專利名稱：固態(tài)照明組合物和系統(tǒng)的制作方法
固態(tài)照明組合物和系統(tǒng)相關(guān)申請的交互引用本申請因此根據(jù)美國法典第35章第119(e)項要求于2006年ll月l日 提交的美國臨時專利申請No. 60/855，824的優(yōu)先權(quán)，并將其引入本文作 為參考。發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及照明技術(shù)，尤其是固態(tài)照明技術(shù)。政府專利許可權(quán)聲明本發(fā)明是在美國國防部-美國空軍科研辦公室(AFOSR)授權(quán)號 FA9550-04-1-0161的支持下進(jìn)行的。聯(lián)邦政府可以保留本發(fā)明的某些許可權(quán)。發(fā)明背景目前可用的照明系統(tǒng)包括白熾光源，熒光光源，鹵素光源和高強 度放電光源。以這些照明光源為基礎(chǔ)的照明系統(tǒng)內(nèi)存在著缺點，許多 缺點與效率有關(guān)?，F(xiàn)在，導(dǎo)致光產(chǎn)生的電能僅占照明應(yīng)用中所消耗的 電能的約30%。剩余電能通過非輻射過程，如產(chǎn)熱而消散。例如，白熾 光源消耗所有照明能量的45%，但僅產(chǎn)生全部發(fā)光的14%。此外，熒光 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(xiàn)有照明系統(tǒng)的缺點的照明技術(shù)正在開發(fā)當(dāng)中。有 一種這樣的技術(shù)以發(fā)光二極管(LEDs)為基礎(chǔ)。 一般而言，發(fā)光二極 管由半導(dǎo)體材料構(gòu)成，其在偏置發(fā)射輻射。根據(jù)所用半導(dǎo)體材料的不 同，所發(fā)射的輻射可以落入電磁譜的紫外，可見或紅外區(qū)。發(fā)光二極 管提供了壽命增加，產(chǎn)熱減少和快速照明時間(rapid illumination times)的優(yōu)點。然而，發(fā)光二極管的缺點包括溫度依賴性性能特征，單向光 輸出和發(fā)射譜帶狹窄。發(fā)光二極管發(fā)射譜帶狹窄的特征需要數(shù)個發(fā)射 譜不同的二極管捆在一起來產(chǎn)生白色光源。通過將發(fā)光二極管捆成束(bundling)來產(chǎn)生白色光源的花費很高，導(dǎo)致其在許多照明應(yīng)用中的使用因為成本問題而受到禁止?？紤]到前述缺點，提供以白熾，熒光，鹵素，高強度放電和發(fā)光 二極管技術(shù)為基礎(chǔ)的照明系統(tǒng)的替代品的照明組合物和系統(tǒng)將是人們 所希望提供的。另外，人們還會希望提供制造這些照明組合物和系統(tǒng) 的方法。發(fā)明概述一方面，本發(fā)明提供了用于照明應(yīng)用的固態(tài)組合物和系統(tǒng)。本發(fā) 明還提供了制造用于照明應(yīng)用的固態(tài)組合物和系統(tǒng)的方法以及產(chǎn)生電 磁輻射的方法。本發(fā)明的照明組合物，裝置和系統(tǒng)為現(xiàn)有的白熾光，熒光和LEDs的照明光源提供了替代品。在一個實施方案中，本發(fā)明提供了包括第一電極，透輻射第二電 極和位于第一與第二電極之間的復(fù)合層的照明裝置，該復(fù)合層包括放 置在透輻射電介質(zhì)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(fā)態(tài)輻射弛豫(relax)的化學(xué)物質(zhì)。 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(qū)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/或其它干擾最小的條件下穿過可見電磁輻射。在一些實施方案中，復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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(fā)明的照明裝置的復(fù)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(zhì)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(zhì)材料中。在一些實施方案中， 第一和第二透輻射電介質(zhì)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(zhì)材料包括不同的材料。根據(jù)本發(fā)明的一些實施 方案的復(fù)合層可以顯示任何數(shù)目的以任何方式排列的電介質(zhì)層，該電 介質(zhì)層獨立地包括多個電場集中器和/或多個磷光體。在本發(fā)明的照明裝置的復(fù)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(zhì)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(zhì)材料中。在一些實施方案中，透 輻射非電介質(zhì)材料包括共軛聚合物，半導(dǎo)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(zhì)材料中的磷光體包括電介質(zhì)涂 層。在一些實施方案中，本發(fā)明的照明裝置還包括復(fù)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(zhì)層。在一些實施方案中，透輻射電介質(zhì)層起預(yù)防或抑制照明裝置的電介質(zhì)擊穿的緩沖層的作 用。在一些實施方案中，透輻射電介質(zhì)緩沖層可以放置在照明裝置的 復(fù)合層內(nèi)。例如，在一個實施方案中，透輻射電介質(zhì)緩沖層可以放置 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(zhì)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(zhì)材料中的磷光體。在另一個實施方案中，透輻射電介質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(fā)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(tǒng)。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(fā)明 的照明系統(tǒng)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復(fù)合層，其中復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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(jù)本發(fā)明的一些實施方案的照明系統(tǒng)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(jù)一些實施方案，本發(fā)明的照明系統(tǒng)還包括用于一個或多個照 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(hù) 殼，面板，板片(tile)，框架和/或其它外殼。在一些實施方案中，本發(fā)明的照明系統(tǒng)具有120 VAC+/- 10%的標(biāo) 稱工作電壓。在其它實施方案中，本發(fā)明的照明系統(tǒng)具有范圍為約IO VAC至約220 VAC的工作電壓。在另一個實施方案中，本發(fā)明的照明系 統(tǒng)的工作電壓在約20 VAC至約440 VAC的范圍內(nèi)。此外，在一些實施方案中，由所施加的VAC產(chǎn)生的電場的頻率在 約16 Hz至約16000 Hz的范圍內(nèi)。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(fā)明的照明系統(tǒng)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(fā)明的照明系統(tǒng)具有約12 V的D C工作電壓。另一方面，本發(fā)明提供了生產(chǎn)照明裝置和系統(tǒng)的方法。在一個實 施方案中，生產(chǎn)照明裝置的方法包括提供第一電極，提供透輻射第二 電極，提供復(fù)合層和將復(fù)合層放置在第一電極與第二電極之間，其中 復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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，提供復(fù)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(zhì)材料中。在其它實施方案 中，提供復(fù)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(zhì)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(zhì)材料中。
在一些實施方案中，生產(chǎn)照明系統(tǒng)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 與第二電極之間的復(fù)合層，該復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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(chǎn)照 明系統(tǒng)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(chǎn)照明系統(tǒng)的方法包括提供本發(fā)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，至少一個電路對于多個照明裝置各自來說是相同的。在其它 實施方案中，至少一個電路對于多個照明裝置各自來說是不相同的。
另一方面，本發(fā)明提供了產(chǎn)生電磁輻射的方法。在一個實施方案
中，產(chǎn)生電磁輻射的方法包括提供包括放置在透輻射電介質(zhì)材料中的 至少一個電場集中器和至少一個磷光體的復(fù)合層，將復(fù)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(fā)射輻射。在另 一個實施方案中，產(chǎn)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(zhì)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(zhì)材料中的磷光體的復(fù)合層，將復(fù)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(fā)射輻射。
在產(chǎn)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(zhuǎn)移至至少一個磷光體。根據(jù)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(chǎn)生電介質(zhì)位移電流和 用電介質(zhì)位移電流使至少一個磷光體處于激發(fā)態(tài)。
在一些實施方案中，產(chǎn)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(fā)射電磁輻射。根據(jù)本發(fā)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(zhuǎn)移至多個磷光體，用電介 質(zhì)位移電流使多個磷光體處于激發(fā)態(tài)，或其組合。
下面的發(fā)明詳述中更詳細(xì)地描述了本發(fā)明的這些和其它實施方案。
附圖
簡述
圖l圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的照明裝置的橫截面圖。 圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的實施方案的照明裝置的橫截面圖。
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)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(biāo)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(fā)光特性。
圖6(a)-(b)圖示了包括電場集中器的本發(fā)明的照明組合物的電致發(fā) 光特性。
發(fā)明詳述
本發(fā)明提供了用于照明應(yīng)用的固態(tài)組合物和系統(tǒng)。本發(fā)明還提供了制造用于照明應(yīng)用的固態(tài)組合物和系統(tǒng)的方法，及產(chǎn)生電磁輻射的 方法。本發(fā)明的照明組合物，裝置和系統(tǒng)為現(xiàn)有的白熾光，熒光和LEDs 的照明光源提供了替代品。
在一個實施方案中，本發(fā)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復(fù)合層的照明裝置，該復(fù)合層 包括放置在透輻射電介質(zhì)材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷 光體。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向可以包括在本發(fā)明的照明裝置的各種實施方案中的組 件，本發(fā)明的照明裝置包括復(fù)合層。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，復(fù) 合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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，復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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(shù)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(shù)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?qū)挾?。在一些實施方案中?電場集中器顯示了范圍為約1至約106的長徑比。在其它實施方案中， 電場集中器顯示了范圍為約10至約100,000的長徑比。在另一實施方案 中，電場集中器具有范圍在約10至約10，000，或約5至約1000之間的長 徑比。
根據(jù)本發(fā)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的長度范圍。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 長度范圍。在另一實施方案中，電場集中器具有約200 nm至約500 nm 的長度范圍。
在一些實施方案中，電場集中器具有約l nm至約100nm的直徑范圍。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的直徑范圍。在一些實施方案中，電場集中器具有大于約 100 nm或小于約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于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于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(fā)明的電場集中器包括半導(dǎo)體納米線。根 據(jù)一些實施方案，半導(dǎo)體納米線包括II/VI半導(dǎo)體，m/v半導(dǎo)體，或其 混合。在一個實施方案中，半導(dǎo)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(dǎo)體納米線，或其混合。
根據(jù)一些實施方案，包括碳納米管，金屬納米線，或半導(dǎo)體納米 線的電場集中器被化學(xué)官能化，這可以增強電場集中器在電介質(zhì)材料
中的色散(dispersion)特征。在一些實施方案中，電場集中器的表面 被化學(xué)官能化。根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，化學(xué)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(jié)合。在另一個實施方案中，化學(xué)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(jié)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(jié)合。在另一實 施方案中，化學(xué)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(jié)合。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，復(fù)合層包括按重量計為復(fù)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，復(fù)合層包括 按重量計為復(fù)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，復(fù)合層包括按重量計為復(fù)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，復(fù)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，復(fù)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，復(fù)合層包括半導(dǎo)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(fā)明的復(fù)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(fā)明的復(fù)合層包括至少一個磷光體。在一些 實施方案中，復(fù)合層包括多個磷光體。根據(jù)本發(fā)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范圍內(nèi)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范圍內(nèi)的顆粒。在另一實施方 案中，納米磷光體包括平均直徑小于l nm或大于500nm的顆粒。
根據(jù)本發(fā)明的實施方案，包括納米磷光體的磷光體由激發(fā)態(tài)可操 作輻射弛豫(radiatively relax)。在一些實施方案中，磷光體發(fā)射電磁 譜的可見區(qū)輻射。在一些實施方案中，磷光體除了發(fā)射電磁譜的可見 區(qū)輻射外，還發(fā)射電磁譜的紫外或紅外區(qū)輻射。在其它實施方案中， 磷光體發(fā)射電磁譜的紫外或紅外區(qū)輻射，但不發(fā)射可見區(qū)輻射。根據(jù) 本發(fā)明的實施方案，可以選擇磷光體來發(fā)射具有與紅，橙，黃，綠， 藍(lán)，靛和紫色相應(yīng)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(fā)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(dǎo)體材料。
在一個實施方案中，半導(dǎo)體材料包括量子點，該量子點包括n/vi和m/v半導(dǎo)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(jié)構(gòu)，其中核是II/VI半導(dǎo)體，殼是III/V半導(dǎo)體，或者核是
m/v半導(dǎo)體，殼是n/vi半導(dǎo)體。
在另一實施方案中，磷光體可以包括有機(jī)和無機(jī)染料，及其它由 激發(fā)態(tài)可操作輻射弛豫的化學(xué)物類。在一些實施方案中，有機(jī)染料和
化學(xué)物類包括H2C6N和4-二烷基氨基-l,8-萘二甲酰亞胺以及1,8-萘二甲 酰亞胺衍生物和化合物，如多支鏈萘二甲酰亞胺衍生物TPA-NA1， TPA-NA2和TPA-NA3。有機(jī)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(hù)層。在一 個實施方案中，防護(hù)層包括玻璃。在其它實施方案中，磷光體防護(hù)層 包括樹突型配體和/或其它樹突狀結(jié)構(gòu)及殼，包括半導(dǎo)體或金屬氧化物。 在一些實施方案中，與本發(fā)明的磷光體聯(lián)合的防護(hù)層幾乎不干擾或減 弱磷光體的輻射發(fā)射。
在一些實施方案中，防護(hù)層可以增強磷光體在電介質(zhì)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(xué)官 能化，這可以增強磷光體在電介質(zhì)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(hù)層外，還實施了化學(xué)官能化。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，復(fù)合層包括按重量計為復(fù)合層的約0.01%至約99%的量的磷光體。在另一個實施方案中，復(fù)合層包括按重 量計為復(fù)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，復(fù)合層包括按重量計為復(fù)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(fā)明復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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(zhì)材料中。在一些實施方案中，透 輻射電介質(zhì)材料具有大于約1至約10的介電常數(shù)。在另一個實施方案 中，透輻射電介質(zhì)材料具有大于約10的介電常數(shù)。
在一些實施方案中，透輻射電介質(zhì)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，聚酰胺，聚酰亞胺，或其共聚物和組合物。根據(jù)本發(fā)明的實施 方案，聚合物電介質(zhì)材料涵蓋本領(lǐng)域技術(shù)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(zhì)材料摻合 來放置在透輻射電介質(zhì)材料中。電場集中器和磷光體與透輻射電介質(zhì) 材料的摻合導(dǎo)致了電場集中器和磷光體分散在整個電介質(zhì)材料中。
在其中透輻射電介質(zhì)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 后除去溶劑，形成復(fù)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， 然后與一種或多種其它溶劑摻合。
在其它實施方案中，復(fù)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，雙螺桿和混沌對流(chaotic advection)來完成。
在本發(fā)明的照明裝置的復(fù)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)材料中的磷光體的復(fù)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(zhì)材料中的電場集中器和/或磷光體的其它層。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施方案，復(fù)合層可以顯示任何數(shù)目的以任何 方式排列的電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層獨立地包括多個電場集中器和/或多 個磷光體。在復(fù)合層的一些實施方案中，界面層出現(xiàn)在包括多個電場 集中器的第一透輻射電介質(zhì)層與包括多個磷光體的第二透輻射電介質(zhì) 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(zhì)材料中。在一些實施方案中，復(fù)合層可以顯示任何數(shù)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(zhì) 層和任何數(shù)目的包括多個磷光體的非電介質(zhì)層。
復(fù)合層顯示任何數(shù)目的以任何方式排列的具有獨立構(gòu)成的電介質(zhì) 層的能力使照明裝置的制作能夠滿足特殊應(yīng)用的需求，該電介質(zhì)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(fā)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 明裝置的復(fù)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(zhì) 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(zhì)材料中的AC電致發(fā)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(zhì)材料中的DC電致發(fā)光磷光體的第三層之間。
或者，本發(fā)明的照明裝置的復(fù)合層可以包括AC電致發(fā)光層和DC 電致發(fā)光層，該AC電致發(fā)光層包括放置在第一透輻射電介質(zhì)材料中的 至少一個電場集中器和至少一個AC電致發(fā)光磷光體，該DC電致發(fā)光層 包括放置在第二透輻射電介質(zhì)材料中的至少一個電場集中器和至少一 個DC電致發(fā)光磷光體。
在本發(fā)明的照明裝置的復(fù)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(zhì)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(zhì)材料中。在一些實施方案中，透輻 射非電介質(zhì)材料包括共軛聚合物，半導(dǎo)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(zhì)材料中的磷光體包括電介質(zhì)涂層。
在一些實施方案中，復(fù)合層的厚度在約IO nm至約500 pm的范圍 內(nèi)。在其它實施方案中，復(fù)合層的厚度在約50nm至約300 nm，或約IOOmn至約250 pm的范圍內(nèi)。在另一個實施方案中，復(fù)合層的厚度在約150 nm至約100 pm的范圍內(nèi)。在另一實施方案中，復(fù)合層的厚度在約500 nm 至約10pm的范圍內(nèi)。
除了復(fù)合層外，本發(fā)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(jù)本發(fā)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(yù)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的范圍內(nèi)。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的范圍內(nèi)。 在另一個實施方案中，第一電極的厚度在約l pm至約300 pm的范圍內(nèi)。 在另一實施方案中，第一電極的厚度小于約IOO nm或大于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(fù) 合層中產(chǎn)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(dǎo)電氧化物。在一些實施方案中，透輻射導(dǎo) 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(xué)相關(guān)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復(fù)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復(fù)合電極包括重量為復(fù)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復(fù)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(jù)一些實施方案，透輻射第二電極包括透輻射導(dǎo)電氧化物。在 一些實施方案中，透輻射導(dǎo)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(xué)相關(guān)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復(fù)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復(fù)合電極包括重量為復(fù)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復(fù)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 的范圍內(nèi)。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的范圍內(nèi)。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的范圍內(nèi)。在另一實施方案 中，透輻射第二電極的厚度小于約l ^m，或大于約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(hù)層。根據(jù)本發(fā)明的實施方案，第一防護(hù)層是透輻射的。在一些 實施方案中，防護(hù)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，聚酰胺，或其共聚物或組合物。防護(hù)層 可以具有任何預(yù)期的厚度，該厚度常常取決于照明裝置的應(yīng)用。例如，
在照明裝置在高沖擊或其它苛刻環(huán)境中使用的實施方案中，防護(hù)層可 以具有相當(dāng)大的厚度。在要求較低的環(huán)境里，防護(hù)層可以較薄。
在一個實施方案中，第一防護(hù)層的厚度在約l pm至約10mm的范 圍內(nèi)。在另一個實施方案中，第一防護(hù)層的厚度在約10pm至約l mm， 或約IOO pm至約800 pm的范圍內(nèi)。在一些實施方案中，第一防護(hù)層的 厚度在約250 lim至約500 nm的范圍內(nèi)。在另一實施方案中，第一防護(hù) 層的厚度小于約l nm或大于約10mm。
在一些實施方案中，本發(fā)明的照明裝置具有與第一電極鄰近的第 二防護(hù)層。在一些實施方案中，第二防護(hù)層包括與本文所述第一防護(hù) 層一致的材料。
在一些實施方案中，照明裝置還在復(fù)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(zhì)層。在一些實施方案中，放置在 復(fù)合層與第一和/或第二電極之間的一層或多層電介質(zhì)層可以起到緩沖 層的作用，從而阻止或抑制照明裝置的電介質(zhì)擊穿。
在一些實施方案中，透輻射電介質(zhì)緩沖層可以放置在照明裝置的 復(fù)合層內(nèi)。例如，在一個實施方案中，透輻射電介質(zhì)緩沖層可以放置 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(zhì)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(zhì)材料中的磷光體。在另一個實施方案中，透輻射電介質(zhì)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第一透輻 射電介質(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)材料包括本文
所述用于復(fù)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 包括氧化硅，氧化鋁，或其組合物。在一些實施方案中，透輻射電介 質(zhì)緩沖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(zhì)緩沖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(zhì)緩沖層的厚度在約l pm至約500 Hm,或約IO pm至約400 pm的范圍內(nèi)。在其它實施方案中，透輻射電 介質(zhì)緩沖層的厚度在約IOO jLim至約300 jim的范圍內(nèi)。在另一實施方案 中，透輻射緩沖層的厚度小于約l pm或大于約500(im。
在一些實施方案中，放置在復(fù)合層中間的電介質(zhì)緩沖層是不透輻 射。在這樣的實施方案中，電介質(zhì)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(jù)本發(fā)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)。 復(fù)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，復(fù)合層(104)與第一電極(102)的內(nèi)表面和 透輻射第二電極(112)的內(nèi)表面接觸。復(fù)合層(104)包括分散在整 個透輻射電介質(zhì)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(hù)層(114)與透輻射第二電極相鄰放置。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)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)。 復(fù)合層(204)放置在第一電極(202)與透輻射第二電極(214)之間。復(fù)合層(204)包括第一層第一透輻射電介質(zhì)材料(206)和第二層第 二透輻射電介質(zhì)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(zhì)材料(206)中，磷光體(212)放置在第二 透輻射電介質(zhì)材料(208)中。防護(hù)層(216)與透輻射第二電極(214) 相鄰放置。
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)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)。 復(fù)合層(304)放置在第一電極(302)與透輻射第二電極(320)之間。 復(fù)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(zhì)材料中的電場集中器(308)。復(fù)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(zhì)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(zhì)材料中的磷光體(316)。
根據(jù)本發(fā)明的實施方案，照明裝置可以發(fā)出白光和有色光。在一 些實施方案中，本發(fā)明的照明裝置所提供的電磁輻射的色度由分散在 復(fù)合層的透輻射電介質(zhì)材料中的磷光體的輻射發(fā)射特性決定。在一些 實施方案中，具有相同或相似發(fā)射光譜的磷光體被分散在整個透輻射 電介質(zhì)材料中，以產(chǎn)生單色光。在另一個實施方案中，具有不同發(fā)射 光譜的磷光體可以按多種比例混合，以產(chǎn)生白色光。例如，在一個實 施方案中，可以將發(fā)紅，綠和藍(lán)光的磷光體混合，以產(chǎn)生各種顏色的 光及白光。本發(fā)明的照明裝置所提供的光的色度可以用CIE色度標(biāo)尺確 定。圖4圖示了CIE色度標(biāo)尺，包括不同顏色光的坐標(biāo)。本發(fā)明的實施 方案涵蓋產(chǎn)生任何CIE色度標(biāo)尺上的顏色的光，包括白光的磷光體。
根據(jù)一些實施方案，本發(fā)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復(fù)合層的照明裝置具有大于90流明/ 瓦的效率，所述復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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，照明裝置具有大于
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/瓦的范圍內(nèi)。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/瓦的范圍內(nèi)。在另一個實施方案中，照明 裝置具有大于200流明/瓦的效率。
在一些實施方案中，本發(fā)明的照明裝置的壽命大于20，000小時連 續(xù)工作。在另一個實施方案中，本發(fā)明的照明裝置的壽命大于30,000 小時工作。
在一些實施方案中，本發(fā)明的照明裝置可以制成各種照明應(yīng)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^的范圍內(nèi)。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)大于約l 1112或小于約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于剛性材料的方式滾成片狀， 彎曲狀，曲線狀，或其它構(gòu)型。此外，在一些實施方案中，本發(fā)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(jié)果，本發(fā)明的照明裝置可以制成符合任何應(yīng)用的 大小。
本發(fā)明的照明裝置被用作面板或液晶應(yīng)用和顯示器的背面照明， 汽車照明，航空照明，商業(yè)照明，工業(yè)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(fā)明的照明 裝置被用于流動照明，娛樂和戶外照明。在另一個實施方案中，本發(fā) 明的照明裝置可以在窗玻璃或其它玻璃應(yīng)用中用作窗玻璃。在這樣的 實施方案中，當(dāng)照明裝置關(guān)閉時，該照明裝置是透輻射的。然而，當(dāng) 打開時，該照明裝置發(fā)射預(yù)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(fā)出白光。在另一實施方案中，本發(fā)明的照明裝置被用于軍事照明應(yīng)用，如 飛機(jī)，船艦和潛艇的戰(zhàn)斗照明系統(tǒng)。在一個實施方案中，本發(fā)明的照 明裝置被用于戰(zhàn)斗照明燈系統(tǒng)。此外，在一些實施方案中，本發(fā)明的 照明裝置被用于光譜敏感的應(yīng)用，如溫室照明和醫(yī)療應(yīng)用，包括光治 療性繃扎術(shù)。
另一方面，本發(fā)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(tǒng)。在本發(fā)明的照明系統(tǒng)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復(fù)合層，其中復(fù)合層包括放置在透輻射電 介質(zhì)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，復(fù)合層包括至少一個放置在第一層第一透輻射電介質(zhì)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(zhì)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(fā)明的照明系統(tǒng)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，至少一個電路對于多個照明 裝置各自來說是相同的。在其它實施方案中，至少一個電路對于多個 照明裝置各自來說是不相同的。在其中至少一個電路對于多個照明裝 置各自來說是不相同的實施方案中，根據(jù)向該多個照明裝置各自同時 或非同時施加電壓，可以產(chǎn)生協(xié)調(diào)或隨機(jī)的照明顯示。
在一些實施方案中，本發(fā)明的照明系統(tǒng)的標(biāo)稱工作電壓為120
VAC+/-10%。在另一個實施方案，本發(fā)明的照明系統(tǒng)的工作電壓在約 10 VAC至約220 VAC的范圍內(nèi)。在另一個實施方案中，本發(fā)明的照明 系統(tǒng)的工作電壓在約20 VAC至約440 VAC的范圍內(nèi)。
此外，在一些實施方案中，由所施加的VAC產(chǎn)生的電場的頻率在 約16Hz至約16000 Hz的范圍內(nèi)。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，以使復(fù)合層的電介質(zhì)材 料的電介質(zhì)位移電流增加或最大化。例如，在一個實施方案中，電場 的頻率與復(fù)合層中的電介質(zhì)材料的固有共振頻率匹配。
在其它實施方案中，本發(fā)明的照明系統(tǒng)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(fā)明的 照明系統(tǒng)具有約12 V的DC工作電壓。
根據(jù)一些實施方案，照明系統(tǒng)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(hù)殼，面板，板 片，框架，或其它外殼。
另一方面，本發(fā)明提供了生產(chǎn)照明裝置和系統(tǒng)的方法。在一個實 施方案中，生產(chǎn)照明裝置的方法包括提供第一電極，提供透輻射第二 電極，提供復(fù)合層和將復(fù)合層放置在第一電極與第二電極之間，其中 復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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，復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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，復(fù)合層包 括至少一個放置在第一層第一透輻射電介質(zhì)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(zhì)材料中的磷光體。
在一些實施方案中，生產(chǎn)照明裝置的方法還包括將至少一層電介 質(zhì)緩沖層放置在復(fù)合層與第一和/或第二電極之間。
在一些實施方案中，提供復(fù)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(zhì)材料中。在其它實施方案中，提供復(fù)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(zhì)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(zhì)材料中。
在一些實施方案中，生產(chǎn)照明系統(tǒng)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 二電極之間的復(fù)合層，該復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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，復(fù)合層包 括至少一個放置在第一層第一透輻射電介質(zhì)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(zhì)材料中的磷光體。在一些實施 方案中，生產(chǎn)照明系統(tǒng)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(chǎn)照明系統(tǒng)的方法包括提供本發(fā)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，至少一個電路對于多個照明裝置各自來說是相同的。在其 它實施方案中，至少一個電路對于多個照明裝置各自來說是不相同的。
另一方面，本發(fā)明提供了產(chǎn)生電磁輻射的方法。在一個實施方案 中，產(chǎn)生電磁輻射的方法包括提供包括放置在透輻射電介質(zhì)材料中的 至少一個電場集中器和至少一個磷光體的復(fù)合層，將復(fù)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(fā)射電磁輻射。 在一些實施方案中，復(fù)合層包括至少一個放置在第一層第一透輻射電 介質(zhì)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(zhì) 材料中的磷光體。
在一些實施方案中，產(chǎn)生電磁輻射的方法包括提供包括放置在透 輻射電介質(zhì)材料中的多個電場集中器和多個磷光體的復(fù)合層，將復(fù)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(fā)射電磁輻射。
在產(chǎn)生電磁輻射的方法一些實施方案中，將復(fù)合層放置在電場中 包括將復(fù)合層至少部分地置于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(jù)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(zhuǎn)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(chǎn)生電介質(zhì)位移電流和用電介質(zhì)位移電流使 磷光體處于激發(fā)態(tài)。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(zhuǎn)移至多個磷光體，用電介質(zhì)位移電流使多個 磷光體處于激發(fā)態(tài)，或其組合。
如本文所提供的那樣，在一些實施方案中，由本發(fā)明的方法產(chǎn)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(lán)，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(fā)明的實施方案在以下實施例中進(jìn)一步說明。
實施例l 照明裝置
如下所述制備根據(jù)本發(fā)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，
然后在7(TC真空干燥。
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的潔凈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(fā)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。通過旋涂將PMMA/ 碳納米管/磷光體材料涂布于潔凈的氧化銦錫上。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(wǎng)印刷或刮刀涂布法涂布在氧化銦錫上。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
如下所述制備根據(jù)本發(fā)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 后在7(TC真空干燥。
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的潔凈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。通過旋涂將PMMA/碳納米管材 料涂布于潔凈的氧化銦錫上，得到厚度約200 nm的層。PMMA/碳納米 管材料還可以通過絲網(wǎng)印刷或刮刀涂布法涂布在氧化銦錫上。
亮白(GG84)和亮綠(GGS42)電致發(fā)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。通過刮刀涂布法將 PVDF/磷光體材料涂布于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
如下所述制備無電場集中器的照明裝置。將2.54 cmX2.54 cm的氧 化銦錫涂層的玻璃板在丙酮，異丙醇和甲醇中各超聲洗漆30分鐘，然 后在氮氣氣氛下干燥。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溶液用刮刀涂布在氧化 銦錫表面上，隨后干燥。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(zhì)粘合劑中。電介質(zhì)粘合劑也購自 Sylvania，產(chǎn)品名稱為LT35x 1001 。將磷光體-電介質(zhì)粘合劑組合物用刮 刀涂布在PMMA層上，然后在真空烘箱中于15(TC干燥。磷光體-電介質(zhì) 粘合劑層具有約40 pm的厚度。然后通過熱蒸發(fā)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(shù)發(fā)生器結(jié)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(jié)果顯示于圖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制備。將2.54cmX2.54 cm的氧化 銦錫涂層的玻璃板在丙酮，異丙醇和甲醇中各超聲洗滌30分鐘，然后 在氮氣氣氛下干燥。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溶液用刮刀涂布在氧化 銦錫表面上，隨后干燥。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(zhì)粘合劑中。電介質(zhì)粘合劑也購自 Sylvania，產(chǎn)品名稱為LT35x 1001 。將磷光體-電介質(zhì)粘合劑組合物用刮 刀涂布在干燥的PMMA層上，然后在真空烘箱中于150'C干燥。磷光體
33-電介質(zhì)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 凈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/納米管溶液用刮刀涂布在磷光體-電介質(zhì)粘合劑層 上，干燥。所得PMMA/納米管層具有約30]im的厚度。然后通過熱蒸發(fā) 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(shù)發(fā)生器結(jié)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(jié)果顯示于圖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(fā)明的各種目標(biāo)的實現(xiàn)過程中描述了本發(fā)明的各種實施方 案。應(yīng)該認(rèn)識到的是，這些實施方案只是對本發(fā)明的原則的說明。對 本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不超出本發(fā)明的精神和范圍的條件下對其進(jìn) 行多種修飾和改編是顯而易見的。
權(quán)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復(fù)合層，該復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。
2. 權(quán)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(quán)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(quán)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(dǎo)體納米線。
5. 權(quán)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(quán)利要求4的照明裝置，其中半導(dǎo)體納米線包括II/VI半導(dǎo)體或m/v半導(dǎo)體。
7. 權(quán)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(quán)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%的量存在于復(fù)合層中。
9. 權(quán)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%的量存在于復(fù)合層中。
10. 權(quán)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(dǎo)體納米線，或其混合物。
11. 權(quán)利要求l的照明裝置，其中至少一個電場集中器被化學(xué)官能化。
12. 權(quán)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(quán)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(quán)利要求13的照明裝置，其中量子點包括II/VI半導(dǎo)體或III/V 半導(dǎo)體。
15. 權(quán)利要求l的照明裝置，其中至少一個磷光體包括有機(jī)染料或 無機(jī)染料。
16. 權(quán)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(quán)利要求16的照明裝置，其中多個磷光體包括量子點，有機(jī) 染料，無機(jī)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(quán)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%的量存在于復(fù)合層中。
19. 權(quán)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。/。的量存在于復(fù)合層中。
20. 權(quán)利要求l的照明裝置，其中透輻射電介質(zhì)材料包括聚合物材料。
21. 權(quán)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 酰胺，聚酰亞胺，或其共聚物或混合物。
22. 權(quán)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(quán)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(quán)利要求l的照明裝置，其中透輻射第二電極包括透輻射導(dǎo)電 氧化物或聚合物材料。
25. 權(quán)利要求24的照明裝置，其中透輻射導(dǎo)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(quán)利要求l的照明裝置，還包括放置在復(fù)合層與第一電極或透 輻射第二電極之間的透輻射電介質(zhì)層。
27. 權(quán)利要求l的照明裝置，其中該裝置具有大于90流明/瓦的效
28. 權(quán)利要求I的照明裝置，其中該裝置具有大于IO0流明/瓦的效率。
29. 權(quán)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(quán)利要求l的照明裝置，其中該裝置具有大于連續(xù)工作約 20，000小時的壽命。
31. 權(quán)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的范圍內(nèi)。
32. 權(quán)利要求l的照明裝置，其中該裝置的前表面積大于約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復(fù)合層，該復(fù)合層包括至少一 個放置在第一層第一透輻射電介質(zhì)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(zhì)材料中的磷光體。
34. 權(quán)利要求33的照明裝置，其中第一和第二電介質(zhì)材料是相同 的材料。
35. 權(quán)利要求33的照明裝置，其中第一和第二電介質(zhì)材料是不同 的材料。
36. 權(quán)利要求33的照明裝置，其中復(fù)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(zhì)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(tǒng)，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復(fù)合 層，其中該復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)材料中的至少一個電場集 中器和至少一個磷光體。
38. 權(quán)利要求37的照明系統(tǒng)，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(quán)利要求37的照明系統(tǒng)， VAC +/- 10%。
40. 權(quán)利要求37的照明系統(tǒng)， VAC至220 VAC的范圍內(nèi)。
41. 權(quán)利要求37的照明系統(tǒng)， VAC至約440 VAC的范圍內(nèi)。其中照明系統(tǒng)的標(biāo)稱工作電壓是120其中照明系統(tǒng)的工作電壓在約IO其中照明系統(tǒng)的工作電壓在約20
42. 生產(chǎn)照明裝置的方法，包括 提供第一電極； 提供透輻射第二電極； 提供復(fù)合層；和將復(fù)合層放置在第一電極與第二電極之間，該復(fù)合層包括放置在 透輻射電介質(zhì)材料中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。
43. 權(quán)利要求42的方法，其中提供復(fù)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(zhì)材料中。
44. 生產(chǎn)照明系統(tǒng)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復(fù)合層，該復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)材料 中的至少一個電場集中器和至少一個磷光體。
45. 權(quán)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(chǎn)生電磁輻射的方法，包括提供包括放置在透輻射電介質(zhì)材料中的多個電場集中器和多個磷 光體的復(fù)合層；將復(fù)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(fā)射電磁輻射。
47. 權(quán)利要求46的方法，其中將復(fù)合層放置在電場中包括將復(fù)合 層至少部分地置于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(quán)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(zhuǎn)移至至少一個磷光體，以產(chǎn)生激發(fā)態(tài)。
49. 權(quán)利要求48的方法，其中電荷包括電子或空穴。
50. 權(quán)利要求48的方法，其中從至少一個磷光體發(fā)射電磁輻射包 括通過光子發(fā)射弛豫激發(fā)態(tài)。
51. 權(quán)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(fā)明涉及照明技術(shù)，尤其是固態(tài)照明技術(shù)。在一個實施方案中，本發(fā)明提供了包括第一電極，透輻射第二電極和位于第一與第二電極之間的復(fù)合層的照明裝置，該復(fù)合層包括放置在透輻射電介質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2006年11月1日
發(fā)明者大衛(wèi)·勞倫·卡羅爾, 馬諾伊·A·G·納姆布迪里 申請人:維克森林大學(xué)