CN112425266B - 开路电致发光系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了通过将时变电信号施加于电致发光器件来产生发光的方法，其中整个系统保持开路。本申请采用至少一种物品、物质或材料，即“物体”，以将电致发光器件的区域上的电信号改变到足以改变发光的水平。本申请公开了将由此产生的光强度与物体的性质相关联从而允许对该性质进行测量的方法。改变电信号的物质、材料或物体可以包括传输介质的一部分，或者放置在电致发光器件上或附近。该方法可以可选地使用一个或多个附加电路部件。

Description

开路电致发光系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年7月5日提交的美国发明专利申请第16/027,471号和2019年4月5日提交的美国发明专利申请第16/376,643号的优先权。上述每个申请的全部公开内容通过参引结合于此。
技术领域
本申请涉及在开路条件下由电致发光器件产生光的方法和装置。本申请进一步涉及本申请在测试方法和检测方法中的用途。
背景技术
本节内容提供与本申请有关的背景信息，但不一定是现有技术。本节内容提供了本申请的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。
先前的交流电致发光器件需要第一引线、导线或导体来通过第一电极向装置提供电流，并且需要不同位置处的第二引线、导线或导体将跨电致发光材料的电流传输回电流源。申请人已经发现，不需要用来使来自并且回到电源或电能源的电路闭合的电极和引线。仅需要以预定水平的单个导线、导线或导体将时变电信号提供给电致发光器件，以在电致发光器件上产生电场，并提供一种使电场在整个电致发光器件上充分增加的手段，从而激发电致发光器件。这可以通过紧邻电致发光器件提供一种增加跨电致发光器件的电场的物体或物质来实现。
发明内容
根据本文提供的描述，其他应用领域将变得显而易见。本节内容中的描述和特定示例仅旨在用于说明的目的，并不旨在限制本申请的范围。
附图说明
这里描述的附图仅用于所选实施例、而非所有可能的实现方式的说明性目的，并非意在限制本申请的范围。
图1是描绘使用LED灯的系统的示例性实施例的图，该LED灯用于与容器中的水量成比例产生电致发光。
图2是描绘使用本申请的实施例时，光强度与水体积之间的关系的图。
图3是描绘使用磷光体层以与水量成比例地产生电致发光的系统的示例性实施例的图。
图4是描绘使用本申请的实施例时，光强度与水体积之间的关系的图。
图5是描绘用于响应于容器中的水量而产生电致发光的系统的示例性实施例的图，其中电能被电介质层中断。
图6是描绘使用图5中所示的实验设置时，光强度与水体积之间的关系的图。
图7是描绘用于与容器中的水量成比例地产生电致发光的系统的示例性实施例的图，其中电能被供应到串联的两个LED。
图8是系统的示例性实施例的图，该系统用于使用通过样品的电能传输来与样品中的分析物成比例地产生电致发光。
图9是用于与样品中的分析物成比例地产生电致发光的系统的示例性实施例的图。
图10是具有用于获得接触放置的物体的图像的平面电致发光器件的示例性实施例的图。
图11是用图10的装置获得的指纹图像。
图12是具有用于获得接触放置的物体的图像的平面电致发光器件的示例性实施例的图，该平面电致发光器件具有电介质层。
图13是用图12的装置获得的指纹图像。
图14是具有用于获得接触放置的物体的图像的平面电致发光器件的示例性实施例的图，该平面电致发光器件具有两个电介质层。
图15是用图14的装置获得的指纹图像。
图16是示出各种液体对发光的影响的图。
图17是使用浸在导电介质中的商用LED产生电致发光的装置的图。
图18是使用浸在导电介质中的涂有磷光体的电极产生电致发光的装置的图。
图19是使用也浸在导电介质中的涂有磷光体的电极产生电致发光的装置的图，该电极具有电源和/或电场增强体。
图20是本发明的电致发光(EL)器件的一部分的图，该EL器件用于对物体进行成像并且在透明电极上具有磷光体层。
图21是本发明的EL器件的一部分的图，该EL器件用于对物体进行成像，并且在涂有电介质层的透明电极的一部分上具有磷光体层。
图22是本发明的EL器件的一部分的图，该EL器件用于对物体进行成像，并且具有夹在透明电极上的电介质层之间的磷光体层。
图23是本发明的EL器件的一部分的图，该EL器件用于对物体进行成像并且具有多个磷光体层，所述多个磷光体层夹在透明电极上的电介质层之间。
图24是本发明的EL器件的一部分的图，该EL器件用于对物体进行成像，并且具有夹在透明电极上的电介质层之间的金属纳米颗粒层和磷光体层。
图25是本发明的EL器件的一部分的图，该EL器件用于对物体进行成像，并且在多个段中具有磷光体层4，该磷光体层4夹在透明电极上的电介质层之间。
图26是描绘用于产生电致发光的系统的示例性实施例的图，其中所选择的物体或本体通过改变输入电信号来产生不同强度的光。
图27是描绘用于产生电致发光的系统的示例性实施例的图，其中，充水软管用于传输时变电能。
图28是示出使用图27的系统时，光强度随充水软管长度而变化的图。
图29A是描绘在本申请的实施例中使用的设备的图。
图29B是示出根据本申请的实施例，LED对时变输入电压的亮度响应的图。
图29C是示出根据本申请的实施例，作为将DC输入电压调制到产生AC信号的电源中的函数的光强度(亮度)变化的图，其中所述AC信号被传输到LED。
图30A是描述用于所含流体的电致发光测量的系统的示例性实施例的示意图，其中电端子与所述流体直接接触。
图30B是描述用于所含流体的电致发光测量的系统的示例性实施例的示意图，其中电端子远程感测所述流体。
图31A是描述用于物体的电致发光测量的系统的示例性实施例的示意图，其中电路部件与该物体直接接触。
图31B是描述用于物体的电致发光测量的系统的示例性实施例的示意图，其中电路部件远程感测该物体。
图32是描述用于使用变压器对物体的电致发光进行测量的系统的示例性实施例的示意图。
图33是描述用于未知液体的类型和量的电致发光测量的系统的示例性实施例的图。在所有附图中，相应的附图标记表示相应的部分。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例性实施例。
本申请涉及用于产生可量化电致发光的方法、材料和器件。本发明还涉及在开路下产生电致发光(称为开路电致发光(OCEL))的方法、材料和器件。特别地，本申请涉及一种方法，其中基于在这种方法中引起产生电致发光的性质的能力来检测和测量材料、物体或物质的该性质。
在本申请中，通过一种方法来确定物体的物理性质，该方法包括测量由在物体附近的电致发光器件发射的电磁辐射的变化。如贯穿本申请所使用的，术语“改变”或“变化”包括电磁辐射的强度的增加和减少以及由电致发光器件发射的电磁辐射的频率或频率范围的变化。
在一些实施例中，来自电源的时变电信号被传输到电致发光器件的一个端子。将物体设置成紧邻电致发光器件的第二端子，该物体配置成引起电致发光器件的电磁辐射的变化。电致发光器件的电磁辐射的变化由电磁辐射检测器测量，并与物体的物理性质有关。
本申请涉及用于在开路下产生电致发光(称为开路电致发光(OCEL))的方法、材料和器件。特别地，本申请涉及一种方法，其中基于在开路配置下中断电信号的传播并因此引起电致发光器件的电磁辐射变化的性质的能力来测量物体的该性质。在本申请中，开路描述了一种电子电路，其中时变电信号从电源传输到电致发光器件和其他可选电路部件，而电子电路保持不完整。申请人已经发现，不需要使用闭合从电源到电致发光器件并返回到电源的电路的第二附加电极和引线。开路配置中的电信号特别响应于其传播所通过的介质的物理性质的变化。本发明的方法利用了对电信号传播所通过的介质的物理性质的变化的响应性。在此，跨电致发光器件的电信号的变化被检测到并且与电信号传播所通过的介质的物理性质的变化有关。在本申请中，电信号传播所通过的介质，如本文中通常所称的“物体”，还可以包括但不限于材料或电路部件。
在一个实施例中，提供了一种用于测量物体的物理性质的方法，该方法包括：
a.将时变电信号从电源传输到电致发光器件，其中电致发光器件保持开路；
b.在将时变电信号传输到电致发光器件的同时，将物体紧邻电致发光器件的端子定位，使得物体的物理性质的变化将改变跨电致发光器件的时变电信号，并且从而改变来自电致发光器件的电磁辐射的强度；
c.测量由电致发光器件发射的电磁辐射的强度变化；以及
d.将测得的电磁辐射强度变化与物体的物理性质相关联。
在另一个实施例中，提供了一种用于测量物体的性质的方法，该方法包括：
将时变电信号从电源通过单个电端子传输到电致发光器件，其中电致发光器件始终保持开路；
在将时变电信号传输到电致发光器件的同时将物体紧邻电致发光器件定位，使得物体增加跨电致发光器件的时变电信号的振幅，从而由电致发光器件产生光；
测量由电致发光器件发射的光的强度；以及
将测得的光强度与物体的性质相关联。
在另一个实施例中，该方法还包括测量光强度并将光强度与物体或物质的存在、位置或量相关联。
在另一个实施例中，提供了一种用于测量材料、物体或物质的性质的方法，该方法包括：
将时变电信号从电源通过单个电端子传输到电致发光器件，其中所述电致发光器件包括电极和沉积在电极表面上的磷光体材料层，并且其中电致发光器件始终保持开路；
在将时变电信号传输到电致发光器件的同时将物体紧邻电致发光器件定位，使得物体增加跨电致发光器件的时变电信号的振幅，从而由电致发光器件产生光；
测量由电致发光器件发射的光的强度；以及
将测得的光强度与物体的性质相关联。
在另一个实施例中，上述方法还包括测量光的强度并将光强度与物体或物质的存在、位置或量相关联。
在另一个实施例中，提供了一种用于测量流体的性质的方法，该方法包括：
通过流体将时变电信号从电源通过单个电端子传输到电致发光器件，其中电致发光器件始终保持开路；
在将时变电信号传输到电致发光器件的同时将物体紧邻电致发光器件定位，使得物体增加跨电致发光器件的时变电信号的振幅，从而由电致发光器件产生光；
测量由电致发光器件发射的光的强度；以及
将测得的光强度与流体的性质相关联。
定义
电路部件：电子电路由各个电路部件组成，例如电阻器、电容器、电感器、螺线管、变压器、热电偶、热电堆、电化学电池、电源、滤波器、二极管和晶体管。电路部件可操作地耦合到电子电路。在一些实施例中，导线用于将电路部件可操作地耦合到电子电路。一旦可操作地耦合到电子电路，电路部件就可以影响通过电子电路传输的电信号。
紧邻：其意指对于增加电致发光器件处的电场变化有效的任何紧密的空间关系，并且包括实际的物理接触或零分隔距离。只要该分隔允许电场变化，也可以使用大于零的距离，即非接触。在实践中，典型的距离通常约为1cm或更小，经常为1mm或更小。电介质材料层将提供电致发光器件与测试物体之间的物理屏障，从而确定物理分隔的距离。如此使用的电介质的厚度可以在0.001mm至1mm的范围内。
电容器电极：电容器电极被定义为跨其两端具有不同电势的电极。类似于其“板”存储相反极性(即正极性和负极性)的电荷的电容器，电容器电极跨其长度具有不相等的电势，从而导致非零残余电场。该残余电场的存在将影响沿电容器电极传播的电信号。电容器电极可以是一维的，例如导线，可以是二维的，例如板，或是三维的，即半球形的壳体。
所含液体：所含液体是指关心其包括但不限于体积、高度和介电常数在内的物理性质的液体。液体存储在容器中，并测量其物理性质。液体可能是易燃的，例如汽油。液体可能会抵抗、阻挡或传导电信号的传播。
所含固体：所含固体是指关心其包括但不限于体积、高度和介电常数在内的物理性质的固体。固体存储在容器中，并测量其物理性质。固体可以是一件式或单元式的，例如板件或块体，或者它可以是类似或变化尺寸的固体件(例如粉末或颗粒状材料)的聚集体。固体可以抵抗、阻挡或传导电信号的传播。本发明的方法还可用于例如评估金属的水分含量、化学成分或电导率。
所含气体：所含气体是指关心其包括但不限于体积、压力、温度、介电常数或水分含量在内的物理性质的气相物体。气相物体也可以指要确定其比例的不同气体的混合物。气体也可以包括液体的蒸气。
应当理解，贯穿本申请使用的术语“物体”被认为是指各个物体或事物，以及可以容纳在容器中的材料或物质(例如液体)的量，或线的长度，或片材、膜或箔片的量，等等。术语“物体”可以与材料、物质或物体互换使用。
物体或物质的性质可以是多种物理或化学性质中的任何一种。在以下所示的各种实施例中，所述性质可以是选自以下的一种：体积、质量、面积、长度、距离、溶液中的浓度、pH值、离子强度、混合物中两种物质的比例、极性、电导率、电容和温度。下面在几个非限制的示例性实施例中更详细地描述各种示例形式和基于它们使用本发明的方法作为检测、测量或量化物体或物质的性质的手段。
发光二极管(LED)：在本发明的方法的一些实施例中，电致发光器件是发光二极管或LED。常规的LED具有半导体芯片，该芯片被环氧树脂外壳包围，其中阳极和阴极导线突出。半导体芯片被掺杂而具有p和n区域并产生p-n结。LED的标志是电流是单向的。在本申请中，已经发现选择哪个电极连接到电源是无关紧要的。在可用于本发明的方法的LED中发现的代表性半导体材料包括GaAs、AlGaAs、GaAsP、AlGaInP、GaP、GaAsP、AlGaP、InGaN、GaN和ZnSe。这样的LED是可商购的，并且可以使用各种灯来产生可见光谱中的任何颜色。本申请的方法可以涉及使用多于一个LED灯泡来产生电致发光。二维或三维形状的阵列以及不同发射颜色的LED的组件也在本发明的方法的范围内。
在本发明的方法的另一方面，电致发光器件包括电极和至少一种磷光体材料，该至少一种磷光体材料作为一个层沉积在电极的表面上。在一些实施例中，磷光体材料层覆盖电极表面的离散区域。在一些实施例中，磷光体材料层可以覆盖电极表面的多个离散区域。所述区域可以具有任何形状或尺寸，并且当出现多个区域时，其尺寸和形状可以相同或不同。在使用多种不同的磷光体材料并且每个区域都被单一磷光体材料覆盖的某些实施例中，可以选择每种不同的磷光体材料来发射不同颜色的光。以这种方式，当区域较小时，可以产生各种图案，或者可以产生不同颜色的光。一个著名的示例是通过混合红色、绿色和蓝色产生白色光。
在另一个实施例中，磷光体材料层包括不同磷光体材料的混合物。这可以作为产生新的或如上所述的混合的颜色的另一种方法来执行。在又一个实施例中，磷光体材料可以被结合到或嵌入在电介质材料中。
电极：在本发明的方法中使用的电极可以具有任何实用或方便的形状或几何形状，只要它能够在表面上承载一层磷光体材料即可。在一些实施例中，电极可以是平面的。在一些实施例中，电极可以是弯曲的。电极可以有利地是光学透明的，例如是涂有铟锡氧化物(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)、SnO2、铝掺杂的ZnO、镓掺杂的ZnO或其他三元或四元过渡金属氧化物的玻璃。如本领域中已知的。涂有石墨烯、碳纳米管和金属纳米颗粒和/或纳米线的玻璃也被认为在可用电极材料的范围内。
诸如导体、金属元件(夹子、螺钉、螺母/螺栓、销等)之类的辅助材料可以预期在用于执行本申请的方法的装置的构造和组装中使用。此类材料的选择在技术人员的能力范围内，并且不脱离本文公开的发明构思。
磷光体：可用于本申请的磷光体材料可以是任何已知的物质或材料，已知通过施加交流或直流电信号而由其产生电磁辐射。示例性材料可以选自半导体颗粒、掺杂的半导体颗粒、Si元素颗粒、Ge元素颗粒、量子点、荧光单体、荧光低聚物、荧光聚合物、磷光单体、磷光低聚物、磷光聚合物及其混合物。磷光体材料还可以具有显示荧光、延迟的荧光或磷光中的至少一种性质。在一些实施例中，磷光体选自导线和白炽元件，例如钨丝和金纳米颗粒，其中磷光体响应于电信号的施加而发射电磁辐射，例如红外辐射。
微粒磷光体材料：在一些实施例中，磷光体材料有利地以小颗粒的形式提供，通常尺寸小于约0.1mm(100μm)。在一些实施例中，颗粒将小于约1μm。在其他实施例中，颗粒将是尺寸范围为约1nm至100nm的纳米颗粒。在一个实施例中，纳米颗粒由量子点半导芯材料和独特的半导材料的外壳组成。核和外壳通常由II-VI、IV-VI和III-V型半导体组成，例如CdS/ZnS、CdSe/ZnS、CdSe/CdS和InAs/CdSe。在一些实施例中，电致发光器件包括一定量的本领域已知的能够产生电致发光的材料类型的纳米颗粒。通常，这些颗粒由无机半导体材料制成。一类这样的电致发光材料包括掺杂有第二金属的ZnS。在纳米晶体中掺入少量的掺杂剂元素能够调节来自纳米颗粒的电致发光发射的颜色或波长。其中包括掺杂有过渡金属或稀土金属的ZnS。代表性示例包括Mn(橙黄色发射)、Cu(绿色发射)、Al、Sm、Tm、Er、Nd或Eu。其他可用的材料包括包含III族和V族元素的半导体，例如磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)和氮化镓(GaN)。未掺杂和掺杂的半导体颗粒可以可选地被氧化物涂覆。
在另一个实施例中，纳米颗粒包括借助于多孔支撑材料合成的一族颗粒，如共同拥有的共同未决的序列号为15/240,271和US15/240,407的美国专利申请中所公开的。这些材料可以在存在或不存在支撑材料的情况下使用。
在本申请中使用的颗粒不限于任何特定的形状，并且在任何给定样品部分内可以具有不同的形状，包括球形、立方体、棒、线或板，或各种形状的混合形式。
在一些实施例中，磷光体材料将包括有机发光材料的连续层。大量这样的化合物在文献中是已知的，并且在目前使用，例如在生产薄膜器件中使用。在有关该主题的许多标准论文中都可以找到此类材料的清单。常用的OLED材料包括聚合材料，例如聚苯撑(PPP)、聚对苯乙炔(PPV)、聚芴、聚苯胺、聚噻吩(PT)和聚乙烯二氧噻吩(PDOT)，以及小分子，例如Alq3、金属酞菁和铱或钌有机金属配合物。在本发明的方法的范围内考虑使用任何这种材料。包含每层中具有不同有机发光材料的两个或更多个层的装置被特别认为在本申请的方法中可用，特别是当要产生多于一种的颜色的光或通过组合不同颜色发光器来产生复合颜色时，如通常通过组合红色、绿色和蓝色发光来产生白色光时所做的那样。
在一些实施例中，电致发光器件还包括使用电介质材料作为层或涂层，例如，在磷光体层的与透明电极相对的表面上的电介质涂层。在一些实施例中，电致发光器件还包括在透明电极和磷光体层之间的电介质涂层。可替代地，可以在磷光体层的与透明电极相对的表面上以及在透明电极与磷光体层之间都使用电介质涂层。本文所使用的层包括施加的液体材料，并且如果需要的话，就地干燥。可以将层作为预制薄膜或带施加。电介质材料层的厚度可以根据需要并参考专利和技术文献中报道的许多示例来确定和调节。典型的层可以在例如1μm至1mm的范围内，并且可以可选地具有统一的厚度。施加电介质层的方法不限于任何特定技术，并且可以包括浸涂、施加液体层并散布、旋涂和本领域中通常已知的其他方式。
电介质材料：可用作本发明的方法中的电介质材料的材料包括但不限于BaTiO3、SrTiO3、钛酸钡锶、钛酸钙铜、丁腈橡胶、乙烯基手套材料、石蜡、聚合物(包括聚乙烯、聚酰亚胺、聚(二甲基硅氧烷)、聚苯乙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚氨酯、尼龙聚合物、丙烯腈-丁二烯橡胶、乙烯基橡胶)、玻璃和石墨烯。可以考虑使用混合电介质材料，也可以组合使用多于一种的离散电介质材料。
物体：对于本说明书中所使用的物体，可以导电的物质、材料和物品通常也被认为包括在内。示例性的列表包括但不限于金属、金属合金、任何形状或尺寸的其他固体物质，包括粒状或颗粒材料及其混合物，从极性液体中选择的液体以及两种或更多种任何比例的液体的混合物，包含溶解的溶质的溶液，其他导电材料(例如固体或液体导电聚合物)，这些都被认为在可用于本发明的方法的材料范围内。在本发明的方法中，包括植物和动物在内的生物体、生物体的一部分、身体组织的一部分或组织切片都可以在这方面发挥作用。如上所述，在某些方法和应用中，附加的电路部件也可以用作如下所述的物体。在序列号为16/027,421的美国专利申请中阐述了示例性材料的更广泛的描述。
当物体是液体或气体物质时，应当理解，液体或气体可以被封闭在器皿或容器内。所述器皿或容器可以接触电致发光器件。常见的器皿和容器包括杯、试纸条、试管、微孔、微孔条或板，以及实验室常用的其他常规容器。在这样的实施例中，器皿或容器包括一个或多个具有一定厚度的壁，并且该厚度在电致发光器件与当在本发明的方法中使用时改变电场的物质之间建立分隔距离。
物理性质：包括物体或物质的任何可测量的性质，包括但不限于：体积、质量、面积、长度、距离、位置、取向、速度、加速度、位移、密度、溶液中的浓度、pH值、离子强度、化学成分、混合物中两种物质的比例、极性、电势、电荷含量、电导率、电阻率、电容、温度、磁导率、电容率、折射率、电流密度、振动、振荡、位移、应变、应力、压力、反射率、透明度、颜色、相对亮度、纹理、刚度、几何形状、含水量、吸收率、能量、强度、振幅、频率、质荷比、杂质、连通性、迁移率、黏度和图案。
电源：在一些实施例中，电源可以是冷阴极荧光灯(CCFL)逆变器。CCFL逆变器在高压(几伏到几十千伏)和高频(10-50kHz)下工作。CCFL通常用于背光液晶显示(LCD)面板。CCFL模型例如包括：JKL部件(BXA-24529，BXA-601)、TDK(CXA-M10M-06Y15R、CXA-P1612-VJL、CXA-L0505-NJL)等。CCFL电路通常在0-24VDC的输入电压下工作。CCFL的电压输出可通过更改逆变器电路元件和/或改变输入电压来调节。后者是通过使用电池、AC/DC变压器(适配器)和/或实验室级的可变直流(DC)电源来实现的。特别地，VOLTEQ HY3006D是稳压线性直流电源，可在0-30VDC和0-6A下连续调节。即插即用系统也在本申请的范围内。在这种情况下，电源是具有单相单元的典型北美/欧洲电源插座，其输出电压为0-110/220VAC，频率为50/60Hz。也可以使用其他商用波发生器。例如，SIGLENT SDG8055MHz 125MSa/s任意波形发生器用于生成各种波形的时变电信号，包括正弦波、方波、斜波、脉冲和任意/自定义波形。波发生器进一步用于产生|Vpp|<20V、f<5MHz范围内的电压和频率扫描，其中Vpp和f分别表示峰峰电压和波频率。
时变电信号：本申请中使用的时变电信号包括调制电信号，例如具有宽频率范围的正弦波形的交流电。在实施本发明的方法时可用的频率可以在1Hz至200kHz的范围内，或者在一些实施例中在20kHz至50kHz的范围内。提供相对于时间的变化的其他形式的调制振幅信号被认为在本发明的范围内，例如方波、锯齿波和一种或多种脉冲电信号。电信号的特性包括振幅、频率、波形、相位角等。因此，改变电信号可以指改变这些特性中的至少一个。在一些实施例中，时变电信号在一个或多个状态(例如方波)之间切换，以改善系统性能和/或降低功耗。
传输介质：时变的电能通过传输导体从电源传输到电致发光器件。在本发明的方法中，可以将能够传输电信号的任何材料(被视为振荡电场)用作传输介质。可以使用常规的金属线、引线和连接器，包括金、银、铜和铝。然而，由于缺少返回到电源的任何所需的导电路径，用于将时变电功率传输到电致发光器件的材料的选择更加广泛。在一些实施例中，传输导体可以是流体，更具体地，可以是液体。有利地，液体可以是导电液体。例如，可以在这方面使用含有盐的水和水溶液。在时变电功率通过流体传输到电致发光器件的本发明的实施例中，已经发现由电致发光器件产生的光强度与流体的量成比例。因此，根据该实施例执行的这种方法可以用作确定流体的量(例如其质量或体积)的方式。更具体地，该方法可以用作确定包含在容纳流体的管中的流体柱的长度的方式。在其他实施例中，由电致发光器件产生的光强度与流体的另一性质成比例。这些其他性质包括例如电导率、介电常数、极性、体积、溶质浓度或pH值。另外的其他实施例可以使用两种或更多种不同材料的组合，例如导线和充液管。在传输导体或介质包括流体的实施例中，紧邻电致发光器件的材料或物体可以是简单的金属线，例如可商购的LED灯的一个端子。
在一些实施例中，传输介质将位于电致发光器件和电源之间。在其他实施例中，传输介质可以在两个维度上完全或部分地围绕电致发光器件，或者甚至在三个维度上完全包围电致发光器件。在这样的设置中，电致发光器件可以被电介质材料部分或完全覆盖，但是本申请的方法不限于这些情况，并且不需要电介质层或阻挡层。
用于产生电致发光的常规装置和设备具有电流源，其中电流通过导线传输到耦合或连接至电致发光器件的引线或电极，并且还具有第二引线或电极，该第二引线或电极通过导线将电流传导回电流源，以闭合电路，即所谓的“闭路”配置。申请人已经发现，不需要使用闭合从电源或电能源到电致发光器件并返回到电源的电路的第二附加电极和引线。换句话说，电致发光器件处于“开路”并且仍然发光。仅需要向电致发光器件提供时变电信号，并提供一种使电场在电致发光器件周围的空间区域中充分增加的手段。这可以通过紧邻电致发光器件提供一种增加跨EL器件的电场的物体或物质来实现。不希望受到任何特定的操作理论的束缚，可用于本申请的方法中的该目的的物质、材料和物体包括能够存储电荷、即表现出电容性的物质、材料和物体。
此外，已经发现时变电能可以通过其他类型的传输介质传输到电致发光器件。代表性的传输介质可以包括诸如水的液体，诸如空气的气体，以及固体。
在操作中，与常规的闭路系统相比，本申请的用于产生开路电致发光(OCEL)的方法提供了许多优点。现有技术的闭路技术以受电极以及电介质层和发射层的电容特性支配的方式运行。本发明的方法对电极、EL器件、电介质层、传输介质以及引起跨EL器件的电信号增强的材料或物质的任何环境变化敏感。对环境条件的响应性带来了有利的运行和设计灵活性特征，这些特征包括但不限于：
1.可以同时检查几种物质。本发明的方法和系统可以检查多种材料及其电容性和/或(电磁)导电性质，而无需更改系统的任何所需元件，即时变电源、通电电极以及发光EL器件。电介质层是可选的，并且可以是各种材料/物质的组合。对于以下应用，此功能是唯一感兴趣的：传感器、检测器、分析仪等。
2.图案识别。通过使用EL材料和/或电介质层的组合，OCEL系统可以检测图案。此功能是图案识别技术特别感兴趣的，例如指纹特征、组织结构检查等。图案识别功能的分辨率为2nm。
3.可以改变发光EL层以获得最佳结果。如以下实验所表面的，各种磷光体在一定频率和电场强度范围内响应最佳。在同一系统内更改EL层的能力拓宽了OCEL可以运行的实验条件。
4.无线操作。在强电磁场的存在下，OCEL系统可以运行，而无需时变电源与电极之间的物理接触。
5.在各种介质中运行。如下所示，OCEL可以在浸在极性(导电)介质中的同时运行。在这种情况下，水浴可以用作热电极和/或能够增强跨EL器件的电场的物质。
6.与其他光学和电气装置一起运行。光度计、光谱仪、CCD相机、光纤、无源和自适应光学器件可以与OCEL器件耦合，以将光输出传输为可通信信号。
7.运行所需的输入功率小。OCEL在几瓦或更低的功率下运行。
8.高效。OCEL将大部分输入功率转换为发光。OCEL的电容特性消除了竞争技术伴随着的功率浪费(热量、电流泄漏等)。
9.安全。OCEL在1μA至200μA的RMS电流范围内运行，该电流范围大大低于职业安全与健康管理局的指导(<3mA)。
10.自由形式。OCEL系统不限于子部件的特定几何形状。现有的EL器件仅以平面(夹层)或共面形式提供。各种1D、2D和3D形式的OCEL器件已成功测试。
11.EL材料可以被浇铸成形，并在某些情况下可以用电介质材料和/或电极保持在位。与LED不同，发射层可以成形为期望的形状。通电后，该形状将发光。该特性是消费品、娱乐和照明应用特别感兴趣的。
12.可以耦合多个器件。可以由同一时变电源操作多于一个OCEL器件。
13.可调的发光颜色。多种EL材料可用于最佳频率和/或电流范围。此外，此特征还可以产生各种颜色的发光。
14.可调分辨率。可以使用各种EL材料来修改EL器件的分辨率。
15.可调的EL层寿命。现有的EL器件使用光吸收有限的电极，例如ITO玻璃。这意味着必须施加更高的电压才能使EL器件以所需的光输出运行。较高的电压会降低EL材料的寿命。OCEL使用有助于增强不会预期发生吸收的局部电场的物质(例如水)来工作。较低的所需电压增加了EL器件的寿命。
16.发射层可以涂有绝缘材料，以提高耐久性并延长器件寿命。
17.EL层可以被施加到热电极上或有助于增强跨EL器件的电场的材料或物质的表面上，或者EL层可以是独立的层。该特征将允许各种应用，尤其是无线应用。
18.无需支撑材料即可工作。所有现有的EL技术都依靠电极作为支撑件，以将EL器件和电介质层固定在位。形式自由的OCEL在EL材料漂浮(未连接)在容器中的环境中也可以使用。
19.独立于所施加的时变电能的方向工作。与其他单向的、类似二极管的EL器件不同，OCEL的工作与输入电压的方向(正极到负极，或负极到正极)无关。这意味着EL器件可以在任何取向上通电。信号可以具有正偏移或负偏移。信号的时间平均值可以小于零或大于零。
20.改进的对比度：EL材料和/或不同电介质层的组合使用允许产生这样的系统：该系统的电能E1和E2＝(E1)/2的光输出容易区分。该特征使OCEL对跨EL层施加的电能的微小变化具有独特的敏感性。
21.可调节的电介质层：电极和/或导电体的厚度(EL器件与导电体之间的距离)或表面积的变化可以改变发光强度。另外，光强度可以根据所使用的电介质的类型(例如不同介电常数的溶液)而变化。
增加电场的物质和材料：具有导电性的物质、材料和物体通常也被认为包括在该类别中。金属和金属合金是代表性的示例性材料。在本申请的实践中可用的金属包括但不限于金、银、铜、锌、镍、铝，以及包括黄铜、青铜、钢和不锈钢在内的合金。
在一些实施例中，用于增加电场的物体可以是选自极性液体的一定量的液体，该极性液体包括水、醇(例如甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、乙二醇、甘油和丙二醇)、极性非质子溶剂(包括二甲亚砜、二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、乙腈)，以及两种或更多种任何比例的液体的混合物。在本申请的方法中可用的材料的范围内可以考虑其他导电材料，例如固体或液体导电聚合物。
在本发明的方法中，各种物质、材料或物体可用于紧邻电致发光器件放置，以增加电场，从而在时变电流已经传输到电致发光器件时引起电致发光器件的发光。这些物质、材料或物体不受其物理尺寸或形状的特别限制。在一些实施例中，在物质、材料或物体是固体的情况下，它们可以是近似一维的形状，例如任何方便长度的导线。在其他实施例中，它们可以具有近似二维的形状，例如片状材料、叶状材料、卷状材料或板状材料，并且不限于任何特定的几何形状。在又一些其他实施例中，它们可以是三维的并且采取任何期望的形状。在某些实施例中，可能希望限制紧邻电致发光材料的物质、材料或物体的物理面积，以将场增强效应集中到局部区域或面积。
在紧邻电致发光器件的液体物质用于增加跨EL器件的电场的实施例中，液体可以被封闭在器皿或容器内。所述器皿或容器可以接触电致发光器件。常见的器皿和容器包括杯、试纸条、试管、微孔、微孔条或板，以及实验室常用的其他常规容器。在这样的实施例中，器皿或容器包括一个或多个具有一定厚度的壁，并且该厚度在电致发光器件与当在本发明的方法中使用时改变跨EL器件的电场的物质之间建立分隔距离。
在一些实施例中，增加跨EL器件的电场的液体物质可以是包含溶剂和至少一种溶质的溶液。在一些实施例中，溶液可以是水溶液。一种或多种溶质可以有利地但不限于选自：酸、碱、无机盐、有机盐、水溶性有机溶剂、水溶性聚合物、氨基酸、肽、蛋白质、药物、染料、酶、酶底物、核苷酸、核苷和核酸，以及它们的混合物。
包含大量水的生物体、以及生物体的一部分起到增加局部电场的作用，并且可以在产生电致发光的本发明的方法中起作用。生物体包括动植物，包括哺乳动物，尤其是人体。在一个实施例中，本发明的方法可以用于产生用于创建指纹图像以用于识别或安全目的的信号。本发明的方法可以应用于对皮肤的其他区域、其他动物体的区域、甚至无生命的物体进行成像，以及用于获得关于性质的信息，这些性质包括尺寸或表面特性，例如相接触的物体的纹理。
在另一个实施例中，人体的一部分包括身体组织的一部分，或组织切片。这种组织的一部分或组织切片可以方便地施加或粘附到显微镜技术中使用的类型的常规载玻片上。这样的切片可以具有任何方便的厚度，因此在这方面不受特别限制。尺寸或直径足够小的半导体磷光体颗粒的使用允许进行显微成像。
可以以任何方便的顺序或关系相对于系统的其他元件来设置用于增加跨EL器件的电场的物质。尽管本文使用术语“物质”来描述用于增加电场的材料，但可以使用多于一种的物质，它们共同作用。在一个实施例中，导线或铜带或两者一起可以直接接触电致发光器件，并且导线的另一端放置成与液体的器皿或另一种固体物质接触。这些物质的许多另外的示例性组合在下面的实施例中示出。在一些实施例中，例如在电致发光器件是具有施加到一个表面上的磷光体层的平面支撑件的情况下，可以将场增强物体、材料或物质定位在相对于磷光体材料远离电源的区域中。在电致发光器件是LED灯泡的实施例中，电流可以被传输到阴极腿或阳极腿之一，并且场增强物体、材料或物质被放置成紧邻另一支腿。在其他实施例中，场增强物体、材料或物质可以位于电致发光器件和电源之间。在又一些其他实施例中，场增强物体、材料或物质可以在两个维度上完全或部分地围绕电致发光器件，或者甚至在三个维度上完全包围电致发光器件。在这样的形式中，电致发光器件可以被电介质材料部分或完全覆盖，但是本申请的方法不限于这些情况，并且不需要电介质层或阻挡层。
发光和检测：本申请的电致发光器件产生由所使用的磷光体材料的发射特性支配的波长、更精确地是波长范围的光。通常，在跨紫外光、可见光和近红外光波长的电磁谱区域中产生光。在本申请的方法中，可以通过有选择地选择磷光体来产生一种或多种颜色的光。
在本发明的方法中产生的电致发光的光可以通过任何合适的方式来检测，并且不限于任何特定的检测或可视化模式。例如，可以用眼睛检测在光谱的可见部分中产生的光。检测发射光的其他方法包括数码相机、摄影胶片、CCD芯片和传感器阵列。商业或专用的光度计也可以用于检测和测量在本发明的方法中产生的电致发光。可以使用具有设计成容纳单个样品管(例如Turner Designs TD 20/20等)的测量室的光度计。或者，也可以使用设计成容纳96孔微孔板并测量每个孔的光度计。在一些实施例中，可能期望选择所发射的光的波长的一部分。在这种情况下，该方法可以进一步包括使用单色仪(棱镜或光栅)或包括低通、高通和陷波或带通滤波器在内的滤光器。在一些实施例中，可以使用包括显微镜的光学系统，该显微镜使用各种透镜进行光学放大并选择焦平面。
本发明的方法的应用：本申请的方法通过利用下述事实而发现许多适用领域，即：由电致发光器件产生的光强度与紧邻电致发光器件放置的物质的相关参数成比例。在一些实施例中，该参数将基于物质的量，例如，一列样品的表面积、质量、体积或长度。在其他实施例中，光强度将与基于物质的某些固有性质的参数相关。当在本文中使用术语“比例”时，应理解为不仅指简单的一对一关系或线性相关关系，而且还指其他数值形式的关系，例如二阶多项式、其他阶多项式、对数、指数等。重要的特征是，通过测量覆盖一系列值的样品集，可以建立光信号强度与所测参数或性质之间的相关关系。由此可以导出校准曲线或比例常数。通过使用本申请的技术来使用这样的方法，可以开发出分析测试方法，其可以是定量、半定量、定性、是/否、截断或阈值类型测试。
液位感测：可以设计几种不同的液位测量系统配置，类似于美国专利***(AliB的开路现有技术应用)的配置，并且都被认为落入本发明的方法的范围内。在图30A和图30B中提供了这种配置的示例系统。在每种配置中，时变电信号从电源311传输到电磁辐射检测器313内包含的电致发光器件312。在图30A中，电容器电极314与物体315直接接触，在这种情况下物体315为汽油。在图30B中，物体315和电容器电极314通过电介质材料层或容器壁分开。例如，合适的方法可以包括以下方法，其中：
1)传感器位于流体容器的内部，在到达容器底部的壁旁边；
2)远程传感器位于容器的外部，在容器壁旁边(此配置的一种形式是修改后的配置1，其中传感器涂有电介质并且位于容器的内部，但由于电介质而不与流体直接接触)；
3)远程传感器：其中在流体容器下方有一块大板(一块小板不会在液位与信号之间产生线性相关，而是可以区分不同类型的流体)；
4)当容器是导电材料时，容器用作电极，并用于测量容器内流体的液位，
5)容器用作电极，并且该容器是绝缘的但具有起到传感器作用的导电壳涂层，或者该容器是导电的，但是电介质层阻止该容器与流体直接接触。
电压扫描：在一种替代方法中，作为监视恒定电压下流体的不同液位下的信号变化的替代，调节电源的输入电压以影响随输出时间变化的电信号的大小，直到电致发光器件以预选的信号强度发射。然后将电压值与容器内流体的液位相关联。例如，流体样品的体积可以从电压和流体体积的校准曲线得出。
测试方法：在一些实施例中，改变时变电信号的物质是含有溶质的水溶液，并且由电致发光器件产生的光强度与水溶液中溶质的量或浓度成比例。在一些实施例中，溶质是化学反应或生化反应的产物。以这种方式，该方法可以用于监测反应的进展或程度的目的。可以监测其进展的示例反应将是产生或消耗离子物质的反应。当产生或消耗的溶质是酸或碱时，本申请的方法可以提供溶液pH值变化的指示。
在一些实施例中，反应溶液包含如下溶液：该溶液包含酶和酶底物，以及可选的缓冲液和促进酶活性的辅因子，由此酶与底物发生反应以产生可溶的反应产物，并且反应产物的量与产生的光强度成比例。
在另一个实施例中，改变时变电信号的物质是两种液体的混合物，每种液体都能够增加电场但程度不同。在这样的实施例中，产生的光将根据两种液体的相对量或比例而不同。该比例可以以任何合适的形式表示，例如，以重量百分比、体积百分比或摩尔比表示。
通过本申请的方法实现的附加用途包括指纹检测、液体的检测(例如液体传输系统中的泄漏)、分析物检测、酶测定、深度传感器、距离传感器和电导率测量。本领域技术人员可以通过参考所描述的实施例和本文所公开的示例想到这里未具体列出的本发明的方法的其他用途。
在一些实施例中，该方法可以用于测量物体的物理性质的单个值。例如，如上所述，使物体接近电致发光器件，测量由电致发光器件发射的电磁辐射的强度，并将该强度与不存在物体的情况下发射的强度进行比较。将如此测量的强度与物体的性质相关联。可选地，可以将该强度与不存在物体的情况下发射的强度进行比较。
在其他实施例中，该方法可以用于测量物体的物理性质的一组或一系列值，即变化值。在这种方法中，使具有性质的变化值的物体靠近如上所述的电致发光器件。在一段时间内以固定或不固定的间隔测量由电致发光器件发射的电磁辐射的强度，并在每个时间点确定强度。然后，将如此测量的强度与物体的性质的变化值相关联。可以在表格中提供将EL辐射与物理性质相关联的信息，或从特别为正在研究的设置生成的校准曲线中得出该信息。该方法构想了性质变化是连续过程并且连续地或间隔地进行测量的情况，以及性质变化具有离散属性的情况，例如，测量物体的不同区域、测量物体的不同样品或在不同的时间测量。
在一些实施例中，时变电信号被无线地传输。在其他实施例中，时变电信号通过导线或其他导电介质(包括金属，其他导电固体、导电液体和等离子体)从电源传输到电致发光器件的端子。
提供了示例性实施例，其中研究了所含液体的物理性质。物理性质选自量、高度、水平、体积、介电常数、极性和电导率的非详尽列表。电容器电极用于将电信号从以开路配置构造的电致发光器件传输到所含液体。在其他实施例中，研究了固体和气体材料的物理性质。
本发明的方法也可以被结合以测量物体的多个物理性质。为了实现这一点，将具有已知特性的一个(或多个)电信号从至少一个电源传输到一个(或多个)电致发光器件。然后使用多于一个电容器电极将电信号从电致发光器件传输到所含液体，该液体可以与或可以不与一个或多个电容器电极直接接触。要求至少一个电致发光器件保持开路。
在本申请的其他实施例中，可以测量多个不同物体的性质或一种类型的物体或物质的多个量。后者的一个示例可以是测量微孔板中的每个孔。该方法可以通过将具有已知特性的电信号从电源传输到一个(或多个)电致发光器件来实现。然后，用于每个孔的电容器电极用于将电信号从电致发光器件传输到所含液体，该液体可以与或可以不与一个或多个电容器电极直接接触。可以对每个孔使用单独的电致发光器件，例如带有检测器的LED。或者，可以将具有一个检测器的一个LED用于所有孔，并且所使用的系统一次只能探测一个孔。在另一实施例中，使用多个电致发光器件来产生电磁辐射，其中来自多个电致发光器件中的每一个的电磁辐射经由诸如光纤的电磁波导被引导到一个检测器中。
在另一个代表性的实施例中，两个电容器电极用于测量容器中的液体样品的两个独立的性质，例如类型和量。以下包括一个示例性实施例，其中使用两个电容器电极来测量；第一个电极测量乙醇含量，第二个电极测量汽油的量。在一个特定实施例中，两种独立的OCEL方法紧邻可变量和可变乙醇含量的汽油样品设置。该方法能够执行两次测量，从而可以确定样品体积和汽油中的乙醇含量。
该实施例仅是说明性的，并不意在呈现测量物体的多个物理性质的可能组合的全面列表。例如，不需要用于相互独立工作的多种方法的组合。而且，不需要使用多于一个的电源、电致发光器件或电极类型，即绝缘的电容器电极。此外，由一个(或多个)电源产生的电信号可以具有或可以不具有相同的特性，包括但不限于振幅、频率、波形和相位。最后，不需要使用电致发光方法来测量所有物理性质；该方法可以与确定物体的物理性质的常规方法(例如，光谱学)结合，并且可以与“闭路”方法结合。
申请人已经发现，可以使用附加的电路部件来进一步扩展使用OCEL技术的测量范围和界限。
在一个实施例中，物体可以是电路部件，其中电路部件的物理性质可以改变。此配置的示例系统在图31A和31B中显示。在图31A中，物体326通过导线324紧邻电路部件325定位，该导线324连接到包含在电磁辐射检测器323内的电致发光器件322。在图31B中，电路部件325在电源321和电致发光器件322之间。电路部件的物理性质的变化可以改变跨与该电路部件耦合的电致发光器件的时变电信号，从而导致电致发光器件发射的电磁辐射发生变化。然后测量电致发光器件的电磁辐射的变化并将其与电路部件的物理性质相关联。
基于电路部件所接受的物理性质的类型来选择电路部件。例如，电感器可用于测量物体的磁性能，即，确定物体的磁性能对通过电感器的电信号的特性的影响程度。电致发光器件和电路部件的附接顺序可以改变。电致发光器件和电路部件能够以串联或并联配置耦合。
附加电路部件从电感器、螺线管、变压器、电磁辐射传感器(例如光电二极管和热电堆)、热电偶、热电传感器和压电传感器的列表中进行选择，但不限于此。这些部件与本申请内容相结合，以拓宽可测量的物理性质的类型。在以下实施例中，将物体放置在与结合至本申请中讨论的OCEL方法的电路部件紧邻的位置。物体的物理性质的变化将改变通过电路部件并因此跨电致发光器件传播的电信号的特性。
在用于测量物体的一个或多个性质的方法中可以采用附加的电路部件。该部件被配置为电耦合至电致发光器件并改变通过电致发光器件传播的电信号。这样的部件可以插入在电源和电致发光器件之间，或者可以设置成使得电致发光器件在电源与附加电路部件之间。在任一种布置中，电致发光器件都保持开路。
电感器：在一些实施例中，电感器用于引起跨电致发光器件的电信号的变化。电感器定义为线圈、扼流圈或电抗器。电感器是一种电路部件，通常是两端子电气部件，当电流流过时，它会在磁场中存储能量。电感器通常包括缠绕成线圈的绝缘的线。在其他实施例中，术语“电感器”用于指绕芯缠绕成线圈的线。通过使用电感器可测量的性质/物体包括位移、距离、位置、取向、振荡、振动、成分、体积、表面积、长度和电导率。
在一个实验中，将包括围绕芯缠绕成线圈的线的具有两个端子的电感器可操作地耦合至电致发光器件，其中第一端子从电源和第二端子接收时变电信号。电感器的两个端子直接连接到EL器件的第二端子。耦合的电感器接收到时变电信号。将一块金属片放置在距电感器表面0.1mm的已知距离处，这导致EL器件的电磁辐射发生变化(从0RLU到13,000RLU，RLU＝相对光单位)。金属片和电感器之间的距离增加导致电磁辐射的逐渐减小(对于0.1mm至1.4mm的距离，RLU从13,000减少到10,400RLU)。使用分辨率为0.01mm的数字卡尺测量距离。对于0.01mm的距离变化，测得的电磁辐射强度变化为60RLU。
在另一个实验中，将包括围绕芯缠绕成线圈的线的具有两个端子的电感器可操作地耦合至电致发光器件，其中第一端子从电源和第二端子接收时变电信号。电感器的两个端子直接连接到EL器件的第二端子。耦合电感器接收时变电信号。将电磁体放置在紧邻电感器的位置(相距1cm)。将一块金属片放置在电感器上方，位于电感器和电磁体之间，这导致EL器件的电磁辐射发生了变化(从1,850RLU变为2,000RLU)。电磁体连接到电源。一旦通电，电磁体便能够吸引金属片并将其与电感器表面分离。金属片与电感器之间的距离增加导致电磁辐射减少(从2,000RLU减少到1,850RLU)。连接到电磁体的电源设置为生成200mHz和500mHz的方波，在此期间，电磁体会被周期性地通电。电磁辐射的变化与电磁体的通电变化以及金属片的位置变化相一致。测量结果的分辨率由电磁辐射检测器的分辨率设定。
在另一个实验中，将包括围绕芯缠绕成线圈的线的具有两个端子的电感器可操作地耦合至电致发光器件，其中第一端子从电源和第二端子接收时变电信号。电感器的两个端子直接连接到EL器件的第二端子。耦合电感器接收时变电信号。轮支撑以预定方式组织的四个金属片。轮和被支撑的金属片放置在距电感器表面已知距离处。每个金属片都会导致EL器件的电磁辐射发生变化，这取决于金属片的类型和/或轮上的金属片相对于电感器的位置。确定了四个金属片中每个金属片的电磁辐射(金属1：4170RLU；金属2：4110RLU；金属3：4100RLU；金属4：4070RLU)。然后，将轮绕其轴线手动旋转。基于由四个金属片引起的电磁辐射的变化来确定角旋转的周期。测量结果的分辨率是金属片的独特组合的数量的函数。在了解轮的半径后，即可得到轮的角速度。另外，轮停止时的角度是根据电磁辐射数据得出的。
在一些实施例中，可以操纵电路部件的物理特性。例如，可以更改电感器芯的物理特性。在下面的实施例中，其性质改变了跨电致发光器件的电信号的物体被认为是电感器上的芯。在该特定实施例中，电感器包括缠绕在容器上的线圈。将不同量的液体添加到容器中，这导致跨电致发光器件的电信号发生变化。电磁辐射的变化与液体量有关。
在一个实验中，将包括围绕芯缠绕成线圈的线的具有两个端子的电感器可操作地耦合至电致发光器件，其中第一端子从电源和第二端子接收时变电信号。电感器的两个端子直接连接到EL器件的第二端子。耦合电感器接收时变电信号。将一个污物堆放置在距电感器表面0.1mm的已知距离处，这导致EL器件的电磁辐射发生变化(从6,220RLU变为6,620RLU)。污物堆中水分含量的增加导致电磁辐射的逐渐增加。例如，当向污物堆中添加1mL的水时，电致发光器件的电磁辐射从6,220RLU增加到6,820RLU。添加的水越少，电磁辐射就越小(例如，对于100uL的水，电磁辐射增加20RLU)。申请人设想了一种传感器，以针对农业应用测量产品(例如谷物)和物体(例如污物)的水分含量。
弹簧电极：弹簧电极类似于螺线管，并且是缠绕成紧密堆积的螺旋的线圈。与螺线管相比，弹簧电极是柔性的。弹簧电极的柔性与其刚度常数因子有关。撞击附接到弹簧电极的物体的力使弹簧电极移位。根据胡克定律，弹簧电极的位移是其刚度常数因子和力的函数。通过使用弹簧电极可测量的性质包括位移、重量和加速度。
在一个实验中，将包括缠绕成线圈的线的具有两个端子的弹簧电极(螺线管)可操作地耦合至电致发光器件，其中第一端子从电源和第二端子接收时变电信号。弹簧电极的一个端子直接连接到EL器件的第二端子。耦合的弹簧电极接收时变电信号。弹簧电极的第二端子连接到200克的固定质量上。此时，在7,700RLU下测量了电致发光器件的电磁辐射。一旦释放质量，弹簧就被拉伸了。弹簧电极长度的变化导致电致发光器件的电磁辐射的变化。由电磁辐射的变化确定振荡和振荡阻尼的时间常数。在8,400RLU下测量了弹簧电极处于平衡和静止(即由于200克的质量而产生最大拉伸)时的电磁辐射。针对各种质量进行了实验，在此期间记录了各个测试质量的电磁辐射变化。
在另一个实验中，使用四个弹簧电极，目的是确定杆在二维屏幕上的位置。为此，将四个弹簧电极连接到一端的杆，并且连接到尺寸为6”x12”的矩形屏幕的每个角处的导电销。杆在矩形屏幕内水平移动。屏幕上杆的位置的变化导致四个弹簧电极发生不同的位移(即拉伸)。然后通过将电致发光器件连接到每个导电销并测量四个弹簧电极中的每个弹簧电极被拉伸的程度来确定杆的位置。申请人设想了一种传感器，例如陀螺仪，以测量附接到以预定形式组织的多个弹簧电极上的测试质量的位置，从而确定传感器的取向、振荡、运动等。
在其他实施例中，诸如热电偶电极、电磁辐射检测器和压电传感器之类的电路部件可以用在检测物体的性质的方法中，其中该性质可以选自环境条件的非穷举列表，例如温度、压力、电磁辐射和振动。
热电偶：热电偶包括一对具有不同导热率性质的不同导电电极。由于热电效应，在两个不同的电极之间形成了残余电势差。这种残余电势会影响通过热电偶传播的电信号。残余电势差的大小是温度的函数。
在一个实施例中，热电偶附接到OCEL系统的电致发光器件的第二端子。使用热风枪控制热电偶周围的环境温度。当温度变化时，在热电偶内部会产生电流。产生的微安级电流导致电致发光器件的电磁辐射发生变化。然后将电磁辐射的变化与热电偶温度的变化量相关联。
在一个实验中，将包括一对具有不同物理性质的金属线的热电偶可操作地耦合至电致发光器件，其中第一端子从电源和第二端子接收时变电信号。热电偶的一对线直接连接到EL器件的第二端子。热电偶的耦合的一对线接收时变电信号。然后将热电偶的一对线紧邻热风枪放置，这导致热电偶的一对线的温度升高。记录温度变化和由此产生的电磁辐射变化。在一个实验中，随着热电偶的一对线的温度分别从45摄氏度变为70摄氏度，电磁辐射从8000RLU下降到7300RLU。
电磁辐射传感器：在一些实施例中，电磁辐射传感器包括但不限于光电传感器和热电堆。进入的电磁辐射将导致微安级的小电流流过传感器，该电流可以被收集并转化为可测量的信号。这种现象被称为“光电效应”。
在一个实验中，将包括多个端子的热电堆可操作地耦合至电致发光器件，其中第一端子从电源和第二端子接收时变电信号。热电堆的两个端子直接连接到EL器件的第二端子。耦合的热电堆接收时变电信号。然后将热电堆暴露于发射红外辐射的热能源。在7,800RLU下记录了背景电磁辐射。在红外辐射源打开后，电致发光器件的电磁辐射在25秒内缓慢增加到9,200RLU。在红外辐射源关闭后，电磁辐射在150秒内缓慢恢复到其原始电磁辐射值7,800RLU。
在另一个实验中，将包括多个端子的光电二极管可操作地耦合至电致发光器件，其中第一端子从电源和第二端子接收时变电信号。光电二极管的两个端子直接连接到EL器件的第二端子。耦合的光电二极管接收时变电信号。然后将热电堆暴露于闪光灯。在8,000RLU下记录了背景电磁辐射。在闪光灯打开至“暗淡”后，电致发光器件的电磁辐射立即增加到8,170RLU。当闪光灯变得更亮时，电致发光器件的电磁辐射增强到8,250。此外，当将闪光灯设置为产生闪烁的电磁辐射时，即以某个频率在开和关之间切换时，电致发光器件的电磁辐射以10Hz在8,000RLU和8,200RLU之间进行调制，这表明闪光灯在“关闭”和“有点亮”状态之间切换的频率。
压电传感器：压电传感器在此定义为一种利用所谓的“压电效应”将机械能转换为电能的传感器。机械能的形式可以是加速度、压力、温度、振动、振荡、应变或力。
在一个实验中，将包括多个端子的压电传感器可操作地耦合至电致发光器件，其中第一端子从电源和第二端子接收时变电信号。压电传感器的两个端子直接连接到EL器件的第二端子。耦合的压电传感器接收时变电信号。然后将压电传感器暴露于机械能源。机械能由电介质辅助棒提供。在12,760RLU下记录了背景电磁辐射。由于来自辅助棒的冲击，压电传感器发生偏转，导致电致发光器件的电磁辐射降低到12,660RLU。更大冲击的情形导致电致发光器件的电磁辐射发生更大变化。例如，当冲击导致压电传感器从其原始位置偏转多达近90度时，电致发光辐射降低至12,525RLU。
变压器：在本申请的一些实施例中，来自电源的电信号可以被传输到包括两个线圈的变压器的初级线圈。然后可以将变压器的次级线圈用作接收器。在下面的实施例中，电致发光器件附接到线圈，该线圈接收由附接到电源的初级线圈传输的电信号。
在一些实施例中，两个绝缘的线圈(初级线圈和次级线圈)被耦合，使得时变电信号可以在两个线圈之间传输。初级线圈和次级线圈被耦合，使得来自电源的电信号可以在线圈之间无线传输。在这种情况下，初级线圈中的时变电信号将在次级线圈中引起时变电信号。
在一个实验中，将包括初级线圈和次级线圈的变压器可操作地耦合至电致发光器件。在图32中示出了该配置的示例性教导。变压器的初级线圈332连接到电源31。变压器的次级线圈333与第一线圈可操作地耦合。电致发光器件334的第一端子连接到次级线圈，并因此从电源和变压器初级发射线圈的系统接收时变电信号。电致发光器件334被容纳在检测区域335中并且紧邻物体336放置。在另一个实验中，初级和次级变压器线圈被放置在微量滴定孔周围。在9,750RLU下记录电致发光器件的背景电磁辐射。在微量滴定孔中添加水滴会导致电致发光器件的电磁辐射发生变化。每增加一个水滴都会使电致发光器件的电磁辐射增加25RLU。
在一些实施例中，次级线圈附接到电致发光器件的第一端子。在其他实施例中，变压器包括芯，初级线圈和次级线圈都缠绕在芯上。改变芯的性质会导致电信号的变化，因此导致电致发光器件的电磁辐射的变化。在下面的实施例中，其性质改变了跨电致发光器件的电信号的物体被认为是变压器的芯。在该特定实施例中，变压器包括初级线圈和次级线圈，其中，至少一个线圈缠绕在容器上。将不同量的液体添加到容器中，这导致跨电致发光器件的电信号的变化。电磁辐射的变化与液体量有关。
所公开的方法还允许使用多种技术来测量物体的物理性质。该技术将包括至少一种OCEL方法。在一个实施例中，通过以下技术测量已知尺寸的容器内所含液体的体积：
电容电极：其中该电容电极安装在容器的内部并沿容器的本体延伸，
电感器：其中该电感器安装在容器下方并与液体电绝缘；以及
超声液位指示器：该超声液位控制器安装在容器盖上方，并配置为主动发射超声信号并测量反射信号以确定液体高度。
这三种技术独立地报告所含液体的估计体积。然后可以交叉校准三个独立的测量值并进行比较，以提高测量精度。在一些实施例中，这些独立技术可以进一步识别所含液体的质量。然后，该信息可用于得出所含液体的体积。在另一些实施例中，容器的形状即尺寸是预定的。
电化学电池：电化学电池是指用于通过化学反应发电的装置。使用电引起化学反应的装置也称为电化学电池。电化学电池的一个示例包括由多个半电池组成的电池组。电池组是由一个或多个电化学电池组成的装置，其外部连接可设置为向电子设备供电。为了给设备供电，连接起来的电池内部的氧化还原反应将高能反应物转化为低能产物。自由能差作为电流提供给设备。
在一个实施例中，OCEL系统用于确定通过化学反应发电的速率。在该实施例中，通过跨连接到时变电信号源的电致发光器件的电流的变化量来测量在电化学电池的两个半电池之间形成的电流。在另一个实施例中，电容电极用于测量电化学电池即电池组内部的存储电荷。
在一个实施例中，具有未知存储电荷的电容器被紧邻OCEL系统放置。然后将OCEL系统的EL器件的电磁辐射的变化与电容器内部的存储电荷量相关联。
现在将参照附图更全面地描述示例性实施例。
参照图29的代表性时变电源的描述：在一个实施例中，具有可调节输入电压的高频(35kHz)CCFL电路用于展示红色LED的响应-亮度曲线。CCFL电路CXA-M10M-06Y15R由波发生器(BK Precision4052)供电。在图29A中展示了CCFL电路的系统配置，该CCFL电路以开路形式直接连接到LED(Mouser P/N：638-MV8113)，并使用光度计(TD-20/20，TurnerDesigns)进行测量。在此示例中，改变电场以增强整个LED的物质或材料是性质未知的导线。在50mHz的1.5VDC至3VDC之间线性变化的斜坡波形被馈入高频CCFL电路。LED对该输入电压的亮度响应如图29B所示。类似地，图29C显示了LED亮度如何随调制直流电压变化。多项式拟合表明，LED亮度可以定义为输入DC电压的二阶多项式函数。调制直流输入电压使得能够监视改变跨EL器件的电场的材料或物质的性质随着时间推移的变化。多项式函数还可提供关于感兴趣的物质或材料的物理性质的信息，包括但不限于介电常数。
由此可以检查和比较任何感兴趣的物质或材料的亮度随输入电压的变化。刚刚描述的系统中的输入电压的试验调节允许它用于针对下述几个示例获得所需的灵敏度和测量的动态范围。除非另有说明，否则本示例中描述的系统将并入以下工作示例中。
参照图1和图2的示例1：在第一示例性实施例中，在本申请的方法中使用EL器件来测量不同体积的水样品对光强度的影响。红色LED 11用作电致发光器件。将LED 11放置在光度计13内，LED的一个端子通过单根线连接至上述时变电源12。LED的另一端子固定在微容器14的底部，因此电致发光器件处于开路状态。由LED产生的光的强度通过光度计测量并随时间绘图。将具有空的微容器14的开路电致发光器件的光强度设为背景。向微容器14中添加2μL的水，并使用光度计记录开路电致发光器件的光强度的变化。同样，将另外2μL增量的水添加到微容器中，并记录信号的变化。提取的数据在图2中显示了来自电致发光器件的光强度与添加到微容器中的水的体积之间的线性关系。
参照图3和图4的示例2：在另一个示例中，类似地测量了水体积对光强度的影响，但是使用ITO玻璃的导电侧上的微米级的Cu掺杂的ZnS颗粒(磷光体颗粒)作为电致发光器件。为了制造电致发光器件，在ITO玻璃32上沉积一层磷光体颗粒31，并用一层电介质带33覆盖这些颗粒。将电致发光器件放置在光度计34内。上述时变电源35通过单根线连接到ITO玻璃。使用直径为约5mm的圆形导电铜带37将铜线36固定在电介质层上。铜线的另一端固定在微容器38的底部，使得电致发光器件处于开路状态。通过光度计测量由电致发光器件产生的光的强度，并随时间绘制结果。将具有空的微容器的开路电致发光器件的光强度设为背景。向微容器中添加2μL的水，并使用光度计记录开路电致发光器件的光强度变化。类似地，将另外2μL增量的水添加到微容器中，并在每次添加后记录信号的变化。提取的数据在图4中显示了来自电致发光器件的光强度与添加到微容器中的水的体积之间的线性关系。
参照图5和图6的示例3：在另一个实施例中，使用测试系统检查了水样品对光强度的影响，其中从时变电能源流向EL器件的电流被电介质层中断。为此，将用作电致发光器件的红色LED 51放在光度计52内。上述时变电源53通过单根线连接到第一金属条34。电介质层55用于覆盖第一金属条54，并且在电介质层55上方放置第二金属条56。第二金属条56连接到LED 51的一个端子。LED 51的另一个端子固定在微容器57的底部，由此电致发光器件处于开路状态。由LED 51产生的光的强度由光度计52测量并随时间绘图。将具有空的微容器的开路电致发光器件的光强度设为背景。向微容器57中添加2μL的水，并使用光度计记录开路电致发光器件的光强度变化。提取的数据在图6中显示了来自电致发光器件的光强度与添加到微容器中的水的体积之间的线性关系。
参照图7的示例4：在另一个实施例中，用两个LED系统检查了水样品对光强度的影响。第一红色LED71用作电致发光器件。第一LED放置在光度计72内。上述时变电源73连接至第二红色LED 74的第一端子。金属线75用于将第二LED 74的另一端子连接至第一LED 71的第一端子。第一LED的另一支腿固定在微容器76的底部，使得电致发光器件处于开路状态。由第二LED产生的光的强度由光度计测量并随时间绘图。将具有空的微容器76的开路电致发光器件的光强度设为背景。将2μL的水添加到微容器76中，并使用光度计记录开路电致发光器件的光强度的变化。也点亮。
参照图8的示例5：离子溶液浓度的测量。在另一个实施例中，采用本发明的方法来测量溶解在溶液中的溶质的量。红色LED81用作电致发光器件。将LED放置在光度计82内。上述时变电源83连接至单个金属线84。金属线84的另一端固定在容器85内。另一个金属线86的一端也布置在容器85内，使得金属线84和金属线86彼此分开并固定在距容器底部相同的距离处。金属线86的另一端连接到LED的一个端子。LED的另一个端子未附接至任何东西，因此电致发光器件处于开路状态。制备NaCl水溶液的一组连续稀释液，其中NaCl浓度范围为1M至10-6M。将100μL的10-6M NaCl溶液添加到容器中，使得线84和线86的端部与溶液接触。使用光度计记录电致发光器件的所得光强度。类似地，记录了不同浓度的NaCl下的电致发光器件的光强度。产生的光强度与NaCl的浓度成比例
参照图9的示例6：酶活性的测量。在另一个实施例中，采用本发明的方法进行酶在底物上的活性的测定。红色LED 91用作电致发光器件。将LED放置在光度计92内。上述时变电源93通过单根线连接至LED 91的第一端子。LED 91的第二端子连接至第一金属线94的一端。第一金属线94的另一端固定在容器95内。第二金属线96的一端也置于容器95内，使得第一金属线94和第二金属线96彼此分开并固定在距容器95的底部相同的距离处。第二金属线96的另一端未附接至任何东西，使得电致发光器件处于开路状态。
通过混合两种溶液分别制备一组酶促反应液。溶液1是已知浓度的酶底物(乙酸乙酯)在水中的工作溶液。溶液2是酶(酯酶)水溶液的一组连续稀释液，其中酶浓度范围为10mg/mL至1μg/mL。酶与底物乙酸乙酯的反应将其转化为乙醇和乙酸盐。将底物与1μg/mL的酶之间的一组100μL的酶促反应液添加到容器中，并使用光度计记录电致发光器件的光强度。类似地，使用每种酶稀释液制备反应溶液，并记录每个酶促反应下的电致发光器件的光强度。产生的光强度与酶的浓度成比例地变化。
参照图8的示例7：酶活性的替代测量。在另一个实施例中，采用本发明的方法来进行酶在底物上的活性的测定。在这种变型中，将分析样品放置在电源和EL器件之间。红色LED 81用作电致发光器件。LED放置在光度计82内。上述时变电源83连接到第一金属线84。第一金属线84的另一端固定在容器85内。第二金属线86的一端也布置在容器85内，使得第一金属线84和第二金属线86彼此分开并固定在距容器85的底部相同的距离处。第二金属线86的另一端连接至LED 81的第一端子。LED 81的第二端子未附接至任何东西，因此电致发光器件处于开路状态。通过混合溶液1和溶液2分别制备一组酶促反应液，其中溶液1为已知浓度的酶底物(乙酸乙酯)的工作溶液，溶液2是酶(酯酶)的水溶液的连续稀释液，其中酶浓度的范围为10mg/mL至1μg/mL。将底物与1μg/mL的酶之间的一组100μL的酶促反应液添加到容器85中，并使用光度计记录电致发光器件的光强度。类似地，对于具有不同浓度的酶的不同组的酶促反应液，记录了电致发光器件的光的强度。产生的光强度随酶的浓度而变化。
参照图10和图11的示例8：在另一个实施例中，使用具有涂覆在ITO玻璃上的电介质嵌入的磷光体颗粒的成像传感器来获得指纹。为了制备该装置，将微米级的Cu掺杂的ZnS颗粒(GG64)(Osram Sylvania Inc.)与硅树脂弹性体固化剂组合以形成“混合物”101。混合物101分散在ITO玻璃102的导电侧，然后在70℃下固化30分钟，以在ITO玻璃上形成电介质嵌入的磷光体层。上述时变电源103通过单根线连接至ITO玻璃102。在将手指104放在固化的混合物101上后，通过ITO玻璃102在混合物101上观察到图11所示的发光指纹。指纹的图像是通过面向ITO玻璃的相对侧的CCD相机获得的。
参照图12和图13的示例9：在另一个实施例中，将成像传感器——其具有涂覆在具有电介质覆层的ITO玻璃上的电介质嵌入的磷光体纳米颗粒——用于获得指纹。为了制备该装置，在水中制备了通过US2018/0051209中公开的方法制备的、名为JS-43的5nm Mn掺杂的ZnS纳米颗粒的分散体。通过干燥ITO玻璃上的悬浮液，将纳米颗粒层121沉积在ITO玻璃122的导电侧上。诸如乙烯基膜或丁腈橡胶膜之类的电介质层123覆盖纳米颗粒层121。上述时变电源124连接至ITO玻璃122。在将手指125放在电介质层123上后，通过ITO玻璃122在纳米颗粒层121上观察到图13所示的发光指纹。指纹的图像是通过面向ITO玻璃的相对侧的CCD相机获得的。
参照图14和图15的示例10：在另一个实施例中，将具有夹在涂覆于ITO玻璃上的两个电介质层之间的磷光体颗粒的成像传感器用于获得指纹。为了制备该装置，在ITO玻璃142上涂覆第一电介质层(商业粘结剂树脂中的钛酸钡，或薄的聚合物层)141。在第一电介质层141上沉积GG64颗粒层143，然后在磷光体材料层143上沉积第二电介质层144。上述时变电源145通过单根线连接至ITO玻璃142。在将手指146放在电介质层144上后，通过ITO玻璃142在磷光体材料层143上观察到图15所示的发光指纹。
参照图16的示例11：在另一个实施例中，检查了不同物质对发光的影响。红色LED161用作电致发光器件。LED 161放置在光度计163内，LED的一个端子通过单根线连接至上述时变电源162。LED的另一个端子固定在微容器164的底部，使得电致发光器件处于开路状态。由LED产生的光的强度通过光度计测量并随时间绘图。将具有空的微容器164的开路电致发光器件的光强度设为背景。一组不同的溶剂用作增加电场的物体或物质。对于来自一组不同溶剂的每种溶剂，将5mL溶剂添加到容器164中，并使用光度计记录开路电致发光器件的光强度。图16和表1中显示的结果表明，光强度随着材料极性的增加而增加。
Figure BDA0002883510480000341
Figure BDA0002883510480000351
表1.用不同液体产生的光强度
参照图17的示例12：在这些实施例中，使用图17所示的装置在导电介质中激发EL器件。在这些实施例中，将绝缘的LED浸在水中。水可以可选地包含矿物质以增强电导率。LED引线通过绝缘的线在一端连接到时变电源，在另一端连接到地。在此示例中的每个替代实施例中，增加跨EL器件的电场的物体是水浴和一个直接连接到EL器件的可选的第二物体。产生的光强度与场增强物体的存在和尺寸相关。测试了以下组合并产生了电致发光：
A.两个LED引线均直接连接至时变电源以及增强跨EL器件的电场的材料或物质。如图17所示，LED端子171和174直接连接到增强跨上述EL器件和时变电源的电场的材料或物质，而没有电介质层172和173。隔水层175将LED 176与水浴177分开。
B.两个LED引线通过电介质层均连接至时变电源以及增强跨EL器件的电场的材料或物质。在该实施例中，LED端子171和174分别经由电介质层172和173连接到增强跨上述EL器件和时变电源的电场的材料或物质。隔水层175将LED 176与水浴177分开。
C.一根LED引线直接连接到时变电源，而另一根引线通过电介质层连接到增强跨EL器件的电场的材料或物质。在该实施例中，LED端子171直接连接到上述时变电源，而没有电介质层172，同时另一个LED端子174通过电介质层173连接到增强跨EL器件的电场的材料或物质。隔水层175将LED 176与水浴177分开。
D.一根LED引线直接连接到增强跨EL器件的电场的材料或物质，而另一根引线通过电介质层连接到时变电源。在该实施例中，LED端子171直接连接到增强跨EL器件的电场的材料或物质，而没有电介质层172，同时另一个LED端子174通过电介质层173连接到上述时变电源。隔水层175将LED 176与水浴177分开。
E.将所有部件绝缘并浸入水中。在该实施例中，LED端子171和174通过电介质层172和173连接到增强跨上述EL器件和时变电源的电场的材料或物质。隔水层175将LED 176与水浴177分开。
参照图18的示例13：在这些实施例中，使用图18所示的装置在导电介质中激发EL器件。在这些实施例中，将商用磷光体材料直接施加到否则绝缘的电极的裸露尖端上。然后用钛酸钡电介质层涂覆磷光体材料并风干。涂有磷光体的电极浸在水中。在图18中说明了用于这些实施例的装置。在此示例的每个替代实施例中，增加跨EL器件的电场的物体是水浴，以及一个直接或间接通过水浴连接到EL器件的可选的第二物体。产生的光强度与场增强物体的存在和尺寸相关。测试了以下组合并产生了光。
在给水浴通电的同时，将绝缘的电极直接连接至外部接地。如图18所示，附接到EL层186的电极181与水183绝缘并且直接连接到本体，没有电介质层182。水浴187通过单根线经由电极184连接到上述时变电源，而没有电介质185。
在给水浴通电的同时，将绝缘的电极通过电介质层连接到外部接地。如图18所示，附接到EL层186的电极181与水183绝缘，并经由电介质层182连接到本体。水浴187通过单根线经由电极184连接到上述时变电源，而没有电介质185。
在水浴接地的同时，将绝缘的电极直接连接到外部时变电源。如图18所示，附接到EL层186的电极181与水183绝缘，并且通过单根线直接连接到上述时变电源，而没有电介质层182。水浴187经由电极184连接到本体，而没有电介质185。
D.在水浴接地的同时，将绝缘的电极通过单根线经由电介质层连接到外部时变电源。如图18所示，附接到EL层186的电极181与水183绝缘，并且通过单根线经由电介质层182连接到上述时变电源。水浴187经由电极184连接到本体，而没有电介质185。
参照图19的示例14：在这些实施例中，使用图19中所示的装置在导电介质中激发EL器件。在这些实施例中，将商用磷光体材料直接施加到否则绝缘的电极的裸露尖端上。然后用钛酸钡电介质层涂覆磷光体材料并风干。涂有磷光体的电极浸在水中。在图19中说明了用于这些实施例的装置。在此示例的每个替代实施例中，增加跨EL器件的电场的物体是水浴，以及一个直接或间接通过水浴连接到EL器件的可选的第二物体。产生的光强度与场增强物体的存在和尺寸相关。测试了以下组合并产生了光。
在给水浴通电的同时，将绝缘的电极在水中直接连接至绝缘的接地。在下面的图中，附接到EL层196的电极191与水193绝缘，并连接到本体199，没有电介质层192。本体199存储在水密容器198中。水浴197通过单根线经由电极194连接到上述时变电源，没有电介质195。
在给水浴通电的同时，将绝缘的电极经由电介质层在水中连接到绝缘的接地。在下面的图中，附接到EL层196的电极191与水193绝缘，并经由电介质层192连接到本体199。本体199存储在水密容器198中。水浴197通过单根线经由电极194连接到上述时变电源(未示出)，没有电介质195。
在水浴接地的同时，将绝缘的电极在水中直接连接到绝缘的电源。在下面的图中，附接到EL层196的电极191与水193绝缘，并通过单根线经由电介质层192连接到上述时变电源199。电源存储在水密容器198中。水浴197经由电极194连接到本体，没有电介质195。
在水浴接地的同时，将绝缘的电极通过电介质层在水中连接到绝缘的电源。在下面的图中，附接到EL层196的电极191与水193绝缘，并通过单根线经由电介质层192连接到上述时变电源199。电源存储在水密容器198中。水浴197经由电极194连接到本体，没有电介质195。水浴和EL器件(直接或经由电介质层)连接到全部浸在水中的水密本体和水密电源。
参照图20的示例15：在制备用于单根线方法的平面EL器件时，检查了电极、EL层和电介质层的各种组合。在一个实施例中，导电体201直接连接到EL层202上。EL层直接位于透明电极203的上方，其中透明电极203通过单根线连接到时变电源。在EL层和电极之间没有施加电介质层。如图20所示，在激发时，由于导电体201的存在导致的局部增强，出现了图案204。
参照图21的示例16：在另一个实施例中，将BaTiO3的电介质层214放置在通过单根线连接到时变电源的透明电极215的表面上。然后将EL层213放置在电介质层的一部分上。如图21所示，两个本体211和212直接连接到EL器件的顶表面上。由于本体21的存在导致的局部增强，具有EL层的设置会导致发光图案216。另一方面，在没有EL层的设置中，没有观察到发光217。
参照图22的示例17：在该实施例中，本体221连接到EL器件，其中两个电介质层222将EL层223夹在它们之间。电介质层和EL层的系统放置在透明电极224上方，其中透明电极224通过单根线连接到时变电源。在激发后，由于本体221的存在导致的局部增强，出现了图案225。
参照图23的示例18：展示了多于一个EL层的使用。结果表明，根据激发条件会产生各种颜色。在这些实施例中，本体231附接到EL器件。EL器件由分隔了EL层233的电介质层232组成。两个或更多个EL层不是必须分开，即它们可以彼此直接接触或被电介质层分隔。电介质层和EL层的系统被放置在透明电极234上方，其中透明电极234通过单根线连接到时变电源。取决于所施加的电压，由于本体231的存在导致的局部增强而观察到的发光图案235看起来不同。这种差异可能在输出颜色、光强度等方面。另外，可能有多于一个激励EL层的电极。在一个替代实施例中，所示的EL层之一可以是荧光或磷光材料层，该材料层用于通过辐射或非辐射能量转移来改变来自另一层的发射波长。
参照图24的示例19：使用金属纳米颗粒或纳米结构(例如纳米管)来进行局部场增强：在电介质层和EL层之间添加了一层图案化的金属NP，以改变整个EL层上的电场强度。这允许电场仅选择性地聚集在EL层的一部分上，以进行部分且更强烈的激发。
在该实施例中，本体241连接到EL器件。EL器件包含多层电介质242。导电层243将电场聚集在整个EL层244上，使得仅EL层的一部分发光。在通过单根线连接到时变电源的透明电极245激发后，由于本体241导致的局部增强，仅EL层的涂有导电材料的部分发射光246。在另外的实施例中，通过根据需要图案化导电层(例如，像素、条形码等)，可以实现二进制输出。
参照图25的示例20：该示例说明了使用本发明的方法来生产用于以离散像素对物体进行成像的装置。
在该示例中，本体251附接到EL器件。EL器件由分隔不同的EL层的若干层电介质252组成。可以实施多种EL层。例如，一个EL层253可以均匀地涂覆电介质层，以获得均匀的输出。另一方面，隔断的EL层254可以用于在不同尺寸和表面积的本体之间进行区分。在图25所示的实施例中，EL层由子结构(即像素)组成。电介质层和EL层位于透明电极255的上方，其中透明电极255通过单根线连接到时变电源。取决于本体251的尺寸和表面积，将出现独特和区分性的图案256或257。
参照图26的示例21：在另一个实施例中，在改变输入电能的同时，电场增加物体(其附接至电极263)的尺寸保持恒定。测量装置的亮度，并将其作为输入电能的函数来绘图。这种方法补充了替代性的接地尺寸测量方法，其中在接地尺寸测量方法中，接地尺寸根据亮度而变化，而输入电能保持恒定。在两种情况下，都可以从亮度与可变输入电能或接地尺寸之间的关系得出未知接地的尺寸。
在该示例中，透明电极261直接连接至时变电源。EL层和电介质层262的混合体被施加到透明电极上。电极263用于将未知尺寸的材料或物质(未示出)连接到EL层。由输入电能的变化引起的亮度变化由光度计记录。亮度与电流的关系曲线将显示一条可由第一方程表达的曲线。用相同材料的不同尺寸的样品重复该过程，将产生一系列这样的曲线，每个曲线均由其自身的特征方程表达。因此可以得出测试材料的尺寸或其他性质。可替代地，可以构建不同输入能量下亮度相对于所述物质或材料的尺寸或其他感兴趣的性质的表格，并参考该表格来校准系统并使结果标准化。
在该示例中描述的相同技术也可以应用于具有不同极性或介电常数的相同尺寸的物质，从而获得未知物质或材料的特征极性或介电常数。
参照图27和28的示例22：在另一个示例性实施例中，本发明的方法用于测量电场路径的长度对光强度的影响。红色LED 271用作电致发光器件。将LED 271放置在光度计272内。将LED的一个端子固定在具有可调节长度的管273中，管273填充有自来水。来自时变电源274的单根线固定在管273的另一侧内部。LED 271的另一支腿未附接至任何东西，因此电致发光器件处于开路状态。测试了不同长度的管273下的信号的强度。来自LED的信号强度记录在光度计中，其中管的长度是变化的。图28所示的提取数据表明，来自LED的信号强度与电场路径的长度成反比。
示例23：(直接-远程-容器作为传感器)：示例1的设备用于液位感测方法。将电致发光器件(LED)的第二端子连接至导线，并且将导线固定在容器内，在容器的内壁旁边。随着容器内流体液位的增加，电致发光器件的信号增加，该信号由光电传感器记录。在另一个示例中，导线被连接到电致发光器件的第二端子，并且固定在容器的外部，位于容器的壁旁边(远程感测)。容器内的流体变化将改变电致发光器件的信号。在又一个示例中，容器是导电体。电致发光器件的第二端子连接到容器，并且该容器用作传感器。
参照图33的示例24(用不同的方法测量多个性质)-此示例展示了所测量的未知液体的类型和量。在该示例中，电致发光器件是LED 341。电致发光器件的第一端子经由时变电信号发射端子连接至电源342。LED的第二端子连接到具有两个可切换的输出端子的开关343。一个输出端子连接到放置在容器345下方的小板344(类型传感器)。第二输出端子是导线346(体积传感器)，其固定在容器内部，在容器的内壁旁边。光电传感器347记录来自电致发光器件的电磁辐射的大小。随着容器内部流体的变化，类型传感器的信号达到一个稳定值，该值与容器内部流体的类型有关(表2)。体积传感器的信号指示流体的量(表3)。
在另一个示例中，代替具有开关，将两个电致发光器件分别用于类型传感器和体积传感器。
提出了用于测量多个性质的其他示例。在示例性实验中，将固定量的样品与类型和量未知的大量流体分开。对于固定量的样品，电致发光器件的信号指示流体的类型，而对于大量流体，电致发光器件的信号确定样品的量。
Figure BDA0002883510480000411
参考示例24的表2：由两个传感器/两个性质的数据制成的表格
Figure BDA0002883510480000412
Figure BDA0002883510480000421
参考示例24的表3：由两个传感器/两个性质的数据制成的表格。
可以在表格中提供将EL辐射与物理性质相关联的信息，或者从专门为正在研究的设置生成的校准曲线中得出该信息。
在另一个示例中，目的是根据其类型区分相同体积的金属铆钉。为此，将电致发光器件的第一端子连接到时变电信号源，并将电致发光器件的第二端子连接到作为导电表面(ITO玻璃)的传感器。对于每个样品，通过光电传感器记录电致发光器件的响应。样品包括铝铆钉、钢铆钉和未知类型的铆钉。电致发光器件的输出值指示被测金属的类型。电磁辐射强度的顺序是：三个铆钉的信号从最大到最小分别为：1)钢(400RLU)，2)铝(350RLU)，以及3)未知(100RLU)。测量结果还表明，未知的铆钉既不是钢也不是铝。申请人设想了使用上述设置的物体分类机。
在类似的实验中，样品包括不同体积(质量)的相同类型的金属铆钉。通过更改紧邻传感器定位的金属铆钉的数量，传感器上样品的总体积将发生变化。传感器的变化导致输出电磁辐射的变化。然后，将输出电磁辐射的变化与铆钉的数量相关联。
示例25(气相)：在另一个实施例中，使用开路电致发光器件测量不同气相材料的类型。在该示例中，电致发光器件的第一端子连接到时变电信号源。电致发光器件的第二端子连接至导线，并且导线位于容器中，该容器位于具有不同沸点的两种溶剂的混合物的顶部空间中。加热器使溶剂达到沸点，沸点较低的溶剂开始沸腾并充满顶部空间。电致发光器件检测到与气相的第一溶剂相关的信号。该信号保持恒定，直到第一溶剂完全蒸发，第二溶剂(沸点较高)开始沸腾。此时，用气相的第二溶剂代替顶部空间中的第一溶剂将改变电致发光器件的输出信号。
示例26：电压扫描。在另一示例中，电源的时变电信号发射端子连接到EL器件的一端。将EL器件靠着光电传感器放置，其中光电传感器具有光强度阈值。EL器件的另一端连接到固定在容器内部的导线，使得导线的底部与容器的底部齐平，并与容器的高度并排。容器中装有要测量其水位的水。预先确定阈值电磁辐射。对于每个未知体积的水样品，时变电信号都会变化，直到达到预定的电磁辐射阈值为止。时变电信号与水样品的体积相关。
在一个示例中，改变电源的输入电压，直到对于三个未知体积的水，电致发光器件的电磁辐射输出达到1000RLU。水样品的体积是从电压和水体积的校准曲线得出的。
示例27(溶液电势)。在另一个示例中，目的是测量溶液的电势。为此，将电源的时变电信号发射端子连接到LED的第一端子。将LED靠着光电传感器放置，并将LED的另一端连接到一根导线，该导线延伸到装有水的容器中。第二电源的时变电信号发射端子也被放置在水容器内。第二电源的时变电信号的振幅变化改变了电致发光器件的电磁辐射。在一些示例中，第二电源由电化学电池供电，并且电磁辐射与电化学电池的电势相关。
在另一个示例中，使用上述设置，同时用具有未知物理性质的已知体积的溶液来改变容器的内容物。电磁辐射与溶液的未知物理性质相关。
示例28(潜指纹)：在一个实施例中，本发明的方法可以用来产生用于创建指纹图像以用于识别或安全目的的信号。本发明的方法可以应用于对皮肤的其他区域、其他动物体的区域甚至无生命的物体进行成像，以及用于获得关于性质的信息，这些性质包括尺寸或表面特性，例如相接触的物体的纹理。
这种组织的一部分或组织切片可以方便地施加或粘附到显微镜技术中使用的类型的常规载玻片上。这样的切片可以具有任何方便的厚度，因此在这方面不受特别限制。尺寸或直径足够小的半导体磷光体颗粒的使用允许进行显微成像。
本示例描述了从物体表面抬起的潜指纹的电致发光图示方法的应用。在该示例中，通过将对象的手指按压在载玻片的表面上而在该表面上形成指纹。将EL磷光体粉末样品洒在载玻片的表面上，使其粘附至来自指尖的残留在玻璃表面上的残留物，并用刷子将多余的粉末除掉。然后用透明胶带从载玻片上拾取EL磷光体粉末的残留物，该残留物的形状和分布再现了对象指纹的图案。为了构建EL器件，将具有从载玻片表面上除去的磷光体的胶带固定在ITO玻璃的导电侧。然后将电源的一根线连接到ITO玻璃。将ITO玻璃靠着作为对电极的平坦导电表面放置，使得胶带的背面接触导电表面。图案化的磷光体粉末发光，从而再现了指纹的图案。在一个单独的示例中，使用相同的方法来绘制另一个物体的表面特征。为此，将EL磷光体粉末撒在物体的表面(在本示例中为硬币)上，然后用透明胶带从物体上拾取EL磷光体粉末，从而复制了表面的特征。磷光体粉末的电致发光展现了物体的表面特征。
示例29：导电表面的形貌。在该示例中，通过将EL磷光体粉末夹在ITO塑料的导电侧与电介质(在此示例中为透明胶带)之间来制备EL器件(传感器)。电源的热导线连接到ITO塑料。将传感器靠着具有表面特征的导电物体的表面放置，使得具有表面特征的导电物体充当反电极。所得的电致发光图像展现了导电物体表面上的特征。
在另一个示例中，通过将EL磷光体粉末夹在ITO塑料的导电侧与电介质(在此示例中为透明胶带)之间来制备EL器件(传感器)。使用剃刀刀片，在铝(Al)板的表面上产生了细微的划痕。传感器靠着铝板放置，因此铝板充当反电极。所得的电致发光图像展现了铝板表面上的划痕图。
为了说明和描述的目的，已经提供了实施例的前文描述。其并非旨在穷举或限制本申请。特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是在适用的情况下是可互换的，并且即使未具体示出或描述也可以在选定的实施例中使用。实施例也可以以许多方式变化。这样的变化不应被认为是偏离本申请，并且所有这样的修改旨在被包括在本申请的范围内。

Claims (55)

1.一种用于测量物体的物理性质的电致发光方法，所述方法包括：
a.将时变电信号从电源传输到电致发光器件的第一端子，其中所述电致发光器件相对于所述电源保持开路；
b.在将所述时变电信号传输到所述电致发光器件的同时，将物体放置在紧邻所述电致发光器件的位置，使得所述物体的物理性质的变化改变跨所述电致发光器件的所述时变电信号，并且从而改变由所述电致发光器件发射的电磁辐射；
c.测量由所述电致发光器件发射的电磁辐射的变化；以及
d.将测得的电磁辐射的变化与所述物体的物理性质相关联。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，测量多于一种物理性质。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用多于一个时变电信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，使用多于一个电致发光器件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体通过电介质材料与所述电致发光器件分开。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电致发光器件具有多于两个的端子。
7.根据权利要求1所述的方法，其与闭路电致发光方法结合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物理性质选自：体积、质量、面积、长度、距离、位置、取向、速度、加速度、位移、密度、溶液中的浓度、pH值、离子强度、化学成分、混合物中两种物质的比例、极性、电势、电荷含量、电导率、电阻率、电容、温度、磁导率、电容率、折射率、电流密度、振动、振荡、位移、应变、应力、压力、反射率、透明度、颜色、相对亮度、纹理、刚度、几何形状、含水量、吸收率、能量、强度、振幅、频率、质荷比、杂质、连通性、迁移率、黏度和图案。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电信号包括多个波形。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电致发光器件包括选自有机发光二极管、无机发光二极管、电致发光量子点、电致发光纳米晶体、惰性气体及其组合的材料。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电致发光器件包括将电能转换成热能的材料。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电致发光器件发射红外光至紫外光波长。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电致发光器件包括发光材料的组合。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体为固相。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体为液相。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体为气相。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体是环境条件。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电信号从所述电源无线地传输到所述电致发光器件。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括：
e.将时变电信号从所述电源传输到初级线圈；
f.将次级线圈耦合到所述初级线圈，使得所述初级线圈中的时变电信号感应出所述次级线圈中的时变信号；以及
g.将所述次级线圈附接到电致发光器件的第一端子。
20.根据权利要求2所述的方法，其中，测量多于一种物理性质包括测量一个物体的不同性质。
21.根据权利要求2所述的方法，其中，测量多于一种物理性质包括测量不同物体的一种性质。
22.根据权利要求1所述的方法，其中，测量多个物体的相同物理性质。
23.根据权利要求2所述的方法，其中，至少一个测量是在闭路状态下执行的。
24.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时变电信号的性质被调节，所述信号性质选自振幅、频率、波形、电流、相位角或其组合。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，将所述时变电信号的调节和所述电磁辐射的变化与所述物体的物理性质相关联。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，调节输入到所述电源的电压，以改变被传输到所述电致发光器件的时变电信号，从而使所述电磁辐射以预先选择的强度并发射，并将输入电压与所述物体的性质相关联。
27.根据权利要求1所述的方法，其中，紧邻所述电致发光器件定位的所述物体的存在增加了跨所述电致发光器件的时变电信号的振幅。
28.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电致发光器件包括多个LED。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，使用多于一种颜色的LED。
30.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电致发光器件包括透明的平面电极和沉积在所述平面电极的表面上的磷光体材料层。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，所述磷光体材料层覆盖所述电极的表面的一个或多个离散区域。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，使用多种不同的磷光体材料，并且其中每个区域都被单一的磷光体材料覆盖，并且其中每种不同的磷光体材料发射不同颜色的光。
33.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时变电信号通过选自导电引线或流体的单个传输导体从所述电源传输到所述电致发光器件。
34.根据权利要求1所述的方法，其中，紧邻所述电致发光器件的物体选自身体的一部分、人的指尖或组织切片。
35.根据权利要求1所述的方法，其中，所述物体是容纳在器皿中的液体，并且其中，所述器皿接触所述电致发光器件。
36.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时变电信号是频率为1Hz至200kHz的交流电。
37.根据权利要求1所述的方法，其中，所述时变电信号具有选自正弦波、方波、锯齿波和脉冲波形的波形。
38.一种用于测量物体的物理性质的电致发光方法，所述方法包括：
a.将时变电信号从电源传输到电致发光器件的第一端子和电路部件，其中所述电致发光器件和所述电路部件保持开路；
b.将物体紧邻所述电路部件定位，使得所述物体的物理性质的变化将改变跨所述电路部件和所述电致发光器件的所述时变电信号，并且从而改变由所述电致发光器件发射的电磁辐射；
c.测量由所述电致发光器件发射的电磁辐射的变化；以及
d.将测得的电磁辐射的变化与所述物体的物理性质相关联。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述电路部件和所述电致发光器件以串联配置、并联配置或其组合来配置。
40.根据权利要求38所述的方法，其中，所述电路部件选自：测量所述物体的电阻率的电阻器；测量所述物体的电容性的电容器；测量所述物体的电感性的电感器；测量所述物体的光学性质的光电二极管；热电偶，其中所述热电偶测量所述物体的热性质；压电传感器，其中所述压电传感器测量所述物体的机械性质；以及电化学电池，其中所述电化学电池测量所述物体的电势。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述光电二极管选自光伏电池、热光电电池、热电堆和光电检测器。
42.根据权利要求38所述的方法，其中，所述物理性质选自：体积、质量、面积、长度、距离、位置、取向、速度、加速度、位移、密度、溶液中的浓度、pH值、离子强度、混合物中两种物质的比例、极性、电导率、电阻率、电容、温度、磁导率、电容率、折射率、电流密度、振动、振荡、位移、应变、应力、压力、反射率、透明度、颜色、相对亮度、纹理、刚度、几何形状、含水量、吸收率、能量、强度、振幅、频率、质荷比、杂质、连通性、迁移率、黏度和图案。
43.根据权利要求38所述的方法，其中，使用多于一个电路部件。
44.根据权利要求38所述的方法，其中，所述电路部件设置在绝缘材料中。
45.根据权利要求38所述的方法，其中，所述电路部件和所述电致发光器件串联地配置。
46.根据权利要求38所述的方法，其中，所述电路部件和所述电致发光器件并联地配置。
47.根据权利要求38所述的方法，其中，所述物体是第二电路部件。
48.根据权利要求47所述的方法，其中，所述第二电路部件选自电阻器、电感器、电化学电池、直流电源和时变电源。
49.根据权利要求38所述的方法，其中，所述电信号从所述电源无线地传输到所述电致发光器件。
50.根据权利要求39所述的方法，还包括：
e.将时变电信号从所述电源传输到初级线圈；
f.将次级线圈耦合到所述初级线圈，使得所述初级线圈中的时变电信号感应出所述次级线圈中的时变信号；以及
g.将所述次级线圈附接到所述电致发光器件的第一端子。
51.一种测量流体的性质的方法，包括：
将时变电信号从电源通过单个电端子经由所述流体传输到电致发光器件，其中所述电致发光器件保持开路；
在将所述时变电信号传输到电致发光器件的同时，将物体紧邻所述电致发光器件定位，使得所述物体增加跨所述电致发光器件的时变电信号的振幅，由此从所述电致发光器件产生光；
测量由所述电致发光器件发射的光的强度；以及
将测得的光强度与所述流体的性质相关联。
52.根据权利要求51所述的方法，其中，所述性质选自质量、体积、电导率、介电常数、极性、溶质的浓度、以及pH值。
53.根据权利要求51所述的方法，其中，所述流体容纳在具有固定横截面和长度的管中，并且其中，由所述电致发光器件产生的光强度与所述管的长度成比例。
54.根据权利要求53所述的方法，其中，所述流体被定位在所述电致发光器件与所述电源之间。
55.根据权利要求51所述的方法，其中，所述流体围绕所述电致发光器件。
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