(57)【要約】  本発明の実施形態は、第１のピーク波長を持つ第１の光を放射することができる半導体発光デバイスと、第１の光を吸収でき、第２のピーク波長を持つ第２の光を放射することができる波長変換素子とを含む。ある実施形態では、構造体は、さらに、第１の波長範囲の光の大部分を透過する一方、第２の波長範囲の光の大部分を反射または吸収するように構成された金属ナノ粒子アレイを含む。ある実施形態では、構造体は、さらに、第１の波長範囲の光の大部分を透過する一方、第２の波長範囲の光の大部分を反射または吸収するフィルタを含み、フィルタは、フィルタの主面に対する法線に対して０°〜６０°の間の角度でフィルタへ入射する光に関し、フィルタによって最小量の光が透過される波長がわずか３０ｎｍしか変化しないように構成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のピーク波長を持つ第１の光を放射することができる半導体発光デバイスと、
第１の光を吸収でき、第２のピーク波長を持つ第２の光を放射することができる波長変換素子と、
第２の材料で分離された第１の材料の領域のアレイを有する金属ナノ粒子アレイを有するフィルタと、を有し、
第１の材料及び第２の材料は異なる屈折率を持ち、第１の材料及び第２の材料の一方は金属であり、
前記金属ナノ粒子アレイは、第１の波長範囲の光の大部分を透過する一方、第２の波長範囲の光の大部分を反射または吸収する、構造体。
【請求項２】
前記金属ナノ粒子アレイは、前記半導体発光デバイスと前記波長変換素子との間に配置される、請求項１記載の構造体。
【請求項３】
第１の波長範囲は、第１の光を含み、
第２の波長範囲は、第２の光を含む、請求項２記載の構造体。
【請求項４】
前記波長変換素子は、前記半導体発光デバイスと前記金属ナノ粒子アレイとの間に配置される、請求項１記載の構造体。
【請求項５】
第１の波長範囲は、第２の光を含み、
第２の波長範囲は、第１の光を含む、請求項４記載の構造体。
【請求項６】
第１の材料は、金属であり、
第２の材料は、空気である、請求項１記載の構造体。
【請求項７】
第１の材料は、空気であり、
第２の材料は、金属である、請求項１記載の構造体。
【請求項８】
金属は、銀及び金の少なくとも１つを有する、請求項１記載の構造体。
【請求項９】
前記金属ナノ粒子アレイは、前記金属ナノ粒子アレイへの入射角に関わらず、第１の波長範囲の光の少なくとも７０％を透過する、請求項１記載の構造体。
【請求項１０】
前記フィルタは、前記フィルタの主面に対する法線に対して０°〜６０°の間の角度で前記フィルタへ入射する光に関し、前記フィルタによって最小量の光が透過される波長がわずか３０ｎｍしか変化しない、請求項１記載の構造体。
【請求項１１】
第１の材料の前記領域は、金属要素であり、各金属要素は、５ｎｍ〜５００ｎｍの幅及び５ｎｍ〜５００ｎｍの高さを持ち、最も近くで隣接する金属要素は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ間隔で離れている、請求項１記載の構造体。
【請求項１２】
第１のピーク波長を持つ第１の光を放射することができる半導体発光デバイスと、
第１の光を吸収でき、第２のピーク波長を持つ第２の光を放射することができる波長変換素子と、
第１の波長範囲の光の大部分を透過する一方、第２の波長範囲の光の大部分を反射または吸収するフィルタと、を有し、
前記フィルタは、前記フィルタの主面に対する法線に対して０°〜６０°の間の角度で前記フィルタへ入射する光に関し、前記フィルタによって最小量の光が透過される波長がわずか３０ｎｍしか変化しない、構造体。
【請求項１３】
前記フィルタは、異なる屈折率を具備する材料の多層スタックを有する、請求項１２記載の構造体。
【請求項１４】
前記多層スタックは、少なくとも１．４以上２以下の屈折率を持つ材料と、チタニアとを有する、請求項１３記載の構造体。
【請求項１５】
前記フィルタは、前記半導体発光デバイスと前記波長変換素子との間に配置される、請求項１２記載の構造体。
【請求項１６】
第１の波長範囲は、第１の光を含み、
第２の波長範囲は、第２の光を含む、請求項１５記載の構造体。
【請求項１７】
前記波長変換素子は、前記半導体発光デバイスと前記フィルタとの間に配置される、請求項１２記載の構造体。
【請求項１８】
第１の波長範囲は、第２の光を含み、
第２の波長範囲は、第１の光を含む、請求項１７記載の構造体。
【請求項１９】
前記フィルタは、金属ナノ粒子アレイであり、
前記波長変換素子は、セラミック蛍光体であり、
前記フィルタは、前記半導体発光デバイスと前記セラミック蛍光体との間に配置される、請求項１２記載の構造体。
【請求項２０】
前記金属ナノ粒子アレイは、金属要素を有し、
各金属要素は、５ｎｍ〜５００ｎｍの幅及び５ｎｍ〜５００ｎｍの高さを持ち、
最も近くで隣接する金属要素は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍ間隔で離れている、請求項１９記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光デバイスのためのフィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ），共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ），垂直共振面レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）及び端面発光レーザを含む半導体発光デバイスは、現在利用可能な光源のうち最も効率的な光源である。可視スペクトルで動作可能な高輝度の発光デバイスの製造において現在関心を集める材料系は、III族窒化物材料とも呼ばれる、特に、ガリウム，アルミニウム，インジウム及び窒素の二元，三元及び四元合金などのIII−V族半導体を含む。一般的に、III族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ），分子線エピタキシーまたは他のエピタキシー技術によってサファイア，シリコンカーバイド，III族窒化物または他の適した基板へドーパント濃度及び組成が異なる半導体層のスタックをエピタキシャル成長させることによって製造される。大抵の場合、スタックは、基板の上に形成された、例えばシリコンをドープされた１つ以上のｎ型層、１つ以上のｎ型層の上に形成された活性領域における１つ以上の発光層、及び、活性領域の上に形成された、例えばマグネシウムを添加された１つ以上のｐ型層を含む。電気的コンタクトは、ｎ型領域及びｐ型領域上に形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
図１は、米国特許第５，８１３，７５２号でより詳細に説明されたＬＥＤを示している。短波長透過（ＳＷＰ）フィルタ３８が、ＬＥＤ３６と蛍光体層４０との間に配置されており、他のＳＷＰフィルタ４２が、蛍光体４０の（視点側からみて）上に追加されている。ＳＷＰフィルタ４２の機能は、（１）長過ぎる波長の光を反射すること、及び、（２）所望波長の光の一部を反射することである。フィルタがなければ、この後者の光は、法線に対して大小両方の角度で（いわゆるランバート分布で、または、コサイン分布で）空気中へ出ていく。フィルタがあれば、角度の大きな光はフィルタによって反射され、散乱され、角度再分配され、蛍光体層４０及びフィルタ３８によってフィルタ４２へ後方反射される。この光の大部分は、表面上の法線に対して小さい角度で空気中へ出ていく。より好ましいＳＷＰフィルタは、できれば少なくとも１２層を有し、且つ、交互に高屈折率及び低屈折率を有する、多層誘電体スタックである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の目的は、構造体によって放射されたスペクトルにおける角度に対するカラー制御を改善できる、波長変換半導体発光デバイスのためのフィルタを提供することである。
【０００５】
本発明の実施形態は、第１のピーク波長を持つ第１の光を放射することができる半導体発光デバイスと、第１の光を吸収でき、第２のピーク波長を持つ第２の光を放射することができる波長変換素子とを含む。ある実施形態では、構造体は、第１の波長範囲の光の大部分を透過する一方、第２の波長範囲の光の大部分を反射または吸収するように構成された金属ナノ粒子アレイを更に含む。ある実施形態では、構造体は、第１の波長範囲の光の大部分を透過する一方、第２の波長範囲の光の大部分を反射または吸収するフィルタを更に含み、当該フィルタは、フィルタの主面に対する法線に対して０°〜６０°の間の角度でフィルタへ入射する光に関し、フィルタによって最小量の光が透過される波長がわずか３０ｎｍしか変化しないように構成される。
【０００６】
従来の誘電体スタックなどの従来のフィルタでは、フィルタの反射動作が、光の入射角に大きく依存している。ここで述べられるフィルタは、角度に対する反射率の依存度がより少ない、または、角度に対する反射率の振る舞いが異なっていてもよい。これにより、構造体によって放射された光のスペクトル中での角度に対するカラー制御について優れた特性を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、ＬＥＤ，蛍光体層及び２つのフィルタを含む、従来技術のデバイスを示している。
【０００８】
【図２】図２は、半導体発光デバイス，波長変換素子及びフィルタの配置を示している。
【０００９】
【図３】図３は、半導体発光デバイス，波長変換素子及びフィルタの他の配置を示している。
【００１０】
【図４】図４は、半導体発光デバイス上に配置された波長変換素子を通る光の経路を示している。
【００１１】
【図５】図５は、薄膜フリップチップ発光デバイスを示している。
【００１２】
【図６】図６は、垂直発光デバイスを示している。
【００１３】
【図７】図７は、金属ナノ粒子アレイを示している。
【００１４】
【図８】図８は、様々な格子間隔の銀ナノシリンダーアレイにおける波長の関数としての消光についてのグラフである。
【００１５】
【図９】図９は、様々なナノシリンダー直径の銀ナノシリンダーアレイにおける波長の関数としての消光についてのグラフである。
【００１６】
【図１０】図１０は、金ナノ粒子アレイに対する種々の入射角の光における波長の関数としての透過率についてのグラフである。
【００１７】
【図１１】図１１は、異なる屈折率を具備する２つの材料のスタックにおける小さい方の屈折率の関数としての比屈折率についてのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１を参照して上述された多層誘電体スタックなどの従来の反射体では、反射率が、異なる入射角に対して、劇的に変化する。この挙動は、図１に示された光線によって示されており、小さい角度の光は透過される一方、大きい角度の光は反射される。このような反射体は、反射率の角度依存が望ましくないアプリケーションには適さない。
【００１９】
本発明の実施形態では、全方向性の波長可変フィルタが、カラー制御のためＬＥＤなどの半導体発光デバイスと組み合わされる。当該フィルタは、透過光または反射光の入射角に関わらず（全方向性で）、ある波長を透過させ、他の波長（調整可能な波長）を反射するように構成される。
【００２０】
以下の例では、半導体発光デバイスは、青色光または紫外線を放射するIII族窒化物ＬＥＤであるが、レーザダイオードのようなＬＥＤ以外の半導体発光デバイスや、III−V族材料、III族リン化物、III族ヒ化物、II−VI族材料またはシリコン系材料のような他の材料系から作られた半導体発光デバイスが用いられてもよい。
【００２１】
任意の適切なＬＥＤが用いられてもよい。図５及び図６は、適切なＬＥＤ１０の２つの例を示している。図５及び図６に示されたデバイスを作るため、半導体構造２２が、成長用基板の上に成長する。半導体構造２２は、ｎ型領域とｐ型領域とに挟まれた、発光領域または活性領域を含む。ｎ型領域は、一般的には、最初に成長し、例えば、ｎ型であるかまたは意図的にドープされない、バッファ層または核形成層のような準備層、及び、効率的に光を放射するための発光領域に望ましい特定の光学的または電気的特性のために設計されたｎ型またはｐ型のデバイス層などの異なる組成及びドーパント濃度の複数の層を含んでいてもよい。発光領域または活性領域は、ｎ型領域の上に成長する。適切な発光領域の例は、単一の厚いまたは薄い発光層、あるいは、バリア層によって分けられた多重化された厚いまたは薄い発光層を含む多重量子井戸光の発光領域を含んでいてもよい。ｐ型領域は、発光領域の上に成長する。ｎ型領域のように、ｐ型領域は、意図的にドープされない層またはｎ型層を含む、異なる組成、厚さ、ドーパント濃度の複数の層を含んでいてもよい。
【００２２】
図５に示されたデバイスでは、ｐコンタクト金属２６がｐ型領域上に配置され、金属化のためのｎ型層を露出するべく、ｐ型領域及び活性領域の一部がエッチングにより除去される。ｐコンタクト２６及びｎコンタクト２４は、デバイスの同じ側にある。図５に示されるように、ｐコンタクト２６は、複数のｎコンタクト領域２４の間に配置されてもよいが、これは必須ではない。ある実施形態では、ｎコンタクト２４及びｐコンタクト２６の少なくともいずれかは反射性を有し、図５に示された向きにおいて、デバイスの上部を通じて光が抽出されるように、デバイスがマウントされる。ある実施形態では、コンタクトは、ある程度範囲が限られていてもよいし、透明化されていてもよい。また、コンタクトが形成される表面を通じて光が抽出されるように、デバイスがマウントされてもよい。半導体構造が、マウント２８に取り付けられる。成長用基板は、図５に示されるように、除去されてもよいし、または、デバイスの一部のままであってもよい。ある実施形態では、成長用基板を除去することによって露出された半導体層は、パターン化または粗面化されてもよい。これにより、デバイスからの光抽出を改善することができる。
【００２３】
図６に示された垂直射出ＬＥＤでは、ｎコンタクトが半導体構造の一方の側に形成され、ｐコンタクトが半導体構造の他方の側に形成される。例えば、ｐコンタクト２６は、ｐ型領域上に形成されてもよく、デバイスは、ｐコンタクト２６を通じてマウント２８に取り付けられてもよい。基板の全てまたは一部は、除去されてもよく、ｎコンタクト２４は、基板の一部を除去することによって露出されたｎ型領域の表面上に形成されてもよい。ｎコンタクトへの電気的コンタクトは、図６に示されるようなワイヤボンドや任意の他の適切な構造で作成されてもよい。
【００２４】
ＬＥＤは、白色光や他の単色光を作る、蛍光体、量子ドット、半導体量子井戸または染料のような１つ以上の波長変換材料と組み合わされてもよい。波長変換材料は、ＬＥＤによって放出された光を吸収し、異なる波長の光を放出する。ＬＥＤによって放出された光の全部または一部のみが、波長変換材料によって変換されてもよい。ＬＥＤから放出された変換されていない光は、光の最終のスペクトルの部分であってもよいが、これは必須ではない。通常の組み合わせの例は、黄色発光蛍光体と組み合わされた青色発光ＬＥＤ、緑色及び赤色発光蛍光体と組み合わされた青色発光ＬＥＤ、青色及び黄色発光蛍光体と組み合わされた紫外線放射ＬＥＤ、並びに、青色，緑色及び赤色発光蛍光体と組み合わされた紫外線放射ＬＥＤを含む。他の色の光を放射する波長変換材料が、デバイスから放射される光のスペクトルを調整するために追加されてもよい。赤色発光蛍光体と緑色または黄色発光蛍光体とが青色発光ＬＥＤと組み合わされた、ある実施形態では、赤色発光蛍光体は、青色発光ＬＥＤと緑色または黄色発光蛍光体との間に配置されてもよい。例えば、赤色発光蛍光体は、粉末であってもよく、緑色または黄色発光蛍光体は、セラミックであってもよい。このとき、粉末は、ＬＥＤとセラミックとの間に配置される。または、赤色発光蛍光体は、セラミックであってもよく、緑色または黄色発光蛍光体は、粉末であってもよい。このとき、粉末は、セラミックの上に配置される。
【００２５】
波長変換素子は、例えば、ＬＥＤに接着または接合された、または、ＬＥＤから離された、形成済みのセラミック蛍光体層であってもよいし、あるいは、ステンシル印刷、スクリーン印刷、スプレー、堆積、蒸着、スパッタ、または、他の方法でＬＥＤ上に施された有機的なカプセル化材料に配置された粉末状の蛍光体または量子ドットであってもよい。ある実施形態では、波長変換素子は、ＬＥＤ上に成長した、または、別個の成長用基板上に成長した、エピタキシャル成長した半導体層であってもよい。順方向にバイアスされた場合に発光することを意味する電気的に励起されるＬＥＤの活性領域とは違って、半導体波長変換素子は、第１の波長の光を吸収し、それに応じて、より長い第２の波長の光を放射することを意味する光学的に励起される。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態に従った、発光デバイス、波長変換素子及びフィルタの配置を示している。フィルタ１２は、半導体発光デバイス１０と波長変換素子１４との間に配置される。フィルタ１２は、デバイス１０によって放射された波長の光子を透過させ、波長変換素子１４によって放射された波長などの、より長い波長の光子を反射することを可能とするように構成されてもよい。フィルタ１２は、デバイス１０によって、または、デバイス１０が内部または上部にマウントされるパッケージによって吸収される光子の数を減らすことができる。これにより、システムの発光効率を大きくすることができる。
【００２７】
ある実施形態では、フィルタ１２は、デバイス１０の上面、または、セラミック蛍光体などの、デバイス１０から別個に組み立てられた波長変換素子の底面上に配置される。
【００２８】
図３は、本発明の実施形態に従った、発光デバイス、波長変換素子及びフィルタの他の配置を示している。図３に示された配置では、波長変換素子１４は、発光デバイス１０とフィルタ１６との間に配置される。
【００２９】
ある実施形態では、フィルタ１６は、デバイス１０によって放射された光を部分的に反射し、波長変換素子１４によって放射された光などの、より長い波長の光を透過するように構成される。例えば、フィルタ１６は、小さい入射角の光を透過するとともに大きい入射角の光を反射する図１のＳＷＰフィルタ４２とは反対に、デバイス１０によって小さい（例えば、デバイスの上面に対する法線に対して４５°よりも小さい）入射角で放射された光を反射するとともに、デバイス１０によって大きい（例えば、デバイスの上面に対する法線に対して４５°よりも大きい）入射角で放射された光を透過するように構成されてもよい。デバイス１０によって小さい入射角で放射された光を反射するとともにデバイス１０によって大きい入射角で放射された光を透過するフィルタ１６は、図４に示された効果であるハローの出現を低減することができる。図４のデバイスでは、デバイス１０から小さい入射角で放射された光１８は、波長変換素子１４がほとんど「見えない」。このため、デバイス１０から大きい入射角で放射された光２０ほど変換されない。青色発光デバイス１０及び黄色発光波長変換素子１４の場合、上から見れば、構造体の中心からの光は、より黄色く現れてデバイス周囲に黄色「ハロー」を見せる端部からの光よりも青く現れるであろう。デバイス１０によって小さい角度で放射された光を反射することは、構造体から抜ける前に波長変換されるより多くの機会をその光に与える。これにより、構造体から放射された光の色の統一性を改善できる。
【００３０】
フィルタ１６は、デバイス１０によって放射され、且つ、フィルタ１６によって透過される光を、例えば、ランバートまたは準ランバートなパターンで再放射するように構成されてもよい。これにより、入射角の関数としての、デバイス１０によって放射された光の強度変化を抑制することができる。例えば、これは、フィルタ１６を、例えば、セラミック蛍光体波長変換素子１４上に配置させることによって果たされ得る。
【００３１】
ある実施形態では、図２のフィルタ１２または図３のフィルタ１６は、貴金属から作られたナノ粒子アレイであってもよい。図７は、そのようなアレイを示している。アレイは、第２の材料３０によって分けられた第１の材料３２の領域を含む。ここで、第１の材料及び第２の材料は、異なる屈折率を持つ。ある実施形態では、円３２は、金属柱であり、領域３０は、例えば、デバイス１０や波長変換素子１４の表面、または、アレイの組み立てを容易にしたり、デバイス１０及び／または波長変換素子１４からアレイを離すことを容易にしたりするための透明板などの他の表面である。ある実施形態では、領域３０は、金属層の表面であり、円３２は、金属が除去された後の穴である。穴は、空気や誘電体などの他の材料で満たされてもよい。ある実施形態では、要素３２は、それぞれ、５〜５００ｎｍの間の幅及び５〜５００ｎｍの間の高さを持つ。最も近くに隣接し合う要素３２は、１０〜１０００ｎｍの間の間隔で離されていてもよい。
【００３２】
図７に示されたアレイは、例えば、リフトオフ層を堆積させ、例えば、光リソグラフィー，電子ビームリソグラフィーまたはナノインプリントリソグラフィーによって層をパターン形成し、例えば、銀または金のような金属層を堆積させ、それから、余分な金属を除去するためにリフトオフ層をリフトオフすることによって、形成されてもよい。ある実施形態では、アレイは、自己組織化ブロックコポリマーテンプレートによって形成される。自己組織化ブロックコポリマーテンプレートは、２、３の異なるモノマーの長さで構成されるポリマーである。異なるモノマーは、疎水性の点で異なるため、それらは、パターンに自己組織化する傾向にある。コポリマーテンプレートは、ナノ粒子アレイが形成される表面に形成されてもよい。金属層は、テンプレート上に堆積されてもよく、この場合、金属ナノ粒子アレイを残して、コポリマーテンプレートが除去される。または、コポリマーテンプレート層は、金属層の上に形成されてもよく、ナノ粒子アレイを形成するために金属層をエッチングするためのパターンとして用いられてもよい。
【００３３】
アレイは、ナノ粒子が光共振器、または、光を吸収して異なる角度で光を再放射する光アンテナとして動作するように構成されてもよい。金属ナノ粒子アレイは、特定の波長帯域においてのみ光を吸収し再放射するため、粒子サイズ及び間隔を適切に選択することによって、可視範囲にわたって調整されてもよい。そのようなナノ粒子アレイは、あるスペクトル帯において最小の吸収性及び最大の反射性を持つように設計されてもよい。ナノ粒子アレイによる光の再放射は、入射角の関数としての強度に対して幾らかの依存性を持っていてもよいが、照明の入射角に伴うスペクトル変化は微小である。アレイは、アレイ要素３２の直径ｄ及び隣接し合うアレイ要素間の格子間隔ａによって特徴付けられてもよい。図７ではアレイ要素３２は円であるが、楕円，長方形または平行四辺形などを含み、これらに限定されない他の任意の適切な形状が用いられてもよい。また、三角格子が示されているが、例えば、長方形，五角形，六角形または八角形の格子を含む任意の適切な格子が用いられてもよい。
【００３４】
図８は、直径１３０ｎｍ及び高さ３０ｎｍの銀ナノシリンダー三角形アレイにおける波長の関数としての消光についてのグラフである。ナノシリンダーは、水晶表面に形成される。消光は、アレイを透過しない光のことを指す。なお、消滅した光は、アレイによって散乱または吸収される。図８は、空気及び１．３３の屈折率を有する材料（水）へ光を放射する、３２０ｎｍ、３６０ｎｍ、４２０ｎｍ及び４８０ｎｍの格子間隔を具備するアレイにおける波長の関数としての消光を示している。図８に示されるように、格子間隔が増大するほど、消光帯のピーク波長が大きくなる。光が空気中へ抽出される場合、ａ＝３２０ｎｍでは約６００ｎｍであり、ａ＝４８０ｎｍでは約６５０ｎｍである。
【００３５】
図９は、５０ｎｍ、７５ｎｍ、１００ｎｍ、１５０ｎｍ、１８０ｎｍ及び２００ｎｍの直径を有する、３０ｎｍの高さの銀ナノシリンダーの三角形格子における波長の関数としての消光についてのグラフである。図９に示されるように、アレイ要素の直径が増大するほど、消光帯のピーク波長が長くなる。
【００３６】
図１０は、金ナノ粒子アレイに対する入射角を０°、１０°、２０°、３０°、４０°、５０°及び６０°とした場合における波長の関数としての透過率についてのグラフである。図１０に示されるように、透過率の波長依存性は、入射角に対して強く依存しない。例えば、０°の角度では、透過率曲線の最小値は５４０ｎｍあたりである。入射角が６０°の場合、この透過率の最小値はわずか５３１ｎｍにしか移らない。ある実施形態において、図２のフィルタ１２または図３のフィルタ１６では、フィルタは、第１の波長範囲の光の大部分を反射または吸収するとともに、第２の波長範囲の光の大部分を透過する。第２の波長範囲では、フィルタへの入射角に関わらず、少なくとも７０％の光がフィルタによって透過される。ある実施形態では、フィルタは、０°〜６０°の入射角範囲に対し、最小量の光が透過される波長がわずか３０ｎｍしか変化しないように構成される。
【００３７】
ある実施形態では、金属ナノ粒子アレイが、量子ドット、蛍光体、または、十分小さい（例えば、ある実施形態では１００ｎｍの厚さよりも小さい）物理的な厚みを有する他の波長変換素子に近接して用いられる。金属表面に存在する強力な電場増強は、波長変換器からの放射についての放射寿命を減少させることにより、波長変換器の放射効率を増大させることができる。
【００３８】
ある実施形態では、図２のフィルタ１２または図３のフィルタ１６は、従来の干渉フィルタに類似した薄膜多層スタックであるが、光が全ての角度に対して吸収または反射される波長帯域を作るため、層の屈折率については注意して選択する。５００〜７５０ｎｍの波長範囲にわたって反射する全方向性多層スタック反射器は、ある実施形態では、４０％のレンジ対ミッドレンジ比を持っていてもよい。「レンジ対ミッドレンジ比」は、（ω２−ω１）／０．５（ω２＋ω１）の比率として定義される。ここで、ω２は、透過される最も低い高周波の光子であり、ω１は、透過される最も高い低周波の光子である。レンジ対ミッドレンジ比は、全方向性のために必要な屈折率を定義する。差（ω２−ω１）は、全ての角度に対して光が吸収または反射される波長帯域である、フィルタの所望の「阻止帯域」の幅を特定することによって算出される。周波数は、Ｅ＝ω／２π＝ｃ／λによって、波長と関係している。ここで、ｃは光の速さである。一旦、レンジ対ミッドレンジ比が計算されると、WinnらのOptics Letters 23 (20) 1573-1575, 1998において図４として発表された、図１１から適切な屈折率が特定されてもよい。図１１は、屈折率ｎ１及びｎ２を有する２つの材料の交互層のスタックについて、小さい方の屈折率ｎ１の関数としての比屈折率ｎ２／ｎ１についてのグラフである。
【００３９】
５００〜７５０ｎｍの阻止帯域について、適切なフィルタの一例は、１．７及び４．３４の屈折率の材料の多層スタックである。デバイス１０の狭い発光のみを反射するために、およそ１０％以下の狭いレンジ対ミッドレンジ比のみが必要である。これは、例えばチタニアなどの高屈折率及び低屈折率の透過薄膜と例えばＳｉＯ２のような１．４〜２の範囲の屈折率を有する任意の複数の透過薄膜との多層膜を用いることで達成され得る。１０％以下のレンジ対ミッドレンジ比を有する多層スタックは、最小損失を有する狭帯域全方向性フィルタとして動作することができる。
【００４０】
以上、本発明について詳述したが、当業者であれば、本開示により、ここで述べられた本発明の考えを逸脱しない範囲で、種々の変形を本発明に適用できることを理解するであろう。従って、本発明の範囲が、説明及び既述された特定の実施形態に限定される意図はない。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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