本發(fā)明涉及一種發(fā)光器件，具體為一種實現(xiàn)自供電的發(fā)光器件。

背景技術：

隨著航天技術、微電子技術、超導技術的發(fā)展以及能源與環(huán)境危機的加劇，諸如熱電效應、壓電效應、摩擦起電效應等各種能量轉(zhuǎn)換機制引起了研究人員的廣泛重視。

電致發(fā)光(英文electroluminescent，簡稱EL)是材料響應于電壓/ 電流或者響應于強電場來發(fā)光的現(xiàn)象，將前述各種能量轉(zhuǎn)換效應與電致發(fā)光效應有機的耦合，能夠應用于各種無電源供應的環(huán)境，為其提供照明、檢測等用途。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為提供一種具有自供電能力的發(fā)光器件，其應用各種能量轉(zhuǎn)換效應獲得電勢能，并高效地將該電勢能轉(zhuǎn)化為光輻射能，實現(xiàn)自發(fā)光。

本發(fā)明的技術方案為：發(fā)光器件，包括：電致發(fā)光材料層，具有第一表面和第二表面；第一電極，與所述電致發(fā)光材料層的第一表面連接，第二電極，與所述電致發(fā)光材料層的第二表面連接，電極性與所述第一電極相反；電荷產(chǎn)生層，同時與所述第一電極和第二電極接觸；所述第一電極和/或第二電極，接觸所述電荷產(chǎn)生層的部位具有針狀結(jié)構(gòu)；所述電荷產(chǎn)生層在外在因素作用下形成電荷積累，所述第一電極和（或）第二電極的針狀結(jié)構(gòu)由于靜電感應效應積累相反極性的電荷，正、負電荷之間的吸引使得所述電荷產(chǎn)生層中的正、負電荷通過所述針狀結(jié)構(gòu)導入所述電致發(fā)光材料層的第一表面和第二表面形成電勢差，激發(fā)所述電致發(fā)光材料層產(chǎn)生光輻射。

優(yōu)選地，所述第一電極和第電極接觸所述電荷產(chǎn)生層的部位分別具有針狀結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述第一電極和/或第二電極的針狀結(jié)構(gòu)為具有高導電性的金屬材料層。

優(yōu)選地，所述第一電極和/或第二電極具有一個或者多個針狀結(jié)構(gòu)，用于將電荷產(chǎn)生層內(nèi)的電荷快速導入電致發(fā)光材料層。

在一些實施例中，所述電荷產(chǎn)生層為摩擦起電層，由具有不同的摩擦電極性的第一介質(zhì)材料層和第二介質(zhì)材料層構(gòu)成，通過第一介質(zhì)材料層與第二介質(zhì)材料層的表面彼此摩擦，在兩種材料表面形成電荷積累。

優(yōu)選地，所述第一介質(zhì)材料層封裝材料層，將所述發(fā)電致發(fā)光材料層、第一電極和第二電極進行封裝。

優(yōu)選地，所述第二介質(zhì)材料層封裝材料層為殼體結(jié)構(gòu)，套設第一介質(zhì)材料層。

優(yōu)選地，所述第一介質(zhì)材料層和/或第二介質(zhì)材料層的摩擦表面具有微米和/或納米尺度的表面微結(jié)構(gòu)。

在一些實施例中，所述電荷產(chǎn)生層為熱電材料層，至少具有一個熱電對，所述熱電對的低溫端與所述第一、第二電極接觸。

優(yōu)選地，所述電致發(fā)光材料層的第一表面和第二表面位于同側(cè)。

優(yōu)選地，所述第一電極形成于所述電致發(fā)光材料層的第一表面之上，所述第二電極形成于的述電致發(fā)光材料層的第二表面之上。

在一些實施例中，所述電荷產(chǎn)生層為壓電材料層，當所述電荷產(chǎn)生層受外力作用產(chǎn)生形變時，其內(nèi)部的正、負電荷重新排列并形成電勢差。

優(yōu)選地，所述電荷產(chǎn)生層包含壓電材料層和摩擦起電層，所述壓電材料層含有摩擦起電材料。

優(yōu)選地，所述摩擦起電層為封裝材料層，將所述發(fā)電致發(fā)光材料層進行封裝。

優(yōu)選地，所述壓電材料層為殼體結(jié)構(gòu)，套設所述摩擦起電層。

本發(fā)明所述發(fā)光器件，設計電極與所述電荷產(chǎn)生層接觸的部位具有針狀結(jié)構(gòu)，利用靜電感應，使得電荷產(chǎn)生層中產(chǎn)生的電荷能夠被快速導入電致發(fā)光材料層的上、下表面，形成電勢差激發(fā)電致發(fā)光材料層產(chǎn)生光輻射，高效、靈敏地實現(xiàn)自發(fā)光。進一步地，可以針狀電極可以有效減少電極的遮擋面積。

本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實施的一種發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為圖1所示發(fā)光器件在外力作用下產(chǎn)生電壓的示意圖。

圖3為壓電材料在外力作用下發(fā)生壓電效應的示意圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明實施的另一種發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為根據(jù)本發(fā)明實施的再一種發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面各實施例公開了一種具有自發(fā)電的發(fā)光器件，其具有電荷產(chǎn)生層，所述電荷產(chǎn)生層在外在因素作用下，產(chǎn)生電荷積累，并通過針狀結(jié)構(gòu)的電極快速導入電致發(fā)光材料層，激發(fā)其產(chǎn)生光輻射。其中，所述電致發(fā)光材料層可為本領域技術人員已知的任意適用的無機和/ 或有機電致發(fā)光材料，所發(fā)生的光輻射為X 射線、紫外線、可見光和/ 或紅外線。具體選擇材料可根據(jù)實際情況進行選取。

作為本發(fā)明的第一種實施方式，可以采用摩擦起電效應實現(xiàn)電致發(fā)光。具有摩擦電極性差異的材料相互摩擦，沿摩擦軌跡產(chǎn)生變化的電場，電場激發(fā)電致發(fā)光材料產(chǎn)生光輻射。請參看附圖1，本發(fā)明第一個較佳實施例之發(fā)光器件，包括電致發(fā)光材料層1100、第一電極1210、第二電極1220及電荷產(chǎn)生層1300。

其中，電荷產(chǎn)生層1300為摩擦起電層，由具有不同的摩擦電極性的第一介質(zhì)材料層1310和第二介質(zhì)材料層1320構(gòu)成。第一電極1210與第二介質(zhì)材料層1320接觸的端部具有針狀結(jié)構(gòu)1212，第二電極1220與第一介質(zhì)材料層1310接觸的端部同樣具有針狀結(jié)構(gòu)1222。第一介質(zhì)材料層優(yōu)選為透光性絕緣材料，例如高分子樹脂、陶瓷和/ 或石英玻璃等。第二介質(zhì)材料層1320 為與第一介質(zhì)材料層1310 具有摩擦電極性差異的絕緣體，第一介質(zhì)材料層1310 和第二介質(zhì)材料層1320 的摩擦電極性的差異越大，光輻射強度越大。例如，第一介質(zhì)材料層和第二介質(zhì)材料層中的一者為聚四氟乙烯時，另一者可由聚氨酯、尼龍、聚對二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺中的一者構(gòu)成，優(yōu)選為尼龍或聚氨酯。優(yōu)選地，為了提高光輻射強度，第一介質(zhì)材料層和第二介質(zhì)材料層可選用具有較大摩擦電極性差異的材料以產(chǎn)生較強的電場，增大光輻射。第一介質(zhì)材料層和第二介質(zhì)材料層可采用多種摩擦方式，例如接觸-分離式摩擦、滑動式摩擦、滾動式摩擦或者前述任意兩種甚至三種的復合摩擦方式。

具體的，電致發(fā)光材料層1100的基本結(jié)構(gòu)較佳為夾層式結(jié)構(gòu)，激發(fā)光層被兩側(cè)電極夾在中間，其可以為有機發(fā)光二極管或無機發(fā)光二極管，其中第一表面1100a和第二表面1100b具有相反的電極性，并分別與第一電極1210和第二電極1220連接。在本實施例中第一介質(zhì)材料層和第二介質(zhì)材料層采用接觸-分離式摩擦和滑動式摩擦兩種組合，第一介質(zhì)材料層1310將電致發(fā)光材料層1100封裝起來，其下表面1312和側(cè)壁1314為摩擦表面，可具有微米和/ 或納米尺度的表面微結(jié)構(gòu)，例如微米和/ 或納米棒、微米和/ 或納米錐等等。第二介質(zhì)材料層1320位于第一介質(zhì)材料層1310的下方，其上表面1322和側(cè)壁1324為摩擦表面，同樣可具有微米和/ 或納米尺度的表面微結(jié)構(gòu)。第一介質(zhì)材料層1310和第二介質(zhì)材料層1320通過彈性構(gòu)件1400連接，通過下壓/松開的方式使第一介質(zhì)材料層和第二介質(zhì)材料層相互摩擦。第一電極1210形成于電致發(fā)光材料層1100的第一表面1100a上，通過導線1211引至第二介質(zhì)材料層內(nèi)并在第二介質(zhì)材料層內(nèi)形成針狀的端部1212，第二電極1220形成于電致發(fā)光材料層的第二表面1100b上，并在第一介質(zhì)材料層內(nèi)形成針狀的端部結(jié)構(gòu)1222。

請參看圖2，當采用接觸-分離式摩擦方式，使第一介質(zhì)材料層1310與第二介質(zhì)材料層1320的表面彼此摩擦，在兩種材料表面形成電荷積累，而第一電極1210的針狀結(jié)構(gòu)由于靜電感應效應會積累負電荷，正負電荷之間的吸引會使第二介質(zhì)材料層中的正電荷會通過針狀結(jié)構(gòu)導入第一電極。與此原理相同，在第一介質(zhì)材料層中的負電荷通過第二電極的針狀結(jié)構(gòu)導入，以此方法給發(fā)致發(fā)光材料層施加電壓。

作為本發(fā)明的第二種實施方式，可以采用壓電效應實現(xiàn)電致發(fā)光。請參看圖3，當對壓電材料施以物理壓力時，材料體內(nèi)之電偶極矩會因壓縮而變短，此時壓電材料為抵抗這變化會在材料相對的表面上產(chǎn)生等量正負電荷，以保持原狀。請參看圖4，本發(fā)明第二個較佳實施例之發(fā)光器件，包括電致發(fā)光材料層2100、第一電極2210、第二電極2220及電荷產(chǎn)生層2300。在本實施例中，電荷產(chǎn)生層2300包含壓電材料層2320和摩擦起電層2310，壓電效應和摩擦起電效應均能將外界的振動能轉(zhuǎn)化成電能，采用壓電和摩擦的結(jié)合，可實現(xiàn)向電致發(fā)光材料層2100供電。

其中，壓電材料層2320的內(nèi)表面2320a含有摩擦起電材料，且壓電材料層2320的內(nèi)表面2320a和摩擦起電層2310的外表面2310a具有不同的摩擦電極性，通過摩擦起電層的外表面和壓電材料層的內(nèi)表面彼此摩擦，沿摩擦軌跡產(chǎn)生變化的電場。摩擦起電層2310為絕緣材料，例如高分子樹脂、陶瓷和/ 或石英玻璃等，可以封裝電致發(fā)光材料層2100。壓電材料層2320優(yōu)選為壓電聚合物，如聚偏氟乙烯（PVDF）（薄膜）及以它為代表的其他有機壓電（薄膜）材料。

具體的，電致發(fā)光材料層2100的基本結(jié)構(gòu)較佳為夾層式結(jié)構(gòu)，激發(fā)光層被兩側(cè)電極夾在中間，可以為有機發(fā)光二極管或無機發(fā)光二極管。在本實施例中，摩擦起電層2310為電致發(fā)光材料層2100的封裝層；壓電材料層2320為殼體結(jié)構(gòu)，罩在摩擦起電層2310的外面；第一電極2210形成于電致發(fā)光材料層2100的第一表面2100a上，并在摩擦起電層2310內(nèi)形成針狀的端部結(jié)構(gòu)2212；第二電極2220形成于電致發(fā)光材料層2100的第二表面2100b上，并在壓電材料層內(nèi)靠近外表面2320b的地方形成針狀的端部結(jié)構(gòu)2222。

在本實施例中，可以將整個電致發(fā)光材料層和電極進行完全的密封，一方面增加了壓電材料的面積，另一方面對發(fā)光器進行了有效保護，非常適用于環(huán)境復雜下的應用，諸如應用于海水環(huán)境，通過海水的流動對發(fā)光器件的壓電材料層施加壓力，使其產(chǎn)生形變并與內(nèi)部的摩擦起電層發(fā)生摩擦，從而產(chǎn)生電勢差，并通過針狀電極快速導入電致發(fā)光材料層激發(fā)光輻射。

進一步地，利用壓電效應和/或摩擦起電效可將外界的振動能轉(zhuǎn)化成電能，并通過針狀電極快速導入電致發(fā)光材料層激發(fā)其產(chǎn)生輻射，實現(xiàn)聲音、振動下的自發(fā)光，其可應用于隧道照明、廣場照明、海岸掛燈、浮標燈等。

作為本發(fā)明的第三種實施方式，可以采用熱電效應發(fā)現(xiàn)電致發(fā)光。用半導體材料的塞貝克效應，直接將溫差轉(zhuǎn)化為電能，激發(fā)電致發(fā)光材料產(chǎn)生光輻射。請參看附圖5，本發(fā)明第三個較佳實施例之發(fā)光器件，包括電致發(fā)光材料層3100、第一電極3210、第二電極3220及電荷產(chǎn)生層3300。

其中電荷產(chǎn)生層3300為熱電材料層，其具體材料可以有SiGe 系列、PbTe、Bi2Te3 及其合金、方鈷礦（如銻化鈷（CoSb3）基方鈷礦熱電材料）。其中，當熱源為200~300℃時，可采用Bi2Te3基熱電材料，當熱源為500 ~600℃時，可選用CoSb3基方鈷礦熱電材料。在本實施例中，熱電材料層3300至少包含一組熱電對，每個熱電對包括N型熱電塊3310和P型熱電塊3320，N型熱電塊3310和P型熱電塊3320之間通過隔離層3330隔離。N型熱電塊3310和P型熱電塊3320分別與第一電極3210和第二電極3220連接。每個熱電對都具有高溫端面3300a和低溫端面3300b，第一電極和第二電極位于熱電對3300的低溫端面3100b上。

具體的，電致發(fā)光材料層3100可以為水平結(jié)構(gòu)的無機發(fā)光二極管（LED），至少包含N型層、P型層及夾在兩者之間的活性區(qū)，第一表面3100a和第二表面3100b位于同側(cè)，第一電極3210形成于電致發(fā)光材料層3100的第一表面3100a上，并在N型熱電塊3310內(nèi)形成針狀的端部3212，第二電極3220形成于電致發(fā)光材料層3100的第二表面3100b上，并在P型熱電塊3320內(nèi)形成針狀的端部3222。

利用熱電材料的溫差發(fā)電，并通過針狀電極快速導入電致發(fā)光材料層，可以高效的將熱能轉(zhuǎn)化為輻射能，其可應用于海岸掛燈、浮標燈、邊防照明、石油管道中照明、野戰(zhàn)攜帶式照明及海底探查照明等。

盡管已經(jīng)描述本發(fā)明的示例性實施例，但是理解的是，本發(fā)明不應限于這些示例性實施例而是本領域的技術人員能夠在如下文的權(quán)利要求所要求的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)進行各種變化和修改。