JP6748905B2 - 発光装置 - Google Patents
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
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Description
本開示は、以下の項目に記載の発光素子、発光装置および投影装置を含む。
励起光源と、
励起光源からの励起光の光路上に配置された発光素子と、
発光素子から出射された光の光路上に配置された第1の集光レンズと、を備え、
発光素子は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、
フォトルミネッセンス層および透光層の少なくとも一方の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限
する、発光装置。
励起光源と、
励起光源からの励起光の光路上に配置された発光素子と、
発光素子から出射された光の光路上に配置された第1の集光レンズと、を備え、
発光素子は、
透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
表面構造に近接して配置され、励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、発光装置。
励起光源と、
励起光源からの励起光の光路上に配置された発光素子と、
発光素子から出射された光の光路上に配置された第1の集光レンズと、を備え、
発光素子は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層よりも高い屈折率を有する透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、発光装置。
励起光源と、
励起光源からの励起光の光路上に配置された発光素子と、
発光素子から出射された光の光路上に配置された第1の集光レンズと、を備え、
発光素子は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、発光装置。
表面構造は、少なくとも1つの周期構造を有し、
少なくとも1つの周期構造の周期をpaとすると、λa/nwav-a<pa<λaの関係が成り立つ、項目1から4のいずれかに記載の発光装置。
発光素子と第1の集光レンズとの間に配置されたコリメートレンズを有する、項目1から5のいずれかに記載の発光装置。
第1の集光レンズから出射された光が入射する位置に光ファイバの接続部を有する、項目1から6のいずれかに記載の発光装置。
励起光源と発光素子との間に配置された第2の集光レンズを有する、項目1から7のいずれかに記載の発光装置。
励起光源と発光素子との間に配置されたコリメートレンズを有する、項目1から7のいずれかに記載の発光装置。
励起光源と第2の集光レンズとの間に配置されたコリメートレンズを有する、項目8に記載の発光装置。
発光素子と、
発光素子を支持する支持体と、
を備え、
発光素子は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、
フォトルミネッセンス層および透光層の少なくとも一方の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限し、
支持体は、発光素子の一部が露出するように、発光素子の他の部分に接触して発光素子を支持する、
発光装置。
支持体は、フォトルミネッセンス層に接触し、
支持体の熱伝導率は、フォトルミネッセンス層の熱伝導率よりも高い、
項目11に記載の発光装置。
支持体は、フォトルミネッセンス層の周囲を取り囲んでいる、項目11または12に記載の発光装置。
励起光を出射する励起光源をさらに備え、
励起光源は、励起光が発光素子において露出した部分に入射するように配置され、励起光はフォトルミネッセンス層の法線方向に対して傾斜した角度でフォトルミネッセンス層に入射する、
項目11から13のいずれかに記載の発光装置。
支持体は、
発光素子に接する支持部と、
支持部から励起光源の側に広がる開口部であって、フォトルミネッセンス層の法線方向に対して傾斜した側面を有する開口部と、
を有する、項目14に記載の発光装置。
励起光源は、励起光が開口部の側面に沿って発光素子に入射するように配置されている、項目15に記載の発光装置。
支持体は、
発光素子に接する支持部と、
支持部から励起光の光路に沿って延びる開口部と、
を有する、項目11から14のいずれかに記載の発光装置。
空気中の波長がλaの光に対する透光層の屈折率nt-aは、光に対するフォトルミネッセンス層の屈折率nwav-aよりも小さい、項目11から17のいずれかに記載の発光装置。
空気中の波長がλaの光は、表面構造によって予め決められた第1の方向において強度が最大になる、項目11から18のいずれかに記載の発光装置。
表面構造は、空気中の波長がλaの光の、第1の方向を基準とする指向角を15°未満に制限する、項目19に記載の発光装置。
表面構造は、空気中の波長がλaの光がフォトルミネッセンス層の法線方向に最も強く出射され、波長λexの励起光がフォトルミネッセンス層の内部を伝播する場合に励起光がフォトルミネッセンス層の法線方向から角度θoutの方向に最も強く出射されるように構成され、
励起光源は、励起光が発光素子に入射角θoutで入射するように配置されている、
項目11から20のいずれかに記載の発光装置。
発光素子と、
発光素子を支持する支持体と、
を備え、
発光素子は、
透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
表面構造に近接して配置され、励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限し、
支持体は、発光素子の一部が露出するように、発光素子の他の部分に接触して発光素子を支持する、
発光装置。
発光素子と、
発光素子を支持する支持体と、
を備え、
発光素子は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層よりも高い屈折率を有する透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限し、
支持体は、発光素子の一部が露出するように、発光素子の他の部分に接触して発光素子を支持する、
発光装置。
発光素子と、
発光素子を支持する支持体と、
を備え、
発光素子は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限し、
支持体は、発光素子の一部が露出するように、発光素子の他の部分に接触して発光素子を支持する、
発光装置。
励起光源と、
発光素子と、
励起光源から出射された励起光の光路上に設けられ、励起光を反射して発光素子に導くリフレクターと、を備え、
発光素子は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、
フォトルミネッセンス層および透光層の少なくとも一方の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、
発光装置。
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を、15°未満に制限する、項目1から3、25のいずれかに記載の発光装置。
表面構造は、フォトルミネッセンス層から出射される空気中の波長がλaの光の強度を、表面構造によって予め決められた第1の方向において最大にする擬似導波モードを、フォトルミネッセンス層の内部に形成する、項目25または26に記載の発光装置。
リフレクターは、励起光が、フォトルミネッセンス層の主面に垂直な方向に対して傾斜した角度でフォトルミネッセンス層に入射するように励起光を反射する、項目25から27のいずれかに記載の発光装置。
発光素子を支持する支持体をさらに備え、
リフレクターは、支持体の一部に設けられている、
項目25から28のいずれかに記載の発光装置。
支持体は、さらに、励起光源を支持する、項目29に記載の発光装置。
リフレクターは、励起光の反射角を変化させる角度調整機構を有する、項目25から30のいずれかに記載の発光装置。
励起光源と、
励起光源から出射された励起光の光路上に配置された発光素子と、を備え、
発光素子は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、
フォトルミネッセンス層および透光層の少なくとも一方の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、
発光装置。
励起光源および発光素子を支持する支持体をさらに備える、項目32に記載の発光装置。
励起光源と発光素子との間の光路上に配置されたコリメートレンズをさらに備える、項目25から33のいずれかに記載の発光装置。
表面構造における隣接する2つの凸部間または隣接する2つの凹部間の距離をDintとし、空気中の波長がλaの光に対するフォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-aとすると、λa/nwav-a<Dint<λaの関係が成り立つ、項目1から3、11から21、25から34のいずれかに記載の発光装置。
表面構造は、少なくとも1つの周期構造を有し、
空気中の波長がλaの光に対するフォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-aとし、少なくとも1つの周期構造の周期をpaとすると、λa/nwav-a<pa<λaの関係が成り立つ、項目11から21、25から35のいずれかに記載の発光装置。
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、
フォトルミネッセンス層および透光層の少なくとも一方の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、
発光素子。
励起光源と、
発光素子と、
励起光源から出射された励起光の光路上に設けられ、励起光を反射して発光素子に導くリフレクターと、を備え、
発光素子は、
透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
表面構造に近接して配置され、励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、
発光装置。
励起光源と、
発光素子と、
励起光源から出射された励起光の光路上に設けられ、励起光を反射して発光素子に導くリフレクターと、を備え、
発光素子は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層よりも高い屈折率を有する透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、
発光装置。
励起光源と、
発光素子と、
励起光源から出射された励起光の光路上に設けられ、励起光を反射して発光素子に導くリフレクターと、を備え、
発光素子は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、
発光装置。
透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
表面構造に近接して配置され、励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、
発光素子。
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層よりも高い屈折率を有する透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、
発光素子。
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、
発光素子。
項目41から43のいずれかに記載の発光素子と、
発光素子におけるフォトルミネッセンス層に導入される励起光を出射する励起光源と、
を備える発光装置。
表面構造における隣接する2つの凸部間または隣接する2つの凹部間の距離をDintとし、空気中の波長がλaの光に対するフォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-aとすると、λa/nwav-a<Dint<λaの関係が成り立つ、項目44に記載の発光装置。
表面構造は、少なくとも1つの周期構造を有し、
空気中の波長がλaの光に対するフォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-aとし、少なくとも1つの周期構造の周期をpaとすると、λa/nwav-a<pa<λaの関係が成り立つ、項目45に記載の発光装置。
空気中の波長がλaの第1の光と、空気中の波長がλbの第2の光とを含む光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、
フォトルミネッセンス層および透光層の少なくとも一方の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造であって、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの第1の光の指向角を制限し、第1の光の強度を、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方によって予め決められた第1の方向において最大にし、第2の光の強度を、第1の方向と異なる第2の方向において最大にする表面構造と、
第1の光と第2の光とを合成する光学系と、
を備える発光装置。
光学系は、第1の方向に出射された第1の光と第2の方向に出射された第2の光とを合成する、項目47に記載の発光装置。
光学系によって合成された光を一端から取り込み、他端から出射させる光ファイバーをさらに備える、項目47または48に記載の発光装置。
フォトルミネッセンス層におけるフォトルミネッセンス材料を励起して第1の光および第2の光を発生させる励起光を含む第3の光をフォトルミネッセンス層に入射させる光源をさらに備える、項目47から49のいずれかに記載の発光装置。
光学系は、光源から出射され、フォトルミネッセンス層を透過した第3の光の一部と、第1の光と、第2の光とを合成する、項目50に記載の発光装置。
空気中の波長がλaの第1の光と、空気中の波長がλbの第2の光とを含む光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、
フォトルミネッセンス層および透光層の少なくとも一方の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造であって、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの第1の光の指向角を制限し、第1の光の強度を、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方によって予め決められた第1の方向において最大にし、第2の光の強度を、第1の光の方向と異なる第2の方向において最大にする表面構造と、
第1の光を第1の光ファイバーに導入する第1の光学系と、
第2の光を第2の光ファイバーに導入する第2の光学系と、
を備える発光装置。
第1の光学系は、第1の方向に出射された第1の光を第1の光ファイバーに導入し、
第2の光学系は、第2の方向に出射された第2の光を第2の光ファイバーに導入する、
項目52に記載の発光装置。
第1の光ファイバーと、第2の光ファイバーとをさらに備え、
第1の光ファイバーおよび第2の光ファイバーは、連結され、連結点において第1の光と第2の光とを合成する、
項目52または53に記載の発光装置。
フォトルミネッセンス層におけるフォトルミネッセンス材料を励起して第1の光および第2の光を発生させる励起光を含む第3の光をフォトルミネッセンス層に入射させる光源をさらに備える、項目52から54のいずれかに記載の発光装置。
光源から出射され、フォトルミネッセンス層を透過した第3の光の一部を第3の光ファイバーに導入する第3の光学系をさらに備える、項目55に記載の発光装置。
第1から第3の光ファイバーをさらに備え、
第1から第3の光ファイバーは、連結され、連結点において第1から第3の光を合成する、項目56に記載の発光装置。
表面構造における隣接する2つの凸部の中心間または隣接する2つの凹部の中心間の距離をDintとし、空気中の波長がλaの第1の光に対するフォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-aとすると、λa/nwav-a<Dint<λaの関係が成り立つ、項目47から57のいずれかに記載の発光装置。
第1表面構造は、少なくとも1つの周期構造を有し、
空気中の波長がλaの光に対する第1フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-aとし、少なくとも1つの周期構造の周期をpaとすると、λa/nwav-a<pa<λaの関係が成り立つ、項目47から58のいずれかに記載の発光装置。
前記フォトルミネッセンス層と前記透光層とが互いに接している、項目1から3、11から23、25から39、41、42、47から59のいずれかに記載の発光装置。
透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
表面構造に近接して配置され、空気中の波長がλaの第1の光と、空気中の波長がλbの第2の光とを含む光を発するフォトルミネッセンス層と、
第1の光と第2の光とを合成する光学系と、
を備え、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの第1の光の指向角を制限し、第1の光の強度を、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方によって予め決められた第1の方向において最大にし、第2の光の強度を、第1の光の方向と異なる第2の方向において最大にする、
発光装置。
空気中の波長がλaの第1の光と、空気中の波長がλbの第2の光とを含む光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層よりも高い屈折率を有する透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造であって、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限し、第1の光の強度を、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方によって予め決められた第1の方向において最大にし、第2の光の強度を、第1の光の方向と異なる第2の方向において最大にする表面構造と、
第1の光と第2の光とを合成する光学系と、
を備える、
発光装置。
空気中の波長がλaの第1の光と、空気中の波長がλbの第2の光とを含む光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造であって、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限し、第1の光の強度を、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方によって予め決められた第1の方向において最大にし、第2の光の強度を、第1の光の方向と異なる第2の方向において最大にする表面構造と、
第1の光と第2の光とを合成する光学系と、
を備える、
発光装置。
第1光源と、
第2光源と、
を備え、
第1光源は、
空気中の波長がλaの光を含む第1の光を発する第1フォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層に近接して配置された第1透光層と、
フォトルミネッセンス層および透光層の少なくとも一方の表面に形成され、複数の第1凸部および複数の第1凹部の少なくとも一方を含む第1表面構造であって、第1フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する第1表面構造と、
を備え、
第2光源は、空気中の波長がλbの光を含む第2の光を出射し、
第1光源から出射された第1の光と第2光源から出射された第2の光とが合成される、
発光装置。
第1表面構造における隣接する2つの第1凸部の中心間または隣接する2つの第1凹部の中心間の距離をDint-aとし、空気中の波長がλaの光に対する第1フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-aとすると、λa/nwav-a<Dint-a<λaの関係が成り立つ、項目64に記載の発光装置。
第1表面構造は、少なくとも1つの第1周期構造を有し、
空気中の波長がλaの光に対する第1フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-aとし、少なくとも1つの第1周期構造の周期をpaとすると、λa/nwav-a<pa<λaの関係が成り立つ、項目64または65に記載の発光装置。
第1光源から出射される空気中の波長がλaの光の強度は、複数の第1凸部および複数の第1凹部の少なくとも一方によって予め決められた第1の方向において最大である、項目64から66のいずれかに記載の発光装置。
第2光源は、
空気中の波長がλbの光を含む第2の光を発する第2フォトルミネッセンス層と、
第2フォトルミネッセンス層に近接して配置された第2透光層と、
第2フォトルミネッセンス層および第2透光層の少なくとも一方の表面に形成された複数の第2凸部および複数の第2凹部の少なくとも一方を含む第2表面構造であって、第2フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλbの光の指向角を制限する第2表面構造と、
を有する、
項目64から67のいずれかに記載の発光装置。
第2表面構造における隣接する2つの第2凸部の中心間または隣接する2つの第2凹部の中心間の距離をDint-bとし、空気中の波長がλbの光に対する第2フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-bとすると、λb/nwav-b<Dint-b<λbの関係が成り立つ、項目68に記載の発光装置。
第2表面構造は、少なくとも1つの第2周期構造を有し、
空気中の波長がλbの光に対する第2フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-bとし、少なくとも1つの第2周期構造の周期をpbとすると、λb/nwav-b<pb<λbの関係が成り立つ、項目68または69に記載の発光装置。
第2光源から出射される空気中の波長がλbの光の強度は、複数の第2凸部および複数の第2凹部の少なくとも一方によって予め決められた第2の方向において最大である、項目68から70のいずれかに記載の発光装置。
第1光源から出射された第1の光と第2光源から出射された第2の光とが合成されて白色光が生成される、項目64から71のいずれかに記載の発光装置。
第3光源をさらに備え、
第3光源は、
空気中の波長がλcの光を含む第3の光を発する第3フォトルミネッセンス層と、
第3フォトルミネッセンス層に近接して配置された第3透光層と、
第3フォトルミネッセンス層および第3透光層の少なくとも一方の表面に形成された複数の第3凸部および複数の第3凹部の少なくとも一方を含む第3表面構造であって、第3フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλcの光の指向角を制限する第3表面構造と、
を有し、
第1光源から出射された第1の光と、第2光源から出射された第2の光と、第3光源から出射された第3の光とが合成される、
項目64から72のいずれかに記載の発光装置。
第3表面構造における隣接する2つの第3凸部の中心間または隣接する2つの第3凹部の中心間の距離をDint-cとし、空気中の波長がλcの光に対する第3フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-cとすると、λc/nwav-c<Dint-c<λcの関係が成り立つ、項目73に記載の発光装置。
第3表面構造は、少なくとも1つの第3周期構造を有し、
空気中の波長がλcの光に対する第3フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-cとし、少なくとも1つの第3周期構造の周期をpcとすると、λc/nwav-c<pc<λcの関係が成り立つ、項目73または74に記載の発光装置。
第3光源から出射される空気中の波長がλcの光の強度は、複数の第3凸部および複数の第3凹部の少なくとも一方によって予め決められた第3の方向において最大である、項目73から75のいずれかに記載の発光装置。
第1光源から出射された第1の光と、第2光源から出射された第2の光と、第3光源から出射された第3の光とが合成されて白色光が生成される、項目73から76のいずれかに記載の発光装置。
第1光源から出射された第1の光を一端から取り込み、他端から出射させる光ファイバーをさらに備える、項目64から77のいずれかに記載の発光装置。
第2光源は、第2の光が第1光源を通過するように配置され、
第1光源から出射された第1の光と、第1光源を通過した第2の光とが合成される、項目64から78のいずれかに記載の発光装置。
第1の光と第2の光とが第1光源の内部で合成される、項目64から78のいずれかに記載の発光装置。
第1の光と第2の光とを第1光源の外部で合成させる光学系をさらに備える、項目64から78のいずれかに記載の発光装置。
光学系は、第1の光と第2の光とを合成して光ファイバーに入射させる、項目81に記載の発光装置。
第2光源から出射される第2の光は、第1フォトルミネッセンス層内の発光材料を励起して発光させる励起光を含み、
第2光源は、第2の光を第1フォトルミネッセンス層に入射させ、
光学系は、第1発光素子から出射した第1の光と、第2光源から出射して第1光源を透過した第2の光とを合成して光ファイバーに入射させる、項目82に記載の発光装置。
第1光源から出射された第1の光を一端から取り込む第1光ファイバーと、
第2光源から出射された第2の光を一端から取り込む第2光ファイバーと、
をさらに備え、
第1光ファイバーおよび第2光ファイバーは、連結され、連結点において第1の光と第2の光とを合成する、
項目64から77のいずれかに記載の発光装置。
第1フォトルミネッセンス層と第1透光層とが互いに接している、項目64から84のいずれかに記載の発光装置。
第1光源と、
第2光源と、
を備え、
第1光源は、
透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
表面構造に近接して配置され、空気中の波長がλaの光を含む第1の光を発するフォトルミネッセンス層と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限し、
第2光源は、空気中の波長がλbの光を含む第2の光を出射し、
第1光源から出射された第1の光と第2光源から出射された第2の光とが合成される、
発光装置。
第1光源と、
第2光源と、
を備え、
第1光源は、
空気中の波長がλaの光を含む第1の光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層よりも高い屈折率を有する透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限し、
第2光源は、空気中の波長がλbの光を含む第2の光を出射し、
第1光源から出射された第1の光と第2光源から出射された第2の光とが合成される、
発光装置。
第1光源と、
第2光源と、
を備え、
第1光源は、
空気中の波長がλaの光を含む第1の光を発するフォトルミネッセンス層と、 フォトルミネッセンス層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限し、
第2光源は、空気中の波長がλbの光を含む第2の光を出射し、
第1光源から出射された第1の光と第2光源から出射された第2の光とが合成される、
発光装置。
光源部と、
光変調素子を有する画像形成部と、
光源部からの光を一端から取り込み、画像形成部に導く光ファイバーと、
を備え、
光源部は、
励起光源と、
励起光源からの励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、
フォトルミネッセンス層および透光層の少なくとも一方の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、投影装置。
励起光源を有する光源部と、
画像形成部と、
励起光源からの励起光を一端から取り込み、画像形成部に導く光ファイバーと、
を備え、
画像形成部は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、
フォトルミネッセンス層および透光層の少なくとも一方の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光を受ける光変調素子と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、投影装置。
光源部と、
光変調素子を有する画像形成部と、
光源部からの光を一端から取り込み、画像形成部に導く光ファイバーと、
を備え、
光源部は、
励起光源と、
透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
表面構造に近接して配置され、励起光源からの励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、投影装置。
励起光源を有する光源部と、
画像形成部と、
励起光源からの励起光を一端から取り込み、画像形成部に導く光ファイバーと、
を備え、
画像形成部は、
透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
表面構造に近接して配置され、励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光を受ける光変調素子と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、投影装置。
光源部と、
光変調素子を有する画像形成部と、
光源部からの光を一端から取り込み、画像形成部に導く光ファイバーと、
を備え、
光源部は、
励起光源と、
励起光源からの励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層よりも高い屈折率を有する透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、投影装置。
励起光源を有する光源部と、
画像形成部と、
励起光源からの励起光を一端から取り込み、画像形成部に導く光ファイバーと、
を備え、
画像形成部は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層よりも高い屈折率を有する透光層と、
透光層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光を受ける光変調素子と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、投影装置。
フォトルミネッセンス層と透光層とが互いに接している、項目89から94のいずれかに記載の投影装置。
光源部と、
光変調素子を有する画像形成部と、
光源部からの光を一端から取り込み、画像形成部に導く光ファイバーと、
を備え、
光源部は、
励起光源と、
励起光源からの励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、投影装置。
励起光源を有する光源部と、
画像形成部と、
励起光源からの励起光を一端から取り込み、画像形成部に導く光ファイバーと、
を備え、
画像形成部は、
励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
フォトルミネッセンス層の表面に形成され、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造と、
フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光を受ける光変調素子と、を有し、
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を制限する、投影装置。
表面構造は、フォトルミネッセンス層から出射される空気中の波長がλaの光の強度を、表面構造によって予め決められた第1の方向において最大にする擬似導波モードを、フォトルミネッセンス層の内部に形成する、項目89から97のいずれかに記載の投影装置。
空気中の波長がλaの光は、表面構造によって予め決められた第1の方向において強度が最大になる、項目89から97のいずれかに記載の投影装置。
空気中の波長がλaの光の第1の方向を基準としたときの指向角は、15°未満である、項目89から99のいずれかに記載の投影装置。
表面構造は、フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの光の指向角を、15°未満に制限する、項目89から100のいずれかに記載の投影装置。
表面構造における隣接する2つの凸部間または隣接する2つの凹部間の距離をDintとし、空気中の波長がλaの光に対するフォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-aとすると、λa/nwav-a<Dint<λaの関係が成り立つ、項目89から101のいずれかに記載の投影装置。
表面構造は、少なくとも1つの周期構造を有し、
少なくとも1つの周期構造の周期をpaとすると、λa/nwav-a<pa<λaの関係が成り立つ、項目89から102のいずれかに記載の投影装置。
本開示の具体的な実施形態を説明する前に、まず、本開示の基礎となった知見を説明し、続けて、フォトルミネッセンス層を有する発光素子の例示的な構成を説明する。上述のように、蛍光灯、白色LEDなどで使われるフォトルミネッセンス材料は等方的に発光する。フォトルミネッセンス材料を用い、特定の方向を光で照らすためには、一般に、リフレクターやレンズなどの光学部品が必要である。しかしながら、もしフォトルミネッセンス層自身が指向性をもって発光すれば、例えばレンズを小さくできるので、これにより、光学デバイスや器具の大きさを大幅に小さくすることができる。本発明者らは、このような着想に基づき、指向性発光を得るために、フォトルミネッセンス層の構成を詳細に検討した。
本発明者らは、電場が強い導波モードを用いて、発光の制御を行うことを考えた。導波構造自体がフォトルミネッセンス材料を含む構成とすることで、発生した光を導波モードに結合させることができる。しかしながら、ただ単にフォトルミネッセンス材料を用いて導波構造を形成しただけでは、発せられた光が導波モードとなるため、正面方向へはほとんど光は出てこない。そこで、本発明者らは、フォトルミネッセンス材料を含む導波路と周期構造とを組み合わせることを考えた。導波路に周期構造が近接し、光の電場が周期構造と重なりながら導波する場合、周期構造の作用により擬似導波モードが形成される。つまり、この擬似導波モードは、周期構造により制限された導波モードであり、電場振幅の腹が周期構造の周期と同じ周期で発生することを特徴とする。このモードは、光が導波構造に閉じ込められることにより特定方向への電場が強められたモードである。さらに、このモードは周期構造と相互作用することにより、回折効果により特定方向の伝播光へと変換される。そのため、導波路外部へと光を出射することができる。さらに、擬似導波モード以外の光は導波路内に閉じ込められる効果が小さいため、電場は増強されない。よって、発光のほとんどは大きな電場成分を有する擬似導波モードへと結合する。
[4−1.周期、波長依存性]
本発明者らは、以上のような特定方向への光の出射が実際に可能であるかを光学解析によって検証した。光学解析は、サイバネット社のDiffractMODを用いた計算によって行った。これらの計算では、発光素子に対して外部から垂直に光を入射したときに、フォトルミネッセンス層における光の吸収の増減を計算することによって、外部へ垂直に出射する光の増強度を求めた。外部から入射した光が擬似導波モードに結合しフォトルミネッセンス層で吸収されるという過程は、フォトルミネッセンス層における発光が擬似導波モードへと結合し、外部へ垂直に出射する伝播光へと変換される過程と逆の過程を計算していることに対応する。また、擬似導波モードの電場分布の計算においても、同様に外部から光を入射した場合における電場を計算した。
図4は、フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav=1.8、周期構造の周期を400nm、高さを50nm、屈折率を1.5とし、発光波長およびフォトルミネッセンス層の厚さtを変えて、正面方向に出力する光の増強度を計算した結果を示す。フォトルミネッセンス層の厚さtが特定の値であるときに光の増強度がピークに達することがわかる。
次に偏光依存性を確認するために、図2の計算と同じ条件で、光の偏光がy方向に垂直な電場成分を有するTEモードである場合について光の増強度の計算を行った。本計算の結果を図6に示す。TMモードのとき(図2)に比べ、ピーク位置は多少変化しているものの、図3で示した領域内にピーク位置が納まっている。よって、本実施形態の構成は、TMモード、TEモードのいずれの偏光についても有効であることが確認できた。
さらに、2次元の周期構造による効果の検討を行った。図7Aは、x方向およびy方向の両方向に凹部および凸部が配列された2次元の表面構造120’の一部を示す平面図である。図中の黒い領域が凸部、白い領域が凹部を示している。このような2次元周期構造では、x方向とy方向の両方の回折を考慮する必要がある。x方向のみ、あるいはy方向のみの回折に関しては1次元の場合と同様であるが、x、y両方の成分を有する方向(例えば、斜め45°方向)の回折も存在するため、1次元の場合とは異なる結果が得られることが期待できる。このような2次元周期構造に関して光の増強度を計算した結果を図7Bに示す。周期構造以外の計算条件は図2の条件と同じである。図7Bに示すように、図2に示すTMモードのピーク位置に加えて、図6に示すTEモードにおけるピーク位置と一致するピーク位置も観測された。この結果は、2次元周期構造により、TEモードも、回折により変換されて出力されていることを示している。また、2次元周期構造については、x方向およびy方向の両方について、同時に1次の回折条件を満足する回折も考慮する必要がある。このような回折光は、周期pの√2倍(即ち、21/2倍)の周期に対応する角度の方向に出射する。よって、1次元周期構造の場合のピークに加えて、周期pの√2倍の周期についてもピークが発生すると考えられる。図7Bでは、このようなピークも確認できる。
次に、周期構造およびフォトルミネッセンス層の構成や屈折率などの各種条件を変えたときの効果について説明する。
まず、周期構造の屈折率に関して検討を行った。フォトルミネッセンス層の厚さを200nm、フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav=1.8、表面構造は図1Aに示すようなy方向に均一な1次元周期構造とし、高さを50nm、周期を400nmとし、光の偏光はy方向に平行な電場成分を有するTMモードであるものとして計算を行った。発光波長および周期構造の屈折率を変えて正面方向に出力する光の増強度を計算した結果を図8に示す。また、同様の条件でフォトルミネッセンス層の厚さを1000nmにした場合の結果を図9に示す。
次に、周期構造の高さに関して検討を行った。フォトルミネッセンス層の厚さを1000nm、フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav=1.8、表面構造は図1Aに示すようなy方向に均一な1次元周期構造で屈折率をnp=1.5、周期を400nmとし、光の偏光はy方向に平行な電場成分を有するTMモードであるとして計算を行った。発光波長および周期構造の高さを変えて、正面方向に出力する光の増強度を計算した結果を図10に示す。同様の条件で、周期構造の屈折率をnp=2.0とした場合の計算結果を図11に示す。図10に示す結果では、ある程度以上の高さではピーク強度やQ値(即ち、ピークの線幅)が変化していないのに対して、図11に示す結果では、周期構造の高さが大きいほどピーク強度およびQ値が低下していることがわかる。これは、フォトルミネッセンス層の屈折率nwavが周期構造の屈折率npよりも高い場合(図10)には、光が全反射するので、擬似導波モードの電場の染み出し(エバネッセント)部分のみが周期構造と相互作用することに起因する。電場のエバネッセント部分と周期構造との相互作用の影響は、周期構造の高さが十分大きい場合には、それ以上高さが変化しても一定である。一方、フォトルミネッセンス層の屈折率nwavが周期構造の屈折率npよりも低い場合(図11)は、全反射せずに周期構造の表面にまで光が到達するので、周期構造の高さが大きいほどその影響を受ける。図11を見る限り、高さは100nm程度あれば十分であり、150nmを超える領域ではピーク強度およびQ値が低下していることがわかる。したがって、フォトルミネッセンス層の屈折率nwavが周期構造の屈折率npよりも低い場合に、ピーク強度およびQ値をある程度高くするには、周期構造の高さを150nm以下に設定すればよい。
次に、偏光方向に関して検討を行った。図9に示す計算と同じ条件で、光の偏光がy方向に垂直な電場成分を有するTEモードであるものとして計算した結果を図12に示す。TEモードでは、擬似導波モードの電場の染み出しがTMモードに比べて大きいため、周期構造による影響を受けやすい。よって、周期構造の屈折率npがフォトルミネッセンス層の屈折率nwavよりも大きい領域では、ピーク強度およびQ値の低下がTMモードよりも著しい。
次に、フォトルミネッセンス層の屈折率に関して検討を行った。図9に示す計算と同様の条件で、フォトルミネッセンス層の屈折率nwavを1.5に変更した場合の結果を図13に示す。フォトルミネッセンス層の屈折率nwavが1.5の場合においても概ね図9と同様の効果が得られていることがわかる。ただし、波長が600nm以上の光は正面方向に出射していないことがわかる。これは、式(10)より、λ0<nwav×p/m=1.5×400nm/1=600nmとなるからである。
以下、発光素子の実施形態の変形例を説明する。
発光素子は、図1Cおよび図1Dに示すように、透明基板140の上にフォトルミネッセンス層110および表面構造120が形成された構造を有していてもよい。このような発光素子100aを作製するには、まず、透明基板140上に、フォトルミネッセンス層110を構成するフォトルミネッセンス材料(必要に応じて、マトリクス材料を含む、以下同じ。)で薄膜を形成し、その上に表面構造120を形成する方法が考えられる。このような構成において、フォトルミネッセンス層110と表面構造120とにより、光を特定の方向に出射する機能をもたせるためには、透明基板140の屈折率nsはフォトルミネッセンス層の屈折率nwav以下にする必要がある。透明基板140をフォトルミネッセンス層110に接するように設けた場合、式(10)における出射媒質の屈折率noutをnsとした式(15)を満足するように周期pを設定すればよい。
図16は、図1A、1Bに示す発光素子100と、励起光をフォトルミネッセンス層110に入射させる光源180とを備える発光装置200の構成例を示す図である。上述のように、本開示の構成では、フォトルミネッセンス層を紫外線や青色光などの励起光で励起させることにより、指向性をもつ発光が得られる。そのような励起光を出射するように構成された光源180を設けることにより、指向性をもつ発光装置200を実現できる。光源180から出射される励起光の波長は、典型的には紫外または青色領域の波長であるが、これらに限らず、フォトルミネッセンス層110を構成するフォトルミネッセンス材料に応じて適宜決定される。なお、図16では、光源180がフォトルミネッセンス層110の下面から励起光を入射させるように配置されているが、このような例に限定されず、例えば、フォトルミネッセンス層110の上面から励起光を入射させてもよい。励起光は、フォトルミネッセンス層110の主面(即ち、上面または下面)に垂直な方向に対して傾斜した方向から(即ち、斜めに)入射させてもよい。励起光を、フォトルミネッセンス層110内で全反射が生じる角度で斜めに入射させることにより、フォトルミネッセンス層110をより効率的に発光させることができる。
図19Aおよび図19Bに示すように、透明基板140上に表面構造120aを形成し、その上にフォトルミネッセンス層110を設けてもよい。図19Aの構成例では、基板140上の凹凸からなる表面構造120aに追従するようにフォトルミネッセンス層110が形成されている。その結果、フォトルミネッセンス層110の表面にも同じ周期の表面構造120bが形成されている。一方、図19Bの構成例では、フォトルミネッセンス層110の表面が平坦化されている。これらの構成例においても、表面構造120aの周期pを式(15)を満足するように設定することにより、指向性発光を実現できる。
以上に説明したような実施形態によれば、周期構造の周期、フォトルミネッセンス層の厚さなどを調整することによって任意の波長の発光を強調することができる。例えば、広い帯域で発光するフォトルミネッセンス材料を用いて図1A、図1Bのような構成にすれば、ある波長の光のみを強調することが可能である。よって、図1A、図1Bのような発光素子100の構成を粉末状にして、蛍光材料として利用してもよい。また、図1A、図1Bのような発光素子100を樹脂やガラスなどに埋め込んで利用してもよい。
図21は、フォトルミネッセンス層の上に周期の異なる複数の周期構造を2次元に配列した例を示す平面図である。図21に例示する発光素子100cでは、3種類の表面構造120a、120b、120cが隙間なく配列されている。表面構造120a、120b、120cは、例えば、赤、緑、青の波長域の光をそれぞれ正面に出射するように周期が設定されている。このように、フォトルミネッセンス層の上に周期の異なる複数の構造を並べることによっても広い波長域のスペクトルに対し指向性を発揮させることができる。なお、複数の周期構造の構成は、上記に限定されず、任意に設定してよい。
図22は、表面に凹凸構造が形成された複数のフォトルミネッセンス層110が積層された構造を有する発光素子の一例を示している。複数のフォトルミネッセンス層110の間には、透明基板140が設けられ、各層のフォトルミネッセンス層110の表面に形成された凹凸構造が上記の周期構造またはサブミクロン構造に相当する。図22に示す例では、3層の周期の異なる周期構造が形成されており、それぞれ、赤、青、緑の波長域の光を正面に出射するように周期が設定されている。また、各周期構造の周期に対応する色の光を発するように各層のフォトルミネッセンス層110の材料が選択されている。このように、周期の異なる複数の周期構造を積層することによっても、広い波長域のスペクトルに対し指向性を発揮させることができる。
図23は、フォトルミネッセンス層110と表面構造120との間に保護層150を設けた構成例を示す断面図である。このように、フォトルミネッセンス層110を保護するための保護層150を設けてもよい。ただし、保護層150の屈折率がフォトルミネッセンス層110の屈折率よりも低い場合は、保護層150の内部に波長の半分程度しか光の電場が染み出さない。よって、保護層150の厚さが波長よりも大きい場合には、表面構造120に光が届かない。このため、擬似導波モードが存在せず、光を特定方向に放出する機能を得ることができない。保護層150の屈折率がフォトルミネッセンス層110の屈折率と同程度あるいはそれ以上の場合には、保護層150の内部にまで光が到達する。よって、保護層150に厚さの制約は無い。ただし、その場合でも、光が導波する部分(以下、この部分を「導波層」と呼ぶ。)の大部分をフォトルミネッセンス材料で形成したほうが大きな光の出力が得られる。よって、この場合でも保護層150は薄いほうが有利である。なお、保護層150を表面構造(あるいは透光層)120と同じ材料を用いて形成してもよい。このとき、周期構造を有する透光層が保護層を兼ねる。透光層120の屈折率はフォトルミネッセンス層110よりも小さいと有益である。
以上のような条件を満たす材料でフォトルミネッセンス層(あるいは導波層)および表面構造を構成すれば、指向性発光を実現できる。表面構造には任意の材料を用いることができる。しかしながら、フォトルミネッセンス層(あるいは導波層)や表面構造を形成する媒質の光吸収性が高いと、光を閉じ込める効果が低下し、ピーク強度およびQ値が低下する。よって、フォトルミネッセンス層(あるいは導波層)および表面構造を形成する媒質として、光吸収性の比較的低い材料が用いられ得る。
続いて、発光素子の製造方法の一例を説明する。
以下に、本開示の実施形態による発光装置に適用し得る発光素子を作製した例を説明する。
上述したように、本開示の発光素子が有するサブミクロン構造によって、発光増強効果を受ける光の波長および出射方向は、サブミクロン構造の構成に依存する。図31に示す、フォトルミネッセンス層110上に表面構造120を有する発光素子を考える。ここでは、表面構造120がフォトルミネッセンス層110と同じ材料で形成されており、図1Aに示した1次元周期構造を有する場合を例示する。1次元周期構造によって発光増強を受ける光は、1次元周期構造の周期をp(nm)、フォトルミネッセンス層110の屈折率をnwav、光が出射される外部の媒質の屈折率をnoutとし、1次元周期構造への入射角をθwav、1次元周期構造から外部の媒質への出射角をθoutとすると、p×nwav×sinθwav−p×nout×sinθout=mλの関係を満足する(上記の式(5)参照)。ここで、λは空気中における光の波長であり、mは整数である。
以下、本開示の実施形態による発光装置の例示的な構成を説明する。図35は、本開示の実施形態による発光装置の例示的な構成を模式的に示す。図35に示す発光装置210Aは、概略的には、図16を参照して説明した発光装置200と、発光装置200から出射された光を受ける集光レンズ202とを有する。つまり、発光装置210Aは、励起光源180と、発光素子100と、集光レンズ202とを含んでいる。
図38は、本開示の実施形態による発光装置の他の変形例を示す。図38に示す発光装置210Bは、発光素子100と集光レンズ202との間に、コリメートレンズ204を有する。発光素子100から出射される光の指向角が比較的小さいので、コリメートレンズ208として、小さな径を有するレンズを用いながらも、高い光の利用効率が得られる。また、このような構成によれば、発光素子100から光ファイバー250の接続部までの距離を拡大し得るので、光学系の設計の自由度が向上する。
以下、本開示の発光素子が適用された投影装置の例示的な構成を説明する。本開示のある例示的な態様による投影装置は、光源部と、光変調素子を有する画像形成部と、光源部からの光を一端から取り込み、画像形成部に導く光ファイバーとを有する。換言すれば、光源部と画像形成部とは、光ファイバーを介して接続される。後に詳しく説明するように、光変調素子は、例えば、光ファイバーからの出射光線の進行方向を画像信号に応じて変えることにより、スクリーン、壁面などの投影の対象上に画像を形成する。
図42は、本開示のある態様による投影装置の外観の一例を示す。図42に例示する構成において、投影装置2300は、本体ユニット2350と、投光ユニット2310とを有する。本体ユニット2350は、例えば室内の天井に取り付け可能に構成される。図示するように、投影装置2300は、本体ユニット2350と投光ユニット2310とを接続する光ファイバー2250を有する。投影装置2300においては、本体ユニット2350内において光が生成され、生成された光が光ファイバー2250を介して投光ユニット2310に送られる。
次に、MEMSミラー2322Aを用いた画像の形成方法を説明する。
図46は、投影装置2300における光学系の他の一例を示す。図47は、図46に示す光学系に対応した構成の一例の概略を示す。
図48は、光源と光ファイバーとの間における光学的結合を説明するための模式図である。図48は、光源2280から発せられた光を、集光レンズ2290を介して光ファイバー2250内部に導入する様子を模式的に示している。
図52および図53は、投影装置2300における光学系のさらに他の一例を示す。図52および図53に例示するように、図51を参照して説明したDMD2322Bを光変調素子2322として用いてもよい。
以下、本開示の発光装置のさらに他の変形例を説明する。
図77は、リフレクター(即ち反射部材)を有する光源ユニット(即ち発光装置)の概略構成を示す図である。図77に示す光源ユニット4500は、励起光源4510と、発光素子100aと、リフレクター4530と、コリメートレンズ4520とを備える。発光素子100aは、図1Cに示す発光素子100aと同じ構造を有する。発光素子100aに代えて、既に説明した他の構造を有する発光素子を用いてもよい。図77では、発光素子100aの表面構造120が極端に大きく描かれているが、実際には表面構造120は多数の微細な凸部または凹部を有し得る。
以下に説明する態様は、複数の光源からの光を合成することによって所望の色(即ちスペクトル)の光を得る発光装置に関する。ここで説明される態様における発光装置は、前述のいずれかの態様における発光素子(以下、「指向性発光素子」または「指向性光源」と称することがある。)に加えて、他の光源(以下、「追加光源」と称することがある。)を有する。追加光源は、指向性光源が発する光のスペクトルとは異なるスペクトルの光を出射する。指向性光源から出射された光および追加光源から出射された光は、指向性光源の内部または外部で合成される。合成された光は、例えば光ファイバーケーブル(以下、単に「光ファイバー」と称する。)に導入され得る。そのような発光装置は、例えば光ファイバー照明に利用され得る。
次に述べる態様は、1つの発光素子から出射される異なる波長域の光を合成して利用する発光装置に関する。前述のように、本開示の発光素子は、特定の波長の光を特定の方向に強く出射し、他の波長の光を他の方向に強く出射する。この特性を利用し、異なる方向に出射された異なる波長域の複数の光束を、光学系またはライトガイド等を用いて合成して活用することができる。複数の波長域の光を合成することにより、一方の光束で不足するスペクトル成分を他方の光束で補い、所望のスペクトルの光に近づけることができる。合成された光は、例えば光ファイバーに導入され得る。そのような発光装置も、例えば光ファイバー照明に利用可能である。
110 フォトルミネッセンス層(導波層)
120、120’、120a、120b、120c 透光層(周期構造、サブミクロン構造)
140 透明基板
150 保護層
180 励起光源
200、210A〜210G 発光装置
202、206 集光レンズ
204、208 コリメートレンズ
250 光ファイバー
300 ハウジング
300a ハウジング300の開口部
Claims (11)
- 励起光源と、
前記励起光源からの励起光の光路上に配置された発光素子と、
前記発光素子から出射された光の光路上に配置された第1の集光レンズと、を備え、
前記発光素子は、
前記励起光を受けて空気中の波長がλaの光を発するフォトルミネッセンス層と、
前記フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、を備え、
前記フォトルミネッセンス層および前記透光層の少なくとも一方は、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造を表面に有し、
前記フォトルミネッセンス層の厚さは、前記フォトルミネッセンス層が前記光を発している状態において、前記フォトルミネッセンス層の内部に、前記複数の凸部または前記複数の凹部の位置で振幅が最大になる電場が形成される厚さであり、
前記表面構造は、前記フォトルミネッセンス層が発する空気中の波長がλaの前記光の指向角を制限する、発光装置。 - 前記光は、前記表面構造によって予め決められた第1の方向に最大の強度で出射され、
前記第1の方向と、前記光が前記最大の強度の50%の強度で出射される方向との角度は、15°未満である、請求項1に記載の発光装置。 - 前記表面構造における隣接する2つの凸部間または隣接する2つの凹部間の距離をDintとし、空気中の波長がλaの前記光に対する前記フォトルミネッセンス層の屈折率をnwav-aとすると、λa/nwav-a<Dint<λaの関係が成り立つ、請求項1または2に記載の発光装置。
- 励起光源と、
前記励起光源からの励起光の光路上に配置された発光素子と、
前記発光素子から出射された光の光路上に配置された第1の集光レンズと、を備え、
前記発光素子は、
前記励起光を受けて空気中の波長がλ a の光を発するフォトルミネッセンス層と、
前記フォトルミネッセンス層に近接して配置された透光層と、を備え、
前記フォトルミネッセンス層および前記透光層の少なくとも一方は、複数の凸部および複数の凹部の少なくとも一方を含む表面構造を表面に有し、
隣接する凸部間または凹部間の距離をD int とし、前記光に対する前記フォトルミネッセンス層の屈折率をn wav-a とすると、λ a /n wav-a <D int <λ a の関係が成り立ち、
前記光は、前記表面構造によって予め決められた第1の方向に最大の強度で出射され、
前記第1の方向と、前記光が前記最大の強度の50%の強度で出射される方向との角度は、15°未満である、発光装置。 - 前記表面構造は、少なくとも1つの周期構造を有し、
前記少なくとも1つの周期構造の周期をpaとすると、λa/nwav-a<pa<λaの関係が成り立つ、請求項1から4のいずれかに記載の発光装置。 - 前記発光素子と前記第1の集光レンズとの間に配置されたコリメートレンズを有する、請求項1から5のいずれかに記載の発光装置。
- 前記第1の集光レンズから出射された光が入射する位置に光ファイバの接続部を有する、請求項1から6のいずれかに記載の発光装置。
- 前記励起光源と前記発光素子との間に配置された第2の集光レンズを有する、請求項1から7のいずれかに記載の発光装置。
- 前記励起光源と前記発光素子との間に配置されたコリメートレンズを有する、請求項1から7のいずれかに記載の発光装置。
- 前記励起光源と前記第2の集光レンズとの間に配置されたコリメートレンズを有する、請求項8に記載の発光装置。
- 前記フォトルミネッセンス層と前記透光層とが互いに接している、請求項1から10のいずれかに記載の発光装置。
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