よって、空間周波数のピーク位置は、１／（２×９．１λ×ｎ）＝０．０５５／（λ×ｎ）以上且つ１／（２×１．１λ×ｎ）＝０．４５／（λ×ｎ）以下の範囲にあることが適している。

（実施の形態２）
図１５Ａは、実施の形態２に係る発光装置１Ｃを示す断面図である。図１５Ａに示すように、本実施の形態の発光装置１Ｃでは、光拡散層１５１Ｃを挟んで高屈折率層１４Ｃの反対側には、保護層（透明基板）１６Ｃが設けられている。光拡散層１５１Ｃは、発光層１２と保護層１６Ｃとの間に設けられている。保護層１６Ｃの屈折率は例えば１．４〜１．６５であり、高屈折率層１４Ｃの屈折率は保護層１６Ｃの屈折率以上である。保護層１６Ｃの材料としては、例えばガラス及び樹脂等の透明材料を用いることができる。高屈折率層１４Ｃの材料としては、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＴｉＯ₂（酸化チタン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、Ｔａ₂Ｏ₅（五酸化タンタル）、ＺｒＯ₂（ジルコニア）及び樹脂等を用いることができる。光拡散層１５１Ｃにおいて、第１の微小領域１５４の屈折率は、高屈折率層１４Ｃの屈折率と同程度の高い屈折率であり、その材料としては、例えばガラス及び樹脂等の透明材料を用いることができる。また、第２の微小領域１５５の屈折率は、保護層１６Ｃと同程度の屈折率であり、その材料としては、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＴｉＯ₂（酸化チタン）、ＳｉＮ（窒化シリコン）、Ｔａ₂Ｏ₅（五酸化タンタル）、ＺｒＯ₂（ジルコニア）及び樹脂等を用いることができる。

ここで、本実施の形態の光拡散層１５１Ｃにおける光の透過率の入射角度依存性を計算により求めた。図１６は、光拡散層１５１Ｃにおける光の透過率の入射角度依存性を計算した結果を示す図である。図１６において、横軸は、光拡散層１５１Ｃに対する光の入射角度を示し、縦軸は、光拡散層１５１Ｃを透過する光の透過率を示している。計算条件としては、第１の微小領域１５４の屈折率及び高屈折率層１４Ｃの屈折率をそれぞれ１．７５、第２の微小領域１５５の屈折率及び保護層１６Ｃの屈折率をそれぞれ１．５、光拡散層１５１Ｃの高さｈを１．０μｍとした。図１６において、３つの破線のグラフはそれぞれ、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗが１２５ｎｍ、２μｍ、５μｍである場合の計算結果を示している。なお、実線のグラフは、光拡散層１５１Ｃが存在しない場合の計算結果を示している。図１６から理解されるように、光拡散層１５１Ｃが存在しない場合には、約６０°の臨界角を超える入射角度では光の透過率が０である一方、光拡散層１５１Ｃが存在する場合には、約６０°の臨界角を超える入射角度においても透過率は０よりも大きい値であった。

次に、高屈折率層１４Ｃにおいて光が等方的に存在する場合において、光拡散層１５１Ｃを介して保護層１６Ｃに出射する光の全発光量の、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算により求めた。図１７は、高屈折率層１４Ｃにおいて光が等方的に存在する場合において、光拡散層１５１Ｃを介して保護層１６Ｃに出射する光の全発光量の、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。図１７において、横軸は、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗを示し、縦軸は、光拡散層１５１Ｃを介して保護層１６Ｃに出射する光の全発光量を示している。計算条件としては、第１の微小領域１５４の屈折率及び高屈折率層１４Ｃの屈折率をそれぞれ１．７５、第２の微小領域１５５の屈折率及び保護層１６Ｃの屈折率をそれぞれ１．５とした。図１７において、実線のグラフは、本実施の形態の光拡散層１５１Ｃにおける計算結果を示している。なお、破線のグラフは、従来の光学シート６０における計算結果を示している。図１７から理解されるように、単位大きさｗが１２５ｎｍ〜６μｍの範囲において、本実施の形態の光拡散層１５１Ｃでは従来の光学シート６０よりも優れた光の取り出し効率が得られた。

さらに、高屈折率層１４Ｃにおいて臨界角よりも大きい角度で進行する光のみが存在する場合において、光拡散層１５１Ｃを介して保護層１６Ｃに出射する光の全発光量の、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算により求めた。図１８は、高屈折率層１４Ｃにおいて臨界角よりも大きい角度で進行する光のみが存在する場合において、光拡散層１５１Ｃを介して保護層１６Ｃに出射する光の全発光量の、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。図１８から理解されるように、単位大きさｗが１．２μｍ以上の範囲において、本実施の形態の光拡散層１５１Ｃでは従来の光学シート６０よりも優れた光の取り出し効率が得られた。

以上のことから、本実施の形態の光拡散層１５１Ｃにおけるパターンにおいて、光の取り出し効率を改善するためには、単位大きさｗは１２５ｎｍ〜６μｍが適していることが分かった。なお、これらの単位大きさｗの範囲は、光の波長が５５０ｎｍの場合における数値範囲である。そのため、光の中心発光波長をλとした場合において光の取り出し効率を改善するためには、単位大きさｗは０．２３λ〜１１λが適している。従って、パターンの空間周波数の条件は、中心発光波長をλ、保護層１６Ｃの屈折率をｎとしたとき、次のように表すことができる。すなわち、本実施の形態のパターンは、その空間周波数成分のうち、０近傍の成分と１／ｗ近傍の成分とが同時に抑制されており、そのｗの範囲は、０．２３ｎ×λ〜１１ｎ×λであるのが適している。また、空間周波数のピーク位置は、１／（２ｗ）近傍であるのが適している。よって、空間周波数のピーク位置は、１／（２×１１λ×ｎ）＝０．０４５／（λ×ｎ）以上且つ１／（２×０．２３λ×ｎ）＝２．２／（λ×ｎ）以下の範囲にあることが適している。

［光拡散層の製造方法及び構成］
図１５Ｂは、図１５Ａの発光装置１Ｃの一部を拡大して示す断面図である。図１５Ｂに示すように、光拡散層１５１Ｃを発光装置１Ｃの内部に形成する場合には、保護層１６Ｃの表面にシート部材（基板１５０Ｃ、残膜部１５１Ｃａ’及び第２の微小領域１５５で構成される）を貼り付けた後に、第２の微小領域１５５よりも高い屈折率の樹脂で凹凸を埋め込む方法により、第１の微小領域１５４及び残膜部１５１Ｃｂ’を形成することができる。

或いは、保護層１６Ｃの表面に残膜部１５１Ｃａ’及び第２の微小領域１５５を形成した後に、第２の微小領域１５５よりも高い屈折率の樹脂で凹凸を埋め込む方法により、第１の微小領域１５４及び残膜部１５１Ｃｂ’を形成することができる。この場合、高屈折率層１４Ｃは無くてもよく、残膜部１５１Ｃｂ’の表面に透明電極１３を形成してもよい。

或いは、高屈折率層１４Ｃの表面に第１の微小領域１５４及び残膜部１５１Ｃｂ’を形成した後に、異なる屈折率の樹脂で凹凸を埋め込む方法により、第２の微小領域１５５及び残膜部１５１Ｃａ’を形成することができる。この場合には、基板１５０Ｃは不要である。

また、基板１５０Ｃを直接加工した場合には、残膜部１５１Ｃａ’及び残膜部１５１Ｃｂ’がそれぞれ存在しないような構成にすることができる。

なお、本実施の形態では、基板１５０Ｃ、残膜部１５１Ｃａ’、残膜部１５１Ｃｂ’、第１の微小領域１５４及び第２の微小領域１５５（又はこれらの一部）等、凹凸を形成するために必要な部材をまとめて光拡散層１５１Ｃと呼ぶこととする。

上述したいずれの構成においても、光拡散層１５１Ｃにおいて光の全反射を抑制し、光の取り出し効率を改善する効果が得られるので、本発明の範囲に含まれる。

なお、第１の微小領域１５４、残膜部１５１Ｃｂ’及び高屈折率層１４Ｃの屈折率が、第２の微小領域１５５及び残膜部１５１Ｃａ’の屈折率よりも高い場合に、光拡散層１５１Ｃにより光の全反射を抑制し、光の取り出し効率を改善する効果が得られる。基板１５０Ｃ、第１の微小領域１５４及び残膜部１５１Ｃａ’の材料としては、例えばガラス及び樹脂等の透明材料を用いることができる。第２の微小領域１５５及び残膜部１５１Ｃｂ’の材料としては、例えば光屈折率ガラスや樹脂、無機材料（ＩＴＯ、ＴｉＯ₂、ＳｉＮ、
Ｔａ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂等）等の透明材料を用いることができる。

（実施の形態３）
図１９Ａは、実施の形態３に係る発光装置１Ｄを示す断面図である。図１９Ａに示すように、本実施の形態の発光装置１Ｄは、反射層２１、光学シート２２、透明基板２３及び発光部２４を備えている。発光部２４は、例えば透明基板２３の内部に設けられている。光学シート２２は、反射層２１と発光部２４との間に設けられており、例えば、上記実施の形態１及び２で説明した光学シート１５（１５Ａ〜１５Ｃ）と同様に構成されている。なお、発光装置１Ｄは、光拡散層を有する光学シート２２に代えて光拡散層を単独で備えるように構成してもよい。

発光部２４からの光のうち、臨界角よりも大きい角度で進行する光は、透明基板２３と外部層２５との界面において全反射される。このように全反射された光は、反射層２１で反射された後に、光学シート２２において回折により拡散する。光学シート２２からの拡散光の多くは、臨界角よりも小さい角度で進行するので、透明基板２３を透過して外部層２５に取り出される。

従って、本実施の形態では、発光部２４からの光が全反射により透明基板２３の内部に閉じ込められるのを抑制することができるので、光の取り出し効率を改善することができる。

なお、本実施の形態では、発光部２４を透明基板２３の内部に設けたが、これに限られず、例えば発光部２４を透明基板２３の外部に設けることもできる。

（実施の形態３の変形例）
図１９Ｂは、実施の形態３の変形例に係る発光装置１ＤＡを示す断面図である。図１９Ｂに示すように、本変形例の発光装置１ＤＡでは、発光部２４ＤＡは、光学シート２２ＤＡに接するようにして、透明基板２３ＤＡに設けられている。なお、透明基板２３ＤＡは、上記実施の形態３と同様に、光学シート２２ＤＡに接するようにして設けられている。

光学シート２２ＤＡは、光拡散層２２１を備えている。光拡散層２２１は、例えば、上記実施の形態１及び２で説明したのと同様に、複数の凸部２２２（複数の第１の微小領域）及び複数の凹部２２３（複数の第２の微小領域）を有している。

本変形例の光拡散層２２１における複数の凸部２２２の各々の高さの分布を数値化したデータをフーリエ変換することにより得られる空間周波数成分は、光の中心発光波長をλ、出射側の外部層２５の屈折率をｎとして、次のように表すことができる。すなわち、上記空間周波数成分のピーク位置は、０．０６８／（λ×ｎ）以上且つ２．８／（λ×ｎ）以下の範囲に存在するように構成することができる。

（実施の形態４）
［光学シートの構成］
図２０Ａは、実施の形態４に係る光学シート１５Ｅを示す平面図である。図２０Ｂは、図２０Ａの光拡散層１５１Ｅにおけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

図２１は、図２０Ａの光拡散層１５１Ｅにおけるパターンを説明するための図である。図２１に示すように、本実施の形態のパターンでは、複数の第２の微小領域１５５の配置パターンは、図２１において破線で示す回折格子の配置パターンに対して、平均として回折格子の周期ｐの４分の１の大きさより大きい（又は、第２の微小領域１５５の単位大きさｗの２分の１の大きさより大きい）位置ゆらぎΔｒが与えられた配置パターンである。具体的には、例えば、（１）位置ゆらぎΔｒ＝０、（２）ｘ方向における位置ゆらぎΔｒ＝ｐ／２、（３）ｙ方向における位置ゆらぎΔｒ＝ｐ／２、（４）ｘ方向及びｙ方向における位置ゆらぎΔｒ＝ｐ／２の計４通りの位置ゆらぎΔｒがそれぞれ均等な確率で与えられる。

本実施の形態の光拡散層１５１Ｅにおけるパターンでは、周期性の成分が全く現れない。そのため、本実施の形態では、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。従って、本実施の形態の光拡散層１５１Ｅにおけるパターンは、本発明の範囲に含まれる。

［回折格子との比較］
図２２Ａは、従来の回折格子パターンを有する光学シート２０を示す平面図である。図２２Ｂは、図２２Ａの回折格子パターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

図２２Ｂに示すように、回折格子は、入射した光を干渉効果により特定の方向に集中させる性質を有する。この回折格子の性質は、本実施の形態の光拡散層１５１Ｅにおけるパターンが有する性質、すなわち入射した光を回折により拡散させるという性質とは異なる。

なお、回折格子は波長依存性が大きいため、回折格子を発光装置に適用した場合には、発光装置を見る角度（視野角）によって色ムラ及び明るさムラが発生する。そのため、回折格子を用いた発光装置をディスプレイ及び照明用光源として適用することは難しい。

［従来の光学シートとの比較］
図２３Ａは、従来の回折格子パターンを有する光学シート３０を示す平面図である。図２３Ｂは、図２３Ａの回折格子パターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。図２４Ａは、従来の回折格子にランダム性を付与した光学シート４０を示す平面図である。図２４Ｂは、図２４Ａのパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分を示した図である。

図２４Ａに示す光学シート４０は、複数の第１の微小領域４１１及び複数の第２の微小領域４１２をそれぞれ、以下で説明する規則に従って配置することにより形成されている。図２５は、図２４Ａの光学シート４０におけるパターンを説明するための図である。図２５に示すように、光学シート４０におけるパターンでは、複数の第２の微小領域４１２の配置パターンは、図２５において破線で示す回折格子の配置パターンに対して、回折格子の周期ｐの４分の１の大きさ以下（又は、単位大きさｗの２分の１の大きさ以下）の位置ゆらぎΔｒが与えられた配置パターンである。具体的には、例えば、（１）位置ゆらぎΔｒ＝０、（２）ｘ方向における位置ゆらぎΔｒ＝ｐ／４、（３）ｙ方向における位置ゆらぎΔｒ＝ｐ／４、（４）ｘ方向及びｙ方向における位置ゆらぎΔｒ＝ｐ／４の計４通りの位置ゆらぎΔｒがそれぞれ均等な確率で与えられる（例えば、特許文献４参照）。

しかしながら、図２４Ａに示すパターンでは、周期性の成分が現れる。図２４Ａに示すパターンは、ランダム性に起因する周波数成分よりも、周期性に起因する周波数成分の振幅の方が大きいため、回折格子とみなすことができ、その性質は、本実施の形態のパターンの性質とは異なる。

（実施の形態５）
図２６Ａは、実施の形態５に係る光学シート１５Ｆを示す平面図である。図２６Ｂは、図２６Ａの光拡散層１５１Ｆを構成する４種類の単位構造体１５６，１５７，１５８，１５９を示す平面図である。図２６Ｃは、図２６Ａの光拡散層１５１Ｆにおけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

本実施の形態の光拡散層１５１Ｆは、第１の単位構造体１５６、第２の単位構造体１５７、第３の単位構造体１５８及び第４の単位構造体１５９をそれぞれ複数配置したパターンを有する。図２６Ｃに示すように、本実施の形態のパターンでは、０近傍の空間周波数が存在しない、すなわち光拡散層１５１Ｆから出射する０次光である非拡散光の出射方向近傍の拡散光が存在しない。そのため、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態６）
図２７Ａは、実施の形態６に係る光学シート１５Ｇを示す平面図である。図２７Ｂは、図２７Ａの光拡散層１５１Ｇを構成する２種類の単位構造体１６０，１６１を示す平面図である。図２７Ｃは、図２７Ａの光拡散層１５１Ｇにおけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

本実施の形態の光拡散層１５１Ｇは、第１の単位構造体１６０及び第２の単位構造体１６１をそれぞれ複数配置したパターンを有する。図２７Ｃに示すように、本実施の形態のパターンでは、０近傍の空間周波数が存在しない、すなわち光拡散層１５１Ｇから出射する０次光である非拡散光の出射方向近傍の拡散光が存在しない。そのため、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

図２７Ｄは、図２７Ａのパターンをフーリエ変換することにより得られる空間周波数のうち、ある方位における１次元分布を示す図である。図２７Ｄに示すように、本実施の形態のパターンの空間周波数成分においては、１／（２ｗ）よりもやや高い空間周波数においてピークを有する。さらに、このパターンの空間周波数成分においては、１／ｗ近傍における高い空間周波数及び０近傍における低い空間周波数がそれぞれ抑制されている。すなわち、１／ｗ近傍及び０近傍の空間周波数が抑制され、且つ、１／（２ｗ）よりやや高い空間周波数をピークとする山形の強度分布を有している。当該強度分布曲線の半値幅は、１／（２ｗ）程度である。

図２７Ｅは、光拡散層１５１Ｇが透明基板１４の表面に設けられている場合において、光拡散層１５１Ｇを介して空気層１６に出射する光の全発光量の、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。計算条件としては、図１に示す構成と同様の構成において、第１の微小領域の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．５、第２の微小領域の屈折率及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．０とした。図２７Ｅにおいて、実線のグラフは、本実施の形態の光拡散層１５１Ｇにおける計算結果を示している。なお、破線のグラフは、従来の光学シート６０における計算結果を示している。図２７Ｅから理解されるように、単位大きさｗが１００ｎｍ〜４μｍの範囲において、本実施の形態の光拡散層１５１Ｇでは従来の光学シート６０よりも優れた光の取り出し効率が得られた。

図２７Ｆは、光拡散層１５１Ｇが高屈折率層１４Ｃと保護層１６Ｃとの間に設けられている場合において、光拡散層１５１Ｇを介して保護層１６Ｃに出射する光の全発光量の、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の単位大きさｗに対する依存性を計算した結果を示す図である。計算条件としては、図１５Ａに示す構成と同様の構成において、第１の微小領域の屈折率及び高屈折率層１４Ｃの屈折率をそれぞれ１．７５、第２の微小領域の屈折率及び保護層１６Ｃの屈折率をそれぞれ１．５とした。図２７Ｆにおいて、実線のグラフは、本実施の形態の光拡散層１５１Ｇにおける計算結果を示している。なお、破線のグラフは、従来の光学シート６０における計算結果を示している。図２７Ｆから理解されるように、単位大きさｗが１２５ｎｍ〜６μｍの範囲において、本実施の形態の光拡散層１５１Ｇでは従来の光学シート６０よりも優れた光の取り出し効率が得られた。

（実施の形態７）
図２８Ａは、実施の形態７に係る光学シート１５Ｈを示す平面図である。図２８Ｂは、図２８Ａの光拡散層１５１Ｈを構成する４種類の単位構造体１６２，１６３，１６４，１６５を示す平面図である。図２８Ｃは、図２８Ａの光拡散層１５１Ｈにおけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

本実施の形態では、光拡散層１５１Ｈは、第１の単位構造体１６２、第２の単位構造体１６３、第３の単位構造体１６４及び第４の単位構造体１６５をそれぞれ複数配置したパターンを有する。図２８Ｃに示すように、本実施の形態のパターンでは、０近傍の空間周波数が存在しない、すなわち光拡散層１５１Ｈから出射する０次光である非拡散光の出射方向近傍の拡散光が存在しない。そのため、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態８）
図２９Ａは、実施の形態８に係る光学シート１５Ｉを示す平面図である。図２９Ｂは、図２９Ａの光拡散層１５１Ｉにおけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

本実施の形態では、光拡散層１５１Ｉは、平面視で正六角形の単位構造体を複数配置したパターンを有する。図２９Ｂに示すように、本実施の形態のパターンでは、０近傍の空間周波数が抑制されている。すなわち光拡散層１５１Ｉから出射する０次光である非拡散光の出射方向近傍の拡散光が抑制される。そのため、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、本実施の形態のパターンとの比較のために、平面視で正六角形の単位構造体を従来のランダムパターンで複数配置した場合について説明する。図３０Ａは、正六角形の単位構造体を従来のランダムパターンで複数配置した場合における光学シート５０を示す平面図である。図３０Ｂは、図３０Ａの光学シート５０におけるランダムパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。図３０Ｂに示すランダムパターンでは、０近傍の空間周波数が存在する、すなわち光学シート５０から出射する０次光である非拡散光の出射方向近傍の拡散光が存在することが理解される。

（実施の形態８の変形例）
図３１Ａは、実施の形態８の変形例に係る光学シート１５ＩＡを示す平面図である。図３１Ｂは、図３１Ａの光拡散層１５１ＩＡにおけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

図３１Ａに示すように、本変形例では、光拡散層１５１ＩＡは、平面視で正六角形の単位構造体を複数配置したパターンを有する。なお、本変形例のパターンは、上記実施の形態８とは異なるパターンである。

図３１Ｂに示すように、本変形例のパターンでは、０近傍の空間周波数が抑制されている。すなわち光拡散層１５１ＩＡから出射する０次光である非拡散光の出射方向近傍の拡散光が抑制される。そのため、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態９）
図３２Ａは、実施の形態９に係る光学シート１５Ｊを示す平面図である。図３２Ｂは、図３２Ａの光拡散層１５１Ｊを構成する２種類の単位構造体１６６，１６７を示す平面図である。図３２Ｃは、図３２Ｂ中のＢ−Ｂ線により切断した第１の単位構造体１６６の断面図である。図３２Ｄは、第１の単位構造体１６６を示す斜視図である。図３２Ｅは、図３２Ａの光拡散層１５１Ｊにおけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

本実施の形態では、光拡散層１５１Ｊは、第１の単位構造体１６６及び第２の単位構造体１６７をそれぞれ複数配置したパターンを有する。

第１の単位構造体１６６は、４個の第１の微小領域１６６ａ、４個の第２の微小領域１６６ｂ、４個の第３の微小領域１６６ｃ及び４個の第４の微小領域１６６ｄを、第１の配置パターンで配置することにより形成されている。第１の単位構造体１６６は、平面視で四角形（正方形）の形状を有する。

第２の単位構造体１６７は、４個の第１の微小領域１６６ａ、４個の第２の微小領域１６６ｂ、４個の第３の微小領域１６６ｃ及び４個の第４の微小領域１６６ｄを、上記第１の配置パターンとは異なる第２の配置パターンで配置することにより形成されている。第２の単位構造体１６７は、平面視で四角形（正方形）の形状を有する。

図３２Ｃ及び図３２Ｄに示すように、第１の微小領域１６６ａの高さは最も高く、第２の微小領域１６６ｂの高さは２番目に高く、第３の微小領域１６６ｃの高さは３番目に高く、第４の微小領域１６６ｄの高さは最も低い。

図３２Ｅに示すように、本実施の形態のパターンでは、０近傍の空間周波数が存在しない、すなわち光拡散層１５１Ｊから出射する０次光である非拡散光の出射方向近傍の拡散光が存在しない。そのため、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態１０）
図３３Ａは、実施の形態１０に係る光学シート１５Ｋを示す平面図である。図３３Ｂは、図３３Ａの光拡散層１５１Ｋにおけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

図３３Ａに示すように、本実施の形態の光学シート１５Ｋの光拡散層１５１Ｋは、第１の微小領域１６８ａ（すなわち、図３３Ａにおいて白色で示す領域）、第２の微小領域１６８ｂ（すなわち、図３３Ａにおいて灰色で示す領域）及び第３の微小領域１６８ｃ（すなわち、図３３Ａにおいて黒色で示す領域）をそれぞれ複数配置したパターンを有する。第１の微小領域１６８ａ及び第３の微小領域１６８ｃはそれぞれ、平面視で正六角形の形状を有する。例えば、第１の微小領域１６８ａの高さは最も高く、第２の微小領域１６８ｂの高さは２番目に高く、第３の微小領域１６８ｃの高さは最も低い。

図３３Ｂに示すように、本実施の形態のパターンでは、０近傍の空間周波数が抑制されている。すなわち光拡散層１５１Ｋから出射する０次光である非拡散光の出射方向近傍の拡散光が抑制される。そのため、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態１１）
図３４Ａは、実施の形態１１に係る光学シート１５Ｌを示す平面図である。図３４Ｂは、図３４Ａの光拡散層１５１Ｌにおけるパターンをフーリエ変換し、空間周波数成分の振幅を示した図である。

図３４Ａに示すように、本実施の形態の光学シート１５Ｌの光拡散層１５１Ｌは、第１の微小領域１６９ａ（すなわち、図３４Ａにおいて白色で示す領域）、第２の微小領域１６９ｂ（すなわち、図３４Ａにおいて灰色で示す領域）及び第３の微小領域１６９ｃ（すなわち、図３４Ａにおいて黒色で示す領域）をそれぞれ複数配置したパターンを有する。第１の微小領域１６９ａ及び第３の微小領域１６９ｃはそれぞれ、平面視で四角形の形状を有する。例えば、第１の微小領域１６９ａの高さは最も高く、第２の微小領域１６９ｂの高さは２番目に高く、第３の微小領域１６９ｃの高さは最も低い。

図３４Ｂに示すように、本実施の形態のパターンでは、０近傍の空間周波数が抑制されている。すなわち光拡散層１５１Ｌから出射する０次光である非拡散光の出射方向近傍の拡散光が抑制される。そのため、本実施の形態においても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態１２）
図３５Ａは、実施の形態１２に係る光学シート１５Ｍの一部を拡大して示す平面図である。図３５Ｂは、図３５Ａの光拡散層１５１Ｍを構成する２種類の単位構造体１７０，１７１を示す平面図である。図３５Ｃは、図３５Ａ中のＣ−Ｃ線により切断した光拡散層１５１Ｍの断面図である。

図３５Ａに示すように、本実施の形態の光学シート１５Ｍの光拡散層１５１Ｍは、第１の単位構造体１７０及び第２の単位構造体１７１をそれぞれ複数配置したパターンを有する。

図３５Ｂに示すように、第１の単位構造体１７０は、高さの異なる複数種類の微小領域、すなわち、２個の第１の微小領域１７２ａ（すなわち、図３５Ｂにおいて白色で示す領域）、２個の第２の微小領域１７２ｂ（すなわち、図３５Ｂにおいて淡い灰色で示す領域）、２個の第３の微小領域１７２ｃ（すなわち、図３５Ｂにおいて濃い灰色で示す領域）及び２個の第４の微小領域１７２ｄ（すなわち、図３５Ｂにおいて黒色で示す領域）を、第１の配置パターンで配置することにより形成されている。第１〜第４の微小領域１７２ａ〜１７２ｄはそれぞれ、平面視で四角形（正方形）の形状を有する。第１の単位構造体１７０は、全体として平面視で四角形（正方形）の多段形状を有する。

第２の単位構造体１７１は、高さの異なる複数種類の微小領域、すなわち、２個の第１の微小領域１７２ａ、２個の第２の微小領域１７２ｂ、２個の第３の微小領域１７２ｃ及び２個の第４の微小領域１７２ｄを、上記第１の配置パターンとは異なる第２の配置パターンで配置することにより形成されている。第２の単位構造体１７１は、全体として平面視で四角形（正方形）の多段形状を有する。

図３５Ｃに示すように、第１の微小領域１７２ａの高さは最も高く、第２の微小領域１７２ｂの高さは２番目に高く、第３の微小領域１７２ｃの高さは３番目に高く、第４の微小領域１７２ｄの高さは最も低い。なお、第４の微小領域１７２ｄの高さを基準とし、第３の微小領域１７２ｃの高さをｈ０としたとき、第２の微小領域１７２ｂの高さは２ｈ０であり、第１の微小領域１７２ａの高さは３ｈ０である。

さらに、図３５Ｃに示すように、第１の微小領域１７２ａの単位大きさｗ２は、第２の微小領域１７２ｂの単位大きさｗ１よりも小さい。また、第４の微小領域１７２ｄの単位大きさｗ２は、第３の微小領域１７２ｃの単位大きさｗ１よりも小さい。

図３５Ｄは、実施の形態１２に係る光拡散層１５１Ｍを介して空気層に出射する光の全発光量の、単位大きさｗ２と単位大きさｗ１との比に対する依存性を計算した結果を示す図である。図３５Ｄにおいて、横軸は、単位大きさｗ２と単位大きさｗ１との比ｗ２／ｗ１を示し、縦軸は、光拡散層１５１Ｍを介して空気層に出射する光の全発光量を示している。計算条件としては、多段形状の第１の単位構造体１７０（又は第２の単位構造体１７１）の１段の高さｈ０を３００ｎｍとした。図３５Ｄにおいて、５つのグラフはそれぞれ、第２の微小領域１７２ｂ（又は第３の微小領域１７２ｃ）の単位大きさｗ１が１．２μｍ、１．５μｍ、２．０μｍ、２．５μｍ、３．０μｍである場合の計算結果を示している。

図３５Ｄから理解されるように、本実施の形態の光拡散層１５１Ｍでは、単位大きさｗ２と単位大きさｗ１との比ｗ２／ｗ１が０．４〜１．０の範囲において、優れた光の取り出し効率が得られた。

（実施の形態１３）
図３６Ａは、実施の形態１３に係る発光装置１Ｎを示す断面図である。図３６Ａに示すように、本実施の形態の発光装置１Ｎは、電極１１、発光層１２（発光部２４を有する）、透明電極１３、光拡散層１５１、透明基板１４及び補助光学シート１８がこの順に積層された発光装置である。電極１１、発光層１２、透明電極１３、透明基板１４及び光拡散層１５１の各々の構成については、上記実施の形態１と同様であるので、それらの説明を省略する。

補助光学シート１８は、透明基板１４の表面に設けられている。補助光学シート１８は、光取り出し構造としての光拡散層１８１及びマイクロレンズ１８２を組み合わせた構造を有している。光拡散層１８１は、透明基板１４の表面に設けられており、例えば、光学シート１５の光拡散層１５１と同様の光拡散機能を有している。マイクロレンズ１８２は、光拡散層１８１の表面に設けられている。マイクロレンズ１８２の表面には、凸形状の複数のレンズ部１８２ａが２次元的に配置されている。

発光部２４で発生した光の一部は、透明電極１３を透過した後に、光拡散層１５１に入射する。また、発光部２４で発生した光の一部は、電極１１で反射した後に、透明電極１３を透過して光拡散層１５１に入射する。光拡散層１５１に入射した光の少なくとも一部は、回折により拡散された後に、透明基板１４を透過する。透明基板１４を透過した光は、補助光学シート１８に入射する。補助光学シート１８に入射した光の少なくとも一部は、回折により拡散された後に、発光装置１Ｎの外部の空気層１６に取り出される。

本実施の形態では、光拡散層１５１に加えて補助光学シート１８が設けられているので、光の取り出し効率をさらに高めることができる。

（実施の形態１３の変形例）
図３６Ｂは、実施の形態１３の変形例に係る発光装置１Ｐを示す断面図である。図３６Ｂに示すように、本実施の形態の発光装置１Ｐでは、補助光学シート１８Ｐは、光取り出し構造としての回折格子１８３及びピラミッド構造１８４を組み合わせた構造を有している。回折格子１８３は、透明基板１４の表面に設けられており、入射した光を回折する機能を有している。ピラミッド構造１８４は、回折格子１８３の表面に設けられている。ピラミッド構造１８４の表面には、ピラミッド形状（四角錐形状）の複数のピラミッド部１８４ａが２次元的に配置されている。

本実施の形態においても、光拡散層１５１に加えて補助光学シート１８Ｐが設けられているので、光の取り出し効率をさらに高めることができる。

なお、本変形例では、補助光学シート１８Ｐを回折格子１８３及びピラミッド構造１８４を組み合わせることにより構成したが、これに限定されない。例えば、補助光学シートは、上述した光拡散層１８１、マイクロレンズ１８２、回折格子１８３及びピラミッド構造１８４のうち任意の二つ以上を組み合わせた構造を有してもよい。あるいは、補助光学シートは、上述した光拡散層１８１、マイクロレンズ１８２、回折格子１８３及びピラミッド構造１８４のいずれか一つを有する構造を有してもよい。また、上述した光拡散層１８１に代えて、光を拡散する微粒子を有する光拡散層を用いてもよい。

（実施の形態１４）
図４０は、実施の形態１４における光拡散層１５１の凹凸構造の一部を模式的に示す断面図である。本実施の形態では、光拡散層１５１における各凸部１５４ａおよび各凹部１５５ａの表面に光の反射を抑制する反射防止構造３００が形成されている点で上記の各実施の形態と異なっている。このような反射防止構造３００は、これまでの実施の形態における凹凸構造のいずれにも適用できる。

本実施の形態は、光拡散層１５１に反射防止構造３００を設けることにより、本願が提案する光学シートの外観の改善と光取り出し効率のさらなる向上を実現する。光学シート（以下、「光取り出しシート」とも呼ぶ。）の表面に、上記のいずれかの実施の形態におけるランダムパターンを有する凹凸構造が形成されているものの、その表面に反射防止構造３００が形成されていない場合には、外部（例えば空気層）から入射する光の大半はランダムな方向に反射される。したがって、像を視認できるような反射は生じない。しかし、本願の実施の形態における光取り出しシートは、外部から入射する光の散乱パターンが、完全散乱に比べて特定の方向に強く散乱するという特徴を有する。このため、光取り出しシートを観察すると、わずかながら、特定の周波数成分に由来する干渉色が観察される場合がある。

このような外観上の問題は、凹凸構造の表面で反射される光に由来する。そこで、本実施の形態では、ＡＲ（Ａｎｔｉ−Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートからなる反射防止構造３００を凹凸構造の表面に形成することで上記の問題を解消する。ＡＲコートは、内部に取り込んで反射される光と表面で反射される光との間に半波長の奇数倍に近い位相差を生じさせることによってこれらの光を相互に干渉させて打ち消すことで反射防止効果を実現する。

図４１は、このような反射防止構造３００を設けた場合の光取り出しシートの透過特性を計算した結果を示す図である。本計算では、図２９Ａに示すパターンを有する凹凸構造の表面に屈折率１．２５の透明材料からなる厚さ１１０ｎｍの層をＡＲコートとして形成した場合に、空気層１６から光拡散層１５１に入射した光の透過率の入射角度依存性を計算した。図４１では、ＡＲコートを形成した場合の結果を点線で、ＡＲコートを形成しない場合の結果を実線で表している。ＡＲコートを設けることにより、すべての入射角度において、透過率が高くなっている事がわかる。このように、ＡＲコートを設けることにより、表面で反射される光を低減させ、外観を改善することが出来る。

図４２は、本実施の形態における光取り出し効率の改善効果を示すグラフである。図４２は、図１に示す構成において、光学シートの内部（透明基板１４側）から空気層１６に射出する光の透過率の入射角度依存性を計算した結果を示している。図４２において、横軸は、光拡散層１５１への光の入射角度を示し、縦軸は、光拡散層１５１を透過する光の透過率を示している。計算条件としては、第１の微小領域１５４の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．５、第２の微小領域１５５の屈折率及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．０、第１の微小領域１５４（凸部１５４ａ）の高さｈを１．０μｍとした。ＡＲコートを用いた場合の全入射角についての平均透過率は５１．９％であった。ＡＲコートを設けないこれまでの実施形態における平均透過率は４９．６％であった。ＡＲコートを設けることにより、入射角度が０度から５８度付近の光の透過率が向上していることがわかる。このように、ランダムパターンと組み合わせても、本実施の形態における反射防止の機能が得られることが確認できた。

透明基板１４において光が等方的に存在する場合において、光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量を計算したところ、ＡＲコートを設けた場合には、ＡＲコートを設けなかった場合と比べて３．９％向上することが確認された。このように、本実施形態によれば、外観を改善するとともに光取り出し効率を高めた光取り出しシートを実現できる。

なお、本実施の形態における計算は、ＡＲコートが１層のコート層から形成されているものとして行ったが、１層に限る必要はなく、複数のコート層を重ねた反射防止構造３００を形成してもよい。また、反射防止構造３００は、凸部および凹部の表面全体に形成されている必要はなく、凸部および凹部の少なくとも一部に形成されていればよい。反射防止構造３００は、入射光の反射を少しでも低減できればよく、必ずしも反射を完全に防止する機能を備えている必要はない。

このようなＡＲコートは、例えば、実施の形態１〜１３のいずれかの光拡散層を形成した後、蒸着や塗布などの方法で公知のコーティング材料を凹凸の表面に積層することによって形成され得る。ＡＲコートの製造方法は特定のものに限定されず、公知のどの方法を採用してもよい。

（実施の形態１４の変形例）
実施の形態１４における光学シートは、発光装置の表面に限らず、例えば図１５Ａに示すように、発光装置の内部に設けられていてもよい。そこで、変形例として、図２９Ａに示すランダムパターンを有する凹凸構造の表面にＡＲコートを形成した光学シートを、発光層１２と透明基板１４との間に設けた構成を検討した。第１の微小領域１５４の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．７６、第２の微小領域１５５の屈折率及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．５、第１の微小領域１５４（凸部１５４ａ）の高さｈを１．０μｍ、ＡＲコート層の屈折率を１．６、厚さを８６ｎｍとし、光拡散層による光取り出しの効果を確認するために、発光層１２から光散乱層１５１を介し、透明基板１４に入射した光の透過率を入射角度を変えて計算した。反射防止構造として上記のような中間的な屈折率のＡＲコート層を設けた場合の全入射角の光の平均透過率は６８．１％であった。一方、中間的な屈折率の層を設けない場合の平均透過率は６７．４％であった。すなわち、ＡＲコート層を設けることにより透明基板１４に透過する光を増やすことができる。

発光層１２において光が等方的に存在する場合において、光拡散層１５１を介して透明基板１４に出射する光の全発光量を計算したところ、ＡＲコートを設けた場合には、ＡＲコートを設けなかった場合と比べて０．９％向上することが確認された。このように、内部に光拡散層を設けた構成においても、反射防止構造を設けることにより、光取り出し効率を高めることができる。

なお、本変形例では、反射防止構造として、中間的な屈折率の層を１層設けたが、１層に限らず、複数の層を重ねてもよい。

（実施の形態１５）
次に、実施の形態１５を説明する。本実施の形態では、反射防止構造として、第１の微小領域（凸部）及び第２の微小領域（凹部）からなるランダムパターン上にそれぞれの領域よりも小さい複数の凸構造および凹構造が形成されている。このような微小な凹凸構造は、各凸部および各凹部がナノスケールのサイズを有しているため、ナノ構造（体）と称することができる。本実施の形態では、ＡＲコートの代わりにこのようなナノ構造体によって反射防止構造が形成されている点を除き、実施の形態１４と同一の構造を有している。

図４３Ａおよび図４３Ｂは、透明基板に形成されたランダムパターン構造及びナノ構造の例を示す拡大図である。これらの図が示すように、ランダムパターン構造は、複数の凹部１５５ａと、凹部に対する高さがｈである複数の凸部１５４ａとを含み、凸部および凹部は、それぞれ第１の微小領域および第２の微小領域を構成している。凸部の上面および凹部の底面には、第１および第２の微小領域よりも小さい複数の凸構造および複数の凹構造からなるナノ構造４００が設けられている。ナノ構造４００の凹凸としては、図４３Ａに示すように、幅（周期）Ａ、深さｈ２の凹構造をランダムパターン構造の表面に形成してもよいし、図４３Ｂに示すように、幅Ａ、高さｈ２の凸構造をランダムパターン構造の表面に形成してもよい。図４３Ａ及び図４３Ｂに示すナノ構造の凹構造と凸構造とが反転していてもよく、いずれの場合も同様の効果を得ることができる。

図４４Ａは、このような微小なナノ構造体がランダムパターンの表面に形成された光拡散層１５１の一例を示す斜視図である。この例では、ナノ構造体における各凸構造は、円錐に近い形状を有し、各凹構造は、複数の凸構造に挟まれた空間部分である。各凸構造の形状はこの例に限らず、例えば角錐形状や角柱形状であってもよい。図４４Ｂは、各構造が角柱形状、すなわち、光拡散層に垂直な平面で切断したときの断面形状が矩形であるナノ構造体４００’の一例を示す部分断面図である。このようなナノ構造体４００’を用いた場合でも、反射防止効果を得ることができる。なお、ナノ構造体における凹凸構造は必ずしも周期的に配列されている必要はない。

ナノ構造は、発光層から発せられる光の波長よりも小さいサイズＡ（透明基板１４の表面に平行な方向における周期）を有する。特に、ナノ構造の凹凸のサイズＡは、例えば光の波長の１／４以下に設定され得る。具体的には、サイズＡは、例えば０．０５μｍ以上０．１μｍ以下に設定され得る。サイズＡが０．０５μｍ未満であれば加工が困難になり、サイズＡが０．１μｍよりも大きければ回折光が生じるため、外光の反射を抑制することが困難になる。

一方、ナノ構造の凹凸の深さ（または高さ）ｈ２は、例えば０．１μｍ以上１．４μｍ以下に設定され得る。深さｈ２が０．１μｍ未満であれば、厚み方向における屈折率の変化が極端になるため、低反射化の効果が得られにくくなくなってしまう。また、深さｈ２が深いほど屈折率の変化は緩やかになるが、加工は困難になる。さらに、深さｈ２が１．４μｍより大きければランダムパターン構造の形状を維持しにくくなってしまう。

このようなナノ構造はモスアイ構造（蛾の目構造）とも呼ばれ、１９６７年にＣ．Ｇ．Ｂｅｒｎｈａｒｄによって発見されたものである（例えば、非特許文献１及び非特許文献２参照）。例えば、空気側からある物質中に光が入射する際、物質表面に２次元ナノ構造体を形成すると、光は空気とこの物質との中間の屈折率を持つ物質が空気とこの物質との間に存在すると感じて、光の反射率が低下する。ナノ構造を図４４Ａに示すように先の尖った錘形にして空気と物質との屈折率を緩やかに変化させると、光の反射率はさらに低下することが知られている。本実施形態では、モスアイ構造であるナノ構造体を形成することにより、表面反射を抑制し、発光装置の外観を改善することが出来る。

ナノ構造は、ランダムパターン構造と同様に、半導体プロセスや、ナノインプリントなどを用いた転写プロセスによって作製することができる。ナノ構造の製造方法は特定の方法に限定されず、どのような方法を用いてもよい。

本発明者らは、上記のようなナノ構造による効果を検証するために、数値解析を行った。図４５は、図２９Ａに示すランダムパターンに図４４Ａに示すようなナノ構造を形成した場合および形成しなかった場合のそれぞれについて、空気層１６から光拡散層１５１に入射した光の透過率の入射角度依存性を計算した結果を示している。ナノ構造を設けることにより、すべての角度において、透過率が高くなっている事がわかる。すなわち、ナノ構造を設けることにより、表面で反射する光を低減させ、外観を改善することが出来る。

図４６は、本実施の形態における光取り出し効率の改善効果を示すグラフである。図４６は、図１に示す構成において、光学シートの内部（透明基板１４側）から空気層１６に射出する光の透過率の入射角度依存性を計算した結果を示している。図４６における横軸は、光拡散層１５１への光の入射角度を示し、縦軸は、光拡散層１５１を透過する光の透過率を示している。計算条件としては、第１の微小領域１５４の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．５、第２の微小領域１５５の屈折率及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．０、第１の微小領域１５４（凸部１５４ａ）の高さｈを１．０μｍとした。このランダムパターン上に高さｈ２が０．１μｍ、サイズＡが０．０８μｍのナノ構造を加えた場合の全入射角についての平均透過率は５１．１％であった。一方、ナノ構造を加えない場合の平均透過率は４９．６％であった。ナノ構造を設けることにより、入射角度が０度から５８度付近の光の透過率が向上しており、反射防止機能が有効に機能していることがわかる。

透明基板１４において光が等方的に存在する場合において、光拡散層１５１を介して空気層１６に出射する光の全発光量を計算したところ、ナノ構造を設けた場合には、ナノ構造を設けなかった場合と比べて２．７％向上することが確認された。このように、本実施形態によれば、外観を改善するとともに光取り出し効率を高めた光取り出しシートを実現できる。

なお、本実施形態のナノ構造は、前述の実施形態の全ての凹凸パターンに適用することができる。また、ナノ構造の形状を従来のモスアイ構造のように円錐や多角錐形状にして、周期Ａや高さｈ２を外光に対して最適な寸法にすることによって、さらなる反射低減効果を得ることができる。ナノ構造の凹凸として円錐や多角錐形状のいずれにする場合も、錐形状の高さｈ２は、例えば０．１μｍ以上１．４μｍ以下に設定され、サイズＡは、例えば０．０５μｍ以上０．１μｍ以下に設定され得る。

（実施の形態１５の変形例）
実施の形態１５における光学シートも、発光装置の表面に限らず、内部に設けられていてもよい。そこで、変形例として、図２９Ａに示すランダムパターンを有する凹凸構造の表面に、各領域よりも小さいナノ構造体を形成した光学シートを、発光層１２と透明基板１４との間に設けた構成を検討した。第１の微小領域１５４の屈折率及び透明基板１４の屈折率をそれぞれ１．７６、第２の微小領域１５５の屈折率及び空気層１６の屈折率をそれぞれ１．５、第１の微小領域１５４（凸部１５４ａ）の高さｈを１．０μｍとし、ナノ構造体の高さｈ２を０．１μｍ、サイズＡを０．０８μｍとし、ナノ構造による光取り出しの効果を確認するために、発光層１２から光散乱層１５１を介し、透明基板１４に入射した光の透過率を入射角度を変えて計算した。ナノ構造を加えた場合の全入射角の光の平均透過率は６８．０％であった。一方、ナノ構造を加えない場合の平均透過率は６７．４％であった。すなわち、ナノ構造を設けることにより透明基板１４に透過する光を増やすことができる。

発光層１２において光が等方的に存在する場合において、光拡散層１５１を介して透明基板１４に出射する光の全発光量を計算したところ、ナノ構造を設けた場合には、ナノ構造を設けなかった場合と比べて０．７％向上することが確認された。このように、内部に光拡散層を設けた場合においても、反射防止構造としてナノ構造を形成することにより、光取り出し効率を高めることができる。

以上、本発明の一つ又は複数の態様に係る光学シート、発光装置、光学シートの製造方法及び発光装置の製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思い付く各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つ又は複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

上記実施の形態では、発光装置から光が出射される層を空気層又は保護層で構成したが、これに限られず、例えば液体層で構成することもできる。

上記実施の形態１〜１５では、複数の第１の微小領域の各々を透過する光と複数の第２の微小領域の各々を透過する光との間に位相差を生じさせるために、第１の微小領域を凸部、第２の微小領域を凹部で構成したが、例えば、第１の微小領域及び第２の微小領域をそれぞれ、同一の高さを有し且つ異なる屈折率を有する第１の媒質及び第２の媒質で構成することもできる。

上記実施の形態１〜１２、１４〜１５では、光学シート又は光拡散層が一層のみ存在する例を示したが、全反射により光のロスが発生する界面が複数ある場合には、光学シート又は光拡散層が複数存在してもよく、そのうち少なくとも１箇所に上記実施の形態で示したものと同様の光学シート又は光拡散層を用いた場合には、本発明の範囲に含まれる。また、発光装置の内部に複数層の光学シート又は光拡散層が存在してもよい。

上記実施の形態１〜７、９、１１〜１５では、第１の微小領域及び第２の微小領域をそれぞれ平面視で四角形に構成し、実施の形態８では、これらを平面視で六角形に構成したが、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の形状は適宜変更することができる。例えば、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の形状を円錐台形又は円錐形等に構成することもできる。或いは、第１の微小領域及び第２の微小領域の各々の断面形状における角の部分をアール状に構成することもできる。実際に、切削加工及び半導体プロセス等によりミクロンオーダーの構造を加工する際に、角の部分がアール状に加工される、或いは、段差の部分が斜面状に加工される場合がある。光拡散層を加工する際に、これらの要因が生じた場合であっても、上述したパターンの性質が失われない限り、角の部分がアール状に加工された第１の微小領域及び第２の微小領域を有する光学シートも本発明の範囲に含まれる。

本発明に係る発光装置は、例えばフラットパネルディスプレイ、液晶表示装置用バックライト及び照明用光源等として適用することができる。また、本発明に係る光学シートは、上述した発光装置に対して適用することができる。

１，１Ｃ，１Ｄ，１ＤＡ，１Ｎ，１Ｐ 発光装置
１１ 電極
１２ 発光層
１３ 透明電極
１４，２３，２３ＤＡ，６１ 透明基板
１４Ｃ 高屈折率層
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｅ，１５Ｆ，１５Ｇ，１５Ｈ，１５Ｉ，１５ＩＡ，１５Ｊ，１５Ｋ，１５Ｌ，１５Ｍ，２０，２２，２２ＤＡ，３０，４０，５０，６０ 光学シート
１６ 空気層
１６Ｃ 透明基板
１８，１８Ｐ 補助光学シート
２１ 反射層
２４，２４ＤＡ 発光部
２５ 外部層
１００ 給電部
１５０ 基板
１５１，１５１Ａ，１５１Ｃ，１５１Ｅ，１５１Ｆ，１５１Ｇ，１５１Ｈ，１５１Ｉ，１５１ＩＡ，１５１Ｊ，１５１Ｋ，１５１Ｌ，１５１Ｍ，１８１，２２１ 光拡散層
１５１’，１５１Ｃａ’，１５１Ｃｂ’ 残膜部
１５２，１５６，１６０，１６２，１６６，１７０ 第１の単位構造体
１５３，１５７，１６１，１６３，１６７，１７１ 第２の単位構造体
１５４，１６６ａ，１６８ａ，１６９ａ，１７２ａ，４１１，６０１ 第１の微小領域
１５４ａ，１５４Ｂａ，２２２ 凸部
１５５，１６６ｂ，１６８ｂ，１６９ｂ，１７２ｂ，４１２，６０２ 第２の微小領域
１５５ａ，１５５Ｂａ，２２３ 凹部
１５８，１６４ 第３の単位構造体
１５９，１６５ 第４の単位構造体
１６６ｃ，１６８ｃ，１６９ｃ，１７２ｃ 第３の微小領域
１６６ｄ，１７２ｄ 第４の微小領域
１８２ マイクロレンズ
１８２ａ レンズ部
１８３ 回折格子
１８４ ピラミッド構造
１８４ａ ピラミッド部
３００ 反射防止構造（ＡＲコート）
４００ 反射防止構造（ナノ構造）

Claims (11)

1. 入射した光の少なくとも一部を回折により拡散する光拡散層を備え、
   前記光拡散層は、複数の第１の微小領域及び複数の第２の微小領域を有し、
   前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域は、前記複数の第１の微小領域の各々を透過する光と、前記複数の第２の微小領域の各々を透過する光との間に位相差が生じるように構成されており、
   前記複数の第１の微小領域の各々は、凸部であり、
   前記複数の第２の微小領域の各々は、凹部であり、
   前記凸部及び前記凹部の少なくとも一部には、反射防止構造が設けられ、
   前記光拡散層に入射する光の中心発光波長をλ、前記光拡散層が光の出射側において接する層の屈折率をｎとしたとき、前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域により形成されるパターンの空間周波数成分は、０．０６８／（λ×ｎ）以上且つ２．８／（λ×ｎ）以下の空間周波数においてピークを有する
   光学シート。
2. 前記複数の第１の微小領域を構成する材料と、前記複数の第２の微小領域を構成する材料とは、屈折率が異なる
   請求項１に記載の光学シート。
3. 前記複数の第１の微小領域の各々は平坦な面を有する凸部であり、
   前記複数の第２の微小領域の各々は平坦な面を有する凹部であり、
   前記複数の凹部に対する前記複数の凸部の平均高さは、１．５μｍ以下である
   請求項２に記載の光学シート。
4. 前記反射防止構造は、ＡＲコートによって形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の光学シート。
5. 前記反射防止構造は、前記第１の微小領域および前記第２の微小領域よりも小さいサイズの複数の凸構造および複数の凹構造を含む微小凹凸構造によって形成されている、請求項１から３のいずれかに記載の光学シート。
6. 前記微小凹凸構造における各凸構造は、円錐形状または角錐形状を有している、請求項５に記載の光学シート。
7. 前記微小凹凸構造における各凸構造および各凹構造の、前記光拡散層に平行な方向におけるサイズは、０．０５μｍ以上０．１μｍ以下である、請求項５または６に記載の光学シート。
8. 前記微小凹凸構造における各凸構造の高さは、０．１μｍ以上１．４μｍ以下である、請求項５から７のいずれかに記載の光学シート。
9. 前記光拡散層に平行な平面で前記凸部および前記凹部を切断したときのそれぞれの断面の形状は、四角形または六角形である、請求項１から８のいずれかに記載の光学シート。
10. 光を発する発光層と、
    前記発光層から出射された光の少なくとも一部を回折により拡散する光拡散層と、
    を備え、
    前記光拡散層は、複数の第１の微小領域及び複数の第２の微小領域を有し、
    前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域は、前記複数の第１の微小領域の各々を透過する光と、前記複数の第２の微小領域の各々を透過する光との間に位相差が生じるように構成されており、
    前記複数の第１の微小領域の各々は、凸部であり、
    前記複数の第２の微小領域の各々は、凹部であり、
    前記凸部及び前記凹部の少なくとも一部には、反射防止構造が設けられ、
    前記光拡散層に入射する光の中心発光波長をλ、前記光拡散層が光の出射側において接する層の屈折率をｎとしたとき、前記複数の第１の微小領域及び前記複数の第２の微小領域により形成されるパターンの空間周波数成分は、０．０６８／（λ×ｎ）以上且つ２．８／（λ×ｎ）以下の空間周波数においてピークを有する
    発光装置。
11. 透光性を有する第１の電極層と、
    第２の電極層と、
    透明基板と、
    をさらに備え、
    前記発光層は、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間に設けられ、
    前記光拡散層は、前記第１の電極層と前記透明基板との間に設けられている、
    請求項１０に記載の発光装置。

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