WO2017037987A1 - 発光装置 - Google Patents

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WO2017037987A1
WO2017037987A1 PCT/JP2016/003239 JP2016003239W WO2017037987A1 WO 2017037987 A1 WO2017037987 A1 WO 2017037987A1 JP 2016003239 W JP2016003239 W JP 2016003239W WO 2017037987 A1 WO2017037987 A1 WO 2017037987A1
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convex
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concavo
light
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PCT/JP2016/003239
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French (fr)
Inventor
純平 松崎
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices
    • H10K50/80—Constructional details
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
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    • H10K50/80—Constructional details
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    • H10K2102/302—Details of OLEDs of OLED structures
    • H10K2102/3023—Direction of light emission
    • H10K2102/3035—Edge emission

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting device.
  • Patent Document 1 proposes an organic EL element for illumination.
  • the light extraction layer has, for example, a concavo-convex structure of a concavo-convex pattern in which a plurality of minute nano-order convex portions and concave portions are arranged in a periodic turn.
  • An organic EL element for illumination that emits white light is required to have a small wavelength dependency of light extraction efficiency and a small viewing angle dependency of chromaticity.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and even when a plurality of convex portions in a concavo-convex structure are randomly arranged, the occurrence of percolation can be suppressed, and a light emitting device excellent in light extraction efficiency
  • the purpose is to provide.
  • one embodiment of a light emitting device includes a light emitting layer, a first layer disposed on a light emitting side of the light emitting layer, and a light emitting side of the first layer. And a second layer disposed in contact with the first layer, and a plurality of steps having two or more steps at a boundary between the first layer and the second layer A concavo-convex structure composed of convex portions is formed, the refractive index of the first layer is larger than the refractive index of the second layer, and the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure is a pattern formed by a space-filling curve. It is.
  • another embodiment of a light emitting device includes a light emitting layer, a first layer disposed on a light emitting side of the light emitting layer, and the first layer.
  • a second layer disposed on the light emitting side and disposed in contact with the first layer, wherein two or more steps are provided at a boundary between the first layer and the second layer.
  • a concavo-convex structure including a plurality of convex portions having a refractive index of the first layer is larger than a refractive index of the second layer, and the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure is a fractal tiling pattern. It is.
  • FIG. 1A is a plan view of the light-emitting device according to Embodiment 1.
  • FIG. 1B is a cross-sectional view of the light-emitting device according to Embodiment 1 taken along line IB-IB in FIG. 1A.
  • FIG. 2 is a diagram showing a concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light emitting device of Conventional Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light emitting device of Conventional Example 2.
  • FIG. 4 is a model diagram of a light extraction layer having a laminated structure of a high refractive index layer and a low refractive index layer.
  • FIG. 5A is a diagram showing a concavo-convex pattern (diffraction grating pattern) that is the basis of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer in the light extraction layer of FIG. 4.
  • FIG. 5B is a diagram showing a concavo-convex pattern (space filling curve pattern) that is the basis of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer in the light extraction layer in FIG. 4.
  • FIG. 6A is a diagram illustrating a relationship between a light incident angle ⁇ and a transmitted light amount when the uneven pattern of the uneven structure of the light extraction layer illustrated in FIG.
  • FIG. 4 is a diffraction grating pattern.
  • 6B is a diagram illustrating a relationship between the light incident angle ⁇ and the transmitted light amount when the uneven pattern of the uneven structure of the light extraction layer illustrated in FIG. 4 is a space filling curve pattern.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a relationship between the light incident angle ⁇ and the transmitted light amount when the convex portion of the concavo-convex structure of the light extraction layer illustrated in FIG. 4 is a single level.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating the relationship between the light incident angle ⁇ and the amount of transmitted light when the convex portions of the concavo-convex structure of the light extraction layer illustrated in FIG. 4 are multilevel.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the uneven pattern of the uneven structure in the light extraction layer of FIG. 4 and the transmitted light amount improvement rate.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the number of convex portions and the transmitted light amount improvement rate when a space filling pattern is used as the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure in the light extraction layer of FIG.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a curve that is a source of the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light-emitting device according to Modification Example 1 of Embodiment 1.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a curve that is a source of the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light-emitting device according to the second modification of the first embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a curve that is a source of the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light-emitting device according to Modification 3 of Embodiment 1.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a curve that is a source of the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light-emitting device according to Modification 4 of Embodiment 1.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a curve that is a source of the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light-emitting device according to Modification 3 of Embodiment 1.
  • FIG. 13
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a curve that is a source of the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light-emitting device according to Modification Example 5 of Embodiment 1.
  • FIG. 15A is a plan view of the light-emitting device according to Embodiment 2.
  • FIG. 15B is a cross-sectional view of the light emitting device according to Embodiment 2 taken along line XVB-XVB in FIG. 15A.
  • FIG. 16 is an enlarged view of region X in FIG. 15A.
  • FIG. 17A is a diagram showing a unit pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light emitting device according to Embodiment 2.
  • FIG. 17B is a diagram showing a unit pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light emitting device according to Embodiment 2.
  • FIG. 18 is a model diagram of a light extraction layer having a laminated structure of a high refractive index layer and a low refractive index layer.
  • FIG. 19A is a diagram showing a concavo-convex pattern (diffraction grating pattern) of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer in the light extraction layer of FIG.
  • FIG. 19B is a diagram showing a concavo-convex pattern (fractile tiling pattern) of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer in the light extraction layer of FIG.
  • FIG. 20 is a diagram illustrating the relationship between the uneven pattern of the uneven structure in the light extraction layer of FIG. 18 and the transmitted light amount improvement rate.
  • FIG. 21 is a diagram showing a unit pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light-emitting device according to Modification 1 of Embodiment 2.
  • FIG. 22 is a diagram showing a unit pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light-emitting device according to Modification 2 of Embodiment 2.
  • FIG. 1A is a plan view of the light-emitting device 1 according to Embodiment 1, and shows a concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer 120 when viewed through the organic EL layer 110.
  • FIG. FIG. 1B is a cross-sectional view of the light emitting device 1 taken along line IB-IB in FIG. 1A.
  • the light emitting device 1 is a surface light emitting device that emits surface light, and includes an organic EL layer 110 and a light extraction layer 120 disposed on the light emitting side of the organic EL layer 110. .
  • the light emitting device 1 further includes a substrate 130. Note that an air layer (atmosphere) 120 exists around the light emitting device 1, and the surface of the substrate 130 is exposed to the air layer.
  • the organic EL layer 110 is provided on the light extraction layer 120.
  • the organic EL layer 110 is provided above the substrate 130. As shown by the arrow in FIG. 1B, in the present embodiment, the organic EL layer 110 emits light toward the substrate 130 located below. That is, the light emitting device 1 is a bottom emission type light emitting device.
  • the organic EL layer 110 is, for example, an organic EL element that emits white light, and includes a light emitting layer 111, a first electrode 112, and a second electrode 113.
  • the light emitting layer 111 is a surface light emitting layer provided between the first electrode 112 and the second electrode 113.
  • the light emitting layer 111 is an organic light emitting layer made of an organic light emitting material. When a predetermined voltage is applied to the first electrode 112 and the second electrode 113, the organic light emitting material is excited to emit light.
  • the refractive index of the light emitting layer 111 is about 1.8 as an example.
  • the first electrode 112 is an electrode layer provided between the light extraction layer 120 and the light emitting layer 111. In this embodiment, the first electrode 112 is provided over the light extraction layer 120. Specifically, the first electrode 112 is provided on the first layer 121 of the light extraction layer 120.
  • the first electrode 112 is a transparent electrode made of a transparent metal oxide such as indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO). In this embodiment, an ITO film having a refractive index of 2.0 is used as the first electrode 112. Note that the first electrode 112 may be a metal thin film as long as it has optical transparency.
  • the second electrode 113 is an electrode layer provided on the light emitting layer 111.
  • the second electrode 113 is a reflective electrode having reflectivity, and is a metal electrode (metal film) made of, for example, aluminum (Al) or silver alloy APC.
  • a functional layer such as a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, or an electron injection layer is included between the first electrode 112 and the second electrode 113. It may be.
  • a sealing layer made of resin or the like, or a sealing substrate made of glass or the like may be provided on the organic EL layer 110 (second electrode 113).
  • a transparent adhesion layer may be formed between the substrate 130 and the light extraction layer 120.
  • the light extraction layer 120 is provided on the light emission side (light extraction side) of the organic EL layer 110.
  • the light extraction layer 120 is a light transmission layer, and makes the light emitted from the organic EL layer 110 enter the substrate 130.
  • the light extraction layer 120 is provided on the substrate 130. That is, the light extraction layer 120 is provided between the substrate 130 and the organic EL layer 110.
  • the light extraction layer 120 includes a first layer 121 (first light extraction layer) and a second layer 122 (second light extraction layer).
  • the light extraction layer 120 (the first layer 121 and the second layer 122) is a sheet-like optical sheet made of, for example, a transparent resin material, and can be produced by, for example, nanoimprinting.
  • the first layer 121 is disposed on the light emitting side of the light emitting layer 111. Specifically, the first layer 121 is provided on the entire surface of the organic EL layer 110 on the light emission side (light extraction side). The first layer 121 transmits light from the organic EL layer 110 toward the second layer 122.
  • the second layer 122 is disposed on the light emitting side of the first layer 121 and is in contact with the first layer 121. Specifically, the second layer 122 is provided on the entire surface of the first layer 121 on the light emission side (light extraction side). Specifically, the second layer 122 is in contact with the substrate 130. The second layer 122 transmits the light from the first layer 121 toward the substrate 30.
  • the substrate 130 transmits the light from the light extraction layer 120 toward the air layer.
  • the substrate 130 is a light-transmitting substrate such as a glass substrate or a transparent resin substrate.
  • the substrate 130 may be a rigid substrate or a flexible flexible substrate.
  • the substrate 130 is a glass substrate having a refractive index of 1.51.
  • the refractive index of the first layer 121 is larger than the refractive index of the second layer 122. That is, the first layer 121 is a high refractive index layer, the second layer 122 is a low refractive index layer, the refractive index of the first layer 121 (effective refractive index) and n 1, a second layer When the refractive index (effective refractive index) of 122 is n 2 , the first layer 121 and the second layer 122 satisfy the relationship of n 1 > n 2 .
  • the refractive index of the substrate 130 is n 3
  • the refractive index of the light emitting layer 111 is n 4 , n 4 ⁇ n It is preferable to satisfy the relational expression of 1 ⁇ n 3 ⁇ n 0 .
  • the refractive index of the second layer 122 only needs to satisfy the relationship of n 1 > n 2 as described above, and does not necessarily need to satisfy n 2 > n 3 .
  • a concavo-convex structure (light extraction structure) including a plurality of convex portions 120a having two or more steps (multilevel) at the boundary between the first layer 121 and the second layer 122. Is formed. That is, the interface between the first layer 121 and the second layer 122 is an uneven surface.
  • the concavo-convex structure of the light extraction layer 120 has a configuration in which a plurality of minute convex portions 120a and concave portions 120b of nano-order (maximum 1 ⁇ m) are arranged. All of the plurality of protrusions 120a in the concavo-convex structure may have two or more steps. That is, it is preferable that the plurality of convex portions 120a do not include a single-level convex portion (single level).
  • each protrusion 120a includes a first step 120a1 and a second step 120a2 located on the first step 120a1.
  • the diameter of the first step 120a1 is larger than the diameter of the second step 120a2.
  • each protrusion 120a When the height (length in the stacking direction) of each protrusion 120a is H, for example, 0.2 ⁇ m ⁇ H ⁇ 20 or less. Further, in each convex portion 120a, when the height of the first step 120a1 is h 1 and the height of the second step 120a2 is h 2 , for example, 0.1 ⁇ m ⁇ h 1 ⁇ 10 ⁇ m, 0. 1 ⁇ h 2 ⁇ 10 ⁇ m.
  • the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure composed of a plurality of convex portions 120a is a pattern formed by a space filling curve as shown in FIG. 1A. That is, when the light emitting device 1 is viewed in plan, the outline 140 of the stepped corner (edge) of the convex portion 120a of the concavo-convex structure of the light extraction layer 120 is a pattern formed by a space filling curve.
  • the concavo-convex pattern shown in FIG. 1A is formed using a Hilbert curve as a space filling curve.
  • the contour 140 is a double line (two lines) as shown in FIG. 1A, and the first contour showing the first step. It has the line 141 and the 2nd outline 142 which shows the 2nd step
  • FIG. 2 is a diagram showing a concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light emitting device of Conventional Example 1.
  • FIG. 3 is a diagram showing a concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer in the light emitting device of Conventional Example 2.
  • the concave / convex pattern of the light extraction layer is configured by randomly arranging a plurality of convex portions or concave portions by a random generation algorithm or the like, for example, the concave / convex pattern as shown in FIGS. 2 and 3 is obtained.
  • one of the first region shown in black and the second region shown in white shows a convex portion and the other shows a concave portion.
  • convex portions or concave portions are randomly arranged in a lattice shape.
  • the circular convex part or recessed part is arrange
  • the uneven structure formed at the boundary between the first layer 121 and the second layer 122 in the light extraction layer 120 disposed on the light emitting side of the light emitting layer 111 is
  • the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure is a pattern formed by a space-filling curve.
  • the concavo-convex pattern includes a plurality of convex portions 120a having two or more steps.
  • the uneven structure in the light extraction layer 120 is constituted by a plurality of convex portions 120a each having two or more steps (that is, by forming a multi-level uneven structure), and thus excellent light extraction efficiency. Can be realized. First, this point will be described.
  • Providing the light extraction layer 120 with a concavo-convex structure can generate propagating light that is emitted obliquely from the corners (edges) of the steps of the convex portions (concave portions), so that light is incident at an incident angle greater than the critical angle. Even in such a case, light can be extracted. Therefore, it is considered that the light extraction efficiency can be improved by increasing the proportion of the convex portions in the concavo-convex structure. However, if the proportion of the convex portions is simply increased, the interval between the adjacent convex portions becomes narrow. Therefore, the light extraction efficiency is not sufficiently improved. As described above, in order to effectively improve the light extraction efficiency, the unevenness ratio (ratio of protrusions to recesses) in the uneven structure is important.
  • the convex portion of the concavo-convex structure is not configured with only one step (single level), but the convex portion 120a of the concavo-convex structure is configured with two or more steps (multilevel) as in the present embodiment. I thought.
  • This makes it possible to realize an optimum unevenness ratio without making adjacent convex portions 120a too close to each other, so that the convex portion can be compared with the case where the corner portion of the convex portion 120a is configured with only one step (single level).
  • the existence ratio of the corner of the step of the (recess) can be easily doubled or more. As a result, the rate at which incident light can be converted into propagating light can be increased. In addition, incident light can be converted into propagating light in a wider range than in the case of only one step (single level).
  • the concavo-convex structure in the light extraction layer 120 by a plurality of convex portions 120a each having two or more steps, the ridges 120a (concave portions) are inclined from the corners (edges) of the steps. More outgoing propagating light can be generated. As a result, incident light can be efficiently converted into propagating light at two or more step portions of the convex portion 120a (concave portion) compared to the case where the convex portion constituting the concavo-convex structure has only one step (single level). , Light extraction efficiency can be dramatically improved.
  • the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure in the light extraction layer 120 is formed by the space filling curve, the multi-stage convex portions 120a can be efficiently arranged along the space filling curve. That is, it is possible to arrange a large number of multi-stage convex portions 120a with an optimal concave / convex ratio without making adjacent convex portions 120a too close to each other. Furthermore, by forming the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure in the light extraction layer 120 with a space filling curve, a plurality of azimuths (edges) of steps of the protrusion 120a can be present at random.
  • the concavo-convex pattern with a space-filling curve, it is possible to eliminate the periodicity of the concavo-convex structure by giving randomness to the arrangement of the ridges 120a, and the step of the ridge 120a per unit area.
  • the corner ratio can be optimized and refined.
  • FIG. 4 is a model diagram of a light extraction layer having a laminated structure of a high refractive index layer and a low refractive index layer. An uneven structure is formed at the interface (light extraction structure forming surface) between the high refractive index layer and the low refractive index layer in the light extraction layer of FIG.
  • FIG. 5A and 5B are diagrams showing a concavo-convex pattern that is the basis of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer in the light extraction layer in FIG. 4, and FIG. Indicates a space-filling curve pattern. Note that the pattern shown in FIG. 5B is the same as the pattern shown in FIG. 1A, and is an uneven pattern with a Hilbert curve.
  • FIG. 4 shows a case where light is incident on the low refractive index layer from the high refractive index layer, and the light incident direction is a direction from the high refractive index layer toward the low refractive index layer.
  • optical analysis of light transmittance was performed using the incident light beam angles ⁇ and ⁇ shown in FIG. 4 as parameters.
  • FIG. 6A and FIG. 6B show the simulation results, and show the relationship (transmittance azimuth dependence) between the light incident angle ⁇ and the transmitted light amount in the concavo-convex structure of the light extraction layer shown in FIG.
  • FIG. 6A shows the transmittance azimuth dependency when the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure is a diffraction grating pattern (FIG. 5A)
  • FIG. 6B shows that the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure is a space filling curve pattern (FIG. 5B).
  • FIGS. 7A and 7B show the relationship (transmittance azimuth dependency) between the light incident angle ⁇ and the transmittance in the uneven structure of the light extraction layer shown in FIG.
  • FIG. 7A shows the transmittance azimuth dependency when the convex part of the concavo-convex structure has only one step (single level), and
  • FIG. 7B shows that the convex part of the concavo-convex structure has two steps.
  • the transmittance orientation dependency in a case (multilevel) is shown.
  • 7A and 7B show the results when the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure is the diffraction grating pattern of FIG. 5A and the results when it is the space-filling curve pattern of FIG. 5B.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the uneven pattern of the uneven structure in the light extraction layer of FIG. 4 and the transmitted light amount improvement rate, and the transmitted light amount based on the light transmittance (light transmission amount) of FIGS. 7A and 7B. The result of calculating the improvement rate is shown.
  • the transmitted light amount improvement rate of each pattern indicates a ratio when the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer in FIG.
  • the “space filling curve (single level)” is a space filling curve pattern in which the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer is The result when the convex part of the concavo-convex structure is only one step is shown.
  • the “diffraction grating (single level)” means that the uneven pattern of the uneven structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer is a diffraction grating pattern, and the convex part of the uneven structure has only one step. Shows the results of the case.
  • the “space filling curve (multi-level)” is a space filling curve pattern in the concavo-convex structure of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer. The result in the case of a step is shown.
  • the “diffraction grating (multi-level)” is a concavo-convex pattern of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer, and the convex part of the concavo-convex structure has two steps. The result in some cases is shown.
  • FIG. 7A, FIG. 7B, and FIG. 8 show that by using a space-filling curve pattern as the concavo-convex pattern, in-plane arrangement can be achieved without reducing the line density. Further, it can be seen that by using the space filling curve pattern as the concavo-convex pattern, the transmitted light amount improvement rate can be maintained as compared with the case where the concavo-convex pattern is a diffraction grating pattern.
  • the amount of transmitted light is greatly improved by using a space filling curve pattern as the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer and making the step of the convex part two steps (multi-level). That is, the light extraction efficiency in the light extraction layer can be improved.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the number of protrusions and the transmitted light amount improvement rate when a space filling pattern is used as the uneven pattern of the uneven structure in the light extraction layer of FIG. That is, FIG. 9 shows the step number dependency of the convex portion of the concavo-convex structure. Also in FIG. 9, the transmitted light amount improvement rate indicates a ratio when the case where the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer in FIG.
  • the transmitted light amount improvement rate is improved by increasing the number of steps of the convex part of the concavo-convex structure. That is, the light extraction efficiency in the light extraction layer can be improved by increasing the number of steps of the protrusions of the concavo-convex structure.
  • the convex portion 120a of the concave-convex structure of the light extraction layer 120 has a structure (multi-level) having two or more steps, and the concave-convex pattern of the concave-convex structure is filled with space.
  • a curve By forming with a curve, it is possible to achieve both the randomization of the convex portion 120a and the densification of the corner portion of the step of the convex portion 120a.
  • the wavelength dependency of the light extraction efficiency and the viewing angle dependency of the chromaticity can be reduced by arranging the convex portions 120a in the concavo-convex structure at random to extract the light without azimuthal orientation, and the convex portion 120a.
  • the light extraction efficiency can be improved by the corners of the two or more steps.
  • the space filling curve that is the basis of the uneven pattern of the light extraction layer 120 is a Hilbert curve.
  • a Moore version of a Hilbert curve may be used as shown in (a) to (d) of FIG.
  • a Peano curve may be used as shown in FIGS. 11 (a) and 11 (b).
  • a switchback type Peano curve may be used.
  • a meander type Peano curve may be used as shown in FIG. 13, or in FIGS. 14 (a) to (d). As shown, a Sherpinski curve may be used.
  • all of the plurality of convex portions 120a have two or more steps.
  • the light emitting layer 111 is an organic light emitting layer.
  • the light emitting device 1 using the organic EL layer 110 (organic EL element) as a light source can be realized.
  • FIG. 15A is a plan view of the light emitting device 2 according to Embodiment 2, and shows a concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer 220 when viewed through the organic EL layer 210.
  • FIG. FIG. 15B is a cross-sectional view of the light-emitting device 2 taken along the line XVB-XVB in FIGS. 15A and 16.
  • FIG. 16 is an enlarged view of region X in FIG. 15A.
  • the light-emitting device 2 is a surface light-emitting device that emits light, and includes an organic EL layer 110, a light extraction layer 220 disposed on the light emission side of the organic EL layer 110, and a substrate. 130. Note that an air layer (atmosphere) 220 exists around the light emitting device 2, and the surface of the substrate 130 is exposed to the air layer.
  • the organic EL layer 110 is provided on the light extraction layer 220.
  • the organic EL layer 210 is provided above the substrate 230. As shown by the arrow in FIG. 15B, also in this embodiment, the organic EL layer 210 emits light toward the substrate 30 side located below. That is, the light emitting device 2 is a bottom emission type light emitting device as in the first embodiment.
  • the light extraction layer 220 is provided on the light emission side (light extraction side) of the organic EL layer 210.
  • the light extraction layer 220 is a light transmission layer, and makes the light emitted from the organic EL layer 210 enter the substrate 130.
  • the light extraction layer 220 is provided on the substrate 30. That is, the light extraction layer 220 is provided between the substrate 130 and the organic EL layer 110.
  • the light extraction layer 220 includes a first layer 221 (first light extraction layer) and a second layer 222 (second light extraction layer).
  • the light extraction layer 220 (the first layer 221 and the second layer 222) is a sheet-like optical sheet made of, for example, a transparent resin material, and can be produced by, for example, nanoimprinting.
  • the first layer 221 is disposed on the light emitting side of the light emitting layer 111. Specifically, the first layer 221 is provided on the entire surface of the organic EL layer 110 on the light emission side (light extraction side). The first layer 221 transmits the light from the organic EL layer 110 toward the second layer 222.
  • the second layer 222 is disposed on the light emission side of the first layer 221 and is in contact with the first layer 221. Specifically, the second layer 222 is provided on the entire surface of the light emission side (light extraction side) of the first layer 221. Specifically, the second layer 222 is in contact with the substrate 130. The second layer 222 transmits the light from the first layer 221 toward the substrate 130.
  • the refractive index of the first layer 221 is larger than the refractive index of the second layer 222. That is, the first layer 221 is a high refractive index layer, the second layer 222 is a low refractive index layer, the refractive index (effective refractive index) of the first layer 221 is n 1, and the second layer When the refractive index (effective refractive index) of 222 is n 2 , the first layer 221 and the second layer 222 satisfy the relationship of n 1 > n 2 .
  • the refractive index of the substrate 130 is n 3
  • the refractive index of the light emitting layer 111 is n 4 , n 4 ⁇ n It is preferable to satisfy the relational expression of 1 ⁇ n 3 ⁇ n 0 .
  • the refractive index of the second layer 222 only needs to satisfy the relationship of n 1 > n 2 as described above, and does not necessarily need to satisfy n 2 > n 3 .
  • a concavo-convex structure (light extraction structure) including a plurality of convex portions 220a having two or more steps (multilevel) at the boundary between the first layer 221 and the second layer 222. Is formed. That is, the interface between the first layer 221 and the second layer 222 is an uneven surface.
  • the concavo-convex structure of the light extraction layer 220 has a configuration in which a plurality of minute convex portions 220a and concave portions 220b of nano-order (maximum 1 ⁇ m) are arranged. All of the plurality of protrusions 220a in the concavo-convex structure may have two or more steps. In other words, it is preferable that the plurality of convex portions 220a do not include a single-level convex portion (single level).
  • each convex portion 220a includes a first stepped portion 220a1 and a second stepped portion 220a2 positioned on the first stepped portion 220a1.
  • the diameter of the first step 220a1 is larger than the diameter of the second step 220a2.
  • each convex portion 220a When the height (length in the stacking direction) of each convex portion 220a is H, for example, 0.2 ⁇ m ⁇ H ⁇ 20 ⁇ m. Further, the respective convex portions 220a, the height of the first step portion 220a1 and h 1, and the height of the second step portion 220a2 and h 2, for example, 0.1 ⁇ m ⁇ h 1 ⁇ 10 ⁇ m, 0. 1 ⁇ h 2 ⁇ 10 ⁇ m.
  • the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure composed of a plurality of convex portions 220a is a fractal tiling pattern as shown in FIGS. 15A and 16. That is, when the light emitting device 2 is viewed in plan, the contour line 240 of the corner (edge) of the step of the convex portion 220a of the concave-convex structure of the light extraction layer 220 is a fractal tiling pattern.
  • the concavo-convex pattern of the light extraction layer 220 is obtained by dividing a predetermined unit pattern randomly rotated when each concavo-convex pattern is divided into square virtual unit regions (microregions) 250 without gaps.
  • the pattern is assigned to the unit area 250.
  • the concavo-convex pattern of the light extraction layer 220 is a pattern in which predetermined square unit patterns are randomly rotated and arranged without gaps.
  • the entire region of the uneven pattern in the light extraction layer 220 is a rectangular region in which square virtual unit regions 250 are arranged in a matrix (matrix).
  • corrugated pattern is equally divided
  • the predetermined unit pattern assigned to each virtual unit region 250 of the concavo-convex pattern of the light extraction layer 220 is configured by a contour line 240 indicating the step of the convex portion 220a. That is, each unit pattern indicates the locus of the outline 240 of the corner (edge) of the step of the convex portion 220a.
  • the contour line 240 since the convex portion 220a is a two-step step, as shown in FIG. 16, the contour line 240 has a first contour line 241 indicating the first step and a second step indicating the second step. And an outline 242.
  • FIG. 17A is a diagram showing a unit pattern (virtual unit region 250) of the concavo-convex structure of the light extraction layer 220 in the light emitting device 2 according to the present embodiment, and shows a region Y indicated by hatching in FIG.
  • FIG. 17B shows a pattern when the unit pattern shown in FIG. 17A is rotated by 270 °.
  • the outline 240 indicating the step of the convex portion 220a has a rotationally symmetric shape and is a square that defines the virtual unit region 250.
  • a first line 240a (first pattern line) connecting the centers of two adjacent sides of one set of the four sides and another set of adjacent four of the four sides of the square defining the virtual unit region 250
  • a second line 240b (second pattern line) connecting the center portions of the two sides.
  • the contour 240 indicating the step of the convex portion 220a in each predetermined unit pattern is a double line (two lines) as shown in FIG. 17A. It has become. That is, each of the first line 240a and the second line 240b in each predetermined unit pattern is a double line. Therefore, one of the double lines of the contour line 240 (the first line 240a and the second line 240b) indicates the locus of the corner of the first step, and the other of the double lines is the second step. The locus of the corner will be shown.
  • the contour lines 240 (first line 240a and second line 240b) are arcuate.
  • a pattern obtained by rotating a predetermined unit pattern shown in FIG. 17A so as to follow a square that defines the virtual unit region 250 is assigned to each virtual unit region 250 of the uneven pattern of the light extraction layer 220. Specifically, a pattern obtained by rotating the predetermined unit pattern shown in FIG. 17A to 90 degrees, 180 degrees, or 270 degrees is assigned to each virtual unit region 250.
  • the outline 240 indicating the step of the convex portion 220a in the unit pattern shown in FIG. 17A has a rotationally symmetric shape, for example, when the unit pattern shown in FIG. 17A is rotated by 90 degrees, the pattern shown in FIG. 17B is obtained. Further, when the unit pattern shown in FIG. 17A is rotated by 180 degrees, it becomes the same as the pattern shown in FIG. 17A. When the unit pattern shown in FIG. 17A is rotated by 270 degrees, the pattern shown in FIG. 17B is obtained. That is, either the unit pattern shown in FIG. 17A or the unit pattern shown in FIG. 17B is assigned to each virtual unit region 250 in the concavo-convex pattern of the light extraction layer 220.
  • a plurality of convex portions or concave portions are randomly arranged by a random generation algorithm or the like. ) Occur in many places where there are no stepped corners, and the light extraction efficiency decreases.
  • the uneven structure formed at the boundary between the first layer 221 and the second layer 222 in the light extraction layer 220 disposed on the light emitting side of the light emitting layer 111 is
  • the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure is constituted by a plurality of convex portions 220a having two or more steps, and is a fractal tiling pattern.
  • the concavo-convex structure in the light extraction layer 220 with a plurality of convex portions 220a each having two or more steps (that is, a multilevel concavo-convex structure), Similarly, excellent light extraction efficiency can be realized.
  • the concavo-convex structure in the light extraction layer 220 by forming the concavo-convex structure in the light extraction layer 220 by a plurality of convex portions 220a each having two or more steps (multi-level), it is oblique from the corner (edge) of the step of the convex portion 220a (concave portion). More propagation light emitted in the direction can be generated. As a result, incident light can be efficiently converted into propagating light at two or more step portions of the convex portion 220a (concave portion) as compared with the case where the convex portion constituting the concave-convex structure has only one step (single level). , Light extraction efficiency can be dramatically improved.
  • the uneven pattern of the light extraction layer 220 uneven structure is a fractal tiling pattern.
  • the periodicity of the concavo-convex structure is not erased by the existence probability of the convex portion 220a that gives the randomness to the presence of the convex portion 220a, but a plurality of virtual unit regions that are equally divided
  • the periodicity of the concavo-convex structure is eliminated by giving randomness to the arrangement of the convex portions 220a with respect to 250.
  • the concavo-convex structure is obtained while all the virtual unit regions 250 of the concavo-convex pattern are completely filled with the corners (edges) of the step of the convex portion 220a to eliminate percolation. Randomness is given.
  • each virtual unit region 250 it is possible to improve the light extraction efficiency by generating propagating light from the corners of the steps of the protrusions 220a, and to arrange the protrusions 220a in the concavo-convex structure randomly. Then, by removing the light with no azimuth deviation, the wavelength dependency of the light extraction efficiency and the viewing angle dependency of the chromaticity can be reduced.
  • the concavo-convex structure of the light extraction layer is a diffraction grating pattern (comparative example) and the case of a fractal tiling pattern (this embodiment), there is one convex part of the concavo-convex structure. Since the simulation regarding the light extraction efficiency in the case of only the step (single level) and the case of the two steps (multi-level) was performed, the simulation result will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 18 is a model diagram of a light extraction layer having a laminated structure of a high refractive index layer and a low refractive index layer.
  • a concavo-convex structure is formed at the interface (light extraction structure forming surface) between the high refractive index layer and the low refractive index layer in the light extraction layer of FIG.
  • FIG. 19A and 19B are diagrams showing a concavo-convex pattern of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer in the light extraction layer of FIG. 18,
  • FIG. 19A is a diffraction grating pattern
  • FIG. 19B is a fractile.
  • a tiling pattern is shown. Note that the pattern shown in FIG. 19B is the same as the pattern shown in FIG. 15A.
  • FIG. 18 shows a case where light is incident on the low refractive index layer from the high refractive index layer as in the model diagram shown in FIG. 4, and the light incident direction is from the high refractive index layer to the low refractive index layer. The direction is heading. Also in this simulation, optical analysis of light transmittance was performed using the incident light beam angles ⁇ and ⁇ shown in FIG. 18 as parameters.
  • FIG. 20 shows the simulation result and is a diagram showing the relationship between the uneven pattern of the uneven structure in the light extraction layer of FIG. 18 and the transmitted light amount improvement rate.
  • the transmitted light amount improvement rate of each pattern indicates the ratio when the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer in FIG.
  • “diffraction grating (single level)” is a diffraction grating having a concavo-convex pattern of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer, and a single convex part of the concavo-convex structure. The result in the case of only a step is shown.
  • “Fractal tiling (single level)” is a fractal tiling pattern in which the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure at the interface between the high refractive index layer and the low refractive index layer is one step. Only the results are shown.
  • fractal tiling (multilevel) is a fractal tiling pattern in which the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure at the interface between the high-refractive index layer and the low-refractive index layer, and the convex part of the concavo-convex structure has two steps. The result in the case of a step is shown.
  • the concavo-convex pattern is a diffraction grating when there is only one step (single level).
  • the transmitted light quantity does not increase and the transmitted light quantity improvement rate does not improve.
  • the amount of transmitted light is greatly improved by using a fractal tiling pattern as the concavo-convex pattern of the concavo-convex structure of the light extraction layer and making the step of the convex part two steps (multilevel). That is, the light extraction efficiency in the light extraction layer can be improved.
  • each of the plurality of convex portions 220a in the concave-convex structure of the light extraction layer 220 is configured to have two or more steps, and the concave-convex pattern of this concave-convex structure
  • percolation occurs even when a plurality of convex portions 220a in the concavo-convex structure are randomly arranged Can be suppressed. Thereby, the outstanding light extraction efficiency can be maintained.
  • the concave / convex pattern of the light extraction layer 220 is obtained by dividing a predetermined unit pattern randomly rotated into each virtual unit region 250 when the concave / convex pattern is divided into square virtual unit regions 250 without a gap. Is the pattern assigned to.
  • the contour line 40 indicating the step of the convex portion 220a in the predetermined unit pattern has a rotationally symmetric shape and the center of a pair of two adjacent sides of the four sides of the square that defines the virtual unit region 250. The first line that connects the parts and the second line that connects the central parts of another pair of two adjacent sides of the four sides of the square that define the virtual unit region 50.
  • the concave / convex pattern of the light extraction layer 220 becomes a pattern in which the contour line 240 indicating the step of the convex portion 220a is continuously present without interruption in all the virtual unit regions 250 except the outer peripheral edge.
  • the contour line 240 is a closed line in a loop shape, and the contour line 240 has no branch point. That is, in the region excluding the outer peripheral edge, the contour line 240 does not have an open end (termination) serving as a branch tip. Therefore, a concavo-convex structure without percolation can be realized in the entire region of the concavo-convex pattern of the light extraction layer 220.
  • the first line 240a and the second line 240b which are the contour lines 240 indicating the steps of the convex part 220a, are arcuate.
  • the locus of the corner of the step of the convex portion 220a can be a continuous smooth curve, and the steps of the convex portion 220a can be evenly arranged. . Therefore, the wavelength dependency of the light extraction efficiency and the viewing angle dependency of the chromaticity can be further reduced, and the conversion loss of the propagation light at the corner of the convex portion 220a can be reduced, so that the light extraction efficiency can be improved.
  • all of the plurality of convex portions 220a have two or more steps.
  • the light emitting layer 111 is an organic light emitting layer.
  • the light emitting device 2 using the organic EL layer 110 (organic EL element) as a light source can be realized.
  • the predetermined unit pattern in each virtual unit region 250 is not limited to the pattern shown in FIG. 17A.
  • the pattern shown in FIG. 21 or the pattern shown in FIG. 22 may be used as the predetermined unit pattern in each virtual unit region 250. That is, the contour line 240 (the first line 240a and the second line 240b) indicating the corners of the step of the convex part 220a is not limited to the arc shape.
  • the contour line 240 is a rotationally symmetric shape, and the first line 240a that connects the center portions of two adjacent sides of the four sides of the square in the virtual unit region 250, and the four sides of the square.
  • wire 240b which connects center part of two sets of other sides which adjoin among them.
  • the contour line 240 is not desirable.
  • the light emitting device 1 is a bottom emission type, but may be a top emission type.
  • the organic EL layer 10 (organic EL element) is used as the light source of the light emitting device 1, but the present invention is not limited to this. Specifically, as the light source of the light emitting device 1, other solid light emitting elements such as inorganic EL elements may be used.
  • the embodiment can be realized by arbitrarily combining the components and functions in each embodiment without departing from the scope of the present invention, or a form obtained by subjecting each embodiment to various modifications conceived by those skilled in the art. Forms are also included in the present invention.

Abstract

発光装置（１、２）は、発光層（１１１）と、発光層（１１１）の光出射側に配置される第１の層（１２１、２２１）と、第１の層（１２１、２２１）の光出射側に配置され、且つ、第１の層（１２１、２２１）に接して配置される第２の層（１２２、２２２）とを備え、第１の層（１２１、２２１）と第２の層（１２２、２２２）との境界には、２段以上の段差を有する複数の凸部（１２０ａ、２２０ａ）からなる凹凸構造が形成されており、第１の層（１２１、２２１）の屈折率は、第２の層（１２２、２２２）の屈折率よりも大きく、凹凸構造の凹凸パターンは、空間充填曲線によって形成されたパターン又はフラクタルタイリングパターンである。

Description

発光装置
　本発明は、発光装置に関する。
　有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）素子は、面発光デバイスとして各種装置への適用が検討されている。例えば、特許文献１には、照明用の有機ＥＬ素子が提案されている。
　また、有機ＥＬ素子で発光した光を効率良く取り出すために、有機ＥＬ素子の光出射側に光取り出し層が設けられた発光装置も提案されている。光取り出し層は、例えば、ナノオーダの微小な凸部と凹部とが周期的な切り返しで複数配列された凹凸パターンの凹凸構造を有する。このような凹凸構造を用いることによって光の全反射を抑制して光取り出し効率を向上させることができる。
特開２０１４－１１２５１５号公報
　白色光を出射する照明用の有機ＥＬ素子では、光取り出し効率の波長依存性が小さいこと及び色度の視野角依存性が小さいことが要求される。しかし、微小な凸部（凹部）が周期的な繰り返しで複数配列された凹凸パターンの凹凸構造を有する光取り出し層では、この要求を十分に満たすことが難しい。
　そこで、凹凸構造における凸部（凹部）をランダムに配列することが考えられている。凸部（凹部）をランダムに配列することによって、方位の偏りをなくして光を取り出すことができる。この結果、光取り出し効率の波長依存性を小さくできるとともに、色度の視野角依存性を小さくすることができる。
　しかしながら、凸部又は凹部をランダムに複数配列すると、凹凸パターン内に凸部同士又は凹部同士が集まったパーコレーションが多数発生し、凹凸パターンに凸部（凹部）の段差の角部が存在しない箇所が多く発生してしまう場合がある。
　本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、凹凸構造における凸部をランダムに複数配列した場合であってもパーコレーションの発生を抑制でき、光取り出し効率に優れた発光装置を提供することを目的とする。
　上記目的を達成するために、本発明に係る発光装置の一態様は、発光層と、前記発光層の光出射側に配置される第１の層と、前記第１の層の光出射側に配置され、且つ、前記第１の層に接して配置される第２の層とを備え、前記第１の層と前記第２の層との境界には、２段以上の段差を有する複数の凸部からなる凹凸構造が形成されており、前記第１の層の屈折率は、前記第２の層の屈折率よりも大きく、前記凹凸構造の凹凸パターンは、空間充填曲線によって形成されたパターンである。
　また、上記目的を達成するために、本発明に係る他の発光装置の一態様は、発光層と、前記発光層の光出射側に配置された第１の層と、前記第１の層の光出射側に配置され、且つ、前記第１の層に接して配置された第２の層とを備え、前記第１の層と前記第２の層との境界には、２段以上の段差を有する複数の凸部からなる凹凸構造が形成されており、前記第１の層の屈折率は、前記第２の層の屈折率よりも大きく、前記凹凸構造の凹凸パターンは、フラクタルタイリングパターンである。
　凹凸構造における凸部をランダムに複数配列した場合であってもパーコレーションの発生を抑制でき、光取り出し効率に優れた発光装置を実現できる。
図１Ａは、実施の形態１に係る発光装置の平面図である。 図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ線における実施の形態１に係る発光装置の断面図である。 図２は、従来例１の発光装置における光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンを示す図である。 図３は、従来例２の発光装置における光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンを示す図である。 図４は、高屈折率層と低屈折率層との積層構造からなる光取り出し層のモデル図である。 図５Ａは、図４の光取り出し層における高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の元になる凹凸パターン（回折格子パターン）を示す図である。 図５Ｂは、図４の光取り出し層における高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の元になる凹凸パターン（空間充填曲線パターン）を示す図である。 図６Ａは、図４に示す光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンが回折格子パターンである場合における光線入射角θと透過光量との関係を示す図である。 図６Ｂは、図４に示す光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンが空間充填曲線パターンである場合における光線入射角θと透過光量との関係を示す図である。 図７Ａは、図４に示す光取り出し層の凹凸構造の凸部がシングルレベルである場合における光線入射角θと透過光量との関係を示す図である。 図７Ｂは、図４に示す光取り出し層の凹凸構造の凸部がマルチレベルである場合における光線入射角θと透過光量との関係を示す図である。 図８は、図４の光取り出し層における凹凸構造の凹凸パターンと透過光量向上率との関係を示す図である。 図９は、図４の光取り出し層における凹凸構造の凹凸パターンとして空間充填パターンを用いたときの凸部の段数と透過光量向上率との関係を示す図である。 図１０は、実施の形態１の変形例１に係る発光装置における光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンの元になる曲線を示す図である。 図１１は、実施の形態１の変形例２に係る発光装置における光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンの元になる曲線を示す図である。 図１２は、実施の形態１の変形例３に係る発光装置における光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンの元になる曲線を示す図である。 図１３は、実施の形態１の変形例４に係る発光装置における光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンの元になる曲線を示す図である。 図１４は、実施の形態１の変形例５に係る発光装置における光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンの元になる曲線を示す図である。 図１５Ａは、実施の形態２に係る発光装置の平面図である。 図１５Ｂは、図１５ＡのＸＶＢ－ＸＶＢ線における実施の形態２に係る発光装置の断面図である。 図１６は、図１５Ａにおける領域Ｘの拡大図である。 図１７Ａは、実施の形態２に係る発光装置における光取り出し層の凹凸構造の単位パターンを示す図である。 図１７Ｂは、実施の形態２に係る発光装置における光取り出し層の凹凸構造の単位パターンを示す図である。 図１８は、高屈折率層と低屈折率層との積層構造からなる光取り出し層のモデル図である。 図１９Ａは、図１８の光取り出し層における高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の凹凸パターン（回折格子パターン）を示す図である。 図１９Ｂは、図１８の光取り出し層における高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の凹凸パターン（フラクタイルタイリングパターン）を示す図である。 図２０は、図１８の光取り出し層における凹凸構造の凹凸パターンと透過光量向上率との関係を示す図である。 図２１は、実施の形態２の変形例１に係る発光装置における光取り出し層の凹凸構造の単位パターンを示す図である。 図２２は、実施の形態２の変形例２に係る発光装置における光取り出し層の凹凸構造の単位パターンを示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　なお、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　（実施の形態１）
　実施の形態１に係る発光装置１の構成について、図１Ａ及び図１Ｂを用いて説明する。図１Ａは、実施の形態１に係る発光装置１の平面図であり、有機ＥＬ層１１０を透過して見たときにおける光取り出し層１２０の凹凸構造の凹凸パターンを示している。図１Ｂは、図１ＡのＩＢ－ＩＢ線における同発光装置１の断面図である。
　図１Ａ及び図１Ｂに示すように、発光装置１は、面発光する面発光装置であって、有機ＥＬ層１１０と、有機ＥＬ層１１０の光出射側に配置された光取り出し層１２０とを備える。本実施の形態において、発光装置１は、さらに基板１３０を備えている。なお、発光装置１の周囲には空気層（大気）１２０が存在し、基板１３０の表面は空気層に露出している。
　有機ＥＬ層１１０は、光取り出し層１２０の上に設けられている。また、有機ＥＬ層１１０は、基板１３０の上方に設けられている。図１Ｂの矢印で示すように、本実施の形態において、有機ＥＬ層１１０は、下方に位置する基板１３０側に向けて光を出射する。つまり、発光装置１は、ボトムエミッション型の発光デバイスである。
　有機ＥＬ層１１０は、例えば白色光を出射する有機ＥＬ素子であり、発光層１１１と、第１の電極１１２と、第２の電極１１３とを有する。
　発光層１１１は、第１の電極１１２と第２の電極１１３との間に設けられた面発光層である。発光層１１１は、有機発光材料によって構成された有機発光層であり、第１の電極１１２と第２の電極１１３とに所定の電圧が印加されることにより有機発光材料が励起されて発光する。発光層１１１の屈折率は、一例として１．８程度である。
　第１の電極１１２は、光取り出し層１２０と発光層１１１との間に設けられた電極層である。本実施の形態において、第１の電極１１２は、光取り出し層１２０の上に設けられる。具体的には、第１の電極１１２は、光取り出し層１２０の第１の層１２１の上に設けられる。第１の電極１１２は、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）又はインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明金属酸化物からなる透明電極である。本実施の形態では、第１の電極１１２として、屈折率が２．０のＩＴＯ膜を用いている。なお、第１の電極１１２は、光透過性を有していれば、金属薄膜であってもよい。
　第２の電極１１３は、発光層１１１の上に設けられた電極層である。第２の電極１１３は、反射性を有する反射電極であり、例えばアルミニウム（Ａｌ）又は銀合金ＡＰＣ等からなる金属電極（金属膜）である。
　なお、第１の電極１１２と第２の電極１１３との間には、発光層１１１の他に、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層又は電子注入層等の機能層が含まれていてもよい。また、有機ＥＬ層１１０（第２の電極１１３）の上には、樹脂等からなる封止層又はガラス等からなる封止基板が設けられていてもよい。また、基板１３０と光取り出し層１２０との間には透明密着層が形成されていてもよい。
　光取り出し層１２０は、有機ＥＬ層１１０の光出射側（光取り出し側）に設けられている。光取り出し層１２０は、光透過層であり、有機ＥＬ層１１０から出射する光を基板１３０に入射させる。具体的には、光取り出し層１２０は、基板１３０の上に設けられている。つまり、光取り出し層１２０は、基板１３０と有機ＥＬ層１１０との間に設けられている。光取り出し層１２０を設けることによって、有機ＥＬ層１１０からの光を効率良く取り出すことができ、発光装置１の光取り出し効率を向上させることができる。
　光取り出し層１２０は、第１の層１２１（第１の光取り出し層）と、第２の層１２２（第２の光取り出し層）とを有する。光取り出し層１２０（第１の層１２１、第２の層１２２）は、例えば透明樹脂材料等によって構成されたシート状の光学シートであり、例えば、ナノインプリントによって作製することができる。
　第１の層１２１は、発光層１１１の光出射側に配置される。具体的には、第１の層１２１は、有機ＥＬ層１１０の光出射側（光取り出し側）の全面に設けられている。第１の層１２１は、有機ＥＬ層１１０からの光を第２の層１２２に向けて透過する。
　第２の層１２２は、第１の層１２１の光出射側に配置され、且つ、第１の層１２１に接して配置されている。具体的には、第２の層１２２は、第１の層１２１の光出射側（光取り出し側）の全面に設けられている。具体的には、第２の層１２２は、基板１３０に接している。第２の層１２２は、第１の層１２１からの光を基板３０に向けて透過する。
　基板１３０は、光取り出し層１２０からの光を空気層に向けて透過する。基板１３０は、例えば、ガラス基板又は透明樹脂基板等の透光性基板である。基板１３０は、リジッド基板及び可撓性を有するフレキシブル基板のいずれであってもよい。本実施の形態において、基板１３０は、屈折率が１．５１のガラス基板である。
　光取り出し層１２０において、第１の層１２１の屈折率は、第２の層１２２の屈折率よりも大きい。すなわち、第１の層１２１は高屈折率層であり、第２の層１２２は低屈折率層であり、第１の層１２１の屈折率（実効屈折率）をｎ１とし、第２の層１２２の屈折率（実効屈折率）をｎ２とすると、第１の層１２１と第２の層１２２とは、ｎ１＞ｎ２なる関係を満たしている。
　第１の層１２１の屈折率（ｎ１）は、例えば、１．５１≦ｎ１≦１．９０であり、本実施の形態では、ｎ１＝１．８０である。また、第２の層１２２の屈折率（ｎ２）は、１．０１≦ｎ２≦１．５１であり、本実施の形態では、ｎ２＝１．５０である。
　なお、基板１３０の外面の空気層の屈折率をｎ０（例えばｎ０＝１）とし、基板１３０の屈折率をｎ３とし、発光層１１１の屈折率をｎ４とすると、ｎ４≧ｎ１≧ｎ３≧ｎ０の関係式を満たすとよい。なお、第２の層１２２の屈折率は前述の通り、ｎ１＞ｎ２なる関係を満たしていればよく、必ずしもｎ２＞ｎ３である必要はない。
　また、光取り出し層１２０において、第１の層１２１と第２の層１２２との境界には、２段以上の段差（マルチレベル）を有する複数の凸部１２０ａからなる凹凸構造（光取り出し構造）が形成されている。つまり、第１の層１２１と第２の層１２２との界面は、凹凸面となっている。
　具体的には、光取り出し層１２０の凹凸構造は、ナノオーダ（最大１μｍ）の微小な凸部１２０ａと凹部１２０ｂとが複数配列された構成である。凹凸構造における複数の凸部１２０ａは、全てが２段以上の段差を有するとよい。つまり、複数の凸部１２０ａの中には、１段のみの段差（シングルレベル）の凸部が含まれていない方がよい。
　本実施の形態において、複数の凸部１２０ａ（凹部１２０ｂ）の全てが２段の段差（ダブルレベル）からなる２段構成となっている。具体的には、各凸部１２０ａは、第１の段差部１２０ａ１と、第１の段差部１２０ａ１の上に位置する第２の段差部１２０ａ２とからなる。第１の段差部１２０ａ１の直径は、第２の段差部１２０ａ２の直径よりも大きい。
　各凸部１２０ａの高さ（積層方向の長さ）をＨとすると、例えば、０．２μｍ≦Ｈ≦２０以下である。また、各凸部１２０ａにおいて、第１の段差部１２０ａ１の高さをｈ１とし、第２の段差部１２０ａ２の高さをｈ２とすると、例えば、０．１μｍ≦ｈ１≦１０μｍ、０．１≦ｈ２≦１０μｍである。
　光取り出し層１２０において、複数の凸部１２０ａからなる凹凸構造の凹凸パターンは、図１Ａに示すように、空間充填曲線によって形成されたパターンである。つまり、発光装置１を平面視した場合に、光取り出し層１２０の凹凸構造の凸部１２０ａの段差の角部（エッジ）の輪郭線１４０は、空間充填曲線によって形成されたパターンである。図１Ａに示される凹凸パターンは、空間充填曲線としてヒルベルト曲線を用いて形成されたものである。
　本実施の形態では凸部１２０ａが２段の段差であるので、図１Ａに示すように、輪郭線１４０は、二重線（２本線）となっており、１段目を示す第１の輪郭線１４１と、２段目を示す第２の輪郭線１４２とを有する。
　次に、本実施の形態における発光装置１の作用効果について、図２及び図３に示す従来の発光装置と比較して説明する。図２は、従来例１の発光装置における光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンを示す図である。図３は、従来例２の発光装置における光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンを示す図である。
　ランダム生成アルゴリズム等によって凸部又は凹部をランダムに複数配列することによって光取り出し層の凹凸パターンを構成すると、例えば、図２及び図３に示すような凹凸パターンが得られる。図２及び図３において、黒色で示される第１領域と白色で示される第２領域とは、いずれか一方が凸部で、他方が凹部を示している。図２では、凸部又は凹部を格子状にランダムに配列している。また、図３では、円形の凸部又は凹部をランダムに配置している。
　しかしながら、この場合、図２及び図３の破線で囲まれる領域に示すように、凹凸パターン内に凸部同士又は凹部同士が連続することで凸部同士又は凹部同士が集まったパーコレーションが多数発生する。凹凸パターンにおいてパーコレーションが発生した箇所では、凸部（凹部）の段差の角部（エッジ）が存在しない。
　つまり、ランダム生成アルゴリズム等によって凸部又は凹部をランダムに複数配列すると、パーコレーションの発生によって凹凸パターンに凸部（凹部）の段差の角部が存在しない箇所が多く発生してしまう場合がある。このため、光取り出し効率が低下してしまうという課題がある。
　そこで、本実施の形態における発光装置１では、発光層１１１の光出射側に配置された光取り出し層１２０における第１の層１２１と第２の層１２２との境界に形成された凹凸構造を、２段以上の段差を有する複数の凸部１２０ａによって構成し、かつ、凹凸構造の凹凸パターンを空間充填曲線によって形成されたパターンとしている。
　このように、光取り出し層１２０における凹凸構造を各々が２段以上の段差を有する複数の凸部１２０ａによって構成することで（つまり、マルチレベルの凹凸構造にすることで）、優れた光取り出し効率を実現することができる。まず、この点について説明する。
　光取り出し層１２０に凹凸構造を設けることによって凸部（凹部）の段差の角部（エッジ）から斜め方向に出射する伝播光を発生させることができるので、臨界角以上の入射角で光が入射した場合であっても光を取り出すことができる。したがって、凹凸構造における凸部が占める割合を大きくすることで光取り出し効率を向上させることができると考えられるが、単純に凸部が占める割合を大きくすると、隣り合う凸部同士の間隔が狭くなって光取り出し効率が十分に向上しなくなる。このように、光取り出し効率を効果的に向上させるには、凹凸構造における凹凸比（凸部と凹部の割合）が重要となる。
　そこで、凹凸構造の凸部を１つの段差のみ（シングルレベル）で構成するのではなく、本実施の形態のように、凹凸構造の凸部１２０ａを２段以上の段差（マルチレベル）で構成することを考えた。これにより、隣り合う凸部１２０ａ同士を近づけすぎることなく最適な凹凸比を実現できるので、凸部１２０ａの段差の角部を１つの段差のみ（シングルレベル）で構成する場合と比べて、凸部（凹部）の段差の角部の存在比率を容易に２倍以上にすることができる。この結果、入射光を伝播光に変換できる割合を大きくできる。また、１つの段差のみ（シングルレベル）の場合と比べて、より広い範囲で入射光を伝播光に変換することができる。
　このように、光取り出し層１２０における凹凸構造を各々が２段以上の段差を有する複数の凸部１２０ａによって構成することで、凸部１２０ａ（凹部）の段差の角部（エッジ）から斜め方向に出射する伝播光をより多く発生させることができる。この結果、凹凸構造を構成する凸部が１つの段差のみ（シングルレベル）の場合と比べて、凸部１２０ａ（凹部）の２段以上の段差部分で入射光を効率良く伝播光に変換できるので、光取り出し効率を飛躍的に向上させることができる。
　しかも、本実施の形態では、光取り出し層１２０における凹凸構造の凹凸パターンを空間充填曲線によって形成しているので、空間充填曲線に沿って多段化した凸部１２０ａを効率良く配置することができる。つまり、隣り合う凸部１２０ａ同士を近づけすぎることなく最適な凹凸比で、多段化した凸部１２０ａを細密化して多数配置することができる。さらに、光取り出し層１２０における凹凸構造の凹凸パターンを空間充填曲線によって形成することで、凸部１２０ａの段差の角部（エッジ）の方位をランダムに複数存在させることもできる。このように、凹凸パターンを空間充填曲線によって形成することで、凸部１２０ａの並べ方にランダム性を持たせて凹凸構造の周期性を消すことができるとともに、単位面積当たりにおける凸部１２０ａの段差の角部の割合を最適化して細密化できる。
　ここで、光取り出し層の凹凸構造が回折格子によって形成された凹凸パターン（比較例）である場合と空間充填曲線によって形成された凹凸パターン（本実施の形態）である場合との２つのテクスチャ構造に関して、光取り出し効率に関するシミュレーションを行ったので、そのシミュレーション結果について、図４～図９を用いて説明する。
　図４は、高屈折率層と低屈折率層との積層構造からなる光取り出し層のモデル図である。図４の光取り出し層における高屈折率層と低屈折率層との界面（光取り出し構造形成面）には、凹凸構造が形成される。
　図５Ａ及び図５Ｂは、図４の光取り出し層における高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の元になる凹凸パターンを示す図であり、図５Ａは回折格子パターン、図５Ｂは空間充填曲線パターンを示している。なお、図５Ｂに示すパターンは、図１Ａに示すパターンと同じであり、ヒルベルト曲線による凹凸パターンである。
　また、図４では、光が高屈折率層から低屈折率層に入射する場合を示しており、光線入射方向が高屈折率層から低屈折率層に向かう方向となっている。本シミュレーションでは、図４に示される入射光線角度θ、φをパラメータとして光透過率の光学解析を行った。
　図６Ａ及び図６Ｂは、そのシミュレーション結果を示しており、図４に示す光取り出し層の凹凸構造における光線入射角θと透過光量との関係（透過率方位依存性）を示している。図６Ａは、その凹凸構造の凹凸パターンが回折格子パターン（図５Ａ）である場合の透過率方位依存性を示しており、図６Ｂは、その凹凸構造の凹凸パターンが空間充填曲線パターン（図５Ｂ）である場合の透過率方位依存性を示している。
　図６Ａ及び図６Ｂの結果から、光取り出し層における凹凸構造の凹凸パターンを回折格子パターンから空間充填曲線パターンにすることで、光透過率の方位依存性を抑えながら臨界角以上の透過光量（光透過率）を向上させることができることが分かる。
　また、図７Ａ及び図７Ｂのシミュレーション結果は、図４に示す光取り出し層の凹凸構造における光線入射角θと透過率との関係（透過率方位依存性）を示している。図７Ａは、その凹凸構造の凸部が１つの段差のみの場合（シングルレベル）である場合の透過率方位依存性を示しており、図７Ｂは、その凹凸構造の凸部が２つの段差である場合（マルチレベル）である場合の透過率方位依存性を示している。なお、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、凹凸構造の凹凸パターンが図５Ａの回折格子パターンである場合の結果と図５Ｂの空間充填曲線パターンである場合の結果とを示している。
　図８は、図４の光取り出し層における凹凸構造の凹凸パターンと透過光量向上率との関係を示す図であり、図７Ａ及び図７Ｂの光透過率（光透過量）をもとに透過光量向上率を算出した結果を示している。図８において、各パターンの透過光量向上率は、図４における高屈折率層と低屈折率層との界面が鏡面である場合を１としたときの比率を示している。
　また、図７Ａ、図７Ａ及び図８において、「空間充填曲線（シングルレベル）」は、高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の凹凸パターンが空間充填曲線パターンであり、かつ、凹凸構造の凸部が１つの段差のみの場合の結果を示している。また、「回折格子（シングルレベル）」は、高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の凹凸パターンが回折格子パターンであり、かつ、凹凸構造の凸部が１つの段差のみの場合の結果を示している。また、「空間充填曲線（マルチレベル）」は、高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の凹凸パターンが空間充填曲線パターンであり、かつ、凹凸構造の凸部が２段の段差である場合の結果を示している。また、「回折格子（マルチレベル）」は、高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の凹凸パターンが回折格子パターンであり、かつ、凹凸構造の凸部が２段の段差である場合の結果を示している。
　図７Ａ、図７Ｂ及び図８の結果から、凹凸パターンとして空間充填曲線パターンを用いることで、線密度を落とさずに面内配置できることが分かる。また、凹凸パターンとして空間充填曲線パターンを用いることで、凹凸パターンが回折格子パターンである場合と比べて透過光量向上率を維持させることができることが分かる。
　しかも、光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンとして空間充填曲線パターンを用いて、なおかつ、凸部の段差を２段（マルチレベル）にすることで、透過光量が大きく向上することも分かる。つまり、光取り出し層における光取り出し効率を向上させることができる。
　図９は、図４の光取り出し層における凹凸構造の凹凸パターンとして空間充填パターンを用いたときの凸部の段数と透過光量向上率との関係を示す図である。つまり、図９は、凹凸構造の凸部の段数依存性を示している。図９においても、透過光量向上率は、図４における高屈折率層と低屈折率層との界面が鏡面である場合を１としたときの比率を示している。
　図９の結果から、光取り出し層における凹凸構造の凹凸パターンとして空間充填パターンを用いた場合に、凹凸構造の凸部の段数を増やすことによって透過光量向上率が向上することが分かる。つまり、凹凸構造の凸部の段数を増加させることで、光取り出し層における光取り出し効率を向上させることができる。
　以上、本実施の形態における発光装置１によれば、光取り出し層１２０の凹凸構造の凸部１２０ａを２段以上の段差を有する構造（マルチレベル）とし、かつ、凹凸構造の凹凸パターンを空間充填曲線によって形成することで、凸部１２０ａのランダム化と凸部１２０ａの段差の角部の細密化との両立を図ることができる。
　これにより、凹凸構造における凸部１２０ａをランダムに配列して方位の偏りをなくして光を取り出すことで光取り出し効率の波長依存性及び色度の視野角依存性を小さくでき、かつ、凸部１２０ａの２段以上の段差の角部によって光取り出し効率を向上させることができる。
　したがって、光取り出し効率の波長依存性及び色度の視野角依存性を小さくするために凹凸構造における凸部１２０ａをランダムに複数配列した場合であってもパーコレーションの発生を抑制できるので、２段以上の段差の凸部１２０ａによる優れた光取り出し効率を維持することができる。
　また、本実施の形態において、光取り出し層１２０の凹凸パターンの元になる空間充填曲線は、ヒルベルト曲線である。
　これにより、凸部１２０ａのランダム化と凸部１２０ａの段差の角部の細密化とを両立できる凹凸パターンを容易に得ることができる。
　また、光取り出し層１２０の凹凸パターンの元になる空間充填曲線としては、図１０の（ａ）～（ｄ）に示すように、ヒルベルト曲線のムーア版を用いてもよい。
　また、光取り出し層１２０の凹凸パターンの元になる空間充填曲線としては、図１１の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ペアノ曲線を用いてもよい。この場合、図１２に示すように、スイッチバック型のペアノ曲線を用いてもよい。
　その他に、光取り出し層１２０の凹凸パターンの元になる空間充填曲線としては、図１３に示すように、ミーンダー型のペアノ曲線を用いてもよいし、図１４の（ａ）～（ｄ）に示すように、シェルピンスキー曲線を用いてもよい。
　光取り出し層１２０の凹凸パターンの元になる空間充填曲線としてこれらの曲線を用いた場合も、凸部１２０ａのランダム化と凸部１２０ａの段差の角部の細密化とを両立できる凹凸パターンを容易に得ることができる。なお、光取り出し層２０の凹凸パターンは、上記の曲線に限るものではなく、その他の空間充填曲線を用いて形成されていてもよい。
　また、光取り出し層１２０の凹凸パターンにおいて、複数の凸部１２０ａの全てが２段以上の段差を有するとよい。
　これにより、凸部１２０ａが２段以上の段差を有することによる上記の光取り出し効率向上効果を最大限発揮させることができる。
　また、本実施の形態において、発光層１１１は、有機発光層である。
　これにより、有機ＥＬ層１１０（有機ＥＬ素子）を光源とする発光装置１を実現することができる。
　（実施の形態２）
　次に、実施の形態２に係る発光装置２の構成について、図１５Ａ、図１５Ｂ及び図１６を用いて説明する。図１５Ａは、実施の形態２に係る発光装置２の平面図であり、有機ＥＬ層２１０を透過して見たときにおける光取り出し層２２０の凹凸構造の凹凸パターンを示している。図１５Ｂは、図１５Ａ及び図１６のＸＶＢ－ＸＶＢ線における同発光装置２の断面図である。図１６は、図１５Ａにおける領域Ｘの拡大図である。
　図１５Ａ及び図１５Ｂに示すように、発光装置２は、面発光する面発光装置であって、有機ＥＬ層１１０と、有機ＥＬ層１１０の光出射側に配置された光取り出し層２２０と、基板１３０とを備えている。なお、発光装置２の周囲には空気層（大気）２２０が存在し、基板１３０の表面は空気層に露出している。
　有機ＥＬ層１１０は、光取り出し層２２０の上に設けられている。また、有機ＥＬ層２１０は、基板２３０の上方に設けられている。図１５Ｂの矢印で示すように、本実施の形態でも、有機ＥＬ層２１０は、下方に位置する基板３０側に向けて光を出射する。つまり、発光装置２は、実施の形態１と同様に、ボトムエミッション型の発光デバイスである。
　光取り出し層２２０は、有機ＥＬ層２１０の光出射側（光取り出し側）に設けられている。光取り出し層２２０は、光透過層であり、有機ＥＬ層２１０から出射する光を基板１３０に入射させる。具体的には、光取り出し層２２０は、基板３０の上に設けられている。つまり、光取り出し層２２０は、基板１３０と有機ＥＬ層１１０との間に設けられている。光取り出し層２２０を設けることによって、有機ＥＬ層１１０からの光を効率良く取り出すことができ、発光装置２の光取り出し効率を向上させることができる。
　光取り出し層２２０は、実施の形態１における光取り出し層１２０と同様に、第１の層２２１（第１の光取り出し層）と、第２の層２２２（第２の光取り出し層）とを有する。光取り出し層２２０（第１の層２２１、第２の層２２２）は、例えば透明樹脂材料等によって構成されたシート状の光学シートであり、例えば、ナノインプリントによって作製することができる。
　第１の層２２１は、発光層１１１の光出射側に配置される。具体的には、第１の層２２１は、有機ＥＬ層１１０の光出射側（光取り出し側）の全面に設けられている。第１の層２２１は、有機ＥＬ層１１０からの光を第２の層２２２に向けて透過する。
　第２の層２２２は、第１の層２２１の光出射側に配置され、且つ、第１の層２２１に接して配置されている。具体的には、第２の層２２２は、第１の層２２１の光出射側（光取り出し側）の全面に設けられている。具体的には、第２の層２２２は、基板１３０に接している。第２の層２２２は、第１の層２２１からの光を基板１３０に向けて透過する。
　光取り出し層２２０において、第１の層２２１の屈折率は、第２の層２２２の屈折率よりも大きい。すなわち、第１の層２２１は高屈折率層であり、第２の層２２２は低屈折率層であり、第１の層２２１の屈折率（実効屈折率）をｎ１とし、第２の層２２２の屈折率（実効屈折率）をｎ２とすると、第１の層２２１と第２の層２２２とは、ｎ１＞ｎ２なる関係を満たしている。
　第１の層２２１の屈折率（ｎ１）は、例えば、１．５１≦ｎ１≦１．９０であり、本実施の形態でも、ｎ１＝１．８０である。また、第２の層２２２の屈折率（ｎ２）は、１．０１≦ｎ２≦１．５１であり、本実施の形態でも、ｎ２＝１．５０である。
　なお、基板１３０の外面の空気層の屈折率をｎ０（例えばｎ０＝１）とし、基板１３０の屈折率をｎ３とし、発光層１１１の屈折率をｎ４とすると、ｎ４≧ｎ１≧ｎ３≧ｎ０の関係式を満たすとよい。なお、第２の層２２２の屈折率は前述の通り、ｎ１＞ｎ２なる関係を満たしていればよく、必ずしもｎ２＞ｎ３である必要はない。
　また、光取り出し層２２０において、第１の層２２１と第２の層２２２との境界には、２段以上の段差（マルチレベル）を有する複数の凸部２２０ａからなる凹凸構造（光取り出し構造）が形成されている。つまり、第１の層２２１と第２の層２２２との界面は、凹凸面となっている。
　具体的には、光取り出し層２２０の凹凸構造は、ナノオーダ（最大１μｍ）の微小な凸部２２０ａと凹部２２０ｂとが複数配列された構成である。凹凸構造における複数の凸部２２０ａは、全てが２段以上の段差を有するとよい。つまり、複数の凸部２２０ａの中には、１段のみの段差（シングルレベル）の凸部が含まれていない方がよい。
　本実施の形態でも、実施の形態１と同様に、複数の凸部２２０ａ（凹部２２０ｂ）の全てが２段の段差（ダブルレベル）からなる２段構成となっている。具体的には、各凸部２２０ａは、第１の段差部２２０ａ１と、第１の段差部２２０ａ１の上に位置する第２の段差部２２０ａ２とからなる。第１の段差部２２０ａ１の直径は、第２の段差部２２０ａ２の直径よりも大きい。
　各凸部２２０ａの高さ（積層方向の長さ）をＨとすると、例えば、０．２μｍ≦Ｈ≦２０μｍである。また、各凸部２２０ａにおいて、第１の段差部２２０ａ１の高さをｈ１とし、第２の段差部２２０ａ２の高さをｈ２とすると、例えば、０．１μｍ≦ｈ１≦１０μｍ、０．１≦ｈ２≦１０μｍである。
　光取り出し層２２０において、複数の凸部２２０ａからなる凹凸構造の凹凸パターンは、図１５Ａ及び図１６に示すように、フラクタルタイリングパターンである。つまり、発光装置２を平面視した場合に、光取り出し層２２０の凹凸構造の凸部２２０ａの段差の角部（エッジ）の輪郭線２４０は、フラクタルタイリングパターンである。
　具体的には、光取り出し層２２０の凹凸パターンは、当該凹凸パターンの全体を正方形の仮想単位領域（微小領域）２５０に隙間なく分割した場合に、ランダムに回転させた所定の単位パターンを各仮想単位領域２５０に割り当てたパターンとなっている。言い換えると、光取り出し層２２０の凹凸パターンは、正方形の所定の単位パターンをランダムに回転させて隙間なく並べたパターンになっている。本実施の形態において、光取り出し層２２０における凹凸パターンの全体領域は、正方形の仮想単位領域２５０をマトリクス状（行列状）に配列した矩形領域となっている。なお、凹凸パターンは正方形の仮想単位領域２５０によって均等に分割されており、複数の仮想単位領域２５０は互いに同じ形状及び同じ大きさである。
　光取り出し層２２０の凹凸パターンの各仮想単位領域２５０に割り当てられる所定の単位パターンは、凸部２２０ａの段差を示す輪郭線２４０によって構成されている。つまり、各単位パターンは、凸部２２０ａの段差の角部（エッジ）の輪郭線２４０の軌跡を示している。本実施の形態では凸部２２０ａが２段の段差であるので、図１６に示すように、輪郭線２４０は、１段目を示す第１の輪郭線２４１と、２段目を示す第２の輪郭線２４２とを有する。
　図１７Ａは、本実施の形態に係る発光装置２における光取り出し層２２０の凹凸構造の単位パターン（仮想単位領域２５０）を示す図であり、図１６のハッチングで示される領域Ｙを示している。図１７Ｂは、図１７Ａに示す単位パターンを２７０°回転させたときのパターンを示している。
　図１７Ａに示すように、正方形の各仮想単位領域２５０の所定の単位パターンにおいて、凸部２２０ａの段差を示す輪郭線２４０は、回転対称形状であり、かつ、仮想単位領域２５０を規定する正方形の四辺のうちの隣り合う一組の二辺の中心部同士を結ぶ第１の線２４０ａ（第１のパターン線）と、仮想単位領域２５０を規定する正方形の四辺のうちの隣り合う他の一組の二辺の中心部同士を結ぶ第２の線２４０ｂ（第２のパターン線）とによって構成されている。
　本実施の形態では、凸部２２０ａが２段の段差であるので、各所定の単位パターンにおける凸部２２０ａの段差を示す輪郭線２４０は、図１７Ａに示すように、二重線（２本線）となっている。つまり、各所定の単位パターンにおける第１の線２４０ａ及び第２の線２４０ｂの各々は、二重線となっている。したがって、輪郭線２４０（第１の線２４０ａ、第２の線２４０ｂ）の二重線の一方が１段目の段差の角部の軌跡を示し、二重線の他方が２段目の段差の角部の軌跡を示すことになる。なお、本実施の形態において、輪郭線２４０（第１の線２４０ａ、第２の線２４０ｂ）は、円弧状である。
　光取り出し層２２０の凹凸パターンの各仮想単位領域２５０には、仮想単位領域２５０を規定する正方形に従うように図１７Ａに示す所定の単位パターンを回転させたパターンが割り当てられている。具体的には、図１７Ａに示す所定の単位パターンを、９０度、１８０度、又は、２７０度に回転することで得られるパターンが各仮想単位領域２５０に割り当てられている。
　図１７Ａに示す単位パターンにおける凸部２２０ａの段差を示す輪郭線２４０は、回転対称形状であるので、例えば、図１７Ａに示す単位パターンを９０度回転させると、図１７Ｂに示すパターンとなる。また、図１７Ａに示す単位パターンを１８０度回転させると、図１７Ａに示すパターンと同じになる。また、図１７Ａに示す単位パターンを２７０度回転させると、図１７Ｂに示すパターンとなる。つまり、光取り出し層２２０の凹凸パターンにおける各仮想単位領域２５０には、図１７Ａに示す単位パターン及び図１７Ｂに示す単位パターンのいずれかが割り当てられる。
　次に、本実施の形態における発光装置２の作用効果について、上記の図２及び図３に示す従来の発光装置と比較して説明する。
　上述のように、図２及び図３に示される発光装置の凹凸パターンでは、ランダム生成アルゴリズム等によって凸部又は凹部がランダムに複数配列されているので、パーコレーションの発生によって凹凸パターンに凸部（凹部）の段差の角部が存在しない箇所が多く発生し、光取り出し効率が低下する。
　そこで、本実施の形態における発光装置２では、発光層１１１の光出射側に配置された光取り出し層２２０における第１の層２２１と第２の層２２２との境界に形成された凹凸構造を、２段以上の段差を有する複数の凸部２２０ａによって構成し、かつ、凹凸構造の凹凸パターンをフラクタルタイリングパターンとしている。
　このように、光取り出し層２２０における凹凸構造を各々が２段以上の段差を有する複数の凸部２２０ａによって構成することで（つまり、マルチレベルの凹凸構造にすることで）、実施の形態１と同様に、優れた光取り出し効率を実現することができる。
　すなわち、光取り出し層２２０における凹凸構造を各々が２段以上の段差（マルチレベル）を有する複数の凸部２２０ａによって構成することで、凸部２２０ａ（凹部）の段差の角部（エッジ）から斜め方向に出射する伝播光をより多く発生させることができる。この結果、凹凸構造を構成する凸部が１つの段差のみ（シングルレベル）の場合と比べて、凸部２２０ａ（凹部）の２段以上の段差部分で入射光を効率良く伝播光に変換できるので、光取り出し効率を飛躍的に向上させることができる。
　しかも、本実施の形態では、光取り出し層２２０凹凸構造の凹凸パターンをフラクタルタイリングパターンとしている。つまり、本実施の形態では、凸部２２０ａの存在にランダム性を持たせるという凸部２２０ａの存在確率によって凹凸構造の周期性を消しているのではなく、均等に分割された複数の仮想単位領域２５０に対して凸部２２０ａの並べ方にランダム性を持たせることによって凹凸構造の周期性を消している。
　すなわち、本実施の形態における光取り出し層２２０では、凹凸パターンの各仮想単位領域２５０の全てを凸部２２０ａの段差の角部（エッジ）で埋め尽くしてパーコレーションの発生をなくしながらも、凹凸構造にランダム性が付与されている。
　これにより、各仮想単位領域２５０の全ての領域において凸部２２０ａの段差の角部による伝播光を発生させて光取り出し効率を向上させることができ、かつ、凹凸構造における凸部２２０ａをランダムに配列して方位の偏りをなくして光を取り出すことで光取り出し効率の波長依存性及び色度の視野角依存性を小さくできる。
　ここで、光取り出し層の凹凸構造が回折格子パターン（比較例）である場合とフラクタルタイリングパターン（本実施の形態）である場合との２つのテクスチャ構造に関して、凹凸構造の凸部が１つの段差のみ（シングルレベル）の場合と２段の段差（マルチレベル）の場合とにおける光取り出し効率に関するシミュレーションを行ったので、そのシミュレーション結果について、図１８～図２０を用いて説明する。
　図１８は、高屈折率層と低屈折率層との積層構造からなる光取り出し層のモデル図である。図１８の光取り出し層における高屈折率層と低屈折率層との界面（光取り出し構造形成面）には、凹凸構造が形成される。
　図１９Ａ及び図１９Ｂは、図１８の光取り出し層における高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の凹凸パターンを示す図であり、図１９Ａは回折格子パターン、図１９Ｂはフラクタイルタイリングパターンを示している。なお、図１９Ｂに示すパターンは、図１５Ａに示すパターンと同じである。
　また、図１８では、図４に示すモデル図と同様に、光が高屈折率層から低屈折率層に入射する場合を示しており、光線入射方向が高屈折率層から低屈折率層に向かう方向となっている。本シミュレーションでも、図１８に示される入射光線角度θ、φをパラメータとして光透過率の光学解析を行った。
　図２０は、そのシミュレーション結果を示しており、図１８の光取り出し層における凹凸構造の凹凸パターンと透過光量向上率との関係を示す図である。
　なお、図２０において、各パターンの透過光量向上率は、図１８における高屈折率層と低屈折率層との界面が鏡面である場合を１としたときの比率を示している。
　また、図２０において、「回折格子（シングルレベル）」は、高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の凹凸パターンが回折格子であり、かつ、凹凸構造の凸部が１つの段差のみの場合の結果を示している。また、「フラクタルタイリング（シングルレベル）」は、高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の凹凸パターンがフラクタルタイリングパターンであり、かつ、凹凸構造の凸部が１つの段差のみの場合の結果を示している。また、「フラクタルタイリング（マルチレベル）」は、高屈折率層と低屈折率層との界面における凹凸構造の凹凸パターンがフラクタルタイリングパターンであり、かつ、凹凸構造の凸部が２段の段差である場合の結果を示している。
　図２０に示すように、光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンとしてフラクタルタイリングパターンを用いても、凸部の段差が１つの段差のみ（シングルレベル）では、凹凸パターンが回折格子である場合と比べて透過光量は増加せずに透過光量向上率は向上しない。
　しかしながら、光取り出し層の凹凸構造の凹凸パターンとしてフラクタルタイリングパターンを用いて、なおかつ、凸部の段差を２段（マルチレベル）にすることで、透過光量が大きく向上することが分かる。つまり、光取り出し層における光取り出し効率を向上させることができる。
　以上、本実施の形態における発光装置２によれば、光取り出し層２２０の凹凸構造における複数の凸部２２０ａの各々を２段以上の段差を有するように構成し、かつ、この凹凸構造の凹凸パターンをフラクタルタイリングパターンにすることで、光取り出し効率の波長依存性及び色度の視野角依存性を小さくするために凹凸構造における凸部２２０ａをランダムに複数配列した場合であってもパーコレーションの発生を抑制できる。これにより、優れた光取り出し効率を維持することができる。
　また、本実施の形態において、光取り出し層２２０の凹凸パターンは、当該凹凸パターンを正方形の仮想単位領域２５０に隙間なく分割した場合に、ランダムに回転させた所定の単位パターンを各仮想単位領域２５０に割り当てたパターンである。さらに、この所定の単位パターンにおける凸部２２０ａの段差を示す輪郭線４０は、回転対称形状であり、かつ、仮想単位領域２５０を規定する正方形の四辺のうちの隣り合う一組の二辺の中心部同士を結ぶ第１の線と、仮想単位領域５０を規定する正方形の四辺のうちの隣り合う他の一組の二辺の中心部同士を結ぶ第２の線とによって構成されている。
　これにより、光取り出し層２２０の凹凸パターンは、外周端縁を除く全ての仮想単位領域２５０において、凸部２２０ａの段差を示す輪郭線２４０が途切れることなく連続して存在するパターンとなる。具体的には、輪郭線２４０は、ループ状に閉じた線であり、輪郭線２４０には分岐点が存在しない。つまり、外周端縁を除く領域では、輪郭線２４０には枝先となる解放端（終端）が存在しない。したがって、光取り出し層２２０の凹凸パターンの全領域において、パーコレーションが存在しない凹凸構造を実現できる。
　また、図１７Ａに示すように、本実施の形態において、凸部２２０ａの段差を示す輪郭線２４０である第１の線２４０ａ及び第２の線２４０ｂは、円弧状である。
　これにより、光取り出し層２２０の凹凸パターンの全領域において、凸部２２０ａの段差の角部の軌跡を連続する滑らかな曲線にすることができ、凸部２２０ａの段差を均等に配置することができる。したがって、光取り出し効率の波長依存性及び色度の視野角依存性をさらに小さくできるとともに、凸部２２０ａの角部における伝播光の変換損失を小さくできるので光取り出し効率を向上させることができる。
　また、光取り出し層２２０の凹凸パターンにおいて、複数の凸部２２０ａの全てが２段以上の段差を有するとよい。
　これにより、凸部２２０ａが２段以上の段差を有することによる上記の光取り出し効率向上効果を最大限発揮させることができる。
　また、本実施の形態においても、発光層１１１は、有機発光層である。
　これにより、有機ＥＬ層１１０（有機ＥＬ素子）を光源とする発光装置２を実現することができる。
　なお、実施の形態２において、各仮想単位領域２５０における所定の単位パターンは、図１７Ａに示すパターンに限るものではない。一例として、各仮想単位領域２５０における所定の単位パターンとして、図２１に示すパターン又は図２２に示すパターンを用いてもよい。つまり、凸部２２０ａの段差の角部を示す輪郭線２４０（第１の線２４０ａ、第２の線２４０ｂ）は円弧状に限るものではない。輪郭線２４０としては、回転対称形状であり、かつ、仮想単位領域２５０における正方形の四辺のうちの隣り合う一組の二辺の中心部同士を結ぶ第１の線２４０ａと、この正方形の四辺のうちの隣り合う他の一組の二辺の中心部同士を結ぶ第２の線２４０ｂとによって構成されていればよい。ただし、十字形状のように、９０度、１８０度、２７０度で回転した場合にいずれも同じ形状となるパターンは、ランダムに回転させても並べたときに周期的な規則パターンになってしまうので、輪郭線２４０としては望ましくない。
　（変形例）
　以上、本発明に係る発光装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態１、２に限定されるものではない。
　例えば、上記実施の形態１、２において、発光装置１は、ボトムエミッション型としたが、トップエミッション型であってもよい。
　また、上記実施の形態１、２において、発光装置１の光源として有機ＥＬ層１０（有機ＥＬ素子）を用いたが、これに限るものではない。具体的には、発光装置１の光源としては、無機ＥＬ素子等のその他の固体発光素子を用いてもよい。
　その他、各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
　１、２　発光装置
　１１１　発光層
　１２０ａ、２２０ａ　凸部
　１２１、２２１　第１の層
　１２２、２２２　第２の層

Claims (8)

  1. 　発光層と、
    　前記発光層の光出射側に配置される第１の層と、
    　前記第１の層の光出射側に配置され、且つ、前記第１の層に接して配置される第２の層とを備え、
    　前記第１の層と前記第２の層との境界には、２段以上の段差を有する複数の凸部からなる凹凸構造が形成されており、
    　前記第１の層の屈折率は、前記第２の層の屈折率よりも大きく、
    　前記凹凸構造の凹凸パターンは、空間充填曲線によって形成されたパターンである
    　発光装置。
  2. 　前記空間充填曲線は、ヒルベルト曲線である
    　請求項１に記載の発光装置。
  3. 　前記空間充填曲線は、ペアノ曲線である
    　請求項１に記載の発光装置。
  4. 　発光層と、
    　前記発光層の光出射側に配置された第１の層と、
    　前記第１の層の光出射側に配置され、且つ、前記第１の層に接して配置された第２の層とを備え、
    　前記第１の層と前記第２の層との境界には、２段以上の段差を有する複数の凸部からなる凹凸構造が形成されており、
    　前記第１の層の屈折率は、前記第２の層の屈折率よりも大きく、
    　前記凹凸構造の凹凸パターンは、フラクタルタイリングパターンである
    　発光装置。
  5. 　前記凹凸パターンは、当該凹凸パターンを正方形の仮想単位領域に隙間なく分割した場合に、ランダムに回転させた所定の単位パターンを前記仮想単位領域に割り当てたパターンであり、
    　前記所定の単位パターンにおける前記段差を示す輪郭線は、回転対称形状であり、かつ、前記正方形の四辺のうちの隣り合う一組の二辺の中心部同士を結ぶ第１の線と、前記正方形の四辺のうちの隣り合う他の一組の二辺の中心部同士を結ぶ第２の線とによって構成されている
    　請求項４に記載の発光装置。
  6. 　前記第１の線及び前記第２の線は、円弧状である
    　請求項５に記載の発光装置。
  7. 　前記複数の凸部の全てが２段以上の段差を有する
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の発光装置。
  8. 　前記発光層は、有機ＥＬ層である
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の発光装置。
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