CN102014535A - 具有增强和定向发射发光物质发光的结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有增强和定向发射发光物质发光的结构，可使发光物质的发光达到增强和定向发射的效果。其技术方案为：结构包括：平金属衬底；覆盖该平金属衬底的周期性的单层胶体小球。

Description

具有增强和定向发射发光物质发光的结构

技术领域

本发明涉及一种对发光物质的所发光进行发射的结构，尤其涉及对发光物质的所发光进行增强和定向发射的结构。

背景技术

发光物质已经广泛的应用于照明、探测和标记等领域，但是对发光物质发光的有效利用仍旧是人们今天努力的方向。发光物质发光总效率不高主要原因有以下四点。第一：当入射光或泵浦光激发发光物质时，大部分的泵浦光并没有被发光物质所吸收，而是反射和透射了。第二：发光物质的发光具有各向同性发光的性质，而我们很多情况下仅仅能利用发光发出的某一个方向上的光，从而收集到的发光能量仅仅占荧光分子发光能量很小的一部分。第三：对于发光物质分散在高折射率材料中或者本身就是高折射率材料，如LED等，它们发射的光由于在介质和空气层发生全反射导致大部分的发光不能发射进入空气，最终导致了能量的浪费。

现有的可以实现发光增强的方法基本主要涉及表面等离子体领域。表面等离子体是一种由于金属表面的自由电子的集体震荡耦合空间电磁波所形成的一种特殊的表面模式。它具有亚波长，低维度，高强度三大优点。众多的发光增强主要是应用了表面等离子体高强度的特点，由于入射光被极强的定域在了二维的平金属表面，从而导致发光物质可以吸收更多的入射光能量，最终达到发光增强的目的。但是仅仅利用平金属实现荧光增强有其自身的局限性，这主要来自于自由空间的电磁波不能直接与表面等离子体模式相互耦合，解决这个问题其一的方法是棱镜耦合法，但是这种方法具有难于集成，发射角度与入射角度可调范围小等缺点。在1998年T.W.Ebbesen利用金属光栅结构成功地将自由空间的光波耦合成了表面等离子体模式，之后加拿大的一个化学工作组就在J.Am.Chem.Soc.上发表文章利用金属光栅结构实现了荧光的增强发射，但是这种方法却存在加工难、耗散大的缺点。又有另一些工作组利用金属纳米颗粒的表面等离共振实现发光增强，但是同样具有耗散大，不能定向发射的缺点等。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种具有增强和定向发射发光物质发光的结构，可使发光物质的发光达到增强和定向发射的效果。

本发明的技术方案为：本发明揭示了一种具有增强和定向发射发光物质发光的结构，包括：

平金属衬底；

覆盖该平金属衬底的周期性的单层胶体小球。

根据本发明的具有增强和定向发射发光物质发光的结构的一实施例，该单层胶体小球的周期小于2倍的发光物质发光的波长。

根据本发明的具有增强和定向发射发光物质发光的结构的一实施例，发光物质与该单层胶体小球之间的距离小于2倍的该发光物质发光的波长。

根据本发明的具有增强和定向发射发光物质发光的结构的一实施例，发光物质是构成该单层胶体小球的物质。

根据本发明的具有增强和定向发射发光物质发光的结构的一实施例，发光物质发散、覆盖或沉积在该单层胶体小球之中。

根据本发明的具有增强和定向发射发光物质发光的结构的一实施例，该平金属衬底中的金属包括具有费米面的材料。

根据本发明的具有增强和定向发射发光物质发光的结构的一实施例，该胶体小球是聚苯乙烯小球。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明的技术方案是一种可增强和定向发射发光物质发光的结构，结构主要由两部分组成，第一部分是平金属衬底部分，第二部分是在平金属衬底之上的周期性的单层胶体小球。发光物质可以根据实际情况引入到本发明的结构中，例如可以分散在介质中或存在于介质的空隙中。对比现有技术，本发明的结构可以增强和定向发射发光物质的发光。

附图说明

图1是本发明的具有增强和定向发射发光物质发光的结构的实施例的侧面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1示出了本发明的具有增强和定向发射发光物质发光的结构的实施例。请参见图1，本实施例的结构分为两个部分，一个部分是平金属衬底2，另一个部分是在平金属衬底2之上的覆盖平金属衬底2的周期性的单层胶体小球1。

平金属衬底2中的金属包括具有费米面的材料，通常以银、金等低吸收材料的金属为最佳选择。而单层胶体小球1的介质可以根据实际条件来选择，也以低吸收介质材料为佳，在本实施例中是聚苯乙烯小球。而且单层胶体小球1的周期小于发光物质所发光的2倍波长。

平金属衬底2可以应用磁控溅射、热蒸发、电子束蒸发等多种技术实现。周期性的单层胶体小球1可以用多种方法来制备，相比制备金属结构，介质结构具有容易制备、精度高等优点，自组装、光刻、纳米压印等多种方法都可以实现单层胶体小球的设计。

发光物质可以是直接构成单层胶体小球1的物质或者发散、覆盖或沉积在单层胶体小球1中。发光物质与单层胶体小球1之间的距离小于发光物质所发光的2倍波长。

本结构利用了表面等离子体强度强的优点，利用单层胶体小球的周期结构对空间电磁波的散射来激发光耦合成表面等离子体，从而使发光物质更多地吸收入射光的能量，再同时结合二维周期性结构增大空间光子态的密度，从而调控发光物质的发光强度和发射方向。

利用本结构可以实现发光物质的增强定向发射，对发光物质的发光的增强效果可以达到100倍以上，如果经过更好的设计，增强效果还会有更大的提高。定向发射可以从0度到90度角大范围的随意选取，发散角度小于2度。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现或使用本发明的，本领域普通技术人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (7)

1.一种具有增强和定向发射发光物质发光的结构，包括：

平金属衬底；

覆盖该平金属衬底的周期性的单层胶体小球。

2.根据权利要求1所述的具有增强和定向发射发光物质发光的结构，其特征在于，该单层胶体小球的周期小于2倍的发光物质发光的波长。

3.根据权利要求1所述的具有增强和定向发射发光物质发光的结构，其特征在于，发光物质与该单层胶体小球之间的距离小于2倍的该发光物质发光的波长。

4.根据权利要求1所述的具有增强和定向发射发光物质发光的结构，其特征在于，发光物质是构成该单层胶体小球的物质。

5.根据权利要求1所述的具有增强和定向发射发光物质发光的结构，其特征在于，发光物质发散、覆盖或沉积在该单层胶体小球之中。

6.根据权利要求1所述的具有增强和定向发射发光物质发光的结构，其特征在于，该平金属衬底中的金属包括具有费米面的材料。

7.根据权利要求1所述的具有增强和定向发射发光物质发光的结构，其特征在于，该胶体小球是聚苯乙烯小球。