CN115419857A - 一种柔性自驱动长时发光装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种柔性自驱动长时发光装置及其方法，所述发光装置包括设于激发光源光路处的光致发光模块（300），光致发光模块可由激发光源光线驱动而发光；所述激发光源包括电致发光模块（200）和与之相连的发电模块（100）；所述发电模块为通过摩擦发电的柔性发电装置；本发明能在外部施力驱动时实现自驱动连续发光，且无须持续施力，无需外部供电和整流电路，制备简单，性价比高，具有推广应用价值。

Description

一种柔性自驱动长时发光装置及其方法

技术领域

本发明涉及光源技术领域，尤其是一种柔性自驱动长时发光装置及其方法。

背景技术

摩擦起电诱导电致发光是指通过摩擦起电效应产生感应电场，激发电场周围的荧光粉发光。

摩擦起电诱导电致发光器件通常由荧光粉ZnS:Cu以及包裹荧光粉的基质构成。与力致发光相比，摩擦起电诱导电致发光不需要MPa量级的压力，只需要KPa量级的压力就能够诱导荧光粉ZnS:Cu发光。与光致发光相比，电致发光结构简单，控制容易。随着移动通信网络的飞速发展，摩擦起电诱导电致发光器件在智能终端如智能可穿戴设备、人机交互、智能传感器、柔软机器人等实际应用中显得尤为重要。

目前报道的摩擦起电诱导电致发光器件主要通过改变荧光粉的基质以及改变摩擦起电诱导电致发光器件的结构来提升摩擦起电诱导电致发光的性能。然而，常见的器件的发光性能、压力响应性和空间分辨率仍然需要进一步提高。更重要的是，器件仅能在受力时瞬时发光，发光时间很短，如何实现自驱动长时间照明仍是一项重大的挑战。

本专利创新性的提出将交流电致发光器件和长余辉材料结合，利用摩擦纳米发电机的高交流输出电压驱动交流电致发光器件，交流电致发光器件发出的光驱动光致发光长余辉材料，当摩擦发电的输出频率提高到一定阈值时，就能够实现自驱动连续发光。

发明内容

本发明提出一种柔性自驱动长时发光装置及其方法，能在外部施力驱动时实现自驱动连续发光，且无须持续施力，无需外部供电和整流电路，制备简单，性价比高，具有推广应用价值。

本发明采用以下技术方案。

一种柔性自驱动长时发光装置，所述发光装置包括设于激发光源光路处的光致发光模块（300），光致发光模块可由激发光源光线驱动而发光；所述激发光源包括电致发光模块（200）和与之相连的发电模块（100）；所述发电模块为通过摩擦发电的柔性发电装置。

所述发电模块（100）包括至少一层发电层，每层发电层均由两层导电薄膜组成，所述导电薄膜为柔性结构，其中上层薄膜包括第一电极（102）和摩擦层（101），下层薄膜包括第二电极（104）和绝缘层（103）；

所述光致发光模块（300）至少包括一层长余辉发光层；

所述电致发光模块（200）包括至少一层交流电致发光层，所述交流电致发光层包括在其发光方向上顺序设置的背电极层（201）、介电层（202）、发光层（203）和透明电极层（204）；发电模块的第一电极（102）、第二电极（104）分别和背电极层（201）、透明电极层（204）连接，使电致发光模块（200）在发电模块（100）的驱动下发出可见光；

当通过预设频率范围的按压或者滑动所述发电模块时，上层薄膜、下层薄膜间经摩擦产生用于驱动电致发光层发光的高电压，长余辉发光层由电致发光模块（200）发出的光驱动，发出持续时间长于发电模块发电时间且光波段与电致发光模块不同的光。

所述光致发光模块、电致发电模块、发电模块均封装于柔性自驱动长时发光装置的封装模块（400）内；所述封装模块（400）具有柔性、防水性和透气性，对发电模块（100）、电致发光模块（200）和光致发光模块（300）进行保护和支撑。

所述发电模块（100）的两层薄膜中间无间隙，薄膜厚度在0.1mm-10mm；通过手指或者其它物体按压摩擦层（101）时，使手指或物体移动，能在两个电极（102）和（104）之间产生交流电压；在按压施力方向上，所述摩擦层（101）、第一电极（102）、绝缘层（103）和第二电极（104）顺序排列；

所述发电模块（100）电极材料为二维导电材料、铟锡氧化物、银纳米线膜、金属或合金中的一种或多种，其中金属包括金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金包括铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金；所述绝缘层所用材料和摩擦层所用材料为聚二甲基硅氧烷、脂肪族或芳香族无规共聚聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基硅树脂、氨基硅树脂或氟硅树脂之中的一种或几种。

所述电致发光模块以高交流电压驱动，通过选用不同的发光层材料来改变发光颜色；电致发光模块透明电极层的材料为铟锡氧化物，发光层材料选用ZnS:Cu、ZnS:Al、ZnS:Mn、ZnS:Ag或ZnS:Cl，介电层材料选用有机材料及其掺杂复合材料，包括PVP、PVDF、PDMS或HFP。

所述光致发光模块（300）长余辉发光层由电致发光模块的光激发来驱动其发光，其激发所发的光，光波长大于电致发光模块（200）发出的光的波长；

长余辉发光层以长余辉材料成型，长余辉材料为为铝酸盐基、硅酸盐基、钛酸盐基或含氯氧化物中的一种或几种。

所述所述封装模块的材质采用可延展柔性材料，可延展柔性材料为聚二甲基硅氧烷、脂肪族或芳香族无规共聚聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基硅树脂、氨基硅树脂或氟硅树脂之中的一种或几种。

当所述发电模块数量为多个时，各发电模块的电压输出端以串联方式连接以提升整体的输出电压。

当电致发光模块的数量为多个时，所述电致发光模块的光输出端以并联方式连接以提升整体的发光强度。

一种柔性自驱动长时发光装置的使用方法，采用以上所述的柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：使柔性自驱动长时发光装置发光时，通过手指或者其它物体，按预设频率范围对所述发电模块施力，使发电模块的上层薄膜、下层薄膜间经摩擦产生用于驱动电致发光层发光的高电压，光致发光模块长余辉发光层由电致发光模块发出的光驱动而发光，当停止对发电模块施力后，电致发光模块停止发光，光致发光模块则因长余辉发光层的长余辉特性而持续发光；

当需使柔性自驱动长时发光装置持续发光，则施力设定的计算方法为，若施力大小能激发长余辉发光层的发光强度达到所需强度，则施力时间间隔短于长余辉材料的衰减时长。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明将摩擦发电、电致发光和光致发光结合，不需要外部的供电模块和整流电路，可以实现自驱动连续发光，具有结构简单、性价比高、稳定性强的优势，在触觉传感器、自供电照明、人机交互等领域具有广泛的应用场景。

2、本发明无须持续施力就可能持续发光，因此降低了对动力源动力输出频率的需求，可兼容更多的使用场景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

附图1是本发明的装置原理示意图；

附图2是本发明的工作流程示意图；

附图3是本发明的装置的连接结构示意图；

图中：100-发电模块；101-摩擦层；102-第一电极；103-绝缘层；104-第二电极；

200-电致发光模块；201-背电极层；202-介电层；203-发光层；204-透明电极层；

300-光致发光模块；400-封装模块。

具体实施方式

如图所示，一种柔性自驱动长时发光装置，所述发光装置包括设于激发光源光路处的光致发光模块300，光致发光模块可由激发光源光线驱动而发光；所述激发光源包括电致发光模块200和与之相连的发电模块100；所述发电模块为通过摩擦发电的柔性发电装置。

所述发电模块100包括至少一层发电层，每层发电层均由两层导电薄膜组成，所述导电薄膜为柔性结构，其中上层薄膜包括第一电极102和摩擦层101，下层薄膜包括第二电极104和绝缘层103；

所述光致发光模块300至少包括一层长余辉发光层；

所述电致发光模块200包括至少一层交流电致发光层，所述交流电致发光层包括在其发光方向上顺序设置的背电极层201、介电层202、发光层203和透明电极层204；发电模块的第一电极102、第二电极104分别和背电极层201、透明电极层204连接，使电致发光模块200在发电模块100的驱动下发出可见光；

当通过预设频率范围的按压或者滑动所述发电模块时，上层薄膜、下层薄膜间经摩擦产生用于驱动电致发光层发光的高电压，长余辉发光层由电致发光模块200发出的光驱动，发出持续时间长于发电模块发电时间且光波段与电致发光模块不同的光。

所述光致发光模块、电致发电模块、发电模块均封装于柔性自驱动长时发光装置的封装模块400内；所述封装模块400具有柔性、防水性和透气性，对发电模块100、电致发光模块200和光致发光模块300进行保护和支撑。

所述发电模块100的两层薄膜中间无间隙，薄膜厚度在0.1mm-10mm；通过手指或者其它物体按压摩擦层101时，使手指或物体移动，能在两个电极102和104之间产生交流电压；在按压施力方向上，所述摩擦层101、第一电极102、绝缘层103和第二电极104顺序排列；

所述发电模块100电极材料为二维导电材料、铟锡氧化物、银纳米线膜、金属或合金中的一种或多种，其中金属包括金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金包括铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金；所述绝缘层所用材料和摩擦层所用材料为聚二甲基硅氧烷、脂肪族或芳香族无规共聚聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基硅树脂、氨基硅树脂或氟硅树脂之中的一种或几种。

所述电致发光模块以高交流电压驱动，通过选用不同的发光层材料来改变发光颜色；电致发光模块透明电极层的材料为铟锡氧化物，发光层材料选用ZnS:Cu、ZnS:Al、ZnS:Mn、ZnS:Ag或ZnS:Cl，介电层材料选用有机材料及其掺杂复合材料，包括PVP、PVDF、PDMS或HFP。

所述光致发光模块300长余辉发光层由电致发光模块的光激发来驱动其发光，其激发所发的光，光波长大于电致发光模块200发出的光的波长；

长余辉发光层以长余辉材料成型，长余辉材料为为铝酸盐基、硅酸盐基、钛酸盐基或含氯氧化物中的一种或几种。

所述所述封装模块的材质采用可延展柔性材料，可延展柔性材料为聚二甲基硅氧烷、脂肪族或芳香族无规共聚聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基硅树脂、氨基硅树脂或氟硅树脂之中的一种或几种。

当所述发电模块数量为多个时，各发电模块的电压输出端以串联方式连接以提升整体的输出电压。

当电致发光模块的数量为多个时，所述电致发光模块的光输出端以并联方式连接以提升整体的发光强度。

一种柔性自驱动长时发光装置的使用方法，采用以上所述的柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：使柔性自驱动长时发光装置发光时，通过手指或者其它物体，按预设频率范围对所述发电模块施力，使发电模块的上层薄膜、下层薄膜间经摩擦产生用于驱动电致发光层发光的高电压，光致发光模块长余辉发光层由电致发光模块发出的光驱动而发光，当停止对发电模块施力后，电致发光模块停止发光，光致发光模块则因长余辉发光层的长余辉特性而持续发光；

当需使柔性自驱动长时发光装置持续发光，则施力设定的计算方法为，若施力大小能激发长余辉发光层的发光强度达到所需强度，则施力时间间隔短于长余辉材料的衰减时长。

实施例：

在本实施例中，发电模块（100）产生的高交流电压驱动电致发光模块（200）发出绿光，发出的光激发光致发光模块（300）产生长余辉现象，实现长时间发光。

具体的，参考图2，用手指按压摩擦层（101）PDMS，上电极铝和下电极银之间产生电势差，随着手指的运动，产生高交流电压，电压大小和按压力度相关；发电模块的两个电极和电致发光模块的两个电极连接，透明电极为ITO，发光层为ZnS:Cu，发出绿光；光致发光模块位于电致发光模块上面，被激发后，在长余辉材料的衰减时长内发出绿光。

参考图3，发电模块一端，电致发光模块和光致发光模块上下重叠，光致发光模块位于电致发光模块上方，向上发光。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：所述发光装置包括设于激发光源光路处的光致发光模块（300），光致发光模块可由激发光源光线驱动而发光；所述激发光源包括电致发光模块（200）和与之相连的发电模块（100）；所述发电模块为通过摩擦发电的柔性发电装置。

2.根据权利要求1所述的一种柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：所述发电模块（100）包括至少一层发电层，每层发电层均由两层导电薄膜组成，所述导电薄膜为柔性结构，其中上层薄膜包括第一电极（102）和摩擦层（101），下层薄膜包括第二电极（104）和绝缘层（103）；

所述光致发光模块（300）至少包括一层长余辉发光层；

所述电致发光模块（200）包括至少一层交流电致发光层，所述交流电致发光层包括在其发光方向上顺序设置的背电极层（201）、介电层（202）、发光层（203）和透明电极层（204）；发电模块的第一电极（102）、第二电极（104）分别和背电极层（201）、透明电极层（204）连接，使电致发光模块（200）在发电模块（100）的驱动下发出可见光；

当通过预设频率范围的按压或者滑动所述发电模块时，上层薄膜、下层薄膜间经摩擦产生用于驱动电致发光层发光的高电压，长余辉发光层由电致发光模块（200）发出的光驱动，发出持续时间长于发电模块发电时间且光波段与电致发光模块不同的光。

3.根据权利要求2所述的一种柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：所述光致发光模块、电致发电模块、发电模块均封装于柔性自驱动长时发光装置的封装模块（400）内；所述封装模块（400）具有柔性、防水性和透气性，对发电模块（100）、电致发光模块（200）和光致发光模块（300）进行保护和支撑。

4.根据权利要求2所述的一种柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：所述发电模块（100）的两层薄膜中间无间隙，薄膜厚度在0.1mm-10mm；通过手指或者其它物体按压摩擦层（101）时，使手指或物体移动，能在两个电极（102）和（104）之间产生交流电压；在按压施力方向上，所述摩擦层（101）、第一电极（102）、绝缘层（103）和第二电极（104）顺序排列；

所述发电模块（100）电极材料为二维导电材料、铟锡氧化物、银纳米线膜、金属或合金中的一种或多种，其中金属包括金、银、铂、钯、铝、镍、铜、钛、铬、锡、铁、锰、钼、钨或钒；合金包括铝合金、钛合金、镁合金、铍合金、铜合金、锌合金、锰合金、镍合金、铅合金、锡合金、镉合金、铋合金、铟合金、镓合金、钨合金、钼合金、铌合金或钽合金；所述绝缘层所用材料和摩擦层所用材料为聚二甲基硅氧烷、脂肪族或芳香族无规共聚聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基硅树脂、氨基硅树脂或氟硅树脂之中的一种或几种。

5.根据权利要求2所述的一种柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：所述电致发光模块以高交流电压驱动，通过选用不同的发光层材料来改变发光颜色；电致发光模块透明电极层的材料为铟锡氧化物，发光层材料选用ZnS:Cu、ZnS:Al、ZnS:Mn、ZnS:Ag或ZnS:Cl，介电层材料选用有机材料及其掺杂复合材料，包括PVP、PVDF、PDMS或HFP。

6.根据权利要求2所述的一种柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：所述光致发光模块（300）长余辉发光层由电致发光模块的光激发来驱动其发光，其激发所发的光，光波长大于电致发光模块（200）发出的光的波长；

长余辉发光层以长余辉材料成型，长余辉材料为为铝酸盐基、硅酸盐基、钛酸盐基或含氯氧化物中的一种或几种。

7.根据权利要求3所述的一种柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：所述所述封装模块的材质采用可延展柔性材料，可延展柔性材料为聚二甲基硅氧烷、脂肪族或芳香族无规共聚聚酯、聚丙烯酸酯、聚甲基硅树脂、氨基硅树脂或氟硅树脂之中的一种或几种。

8.根据权利要求2所述的一种柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：当所述发电模块数量为多个时，各发电模块的电压输出端以串联方式连接以提升整体的输出电压。

9.根据权利要求2所述的一种柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：当电致发光模块的数量为多个时，所述电致发光模块的光输出端以并联方式连接以提升整体的发光强度。

10.一种柔性自驱动长时发光装置的使用方法，采用权利要求2中所述的柔性自驱动长时发光装置，其特征在于：使柔性自驱动长时发光装置发光时，通过手指或者其它物体，按预设频率范围对所述发电模块施力，使发电模块的上层薄膜、下层薄膜间经摩擦产生用于驱动电致发光层发光的高电压，光致发光模块长余辉发光层由电致发光模块发出的光驱动而发光，当停止对发电模块施力后，电致发光模块停止发光，光致发光模块则因长余辉发光层的长余辉特性而持续发光；

当需使柔性自驱动长时发光装置持续发光，则施力设定的计算方法为，若施力大小能激发长余辉发光层的发光强度达到所需强度，则施力时间间隔短于长余辉材料的衰减时长。

Images