发光器件技术领域
本发明涉及一种发光器件，具体为一种实现自供电的发光器件。
背景技术
随着航天技术、微电子技术、超导技术的发展以及能源与环境危机的加剧，诸如热
电效应、压电效应、摩擦起电效应等各种能量转换机制引起了研究人员的广泛重视。
电致发光(英文electroluminescent，简称EL)是材料响应于电压/ 电流或者响应
于强电场来发光的现象，将前述各种能量转换效应与电致发光效应有机的耦合，能够应用
于各种无电源供应的环境，为其提供照明、检测等用途。
发明内容
本发明的目的为提供一种具有自供电能力的发光器件，其应用各种能量转换效应
获得电势能，并高效地将该电势能转化为光辐射能，实现自发光。
本发明的技术方案为：发光器件，包括：电致发光材料层，具有第一表面和第二表
面；第一电极，与所述电致发光材料层的第一表面连接，第二电极，与所述电致发光材料层
的第二表面连接，电极性与所述第一电极相反；电荷产生层，同时与所述第一电极和第二电
极接触；所述第一电极和/或第二电极，接触所述电荷产生层的部位具有针状结构；所述电
荷产生层在外在因素作用下形成电荷积累，所述第一电极和（或）第二电极的针状结构由于
静电感应效应积累相反极性的电荷，正、负电荷之间的吸引使得所述电荷产生层中的正、负
电荷通过所述针状结构导入所述电致发光材料层的第一表面和第二表面形成电势差，激发
所述电致发光材料层产生光辐射。
优选地，所述第一电极和第电极接触所述电荷产生层的部位分别具有针状结构。
优选地，所述第一电极和/或第二电极的针状结构为具有高导电性的金属材料层。
优选地，所述第一电极和/或第二电极具有一个或者多个针状结构，用于将电荷产
生层内的电荷快速导入电致发光材料层。
在一些实施例中，所述电荷产生层为摩擦起电层，由具有不同的摩擦电极性的第
一介质材料层和第二介质材料层构成，通过第一介质材料层与第二介质材料层的表面彼此
摩擦，在两种材料表面形成电荷积累。
优选地，所述第一介质材料层封装材料层，将所述发电致发光材料层、第一电极和
第二电极进行封装。
优选地，所述第二介质材料层封装材料层为壳体结构，套设第一介质材料层。
优选地，所述第一介质材料层和/或第二介质材料层的摩擦表面具有微米和/或纳
米尺度的表面微结构。
在一些实施例中，所述电荷产生层为热电材料层，至少具有一个热电对，所述热电
对的低温端与所述第一、第二电极接触。
优选地，所述电致发光材料层的第一表面和第二表面位于同侧。
优选地，所述第一电极形成于所述电致发光材料层的第一表面之上，所述第二电
极形成于的述电致发光材料层的第二表面之上。
在一些实施例中，所述电荷产生层为压电材料层，当所述电荷产生层受外力作用
产生形变时，其内部的正、负电荷重新排列并形成电势差。
优选地，所述电荷产生层包含压电材料层和摩擦起电层，所述压电材料层含有摩
擦起电材料。
优选地，所述摩擦起电层为封装材料层，将所述发电致发光材料层进行封装。
优选地，所述压电材料层为壳体结构，套设所述摩擦起电层。
本发明所述发光器件，设计电极与所述电荷产生层接触的部位具有针状结构，利
用静电感应，使得电荷产生层中产生的电荷能够被快速导入电致发光材料层的上、下表面，
形成电势差激发电致发光材料层产生光辐射，高效、灵敏地实现自发光。进一步地，可以针
状电极可以有效减少电极的遮挡面积。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变
得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利
要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实
施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按
比例绘制。
图1为根据本发明实施的一种发光器件的结构示意图。
图2为图1所示发光器件在外力作用下产生电压的示意图。
图3为压电材料在外力作用下发生压电效应的示意图。
图4为根据本发明实施的另一种发光器件的结构示意图。
图5为根据本发明实施的再一种发光器件的结构示意图。
具体实施方式
下面各实施例公开了一种具有自发电的发光器件，其具有电荷产生层，所述电荷
产生层在外在因素作用下，产生电荷积累，并通过针状结构的电极快速导入电致发光材料
层，激发其产生光辐射。其中，所述电致发光材料层可为本领域技术人员已知的任意适用的
无机和/ 或有机电致发光材料，所发生的光辐射为X 射线、紫外线、可见光和/ 或红外线。
具体选择材料可根据实际情况进行选取。
作为本发明的第一种实施方式，可以采用摩擦起电效应实现电致发光。具有摩擦
电极性差异的材料相互摩擦，沿摩擦轨迹产生变化的电场，电场激发电致发光材料产生光
辐射。请参看附图1，本发明第一个较佳实施例之发光器件，包括电致发光材料层1100、第一
电极1210、第二电极1220及电荷产生层1300。
其中，电荷产生层1300为摩擦起电层，由具有不同的摩擦电极性的第一介质材料
层1310和第二介质材料层1320构成。第一电极1210与第二介质材料层1320接触的端部具有
针状结构1212，第二电极1220与第一介质材料层1310接触的端部同样具有针状结构1222。
第一介质材料层优选为透光性绝缘材料，例如高分子树脂、陶瓷和/ 或石英玻璃等。第二介
质材料层1320 为与第一介质材料层1310 具有摩擦电极性差异的绝缘体，第一介质材料层
1310 和第二介质材料层1320 的摩擦电极性的差异越大，光辐射强度越大。例如，第一介质
材料层和第二介质材料层中的一者为聚四氟乙烯时，另一者可由聚氨酯、尼龙、聚对二甲酸
乙二醇酯、聚酰亚胺中的一者构成，优选为尼龙或聚氨酯。优选地，为了提高光辐射强度，第
一介质材料层和第二介质材料层可选用具有较大摩擦电极性差异的材料以产生较强的电
场，增大光辐射。第一介质材料层和第二介质材料层可采用多种摩擦方式，例如接触-分离
式摩擦、滑动式摩擦、滚动式摩擦或者前述任意两种甚至三种的复合摩擦方式。
具体的，电致发光材料层1100的基本结构较佳为夹层式结构，激发光层被两侧电
极夹在中间，其可以为有机发光二极管或无机发光二极管，其中第一表面1100a和第二表面
1100b具有相反的电极性，并分别与第一电极1210和第二电极1220连接。在本实施例中第一
介质材料层和第二介质材料层采用接触-分离式摩擦和滑动式摩擦两种组合，第一介质材
料层1310将电致发光材料层1100封装起来，其下表面1312和侧壁1314为摩擦表面，可具有
微米和/ 或纳米尺度的表面微结构，例如微米和/ 或纳米棒、微米和/ 或纳米锥等等。第二
介质材料层1320位于第一介质材料层1310的下方，其上表面1322和侧壁1324为摩擦表面，
同样可具有微米和/ 或纳米尺度的表面微结构。第一介质材料层1310和第二介质材料层
1320通过弹性构件1400连接，通过下压/松开的方式使第一介质材料层和第二介质材料层
相互摩擦。第一电极1210形成于电致发光材料层1100的第一表面1100a上，通过导线1211引
至第二介质材料层内并在第二介质材料层内形成针状的端部1212，第二电极1220形成于电
致发光材料层的第二表面1100b上，并在第一介质材料层内形成针状的端部结构1222。
请参看图2，当采用接触-分离式摩擦方式，使第一介质材料层1310与第二介质材
料层1320的表面彼此摩擦，在两种材料表面形成电荷积累，而第一电极1210的针状结构由
于静电感应效应会积累负电荷，正负电荷之间的吸引会使第二介质材料层中的正电荷会通
过针状结构导入第一电极。与此原理相同，在第一介质材料层中的负电荷通过第二电极的
针状结构导入，以此方法给发致发光材料层施加电压。
作为本发明的第二种实施方式，可以采用压电效应实现电致发光。请参看图3，当
对压电材料施以物理压力时，材料体内之电偶极矩会因压缩而变短，此时压电材料为抵抗
这变化会在材料相对的表面上产生等量正负电荷，以保持原状。请参看图4，本发明第二个
较佳实施例之发光器件，包括电致发光材料层2100、第一电极2210、第二电极2220及电荷产
生层2300。在本实施例中，电荷产生层2300包含压电材料层2320和摩擦起电层2310，压电效
应和摩擦起电效应均能将外界的振动能转化成电能，采用压电和摩擦的结合，可实现向电
致发光材料层2100供电。
其中，压电材料层2320的内表面2320a含有摩擦起电材料，且压电材料层2320的内
表面2320a和摩擦起电层2310的外表面2310a具有不同的摩擦电极性，通过摩擦起电层的外
表面和压电材料层的内表面彼此摩擦，沿摩擦轨迹产生变化的电场。摩擦起电层2310为绝
缘材料，例如高分子树脂、陶瓷和/ 或石英玻璃等，可以封装电致发光材料层2100。压电材
料层2320优选为压电聚合物，如聚偏氟乙烯（PVDF）（薄膜）及以它为代表的其他有机压电
（薄膜）材料。
具体的，电致发光材料层2100的基本结构较佳为夹层式结构，激发光层被两侧电
极夹在中间，可以为有机发光二极管或无机发光二极管。在本实施例中，摩擦起电层2310为
电致发光材料层2100的封装层；压电材料层2320为壳体结构，罩在摩擦起电层2310的外面；
第一电极2210形成于电致发光材料层2100的第一表面2100a上，并在摩擦起电层2310内形
成针状的端部结构2212；第二电极2220形成于电致发光材料层2100的第二表面2100b上，并
在压电材料层内靠近外表面2320b的地方形成针状的端部结构2222。
在本实施例中，可以将整个电致发光材料层和电极进行完全的密封，一方面增加
了压电材料的面积，另一方面对发光器进行了有效保护，非常适用于环境复杂下的应用，诸
如应用于海水环境，通过海水的流动对发光器件的压电材料层施加压力，使其产生形变并
与内部的摩擦起电层发生摩擦，从而产生电势差，并通过针状电极快速导入电致发光材料
层激发光辐射。
进一步地，利用压电效应和/或摩擦起电效可将外界的振动能转化成电能，并通过
针状电极快速导入电致发光材料层激发其产生辐射，实现声音、振动下的自发光，其可应用
于隧道照明、广场照明、海岸挂灯、浮标灯等。
作为本发明的第三种实施方式，可以采用热电效应发现电致发光。用半导体材料
的塞贝克效应，直接将温差转化为电能，激发电致发光材料产生光辐射。请参看附图5，本发
明第三个较佳实施例之发光器件，包括电致发光材料层3100、第一电极3210、第二电极3220
及电荷产生层3300。
其中电荷产生层3300为热电材料层，其具体材料可以有SiGe 系列、PbTe、Bi2Te3
及其合金、方钴矿（如锑化钴（CoSb3）基方钴矿热电材料）。其中，当热源为200~300℃时，可
采用Bi2Te3基热电材料，当热源为500 ~600℃时，可选用CoSb3基方钴矿热电材料。在本实
施例中，热电材料层3300至少包含一组热电对，每个热电对包括N型热电块3310和P型热电
块3320，N型热电块3310和P型热电块3320之间通过隔离层3330隔离。N型热电块3310和P型
热电块3320分别与第一电极3210和第二电极3220连接。每个热电对都具有高温端面3300a
和低温端面3300b，第一电极和第二电极位于热电对3300的低温端面3100b上。
具体的，电致发光材料层3100可以为水平结构的无机发光二极管（LED），至少包含
N型层、P型层及夹在两者之间的活性区，第一表面3100a和第二表面3100b位于同侧，第一电
极3210形成于电致发光材料层3100的第一表面3100a上，并在N型热电块3310内形成针状的
端部3212，第二电极3220形成于电致发光材料层3100的第二表面3100b上，并在P型热电块
3320内形成针状的端部3222。
利用热电材料的温差发电，并通过针状电极快速导入电致发光材料层，可以高效
的将热能转化为辐射能，其可应用于海岸挂灯、浮标灯、边防照明、石油管道中照明、野战携
带式照明及海底探查照明等。
尽管已经描述本发明的示例性实施例，但是理解的是，本发明不应限于这些示例
性实施例而是本领域的技术人员能够在如下文的权利要求所要求的本发明的精神和范围
内进行各种变化和修改。