DE102007059621A1

DE102007059621A1 - Method for producing linearly polarized light and radiation-emitting components

Info

Publication number: DE102007059621A1
Application number: DE102007059621A
Authority: DE
Inventors: Reiner Dr. Windisch; Karl Dr. Engl; Christopher Wiesmann
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2007-09-28
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2009-04-02
Also published as: WO2009039804A3; TW200916856A; WO2009039804A2

Abstract

Verfahren zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht, bei dem elektromagnetische Strahlung in einer Vielzahl von flächig angeordneten Metallflächen (M) Oberflächenplasmonen anregt. Die Metallflächen (M) sind in einer ersten Richtung (d1) und in einer davon unterschiedlichen zweiten Richtung (d2) unterschiedlich dimensioniert. Sie werden periodisch in der ersten Richtung (d1) und periodisch in der zweiten Richtung (d2) angeordnet und sind so ausgerichtet, dass sie bezüglich der ersten (d1) oder der zweiten Richtung (d2) die gleiche Ausrichtung aufweisen. Anstelle der Metallflächen (M) kann auch eine Metallfläche mit flächigen Löchern (L) eingesetzt werden.Method for producing linearly polarized light, in which electromagnetic radiation excites surface plasmons in a plurality of areally arranged metal surfaces (M). The metal surfaces (M) are dimensioned differently in a first direction (d1) and in a different second direction (d2). They are arranged periodically in the first direction (d1) and periodically in the second direction (d2) and are oriented to have the same orientation with respect to the first (d1) or the second direction (d2). Instead of the metal surfaces (M) can also be a metal surface with two-dimensional holes (L) are used.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht und zugehörige strahlungsemittierende Bauelemente.The The invention relates to methods of producing linearly polarized Light and associated radiation-emitting Components.

Alle üblichen Lichtquellen, einschließlich der lichtemittierenden Dioden (LED) erzeugen unpolarisiertes Licht. Zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht ist daher ein Polarisationsfilter erforderlich, der zum Beispiel als Folie ausgebildet sein kann. Ein derartiger Polarisationsfilter lässt nur eine lineare Polarisationsrichtung durch und reflektiert oder absorbiert andere Polarisationsrichtungen, so dass dadurch die nutzbare Lichtmenge verringert wird. Diese Verluste können reduziert werden, wenn die Lichtquelle bereits zumindest teilweise linear polarisiertes Licht erzeugt.All usual Light sources, including of the light emitting diodes (LED) produce unpolarized light. For generating linearly polarized light is therefore a polarizing filter required, which may be formed for example as a film. Such a polarization filter leaves only a linear polarization direction through and reflects or absorbs other polarization directions, so that thereby the usable amount of light is reduced. These losses can be reduced when the light source is already at least partially linear generates polarized light.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung zumindest ein Verfahren zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht anzugeben. Weiter soll zumindest ein strahlungsemittierendes Bauelement angegeben werden, das zumindest teilweise linear polarisiertes Licht erzeugt.It Therefore, the object of the invention is at least one method for generating of linearly polarized light. Next should at least a radiation-emitting component are specified, the at least partially linearly polarized light generated.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht gelöst, bei dem elektromagnetische Strahlung in einer Vielzahl von flächig angeordneten Metallflächen Oberflächenplasmonen anregt. Die Metallflächen sind in einer ersten Richtung und in einer davon unterschiedlichen zweiten Richtung unterschiedlich dimensioniert. Die Metallflächen werden periodisch in der ersten Richtung und perio disch in der zweiten Richtung angeordnet und weisen bezüglich der ersten oder der zweiten Richtung die gleiche Ausrichtung auf.These The object is achieved by a method for generating linearly polarized Light dissolved, in the electromagnetic radiation arranged in a variety of planar metal surfaces surface plasmons stimulates. The metal surfaces are in a first direction and in one of them different second Direction differently dimensioned. The metal surfaces become periodically in the first direction and periodically in the second Direction arranged and point with respect to the first or the second direction the same orientation.

Weiter wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht gelöst, bei dem elektromagnetische Strahlung in mindestens einer Metallfläche Oberflächenplasmonen anregt. Die Metallfläche weist flächige Löcher auf, die beispielsweise durchgängig ausgeführt werden, und die in einer ersten Richtung und in einer davon unterschiedlichen zweiten Richtung unterschiedlich dimensioniert werden. Die Löcher werden periodisch in der ersten Richtung und periodisch in der zweiten Richtung angeordnet und werden so ausgerichtet, dass sie bezüglich der ersten oder der zweiten Richtung die gleiche Ausrichtung aufweisen.Further The object is achieved by a method for generating linearly polarized Light solved, at the electromagnetic radiation in at least one metal surface Oberflächenplasmonen stimulates. The metal surface has areal holes on, for example, consistently accomplished be different, and in a first direction and in one of them second direction are dimensioned differently. The holes will be periodically in the first direction and periodically in the second direction arranged and are aligned so that they respect the first or second direction have the same orientation.

In beiden Verfahren wird die Polarisation der elektromagnetischen Strahlung durch Plasmonen beeinflusst. Plasmonen sind Dichteschwankungen von Ladungsträgern Metallen. Oberflächenplasmonen sind Schwingungsmoden die an der Oberfläche lokalisiert sind und die sich unter bestimmten Bedingungen mit Licht anregen lassen. Die Schwingungsmoden haben einen K-Vektor, der sich von dem der frei propagierenden elektromagnetischen Strahlung unterscheidet, so dass diese nicht ohne weitere Maßnahmen in die Oberflächenplasmonen hinein- und hinausgekoppelt werden kann. Durch die Streuung an Strukturen, wie zum Beispiel Kanten, Rauhigkeiten oder periodische Strukturen, wird der K-Vektor geändert, so dass das Licht in die Oberflächenplasmonen hineingekoppelt werden kann. Die Streuung an nicht-symmetrischen Strukturen ist dabei stark polarisationsabhängig. Die Vielzahl von flächig angeordneten Metallflächen beziehungsweise die Vielzahl von Löchern in einer Metallfläche stellen Metallkanten dar, wobei die unter schiedliche Dimensionierung in der ersten Richtung und in der zweiten Richtung zu einer Lichtauskopplung führt, die polarisationsabhängig ist. Die elektromagnetische Strahlung erhält so eine Vorzugspolarisationsrichtung.In Both methods involve the polarization of electromagnetic radiation influenced by plasmons. Plasmons are density fluctuations of carriers Metals. surface plasmons are vibrational modes located on the surface and the be stimulated under certain conditions with light. The Vibration modes have a K vector, which differs from that of freely propagating electromagnetic radiation, so that these are not without further action in the surface plasmons can be coupled in and out. Due to the scattering of structures, such as edges, roughness or periodic structures, is the K vector changed, so that the light is coupled into the surface plasmons can be. The scattering of non-symmetric structures is while strongly polarization dependent. The variety of area arranged metal surfaces or make the plurality of holes in a metal surface Metal edges, wherein under different dimensions in the first direction and in the second direction to a light extraction leads, the polarization dependent is. The electromagnetic radiation thus receives a preferential polarization direction.

In einer Weiterbildung weisen die Vielzahl von Löchern und die Vielzahl von Metallflächen jeweils die gleiche Form auf, wodurch sich die Kopplung der elektromagnetischen Strahlung an die Oberflächenplasmonen verbessern lässt.In In a further development, the plurality of holes and the plurality of metal surfaces in each case the same shape, whereby the coupling of the electromagnetic Radiation to the surface plasmons can be improved.

In einer Weiterbildung liegt die Periodizität in der ersten Richtung oder die Periodizität in der zweiten Richtung in der Größenordnung der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. Die Metallflächen und die Löcher werden zur effektiven Kopplung der elektromagnetischen Strahlung an die Oberflächenplasmonen in ihrer Anordnung an die Wellenlänge angepasst.In A further development is the periodicity in the first direction or the periodicity in the second direction on the order of the wavelength of the electromagnetic radiation. The metal surfaces and the holes will be for the effective coupling of the electromagnetic radiation to the surface plasmons adapted in their arrangement to the wavelength.

In einer Weiterbildung unterscheidet sich die Periodizität in der ersten Richtung von der Periodizität in der zweiten Richtung. Durch die unterschiedliche Periodizität wird die elektromagnetische Strahlung in einer Richtung mehr an die Oberflächenplasmonen gekoppelt, so dass sich auch die Polarisierung in dieser Richtung stärker auswirkt, wodurch zumindest teilweise polarisiertes Licht erzeugt wird.In In a further education the periodicity differs in the first direction of the periodicity in the second direction. Due to the different periodicity is the electromagnetic Radiation in one direction more coupled to the surface plasmons, so that the polarization in this direction has a stronger impact, whereby at least partially polarized light is generated.

In einer Weiterbildung werden die Periodizitäten so gewählt, dass die elektromagnetische Strahlung in Form einer "enhanced transmission" durch die Löcher in der Metallfläche durchtritt. Die Transmission wird dadurch höher als aufgrund der Flächenbelegung der Metallfläche zu erwarten ist, so dass die Lichtausbeute gesteigert wird.In In a further development, the periodicities are chosen so that the electromagnetic Radiation in the form of an "enhanced transmission " the holes in the metal surface passes. The transmission is thereby higher than due to the area occupancy the metal surface is expected, so that the light output is increased.

Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht, bei dem elektromagnetische Strahlung in einer Vielzahl von Metallpartikeln Oberflächenplasmonen anregt. Die Metallpartikel werden flächig angeordnet und sind in einer ersten Richtung und in einer davon unterschiedlichen zweiten Richtung unterschiedlich dimensioniert. Die Metallpartikel werden so angeordnet, dass sie bezüglich der ersten oder der zweiten Richtung die gleiche Ausrichtung aufweisen. Im Unterschied zu den bisher genannten Verfahren sind die Metallpartikel nicht periodisch angeordnet, jedes Metallpartikel bevorzugt bei der Kopplung jedoch die gleiche Polarisationsrichtung. Die Kopplung geschieht dabei an lokalisierten Plasmonen, die sich um den Metallpartikel bewegen.The object is further achieved by a method for generating linearly polarized light, in which electromagnetic radiation excites surface plasmons in a large number of metal particles. The metal particles are arranged flat and are dimensioned differently in a first direction and in a different second direction. The metal particles are arranged to have the same orientation with respect to the first or second direction. In the Un Unlike the previously mentioned methods, the metal particles are not arranged periodically, but each metal particle prefers the same direction of polarization in the coupling. The coupling is done on localized plasmons that move around the metal particles.

In einer Weiterbildung ist der Abstand der Partikel zueinander in der Größenordnung der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. Der Abstand der Partikel wird wieder so gewählt, dass eine Kopplung der elektromagnetischen Strahlung an die Oberflächenplasmonen effizient ist. Die Metallpartikel sind Nanostrukturen, das heißt die Größe liegt zwischen 1 bis 200 nm.In a development is the distance of the particles to each other in the Magnitude the wavelength the electromagnetic radiation. The distance of the particles becomes chosen again, that is a coupling of the electromagnetic radiation to the surface plasmons is efficient. The metal particles are nanostructures, meaning the size is between 1 to 200 nm.

In einer Weiterbildung wird der Abstand der Metallpartikel zueinander zufällig gewählt.In a development is the distance of the metal particles to each other fortuitously selected.

In einer Weiterbildung wird die Größe der Metallpartikel viel kleiner gewählt als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. Durch die lokalisierten Plasmonen, die an die evaneszenten Felder von total reflektierten Licht koppeln und damit zu einer Auskopplung dieses ansonsten intern total reflektierten Lichts führen, wird die Effizienz des Verfahrens gesteigert.In One training is the size of the metal particles chosen much smaller as the wavelength of the electromagnetic radiation. By the localized plasmons, which couple to the evanescent fields of totally reflected light and thus to a decoupling of this otherwise internally totally reflected Lead light, the efficiency of the process is increased.

In einer Weiterbildung werden in den obigen Verfahren die Metallflächen und die Metallpartikel aus Gold, Silber oder Aluminium hergestellt. Diese hoch reflektiven Metalle ermöglichen eine starke Wechselwirkung der Plasmonen mit der elektromagnetischen Strahlung. Prinzipiell ist jedoch auch andere Metalle verwendbar, sofern die Wechselwirkung mit seiner Umgebung Plasmonen unterstützt.In In a further development, in the above method, the metal surfaces and the metal particles are made of gold, silver or aluminum. These highly reflective metals allow a strong interaction the plasmons with the electromagnetic radiation. in principle However, other metals are usable, provided that the interaction with its environment supports plasmons.

In einer Weiterbildung liegt die Dicke der Metallflächen zwischen 50 und 200 nm. Sie ist somit dick genug, dass sie ohne die Löcher nicht transparent ist und dünn genug, so dass sie leicht strukturierbar ist.In In a further development, the thickness of the metal surfaces is between 50 and 200 nm. It is thus thick enough that it is not transparent without the holes and thin enough, so that it is easy to structure.

In einer Weiterbildung sind die Metallflächen und die Metallpartikel auf der Abstrahlseite eines strahlungserzeugenden Halbleiterbauelements aufgebracht. Licht mit der richtigen Polarisation wird somit möglichst effektiv aus dem strahlungserzeugenden Halbleiterbauelement ausgekoppelt, während Licht mit falscher Polarisation in das strahlungserzeugende Halbleiterbauelement zurück reflektiert wird.In A further development are the metal surfaces and the metal particles on the emission side of a radiation-generating semiconductor component applied. Light with the right polarization is thus possible effectively decoupled from the radiation-generating semiconductor device, during light with wrong polarization in the radiation-generating semiconductor device back is reflected.

In einer Weiterbildung wird die elektromagnetische Strahlung durch eine aktive Schichtfolge in einem strahlungserzeugenden Halbleiterbauelement erzeugt. Strahlungserzeugende Halbleiterbauelemente sind klein, unempfindlich und besitzen eine hohe Lebenserwartung.In a development is the electromagnetic radiation through generates an active layer sequence in a radiation-generating semiconductor component. Radiation generating semiconductor devices are small, insensitive and have a high life expectancy.

In einer Weiterbildung ist das strahlungserzeugende Halbleiterbauelement eine lichtemittierende Diode (LED).In a development is the radiation-generating semiconductor device a light emitting diode (LED).

In einer Weiterbildung wird die elektromagnetische Strahlung, die nicht-linear polarisiert wurde, durch Streuung oder Re flektion so gelenkt, dass sie erneut Oberflächenplasmonen anregt. Durch die Streuung oder die Reflektion ändert sich die Polarisierung der nicht ausgekoppelten elektromagnetischen Strahlung, so dass diese beim erneuten Auftreffen auf die Metallflächen, beziehungsweise auf die Metallpartikel, eine erneute Chance auf Auskopplung mit der gewünschten Polarisationsrichtung erhält. Diese Art von Polarisationsrecycling findet innerhalb des strahlungserzeugenden Halbleiterbauelements statt und erhöht dessen Lichtausbeute.In One training will be the electromagnetic radiation that is non-linear polarized, deflected by scattering or reflection so that they re-surface plasmons stimulates. Due to the scattering or the reflection, the polarization changes the non-decoupled electromagnetic radiation, so that this when re-striking the metal surfaces, or on the Metal particles, a renewed chance of decoupling with the desired Polarization direction receives. This type of polarization recycling takes place within the radiation-producing Semiconductor device instead of and increases its luminous efficacy.

Die Aufgabe wird zudem gelöst durch ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einem auf einem Halbleitermaterial basierenden Schichtstapel, der eine aktive Schichtfolge zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aufweist. Auf einer letzten Schicht des Schichtstapels sind in Abstrahlrichtung eine Vielzahl von Metallflächen aufgebracht. Die Metallflächen weisen in einer ersten Richtung und in einer davon unterschiedlichen zweiten Richtung unterschiedliche Abmessungen auf. Die Metallflächen sind periodisch in der ersten Richtung und periodisch in der zweiten Richtung angeordnet.The Task is also solved by a radiation-emitting component with one on one Semiconductor material-based layer stack, the active layer sequence for generating electromagnetic radiation. On a last layer of the layer stack are in the emission direction a Variety of metal surfaces applied. The metal surfaces pointing in a first direction and in one of them different second direction on different dimensions. The metal surfaces are periodically in the first direction and periodically in the second Direction arranged.

Des Weiteren wird die Aufgabe durch ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einem auf einem Halbleitermaterial basierenden Schichtstapel gelöst, der eine aktive Schichtfolge zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aufweist. Auf einer letzten Schicht des Schichtstapels ist in Abstrahlrichtung eine Metallfläche aufgebracht, in der eine Vielzahl von Löchern eingebracht sind. Die Löcher weisen in einer ersten Richtung und in einer davon unterschiedlichen zweiten Richtung unterschiedliche Abmessungen auf. Die Löcher sind periodisch in der ersten Richtung und periodisch in der zweiten Richtung angeordnet.Of Furthermore, the object is achieved by a radiation-emitting component solved with a semiconductor material based on a layer stack, the an active layer sequence for generating electromagnetic radiation having. On a last layer of the layer stack is in the emission direction a metal surface applied, in which a plurality of holes are introduced. The Show holes in a first direction and in a different second one Direction different dimensions. The holes are periodic in the first one Direction and periodically arranged in the second direction.

Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein strahlungsemittierendes Bauelement mit einem auf einem Halbleitermaterial basierenden Schichtstapel, der eine aktive Schichtfolge zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung aufweist. Auf einer letzten Schicht des Schichtstapels sind in Abstrahlrichtung eine Vielzahl von Metallpartikeln flächig aufgebracht. Die Metallpartikel weisen in einer ersten Richtung und in einer davon unterschiedlichen zweiten Richtung unterschiedliche Abmessungen auf.Of Furthermore, the task is solved by a radiation-emitting component with one on one Semiconductor material-based layer stack, the active layer sequence for generating electromagnetic radiation. On a last one Layer of the layer stack are in the emission a variety of metal particles surface applied. The metal particles point in a first direction and different in a different second direction Dimensions on.

In einer Weiterbildung weisen die Vielzahl von Metallflächen, die Vielzahl von Löchern und die Vielzahl von Metallpartikel jeweils die gleiche Ausrichtung bezüglich der ersten oder der zweiten Richtung auf.In a development, the large number of metal surfaces, the Variety of holes and the plurality of metal particles each have the same orientation in terms of the first or the second direction.

In einer Weiterbildung weisen die Vielzahl von Metallflächen und die Vielzahl von Löchern jeweils die gleichen Abmessungen auf.In a development, the plurality of metal surfaces and the multitude of holes each on the same dimensions.

In einer Weiterbildung liegt die Periodizität in der ersten Richtung oder die Periodizität in der zweiten Richtung in der Größenordnung der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung.In A further development is the periodicity in the first direction or the periodicity in the second direction on the order of the wavelength of the electromagnetic radiation.

In einer Weiterbildung unterscheidet sich die Periodizität in der ersten Richtung von der Periodizität in der zweiten Richtung.In In a further education the periodicity differs in the first direction of the periodicity in the second direction.

In einer Weiterbildung ist der Abstand der Metallpartikel zueinander in der Größenordnung der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung ist.In a development is the distance of the metal particles to each other in the order of magnitude the wavelength electromagnetic radiation.

In einer Weiterbildung ist der Abstand der Metallpartikel zueinander zufällig.In a development is the distance of the metal particles to each other fortuitously.

In einer Weiterbildung ist die Größe der Metallpartikel um mehrere Größenordnungen kleiner als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung.In A further development is the size of the metal particles by several orders of magnitude less than the wavelength the electromagnetic radiation.

In einer Weiterbildung sind die Metallflächen und die Metallpartikel aus Gold, Silber oder Aluminium.In A further development are the metal surfaces and the metal particles made of gold, silver or aluminum.

In einer Weiterbildung weisen die Metallflächen eine Dicke von 50 bis 200 nm auf.In In a further development, the metal surfaces have a thickness of 50 to 200 nm.

In einer Weiterbildung wird die Periodizität der Löcher in der Metallfläche so gewählt, dass die Metallfläche für die elektromagnetische Strahlung eine Transmission aufweist, die höher ist, als die durch die Flächenbelegung erwartete Transmission.In In a further development, the periodicity of the holes in the metal surface is selected such that the metal surface for the electromagnetic radiation has a transmission which is higher, as by the area occupancy expected transmission.

In einer Weiterbildung bildet zumindest eine der Metallflächen eine Stromzuführung für den Betrieb der lichtemittierenden Diode.In In a further development, at least one of the metal surfaces forms a power supply for the Operation of the light-emitting diode.

In einer Weiterbildung sind in dem strahlungsemittierenden Bauelement Mittel vorgesehen, durch die die falsch polarisierte elektromagnetische Strahlung in ihrer Polarisation geändert wird und erneut auf die Metallflächen, beziehungsweise auf die Metallpartikel auf der letzten Schicht in Richtung der Abstrahlrichtung gelenkt wird.In a development are in the radiation-emitting device Means provided by which the false polarized electromagnetic radiation changed in polarization and again on the metal surfaces, or on the metal particles on the last layer in Direction of the radiation direction is directed.

Die Verfahren und die strahlungserzeugenden Bauelemente finden Verwendung zur Hinterleuchtung von Flüssigkeitskristallanzeigen oder von Flüssigkeitskristallprojektoren. Sie können auch in Frontscheinwerfern von Transportmitteln eingesetzt werden.The Methods and the radiation-generating components are used for backlighting liquid crystal displays or of liquid crystal projectors. You can also be used in headlights of means of transport.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen mit Hilfe von Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments described by drawings. Show it:

1 eine schematische Queransicht eines Ausführungsbeispiels eines strahlungsemittierenden Bauelements, 1 a schematic cross-sectional view of an embodiment of a radiation-emitting device,

2 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Löchern in einer Metallfläche, 2 a first embodiment with a plurality of holes in a metal surface,

3 ein zweites Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Metallflächen, und 3 a second embodiment with a plurality of metal surfaces, and

4 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einer Vielzahl von Metallpartikeln. 4 a third embodiment with a plurality of metal particles.

1 zeigt einen Querschnitt durch ein strahlungsemittierendes Bauelement B. Auf einem Substrat S ist eine erste Confinement-Schicht C1 angeordnet. Auf der ersten Confinement-Schicht C1 ist eine aktive Schicht A angeordnet, auf die eine zweite Confinement-Schicht C2 angeordnet ist. Die aktive Schicht A dient zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung und wird über eine erste Kontaktfläche K1 und eine zweite Kontaktfläche K2 mit Strom versorgt. Elektromagnetische Strahlung verlässt das strahlungsemittierende Bauelement B in der Abstrahlrichtung e durch eine letzte Schicht des Schichtenstapels. Das strahlungsemittierende Bauelement kann beispielsweise eine lichtemittierende Diode (LED) sein. 1 shows a cross section through a radiation-emitting device B. On a substrate S, a first confinement layer C1 is arranged. On the first confinement layer C1, an active layer A is arranged, on which a second confinement layer C2 is arranged. The active layer A serves to generate electromagnetic radiation and is supplied with power via a first contact surface K1 and a second contact surface K2. Electromagnetic radiation leaves the radiation-emitting component B in the emission direction e through a last layer of the layer stack. The radiation-emitting component may be, for example, a light-emitting diode (LED).

Die 2, 3 und 4 zeigen Ausführungsbeispiele für die auf die letzte Schicht des Schichtenstapels in Abstrahlungsrichtung e aufgebrachten Strukturen. Die Figuren zeigen dabei eine Draufsicht auf das strahlungsemittierende Bauelement B in entgegen gesetzter Abstrahlrichtung e.The 2 . 3 and 4 show exemplary embodiments of the applied to the last layer of the layer stack in the emission direction e structures. The figures show a plan view of the radiation-emitting component B in the opposite direction of emission e.

In 2 ist ein erstes Ausführungsbeispiel mit einer Metallfläche M gezeigt, die längliche, periodisch angeordnete Löcher L aufweist. Die Löcher sind dabei asymmetrisch ausgeführt, das heißt, dass sie in der ersten Richtung d1 eine Abmessung a1 aufweisen, die sich von der Abmessung a2 in der zweiten Richtung d2 unterscheidet. Die Form der Löcher ist bis auf diese Asymmetrie beliebig. Es können Rechtecke, lanzettliche Formen, Ovale et cetera sein. Wesentlich ist, dass die Löcher L nicht symmetrisch, also zum Beispiel keine Kreise oder Quadrate sind. Weiter sind die Löcher L so angeordnet, dass sie einheitlich ausgerichtet sind; zum Beispiel weisen die längeren Seiten a1 der Löcher L alle in die gleiche Richtung, die zum Beispiel die erste Richtung d1 sein kann. Die Löcher L haben vorzugsweise die gleichen Abmessungen und die gleiche Form. Sie können auch unterschiedliche Abmessungen oder Formen haben, solange die Asymmetrien einheitlich ausgerichtet sind. Die Abmessungen a1 und a2 liegen zwischen 20 bis 500 nm. Die Löcher L sind außerdem zueinander periodisch in zwei Richtungen angeordnet. Gezeigt ist eine periodische Ausrichtung mit der Periodizität p1 in der ersten Richtung d1 und einer zweiten Periodizität p2 in der zweiten Richtung d2. Die Periodizitäten p1 und p2 unterscheiden sich voneinander. Die Kopplung der von der aktiven Schicht A erzeugten elektromagnetischen Strahlung an die Oberflächenplasmonen in der Metallfläche M, und dort insbesondere an den Kanten der Löcher L, wird durch die Periodizität p1 und p2 mitbestimmt. Eine der Periodizitäten wird so gewählt, dass eine effektive Kopplung stattfindet und die andere Periodizität wird so gewählt, dass die elektromagnetische Strahlung nicht gekoppelt wird, das heißt reflektiert wird. Die Kopplung ist polarisationsabhängig, so dass das strahlungsemittierende Bauelement B zumindest teilweise polarisiertes Licht ausstrahlt. Die Periodizität für eine gute Kopplung der elektromagnetischen Strahlung an die Oberflächenplasmonen ist ungefähr gleich der Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung. Der Abstand der Löcher L liegt somit zwischen 100 bis 700 nm. Da lichtemittierende Dioden relativ schmalbandiges Licht emittieren, ist bei einer anderen Periodizität eine effektive Kopplung nicht möglich.In 2 a first embodiment with a metal surface M is shown having elongated, periodically arranged holes L. The holes are asymmetric, that is, they have a dimension a1 in the first direction d1 which differs from the dimension a2 in the second direction d2. The shape of the holes is arbitrary except for this asymmetry. It can be rectangles, lanzettliche forms, ovals et cetera. It is essential that the holes L are not symmetrical, for example, no circles or squares. Further, the holes L are arranged so as to be uniformly aligned; for example, the longer sides a1 of the holes L all point in the same direction, which may be the first direction d1, for example. The holes L preferably have the same dimensions and the same shape. They can also have different dimensions or shapes as long as the asymmetries are uniformly aligned. The dimensions a1 and a2 are between 20 to 500 nm. The holes L are also arranged periodically in two directions with respect to each other. Shown is a periodic alignment with the periodicity p1 in the first direction d1 and a second periodicity p2 in the second direction d2. The periodicities p1 and p2 are different from each other. The coupling of the electromagnetic radiation generated by the active layer A to the surface plasmons in the metal surface M, and there in particular at the edges of the holes L, is determined by the periodicity p1 and p2. One of the periodicities is chosen so that an effective coupling takes place and the other periodicity is chosen so that the electromagnetic radiation is not coupled, that is reflected. The coupling is polarization-dependent, so that the radiation-emitting component B emits at least partially polarized light. The periodicity for good coupling of the electromagnetic radiation to the surface plasmons is approximately equal to the wavelength of the electromagnetic radiation. The distance of the holes L is thus between 100 to 700 nm. Since light-emitting diodes emit relatively narrow-band light, an effective coupling is not possible at a different periodicity.

Bei dem ersten Ausführungsbeispiel können die Löcher L und deren Anordnung so dimensioniert werden, dass eine „enhanced transmission" auftritt. Unter enhanced transmission versteht man, dass bezogen auf die Fläche der Löcher mehr Photonen in Abstrahlrichtung e die Struktur verlassen, als auf sie treffen bezogen auf die Gesamtfläche.at the first embodiment can they holes L and their arrangement are dimensioned so that an "enhanced Transmission "occurs Enhanced transmission means that based on the area of the holes more photons in emission direction e leave the structure than to meet them in relation to the total area.

Das in 3 gezeigte zweite Ausführungsbeispiel funktioniert in ähnlicher Weise wie das erste Ausführungsbeispiel. Anstelle einer durchgehenden Metallfläche M, die Löcher L aufweist, ist in 3 auf der letzten Schicht des Schichtenstapels eine Vielzahl von Metallflächen M angeordnet. In ähnlicher Weise wie zu 2 ergibt sich eine Polarisierung der elektromagnetischen Strahlung durch eine unterschiedliche Kopplung an die Oberflächenplasmonen entlang einer ersten Richtung d1 und einer dazu unterschiedlichen Richtung d2. Die Kanten an denen die Oberflächenplasmonen gestreut werden sind nun die Kanten der einzelnen Metallflächen M anstelle an den Kanten der Löcher L in 2.This in 3 shown second embodiment operates in a similar manner as the first embodiment. Instead of a continuous metal surface M having holes L is in 3 a plurality of metal surfaces M are arranged on the last layer of the layer stack. In a similar way as to 2 A polarization of the electromagnetic radiation results from a different coupling to the surface plasmons along a first direction d1 and a different direction d2. The edges at which the surface plasmons are scattered are now the edges of the individual metal surfaces M instead of the edges of the holes L in 2 ,

Die Metallflächen M sind länglich ausgeführt, das heißt dass sie in einer ersten Richtung d1 eine Abmessung a1 haben, die sich von der Abmessung a2 in einer zweiten Richtung d2 unterscheidet. Sämtliche Metallflächen M weisen beispielshalber die gleichen Abmessungen a1 und a2 auf. Sie können als Rechtecke, Ovale oder sonstige längliche Strukturen ausgeführt werden. Ähnlich wie die Löcher L in 2 weisen die Metallflächen M die gleiche Ausrichtung auf, so dass beispielsweise die längeren Seiten in die gleiche Richtung zeigen. Die Metallflächen M sind ebenfalls in einer ersten Richtung d1 mit der Periodizität p1 angeordnet und in einer zweiten Richtung d2 mit der Periodizität p2. Eine der Periodizitäten wird so gewählt, dass eine effektive Ankopplung der elektromagnetischen Strahlung an die Oberflächenplasmonen möglich ist, während die andere Periodizität so gewählt wird, dass dies nicht der Fall ist. Die Dicke der Metallflächen M in 2 und in 3 liegt zwischen 50 bis 200 nm und ist vorzugsweise 100 nm stark.The metal surfaces M are elongated, that is, they have a dimension a1 in a first direction d1 which differs from the dimension a2 in a second direction d2. All metal surfaces M have, for example, the same dimensions a1 and a2. They can be executed as rectangles, ovals or other elongated structures. Similar to the holes L in 2 the metal surfaces M have the same orientation, so that, for example, the longer sides point in the same direction. The metal surfaces M are also arranged in a first direction d1 with the periodicity p1 and in a second direction d2 with the periodicity p2. One of the periodicities is chosen so that an effective coupling of the electromagnetic radiation to the surface plasmons is possible, while the other periodicity is chosen so that this is not the case. The thickness of the metal surfaces M in 2 and in 3 is between 50 to 200 nm and is preferably 100 nm thick.

Das dritte Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt und unterscheidet sich von dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel in 2 und 3 dadurch, dass zum einen keine gleichförmigen Strukturen auf die letzte Schicht aufgebracht sind, sondern unregelmäßige Metallpartikel P und zum Anderen dadurch, dass die Metallpartikel P nicht periodisch zueinander angeordnet sind. Ähnlich wie in dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Partikel jedoch länglich, das heißt sie weisen in einer ersten Richtung d1 eine andere Abmessung auf als in einer zweiten Richtung d2. Weiter weisen die Metallpartikel P wieder eine identische Ausrichtung auf. Anstelle der Kopplung von elektromagnetischer Strahlung an Plasmonen durch periodische Strukturen oder Kanten an Metall oberflächen werden durch die einzelnen Metallpartikel P lokalisierte Plasmonen gekoppelt, die um den Metallpartikel P existieren. Durch die gleiche Ausrichtung und durch die längliche Form entsteht eine Polarisationsabhängigkeit der Auskopplung. Die Metallpartikel P sind Nano-Strukturen, deren Abstand viel kleiner ist als die Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung.The third embodiment is in 4 and differs from the first and second embodiments in FIG 2 and 3 in that, on the one hand, no uniform structures are applied to the last layer, but rather irregular metal particles P and, on the other hand, due to the fact that the metal particles P are not arranged periodically relative to one another. However, similar to the first and second embodiments, the particles are elongate, that is, they have a different dimension in a first direction d1 than in a second direction d2. Furthermore, the metal particles P again have an identical orientation. Instead of the coupling of electromagnetic radiation to plasmon by periodic structures or edges on metal surfaces are localized by the individual metal particles P plasmons coupled, which exist around the metal particle P. By the same orientation and by the elongated shape creates a polarization dependence of the coupling. The metal particles P are nano-structures whose distance is much smaller than the wavelength of the electromagnetic radiation.

Die Metallfläche M aus 2 und 3 sowie die Metallpartikel P aus 4 sind aus Metallen gefertigt, die eine hohe Reflektivität bei der gewünschten Wellenlänge aufweisen, wie zum Beispiel Silber, Gold und Aluminium.The metal surface M out 2 and 3 and the metal particles P from 4 are made of metals that have high reflectivity at the desired wavelength, such as silver, gold and aluminum.

Das Verfahren zum Erzeugen von linear polarisiertem Licht kann in seiner Effektivität gesteigert werden, indem nicht-abgestrahltes Licht innerhalb der Schichtenfolge recycelt wird. Durch Streuprozesse wird die Polarisation der nicht-ausgekoppelten Strahlung wieder zufällig verteilt, wodurch das Licht beim Auftreffen auf die auf der letzten Schicht angeordneten Strukturen eine erneute Chance auf Auskopplung mit linearer Polarisationsrichtung erhält.The Method for producing linearly polarized light can be used in its effectiveness be increased by non-radiated Light is recycled within the layer sequence. By scattering processes is the polarization of the non-decoupled radiation again by chance distributed, reducing the light when hitting the on the last Layer arranged structures a renewed opportunity for decoupling obtained with a linear polarization direction.

Eine Anwendung von LEDs die linear polarisiertes Licht erzeugen ist zum Beispiel die Hinterleuchtung von LCD-Displays oder Projektoren, bei denen die Orientierung von Flüssigkeitskristallen durch Polarisationsfilter sichtbar gemacht wird. Bei einer nicht-polarisierten Lichtquelle ist ein Polarisationsfilter erforderlich, der nur eine lineare Polarisationsrichtung durchlässt und die anderen reflektiert. Die reflektierten Polarisationsrichtungen können nur teilweise recycelt werden, wobei ein Teil des Lichts verloren geht. Diese Verluste können reduziert werden wenn die Lichtquelle bereits zumindest teilweise linear polarisiertes Licht erzeugt.One application of LEDs that produce linearly polarized light is, for example, the backlighting of LCD displays or projectors where the orientation of liquid crystals through polarizing filters is visualized. In a non-polarized light source, a polarizing filter is required which transmits only one linear direction of polarization and reflects the others. The reflected polarization directions can only be partially recycled, with some of the light lost. These losses can be reduced if the light source already generates at least partially linearly polarized light.

Eine weitere Anwendung der Verfahren und der strahlungsemittierenden Bauelemente besteht in der Anwendung von Frontscheinwerfern von Transportmitteln, wie zum Beispiel Autos. Weisen die Frontscheinwerfer ein zum Beispiel senkrecht polarisiertes Licht auf, so kann durch einen Detektor, der senkrecht in seiner Richtung zu dieser Polarisierungsrichtung steht, Licht von entgegenkommenden Fahrzeugen ausgeblendet werden. Ein Fahrer wird durch das Fahrlicht eines entgegenkommenden Autos nicht geblendet. Von anderen Objekten in der Umgebung wird das polarisierte Licht jedoch gestreut und erhält eine andere Polarisation, die vom Detektor durchgelassen wird, so dass diese Objekte gesehen werden.A Further application of the method and the radiation-emitting Components consists in the application of headlamps of Means of transport, such as cars. Assign the headlights For example, a vertically polarized light, so can a detector perpendicular in its direction to this polarization direction stands, light from oncoming vehicles to be hidden. A driver becomes by the driving light of an oncoming car not blinded. Other objects in the environment become polarized Light, however, scatters and gets another polarization that is passed by the detector, so that these objects are seen.

Claims

Method for producing linearly polarized light, in which electromagnetic radiation in a plurality of areally arranged metal surfaces (M) excites surface plasmons, characterized in that - the metal surfaces (M) in a first direction (d1) and in a different second direction ( d2) are dimensioned differently, - the metal surfaces (M) are arranged periodically in the first direction (d1) and periodically in the second direction (d2), and - the metal surfaces (M) are aligned so that they are relative to the first or the second direction (d1, d2) have the same orientation.

Method for producing linearly polarized light, in the electromagnetic radiation in at least one metal surface (M) surface plasmons excites characterized in that the metal surface (M) area holes (L), in a first direction (d1) and in one of them different second direction (d2) dimensioned differently become, - the holes (L) periodically in the first direction (d1) and periodically in the first direction (d1) second direction (d2) are arranged, and - the holes (L) be aligned so that they respect the first or the second Direction (d1, d2) have the same orientation.

Method according to Claim 2, in which the holes (L) continuously accomplished become.

Method according to one of the preceding claims, in that the multitude of holes (L) and the plurality of metal surfaces (M) are the same, respectively Have shape.

Method according to one of the preceding claims, in the periodicity (p1) in the first direction (d1) or the periodicity (p2) in the second direction (d2) on the order of the wavelength of electromagnetic radiation.

Method according to one of the preceding claims, in the periodicity (p1) in the first direction (d1) of the periodicity (p2) in the second direction (d2).

Method according to one of the preceding claims, in the periodicities (p1, p2) so chosen be that the electromagnetic radiation in the form of an enhanced transmisssion through the holes (L) in the metal surface (M) passes.

Method for producing linearly polarized light, in the electromagnetic radiation in a variety of metal particles (P) excites plasmons, characterized in that - the metal particles (P) flat be arranged, and - the Metal particles (P) in a first direction (d1) and in one of them different second direction (d2) dimensioned differently be, and- the metal particles (P) are arranged so that they with respect first or second direction (d1, d2) the same orientation exhibit.

Method according to claim 8, characterized in that that the distance (d) of the metal particles (P) to each other in the order of magnitude the wavelength of the electromagnetic radiation is.

Method according to claim 9, characterized the distance (d) of the metal particles (P) from each other is chosen randomly.

Method according to claim 10, characterized in that that the size of the metal particles (P) much smaller is called the wavelength the electromagnetic radiation.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the metal surfaces and the metal particles made of gold, silver or aluminum.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the thickness of the metal surfaces is between 50 and 200 nm lies.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the metal surfaces (M) and the metal particles (P) on the emission side (E) of a radiation-generating semiconductor device (B) are applied.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electromagnetic radiation by a active layer sequence (A, C1, C2) in a radiation-generating semiconductor component (B) is generated.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the radiation-generating semiconductor component is a light-emitting diode.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the electromagnetic radiation is not was transmitted linearly polarized, by scattering or reflection is directed so that it again stimulates surface plasmons.

Radiation-emitting device with a on a semiconductor material-based layer stack, which is an active Layer sequence (A, C1, C2) for generating electromagnetic radiation having, characterized in that - on a last layer (C2) of the layer stack in the emission direction (e) a variety of metal surfaces (M) are applied, - the metal surfaces (M) in a first direction (d1) and in one of them different second direction (d2) have different dimensions (a1, a2), and - the metal surfaces (M) periodically in the first direction (d1) and periodically in the first direction (d1) second direction (d2) are arranged.

Radiation-emitting device with a on a semiconductor material-based layer stack having an active layer sequence (A, C1, C2) for generating electromagnetic radiation, thereby marked that - on a last layer (C2) of the layer stack in the emission direction (e) a metal surface (M) is applied, in which a plurality of holes (L) are introduced, - the holes (L) in a first direction (d1) and in one of them different second direction (d2) have different dimensions (a1, a2), and - the holes (L) periodically in the first direction (d1) and periodically in the second Direction (d2) are arranged.

Radiation-emitting device with a on a semiconductor material-based layer stack, which is an active Layer sequence (A, C1, C2) for generating electromagnetic radiation having, characterized in that - on a last layer (C2) of the layer stack in the emission direction (e) a plurality of metal particles (P) are applied flat, - the metal particles (P) in a first direction (d1) and in one of them different second direction (d2) have different dimensions (a1, a2).

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 20, characterized in that the plurality of metal surfaces (M), the multitude of holes (L) and the plurality of metal particles (P) are the same Alignment regarding the first or the second direction.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 21, characterized in that the plurality of metal surfaces (M) and the multitude of holes (L) each have the same dimensions.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 22, characterized in that the periodicity (p1) in the first direction (d1) or the periodicity (p1) in the second direction (d2) in the order of magnitude the wavelength of the electromagnetic radiation.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 23, characterized in that the periodicity (p1) in the first direction (d1) differs from the periodicity (p1) in the second direction (d2) is different.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 24, characterized in that the distance (d) of the metal particles (P) to each other in the order of magnitude the wavelength of the electromagnetic radiation is.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 25, characterized in that the distance (d) of the metal particles (P) random to each other is.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 26, characterized in that the size of the metal particles (P) to several orders of magnitude less than the wavelength the electromagnetic radiation.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 27, characterized in that the metal surfaces (M) and the metal particles (P) are gold, silver or aluminum.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 28, characterized gekenn shows that the metal surfaces (M) have a thickness of 50 to 200 nm.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 29, characterized in that the periodicities (p1, p2) of the holes (L) in the metal surface (M) so chosen be that metal surface (M) for the electromagnetic radiation has a transmission, the is higher than by the area occupancy the metal surface (M) expected transmission.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 30, characterized in that the radiation-generating Semiconductor device (B) is a light-emitting diode.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 31, characterized in that at least one of the metal surfaces (M) a power supply (k2) for forms the operation of the light emitting diode.

Radiation-emitting component according to one of claims 18 to 32, characterized in that means in the radiation-emitting component (B) are provided by the non-linearly polarized electromagnetic Radiation is changed in polarization and again on the metal surfaces (M) or the metal particles (P) on the last layer in the direction the emission direction (d) is directed.

Use of the method for generating linear polarized light according to any one of claims 1 to 17 or the radiation-generating Component according to one of the claims 18 to 33 - to Backlighting of liquid crystal displays or of liquid crystal projectors, or - in Headlamps of means of transport.