[發明專利]發光物體及其應用

有效

• 申請號: 200680005064.4
• 申請日: 2006-02-16
• 公開（公告）號: CN101138101A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 邁克爾·G·戴比杰;希斯·W·M·巴斯提安森;迪克·J·布羅爾;邁克爾·J·艾斯古奇;卡羅斯·桑切
• 申請（專利權）人: 荷蘭科學技術基金會
• 主分類號: H01L31/055
• 分類號: H01L31/055;F24J2/06
• 代理公司: 深圳創友專利商標代理有限公司
• 代理人: 彭家恩

技術領域

本發明涉及一發光物體，具體涉及這樣的發光物體在光學發光聚光器器件(例如發光太陽能聚光器器件)中的應用。

背景技術

太陽能每單位瓦特的成本約比來自其他來源(包括煤、石油、風、生物和核子)的能源高5-10倍。為降低光電系統中太陽能發電的成本，希望能有效利用該系統中最昂貴的部分，即光電池(太陽電池)。這通常是通過使用大型光聚焦太陽能聚光器(拋物面形或槽形盤)實現的。這些器件存在一些缺點，包括投資成本高、維護成本高、外形笨重以及當它經過天空時需要跟蹤太陽：對于現有技術水平的評述，可參見Swanson，Progress?in?Photovoltaics：Research?and?Applications?8，93(2000)。

已成為研究課題的一其他方式是使用波導管收集光、并將光傳輸到小型光電池。這些工作中的一些嘗試使用全息方法(US5877874)或幾何光學、對光進行重定向(例如可參見T.Uematsu?et?al?Sol?Energ?Mater?Sol?C?67,415(2001)and?US?4,505,264)。這些嘗試相當不成功，尤其對于大的傳輸距離。這是因為效率低，或系統需要跟蹤太陽，或系統復雜、不適合大規模生產或將其組合。

發光太陽能聚光器(luminescent?solar?concentrator，LSC)代表已作為研究課題的另一方式。這主要是因為這些系統易于低成本制得，且因為這些系統無需進行太陽跟蹤。LSC基本上是由大塊玻璃或聚合板、薄板、薄膜、纖維、條帶、紡織品或摻雜有螢光染料分子的涂層組成的。這些染料可吸收照射在其上的陽光中的特定波長的光，并以較長的波長沿各個方向再次發射光。該光中的一部分是在支持式波導管的臨界角度內發出的，且被全內反射和傳輸到光電池。LSC具有將較廉價的撓性材料結合使用的優點(尤其當使用塑料波導管時)，且無需散熱器或太陽跟蹤系統。Earp?et?al，Sol?Energ?Mat?Sol?C?84，411(2004)中描述了具有不同用途(房間照明)的樣品系統。此時LSC系統尚未商用，這主要與其效率低有關。這一低的總效率源于發射光的高度再吸收(染料的有限斯托克斯位移)、將光低效耦合至波導管內、以及將光低效保持在波導管內。

本發明旨在克服LSC系統的這些缺點，尤其通過提供方法、以提高將發射光耦合至波導管內的效率。

發明內容

本發明人已發現，LSC系統的效率可通過在其中使用含有定向光致發光材料的陣列聚合物而顯著提高。根據本發明，聚合物的排列用于引起光致發光材料的定向。由非排列的各向同性光致發光材料發出的輻射沿各個方向傳播，且稍首選與LSC系統垂直的發射方向，以實現垂直于LSC系統的平面的入射照明。換言之，所述光的大部分在波導管模式外發射，且不在波導管內傳輸。光致發光材料在聚合物內的適合排列可確保由定向光致發光材料發射的光的大部分幅射進入到LSC系統的波導模式內。

因此，當沿一相當大的預傾斜角排列時，將沿一角度發出輻射，由此使它非常有效地耦合至波導管內。當沿大的預傾斜角排列時，所述發射的輻射的相對大的部分將沿某一角度到達所述發光物體與空氣間的界面，并保持在所述物體內，且該角度大于全反射的臨界角。因此，使用排列的光致發光材料有可能在LSC系統內包含比迄今可行的水平高得多的發射光部分。結果，本發明有可能將LSC系統的工作效率提高超過25％。

因此，本發明的一方面涉及一包含陣列聚合物的發光物體，且該陣列聚合物含有定向光致發光材料，所述陣列聚合物相對于所述物體的表面具有10-90°的預傾斜角。在一特定實施例中，本發明旨在提供包含發光層和波導管的發光物體，其中所述物體為光學疊層或光學纖維，所述發光物體與所述波導管光學耦合，所述發光物體包含含有定向光致發光材料的陣列聚合物，所述定向光致發光材料在所述陣列聚合物內固定不動，且所述陣列聚合物的相對于所述物體的表面的預傾斜角為10-89°，優選為10-90°，更優選為10-85°，進一步更優選為15-85°，又更優選為30-80°，更優選為30-70°，再更優選為40-70°。

這一發光物體可用于將入射光轉化為較長波長的光。當發射光以相對于所述物體的表面相對小的角度幅射時(需使用相對高的預傾斜角)，發射光可在平行于所述表面的平面內有效地傳輸到例如出口或光電器件。因此，本薄膜可在例如LSC中這樣應用，無需獨立的波導管。在這一具體情形中，可非常有利地使用具有大的斯托克斯位移和/或在吸收和發射光譜之間具有很少重疊的光致發光材料，以避免由重吸收現象導致的大的光損失。