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

背景技術(shù)：

隨著航天技術(shù)、微電子技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展以及能源與環(huán)境危機(jī)的加劇，諸如熱電效應(yīng)、壓電效應(yīng)、摩擦起電效應(yīng)等各種能量轉(zhuǎn)換機(jī)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(yīng)于電壓/ 電流或者響應(yīng)于強(qiáng)電場來發(fā)光的現(xiàn)象，將前述各種能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)與電致發(fā)光效應(yīng)有機(jī)的耦合，能夠應(yīng)用于各種無電源供應(yīng)的環(huán)境，為其提供照明、檢測等用途。

技術(shù)實(shí)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(yīng)用各種能量轉(zhuǎn)換效應(yīng)獲得電勢能，并高效地將該電勢能轉(zhuǎn)化為光輻射能，實(shí)現(xiàn)自發(fā)光。

本發(fā)明的技術(shù)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(shí)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(yīng)效應(yīng)積累相反極性的電荷，正、負(fù)電荷之間的吸引使得所述電荷產(chǎn)生層中的正、負(fù)電荷通過所述針狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)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(dǎo)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(gè)或者多個(gè)針狀結(jié)構(gòu)，用于將電荷產(chǎn)生層內(nèi)的電荷快速導(dǎo)入電致發(fā)光材料層。

在一些實(shí)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(jìn)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(shè)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(shí)施例中，所述電荷產(chǎn)生層為熱電材料層，至少具有一個(gè)熱電對(duì)，所述熱電對(duì)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(shí)施例中，所述電荷產(chǎn)生層為壓電材料層，當(dāng)所述電荷產(chǎn)生層受外力作用產(chǎn)生形變時(shí)，其內(nèi)部的正、負(fù)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(jìn)行封裝。

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

本發(fā)明所述發(fā)光器件，設(shè)計(jì)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(yīng)，使得電荷產(chǎn)生層中產(chǎn)生的電荷能夠被快速導(dǎo)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(shí)現(xiàn)自發(fā)光。進(jìn)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(diǎn)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(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)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(shí)現(xiàn)和獲得。

附圖說明

附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)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(shí)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(yīng)的示意圖。

圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)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(shí)施的再一種發(fā)光器件的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面各實(shí)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(dǎo)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(lǐng)域技術(shù)人員已知的任意適用的無機(jī)和/ 或有機(jī)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(shí)際情況進(jìn)行選取。

作為本發(fā)明的第一種實(shí)施方式，可以采用摩擦起電效應(yīng)實(shí)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(qǐng)參看附圖1，本發(fā)明第一個(gè)較佳實(shí)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(qiáng)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(shí)，另一者可由聚氨酯、尼龍、聚對(duì)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(qiáng)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(qiáng)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(dòng)式摩擦、滾動(dòng)式摩擦或者前述任意兩種甚至三種的復(fù)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(jī)發(fā)光二極管或無機(jī)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(shí)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(dòng)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(dǎo)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(qǐng)參看圖2，當(dāng)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(yīng)效應(yīng)會(huì)積累負(fù)電荷，正負(fù)電荷之間的吸引會(huì)使第二介質(zhì)材料層中的正電荷會(huì)通過針狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)入第一電極。與此原理相同，在第一介質(zhì)材料層中的負(fù)電荷通過第二電極的針狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)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(shí)施方式，可以采用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電致發(fā)光。請(qǐng)參看圖3，當(dāng)對(duì)壓電材料施以物理壓力時(shí)，材料體內(nèi)之電偶極矩會(huì)因壓縮而變短，此時(shí)壓電材料為抵抗這變化會(huì)在材料相對(duì)的表面上產(chǎn)生等量正負(fù)電荷，以保持原狀。請(qǐng)參看圖4，本發(fā)明第二個(gè)較佳實(shí)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(shí)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(yīng)和摩擦起電效應(yīng)均能將外界的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，采用壓電和摩擦的結(jié)合，可實(shí)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(jī)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(jī)發(fā)光二極管或無機(jī)發(fā)光二極管。在本實(shí)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(shí)施例中，可以將整個(gè)電致發(fā)光材料層和電極進(jìn)行完全的密封，一方面增加了壓電材料的面積，另一方面對(duì)發(fā)光器進(jìn)行了有效保護(hù)，非常適用于環(huán)境復(fù)雜下的應(yīng)用，諸如應(yīng)用于海水環(huán)境，通過海水的流動(dòng)對(duì)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(dǎo)入電致發(fā)光材料層激發(fā)光輻射。

進(jìn)一步地，利用壓電效應(yīng)和/或摩擦起電效可將外界的振動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電能，并通過針狀電極快速導(dǎo)入電致發(fā)光材料層激發(fā)其產(chǎn)生輻射，實(shí)現(xiàn)聲音、振動(dòng)下的自發(fā)光，其可應(yīng)用于隧道照明、廣場照明、海岸掛燈、浮標(biāo)燈等。

作為本發(fā)明的第三種實(shí)施方式，可以采用熱電效應(yīng)發(fā)現(xiàn)電致發(fā)光。用半導(dǎo)體材料的塞貝克效應(yīng)，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(qǐng)參看附圖5，本發(fā)明第三個(gè)較佳實(shí)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(dāng)熱源為200~300℃時(shí)，可采用Bi2Te3基熱電材料，當(dāng)熱源為500 ~600℃時(shí)，可選用CoSb3基方鈷礦熱電材料。在本實(shí)施例中，熱電材料層3300至少包含一組熱電對(duì)，每個(gè)熱電對(duì)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(gè)熱電對(duì)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(duì)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(jī)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(dǎo)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(yīng)用于海岸掛燈、浮標(biāo)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(shí)施例，但是理解的是，本發(fā)明不應(yīng)限于這些示例性實(shí)施例而是本領(lǐng)域的技術(shù)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(jìn)行各種變化和修改。