[发明专利]来自用于固态照明的等离子体耦合发射体的增强发射

说明书

提供了一种光照设备（100），包括用于激发光子发射体的能量源（102）；第一波长转换层（104）和第二波长转换层（106）。第一和第二波长转换层中的至少一个包括周期性等离子体天线阵列，其包括多个单个的天线元件（108）。天线阵列布置在其中的波长转换层中的波长转换介质包括布置成紧密接近等离子体天线阵列的光子发射体使得从波长转换层发射的光子的至少一部分由包括光子发射体和等离子体天线阵列的耦合系统发射。等离子体天线阵列配置成支持对应于等离子体天线阵列布置在其中的层中的光子发射体的波长范围的频率范围处的等离子体‑光子晶格共振，使得从等离子体天线阵列发射的光具有各向异性角度分布。

技术领域

本发明涉及光照设备。特别地，本发明涉及具有改进的发射效率的光照设备。

背景技术

对于用于使用在照明应用中的发光二极管（LED）而言，合期望的是提供具有与由白炽照明产生的色温近似相当的色温的基本上白色光。

来自LED的白色光通常通过使用发射具有大约450nm波长的蓝光的pn二极管来提供，其中使用布置在二极管的顶部上或在其邻域中的一个或多个波长转换材料来将蓝色光的部分转换成更长的波长。连同未被吸收的蓝色光一起，可以获得被感知为白色光的具有合理宽带频谱的光。

当前，在大多数商业应用中，波长转换材料直接应用在LED上。另外，波长转换材料应当是散射性的以便获得颜色在角度上的低变化。这意味着蓝色光还将散射回到二极管中，这造成LED中的吸收损失。而且，波长转换材料的活性成分（通常为磷光体）是各向同性发射体，这意味着在所有方向上发射相同量的经波长转换的光，从而造成进一步损失，因为仅一部分光到达发光设备的表面。

减少损失的问题已经例如通过使用较不散射的磷光体来解决以减少被背向散射并且由二极管吸收的蓝色光的量。然而，来自磷光体的各向同性发射仍然存在。

离开发光设备的光的量还可以通过引入其中可以修改发射方向的光子带隙材料来增加。然而，为了能够控制发射方向，光子带隙材料需要由具有高折射率对比度的材料制成，必须图案化和形成高纵横比的孔或柱，尺寸控制是非常严格的并且材料必须是发光的，这将招致散射损失。另外，光子带隙材料仅在垂直于材料表面的平面中（即在平行于孔或柱的方向上）实际有效。

相应地，所建议的用于增加发光设备的发射效率的方案遭受难以克服的固有缺陷。

发明内容

鉴于以上提到的发光设备的期望性质以及以上提到的和其它的现有技术缺陷，本发明的一个目的是提供一种改进的发光设备。

根据本发明的第一方面，因此提供了一种光照设备，包括：配置成激发光子发射体使得光子发射体可以在返回到松弛状态时发射光子的能量源；第一波长转换层，包括配置成将第一波长范围内的光转换成第二波长范围内的光的第一波长转换介质；以及第二波长转换层，包括配置成将第二波长范围内的光转换成第三波长范围内的光的第二波长转换介质；其中第一波长转换层和第二波长转换层中的至少一个包括周期性等离子体天线阵列，其包括布置在天线平面中的多个单个天线元件；并且其中等离子体天线阵列布置在其中的波长转换层中的波长转换介质包括布置成紧密接近等离子体天线阵列的光子发射体使得从波长转换层发射的光子的至少一部分由包括光子发射体和等离子体天线阵列的耦合系统发射；等离子体天线阵列配置成支持对应于等离子体天线阵列布置在其中的层中的光子发射体的波长范围的频率范围处的等离子体-光子晶格共振，使得从等离子体天线阵列发射的光具有各向异性角度分布。

等离子体的场是指小传导结构（典型地，金属结构）与光的相互作用，其中金属结构的尺寸类似于光的波长。金属中的自由电子响应于外部电场并且电子云以驱动光学频率振荡，留下更加带正电的区域，其将电子拉回。由于金属结构的小尺寸，共振可以达到可见光的频率。作为结果，金属结构可以具有大的散射横截面，其允许与入射在它们上的任何光或紧密接近于金属颗粒生成的光的强烈相互作用。