(57)【要約】  提案されているものは、ＬＥＤ又はレーザダイオード等の光源１１０と、蛍光体等の波長変換媒体１２０と、金属等の高分極性材料からなる周期アンテナアレイ３００とを有する照明装置１００である。光源は一次波長光を放出し、該一次波長光は上記波長変換媒体により少なくとも部分的に二次波長光に変換される。周期アンテナアレイは、波長変換媒体の極近傍に配置され、アレイの個々のアンテナにおける局在表面プラズモンポラリトンの回折結合から生じる表面格子共鳴への、入射一次波長光又は放出二次波長光の結合により上記波長変換媒体における吸収及び／又は放出作用の効率を向上させるように機能する。このことは、投影システムに使用するのに適した低エタンデュの照明装置を形成するために、又は二次波長光の指向性、偏光及び／又は色を制御するために特に有利である。
2014508379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
用途固有の照明分布を供給する照明装置であって、
一次波長において光を放出する光源と、
前記光源に対して光を受ける関係で配置されると共に、前記一次波長の光の少なくとも一部を二次波長光に変換する波長変換媒体と、
前記波長変換媒体の極近傍に配設された周期アンテナアレイであって、該周期アンテナアレイが前記用途固有の照明分布を可能にするために個々のアンテナにおける局在表面プラズモン共鳴の回折結合から生じる表面格子共鳴を支援するように配置された該周期アンテナアレイと、
を有する照明装置。
【請求項２】
前記周期アンテナアレイが前記一次波長光及び前記二次波長光の少なくとも一方において表面格子共鳴を支援する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記周期アンテナアレイの周期性が前記一次波長光又は二次波長光の程度である、請求項１に記載の照明装置。
【請求項４】
前記周期アンテナアレイの周期性が、前記二次波長光が当該照明装置の光軸に対して所定の角度αにおいて所定の立体角Ω内で放出されるように定められる、請求項１に記載の照明装置。
【請求項５】
前記周期アンテナアレイが基板と前記波長変換媒体との間に埋め込まれ、前記基板及び前記波長変換媒体が実質的に同一の屈折率を有する、請求項１に記載の照明装置。
【請求項６】
前記基板が前記周期アンテナアレイの周期性を調整するために伸縮可能に制御可能である、請求項１に記載の照明装置。
【請求項７】
前記周期アンテナアレイが第１アンテナの第１副アレイ及び第２アンテナの第２副アレイを有し、前記第１及び第２副アレイが織り交ぜられている、請求項１ないし６の何れか一項に記載の照明装置。
【請求項８】
前記第１アンテナ及び前記第２アンテナが、円形、楕円形、多角形及び実質的に多角形の形状からなる群から選択された形状を有する、請求項７に記載の照明装置。
【請求項９】
前記第１副アレイ及び前記第２副アレイが、正方形アレイ、長方形アレイ、三角形アレイ、六角形アレイ及び準結晶アレイからなる群から選択される請求項７に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記波長変換媒体が第１放射波長範囲を持つ第１蛍光体及び第２放射波長範囲を持つ第２蛍光体を有し、
前記第１副アレイは、個々の第１アンテナにおける局在表面プラズモン共鳴の回折結合から生じる表面格子共鳴を前記第１放射波長範囲内の二次波長光において支援するように配置され、
前記第２副アレイは、個々の第２アンテナにおける局在表面プラズモン共鳴の回折結合から生じる表面格子共鳴を前記第２放射波長範囲内の二次波長光において支援するように配置される、
請求項７に記載の照明装置。
【請求項１１】
前記周期アンテナアレイが、該アンテナアレイが前記波長変換媒体の放射スペクトル内の周波数ギャップを支援するように配置される、請求項１に記載の照明装置。
【請求項１２】
前記周期アンテナアレイが、該アンテナアレイが電磁的に誘起される透明度を前記二次波長光において支援するように配置される、請求項１又は請求項１１に記載の照明装置。
【請求項１３】
前記周期アンテナアレイが、該アンテナアレイが前記二次波長光の近傍で表面格子共鳴を支援し、レイリー特異点が前記二次波長光に対応する周波数において表面格子共鳴を妨げる、請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１４】
当該装置が、前記波長変換媒体及び前記アンテナアレイを埋め込んだ共振器を更に有する、請求項１１又は請求項１２に記載の照明装置。
【請求項１５】
前記光源が発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオード（ＬＤ）を有する、請求項１ないし１４の何れか一項に記載の照明装置。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明装置に関する。特に、本発明は波長変換媒体を適用した照明装置に関する。このような装置は、例えば、照明システム、投影システム及びレーザシステムに使用される。
【背景技術】
【０００２】
上述した種類の照明装置は、米国特許第７７０９８１１号から既知である。該文献は、青色ＬＥＤ光源（例えば、ＧａＮ又はＩｎＧａＮ）、内部光学素子、波長変換材料及び外部光学素子（例えば、プラスチック又はガラスレンズ）を有する照明装置を開示している。該波長変換材料（例えば、有機色素又は無機蛍光体）は、該内部光学エレメントの該ＬＥＤから遠い側に面する表面に塗布されている。該内部光学エレメントは、長方形又は四角錐形状のプリズムであり、該ＬＥＤにより放出された一次光を該波長変換材料に向けるように作用する。更に、該内部光学エレメントは、該波長変換物質により後方に（即ち、該ＬＥＤに向かって）放出される二次光を前方に（即ち、該ＬＥＤから離れる方向に）リダイレクトするよう作用する。該外部光学エレメントは一次光及び二次光の混合光からなる用途固有の照明分布を定めるように作用する。
【０００３】
米国特許第７７０９８１１号により開示されたような装置は、熱管理の問題、効率性の問題及び発光指向性の問題等の、装置の有用性を制限する幾つかの難問を呈している。
【０００４】
例えば、多くの照明アプリケーションは、数ワット程度の電力レベルを規定したＬＥＤ型システムを規定する。このような電力レベルの光を相対的に小さな体積の蛍光体材料に集中させると、波長変換過程に固有のストークス損失の結果、高い局部的熱消散が生じる。殆どの蛍光体物質に一般的な０.１〜１０ＷＫ−１ｍ−１なる典型的な伝導度により、熱輸送が、励起一次波長光の十分な吸収を実現するために要する蛍光体層の典型的な塗布厚（〜１００μｍ）において制限要因となる。この結果、容易に２００〜３００℃を越え得るような蛍光体の温度レベルとなる。このような温度レベルでは、蛍光体の変換効率は著しく低下し、可能性として更なる電力損失及び制御不能な更なる加熱が生じる結果となる。
【０００５】
更に、このような照明装置の全体的効率は、波長変換物質における励起及び放出（放射）作用の効率に依存する。励起効率は、該ＬＥＤによって放出される一次波長光における蛍光体の吸収強度に依存する。放射効率は、吸収されたエネルギー（即ち、一次波長光）が放出エネルギー（即ち、二次波長光）に変換される程度及び該放出エネルギーが該装置から前方に導出される程度の両方により影響を受ける。吸収効率に関しては、多くの波長変換物質が、相対的に低い吸収係数（典型的には、４００〜４８０nmの範囲内での励起の場合、１０〜１００ｃｍ−１）を示す。このことは、励起放射の十分な（又は、さらには完全な）吸収のためには、波長変換物質の１００〜１０００μｍ厚の層が必要とされることを意味する。このような、相対的に大きな厚さは、特にレーザ光源との組み合わせで使用された場合に、発光面積の寸法の拡大につながり、従って、このような装置の例えばプロジェクタ（beamer）等の投影用途又は自動車ヘッドライトにおける低エタンデュ（etendue）光源としての使用が限られることになる。
【０００６】
更に、該波長変換物質の平面発光面は、ランバート放射プロファイルを生じさせる。ビーム整形光学素子は用途固有の照明分布を実現するのに有効であることが知られているが、これらの光学素子は、通常は嵩張り、ＬＥＤ及び／又は波長変換材料との精密な位置合わせを必要とし、典型的には異なるビーム整形及び異なる光の色のビーム指向を許容しないような弱分散性材料（例えば、ガラス、プラスチック）に基づくものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、上述した問題の少なくとも１つが軽減される種類の照明装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
該目的は、用途固有の照明分布を提供するように設計された照明装置であって、
（ｉ）一次波長において光を放出するように構成された光源と、
（ii）該光源に対して光を受光するように配置されると共に、該一次波長光の少なくとも一部を二次波長光に変換するように設計された波長変換媒体と、
（iii）該波長変換媒体の極近傍に配置された周期アンテナアレイであって、該アンテナアレイが用途固有の照明分布を可能にするために個々のアンテナにおける局在表面プラズモン共鳴（localized surface plasmon resonances）の回折結合から生じる表面格子共鳴（surface lattice resonance）を支援するように構成された周期アンテナアレイと、を有する照明装置により達成される。有利にも、本発明は、波長変換過程（励起及び／又は放射）の効率が向上するので、より薄い波長変換媒体の使用を可能にするような照明装置を提供する。更に、該装置は、該周期アンテナアレイの適切な設計により、放出される光の色、指向性（方向性）及び偏光を制御することを可能にすると共に、放出される光の強度を増加させることを可能にする。
【０００９】
「極近傍」なる用語は、ここでは、略一次及び／又は二次光の波長より小さな、周期アンテナアレイと波長変換媒体との間の距離を示すために使用される。典型的な照明装置の場合、この距離は７００ｎｍより小さく、好ましくは３００ｎｍより小さく、更により好ましくは、１００ｎｍより小さくなければならない。従って、極近傍とは、アンテナアレイが波長変換媒体上に被着される場合も含む。また、極近傍とはアンテナアレイが波長変換媒体に包含される場合も含む。
【００１０】
請求項２に記載の本発明の実施態様は、アレイの個々のアンテナにおける局在表面プラズモンポラリトンの回折結合から生じる表面格子共鳴に対する入射一次波長光又は放出二次波長光の結合を介して波長変換過程を改善するという利点を提供する。
【００１１】
本発明の一実施態様によれば、該アンテナアレイの周期性は、該一次又は二次波長光の程度のものである。有利にも、このことは、光が表面格子共鳴を励起するのを可能にする。
【００１２】
請求項４に記載の照明装置の実施態様は、有利にも、該装置の照明分布の変更を制御することを可能にする。放出される光分布のランバートからより制限された立体角への該変更は、特に、プロジェクタ（beamer）における投影及び自動車用前方照明等の低エタンデュ照明用途にとり興味深いものである。
【００１３】
請求項５に記載の本発明の実施態様は、有利にも、該一次及び／又は二次波長光の該アレイの表面格子共鳴及びアンテナに対するより良好な結合を可能にする。
【００１４】
請求項６に記載の実施態様において、伸縮可能に制御可能な基板は、該照明装置の射効率、放射の指向性及び放射波長の能動的制御を可能にする。
【００１５】
請求項７ないし１０に記載の実施態様において、２つの副アレイは、該アンテナアレイを、例えば一方の副アレイが波長変換媒体の励起を向上させる一方、他方の副アレイが二次波長光の放出を向上させると共に該二次波長光の方向を定める等の、幾つかの光学的事象に適応するように適切に設計することを可能にする。
【００１６】
請求項１１ないし１４に記載の実施態様は、有利にも、分布帰還（distributed feedback）レーザ等の分布帰還発光装置を設計することを可能にする。
【００１７】
本発明の上記及び他の態様は、後述する実施態様から明らかとなり、斯かる実施態様を参照して解説されるであろう。しかしながら、これらの実施態様は本発明の保護の範囲を限定するものと見なされるべきでないと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の一実施態様による照明装置を概略図示する。
【図２Ａ】図２Ａは、周期アンテナアレイを概略図示する。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２ａのアンテナアレイを経る透過度を、周波数及び該アレイの面に平行な波動ベクトルの関数として示す。
【図３】図３は、アンテナアレイパラメータの調整の、照明装置の放出特性に対する影響を概略図示する。
【図４】図４は、アンテナアレイの一実施態様を概略図示する。
【図５】図５は、本発明の一実施態様による照明装置を概略図示する。
【図６Ａ】図６Ａは、図５の実施態様のアンテナアレイを経る光の減衰を、光の周波数及び該アレイの面に平行な波動ベクトルの関数として示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図５の他の実施態様のアンテナアレイを経る光の減衰を、１.２度までの角度で入射する光に対して、光の周波数及びアンテナ長の関数として示す。
【図７Ａ】図７Ａは、本発明の一実施態様による導波構造体を示す照明装置の一部を概略図示する。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図７Ａの導波構造体を経る光の減衰を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の更なる詳細、フィーチャ及び利点は、図面に関連された例示的及び好ましい実施態様の下記の記載において開示される。
【００２０】
図１は、本発明による照明装置１００を示す。照明装置１００は、例えば（無機又は有機）発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振空洞発光ダイオード、垂直共振器レーザダイオード又は端面発光レーザダイオード等のレーザダイオード（ＬＤ）等の半導体光源である光源１１０を有している。斯様な可視スペクトル内で動作することが可能な半導体光源の製造に現在関心のある材料系は、III-Ｖ族半導体を含む。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（III族窒化物材料とも称する）は関心がある。典型的には、III族窒化物半導体光源は、サファイア、炭化ケイ素、III族窒化物又は他の好適な基板上に、金属−有機化合物蒸着、分子ビームエピタキシ又は他のエピタキシャル技術により、異なる組成及びドープ濃度の半導体層の積層体をエピタキシャル成長させることにより製造される。該積層体は、しばしば、（ｉ）基板上に形成された例えばＳｉによりドーピングされた１以上のｎ型層、（ii）ｎ型層（又は複数の層）上に形成された発光又は活性領域、及び（iii）活性領域上に形成された例えばＭｇでドーピングされた１以上のｐ型層を含む。しばしば、III族窒化物半導体光源は、該装置の同一の側に両接点部を備えて、サファイア等の絶縁基板上に製造される。このような光源は、光が上記接点部を介して（エピタキシ・アップ装置として知られている）又は該光源の該接点部とは反対側の表面を介して（フリップチップ装置として知られている）導出されるように取り付けられる。光源１１０は、一次波長光１１１を放出するように構成されている。上述した半導体光源に適用される合金に依存して、一次波長光は近ＵＶ（〜３６５ｎｍ）から近ＩＲ（〜１０００ｎｍ）までの範囲となる。
【００２１】
更に、照明装置１００は波長変換媒体１２０を有している。該波長変換媒体は、例えば、蛍光体、量子ドット、有機蛍光色素分子等を有することができる。光源１１０により放出された一次波長光１１１は、波長変換媒体１２０により少なくとも部分的に二次波長光１２２に変換される。現状技術において知られている多くの実用的な波長変換媒体の場合、これらの媒体の励起スペクトルに適合する、半導体装置により放出される一次波長光は、〜４００ｎｍから〜４９０ｎｍまでの範囲となる。
【００２２】
一実施態様によれば、蛍光体を有する波長変換媒体１２０が、ここでは「発光セラミック」と称されるセラミック厚板（slab）に形成される。このようなセラミック厚板は、通常、光源１１０とは別に形成される自己支持型の層である。次いで、これらセラミック厚板は、完成した（半導体）光源に取り付けられるか、又は該光源に対して受光する位置関係で配置される。セラミック層は、半透明又は透明とすることができる。後者の場合、非透明波長変換媒体に関連する散乱損失を大幅に低減することができる。更に、発光セラミック層は固体であるので、アンテナアレイ３００等の追加の光学エレメントと光学的に接触させることがより容易であり得る。発光セラミック層に形成することが可能な蛍光体の例は、例えば黄色-緑色範囲で発光するＬｕ３Ａ１５Ｏ１２：Ｃｅ３＋及びＹ３Ａｌ５０１２：Ｃｅ３＋等の、一般式（Ｌｕ１−ｘ−ｙ−ａ−ｂＹｘＧｄｙ）３（Ａｌ１−ｚＧａｚ）５Ｏ１２：ＣｅａＰｒｂを持つアルミニウム・ガーネット蛍光体（ここで、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，０＜ｚ≦０．１，０＜ａ≦０．２及び０＜ｂ≦０．１である）、並びに赤色範囲で発光するＳｒ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋等の一般式（Ｓｒ１−ｘ−ｙＢａｘＣａｙ）２−ｚＳｉ５−ａＡｌａＮ８−ａＯａ：Ｅｕｚ２＋（ここで、０≦ａ＜５，０＜ｘ≦１，０≦ｙ≦１及び０＜ｚ≦１である）のものを含む。好適なＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋セラミック厚板は、ノースキャロライナ州、シャルロッテのBaikowski International Corporationから購入することができる。他の緑色、黄色及び赤色発光蛍光体も好適であり得、例えばＳｒＳｉ２Ｎ２Ｏ２：Ｅｕ２＋を含む（Ｓｒ１−ａ−ｂＣａｂＢａｃ）ＳｉｘＮｙＯｚ：Ｅｕａ２＋（ａ＝０．００２−０．２，ｂ＝０．０−０．２５，ｃ＝０．０−０．２５，ｘ＝１．５−２．５，ｙ＝１．５−２．５，ｚ＝１．５−２．５）、例えばＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋を含む（Ｓｒ１−ｕ−ｖ−ｘＭｇｕＣａｙＢａｘ）（Ｇａ２−ｙ−ｚＡｌｙＩｎｚＳ４）：Ｅｕ２＋、並びに例えばＣａＳ：Ｅｕ２＋及びＳｒＳ：Ｅｕ２＋を含むＳｒ１−ｘＢａｘＳｉＯ４：Ｅｕ２＋及び（Ｃａ１−ｘＳｒｘ）Ｓ：Ｅｕ２＋を含む。
【００２３】
一実施態様によれば、波長変換媒体１２０は量子ドットを有することができる。これらの量子ドットは、ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ，ＺｎＳ又はＺｎＳｅを有することができ、オプションとしてＺｎＳ，ＺｎＳｅ，ＣｄＳ，ＣｄＳｅ，ＣｄＴｅ又はＭｇＳｅを有する材料により被覆することができる。量子ドットは、更に、母材（host matrix）のポリマー成分に関係するモノマーといった斯かる量子ドットが埋め込まれる母材に対して親和性（affinity）を有する材料によりコーティングすることもできる。有利にも、このようなコーティングは、量子ドットが母材中に綿状沈殿（flocculation）なしに分散されるのを可能にする。母材は、ポリスチレン、ポリイミド若しくはエポキシ等のポリマー、シリカガラス又はシリカゲルとすることができる。
【００２４】
一実施態様によれば、波長変換媒体１２０は母材中に溶解された有機蛍光分子を有することができる。例えば、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリカーボネイト（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の母材中のＢＡＳＦルモゲン染料である。
【００２５】
照明装置１００は、更に、波長変換媒体１２０の極近傍に配置された周期アンテナアレイ３００を有する。即ち、周期アンテナアレイと波長変換媒体との間の距離は、一次及び／又は二次波長光の大凡の波長よりも短い。該アレイは、図１に示されるように、波長変換媒体１２０における光源１１０に向かって面する側に配置することができる。他の例として、周期アンテナアレイ３００は、波長変換媒体における光源から離れる方向に向いた面上に配置することもできる。周期アンテナアレイ３００は、例えば金属等の非常に分極しやすい（highly polarisable）材料を有するアンテナ３０１（図２Ａ参照）により形成される。一例として、アンテナは、金、銀、銅、プラチナ及びパラジウム等の貴金属を有することができる。他の例として、アンテナはニッケル又はアルミニウム等の金属を有することもできる。上述した金属の合金も可能である。他の例として、アンテナ３０１は２つの金属層、即ちクロム等の接着目的の薄い下側の層、及び上述した金属又は合金を有する厚い上側の層からなることもできる。
【００２６】
このように、一実施態様において、周期アンテナアレイは、石英、サファイア又はドーピングされていないセラミック厚板等の（透明）基板上に、例えば基板共形インプリントリソグラフィ（substrate conformal imprint lithography）技術等を用いて堆積することができる。この技術は、薄いガラス基板上の２つのゴム層からなるスタンプを使用する。パターンは固いシリコーンゴムにモールド形成され、該薄いガラス板は面外方向に可撓的である。この可撓性は共形的な接触（conformal contact）がなされることを可能にし、これにより、可能性のある欠陥又は表面汚染の存在にも拘わらず、非常に大きな表面積上にナノ規模の凹凸を正確に再現することを可能にする。２５０ｘ４０ｎｍ２の典型的な寸法及び２００〜６００ｎｍの範囲の周期性を備えたアンテナを有する１２インチウェファ程度の大きさのアレイを、この技術により容易に作製することができる。量子ドットを有する（適切な母材を備えた又は備えない）波長変換媒体１２０は、アンテナアレイ３００上に例えばスピンコーティングすることができる。他の例として、適切な母材中の有機蛍光分子を、アンテナアレイ上にスピンコーティングすることもできる。アンテナは、光学的に均一な媒体中に埋め込まれることが有利であるので、好ましくは、母材／波長変換媒体は、基板１４０と同一の又は実質的に同様の実効屈折率を有する。このような均一な光学的周囲環境は、一次及び／又は二次波長光の、該アレイの表面格子共鳴及びアンテナとのより良好な結合を可能にする。何故なら、波長変換媒体１２０内の散乱光は、この場合、基板１４０内のものと同相で伝搬し得るからである。この文脈における、表面格子共鳴の波長における実質的に同様の実効屈折率とは、Δｎが０.５より小さい、好ましくは０.３より小さい、より好ましくは０.０５より小さいことを意味する。一般的に、より小さいアンテナ３０１は、より対称な環境を必要とする。他の例として、周期アンテナアレイ３００が、ドーピングされていないセラミック厚板上に堆積される場合、この厚板は、波長変換媒体１２０を形成するドーピングされたセラミック厚板に接着することができる。同じ母体結晶を有するドーピングされたセラミック厚板とドーピングされていないセラミック厚板との間に挟まれて周期アンテナアレイ３００を配置することは、これら厚板が同一の屈折率を有する故に、特に有利である。２つの厚板及びアンテナアレイの間の空間は、アレイの環境の光学的均一性を更に向上させるために、２つの厚板の屈折率に合致する屈折率を持つ材料（流体、ポリマ又はゾルゲル等）により充填することができる。
【００２７】
更に他の例として、アンテナアレイ３００は、２つの波長変換媒体１２０の間に挟むこともできる。例えば、アンテナアレイ３００は第１波長変換媒体１２０上に配置することができる一方、第２波長変換媒体は該アンテナアレイを覆うようにする。一実施態様において、第１及び第２波長変換媒体は２つのドーピングされたセラミック厚板により形成される。他の実施態様において、第１波長変換媒体は当該アンテナアレイが堆積されたドーピングされたセラミック厚板により形成され、第２波長変換媒体は該アレイ上にスピンコーティングされた量子ドットを有する。これらの実施態様において、波長変換媒体１２０はアンテナアレイ３００を包含する。オプションとして、波長変換媒体１２０は、異なる放射スペクトル又は色を持つ２つの（又は３つ又は４つ等の、もっと多くの）材料を有することができる。このような複数の材料は、実質的に均一な波長変換媒体を形成することができる。他の例として、該材料は、上述した挟まれる実施態様におけるように、物理的に別個のものとすることができる。
【００２８】
周期アンテナアレイ３００は、個々のアンテナ３０１における局在表面プラズモン共鳴の回折結合から生じる表面格子共鳴を支援するように構成される。局在表面プラズモン共鳴は、アンテナ３０１における伝導電子の、一次波長光１１１及び／又は二次波長光１２２等の電磁場との結合により励起される非伝搬性表面モードである。電磁場は、伝導電子をアンテナ３０１内で振動するように駆動し、結果として、アンテナから形状因子（フォームファクタ）に依存して双極又は多極場が生じる。更に、アンテナの表面における駆動された電子の電荷蓄積の結果、アンテナ内に脱分極場が生じる。局在表面プラズモン共鳴は、電子の応答が駆動電磁場に対してπ／２の位相遅れを示す場合に生じる。共振のスペクトル位置（即ち、該共振が起きる周波数又は波長）及び特徴は、アンテナ３０１の材料組成、寸法、幾何学構造及び周囲環境により決定される。更に、これらは電磁場の偏極により及びアンテナ間結合により決定される。これらのパラメータを適切に制御することにより、一次波長光１１１は、局在表面プラズモン共鳴と共鳴関係となり得、波長変換媒体１２０の励起の向上を可能にする。有利にも、本発明は、波長変換作用の効率が向上されるので、より薄い波長変換媒体１２０の使用を可能にするような照明装置１００を提供する。更に、二次光源として機能するより薄い波長変換媒体１２０は、特にレーザ（ダイオード）を光源１１０として使用する場合に、照明装置１００の低エタンデュ発光装置としての好適さを改善する。更に、局在表面プラズモン共鳴は、アンテナアレイ３００の面に対する一次波長光１１１の如何なる入射角に対しても励起され得、有利にもコリメートされていないＬＥＤの使用も可能にする。
【００２９】
励起効率は、個々の局在表面プラズモン共鳴の回折結合から生じる表面格子共鳴に対する入射一次波長光１１１の結合により更に向上され得る。有利には、一次波長光１１１は、表面格子共鳴に対する結合を最適化するように平行化され（collimated）得る。従って、照明装置１００は、レンズ又は複合放物コリメータ（compound parabolic collimator）等のオプショナルなコリメート光学系１６０を有することができる（図１参照）。更に、照明装置は、アンテナ３０１の向きに対する一次波長光１１１の偏光を制御するためにオプションとしての偏光子（polariser）を有することができる（例えば、コリメート光学系１６０と一体化される）。周期アンテナアレイ３００の表面格子共鳴に対する一次波長光１１１の結合により励起効率を向上させることに加えて、又は励起効率を向上させる代わりに、二次波長光１２２が斯かる格子共鳴に結合することができる。この結合によって、二次波長光１２２は照明装置１００から該装置の光軸２００に対して所定の角度αにおいて所定の立体角Ω内で放出され得る。対照的に、周期アンテナアレイ３００が無い場合、該二次波長光は、波長変換媒体１２０から実質的にランバート分布で放出される。この放出される光分布のランバート分布から一層制限された立体角への変更は、プロジェクタにおける投影及び自動車用前方照明等の低エタンデュ照明用途に対して特に興味深い。このように、本発明の一実施態様による周期アンテナアレイ３００の適用は、斯様な用途における照明装置１００の有効な放射を、励起された波長変換媒体１２０のアンテナアレイ３００をかすめる格子モードへの崩壊（decay）を増加させ、且つ、これらモードを当該アレイにおける散乱を介して自由空間放射に結合することにより、効果的に向上させる。この向上は、アンテナアレイの適用が無い場合に得られるランバート放射プロファイルと比較して、特定の波長-角度範囲内で１０倍、２０倍又は５０倍以上にも達し得る。
【００３０】
上述した２つの効果、即ち、ポンプの向上及び放射の変更は、アンテナ３０１の幾何学構造及び寸法、並びにアレイ３００における斯かるアンテナの空間的配置に依存して、組み合わせるか又は独立に適用することができる。このように、結合の強さは波長及び偏光に依存し、二次波長光１２２の放射の方向性は前記表面格子共鳴の角分散に極めて類似するので、色（色調、彩度、カラーポイント、色温度等）、方向及び偏光を含む用途固有の照明分布を、周期アンテナアレイ３００を適切に設計することにより実現することができる。
【００３１】
表面格子共鳴は、アンテナ３０１が散乱された（一次及び／又は二次）光の波長と同じ広がりの格子定数でアレイに３００として周期的に配置された場合に、効果的に励起され得る。共鳴は、アレイ３００によりコヒーレントに散乱された遅延場（retarded field）による、単一のアンテナ３０１の局在表面プラズモン共鳴に関連する減衰（damping）の部分的相殺から生じる。表面格子共鳴は、回折次数が特性的に放射から消失に変化するエネルギーの近くで（通常は、僅かに赤方向にずれる）、即ち、レイリー特異点（Rayleigh anomaly）の近くで発生する。レイリー異常が生じる波長は、主に、格子定数及びアンテナアレイ３００を囲む媒体の屈折率により決定される。
【数１】
2014508379.tif 000003
により与えられるアレイ３００の面に平行な波動ベクトル成分の場合、これは、
【数２】
2014508379.tif 000004
なる方程式に対する解である。
【００３２】
ここで、（ｍ１，ｍ２）は回折次数を定める整数であり、ｋｏｕｔ及びｋｉｎは、各々、散乱された及び入射する波動ベクトルである。アンテナアレイ３００の面の法線に対する光の入射角はθｉｎにより示され（φｉｎ＝０と仮定する、図２Ａ参照）、ａｘ及びａｙは各方向における当該アレイの周期性を定める。
【００３３】
図２Ａに示されるように、アンテナ３０１は、長さＬ、幅Ｗ及び高さＨの長方形の形状因子を有することができ、周期性ａｘ及びａｙで長方形アレイに配置される。Ｌは５０ｎｍから４００ｎｍまでの範囲とすることができ、Ｗは２０ｎｍから２００ｎｍまでの範囲とすることができ、Ｈは１０ｎｍから７０ｎｍまでの範囲とすることができる。アレイ３００の周期性ａｘは典型的には１５０ｎｍから６００ｎｍまでの又は〜１．５ｘＬから〜２ｘＬの範囲である一方、周期性ａｙは典型的には１００ｎｍから３００ｎｍまでの又は〜１．５ｘＷから〜３ｘＷの範囲である。一例として、石英基板上に堆積され、ＣｄＳｅ／ＣｄＳコアセル量子ドットの２００ｎｍ厚のコーティングにより覆われた、定数ａｘ＝３５０ｎｍ及びａｙ＝２００ｎｍで長方形格子に配置されたＬｘＷｘＨ＝２５０ｘ７０ｘ２０ｎｍ３の寸法の銀を有するアンテナ３０１のアレイ３００は、アンテナの短軸に平行な偏光を持つ光に対して４８４ｎｍ［ω／ｃ＝２π／λ］で局在表面プラズモン共鳴を生じ、５８７ｎｍの近傍で表面格子共鳴を生じる（図２Ｂ参照）。該図は、アレイ／量子ドット構造体を経る光の透過率を示す（右側の相対目盛り）。見られるように、約４８４ｎｍにおける局在表面プラズモン共鳴はｋ／／の全ての値に対して（ここでも、φｉｎ＝０）略一定のままであり、これらの伝搬しない又は局在的挙動を示している。これは、この共鳴が本質的に如何なる入射角の光によっても励起され得、非コリメート光源１１０からの一次波長光１１１の吸収の向上を可能にすることも示している。局在表面プラズモン共鳴の回折結合の結果、ｋ／／における、即ち、垂直入射における５８７ｎｍ周辺で透過される光の光学的に大幅に狭い低下となる。この場合、回折結合は偏光に対して垂直な方向に沿って、即ち、ｘ方向に沿って生じる。レイリー特異点の位置は、黒い曲線により示されている。
【００３４】
アンテナ３０１は、必ずしも長方形である必要はない。アンテナは、円形、楕円形、三角形、正方形、長方形、五角及び六角形等の多角形の形状からなる群から選択することができる。また、アレイ３００の周期性も、正方形アレイ、長方形アレイ、三角形アレイ、六角形アレイ及び準結晶アレイからなる群から選択することができる。準結晶（quasi-crystals）は、５回（5-fold）又は１０回対称性等の禁止された結晶対称性を持つ一群のアレイを構成する。個々のアンテナ３０１の形状及びアレイ３００の周期性の両方が、照明装置１００により放出される光の対称性及び方向に影響する。例えば、より円形の形状及び一層正方形の周期性の結果、より対称的な特性を持った照明分布が得られる。他の例として、三角形又は実質的に三角形（西洋なし状）の形状等の非対称な形状を持つアンテナの結果、非対称な照明分布が生じる。後者は、自動車用前方照明におけるロービーム又は追い越しビーム等の、斯様な非対称光分布を必要とする照明用途において有益であり得る。
【００３５】
一例として、２以上のアンテナアレイ３００を適用することにより、ドーナツ型又はリング型の照明分布が可能となる。例えば、長方形格子を備える２以上のアレイを、或るアレイにおけるアンテナ３０１の長軸が他のアレイに対して回転されたように配向することができる。例えば、鏡面対称の２つの同一のアレイが互いに対して９０度回転された場合を考察されたい。これらアレイが表面格子共鳴を一方向に沿ってのみ維持し、蛍光体の放射を大きな角度においてのみ重ね合わせる場合、斯かる放射は、アンテナ３０１により大きな角度においてのみ強められる。従って、一方のアレイは当該放射を±ｘ方向に向かって強め、他方のアレイは当該放射を±ｙ方向に向かって強めるが、両方の場合とも大きな角度においてのみである。上述したような互いに対して回転されたアレイを更に追加することにより、ドーナツ状のビームを形成することができる。これらのアレイは１つの面内に配置することができ、従って、これらアレイは、実質的に超アレイを形成する、織り交ぜられた（interwoven）副アレイと見なすことができる。或いは、アレイは積層構造で配置することができ、その場合、第１アンテナアレイは波長変換媒体１２０の光源１１０に向く面の極近傍に位置し得る一方、第２アンテナアレイは該光源から遠い側の面の極近傍に位置し得る。一実施態様において、このような積層構造体は、アレイ１−媒体１−アレイ２−媒体２−アレイ３の構造の３つのアンテナアレイ及び２つの波長変換媒体のように、交互の複数のアンテナアレイ及び波長変換媒体を有することができる。このような積層構造体は、一層多くのアレイ及び媒体により拡張することができ、その場合、これらアレイの各々は異なるアンテナ材料を有することができ、副アレイを有することができ、又は異なる周期性を有することができる一方、波長変換媒体は、全てが単一の材料を有することができ、各々が異なる材料を有することができ、又は波長変換材料の混合物を有することができる。
【００３６】
図３は、アレイ３００が二次波長光１２２において表面格子共鳴を支援するように設計されていると仮定して、アンテナアレイ３００の設計の照明装置１００の放射特性に対する影響を定性的に説明している。図示されているのは、縦軸上の光スペクトル対アレイの面に平行な適切な波動ベクトルである。曲線４００は、波長変換媒体１２０の放射スペクトルのスペクトル強度を示す。曲線４１０及び４２０は、第１アレイ及び第２アレイの表面格子共鳴の分散関係を各々示す。一般的に、一層小さな形状因子のアンテナ及びアレイの一層小さな周期性は、各々、対応する局在表面プラズモン共鳴及び表面格子共鳴をスペクトルの青い部分にずらす。また、同一の幾何学特性及び周期性の場合、銀のアンテナの共鳴は金のアンテナに対して青にシフトされる。このように、例えば図示の構成では、第１アレイ（曲線４１０）は第２アレイ（曲線４２０）よりも密である。光学的増強は、曲線４１０及び４２０が蛍光体の放射スペクトル４００と重なる（太い線分）場合に生じる。曲線４２０及び４００のより小さな重なりにより、第２アレイを適用した場合、照明装置１００の放射は一層飽和した色を有し得る。また、有利にも、該光は、第１アレイを適用した場合のより小さな角度α１と比較して、アレイ３００の面の垂線に対して一層大きな角度α２で放出されるであろう。アレイが照明装置の光軸２００に対して垂直に配置されると仮定すると、これらの角度は放射角α（図１参照）に対応する。しかしながら、アレイは、必ずしも光軸に対して垂直に配置されねばならないものではない。
【００３７】
一実施態様において、周期アンテナアレイ３００は、波長変換媒体１２０の光源１１０に向かって面する側に配置される。このような構成は、例えば、波長変換媒体がアレイとの相互作用長を越えて延びる厚さを有する、即ち、一次及び／二次波長光の大凡の波長よりも大きな厚さを有する場合に特に有益である。この場合、波長変換媒体１２０は、第１部分と第２部分を有すると考えることができる。アンテナアレイ３００の極近傍の該第１部分は、上述したような該アレイとの相互作用により決定される放射特性（放射増強、変更された放射分布等）を示す。該第２部分は「古典的な」放射特性を示し、この場合、二次波長光は４πにわたって、即ち、前方及び後方（即ち、光源１１０に向かって）の両方向に放出される。この場合、後方に放出される光は、表面格子共鳴によりアレイ３００と作用し合うことができる。この後方に向けられた光の一部はアンテナアレイにより反射され、これにより、後方への二次波長光１２２の損失を低減することにより該装置の放射効率を向上させる。
【００３８】
一実施態様において、周期アンテナアレイ３００は２つの織り交ぜられた副アレイを有する（図４）。第１副アレイ３１０は第１アンテナ３１１を有し、第２副アレイ３２０は第２アンテナ３２２を有する。各副アレイは自身の周期性及び形状因子を有することができ、各副アレイにおけるアンテナの材料組成は、所望の光学効果に調整するために適切に選択することができる。例えば、第１アンテナは、金を有すると共に長方形の形状を有する一方、第２アンテナは、銀を有すると共に実質的に三角形の形状を有することができる。図４に示されるようなアレイの面内のアンテナの三角形の形状の代わりに、該三角形の形状は、例えば四角錐、うね（ridge）又は四面体の形状のアンテナにより形成されるように、面外とすることもできる。有利には、第２副アレイ３２０を、一次波長光１１１が波長変換媒体１２０の励起を向上させるべく局在表面プラズモン共鳴を励起するように設計することができる一方、第１副アレイ３１０は、二次波長光１２２において（即ち、波長変換媒体１２０の放射スペクトル内で）表面格子共鳴を支援するように設計することができる。他の例として、波長変換媒体１２０は、第１放射波長範囲及び第２放射波長範囲を各々有する２つの蛍光体又は２つのタイプの量子ドット等の、２つの材料を有することができる。かくして、周期アンテナアレイ３００は、第１副アレイ３１０が、第１放射波長範囲内の二次波長光１２２において個々の第１アンテナ３１１における局在表面プラズモン共鳴の回折結合から生じる表面格子共鳴を支援するように設計することができる。更に、第２副アレイ３２０は、第２放射波長範囲内の二次波長光１２２において個々の第２アンテナ３２２における局在表面プラズモン共鳴の回折結合から生じる表面格子共鳴を支援することができる。これは、照明装置１００の放射特性を方向及び色の両方において制御することを可能にする。用途固有の照明分布は、照明装置１００の光軸２００に対して第１立体角Ω１及び第１角度α１で放出される第１カラーポイント又は色温度を持つ光、及び第２立体角Ω２及び第２角度α２で放出される第２カラーポイント又は色温度を持つ光を含み得る。一例として、車両のロービーム又は下げられたビームは、有利には、道路の中央に向かって一層黄色を帯びたカラーポイントを持つ光及び道路の脇に向かって一層青みがかったカラーポイントを持つ光を有し得る。有利にも、このような光分布は近づいてくるドライバに対する不快さを低減する一方、同時に車両のドライバには一層良好な視界を可能にする。何故なら、人の目は、道路脇／歩道の信号又は人に関して、暗順応照明条件下では可視スペクトルの青色部においてより敏感であるからである。
【００３９】
一実施態様において、基板１４０は伸縮・BR>Iに制御可能であるように構成される。一例として、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）又はチタンリン酸カリウム（ＫＴＰ）等の圧電効果を示す光学的に透明な材料は、基板１４０を形成するように機能し得る。このような材料の制御可能な膨張及び収縮は、単一の（ｘ若しくはｙの）方向又は両方向の何れにおけるアンテナアレイ３００の周期性の調整も可能にする。表面格子共鳴が生じる光周波数は、とりわけ、アレイの周期性により決定されるので、このことは、照明装置１００の放射効率、放射の指向性及び放射波長の能動的制御を可能にする。他の例として、アンテナアレイ３００は、３０％を越えてまで機械的に伸張することが可能なポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）を有する基板等の、変形可能なポリマー基板１４０上に堆積することができる。機械的な伸張は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の使用により電気的に制御可能にすることができるか、又は熱的に若しくは湿度的に誘起することができる。他の実施態様において、アンテナアレイ３００は、相転移に従って変形するような液晶ポリマーを有する基板上に堆積することもできる。後者は電気的に制御可能である。
【００４０】
図５による本発明の一実施態様において、照明装置５００は、用途固有の照明分布を供給するように設計されており、一次波長の光５１１を放出するように構成された光源５１０と、光源に対して光を受光する関係で配置されると共に一次波長光の少なくとも一部を二次波長光５２２に変換するように設計された波長変換媒体５２０と、波長変換媒体の極近傍に配置されると共に波長変換媒体の放射スペクトル内の（例えば、該放射スペクトルのピーク波長における又は該放射スペクトルの側部（flank）の波長における）周波数ギャップを支援するように構成された周期アンテナアレイ５３０とを有する。他の実施態様において、アンテナアレイ５３０は、照明装置５００から放出される二次波長光５２２において放射スペクトル内の電磁的に誘起される透明度を支援する。更に他の実施態様において、アンテナアレイ５３０は、周波数ギャップ及び電磁的に誘起される透明度（transparency）の両方を支援する。
【００４１】
図６Ａは、ガラス基板上にａｘ＝６００ｎｍ及びａｙ＝３００ｎｍなる定数で格子状に配列された寸法４５０ｘ１２０ｘ３８ｎｍ３を持つ金のアンテナの３ｘ３ｍｍ２アレイ５３０の減衰（extinction）を示している（挿入されたＳＥＭ画像参照）。該減衰スペクトルは、減少される周波数ω/ｃ及びアレイの面上への入射波動ベクトルの投影の関数として表示されている。光の偏光は、アンテナの短軸を探るｙ方向に沿って設定された。該減衰は複数の共鳴を示している。先ず第１に、〜９ｍｒａｄ／ｎｍを中心とする広い分散の少ないピークは、局在表面プラズモン共鳴の励起に対応する。（±１，０）レイリー特異点は、上方傾斜及び下方傾斜の暗いラインにより示されている。上方及び下方傾斜の格子共鳴が、該レイリー特異点に対して僅かに赤にシフトされて見られる。表面格子共鳴の源は、上述したレイリー特異点に対する局在表面プラズモンの結合である。下側の（−１，０）格子共鳴はｋ／／０の近くで消滅し、アンテナアレイの分散図において周波数ギャップを生じることが分かる。有利にも、このような周波数ギャップは、分布帰還レーザ５００を形成することを可能にする。
【００４２】
図６Ｂは、アンテナの長さ（ｘ方向の）が減少し、全ての他のパラメータ（アンテナの幅、高さ、格子定数等）が一定に維持された際の、小さな入射角（〜１.２度）におけるアレイの減衰を示す。減衰スペクトルは、図６ａに示されたような表面格子共鳴が所与の入射角に対して生じる周波数に限定される。観察される減衰のピークは表面格子共鳴の励起に対応し、７．０７ｍｒａｄ／ｎｍ及び７．２ｍｒａｄ／ｎｍの近傍の減衰の低下は、各々、（１，０）及び（−１，０）レイリー特異点に対応する。図６Ａに示された減衰は長さ４５０ｎｍのアンテナに対応する。即ち、この長さの場合、このような小さな入射角においては（−１，０）表面格子共鳴は存在しない（即ち、単一の共鳴が存在する）。しかしながら、アンテナの長さが減少すると、図６Ｂに示されるように、減衰スペクトルは単一の共鳴ピークを有するものから２つの共鳴ピークへと変化する。特に興味深いものは、２つのピークの間に低下（電磁的に誘起された透明領域）が観察される２５０ｎｍアンテナ長の近傍の領域である。この構成において、この減衰の低下が生じる周波数は（−１，０）レイリー特異点の周波数に等しい。しかしながら、アンテナアレイは、電磁的誘起透明が（０，−１）、（−１，１）又は（２，１）レイリー特異点等の他のレイリー特異点で生じるように設計することができる。
【００４３】
このように、一実施態様では、アンテナアレイ５３０は、照明装置５００から放出される二次波長光５２２の近傍で表面格子共鳴を支援し、レイリー特異点が該二次波長光に対する周波数において表面格子共鳴を横切る（妨げる）ように構成される。このような構成は、当該アレイの周期性に対する当該アンテナの幾何学的形状因子（ＬｘＷｘＨ）を適切に設計することにより行うことができる。
【００４４】
上記は７ｍｒａｄ／ｎｍ（〜８８８ｎｍの波長に対応する）の近傍で誘起透明度を示すアレイと関連して説明したが、アレイパラメータの適切な調整は、可視スペクトルの何処にでもおける透明度を設計することを可能にする。例えば、ａｘ＝３５０ｎｍ及びａｙ＝２００ｎｍなる定数で長方形格子に配置された寸法２５０ｘ７０ｘ２０ｎｍ３を持つ銀のアンテナのアレイは、λ＝４８３ｎｍにおいてアンテナの短軸に対する局在プラズモン共鳴を生じ、結果としてλ＝５８７ｎｍの近傍の表面格子共鳴となる。更に、アンテナの幅を７０ｎｍから４０ｎｍに減少させることは、局在プラズモン共鳴を更に青へとシフトさせる一方、格子定数ａｘ＝３５０ｎｍを例えばａｘ＝２５０ｎｍに減少させることは、表面格子共鳴を約４５０ｎｍへと青にシフトさせる。
【００４５】
有利なことに、電磁的に誘起される透明度は、図５に図示されるような、分布帰還表面ポラリトン照明装置５００を製造することを可能にする。このような装置は、波長変換媒体５２０及びアンテナアレイ５３０を埋め込む又は跨ぐオプションとしての共振器（cavity）５６０を更に有することができる。該共振器５６０はミラー５６１及び５６２により形成される。ミラー５６１は、一次波長光５１１に対して透明である一方、二次波長光５２２に対しては反射的である。ミラー５６２は上記二次波長光に対して少なくとも部分的に反射性である。有利にも、アンテナアレイ５３０の極近傍における波長変換媒体５２０の放射は向上される。何故なら、共鳴するアンテナに対する結合が、波長変換媒体におけるエミッタに対する崩壊定数（decay rate）を増加させるからである。この放射の向上にも拘わらず、アンテナアレイ５３０は、電磁的に誘起される透明度により波長変換媒体５２０の放射周波数において遠方場減衰まで透明のままとなる。同時的な放射向上及び遠方場透明度の可能性は、アンテナアレイ５３０の異なる近傍場及び遠方場の挙動から生じる。このように、このことは照明装置５００が（超蛍光：super-fluorescent）ＬＥＤとしてのみならず、レーザとしても機能することを可能にする。他の例として、図６ａに示したもののような分散を有する、即ち、電磁的に誘起される透明度のないアンテナアレイ５３０により分布帰還レーザを形成することもできる。このような装置において、レーザ動作（lasing）はバンドのエッジで、即ち、２つの表面格子共鳴が周波数的に互いに接近する周波数ギャップの近傍で可能となる。二次波長において電磁的に誘起される透明度を有する主たる利点は、放射の共鳴向上及び共振器内でのフィードバック光の無視可能な損失を同時に有しながら、図５に示すように共振器５６０内にアンテナアレイ５３０を埋め込む可能性に存在する。この誘起される透明度なしでは、共振器内で再循環されている如何なる二次波長光も、アンテナアレイ５３０により吸収され又は散乱されそうである（何故なら、アンテナは二次波長５２２において共鳴するからである）ことを理解することが重要である。
【００４６】
更に他の実施態様において、当該照明装置は、光源に対して受光する関係で配置された、図７Ａに示されるような導波構造体を有する。該導波構造体は、アンテナアレイ７３０の極近傍に配置されると共に、透明基板７４０及び透明媒体７６０により被覆された波長変換媒体７２０を有している。透明基板７４０（例えば、ＳｉＯ２−ｎ＝１.４６）及び透明媒体７６０（例えば、空気−ｎ＝１）は、波長変換媒体７２０（例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ−ｎ＝１．７）の屈折率よりも低い屈折率を有し、後者に光に対する導波モードを誘起する。アンテナアレイ７３０は、該アレイを囲む環境の光学的均一性を向上させるために配設されたコーティング７５０（Ｓｉ３Ｎ４−ｎ＝２．０等）内に埋没され、一次及び／又は二次波長光の波長変換媒体７２０における導波モードによる該アンテナにおける局在表面プラズモン共鳴及びアンテナアレイ７３０における表面格子共鳴との一層効率的な結合を可能にする。局在表面プラズモン共鳴と導波モードとの間の強い結合は、相対的に長い寿命及び大きな品質因子（quality factor）を特徴とするポラリトニック（polaritonic）ハイブリッドモードを生じさせ、かくして、照明装置により放出される光を向上させ及び調整することを可能にする。
【００４７】
導波構造体におけるアンテナアレイ７３０は、照明装置の光源の遠方場入射一次光を導波器７２０の導波モードに導入することを可能にするが、この導波モードは、さもなければ、運動量の不整合（momentum mismatch）により遠方場照明によってはアクセス不可能である。波長変換媒体７２０は、典型的には、５０ｎｍ〜５μｍの間の、より好ましくは１００ｎｍ〜１μｍの間の、更に一層好ましくは２００ｎｍ〜８００ｎｍの間の厚さを有する。上記アンテナを囲むコーティング７５０は、５ｎｍ〜５０ｎｍの間の、好ましくは２０ｎｍ等の１０ｎｍ〜４０ｎｍの間の厚さを有する。コーティングは、先ず波長変換媒体７２０上に例えばＳｉ３Ｎ４の層を堆積させ、次いで、基板共形インプリントリソグラフィを用いてアンテナアレイを配置し、最後にプラズマ増強化学蒸着により当該アンテナを封入する例えばＳｉ３Ｎ４の第２層を形成することにより適用される。付加的な利点として、コーティング７５０は、アンテナアレイを酸化の有害な結果から保護する。
【００４８】
図７Ｂは、図７Ａの導波構造体を経る光の減衰を示す。３つの異なる特徴を見ることができる。先ず第１に、入射角とは無関係に、約５００〜５５０ｎｍの間で、個々のアンテナにおける局在表面プラズモン共鳴を識別することができる。更に、２つの共鳴構造を識別することができる。０度の入射角に対する約７６０ｎｍにおける第１のものは、図５及び６に関連して前述したレイリー特異点及び表面格子共鳴に帰することができる。０度の入射角に対する約７００ｎｍにおける第２の共鳴構造は、強く結合された導波モード及び局在表面プラズモン共鳴のポラリトンハイブリッドモードに関連付けることができる。減衰及び放射（図示略）の両方における当該共鳴構造のスペクトル及び角度の位置は、当該アンテナの寸法、形状及び材料、当該アンテナアレイの周期性、当該導波器及びコーティングの存在及び厚さ、並びに透明基板７４０及び媒体７６０の屈折率に依存して調整することができる。このことは、当該照明装置により提供される用途固有の照明分布の多目的な設計を可能にする。例えば、アンテナ７３０の周囲のコーティング７５０を省略することは、表面格子共鳴が生じるためには大き過ぎる光学的不均一性を引き起こす。他の例として、基板７４０及び材料７６０の屈折率を波長変換媒体７２０の屈折率まで又はそれ以上に増加させることは、前記導波モードが生じることを妨げる。
【００４９】
以上のように、提案されたものは、用途固有の照明分布を供給するように設計される照明装置であって、
（ｉ）一次波長において光を放出するように構成された光源と、
（ii）波長変換媒体及び周期アンテナアレイを有する導波構造体であって、該波長変換媒体は該光源に対して光を受ける関係で配置されると共に該一次波長光の少なくとも一部を二次波長光に変換するように設計され、該周期アンテナアレイは該波長変換媒体の極近傍に配置されると共に、該アンテナアレイが該用途固有の照明分布を可能にするために個々のアンテナにおける局在表面プラズモン共鳴の導波モードとの結合を支援するように構成された周期アンテナアレイとを有する照明装置である。一実施態様において、アンテナアレイは、個々のアンテナにおける局在表面プラズモン共鳴の回折結合から生じる表面格子共鳴を支援するために該アンテナ環境の光学的均一性を増加させるためのコーティングにより封入される。
【００５０】
以上、本発明を上述した実施態様を参照して解説したが、同じ目的を達成するために代替実施態様を使用することができることは明らかであろう。従って、本発明の範囲は上述した実施態様に限定されるものではない。依って、本発明の趣旨及び範囲は、請求項及び斯かる請求項の均等物によってのみ限定されるべきものである。 
【図１】
2014508379.tif 000005
【図２ａ】
2014508379.tif 000006
【図２ｂ】
2014508379.tif 000007
【図３】
2014508379.tif 000008
【図４】
2014508379.tif 000009
【図５】
2014508379.tif 000010
【図６Ａ】
2014508379.tif 000011
【図６Ｂ】
2014508379.tif 000012
【図７Ａ】
2014508379.tif 000013
【図７Ｂ】
2014508379.tif 000014
【国際調査報告】
2014508379.tif 000015
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