CN101536604A - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

可激发发光的器件，它包括具有100－2000nm的平均纤维直径的纳米纤维的纤维毡，并且包括多个与该纳米纤维结合布置的可激发颗粒。该可激发颗粒在接收波长λ的一次光时产生二次光发射。该平均纤维直径在尺寸上与波长λ相当以在该纤维毡内提供一次光的散射部位。适合的发光纳米纤维毡的各种制造方法包括：将包括或不包括可激发颗粒的聚合物溶液电纺并由该电纺溶液形成平均纤维直径在100至2000nm之间的纳米纤维。没有用可激发颗粒的电纺的方法在电纺期间或在电纺之后将可激发颗粒引入纤维中并因此引入所得纤维毡中。

Description

发光器件
相关申请的交叉引用
本申请与2004年4月8日提交的标题是＂Electrospinning ofPolymer Nanofibers Using a Rotating Spray Head＂代理案卷号241015US-2025-2025-20的美国申请序列号10/819,916有关，该文献的整个内容在此引入作为参考。本申请还与2004年4月8日提交的标题是＂Electrospray/electrospinning Apparatus and Method＂代理案卷号241013US-2025-2025-20的美国申请序列号10/819,942有关，该文献的整个内容在此引入作为参考。本申请与2004年4月8日提交的标题是＂Electrospinning in a Controlled Gaseous Environment＂代理案卷号245016US-2025-2025-20的美国申请序列号10/819,945有关，该文献的整个内容在此引入作为参考。本申请与2005年5月17日提交的标题为＂Nanofiber Mats and Production Methods Thereof＂代理案卷号256964US-2025-2025-20的美国序列号11/130,269有关，该文献的整个内容在此引入作为参考。本申请与YYYYY提交的标题为＂Particle Filter System Incorporating Nanofibers＂代理案卷号-2025-2025-20的美国申请序列号XX/XXX,XXX有关，该文献的整个内容在此引入作为参考。
发明背景
发明领域
纳米纤维毡和制备具有发光性能的纳米纤维毡的方法，和该纳米纤维毡在照明应用中的应用。
相关技术描述
商业和居民照明的一般发光源的选择一般受能量效率和如实产生由颜色再现指数(CRI)量度的颜色的能力之间的平衡支配。从能量消耗角度看，现有的荧光照明已知是经济的。然而，许多用户抱怨由现有的荧光照明产生的光具有差的光谱质量并且产生视觉疲劳及其它不利的健康影响。白炽光也广泛地使用并且被认为具有优异的光谱质量并且能够精确地再现颜色。这种高光谱质量源自于热灯丝，它充当黑体辐射器并且发射许多波长的光，类似于太阳。然而，白炽灯照明受困于非常低的能量效率。因此，仍需要产生使用更少能量并且具有与太阳光的组成类似的光组成的光源。
固态照明(SSL)是备选的一般发光和照明技术，它兼具荧光照明的能量效率和白炽灯照明的优异光谱质量。通常，可商购的SSL技术由发光二极管(LED)构成，该发光二极管由通常大于2μm的大颗粒组成的磷光体包围。从LED射出的光具有足以使磷光体发荧光并发射一种或多种颜色的可见光的能量。商业SSL产品的最常用的实例由蓝光LED(通常460nm)构成，该蓝光LED由黄色磷光体，例如铈掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce)包围，该磷光体发射以550nm为中心的宽带中的光。从出自该磷光体的黄光发射和出自LED的蓝光的组合产生具有大体上白色外观的光源。或者，在紫外线(<400nm)中发射的LED可以用来激发红光、绿光和蓝光磷光体的共混物。图1是从固态照明器件获得的光谱的示意性绘图。虽然这种途径产生白光，但是它由于有限的波长数目而受困于低效率和差的光谱质量。
此外，虽然当前固态灯的光强度足以满足例如闪光灯的应用，但是认为它过低并且认为发射锥(emission cone)对于在一般照明应用例如室内照明中的应用过窄。因此，仍需要固态光源，它能够在足够大的区域内提供用于一般照明的高强度白光发射。
为改进SSL器件的性能而提出的一种途径是使用纳米颗粒例如量子点作为二次转换器产生白光。＂Quantum Dots Lend New Approach toSolid-State Lighting＂，Sandia National Laboratory press release7月24日，2003。该途径将量子点引入到用来包封发光二极管(LED)的聚合物中并且基本上在LED模孔周围产生量子点的三维圆顶。虽然这种方法已经在产生白光方面取得成功，但是该三维圆顶结构将大量量子点安放在LED周围的非最佳位置并产生可能的量子点附聚问题。
此前，聚合物/量子点配混物纳米纤维已经由聚合物/量子点复合材料溶液的电纺获得，如Schlecht等人在Chem.Mater.2005，17,809-814中公开那样。然而，为了产生量子禁闭效果，Schlecht等人制备的纳米纤维直径约为10-20nm。其中公开的纳米颗粒和纳米纤维的尺寸范围对一次光转化成跨越白光光谱的二次光发射是不利的。
Lu.等人，Nanotechnology，2005，16，2233也报道了通过电纺使Ag2S纳米颗粒嵌入聚合物纤维基体。同样，其中显示的纳米颗粒和纳米纤维的尺寸范围对一次光转化成跨越白光光谱的二次光发射是不利的。
发明内容
在本发明的一个实施方案中，提供了可激发发光的器件。该器件包括平均纤维直径在100至2000nm之间的纳米纤维的纤维毡，并且包括与该纳米纤维结合布置并配置用来在接收波长λ的一次光时产生二次光发射的多个发光颗粒。所述平均纤维直径在尺寸上与波长λ相当以在该纤维毡内提供该一次光的散射部位。
在本发明的一个实施方案中，提供了发光纤维毡的制造方法。该方法电纺包括发光颗粒的聚合物溶液并由该电纺溶液形成平均纤维直径在100至2000nm之间并且包括发光颗粒的纳米纤维。该方法聚集该纳米纤维而形成纤维毡。
在本发明的一个实施方案中，提供了发光纤维毡的制造方法。该方法电纺聚合物溶液而形成平均纤维直径在100至2000nm之间的纳米纤维。该方法在电纺期间用发光颗粒涂覆该纳米纤维并聚集纳米纤维而形成纤维毡。
在本发明的一个实施方案中，提供了发光纤维毡的制造方法。该方法电纺聚合物溶液而形成平均纤维直径在100至2000nm之间的纳米纤维。该方法聚集纳米纤维而形成纤维毡并用发光颗粒涂覆该纤维毡。
附图说明
将容易地获得本发明的更完全领会及其许多伴随的优点，因为当与附图结合考虑时参考以下详细描述将更好地理解本发明，在所述附图中：
图1是从常规固态照明器件获得的光谱的示意性绘图；
图2A是描绘根据本发明一个实施方案的发光化合物布置在纤维体积内侧的示意图；
图2B是描绘根据本发明一个实施方案的发光化合物布置在纤维的表面上或附近的示意图；
图2C是描绘根据本发明一个实施方案的纤维毡的示意图，其中该纤维毡总体充当光散射中心；
图2D是描绘根据本发明一个实施方案的纤维毡的示意图，其中纤维充当个体散射中心；
图2E是描绘根据本发明一个实施方案的纤维毡的示意图，其中纤维具有不同尺寸的量子点在该纤维上的分布；
图3是两个样品的所得光谱，纤维毡按曲线＂a＂，不包含纳米纤维的聚合物薄膜按曲线＂b＂，各自具有相等的量子点浓度；
图4是描绘适合于沉积包括纳米颗粒发光体的本发明纤维和/或纳米纤维的电纺设备的示意图；
图5是说明形成根据本发明实施方案的发光器件的方法的流程图，其中发光颗粒包括在电喷涂聚合物中；
图6A是量子点按仅存在低浓度附聚的浓度分散在聚合物基体中的示意图；
图6B是量子点按附聚是因子的浓度分散在聚合物基体中的示意图；
图7是说明形成根据本发明实施方案的发光器件的方法的流程图，其中发光颗粒在电纺过程中与电纺纤维附着；
图8是说明形成根据本发明实施方案的发光器件的方法的流程图，其中发光颗粒在电纺过程之后与电纺纤维附着；
图9是使用图8所示的方法制备的聚合物/QD复合纳米纤维的透射电子显微镜图像；
图10是描绘根据本发明一个实施方案的构型的示意图，其中发光二极管(LED)经由包封剂将光与包括发光材料的纤维耦合；和
图11是描绘根据本发明一个实施方案的构型的示意图，其中发光二极管(LED)经由其中含有包括发光材料的纤维的包封剂将光耦合。
图12是从根据本发明一个实施方案制造的含有CdSe/ZnS芯-壳量子点的纳米纤维射出的光的光谱。
实施方案的详细描述
量子点是其尺寸具有等于或小于在室温下电子的尺寸(deBroglie波长)的数量级的纳米颗粒。当量子点的尺寸大致等于或小于电子的deBroglie波长时，则产生人工约束电子的电位阱。这种电位阱的尺寸决定电子可能得到的量子化能级，如基本量子力学的＂盒内颗粒(particle-in-a-box)＂解决方案中所述。因为该能级决定量子点的荧光波长，所以仅仅改变量子点的尺寸大致上改变量子点辐射可见光的颜色。因此，量子点的量子禁闭效果直接地影响从相应量子点射出的光，并且宽的色谱可以通过组合不同尺寸的量子点来达到。
典型的量子点包括纳米结晶芯，该纳米结晶芯可以由具有更高带隙的无机材料壳包围。用确保与各种溶剂相容性的外部有机层封闭这一结构。在本文中，整个组装(即，纳米结晶芯、更高带隙材料的壳和有机封闭层)统称为量子点。此种量子点的代表性实例由硒化镉纳米结晶芯构成，该纳米结晶芯由硫化锌壳包围并且被有机配体例如氧化三辛基膦封闭。此种芯壳结构由Evident Technologies of Troy，NY销售。
量子点的纳米结晶芯可以由包括但不限于以下物质中至少一种的各种材料制造：硅、锗、磷化铟、磷化铟镓、磷化铟、硫化镉、硒化镉、硫化铅、氧化铜、硒化铜、磷化镓、硫化汞、硒化汞、氧化锆、氧化锌、硫化锌、硒化锌、硅酸锌、硫化钛、氧化钛和氧化锡等。特别适用于本发明的是具有CdSe、InGaP、InP、GaP和ZnSe中至少一种的芯的量子点。量子点的光学性能由这种纳米结晶芯产生。
量子点可作为在低介电常数(低K)有机溶剂例如甲苯中的胶体分散体商购。然而，量子点经历互相吸引并且可能附聚，这可能干扰它们的量子行为和改变它们的性能特征。例如，附聚已知降低量子点的光发射效率并且已知引起发射频率的红移，这归因于能量向由于附聚形成的更大点转移。参见J.Rodriguez-Viejo，K.F.Jensen，H.Mattoussi，J.Michel，B.O.Dabbousi and M.G.Bawendi，AppliedPhysics Letters，vol.70(1997)，no.16，p.21，该文献的整个内容在此引入作为参考。由于人眼睛对轻微颜色改变的敏感性，颗粒附聚可能对发光源的光的质量具有显著影响。极端地，附聚可能导致出自量子点的光致发光猝灭。
纳米纤维是一个尺寸(直径)在10-2000nm范围内的实心结构，并且另一个尺寸(长度)可以在米范围内相当长。适合于本发明的纳米纤维可以由各种材料制成，包括聚合物、陶瓷和玻璃，溶胶凝胶、聚酰亚胺和材料的共混物也可以容易地制造。纳米纤维的一个特征是它们的小直径和因此高的表面积。可以容易地产生数量级为可见光(～500nm)乃至更小的纳米纤维直径，从而产生非常大的表面积。
现参照附图，其中在所有这几个图中同样的参考编号表示相同或相应的部分，在本发明的各种实施方案中，图2A和2B是描绘光可激发纤维(LF)2的示意图，该光可激发纤维包括例如布置在该纳米纤维表面上或其体积中的发光颗粒4(即，下面公开的化合物之一)。更具体地说，图2A是描绘发光颗粒4(例如，光可激发颗粒例如量子点半导体材料或纳米磷光体)布置在纤维2体积内侧的示意图，该纤维2在图2A中描绘为纳米纤维。图2B是描绘发光颗粒4布置在纤维2的表面上或附近的示意图，该纤维2在图2B中也描绘为纳米纤维。图2C描绘根据本发明一个实施方案的纤维毡6的示意图，其中该纤维毡6总体充当光散射中心。在这一构型中，根据本发明一个实施方案，可激发颗粒(但是没有明确显示)在整个纤维毡厚度h中与纳米纤维2结合布置。纳米纤维2累积地为激发(或一次)光提供散射部位，从而在本发明的一个实施方案中提高泵源光(pump source light)和可激发颗粒4之间的相互作用概率。
图2D描绘根据本发明一个实施方案的纤维毡6的示意图，其中纤维2显示为个体散射中心。纳米纤维2单独地为激发(或一次)光提供散射部位，从而在本发明的一个实施方案中提高泵源光和可激发颗粒4之间的相互作用概率。
因此，在本发明待在下面更详细解释的各种实施方案中，提供了包括例如图2C和2D中对出自纤维毡的可激发发射所示的纤维毡的器件。纤维毡6包括平均纤维直径在100-2000nm之间的纳米纤维，和与该纳米纤维结合布置的多个光可激发颗粒。可激发颗粒4可以在接收波长λ的一次光时产生二次光发射。所述平均纤维直径在尺寸上与波长λ相当以在该纤维毡内提供该一次光的散射部位。
如稍后更详细论述的那样，平均纤维直径为100-2000nm，或更适合300nm-600nm，或更适合400nm-500nm。平均纤维直径为波长λ的0.50-1.50倍，或更适合波长λ的0.9-1.10倍。波长λ为100-2000纳米，或更适合400-500纳米。纤维毡6具有0.1-2,000微米，或更适合1-500微米的厚度。
在本发明的各种实施方案中，可激发颗粒4除上列量子点材料之外还包括例如纳米磷光体。纳米磷光体例如下面列出的及其它适合于本发明。适合的纳米磷光体的实例包括，但不限于：
1.稀土掺杂的金属氧化物，例如Y2O3:Tb、Y2O3:Eu3+、Lu2O3:Eu3+、CaTiO3:Pr3+、CaO:Er3+、(GdZn)O:Eu3+；
2.稀土掺杂的钇铝石榴石(YAG)例如YAG:Ce3+；
3.稀土掺杂的氧化锆例如ZrO2:Sm3+、ZrO2:Er3+；
4.稀土掺杂的钒酸盐(YVO4:Eu)和磷酸盐(La，Ce，Tb)PO4；
5.由主体基体(例如，Gd2O3、GdO2S、PbO、ZnO、ZnS、ZnSe)和掺杂剂(Eu、Tb、Tm和Mn)构成的掺杂材料；和
6.硫化锌和硒化锌的金属掺杂的形式(例如，ZnS:Mn2+、ZnS:Cu+)。
特别适用于本发明的是包括稀土掺杂的YAG、掺杂的ZnS和掺杂的ZnSe中至少一种的纳米磷光体。
此外，如稍后更详细论述的那样，可激发颗粒4可以包括许多颜色特异性发光体(即，不同尺寸的量子点的分布或纳米磷光体的分布)，它们由一次光产生相应的二次光发射并从而形成颜色再现指数大于70或大于80的所得白光。图2E是描绘根据本发明一个实施方案的纤维毡6的示意图，其中纤维具有不同尺寸的量子点在该纤维上的分布。
在本发明的一个实施方案中，通过将可激发颗粒4分散在高表面积介质例如纳米纤维的纤维毡上，将含纳米纤维2和可激发颗粒4(例如量子点)的纤维毡6的发射效率提高到大于将发光颗粒的平面填料分散在薄膜中时所达到的发射效率。结果，在本发明的一个实施方案中，此种纳米纤维毡结构可以按比将量子点分散在薄膜中时高的效率下捕获由LED发射的光子并按比采用平面填充发光颗粒时可能的强度高的强度以可见光波长再辐射。
虽然并不限于任何特别的理论，但是从纤维2散射的光取决于纤维直径、光波长、纤维与光的取向和纤维的折射指数。纤维的聚合物具有1.3-1.6的真实折射指数。略微吸收性材料(并且它们可以按与本发明纳米纤维结构类似的方式作用)的长纤维的光散射效率曲线的实例过去由Van de Hulst在Light Scattering by Smallparticles，Dover，1957中进行了详述。在该早先著作中，对于300nm的入射光，最大光散射具有3.14的粒度参数(π乘以纤维直径/波长)和Q1＝4.2的散射效率(Q)。对于600nm的入射光，粒度参数是1.6，Q1＝2。因此，该较短波长光(预期通常用于本发明)被俘获在纤维毡中的可能性是该较长波长光的两倍。这种现象的备选解释是，平均起来，400nm的光穿过适当设计的纳米纤维材料的光学距离(OPL)比600nm光的OPL长。这种现象应用于本发明的含意是，可以由纤维毡中纤维的光散射特性获得光发射的增强(即，每一纤维充当散射中心，并且纤维的毡充当介质以更有效地在纤维毡介质中约束激发光，从而容许激发光在其处于纤维毡中期间将与发光体相互作用的更高概率)。
例如，在本发明中，典型的激发频率是在450nm的蓝光。为了产生白光，该结构将需要发射在450nm-800nm的宽频率范围内的辐射。通过制造其中毡6中的纳米纤维4的平均直径大致与激发源(即，450nm)相同的纳米纤维结构，可以有效地通过光散射将激发频率俘获在纳米纤维结构(即，激发源的OPL长)。这样提高激发源引发荧光并产生白光的可能性。相反，由发光化合物的荧光产生的较长波长发射将不太有效地被纤维毡中的纳米纤维散射，并且更可能从具有最小散射的纤维毡结构中出来。在这些条件下，随波长和纤维直径变化的光散射/光子性能得到改进。
在本发明的一个实施方案中，纤维毡6包括许多纳米纤维层(如图2C所示)。这些层的纳米纤维2单独地用作入射激发光的散射中心。通常，纳米纤维具有大约等于激发源波长的平均直径(即，200-500nm)。另外，纤维中的层数通常可以形成0.1-2,000微米的纤维毡6厚度，但是更薄的值例如0.01微米和更厚的值例如3,000微米也是适合的。更薄的层可能不那么可能＂捕获＂入射激发光，更厚的层可能显著地从量子点散射诱导光。
为了验证适当尺寸的纤维在本发明光可激发结构中的效果(即，调整大小到直径接近于激发频率波长的纤维)，制备具有平均直径为450nm的纳米纤维的纤维毡和不含纳米纤维的聚合物薄膜。两种材料都具有相等量的量子点(即，发光化合物)。
图3是这两种样品的所得光谱。当将量子点分散在纳米纤维中时，与聚合物薄膜样品相比荧光发射的强度大致数量级增加，如由曲线＂a＂(相比聚合物薄膜样品的曲线＂b＂)所示的相应光谱中540nm峰的光发射强度所示。这种性能改进认为归因于纳米纤维基体和固体膜之间结构方面的差异，如上面所解释那样。即，本发明的纳米纤维毡容许量子点更有效地捕获更高能量的光(例如，UV激发)以从含量子点的介质产生更高强度的光发射。附聚不降低固体膜中的强度是可能的，因为在固体膜的光谱中几乎看不到红移(即，曲线＂b＂)。此外，使用透射电子显微镜术(TEM)和紫外-可见光谱学，发现量子点均匀分散在整个纤维毡中，无论尺寸如何。
制造程序
本发明的光可激发结构的形成可以经由许多方法进行。形成方法通常包括受控直径的纳米纤维2的形成和可激发颗粒4(例如，量子点)向该纳米纤维2的施加。在一种方法中，当将纤维聚结成所得纤维毡时，可以将可激发颗粒4施加到电纺纤维上。在一种方法中，可激发颗粒4可以包括在电喷涂介质中。在一种方法中，在形成没有任何可激发颗粒的纤维毡之后可以将可激发颗粒4施加到所得纤维毡上。
图4是描绘适合于沉积本发明纤维和/或纳米纤维的电纺设备的示意图，包括沉积具有可激发颗粒4的纤维和/或纳米纤维，该可激发颗粒4包括纳米颗粒发光体例如上述量子点和纳米磷光体。在本发明的一个实施方案中，引入本发明纤维和/或纳米纤维的可激发颗粒4小于纳米纤维的直径。
在图4中，电纺设备21包括包围电纺元件24的腔室22。因而，电纺元件24配置用来电纺组成纤维的物质以形成纤维26。电纺设备21包括与电纺元件24分开布置且配置用来聚集纤维和/或纳米纤维的集合器28。形成纤维和纳米纤维的各种方法在美国序列号10/819,942、10/819,945和10/819,916中进行了描绘，它们在前面已经被列出并供参考引用。
电纺元件24与含电喷涂介质例如上述聚合物溶液的储存供给源30连通。本发明的电喷涂介质包括本领域中已知用于挤出纤维(包括挤出纳米纤维材料)的聚合物溶液和/或熔体。实际上，适合于本发明的聚合物和溶剂包括例如在二甲基甲酰胺或甲苯中的聚苯乙烯，在二甲基甲酰胺/二氯甲烷混合物中的聚己酸内酯，在蒸馏水中的聚(氧化乙烯)，在蒸馏水中的聚(丙烯酸)，在丙酮中的聚(甲基丙烯酸甲酯)PMMA，在丙酮中的乙酸纤维素，在二甲基甲酰胺中的聚丙烯腈，在二氯甲烷或二甲基甲酰胺中的聚交酯和在蒸馏水中的聚(乙烯醇)和它们的组合。一般而言，适合于本发明的溶剂包括其中可以溶解了聚合物的有机和无机溶剂。当形成时聚合物材料优选是透明材料，但是聚合物可以与充当发光化合物的滤色剂的添加剂(稍后更详细论述)一起纺丝。
提供高压电源34以维持电纺元件24处于高电压。集合器28优选置于与电纺元件24的尖端相距1-100cm。集合器28可以是平台或筛网。通常，通过高压电源34建立2,000-400,000V/m的电场强度。通常，集合器28接地，并且通过电场32将通过电纺由电纺元件24产生的纤维26引导至集合器28。该电场32从电纺元件24的尖端拉扯待组成纤维的物质(为流体的长丝或液体射流42)。对每一电纺元件24的物质供给源优选与担负提取待组成纤维的物质的电场强度平衡以致维持离开电纺元件24的小液滴形状恒定。发光化合物在聚合物溶液中(或者在电纺过程之后或期间引入到纤维上)。在本发明一个实施方案中沉积的纤维直径可以为50nm至数微米。
如相关申请美国序列号11/130,269(此前引入供参考)中那样，本发明可以使用不同的电纺元件来产生不同尺寸纤维的混合纤维的纤维毡。纤维毡可以例如在该毡的一侧具有比该纤维毡另一侧更大的平均纤维直径。
用于本发明纳米纤维的纤维包括，但不限于，丙烯腈/丁二烯共聚物、纤维素、乙酸纤维素、脱乙酰壳多糖、胶原、DNA、纤维蛋白原、粘连蛋白、尼龙、聚(丙烯酸)、聚(氯代苯乙烯)、聚(二甲基硅氧烷)、聚(醚亚胺)、聚(醚砜)、聚(丙烯酸烷基酯)、聚(丙烯酸乙酯)、聚(乙酸乙基乙烯酯)、聚(乙基-共聚-乙烯基乙酸酯)、聚(氧化乙烯)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚(乳酸-共聚-乙醇酸)、聚(甲基丙烯酸)盐、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(甲基苯乙烯)、聚(苯乙烯磺酸)盐、聚(苯乙烯磺酰氟)、聚(苯乙烯-共聚-丙烯腈)、聚(苯乙烯-共聚-丁二烯)、聚(苯乙烯-共聚-二乙烯苯)、聚(乙酸乙烯酯)、聚交酯、聚(乙烯醇)、聚(氯乙烯)、聚(偏二氟乙烯)、聚丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚酰胺、聚苯胺、聚苯并咪唑、聚己酸内酯、聚碳酸酯、聚(二甲硅氧烷共聚-聚氧化乙烯)、聚(醚醚酮)、聚乙烯、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺、聚异戊二烯、聚交酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚砜、聚氨酯、聚(乙烯吡咯烷酮)、蛋白质、SEBS共聚物、丝绸和苯乙烯/异戊二烯共聚物。
此外，也可以制备含聚合物共混物的纳米纤维，只要两种或更多种聚合物可溶于共同的溶剂。一些实例可能是：聚(偏二氟乙烯)共混聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚苯乙烯共混聚(乙烯甲醚)、聚(甲基丙烯酸甲酯)共混聚(氧化乙烯)、聚(甲基丙烯酸羟丙基酯)共混聚(乙烯基吡咯烷酮)、聚(羟丁酸)共混聚(氧化乙烯)、蛋白质共混聚氧化乙烯、聚交酯共混聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯共混聚酯、聚酯共混聚(甲基丙烯酸羟乙酯)、聚(氧化乙烯)共混聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(羟基苯乙烯)共混聚(氧化乙烯)。
发光体嵌入
一般而言，图5是显示上面首先指出的形成根据本发明实施方案的发光器件的方法的流程图，其中可激发颗粒4包括在电纺聚合物中。在500，使用上述条件电纺包括可激发颗粒(例如，光可激发颗粒)的聚合物溶液。在510，由该电纺溶液形成直径在100-2000nm之间且包括可激发颗粒的纳米纤维。在520，聚集纳米纤维以形成纤维毡。
在500的过程反映上面对优选在受控条件下电喷涂纳米纤维所描述的一般技术。在500，在与储器30中的聚合物混合之前小心地超声振荡在溶剂中的可激发化合物，以确保足够分散。足够分散导致可激发颗粒均匀分布在整个所得纤维毡中。通常，大于24小时的超声震荡时间足以获得在溶液中的均匀发光化合物悬浮液。溶液中聚合物与发光化合物的比例通常将为2:1-100:1。
此外，根据本发明一个实施方案，可激发颗粒在聚合物溶液中过高的局部浓度可能导致这些化合物的有害附聚。图6A是可激发颗粒4(即，量子点、发光或光可激发化合物)以附聚处于低浓度，并且通常不是因素的浓度分散在聚合物基体10中的示意图。图6B是量子点4按附聚是因素的浓度分散在聚合物基体10中的示意图。附聚可能甚至在低浓度下变成问题，因为小颗粒通常经历静电吸引。然而，本发明使用高表面积纳米纤维降低颗粒附聚，这可推测归因于高表面积纳米纤维容纳大量纳米颗粒的能力。
在本发明的一个实施方案中，附聚是不希望的，因为它导致发光化合物不均匀分散在所得纤维中。附聚可能改变所得光发射的颜色均匀性。此外，附聚还通过引起发射频率的红移和引起由于猝灭的发射强度降低使发光化合物的光学性能恶化。
可以通过操纵许多参数控制纳米颗粒的尺寸分布，例如：改变溶剂体系的有机相，改变纳米颗粒形成时的温度，交替用来形成纳米颗粒的反应物浓度，改变封端分子化学性质，添加表面活性剂以控制待形成纳米颗粒的材料的凝结，在颗粒成核期间施加电或磁场，在纳米颗粒形成期间施加声能等。
封端分子化学性质可以包括例如在纳米颗粒(即量子点)周围形成壳以使纳米颗粒化学稳定。表面活性剂(例如，有机配体)可以包括在周围并且附着到该壳的外部以促进溶解和防止附聚。当产生纳米颗粒或以干燥状态使用时，此类表面活性剂帮助防止纳米颗粒附聚。或者，在颗粒成核而达到所需颗粒分布之后可以使用分离方法例如电泳分离。
在500，电纺溶液可以包括添加剂例如有机发光材料(染料)、陶瓷、有机金属、碳和/或金属。例如，可以通过添加高介电常数的材料，例如象TiO2的陶瓷提高纳米纤维的折射指数。将添加剂引入聚合物以赋予所需物理、化学或机械性能。通常在电纺之前将添加剂与聚合物混合并且添加剂一般不与聚合物形成强化学键。适合于本发明的聚合物中常用的添加剂的实例包括颜料(例如，二氧化钛)、导电材料(例如，碳或金属薄片)、紫外线稳定剂和玻璃增强材料。
在510，控制电纺环境中的条件。标题为＂Electrospinning in aControlled Gaseous Environment＂的美国序列号10/819,945描述了适用于本发明以控制电喷涂环境的技术。此外，电纺过程的改进在此前引入本文作为参考的标题为＂Filter Incorporating Nanofibers＂的美国申请序列号XX/XXX,XXX中进行了描述。其中描述的实践可以用于本发明以产生小直径纳米纤维，该纳米纤维的大表面积和体积之比可以提高从所得纤维毡射出的光的亮度并且该纳米纤维的平均纤维直径尺寸经适当地调整大小而匹配入射光源波长。
在520，标题为＂Electrospinning of Fibers using a RotatableSpray Head＂的美国申请序列号10/819,916中获得取向纤维的技术或标题为＂Filter Incorporating Nanofibers＂的美国申请序列号10/819,916中的技术可以用来改进纤维毡密度和均匀性。
在电纺期间发光体结合到纳米纤维上
在本发明的一个实施方案中，如上所讨论，当将纤维聚结成所得纤维毡6时可以将可激发颗粒4施加到电纺纤维2上。图7是说明形成根据本发明实施方案的发光器件的方法的流程图，其中可激发颗粒4在电纺过程中与电纺纤维附着。在700，电纺聚合物溶液以形成直径在100-2000nm之间的纳米纤维。在710，在电纺期间用可激发颗粒4涂覆纳米纤维。在720，聚集纳米纤维以形成纤维毡6。
在这个实施方案中，可激发颗粒4变得定位在纳米纤维的表面处或附近，如图2B所示。在700的过程类似于在500的过程，反映上面对在一个实施方案中在受控条件下电喷涂纳米纤维描述的一般技术。在710，在电纺纤维已经干燥之前使可激发颗粒4附着到电纺纤维的表面上。在710，可以通过电喷涂束流引入可激发颗粒4，该电喷涂束流被引导至从电纺聚合物溶液的电喷涂尖端移离的位置。图4示出了用于将可激发颗粒4引入电纺环境46的电喷涂装置48。
可以通过分离纳米纤维形成和光可激发颗粒附着步骤达到可激发颗粒4的低附聚。这可以在本发明的一个实施方案中如下达到：将例如可激发颗粒4(例如从电喷涂溶液)引入干燥排出的纳米纤维的区域。在电喷涂引入技术中，通过静电瓦解含量子点的溶剂(例如甲苯)的小液滴产生可激发颗粒悬浮液的亚微米小液滴。电喷涂的小液滴是高度带电的(通常带正电)并且在它们通过聚合物纳米纤维6的表面期间由于相似电荷的排斥而不聚集，在一个实施方案中，该聚合物纳米纤维6可以携带相反电荷。
因为在从喷针喷出期间干燥纳米纤维，所以在本发明的一个实施方案中电喷涂的位置控制可激发颗粒4向纳米纤维2中的渗透。例如，如果电喷涂束流紧密地移动到电喷涂尖端，则纳米纤维可能更软，因为它们将含有更多溶剂并且可激发颗粒4将更深地嵌入纤维。或者，如果电喷涂束流远离电喷涂尖端移动并且更接近集合器，则纳米纤维将更干并且可激发颗粒将局限于表面。其它参数例如用来分散可激发颗粒的溶剂也可能影响电喷涂量子点的渗透深度。
在710，标题为＂Electrospinning in a Controlled GaseousEnvironment＂的美国序列号10/819,945中对控制电喷涂环境以影响(阻滞)电纺纤维干燥速率描述的方法是可适用的。在710，标题为＂Nanofiber Mats and Production Methods Thereof＂的美国序列号11/130,269中关于颗粒进入纤维的输送和引入描述的方法可适用于本发明。
在720的过程类似于上面在520描述的过程。
在电纺之后发光体结合到纳米纤维上
在本发明的一个实施方案中，如上所讨论，可以在电纺之后将光可激发颗粒例如量子点施加到纤维毡上。这一实施方案在图8中示出。根据本发明的这一实施方案，通过电纺方法例如上述技术在800形成纤维毡。在810，提供含可激发颗粒4的溶液(例如图6A中的聚合物溶液)。在820，将纳米纤维毡6浸入该溶液。该溶液经选择满足纤维毡不溶解但是略微使存在于该纤维毡6中的聚合物溶胀。
在该嵌入过程期间，聚合物纳米纤维可能由于该溶剂而溶胀。纤维在网络中的这种膨胀还使纤维间的空间扩张，从而打开网络空间允许颗粒进入中间。因此，颗粒由于布朗运动移到纤维表面。可以将纤维毡6浸于溶液中1分钟-72小时并且可以用溶剂冲洗20-60秒以确保任何松散附着的表面颗粒的移除。然后可以将纤维毡6放置到载体上并允许在室温下在使用之前完全干燥。
图9是使用图8所示的方法制备的聚合物/量子点复合纳米纤维的透射电子显微镜图像。在如图9所示的装点纤维的透射电子显微图像中，各个量子点4在纤维2的外部和内部是可见的。量子点的尺寸显示几乎没有量子点的聚集。
根据图8所述的本发明方法制造的聚合物纳米纤维上的光可激发颗粒的表面密度可通过改变变量来控制：例如纤维的浸渍时间、纳米颗粒溶液浓度、溶剂组成和温度。增加布朗运动和使纳米纤维基体软化(痕量溶剂与方法中使用的非溶剂混合)的因素例如较高温度可以控制表面覆盖度以及纳米颗粒在纤维上的嵌入度。基于显微术和方法的机理，量子点(或纳米颗粒)嵌入可以局限在纳米纤维的边缘中。
虽然本发明中描述了纳米颗粒向基体例如纤维或纤维毡中的引入，但是本发明这一方面不这样限于电纺和纤维。各种方法，包括上述电纺，及其它常规技术例如旋涂、气溶胶处理、静电法、填充聚合物的挤出、自组合纳米层等可以根据本发明用来形成具有发光或光可激发化合物的预定分布的基体。在那些实例中，基体不必是电纺纤维并且提供主体，该主体在暴露到基体的溶剂中时(该溶剂含有纳米颗粒的分散体)将导致纳米颗粒(即，量子点、纳米磷光体或电致发光颗粒)嵌入基体。基体材料优选是有机基的，但是可能包括含无机基料的溶胶凝胶材料。
相对发光体分布
在本发明的一个实施方案中，用来制造本发明光可激发器件的发光化合物是形成例如量子点或纳米磷光体的纳米颗粒。量子点(即，可激发颗粒4)发射电磁波，该电磁波波长大致上取决于纳米颗粒的直径。例如，2.8nm公称直径的CdSe纳米颗粒以大致530nm发射绿光，而5.0nm公称直径的CdSe纳米颗粒以大致625nm发射红光。此种样品的发射光谱在图12中示出。特定纳米颗粒(各自具有特征波长发射)的混合可以用于本发明以产生＂白光＂，类似于荧光照明的磷光体混合中使用的混合技术。
在本发明的一个实施方案中，对可激发颗粒公开的公称尺寸可以具有产生宽带(与离散或线发射相比)的尺寸分布或表面结构方面的差异。例如，不含无机壳层的具有窄尺寸分布的量子点由于表面缺陷和陷阱的激发可能显示宽带发射。此种材料的实例参见Bowers等人的Journal of the American Chemical Society vol.127(2005)15378-15379页，该文献的整个内容特此引入供参考。同样地，芯壳量子点的宽尺寸分布可以通过控制用来合成它们的反应参数产生。宽带发射仿效黑体辐射源。显示宽带发射的本发明发光器件具有较高的颜色再现指数。
在本发明的一个实施方案中，因为纳米颗粒发射波长取决于该纳米颗粒直径的光，所以白光可以由其中分散了不同直径纳米颗粒的纤维毡产生。例如，具有第一直径的纳米颗粒可以产生具有第一波长的电磁波，具有第二直径的纳米颗粒可以产生具有第二波长的电磁波，依此类推，直到许多纳米颗粒产生为产生所需光谱(例如CRI接近100的黑体辐射器的光谱)所必需的所有波长。
下面是根据各种激发源确定的此类混合物的实施例：
实施例1.激发源：在450-460nm的蓝光LED
发光化合物：单一种类的CdSe/ZnS芯壳量子点，颗粒直径2.6-3.2nm(配置用于黄光发射且可从Evident Technologies商购)
在这一实施例中按0.1％-30％(重量量子点/重量纤维)的重量百分率将此类发黄光量子点结合到纤维中和纤维上，其中更适合的重量百分率范围是1％-10％，这取决于所需光输出。
当用以450-460nm发射的蓝光LED包装时，在这一实施例中出自LED的蓝光和出自光致发光纤维的黄光发射共混而产生白光。
实施例2.激发源：在450-460nm的蓝光LED
发光化合物：两种不同尺寸的CdSe/ZnSe芯壳量子点，其中第一尺寸的颗粒直径是2.4nm(绿光发射)，第二尺寸的颗粒直径是5.2nm(红光发射)(购买自Evident Technologies)。
将这两种尺寸的发光量子点按0.1％-30％(总重量量子点/重量纤维)的重量百分率结合到纤维中和纤维上，其中更适合的重量百分率范围是1％-10％。结合到纤维中和纤维上的绿光颗粒与红光颗粒的比例在0.5:1-4:1之间变化，这取决于所需光输出。
当用以450-460nm发射的蓝光LED包装时，在这一实施例中出自LED的蓝光和出自光致发光纤维的绿光和黄光发射共混而产生白光。
实施例3.激发源：在408nm的紫光LED
发光化合物：两种不同尺寸的CdSe/ZnSe芯壳量子点，其中第一尺寸的颗粒直径是2.4nm(绿光发射)，第二尺寸的颗粒直径是5.2nm(红光发射)(购买自Evident Technologies)。
将这两种尺寸的发光量子点按0.1％-30％(总重量量子点/重量纤维)的重量百分率结合到纤维中和纤维上，其中更适合的重量百分率范围是1％-10％。结合到纤维中和纤维上的绿光颗粒与红光颗粒的比例在0.5:1-5:1之间变化，这取决于所需光输出。
当用以408nm发射紫光的LED包装时，在这一实施例中通过光致发光纳米纤维的红色和绿色的发射与该LED的紫光发射共混而产生白光。
实施例4.激发源：在408nm的紫光LED
发光化合物：三种不同尺寸的CdSe/ZnSe芯壳量子点，其中第一尺寸的颗粒直径是1.9nm(蓝光发射)，第二尺寸的颗粒直径是2.4nm(绿光发射)和第三尺寸的颗粒直径是5.2nm(红光发射)(购自EvidentTechnologies)。
将这三种尺寸的发光量子点按0.1％-30％(总重量量子点/重量纤维)的重量百分率结合到纤维中和纤维上，其中更适合的重量百分率范围是1％-10％。结合到纤维中和纤维上的蓝光颗粒与绿光颗粒的比例在1:1:0.5-5:5:4之间变化，这取决于所需光输出。
当用以408nm发射紫光的LED包装时，在这一实施例中通过光致发光纳米纤维的蓝色、红色和绿色颜色的发射共混产生白光。出自LED的少许至没有可见光辐射直接地贡献于白光产品。
实施例5.激发源：在350-370nm的UV LED。
发光化合物：三种不同尺寸的CdSe/ZnSe芯壳量子点，其中第一尺寸的颗粒直径是1.9nm(蓝光发射)，第二尺寸的颗粒直径是2.4nm(绿光发射)和第三尺寸的颗粒直径是5.2nm(红光发射)(购自EvidentTechnologies)。
将这三种尺寸的发光量子点按0.1％-30％(总重量量子点/重量纤维)的重量百分率结合到纤维中和纤维上，其中更适合的重量百分率范围是1％-10％。结合到纤维中和纤维上的蓝光颗粒与绿光颗粒、红光颗粒的比例在1:1:0.5-5:5:1之间变化，这取决于所需光输出。
当用以350-370nm发射UV的LED包装时，通过该光致发光纳米纤维的蓝色、红色和绿色颜色的发射的共混而产生白光。
实施例6.激发源：在408nm的紫光LED
发光化合物：Bowers等人在White-light Emission from MagicSized Cadmium Selenide Nanocrystals，J，American ChemicalSociety 2005，127，15378-15379中描述的产生白光的CdSe纳米晶体。这些纳米晶体发射宽带辐射，该宽带辐射由于电荷重组从表面状态看起来是白色。
将这些纳米晶体按0.1％-30％(总重量量子点/重量纤维)的重量百分率结合到纤维中和纤维上，其中更适合的重量百分率范围是1％-10％。
当用以408nm发射紫光的LED包装时，在这一实施例中产生白光。出自LED的少许至没有可见光辐射贡献于白光产品。
实施例7.激发源：在350-370nm的UV LED。
发光化合物：三种不同尺寸的CdSe/ZnSe芯壳量子点，其中第一尺寸的颗粒直径是1.9nm(蓝光发射)，第二尺寸的颗粒直径是2.4nm(绿光发射)和第三尺寸的颗粒直径是5.2nm(红光发射)(购自EvidentTechnologies)。
按不同的方法将颗粒结合到纳米纤维中。例如，可以通过将能吸收蓝光的红色和绿色量子点与用于电纺的聚合物溶液预混合将红色和绿色量子点放入纳米纤维的内部中(实施方案I)。然后，可以使用上述电喷涂(实施方案II)或液相涂覆(实施方案III)方法将蓝色量子点添加到纳米纤维的表面上。按0.1％-30％(总重量量子点/重量纤维)的重量百分率将该三种尺寸的发光量子点结合到纤维中和纤维上，其中更适合的重量百分率范围是1％-10％。结合到纤维中和纤维上的蓝光颗粒与绿光颗粒、红光颗粒的比例在1:1:0.5-5:5:1之间变化，这取决于所需光输出。
当用以350-370nm发射UV的LED包装时，通过该光致发光纳米纤维的蓝色、红色和绿色颜色的发射的共混而产生白光。
发光器件
在本发明的一个实施方案中，将包括发光材料的电纺纤维毡包括在包封剂例如环氧树脂基体中。图10是描绘根据本发明一个实施方案的构型的示意图，其中发光二极管(LED)经由包封剂将光与包括发光或光可激发颗粒的纤维耦合。更具体地说，图11示出了发射穿过具有某种量子点分布(未显示)的纳米纤维材料2、4的UV或蓝光的LED 50。由LED 50发射的UV或蓝光构成纳米纤维材料2、4的入射光。可激发颗粒4(例如，量子点)吸收入射光，并且取决于它们的性能，发射白光。例如，纤维毡材料2、4包封在环氧树脂包封剂52中。环氧树脂52可以包封LED 50和纤维毡材料2、4，完全或部分地包封。纤维毡材料2、4可以包括尺寸大约1.5nm-10nm的量子点以产生跨越可见光谱所需部分的光发射。在本发明的一个实施方案中，控制各种量子点的浓度(和/或尺寸分布)，以提供类似于日光发射的高质量白光。
在其它实施例中，对于其它非白光应用，可以选择比蓝光发射体更高浓度的红光发射体。因此，本发明容许通过将合适量子点发光体相应布局在发光结构的相应区域中制造单色和颜色特异性发光结构。具有相应的发射颜色(即，白色、红色、蓝色、绿色或色彩组合)的预制纤维毡可以经切割并放入相应区域中，以致例如经由纤维光缆耦合的常用光源将从相应的区域产生不同光。
根据本发明的另一个实施方案，在用环氧树脂包封之前可以将纤维毡直接地放置在LED 50的表面上。这种布局可以降低UV吸收在环氧树脂中的能量损耗。可激发颗粒4例如量子点可以在LED附近集中以达到最大吸收效果。另外，作为纳米纤维毡与LED粘结的部分，可以用低折射指数聚合物，例如硅酮填充纤维中的空隙，以优化俘获UV光所要求的散射效应。
图10是描绘根据本发明一个实施方案的构型的示意图，其中发光二极管(LED)50经由其中含有包括可激发颗粒4的纤维2的包封剂52将光耦合。在这个实施方案中，如图10所示，包括可激发颗粒4的纳米纤维毡已经被分割(例如切短)并且作为填料添加到环氧树脂包封剂52，例如通常用于LED的包封剂中。备选途径是通过环氧树脂的剪切分散纤维。因为可以使纳米纤维变小以不干扰透明环氧树脂的可见光透明性，所以环氧树脂的光学性能将不受影响。
本发明各种实施方案与传统技术相比的一些优点包括：1)提供具有宽光谱发射的发光材料，可以通过将纳米颗粒的分布引入本发明光可激发器件产生；2)产生此种结构要求比当前用于磷光体的浇铸或电泳法更少的溶剂；3)允许经由纳米颗粒的选择(即，颗粒密度、尺寸、组成等)和纳米纤维几何结构(即，长度、直径等)独立地控制发光材料的发射、透射和散射特性；4)由于更高的表面积和纤维几何结构的控制，允许更有效操作光致发光转换器；和5)与备选途径相比提供更方便的方法来处理和加工成品器件中的纳米颗粒。
根据上述教导，本发明的许多修改和改变是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求书的范围内，本发明可以按本文特别描述的之外的方式实施。

Claims (49)

1.可激发发光的器件，包括：
纤维毡，包括，
平均纤维直径在100至2000nm之间的纳米纤维，和
与该纳米纤维结合布置并且配置用来在接收波长λ的一次光时产生二次光发射的多个光可激发颗粒；和
所述平均纤维直径在尺寸上与波长λ相当以在该纤维毡内提供该一次光的散射部位。
2.权利要求1的器件，其中该平均纤维直径在300-600nm之间。
3.权利要求2的器件，其中该平均纤维直径在400nm-500nm之间。
4.权利要求1的器件，其中该平均纤维直径为该波长λ的0.50-1.50倍。
5.权利要求4的器件，其中该平均纤维直径为该波长λ的0.9-1.10倍。
6.权利要求1的器件，其中该波长λ在300-600纳米之间。
7.权利要求6的器件，其中该波长λ在400-500纳米之间。
8.权利要求1的器件，其中该纤维毡具有0.01微米-2,000微米的厚度。
9.权利要求1的器件，其中该纤维毡具有1-500微米的厚度。
10.权利要求1的器件，其中该可激发颗粒包括发光颗粒。
11.权利要求10的器件，其中该发光颗粒包括量子点和纳米磷光体中至少一种。
12.权利要求11的器件，其中该量子点包括以下物质中至少一种：硅、锗、磷化铟、磷化铟镓、磷化铟、硫化镉、硒化镉、硫化铅、氧化铜、硒化铜、磷化镓、硫化汞、硒化汞、氧化锆、氧化锌、硫化锌、硒化锌、硅酸锌、硫化钛、氧化钛和氧化锡。
13.权利要求11的器件，其中该纳米磷光体包括以下物质中至少一种：稀土掺杂的金属氧化物，包括Y2O3:Tb、Y2O3:Eu3+、Lu2O3:Eu3+、CaTiO3:Pr3+、CaO:Er3+和(GdZn)O:Eu3+，稀土掺杂的钇铝石榴石(YAG)，包括YAG:Ce3+，稀土掺杂的氧化锆，包括ZrO2:Sm3+和ZrO2:Er3+，稀土掺杂的钒酸盐和磷酸盐，包括(YVO4:Eu)和(La，Ce，Tb)PO4，具有包括一种Gd2O3、GdO2S、PbO、ZnO、ZnS和ZnSe的主体基体并包括Eu、Tb、Tm和Mn掺杂剂中的一种的掺杂材料，和硫化锌和硒化锌的金属掺杂形式，包括ZnS:Mn2+和ZnS:Cu+。
14.权利要求11的器件，其中该纳米磷光体包括稀土掺杂的YAG、稀土掺杂的ZnS和稀土掺杂的ZnSe中至少一种。
15.权利要求1的器件，其中该可激发颗粒包括许多颜色特异性发光体，它们配置用来由一次光产生相应的二次光发射。
16.权利要求15的器件，其中由该纤维毡传输的一次光和出自该纤维毡的二次光发射产生颜色再现指数大于70的所得白光。
17.权利要求15的器件，其中由该纤维毡传输的一次光和出自该纤维毡的二次光发射产生颜色再现指数大于80的所得白光。
18.权利要求15的器件，其中出自该纤维毡的二次光发射产生颜色再现指数大于70的所得白光。
19.权利要求15的器件，其中出自该纤维毡的二次光发射产生颜色再现指数大于80的所得白光。
20.权利要求1的器件，其中该可激发颗粒布置在该纳米纤维的表面上或在该纳米纤维体积内。
21.权利要求1的器件，其中该可激发颗粒夹带在该纤维毡中。
22.权利要求1的器件，还包括：包覆该纤维毡的透明包封剂。
23.权利要求1的器件，还包括：配置用来产生一次光的发光二极管。
24.权利要求23的器件，还包括：包覆该发光二极管和纤维毡的透明包封剂。
25.权利要求1的器件，其中该纳米纤维包括有机和无机纤维中至少一种。
26.权利要求1的器件，其中该纳米纤维包含聚合物，该聚合物包括以下物质中至少一种：聚(丙烯酸烷基酯)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚(氧化乙烯)、聚苯乙烯、聚砜、聚交酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚(乙烯醇)、它们的衍生物和相关聚合物、聚硅酮、聚砜和它们的组合。
27.权利要求1的器件，其中该纳米纤维包括添加剂以改变纤维毡中纳米纤维的折射指数和电导率中的至少一种。
28.权利要求1的器件，其中该纳米纤维包括两组纤维。
29.权利要求28的器件，其中该两组纤维包括具有不同材料的纤维。
30.权利要求28的器件，其中该两组纤维包括具有不同平均纤维直径的纤维。
31.灯，包括：
一次光源；
纤维毡，包括，
平均纤维直径在100至2000nm之间的纳米纤维，和
与该纳米纤维结合布置并且配置用来在接收该一次光源的波长λ的光时产生二次光发射的多个光可激发颗粒；和
所述平均纤维直径在尺寸上与波长λ相当以在该纤维毡内提供该一次光的散射部位。
32.权利要求31的灯，其中该平均纤维直径在400nm-500nm之间。
33.权利要求31的灯，其中配置发光二极管用来发射所述在400-500纳米之间的波长λ。
34.权利要求31的灯，其中该纤维毡具有1-500微米的厚度。
35.权利要求31的灯，其中该可激发颗粒包括量子点和纳米磷光体中至少一种。
36.权利要求31的灯，其中该可激发颗粒包括许多颜色特异性发光体，它们配置用来由一次光产生相应的二次光发射。
37.权利要求31的灯，还包括：包覆该一次光源和纤维毡的透明包封剂。
38.权利要求31的灯，其中该一次光源包括发光二极管、发光二极管阵列、激光器和激光二极管阵列中至少一种。
39.发光纤维毡的制造方法，包括：
电纺包括可激发颗粒的聚合物溶液；
由该电纺溶液形成直径在100-2000nm之间并且包括该可激发颗粒的纳米纤维；和
聚集该纳米纤维而形成纤维毡。
40.权利要求39的方法，还包括：为该纤维毡提供表面涂层。
41.发光纤维毡的制造方法，包括：
电纺聚合物溶液而形成直径在100-2000nm之间的纳米纤维；
在电纺期间用可激发颗粒涂覆该纳米纤维；和
聚集该纳米纤维而形成纤维毡。
42.权利要求41的方法，其中涂覆包括：通过电喷涂束流引入可激发颗粒，该电喷涂束流被引导至从电纺聚合物溶液的电喷涂尖端移离的位置。
43.权利要求41的方法，其中该涂覆包括：将该可激发颗粒嵌入纳米纤维中。
44.权利要求41的方法，还包括：为该纤维毡提供表面涂层。
45.发光纤维毡的制造方法，包括：
电纺聚合物溶液而形成直径在100-2000nm之间的纳米纤维；
聚集该纳米纤维而形成纤维毡；和
用可激发颗粒涂覆该纤维毡。
46.权利要求45的方法，其中该涂覆包括：将该纤维毡浸入含该可激发颗粒的溶剂。
47.权利要求45的方法，还包括：提供含该可激发颗粒的溶剂的超声振荡溶液。
48.权利要求45的方法，还包括：从该溶液中取出纤维毡；和从该纤维毡干燥溶剂。
49.权利要求45的方法，还包括：为该纤维毡提供表面涂层。
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