[发明专利]紫外灯的提取结构

说明书

本发明总体上涉及用于紫外照明元件的提取结构。本发明还涉及包含这种在基板上的提取结构的紫外灯。所述提取结构包括用于抗反射目的的多个纳米结构。所述纳米结构生长在基板的第一侧和第二侧中的至少一侧的顶表面上。

技术领域

本发明总体上涉及用于紫外照明元件的提取结构。本发明还涉及包含这种提取结构的紫外灯。

背景技术

紫外线(UV)发射灯用于许多应用中。例如，它们用于树脂(胶)的固化，用于制革，用于消毒，用于荧光(本身是具有许多应用的领域)等等。这些应用广泛传播。实际上，涵盖180-400nm范围的紫外灯通常使用基于汞(Hg)蒸汽的紫外线光源，所谓的低压(LP)，中压(MP)和高压(HP)灯，但其他类型例如准分子光源也是可以的。

基于发光二极管(LED)和场发射灯(FEL)技术的光源正在成为替代品。这些技术的主要优点是它们完全不含汞，众所周知，汞具有环境危险性，并且这些光源可以立即开启(毫秒级)，例如LP Hg光源往往不会这样做。

在形成紫外灯时，上述光源中的至少一个由封闭结构封闭，封闭结构通常包括对紫外线光源发射的紫外光透明的材料。很多时候，紫外灯还被一个额外的保护结构覆盖，再次由对所需波长透明的材料制成。使用的常用材料，尤其对于波长在200和300nm之间(原则上UVC+UVB区域)是石英，但也可以使用其他一些材料。该波长范围对于杀菌(消毒)应用特别有意义，因为细菌和其他生物通常在该区域受到影响，但不受较高波长的影响。其他应用例如空气的消毒，医疗工具和手术室的消毒，树脂的固化，制革等。

能源效率对环境因素、灯泡成本和灯泡寿命十分重要。对于杀菌应用，输送到应消毒的介质的UVC能量原则上决定活细菌的减少程度。因此，对于水净化应用而言，UVC瓦数和介质流量一起将决定进行消毒的程度。在处理固定量的情况下，瓦数和时间将决定相同(的消毒程度)。实践中，典型范围是将生物体的数量从1:10 000降至1:10 000 000。

较大的消毒系统可能需要几千瓦来操作大容量流量(通常是水)。在这些系统中，显而易见的是，节能，即提高效率变得重要。对于较小的系统，这些改进可能主要用于降低系统成本(即通过使用较小的灯达到所需的效果)。

目前可用的紫外灯面临的问题是灯的(多个)封闭玻璃结构的光提取效率。紫外灯的光提取效率可以被定义为逃逸到灯外部的光的能量与灯(或LED)内部产生的光的能量之间的比率。紫外灯的光提取效率总是小于单位(即1)，即，在紫外灯“内部”产生的部分光不会到达外部环境。

为了提高紫外灯的能量效率，因此，非常需要通过提供可以容易地制造和实施且成本高效的高效光提取技术来提供解决方案以增强紫外灯的效率。此解决方案可以有助于提高性能并为许多紫外应用节省能源。

发明内容

根据发明的一个方面，上述至少部分地由用于紫外线光源的提取结构减轻，所述提取结构包括对紫外光至少部分透明的基板，所述基板具有第一侧和第二侧，所述基板的第一侧布置成面向紫外线光源，并且接收由紫外线光源所发射的紫外光，以及多个纳米结构，所述多个纳米结构施加至基板的第一侧和第二侧中的至少一侧的顶表面上，所述多个纳米结构配置为减少由基板反射的紫外光的量。

本发明如上所述，基于以下理解：为了制造高效的灯，重要的是，光源内部所产生的光尽可能多地与从其中出来的光相同，因为不出来的部分是浪费的能源。借助于本发明，例如，使用便宜的方法可以改进包括提取结构的所得到的紫外灯的效率。本发明适用于不同的几何形状，并且已经在平面石英基板上进行了评估。

多个纳米结构，如上所述，设置在基板的第一侧和第二侧中的至少一侧的顶表面上。因此，这些纳米结构通常在顶表面生长(或类似地形成)，这意味着不需要例如：执行蚀刻工艺以实现期望的效果。因此，顶表面优选不是非结构化的，而是平滑的。至少从单个纳米结构的角度来看，顶表面可因此被视为平面的(相应地，从“宏观”角度看，顶表面可仍然是例如弯曲的)。