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OPTICAL WAVEGUIDE DEVICE, PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, ARCHITECTURAL STRUCTURE, ELECTRONIC APPARATUS AND LIGHT-EMITTING DEVICE

Foreign code F170009096
File No. (S2016-0031-N0)
Posted date May 30, 2017
Country WIPO
International application number 2016JP079575
International publication number WO 2017061448
Date of international filing Oct 5, 2016
Date of international publication Apr 13, 2017
Priority data
  • P2015-200705 (Oct 9, 2015) JP
Title OPTICAL WAVEGUIDE DEVICE, PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, ARCHITECTURAL STRUCTURE, ELECTRONIC APPARATUS AND LIGHT-EMITTING DEVICE
Abstract An optical waveguide device comprises a planar optical waveguide 10, a transparent layer 20 located on a principal surface thereof and having refractive index anisotropy, and a reflecting mirror array 30 located thereon. Reflecting mirrors 31 of the reflecting mirror array 30 reflect three-dimensional space propagation light entering from outside and causes the reflected three-dimensional space propagation light to enter the layer 20 having refractive index anisotropy. The layer 20 having refractive index anisotropy permits transmission of light that enters the layer 20 having refractive index anisotropy by the reflection of the three-dimensional space propagation light by the reflecting mirrors 31, and restricts transmission of light that enters the layer 20 having refractive index anisotropy after entering the planar optical waveguide 10 through the layer 20 having refractive index anisotropy and then being fully reflected by the back surface of the planar optical waveguide 10. A photoelectric conversion device is configured by providing a semiconductor layer for photoelectric conversion at an end of the planar optical waveguide 10.
Outline of related art and contending technology BACKGROUND ART
Cyclic society as a key technology of the future, also simply referred to as well as to prevent the global warming potential, consistent with the natural environment and green for subsequent generations of the earth to the parking attendant human, more effective use of the sunlight is desired. The world from this point of view by the solar battery is attracting attention, the photoelectric conversion efficiency is improved and manufacturing cost can be reduced so as to reduce the research and development has been actively performed.
Before the present inventor, the dead zone for the incident light can be eliminated, staebler, the ski and the conduction (Staebler Wronski) effect and ultraviolet components can be suppressed and the degradation of the organic semiconductor, it is possible to obtain a high photoelectric conversion efficiency, a large area is also very simple, suitable for use as a solar cell of a photoelectric conversion device is proposed (see Patent Document 1.). And the photoelectric conversion device, 3 - dimensional space propagation light can be converted into propagation light 2 and the three-dimensional space structure, 2 the three-dimensional space of the planar waveguide propagating light and the optical waveguide, the planar light waveguide is provided at the end of the photoelectric conversion semiconductor layer and the, the planar light waveguide of the light incident on the main surface of the planar optical waveguide is guided in the light incident on the semiconductor layer is configured, the planar light waveguide of the light being wave guided within the traveling direction of the net, the planar optical waveguide from the end face of the light incident on the semiconductor layer on the semiconductor layer by the carriers generated in the direction of movement of the net angle and substantially at right angles. 3 2 Three-dimensional space propagation light can be converted to propagating light three-dimensional space as a structure, the main surface of the planar optical waveguide or planar optical waveguide provided in the diffraction grating is used. The most effective as a diffraction grating having a structure as described below have been proposed (Patent Document 1 described in paragraph 0073, see Fig. 23 and Fig. 24.). That is, the main surface of the planar optical waveguide (light incident surface) of rectangular cross section in a part of the comb-teeth-shaped convex portion is periodically formed in a concavo-convex structure is formed periodically, this periodic concavo-convex structure is a diffraction grating. The main surface of the planar optical waveguide to the opposite surface (back surface), the relief structure periodically over the area larger than that of aluminum (Al) functions as a reflective film formed on the back metal. And the back metal at the interface of the planar optical waveguide and a saw-tooth shape, in the saw-like interface of a small back metal the light impinging on the inclined surface which is reflected in various directions respectively. Using this model the surface of the optical waveguide is to verify the performance of the waveguide according to the result of simulation carried out, the relief structure periodically in a direction perpendicular to the incident light, many of which are diffracted by the periodic concavo-convex structure on the altered 90° the traveling direction of the optical waveguide is guided in a planar shape. That is, the direction of the optical waveguide propagating light wave guide can be said that the redirection (redirection waveguide) (3 incident light in the three-dimensional space and to 2 after the three-dimensional space propagating light, guided in a transverse direction immediately in order to cause the functional thin film structure) was shown to be feasible. With respect to light of other wavelengths, by appropriately changing the dimension of the protruding part and the period corresponding to possible.
Scope of claims (In Japanese)[請求項1]
面状光導波路を有し、
上記面状光導波路の主面に向かって立体角2πの範囲内の複数の方向から入射してくる3次元空間伝播光を上記面状光導波路に入射する前に立体角π以下に絞り込んでから上記面状光導波路に入射させ、当該絞り込みが行われる方向からその反対の方向に向けて、上記面状光導波路に入射した光が、上記面状光導波路内を2次元空間伝播光として伝播する光導波装置。
[請求項2]
光を制御する光制御構造体により上記3次元空間伝播光を上記立体角π以下に絞り込んでから上記面状光導波路に入射させるように構成され、上記光制御構造体が上記面状光導波路の上記主面上に幾何学的対称性を以て配置されている請求項1記載の光導波装置。
[請求項3]
上記面状光導波路の上記主面上に上記幾何学的対称性を以て配置された上記光制御構造体により、上記立体角π以下に絞り込まれた上記3次元空間伝播光を上記面状光導波路の上記主面に対して垂直な平面内の角度が特定の範囲内の光に変換されて上記面状光導波路の上記主面に入射する請求項2記載の光導波装置。
[請求項4]
上記幾何学的対称性が、上記面状光導波路の内部を光が進行する方向に垂直な方向への並進対称性であり、この並進対称性により、2自由度の立体角から1自由度の入射角に縮減されて上記絞り込みが行われる請求項2記載の光導波装置。
[請求項5]
上記幾何学的対称性が、上記面状光導波路の上記主面で定義される回転対称性であり、この回転対称性により、2自由度の立体角から1自由度の入射角に縮減されて上記絞り込みが行われる請求項2記載の光導波装置。
[請求項6]
上記光制御構造体は光波進行方向変換層を含み、上記立体角2πの範囲内の複数の方向から入射してくる3次元空間伝播光は最初にこの光波進行方向変換層に入射するように構成され、上記光波進行方向変換層による進行方向変換後は、上記面状光導波路の上記主面に対してほぼ垂直に光が入射する請求項2記載の光導波装置。
[請求項7]
上記面状光導波路と、
上記面状光導波路の上記主面上の、透明な屈折率異方性を有する層と、
上記屈折率異方性を有する層上の少なくとも一つの反射鏡とを有し、
上記反射鏡は、外部から入射する3次元空間伝播光を反射して上記屈折率異方性を有する層に入射させるように構成され、
上記屈折率異方性を有する層は、上記3次元空間伝播光が上記反射鏡で反射されて、上記屈折率異方性を有する層を斜めに横断して上記面状光導波路の上記主面を経て上記面状光導波路の内部に入ることは許容するが、上記面状光導波路の内部に入った光が、上記面状光導波路を斜めに横断して上記面状光導波路の裏面で全反射されて戻ってきた後に上記屈折率異方性を有する層に再び入射する際は全反射されるような屈折率異方性を有する請求項1記載の光導波装置。
[請求項8]
透明な屈折率異方性を有する第1の層と、
上記第1の層上の第1の面状光導波路と、
上記第1の面状光導波路上の、透明な屈折率異方性を有する第2の層と、
上記第2の層上の透明な偏光方向変換層と、
上記偏光方向変換層上の、透明な屈折率異方性を有する第3の層と、
上記第3の層上の第2の面状光導波路と、
上記第1の層の上記第1の面状光導波路と反対側の主面上の少なくとも一つの反射鏡とを有し、
上記反射鏡は、外部から入射する3次元空間伝播光を反射して上記第1の層に入射させるように構成され、
上記第1の層は、上記3次元空間伝播光が上記反射鏡で反射されて、上記第1の層を斜めに横断して上記第1の面状光導波路の主面を経て上記第1の面状光導波路の内部に入ることは許容するが、上記第1の面状光導波路の内部に入った光が、上記第1の面状光導波路を斜めに横断して上記第1の面状光導波路の裏面で全反射されて戻ってきた後に上記第1の層に再び入射する際は全反射されるような屈折率異方性を有し、
上記第2の層は、上記第1の面状光導波路の内部に入った光が上記第2の層を斜めに横断して上記第1の面状光導波路の裏面を経て上記偏光方向変換層の内部に入ることが許容されるような屈折率異方性を有し、
上記第3の層は、上記偏光方向変換層の内部に入った光が上記第3の層を斜めに横断して上記第2の面状光導波路の主面を経て上記第2の面状光導波路の内部に入ることは許容するが、上記第2の面状光導波路の内部に入った光が、上記第2の面状光導波路を斜めに横断して上記第2の面状光導波路の裏面で全反射されて戻ってきた後に上記第3の層に再び入射する際は全反射されるような屈折率異方性を有する請求項1記載の光導波装置。
[請求項9]
上記屈折率異方性を有する層は、上記3次元空間伝播光が上記反射鏡で反射されて上記屈折率異方性を有する層に入射する光に対する実効屈折率が、上記屈折率異方性を有する層を透過して上記面状光導波路内に入射し、上記面状光導波路の上記主面で全反射された後に上記屈折率異方性を有する層に入射する光に対する実効屈折率より大きい請求項7記載の光導波装置。
[請求項10]
上記3次元空間伝播光が上記反射鏡で反射されて上記屈折率異方性を有する層に入射する光に対する実効屈折率は上記面状光導波路の屈折率と同等である請求項9記載の光導波装置。
[請求項11]
上記面状光導波路の、上記屈折率異方性を有する層と反対側の裏面が面する空間は上記面状光導波路より屈折率が小さい媒質からなる請求項7記載の光導波装置。
[請求項12]
上記反射鏡の断面が上記屈折率異方性を有する層の側に頂点を有する放物線状の形状を有する請求項7記載の光導波装置。
[請求項13]
上記屈折率異方性を有する層上にさらに光波進行方向変換層が設けられ、上記放物線の軸は、上記光波進行方向変換層による進行方向変換後の方向に平行である請求項12記載の光導波装置。
[請求項14]
上記放物線の軸は上記屈折率異方性を有する層にほぼ垂直である請求項12記載の光導波装置。
[請求項15]
上記反射鏡と上記面状光導波路との幾何学的交点は直線状または円弧状の形状を有する請求項7記載の光導波装置。
[請求項16]
上記反射鏡と上記面状光導波路との幾何学的交点は複数の直線状または同心円弧状の形状を有する請求項7記載の光導波装置。
[請求項17]
上記屈折率異方性を有する層上に上記反射鏡が上記屈折率異方性を有する層に平行な一方向に周期的に複数設けられて反射鏡アレイが形成されている請求項7記載の光導波装置。
[請求項18]
上記屈折率異方性を有する層上に上記反射鏡と透明層とが上記面状光導波路の上記主面に沿って交互に複数設けられている請求項17記載の光導波装置。
[請求項19]
面状光導波路と、
上記面状光導波路の端部に設けられた光電変換用の半導体層とを有し、
上記面状光導波路の主面に向かって立体角2πの範囲内の複数の方向から入射してくる3次元空間伝播光を上記面状光導波路に入射する前に立体角π以下に絞り込んでから上記面状光導波路に入射させ、当該絞り込みが行われる方向からその反対の方向に向けて、上記面状光導波路に入射した光が、上記面状光導波路内を2次元空間伝播光として伝播して上記半導体層に入射する光電変換装置。
[請求項20]
上記半導体層の上下の互いに対向する第1の面および第2の面にそれぞれ第1の電極および第2の電極が設けられていることを特徴とする請求項19記載の光電変換装置。
[請求項21]
上記半導体層はp型半導体層とn型半導体層とからなるpn接合であり、そのpn接合面は上記面状光導波路の上記主面に平行または垂直である請求項19記載の光電変換装置。
[請求項22]
上記半導体層のバンドギャップまたはHOMO-LUMOギャップが光の進行方向に順に段階的および/または連続的に減少するように構成されている請求項19記載の光電変換装置。
[請求項23]
上記半導体層はバンドギャップまたはHOMO-LUMOギャップが光の進行方向に順に段階的に減少した複数の領域からなり、上記第1の電極および上記第2の電極のうちの少なくとも一方は各領域間で互いに分離して設けられている請求項20記載の光電変換装置。
[請求項24]
少なくとも一つの光電変換装置を有し、
上記光電変換装置が、
面状光導波路と、
上記面状光導波路の端部に設けられた光電変換用の半導体層とを有し、
上記面状光導波路の主面に向かって立体角2πの範囲内の複数の方向から入射してくる3次元空間伝播光を上記面状光導波路に入射する前に立体角π以下に絞り込んでから上記面状光導波路に入射させ、当該絞り込みが行われる方向からその反対の方向に向けて、上記面状光導波路に入射した光が、上記面状光導波路内を2次元空間伝播光として伝播して上記半導体層に入射する光電変換装置である建築物。
[請求項25]
外面に取り付けられた少なくとも一つの光電変換装置を有し、
上記光電変換装置が、
面状光導波路と、
上記面状光導波路の端部に設けられた光電変換用の半導体層とを有し、
上記面状光導波路の主面に向かって立体角2πの範囲内の複数の方向から入射してくる3次元空間伝播光を上記面状光導波路に入射する前に立体角π以下に絞り込んでから上記面状光導波路に入射させ、当該絞り込みが行われる方向からその反対の方向に向けて、上記面状光導波路に入射した光が、上記面状光導波路内を2次元空間伝播光として伝播して上記半導体層に入射する光電変換装置である電子機器。
[請求項26]
面状光導波路と、
上記面状光導波路の主面上の、透明な屈折率異方性を有する層と、
上記屈折率異方性を有する層上の少なくとも一つの反射鏡とを有し、
上記反射鏡は、上記面状光導波路に端部から光を入射させることにより上記面状光導波路の内部を導波される2次元空間伝播光が上記屈折率異方性を有する層に入射し、上記屈折率異方性を有する層を透過する光を反射して外部に出射するように構成され、
上記屈折率異方性を有する層は、上記面状光導波路の内部から上記屈折率異方性を有する層に入射する上記2次元空間伝播光の透過を許容する屈折率異方性を有する光導波装置。
[請求項27]
面状光導波路と、
上記面状光導波路の主面上の、透明な屈折率異方性を有する層と、
上記屈折率異方性を有する層上の少なくとも一つの反射鏡と、
上記面状光導波路の端部に設けられた光源とを有し、
上記反射鏡は、上記面状光導波路に端部から光を入射させることにより上記面状光導波路の内部を導波される2次元空間伝播光が上記屈折率異方性を有する層に入射し、上記屈折率異方性を有する層を透過する光を反射して外部に出射するように構成され、
上記屈折率異方性を有する層は、上記面状光導波路の内部から上記屈折率異方性を有する層に入射する上記2次元空間伝播光の透過を許容する屈折率異方性を有する発光装置。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION HOKKAIDO UNIVERSITY
  • Inventor
  • ISHIBASHI Akira
IPC(International Patent Classification)
Specified countries National States: AE AG AL AM AO AT AU AZ BA BB BG BH BN BR BW BY BZ CA CH CL CN CO CR CU CZ DE DJ DK DM DO DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM GT HN HR HU ID IL IN IR IS JP KE KG KN KP KR KW KZ LA LC LK LR LS LU LY MA MD ME MG MK MN MW MX MY MZ NA NG NI NO NZ OM PA PE PG PH PL PT QA RO RS RU RW SA SC SD SE SG SK SL SM ST SV SY TH TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN ZA ZM ZW
ARIPO: BW GH GM KE LR LS MW MZ NA RW SD SL SZ TZ UG ZM ZW
EAPO: AM AZ BY KG KZ RU TJ TM
EPO: AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR
OAPI: BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW KM ML MR NE SN ST TD TG
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