WO2010131440A1 - シート及び発光装置 - Google Patents

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WO2010131440A1
WO2010131440A1 PCT/JP2010/003120 JP2010003120W WO2010131440A1 WO 2010131440 A1 WO2010131440 A1 WO 2010131440A1 JP 2010003120 W JP2010003120 W JP 2010003120W WO 2010131440 A1 WO2010131440 A1 WO 2010131440A1
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WO
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light
minute
regions
emitting device
less
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PCT/JP2010/003120
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English (en)
French (fr)
Inventor
松崎純平
若林信一
西脇青児
中村達也
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Publication date
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    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension

Definitions

  • the present invention relates to a transparent sheet used with one surface being adjacent to a light emitter, and a light emitting device using the same.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional configuration of a light-emitting device using a general organic electroluminescence element (organic EL element) and a state of light propagation.
  • An electrode 102, a light emitting layer 103, and a transparent electrode 104 are laminated on the substrate 101 in this order, and a transparent substrate 105 is placed on the transparent electrode 104.
  • a voltage between the electrode 102 and the transparent electrode 104 By applying a voltage between the electrode 102 and the transparent electrode 104, light is emitted at a point S inside the light-emitting layer 103, and this light is reflected directly or after being reflected by the electrode 102, and then passes through the transparent electrode 104 to form a transparent substrate.
  • the light enters the point P on the surface 105 at an angle ⁇ with respect to the surface normal to the surface, and is refracted and emitted to the air layer 106 side at this point.
  • FIGS. 2A and 2B are explanatory diagrams for explaining light extraction efficiency when it is assumed that the transparent substrate 105 has a multilayer structure in the light emitting device.
  • the refractive index of the light emitting layer 103 is n ′ k
  • the refractive index of the air layer 106 is n 0
  • the refractive indexes of a plurality of transparent layers interposed between the light emitting layer 103 and the air layer 106 are the light emitting layers.
  • Equation 2 is nothing other than Snell's law when the light emitting layer 103 is in direct contact with the air layer 106, and ⁇ ′ k ⁇ ⁇ c regardless of the refractive index of the transparent layer interposed therebetween.
  • Sin ⁇ 1 (n 0 / n ′ k ) indicates that total reflection occurs.
  • FIG. 2B schematically shows the range of light that can be extracted from the light emitting layer 103.
  • the light that can be extracted is located in two pairs of cones 107 and 107 ′ with the light emitting point S as the apex, the apex angle as twice the critical angle ⁇ c , and the z axis along the surface normal of the refractive surface as the central axis. included.
  • the actual extraction efficiency ⁇ is smaller than 1-cos ⁇ c because the transmittance within the critical angle does not become 100%.
  • the total efficiency of the light emitting element is a value obtained by multiplying the light emission efficiency of the light emitting layer by the extraction efficiency ⁇ .
  • Patent Document 1 discloses a substrate interface and an internal surface in an organic EL element for the purpose of suppressing total reflection on the surface of the transparent substrate when light is emitted from the transparent substrate to the atmosphere.
  • an invention is disclosed that is based on the principle of improving the light extraction efficiency by forming a diffraction grating on the reflection surface and changing the incident angle of the light with respect to the light extraction surface.
  • Patent Document 2 in order to provide a planar light emitting device with high light extraction efficiency, a plurality of transparent protrusions are formed on the surface of the transparent substrate in the organic EL element, and light at the interface between the transparent substrate and air is formed. It is described that reflection can be prevented.
  • the conventional light emitting device as described above has the following problems.
  • the light extraction efficiency ⁇ from the light-emitting layer 103 does not exceed 1-cos ⁇ c even at the maximum, and the light extraction is performed once the refractive index of the light-emitting layer 103 is determined.
  • diffracted light in which a predetermined amount of azimuth is uniformly shifted is generated for all light rays.
  • the light including such diffracted light has a distribution in light intensity depending on the azimuth, and a predetermined amount of shift width depends on the wavelength of the emitted light, so that there is a color imbalance depending on the azimuth.
  • the light emitting device disclosed in Patent Document 2 is intended to prevent reflection of light on the refracting surface, and the improvement of the light extraction efficiency by this structure is as small as about 20%.
  • the present invention has been made in view of such points, and the object of the present invention is to emit light incident on a transparent substrate having a critical angle or more to realize a significant improvement in light extraction efficiency and to reflect the light. Another object of the present invention is to provide a sheet and a light emitting device that prevent black floating and suppress the occurrence of light intensity distribution and color imbalance due to orientation.
  • the first sheet of the present invention is a transparent sheet that is used with one surface adjacent to the light emitter, and the other surface has a maximum inscribed circle diameter of 0.2 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less.
  • one minute region ⁇ is adjacent and surrounded by another plurality of minute regions ⁇ , and the plurality of minute regions ⁇ are separated from the plurality of minute regions ⁇ . It consists of a plurality of minute regions ⁇ 1 selected at a ratio of 40% or more and 98% or less and a plurality of other minute regions ⁇ 2, and the minute region ⁇ 1 is a predetermined reference parallel to the other surface.
  • the concave portion has a depth of d / 2, and the predetermined reference plane is the minute region ⁇ 1.
  • the minute region ⁇ 2 in a middle position in a direction perpendicular to the other surface, d is 0.2 ⁇ m or more and 1.4 ⁇ m or less, and at least a part of the convex portion and the concave portion Is provided with a fine periodic structure made of irregularities.
  • the second sheet of the present invention is a transparent sheet that is used with one surface adjacent to the light emitter, and the other surface has a maximum inscribed circle diameter of 0.2 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less.
  • one minute region ⁇ is adjacent and surrounded by another plurality of minute regions ⁇ , and each of the plurality of minute regions ⁇ is on the other surface.
  • the predetermined reference plane is at a position intermediate between the minute area ⁇ at the highest position in the direction perpendicular to the other face and the minute area ⁇ at the lowest position,
  • the d is 0.2 ⁇ m or more and 1.4 ⁇ m or less, At least a portion of parts and the recesses, the fine periodic structure is provided consisting of irregularities.
  • the third sheet of the present invention is a transparent sheet that is used with one surface adjacent to the light emitter, and the other surface has a maximum inscribed circle diameter of 0.4 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less.
  • one minute region ⁇ is adjacent and surrounded by another plurality of minute regions ⁇
  • the plurality of minute regions ⁇ includes a plurality of minute regions ⁇ 1 and consists other plurality of minute regions [delta] 2 Prefecture, said minute regions [delta] 1 and the minute region [delta] 2, of the light incident perpendicular to the one surface, the light transmitted through the micro-region [delta] 1
  • a phase difference of 180 degrees between the light transmitted through the minute region ⁇ 2 and at least a part of each of the minute region ⁇ 1 and the minute region ⁇ 2 is uneven.
  • a fine periodic structure is provided.
  • the minute regions ⁇ are polygonal and have congruent shapes.
  • a bottom surface of the concave portion in the concave and convex portions and a top surface of the convex portion in the concave and convex portions have a rectangular shape with a width A / 2, and the concave and convex portions in the fine periodic structure body have the rectangular shape.
  • the period A in the direction parallel to the other surface is not less than 0.1 ⁇ m and not more than 0.2 ⁇ m, and the height h of the unevenness in the fine periodic structure is not less than 0.1 ⁇ m and not more than 1.4 ⁇ m.
  • the irregularities have a cone shape, and a period A in a direction parallel to the other surface of the cone shape is 0.1 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less, and the cone The height h of the shape is 0.1 ⁇ m or more and 1.4 ⁇ m or less.
  • a first light emitting device of the present invention is a light emitting device comprising a light emitter and a transparent protective layer provided on the light emitting surface of the light emitter, and is adjacent to the light emitting surface of the protective layer.
  • the surface opposite to the surface is divided into a plurality of minute regions ⁇ having a maximum inscribed circle diameter of 0.2 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less, and one minute region ⁇ is divided into another plurality of regions.
  • the minute region [delta] 1 the height a protruding portion protruding to the other surface upward with respect to a predetermined reference plane parallel to the other surface d a / 2
  • the micro-region [delta] 2 is recessed into the other surface down to the predetermined reference plane Its depth a part is d / 2, the predetermined reference plane, exist to an intermediate position in a direction perpendicular to the said other surface of the minute region [delta] 1 and the minute region [delta] 2
  • the luminous body emits light having a center wavelength of the emission spectrum of ⁇ , the refractive index of the protective layer is n 1 , and the refractive index of the medium in contact with the protective layer on the
  • a second light emitting device of the present invention is a light emitting device including a light emitter and a transparent protective layer provided on the light emitting surface of the light emitter, and is adjacent to the light emitting surface of the protective layer.
  • the surface opposite to the surface is divided into a plurality of minute regions ⁇ having a maximum inscribed circle diameter of 0.2 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less, and one minute region ⁇ is divided into another plurality of regions. Adjacent to and surrounded by the minute region ⁇ , and each of the plurality of minute regions ⁇ has a height within a range of 0 to d / 2 with respect to a predetermined reference plane parallel to the other surface.
  • the luminous body emits light having a center wavelength of the emission spectrum of ⁇
  • the refractive index of the protective layer is n 1
  • the refractive index of the medium with which the protective layer is in contact with the opposite surface is n 1 also a small n 0, a ⁇ / 6 (n 1 -n 0 ) ⁇ d ⁇ / (n 1 -n 0), at least in part on the fine periodic consisting irregularities of the convex portion and the concave portion A structure is provided.
  • a third light emitting device of the present invention is a light emitting device including a light emitter and a transparent protective layer provided on the light emitting surface of the light emitter, and is adjacent to the light emitting surface of the protective layer.
  • the surface opposite to the surface is divided into a plurality of minute regions ⁇ having a maximum inscribed circle diameter of 0.4 ⁇ m or more and 1.0 ⁇ m or less, and one minute region ⁇ is divided into another plurality of regions.
  • the plurality of minute regions ⁇ Adjacent to and surrounded by the minute region ⁇ , and the plurality of minute regions ⁇ includes a plurality of minute regions ⁇ 1 and a plurality of other minute regions ⁇ 2, and the minute region ⁇ 1 and the minute region ⁇ 1
  • the region ⁇ 2 refers to light transmitted through the micro region ⁇ 1 and light transmitted through the micro region ⁇ 2 out of light perpendicularly incident on the surface of the protective layer adjacent to the light emitting surface from the light emitter. between the light causes a phase difference of 180 degrees, the minute region [delta] 1 and the minute region [delta] 2 At least some of the respective fine periodic structure is provided consisting of irregularities.
  • the medium is air.
  • the medium is an airgel.
  • a bottom surface of the concave portion in the concave and convex portions and a top surface of the convex portion in the concave and convex portions have a rectangular shape with a width A / 2, and the concave and convex portions in the fine periodic structure body have the rectangular shape.
  • the period A in the direction parallel to the other surface is not less than 0.1 ⁇ m and not more than 0.2 ⁇ m.
  • the height h of the unevenness is not less than 0.1 ⁇ m and not more than 1.4 ⁇ m.
  • the unevenness has a cone shape, and a period A in a plane parallel to the opposite surface of the cone shape is 0.1 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less,
  • the height h of the cone shape is 0.1 ⁇ m or more and 1.4 ⁇ m or less.
  • FIG. (A) is a cross-sectional view of a light-emitting device provided with a diffraction grating having a periodic structure at the interface, and (b) is a view showing the upper surface of (a).
  • (A) is a figure which shows the cross section of the light-emitting device provided with the 1986
  • (b) is a figure which shows the upper surface of (a).
  • (A) to (h) are explanatory views for explaining boundary conditions of the light field on the refractive surface.
  • (A) is a diagram in which pinholes are arranged, and (b) is a diagram in which phase shifters are arranged. It is the figure which showed the transmittance
  • (A) to (d) is an explanatory view showing the viewing angle dependency of light emitted from the surface structure in the first embodiment. It is explanatory drawing which shows the incident angle dependence of the transmittance
  • (A) is explanatory drawing which shows the light extraction efficiency of the surface structure in 2nd Embodiment
  • (b) is explanatory drawing which shows the light extraction efficiency of the surface structure in 3rd Embodiment. It is explanatory drawing which shows the taking-out efficiency in 2nd Embodiment.
  • (A) to (e) is an explanatory view until the pattern of the surface structure in the fourth embodiment is determined.
  • (A) is a figure which shows the 1st surface structure of 6th Embodiment
  • (b) is a figure which shows 2nd surface structure.
  • (A), (b) is sectional drawing and the top view which show the light-emitting device 107 of 8th Embodiment.
  • (A), (b) is an enlarged view of the surface structure 113 and the fine periodic structure 114 formed in the transparent substrate 105. It is a figure which shows the reflectance analysis model in 8th Embodiment.
  • (A) shows the reflectivity of the mirror model at an incident angle of 25 degrees and the reflectivity of the model with the fine periodic structure 114 added to the mirror surface, and (b) shows the surface structure 113 at an incident angle of 25 degrees.
  • 2 shows the reflectance of the model provided only with the above, and the reflectance of the model of the present embodiment in which the fine periodic structure 114 is added to the surface structure 113, and (c) shows the reflectance of the specular model at an incident angle of 45 degrees.
  • (d) shows the reflectance of a model in which only the surface structure 113 is provided at an incident angle of 45 degrees, and the fine periodic structure on the surface structure 113.
  • the reflectance of the model to which 114 is added is shown.
  • (A) shows the analysis result of the angle dependence of the transmittance t
  • (b) shows the light extraction efficiency of the three models.
  • (A), (b) is explanatory drawing which shows the cross-sectional structure of the organic electroluminescent element in other embodiment, and the mode of light propagation. It is a pattern figure in which a surface structure makes a checker shape.
  • Patent Document 1 Prior to describing the embodiments of the present invention, the progress of the study up to the present invention will be described based on prior examples such as Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the transmittance on the refractive surface (interface between the transparent layer surface and the air layer).
  • the transmittance of light that enters the refractive surface 107a of the transparent layer 107 from the inside of the transparent layer 107 with a refractive index of 1.5 along the paper surface at an angle ⁇ and is refracted to the air side (refractive index of 1.0) is the light transmittance.
  • the P-polarized light the vibration component whose electric field vector is parallel to the paper surface
  • S-polarized light shows the transmittance characteristic of the curve 108b.
  • the P-polarized light exhibits the transmittance 108A and the S-polarized light exhibits the transmittance 108B.
  • the value does not change to zero when the critical angle is exceeded, but the transmittance below the critical angle approaches 100% and approaches the shape of the step function at the critical angle.
  • FIG. 3 (b) the calculation was made with a structure in which 50 layers of 0.01 ⁇ m thick films having a refractive index of 0.01 to 1.0 with a deviation of 0.01 were stacked. As the gradient becomes gentler, the difference between the P-polarized light and the S-polarized light disappears, and in both cases, the graph of the transmittance with respect to the incident angle approaches the step function.
  • Patent Document 1 is taken as an example, and a light emitting device using an organic EL element having a diffraction grating 209 provided at the interface between the transparent substrate 205 and the transparent electrode 204 shown in FIG. It was.
  • an electrode 202, a light emitting layer 203, a transparent electrode 204, and a diffraction grating layer 209 are stacked in this order on a substrate 201, and a transparent substrate 205 is provided on the diffraction grating layer 209. .
  • the diffraction grating layer 209 has an irregular periodic structure with a pitch ⁇ in both the x and y directions with the transparent substrate 205, and the shape of the convex part is a square with a width w as shown in FIG.
  • the protrusions are arranged in a staggered pattern.
  • the transparent electrode 204 By applying a voltage between the electrode 202 and the transparent electrode 204, light is emitted at a point S inside the light emitting layer 203, and this light is reflected directly or after being reflected at the electrode 202, and then passes through the transparent electrode 204 to be a diffraction grating. Transmits through layer 209 and diffracts. For example, assuming that the light 210a emitted from the point S travels straight without being diffracted in the diffraction grating layer 209, the light 210a is incident on the refractive surface 205a of the transparent substrate 205 at an angle greater than the critical angle and totally reflected as in the light 210b. Actually, since the diffraction grating layer 209 diffracts, the incident angle with respect to the refracting surface 205a becomes smaller than the critical angle like the light 210c and can be transmitted.
  • the diffraction direction by the diffraction grating will be described with reference to FIG.
  • a diffraction grating having a pitch ⁇ is formed along the paper surface.
  • a circle 211 having a radius n A and a circle 212 having a radius n B are drawn on the paper surface with the point O as the center.
  • An orthogonal vector (vector from the perpendicular foot A to the point O) onto the refracting surface 207a of the incident vector 210i (a vector starting from the circumference of the circle 211 toward the point O at an angle ⁇ ) is 210I
  • the point O is A vector 210r having an end point on the circumference of the circle 212 as a start point is drawn so that the orthogonal projection vector 210R is the same as the vector 210I.
  • q is a diffraction order (integer).
  • the azimuth angle ⁇ angle formed with the refractive surface normal
  • n B ⁇ sin ⁇ n A ⁇ sin ⁇ (Formula 4)
  • a light ray 210b assumed not to be diffracted corresponds to a refracted light ray
  • the diffracted light ray 210c is displaced from the light ray 210b by q ⁇ / ⁇ to avoid total reflection on the refractive surface 205a. become. Therefore, since light that should be totally reflected can be extracted, it can be considered that an improvement in light extraction efficiency can be expected as compared with an organic EL light emitting device that does not have a diffraction grating layer.
  • a critical angle is formed on the refractive surface 205a of the transparent substrate 205 like the light 210B.
  • the light is incident at the following angle and refracted through the refracting surface 205a, it is actually diffracted by the diffraction grating layer 209, so that the incident angle with respect to the refracting surface 205a becomes larger than the critical angle like the light 210C.
  • the light enters the refracting surface 205a at an angle greater than the critical angle and is totally reflected.
  • diffracted light whose azimuth is uniformly shifted by q ⁇ / ⁇ is generated for all light rays.
  • the light including such diffracted light has a distribution in light intensity depending on the direction, and the shift width q ⁇ / ⁇ depends on the wavelength ⁇ of the emitted light, so there is a color imbalance depending on the direction in which the light is emitted. That is, light of different colors can be seen depending on the viewing direction, which is inconvenient as a light source for display applications.
  • Patent Document 2 a light emitting device using an organic EL element in which a protrusion 315 is provided on the surface of a transparent substrate 305 shown in FIG. 6 was studied.
  • an electrode 302, a light emitting layer 303, a transparent electrode 304, and a transparent substrate 305 are laminated in this order on a substrate 301, and a plurality of protrusions 315 are formed on a surface 305a of the transparent substrate 305.
  • the protrusions 315 have a quadrangular prism shape with a width w and a height h, and are arranged at random positions on the transparent substrate surface 305a as shown in FIG. 6B.
  • the size of w is in the range of 0.4 to 20 ⁇ m
  • the size of h is in the range of 0.4 to 10 ⁇ m
  • such protrusions 315 are formed with a density in the range of 5000 to 1000000 pieces / mm 2 .
  • the actual protrusion 315 can be processed to become thinner as it goes to the tip by side etching, and even if there is no side etching, the effective refractive index takes a value near the middle between the transparent substrate 305 and air.
  • the refractive index distribution can be changed gently. Therefore, since the distribution is close to the refractive index distribution shown in FIG. 3B, the projection 315 can partially prevent the reflection of light as indicated by 310e, and as a result, the light extraction efficiency can be improved. Can do. Even if the size of the protrusions 315 is set to be equal to or greater than the wavelength, the protrusions 315 are arranged at random, so that interference of the extracted light can be suppressed.
  • the inventors of the present application further studied how to reduce the amount of light totally reflected on the refracting surface and increase the amount of light that can be extracted.
  • FIG. 7 schematically shows boundary conditions of the light field on the refracting surface, and considers the case where light having a width W is incident on the refracting surface T.
  • FIG. 7 From Maxwell's equation, the integration along path A that goes around the refractive surface T with respect to the electric field vector or magnetic field vector is zero. However, it is a precondition that there is no electric charge or light source in the peripheral circuit, and the intensity and phase of the electric field vector or magnetic field vector along the refracting surface T are continuous.
  • the width t orthogonal to the refracting surface can be made negligibly smaller than the width s along the refracting surface. Only the ingredients remain. From this relationship, it is required that the electric field vector or magnetic field vector is continuous across the refractive surface.
  • the Fresnel equation is derived using this continuity relationship, and the reflection, refraction law, total reflection phenomenon, etc. are completely solved by this equation.
  • the width t cannot be ignored when the light width W is reduced to several tens of times the wavelength or less.
  • the circular integral A is divided into B and C (see FIG. 7C)
  • the circular integral B is included in the luminous flux and becomes zero. Since the remaining circular integration C has zero electric field vector or magnetic field vector outside the luminous flux, only the integral value of the path PQ in the luminous flux remains (see FIG. 7D). Accordingly, the circulation integral C is not zero, and is equivalent to light emission in the calculation circuit.
  • the circular integrals C and C ′ are close to each other, and the paths PQ and Q′P ′ overlap each other. The circular integration of 'is zero, and no light is emitted in the circuit.
  • the circular integration C is twice the integration in the path PQ. This is equivalent to the fact that light is emitted within the circuit. Therefore, light is generated near the boundary of the width even when not only narrow light but also light with different phases is arranged through a narrow width (this is a phenomenon that effectively behaves as light emission, not actual light emission). Yes, it is called the boundary diffraction effect because it resembles the phenomenon called boundary diffraction proposed by Young before the establishment of diffraction theory).
  • the inventors of the present application have studied the structure of the refracting surface for actually causing the phenomenon that light is transmitted even when the critical angle is exceeded, from the above consideration results.
  • pinhole light (white square ⁇ ) is provided by providing (a) pinholes on the boundary surface with air on the transparent substrate placed on the light emitter, and blocking the other portions. And (b) a case in which 180-degree phase shifters 18 are randomly arranged in a grid partitioned by a width w.
  • FIG. 10 is an experimental result showing the incident angle dependence of the first transmittance t in the incidence of P-polarized light.
  • a mask that transmits a portion with a phase of 0 ° and covers a portion with a phase of 180 ° with a light-shielding film (Cr film).
  • the experiment was conducted by substituting a random arrangement of light shielding films in the eyes and the same as the random arrangement of pinhole light.
  • the width w was 0.6, 0.8, 1.0, 2.0, and 5.0 ⁇ m. As shown in FIG.
  • the experimental apparatus is a semiconductor laser (wavelength 0.635 ⁇ m), triangular prism 58 (BK7), mask substrate 59 (synthetic quartz, refractive index 1.457, mask pattern formed on the back), condenser lens A system 50 and a photodetector 51, a triangular prism is closely attached to the surface of the mask substrate with a matching liquid 52 having a refractive index of 1.51 interposed therebetween, and laser light is incident while measuring the azimuth angle from the triangular prism side, and the back surface
  • the transmitted light leaking from the side is collected by the condenser lens system 50, and the transmitted light amount is measured by the photodetector 51.
  • the portion of the light-shielding film corresponding to 1 ⁇ 2 of the entire area is shielded, and the amount of transmitted light is 1 ⁇ 2 compared to that using a phase shifter. Is normalized by the amount of light incident on (a half of the total amount of light). The experimental result agrees well with the analysis result shown in FIG. 9, and it can be seen that a large transmittance exists even when the critical angle (43.34 degrees) is exceeded, and that the tendency becomes stronger as w becomes smaller.
  • FIG. 12 shows a cross-sectional configuration of the light emitting device using the organic EL element in the first embodiment and a state of light propagation.
  • An electrode 2, a light emitting layer 3, and a transparent electrode 4 are laminated in this order on the substrate 1, and a transparent substrate (transparent protective layer) 5 is formed on the transparent electrode 4.
  • the substrate 1, the electrode 2, the light emitting layer 3, and the transparent electrode 4 constitute a light emitter.
  • a surface structure 13 that is partitioned by minute regions and has fine irregularities is formed.
  • the reflected component is incident on the point R on the surface structure 13 again after being reflected by the electrode 2, and a part thereof is emitted to the air layer side 6 ( The second light extraction), the rest is reflected.
  • the above process is repeated infinitely.
  • FIG. 13 shows a pattern diagram of the surface structure 13 in the first embodiment.
  • the left side of FIG. 13A is a top view, and the right side is an AA cross-sectional view of the top view.
  • the surface structure 13 divides the surface of the transparent substrate 5 into grids (square microregions ⁇ ) having a width w (referred to as a boundary width) without any gaps.
  • (Small area ⁇ ) is convex (13a (micro area ⁇ 1 ), gray eyes in the figure), or relatively concave (13b (micro area ⁇ 2 ) in the figure, white) Eye)), the ratio is randomly assigned at 50% each, and FIG.
  • the height of the protrusion is d when viewed from the bottom of the recess. That is, one minute region ⁇ is adjacent to and surrounded by another plurality of minute regions ⁇ , and the minute region ⁇ 1 protrudes above the surface of the transparent substrate 5 from the minute region ⁇ 2 .
  • a reference plane parallel to the surface of the transparent substrate 5 is defined at an intermediate position between the micro area ⁇ 1 and the micro area ⁇ 2 in the direction perpendicular to the surface of the transparent substrate 5, the micro area ⁇ 1 is separated from the reference plane.
  • a plurality of depressions exist on the boundary surface of the transparent substrate 5 with the air 6 and the upper surfaces of the portions other than the depressions exist on the same plane, and the depths of the depressions are substantially the same.
  • the first reference plane is divided into a plurality of minute regions ⁇ having the same area of 1.5 ⁇ 1.5 ⁇ m 2 or less, It can be said that the bottom surface of the recess has a shape in which two or more micro regions ⁇ are connected or has only one micro region ⁇ , and the recesses are randomly arranged on the first reference surface.
  • the first reference surface is a surface different from the reference surface.
  • the surface structure 13 is formed by producing a mold having irregularities by etching, transferring the shape to a sheet-like resin by pressing, and bonding the sheet to the transparent electrode 4 through the adhesive layer as a transparent substrate 5. You may do by the method. In this case, the transparent substrate 5 is an equal transparent sheet. Moreover, you may carry out by the method of forming an unevenness
  • the light that diffracts such a random pattern also has a random propagation direction. Therefore, unlike the light emitting device described in Patent Document 1, there is no distribution of light intensity depending on the direction, and there is no color imbalance due to the direction. Absent. In addition, light incident from the outside (air layer side) is reflected by the surface structure 13 on the surface of the transparent substrate 5, but since the reflected light is diffracted in a random direction, an image of the outside world is not reflected. Optical treatment such as an antireflection film is unnecessary, and the product cost can be kept low.
  • w 0.5 ⁇ m
  • w 0.5 ⁇ m
  • w 1.0 ⁇ m
  • FIG. 15A 0.450 ⁇ m
  • w 1.5 ⁇ m
  • a vector connecting the origin and a point on the curve represents the light intensity and the outgoing direction of the outgoing light
  • the length of the vector corresponds to the light intensity
  • the direction of the vector corresponds to the outgoing direction.
  • the vertical axis corresponds to the orientation of the surface normal axis
  • the horizontal axis corresponds to the orientation of the in-plane axis
  • the solid line represents the cross section along the x-axis or y-axis in FIG. 13B (0 degrees, 90 degrees).
  • FIG. 16 is an explanatory diagram showing the incident angle dependency of the transmittance t of the surface structure 13 in the first embodiment.
  • Light of a light amount 1 in the transparent substrate 5 is incident on the surface structure at an angle ⁇ (refracting surface normal).
  • FIG. 16 (a) shows how much light is incident at the first angle and emitted toward the air 6 at the first time.
  • FIG. 16B shows the dependence of the transmittance on the incident angle when the light is reflected by the surface structure 13, reflected by the electrode 2 and then incident on the surface structure 13 again, that is, the second time.
  • the height d 0.70 ⁇ m
  • the area ratio of the minute region ⁇ 1 (that is, the ratio of convexity) P 0.5
  • each of the minute regions ⁇ is the minute region ⁇ 1 or the minute region ⁇ 2 is P or 1-P, respectively.
  • two or more micro areas ⁇ 1 or micro areas ⁇ 2 may be adjacent to each other.
  • the boundary between the minute region [delta] 1 or small region [delta] 2 consecutive is not formed, the boundary is virtual.
  • the minute region ⁇ 1 or the minute region ⁇ 2 continues, so that only the boundary between these regions disappears, and the surface of the transparent substrate 5 is divided using the minute region ⁇ as a reference unit. It can be said.
  • FIG. 17 shows the experimental results showing the incident angle dependence of the transmittance t at the incidence of P-polarized light.
  • the extracted light quantity is proportional to the value obtained by multiplying the transmittance t shown in FIGS. 16A and 16B by sin ⁇ .
  • 18A and 18B are explanatory views showing the incident angle dependence of the extracted light quantity in the surface structure of the first embodiment.
  • the amount of light 1 emitted from one point in the transparent substrate 5 is incident on the surface structure at an angle ⁇ (angle formed with the refractive surface normal), and how much in the first time.
  • 18 (a) shows whether the light is emitted to the air layer 6 side
  • FIG. 18 (b) shows a case where the light is reflected once at the surface structure 13 and is incident on the surface structure 13 again after reflecting the electrode 2. The incident angle dependence of the amount of light extracted for the second time is shown.
  • FIG. 19A and FIG. 19B are explanatory views showing the light extraction efficiency of the surface structure 13 in the first embodiment.
  • the surface structure 13 is plotted on the horizontal axis under the same conditions as those in FIG.
  • the boundary width w is summarized. In FIG.
  • the refractive index n 1 of the transparent substrate 5 and the refractive index n 0 of air 6 (however, the medium in contact with the transparent substrate 5 may not be air, and the refractive index n 1 of the transparent substrate 5 is A medium having a smaller refractive index n 0 may be used.)
  • a center wavelength ⁇ of the spectrum of light ⁇ / (n 1 ⁇ n 0 ) ⁇ d ⁇ ⁇ / 6 (n 1 ⁇ n 0 )
  • the condition is the recommended value of the step.
  • the first light extraction efficiency becomes maximum when the boundary width w is 0.4 to 2 ⁇ m, and becomes 0.27 (so-called (Expression 3) Asymptotically approaches the light extraction efficiency when the surface is a mirror surface.
  • the first and second light extraction efficiencies when the phase shifters for converting the phase of light by 180 degrees are placed in the minute region ⁇ 1 instead of the surface structure 13 on the curves 5d and 5D in FIG. 19B.
  • a phase difference occurs while the propagation light of the concave portion and the convex portion propagates a distance corresponding to the step, whereas in the phase shifter, a virtual phase difference is generated at a propagation distance of zero. Is something.
  • the first and second light extraction efficiencies gradually approach 0.27 and 0.00, respectively.
  • the convex portion acts as an optical waveguide.
  • the light extraction efficiency in the second round considering the light attenuation in the round trip is ⁇ ⁇ ⁇ 2 .
  • the light extraction is not limited to once and twice, but is repeated infinitely. If the relationship is assumed to be a geometric sequence, if the first time is ⁇ 1 and the second time is ⁇ ⁇ ⁇ 2 , the nth time is ⁇ 1 ⁇ ( ⁇ ⁇ ⁇ 2 / ⁇ 1 ) n ⁇ 1 . Therefore, the total light extraction up to the nth time is ... (Formula 6) Thus, asymptotically approaches ⁇ 1 / (1 ⁇ ⁇ ⁇ 2 / ⁇ 1 ) at infinite times.
  • the surface structure 13 in this embodiment is a single shape (d and w)
  • the light extraction efficiency close to the optimum value can be obtained for all wavelengths in the visible light.
  • a transparent adjustment layer for adjusting light transmittance in the reciprocation of light between the transparent substrate 5 and the electrode 2 may be placed on the transparent electrode 4.
  • the transparent substrate 5 is placed on the adjustment layer (that is, the organic EL element including the adjustment layer can be referred to as a light emitter), but the refractive index n 1 of the transparent substrate 5 is the refractive index n of the adjustment layer.
  • the refractive index n 1 of the transparent substrate 5 is the refractive index n of the adjustment layer.
  • FIG. 20 shows the state of light propagation at that time.
  • the light emitted from the point S inside the light emitting layer 3 having the refractive index n 2 is transmitted directly or after being reflected from the electrode 2 and then transmitted through the transparent electrode 4, and the adjusting layer 15 having the refractive index n 1 ′.
  • Refracts at a point P ′ on the boundary surface 15 a passes through the transparent substrate 5 having a refractive index n 1 , and exits to the air 6 side through the point P on the boundary surface between the transparent substrate 5 and the air 6.
  • n 1 ′ may be smaller than n 2 , but in this case, total reflection occurs between the transparent electrode 4 and the adjustment layer 15.
  • the surface structure 13 according to the present embodiment is formed on the boundary surface with the air 6 in the transparent substrate 5, even the light exceeding the critical angle can be extracted to the air 6 layer side.
  • total reflection also occurs at the boundary surface 15a due to the relationship of n 1 ′> n 1 .
  • the light is totally reflected when incident on the point Q ′ having an incident angle larger than that incident on the point P ′, and this light is repeatedly totally reflected between the electrodes 2 and cannot be extracted to the air 6 side.
  • the surface structure 13 ′ according to the present embodiment is also provided on the boundary surface between the adjustment layer 15 and the transparent substrate 5, so that incident light exceeding the critical angle on this surface can be obtained. It can be taken out to the air 6 side. That is, total reflection does not occur even when incident on the point Q ′ exceeding the critical angle due to the surface structure 13 ′, and the component reflected on this surface reflects the electrode 2 and then returns to the point R ′ on the surface structure 13 ′. And a part of the light can be emitted to the air 6 side through the surface structure 13, and the above process is repeated infinitely.
  • the structure of FIG. 21 has the complexity of forming the surface structures 13, 13 ′ having irregularities in a double manner, a material with a low refractive index can be used for the transparent substrate 5, and the range of selection of the material can be expanded. Has merit.
  • the light transmittance ⁇ in the reciprocation between the transparent substrate 5 and the electrode 2 is large from (Equation 6)
  • the light extraction efficiency increases.
  • the actual light-emitting layer 3 is surrounded by a plurality of transparent layers such as the adjustment layer 15 described above in addition to the electrode 2 and the transparent electrode 4, but the film design (the refractive index and thickness of the film including the light-emitting layer 3) Determination) should be performed so that the above-described light transmittance ⁇ is maximized.
  • the phase distribution of the reflection at the surface structure 13 is random, the overlapping of the reflected light is handled incoherently (intensity addition, not amplitude addition).
  • the influence of reflection on the surface of the transparent substrate 5 can be ignored, and can be treated virtually with a reflectance of 0% and a transmittance of 100%.
  • light is emitted from the transparent substrate 5, and the light is reciprocated in multiple layers through the multilayer film including the light emitting layer 3 to maximize the amount of complex light amplitude overlap that returns to the transparent substrate 5.
  • the refractive index and thickness of each film are determined.
  • a second embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the second embodiment is different from the first embodiment only in the pattern of the surface structure 13, and all other configurations are the same as those of the first embodiment, and the description of the common configurations is omitted.
  • the light wavelength ⁇ 0.635 ⁇ m
  • the protrusion height d of the surface structure d 0.70 ⁇ m
  • the light extraction efficiency in the case of 0.8 and 0.9 (first time and second time) is shown.
  • the light extraction efficiency is further improved by setting the ratio P, which controls the area ratio of the unevenness, in the range of 0.4 to 0.8 centered on 0.6. Enhanced. It is considered that this is because the convex portion effectively acts as an optical waveguide in this range (the area ratio of the convex portion forming the waveguide is small when P ⁇ 0.2, and the convex portion when P ⁇ 0.8. Waveguide effect diminishes because they are too close together.)
  • the light extraction efficiency can be further increased by setting the ratio P in the range of 0.5 to 0.98 centering on 0.9. Accordingly, it is preferable to set the ratio P in the range of 0.4 to 0.98 in the total light extraction efficiency including the first time and the second time.
  • the light extraction efficiency higher than that of the first embodiment can be obtained by shifting the ratio P from 0.5.
  • there is no light intensity distribution or color imbalance depending on the orientation and a significant improvement in light extraction efficiency can be realized, and reflection of an external image can be suppressed.
  • a third embodiment will be described with reference to FIG.
  • the third embodiment is the same as the first and second embodiments except that the step structure of the surface structure 13 is different, and the description of the common configuration is omitted.
  • the third embodiment is a case where the amount of step between two adjacent microregions ⁇ 1 and ⁇ 2 of the surface structure in the first and second embodiments is made random.
  • the surface of the transparent substrate 5 is divided into grids (square microregions ⁇ ) having a width w (referred to as a boundary width) without any gaps, and a single reference plane is obtained.
  • an arbitrary height (or depth) between ⁇ d m / 2 and d m / 2 is randomly set based on a random function.
  • the transparent substrate 5 is located between the minute region ⁇ at the highest position and the minute region ⁇ at the lowest position.
  • a plane parallel to the surface. d m is the difference in height direction between the positions of the minute region ⁇ at the extreme low value of minute regions ⁇ in the highest position.
  • FIG. 22B is an explanatory diagram showing the light extraction efficiency of the surface structure in the present embodiment.
  • the level difference from the reference surface is random.
  • the light extraction efficiency at the first time becomes maximum when the boundary width w is 0.2 to 2 ⁇ m, and becomes 0.27 (so-called (Equation 3) when w is reduced or increased.
  • the range of the boundary width w needs to be 0.2 ⁇ m or more. Further, as discussed in FIGS. 14 and 15 of the first embodiment, the boundary width w is 1.5 ⁇ m or less because of the viewing angle dependency. preferable.
  • 1.40 .mu.m can be said to be a measure of the upper limit of d m. These ranges are the same as the ranges of the first embodiment ( ⁇ / (n 1 ⁇ n 0 ) ⁇ d m ⁇ ⁇ / 6 (n 1 ⁇ n 0 )).
  • the light extraction efficiency higher than that in the first and second embodiments can be obtained by randomizing the amount of the step. Further, as in the first embodiment, there is no light intensity distribution or color imbalance depending on the orientation, and the reflection of an image of the outside world can be suppressed.
  • the amount of the step as a condition for randomly (1) 0 to the case of taking all the values up to the step amount d m, (2) 0 and the maximum step amount d m of the step of three or more stages, including When taking either of the two, there are two possible cases.
  • the mold for shape transfer for forming such a surface structure on the sheet surface has three exposure and etching steps (first: a mask pattern having a boundary width w1 is used for the exposure, the depth Etching d m / 6, second time: changing the mask to a mask pattern with boundary width w 2 by exposure, etching depth d m ⁇ 2/6, third time: changing the mask to a mask pattern with boundary width w 3 by exposure It can be produced by etching with a depth d m ⁇ 3/6.
  • a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
  • the fourth embodiment is different from the first embodiment only in the pattern of the surface structure, and all other configurations are the same as those in the first embodiment, and description of common configurations is omitted.
  • FIG. 24 shows a process until determining a surface structure pattern in the fourth embodiment.
  • the micro area ⁇ assigned to black is the micro area ⁇ 1
  • the micro area ⁇ assigned to white is the micro area ⁇ 2 .
  • FIG. 24B shows a ratio in which the surface of the transparent substrate 5 is divided into grids (square micro-region ⁇ ) having a width w 2 that is an integral multiple of w 1 , and each eye is black.
  • the micro area ⁇ assigned to black is the micro area ⁇ 1
  • the micro area ⁇ assigned to white is the micro area ⁇ 2 .
  • FIG. 24C the patterns of FIGS. 24A and 24B are superposed so that the grids are aligned, and the overlap of black ( ⁇ 1 ) and black ( ⁇ 1 ) is white, white ( The overlap between ⁇ 2 ) and white ( ⁇ 2 ) is generated by white, white ( ⁇ 2 ) and black ( ⁇ 1 ), or black ( ⁇ 1 ) and white ( ⁇ 2 ) are generated by the rule of black. Pattern.
  • the pattern shown in FIG. 24C has the same generation rule as that of FIG. 24A, and the pattern of the surface structure in which black is convex and white is relatively concave is introduced in the first embodiment. It is the same as what you are doing.
  • the patterns of FIG. 24D and FIG. 24B are overlaid so that the grids are aligned, and the overlap of black ( ⁇ 1 ) and black ( ⁇ 1 ) is white and white ( The overlap between ⁇ 2 ) and white ( ⁇ 2 ) is generated by white, white ( ⁇ 2 ) and black ( ⁇ 1 ), or black ( ⁇ 1 ) and white ( ⁇ 2 ) are generated by the rule of black. Pattern.
  • the black and white area ratio is 1: 1, and the minimum size of the black mark and the white mark is the same, but the feature is similar to the pattern of FIG. There is a difference in the appearance ratio of.
  • the characteristics of the first and second light extraction efficiencies ( ⁇ 1 , ⁇ 2 ) calculated in the above are added as curves 27b and 27B.
  • the ratio P governing the area ratio of the unevenness in the first light extraction is 0.4, centered at 0.6, in spite of the uneven distribution of the pattern different from the first embodiment.
  • the light extraction efficiency can be further increased by setting in the range of ⁇ 0.8.
  • the total including the first time and the second time is set.
  • the light extraction efficiency can be increased.
  • the upper limit value of w 1 is preferably 1.5 ⁇ m or less from the viewpoint of viewing angle dependence, as discussed in FIGS. 14 and 15 of the first embodiment.
  • the surface structure formation conditions are slightly different from those in the first embodiment.
  • the light extraction efficiency is slightly deteriorated compared to the first embodiment, but the structure is still shown in FIGS.
  • the light extraction efficiency larger than that of the conventional light emitting device shown in FIG. 2 (a) can be realized.
  • the fourth embodiment has a merit that the error margin can be widened and the processing is easy, because the shape constraint condition on the surface structure is looser than the first embodiment.
  • the fifth embodiment is a combination of the fourth embodiment and the third embodiment.
  • each region is described by being distinguished by color.
  • the surface of the transparent substrate 5 is divided into grid eyes (square microregions ⁇ ) having a width w 1 , and the ratio that each eye is black is P 1 and white.
  • a ratio of 1-P 1 is randomly assigned to black and white, and a region (small region ⁇ 2 ) to which white is assigned is engraved by a method such as etching by a depth of d 1 (> 0).
  • the area to which black is assigned is the minute area ⁇ 1 .
  • the surface of the transparent substrate 5 is divided into grids of squares w 2 having a width w 2 (square microregions ⁇ ), and the ratio that each eye is blue is P 2 , and the ratio that red is 1-P 2.
  • blue and red are assigned at random, and the red assigned region (small region ⁇ 2 ) is engraved by a method such as etching by a depth of d 2 (> 0).
  • the region assigned with blue is the minute region ⁇ 1 .
  • the overlap of black and blue is the height d 1 + d 2 and the overlap of white and blue is the reference surface.
  • the height d 2 or the overlap of black and red can be the height d 1 . Accordingly, since the step can take four values between 0 and d 1 + d 2 a (0, d 1, d 2 , d 1 + d 2) at random, the same effect as the third embodiment is obtained .
  • the ratio P 2 corresponds to the deeper side of the engraving width (actually, the ratio P 2 side is 2, the ratio The P 1 side is related to the average depth with a weight of 1), and has the same meaning as the ratio P 2 of the fourth embodiment that determines the area ratio of unevenness, that is, the average level of depth.
  • the ratio P 1 is related to the appearance ratio of the fine structure (width w 1 ), it has a similar meaning to the ratio P 1 of the fourth embodiment.
  • the surface of the transparent substrate 5 is divided into grids of squares of width w 3 (square minute areas ⁇ ), and the ratio that each eye is green is P 3 , and the ratio that yellow is 1-P 3.
  • Green and yellow are assigned to the region, and the region (small region ⁇ 2 ) assigned with yellow is engraved by a method such as etching by a depth of d 3 (> 0).
  • the region assigned with green is the minute region ⁇ 1 .
  • the overlap of black, blue and green with respect to this reference surface is the height d 1 + d 2 + d 3
  • the overlap of white, blue and green is at height d 2 + d 3
  • the overlap of black, blue and yellow is at height d 1 + d 2
  • the overlap of black, red and green is at height d 1 + d 3
  • black and the red and yellow overlap of the height d 1 the overlap of white and blue and yellow in the height d 2
  • the overlap of white and red and green can be is the height d 3.
  • the height has eight values from 0 to d 1 + d 2 + d 3 (0, d 1 , d 2 , d 3 , d 1 + d 2 , d 2 + d 3 , d 3 + d 1 , d 1 Since + d 2 + d 3 ) can be taken randomly, the same effect as in the third embodiment can be obtained.
  • phase shifter can be formed of multilayer films having different refractive indexes, for example. That is, the phase of transmitted light can be adjusted by multiple reflection of the multilayer film, and a 180 degree region and a 0 degree region can be formed randomly by changing the structure (film thickness and number of layers) of the multilayer film. The same effect can be obtained even if the polarization of light transmitted through the two regions is changed using a polarizer.
  • the polarized light of the transmitted light corresponding to the 180-degree region is P-polarized or clockwise circularly polarized light
  • the polarized light of the transmitted light corresponding to the 0-degree region is S-polarized light or circularly polarized light counterclockwise.
  • this can be realized by using a half-wave plate whose orientation is 90 degrees different.
  • the uneven structure of the interface having a difference in refractive index as in the first embodiment can be said to be one form of the phase shifter because the phase of transmitted light changes between the unevenness.
  • FIGS. 9 and 19B The incident angle dependency of the transmittance t and the light extraction efficiency of the surface structure 13 in this embodiment are already shown in FIGS. 9 and 19B (curves 5d and 5D), and only the first light extraction efficiency is obtained. However, it is possible to exceed the light extraction efficiency when w is a mirror surface within the range of 0.4 ⁇ m to 1 ⁇ m.
  • FIG. 19B also shows the result of setting the phase difference to 90 degrees, and the first and second light extraction efficiencies are represented by curves 5d ′ and 5D ′, respectively. Since both are deteriorated from those having a phase difference of 180 degrees (curves 5d, 5D), it is understood that the optimum value of the phase difference is 180 degrees.
  • the light extraction efficiency higher than that of the conventional example can be obtained by forming the surface structure 13 with the phase shifter. Further, as in the first embodiment, there is no light intensity distribution or color imbalance depending on the orientation, and the reflection of an image of the outside world can be suppressed.
  • a seventh embodiment will be described with reference to FIG.
  • the seventh embodiment is different from the first embodiment only in the pattern of the surface structure, and all other configurations are the same as those of the first embodiment, and description of common configurations is omitted.
  • FIG. 25A shows a pattern diagram of the first surface structure 23 in the present embodiment.
  • the surface structure 23 divides the surface of the transparent substrate 5 into equilateral triangles (small regions ⁇ ) each having a length w, and each minute region ⁇ is convex (in the figure). Randomly assign convex and concave with a ratio of 23a (micro area ⁇ 1 ), gray figure) or concave (23b (micro area ⁇ 2 ), white figure in the figure) to 50% each It is a thing.
  • w is 2.25 ⁇ m or less.
  • FIG. 25B shows a pattern diagram of the second surface structure 33 in the present embodiment.
  • the surface of the transparent substrate 5 is divided into regular hexagons (small areas ⁇ ) having a side length w, and each figure is convex (33a (micro area ⁇ 1 ), gray figure in the figure) or concave. Convex and concave are randomly assigned with the ratio of whether it is (33b (small region ⁇ 2 ), white figure in the figure) being 50%. w is 0.93 ⁇ m or less.
  • the size of a figure is that the diameter of the largest circle inscribed in the figure is 0.2 ⁇ m or more and 1.5 ⁇ m or less.
  • the seventh embodiment is different from the first embodiment only in the pattern shape of the surface structures 23 and 33, and the same principle as that of the first embodiment acts and the same effect can be obtained. Further, the shape is not limited to a regular triangle or a regular hexagon, and any polygon may be used as long as the same figure can be divided without gaps.
  • the surface structures 13, 23, 33 in the actual processed body are not strictly squares, regular triangles, regular hexagons, and the corners are rounded or the corners are rounded. Needless to say, the corners of the minute region adjacent to the minute region are deformed by that amount, but the characteristics are not deteriorated and the same effect can be obtained. Further, even when the seventh embodiment is applied to the second to sixth embodiments, the same effects as those of the second to sixth embodiments can be obtained.
  • FIGS. 26A and 26B are a cross-sectional view and a top view showing the light emitting device 107 of the eighth embodiment.
  • an electrode 102, a light emitting layer 103, a transparent electrode 104, and a transparent substrate 105 are laminated in this order.
  • a surface structure 113 having irregularities with a boundary width w is formed on the surface of the transparent substrate 105 (the surface opposite to the side in contact with the transparent electrode 104). Yes.
  • FIGS. 27A and 27B are enlarged views of the surface structure 113 and the fine periodic structure 114 formed on the transparent substrate 105.
  • the surface structure 113 has a convex portion positioned d / 2 above the reference plane and a concave portion positioned d / 2 below the reference plane.
  • Each of the convex portion and the concave portion constitutes a minute region ⁇ .
  • a fine periodic structure 114 made of irregularities is provided on the top surface of the convex portion and the bottom surface of the concave portion.
  • a recess having a width i and a depth h may be formed on the surface of the surface structure 113, or as shown in FIG.
  • a convex portion having a width i and a height h may be formed on the surface of the surface structure 113.
  • the bottom surface of the concave portion and the top surface of the convex portion have a rectangular shape with a width A / 2.
  • the bottom surface of the recess and the top surface of the protrusion have a square shape (the length of one side is A / 2).
  • the boundary width w of the light extraction structure is an integer multiple of the unevenness width i of the fine periodic structure 114, and it is desirable that the end faces of the two coincide with each other.
  • the concave and convex portions of the fine periodic structure 114 shown in FIGS. 27A and 27B may be inverted, and in this case, the same effect can be obtained.
  • the fine periodic structure 114 has a period A (period in a direction parallel to the surface of the transparent substrate 105) smaller than the wavelength of light emitted from the light emitting layer 103.
  • the period A of the irregularities of the fine periodic structure 114 is preferably 1 ⁇ 4 or less of the wavelength of light.
  • the period of unevenness of the fine periodic structure 114 is preferably 0.1 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less. If the period A is less than 0.1 ⁇ m, processing becomes difficult, and if the period A is greater than 0.2 ⁇ m, diffracted light is generated, so that it is difficult to reduce external light reflection.
  • the depth (or height) h of the unevenness of the fine periodic structure 114 is preferably 0.1 ⁇ m or more and 1.4 ⁇ m or less. If the depth h is less than 0.1 ⁇ m, the processing becomes difficult, and the change in the refractive index in the thickness direction becomes extreme, making it difficult to obtain the effect of reducing reflection. Further, as the depth h is deeper, the refractive index changes more gradually, but the processing becomes difficult. Furthermore, if the depth h is larger than 1.4 ⁇ m, it becomes difficult to maintain the shape of the boundary diffraction structure.
  • the light emitting layer 103 emits light by applying a voltage between the electrode 102 and the transparent electrode 104.
  • the light generated at the light emitting point S in the light emitting layer 103 enters the transparent substrate 105 after passing through the transparent electrode 104, and exits to the outside through the surface structure 113 and the fine periodic structure 114.
  • the boundary diffraction effect described above is obtained by the presence of the surface structure 113, and the light extraction efficiency is improved as compared with the case where the transparent substrate 105 has a mirror surface.
  • the fine periodic structure 114 is formed on the surface of the light extraction sheet 105, reflection of external light is reduced. Details will be described below.
  • the light incident from the outside (air layer 106 side) Reflect in a random direction. Therefore, no reflection occurs so that the image can be visually recognized. Although it can be said that the reflection is prevented by this, the scattered and reflected light makes the screen appear white, so that it is visually recognized that the minimum luminance is increased, that is, the black float is generated.
  • the expressive power of low luminance which is a feature of the organic EL display, is hindered.
  • an AR (Anti-Reflection) coat As a method for solving such a problem, it is generally considered to form an AR (Anti-Reflection) coat.
  • the AR coating realizes an antireflection effect by canceling light by causing the light taken inside to interfere with each other.
  • a film thickness of about 0.3 ⁇ m is required, so that not only the size of the light emitting device is increased, but also the film thickness needs to be precisely controlled, which complicates the manufacturing process.
  • an AR coat is formed on the surface of the surface structure 113, it is difficult to form an AR coat having a uniform thickness, and the surface structure 113 is filled with the AR coat. . If the unevenness of the surface structure 113 is filled with the AR coating, the outermost surface becomes a shape close to a flat surface, the above-described total reflection phenomenon occurs, and the light extraction efficiency decreases.
  • a structure such as the fine periodic structure 114 formed in this embodiment is also called a moth-eye structure (brown eye structure).
  • G It was discovered by Bernhard (see Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).
  • the substance having an intermediate refractive index between air and this substance is between the air and this substance.
  • the reflectance of light decreases. It is known that the reflectance of light further decreases when the fine periodic structure is formed into a pointed cone shape and the refractive index of air and material is changed gently.
  • external light can be taken into the light emitting device 107 without forming a flat surface on the surface of the sheet by forming the fine periodic structure 114 having a moth-eye structure.
  • Part of the external light taken into the light-emitting device 107 is confined in the light-emitting device 107 (substrate, color filter, electrode layer, etc.), and is absorbed and diffused. Therefore, the amount of light that comes out of the light emitting device 107 again is smaller than the amount of light that enters the light emitting device 107.
  • reflection of external light can be reduced.
  • the fine periodic structure 114 can be created by a semiconductor process or a transfer process using nanoimprint.
  • the TE wave When the main excitation component was the electric field Ey in the Y direction, the TE wave was used, and when the main excitation component was the magnetic field Hy, the TM wave was used.
  • the TE wave expresses an s-wave component
  • the TM wave expresses a p-wave component.
  • a continuous wave having a spatial Gaussian distribution is used as the light source 115, and the position coordinates of the light source 115 are changed together with the propagation direction ⁇ so that the same point is always reached when the propagation direction ⁇ of the continuous wave of the light source 115 is changed. Analysis.
  • the observation surface 116 is arranged in the entire analysis region, and the reflectance obtained by dividing the integrated value of power measured in the analysis region on the air layer 106 side by the integrated value of power in all analysis regions.
  • a fine periodic structure 114 having a shape having a recess recessed downward from the upper surface of the surface structure 113 was used as a model of this embodiment.
  • the period A of the fine periodic structure 114 was 0.2 ⁇ m
  • the boundary width w was 1 ⁇ m
  • the boundary depth d was 0.6 ⁇ m.
  • a model provided with only a 6 ⁇ m surface structure 113 was used.
  • TE waves and TM waves were incident on a total of four models of the model of the present embodiment and the model to be compared, and the average values were compared.
  • the incident angles were two points of 25 degrees and 45 degrees.
  • FIG. 29 shows the analysis results.
  • FIG. 29A shows the reflectivity of the mirror model at the incident angle of 25 degrees and the reflectivity of the model obtained by adding the fine periodic structure 114 to the mirror surface
  • FIG. 29B shows the reflectivity at the incident angle of 25 degrees.
  • the reflectance of the model provided with only the structure 113 and the reflectance of the model of the present embodiment in which the fine periodic structure 114 is added to the surface structure 113 are shown.
  • FIG. 29C shows the reflectivity of the mirror model at the incident angle of 45 degrees and the reflectivity of the model obtained by adding the fine periodic structure 114 to the mirror surface.
  • FIG. 29D shows the reflectivity at the incident angle of 45 degrees.
  • the reflectance of a model in which only the surface structure 113 is provided and the reflectance of a model in which the fine periodic structure 114 is added to the surface structure 113 are shown.
  • the light extraction efficiency was derived by moving the position of the light source 115 to the high refraction side.
  • the other analysis model conditions and analysis conditions were the same as those for the reflectivity study.
  • Two light extraction efficiencies of the model having only the surface structure 113, the model having the surface structure 113, and the fine periodic structure 114 were compared on the basis of the transmittance of the specular model.
  • the observation surface 116 is arranged in the entire analysis region, and a value obtained by dividing the integrated value of power measured in the analysis region on the air layer 106 side by the integrated value of power in all analysis regions is defined as the transmittance t.
  • the average value of the TE wave and TM wave was defined as the transmittance t ′ of the model.
  • Fig. 31 (a) shows the analysis result of the angle dependence of the transmittance t
  • Fig. 31 (b) shows the light extraction efficiency of the three models.
  • the transmittance t shown in FIG. 31A is a value obtained by normalizing the transmittance t ′ with the maximum value shown in the vicinity of the Brewster angle on the mirror surface.
  • FIG. 31A shows an analysis result of a model having only the surface structure 113 and a model having the surface structure 113 (boundary width 1 ⁇ m) and the fine periodic structure 114. From the analysis result of the model having only the surface structure 113, it can be seen that the light extraction effect above the critical angle is reproduced.
  • the fine periodic structure 114 of the present embodiment can be applied to all the patterns of the first to seventh embodiments described above.
  • the shape of the fine periodic structure 114 is a cone or a polygonal pyramid shape as in the conventional moth-eye structure, and the period A and the height h are optimized for external light, thereby obtaining a further reflection reduction effect. be able to.
  • the height h of the cone shape may be 0.1 ⁇ m or more and 0.2 ⁇ m or less, and the period A may be 0.1 ⁇ m or more and 1.4 ⁇ m or less. preferable.
  • the above-described embodiments are examples of the present invention, and the present invention is not limited to these examples.
  • the cross-sectional shape perpendicular to the surface of the convex portion of the surface structure is not limited to the rectangular shape, but may be a trapezoid or a cone shape, and the slope of the convex portion may be a curve.
  • the transparent substrate 5 on which the surface structure 13 is formed is formed to be as thin as several ⁇ m, and a protective substrate of about 0.2 mm to 0.5 mm with an air layer interposed therebetween.
  • the structure covered with 14 can be considered. Total reflection does not occur on the front surface 14a and the back surface 14b of the protective substrate, but AR coating is necessary.
  • a transparent material having a low refractive index such as airgel may be used on the surface structure 13 instead of the air layer.
  • the surface structure 13 is formed on only one surface, but a similar structure can be formed on both surfaces of the transparent substrate 5. Further, a general diffraction grating 13 ′ may be disposed between the surface structure 13 and the light emitting point S. At this time, as shown in FIG. 32 (b), the transparent substrate 5 is formed into a film shape, the front surface structure 13 is formed on the front surface, the diffraction grating 13 ′ and the surface structure 13 ′′ of another specification are formed on the back surface, and the adhesive layer 21 is formed on the light emitter side.
  • the material of the adhesive layer 21 is determined from the refractive index of the light emitting layer 3. If it is selected so that it is smaller by 0.1 or more, total reflection on the respect surface of the adhesive layer 21 and the light emitting layer 3 hardly occurs, and the refractive surface between the adhesive layer 21 and the transparent substrate 5 and transparent Total reflection occurring on the refractive surface between the substrate 5 and the air 6 can be avoided by the surface structure 13 ′′ (or the diffraction grating 13 ′) and the surface structure 13, respectively.
  • the depth of the concave portion or the height of the convex portion of the diffraction grating 13 ′ or the surface structure 13 ′′ is preferably a condition that a phase difference is generated by ⁇ between the transmitted light in the concave portion and the transmitted light in the convex portion.
  • the conditions may be such that the depth of the concave and the height of the convex are small.
  • FIG. 33 shows a pattern diagram in which the surface structure forms a checkered pattern (checker shape).
  • the surface structure divides the surface of the transparent substrate 5 into squares having a length w of one side, the gray squares 13a and the white squares 13b form a checker pattern, the gray is convex, and the white is relatively Concave shape.
  • the first and second light extraction efficiencies of the surface structure having the checker shape and the surface structure having the staggered lattice (the side surrounded by the quadrangle is concave) shown in FIG. It is added to FIG. 19B (d 0.70 ⁇ m, curves 5e, 5f, 5E, 5F, respectively).
  • both the checker pattern and the zigzag pattern show undulating characteristics as w changes. This is also a problem specific to the periodic pattern, and is related to the distribution of light intensity depending on the orientation.
  • FIGS. 35 (a) and 35 (b) show the results of analyzing the viewing angle dependency of the first extracted light emitted from the surface structure of the checker pattern.
  • Step d 0.7 ⁇ m
  • boundary width w 0.5 ⁇ m
  • the boundary diffraction effect occurs when the discontinuous part of the light phase is separated by a certain distance or more, in order to maximize this effect, the appearance ratio of the discontinuous part of the phase within the limited area is set. It is necessary to maximize it. If the refractive surface is divided into innumerable minute regions and the phase becomes discontinuous at the boundaries between the minute regions, the aforementioned appearance ratio is maximized under two conditions. The first condition is that the area of each minute region is as uniform as possible, and the second condition is that a phase difference exists between adjacent minute regions. That is, if there is a small area having a larger area than others, dividing the large area increases the boundary of phase discontinuity.
  • the boundary increases.
  • the area of each micro area is aligned as much as possible, and at least the area of each micro area is 0.5 to 1.5 times the reference area (the maximum of the circles inscribed in the micro area) If the diameter of the material falls within the range of 0.7 to 1.3 times the standard diameter, the appearance ratio of the boundary line between the microregions is maximized.
  • the first to eighth embodiments comply with this condition. Even if the division into the minute regions can be maximized, the effect is reduced if the phases are aligned between the adjacent minute regions.
  • the fourth and fifth embodiments comply with this condition. That is, in the light emitting device of the above embodiment, the extraction efficiency is improved by the effect of maximizing the boundary diffraction effect rather than the effect of antireflection as in the light emitting device described in Patent Document 2.
  • the surface shape in the first to eighth embodiments is different from the surface state such as frosted glass or roughened surface and the surface state shown in the light emitting device described in Patent Document 2.
  • the surface is divided into grid eyes (or polygonal eyes) having a width w, and convex and concave portions are assigned to each eye in a ratio of 1: 1.
  • the surface state such as frosted glass or roughened surface does not have an inherent width w, and the shape of the micro area is indefinite, and the ratio of the total area of the convex part to the total area of the concave part is also 1: 1. It's not a relationship.
  • the ratio between the convex and concave portions is shifted from 50%, and the ratio of the total area of the concave portions to the total area of the convex portions is out of 1: 1, but the inherent width w still exists,
  • the ratio of the total area to the total area of the protrusions is also a predetermined value, which is completely different from a completely random pattern.
  • the step is different for each grid (or polygonal) defined by the width w.
  • the surface shape in the above embodiment is not a completely random pattern but a random pattern according to a certain rule.
  • FIG. 36A eight cards 17 having a width w are randomly arranged on a table 16 having a width 4w. That is, the total area of the eight cards 17 is 1 ⁇ 2 of the area of the table 16. However, it is assumed that the card 17 does not protrude from the table 16.
  • FIG. 36B the cards 17 are arranged to allow overlapping.
  • FIG. 36C the cards 17 are arranged without allowing overlapping.
  • the total area of the cards is smaller than 1 ⁇ 2 of the table area by the amount of overlapping of the cards 17. It has already been shown by the curves 27a and 27A in FIG.
  • the generation principle of the random pattern used in the above embodiment is different from that in FIG.
  • the area ratio is maintained at a certain ratio, and a scale smaller than the width w such as the minute interval j does not occur.
  • the surface shape in the above embodiment is not a completely random pattern, but a random pattern according to a rule for maximizing light extraction efficiency.
  • the phenomenon caused by the surface shape in the first to eighth embodiments is one of diffraction phenomena.
  • a light beam that is virtually refracted with respect to a flat reference surface that averages the surface shape is defined as 0th-order diffracted light (not appearing in the case of total reflection), and this light is used as a reference for orientation.
  • 0th-order diffracted light not appearing in the case of total reflection
  • higher-order diffracted light is generated in the shifted direction.
  • the propagation direction of the diffracted light other than the 0th order is random.
  • frosted glass and surface roughening are not diffraction phenomenon but one of refraction phenomena.
  • the direction of the surface normal is random on the refracted surface, and the refraction direction is also random. is there. That is, the surface shape in the first to eighth embodiments is formed on a parallel plate, and when viewed through, the outline of the opposite image can be clearly seen. This means that 0th-order diffracted light always exists in the light that is diffracted and separated by the surface shape, and this light maintains the contour of the image on the opposite side. On the other hand, in the case of frosted glass or surface roughening, there is no light corresponding to the 0th-order diffracted light, and the outline of the image on the opposite side becomes blurred when viewed through.
  • Patent Document 2 interprets the word “obedient” as Snell's law (the law of refraction) without the expression of “diffraction” because there is only the expression “obediently radiated into the air” by the protrusions on the surface. In that sense, it can be understood that it falls into the same category as frosted glass and surface roughening, and can be said to be different from the present invention.
  • the feature of the technique disclosed in Patent Document 2 is that a plurality of transparent protrusions are arranged completely randomly on the transparent insulating substrate, and the protrusion and the recess have the same shape as in the present application.
  • the existence ratio of the convex part and the concave part is a specific ratio as one or more aggregates of minute regions.
  • the structure in which the concave portion and the convex portion are interchanged or the structure in which the height and depth of the minute region are interchanged is substantially the same as the original structure, but the light emitting device described in Patent Document 2 Not so.
  • Patent Document 2 describes the remarkable effect as in the above embodiment. Absent.
  • protrusions having a number of 5000 to 10 6 pieces / mm 2 per unit area and a width of 0.4 to 20 ⁇ m are given in a completely random arrangement.
  • the phase of light is shifted in a concavo-convex shape.
  • the phase shift can be realized in a shape other than the uneven shape.
  • the thickness of the multilayer film and the refractive index condition can be changed in the region corresponding to the concave portion and the region corresponding to the convex portion. Even in this case, it is needless to say that the same effect as the above embodiment can be obtained.
  • the first to eighth embodiments are not independently established, but a part of each may be combined to form a new example.
  • the organic electroluminescence element has been described as an example. However, the present invention can be applied to any element that emits light in a medium having a refractive index larger than 1.
  • the medium from which the light emitting device emits light is not limited to air.
  • the surface structure of the above embodiment can be applied when the refractive index of the transparent substrate is larger than the refractive index of the medium with which the transparent substrate is in contact, particularly 0.1 or more.
  • the light-emitting device according to the present invention is useful as a display, a light source, and the like because it greatly improves the light extraction efficiency and also has good viewing angle characteristics of the emitted light.

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Abstract

　発光体に隣接している透明基板１０５表面を、内接する最大の円の直径が０.２μｍ以上１.５μｍ以下の微小領域で隙間無く分割し、各微小領域は透明基板１０５表面上で凸又は凹の形状をなし、凸か凹かの比率がそれぞれＰ、１-Ｐであり、Ｐは０.４から０.９８の範囲にある透明基板１０５表面の表面構造１１３を発光装置１０７は有している。さらに、微小領域の少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体１１４が設けられている。

Description

シート及び発光装置
　本発明は、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートおよびそれを用いた発光装置に関するものである。
　従来の技術として、例えば特許文献１、２に開示されている技術がある。
　図１は、一般的な有機エレクトロルミネセンス素子（有機ＥＬ素子）を用いた発光装置の断面構成と光の伝搬の様子を示している。基板１０１の上に電極１０２、発光層１０３、透明電極１０４がこの順に積層され、透明電極１０４の上には透明基板１０５が載せられている。電極１０２、透明電極１０４の間に電圧を印加することで、発光層１０３の内部の点Ｓで発光し、この光は直接、もしくは電極１０２において反射した後、透明電極１０４を透過し、透明基板１０５の表面上の点Ｐに表面の面法線に対して角度θで入射し、この点において屈折して空気層１０６側に出射する。
　透明基板１０５の屈折率をｎ’1とすると、入射角θが臨界角θc＝ｓｉｎ-1（１／ｎ’1）より大きくなった時、全反射が発生する。例えば、θc以上の角度で透明基板１０５の表面上の点Ｑに入射する光は全反射し、空気層１０６側に出射することはない。
　図２（ａ），（ｂ）は上記発光装置において透明基板１０５が多層構造を有していると仮定した場合における光取り出し効率を説明する説明図である。図２（ａ）において、発光層１０３の屈折率をｎ’k、空気層１０６の屈折率をｎ0、発光層１０３と空気層１０６の間に介在する複数の透明層の屈折率を発光層１０３に近い側からｎ’k-1、ｎ’k-2、…、ｎ’1とし、発光層３内の点Ｓから発光する光の伝搬方位（屈折面の面法線となす角）をθ’k、各屈折面での屈折角を順にθ’k-1、θ’k-2、…、θ’1、θ0とすると、スネルの法則より次式が成り立つ。
　ｎ’k×ｓｉｎθ’k＝ｎ’k-1×ｓｉｎθ’k-1＝…＝ｎ’1×ｓｉｎθ’1＝ｎ0×ｓｉｎθ0　（式１）
　従って、次式が成り立つ。
　ｓｉｎθ’k＝ｓｉｎθ0×ｎ0／ｎ’k　（式２）
　結局、（式２）は発光層１０３が空気層１０６に直接接触する場合のスネルの法則に他ならず、間に介在する透明層の屈折率には関係せずに、θ’k≧θc＝ｓｉｎ-1（ｎ0／ｎ’k）で全反射が発生することを表している。
　図２（ｂ）は、発光層１０３から取り出せる光の範囲を模式的に示したものである。取り出せる光は、発光点Ｓを頂点、臨界角θcの２倍を頂角とし、屈折面の面法線に沿ったｚ軸を中心軸とする２対の円錐体１０７、１０７’の内部に含まれる。点Ｓからの発光が、全方位に等強度の光を放射するものとし、屈折面での透過率が臨界角以内の入射角で１００％とすれば、発光層１０３からの取り出し効率ηは、球面１０８の表面積に対する、円錐体１０７、１０７’により球面１０８を切り取った面積の比に等しく、次式で与えられる。
　η＝１－ｃｏｓθc　（式３）
　なお、実際の取り出し効率ηは臨界角以内の透過率が１００％とはならないので、１－ｃｏｓθcよりも小さくなる。また、発光素子としての全効率は、発光層の発光効率を上記取り出し効率ηに乗じた値となる。
　上記のメカニズムに対して、特許文献１には、有機ＥＬ素子において、透明基板から大気へと光が出ていくときの透明基板表面での全反射を抑制する目的で、基板界面や内部の面あるいは反射面に回折格子を形成し、光取り出し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るという原理に基づくものと記載されている発明が開示されている。
　また、特許文献２には、光の取り出し効率のよい平面発光装置を提供するため、有機ＥＬ素子において透明基板の表面に透明の突起物を複数形成して透明基板と空気との界面における光の反射を防止することができると記載されている。
特開平１１－２８３７５１号公報 特開２００５－２７６５８１号公報
‘Ｓｔｕｃｔｕｒａｌ　ａｎｄ　ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｄａｐｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｖｉｓｕａｌ　ｓｙｓｔｅｍ’、Ｅｎｄｅａｖｏｕｒ　Ｖｏｌ．２６　ｐｐ７９－８４、１９６７ Ｏｐｔｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ　Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．２０，ｐ．１４２２
　しかしながら、上述のような従来の発光装置において以下の問題があった。
　図１に示す従来の有機ＥＬ素子を用いた発光装置では、発光層１０３からの光取り出し効率ηが最大でも１－ｃｏｓθcを超えることがなく、発光層１０３の屈折率が決まれば、光取り出し効率の最大値が一義的に制限されていた。例えば、（式２）に於いてｎ0＝１．０、ｎ’k＝１．４５７とすると、臨界角θc＝ｓｉｎ-1（ｎ0／ｎ’k）＝４３．３４度であり、光取り出し効率の最大値は１－ｃｏｓθc＝０．２７３程度と小さく、ｎ’k＝１．７０では０．１９１程度まで下がる。
　また、特許文献１に開示された技術では、確かに全反射になるべき光を取り出すことができるが、その逆もある。すなわち、回折格子層が無いと仮定したときに発光層内の点から出射した光が、透明基板の屈折面（出射面）において臨界角より小さい角度で入射して透過、屈折する場合があるが、回折格子層がありそこで回折するときは、屈折面に対する入射角が臨界角を超え、全反射する場合がある。従って、特許文献１に開示された技術は光取り出し効率の向上を保証するものではない。さらに特許文献１に開示された技術では、全ての光線に一律に所定量の方位がシフトした回折光が発生する。このような回折光を含んだ光は、方位によって光強度に分布があり、所定量のシフト幅が出射光の波長に依存することから、方位による色のアンバランスが存在する。
　また、特許文献１に開示された発光装置では、外界（空気層側）から入射する光は透明基板の表面を規則的に反射し、発光層から取り出される光にとって外乱（いわゆる映り込み）となるため、透明基板の表面には反射防止膜等の光学処理が必要であり、製品コストを押し上げていた。また、外界から入射して透明基板の表面で反射される光が乱反射すると、コントラストの低下（いわゆる黒浮き）が発生する。たとえば発光装置をディスプレイ用途に用いる場合には、低輝度領域での表現を視認できなくなってしまうなどの問題が発生する。
　一方、特許文献２に開示された発光装置は屈折面における光の反射防止を目的にしたもので、この構造による光取り出し効率の改善は１、２割程度と小さいものに収まる。
　本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、臨界角以上の透明基板への入射光も出射させて光取り出し効率の大幅な向上を実現するとともに、映り込みおよび黒浮きを防ぎ、方位による光強度の分布や色のアンバランスの発生も抑えるシートおよび発光装置を提供することにある。
　本発明の第１のシートは、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δから４０％以上９８％以下の割合で選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ突出した凸部であってその高さはｄ／２であり、前記微小領域δ2は、前記所定の基準面に対して前記他方の面下方へ窪んだ凹部であってその深さはｄ／２であり、前記所定の基準面は、前記微小領域δ1と前記微小領域δ2との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存しており、前記ｄは０．２μｍ以上１．４μｍ以下であり、前記凸部および前記凹部の少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられている。
　本発明の第２のシートは、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、前記複数の微小領域δのそれぞれは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して０以上ｄ／２以下の範囲内のランダムな高さで上方に突出した凸部、あるいは０以上ｄ／２以下の範囲内の深さで下方に窪んだ凹部であって、前記所定の基準面は、前記他方の面に垂直な方向における最も高い位置に存する前記微小領域δと最も低い位置に存する前記微小領域δとの中間の位置に存しており、前記ｄは０．２μｍ以上１．４μｍ以下であり、前記凸部および前記凹部の少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられている。
　本発明の第３のシートは、一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、他方の面は、内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上１．０μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1と前記微小領域δ2とは、前記一方の面に垂直に入射した光のうち、前記微小領域δ1を透過した光と、前記微小領域δ2を透過した光との間に、１８０度の位相差を生じさせ、前記微小領域δ1および前記微小領域δ2のそれぞれのうちの少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられている。
　ある実施形態において、前記微小領域δは多角形且つそれぞれ合同な形状である。
　ある実施形態では、前記微細周期構造体において、前記凹凸における凹部の底面および前記凹凸における凸部の上面は、幅Ａ／２の矩形形状を有し、前記微細周期構造体において、前記凹凸の前記他方の面に平行な方向における周期Ａは０．１μｍ以上０．２μｍ以下であり、前記微細周期構造体における前記凹凸の高さｈは０．１μｍ以上１．４μｍ以下である。
　ある実施形態では、前記微細周期構造体において、前記凹凸は錐形状を有し、前記錐形状の前記他方の面に平行な方向における周期Ａは０．１μｍ以上０．２μｍ以下であり、前記錐形状の高さｈは０．１μｍ以上１．４μｍ以下である。
　本発明の第１の発光装置は、発光体と、前記発光体の発光面の上に設けられた透明な保護層とを備えた発光装置であって、前記保護層の前記発光面に隣接している面とは反対側の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δから４０％以上９８％以下の割合で選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ突出した凸部であってその高さはｄ／２であり、前記微小領域δ2は、前記所定の基準面に対して前記他方の面下方へ窪んだ凹部であってその深さはｄ／２であり、前記所定の基準面は、前記微小領域δ1と前記微小領域δ2との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存しており、前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を発し、前記保護層の屈折率がｎ1、前記保護層が前記反対側の面において接する媒質の屈折率がｎ1よりも小さいｎ0であり、λ／６（ｎ1－ｎ0）＜ｄ＜λ／（ｎ1－ｎ0）であり、前記凸部および前記凹部の少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられている。
　本発明の第２の発光装置は、発光体と、前記発光体の発光面の上に設けられた透明な保護層とを備えた発光装置であって、前記保護層の前記発光面に隣接している面とは反対側の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、前記複数の微小領域δのそれぞれは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して０以上ｄ／２以下の範囲内の高さで上方に突出した凸部、あるいは０以上ｄ／２以下の範囲内の深さで下方に窪んだ凹部であって、前記所定の基準面は、前記他方の面に垂直な方向における最も高い位置に存する前記微小領域δと最も低い位置に存する前記微小領域δとの中間の位置に存しており、前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を発し、前記保護層の屈折率がｎ1、前記保護層が前記反対側の面において接する媒質の屈折率がｎ1よりも小さいｎ0であり、λ／６（ｎ1－ｎ0）＜ｄ＜λ／（ｎ1－ｎ0）であり、前記凸部および前記凹部の少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられている。
　本発明の第３の発光装置は、発光体と、前記発光体の発光面の上に設けられた透明な保護層とを備えた発光装置であって、前記保護層の前記発光面に隣接している面とは反対側の面は、内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上１．０μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、前記複数の微小領域δは、複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、前記微小領域δ1と前記微小領域δ2とは、前記保護層の前記発光面に隣接している面に前記発光体から垂直に入射した光のうち、前記微小領域δ1を透過した光と、前記微小領域δ2を透過した光との間に、１８０度の位相差を生じさせ、前記微小領域δ1および前記微小領域δ2のそれぞれのうちの少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられている。
　ある実施形態において、前記媒質は空気である。
　ある実施形態において、前記媒質はエアロゲルである。
　ある実施形態において、前記発光体の光が生じる部分の屈折率がｎ2であるとき、ｎ2－ｎ1＜０．１である。
　ある実施形態では、前記微細周期構造体において、前記凹凸における凹部の底面および前記凹凸における凸部の上面は、幅Ａ／２の矩形形状を有し、前記微細周期構造体において、前記凹凸の前記他方の面に平行な方向における周期Ａは０．１μｍ以上０．２μｍ以下であり、前記微細周期構造体において、前記凹凸の高さｈは０．１μｍ以上１．４μｍ以下である。
　ある実施形態では、前記微細周期構造体において、前記凹凸は錐形状を有し、前記錐形状の前記反対側の面に平行な面における周期Ａは０．１μｍ以上０．２μｍ以下であり、前記錐形状の高さｈは０．１μｍ以上１．４μｍ以下である。
　以上より、臨界角を超えた光の取り出しを繰り返し行えるため、光取り出し効率の大幅な改善が可能となる。さらに、ランダムな構造での回折になるため、回折方位に規則性が無くなり、映り込みや方位による光強度の分布や色のアンバランスの発生を抑えることが可能である。また、散乱反射成分によるコントラストの低下（いわゆる黒浮き）も抑えることができる。
有機エレクトロルミネセンス素子の断面構成と光の伝搬の様子を示す説明図である。 （ａ）は多層構造の透明基板を、（ｂ）は取り出し可能な光の範囲を説明する図である。 （ａ）は屈折率のステップ状の変化を、（ｂ）は屈折率のなだらかな変化を、（ｃ）は屈折面における入射角と透過率との関係を、（ｄ）は屈折面を示す図である。 （ａ）は周期的構造を有した回折格子を界面に備えた発光装置の断面を、（ｂ）は（ａ）の上面を示す図である。 回折格子による回折方位を説明する説明図である。 （ａ）はランダムに配置された突起を表面に備えた発光装置の断面を、（ｂ）は（ａ）の上面を示す図である。 （ａ）から（ｈ）は屈折面における光の場の境界条件を説明する説明図である。 （ａ）はピンホールを、（ｂ）は位相シフターを配置した図である。 １８０度位相シフターがランダムに配置された屈折面の入射角に対する透過率を示した図である。 １８０度位相シフターがランダムに配置された屈折面の入射角に対する透過率を示す実験説明図である。 入射角に対する透過率を測定するための実験装置の構成図である。 第１の実施形態に於ける有機エレクトロルミネセンス素子の断面構成と光の伝搬の様子を示す図である。 （ａ）は第１の実施形態に於ける表面構造の一部拡大図であり、（ｂ）はより広い範囲におけるパターン図である。 （ａ）から（ｄ）は第１の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。 （ａ）から（ｄ）は第１の実施形態における表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。 第１の実施形態に於ける表面構造の透過率ｔの入射角依存性を示す説明図であって、（ａ）は１回目の透過率の入射角依存性を示す説明図であり、（ｂ）は２回目の透過率の入射角依存性を示す説明図である。 第１の実施形態に於ける表面構造の透過率ｔの入射角依存性を示す実験説明図である。 第１の実施形態の表面構造における取り出し光量の入射角依存性を示す説明図であって、（ａ）は１回目の取り出し光量の入射角依存性を示す説明図であり、（ｂ）は２回目の取り出し光量の入射角依存性を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、第１の実施形態に於ける表面構造の光取り出し効率を示す説明図である。 調整層を有する発光装置の断面を示した図である。 調整層との境界にも表面構造を設けた発光装置の断面を示した図である。 （ａ）は第２の実施形態に於ける表面構造の光取り出し効率を示す説明図、（ｂ）は第３の実施形態に於ける表面構造の光取り出し効率を示す説明図である。 第２の実施形態における取り出し効率を示す説明図である。 （ａ）から（ｅ）は第４の実施形態に於ける表面構造のパターンを決定するまでの説明図である。 （ａ）は第６の実施形態の第１の表面構造を、（ｂ）は第２の表面構造を示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、第８の実施形態の発光装置１０７を示す断面図および上面図である。 （ａ）、（ｂ）は、透明基板１０５に形成された表面構造１１３及び微細周期構造１１４の拡大図である。 第８の実施形態における反射率解析モデルを示す図である。 （ａ）は、入射角２５度において、鏡面のモデルの反射率と、鏡面に微細周期構造１１４を付加したモデルとの反射率を示し、（ｂ）は、入射角２５度において、表面構造１１３のみを設けたモデルの反射率と、表面構造１１３に微細周期構造１１４を付加した本実施形態のモデルの反射率とを示し、（ｃ）は、入射角４５度において、鏡面のモデルの反射率と、鏡面に微細周期構造１１４を付加したモデルの反射率とを示し、（ｄ）は、入射角４５度において、表面構造１１３のみを設けたモデルの反射率と、表面構造１１３に微細周期構造１１４を付加したモデルの反射率とを示す。 第８の実施形態における透過率解析モデルを示す図である。 （ａ）は透過率ｔの角度依存性の解析結果を、（ｂ）は３つのモデルの光取り出し効率を示す。 （ａ）、（ｂ）はその他の実施形態に於ける有機エレクトロルミネセンス素子の断面構成と光の伝搬の様子を示す説明図である。 表面構造がチェッカー形状をなすパターン図である。 図３３に示した表面構造の透過率ｔの入射角依存性を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、チェッカーパターン表面構造から出射する光の視野角依存性を示す説明図である。 （ａ）から（ｃ）は突起物のランダムな配置の仕方を説明する説明図である。
　本願発明の実施形態を説明する前に、特許文献１や特許文献２等の先行例を踏まえて、本願発明に至るまでの検討経過を説明する。
　図３は屈折面（透明層表面と空気層との界面）での透過率を説明する説明図である。屈折率１．５の透明層１０７の内部から紙面方向に沿って透明層１０７の屈折面１０７ａに角度θで入射し、空気側（屈折率１．０）に屈折する光の透過率は光の偏光状態に関係する。通常は、屈折面１０７ａ近傍での面法線に沿った屈折率分布が図３（ａ）に示すようなステップ状であるので、Ｐ偏光（電界ベクトルが紙面に平行な振動成分）は曲線１０８ａ、Ｓ偏光（電界ベクトルが紙面に直交する振動成分）は曲線１０８ｂの透過率特性を示す。いずれも入射角が臨界角（＝４１．８度）以下での振る舞いは異なるが、臨界角を超えるとゼロになる。
　一方、透明層１０７の表層部分を多層構造として屈折率分布が図３（ｂ）に示すようなテーパ状になると仮定すると、Ｐ偏光は曲線１０８Ａ、Ｓ偏光は曲線１０８Ｂの透過率特性を示す。いずれも臨界角を超えるとゼロになることは変わらないが、臨界角以下での透過率が１００％に近づき、臨界角を境にしたステップ関数の形状に近づく。図３（ｂ）では屈折率が１．５から１．０まで０．０１の偏差をなす厚さ０．０１μｍの膜を５０層重ねた構造として計算したが、厚さ方向の屈折率変化の勾配が緩やかな程、Ｐ偏光、Ｓ偏光の差がなくなり、いずれも入射角に対する透過率のグラフがステップ関数に近づく結果が得られる。
　全反射しないようにするためには、屈折面に入射する光の入射角を臨界角以下にする工夫が必要である。そのような工夫の一つとして、特許文献１を例にとり、図４に示す、透明基板２０５と透明電極２０４との界面に回折格子２０９を設けた有機ＥＬ素子を用いた発光装置の検討を行った。
　図４（ａ）に示すように基板２０１の上に電極２０２、発光層２０３、透明電極２０４、回折格子層２０９をこの順に積層し、回折格子層２０９の上には透明基板２０５を設けている。回折格子層２０９は透明基板２０５との間でｘ方向、ｙ方向ともピッチΛの凹凸周期構造をなし、凸部の形状は図４（ｂ）に示すような幅ｗの正方形であって、この凸部を千鳥格子状に並べている。電極２０２、透明電極２０４の間に電圧を印加することで、発光層２０３の内部の点Ｓで発光し、この光は直接、もしくは電極２０２において反射した後、透明電極２０４を透過し、回折格子層２０９を透過し、回折する。例えば、点Ｓを出射する光２１０ａが回折格子層２０９において回折せず直進すると仮定すると、光２１０ｂのように透明基板２０５の屈折面２０５ａに臨界角以上の角度で入射して全反射するが、実際には回折格子層２０９において回折するので、光２１０ｃのように屈折面２０５ａに対する入射角が臨界角よりも小さくなり、これを透過できる。
　上記の回折格子による回折方位を図５に従って説明する。屈折率ｎAの透明層２０７の内部から紙面方向に沿って透明層２０７の屈折面２０７ａ上の点Ｏに角度θで入射し、屈折率ｎBの透明層２０６側に回折する波長λの光を考える。屈折面２０７ａには紙面に沿ってピッチΛをなす回折格子が形成されている。紙面上に点Ｏを中心にする半径ｎAの円２１１と半径ｎBの円２１２を描く。入射ベクトル２１０ｉ（円２１１の円周上を始点として角度θで点Ｏに向かうベクトル）の屈折面２０７ａへの正射影ベクトル（垂線の足Ａから点Ｏに向かうベクトル）を２１０Ｉとし、点Ｏを始点として円２１２の円周上に終点をもつベクトル２１０ｒを、その正射影ベクトル２１０Ｒがベクトル２１０Ｉと同一になるように描く。垂線の足Ｃを始点として、大きさｑλ／Λのベクトル（格子ベクトル）を考える。ただし、ｑは回折次数（整数）である。図ではｑ＝１の場合のベクトル２１０Ｄを描いており、その終点Ｂを垂線の足とし、点Ｏを始点として円２１２の円周上に終点をもつベクトル２１０ｄを描く。作図の仕方から、ベクトル２１０ｒの方位角φ（屈折面法線となす角）は次式で与えられる。
　ｎB×ｓｉｎφ＝ｎA×ｓｉｎθ　（式４）
　これはスネルの法則そのものである。一方、回折光線の方位を与えるベクトル２１０ｄの方位角φ’（屈折面法線となす角）は次式で与えられる。
　ｎB×ｓｉｎφ’＝ｎA×ｓｉｎθ－ｑλ／Λ　（式５）
　ただし、図５の場合の角φ’はｚ軸（点Ｏを通る屈折面法線）を跨いでいるのでマイナスで定義される。
　すなわち、回折光線は屈折光線からｑλ／Λの分だけ方位がずれることになる。図４において、回折しないと仮定した光線２１０ｂは屈折光線に相当し、回折する光線２１０ｃは光線２１０ｂからｑλ／Λの分だけ方位がずれることで、屈折面２０５ａでの全反射を免れていることになる。従って、全反射になるべき光を取り出すことができるので、回折格子層を持たない有機ＥＬ発光装置に比べ、光取り出し効率の向上が見込めるようにも考えられる。
　しかしながら、図４（ａ）において点Ｓを出射する光２１０Ａを考えた場合、光２１０Ａが回折格子層２０９において回折せず直進すると仮定すると光２１０Ｂのように透明基板２０５の屈折面２０５ａに臨界角以下の角度で入射して屈折面２０５ａを屈折して透過していくが、実際には回折格子層２０９において回折するので、光２１０Ｃのように屈折面２０５ａに対する入射角が臨界角よりも大きくなり屈折面２０５ａに臨界角以上の角度で入射して全反射してしまう。このように、回折格子層２０９を設けても光取り出し効率の向上は必ずしも保証されるわけではない。
　また、図４に示す有機ＥＬ素子を用いた発光装置では、全ての光線に関して一律にｑλ／Λの分だけ方位がシフトした回折光が発生する。このような回折光を含んだ光は方位によって光強度に分布があり、シフト幅ｑλ／Λが出射光の波長λに依存するため、光が出射する方位によって色のアンバランスが存在する。即ち、見る方向によって異なる色の光が見えることになり、ディスプレイ用途にはもちろん、光源としても不都合である。
　次に特許文献２を例にとり、図６に示す、透明基板３０５の表面に突起物３１５を設けた有機ＥＬ素子を用いた発光装置について検討を行った。図６（ａ）に示すように基板３０１の上に電極３０２、発光層３０３、透明電極３０４、透明基板３０５をこの順に積層し、透明基板３０５の表面３０５ａに複数の突起物３１５を形成している。突起物３１５は幅ｗ、高さｈの四角柱形状のものを図６（ｂ）に示すように透明基板表面３０５ａ上でランダムな位置に配置している。ｗの大きさは０．４～２０μｍ、ｈの大きさは０．４～１０μｍの範囲にあり、このような突起物３１５を５０００～１００００００個／ｍｍ2の範囲の密度で形成している。電極３０２、透明電極３０４の間に電圧を印加することで、発光層３０３の内部の点Ｓで発光し、この光３１０ｄは直接、もしくは電極３０２を反射した後、透明電極３０４を透過し、その一部が突起物３１５を通じて３１０ｆのように外界に取り出される。実際の突起物３１５はサイドエッチングにより先端に行くほど細くなるよう加工できるし、サイドエッチングが無くても実効的な屈折率が透明基板３０５と空気との中間付近の値を取るので、等価的に屈折率分布を緩やかに変化させられる。従って図３（ｂ）に示す屈折率分布に近い分布となるため、突起物３１５により３１０ｅで示されるような光の反射を一部防止することができ、結果として光の取り出し効率を向上させることができる。また突起物３１５のサイズを波長以上に設定しても、突起物３１５がランダムに並んでいるので取り出された光の干渉を抑えることができる。
　しかしながら、図６に示す構造の発光装置は、突起物の効果が特許文献２の中で主張されている反射防止にあるとすると、図３（ｃ）の曲線１０８ａ，１０８ｂと曲線１０８Ａ，１０８Ｂとの比較からわかるように、透過率の向上は臨界角以下の光によるものに限られ、光の取り出し効率の改善は１，２割程度に止まり、大きな改善は見込めない。
　以上のような検討を行い、これらに基づいて本願発明者らは屈折面での全反射される光量を減らし、取り出せる光量を如何にして増すかについてさらに検討を重ねていった。さらなる検討の手始めとして屈折面での光の境界条件を検討した。
　図７は屈折面に於ける光の場の境界条件を模式的に示しており、幅Ｗの光が屈折面Ｔに入射する場合を考えている。マックスウェルの方程式から、電界ベクトル又は磁界ベクトルに関して、屈折面Ｔを挟んで周回する経路Ａに沿った積分はゼロである。ただし周回路内部に電荷や光源がなく、屈折面Ｔに沿った電界ベクトルまたは磁界ベクトルの強度、位相が連続していることが前提条件である。
　図７（ａ）のように幅Ｗが十分大きい場合には、屈折面に直交する幅ｔを屈折面に沿った幅ｓに比べ無視できるほど小さくでき、周回積分の内、屈折面に沿った成分しか残らない。この関係から、屈折面を挟んで電界ベクトル又は磁界ベクトルが連続することが求められる。この連続性の関係を利用して導出されるのがフレネルの式であり、この式により反射、屈折の法則や全反射の現象等が完全に解き明かされる。
　図７（ｂ）のように、光の幅Ｗが波長の数十倍以下まで小さくなると幅ｔは無視できなくなる。この時、周回積分ＡをＢとＣに分割すると（図７（ｃ）参照）、このうち周回積分Ｂは光束内に含まれるのでゼロになる。残った周回積分Ｃは光束外での電界ベクトル又は磁界ベクトルがゼロなので、光束内にある経路ＰＱの積分値だけが残る（図７（ｄ）参照）。従って周回積分Ｃはゼロではなくなり、計算上周回路内で光が発光することと等価になる。さらに、光の幅Ｗが波長の１／１０程度まで小さくなると、図７（ｅ）に示すように、周回積分ＣとＣ’が近接し経路ＰＱとＱ’Ｐ’が重なるので、ＣとＣ’を合わせた周回積分がゼロになり、周回路内で光が発光することはなくなる。
　一方、図７（ｆ）のように、πだけ位相差がある光が屈折面に沿って並ぶ場合、これらの光束をまたがる周回積分Ａを考える。この場合も光の幅Ｗが波長の数十倍以下まで小さくなると幅ｔは無視できなくなる。この時、周回積分ＡをＢとＣとＢ’に分割すると（図７（ｇ）参照）、このうち周回積分Ｂ、Ｂ’は光束内に含まれるのでゼロになる。残った周回積分Ｃは屈折面に沿った成分が無視でき、２つの光束の境界に沿った経路ＰＱとＱ’Ｐ’の積分値だけが残る（図７（ｈ）参照）。光束の位相がπの場の経路Ｑ’Ｐ’での積分は光束の位相が０の場の経路Ｐ’Ｑ’での積分に等しいので、周回積分Ｃは経路ＰＱでの積分の２倍の大きさになり、計算上周回路内で光が発光することと等価になる。従って、幅の狭い光だけでなく狭い幅を介して位相が異なる光が並ぶ場合でも幅の境界付近で光が発生する（実際に発光するのではなく、実効的に発光と同じ振る舞いする現象であり、回折理論の成立前にヤングが提唱した境界回折という現象に似ているので境界回折効果と呼ぶ）。
　屈折面Ｔにおいてどのような入射条件であろうとも屈折面上で発光があると、その光は屈折面を挟んだ両方の媒質内に伝搬する。すなわち、臨界角以上の入射光であっても、計算上屈折面で発光が生じるようにすれば全反射しないで透過光が現れると考えられる。そこで、本願発明者らはこのような考察結果から、臨界角を超えても光が透過する現象を実際に生じさせるための屈折面の構造を以下のように検討した。
　境界回折効果が強く出る例として図８に示すように、発光体に載せられた透明基板の空気との境界面に（ａ）ピンホールを設けそれ以外は遮光してピンホール光（白い四角形□内のみに光が存在）としたものと、（ｂ）幅ｗで仕切られた碁盤の目に１８０度の位相シフター１８をランダムに配置したものとを取り上げた。なお最初はピンホールで検討を行ったが、ピンホールでは現実的な光の取り出しがほとんどできないので、ピンホールと同じ光取り出し特性を示すと考えたランダム配置の位相シフターも検討した。
　図９は図８で示した構造での、屈折面における透過率ｔの入射角依存性を示す説明図であり、光の波長を０．６３５μｍとし、屈折率１．４５７の透明基板内で光量１の光が空気との境界面に角θ（屈折面法線となす角）で入射し、１回目でどれだけが空気側に出射するかを幅ｗをパラメータ（ｗ＝０．１、０．２、０．４、０．６、０．８、１．０、２．０、４．０、２０．０μｍ）にして示している（ピンホール光も１８０度位相シフターも全く同じ特性を示すので１８０度位相シフターのもので代用する）。図７（ａ）の条件に近いｗ＝２０μｍの特性は、臨界角（４３．３４度）を超えると透過率がほぼゼロになる。ｗが０．４～１．０μｍまで小さくなると、図７（ｄ）、（ｈ）で説明した境界回折効果により、臨界角を超えても大きな透過率が存在する。更にｗを小さくすると（ｗ＝０．１，０．２μｍ）、図７（ｅ）で説明した様に、あらゆる入射角で透過率が０に近づいてくる。なお、図９はヘルムホルツの波動方程式（いわゆるスカラー波動方程式）に基づく解析結果なので、Ｐ偏光とＳ偏光の差は現れていない。
　図１０は、Ｐ偏光入射に於ける１回目の透過率ｔの入射角依存性を示す実験結果である。微細な位相シフター１８の作製は実際には困難であるので、位相０度の部分を透過させ、位相１８０度の部分を遮光膜（Ｃｒ膜）で覆ったマスク（いわゆる幅ｗで仕切られた碁盤の目に遮光膜をランダムに配置したもので、ピンホール光をランダムに配置したものと同じ）で代用し、実験を行った。実際に作製したマスクパターンでは幅ｗが０．６、０．８、１．０、２．０、５．０μｍであった。実験装置は図１１に示すように、半導体レーザー（波長０．６３５μｍ）、三角プリズム５８（ＢＫ７）、マスク基板５９（合成石英、屈折率は１．４５７、裏面にマスクパターン形成）、集光レンズ系５０、光検出器５１からなり、屈折率１．５１のマッチング液５２を挟んで三角プリズムをマスク基板の表面に密着させ、三角プリズム側から方位角を計測しながらレーザー光を入射し、裏面側から漏れ出る透過光を集光レンズ系５０で集め、光検出器５１で透過光量を測定する。マスクの場合、全体の１／２の面積に相当する遮光膜の部分が遮光され、透過光量が位相シフターを用いたものに比べ１／２となるので、透過率ｔとしては遮光膜のない部分に入射する光量（全体の１／２の光量）で規格化する。実験結果は図９で示した解析結果と良く一致し、臨界角（４３．３４度）を超えても大きな透過率が存在し、ｗが小さいほどその傾向が強まることが分かる。
　このような結果に基づいて、本願発明者らはさらに検討を進め、全反射を防いで光の取り出し効率を飛躍的に向上させる今までにない発光装置に想到するに至った。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。
　（第１の実施形態）
　第１の実施形態を図１２から２０に基づいて説明する。
　図１２は第１の実施形態に於ける有機ＥＬ素子を用いた発光装置の断面構成と光の伝搬の様子を示している。基板１の上に電極２、発光層３、透明電極４がこの順に積層され、透明電極４の上には透明基板（透明な保護層）５が構成されている。基板１、電極２、発光層３、透明電極４が発光体を構成している。透明基板５の表面には微小領域によって区画化され微細な凹凸を有する表面構造１３が形成されている。
　電極２、透明電極４の間に電圧を印加することで、発光層３の内部の点Ｓで発光し、この光は直接、もしくは電極２を反射した後、透明電極４を透過し、透明基板５表面の表面構造１３上の点Ｐに、表面の面法線に対して角度θで入射し、この点において表面構造１３によって回折して空気６層側に出射する。
　空気６層の屈折率をｎ0、透明基板５の屈折率をｎ1とすると、入射角θが臨界角θｃ＝ｓｉｎ-1（ｎ0／ｎ1）より大きくなった時に全反射が発生するはずである。しかし、透明基板５表面に表面構造１３があるため、点Ｑには臨界角θc以上の角度で光が入射しても全反射することなく回折し、空気６層側に出射する（１回目の光取り出し）。なお、点Ｑでは光の一部が反射するがその反射する成分は、電極２を反射した後、再び表面構造１３上の点Ｒに入射し、その一部が空気層側６に出射し（２回目の光取り出し）、残りは反射する。以上の過程を無限に繰り返す。
　ここで表面構造１３がない従来の有機ＥＬ素子を用いた発光装置を考えると、臨界角以上の角度で透明基板と空気層との界面に透明基板側から入射した光は全反射し、それが電極で反射しても再び透明基板と空気層との界面においては再び臨界角以上で入射するので、２回目以降の光の取り出しは起こらず、この点で本実施形態とは異なっている。
　以下に本実施形態の特徴である表面構造１３について詳しく説明をする。
　図１３は第１の実施形態に於ける表面構造１３のパターン図を示している。図１３（ａ）の左が上面図であり、右は上面図のＡ－Ａ断面図である。図２（ａ）に示すように、表面構造１３は透明基板５の表面を幅ｗ（境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ）に隙間無く分割し、一つ一つの目（微小領域δ）が凸（図中の１３ａ（微小領域δ1）、灰色の目）であるか、この凸に対して相対的に凹（図中の１３ｂ（微小領域δ2）、白の目）であるかを、比率を各５０％としてランダムに割り当てたもので、図１３（ｂ）にｗ＝０．４μｍの場合の例を示している（黒が凸、白が凹に対応）。凸の突出高さは凹の底部から見てｄである。即ち一つの微小領域δは別の複数の微小領域δによって隣接されているとともに囲繞されており、微小領域δ1は微小領域δ2よりも透明基板５の表面の上方へ突き出している。ここで微小領域δ1と微小領域δ2との、透明基板５の表面に垂直な方向に関する中間の位置に、透明基板５表面に平行な基準面を定めると、微小領域δ1は基準面からｄ／２だけ上方に突き出しており、微小領域δ2は基準面からｄ／２だけ下方に窪んでいる。あるいは、透明基板５の空気６との境界面には複数の窪み（白の部分）が存していて窪み以外の部分の上面は同一面上に存しており、窪みの深さはそれぞれ実質的に同じｄであってこの窪みの底面を第１基準面とすると、第１基準面は１．５×１．５μｍ2以下の同じ面積を有した複数の微小領域δに分割されており、窪みの底面は微小領域δが２つ以上接続した形状若しくは微小領域δが１つのみである形状であり、窪みは第１基準面にランダムに配置されている、ともいえる。なお、第１基準面は、上記の基準面とは別の面である。
　表面構造１３の形成はエッチングで凹凸の形成された金型を作製し、この形状をプレスによりシート状の樹脂に転写し、このシートを透明基板５として接着層を介して透明電極４に貼り合わせるという方法で行ってもよい。この場合は透明基板５イコール透明なシートである。また、シートの表面あるいは保護層として形成された透明基板５の表面に直接にエッチングなどによって凹凸を形成する方法で行っても構わない。
　このようなランダムパターンを回折する光はその伝搬方位もランダムになるので、特許文献１に記載された発光装置のような、方位による光強度の分布が存在せず、方位による色のアンバランスもない。また、外界（空気層側）から入射する光は透明基板５表面の表面構造１３において反射するが、この反射光はランダムな方位に回折するため、外界の像が映り込むことにはならず、反射防止膜等の光学処理は不要であり、製品コストを低く抑えられる。図１４から図１５は第１の実施形態における表面構造から出射する１回目の取り出し光の視野角依存性の解析結果を示す説明図であり、段差ｄ＝０．７μｍとし、波長λと境界幅ｗをパラメータにして示している。図１４（ａ）はλ＝０．４５０μｍ、ｗ＝０．５μｍ、図１４（ｂ）はλ＝０．６３５μｍ、ｗ＝０．５μｍ、図１４（ｃ）はλ＝０．４５０μｍ、ｗ＝１．０μｍ、図１４（ｄ）はλ＝０．６３５μｍ、ｗ＝１．０μｍ、図１５（ａ）はλ＝０．４５０μｍ、ｗ＝１．５μｍ、図１５（ｂ）はλ＝０．６３５μｍ、ｗ＝１．５μｍ、図１５（ｃ）はλ＝０．４５０μｍ、ｗ＝２．０μｍ、図１５（ｄ）はλ＝０．６３５μｍ、ｗ＝２．０μｍの条件である。原点と曲線上の点を結ぶベクトルが出射光の光強度と出射方位を表しており、ベクトルの長さが光強度、ベクトルの方位が出射方位に対応する。縦軸は面法線軸の方位、横軸は面内軸の方位に対応し、実線は面内軸が図１３（ｂ）に於けるｘ軸又はｙ軸に沿った断面（０度、９０度の経度方位）、破線は面内軸がｙ＝ｘ又はｙ＝－ｘの直線に沿った断面（４５度、１３５度の経度方位）での特性である（９０度方位の結果は０度方位、１３５度方位の結果は４５度方位と一致するので省略する）。境界幅ｗ＝０．５、１．０μｍでは実線、破線とも偏角（緯度）に対しなめらかな変動（即ち視差に伴う強度差が少ないこと）を示し、かつ両者が一致する。ｗを大きくし、ｗ＝２．０μｍになると面法線方向の近傍での偏角に対する強度変動が大きくなり、λ＝０．４５０μｍでは実線、破線間の乖離も大きくなる。ｗ＝１．５μｍは強度変動が出始めるぎりぎりの条件である。従って、面法線方向の光強度が強く、偏角（緯度）に対する変動が緩やかで、経度方向の光強度差が少ない視野角依存性は境界幅ｗが１．５μｍ以下の条件で得られることが分かる。
　図１６は第１の実施形態に於ける表面構造１３の透過率ｔの入射角依存性を示す説明図であり、透明基板５内で光量１の光が表面構造に角θ（屈折面法線となす角）で入射し、１回目でどれだけが空気６側に出射するかを図１６（ａ）に示している。図１６（ｂ）は表面構造１３で反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合、すなわち２回目に於ける透過率の入射角依存性を示している。何れの図も、透明基板５の屈折率ｎ1＝１．４５７、空気６の屈折率ｎ0＝１．０、光の波長λ＝０．６３５μｍ、微小領域δ1の微小領域δ2に対する突出高さｄ＝０．７０μｍ、微小領域δ1の面積比率（即ち凸である比率）Ｐ＝０．５とし、表面構造の幅ｗをパラメータ（ｗ＝０．１，０．２，０．４，０．６，０．８，１．０，２．０，４．０μｍ）にしている。なお、突出高さｄ＝０．７０μｍは垂直入射に於いて凹部での透過光と凸部での透過光にπだけ位相差が発生する条件（ｄ＝λ／２（ｎ1－ｎ0））に相当する。
　微小領域δのそれぞれが微小領域δ1または微小領域δ2である確率は、それぞれＰまたは１－Ｐである。このため、微小領域δにおいて、微小領域δ1または微小領域δ2が２以上連続して隣接し存在し得る。この場合、連続する微小領域δ1または微小領域δ2間に境界は形成されておらず、境界は仮想的である。しかし、この場合でも、微小領域δ1または微小領域δ2が連続することにより、これらの領域の境界がなくなっただけであり、透明基板５の表面は微小領域δを基準単位として分割されていると言える。
　図１６（ａ）は、ｗ＝０．１、０．２μｍでの結果が異なる以外は１８０度位相シフターに於ける結果（図９）に近く、臨界角を超えても大きな透過率が存在する。図１７はＰ偏光入射に於ける透過率ｔの入射角依存性を示す実験結果である。実際に電子線ビーム法により石英基板上に深さｄ＝０．７０μｍ、境界幅ｗ＝０．４μｍの凹凸のランダムパターンを形成し、図１１に示した測定装置を用いて実験を行った。実験結果は図１６（ａ）で示した解析結果と良く一致し、臨界角（４３．３４度）を超えても大きな透過率が存在することが分かる。本実施形態の前に説明したように、屈折面においてどのような入射条件であろうとも屈折面上で等価的な発光（いわゆる境界回折効果）があると、その光は屈折面を挟んだ両方の媒質内に伝搬する。図１６で示したような臨界角を超えても光が透過する現象は、この屈折面上で等価的な発光が生じる条件にしていることから説明できる。
　点発光により光は透明基板５内で球面波となって均一に拡散すると仮定すると、発光方位角θ（前述の入射角θに一致）からθ＋ｄθの間にある光量の総和はｓｉｎθｄθに比例する。従って、取り出し光量は図１６（ａ）、（ｂ）で示した透過率ｔにｓｉｎθを掛けた値に比例する。図１８（ａ）、（ｂ）は第１の実施形態の表面構造における取り出し光量の入射角依存性を示す説明図である。すなわち、透明基板５内の１点（実際には発光層内の点）で発光する光量１の光が表面構造に角θ（屈折面法線となす角）で入射し、１回目でどれだけが空気層６側に出射するかを図１８（ａ）に示し、図１８（ｂ）は表面構造１３において１回反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合、すなわち２回目の取り出し光量の入射角依存性を示している。
　取り出し光量を入射角θで積分すると光取り出し効率が得られる。図１９（ａ）、図１９（ｂ）は第１の実施形態に於ける表面構造１３の光取り出し効率を示す説明図であり、図１６におけるものと同じ条件の下、横軸に表面構造１３の境界幅ｗをおいてまとめている。図１９（ａ）において、表面構造１３の突出高さｄ＝０．７０μｍに加え、ｄ＝０．１、０．３０、０．５０、１．４０μｍの場合の光取り出し効率（１回目の光取り出し効率η1）、更には透明電極４での吸収や電極２での反射損など、往復における光減衰は無いとして、表面構造１３で反射し、電極２を反射した後、再び表面構造１３に入射する場合の光取り出し効率（２回目の光取り出し効率η2）も示している。曲線５ａ、５Ａはそれぞれｄ＝０．７０μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線５ｂ、５Ｂはそれぞれｄ＝０．５０μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線５ｃ、５Ｃはそれぞれｄ＝０．３０μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率である。曲線５ｇ、５Ｇはｄ＝０．１０μｍでの１回目及び２回目の光取り出し効率であり、他の深さに比べ光取り出し効率が小さくなることから突出高さｄは０．２０μｍ以上は必要である。また曲線５ｈに示すように、可視光波長の倍以上（ｄ≧１．４μｍ）になると、幅ｗが１．５μｍ以下の領域で１回目の効率が大きく劣化するので、突出高さｄは１．４μｍ以下が好ましい。従って、ｄの推奨値は０．２～１．４μｍの範囲にある。もっと一般的に言えば、透明基板５の屈折率ｎ1、空気６の屈折率ｎ0（ただし、透明基板５が接している媒質は空気でなくてもよく、透明基板５の屈折率ｎ1よりも小さい屈折率ｎ0を有する媒質を用いてもよい。）、光のスペクトルの中心波長λとして、λ／（ｎ1－ｎ0）≧ｄ≧λ／６（ｎ1－ｎ0）の条件が段差の推奨値である。
　ｄ≦０．７０μｍの場合、１回目の光取り出し効率はいずれも境界幅ｗが０．４～２μｍで極大になり、ｗを小さく、又は大きくしていくと０．２７（いわゆる（式３）で与えられる値で表面が鏡面とした場合の光取り出し効率）に漸近する。２回目の光取り出し効率はいずれもｗ＝０．１０から２．０μｍの間で極大値をなしｗを大きくしていくと０．００に漸近し（図１９の範囲では現れていない）、ｗ≦０．１０μｍではｗが小さくなるに従って０．００に収束する。
　参考として図１９（ｂ）の曲線５ｄ、５Ｄに、表面構造１３ではなく、微小領域δ1に光の位相を１８０度変換させる位相シフターを置いた場合の１回目、及び２回目の光取り出し効率を示す。本実施形態の表面構造１３では凹部と凸部の伝搬光がその段差分だけの距離を伝搬する間に位相差が発生するのに対し、位相シフターでは伝搬距離ゼロで位相差が発生する仮想的なものである。位相シフターの場合、境界幅ｗを大きくしていくと１回目、２回目の光取り出し効率がそれぞれ０．２７、０．００に漸近していくことは表面構造１３と同じであるが、０．３μｍ以下に小さくしていくと、２回目のみならず１回目の光取り出し効率もゼロになる（この理由はすでに図７（ｅ）で説明した）。本実施形態の表面構造１３が境界幅０．４μｍ以下の条件で位相シフターよりも高い光取り出し効率が得られる理由の一つは、凸部が光導波路として作用していることが考えられる。
　透明基板５から見た、透明基板５の表面と電極２との間の往復における光透過率をτとすると、往復における光減衰を考慮した２回目の光取り出し効率はτ×η2になる。光取り出しは１回、２回にとどまらず無限に繰り返され、その関係が等比数列と仮定して１回目がη1、２回目がτ×η2であれば、ｎ回目はη1×（τ×η2　／η1）n-1と予想できる。従って、ｎ回目までの光取り出しの合計は
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 　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（式６）
となり、無限回ではη1／（１－τ×η2　／η1）に漸近する。
　図１９（ａ）において曲線５ａ，５Ａ（ｄ＝０．７０μｍ）で見てみると、ｗ＝０．６０μｍの時、η1＝０．３１８、η2＝０．０９３であり、τ＝０．８８とすると、０．４２８の光取り出し効率が得られる。ｗ＝１．００μｍの時には、η1＝０．３１９、η2＝０．１０２であり、０．４４４の光取り出し効率が得られる。一方、図１、図２（ａ）に示される従来の発光装置は、η1＝０．２７４、η2＝０であり、２回目以降は全てゼロとなり、合計で０．２７４である。従って、ｗ＝０．６０μｍ条件では、本実施形態の発光装置は図２（ａ）に示される発光装置の１．５６倍、ｗ＝１．００の条件では１．６２倍の光取り出し効率を実現できることが分かる。このように、ｗを０．２μｍよりも大きくすることで（一般的に表現すれば、微小領域δに内接する円の最大のものの直径を０．２μｍ以上とすることで）光取り出し効率の大幅な向上を実現できる。
　次に本実施形態に於ける表面構造１３の光取り出し効率が波長にどのように依存するかを考察する。
　図１９（ａ）の曲線５ａ’、５Ａ’、５ｈ’、５Ｈ’は、波長０．４５μｍの条件での、ｄ＝０．７０、１．４０μｍに対する１回目、及び２回目の光取り出し効率を示している。これらの特性は波長０．６３５μｍでの結果とほぼ一致するので、可視光内の波長差に伴う取り出し効率の変化を小さくできることが分かる。
　このように、本実施形態における表面構造１３は単一の形状（ｄとｗ）であっても可視光内の全波長に対して最適値に近い光取り出し効率が得られるので、この構造をディスプレイ装置の表示面に用いる場合、ＲＧＢの３種類の画素に対して個別に形状を変える必要がなく、構成や組立時の調整を大幅に簡素化できる。
　また、有機ＥＬ素子では透明電極４の上に、透明基板５と電極２との間の光の往復における光透過率を調整するための透明な調整層が置かれることがある。この場合、透明基板５は調整層の上に載せられる（即ち調整層まで含んだ有機ＥＬ素子を発光体と言うことができる）が、透明基板５の屈折率ｎ1が調整層の屈折率ｎ1’よりも小さくなる場合、透明基板５と調整層との間に全反射が発生する境界面が存在し、特にｎ1’－ｎ1＞０．１の場合にはその影響が無視できなくなる。図２０はその時の光の伝搬の様子を示している。
　図２０に於いて、屈折率ｎ2の発光層３の内部の点Ｓで発光する光は直接、もしくは電極２を反射した後、透明電極４を透過し、屈折率ｎ1’の調整層１５を透過し、境界面１５ａ上の点Ｐ’において屈折して、屈折率ｎ1の透明基板５を透過し、透明基板５と空気６との境界面上の点Ｐを経て空気６側に出射する。ここではｎ1’≧ｎ2＞ｎ1＞１．０である。なお、ｎ1’はｎ2よりも小さくても構わないが、この場合は透明電極４と調整層１５との間で全反射が発生する。透明基板５において空気６との境界面には本実施形態に係る表面構造１３が形成されているので、臨界角を超えた光でも空気６層側に取り出すことが出来る。しかし、ｎ1’＞ｎ1の関係から境界面１５ａでも全反射が発生する。すなわち、点Ｐ’への入射より入射角の大きい点Ｑ’への入射では全反射し、この光は電極２との間で全反射を繰り返し、空気６側に取り出すことは出来ない。
　このような場合、図２１に示すように、調整層１５と透明基板５との境界面にも本実施形態に係る表面構造１３’を設けることでこの面での臨界角を超えた入射光を空気６側に取り出すことが出来る。すなわち、表面構造１３’により臨界角を超えた点Ｑ’への入射でも全反射は発生せず、この面で反射する成分は電極２を反射した後、再び表面構造１３’上の点Ｒ’に入射し、その一部が表面構造１３を経て空気６側に出射でき、以上の過程を無限に繰り返す。図２１の構成は、凹凸を有する表面構造１３，１３’を２重に形成する複雑さはあるが、透明基板５に屈折率の低い材料を用いることが出来、材料の選択の幅を広げられるメリットを有する。
　なお、（式６）より透明基板５と電極２との間の往復における光透過率τが大きければ、光取り出し効率は増大する。実際の発光層３は電極２や透明電極４以外に、上述した調整層１５等の複数の透明層等に取り囲まれるが、それらの膜設計（発光層３を含めた膜の屈折率や厚みの決定）は、前述の光透過率τが最大になるように行うべきである。この時、表面構造１３での反射は位相の分布がランダムになるので、反射光の重ね合わせはインコヒーレントな扱い（振幅加算でなく強度加算）になる。すなわち透明基板５表面の反射影響は無視でき、仮想的に反射率０％、透過率１００％として扱える。この条件で透明基板５から光を発光させ、この光を発光層３を含む多層膜を多重に往復させ、透明基板５に戻ってくる複素光振幅の重ね合わせ光量を最大にすることを条件にして、各膜の屈折率や厚みが決定される。
　（第２の実施形態）
　第２の実施形態を図２２、図２３に基づいて説明する。なお第２の実施形態は表面構造１３のパターンが第１の実施形態と違うだけで、他の構成は全て第１の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
　第２の実施形態は表面構造の凸である比率Ｐと凹である比率１－Ｐを０．５に固定するのではなく、Ｐ＝０．４～０．９８としたものである。即ち、微小領域δ1（上方へ突出している領域）が４０～９８％存在し、微小領域δ2（窪み）が６０～２％存在している。
　図２２（ａ）は本実施形態に於ける表面構造の光取り出し効率を示す説明図であり、透明基板５の屈折率ｎ1＝１．４５７、空気６の屈折率ｎ0＝１．０、光の波長λ＝０．６３５μｍ、表面構造の突出高さｄ＝０．７０μｍとし、横軸に表面構造の境界幅ｗをおいて、比率Ｐ＝０．２，０．４，０．６，０．８、０．９の場合の光取り出し効率（１回目、及び２回目）を示している。曲線６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅ及び６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６ＥはそれぞれＰ＝０．２，０．４，０．６，０．８、０．９での光取り出し効率である。図２３の曲線２７ａ、２７Ａは上記の条件で境界幅ｗ＝１．０μｍとし、凸である比率Ｐを横軸にして光取り出し効率（１回目、及び２回目）をプロットしている。
　図２２（ａ）より、１回目の光取り出し効率ではｗの全ての領域で比率Ｐ＝０．２の特性が最小となり、ｗ≦２μｍではＰ＝０．６の特性が最大値を与える。２回目の光取り出し効率ではｗ≦４μｍの範囲でＰ＝０．９の特性が最も大きく、Ｐ＝０．２の特性が最小となる。
　図２３の曲線２７ａより、１回目の光取り出しでは凹凸の面積比率を支配する比率Ｐを０．６を中心とする０．４～０．８の範囲に設定することで、光取り出し効率をより高められる。これはこの範囲で凸部が光導波路として効果的に作用するためであると考えられる（Ｐ≦０．２では導波路を形成する凸部の面積比が少なく、Ｐ≧０．８では凸部同士が近づきすぎて導波効果が薄まる）。一方、図２３の曲線２７Ａより、２回目の光取り出しでは比率Ｐを０．９を中心とする０．５～０．９８の範囲に設定することで、光取り出し効率をより高められる。従って、１回目、２回目を含めたトータルの光取り出し効率では比率Ｐを０．４～０．９８の範囲に設定することが好ましい。
　このように、本実施形態では比率Ｐを０．５からずらすことで、第１の実施形態よりも高い光取り出し効率が得られる。また、第１の実施形態と同様に、方位による光強度の分布や色のアンバランスがない上、光取り出し効率の大幅な向上を実現でき、外界の像の映り込みも抑えられる等の効果を有する。
　（第３の実施形態）
　第３の実施形態を図２２（ｂ）に基づいて説明する。なお第３の実施形態は表面構造１３の段差条件が違うだけで、他の構成は全て第１、第２の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
　第３の実施形態は第１、第２の実施形態に於ける表面構造の隣接する２つの微小領域δ1，δ2間の段差の量をランダムにした場合である。ランダムにする方法としては、図１３（ａ）において、透明基板５の表面を幅ｗ（境界幅と呼ぶ）の碁盤の目（正方形の微小領域δ）に隙間無く分割し、単一の基準面に対し一つ一つの目に－ｄm／２からｄm／２までの間の任意の高さ（または深さ）をランダム関数に基づきランダムに設定したものである。単一の基準面としては、透明基板５の表面の面法線に平行な方向において、最も高い位置に存する微小領域δと最も低い位置に存する微小領域δとの中間に存する、透明基板５の表面に平行な面である。ｄmは最も高い位置にある微小領域δと最も低い値にある微小領域δとの高さ方向の位置の差である。
　図２２（ｂ）は本実施形態に於ける表面構造の光取り出し効率を示す説明図であり、透明基板５の屈折率ｎ1＝１．４５７、空気６の屈折率ｎ0＝１．０、光の波長λ＝０．６３５μｍとし、横軸に表面構造の境界幅（微小領域δの幅）ｗをおいて、最大段差ｄm＝１．４，０．９，０．７、０．３μｍの場合の１回目の光取り出し効率η1、２回目の光取り出し効率η2を示している。計算の都合から基準面からの段差量のランダム性として、ｄm＝１．４μｍでは－０．７μｍから０．７μｍまでの０．４６７μｍステップで４種類の段差、ｄm＝０．９μｍでは－０．４５μｍから０．４５μｍまでの０．３μｍステップで４種類の段差、ｄm＝０．７μｍでは－０．３５μｍから０．３５μｍまでの０．２３３μｍステップの４種類の段差、ｄm＝０．３μｍでは－０．１５μｍから０．１５μｍまでの０．１μｍステップの４種類の段差をそれぞれランダムに選択する条件（出現確率がそれぞれ２５％の条件）で行った。なお、各ステップの出現確率は均等である必要はなく、例えば低い（深い）位置のステップの出現確率を小さく、高い（浅い）位置のステップの出現確率を大きくしてもよい。
　曲線６ｉ、６Ｉはそれぞれｄm＝１．４μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線６ｈ、６Ｈはそれぞれｄm＝０．９μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線６ｇ、６Ｇはそれぞれｄm＝０．７μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率、曲線６ｆ、６Ｆはそれぞれｄm＝０．３μｍでの１回目、及び２回目の光取り出し効率である。第１の実施形態と同様に、１回目の光取り出し効率はいずれも境界幅ｗが０．２～２μｍで極大になり、ｗを小さく、又は大きくしていくと０．２７（いわゆる（式３）で与えられる値で表面が鏡面である場合の光取り出し効率）に漸近する。２回目の光取り出し効率はｗ≦０．２０μｍではｗが小さくなるに従って０．００に収束し、図には現れていないがｗを８μｍより大きくしていくと０．００に漸近する。従って、境界幅ｗの範囲は０．２μｍ以上の大きさである必要があり、更に第１実施例の図１４、図１５で議論したように、視野角依存性の関係から１．５μｍ以下が好ましい。図２２（ｂ）において、ｄm＝０．７μｍ、境界幅ｗ＝０．６μｍの条件で計算した１回目、２回目の光取り出し効率（η1、η2）は０．３３１、０．１４１となる。従って、ｄm＝０．７μｍで得られる特性は第１の実施形態で得られる特性（曲線５Ａ）や第２の実施形態で得られる特性（曲線６Ｂ，６Ｃ）に比べ、２回目の光取り出し効率が向上している。これは凸部の先端が不揃いになることで、パターンのランダム性が増し、表面構造を反射する光の伝搬方位のランダム性も増して反射光の拡散性が高まり、２回目の光取り出しでも１回目に近い状態（全方位に均一な光強度の状態）で光が入射できるためと考えられる。
　なおｗ≧０．４μｍの範囲でｄm＝０．７０μｍに比べてｄm＝０．３０μｍの一回目における特性が劣化していることから、ｄmはｄm≧０．２～０．３μｍであることが好ましい（この範囲は第１の実施形態と同じである）。また、ｄm＝１．４０μｍはｗ≧１．０μｍの範囲でｄm＝０．７０μｍに比べ一回目の特性が微改善するが、ｄmが大きすぎると加工が困難になるうえ、ｗ≧１．５μｍの条件で視野角特性が劣化するので（図１４、１５参照）、１．４０μｍがｄmの上限の目安といえる。これらの範囲は第１の実施形態の範囲（λ／（ｎ1－ｎ0）≧ｄm≧λ／６（ｎ1－ｎ0））と同じである。
　この様に、第３の実施形態は段差の量をランダムにすることで、第１、第２の実施形態よりも高い光取り出し効率が得られる。また、第１の実施形態と同様に、方位による光強度の分布や色のアンバランスがない上、外界の像の映り込みも抑えられる等の効果を有する。
　なお、段差の量をランダムにする条件として、（１）０から最大段差量ｄmまでの全ての値をとる場合、（２）０と最大段差量ｄmを含めて３段以上の段差の内のいずれかをとる場合、の２つが考えられる。このうち（２）の一例として、０、ｄm／３、ｄm×２／３、ｄmの４種類の段差を取る場合を考えると、このような表面構造をシート表面に形成するための形状転写用の金型は、２回の露光、エッチング工程（１回目：露光で境界幅ｗ1のマスクパターンを用い、深さｄm／３のエッチング、２回目：露光でマスクを境界幅ｗ2のマスクパターンに変えて深さｄm×２／３のエッチング）で作製することができる。このとき、不連続な境界線の出現頻度を最大にするには、ｗ2＝ｗ1が条件となる。
　さらに、０，ｄm／６，ｄm×２／６，ｄm×３／６，ｄm×４／６，ｄm×５／６，ｄmの７種類の高さ（段差）を取る場合を考えると、このような表面構造をシート表面に形成するための形状転写用の金型は、３回の露光、エッチング工程（１回目：露光で境界幅ｗ１のマスクパターンを用い、深さｄm／６のエッチング、２回目：露光でマスクを境界幅ｗ2のマスクパターンに変えて深さｄm×２／６のエッチング、３回目：露光でマスクを境界幅ｗ3のマスクパターンに変えて深さｄm×３／６のエッチング）によって作製することができる。このとき、不連続な境界線の出現頻度を最大にするには、ｗ1＝ｗ2＝ｗ3が条件となる。
　（第４の実施形態）
　第４の実施形態を図２４に基づいて説明する。なお第４の実施形態は表面構造のパターンが第１の実施形態と違うだけで、他の構成は全て第１の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
　図２４は第４の実施形態に於ける表面構造のパターンを決定するまでの過程を示している。図２４（ａ）は、透明基板５の表面を幅ｗ1の碁盤の目（正方形の微小領域α）に分割し、一つ一つの目が黒であるか白であるかの比率を各５０％として白と黒とをランダムに割り当てたもので、図ではｗ1＝１μｍの場合の例を示している（ｗ1の最適値はもっと小さいところにあるが、図として見にくくなるのでこの値で説明する）。黒に割り当てられた微小領域αは微小領域α1であり、白に割り当てられた微小領域αは微小領域α2である。
　図２４（ｂ）は、透明基板５の表面をｗ1の整数倍の大きさの幅ｗ2の碁盤の目（正方形の微小領域β）に分割し、一つ一つの目が黒である比率をＰ２、白である比率を１－Ｐ2とし、Ｐ2＝０．５として白と黒とをランダムに割り当てたもので、図ではｗ2＝２μｍの場合の例を示している。黒に割り当てられた微小領域βは微小領域β1であり、白に割り当てられた微小領域βは微小領域β2である。
　図２４（ｃ）は、図２４（ａ）、図２４（ｂ）のパターンを碁盤の目が揃うように重ね合わせ、黒（α1）と黒（β1）の重なりは白に、白（α2）と白（β2）の重なりは白に、白（α2）と黒（β1）、又は黒（α1）と白（β2）の重なりは黒にするというルールで生成されたパターンである。図２４（ｃ）は結果として図２４（ａ）のパターンと生成ルールが等しくなり、黒を凸とし、それに対して相対的に白は凹となる表面構造のパターンは第１の実施形態で紹介しているものと同じである。
　一方、図２４（ｄ）は、透明基板５の表面を幅ｗ1の碁盤の目（正方形の微小領域α）に分割し、一つ一つの目が黒である比率をＰ1、白であるかの比率を１－Ｐ1としてランダムに割り当てたもので、図ではｗ1＝１μｍ、Ｐ1＝０．１の場合の例を示している。図２４（ａ）と同様に、黒が微小領域α1、白が微小領域α2である。
　図２４（ｅ）は、図２４（ｄ）、図２４（ｂ）のパターンを碁盤の目が揃うように重ね合わせ、黒（α1）と黒（β1）の重なりは白に、白（α2）と白（β2）の重なりは白に、白（α2）と黒（β1）、又は黒（α1）と白（β2）の重なりは黒にするというルールで生成されたパターンである。図２４（ｅ）は黒、白の面積比率が１：１であり、黒マーク、白マークの最小サイズが同じになるなど、図２４（ｃ）のパターンと似た特徴をなすが、最小サイズの出現比率が低い点で違いがある。最終的な黒と白の比率（凹凸の面積比率）は比率Ｐ1、Ｐ2で決まり、黒の比率Ｐ（凸となる比率）はＰ＝Ｐ1＋Ｐ2－２Ｐ1Ｐ2で与えられる。
　図２３に、表面構造の凸部分の突出高さｄ＝０．７０μｍ、ｗ1＝０．２μｍ、ｗ2＝１μｍ、Ｐ1＝０．１の条件で、凸となる比率Ｐを横軸にして計算した１回目、２回目の光取り出し効率（η1、η2）の特性を曲線２７ｂ，２７Ｂとして付記する。
　図２３の曲線２７ｂより、第１実施例とは異なったパターンの凹凸分布にも関わらず、１回目の光取り出しでは凹凸の面積比率を支配する比率Ｐを０．６を中心とする０．４～０．８の範囲に設定することで、光取り出し効率をより高められる。一方、曲線２７Ｂより２回目の光取り出しでは比率Ｐを０．５～０．９の範囲（Ｐ1＝０．１に設定しているので曲線２７ｂ、２７Ｂは０．１以下、０．９以上をプロットできない）に設定することで、光取り出し効率をより高められる。従って、第１実施例と同様に比率Ｐ1、Ｐ2を組み合わせ最終的な凸となる比率Ｐを０．５～０．９８の範囲に設定することで、１回目、２回目を含めたトータルの光取り出し効率を高めることができる。なお、図２３の曲線２７ｃ，２７Ｃはｗ1＝０．１μｍ、Ｐ1＝０．１の条件、曲線２７ｄ，２７Ｄはｗ1＝０．１μｍ、Ｐ1＝０．２の条件の１回目、２回目の光取り出し効率の特性である。ｗ1を０．２μｍより小さくすることで効率が大きく劣化するので、ｗ1は０．２μｍ以上の大きさである必要がある。また、ｗ1の上限値は第１の実施形態の図１４、図１５で議論したように、視野角依存性の関係から１．５μｍ以下が好ましい。
　第４の実施形態は表面構造の形成条件を第１の実施形態とは若干変更したものであり、条件によっては光取り出し効率は第１の実施形態よりも若干劣化するが、依然として図１、図２（ａ）に示す従来の発光装置よりも大きな光取り出し効率を実現でき、第１の実施形態と同様に、方位による光強度の分布や色のアンバランスがない上、光取り出し効率の大幅な向上を実現でき、外界の像の映り込みも抑えられる等の効果を有する。また第４の実施形態は、第１の実施形態に比べ、表面構造に関する形状の制約条件が緩いため、誤差マージンが広く取れ、加工のしやすさにメリットがある。例えば、第１の実施形態の条件では、凹部と凹部、又は凸部と凸部の間隔が近接するため、微細な凹凸形状を加工することは困難であるが、第４の実施形態では微細な凹部、又は凸部の出現比率が低いので（図２４の（ｃ）と（ｅ）を参照）、凹部と凹部、又は凸部と凸部の間隔が実効的に広がって加工の難易度のハードルは低くなる。なお、第２の実施形態に第４の実施形態を適用したものでも、第２の実施形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
　（第５の実施形態）
　第４の実施形態と第３の実施形態を組み合わせたものが、第５の実施形態である。本実施形態では、領域の設定をわかりやすくするために各領域を色で区別して説明する。第５の実施形態では、まず、透明基板５の表面を幅ｗ1の碁盤の目（正方形の微小領域α）に分割し、一つ一つの目が黒である比率をＰ1、白である比率を１－Ｐ1としてランダムに黒と白とに割り当て、白を割り当てられた領域（微小領域α2）をｄ1（＞０）の深さだけエッチング等の方法で彫り込む。なお黒を割り当てられた領域が微小領域α1である。
　次に、透明基板５の表面を幅ｗ2の碁盤の目（正方形の微小領域β）に分割し、一つ一つの目が青である比率をＰ2、赤である比率を１－Ｐ2としてランダムに青と赤と割り当て、赤を割り当てられた領域（微小領域β2）をｄ2（＞０）の深さだけエッチング等の方法で彫り込む。なお、青を割り当てられた領域が微小領域β1である。ただし幅ｗ2は幅ｗ１の整数倍であり（ｗ2＝ｗ1が最も好ましい）、それぞれの碁盤の目は境界線が揃うように重ね合わされている。
　このようにすることで、白と赤の重なっている部分の面を基準面としたときに、この基準面に対し黒と青の重なりは高さｄ1＋ｄ2に、白と青の重なりは高さｄ2に、又は黒と赤の重なりは高さｄ1にすることができる。従って、段差は０からｄ1＋ｄ2までの間の４種類の値（０、ｄ1、ｄ2、ｄ1＋ｄ2）をランダムに取り得るので、第３の実施形態と同じ効果が得られる。
　しかもｄ1＝ｄm×１／３、ｄ2＝ｄm×２／３と設定すれば、微細な構造で作製が困難な幅ｗ1のパターンは深さを浅くできるので加工のしやすさにメリットがある。ｄ1＝ｄm×１／３、ｄ2＝ｄm×２／３の場合、比率Ｐ2はこれが彫り込み幅の深い側に対応しているので（実際には比率Ｐ2の側が２、比率Ｐ1の側が１の重みで平均深さに関係する）、凹凸の面積比率、すなわち深さの平均レベルを決定する第４の実施形態の比率Ｐ2と似た意味合いを持つ。一方、比率Ｐ1は微細な構造（幅ｗ1）の出現比率に関係するので、第４の実施形態の比率Ｐ1と似た意味合いを持つ。
　なお、上述の実施例は２種類の露光、エッチング工程の組み合わせであったが、３種類の露光、エッチング工程を組み合わせると、８種類の値からランダムな高さをとることができる。この場合は上述した２つのエッチング工程に以下の工程を加える。すなわち透明基板５の表面を幅ｗ3の碁盤の目（正方形の微小領域γ）に分割し、一つ一つの目が緑である比率をＰ3、黄色である比率を１－Ｐ3としてランダムに緑と黄色と割り当て、黄色を割り当てられた領域（微小領域γ2）をｄ3（＞０）の深さだけエッチング等の方法で彫り込む。なお緑を割り当てられた領域が微小領域γ1である。ただし幅ｗ3は幅ｗ2の整数倍であり（ｗ3＝ｗ2が最も好ましい）、それぞれの碁盤の目は境界線が揃うように重ね合わされている。
　このようにすることで、白と赤と黄色の重なっている部分の面を基準面としたときに、この基準面に対し黒と青と緑の重なりは高さｄ1＋ｄ2＋ｄ3に、白と青と緑の重なりは高さｄ2＋ｄ3に、黒と青と黄色の重なりは高さｄ1＋ｄ2に、黒と赤と緑の重なりは高さｄ1＋ｄ3に、黒と赤と黄色の重なりは高さｄ1に、白と青と黄色の重なりは高さｄ2に、白と赤と緑の重なりは高さｄ3にすることができる。従って、高さは０からｄ1＋ｄ2＋ｄ3までの間の８種類の値（０、ｄ1、ｄ2、ｄ3、ｄ1＋ｄ2、ｄ2＋ｄ3、ｄ3＋ｄ1、ｄ1＋ｄ2＋ｄ3）をランダムに取り得るので、第３の実施形態と同じ効果が得られる。
　しかもｄ1＝ｄm×１／６、ｄ2＝ｄm×２／６、ｄ3＝ｄm×３／６と設定すれば、微細な構造で作製が困難な幅ｗ1やｗ2のパターンは深さを浅くできるので加工のしやすさにメリットがある。ｄ1＝ｄm×１／６、ｄ2＝ｄm×２／６、ｄ3＝ｄm×３／６の場合、比率Ｐ2やＰ3は彫り込み幅の深い側に対応しているので（実際には比率Ｐ3の側が３、比率Ｐ2の側が２、比率Ｐ1の側が１の重みで平均深さに関係する）、Ｐ2、Ｐ3は凹凸の面積比率、すなわち深さの平均レベルを決定する第４の実施形態の比率Ｐ2と似た意味合いを持つ。一方、比率Ｐ1は微細な構造（幅ｗ1）の出現比率に関係するので、第４の実施形態の比率Ｐ1と似た意味合いを持つ。
　（第６の実施形態）
　第６の実施形態を図１２に基づいて説明する。なお第６の実施形態は表面構造１３のパターンが第１の実施形態と違うだけで、他の構成は全て第１の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
　第６の実施形態は第１の実施形態に於ける表面構造の隣接する２つの微小領域δ1，δ2を位相シフターで構成したものである。位相シフターは、例えば屈折率の異なる多層膜で形成できる。すなわち多層膜の多重反射により、透過光の位相を調整でき、多層膜の構造（膜厚や層数）を変えることで１８０度の領域と０度の領域をランダムに形成できる。また、偏光子を用いて２つの領域を透過する光の偏光を変えても同じ効果が得られる。この時、１８０度領域に対応する透過光の偏光はＰ偏光、又は右回りの円偏光、０度領域に対応する透過光の偏光はＳ偏光、又は左回りの円偏光となるような偏光子になるが、方位の９０度異なる１／２波長板を用いれば実現できる。なお、第１実施例の様な、屈折率に差がある界面の凹凸構造も透過光の位相が凹凸間で変化するので位相シフターの一つの形態と言える。
　本実施形態に於ける表面構造１３の透過率ｔの入射角依存性、及び光取り出し効率は既に図９、図１９（ｂ）（曲線５ｄ、５Ｄ）に示され、１回目の光取り出し効率だけでもｗを０．４μｍ以上１μｍ以下の範囲で表面を鏡面とした場合の光取り出し効率を超えることができる。図１９（ｂ）には、位相差を９０度にした結果も示しており、１回目、２回目の光取り出し効率がそれぞれ曲線５ｄ’、５Ｄ’で表される。いずれも、位相差１８０度のもの（曲線５ｄ、５Ｄ）より劣化するので、位相差の最適値は１８０度であることが分かる。
　この様に、第６の実施形態は表面構造１３を位相シフターで構成することで、従来例よりも高い光取り出し効率が得られる。また、第１の実施形態と同様に、方位による光強度の分布や色のアンバランスがない上、外界の像の映り込みも抑えられる等の効果を有する。
　（第７の実施形態）
　第７の実施形態を図２５に基づいて説明する。なお第７の実施形態は表面構造のパターンが第１の実施形態と違うだけで、他の構成は全て第１の実施形態と同じであり、共通の構成についてはその説明を省略する。
　図２５（ａ）は本実施形態に於ける第１の表面構造２３のパターン図を示している。図２５（ａ）に示すように、表面構造２３は透明基板５の表面を一辺の長さｗの正三角形（微小領域δ）に分割し、一つ一つの微小領域δが凸（図中の２３ａ（微小領域δ1）、灰色の図形）であるか凹（図中の２３ｂ（微小領域δ2）、白の図形）であるかの比率を各５０％として凸と凹とをランダムに割り当てたものである。ｗは２．２５μｍ以下である。
　一方、図２５（ｂ）は本実施形態に於ける第２の表面構造３３のパターン図を示している。透明基板５の表面を一辺の長さｗの正六角形（微小領域δ）に分割し、一つ一つの図形が凸（図中の３３ａ（微小領域δ1）、灰色の図形）であるか凹（図中の３３ｂ（微小領域δ2）、白の図形）であるかの比率を各５０％として凸と凹とをランダムに割り当てたものである。ｗは０．９３μｍ以下である。
　なお、一般的に表現すれば、図形の大きさはその図形に内接する円の最大のものの直径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下であることが条件となる。
　第７の実施形態は表面構造２３，３３のパターン形状が第１の実施形態とは異なるだけで、第１の実施形態と同じ原理が作用し、同一の効果が得られる。また、正三角形や正六角形に限らず、同じ図形で隙間無く面分割が出来るのであれば、任意の多角形であってもよい。
　なお、第１から第７の実施形態では、実際の加工体での表面構造１３，２３，３３が厳密には正方形や正三角形、正六角形にはならず角の部分が丸まったり角が丸まった微小領域の隣の微小領域の角がその分変形したりするが、特性の劣化はなく同一の効果が得られることは言うまでもない。また、第２～第６の実施形態に第７の実施形態を適用したものでも、第２～第６の実施形態と同様の効果が得られる。
　（第８の実施形態）
　第８の実施形態を図２６に基づいて説明する。なお第８の実施形態の構成は、反射低減のための微細周期構造以外は全て第１の実施形態の構成と同じである。第１の実施形態と共通の構成については、ここではその説明を省略する。
　図２６（ａ）、（ｂ）は、第８の実施形態の発光装置１０７を示す断面図および上面図である。図２６（ａ）に示すように、基板１０１の上には、電極１０２、発光層１０３、透明電極１０４、透明基板１０５がこの順に積層されている。図２６（ａ）、（ｂ）に示すように、透明基板１０５の表面（透明電極１０４と接する側とは反対側の表面）には、境界幅ｗの凹凸からなる表面構造１１３が形成されている。
　表面構造１１３における凸部の上面および凹部の底面には、反射低減のための微細周期構造１１４が形成されている。図２７（ａ）、（ｂ）は、透明基板１０５に形成された表面構造１１３及び微細周期構造１１４の拡大図である。図２７（ａ）、（ｂ）に示すように、表面構造１１３は、基準面からｄ／２だけ上方に位置する凸部と、基準面からｄ／２だけ下方に位置する凹部とを有する。凸部および凹部は、それぞれ微小領域δを構成する。凸部の上面および凹部の底面には、凹凸からなる微細周期構造１１４が設けられている。微細周期構造１１４の凹凸としては、図２７（ａ）に示すように、幅ｉ、深さｈの凹部を表面構造１１３の表面に形成してもよいし、図２７（ｂ）に示すように、幅ｉ、高さｈの凸部を表面構造１１３の表面に形成してもよい。図２７（ａ）、（ｂ）に示す微細周期構造１１４において、凹部の底面および凸部の上面は、幅Ａ／２の矩形形状を有している。例えば、図２７（ｂ）に示す微細周期構造１１４は、凹部の底面および凸部の上面は、（一辺の長さがＡ/２）の正方形の形状を有する。光取出し構造の境界幅ｗは、微細周期構造１１４の凹凸の幅ｉの整数倍であり、両者の端面が一致していることが望ましいが、必ずしも一致していなくても良い。また、図２７（ａ）及び（ｂ）に示す微細周期構造１１４の凹部と凸部が反転していてもよく、この場合にも同様の効果を得ることができる。
　微細周期構造１１４は、発光層１０３から発せられる光の波長よりも小さい周期Ａ（透明基板１０５の表面と平行な方向における周期）を有する。特に、微細周期構造１１４の凹凸の周期Ａは、光の波長の１／４以下であることが好ましい。具体的には、微細周期構造１１４の凹凸の周期は、０．１μｍ以上０．２μｍ以下であることが好ましい。周期Ａが０．１μｍ未満であれば加工が困難になり、周期Ａが０．２μｍより大きければ回折光が生じるため、外光の低反射化が困難になる。微細周期構造１１４の凹凸の深さ（または高さ）ｈは０．１μｍ以上１．４μｍ以下であることが好ましい。深さｈが０．１μｍ未満であれば加工が困難になり、さらに、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ｈが深いほど屈折率の変化は緩やかとなるが、加工は困難になる。さらに深さｈが１．４μｍより大きければ境界回折構造の形状を維持しにくくなってしまう。
　図２６（ａ）に示す発光装置１０７では、電極１０２と透明電極１０４の間に電圧を印加することによって、発光層１０３が発光する。発光層１０３中の発光点Ｓにおいて発生した光は透明電極１０４を通過した後に透明基板１０５中に入射し、表面構造１１３及び微細周期構造１１４を通じて外部に出射する。このとき、表面構造１１３が存在することによって前述の境界回折効果が得られ、透明基板１０５が鏡面を有する場合と比べて光取出し効率が向上する。
　さらに、本実施形態によると、光取り出しシート１０５の表面に微細周期構造１１４が形成されているため、外光の反射が低減される。以下、詳細に説明する。
　すでに述べたように、光取り出しシート１０５の表面に表面構造１１３のみが形成され、なんら反射低減構造が形成されていない場合には、外部（空気層１０６側）から入射する光は、表面構造１１３においてランダムな方向に反射する。したがって、像を視認できるような反射は起こらない。これによって写りこみが防止されていると言えるが、散乱反射した光は画面を白くみせるため、最低輝度が上昇した状態、つまり黒浮きが発生しているように視認されてしまう。例えば、有機ＥＬディスプレイに当該構造を適用する場合、有機ＥＬディスプレイの特徴である、低輝度の表現力を阻害してしまう可能性が生じる。
　このような問題を解決する方法としては、一般的にＡＲ（Ａｎｔｉ－Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コートを形成することが考えられる。ＡＲコートは、内部に取り込んだ光を相互に干渉させて光を打ち消すことで反射防止効果を実現する。しかしながら、反射防止効果を得るためには０．３μｍ程度の膜厚が必要となるため発光装置のサイズが大きくなるだけでなく、膜厚を精密に制御する必要があるため、製造工程が複雑になるという問題がある。さらに、表面構造１１３の表面にＡＲコートを形成する場合には、均一な厚さのＡＲコートを形成することが困難であり、また、ＡＲコートによって表面構造１１３を埋めてしまう点が問題となる。ＡＲコートによって表面構造１１３の凹凸を埋めると最表面が平面に近い形状になってしまい、前述の全反射現象が発生し、光取出し効率は低下してしまう。
　本実施形態で形成される微細周期構造１１４のような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（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次元周期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。微細周期構造を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微細周期構造１１４を形成することによって、シートの表面に平面を作ることなく、発光装置１０７内に外光を取り込むことができる。発光装置１０７内に取り込まれた外光の一部は、発光装置１０７の内部（基板、カラーフィルター、電極層など）に閉じ込められ、吸収、拡散される。そのため、再び発光装置１０７の外部に出てくる光の量は、発光装置１０７内に入射する光の量よりも少ない。この結果、外光の反射を低減することができる。これにより、写りこみのみならず黒浮きも低減できる光取出しシートを提供することができ、例えばディスプレイの薄型化、組み立て工程の削減が可能となる。
　微細周期構造１１４は、表面構造１１３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て作成することができる。
　次に、微細周期構造１１４による外光の低減効果を検証するため、数値解析を行った結果を説明する。数値解析は、図２８に示す解析モデルを用いて、二次元ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　Ｔｉｍｅ　Ｄｏｍａｉｎ）法にて行なった。解析波長は６３５ｎｍであり、透明基板１０５の屈折率は１．４５７、空気層１０６の屈折率は１．０に設定した。図２８に示すように、紙面に対する垂直方向がＹ軸になるように座標を設定し、Ｘ方向解析領域Ｘ’は１２０μｍ、Ｚ方向解析領域Ｚ’は２０μｍとした。主励振成分がＹ方向の電場ＥｙであるときをＴＥ波とし、磁場ＨｙであるときをＴＭ波とした。図２８のような配置であるとき、ＴＥ波はｓ波成分を表現し、ＴＭ波はｐ波成分を表現する。光源１１５には空間的にガウシアン分布を持つ連続波を用い、光源１１５の連続波の伝播方向θを変えた場合に必ず同一の点に当たるように、伝播方向θとともに光源１１５に位置座標を変化させて解析を行った。
　観察面１１６を解析領域全体に配置し、空気層１０６側の解析領域で計測されたパワーの積算値を、全ての解析領域のパワーの積算値で割ったものを反射率とした。
　解析の対象となる微細周期構造１１４としては、図２７（ａ）に示すように、表面構造１１３の上面から下方に窪む凹部を有する形状を有するものを本実施形態のモデルとして用いた。微細周期構造１１４の周期Ａは０．２μｍ、境界幅ｗは１μｍ、境界深さｄは０．６μｍとした。
　比較対象としては、鏡面のモデルと、鏡面に周期Ａ＝０．２μｍ、深さｈ＝０．１μｍの矩形の微細周期構造１１４のみを施したモデルと、境界幅ｗ＝１μｍ、ｄ＝０．６μｍの表面構造１１３のみを設けたモデルとを用いた。本実施形態のモデルと比較対象のモデルとの合計４つに対して、ＴＥ波およびＴＭ波を入射させ、平均値を取ったものを比較した。入射角は２５度、４５度の二点とした。
　図２９に解析結果を示す。図２９（ａ）は、入射角２５度において、鏡面のモデルの反射率と、鏡面に微細周期構造１１４を付加したモデルとの反射率を示し、（ｂ）は、入射角２５度において、表面構造１１３のみを設けたモデルの反射率と、表面構造１１３に微細周期構造１１４を付加した本実施形態のモデルの反射率とを示す。図２９（ｃ）は、入射角４５度において、鏡面のモデルの反射率と、鏡面に微細周期構造１１４を付加したモデルの反射率とを示し、図２９（ｄ）は、入射角４５度において、表面構造１１３のみを設けたモデルの反射率と、表面構造１１３に微細周期構造１１４を付加したモデルの反射率とを示す。
　図２９（ａ）、（ｃ）においては、鏡面のモデルの反射率を１として比較を行い、図２９（ｂ）、（ｄ）においては、表面構造１１３のみを有するモデルの反射率を１として比較を行っている。図２９（ａ）、（ｃ）に示す結果から、鏡面のモデルの反射率と、鏡面に微細周期構造１１４を施したモデルとを比較すると、入射角が２５°および４５°の両方の場合において、後者の反射率が低減されていることがわかる。これらの結果から、本解析において微細周期構造１１４（モスアイ構造）による反射低減効果を再現できていることが確認できた。一方、図２９（ｂ）、（ｄ）に示す結果から、表面構造１１３のみを設けたモデルと、表面構造１１３に対して微細周期構造１１４を付加したモデルとを比較すると、入射角が２５°および４５°の両方の場合において、微細周期構造１１４による反射低減効果を得られることを確認できた。
　次に、微細周期構造１１４が表面構造１１３の光取出し効果に影響を与えるかどうかを検討するため、光取り出し効率を解析した結果について説明する。図３０に示すように、光源１１５の位置を高屈折側に移して光取出し効率を導出した。それ以外の解析モデルの条件および解析条件は、反射率の検討時の条件と同一とした。鏡面のモデルの透過率を基準にして、表面構造１１３のみのモデル、表面構造１１３および微細周期構造１１４を有するモデルの２つの光取り出し効率を比較した。観察面１１６を解析領域全体に配置し、空気層１０６側の解析領域で計測されたパワーの積算値を、全ての解析領域のパワーの積算値で割った値を透過率ｔとした。ＴＥ波、ＴＭ波の平均値をそのモデルの透過率ｔ'とした。
　図３１（ａ）に、透過率ｔの角度依存性の解析結果を、図３１（ｂ）に、３つのモデルの光取出し効率を示す。図３１（ａ）に示す透過率ｔは、透過率ｔ'に対して、鏡面のブリュースター角付近で示す最大値で規格化を行った値である。図３１（ａ）は、表面構造１１３のみを有するモデルと、表面構造１１３（境界幅１μｍ）および微細周期構造１１４を有するモデルとの解析結果を示している。表面構造１１３のみを有するモデルの解析結果をみると、臨界角以上での光取出し効果を再現していることがわかる。この解析結果を、表面構造１１３および微細周期構造１１４を有するモデルの解析結果と比較すると、各角度において多少の透過率ｔの変動はあるものの、両者に大きな差はないことがわかる。図３１（ｂ）に示す光取出し効率を比較しても、微細周期構造１１４による光取出し効率の低下はほとんど見られない。
　以上の解析結果から、表面構造１１３を有するシートの表面にさらに微細周期構造１１４を形成しても、光取出し効率を下げることなく、外光の反射を低減できることが明らかになった。なお、本実施形態の微細周期構造１１４は、前述の第１から第７の実施形態の全てのパターンに対して適用することができる。また、微細周期構造１１４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ｈ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。微細周期構造１１４の凹凸として円錐や多角錐形状にする場合にも、錐形状の高さｈを０．１μｍ以上０．２μｍ以下にし、周期Ａを０．１μｍ以上１．４μｍ以下にすることが好ましい。
　以上に述べたように、本実施形態によると、映り込みおよび黒浮きの無い境界回折光取り出しシートを提供することができる。
　（その他の実施形態）
　上述の実施形態は本発明の例示であって、本発明はこれらの例に限定されない。以上の実施形態において、表面構造の凸部分の表面に垂直な断面形状は矩形形状に限らず、台形や円錐形状となってもよく、凸部分の斜面が曲線になってもよい。
　また、透明基板５の厚さが大きい場合、光の出射位置は光取り出しの回数が増すごとに発光点Ｓの位置から離れてくる。この場合、ディスプレイ用のＥＬの様に３００μｍ程度の画素ごとに区切られた構成では、光が隣の画素に紛れ込み、画質の劣化につながる。従って、図３２（ａ）に示すように、表面構造１３の形成された透明基板５は数μｍ程度に薄く構成し、その上に空気層を挟んで０．２ｍｍから０．５ｍｍ程度の保護基板１４で覆う構成が考えられる。保護基板の表面１４ａ、裏面１４ｂでは全反射は発生しないが、ＡＲコートの必要はある。このとき表面構造１３の上には空気層の代わりにエアロゲル等の低屈折率で透明な材料を用いてもよく、このとき一体構成になるため装置としての安定性が高い。
　さらに、以上の実施形態では、一つの面だけに表面構造１３を形成したが、透明基板５の両面に同じような構造を形成することができる。また表面構造１３と発光点Ｓの間に一般の回折格子１３’を配置してもよい。この時図３２（ｂ）に示すように、透明基板５をフィルム形状にし、表面に表面構造１３、裏面に回折格子１３’や別仕様の表面構造１３”を形成し、発光体側に接着層２１を介して接着させる構造が考えられる。透明基板５の屈折率が小さく、発光層３との屈折率差が０．１以上ある場合には、接着層２１の材料を発光層３の屈折率より０．１だけ小さいかそれ以上になるように選ぶと接着層２１と発光層３との恭敬面での全反射はほとんど生じないとともに、接着層２１と透明基板５の間の屈折面、及び透明基板５と空気６の間の屈折面で発生する全反射を、それぞれ表面構造１３”（又は回折格子１３’）、及び表面構造１３で回避できる。なお、回折格子１３’や表面構造１３”の凹部の深さまたは凸部の高さは凹部での透過光と凸部での透過光にπだけ位相差が発生する条件が好ましいが、これよりも凹の深さや凸の高さが小さい条件であってもよい。
　なお参考として、図３３に表面構造が市松模様（チェッカー形状）をなすパターン図を示している。図３３において、表面構造は透明基板５の表面を一辺の長さｗの正方形に分割し、灰色の正方形１３ａと白の正方形１３ｂがチェッカーパターンを形成し、灰色が凸となり、相対的に白が凹の形状をなす。
　図３４は図１９（ａ）におけるものと同じ条件の下で、凹凸の段差ｄ＝０．７０μｍとして図３３に示した表面構造の透過率ｔの入射角依存性を示す説明図であり、透明基板５内で光量１の光が表面構造に角θ（屈折面法線となす角）で入射し、１回目でどれだけが空気６側に出射するかを幅ｗをパラメータ（ｗ＝０．１、０．２、０．４、１．０、２．０、４．０μｍ）にして示している。図３４をランダムパターンの特性である図１６（ａ）と比べると、ｗ＝０．１、０．２μｍ（いわゆる回折光が発生しないナノ構造の領域）の曲線を除いて細かいうねりが存在することが分かる。これはチェッカーパターンによる回折で空気層側に回折光が発生したり消滅したりするためで、方位によって光強度に分布があることを示しており、周期パターン固有の問題である。
　このチェッカー形状をなす表面構造と図４（ｂ）で示した千鳥格子（四角形で囲まれた部分が凹となる側）をなす表面構造との、１回目、及び２回目の光取り出し効率を図１９（ｂ）に付記している（ｄ＝０．７０μｍ、それぞれ曲線５ｅ、５ｆ、５Ｅ、５Ｆ）。千鳥パターンの２回目の光取り出し効率が大きくなるのは図２３で紹介した現象と同じで、千鳥パターンでは凸となる比率Ｐ＝０．７５となるためである。ランダムパターンの特性に比べ、チェッカーパターン、千鳥パターンともｗの変化に伴いうねった特性を示すが、これも周期パターン固有の問題であり、方位による光強度の分布と関係している。
　図３５（ａ）、（ｂ）に、チェッカーパターンの表面構造から出射する１回目の取り出し光の視野角依存性の解析結果を付記している。段差ｄ＝０．７μｍ、境界幅ｗ＝０．５μｍとし、図３５（ａ）はλ＝０．４５０μｍ、図３５（ｂ）はλ＝０．６３５μｍの条件である。実線（０度、９０度の経度方位）、破線（４５度、１３５度の経度方位）とも偏角に対する変動が大きく、両者の乖離も大きいうえ、波長によって形状が大きく変化することが分かる。方位による光強度の分布や色のアンバランスが発生することは、特許文献１に記載された発光装置同様、周期パターンに於ける致命的な欠点である。これらの課題は第１から８の実施形態では全て克服出来ている。
　境界回折効果は光の位相の不連続な部分を一定間隔以上隔てた場合に発生するので、この効果を極大化させるためには、限られた面積内で位相の不連続な部分の出現比率を極大化させることが必要になる。屈折面を無数の微小領域で分割し、微小領域同士の境界で位相が不連続になるとすると、２つの条件により前述の出現比率の極大化がなされる。一つ目の条件は各微小領域の面積が出来るだけ一つに揃うこと、２つ目の条件は隣り合う微小領域間にも位相差が存在することである。すなわち、微小領域の内に他のものより大きい面積のものがあれば、この大きな面積を分割した方が位相不連続の境界が増える。反対に微小領域の内に他のものより小さい面積のものがあるとすれば、これは他のものより大きい面積のものが存在することになり、この大きな面積を分割した方が位相不連続の境界が増える。この延長線として、各微小領域の面積が出来るだけ一つに揃い、少なくとも各微小領域の面積がある基準面積に対し０．５～１．５倍の範囲（微小領域に内接する円のうち最大のものの直径が、基準になる直径に対し０．７～１．３倍の範囲）に入ることが微小領域間の境界線の出現比率を極大化することになる。第１から第８の実施形態はこの条件に従っている。また微小領域への分割を極大化することができても、隣り合う微小領域同士で位相が揃えば効果が薄くなる。従って隣り合う微小領域間にも位相差の存在、すなわちランダムな位相の割り当てが必要であり、第４や第５の実施形態等はこの条件に従っている。すなわち、上記の実施形態の発光装置は、特許文献２に記載されている発光装置のような反射防止による効果ではなく境界回折効果を極大化させた効果によって取り出し効率の向上が実現されている。
　なお、第１から８の実施形態に於ける表面形状は磨りガラスや面粗し等の表面状態や特許文献２に記載された発光装置で示された表面状態とは異なる。第１や第４、第７の実施形態では、表面を幅ｗの碁盤の目（又は多角形の目）に分割し、一つ一つの目に凸と凹を１：１の比率で割り当てたもので、このパターンには固有の幅ｗというスケールと固有の微小領域の形状とが存在し、凸部の総面積と凹部の総面積の比率も１：１の関係に収まっている。これに対し、磨りガラスや面粗し等の表面状態は固有の幅ｗが存在せず微小領域の形状は不定形であり、凸部の総面積と凹部の総面積の比率も１：１の関係になる訳ではない。第２の実施形態では、凸と凹の比率を５０％からずらし、凹部の総面積と凸部の総面積の比率が１：１から外れるが、依然として固有の幅ｗが存在しており、凹部の総面積と凸部の総面積の比率も所定の値であり完全にランダムなパターンとは一線を画する。第３や第５の実施形態でも固有の幅ｗが存在し、この幅ｗで定義される碁盤の目（又は多角形の目）ごとに段差が異なっている。このように、上記実施形態に於ける表面形状は、完全にランダムなパターンではなく、ある規則に沿ったランダムパターンと言える。
　完全にランダムなパターンとの違いをもう少し考察してみる。図３６（ａ）に示すように、幅４ｗのテーブル１６の上に幅ｗのカード１７を８枚ランダムに並べる。即ち８枚のカード１７の総面積はテーブル１６の面積の１／２である。ただし、カード１７はテーブル１６をはみ出さないとする。図３６（ｂ）はカード１７の重なりを許して配列している。図３６（ｃ）はカード１７の重なりを許さずに配列している。図３６（ｂ）ではカード１７が重なった分だけ、カードの面積総和がテーブル面積の１／２より小さくなる。面積比がある比率から乖離すると光取り出し効率は劣化することは既に図２３の曲線２７ａ，２７Ａで示されている。図３６（ｃ）では面積比１／２を維持するものの、カード間にｗよりも小さい微小な隙間ｊが発生し、これは図３６（ｂ）でも同じである。微小な隙間ｊが発生しその頻度が大きくなると、ｊを新たな境界幅と見ることができ、図２２からわかるようにｊ＜０．２μｍの条件で光取り出し効率が大きく劣化する。また、図２３で示されているように、微少な凹凸構造の比率Ｐ1が増大することで（曲線２７ａ，２７ｃ，２７ｄの順でｗ1＝０．１μｍの構造の比率Ｐ1が０．０，０．１，０．２と増大している）、トータルの凸となる比率が同じでも１回目、２回目の光取り出し効率がともに劣化している。このように完全にランダムなパターンだけでは、光取り出し効率を最大にする条件とはなり得ない。
　上記の実施形態で用いたランダムパターンの生成原理は図３６のものとは異なる。上記の実施形態では面積比はある比率に保たれ微小間隔ｊ等の、幅ｗより小さいスケールは発生することはない。このように、上記実施形態に於ける表面形状は、完全なランダムなパターンではなく、光取り出し効率を極大化するための規則に沿ったランダムパターンと言える。
　また、第１から８の実施形態に於ける表面形状が引き起こす現象は回折現象の一つである。図５で示したように、回折現象では表面形状を平均する平坦な基準面に対し仮想的に屈折する光線を０次回折光（全反射の場合には表れない）とし、この光を方位の基準としてシフトした方位に高次の回折光が発生する。本願のようなランダムな表面形状では０次以外の回折光の伝播方位がランダムになる。これに対し磨りガラスや面粗しは回折現象ではなく屈折現象の一つであり、デコボコした屈折面においてその面法線の方位がランダムになることで屈折の方位もランダムになっているだけである。すなわち、平行平板の上に第１から８の実施形態に於ける表面形状を形成し、透かして見ると反対側の像の輪郭がはっきりと見える。これは表面形状で回折分離する光の中に０次回折光が必ず存在し、この光が反対側の像の輪郭を維持させている。これに対し、磨りガラスや面粗しでは０次回折光に相当する光が存在せず、透かして見ると反対側の像の輪郭がぼやけたものになる。特許文献２では表面の突起物により光が「素直に空気中に放射される」の表現があるだけで回折という表現が無く、「素直」という言葉をスネルの法則（屈折の法則）に従うと解釈でき、その意味では磨りガラスや面粗しと同じ部類に入ると理解でき、本願発明とは別のものであると言うことができる。
　ちなみに、特許文献２に開示された技術の特徴は、透明絶縁基板の上に複数の透明な突起物を完全にランダムに配置することにあり、本願のように凸部と凹部とを同じ形状の微小領域の一つ以上の集合体として且つ凸部と凹部の存在比率を特定の割合にするという特徴は記載も示唆もされていない。例えば第１の実施形態において、凹部と凸部とを入れ替えた構造または微小領域の高さと深さとを入れ替えた構造は元の構造とほぼ同じ構造になるが、特許文献２に記載された発光装置ではそうはならない。このような例示的な実施形態の特徴により顕著な光取り出し効果を奏することは本願発明者らが初めて見出したものであり、特許文献２には上記実施形態のような顕著な効果は記載されていない。特許文献２に記載された発光装置では単位面積当たり５０００～１０6個／ｍｍ2の数で幅０．４～２０μｍの突起物が完全なランダムな配置で与えられており、形式的には上記実施形態の発光装置の一部がこの発光装置の中に含有される形にはなるが、突起物とそれ以外の部分との形状の関係および存在比率の関係、さらにはそのような関係が存在して初めて奏される効果が記載も示唆もない以上、実質的には上記の実施形態は特許文献２に開示された技術には含まれず、特許文献２に開示された発明と本願発明とは全く別のものであると言うことができる。
　なお、第１から６、８の実施形態では凹凸形状で光の位相をシフトさせた。位相のシフトは凹凸形状以外でも実現でき、例えば凹部に対応した領域と凸部に対応した領域で多層膜の厚みや屈折率条件を変えることでも可能である。この場合でも、上記実施形態と同じ効果が得られることは言うまでもない。また、第１から８の実施形態はそれぞれ独立して成り立つのではなく、それぞれの一部を組み合わせて、新たな実施例とすることも考えられる。また、第１から８の実施形態では有機エレクトロルミネセンス素子を例にとって説明したが、屈折率が１より大きい媒質内で発光する素子であれば全てに適用できる。例えば、ＬＥＤや導光板などへの適用も可能である。さらに、発光装置が光を出射する媒質は空気に限定されない。上記実施形態の表面構造は、透明基板の屈折率が、透明基板が接している媒質の屈折率より大きい、特に０．１以上大きい場合に適用できる。
　以上説明したように、本発明に係る発光装置は、光の取り出し効率を大幅に向上させる上、出射光の視野角特性も良好であるため、ディスプレイや光源等として有用である。
　１　　基板
　２　　電極
　３　　発光層
　４　　透明電極
　５　　透明基板
　６　　空気
　１３、１３'、１３”　表面構造
　１４　微細周期構造
　１５　光源
　１６　観察面
　Ｓ　　発光点
　１０１　基板
　１０２　電極
　１０３　発光層
　１０４　透明電極
　１０５　透明基板
　１０６　空気層
　１０７　発光装置
　１１３　表面構造
　１１４　微細周期構造
　１１５　光源
　１１６　観察面

Claims (14)

  1. 　一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、
    　他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、
    　前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δから４０％以上９８％以下の割合で選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、
    　前記微小領域δ1は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ突出した凸部であってその高さはｄ／２であり、
    　前記微小領域δ2は、前記所定の基準面に対して前記他方の面下方へ窪んだ凹部であってその深さはｄ／２であり、
    　前記所定の基準面は、前記微小領域δ1と前記微小領域δ2との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存しており、
    　前記ｄは０．２μｍ以上１．４μｍ以下であり、
    　前記凸部および前記凹部の少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられていることを特徴とするシート。
  2. 　一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、
    　他方の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、
    　前記複数の微小領域δのそれぞれは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して０以上ｄ／２以下の範囲内のランダムな高さで上方に突出した凸部、あるいは０以上ｄ／２以下の範囲内の深さで下方に窪んだ凹部であって、
    　前記所定の基準面は、前記他方の面に垂直な方向における最も高い位置に存する前記微小領域δと最も低い位置に存する前記微小領域δとの中間の位置に存しており、
    　前記ｄは０．２μｍ以上１．４μｍ以下であり、
    　前記凸部および前記凹部の少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられていることを特徴とするシート。
  3. 　一方の面を発光体に隣接させて用いられる透明なシートであって、
    　他方の面は、内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上１．０μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、
    　前記複数の微小領域δは、複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、
    　前記微小領域δ1と前記微小領域δ2とは、前記一方の面に垂直に入射した光のうち、前記微小領域δ1を透過した光と、前記微小領域δ2を透過した光との間に、１８０度の位相差を生じさせ、
    　前記微小領域δ1および前記微小領域δ2のそれぞれのうちの少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられていることを特徴とするシート。
  4. 　請求項１から３のいずれか一つに記載されているシートであって、
    　前記微小領域δは多角形且つそれぞれ合同な形状であることを特徴とするシート。
  5. 　請求項１から４のいずれかに記載のシートであって、
    　前記微細周期構造体において、前記凹凸における凹部の底面および前記凹凸における凸部の上面は、幅Ａ／２の矩形形状を有し、
    　前記微細周期構造体において、前記凹凸の前記他方の面に平行な方向における周期Ａは０．１μｍ以上０．２μｍ以下であり、
    　前記微細周期構造体における前記凹凸の高さｈは０．１μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とするシート。
  6. 　請求項１から４のいずれかに記載のシートであって、
    　前記微細周期構造体において、前記凹凸は錐形状を有し、
    　前記錐形状の前記他方の面に平行な方向における周期Ａは０．１μｍ以上０．２μｍ以下であり、
    　前記錐形状の高さｈは０．１μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とするシート。
  7. 　発光体と、前記発光体の発光面の上に設けられた透明な保護層とを備えた発光装置であって、
    　前記保護層の前記発光面に隣接している面とは反対側の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、
    　前記複数の微小領域δは、前記複数の微小領域δから４０％以上９８％以下の割合で選ばれた複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、
    　前記微小領域δ1は、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して前記他方の面上方へ突出した凸部であってその高さはｄ／２であり、
    　前記微小領域δ2は、前記所定の基準面に対して前記他方の面下方へ窪んだ凹部であってその深さはｄ／２であり、
    　前記所定の基準面は、前記微小領域δ1と前記微小領域δ2との前記他方の面に垂直な方向における中間の位置に存しており、
    　前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を発し、
    　前記保護層の屈折率がｎ1、前記保護層が前記反対側の面において接する媒質の屈折率がｎ1よりも小さいｎ0であり、λ／６（ｎ1－ｎ0）＜ｄ＜λ／（ｎ1－ｎ0）であり、
    　前記凸部および前記凹部の少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられていることを特徴とする発光装置。
  8. 　発光体と、前記発光体の発光面の上に設けられた透明な保護層とを備えた発光装置であって、
    　前記保護層の前記発光面に隣接している面とは反対側の面は、内接する最大の円の直径が０．２μｍ以上１．５μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、
    　前記複数の微小領域δのそれぞれは、前記他方の面に平行な所定の基準面に対して０以上ｄ／２以下の範囲内の高さで上方に突出した凸部、あるいは０以上ｄ／２以下の範囲内の深さで下方に窪んだ凹部であって、
    　前記所定の基準面は、前記他方の面に垂直な方向における最も高い位置に存する前記微小領域δと最も低い位置に存する前記微小領域δとの中間の位置に存しており、
    　前記発光体は発光スペクトルの中心波長がλである光を発し、
    　前記保護層の屈折率がｎ1、前記保護層が前記反対側の面において接する媒質の屈折率がｎ1よりも小さいｎ0であり、λ／６（ｎ1－ｎ0）＜ｄ＜λ／（ｎ1－ｎ0）であり、
    　前記凸部および前記凹部の少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられていることを特徴とする発光装置。
  9. 　発光体と、前記発光体の発光面の上に設けられた透明な保護層とを備えた発光装置であって、
    　前記保護層の前記発光面に隣接している面とは反対側の面は、内接する最大の円の直径が０．４μｍ以上１．０μｍ以下の複数の微小領域δに分割されているとともに、一つの前記微小領域δは別の複数の前記微小領域δによって隣接且つ囲繞されており、
    　前記複数の微小領域δは、複数の微小領域δ1と、それ以外の複数の微小領域δ2とからなり、
    　前記微小領域δ1と前記微小領域δ2とは、前記保護層の前記発光面に隣接している面に前記発光体から垂直に入射した光のうち、前記微小領域δ1を透過した光と、前記微小領域δ2を透過した光との間に、１８０度の位相差を生じさせ、
    　前記微小領域δ1および前記微小領域δ2のそれぞれのうちの少なくとも一部には、凹凸からなる微細周期構造体が設けられていることを特徴とする発光装置。
  10. 　請求項７または８に記載されている発光装置であって、
    　前記媒質は空気であることを特徴とする発光装置。
  11. 　請求項７または８に記載されている発光装置であって、
    　前記媒質はエアロゲルであることを特徴とする発光装置。
  12. 　請求項７、８、１０および１１のいずれかに記載されている発光装置であって、
    　前記発光体の光が生じる部分の屈折率がｎ2であるとき、ｎ2－ｎ1＜０．１であること
    を特徴とする発光装置。
  13. 　請求項７から１２のいずれかに記載の発光装置であって、
    　前記微細周期構造体において、前記凹凸における凹部の底面および前記凹凸における凸部の上面は、幅Ａ／２の矩形形状を有し、
    　前記微細周期構造体において、前記凹凸の前記他方の面に平行な方向における周期Ａは０．１μｍ以上０．２μｍ以下であり、
    　前記微細周期構造体において、前記凹凸の高さｈは０．１μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする発光装置。
  14. 　請求項７から１２のいずれかに記載の発光装置であって、
    　前記微細周期構造体において、前記凹凸は錐形状を有し、
    　前記錐形状の前記反対側の面に平行な面における周期Ａは０．１μｍ以上０．２μｍ以下であり、
    　前記錐形状の高さｈは０．１μｍ以上１．４μｍ以下であることを特徴とする発光装置。
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