CN106463552A - 具有降低的饱和淬火的量子点 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种照明设备（1），包括：（a）包含光接收面（110）的光转换器（100）；以及（b）被配置成生成在光接收面（110）处具有至少10W/cm2的光子通量的光源光（11）的固态光源（10），其中光转换器（100）被配置成将光源光（11）的至少部分转换成具有第一频率的光转换器光（101），其中光转换器（100）包括处于选自光子晶体结构（31）和等离子体结构（32）的光学结构（30）中的半导体量子点（20），其中光学结构（30）被配置成增加光转换器（100）中的与第一频率谐振的光子态密度以用于降低饱和淬火，并且其中量子点（20）具有至少80%的量子效率。

Description

具有降低的饱和淬火的量子点
技术领域
本发明涉及一种包括光转换器的照明设备，其中该光转换器包括半导体量子点。本发明进一步涉及这样的光转换器。
背景技术
用于照明的量子点的应用在本领域是已知的。例如，US2008315177描述了用于使用光子晶体发射基本白色光的设备和方法。该光子晶体具有气孔的晶格并且由包含量子点的衬底制成。该衬底蚀刻有三个缺陷，这三个缺陷光学耦合在一起以使得每一个缺陷仅发射一定频率的光。通过组合，这些缺陷可以产生基本白色光。光子晶体的参数被确定尺度以便促使缺陷之间的耦合产生基本白色光。
US2007/025673描述了在光子晶体中使用量子点发射器的光发射。该文献描述了用于使用光子晶体发射基本白色光的设备及其制造方法。该光子晶体具有气孔的晶格并且由包含量子点的衬底制成。该衬底蚀刻有三个缺陷，这三个缺陷光学耦合在一起以使得每一个缺陷仅发射一定频率的光。在组合中，这些缺陷可以产生基本白色光。光子晶体的参数被确定尺度以便促使缺陷之间的耦合产生基本白色光。
US2010/021104描述了一种光学波导系统。它进一步描述了使得提供一种具有能够选择波长的耦合机制并且具有最高的可能的转换效率的光学波导系统成为可能，并且该系统能够在光传播方向上提供指向性。一种光学波导系统包括三维光子结晶结构，其包括晶体柱并且在其内部具有中空结构；光学波导，其中多个金属纳米颗粒分散在电介质材料中，该光学波导具有插入在三维光子结晶结构的晶体柱之间的端部并且包含邻近金属纳米颗粒定位并且在接收激发光时发射近场光的半导体量子点，该金属纳米颗粒在接收近场光时激发表面等离子体；以及激发光源，其发射用于激发半导体量子点的激发光。
Ibrahim Murat Soganci等人（IEEE, Lasers and Electro-Optics Society,2007, p. 533-534）描述了一种紧密包封在Ag纳米岛附近的CdSe/ZnS纳米晶体的局域性等离子体工程化自发发射。
P.P. Pompa等人（Nature Nanotechnology, vol. 1, no. 2, 2006年11月, p.126-130）描述了一种具有纳米级控制的胶状纳米晶体的金属增强荧光。
Jung-Hoon Song等人 （Nano Letters, vol. 5, no.8, 2005年8月, p. 1557-1561）描述了通过到空间受控的表面等离子体的谐振耦合诱发的来自CdSe/ZnS量子点的荧光效率的极大增强。
US2005/285128描述了一种表面等离子体光发射器结构和制造方法。该文献描述了一种用于制造发光半导体设备的方法（以及结果得到的结构）。该方法包括提供包括表面区域的衬底以及形成覆盖在衬底的表面区域之上的金属层。在一个特定实施例中，该金属层和表面区域的特征在于金属层与衬底之间的空间间隔，以引起在衬底中生成的电子空穴对之间的耦合以及在金属层与表面区域之间的分界面区域处的表面等离子体模式。此外，该分界面区域具有表面区域与金属层之间的纹理化特征。纹理化特征引起电磁辐射通过根据一个特定实施例的等离子体模式或类似机制的发射。
US2010/0051870描述了一种半导体纳米晶体和包括该半导体纳米晶体的合成物和设备。该文献进一步描述了一种能够以提高的光致发光量子效率发射光的半导体纳米晶体。US2010/0051870进一步涉及包括能够以提高的光致发光量子效率发射光的半导体纳米晶体的合成物和设备。公开了一种半导体纳米晶体，其中该半导体纳米晶体能够在激发时以大于大约50%的光致发光量子效率发射光并且包括具有小于20nm的FWHM的最大峰值发射。US2010/0051870还描述了一种设备、半导体纳米晶体的群组、以及包括半导体纳米晶体的合成物，其中该半导体纳米晶体能够在激发时以大于大约50%的光致发光量子效率发射光并且包括具有小于20nm的FWHM的最大峰值发射。一种能够在激发时以大于大约90%的光致发光量子效率发射光的半导体纳米晶体。
发明内容
量子点（qdot或QD或QD纳米晶体）当前正作为在固态照明（SSL）应用（LED）中的磷光体而被研究。它们具有若干优点，比如可调谐发射和窄发射带，其可以帮助显著提高基于LED的灯的功效，尤其是在高CRI处。窄发射带（25-30nm）和高QE（在100°C下>90%）使得它们尤其在红色中（大约610nm）成为优秀的磷光体，其中可替换的无机和有机磷光体示出宽得多的发射带。对于一般照明应用，在QD可以用作LED中的红色磷光体的情况下，预期在功效方面高达20%的总体提高。对于背光应用，功效方面的增益甚至可以更多，因为绿色和红色QD的窄带发射可以与LCD的带通滤波器匹配。总而言之，在今后的若干年中QD被设想成为用于LED应用的重要的绿色和/或红色磷光体。
量子点是半导体纳米颗粒并且通过改变纳米颗粒的尺寸展现出可调谐的荧光。这是带隙增大的结果，以用于由于量子限制效应的缘故减小颗粒尺寸。QD中的荧光经由通过例如蓝色或UV光子对电子空穴对的激发而发生。束缚的电子空穴对也被称为激子。在激发之后，电子和空穴典型地通过与晶格的相互作用（声子耦合）热放松（或“冷却”）到带边缘状态。激子可以随后辐射地复合，其中它发射具有近似等价于该QD的带隙的能量的光子。可替换地，激子可以非辐射地复合，例如因为电子或空穴被捕获（并且通过非辐射路径复合），或者因为能量被转移到附近的另一振荡偶极子（例如另一QD、金属等）。QD的总体量子效率（QE）因此可以被限定为:
QE = Г rad /（Г rad + Г nonrad ）（等式 1）
其中Гrad为辐射衰减率，且Гnonrad为非辐射衰减率。在非辐射衰减率比辐射衰减率快得多的情况下，QE将是低的。换言之，如果QD展现出非常高的QE，例如90%，这意味着非辐射衰减率比辐射衰减率慢到是其~1/10（即全体中的所有QD是相同的情况下；另一可能性是十分之一的QD是“死的”，因为它具有非常快的非辐射衰减路径）。
当QD被以高强度激发时，有可能的是创建每一QD超过一个激子。QD的辐射率典型地为20ns，并且如果在第一次激发后的20ns内发生第二次激发，QD可以具有两个激子。最近的文献显示俄歇过程（Auger process）很可能在两个激子的情况下或者在激子和单个电子或空穴（“带电激子（trion）”）的情况下发生。俄歇过程在此情况下意指第一激子通过将其能量转移至第二激子（或电子或空穴）非辐射地复合。这促使（第二激子的）空穴或电子的激发在带中更高，其在这里将被称为“热电子”或“热空穴”。热电子或空穴随后再次热放松到带边缘状态，导致净余的1个激子。该剩余激子可以通过发射光子辐射地复合。总体而言，QE因而已经降低到QD的初始QE的50%，因为两个光子被用于激发两个激子，但是毕竟导致1个发射光子。俄歇过程具有与辐射复合竞争的一定速率（ГAuger）。换言之，俄歇过程是非辐射衰减途径的一个示例，其可以在它快速的情况下降低QE。遗憾的是，与辐射衰减时间（20ns）相比，QD中的俄歇过程是非常快的（数百皮秒直至1-2ns寿命）。因此，双倍激子将最有可能具有降低50%的QE。
除了上文所述的过程之外，还存在可以在双激子的情况下发生的所谓俄歇离子化过程。热电子或热空穴可以展现出如此大的能量（在带边缘之上2eV）以致于它可以“被喷射”到QD之外（或到表面）。结果是带电的QD，并且一般认为带电的QD对QD的所谓闪烁行为负责；一旦带电的QD被激发，结果得到的“带电激子”还将经历导致再次导致带电的QD的俄歇复合。因而，带电QD不发射光，并且处于所谓“关断状态”中。一旦QD再次变成中性的（文献没有描述如何变成中性），QD处于“接通状态”中。“接通”与“关断”状态之间的切换一般地在单QD光谱学中被观察到，并且被称为闪烁。总之，俄歇离子化可以是对闪烁发生（即对QD变得带电）负责的机制。闪烁在毫秒（ms）时间量度上发生并且有效降低了QE。
除了闪烁之外，这里提出了俄歇离子化过程还可以对QD退化负责。喷射的空穴或电子可能易于进一步与QD周围的材料反应，使得中和成为不可能（即永久关断状态）。可替换地，喷射的电子或空穴可以诱发另外的退化机制。
双激子的形成不是期望的，因为它可能引起导致降低的QE的俄歇复合，它可能引起导致有效降低QE的闪烁的俄歇离子化，并且它可能引起可能成为QD退化的原因的俄歇离子化。
本发明的一个重要方面是，QD的饱和发生在与LED应用相关的蓝色强度处。下文给出简短的计算，其中下述内容被给出：
- 吸收截面（σ）是关于QD吸光有多好的量度并且以cm2为单位给出。QD的σ取决于其（核/壳）结构和尺寸。在文献中，描述了用于具有大约600nm的发射的CdSe/CdS核/壳QD的4E-15cm2的σ。然而，这些QD在尺寸方面为4.8nm，其中核-壳QD典型地为7.5nm（或更大，直至20nm）。假定CdS具有与CDSe近似相同的σ，并且对尺寸进行修正，据计算，7.5nm直径的典型核/壳QD具有~1.5E-14cm2的σ。
- QD的辐射衰减时间τ典型地为20ns（辐射衰减时间τ是上文提及的辐射率Г rad 的倒数）。
- 光子通量F（cm-2s-1）是每秒通过一定面积的光子的量。在450nm的波长（4.4E-19J的光子能量）以及10W/cm2的蓝色通量密度的情况下，光子通量F=2.3E19光子/s/cm2
- 激发态的片段（U）被定义为：
U = F* τ* σ （等式2）
并且它是关于单个QD在一定的通量密度下处于激发态中的时间片段的量度，但是也可以被看作在给定的时刻处于激发态中的全体的QD的片段（并且为无单位数字）。
使用上述等式2，对于具有σ~1.5E-14cm2且τ=20ns的QD，在10W/cm2的通量密度下QD处于激发态中的时间片段可以被计算为~0.007。这意味着在该通量密度下QD在其时间的大致1%内处于激发态中（或者QD的几乎1%在给定的时刻处于激发态中）。从等式2清楚的是，在激发态的片段与通量密度之间存在线性关系。
可以看到，在100W/cm2的情况下,QD的7%处于激发态中（或者QD在其时间的7%内处于其激发态中）。要注意的一个重要事实是，在450nm处QD的吸收截面不改变，如果它处于激发态中的话。因而，在100W/cm2的情况下，QD在其吸收光子的同时处于激发态中的机会为7%（导致双激子）。紧随俄歇过程之后，该双激子导致仅1个发射光子。因而，对该示例而言，QE降低7%。在更高通量密度下QE的这种降低被称为饱和淬火。
要强调的是，对于所谓巨大QD，QD的吸收截面变得更大，为了更好的稳定性这是优选的。然而，截面的增大意味着饱和淬火在甚至更低的通量下开始。例如，巨大QD可以大到15nm，而非7.5nm。这意味着吸收截面的8倍增大（吸收截面随QD体积线性缩放）。如果截面增大8倍，则QE在10W/cm2下被淬火~6%（对比0.7%）并且在100W/cm2下被淬火60%（对比针对7.5nm QD的7%）。
如早先提及的，俄歇过程不仅导致淬火，而且可以对QD的退化负责。甚至在相对低水平的0.01（1%）的U的情况下，这可以显著影响QD稳定性。
在UV-LED将被使用的情况下，饱和的问题变得甚至更大，因为QD的吸收截面在从例如450nm走向365nm时迅速增大（可以为5-10倍大）。
QD的饱和（即双激子）可以通过一些务实的方法（比如使用中等功率的LED）规避，从而首先将蓝色光转换成黄色（用于黄色的QD的截面为~2-5倍小）,或者将QD置于附近或远程配置中，在该配置中蓝色通量“被展开”。可替换地，QD的壳成分被制成使得它吸收较少的光。然而，由于这将降低单个QD被激发的可能性，将需要更多数量的QD来实现相同量的转换，并且典型地为了良好的稳定性将需要厚壳。因此，要求针对该问题的更系统的解决方案以实现针对高功率LED应用、超高亮度源或者甚至激光器的QD的使用。
因而，本发明的一个方面是提供一种可替换的基于量子点的系统，其可以以高量子效率用于量子点，其优选地进一步至少部分地消除上述缺陷中的一个或多个，尤其其中效率（功效）损失显著降低。特别地，本发明的一个方面是提供一种可替换的基于量子点的光转换器和/或一种可替换的包括这样的光转换器的照明设备。
这里提出了通过经由（在量子点处）局部地增大光子态密度（PDOS）而减少QD的辐射衰减时间（τ）来规避双激子的形成。根据费米黄金定律，辐射衰减率线性相关于PDOS：
T i → f = 2π/h * M 2 *ρ （等式3）
其中T i → f 是跃迁概率（与τ有关），h是普朗克常数，M是应对光跃迁（激发态与基态之间的相互作用）的矩阵元，且ρ是终态的密度（即PDOS）。
在真空中，PDOS是波长的函数并且自然（by nature）给出。然而，存在通过近年来的材料发展实现的局部增大光学态密度的手段。这可以通过光子晶体和/或（周期性的）等离子体结构实现。
在光子晶体的情况下，PDOS可以例如通过高和低折射率材料的周期性结构来改变。为了影响可见光的PDOS，该结构的周期性应当在（可见）光的波长范围内，即350-750nm。光子晶体可以例如通过在被空气矩阵或低折射率材料（例如硅树脂）围绕的规则的周期性结构中放置透明的高折射率颗粒（比如TiOx、ZrO2、Al2O3等，其中TiOx中的x为例如（大约）2）来制成，但是其他选项也是可能的，比如气孔的晶格，并且由如本领域描述的包含量子点的衬底制成。该规则结构例如通过在六边形包封中颗粒的自组装来实现。可替换地，这样的周期性结构可以通过纳米压印技术制成。
在等离子体结构的情况下，存在电场的强烈的局部增强。示例是铝、银或金纳米颗粒，作为用于创建等离子体结构的元素的示例，其显示出与可见范围内光的电场的强烈谐振。该谐振引起用于一定频率（波长）范围的局部电场的强烈增强，这实际上是局部PDOS的增大。增强因子是数量级。这意味着辐射衰减率可以增强若干数量级，并且因而双激子的形成被规避或者至少强烈减少。等离子体材料也可以被结构化以在一定方向上引导局部场增强，如本领域所提及。等离子体结构可以是规则的或不规则的。在后者中，可能存在具有规则的布置元素以创建期望频率的域，但是这些域相互不同地取向。在本文中，例如在光子光学结构的情况下的透明的高折射率颗粒或者例如在等离子体光学结构的情况下的金属元素在本文中也被指示为元素。这些元素可以构成光子光学结构或等离子体光学结构。
作为减少双激子形成的一种可替换方式，可以使用光子晶体局部地减小蓝色通量。如果光子晶体被构建成使得它具有例如大约450nm的光学带隙，那么那些模式将在光子晶体内被“禁止”。换言之，与蓝色（或UV）LED源谐振的频率的局部PDOS被减小，这将导致减小的蓝色通量。在此情况下，实际上需要更多的QD以便仍然得到蓝色到黄色/红色光的足够转换。
如针对QD所观察到的饱和淬火对QD而言是相当独特的并且不会发生于染料或稀土磷光体，其在饱和时一般地示出自感应透明（一旦在激发态中在激发波长处强烈减少的吸收）。
因而，在第一方面中，本发明提供了一种照明设备（“设备”），包括：
a）光转换器（或“波长转换器”），其包括光接收面；
b）固态光源，其被配置成生成特别地在光接收面处具有至少10W/cm2、如至少20W/cm2、甚至更特别地至少50W/cm2的光子通量的光源光，其中光转换器被配置成将光源光的至少部分转换成具有第一频率的光转换器光，其中光转换器包括处于特别地选自光子晶体结构和等离子体结构的光学结构中的半导体量子点（“量子点”），并且其中量子点特别地具有至少80%（比如至少85%）、甚至更特别地至少90%（如至少95%）的量子效率。
特别地，该光学结构被配置成增加光转换器中的且与第一频率谐振的光子态密度（PDOS）。特别地，该光学结构被配置成局部地增加量子点附近的且与第一频率谐振的光子态密度（PDOS），以用于降低饱和淬火。短语“其中该光学结构被配置成增加光转换器中的且与第一频率谐振的光子态密度”特别地指示该光学结构增加状态的PDOS，特别是在量子点处（局部地）增加PDOS。具有这些状态的该光学结构具有与量子点的发射光的频率谐振的特定频率。
因而，本文中使用了光子材料和等离子体材料增强QD的辐射衰减率以防止饱和淬火的能力。令人惊奇地，看起来，利用这样的光学结构可以维持量子点的效率并且照明设备的功效可以是高的。而在现有技术的系统中，高效率的量子点可以显示出明显降低的效率，在当前的光学结构中效率可以保持高，甚至在大量光照条件下，比如至少10W/cm2（如至少20W/cm2）、甚至更特别地至少50W/cm2。因而，鉴于具有量子点的现有技术的系统在高强度光照（例如类似于常规的一般照明应用）下效率是低的，在本发明的情况下效率（或功效）可以非常高。进一步地，随着光转换器上的光源光的功率在大的强度范围之上、比如在20-400W/cm2的范围中增加，不同于基于光转换器的加热预期，可能在功效方面没有明显减小。
在另外一个方面中，本发明还提供了光转换器本身，即包括被配置成从光源接收光源光的光接收面的光转换器，其中该光转换器被配置成将光源光的至少部分转换成具有第一频率的光转换器光，其中该光转换器包括处于选自光子晶体结构和等离子体结构的光学结构中的半导体量子点。特别地，该光学结构被配置成增加光转换器中的且与第一频率谐振的光子态密度（PDOS）。特别地，该光学结构被配置成局部地增加量子点处的且与第一频率谐振的光子态密度（PDOS），以用于降低饱和淬火。进一步地，特别地量子点具有至少80%（比如至少85%）、甚至更特别地至少90%（如至少95%）的量子效率。
因此，本发明还提供了包括处于选自光子晶体结构和等离子体结构的光学结构中的半导体量子点的光转换器的使用，其中该光学结构被配置成增加量子点附近的且与第一频率谐振的光子态密度以用于降低饱和淬火，并且其中量子点具有至少80%（比如至少85%）、甚至更特别地至少90%（比如至少95%）的量子效率，以便防止量子点的饱和淬火。
光转换器包括光学结构。术语“光学结构”还可以涉及多个相同的或多个不同的光学结构。光转换器可以特别地包括光子晶体结构和等离子体结构中的一个或多个。因而，这些（两个）结构的组合也可以应用在光转换器内的单个组合结构中和/或分离的结构（或域）中。
光子晶体或结构是周期性光学纳米结构，其以与离子晶格影响固体中的电子的方式几乎相同的方式影响光子的运动。等离子体结构可以生成表面等离子体，其从光与金属-电介质材料的相互作用中产生。在特定条件下，入射光与表面等离子体耦合以创建自持的、传播的电磁波，其被称为表面等离子体激元（SPP）。两种结构被认为是超材料。两种材料可以与特定频率（或波长）处的光相互作用，在该频率处这些材料可以被调谐。本领域技术人员知晓如何制作这些材料。因而，那些超材料可以在光学结构中所包括的量子点的发射频率处被调谐并且可以局部地增加PDOS。
光转换器光至少由在被光源光激发时提供发光的（多个）量子点生成。下文中可以找到关于量子点和光源的另外的信息。因而，光转换器光至少包括由（多个）量子点生成的光。然而，光转换器还可以包括不同于（光学结构所包括的）量子点的一种或多种发光材料。因而，光转换器光还可以包括来自除光学结构所包括的量子点之外的其他发光材料的发光。
光学结构的（频率或波长）特别地被设计成与（光转换器光的）第一频率的频率（或波长）谐振。一般地，光转换器光的该第一频率将不等于光源光的频率。特别地，该频率将更低（即该波长将更长）（降频转换原理）。
光转换器可以基本上由光学结构构成，但是可选地也可以包括其他特征，比如发光材料层、光学透镜、滤光器等中的一个或多个。进一步地，光转换器可以包括单个规则的光学结构或多个规则的光学结构。该多个光学结构可以是大体相同的，即特别地与第一频率谐振。
然而，光转换器也可以包括与多个（不同的）第一频率谐振的多个（不同的）光学结构。以此方式，量子点的发射的带宽内的不同发射频率/波长可以变成与光学结构的频率/多个频率谐振。可替换地或此外，（多个）量子点可以提供不同的颜色，比如蓝色、绿色、黄色、橙色和红色中两种或更多种。波长转换器还可以被配置有与提供可见光谱内的不同波长处的发射的不同量子点的不同频率谐振的光学结构。该波长转换器因而可以包括单个光学结构或多个光学结构。该多个光学结构可以是以不同的周期性在一个（扩展的）光学结构内可得到的，但是可替换地或此外也可以在不同的域、或者甚至光转换器内的不同颗粒内提供。因而，在一个实施例中，光转换器包括被配置成将光源光的至少部分转换成具有第一频率的分布的光转换器光的多个（相互）不同的半导体量子点。
在一个特定实施例中，光转换器可以包括处于光学结构中的多个量子点，其中该光学结构包括等离子体结构，并且其中该等离子体结构是不规则的等离子体结构。不规则的等离子体结构的优点在于，光转换器光可以在不同的方向上逃逸。然而，可替换地或此外，光学结构还可以包括规则的等离子体结构。
可替换地或此外，光转换器可以包括包含多个量子点的多晶光子晶体。如上文所指示，波长转换器可以因而包括单个光学结构，其可以在光子晶体的情况下是或包括单晶光子晶体。然而，光转换器因而还可以包括多晶光子晶体结构。这可以像一种具有不同取向的结晶域的（不规则的）系统，但是它还可以包括嵌入在光转换器中的结晶光子颗粒。
因而，在一个实施例中，光转换器包括多个光学结构域，其中该光学结构域被配置成增加在一个或多个量子点处且与所述一个或多个量子点的第一频率谐振的光子态密度。这些域可以形成或可以不形成超级结构。然而，相邻域可以具有不同的取向和/或不同的光学频率（将会与QD发射频率谐振）。该不同域在一个实施例中可以照此生长或生成。然而，在另一实施例中，包括规则的光学结构的材料可以被处理成颗粒。这样的颗粒可以例如被嵌入在晶核（host）材料中。以这样的方式，光转换器可以被提供有某种多晶光学结构。
特别地对于等离子体结构，可能合意的是具有处于距构成等离子体结构的等离子体元素非零距离处的量子点核。特别地，该核与诸如金属（等离子体）元素之类的等离子体元素之间的最短距离可以为至少5nm，比如至少10nm。这可以例如通过核上的涂层来实现，比如在核-壳量子点的情况下。裸核（即裸量子点）也可以被应用，但是因而特别地被布置在等离子体元素的至少5nm的最短距离处。这样的涂层或壳可以例如是二氧化硅涂层或壳，尽管量子点也可以是诸如二氧化硅结构之类的更大结构的部分。通过这些方式，量子点核与等离子体元素之间的距离可以容易地调谐。由此，该核与光学结构的元素之间的最佳距离也可以调谐。进一步看来，量子点上的一些涂层可以提供另外的有利效果，特别是在稳定性和效率方面。因而，在一个实施例中，量子点包括二氧化硅涂层。除了二氧化硅之外的其他涂层，如氧化铝、二氧化钛或两个或更多涂层的组合，也可以是可能的。要注意的是，本文所描述的量子点也可以包括核-壳量子点或QD棒（其也可以是核-壳类型）（也参见下文）。这样涂覆的量子点可以包括在光学结构中。可替换地，该涂层可以形成光学结构的部分。例如，可以在（多个）量子点周围生长光学结构并且由此提供该光学结构并且隐含地提供涂层。因而，在另外的一个实施例中，光学结构包括二氧化硅结构。
在一个特定实施例中，量子点具有到光学结构所包括金属结构的至少5nm、特别地至少10nm、甚至更特别地至少15nm的最短距离。特别地，在等离子体结构的情况下，可以使用金属元素。因而，在这样的光转换器中，特别地量子点被布置在至少5nm、特别地至少10nm、甚至更特别地至少15nm的距离处。这看起来（进一步）增强了效率。太低的距离可以提供非辐射衰减路径。特别地，本文指示的距离是指最短距离，甚至更特别地是指数值平均的最短距离。进一步地，如上文所指示，该距离特别地为QD核与（金属）等离子体元素之间的最短距离。也如上文所指示，为了获得这样的最小距离，可以应用例如涂层（如壳）或围绕裸QD的结构。可替换地或此外，可以应用巨大量子点。
因而，在一个实施例中，光学结构可以包括光子晶体结构和等离子体光学结构中的一个或多个，其中诸如等离子体结构之类的所述光学结构包括包含所述量子点的二氧化硅结构。这也可以包括包含光子结构元素（如空穴等）和/或等离子体元素的二氧化硅结构，比如可以提供等离子体结构的金属结构。特别地，所述量子点（更精确地，量子点核）（在这样的结构中）具有到金属结构（或其他等离子体结构）和/或光学结构（30）所包括的光子晶体结构元素的至少5nm的最短距离。
在一个特定实施例中，（多个）量子点具有至少90%、甚至更特别地至少95%的量子效率。即使那样，利用目前提供的解决方案，光转换器和/或照明设备的效率（或功效）可以是非常高的。（多个）量子点在光转换器中可以具有4ns或更少、比如2ns或更少、或甚至1ns或更少的辐射衰减时间。因而，在光转换器之外或者更特别地在光学结构之外，发射的辐射衰减可以在至少10ns的范围中，比如至少15ns、如至少20ns，比如至少在15-50ns的范围中，比如20-40ns。然而，在本文所述的光学结构内，辐射寿命可以显着减少，比如在原始辐射衰减时间的1/5或更少、或甚至1/10或更少的范围中。据我们所知，不存在通过这些光子或等离子体结构降低QD饱和的已知示例。
本发明实现了在高通量密度下高效的（QD转换的）LED光源，例如LED灯、聚光灯、室外照明、汽车照明和/激光应用。
术语“量子点”或“发光量子点”也可以指不同类型的量子点（即具有不同光谱特性的量子点）的组合。QD在本文中也被指示为“波长转换器纳米颗粒”。术语“量子点”特别地是指（在利用诸如UV辐射之类的适当辐射激发时）在UV、可见或IR的一个或多个中发光的量子点。
在本文中被指示为波长转换器纳米颗粒的量子点或发光纳米颗粒可以例如包括选自由（核-壳量子点，其中核选自由下述构成的组）CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe和HgZnSTe构成组中的II-VI族化合物半导体量子点。在另一个实施例中，发光纳米颗粒可以例如是选自由（核-壳量子点，其中核选自由下述构成的组）GaN、GaP、GaAs、AlN、AlP、AlAs、InN、InP、InGaP、InAs、GaNP、GaNAs、GaPAs、AlNP、AlNAs、AlPAs、InNP、InNAs、InPAs、GaAlNP、GaAlNAs、GaAlPAs、GaInNP、GaInNAs、GaInPAs、InAlNP、InAlNAs和InAlPAs构成组中的III-V族化合物半导体量子点。在又一个另外实施例中，发光纳米颗粒可以例如是选自由（核-壳量子点，其中核选自由下述构成的组）CuInS2、CuInSe2、CuGaS2、CuGaSe2、AgInS2、AgInSe2、AgGaS2和AgGaSe2构成组中的I-III-VI2黄铜矿型半导体量子点。在另外的又一实施例中，发光纳米颗粒可以例如是（核-壳量子点，其中核选自由下述构成的组）I-V-VI2半导体量子点，比如选自由（核-壳量子点，其中核选自由下述构成的组）LiAsSe2、NaAsSe2和KAsSe2构成的组。在另外的又一实施例中，发光纳米颗粒可以例如是（核-壳量子点，其中核选自由下述构成的组）IV-VI族化合物半导体纳米晶体，比如SbTe。在一个特定实施例中，发光纳米颗粒选自由（核-壳量子点，其中核选自由下述构成的组） InP、CuInS2、CuInSe2、CdTe、CdSe、CdSeTe、AgInS2和AgInSe2构成的组。在另外的又一实施例中，发光纳米颗粒可以例如是选自上文所述的具有内部掺杂物的材料（比如ZnSe:Mn、ZnS:Mn）的（核-壳量子点的，其中核选自由下述构成的组）II-VI、III-V、I-III-V和IV-VI族化合物半导体纳米晶体之一。掺杂元素可以选自Mn、Ag、Zn、Eu、S、P、Cu、Ce、Tb、Au、Pb、Tb、Sb、Sn和Tl。在本文中，基于发光纳米颗粒的发光材料也可以包括不同类型的QD，比如CdSe和ZnSe:Mn。
看起来特别有利的是使用II-VI量子点。因而，在一个实施例中，基于半导体的量子点包括II-VI量子点，其特别地选自由（核-壳量子点，其中核选自由下述构成的组）CdS、CdSe、CdTe、ZnS、ZnSe、ZnTe、HgS、HgSe、HgTe、CdSeS、CdSeTe、CdSTe、ZnSeS、ZnSeTe、ZnSTe、HgSeS、HgSeTe、HgSTe、CdZnS、CdZnSe、CdZnTe、CdHgS、CdHgSe、CdHgTe、HgZnS、HgZnSe、HgZnTe、CdZnSeS、CdZnSeTe、CdZnSTe、CdHgSeS、CdHgSeTe、CdHgSTe、HgZnSeS、HgZnSeTe和HgZnSTe构成的组，甚至更特别地选自由CdS、CdSe、CdSe/CdS和CdSe/CdS/ZnS构成的组。
发光纳米颗粒（没有涂层）可以具有处于大约2-50nm、比如2-20nm、特别地2-10nm、甚至更特别地2-5nm的范围中的尺度；特别地，纳米颗粒的至少90%分别具有处于所指示的范围中的尺度（即例如纳米颗粒的至少90%具有处于2-50nm的范围中的尺度，或者特别地纳米颗粒的至少90%具有处于2-5nm的范围中的尺度）。术语“尺度”特别地是指长度、宽度和直径中的一个或多个，这取决于纳米颗粒的形状。
在一个实施例中，波长转换器纳米颗粒具有在从大约1纳米（nm）至大约1000纳米的范围中的平均颗粒尺寸，并且优选地在从大约1nm至大约100nm的范围中。在一个实施例中，纳米颗粒具有在从大约1nm至大约20nm的范围中的平均颗粒尺寸。在一个实施例中，纳米颗粒具有在从大约1nm至大约10nm的范围中的平均颗粒尺寸。
典型的点由二元合金制成，比如硒化镉、硫化镉、砷化铟和磷化铟。然而，点也可以由三元合金制成，比如硫硒化镉。这些量子点可以在量子点体积内包含少至100至100000个原子，量子点体积具有10至50个原子的直径。这对应于大约2至10纳米。例如，可以提供具有大约3nm直径的诸如CdSe、InP或CuInSe2之类的球形颗粒。发光纳米颗粒（没有涂层）可以具有球形、立方体、棒、线、盘、多脚（multi-pods）等形状，其在一个尺度中具有小于10nm的尺寸。例如，可以提供具有20nm的长度和4nm的直径的CdSe纳米棒。因而，在一个实施例中，基于半导体的发光量子点包括核-壳量子点。在另外又一实施例中，基于半导体的发光量子点包括棒中点纳米颗粒。也可以应用不同类型的颗粒的组合。这里，术语“不同类型”可以涉及不同的几何结构以及涉及不同类型的半导体发光材料。因而，（上文所指示的）量子点或发光纳米颗粒中的两种或更多种的组合也可以被应用。
一种制造半导体纳米晶体的方法的（比如WO2011/031871导出的）一个示例是胶体生长过程。胶体生长通过将M供体和X供体注射到热协调溶剂中而发生。用于制备单分散半导体纳米晶体的优选方法的一个示例包括注射到热的、协调溶剂中的诸如二甲基镉之类的有机金属试剂的热解。这允许离散成核并且导致半导体纳米晶体的宏观量的受控生长。该注射产生可以以受控方式生长以形成半导体纳米晶体的核心（nucleus）。反应混合物可以被柔和地加热以生长和退火半导体纳米晶体。样本中的半导体纳米晶体的平均尺寸和尺寸分布取决于生长温度。维持稳定生长所必需的生长温度随着平均晶体尺寸的增加而增加。半导体纳米晶体是半导体纳米晶体群组中的成员。作为离散成核和受控生长的结果，可以被获得的该半导体纳米晶体群组具有直径的窄尺寸分布。直径的小尺寸分布也可以被称为尺寸。优选地，单分散群组颗粒包括颗粒群组，其中该群组中的颗粒的至少大约60%落在指定的颗粒尺寸范围内。
在一个实施例中，纳米颗粒可以包括半导体纳米晶体，该半导体纳米晶体包括包含第一半导体材料的核和包含第二半导体材料的壳，其中该壳设置在核的表面的至少部分之上。包括核和壳的半导体纳米晶体也被称为“核/壳”半导体纳米晶体。上文所指示的任何材料可以特别地被用作核。因此，短语“核-壳量子点，其中核选自由......构成的组”被应用在一些上述量子点材料列表中。术语“核-壳”也可以指“核-壳-壳”等，其包括梯度合金壳或棒中点等。
例如，半导体纳米晶体可以包括具有分子式MX的核，其中M可以是镉、锌、镁、汞、铝、镓、铟、铊或其混合物，并且X可以是氧、硫、硒、碲、氮、磷、砷、锑或其混合物。适合用作半导体纳米晶体核的材料的示例包括但不限于，ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgS、MgSe、GaAs、GaN、GaP、GaSe、GaSb、HgO、HgS、HgSe、HgTe、InAs、InN、InP、InGaP、InSb、AlAs、AIN、AlP、AlSb、TIN、TIP、TlAs、TlSb、PbO、PbS、PbSe、PbTe、Ge、Si、包括前述中任一项的合金和/或包括前述中任一项的混合物，包括三元或四元混合物或合金。
壳可以是具有与核的成分相同或不同的成分的半导体材料。壳包括核半导体纳米晶体的表面上的半导体材料的外涂层，其可以包括IV族元素、II-VI族化合物、II-V族化合物、III-VI族化合物、III-V族化合物、IV-VI族化合物、I-III-VI族化合物、II-IV-VI族化合物、II-IV-V族化合物、包括前述中任一项的合金和/或包括前述中任一项的混合物，包括三元或四元混合物或合金。示例包括但不限于，ZnO、ZnS、ZnSe、ZnTe、CdO、CdS、CdSe、CdTe、MgS、MgSe、GaAs、GaN、GaP、GaSe、GaSb、HgO、HgS、HgSe、HgTe、InAs、InN、InP、InGaP、InSb、AlAs、AIN、AlP、AlSb、TIN、TIP、TlAs、TlSb、PbO、PbS、PbSe、PbTe、Ge、Si、包括前述中任一项的合金和/或包括前述中任一项的混合物。例如，ZnS、ZnSe或CdS外涂层可以生长在CdSe或CdTe半导体纳米晶体上。例如在美国专利6,322,901中描述了一种外涂层过程。通过在外涂层和监控核的吸收光谱期间调节反应混合物的温度，可以获得具有高发射量子效率和窄尺寸分布的外涂覆材料。外涂层可以包括一个或多个层。外涂层包括至少一种与核的成分相同或不同的半导体材料。优选地，外涂层具有从大约1个至大约10个单层的厚度。一种外涂层还可以具有大于10个单层的厚度。在一个实施例中，超过一个外涂层包括在核上。
在一个实施例中，周围的“壳”材料可以具有大于核材料的带隙的带隙。在某些其他实施例中，周围的壳材料可以具有小于核材料的带隙的带隙。
在一个实施例中，壳被选择以便具有接近“核”衬底的原子间距的原子间距。在某些其他实施例中，壳和核材料可以具有相同的晶体结构。
半导体纳米晶体（核）壳材料的示例包括而不限于：基于半导体的红色（例如（CdSe）ZnS（核）壳）、绿色（例如（CdZnSe）CdZnS（核）壳等）和蓝色（例如（CdS）CdZnS（核）壳）（也进一步参见上文例如特定波长转换器纳米颗粒）。
在一个实施例中，半导体纳米晶体优选地具有与其附接的配体，比如例如WO2011/031871中所述。在一个实施例中，配体可以来源于在生长过程期间使用的协调溶剂。在一个实施例中，表面可以通过重复暴露在过度的竞争的协调基团下以形成重迭层来修改。
例如，包裹的半导体纳米晶体的分散可以用诸如吡啶之类的协调有机化合物来处理，以便产生容易分散在吡啶、甲醇和芳烃中但在脂肪族溶剂中不再分散的微晶。这样的表面交换过程可以利用能够协调到半导体纳米晶体的外表面或与其结合的任何化合物实施，该化合物包括例如羧酸、膦类化合物、硫醇、胺和磷酸盐。半导体纳米晶体可以暴露于短链聚合物，其展现出对表面的亲和力并且其在具有对半导体纳米晶体悬浮或分散在其中的液体介质的亲和力的一部分中终止。这样的亲和力提高了悬浮的稳定性并且阻止半导体纳米晶体的絮凝。
更特别地，协调配体可以具有分子式：
（Y-）k-n-（X）-（-L）n
其中k为2、3、4或5且n为1、2、3、4或5，使得k-n不小于零；X为O、OS、O-Se、O-N、O-P、O-As、S、S=O、SO2、Se、Se=O、N、N=O、P，P=O，C=O As、或As=O；Y和L中的每一个独立地为H、OH、芳基、杂芳基、或者直或分支C2-18烃链，其可选地包含至少一个双键、至少一个三键或至少一个双键和一个三键。烃链可以可选地用一个或多个C1-4烷基、C2-4烯基、C2-4炔基、C1-4烷氧基、羟基、卤素（halo）、氨基、硝基、氰基、C3-5环烷基、3-5元杂环烷基、芳基、杂芳基、Cl-4烷基碳氧基、Cl-4烷基氧碳基、Cl-4烷基碳基或甲酰代替。该烃链也可以可选地被-O-、-S-、-N（Ra）-、-N（Ra）-C（O）-O-、-O-C（O）-N（Ra）-、-N（Ra）-C（O）-N（Rb）-、-O-C（O）-O-、-P（Ra）-或-P（O）（Ra）-中断。Ra和Rb中的每一个独立地为氢、烷基、烯基、炔基、烷氧基、烃烷基、羟基或卤代烷基。芳基基团是代替的或未被代替的环芳基基团。示例包括苯基、苄基、萘基、甲苯基、蒽基、硝基苯基或卤代苯基。杂芳基集团是在环中具有一个或多个杂原子的芳基基团，例如呋喃基、吡啶基、吡咯基、菲基。
另外的配体可以特别地是油酸、以及三辛基膦和三辛基氧化膦中的一个或者多个。因而，配体可以特别地从由酸、胺类、膦类化合物、膦氧化物和硫醇构成的组中选择。
一种适当的协调配体可以在市面上购买或者例如通过如J. March的AdvancedOrganic Chemistry中所述的普通的有机合成技术来制备。2003年8月15日提交的美国专利申请No. 10/641,292“Stabilized Semiconductor Nanocrystals”中描述了其他配体，该申请在2007年1月9日作为美国专利7,160,613被发布，其通过整体引用合并于此。配体的其他示例包括苄基膦酸，苄基膦酸包括苄基基团的环上的至少一个取代基团、这样的酸的共轭碱以及包括上述中一个或多个的混合物。在一个实施例中，配体包括4-羟基苄基膦酸、该酸的共轭碱或前述的混合物。在一个实施例中，配体包括3,5-二-三-丁基-4-羟基苄基膦酸、该酸的共轭碱或前述的混合物。在2008年9月12日提交的Breen等人的国际申请No.PCT/US2008/010651“Functionalized Nanoparticles And Method”和2009年7月28日提交的Breen等人的国际申请PCT/US2009/004345“Nanoparticle Including Multi-Functional Ligand and Method”中描述了可能在本发明中有用的配体的附加示例，上述文献中的每一个通过引用合并于此。
上述有机配体是QD可以例如在有机溶剂中以其开始的配体，并且该有机配体可以在交换过程中被交换到无机配体。
波长转换器或波长转换器元件（或更精确地波长转换器颗粒）辐射地耦合到光源（或，如上文所指示，多个光源）。术语“辐射地耦合”特别地意指光源和波长转换器彼此相关联，使得由光源发射的辐射的至少部分被波长转换器接收（并且至少部分地被转换成发光）。术语“发光”是指在被光源的光源光激发时波长转换器纳米颗粒发射的发射物。该发光在本文中也被指示为转换器光（其至少包括可见光，也参见下文）。
波长转换器一般地也将配置在光源的下游。术语“上游”和“下游”是指物品或特征相对于来自光生成构件（这里特别是光源）的光的传播的布置，其中相对于来自光生成构件的光束内的第一位置，该光束中的更靠近光生成构件的第二位置是“上游”，并且该光束内的更远离光生成构件的第三位置是“下游”。
该设备特别地被配置成生成设备光，其至少部分地包括转换器光，但是其也可以可选地包括（剩余的）光源光。例如，波长转换器可以被配置成仅部分地转换光源光。在这样的实例中，设备光可以包括转换器光和光源光。然而，在另一实施例中，波长转换器还可以配置成转换所有光源光。
因而，在一个特定实施例中，照明设备被配置成提供包括光源光和转换器光二者的照明设备光，例如前者是蓝色光且后者包括黄色光、或黄色和红色光、或绿色和红色光、或者绿色、黄色和红色光等等。在又一特定实施例中，照明设备被配置成仅提供仅包括转换器光的照明设备光。这可以例如仅在照射波长转换器的光源光作为转换的光离开波长转换器的下游侧时（特别是在透射模式中）发生（即所有透入波长转换器的光源光被波长转换器吸收）。
术语“波长转换器”（或“光转换器”）也可以涉及多个波长转换器。这些可以布置在彼此的下游，但是也可以彼此相邻布置（可选地还甚至作为直接相邻的波长转换器而物理接触）。在一个实施例中，该多个波长转换器可以包括两个或更多子集，这些子集具有不同的光学特性。例如，一个或多个子集可以被配置成生成具有第一光谱光分布的波长转换器光（如绿色光），并且一个或多个子集可以被配置成生成具有第二光谱光分布的波长转换器光（如红色光）。可以应用超过两个或更多个子集。当应用具有不同光学特性的不同子集时，例如白色光可以被提供和/或设备光（即转换器光和可选的剩余光源光（波长转换器的剩余下游））的颜色。特别地，当应用多个光源时（其中两个或更多子集可以单独控制，其可以与具有不同光学特性的两个或更多波长转换器子集辐射地耦合），设备光的颜色可以是可调谐的。制作白色光的其他选项也是可能的（也参见下文）。
照明设备可以是例如办公室照明系统、家庭应用系统、商店照明系统、家用照明系统、重点照明系统、聚光照明系统、剧场照明系统、光纤应用系统、投影系统、自点亮显示系统、像素化显示系统、分段显示系统、警报信号系统、医学照明应用系统、指示器标记系统、装饰照明系统、便携式系统、汽车应用、温室照明系统、园艺照明或LCD背光照明的一部分或者可以在其中应用。
如上文所指示，照明单元可以用作LCD显示设备中的背光照明单元。因而，本发明还提供了一种包括如本文所限定的、被配置为背光照明单元的照明单元的LCD显示设备。本发明在另外一方面中还提供了一种包括背光照明单元的液晶显示设备，其中该背光照明单元包括如本文所限定的一个或多个照明设备。
优选地，光源是在操作期间至少发射（光源光）处于选自200-490nm的范围的波长的光的光源，特别地是在操作期间至少发射处于选自400-490nm的范围、甚至特别地440-490nm的范围中的波长的光的光源。该光可以部分地由波长转换器纳米颗粒使用（也进一步参见下文）。因而，在一个特定实施例中，光源被配置成生成蓝色光。
在一个特定实施例中，光源包括固态LED光源（比如LED或激光二极管）。
术语“光源”也可以涉及多个光源，比如2-20个（固态）LED光源。因而，术语LED也可以指多个LED。
例如在“基本上所有光”或者“基本上包括”中的本文的措辞“基本上”应当为本领域技术人员所理解。措辞“基本上”也可以包括具有“整个”、“完全”、“全部”等的实施例。因此，在实施例中，也可以移除形容词基本上。在可适用的情况下，措辞“基本上”也可以涉及90%或者更高，例如95%或者更高，特别地99%或者更高，甚至更特别地99.5%或者更高，包括100%。措辞“包括”也包含其中措辞“包括”表示“由……组成”的实施例。措辞“和/或”涉及在“和/或”之前和之后提及的一个或多个项目。例如，短语“项目1和/或项目2”及类似短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。措辞“包括”在一个实施例中可以指“由……构成”，但是在另一个实施例中也可以指“至少包含所限定的物种以及可选地一个或多个其他物种”。
此外，说明书和权利要求书中的措辞第一、第二、第三等用于区分相似的元件并且不一定用于描述连续的或者按时间先后的顺序。应当理解的是，这样使用的措辞在适当的情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文所述或图示的其他顺序操作。
除了其他之外，本文的设备在操作期间描述。如本领域技术人员清楚的，本发明不限于操作方法或操作中的设备。
应当指出的是，上述实施例说明了而不是限制了本发明，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求书的范围的情况下应当能够设计出许多可替换的实施例。在权利要求书中，置于括号之间的任何附图标记都不应当被视为限制了权利要求。动词“包括”及其变体的使用并没有排除存在权利要求中未陈述的元件或步骤。元件之前的冠词“一”并没有排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括若干不同元件的硬件以及借助于经过适当编程的计算机来实现。在列举了若干构件的设备权利要求中，这些构件中的若干个可以由同一硬件项体现。在相互不同的从属权利要求中陈述了某些措施起码事实并不意味着这些措施的组合不可以用于获益。
本发明进一步适用于包括说明书描述的和/或附图中示出的一个或多个特性特征的设备。本发明进一步涉及一种包括说明书描述的和/或附图中示出的一个或多个特性特征的方法或过程。
本专利中所讨论的各种方面可以组合，以便提供附加的优点。此外，特征中的一些可以构成一个或多个分案申请的基础。
附图说明
现在将参照随附的其中对应的参考符号指示对应部分的示意性图、仅通过示例方式描述本发明的实施例，并且在附图中：
图1a-1c示意性描绘了照明设备的一些实施例；
图2a-2c示意性描绘了磷光体散布在顶部上、包括QD（红色点）的LED封装，以及（2a）由高折射率球体的规则结构构成的光子晶体（周期性是~可见光的波长λ），或（2b）由例如金或银的金属纳米柱或颗粒构成的等离子体结构。等离子体纳米结构可以处于周期性结构中，但是随机取向也是可能的；
图3a-3c示意性描绘了如上文所描述的LED-QD-等离子体（或光子）架构的各种其他实施例；
图4a-4c示意性描绘了光转换器的一些另外的实施例；以及
图5示意性描绘了非限制性数量的量子点。
附图不一定按照比例。
具体实施方式
图1a-1c示意性描绘了照明单元的一些实施例。照明单元用参考标记1指示；光源用参考标记10指示且光转换器用参考标记100指示。光源可以是例如具有从其发出光源光的管芯（未描绘）的LED。由光源10生成的光源光用参考标记11指示。在光转换器100与光源之间可能存在非零距离。该距离用参考标记d1指示，并且可以在0.1mm-10cm的范围中。然而，该距离也可以为零，如图1b中示意性所描绘。
光转换器可以包括被定向到光源10的光接收面110以及光出射面120（一般地与光接收面110相对）。光转换器光101可以从该面发出。然而，不排除该光也可以从一个或多个其他面逃逸，包括光接收面。然而，特别地，光接收面可以被定向到光源，并且光出射面可以被定向到照明设备的外部。光接收面110被配置在光出射面120的上游，并且二者被配置在光源10的下游。从转换器在其下游侧处逃逸的、即从光出射面120逃逸的光可以至少包括包含形成量子点（未描绘；参见下文）的发射的光转换器光101，但是可选地也可以包括未转换的光源光11。当光源光11包括可见光（如蓝色光）时，这可能特别地是相关的。光源光和光转换器光的组合用参考标记2指示。图1c包括圆顶60中的波长转换器。或者圆顶60可以是光转换器100。该圆顶可以包括聚合材料、硅树脂材料或环氧树脂材料等。图1b和1c示意性描绘了在光转换器与光源之间具有基本上零距离的实施例。
注意到，在图1a-1c的配置中，原则上也可以应用超过一个光源10。如上文所指示的术语光源也可以涉及多个光源。另外的光学元件和或发光材料可以被应用，但是为了清楚起见并未在这些示意性图中描绘。
图2a-2b示意性描绘了磷光体散布在顶部上、包括QD（小点）的LED封装以及光学结构30，其中作为光学结构30的示例，在图2a中描绘了由诸如高折射率球体之类的元件131的光子（规则）结构31构成的光子晶体（周期性是~可见光的波长λ），并且在图2b内描绘了由例如金或银的金属纳米柱或颗粒的元件132构成的等离子体结构32。等离子体结构32可以处于周期性结构中，但是随机取向也是可能的。这里，举例而言，光源10特别地为配置在板7上的LED。在这些实施例中，进一步地举例而言，光转换器100布置在杯状物8内。为了更详细地指示一些相关结构，示出了放大图。注意到，量子点20可能不需要被规则地布置，尽管在实施例中它们可能是这样的。光子晶体用参考标记31指示并且等离子体结构用参考标记32指示。所指示的λ示出构成光学结构的元件之间的距离，无论该光学结构是等离子体结构还是光子晶体。该距离或周期随着频率缩放。因此，本文中还使用术语频率。光学结构的频率在QD的发射处被调谐。本文中，附图示意性示出了规则的结构或具有规则结构的域。然而，在存在具有规则布置的元件的域的意义下，光学结构也可以包括不规则，但是这些域在取向和/或频率方面相互不同。因而，图2a-2b是关于QD将如何分散到光子晶体介质（图2a）或等离子体结构中、直接应用（散布）在LED顶部上（例如利用作为基质介质的硅树脂）的示意性图。
图3a-3c示意性描绘了如上文中所述的LED-QD-等离子体（或光子）架构的各种其他实施例。在图3a中，等离子体结构32包括在光转换器中。等离子体结构被布置在衬底220上，该衬底可以是透明的或半透明的，特别地为玻璃或另一光透射材料。此外，可选地，两种或更多种发光材料可以是可用的。第一发光材料200可以例如提供黄色发射，且光学结构30可以作为第二发光材料230，例如可以提供红色发射。因而，图3a可以示意性描绘其上应用光子/等离子体结构（连同QD）的玻璃（或其他材料）组件。
在图3b中，光学结构被布置在光转换器100内。因而，图3b可以示意性描绘紧挨着LED应用在板上的等离子体/光子结构（包括QD）。
图3c示意性描绘其中光学结构直接在LED管芯上的一个实施例。因而，图3c可以示意性描绘其中等离子体或光子结构直接应用在LED外延上的一个实施例。
可替换地或此外，其他实施例可以包括例如其中QD自身实际上是规则的光子或等离子体结构的部分的结构。例如，QD的非常规则的阵列或超晶格自身可以是等离子体或光子结构。当QD早先再次得到发射的机会时，该效应也可以用于增加每时间的光输出。因此，该方法也可以用于在不遭遇关于饱和的问题的情况下减少实现一定水平的转换所需的材料的量。
图4a-4b示意性描绘了光转换器的一些另外的实施例。图4a示意性描绘作为光学结构30的示例的规则的等离子体或光子晶体。图4b示意性描绘多晶光子晶体结构或不规则的等离子体结构（这里特别地为不规则的等离子体结构）。参考标记35指示不同区域，其中的两个或更多区域是相互不同的。图4c示意性描绘多晶光子晶体结构或不规则的等离子体结构（这里特别地为不规则的等离子体结构）的另一实施例，其中用参考标记35指示的不同区域或域的取向是不同的。
图5示意性描绘非限制性数量的量子点，其中从左到右为：量子点（裸核或裸点）、核壳量子点（包括巨大QD）、量子棒以及棒量子点中的量子点。所有这些量子点用量子点20指示，其中参考标记21指示核。核21可以提供发光，并且如本领域已知的，周围材料可以是保护性的和/或效率增加的材料。

Claims (15)

1.一种照明设备（1），包括：
a）光转换器（100），其包括光接收面（110）；
b）固态光源（10），其被配置成生成在光接收面（110）处具有至少10W/cm2的光子通量的光源光（11），
其中光转换器（100）被配置成将光源光（11）的至少部分转换成具有第一频率的光转换器光（101），其中光转换器（100）包括处于选自光子晶体结构（31）和等离子体结构（32）的光学结构（30）中的半导体量子点（20），其中光学结构（30）被配置成增加光转换器（100）中的与第一频率谐振的光子态密度以用于降低饱和淬火，并且其中量子点（20）具有至少80%的量子效率。
2.依照权利要求1的照明设备（1），其中光转换器（100）包括处于光学结构（30）中的多个量子点（20），其中该光学结构包括所述等离子体结构（32），并且其中该等离子体结构（32）是不规则的等离子体结构。
3.依照权利要求1的照明设备（1），其中光转换器（100）包括处于光学结构（30）中的多个量子点（20），其中该光学结构包括所述等离子体结构（32），并且其中该等离子体结构（32）是规则的等离子体结构。
4.依照权利要求1的照明设备（1），其中光转换器（100）包括包含多个所述量子点（20）的多晶光子晶体结构（31）。
5.依照前述权利要求中任一项的照明设备（1），其中量子点发光核（20）具有到光学结构（30）所包括的金属结构（302）的至少5nm的最短距离。
6.依照前述权利要求中任一项的照明设备（1），其中量子点（20）包括二氧化硅涂层，或者其中光学结构包括包含量子点（20）的二氧化硅结构（301）。
7.依照前述权利要求中任一项的照明设备（1），其中光转换器（100）包括多个不同的半导体量子点（20），其被配置成将光源光（11）的至少部分转换成具有第一频率分布的光转换器光（101）。
8.依照权利要求7的照明设备（1），包括多个光学结构域（310），其中所述光学结构域（310）被配置成增加一个或多个量子点（20）附近的且与所述一个或多个量子点（20）的第一频率谐振的光子态密度。
9.依照前述权利要求中任一项的照明设备（1），其中量子点（20）具有至少90%的量子效率，并且其中量子点（20）在光转换器（100）中具有4ns或更少的辐射衰减时间。
10.一种包括被配置成接收来自光源的光源光的光接收面（110）的光转换器（100），其中光转换器（100）被配置成将光源光的至少部分转换成具有第一频率的光转换器光，其中光转换器（100）包括处于选自光子晶体结构（31）和等离子体结构（32）的光学结构（30）中的半导体量子点（20），其中光学结构（30）被配置成增加光转换器（100）中的且与第一频率谐振的光子态密度以用于降低饱和淬火，并且其中量子点（20）具有至少80%的量子效率。
11.依照权利要求10的光转换器（100），其中光转换器（100）包括包含多个量子点（20）的多晶光子晶体结构（31）。
12.依照权利要求10-11中任一项的光转换器（100），其中量子点（20）包括二氧化硅涂层，或者其中光学结构包括包含所述量子点（20）的二氧化硅结构（301）。
13.依照权利要求10-12中任一项的光转换器（100），其中量子点（20）具有到光学结构（30）所包括的金属结构（302）的至少5nm的最短距离。
14.依照权利要求10-13中任一项的光转换器（100），其中光学结构包括包含含有所述量子点（20）的二氧化硅结构（301）的等离子体光学结构，其中所述量子点（20）具有到光学结构（30）所包括的金属结构（302）的至少5nm的最短距离。
15.包括处于选自光子晶体结构（31）和等离子体结构（32）的光学结构（30）中的半导体量子点（20）的光转换器（100）的使用，其中光学结构（300）被配置成增加量子点（20）处的且与第一频率谐振的光子态密度以用于降低饱和淬火，并且其中量子点（20）具有至少80%的量子效率以阻止量子点（20）的饱和淬火。
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