KR20010005594A - 백열광을 내는 마이크로캐버티 광원과 방법 - Google Patents

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자페스티븐엠.
존스미첼엘.
데이어제프리에스.
오옴스테드브라이언엘.
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Abstract

백열광을 내는 마이크로캐버티 광원(30)은 가열될 시 자발적인 광 방출을 할 수 있는 백열광을 내는 활성 영역(13)을 갖는다. 백열광을 내는 마이크로캐버티 광원 (30)은 상기 활성 영역(13)으로부터 자발적인 광 방출을 제어한다.

Description

백열광을 내는 마이크로캐버티 광원과 방법{INCANDESCENT MICROCAVITY LIGHTSOURCE AND METHOD}
인용참조
1995년 11월 21일 출원한 미국 특허 번호 제5,469,018호의 제목 "공진 마이크로캐버티(microcavity) 디스플레이(display)"와 1996년 1월 18일 출원한 미국 출원번호 제08/581,622호의 제목 "공진 마이크로캐버티 디스플레이"를 인용참조하며, 이들 양자는 참조문헌으로서 여기에 반영된다.
본 발명은 마이크로캐버티의 광원과 이것을 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 배경
백열은 뜨거운 물체가 방사할 시의 자발적인 방출이다. 이상적인 "흑체 (blackbody)"로부터의 방출은 많은 물리학 교재에서 잘 해석되어 기술된다. 출력은 넓은 범위의 방출로 이루어져 있으며, 이것의 피크는 λ=2.898×106/T(nm/K)의 파장에서 발견된다(도1 참조). 파장의 함수로서, 방출은 피크의 긴 파장측상에서 대략 75%의 방출이 발생하여 비대칭이된다. 게다가, 방출은 특히 긴 파장측상에서 상당히 넓다. 이 때문에, 흑체는 협대역 광을 제공하기 위해서 효율을 상당히 희생하여 심하게 필터링되어야 한다.
이것의 분명한 예는 가시광선을 제공할 시의 흑체의 비효율성이다. 흑체의 출력이 광도 단위로 표현되는 경우, 10 lumens/Watt의 발광효율을 얻는데 2600°K의 온도가 요구되고, 40 lm/Watt를 얻는데는 3500°K이상의 온도가 요구된다. 비교해 보면, 이상적인 협대역 녹색광 소스는 683lm/W의 높은 발광 효율을 갖고, 그리고 이상적인 백색광 소스는 300lm/W 이상의 발광효율을 갖을 수 있다.
흑체에 대한 최대 발광효율은 6625°K 온도에서 발생하는 95 lumen/Watt다. 3000°K 이상의 온도에서 동작할 수 있는 고체 물질들은 것의 없기 때문에, 효율적인 가시광선 백열 소스들에 대한 연구는 주로 가능한 가장 높은 온도에서 동작될 수 있는 물질 탐색이었다.
실제 물질들의 방출은 동일한 온도에서 물질의 스펙트럼 방사 이미턴스(emittance)를 흑체 방출의 일부로서 기술하는 스펙트럼 방사율(emissivity)이 특징이다. 방사율이 파장에 독립일 경우, 방출은 동일한 온도에서 흑체와 동일한 파장 의존도를 갖는다. 예제로서, 텅스텐은 대부분의 가시광선 백열 소스들의 제1 성분이며, 비교하는 흑체보다 텅스텐의 가시광선 방출 부분이 더 크다. 그러나, 녹는점에서 텅스텐의 발광효율은 단지 53lm/W고, 실제 동작 온도에서는 15-30lm/W 범위의 발광효율을 갖는다.
명백하게, 원하지 않는 방출을 없엘수 있는 어떤 방법이 발견될 경우, 많은 응용들에 대한 백열 램프의 효율이 상당히 개선될 것이다. 예를 들면, 인용참조로서 여기에 통합된 미국 광학회 저널 볼륨 52, 페이지 395에서 B.Hisdal은 600nm보다 짧은 파장에 대해 정상적인 방사율을 갖고 그리고 600nm보다 큰 파장에 대해 0의 방사율을 갖는 텅스텐 필라멘트(filament)가 3000°K에서 동작될 시 407lm/W의 효율을 주는 것을 계산했다.
가시광선 램프를 위해 원하지 않는 적외선 방출을 감소시키기 위해 현재까지 개발된 가장 성공적인 방법은 백열 소스를 선택적인 열 반사체로 둘러싸는 것으로 구성된다. 이 반사체는 가시광선 방사는 통과시키는 반면에, 적외선 방사는 재흡수를 위해 필라멘트로 반사한다. 이것은 반사체가 없는 유사한 램프보다 대략 1/3정도가 효율이 더 좋은 일반적인 전기 IRPAR(적외선 포물선 모양의 알루미늄 반사체) 램프(인용참조로 여기에 통합된 1991년 1월의 Photonics spectra의 페이지 40 참조)의 작용원리다. 불행하게도, 이 기술의 실제 적용은 소스위로 정확하게 정열된 필라멘트의 이미지 형태에 의존한다. 효율 이득을 제한하는 다른 인자들은 텅스텐 필라멘트의 낮은 흡수율(30%-40%)과, 그리고 열 반사체의 투명도(transparency), 반사율과 컷오프(cutoff)에 대한 실제 제한사항들이다.
백열 소스들은 통상적으로 거의 등방성인 방출로서 많이 발산하는 특징이 있다. 보다 적은 발산이 요구되는 응용을 위해, 스탑(stop), 집열기(collector) 및 응축 광학이 요구된다. 이런 광학 시스템의 비용은 종종 광을 발생시키는 램프 비용을 초과한다. 많은 경우에, 효율은 광학 시스템의 범위을 조화시키기 위해서 희생되어야 한다.
자발적인 방출을 제어하는데 이용되는 광학 마이크로캐버티는 256 Science 66 (1992)에서 H. Yokoyama의 광학 마이크로캐버티에 대한 물리학 및 소자응용, E.A. Hinds의 캐버티 양자 전기역학, 볼륨 28, 페이지 237-289(1991)에서 eds.D.Bates와 B.Beddrson의 원자, 분자와, 그리고 광물리학에서의 진보, 그리고 Jacobsen 등의 미국 특허 5,469,018과 미국 특허 출원 번호 제 08/581,632호에 기술되며, 이들 모두는 인용참조로 여기에 통합된다. 이들 광학 마이크로캐버티들은 그들 내부에 위치한 발광 중심들의 감쇠율(decay rate), 방향 특성 및 주파수 특성을 변경시키는 능력이 있다. 이러한 현상에 대한 연구는 물질적으로 캐버티 QED(양자 전기역학 (quantum electrodynamics))라 불리며, 이들 마이크로캐버티들의 치수는 방출된 광의 한 파장에서 10개 파장 범위까지다. 반도체 활성층(active layer)을 갖는 마이크로캐버티들은 반도체 레이저와 발광소자(LED(light-emiting diodes))로 개발되고 있고, 인광체 활성층을 갖는 마이크로캐버티들은 디스플레이이 및 조명 응용을 위해 개발되고 있다. 모든 이들 소자들에서, 효율은 광을 발생시키는 반도체 물질이나 인광체의 낮은 고유의 효율에 의해 제한된다.
백열 소스들은 물리적인 마이크로캐버티들내에 포함되도록 형성되왔다. 이들은 Muller등(5,285,131), Daehler(4,724,356)와, 그리고 Bloomberg등(5,500,569)의 미국 특허들에 기술대며, 이들 모두는 인용참조로 여기에 통합된다. 그러나, 이들 물리적인 캐버티들은 광학 캐버티들로서 설계되지 않았고 그리고 통합된 백열 소스의 자발적인 방출에 대한 어떤 수정된 것도 없다.
발명의 요약
따라서, 본 발명의 목적은 백열 광원을 제공하는 것이며, 상기 백열 광원은 비효율적인 수동 필터들이 사용될 필요가 없도록 선택된 범위의 파장만을 방출한다. 이들 파장들은 적외선, 가시광선 또는 자외선일 수 있다.
본 발명의 그 이상의 목적은 비싸고 비효율적인 수동 광학 부품들이 사용될 필요가 없도록 선택된 방향들로만 광을 방출하는 백열 광원을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비효율적인 수동 광학 편광기들이 사용될 필요가 없도록 편광된 광을 방출하는 백열 광원을 제공하는 것이다.
본 발명의 더 이상의 또 다른 목적은 바라는 방출을 개선하여 향상된 효율을 지닌 백열 광원을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 바라지않는 방출을 억압하여 향상된 효율을 지닌 백열 광원을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 또한 바라지 않는 방출을 교정 또는 재흡수하여 향상된 효율을 지닌 백열 광원을 제공하는 것이다.
본 발명의 더 이상의 목적은 반도체 또는 인광체에 기초한 마이크로캐버티 광원보다 더큰 효율을 지닌 마이크로캐버티 광원을 제공하는 것이다.
이 때문에, 종속 발명인 백열 마이크로캐버티 광원(IML)은 광학 마이크로캐버티의 일부인 적어도 하나의 백열 영역이나 또는 필라멘트를 이용하는 광원이다.
마이크로캐버티는 마이크로 전자공학의 표준 공정을 이용하는 투명한 또는 불투명한 기판위에 형성될 것이다. 필라멘트는 전체적으로 광학 캐버티내에 있거나 또는 필라멘트의 표면이 광학 캐버티의 경계들 중 하나를 형성할 것이다.
필라멘트는 가열될 시 적외선, 가시광선, 또는 자외선을 방출할 것이다. 필라멘트는 열적 전도를 제한하기 위해서 일시 중지될 것이고 그리고 캐버티는 성능을 향상시키기 위해서 제어된 환경을 형성하도록 가스로 채워지거나 또는 배기될 것이다.
반사하는 표면들이나 구조물들은 광학 마이크로캐버티를 정의하고, 필라멘트에 인접하여 형성된다. 이들 반사체들은 기본적으로 캐버티 QED 이론에 의해 기술된 메커니즘을 통하여 바라지않는 방향, 파장 또는 편광을 갖는 자발적인 방출을 억압할 수 있다. 이러한 기능을 실행하는 반사체들은 개별적인 쌍극성 방출들이 소멸 간섭(destructive interference)을 겪도록 적당한 거리에 위치하고 그리고 방출 표면에 충분히 가까이 위치해야 한다. 이들 동일한 또는 다른 반사체들은 바라지않는 방출로부터 나오는 에너지를 재흡수하기 위해 필라멘트로 돌려보내야 한다. 이들 반사체들 중 어떤 것은 마이크로캐버티의 물리적인 경계들을 형성할 수 있다.
출력을 발생시키기 위해서, 이들 또는 다른 반사체들은 자발적인 방출을 개선하여, 캐버티 QED 이론에 의해 기술된 메커니즘을 통해 바라는 방향, 파장과 편광을 갖도록 할 수 있다. 이러한 기능을 하는 반사체들은 개별적인 쌍극성 방출들이 보강 간섭(constructive interference)을 하도록 적당한 거리에 위치하고 그리고 방출 표면에 충분히 가까이 위치해야 한다. 게다가, 표면들 또는 구멍들은 원하는 방출에 투명하도록 형성될 수 있다. 이들중 어떤 것은 마이크로캐버티의 물리적인 경계를 형성할 수 있다.
본 발명의 다른 목적들 및 이점들이 첨부 도면을 참조한 아래의 양호한 실시예의 상세한 설명을 읽을 시 당업자들에게 명백해될 것이다.
도1은 이상적인 "흑체"로부터의 방출 그래프를 도시한다.
도2a는 본 발명의 백열 마이크로캐버티의 실시예를 도시한다.
도2b는 2b-2b 선들을 따라 취해진 도2b의 실시예를 도시한다.
양호한 실시예의 상세한 설명
여기에 기술된 실시예는 지향성 근적외선(1-2μm) 방출을 하는 전기적으로 가열된 백열 소스에 관해 설명한다. 이러한 소스는 모든 방향들에 대한 억합 및 원적외선 방출의 재흡수 그리고 바라지않는 방향들로의 근적외선 방출의 재흡수을 보여준다.
양호하게는 도핑된 폴리실리콘 필라멘트(10)가 이용되어야 한다. 필라멘트(10)는 대안으로 텅스텐으로 구성될 수 있고 그리고 탄탈, 백금, 팔라듐, 몰리브덴, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 크롬과 같은 다른 금속들로 구성되거나, 또는 탄화물, 질화물, 붕화물, 규화물, 또는 이들 금속들의 산화물로 구성된다. 필라멘트는 양호하게는 대략 1500-1600K의 온도에서 동작된다. 마이크로캐버티 부재시에, 필라멘트는 피크가 거의 2μm인 흑체 곡선과 스펙트럼적으로 닮은 방사를 제공할 것이다. 마이크로캐버티 부재시에, 팔라멘트의 각각의 표면을 벗어나는 방출의 각분포는 표면과 병렬인 방출을 위한 증가된 재흡수에 기인하여 램버션(lambertian) 소스(코사인 세타(cosine theta) 의존)에 가까와질 것이다. 마이크로캐버티 부재시에, 방출된 에너지의 10%미만의 작은 부분만이 상측 방향으로 방출된 1-2μm 범위에서 파장에 대응할 것이다(도2a, 2b에서 화살표 20). 거울들은 다른 방향들로부터의 방출을 상측 방향(20)으로 반사하는데 이용될 수 있지만, 대응하여 소스 범위의 증가를 초래할 것이다.
도2a, 2b를 참조하여, 백열 마이크로캐버티 램프(30)를 형성하는 층구조가 도시된다. 실리콘 기판(1)이 도시된다. 매우 반사율이 높은 은 층(2)은 기판위에 형성되고, 그다음 얇은(대략 100nm이하) 보호 코팅(3)이 은 층(2) 위에 형성된다. 이 구조가 하측 거울(21)로 불린다. 상측 윈도우(window)/거울(23)뿐만아니라 이 하측 거울(21)은 미국 특허 번호 제5,469,018호에 지시된데로 서로 다른 굴절율을 갖는 복수의 물질층들로 형성될 수 있다. 보호층(3)은 질산에 의한 에칭에 저항성을 보여주는 실리콘 질화물과 같은 물질로 형성된다. 실리콘 질화물은 자외선으로부터 원적외선 범위인 8μm까지의 파장에 상당히 투명하다. 다른 적절한 보호 물질들이 이용돼도 좋다.
빈 캐버티가 12와 같이 도시된다. 대안으로, 캐버티는 바라는 기체나 기체들의 혼합물을 갖는 제어된 환경을 포함할 수 있다. 캐버티(12)는 처음에 보호층(3)상에 대략 0.7미크론 두께의 인규산염(phosphosilicate) 유리와 같은 (도시되지 않은)희생층을 침전시켜서 형성된다. 이와같은 희생층은 도시된 것처럼 캐버티(12)의 가로 에지를 정의한다. 이것 위로 (대략 100nm 미만의)얇은 보호 실리콘 질화물 층들(8,9)과 도핑된 폴리실리콘 필라멘트(10)를 포함하는 필라멘트 구조(13)가 성장된다. 필라멘트 구조(13)는 사진석판술, 플라즈마 에칭, 이온 주입을 포함하는 표준 기술을 이용하여 성장돼도 된다. 붕소, 인 또는 다른 도펀트(dopant)들이 이용돼도 좋다.
가로 치수(가로 방향(22))가 좁고 그리고 수직방향 치수(상측 방향(20))가 얇은 긴 필라멘트들(10)이 형성된다. 이 필라멘트들(10)은 열전도를 제한하기 위해서 충분히 길어야 하지만, 가열될 시 하측 거울(21)의 늘어짐(sagging)과 접촉(touching)을 제한하기 위해서 충분히 짧아야 한다. 지나친 늘어짐으로 인해 (도시되지 않은)부가적인 지지 구조물이 지적되는 경우, 하측 거울(21)의 실리콘 층(2)에 적용된 보호층(3)의 패터닝(patterning)을 통해 필라멘트 구조(13) 아래에 형성될 수 있다. 지나친 열 전도가 발생할 경우, 필라멘트(10)는 작은 단면 지지물들을 포함하여 보다 길게 만들어 질 수 있다. 필라멘트 길이는 10-200μm가 적당하고 그리고 폭은 1-10μm가 적당하다.
본질적인 재흡수 때문에, 필라멘트의 하측 표면(14)을 떠나는 광은 등방성일 수 없지만, 이 표면에 수직 방향의 방출에 가중될 것이다. 이러한 선택된 방향성이 필라멘트(10)의 상대적으로 큰 가로 치수(가로 방향(22))와 결합하여, 하측 거울(21)(은 층(2))로부터 반사된 후의 대부분의 이 광을 필라멘트(10)가 재흡수하게 할 것이다.
이 하측 필라멘트 표면(14)에 수직인 방향으로의 이러한 우세한 방출은 주로 필라멘트(10) 평면에 평행한 쌍극자들의 결과일 것이다. 원적외선 파장의 경우에, 이러한 하측 거울(21)(은 층(2))은 관된 쌍극자들과 1/4파장보다 더 가까이 있다. 전술된 통합된 Hinds의 기사와 그리고 캐버티 QED에 대한 다른 보고서에 설명된 것처럼, 이와같은 거울(21)의 위치가 이러한 쌍극자들에 의한 원적외선 방출을 본질적으로 억압할 것이다. 이러한 효과가 발생하도록, 거울(21)은 소멸간섭이 초래될 수 있도록 방출을 위한 적절한 간섭성(coherence) 길이내에 있어야 한다. 종합적으로, 하측 거울(21)을 적당히 배열함으로써, 필라멘트의 하측 표면(14)으로부터의 방출 비율을 감소시키고 그리고 남아있는 방출의 상당부분을 재흡수하게 할 것이다. 상측 또는 전방 표면(15)으로부터의 관련 방출이 대응하여 증가할 것이다.
PSG의 제2 희생층은 (도시되지 않은)제1 희생층 위에 있고 그리고 캐버티(12)를 완벽하게 정의하기 위해서 필라멘트 구조물(13)을 둘러쌀 것이다. 이러한 층의 두께는 대략 0.7μm일 것이다.
Sn으로 도핑된 인듐-주석 산화물(ITO) In2O3의 두꺼운 층(26)을 수반하는 보호 물질로서 대략 200nm의 얇은 층(24)을 구성하는 출력 또는 상측 윈도우/거울(23)이 이 (도시되지 않은)제2 희생층상에 성장된다. 보호층(24)은 질산에 의한 에칭에 대해 저항을 나타내는 실리콘 질화물과 같은 물질로 형성되어야 한다. 인듐-주석 산화물(ITO)의 보다 두꺼운 층(25)은 화학 증기 침전을 포함하는 여러가지 기술들을 이용하여 성장될 수 있다. 이러한 ITO 층(25)은 실방(chamber)(12)이 진공화될 경우 대기 압력을 지지하기 위해서 충분히 두꺼워야 한다. 두께 2-3μm의 정확한 형태의 구조물이면 적당할 것이다. 에칭 채널(7) 및 전기 접속(11)을 위한 채널(11)은 이 층속에 패턴닝되어야 한다. ITO 성장의 성질들과 기술들을 조사함으로써, 인용참조로 여기에 통합된 응용 물리학 저널 1986년 12월 1일, 볼륨 60, 번호 11, 페이지 R123-R159의 I.Hamberg와 C.G.Grangvist가 쓴 "에너지 효율 윈도우에 대한 기본적인 광학 성질 및 응용"이 증발된 주석 도핑된 In2O3필름에서 발견될 수 있다.
실리콘 질화물은 자외선에서 원적외선의 8μm까지의 파장에 대해 상당히 투명하다. 이 실시예에서 ITO는 대략 4μm이상의 파장에 대해 80%이상의 반사율을 제공하고 그리고 대략 2μm이하의 파장에 대해서는 80% 이상을 전송하기 위해서 적당하게 도핑될 것이다.
본질적인 재흡수에 기인하여, 필라멘트(10)의 상측 표면(15)로부터 나가는 광은 방출 지시된 상측(방향 20)으로 가중될 것이다. 이 선택된 방향은 필라멘트(10)의 상대적으로 큰 가로 치수(방향 22)와 결합하여, 상측 윈도우/거울(23)로부터 반사된 후의 대부분의 원적외선 방출을 필라멘트(10)가 재흡수하게 할 것이다.
원적외선의 파장의 경우에, 이러한 상측 윈도우/거울(23)은 관련 쌍극자들에 1/4파장보다 더 가까이 있다. 이것이 이들 쌍극자들이 원적외선 방출을 본질적으로 억압하게 할 것이다. 이같은 효과가 발생하도록, 거울(23)은 소멸 간섭이 발생하도록 방출을 위한 적당한 간섭성 길이내에 있어야 한다. 바라는 방출 파장인 1-2μm와 관련하여, 상측 윈도우/거울(23)은 이들 방출들이 램프의 윈도우/거울(23)을 통해 상측으로 통과하게 할 만큼 꽤 투명하다.
전체적으로, 상측 윈도우/거울(23)은 필라멘트(10)의 상측 표면으로부터 원적외선 방사에 대한 방출 비율 감소를 초래하고 그리고 남아있는 원적외선 방출의 상당량을 재흡수하게 할 것이다. 상측 표면(15)으로부터의 소량의 근-IA 방출 증가가 대응하여 발생할 것이다.
필라멘트(10)의 수직 치수(방향 20)가 다른 치수들보다 상당히 작기때문에, 총 방출량중 작은 일부분만이 필라멘트의 측표면으로부터 나갈 것이다. 필라멘트(10)의 측면들(26)로부터의 방출은 캐버티 거울들(21,23)에 의해 어느 정도는 반사될 것이고, 그리고 필라멘트(10)에 의해 어느 정도는 재흡수될 것이다. 상측 표면(15)으로부터 일부 방출량의 증가가 대응하여 발생할 것이다.
전체적으로, 하측 및 상측 거울들(21,23)을 적당히 배열함으로써, 필라멘트(10)의 상측 표면(15)으로부터 나오는 근적외선 광의 아주 작은 방출에 상대적인 증가를 초래할 것이다.
일단 상측 윈도우/거울(23)이 형성되면, PSG의 희생층들이 질산 에칭에 의해 제거된다. 질산 에칭 다음에, 램프는 진공 시스템속에 놓여지고, 하나 이상의 기체들을 포함하는 진공된 또는 제어된 환경이 도입된다. 에칭 채널들(7)은 초기에 사용된 보호 물질과 같은 종류의 적당한 물질(5)로 봉인된다. 마지막으로, 금속 패드들(11)은 필라멘트에 전기적인 접속을 하도록 성장된다(도2b).
진공기술을 사용함으로써 캐버티(12)의 벽들에 대한 열 전도를 제한한다. 그러나, 램프(30)는 필요시 벽들을 냉각하기 위해서 흡열부에 부착될 수 있다.
다른 실시예들에서, 기판(1)은 또 다른 불투명한 기판 물질로서 될 수 있는 한 금속 또는 알루미늄, 사파이어, 석영 또는 유리와 같은 투명한 물질로 구성될 것이다.
거울 또는 윈도우(21,23)로서 사용될 물질들은 금속, 투명한 유전물질들, 또는 어떤 파장들에 대해서는 상당히 반사율이 높고 그리고 다른 파장들에서는 꽤 투명한 인듐-규석 산화물과 같은 물질들로 구성된다. 게다가 금속들, ITO와 같은 물질들과, 그리고 결합 유전체들로 구성되는 다층 스택(stack)들이 사용될 수도 있다. 이 층들은 거울 형성과 관련된 모든 파장들에 반사할 수 있고, 또는 출력 윈도우를 형성하는 어떤 또는 모든 파장들에 투명할 것이다. 보다 짧은 파장들을 통과시키기 위해서 적당한 크기의 구멍들을 갖는 반사 물질로 구성되는 결합 거울/윈도우들이 또한 사용될 수 있다. 뒤에 에칭 단계로부터 이들 거울들과 윈도우들을 보호하기 위해서 적절한 층들이 필요에 따라 형성될 수 있다.
다른 실시예에서, 거울들(21,23)과 필라멘트(10)간의 거리는 원적외선 이외의 바라지않는 파장들을 억제하도록 선택될 것이다. 그러나, 표면 플라스몬(plasmon) 공급 및 이들 거울들로의 직접적인 에너지 전달이 갖는 문제들이 어떤 경우에 발생할 수 있다(전술된 E.A.Hinds 참조). 파장의 1/4이하인 거리이고, 일반적으로는 파장의 1/10이하인 거리들은 그러한 전도 에너지를 램프(30)로부터 방사된 에너지에 손실을주는 거울들로 전달하게 할 수 있다. 이와같은 경우에, 표면 형태에 따라 관련 물질들 및 거리들은 그에 따라 조정된다.
다른 실시예에서, 하나 또는 두개의 거울들(21,23)과 필라멘트(10)간의 거리는 보강 간섭을 통해 바라는 방출을 향상시키도록 선택될 것이다. 예제에 의해, 이 실시예는 하나 이상의 일정한 간격을 갖는 상측 윈도우/거울과 하나 이상의 하측 윈도우/거울들을 갖을 수 있다. 이들 거울들은 어떤 방출들을 향상 및/또는 억제하기 위해서 필라멘트에 관하여 위치가 정해질 수 있다. 전계의 앤티노드(antinode)들이 필라멘트의 표면에 제공될 수 있도록 거울들을 배열함으로써 방출을 향상시킬 수 있지만, 동시에 전계의 노드들이 필라멘트의 표면에 제공될 수 있도록하는 거울들을 배열함으로써 방출을 억제할 수도 있다.
다른 실시예에서, 출력 윈도우/거울(23)은 근적외선 이외의 파장들을 통과시키도록 선택될 수 있다. 윈도우는 방출이 어떤 단일 또는 복수 방향으로부터 이루어지도록 형성될 수 있다. 윈도우는 부분적으로 또는 충분히 편광된 출력을 일으키는 복굴절을 보여주도록 형성될 수 있다. 윈도우는 서로 다른 편광들 및/또는 파장들을 서로 다른 방향들로 방출하도록 형성될 수 있다.
다른 실시예들에서, 필라멘트(10)는 높은 온도의 내화 물질로 구성해도 괜찮다. 백열 램프들(30)에게 적당한 높은 온도의 내화 물질들은 문헌에 널리 공지된 것이다. 적당한 물질들에 대한 테이블이 R.C. Ropp(Elsevier, Amsterdam, 1993)의 "인공 조명 장치의 화학적 성질"에 제공되며, 이는 인용참조로 여기에 통합된다. 뒤의 에칭 단계들로부터 필라멘트를 보호하기 위해서 적당한 층들이 필요시 형성될 것이다. PSG 이외의 물질들로 된 희생층들은 질산 이외의 부식액(etchant)들을 이용하여 형성될 수도 있다.
다른 실시예들에서, 전기적으로 가열된 게터(getter) 물질은 일단 캐버티가 봉인될 경우 진공상태의 유지를 돕기 위해서 캐버티에 부가될 수 있다. 게터 이용은 진공학에서 널리 공지된 것이다.
다른 실시예들에서, 출력 윈도우는 단지 공기 또는 둘러싼 다른 매체에서 동작하는 필라멘트를 갖는 개방형 상측 표면으로 구성될 것이다.
전술된 것으로부터, 밸열광 소스들은 현존하는 것들보다 효율이 좋고 그리고 특별한 목적을 위해 특별히 설계되도록 형성된다.
본 발명의 기타 특성, 양상 및 목적들이 도면 및 청구의 범위를 검토함으로써 얻어질 수 있다.
본 발명의 기타 실시예들이 본 발명의 정신 및 범주와 청구의 범위내에서 실현될 수 있다.

Claims (32)

  1. 백열광을 내는 활성 영역을 갖는 캐버티와; 그리고
    가열될 시 자발적인 광 방출을 할 수 있는 상기 밸열광을 내는 활성 영역을 구비하며;
    상기 활성 영역으로부터 자발적인 광 방출을 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자발적인 방출의 제어는 어떤 방출들의 비율을 감소시켜 이루어지는 것을 특징으로하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자발적인 방출의 제어는 어떤 방출들의 비율을 증가시켜서 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 자발적인 방출의 제어는 어떤 방출들을 재흡수하게 하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성 영역으로부터 상기 자발적인 광 방출을 제어할 수 있는 적어도 하나의 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐버티는 하측 거울 및 상측 윈도우/거울에 의해 정의되고; 그리고
    상기 하측 거울은 광을 캐버티내로 반사시키고, 상기 상측 윈도우/거울은 어떤 광은 상기 캐버티로 반사시켜서 어떤 광이 상기 캐버티의 밖으로 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 백열광을 내는 활성 영역은 백열 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 한는 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 필라멘트는 폴리실리콘 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 필라멘트는 텅스텐, 탄탈, 백금, 팔라듐, 몰리브덴, 지르코늄, 티타늄, 니켈, 및 크롬으로 구성되는 원소 군으로부터 선택되거나, 또는 탄화물, 질화물, 붕화물, 규화물 또는 이들 금속들의 산화물로부터 선택되는 것을 특징으로 한는 장치.
  10. 백열광을 내는 활성 영역을 갖는 공진 마이크로캐버티를 구비하며;
    상기 활성 영역이 백열광 소스를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캐버티는 (1)광방출 비율을 증가시키는 것; (2) 광방출 비율을 감소시키는 것; 그리고 (3) 활성 영역의 백열 광원으로부터 어떤 광방출을 재흡수케하는 것중 적어도 하나를 성취할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 공진 마이크로캐버티는 상기 활성 영역으로부터 자발적인 광방출을 제어할 수 있는 적어도 하나의 거울을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캐버티는 하측 거울 및 상측 윈도우/거울에 의해 정의되고; 그리고
    상기 하측 거울은 광을 상기 마이크로캐버티 내부로 반사하고, 그리고 상기 상측 윈도우/거울은 일부 광을 상기 마이크로캐버티 내부로 반사시켜 일부 광이 상기 마이크로캐버티의 바깥쪽으로 통과되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 백열 광원은 적외선 범위, 가시광선 범위와, 그리고 자외선 범위중 적어도 하나인 파장을 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제 1 항에 있어서,
    백열광을 내는 활성 영역은 적외선 범위, 가시광선 범위와, 그리고 자외선 범위중 적어도 하나인 파장을 방출할 수 있는 것을 특징으로 장치.
  16. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캐버티는 마이크로캐버티로부터 에너지를 증대, 억압, 재흡수하는 동작중 적어도 하나의 동작을 통해 백열광 방출의 효율을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캐버티는 광 마이크로캐버티인 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제 10 항에 있어서,
    상기 백열광을 내는 활성 영역은 백열광을 내는 필라멘트를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 필라멘트가 (1) 상기 마이크로캐버티내에 매달려 지는 것과, 그리고 (2) 상기 마이크로캐버티의 경계를 형성하는 것중 적어도 하나일 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제 10 항에 있어서,
    상기 백열 광원은 전기적으로 가열된 필라멘트에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캐버티가 정상파의 노드와 앤티노드중 적어도 하나가 백열광을 내는 활성 영역에 비례하여 생성되도록 위치되는 거울을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 자발적인 광 방출을 할수 있는 백열 광원을 제공하는 단계와; 그리고
    상기 백열 광원으로부터 자발적인 광 방출을 제어하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 백열 광원의 출력을 향상시키는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 백열 광원을 공진 마이크로캐버티내에 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백열 광원의 출력을 향상시키는 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 제어 단계는
    (1) 어떤 방출들의 비율을 감소시키는 단계, (2) 어떤 방출들의 비율을 증가시키는 단계와, 그리고 (3) 어떤 방출들을 재흡수케하는 단계중 적어도 하나의 단계에 의해 자발적인 광 방출을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 백열 광원의 출력을 향상시키는 방법.
  25. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캐버티는 제어된 환경을 생성하기 위해서 (1) 배기되거나 또는 (2) 적어도 하나 이상의 기체들이 충전되는 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 제 1 항에 있어서,
    자발적인 방출 제어는 그러한 방출 방향을 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  27. 제 1 항에 있어서,
    자발적인 방출 제어는 그러한 방출의 파장을 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  28. 제 1 항에 있어서,
    자발적인 방출 제어는 방출되는 광의 편광을 제어하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
  29. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캐버티는 상기 백열광을 내는 활성 영역으로부터 일부 방출을 통과시킬 수 있고 그리고 상기 밸열광을 내는 활성 영역으로부터 일부 방출을 반사할 수 있는 거울을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  30. 제 10 항에 있어서,
    상기 마이크로캐버티는 상기 백열광을 내는 활성 영역으로부터 방출을 통과시킬 수 있는 윈도우를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  31. 제 7 항에 있어서,
    상기 백열광을 내는 필라멘트는 높은 온도의 내화 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  32. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐버티는 다차원 캐버티인 것을 특징으로 하는 장치.
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