JP2015510278A - 光デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
電磁放射源から放出された所定波長の放射の強度を高めるために配置された、周期的反射要素を有する光メタマテリアルが提供される。周期的反射要素は、所定波長未満の寸法を有する。周期的反射要素は、「サブ波長」寸法を有するといえるかもしれない。
とりわけ、本発明者は、光メタマテリアルおよびリフレクタにより少なくとも部分的に区切られたキャビティを形成することにより、所定波長の強度がさらに高められることを見いだした。
ある実施形態では、球状または半球状キャビティが形成される。このセットアップは図4に示されている。光源(例えばLEDダイ)401が平面反射基板403の上に設置されている。
さらに別の実施形態が図5に示されている。光源501(例えばLEDダイ)が平面基板503の上に設置されている。平面基板は、反射性であってもよいし、反射性でなくてもよい。円筒形状の支持部材が、基板およびLEDダイの上に設置されている。反射素子505が、中心に向かうように支持部材の上に設定されている。随意的に、蛍光体(リン光体など)がキャビティの内部または外部のいずれかに含まれてもよい。基板および/または反射要素の反射面は、金属またはブラッグミラーのような低損失リフレクタを用いることにより形成されてもよい。
平面形状を備える実施形態が図6に示されている。光源601(例えばLEDダイ)が平面基板603の上に設置されている。平面基板は、反射性であってもよいし、反射性でなくてもよい。長方形状の支持部材が、基板およびダイの上に設置されている。そして、反射素子605が支持部材の上に設定されている。随意的に、蛍光体(リン光体など)がキャビティの内部または外部のいずれかに含まれてもよい。基板および/または反射要素の反射面は、金属または例えばブラッグミラーのような低損失リフレクタを用いることにより形成されてもよい。
ある実施形態では、多数の光源と平面キャビティを有するデバイスが提供される。多数のキャビティは、例えば円筒状基板の上に設置されてよい。各キャビティは、異なるジオメトリ、すなわち異なる形状および/またはサイズの反射素子を有してよい。これにより、各キャビティは、電磁スペクトルの異なる部分で光を放出することができ、その結果、全体的な出力が例えば白色光などの広帯域となる。各キャビティは、1次(m=1)共振を引き起こさず、高次の共振を利用してもよい。
Claims (27)
- 電磁放射源と結合するよう構成されたデバイスであって、前記デバイスは、所定の光波長の放射の強度を高めるよう構成された光メタマテリアルを備え、前記光メタマテリアルは、前記所定の波長以下の寸法を有する周期的反射要素を有することを特徴とするデバイス。
- 前記周期的反射要素は、反射素子の規則的アレイを備え、各反射素子は、前記所定の光波長以下の第1の寸法を有することを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
- 前記周期的反射要素は、前記所定の光波長以下の1次元の周期性を有する規則的グリッドを備えることを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
- 前記周期的反射要素は、誘電体により支持されることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のデバイス。
- 前記光メタマテリアルは、実質的に平面状であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載のデバイス。
- 前記所定の光波長は、電磁放射スペクトルの可視域内にあることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載のデバイス。
- 放射強度の増大は、発光効率の増大であることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載のデバイス。
- 前記所定の光波長は、帯域幅を含むことを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のデバイス。
- 前記デバイスはパッシブであることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のデバイス。
- 前記光メタマテリアルはさらに、前記所定の光波長の放射を、更なる光波長、随意に可視波長に変換する蛍光体、随意にリン光体を備えることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のデバイス。
- リフレクタをさらに備えることを特徴とする請求項1から10のいずれかに記載のデバイス。
- 前記リフレクタは、完全な反射面、随意に金属であることを特徴とする請求項11に記載のデバイス。
- 前記リフレクタは、周期的反射要素を有する第2のメタマテリアルであることを特徴とする請求項11または12に記載のデバイス。
- 前記リフレクタは、実質的に平面状であることを特徴とする請求項11から13のいずれかに記載のデバイス。
- 前記光メタマテリアルおよび前記リフレクタは、それぞれ、電磁放射源を受けるよう構成された開または閉キャビティを形成するよう構成されることを特徴とする請求項11から14のいずれかに記載のデバイス。
- キャビティは、前記光メタマテリアルに対して所定の角度θで所定の光波長の放射を放出するよう構成されることを特徴とする請求項11から15のいずれかに記載のデバイス。
- 前記光メタマテリアルおよび前記リフレクタは、方程式:
- 第1の光メタマテリアルに積層されたさらなる光メタマテリアルをさらに備え、前記さらなる光メタマテリアルは、前記電磁放射源からの、第2の所定の光波長の放射の強度を高めるよう構成された周期的反射要素を有することを特徴とする請求項1から17のいずれかに記載のデバイス。
- 第2の光メタマテリアルの周期的反射要素の周期は、第1の光メタマテリアルの周期的反射要素の周期と異なることを特徴とする請求項18に記載のデバイス。
- 光メタマテリアルおよびリフレクタにより少なくとも部分的に区切られたキャビティと、
前記キャビティ内の電磁放射源と、を備え、
前記光メタマテリアルは、前記電磁放射源から放射を受けて、所定の光波長の放射の強度を高めるよう構成された周期的反射要素を備えることを特徴とする放射放出デバイス。 - 前記周期的反射要素は、各反射素子が前記所定の光波長以下の第1の寸法を有する反射素子の規則的アレイ、または、前記所定の光波長以下の1次元の周期性を有する規則的グリッドを備えることを特徴とする請求項20に記載の放射放出デバイス。
- 前記リフレクタは、実質的に平面状であることを特徴とする請求項20または21に記載の放射放出デバイス。
- 前記キャビティは、平面状、少なくとも部分的に球面状、半球面状、または少なくとも部分的に円筒状であることを特徴とする請求項20から22のいずれかに記載の放射放出デバイス。
- デバイスが前記光メタマテリアルに対して所定の角度で前記所定の光波長の光を放出するよう配置されたことを特徴とする請求項20から23のいずれかに記載の放射放出デバイス。
- 発光デバイスが平面状アレイまたは円筒状アレイに配置されたことを特徴とする請求項20から24のいずれかに記載の放射放出デバイスのアレイ。
- 前記電磁放射源は、白熱電球、発光ダイオード、電球型蛍光灯およびレーザを含むグループから選択された少なくとも1つであることを特徴とする請求項1から25のいずれかに記載のデバイス、放射放出デバイスまたは放射放出デバイスのアレイ。
- 添付の図面を参照して以上に実質的に記載されたデバイス、放射放出デバイスまたは放射放出デバイスのアレイ。
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