侧向发射发光结构以及包括这样的发光结构的照明设备制造技术

描述了发光结构(100)以及包括这样的发光结构的照明设备。发光结构包括：波长转换层(102)，被配置用于接收具有至少第一波长的光(108)并且将接收的所述光转换为具有至少第二波长的光；以及纳米粒子阵列(110)，被布置在与所述波长转换层非常接近的平面中，所述阵列的至少一部分形成点阵，所述点阵的特征在于至少一个点阵周期，其中所述点阵周期被选择以使得在工作中：所述纳米粒子的局部共振衍射耦合为所述波长转换层(102)中的在所述第二波长处的集体共振模式；并且由所述照明结构生成侧向发射辐射图案，所述辐射图案包括在关于所述阵列的平面成大倾角θi(114)的一个或多个方向上的场强度，所述场强度大于在成小倾角的一个或多个方向上的场强度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及侧向发射发光结构，并且尤其(虽然并非排他地)涉及侧向发射发光结构以及包括这样的侧向发射发光结构的照明设备。
技术介绍
现有技术的固态发光设备使用例如荧光粉之类的波长转换材料，以便将例如蓝色LED的光的一部分转换为例如红色光之类的更长波长的光。蓝色LED的光与荧光粉发出的光的混合形成了被人类感知为白色光的光谱。虽然转换处理非常有效，但是荧光粉转换的固态光源具有非指向性(Lambertian)光分布并且因此具有相对大的作用域(étendue)。由于这些光源的非指向性光分布，将光有效耦合至光导中是难以实现的，因此使得这样的光源不适用或者至少不太适用于光导应用。此外，非指向性的光分布经常要求复杂的二级光学器件，以便实现例如在投影仪灯和前灯聚光灯中所要求的具有均匀分布强度的所期望的准直光束。除了复杂度之外，二级光学器件经常是庞大且低效的，因此导致光学系统的整体效率损失。例如，需要反射光学器件和折射光学器件的相对复杂的组合以便将荧光粉转换光源的非指向性光整形为具有均匀分布强度的准直光束。Lozano等人在他们的文章“Plasmonicsforsolid-statelighting:enhancedexcitationanddirectionalemissionofhighlyefficientlightsources”(Light:Science&Applications(2013)2,e66中描述了使用与照明波长转换层相接触的金属纳米粒子阵列以便实现正向方向上增强的指向性发光。这样的阵列允许将固态照明光源的非指向性光转换为偏向于正向方向的光。虽然源自于这样的阵列的光在正向方向上具有指向性，但是其仍然需要相对庞大的折射二级光学器件以便实现具有均匀分布强度的准直光束。此外，正向方向上的指向性光不适用或者不太适用于平面光导中的光注入。因此，鉴于上文，期望提供一种用于固态光源的简单发光结构，其使得能够在侧向方向上进行有效的指向性发光。特别地，期望提供一种用于在固态光源中使用的侧向发射发光结构，其能够轻易耦合至平面光导并且能够随简单的反射光集中器(例如复合抛物面集中器(CPC))一起使用以便形成高亮度准直光束。
技术实现思路
本专利技术的目标是减少或消除现有技术已知缺陷中的至少一个缺陷。在一个方面，本专利技术涉及一种照明结构，包括：波长转换层，其被配置用于接收具有至少第一波长的光并且将所述接收的光转换为具有至少第二波长的光；以及纳米粒子阵列，其被布置在与所述波长转换层相接触或非常接近的平面中，所述阵列的至少一部分形成点阵，该点阵的特征在于至少一个点阵周期，其中所述点阵周期被选择以使得在工作中，：所述纳米粒子的至少部分的共振衍射耦合为所述波长转换层中的在所述第二波长处的一个或多个集体共振模式中；并且由所述照明结构生成侧向发射辐射图案，其中所述辐射图案包括在关于所述阵列的平面成大倾角θi的一个或多个方向上的场强度，该场强度大于成小倾角的一个或多个方向上的场强度。因此，已经意外地发现，非常接近于所述波长转换层的纳米粒子阵列能够被配置以使得在工作中，局部化的纳米粒子共振能够被衍射耦合，从而在所述波长转换层中在所述第二波长处形成一个或多个集体共振模式，其中所述一个或多个集体共振模式提供了侧向发射辐射图案，所述侧向发射辐射图案包括在具有(关于纳米粒子阵列的平面的)大倾角θi的一个或多个方向上的场强度，该场强度大于一个或多个小倾角方向上的场强度。这里，术语“侧向发射照明结构”可以包括具有所谓的蝠翼辐射图案和/或侧向发射辐射图案的照明结构。这样的侧向发射结构可以在许多应用中被使用，这些应用包括平面光导中的光注入以及明亮准直光束的有效形成。这里，术语“大倾角”和“小倾角”可以参考波长转换层与其周边的电介质界面的临界角度进行定义。因此，“大倾角”是明显大于临界角度的角度，而“小倾角”是明显小于临界角度的角度。在一个实施例中，所述一个或多个集体共振模式可以包括与所述纳米粒子阵列相关联的一个或多个表面点阵共振模式，所述至少一个点阵周期被选择以使得所述一个或多个表面点阵共振模式中的至少一个与具有所述第二波长的所述光共振。因此，纳米粒子阵列的集体共振模式(表面点阵共振模式)与波长转换层所发出的光共振耦合。这些共振模式能够通过由纳米粒子阵列形成的粒子点阵的点阵周期被控制。在一个实施例中，所述一个或多个集体共振模式包括与所述波长转换层相关联的一个或多个波导模式，所述至少一个点阵周期被选择以使得所述一个或多个波导模式中的至少一个与具有所述第二波长的所述光共振。在该实施例中，个体纳米粒子可以共同和共振耦合至波长转换层的一个或多个波导模式。在一个实施例中，所述波长转换层的至少一部分可以与一个或多个低折射率层相接触以便在所述波长转换层中提供强波导模式，所述低折射率层的折射率小于所述波长转换层的折射率。因此，波长转换层可以通过选择具有适当折射率的材料支持强波导模式，上述适当折射率例如处于空气的折射率和波长转换层的折射率之间。在一个实施例中，所述波长转换层的厚度可以被选择以使得一个或多个大倾角θi的方向上的所述场强度通过与具有所述第二波长的所述光共振的所述一个或多个波导模式中的所述至少一个波导模式而被增强。在大倾角方向上的发光能够通过共振耦合至一个或多个波导模式而被增强。在一个实施例中，波长转换层的厚度可以在400nm和4000nm之间选择。在另一实施例中，波长转换层可以在1300nm和2000nm之间选择。通过共振耦合至波导模式所导致的增强在厚度在300nm和4000nm之间选择时尤其强。在该厚度范围内，由波长转换层定义的波导中的限制因数大。在一个实施例中，所述至少一个点阵周期可以被选择以使得在所述波长转换层与光导相接触的情况下，具有大倾角θi的所述一个或多个方向中的至少一部分大于所述光导中的全反射的临界角度。因此，纳米粒子阵列的点阵周期可以被选择以使得光将被有效注入到光导中。在一个实施例中，所述至少一个点阵周期p可以被选择以使得：λ/(n1+n2)<Λ<λ/(1+n2)其中点阵距离被定义为在方位角处的点阵矢量(即，具有长度p的点阵矢量的方位投影)，n1是所述波长转换层的折射率，n2是所述光导层的折射率，而λ是具有所述第二波长的光的波长。该条件可以被使用以便为预定点阵选择确保光的发射将大于所有或者至少大部分方位角的临界角度的点阵间距。在一个实施例中，所述点阵可以被布置为具有一个或多个对称性以便提供基本上对称的侧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种照明结构(100)，包括：波长转换层(102)，被配置用于接收具有至少第一波长的光(108)并且将接收的所述光转换为具有至少第二波长的光(110)；纳米粒子阵列(104)，被布置在与所述波长转换层(102)相接触或非常接近的平面中，所述阵列的至少一部分形成点阵，所述点阵的特征在于至少一个点阵周期p，其中所述点阵周期被选择以使得在工作中：所述纳米粒子(104)的至少一部分的共振衍射耦合为所述波长转换层(102)中的在所述第二波长处的一个或多个集体共振模式；并且由所述照明结构生成侧向发射辐射图案，其中所述辐射图案包括在关于所述阵列的平面成大倾角θi(114)的一个或多个方向上的场强度，所述场强度大于在成小倾角的一个或多个方向上的场强度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.14 EP 14188783.61.一种照明结构(100)，包括：
波长转换层(102)，被配置用于接收具有至少第一波长的光(108)并且将接收的所述光
转换为具有至少第二波长的光(110)；
纳米粒子阵列(104)，被布置在与所述波长转换层(102)相接触或非常接近的平面中，
所述阵列的至少一部分形成点阵，所述点阵的特征在于至少一个点阵周期p，其中所述点阵
周期被选择以使得在工作中：
所述纳米粒子(104)的至少一部分的共振衍射耦合为所述波长转换层(102)中的在所
述第二波长处的一个或多个集体共振模式；并且
由所述照明结构生成侧向发射辐射图案，其中所述辐射图案包括在关于所述阵列的平
面成大倾角θi(114)的一个或多个方向上的场强度，所述场强度大于在成小倾角的一个或
多个方向上的场强度。
2.根据权利要求1所述的照明结构，其中所述一个或多个集体共振模式包括与所述纳
米粒子阵列(104)相关联的一个或多个表面点阵共振模式，所述至少一个点阵周期被选择
以使得所述一个或多个表面点阵共振模式中的至少一个表面点阵共振模式与具有所述第
二波长的所述光(110)共振。
3.根据权利要求1或2所述的照明结构，其中所述一个或多个集体共振模式包括与所述
波长转换层(102)相关联的一个或多个波导模式，所述至少一个点阵周期被选择以使得所
述一个或多个波导模式中的至少一个波导模式与具有所述第二波长的所述光(110)共振。
4.根据权利要求3所述的照明结构，其中所述波长转换层的至少一部分与低折射率层
(707)相接触以用于在所述波长转换层(102)中提供强波导模式，所述低折射率层(707)的
折射率小于所述波长转换层(102)的折射率。
5.根据权利要求3或4所述的照明结构，其中所述波长转换层(102)的厚度被选择以使
得在成大倾角θi的一个或多个方向上的所述场强度通过所述一个或多个波导模式中与具
有所述第二波长的所述光(110)共振的所述至少一个波导模式被增强。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的照明结构，其中所述至少一个点阵周期被选择以
使得在所述波长转换层(702)与光导(710)相接触的情况下，成大倾角θi的所述一个或多个
方向中的至少一部分大于所述光导(706)中的全反射的临界角度。
7.根据权利要求6所述的照明结构，其中所述至少一个点阵周期被选择以使得：
λ/(n1+n2)<Λ<λ/(1+n2)
其中点阵距离被定义为在方位角处的点阵矢量，n1是所述波长转换层(702)的
折射率，n2是所述光导层(706)的折射率，并且λ是具有所述第二波长的所述光(705)的波
长。...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·K·G·德博尔，M·A·维舒伦，J·戈麦斯里瓦斯，S·拉西姆扎德卡拉勒罗德里奎兹，
申请(专利权)人：飞利浦照明控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰;NL