CN105409016A - 来自用于固态照明的等离子体耦合发射体的增强发射 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
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。
已经发现，位于规则阵列附近的转换材料展现出在发射方向性方面的强烈增强，这归因于混合耦合LSPR（局域表面等离子体共振）和光子模式。
光学天线的有序阵列支持集体共振。当发射波长近似于阵列的周期性时，衍射级（diffractedorder）可以在阵列的平面中辐射。这样，由各个颗粒维持的局域表面等离子体极化声子可以经由衍射耦合，从而造成被称为表面晶格共振（SLR）的集体、晶格诱导的混合光子-等离子体共振。这些非定域化模式在若干单位晶胞之上延伸，使得可能获得如在固态照明中所要求的来自分布在大体积之上的发射体的发射的集体增强。
在此，使用表现为集体纳米天线的纳米颗粒的周期性阵列。这样的阵列维持集体等离子体共振。一方面，金属纳米颗粒具有大的散射横截面，其允许波长转换材料中的磷光体的共振激发，增强光的转换。另一方面，集体光子-等离子体共振使得能够对发射的角度图案成形，将大部分光成束（beam）到所定义的方向上的非常窄的角度范围中。因此，各向异性发射被解释为波长转换介质的激发中的增加的效率与磷光体的发射到阵列中的扩展等离子体-光子模式的出耦合效率和该发射到自由空间辐射的随后出耦合的增强的组合。
等离子体天线阵列的功能的更加详细的描述可以在WO2012/098487中找到。
本发明是基于以下认识：有利的是形成包括至少一个等离子体天线阵列的光照设备以提供由设备发射的光的增加的方向性，并且包括等离子体天线阵列的这样的光照设备中的波长转换层的顺序是重要的，因为其影响光照设备的总体效率。另外，各向异性角度分布使得还控制由天线阵列发射的光的方向性是可能的，使得绝大部分光在关于天线阵列的平面的相对窄的角度范围中发射。这在其中期望将所发射的光定向在预确定的期望的方向上的应用中可能特别有利。因此，等离子体天线阵列可以集成在照明设备中作为高效且紧凑的次级准直光学器件。在窄的角度范围内发射的光还可以称为成束的光。
另外，天线阵列形成为展现出长范围对称性的天线元件的规则晶格。然而，可以允许天线阵列的一定程度的非对称性而同时仍旧实现各向异性光分布的期望效果。
天线阵列的共振频率和带宽由天线元件的分布（即天线元件的晶格、几何结构）、天线元件由其形成的材料以及天线阵列附近的层的材料和配置所支配。由此，可以通过调谐前述参数来实现期望的共振频率和带宽。一般而言，存在带宽与方向性增强之间的折衷，这意味着，相比于具有更为宽带共振的天线阵列，在窄频率带中具有共振的天线阵列展现出较大的方向性增强。在本上下文中，窄频率带可以理解为对应于几个纳米的波长范围的共振频率。等离子体天线阵列因而对于取代准直光学器件可以是有用的。
用于增加所发射的光的方向性的等离子体天线阵列还提供鉴于例如要求层厚度和尺寸的仔细调谐的光子晶体的益处。
本发明的特定优点在于通过在等离子体天线阵列位于其中的波长转换层中布置光子发射体，使得混合耦合LSPR的空间扩展和等离子体天线阵列的光子模式与光子发射体重叠，发生所发射的光子与等离子体天线阵列之间的耦合，使得所发射的光子的方向由等离子体天线阵列以如以上讨论的相同方式来控制。
因此，对于布置成使得耦合发生在光子发射体与等离子体天线阵列之间的光子发射体，所发射的光子可以被视为从包括光子发射体和等离子体天线阵列的耦合系统发射。一般而言，处于激发态的光子发射体可以直接发射光子，或者通过其中耦合发生在光子发射体与等离子体天线阵列的模式之间的耦合发射而发射。
在其中使用光子发射体的全体并且其中各个光子发射体具有不同的发射波长的应用中，等离子体天线阵列可以配置成使得增强特定波长的方向性，从而使得还控制从光照设备发射的所得到的频谱是可能的，至少对于由天线阵列确定的特定发射角度范围而言。
光子发射体应当理解为任何原子、分子、颗粒或结构，其能够通过能量的添加而在能量方面提升到激发状态，并且其中松弛到较低能量状态通过光子的发射而发生。
一般而言，定义为通过在没有阵列的情况下的相同光子发射体的光致发光所归一化的、从沉积在阵列之上的光子发射体测量的光致发光强度的光致发光增强（PLE）计及发生在光子发射体的发射频率处和激发处的现象。一方面，其取决于激发波长处的局部场和光子发射体位于其中的定位。另一方面，发射由于（i）发射体可以衰减至其而在发射波长处发射辐射的光学状态的局部密度；以及（ii）该发射到特定立体角中的自由空间辐射的出耦合的组合效果而被修改。
光子发射体可以是从包括稀土离子、染料分子和量子点的组选择的点发射体。原则上，其中激发可以导致光子的发射的任何点发射体可以使用在本上下文中。
外部能量源可以例如是电子发射体、x射线发射体或伽马射线发射体。原则上，任何外部能量源可以用于激发点发射体，诸如具有足够高的能量的电子、x射线或伽马辐射、热量、电子-空穴对的注入等。电子可以例如由阴极射线管（CRT）发射，x射线和伽马射线可以例如从真空管提供，例如用于X射线的计算机断层扫描术（CT）和用于伽马射线的正电子发射断层扫描术（PET）。
根据本发明的一个实施例，光子发射体布置在距所述等离子体天线阵列一定距离处使得绝大多数所发射的光子通过包括所述光子发射体和所述等离子体天线阵列的耦合系统发射。当耦合发生在所发射的光子与等离子体天线阵列的混合模式之间时，光子的能量转移到阵列并且所得到的发射的方向由阵列的性质支配。所发射的光到共振模式中的高耦合效率是合期望的。特别地，合期望的是最大化发射体与等离子体混合模式之间的耦合效率。通过足够靠近于等离子体天线阵列来选择性地定位光子发射体，可以增加耦合效率，而不进入到强发射体-天线耦合的状况中。
为了实现高耦合效率，光子发射体与等离子体天线阵列的一个或多个天线元件之间的距离优选地在5微米以下，更优选地在2微米以下。光子发射体与天线阵列之间的合适距离还可以根据针对折射率修正的有效波长来定义。距离然后可以高达10个有效波长，并且在另一实施例中高达6个有效波长。可替换地或此外，距离可以有利地大于10纳米以便避免猝熄。
在本发明的一个实施例中，光子发射体可以有利地是波长转换颗粒。光子发射体然后可以充当波长转换层中的波长转换体。这样的颗粒还可以称为磷光体或染料颗粒。
而且，对于磷光体发射体，除了方向性增强之外，由于发射体的发射频率处的共振，等离子体还提供发射体的增强的激发效率/吸收横截面，这是由于泵浦频率处的共振激发的缘故。
根据本发明的一个实施例，光子发射体、第一波长转换层和第二波长转换层可以有利地配置和布置成使得由光照设备发射白色光。在许多应用中，合期望的是提供白色光，诸如例如用于一般目的光照。
在本发明的一个实施例中，第一波长范围可以对应于蓝色光，第二波长范围可以对应于红色光并且第三波长范围可以对应于绿色光。白色光可以通过组合红色、绿色和蓝色来形成。另外，发射蓝色波长范围中的光的发光二极管是公知的并且可以使用常规方法制备。因此，要求波长转换，以将蓝色光的全部或至少主要部分直接转换成白色光，或者将蓝色光转换成红色和绿色光，其然后混合以形成白色光。蓝色光典型地具有在450nm-495nm范围中的波长，绿色光波长在520-570nm的范围中，并且红色光波长在590-740nm的范围中。
在其中等离子体天线阵列布置在第二波长转换层中并且配置成支持对应于绿色光的共振的情况中，可以实现较高效率，因为部分的蓝色光在到达等离子体天线阵列之前被转换成红色，原因在于相比于具有较长波长的光，等离子体天线阵列的天线元件更容易吸收具有较高频率（即较短波长）的光。因此，较低的吸收损失可以通过首先将部分的蓝色光在其到达包括等离子体天线阵列的层之前转换成红色来实现。
在其中等离子体天线阵列布置在第一波长转换层中并且配置成支持对应于红色光的共振的情况中，所生成的蓝色光的绝大部分在其首先到达第一波长转换层时转换成红色。由于白色光中的光的大部分属于频谱的红色部分，因此红色光可以通过其中部分的蓝色光转换成绿色的第二波长转换层被成束，由此，可以提供具有高方向性的白色光。另外，通过不包括等离子体天线阵列的非衍射第二层保留红色光。
根据本发明的一个实施例，第一波长范围可以对应于蓝色光，第二波长范围对应于绿色光并且第三波长范围对应于红色光。
在其中等离子体天线阵列布置在第二波长转换层中并且配置成支持对应于红色光的共振的情况中，部分的蓝色光在第一波长转换层中转换成绿色。由此，绿色光在第二层中被较少地吸收，这造成较高的效率。因此，从第二波长转换层提供强的成束的红色发射，并且如以上提到的，由于白色光中的光的绝大部分属于频谱的红色部分，因此可以实现白色光发射中的高效率。
在其中等离子体天线阵列布置在第一波长转换层中并且配置成支持对应于绿色光的共振的情况中，绿色具有最高的流明每光学瓦特并且所获得的空间结构化的绿色发射可以因而在应用中有效地使用。第二波长转换层将仅转换部分的绿色和蓝色，并且维持成束的绿色发射，从而增加效率。红色光（白色光中的光子中的主要成分）不被阵列衍射并且损失减少。
根据本发明的一个实施例，第一波长转换层可以包括第一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，第一等离子体天线阵列配置成支持对应于第二波长范围的频率范围处的等离子体-光子晶格共振，使得从第一等离子体天线阵列发射的光具有各向异性角度分布；并且第二波长转换层可以包括第二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，等离子体天线阵列配置成支持对应于第三波长范围的频率范围处的等离子体-光子晶格共振，使得从第二等离子体天线阵列发射的光具有各向异性角度分布。
两个不同阵列允许红色和绿色光被定向在其中的角度范围的独立控制。可以假定在平坦转换层中生成的光各向同性地发射。进而，在包括等离子体天线阵列的转换层中生成的光将表现出各向异性角度分布。为了产生期望的立体角度的具有正确色点的光，绿色和红色光二者应当以相同的角度范围出耦合。这将仅发生在如果两个不同阵列被设计成独立定制绿色和红色转换层的发射的情况下。具体地，与绿色层组合采用的阵列必须具有比用于定制红色层的发射的阵列略微更短的晶格常数。两个不同晶格的适当设计还将允许绿色和红色光到非常不同的方向上的成束。总结来说，附加金属阵列提供在照明设备中的颜色外观和发射的方向性的设计中的附加自由度。
当两个等离子体系统堆叠时，人们必须考虑到第二阵列可能衍射来自第一阵列的成束发射，因而第一阵列的角度分布应当顾及到由于第二阵列而将发生的额外角度分布。然而，衍射还可以用于通过形成通过第二阵列对第一射束的衍射而获得的最终期望射束形状来获益，其产生期望的形状。
在本发明的一个实施例中，其中等离子体天线阵列布置在第一和第二波长转换层二者中，第二波长范围可以对应于红色光并且第三波长范围可以对应于绿色光。将蓝色光的绝大部分在第一层中转换成红色光，其然后通过第二层成束。当配置成具有对应于绿色光的共振频率的第二层中的等离子体阵列具有短于可见光的波长的周期时，在靠近于阵列平面的法线的方向上将不发生红色光的衍射，这造成红色发射在其传播通过第二层时大部分被保留。
在本发明的一个实施例中，其中等离子体天线阵列布置在第一和第二波长转换层二者中，第二波长范围可以对应于绿色光并且第三波长范围可以对应于红色光。蓝色光的大部分将被转换成绿色光，因为绿色光还用作用于使第二阵列生成红色的泵浦波长。由于大多数光子是绿色的，因此相比于如果利用蓝色光进行泵浦，第二阵列的金属中的损失较少。来自第一波长转换层的绿色光的成束发射可以接着有利地使用在第二波长转换层中以将部分的绿色光转换成红色光，因为泵浦绿色在角度和波长范围中受到限制，这使得优化第二阵列以用于泵浦增强和转换效率更加容易。
根据本发明的一个实施例，配置成发射绿色光的波长转换介质可以有利地包括YAG:Ce（铈掺杂的钇-铝石榴石）、LuAG:Ce（铈掺杂的镥-铝石榴石）、铕掺杂的硫羟酸盐（thiogalate）硫化物、量子点、有机染料或线发射体。然而，同样可以良好地使用本领域技术人员已知的其它类型的波长转换材料。
在本发明的一个实施例中，配置成发射红色或绿色光的波长转换介质可以有利地包括量子点、有机染料或以稀土元素离子的形式的线发射体。重要的是相对于人眼的敏感曲线来控制波长转换层的发射的带宽以便实现良好的颜色外观。一般而言，波长转换介质的发射峰应当与来自系统的期望的最终发射重叠，例如饱和的绿色和红色。另外，波长转换介质的峰值波长应当选择成使得其与等离子体天线阵列的最优效率重叠，例如阵列的期望的峰值波长和发射角度。
在本发明的一个实施例中，一种被配置成支持对应于红色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列可以有利地包括以350-450nm范围中的节距布置在方形阵列中的天线元件，每一个天线元件具有100-200nm范围中的高度和100-200nm范围中的直径。方形阵列还可以称为方形晶格。
另外，一种配置成支持对应于红色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列还可以包括以400-500nm范围中的节距布置在六边形阵列中的天线元件，即六边形晶格，每一个天线元件具有100-200nm范围中的高度和100-200nm范围中的直径。
另外，一种配置成支持对应于红色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列还可以包括以350-375nm范围中的节距布置在六边形阵列中的天线元件，即六边形晶格，每一个天线元件具有100-200nm范围中的高度和100-200nm范围中的直径。这将提供从表面法线~40-50°的角度下的窄范围中的结构化发射。
此外，一种配置成支持对应于绿色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列可以有利地包括以300-400nm范围中的节距布置在方形阵列中的天线元件，每一个天线元件具有100-200nm范围中的高度和100-200nm范围中的直径。
此外，一种配置成支持对应于绿色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列可以有利地包括以350-450nm范围中的节距布置在六边形阵列中的天线元件，每一个天线元件具有100-200nm范围中的高度和100-200nm范围中的直径。
本发明另外的特征和优点将在研究随附权利要求和以下描述时变得显而易见。本领域技术人员认识到，本发明的不同特征可以组合以创建除在下文中描述的那些之外的实施例，而不脱离于本发明的范围。
附图说明
现在将参照示出本发明的示例实施例的附图来更加详细地描述本发明的这些和其它方面，其中：
图1示意性地图示了根据本发明的实施例的光照设备；
图2示意性地图示了根据本发明的实施例的光照设备；
图3示意性地图示了根据本发明的实施例的光照设备；以及
图4示意性地图示了根据本发明的实施例的光照设备。
具体实施方式
现在将在下文参照附图更加全面地描述本发明，在附图中示出本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式体现并且不应当解释为限于本文所阐述的实施例；而是，这些实施例为了透彻性和完整性而提供，并且向本领域技术人员全面地传达本发明的范围。相同的参考标号自始至终是指相同的元件。
图1是光照设备100的示意性图示，其包括布置成紧密接近于包括布置在如图4图示的天线阵列平面中的多个单个天线元件108的周期性等离子体天线阵列的多个光子发射体152。
光子发射体152与等离子体天线阵列的一个或多个天线元件之间的距离优选地在5微米以下，在另一实施例中在10个有效波长以下并且在又一实施例中在6个有效波长以下。此外或可替换地，距离可以有利地大于10纳米以便避免猝熄。光子发射体与等离子体天线阵列之间的距离一般可以使用已知的制造方法来非常良好地控制。光子发射体与天线阵列的（多个）天线元件之间的距离可以从任何方向测量，例如到（多个）天线元件的顶部、侧部或底部。
光子发射体102在此被示出为点发射体，其能够由外部能量源102激发。点发射体例如可以是稀土离子、染料分子或量子点。用于激发点发射体的外部能量102源可以例如是电子发射体、x射线发射体或伽马射线发射体，或者点发射体可以通过电子-空穴对的注入来激发。
原则上，任何外部能量源可以用于激发点发射体，诸如具有足够高的能量的电子、x射线或伽马辐射、热量、电子-空穴对的注入等。电子可以例如由阴极射线管（CRT）发射，x射线和伽马射线可以例如从真空管提供，例如用于X射线的计算机断层扫描术（CT）和用于伽马射线的正电子发射断层扫描术（PET）。
然而，光子发射体也可以同样为诸如LED或固态激光器之类的有源组件，其中电能从外部能量源提供以实现来自组件的光子发射。
图1还图示了光子发射体152布置在邻近于能量源102布置的第一波长转换层104中以从能量源102接收能量使得光子发射体152可以吸收能量并且达到受激状态。光子发射体还配置成将光从第一波长范围转换到第二波长范围。光照设备100还包括邻近于第一波长转换层104布置并且配置成将光从第二波长范围转换到第三波长范围的第二波长转换层106。第二106波长转换层包括以分子或颗粒形式的波长转换介质以用于将光从一个波长转换到另一个。可以使用本领域技术人员已知的不同类型的波长转换材料。波长转换材料还可以称为荧光材料、磷光体或染料。还可能的是使用量子点或稀土离子作为波长转换材料。在本文中，能量源102可以例如是图示为单独地布置的发光设备的光源102，诸如发光二极管或激光器，其单独地布置并且处于距波长转换层和距光照设备的其余部分的一定距离处。然而，光源102也可以同样集成在诸如形成于半导体衬底中的半导体发光二极管中。
光照设备100还包括周期性等离子体天线阵列，其包括布置在天线阵列平面中的多个单个天线元件108。天线阵列在此布置在第一波长转换层104内以接收从光源102和第一波长转换介质发射的光。另外，天线阵列配置成支持由各个天线元件中的局域表面等离子体共振的衍射耦合引起的、由第一波长转换介质发射的、第二波长处的表面晶格共振。
在图1中还图示了光110如何在有限角度范围112内从光照设备100的发光表面发射。
图2示意性地图示了光照设备200，其中包括多个单个天线元件108的周期性等离子体天线阵列布置在第二波长转换层106内。
图3示意性地图示了光照设备300，其中包括多个单个天线元件108的第一周期性等离子体天线阵列布置在第一波长转换层104内并且包括多个单个天线元件302的第二周期性等离子体天线阵列布置在第二波长转换层106内。光子发射体304也可以如以上关于第一波长转换层104所描述的类似的方式布置在第二波长转换层106中。由此，每一个等离子体天线阵列可以定制成发射可以是可见频谱的子集的预确定的波长范围内的光，使得来自光照设备的总体发射被提供为具有由天线阵列的配置确定的角度分布的白色光的均匀发射。如容易认识到的，任何数目的根据本发明的各种实施例的经不同配置的天线阵列可以组合以实现期望的发射性质。
图4是图1中图示的光照设备100的透视图，其中等离子体天线阵列布置在第一波长转换层104中。
在图1-4中将天线元件108,302图示为具有方形横截面的框，然而，天线元件也可以同样具有其它形状，诸如例如多边形或圆形横截面。另外，天线元件可以例如以铝纳米颗粒的形式提供。
配置成支持对应于红色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列可以例如包括布置在具有近似400nm节距的方形阵列中的具有近似150nm的高度和140nm的底边（或直径）的天线元件。
配置成支持对应于红色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列还可以包括布置在具有近似450nm节距的六边形阵列中的具有近似150nm的高度和140nm的底边（或直径）的天线元件。
配置成支持对应于绿色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列还可以例如包括布置在具有近似345nm节距的方形阵列中的具有近似150nm的高度和140nm的底边（或直径）的天线元件。
以上示例描述针对提供靠近于阵列平面的法线的成束发射的等离子体天线阵列的几何形状。
有利地，光照设备可以配置成使得所发射的光110的角度范围112和波长频谱取决于期望的应用而不同。
即便已经参照其具体例示性的实施例描述了本发明，但是许多不同的更改、修改等也将变得对于本领域技术人员而言显而易见。例如，等离子体天线阵列可以以许多不同的方式配置以实现所发射的光的不同角度分布。另外，光照设备还可以配置成发射不同波长或不同波长范围内的光。特别地，尽管主要参照可见光的发射来描述光照设备，但是本发明的各种实施例同样适用于其中可能合期望的是发射紫外或红外频谱中的光的应用。而且，应当指出的是，系统的部分可以省略、互换或以各种方式布置，光照设备仍旧能够执行本发明的功能。
此外，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能用于获益。
Claims (15)
1.一种光照设备（100,200,300），包括：
配置成激发光子发射体使得所述光子发射体在返回到松弛状态时发射光子的能量源（102）；
包括第一波长转换介质的第一波长转换层（104），所述第一波长转换介质配置成将所述第一波长范围内的光转换成第二波长范围内的光；以及
包括第二波长转换介质的第二波长转换层（106），所述第二波长转换介质配置成将所述第二波长范围内的光转换成第三波长范围内的光；
其中所述第一波长转换层和所述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（108）；并且
其中所述等离子体天线阵列被布置在其中的所述波长转换层中的所述波长转换介质包括布置成紧密接近所述等离子体天线阵列的光子发射体，使得从所述波长转换层发射的光子的至少一部分由包括所述光子发射体和所述等离子体天线阵列的耦合系统发射；
所述等离子体天线阵列配置成支持对应于所述等离子体天线阵列布置在其中的所述层中的所述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，使得从所述等离子体天线阵列发射的光具有各向异性角度分布。
2.根据权利要求1的光照设备，其中所述光子发射体布置在距所述等离子体天线阵列一定距离处，使得绝大多数所发射的光子通过包括所述光子发射体和所述等离子体天线阵列的耦合系统发射。
3.根据权利要求1或2的光照设备，其中所述光子发射体是波长转换颗粒。
4.根据权利要求1的光照设备（100,200,300），其中所述光子发射体、所述第一波长转换层和所述第二波长转换层被配置和布置成使得所述照明设备发射白色光。
5.根据前述权利要求中任一项的光照设备（100,200,300），其中所述第一波长范围对应于蓝色光，所述第二波长范围对应于红色光并且所述第三波长范围对应于绿色光。
6.根据前述权利要求中任一项的光照设备（100,200,300），其中所述第一波长范围对应于蓝色光，所述第二波长范围对应于绿色光并且所述第三波长范围对应于红色光。
7.根据前述权利要求中任一项的光照设备（300），其中所述第一波长转换层（104）包括第一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（108），所述第一等离子体天线阵列配置成支持对应于所述第二波长范围的频率范围处的等离子体-光子晶格共振，使得从所述第一等离子体天线阵列发射的光具有各向异性角度分布；并且
其中所述第二波长转换层（106）包括第二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（302），所述等离子体天线阵列配置成支持对应于所述第三波长范围的频率范围处的等离子体-光子晶格共振，使得从所述第二等离子体天线阵列发射的光具有各向异性角度分布。
8.根据权利要求7的光照设备（300），其中所述第二波长范围对应于红色光并且所述第三波长范围对应于绿色光。
9.根据权利要求7的光照设备（300），其中所述第二波长范围对应于绿色光并且所述第三波长范围对应于红色光。
10.根据前述权利要求中任一项的光照设备，其中配置成发射绿色光的波长转换介质包括YAG:Ce、LuAG:Ce、铕掺杂的硫羟酸盐硫化物、量子点、有机染料或线发射体。
11.根据前述权利要求中任一项的光照设备，其中配置成发射红色光的波长转换介质包括量子点、有机染料或线发射体。
12.根据前述权利要求中任一项的光照设备，包括配置成支持对应于红色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列，所述等离子体天线阵列包括以350-450nm范围中的节距布置在方形阵列中的天线元件，每一个天线元件具有100-200nm范围中的高度和100-200nm范围中的直径。
13.根据权利要求1至11中任一项的光照设备，包括配置成支持对应于红色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列，所述等离子体天线阵列包括以400-500nm范围中的节距布置在六边形阵列中的天线元件，每一个天线元件具有100-200nm范围中的高度和100-200nm范围中的直径。
14.根据权利要求1至11中任一项的光照设备，包括配置成支持对应于绿色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列，所述等离子体天线阵列包括以300-400nm范围中的节距布置在方形阵列中的天线元件，每一个天线元件具有100-200nm范围中的高度和100-200nm范围中的直径。
15.根据权利要求1至11中任一项的光照设备，包括配置成支持对应于绿色光的频率范围处的等离子体-光子晶格共振的等离子体天线阵列，所述等离子体天线阵列包括以350-450nm范围中的节距布置在六边形阵列中的天线元件，每一个天线元件具有100-200nm范围中的高度和100-200nm范围中的直径。
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