JP2008530766A - 発光体およびその利用 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は発光体および特に光学発光集光装置、例えば発光太陽集光装置におけるこのような発光体の応用に関する。
単位ワットあたりの太陽エネルギーのコストは石炭、石油、風力、バイオマスおよび原子力を含む他のソースからのエネルギーの約5〜10倍高い。光起電力システムにおける太陽エネルギー発電のコストを下げるために、システムにおいて最も高価な部分、すなわち光起電力電池(太陽電池)を効率的に使用することが望ましい。従来、これは大きな光収束性の太陽集光器(パラボラ状またはトラフデッシュ)を用いてなされている。これらの装置はいくつかの欠点を持ち、高い投資コスト、高い維持コスト、扱いにくい形状、および太陽が空を横切るので、その追跡が必要なことを含む。現在の技術状況のレビューのために、Swanson,Progress in Photovoltaics:Research and Applications 8,93(2000)を参照のこと。
本発明者は以下を使用することによってLSCシステムの効率を実質的に増大させることができることを発見した。すなわち、(a)光励起性発光材料を含む発光層または発光コアを、(b)1つ以上の波長選択性ミラーであって、光励起性発光材料によって吸収される光に対して殆ど透過性があり、光励起性発光材料によって放出される光放射を強く反射する波長選択性ミラーと組み合わせて使用する。好ましい実施形態においては、光励起性発光材料を含んだ発光層またはコアと波長選択性ミラーとを含む発光体であって、発光層または発光コアは波長選択性ミラーと光学的に結合されており、前記波長選択性ミラーは光励起性材料によって吸収される光に対して少なくとも50%の透過性があり、光励起性発光材料によって放出される放射に対して少なくとも50%の反射性があって、波長選択性ミラーはキラルネマチックポリマーのコレステリック層を含む発光体が提供される。
ここで用いた用語「発光(luminescent)」は、十分な量子エネルギーの光またはその他の放射を吸収した際に光を放出する材料の能力を言う。この用語は蛍光と燐光の両方を含む。
この式においてRは二色比であり、A//は入射光の電場が配列ポリマーによって誘起される配列方向と平行に配列した試料の吸光度であり、A⊥は入射光の電場が配列ポリマーによって誘起される配列方向と垂直に配列した試料の吸光度である。光励起性発光材料の二色比は、この技術においてよく知られた様々な方法で決定することができ、これらの方法の適合性は光励起性発光材料の性質およびそれが含まれている配列ポリマーマトリクスの性質に依存する。
図1は、発光層1および導波路2を含む光学ラミネートの断面を描写する。ラミネートはさらに、2つの波長選択性かつ偏波選択性の反射性コレステリック層7および8と、反射性ミラー9とを含む。矢印4で表される光放射は左回りコレステリック層8および右回りコレステリック層7を通ってラミネートに入り、発光層1に到達する。発光層1内で、或るプレチルトに配列されている光励起性発光分子3は、入射する放射4によって励起され矢印5で表される光放射を放出する。放出された放射5の大部分は導波路2に入り、出口10および11に到達するまで内部で反射される。コレステリック層7および8は、放出された放射5のせいぜい少しの部分しかラミネートから漏れないことを保証する。これらの波長選択性ミラー7および8がともに発光層1に再び入る放出された放射を効率的に反射するためである。ミラー層9は光放射4および放出された放射5を反射して導波路内に戻す。
発光太陽電池はDE 2737847にも記載されており、それは蛍光溶液を含有する電池と、気体(空気)を含有する電池とを交互に含む。しかしながら、DE 2737847におけるLSCは、導波路も含まず、配列ポリマー(ここで配列ポリマーは発光体の表面に関して10〜90°のプレチルト角を持つ)内に固定された配向された光励起性発光材料も開示していない。。さらに、D1は干渉フィルターの使用を記載しているが、波長選択性ミラーとしてのコレステリック材料の使用は記載していない。したがって、DE 2737847のLSC、より正確には発光体は、本明細書に記述したLSCおよび発光体それぞれの利点を提供しない。発光層および波長選択性層はUS 2002/07035、EP 0933655、US 2004/0105617から既知かもしれないが、これらの文書のいずれも発光層およびコレステリック材料を含む波長選択性ミラーを記述していない。
a.光励起性発光材料を含む発光層またはコアと、
b.波長選択性ミラーと
を含む発光体に関し、発光層または発光コアは波長選択性ミラーと光学的に結合されており、前記波長選択性ミラーは光励起性発光材料によって吸収される光に対して少なくとも50%の透過性があり、光励起性発光材料によって放出される放射に対して少なくとも50%の反射性がある。
HTP=1/(cP)
によって定義される。ここでcはキラル物質の濃度であって、Pは誘起されたらせんピッチである。
ここでA//は、配列方向に平行な電気ベクトルを持つ光が試料によって吸収される量、A⊥は配列方向に垂直な電気ベクトルを持つ光が試料によって吸収される量、Sは固定された実験フレームにおける吸収モーメントの平均配向を示す。参照文献:Van Gurp,M.,Levine,Y.K.,J.Chem.Phys.90,4095(1989)。
e.「底部」に置かれ、例えば任意のミラー層9および導波路2を切り取る太陽電池13であって、導波路2からの光が太陽電池または光起電力電池13に集光される。
a.光励起性発光材料を含む発光層またはコアと、
b.波長選択性ミラーと
を含む発光体が提供され、発光層または発光コアは波長選択性ミラーと光学的に接続されており、前記波長選択性ミラーは光励起性発光材料によって吸収される光に対して少なくとも50%の透過性があり、光励起性発光材料によって放出される放射に対して少なくとも25%の反射性があって、波長選択性ミラーはキラルネマチックポリマーのコレステリック層を含む。
例1
清浄なガラス基板にポリイミド配列層(Optimer Al 1051,例えばJAR Micro)を2000rpm/s、2500rpm/s2の加速度で45秒間スピンキャストした。その後、基板を真空下、180℃で1.5時間加熱した。適用されるコレステリック液晶の平面配列を誘起するように、配列層をベルベット布でラビングした。
ホメオトロピックな染料をドープした液晶混合物を清浄な30mm×30mm×1mmのスライドガラスに適用した。液晶混合物を1重量%のIrgacure 184(例えば、Ciba Chemicals)と1重量%のCoumarin 30(例えば、Aldrich Chemicals)とを含んだエタノール溶液と、50重量%のRMM77モノマーと50重量%のキシレンを含む溶液とを重量比1:1で混ぜ合わせることによって調製した。RMM77(Merck)はネマチックホメオトロピック反応性液晶であって、主成分は液晶RM82おおよびRM257(両方ともMerck)と、ホメオトロピックなドーパントである。混合物を80℃で2時間、全てのエタノールが蒸発するまで攪拌した。キシレンは、混合物を予め加熱された導波路(80℃)に10分間適用することによって蒸発させた。キシレンを蒸発させた後、ウェットフィルムを24μmのマイヤーロッドで作製し、およそ10μm厚のフィルムとした。サンプルをN2雰囲気下で室温にて4分間、次に110℃で4分間UV硬化(λ=365nm)させた。
Sinha et al in Appl.Phys.Lett.(2001),79(16),2543−2545に記載された手順を使用して30°程度のチルト角で配列された液晶性ポリマーを用いること以外は、例2が繰り返される。
染料分子のチルト配列も以下の方法で達成される。溶液は2つのポリイミド類:4% Nissan G 1211ホメオトロピックポリイミドと、96% Nissan G 130平面ポリイミドから作られる。溶液を30mm×30mm×1mmガラス板上に5000rpmで60秒間にてスピンキャストし、真空オーブン内で90分間、180℃で硬化させた。ポリイミドをベルベット布でラビングした。
Claims (27)
- a.光励起性発光材料を含む発光層またはコアと、
b.波長選択性ミラーと
を含む発光体であって、発光層または発光コアが波長選択性ミラーと光学的に結合されており、前記波長選択性ミラーは光励起性発光材料によって吸収される光に対して少なくとも50%の透過性があり、光励起性発光材料によって放出される放射に対して少なくとも50%の反射性があって、波長選択性ミラーはキラルネマチックポリマーのコレステリック層を含む発光体。 - 請求項1による発光体であって、ポリマー性波長選択性ミラーが右回り円偏光を反射する1つ以上のコレステリック層、または左回り円偏光を反射する1つ以上のコレステリック層を含むか、または右回り円偏光を反射する1つ以上のコレステリック層と左回り円偏光を反射する1つ以上のコレステリック層の両方を含む発光体。
- 請求項1または2による発光体であって、右回り円偏光を反射する第1のコレステリック層と、左回り円偏光を反射する第2のコレステリック層とを含む発光体。
- 光励起性発光材料を含んだ発光層またはコアと波長選択性ミラーとを含む発光体であって、発光層または発光コアが波長選択性ミラーと光学的に結合されており、前記波長選択性ミラーは光励起性発光材料によって吸収される光に対して少なくとも50%の透過性があり、光励起性発光材料によって放出される放射に対して少なくとも50%の反射性があって、波長選択性ミラーはポリマー性積層を含む発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体であって、波長選択性ミラーが光の1つの偏波を反射する第1のポリマー性積層と、光の反対の偏波を反射する第2のポリマー性積層とを含む発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体であって、光励起性発光材料によって放出される放射に対する波長選択性ミラーの反射率が前記光励起性発光材料によって吸収される光放射に対する同じミラーの反射率を少なくとも50%、好ましくは80%超過する発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体であって、波長選択性ミラーが光励起性発光材料によって吸収される光に対して少なくとも60%、好ましくは少なくとも70%の透過性がある発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体であって、波長選択性ミラーが光励起性発光材料によって放出される放射に対して少なくとも60%、好ましくは少なくとも70%の反射性がある発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体であって、波長選択性ミラーが光励起性発光材料によって吸収される光に対して少なくとも50%の透過性があり、適切な偏波を持つ円または直線偏光放射に対して少なくとも50%の反射性がある偏波選択性ミラーを含む発光体。
- 請求項9による発光体であって、波長選択性ミラーが光の1つの偏波を反射する第1のポリマー性積層と、光の反対の偏波を反射する第2のポリマー性積層とを含み、両方のポリマー性積層は発光層の同じ面に配置されているか、または発光コアの外側に配置されている発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体であって、発光層または発光コアが配向された光励起性発光材料を含んだ配列ポリマーを含む発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体であって、前記発光体が光学ラミネートまたは光学ファイバーであり、前記発光体は発光層または発光コアと光学的に結合された導波路を含み、導波路の屈折率nwはnw≧n0−0.005である(n0は配列ポリマーまたは発光コアの常光屈折率である)発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体であって、前記発光体が400〜500nmおよび/または600〜700nmの範囲における光放射に対して主に透過性である発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体であって、発光層と導波路とを含み、前記発光体は光学ラミネートまたは光学ファイバーであり、発光体は導波路と光学的に結合され、発光体は配向された光励起性発光材料を含んだ配列ポリマーを含み、前記配向された光励起性発光材料は配列ポリマー内で固定され、前記配列ポリマーは発光体の表面に関して10〜90°のプレチルト角を持つ発光体。
- 請求項14による発光体であって、配向された光励起性発光材料が平面セル内で少なくとも2.0、好ましくは少なくとも3.0、最も好ましくは少なくとも5.0の二色比を持つ発光体。
- 請求項14または15による発光体であって、配列ポリマーが30〜80°のプレチルト角を持つ発光体。
- 請求項14ないし16のいずれか1項による発光体であって、配列ポリマーが30〜70°、好ましくは40〜70°、より好ましくは40〜60°のプレチルト角を持つ発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体であって、前記発光体が発光層と導波路コアとを含む光学ファイバーである発光体。
- 請求項1ないし17のいずれか1項による発光体であって、前記発光体が発光コアと導波路とを含む光学ファイバーである発光体。
- 請求項14ないし19のいずれか1項による発光体であって、導波路は蛍光染料を含まない発光体。
- 請求項14ないし20のいずれか1項による発光体であって、プレチルト角が15〜85°の範囲内である発光体。
- 請求項14ないし20のいずれか1項による発光体であって、プレチルト角が30〜60°の範囲内である発光体。
- 先行する請求項のいずれか1項による発光体を含んだ電磁放射を集光する媒体と、発光体と光学的に結合され、光放射を電気エネルギーに変換することができる光起電力電池とを含む光起電力装置。
- 請求項1ないし22のいずれか1項による発光体を含む蛍光活性化ディスプレイ。
- 請求項1ないし22のいずれか1項による発光体を含む室内照明システム。
- 請求項1ないし22のいずれか1項による発光体と、発光体と光学的に結合され、光放射を電気エネルギーに変換することができる光起電力電池とを含む窓。
- 入射光放射を集光するための、請求項1ないし22のいずれか1項による発光体の使用方法。
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