專利名稱：用于改變光譜的波長(zhǎng)范圍的器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于改變光的光譜的波長(zhǎng)范圍，例如使波長(zhǎng)范圍變窄，的器件。

背景技術(shù)：
在許多系統(tǒng)中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光的照射導(dǎo)致發(fā)射出較短波長(zhǎng)的光。這種也稱為“頻率上轉(zhuǎn)換(frequency up-conversion)”或簡(jiǎn)而言之“上轉(zhuǎn)換”的現(xiàn)象最常與從脈沖激光器可得到的高光強(qiáng)度相關(guān)。目前人們認(rèn)為上轉(zhuǎn)換過程包括能量從數(shù)個(gè)較低激發(fā)態(tài)傳遞至單個(gè)較高激發(fā)態(tài)，其隨后能發(fā)射出具有較短波長(zhǎng)即較高能量的光。該過程已經(jīng)針對(duì)大量的固態(tài)無(wú)機(jī)體系進(jìn)行了描述，所述無(wú)機(jī)體系包括晶體、薄膜和納米顆粒。通常在晶態(tài)體系中的上轉(zhuǎn)換過程包括“敏化”組分、“活化劑”組分和/或基質(zhì)(晶體)組分。通常該基質(zhì)用稀土離子共摻雜，所述稀土離子用作“敏化劑”，也可以作為“活化劑”。摻雜物(dopand)中的一種在低波長(zhǎng)區(qū)域(通常為紅外區(qū))吸收，隨后被吸收的光子能量傳遞至另一種摻雜物，也即活化劑離子，其在藍(lán)色或綠色區(qū)域發(fā)光(E.L.Falcao-Filho等.J.Appl.Phys 92，3065，(2002)，Yoh Mita等.Appl.Phys.Lett.62，802(1992)，Trash等.Journal of OSA Bulletin 11，881(1994))。此外已經(jīng)描述了晶態(tài)納米顆粒，該納米顆粒的組合分散在主體基質(zhì)(host matrix)中以形成薄膜。這些晶態(tài)納米顆粒也已顯示出能夠能量上轉(zhuǎn)換，該過程發(fā)生在不同種類的納米顆粒之間并包括能量傳遞臺(tái)階(energy transfer step)(例如美國(guó)專利US6541788)，或者所述晶態(tài)納米顆粒作為諸如Eu3+離子、Tb3+離子、Tb3+離子和Ce3+離子等的其他摻雜物的基質(zhì)，并且這些摻雜物在光照射時(shí)能增加所述納米顆粒的熒光強(qiáng)度和量子效率。
這些系統(tǒng)對(duì)激光材料、光電伏打器件等的制造有潛在的意義。但是，由于含有的組分的特性，它們制造相當(dāng)昂貴且不是特別適于制備例如在大面積上的薄膜或者在柔性基板上制備，而這兩種應(yīng)該對(duì)市售光生伏打器件如太陽(yáng)能電池的制造特別有用。
解決該問題的一個(gè)途徑是使用有機(jī)化合物來(lái)替代無(wú)機(jī)物。這些有機(jī)上轉(zhuǎn)換系統(tǒng)全部基于直接雙光子或多光子激發(fā)和/或占據(jù)高振動(dòng)態(tài)的分子激發(fā)為第一激發(fā)態(tài)，后者的過程有時(shí)也被稱為“熱帶-吸收”。在直接也即同時(shí)雙光子激發(fā)中，上轉(zhuǎn)換是具有大的雙光子吸收(TPA)截面的染料的直接雙光子泵浦的結(jié)果，所述染料要么在溶液中要么在膜中(包括所謂的“固”溶體，以惰性聚合物作為非活性基質(zhì)，即固體“溶劑”)。該非活性基質(zhì)在如下意義上是非活性的即無(wú)論怎樣均不參與上轉(zhuǎn)換過程。已經(jīng)描述了各種系統(tǒng)，并且對(duì)具有更大TPA截面的新有機(jī)染料和結(jié)合到聚合物分子或摻雜在聚合物基質(zhì)中的TPA染料的研究一直在進(jìn)行(美國(guó)專利US5912257、US6555682、US6100405，T.Kojei等，Chem.Phys.Lett.298，1(1998)，G.S.He等，Appl.Phys.Lett 68，3549(1996)R.Schroeder等，J.Phys.Condens.Matter 13，L313(2001)；R.Schroder等，J.Chem.Phys.116，3449(2001))。在其中TPA染料摻雜在聚合物基質(zhì)中的情況下，同樣地，所述聚合物為不參與上轉(zhuǎn)換過程的非活性化合物。
如果上轉(zhuǎn)換歸因于熱-帶吸收即占據(jù)高振動(dòng)態(tài)的分子激發(fā)，那么在某些情況中，這已經(jīng)可用于物質(zhì)的激光冷卻(J.L.Clark等，Phys Rev.Lett 76，2037(1996))和/或作為光電器件的溫度探針(J.M.Lupton，Appl.Phys.Lett 80，186(2002))。
在有機(jī)化合物領(lǐng)域的另一個(gè)研究區(qū)域是“光限幅器(optical limiter)”領(lǐng)域。光限幅材料顯示非線性吸收特性。這歸因于激發(fā)態(tài)的截面大于基態(tài)的截面的現(xiàn)象。輸入能量越大，越多的分子激發(fā)成為具有更大截面的狀態(tài)，由此導(dǎo)致吸收系數(shù)增加。基于在皮秒和納秒時(shí)間坐標(biāo)上的該非線性吸收的光限幅器，已經(jīng)針對(duì)許多材料進(jìn)行了報(bào)導(dǎo)，所述材料包括金屬酞菁、卟啉和富勒烯，也可以是無(wú)機(jī)納米顆粒(Qureshi FM等，Chem.Phys.231，87(1998)及其引用的其他參考；Sun等，Int.Rev.Phys.Chem.18(1)43(1999)及其引用的其他參考；W.Su，T.M.Cooper；Chem.Mater.10，1212(1998)；J.W.Perry等，Science 273，1533(1996)；K.A.Nguen等，J.Chem.Phys.118，5802(2003))。
在許多含有至少一種敏化劑組分和至少一種發(fā)射劑組分的雙分子或多分子體系中，光子能量上轉(zhuǎn)換已經(jīng)顯示出基于三重態(tài)-三重態(tài)湮滅過程發(fā)生(Baluschev等，Angew.Chem.Int.Ed.，2007，46，1-5)。該光子能量上轉(zhuǎn)換認(rèn)為是三個(gè)步驟的固有連接鏈。第一步為敏化劑分子的體系間交叉(inter systemcrossing(ISC))，隨后是第二步，也就是敏化劑三重態(tài)激發(fā)至發(fā)射劑三重態(tài)的傳遞(三重態(tài)-三重態(tài)傳遞，TTT)。第三步為后續(xù)的大多發(fā)生在發(fā)射劑分子三重態(tài)之間的三重態(tài)-三重態(tài)湮滅(TTA)。對(duì)于充當(dāng)敏化劑的寬范圍的各種金屬絡(luò)合物以及不同的發(fā)射劑分子，已經(jīng)觀察到有效的三重態(tài)-三重態(tài)湮滅輔助光子能量上轉(zhuǎn)換。這種基于三重態(tài)-三重態(tài)湮滅的光子能量上轉(zhuǎn)換過程的主要優(yōu)點(diǎn)是它們不依賴于相干激發(fā)光。此外，所述三重態(tài)-三重態(tài)湮滅輔助光子能量上轉(zhuǎn)換僅僅需要低強(qiáng)度(低至100mW cm-2)和低光譜功率密度(低至125μW nm-1)的激發(fā)光[Baluschev等，APL，90，181103，2007]。這些基于三重態(tài)-三重態(tài)湮滅輔助光子能量上轉(zhuǎn)換的的研究已在溶液中進(jìn)行。
但是，由于存在于相應(yīng)體系中的上轉(zhuǎn)換材料的固有特性或者由于整個(gè)裝置的脆弱特性(使得它們不可能應(yīng)用在實(shí)際應(yīng)用和器件中)，因此沒有任何前述的有機(jī)體系已被證明是特別萬(wàn)用的。而且，在一些情況下，特別是基于無(wú)機(jī)組分的體系，上轉(zhuǎn)換僅僅能在極低溫度(-180℃和小于-180℃)條件下被引發(fā)。同時(shí)，沒有任何光限幅材料已被報(bào)道當(dāng)該材料獨(dú)自使用時(shí)顯示上轉(zhuǎn)換行為?；跓o(wú)機(jī)物的體系僅僅在高強(qiáng)度單色激光下工作，通常為kW/cm2的等級(jí)，并且它們需要具有非常高的光譜功率密度的激發(fā)光源，通常約為W nm-1，此外，它們具有低效率，目前僅報(bào)道結(jié)晶粉末為大約1％至最大4％，但是這些僅在高強(qiáng)度時(shí)才具備(Page等，1998，J.Opt.Soc.Am.B，Vol.15，No.3，996)。而且，目前已報(bào)道的體系僅具有是所用的相應(yīng)材料的固有的發(fā)射特性，沒有任何影響發(fā)射波長(zhǎng)的比率的可能性。
該無(wú)機(jī)體系基于晶態(tài)材料，并且為了在應(yīng)用中使用，納米晶體必須經(jīng)過特別制備，然后會(huì)以膜的形式施加，或者所述晶體會(huì)經(jīng)過研磨成細(xì)粉末然后分布在膜中，這進(jìn)而導(dǎo)致與晶態(tài)粉末在膜中如何均勻分布的問題。
光子捕獲方法在許多應(yīng)用中具有重要的角色。例如，溫室作物的產(chǎn)量非常依賴于在溫室內(nèi)有效到達(dá)植物的光的數(shù)量和質(zhì)量。在太陽(yáng)能電池特別是有機(jī)太陽(yáng)能電池中，其重要的特征是在有機(jī)染料分子中吸收的有限光譜范圍。目前最有效的太陽(yáng)能電池主要捕獲太陽(yáng)光譜的藍(lán)、綠和黃部分；因此重要的步驟會(huì)是進(jìn)一步吸收光譜紅色和紅外部分的有機(jī)材料的可得性。但是，這些有機(jī)材料大多對(duì)光譜的藍(lán)色和綠色部分吸收弱。已經(jīng)嘗試通過使用下移(down-shifting)光譜轉(zhuǎn)換器增強(qiáng)太陽(yáng)能電池的效率，由此有機(jī)染料分子層施加在太陽(yáng)能電池上，該有機(jī)染料分子吸收入射光并以紅移的(red-shifted)波長(zhǎng)再發(fā)射它。這些光譜轉(zhuǎn)換器的層也稱作發(fā)光集中器(luminescenceconcentrators)(van Sark等，2005，Solar Energy Materials and Solar Cells 87，395-499)。但是，這些改善太陽(yáng)能電池的嘗試都沒有特別成功的(Trupke等，2006，Solar Energy Materials & Solar Cells 90，3327-3338)。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供器件，其用于改變(例如變窄)入射在所述器件上的光的光譜的波長(zhǎng)范圍，其中該器件顯示出與所涉及的輻射波長(zhǎng)(入射光和發(fā)射的光兩者)相關(guān)的強(qiáng)大的多功能性，因此取決于所期望的激發(fā)和/或發(fā)射特性，它們可以定制。此外，已成為本發(fā)明的目的是提供適用于在大面積上成膜的器件，由此使得定制的光電器件的制備成為可能。已成為本發(fā)明的目的是提供器件，其使得可有效使用低強(qiáng)度和/或低光譜功率密度的光源例如陽(yáng)光、LED(寬帶，非相干)和其他，并且其由此可以有效用作光譜集中器。
所有的這些目的通過提供器件來(lái)達(dá)到，該器件用于改變(例如，變窄)入射在所述器件上的光譜的波長(zhǎng)范圍，由此使得從該器件發(fā)出的光相對(duì)于所述入射光具有改變的例如更狹窄的波長(zhǎng)范圍，所述器件包括 用于光子能量上轉(zhuǎn)換的介質(zhì)，其含有至少兩種組分和其中分散有所述至少兩種組分的基質(zhì)，其中第一組分能在第一波長(zhǎng)區(qū)域w≤λ1≤x處吸收光，第一組分在所述介質(zhì)中用作敏化劑，其中第二組分能在第二波長(zhǎng)區(qū)域y≤λ2≤z發(fā)射光，第二組分在所述介質(zhì)中用作發(fā)射組分，λ2≤λ1，并且其中基于由所述第一組分吸收在所述第一波長(zhǎng)區(qū)域λ1處的光吸收，所述發(fā)射組分在所述第二波長(zhǎng)區(qū)域λ2處發(fā)射光，和其中所述第一組分和第二組分為有機(jī)化合物，其中所述第一組分和所述第二組分分布在所述基質(zhì)中，該基質(zhì)為固體、凝膠或粘度等于或大于0.59×10-3Pa·s的流體，其中所述介質(zhì)任選含有其它成對(duì)的敏化劑和發(fā)射組分，如上所述，但是具有不同的吸收和任選的發(fā)射波長(zhǎng)區(qū)域， 所述器件任選地還含有容納所述介質(zhì)的透光容器，或者任選地含有承載所述介質(zhì)的透光基板。
在一實(shí)施方案中，所述介質(zhì)如權(quán)利要求1定義的分別含有至少兩對(duì)敏化劑和發(fā)射組分(emissive component)，每對(duì)具有限定的吸收波長(zhǎng)區(qū)域和限定的發(fā)射波長(zhǎng)區(qū)域，所述敏化劑和發(fā)射組分的對(duì)分別在至少它們各自的吸收波長(zhǎng)區(qū)域中是相互不同的。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述介質(zhì)另外含有用于光子能量下移或光子能量下轉(zhuǎn)換的其它組分，所述下移或下轉(zhuǎn)換組分也分布在所述基質(zhì)中，所述下移或下轉(zhuǎn)換組分能吸收限定波長(zhǎng)區(qū)域的光并且在比所述限定波長(zhǎng)區(qū)域更長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)域處發(fā)光。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述介質(zhì)布置為單層、波導(dǎo)或者適于覆蓋在所述光在其上入射的物體如太陽(yáng)能電池的部分或全部表面的形狀，其中優(yōu)選地，所述的單層、波導(dǎo)或形狀為圓柱對(duì)稱、paralleliped或三斜對(duì)稱。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述介質(zhì)布置為數(shù)層，每層中含有不同對(duì)的敏化劑和發(fā)射組分，其中優(yōu)選地，所述數(shù)層中的一層含有如權(quán)利要求3定義的所述用于光子能量下移(down-shifting)或下轉(zhuǎn)換(down-conversion)的其它組分。
更優(yōu)選地，所述含有用于光子能量下移或下轉(zhuǎn)換的其它組分的層不含有任何對(duì)的敏化劑和發(fā)射組分。
在一實(shí)施方案中，所述介質(zhì)含有一對(duì)在綠色波長(zhǎng)區(qū)域吸收并在藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域發(fā)射的敏化劑和發(fā)射組分，并且所述介質(zhì)含有另一對(duì)在紅色波長(zhǎng)區(qū)域吸收并在藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域發(fā)射的敏化劑和發(fā)射組分。
在一實(shí)施方案中，所述用于光子能量下移或下轉(zhuǎn)換的其它組分在紫外波長(zhǎng)區(qū)域吸收光并在藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域發(fā)射光。
在一實(shí)施方案中，所述介質(zhì)含有一對(duì)為苝和八乙基卟啉鈀(palladiumoctaethylporphyrine，PdOEP)的敏化劑和發(fā)射組分，以及另一對(duì)為苝和八乙基卟啉鉑(platinum octaethylporphyrine，PtOEP)的敏化劑和發(fā)射組分。
在一實(shí)施方案中，所述介質(zhì)含有苝作為用于光子能量下轉(zhuǎn)換的組分。
在一實(shí)施方案中，所述基質(zhì)在300至1600nm范圍內(nèi)是透明的。
在一實(shí)施方案中，所述流體具有0.59×10-3至1×106Pa·s范圍內(nèi)的粘度。
在另一實(shí)施方案中，所述基質(zhì)為具有彈性、塑性、粘彈性或粘塑性的固體。
在一實(shí)施方案中，所述基質(zhì)為粘度為1×103至1×1017Pa·s的有機(jī)或無(wú)機(jī)玻璃。
在另一實(shí)施方案中，所述基質(zhì)為粘度≥0.59×10-3Pa·s的粘稠液體，其中優(yōu)選地所述基質(zhì)由一種或數(shù)種選自下述有機(jī)低聚物和共-低聚物(co-oligomer)的材料制成，所述低聚物具有有限數(shù)目的單體單元，所述共-低聚物包含單體單元的混合物，所述單體單元包括但不限于如下的類取代或未取代的苯乙烯、亞苯基、亞苯基二胺、亞苯基二醇、甲基丙烯酸甲酯、酚、丙烯酸、乙烯基類諸如乙烯醇或氯乙烯、乳酸、碳水化合物、碳酸酯、酰亞胺、酰胺諸如丙烯酰胺、烯烴諸如乙烯和丙烯、氧化烯烴諸如氧化乙烯或氧化丙烯、諸如乙二醇和丙二醇的烯烴二醇、對(duì)苯二甲酸、ε-己內(nèi)酰胺、尿烷、硅烷、硅氧烷、以及取代和官能化形式的前述任一種物質(zhì)，以及它們的任意的組合，所述基質(zhì)任選地、另外地含有用以改變、調(diào)節(jié)和控制所述介質(zhì)粘度的一種或數(shù)種有機(jī)溶劑或水。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述基質(zhì)為粘度≥1×10-1Pa·s的無(wú)機(jī)或有機(jī)凝膠，其中優(yōu)選地所述有機(jī)凝膠為含有非共價(jià)鍵的有機(jī)物理凝膠或者為含有共價(jià)鍵且優(yōu)選為交聯(lián)的化學(xué)凝膠，其中交聯(lián)通過輻照、加入交聯(lián)化學(xué)物質(zhì)或者采用這兩種方式來(lái)完成。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述凝膠含有一種或數(shù)種線型和支鏈型聚合物，包括但不限于聚(苯乙烯)、(聚)亞苯基、聚(萘二甲酸酯)(naphthalate)、聚(對(duì)苯二甲酸酯)、聚(烯烴-萘二甲酸酯)和聚(烯烴-對(duì)苯二甲酸酯)，比如聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)，聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(羥基-丁酸酯)、聚(苯二胺)、聚(亞苯基二醇)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(酚)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯基類)如聚(乙烯醇)或聚(氯乙烯)、聚(乳酸)、聚(碳水化合物)、聚(碳酸酯)、聚(酰亞胺)、聚(酰胺)諸如聚(丙烯酰胺)、烯烴諸如聚(乙烯)和聚(丙烯)、聚(氧化烯烴)諸如聚(氧化乙烯)或聚(氧化丙烯)、聚(烯烴二醇)諸如聚(乙二醇)和聚(丙二醇)、聚(對(duì)苯二甲酸)、聚(ε-己內(nèi)酰胺)、聚(氨基甲酸乙酯)、聚硅烷、聚(硅氧烷)以及前述的任意的組合、混合物或共混物，所述基質(zhì)任選地、另外地含有用以改變、調(diào)節(jié)和控制所述介質(zhì)粘度的一種或數(shù)種有機(jī)溶劑或水。
在一實(shí)施方案中，所述基質(zhì)為粘度為≥1×103Pa·s的固體或玻璃，其中優(yōu)選地，所述的基質(zhì)由熱塑性聚合物或共聚物(嵌段、交替和/或接枝共聚物)或者它們的混合物制成，和/或帶有一種或數(shù)種合適的溶劑來(lái)控制和調(diào)節(jié)所述介質(zhì)的粘彈性或塑彈性。
在一實(shí)施方案中，所述基質(zhì)由分子量為103至大約109的聚合物或者共聚物包括嵌段、交替和/或接枝共聚物制成，其包括但不限于聚(苯乙烯)、(聚)亞苯基、聚(萘二甲酸酯)、聚(對(duì)苯二甲酸酯)、諸如聚(萘二甲酸乙二醇酯)和聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)的聚(烯烴-萘二甲酸酯)和聚(烯烴-對(duì)苯二甲酸酯)、聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(羥基-丁酸酯)、聚(苯二胺)、聚(亞苯基二醇)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(酚)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯基)如聚(乙烯醇)或聚(氯乙烯)、聚(乳酸)、聚(碳水化合物)、聚(碳酸酯)、聚(酰亞胺)、聚(酰胺)諸如聚(丙烯酰胺)、諸如聚(乙烯)和聚(丙烯)的烯烴、諸如聚(氧化乙烯)或聚(氧化丙烯)的聚(氧化烯烴)、諸如聚(乙二醇)和聚(丙二醇)的聚(烯烴二醇)、聚(對(duì)苯二甲酸)、聚(ε-己內(nèi)酰胺)、聚(氨基甲酸乙酯)、聚(硅烷)、聚(硅氧烷)以及前述物質(zhì)的任意的組合、混合物或共混物，所述基質(zhì)任選地并另外地含有用以改變、調(diào)節(jié)和控制所述介質(zhì)粘度的一種或數(shù)種有機(jī)溶劑或水。
在一實(shí)施方案中，所述基質(zhì)由熱固性塑料制成，其中優(yōu)選地所述熱固性塑料選自聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂，優(yōu)選雙組分環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚酰亞胺、三聚氰胺樹脂和酚醛樹脂。
在一實(shí)施方案中，所述基質(zhì)由彈性固體、更具體地說由聚合物彈性體制成，其中優(yōu)選地，所述基質(zhì)由彈性固體、更具體地說由選自下述的聚合物彈性體制成聚丙烯酸橡膠、硅橡膠、氟硅橡膠、含氟彈性體、全氟彈性體、聚醚嵌段酰胺和烯烴橡膠。
在一實(shí)施方案中，所述基質(zhì)不參與在照射所述介質(zhì)時(shí)的光子能量上轉(zhuǎn)換過程。
在一實(shí)施方案中，所述第一組分為第一有機(jī)化合物且所述第二組分為第二有機(jī)化合物。
在一實(shí)施方案中，所述第一組分既不共價(jià)鍵合到所述第二組分，也不絡(luò)合到所述第二組分。
在一實(shí)施方案中，所述第一組分共價(jià)鍵合或絡(luò)合到所述第二組分。
在一實(shí)施方案中，所述第一和所述第二有機(jī)化合物是不同的化合物。
在一實(shí)施方案中，所述第一和所述第二有機(jī)化合物為含碳的化合物，前提是其不是碳的無(wú)氫硫?qū)僭鼗锛捌溲苌?、鹽類碳化物、金屬碳化物或金屬羰基化物。
在一實(shí)施方案中，所述發(fā)射組分在所述第二波長(zhǎng)區(qū)域λ2處的發(fā)光歸因于基于直接或順序雙光子激發(fā)、直接或順序多光子激發(fā)或者占據(jù)高振動(dòng)態(tài)的分子激發(fā)(“熱帶吸收”)的上轉(zhuǎn)換過程，所述上轉(zhuǎn)換過程在通過所述第一組分在所述第一波長(zhǎng)區(qū)域λ1處吸收光時(shí)發(fā)生。
在一實(shí)施方案中，所述發(fā)射組分在所述第二波長(zhǎng)區(qū)域λ2處的發(fā)光歸因于基于所述發(fā)射組分的光激發(fā)分子間的三重態(tài)-三重態(tài)湮滅過程和/或基于所述第一組分的光激發(fā)分子間的三重態(tài)-三重態(tài)湮滅過程的上轉(zhuǎn)換過程。
在一實(shí)施方案中，所述第二波長(zhǎng)區(qū)域λ2在360至750nm的范圍內(nèi)，且所述第一波長(zhǎng)區(qū)域λ1在450至1600nm的范圍內(nèi)。
在一實(shí)施方案中，所述第一組分為具有占據(jù)的三重態(tài)(populated triplet)或混合的三重態(tài)-單重態(tài)的有機(jī)染料或分子、雙光子吸收(TPA)染料、光限幅化合物(optical limiting compound)、具有占據(jù)的三重態(tài)的另一種分子或光限幅化合物-如富勒烯、或者碳納米管。
在一實(shí)施方案中，所述第二組分為有機(jī)染料。
在一實(shí)施方案中，所述第一組分為第一有機(jī)染料且所述第二組分為第二有機(jī)染料，其中所述第一和第二有機(jī)染料是相同或不同的，其中優(yōu)選地所述第一和/或第二有機(jī)染料選自包括如下的組具有占據(jù)的三重態(tài)或能夠直接和/或順序雙光子激發(fā)的有機(jī)染料、能夠直接和/或多光子激發(fā)的有機(jī)染料、能夠非線性吸收的有機(jī)染料和能夠熱帶吸收的有機(jī)染料。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述有機(jī)染料，特別是第一有機(jī)染料，選自具有占據(jù)的三重態(tài)的有機(jī)分子，特別是具有占據(jù)的三重態(tài)的金屬有機(jī)絡(luò)合物，例如但是不限于含有Li、Mg、Al、Ti、V(VO)、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pb、U(UO2)的有機(jī)絡(luò)合物，或者前述物質(zhì)的任意組合，從而確保波長(zhǎng)控制，其中優(yōu)選地所述第一有機(jī)染料選自包括具有占據(jù)的三重態(tài)的化合物的組，包括但是不限于 -卟啉類，包括伸展的卟啉、texaphyrins、sapphyrins、orangerins、任意碳橋接的吡咯(pyrrolic)體系、取代的卟啉以及含有金屬的前述任意物質(zhì)，所述金屬包括但不限定于Li、Mg、Al、Ti、V(VO)、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pb、U(UO2)， -酞菁類，包括伸展的酞菁、取代的酞菁或者含有金屬的任意前述酞菁，所述金屬包括但不限于Li、Mg、Al、Ti、V(VO)、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pb、U(UO2)， -喹啉、benzopyrizines、喹啉化物(quinolates)和羥基喹啉化物(hydroxyquinolates)、乙?；?丙酮酸鹽(酯)，取代的喹啉、benzopyrizines、喹啉化物(quinolates)和羥基喹啉化物(hydroxyquinolates)、乙?；?丙酮酸鹽(酯)； -前述物質(zhì)的任意混合物， 并且所述第二有機(jī)染料選自如下組熒光發(fā)射在360至750nm的化合物，特別是熒光發(fā)射在360至750nm的熒光染料，例如 蒽、并四苯、并五苯、苝， 取代的蒽、并四苯、并五苯、苝， 苯基(雙-，三-苯基)橋接的蒽、并四苯、并五苯、苝， 芴、噻吩， 聚芴和低聚芴，帶有或不帶有任何側(cè)鏈型以及它們的共聚物， 聚對(duì)亞苯基(polyparaphenylenes)，包括聚對(duì)亞苯基亞乙烯基和聚亞苯基亞乙炔基。
在一實(shí)施方案中，所述第一和第二有機(jī)染料經(jīng)選擇使得所述第一有機(jī)染料的占據(jù)的三重態(tài)處于如下能級(jí)允許三重態(tài)-三重態(tài)湮滅過程并隨后將能量傳遞至所述第二染料的激發(fā)單重態(tài)。
在一實(shí)施方案中，所述第一和第二組分的組合選自 a)綠色對(duì)DPA/PdOEP； (即9，10-二苯基蒽(DPA)/2，7，8，12，13，17，18-八乙基卟啉鈀(PdOEP)) b)紅色對(duì)BPEA/PdTPTBP；(即9，10-二(苯基乙炔基)蒽(BPEA)/meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP)) c)近紅外對(duì)BPEN/PdTPTNP；(即9，10-二(苯基乙炔基)并四苯(BPEN)/meso-四苯基-八甲氧基四萘并[2，3]卟啉鈀(PdTPTNP)) d)直接紅-藍(lán)對(duì)苝/PdTPTBP；(即，二苯并[de，kl]蒽(苝)/meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP)) e)直接紅外-綠色對(duì)BPBT/PdTPTNP；(即，4，4’-雙(5-并四苯基)-1，1’-聯(lián)苯(BPBT)/meso-四苯基-八甲氧基-四萘并[2，3]卟啉鈀(PdTPTNP)) f)紅外-黃色對(duì)紅熒烯/PdTAP；(即，5，6，11，12-四苯基并四苯(紅熒烯)/四蒽并卟啉鈀(tetraantraporphyrin palladium)(PdTAP))。
在一實(shí)施方案中，所述第一和所述第二組分均勻地分布在所述基質(zhì)中。
在一個(gè)實(shí)施方案中，所述第一和所述第二組分包封在平均尺寸為5nm至999μm范圍的顆粒中，并且所述顆粒均勻分布在所述基質(zhì)內(nèi)，其中優(yōu)選地所述顆粒具有10nm至999μm范圍的平均尺寸。
在一實(shí)施方案中，所述顆粒具有被官能團(tuán)官能化的表面，從而使得所述顆?？梢苑稚⒃谒龌|(zhì)中，所述官能團(tuán)優(yōu)選為H、-(CH2)nCH3、-(CH2)n-COOR、-(CH2)n-OR、-(CH2)n-SR、-(CH2)n-NR2、-((CH2)p-O)n-CH3，其中R＝H、取代或未取代的烯基或炔基、或者諸如Cl、Br、F、I的鹵素、或者NO2、NH2、CN、SO3H或OH。



圖1示出了所提出的三重態(tài)三重態(tài)湮滅(TTA)支持的上轉(zhuǎn)換過程的能量方案(energetic scheme)。
圖2示出了用于太陽(yáng)光的階式光子能量上轉(zhuǎn)換的可能的敏化劑/發(fā)射劑對(duì)的激發(fā)光譜(2A的上部光譜)與發(fā)射劑光譜(2A的下部光譜)。
圖2A的上部光譜示出了太陽(yáng)光譜區(qū)域(灰線)-分別為接近550nm(綠色線)、630nm(紅色線)和700nm(深紅色線)，作為激發(fā)光譜。
圖2B示出了DPA/PdOEP、BPEA/PdTPTBP和BPEN/PdTPTNP體系在作為基質(zhì)的PS400Da(聚苯乙烯400Da)中，被1Wcm-2的太陽(yáng)光譜的相應(yīng)部分激發(fā)，在1cm試管內(nèi)的上轉(zhuǎn)換的熒光的CCD-相片。該CCD-相片的獲得沒有使用阻擋濾光器。
圖2C示出了用于收集太陽(yáng)光并將其耦合進(jìn)光纖(多模式，1000μm，NA＝0.48，Thorlabs Inc.)的Dobsonian望遠(yuǎn)鏡(12”Lightbridge，Meade Ins.Corp)。
圖3示出了光子能量上轉(zhuǎn)換介質(zhì)作為用于太陽(yáng)能電池的紅光上轉(zhuǎn)換為藍(lán)光和黃光的上轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用，更具體地，PdTPTBP與苝(圖3A)，PdTPTBP與紅熒烯(圖3B)，PdTPTBP與紅熒烯(圖3C)。
圖4示出了在太陽(yáng)能電池中使用光子能量上轉(zhuǎn)換介質(zhì)作為太陽(yáng)光譜集中器的原理證明；更具體地，在圖4A)中，本發(fā)明人使用BPEA/PdTPTBP和苝/PdPTPTBP作為上轉(zhuǎn)換對(duì)(該實(shí)例的試驗(yàn)圖片顯示在該附圖的插圖中)。在圖4B中，當(dāng)太陽(yáng)能電池選擇不在高于600nm的波長(zhǎng)(B)工作時(shí)，含有兩種已經(jīng)證實(shí)的上轉(zhuǎn)換器的太陽(yáng)能電池比沒有上轉(zhuǎn)換集中器的太陽(yáng)能電池顯示出明顯更高的效率。
圖5-7示出了通過使用本發(fā)明的用以改變(例如使變窄)波長(zhǎng)范圍的器件可以得到的光子耦合的各種例子。在圖5中，為圓柱狀對(duì)稱，層厚為～200微米，并且是多層體系，基質(zhì)是低分子量PS，下轉(zhuǎn)換為苝，上轉(zhuǎn)換I是苝/PdOEP，上轉(zhuǎn)換II是苝/PdTBP。在圖6中，為三斜對(duì)稱，并且是多組分體系，普通基質(zhì)是低分子量PS，下轉(zhuǎn)換為苝，上轉(zhuǎn)換I為苝/PdOEP，上轉(zhuǎn)換II是苝/PdTBP。在圖7中，是具有截止(排斥)波長(zhǎng)的平面波導(dǎo)


轉(zhuǎn)換為苝，上轉(zhuǎn)換I是苝/PdOEP，上轉(zhuǎn)換II是苝/PdTBP。
圖8示出了敏化劑的例子。
圖9示出了在苯基-十七烷(PHD)基質(zhì)中具有發(fā)射劑紅熒烯和敏化劑(PhPdPc)在變化敏化劑濃度下的上轉(zhuǎn)換光譜。
圖10示出了在苯基-十七烷(PHD)基質(zhì)中具有發(fā)射劑紅熒烯和敏化劑(DOPdPc)在下列濃度的上轉(zhuǎn)換光譜1×10-4M PhPdPc+1×10-3M紅熒烯。不同曲線對(duì)應(yīng)于在635nm不同強(qiáng)度的連續(xù)波激發(fā)(在635nm的連續(xù)波)。
圖11示出了發(fā)射劑結(jié)構(gòu)的例子。
圖12示出了這些對(duì)的上轉(zhuǎn)換光譜meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP)與苝、PdTPTBP與PhP、以及PdTPTBP與DFPP；激光波長(zhǎng)632nm，1mW。
圖13示出了該對(duì)的上轉(zhuǎn)換光譜PdTPTBP與玉紅省。激發(fā)波長(zhǎng)為632nm。如圖中描述不同曲線對(duì)應(yīng)于不同激光功率。
圖14示出了具有一種敏化劑(PdTPTBP)和三種發(fā)射劑，即苝、BPEA(雙(苯基乙炔基)蒽)和玉紅省，的上轉(zhuǎn)換體系的上轉(zhuǎn)換光譜；在基質(zhì)PHD中濃度為5×10-5M PdTPTBP和1.5×10-4M玉紅省、1.5×10-4M苝和1.5×10-4MBPEA；632nm激發(fā)，1mW。
圖15示出了不同基質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)的例子。
圖16示出了在不同基質(zhì)中具有敏化劑PdTPTBP和發(fā)射劑苝的上轉(zhuǎn)換體系的上轉(zhuǎn)換光譜。
圖17示出了用非聚焦非相干光與染料敏化太陽(yáng)能電池直接相結(jié)合工作的光譜濃度的例子，其中圖17a示出了該設(shè)備的照片；圖17b示意性示出了該裝置，具有該上轉(zhuǎn)換器的前示照片和用集中的5％的上轉(zhuǎn)換光輻照的DSSC；圖17c示出了在該設(shè)備中使用的LED的光譜。
圖18示出了上轉(zhuǎn)換顯示器的例子。
圖19示出了透明顯示器，作為在不同層具有不同發(fā)射顏色的多層顯示器的示例。
圖20示出了像素化的顯示器的第一原型。
圖21示出了三維顯示器的例子。圖21a示出了在PHD中的體系5×10-5MPdTPTBP+5×10-4M BPEA；直徑6mm的激發(fā)光束用0.25的數(shù)值孔徑(NA)聚焦到長(zhǎng)度大約1100μm、高度大約200μm的斑點(diǎn)中。激發(fā)波長(zhǎng)是685nm，功率是1.3mW。圖21b示出了在PHD中的2.5×10-5MPdTPTBP+5×10-4MBPEA。激發(fā)束直徑為10mm，用0.1的數(shù)值孔徑聚焦到長(zhǎng)度大約1000μm高度大約500μm的斑點(diǎn)中。激發(fā)波長(zhǎng)為685nm，功率為15mW。

具體實(shí)施例方式 通過應(yīng)用本發(fā)明的器件也實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的目的，該器件用于改變(例如，使變窄)在該器件上入射光的光譜的波長(zhǎng)范圍，由此使得從該器件上發(fā)射至物體的光與所述入射光相比具有改變的例如更窄的波長(zhǎng)范圍，所述應(yīng)用包括如下步驟 -將所述器件布置成與所述物體在空間上相關(guān)，由此使得輻照在所述物體上的輻射在碰到所述物體上之前穿過所述器件；并且任選地， -用光優(yōu)選陽(yáng)光輻射所述物體，如太陽(yáng)能電池、窗戶或溫室的窗戶。
優(yōu)選地，所述布置步驟包括將所述器件與所述物體接觸，或者使用所述器件作為所述物體的覆蓋物。
本發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，可以使用用于光子能量上轉(zhuǎn)換的有機(jī)體系作為改變(例如，使變窄)光的光譜波長(zhǎng)范圍的手段，例如用于在物體如太陽(yáng)能電池中增加光子捕獲，或者用于更有效在溫室內(nèi)使用太陽(yáng)能光譜。由于根據(jù)本發(fā)明的有機(jī)光子能量上轉(zhuǎn)換體系可以經(jīng)配制以使它們可以在大面積上沉積為層并且也可以與柔性基板結(jié)合使用，因此這些能夠作為有效的光譜集中器(spectrum concentrator)。如在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“光譜集中器”意思是指這樣的器件其用于改變(如，使變窄)在該器件上入射光的光譜的波長(zhǎng)范圍，由此使得從該器件上發(fā)射的光與所述的入射光相比，具有改變的例如更窄的波長(zhǎng)范圍。優(yōu)選地，對(duì)于所述的改變例如變窄，單獨(dú)使用光子能量上轉(zhuǎn)換過程或者與光子能量下移或下轉(zhuǎn)換結(jié)合使用。例如，單獨(dú)使用光子能量上轉(zhuǎn)換或者與光子能量下移或下轉(zhuǎn)換結(jié)合使用，輻照在所述器件上的光的寬光譜被改變?nèi)缱冋?，因而有效地“集中”到更窄的區(qū)域中，所述區(qū)域自身可以位于原始的入射光譜內(nèi)或者位于原始的入射光譜外。例如，通過單獨(dú)從紅外區(qū)域到可見光區(qū)域的光子能量上轉(zhuǎn)換或者與紫外區(qū)域紅移(通過下移或下轉(zhuǎn)換)至可見光區(qū)域結(jié)合，太陽(yáng)光譜可以有效地變窄到具有比總的太陽(yáng)光譜更窄范圍的其可見波長(zhǎng)區(qū)域(VIS區(qū)域)中。而且，在可見光區(qū)域自身內(nèi)也可以實(shí)現(xiàn)變窄，例如通過從紅至綠區(qū)域的上轉(zhuǎn)換和通過從藍(lán)到綠區(qū)域的下移。使用本發(fā)明的基于單獨(dú)光子能量上轉(zhuǎn)換或與光子能量下移結(jié)合或與光子能量下轉(zhuǎn)換結(jié)合的這種光譜集中器器件，可以提高太陽(yáng)能電池的光子捕獲、在溫室或其他適宜物體內(nèi)的不同范圍的光子的應(yīng)用以及由此其各自的效率。同樣的概念也可以用于房子和交通工具如汽車的窗戶，在該處可能希望將入射太陽(yáng)能光譜的某些部分集中在這些物體內(nèi)部，例如更多的紅色、更多的綠色輻照等等。通過將近紅外的輻照上轉(zhuǎn)換為可見波長(zhǎng)范圍并將紫外輻照下轉(zhuǎn)換為可見光范圍，這允許例如照明增強(qiáng)。
術(shù)語(yǔ)“改變波長(zhǎng)范圍”在本文中意思是指使輻照在物體上的光的光譜的波長(zhǎng)范圍變窄的過程，所述變窄即使其寬度變小，或者至少相對(duì)于其原始位置移動(dòng)?！案淖兊牟ㄩL(zhǎng)范圍”為變窄的波長(zhǎng)范圍或者相對(duì)于其原始位置移動(dòng)的波長(zhǎng)范圍。所述變窄的或移動(dòng)的波長(zhǎng)范圍可以完全或部分位于原始波長(zhǎng)范圍內(nèi)，或者也可以全部位于所述原始波長(zhǎng)范圍之外。因此本文所用術(shù)語(yǔ)“改變?nèi)肷湓谒銎骷系墓獾墓庾V的波長(zhǎng)范圍的器件”在本文中與“光譜集中器”或“光譜集中器件”為同義詞。應(yīng)該注意的是所述改變?cè)趶乃銎骷习l(fā)出的光中可以檢測(cè)到。因此，有效地，發(fā)射光的波長(zhǎng)范圍相對(duì)于所述器件吸收的入射光被改變。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的光子能量上轉(zhuǎn)換介質(zhì)包含在容器內(nèi)或者由基板承載，因而使本發(fā)明的器件能夠與光電器件如太陽(yáng)能電池結(jié)合使用，或者與窗戶結(jié)合使用，或者用作窗戶本身。
在本文中術(shù)語(yǔ)“光”意思是指波長(zhǎng)范圍為300至1600nm及其任何子集的電磁輻射。
術(shù)語(yǔ)“光子能量下轉(zhuǎn)換”在本文中涉及某組分使用時(shí)用以描述如下情況其中，所述組分吸收較短波長(zhǎng)的光并發(fā)出兩倍波長(zhǎng)的光，從而有效地將吸收的光的能量下轉(zhuǎn)換。
術(shù)語(yǔ)“光子能量下移”在本文中涉及某組分使用時(shí)是用于描述如下情況其中，所述的組分吸收較短波長(zhǎng)的光并發(fā)出更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光，從而有效地將吸收的光的能量下移。
有關(guān)本發(fā)明的光譜集中器的可能的幾何形狀，大的變化是可行的，例如含有一對(duì)或數(shù)對(duì)敏化劑/發(fā)射組分和任選地下移或下轉(zhuǎn)換組分的單層。或者，所述各種敏化劑/發(fā)射組分對(duì)可以分布在具有多層結(jié)構(gòu)的器件的分開的層中。每層的平均厚度為10μm至300μm，優(yōu)選50μm至250μm，更優(yōu)選100μm至200μm。由所述多層結(jié)構(gòu)的單層形成的體系可以具有圓柱形對(duì)稱或三斜對(duì)稱，或者根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)也可以替換性地被包圍在平面波導(dǎo)內(nèi)，所述波導(dǎo)具有限定的截止(cutting)波長(zhǎng)(λ截止)，其對(duì)應(yīng)于該給定的敏化劑/發(fā)射劑對(duì)的發(fā)射劑分子的發(fā)射光譜(UC對(duì)＝上轉(zhuǎn)換器對(duì)，即上轉(zhuǎn)換的光譜)。上轉(zhuǎn)換的光譜傳遞穿過波導(dǎo)壁并且自太陽(yáng)能電池吸收，但是更長(zhǎng)的波長(zhǎng)(即在上轉(zhuǎn)換之前)不被傳遞并且將在平面波導(dǎo)內(nèi)傳播直至被吸收并隨后上轉(zhuǎn)換。

(上述下標(biāo)指的是光譜區(qū)域；UC對(duì)＝上轉(zhuǎn)換對(duì)或者敏化劑/發(fā)射組分對(duì)) 上面報(bào)導(dǎo)的現(xiàn)有技術(shù)的用于光子能量上轉(zhuǎn)換的所有有機(jī)體系均基于溶液基質(zhì)，即其中活性組分存在于溶劑中的基質(zhì)。因此，它們?cè)谄骷械膽?yīng)用是困難的且需要密封的隔室。本發(fā)明人已經(jīng)成功地設(shè)計(jì)用于光子能量上轉(zhuǎn)換的介質(zhì)，所述介質(zhì)基于有機(jī)敏化劑和發(fā)射劑，其含有基質(zhì)，其使得所述介質(zhì)可以在擴(kuò)展區(qū)域上沉積為膜而無(wú)需密封其中放置敏化劑和發(fā)射劑的隔室或者無(wú)需采取任何措施來(lái)避免溶劑泄漏。而且，本發(fā)明的介質(zhì)可以形成三維形狀，其隨后可以例如用作顯示器或窗戶或者用作將較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光轉(zhuǎn)換為較短波長(zhǎng)的光的物體。本發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，如果將有機(jī)敏化劑化合物和有機(jī)發(fā)射劑化合物包埋并分散在為固體、凝膠或者粘度等于或大于0.59×10-3Pa·s、優(yōu)選＞1.0×10-3Pa·s、更優(yōu)選＞3.0×10-3Pa·s的流體的基質(zhì)中，含有所述基質(zhì)、敏化劑和發(fā)射劑的介質(zhì)非常適宜許多應(yīng)用，包括大面積顯示器或窗戶。這是因?yàn)楣腆w、凝膠或高粘性基質(zhì)使得介質(zhì)在變成需要的形式如片材時(shí)能保持其形狀。在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“高粘性”指的是粘度≥0.59×10-3Pa·s、優(yōu)選＞1.0×10-3Pa·s、更優(yōu)選＞3.0×10-3Pa·s。值≥0.59×10-3Pa·s是在環(huán)境條件下甲苯在室溫的粘度。本發(fā)明的基質(zhì)的粘度應(yīng)當(dāng)至少等于這個(gè)值，因?yàn)槿魏胃偷闹禃?huì)不可避免地導(dǎo)致與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的相同問題(缺少成形穩(wěn)定性、泄漏、不能制備大面積的器件等)。
本發(fā)明的介質(zhì)與強(qiáng)度低至10mW/cm2的非相干陽(yáng)光工作，并且具有較高的效率即約5至6％，甚至在與具有低至50μWnm-1的光譜密度的日光作為激發(fā)光源工作時(shí)?？梢婈?yáng)光輻照的平均光譜功率密度為85μWnm-1，因此在本發(fā)明中可能使用陽(yáng)光而不需要額外聚焦。例如，在使用紅熒烯作為發(fā)射組分且PdTPTBP+PdTPTNP+PdTAP作為敏化劑的體系中，必需的強(qiáng)度為10mW，激發(fā)光譜的寬度為200nm(從λ＝620nm至λ＝820nm)，相應(yīng)的光譜功率密度為50μWnm-1。
(5，6，11，12-四苯基并四苯)(紅熒烯) meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP) meso-四苯基-八甲氧基四萘并[2，3]卟啉鈀(PdTPTNP) 四蒽并卟啉鈀(PdTAP)。
而且，本發(fā)明上轉(zhuǎn)換過程的量子效率不依賴于激發(fā)光的相干特性。
激發(fā)光子(excitation photon)可以用于本發(fā)明的光子能量上轉(zhuǎn)換，取決于激發(fā)的發(fā)射劑三重態(tài)的壽命，所述激發(fā)光子可以具有約40μs的時(shí)間失配。而且，取決于敏化劑吸收光譜的寬度，激發(fā)光子可以來(lái)自超過0.3eV寬的激發(fā)能量區(qū)域，并且取決于敏化劑和發(fā)射劑分子的特定擴(kuò)散系數(shù)，激發(fā)光子可以具有超過20μm的空間分離。這些使得本發(fā)明的介質(zhì)可以用作光譜集中器。
此外，由于光子在它們撞擊到上轉(zhuǎn)換器表面之前可具有在空間中的無(wú)規(guī)取向，故不需要激發(fā)光的波陣面。
而且，本發(fā)明介質(zhì)中的組分在如下意義上是非常多功能的可以不僅影響活性組分，即參加到光子能量上轉(zhuǎn)換過程的組分，其允許控制介質(zhì)的光譜性能，而且影響基質(zhì)的組成從而確保控制介質(zhì)和由其形成的薄膜或者物體的形態(tài)。
通過本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了更大的多用途性，因?yàn)槟軌驅(qū)⒅辽賰煞N獨(dú)立地活性化合物的性能結(jié)合起來(lái)，產(chǎn)生具有不同性能的新體系/組合物，所述各種性能是當(dāng)每一組分單獨(dú)存在時(shí)所不能顯示的性能。例如，吸收分子即“敏化劑”分子可以變化，由此欲上轉(zhuǎn)換的較低能量波長(zhǎng)可以變化?？商鎿Q地或者除此之外，發(fā)射分子可以變化，由此使得上轉(zhuǎn)換發(fā)射的較高能量波長(zhǎng)可以變化。使用至少一種有機(jī)化合物要么作為敏化劑要么作為發(fā)射劑中，或者通過使用有機(jī)化合物作為二者，也可能利用有機(jī)化合物的良好成膜性，從而使得本發(fā)明的組合物特別適宜大面積的光電器件。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“在xnm至ynm范圍透明”意思是指在整個(gè)范圍或者僅僅在其子集內(nèi)為透明的。
在本文中術(shù)語(yǔ)“彈性”與基質(zhì)結(jié)合使用時(shí)意思是指這樣的基質(zhì)其通過例如施加壓力或應(yīng)力而變形，而一旦這種壓力或應(yīng)力消除后，回復(fù)至其在所述變形前的原始狀態(tài)。
在本文中術(shù)語(yǔ)“塑性”當(dāng)與基質(zhì)結(jié)合使用時(shí)意思是指響應(yīng)于施加的力而經(jīng)歷形狀不可逆變化的基質(zhì)。
在本文中術(shù)語(yǔ)“粘彈性”是隨時(shí)間變化(time-dependent)的性能，其中材料在應(yīng)力下既產(chǎn)生粘性響應(yīng)又產(chǎn)生彈性響應(yīng)。粘彈性材料在恒定應(yīng)力下表現(xiàn)出粘性流動(dòng)，但是應(yīng)力釋放后，一部分機(jī)械能被保留并恢復(fù)。通常與聚合物溶液、熔體和結(jié)構(gòu)化的懸浮液相關(guān)，粘彈性通常作為對(duì)瞬時(shí)施加的或去除的恒定應(yīng)力或應(yīng)變或者動(dòng)態(tài)應(yīng)力或應(yīng)變的響應(yīng)而測(cè)量。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“粘塑性”意思是指這樣的性能其中，材料在低于某臨界應(yīng)力值，即屈服應(yīng)力，下表現(xiàn)得象固體，但是當(dāng)該應(yīng)力被超出時(shí)，材料象粘稠液體流動(dòng)。通常相關(guān)的是高聚集懸浮物和聚合物凝膠。
在本文中使用的“熱塑性聚合物”意思是指顯示出溫度依賴性塑性行為的聚合物，即加熱時(shí)熔融而冷卻時(shí)固化。
在本文中使用的“熱固性塑料”意思是指通過施加能量如加熱固化為更強(qiáng)形式的塑性材料如聚合物。通常所述的固化過程導(dǎo)致塑性材料的分子間的交聯(lián)鍵形成例如聚合物鏈。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“粘度”意思是指材料抵抗流動(dòng)的趨勢(shì)。
在本文中使用的“雙組分環(huán)氧樹脂”意思是指僅儀在兩種前體組分一起加入時(shí)形成的環(huán)氧樹脂。更具體地說，這種環(huán)氧樹脂為與催化劑或“硬化劑”混合時(shí)固化的熱固性環(huán)氧聚合物。這種“雙組分環(huán)氧樹脂”的實(shí)例有雙酚A和表氯醇。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“粘性液體”意思是指粘度≥0.59×10-3Pa·S的液體。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道如何測(cè)量液體的粘度，而且有可商業(yè)購(gòu)買的粘度計(jì)。在下面進(jìn)一步給出的一些實(shí)施方案中，本發(fā)明人采用約(20至1000)×10-3Pa·S作為基質(zhì)的粘度值。但是，測(cè)量這種粘度的方式應(yīng)該不重要，因?yàn)樗幸阎恼扯扔?jì)給出相同結(jié)果，在10％的邊界內(nèi)。在本文中所用術(shù)語(yǔ)“凝膠”通常是指這樣的體系其中一種(或數(shù)種)組分(也稱為“網(wǎng)絡(luò)組分”作為膠體分散在另一種組分如溶劑中。優(yōu)選地，“凝膠”為具有有限的、通常相當(dāng)小的屈服應(yīng)力的膠態(tài)體系。
例如，在聚合物凝膠中，網(wǎng)絡(luò)組分為聚合物，且該聚合物可以膠態(tài)性的分散在諸如水的溶劑中形成凝膠。聚合物網(wǎng)絡(luò)可以是通過共價(jià)鍵形成的網(wǎng)絡(luò)或者是通過用作網(wǎng)絡(luò)連接的局部有序的區(qū)域進(jìn)行物理聚集形成的網(wǎng)絡(luò)。凝膠可以是物理性的，在這種情況下被分散組分的分子間的相互作用實(shí)質(zhì)上是非共價(jià)的，例如范德華相互作用，或者可以是化學(xué)的，在這種情況下被分散組分的分子間的相互作用是共價(jià)的。任選地，組分可以物理或化學(xué)交聯(lián)。在物理交聯(lián)的情況下，分子間沒有共價(jià)鍵，但是被分散的組分物理纏繞。在化學(xué)交聯(lián)的情況下，分散的組分的分子間存在共價(jià)鍵，其通過輻照或加入化學(xué)交聯(lián)劑獲得。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“有機(jī)”用的是其通常的含義，即意思是指含碳化合物。在本文中，它也包括元素碳，至少富勒烯形式的元素碳。術(shù)語(yǔ)“有機(jī)”還排除特定的含碳化合物，如碳的無(wú)氫硫?qū)僭鼗?，如CO、CO2、CS2，以及它們的衍生物，如H2CO3、KSCN；還排除鹽類碳化物，所述鹽類碳化物為元素和碳的二元化合物，在水或稀酸的影響下分解為烴。鹽類碳化物具有如下通式MI2C2或MIIC2，其中MI或MII表示一價(jià)或二價(jià)的金屬離子。鈣、銀和銅的鹽類碳化物分解為乙炔，鋁的鹽類碳化物(Al4C3)分解為甲烷。進(jìn)一步排出的不形成術(shù)語(yǔ)“有機(jī)”的一部分的含碳化合物為金屬碳化物，其為具有合金特性的非化學(xué)計(jì)量的化合物。它們耐酸且導(dǎo)電。
根據(jù)本發(fā)明，敏化劑和發(fā)射劑組分可以包封在具有納米或微米范圍的平均尺寸的顆粒中。如果平均尺寸在納米范圍內(nèi)，這樣的顆粒有時(shí)也稱為“納米顆?！?。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道如何將組分包封在顆粒內(nèi)。有許多將組分包封在顆粒內(nèi)的方法，例如通過乳化工藝包封。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“納米顆粒”表示尺寸范圍為1至750nm、優(yōu)選5至500nm、更優(yōu)選5至250nm的顆粒。這些納米顆粒也可以表現(xiàn)出晶態(tài)行為，此種情況下它們也被稱為“納米晶體”。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“納米管”表示優(yōu)選為碳的管狀結(jié)構(gòu)，其尺寸與前述“納米顆?！钡拇笮【哂邢嗤牡燃?jí)。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“主體分子”和“客體分子”表示兩種類型的分子，它們相互不同，其中稱作“客體分子”的分子包埋在由被稱為“主體分子”的(另一)分子形成的基質(zhì)內(nèi)。
在本文中使用的術(shù)語(yǔ)“光”意思是指波長(zhǎng)范圍為300nm至1600nm以及它們的任一子集的電磁輻射。
在包括基板(柔性固體或剛性固體)的本發(fā)明的器件中，這種基板優(yōu)選為“透光的”?！巴腹獾摹被逡馑际侵冈谥辽倌切┯糜诩ぐl(fā)光子能量上轉(zhuǎn)換介質(zhì)的波長(zhǎng)區(qū)域以及于其中所述光子能量上轉(zhuǎn)換介質(zhì)發(fā)射輻射的波長(zhǎng)區(qū)域中，基板是透明。根據(jù)本發(fā)明的顯示器形成為與至少一基板相接觸的、單薄膜或單層結(jié)構(gòu)或者多薄膜或多層結(jié)構(gòu)的光子能量上轉(zhuǎn)換介質(zhì)的形式。優(yōu)選所述介質(zhì)為夾入兩基板之間，兩基板的至少一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)都是透光的。層狀介質(zhì)可具有多于一層或也可具有多于一個(gè)敏化劑/發(fā)射劑組分對(duì)，每一對(duì)具有不同的吸收特征或不同的發(fā)射特征或者吸收和發(fā)射特征都不同。這些不同的敏化劑/發(fā)射劑組分對(duì)可存在于本發(fā)明的器件的不同層或不同像素中。
不希望受任何理論束縛，根據(jù)本發(fā)明三重態(tài)-三重態(tài)湮滅輔助的光子能量上轉(zhuǎn)換體系的一實(shí)施方案，上轉(zhuǎn)換過程的工作原理是在第一組分例如金屬化卟啉大環(huán)(MOEP)的單重態(tài)Q帶中的光子吸收后，由于有效的體系間交叉(inter-system crossing，ISC)，第一組分(敏化劑)的長(zhǎng)壽命三重態(tài)被高度地占據(jù)。該三重態(tài)能進(jìn)一步認(rèn)為是用于隨后能量轉(zhuǎn)換過程的激發(fā)態(tài)的儲(chǔ)集器。從這里，可能有兩種激發(fā)路徑。首先，作為所述第一組分的受激分子自身之間的三重態(tài)-三重態(tài)湮滅(TTA)的結(jié)果，所述第一組分-分子之一恢復(fù)到基態(tài)而另一個(gè)激發(fā)到更高的單重態(tài)。隨后是第一組分單重態(tài)激發(fā)到第二組分的激發(fā)單重態(tài)的有效轉(zhuǎn)移，第二組分是發(fā)射組分，例如藍(lán)光發(fā)射劑。其次，附加的上轉(zhuǎn)換通道是可能的，包括第一組分的三重態(tài)激發(fā)首先直接轉(zhuǎn)移到第二發(fā)射組分分子的三重態(tài)，接著再是有效的三重態(tài)-三重態(tài)湮滅，這次是第二組分的三重態(tài)，從而再導(dǎo)致第二(發(fā)射)組分的激發(fā)單重態(tài)。
更優(yōu)選地，所述第一有機(jī)染料(即敏化劑)是卟啉或金屬卟啉，尤其為八乙基卟啉-鈀(或-Pt或-Cu或-Zn)或酞菁，所述第二有機(jī)染料(即發(fā)射劑)是聚芴或低聚芴(有或沒有(不同)側(cè)鏈型)，尤其是PF 2/6。應(yīng)注意的是，在本發(fā)明的一實(shí)施方案中，其中敏化劑和發(fā)射劑是有機(jī)化合物，所述有機(jī)化合物可以是可聚合的，這些可發(fā)生在同一聚合物中，即它們可形成同一聚合物分子的一部分，為嵌段共聚物或無(wú)規(guī)共聚物形式，或其中各個(gè)另一組分形成封端基的敏化劑聚合物/或發(fā)射劑聚合物形式。這可例如為用發(fā)射劑組分封端的敏化劑組分的聚合物，或反之亦然。剛才描述的聚合物是其中兩種組分彼此共價(jià)連接的例子。
優(yōu)選的敏化劑組分、發(fā)射組分和基質(zhì)組分(“惰性基質(zhì)”是指基質(zhì)不參與上或下轉(zhuǎn)換或下移過程的事實(shí))的具體實(shí)施方案將描述如下 敏化劑分子(或“敏化劑組分”) “敏化劑”是能吸收光的分子，敏化劑為有機(jī)染料或金屬-有機(jī)絡(luò)合物，優(yōu)選地具有高度占據(jù)的(highly populated)三重態(tài)。
金屬有機(jī)絡(luò)合物是這樣定義的化合物含有被一個(gè)或多個(gè)分子，即所謂的配體L，包圍的至少金屬M(fèi)，所述配體L通常通過配位共價(jià)鍵連接到所述金屬離子上。
配體是有機(jī)分子環(huán)狀的或無(wú)環(huán)的、芳族或非芳族的、單齒的或多齒的。
在它們是伸展(extended)的芳族體系的情況下，它們自身是有機(jī)染料敏化劑，而不連接到金屬上。
為了更好的理解 不僅Pd-卟啉(＝金屬有機(jī)絡(luò)合物)而且無(wú)金屬的卟啉(＝有機(jī)分子)都是敏化劑。

卟啉Pd-卟啉 金屬-有機(jī)絡(luò)合物可為 -具有通式結(jié)構(gòu)MLm的單核，m為配體數(shù)，m＝1至8，優(yōu)選為1至3，或者 -具有通式結(jié)構(gòu)LmM-[B-MLm]n、金屬通過共有配體B橋接的多核絡(luò)合物，在該通式中每次出現(xiàn)時(shí)，配體Lm為獨(dú)立地選擇的配體。n為1至10、優(yōu)選1至3的重復(fù)單元，而B為用作多齒配體的任一橋接有機(jī)分子或諸如F、Cl、Br、I的鹵化物 -具有通式結(jié)構(gòu)MLm-[A-LmM]n、配體通過A橋接的多核絡(luò)合物，在該通式中每次出現(xiàn)時(shí)，配體Lm為獨(dú)立地選擇的配體。n為1至6、優(yōu)選1至3的重復(fù)單元，而A定義為下述通式表示的單元或這些單元的任意組合、或當(dāng)橋接配體時(shí)形成稠合體系的任意其他有機(jī)單元，
(式X) ，R為H、任意取代或未取代的烷基、芳基或雜芳基，n1為0至10，優(yōu)選為0至2，R3為H、-(CH2)nCH3、-(CH2)nCOOR、-(CH2)n-OR、-(CH2)n-SR、-(CH2)n-NR2、-((CH2)P-O)n-CH3， 金屬M(fèi)選自例如Li、Na、K、Mg、Ca、Sr、Al、Ga、In、Ti、Sn、Pb、Zr、Hf、V、Nb、Cr、Mo、W、Mn、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、Hg、Yb、Eu、Nd、Gd、Th，優(yōu)選為Pd、Pt、Ru、Os、Re， 配體L可選自例如但不限于如下 -雜環(huán)芳族或非芳族體系，其含有至少一個(gè)不是碳的原子，優(yōu)選為氮或氧，通過該原子配體連接到金屬上。所述芳族雜環(huán)芳族或非芳族體系是單或多環(huán)縮合的環(huán)狀體系，或者彼此共價(jià)鍵合的環(huán)的體系，其中，任選地，所述環(huán)狀體系或環(huán)用進(jìn)一步的取代基Z取代， Z為一種或多種部分，其在每次出現(xiàn)時(shí)，獨(dú)立地選自H、取代或未取代的烯基或炔基、或諸如Cl、Br、F、I的鹵素、或者NO2、NH2、CN、SO3H、OH、H、-(CH2)nCH3、-(CH2)n-COOR、-(CH2)n-OR、-(CH2)n-SR、-(CH2)n-NR2、-((CH2)P-O)n-CH3， 其中R為H、任意取代或未取代的烷基、芳基或雜芳基， n為0至10，優(yōu)選為0至6， p為0至4，優(yōu)選為1至2， 或者Z為任意芳基和雜芳基體系，優(yōu)選由式X表示
(通式X) n2為1至5， R1為H、任意的烯基、炔基、芳基或諸如Cl、Br、F、I的鹵素、或者NO2、NH2、-CN、-SCN、＝C(CN)2、＝O、-SO3H、OH、H、-(CH2)nCH3、-(CH2)n-COOR、-(CH2)n-OR、-(CH2)n-SR、-(CH2)n-NR2、-((CH2)P-O)n-CH3， R3為H、-(CH2)nCH3、-(CH2)n-COOR、-(CH2)n-OR、-(CH2)n-SR、-(CH2)n-NR2、-((CH2)P-O)n-CH3， 配體L可選自例如以下種類，但不限于此包括卟啉的取代或未取代的大環(huán)體系以及這些衍生物的伸展體系，例如苯并卟啉或萘并卟啉。

配體L可選自例如以下種類，但不限于此四氮雜卟啉、酞菁或萘菁(naphthalocyanine)的取代或未取代的大環(huán)體系。

配體L可選自例如以下種類，但不限于此corrole或氮雜-corrole的取代或未取代的大環(huán)體系，包括它們的苯并-和萘并-伸展體系。

配體L可選自例如以下種類，但不限于此取代或未取代的直鏈四-、三-或二吡咯體系，包括它們的苯并和萘并-伸展體系。

配體L可選自例如以下種類，但不限于此取代或未取代的吡啶、二-、三-或多-吡啶基、菲咯啉、喹啉、異喹啉、二異喹啉、羥基喹啉。

配體L可選自例如以下種類，但不限于此由以下結(jié)構(gòu)或這些結(jié)構(gòu)的任意組合表示的取代或未取代的雜芳族分子，
其中X和Y彼此獨(dú)立地為NR、O、S。
配體L可選自例如但不限于含有如下的衍生物取代或未取代的苯-1，2-二醇、苯-1，2-二胺、乙烷-1，2-二胺、乙烷-1，2-二醇、萘-2，3-二胺、萘-2，3-二醇、蒽-2，3-二醇、蒽-2，3-二胺、草酰胺、草酸、乙二胺四乙酸。

為有機(jī)染料的敏化劑選自但不限于如下類 ——取代或未取代的香豆素以及它們的衍生物，
Z如上所述 ——取代或未取代的菁-、份菁-和偶氮染料以及它們的衍生物，
其中n3＝0至6，優(yōu)選地為0至3 Ar1和Ar2相同或不同，在每次出現(xiàn)時(shí)獨(dú)立地選自
或這些結(jié)構(gòu)的任意組合，Z、R和R3如上定義 ——方酸鎓(squarylium)和克酮酸鎓(croconium)染料的取代或未取代的衍生物
X、Y、Ar1和Ar2如上所定義 ——半-方酸鎓或半-克酮酸鎓染料及其衍生物的取代或未取代的衍生物，或者
——或任意芳族和雜芳族體系橋接的(聚)苯乙烯，或其他芳族或雜芳環(huán)，連接有芳族或雜芳族體系的仲胺或叔胺，用芳族體系單末端封端的(聚)亞苯基或金屬有機(jī)絡(luò)合物， ——或者以下物質(zhì)的取代或未取代的衍生物a)用芳族體系單末端封端的(聚)亞苯基，或b)用芳族或雜芳族單元取代的仲胺或叔胺，或c)-f)通過(聚)苯乙烯或其他(多)芳族或雜芳環(huán)橋接的芳族和雜芳族體系，通過以下結(jié)構(gòu)表示
其中，n4＝1至4，優(yōu)選地為1至2， Ar1、Ar2、X和R如上所述。
有機(jī)染料也可選自不連接到金屬上的配體L類，例如卟啉、酞菁、corrole。
發(fā)射劑分子(或“發(fā)射組分”) 發(fā)射劑分子是具有發(fā)射單重態(tài)(高效的)的有機(jī)分子 發(fā)射劑分子可選自E的組。
E可選自例如但不限于以下種類 ——取代或未取代的蒽、并四苯、并五苯、紅熒烯以及它們的衍生物，核由以下結(jié)構(gòu)表示，其中Z如上所述
——取代或未取代的苝、菲、三亞苯、芘、苯并芘、

苯并

非那烯(phenalene)、苊(acenaphtylene)、corannulene，核由以下結(jié)構(gòu)表示，
其中Z如上所述 ——取代或未取代的含有非芳族、芳族和雜芳族稠合體系的衍生物，核由以下結(jié)構(gòu)
或者這些結(jié)構(gòu)的任意組合表示，Z如上所述，Y為C、Si、N、S、O ——取代或未取代的基于(聚)-硅雜環(huán)戊二烯(silole)或(聚)-吡咯或噻吩的化合物類，核由以下結(jié)構(gòu)表示，其中Z和n4如上所述，Y1為Si(Z)2，-N(Z)或S。

發(fā)射劑分子也可為由以下通式表示的分子
其中p為0至20，E和A如上定義，而當(dāng)Lm在該式子中每次出現(xiàn)時(shí)為獨(dú)立選擇的配體。
惰性基質(zhì)，其中分布有敏化劑和發(fā)射組分 在VIS和近IR區(qū)域中適當(dāng)透明、具有限定的可變粘度，例如但不限于 ——低聚物和共-低聚物——苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、酚類、丙烯酸、乙烯醇、碳酸酯、酰亞胺、酰胺、乙烯、乙二醇、丙烯、丙二醇、一般的烯烴和烯烴二醇、對(duì)苯二甲酸、ε-己內(nèi)酯，以及取代的和官能化的苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、乙烯醇、碳酸酯、酰亞胺、酰胺、乙烯、乙二醇、丙烯、丙二醇、一般的烯烴和烯烴二醇，以及它們的所有可能的混合物，其具有有機(jī)溶劑或水來(lái)改變和控制粘度； ——分子量為103至約109的聚合物和共聚物(嵌段、交替和/或接枝共聚物)，例如但不限于聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、一般地所有聚丙烯酸類、聚碳酸酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲基戌烷(一般的聚烯烴)、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚醚酰亞胺、聚酰胺、聚醚醚酮、聚羥基丁酸酯、聚L-乳酸、聚ε-己內(nèi)酯、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、即聚乙二醇和聚亞脂環(huán)基二醇(polyalcylene glycol)，以及它們的所有混合物和共混物，其也具有有機(jī)溶劑或水來(lái)改變和控制粘度。
——物理和化學(xué)聚合物凝膠 a)輻射交聯(lián)(所有上述的低聚物和聚合物，但不限于此，以及它們的混合物，其也具有低分子量溶劑調(diào)節(jié)粘度) ——反應(yīng)交聯(lián)(環(huán)氧樹脂等) 上述報(bào)道的現(xiàn)有技術(shù)的所有有機(jī)體系是以溶液為基礎(chǔ)的。因此它們?cè)谄骷械膽?yīng)用是困難的，并且需要密封隔室。本發(fā)明者已設(shè)計(jì)用于光子能量上轉(zhuǎn)換的介質(zhì)，該介質(zhì)基于有機(jī)敏化劑和發(fā)射劑，并且該介質(zhì)包括使得這種介質(zhì)可以作為薄膜在延展的區(qū)域上沉積的基質(zhì)。
具體的，在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，“敏化劑”是非線性的吸收劑，其意思是它顯示的吸收特性并不顯示出線性特性，尤其用在高入射輻射的光時(shí)。其中吸收是直接雙光子激發(fā)過程的結(jié)果，敏化劑必需具有足夠高的TPA截面。在其中順序雙-多光子-激發(fā)的情況下，由此敏化劑變?yōu)楣庀薹衔铮诖蠖鄶?shù)情況下，敏化劑是可逆向飽和的吸收劑(RSA)。這些體系定義為在激發(fā)態(tài)(單重態(tài)或三重態(tài))的吸收高于基態(tài)的吸收。這些化合物的性能特征在于激發(fā)態(tài)對(duì)于基態(tài)吸收(包括單重態(tài)和三重態(tài)級(jí))的比例，以及在于飽和強(qiáng)度或飽和能量密度(saturation fluence)。為了良好的性能(即為了良好的上轉(zhuǎn)換行為)，激發(fā)態(tài)吸收對(duì)基態(tài)吸收的比例是大的，而飽和強(qiáng)度或飽或能量密度是低的。
“發(fā)射劑”組分(即第二組分)應(yīng)該在如下位置具有發(fā)射弛豫激發(fā)能級(jí)(emissively relaxing excited energy level)可以發(fā)生從敏化劑組分的任意高激發(fā)態(tài)(即單重態(tài)Sn或三重態(tài)Tn)到該位置的激發(fā)能量轉(zhuǎn)移。而且，發(fā)射劑組分的較高熒光量子效率是重要且優(yōu)選的。
在本文中，術(shù)語(yǔ)“有機(jī)”用的是其通常的含義，即意思是指含碳化合物。在本文中使用的，它也包括元素碳，至少為富勒烯形式的元素碳。術(shù)語(yǔ)“有機(jī)”還排除特定的含碳化合物，如碳的無(wú)氫硫?qū)僭鼗?，如CO、CO2、CS2，以及它們的衍生物，如H2CO3、KSCN；還排除鹽類碳化物，其為元素和碳的二元化合物，在水或稀酸的影響下分解為烴。鹽類碳化物具有如下通式MI2C2或MIIC2，其中MI或MII表示一價(jià)或二價(jià)的金屬離子。鈣、銀和銅的鹽類碳化物分解為乙炔，鋁的鹽類碳化物(Al4C3)分解為甲烷。還排除的不形成術(shù)語(yǔ)“有機(jī)”的一部分的含碳化合物為金屬碳化物，其為具有合金特性的非化學(xué)計(jì)量的化合物。它們耐酸且導(dǎo)電。
實(shí)施例 下面，將參考附圖，其作為實(shí)施例列出，其中 圖1示出了所提出的三重態(tài)三重態(tài)湮滅(TTA)支持的上轉(zhuǎn)換過程的能量方案(energetic scheme)。虛線路徑表示在蒽衍生物/金屬化大環(huán)體系中通過上轉(zhuǎn)換傳遞激發(fā)能量。例如，對(duì)于上轉(zhuǎn)換對(duì)BPEA/PdPh4TBP，激發(fā)光子的能量為1.98±0.08eV，但是被發(fā)射的光子的能量為2.5±0.1eV。當(dāng)敏化劑和發(fā)射劑的三重態(tài)簇的能量位置具有光譜重疊時(shí)是最優(yōu)化的(It is the optimumwhen the energetic position of the triplet manifold the sensitizer and emitter havespectral overlap)。
圖2示出了用于太陽(yáng)光的階式光子能量上轉(zhuǎn)換的可能的敏化劑/發(fā)射劑對(duì)的激發(fā)光譜(2A的上部光譜)與發(fā)射劑光譜(2A的下部光譜)。更具體地，圖2A的下部光譜示出了在溶液中的DPA/PdOEP對(duì)(深藍(lán)色線)、BPEA/PdTPTBP對(duì)(深青色線)和BPEN/PdTPTNP對(duì)(橙色線)的上轉(zhuǎn)換熒光光譜，激發(fā)強(qiáng)度為1Wcm-2的太陽(yáng)光。
所述體系分別為1·10-3M DPA/1·10-4M PdOEP(深藍(lán)色線)、1·10-3MBPEA/1·10-4M PdTPTBP(深青色線)和1·10-3M-3BPEN/1·10-4M PdTPTNP(橙色線)。發(fā)射光譜通過光纖分光器在橫向記錄，而不使用任何其他的阻擋濾光器。積分非相干激發(fā)功率為10mW且激發(fā)點(diǎn)直徑(1/e)～1.8·10-3m，例如激發(fā)強(qiáng)度低至1Wcm-2。(DPA＝9，10-二苯基蒽；PdOEP＝2，7，8，12，13，17，18-八乙基卟啉鈀；BPEA＝雙(苯基乙炔基)蒽；PdTPTBP＝meso-四苯基-四苯并卟啉鈀；BPEN＝9，10-雙(苯基乙炔基)并四苯基；PdTPTNP＝meso-四苯基-八甲氧基-四萘并[2，3]卟啉鈀)。
圖2A的上部光譜示出了太陽(yáng)光譜區(qū)域(灰線)-分別為接近550nm(綠色線)、630nm(紅色線)和700nm(深紅色線)，作為激發(fā)光譜。
圖2B示出了DPA/PdOEP、BPEA/PdTPTBP和BPEN/PdTPTNP體系在作為基質(zhì)的PS400Da(聚苯乙烯400Da)中，被1Wcm-2的太陽(yáng)光譜的相應(yīng)部分激發(fā)，在1cm試管內(nèi)的上轉(zhuǎn)換的熒光的CCD-相片。該CCD-相片的獲得沒有使用阻擋濾光器。
圖2C示出了用于收集太陽(yáng)光并將其耦合進(jìn)光纖(多模式，1000μm，NA＝0.48，Thorlabs Inc.)的Dobsonian望遠(yuǎn)鏡(12”Lightbridge，Meade Ins.Corp)。
在這些實(shí)驗(yàn)中，采用下述試驗(yàn)設(shè)置首先，為了降低光學(xué)元件的熱應(yīng)力，在聚焦至光纖表面之前，通過使用大尺寸(12”)的干涉濾光器(AHFAnalysentechnik GmbH)除去太陽(yáng)光譜的紅外尾部(infrared tail)(波長(zhǎng)大于750nm)。最后，通過在光纖的輸出處使用寬帶干涉濾光器，選擇需要的激發(fā)陽(yáng)光帶。焦點(diǎn)處的光強(qiáng)度約為1Wcm-2。對(duì)于分別由1·10-3M DPA/1·10-4MPdOEP(深藍(lán)色線)、1·10-3MBPEA/1·10-4M PdTPTBP(深青色線)和1·10-3M-3BPEN/1·10-4M PdTPTNP(橙色線)構(gòu)成的體系，顯示了在上轉(zhuǎn)換方案中激發(fā)的連續(xù)波-熒光光譜(cw-fluorescence spetra)。發(fā)射光譜通過光纖分光器在橫向記錄，不使用任何其他的阻擋濾光器。積分非相干激發(fā)功率為10mW且激發(fā)點(diǎn)直徑(1/e)～1.8·10-3m，例如激發(fā)強(qiáng)度低至1Wcm-2。
圖3示出了光子能量上轉(zhuǎn)換介質(zhì)作為用于太陽(yáng)能電池的紅光上轉(zhuǎn)換為藍(lán)光和黃光的上轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用，更具體地，圖3顯示了 PdTPTBP與苝(圖3A) 密封的玻璃基板 基質(zhì)PS400Da，10mWcm-2激光二極管635nm激發(fā)。樣品尺寸為1英寸2 PdTPTBP與紅熒烯(圖3B) 柔性的基板，非密封的 粘性PS 400 Da為基質(zhì)；粘度約為20×10-3Pa.s，激發(fā)為100mWcm-2激光二極管635nm。
PdTPTBP與紅熒烯(圖3C) 基板柔性較差，而為聚碳酸酯，非密封的 粘性PS 400Da為基質(zhì)；粘度約為20×10-3Pa.s，激發(fā)為100mWcm-2激光二極管635nm。
圖4示出了在太陽(yáng)能電池中使用光子能量上轉(zhuǎn)換介質(zhì)作為太陽(yáng)光譜集中器的原理證明；更具體地，在圖4A)中，本發(fā)明人使用BPEA/PdTPTBP和苝/PdPTPTBP作為上轉(zhuǎn)換對(duì)(該實(shí)例的試驗(yàn)圖片顯示在該附圖的插圖中)。從右手邊的圖形明顯看出，當(dāng)激發(fā)僅用λ＝635nm(黑線形成JV-曲線)時(shí)，不使用上轉(zhuǎn)換集中器太陽(yáng)能電池產(chǎn)生的電流為0。相應(yīng)地，當(dāng)使用BPEA/PdTPTBP上轉(zhuǎn)換器(綠線)或苝/PdTPTBP(藍(lán)線)上轉(zhuǎn)換器時(shí)，用為200mWcm-2的相同光強(qiáng)度激發(fā)的所有測(cè)試，觀察到電流密度明顯增加(超過10倍)。也就是說，就發(fā)明人所知，該第一太陽(yáng)能電池適宜用上轉(zhuǎn)換的光工作。
在圖4B中，當(dāng)太陽(yáng)能電池選擇不在高于600nm的波長(zhǎng)(B)工作時(shí)，含有兩種已經(jīng)證實(shí)的上轉(zhuǎn)換器的太陽(yáng)能電池比沒有上轉(zhuǎn)換集中器的太陽(yáng)能電池顯示出明顯更高的效率。
圖5-7示出了通過使用本發(fā)明的用以改變(例如使變窄)波長(zhǎng)范圍的器件可以得到的光子耦合的各種例子。根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)可以設(shè)置在多層結(jié)構(gòu)中或者設(shè)置在具有與物體如太陽(yáng)能電池匹配的特定對(duì)稱和形狀的單層結(jié)構(gòu)中，其中光譜的狹窄化得到增強(qiáng)。本文中顯示的體系可以包括多于一個(gè)的敏化劑-發(fā)射組分的上轉(zhuǎn)換對(duì)，并且還可以包含下轉(zhuǎn)換和/或下移組分。所有這些的結(jié)果是提供VIS輻射以供物體如太陽(yáng)能電池進(jìn)一步使用。
或者，根據(jù)本發(fā)明的介質(zhì)可以封裝在任何類型的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)中，其能支持光譜的傳播，所述光譜相對(duì)于太陽(yáng)能電池的激發(fā)帶已經(jīng)紅移。太陽(yáng)能電池設(shè)置為圍繞波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的外周，因此它們能吸收任何從該波導(dǎo)逃逸(即被排斥)的光子。通過使用上轉(zhuǎn)換對(duì)的組合，整個(gè)紅移的光譜將被上轉(zhuǎn)換并且將一致性地被重新定向(被排斥)朝向太陽(yáng)能電池。
相對(duì)于太陽(yáng)能電池的激發(fā)帶藍(lán)移的光譜，將被光譜下移和/或下轉(zhuǎn)換直至該太陽(yáng)能電池的吸收帶，并且，在含有波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的實(shí)施方案中，其也將被從波導(dǎo)結(jié)構(gòu)排斥，因此從太陽(yáng)能電池被吸收。
圖8示出了敏化劑的例子，也就是 a)2，3，9，10，16，17，23，24-八(辛基氧基)-酞菁鈀(II)(DOPdPc) b)2，3，9，10，16，17，23，24-八(辛基氧基)-酞菁鉑(II) c)2，11，20，29-四叔丁基-2，3-萘菁鈀(II) d)1，8，15，22-四苯氧基-酞菁鈀(II)(PhPdPc)； 圖9示出了在苯基-十七烷(PHD)基質(zhì)中具有發(fā)射劑紅熒烯和敏化劑(PhPdPc)在變化敏化劑濃度下的上轉(zhuǎn)換光譜，即 a)5×10-5M PhPdPc+5×10-4M紅熒烯 b)1×10-5M PhPdPc+5×10-4M紅熒烯 635nm激發(fā) c)1×10-5M PhPdPc+5×10-4M紅熒烯，691nm激發(fā)； 圖10示出了在苯基-十七烷(PHD)基質(zhì)中具有發(fā)射劑紅熒烯和敏化劑(DOPdPc)在下列濃度的上轉(zhuǎn)換光譜1×10-4M PhPdPc+1×10-3M紅熒烯。不同曲線對(duì)應(yīng)于在635nm不同強(qiáng)度的連續(xù)波激發(fā)(在635nm的連續(xù)波)； 圖11示出了發(fā)射劑結(jié)構(gòu)的例子，即 a)3-苯基-苝(PhP) b)3-(2，3-二氟-苯基)-苝(DFPP) c)2，6-二叔丁基-1，3，5，7，8-五甲基-吡咯甲川(pyrromethene)-二氟硼酸鹽絡(luò)合物(bodipy) d)玉紅省 圖12示出了這些對(duì)的上轉(zhuǎn)換光譜meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP)與苝、PdTPTBP與PhP、以及PdTPTBP與DFPP；激光波長(zhǎng)632nm，1mW； 圖13示出了該對(duì)的上轉(zhuǎn)換光譜PdTPTBP與玉紅省。激發(fā)波長(zhǎng)為632nm。如圖中描述不同曲線對(duì)應(yīng)于不同激光功率； 圖14示出了具有一種敏化劑(PdTPTBP)和三種發(fā)射劑，即苝、BPEA(雙(苯基乙炔基)蒽)和玉紅省，的上轉(zhuǎn)換體系的上轉(zhuǎn)換光譜；在基質(zhì)PHD中濃度為5×10-5M PdTPTBP和1.5×10-4M玉紅省、1.5×10-4M苝和1.5×10-4MBPEA；632nm激發(fā)，1mW。
圖15示出了不同基質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)的例子，即 a)基于1-苯基-十七烷(PHD)-乙烯的低聚物， b)基于1-苯基-十八烷(POD)-乙烯的低聚物，晶態(tài)，添加到PHD中以控制粘度， c)聚(甲基苯基硅氧烷)

-粘度450至550cSt(25℃)， d)聯(lián)芐——晶態(tài)(小分子)——添加到PHD中以控制粘度， e)低聚苯乙烯(PS400)， f)聚苯乙烯-b-聚(乙烯/丁烯)-b-聚苯乙烯)嵌段共聚物(SEBS)； 圖16示出了在不同基質(zhì)中具有敏化劑PdTPTBP和發(fā)射劑苝的上轉(zhuǎn)換體系的上轉(zhuǎn)換光譜。所有例子的激發(fā)波長(zhǎng)為632nm a)在1-苯基-十七烷中(PHD)， b)在50∶50的PHD∶POD的混合物中， c)在96∶4的PHD∶聯(lián)芐的混合物中， d)在聚(甲基苯基硅氧烷)

中， e)在50∶50的PS400∶PS600的混合物中，如圖中所描述，不同曲線對(duì)應(yīng)不同的激發(fā)激光功率， f)上轉(zhuǎn)換體系在SEBS中的PdTPTBP+BPEA；PdTPTBP+苝和PdTPTBP+玉紅省以及PdTPTBP+BPEA+苝+玉紅??；激光功率1mW；插入用具有150mWcm-2的非相干(LED)源激發(fā)的體系PdTPTBP+苝； 圖17示出了用非聚焦非相干光與染料敏化太陽(yáng)能電池直接相結(jié)合工作的光譜濃度的例子。這是染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)用上轉(zhuǎn)換發(fā)射、非相干紅色LED、90mWcm-2和大面積(20×20mm2)上轉(zhuǎn)換器工作的原理證明；更具體地，該圖示出了使用上轉(zhuǎn)換非相干光用于DSSC表征的設(shè)備，其中圖17a示出了該設(shè)備的照片；圖17b示意性示出了該裝置，具有該上轉(zhuǎn)換器和DSSC的前示照片，用集中的5％的上轉(zhuǎn)換光輻照；圖17c示出了在該設(shè)備中使用的LED的光譜。上轉(zhuǎn)換器包括具有一種敏化劑(PdTPTBP)和三種發(fā)射劑即苝、BPEA(雙(苯基乙炔基)蒽)和玉紅省的上轉(zhuǎn)化體系；在基質(zhì)PHD中具有濃度為5×10-5M PdTPTBP和1.5×10-4M玉紅省、1.5×10-4M苝和1.5×10-4M BPEA；激發(fā)波長(zhǎng)為633至670nm，在上轉(zhuǎn)換器上的功率為90mWcm-2。上轉(zhuǎn)換器具有20×20mm2的活性面積，而DSSC的面積為10×10mm2；僅有5％的上轉(zhuǎn)換光子能收集到該設(shè)備中，以致于Jsc僅為100μA/cm2。然而，預(yù)期通過使用波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，能收集大約80％的上轉(zhuǎn)換的(UC)光子； 圖18示出了上轉(zhuǎn)換顯示器的例子；二維顯示器包括不同顏色的透明顯示器、具有一激發(fā)源的多層顯示器、具有一激發(fā)源的像素化顯示器和具有兩激發(fā)源的多層顯示器，它們?nèi)靠筛鶕?jù)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)；更具體地，圖18示出了具有不同發(fā)射顏色的透明顯示器。激發(fā)為635nm。A)藍(lán)色上轉(zhuǎn)換對(duì)meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP)+苝；B)綠色上轉(zhuǎn)換對(duì)PdTPTBP+(雙(苯基乙炔基)蒽)(BPEA)；以及C)顯示了黃色上轉(zhuǎn)換對(duì)PdTPTBP+玉紅?。? 圖19示出了透明顯示器，作為在不同層具有不同發(fā)射顏色的多層顯示器的示例。激發(fā)波長(zhǎng)為635nm。A)藍(lán)色上轉(zhuǎn)換對(duì)meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP)+苝；以及綠色上轉(zhuǎn)換對(duì)PdTPTBP+(雙(苯基乙炔基)蒽)(BPEA)； B)藍(lán)色上轉(zhuǎn)換對(duì)meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP)+苝以及黃色上轉(zhuǎn)換對(duì)PdTPTBP+玉紅??； C)黃色上轉(zhuǎn)換對(duì)PdTPTBP+玉紅省以及綠色上轉(zhuǎn)對(duì)PdTPTBP+(雙(苯基乙炔基)蒽)(BPEA) D)藍(lán)色上轉(zhuǎn)換對(duì)meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP)+苝以及綠色上轉(zhuǎn)換對(duì)PdTPTBP+(雙(苯基乙炔基)蒽)(BPEA)和黃色上轉(zhuǎn)換對(duì)PdTPTBP+玉紅省。示出的顯示器是高度透明的單色顯示器，它們之間可以有間距。這可在保持透明度的同時(shí)產(chǎn)生三維效果。多于5層在原理上是可能的。
圖20示出了像素化的顯示器的第一原型。在該例子中激發(fā)是635nm。藍(lán)色上轉(zhuǎn)換對(duì)是meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP)+苝；綠色上轉(zhuǎn)換對(duì)PdTPTBP+(雙(苯基乙炔基)蒽)(BPEA)； 一個(gè)黃色上轉(zhuǎn)換對(duì)是PdTPTBP+玉紅省，而另一黃色上轉(zhuǎn)換對(duì)是PdTPTBP+紅熒烯。
圖21示出了三維顯示器的例子。作為原理的證明，上轉(zhuǎn)換過的發(fā)射的點(diǎn)/像素，即發(fā)射像素，在用于上轉(zhuǎn)換的三維介質(zhì)中產(chǎn)生。圖21a示出了在PHD中的體系5×10-5M PdTPTBP+5×10-4M BPEA；直徑6mm的激發(fā)光束用0.25的數(shù)值孔徑(NA)聚焦到長(zhǎng)度大約1100μm、高度大約200μm的斑點(diǎn)中。激發(fā)波長(zhǎng)是685nm，功率是1.3mW。
圖21b示出了在PHD中的2.5×10-5M PdTPTBP+5×10-4M BPEA。激發(fā)束直徑為10mm，用0.1的數(shù)值孔徑聚焦到長(zhǎng)度大約1000μm高度大約500μm的斑點(diǎn)中。激發(fā)波長(zhǎng)為685nm，功率為15mW。這是如下的原理證明使用本發(fā)明介質(zhì)的三維顯示器同樣是可能的。
在使用本發(fā)明的器件中，太陽(yáng)能電池可以獲得5％或更高的效率。而且，在使用本發(fā)明的器件中，使用非相干激發(fā)光，例如陽(yáng)光，甚至是非常低的激發(fā)強(qiáng)度，如mWcm-2范圍，是可行的。此外，將激發(fā)光下調(diào)至紅外區(qū)域也是可能的。由于根據(jù)本發(fā)明的體系可以實(shí)際制備為任意形狀，因此它們特別適用于太陽(yáng)能電池或作為窗戶或者與窗戶結(jié)合使用。
本發(fā)明在說明書、權(quán)利要求和/或附圖中公開的特征，可以獨(dú)立的以及以它們的任意組合，對(duì)于以各種形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而言都很重要。
權(quán)利要求
1、器件，用于改變，例如使變窄，入射在所述器件上的光的光譜的波長(zhǎng)范圍，由此使得從所述器件發(fā)出的光相對(duì)于所述入射光具有改變的，例如更窄的，波長(zhǎng)范圍，所述器件包括
用于光子能量上轉(zhuǎn)換的介質(zhì)，其含有至少兩種組分和其中分布有所述至少兩種組分的基質(zhì)，其中第一組分能吸收第一波長(zhǎng)區(qū)域w≤λ1≤x的光，第一組分在所述介質(zhì)中用作敏化劑，和其中第二組分能發(fā)射第二波長(zhǎng)區(qū)域y≤λ2≤z的光，第二組分在所述介質(zhì)中用作發(fā)射組分，其中λ2≤λ1，和其中，基于所述第一組分在所述第一波長(zhǎng)區(qū)域λ1對(duì)光的吸收，所述發(fā)射組分發(fā)射所述第二波長(zhǎng)區(qū)域λ2的光，和其中所述第一和所述第二組分為有機(jī)化合物，其中所述第一和所述第二組分分布在所述基質(zhì)中，該基質(zhì)為固體、凝膠或粘度等于或大于0.59×10-3Pa·s的流體，其中所述介質(zhì)任選含有其它對(duì)的如上所述的敏化劑和發(fā)射組分，但是具有不同的吸收波長(zhǎng)區(qū)域和任選的不同發(fā)射波長(zhǎng)區(qū)域，
所述器件任選地還含有用以容納所述介質(zhì)的透光容器，或者任選地含有用以承載所述介質(zhì)的透光基板。
2、根據(jù)權(quán)利要求1的器件，其中所述介質(zhì)含有至少兩對(duì)各自如權(quán)利要求1所定義的敏化劑和發(fā)射組分，每對(duì)具有限定的吸收波長(zhǎng)區(qū)域和限定的發(fā)射波長(zhǎng)區(qū)域，所述對(duì)的敏化劑和發(fā)射組分各自至少在它們各自的吸收波長(zhǎng)區(qū)域是相互不同的。
3、根據(jù)權(quán)利要求1-2任一項(xiàng)的器件，其中所述介質(zhì)還含有用于光子能量下移或光子能量下轉(zhuǎn)換的其他組分，所述下移或下轉(zhuǎn)換組分也分布在所述基質(zhì)中，所述下移或下轉(zhuǎn)換組分能吸收限定的波長(zhǎng)區(qū)域的光并且發(fā)射比所述限定的波長(zhǎng)區(qū)域更長(zhǎng)的波長(zhǎng)區(qū)域的光。
4、根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的器件，其中所述介質(zhì)布置為適于覆蓋所述光在其上入射的物體，如太陽(yáng)能電池，的部分或全部表面的單層、波導(dǎo)或者形狀。
5、根據(jù)權(quán)利要求4的器件，其中所述單層、波導(dǎo)或形狀為圓柱對(duì)稱、paralleliped對(duì)稱或三斜對(duì)稱。
6、根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的器件，其中所述介質(zhì)布置在數(shù)層中，每層中含有不同對(duì)的敏化劑和發(fā)射組分。
7、根據(jù)權(quán)利要求6的器件，其中所述數(shù)層中的一層含有如權(quán)利要求3定義的所述用于光子能量下移或下轉(zhuǎn)換的其它組分。
8、根據(jù)權(quán)利要求7的器件，其中所述含有所述用于光子能量下移或下轉(zhuǎn)換的其它組分的層不含有任何對(duì)的敏化劑和發(fā)射組分。
9、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述介質(zhì)含有一對(duì)在綠色波長(zhǎng)區(qū)域吸收并在藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域發(fā)射的敏化劑和發(fā)射組分，并且所述介質(zhì)含有另一對(duì)在紅色波長(zhǎng)區(qū)域吸收并在藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域發(fā)射的敏化劑和發(fā)射組分。
10、根據(jù)權(quán)利要求7-9中任一項(xiàng)的器件，其中所述用于光子能量下移或下轉(zhuǎn)換的其它組分在紫外波長(zhǎng)區(qū)域吸收并在藍(lán)色波長(zhǎng)區(qū)域發(fā)射。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述介質(zhì)含有一對(duì)為苝和八乙基卟啉鈀(PdOEP)的敏化劑和發(fā)射組分以及另一對(duì)為苝和八乙基卟啉鉑(PtOEP)的敏化劑和發(fā)射組分。
12、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述介質(zhì)含有苝作為光子能量下轉(zhuǎn)換組分。
13、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述基質(zhì)在300至1600nm范圍內(nèi)是透明的。
14、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述流體具有0.59×10-3至1×106Pa·s范圍內(nèi)的粘度。
15、根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)的器件，其中所述基質(zhì)為具有彈性、塑性、粘彈性或粘塑性的固體。
16、根據(jù)權(quán)利要求1-13和15中任一項(xiàng)的器件，其中所述基質(zhì)是粘度為1×103至1×1017Pa·s的有機(jī)或無(wú)機(jī)玻璃。
17、根據(jù)權(quán)利要求1-14中任一項(xiàng)的器件，其中所述基質(zhì)為粘度≥0.59×10-3Pa·s的粘稠液體。
18、根據(jù)權(quán)利要求17的器件，其中所述基質(zhì)由一種或數(shù)種選自下述有機(jī)低聚物和共聚低聚物的材料制成，所述低聚物具有有限數(shù)目的單體單元，所述共聚低聚物包含單體單元的混合物，所述單體單元包括但不限于如下類取代或未取代的苯乙烯、亞苯基、亞苯基二胺、亞苯基二醇、甲基丙烯酸甲酯、酚、丙烯酸類、諸如乙烯醇或氯乙烯的乙烯基類、乳酸、碳水化合物、碳酸酯、酰亞胺、酰胺諸如丙烯酰胺、烯烴諸如乙烯和丙烯、氧化烯烴諸如氧化乙烯或氧化丙烯、烯烴二醇諸如乙二醇和丙二醇、對(duì)苯二甲酸、ε-己內(nèi)酰胺、尿烷、硅烷、硅氧烷、以及取代和官能化形式的前述任一種物質(zhì)，以及它們的任意的組合，所述基質(zhì)任選地和另外地含有用以改變、調(diào)節(jié)和控制所述介質(zhì)的粘度的一種或數(shù)種有機(jī)溶劑或水。
19、根據(jù)權(quán)利要求1-13和15中任一項(xiàng)的器件，其中所述基質(zhì)為粘度≥1×10-1Pa·s的無(wú)機(jī)或有機(jī)凝膠。
20、根據(jù)權(quán)利要求19的器件，其中所述有機(jī)凝膠為含有非共價(jià)鍵的有機(jī)物理凝膠或者為含有共價(jià)鍵且優(yōu)選為交聯(lián)的化學(xué)凝膠，其中交聯(lián)通過輻照、加入交聯(lián)化學(xué)物質(zhì)或者采用這兩種方式來(lái)完成。
21、根據(jù)權(quán)利要求19-20中任一項(xiàng)的器件，其中所述凝膠含有一種或數(shù)種線型和支鏈型聚合物，包括但不限于聚(苯乙烯)、(聚)亞苯基、聚(萘二甲酸酯)、聚(對(duì)苯二甲酸酯)、聚(烯烴-萘二甲酸酯)和聚(烯烴-對(duì)苯二甲酸酯)，如聚(萘二甲酸乙二醇酯)、聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)，聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(羥基丁酸酯)、聚(亞苯基二胺)、聚(亞苯基二醇)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯酚)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯基)如聚(乙烯醇)或聚(氯乙烯)、聚(乳酸)、聚(碳水化合物)、聚(碳酸酯)、聚(酰亞胺)、諸如聚(丙烯酰胺)的聚(酰胺)、諸如聚(乙烯)和聚(丙烯)的烯烴、諸如聚(氧化乙烯)或聚(氧化丙烯)的聚(氧化烯烴)、諸如聚(乙二醇)和聚(丙二醇)的聚(烯烴二醇)、聚(對(duì)苯二甲酸)、聚(ε-己內(nèi)酰胺)、聚(尿烷)、聚硅烷、聚(硅氧烷)以及前述物質(zhì)的任意的組合、混合物或共混物，所述基質(zhì)任選地和另外地含有用以改變、調(diào)節(jié)和控制所述介質(zhì)粘度的一種或數(shù)種有機(jī)溶劑或水。
22、根據(jù)權(quán)利要求1-13和15中任一項(xiàng)的器件，其中所述基質(zhì)是粘度≥1×103Pa·s的固體或玻璃。
23、根據(jù)權(quán)利要求22的器件，其中所述基質(zhì)由熱塑性聚合物或共聚物(嵌段、交替和/或接枝共聚物)或者它們的混合物制成，和/或帶有一種或數(shù)種合適的溶劑來(lái)控制和調(diào)節(jié)所述介質(zhì)的粘彈性或塑彈性。
24、根據(jù)權(quán)利要求22-23中任一項(xiàng)的介質(zhì)，其中所述基質(zhì)由分子量為103-大約109的聚合物或者共聚物制成，所述共聚物包括嵌段、交替和/或接枝共聚物，包括但不限于聚(苯乙烯)、(聚)亞苯基、聚(萘二甲酸酯)、聚(對(duì)苯二甲酸酯)、諸如聚(萘二甲酸乙二醇酯)和聚(對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)的聚(烯烴-萘二甲酸酯)和聚(烯烴-對(duì)苯二甲酸酯)、聚(醚酰亞胺)、聚(醚酮)、聚(羥基丁酸酯)、聚(亞苯基二胺)、聚(亞苯基二醇)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(苯酚)、聚(丙烯酸)、聚(乙烯基)如聚(乙烯醇)或聚(氯乙烯)、聚(乳酸)、聚(碳水化合物)、聚(碳酸酯)、聚(酰亞胺)、諸如聚(丙烯酰胺)的聚(酰胺)、諸如聚(乙烯)和聚(丙烯)的烯烴、諸如聚(氧化乙烯)或聚(氧化丙烯)的聚(氧化烯烴)、諸如聚(乙二醇)和聚(丙二醇)的聚(烯烴二醇)、聚(對(duì)苯二甲酸)、聚(ε-己內(nèi)酰胺)、聚(尿烷)、聚(硅烷)、聚(硅氧烷)以及前述物質(zhì)的任意的組合、混合物或共混物，所述基質(zhì)任選地和另外地含有用以改變、調(diào)節(jié)和控制所述介質(zhì)粘度的一種或數(shù)種有機(jī)溶劑或水。
25、根據(jù)權(quán)利要求22的器件，其中所述基質(zhì)由熱固性塑料制成。
26、根據(jù)權(quán)利要求25的器件，其中所述熱固性塑料選自聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂優(yōu)選雙組分環(huán)氧樹脂、丙烯酸類樹脂、聚酰亞胺、三聚氰胺樹脂和酚醛樹脂。
27、根據(jù)權(quán)利要求1-13和15中任一項(xiàng)的器件，其中所述基質(zhì)由彈性固體、更具體地由聚合物彈性體制成。
28、根據(jù)權(quán)利要求27的器件，其中所述基質(zhì)由彈性固體、更具體地由選自下述的聚合物彈性體制成聚丙烯酸類橡膠、硅橡膠、氟硅橡膠、含氟彈性體、全氟彈性體、聚醚嵌段酰胺和烯烴橡膠。
29.根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述基質(zhì)不參與在照射所述介質(zhì)時(shí)的光子能量上轉(zhuǎn)換過程。
30、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述第一組分為第一有機(jī)化合物且所述第二組分為第二有機(jī)化合物。
31、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述第一組分既不共價(jià)鍵合到所述第二組分，也不絡(luò)合到所述第二組分。
32、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述第一組分共價(jià)鍵合或絡(luò)合到所述第二組分。
33、根據(jù)權(quán)利要求30-32中任一項(xiàng)的器件，其中所述第一和所述第二有機(jī)化合物是不同的化合物。
34、根據(jù)權(quán)利要求30-33中任一項(xiàng)的器件，其中所述第一和所述第二有機(jī)化合物為含碳的化合物，前提是其不是碳的無(wú)氫硫?qū)僭鼗铩⑵溲苌?、鹽類碳化物、金屬碳化物或金屬羰基化物。
35、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述發(fā)射組分在所述第二波長(zhǎng)區(qū)域λ2處的發(fā)光歸因于基于直接或順序雙光子激發(fā)、直接或順序多光子激發(fā)或者占據(jù)高振動(dòng)態(tài)的分子激發(fā)(“熱帶吸收”)的上轉(zhuǎn)換過程，所述的上轉(zhuǎn)換過程在所述第一組分在所述第一波長(zhǎng)區(qū)域λ1處吸收光時(shí)發(fā)生。
36、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述發(fā)射組分在所述第二波長(zhǎng)區(qū)域λ2處的發(fā)光歸因于基于所述發(fā)射組分的光激發(fā)的分子間的三重態(tài)-三重態(tài)湮滅過程和/或基于所述第一組分的光激發(fā)的分子間的三重態(tài)-三重態(tài)湮滅過程的上轉(zhuǎn)換過程。
37、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，所述第二波長(zhǎng)區(qū)域λ2在360至750nm的范圍內(nèi)，且所述第一波長(zhǎng)區(qū)域λ1在450至1600nm的范圍內(nèi)。
38、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述第一組分為具有占據(jù)的三重態(tài)或混合的三重態(tài)-單重態(tài)的有機(jī)染料或分子、雙光子吸收(TPA)染料、光限幅化合物、具有占據(jù)的三重態(tài)的另一分子或光限幅化合物-如富勒烯、或者碳納米管。
39、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述第二組分為有機(jī)染料。
40、根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的器件，其中所述第一組分為第一有機(jī)染料且第二組分為第二有機(jī)染料，其中所述第一和第二有機(jī)染料是相同或不同的。
41、根據(jù)權(quán)利要求40的器件，其中所述第一和/或所述第二有機(jī)染料選自具有占據(jù)的三重態(tài)或能夠直接和/或順序雙光子激發(fā)的有機(jī)染料、能夠直接和/或多光子激發(fā)的有機(jī)染料、能夠非線性吸收的有機(jī)染料和能夠熱帶吸收的有機(jī)染料。
42、根據(jù)權(quán)利要求38-41任一項(xiàng)的器件，其中，所述有機(jī)染料、特別是第一有機(jī)染料，選自具有占據(jù)的三重態(tài)的有機(jī)分子、特別是具有占據(jù)的三重態(tài)的金屬-有機(jī)絡(luò)合物，例如但是不限于含有Li、Mg、Al、Ti、V(VO)、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pb、U(UO2)的有機(jī)絡(luò)合物，或者前述物質(zhì)的任意組合，從而確保波長(zhǎng)控制。
43、根據(jù)權(quán)利要求42的器件，其中所述第一有機(jī)染料選自包含具有占據(jù)的三重態(tài)的化合物的組，包括但是不限于
-卟啉類，包括伸展的卟啉、texaphyrins、sapphyrins、orangerins、任意碳橋接的吡咯體系、取代的卟啉、以及含有金屬的前述任意物質(zhì)，所述金屬包括但不限于Li、Mg、Al、Ti、V(VO)、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pb、U(UO2)，
-酞菁類，包括伸展的酞菁、取代的酞菁、或者含有金屬的任何前述酞菁，所述金屬包括但不限定于Li、Mg、Al、Ti、V(VO)、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ru、Pd、Ag、Re、Os、Ir、Pt、Pb、U(UO2)，
-喹啉類、benzopyrizine類、喹啉化物類和羥基喹啉化物類、乙?；?丙酮酸鹽類，取代的喹啉類、取代的benzopyrizine類、取代的喹啉化物類和取代的羥基喹啉化物類、取代的乙酰基-丙酮酸鹽類；
-前述任意的混合物，
并且所述第二有機(jī)染料選自熒光發(fā)射在360至750nm的化合物，特別是熒光發(fā)射在360至750nm的熒光染料，例如
蒽類、并四苯類、并五苯類、苝類
取代的蒽類、取代的并四苯類、取代的并五苯類、取代的苝類
苯基(雙-，三-苯基)橋接的蒽類、苯基(雙-，三-苯基)橋接的并四苯類、苯基(雙-，三-苯基)橋接的并五苯類、苯基-(雙-，三-苯基)橋接的苝類
芴類、噻吩類，
聚芴類和低聚芴類，帶有或不帶有任何側(cè)鏈型以及它們的共聚物，
聚對(duì)亞苯基類，包括聚對(duì)亞苯基亞乙烯基和聚亞苯基亞乙炔基。
44、根據(jù)權(quán)利要求42-43中任一項(xiàng)的器件，其中所述第一和所述第二有機(jī)染料經(jīng)選擇使得所述第一有機(jī)染料的占據(jù)的三重態(tài)處于如下能級(jí)允許三重態(tài)-三重態(tài)湮滅過程，以及隨后的將能量傳遞至所述第二染料的激發(fā)單重態(tài)。
45、根據(jù)前述權(quán)利要求、特別是權(quán)利要求42-44中任一項(xiàng)的器件，其中所述第一和第二組分的組合選自
a)綠色對(duì)DPA/PdOEP；
(即9，10-二苯基蒽(DPA)/2，7，8，12，13，17，18-八乙基卟啉鈀(PdOEP))
b)紅色對(duì)BPEA/PdTPTBP；(即9，10-二(苯基乙炔基)蒽(BPEA)/meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP))
c)近紅外對(duì)BPEN/PdTPTNP；(即9，10-二(苯基乙炔基)并四苯(BPEN)/meso-四苯基八甲氧基四萘并[2，3]卟啉鈀(PdTPTNP))
d)直接紅-藍(lán)對(duì)苝/PdTPTBP；(即二苯并[de，kl]蒽(苝)/meso-四苯基-四苯并卟啉鈀(PdTPTBP))
e)直接紅外-綠色對(duì)BPBT/PdTPTNP；(即4，4’-雙(5-并四苯基)-1，1’-聯(lián)苯(BPBT)/meso-四苯基-八甲氧基四萘并[2，3]卟啉鈀(PdTPTNP))
f)紅外-黃色對(duì)紅熒烯/PdTAP；(即5，6，11，12-四苯基并四苯(紅熒烯)/四蒽并卟啉鈀(PdTAP))。
46、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件，其中所述第一和所述第二組分均勻地分布在所述基質(zhì)中。
47、根據(jù)權(quán)利要求1-45中任一項(xiàng)的器件，其中所述第一和所述第二組分包封在平均尺寸為5nm至999μm范圍的顆粒中，并且所述顆粒均勻分布在所述基質(zhì)內(nèi)。
48、根據(jù)權(quán)利要求47的器件，其中所述顆粒具有10mm至999μm范圍的平均尺寸。
49、根據(jù)權(quán)利要求47-48中任一項(xiàng)的器件，其中所述顆粒具有被官能團(tuán)官能化以允許所述顆粒分布在所述基質(zhì)中的表面，所述官能團(tuán)優(yōu)選為H、-(CH2)nCH3、-(CH2)n-COOR、-(CH2)n-OR、-(CH2)n-SR、-(CH2)n-NR2、-((CH2)p-O)n-CH3，其中R＝H、取代或未取代的烯基或炔基、諸如Cl、Br、F、I的鹵素、NO2、NH2、CN、SO3H或OH。
50、根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的器件的用途，用于改變，例如使變窄，在所述器件上入射的光的光譜的波長(zhǎng)范圍，使得從所述器件發(fā)射至物體的光與所述入射光相比，具有改變的例如更窄的波長(zhǎng)范圍，所述用途包括如下步驟
-將所述器件布置成與所述物體空間相關(guān)，由此使得照射在所述物體上的輻射在碰到所述物體上之前穿過所述器件；并且任選地，
-用光優(yōu)選陽(yáng)光照射所述物體，如太陽(yáng)能電池、窗戶或溫室的窗戶。
51、根據(jù)權(quán)利要求50的用途，其中所述布置步驟包括將所述器件與所述物體接觸，或者使用所述器件作為所述物體的覆蓋物。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于改變光譜波長(zhǎng)范圍的器件，例如使光譜波長(zhǎng)范圍變窄的器件。所述器件包括用于光子能量上轉(zhuǎn)換的介質(zhì)，其含有至少兩種組分和其中分布有所述至少兩種組分的基質(zhì)，其中第一組分能吸收第一波長(zhǎng)區(qū)域w≤λ1≤x的光，第一組分在所述介質(zhì)中用作敏化劑，和其中第二組分能發(fā)射第二波長(zhǎng)區(qū)域y≤λ2≤z的光，第二組分在所述介質(zhì)中用作發(fā)射組分，其中λ2≤λ1，和其中，基于所述第一組分在所述第一波長(zhǎng)區(qū)域λ1對(duì)光的吸收，所述發(fā)射組分發(fā)射所述第二波長(zhǎng)區(qū)域λ2的光，和其中所述第一和所述第二組分為有機(jī)化合物，其中所述第一和所述第二組分分布在所述基質(zhì)中，該基質(zhì)為固體、凝膠或粘度等于或大于0.59×10-3Pa·s的流體。
文檔編號(hào)G02F1/35GK101604107SQ200810246369
公開日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2008年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者T·米特瓦, G·內(nèi)爾斯, S·巴勞徹夫, V·亞庫(kù)特金 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社