具有各向异性的吸收和各向异性的发射的纳米结构的形状

技术领域

本发明涉及一种纳米结构的形状以及一种纳米结构的形状的组件。本发明还涉及合成这种纳米结构的形状的方法。此外，本发明涉及一种偏振光发射板，偏振光发射板包括至少一个纳米结构的形状或至少一个纳米结构的形状的组件。

背景技术

嵌入具有更高带隙的半导体纳米粒子中的量子点可以提供有效的光致发光。对于分散在折射率较低的介质中的粒子，介电效应会强烈影响光的吸收和发射。然而，这种量子点的吸收和发射主要保持各向同性。

杆中的量子点，例如CdS壳(或CdS杆中)中的CdSe点，允许实现较高的量子效率。由于杆的各向异性的形状以及较高的介电常数，垂直于杆的长轴线的外部电场比沿杆的长轴线的电场在内部降低得更多。因此，与垂直于CdS杆的长轴线偏振的光相比，沿着量子杆的长轴线偏振的光将在CdS杆中更有效地被吸收。因此，杆中量子点的光吸收是各向异性的。类似地，被CdS的各向异性壳包围的CdSe量子点的发射是完全各向异性的。发射主要在包含杆的长轴线的平面中极化。

在特定方向上对齐杆中的各个点使得杆中的这种点对许多应用来说是有吸引力的，因为杆中的对齐的点发射偏振光。这样的应用包括例如液晶显示器和光学传感器的背光单元。尽管杆中的点的吸收和发射是各向异性的，但是吸收和发射的各向异性是相同的。

一些荧光或磷光有机染料可以各向异性地吸收和发射光。然而，这种染料分子具有较窄的吸收带，并且这种染料的发射的各向异性通常较小。此外，这种染料分子的使用期限受到限制。

发明内容

本发明的目的是提供纳米结构的形状，该纳米结构的形状允许电子和空穴从一种半导体材料有效地转移到具有较高的量子效率的发射材料，特别是量子点。

本发明的另一个目的是提供纳米结构的形状，特别是具有用于吸收光和发射光的不同的各向异性的纳米粒子。

本发明的另一个目的是提供吸收非偏振光并发射线性偏振光的纳米结构的形状。

本发明的另一个目的是提供纳米结构的形状，纳米结构的形状吸收来自某一方向或来自某些方向的入射光并且主要向另一方向发射光。

本发明的另一个目的是提供一种对齐的纳米结构粒子的组件。

本发明的又一个目的是提供一种液晶显示器(LCD)背光，该背光能够将非偏振光，例如来自发光二极管(LED)的蓝光，转换为偏振光，例如与LCD的偏振器平行偏振的红光和/或绿光。

本发明的另一个目的是提供一种发光太阳能聚光器，其能够将来自太阳的非偏振光转换成通过内部全反射主要在波导材料中引导的光。

根据本发明的第一方面，提供了纳米结构的形状。根据本发明的纳米结构的形状至少包括第一部分和第二部分。第一部分具有带有长轴线L和短轴线S(长轴线L垂直于短轴线S)的细长的形状、沿长轴线L测得的长度1和沿短轴线S测得的宽度w。因此，长度1大于宽度w，长度1小于1μm。第一部分具有第一纵向端和第二纵向端。第一部分包括第一吸收材料和发射材料。发射材料被第一吸收材料包围。发射材料因此可以被称为芯，而第一吸收材料可以被称为壳。优选地，发射材料被第一吸收材料完全包围。在一些实施例中，发射材料基本上被第一吸收材料包围。“基本上被包围”是指尽管发射材料的表面积并未完全被第一吸收材料覆盖，但是主要部分，例如发射材料的表面积的至少80％或发射材料的表面积的至少90％被第一吸收材料覆盖。

第二部分包括第二吸收材料。

发射材料、第一吸收材料和第二吸收材料中的每一个均包括具有带隙的半导体材料，其中第一吸收材料的带隙大于发射材料的带隙，并且第二吸收材料的带隙至少与第一吸收材料的带隙一样大。为了本发明的目的，术语“带隙”是指“半导体带隙”。

第二部分在第一连接区域中连接到第一部分。优选地，纳米结构的形状的第二部分连接到第一部分的第一纵向端。

纳米结构的形状的第二部分主要吸收具有与纳米结构的形状的第一部分的长轴线L不同的偏振方向的光，或者主要吸收沿一组偏振方向的光，每个偏振方向都不同于第一部分的长轴线L。

根据本发明的纳米结构的形状、特别是纳米结构的形状的第一部分发射主要沿第一部分的长轴线L偏振的光。

优选地，纳米结构的形状的第二部分不包括发射材料。

根据本发明的纳米结构的粒子的优点在于其吸收和发射是各向异性的。第一部分的形状和第二部分的形状对纳米结构的形状的吸收和发射之间的各向异性具有很大的影响。发射材料的位置也可以对纳米结构的形状的吸收和发射之间的在各向异性方面的差异具有很大的影响。

为了本发明的目的，术语“长轴线”和“纵向轴线”可以互换地使用。类似地，术语“短轴线”和“横向轴线”可以互换地使用。

为了本发明的目的，用语“主要吸收具有与长轴线L不同的偏振方向的光”是指在与长轴线L不同的另一方向上偏振的光比沿长轴线L偏振的光被更多地吸收，所吸收的在与长轴线L不同的另一方向上偏振的光比沿长轴线L偏振的光多1.5倍、优选多2倍或多5倍。用语“主要吸收沿一组偏振方向的光，每个偏振方向都不同于第一部分的长轴线L”是指在与长轴线L不同的一组方向上偏振的光比沿长轴线L偏振的光被更多地吸收，所吸收的在与长轴线L不同的一组方向上偏振的光比沿长轴线L偏振的光多1.5倍、优选多2倍或多5倍，即，在与长轴线L不同的方向上偏振的光的总和比沿长轴线L偏振的光被更多地吸收，所吸收的在与长轴线L不同的方向上偏振的光的总和比沿长轴线L偏振的光多1.5倍、优选多2倍或多5倍。

如上所述，根据本发明的纳米结构的形状的第二部分主要吸收具有与纳米结构的形状的第一部分的长轴线L不同的偏振方向的光。这意味着，与沿长轴线L偏振的光相比，根据本发明的纳米结构的形状的第二部分更多地吸收在与长轴线L不同的另一方向上偏振的光，所吸收的在与长轴线L不同的另一方向上偏振的光比沿长轴线L偏振的光多1.5倍、优选多2倍或多5倍。

示例包括纳米结构的形状，该纳米结构的形状具有第一部分和第二部分，该第一部分具有沿z方向定向的长轴线L，与沿长轴线L偏振的光相比，该第二部分更多地吸收在与长轴线L不同的另一方向上、例如在x方向或y方向上偏振的光，所吸收的在与长轴线L不同的另一方向上偏振的光比沿长轴线L偏振的光多1.5倍、多2倍或多5倍。

替代地，根据本发明的纳米结构的形状的第二部分主要吸收在一组偏振方向上的光，每个偏振方向与第一部分的长轴线L不同。这意味着，与沿长轴线L偏振的光相比，根据本发明的纳米结构的形状的第二部分更多地吸收在与长轴线L不同的一组方向上偏振的光，所吸收的在与长轴线L不同的一组方向上偏振的光比沿长轴线L偏振的光多1.5倍、优选多2倍或多5倍。

示例包括纳米结构的形状，该纳米结构的形状具有第一部分和第二部分，该第一部分具有沿z方向定向的长轴线L，与沿长轴线L偏振的光相比，该第二部分更多地吸收在与长轴线L不同的一组方向上，例如在一组x方向和y方向上偏振的光，所吸收的在与长轴线L不同的一组方向上偏振的光比沿长轴线L偏振的光多1.5倍、优选多2倍或多5倍。

为了本发明的目的，用语“发射主要沿着长轴线L偏振的光”是指大于50％的发射光沿着长轴线L偏振，更优选大于60％、大于70％、大于80％或大于90％的发射光沿长轴线L偏振。

对于根据本发明的纳米结构的形状，至少50％的发射光沿长轴线L偏振。更优选地，至少60％、至少70％、至少80％或至少90％的根据本发明的纳米结构的形状沿长轴线L极化。

示例包括具有第一部分的纳米结构的形状，第一部分具有沿z方向定向的长轴线L，由此至少50％、至少60％、至少70％、至少80％或至少90％的发射光沿z方向偏振。

当提及在本发明的实施例和/或权利要求中的纳米结构的形状时，术语“纳米结构的形状”是指至少包括第一部分和第二部分的主体，由此至少一个部分，优选地第一部分，包括纳米粒子。术语“纳米粒子”不限于任何特定形状，而是指具有为1μm或更小的一个或多个尺寸的任何粒子。在本发明的一些实施例中，纳米粒子的所有尺寸可以为1μm或更小。在本发明的特定实施例中，纳米结构的形状的所有尺寸可以为1μm或更小。在这种情况下，可以将纳米结构的形状视为纳米粒子。

发射材料优选地沿着第一部分的长轴线L定位在距第一连接区域的距离D处。沿着第一部分的长轴线L测量从发射材料的中心点(重心)到第一连接区域的距离D。距离D优选不为零。更优选地，发射材料和第一连接区域之间的距离D在第一部分的宽度w到第一部分的长度1与第一部分的宽度w的差之间的范围内，即在w到1-w之间的范围内。

在优选实施例中，距离D在2.w到1-2.w之间的范围内或在3.w到1-3.w之间的范围内。

距离D可能对纳米结构的形状的吸收和发射之间的在各向异性方面的差异有很大影响。

如上所述，根据本发明的纳米结构的形状的第一部分具有长度1和宽度w，其中长度1大于宽度w。在优选的实施例中，长度1是宽度w的至少两倍。在更优选的实施例中，长度1在宽度w的5倍到宽度w的10倍之间的范围内。

长度1优选小于1μm。更优选地，长度1在1nm至100nm之间的范围内或在5nm至60nm之间的范围内，并且例如等于10nm、20nm、30nm、40nm或50nm。

发射材料的尺寸优选在1nm到10nm之间的范围内。

在纳米结构的形状的第一部分的长度不是恒定的情况下，即，在长度随第一部分的宽度变化的情况下，长度1是指第一部分的沿着长轴线L测量的最大长度。类似地，在第一部分的宽度w不是恒定的情况下，即，在宽度随第一部分的长度变化的情况下，宽度w是指第一部分的沿着短轴线S测量的最大宽度。

具有限定长度1的长轴线和限定宽度w的短轴线的、其中长度1大于宽度w的任何形状可以被认为是细长的形状。任何这样的细长的形状可以被认为是本发明的纳米结构的形状的第一部分。

第一部分的优选的细长的形状包括杆或杆状结构。杆或杆状结构包括例如圆柱形状，圆柱形状具有限定长度1的长轴线(纵向轴线)和限定直径或宽度w的短轴线(横向轴线)。其它杆或杆状结构包括棱柱形状。

第一部分的横截面可以具有任何形状。横截面可以例如是圆形、椭圆形或多边形，例如矩形、正方形、五边形、六边形或八边形。优选的横截面包括圆形横截面。

所述第一部分的横截面的面积可以不随第一部分的长度1变化，或者可以随着第一部分的长度1变化。横截面的面积例如可以在第一部分的中间处是较大的，并且朝着第一部分的纵向端减小。

杆或杆状结构可以具有平行或基本平行的纵向端，或可以具有不平行的纵向端，例如半球形的纵向端、圆锥形的纵向端或金字塔形的纵向端。

第一吸收材料和第二吸收材料可以包括本领域已知的任何半导体材料。第一吸收材料的优选材料和第二吸收材料的优选材料包括II-VI族、III-V族、III-VI族、VI-IV族或IV族半导体材料或其化合物。替代地，第一吸收材料可以包括有机半导体材料。

II-VI族材料的示例包括CdSe、CdS、CdTe、ZnO、ZnSe、ZnTe、HgSe、HgTe、CdZnSe或其化合物。

III-V族材料的示例包括例如InP、InN、GaN、InSb、InAsP、InGaAs、GaAs、GaP、GaSb、AlP、AlN、AlAs、AlSb或其化合物。

VI-IV族材料的示例包括PbSe、PbTe、PbS、PbSnTe或其化合物。

IV族材料的示例包括C、Si、Ge、Sn及其化合物。

作为第一吸收材料和作为第二吸收材料的优选材料包括CdS和ZnS。

有机半导体材料的示例包括以下材料，所述材料的光吸收导致激子产生，激子可以被传输并在到达掺杂剂分子时导致荧光或磷光。

发射材料优选地包括有机偶极发射器或无机偶极发射器或量子点。优选的量子点包括II-VI族半导体材料、III-V族半导体材料、III-VI族半导体材料、VI-IV族半导体材料或IV族半导体材料或其化合物。

在优选的实施例中，根据本发明的纳米结构的形状的第一部分包括作为发射材料的CdSe和作为第一吸收材料和第二吸收材料的CdS。在另一优选实施例中，发射材料包括CdSe，并且第一吸收材料和第二吸收材料包括ZnS。

根据本发明的纳米结构的形状的第一吸收材料和第二吸收材料可以包括相同的材料或可以包括具有相同或基本相同的带隙的材料。优选地，第一吸收材料和第二吸收材料包括具有相同带隙的相同材料。

替代地，第一吸收材料和第二材料不包括相同的材料。第二吸收材料具有至少与第一部分的第一吸收材料的带隙一样大的带隙。

根据本发明的纳米结构的形状的第二部分可以包括许多不同的形状。可以考虑以下任何形状，所述形状允许主要在与第一部分的长轴线L不同的偏振方向上吸收光或允许主要在一组偏振方向上吸收光，每个偏振方向都不同于第一部分的长轴线L。

根据本发明的第一组纳米结构的形状包括作为第二部分的细长的形状。这样的细长的形状也可以称为单向形状或一维形状。细长的形状具有长轴线M和短轴线N(其中长轴线M垂直于短轴线N)、沿长轴线M测量的长度m、沿短轴线N测量的宽度n，其中长度m大于宽度n。第二部分相对于第一部分定向成使得第二部分的长轴线M与第一部分的长轴线L限定夹角α，由此，夹角α在60度至120度之间的范围内。更优选地，夹角α在80度和100度之间的范围内、在85度和95度之间的范围内，例如为90度。

具有限定长度m的长轴线M和限定宽度n的短轴线N的、其中长度m大于宽度n的任何形状可以被认为是纳米结构的形状的第二部分的细长的形状。

在优选实施例中，长度m至少是宽度n的两倍。在更优选的实施例中，长度m在宽度n的5倍到宽度n的10倍之间的范围内。

长度m优选小于1μm。更优选地长度1在1nm至100nm之间的范围内或在5nm至600nm之间的范围内，并且例如等于10nm、20nm、30nm、40nm或50nm。

第二部分的优选的细长的形状包括杆或杆状结构。杆或杆状结构包括例如圆柱形状，圆柱形状具有限定长度m的长轴线M(纵向轴线)和限定直径或宽度n的短轴线N(横向轴线)。其它杆或杆状结构包括棱柱形状。

第二部分的横截面(横向横截面)可以具有任何形状。横截面可以例如是圆形、椭圆形或多边形，例如矩形、正方形、五边形、六边形或八边形。优选的横截面包括圆形横截面。

第二部分的横截面的面积可以不随第二部分的长度m变化，或者可以随着第二部分的长度n变化。横截面的面积例如可以在第二部分的中间处是较大的，并且朝第二部分的纵向端减小。

杆或杆状结构可以具有基本平行的端部或不平行的纵向端，例如半球形的纵向端、圆锥形的纵向端或金字塔形的纵向端。

第一组的纳米结构的形状的实例包括L形粒子或T形粒子。在L形粒子的情况下，纳米结构的形状的第二部分利用其一个纵向端连接到第一部分的纵向端，即连接到第一部分的第一纵向端。在T形粒子的情况下，纳米结构的形状的第二部分利用其纵向侧连接到第一部分的纵向端，即连接到第一部分的第一纵向端。

根据本发明的第二组纳米结构的形状包括作为第二部分的二维(非单向)形状，由此第一部分的长轴线L和第二部分位于平面P中。这种第二部分的示例包括多腿结构和薄板或砖形结构。

优选示例包括具有两个腿部的第二部分、具有三个腿的第二部分和包括环形结构的第二部分，具有两个腿部的第二部分产生Y形纳米结构的形状，具有三个腿部的第二部分产生X形纳米结构的形状，具有环形结构的第二部分产生这样的纳米结构的形状，其中第一部分连接到该环形结构，例如由此形成该环形的直径。其它优选的示例包括具有砖形结构的第二部分，例如具有圆形或多边形横截面，例如矩形、正方形、五边形或六边形横截面的砖形结构。

根据本发明的第三组纳米结构的形状包括作为第二部分的平面结构或基本平面的结构，其中该平面结构或基本平面的结构定向在平面S中，由此第二部分的平面S和第一部分的长轴线L限定夹角β，其中该夹角β限定为第一部分的长轴线L与长轴线L在平面S上的投影之间的夹角。对本领域技术人员来说清楚的是，如果长轴线L在平面S上的投影对应于一个点，则夹角β为90度。角度β优选在50度至130度之间的范围内，例如在60度至120度之间的范围内或在80度至100度之间的范围内。更优选地，角度β在85度到95度之间的范围内，并且例如为90度。

作为平面结构，可以考虑具有低于该结构的宽度的高度的任何结构。一旦第二部分与第一部分连接，则平面结构的高度优选地沿第一部分的长轴线L的方向定向。示例包括平面结构，例如薄板形结构或砖形结构。优选的示例包括砖形结构，砖形结构具有圆形或多边形横截面，例如正方形横截面、五边形横截面或六边形横截面。平面结构的相反表面可以是平行的或不平行的。在相反的表面不平行的情况下，一个相反的表面可以是圆锥形或金字塔形的或两个相反的表面都可以是圆锥形或金字塔形的。

第三组的纳米结构的形状的优选示例包括图钉形粒子。

根据本发明的第四组纳米结构的形状包括作为第二部分的三维结构。三维结构的示例包括球体、椭球和多腿结构，例如包括至少3个腿部的多腿结构

优选的纳米结构的形状包括作为第二部分的具有多腿结构的形状，由此多腿结构的不同腿部在连接区域中连接，并且该连接区域连接到第一部分的第一纵向端。

另一优选的纳米结构的形状包括作为第二部分的球体，该球体连接到第一部分的第一纵向端。

在优选的实施例中，根据本发明的纳米结构的形状还包括第三部分。第三部分包括第三吸收材料。优选地，第三部分不包括发射材料。

包括第一部分、第二部分和第三部分的优选纳米结构的形状包括这样的形状，在所述形状中第二部分在第一部分的第一纵向端处连接到第一部分，并且第三部分连接在第一部分的第二纵向端处。

可以彼此独立地选择第三部分的形状和第二部分的形状。在优选的实施例中，第三部分和第二部分具有相同或基本相同的形状。在优选的实施例中，第三部分和第二部分以与第一部分的长轴线L相同或基本相同的方式定向。

第三吸收材料具有优选大于发射材料的带隙的带隙。第三吸收材料的带隙优选至少与第一部分的第一吸收材料的带隙一样大。

优选地，第三吸收材料和第二吸收材料可以包括相同的材料或者可以包括具有相同或基本相同的带隙的材料。优选地，第三吸收材料和第二吸收材料包括具有相同带隙的相同的材料。

替代地，第三吸收材料和第二吸收材料不包括相同的材料。

在一些实施例中，第一吸收材料、第二吸收材料和第三吸收材料包括相同的材料或具有相同或基本相同的带隙的材料。

在根据本发明的纳米结构的形状的特定实施例中，纳米结构的形状包括多个(n个)第一部分，优选地，多个(n个)第一部分以其长轴线L平行或基本平行地定向的方式在预定方向上对齐。第一部分优选地彼此分开，即，第一部分优选地彼此不接触。数量n原则上不受限制。在优选的实施例中，纳米结构的形状包括多个(n个)第一部分、一个第二部分和一个第三部分。多个(n个)第一部分在预定方向上对齐，使得第一部分的长轴线平行或基本平行地定向。第一部分优选地彼此分开，即，第一部分优选地彼此不接触。如果第三部分连接到平行或基本平行地定向的第一部分的第二纵向端，则第二部分连接到平行或基本平行地定向的第一部分的第一纵向端。第二部分和第三部分优选平行或基本平行地定向。第二部分和第三部分的长度优选小于1μm。更优选地，第二部分和第三部分的长度在1nm至100nm之间的范围内或在5nm至600nm之间的范围内，并且例如等于10nm、20nm、30nm、40nm或50nm。

根据本发明的第二方面，提供了一种纳米结构的形状的组件。该组件包括如上所述的多个纳米结构的形状。纳米结构的形状与在预定方向上对齐的纳米结构的形状的第一部分的长轴线L对齐。因此，纳米结构的形状的第一部分的长轴线L优选平行或基本平行地定向。

组件优选包括位于1个/mm

纳米结构的形状可以通过本领域中已知的任何技术在预定方向上对齐，例如通过施加外部电场(AC或DC)、通过流体动力学流对齐或通过液晶来对齐。

组件的纳米结构的形状可以具有相同的形状和/或可以包括相同的材料。替代地，纳米结构的形状的组件包括不同类型的纳米结构的形状，例如不同的形状和/或不同的材料。优选地，组件包括纳米结构的形状，该纳米结构的形状包括相同的形状和相同的材料。

纳米结构的形状可以嵌入到材料中，例如嵌入聚合物材料中，或者可以被连接或附接到基底，例如聚合物基底。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于合成如上所述的纳米结构的形状的方法。

用于合成纳米结构的形状的优选方法包括以下步骤：

-提供包括第一吸收材料和发射材料的至少一个第一部分，该发射材料被第一吸收材料包围；

-提供包括第二吸收材料的第二部分；

-将第二部分接合到第一部分。

该至少一个第一部分优选具有带有长轴线L和短轴线S的细长的形状、沿长轴线L测量的长度1、沿短轴线S测量的宽度w，其中长度1大于宽度w，并且长度1小于1μm。第一部分具有第一纵向端和第二纵向端。

发射材料、第一吸收材料和第二吸收材料中的每一个包括具有带隙的半导体材料，其中第一吸收材料的带隙大于发射材料的带隙，并且第二吸收材料的带隙至少与第一吸收材料的带隙一样大。

可以将上述任何形状视为第一部分或第二部分。

可以根据本领域已知的方法合成第一部分和/或第二部分。复杂形状可以例如按照以下文献所述的合成方法来合成，例如《自然》，第430卷，第190页至195页；《自然》，第548卷，第434页至437页；或《自然》，第561卷，第378页至382页。

第二部分优选地通过电场的吸引而接合到第一部分。优选地，第二部分接合到第一部分的第一纵向端。

优选地，以这样的方式选择第一部分的形状和第二部分的形状以及第一部分和第二部分的接合方式，使得纳米结构的形状，特别是纳米结构的形状的第二部分，主要吸收具有与长轴线L不同的偏振方向的光，或主要吸收沿一组偏振方向的光，这些方向中的每一个方向均与长轴线L不同，并且纳米结构的形状发射主要沿第一部分的长轴线L偏振的光。

如果根据本发明的纳米结构的形状包括第三部分，则用于合成这种纳米结构的形状的方法可以包括以下步骤：

-提供包括第一吸收材料和发射材料的至少一个第一部分，该发射材料被第一吸收材料包围；

-提供包括第二吸收材料的第二部分；

-提供包括第三吸收材料的第三部分；

-将第二部分接合到第一部分；优选地将第二部分接合到第一部分的第一纵向端；以及

-将第三部分接合到第一部分；优选将第三部分接合到第一部分的第二纵向端。

优选地，第一部分和第二部分通过电场的吸引而接合。类似地，第一部分和第三部分优选地通过电场的吸引而接合。

优选地，以这样的方式选择第一部分的形状、第二部分的形状和第三部分的形状以及第一部分、第二部分和第三部分接合的方式，使得纳米结构的形状，特别是纳米结构的形状的第二部分和/或第三部分主要吸收具有与长轴线L不同的偏振方向的光，或者主要吸收沿一组偏振方向的光，这些方向中的每一个方向均与长轴线L不同，并且纳米结构的形状发射主要沿第一部分的长轴线L偏振的光。

第三部分可以具有与第二部分相同的形状和/或可以包括与第二部分相同的材料。替代地，第二部分和第三部分具有不同的形状和/或包括不同的材料。

以优选的方式，将第二部分接合到第一部分的第一纵向端，并且将第三部分接合到第一部分的第二纵向端。

如果纳米结构的形状包括一个以上的第一部分，则在将第二部分和/或第三部分接合到第一部分之前，优选将第一部分对齐。可以例如通过施加电场来对齐第一部分。可能地，将对齐的第一部分嵌入基质材料中，基质材料例如是聚合物基质材料，例如，一旦第二部分和/或第三部分被接合，就可以选择性地(部分或全部)刻蚀去除基质材料。

如上所述的合成纳米结构的形状的替代方法包括以下步骤：

-提供包括第一吸收材料和发射材料的至少一个第一部分，该发射材料被第一吸收材料包围；

-将包括第二吸收材料的第二部分沉积或生长在第一部分上或沉积或生长到第一部分上，优选沉积或生长在第一部分的第一纵向端上或沉积或生长到第一部分的第一纵向端上。

第一部分优选具有带有长轴线L和短轴线S的细长的形状、沿长轴线L测得的长度1、沿短轴线S测得的宽度w，其中长度1大于宽度w并且长度1小于1μm。第一部分具有第一纵向端和第二纵向端。

发射材料、第一吸收材料和第二吸收材料中的每一个均包括具有带隙的半导体材料，其中第一吸收材料的带隙大于发射材料的带隙，并且第二吸收材料的带隙至少与第一吸收材料的带隙一样大。

可以考虑上述任何形状作为第一部分和第二部分。

可以根据本领域已知的方法合成第一部分。可以通过使用本领域已知的方法在第一部分上沉积或生长第二部分。如果第一部分、第二部分或第二部分在第一部分上的生长或沉积涉及复杂形状的合成，可以考虑以下文献中所述的方法：《自然》，第430卷，第190页至195页；《自然》，第548卷，第434-437页或《自然》，第561卷，第378页至382页。

优选地，以这样的方式选择第一部分的形状和/或第二部分的形状以及第二部分在第一部分上沉积或生长的方式，从而允许纳米结构的形状，特别是纳米结构的形状的第二部分，主要吸收具有与长轴线L不同的偏振方向的光，或主要吸收沿一组偏振方向的光，这些方向中的每一个方向均与长轴线L不同，并且纳米结构的形状发射主要沿第一部分的长轴线L偏振的光。

如果根据本发明的纳米结构的形状包括第三部分，则用于合成这种纳米结构的形状的方法可以包括以下步骤：

-提供包括第一吸收材料和发射材料的至少一个第一部分，该发射材料被第一吸收材料包围；

-将包括第二吸收材料的第二部分沉积或生长在所述第一部分上，优选沉积或生长在第一部分的第一纵向端上或沉积或生长到第一部分的第一纵向端上；

-将包括第三吸收材料的第三部分沉积或生长在所述第一部分上，优选沉积或生长在第一部分的第二纵向端上。

优选地，以这样的方式选择第一部分的形状、第二部分的形状和第三部分的形状以及第一部分、第二部分和第三部分在第一部分上沉积或生长的方式，使得纳米结构的形状，特别是纳米结构的形状的第二部分和/或第三部分，主要吸收具有与长轴线L不同的偏振方向的光，或者主要吸收沿一组偏振方向的光，这些方向中的每一个方向都与长轴线L不同并且纳米结构的形状发射主要沿第一部分的长轴线L偏振的光。

第三部分可以具有与第二部分相同的形状和/或可以包括与第二部分相同的材料。替代地，第二部分和第三部分具有不同的形状和/或包括不同的材料。

如果纳米结构的形状包括一个以上的第一部分，则在将第二部分和/或第三部分沉积或生长在第一部分上之前，优选将第一部分对齐。第一部分可以例如通过施加电场来对齐。可能地，将对齐的第一部分嵌入到基质材料中，例如嵌入到聚合物基质材料中。然后可以在第二部分和/或第三部分的沉积或生长之前或之后选择性地(部分或全部)刻蚀去除基质材料。

根据本发明的第四方面，提供了一种偏振光发射板，偏振光发射板包括如上所述的纳米结构的形状的至少一个组件。纳米结构的形状的至少一个组件优选地被嵌入基质中或连接至基底。纳米结构的形状例如嵌入到聚合物基质中或连接到聚合物基底。偏振光发射板具有期望的发光方向。纳米结构的形状的第一部分的长轴线L定向成平行于或基本平行于期望的发光方向。

组件可以包括一种类型的纳米结构的形状，该纳米结构的形状包括相同的材料并且具有相同的形状。替代地，组件可以包括不同类型的纳米结构的形状，不同类型的纳米结构的形状例如是包括不同的材料和/或具有不同的形状的纳米结构的形状。

根据本发明的第五方面，提供了一种液晶显示装置。

该液晶显示装置包括

-背光单元；

-设置在背光单元上方的液晶显示面板；

-如上所述的偏振光发射板，设置在背光单元和液晶显示面板之间；以及

-具有传输方向的偏振器。偏光器设置在偏振光发射板与液晶显示面板之间或附接至液晶显示面板。

其中，纳米结构的形状的组件的纳米结构的形状的第一部分的长轴线L与偏振器的传输方向平行或基本平行地定向。

上述的任何纳米结构的形状都可以用于液晶显示器的偏振光发射板。组件可以包括一种类型的纳米结构的形状，该纳米结构的形状包括相同的材料并且具有相同的形状。还可以考虑包括不同类型的纳米结构的形状的组件，例如包括不同的材料和/或具有不同的形状的纳米结构的形状，以便提供偏振光发射板。

用于液晶显示器的偏振光发射板的优选的纳米结构的形状包括作为第一部分的具有杆或杆状结构的纳米结构的形状，该杆或杆状结构具有长轴线L，并且还包括第二部分，其中，第一部分的长轴线L和第二部分在平面P中定向。因此，第一部分的长轴线L优选地定向成平行于或基本平行于偏振器的传输方向，并且平面P优选地定向成平行于或基本平行于由偏振光发射板限定的平面。

根据本发明的另一方面，提供了一种发光太阳能聚光器。发光太阳能聚光器是一种装置，在将下转换(较长波长)的发射捕获并引导至光伏电池之前，该装置使用包括发光粒子的波导材料来吸收太阳辐射。波导材料通常包括平面材料，该平面材料具有用于接收入射的太阳辐射的较大的表面并且具有位于波导材料的短侧表面处的光伏电池。波导材料通常包括掺杂有有机染料或量子点的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。

根据本发明的太阳能聚光器包括限定用于接收入射辐射的表面的波导材料。波导材料包括纳米结构的形状。纳米结构的形状定向成使得纳米结构的形状的第一部分的长轴线L定向成垂直于或基本垂直于接收入射阳光的表面。

可以考虑将上述任何纳米结构的形状用于太阳能聚光器。还可以考虑包括不同类型的纳米结构的形状的波导材料。

优选的纳米结构的形状包括作为第一部分的杆或杆状结构和作为第二部分的平面结构或三维结构。可能地，纳米结构的形状还包括第三部分，优选平面结构或三维结构。

在第二部分和第三部分(如果存在的话)包括平面结构的情况下，该平面结构优选地定向在平面P中，由此平面P与第一部分的长轴线限定夹角β。因此，夹角β被限定为位于长轴线L与长轴线L在平面S上的投影之间的角度。角度β优选地在50度至130度之间的范围内，例如在60度至120度之间的范围内或在80度至100度之间的范围内。更优选地，角度β在85度至95度之间的范围内，并且例如为90度。

附图说明

下面将参考附图更详细地讨论本发明，其中：

-图1描绘了根据本发明的纳米结构的形状的第一实施例；

-图2描绘了根据本发明的具有第一部分和第二部分的纳米结构的形状的其它实施例，其中第一部分和第二部分定向在平面中；

-图3描绘了根据本发明的具有作为第二部分的平面结构(以及可选地作为第三部分的平面结构)的纳米结构的形状的其它实施例，其中第二部分(以及可选地第三部分)的平面结构和第一部分的平面结构不在一个平面中定向；

-图4还描绘了根据本发明的具有作为第二部分的三维结构(以及可选地作为第三部分的三维结构)的纳米结构的形状的其它实施例；

-图5描绘了根据本发明的包括多个平行对齐的第一部分的纳米结构的形状的另一实施例；

-图6示出了根据本发明的液晶显示装置；

-图7示出了根据本发明的十字形纳米结构的形状的吸收特性和发射特性；

-图8示出了根据本发明的太阳能聚光器；

-图9示出了根据本发明的平头的图钉纳米结构的形状的吸收特性和发射特性；

-图10示出了某些纳米结构的形状的发射各向异性与吸收各向异性之间的关系；

-图11示出了根据本发明的包括多个平行对齐的第一部分的图钉状纳米结构的形状的另一实施例。

具体实施方式

将关于特定实施例并参考某些附图来描述本发明。附图仅是示意性的而非限制性的。为了说明的目的，一些元件的尺寸可能被放大并且未按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于实施本发明的实际的缩小。

图1示意性地示出了根据本发明的纳米结构的形状100的第一示例。纳米结构的形状100包括第一部分101，第一部分包括作为发射材料的CdSe量子点110，CdSe量子点被作为第一吸收材料108的CdS壳包围。第一部分101具有带有长轴线L和短轴线S的杆状形状。在图1所示的示例中，长轴线L对应于z轴，同时短轴线S对应于x轴。第一部分101具有沿长轴线L测量的长度1和沿短轴线S测量的宽度w。长度1大于宽度w。更优选地，长度1是宽度w的至少两倍、是宽度w的至少五倍，或者甚至更优选地，长度1是宽度w的至少十倍。

长度1优选小于1μm，并且例如在1nm至100nm之间的范围内。在图1所示的实施例中，长度1为10nm，并且宽度w小于10nm。

第一部分101具有第一纵向端103和第二纵向端104。第二部分102在第一连接区域106中连接到第一部分101的第一纵向端103。

量子点110位于距第一连接区域106的距离D处。沿第一部分的长轴线L来测量从发射材料的中心点(重心)到第一连接区域的距离D。距离D例如对应于第一部分101的长度1的一半。

第二部分102包括具有CdS的杆状结构。第二部分102具有长轴线M和短轴线N。在图1所示的示例中，长轴线M对应于x轴，并且短轴线N对应于z轴。第二部分102具有沿着长轴线M测量的长度m和沿着短轴线N测量的宽度n。长度m大于宽度m。更优选地，长度m是宽度n的至少两倍、是宽度n的至少五倍，或者甚至更优选地，长度m是宽度n的至少十倍。

长度m优选小于1μm，并且例如在10nm至100nm之间的范围内。在图1所示的实施例中，长度m为50nm，并且宽度n为10nm。

第二部分102相对于第一部分101定向成使得第二部分102的长轴线M与第一部分101的长轴线L限定在60度至120度的范围内的夹角α。在图1所示的示例中，夹角α约为90度。图1所示的纳米结构的形状100吸收沿与第一部分101的纵向轴线L不同的轴线，即沿x轴，偏振的光，并发射主要沿第一部分101的长轴线L，即沿z轴，偏振的光。

图2描绘了根据本发明的纳米结构的形状200的其它实施例(图2a至图2f)。纳米结构的形状200包括第一部分201和第二部分202，由此第一部分201和第二部分202在平面P中定向，即在xz平面中定向。第一部分201包括杆状结构，该杆状结构包括被CdS壳包围的作为发射材料210的CdSe量子点。第二部分202包括CdS。

第二部分202包括多腿结构(图2a、图2b)、单腿结构(图2c、图2d)、砖形结构(图2e)或环形结构(图2f)。

图2a至图2f中所示的纳米结构的形状200吸收xz平面中的光并发射沿第一部分的长轴线L，即沿z轴，偏振的光。

图3描绘了根据本发明的纳米结构的形状300的其它实施例，纳米结构的形状300具有作为第一部分301的杆状结构和作为第二部分302的平面结构。图3d至图3f所示的实施例还包括作为第三部分316的平面结构。第一部分301的杆状结构具有与z轴对应的长轴线L。第一部分301包括被CdS壳包围的作为发射材料的CdSe量子点310。第二部分302的平面结构和第三部分316的平面结构(如果存在的话)在xy平面中定向。第二部分302和第三部分316(如果存在的话)包括CdS。

在图3a至图3f所示的示例中，纳米结构的形状300的第一部分301的长轴线L定向成基本垂直于xy平面(并因此基本垂直于第二部分302的平面结构并且基本垂直于第三部分316(如果存在的话)的平面结构)。长轴线L与xy平面之间的夹角β(第二部分302的平面结构和第三部分316(如果存在的话)的平面结构)因此大约为90度。

第二部分302的平面结构和第三部分316(如果存在的话)的平面结构包括具有圆形横截面(图3a和图3d)、正方形横截面(图3b和图3e)或六边形横截面(图3c和图3f)的平面结构。

图3a至图3f所示的纳米结构的形状300吸收xy平面中的光并发射沿第一部分的长轴线L，即沿z轴，偏振的光。

图4还描绘了根据本发明的纳米结构的形状400的其它实施例(图4a至图4d)。纳米结构的形状400具有作为第一部分401的杆状结构和作为第二部分402的三维形状结构。图4c所示的实施例还包括作为第三部分416的三维结构。第一部分401包括杆状结构，杆状结构包括被CdS壳包围的作为发射材料410的CdSe量子点。第二部分402和第三部分416(如果存在的话)包括CdS。

图4a的第二部分402的三维结构包括球体。图4c还包括作为第三部分416的球体。图4b和图4c的第二部分402的三维结构包括多腿结构，即具有三个腿部的结构(图4b)和具有五个腿部的结构(图4d)。

图4a至图4d所示的纳米结构的形状400吸收沿x、y和z方向的光，并发射沿第一部分的长轴线L，即沿z轴，偏振的光。

图5示出了根据本发明的纳米结构的形状500的另一实施例。纳米结构的形状500包括多个对齐的第一部分501，第一部分501包括作为发射材料510的量子点。第一部分501彼此分离。纳米结构的形状500还包括第二部分502和第三部分516。第二部分502连接到第一部分501的第一纵向端503，并且第二部分516连接到第一部分的第二纵向端504。第二部分502和第三部分516优选平行地定向。在图5所示的实施例中，第二部分502和第三部分516主要是平面的，并且第二部分502和第三部分516的长度比第一部分501的长度大得多。

当将具有实数的、各向同性的和均匀的介电常数ε

当吸收较弱并且当粒子远小于波长时，由于振幅为E

总的粒子吸收与二次场因子β

图6示出了根据本发明的液晶显示装置600。液晶显示装置600包括背光单元601、液晶显示面板602、设置在背光单元601与液晶显示面板602之间的偏振光发射板603以及设置在偏振光发射板603与液晶显示面板602之间的偏振器604。背光单元优选地使用LED(发光二极管)作为背光源。偏振光发射板603包括对齐的纳米结构的形状605。

使用包括分散在聚合物层中的球形量子点的偏振光发射板在本领域中是已知的。量子点例如由蓝色LED照射以产生窄带绿光或红光。由于量子点的发射是非偏振的，因此在液晶显示装置的偏振器中损失了50％的发射光。

通过使用包括杆中点而不是量子点的偏振光发射板，可以获得较大的偏振度。然而，杆中点主要捕获具有相同偏振的蓝色光子。

通过使用包括根据本发明的对齐的纳米结构的形状的偏振光发射板，并且通过以这样的方式对齐纳米结构的形状使得纳米结构的形状的第一部分的长轴线L与偏振器的传输方向平行或基本平行地对齐，可以获得较大的发射偏振度。具有作为第一部分的带有长轴线L的杆或杆状结构并且还包括第二部分的纳米结构的形状，对于在液晶显示装置中的使用是特别重要的，该第一部分的长轴线L和第二部分在一个平面中定向。这样的纳米结构的形状优选定向成其长轴线L平行于或基本平行于偏振器的传输方向并且平行于或基本平行于由偏振光发射板限定的平面。

适用于液晶显示器的特别优选的纳米结构的形状例如包括如图2a所示的十字形纳米结构的形状。这种包含如图2a所示的十字形粒子的纳米结构的形状的吸收特性和发射特性在图7中给出。十字形粒子由两个圆柱体组成，两个圆柱体的长度为2.1+w，宽度为w。量子点位于四个臂中的一个臂中的大约一半的距离D处，距离D等于1/2(D＝1/2)。包括量子点的臂被认为是纳米结构的形状的第一部分，并且其它三个臂被认为是纳米结构的形状的第二部分。第一部分和第二部分都在一个平面中定向。图7表明，对于这种粒子，可以获得用于偏振和高度偏振发射的有效吸收。图7a示出了十字形粒子的光致发光。图7b显示了十字形粒子的依赖定向的平方场参数β

对于在位置r处具有量子点的十字形粒子，理想偏振器在垂直方向上传输的发射光的分数由下式给出：

与球形量子点相比，十字形量子点的另一个优点是，十字形粒子的在竖直方向上的相对发射要比球形量子点高，即高出一个因子：

图8示出了根据本发明的太阳能聚光器800。太阳能聚光器800包括具有纳米结构的形状804的波导材料801。波导材料801包括具有用于接收入射辐射，特别是太阳辐射805，的顶表面802的平面结构，并且具有侧表面803。通常，侧表面803小于顶表面802。太阳辐射805被纳米结构的形状804吸收，并且所发射的光被捕获在波导材料801内并被引导到位于波导材料801的较短的侧表面803处的光伏电池。

优选地，纳米结构的形状804应该有效地吸收外部入射光并且具有通过内部全反射引导的光致发光的大部分。

通过使用以其长轴线L垂直于或基本垂直于接收太阳辐射的表面802的方式对齐的纳米结构的形状804，可以获得较大的发射偏振度。

具有作为第一部分的杆或杆状结构并且还包括作为第二部分的平面结构的纳米结构的形状804是特别重要的，杆或杆状结构具有长轴线L，，从而第一部分和第二部分不在平面中定向。

适用于太阳能聚光器的特别优选的纳米结构的形状804包括如图3a所示的平头的图钉粒子。这种平头的图钉粒子包括作为第一部分的杆状结构(长度为1，宽度为w)和作为第二部分的头部结构(长度为m(＝头部结构的直径)，宽度为n(＝头部结构的厚度))，该杆状结构包括位于杆状结构中间大约一半处的量子点。杆状结构优选地以其长轴线垂直于用于接收太阳辐射的表面802的方式定向。头部优选地定向成平行于用于接收太阳辐射的表面802。

在图9中给出了包括如图3a所示的平头的图钉粒子的这种纳米结构的形状804的吸收特性和发射特性。图9a示出了平头的图钉粒子的光致发光。图9b显示了平头的图钉粒子的依赖定向的平方场参数β

较大体积的粒子头部(第二部分)使得对于两种偏振都能够有效吸收入射太阳光，同时包括量子点的杆状结构(第一部分)促进了在平行于头部的平面内的发射。

在波导材料内部，入射太阳光在具有与内部全反射相对应的半角的圆锥体内传播：对于n

当吸收各向异性a

当发射各向异性a

图10所示的图表涵盖了宽高比和量子点的轴向位置对不同粒子(球形粒子、椭圆形粒子、圆柱体粒子、图钉粒子和十字形粒子)的吸收各向异性和发射各向异性的影响。不同的曲线表示量子点的不同的轴向位置。椭圆形粒子(等分线，象限I和象限III)的吸收各向异性和发射各向异性是相同的；并且十字形粒子具有为零的吸收各向异性。

对于椭圆形粒子(实对角线)，只有宽高比是重要的(对于1/w＜1粒子为圆盘形，对于1/w＝1粒子为位于(0，0)处的球体，粒子1/w＞1粒子为杆形)。

对于十字形粒子(虚线)，吸收各向异性为零。

对于圆柱形粒子(虚线)和图钉粒子(实线)，每条曲线代表量子点的不同的轴向位置，同时宽高比则沿该曲线变化，如箭头所示。对于太阳能聚光器的应用，负的吸收各向异性和正的发射各向异性是优选的，这意味着位于图10的第二象限中的具有各向异性的纳米结构的形状。

图11示出了根据本发明的纳米结构的形状1100的另一实施例。图钉状的纳米结构的形状1100包括多个对齐的第一部分1101。每个第一部分1101包括作为发射材料的量子点1110。量子点1110被半导体材料包围。优选地，量子点1110被半导体材料完全包围。纳米结构的形状1100还包括第二部分1102。第二部分1102包括例如平面结构，例如以垂直于或基本垂直于平行定向的第一部分1101的方式定向的平面结构。

例如，图钉状纳米结构的形状1100通过以下方法合成：

-首先，将多个纳米线1101分散在单体溶液中。每个纳米线1101包括量子。纳米线1101包括被半导体材料包围的量子点1110。纳米线1101具有例如至少为10的宽高比。

-通过施加外部电场，包括量子点的纳米线1101在第一电极和第二电极之间对齐(例如，竖直地对齐)，例如在顶部电极和底部电极之间对齐。

-在随后的步骤中，例如通过用UV辐射照射单体溶液或通过加热单体溶液来使单体聚合。可以优选添加固化剂，例如UV固化剂或热固化剂，到单体溶液。聚合步骤产生了聚合基质，聚合基质包含具有量子点的平行定向的纳米线。

-随后，从聚合基质的一侧，例如从聚合基质的顶侧选择性地刻蚀去除基质材料，直到纳米线1101的部分从剩余的聚合物材料的表面突出或伸出。

-在下一步骤中，将包含半导体材料的层1102沉积在剩余的聚合物材料的所得到的表面上。该层1102可以例如包括纳米粒子，例如与纳米线壳相同或相似的材料的(球形)纳米粒子。层1102的纳米粒子优选彼此接触并与纳米线1101接触。纳米粒子的层可以例如通过旋涂或通过Langmuir-Blodgett膜沉积来沉积。也可以考虑在剩余的聚合物材料上沉积半导体层的薄膜1102的替代性方法。沉积半导体材料的薄膜的替代性方法的示例包括热蒸发或化学气相沉积。

可选地，在沉积半导体层之后，将剩余的聚合物材料刻蚀去除。