JP2019519895A - Ｆｒｅｔ結合エミッタに基づくプラズモン白色光源 - Google Patents

Abstract

本発明は、光源１００及び光変換器２００を備える、照明デバイス１０００であって、光源が、光源光１０１を供給するように構成されており、光変換器２００が、（ａ）第１の光源光の少なくとも一部をドナー光２１１に変換することが可能なドナー発光材料２１０、及び（ｂ）アクセプタ発光材料２２０を含み、ドナー発光材料２１０及びアクセプタ発光材料２２０が、光源光１０１によってドナー発光材料２１０が励起されると、ドナー光２１１のドナー光スペクトル分布とは異なるアクセプタ光スペクトル分布を有するアクセプタ光２２１を供給する、ドナー−アクセプタ発光材料２１０、２２０として構成されており、光変換器２００が、（ｃ）ドナー光２１１の生成を増強するように構成されている周期的プラズモンアンテナアレイ３１０を更に含み、照明デバイス１００が、ドナー光２１１及びアクセプタ光２２１を含む、照明デバイス光１００１を供給するように構成されている、照明デバイス１０００を提供する。

Description

本発明は、光源及び光変換器を備える、照明デバイスに関する。

非放射エネルギー移動に基づく固体照明デバイスは、当該技術分野において既知である。国際公開第２０１５１８０９７６号は、例えば、エネルギーを吸収して励起状態に達するように構成された光子放出ドナー、及び光子放出アクセプタを含む、波長変換層と、ドナーが励起状態に達するように、ドナーにエネルギーを供給するように構成された、エネルギー源とを備える、照明デバイスを説明しており、ドナー及びアクセプタは、ドナーからアクセプタへの励起エネルギーの非放射移動が生じるように、選択され、かつ互いから距離を置いて配置されており、アクセプタは、エネルギーの移動後に、第２の波長で光子を放出するように構成されており、この照明デバイスは、基板上に配置されて波長変換層内に埋め込まれ、かつアンテナアレイ面に配置されている複数の個別アンテナ要素を含む、周期的プラズモンアンテナアレイを更に備え、このプラズモンアンテナアレイは、そのプラズモンアンテナアレイと波長変換層とを含むシステムによって支援される、個別アンテナ要素における局在表面プラズモン共鳴の、フォトニックモードへの結合から生じる、第２の波長での第１の格子共鳴を支援するように構成されており、このプラズモンアンテナアレイは、そのプラズモンアンテナアレイから放出される光が異方性の角度分布を有するような、プラズモン共鳴モードを有するように構成されている。

表面格子共鳴を介したプラズモン増強は、単色の用途に関して、特に赤色発光に関して有望な結果をもたらすと思われるが、これは、その場合に、二次的なスペクトル成形の効果が、人間の目の感度の範囲内にある光を主に増強することによって、そのルーメン換算値を増強する助けとなり得るためである。しかしながら、単一の白色発光プラズモンＬＥＤデバイスを作製することは、困難であると考えられる。

ドナー（「ドナー発光材料」）からアクセプタ（「アクセプタ発光材料」）へのフェルスター共鳴エネルギー移動（Forster resonance energy transfer；ＦＲＥＴ）を使用して、白色光を生成することが可能であるように思われる。このことは、例えば、励起波長におけるアクセプタの固有の吸収限界若しくは濃度依存性の吸収限界、又は、ドナーの放出プロセスが低い効率を有する場合の、バイパス放射エネルギー移動（再吸収）を克服するために役立ち得る。しかしながら、例えば緑色発光ドナー及び赤色発光アクセプタを有する、ＦＲＥＴ結合ドナー−アクセプタ系のみを使用して、白色光を生成することは、極めて困難である。ＦＲＥＴ効率、またそれゆえドナー発光消光は、アクセプタ濃度に強く依存する。白色光を得るためには、ドナー励起のかなりの部分が減衰してそのドナーの放射放出にならなければならず、すなわち、そのシステムは、３０〜６０％のＦＲＥＴ効率で動作するように設計されなければならない。第１に、このことは、アクセプタ放出の軽度の増強のみをもたらし得る。第２に、このことは、濃度の僅かな変化が、ＦＲＥＴ効率の、またそれゆえドナー消光の大きな変化をもたらし得るため、適用される濃度の極めて高度な制御を必要とする。このことはまた、ドナー放出とアクセプタ放出との比率に、またそれゆえ、カラーポイント、すなわち知覚される光の色に影響を及ぼすことになる。

それゆえ、本発明の一態様は、好ましくは、上述の欠点のうちの１つ以上を更に少なくとも部分的に取り除く、代替的な照明デバイスを提供することであり、この代替的な照明デバイスは、実施形態では、白色光を供給してもよく、又は他の実施形態では、比較的効率的な方式で、複数の波長領域の着色光を供給してもよい。

本明細書では、増強された白色光を生成するための、フェルスター共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）によって結合される少なくとも２つの異なる光変換蛍光体と、プラズモン（金属）ナノ粒子アレイとの組み合わせが提案される。プラズモンナノ粒子アレイは、ドナー放出と少なくとも共鳴し、すなわち、ドナーによって放出された光を増強及び成形するが、また、実施形態では、アクセプタ放出と共鳴することもできる。後者は、プラズモンアレイを特異的に設計することによって、又は、双方がドナー−アクセプタ系と相互作用することが可能な２つの異なるアレイ（すなわち、幾何学的配置又は粒子形状）を組み合わせることによって、達成されることができる。

遥かに良好な制御可能システムのための解決策として、そのシステムを、少なくとも７０％、更により特定的には少なくとも８０％のＦＲＥＴ効率、又は更に高いＦＲＥＴ効率を達成するように、消光及び増強に対する濃度の影響が低い、より高いアクセプタ濃度で設計して、特定のカラーポイント及び／又はスペクトル分布を達成するために必要とされるドナー放出をカップルアウトするために、プラズモンアレイを使用することが提案される。このようにして、本システムは、濃度変動に対してよりロバストであり、プラズモンアレイの変更、すなわち、デバイスの製造の間に使用される幾何学的パラメータ及び材料によって、調整されることができる。

それゆえ、本発明は、光源及び光変換器（「変換器」）を備える、照明デバイス（「デバイス」）であって、光源が、光源光を供給するように構成されており、光変換器が、（ａ）第１の光源光の少なくとも一部をドナー光に変換することが可能なドナー発光材料（「ドナー」）、及び（ｂ）アクセプタ発光材料（「アクセプタ」）を含み、これらドナー発光材料及びアクセプタ発光材料が、光源光によってドナー発光材料が励起されると、ドナー光のドナー光スペクトル分布とは異なるアクセプタ光スペクトル分布を有するアクセプタ光を供給する、ドナー−アクセプタ発光材料として構成されており、光変換器が、（ｃ）ドナー光の生成を増強するように構成されている（及び／又は、ドナー光の指向性を制御するように構成されている）周期的プラズモンアンテナアレイ（「アンテナアレイ」又は「プラズモンアンテナアレイ」）を更に含み、この照明デバイスが、ドナー光及びアクセプタ光を含む、照明デバイス光を供給するように構成されている、照明デバイスを提供する。

そのような照明デバイスでは、ＦＲＥＴによる利益が、ドナー放出の増強と結合されることにより、少なくともドナー光及びアクセプタ光を含む、照明デバイス光を供給する。周期的プラズモンアンテナアレイを使用しない場合、実質的にアクセプタ光のみが、高いＦＲＥＴ効率で得られる可能性がある。ここで、本発明の場合は、高いＦＲＥＴ効率が維持され得るが、ドナー放出もまた、周期的プラズモンアンテナアレイを使用して増強される。それゆえ、照明デバイス光は、（ドナー放出及びアクセプタ放出による）少なくとも２つの発光帯域などの、異なる波長の２つの放出を少なくとも含むことになる。更には、光源光もまた、照明デバイス光の一部であってもよいため、この照明デバイスは、実施形態では、例えば白色光を供給することが可能であってもよい。

それゆえ、実施形態では、ドナー発光材料、アクセプタ発光材料、及び周期的プラズモンアンテナアレイは、光源光が生成されると、ドナー光、アクセプタ光、及び（オプションとして）光源光を含む、照明デバイス光を供給するように構成されている。また更に、実施形態では、この照明デバイスは、白色照明デバイス光を生成するように構成されている。

本発明では、ドナー及びアクセプタを含む、波長変換器又は光変換器が設けられ、ドナーからアクセプタに、非放射エネルギー移動が発生して、その後、アクセプタによって光子が放出される。高いＦＲＥＴ効率で動作することにより、ドナーからの殆どのエネルギーが、アクセプタに移動される。プラズモンアレイを備えるシステムでは、より多くのドナー放出が生じ、このドナー波長で放出される光子が、ドナー及びアンテナアレイを含む結合システムによって放出される。本明細書では、用語「ドナー発光材料」又は「ドナー」が適用される。更には、本明細書では、用語「アクセプタ発光材料」又は「アクセプタ」が適用される。これらドナー及びアクセプタは発光材料であるが、一体に構成された場合、それらは、（ドナーからアクセプタへの（フェルスター共鳴）エネルギー移動による）アクセプタ放出に有利となるドナー放出の低減をもたらす、ドナー−アクセプタ発光材料を形成してもよい。それゆえ、ドナーは、本明細書ではまた、「第１の光源光の少なくとも一部をドナー光に変換することが可能」としても説明される。用語「ドナー光」の代わりに、「ドナー放出」もまた適用されてもよい。同様に、用語「アクセプタ光」の代わりに、「アクセプタ放出」もまた適用されてもよい。外部エネルギー源からドナーにエネルギーが供給され、ドナーを励起状態に到達させる（このことは、以下で詳細に論じられる）。

ドナーによって吸収されたエネルギーのかなりの部分は、アクセプタに移動されることができ、結果的に、このドナー−アクセプタ系の放出スペクトルは、アクセプタによって決定される。吸光係数は、吸収体の数の増大により、大幅に増大される。この組み合わせ系の量子効率は、非放射エネルギー移動プロセスの効率が極めて高く、ドナー及びアクセプタの濃度消光が誘起されないため、依然として高い。非放射エネルギー移動プロセスは、ドナーとアクセプタとの間のエネルギー移動を説明するメカニズムである、フェルスター共鳴エネルギー移動（ＦＲＥＴ）として既知である。ＦＲＥＴは、非放射性の双極子−双極子カップリングを介した、エネルギーの移動に基づくものであり、この移動の効率は、ドナーとアクセプタとの間の距離に反比例する。プラズモンアンテナアレイが存在しない場合、及び高いＦＲＥＴ効率では、ドナーは、ドナー放出を実質的に放出することがない（しかしながら、ドナー自体は、原理的には、第１の光源光の少なくとも一部をドナー光（すなわち、ドナー放出）に変換することが可能である）。

ドナー／アクセプタは、この文脈では、エネルギーの付加を介して励起状態にエネルギー上昇されることが可能であり、より低いエネルギー状態への緩和が、光子の放出を介して生じてもよい、任意の原子、イオン、分子、粒子、又は構造体として理解されるべきである。ドナー及びアクセプタはまた、光子エミッタ、又はより一般的にはエミッタと称されてもよい。したがって、ドナーは、光子を放出することが可能な場合もあるが、ドナーは、その代わりに、ドナー／アクセプタ構成によって、そのエネルギーの一部をアクセプタに移動させ、このアクセプタが、次に光子を放出する。

本発明の一実施形態によれば、アクセプタは、有利には、第２の波長に対応する第１のエネルギー準位と、第１のエネルギー準位よりも高い第２のエネルギー準位とを有してもよく、ドナーは、アクセプタの第２のエネルギー準位に一致するエネルギー準位を有してもよい。ドナーのエネルギー準位が、アクセプタのエネルギー準位に一致することは、一般に、それらが実質的に同じであることを意味する。しかしながら、それらのエネルギー準位はまた、アクセプタの第２のエネルギー準位と重なり合うことにより、非放射エネルギー移動が生じ得る、広範なドナー準位の共鳴が存在する場合にも、一致するとしてもよい。これらのエネルギー準位は、本明細書では、共通の基準準位Ｅｏに対して定義され、これらはそれゆえ、相対的準位である。それゆえ、一致するのは、材料の絶対的エネルギー準位ではなく、ドナー又はアクセプタのいずれかの「基底状態」に対する、第１のエネルギー準位と第２のエネルギー準位とのエネルギー差であることが理解され得る。第１のエネルギー準位及び第２のエネルギー準位のそれぞれは、それゆえ、基準エネルギー準位Ｅｏと比較される、それぞれのエネルギー差として理解されるべきである。

ドナーは、そのドナーのエネルギー準位に相当するエネルギーを吸収すると、励起状態に達するように構成されている。半導体では、エネルギー準位は、典型的にはバンドギャップに対応しており、価電子帯から伝導帯へ電子を励起するために必要とされるエネルギーは、少なくともそのバンドギャップに等しい。一実施形態では、アクセプタは、照明デバイスによって放出される光の波長に対応する、第１のエネルギー準位と、その第１のエネルギー準位よりも高い、すなわち、半導体アクセプタに関する伝導帯よりも高い、第２のエネルギー準位とを有する。これにより、ドナーのバンドギャップに対応するエネルギーを有する、励起されたドナーと、アクセプタの第２のエネルギー準位との間で、非放射エネルギー移動が生じ得る。このエネルギー移動が発生した後、励起されたアクセプタは、第１のエネルギー準位まで緩和してもよく、その後、伝導帯から価電子帯への放射再結合が生じることにより、光子が放出される。ドナー及びアクセプタが有機半導体である場合にも、同じ論拠が適用され、この場合、価電子帯は、最高被占軌道（highest occupied molecular orbital；ＨＯＭＯ）と称され、伝導帯は、最低空軌道（lowest unoccupied molecular orbital；ＬＵＭＯ）に相当し、バンドギャップは、ＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップと称される。原理的には、ＦＲＥＴが発生するためには、ドナーの放出スペクトルが、アクセプタの吸収スペクトルと重なり合わなければならない。

ＦＲＥＴを介して、第１の蛍光体（ドナー）は、第２の蛍光体（アクセプタ）の励起を増強するために使用される。ドナーのみで作製された層の放出スペクトル、アクセプタのみで作製された層の放出スペクトル、並びに双方の混合で作製された層の放出スペクトルが、図１ａに示される（以下もまた参照）。見られ得るように、ＦＲＥＴ効率、及びドナー対アクセプタ比に応じて、約５倍のアクセプタ増強が観察されている。高いアクセプタ蛍光体増強を達成するために、本システムは、高いＦＲＥＴ効率を呈するように調整され、これは、純粋ドナーの放出スペクトルと純粋アクセプタの放出スペクトルとの和と比較された、５００ｎｍ〜５５０ｎｍのドナー放出範囲での、図１ａの混合層のスペクトルに関して見られ得るように、ドナー蛍光体放出が、完全に消光されることを意味する。高いＦＲＥＴ効率では、アクセプタ濃度の変動は、ＦＲＥＴ効率に、またそれゆえスペクトル分布に、大きい影響を及ぼさない。用語「蛍光体」及び「発光材料」は、同等に使用されてもよく、光放出材料を指す。

上述のように、この目的のために、少なくとも７０％程度の、更により特定的には少なくとも８０％程度の、理想的にはそれよりも高い程度の、ＦＲＥＴ効率が使用されるべきである。ＦＲＥＴ効率Ｅ_ＦＲＥＴは、ＦＲＥＴ速度ｋ_ＦＲＥＴ及び他のドナー減衰速度（ｋ_Ｄ＝τ_Ｄ ^−１）として要約されるもの）を介して、等式（１）で定義される。

ランダムに混合されたドナー及びアクセプタを有する３Ｄ層において、実際にＦＲＥＴ速度を算出するためには、ＦＲＥＴについての一般的文献に見出されるような、等式（２ａ）が、フェルスター半径Ｒ_０を特性濃度ｃ_０に変換する（２ｂ）と共に使用され得る。

は、完全ガンマ関数を表す。

典型的には０．１〜１０ｎｍの範囲である、いくつかのＲ_０に関する、ｃ_Ａｃｃの関数としてのＥ_ＦＲＥＴの算出結果が、図４に示される。見られ得るように、ＦＲＥＴ効率は、アクセプタ濃度の増大と共に向上するが、このことは、フェルスター半径に強く依存している。特定のＦＲＥＴ効率に到達するためには、Ｒ_０が低いほど、アクセプタ濃度は高くなければならない。上述のＦＲＥＴ効率の下限は、黒色の破線によって示される。使用される好ましい材料から、フェルスター半径が算出されることができ、使用されることが可能な、エミッタ、例えば分子又は量子ドット（quantum dot；ＱＤ）の最大サイズに対応する、必要最低限の濃度が決定されることができる。反対に、使用可能なエミッタのサイズから、最大可能濃度が決定されることができ（灰色の点線によって示される）、これは、関心領域（斜線区域）の範囲を定め、使用されることが可能な／使用されるべきＲ_０の最小値を与える。それゆえ、ドナー／アクセプタの組み合わせの選択を限定する。

光変換器は（それゆえ）、光源光の少なくとも一部を、ドナー放出、アクセプタ放出、及びオプションとして光源光もまた含む、光変換器光に変換するように構成されている。

それゆえ、ドナー及びアクセプタは、単一層によって構成されてもよい。しかしながら、ドナー及びアクセプタはまた、異なる層内で、オプションとして別の層（誘電体層）によって隔てられて、利用可能であってもよい。更には、以下で示されるように、プラズモンアンテナアレイは、これらの層のうちの１つによって構成されてもよく、別個の層内に存在してもよい。ドナー、アクセプタ、及びプラズモンアンテナアレイの組み合わせは、特に、単一の本体（「変換器本体」）によって構成される。それゆえ、それらは、例えば、ＰＥ（polyethylene；ポリエチレン）、ＰＰ（polypropylene；ポリプロピレン）、ＰＥＮ（polyethylene napthalate；ポリエチレンナフタレート）、ＰＣ（polycarbonate；ポリカーボネート）、ポリメチルアクリレート（polymethylacrylate；ＰＭＡ）、ポリメチルメタクリレート（polymethylmethacrylate；ＰＭＭＡ）（Ｐｌｅｘｉｇｌａｓ又はＰｅｒｓｐｅｘ）、セルロースアセテートブチレート（cellulose acetate butyrate；ＣＡＢ）、シリコーン、ポリ塩化ビニル（polyvinylchloride；ＰＶＣ）、一実施形態では（ＰＥＴＧ）（glycol modified polyethylene terephthalate；グリコール変性ポリエチレンテレフタレート）を含めた、ポリエチレンテレフタレート（polyethylene terephthalate；ＰＥＴ）、ＰＤＭＳ（polydimethylsiloxane；ポリジメチルシロキサン）、及びＣＯＣ（cyclo olefin copolymer；シクロオレフィンコポリマー）から成る群から選択されるような、透過性の有機材料支持体などの透過性材料によって構成されてもよい。特に、この透過性材料は、例えば、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ（メチル）メタクリレート（Ｐ（Ｍ）ＭＡ）、ポリグリコリド又はポリグリコール酸（polyglycolic acid；ＰＧＡ）、ポリ乳酸（polylactic acid；ＰＬＡ）、ポリカプロラクトン（polycaprolactone；ＰＣＬ）、ポリエチレンアジペート（polyethylene adipate；ＰＥＡ）、ポリヒドロキシアルカノエート（polyhydroxy alkanoate；ＰＨＡ）、ポリヒドロキシ酪酸（polyhydroxy butyrate；ＰＨＢ）、ポリ（３−ヒドロキシブチラート−ｃｏ−３−ヒドロキシバレラート）（poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) ；ＰＨＢＶ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（polybutylene terephthalate；ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（polytrimethylene terephthalate；ＰＴＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などの、芳香族ポリエステル、又はそのコポリマーを含んでもよく、特に、このマトリックスは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を含んでもよい。それゆえ、この透過性材料は特に、ポリマーマトリックスである。ガラス又は透明セラミックス（サファイア、多結晶アルミナ）は、それらの高い熱伝導率により、良好な支持材料である。それゆえ、特に、そのような材料が、透過性材料として使用されてもよい。

本発明の一実施形態によれば、ドナー及び／又はアクセプタは、有利には、ペリレン色素分子であってもよい。ペリレン系の色素分子は、発光ダイオードに関する波長変換の分野で既知であり、２つの異なるペリレン系色素分子の組み合わせが、高いＦＲＥＴ効率及び高い吸光係数をもたらすことが見出されている。ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＮのＱＤなどに基づくエミッタなどの、他のタイプのエミッタもまた、使用されてもよい。

それゆえ、実施形態では、ドナー発光材料及びアクセプタ発光材料は、希土類イオン、色素分子、及び量子ドットを含む群から独立して選択される。用語「独立して選択される」とは、当業者が、ドナー及びアクセプタに関して、異なるタイプ若しくは同じタイプの発光材料を選択してもよいことを示す。用語「独立して選択される」は、エネルギー移動を示すことが特に可能であり、並びに／又は、所望の照明デバイス光の色及び／若しくは所望の照明デバイス光の色温度をもたらすためなどの、特別な関心対象のスペクトル特性を有する、発光材料の選択を排除するものではない。特定の実施形態では、ドナー発光材料及びアクセプタ発光材料は、色素分子を含む。好適な例としては、例えば、ドナーとしてのＬｕｍｏｇｅｎ Ｆ０８３、及びアクセプタとしてのＬｕｍｏｇｅｎ Ｆ３０５が挙げられる。また更なる実施形態では、ドナー発光材料は量子ドットを含み、アクセプタ発光材料は色素分子を含む。

用語「ドナー」はまた、実施形態では、複数の異なるドナー（すなわち、異なるタイプのドナー分子）を指してもよい。用語「アクセプタ」もまた、実施形態では、複数の異なるアクセプタ（すなわち、異なるタイプのアクセプタ分子）を指してもよい。実施形態では、ドナーとアクセプタとは、異なる分子又は粒子であるか、あるいは異なる結晶材料中に含まれている。特に、実施形態では、ドナー及びアクセプタは、互いに共有結合又はイオン結合されなくてもよく、あるいは、共有結合又はイオン結合された同じ分子又は塩の一部でなくてもよい。しかしながら、特定の実施形態では、ドナー及びアクセプタは、例えば、参照により本明細書に組み込まれる未公開の国際公開第２０１６０２６８６３号で説明されるように、同じ分子の一部であってもよい。

以下では、いくつかの特定の実施形態が、特にドナー及びアクセプタとしての有機色素との関連で説明される。

実施形態では、ドナー濃度及びアクセプタ濃度は、有利には、ドナーからアクセプタへの励起エネルギーの非放射移動が、０．９（９０％）よりも高い効率を有するように選択される。照明デバイスから放出される光のうちの可能な限り多くが、アクセプタによって放出される光子の波長に対応する波長を有することが望ましい。それゆえ、高効率の非放射エネルギー移動とは、ドナーからの放射再結合が抑制されることを意味する。一般に、非放射移動の効率は、ドナーとアクセプタとの間の平均距離に依存し、これはまた、所与のドナー／アクセプタの組み合わせに関する、波長変換層におけるドナー濃度とアクセプタ濃度との関数である。０．９よりも高く、一実施形態では０．９５（９５％）よりも高い効率の場合には、ドナー放出は、殆ど又は全く検出不能となり、放出スペクトルの形状は、アクセプタのものと完全に類似することになる。

最適なドナー／アクセプタ比は、アクセプタ濃度によって部分的に決定され、このアクセプタ濃度は特に、過度に高くするべきではないが、これは、アクセプタが互いに過度に近接している場合、アクセプタの消光の量子効率が、そのシステム全体の効率を低減する恐れがあるためである。アクセプタ濃度に関連してドナー濃度を増大させることが、波長変換層内での吸収を増強させる。しかしながら、ドナーが互いに過度に近接し始める場合には、弊害をもたらす恐れがあるため、最大のドナー／アクセプタ比は制限され得る。最適比を決定するために、アクセプタ励起状態の寿命、及び非放射移動に関する時間もまた、特に考慮されてもよい。一般に、ドナーが励起され、エネルギーを移動させる準備が整っている場合、エネルギーを受け取る準備が整った、利用可能な基底状態のアクセプタが存在しなければならない。

本発明の一実施形態では、ドナー及びアクセプタは、有利には、希土類イオン、色素分子、及び量子ドットを含む群から選択される、点状エミッタであってもよい。原理的には、励起が光子の放出を結果として生じさせ得る、任意の点状エミッタが、本文脈で使用されてもよく、その点状エミッタは、当面の用途の、所望の波長及び材料特性に基づいて選択されてもよい。

実施形態では、ドナーは、有利には、５００〜５８０ｎｍの波長を有する緑色／黄色光を放出する、色素分子又は量子ドットであってもよい。更には、アクセプタは、有利には、５８０〜６３０ｎｍの波長を有する赤色光を放出する、色素分子又は量子ドットであってもよい。ＦＲＥＴに基づいて高効率で結合される２つの色素を組み合わせることによって、高い吸光係数が達成されることができる。２つの色素は、実施形態では、青色光を吸収して緑色光を放出する緑色色素、並びに青色光及び緑色光を吸収して赤色光を放出する赤色色素である。緑色色素の放出スペクトルと、赤色色素の吸収スペクトルとの重なり合いにより、それら色素分子が同じ波長変換層内で混合されている場合、緑色色素分子から赤色色素分子への強いＦＲＥＴが生じ得る。緑色色素分子によって吸収されたエネルギーの大部分は、赤色色素分子に移動されることができ、結果的に、これら２つの色素の組み合わせ系の放出スペクトルは、その赤色色素によって決定される。吸光係数は、吸収体の数の増大により、大幅に増大される。この組み合わせ系の量子効率は、ＦＲＥＴ効率が極めて高く、緑色色素及び赤色色素の消光が誘起されないため、依然として高い（１に近い）。

実施形態では、ドナー濃度及びアクセプタ濃度は、有利には、そのプラズモンアンテナアレイを含む波長変換層の、結果として得られる吸光係数及び量子効率が、ドナー及びアクセプタの一方のみを含み、かつ同様の全体的吸光を有する波長変換層に関するものよりも、高くなるように選択される。プラズモンアンテナアレイに結合されている波長変換層の、吸光係数及び量子効率は、特に、波長変換粒子の濃度によって決定される。しかしながら、一部のシステムでは、量子効率は、波長変換粒子の濃度の増大による消光の結果として、吸光係数が増大するにつれて低下する。それゆえ、過度に高い波長変換粒子の濃度に関連する欠点を取り込むことなく、結合ドナー−アクセプタ系の有利な効果を達成することが望ましい。

実施形態では、照明デバイスは、ドナーが励起状態に達するように、ドナーにエネルギーを供給するように構成された、エネルギー源を更に備えてもよい。ドナーに供給されるエネルギーは、典型的にはバンドギャップ又はＨＯＭＯ−ＬＵＭＯギャップに対応する、そのドナーのエネルギー準位以上のものでなければならない。ドナーはまた、バンドギャップよりも大きいエネルギーを、そのドナーがより容易に吸収し得るように、第１のエネルギー準位よりも高い、更なるエネルギー準位を有してもよい。原理的には、点状エミッタを励起するために、十分に高いエネルギー、すなわち、第１のエネルギー準位よりも高いエネルギーを有する光子又は電子、ｘ線又はガンマ線、熱、電子−正孔対の注入などの、任意の外部エネルギー源が使用されてもよい。更には、このエネルギー源は、例えば、光子エミッタ、電子エミッタ、ｘ線エミッタ、ガンマ線エミッタ、又は電子−正孔対であってもよい。電子は、例えば、陰極線管（cathode ray tube；ＣＲＴ）によって放出されてもよく、ｘ線／ガンマ線は、例えば、真空管、ガンマ線（ＣＴ）から供給されてもよい。特に、このエネルギー源は、ＬＥＤなどの固体光源を含む。本発明の一実施形態では、光子エミッタは、有利には、発光ダイオード又は固体レーザであってもよい。半導体ベースの光子エミッタが、一般に使用されており、上述の照明デバイスと容易に一体化されてもよい。

上述のように、特定の実施形態では、光源は（特に、ＵＶ及び／又は青色放射、特に青色放射用の）固体光源を含み、ドナー発光材料は、５００〜５８０ｎｍの範囲から選択される波長を有するドナー光を供給するように構成され、アクセプタ発光材料は、５８０〜６５０ｎｍの範囲から選択される波長を有するアクセプタ光を供給するように構成されている。特に、実施形態では、ドナー発光材料及びアクセプタ発光材料は、特に５０〜２００ｎｍ異なるなどの、３０〜３００ｎｍなどの、２０〜３００ｎｍの範囲で異なる（それらの放出の）主波長を有してもよい。

プラズモニクスの場とは、小さい伝導構造体、典型的には金属構造体と、光との相互作用を指すものであり、その金属構造体のサイズは、光の波長と同等である。金属中の伝導電子が、外部の電界に応答し、電子雲が、駆動光周波数で振動して、より正の帯電領域を後に残し、その正の帯電領域が電子を引き戻す。金属構造体の小さいサイズにより、それらの共鳴は、可視光の周波数に達することができる。結果として、金属構造体は、金属粒子に入射するあらゆる光との、又は、金属粒子に極めて近接して生成されるあらゆる光との強い相互作用を可能にする、大きい散乱断面積を有することができる。それゆえ、実施形態では、周期的プラズモンアンテナアレイは、金属ナノ粒子を含む。

規則的なアレイは、ハイブリッド格子プラズモンフォトニックモード又はプラズモンフォトニック格子共鳴とも称される、ハイブリッド結合された局在表面プラズモン共鳴（Localized Surface Plasmon Resonance；ＬＳＰＲ）とフォトニックモードとに起因する、放出の指向性の顕著な増強を呈することが見出されている。この放出の指向性増強は、本明細書では、異方性放出、すなわち、非ランバーシアン放出と称される。秩序付けられた光アンテナのアレイは、集団共鳴を支援する。放射の波長が、アレイの周期性程度である場合、或る回折次数が、そのアレイの面内で放射することができる。このようにして、個々の粒子によって維持されている局在表面プラズモンポラリトンが、回折を介して結合することにより、表面格子共鳴（surface lattice resonance；ＳＬＲ）として既知の、集団的な、格子誘起されたハイブリッドフォトニックプラズモン共鳴をもたらし得る。これらの非局在モードが、いくつかの単位セルにわたって延在することにより、固体照明において必要とされるような、大きいボリュームにわたって分布されているエミッタからの、集団的な放出の増強を得ることを可能にする。

ここでは、集合ナノアンテナとして挙動する、（金属）ナノ粒子及び／又は金属構造体の周期的アレイが利用される。これらのアレイが、集団プラズモン共鳴を維持する。一方では、金属ナノ粒子が、波長変換材料中の蛍光体の共鳴励起を可能にする、大きい散乱断面積を有することにより、光の変換を増強する。他方では、集団プラズモン共鳴が、放出の角度パターンを成形して、その光の大部分を、規定された方向における極めて狭い角度範囲内に、特定の波長範囲で放射することを可能にし、及び／又は、その光の大部分が、全反射角よりも大きい角度で材料内に放出されることにより、生成された光の、光ガイド内への高効率のカップリングを容易にするように、調整されることが可能である。それゆえ、指向性の増強は、波長変換媒体の励起における効率の向上と、アレイ内での拡張されたプラズモンフォトニックモードへの蛍光体放出のアウトカップリング効率、及び、その後の自由空間放射へのアウトカップリングの増強との組み合わせとして説明される。

周期的プラズモンアンテナアレイは、例えば、基板上に形成されてもよく、その後、最終デバイス内の基板上に配置されてもよく、又は配置されなくてもよい。このアンテナアレイを含む波長変換層は、例えば、それ自体のままで設けられてもよく、又は、好適なエネルギー源上に配置されてもよい。プラズモンアンテナアレイの機能及び構成の、より詳細な説明は、参照により本明細書に組み込まれる、国際公開第２０１２／０９８４８７号、未公開の欧州特許出願第１３１７９３７４号、国際公開第２０１５０１９２２９号、及び同第２０１５１８０９７６号に見出され得る。

本発明の実施形態によれば、プラズモンアンテナアレイは、有利には、アウトオブプレーン非対称であるプラズモン共鳴モードを有するように構成されてもよい。非対称の光の放出を供給するように、プラズモンアンテナアレイを構成することによって、そのアンテナアレイによって放出される光のうちのより多くが、照明デバイスの放出面に向けて放出されることが可能となる。このことは、生成された光のうちの、より多くの部分が、デバイスの選択された光放出面から放出されるため、照明デバイスの全体効率の向上をもたらす。照明デバイスは、光が主として、基板を通して、又は、基板から離れた波長変換層から放出されるように、構成されることができる。アウトオブプレーン非対称プラズモン共鳴モードは、例えば、アンテナ要素を非対称にすることによって達成されることができ、例えば、角錐、角錐台、円錐、又は円錐台の形状を有する。それにより、各アンテナ要素に関して結果的に得られる共鳴モードは、非対称になり、このことが、非対称の光放出特性をもたらす。アンテナ要素の非対称形状とは、そのアンテナ要素の長手方向軸に平行な平面内での、そのような要素の断面、すなわち、「直立」アンテナ要素の垂直面における断面の、非対称性を指す。

アンテナ要素のテーパは、放出の非対称性にとって重要であり得る。特に、この非対称性は、それらのアンテナ要素における電気的共鳴及び磁気的共鳴の同時励起に基づく。以下で更に説明されるように、これは主に、対称性の破れによって増強される、磁気応答及び磁気電気（クロスカップリング）応答である。この磁気応答は、入射光の磁界に対するアンテナ要素の応答であり、一方で、磁気電気とは、入射磁界による電界の励起、及びその逆を指す。単一の磁気双極子にカップリングされた単一の電気双極子は、双極子の相対位相に応じて、前方／後方散乱比を調整することができる点が、電気力学から既知である。典型的には、殆どの材料は、光周波数での磁気応答を有さないため、光に対する効果は殆ど見出されない。しかしながら、金属ナノ構造体は、それらの電気励起と同等の強さの磁気励起を維持するように、設計されることができる。更には、これらの２つの異なる励起がクロスカップリングすることにより、磁気電気応答をもたらしてもよい。

テーパとは、頂部での直径又は辺に対する、底部での直径又は辺の比を指し、アンテナ要素のテーパを増大させることは、磁気応答及び磁気電気応答の双方を増大させる。それゆえ、テーパを増大させることによって、それら２つの応答が増大され、増大された非対称性を呈するアンテナアレイが設計されることができる。また、これらの構造体からの放出の非対称性は、これらが、同等の振幅の電気励起及び磁気励起を有することに依存している点にも留意されたい。

本発明の一実施形態によれば、アンテナアレイは、有利には、５０〜１５０ｎｍの範囲の頂面辺、１００〜２００ｎｍの範囲の底面辺、及び１００〜２００ｎｍの範囲の高さを有する、複数の角錐台状アンテナ要素を含み得る。特に、これらのアンテナ要素は、約２００〜１０００ｎｍの、例えば約４００ｎｍなどの格子定数を有する正方形アレイ（又は、六角形アレイ）で配置されている。これらの辺は、矩形又は正方形又は三角形の辺と称される。一般に、上述のサイズ範囲に関連して、より小さいアンテナ要素に基づくアレイは、可視スペクトルの赤色端に向けて共鳴するより大きいアンテナ要素と比較して、可視スペクトルの青色端に向けて共鳴する。アンテナ要素の合計サイズは、局在プラズモン共鳴にとって重要である。底部及び頂部が局在モードを支援し、頂部及び底部のサイズの差異が、アンテナの組み合わされた局所共鳴を広域化する。切頭型のアンテナ要素の頂部及び底部に関して、異なる共鳴が存在し、頂部及び底部の共鳴は、互いに結合することができる。この場合、アンテナ要素の高さが、位相遅延をもたらし、それらの共鳴の結合を支配することにより、放出の非対称性を決定することになり、これは、電気共鳴及び磁気共鳴に部分的に起因する遅延に、部分的に起因するものである。特定の実施形態では、周期的プラズモンアンテナアレイは、５０〜１５０ｎｍの範囲の頂面辺、１００〜２００ｎｍの範囲の底面辺、及び１００〜２００ｎｍの範囲の高さを有する、アルミニウム角錐台を含む。

更には、特定の実施形態では、周期的プラズモンアンテナアレイは、２００〜１０００ｎｍの範囲から選択されている周期性（本明細書ではまた、第１の周期性又は格子定数としても示される（及び、本明細書ではまた、参照符号ｐ１でも示される）もの）を有する。そのような周期性の場合に、ドナー発光とのカップリングが最も効率的であり得る。また、更なる特定の実施形態では、周期的プラズモンアンテナアレイは、（（角錐台状）アンテナ要素の）六角形又は正方形のアレイを含む。

それゆえ、本発明は、エネルギーを吸収して励起状態に達するように構成され、第１の波長で光子を放出することが可能な光子放出ドナー、及び光子放出アクセプタを含む、波長変換層と、ドナーが励起状態に達するように、ドナーにエネルギーを供給するように構成された、エネルギー源とを備える、照明デバイスを提供し、ドナー及びアクセプタは、ドナーからアクセプタへの励起エネルギーの非放射移動が生じるように、選択され、かつ互いから距離を置いて配置されており、アクセプタは、エネルギーの移動後に、第２の波長で光子を放出するように構成されており、この照明デバイスは、波長変換層内に埋め込まれ、かつアンテナアレイ面に配置されている複数の個別アンテナ要素を含む、周期的プラズモンアンテナアレイを更に備え、このプラズモンアンテナアレイは、そのプラズモンアンテナアレイと波長変換層とを含むシステムによって支援される、個別アンテナ要素における局在表面プラズモン共鳴の、フォトニックモードへの結合から生じる、第１の波長での第１の格子共鳴を支援するように構成されており、実施形態では、このプラズモンアンテナアレイは、そのプラズモンアンテナアレイから放出される光が異方性の角度分布を有するような、プラズモン共鳴モードを有するように構成されている。

前セクションで提示されたように、アクセプタ増強を伴うＦＲＥＴ効率と、プラズモンアレイによるドナーのフォトルミネッセンス増強に関連する、プラズモン効率とが競合する。それゆえ、アクセプタの増強並びにドナーの増強の双方が達成されることができるように、（ＦＲＥＴ効率を決定する）ＦＲＥＴ速度、及び／又はプラズモン速度／効率を調整することが必要である。

本明細書で説明されるものの中でも特に、示された実験結果から、ドナー放出増強の適切なレベル、例えば、中程度のアクセプタ濃度の場合のような、フォトルミネッセンス効率増強（photoluminescence efficiency enhancement；ＰＬＥ）＞５を達成するためには、プラズモン速度は、ＦＲＥＴ速度の少なくとも１０％でなければならず、そうではない場合、ＦＲＥＴプロセスが過度に速く、全てのドナー放出を直ちに消光させることになる点が理解され得る。何らかの用途仕様と共に、この制限から、ＦＲＥＴ系及びプラズモン系に関する要件が推論されることができる。本発明者らの知る限りでは、ドナー減衰ダイナミクスに対するプラズモンアレイの影響を調整するための、プラズモン構造体に関する設計ルールについては、多くは知られていない。しかしながら、共鳴波長を調整する方法についての知識が存在している。そのため、これを出発点とすることにより、特定の構造体に関するプラズモン速度、及び、所望の波長範囲で放出する好適なドナーのセットが決定されることができる。本発明者らの場合には、プラズモン速度は、０．０４ １／ナノ秒のオーダーであると決定された。ＦＲＥＴ速度は、使用されるドナー及びアクセプタの特性、並びに、ドナーとアクセプタとの間隔ｄに強く依存しており、この間隔ｄは、複数のアクセプタの場合に、アクセプタ濃度ｃ_Ａｃｃを介して調整されることができる。等式（３）は、単一のドナー−アクセプタ対に関する、ＦＲＥＴ速度とドナー／アクセプタ特性との関係を示し、等式（４）は、間隔ｄを有する純粋ドナー層と純粋アクセプタ層とに関する関係を与えるものである。最も重要な点は、ドナー特性は、その「自然」減衰時間τ_Ｄ（アクセプタ、減衰ダイナミクスに影響を及ぼし得るプラズモン／フォトニック構造体の非存在下）、及び特性ＦＲＥＴ距離、すなわち、ドナー放出スペクトル及びアクセプタ吸収スペクトルから決定される、ドナーとアクセプタとの相互作用の強度を説明する、フェルスター半径Ｒ_０によって反映されることである。それゆえ、ＦＲＥＴ速度は、（τ_Ｄ及びＲ_０に影響を与える）異なるドナー及びアクセプタを選択することによって、あるいは、ｄ又はｃ_Ａｃｃを変化させることによって調整されることができる。

それゆえ、プラズモン速度が既知である場合、大抵は、適切なアクセプタ及びアクセプタ濃度を選択することによって、適切なＦＲＥＴ速度及び効率を有するドナー−アクセプタ系が設計されることができる。あるいは、プラズモンアレイに関する設計ルールが、より良好に理解されると、その選択はまた、反対に、予め選択されたドナー−アクセプタ対に関して、適切な共鳴波長及びプラズモン速度を有するようにプラズモン構造体を調整することによって実施することもできる。

ドナー材料及びアクセプタ材料の混合物から成るサンプルのＦＲＥＴ減衰速度τ_ＦＲＥＴ ^−１は、例えば、そのサンプルの減衰速度τ_ＤＡ ^−１、並びにドナー材料のみから成る（同じ基板上の同じ厚さを有する）サンプルの減衰速度τ_Ｄ ^−１を測定することによって、決定されることができる。このＦＲＥＴ減衰速度は、τ_ＦＲＥＴ ^−１＝τ_ＤＡ ^−１−τ_Ｄ ^−１として見出される。基板上のプラズモンアレイ上の、発光材料の層から成るサンプルのプラズモン減衰速度τ_ｐｌａｓ ^−１は、例えば、そのサンプルの減衰速度τ_ｗｉｔｈ ^−１、並びに、同じ基板上ではあるがプラズモンアレイを有さない、同じ厚さを有する同じ発光材料の層から成るサンプルの減衰速度τ_{ｗｉｔｈｏｕｔ} ^−１を測定することによって、決定されることができる。このプラズモン減衰速度は、τ_ｐｌａｓ ^−１＝τ_ｗｉｔｈ ^−１−τ_{ｗｉｔｈｏｕｔ} ^−１として見出される。

ナノ構造体は、発光材料の減衰速度に影響を及ぼすことができる。特に、ナノ粒子構造体のような、局在表面プラズモン共鳴を支援する構造体は、そうすることができる。分離された金属ナノ粒子の場合には、プラズモン共鳴は、それらの粒子に近接した高い局所場をもたらす。これらの局所共鳴は、そのような粒子の周期的アレイ、いわゆるプラズモンアレイで基板の表面を構造化することによって、拡張モードに結合されることができる。これらの拡張モードは、表面に沿って伝搬する回折波、いわゆるレイリー回折異常、又は、基板の上部に薄い導波層が存在する場合には導波路モードであり得る。薄層が発光材料を含む場合には、その放出特性は、その構造体の詳細に依存することになり、その構造体を適宜に設計することによって調整されることができる。この設計におけるパラメータは、導波路モードの閉じ込めに影響を及ぼすことになる、その層の厚さである。この閉じ込めは、表面プラズモン共鳴が、より非局在化された導波路モードに結合する強度に、またそれゆえ減衰速度に影響を及ぼす。（金属）粒子の形状及び寸法（高さ、幅、長さ）、及び（金属）粒子の材料は、ある程度の影響を減衰速度に及ぼし得るが、この結合はまた、アレイ周期及び対称性にも依存する。

それゆえ、特定の実施形態では、ドナー−アクセプタ発光材料は、少なくとも７０％のドナー−アクセプタエネルギー移動効率を有し、ドナー−アクセプタ発光材料は、或るドナー−アクセプタエネルギー移動速度（ｋ_ＦＲＥＴ）を有し、周期的プラズモンアンテナアレイは、そのドナー−アクセプタエネルギー移動速度（ｋ_ＦＲＥＴ）の少なくとも約２０％のような、特に少なくとも約１０％などの、少なくとも５％であるプラズモン速度（ｋ_Ｐ）を有する。最大で、このプラズモン速度は、約１００％までなどの、最大で約２５０％のような、ドナー−アクセプタエネルギー移動速度の約３００％の範囲であってもよい。

ドナー、アクセプタ、及びプラズモンアンテナアレイは、単一層によって構成されてもよく、あるいは、層構造体内の２つ以上の層にわたって分布され、オプションとして間に中間層を有してもよい。しかしながら、最良の結果は、ドナーとアクセプタとの間の距離が約２５ｎｍ以下、特に、０．５〜１０ｎｍの範囲などの、約１５ｎｍ以下である場合に得られてもよい。ドナー分子とプラズモンアンテナアレイとの間の距離は、特に約１０〜３０００ｎｍの範囲であり、特に約１０〜２０００ｎｍ、約１００〜１０００ｎｍの範囲など、１００〜８００ｎｍの範囲など、特に約２００〜７００ｎｍの範囲など、である。実施形態では、ドナー発光材料、アクセプタ発光材料、及び周期的プラズモンアンテナアレイは、単一層によって構成されている。しかしながら、他の実施形態では、ドナー発光材料、アクセプタ発光材料、及び周期的プラズモンアンテナアレイは、ドナー発光材料、アクセプタ発光材料、及び周期的プラズモンアンテナアレイのうちの他の１つ以上を含まない、異なる層によって構成されている。

上述のように、周期的プラズモンアンテナアレイは、ドナー発光とカップリングする。また更なる実施形態では、オプションとして、アクセプタ発光とカップリングすることが可能な、更なる周期的プラズモンアンテナアレイが設けられてもよい。このことは、効率を向上させ、及び／又は、例えばドナー発光の角度分布と実質的に同一の、アクセプタ発光の角度分布を制御する手助けとなり得る。それゆえ、実施形態では、光変換器は、アクセプタ光の生成を増強するように構成された（及び／又は、アクセプタ光の指向性を制御するように構成された）第２の周期的プラズモンアンテナアレイを含み、この第２の周期的プラズモンアンテナアレイは、周期的プラズモンアンテナアレイの周期性とは異なる第２の周期性（参照符号ｐ２でも示されるもの）を有する。周期的プラズモンアンテナアレイは、例えば、第１の周期的プラズモンアンテナアレイを有する１つ以上の領域と、第２の周期的プラズモンアンテナアレイを有する１つ以上の領域とで、空間的に分離されてもよい。しかしながら、オプションとして、第１の周期的プラズモンアンテナアレイ及び第２の周期的プラズモンアンテナアレイは、双方の周期性を有する、より大きいアレイによって構成されてもよい。第１の周期性及び第２の周期性に関する値は、特に、異なるものであってもよいが、第２の周期性に関する値は、第１の周期性に関して示される値と同じ範囲であってもよい。

この照明デバイスは、例えば、オフィス照明システム、家庭用アプリケーションシステム、店舗照明システム、家庭用照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、劇場照明システム、光ファイバアプリケーションシステム、投影システム、自己照明ディスプレイシステム、画素化ディスプレイシステム、セグメント化ディスプレイシステム、警告標識システム、医療用照明アプリケーションシステム、インジケータ標識システム、装飾用照明システム、ポータブルシステム、自動車用アプリケーション、（屋外）道路照明システム、都市照明システム、温室照明システム、園芸用照明、又はＬＣＤバックライトの一部であってもよく、若しくは、それらに適用されてもよい。

特定の実施形態では、光源は、固体光源（ＬＥＤ又はレーザダイオードなど）を含む。

用語「光源」はまた、２〜２００個の（固体）ＬＥＤ光源などの、複数の光源にも関連してもよい。それゆえ、ＬＥＤという用語はまた、複数のＬＥＤを指す場合もある。

ここで、本発明の実施形態が、添付の概略図面を参照して例としてのみ説明され、図面中、対応する参照記号は、対応する部分を示す。
純粋ドナー、純粋アクセプタ、混合ドナー＋アクセプタの放出スペクトル、並びに、純粋ドナー及び純粋アクセプタのスペクトルの和である。 ガラス上及びプラズモニクス上での、ドナー＋アクセプタ混合物に関する時間分解ドナー放出減衰の比較である。 ガラス上でのＦＲＥＴ、プラズモニクス上でのＦＲＥＴの効率、並びに、ドナー−アクセプタ混合物に関するプラズモン効率である。 一連の異なるＲｏ値に関する、アクセプタ濃度の関数としてのＦＲＥＴ効率である。 ドナー放出のみと共鳴する単一のプラズモンアレイに結合された、ドナー−アクセプタＦＲＥＴ蛍光体層、並びにプラズモン構造体の実施例の概略断面図である。 ドナー放出及びアクセプタ放出と共鳴する単一又は複数のプラズモンアレイに結合された、混合ドナー−アクセプタＦＲＥＴ蛍光体層の概略構造である。 照明デバイスの一実施形態を概略的に示す。

概略図面は必ずしも正しい縮尺ではない。

図１ａは、純粋ドナー（ＩＩ）、純粋アクセプタ（ＩＩＩ）、混合ドナー＋アクセプタ（Ｉ）の放出スペクトル、並びに、純粋ドナー及び純粋アクセプタのスペクトルの和（ＩＶ）を示す。混合ドナー＋アクセプタのスペクトルが正規化されており、他のスペクトルは、それに応じてスケーリングされている。図１ｂは、基準としてのガラス上（Ｒ（基準））及び正方形のプラズモンアレイ上（Ｐ（プラズモンサンプル））での、図１ａに示された混合物の放出スペクトルを示す。これらのスペクトルは、ｐ偏光に関して垂直な角度に対し、０°で記録されている。ｘ軸は、ｎｍでの波長を示し、ｙ軸は、相対強度を計数で示す。

正方形のプラズモンナノ粒子アレイの上部の、ドナー蛍光体及びアクセプタ蛍光体の混合フィルムは、ＦＲＥＴ速度及び効率がプラズモニクスによる影響を殆ど受けないことが見出された。このことは、図２ａの３つのパネルのそれぞれで赤い破線によって強調表示されている、特定のアクセプタ濃度での、ガラス基準上とプラズモニクス上とでの、その混合物の無変化の短いドナー減衰において見ることができる。上から下に、サンプルのアクセプタ濃度は、０．０８％から０．１７％へと、及び１％へと増大しており（この濃度は、ガラス基板上のポリスチレン（スピンコーティングによって得られた層）中での重量％で与えられている）、これは、予想されるように、ＦＲＥＴ速度及び効率の向上に対応しており（図３ａを参照）、図２ａに示される、次第に短縮される放出減衰に反映されている。図２ａは、ガラス上（Ｇ）及びプラズモニクス上（Ｐ）での、ドナー＋アクセプタ混合物に関する時間分解ドナー放出減衰の比較を示す。パネルは上から下に、アクセプタ濃度の増大、すなわちＦＲＥＴ速度及び効率の向上を伴うサンプルを示しているが、ドナー濃度は一定に維持されている。ｘ軸は、ナノ秒での時間を示し、ｙ軸は、正規化された強度を示す。Ｌ、Ｍ、及びＨは、それぞれ、低いアクセプタ濃度、中程度のアクセプタ濃度、及び高いアクセプタ濃度を示す。図２ｂは、ガラス基準上での混合物に対する、プラズモニクス上での混合物の放出増強を示す。ｘ軸は、ｎｍでの波長を示し、ｙ軸は、プラズモニクスによる放出増強（ＰＬＥ）を計数で示す。参照符号「Ｌ」は、低いアクセプタ濃度を示す。参照符号「Ｍ」は、中程度のアクセプタ濃度を示す。参照符号「Ｈ」は、高いアクセプタ濃度を示す。図２ａの場合と同じアクセプタ濃度での、図２ｂの３つのパネルで示される、混合ＦＲＥＴ層におけるドナー放出のプラズモン増強は、アクセプタ濃度と共に変化している。ＦＲＥＴ効率及び速度が低い、低いアクセプタ濃度では、５４５ｎｍでの増強は１８．５に達するが、ＦＲＥＴ効率がより高い、高いアクセプタ濃度では、その増強は８．５に、更には、僅か２にまで低下する。図２ａと同様に、パネルは上から下に、アクセプタ濃度の増大を伴うサンプルを表している。増強スペクトルは、垂直角度に対して０〜１４°の放出角度範囲に関して記録された放出スペクトルから算出されている。

これらの観察をより良好に理解するために、アクセプタの存在下での、ドナー放出減衰速度の増大から算出されたＦＲＥＴ効率の次に、プラズモン効率もまた算出され、ガラス上及びプラズモニクス上でのＦＲＥＴ効率と共に図３ａに示される。プラズモン効率は、プラズモニクス上での混合物における全体的ドナー減衰速度に対する、ガラス上及びプラズモニクス上でのドナーの速度の変化として算出される。このプラズモン効率は、ドナーとプラズモンアレイとの特定の相互作用、例えば、より長距離のカップリングを無視する可能性があるとしても、そのプラズモンアレイが、どの程度強くドナー減衰ダイナミクスに影響を及ぼすかについての指標を与える。それゆえ、この効率は、ＦＲＥＴプロセスに影響を与えるか又は競合する可能性がある、ドナーとプラズモンアレイとの相互作用の一部を説明するために使用される。見られ得るように、プラズモン効率は、ＦＲＥＴ効率が向上するような、アクセプタ濃度の増大と共に低下する。更には、ＦＲＥＴ効率は、ガラス上とプラズモニクス上とでは大きい差異を示さないことが理解され得る。図３ａは、ガラス上でのＦＲＥＴ（Ｉ）、プラズモニクス上でのＦＲＥＴ（ＩＩＩ）の効率、並びに、ドナー−アクセプタ混合物に関するプラズモン効率（ＩＩ）を示す。ｘ軸は、アクセプタの濃度（重量％）を示し、ｙ軸は効率を示す。図３ｂは、ドナー放出波長でのプラズモン効率（左側の軸）（純粋ドナーに関する曲線Ｉ、及び混合物中のドナーに関する曲線ＩＩ）、並びに、純粋ドナー（破線ＩＶ）及び混合物中のドナー（実線ＩＩＩ）に関する（共鳴波長でのプラズモニクス及びガラス上でのフォトルミネッセンスの比として算出される）ドナー放出増強（右側の軸）の、アクセプタ濃度に伴う傾向の比較を示す。曲線ＩＩＩ及び曲線ＩＶ（円及び十字）は、放出増強を示し、曲線ＩＩ及び曲線Ｉ（正方形及び空白の三角形）は、プラズモン効率を表す（それぞれ、混合物中のドナー、及び純粋ドナー）。見られ得るように、アクセプタ濃度の増大に伴う、プラズモン効率及びドナー放出増強の傾向は、混合物中のドナーに関しては極めて類似しており、本明細書で定義されるようなプラズモン効率が、ドナー放出に対するプラズモニクスの影響の指標として使用されることができる点を確認するものである。予想されるように、低いアクセプタ濃度では、それらの値は、純粋ドナーの場合の値に近づく。

典型的には０．１〜１０ｎｍの範囲である、いくつかのＲ０に関する、ｃ_Ａｃｃの関数としてのＥ_ＦＲＥＴの算出結果が、図４に示される（上記もまた参照）。見られ得るように、ＦＲＥＴ効率は、アクセプタ濃度の増大と共に向上するが、このことは、フェルスター半径に強く依存している。特定のＦＲＥＴ効率に到達するためには、Ｒ０が低いほど、アクセプタ濃度は高くなければならない。例えば特に８０％の、上述のＦＲＥＴ効率の下限が、破線Ｉによって示されている。使用される好ましい材料から、フェルスター半径が算出されることができ、使用されることが可能な、エミッタ、例えば分子又はＱＤの最大サイズに対応する、必要最低限の濃度が決定されることができる。反対に、使用可能なエミッタのサイズから、最大可能濃度が決定されることができ（点線ＩＩによって示される）、これは、（左上角部に示される）関心領域の範囲を定め、使用されることが可能な／使用されるべきＲ０の最小値を与える。それゆえ、ドナー／アクセプタの組み合わせの選択を限定する。図４は、それゆえ、一連の異なるＲ０値に関する、アクセプタ濃度の関数としてのＦＲＥＴ効率を示す。破線Ｉは、用途に関して対象となる、ＦＲＥＴ効率の下限を示し、点線ＩＩは、使用されるアクセプタエミッタに応じた、可能な濃度限度を示す。

上述のように、白色光を生成するための最も単純な実装は、ドナー放出と共鳴する単一のプラズモンアレイを使用することである。増強されるべきドナー放出波長に応じて、プラズモンアレイの幾何学的配置、及び粒子形状が調節されることができる。例えば、サンプル法線に平行な方向での、５００〜５８０ｎｍの波長範囲の共鳴を増強するために、これらは、例えば、３００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲のピッチを有する正方形パターン、又は３５０〜５８０ｎｍのピッチを有する六角形パターンで構成されている、上記で提案されたアルミニウム角錐台のアレイとすることが可能である。

ドナー蛍光体及びアクセプタ蛍光体の混合物が、プラズモンアレイの上又は周囲に堆積される（図５ａを参照）。更には、ドナー及びアクセプタは、好ましい幾何学的配置で予め配置され、連係されることができる。この幾何学的配置において、ドナー−アクセプタ距離、並びにアクセプタ濃度、すなわちアクセプタの数が、ＦＲＥＴ速度に影響を及ぼす。アクセプタ１つ当たりのドナーの数が、ＦＲＥＴの確率、すなわちＦＲＥＴ効率と共に、アクセプタ増強を決定する。混合されたドナー蛍光体及びアクセプタ蛍光体の、全体的な均一層を単に堆積させるのではなく、ドナー及びアクセプタはまた、高いプラズモン場増強の位置における混合層内、例えば、そのアレイに対して特定の距離の層内に（図５ｂを参照）、又は、ナノ粒子の位置に対して位置合わせされている特定のパターンで（図５ｃを参照）、配置されることもできる。更には、ドナー及びアクセプタ蛍光体層はまた、依然としてＦＲＥＴ相互作用を維持しつつも、プラズモンアレイに対する、それぞれの最適位置の層内に、別個に適用されることもできる（図５ｄを参照）。分離されたドナー層とアクセプタ層との、ＦＲＥＴ相互作用を達成するために、それらの層は、典型的には（ＦＲＥＴプロセスの強い距離依存性のために）数ナノメートルの、ＦＲＥＴ相互作用距離内に存在しなければならない。

ここで、光変換器２００の実施形態が概略的に示され、この光変換器２００は、（第１の光源光の少なくとも一部をドナー光に変換することが可能な）ドナー発光材料２１０と、アクセプタ発光材料２２０とを含み、ドナー発光材料２１０及びアクセプタ発光材料２２０は、ドナー−アクセプタ発光材料として構成されている。光変換器２００は、ドナー光の生成を増強するように構成されたものなどの、周期的プラズモンアンテナアレイ３１０を更に含む。あるいは、又は更には、周期的プラズモンアンテナアレイ３１０は、ドナー光の指向性を制御するように構成されてもよい。それゆえ、指向性が増強されてもよい。アンテナアレイ３１０は、金属製の角錐（台）などの、要素４００を含む。図５は、ドナー放出のみと共鳴する単一のプラズモンアレイ（角錐台）に結合された、ドナー−アクセプタＦＲＥＴ蛍光体層の断面図を概略的に示す。図５ａは、プラズモンアレイの上部の、全体的な混合蛍光体層を示す。図５ｂは、プラズモンアレイに対して最適化された距離の、局在化された完全混合蛍光体層を示す。図５ｃは、プラズモンアレイに対して最適化された位置に堆積された、混合蛍光体パターンを示す。図５ｄは、プラズモンアレイに対して最適化された距離に堆積された、（場合により、パターン化されている）分離されたドナー蛍光体層（緑色）及びアクセプタ蛍光体層（赤色）を示す。層は、参照符号２５１で示されている。図５ｅは、本発明の一実施形態による、照明デバイスのアンテナ要素を概略的に示す。この例示的実施形態では、角錐台状アンテナ要素４００の形態のアンテナ要素が、概略的に示されている。このアンテナ要素は、１１０〜１３０ｎｍの範囲の頂面辺４０４、１３５〜１５５ｎｍの範囲の底面辺４０２、及び１００〜１６０ｎｍの範囲の高さ４０６を有する。これらの辺は、この実施例では正方形の辺の長さであるが、矩形又は三角形もまた可能である。更には、アンテナ要素は、例えば約４００ｎｍの格子定数（ｐ１）を有する、正方形アレイで配置されることができるが、他の値もまた可能であってもよい。また、４７０ｎｍの周期を有する六角形アレイも、ほぼ垂直の増強された放出を呈し得るが、他の格子定数の値もまた可能であってもよい。

アクセプタ放出もまた、角度的及び／又はスペクトル的に成形されるべきである場合には、アクセプタ放出波長範囲におけるプラズモン共鳴もまた存在しなければならない。このことは、ドナー波長範囲並びにアクセプタ波長範囲における共鳴を有する、ナノ粒子アレイを介して達成されることができ、可能な構造体の概略断面図が、図６ａに示されている。ナノ粒子アレイは、想定される共鳴波長を直角に示すように、慎重に設計されなければならない。あるいは、ドナー並びにアクセプタの放出を増強するために、２つの別個のアレイが使用される必要がある。これらのアレイは、特定の位置における、単一の蛍光体のタイプの局所的増強をもたらす、マイクロパターンで適用されることができる。そのようなパターン化されたアレイの断面図が、図６ｂに示されており、図６ｃでは、市松模様の実施例が上面図で与えられている。サンプルの全領域にわたる、プラズモニクスによる増強及び成形の効果を達成するために、２つのアレイが、その層内の異なる高さに（図６ｄを参照）、例えば反対側に適用されることもできる。このことは、２つの異なるアレイを支持している２つの基板を、蛍光体層と一体に「接着する」か、又は、蛍光体層の上部に第２のアレイを作製することによって行われることができる。全ての上述の例示的構造体は、ドナーアクセプタ層が、上述のように、均質に混合されるか、又はドナー領域とアクセプタ領域とに分離され、何らかの空間構造体を示すことができることを保つ。図６は、ドナー放出及びアクセプタ放出と共鳴する単一若しくは複数のプラズモンアレイに結合された、混合ドナー−アクセプタＦＲＥＴ蛍光体層の、そのような構造体を概略的に示す。図６ａは、ドナー放出波長並びにアクセプタ放出波長における共鳴を呈するプラズモンアレイ（角錐台）の上部の、混合ドナー−アクセプタ蛍光体層の断面図を示す。図６ｂは、ドナー放出と共鳴するように設計された領域（斜線付き角錐台）及びアクセプタ放出と共鳴する他の領域（白色の角錐台）を有する、プラズモンアレイ上に堆積された、混合蛍光体層の断面図を示す。図６ｃは、市松模様で配置された、図６ｂと同様の異なる領域を有する、プラズモンアレイの上面図を示す。図６ｄは、混合蛍光体層と、その蛍光体層内の異なる高さに配置され、サンプルの全域にわたって延在している、ドナー放出と共鳴するプラズモンアレイ（斜線付き角錐台）及びアクセプタ放出と共鳴するプラズモンアレイ（白色の角錐台）とを有する、構造体の断面図を示す。参照符号ｐ１は、ドナーとカップリングするための、第１の周期又は格子定数を示し、参照符号ｐ２は、アクセプタとカップリングするための、第２の格子定数を示す。図６ａ〜図６ｄは、光変換器２００が、ドナー光の生成を増強するように構成された、第１の周期的プラズモンアンテナアレイ３１０を含むが、アクセプタ光の生成を増強するように構成された（及び／又は、アクセプタ光の指向性を制御するように構成された）、第２の周期的プラズモンアンテナアレイ３２０もまた含み、第２の周期的プラズモンアンテナアレイ３２０が、周期的プラズモンアンテナアレイ３１０の第１の周期性ｐ１とは異なる、第２の周期性ｐ２を有する実施形態を、概略的に示している。そのような第２の周期的プラズモンアンテナアレイ３２０を使用して、アクセプタ光の指向性もまた増強されてもよい。

図７は、光源１００及び光変換器２００を備える、照明デバイス１０００の一実施形態を概略的に示す。ＬＥＤなどの光源１００は、光源光１０１を供給するように構成されている。光変換器２００は、第１の光源光の少なくとも一部をドナー光２１１に変換することが可能なドナー発光材料２１０と、アクセプタ発光材料２２０とを含む。ドナー発光材料２１０及びアクセプタ発光材料２２０は、光源光１０１によってドナー発光材料２１０が励起されると、ドナー光２１１のドナー光スペクトル分布とは異なるアクセプタ光スペクトル分布を有するアクセプタ光２２１を供給する、ドナー−アクセプタ発光材料２１０、２２０として構成されている。更には、光変換器２００は、ドナー光２１１の生成を増強するように構成されている、周期的プラズモンアンテナアレイ３１０を更に含み、照明デバイス１００は、ドナー光２１１及びアクセプタ光２２１を含む、照明デバイス光１００１を供給するように構成されている。

一実施例では、調べられた２つの蛍光体材料は、スピンコーティングによって溶融シリカ基板上に堆積された、厚さ６００ｎｍのポリスチレン層中にドープされる、ＬＵＭＯＧＥＮ Ｆ黄色０８３（ドナー）及びＬＵＭＯＧＥＮ Ｆ赤色３０５（アクセプタ）であった。濃度の関数としての、色素層のＱＹ（quantum yield；量子収率）が、４４８ｎｍレーザからの励起を使用して、スペクトル較正された積分球において測定される。Ｆ０８３及びＦ３０５の双方のＱＹは、低濃度で高く、濃度の増大と共に大きく低下する。高いＱＹを有するためには、濃度を低く（約１重量％に）保つことが好ましく、これは色素層の色変換を制限する。例えば、１重量％のＦ３０５を有する６００ｎｍ層の吸光度は、１０％未満である。しかしながら、同じ層厚を使用して白色光を生成するためには、約１０倍高い濃度が必要とされ、その場合、ＱＹは６０％未満に低下する。より高い色変換を達成するために、本発明者らは、Ｆ３０５をＦ０８３と同じアンサンブル内で混合して、Ｆ３０５の励起を増強した。Ｆ０８３の放出スペクトルは、Ｆ３０５の吸収スペクトルと重なり合い、このことが、Ｆ０８３分子からＦ３０５分子へのＦＲＥＴを可能にする。

放出スペクトルの変化におけるＦＲＥＴの寄与を調べるために、本発明者らは、それら２つの色素分子の濃度を変化させて、Ｆ３０５分子の存在に起因する緑色発光の消光効率を算出した。この消光効率は、ＦＲＥＴ効率の傾向に追従し、Ｆ０８３からＦ３０５へのＦＲＥＴが、緑色発光の消光に大きく寄与することを示している。消光効率と算出されたＦＲＥＴ効率との小さい不一致は、濃度及び吸光係数の決定における不正確性に由来し得る。１重量％のＦ０８３と０．５重量％のＦ３０５との混合物を有するサンプルの測定ＱＹは、９６±２％であり、純粋なＦ３０５サンプル及びＦ０８３サンプルの測定ＱＹと比較して、かなり高い。この混合物の高いＱＹは、一方では、０．５重量％の（比較的）低い重量濃度の純粋Ｆ３０５の、高いＱＹによるものであり、固有の非放射減衰は無視されることができる。他方では、Ｆ０８３の固有の非放射減衰は、極めて低く、励起エネルギーは、約７５％の高効率で、Ｆ３０５色素分子に移動される。ドナー材料を導入することによって、本発明者らは、Ｆ３０５の放出を、その高いＱＹを犠牲にすることなく大幅に増強させた。

緑色発光を増強させるために、本発明者らは、Ａｌナノ粒子の正方形アレイによって生成される、導波路−プラズモンポラリトンと呼ばれる、プラズモン共鳴とフォトニック共鳴とのハイブリッドを利用する。格子定数は、色素層によって支援されるＴＭ導波路モード及びＴＥ導波路モードが、前方放出方向へと結合されるように、３３０ｎｍに設計される。本発明者らは、反応性イオンエッチングと組み合わせた、基板コンフォーマル性インプリントリソグラフィを使用して、溶融シリカ基板上にアレイを作製する。結果は、特に図１及び図２示されている。

上述のように、ＦＲＥＴ移動速度は、時間分解発光減衰測定値から、あるいは、（純粋（ドナーのみの）層及び混合（ドナー及びアクセプタ）層における）ドナー放出から直接、算出／推定されることができ、また場合により、（アクセプタのみを含む）純粋層と比較された、混合物でのアクセプタ減衰において見られ得る立ち上がり時間からも、情報を得ることができる。時間分解発光減衰測定値（ＦＲＥＴ速度に類似）から、プラズモン速度が決定されることができる。例えば固定されたプラズモン速度に対してＦＲＥＴ速度を調節することによって、プラズモン速度／ＦＲＥＴ速度の比の調整が行われることができ、又は、プラズモンアレイの特性を変化させることによって、プラズモン速度が調整されることができる。

「実質的に全ての光（substantially all light）」、又は「実質的に成る（substantially consists）」などにおける、本明細書の「実質的に（substantially）」という用語は、当業者には理解されるであろう。用語「実質的に」はまた、「全体的に（entirely）」、「完全に（completely）」、「全て（all）」などを伴う実施形態も含み得る。それゆえ、実施形態では、この形容詞はまた、実質的に削除される場合もある。適用可能な場合、用語「実質的に」はまた、９５％以上、特に９９％以上、更に特に９９．５％以上などの、１００％を含めた９０％以上にも関連し得る。用語「含む（comprise）」は、用語「含む（comprise）」が「から成る（consists of）」を意味する実施形態もまた含む。用語「及び／又は」は、特に、その「及び／又は」の前後で言及された項目のうちの１つ以上に関連する。例えば、語句「項目１及び／又は項目２」、及び同様の語句は、項目１及び項目２のうちの１つ以上に関連し得る。用語「含む（comprising）」は、一実施形態では、「から成る（consisting of）」を指す場合もあるが、別の実施形態ではまた、「少なくとも定義されている種、及びオプションとして１つ以上の他の種を包含する」も指す場合がある。

更には、明細書本文及び請求項での、第１、第２、第３などの用語は、類似の要素を区別するために使用されるものであり、必ずしも、連続的又は時系列的な順序を説明するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書で説明される本発明の実施形態は、本明細書で説明又は図示されるもの以外の、他の順序での動作が可能である点を理解されたい。

本明細書のデバイスは、とりわけ、動作中について説明されている。当業者には明らかとなるように、本発明は、動作の方法又は動作時のデバイスに限定されるものではない。

上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、むしろ例示するものであり、当業者は、添付の請求項の範囲から逸脱することなく、多くの代替的実施形態を設計することが可能となる点に留意されたい。請求項では、括弧内のいかなる参照符号も、その請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。動詞「含む（to comprise）」及びその活用形の使用は、請求項に記述されたもの以外の要素又はステップが存在することを排除するものではない。要素に先行する冠詞「１つの（a）」又は「１つの（an）」は、複数のそのような要素が存在することを排除するものではない。本発明は、いくつかの個別要素を含むハードウェアによって、及び、好適にプログラムされたコンピュータによって実装されてもよい。いくつかの手段を列挙するデバイスの請求項では、これらの手段のうちのいくつかは、１つの同一のハードウェア物品によって具現化されてもよい。特定の手段が、互いに異なる従属請求項内に列挙されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせが、有利に使用され得ないことを示すものではない。

本発明は更に、明細書本文で説明される特徴及び／又は添付図面に示される特徴のうちの１つ以上を含む、デバイスに適用される。本発明は更に、明細書本文で説明される特徴及び／又は添付図面に示される特徴のうちの１つ以上を含む、方法又はプロセスに関する。

本特許で論じられている様々な態様は、更なる利点をもたらすために組み合わされることも可能である。更には、当業者は、実施形態が組み合わされることも可能であり、また、３つ以上の実施形態が組み合わされることも可能である点を理解するであろう。更には、特徴のうちのいくつかは、１つ以上の分割出願のための基礎を形成し得るものである。

Claims (14)

1. 光源及び光変換器を備える、照明デバイスであって、前記光源が、光源光を供給するように構成されており、前記光変換器が、第１の前記光源光の少なくとも一部をドナー光に変換することが可能なドナー発光材料、及びアクセプタ発光材料を含み、前記ドナー発光材料及び前記アクセプタ発光材料が、前記光源光によって前記ドナー発光材料が励起されると、前記ドナー光のドナー光スペクトル分布とは異なるアクセプタ光スペクトル分布を有するアクセプタ光を供給する、ドナー−アクセプタ発光材料として構成されており、前記光変換器が、前記ドナー光の生成を増強するように構成されている周期的プラズモンアンテナアレイを更に含み、前記照明デバイスは、前記ドナー光及び前記アクセプタ光を含む、照明デバイス光を供給するように構成されている、照明デバイス。
2. 前記ドナー発光材料、前記アクセプタ発光材料、及び前記周期的プラズモンアンテナアレイが、前記光源光が生成されると、前記ドナー光、前記アクセプタ光、及び前記光源光を含む、前記照明デバイス光を供給するように構成されている、請求項１に記載の照明デバイス。
3. 前記照明デバイスが、白色照明デバイス光を生成するように構成されている、請求項１又は２に記載の照明デバイス。
4. 前記ドナー発光材料及び前記アクセプタ発光材料が、色素分子を含む、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の照明デバイス。
5. 前記ドナー発光材料が量子ドットを含み、前記アクセプタ発光材料が色素分子を含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の照明デバイス。
6. 前記光源が、固体光源を含み、前記ドナー発光材料が、５００〜５８０ｎｍの範囲から選択される波長を有する前記ドナー光を供給するように構成され、前記アクセプタ発光材料が、５８０〜６５０ｎｍの範囲から選択される波長を有する前記アクセプタ光を供給するように構成されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の照明デバイス。
7. 前記ドナー−アクセプタ発光材料が、少なくとも７０％のドナー−アクセプタエネルギー移動効率を有し、前記ドナー−アクセプタ発光材料が、ドナー−アクセプタエネルギー移動速度を有し、前記周期的プラズモンアンテナアレイが、前記ドナー−アクセプタエネルギー移動速度の少なくとも１０％であるプラズモン速度を有する、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の照明デバイス。
8. 前記ドナー発光材料、前記アクセプタ発光材料、及び前記周期的プラズモンアンテナアレイが、単一層によって構成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の照明デバイス。
9. 前記ドナー発光材料、前記アクセプタ発光材料、及び前記周期的プラズモンアンテナアレイが、前記ドナー発光材料、前記アクセプタ発光材料、及び前記周期的プラズモンアンテナアレイのうちの他の１つ以上を含まない、異なる層によって構成されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の照明デバイス。
10. 前記周期的プラズモンアンテナアレイが、２００〜１０００ｎｍの範囲から選択されている周期性を有する、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の照明デバイス。
11. 前記プラズモンアンテナアレイが、六角形又は正方形のアレイを含む、請求項１０に記載の照明デバイス。
12. 前記周期的プラズモンアンテナアレイが、金属ナノ粒子を含む、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の照明デバイス。
13. 前記周期的プラズモンアンテナアレイが、５０〜１５０ｎｍの範囲の頂面辺、１００〜２００ｎｍの範囲の底面辺、及び１００〜２００ｎｍの範囲の高さを有する、アルミニウム角錐台を含む、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の照明デバイス。
14. 前記光変換器が、前記アクセプタ光の生成を増強するように構成された、第２の周期的プラズモンアンテナアレイを含み、前記第２の周期的プラズモンアンテナアレイが、前記周期的プラズモンアンテナアレイの前記周期性とは異なる第２の周期性を有する、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の照明デバイス。

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