專利名稱：發(fā)光物體及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一發(fā)光物體，具體涉及這樣的發(fā)光物體在光學(xué)發(fā)光聚光器器件(例如 發(fā)光太陽能聚光器器件)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
太陽能每單位瓦特的成本約比來自其它來源(包括煤、石油、風(fēng)、生物和核子)的 能源高5-10倍。為降低光電系統(tǒng)中太陽能發(fā)電的成本，希望能有效利用該系統(tǒng)中最昂貴 的部分，即光電池(太陽電池)。這通常是通過使用大型光聚焦太陽能聚光器(拋物面形 或槽形盤)實(shí)現(xiàn)的。這些器件存在一些缺點(diǎn)，包括投資成本高、維護(hù)成本高、外形笨重、以及 當(dāng)它經(jīng)過天空時(shí)需要跟蹤太陽。對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)水平的評(píng)述，可參見Swanson，Progress in Photovoltaics :Research and Applications 8,93(2000)。已作為研究課題的一其它方式是使用波導(dǎo)管收集光、并將光傳輸?shù)叫⌒凸怆姵亍?這些工作中的一些嘗試使用全息方法(US5877874)或幾何光學(xué)對(duì)光進(jìn)行重定向(例如可參 見 T. Uematsu et al Sol Energ Mater Sol C67,415 (2001)和 US 4,505,264)。這些嘗試 相當(dāng)不成功，尤其對(duì)于大的傳輸距離。這是因?yàn)樾实停蛳到y(tǒng)需要跟蹤太陽，或系統(tǒng)復(fù)雜， 不適合大規(guī)模生產(chǎn)或?qū)⑵浣M合。已表明，發(fā)光太陽能聚光器(luminescent solar concentrator,LSC)已作為研究 課題的另一方式，這主要是因?yàn)檫@些系統(tǒng)易于低成本制得，且因?yàn)檫@些系統(tǒng)無需進(jìn)行太陽 跟蹤。LSC基本上是由大塊玻璃或聚合板、薄板、薄膜、纖維、條帶、紡織品或摻雜有螢光染料 分子的涂層組成的。這些染料可吸收照射在其上的陽光中的特定波長(zhǎng)的光，并以較長(zhǎng)的波 長(zhǎng)沿各個(gè)方向再次發(fā)射光。該光中的一部分是在支持式波導(dǎo)管的臨界角度內(nèi)發(fā)射的，且被 全內(nèi)反射和傳輸至光電池。LSC具有將較廉價(jià)的撓性材料結(jié)合使用的優(yōu)點(diǎn)(尤其當(dāng)使用塑 料波導(dǎo)管時(shí))，且無需散熱器或太陽跟蹤系統(tǒng)。在Earp et al, Sol Energ Mat Sol C 84， 411(2004)中描述了具有不同用途(房間照明)的樣品系統(tǒng)。此時(shí)LSC系統(tǒng)尚未商用，這 主要與其效率低有關(guān)。這一低的總效率源于發(fā)射光的高度再吸收(染料的有限斯托克斯位 移)、將光低效耦合至波導(dǎo)管內(nèi)、以及將光低效保持在波導(dǎo)管內(nèi)。本發(fā)明旨在克服LSC系統(tǒng)的這些缺點(diǎn)，尤其通過提供方法、以提高將發(fā)射光保持 在LSC系統(tǒng)內(nèi)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)可使用以下物品實(shí)質(zhì)上提高LSC系統(tǒng)的效率(a)包含光致發(fā)光 材料的發(fā)光層或發(fā)光芯；并結(jié)合以(b) —個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)選擇鏡，該波長(zhǎng)選擇鏡對(duì)光致發(fā)光 材料吸收的光很大程度上是透明的，且強(qiáng)烈反射由光致發(fā)光材料發(fā)射的光輻射。在一優(yōu)選 實(shí)施例中提供了包含發(fā)光層或發(fā)光芯的發(fā)光物體，該發(fā)光層或發(fā)光芯包含光致發(fā)光材料和 波長(zhǎng)選擇鏡。其中所述發(fā)光層或發(fā)光芯與所述波長(zhǎng)選擇鏡光學(xué)耦合，所述波長(zhǎng)選擇性鏡至 少可透過50%的由所述光致發(fā)光材料吸收的光，且至少可反射50%的由所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射，且所述波長(zhǎng)選擇鏡包含手性向列型聚合物的膽留醇層。上述波長(zhǎng)選擇鏡可適于作為分隔層，布置在發(fā)光層/發(fā)光芯與用于接收入射光輻 射的表面之間的任何地方。因此，入射光將穿過波長(zhǎng)選擇鏡，激活包含在下面發(fā)光層或發(fā)光 芯中的光致發(fā)光材料。照射在波長(zhǎng)選擇鏡上的由光致發(fā)光材料發(fā)射的光輻射將被反射，由 此避免所述發(fā)射的輻射從LSC逸出的現(xiàn)象。結(jié)果使發(fā)射的輻射在LSC內(nèi)高效聚集，從而提 高了總效率。波長(zhǎng)選擇鏡也可有利地應(yīng)用在發(fā)光層的對(duì)側(cè)，即在接收入射光一側(cè)的相對(duì)一側(cè)。 因此，可確保發(fā)射的輻射被反射回發(fā)光層或波導(dǎo)管內(nèi)。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，波長(zhǎng)選擇鏡對(duì)于能夠激發(fā)光致發(fā)光材料的輻射必須很大程 度上是透明的，且同時(shí)所述鏡必須能有效反射由所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射。因此，本發(fā) 明的發(fā)光物體中使用的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)選擇鏡至少可透過50%的由所述光致發(fā)光材料吸 收的光，且至少可反射50%的由相同光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射。 因此，本發(fā)明提供了包括發(fā)光層或發(fā)光芯的發(fā)光物體，且該發(fā)光層或發(fā)光芯包含 光致發(fā)光材料；以及波長(zhǎng)選擇鏡；其中所述發(fā)光層或發(fā)光芯與所述波長(zhǎng)選擇鏡光學(xué)耦合， 所述波長(zhǎng)選擇性鏡至少可透過50%的由所述光致發(fā)光材料吸收的光，且至少可反射50% 的由所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射，且所述波長(zhǎng)選擇鏡包含(a)聚合堆疊層和/或(b)手 性向列型聚合物的膽留醇層。在一特定實(shí)施例中，本發(fā)明提供了包括發(fā)光層或發(fā)光芯的發(fā)光物體，且該發(fā)光層 或發(fā)光芯包含光致發(fā)光材料；以及波長(zhǎng)選擇鏡；其中所述發(fā)光層或發(fā)光芯與所述波長(zhǎng)選擇 鏡光學(xué)耦合，所述波長(zhǎng)選擇性鏡至少可透過50%的由所述光致發(fā)光材料吸收的光，且至少 可反射50%的由所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射，且所述波長(zhǎng)選擇鏡包含手性向列型聚合物 的膽留醇層，優(yōu)選包含反射右手圓偏振光的第一膽留醇層以及反射左手偏振光的第二膽甾 醇層。在又一特定實(shí)施例中，本發(fā)明提供了包括發(fā)光層或發(fā)光芯的發(fā)光物體，且該發(fā)光 層或發(fā)光芯包含光致發(fā)光材料；以及波長(zhǎng)選擇鏡；其中所述發(fā)光層或發(fā)光芯與所述波長(zhǎng)選 擇鏡光學(xué)耦合，所述波長(zhǎng)選擇性鏡至少可透過50%的由所述光致發(fā)光材料吸收的光，且至 少可反射50 %的由所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射，且所述波長(zhǎng)選擇鏡包含聚合堆疊層，優(yōu) 選包含反射光的一個(gè)偏振的第一聚合堆疊層以及反射光的相對(duì)偏振的第二聚合堆疊層?？砂凑毡景l(fā)明有利地加以應(yīng)用的波長(zhǎng)選擇鏡的例子包括手性向列型聚合物的聚 合堆疊和膽留醇層。由本發(fā)明的一方面可知，本發(fā)明涉及一包含陣列聚合物的發(fā)光物體，且該陣列聚 合物包含定向光致發(fā)光材料，所述陣列聚合物相對(duì)于所述物體的表面具有10-90°的預(yù) 傾斜角。在一特定實(shí)施例中，本發(fā)明旨在提供包含發(fā)光層和波導(dǎo)管的發(fā)光物體，其中所述 物體為光學(xué)疊層或光學(xué)纖維；所述發(fā)光物體與所述波導(dǎo)管光學(xué)耦合；所述發(fā)光物體包含 陣列聚合物，且該陣列聚合物包含定向光致發(fā)光材料；所述定向光致發(fā)光材料在陣列聚合 物內(nèi)固定不動(dòng)；且所述陣列聚合物的相對(duì)于所述物體的表面的預(yù)傾斜角為10-89°，優(yōu)選 為10-90°，更優(yōu)選為10-85°，進(jìn)一步更優(yōu)選為15-85°，又更優(yōu)選為30-80°，更優(yōu)選為 30-70°，再更優(yōu)選為40-70°。這一發(fā)光物體可用于將入射光轉(zhuǎn)化為較長(zhǎng)波長(zhǎng)的光。當(dāng)發(fā)射光以相對(duì)于所述物體的表面相對(duì)小的角度幅射時(shí)(需使用相對(duì)高的預(yù)傾斜角)，發(fā)射光可在平行于所述表面的 平面內(nèi)有效地傳輸?shù)嚼绯隹诨蚬怆娖骷?。因此，本薄膜可在例如LSC中這樣應(yīng)用，無需獨(dú) 立的波導(dǎo)管。在這一具體情形中，可非常有利地使用具有大的斯托克斯位移和/或在吸收 和發(fā)射光譜之間具有很少重疊的光致發(fā)光材料，以避免由重吸收現(xiàn)象導(dǎo)致的大的光損失。定義
本文中使用的術(shù)語“發(fā)光(luminescent) ”是指材料在吸收光或其它足夠的量子能 的輻射之后發(fā)射光的能力。該術(shù)語包括螢光和磷光。本文中使用的術(shù)語“光(light) ”是指人眼可見或不可見的光輻射。術(shù)語“光輻射(optical radiation) ”是指在IOOnm至2000nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)的電
磁輻射。本文中使用的術(shù)語“光致發(fā)光(photoluminescence) ”是指由光吸收產(chǎn)生的發(fā)光。本文中使用的術(shù)語“光致發(fā)光材料(photoluminescent material) ”是指原子或分 子，且包括能夠光致發(fā)光的離子。術(shù)語“光致發(fā)光材料”也包括兩種或更多種不同光致發(fā)光 成分的組合，例如兩個(gè)或更多個(gè)不同光致發(fā)光分子的組合。術(shù)語“光致發(fā)光材料”還包括客 體_主體系統(tǒng)，該客體_主體系統(tǒng)包含螢光分子、螢光聚合物和/或共聚物。本文中使用的術(shù)語“反射(reflective) ”是指材料反射大部分的入射陽光和/或 由光致發(fā)光材料發(fā)射的光。更具體地，術(shù)語“反射”是指所述材料至少反射所述光中的50%， 優(yōu)選至少為60%，更優(yōu)選至少為80%，且最優(yōu)選至少為90%。材料的反射率由垂直于反射 表面的光入射確定。本文中使用的術(shù)語“透明(transparent) ”是指材料傳輸大部分的入射陽光和/或 由光致發(fā)光材料發(fā)射的光。更具體地，術(shù)語“透明”是指所述材料至少傳輸所述光中的50%， 優(yōu)選至少為70%，更優(yōu)選至少為90%，且所述光是由垂直照射在曝露于所述入射光下的所 述物體的表面上的光測(cè)得的。術(shù)語“聚合堆疊(polymeric stack) ”是指包含具有不同折射率的子層的多層薄 膜，且該多層薄膜是以呈現(xiàn)出波長(zhǎng)選擇性的有機(jī)(聚合)材料為基礎(chǔ)的，可選擇結(jié)合以偏振 選擇性例如可參見US 6，157，490。本文中使用的術(shù)語“波長(zhǎng)選擇鏡(wavelength selective mirror) ”是指對(duì)于特定 波長(zhǎng)是透明性的、而對(duì)于其它波長(zhǎng)是反射性的鏡子，可選擇結(jié)合以偏振選擇性。由文獻(xiàn)中可 知有多種這樣的鏡子。術(shù)語“手性向列型聚合物的膽甾醇層(cholesteric layer of chiralnematic polymer)”是指包含聚合物的層，且該聚合物的液晶原基團(tuán)主要沿與所述層的表面平行的 方向排列，同時(shí)該聚合物中的分子沿預(yù)先指定的方向相互間相對(duì)旋轉(zhuǎn)，且該旋轉(zhuǎn)是由手性 活性或非活性摻雜劑誘發(fā)的。特別地，術(shù)語“手性向列型聚合物的膽留醇層”是指具有手性 向列相的層，且該手性向列相呈現(xiàn)出手性。由于該相首先被觀測(cè)為膽固醇的衍生物，因而時(shí) 常被稱為膽留醇相?；钚曰蚍腔钚缘氖中苑肿?缺乏反對(duì)稱性的分子)可形成這樣的相。該 相沿指向矢呈現(xiàn)出分子的扭轉(zhuǎn)，且分子軸垂直于指向矢。相鄰分子之間的有限扭轉(zhuǎn)角是由 這些分子的不對(duì)稱排列造成的，由此得到較長(zhǎng)范圍的手性順序。手性間距(chiral pitch) 是指液晶原扭轉(zhuǎn)整個(gè)360°所經(jīng)過的距離(沿指向矢)?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)溫度或向LC液體中添 加其它分子而改變間距。
這些波長(zhǎng)選擇鏡可以是波長(zhǎng)調(diào)諧的(例如可參見Katsis et al (1999) Chem. Mater. 11，1590)或帶寬調(diào)諧的(例如可參見 Broer et al (1995) Nature 378,467) 本文中使用的術(shù)語“波導(dǎo)管(waveguide) ”是指對(duì)光透明、且將從入口來的光輻射限制至所需出口的光學(xué)部件。本文中使用的術(shù)語“透明波導(dǎo)管(transparent waveguide) ”是指波導(dǎo)管傳輸大部 分的入射陽光和/或由光致發(fā)光材料發(fā)射的光。更具體地，術(shù)語“透明波導(dǎo)管”是指所述波 導(dǎo)管至少傳輸所述光中的50%，優(yōu)選至少為70%，且所述光由垂直于所述波導(dǎo)管的入射光 測(cè)得。本文中使用的術(shù)語“尋常折射率(ordinary refractive index) ”和“非尋常折射 率(extraordinary refractive index) ”分別是指垂直于和平行于所述陣列聚合物的光軸 的陣列聚合物的折射率。術(shù)語“波導(dǎo)管的折射率(refractive index of the waveguide) ”是指波導(dǎo)管在各 向同性狀態(tài)下的折射率。在特定情形下，可使用定向波導(dǎo)管，該定向波導(dǎo)管例如由于生產(chǎn)期 間的流動(dòng)而呈現(xiàn)出雙折射。本文中使用的術(shù)語“聚合物層(polymer layer) ”包含薄板、條、帶、纖維、條帶、紡 織品和繩形式的聚合材料。假設(shè)聚合物層內(nèi)的陣列聚合物相對(duì)于上文定義的物體的表面沿 一預(yù)傾斜角定向，則本發(fā)明不局限于平面聚合物層，且包括已接受彎曲、塑造或其它成形處 理的聚合物層。本文中使用的與聚合物、光致發(fā)光材料或包含在這些聚合物或材料中的基團(tuán)有關(guān) 的術(shù)語“陣列、排列(aligned) ”和“定向(oriented) ”是同義詞，且表示具有特定空間定向 的材料或基團(tuán)在這些聚合物中占主導(dǎo)地位。術(shù)語“具有10-90°預(yù)傾斜角的陣列聚合物(aligned polymer havinga pretilt angle of 10-90° )”是指陣列聚合物的液晶原基團(tuán)相對(duì)于所述發(fā)光物體的表面沿至少 10-90°的預(yù)傾斜角定向。術(shù)語“液晶(liquid crystal)”或“液晶原(mesogen) ”用于表示包含一個(gè)或多 個(gè)(半)剛性桿形、香蕉形、平板形或圓盤形液晶原基團(tuán)的材料或化合物，即具有引起液 晶相行為的能力的基團(tuán)。具有桿形或平板形基團(tuán)的液晶化合物在本技術(shù)領(lǐng)域中也被稱為 “calamitic”液晶。具有圓盤形基團(tuán)的液晶化合物在本技術(shù)領(lǐng)域中也被稱為“discotic”液 晶。包含液晶原基團(tuán)的化合物或材料不必必須呈現(xiàn)出其自身的液晶相。它們也有可能只在 具有其它化合物的混合物中、或當(dāng)液晶原化合物或材料或其混合物聚合時(shí)，才顯示出液晶 相行為。為簡(jiǎn)單起見，術(shù)語“液晶材料(liquid crystal material)，，以下同時(shí)用于指液晶 材料和液晶原材料，且術(shù)語“液晶原(mesogen)”用于指材料的液晶原基團(tuán)。包含液晶原基 團(tuán)的化合物或材料不必必須呈現(xiàn)出其自身的液晶相。它們也有可能只在一定的(聚合)層 中，例如在波導(dǎo)管上的涂層中(參見下文)，才顯示出液晶相行為。本文中使用的術(shù)語“液晶單體(liquid crystalline monomer) ”是指可經(jīng)歷聚合、 并由此形成液晶聚合物主要結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)單元的材料。本文中使用的術(shù)語“活性液晶單體(reactive liquid crystal 1 inemonomer) ”是 指含有活性基團(tuán)的液晶單體，且該液晶單體可聚合形成液晶聚合物或液晶聚合網(wǎng)絡(luò)。
本文中使用的術(shù)語“液晶聚合物(liquid crystalline polymer) ”是指處于介晶 態(tài)的聚合物材料，且該聚合物材料具有長(zhǎng)程取向序以及部分位置序或完全位置序(IUPAC Recommendations 2001 ；Pure Appl. Chem. (2002)74(3)，493-509)。本文中使用的術(shù)語“二色性比(dichroic ratio)”是指源于所述光致發(fā)光材料的 偏振選擇吸收的二色性比。該二色性比源于使用線偏振光的吸收測(cè)量，可用下面的等式表示
R = A///A在該等式中，R為二色性比；A〃為樣品的吸光率，且入射光的電場(chǎng)平行于陣列聚合 物給出的排列方向；A為樣品的吸光率，且入射光的電場(chǎng)垂直于陣列聚合物給出的排列方 向。光致發(fā)光材料的二色性比可由本技術(shù)領(lǐng)域中眾所周知的不同技術(shù)確定，且這些技術(shù)的 適宜性取決于所述光致發(fā)光材料及其所處陣列聚合物的性質(zhì)。短語“垂直排列光致發(fā)光聚合物涂層(homeotropically alignedphotoluminescent polymer coating) ”是指含有光致發(fā)光材料的聚合涂層，其中 預(yù)傾斜角為90°。排列的“預(yù)傾斜角(pretilt angle) ”這一術(shù)語是指與水平面例如上層表面構(gòu)成的 角度，且為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。


圖1為包含發(fā)光層1和波導(dǎo)管2的光學(xué)疊層的截面圖。該疊層還包含兩個(gè)波長(zhǎng)選 擇和偏振選擇反射膽留醇層7和8，以及反射鏡層9。由箭頭4表示的光輻射通過左手膽甾 醇層8和右手膽留醇層7進(jìn)入所述疊層，并到達(dá)發(fā)光層1。在發(fā)光層1內(nèi)，已沿一預(yù)傾斜角 排列的光致發(fā)光分子3被入射輻射4激發(fā)，并發(fā)射如箭頭5表示的光輻射。發(fā)射輻射5的 大部分進(jìn)入到波導(dǎo)管2內(nèi)，并在波導(dǎo)管2內(nèi)發(fā)生內(nèi)反射，直到到達(dá)出口 10或11。膽甾醇層 7和8可確保極少有發(fā)射輻射5逸出所述疊層，這是因?yàn)檫@些波長(zhǎng)選擇鏡7和8可一同有效 反射再進(jìn)入到發(fā)光層1中的發(fā)射輻射。鏡層9將光輻射4和發(fā)射輻射5反射回波導(dǎo)管內(nèi)。圖2為光學(xué)疊層的截面圖，且除鏡層9被兩個(gè)膽留醇層9a和9b代替外，該光學(xué)疊 層與圖1中示出的光學(xué)疊層相同。通過應(yīng)用膽甾醇層7、8、9a和9b的組合結(jié)構(gòu)(該組合結(jié) 構(gòu)對(duì)發(fā)射輻射5很大程度上反射，而對(duì)光輻射12透明，且光輻射12不被光致發(fā)光染料分子 3吸收)，可確保光輻射12行經(jīng)整個(gè)疊層。這一特定的疊層可有利地用作窗玻璃，該窗玻璃 選擇性地聚集入射陽光的一部分，而允許另一部分穿過窗玻璃。如上所述，可使用更多或更 少的層，而不只9a和9b兩層。圖3為包含發(fā)光層1和波導(dǎo)管2的光學(xué)疊層的截面圖。該疊層還包括聚合堆疊層 7，且該聚合堆疊層7包含多個(gè)子層7a至7k以及反射鏡層9。由箭頭4表示的光輻射通過 聚合堆疊層7進(jìn)入所述疊層，并到達(dá)發(fā)光層1。在發(fā)光層1內(nèi)，傾斜排列的光致發(fā)光分子3 被入射輻射4激發(fā)，并發(fā)射如箭頭5表示的光輻射。發(fā)射輻射5的大部分進(jìn)入到波導(dǎo)管2 內(nèi)，并在波導(dǎo)管2內(nèi)發(fā)生內(nèi)反射，直到到達(dá)出口 10。聚合堆疊層7可確保極少有發(fā)射輻射 5逸出所述光學(xué)疊層，這是因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)選擇鏡7可有效反射再進(jìn)入到發(fā)光層1中的發(fā)射輻射。 鏡層9將光輻射4和發(fā)射輻射5反射回波導(dǎo)管2內(nèi)。包括出口 11的光學(xué)疊層的三側(cè)也具 有反射鏡涂層9，且反射鏡涂層9將光輻射4和發(fā)射輻射5反射回波導(dǎo)管2內(nèi)。因此，來自光學(xué)疊層的發(fā)射輻射的唯一有效出口是出口 10，且出口 10與光電池13光學(xué)耦合。
圖4為包含發(fā)光層1和波導(dǎo)管芯2的光學(xué)纖維的截面圖。所述疊層還包括兩波長(zhǎng) 選擇和偏振選擇反射膽留醇層7和8。由箭頭4表示的光輻射通過左手膽留醇層8和右手 膽甾醇層7進(jìn)入所述疊層，并到達(dá)發(fā)光層1。在發(fā)光層1內(nèi)，預(yù)傾斜排列的光致發(fā)光分子3 被入射輻射4激發(fā)，并發(fā)射如箭頭5表示的光輻射。發(fā)射輻射5的大部分進(jìn)入到波導(dǎo)管2 內(nèi)，并在波導(dǎo)管2內(nèi)發(fā)生內(nèi)反射，直到到達(dá)出口 10。膽甾醇層7和8可確保極少有發(fā)射輻 射5逸出所述光學(xué)纖維，這是因?yàn)檫@些波長(zhǎng)選擇鏡7和8可一同有效反射再進(jìn)入到發(fā)光層 1中的發(fā)射輻射。圖5a為包含發(fā)光芯1和波導(dǎo)管2的光學(xué)纖維的截面圖。所述疊層還包括兩波長(zhǎng)選 擇和偏振選擇反射膽留醇層7和8。由箭頭4表示的光輻射通過左手膽留醇層8和右手膽 甾醇層7進(jìn)入所述疊層，并到達(dá)發(fā)光芯1。在發(fā)光層1內(nèi)，預(yù)傾斜排列的光致發(fā)光分子3被 入射輻射4激發(fā)，并發(fā)射如箭頭5表示的光輻射。發(fā)射輻射5的大部分進(jìn)入到波導(dǎo)管2內(nèi)， 并在波導(dǎo)管2內(nèi)發(fā)生內(nèi)反射，直到到達(dá)出口 10。膽甾醇層7和8可確保極少有發(fā)射輻射5 逸出所述光學(xué)纖維，這是因?yàn)檫@些波長(zhǎng)選擇鏡7和8可一同有效反射照射在波導(dǎo)管2的外 壁上的發(fā)射輻射。圖5b為包含發(fā)光芯1的光學(xué)纖維的截面圖。所述疊層還包括波長(zhǎng)選擇和偏振選 擇反射膽留醇層，在這一實(shí)施例中為7和8兩層。膽留醇層7和8可確保極少有發(fā)射輻射5 逸出所述光學(xué)纖維，這是因?yàn)檫@些波長(zhǎng)選擇鏡7和8可一同有效反射照射在發(fā)光芯1的外 壁上的發(fā)射輻射。光致發(fā)光材料可被排列(如圖所示)或可被各向同性排列(也可參見下 文)。圖6為包含發(fā)光層1和波導(dǎo)管2的光學(xué)疊層的截面圖。發(fā)光層1包含多個(gè)各向同 性排列的光致發(fā)光染料分子3。入射光輻射4進(jìn)入發(fā)光層1，并在該處激發(fā)光致發(fā)光染料分 子3，使染料分子3沿各個(gè)方向發(fā)射光輻射5。如圖1所示，發(fā)射輻射中的相當(dāng)一部分通過 頂面6離開發(fā)光層1，由此降低所述疊層聚集入射輻射的功效。圖7為光學(xué)疊層的截面圖，且除多個(gè)光致發(fā)光染料分子3已沿相對(duì)小的預(yù)傾斜角 a排列外，該光學(xué)疊層與圖6中示出的光學(xué)疊層相同。光致發(fā)光染料分子3主要沿垂直于 預(yù)傾斜排列的方向發(fā)射光輻射5。如該圖所示，沿相對(duì)于發(fā)光層1與波導(dǎo)管2之間的界面 14的相對(duì)大的角度發(fā)射輻射，由此使所述輻射中的大部分耦合至波導(dǎo)管內(nèi)。圖8為光學(xué)疊層的截面圖，且除多個(gè)光致發(fā)光染料分子3已沿相對(duì)大的預(yù)傾斜角 a排列外，該光學(xué)疊層與圖6中示出的光學(xué)疊層相同。光致發(fā)光染料分子3主要沿垂直于 傾斜排列的方向發(fā)射光輻射5。因此，發(fā)射輻射5中的相當(dāng)一部分將沿遠(yuǎn)高于反射角的角度 照射在發(fā)光層1與波導(dǎo)管2之間的界面上，這意謂著該輻射中的大部分將在發(fā)光層1與波 導(dǎo)管2之間的界面14上發(fā)生反射。圖9給出例1的結(jié)果。圖10為本文中使用的測(cè)量裝置的示意圖。圖11給出例2的結(jié)果。圖12為本文中使用的測(cè)量裝置的示意圖。圖13a_13c為本發(fā)明的若干普通實(shí)施例的示意圖，其中發(fā)光層1包括多個(gè)各向同 性排列的光致發(fā)光染料分子3。圖13a為具有發(fā)光層1和波長(zhǎng)選擇鏡的一般實(shí)施例的示意圖，且該波長(zhǎng)選擇鏡包括波長(zhǎng)選擇鏡7(或8)；這一實(shí)施例優(yōu)選包括膽留醇層，以反射左手 圓偏振光或右手圓偏振光。圖13b為包括兩選擇鏡層7和8的實(shí)施例的示意圖，該實(shí)施例優(yōu) 選包括膽留醇層，且該膽留醇層優(yōu)選分別反射左手圓偏振光和右手圓偏振光。圖13c為具 有若干波長(zhǎng)選擇鏡7 (或8)的實(shí)施例的示意圖，所有層都對(duì)圓或線偏振光具有反射作用。優(yōu) 選地，這些層包括膽留醇層，該膽留醇層優(yōu)選全部反射左手圓偏振光或右手圓偏振光；即一 具有若干膽留醇層的實(shí)施例，且每個(gè)膽留醇層均反射左手圓偏振光或右手圓偏振光。正如 本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚了解的，可能將這些實(shí)施例進(jìn)行組合。雖未畫出，但除發(fā)光層1夕卜， 還可具有波導(dǎo)管2以及一個(gè)或多個(gè)鏡9、9a、9b或其它層，如圖l_5a、14a-e和16a_16c所示。 例如，圖l-ba、14a-e和16a_c中的發(fā)光層1有可能包括多個(gè)各向同性排列的光致發(fā)光染料 分子3，而不是按示出的排列。這意謂著例如如圖l-5b、14a-e、15和16a_c所示的實(shí)施例中 的層1有可能包括各向同性排列的光致發(fā)光分子3，而不是包括排列的光致發(fā)光分子3。當(dāng) 未給出獨(dú)立的波導(dǎo)管2時(shí)，光致發(fā)光分子優(yōu)選各向同性排列；當(dāng)波導(dǎo)管2呈各向同性或排列 時(shí)，光致發(fā)光分子3有可能存在。圖14a_14e為本發(fā)明器件的實(shí)施例的示意圖，這些器件包括LSC和光電池13。也 可使用一個(gè)或多個(gè)膽留醇層，而不是鏡9 (也可參見圖5)。圖15為本發(fā)明器件的實(shí)施例的示意圖，且該器件包括若干(這里即2或更多)LSC 和光電池13。可通過波導(dǎo)管(例如光學(xué)纖維)26實(shí)現(xiàn)光學(xué)耦合。來自波導(dǎo)管2的輻射可由 準(zhǔn)直器25選擇校準(zhǔn)進(jìn)入波導(dǎo)管26內(nèi)。圖16a(不包括鏡9或一個(gè)或多個(gè)膽甾醇層)和16b為圖1和14b中變量的示意 圖(但也可用作其它實(shí)施例中的變量)。圖16c為圖1中另一變量的示意圖(但也可用作 其它實(shí)施例中的變量)。本文中的示意圖不排除其它元件存在的可能，例如用于排列一個(gè)或多個(gè)膽留醇層 的排列層、或用于形成排列的排列聚合層的排列層，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚了解的。此外，參見圖l-5a和14a_14e，由本發(fā)明也可得出這樣的實(shí)施例，即其中的波導(dǎo)管 2與發(fā)光層1的位置交換。例如參見圖1，這將得到具有以下順序的堆疊膽留醇層8、膽甾 醇層7、波導(dǎo)管2、發(fā)光層1、反射鏡9(可參見圖16a)。例如可參見圖14a，這將得到以下順 序的堆疊膽留醇層8、膽留醇層7、波導(dǎo)管2、排列層20、發(fā)光層1、反射鏡9(可參見圖16b)。 這同樣適用于本文中描述的和示意性示出的其它實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在DE 2737847中也給出一發(fā)光太陽電池，該發(fā)光太陽電池包括含有螢光溶液的 電池，也可使用含有氣體(空氣)的電池。然而，DE 2737847中的LSC既不包括波導(dǎo)管也未 公布在陣列聚合物內(nèi)固定不動(dòng)的定向光致發(fā)光材料，其中所述陣列聚合物相對(duì)于所述發(fā)光 物體的表面具有10-90°的預(yù)傾斜角。此外，D1描述了干涉濾光片的使用，但未描述將膽甾 醇材料用作波長(zhǎng)選擇鏡。因此，LSC，或更準(zhǔn)確地，DE 2737847中的發(fā)光物體不分別具有本 文中描述的LSC和發(fā)光物體的優(yōu)點(diǎn)。也可從US2002/07035、EP0933655和US2004/0105617 了解發(fā)光層和波長(zhǎng)選擇層，但這些文件均未給出包含膽留醇材料的發(fā)光層和波長(zhǎng)選擇鏡。本發(fā)明首先涉及一發(fā)光物體，該發(fā)光物體包括a.包含光致發(fā)光材料的發(fā)光層或發(fā)光芯；以及
b.波長(zhǎng)選擇鏡；其中所述發(fā)光層或發(fā)光芯與所述波長(zhǎng)選擇鏡光學(xué)耦合，所述波長(zhǎng)選擇性鏡至少可 透過50%的由所述光致發(fā)光材料吸收的光，且至少可反射50%的由所述光致發(fā)光材料發(fā) 射的輻射。本物體的主要方面為所述波長(zhǎng)選擇鏡對(duì)于所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射的反射 率大體上超過相同的鏡對(duì)于所述光致發(fā)光材料吸收的光輻射的反射率。對(duì)發(fā)射輻射的反射 率優(yōu)選超過吸收輻射的反射率至少50%，更優(yōu)選至少為80%，最優(yōu)選至少為100%。為擁有所述波長(zhǎng)選擇鏡的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，所述鏡應(yīng)覆蓋發(fā)光層一側(cè)的至少80%或覆蓋 發(fā)光芯外表面的至少80%。此外，首選使用相對(duì)薄的波長(zhǎng)選擇鏡。典型地，所述波長(zhǎng)選擇鏡 的厚度不超過100 u m,優(yōu)選不超過20 u m。上述鏡的厚度通常將超過5 u m。應(yīng)注意的是，本 發(fā)明的波長(zhǎng)選擇鏡可適于包括兩或更多一同用作波長(zhǎng)選擇鏡的層，例如聚合堆疊或膽甾醇 層的組合。上述安排的效率取決于波長(zhǎng)選擇鏡對(duì)光致發(fā)光材料吸收的光的透明度以及同一 鏡對(duì)發(fā)射輻射的反射率。優(yōu)選地，假如實(shí)際上難以單獨(dú)最優(yōu)化兩參數(shù)，則兩參數(shù)均取最大 值。可行的做法是提供一波長(zhǎng)選擇鏡，該波長(zhǎng)選擇鏡對(duì)于光致發(fā)光材料吸收的光的透明度 至少為60%，優(yōu)選為70%，更優(yōu)選至少為80%，且最優(yōu)選至少為90%。此外，可能的做法 是提供一波長(zhǎng)選擇鏡，該波長(zhǎng)選擇鏡對(duì)于光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射至少反射60%，優(yōu)選為 70%，更優(yōu)選至少為90%。本物體聚集由光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射的效率關(guān)鍵取決于所述波長(zhǎng)選擇鏡反射 所述輻射的效率。典型地，波長(zhǎng)選擇鏡對(duì)于光輻射呈現(xiàn)出的最高反射程度至少為50%，優(yōu) 選至少為60%，更優(yōu)選至少為70%，且該光輻射的波長(zhǎng)在500-2000nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在 600-2000nm的范圍內(nèi)，且最優(yōu)選在630_1500nm的范圍內(nèi)。同樣地，且尤其當(dāng)上述波長(zhǎng)選擇鏡作為分隔層布置在發(fā)光層/發(fā)光芯與用于接收 入射光輻射的表面之間的任何地方時(shí)，重要的是能夠激發(fā)光致發(fā)光材料的高能輻射可被所 述鏡高效傳輸。因此，波長(zhǎng)選擇鏡對(duì)于光輻射呈現(xiàn)出的最高透射程度至少為60%，優(yōu)選至少 為70%，且該光輻射的波長(zhǎng)在350-600nm的范圍內(nèi)，優(yōu)選在250-700nm的范圍內(nèi)，且更優(yōu)選 在100-800nm的范圍內(nèi)。因?yàn)橛晒庵掳l(fā)光材料發(fā)射的輻射的波長(zhǎng)將不可避免地超過由相同材料吸收的輻 射的波長(zhǎng)，最高反射率優(yōu)選發(fā)生在一波長(zhǎng)處，且該波長(zhǎng)超過透射率極大值處的波長(zhǎng)優(yōu)選至 少為30nm，更優(yōu)選至少為50nm，進(jìn)一步更優(yōu)選至少為lOOnm。本物體中使用的波長(zhǎng)選擇鏡可有利地包括一聚合波長(zhǎng)選擇鏡和/或一偏振選擇
fe o在一有利的實(shí)施例中，波長(zhǎng)選擇鏡包括一偏振選擇鏡，該偏振選擇鏡對(duì)于光致發(fā) 光材料吸收的光的透明度至少為50%，優(yōu)選至少為60%，更優(yōu)選至少為70%，且對(duì)于具有 適當(dāng)偏振的圓或線偏振輻射(特別是對(duì)于由光致發(fā)光材料發(fā)射的圓或線偏振輻射)的反射 程度至少為50%，優(yōu)選至少為70%。這樣的有利安排可通過應(yīng)用包括聚合堆疊層和/或膽 甾醇層的波長(zhǎng)選擇鏡實(shí)現(xiàn)。本發(fā)光物體可有利地包括一波長(zhǎng)選擇鏡，且該波長(zhǎng)選擇鏡包含手性向列型聚合物 的膽留醇層。在一進(jìn)一步更優(yōu)選的實(shí)施例中，聚合波長(zhǎng)選擇鏡包括反射右手圓偏振光的第一膽留醇層以及反射左手圓偏振光的第二膽留醇層。在后一實(shí)施例中，適合將發(fā)光層夾在 膽甾醇層與波導(dǎo)管之間，或?qū)⒉▽?dǎo)管夾在膽留醇層與發(fā)光層之間。優(yōu)選地，發(fā)光層夾在相鄰 的膽留醇層與波導(dǎo)管之間。膽留醇層能夠有效反射圓偏振輻射的一狹窄頻帶。取決于膽甾 醇層的螺旋形定向，該層將反射右圓偏振輻射或左圓偏振輻射。通過應(yīng)用具有相對(duì)的螺旋 形定向的兩膽留醇層，右圓偏振光和左圓偏振光都將被有效反射。本發(fā)光物體也可有利地包括一波長(zhǎng)選擇鏡，且該波長(zhǎng)選擇鏡包含手性向列型聚合 物的一個(gè)或多個(gè)膽留醇層。優(yōu)選地，聚合波長(zhǎng)選擇鏡包括一個(gè)或多個(gè)選自小組的層，且該小 組由反射右手圓偏振光的膽留醇層以及反射左手圓偏振光的膽留醇層組成。在一實(shí)施例 中，發(fā)光陣列聚合物層可夾在膽留醇層與波導(dǎo)管之間，或波導(dǎo)管可夾在膽留醇層與發(fā)光陣 列聚合物層之間。優(yōu)選地，發(fā)光陣列聚合物層夾在相鄰的膽留醇層與波導(dǎo)管之間。在特定的不同情形下，所述聚合波長(zhǎng)選擇鏡包括一個(gè)或多個(gè)反射右手圓偏振光的 膽甾醇層、或一個(gè)或多個(gè)反射左手圓偏振光的膽留醇層、或同時(shí)包括一個(gè)或多個(gè)反射右手 圓偏振光的膽留醇層以及一個(gè)或多個(gè)反射左手圓偏振光的膽留醇層。“簡(jiǎn)單”的右手兩層 系統(tǒng)和左手兩層系統(tǒng)可例如只反射75nm帶寬的光。有可能增寬頻帶，但這在本技術(shù)領(lǐng)域中 顯得并不簡(jiǎn)單。根據(jù)本發(fā)明，可有利地更易于增寬波長(zhǎng)頻帶，該波長(zhǎng)帶可通過以下方式被反 射在相互的頂部上形成連續(xù)的右手膽留醇層，隨后在相互的頂部上形成連續(xù)的左手膽甾 醇層，或相反，或左手層與右手層的任何組合。也可想到對(duì)整個(gè)樣品只使用膽留醇的一個(gè)手 性，即例如2-5左手層或2-5右手層。本發(fā)明不局限于2層系統(tǒng)。與向列材料混合的手性物質(zhì)可引起螺旋形扭轉(zhuǎn)，將材料轉(zhuǎn)化成手性向列型材料， 且手性向列型材料是膽留醇材料的同義詞。手性向列型材料的膽留醇間距可在相當(dāng)大的范 圍內(nèi)相對(duì)輕易地改變。由手性物質(zhì)引起的間距在第一近似中與使用的手性材料的濃度成反 比。這一關(guān)系的比例常數(shù)被稱為手性物質(zhì)的螺旋形扭轉(zhuǎn)能力(helical twisting power, HTP)，且可由以下等式確定 其中c為手性物質(zhì)的濃度，P為所引起的螺旋形間距。能夠引起螺旋形結(jié)構(gòu)的光學(xué)活性化合物通常被稱為“手性摻雜劑”。許多手性摻雜 劑已可以合成，且其中的典型例子包括由以下結(jié)構(gòu)表示的化合物2，2-二甲基-4，5-二苯基-1，3-二氧戊環(huán)ZLI 811，安息香酸，4-己基-，4-[[(1_甲基庚基)氧基]羰基]苯酯(9CI) 膽留醇層或膽留醇層的組合有利地反射由發(fā)光層或發(fā)光芯發(fā)射的光輻射，且對(duì)波 長(zhǎng)范圍為100-600nm的光輻射很大程度上是透明的，該波長(zhǎng)范圍優(yōu)選為250-700nm，最優(yōu)選 為 350-800nm。在另一實(shí)施例中，本發(fā)光物體還包括以聚合堆疊層形式存在的波長(zhǎng)選擇鏡，且該 聚合堆疊層可強(qiáng)烈反射由光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射。更具體地，聚合偏振選擇鏡包括反射 偏振光的一個(gè)平面的第一聚合堆疊層以及反射偏振光的相對(duì)平面的 第二聚合堆疊層，其中 發(fā)光層夾在聚合堆疊層與波導(dǎo)管之間，或波導(dǎo)管夾在聚合堆疊層與發(fā)光層之間。在一特定實(shí)施例中，提供一發(fā)光物體，其中所述波長(zhǎng)選擇鏡包括反射光的一個(gè)偏 振的第一聚合堆疊層以及反射光的相對(duì)偏振的第二聚合堆疊層，且兩聚合堆疊層均位于發(fā) 光層的相同側(cè)或位于發(fā)光芯外。聚合堆疊層能夠選擇性地反射一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光輻射。聚合堆疊層也被稱為多 層反射體，且用于反射與傳輸之間的電磁光譜分區(qū)部分。聚合堆疊層典型地應(yīng)用若干層，這 些層在一光學(xué)堆疊內(nèi)至少由兩種不同的材料構(gòu)成。不同材料沿堆疊的至少一個(gè)面內(nèi)軸具有 非常不同的折射率，可實(shí)質(zhì)上反射在層間的界面處的光?？芍苽渚酆隙询B層，以反射沿法線 和/或入射斜角入射的光輻射。優(yōu)選地，已設(shè)計(jì)在本發(fā)光物體中應(yīng)用的聚合堆疊層，以反射600nm以上的光輻射， 且該光輻射更優(yōu)選為700nm以上，最優(yōu)選為SOOnm以上。在一優(yōu)選實(shí)施例中，發(fā)光層夾在聚 合堆疊層與波導(dǎo)管之間。根據(jù)本發(fā)明的用作波長(zhǎng)選擇鏡的聚合堆疊層可適合于采用在US6，157，490和 Weber, Μ. F. et al. Science 287，2451中描述的方法制備，本文中將這些文章列為參考文早。根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用的光致發(fā)光材料典型地發(fā)射波長(zhǎng)在IOOnm到2500nm范圍內(nèi)的光 輻射。優(yōu)選地，光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射在250-1500nm范圍內(nèi)，更優(yōu)選在400-1000nm范圍 內(nèi)。對(duì)于許多應(yīng)用，最適宜的光致發(fā)光材料具有寬的吸收范圍，該吸收范圍覆蓋太陽光譜的 大部分以及具有相當(dāng)長(zhǎng)波長(zhǎng)的狹窄發(fā)射范圍。因此，光致發(fā)光材料吸收入射的太陽輻射，并 以另一波長(zhǎng)發(fā)射輻射。本物體中使用的光致發(fā)光材料典型地具有一吸收曲線，該吸收曲線 的吸收極大值低于800nm，優(yōu)選低于700nm，且最優(yōu)選低于600nm。根據(jù)一特別優(yōu)選的實(shí)施 例，所述物體吸收500nm至600nm之間的光，且以較長(zhǎng)的波長(zhǎng)發(fā)射光。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，作為L(zhǎng)SC系統(tǒng)中的一元件的本發(fā)光物體的效率可通過在其中使 用包含陣列聚合物的發(fā)光層或發(fā)光芯而顯著提高，且該陣列聚合物含有定向光致發(fā)光材 料。聚合物的排列用于誘導(dǎo)光致發(fā)光材料的定向。由非排列的各向同性光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射沿各個(gè)方向傳播，且相對(duì)來說，首 選與LSC系統(tǒng)垂直的發(fā)射方向，以實(shí)現(xiàn)垂直于LSC系統(tǒng)的平面的照明。換言之，所述光的大 部分在波導(dǎo)模式外發(fā)射，且不在波導(dǎo)管內(nèi)傳輸。光致發(fā)光材料在聚合物內(nèi)的適合排列可確 保由定向光致發(fā)光材料發(fā)射的光的大部分幅射進(jìn)入到LSC系統(tǒng)的波導(dǎo)模式內(nèi)。因此，當(dāng)沿一相當(dāng)大的預(yù)傾斜角排列時(shí)，將沿一角度發(fā)射輻射，由此使它非常有效 地耦合至波導(dǎo)管內(nèi)?？蛇x地，當(dāng)沿大的預(yù)傾斜角排列時(shí)，所述發(fā)射的輻射的相對(duì)大的部分將 沿某一角度到達(dá)所述發(fā)光物體與空氣間的界面，并保持在所述物體內(nèi)，且該角度大于全反 射的臨界角。因此，使用排列的光致發(fā)光材料有可能在LSC系統(tǒng)內(nèi)包含比迄今可行的水平高得多的發(fā)射光部分。結(jié)果，本發(fā)明有可能將LSC系統(tǒng)的工作效率提高超過25%。因此，本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例涉及一發(fā)光物體，其中所述發(fā)光層或發(fā)光芯包含陣 列聚合物，且該陣列聚合物包含定向光致發(fā)光材料，且所述陣列聚合物具有10-90°的預(yù)傾 斜角。當(dāng)發(fā)射光是由所述光致發(fā)光材料以相對(duì)于所述物體的表面相對(duì)小的角度幅射時(shí) (需使用相對(duì)高的 預(yù)傾斜角)，發(fā)射光可在平行于所述表面的平面內(nèi)有效地傳輸?shù)嚼绯?口或光電器件。因此，本薄膜可在例如LSC中這樣應(yīng)用，無需獨(dú)立的波導(dǎo)管。在這一具體情 形中，可非常有利地使用具有大的斯托克斯位移和/或在吸收和發(fā)射光譜之間具有很少重 疊的光致發(fā)光材料，以避免由重吸收現(xiàn)象導(dǎo)致的大的光損失。在一實(shí)施例中提供了包含發(fā)光層和波導(dǎo)管的發(fā)光物體，其中所述物體為光學(xué)疊層 或光學(xué)纖維；所述發(fā)光物體與所述波導(dǎo)管光學(xué)耦合；所述發(fā)光物體包含陣列聚合物，且該 陣列聚合物包含定向光致發(fā)光材料；所述定向光致發(fā)光材料在陣列聚合物內(nèi)固定不動(dòng)；且 所述陣列聚合物相對(duì)于所述物體的表面具有10-90°的預(yù)傾斜角。由于本發(fā)明極大提高了發(fā)射光傳輸(或內(nèi)耦合)至波導(dǎo)管內(nèi)的效率，由本發(fā)明得 到的發(fā)光物體也可有利地與一(透明)波導(dǎo)管(無螢光染料)光學(xué)耦合，尤其當(dāng)所述光致 發(fā)光材料在30-70°范圍內(nèi)沿一預(yù)傾斜角定向時(shí)。本發(fā)光物體的光學(xué)耦合可適合于通過形 成多層結(jié)構(gòu)(例如光學(xué)疊層或多層光學(xué)纖維)而實(shí)現(xiàn)，其中所述發(fā)光物體作為分隔層粘結(jié) 在波導(dǎo)管上。典型地，光致發(fā)光材料沿與陣列聚合物的液晶原基團(tuán)大體上相同的方向排列在發(fā) 光層/發(fā)光芯內(nèi)。由于二色性光致發(fā)光材料可相對(duì)容易地定向在陣列聚合物的基體內(nèi)，因 而根據(jù)本發(fā)明尤其適合使用二色性光致發(fā)光材料，例如液晶聚合物。液晶原可以是活性的液晶原或非活性的液晶原?？捎蒑erck 得到適當(dāng)?shù)姆腔?性液晶原的例子，例如如它們的產(chǎn)品文件夾Licristal LiquidCrystal Mixtures for Electro-Optic Displays (May 2002)內(nèi)所述的，且該文件夾中有關(guān)非活性液晶原的內(nèi)容作 為參考列于本文中。適當(dāng)?shù)幕钚砸壕г睦邮悄切┖斜┧?、甲基丙烯酸、環(huán)氧、乙烯基醚、苯乙 烯、巰基/烯類單體和oxethane基團(tuán)的活性液晶原。例如在W004/025337中給出適當(dāng)?shù)睦?子，且其中有關(guān)活性液晶原(在W004/025337中被稱為可聚合液晶原化合物和可聚合液晶 材料)的內(nèi)容被作為參考列于本文中。也可使用活性液晶原的混合物(Merck 活性液晶 原，更明亮更清楚的傳達(dá))。也可使用活性液晶原和非活性液晶原的混合物。當(dāng)使用混合物時(shí)，使用的所有液晶原均優(yōu)選以排列狀態(tài)位于最后的層中。在液晶聚合物情形下，可有利地將螢光材料結(jié)合和/或溶解在液晶活性單體中。 這些單體易于在場(chǎng)(流動(dòng)、磁、電、極化、機(jī)械牽引)或排列層(緩沖或非緩沖聚酰亞胺、線 性光聚合性材料，等等)存在的條件下排列。產(chǎn)生的預(yù)傾斜角可由本領(lǐng)域技術(shù)人員輕易控 制(例如可參見Sinha et al (2001) Appl. Phys. Lett. 79，2543)。在活性單體(混合物)適 當(dāng)排列之后，可進(jìn)行熱誘導(dǎo)或輻射誘導(dǎo)的液晶單體聚合。在特定情形下，可有利地添加適合 的聚合引發(fā)劑。例如，在使用紫外線光進(jìn)行聚合的情形下、可使用紫外線引發(fā)劑(例如可參 見Irgacure 184,Ciba SpecialtyChemicals)，以及在熱聚合情形下、可使用適當(dāng)?shù)臒嵋l(fā)劑(例如可參見 2，2，-azobisisobutyronitrile (AIBN), Aldrich Chemicals)。有可能辨別一些類型的預(yù)傾斜定向。根據(jù)預(yù)傾斜定向的典型例子，液晶層中的液晶分子的指向矢在沿薄膜厚度方向的任何位置幾乎都是相同的。提供定向也是可行的，其 中指向矢在所述層的表面之一的附近通常平行于所述表面，且當(dāng)接近所述層的相對(duì)表面 時(shí)，指向矢會(huì)逐漸變化，呈現(xiàn)出垂直定向或與其相近的定向狀態(tài)(斜展構(gòu)型)。如本文所述， 傾斜定向包括在預(yù)傾斜定向的范圍內(nèi)，且在該傾斜定向中、指向矢與指向矢向所述層的平 面的投射之間的角度在沿所述層的厚度方向的任何點(diǎn)處都是恒定的；定向也包括在預(yù)傾斜 定向的范圍內(nèi)，且在該定向中、所述角度沿所述層的厚度方向連續(xù)變化。在一優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)光物體至少包括一層含有定向光致發(fā)光材料的陣列聚合 物，其中所述層的頂面與所述發(fā)光物體的頂面一致，或沿所述發(fā)光物體的頂面平行擴(kuò)展。這 樣的發(fā)光物體可高效應(yīng)用于聚集入射的光輻射中。本發(fā)光物體可包括一個(gè)或多個(gè)含有陣列聚合物和定向光致發(fā)光材料的層。使用一 些這樣的層具有以下優(yōu)點(diǎn)可對(duì)每層進(jìn)行優(yōu)化，以吸收光輻射的特定帶寬，從而使整個(gè)薄膜 能夠吸收和聚集寬的光譜范圍內(nèi)的光輻射。使用一些這樣的層也可使在每層中使用不同的 聚合物，正如首選個(gè)別光致發(fā)光染料或取得特定傾斜排列的必要性所指示的。已可通過向陣列聚合物中摻雜定向光致發(fā)光材料的方式、將發(fā)光物體中使用的光 致發(fā)光材料適當(dāng)?shù)鼗烊腙嚵芯酆衔飪?nèi)。可選地，定向光致發(fā)光材料可與陣列聚合物通過共 價(jià)鍵結(jié)合。還可根據(jù)本發(fā)明的另一適當(dāng)?shù)膶?shí)施例可知，所述定向光致發(fā)光材料是所述陣列 聚合物的液晶原基團(tuán)。本物體中的定向光致發(fā)光材料可由單一的光致發(fā)光成分組成，或可包含混合的光 致發(fā)光成分。可有利地使用光致發(fā)光成分的組合，且其中的每個(gè)成分可吸收不同波長(zhǎng)的光 輻射。因此，通過選擇光致發(fā)光成分的適合組合，可確保本物體中含有的光致發(fā)光材料可吸 收寬頻帶內(nèi)的光輻射，例如太陽輻射光譜的大部分。當(dāng)本物體包括多個(gè)層時(shí)，可有利地在不 同層中使用不同的光致發(fā)光材料。因此，就聚光效率而言，可最優(yōu)化本物體的性能。自然地， 如果使用光致發(fā)光成分的組合，必須注意確保在光致發(fā)光成分的這一組合可發(fā)射和吸收輻 射的波長(zhǎng)之間極少或無重疊，或當(dāng)存在大的重疊時(shí)，該組合應(yīng)以級(jí)聯(lián)方式使用，即由一光致 發(fā)光成分發(fā)射的輻射以及由另一成分吸收的輻射將使后一成分發(fā)光。在本發(fā)明的發(fā)光物體中使用的定向光致發(fā)光材料所具有的二色性比優(yōu)選至少為 2. 0，更優(yōu)選至少為3. 0，最優(yōu)選至少為5. 0。在沿面取向中，二色性光致發(fā)光材料相對(duì)于其 它一些線偏振方向、將實(shí)質(zhì)上更高程度地吸收光輻射的某一線偏振方向。二色性光致發(fā)光材料尤其適合用于本發(fā)光物體中。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，定向光致 發(fā)光材料包括有機(jī)和/或聚合光致發(fā)光染料。如本文中使用的，術(shù)語“光致發(fā)光染料”是 指一種其中的分子可自行著色的染料，因而該染料可吸收可見光譜以及可能紫外線光譜 (100納米至800納米的波長(zhǎng)范圍)中的光，但與標(biāo)準(zhǔn)染料形成對(duì)照的是，該染料將吸收的 能量轉(zhuǎn)化為主要在光譜的可見區(qū)段中發(fā)射的較長(zhǎng)波長(zhǎng)的螢光。光致發(fā)光染料應(yīng)具有高的 量子效率和好的穩(wěn)定性，且高度提純。染料通常以KT1至10_5摩爾的濃度存在。根據(jù)本 發(fā)明可適于使用的有機(jī)光致發(fā)光染料的典型例子包括但不局限于以下物質(zhì)取代吡喃(例 如DCM)、香豆素(例如香豆素30)、若丹明(例如若丹明B)、BASF LumogenTM系列、二萘 嵌苯衍生物、Exciton LDS系列、尼羅河藍(lán)、尼羅河紅、D0DCI、惡嗪、嘧啶、iStyryl'系列(Lambdachrome )、二惡嗪、萘二甲酰亞胺、噻嗪和均二苯乙烯。本發(fā)明的主要方面是所述定向光致發(fā)光材料在陣列聚合物基體內(nèi)固定不動(dòng)。基于 液晶聚合物且包含光致發(fā)光材料的物體可按幾種方式排列。在液晶聚合物情形下，如先前 討論，經(jīng)常首選排列活性液晶單體、并隨后聚合單體。由于液晶單體易于定向(與大多數(shù)液 晶聚合物形成對(duì)照)，所以經(jīng)常采用這一程序。
物體表面通常具有誘導(dǎo)液晶單體/聚合物適當(dāng)排列的定向?qū)?。一些可能的定向?qū)?為a.通常使用聚酰亞胺排列層(緩沖、磨面或非緩沖、非磨面)產(chǎn)生按平面或垂直 排列和/或具有特定預(yù)傾斜的排列液晶聚合物。典型例子為對(duì)于平面排列的Optimer Al 1051，(ex JSR Micro)和對(duì)于垂直排列的1211聚酰亞胺清漆(ex. Nissan Chemical)b.被稱為線性光聚合性材料(linear photopolymerizablematerial, LPP)的材 料可用作預(yù)傾斜明確的排列層(例如可參見Staralign ，Vantico AG, Basel, CH)其它用 于液晶排列的技術(shù)包括a.使用尖或鈍的鐵筆記錄，斜向蒸發(fā)或SiO2濺射，無機(jī)物的斜角入射沉積， Langmuir-Blodgett沉積銅酞菁染料摻雜聚甲基丙烯酸酯層，以及類金剛石碳薄膜 層(例如可參見Varghese et al (2004) Appl. Phys. Lett. 85, 230 ；Motohiro, Τ. and Taga, Y. (1990)Thin Solid Films 185，137 ；Castellano, J. A. (1984)4,763 ；Robbie, K. et al(1999)Nature399，764，Lu, R.et al(1997)Phys. Lett. A 231,449, Hwang, J-Y etal (2002) Jpn. J. Appl. Phys. 41, L654)。b.排列誘導(dǎo)表面活性劑，例如硅烷、高級(jí)醇(例如η-十二烷醇)等，可用于進(jìn)一步 調(diào)節(jié)液晶的排列。c.通過向液晶聚合物中添加排列誘導(dǎo)摻雜劑。d.通過對(duì)所述物體施加機(jī)械牽引、流動(dòng)、磁、電極化場(chǎng)。e.通過排列具有近晶A定向的聚合物，該排列是通過使所述物體經(jīng)過加熱的滾筒 的上方而實(shí)現(xiàn)的。產(chǎn)生的剪切變形使液晶原基團(tuán)取得定向。f.通過使用活性液晶原而排列液晶，且這些活性液晶原通過(適當(dāng))熱處理、并隨 后開始液晶原的聚合反應(yīng)而取得近晶C定向，從而使系統(tǒng)陷于近晶C定向。尤其適合制備包含預(yù)傾斜角為30-80°的陣列聚合物的發(fā)光物體的技術(shù)在以 下文獻(xiàn)中給出Hwang, Ζ. and Rosenblatt, C. Appl. Phys. Lett. 86,011908, Lu, Μ. Jpn. J. Appl. Phys. 43，8156，Lee, F. K. et alAppl. Phys. Lett. 85，5556，The Staralign linearlyphotopolymerizabIe polymer system(Vantico AG), Varghese, S. et al. Appl. Phys. Lett. 85,230, and Sinha, G. P. et al. Appl. Phys. Lett. 79, 2543.本文中將這些發(fā)表 的文章列為參考文章。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)具體在發(fā)光聚合物體、尤其是平面物體中顯得突出，在這些物體中 陣列聚合物沿小于85°的預(yù)傾斜角排列，優(yōu)選小于80°。優(yōu)選地，該預(yù)傾斜角為10-89°， 更優(yōu)選為10-85°，進(jìn)一步更優(yōu)選為15-85°，更優(yōu)選為30-80°，優(yōu)選在30-70°的范圍內(nèi)， 更優(yōu)選在35-65°的范圍內(nèi)，且最優(yōu)選在40-60°的范圍內(nèi)。尤其當(dāng)與波導(dǎo)管一同用于平 面發(fā)光物體中時(shí)，可有利地使用沿10-89°范圍內(nèi)的一預(yù)傾斜角的陣列聚合物，更優(yōu)選為 10-85°，進(jìn)一步更優(yōu)選為15-85°，更優(yōu)選在30-80°的范圍內(nèi)，優(yōu)選在30-70°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選在35-65°的范圍內(nèi)以及最優(yōu)選在40-60°的范圍內(nèi)。使用這樣的預(yù)傾斜角能夠?qū)?發(fā)射輻射高效地耦合至波導(dǎo)管內(nèi)。如本文上文所述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)源自光致發(fā)光材料的排 列。光致發(fā)光材料的排列是通過將光致發(fā)光材料固定在陣列聚合物基體內(nèi)取得的。光致發(fā) 光材料在這樣的陣列聚合物基體內(nèi)的主導(dǎo)定向與所述聚合物基體的排列一致。因此將可理 解的是，光致發(fā)光材料的優(yōu)選定向角度與上文所述的與陣列聚合物有關(guān)的定向角度相同。當(dāng)本發(fā)光物體是非平面物體時(shí)，尤其是當(dāng)所述物體是光學(xué)纖維時(shí)，在實(shí)施例中預(yù) 傾斜角超過50°、尤其是超過70°將是有利的。最優(yōu)選地，當(dāng)本物體是光學(xué)纖維時(shí)，預(yù)傾斜 角將超過80°。然而，在另一個(gè)更優(yōu)選的實(shí)施例中，預(yù)傾斜角在30-70°的范圍內(nèi)，更優(yōu)選 在35-65°的范圍內(nèi)以及最優(yōu)選在40-60°的范圍內(nèi)。光致發(fā)光材料在平面物體內(nèi)的排列水平可根據(jù)有序度適當(dāng)確定。有序度定義如 下S = (A77-A) / (A//+2A)其中A〃表示電矢平行于排列方向的光樣品的吸收量，A表示電矢垂直于排列方向的光樣品的吸收，以及S表示在固定的實(shí)驗(yàn)室框 架下吸收矩的平均定向。參考文獻(xiàn)Van Gurp, Μ. And Levine，Y. K.，J. Chem. Phys. 90， 4095(1989).本物體中包含的光致發(fā)光材料呈現(xiàn)出的有序度優(yōu)選至少為0.5，更優(yōu)選至少為 0.6，最優(yōu)選至少為0.7。本發(fā)光物體在例如LSC系統(tǒng)中的使用效能關(guān)鍵取決于發(fā)射光在相同物體內(nèi)的 (重)吸收程度。根據(jù)一特別優(yōu)選的實(shí)施例，不連續(xù)陣列聚合物基體例如層內(nèi)包含的光致發(fā) 光材料的吸收極大值和發(fā)射極大值相差至少30nm，優(yōu)選至少為50nm，更優(yōu)選至少為lOOnm。由本發(fā)明得到的發(fā)光物體的形狀有利地為薄膜、層、纖維、條帶或紡織品。這樣 的薄膜、層、纖維、條帶或紡織品的厚度可隨計(jì)劃的用途而改變。典型地，所述厚度將在 0. 1-500 μ m的范圍內(nèi)，優(yōu)選在5-50 μ m的范圍內(nèi)。發(fā)光物體有利地包括兩或更多個(gè)含有定向光致發(fā)光材料的陣列聚合物的堆疊層。 根據(jù)一具體的實(shí)施例，每個(gè)陣列聚合物層包含不同的光致發(fā)光材料。有利地，這些光致發(fā)光 材料呈現(xiàn)出不同的吸收極大值。根據(jù)另一實(shí)施例，各個(gè)陣列聚合物層中的陣列聚合物的預(yù) 傾斜角隨層而變化。這一安排可進(jìn)一步最優(yōu)化將入射輻射轉(zhuǎn)化為光致發(fā)光輻射并隨后傳輸 的效率，尤其經(jīng)過單獨(dú)的波導(dǎo)管。在又一實(shí)施例中，每個(gè)陣列聚合物層包含不同的陣列聚合 物。尤其可有利地將不同陣列聚合物的堆疊層與每個(gè)陣列聚合物層中的不同光致發(fā)光材料 組合使用和/或與呈現(xiàn)出不同預(yù)傾斜角的陣列聚合物層組合使用。本發(fā)明的發(fā)光物體可有利地使用在例如窗戶上，尤其當(dāng)這些窗戶已耦合至光電器 件或它們光學(xué)耦合至內(nèi)部照明源。通過將本發(fā)光物體固定在這樣的一扇窗戶(或具有類似 功能的建筑物構(gòu)件)上，該窗戶可有效地變?yōu)榫奂砂l(fā)光層發(fā)射的電磁輻射的波導(dǎo)管。正 如下文將說明的，在這些應(yīng)用中，非常希望發(fā)光物體對(duì)至少可見光光譜的一部分(例如跨 越至少IOOnm帶寬)是透明的，尤其是對(duì)光合作用所需的這部分可見光光譜。
本發(fā)明的一尤其有利的實(shí)施例涉及以光學(xué)疊層或光學(xué)纖維形式存在的一發(fā)光物 體，該發(fā)光物體包括光學(xué)耦合至所述發(fā)光層或發(fā)光芯的波導(dǎo)管，其中所述波導(dǎo)管的折射率 nw的取值可使nw ^ no-0. 005，且η。為芯的所述發(fā)光層的尋常折射率。根據(jù)一進(jìn)一步更優(yōu)選的實(shí)施例，nw ^ n。，優(yōu)選nw > η。。這有利地改善了光在波導(dǎo)管中的禁閉情況，并減少了從光 中例如逃逸回發(fā)光層的現(xiàn)象。由本發(fā)明得到的光學(xué)疊層可適用于聚集入射的光輻射。照射在疊層上的輻射被發(fā) 光層吸收和再次發(fā)射。這一再次發(fā)射的輻射被耦合至波導(dǎo)管內(nèi)，并通過內(nèi)反射沿波導(dǎo)管被 引導(dǎo)至出口表面。該再次發(fā)射的輻射可從出口表面出來，使出口表面起到光源的作用?？?選地，再次發(fā)射的輻射可在出口表面耦合至諸如光電器件之類的器件內(nèi)，且該器件將把光 輻射轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量。
由本發(fā)明得到的光學(xué)纖維可由光輻射橫向激發(fā)，隨后發(fā)射輻射將被傳輸至纖維的 末端。由本發(fā)明得到的纖維可有利地用于聚集光輻射和/或傳輸光學(xué)信息。因?yàn)橛杀景l(fā)明得到的光學(xué)疊層和纖維將響應(yīng)入射的輻射而再次發(fā)射輻射，這些疊 層和纖維可適用于傳輸光學(xué)信息，尤其是光學(xué)二進(jìn)制信息。然而，由于發(fā)射輻射與入射輻射 的強(qiáng)度有關(guān)，本光學(xué)疊層和纖維也可用于傳輸模擬信息。根據(jù)又一優(yōu)選實(shí)施例，波導(dǎo)管的折射率介于發(fā)光層/發(fā)光芯的尋常折射率和非尋 常折射率之間。波導(dǎo)管的折射率典型地至少為1. 4。波導(dǎo)管的折射率優(yōu)選在1. 4-1. 8的范 圍內(nèi)，更優(yōu)選在1. 4-1. 7的范圍內(nèi)。使用具有高折射率(尤其相對(duì)于發(fā)光薄膜的折射率)的 波導(dǎo)管可確保當(dāng)發(fā)射輻射有效耦合至波導(dǎo)管內(nèi)時(shí)、發(fā)光薄膜內(nèi)發(fā)射輻射的光學(xué)路徑縮短。 為確保發(fā)射光有效耦合至波導(dǎo)管內(nèi)，更有利的做法是將發(fā)光層(或發(fā)光芯)的表面與波導(dǎo) 管的表面相鄰連接起來。陣列聚合物層與波導(dǎo)管可通過使用粘合劑適當(dāng)?shù)剡B接起來，只要 該粘合劑對(duì)于發(fā)射輻射很大程度上是透明的。光學(xué)疊層或纖維內(nèi)的發(fā)光層的典型厚度為0. 1-500 μ m,優(yōu)選為5_50 μ m。波導(dǎo)管 的典型厚度為0.05-50mm，優(yōu)選為0. l-10mm。當(dāng)波導(dǎo)管構(gòu)成本發(fā)明的光學(xué)纖維芯時(shí)，上述范
圍適用于波導(dǎo)管的直徑。本發(fā)明的光學(xué)疊層和纖維可適當(dāng)?shù)赜蓳闲?、彈性材料制得。這樣得到的撓性疊層 和纖維例如可被制成卷狀物，或可用于彎曲的表面上。本發(fā)明還包括相對(duì)剛性的纖維和疊 層，例如這是因?yàn)樗鼈兪褂貌Ａ踊虿Ａ?。本光學(xué)疊層和纖維可采用對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言眾所周知的許多不同的方式制 得。疊層可采用如下方式制得首先形成一薄層(薄膜)，例如波導(dǎo)管，隨后原位制備其它 的層，例如通過原位聚合或固的方式?？蛇x地，可分別預(yù)制各個(gè)層，并隨后組合成一單一的 疊層，對(duì)此可選擇使用粘合劑和/或其它粘結(jié)技術(shù)。自然地，也有可能組合使用這些技術(shù)。 除在纖維情形下、制層工藝將從制備光學(xué)纖維的芯開始外，可在本發(fā)明的光學(xué)纖維的制備 中使用類似的方法。透明波導(dǎo)管的適合材料對(duì)于通過波導(dǎo)管傳輸?shù)陌l(fā)射輻射很大程度上是透明的。適 合材料包括透明聚合物、玻璃、透明陶瓷及其組合。所述波導(dǎo)管優(yōu)選使用熱固性或熱塑性的 透明聚合物制成。這些聚合物可以是(半)晶體或無定形的。合適的聚合物包括聚甲基丙 烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、環(huán)烯共聚物、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯、聚醚砜、交聯(lián)丙烯酸酯、 環(huán)氧樹脂、尿烷、硅橡膠以及這些聚合物的組合和共聚物。本發(fā)明的光學(xué)疊層可適于采取平板形狀。然而，由于光學(xué)疊層的功能在本質(zhì)上并 不取決于疊層的形式，本發(fā)明也包括非平面形狀。為阻止輻射從本發(fā)光物體中逸出，可有利地使用對(duì)寬范圍的光輻射具有反射作用的鏡，且所述鏡位于所述物體的底面，即通過發(fā)光層的入射輻射以及由相同層發(fā)射的光輻 射將被所述鏡反射。更具體地，這一實(shí)施例提供了本文上文所述的一發(fā)光物體，且該發(fā)光物 體的底面覆蓋有一鏡，該鏡對(duì)450-1200nm波長(zhǎng)的光至少可反射80%，優(yōu)選至少反射90%。本發(fā)光物體的輻射損失可通過在所述物體的側(cè)面上使用鏡而進(jìn)一步降低，且假定所述物體可傳輸輻射至例如一光電器件。因此，在一優(yōu)選的實(shí)施例中，至少所述物體的一 個(gè)側(cè)面上覆蓋有一鏡，且該鏡對(duì)于450-1200nm波長(zhǎng)的光至少可反射80%，優(yōu)選至少可反射 90%。所述物體更優(yōu)選至少有兩個(gè)側(cè)面上、以及最優(yōu)選至少有三個(gè)側(cè)面上覆蓋有這樣的鏡。對(duì)于某些應(yīng)用，如果本發(fā)光物體對(duì)于光輻射在一特定的波長(zhǎng)范圍內(nèi)很大程度上是 透明的，則將是有利的。根據(jù)一特別優(yōu)選的實(shí)施例，所述發(fā)光物體主要對(duì)400-500nm和/或 600-700nm范圍內(nèi)的光輻射是透明的。因此，所述發(fā)光物體而不是(代替)例如窗戶或溫 室窗玻璃可適用于或用作用于光合作用的可見光，該可見光將穿過所述發(fā)光物體，同時(shí)其 它波長(zhǎng)的光輻射可被相同的物體有效聚集和傳輸。根據(jù)一非常優(yōu)選的實(shí)施例，所述發(fā)光物 體主要對(duì)400-500nm和600-700nm范圍內(nèi)的光輻射是透明的。因此，本發(fā)明也包括溫室， 該溫室包括一個(gè)或多個(gè)窗玻璃，且該窗玻璃如本文上文所述覆蓋有對(duì)于400-500nm和/或 600-700nm范圍內(nèi)的光輻射是透明的發(fā)光物體，并與能夠?qū)⒐廨椛滢D(zhuǎn)化為電能的一個(gè)或多 個(gè)光電池組合使用，且所述一個(gè)或多個(gè)光電池光學(xué)耦合至所述發(fā)光物體。 本發(fā)明的又一實(shí)施例涉及包含電磁輻射收集介質(zhì)的一光電器件，且該光電器件包 括如本文上文所述的發(fā)光物體以及能夠?qū)⒐廨椛滢D(zhuǎn)化為電能的光電池，且該光電池光學(xué)耦 合至包括發(fā)光物體的波導(dǎo)管，且所述光電池優(yōu)選排列在波導(dǎo)管的邊緣、或靠近位于波導(dǎo)管 層的頂部或底面上的所述波導(dǎo)管的邊緣。本發(fā)明的另一實(shí)施例涉及上文所述的包括發(fā)光物體的一熒光激活顯示器。本發(fā)明的又一實(shí)施例涉及包括上文所述的發(fā)光物體的一房間照明系統(tǒng)，其中該系 統(tǒng)的布置方式可使入射的陽光通過所述發(fā)光物體轉(zhuǎn)化為房間照明。本發(fā)明的另一方面涉及使用本文上文所述的發(fā)光物體聚集入射的光輻射。發(fā)光物 體這一用途包括例如用作自支承式發(fā)光薄膜，該薄膜如本文上文所述包含發(fā)光層和波長(zhǎng)選 擇鏡。此外，所述用途還包括用作包含發(fā)光層或發(fā)光芯、波長(zhǎng)選擇鏡和波導(dǎo)管的光學(xué)疊層或 光學(xué)纖維。在一實(shí)施例中提供一 LSC系統(tǒng)，該系統(tǒng)不具備在溫室中使用時(shí)所需的不透明后表 面(即例如如本文中所述，不具備后鏡)。優(yōu)選地，在另一不同情形下，植物未使用(用于生 長(zhǎng))的波長(zhǎng)區(qū)段的光譜通過光電效應(yīng)被收集和轉(zhuǎn)化成電能。在又一不同情形下，較長(zhǎng)波長(zhǎng) 的光(即轉(zhuǎn)化光)被收集并通過光管，且該光管用于以植物生長(zhǎng)使用的波長(zhǎng)再次照明植物。 例如，LSC系統(tǒng)可用于收集和轉(zhuǎn)化通常不被植物使用的綠光，并把該光轉(zhuǎn)化為紅光(或當(dāng)使 用上轉(zhuǎn)化材料時(shí)，轉(zhuǎn)化為藍(lán)光)。產(chǎn)生的紅光可用于溫室中的植物。在又一實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明，LSC作為纖維可被紡織在衣服或其它材料(衣 月艮、睡袋、帳篷，等等)內(nèi)或上，且成束的該纖維可照明光電或太陽電池，以用于發(fā)電(也 可參見例如圖15)。本發(fā)明也旨在用于諸如衣服、睡袋、帳篷之類的產(chǎn)品上(例如使用約 0. 005mm-10cm的纖維，優(yōu)選約0. 5mm-l. 0cm)。根據(jù)本發(fā)明，具有光學(xué)導(dǎo)波管的以疊層或薄 板形式存在的發(fā)光物體也可用于構(gòu)造諸如帳篷側(cè)線之類的物體，且可用于太陽電池的發(fā) 電。本發(fā)明也旨在這樣的物體。
此外，例如諸如便攜式電腦的罩蓋、鋼筆、手表、計(jì)算器的罩蓋、珠寶、帽子、罩蓋之 類的小型消費(fèi)品可包括由設(shè)計(jì)用于太陽電池發(fā)電的該材料制成的薄板或纖維。也有可能為視覺效果而直接使用光輸出，而非用于發(fā)電(即上述的應(yīng)用或物體中 無太陽電池)。本發(fā)明的另一應(yīng)用可以是例如用于發(fā)電或引起或增強(qiáng)道路標(biāo)志或路面劃線的視 覺安全效果、 可發(fā)電或具有視覺光效果的戶外家具、可發(fā)電或具有視覺照明效果的透明或 半透明或不透明的路旁聲音障礙物，等等。在一特定實(shí)施例中包括地球外應(yīng)用用于推進(jìn)太空船的“太陽帆”可裝備由本發(fā)明 提供的LSC，用于LSC收集輻射照射下(且可選擇同時(shí)接受太陽的直接照射)的PV電池的 同時(shí)發(fā)電以及推進(jìn)所述太空船。在圖14a_14e中示出根據(jù)本發(fā)明得到的太陽電池和LSC的一些特定實(shí)施例。這些 圖與上文所示圖1類似。當(dāng)然其它構(gòu)型也是可能的，像例如在圖2、3、4、5a、5b以及16a_16c 中所示的構(gòu)型。這些示意圖只是為了舉例說明可能的結(jié)構(gòu)a.太陽電池13側(cè)向布置，從而使來自波導(dǎo)管2的光聚集至太陽電池或光電池13 內(nèi)。b.太陽電池13布置在“底部”，例如截取可選擇的鏡層9，從而使來自波導(dǎo)管2的 光聚集至太陽電池或光電池13內(nèi)。c.太陽電池13布置在“頂部”，例如截取可選擇的膽留醇層7和8，從而使來自波 導(dǎo)管2的光聚集至太陽電池或光電池13內(nèi)。d.太陽電池13布置在“頂部”，例如截取可選擇的膽留醇層7和8以及發(fā)光層1， 從而使來自波導(dǎo)管2的光聚集至太陽電池或光電池13內(nèi)。e.太陽電池13布置在“底部”，例如截取可選擇的鏡層9和波導(dǎo)管2，從而使來自 波導(dǎo)管2的光聚集至太陽電池或光電池13內(nèi)。如上文所述，圖14a_14e也示出可選擇的排列層20(例如PI層)。這樣的排列層 為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知。在圖15中示出另一實(shí)施例的示意圖。這里包括發(fā)光層1和波導(dǎo)管2的若干太陽 能聚光器用于向太陽電池13提供陽光。例如，LSC可如圖1-8所示。來自波導(dǎo)管2的光可 經(jīng)由波導(dǎo)管(纖維)26傳輸至太陽電池13?？蛇x擇地，在波導(dǎo)管2中聚集的光可由準(zhǔn)直器 25校準(zhǔn)進(jìn)入波導(dǎo)管26內(nèi)。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚了解的，圖14a_14e中的示意性實(shí)施例確實(shí)也包括這 樣的實(shí)施例，即其中若干的太陽電池13被合并在發(fā)光層1和波導(dǎo)管2的組合結(jié)構(gòu)中。例 如，當(dāng)發(fā)光層1和波導(dǎo)管2 (以及可選擇其它層，如上文所述)以平面疊層或?qū)嵸|(zhì)上平的疊 層形式存在時(shí)，波導(dǎo)管2疊層的一個(gè)或多個(gè)邊緣的至少一部分可光學(xué)耦合至若干太陽電池 或PV電池13中。因此，在一實(shí)施例中提供一窗戶，該窗戶包括由本發(fā)明得到的發(fā)光物體和 一光電池(或超過一個(gè)，如本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚了解的)，該光電池能夠?qū)⒐廨椛滢D(zhuǎn)化為 電能、且與所述發(fā)光物體光學(xué)耦合。此外，根據(jù)本發(fā)明包括發(fā)光層1和波導(dǎo)管2的LSC可耦合至超過1個(gè)的纖維26處， 并可由此向超過一個(gè)的PV電池13提供光。在又一實(shí)施例中，包括發(fā)光層1和波導(dǎo)管2的LSC大體上是一塑料薄板，像一透明的滑板，有或不具有粘合的底板。所述薄膜可包括排列或非排列的染料分子以及一優(yōu)選的 選擇反射層(例如這可以是膽留醇層9a和/或％)。之后這一薄膜可由最終用戶安裝在任 何窗戶上。預(yù)先布置在窗框內(nèi)的將是光電器件。因此，該窗戶將變成波導(dǎo)管2，將光傳輸至 該框下的太陽電池13。該薄膜可任意使用即如果需要，可將它從窗戶上剝落，以使天然日 光重回房間內(nèi)。在一實(shí)施例中，術(shù)語“光學(xué)耦合”也包括這樣一些物體的光學(xué)耦合，即這些物體的 表面不相鄰 ，但這些物體之間存在距離。例如，光電池13優(yōu)選靠近波導(dǎo)管2，但在一實(shí)施例 中，可以在其間存在一些間距。這樣的空間可例如充滿空氣或形成真空，或甚至聚合物。聚 合物例如可用于將PV電池附于波導(dǎo)管上，如在一實(shí)施例中，一高指數(shù)熱固性塑料薄板可用 于幫助光從波導(dǎo)管中出來、并將該光引入至PV內(nèi)。例如，將一低折射率的聚合物置于底部 上的金屬鏡與染料層或波導(dǎo)管之間似乎可提高系統(tǒng)的輸出量。本發(fā)明也旨在提供這樣的實(shí)施例，即其中的發(fā)光物體還在排列聚合層(含有排列 光致發(fā)光材料)的鄰接處包括一個(gè)或多個(gè)含有非定向光致發(fā)光材料的層。在一實(shí)施例中，所述發(fā)光物體還至少包括一波長(zhǎng)選擇和偏振選擇反射膽留醇層 (如層7或8所示)。發(fā)光物體也可包括兩或更多波長(zhǎng)選擇和偏振選擇反射膽留醇層(的 堆疊)。例如，所述發(fā)光物體可包括一個(gè)右手膽留醇層和一個(gè)左手膽留醇層，但也可包括兩 個(gè)右手膽留醇層，或右、右和左或右、左右手膽留醇層的堆疊，將其作為波長(zhǎng)選擇層。這樣的 實(shí)施例在圖16c中示意性示出，且一波長(zhǎng)選擇鏡包括例如三個(gè)層8的堆疊(或全部為左手、 或全部為右手(也可參見圖3))，而不是(以代替)分別包括右手和左手膽留醇層7和8。 正如本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚了解的，這一實(shí)施例也可適用于其它實(shí)施例，例如如其它圖示 意性示出的那樣。為舉例，圖7和8中的纖維也可包括一個(gè)或多個(gè)反射右手圓偏振光的膽 甾醇層、或一個(gè)或多個(gè)反射左手圓偏振光的膽留醇層、或同時(shí)包括一個(gè)或多個(gè)反射右手圓 偏振光的膽留醇層和一個(gè)或多個(gè)反射左手圓偏振光的膽留醇層，而不是(以代替)層7和 8。
如上所述，發(fā)光層1和波導(dǎo)管2的位置可交換(例如也可參見圖7和8)，這在圖 16a和16b中示意性示出，這些是對(duì)圖1和14b所作的改變，但也可用作其它實(shí)施例的改變 方式。在這種情形下，只使用一個(gè)反射右手圓偏振光或左手圓偏振光的膽留醇層，該膽 甾醇層可如圖13a所示作為頂層7(或8)(也可參見圖l-5b、14a-e、16a-b)，也可作為底層 9(可參見圖2中的實(shí)施例)，或同時(shí)作為這樣的頂層7(或8)和底層(9)，且對(duì)發(fā)射輻射的 反射率可至少小于50%。至少為25%可以是足夠的，或至少為具有克分子極化度的光的 50% (分別對(duì)于右手圓偏振或左手圓偏振)。因此，在一特定實(shí)施例中提供一發(fā)光物體，該 發(fā)光物體包括a.包含光致發(fā)光材料的發(fā)光層或發(fā)光芯；以及b.波長(zhǎng)選擇鏡；其中所述發(fā)光層或發(fā)光芯與所述波長(zhǎng)選擇鏡光學(xué)耦合，所述波長(zhǎng)選擇性鏡至少可 透過50%的由所述光致發(fā)光材料吸收的光，且至少可反射25%的由所述光致發(fā)光材料反 射的輻射，且所述波長(zhǎng)選擇鏡包含手性向列型聚合物的膽留醇層。特別地，提供一發(fā)光物體，該發(fā)光物體包括其中所述聚合波長(zhǎng)選擇鏡包括一個(gè)或多個(gè)反射右手圓偏振光的膽留醇層、或一個(gè)或多個(gè)反射左手圓偏振光的膽留醇層、或同時(shí) 包括一個(gè)或多個(gè)反射右手圓偏振光的膽留醇層以及一個(gè)或多個(gè)反射左手圓偏振光的膽甾 醇層。在權(quán)利要求、尤其是權(quán)利要求3、7、11-27中進(jìn)一步描述的特定實(shí)施例也適用于這一 實(shí)施例。在又一實(shí)施例中，本發(fā)明的發(fā)光物體也可包括上轉(zhuǎn)換材料(即其吸收的光的波長(zhǎng) 短于其發(fā)射 的光的材料)，而不是(以代替)下轉(zhuǎn)換光致發(fā)光材料(即其吸收的光的波長(zhǎng)短 于其發(fā)射的光，例如綠光至紅光轉(zhuǎn)化器)，或不限于使用下轉(zhuǎn)化光致發(fā)光材料。下面通過實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。實(shí)施例實(shí)施例1一潔凈的具有聚酰亞胺排列層的玻璃襯底(Optimer Al 1051，ex JSRMicro)，且 所述聚酰亞胺排列層是在2000rpm/s的速度下、以2500rpm/s2的加速度旋轉(zhuǎn)涂覆45秒制 得的。之后將該襯底在180°C下、在真空中加熱1. 5小時(shí)。使用天鵝絨布料對(duì)排列層進(jìn)行磨 面，以使所使用的膽留醇液晶產(chǎn)生平面排列。將一各向同性染料摻雜的混合物應(yīng)用于所述滑板的相對(duì)側(cè)。該混合物是通過以 下方式制備的將重量百分比為的Irgacure 184(ex CibaChemicals)和重量百分比為
的DCM(4-( 二氰亞甲基)-2_甲基-6-(4-二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃)(ex Aldrich Chemicals)與含有重量百分比為75%的雙季戊四醇五丙烯酸酯(Aldrich)和重量百分比 為25%的乙醇的溶液混合。一大約為IOm厚的薄膜可通過旋轉(zhuǎn)涂覆法以4000轉(zhuǎn)/分的速 度經(jīng)45秒后形成(2500rpm/s的升降速度)。樣品是在N2氣氛下、在室溫中、經(jīng)10分鐘的 紫外線(=365nm)照射固化的。所述樣品的吸收和發(fā)射光譜分別以實(shí)線和虛線的形式示 于圖9中。使用常規(guī)的濺射鍍膜儀在染料層的頂部濺射上120nm的銀鏡(Emitech K575X濺 射鍍膜儀，在65mA電流下濺射2. 5分鐘)。膽留醇混合物可通過以下方式制得將重量百分比為3.9%的右手手性摻雜 劑 LC756 (ex BASF)、重量百分比為 1 % 的 Irgacure 184 (ex CibaChemicals)、重量百 分比為的表面活性劑、以及重量百分比為94%的溶解在二甲苯中的活性液晶主體 RM257 (Merck)(重量百分比為55%的固體，重量百分比為45%的溶劑)混合。隨后將混合 物在80°C下攪拌3小時(shí)。在2000轉(zhuǎn)/分的速度下、以2500rpm/s的加速度、經(jīng)45秒將膽留醇混合物旋轉(zhuǎn)涂 覆在所述聚酰亞胺排列層上。在旋轉(zhuǎn)涂覆后，將襯底在80°C下加熱約1分鐘，以蒸發(fā)溶劑、 并使表面活性劑改善手性向列型液晶的排列。之后，在室溫下、在N2氣氛中采用紫外線燈 (峰值波長(zhǎng)為365nm)照射10分鐘，以發(fā)生光聚作用。之后使用類似的工藝可輕易在所述表 面上應(yīng)用第二個(gè)左手膽留醇。最后，將反射銀涂料應(yīng)用于所述波導(dǎo)管的三個(gè)邊緣處，從而得 到最終器件。使用重量百分比為4. 2%和4. 5%的右手手性摻雜劑LC756將上述工藝重復(fù)兩次。 圖9示出含有重量百分比為3. 9%的右手手性摻雜劑的膽留醇層的傳輸光譜，且該膽甾醇 層曝露于以三個(gè)入射角度入射的非偏振光下即0°、20°和40°。含有重量百分比為4. 2% 或4. 5%的手性摻雜劑的膽甾醇層的傳輸光譜除含有重量百分比為4. 2%和4. 5%的層的反射頻帶發(fā)生在明顯更短的波長(zhǎng)處外，大體上是相同的。更準(zhǔn)確地，重量百分比為4. 2%的 樣品的法線光入射的反射頻帶藍(lán)移約32nm，重量百分比為4. 5%的樣品的反射頻帶藍(lán)移約 83nm?？梢煌褂肁utronic DMS 703 (Melchers GmbH)和 CCD-Spect-2 (CCD-Camera)確 定LSC樣品的光輸出。LSC樣品置于定制的樣品夾內(nèi)，并曝露于位于約Ilcm遠(yuǎn)的一大致均 勻的光源下。來自樣品發(fā)射邊緣小區(qū)域(約0.8cm2)的光輸出可通過-50-50的角分布、按 1度的步進(jìn)間隔測(cè)得?？偘l(fā)射可通過將光譜對(duì)所有測(cè)得的波長(zhǎng)(350-800nm)和所有角度求 取積分而確定。沿所述樣品邊緣的長(zhǎng)度方向進(jìn)行的測(cè)量表明隨位置極少變化，但對(duì)于這些 實(shí)驗(yàn)，發(fā)射測(cè)量的位置是固定的。具有多層的單一樣品的所有測(cè)量都是在同一天進(jìn)行的。這 一測(cè)量設(shè)置的大致情況示于圖10中。 可清楚地看出，使用單一的膽甾醇層(樣品A)可將光輸出至少提高11-17%，且如 果使用又一個(gè)膽留醇層，可將左手層提高20-35%。由樣品B和C得到的結(jié)果降低，這是因 為所述膽留醇層的反射頻帶與所述光致發(fā)光材料的吸收峰部分一致，以及/或與所述光致 發(fā)光材料的發(fā)射峰部分一致。這里，所述排列層用于排列所述膽留醇層。重復(fù)進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn)，但使用聚甲基丙烯酸甲酯襯底、而不是玻璃襯底。一聚酰亞胺 排列層(Optimer Al 1051，ex JSR Micro)在 2000rpm/s 的速度下、以 2500rpm/s2 的加速 度、經(jīng)45秒旋轉(zhuǎn)涂覆制得。之后將該襯底在10(TC下、在空氣中加熱1.5小時(shí)。使用天鵝絨 布料對(duì)排列層進(jìn)行磨面，以使所使用的膽留醇液晶產(chǎn)生平面排列。將一各向同性染料摻雜的混合物應(yīng)用于所述滑板的相對(duì)側(cè)。該混合物是通過以 下方式制備的將重量百分比為的Irgacure 184(ex CibaChemicals)和重量百分比為
的DCM(4-( 二氰亞甲基)-2_甲基-6-(4-二甲氨基苯乙烯基)-4H-吡喃)(ex Aldrich Chemicals)與含有重量百分比為75%的雙季戊四醇五丙烯酸酯(Aldrich)和重量百分比 為25%的乙醇的溶液混合。一大約為IOum厚的薄膜可通過旋轉(zhuǎn)涂覆法以4000轉(zhuǎn)/分的速 度經(jīng)45秒后形成(2500轉(zhuǎn)/秒的升降速度)。樣品是在N2氣氛下、在室溫中、經(jīng)10分鐘的 紫外線(=365nm)照射固化的。使用常規(guī)的濺射鍍膜儀在染料層的頂部濺射上120nm的銀鏡(Emitech K575X濺射鍍膜儀，在65mA電流下濺射2. 5分鐘)。膽留醇混合物可通過以下方式制得將重量百分比為4. 的右手手性摻雜劑 LC756 (ex BASF)、重量百分比為 1 % 的 Irgacure 184 (ex CibaChemicals)、重量百分比為
的表面活性劑、以及重量百分比為94%的溶解在二甲苯中(重量百分比為55%的固體， 重量百分比為45%的溶劑)的活性液晶主體RM257(Merck)混合。隨后將混合物在80°C下 攪拌3小時(shí)。 在2000轉(zhuǎn)/分的速度下、以2500rpm/s的加速度、經(jīng)45秒將膽留醇混合物旋轉(zhuǎn)涂 覆在所述聚酰亞胺排列層上。在旋轉(zhuǎn)涂覆后，將襯底在80°C下加熱約1分鐘，以蒸發(fā)溶劑、 并使表面活性劑改善手性向列型液晶的排列。之后，在室溫下、在N2氣氛中采用紫外線燈 (峰值波長(zhǎng)為365nm)照射10分鐘，以發(fā)生光聚作用。之后使用類似的工藝可輕易在所述表 面上應(yīng)用第二個(gè)左手膽留醇。最后，將反射銀涂料應(yīng)用于所述波導(dǎo)管的三個(gè)邊緣處，從而得 到最終器件?？梢煌褂肁utronic DMS 703 (Melchers GmbH)和 CCD-Spect-2 (CCD-Camera)確 定LSC樣品的光輸出。LSC樣品置于定制的樣品夾內(nèi)，并曝露于位于約Ilcm遠(yuǎn)的一大致均 勻的光源下。來自樣品發(fā)射邊緣小區(qū)域(約0.8cm2)的光輸出可通過-70-70的角分布、按 1度的步進(jìn)間隔測(cè)得。總發(fā)射可通過將光譜對(duì)所有測(cè)得的波長(zhǎng)(350-800nm)和所有角度求 取積分而確定。對(duì)于這一實(shí)驗(yàn)，發(fā)射測(cè)量的位置是固定的。與裸染料層的積分光輸出相比，具有單一右手膽留醇的樣品對(duì)于垂直于所述波導(dǎo) 管表面的輸入光的積分光輸出顯示出提高34%。當(dāng)隨后覆蓋以第二個(gè)左手膽留醇時(shí)，對(duì)于 垂直于波導(dǎo)管表面的輸入光入射，可確定總的積分光輸出比單從染料層得到的總的積分光 輸出高53%。實(shí)施例2將一垂直染料摻雜液晶混合物應(yīng)用于一干凈的30mmX30mmXlmm的載玻片上。該液 晶混合物可通過以下方式制得將重量百分比為的Irgacure 184 (ex Ciba Chemicals) 和重量百分比為的香豆素30(eXAldrich Chemicals)與一溶液一同混合，該溶液中含 有重量百分比為50 %的RMM77單體和重量百分比為50 %的二甲苯，且RMM77單體與二甲 苯的重量比為1 1。RMM77(Merck)是一向列垂直活性液晶，其主要成分為液晶RM82和 RM257(均為Merck)以及垂直摻雜劑。將混合物在80°C下攪拌2小時(shí)，直到蒸發(fā)完所有的 乙醇。可通過將混合物置于預(yù)熱的波導(dǎo)管(80°C)上達(dá)10分鐘而使二甲苯蒸發(fā)。在蒸發(fā)完 二甲苯后，使用一 24 μ mMeyer桿制備濕的薄膜，從而制得一約IOym厚的薄膜。該樣品在 室溫下、在N2氣氛中用紫外線( = 365nm)固化4分鐘，之后在110°C下停留4分鐘?？梢煌褂肁utronic DMS 703 (Melchers GmbH)和 CCD-Spect-2 (CCD-Camera)測(cè) 量該樣品的光輸出。LSC樣品置于定制的樣品夾內(nèi)，且曝露于一準(zhǔn)直光源下。來自樣品表 面的光輸出可通過0-90的角分布、按1度的間隔測(cè)得。確定峰值發(fā)射，并將其與來自各向 同性樣品表面的峰值發(fā)射作比較，且該樣品的制備方式與上文描述的完全相同，但使用不 包含垂直摻雜劑的冊(cè)82與RM257的混合物。結(jié)果是該垂直樣品幾乎將經(jīng)過樣品而損失的 光的量減少一半，由此增加了導(dǎo)入波導(dǎo)管內(nèi)的光的量。圖11示出這一實(shí)驗(yàn)結(jié)果。在這一圖 中，從表面發(fā)射的光強(qiáng)度被作為兩個(gè)樣品的發(fā)射角的函數(shù)，且一個(gè)具有各向同性排列的染 料(圓圈)，另一個(gè)具有垂直排列的染料(三角形)。應(yīng)注意的是，對(duì)于在這一實(shí)驗(yàn)中使用的波導(dǎo)管，所有高于33的光都被全內(nèi)反射困住，且由此而無法逸出所述表面。這里的波導(dǎo) 管包括尺寸為30x30x1mm(長(zhǎng)χ寬χ高)的玻璃板。通過使用與實(shí)施例1中所述的銀鏡耦合的右手膽留醇層和左手膽留醇層，可實(shí)質(zhì) 上提高這一 LSC的性能。實(shí)施例3除使用液晶聚合物外，實(shí)施例2是重復(fù)性的，且該液晶聚合物通過使用在Sinha et al in Appl. Phys. Lett. (2001)，79 (16) ,2543-2545 中描述的工藝、沿約 30° 的傾斜角排 列。再次使用在例1中描述的方法測(cè)量LSC的效率。結(jié)果顯示，該LSC的效率超過在 例1和例2中描述的LSC的效率。認(rèn)為這一極好的效率與增強(qiáng)發(fā)射輻射至波導(dǎo)管內(nèi)的耦合有關(guān)。實(shí)施例4通過以下方式同樣實(shí)現(xiàn)染料分子的傾斜排列。使用兩種聚酰亞胺制得一溶液為垂直聚酰亞胺的4%的Nissan G1211、以及為平面聚酰亞胺的96%的Nissan G130。將這 一溶液以5000轉(zhuǎn)/分的速度、經(jīng)60秒旋轉(zhuǎn)涂覆在30x30x1mm的玻璃板上，并在180°C下在 真空電爐中固化90分鐘。使用天鵝絨布料對(duì)聚酰亞胺進(jìn)行磨面。將一含有二萘嵌苯基染料、光敏引發(fā)劑Irgl84(CibaChemiCalS)以及98% RM257(Merck)的混合物按55 45的重量百分比溶解在二甲苯中，并以2000轉(zhuǎn)/分的速 度、經(jīng)40秒旋轉(zhuǎn)涂覆在聚酰亞胺排列層上，再置于80°C的電熱盤上蒸發(fā)溶劑。由這一工藝 可制得傾斜角約15°的二萘嵌苯基染料?？梢煌褂肁utronic DMS 703 (Melchers GmbH)和 CCD-Spect-2 (CCD-Camera)確 定LSC樣品的光輸出。LSC樣品置于定制的樣品夾內(nèi)，并曝露于位于約Ilcm遠(yuǎn)的一大致均 勻的光源下。來自樣品發(fā)射邊緣小區(qū)域(約0.8cm2)的光輸出可通過-70-70°的角分布、 按1度的步進(jìn)間隔測(cè)得。總發(fā)射可通過將光譜對(duì)所有測(cè)得的波長(zhǎng)(350-800nm)和所有角度 求取積分而確定。對(duì)于這一實(shí)驗(yàn)，發(fā)射測(cè)量的位置是固定的。這一樣品的總積分光輸出比 以相同方式制得的任意定向樣品(不包括聚酰亞胺排列層)的輸出高 10%。應(yīng)注意的是，上述實(shí)施例舉例說明而不限制本發(fā)明，且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠在 不超出本申請(qǐng)權(quán)利要求書范圍的情況下設(shè)計(jì)出許多可選擇的實(shí)施例。在本權(quán)利要求書中， 置于括弧內(nèi)的任何參考標(biāo)記均未旨在限制本權(quán)利。動(dòng)詞“包括、包含、含有(to comprise)” 及其變化形式的使用并不排除存在未在權(quán)利要求中聲明的元件或步驟的可能。在一元件前 出現(xiàn)的冠詞“一(a或an)”不排除存在多個(gè)這樣的元件的可能。本發(fā)明可通過使用包括一 些獨(dú)特元件的硬件、以及適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)而實(shí)施。在該器件的權(quán)利要求中列舉出一些方 式，其中的一些可通過硬件的同一個(gè)項(xiàng)目而體現(xiàn)出來。某些方式在相互不同的權(quán)利要求中 被敘述這一純粹的事實(shí)并不表明使用這些方式的組合不能獲得突出的優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求
一發(fā)光物體，包括a.包含光致發(fā)光材料的發(fā)光層或發(fā)光芯；以及b.波長(zhǎng)選擇鏡；其特征在于所述發(fā)光層或發(fā)光芯與所述波長(zhǎng)選擇鏡光學(xué)耦合，所述波長(zhǎng)選擇鏡至少可透過50％的由所述光致發(fā)光材料吸收的光，且至少可反射50％的由所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射，且所述波長(zhǎng)選擇鏡包含手性向列型聚合物的膽甾醇層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光物體，其特征在于所述聚合波長(zhǎng)選擇鏡包括一個(gè)或多 個(gè)反射右手圓偏振光的膽留醇層、或一個(gè)或多個(gè)反射左手圓偏振光的膽留醇層、或同時(shí)包 括一個(gè)或多個(gè)反射右手圓偏振光的膽留醇層以及一個(gè)或多個(gè)反射左手圓偏振光的膽甾醇 層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光物體，其特征在于所述發(fā)光物體包括反射右手圓 偏振光的第一膽留醇層以及反射左手圓偏振光的第二膽留醇層。
4.一發(fā)光物體，包括含有光致發(fā)光材料的發(fā)光層或發(fā)光芯、以及波長(zhǎng)選擇鏡，其特征在 于所述發(fā)光層或發(fā)光芯與所述波長(zhǎng)選擇鏡光學(xué)耦合，所述波長(zhǎng)選擇性鏡至少可透過50% 的由所述光致發(fā)光材料吸收的光，且至少可反射50%的由所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射， 且所述波長(zhǎng)選擇鏡包含聚合堆疊層。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述波長(zhǎng)選擇鏡 包括反射光的一個(gè)偏振的第一聚合堆疊層以及反射光的相對(duì)偏振的第二聚合堆疊層。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述波長(zhǎng)選擇鏡 對(duì)于所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射的反射率超過相同鏡對(duì)于所述光致發(fā)光材料吸收的光 輻射的反射率至少為50%，優(yōu)選至少為80%。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述波長(zhǎng)選擇鏡 對(duì)于所述光致發(fā)光材料吸收的光至少透過60%，優(yōu)選至少透過70%。
8.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述波長(zhǎng)選擇鏡 對(duì)于所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射至少反射60%，優(yōu)選至少反射70%。
9.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述波長(zhǎng)選擇鏡 包括一偏振選擇鏡，該偏振選擇鏡對(duì)于所述光致發(fā)光材料吸收的光至少透過50%，且對(duì)于 具有適當(dāng)偏振的圓或線偏振輻射至少反射50%。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的發(fā)光物體，其特征在于所述波長(zhǎng)選擇鏡包括反射光的一個(gè) 偏振的第一聚合堆疊層以及反射光的相對(duì)偏振的第二聚合堆疊層，且兩聚合堆疊層均位于 所述發(fā)光層的相同側(cè)或位于所述發(fā)光芯外。
11.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述發(fā)光層或 發(fā)光芯包含含有定向光致發(fā)光材料的陣列聚合物。
12.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述物體為光 學(xué)疊層或光學(xué)纖維，所述物體包括光學(xué)耦合至所述發(fā)光層或發(fā)光芯的波導(dǎo)管，其中所述波 導(dǎo)管的折射率nw可使nw ^ no-0. 005成立，其中n。為所述陣列聚合物的尋常折射率。
13.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述物體主要 對(duì)400-500nm和/或600_700nm范圍內(nèi)的光輻射是透明的。
14.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，該物體包括發(fā)光層和波導(dǎo)管，其特征在于所述物體為光學(xué)疊層或光學(xué)纖維，所述發(fā)光物體與所述波導(dǎo)管光學(xué)耦合，所述 發(fā)光物體包含含有定向光致發(fā)光材料的陣列聚合物，所述定向光致發(fā)光材料在所述陣列聚 合物內(nèi)固定不動(dòng)，且所述陣列聚合物相對(duì)于所述物體的表面具有10-90°的預(yù)傾斜角。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)光物體，其特征在于所述定向光致發(fā)光材料在一平面 電池中具有的二色性比至少為2. 0，優(yōu)選至少為3. 0，最優(yōu)選至少為5. 0。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的發(fā)光物體，其特征在于所述陣列聚合物具有 30-80°的預(yù)傾斜角。
17.根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述陣列聚合 物具有的預(yù)傾斜角為30-70°，優(yōu)選為40-70°，更優(yōu)選為40-60°。
18.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述物體是包 括發(fā)光層和波導(dǎo)管芯的光學(xué)纖維。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-17中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述物體是包 括發(fā)光芯和波導(dǎo)管的光學(xué)纖維。
20.根據(jù)權(quán)利要求14-19中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述波導(dǎo)管不 包含螢光染料。
21.根據(jù)權(quán)利要求14-20中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述預(yù)傾斜角 在15-85°的范圍內(nèi)。
22.根據(jù)權(quán)利要求14-20中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體，其特征在于所述預(yù)傾斜角 在30-60°的范圍內(nèi)。
23.一種光電器件，包括含有根據(jù)以上權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體的電 磁輻射收集介質(zhì)，以及一能夠?qū)⒐廨椛滢D(zhuǎn)化為電能、且與所述發(fā)光物體光學(xué)耦合的光電池。
24.一包括根據(jù)權(quán)利要求1-22中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體的熒光激活顯示器。
25.一包括根據(jù)權(quán)利要求1-22中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體的房間照明系統(tǒng)。
26.—種窗戶，包括根據(jù)權(quán)利要求1-22中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體以及一能夠?qū)?光輻射轉(zhuǎn)化為電能、且與所述發(fā)光物體光學(xué)耦合的光電池。
27.根據(jù)權(quán)利要求1-22中任一權(quán)利要求所述的發(fā)光物體在聚集入射光輻射中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明首先涉及一發(fā)光物體，該發(fā)光物體包括a.包含光致發(fā)光材料的發(fā)光層或發(fā)光芯；以及，b.波長(zhǎng)選擇鏡；其中所述發(fā)光層或發(fā)光芯與所述波長(zhǎng)選擇鏡光學(xué)耦合，所述波長(zhǎng)選擇鏡至少可透過50％的由所述光致發(fā)光材料吸收的光，且至少可反射50％的由所述光致發(fā)光材料發(fā)射的輻射。由本發(fā)明得到的所述發(fā)光物體由于能夠使所述光致發(fā)光材料在受到入射陽光的照射后、高效傳輸發(fā)射的輻射，因而可有利地應(yīng)用在發(fā)光太陽能聚光器系統(tǒng)中。本發(fā)明的另一方面涉及一光電器件，該光電器件由包括上述發(fā)光物體的電磁輻射收集介質(zhì)以及能夠?qū)⒐廨椛滢D(zhuǎn)化為電能的光電池組成，且該光電池與所述發(fā)光物體光學(xué)耦合。本發(fā)明的又一方面包括螢光激活顯示器以及包含上述發(fā)光物體的房間照明系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L31/055GK101840077SQ20101015423
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2006年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月16日
發(fā)明者卡羅斯·桑切, 希斯·W·M·巴斯提安森, 邁克爾·G·戴比杰, 邁克爾·J·艾斯古奇, 迪克·J·布羅爾 申請(qǐng)人:荷蘭科學(xué)技術(shù)基金會(huì)