固態照明組合物和系統的製作方法

2023-10-11 01:05:14

專利名稱：固態照明組合物和系統的製作方法
固態照明組合物和系統相關申請的交互引用本申請因此根據美國法典第35章第119(e)項要求於2006年ll月l日 提交的美國臨時專利申請No. 60/855，824的優先權，並將其引入本文作 為參考。發明領域本發明涉及照明技術，尤其是固態照明技術。政府專利許可權聲明本發明是在美國國防部-美國空軍科研辦公室(AFOSR)授權號 FA9550-04-1-0161的支持下進行的。聯邦政府可以保留本發明的某些許可權。發明背景目前可用的照明系統包括白熾光源，螢光光源，滷素光源和高強 度放電光源。以這些照明光源為基礎的照明系統內存在著缺點，許多 缺點與效率有關。現在，導致光產生的電能僅佔照明應用中所消耗的 電能的約30%。剩餘電能通過非輻射過程，如產熱而消散。例如，白熾 光源消耗所有照明能量的45%，但僅產生全部發光的14%。此外，螢光 燈的效率僅為白熾光源的約4倍，仍然存在著固有的能量損失。新的試圖克服現有照明系統的缺點的照明技術正在開發當中。有 一種這樣的技術以發光二極體(LEDs)為基礎。 一般而言，發光二極 管由半導體材料構成，其在偏置發射輻射。根據所用半導體材料的不 同，所發射的輻射可以落入電磁譜的紫外，可見或紅外區。發光二極 管提供了壽命增加，產熱減少和快速照明時間(rapid illumination times)的優點。然而，發光二極體的缺點包括溫度依賴性性能特徵，單向光 輸出和發射譜帶狹窄。發光二極體發射譜帶狹窄的特徵需要數個發射 譜不同的二極體捆在一起來產生白色光源。通過將發光二極體捆成束(bundling)來產生白色光源的花費很高，導致其在許多照明應用中的使用因為成本問題而受到禁止。考慮到前述缺點，提供以白熾，螢光，滷素，高強度放電和發光 二極體技術為基礎的照明系統的替代品的照明組合物和系統將是人們 所希望提供的。另外，人們還會希望提供製造這些照明組合物和系統 的方法。發明概述一方面，本發明提供了用於照明應用的固態組合物和系統。本發 明還提供了製造用於照明應用的固態組合物和系統的方法以及產生電 磁輻射的方法。本發明的照明組合物，裝置和系統為現有的白熾光，螢光和LEDs的照明光源提供了替代品。在一個實施方案中，本發明提供了包括第一電極，透輻射第二電 極和位於第一與第二電極之間的複合層的照明裝置，該複合層包括放 置在透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。 本文用到的磷光體是指任何由激發態輻射弛豫(relax)的化學物質。 此外，本文用到的透輻射是指至少部分穿過電磁譜的可見，紅外和/或 紫外區的輻射的能力。在一些實施方案中，透輻射材料可以在吸光度 和/或其它幹擾最小的條件下穿過可見電磁輻射。在一些實施方案中，複合層包括放置在透輻射電介質材料中的多 個電場集中器和多個磷光體。在一些實施方案中，第一電極也是透輻 射的。在本發明的照明裝置的複合層的一些實施方案中， 一個或多個電場集中器被放置在第一層第一透輻射電介質材料中，而一個或多個磷 光體被放置在第二層第二透輻射電介質材料中。在一些實施方案中， 第一和第二透輻射電介質材料包括相同的材料。在其它實施方案，第 一和第二透輻射電介質材料包括不同的材料。根據本發明的一些實施 方案的複合層可以顯示任何數目的以任何方式排列的電介質層，該電 介質層獨立地包括多個電場集中器和/或多個磷光體。在本發明的照明裝置的複合層的一些實施方案中， 一個或多個電 場集中器被放置在第一層第一透輻射電介質材料中，而一個或多個磷 光體被放置在第二層透輻射非電介質材料中。在一些實施方案中，透 輻射非電介質材料包括共軛聚合物，半導體聚合物或其組合物。在一 些實施方案中，放置在透輻射非電介質材料中的磷光體包括電介質塗 層。在一些實施方案中，本發明的照明裝置還包括複合層與第一電極 和/或第二電極之間的一個或多個透輻射電介質層。在一些實施方案中，透輻射電介質層起預防或抑制照明裝置的電介質擊穿的緩衝層的作 用。在一些實施方案中，透輻射電介質緩衝層可以放置在照明裝置的 複合層內。例如，在一個實施方案中，透輻射電介質緩衝層可以放置 在第一層與第二層之間，該第一層包括一個或多個放置在第一透輻射 電介質材料中的電場集中器，該第二層包括一個或多個放置在第二透 輻射電介質材料中的磷光體。在另一個實施方案中，透輻射電介質緩 沖層可以放置在第一層與第二層之間，該第一層包括放置在透輻射第 一電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體，該第二層 包括放置在透輻射第二電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一 個磷光體。在另一個實施方案中，本發明提供了包括至少一個照明裝置和至少一個與該照明裝置耦合的電路的照明系統。適合與至少一個電路耦 合的照明裝置可以包括本文所提供的任何照明裝置。例如，在本發明 的照明系統的一個實施方案中，該至少一個照明裝置包括第一電極， 透輻射第二電極和放置在第一電極與第二電極之間的複合層，其中複合層包括放置在透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一 個磷光體。在一些實施方案中，多個電路與至少一個照明裝置耦合。根據本發明的一些實施方案的照明系統包括多個與至少一個電路 耦合的照明裝置。在一些實施方案中，該多個照明裝置的至少一個電 路各自相同。在其它實施方案中，該多個照明裝置的至少一個電路各 不相同。根據一些實施方案，本發明的照明系統還包括用於一個或多個照 明裝置的外罩和/或夾具。在一些實施方案中，外罩和/或夾具包括防護 殼，面板，板片(tile)，框架和/或其它外殼。在一些實施方案中，本發明的照明系統具有120 VAC+/- 10%的標 稱工作電壓。在其它實施方案中，本發明的照明系統具有範圍為約IO VAC至約220 VAC的工作電壓。在另一個實施方案中，本發明的照明系 統的工作電壓在約20 VAC至約440 VAC的範圍內。此外，在一些實施方案中，由所施加的VAC產生的電場的頻率在 約16 Hz至約16000 Hz的範圍內。在其它實施方案中，電場的頻率為約 50Hz或約60 Hz。在另一個實施方案中，電場的頻率為約200 Hz或約400 Hz。在另一實施方案中，電場的頻率為約800Hz或約1200Hz。在一個 實施方案中，電場的頻率為約1600 Hz。在一些實施方案中，本發明的照明系統可操作的接受約5 V至約 1000 V或約IOO V至約500 V的DC工作電壓。在另一個實施方案中，本 發明的照明系統具有約12 V的D C工作電壓。另一方面，本發明提供了生產照明裝置和系統的方法。在一個實 施方案中，生產照明裝置的方法包括提供第一電極，提供透輻射第二 電極，提供複合層和將複合層放置在第一電極與第二電極之間，其中 複合層包括放置在透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少 一個磷光體。在一些實施方案中，提供複合層包括將至少一個電場集 中器和至少一個磷光體放置在透輻射電介質材料中。在其它實施方案 中，提供複合層包括將至少一個電場集中器放置在第一層第一透輻射 電介質材料中和將至少一個磷光體放置在靠近第一層的第二層第二透 輻射電介質材料中。
在一些實施方案中，生產照明系統的方法包括提供至少一個照明 裝置和將至少一個照明裝置與至少一個電路耦合。適合與至少一個電 路耦合的照明裝置可以包括本文所提供的任一照明裝置。在一個實施 方案中，照明裝置包括第一電極，透輻射第二電極和放置在第一電極 與第二電極之間的複合層，該複合層包括放置在透輻射電介質材料中 的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。在一些實施方案中，照明 裝置包括多個電場集中器和多個磷光體。在一些實施方案中，生產照 明系統的方法包括將至少一個照明裝置與多個電路耦合。
在另一個實施方案中，生產照明系統的方法包括提供本發明的多 個照明裝置和將多個照明裝置各自與至少一個電路耦合。在一些實施 方案中，至少一個電路對於多個照明裝置各自來說是相同的。在其它 實施方案中，至少一個電路對於多個照明裝置各自來說是不相同的。
另一方面，本發明提供了產生電磁輻射的方法。在一個實施方案
中，產生電磁輻射的方法包括提供包括放置在透輻射電介質材料中的 至少一個電場集中器和至少一個磷光體的複合層，將複合層放置在電
場中，激活至少一個磷光體，以及從至少一個磷光體發射輻射。在另 一個實施方案中，產生電磁輻射的方法包括提供包括至少一個放置在第一層第一透輻射電介質材料中的電場集中器和至少一個放置在第二 層第二透輻射電介質材料中的磷光體的複合層，將複合層放置在電場 中，激活至少一個磷光體，以及從至少一個磷光體發射輻射。
在產生電磁輻射的方法的一些實施方案中，激活至少一個磷光體 包括將電荷從至少一個電場集中器轉移至至少一個磷光體。根據一些 實施方案，電荷包括電子。在其它實施方案中，電荷包括空穴。此外， 在一些實施方案中，激活至少一個磷光體包括產生電介質位移電流和 用電介質位移電流使至少一個磷光體處於激發態。
在一些實施方案中，產生電磁輻射的方法包括激活多個磷光體和 從多個磷光體發射電磁輻射。根據本發明的一些實施方案，激活多個 磷光體包括將電荷從至少一個電場集中器轉移至多個磷光體，用電介 質位移電流使多個磷光體處於激發態，或其組合。
下面的發明詳述中更詳細地描述了本發明的這些和其它實施方案。
附圖
簡述
圖l圖示了根據本發明的實施方案的照明裝置的橫截面圖。 圖2圖示了根據本發明的實施方案的照明裝置的橫截面圖。
圖3圖示了根據本發明的實施方案的照明裝置的橫截面圖。 圖4圖示了CIE色度標尺。
圖5(a)-(b)圖示了沒有電場集中器存在的照明組合物的電致發光特性。
圖6(a)-(b)圖示了包括電場集中器的本發明的照明組合物的電致發 光特性。
發明詳述
本發明提供了用於照明應用的固態組合物和系統。本發明還提供了製造用於照明應用的固態組合物和系統的方法，及產生電磁輻射的 方法。本發明的照明組合物，裝置和系統為現有的白熾光，螢光和LEDs 的照明光源提供了替代品。
在一個實施方案中，本發明提供了包括第一電極，透輻射第二電 極和放置在第一電極與第二電極之間的複合層的照明裝置，該複合層 包括放置在透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷 光體。
現在轉向可以包括在本發明的照明裝置的各種實施方案中的組 件，本發明的照明裝置包括複合層。根據本發明的一些實施方案，復 合層包括放置在透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一 個磷光體。在一些實施方案中，複合層包括放置在透輻射電介質材料 中的多個電場集中器和多個磷光體。
在一些實施方案中，電場集中器包括具有納米或數十納米級直徑 和微米或毫米級長度的高長徑比材料。本文用到的術語長徑比是指電 場集中器的長度除以電場集中器的直徑或寬度。在一些實施方案中， 電場集中器顯示了範圍為約1至約106的長徑比。在其它實施方案中， 電場集中器顯示了範圍為約10至約100,000的長徑比。在另一實施方案 中，電場集中器具有範圍在約10至約10，000，或約5至約1000之間的長 徑比。
根據本發明的一些實施方案，電場集中器具有約l nm至約5 rnm， 或約10nm至約l mm的長度範圍。在另一個實施方案中，電場集中器具 有約50 nm至約500 iam，約100 nm至約100 pm，或約500 nm至10 pm的 長度範圍。在另一實施方案中，電場集中器具有約200 nm至約500 nm 的長度範圍。
在一些實施方案中，電場集中器具有約l nm至約100nm的直徑範圍。在另一個實施方案中，電場集中器具有約IO nm至約80 mxi或約20 nm至約60nm的直徑範圍。在一些實施方案中，電場集中器具有大於約 100 nm或小於約l nm的直徑。
在一些實施方案中，電場集中器包括納米管。在一些實施方案中， 納米管包括碳納米管，其中碳納米管包括單壁碳納米管(SWNT)，多 壁碳納米管(MWNT)，切割(cut)碳納米管，以及摻雜單壁碳納米管， 摻雜多壁碳納米管或其混合物。
在一些實施方案中，摻雜單壁碳納米管和摻雜多壁碳納米管包括 重量百分比為約0.1%至約30%的量的硼。在其它實施方案中，摻雜單壁 碳納米管和摻雜多壁碳納米管包括重量百分比為約5%至約25%，或約 10%至約20%的量的硼。在另一實施方案中，摻雜單壁碳納米管和摻雜 多壁碳納米管包括重量百分比小於0.1%的量的硼。
在一些實施方案中，摻雜單壁碳納米管和摻雜多壁碳納米管包括 重量百分比為約0.1%至約30%的量的氮。在其它實施方案中，摻雜單壁 碳納米管和摻雜多壁碳納米管包括重量百分比為約5%至約25%，或約 10%至約20%的量的氮。在另一實施方案中，摻雜單壁碳納米管和摻雜 多壁碳納米管包括重量百分比小於0.1%的量的氮。
在另一個實施方案，電場集中器包括金屬納米線，包括過渡金屬 納米線。在一些實施方案中，金屬納米線包括銀納米線，金納米線， 鉬金屬納米線，鎳納米線，鐵納米線，銅納米線，或其組合。
在一些實施方案中，本發明的電場集中器包括半導體納米線。根 據一些實施方案，半導體納米線包括II/VI半導體，m/v半導體，或其 混合。在一個實施方案中，半導體納米線包括碲化鎘(CdTe)納米線， 硒化鎘(CdSe)納米線，硫化鎘(CdS)納米線，硫化鋅(ZnS)納米 線，硒化鋅(ZnSe)納米線，砷化鎵(GaAs)納米線，氮化鎵(GaN)納米線，磷化銦(InP)納米線，或其混合。
在一些實施方案中，電場集中器包括納米棒。在一些實施方案中， 納米棒包括碳納米管，金屬納米線，半導體納米線，或其混合。
根據一些實施方案，包括碳納米管，金屬納米線，或半導體納米 線的電場集中器被化學官能化，這可以增強電場集中器在電介質材料
中的色散(dispersion)特徵。在一些實施方案中，電場集中器的表面 被化學官能化。根據本發明的一些實施方案，化學官能化包括電場集 中器，如碳納米管與一種或多種表面活性劑，如十二烷基硫酸鈉和/或 聚乙二醇對(l,l,3，3-四甲基丁基)-苯基醚(TRITON X-100)的非特異 性結合。在另一個實施方案中，化學官能化包括電場集中器與一種或 多種酸，包括磺酸和/或pluroiiic酸的非特異性結合，或與一種或多種聚 合物，如(間亞苯基亞乙烯基)-(2,5-二辛氧基-對亞苯基)亞乙烯基共聚 物(PmPV) ， (2，6-亞批啶基亞乙烯基)-(2,5-二辛氧基-對亞苯基)亞乙 烯基共聚物(PPyPV)和/或(5-垸氧基-間亞苯基亞乙烯基)-(2,5-二辛氧 基-對亞苯基)亞乙烯基共聚物(PAmPV)的非特異性結合。在另一實 施方案中，化學官能化包括電場集中器與一種或多種聚乙二醇和/或碳 酸的共價結合。
根據本發明的一些實施方案，複合層包括按重量計為複合層的約 0.01%至約99%的量的電場集中器。在另一個實施方案中，複合層包括 按重量計為複合層的約0.01°/。至約50%，或約1%至25%的量的電場集中 器。在另一實施方案中，複合層包括按重量計為複合層的約0.0P/。至約 10%，或約1%至約5%的量的電場集中器。
在一些實施方案中，複合層包括不同類型的電場集中器的混合物。 例如，在一個實施方案中，複合層包括碳納米管和金屬納米線電場集 中器。在另一個實施方案中，複合層包括半導體納米線電場集中器， 金屬納米線電場集中器和碳納米管電場集中器。本發明的複合層的實施方案涵蓋電場集中器類型的所有組合。
除電場集中器外，本發明的複合層包括至少一個磷光體。在一些 實施方案中，複合層包括多個磷光體。根據本發明的一些實施方案， 磷光體包括納米磷光體。在一些實施方案中，納米磷光體包括平均直
徑在約l nm至約500 nm,或約IO mn至約300 nm範圍內的顆粒。在另一 個實施方案中，納米磷光體包括平均直徑在約50nm至約250nm,或約 75nm至約150nm，或約5 nm至約50 rnn範圍內的顆粒。在另一實施方 案中，納米磷光體包括平均直徑小於l nm或大於500nm的顆粒。
根據本發明的實施方案，包括納米磷光體的磷光體由激發態可操 作輻射弛豫(radiatively relax)。在一些實施方案中，磷光體發射電磁 譜的可見區輻射。在一些實施方案中，磷光體除了發射電磁譜的可見 區輻射外，還發射電磁譜的紫外或紅外區輻射。在其它實施方案中， 磷光體發射電磁譜的紫外或紅外區輻射，但不發射可見區輻射。根據 本發明的實施方案，可以選擇磷光體來發射具有與紅，橙，黃，綠， 藍，靛和紫色相應的波長的輻射。
在一些實施方案中，包括納米磷光體的磷光體包括鑭系和錒系元 素(稀土發射體)，如鉺，鐿，鏑或鈥；金屬，如過渡金屬；金屬氧 化物；金屬硫化物；或其組合物。在一些實施方案中，磷光體包括摻 雜三氧化二釔(Y203)，包括Y2。3:Eu， Y203:Zi^Y203:Ti。在其它實 施方案中，磷光體包括摻雜硫化鋅，包括ZnS:Cu， ZnS:Mn， ZnS:Ga， ZnS:Gd或其混合物。在另一個實施方案中，磷光體包括摻雜硫化鈣， 包括CaS:Er， CaS:Tb， CaS:Eu，或其混合物。在另一實施方案中，磷 光體包括摻雜氧化鋅，包括ZnO:Eu。在一個實施方案中，磷光體包括 摻雜硫化鍶，包括SrS:Ca， SrS:Mn， SrS:Cu，或其混合物。
在另一個實施方案中，包括納米磷光體的磷光體包括半導體材料。
在一個實施方案中，半導體材料包括量子點，該量子點包括n/vi和m/v半導體。在一些實施方案中，磷光體包括硒化鎘(CdSe)量子點，碲 化鎘(CdTe)量子點，硫化鎘(CdS)量子點，硫化鋅(ZnS)量子點， 硒化鋅(ZnSe)量子點，砷化鎵(GaAs)量子點，氮化鎵(GaN)量 子點，磷化銦(InP)量子點，或其混合物。在一些實施方案中，量子 點包括核/殼結構，其中核是II/VI半導體，殼是III/V半導體，或者核是
m/v半導體，殼是n/vi半導體。
在另一實施方案中，磷光體可以包括有機和無機染料，及其它由 激發態可操作輻射弛豫的化學物類。在一些實施方案中，有機染料和
化學物類包括H2C6N和4-二烷基氨基-l,8-萘二甲醯亞胺以及1,8-萘二甲 醯亞胺衍生物和化合物，如多支鏈萘二甲醯亞胺衍生物TPA-NA1， TPA-NA2和TPA-NA3。有機磷光體材料還可以包括4-(二甲氨基)肉桂腈 (順式和反式)，反式4-[4-(二甲氨基)苯乙烯基]-l-甲基吡啶鑰碘化物， 4-[4-(二甲氨基)苯乙烯基]吡啶，4-(二乙氨基)苯甲醛二苯腙，反式 4_[4-(二甲氨基)苯乙烯基]-1-甲基吡啶総對甲苯磺酸鹽，2-[乙基[4-[2-(4-硝基苯基)乙烯基]苯基]氨基]乙醇，4-二甲氨基-4'-硝基芪，分散橙25， 分散橙3和分散紅1。
在一些實施方案中，包括納米磷光體的磷光體包括防護層。在一 個實施方案中，防護層包括玻璃。在其它實施方案中，磷光體防護層 包括樹突型配體和/或其它樹突狀結構及殼，包括半導體或金屬氧化物。 在一些實施方案中，與本發明的磷光體聯合的防護層幾乎不幹擾或減 弱磷光體的輻射發射。
在一些實施方案中，防護層可以增強磷光體在電介質材料中的色 散特性。在其它實施方案中，包括納米磷光體的磷光體可以被化學官 能化，這可以增強磷光體在電介質材料中的色散特性。在一些實施方 案中，除了一個或多個防護層外，還實施了化學官能化。
根據本發明的一些實施方案，複合層包括按重量計為複合層的約0.01%至約99%的量的磷光體。在另一個實施方案中，複合層包括按重 量計為複合層的約0.01%至約50%，或約1%至約25%的量的磷光體。在 另一實施方案中，複合層包括按重量計為複合層的約0.01%至約10%， 或約1 %至約5%的量的磷光體。
本文所述的本發明複合層包括放置在透輻射電介質材料中的至少 一個電場集中器和至少一個磷光體。在一些實施方案中，多個電場集 中器和磷光體被放置在透輻射電介質材料中。在一些實施方案中，透 輻射電介質材料具有大於約1至約10的介電常數。在另一個實施方案 中，透輻射電介質材料具有大於約10的介電常數。
在一些實施方案中，透輻射電介質材料包括聚合物材料。在一個 實施方案中，聚合物材料包括氟化聚合物，如聚偏氟乙烯(PVDF)， 聚氟乙烯(PVF)，聚四氟乙烯(PTFE)，全氟丙烯，聚三氟氯乙烯 (PCTFE)，或其共聚物和組合物。在一些實施方案中，聚合物材料 包括聚丙烯酸酯，包括聚丙烯酸(PAA)，聚甲基丙烯酸酯(PMA)， 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，或其共聚物和組合物。在其它實施方 案中，聚合物材料包括聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚碳 酸酯，聚醯胺，聚醯亞胺，或其共聚物和組合物。根據本發明的實施 方案，聚合物電介質材料涵蓋本領域技術人員了解的任何適宜的分子 量(Mw)和多分散性。
在一些實施方案中，電場集中器和磷光體通過與電介質材料摻合 來放置在透輻射電介質材料中。電場集中器和磷光體與透輻射電介質 材料的摻合導致了電場集中器和磷光體分散在整個電介質材料中。
在其中透輻射電介質材料包括聚合物材料的一些實施方案中，電 場集中器和磷光體向聚合物材料中的摻合可以在液相中完成。在一個 實施方案中，液相摻合包括向第一溶劑中加入聚合物材料，向第二溶 劑中加入電場集中器，和向第三溶劑中加入磷光體。將所得三種溶液摻合成單一溶液，其中電場集中器和磷光體被分散在聚合物相中。隨 後除去溶劑，形成複合層。向聚合物材料中摻合電場集中器和磷光體 的實施方案涵蓋其它液相程序，如將一種或多種組分加入同一溶劑中， 然後與一種或多種其它溶劑摻合。
在其它實施方案中，複合層的組分的摻合可以用聚合物熔體和溶 劑完成。在其它實施方案中，電場集中器和磷光體與聚合物材料的摻
合可以通過超聲摻合和膠凝，擠出，雙螺杆和混沌對流(chaotic advection)來完成。
在本發明的照明裝置的複合層的一些實施方案中， 一個或多個電 場集中器被放置在第一層第一透輻射電介質材料中， 一個或多個磷光 體被放置在第二層第二透輻射電介質材料中。在這些實施方案中，電 場集中器，磷光體和第一及第二透輻射電介質材料包括上文提供的那
些。在一些實施方案中，第一和第二透輻射電介質材料包括相同的材 料。在其它實施方案中，第一和第二透輻射電介質材料包括不同的材 料。在一些實施方案中，第一和第二透輻射電介質材料包括與上文提 供的一致的聚合物材料。
在一些實施方案中，包括一個或多個放置在第一層第一透輻射電 介質材料中的電場集中器和一個或多個放置在第二層第二透輻射電介 質材料中的磷光體的複合層還包括至少一層包括一個或多個放置在其 它透輻射電介質材料中的電場集中器和/或磷光體的其它層。
根據本發明的一些實施方案，複合層可以顯示任何數目的以任何 方式排列的電介質層，該電介質層獨立地包括多個電場集中器和/或多 個磷光體。在複合層的一些實施方案中，界面層出現在包括多個電場 集中器的第一透輻射電介質層與包括多個磷光體的第二透輻射電介質 層之間。界面層可以包括電場集中器與磷光體的混合物。
20如本文提供的那樣，在一些實施方案中，多個磷光體可以放置在 非電介質材料中。在一些實施方案中，複合層可以顯示任何數目的以 任何方式排列的獨立地包括多個電場集中器和/或多個磷光體的電介質 層和任何數目的包括多個磷光體的非電介質層。
複合層顯示任何數目的以任何方式排列的具有獨立構成的電介質 層的能力使照明裝置的製作能夠滿足特殊應用的需求，該電介質層各 自包括多個電場集中器和/或多個磷光體。
例如，在一些實施方案中，本發明的照明裝置需要具有在AC電壓 或DC電壓下操作的能力。在一個實施方案中，為了滿足這一要求，照 明裝置的複合層可以包括一個或多個放置在第一層第一透輻射電介質 材料中的電場集中器，其中第一層被插在包括一個或多個放置在第二 透輻射電介質材料中的AC電致發光磷光體的第二層與包括一個或多個
放置在第三透輻射電介質材料中的DC電致發光磷光體的第三層之間。
或者，本發明的照明裝置的複合層可以包括AC電致發光層和DC 電致發光層，該AC電致發光層包括放置在第一透輻射電介質材料中的 至少一個電場集中器和至少一個AC電致發光磷光體，該DC電致發光層 包括放置在第二透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一 個DC電致發光磷光體。
在本發明的照明裝置的複合層的一些實施方案中， 一個或多個電 場集中器被放置在第一層第一透輻射電介質材料中， 一個或多個磷光 體被放置在第二層透輻射非電介質材料中。在一些實施方案中，透輻 射非電介質材料包括共軛聚合物，半導體聚合物或其組合物。在一些 實施方案中，放置在透輻射非電介質材料中的磷光體包括電介質塗層。
在一些實施方案中，複合層的厚度在約IO nm至約500 pm的範圍 內。在其它實施方案中，複合層的厚度在約50nm至約300 nm，或約IOOmn至約250 pm的範圍內。在另一個實施方案中，複合層的厚度在約150 nm至約100 pm的範圍內。在另一實施方案中，複合層的厚度在約500 nm 至約10pm的範圍內。
除了複合層外，本發明的照明裝置包括第一電極和透輻射第二電 極。在一些實施方案中，第一電極包括金屬。根據本發明的實施方案， 適合用作電極的金屬包括金屬元素，例如，金，銅，鉑等，及金屬合 金，包括由兩種或兩種以上基本上純的材料組成的材料。在一些實施 方案中，第一電極包括過渡金屬，包括金，銀，銅，鎳，鐵，或其合 金。在另一個實施方案中，第一電極包括鋁。
第一電極可以具有任何預期的厚度。在一些實施方案中，第一電 極的厚度在約100nm至約l mm的範圍內。在其它實施方案中，第一電 極的厚度在約250 nm至約750 pm，或約500 nm至約500 iim的範圍內。 在另一個實施方案中，第一電極的厚度在約l pm至約300 pm的範圍內。 在另一實施方案中，第一電極的厚度小於約IOO nm或大於l mm。在一 個實施方案中，第一電極具有可以至少部分穿過可見電磁輻射的厚度。 此外，在一些實施方案中，第一電極可以是反射式的，從而允許在復 合層中產生電磁輻射的反射。
一些實施方案中，第一電極是透輻射的。在一些實施方案中，透 輻射第一電極包括透輻射導電氧化物。在一些實施方案中，透輻射導 電氧化物包括氧化銦錫(ITO),氧化鎵銦錫(gallium indium tin oxide， GITO)，氧化鋅銦錫(zinc indium tin oxide， ZITO),氧化銦銻(indium antimony oxide， IAO)，禾口氧化銻錫(antimony tin oxide， ATO)。在 另一個實施方案中，透輻射第一電極包括透輻射聚合物材料，如聚苯 胺(PANI)及其化學相關物。
在一些實施方案中，3,4-聚乙烯二氧噻吩(PEDOT:PSS)可以是透 輻射第一電極的適宜透輻射聚合物材料。在一個實施方案中，包括分
22散在PEDOT:PSS中的納米粒，如碳納米管的PEDOT:PSS複合物可以起 到第一電極的適宜透輻射聚合物材料的作用。在一些實施方案中， PEDOT:PSS複合電極包括重量為複合電極的約0.01 %至約80%的碳納 米管。在另一個實施方案中，PEDOT:PSS複合電極包括重量為電極的 約0.1 %至約10%，或約0.5%至約5%的碳納米管。
根據一些實施方案，透輻射第二電極包括透輻射導電氧化物。在 一些實施方案中，透輻射導電氧化物包括氧化銦錫(ITO)，氧化鎵銦 錫(gallium indium tin oxide， GITO),氧化鋅銦錫(zinc indium tin oxide， ZITO)，氧化銻錫(antimony tin oxide， ATO)，和氧化銦銻(indium antimony oxide， IAO)。在另一個實施方案中，透輻射第二電極包括 透輻射聚合物材料，如聚苯胺(PANI)及其化學相關物。在另一實施 方案中，透輻射第二電極可以包括厚度可以至少部分穿過可見電磁輻 射的金屬或碳納米管層。
在一些實施方案中，3,4-聚乙烯二氧噻吩(PEDOT:PSS)可以是第 二電極的適宜透輻射聚合物材料。在一個實施方案中，包括分散在 PEDOT:PSS中的納米粒，如碳納米管的PEDOT:PSS複合物可以起到第 二電極的適宜透輻射聚合物材料的作用。在一些實施方案中， PEDOT:PSS複合電極包括重量為複合電極的約0.01。/Q至約80。/。的碳納 米管。在另一個實施方案中，PEDOT:PSS複合電極包括重量為電極的 約0.1%至約10%，或約0.5%至約5%的碳納米管。
在一些實施方案中，透輻射第二電極的厚度在約l pm至約500 pm 的範圍內。在其它實施方案中，透輻射第二電極的厚度在約10nm至約 300|jm，或約50 jxm至約250 nm的範圍內。在另一個實施方案中，透輻 射第二電極的厚度在約100 nm至約200 Mni的範圍內。在另一實施方案 中，透輻射第二電極的厚度小於約l ^m，或大於約500 nm。
在一些實施方案中，照明裝置還包括與透輻射第二電極鄰近的第一防護層。根據本發明的實施方案，第一防護層是透輻射的。在一些 實施方案中，防護層包括聚合物材料，如聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯， 聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚酯，聚醯胺，或其共聚物或組合物。防護層 可以具有任何預期的厚度，該厚度常常取決於照明裝置的應用。例如，
在照明裝置在高衝擊或其它苛刻環境中使用的實施方案中，防護層可 以具有相當大的厚度。在要求較低的環境裡，防護層可以較薄。
在一個實施方案中，第一防護層的厚度在約l pm至約10mm的範 圍內。在另一個實施方案中，第一防護層的厚度在約10pm至約l mm， 或約IOO pm至約800 pm的範圍內。在一些實施方案中，第一防護層的 厚度在約250 lim至約500 nm的範圍內。在另一實施方案中，第一防護 層的厚度小於約l nm或大於約10mm。
在一些實施方案中，本發明的照明裝置具有與第一電極鄰近的第 二防護層。在一些實施方案中，第二防護層包括與本文所述第一防護 層一致的材料。
在一些實施方案中，照明裝置還在複合層與第一電極和/或第二電 極之間包括一層或多層透輻射電介質層。在一些實施方案中，放置在 複合層與第一和/或第二電極之間的一層或多層電介質層可以起到緩衝 層的作用，從而阻止或抑制照明裝置的電介質擊穿。
在一些實施方案中，透輻射電介質緩衝層可以放置在照明裝置的 複合層內。例如，在一個實施方案中，透輻射電介質緩衝層可以放置 在第一層與第二層之間，該第一層包括一個或多個放置在第一透輻射
電介質材料中的電場集中器，該第二層包括一個或多個放置在第二透 輻射電介質材料中的磷光體。在另一個實施方案中，透輻射電介質緩 衝層可以放置在第一層與第二層之間，該第一層包括放置在第一透輻 射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體，該第二層 包括放置在第二透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。
在一些實施方案中，透輻射電介質緩沖層包括聚合物材料，陶瓷 材料，或其組合物。在一些實施方案中，聚合物電介質材料包括本文
所述用於複合層的那些聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯，聚偏氟乙烯， 聚氧化乙烯，聚碳酸酯，或其共聚物。在一些實施方案中，陶瓷材料 包括氧化矽，氧化鋁，或其組合物。在一些實施方案中，透輻射電介 質緩衝層幾乎不包括電場集中器或磷光體。在一個實施方案中，透輻 射電介質緩衝層不包括任何電場集中器或磷光體。
在一些實施方案中，透輻射電介質緩衝層的厚度在約l pm至約500 Hm,或約IO pm至約400 pm的範圍內。在其它實施方案中，透輻射電 介質緩衝層的厚度在約IOO jLim至約300 jim的範圍內。在另一實施方案 中，透輻射緩衝層的厚度小於約l pm或大於約500(im。
在一些實施方案中，放置在複合層中間的電介質緩衝層是不透輻 射。在這樣的實施方案中，電介質層可以包括聚合物材料，包括共軛 聚合物，如聚噻吩和聚苯胺。
圖l圖示了根據本發明的一個實施方案的照明裝置的橫截面圖。圖 1中所示照明裝置(100)包括第一電極(102)和透輻射第二電極(112)。 複合層(104)放置在第一電極(102)與透輻射第二電極(112)之間。 在圖l所示實施方案中，複合層(104)與第一電極(102)的內表面和 透輻射第二電極(112)的內表面接觸。複合層(104)包括分散在整 個透輻射電介質聚合物材料(110)中的多個電場集中器(106)和多 個磷光體(108)。防護層(114)與透輻射第二電極相鄰放置。
圖2圖示了根據本發明的另一個實施方案的照明裝置的橫截面圖。 圖2所示照明裝置(200)包括第一電極(202)和透輻射第二電極(214)。 複合層(204)放置在第一電極(202)與透輻射第二電極(214)之間。複合層(204)包括第一層第一透輻射電介質材料(206)和第二層第 二透輻射電介質材料(208)。在圖2所示實施方案中，電場集中器(210) 放置在第一透輻射電介質材料(206)中，磷光體(212)放置在第二 透輻射電介質材料(208)中。防護層(216)與透輻射第二電極(214) 相鄰放置。
圖3圖示了根據本發明的另一個實施方案的照明裝置的橫截面圖。 圖3所示照明裝置(300)包括第一電極(302)和透輻射第二電極(320)。 複合層(304)放置在第一電極(302)與透輻射第二電極(320)之間。 複合層(304)包括第一層(306)，該第一層(306)包括多個放置在 第一透輻射電介質材料中的電場集中器(308)。複合層(304)還包 括在第一層(306)兩邊的第二 (310)和第三(312)層。第二層(310) 包括多個放置在第二透輻射電介質材料中的磷光體(314)，第三層 (312)包括多個放置在第三透輻射電介質材料中的磷光體(316)。
根據本發明的實施方案，照明裝置可以發出白光和有色光。在一 些實施方案中，本發明的照明裝置所提供的電磁輻射的色度由分散在 複合層的透輻射電介質材料中的磷光體的輻射發射特性決定。在一些 實施方案中，具有相同或相似發射光譜的磷光體被分散在整個透輻射 電介質材料中，以產生單色光。在另一個實施方案中，具有不同發射 光譜的磷光體可以按多種比例混合，以產生白色光。例如，在一個實 施方案中，可以將發紅，綠和藍光的磷光體混合，以產生各種顏色的 光及白光。本發明的照明裝置所提供的光的色度可以用CIE色度標尺確 定。圖4圖示了CIE色度標尺，包括不同顏色光的坐標。本發明的實施 方案涵蓋產生任何CIE色度標尺上的顏色的光，包括白光的磷光體。
根據一些實施方案，本發明的包括第一電極，透輻射第二電極和 放置在第一電極與第二電極之間的複合層的照明裝置具有大於90流明/ 瓦的效率，所述複合層包括放置在透輻射電介質材料中的至少一個電 場集中器和至少一個磷光體。在一些實施方案中，照明裝置具有大於
26100流明/瓦的效率。在另一個實施方案中，照明裝置的效率在約100流
明/瓦至約200流明/瓦的範圍內。在另一實施方案中，照明裝置的效率 在約120流明/瓦至約160流明/瓦的範圍內。在另一個實施方案中，照明 裝置具有大於200流明/瓦的效率。
在一些實施方案中，本發明的照明裝置的壽命大於20，000小時連 續工作。在另一個實施方案中，本發明的照明裝置的壽命大於30,000 小時工作。
在一些實施方案中，本發明的照明裝置可以製成各種照明應用的 尺寸。在一個實施方案中，照明裝置的前表面積在約l cr^至約100 cm2， 或約5 cn^至約50 cn^的範圍內。在另一個實施方案中，照明裝置的前 表面積約為l m2。在另一實施方案中，照明裝置的前表面積(frontal surface)大於約l 1112或小於約1 cm2。
在一些實施方案中，本文所述照明裝置是撓性的。在這樣的實施 方案中，撓性允許將照明裝置以不適用於剛性材料的方式滾成片狀， 彎曲狀，曲線狀，或其它構型。此外，在一些實施方案中，本發明的 照明裝置可以在不使照明裝置不工作或賦予照明裝置不可工作性的條 件下切割或刻痕。結果，本發明的照明裝置可以製成符合任何應用的 大小。
本發明的照明裝置被用作面板或液晶應用和顯示器的背面照明， 汽車照明，航空照明，商業照明，工業照明，家庭及裝飾照明，包括 壁紙照明和辦公室及實驗室照明。在一些實施方案中，本發明的照明 裝置被用於流動照明，娛樂和戶外照明。在另一個實施方案中，本發 明的照明裝置可以在窗玻璃或其它玻璃應用中用作窗玻璃。在這樣的 實施方案中，當照明裝置關閉時，該照明裝置是透輻射的。然而，當 打開時，該照明裝置發射預期的一種或多種顏色的光。在一些實施方 案中，該照明裝置打開時發出白光。在另一實施方案中，本發明的照明裝置被用於軍事照明應用，如 飛機，船艦和潛艇的戰鬥照明系統。在一個實施方案中，本發明的照 明裝置被用於戰鬥照明燈系統。此外，在一些實施方案中，本發明的 照明裝置被用於光譜敏感的應用，如溫室照明和醫療應用，包括光治 療性繃扎術。
另一方面，本發明提供了包括至少一個照明裝置和至少一個與該 照明裝置耦合的電路的照明系統。在本發明的照明系統的一些實施方 案中，該至少一個照明裝置包括第一電極，透輻射第二電極和放置在 第一電極與第二電極之間的複合層，其中複合層包括放置在透輻射電 介質材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。在一些實施方 案中，複合層包括至少一個放置在第一層第一透輻射電介質材料中的 電場集中器和至少一個放置在第二層第二透輻射電介質材料中的磷光 體。在一些實施方案中，多個電路與至少一個照明裝置耦合。
在另一個實施方案中，本發明的照明系統包括與至少一個電路耦 合的多個照明裝置。在一些實施方案中，至少一個電路對於多個照明 裝置各自來說是相同的。在其它實施方案中，至少一個電路對於多個 照明裝置各自來說是不相同的。在其中至少一個電路對於多個照明裝 置各自來說是不相同的實施方案中，根據向該多個照明裝置各自同時 或非同時施加電壓，可以產生協調或隨機的照明顯示。
在一些實施方案中，本發明的照明系統的標稱工作電壓為120
VAC+/-10%。在另一個實施方案，本發明的照明系統的工作電壓在約 10 VAC至約220 VAC的範圍內。在另一個實施方案中，本發明的照明 系統的工作電壓在約20 VAC至約440 VAC的範圍內。
此外，在一些實施方案中，由所施加的VAC產生的電場的頻率在 約16Hz至約16000 Hz的範圍內。在其它實施方案中，電場的頻率為約50 Hz或約60 Hz。在另一個實施方案中，電場的頻率為約200 Hz或約400 Hz。在另一實施方案中，電場的頻率為約800 Hz或約1200 Hz。在一個 實施方案中，電場的頻率為約1600 Hz。
在一些實施方案中，電場的頻率被選擇，以使複合層的電介質材 料的電介質位移電流增加或最大化。例如，在一個實施方案中，電場 的頻率與複合層中的電介質材料的固有共振頻率匹配。
在其它實施方案中，本發明的照明系統可以接受約5 V至約IOOO V 或約IOO V至約500 V的DC工作電壓。在另一個實施方案中，本發明的 照明系統具有約12 V的DC工作電壓。
根據一些實施方案，照明系統還包括一個或多個照明裝置的外罩 禾口/或夾具。在一些實施方案中，外罩和/或夾具包括防護殼，面板，板 片，框架，或其它外殼。
另一方面，本發明提供了生產照明裝置和系統的方法。在一個實 施方案中，生產照明裝置的方法包括提供第一電極，提供透輻射第二 電極，提供複合層和將複合層放置在第一電極與第二電極之間，其中 複合層包括放置在透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少 一個磷光體。在一些實施方案中，複合層包括放置在透輻射電介質材 料中的多個電場集中器和多個磷光體。在其它實施方案中，複合層包 括至少一個放置在第一層第一透輻射電介質材料中的電場集中器和至 少一個放置在第二層第二透輻射電介質材料中的磷光體。
在一些實施方案中，生產照明裝置的方法還包括將至少一層電介 質緩衝層放置在複合層與第一和/或第二電極之間。
在一些實施方案中，提供複合層包括將至少一個電場集中器和至 少一個磷光體放置在透輻射電介質材料中。在其它實施方案中，提供複合層包括將至少一個電場集中器放置在第一層第一透輻射電介質材 料中和將至少一個磷光體放置在靠近第一層的第二層第二透輻射電介 質材料中。
在一些實施方案中，生產照明系統的方法包括提供至少一個照明 裝置和將至少一個照明裝置與至少一個電路耦合。適合與至少一個電 路耦合的照明裝置可以包括本文所述任何照明裝置。在一個實施方案 中，照明裝置包括第一電極，透輻射第二電極和放置在第一電極與第 二電極之間的複合層，該複合層包括放置在透輻射電介質材料中的至 少一個電場集中器和至少一個磷光體。在一些實施方案中，複合層包 括至少一個放置在第一層第一透輻射電介質材料中的電場集中器和至 少一個放置在第二層第二透輻射電介質材料中的磷光體。在一些實施 方案中，生產照明系統的方法包括將至少一個照明裝置與多個電路耦
在另一個實施方案中，生產照明系統的方法包括提供本發明的多 個照明裝置和將該多個照明裝置各自與至少一個電路耦合。在一些實 施方案中，至少一個電路對於多個照明裝置各自來說是相同的。在其 它實施方案中，至少一個電路對於多個照明裝置各自來說是不相同的。
另一方面，本發明提供了產生電磁輻射的方法。在一個實施方案 中，產生電磁輻射的方法包括提供包括放置在透輻射電介質材料中的 至少一個電場集中器和至少一個磷光體的複合層，將複合層放置在電
場中，激活至少一個磷光體，以及從至少一個磷光體發射電磁輻射。 在一些實施方案中，複合層包括至少一個放置在第一層第一透輻射電 介質材料中的電場集中器和至少一個放置在第二層第二透輻射電介質 材料中的磷光體。
在一些實施方案中，產生電磁輻射的方法包括提供包括放置在透 輻射電介質材料中的多個電場集中器和多個磷光體的複合層，將複合
30層放置在電場中，激活多個磷光體，以及從多個磷光體發射電磁輻射。
在產生電磁輻射的方法一些實施方案中，將複合層放置在電場中 包括將複合層至少部分地置於第一電極與第二電極之間以及向第一及 第二電極施加電壓。
根據一些實施方案，激活一個或多個磷光體包括將電荷從至少一 個電場集中器轉移至至少一個磷光體。在一些實施方案中，電荷包括 電子。在其它實施方案中，電荷包括空穴。在另一個實施方案中，激 活一個或多個磷光體包括產生電介質位移電流和用電介質位移電流使 磷光體處於激發態。在另一實施方案中，激活多個磷光體包括將電荷 從至少一個電場集中器轉移至多個磷光體，用電介質位移電流使多個 磷光體處於激發態，或其組合。
如本文所提供的那樣，在一些實施方案中，由本發明的方法產生 的電磁輻射包括可見電磁輻射。在一些實施方案中，可見電磁輻射包 括白光及有色光，包括紅，橙，黃，綠，藍，靛，紫，或其組合。在 一些實施方案中，電磁輻射包括紅外輻射或紫外輻射。
本發明的實施方案在以下實施例中進一步說明。
實施例l 照明裝置
如下所述製備根據本發明的一個實施方案的照明裝置。將3"X5" 的長方形透明氧化銦錫在丙酮，異丙醇和甲醇中各超聲洗滌20分鐘，
然後在7(TC真空乾燥。
將聚甲基丙烯酸甲酯(PPMA)溶解在氯苯中，得到PMMA濃度為 25mg/mL的溶液。通過低功率超聲30分鐘，使獲自Unidym Corporation of Menlo Park, California的潔淨和切割過的單壁碳納米管的電場集中器分散在氯苯中。所得碳納米管溶液與PMMA溶液混合，得到碳納米管 載量按重量計為約0.1%的聚合物材料。
亮白(GG84)和亮綠(GGS42)電致發光磷光體購自Sylvania Corporation of Danvers， MA。將磷光體與PMMA/碳納米管摻合物混合， 得到磷光體載量按重量計為約40%的聚合物材料。通過旋塗將PMMA/ 碳納米管/磷光體材料塗布於潔淨的氧化銦錫上。所得PMMA/碳納米管 /磷光體層顯示出200 nm的厚度。PMMA/碳納米管/磷光體材料還可以通 過絲網印刷或刮刀塗布法塗布在氧化銦錫上。接著在10"的壓力下，在 PMMA/NT/磷光體層上真空沉積200 )im的鋁層，獲得照明裝置。
實施例2 照明裝置
如下所述製備根據本發明的一個實施方案的照明裝置。將3"X5" 的長方形透明氧化銦錫在丙酮，異丙醇和甲醇中超聲洗滌20分鐘，然 後在7(TC真空乾燥。
將聚甲基丙烯酸甲酯(PPMA)溶解在氯苯中，得到PMMA濃度為 25mg/mL的溶液。通過低功率超聲30分鐘，使獲自Unidym Corporation ofMenloPark， California的潔淨和切割過的單壁碳納米管的電場集中器 分散在氯苯中。所得碳納米管溶液與PMMA溶液混合，得到碳納米管 載量按重量計為約0.1%的聚合物材料。通過旋塗將PMMA/碳納米管材 料塗布於潔淨的氧化銦錫上，得到厚度約200 nm的層。PMMA/碳納米 管材料還可以通過絲網印刷或刮刀塗布法塗布在氧化銦錫上。
亮白(GG84)和亮綠(GGS42)電致發光磷光體購自Sylvania Corporation of Danvers, MA。將磷光體與聚偏氟乙烯(PVDF)混合， 得到磷光體載量按重量計為約40%的聚合物材料。通過刮刀塗布法將 PVDF/磷光體材料塗布於PMMA/碳納米管層上。所得PVDF/磷光體層顯 示約60 pm的厚度。接著在10"的壓力下，在PVDF/磷光體層上真空沉積200 pm的鋁層，獲得照明裝置。
實施例3 照明裝置
如下所述製備無電場集中器的照明裝置。將2.54 cmX2.54 cm的氧 化銦錫塗層的玻璃板在丙酮，異丙醇和甲醇中各超聲洗漆30分鐘，然 後在氮氣氣氛下乾燥。將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解在氯苯中， 得到PMMA濃度為250 mg/ml的溶液。將PMMA溶液用刮刀塗布在氧化 銦錫表面上，隨後乾燥。所得PMMA層具有約30pm的厚度。亮白磷光 體(GG84)購自Sylvania Corporation of Danvers, MA。將磷光體按磷光 體比粘合劑6:4的比例分散在電介質粘合劑中。電介質粘合劑也購自 Sylvania，產品名稱為LT35x 1001 。將磷光體-電介質粘合劑組合物用刮 刀塗布在PMMA層上，然後在真空烘箱中於15(TC乾燥。磷光體-電介質 粘合劑層具有約40 pm的厚度。然後通過熱蒸發在磷光體-粘合劑層上沉 積約300 pm的鋁層，以獲得裝置。
該裝置通過用函數發生器結合放大器來照明。用光度計測量不同 電壓和電場頻率下的照度。照度測量的結果顯示於圖5(a)和5(b)中。
實施例4 照明裝置
帶電場集中器的照明裝置如下法製備。將2.54cmX2.54 cm的氧化 銦錫塗層的玻璃板在丙酮，異丙醇和甲醇中各超聲洗滌30分鐘，然後 在氮氣氣氛下乾燥。將聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解在氯苯中， 得到PMMA濃度為250 mg/ml的溶液。將PMMA溶液用刮刀塗布在氧化 銦錫表面上，隨後乾燥。所得PMMA層具有約30nm的厚度。亮白磷光 體(GG84)購自Sylvania Corporation of Danvers, MA。將磷光體按磷光 體比粘合劑6:4的比例分散在電介質粘合劑中。電介質粘合劑也購自 Sylvania，產品名稱為LT35x 1001 。將磷光體-電介質粘合劑組合物用刮 刀塗布在乾燥的PMMA層上，然後在真空烘箱中於150'C乾燥。磷光體
33-電介質粘合劑層具有約40 pm的厚度。
將PMMA溶解在氯苯中，得到PMMA濃度為250 mg/mL的溶液。潔 淨和切割過的單壁碳納米管的電場集中器獲自Unidym Corporation of Menlo Park, California,通過低功率超聲30分鐘，使其分散在氯苯中。 所得碳納米管溶液與PMMA溶液混合，得到按重量計為約0.1°/。的碳納 米管載量。將PMMA/納米管溶液用刮刀塗布在磷光體-電介質粘合劑層 上，乾燥。所得PMMA/納米管層具有約30]im的厚度。然後通過熱蒸發 在PMMA/納米管層上沉積約300 pm的鋁層，以獲得裝置。
該裝置通過用函數發生器結合放大器來照明。用光度計測量不同 電壓和電場頻率下的照度。照度測量的結果顯示於圖6(a)和6(b)中。
如圖5和圖6所示，實施例4的包括電場集中器的裝置與實施例3的 不含任何電場集中器的裝置相比顯示出更高的照度值。
在本發明的各種目標的實現過程中描述了本發明的各種實施方 案。應該認識到的是，這些實施方案只是對本發明的原則的說明。對 本領域技術人員而言，在不超出本發明的精神和範圍的條件下對其進 行多種修飾和改編是顯而易見的。
權利要求
1.照明裝置，包括第一電極；透輻射第二電極；和放置在第一電極與第二電極之間的複合層，該複合層包括放置在透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。
2. 權利要求l的照明組合物，其中至少一個電場集中器具有約l至 約106的長徑比。
3. 權利要求l的照明組合物，其中至少一個電場集中器具有約l至 約100，000的長徑比。
4. 權利要求l的照明裝置，其中至少一個電場集中器包括碳納米 管，金屬納米線，或半導體納米線。
5. 權利要求4的照明裝置，其中碳納米管包括單壁碳納米管，多 壁碳納米管，切割碳納米管，摻雜多壁碳納米管，或摻雜單壁碳納米 管。
6. 權利要求4的照明裝置，其中半導體納米線包括II/VI半導體或m/v半導體。
7. 權利要求l的照明裝置，其中至少一個電場集中器包括多個電場集中器。
8. 權利要求7的照明裝置，其中多個電場集中器以按重量計約 0.01%至約99%的量存在於複合層中。
9. 權利要求7的照明裝置，其中多個電場集中器以按重量計約0.01%至約50%的量存在於複合層中。
10. 權利要求7的照明裝置，其中多個電場集中器包括單壁碳納米 管，多壁碳納米管，切割碳納米管，摻雜多壁碳納米管，摻雜單壁碳 納米管，金屬納米線，半導體納米線，或其混合物。
11. 權利要求l的照明裝置，其中至少一個電場集中器被化學官能化。
12. 權利要求l的照明裝置，其中至少一個磷光體包括含有過渡元 素，鑭系元素，錒系元素，金屬氧化物，或金屬硫化物的納米粒。
13. 權利要求I的照明裝置，其中至少一個磷光體包括量子點。
14. 權利要求13的照明裝置，其中量子點包括II/VI半導體或III/V 半導體。
15. 權利要求l的照明裝置，其中至少一個磷光體包括有機染料或 無機染料。
16. 權利要求l的照明裝置，其中至少一個磷光體包括多個磷光體。
17. 權利要求16的照明裝置，其中多個磷光體包括量子點，有機 染料，無機染料，過渡金屬，稀土金屬，金屬氧化物，金屬硫化物， 或其混合物。
18. 權利要求16的照明裝置，其中多個磷光體以按重量計約0.01% 至約99%的量存在於複合層中。
19. 權利要求16的照明裝置，其中多個磷光體以按重量計約0.01% 至約10。/。的量存在於複合層中。
20. 權利要求l的照明裝置，其中透輻射電介質材料包括聚合物材料。
21. 權利要求20的照明裝置，其中聚合物材料包括含氟聚合物， 聚丙烯酸酯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚碳酸酯，聚 醯胺，聚醯亞胺，或其共聚物或混合物。
22. 權利要求21的照明裝置，其中含氟聚合物包括聚偏氟乙烯， 聚氟乙烯，聚四氟乙烯，全氟丙烯，聚三氯三氟乙烯，或其共聚物或 混合物。
23. 權利要求21的照明裝置，其中聚丙烯酸酯包括聚丙烯酸，聚 甲基丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，或其共聚物或混合物。
24. 權利要求l的照明裝置，其中透輻射第二電極包括透輻射導電 氧化物或聚合物材料。
25. 權利要求24的照明裝置，其中透輻射導電氧化物包括氧化銦 錫，氧化鎵銦錫，氧化銻錫，氧化銦銻，或氧化鋅銦錫。
26. 權利要求l的照明裝置，還包括放置在複合層與第一電極或透 輻射第二電極之間的透輻射電介質層。
27. 權利要求l的照明裝置，其中該裝置具有大於90流明/瓦的效
28. 權利要求I的照明裝置，其中該裝置具有大於IO0流明/瓦的效率。
29. 權利要求l的照明裝置，其中該裝置具有約120流明/瓦至約160 流明/瓦的效率。
30. 權利要求l的照明裝置，其中該裝置具有大於連續工作約 20，000小時的壽命。
31. 權利要求l的照明裝置，其中該裝置的前表面積在約l 0112至約 100 cm2的範圍內。
32. 權利要求l的照明裝置，其中該裝置的前表面積大於約lm2。
33. 照明裝置，包括 第一電極；透輻射第二電極；和放置在第一電極與第二電極之間的複合層，該複合層包括至少一 個放置在第一層第一透輻射電介質材料中的電場集中器和至少一個放 置在第二層第二透輻射電介質材料中的磷光體。
34. 權利要求33的照明裝置，其中第一和第二電介質材料是相同 的材料。
35. 權利要求33的照明裝置，其中第一和第二電介質材料是不同 的材料。
36. 權利要求33的照明裝置，其中複合層還包括至少一個額外層， 該至少一個額外層包括放置在額外透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器或至少一個磷光體。
37. 照明系統，包括 至少一個照明裝置；和與該至少一個照明裝置耦合的至少一個電路，該照明裝置包括第 一電極，透輻射第二電極，和放置在第一電極與第二電極之間的複合 層，其中該複合層包括放置在透輻射電介質材料中的至少一個電場集 中器和至少一個磷光體。
38. 權利要求37的照明系統，其中至少一個電路包括與至少一個照明裝置耦合的多個電路。
39. 權利要求37的照明系統， VAC +/- 10%。
40. 權利要求37的照明系統， VAC至220 VAC的範圍內。
41. 權利要求37的照明系統， VAC至約440 VAC的範圍內。其中照明系統的標稱工作電壓是120其中照明系統的工作電壓在約IO其中照明系統的工作電壓在約20
42. 生產照明裝置的方法，包括 提供第一電極； 提供透輻射第二電極； 提供複合層；和將複合層放置在第一電極與第二電極之間，該複合層包括放置在 透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。
43. 權利要求42的方法，其中提供複合層包括將至少一個電場集 中器和至少一個磷光體放置在透輻射電介質材料中。
44. 生產照明系統的方法，包括 提供至少一個照明裝置；和 將至少一個照明裝置與至少一個電路耦合，其中照明裝置包括第一電極，透輻射第二電極，和放置在第一電 極與第二電極之間的複合層，該複合層包括放置在透輻射電介質材料 中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。
45. 權利要求44的方法，其中至少一個照明裝置包括多個照明裝置。
46. 產生電磁輻射的方法，包括提供包括放置在透輻射電介質材料中的多個電場集中器和多個磷 光體的複合層；將複合層放置在電場中； 激活多個磷光體；和從多個磷光體中的至少一個發射電磁輻射。
47. 權利要求46的方法，其中將複合層放置在電場中包括將複合 層至少部分地置於第一電極與第二電極之間，和向第一及第二電極施 加電壓。
48. 權利要求46的方法，其中激活多個磷光體包括將電荷從至少 一個電場集中器轉移至至少一個磷光體，以產生激發態。
49. 權利要求48的方法，其中電荷包括電子或空穴。
50. 權利要求48的方法，其中從至少一個磷光體發射電磁輻射包 括通過光子發射弛豫激發態。
51. 權利要求46的方法，其中電磁輻射包括可見輻射，紫外輻射， 紅外輻射，或其組合。
全文摘要
本發明涉及照明技術，尤其是固態照明技術。在一個實施方案中，本發明提供了包括第一電極，透輻射第二電極和位於第一與第二電極之間的複合層的照明裝置，該複合層包括放置在透輻射電介質材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。
文檔編號H05B33/18GK101568617SQ200780048075
公開日2009年10月28日 申請日期2007年11月1日 優先權日2006年11月1日
發明者大衛·勞倫·卡羅爾, 馬諾伊·A·G·納姆布迪裡 申請人:維克森林大學