(57)【要約】フィードバック増強型発光性デバイスを用いた照明装置（２００）が、開示されている。陰極（１０２）および陽極（１０４）の位置は、互換されてよい。このデバイスはまた、底部のフィードバック層に隣接して置かれた基板（１０６）を含んでいてよい。フィードバック（FE-LED）同士の間に配設された発光ダイオードは、この照明装置における発光素子として使用されてよい。発光素子は、配光素子に結合されてよい。一様態においては、発光ダイオードは、誘起発光ダイオード（FE-OLED）であってよい。
2005524965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
照明装置において、
光源であって、少なくとも：
光を受け取り、かつ、反射するよう設計された第一のフィードバック層と、
第一のフィードバック層の上に形成された第一の電極と、
第一の電極の上に形成された一つまたはそれ以上の半導体層であって、該一つまたは
それ以上の半導体層のうちの少なくとも一つは、発光性材料を含む半導体層と、
上記一つまたはそれ以上の半導体層の上に配設された第二の電極と、
第二の電極の上に配設された、光を受け取り、かつ、反射するよう設計された第二のフィードバック層と、
を含む光源と、
第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の一方または両方に隣接して配設され、かつ、そこから放出された光を配光するよう設計された配光素子と、
を含むことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
少なくとも一つの開口を有するハウジングと、該ハウジング内に装着され、かつ、実質的に上記開口の方向に光を放出するよう配設された光源と、上記開口に向かって光を配光するために、上記ハウジング内に装着され、かつ、上記光源と上記開口との間に配設された配光素子と、
をさらに含む請求項１に記載の装置。
【請求項３】
配光素子は、光源に取り付けられることとする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
配光素子は、光源にじかに隣接して設置されることとする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
配光素子は、光発散スクリーンを含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項６】
光発散スクリーンは、複数のテーパー付きライトガイドを含むこととする請求項５に記載の装置。
【請求項７】
ハウジング内の開口と配光素子との間に装着されている第二の配光素子をさらに含むこととする請求項２に記載の装置。
【請求項８】
第二の配光素子は、ハウジングの開口を覆うよう装着されることとする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
配光素子は、光源から放出された光を拡散するためのディフューザを含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
光源および配光素子は、実質的に平坦かつ細長く成形されることとする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
光源および配光素子は、互いに直接的に結合されることとする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
装置は、壁または天井あるいはその両方に取り付けられるよう設計されることとする請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
装置は、複数の配光素子を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方は、フォトニック結晶構造を有する少なくとも一つの層を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方は、少なくとも一つのホログラフィック記録材料層を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方は、平面波干渉パターンを有する少なくとも一つの材料層を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方は、異なる波長の光に対応する平面波干渉パターンを有する少なくとも一つの材料層を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
各波長の光に対応する平面波干渉パターンは、それぞれ、材料層の平面内の個別の幾何学的に成形されたドメインまたは領域に閉じ込められることとする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
幾何学的に成形された領域は、平行なストライプを含むこととする請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
第一のフィードバック材料層内の個別の幾何学的に成形されたドメインまたは領域は、ほぼ同じ幾何学的形状を有し、かつ、第二のフィードバック材料層の平面内のほぼ同じ場所を占有することとする請求項１８に記載の装置。
【請求項２１】
フィードバック材料層のうちの一つまたはそれ以上は、少なくとも一つのホログラフィック記録材料層を含むこととする請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
フィードバック材料層のうちの一つまたはそれ以上は、少なくとも一つのフォトニック結晶材料層を含むこととする請求項１７に記載の装置。
【請求項２３】
フィードバック材料層のうちの一つまたはそれ以上は、少なくとも一つのホログラフィック記録材料層を含むこととする請求項１６に記載の装置。
【請求項２４】
フィードバック材料層のうちの一つまたはそれ以上は、少なくとも一つのフォトニック結晶材料層を含むこととする請求項１６に記載の装置。
【請求項２５】
発光性材料層は、該発光性材料の平面内の幾何学的に成形されたドメインまたは領域に、それぞれが個別にパターン形成された二つまたはそれ以上の発光性材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項２６】
発光性材料の平面内の幾何学的に成形されたドメインまたは領域は、第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方と、ほぼ同じ形状を有しており、上記平面内のほぼ同じ場所を占有することとする請求項２５に記載の装置。
【請求項２７】
発光性材料のそれぞれは、第一のフィードバック層または第二のフィードバック層ある
いは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方における対応するドメインまたは領域内の干渉パターンの反射帯と実質的に重複するスペクトル発光帯を有することとする請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
発光性材料のうちの一つまたはそれ以上は、異なる波長の光に対応する平面波干渉パターンを有する第一のフィードバック層または第二のフィードバック層あるいは第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方におけるドメインまたは領域に対応して設置された発光性材料のドメインまたは領域内に使用することができる広いスペクトル帯の発光を有することとする請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
第一のフィードバック層と第二のフィードバック層との間の距離は、放出された光の約１半波長のオーダーであることとする請求項１に記載の装置。
【請求項３０】
第一のフィードバック層と第二のフィードバック層との間の距離は、放出された光の約２半波長またはそれ以上のオーダーであることとする請求項１に記載の装置。
【請求項３１】
配光素子は、光源と不可分であることとする請求項１に記載の装置。
【請求項３２】
発光性材料は、そのスペクトル発光帯が第一のフィードバック層および第二のフィードバック層の反射帯と重複するエレクトロルミネセント材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項３３】
第一および第二の電極、並びに、一つまたはそれ以上の半導体層は、第一のフィードバック層および第二のフィードバック層によって形成された連続フォトニック結晶内の欠陥内に形成されることとする請求項１に記載の装置。
【請求項３４】
欠陥は、放出された光の１波長未満のフォトニック結晶の空間位相における位相スリップを含むこととする請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
発光性材料層から放出された光は、欠陥モード内に放射されることとする請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の両方は、それらのスペクトル反射帯のピーク波長では、光を透過せず、かつ、発光性材料は、バンド端レーザーモードに光を放射することとする請求項１に記載の装置。
【請求項３７】
光源は、第一のフィードバック層と一つまたはそれ以上の半導体層との間に配設された正孔注入層をさらに含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項３８】
光源は、第二のフィードバック層と一つまたはそれ以上の半導体層との間に配設された電子注入層をさらに含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項３９】
光源は、正孔注入層と一つまたはそれ以上の半導体層との間に配設された正孔輸送層をさらに含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項４０】
光源は、電子注入層と一つまたはそれ以上の半導体層との間に配設された電子輸送層をさらに含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項４１】
フォトニック結晶構造は、一次元、二次元、または三次元のフォトニック結晶構造あるいはそれらの組合せを含むこととする請求項１４に記載の装置。
【請求項４２】
第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の一方または両方は、それぞれのフィードバック層の平面に対して直角または実質的に直角な軸に沿って、少なくとも部分的に周期的に変化する屈折率プロファイルを有していることとする請求項１に記載の装置。
【請求項４３】
周期的に変化する屈折率プロファイルを有する第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の一方または両方は、少なくとも部分的に連続的に変化する屈折率プロファイルを有していることとする請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
第一のフィードバック層と第二のフィードバック層との間の距離は、これらフィードバック層間の空間が、そこにおいて一つまたはそれ以上の所望の波長の光が強めあうように干渉する空洞を構成するような距離であることとする請求項１に記載の装置。
【請求項４５】
第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の一方または両方によって反射された光は、一つまたはそれ以上の発光性材料層からの光の放出を誘導することとする請求項１に記載の装置。
【請求項４６】
光の誘導放出の結果、デバイスによって放出された光の実質的な視準が生じることとする請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
光の誘導放出の結果、レーザー作用が生じることとする請求項４５に記載の装置。
【請求項４８】
フォトニック結晶構造は、一次元、二次元、または三次元のフォトニック結晶構造あるいはそれらの組合せを含むこととする請求項３３に記載の装置。
【請求項４９】
発光性材料は、純粋材料、固溶体、合金、または不均質混合物、あるいはそれらの組合せを含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項５０】
発光性材料は、ポリマー発光性材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項５１】
発光性材料は、架橋有機発光性材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項５２】
発光性材料は、小分子の分子量からポリマーの分子量までの分子量範囲を有する分子を含む発光性材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項５３】
発光性材料は、ポリマーホストに溶解された小分子発光性材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項５４】
発光性材料は、蛍光材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項５５】
発光性材料は、燐光性材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項５６】
発光性材料は、有機および無機複合発光性材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項５７】
発光性材料は、無機発光性材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項５８】
発光性材料は、液晶材料を含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項５９】
配光素子は、光発散スクリーンを含むこととする請求項２に記載の装置。
【請求項６０】
光発散スクリーンは、複数のテーパー付きライトガイドを含むこととする請求項５９に記載の装置。
【請求項６１】
デバイスによって放出された光のすべては、シングル光伝播モードを占有することとする請求項１に記載の装置。
【請求項６２】
第一のフィードバック層と第二のフィードバック層との間の間隔は、λを、シングル光伝播モード内の光の波長とするとき、反射による位相のずれを除いてλ／２に相当することとする請求項６１に記載の装置。
【請求項６３】
デバイスによって放出された光は、二つまたはそれ以上の光伝播モードを占有することとする請求項１に記載の装置。
【請求項６４】
第一のフィードバック層と第二のフィードバック層の一方または両方は、重畳された多数の周期的に変化する空間周波数を有する屈折率プロファイルを含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項６５】
その上に第一のフィードバック層が配設される基板をさらに含むこととする請求項１に記載の装置。
【請求項６６】
基板は、ガラス基板を含むこととする請求項６５に記載の装置。
【請求項６７】
基板は、軟質プラスチック基板、金属基板、半導体材料のうちの一つまたはそれ以上を含むこととする請求項６５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、フィードバック増強型発光ダイオードを使用した照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
屋内および屋外の照明を提供する従来の照明装置は、一般に、白熱電球、蛍光ランプ、またはハロゲンランプを使用している。しかしながら、既存の照明装置は、寿命が短く、コストが高く、かつ（あるいは）、それらに関連する危険を有している。最近は、既存の照明装置の欠点のいくつかを克服するため、発光ダイオード（ＬＥＤ）ランプを使用して一般照明を提供している。
【特許文献１】発見できず
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＬＥＤ操作型ランプにおいても、光の大部分が吸収され、あるいは、熱として損失され、光として提供することができるエネルギーのかなりの部分が浪費されている。したがって、エネルギーの損失を排除し、あるいは、低減し、かつ、照明をより効率的に提供することができるより効率的な照明装置を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
フィードバック増強型発光性デバイスを使用した照明装置が提供されている。一態様における照明装置は、二つのフィードバック層の間に配設された少なくとも一つの発光性材料層を含む光源を含んでいる。二つのフィードバック層のうちの少なくとも一つは、周期的に変化する屈折率プロファイルを有している。
【０００５】
光源は、少なくとも一つの開口を有するハウジング内に装着されていてよい。光源から放出された光を開口に向かって配光するために、配光素子が、ハウジング内に装着され、かつ、光源と開口との間に配設されていてよい。別の態様では、前方ディフューザなどの第二の配光素子が、ハウジング内の開口と配光素子との間に装着されていてよい。さらに別の態様では、第二の配光素子は、ハウジングの開口を覆うよう装着されていてよい。
【０００６】
一態様では、これらフィードバック層の一方または両方は、少なくとも一つのホログラフィック記録材料層を含んでいる。ホログラフィック記録材料層は、材料内にパターン形成された平面波干渉パターンを含んでいてよい。別の態様では、二つのフィードバック層の一方または両方は、異なる波長の光に対応する複数の平面波干渉パターンを有するホログラフィック記録材料を含んでいてよい。
【０００７】
別の態様では、照明装置は、二つのフィードバック層の間に配設された少なくとも一つの発光材料層を含んでいてよい。発光材料は、有機材料であってよい。二つのフィードバック層のうちの少なくとも一つは、周期的に変化する屈折率プロファイルを有している。
発光層から放出された光を拡散するために、光発散スクリーンまたはディフューザなどの配光素子が、光源に取り付けられていてよい。一態様では、これらフィードバック層の一方または両方は、少なくとも一つのホログラフィック記録材料層を含んでいる。ホログラフィック記録材料層は、材料上にパターン形成された平面波干渉パターンを含んでいてよい。別の態様では、二つのフィードバック層の一方または両方は、異なる波長の光に対応する複数の平面波干渉パターンを有するホログラフィック記録材料を含んでいてよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
さまざまな実施形態の構造および動作に加えて、さらなる特徴を、以下、添付の図面を参照して、詳細に説明する。
【０００９】
図面では、同様の参照番号は、同一または機能的に同様の要素を示す。
【００１０】
フィードバック増強型発光ダイオードを使用したランプなどの照明装置が、開示されている。本願では、発光性材料、発光材料、およびエミッター材料という術語は、可換的に使用され、かつ、発光特性を有する材料を指す。フィードバック増強型発光ダイオードの構造および動作は、「フィードバック増強型発光デバイス（FEEDBACK ENHANCED LIGHT EMITTING DEVICE）」と称する同時係属の米国特許出願第 号に完全に開示されている。例えば、図１および図２は、本開示の照明装置に使用してよいフィードバック増強型発光ダイオードを示す。
【００１１】
図１は、一実施形態における本開示の照明装置に使用してよい発光デバイスを示す。デバイス１は、発光層２およびフィードバック素子４を含んでいる。フィードバック素子４は、一部の光がフィードバック素子４を通して伝送されるのを可能にする周期的屈折率変化を有する層であってよい。別の態様では、フィードバック素子４は、周期的かつ連続的な屈折率変化を有する層であってよい。周期的かつ連続的な屈折率変化を有するフィードバック素子層が、「フィードバック増強型発光デバイス（FEEDBACK ENHANCED LIGHT EMITTING DEVICE）」と称する同時係属の米国特許出願第 号に、詳細に記述されている。
【００１２】
発光層が二つのフィードバック素子４と６との間にあるよう、第二のフィードバック素子６が含まれていてもよい。第二のフィードバック素子６は、一部の光が第二のフィードバック素子６を通して伝送されるのを可能にしてもよく、あるいは、それに入射した光を実質的に反射してもよい。一実施形態では、第二のフィードバック素子６として、周期的屈折率変化を有する構造体、平面鏡、分布ブラッグリフレクター（ＤＢＲ）、または別のリフレクターを使用してよい。発光層２は、有機材料を含んでいてよい。発光層２は、有機発光ダイオードであってもよい。
【００１３】
一態様におけるフィードバック増強型発光ダイオードは、フィードバック層と発光層との間にある透明なバッファ層、ディフューザ、陽極、陰極または他の素子など、他の素子を含んでいてもよい。図２は、追加の素子を有する発光デバイス２００を示す。例えば、発光層２と上部フィードバック層４および下部フィードバック層６との間に、それぞれ、陰極１０２と陽極１０４などの一対の電極を配置してよい。
【００１４】
陰極１０２は、それが電子を発光層２に注入できるよう、発光層２に隣接する低仕事関数面を有する透明な伝導性構造体を含んでいてよい。一態様では、陰極１０２が所望の透明度を有するよう、二層陰極を設けてよい。二層陰極は、金属が本質的に透明であるような非常に薄い（例えば、５ナノメートル（ｎｍ）の）金属陰極を含んでいてよい。十分高い伝導性を与えて、低インピーダンスデバイスとするためには、この金属を、次いで、例えば、フィードバック層側で、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明な導体で裏
打ちしてよい。陽極１０４は、それが正孔を発光層２に注入できるように、高仕事関数を有するよう選ばれた透明な伝導性材料を含んでいてよい。
【００１５】
発光層２は、そのスペクトル発光帯が、上部フィードバック層４および下部フィードバック層６の反射帯に重複する有機エレクトロルミネセント材料を含んでいてよい。一態様では、発光層２は、蛍光性または燐光性の発光材料、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、またはＩｎＧａＮなどの発光無機半導体材料であってもよい。
【００１６】
上部フィードバック層４および（または）下部フィードバック層６は、周期的に変化する屈折率を有する非光吸収材料を含んでいてよい。上部フィードバック層４および下部フィードバック層６は、「光出力」１１０と表示された軸に沿って伝播する与えられた波長帯の光を反射するフォトニック結晶として作用してよい。
【００１７】
層に対して直角な軸に沿ってフィードバック層材料に進入する光は、屈折率振動の一つのサイクルを通過するたびに、小さい反射を受ける。フィードバック素子が十分に厚い場合、フィードバック素子は、共振波長２ｄ（ここで、ｄは、屈折率の空間振動のピッチである）で、ほぼ完璧なリフレクターとして作用することができる。
【００１８】
一態様におけるフィードバック層は、所望の発光波長でピーク反射率を有する平面波ホログラムから作製されている。一態様では、図２に示したデバイス２００は、反転してよい。すなわち、陰極１０２と陽極１０４の位置を、交換してよい。
【００１９】
このデバイスは、下部フィードバック層６に隣接して配置された基板１０６を含んでいてもよい。基板１０６は、その上にこのデバイスを造ることができる層として使用される。一態様では、基板１０６は、透明な材料を含んでいてよい。一態様では、カバー１０８として機能させるため、このデバイスの上に材料を塗布してよい。カバー１０８は、例えば、周囲の水および酸素が入らないよう気密封止する、あるいは、別様に、化学的または他の劣化からデバイス７００を保護する機能を果たす。
【００２０】
このデバイスの他の構成要素は、陽極１０４と発光層２との間に正孔輸送層を含んでいてよい。正孔輸送層は、発光層２でより多くの電子／正孔再結合が生じるのを可能にするために使用してよい。例えば、電子移動度と正孔移動度との間に不均衡を有する発光層（通常、正孔移動度が低い）においては、電子／正孔再結合は陽極で生じる傾向がある。同様に、直接的な陽極／エミッター界面を有するデバイスは、多くのトラップ、すなわち、エミッターの無放射逆励起が生じる部位がエミッター／陽極界面に存在するので、非効率な傾向がある。例えば、高い正孔移動度を有する正孔輸送層の使用は、陽極で生じる電子／正孔再結合の問題を最小限に抑える。正孔輸送層は、陽極１０４の正孔伝導帯と発光層２の正孔伝導帯との間の中間の正孔伝導帯を有するよう選び、そのようにして、陽極からエミッター内へのより効率的な正孔注入をもたしてよい。
【００２１】
陽極１０４と正孔輸送層との間には、正孔注入層を設けてもよい。例えば、このデバイスへの非効率な正孔注入につながる可能性がある不鮮明なバンド構造を有するインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などの陽極材料が使用される場合、ＩＴＯと正孔輸送材料との間の中間のエネルギー準位を有するバンド構造をより良く画定するために、銅フタロシアニンなどの正孔注入層を設けてよい。このように追加の正孔注入層を設ければ、正孔注入を補助し、かつ、より効率的なデバイスにすることができる。
【００２２】
別の実施形態では、バンドエネルギー差をさらになくすために、正孔注入層とエミッターとの間に追加の正孔輸送層を挿入してよい。エミッターに隣接する正孔輸送層が、その電子伝導帯をエミッターとほぼ同じエネルギー準位に有している場合、電子がエミッター
を「オーバーシュート」し、再結合がエミッターではなく輸送層で生じる可能性がある。このオーバーシュートは、高エネルギー電子伝導帯を有するが良好な正孔伝導を有する電子阻止層を、エミッターと輸送層との間に介在させることによって排除することができる。
【００２３】
別の実施形態では、陰極１０２と発光層２との間に電子輸送層を設けてよい。電子輸送層は、正孔輸送層が正孔に対して実行するのと同様の機能を電子に対して実行する。正孔輸送層の場合と同様、バンドエネルギーマッチングを補助するために、追加の電子輸送層を追加してよい。
【００２４】
別の実施形態では、陰極１０２と電子輸送層との間に電子注入層を設けてよい。理想的には、このデバイスに電子を注入してエネルギーが消費されないよう、陰極には、できるだけ低い仕事関数材料を使用することが望ましい。カルシウムなどの非常に低い仕事関数の金属を使用してよい。しかしながら、カルシウムは、非常に化学反応性が高く、かつ、湿気および酸素に対して非常に感受性が高い可能性がある。アルミニウムを使用してもよい。アルミニウムはより高い仕事関数を有しているが、フッ化リチウムまたはフッ化マグネシウムなどの材料の非常に薄い膜でアルミニウムをオーバーコートすると、バンドエネルギーミスマッチを除去するのを助ける「バンドの曲がり」効果が得られることが分かっている。
【００２５】
別の実施形態では、エミッターからの正孔「オーバーシュート」を排除するために、エミッターと正孔輸送層との間に正孔阻止層を設けてよい。上述したキャリヤー輸送層、キャリヤー注入層、およびキャリヤー阻止層は、従来のＯＬＥＤデバイスでも、一般に使用されている。したがって、これら素子のさらなる詳細は、ここでは記述しない。
【００２６】
一実施形態では、デバイス２００は、バッファ層（例えば、電極とフィードバック層との間に介在させた透明な誘電体）を含んでいてもよい。バッファ層が陰極１０２と上部フィードバック層４との間に配置されている場合、それは、特にその後の処理中、陰極と外部環境との間の気密障壁として作用することができる。バッファ層は、ギャップ内の光の弱めあう干渉が生じないよう、フィードバック層４とフィードバック層６との間に、ちょうどよいサイズのギャップももたらす。この機能を実現するため、フィードバック層と電極との間にバッファ層を挿入して、このデバイスの光学的厚さを調整してよい。バッファ層は、二つのフィードバック層内の屈折率プロファイル間の適正な位相関係を維持するのに使用してもよい。さらに、バッファ層は、これらフィードバック層間のギャップの厚さを調整し、それにより、ギャップ内で共振している光のモードの波長を同調させるのに使用してよい。
【００２７】
図１および図２に示したデバイスは、他の場合なら、境界の屈折率ミスマッチで生じるであろう全反射を実質的に低減し、あるいは、排除する。これは、このデバイス内部の光吸収損失の実質的な排除を通して、このデバイスから抽出される光の量をほぼ２倍にする。
【００２８】
図１を再び参照すると、一態様では、発光層２のいずれかの側に設置されたフィードバック素子４、６は、共振空洞を形成している。フィードバック素子４、６は、発光層２の材料内に光を反射し、かつ、十分な光が発光層２内に反射されると、誘導放出が生じるのを可能にする。例えば、光子と励起子との間の相互作用の数が、誘導放出の速度を調節する。したがって、共振空洞内に光を局在化させ、そのようにして高密度の光子を発光層２に生じさせることによって、非常に高速な誘導放出変換を生み出すことができる。
【００２９】
一般に、誘起された誘導放出がない場合、比較的緩慢かつ純粋に統計学的なプロセスで
ある自然放出が、発光材料内の光発生プロセスを支配する。誘導放出への高速変換は、自然放出プロセスに、光に変換すべき励起状態エネルギーを、ほとんど、あるいは、まったく残さない。さらに緩慢なプロセスである無放射逆励起が、励起状態エネルギーを熱に変換する。したがって、熱生成のメカニズムは、誘導放出のメカニズムよりも数オーダー緩慢なので、誘導放出が、励起状態エネルギーの熱への変換を先取する。その結果、デバイス１の励起状態エネルギーは、熱ではなく、主として光に変換される。結果として生じる熱発生の低下で、デバイス内の温度低下が生じる可能性が有り、したがって、このデバイスの寿命が延び、かつ、効率が高くなる可能性がある。
【００３０】
図３は、本開示の一実施形態によるランプ３００を示す。ランプ３００は、標準的な蛍光管ランプの代わりに使用してよい。ランプ３００の電力変換効率の結果、電気使用量の低下および（または）より大きい照度が生じる。ランプ３００は、フィードバック増強型発光ダイオード（ＦＥ−ＬＥＤ）またはフィードバック増強型有機発光ダイオード（ＦＥ−ＯＬＥＤ）光源３０２、配光素子３０４、ハウジング３０６、および前方ディフューザなどの第二の配光素子３０８を含んでいる。ＦＥ−ＬＥＤまたはＦＥ−ＯＬＥＤ光源３０２は、例えば、蛍光照明に使用される取付具上に装着された既存の蛍光取付具を使用するよう構成されていてよい。配光素子３０４は、光源３０２とは個別に形成された配光スクリーンを有していてよく、あるいは、ランプ３００を形成する構成要素の数を低減するため、光源３０２に統合されていてもよい。
【００３１】
配光スクリーンの実施形態の構造および動作は、２００２年１２月１６日出願の「イルミナントおよび方法(ILLUMINANT AND METHOD)」と称する同時係属の米国特許出願第１０／３１９，６３１号（その開示全体が、引用により本文書に組み込まれている）に記述されている。例えば、図５は、本開示の一実施形態による光源／配光素子組合せの一例を示す。組合せイルミナント５００は、フィードバック増強型ＬＥＤまたはＯＬＥＤ光源５０２、光発散部５０４、および非発光領域５０６内に設置された装飾的または機能的表面部を含んでいる。有機発光ダイオード光源は、注入材料５０８、後部ガラス５１０、後部フィードバック層５１２、前部フィードバック層５１４、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）５１６、陽極バス５１８、陰極バス５２０、および前部ガラス５２２を含んでいてよい。前部フィードバック層５１４および後部フィードバック層５１２は、有機発光ダイオード５１６内に増強された発光を誘導する共振空洞５２４を形成することができ、かつ、光線を実質的に視準状態にすることができる。光発散部５０４は、接着剤５３０で光発生部５０２に接着されていてよい。光源５０２からの光は、光発散部５０４に入射する。光発散部５０４は、光発生部５０２から受け取った光を小さいアパーチャ５３４に向けるテーパー付きライトガイド５３２を含んでいる。この光は、次いで、一定範囲の角度にわたって放出され、光が、視準され、あるいは、実質的に視準されている場合は、一定範囲の角度にわたって発散され、それにより、その一定範囲の角度にわたって視認することができ、かつ、その一定範囲の角度にわたって投光する光源となる。テーパー付きライトガイド５３２の構成は、米国特許番号第５，５６３，７３８号および第５，４８１，３８５号（その両方が、引用により本文書に組み込まれている）にさらに論じられている。領域５０６は、ライトガイド５３２の屈折率よりも低い屈折率を有する透明な材料５３８で満たされていてもよく、あるいは、着色されたまたは反射性の材料あるいは上記の組合せから構成されていてもよい。
【００３２】
別の実施形態では、より良い光拡散のために、ランプ３００内に二つの配光素子を使用してよい。ハウジング３０６は、ランプハウジング用の従来のデザインのものであってもよく、あるいは、他のいかなる適当なデザインのものであってもよい。前方ディフューザ３０８も、従来のデザインのものであってもよく、あるいは、他のいかなる適当なデザインのものであってもよい。上記のデザインのランプは、標準的な蛍光ランプの約２倍の発光効率および白熱ランプの約１０倍の発光効率を有している。
【００３３】
図４は、本開示の別の実施形態による建築用ランプを示す。建築用ランプ４００は、ＦＥ−ＬＥＤまたはＦＥ−ＯＬＥＤ４０２の前部に直接的に結合されたスクリーンまたはディフューザ４０４を含んでいる。ランプ４００は、美的に優れた照明をもたらすよう、壁、天井、床、または他の表面上に配置してよい。
【００３４】
観察者の目がそれらを融合して、白色または他の所望の色の光を生み出すよう、異なる波長帯を放出する、それぞれ、二つ、三つ、四つ、またはそれ以上のフィードバック増強型ＯＬＥＤまたはＬＥＤデバイスが、小さい幾何学ドメインのパターンで同じ基板上に作製される場合、広帯域スペクトル分布を有するランプを生み出すことができる。例えば、三色の例では、ＦＥ−ＯＬＥＤエミッターのストライプは、ＶＧＡディスプレイ内の垂直なカラーストライプによく似た、反復する赤色／青色／緑色構成にパターン形成することができる。ランプ出力は、ストライプが十分に狭い場合、統合されたスペクトル出力が、各抽出において複合線のように見える、白色光として現れる。
【００３５】
一実施形態では、これらフィードバック層の両方が、例えば、発光層について上述した赤色／青色／緑色構成に、パターン形成されている。この実施形態では、フィードバック層パターンに対応させるため、発光層を、異なる波長帯のエミッターを用いてパターン形成してもよい。例えば、比較的狭いバンドエミッターを用いた一実施形態では、フィードバック層のピッチを変更するたびに、発光帯と反射帯とが重複するよう、エミッターが変更される。
【００３６】
第二の実施形態では、その発光帯が、二つまたはそれ以上のパターン形成された領域内で、フィードバック層の反射帯に重複するよう、広帯域エミッターを使用してよい。例えば、フィードバック層のピッチを、赤色と緑色について、それぞれ設定したパターン形成された領域において、一つのエミッターで赤色光と緑色光の両方が得られる場合がある。この実施形態では、例えば、十分に広帯域なエミッターを使用する場合、発光層をパターン形成しなくても所望の効果が得られる場合がある。
【００３７】
本開示による発光デバイスは、シングルモードデバイスまたはマルチモードデバイスのいずれであってもよい。シングルモードデバイスは、エミッターによって放出された光の波長と同程度の幅を有する共振空洞（フィードバック層間の距離）を有するデバイスを作製することによって生み出すことができ、一方、マルチモードデバイスは、エミッターによって放出された光の波長よりも少なくとも数倍大きい幅を有する共振空洞を有している。例えば、図５は、シングルモードＦＥ−ＯＬＥＤ８０２とマルチモードＦＥ−ＯＬＥＤ８０４の構造を対比している。シングルモードＦＥ−ＯＬＥＤ８０２は、約４００ｎｍの共振空洞幅、約０．５μｍのモード間隔、および約１．５ｎｍのスペクトル線幅を有するガラスパッケージの内部に、ホログラフィフィードバック層８０６、８０８を有している。
【００３８】
マルチモードＦＥ−ＯＬＥＤ８０４は、このガラスパッケージの外部にホログラフィフィードバック層８１０、８１２を有している。例えば、フィードバック層間が１ｍｍ隔てられ、かつ、５００ｎｍ波長光を使用する場合、約０．２ｎｍのモード間隔が生じる。スペクトル線幅は、フィードバック層８１０、８１２の反射性帯域幅によって決まり、約１００ｎｍである。マルチモードデバイス８０４では、それらは、ＯＬＥＤが組み立てられた後に塗布してよいので、ホログラムはより容易に製造することができる。
【００３９】
別の実施形態では、マルチモードデバイスは、ガラスパッケージの内部にこれらフィードバック層を有していてもよく、あるいは、ガラスパッケージの内部に一つのフィードバック層およびガラスパッケージの外部に一つのフィードバック層を有していてもよい。発
光デバイスとフィードバック層との間の空間を満たし、それにより所望の共振空洞厚さを確定するために、比較的厚い透明なスペーサーを含む透明な空間を使用してよい。この手法の利点の一つは、空洞厚さを、デバイスパッケージング内の機械的考慮事項とは独立して確定することができ、かつ、視差の問題なしに画素化することができるマルチモードデバイスを得るのに使用することができることである。
【００４０】
第一の近似値として、フィードバック層を有するシングルモードデバイスの理想的なデザインは、１半波長の、所望の出力光の、かつ、両方のフィードバック層内部表面で、同じ位相の周期的な屈折率変化を有する共振空洞厚さを有している。同じオーダーの他の厚さ、および他の位相関係を、使用してよい。
【００４１】
本発明の別の実施形態は、「フィードバック増強型発光デバイス（FEEDBACK ENHANCED LIGHT EMITTING DEVICE）」と称する同時係属の米国特許出願第 号に開示されているような欠陥モードＦＥ−ＯＬＥＤを使用してよい。
【００４２】
本発明の別の実施形態は、「フィードバック増強型発光デバイス（FEEDBACK ENHANCED LIGHT EMITTING DEVICE）」と称する同時係属の米国特許出願第 号に開示されているようなバンド端レーザー作用ＦＥ−ＯＬＥＤを使用してよい。
【００４３】
上述した実施形態は、説明的な例であって、本発明がこれら特定の実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。この技術に長けた人なら、添付のクレームに定義されているような発明の趣旨または範囲を逸脱することなしに、各種の変更および修正が実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】一実施形態における本開示の照明装置に使用してよい発光デバイスを示す。
【図２】本開示の照明装置に使用される一実施形態におけるフィードバック増強型発光ダイオードを示す。
【図３】一実施形態によるライトを示す。
【図４】別の実施形態による建築用ランプを示す。
【図５】シングルモードＦＥ−ＯＬＥＤの構造とマルチモードＦＥ−ＯＬＥＤの構造との間の対比を示す。
【図６】一実施形態における配光器を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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