KR102204214B1 - 고체 상태 조명을 위한 플라즈모닉 결합 방출기들로부터의 향상된 방출 - Google Patents
고체 상태 조명을 위한 플라즈모닉 결합 방출기들로부터의 향상된 방출 Download PDFInfo
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Abstract
광자 방출기를 여기시키기 위한 에너지 소스(102), 제1 파장 변환 층(104) 및 제2 파장 변환 층(106)을 포함하는 조명 디바이스(100)가 제공된다. 제1 및 제2 파장 변환 층 중 적어도 하나는 복수의 개별 안테나 요소(108)를 포함하는 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함한다. 안테나 어레이가 배열된 파장 변환 층 내의 파장 변환 매질은, 파장 변환 층으로부터 방출된 광자들의 적어도 일부가 광자 방출기 및 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하는 결합 시스템에 의해 방출되도록, 플라즈모닉 안테나 어레이의 가까운 근방에 배열된 광자 방출기들을 포함한다. 플라즈모닉 안테나 어레이는, 플라즈모닉 안테나 어레이로부터 방출된 빛이 이방성 각도 분포를 가지도록, 플라즈모닉 안테나 어레이가 배열된 층에서 광자 방출기의 파장 범위에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된다.
Description
본 발명은 조명 디바이스에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 개선된 발광 효율을 가지는 조명 디바이스에 관한 것이다.
조명 응용들에서의 이용을 위한 발광 다이오드(LED: light emitting diode)들을 위해, 백열 조명(incandescent lighting)에 의해 생성된 것에 대략적으로 비교할만한 색 온도를 갖는 백색광을 본질적으로 제공하는 것은 바람직하다.
LED들로부터의 백색광은 450 nm 부근의 파장을 갖는 청색광을 방출하는 pn-다이오드를 이용하여 통상적으로 제공되고, 청색광의 부분은 다이오드의 최상부 또는 근처에 배열된 하나 이상의 파장 변환 물질(wavelength converting material)을 이용하여 더 긴 파장들로 변환된다. 흡수되지 않은 청색광과 함께, 백색광으로 인지되는 상당한 광대역의 스펙트럼을 가지는 빛이 얻어질 수 있다.
현재, 대부분의 상업적인 응용들에서, 파장 변환 물질은 LED 바로 위에 도포된다(applied). 추가로, 각도에 따른 색의 편차를 작게 하기 위하여 파장 변환 물질은 산란성(scattering)이어야만 한다. 이것은 청색광이 또한 다이오드로 다시 산란될 것을 의미하며, 이는 LED에서 흡수 손실들을 야기한다. 추가로, 통상적으로 인광체(phosphor)인, 파장 변환 물질의 활성(active) 구성요소는 등방성 방출기(isotropic emitter)이며, 이는 동일 양의 파장 변환 빛이 모든 방향들로 방출되어, 오직 빛의 일부만이 발광 디바이스의 표면에 도달하므로 추가 손실들을 야기한다는 것을 의미한다.
손실들을 감소시키는 문제는 예를 들어 다이오드에 의해 후방산란되고(backscattered) 흡수되는 청색광의 양을 감소시키기 위하여 덜 산란성인 인광체를 이용하여 해결되었다. 그러나, 인광체로부터 등방성 방출은 남아있다.
발광 디바이스를 떠나는 빛의 양은 또한 방출 방향이 수정될 수 있는 포토닉 밴드 갭 물질(photonic band gap material)을 도입하는 것에 의해 증가될 수 있다. 그러나, 방출 방향을 컨트롤할 수 있기 위해, 포토닉 밴드 갭 물질은 높은 굴절률 대비를 가지는 물질들로부터 만들어지는 것이 필요하고, 높은 형상비(aspect ratio)의 홀들 또는 기둥(pillar)들이 패터닝되고 형성되어야 하며, 크기 컨트롤이 매우 엄격하고, 물질은 산란 손실들을 초래할 발광성이어야 한다. 추가로, 포토닉 밴드 갭 물질은 오직 물질의 표면에 수직인 평면, 즉, 홀들 또는 기둥들에 평행한 방향에서만 실제로 유효하다.
따라서, 발광 디바이스의 방출 효율을 증가시키기 위해 제안된 접근들은 극복하기 어려운 내재하는 결점들로부터 어려움을 겪는다.
위에서 언급된 발광 디바이스의 원하는 속성들, 및 위에서 언급된 것과 그 외의 종래기술의 결점들을 고려하여, 개선된 발광 디바이스를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
따라서, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 조명 디바이스로서,
광자 방출기(photon emitter)를 여기시키도록 구성된 에너지 소스 - 광자 방출기는 안정된 상태(relaxed state)로 되돌아가는 경우 광자를 방출할 수 있게 됨 -;
제1 파장 범위 내의 빛을 제2 파장 범위 내의 빛으로 변환하도록 구성된 제1 파장 변환 매질(wavelength converting medium)을 포함하는 제1 파장 변환 층(wavelength conversion layer); 및
제2 파장 범위 내의 빛을 제3 파장 범위 내의 빛으로 변환하도록 구성된 제2 파장 변환 매질을 포함하는 제2 파장 변환 층
을 포함하고,
제1 파장 변환 층 및 제2 파장 변환 층 중 적어도 하나는 안테나 평면에 배열된 복수의 개별 안테나 요소를 포함하는 주기적(periodic) 플라즈모닉 안테나 어레이(plasmonic antenna array)를 포함하고;
플라즈모닉 안테나 어레이가 배열된 파장 변환 층 내의 파장 변환 매질은, 파장 변환 층으로부터 방출된 광자들의 적어도 일부가 광자 방출기 및 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하는 결합 시스템(coupled system)에 의해 방출되도록, 플라즈모닉 안테나의 가까운 근방에 배열된 광자 방출기들을 포함하고;
플라즈모닉 안테나 어레이는, 플라즈모닉 안테나 어레이로부터 방출된 빛이 이방성 각도 분포(anisotropic angle distribution)를 가지도록, 플라즈모닉 안테나 어레이가 배열된 층에서의 광자 방출기의 파장 범위에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉(plasmonic-photonic) 격자 공진들을 지원하도록 구성되는, 조명 디바이스가 제공된다.
플라즈모닉 필드는 일반적으로 금속 구조물들인 작은 전도성 구조물들의 빛과의 상호작용을 지칭하고, 금속 구조물들의 크기는 빛의 파장과 비슷하다. 금속 내의 자유 전자들은 외부 전기장에 반응하고, 전자 구름은 구동 광진동수(driving optical frequency)에서 진동하여 더욱 양으로 대전 된 영역을 뒤에 남기면, 그것은 전자들을 뒤로 당긴다. 금속 구조물들의 작은 크기로 인하여, 공진들은 가시광의 진동수들까지 도달할 수 있다. 결과적으로, 금속 구조물은 그것들에 입사한 임의의 빛 또는 금속 입자들의 가까운 근방에 발생된 빛과의 강한 상호작용을 허용하는 큰 산란 단면을 가질 수 있다.
규칙적인 어레이 근방에 위치한 변환 물질이 하이브리드 결합 LSPR(Localized Surface Plasmon Resonance) 및 포토닉 모드들에서 기인하는 방출의 방향성의 강한 향상을 보이는 것이 발견되었다.
광학 안테나들의 순서화된 어레이들은 집단 공진(collective resonance)들을 지원한다. 방출의 파장이 어레이의 주기성과 유사한 경우, 회절된 차수는 어레이의 평면에서 방사(radiate)할 수 있다. 이러한 방식으로, 개별 입자들에 의해 유지되는 국부화된(localized) 표면 플라즈몬 폴라리톤들(surface plasmon polaritons)은 회절을 통해 결합할 수 있고, 이는 표면 격자 공진(SLRs: surface lattice resonances)들로 알려진 집단적이고 격자-유도된 하이브리드 포토닉-플라즈모닉(photonic-plasmonic) 공진들을 야기한다. 이러한 비국부화된(delocalized) 모드들은 여러 단위 셀들 상으로 확장하고, 고체-상태 조명에서 요구되는 것처럼, 큰 용적들에 걸쳐 분포된 방출기들로부터 방출의 집단 향상을 얻는 것을 가능하게 만든다.
여기서, 집단 나노-안테나들처럼 행동하는 나노입자들의 주기적 어레이들이이용된다. 그러한 어레이들은 집단 플라즈모닉 공진들을 유지한다. 한편으로는, 금속의 나노입자들은 파장 변환 물질 내에서의 인광체들의 공진 여기를 허용하는 큰 산란하는 단면을 가지며, 이는 빛의 변환을 향상시킨다. 다른 한편으로는, 집단 포토닉-플라즈모닉 공진들은 방출의 각도의 패턴을 형상화하여 대부분의 빛을 정의된 방향의 매우 좁은 각도의 범위로 비밍하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 이방성의 방출은 파장 변환 매질의 여기의 증가된 효율, 및 어레이에서의 확장된 플라즈모닉-포토닉 모드들에 대한 인광체들의 방출의 아웃-커플링(out-coupling) 효율 및 자유공간 방사에 대한 이 방출의 후속 아웃-커플링의 향상의 조합으로 설명된다.
플라즈모닉 안테나 어레이의 기능의 더욱 자세한 설명은 WO2012/098487에서 찾을 수 있다.
본 발명은, 디바이스에 의해 방출되는 빛의 증가된 방향성을 제공하는 적어도 하나의 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하는 조명 디바이스를 형성하는 것이 유리하고, 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하는 그러한 조명 디바이스에서 파장 변환 층들의 순서는 조명 디바이스의 전체의 효율에 영향을 주기 때문에 중요하다는 인식에 기초를 둔다. 추가로, 이방성 각도 분포는 또한 빛의 대부분이 안테나 어레이의 평면에 관한 상대적으로 좁은 각도 범위에서 방출되도록, 안테나 어레이에 의해 방출된 빛의 방향성을 컨트롤하는 것을 가능하게 만든다. 이는 방출된 빛을 미리 결정된 바람직한 방향들로 지향(direct)시키는 것이 바람직한 응용들에서 특히 유리할 수 있다. 따라서, 플라즈모닉 안테나 어레이들은 효율적이고 컴팩트한 2차 시준 광학계로서 조명 디바이스들에서 집적될 수 있다. 좁은 각도 범위 내에서 방출되는 빛은 비밍 광(beamed light)이라고도 지칭될 수 있다.
추가로, 안테나 어레이는 긴 범위 대칭을 보이는 안테나 요소들의 규칙적인 격자로서 형성된다. 그러나, 여전히 이방성 빛 분포의 원하는 효과를 성취하면서도, 안테나 어레이의 어느 정도의 비대칭은 허용될 수 있다.
안테나 어레이의 공진 진동수 및 대역폭은, 안테나 요소들의 분포, 즉, 격자, 안테나 요소들의 기하구조, 안테나 요소들을 형성하는 물질에 의해, 그리고 안테나 어레이 근방의 층들의 물질들 및 구성에 의해 지배된다. 그것에 의해, 원하는 공진 진동수 및 대역폭은 전술한 매개변수들을 조정하여 성취할 수 있다. 일반적으로, 대역폭과 방향성 향상 사이에 트레이드오프가 있고, 이는 좁은 진동수 대역에서 공진들을 가지는 안테나 어레이가 더 광대역의 공진을 가지는 안테나 어레와 비교하여 더 큰 방향성 향상을 보이는 것을 의미한다. 좁은 진동수 대역은 본 맥락에서 몇 나노미터의 파장 범위에 대응하는 공진 진동수들로 이해될 수 있다. 그러므로, 플라즈모닉 안테나 어레이들은 시준 광학계를 대체하기 위해 유용할 수 있다.
방출된 빛의 방향성을 증가시키기 위한 플라즈모닉 안테나 어레이들은 또한, 예를 들어 층 두께 및 크기의 신중한 조정을 요구하는 포토닉 결정들의 관점에서 이점들을 제공한다.
본 발명의 구체적인 이점은, 플라즈모닉 안테나 어레이의 포토닉 모드들과 하이브리드 결합 LSPR의 공간적인 확장이 광자 방출기를 중첩하도록 플라즈모닉 안테나 어레이가 위치되는 파장 변환 층 내에 광자 방출기를 배열하는 것에 의해, 방출된 광자의 방향이 플라즈모닉 안테나 어레이에 의해 위에서 논의한 것과 동일한 방식으로 컨트롤되도록 방출된 광자와 플라즈모닉 안테나 어레이들 사이의 커플링(coupling)이 일어난다는 점이다.
따라서, 광자 방출기와 플라즈모닉 안테나 어레이 사이에서 커플링이 일어나도록 배열된 광자 방출기에 대하여, 방출된 광자는 광자 방출기 및 플라즈몬 안테나 어레이를 포함하는 결합 시스템으로부터 방출된 것으로 보여질 수 있다. 일반적으로, 여기 상태(excited state)에서의 광자 방출기는 광자를 직접적으로 방출하거나, 또는 광자 방출기와 플라즈모닉 안테나 어레이의 모드들 사이에서 커플링이 일어나는 경우에는 결합 방출을 통해 방출할 수 있다.
광자 방출기들의 앙상블(ensemble)이 이용되고 개별 광자 방출기들이 상이한 방출 파장들을 가지는 응용들에서, 플라즈모닉 안테나 어레이는 특정한 파장의 방향성이 향상되도록 구성될 수 있고, 그것에 의해 조명 디바이스로부터 방출된 결과의 스펙트럼을, 적어도 안테나 어레이에 의해 결정되는 특정한 방출 각도 범위에 대해 컨트롤하는 것을 또한 가능하게 한다.
광자 방출기는, 에너지의 추가를 통하여 여기 상태로 에너지가 상승될 수 있으며 광자의 방출을 통하여 더 작은 에너지의 상태로의 안정이 발생하는 임의의 원자, 분자, 입자 또는 구조로서 이해되어야만 한다.
일반적으로, 어레이의 부재시의 동일한 광자 방출기의 포토루미네선스에 의해 정규화된, 어레이 상에 축적된 광자 방출기로부터 측정된 포토루미네선스 강도로 정의되는 포토루미네선스 향상(PLE: photoluminescence enhancement)은 광자 방출기의 여기 및 방출 진동수들에서 일어나는 현상의 원인이 된다. 한편으로는, 그것은 광자 방출기가 위치되는 위치 및 여기 파장에서의 국부 필드에 의존한다. 다른 한편으로는, 방출은 (ⅰ) 방출기가 방출의 파장에서의 방출 방사를 감쇄시킬 수 있는 광학 상태들의 국부 밀도 및 (ⅱ) 특정한 입체각에서의 자유 공간 방사에 대한 이 방출의 아웃-커플링의 조합된 효과로 인하여 수정된다.
광자 방출기는 희토류 이온(rare earth ion), 염료 분자(dye molecule) 및 양자점(quantum dot)을 포함하는 그룹으로부터 선택된 포인트 방출기일 수 있다. 원칙적으로, 여기가 광자의 방출을 야기할 수 있는 임의의 포인트 방출기가 본 맥락에서 이용될 수 있다.
외부 에너지 소스는 예를 들어, 전자 방출기, x선 방출기 또는 감마선 방출기일 수 있다. 원칙적으로, 충분히 높은 에너지를 가지는 전자, x선 또는 감마 방사, 열, 전자-정공 쌍들의 주입 등과 같은 임의의 외부 에너지 소스가 포인트 방출기를 여기시키도록 이용될 수 있다. 전자들은 예를 들어 음극선관(CRT: cathode ray tube)에 의해 방출될 수 있고, x선 및 감마선은 예를 들어 진공관에 의해, 예컨대 X선은 컴퓨터 단층 촬영(CT: Computed Tomography)에 의해, 및 감마선은 양전자 방출 단층 촬영(PET: Positron Emission Tomography)에 의해 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광자 방출기는 방출된 광자들의 다수가 상기 광자 방출기 및 상기 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하는 결합 시스템에 의해 방출되도록, 상기 플라즈모닉 안테나 어레이로부터 거리를 두고 배열된다. 방출된 광자와 플라즈모닉 안테나 어레이의 하이브리드 모드들 사이에 커플링이 일어나는 경우, 광자의 에너지는 어레이에 옮겨지고 결과적인 방출의 방향은 어레이의 속성들에 의해 지배된다. 공진 모드로의 방출된 빛의 높은 커플링 효율은 바람직하다. 특히, 방출기와 플라즈모닉 하이브리드 모드들 사이의 커플링 효율을 최대화하는 것이 바람직하다. 광자 방출기들을 플라즈모닉 안테나 어레이에 충분히 가깝게 선택적으로 위치시키는 것에 의해, 강한 방출기-안테나 커플링의 체제로 진입하는 것 없이, 커플링 효율이 증가될 수 있다.
높은 커플링 효율을 성취하기 위해, 광자 방출기와 플라즈모닉 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나 요소 사이의 거리는 바람직하게는 5 마이크로미터 미만이고, 더욱 바람직하게는 2 마이크로미터 미만이다. 광자 방출기와 안테나 어레이 사이의 적절한 거리는 또한 굴절률에 대해 정정된 유효 파장(effective wavelength)들에 관련하여 정의될 수 있다. 그러면, 거리는 10 유효 파장까지일 수 있고, 다른 실시예에서는 6 유효 파장까지일 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 거리는 퀀칭(quenching)을 피하기 위해 유리하게도 10 나노미터보다 더 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 유리하게도 광자 방출기는 파장 변환 입자(wavelength converting particle)일 수 있다. 그러면, 광자 방출기는 파장 변환 층에서 파장 변환기로 작동할 수 있다. 그러한 입자는 또한 인광체 또는 염료 입자로 지칭될 수 있다.
추가로, 인광체 방출기에 대하여, 방출기의 방출 진동수에서의 공진들로 인한, 방향성 향상과 더불어, 플라즈모닉은 또한 펌핑 진동수(pumping frequency)에서의 공진 여기로 인한 방출기의 향상된 여기 효율/흡수 단면을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 광자 방출기, 제1 파장 변환 층 및 제2 파장 변환 층은 백색광이 조명 디바이스에 의해 방출되도록 유리하게 구성되고 배열될 수 있다. 많은 응용들에서, 예를 들어 일반적인 목적의 조명을 위한 것처럼, 백색광을 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 제1 파장 범위는 청색광에 대응할 수 있고, 제2 파장 범위는 적색광에 대응할 수 있고, 제3 파장 범위는 녹색광에 대응할 수 있다. 백색광은 적색, 녹색, 및 청색을 조합하여 형성될 수 있다. 추가로, 청색 파장 범위에서 빛을 방출하는 발광 다이오드들은 잘 알려져있고 종래의 방법들을 이용하여 제조될 수 있다. 따라서, 파장 변환은, 청색광의 전체 또는 적어도 대부분을 직접적으로 백색광으로 변환하는 것, 또는 청색광을 혼합되어 백색광을 형성하는 적색광 및 녹색광으로 변환하는 것 중 어느 하나를 위하여 요구된다. 청색광은 450 - 495 nm 범위의 파장, 녹색광은 520 - 570 nm 범위의 파장, 적색광은 590 - 740 nm 범위의 파장을 일반적으로 가진다.
플라즈모닉 안테나 어레이가 제2 파장 변환 층에 배열되고 녹색광에 대응하는 공진들을 지원하도록 구성되는 경우, 플라즈모닉 안테나 어레이에 도달하기 전에 청색광의 부분이 적색으로 변환되므로 더 높은 효율을 성취할 수 있고, 그 이유는 플라즈모닉 안테나 어레이의 안테나 요소들이 더 긴 파장을 가지는 빛에 비교하여 더 높은 진동수, 즉, 더 짧은 파장을 가지는 빛을 더 쉽게 흡수하기 때문이다. 따라서, 청색광의 일부를 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하는 층에 도달하기 전에 적색으로 먼저 변환하는 것에 의해 더 낮은 흡수 손실들을 성취할 수 있다.
플라즈모닉 안테나 어레이가 제1 파장 변환 층에 배열되고 적색광에 대응하는 공진들을 지원하도록 구성되는 경우, 발생된 청색광의 대부분은 그것이 제1 파장 변환 층에 먼저 도달하면서 적색으로 변환된다. 백색광의 대부분의 빛이 스펙트럼의 적색 부분에 속하므로, 적색광은 청색광의 부분이 녹색으로 변환되는 제2 파장 변환 층을 통하여 비밍될 수 있고, 그것에 의해, 높은 방향성을 가지는 백색광이 제공될 수 있다. 추가로, 적색광은 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하지 않는 비-회절 제2 층을 통하여 보전된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 파장 범위는 청색광에 대응할 수 있고, 제2 파장 범위는 녹색광에 대응할 수 있고, 제3 파장 범위는 적색광에 대응할 수 있다.
플라즈모닉 안테나 어레이가 제2 파장 변환 층에 배열되고 적색광에 대응하는 공진들을 지원하도록 구성되는 경우, 청색광의 부분은 제1 파장 변환 층에서 녹색으로 변환된다. 그것에 의해, 녹색광은 제2 층에서 더 적게 흡수되고, 이는 더 높은 효율을 야기한다. 따라서, 강하게 비밍된 적색 방출은 제2 파장 변환 층으로부터 제공되고, 위에서 언급한 것처럼, 백색광의 빛의 대부분이 스펙트럼의 적색 부분에 속하므로, 백색광의 방출에서 높은 효율을 성취할 수 있다.
플라즈모닉 안테나 어레이가 제1 파장 변환 층에 배열되고 녹색광에 대응하는 공진들을 지원하도록 구성되는 경우, 녹색은 광학 와트(optical Watt) 당 가장 높은 루멘(lumen)을 가지고, 따라서 공간적으로 구조화된 얻어진 녹색 방출은 응용에서 효과적으로 이용될 수 있다. 제2 파장 변환 층은 오직 녹색 및 청색의 부분을 변환하고, 비밍된 녹색 방출을 지속하고, 그것에 의해 효율이 증가한다. 적색광(백색광 내의 광자들의 주요 성분)은 어레이에 의해 회절되지 않고, 손실들은 감소된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 파장 변환 층은 안테나 평면에 배열된 복수의 개별 안테나 요소를 포함하는 제1 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함할 수 있고, 제1 플라즈모닉 안테나 어레이는 제1 플라즈모닉 안테나 어레이로부터 방출된 빛이 이방성 각도 분포를 가지도록, 제2 파장 범위에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성되고; 제2 파장 변환 층은 안테나 평면에 배열된 복수의 개별 안테나 요소를 포함하는 제2 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함할 수 있고, 플라즈모닉 안테나 어레이는, 제2 플라즈모닉 안테나 어레이로부터 방출된 빛이 이방성 각도 분포를 가지도록, 제3 파장 범위에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된다.
두 개의 상이한 어레이는 적색광 및 녹색광이 지향되는 각도의 범위의 독립적인 컨트롤을 허용한다. 평평한 변환 층에서 발생한 빛은 등방성으로 방출되는 것으로 가정될 수 있다. 결국, 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하는 변환 층에서 발생된 빛은 이방성 각도 분포를 보일 것이다. 원하는 입체각에서 올바른 색 포인트의 빛을 생성하기 위해, 녹색광 및 적색광 모두 동일한 각도 범위에서 아웃-커플링되어야 한다. 이는 오직 두 개의 상이한 어레이가 녹색 및 적색 변환 층들의 방출을 독립적으로 조정하도록 설계된 경우에만 일어날 것이다. 구체적으로, 녹색 층과 조합하여 사용되는 어레이는 적색 층의 방출을 조정하도록 사용되는 것보다 약간 더 짧은 격자 상수를 가져야만 한다. 두 개의 상이한 격자의 적절한 설계는 또한 매우 상이한 방향들로 녹색광 및 적색광을 비밍하는 것을 허용한다. 요약하면, 추가적인 금속의 어레이는 방출의 방향성 및 조명 디바이스들의 색 외관의 설계에서 추가적인 자유도를 제공한다.
두 개의 플라즈모닉 시스템이 적층되는(stacked) 경우, 제2 어레이가 제1 어레이로부터의 비밍된 방출을 회절시킬 수 있음을 고려해야 하고, 따라서 제1 어레이의 각도 분포는 제2 어레이로 인하여 발생할 것인 여분의 각도 분포를 고려해야만 한다. 그러나, 회절은 또한, 원하는 형상을 산출하는, 제2 어레이에 의한 제1 빔의 회절에 의하여 얻어진 최종적으로 원하는 빔 형상을 형성하는 것에 의한 이점으로 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 플라즈모닉 안테나 어레이가 제1 및 제2 파장 변환 층 모두에 배열되는 경우, 제2 파장 범위는 적색광에 대응할 수 있고 제3 파장 범위는 녹색광에 대응할 수 있다. 청색광의 대부분은 제1 층에서 적색광으로 변환되고, 다음으로 그것은 제2 층을 통하여 비밍된다. 녹색광에 대응하는 공진 진동수를 가지도록 구성된 제2 층 내의 플라즈모닉 어레이가 가시광의 파장보다 더 짧은 주기를 가지므로, 어레이의 평면에 대한 법선에 가까운 방향에서는 어떠한 적색광의 회절도 발생하지 않고, 이는 적색 방출이 제2 층을 통하여 전파될 때 주로 보전되게 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 플라즈모닉 안테나 어레이가 제1 및 제2 파장 변환 층 모두에 배열되는 경우, 제2 파장 범위는 녹색광에 대응할 수 있고 제3 파장 범위는 적색광에 대응할 수 있다. 녹색광이 또한 적색을 발생시키기 위해 제2 어레이를 위한 펌프(pump) 파장으로 이용되므로, 청색광의 대부분이 녹색광으로 변경될 것이다. 대부분의 광자들이 녹색이므로, 청색광으로 펌핑하는 경우와 비교하여 제2 어레이의 금속에서 손실들은 더 적다. 펌프 녹색은 각도 및 파장 범위에 있어서 한정되므로, 제1 파장 변환 층으로부터 비밍된 녹색광의 방출은 녹색광 부분을 적색광으로 변환하기 위하여, 다음으로 제2 파장 변환 층에서 유리하게 이용될 수 있고, 이는 펌프 향상 및 변환 효율을 위해 제2 어레이를 최적화하는 것을 더욱 쉽게 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 녹색광을 방출하도록 구성된 파장 변환 매질은 YAG:Ce(cerium doped yttrium-aluminum garnet), LuAG:Ce(cerium doped lutetium - aluminum garnet), 유로퓸 도핑된 티오갈레이트 황화물(europium doped thiogalate sulphides), 양자점들(quantum dots), 유기 염료들(organic dyes), 또는 라인-방출기들(line-emitters)을 유리하게 포함할 수 있다. 그러나, 해당 기술 분야의 숙련된 자에게 알려진 다른 유형들의 파장 변환 물질들이 동등하게 잘 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 적색광 또는 녹색광을 방출하도록 구성된 파장 변환 매질은 희토류 원소(rare earth element)의 이온의 형태로 양자점들, 유기 염료들, 또는 라인-방출기들을 유리하게 포함할 수 있다. 양호한 색 외관을 성취하기 위해 사람 눈의 민감도 곡선에 관하여 파장 변환 층의 방출의 대역폭을 컨트롤하는 것이 중요하다. 일반적으로, 파장 변환 매질의 방출 피크는 시스템으로부터의 원하는 최종적인 방출, 예컨대 포화된 녹색 및 적색에 중첩되어야만 한다. 추가로, 파장 변환 매질의 피크 파장은 플라즈모닉 안테나 어레이의 최적 효율, 예컨대 원하는 피크 파장 및 어레이의 방출 각도에 중첩하도록 선택되어야만 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 적색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이는 유리하게도 350 - 450 nm 범위의 피치를 갖는 정사각형 어레이로 배열된 안테나 요소들을 포함할 수 있고, 각각의 안테나 요소는 100 - 200 nm 범위의 높이 및 100 - 200 nm 범위의 지름을 가진다. 정사각형 어레이는 또한 정사각형 격자로 지칭될 수 있다.
추가로, 적색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이는 또한 400 - 500 nm 범위의 피치를 갖는 육각형 어레이, 즉 육각형 격자로 배열된 안테나 요소들을 포함할 수 있고, 각각의 안테나 요소는 100 - 200 nm 범위의 높이 및 100 - 200 nm 범위의 지름을 가진다.
추가로, 적색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이는 또한 350 - 375 nm 범위의 피치를 갖는 육각형 어레이, 즉 육각형 격자로 배열된 안테나 요소들을 포함할 수 있고, 각각의 안테나 요소는 100 - 200 nm 범위의 높이 및 100 - 200 nm 범위의 지름을 가진다. 이는 표면 법선으로부터 ~40-50°각도의 좁은 범위에서 구조화된 방출을 제공할 것이다.
추가로, 녹색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이는 유리하게도 300 - 400 nm 범위의 피치를 갖는 정사각형 어레이로 배열된 안테나 요소들을 포함할 수 있고, 각각의 안테나 요소는 100 - 200 nm 범위의 높이 및 100 - 200 nm 범위의 지름을 가진다.
추가로, 녹색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이는 유리하게도 350 - 450 nm 범위의 피치를 갖는 육각형 어레이로 배열된 안테나 요소들을 포함할 수 있고, 각각의 안테나 요소는 100 - 200 nm 범위의 높이 및 100 - 200 nm 범위의 지름을 가진다.
본 발명의 추가적인 특징들은, 그리고 이점들은 첨부된 청구항들 및 다음의 설명을 연구하는 경우 분명해질 것이다. 숙련된 기술자는 본 발명의 상이한 특징들이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고서, 다음에 기술된 것들 외에 실시예들을 만들어내도록 조합될 수 있음을 인식한다.
본 발명의 이러한 및 다른 태양들은 이제 본 발명의 실시예들을 보여주는 첨부된 도면들을 참조로 하여 더 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조명 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조명 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조명 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 조명 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 조명 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 조명 디바이스를 개략적으로 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 조명 디바이스를 개략적으로 도시한다.
본 발명은 이제 본 발명의 대표적인 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 아래에서 더욱 충분히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 많은 상이한 형태들로 구현될 수 있고 본원에 제시된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안되고; 오히려, 이러한 실시예들은 철저함과 완성도를 위해 제공되고, 본 발명의 범위를 숙련된 기술자에게 충분히 전달한다. 전체에 걸쳐서, 유사한 참조번호들은 유사한 요소들을 지칭한다.
도 1은 도 4에 의해 도시된 것처럼 안테나 어레이 평면에 배열된 복수의 개별 안테나 요소(108)를 포함하는 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이의 가까운 근방에 배열된 복수의 광자 방출기(152)를 포함하는 조명 디바이스(100)의 개략적 도시이다.
광자 방출기(152)와 플라즈모닉 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나 요소 사이의 거리는 바람직하게는 5 마이크로미터 미만이고, 다른 실시예에서는 10 유효 파장 미만이며, 또 다른 실시예에서는 6 유효 파장 미만이다. 추가로, 또는 대안으로, 거리는 퀀칭을 피하기 위해 유리하게도 10 나노미터보다 더 클 수 있다. 일반적으로 광자 방출기와 플라즈모닉 안테나 어레이 사이의 거리는 알려진 제조 방법들을 이용하여 매우 잘 컨트롤될 수 있다. 광자 방출기와 안테나 어레이의 안테나 요소(들) 사이의 거리는 임의의 방향으로부터, 예를 들어, 안테나 요소(들)의 최상부, 측부 또는 최하부에 대해 측정될 수 있다.
여기에서, 광자 방출기(102)는 외부 에너지 소스(102)에 의해 여기되는 것이 가능한 포인트 방출기로 보여진다. 포인트 방출기는 예를 들어 희토류 이온, 염료 분자 또는 양자점일 수 있다. 포인트 방출기를 여기시키기 위한 외부 에너지 소스(102)는 예를 들어 전자 방출기, X선 방출기 또는 감마선 방출기일 수 있고, 또는 포인트 방출기는 전자-정공 쌍들의 주입을 통해 여기될 수 있다.
원칙적으로, 충분히 높은 에너지를 가지는 전자, x선 또는 감마 방사, 열, 전자-정공 쌍들의 주입 등과 같은 임의의 외부 에너지 소스가 포인트 방출기를 여기시키도록 이용될 수 있다. 전자들은, 예를 들어 음극선관(CRT: cathode ray tube)에 의해 방출될 수 있고, x선 및 감마선은 예를 들어 진공관에 의해, 예컨대 X선은 컴퓨터 단층 촬영(CT: Computed Tomography)에 의해, 및 감마선은 양전자 방출 단층 촬영(PET: Positron Emission Tomography)에 의해 제공될 수 있다.
그러나, 구성요소로부터 광자 방출을 성취하기 위해 전기 에너지가 외부 에너지 소스로부터 제공된 경우, 광자 방출기는 LED 또는 고체 상태 레이저와 같은 활성 구성요소와 매우 동등해질 수 있다.
도 1은 에너지 소스(102)로부터 에너지를 수취하도록 에너지 소스(102)에 인접하여 배열된 제1 파장 변환 층(104)에 배열된 광자 방출기(152)를 더 도시하고, 그에 의해 광자 방출기들(152)은 에너지를 흡수하고 여기 상태에 도달할 수 있게 된다. 광자 방출기들은 제1 파장 범위로부터 제2 파장 범위로 빛을 변환하도록 더 구성된다. 조명 디바이스(100)는, 제1 파장 변환 층(104)에 인접하여 배열되고 제2 파장 범위로부터 제3 파장 범위로 빛을 변환하도록 구성되는 제2 파장 변환 층(106)을 더 포함한다. 제2 파장 변환 층(106)은 빛을 한 파장으로부터 다른 파장으로 변환하기 위한 분자들 또는 입자들의 형태로 파장 변환 매질을 포함한다. 해당 분야의 숙련된 자에게 알려진 상이한 유형들의 파장 변환 물질들이 이용될 수 있다. 파장 변환 물질들은 또한 형광성(fluorescent)의 물질들, 인광체들 또는 염료들로 지칭될 수 있다. 양자점들 또는 희토류 이온들을 파장 변환 물질로 이용하는 것 또한 가능하다. 여기서, 에너지 소스(102)는 예를 들어 파장 변환 층들 및 조명 디바이스의 나머지 부분으로부터 분리되어 거리를 두고 배열된 발광 다이오드 또는 레이저와 같이, 분리되어 배열된 발광 디바이스로 도시되는 광원(102)일 수 있다. 그러나, 광원(102)은 반도체 기판에 형성된 반도체 발광 다이오드와 같은 것에 동등하게 잘 집적될 수 있다.
조명 디바이스(100)는 안테나 어레이 평면에 배열된 복수의 개별 안테나 요소(108)를 포함하는 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이를 더 포함한다. 안테나 어레이는 여기서 광원(102) 및 제1 파장 변환 매질로부터 방출되는 빛을 수취하기 위해 제1 파장 변환 층(104) 내에 배열된다. 추가로, 안테나 어레이는 개별 안테나 요소들 내의 국부화된 표면 플라즈몬 공진들의 회절 커플링에서 발생하는, 제1 파장 변환 매질에 의해 방출되는, 제2 파장에서의 표면 격자 공진들을 지원하도록 구성된다.
도 1에서는 빛(110)이 어떻게 한정된 각도 범위(112) 내에서 조명 디바이스(100)의 광 방출 표면으로부터 방출되는지가 더 도시된다.
도 2는 복수의 개별 안테나 요소(108)를 포함하는 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이가 제2 파장 변환 층(106) 내에 배열되는 경우의 조명 디바이스(200)를 개략적으로 도시한다.
도 3은 복수의 개별 안테나 요소(108)를 포함하는 제1 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이가 제1 파장 변환 층(104) 내에 배열되고, 복수의 개별 안테나 요소(302)를 포함하는 제2 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이가 제2 파장 변환 층(106) 내에 배열되는 경우의 조명 디바이스(300)를 개략적으로 도시한다. 광자 방출기들(304)은 또한 제1 파장 변환 층(104)에 관하여 위에서 설명한 것과 유사한 방식으로 제2 파장 변환 층(106) 내에 배열될 수 있다. 그것에 의해, 각각의 플라즈모닉 안테나 어레이는 가시 스펙트럼의 부분 집합일 수 있는 미리 결정된 파장 범위 내에서 빛을 방출하도록 조정될 수 있고, 그러므로 조명 디바이스로부터의 전체 방출은 안테나 어레이들의 구성에 의해 결정되는 각도 분포를 가지는 백색광의 균일한(homogeneous) 방출로서 제공된다. 쉽게 인식되는 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 임의의 개수의 상이하게 구성된 안테나 어레이들은 원하는 방출 속성들을 성취하기 위하여 조합될 수 있다.
도 4는 플라즈모닉 안테나 어레이가 제1 파장 변환 층(104)에 배열되는 경우의, 도 1에서 도시된 조명 디바이스(100)의 사시도이다.
도 1 내지 도 4에서, 안테나 요소들(108, 302)은 정사각형의 단면을 가지는 블록들로 도시되지만, 안테나 요소들은 예를 들어 다각형 또는 원형 단면과 같은 다른 형상들을 매우 동등하게 가질 수 있다. 추가로, 안테나 요소는 예를 들어 알루미늄 나노입자의 형태로 제공될 수 있다.
적색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이는 예를 들어 대략적으로 400 nm 피치를 갖는 정사각형 어레이에 배열된, 대략적으로 150 nm 높이와 140 nm 밑변(또는 지름)을 가지는 안테나 요소들을 포함할 수 있다.
적색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이는 또한 대략적으로 450 nm 피치를 갖는 육각형 어레이에 배열된, 대략적으로 150 nm 높이와 140 nm 밑변(또는 지름)을 가지는 안테나 요소들을 포함할 수 있다.
녹색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이는 예를 들어 대략적으로 345 nm 피치를 갖는 정사각형 어레이에 배열된, 대략적으로 150 nm 높이와 140 nm 밑변(또는 지름)을 가지는 안테나 요소들을 포함할 수 있다.
위의 예들은 어레이 평면의 법선에 가까이 비밍된 방출을 제공하는 플라즈모닉 안테나 어레이들의 기하구조들을 설명한다.
유리하게도, 조명 디바이스는 각도 범위(112) 및 방출된 빛(110)의 파장 스펙트럼이 원하는 응용에 의존하여 상이하도록 구성될 수 있다.
본 발명이 그것의 구체적인 대표하는 실시예들을 참조하여 설명되었다 하더라도, 많은 상이한 변화들, 수정들 및 유사한 것들은 해당 분야의 숙련된 기술자들에게 분명해질 것이다. 예를 들어, 플라즈모닉 안테나 어레이는 방출된 빛의 상이한 각도 분포들을 성취하기 위한 많은 상이한 방식들로 구성될 수 있다. 추가로, 조명 디바이스는 또한 상이한 파장들 또는 상이한 파장 범위 내에서 빛을 방출하도록 구성될 수 있다. 특히, 조명 디바이스가 주로 가시광의 방출을 참조하여 설명되었다 하더라도, 본 발명의 다양한 실시예들은 자외선 또는 적외선 스펙트럼에서 빛을 방출하는 것이 바람직할 수 있는 응용들에 동등하게 적용 가능하다. 또한, 시스템의 부분들이 다양한 방식들로 생략, 교환 또는 배열될 수 있으면서도, 조명 디바이스가 여전히 본 발명의 기능을 수행할 수 있음에 유의해야 한다.
추가로, 본 명세서의 실시예들의 변형들은 도면들, 명세서, 및 첨부된 청구항들의 연구로부터, 주장되는 발명의 실시에서 숙련된 자에 의해 이해되고 유효화될 수 있다. 청구항들에서, 단어 "포함하는(comprising)"은 다른 요소들 또는 단계들을 배제하지 않고, 부정관사 "하나(a)" 또는 "하나(an)"는 복수를 배제하지 않는다. 특정 방법들이 상호 다른 종속항들에 기재되었다는 단순한 사실은 이러한 방법들의 조합이 이점에 이용될 수 없다는 것을 나타내지 않는다.
Claims (15)
- 조명 디바이스(illumination device)(100, 200, 300)로서,
광자 방출기(photon emitter)를 여기시키도록 구성된 에너지 소스(102) - 상기 광자 방출기는 안정된 상태(relaxed state)로 되돌아가는 경우 광자를 방출하게 됨 -;
제1 파장 범위 내의 빛을 제2 파장 범위 내의 빛으로 변환하도록 구성된 제1 파장 변환 매질(wavelength converting medium)을 포함하는 제1 파장 변환 층(wavelength conversion layer)(104); 및
상기 제2 파장 범위 내의 빛을 제3 파장 범위 내의 빛으로 변환하도록 구성된 제2 파장 변환 매질을 포함하는 제2 파장 변환 층(106)
을 포함하고,
상기 제1 파장 변환 층 및 상기 제2 파장 변환 층 중 적어도 하나는 안테나 평면에 배열된 복수의 개별 안테나 요소(108)를 포함하는 주기적(periodic) 플라즈모닉 안테나 어레이(plasmonic antenna array)를 포함하고;
상기 플라즈모닉 안테나 어레이가 배열된 상기 파장 변환 층 내의 상기 파장 변환 매질은, 상기 파장 변환 층으로부터 방출된 광자들의 적어도 일부가 상기 광자 방출기 및 상기 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하는 결합 시스템(coupled system)에 의해 방출되도록, 상기 플라즈모닉 안테나 어레이의 가까운 근방에 배열된 광자 방출기들을 포함하고;
상기 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이와 상기 광자 방출기들은 동일한 파장 변환 층 내에 배열되고;
상기 플라즈모닉 안테나 어레이는, 상기 플라즈모닉 안테나 어레이로부터 방출된 빛이 이방성 각도 분포(anisotropic angle distribution)를 가지도록, 상기 플라즈모닉 안테나 어레이가 배열된 상기 층에서의 상기 광자 방출기의 파장 범위에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉(plasmonic-photonic) 격자 공진들을 지원하도록 구성되는, 조명 디바이스. - 제1항에 있어서, 상기 광자 방출기는 상기 방출된 광자들의 다수가 상기 광자 방출기 및 상기 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하는 상기 결합 시스템에 의해 방출되도록, 상기 플라즈모닉 안테나 어레이로부터 거리를 두고 배열된, 조명 디바이스.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광자 방출기는 파장 변환 입자(wavelength converting particle)인, 조명 디바이스.
- 제1항에 있어서, 상기 광자 방출기, 상기 제1 파장 변환 층 및 상기 제2 파장 변환 층은 백색광이 상기 조명 디바이스에 의해 방출되도록 구성되고 배열된, 조명 디바이스(100, 200, 300).
- 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 파장 범위는 청색광에 대응하고, 상기 제2 파장 범위는 적색광에 대응하고, 상기 제3 파장 범위는 녹색광에 대응하는, 조명 디바이스(100, 200, 300).
- 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 파장 범위는 청색광에 대응하고, 상기 제2 파장 범위는 녹색광에 대응하고, 상기 제3 파장 범위는 적색광에 대응하는, 조명 디바이스(100, 200, 300).
- 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 파장 변환 층(104)은 안테나 평면에 배열된 복수의 개별 안테나 요소(108)를 포함하는 제1 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하고, 상기 제1 플라즈모닉 안테나 어레이는 상기 제1 플라즈모닉 안테나 어레이로부터 방출된 빛이 이방성 각도 분포를 가지도록, 상기 제2 파장 범위에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성되고; 및
상기 제2 파장 변환 층(106)은 안테나 평면에 배열된 복수의 개별 안테나 요소(302)를 포함하는 제2 주기적 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하고, 상기 플라즈모닉 안테나 어레이는, 상기 제2 플라즈모닉 안테나 어레이로부터 방출된 빛이 이방성 각도 분포를 가지도록, 상기 제3 파장 범위에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성되는, 조명 디바이스(300). - 제7항에 있어서, 상기 제2 파장 범위는 적색광에 대응하고, 상기 제3 파장 범위는 녹색광에 대응하는, 조명 디바이스(300).
- 제7항에 있어서, 상기 제2 파장 범위는 녹색광에 대응하고, 상기 제3 파장 범위는 적색광에 대응하는, 조명 디바이스(300).
- 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 녹색광을 방출하도록 구성된 파장 변환 매질은 YAG:Ce, LuAG:Ce, 유로퓸 도핑된 티오갈레이트 황화물(europium doped thiogalate sulphides), 양자점들(quantum dots), 유기 염료들(organic dyes), 또는 라인-방출기들(line-emitters)을 포함하는, 조명 디바이스.
- 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적색광을 방출하도록 구성된 파장 변환 매질은 양자점들, 유기 염료들, 또는 라인-방출기들을 포함하는, 조명 디바이스.
- 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하고, 상기 플라즈모닉 안테나 어레이는 350 - 450 nm 범위의 피치를 갖는 정사각형 어레이로 배열된 안테나 요소들을 포함하고, 각각의 안테나 요소는 100 - 200 nm 범위의 높이 및 100 - 200 nm 범위의 지름을 가지는, 조명 디바이스.
- 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 적색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하고, 상기 플라즈모닉 안테나 어레이는 400 - 500 nm 범위의 피치를 갖는 육각형 어레이로 배열된 안테나 요소들을 포함하고, 각각의 안테나 요소는 100 - 200 nm 범위의 높이 및 100 - 200 nm 범위의 지름을 가지는, 조명 디바이스.
- 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 녹색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하고, 상기 플라즈모닉 안테나 어레이는 300 - 400 nm 범위의 피치를 갖는 정사각형 어레이로 배열된 안테나 요소들을 포함하고, 각각의 안테나 요소는 100 - 200 nm 범위의 높이 및 100 - 200 nm 범위의 지름을 가지는, 조명 디바이스.
- 제1항, 제2항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 녹색광에 대응하는 진동수 범위에서 플라즈모닉-포토닉 격자 공진들을 지원하도록 구성된 플라즈모닉 안테나 어레이를 포함하고, 상기 플라즈모닉 안테나 어레이는 350 - 450 nm 범위의 피치를 갖는 육각형 어레이로 배열된 안테나 요소들을 포함하고, 각각의 안테나 요소는 100 - 200 nm 범위의 높이 및 100 - 200 nm 범위의 지름을 가지는, 조명 디바이스.
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