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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-01-10
(45)【発行日】2025-01-21
(54)【発明の名称】波長変換材料を含む共振空洞構造体
(51)【国際特許分類】
G02B 5/20 20060101AFI20250114BHJP
H10H 20/851 20250101ALI20250114BHJP
G02B 5/28 20060101ALI20250114BHJP
【ＦＩ】
G02B5/20
H01L33/50
G02B5/28
【請求項の数】
19
(21)【出願番号】P 2023527956
(86)(22)【出願日】2021-11-09
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2023-12-07
(86)【国際出願番号】 KR2021016222
(87)【国際公開番号】W WO2022103115
(87)【国際公開日】2022-05-19
【審査請求日】2023-05-19
(31)【優先権主張番号】10-2020-0151356
(32)【優先日】2020-11-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(73)【特許権者】
【識別番号】509329800
【氏名又は名称】ソウル大学校産学協力団
【氏名又は名称原語表記】ＳＥＯＵＬ ＮＡＴＩＯＮＡＬ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ Ｒ＆ＤＢ ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ
(74)【代理人】
【識別番号】110001139
【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人
(74)【代理人】
【識別番号】100130328
【弁理士】
【氏名又は名称】奥野 彰彦
(74)【代理人】
【識別番号】100130672
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 寛之
(72)【発明者】
【氏名】ジョン、ホンス
(72)【発明者】
【氏名】イ、テユン
【審査官】高田 亜希
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－１０７５０８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０３－１８７１８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５１７８７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００８－２４２０００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１０９６７４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１５２３０９（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２００９－０００４４０３（ＫＲ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０４０９７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１７１１７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１４－５１７５２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２７０４３２（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２９３８０３（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２００７－２０１３０１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０２Ｂ ５／２０ － ５／２８
Ｈ０１Ｌ ３３／５０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
共振空洞構造体であって、互いに異なる屈折率を有する第１誘電体層と第２誘電体層とが交互に積層された上部層、
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とが交互に積層された下部層、及び
前記上部層と前記下部層との間に形成された空洞（ｃａｖｉｔｙ）を含み、
前記上部層で前記空洞に接する誘電体層と前記下部層で前記空洞に接する誘電体層とは、互いに同じ誘電体層であり、
前記空洞は、第１波長を有する光を吸収して前記第１波長とは異なる第２波長を有する光を放出する波長変換材料を含み、
前記第１波長は、前記共振空洞構造体に照射される励起光の波長であり、
前記第２波長は、前記共振空洞構造体から放出される色変換光の波長であり、
前記空洞の厚さは、前記第１波長の長さのｎ／（２ｎｃ）倍（ｎは自然数であり、ｎｃは前記空洞の屈折率）であり、
前記共振空洞構造体は、前記第１波長で前記空洞に共振が起こるように設計され、
前記下部層の下部から前記第１波長の前記励起光が入射するように構成されている、共振空洞構造体。
【請求項2】
前記第２波長は、前記共振空洞構造体の阻止帯域（ｓｔｏｐｂａｎｄ）の外側に位置する、請求項１に記載の共振空洞構造体。
【請求項3】
前記第２波長は、前記第１波長より長い、請求項１に記載の共振空洞構造体。
【請求項4】
前記共振空洞構造体の阻止帯域は、前記第２波長より短波長の帯域に形成される、請求項３に記載の共振空洞構造体。【請求項5】
共振空洞構造体であって、互いに異なる屈折率を有する第１誘電体層と第２誘電体層とが交互に積層された上部層、
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とが交互に積層された下部層、及び
前記上部層と前記下部層との間に形成された空洞（ｃａｖｉｔｙ）を含み、
前記上部層で前記空洞に接する誘電体層と前記下部層で前記空洞に接する誘電体層とは、互いに異なる誘電体層であり、
前記空洞は、第１波長を有する光を吸収して前記第１波長とは異なる第２波長を有する光を放出する波長変換材料を含み、
前記第１波長は、前記共振空洞構造体に照射される励起光の波長であり、
前記第２波長は、前記共振空洞構造体から放出される色変換光の波長であり、 前記空洞の厚さは、前記第１波長の長さのｎ／（４ｎｃ）倍（ｎは奇数であり、ｎｃは前記空洞の屈折率）であり、
前記共振空洞構造体は、前記第１波長で前記空洞に共振が起こるように設計され、
前記下部層の下部から前記第１波長の前記励起光が入射するように構成されている、
共振空洞構造体。
【請求項6】
前記下部層の下部に配置され、前記第１波長の光を通過させ、前記第２波長の光を反射する反射層をさらに含む、請求項１に記載の共振空洞構造体。
【請求項7】
前記空洞は、前記第１波長の光を吸収して前記第２波長の光を放出する第１波長変換材料、及び
前記第１波長の光を吸収して第３波長の光を放出する第２波長変換材料をさらに含む、
請求項１に記載の共振空洞構造体。
【請求項8】
前記空洞は、前記第１波長変換材料が分布した第１層、前記第２波長変換材料が分布した第２層、及び前記第１層と前記第２層との間に配置される第３誘電体層を含む、請求項７に記載の共振空洞構造体。
【請求項9】
前記空洞の厚さは、前記空洞の厚さ方向と交差する一方向に沿って徐々に変化する、請求項１に記載の共振空洞構造体。
【請求項10】
前記空洞の厚さは、前記空洞の厚さ方向と交差する一方向に沿って周期的に変化する、請求項１に記載の共振空洞構造体。
【請求項11】
前記第１誘電体層の厚さ又は前記第２誘電体層の厚さは、前記上部層又は前記下部層の交番回数が増加するにつれて徐々に変化する、請求項１に記載の共振空洞構造体。
【請求項12】
前記共振空洞構造体の上面又は下面は、凹部又は凸部を含む、請求項１に記載の共振空洞構造体。
【請求項13】
前記共振空洞構造体の上面又は下面は、複数の凹部又は複数の凸部を含み、前記複数の凹部又は前記複数の凸部は、規則的に配列されている、
請求項１２に記載の共振空洞構造体。
【請求項14】
異なる屈折率を有する第１誘電体層と第２誘電体層とが交互に積層された上部層、 前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とが交互に積層された下部層、及び前記上部層と前記下部層との間に形成された空洞（ｃａｖｉｔｙ）を含む共振空洞構造体、並びに前記下部層の下部に配置され、第１波長の励起光を生成する発光構造又は発光素子を含み、
前記上部層で前記空洞に接する誘電体層と前記下部層で前記空洞に接する誘電体層とは、互いに同じ誘電体層であり、
前記空洞は、前記第１波長を有する光を吸収して前記第１波長とは異なる第２波長を有する光を放出する波長変換材料を含み、
前記第１波長は、前記共振空洞構造体に照射される励起光の波長であり、
前記第２波長は、前記共振空洞構造体から放出される色変換光の波長であり、
前記空洞の厚さは、前記第１波長の長さのｎ／（２ｎｃ）倍（ｎは自然数であり、ｎｃは前記空洞の屈折率）であり、
前記共振空洞構造体は、前記第１波長で前記空洞に共振が起こるように設計されている、発光構造体。
【請求項15】
前記第２波長は、前記共振空洞構造体の阻止帯域（ｓｔｏｐｂａｎｄ）の外側に位置する、請求項１４に記載の発光構造体。
【請求項16】
前記第２波長は、前記第１波長より長い、請求項１４に記載の発光構造体。
【請求項17】
前記共振空洞構造体の阻止帯域は、前記第２波長より短波長の帯域に形成される、請求項１６に記載の発光構造体。
【請求項18】
前記空洞は、前記第１波長の光を吸収して前記第２波長の光を放出する第１波長変換材料、及び
前記第１波長の光を吸収して第３波長の光を放出する第２波長変換材料をさらに含む、
請求項１４に記載の発光構造体。
【請求項19】
前記空洞は、前記第１波長変換材料が分布した第１層、前記第２波長変換材料が分布した第２層、及び前記第１層と前記第２層との間に配置される第３誘電体層を含む、請求項１８に記載の発光構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、例えば蛍光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）などの波長変換材料を含む共振空洞構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
最近のＬＥＤ市場規模は照明、ディスプレイなど多様な分野で増え続ける傾向である。特に白色ＬＥＤには色変換のための蛍光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）が必須的に使用され得る。蛍光体は、高エネルギー（すなわち、短波長）の光を吸収して低エネルギー（すなわち、長波長）の光を放出する材料である。これまでは、主に蛍光体の材料の開発にのみ焦点が当てられてきた。
【0003】
これにより、特定材料に限定されず、任意の蛍光材料の色変換効率を高めることができる光構造体を開発すれば、照明やディスプレイなど色変換が必要な様々な分野で需要が活発であると期待される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、上記のような問題点を改善するために案出されたものであり、様々な波長変換材料の色変換効率を向上させることができる光構造体を提供することを目的とする。具体的には、本発明は、波長変換材料を含む共振空洞（ｒｅｓｏｎａｎｔ ｃａｖｉｔｙ）構造体を提供することを目的とする。
【0005】
しかしながら、このような課題は例示的なものであり、これにより本発明の範囲が限定されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一実施形態による共振空洞構造体は、互いに異なる屈折率を有する第１誘電体層と第２誘電体層とが交互に積層された上部層、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とが交互に積層された下部層、及び前記上部層と前記下部層との間に形成された空洞（ｃａｖｉｔｙ）を含み、前記空洞は、第１波長を有する光を吸収して前記第１波長とは異なる第２波長を有する光を放出する波長変換材料を含み、前記第１波長で前記空洞に共振が起こるように設計され、前記下部層の下部で前記第１波長の励起光が入射するように構成されることができる。
【発明の効果】
【0007】
上述したように構成された本発明の一実施形態によれば、光学構造を介して波長変換材料の色変換効率を向上させることができる。
【0008】
本発明の一実施形態による波長変換材料（例えば、蛍光体）を含む共振空洞構造体は、平面に薄膜が積層された単純な構造からなり、作製が簡単で素子への適用が容易であり得る。例えば、共振空洞構造体は、誘電体材料の繰り返し薄膜コーティングで作製することができ、プロセスが容易で大量生産が可能である。
【0009】
もちろん、これらの効果によって本発明の範囲が限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】一般的な波長変換材料に対する励起光、透過光、及び色変換光を説明するための図である。
【図2】本発明の一実施形態による共振空洞構造体に対する励起光、透過光、及び色変換光を説明するための図である。
【図3A】本発明の他の実施形態による共振空洞構造体を説明するための図である。
【図3B】本発明の他の実施形態による共振空洞構造体を説明するための図である。
【図4】分布ブラッグ反射体の概略構造及びその反射率スペクトルＳ１の一例を示す図である。
【図5】本発明の一実施形態による共振空洞構造体の概略構造及びその反射率スペクトルの例を示す図である。
【図6】本発明の一実施形態による共振空洞構造体の透過率、吸収率、及び反射率をシミュレーションするための環境を示す図である。
【図8】本発明の様々な実施形態による共振空洞構造体の透過率、吸収率、及び反射率のシミュレーション結果を示す図である。
【図9】本発明の他の実施形態による共振空洞構造体の概略構造を示す図である。
【図10】本発明の他の実施形態による共振空洞構造体の概略構造を示す図である。
【発明の実施するための最善の形態】
【0011】
本発明の一実施形態による共振空洞構造体は、互いに異なる屈折率を有する第１誘電体層と第２誘電体層とが交互に積層された上部層、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とが交互に積層された下部層、及び前記上部層と前記下部層との間に形成された空洞（ｃａｖｉｔｙ）を含み、前記空洞は、第１波長を有する光を吸収して前記第１波長とは異なる第２波長を有する光を放出する波長変換材料を含み、前記第１波長で前記空洞に共振が起こるように設計され、前記下部層の下部で前記第１波長の励起光が入射するように構成されることができる。
【0012】
一実施形態によれば、前記第２波長は、前記共振空洞構造体の阻止帯域（ｓｔｏｐｂａｎｄ）の外側に位置してもよい。
【0013】
一実施形態によれば、前記第２波長は、前記第１波長より長くてもよい。
【0014】
一実施形態によれば、前記共振空洞構造体の阻止帯域は、前記第２波長より短波長の帯域に形成することができる。
【0015】
一実施形態によれば、前記第１誘電体層の屈折率は前記波長変換材料を含む前記空洞の屈折率より小さく、前記第２誘電体層の屈折率は前記波長変換材料を含前記空洞の屈折率より大きくてもよい。
【0016】
一実施形態によれば、前記下部層の最下部に位置する層は、前記第１誘電体層であり得る。
【0017】
一実施形態によれば、前記上部層の最上部に位置する層は、前記第２誘電体層であり得る。
【0018】
一実施形態によれば、前記上部層で前記空洞に接する誘電体層と前記下部層で前記空洞に接する誘電体層とは互いに同じ誘電体層であり、前記空洞の厚さは前記第１波長の長さのｎ／（２ｎｃ）倍（ｎは自然数であり、ｎｃは前記空洞の屈折率）であり得る。
【0019】
一実施形態によれば、前記上部層で前記空洞に接する誘電体層と前記下部層で前記空洞に接する誘電体層とは互いに異なる誘電体層であり、前記空洞の厚さは前記第１波長の長さのｎ／（４ｎｃ）倍（ｎは奇数であり、ｎｃは空洞の屈折率）であり得る。
【0020】
一実施形態によれば、共振空洞構造体は、前記下部層の下部に配置され、前記第１波長の光を通過させ、前記第２波長の光を反射する反射層をさらに含み得る。
【0021】
一実施形態によれば、前記空洞は、前記第１波長の光を吸収して前記第２波長の光を放出する第１波長変換材料、及び前記第１波長の光を吸収して第３波長の光を放出する第２波長変換材料をさらに含み得る。
【0022】
一実施形態によれば、前記空洞は、前記第１波長変換材料が分布した第１層、前記第２波長変換材料が分布した第２層、及び前記第１層と前記第２層との間に配置される第３誘電体層を含み得る。
【0023】
一実施形態によれば、前記空洞の厚さは、前記空洞の厚さ方向と交差する一方向に沿って徐々に変化し得る。
【0024】
一実施形態によれば、前記空洞の厚さは、前記空洞の厚さ方向と交差する一方向に沿って周期的に変化し得る。
【0025】
一実施形態によれば、前記第１誘電体層の厚さ又は前記第２誘電体層の厚さは、前記上部層又は前記下部層の交番回数が増加するにつれて徐々に変化し得る。
【0026】
一実施形態によれば、前記第１誘電体層の屈折率又は前記第２誘電体層の屈折率は、前記上部層又は前記下部層の交番回数が増加するにつれて徐々に変化し得る。
【0027】
一実施形態によれば、前記共振空洞構造体の上面又は下面は、凹部又は凸部を含み得る。
【0028】
一実施形態によれば、前記共振空洞構造体の上面又は下面は、複数の凹部又は複数の凸部を含み、前記複数の凹部又は前記複数の凸部は規則的に配置されてもよい。
【0029】
本発明の一実施形態による発光構造体は、互いに異なる屈折率を有する第１誘電体層と第２誘電体層とが交互に積層された上部層、前記第１誘電体層と前記第２誘電体層とが交互に積層された下部層、及び前記上部層と前記下部層との間に形成された空洞（ｃａｖｉｔｙ）を含む共振空洞構造体、並びに前記下部層の下部に配置され、第１波長の励起光を生成する発光構造又は発光素子を含み、前記空洞は、前記第１波長を有する光を吸収して前記第１波長とは異なる第２波長を有する光を放出する波長変換材料を含み、前記共振空洞構造体は、前記第１波長で前記空洞に共振が起こるように設計することができる。
【0030】
一実施形態によれば、前記第２波長は、前記共振空洞構造体の阻止帯域（ｓｔｏｐｂａｎｄ）の外側に配置してもよい。
【0031】
一実施形態によれば、前記第２波長は、前記第１波長より長くてもよい。
【0032】
一実施形態によれば、前記共振空洞構造体の阻止帯域は、前記第２波長より短波長の帯域に形成することができる。
【0033】
一実施形態によれば、前記第１誘電体層の屈折率は前記空洞の屈折率より小さく、前記第２誘電体層の屈折率は前記空洞の屈折率より大きく、前記下部層の最下部に位置する層は、前記第１誘電体層であり得る。
【0034】
一実施形態によれば、前記第１誘電体層の屈折率は前記空洞の屈折率より小さく、前記第２誘電体層の屈折率は前記空洞の屈折率より大きく、前記上部層の最上部に位置する層は、前記第２誘電体層であり得る。
【0035】
一実施形態によれば、前記空洞は、前記第１波長の光を吸収して前記第２波長の光を放出する第１波長変換材料、及び前記第１波長の光を吸収して第３波長の光を放出する第２波長変換材料をさらに含み得る。
【0036】
一実施形態によれば、前記空洞は、前記第１波長変換材料が分布した第１層、前記第２波長変換材料が分布した第２層、及び前記第１層と前記第２層との間に配置される第３誘電体層を含み得る。
【0037】
上述した以外の他の態様、特徴、利点は、以下の図面、特許請求の範囲、及び発明の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明の実施するための形態】
【0038】
本発明は、様々な変換を加えることができ、様々な実施形態を有することができるので、特定の実施形態を図面に示し詳細に説明しようとする。本発明の効果及び特徴、ならびにそれらを達成する方法は、図面と共に詳細に後述される実施形態を参照することによって明らかになるであろう。しかしながら、本発明は、以下に開示される実施形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。
【0039】
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明することとし、図面を参照して説明するとき、同一又は対応する構成要素は同一の図面符号を付与し、これに対する重複する説明は省略する。
【0040】
以下の実施形態において、第１、第２などの用語は限定的な意味ではなく、ある構成要素を他の構成要素と区別する目的で使用されている。
【0041】
以下の実施形態において、単数の表現は、文脈上明らかに別段の意味を持たない限り、複数の表現を含む。
【0042】
以下の実施形態において、含む又は有するなどの用語は、本明細書に記載の特徴又は構成要素が存在することを意味するものであり、１つ又は複数の他の特徴又は構成要素が追加される可能性を予め排除するものではない。
【0043】
図面では、説明の便宜上、構成要素がその大きさを誇張又は縮小されることがあり得る。例えば、図面に示される各構成の大きさ及び厚さは説明の便宜上任意に示されているので、本発明は必ずしも図示されたものに限定されない。
【0044】
以下の実施形態において、領域、構成要素、層などの部分が他の部分の上又は上にあるとすると、他の部分の真上にある場合だけでなく、その中間に他の領域、構成要素、層などが介在している場合も含む。
【0045】
図１は、一般的な波長変換材料Ｐに対する励起光ＥＬ、透過光ＴＬ′、及び色変換光ＣＬ′を説明するための図であり、図２は、本発明の一実施形態による共振空洞構造体１００に対する励起光ＥＬ、透過光ＴＬ、及び色変換光ＣＬを説明するための図である。
【0046】
まず、図１を参照すると、一般的な波長変換材料Ｐに励起光（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｌｉｇｈｔ、ＥＬ）を照射すると、波長変換材料Ｐは励起光ＥＬの一部を吸収して色変換光（ｃｏｌｏｒ－ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ ｌｉｇｈｔ、ＣＬ′）を放出することができる。波長変換材料Ｐは、例えば、高エネルギー（すなわち、短波長）の励起光ＥＬを吸収して低エネルギー（すなわち、長波長）の色変換光ＣＬ′を放出する蛍光体（ｐｈｏｓｐｈｏｒ）であり得る。ただし、これに限定されず、波長変換材料Ｐは、長波長の励起光ＥＬをアップコンバージョン（ｐｈｏｔｏｎ ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）を行って短波長の色変換光ＣＬ′に変えるナノ粒子であり得る。
【0047】
色変換光ＣＬ′は全方向に放出されてもよい。一方、励起光ＥＬのうち波長変換材料Ｐに吸収され残った光は、透過光（ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｄ ｌｉｇｈｔ、ＴＬ′）として透過することができる。
【0048】
これと比較して図２を参照すると、本発明の実施形態による共振空洞構造体１００は、上部層１０、下部層３０、及び上部層１０と下部層３０との間に形成され、波長変換材料Ｐを含む空洞（ｃａｖｉｔｙ）２０を含む。
【0049】
波長変換材料Ｐは、第１波長を有する光を吸収して前記第１波長より長い又は短い第２波長を有する光を放出することができる。波長変換材料Ｐが一般的な蛍光体である場合、第１波長より第２波長が長いことがある。波長変換材料Ｐがアップコンバージョンナノ粒子（ｕｐｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅ）である場合、第１波長より第２波長が短いことがある。
【0050】
以下、波長変換材料Ｐを励起させる励起光の波長を第１波長、波長変換材料から放出される色変換光の波長を第２波長と呼ぶことにする。
【0051】
本発明の実施形態による共振空洞構造体１００は、第１波長で共振が起こるように設計することができる。例えば、上部層１０及び下部層３０のそれぞれは、前記第１波長を含む所定範囲の光を反射する反射体（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）であり得、空洞２０の厚さは所定の条件を満たすことができる。共振空洞構造体１００が所定の条件を満たす場合、空洞２０で第１波長の光の共振が起こり得る。
【0052】
共振空洞構造体１００に励起光ＥＬを照射すると、空洞２０に含まれる波長変換材料Ｐは励起光ＥＬの一部を吸収して色変換光ＣＬを放出することができる。色変換光ＣＬは全方向に放射されてもよい。励起光ＥＬのうち波長変換材料Ｐに吸収され残った光は、透過光ＴＬとして共振空洞構造体１００の外側に透過することができる。励起光ＥＬ及び透過光ＴＬは上述した第１波長を有し、色変換光ＣＬは第２波長を有し得る。
【0053】
図１及び図２を併せて参照して、一般的な波長変換材料Ｐと本発明の実施形態による共振空洞構造体１００に同一の励起光ＥＬを照射する場合とを比較すると、一般的な波長変換材料Ｐより、波長変換材料Ｐを含む共振空洞構造体１００に励起光ＥＬがより多く吸収されることができる。言い換えれば、波長変換材料Ｐを含む共振空洞構造体１００の第１波長に対する吸収率が、一般的な波長変換材料Ｐの第１波長に対する吸収率（ａｂｓｏｒｐｔｉｖｉｔｙ）よりも高くなり得る。
【0054】
したがって、波長変換材料Ｐを含む共振空洞構造体１００から放出される色変換光ＣＬの強度は、一般的な波長変換材料Ｐから放出される色変換光ＣＬ′の強度よりも大きくなり得る。さらに、波長変換材料Ｐを含む共振空洞構造体１００における透過光ＴＬの強度は、一般的な波長変換材料Ｐにおける透過光ＴＬ′の強度よりも小さくなり得る。
【0055】
したがって、本発明の一実施形態によれば、励起光ＥＬを青色光とし、波長変換材料Ｐが青色光を吸収して黄色光又は赤色光を放出する蛍光体とすると、共振空洞構造体１００を白色光ＬＥＤに使用することができる。この場合、青色光の一部は透過光ＴＬとして共振空洞構造体１００を抜け出すことができ、他の一部は蛍光体に吸収され、黄色光又は赤色光の色変換光ＣＬとして共振空洞構造体１００を抜け出すことができる。
【0056】
一方、本発明の一実施形態によれば、上部層１０及び下部層３０のそれぞれは、分布ブラッグ反射体（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ、ＤＢＲ）であり得る。
【0057】
図２では、共振空洞構造体１００の表面、具体的には上面又は下面が平面構造であることを示しているが、本発明はこれに限定されず、他の実施形態として、共振空洞構造体１００の上面又は下面は凹部又は凸部を含む形状からなり得る。例えば、共振空洞構造体１００の上面又は下面は、複数の凹部又は複数の凸部を含み、複数の凹部又は複数の凸部が規則的に配列された形状からなり得る。
【0058】
【0059】
図３Ａ及び図３Ｂを参照すると、他の実施形態による共振空洞構造体１００は、図２の共振空洞構造体１００と同様に、上部層１０、下部層３０、及び上部層１０と下部層３０との間に形成され波長変換材料Ｐを含む空洞（ｃａｖｉｔｙ）２０を含み、上部層１０又は下部層３０の上に設けられた基板１をさらに含み得る。
【0060】
基板１は、他の素子、例えば発光素子などの装置と共振空洞構造体１００との間に配置される構成で、透過性材料からなり得る。一実施形態として、基板１はガラス（ｇｌａｓｓ）材料からなり得る。このとき、他の実施形態による共振空洞構造体１００は、図２の共振空洞構造体とは異なり、上部層１０と下部層３０との厚さが異なる場合がある。
【0061】
より具体的には、励起光ＥＬに近い下部層３０の厚さは上部層１０の厚さより薄くてもよい。この場合、図３Ａのように基板１は下部層３０に隣接して配置されてもよく、図３Ｂのように上部層１０に隣接して配置されてもよい。
【0062】
図４は、分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ）の概略構造及びその反射率スペクトルＳ１の一例を示す図である。分布ブラッグ反射体は、互いに異なる屈折率を有する第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とが交互に積層された構造を有し得る。
【0063】
図４を参照すると、本発明の一実施形態による上部層１０及び下部層３０のそれぞれは、分布ブラッグ反射体で形成することができる。上部層１０及び下部層３０のそれぞれは、互いに異なる屈折率を有する第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とが交互に積層された構造であり得る。言い換えれば、上部層１０及び下部層３０のそれぞれは、屈折率が周期的に変化する構造であり得る。
【0064】
分布ブラッグ反射体は、特定の波長範囲の光を反射するように設計することができる。反射する波長範囲（又は、周波数範囲）を阻止帯域（ｓｔｏｐｂａｎｄ）と呼ぶ。阻止帯域内の波長を有する光は、分布ブラッグ反射体で伝播することが禁止される。
【0065】
本発明の一実施形態では、上部層１０及び下部層３０は、第１波長を含む阻止帯域を有するように設計することができる。例えば、上部層１０及び下部層３０において、第１誘電体層１１の屈折率と厚さ、第２誘電体層１２の屈折率と厚さを調整することにより、第１波長で阻止帯域が形成されるように設計することができる。
【0066】
一実施形態として、第１誘電体層１１の厚さ又は第２誘電体層１２の厚さは、上部層１０又は下部層３０に対して交番回数が増加するにつれて徐々に変化し得る。言い換えれば、第１誘電体層１１及び第２誘電体層１２は交互に積層されているが、交互になる層が同じ厚さに積層されるのではなく、交番回数が増加する方向に沿って各層の厚さがますます薄くなるか、ますます厚くなるように設計することができる。あるいは、第１誘電体層１１の屈折率又は第２誘電体層１２の屈折率は、上部層１０又は下部層３０に対して交番回数が増加するにつれて徐々に変化し得る。
【0067】
このように設計された分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ）１０、３０に第１波長の励起光ＥＬを照射すると、反対側に光がほとんど透過しないことがある。図４は、ＤＢＲ１０、３０の下部からＤＢＲ１０、３０に向かって励起光ＥＬを照射する場合、ＤＢＲ１０、３０の上部に透過する光がない状況を示す。
【0068】
ＤＢＲ１０、３０の反射率スペクトルＳ１は、ＤＢＲ１０、３０の下部からＤＢＲ１０、３０に向かって励起光ＥＬを照射した場合、ＤＢＲ１０、３０の下部の平面Ｐ１での光強度のスペクトルをシミュレーションしたグラフである。
【0069】
図５は、本発明の一実施形態による共振空洞構造体１００の概略構造及びその反射率スペクトルＳ２の例を示す図である。
【0070】
図５を参照すると、本発明の一実施形態による共振空洞構造体１００は、互いに異なる屈折率を有する第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とが交互に積層された上部層１０、第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とが交互に積層された下部層３０、及び上部層１０と下部層３０との間に形成された空洞２０を含み、空洞２０には波長変換材料が含まれる。
【0071】
本発明の実施形態によれば、波長変換材料Ｐは、第１波長を有する光を吸収して、第１波長より長い又は短い第２波長を有する光を放出することができる。また、共振空洞構造体１００は、前記第１波長で空洞２０に共振が起こるように設計することができる。
【0072】
本発明の実施形態による共振空洞構造体１００は、第１波長から第２波長への波長変換材料Ｐの色変換効率を向上させることができる。様々な実施形態において、第１波長及び第２波長を必要に応じて設定し、それに合った励起光ＥＬ及び波長変換材料Ｐを使用することによって、共振空洞構造体１００を様々な発光素子に適用することができる。例えば、青色光の励起光ＥＬを吸収して黄色光又は赤色光を放出する波長変換材料（例えば、蛍光体）を含む共振空洞構造体１００は、白色ＬＥＤに適用することができる。ただし、本発明はこれに限定されない。
【0073】
共振空洞構造体１００は、上部層１０と下部層３０との間に空洞２０を含むことによって、特定の波長で強い共振を引き起こすことができる。具体的には、空洞２０の厚さＴ及び屈折率に基づいて決定される特定の波長で光共振が起こり得る。第１波長で光共振が起こるための空洞２０の厚さＴの条件の詳細な説明は後述される。
【0074】
本発明の実施形態では、空洞２０の厚さＴは、波長変換材料Ｐの吸収波長である第１波長で空洞２０に共振が起こるように定めることができる。第１波長で空洞２０に共振が起こる場合、第１波長の光の少なくとも一部が空洞２０に閉じ込められることができる。したがって、第１波長における共振空洞構造体１００の吸収率が大きくなり、波長変換材料Ｐの色変換効率が向上することができる。
【0075】
他の実施形態では、空洞２０の厚さＴは、空洞２０の厚さ方向と交差する一方向、例えば、共振空洞構造体１００の平面方向に沿って変化し得る。具体的には、空洞２０の厚さは、共振空洞構造体１００の平面方向に沿って徐々に変化し得る。あるいは、空洞２０の厚さは、共振空洞構造体１００の平面方向に沿って周期的に変化し得る。
【0076】
共振空洞構造体１００の反射率スペクトルＳ２は、共振空洞構造体１００の下部から共振空洞構造体１００に向かって励起光を発生させた場合、共振空洞構造体１００の下部の平面Ｐ２における光強度のスペクトルをシミュレーションしたグラフである。
【0077】
空洞のないＤＢＲ１０、３０のみの反射率スペクトルＳ１と比較すると、上部層１０と下部層３０との間に空洞２０が形成された共振空洞構造体１００の反射率スペクトルＳ２には、第１波長でディップ（ｄｉｐ）が発生し得る。
【0078】
したがって、第１波長の励起光ＥＬを共振空洞構造体１００に照射すると、第１波長の光の一部は空洞２０に閉じ込められて共振し、他の一部は透過光ＴＬとして共振空洞構造体１００を抜け出すことができる。もちろん、残りの部分は反射されてもよい。したがって、第１波長における共振空洞構造体１００の吸収率が大きくなり、波長変換材料Ｐの色変換効率が向上することができる。
【0079】
図６は、本発明の一実施形態による共振空洞構造体１００の透過率、吸収率、及び反射率をシミュレーションするための環境を示す図である。図７は、図６のような環境における共振空洞構造体１００の透過率Ｔ、吸収率Ａ、及び反射率Ｒのシミュレーション結果を示す図である。
【0080】
図６に示すシミュレーション環境は、共振空洞構造体１００の下部から共振空洞構造体１００に向けて励起光ＥＬを照射する場合を想定する。励起光ＥＬは平面波（ｐｌａｎｅ ｗａｖｅ）であると仮定する。シミュレーション環境で共振空洞構造体１００の下部面と上部面はＰＭＬ（Ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ Ｍａｔｃｈｅｄ Ｌａｙｅｒ）であると仮定した。シミュレーション環境で共振空洞構造体１００の側部面は周期境界条件（ｐｅｒｉｏｄｉｃ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ、ＰＢＣ）であると仮定した。
【0081】
図６及び図７を参照すると、上述したようなシミュレーション条件で、共振空洞構造体１００の上部領域Ａ１における光スペクトルに基づいて共振空洞構造体１００の透過率スペクトルＴを取得することができる。前記シミュレーション条件で、共振空洞構造体１００の下部領域Ａ３における光スペクトルに基づいて共振空洞構造体１００の反射率スペクトルＲを取得することができる。また、励起光ＥＬスペクトルから透過率スペクトルＴと反射率スペクトルＲとを引くことに基づいて、空洞領域Ａ２での吸収率スペクトルＡを取得することができる。
【0082】
図７のグラフＧ１００は、上記のような条件で共振空洞構造体１００の透過率スペクトルＴ、吸収率スペクトルＡ、及び反射率スペクトルＲのシミュレーション結果である。シミュレーションは、例えば、ＦＤＴＤ（Ｆｉｎｉｔｅ－ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｔｉｍｅ－ｄｏｍａｉｎ）シミュレーションであり得る。
【0083】
ここで、空洞２０に含まれる波長変換材料Ｐは、赤色量子ドット（ｒｅｄ Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｄｏｔ、ｒｅｄ ＣＱＤ）（屈折率１．８２）と仮定した。また、第１誘電体層１１の材料はＳｉＯ２（屈折率１．４６）と仮定し、第２誘電体層１２の材料はＳｉＮ４（屈折率２．０４）と仮定した。共振空洞構造体１００は、設定された第１波長で空洞２０に共振が起こるように設計された。第１波長は、例えば４５０ｎｍに設定することができるが、これに限定されない。第１波長は、波長変換材料Ｐの特性に応じて、波長変換材料Ｐの吸収波長に設定される。
【0084】
具体的には、第１波長で共振し、第１波長の周囲は阻止帯域を形成するように、第１誘電体層１１の厚さ、第２誘電体層１２の厚さ、及び空洞２０の厚さを設定した。例えば、空洞２０の上下部に接触する２つの誘電体層が互いに同じ種類の誘電体層である場合、空洞２０の厚さＴは第１波長（例えば、４５０ｎｍ）のｎ／（２ｎ－ｃ）倍（ｎは自然数、ｎ－ｃは空洞２０の屈折率）に設定することができる。他の例では、空洞２０の上下部に接触する２つの誘電体層のうちの一方の誘電体層の屈折率は空洞２０の屈折率より小さく、他方の誘電体層の屈折率は空洞２０の屈折率より大きい場合、空洞２０の厚さＴは、第１波長（例えば、４５０ｎｍ）のｎ／（４ｎ－ｃ）倍（ｎは奇数、ｎ－ｃは空洞２０の屈折率）に設定することができる。
【0085】
グラフＧ１００を参照すると、設定された第１波長で反射率スペクトルＲのディップ（ｄｉｐ）が形成されることができる。これにより、第１波長での共振により、前記第１波長で吸収率スペクトルＡのピーク（ｐｅａｋ）が形成されることができる。また、透過率スペクトルＴを参照すると、前記第１波長で光の一部が透過されることが分かる。
【0086】
これに基づいて、第１波長の励起光ＥＬを、波長変換材料Ｐを含む共振空洞構造体１００に照射すると、第１波長の光の一部は共振空洞構造体１００をそのままに抜け出し、他のいくつかは、波長変換材料Ｐによって第２波長に色変換された後、共振空洞構造体１００を抜け出すことができる。
【0087】
本発明の一実施形態では、色変換された第２波長の光は、上部層１０に対応する分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ）をうまく抜け出さなければならない。したがって、本発明の一実施形態では、共振空洞構造体１００の阻止帯域（ｓｔｏｐｂａｎｄ）（すなわち、反射率が１に近い帯域）は、第２波長を含まないように形成することができる。
【0088】
以下では、共振空洞構造体１００の阻止帯域が第２波長を含まないように共振空洞構造体１００を設計するために必要な条件について説明する。
【0089】
下記数式１は、阻止帯域幅（ｓｔｏｐｂａｎｄ ｗｉｄｔｈ）を示す式である。
【0090】
【数1】
【0091】
数式１において、Δλｍａｘは阻止帯域幅を表し、λは阻止帯域の中心波長を表し、ｎＬは波長λにおける第１誘電体層１１の屈折率を、ｎＨは波長λにおける第２誘電体層１２の屈折率を示す。本発明の実施形態において、阻止帯域の中心波長は、波長変換材料Ｐの吸収波長である第１波長に合うように設計されているので、λは第１波長となる。
【0092】
数式１を参照すると、第１誘電体層１１の屈折率ｎＬと第２誘電体層１２の屈折率ｎＨとの差が大きいほど、阻止帯域幅が大きくなり得る。ところで、阻止帯域幅が大きすぎると、阻止帯域は第２波長を含んでしまうことになる。阻止帯域が第２波長を含んでしまうと、構造体１００で第２波長の光の伝播が禁止されるため、色変換光が構造体１００をうまく抜け出せないという問題が生じる。
【0093】
したがって、本発明の一実施形態によれば、第１誘電体層１１の屈折率と第２誘電体層１２の屈折率との差は、共振空洞構造体１００の阻止帯域が第２波長を含まないように設定することができる。言い換えれば、第１誘電体層１１の屈折率と第２誘電体層１２の屈折率との差は、共振空洞構造体１００の阻止帯域が第２波長より短波長又は長波長の帯域に形成されるように設定することができる。
【0094】
一実施形態によれば、第１誘電体層１１の屈折率と第２誘電体層１２の屈折率との差は、指定された値より小さいように設定することができる。
【0095】
本発明の一実施形態によれば、上部層１０における第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とのペア（ｐａｉｒ）数及び下部層３０における第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とのペア（ｐａｉｒ）数は、それぞれ４以上６以下であり得る。
【0096】
例えば、上部層１０及び下部層３０における第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とのペア数が多くなるほど、阻止帯域は明確に定義することができる。例えば、第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とのペア数が多くなるほど、阻止帯域の境界で反射率が急激に変化することができる。しかしながら、前記ペア数が多くなるほど、第１波長における構造体１００の反射率は上昇し、第１波長における構造体１００の透過率は低下し得る。このため、第１波長における構造体１００の吸収率は、上部層１０で前記ペア（ｐａｉｒ）数が４以上６以下であり、下部層３０で前記ペア数が４以上６以下であるとき最も高くなり得る。ただし、これは一実施形態に過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。
【0097】
本発明の一実施形態によれば、上部層１０における第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とのペア数と下部層３０における第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とのペア数は互いに異なってもよい。また、本発明の一実施形態によれば、上部層１０又は下部層３０において第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とのペア数は必ずしも整数である必要はない。例えば、上部層１０において、第１誘電体層１１と第２誘電体層１２が５ペアの場合、上部層１０には５つの第１誘電体層１１と５つの第２誘電体層１２が交互に積層されてもよい。例えば、下部層３０において、第１誘電体層１１と第２誘電体層１２とが４．５ペアの場合、下部層３０には５つの第１誘電体層１１と４つの第２誘電体層１２とが交互に積層されてもよい。ただし、これは一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
【0098】
本発明の一実施形態によれば、上部層１０で空洞２０に接する層（すなわち、上部層１０の最下層）は、第１誘電体層１１であってもよく、第２誘電体層１２であってもよい。また、下部層３０で空洞２０に接する層（すなわち、下部層３０の最上層）も、第１誘電体層１１であってもよく、第２誘電体層１２であってもよい。
【0099】
以下では、第１誘電体層１１の屈折率は空洞２０の屈折率より小さく、第２誘電体層１２の屈折率は空洞２０の屈折率より大きい場合を想定する。
【0100】
一実施形態において、空洞２０に接する層が第２誘電体層１２である場合、空洞２０と第２誘電体層１２との境界は固定端（ｆｉｘｅｄ ｅｎｄ）になり、ノード（ｎｏｄｅ）が形成されることができる。一実施形態において、空洞２０に接する層が第１誘電体層１１である場合、空洞２０と第１誘電体層１１との境界は自由端（ｆｒｅｅ ｅｎｄ）になり、アンチノード（ａｎｔｉｎｏｄｅ）が形成されることができる。
【0101】
一実施形態によれば、上部層１０で空洞２０に接する誘電体層及び下部層３０で空洞２０に接する誘電体層の両方が第２誘電体層１２であり得る。この場合、空洞２０の上端及び下端の両方が固定端になり、空洞２０の中心に強い場（ｆｉｅｌｄ）を形成することができる。
【0102】
他の実施形態によれば、上部層１０で空洞２０に接する誘電体層及び下部層３０で空洞２０に接する誘電体層の両方が第１誘電体層１１であり得る。この場合、空洞２０の上端及び下端の両方が自由端になり、空洞２０の上端及び下端に強い場（ｆｉｅｌｄ）を形成することができる。
【0103】
上部層１０で空洞２０に接する誘電体層及び下部層３０で空洞２０に接する誘電体層が同じ種類の誘電体層である場合、第１波長で共振するために空洞２０の厚さＴは第１波長のｎ／（２ｎｃ）倍（ｎは自然数、ｎｃは空洞２０の屈折率）であり得る。
【0104】
さらに別の実施形態によれば、上部層１０で空洞２０に接する誘電体層及び下部層３０で空洞２０に接する誘電体層は異なる種類の誘電体層であり得る。この場合、第１波長で共振するために、空洞２０の厚さＴは、第１波長（例えば、４５０ｎｍ）のｎ／（４ｎｃ）倍（ｎは奇数、ｎｃは空洞２０の屈折率）であり得る。
【0105】
図８は、本発明の様々な実施形態による共振空洞構造体１００の透過率Ｔ、吸収率Ａ、及び反射率Ｒをシミュレーションした結果を示す図である。
【0106】
本発明の様々な実施形態において、第２誘電体層１２の屈折率が第１誘電体層１１の屈折率よりも大きいと仮定する。
【0107】
図８を参照すると、本発明の様々な実施形態による共振空洞構造体１００において、上部層１０の最上層（図８の１番層）、上部層１０の最下層（図８の２番層）、下部層３０の最上層（図８の３番層）、及び下部層３０の最下層（図８の４番層）は、それぞれ第１誘電体層１１であってもよく、第２誘電体層１２であってもよい。図８に示すグラフＧ１～Ｇ１６は、これら全ての場合の数に対する透過率Ｔ、吸収率Ａ、光反射率Ｒのグラフである。
【0108】
図８の表記において、Ｌは低屈折率（ｌｏｗ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）、すなわち第１誘電体層１１を表し、Ｈは高屈折率（ｈｉｇｈ ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ ｉｎｄｅｘ）、すなわち第２誘電体層１２を表す。
【0109】
例えば、Ｇ１はＬＨＨＬと表記されたところ、１番層が第１誘電体層１１であり、２番層及び３番層が第２誘電体層１２であり、４番層が第１誘電体層１１である共振空洞構造体のシミュレーショングラフである。
【0110】
Ｇ２は、ＬＨＨＨと表記されたところ、１番層が第１誘電体層１１であり、２番層、３番層、及び４番層が全て第２誘電体層１２である共振空洞構造体のシミュレーショングラフである。
【0111】
Ｇ３は、ＨＨＨＬと表記されたところ、１番層、２番層、及び３番層が全て第２誘電体層１２であり、４番層が第１誘電体層１１である共振空洞構造体のシミュレーショングラフである。
【0112】
また、１行目のＧ１～Ｇ４は、２番層及び３番層の両方が第２誘電体層１２である場合のシミュレーショングラフである。
【0113】
２行目のＧ５～Ｇ８は、２番層が第２誘電体層１２であり、３番層が第１誘電体層１１である場合のシミュレーショングラフである。
【0114】
３行目のＧ９～Ｇ１２は、２番層が第１誘電体層１１であり、３番層が第２誘電体層１２である場合のシミュレーショングラフである。
【0115】
４行目のＧ１３～Ｇ１６は、２番層と３番層の両方が第１誘電体層１１である場合のシミュレーショングラフである。
【0116】
本発明の一実施形態によれば、下部層３０の最下部に位置する層（４番層）は第１誘電体層１１であることが望ましい。下部層３０の最下部に位置する層（４番層）の屈折率が低い場合、励起光を少なく反射する可能性があるからである。グラフＧ１～Ｇ１６を参照しても、４番層が第１誘電体層１１である場合（Ｇ１、Ｇ３、Ｇ６、Ｇ８、Ｇ９、Ｇ１１、Ｇ１４、及びＧ１６）に第１波長で反射率スペクトルのディップ（ｄｉｐ）が深くできるのが見られる。したがって、励起光の反射を最小限に抑え、励起光ができるだけ構造体１００の内部に入って空洞２０で共振するようにするために、下部層３０の最下部に位置する層（４番層）は第１誘電体層１１であることが望ましい。ただし、本発明がこれに限定されるものではない。任意の実施形態による共振空洞構造体１００では、下部層３０の最下部に第２誘電体層１２が配置されることもある。
【0117】
本発明の一実施形態によれば、上部層１０の最上部に位置する層（１番層）は第２誘電体層１２であることが望ましい。上部層１０の最上部に位置する層（１番層）の屈折率が高い場合、透過が少なくなり吸収が増加する可能性があるからである。グラフＧ１～Ｇ１６を参照しても、１番層が第２誘電体層１２である場合（Ｇ３、Ｇ４、Ｇ７、Ｇ８、Ｇ９、Ｇ１０、Ｇ１３、及びＧ１４）に第１波長で透過率が小さいのが見られる。したがって、励起光の透過を最小限に抑え、励起光ができるだけ構造体１００の内部に閉じ込められて空洞２０で共振するようにするために、上部層１０の最上部に位置する層（１番層）は第２誘電体層１２であるのが望ましい。ただし、本発明がこれに限定されるものではない。
【0118】
図９は、本発明の他の実施形態による共振空洞構造体１０１の概略構造を示す図である。
【0119】
図９を参照すると、本発明の他の実施形態による共振空洞構造体１０１は、上述した共振空洞構造体１００と比較して、励起光が照射される側に配置される反射層４０をさらに含むことができる。上述した内容に対応するように共振空洞構造体１００、１０１の下部から励起光が照射されると仮定すると、共振空洞構造体１０１は、上述した共振空洞構造体１００と比較して下部層３０の下部に反射層４０をさらに含むことができる。
【0120】
具体的には、本発明の他の実施形態による共振空洞構造体１０１は、上部層１０、下部層３０、上部層１０と下部層３０との間に形成され、波長変換材料Ｐを含む空洞２０、及び下部層３０の下部に配置される反射層４０を含むことができる。波長変換材料Ｐは、第１波長の光を吸収して第２波長の光を放出することができる。上部層１０及び下部層３０はそれぞれ、第１波長の光を反射する構造を有し得る。上部層１０と下部層３０との間の空洞２０は、第１波長の光が共振するように形成することができる。また、下部層３０の下部に配置される反射層４０は、第２波長の光を反射する構造を有し得る。反射層４０の下部から共振空洞構造体１０１に向かって励起光を照射することができる。
【0121】
一実施形態によれば、上部層１０及び下部層３０のそれぞれは、第１波長の光を反射する分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ）であり得る。また、反射層４０は、第２波長の光を反射する分布ブラッグ反射体（ＤＢＲ）であり得る。反射層４０の阻止帯域は、第１波長を含まないように形成することができる。すなわち、反射層４０の阻止帯域は、第１波長より長波長又は短波長の帯域に形成することができる。これにより、反射層４０が追加された共振空洞構造体１０１の第１波長付近の光スペクトルは、上述した共振空洞構造体１００の第１波長付近の光スペクトルと同様であり得る。すなわち、反射層４０を追加しても、第１波長における透過率、吸収率、及び反射率の低下がほとんどないように反射層４０が設計されることができる。一方、第２波長の光を反射する反射層４０の存在により、上部に抜け出す第２波長の色変換光の強度はさらに向上することができる。
【0122】
図１０は、本発明の他の実施形態による共振空洞構造体１０２の概略構造を示す図である。
【0123】
図１０を参照すると、本発明の他の実施形態による共振空洞構造体１０２の空洞２０′は、第１波長変換材料Ｐ１及び第２波長変換材料Ｐ２を含み得る。
【0124】
一実施形態によれば、空洞２０′は、第１波長変換材料Ｐ１が分布した第１層、第２波長変換材料Ｐ２が分布した第２層、及び前記第１層と第２層との間に配置される第３誘電体層２１を含み得る。
【0125】
一実施形態によれば、第１波長変換材料Ｐ１は、励起光ＥＬの波長である第１波長の光を吸収して第２波長の光を放出することができる。第２波長変換材料Ｐ２は、第１波長の光を吸収して第３波長の光を放出することができる。
【0126】
一実施形態によれば、第１波長変換材料Ｐ１は、第１波長の光を吸収して第１波長より長波長である第２波長の光を放出する第１蛍光体であり、第２波長変換材料Ｐ２銀は、第１波長の光を吸収して第１波長より長波長である第３波長の光を放出する第２蛍光体であり得る。この場合、励起光ＥＬが共振空洞構造体１０２の下部から照射され、第１蛍光体を含む第１層が第２蛍光体を含む第２層より下部に配置されるとする時、第１蛍光体の発光波長である第２波長は、第２蛍光体の発光波長である第３波長より長波長であり得る。そうしてこそ、第１蛍光体によって色変換された第２波長の光は、第２蛍光体によって再吸収されないことができる。
【0127】
図１０に示す実施形態による共振空洞構造体１０２の上部層１０及び下部層３０は、上述した上部層１０及び下部層３０に対応してもよい。
【0128】
本発明は、様々な実施形態による共振空洞構造体１００、１０１、１０２、及び共振空洞構造体１００、１０１、１０２の下部に配置され、励起光を放出する発光層を含む発光構造体をさらに含むことができる（図示せず）。前記発光層は、例えば発光構造あるいは、発光素子（例えば、ＬＥＤなど）であり得る。したがって、本発明の一実施形態による発光構造体は、共振空洞構造体１００、１０１、１０２及び共振空洞構造体１００、１０１、１０２の下部に配置され、第１波長の励起光を生成する発光構造あるいは、発光素子（例えば、ＬＥＤなど）を含むことができる。
【0129】
本発明は図面に示す一実施形態を参照して説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当該分野で通常の知識を有する者であれば、これから様々な変形及び実施形態の変形が可能であることが理解されるであろう。したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、添付の特許請求の範囲の技術的思想によって定められるべきである。
【産業上利用可能性】
【0130】
本発明の一実施形態によれば、共振空洞構造体を提供する。また、照明やディスプレイなど色変換が必要な様々な分野などに本発明の実施形態を適用することができる。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
