CN101568617B - 固态照明组合物和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及照明技术，尤其是固态照明技术。在一个实施方案中，本发明提供了包括第一电极，透辐射第二电极和位于第一与第二电极之间的复合层的照明装置，该复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。

Description

固态照明组合物和系统
相关申请的交互引用
本申请因此根据美国法典第35章第119(e)项要求于2006年11月1日提交的美国临时专利申请No.60/855,824的优先权，并将其引入本文作为参考。
发明领域
本发明涉及照明技术，尤其是固态照明技术。
政府专利许可权声明
本发明是在美国国防部-美国空军科研办公室(AFOSR)授权号FA9550-04-1-0161的支持下进行的。联邦政府可以保留本发明的某些许可权。
发明背景
目前可用的照明系统包括白炽光源，荧光光源，卤素光源和高强度放电光源。以这些照明光源为基础的照明系统内存在着缺点，许多缺点与效率有关。现在，导致光产生的电能仅占照明应用中所消耗的电能的约30％。剩余电能通过非辐射过程，如产热而消散。例如，白炽光源消耗所有照明能量的45％，但仅产生全部发光的14％。此外，荧光灯的效率仅为白炽光源的约4倍，仍然存在着固有的能量损失。
新的试图克服现有照明系统的缺点的照明技术正在开发当中。有一种这样的技术以发光二极管(LEDs)为基础。一般而言，发光二极管由半导体材料构成，其在偏置发射辐射。根据所用半导体材料的不同，所发射的辐射可以落入电磁谱的紫外，可见或红外区。发光二极管提供了寿命增加，产热减少和快速照明时间(rapid illumination times)的优点。然而，发光二极管的缺点包括温度依赖性性能特征，单向光输出和发射谱带狭窄。发光二极管发射谱带狭窄的特征需要数个发射谱不同的二极管捆在一起来产生白色光源。通过将发光二极管捆成束(bundling)来产生白色光源的花费很高，导致其在许多照明应用中的使用因为成本问题而受到禁止。
考虑到前述缺点，提供以白炽，荧光，卤素，高强度放电和发光二极管技术为基础的照明系统的替代品的照明组合物和系统将是人们所希望提供的。另外，人们还会希望提供制造这些照明组合物和系统的方法。
发明概述
一方面，本发明提供了用于照明应用的固态组合物和系统。本发明还提供了制造用于照明应用的固态组合物和系统的方法以及产生电磁辐射的方法。本发明的照明组合物，装置和系统为现有的白炽光，荧光和LEDs的照明光源提供了替代品。
在一个实施方案中，本发明提供了包括第一电极，透辐射第二电极和位于第一与第二电极之间的复合层的照明装置，该复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。本文用到的磷光体是指任何由激发态辐射弛豫(relax)的化学物质。此外，本文用到的透辐射是指至少部分穿过电磁谱的可见，红外和/或紫外区的辐射的能力。在一些实施方案中，透辐射材料可以在吸光度和/或其它干扰最小的条件下穿过可见电磁辐射。
在一些实施方案中，复合层包括放置在透辐射电介质材料中的多个电场集中器和多个磷光体。在一些实施方案中，第一电极也是透辐射的。
在本发明的照明装置的复合层的一些实施方案中，一个或多个电场集中器被放置在第一层第一透辐射电介质材料中，而一个或多个磷光体被放置在第二层第二透辐射电介质材料中。在一些实施方案中，第一和第二透辐射电介质材料包括相同的材料。在其它实施方案，第一和第二透辐射电介质材料包括不同的材料。根据本发明的一些实施方案的复合层可以显示任何数目的以任何方式排列的电介质层，该电介质层独立地包括多个电场集中器和/或多个磷光体。
在本发明的照明装置的复合层的一些实施方案中，一个或多个电场集中器被放置在第一层第一透辐射电介质材料中，而一个或多个磷光体被放置在第二层透辐射非电介质材料中。在一些实施方案中，透辐射非电介质材料包括共轭聚合物，半导体聚合物或其组合物。在一些实施方案中，放置在透辐射非电介质材料中的磷光体包括电介质涂层。
在一些实施方案中，本发明的照明装置还包括复合层与第一电极和/或第二电极之间的一个或多个透辐射电介质层。在一些实施方案中，透辐射电介质层起预防或抑制照明装置的电介质击穿的缓冲层的作用。
在一些实施方案中，透辐射电介质缓冲层可以放置在照明装置的复合层内。例如，在一个实施方案中，透辐射电介质缓冲层可以放置在第一层与第二层之间，该第一层包括一个或多个放置在第一透辐射电介质材料中的电场集中器，该第二层包括一个或多个放置在第二透辐射电介质材料中的磷光体。在另一个实施方案中，透辐射电介质缓冲层可以放置在第一层与第二层之间，该第一层包括放置在透辐射第一电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体，该第二层包括放置在透辐射第二电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。
在另一个实施方案中，本发明提供了包括至少一个照明装置和至少一个与该照明装置耦合的电路的照明系统。适合与至少一个电路耦合的照明装置可以包括本文所提供的任何照明装置。例如，在本发明的照明系统的一个实施方案中，该至少一个照明装置包括第一电极，透辐射第二电极和放置在第一电极与第二电极之间的复合层，其中复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。在一些实施方案中，多个电路与至少一个照明装置耦合。
根据本发明的一些实施方案的照明系统包括多个与至少一个电路耦合的照明装置。在一些实施方案中，该多个照明装置的至少一个电路各自相同。在其它实施方案中，该多个照明装置的至少一个电路各不相同。
根据一些实施方案，本发明的照明系统还包括用于一个或多个照明装置的外罩和/或夹具。在一些实施方案中，外罩和/或夹具包括防护壳，面板，板片(tile)，框架和/或其它外壳。
在一些实施方案中，本发明的照明系统具有120VAC+/-10％的标称工作电压。在其它实施方案中，本发明的照明系统具有范围为约10VAC至约220VAC的工作电压。在另一个实施方案中，本发明的照明系统的工作电压在约20VAC至约440VAC的范围内。
此外，在一些实施方案中，由所施加的VAC产生的电场的频率在约16Hz至约16000Hz的范围内。在其它实施方案中，电场的频率为约50Hz或约60Hz。在另一个实施方案中，电场的频率为约200Hz或约400Hz。在另一实施方案中，电场的频率为约800Hz或约1200Hz。在一个实施方案中，电场的频率为约1600Hz。
在一些实施方案中，本发明的照明系统可操作的接受约5V至约1000V或约100V至约500V的DC工作电压。在另一个实施方案中，本发明的照明系统具有约12V的DC工作电压。
另一方面，本发明提供了生产照明装置和系统的方法。在一个实施方案中，生产照明装置的方法包括提供第一电极，提供透辐射第二电极，提供复合层和将复合层放置在第一电极与第二电极之间，其中复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。在一些实施方案中，提供复合层包括将至少一个电场集中器和至少一个磷光体放置在透辐射电介质材料中。在其它实施方案中，提供复合层包括将至少一个电场集中器放置在第一层第一透辐射电介质材料中和将至少一个磷光体放置在靠近第一层的第二层第二透辐射电介质材料中。
在一些实施方案中，生产照明系统的方法包括提供至少一个照明装置和将至少一个照明装置与至少一个电路耦合。适合与至少一个电路耦合的照明装置可以包括本文所提供的任一照明装置。在一个实施方案中，照明装置包括第一电极，透辐射第二电极和放置在第一电极与第二电极之间的复合层，该复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。在一些实施方案中，照明装置包括多个电场集中器和多个磷光体。在一些实施方案中，生产照明系统的方法包括将至少一个照明装置与多个电路耦合。
在另一个实施方案中，生产照明系统的方法包括提供本发明的多个照明装置和将多个照明装置各自与至少一个电路耦合。在一些实施方案中，至少一个电路对于多个照明装置各自来说是相同的。在其它实施方案中，至少一个电路对于多个照明装置各自来说是不相同的。
另一方面，本发明提供了产生电磁辐射的方法。在一个实施方案中，产生电磁辐射的方法包括提供包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体的复合层，将复合层放置在电场中，激活至少一个磷光体，以及从至少一个磷光体发射辐射。在另一个实施方案中，产生电磁辐射的方法包括提供包括至少一个放置在第一层第一透辐射电介质材料中的电场集中器和至少一个放置在第二层第二透辐射电介质材料中的磷光体的复合层，将复合层放置在电场中，激活至少一个磷光体，以及从至少一个磷光体发射辐射。
在产生电磁辐射的方法的一些实施方案中，激活至少一个磷光体包括将电荷从至少一个电场集中器转移至至少一个磷光体。根据一些实施方案，电荷包括电子。在其它实施方案中，电荷包括空穴。此外，在一些实施方案中，激活至少一个磷光体包括产生电介质位移电流和用电介质位移电流使至少一个磷光体处于激发态。
在一些实施方案中，产生电磁辐射的方法包括激活多个磷光体和从多个磷光体发射电磁辐射。根据本发明的一些实施方案，激活多个磷光体包括将电荷从至少一个电场集中器转移至多个磷光体，用电介质位移电流使多个磷光体处于激发态，或其组合。
下面的发明详述中更详细地描述了本发明的这些和其它实施方案。
附图简述
图1图示了根据本发明的实施方案的照明装置的横截面图。
图2图示了根据本发明的实施方案的照明装置的横截面图。
图3图示了根据本发明的实施方案的照明装置的横截面图。
图4图示了CIE色度标尺。
图5(a)-(b)图示了没有电场集中器存在的照明组合物的电致发光特性。
图6(a)-(b)图示了包括电场集中器的本发明的照明组合物的电致发光特性。
发明详述
本发明提供了用于照明应用的固态组合物和系统。本发明还提供了制造用于照明应用的固态组合物和系统的方法，及产生电磁辐射的方法。本发明的照明组合物，装置和系统为现有的白炽光，荧光和LEDs的照明光源提供了替代品。
在一个实施方案中，本发明提供了包括第一电极，透辐射第二电极和放置在第一电极与第二电极之间的复合层的照明装置，该复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。
现在转向可以包括在本发明的照明装置的各种实施方案中的组件，本发明的照明装置包括复合层。根据本发明的一些实施方案，复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。在一些实施方案中，复合层包括放置在透辐射电介质材料中的多个电场集中器和多个磷光体。
在一些实施方案中，电场集中器包括具有纳米或数十纳米级直径和微米或毫米级长度的高长径比材料。本文用到的术语长径比是指电场集中器的长度除以电场集中器的直径或宽度。在一些实施方案中，电场集中器显示了范围为约1至约106的长径比。在其它实施方案中，电场集中器显示了范围为约10至约100,000的长径比。在另一实施方案中，电场集中器具有范围在约10至约10,000，或约5至约1000之间的长径比。
根据本发明的一些实施方案，电场集中器具有约1nm至约5mm，或约10nm至约1mm的长度范围。在另一个实施方案中，电场集中器具有约50nm至约500μm，约100nm至约100μm，或约500nm至10μm的长度范围。在另一实施方案中，电场集中器具有约200μm至约500μm的长度范围。
在一些实施方案中，电场集中器具有约1nm至约100nm的直径范围。在另一个实施方案中，电场集中器具有约10nm至约80nm或约20nm至约60nm的直径范围。在一些实施方案中，电场集中器具有大于约100nm或小于约1nm的直径。
在一些实施方案中，电场集中器包括纳米管。在一些实施方案中，纳米管包括碳纳米管，其中碳纳米管包括单壁碳纳米管(SWNT)，多壁碳纳米管(MWNT)，切割(cut)碳纳米管，以及掺杂单壁碳纳米管，掺杂多壁碳纳米管或其混合物。
在一些实施方案中，掺杂单壁碳纳米管和掺杂多壁碳纳米管包括重量百分比为约0.1％至约30％的量的硼。在其它实施方案中，掺杂单壁碳纳米管和掺杂多壁碳纳米管包括重量百分比为约5％至约25％，或约10％至约20％的量的硼。在另一实施方案中，掺杂单壁碳纳米管和掺杂多壁碳纳米管包括重量百分比小于0.1％的量的硼。
在一些实施方案中，掺杂单壁碳纳米管和掺杂多壁碳纳米管包括重量百分比为约0.1％至约30％的量的氮。在其它实施方案中，掺杂单壁碳纳米管和掺杂多壁碳纳米管包括重量百分比为约5％至约25％，或约10％至约20％的量的氮。在另一实施方案中，掺杂单壁碳纳米管和掺杂多壁碳纳米管包括重量百分比小于0.1％的量的氮。
在另一个实施方案，电场集中器包括金属纳米线，包括过渡金属纳米线。在一些实施方案中，金属纳米线包括银纳米线，金纳米线，铂金属纳米线，镍纳米线，铁纳米线，铜纳米线，或其组合。
在一些实施方案中，本发明的电场集中器包括半导体纳米线。根据一些实施方案，半导体纳米线包括II/VI半导体，III/V半导体，或其混合。在一个实施方案中，半导体纳米线包括碲化镉(CdTe)纳米线，硒化镉(CdSe)纳米线，硫化镉(CdS)纳米线，硫化锌(ZnS)纳米线，硒化锌(ZnSe)纳米线，砷化镓(GaAs)纳米线，氮化镓(GaN)纳米线，磷化铟(InP)纳米线，或其混合。
在一些实施方案中，电场集中器包括纳米棒。在一些实施方案中，纳米棒包括碳纳米管，金属纳米线，半导体纳米线，或其混合。
根据一些实施方案，包括碳纳米管，金属纳米线，或半导体纳米线的电场集中器被化学官能化，这可以增强电场集中器在电介质材料中的色散(dispersion)特征。在一些实施方案中，电场集中器的表面被化学官能化。根据本发明的一些实施方案，化学官能化包括电场集中器，如碳纳米管与一种或多种表面活性剂，如十二烷基硫酸钠和/或聚乙二醇对(1，1，3，3-四甲基丁基)-苯基醚(
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X-100)的非特异性结合。在另一个实施方案中，化学官能化包括电场集中器与一种或多种酸，包括磺酸和/或pluronic酸的非特异性结合，或与一种或多种聚合物，如(间亚苯基亚乙烯基)-(2，5-二辛氧基-对亚苯基)亚乙烯基共聚物(PmPV)，(2，6-亚吡啶基亚乙烯基)-(2，5-二辛氧基-对亚苯基)亚乙烯基共聚物(PPyPV)和/或(5-烷氧基-间亚苯基亚乙烯基)-(2，5-二辛氧基-对亚苯基)亚乙烯基共聚物(PAmPV)的非特异性结合。在另一实施方案中，化学官能化包括电场集中器与一种或多种聚乙二醇和/或碳酸的共价结合。
根据本发明的一些实施方案，复合层包括按重量计为复合层的约0.01％至约99％的量的电场集中器。在另一个实施方案中，复合层包括按重量计为复合层的约0.01％至约50％，或约1％至25％的量的电场集中器。在另一实施方案中，复合层包括按重量计为复合层的约0.01％至约10％，或约1％至约5％的量的电场集中器。
在一些实施方案中，复合层包括不同类型的电场集中器的混合物。例如，在一个实施方案中，复合层包括碳纳米管和金属纳米线电场集中器。在另一个实施方案中，复合层包括半导体纳米线电场集中器，金属纳米线电场集中器和碳纳米管电场集中器。本发明的复合层的实施方案涵盖电场集中器类型的所有组合。
除电场集中器外，本发明的复合层包括至少一个磷光体。在一些实施方案中，复合层包括多个磷光体。根据本发明的一些实施方案，磷光体包括纳米磷光体。在一些实施方案中，纳米磷光体包括平均直径在约1nm至约500nm，或约10nm至约300nm范围内的颗粒。在另一个实施方案中，纳米磷光体包括平均直径在约50nm至约250nm，或约75nm至约150nm，或约5nm至约50nm范围内的颗粒。在另一实施方案中，纳米磷光体包括平均直径小于1nm或大于500nm的颗粒。
根据本发明的实施方案，包括纳米磷光体的磷光体由激发态可操作辐射弛豫(radiatively relax)。在一些实施方案中，磷光体发射电磁谱的可见区辐射。在一些实施方案中，磷光体除了发射电磁谱的可见区辐射外，还发射电磁谱的紫外或红外区辐射。在其它实施方案中，磷光体发射电磁谱的紫外或红外区辐射，但不发射可见区辐射。根据本发明的实施方案，可以选择磷光体来发射具有与红，橙，黄，绿，蓝，靛和紫色相应的波长的辐射。
在一些实施方案中，包括纳米磷光体的磷光体包括镧系和锕系元素(稀土发射体)，如铒，镱，镝或钬；金属，如过渡金属；金属氧化物；金属硫化物；或其组合物。在一些实施方案中，磷光体包括掺杂三氧化二钇(Y2O3)，包括Y2O3:Eu，Y2O3:Zn和Y2O3:Ti。在其它实施方案中，磷光体包括掺杂硫化锌，包括ZnS:Cu，ZnS:Mn，ZnS:Ga，ZnS:Gd或其混合物。在另一个实施方案中，磷光体包括掺杂硫化钙，包括CaS:Er，CaS:Tb，CaS:Eu，或其混合物。在另一实施方案中，磷光体包括掺杂氧化锌，包括ZnO:Eu。在一个实施方案中，磷光体包括掺杂硫化锶，包括SrS:Ca，SrS:Mn，SrS:Cu，或其混合物。
在另一个实施方案中，包括纳米磷光体的磷光体包括半导体材料。在一个实施方案中，半导体材料包括量子点，该量子点包括II/VI和III/V半导体。在一些实施方案中，磷光体包括硒化镉(CdSe)量子点，碲化镉(CdTe)量子点，硫化镉(CdS)量子点，硫化锌(ZnS)量子点，硒化锌(ZnSe)量子点，砷化镓(GaAs)量子点，氮化镓(GaN)量子点，磷化铟(InP)量子点，或其混合物。在一些实施方案中，量子点包括核/壳结构，其中核是II/VI半导体，壳是III/V半导体，或者核是III/V半导体，壳是II/VI半导体。
在另一实施方案中，磷光体可以包括有机和无机染料，及其它由激发态可操作辐射弛豫的化学物类。在一些实施方案中，有机染料和化学物类包括H2C6N和4-二烷基氨基-1，8-萘二甲酰亚胺以及1，8-萘二甲酰亚胺衍生物和化合物，如多支链萘二甲酰亚胺衍生物TPA-NA1，TPA-NA2和TPA-NA3。有机磷光体材料还可以包括4-(二甲氨基)肉桂腈(顺式和反式)，反式4-[4-(二甲氨基)苯乙烯基]-1-甲基吡啶鎓碘化物，4-[4-(二甲氨基)苯乙烯基]吡啶，4-(二乙氨基)苯甲醛二苯腙，反式4-[4-(二甲氨基)苯乙烯基]-1-甲基吡啶鎓对甲苯磺酸盐，2-[乙基[4-[2-(4-硝基苯基)乙烯基]苯基]氨基]乙醇，4-二甲氨基-4′-硝基茋，分散橙25，分散橙3和分散红1。
在一些实施方案中，包括纳米磷光体的磷光体包括防护层。在一个实施方案中，防护层包括玻璃。在其它实施方案中，磷光体防护层包括树突型配体和/或其它树突状结构及壳，包括半导体或金属氧化物。在一些实施方案中，与本发明的磷光体联合的防护层几乎不干扰或减弱磷光体的辐射发射。
在一些实施方案中，防护层可以增强磷光体在电介质材料中的色散特性。在其它实施方案中，包括纳米磷光体的磷光体可以被化学官能化，这可以增强磷光体在电介质材料中的色散特性。在一些实施方案中，除了一个或多个防护层外，还实施了化学官能化。
根据本发明的一些实施方案，复合层包括按重量计为复合层的约0.01％至约99％的量的磷光体。在另一个实施方案中，复合层包括按重量计为复合层的约0.01％至约50％，或约1％至约25％的量的磷光体。在另一实施方案中，复合层包括按重量计为复合层的约0.01％至约10％，或约1％至约5％的量的磷光体。
本文所述的本发明复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。在一些实施方案中，多个电场集中器和磷光体被放置在透辐射电介质材料中。在一些实施方案中，透辐射电介质材料具有大于约1至约10的介电常数。在另一个实施方案中，透辐射电介质材料具有大于约10的介电常数。
在一些实施方案中，透辐射电介质材料包括聚合物材料。在一个实施方案中，聚合物材料包括氟化聚合物，如聚偏氟乙烯(PVDF)，聚氟乙烯(PVF)，聚四氟乙烯(PTFE)，全氟丙烯，聚三氟氯乙烯(PCTFE)，或其共聚物和组合物。在一些实施方案中，聚合物材料包括聚丙烯酸酯，包括聚丙烯酸(PAA)，聚甲基丙烯酸酯(PMA)，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，或其共聚物和组合物。在其它实施方案中，聚合物材料包括聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚碳酸酯，聚酰胺，聚酰亚胺，或其共聚物和组合物。根据本发明的实施方案，聚合物电介质材料涵盖本领域技术人员了解的任何适宜的分子量(Mw)和多分散性。
在一些实施方案中，电场集中器和磷光体通过与电介质材料掺合来放置在透辐射电介质材料中。电场集中器和磷光体与透辐射电介质材料的掺合导致了电场集中器和磷光体分散在整个电介质材料中。
在其中透辐射电介质材料包括聚合物材料的一些实施方案中，电场集中器和磷光体向聚合物材料中的掺合可以在液相中完成。在一个实施方案中，液相掺合包括向第一溶剂中加入聚合物材料，向第二溶剂中加入电场集中器，和向第三溶剂中加入磷光体。将所得三种溶液掺合成单一溶液，其中电场集中器和磷光体被分散在聚合物相中。随后除去溶剂，形成复合层。向聚合物材料中掺合电场集中器和磷光体的实施方案涵盖其它液相程序，如将一种或多种组分加入同一溶剂中，然后与一种或多种其它溶剂掺合。
在其它实施方案中，复合层的组分的掺合可以用聚合物熔体和溶剂完成。在其它实施方案中，电场集中器和磷光体与聚合物材料的掺合可以通过超声掺合和胶凝，挤出，双螺杆和混沌对流(chaoticadvection)来完成。
在本发明的照明装置的复合层的一些实施方案中，一个或多个电场集中器被放置在第一层第一透辐射电介质材料中，一个或多个磷光体被放置在第二层第二透辐射电介质材料中。在这些实施方案中，电场集中器，磷光体和第一及第二透辐射电介质材料包括上文提供的那些。在一些实施方案中，第一和第二透辐射电介质材料包括相同的材料。在其它实施方案中，第一和第二透辐射电介质材料包括不同的材料。在一些实施方案中，第一和第二透辐射电介质材料包括与上文提供的一致的聚合物材料。
在一些实施方案中，包括一个或多个放置在第一层第一透辐射电介质材料中的电场集中器和一个或多个放置在第二层第二透辐射电介质材料中的磷光体的复合层还包括至少一层包括一个或多个放置在其它透辐射电介质材料中的电场集中器和/或磷光体的其它层。
根据本发明的一些实施方案，复合层可以显示任何数目的以任何方式排列的电介质层，该电介质层独立地包括多个电场集中器和/或多个磷光体。在复合层的一些实施方案中，界面层出现在包括多个电场集中器的第一透辐射电介质层与包括多个磷光体的第二透辐射电介质层之间。界面层可以包括电场集中器与磷光体的混合物。
如本文提供的那样，在一些实施方案中，多个磷光体可以放置在非电介质材料中。在一些实施方案中，复合层可以显示任何数目的以任何方式排列的独立地包括多个电场集中器和/或多个磷光体的电介质层和任何数目的包括多个磷光体的非电介质层。
复合层显示任何数目的以任何方式排列的具有独立构成的电介质层的能力使照明装置的制作能够满足特殊应用的需求，该电介质层各自包括多个电场集中器和/或多个磷光体。
例如，在一些实施方案中，本发明的照明装置需要具有在AC电压或DC电压下操作的能力。在一个实施方案中，为了满足这一要求，照明装置的复合层可以包括一个或多个放置在第一层第一透辐射电介质材料中的电场集中器，其中第一层被插在包括一个或多个放置在第二透辐射电介质材料中的AC电致发光磷光体的第二层与包括一个或多个放置在第三透辐射电介质材料中的DC电致发光磷光体的第三层之间。
或者，本发明的照明装置的复合层可以包括AC电致发光层和DC电致发光层，该AC电致发光层包括放置在第一透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个AC电致发光磷光体，该DC电致发光层包括放置在第二透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个DC电致发光磷光体。
在本发明的照明装置的复合层的一些实施方案中，一个或多个电场集中器被放置在第一层第一透辐射电介质材料中，一个或多个磷光体被放置在第二层透辐射非电介质材料中。在一些实施方案中，透辐射非电介质材料包括共轭聚合物，半导体聚合物或其组合物。在一些实施方案中，放置在透辐射非电介质材料中的磷光体包括电介质涂层。
在一些实施方案中，复合层的厚度在约10nm至约500μm的范围内。在其它实施方案中，复合层的厚度在约50nm至约300μm，或约100nm至约250μm的范围内。在另一个实施方案中，复合层的厚度在约150nm至约100μm的范围内。在另一实施方案中，复合层的厚度在约500nm至约10μm的范围内。
除了复合层外，本发明的照明装置包括第一电极和透辐射第二电极。在一些实施方案中，第一电极包括金属。根据本发明的实施方案，适合用作电极的金属包括金属元素，例如，金，铜，铂等，及金属合金，包括由两种或两种以上基本上纯的材料组成的材料。在一些实施方案中，第一电极包括过渡金属，包括金，银，铜，镍，铁，或其合金。在另一个实施方案中，第一电极包括铝。
第一电极可以具有任何预期的厚度。在一些实施方案中，第一电极的厚度在约100nm至约1mm的范围内。在其它实施方案中，第一电极的厚度在约250nm至约750μm，或约500nm至约500μm的范围内。在另一个实施方案中，第一电极的厚度在约1μm至约300μm的范围内。在另一实施方案中，第一电极的厚度小于约100nm或大于1mm。在一个实施方案中，第一电极具有可以至少部分穿过可见电磁辐射的厚度。此外，在一些实施方案中，第一电极可以是反射式的，从而允许在复合层中产生电磁辐射的反射。
一些实施方案中，第一电极是透辐射的。在一些实施方案中，透辐射第一电极包括透辐射导电氧化物。在一些实施方案中，透辐射导电氧化物包括氧化铟锡(ITO)，氧化镓铟锡(gallium indium tin oxide，GITO)，氧化锌铟锡(zinc indium tin oxide，ZITO)，氧化铟锑(indiumantimony oxide，IAO)，和氧化锑锡(antimony tin oxide，ATO)。在另一个实施方案中，透辐射第一电极包括透辐射聚合物材料，如聚苯胺(PANI)及其化学相关物。
在一些实施方案中，3，4-聚乙烯二氧噻吩(PEDOT:PSS)可以是透辐射第一电极的适宜透辐射聚合物材料。在一个实施方案中，包括分散在PEDOT:PSS中的纳米粒，如碳纳米管的PEDOT:PSS复合物可以起到第一电极的适宜透辐射聚合物材料的作用。在一些实施方案中，PEDOT:PSS复合电极包括重量为复合电极的约0.01％至约80％的碳纳米管。在另一个实施方案中，PEDOT:PSS复合电极包括重量为电极的约0.1％至约10％，或约0.5％至约5％的碳纳米管。
根据一些实施方案，透辐射第二电极包括透辐射导电氧化物。在一些实施方案中，透辐射导电氧化物包括氧化铟锡(ITO)，氧化镓铟锡(gallium indium tin oxide，GITO)，氧化锌铟锡(zinc indium tin oxide，ZITO)，氧化锑锡(antimony tin oxide，ATO)，和氧化铟锑(indiumantimony oxide，IAO)。在另一个实施方案中，透辐射第二电极包括透辐射聚合物材料，如聚苯胺(PANI)及其化学相关物。在另一实施方案中，透辐射第二电极可以包括厚度可以至少部分穿过可见电磁辐射的金属或碳纳米管层。
在一些实施方案中，3，4-聚乙烯二氧噻吩(PEDOT:PSS)可以是第二电极的适宜透辐射聚合物材料。在一个实施方案中，包括分散在PEDOT:PSS中的纳米粒，如碳纳米管的PEDOT:PSS复合物可以起到第二电极的适宜透辐射聚合物材料的作用。在一些实施方案中，PEDOT:PSS复合电极包括重量为复合电极的约0.01％至约80％的碳纳米管。在另一个实施方案中，PEDOT:PSS复合电极包括重量为电极的约0.1％至约10％，或约0.5％至约5％的碳纳米管。
在一些实施方案中，透辐射第二电极的厚度在约1μm至约500μm的范围内。在其它实施方案中，透辐射第二电极的厚度在约10μm至约300μm，或约50μm至约250μm的范围内。在另一个实施方案中，透辐射第二电极的厚度在约100μm至约200μm的范围内。在另一实施方案中，透辐射第二电极的厚度小于约1μm，或大于约500μm。
在一些实施方案中，照明装置还包括与透辐射第二电极邻近的第一防护层。根据本发明的实施方案，第一防护层是透辐射的。在一些实施方案中，防护层包括聚合物材料，如聚碳酸酯，聚乙烯，聚丙烯，聚丙烯酸酯，聚氨酯，聚酯，聚酰胺，或其共聚物或组合物。防护层可以具有任何预期的厚度，该厚度常常取决于照明装置的应用。例如，在照明装置在高冲击或其它苛刻环境中使用的实施方案中，防护层可以具有相当大的厚度。在要求较低的环境里，防护层可以较薄。
在一个实施方案中，第一防护层的厚度在约1μm至约10mm的范围内。在另一个实施方案中，第一防护层的厚度在约10μm至约1mm，或约100μm至约800μm的范围内。在一些实施方案中，第一防护层的厚度在约250μm至约500μm的范围内。在另一实施方案中，第一防护层的厚度小于约1μm或大于约10mm。
在一些实施方案中，本发明的照明装置具有与第一电极邻近的第二防护层。在一些实施方案中，第二防护层包括与本文所述第一防护层一致的材料。
在一些实施方案中，照明装置还在复合层与第一电极和/或第二电极之间包括一层或多层透辐射电介质层。在一些实施方案中，放置在复合层与第一和/或第二电极之间的一层或多层电介质层可以起到缓冲层的作用，从而阻止或抑制照明装置的电介质击穿。
在一些实施方案中，透辐射电介质缓冲层可以放置在照明装置的复合层内。例如，在一个实施方案中，透辐射电介质缓冲层可以放置在第一层与第二层之间，该第一层包括一个或多个放置在第一透辐射电介质材料中的电场集中器，该第二层包括一个或多个放置在第二透辐射电介质材料中的磷光体。在另一个实施方案中，透辐射电介质缓冲层可以放置在第一层与第二层之间，该第一层包括放置在第一透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体，该第二层包括放置在第二透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。
在一些实施方案中，透辐射电介质缓冲层包括聚合物材料，陶瓷材料，或其组合物。在一些实施方案中，聚合物电介质材料包括本文所述用于复合层的那些聚合物包括聚甲基丙烯酸甲酯，聚偏氟乙烯，聚氧化乙烯，聚碳酸酯，或其共聚物。在一些实施方案中，陶瓷材料包括氧化硅，氧化铝，或其组合物。在一些实施方案中，透辐射电介质缓冲层几乎不包括电场集中器或磷光体。在一个实施方案中，透辐射电介质缓冲层不包括任何电场集中器或磷光体。
在一些实施方案中，透辐射电介质缓冲层的厚度在约1μm至约500μm，或约10μm至约400μm的范围内。在其它实施方案中，透辐射电介质缓冲层的厚度在约100μm至约300μm的范围内。在另一实施方案中，透辐射缓冲层的厚度小于约1μm或大于约500μm。
在一些实施方案中，放置在复合层中间的电介质缓冲层是不透辐射。在这样的实施方案中，电介质层可以包括聚合物材料，包括共轭聚合物，如聚噻吩和聚苯胺。
图1图示了根据本发明的一个实施方案的照明装置的横截面图。图1中所示照明装置(100)包括第一电极(102)和透辐射第二电极(112)。复合层(104)放置在第一电极(102)与透辐射第二电极(112)之间。在图1所示实施方案中，复合层(104)与第一电极(102)的内表面和透辐射第二电极(112)的内表面接触。复合层(104)包括分散在整个透辐射电介质聚合物材料(110)中的多个电场集中器(106)和多个磷光体(108)。防护层(114)与透辐射第二电极相邻放置。
图2图示了根据本发明的另一个实施方案的照明装置的横截面图。图2所示照明装置(200)包括第一电极(202)和透辐射第二电极(214)。复合层(204)放置在第一电极(202)与透辐射第二电极(214)之间。复合层(204)包括第一层第一透辐射电介质材料(206)和第二层第二透辐射电介质材料(208)。在图2所示实施方案中，电场集中器(210)放置在第一透辐射电介质材料(206)中，磷光体(212)放置在第二透辐射电介质材料(208)中。防护层(216)与透辐射第二电极(214)相邻放置。
图3图示了根据本发明的另一个实施方案的照明装置的横截面图。图3所示照明装置(300)包括第一电极(302)和透辐射第二电极(320)。复合层(304)放置在第一电极(302)与透辐射第二电极(320)之间。复合层(304)包括第一层(306)，该第一层(306)包括多个放置在第一透辐射电介质材料中的电场集中器(308)。复合层(304)还包括在第一层(306)两边的第二(310)和第三(312)层。第二层(310)包括多个放置在第二透辐射电介质材料中的磷光体(314)，第三层(312)包括多个放置在第三透辐射电介质材料中的磷光体(316)。
根据本发明的实施方案，照明装置可以发出白光和有色光。在一些实施方案中，本发明的照明装置所提供的电磁辐射的色度由分散在复合层的透辐射电介质材料中的磷光体的辐射发射特性决定。在一些实施方案中，具有相同或相似发射光谱的磷光体被分散在整个透辐射电介质材料中，以产生单色光。在另一个实施方案中，具有不同发射光谱的磷光体可以按多种比例混合，以产生白色光。例如，在一个实施方案中，可以将发红，绿和蓝光的磷光体混合，以产生各种颜色的光及白光。本发明的照明装置所提供的光的色度可以用CIE色度标尺确定。图4图示了CIE色度标尺，包括不同颜色光的坐标。本发明的实施方案涵盖产生任何CIE色度标尺上的颜色的光，包括白光的磷光体。
根据一些实施方案，本发明的包括第一电极，透辐射第二电极和放置在第一电极与第二电极之间的复合层的照明装置具有大于90流明/瓦的效率，所述复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。在一些实施方案中，照明装置具有大于100流明/瓦的效率。在另一个实施方案中，照明装置的效率在约100流明/瓦至约200流明/瓦的范围内。在另一实施方案中，照明装置的效率在约120流明/瓦至约160流明/瓦的范围内。在另一个实施方案中，照明装置具有大于200流明/瓦的效率。
在一些实施方案中，本发明的照明装置的寿命大于20,000小时连续工作。在另一个实施方案中，本发明的照明装置的寿命大于30,000小时工作。
在一些实施方案中，本发明的照明装置可以制成各种照明应用的尺寸。在一个实施方案中，照明装置的前表面积在约1cm2至约100cm2，或约5cm2至约50cm2的范围内。在另一个实施方案中，照明装置的前表面积约为1m2。在另一实施方案中，照明装置的前表面积(frontalsurface)大于约1m2或小于约1cm2。
在一些实施方案中，本文所述照明装置是挠性的。在这样的实施方案中，挠性允许将照明装置以不适用于刚性材料的方式滚成片状，弯曲状，曲线状，或其它构型。此外，在一些实施方案中，本发明的照明装置可以在不使照明装置不工作或赋予照明装置不可工作性的条件下切割或刻痕。结果，本发明的照明装置可以制成符合任何应用的大小。
本发明的照明装置被用作面板或液晶应用和显示器的背面照明，汽车照明，航空照明，商业照明，工业照明，家庭及装饰照明，包括壁纸照明和办公室及实验室照明。在一些实施方案中，本发明的照明装置被用于流动照明，娱乐和户外照明。在另一个实施方案中，本发明的照明装置可以在窗玻璃或其它玻璃应用中用作窗玻璃。在这样的实施方案中，当照明装置关闭时，该照明装置是透辐射的。然而，当打开时，该照明装置发射预期的一种或多种颜色的光。在一些实施方案中，该照明装置打开时发出白光。
在另一实施方案中，本发明的照明装置被用于军事照明应用，如飞机，船舰和潜艇的战斗照明系统。在一个实施方案中，本发明的照明装置被用于战斗照明灯系统。此外，在一些实施方案中，本发明的照明装置被用于光谱敏感的应用，如温室照明和医疗应用，包括光治疗性绷扎术。
另一方面，本发明提供了包括至少一个照明装置和至少一个与该照明装置耦合的电路的照明系统。在本发明的照明系统的一些实施方案中，该至少一个照明装置包括第一电极，透辐射第二电极和放置在第一电极与第二电极之间的复合层，其中复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。在一些实施方案中，复合层包括至少一个放置在第一层第一透辐射电介质材料中的电场集中器和至少一个放置在第二层第二透辐射电介质材料中的磷光体。在一些实施方案中，多个电路与至少一个照明装置耦合。
在另一个实施方案中，本发明的照明系统包括与至少一个电路耦合的多个照明装置。在一些实施方案中，至少一个电路对于多个照明装置各自来说是相同的。在其它实施方案中，至少一个电路对于多个照明装置各自来说是不相同的。在其中至少一个电路对于多个照明装置各自来说是不相同的实施方案中，根据向该多个照明装置各自同时或非同时施加电压，可以产生协调或随机的照明显示。
在一些实施方案中，本发明的照明系统的标称工作电压为120VAC+/-10％。在另一个实施方案，本发明的照明系统的工作电压在约10VAC至约220VAC的范围内。在另一个实施方案中，本发明的照明系统的工作电压在约20VAC至约440VAC的范围内。
此外，在一些实施方案中，由所施加的VAC产生的电场的频率在约16Hz至约16000Hz的范围内。在其它实施方案中，电场的频率为约50Hz或约60Hz。在另一个实施方案中，电场的频率为约200Hz或约400Hz。在另一实施方案中，电场的频率为约800Hz或约1200Hz。在一个实施方案中，电场的频率为约1600Hz。
在一些实施方案中，电场的频率被选择，以使复合层的电介质材料的电介质位移电流增加或最大化。例如，在一个实施方案中，电场的频率与复合层中的电介质材料的固有共振频率匹配。
在其它实施方案中，本发明的照明系统可以接受约5V至约1000V或约100V至约500V的DC工作电压。在另一个实施方案中，本发明的照明系统具有约12V的DC工作电压。
根据一些实施方案，照明系统还包括一个或多个照明装置的外罩和/或夹具。在一些实施方案中，外罩和/或夹具包括防护壳，面板，板片，框架，或其它外壳。
另一方面，本发明提供了生产照明装置和系统的方法。在一个实施方案中，生产照明装置的方法包括提供第一电极，提供透辐射第二电极，提供复合层和将复合层放置在第一电极与第二电极之间，其中复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。在一些实施方案中，复合层包括放置在透辐射电介质材料中的多个电场集中器和多个磷光体。在其它实施方案中，复合层包括至少一个放置在第一层第一透辐射电介质材料中的电场集中器和至少一个放置在第二层第二透辐射电介质材料中的磷光体。
在一些实施方案中，生产照明装置的方法还包括将至少一层电介质缓冲层放置在复合层与第一和/或第二电极之间。
在一些实施方案中，提供复合层包括将至少一个电场集中器和至少一个磷光体放置在透辐射电介质材料中。在其它实施方案中，提供复合层包括将至少一个电场集中器放置在第一层第一透辐射电介质材料中和将至少一个磷光体放置在靠近第一层的第二层第二透辐射电介质材料中。
在一些实施方案中，生产照明系统的方法包括提供至少一个照明装置和将至少一个照明装置与至少一个电路耦合。适合与至少一个电路耦合的照明装置可以包括本文所述任何照明装置。在一个实施方案中，照明装置包括第一电极，透辐射第二电极和放置在第一电极与第二电极之间的复合层，该复合层包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体。在一些实施方案中，复合层包括至少一个放置在第一层第一透辐射电介质材料中的电场集中器和至少一个放置在第二层第二透辐射电介质材料中的磷光体。在一些实施方案中，生产照明系统的方法包括将至少一个照明装置与多个电路耦合。
在另一个实施方案中，生产照明系统的方法包括提供本发明的多个照明装置和将该多个照明装置各自与至少一个电路耦合。在一些实施方案中，至少一个电路对于多个照明装置各自来说是相同的。在其它实施方案中，至少一个电路对于多个照明装置各自来说是不相同的。
另一方面，本发明提供了产生电磁辐射的方法。在一个实施方案中，产生电磁辐射的方法包括提供包括放置在透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器和至少一个磷光体的复合层，将复合层放置在电场中，激活至少一个磷光体，以及从至少一个磷光体发射电磁辐射。在一些实施方案中，复合层包括至少一个放置在第一层第一透辐射电介质材料中的电场集中器和至少一个放置在第二层第二透辐射电介质材料中的磷光体。
在一些实施方案中，产生电磁辐射的方法包括提供包括放置在透辐射电介质材料中的多个电场集中器和多个磷光体的复合层，将复合层放置在电场中，激活多个磷光体，以及从多个磷光体发射电磁辐射。
在产生电磁辐射的方法一些实施方案中，将复合层放置在电场中包括将复合层至少部分地置于第一电极与第二电极之间以及向第一及第二电极施加电压。
根据一些实施方案，激活一个或多个磷光体包括将电荷从至少一个电场集中器转移至至少一个磷光体。在一些实施方案中，电荷包括电子。在其它实施方案中，电荷包括空穴。在另一个实施方案中，激活一个或多个磷光体包括产生电介质位移电流和用电介质位移电流使磷光体处于激发态。在另一实施方案中，激活多个磷光体包括将电荷从至少一个电场集中器转移至多个磷光体，用电介质位移电流使多个磷光体处于激发态，或其组合。
如本文所提供的那样，在一些实施方案中，由本发明的方法产生的电磁辐射包括可见电磁辐射。在一些实施方案中，可见电磁辐射包括白光及有色光，包括红，橙，黄，绿，蓝，靛，紫，或其组合。在一些实施方案中，电磁辐射包括红外辐射或紫外辐射。
本发明的实施方案在以下实施例中进一步说明。
实施例1
照明装置
如下所述制备根据本发明的一个实施方案的照明装置。将3″×5″的长方形透明氧化铟锡在丙酮，异丙醇和甲醇中各超声洗涤20分钟，然后在70℃真空干燥。
将聚甲基丙烯酸甲酯(PPMA)溶解在氯苯中，得到PMMA浓度为25mg/mL的溶液。通过低功率超声30分钟，使获自Unidym Corporationof Menlo Park，California的洁净和切割过的单壁碳纳米管的电场集中器分散在氯苯中。所得碳纳米管溶液与PMMA溶液混合，得到碳纳米管载量按重量计为约0.1％的聚合物材料。
亮白(GG84)和亮绿(GGS42)电致发光磷光体购自SylvaniaCorporation of Danvers，MA。将磷光体与PMMA/碳纳米管掺合物混合，得到磷光体载量按重量计为约40％的聚合物材料。通过旋涂将PMMA/碳纳米管/磷光体材料涂布于洁净的氧化铟锡上。所得PMMA/碳纳米管/磷光体层显示出200nm的厚度。PMMA/碳纳米管/磷光体材料还可以通过丝网印刷或刮刀涂布法涂布在氧化铟锡上。接着在10-6的压力下，在PMMA/NT/磷光体层上真空沉积200μm的铝层，获得照明装置。
实施例2
照明装置
如下所述制备根据本发明的一个实施方案的照明装置。将3″×5″的长方形透明氧化铟锡在丙酮，异丙醇和甲醇中超声洗涤20分钟，然后在70℃真空干燥。
将聚甲基丙烯酸甲酯(PPMA)溶解在氯苯中，得到PMMA浓度为25mg/mL的溶液。通过低功率超声30分钟，使获自Unidym Corporationof Menlo Park，California的洁净和切割过的单壁碳纳米管的电场集中器分散在氯苯中。所得碳纳米管溶液与PMMA溶液混合，得到碳纳米管载量按重量计为约0.1％的聚合物材料。通过旋涂将PMMA/碳纳米管材料涂布于洁净的氧化铟锡上，得到厚度约200nm的层。PMMA/碳纳米管材料还可以通过丝网印刷或刮刀涂布法涂布在氧化铟锡上。
亮白(GG84)和亮绿(GGS42)电致发光磷光体购自SylvaniaCorporation of Danvers，MA。将磷光体与聚偏氟乙烯(PVDF)混合，得到磷光体载量按重量计为约40％的聚合物材料。通过刮刀涂布法将PVDF/磷光体材料涂布于PMMA/碳纳米管层上。所得PVDF/磷光体层显示约60μm的厚度。接着在10-6的压力下，在PVDF/磷光体层上真空沉积200μm的铝层，获得照明装置。
实施例3
照明装置
如下所述制备无电场集中器的照明装置。将2.54cm×2.54cm的氧化铟锡涂层的玻璃板在丙酮，异丙醇和甲醇中各超声洗涤30分钟，然后在氮气气氛下干燥。将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解在氯苯中，得到PMMA浓度为250mg/ml的溶液。将PMMA溶液用刮刀涂布在氧化铟锡表面上，随后干燥。所得PMMA层具有约30μm的厚度。亮白磷光体(GG84)购自Sylvania Corporation of Danvers，MA。将磷光体按磷光体比粘合剂6∶4的比例分散在电介质粘合剂中。电介质粘合剂也购自Sylvania，产品名称为LT35x 1001。将磷光体-电介质粘合剂组合物用刮刀涂布在PMMA层上，然后在真空烘箱中于150℃干燥。磷光体-电介质粘合剂层具有约40μm的厚度。然后通过热蒸发在磷光体-粘合剂层上沉积约300μm的铝层，以获得装置。
该装置通过用函数发生器结合放大器来照明。用光度计测量不同电压和电场频率下的照度。照度测量的结果显示于图5(a)和5(b)中。
实施例4
照明装置
带电场集中器的照明装置如下法制备。将2.54cm×2.54cm的氧化铟锡涂层的玻璃板在丙酮，异丙醇和甲醇中各超声洗涤30分钟，然后在氮气气氛下干燥。将聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)溶解在氯苯中，得到PMMA浓度为250mg/ml的溶液。将PMMA溶液用刮刀涂布在氧化铟锡表面上，随后干燥。所得PMMA层具有约30μm的厚度。亮白磷光体(GG84)购自Sylvania Corporation of Danvers，MA。将磷光体按磷光体比粘合剂6∶4的比例分散在电介质粘合剂中。电介质粘合剂也购自Sylvania，产品名称为LT35x 1001。将磷光体-电介质粘合剂组合物用刮刀涂布在干燥的PMMA层上，然后在真空烘箱中于150℃干燥。磷光体-电介质粘合剂层具有约40μm的厚度。
将PMMA溶解在氯苯中，得到PMMA浓度为250mg/mL的溶液。洁净和切割过的单壁碳纳米管的电场集中器获自Unidym Corporation ofMenlo Park，California，通过低功率超声30分钟，使其分散在氯苯中。所得碳纳米管溶液与PMMA溶液混合，得到按重量计为约0.1％的碳纳米管载量。将PMMA/纳米管溶液用刮刀涂布在磷光体-电介质粘合剂层上，干燥。所得PMMA/纳米管层具有约30μm的厚度。然后通过热蒸发在PMMA/纳米管层上沉积约300μm的铝层，以获得装置。
该装置通过用函数发生器结合放大器来照明。用光度计测量不同电压和电场频率下的照度。照度测量的结果显示于图6(a)和6(b)中。
如图5和图6所示，实施例4的包括电场集中器的装置与实施例3的不含任何电场集中器的装置相比显示出更高的照度值。
在本发明的各种目标的实现过程中描述了本发明的各种实施方案。应该认识到的是，这些实施方案只是对本发明的原则的说明。对本领域技术人员而言，在不超出本发明的精神和范围的条件下对其进行多种修饰和改编是显而易见的。

Claims (49)

1.照明装置，包括：
第一电极；
透辐射第二电极；和
放置在第一电极与第二电极之间的复合层，该复合层包括：
含有放置在第一透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器的第一层；和
在第一层的两边的第二和第三层，所述第二层包含放置在第二透辐射电介质材料中的多个磷光体，和所述第三层包含放置在第三透辐射电介质材料中的多个磷光体。
2.权利要求1的照明装置，其中至少一个电场集中器具有1至106的长径比。
3.权利要求1的照明装置，其中至少一个电场集中器具有1至100,000的长径比。
4.权利要求1的照明装置，其中至少一个电场集中器包括碳纳米管，金属纳米线，半导体纳米线或其组合中的任一种。
5.权利要求4的照明装置，其中碳纳米管包括单壁碳纳米管，多壁碳纳米管或切割碳纳米管。
6.权利要求4的照明装置，其中半导体纳米线包括II/VI半导体或III/V半导体。
7.权利要求1的照明装置，其中至少一个电场集中器包括多个电场集中器。
8.权利要求7的照明装置，其中多个电场集中器以按重量计0.01％至99％的量存在于复合层中。
9.权利要求7的照明装置，其中多个电场集中器以按重量计0.01％至50％的量存在于复合层中。
10.权利要求7的照明装置，其中多个电场集中器包括单壁碳纳米管，多壁碳纳米管，切割碳纳米管，金属纳米线，半导体纳米线，或其混合物。
11.权利要求1的照明装置，其中至少一个电场集中器被化学官能化。
12.前述权利要求任一项的照明装置，其中所述第二层的多个磷光体和所述第三层的多个磷光体包括含有过渡元素，镧系元素，锕系元素，金属氧化物，金属硫化物或其组合中的任一种的纳米磷光体。
13.权利要求1-11任一项的照明装置，其中所述第二层的多个磷光体和所述第三层的多个磷光体包括量子点。
14.权利要求13的照明装置，其中量子点包括II/VI半导体或III/V半导体。
15.权利要求1-11任一项的照明装置，其中所述第二层的多个磷光体和所述第三层的多个磷光体包括有机染料或无机染料。
16.权利要求1-11任一项的照明装置，其中所述第二层的多个磷光体和所述第三层的多个磷光体以按重量计0.01％至99％的量存在于复合层中。
17.权利要求1-11任一项的照明装置，其中所述第二层的多个磷光体和所述第三层的多个磷光体以按重量计0.01％至10％的量存在于复合层中。
18.权利要求1-11任一项的照明装置，其中第一透辐射电介质材料，第二透辐射电介质材料和第三透辐射电介质材料中的至少一种包括聚合物材料。
19.权利要求18的照明装置，其中聚合物材料包括含氟聚合物，聚丙烯酸酯，聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚碳酸酯，聚酰胺，聚酰亚胺，或其共聚物或混合物。
20.权利要求19的照明装置，其中含氟聚合物包括聚偏氟乙烯，聚氟乙烯，聚四氟乙烯，全氟丙烯，聚三氟氯乙烯，或其共聚物或混合物。
21.权利要求19的照明装置，其中聚丙烯酸酯包括聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸酯，聚甲基丙烯酸甲酯，或其共聚物或混合物。
22.权利要求1-11任一项的照明装置，其中透辐射第二电极包括导电氧化物或聚合物材料。
23.权利要求22的照明装置，其中导电氧化物包括氧化铟锡，氧化镓铟锡，氧化锑锡，氧化铟锑，或氧化锌铟锡。
24.权利要求1的照明装置，还包括放置在复合层与第一电极或透辐射第二电极之间的透辐射电介质层。
25.权利要求1-11和24任一项的照明装置，其中该装置具有大于90流明/瓦的效率。
26.权利要求1-11和24任一项的照明装置，其中该装置具有大于100流明/瓦的效率。
27.权利要求1-11和24任一项的照明装置，其中该装置具有120流明/瓦至160流明/瓦的效率。
28.权利要求1-11和24任一项的照明装置，其中该装置具有大于连续工作20,000小时的寿命。
29.权利要求1-11和24任一项的照明装置，其中该装置的前表面积在1cm2至100cm2的范围内。
30.权利要求1-11和24任一项的照明装置，其中该装置的前表面积大于1m2。
31.权利要求1的照明装置，其中第一和第二电介质材料是相同的材料，或者第一和第三电介质材料是相同的材料。
32.权利要求1的照明装置，其中第一和第二电介质材料是不同的材料，或者第一和第三电介质材料是不同的材料。
33.照明系统，包括：
至少一个照明装置；和
与该至少一个照明装置耦合的至少一个电路，该照明装置包括第一电极，透辐射第二电极，和放置在第一电极与第二电极之间的复合层，其中该复合层包括含有放置在第一透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器的第一层，和在第一层的两边的第二和第三层，所述第二层包含放置在第二透辐射电介质材料中的多个磷光体，和所述第三层包含放置在第三透辐射电介质材料中的多个磷光体。
34.权利要求33的照明系统，其中至少一个电路包括与至少一个照明装置耦合的多个电路。
35.权利要求33的照明系统，其中照明系统的标称工作电压是120VAC+/-10％。
36.权利要求33的照明系统，其中照明系统的工作电压在10VAC至220VAC的范围内。
37.权利要求33的照明系统，其中照明系统的工作电压在20VAC至440VAC的范围内。
38.生产照明装置的方法，包括：
提供第一电极；
提供透辐射第二电极；
提供复合层；和
将复合层放置在第一电极与第二电极之间，该复合层包括含有放置在第一透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器的第一层，和与第一层接触的第二和第三层，所述第二层包含放置在第二透辐射电介质材料中的多个磷光体，和所述第三层包含放置在第三透辐射电介质材料中的多个磷光体。
39.权利要求38的方法，其中提供复合层包括将至少一个电场集中器和多个磷光体放置在第一，第二和第三透辐射电介质材料中。
40.生产照明系统的方法，包括：
提供至少一个照明装置；和
将至少一个照明装置与至少一个电路耦合，
其中照明装置包括第一电极，透辐射第二电极，和放置在第一电极与第二电极之间的复合层，该复合层包括含有放置在第一透辐射电介质材料中的至少一个电场集中器的第一层，和与第一层接触的第二和第三层，所述第二层包含放置在第二透辐射电介质材料中的多个磷光体，和所述第三层包含放置在第三透辐射电介质材料中的多个磷光体。
41.权利要求40的方法，其中至少一个照明装置包括多个照明装置。
42.产生电磁辐射的方法，包括：
提供复合层，该复合层包括含有放置在第一透辐射电介质材料中的多个电场集中器的第一层，和与第一层接触的第二和第三层，所述第二层包含放置在第二透辐射电介质材料中的多个磷光体，和所述第三层包含放置在第三透辐射电介质材料中的多个磷光体；
将复合层放置在电场中；
激活放置在第二透辐射电介质材料中的多个磷光体，和放置在第三透辐射电介质材料中的多个磷光体；和
从放置在第二和第三透辐射电介质材料中的多个磷光体中的至少一个发射电磁辐射。
43.权利要求42的方法，其中将复合层放置在电场中包括将复合层至少部分地置于第一电极与第二电极之间，和向第一及第二电极施加电压。
44.权利要求42的方法，其中激活多个磷光体包括将电荷从至少一个电场集中器转移至至少一个磷光体，以产生激发态。
45.权利要求44的方法，其中电荷包括电子或空穴。
46.权利要求44的方法，其中从至少一个磷光体发射电磁辐射包括通过光子发射弛豫激发态。
47.权利要求42的方法，其中电磁辐射包括可见辐射，紫外辐射，红外辐射，或其组合。
48.权利要求4的照明装置，其中碳纳米管包括掺杂多壁碳纳米管，或掺杂单壁碳纳米管。
49.权利要求7的照明装置，其中多个电场集中器包括掺杂多壁碳纳米管，掺杂单壁碳纳米管或其混合物。
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