CN101528997A - 电致发光织物结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种发光织物，其中由织物内的电极激活电致发光材料。用于这样的织物的具体的纱线具有导电芯(40)，该导电芯具有涂敷在其上的层(44)。处于条或线(48)形式的导电层可以被布置在电致发光材料层(44)上，以便在芯和外层之间应用的电压激活发光材料。

Description

电致发光织物结构

技术领域

本发明涉及一种电致发光材料；涉及在织物表面产生发光区或区域，以及涉及用在这种织物中的纱线。本发明具有尤其对于编织物、但并非排它的应用。

背景技术

电致发光材料是已知的。实质上，这样的材料包括当暴露于电场中时发光的物质。典型地，该物质包括磷光体。杜邦已经生产名为LUXPRINT的一系列电致发光墨水或糊料。在这些材料中，磷光体被微封装以保护它们防止潮湿，封装的磷光体保持在粘合剂中以形成墨水或糊料。当在50到1000Hz频率范围内，经受60到120伏交流电的电场时，该系列的材料发光。优选的操作范围是在400Hz的80到120伏交流电。

上述提及的杜邦材料已经被用于层状结构，其被夹在实际上两个片电极之间。电极中的一个处于半透明导电墨水形式，以使当应用电场时通过半透明墨水电极可以看见发光磷光体。

在上述提及的杜邦材料结构中，垂直于层状结构的平面产生电场；即，在任一表面处的片电极之间。我们已经发现上述提及种类的电致发光材料层可以在表面上方产生的电场中发光，而不是在垂直地横跨表面产生的电场中发光。此处描述的是具有两个电极的片制品，该两个电极在其上间隔开的位置处被结合入，以限定它们之间的表面区域。电致发光材料层被布置在该区域中，并且导电路径被设置在该制品上，以将电极连接到电源上。当应用电力时，其在该区域中产生电场，并且使该材料在表面处发光。

优选上述提及种类的制品是机织、编织或缝合的织物，但最优选是编织的织物。电极可以被安装在制品表面处，但是如果制品是织物，电极优选地被结合在织物的结构内。在这样的实施例中，电极可以包括纱线，该纱线本身形成织物的成分。到电极上的连接可以采用任何适当的形式，但是再次当制品是某类织物时，在其制造过程中导电路径可被容易地形成在织物中。

可以理解不论电极是什么形状或定向，在本发明的制品中产生的发光区域完全由在电极之间的区域中的电致发光材料层的形状和范围确定。电致发光材料当然可以实质上填充那个区域，但是其中可以产生不同的形状。电极可以沿材料层的边界伸长和延伸。一般地，电极是线性的并在它们之间限定多边形的(不必是直角的)区域。

另外，在由电极限定的区域内提供用于发不同形状的光的装置，产生的光的颜色和强度还可以通过在电致发光材料层中使用不同的发光材料以及发光材料的不同密度而变化。通常，电致发光材料为上述提及种类的来自杜邦的材料，但是本发明还考虑到将磷光体颗粒或者单独地或者成批地保持在织物中。使用在我们的国际专利申请号：GB06/001804中描述的技术，可以将磷光体颗粒封装在织物的纱线内或者织物内的复丝纱线的丝内。

发明内容

根据本发明，电致发光材料层可以是织物中分开的成分。尽管其本身可以包括单独的纱线。根据本发明的这样的纱线包括导电芯，该导电芯具有涂敷在其上的电致发光材料层。该电致发光材料层通常被应用为上面提及种类的墨水。通过烘焙，墨水可以被固定在适当的位置，例如通过在应用后立即短时间暴露于紫外(UV)光。暴露时间主要根据纱线的直径和应用的UV的强度，纱线可以是单丝或复丝纱线。另外的保护层可以被应用在电致发光层上，其本身通过暴露于UV光被烘焙。通过在彼此接触的两个纱线之间施加高交流电电压，该类型的涂敷的纱线可以被激活以发光。通过单独的发光颜色或结合电致发光层上的保护层中的色素可以产生不同的颜色效果。

根据预定的方案，在编织结构中可以使刚刚描述种类的涂敷的纱线彼此接触。这意味着可以产生多种不同的发光设计。通过将纱线连接到不同的电路还可以产生不同颜色和发光效果。

本发明有许多应用，但是具体的一个是在衣服中。当个人必须在黑暗的条件中工作时，并且不能依赖反光来识别他们时，体现本发明的制品或织物可以被有效地应用于他们的衣服。其它的应用可以包括地板、墙或者天花板覆盖物，其中任一所要求的照亮的区域是用于例如在汽车的顶内层中的直接照明；例如在黑暗区域中的发光开关的墙上的指示标记；在飞机或剧院中识别过道或走廊。在这样的应用中，背表面(或者是织物本身的后面或者是其部分)可以是反光的。

附图说明

通过实例的方式并参照所附示意图来描述本发明，其中：

图1是示出具有其中产生电致发光区的第一片制品的一部分的平面视图；

图2是图1中沿A-A线的剖视图；

图3是具有其中产生电致发光区的第二片制品的一部分的平面视图；

图4是与图3类似的具有其中产生电致发光区的第三片制品的一部分的平面视图；

图5是与图3类似的具有其中产生电致发光区的第四片制品的一部分的平面视图；

图6示出用在图5中示出的织物中纱线的元件；

图7是图6的纱线的横截面；

图8示出向图6和7的纱线的芯应用各种层的涂敷和固化步骤；

图9是示出发光过程的电路；

图10是通过图6和7的纱线的纵向横截面；以及

图11示出用于激活图6和7中所示种类的纱线的系统。

具体实施方式

图1示出根据本发明的板制品2的表面。伸长的电极4和6被成对布置在表面上，沿路径8将电极4连接到电源(未示出)，沿路径10将电极6连接到电源(未示出)。

在制品表面的每对电极之间应用电致发光材料12，例如上述提及的那类杜邦LUXPRINT墨水。如果需要，保护层可以被应用在发光材料上。

本发明的板制品中的电极的间隔关于需要的激励电致发光材料的电压的频率被确定。较高的电压和较高的频率一般需要较大的电极间隔，但是可以通过在电极之间安装绝缘体或确保基底板制品的适当的绝缘特性来减轻该要求。如上所述，本发明特别有效地应用于织物，且更特别地用于编织物。在编织物中，如图1和2所示的电极4、6，和导电路径8可以使用导电纱线通过编织横列(courses)和/或纵行(wales)来产生。适当的这种纱线可以由多重细银丝制成。对于这样的织物结构，还优选将绝缘层应用到织物的表面(该织物的表面与在其上涂敷发光材料的表面相反)，以及在发光材料本身上。

在图3的织物中，电极16和18被有效地由连续的相邻银横列产生。电致发光区20由封装在纺织纱线的纤维中的磷光体颗粒产生，使用上面提及的在我们的国际专利申请号：GB06/001804中描述的技术。在所图示的编织物中，该特别纱线的长度段可以被没有困难地结合到各个区域中。根据预定的样式，使用Jacquard编织技术和在公布的专利说明书号：GB06/001804中公开类型的正纱线输送系统(positive yarn deliverysystem)。当电致发光材料是上面提及类型的墨水时，通常可以将颜料引入到粘合剂(binder)中。

图4示出图3的织物上的变化。在这一实施例中，还使用编织物，电致发光颗粒被微封装在单独的聚合纱线(或者单丝或者复丝纱线)内。这些纱线被编织在导电(银)纱线的相邻横列22、24之间，以形成发光区域26。电致发光横列的数量与银横列的数量之比会影响在电场中横列之间所需的电压和频率，其激励各个电致发光区。

在图5的织物中，电致发光区28由纱线30产生，各纱线30在其上有上述提及类型的电致发光材料层的导电芯。纱线在端子32之间延伸，端子32连接到通过由开关36完成的电路的交流电源34。当开关被闭合时，该交流电在相邻的、优选地接触的纱线之间产生电场，这使它们发光。

图6示出适于用在图5的织物中的电致发光纱线的结构。导电芯40被涂敷在第一绝缘层42中，第一绝缘层42上应用电致发光层44。电致发光层44被包围在第二绝缘层46中，围绕第二绝缘层46缠绕导电条或线48。可以在线或条48上应用另外的保护涂层，但是对于这样的需要将根据纱线的最终配置。

图7中示出图6的纱线的横截面。导电芯是镀银复丝尼龙纱线，例如可从Swicofil AG Textile Services的商标SHIELDEX下得到。第一绝缘层42是介电筛网印花糊料，可从纳幕尔杜邦公司(DuPont de Nemours andCompany)得到。糊料填充在单丝50之间的空隙中，以便对于用电致发光层44的涂敷，多丝纱线与单丝非常一样得起作用。电致发光层包括电致发光磷光体，并且适合的材料是由杜邦生产的磷光体墨水，并且可以适应于发出不同颜色的光。

第二绝缘层46是可从Dymax公司得到的密封剂。导电芯或条(图7中未示出)一般由铜构成，并以螺旋形式缠绕纱线。尽管示出有紧密间距的线圈，实际上缠绕会松得多，与纱线轴线成大约30°的角度。

用传统的技术将绝缘和发光层应用在芯40上。因此，通过将芯40经过绝缘材料的浴槽52来应用第一绝缘层42，然后使用紫外光54来固化涂敷的纱线。然后，在导电线或条被最后缠绕完成的纱线之前重复该过程，用于电致发光(44)和第二绝缘(46)层。图8中示出了涂敷和固化步骤。

图7所示类型的纱线的一个具体实例，未涂敷芯40具有0.08g/m的重量；第一绝缘层42的固化层具有0.4g/m的重量；电致发光层44的重量是0.13g/m；透明密封剂层46的重量是0.21g/m；因此，不具有导电条或线48的完成的纱线具有每米0.48克的每单位长度重量。尽管固化之后纱线的柔性减少，但是其仍然能够在传统的编织机上被编织。

图6和7所示类型的纱线的电致发光可以通过亮度和照度参数来分析。亮度可以基于纱线的结构特性、电特性和从应用的电源的特性被导出。检测纱线发光的测量系统检测参数照度，其与亮度成比例[AEF Taylor，照明基础2000.，加利福尼亚，美国：Optical Research Associates]。因此，这两个参数可以被用来研究纱线的发光。

纱线的介电(42)和透明绝缘(46)层起电容器的作用，分别具有C_d和C_t的每单位面积的电容。当应用的交流电电压(其为方波形式)从0伏增加时，磷光体涂敷层起超过一定阈值电压(V_th)的漏电电容器的作用，其可以被最好地描述为与电阻R_EL的非线性电阻器并联的电容器。基于由Ono导出的用于薄膜交流电电致发光设备的相应的电路[Y A Ono，电致发光显示，ed H L Ong第1卷，1995新加坡：World Scientific PublishingCompany Limited]，该现象可以被描绘为图9中所示的电路。

纱线的亮度(L)可以从由Ono对于薄膜AC El设备给出的推导被描述为，

$L=\frac{4}{\mathrm{\π}}\mathrm{\η}\·C_{\mathrm{it}}\·(V_a-V_{\mathrm{th}})\·f\·E_{\mathrm{ELth}}$

其中，

L：cd/m²中亮度，

η：亮度效率，假定为2.5lm/w，

V_a：以伏特电压表示的应用的交流电电压的幅度，

V_th：以伏特电压表示的阈值电压的幅度，在该阈值电压磷光体层开始作为漏电电容器起作用并且发光，

E_ELth：在该阈值电场，EL磷光体颗粒被激励并且发光，其为1.5Mvolts/cm[16]，

C_it：以F/m²表示的透明层(C_t)和介电层(C_d)的电容的串联电容值。

纱线的内导电纱线被假定为圆柱，并且围绕它的涂层被视为同心圆柱。而且，考虑到用于分析螺旋天线的辐射场的方法[C A Balanis，天线理论；分析和设计，3 ed 2005 Hoboken，新泽西：Wiley-Interscience]，关于纱线被缠绕成螺旋的铜线被假定为由螺旋间距(p)分开的圆环组成。该铜线的横截面被假定为矩形，有等于其实际直径(d_c)的与涂层接触的侧边。因此，基于这些假设，该纱线可以被描绘为图10中所示。

考虑到介电层和内导电纱线的同心圆柱，介电层(C_d)的电容可以被如下给出[W J Duffin，电和磁。2001，东约克郡：W J Duffin Publishing]：

$C_d=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_d{d}_{c}n}{{\log }_e\left(\frac{d_{\mathrm{dy}}}{d_y}\right)}$

其中n是每米铜环的圈数，ε₀自由空间的介电常数是8.85419.10^-12F/m，ε_d是介电糊料的相对介电常数。这可以根据介电(t_die)层的涂层厚度被表示为，

$C_d=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_d{d}_{c}n}{{\log }_e\left(\frac{d_y+2t_{\mathrm{die}}}{d_y}\right)}$

类似地，通过考虑完成的纱线的同心圆柱，根据透明封装(t_cnc)、磷光体(t_p)和介电(t_dic)层的厚度，该透明层的电容可以被表示为，

$C_t=\frac{2\mathrm{\π}{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{enc}}{d}_{c}n}{{\log }_e(1+\frac{2t_{\mathrm{enc}}}{d_y+2(t_{\mathrm{die}}+t_p)})}$

介电和透明封装层的串联电容(C_it)可以被如下给出，

$C_{\mathrm{it}}=\frac{C_t{C}_d}{C_t+C_d}$

上述等式可以被合并以提供给出的结果：

$L=\frac{8d_p\·{\mathrm{\ϵ}}_d{\mathrm{\ϵ}}_t\mathrm{\η}(V_a-V_{\mathrm{th}})E_{\mathrm{th}}\·f}{({\mathrm{\ϵ}}_t{\log }_e(1+\frac{2t_{\mathrm{die}}}{d_y})+{\mathrm{\ϵ}}_d{\log }_e\left(\frac{d_y+2(t_{\mathrm{die}}+t_p+t_{\mathrm{enc}})}{d_y+2(t_{\mathrm{die}}+t_p)}\right))}$

根据涂敷的介电、磷光体和封装层的厚度、施加的电压和频率，其给出纱线的亮度。

图6和7中所图示类型的纱线可被从PC控制的反相器(inverter)驱动。在图11所示的系统中，存在于PC中的Labview软件产生方波。在软件中工作循环、频率和幅度可以按照需要被改变为任何值。该信号经由M6259多功能数据采集板(DAQ)的模拟输出端口被输出到50W音频放大器56。放大器放大信号至11 Vrms。然后，该放大的信号被供给至230V/12V降压变压器58的次级绕组，这将其放大至300Vrms。当由软件产生时，可以通过改变模拟输出的幅度来变化该电压。来自变压器的初级绕组的两个输出引线被连接到纱线，一个引线连接到涂敷的纱线的内导电纱线并且另一个连接到围绕其的铜股线。使用该系统，可以用期望的交流电电压频率和工作循环来驱动纱线。

通过引入颜料并改变使用的发光材料中的颗粒的密度可以产生不同的颜色和强度效果。在材料本身的制造期间可以引入色素。在该阶段还可以控制颗粒密度。然而，当发光颗粒被封装在纱线体内时如果织物被制造或涂敷在单独的纱线上，那么使用的纱线的数量以及是否单独使用或者与其它纱线一起使用是额外的因素。

上述的实施例已经被具体地集中在编织物上，但是本发明还适用于包括机织、编织、缝合和其它非机织结构的其它结构。电极和导电路径的精确形式当然依赖于基本结构的性质。

Claims (31)

1、一种用在织物中以在该织物上产生电致发光区域的纱线，其中该纱线包括导电芯，该导电芯具有涂敷在其上的电致发光材料层。

2、根据权利要求1的纱线，其中该电致发光材料包括封装的磷光体。

3、根据权利要求1或2的纱线，包括该电致发光材料上的保护层。

4、根据权利要求3的纱线，其中该保护层是聚合的。

5、根据权利要求3或4的纱线，其中该保护层被烘焙。

6、根据权利要求5的纱线，其中该保护层通过暴露于紫外光被烘焙。

7、根据前述权利要求任何一项的纱线，其中该电致发光材料被烘焙到该导电芯上。

8、根据权利要求7的纱线，其中该电致发光材料通过暴露于紫外光被烘焙到该导电芯上。

9、根据前述权利要求任何一项的纱线，包括在该芯和该电致发光材料层之间的绝缘材料层。

10、根据前述权利要求任何一项的纱线，其中该纱线芯具有复丝。

11、根据权利要求10的纱线，其中该丝通过介电糊料被粘合在一起。

12、根据权利要求1到9任何一项的纱线，其中该纱线芯是单个段的单丝。

13、根据前述权利要求任何一项的纱线，包括在该电致发光材料层上并与该芯电绝缘的导电层。

14、根据权利要求13的纱线，包括在该导电层和该电致发光材料层之间的绝缘材料层。

15、根据权利要求13或14的纱线，其中该导电层包括一段缠绕该电致发光材料层的导电材料。

16、根据权利要求15的纱线，其中该段导电材料是一段金属线。

17、一种织物，包括至少一个根据前述权利要求任何一项的纱线。

18、一种根据权利要求17的编织物。

19、一种织物，包括至少一个根据权利要求1到12任何一项的纱线和至少一个另外的导电纱线；以及用于在该纱线之间施加电势以使该电致发光材料发光的装置。

20、一种织物，包括至少一个根据权利要求13到16任何一项的纱线；以及用于在该芯和该纱线的导电层之间施加电势以使该电致发光材料发光的装置。

21、一种使纱线能够电致发光的方法，包括用电致发光材料涂敷导电纱线芯。

22、根据权利要求21的方法，包括烘焙该涂敷的纱线芯以将该电致发光材料固定到其上的步骤。

23、根据权利要求22的方法，其中该电致发光材料通过暴露于紫外光被烘焙。

24、根据权利要求21到23任何一项的方法，包括将保护层应用到该电致发光涂层的步骤。

25、根据权利要求24的方法，其中该保护层是聚合的。

26、根据权利要求24或25的方法，其中该保护层被烘焙到带有该电致发光材料涂层的该纱线芯上。

27、根据权利要求26的方法，其中该保护层通过暴露于紫外光被烘焙。

28、一种使纱线能够发光的方法，包括用电致发光材料层涂敷导电纱线芯；以及在发光材料层上应用导电材料层，该发光材料层与该导电纱线芯电绝缘。

29、根据权利要求28的方法，包括在该芯和该电致发光材料层之间应用绝缘材料层的步骤。

30、根据权利要求28或29的方法，包括在该导电材料层和该电致发光材料层之间应用绝缘材料层的步骤。

31、根据权利要求28到30任何一项的方法，其中通过将一段导电材料缠绕在该纱线芯和电致发光材料周围来应用该导电材料层。

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