(57)【要約】  デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）基板と、ＬＥＤ基板からの放射光路内に位置決めされるメタ分子波長変換層と、を備え、メタ分子波長変換層は、複数のナノ粒子を含み、複数のナノ粒子は、波長変換層の光路長を増加させるように構成される。
2021507305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスであって、前記デバイスは、
発光ダイオード（ＬＥＤ）基板と、
前記ＬＥＤ基板からの放射光路内に位置決めされるメタ分子波長変換層と、を備え、
前記メタ分子波長変換層は、複数のナノ粒子を含み、前記複数のナノ粒子は、前記波長変換層内の光路長を増加させるように構成される、
デバイス。
【請求項２】
前記複数のナノ粒子は、光と相互作用し、前記デバイスから放射される角度放射パターンを制御するようにさらに構成される、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記光路長を増加させることは、青色ポンプ光の吸収を増加させる、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記メタ分子波長変換層は、対象の特定の周波数帯における表面プラズモン共鳴をサポートする、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記複数のナノ粒子は、少なくとも１つの蛍光体ナノ粒子、量子ドット、複数の金属ナノ粒子又は複数の誘電材料を含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記量子ドットは、不動態化及び保護される、
請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記複数の誘電材料は、ケイ素、二酸化ケイ素、二酸化チタン及び二酸化アルミニウムの少なくとも１つを含む、
請求項５に記載のデバイス。
【請求項８】
前記複数の金属ナノ粒子は、金及び銀のような少なくとも１つの貴金属又はアルミニウムを含む、
請求項５に記載のデバイス。
【請求項９】
前記メタ分子波長変換層は、化合物半導体のナノワイヤを含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記メタ分子波長変換層は、前記ＬＥＤから放射される光の伝搬面に略垂直に延在する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記メタ分子波長変換層は、前記ＬＥＤの上面に隣接して位置決めされる、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
デバイスであって、前記デバイスは、
発光ダイオード（ＬＥＤ）基板と、
前記ＬＥＤ基板からの放射光路内に位置決めされるメタ分子波長変換層と、を備え、
前記メタ分子波長変換層は、フォトニックナノ構造を含み、前記フォトニックナノ構造は、前記波長変換層内の光路長を増加させるように構成される、
デバイス。
【請求項１３】
前記フォトニックナノ構造は、光と相互作用し、前記デバイスから放射される角度放射パターンを制御するようにさらに構成される、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記光路長を増加させることは、青色ポンプ光の吸収を増加させる、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記メタ分子波長変換層は、対象の特定の周波数帯における表面プラズモン共鳴をサポートする、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記メタ分子波長変換層は、前記ＬＥＤから放射される光の伝搬面に略垂直に延在する、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記メタ分子波長変換層は、前記ＬＥＤの上面に隣接して位置決めされる、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１８】
電力を発光ダイオード（ＬＥＤ）の励起層に提供し、前記ＬＥＤに放射光を提供させるステップと、
複数のナノ粒子又はフォトニックナノ構造の少なくとも１つを含むメタ分子波長変換層を用いて前記放射光と相互作用し、前記メタ分子波長変換層内の光路長を増加させるステップと、
を含む方法。
【請求項１９】
前記複数のナノ粒子又は前記フォトニックナノ構造の前記少なくとも１つにより前記放射光と相互作用し、デバイスから放射される角度放射パターンを制御するステップをさらに含む、
請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記光路長を増加させるステップは、前記フォトニックナノ構造との相互作用を介して、青色ポンプ光の吸収を増加させる、
請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願についての相互参照
この出願は、２０１７年１２月２１日に出願の米国仮出願第６２／６０９，０８５号、２０１７年１２月２２日に出願の米国仮出願第６２／６０９，５２０号、２０１８年３月１３日に出願の欧州特許出願第１８１６１５３５．２号、２０１８年３月１４日に出願の欧州特許出願第１８１６１８０７．５号、２０１８年１２月２０日に出願の米国の非仮出願第１６／２２８，５２２号の優先権を主張し、これらは、あたかも完全に記載されているかのように、参照によって組み込まれる。
【０００２】
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）に関するものであり、特に、構造化層及びナノ蛍光体を有するＬＥＤに関するものである。典型的な変換された蛍光体である白色ＬＥＤは、蛍光体コンバータを用いて、青色ポンプ光の一部を他の色、例えば緑、オレンジ及び赤にダウンコンバート（周波数変換）する。典型的には、蛍光体コンバータは、ポリマー膜内に埋設される粉末形態の蛍光体粒子又は固体媒体、例えばセラミックス又はガラス内に埋設される蛍光体粒子である。いずれの構成においても、蛍光体コンバータは、青色ポンプＬＥＤダイの上に堆積する。蛍光体コンバータは、しばしば、結晶、例えばセリウムドープＹＡＧ、エルビウム及び他の三価ランタニドならびにより最近では、量子ドットを含む。
【背景技術】
【０００３】
ポリマー膜内又は固体媒体内に埋設される粉末状の蛍光体粒子の使用は挑戦を提示する。第１に、蛍光体粒子の吸収断面は低く、それゆえ、大多数の蛍光体粒子が必要な変換光強度及びカラーポイントを達成することを必要とする。これらの蛍光体粒子は、散乱を改善するために大多数の容量の散乱剤を必要とする。加えて、蛍光体粒子は、なりの量の青色ポンプ光をさせ、ＬＥＤダイ内に戻しうる。この後方散乱光は、ダイ内で吸収され、ＬＥＤの効率の減少につながる。また、典型的な蛍光体粒子から生ずる光は、フィルム内で散乱する大きい光のため、主にランバート角スペクトルを有する。この種の角スペクトルは、指向性又はコリメート光放射を要求する用途では、有用な特徴ではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）基板と、ＬＥＤ基板からの放射光路内に位置決めされるメタ分子波長変換層と、を備え、メタ分子波長変換層は、複数のナノ粒子を含み、複数のナノ粒子は、波長変換層の光路長を増加させるように構成される。
【０００５】
デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）基板と、ＬＥＤ基板からの放射光路内に位置決めされるメタ分子波長変換層と、を備え、メタ分子波長変換層は、フォトニックナノ構造を含み、フォトニックナノ構造は、波長変換層の光路長を増加させるように構成される。
【０００６】
方法は、電力を発光ダイオード（ＬＥＤ）の励起層に提供し、ＬＥＤに放射光を提供させるステップと、複数のナノ粒子又はフォトニックナノ構造の少なくとも１つを含むメタ分子波長変換層を用いて放射光と相互作用し、メタ分子波長変換層内の光路長を増加させるステップと、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１Ａ】発光ダイオード（ＬＥＤ）構造の上部のホスト誘電媒体内に埋設されるメタ分子から成るメタ蛍光体を含むデバイスを示す。
【図１Ｂ】金属／誘電体構造及びコンバータ粒子の例示的な組み合わせを含む、図１Ａのメタ分子の構成を示す。
【図１Ｃ】ＬＥＤ構造の上部のホスト誘電媒体内に埋設されるメタ分子から成るメタ蛍光体を含むデバイスを示す。
【図１Ｄ】金属／誘電体構造及びコンバータ粒子の例示的な組み合わせを含む、図１Ｃのメタ分子の構成を示す。
【図１Ｅ】メタ蛍光体層を用いて、ＬＥＤの光と相互作用する方法を示す。
【図２Ａ】ＬＥＤデバイスを示す図である。
【図２Ｂ】複数のＬＥＤデバイスを示す図である。
【図３】例示的な適用システムの図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、異なる光照明システム及び／又は発光ダイオードの実施態様の例は、添付の図面を参照してより完全に記載されている。これらの例は、排他的ではなく、一例で見られる特徴は、１つ又は複数の他の例で見られる特徴と組み合わせて、追加の実施態様を達成する。したがって、添付の図面に示される例が説明の便宜上提供されているだけで、それらがいかなる形であれ開示を制限することを意図しないことを理解されたい。類似の番号は、全体を通して類似の要素を参照する。
【０００９】
本明細書において、第１、第２、第３などの用語は、さまざまな要素を記載するために用いられうるが、これらの要素がこれらの用語に制限されるべきでないことを理解されたい。これらの用語は、１つの要素を他の要素と区別するために用いられうる。例えば、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、第１の要素は、第２の要素と称されてもよく、第２の要素は、第１の要素と称されてもよい。本明細書において、「及び／又は」という用語は、関連付けられたリストの項目の１つ又は複数の任意又はすべての組み合わせを含んでもよい。
【００１０】
層、領域又は基板のような要素が他の要素の「上に」又は「上へ」あると称されるとき、それが、直接他の要素の上にあってもよいし、又は、直接他の要素の上へ延在してもよいし、又は、介在する要素が存在してもよいことを理解されたい。対照的に、要素が他の要素の「直接上に」ある又は「直接上へ」延在すると称されるとき、介在する要素は存在しえない。要素が他の要素に「接続される」又は「結合される」と称されるとき、それが、他の要素に直接接続又は結合されてもよいし、及び／又は、１つ又は複数の介在する要素を介して他の要素に接続又は結合されてもよいことを理解されたい。対照的に、要素が他の要素に「直接接続される」又は「直接結合される」と称されるとき、要素と他の要素との間に介在する要素は存在しない。これらの用語が図面に表される任意の配向に加えて、要素の異なる配向を含むことを意図することを理解されたい。
【００１１】
本明細書において、「下」、「上」、「上方」、「下方」、「水平」又は「垂直」のような相対語は、他の要素、層又は領域に対する１つの要素、層又は領域の関係を図面に示すように記載するために用いられうる。これらの用語が図面に表される配向に加えて、デバイスの異なる配向を含むことを意図することを理解されたい。
【００１２】
半導体発光デバイス又は光出力発光デバイス、例えば紫外線（ＵＶ）又は赤外線（ＩＲ）の光出力を放射するデバイスは、現在利用可能な最も効果的な光源の１つである。これらのデバイスは、発光ダイオード、共振空洞発光ダイオード、垂直空洞レーザダイオード、端面発光レーザーなど（以下「ＬＥＤ」と記載する）を含んでもよい。それらの小さいサイズ及び低電力要求のため、例えば、ＬＥＤは、多くの異なる用途にとって魅力的な候補になりうる。例えば、それらが、カメラ及び携帯電話のような携帯電池式デバイス用の光源（例えば、フラッシュライト及びカメラフラッシュ）として用いられうる。それらはまた、例えば、自動車照明、ヘッド・アップ・ディスプレイ（ＨＵＤ）照明、園芸照明、街灯、ビデオ用のトーチ、一般照明（例えば、家、店、オフィス及びスタジオ照明、劇場／舞台照明及び建築照明）、拡張現実（ＡＲ）照明、仮想現実（ＶＲ）照明、ディスプレイ用のバックライト及びＩＲ分光法のために用いられうる。単一のＬＥＤは、白熱光源より暗い光を提供しうるため、ＬＥＤの多接合デバイス又はアレイ（例えば、モノリシックＬＥＤアレイ、マイクロＬＥＤアレイなど）がより多くの明るさが要望又は要求される用途のために用いられうる。
【００１３】
効率改善、ビーム形成及び色調整のために、ナノ構造蛍光体を有するＬＥＤが開示される。ナノ構造は、メタマテリアル、プラズモンナノ構造、メタ分子、光子結晶などとして実施されてもよい。本ナノ構造蛍光体は、コンバータ材料と統合され、ＬＥＤの上に配置される光学アンテナを有するＬＥＤデバイスの設計を組み込むことによって、蛍光体コンバータに関する周知の問題に対処する。コンバータ材料は、人工的に構造化された金属及び／又は誘電ナノ構造に統合されるので、複合構造（本明細書において、「メタ分子」及び／又は「メタ蛍光体」と称される）は、固有のオーダーメイドの光学特性を有する。メタ分子は、コンバータ粒子を用いる光をその中で光学遠視野に結合し、コンバータ材料に、方向性の光放射のためのビーム形成を少なくとも含むさらなる機能を追加する。メタ蛍光体は、ホスト・ナノ構造媒体内に埋設される蛍光体粒子を含む。記載されているメタ分子の適用はまた、レーザー・ベースの照明システム、例えばレーザーがコンバータ・フィルムを照明して白色光を生成する照明システムにおいて用いられる蛍光体膜の吸収を改善しうる。
【００１４】
デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）基板からの放射光路内に位置決めされるメタ分子層と、複数のナノ粒子を含む少なくとも１つの統合されたダウンコンバータを含む層と、を含み、ダウンコンバータは、変換層内の散乱を増加させることによって青色ポンプ光の吸収を増加させ、局所的な光子の状態密度を増加させ、層と光子との相互作用を増加させ、ダウンコンバート光を増加させ、放射光と相互作用し、放射光の角度放射パターンを光学遠視野に制御し、又は、ビーム形成を提供して、放射光を導くように構成される。
【００１５】
デバイスは、ＬＥＤ基板からの放射光路内に位置決めされるメタ分子層と、フォトニックナノ構造を含む少なくとも１つの統合されたダウンコンバータを含む層と、を含み、ダウンコンバータは、変換層の散乱を増加させることによって青色ポンプ光の吸収を増加させ、局所的な光子の状態密度を増加させ、層と光子との相互作用を増加させ、ダウンコンバート光を増加させ、放射光と相互作用し、放射光の角度放射パターンを光学遠視野に制御し、又は、ビーム形成を提供して、放射光を導くように構成される。
【００１６】
図１は、ＬＥＤ構造７の上部のホスト誘電媒体内に埋設されるメタ分子６から成るメタ蛍光体層２を含むデバイス１を示す。デバイス１は、メタ蛍光体材料６の層２を含む。この層２は、ＬＥＤ構造７に直接結合されてもよい、及び／又は、例えばＬＥＤの放射内で、ＬＥＤ構造７の上に直接配置されてもよい。ＬＥＤ構造７は、ＬＥＤスタック構造内に配置される、窒化ガリウム（ＧａＮ）又はサファイア層のＬＥＤ面３と、活性層４と、後方反射器５と、を含んでもよい。ＬＥＤ構造７は、本発明の理解の容易さのために、単純化された形で示されるが、当業者がＬＥＤ内に含まれる他の要素を理解することを理解されたい。
【００１７】
窒化ガリウム（ＧａＮ）又はサファイア層は、半導体層又はキャビティであり、ｐＧａＮの層という形をとってもよい。当業者には理解されるように、ＧａＮは、発光ダイオードにおいて通常用いられる直接バンドギャップのバイナリＩＩＩ／Ｖ族半導体である。ＧａＮは、３．４ｅＶの広いバンドギャップを有する結晶構造を有し、これは、高出力かつ高周波数のオプトエレクトロニクス・デバイスに材料を適用するのに理想的である。ＧａＮは、ケイ素（Ｓｉ）又は酸素をドープして、ｎ型ＧａＮを作成することができ、マグネシウム（Ｍｇ）をドープして、本実施例で用いられるようにｐ型ＧａＮを作成することができる。活性層４は、エレクトロルミネセンスが発生するとき、光が放射される領域である。
【００１８】
後方反射器５は、プラズモン層という形をとってもよく、平面金属ミラー、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）及び／又は他の周知のＬＥＤ反射器を含む。後方反射器５は、放射光を有用な方向に反射するように設計される。
【００１９】
メタ蛍光体６は、光学アンテナに組み込まれる蛍光体コンバータ材料（「波長変換材料」とも呼ばれる）、又は、メタ分子及びナノ粒子と呼ばれる散乱要素を含む。光学アンテナは、ＬＥＤの表面に位置するか又はホスト誘電媒体内に分散されるナノ粒子（ナノ−粒子とも呼ぶことができる）のアレイとして実施可能である。光学アンテナは、周期的又は非周期的なパターンで配置されてもよい。メタ蛍光体６は、ホスト誘電媒体内に埋設されるメタ分子から成る。原子から成る化学分子と類似して、メタ分子は、一緒に結合し、相互作用するメタ原子から成り、メタ分子６にメタ分子６の固有の光学特性を与える。個々のメタ分子６のサイズは、波長以下でもよいし、又は、使用の波長と同じオーダで形成されてもよい。メタ蛍光体層２は、１つのタイプのメタ分子６のみから成ってもよいし、又は、異なるタイプのメタ分子６の混合でもよい。メタ蛍光体６は、周期的又は非周期的なメタ分子６を含んでもよい。
【００２０】
メタ分子６は、単一又は複数のダウンコンバータ・ナノ粒子、例えば、蛍光体ナノ粒子、量子ドット（ＱＤ）又はＱＤの集合を含んでもよく、ＱＤは、不動態化及び保護され、メタ分子６は、対象の特定の周波数帯における表面プラズモン共鳴をサポートする複数の金属ナノ粒子、誘電材料、例えばケイ素、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化アルミニウムなど、化合物半導体のナノ粒子及びナノワイヤ、ＬＥＤの表面上に堆積されるコンバータ材料の層を含んでもよい。複数の金属ナノ粒子は、金属、例えば、金、銀などのような貴金属又はアルミニウムなどを用いて形成されてもよい。
【００２１】
メタ分子６は、メタ分子６の光吸収スペクトルの吸収ピークがコンバータ・メタ原子の光吸収ピークとオーバラップするように設計されるように構成される。メタ分子６は、コンバータ材料によるポンプ光子の吸収が増加し、コンバータ材料によって経験される光子の状態密度が増加し、光の放射が特定の角度範囲に制御されるように設計される。この増加は、吸収される青色ポンプ光の量の増加を提供し、コンバータ材料からの光出力の増加につながり、これは、ＬＥＤにおいて用いられるコンバータ材料の量の減少と、コンバータを有するＬＥＤの製造の簡略化と、ＬＥＤデバイスから放射される光のカラーポイントの改善と、につながる。メタ分子６の吸収の増加はまた、コンバータ材料によって経験される局所的な光子の状態密度の増加を提供する。光子の状態密度のこの増加は、コンバータ材料と光子との相互作用を増加させる。これは、例えばパースル効果を介して、コンバータ材料からダウンコンバートされた放射光の増加につながる。
【００２２】
メタ分子６内の光電場及び磁場の両方である電磁場は、メタ分子６の吸収ピークで強化されるように設計され、それは、記載のように、コンバータの吸収ピークにオーバラップする。メタ分子６は、高い電磁場強化の領域に空間的にオーバラップするコンバータ・メタ原子によって設計されてもよい。これは、上述したように、コンバータ・メタ原子によるポンプ光吸収を増加させ、局所的な光子の状態密度の増加及びダウンコンバート放射光の増加につながる。
【００２３】
メタ蛍光体６はまた、光学アンテナ又はホスト誘電媒体の全体にわたって分散されるか又はホスト媒体とＬＥＤ射出面との間のインタフェースに配置されるナノ構造を含むこともできる。ホスト誘電媒体はまた、コンバータ材料、例えば蛍光体、ＱＤなどを含む。コンバータ材料のサイズは、波長以下又は波長よりはるかに大きくすることができる。ナノ構造のサイズは、波長以下又は波長オーダである。これらのナノ構造は、コンバータ材料の吸収ピークで青色ポンプ光を散乱させるように機能し、このことにより、青色ポンプ光とコンバータ材料との間の相互作用を増加させ、結果として色変換効率及び混色を改善する。これらのナノ構造は、すべての方向、又は、特定の選択された方向の光を散乱させるように設計可能である。
【００２４】
メタ蛍光体６は、その光学特性がコンバータ・メタ原子の放射ピークにオーバラップする波長で共振又は制御可能な放射特性を有するように設計される。その結果、メタ蛍光体６は、光学アンテナとしてふるまい、コンバータによって放射される光を自由空間に放射し、特定の放射条件を満たしてもよい。これは、構造内で電磁双極子、四極子及びより高いオーダの多極を同時に刺激するように、散乱するメタ原子の構造及び化学組成を調整することによって達成される。双極子及びより高いオーダの多極の同時励起は、メタ蛍光体６の放射特性を調整する。
【００２５】
メタ蛍光体６の放射特性の調整は、コンバータ材料を光学アンテナに結合することによって、コンバータ材料によって放射される光の角度放射パターン（又は指向性）の制御を可能にする。メタ蛍光体６が光学アンテナとして機能するので、放射光の指向性は、メタ蛍光体の特性を調整することによって調整されてもよい。メタ蛍光体６は、多波長でＬＥＤからのコリメート光放射、異なる波長のためにメタ蛍光体６によって放射される光のビーム形成、異なる波長のためにメタ蛍光体６によって放射される光の偏光状態の制御、及び、特定の角度で光を放射するメタ蛍光体の空間位置を介してＬＥＤデバイスのカラーオーバアングル特性の調整を提供するように設計されてもよい。
【００２６】
メタ蛍光体６の放射特性の調整は、メタ蛍光体６に基づいて、蛍光材料による青色ポンプ光の後方散乱の抑制をさらに可能にする。この抑制は、ＬＥＤダイに送り返され、ＬＥＤの半導体層及び金属バックコンタクト層内に吸収されるポンプ光子を減少する。後方散乱するポンプ光子のこの抑制は、ＬＥＤ効率全体を改善しうる。
【００２７】
メタ蛍光体６内の電磁双極子の同時励起は、ＬＥＤダイ内に戻るポンプ光子の後方散乱を抑制するのに十分である。この種のメタ蛍光体６は、金属を使用することなく、単に誘電ナノ粒子を用いて作成され、それにより、吸収損失を減少する。蛍光体からの後方散乱の抑制はまた、「散乱のキャンセルによって」コンバータ・メタ原子を効果的に「覆い隠す」ことによって、達成されてもよい。特定波長において、メタ分子の正味の容積分極性は、０又は約０になるように設計されてもよい。このようにして、メタ蛍光体６は、青色ポンプ光子を依然として吸収しながら、その散乱プロファイルを効果的にキャンセルする。この方法は、例えば、図１Ｂに関して後述する実施形態において特に適用されうる。この種の方法は、プラズモンメタ原子を用いて、メタ蛍光体内の吸収損失を増加させてもよい。
【００２８】
コンバータ・メタ原子の有効な吸収断面は、コンバータ内の青色光子のみの散乱を可能にすることによって増加させてもよい。これは、例えば、図１Ｂを参照して後述する実施形態において設計されてもよい。散乱するメタ原子は、青色波長領域の追加の散乱を提供し、赤／オレンジ／黄／緑のスペクトル領域の散乱を減少するように設計されてもよい。これは、より多くの青色ポンプ光子がコンバータ内に散乱し、その有効な吸収断面を増加させるのを可能にする。コンバータ内への他の色の光子の散乱は減少されうる。上述したように、メタ蛍光体６はまた、光学アンテナ又はホスト誘電媒体の全体にわたって分散されるか又はホスト媒体とＬＥＤ射出面との間のインタフェースに配置されるナノ構造を含むこともできる。ホスト誘電媒体はまた、コンバータ材料、例えば蛍光体、ＱＤなどを含む。コンバータ材料のサイズは、波長以下又は波長よりはるかに大きくすることができる。ナノ構造のサイズは、波長以下又は波長オーダである。これらのナノ構造は、コンバータ材料の吸収ピークで青色ポンプ光を散乱させるように機能し、このことにより、青色ポンプ光とコンバータ材料との間の相互作用を増加させ、結果として色変換効率及び混色を改善する。これらのナノ構造は、すべての方向、又は、特定の選択された方向の光を散乱させるように設計可能である。
【００２９】
メタ蛍光体６は、単に金属ナノ粒子から成るプラズモンでもよいし、又は、金属及び誘電ナノ粒子から成る金属誘電体でもよいし、又は、単に典型的には高誘電率の誘電ナノ粒子から成る誘電体でもよい。メタ蛍光体６は、トップダウン又はボトムアップの製造方法を用いて製造されてもよく、ナノ粒子の自己組織化を利用して、製造及びスケーラビリティの利点を提供してもよい。メタ原子は、異なる形状及びサイズのナノ粒子又は異なる厚さのコンバータ材料の層を含んでもよいが、これに限定されるものではない。メタ蛍光体内のメタ原子は、分子リンカー、ＤＮＡなどを含むがこれに限定されず異なる技術によって結合されてもよい。代替的には、メタ蛍光体６は、トップダウン製造技術、例えばナノ・インプリント・リソグラフィ、ナノ粒子リソグラフィなどによって製造されてもよく、個々のメタ分子は、リフトオフ技術を用いて解放される。メタ分子６全体は、二酸化ケイ素又は二酸化アルミニウムのような誘電体によってカプセル化され、時間とともにメタ分子特性の低下を防止してもよい。メタ蛍光体６はまた、トップダウン製造技術を用いて、ＬＥＤ面の上、例えば、ＧａＮ層の上、又は、サファイア層の上に層状の材料として製造されてもよい。
【００３０】
図１Ｂは、金属／誘電体構造及びコンバータ粒子の例示的な組み合わせを含むメタ分子６の構成を示す。メタ分子は、単に金属又は単に誘電体を用いて、異なる形状の単一ナノ粒子１１として実施されてもよい。メタ分子は、異なる形状のコアシェル・ナノ粒子１２として実施されてもよい。これらの粒子１２は、金属／誘電体コア及びコアを取り囲む異なる誘電体／金属シェルを含んでもよい。異なる順序の層及び材料を有するコアシェル・ナノ粒子１２は、同じメタ分子の一部でもよい。ナノ粒子の光学特性は、形状、サイズ及び化学組成によって調整されてもよい。個々のナノ粒子は、サイズが波長以下であり、用途によって必要に応じて化学的に不動態化されてもよい。コンバータ粒子は、自己組織化されたメタ分子の量子ドット、ハイパボリック・メタマテリアルの量子井戸又はドープ蛍光体ナノクリスタルでもよい。
【００３１】
メタ分子６は、多くのより小さいサイズのメタ原子によって取り囲まれる発光／コンバータ粒子コア１４として実施されてもよい。これは、同じ物理及び光学特性を有するメタ原子を含み、また、図１Ｂの描写１３に示すように物理及び光学特性が他と異なるメタ原子の可能性も含む。
【００３２】
図１Ｂの描写１３は、コア１４を取り囲むナノ粒子１５を有する蛍光体コア１４を示す。ナノ粒子１５は、単一粒子、又は、例えばシリカ・コア及び金のシェルを有するようなコア／シェル構成を含んでもよい。
【００３３】
描写１３に表される実施態様では、材料の適切な選択によって、メタ分子６は、青色ポンプ光子に対して透明／非散乱でもよく、メタ原子を青色においてのみ強く散乱するように選択するとともに、赤／オレンジ／黄／緑では強く散乱しないように選択することによって、上述したように、青色ポンプ光子は、コンバータ・ナノ粒子内で散乱し、その有効な吸収断面を増加させうる。
【００３４】
描写１３において示されるように、蛍光体コア１４又は中心が用いられてもよい。この蛍光体コア１４は、単一ナノ粒子１５によって取り囲まれてもよい。ナノ粒子１５は、単一、又は、例えば金のシェルを有するシリカ・コアのようなコア／シェル構成でもよい。設計は、例えば、ナノ粒子と蛍光体との間の導電性を維持しなくてもよい。
【００３５】
他の実施態様では、メタ原子１７は、描写１６に示すように、より小さいサイズのコンバータ・ナノ粒子１８によって取り囲まれる。コンバータ・ナノ粒子１８は、多層でメタ原子を取り囲んでもよい。加えて、異なるタイプのメタ原子及びコンバータ・ナノ粒子を用いてもよい。描写１６は、メタ原子１７を取り囲むコンバータ・ナノ粒子１８、例えば蛍光体を示す。描写１６は、描写１３の逆を概略的に示す。
【００３６】
描写１６では、単一又は蛍光体粒子によって取り囲まれるコア／シェル構成が示される。また、コア／シェルは、単一又はコアシェル構成でもよい。コアはシリカでもよく、シェルは、例えば金でもよい。
【００３７】
他の実施態様では、複数のメタ原子２０及びコンバータ・ナノ粒子１０から成る複合メタ分子は、描写１９に示すように形成されてもよい。各メタ分子は、異なる形状、サイズ及び組成物の異なるメタ原子２０から成ってもよい。加えて、異なるタイプのコンバータは、同じメタ分子の一部でもよい。コンバータ・ナノ粒子１０及びメタ原子２０は、類似のサイズを有してもよい。描写１９は、描写１３及び描写１６に示される実施態様の間の複合実施態様を表す。例えば、異なる形状、複数の構成が存在してもよい。
【００３８】
図１Ｂに示される実施態様のすべてにおいて、異なるタイプのメタ原子、コンバータ・ナノ粒子及びメタ原子とコンバータ・ナノ粒子との異なる組み合わせは、スペクトル範囲、カラーポイント調整及び角度放射パターン調整のために使用されてもよい。粒子は、関連付けられた蛍光体に調整される共振でもよい。蛍光体粒子は、ナノメートルのオーダ、例えば、数ナノメートルから数十ナノメートル又は数百ナノメートルのオーダでもよい。描写１３、描写１６及び描写１９の３つの図示例は、本発明において使用されうる組み合わせのタイプを表す。
【００３９】
図１Ｃは、ＬＥＤ構造２５の上の背景誘電体層２４の層を有する層状のナノ構造２３内に埋設されるコンバータ粒子を備えるメタ蛍光体層２２を含むデバイス２１を示す。デバイス２１は、ナノ構造２３の層形成を含む。この層形成は、ＬＥＤ構造２５の上に直接結合されてもよい。ＬＥＤ構造２５は、ＬＥＤスタック構造で配置される、窒化ガリウム（ＧａＮ）又はサファイア層２６のＬＥＤ面と、活性層２７と、後方反射器２８と、を含んでもよい。ＬＥＤ構造２５は、本発明の理解の容易さのために、単純化された形で示されるが、当業者がＬＥＤ内に含まれる他の要素を理解することを理解されたい。デバイス２１は、上述したデバイス１と同様に動作してもよい。
【００４０】
窒化ガリウム（ＧａＮ）又はサファイア層２６は、半導体層又はキャビティであり、ｐＧａＮの層という形をとってもよい。当業者には理解されるように、ＧａＮは、発光ダイオードにおいて通常用いられる直接バンドギャップのバイナリＩＩＩ／Ｖ族半導体である。ＧａＮは、３．４ｅＶの広いバンドギャップを有する結晶構造を有し、これは、高出力かつ高周波数のオプトエレクトロニクス・デバイスに材料を適用するのに理想的である。ＧａＮは、ケイ素（Ｓｉ）又は酸素をドープして、ｎ型ＧａＮを作成することができ、マグネシウム（Ｍｇ）をドープして、本実施例で用いられるようにｐ型ＧａＮを作成することができる。半導体層又は活性層２７は、エレクトロルミネセンスが発生するとき、光が放射される領域である。
【００４１】
後方反射器２８は、プラズモン層という形をとってもよく、平面金属ミラー、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）及び／又は他の周知のＬＥＤ反射器を含む。後方反射器２８は、放射光を有用な方向に反射するように設計される。
【００４２】
図１Ｃは、人工的に構造化されたフォトニックナノ構造２３の層２２内に埋設されるコンバータ・ナノ粒子（ナノ球体、ナノワイヤ又は量子井戸）を示す。これらのフォトニックナノ構造２３は、ハイパボリック・メタマテリアル（ＨＭＭ）及びフォトニック結晶（ＰｈＣ）という形をとることができる。ＨＭＭ及びＰｈＣは、典型的には層状の誘電媒体として実施される。ＰｈＣ構成では、層は、典型的には誘電体層２４又は材料である。ＨＭＭ構成では、層の少なくとも１つは金属層である。層は、金属、ナノ粒子、ＨＭＭ、誘電体を含む背景誘電体層２４と、例えば、蛍光体層と交互の層状のメタマテリアル２３と、の交互層によって構成されてもよい。蛍光体層のさらなる実施例は、放射のための２Ｄ半導体、例えばドープされた六方及び立方晶窒化ホウ素及び遷移金属ジカルコゲナイド、例えば、モリブデン・ジセレニド又は層状のナノ構造とともにメタ蛍光体層を作成するモリブデン・ジテルリドを含む。ナノ構造２３は、単一又は複数のダウンコンバータ・ナノ粒子、例えば、蛍光体ナノ粒子、量子ドット（ＱＤ）又はＱＤの集合を含んでもよく、ＱＤは、不動態化及び保護される。
【００４３】
ナノ構造２３、すなわち、メタ蛍光体構造は、層状のナノ構造の光学的励起スペクトルの吸収ピークが、コンバータ・メタ原子の光学的励起ピークにオーバラップするように設計されるように構成される。代替的には、ナノ構造２３は、ハイパボリック・メタマテリアル又はハイパークリスタルメディア内に埋設される量子ドットのような蛍光体粒子から成ってもよい。量子ドットは、ハイパボリック・メディアのため、光子の状態密度の増加を経験し、このことにより、変換光の量を増加させる。加えて、回折格子の追加を含むハイパボリック・メディアのナノ・パターニングは、ナノ構造２３から光を抽出するのを手伝うことができる。ナノ構造２３はまた、誘電フォトニック結晶内に埋設される量子ドットのような蛍光体粒子から成ってもよい。これらの蛍光体は、さまざまな設計されたブラッグ・モードと相互作用し、変換光の増加につながるとともに、放射光の指向性も増加する。この増加は、吸収される青色ポンプ光の量の増加を提供し、コンバータ材料からの光出力の増加につながり、これは、ＬＥＤにおいて用いられるコンバータ材料の量の減少と、コンバータを有するＬＥＤの製造の簡略化と、ＬＥＤデバイスから放射される光のカラーポイントの改善と、につながる。メタ分子の吸収の増加はまた、コンバータ材料によって経験される局所的な光子の状態密度の増加を提供する。状態のこの増加は、コンバータ材料と光子との相互作用を増加させる。これは、例えばパースル効果を介して、コンバータ材料からダウンコンバートされた放射光の増加につながる。
【００４４】
メタ分子内の光電場及び磁場の両方である電磁場は、メタ分子の吸収ピークで強化されるように設計され、それは、記載のように、コンバータの吸収ピークにオーバラップする。メタ分子は、高い電磁場強化の領域に空間的にオーバラップするコンバータ・メタ原子によって設計されてもよい。これは、上述したように、コンバータ・メタ原子によるポンプ光吸収を増加させ、局所的な光子の状態密度の増加及びダウンコンバート放射光の増加につながる。
【００４５】
メタ分子の放射特性の調整は、コンバータ材料を光学アンテナに結合することによって、コンバータ材料によって放射される光の角度放射パターン（又は指向性）の制御を可能にする。ハイパボリック・メディア及びハイパークリスタルを有する回折格子を用いて、放射光の指向性は、メタ分子の特性を調整することによって調整されてもよい。メタ分子は、多波長でＬＥＤからの光放射を提供するように設計されてもよい。
【００４６】
ナノ構造２３はまた、トップダウン製造技術を用いて、ＬＥＤ面の上、例えば、ＧａＮ層の上又はサファイア層の上に層状の材料として製造されてもよい。
【００４７】
図１Ｄは、図１Ｃにおいて利用されるように、ＰｈＣ及びＨＭＭ内に埋設されるコンバータ粒子の例示的構成を示す。図１Ｄの描写３０は、ナノ構造２３と、金属（ＨＭＭ）／誘電体（ＰｈＣ）を含む他の層２４と、の交互層を示し、コンバータ粒子の実施態様を形成する。ナノ構造２３は、蛍光体、ＱＤなどを含む、本明細書において述べられる発光粒子３５のいずれかでもよい。コンバータ・ナノ粒子２３は、誘電材料から成るホスト層内に埋設されてもよい。他の層２４は、ＨＭＭの形の金属、例えば金、又は、ＰｈＣの形の誘電体により形成されてもよい。ＰｈＣ／ＨＭＭの各単位格子は、メタ分子と呼ばれてもよい。描写３０内のＰｈＣは、一次元のＰｈＣであるので、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）と呼ばれてもよいが、本説明は、多次元において利用されてもよい。
【００４８】
描写４０は、ナノ・パターニング４１をメタ分子に追加することによって、描写３０のコンバータ粒子の実施態様に基づく。また、描写３０を参照して図示及び記載したように、ナノ構造２３と、金属（ＨＭＭ）／誘電体（ＰｈＣ）を含む他の層２４と、の交互層が存在し、コンバータ粒子の実施態様を形成する。ナノ構造２３は、蛍光体、ＱＤなどを含む、本明細書において述べられる発光粒子３５のいずれかでもよい。コンバータ・ナノ粒子２３は、誘電材料から成るホスト層内に埋設されてもよい。他の層２４は、ＨＭＭの形の金属、例えば金、又は、ＰｈＣの形の誘電体により形成されてもよい。描写４０は、描写３０のコンバータ粒子の実施態様に追加される孔及びギャップ４１を示す。これらの孔及びギャップ４１は、例えば、誘電材料から形成されてもよい。孔及びギャップ４１は、実施態様の光抽出効率を改善しうる。孔及びギャップ４１は、利用波長と略同じサイズかそれ以下のサイズ及び間隔を組み込んでもよい。孔及びギャップ４１のパターンは、周期的である必要はなく、一次元又は二次元でもよい。
【００４９】
描写５０は、描写３０に示される実施態様に基づく他の実施態様を示す。また、描写３０を参照して図示及び記載したように、ナノ構造２３と、金属（ＨＭＭ）／誘電体（ＰｈＣ）を含む他の層２４と、の交互層が存在し、コンバータ粒子の実施態様を形成する。ナノ構造２３は、蛍光体、ＱＤなどを含む、本明細書において述べられる発光粒子３５のいずれかでもよい。コンバータ・ナノ粒子２３は、誘電材料から成るホスト層内に埋設されてもよい。他の層２４は、ＨＭＭの形の金属、例えば金、又は、ＰｈＣの形の誘電体により形成されてもよい。描写５０では、追加の誘電含有物５１を組み込むことによって、描写３０の二次元のＰｈＣの実施態様が示される。これらの追加の誘電含有物５１は、描写３０を参照して上述した金属層又は誘電体層２４内に提供される。含有物５１のサイズ及び間隔は、利用される波長の１／２未満でもよい。
【００５０】
描写６０の実施形態は、描写４０を参照して述べた追加のナノ・パターニングを含む描写５０としてＰｈＣ及びＨＭＭ内に埋設されるコンバータ粒子の実施態様を示す。描写５０を参照して述べたように、ナノ構造２３、すなわち、粒子と、金属（ＨＭＭ）／誘電体（ＰｈＣ）を含む他の層２４と、の交互層が存在し、コンバータ粒子の実施態様を形成する。ナノ構造２３は、蛍光体、ＱＤなどを含む、本明細書において述べられる発光粒子３５のいずれかでもよい。コンバータ・ナノ粒子２３は、誘電材料から成るホスト層内に埋設されてもよい。他の層２４は、ＨＭＭの形の金属、例えば金、又は、ＰｈＣの形の誘電体により形成されてもよい。加えて、金属層又は誘電体層２４内に含まれる追加の誘電含有物５１が存在してもよい。
【００５１】
描写６０は、描写５０のコンバータ粒子の実施態様に追加される孔及びギャップ４１を示す。これらの孔及びギャップ４１は、例えば、誘電材料から形成されてもよい。孔及びギャップ４１は、実施態様の光抽出効率を改善しうる。孔及びギャップ４１のサイズ及び間隔は、利用される波長と略同じサイズかそれ以下に形成されてもよい。孔及びギャップ４１のパターンは、周期的である必要はなく、一次元又は二次元でもよい。
【００５２】
図１Ｅは、図１Ａ〜図１Ｄのメタ蛍光体層を用いて、ＬＥＤの光と相互作用する方法７０を示す。方法７０は、ステップ７１において、電力をＬＥＤの励起層に提供し、ＬＥＤに放射光を提供させるステップを含む。方法７０は、ステップ７２において、メタ分子層を用いて放射光と相互作用するステップをさらに含む。メタ分子は、複数のナノ粒子及び／又はフォトニックナノ構造を含む少なくとも１つの統合されたダウンコンバータを含んでもよい。方法７０はまた、ステップ７３において、変換層の散乱を増加させることによって青色ポンプ光の吸収を増加させるステップと、ステップ７４において、局所的な光子の状態密度を増加させ、層と光子との相互作用を増加させ、ダウンコンバート光を増加させるステップと、ステップ７５において、放射光と相互作用し、放射光の角度放射パターンを光学遠視野に制御するステップと、ステップ７６において、ビーム形成を提供し、放射光を導くステップと、のうちの少なくとも１つを含んでもよい。図１Ｅは、方法７０を示す。当業者は、より多いか又はより少ないステップを含みうることを理解する。加えて、ステップのいずれかを組み合わせて、同時に実行してもよい。これらのステップの順序はまた、ステップの任意の１つ又は複数が、図１Ｅに示されるのとは異なるシーケンスで実行されるように変えることもできる。
【００５３】
図１Ａから図１Ｅに示されるデバイス及び方法は、後述するデバイス及びシステムのいずれかにおいて、又は、いずれかと組み合わせて利用されてもよい。
【００５４】
図２Ａは、例示的実施形態のＬＥＤデバイス２００の図である。ＬＥＤデバイス２００は、１つ又は複数のエピタキシャル層２０２、活性層２０４及び基板２０６を含んでもよい。他の実施形態では、ＬＥＤデバイスは、波長変換層及び／又は主要な光学系を含んでもよい。図２Ａに示すように、活性層２０４は、基板２０６に隣接し、励起されるとき、光を放射してもよい。エピタキシャル層２０２は、活性層２０４に近接してもよい、及び／又は、１つ又は複数の中間層は、活性層２０４とエピタキシャル層２０２との間に存在してもよい。基板２０６は、活性層２０４に近接してもよい、及び／又は、１つ又は複数の中間層は、活性層２０４と基板２０６との間に存在してもよい。活性層２０４は、基板２０６内に光を放射する。
【００５５】
図２Ｂは、ピクセル２０１Ａ、２０１Ｂ及び２０１Ｃを有するＬＥＤアレイ２１０を含む照明装置２２０の断面図を示す。ＬＥＤアレイ２１０は、ピクセル２０１Ａ、２０１Ｂ及び２０１Ｃを含み、各々は、それぞれの基板２０６Ｂ、活性層２０４Ｂ及びエピタキシャル層２０２Ｂを含む。ピクセル２０１Ａ、２０１Ｂ及び２０１Ｃは、アレイ区分を用いて又は代替的にはピックアンドプレース技術を用いてＬＥＤアレイ２１０内に形成されてもよく、例えば、赤、緑、青のような異なるピーク波長で光を放射してもよい。１つ又は複数のピクセル２０１Ａ、２０１Ｂ及び２０１Ｃの間に示される空間２０３は、エアギャップを含んでもよい、又は、コンタクト（例えば、ｎ−コンタクト）でもよい金属材料のような材料によって充填されてもよい。いくつかの実施形態によれば、１つ又は複数のレンズ及び／又は１つ又は複数の導波路のような第２の光学系が提供されてもよい。
【００５６】
ＬＥＤデバイス２００又はピクセル２０１Ａ、２０１Ｂ及び２０１Ｃは、単一波長エミッタでもよく、個々に、又は、アレイとして電力供給されてもよい。ＬＥＤデバイス２００又はピクセル２０１Ａ、２０１Ｂ及び２０１Ｃは、１つ又は複数の電子基板、パワーモジュール、センサ、接続及び制御モジュール、ＬＥＤ取り付け領域などを含む照明システムの一部でもよい。アレイ内のピクセルは、異なるチャネル信号に基づいて電力供給されてもよく、それらの動作は、マイクロコントローラによって決定されてもよい。
【００５７】
図３は、適用プラットフォーム５６０及びＬＥＤシステム５５２、５５６を含む例示的システム５５０を示す。ＬＥＤシステム５５２は、矢印５６１ａと５６１ｂとの間に示される光ビーム５６１を生成する。ＬＥＤシステム５５６は、矢印５６２ａと５６２ｂとの間の光ビーム５６２を生成してもよい。例示的実施形態として、ＬＥＤシステム５５２及び５５６は、自動車の一部でもよく、光ビーム５６１及び／又は５６２の経路における対向する車両が、自動車からの通信を受信できるように、赤外線（ＩＲ）光通信ビームを放射してもよい。例示的実施形態では、システム５５０は、カメラフラッシュシステムの携帯電話、屋内の住居又は市販照明、屋外の光、例えば街灯、自動車、医療装置、ＡＲ／ＶＲデバイス及びロボット装置でもよい。
【００５８】
適用プラットフォーム５６０は、本明細書において述べられるように、ライン５６５又は他の適用できる入力を介して電力バスを介してＬＥＤシステム５５２及び／又は５５６に電力供給してもよい。さらに、適用プラットフォーム５６０は、ＬＥＤシステム５５２及びＬＥＤシステム５５６の動作のために、ライン５６５を介して入力信号を提供してもよく、その入力は、ユーザー入力／選択、検出された読み出し、予めプログラムされたか自発的に決定された出力などに基づいてもよい。１つ又は複数のセンサは、適用プラットフォーム５６０のハウジングの内部又は外部に存在してもよい。
【００５９】
さまざまな実施形態では、適用プラットフォーム５６０のセンサ及び／又はＬＥＤシステム５５２及び／又は５５６のセンサは、データ、例えば視覚データ（例えば、ＬＩＤＡＲデータ、ＩＲデータ、カメラを介して収集されるデータなど）、音声データ、距離ベースのデータ、移動データ、環境データなど又はそれらの組み合わせを収集してもよい。データは、例えば、ＬＥＤシステム５５２及び／又は５５６による光信号、例えばＩＲ信号を放射すること、及び、放射された光信号に基づくデータを収集することに基づいて収集されてもよい。データは、データ収集のために、光信号を放射する構成要素とは異なる構成要素によって収集されてもよい。例を続けると、感知装置は、自動車上に位置してもよく、垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を用いて、ビームを放射してもよい。１つ又は複数のセンサは、放射ビーム又は他の任意の適用できる入力に対する応答を検知してもよい。
【００６０】
詳細に実施形態を記載してきたが、当業者には明らかなように、本説明が与えられると、発明の概念の精神を逸脱しない範囲で、本明細書に記載されている実施形態に対する修正を行うことができる。それゆえ、本発明の範囲が、図示及び記載されている特定の実施形態に限定されることは意図されない。
【図１Ａ】
2021507305.tif 000003
【図１Ｂ】
2021507305.tif 000004
【図１Ｃ】
2021507305.tif 000005
【図１Ｄ】
2021507305.tif 000006
【図１Ｅ】
2021507305.tif 000007
【図２Ａ】
2021507305.tif 000008
【図２Ｂ】
2021507305.tif 000009
【図３】
2021507305.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年8月13日(2020.8.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスであって、前記デバイスは、
発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
前記ＬＥＤからの放射光路内に位置決めされたメタ分子波長変換層であって、
前記メタ分子波長変換層は複数のメタ分子を含み、
前記複数のメタ分子は、１つ以上の第１ナノ粒子及び１つ以上のコンバータ・ナノ粒子を含み、それらは、
前記コンバータ・ナノ粒子を取り囲む複数の誘電ナノ粒子、又は
複数のコンバータ・ナノ粒子によって取り囲まれる誘電ナノ粒子、又は
前記コンバータ・ナノ粒子を取り囲み、それぞれ、シェル内と異なる材料をコア内に含む、コアシェル金属、若しくは誘電ナノ粒子、又は
シェルと異なる材料をコアに含み、前記複数のコンバータ・ナノ粒子によって取り囲まれる取り囲まれる、コアシェル金属、若しくは誘電ナノ粒子、をそれぞれ含む、メタ分子波長変換層と、を備え、
前記１つ以上の第１ナノ粒子は、１つ以上のコンバータ・ナノ粒子と、前記ＬＥＤによる光放射及び前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子による光放射のうちのいずれか又は両方と、の相互作用に影響を及ぼす前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子に共振調整されている、
デバイス。
【請求項２】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は前記複数の誘電ナノ粒子であり、
前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子は前記複数の誘電ナノ粒子によって取り囲まれる前記コンバータ・ナノ粒子である、
請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は前記誘電ナノ粒子であり、
前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子は前記誘電ナノ粒子によって取り囲まれる前記複数のコンバータ・ナノ粒子である、
請求項１記載のデバイス。
【請求項４】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は、前記コアシェル金属であるか、又は、前記シェル内よりも前記コア内に誘電材料を含む誘電ナノ粒子であり、
前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子は、前記コアシェル金属又は誘電ナノ粒子によって取り囲まれる前記複数のコンバータ・ナノ粒子である、
請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は、前記コアシェル金属であるか、又は、前記シェル内よりも前記コア内に誘電材料をそれぞれ含む誘電ナノ粒子であり、
前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子は、前記複数のコアシェル金属又は誘電ナノ粒子によって取り囲まれる前記コンバータ・ナノ粒子である、
請求項１記載のデバイス。
【請求項６】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は、金属コア及び誘電シェルを有する、
請求項１、４又は５記載のデバイス。
【請求項７】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は、誘電コア及び金属シェルを有する、
請求項１、４又は５記載のデバイス。
【請求項８】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は、前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子に共振調整されており、
前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子の吸収ピーク及び放射ピークにオーバーラップする前記複数のメタ分子の吸収ピーク及び放射ピークを生じさせ、
さらに、
特定の方向に放射すべき前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒によって放射される光を方向づける、
前記ＬＥＤによって放射される光の前記１つ以上のナノ粒子による後方散乱を抑制する、及び
前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子の波長領域の光の有効な吸収断面を増加させる、のうちの少なくとも１つを生じさせる、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項９】
前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子に共振調整されている前記１つ以上のナノ粒子は、前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子に、光の青色波長領域の散乱を増加させ、赤路波長領域、オレンジ色波長領域、黄色波長領域及び緑色波長領域の散乱を減少させる、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項１０】
前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子に共振調整されている前記１つ以上のナノ粒子は、前記メタ分子の変換層にコリメート光を放射させる、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項１１】
前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子は、ナノ蛍光体、ナノワイヤ、量子井戸、量子ドット、及び蛍光体のうちの少なくとも１つである、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項１２】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は、前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子と同一である、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項１３】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は、前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子と異なる、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項１４】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は、複数あり、互いに異なる形状である、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項１５】
前記１つ以上の第１ナノ粒子は、複数あり、互いに異なる材料である、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項１６】
前記１つ以上のナノ粒子及び前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子はそれぞれ同一のホスト誘電媒体に直接コンタクトしている、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項１７】
いずれか一方がいずれか他方を取り囲む前記１つ以上の第１ナノ粒子及び前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子は、互いに規則的に間隔をあけて配置されている、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項１８】
前記メタ分子は、互いに規則的に間隔をあけて配置されていない、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項１９】
いずれか一方がいずれか他方を取り囲む前記１つ以上の第１ナノ粒子及び前記１つ以上のコンバータ・ナノ粒子は、その長さより短い他方からの距離にある、
請求項１乃至５いずれか１項記載のデバイス。
【請求項２０】
デバイスであって、前記デバイスは、
発光ダイオード（ＬＥＤ）と、
少なくとも１つの金属層を含むハイパボリック・メタマテリアル（ＨＭＭ）及び少なくとも１つの誘電層を含むフォトニック結晶（ＰｈＣ）のうちの少なくとも１つをそれぞれ含む複数の第１層と、
前記ＬＥＤからの放射光路内に位置決めされ、前記複数の第１層を有する交互層内に配置された複数のナノ構造層であって、
前記複数のナノ構造層のそれぞれは、誘電ホスト媒体内に埋め込まれたコンバータ・ナノ粒子を含む、複数のナノ構造層と、を備え、
前記複数の第１層は、前記コンバータ・ナノ粒子と、前記ＬＥＤによる光放射及び前記コンバータ・ナノ粒子による光放射のうちのいずれか又は両方と、の相互作用に影響を及ぼすように調整されている、
デバイス。
【請求項２１】
前記複数の第１層の少なくとも１つ及び前記複数のナノ構造層の少なくとも１つを介して延在するナノ・パターニングをさらに備える、
請求項２０記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ナノ・パターニングは、光抽出効率を増加させる、
請求項２１記載のデバイス。
【請求項２３】
前記ナノ・パターニングは複数の孔を含む、
請求項２１記載のデバイス。
【請求項２４】
前記孔は、前記ＬＥＤによる光放射の波長及び前記コンバータ・ナノ粒子による光放射の波長のうちの少なくとも１つよりも小さいか、又は、略同じ大きさを有する
請求項２３記載のデバイス。
【請求項２５】
前記複数の孔は、前記ＬＥＤによる光放射の波長及び前記コンバータ・ナノ粒子による光放射の波長のうちの少なくとも１つによりもより小さい距離又は略同じ距離だけ離れて離間している、
請求項２３記載のデバイス。
【請求項２６】
前記ナノ・パターニングは、互いに分離された複数のナノ・パターニングに含まれる、
請求項２１記載のデバイス。
【請求項２７】
前記複数の第１層のそれぞれは、前記ＨＭＭの少なくとも１つのメタ層又は前記ＰｈＣの少なくとも１つの誘電層内に配置された追加の誘電含有物を含む、
請求項２０乃至２４いずれか１項記載のデバイス。
【請求項２８】
前記複数の第１層のうちの少なくとも１つは、前記コンバータ・ナノ粒子のうちの少なくとも一部に共振調整されている、
請求項２０記載のデバイス。
【請求項２９】
前記複数の第１層のうちの少なくとも１つは、前記コンバータ・ナノ粒子の少なくとも一部と共振調整されており、
前記コンバータ・ナノ粒子の少なくとも一部によって放射される光を特定の方向に方向づけること、
前記ＬＥＤによって放射される光の前記コンバータ・ナノ粒子の少なくとも一部による後方散乱を抑制すること、及び
前記コンバータ・ナノ粒子の少なくとも一部の波長領域の光の有効吸収断面を増加させること、のうちの少なくとも１つを生じさせる、
請求項２６記載のデバイス。
【請求項３０】
前記複数の第１層のそれぞれは、多層を含む、
請求項２０乃至２４いずれか１項記載のデバイス。
【請求項３１】
前記コンバータ・ナノ粒子は、ナノ蛍光、ナノワイヤ、量子井戸、量子ドット及び蛍光体のうちの少なくとも１つである、
請求項２０乃至２４いずれか１項記載のデバイス。
【請求項３２】
前記複数のナノ構造層のそれぞれはコンバータ・ナノ粒子の単一層を含む、
請求項２０乃至２４いずれか１項記載のデバイス。
【請求項３３】
前記複数の第１層はＨＭＭを含む、
請求項２０乃至２４いずれか１項記載のデバイス。
【請求項３４】
前記複数の第１層はＰｈＣを含む、
請求項２０乃至２４いずれか１項記載のデバイス。
【国際調査報告】
2021507305.tif 000011
2021507305.tif 000012
2021507305.tif 000013
2021507305.tif 000014