专利名称：颜色变换温度指示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适于设置在表面上的温度指示器，所述表面用于提供第一类型的光发射和第二类型的光发射，后者在表面温度高于预定温度时被发射。
背景技术：
在许多器具中，使用过程中都涉及高温。这种器具例如是熨斗、电热水壶、加热板、烤炉窗(oven windows)、煎锅、烤箱、对开式铁心等。为了避免伤害使用该器具的人，例如烧伤，对于使用该器具的人，需要具有指示器来指示该器具是热的并且必须小心。这种高温指示一般如此给出，即通过具有温度传感器、耦合到该传感器的控制单元以及一个或多个灯，当该传感器达到预定温度时，控制单元将这些灯点亮。这种系统的实例可以在US 6,396,027 B1中找到，US6,396,027 B1描述了一种具有三个指示器部件的熨斗，其由从温度感测单元接收信号的控制器控制。US 6,396,027 B1所述类型的温度指示器的缺点是其复杂性并且需要几个部件之间的正确协作，以便精确地指示该熨斗是热还是冷。举例来说，在熨斗实际上很热时，故障灯可以给用户该熨斗是冷的错误印象。此外，如果整个表面或者仅是其中的一部分热时，这种类型的温度指示器没有给出关于表面的哪一个部分是热的信息。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种温度指示器，其精确并且低成本地提供该表面是冷还是热的安全指示。
该目的通过适于设置在表面上的温度指示器来实现，该温度指示器用于提供第一类型的光发射和第二类型的光发射，后者在表面温度高于预定温度时发射，该温度指示器包括用于提供所述第一类型的光发射的发光二极管，该发光二极管具有第一电极、第二电极以及设置在它们之间的第一发光层，该温度指示器还包括用于提供所述第二类型的光发射的发光电化学池，该发光电化学池具有第一电极、第二电极以及设置在它们之间的第二发光层，并且所述第二发光层包括基质和在该基质中可移动的离子，所述基质中的所述离子的迁移率与温度相关，该温度指示器还包括适于用AC电压驱动发光电化学池的电源，该AC电压的频率以如此方式调整，使得发光电化学池在表面温度超过特定水平时提供所述第二类型的光发射。
这种温度指示器的优点是其提供了表面是热还是冷的精确指示，这是由于发光类型(第一类型或者第二类型)是温度指示器自身在该发光电化学池由特定频率的AC电压驱动时的固有特性。由于温度指示器发射与高温无关的第一类型的光的事实，因此可以通知用户该温度指示器在表面冷时还是否工作。由于温度指示器适于设置在可能灼热的表面上，因此不存在所指示的温度不是该表面相应温度的风险。该温度指示器特别适合于覆盖大的面积，例如几乎器具的整个热表面，这降低了用户无意识接触该器具的任何灼热部分的风险。发光电化学池没有易磨损部分，例如灯泡灯丝，由此使故障风险最小。与需要传感器、控制单元、电源和告警灯的现有技术相比，减少了部件的数量，这是由于在根据本发明的温度指示器中，发光电化学池将用作传感器和告警灯，并且在某种程度上还用作控制系统。这降低了生产成本并且还降低了温度指示器不能指示出高温的风险。除了提供在哪个温度开始光发射的控制外，AC电压还提供防止离子电荷分布或多或少被永久“凝固”的优点，这可以在DC电压的情况下发生，如G.Yu等人在Adv.Mater.10，385，1998中所述。根据本发明的温度指示器的另一优点是其不仅指示了该表面是否热而且还指示了该表面的哪一个部分是否热。如果将根据本发明的温度指示器附着到例如熨斗底部的整个表面，则第二类型的光发射将仅仅出现在该表面的温度高到足以使发光层发射根据发光池的原理的第二类型的光的那些部分中。
根据权利要求2所述办法的优点是其提供了适于覆盖大的表面并且具有很少部件的薄温度指示器。
根据权利要求3所述办法的优点是发光二极管和发光电化学池可以在空间上隔开短或长的距离。另一个优点是该二极管发出的光不会干涉电化学池发出的光。
根据权利要求4所述办法的优点是其提供了非常紧凑设计的温度指示器，这是由于二极管和电化学池可以形成共用、薄的叠片。此外，需要很少的部件，这使加工成本更低。另一个优点是当二极管和电化学池具有共用电极时，几乎消除了在其中一个失效而同时另一个将工作的可能提供表面处的温度的错误印象的风险，。
根据权利要求5所述办法的优点是空穴和电子重新结合而发光的发光层中的精确位置将取决于它们从哪一个电极，即哪一个方向注入。因此，可以在彼此的顶部提供具有不同特性的发光层以在一种偏压中得到一种类型的光而在相反的偏压中得到另一种类型的光。
根据权利要求6所述办法的优点是其也在低温下提供空穴和电子的注入，这使得可以还在表面冷时提供第一类型的光。
根据权利要求7所述办法的优点是其提供了一种薄的叠片，在该薄的叠片中，二极管和发光电化学池的发光层不直接层叠在彼此的顶部。这提供了选择第一发光层和第二发光层的材料的更大的自由度。
根据权利要求8所述办法的优点是其提供对第一类型的光的自动变暗，这是因为电化学池的电阻随温度的升高而减小并且使大部分电流流过电化学池而不是二极管。
根据权利要求9和10所述办法的优点在于他们是使第二类型的光在高温下突出的优选方法，这是由于发光电化学池具有的电功率比发光二极管大。
根据权利要求11所述办法的优点是第二类型的光和第一类型的光提供温度的容易理解的可视指示，其中该第二类型的光具有一个色点，即对应于红光或橙黄色光，而第一类型的光具有另一个色点，即对应于例如蓝光或者绿光。作为替换或者优选地，除了具有不同的色点外，可以使第二类型的光的强度比第一类型的光的强度强，从而提供温度的期望可视指示。
根据权利要求12所述办法的优点是该温度指示器不仅指示表面是热的，而且还指示该表面的哪一个部分最热以及哪一个部分是冷的并且可以接触。因此，使用户无意识接触到该表面的热的部分的风险最小化。
根据权利要求13所述办法的优点是延伸通过发光电化学池的热触点提供了通过池的改良的热传递并且降低了任何多余的绝热效应。
本发明的这些和其它方面将通过参照下面所述的实施例变得清楚并且得到说明。
现在将参照附图更加详细地介绍本发明，其中图1是三维图并且示意性示出了设置在熨斗的整个底部上的温度指示器；图2是部分剖视图并且示出了沿图1的剖面II-II的温度指示器；图3a是放大的剖视图并且示出了在第一时刻并且底部温度为25℃时的图2的部分III；图3b是放大的剖视图并且示出了图3a在第二时刻、底部温度为25℃时的图；图3c是放大的剖视图并且示出了图3a在第三时刻、底部温度为25℃时的图；图3d是放大的剖视图并且示出了图3a在第四时刻、底部温度为25℃时的图；图4a是放大的剖视图并且示出了在第一时刻并且底部温度为90℃时的图2的部分III；图4b是放大的剖视图并且示出了图4a在第二时刻、底部温度为90℃时的图；图4c是放大的剖视图并且示出了图4a在第三时刻、底部温度为90℃时的图；
图4d是放大的剖视图并且示出了图4a在第四时刻、底部温度为90℃时的图；图5是一幅图并且指示在不同温度下来自温度指示器的光发射；图6a是剖视图并且示出了在第一温度的根据第二实施例的温度指示器；图6b示出了在第一温度但是电压极性相反的图6a的温度指示器；图7a示出了在第二温度下的图6a的温度指示器；图7b示出了在第二温度但是电压极性相反的图7a的温度指示器；图8a是剖视图并且示出了根据第三实施例的温度指示器；图8b示出了图8a的温度指示器，但是电压极性相反；图9是顶视图并且示出了根据本发明另一实施例的温度指示器；图10是剖视图并且示出了沿图9的线X-X的温度指示器；图11是顶视图并且示出了本发明另一实施例的温度指示器。
具体实施例方式
图1示意性示出了根据本发明第一实施例的温度指示器1。该温度指示器1覆盖熨斗3的整个底部2。如下所述，该温度指示器1包括发光二极管和发光电化学池，其一起形成发光叠片4，并且AC电源5适于用低频率AC电压驱动该发光叠片4。AC电源5连接到熨斗3的主电力系统(图1中未示出)并且在熨斗3的电缆6连接到电源时一直为发光叠片4提供AC电压。如下所述，AC电压频率调节器7能够可选择地包括在温度指示器1中，以便能够对改变光发射时的温度进行精调。
图2是示出发光叠片4的横截面，其具有设置在底部2上的薄叠片形状。发光叠片4包括一起构建以形成叠片4的发光二极管8和发光电化学池9，所述法光叠片根据条件作为发光二极管工作和/或根据条件作为发光电化学池工作，这一点将在下面介绍。发光二极管8包括第一电极10、第二电极11和夹在该电极10、11之间的第一发光层12。如图2所示，发光电化学池9包括第一电极，其与发光二极管8的第一电极10是同一个电极；第二电极，其与发光二极管8的第二电极11是同一个电极；以及第二发光层13，其也夹在该电极10和11之间并且位于第一发光层12下方。因此，发光二极管8和发光电化学池9共有第一电极10和第二电极11。通过Q.B.Pei等人，Science269，1086，1995，J.Gao，G.Yu，A.J.Heeger，Appl.Phys.lett.71，1293，1997和其它文献中可本质上了解发光电化学池的基本原理。AC电源5经由第一触点14和第二触点15分别为两个电极10、11提供电压。叠片4的总厚度x大约是0.5mm，其中发光层12、13的厚度一般在500到0.2mm的数量级。为了足够的光输出，优选调节发光层12、13中的每一层的层厚度。由于多种原因，小的厚度是有利的。一个原因是使叠片4的绝热效应最小化，从而将热有效地从底部2通过叠片4传递到被熨烫的衣服。
发光层12和13包括半导体基质和在该基质中可移动的离子，基质中的离子的迁移率与温度相关。该基质是半导体聚合材料，在该半导体聚合材料中，所注入空穴的迁移率高于注入的电子的迁移率。其中空穴迁移率高于电子迁移率的适合半导体聚合材料例如是聚合物(聚苯基乙烯基)(PPV)、聚合物(对苯二胺)(PPP)和其衍生物。其他方案可在对发光电化学池进行一般描述的专利US 5,682,043中找到。作为替换，该基质可以由另一类型的有机材料制成，例如具有的分子量比聚合材料小很多的有机材料。盐类可以提供离子，这些盐类包括诸如钠离子等阳离子以及诸如氯离子等阴离子。作为替换，聚合物电解质可以提供离子。在上述美国专利中，可以找到不同类型的适合于发光电化学池的离子。此外，可以使用结合适当相反离子的诸如三联吡啶钌，[Ru(bpy)3]2+等的过渡金属络合物，如P.McCord和A.J.Bard，J.Electronal.Chem.，318，91，1991所述的那样。三联吡啶钌，[Ru(bpy)3]2+络合物将引起发射桔红色光，这在许多应用中是非常适合的，这是所期望的高温的可视警报。
因此，第一发光层12和第二发光层13包括可能是聚合物的相似类型的有机材料以及相同类型的离子，该离子可以移动通过发光层12、13。然而，第一发光层12是发射蓝光的发光层，即如果空穴和电子在第一发光层12中重新结合，则将发射蓝光。相应地，第二发光层13是发射红光的发光层，即如果空穴和电子在第二发光层13中重新结合，则发出红光。可以通过用适当的染料，即蓝色颜料和红色颜料分别对各自的发光层染色来提供颜色，在该情况下是蓝色和红色，或者选择他们自身提供所需要颜色的基质和/或离子。
第一电极10是至少部分透光的低功函金属电极。制备这种部分透光的低功函电极的适合材料包括钡、钙和氟化锂的薄层，其具有在20nm范围内的厚度。为了改良电气性能并且屏蔽该层使其免于诸如例如氧化等的环境影响，钡或钙层可以用薄的银层覆盖。例如，部分透光的低功函电极可以具有5nm厚的钡层，该钡层之上设置有15nm厚的银层。第一电极10是低功函电极的事实意味着为了注入电子而通过的能隙小，即从第一电极10将电子注入到发光层12、13比较容易。
第二电极11是高功函电极，例如氧化铟锡(ITO)或者氧化铟锌电极。第二电极11是高功函电极的事实意味着为了注入空穴而通过的能隙小，即从第二电极11将空穴注入到发光层12、13比较容易。此外，用于高功函电极的可选材料包括但不限于铂、金、银、铱、镍、钯和钼。
现在将分别参照图3a到图3d和图4a到图4d更具体地介绍温度指示器1在两个不同温度下的实际操作。在该实例中，假设AC电压的频率恒定为1Hz，即电压的极性每秒改变一次。
在参照图3a到图3d所述的实例中，底部2的表面16的温度是25℃。
图3a示出了在接通电源的精确时刻的情况。AC电源为第一电极10提供正电荷，使得其为阳极，而为第二电极11提供负电荷，使得其为阴极。在发光层12、13中，(-)表示的阴离子和(+)表示的阳离子在该时刻仍然是彼此成对的。关于低功函的第一电极10和高功函的第二电极11，这是反向偏置的，其造成没有空穴从第一电极10，即阳极注入，并且没有电子从第二电极11，即阴极注入。
图3b示出了接通电压后0.3s的情况。如清楚示出的，阴离子缓慢地向第一电极10，即阳极移动，而阳离子缓慢地向第二电极11，即阴极移动。
图3c示出了接通电压后0.95s的情况，即正好在AC电压的极性发生变换前的情况。如所示出的，阴离子已经朝向第一电极10，即阳极移动了一定距离，但是实际上在阳极没有阴离子聚集，因此没有空穴注入到发光层12、13中。相应地，在第二电极11，即阴极没有阳离子聚集，由此也没有电子注入，当没有注入的空穴和电子时，没有发射光。
图3d示出了接通电压后1.05s的情况，即正好在极性已经发生变换后的情况。关于低功函的第一电极10和高功函的第二电极11，这是正向偏置，其引起从第一电极10，即阴极注入电子e，并且从第二电极11，即阳极注入空穴H。如上所述，如此选择发光层12、13的材料，使得空穴H的迁移率大于电子e的迁移率。由于空穴H移动穿过发光层12、13比电子e快，因此空穴H和电子e之间的重新结合发生在第一发光层12中。如上所述，第一发光层12中的空穴H和电子e的重新结合导致发出第一类型的光L1，即蓝光。阴离子已经开始慢慢地向第二电极11(现在是阳极)移动，并且阳离子已经开始慢慢地向第一电极10移动(现在是阴极)。如图3a-3d所示，在25℃的基质中，处于限制扩散过程中的离子的迁移率如此慢，使得在AC电源变换其电压极性前，没有在阳极和阴极处分别得到足够多的阴离子和阳离子的聚集。因此，在图3a-3d所示的条件下，当处于正向偏置时，即当低功函的第一电极10是阴极而高功函的第二电极11是阳极时，发光叠片4将发射蓝光L1，而在返向偏置时，即当低功函的第一电极10是阳极而高功函的第二电极11是阴极时，不发射任何光。因此，在25℃下，温度指示器1将发射闪烁的蓝光L1，其指示用户电源被接通但是熨斗3的底部2仍是冷的。
在参照图4a-4d所述的实例中，底部2的表面16的温度以及叠片4中的温度是90℃。
图4a示出了在接通电源的精确时刻的情况。AC电源为第一电极10提供正电荷，使得其为阳极，而为第二电极11提供负电荷，使得其为阴极。(-)表示的阴离子和(+)表示的阳离子在该时刻仍是彼此成对的。
图4b示出了接通电压后0.3s的情况。由于温度增加的基质中的离子的高迁移率，因此在该时刻在第一电极10，即阳极处已经有相当大的阴离子的聚集，并且在第二电极11，即阴极处已经有相当大的阳离子的聚集。由于离子的聚集在电极处形成了大的离子密度，因此在第二电极11(不管该第二电极11是高功函电极的事实)，即阴极注入电子e，并且在第一电极10(不管第一电极10是低功函电极的事实)，即阳极注入空穴H。由于空穴H移动穿过发光层12、13比电子e快，这是因为所考虑材料中的空穴H的迁移率更高，因此空穴H和电子e之间的重新结合发生在第二发光层13中。如上所述，第二发光层13中的空穴H和电子e的重新结合将导致发出第二类型的光L2，即红光。
图4c示出了接通电压后0.95s的情况，即正好在AC电压的极性发生变换前的情况。如所示出的，在第一电极10，即阳极处具有大的阴离子的聚集，并且在第二电极11，即阴极处具有大的阳离子的聚集。由此形成在各个电极10、11处的大的离子梯度分别提供有效的空穴H和电子e的注入，因此叠片4通过第二发光层13中的这些电子e和空穴H的重写结合发射大量红光L2。
图4d示出了接通电压后1.05s的情况，即正好在极性已经发生变换后的情况。关于低功函的第一电极10和高功函的第二电极11，这是正向偏置，其引起从第一电极10，即阴极注入电子e，并且从第二电极11，即阳极注入空穴H。因此，根据与上面参照图3d所述相同的原理，发射蓝光L1。从图4d可以看出，阴离子已经开始向第二电极11，即阳极的相当快的移动，并且阳离子已经开始向第一电极10，即阴极的相当快的移动。这引起在阴极和阳极处的阳离子和阴离子的分别聚集，但是这对已经处于正向偏置中的十分有效的空穴和电子的注入没有任何实质的影响。
如图4a-4d所示，在90℃的基质中，处于限制扩散过程中的离子的迁移率足够快，使得在AC电源变换其电压极性前，在阳极和阴极处分别提供足够的阴离子和阳离子的聚集。因此，在图4a-4d所示的条件下，当处于正向偏置时，即当低功函的第一电极10是阴极而高功函的第二电极11是阳极时，根据发光二极管8的原理，发光叠片4将发射蓝光L1。当处于反向偏置时，即在低功函的第一电极10是阳极而高功函的第二电极11是阴极时，各个电极10、11处聚集的阳离子和阴离子将使离子梯度足以从低功函的第一电极10提供空穴H的注入和从高功函的第二电极11提供电子e的注入，这引起发光叠片4根据发光电化学池9的原理发射红光L2。因此，在90℃下，温度指示器1将发射在红光和蓝光之间交替的闪烁光，以指示用户电源被接通并且熨斗3的底部2是热的。
图5示出不同温度下的发光叠片4的电致发光EL。AC电源为叠片4提供+3/-5V电压V并且以1Hz的恒定频率变换极性。在25℃，根据发光二极管8的原理，在+3V电压的正向偏置下发射蓝光L1。基质中的离子迁移率太慢以致于不能在反向偏置下在各个电极处提供足够的离子聚集，并由此在反向偏置模式下不能发射光。在60℃，离子在基质中移动十分快，由此在极性变换到“-”后(即，电压处于-5V的反向偏置)大约0.5s开始发射红光L2，这是根据发光电化学池9的原理。继续发出强度不断增加的红光L2，大约是0.5s，直到极性变换到正向偏置，这又引起发出蓝光L1。在90℃，离子移动得那么快，使得几乎在将电压变换到“-”后，立即就得到足够的离子聚集。如图5所示，在60℃，温度指示器提供闪烁效果，其中蓝光L1后是0.5s的黑暗时间，然后是0.5s的红光L2发射。这种闪烁特性便于用户观察并且减小了错过高温警报的风险。在更高的温度，例如90℃，几乎消除了黑暗时间，提供了几乎在蓝光L1和红光L2之间的直接交替。因此，温度指示器不仅指示表面是热的，而且还提供关于表面实际温度的信息。由于反向偏置电压的绝对值高于正向偏置的电压，因此红光L2将超过蓝光L1，其在高温下给出主要是红色的印象。作为替换，为了使反向偏置具有比正向偏置更高的绝对电压，还可以具有混合频率，即在该频率中反向偏置的脉冲长度比正向偏置的脉冲长度长，以便在高温时提供期望的红色印象。然而，另一个替换是反向偏置既具有高电压又具有较长的脉冲长度，从而进一步提高红光的强度。
在较高的AC电压频率下，例如大约50Hz及以上的频率，眼睛在较高的温度下将察觉到或多或少的混合颜色，这取决于红光和蓝光的强度，这可能是或多或少的红紫色或者在蓝光强度低时，甚至几乎是纯红色。
以如此方式调整AC电源5的频率，使得利用所考虑的发光层的厚度、基质的类型和离子，在温度超过预定温度，即阈值温度时，得到红光L2发射。例如，如果期望只在70℃和更高的温度，即阈值电压是70℃开始发射红光，AC电源的频率可以从1Hz增加到例如3Hz。在这种情况下，离子在60℃的聚集将不足以红光发射。为了增加频率，作为替换，还可以使发光层更厚，交换其中离子移动更慢的基质材料和/或交换具有更低迁移率的类型的离子。因此，存在多种提供温度指示器的方法，该温度指示器在期望的阈值温度上提供红光发射。
在底部2的表面16的温度在所述表面16上不完全均匀的情况下，发光电化学池9的光发射将随区域而变化。因此，具有高温(例如90℃)的表面的部分将引起来自覆盖表面16的该部分的发光电化学池9的该部分的强烈的光发射，而具有低温(例如60℃)的表面16的部分将引起覆盖表面16的该部分的发光电化学池9的该部分的微弱的光发射。这样，器具用户在视觉上将知道表面16的哪个部分的温度最高以及哪个部分的温度较低。因此，发光电化学池9提供了指示表面上存在的局部热点的附加优势。
任选地，温度指示器1可以设置有图1所示的频率调节器7，其用于调节AC电源的频率，以便使最终用户可以设定应该开始红光发射的温度。
图6a是根据本发明第二实施例的温度指示器101的示意说明图。该温度指示器101包括发光二极管108和发光电化学池109。发光二极管108具有低功函的第一电极110、高功函的第二电极111以及夹在电极110、111之间适于发射蓝光L1的半导体第一发光层112。发光电化学池109包括第一电极120、第二电极121以及夹在电极120、121之间适于发射红光L2的第二发光层113。第二发光层113包括基质和在该基质中可移动的离子。二极管108和池109可以彼此邻近设置或者隔开一定距离设置，并且将池109的至少一个电极(在该实例中是第二电极121)设置成与温度将被指示的表面116，例如熨斗的底部接触。AC电源105经由第一触点114为二极管108的第一电极110和池109的第一电极120提供电压，并且经由第二触点115为二极管108的第二电极111和池109的第二电极121提供电压。因此，二极管108和池109彼此并联电耦合。AC电源105所提供电压的极性大约以1Hz的频率转换。第一电极110和第一电极120都由透光材料制成。第一电极110是低功函电极，其可以包括例如5nm的钡层，该钡层涂覆有15nm的银。在图6a所示的条件下，表面116的温度是25℃并且提供负电压给第一电极110、120，即第一电极110、120是阴极，而第二电极111、121是阳极。在二极管108是正向偏置的这种情况下，二极管108的低功函的第一电极110将电子e注入到第一发光层112，并且高功函的第二电极111将空穴H注入到第一发光层112。在发光层112中，空穴H和电子e重新结合，这引起经由透光的第一电极110发射蓝光L1。
由于第二发光层113中的离子在这种低温下的迁移率低，因此在池109的电极120、121附近没有得到离子聚集，因此池109将不发射光。
图6b示出电压极性与图6a所示情况相比已经变化后的温度指示器101。在该时刻，提供正电荷给第一电极110、120，即他们是阳极，而提供负电荷给第二电极111、121，即他们变为阴极。关于发光二极管108，这是反向偏置，并且没有光被发射。关于发光电化学池109，如上所述，离子迁移率在AC电源105的该频率下过慢以致于不能提供所需的离子聚集。
图7a示出表面116的温度在90℃的温度指示器101。AC电源105将负电荷提供给第一电极110、120，使他们成为阴极，并且将正电荷提供给第二电极111、121，使他们成为阳极。在该温度下，第二发光层113的基质中的离子迁移率高，由此在发光电化学池109的第一电极120处迅速得到阳离子的聚集，并且在第二电极121处得到阴离子的聚集。由此得到的高离子梯度引起从第一电极120注入电子e并且从第二电极121注入空穴H。当空穴H和电子e在第二发光层113中重新结合时，发光电化学池109发射红光L2。该光L2经由透光电极120传输并且提供表面116是热的可视指示。关于发光二极管108，由于图7a所示的条件是正向偏置，因此发光二极管108根据参照图6a所述的原理发射蓝光L1。然而，在90℃的温度下，发光电化学池109的发光层113中的离子的高迁移率以及提高的电荷注入效率使阴极和阳极之间的电荷载流子的流动效率高，这将显著降低池109中的电阻。因此，由于二极管108和池109并联耦合，因此电流将主要经由低电阻通路流过，即经由池109流过，因此与较低温度下所获得的强度相比，二极管108发射的蓝光L1的强度显著降低。因此，当温度升高时，温度指示器101提供对二极管108所发射的蓝光L1的自动变暗。
图7b示出在90℃、极性已经转换后的情况。关于发光二极管108，这是反向偏置，没有光发出。由于阴离子的聚集，发光电化学池109的第一电极120注入空穴H，并且由于阳离子的聚集，第二电极121注入电子e。空穴H和电子e在第二发光层113中重新结合，从而产生红光L2。
因此，在90℃的温度下，温度指示器101在正向偏置和反向偏置中都发射高强度的红光L2，而在正向偏置中发射十分微弱的蓝光L1。蓝光L1被清楚指示表面116是热的的红光L2超过。
在图6a-b和7a-b所示的实施例中，二极管108的第一电极110与池109的两个电极120、121隔开，并且二极管108的第二电极111也是如此。然而，应该理解的是，作为替换并且具有相同的技术效果，二极管的第一电极可以与池的第一电极是共用的，或者二极管的第二电极可以与池的第二电极是共用的。例如，一个共用的第二电极可以位于表面116上，然后第一发光层和第二发光层可以相互隔开一定的距离设置在这个共用的第二电极上，并且具有独立的第一电极。这样，足够的是，二极管的至少一个电极与池的电极相分开。
图8a是根据本发明第三实施例的温度指示器201的示意说明图。该温度指示器201包括发光二极管208和发光电化学池209。发光二极管208具有低功函的第一电极210、高功函的第二电极211以及夹在电极210、211之间适于发射蓝光L1的半导体第一发光层212。发光电化学池209包括第一电极220、与二极管208的第二电极共用的第二电极211以及夹在电极220、211之间适于发射红光L2的第二发光层213。第二发光层213包括基质和在该基质中可移动的离子。因此，二极管208和池209可以设置在彼此的顶部，并且他们各自的发光层212、213由共用的高功函的第二电极211隔开。将池209的第一电极220设置成与表面216，例如熨斗的底部接触，其中将指示该表面的温度。工作在1Hz频率的AC电源205经由第一触点214为二极管208的第一电极210和池209的第一电极220提供电压，并且经由第二触点215为共用电极211提供电压。因此，二极管208和池209彼此并联电耦合。AC电源205所提供电压的极性大约以1Hz的频率转换。低功函的第一电极210和共用的高功函的第二电极211都由透光材料制成。低功函的第一电极210可以例如由钡或钙的薄层制成，而高功函的第二电极211可以由氧化铟锡(ITO)制成。
在图8a所示的条件下，表面216的温度是90℃并且提供负电压给第一电极210、220，即第一电极210、220是阴极，而共用第二电极211是阳极。在关于二极管208是正向偏置的这种情况下，二极管208的低功函的第一电极210将电子e注入到第一发光层212中，并且高功函的第二电极211将空穴H注入到第一发光层212中。在发光层212中，空穴H和电子e重新结合，这引起经由透光的第一电极210发射蓝光L1。
在90℃的温度下，第二发光层213的基质中的离子迁移率高，因此在发光电化学池209的第一电极220处迅速得到阳离子的聚集，并且在第二电极211处得到阴离子的聚集。由此得到的高离子梯度引起从第一电极220注入电子e并且从第二电极211注入空穴H，其引起发光电化学池209根据参照图7a所述的类似原理发射红光L2，该红光L2经由透光电极211和210传输。这样，在图8a所示的情况下，发射包括蓝光L1和红光L2的混合光。由于二极管208和池209彼此并联耦合并且由于池209的电阻随温度而减小，这导致通过池209的电流增加而通过二极管208的电流减少，蓝光L1在较高的温度下变暗，这导致温度指示器201主要发射红光。
图8b示出电压极性与图8a所示情况相比已经变化后的温度指示器201。在该时刻，将正电荷提供给第一电极210、220，即他们是阳极，而将负电荷提供给共用的第二电极211，即他们变为阴极。关于发光二极管208，这是反向偏置，并且没有光发出。关于发光电化学池209，离子的迁移率根据上述原理足以提供红光L2发射。应该理解的是，在例如25℃的低温下，发光电化学池209将不发射任何光，这是由于离子在这样的温度下迁移率低。因此，温度指示器201在低温下将提供闪烁的蓝光L1，该蓝光L1由二极管208提供。在较高的温度下，处于正向偏置和反向偏置的发光电化学池209都将开始发射红光L2，并且蓝光L1同时变暗。
作为图8a的实施例的替换，当然还可以利用高功函的第一电极和共用的低功函的第二电极。
图9是可选择的温度指示器301的顶视图。图10以横截面示出了该温度指示器301，其非常类似于图2所示的指示器1，因此该温度指示器具有第一电极310、第二电极311和夹在该电极310、311之间的第一和第二发光层312、313，由此形成发光二极管308和发光电化学池309。第二电极311附着到熨斗的底部302的表面316(图9中未示出)。圆柱形的热触点330从底部302延伸通过二极管308和池309。这些触点330的用途是改善从底部302到被熨烫的衣服的热传递。这样，触点330降低了二极管308和池309的绝热效应，并且在不使熨斗功能恶化的情况下允许使用更高厚度的层312、313和电极310、311。通过由电绝缘材料(例如非导电聚合物)制成的套管332，热触点330与二极管308和池309电绝缘。
图11是顶视图并且示出了另一种可选的温度指示器401。除该指示器401设置有条形热触点430外，该指示器401类似于图9和图10所示的指示器301，该条形热触点430延伸通过第一电极410、第一和第二发光层以及第二电极(后者未在图11中示出)，一起形成发光二极管和发光电化学池，该热触点430通过绝缘套管432与二极管和池电绝缘。
在图9-11的实施例中，示出了热触点。作为替换，为了使用户能够看穿发光电化学池和/或二极管，例如在温度指示器用于烤炉窗或者电热水壶的情况下，可以在温度指示器的发光电化学池和/或发光二极管上打孔。该温度指示器中的穿孔可以用玻璃珠填充，通过该玻璃珠用户可以看到例如烤炉中。
此外，应该理解的是，热触点还可以用在图6a-b和图7a-b所示的实施例中以及图8a-b所示的实施例中。在图6a-b和图7a-b所示的实施例的情况下，热触点可以只设置在发光电化学池中，或者设置在池和二极管中。
应该理解的是，在所附专利权利要求的范围内，上述实施例的许多变型是可行的。
例如，在参照图1-4所示的实施例中，发光二极管8发射蓝光L1。还可以使用发射另一种波长的光(例如绿光)的发光二极管。同样应该理解的是，根据温度指示器应该提供哪一种消息，可以使用完全不同的颜色。
图1-4、图8a-b和图9-10所示的实施例分别具有红色发光层13、213、313，其分别最靠近热表面16、216和316设置，并且蓝色发光层12、212和312分别位于红色发光层的顶部。尽管这是层叠所述层的优选方法，但是应该理解的是，还可以使用另一种层叠所述层的方法，例如红色发光层位于蓝色发光层的顶部，利用适当的方式将他们与高功函电极和低功函电极结合。
在图1-4所示的实施例中，蓝光L1或者红光L2通过第一电极10发出。作为替换，第一电极可以靠着热表面放置，然后发射光将通过透光的第二电极发出。另一个替换将允许发射的红光和蓝光直接经由发光层12、13的侧并且不通过一个电极发出。
为了提供具有电气保护、机械划痕保护或者防水保护的温度指示器，该温度指示器可以设置薄的保护顶部涂层，例如设置在第一电极上或者甚至密封整个发光电化学池的薄的聚合物层。
发光层12、13中的基质材料是这样的，以便空穴的迁移率大于电子的迁移率。作为替换，也可以使用其中电子的迁移率大于空穴迁移率的基质材料，并且使第一和第二发光层相互交换位置修改AC电源的频率以适应电化学池应该开始光发射的实际温度水平以及实际的发光电化学池。在大多数情况下，已经证实使用0.5-10Hz范围的频率适合为温度指示器提供足够快的响应和高可视度。然而，可以将可用频率范围扩展到更高值，例如达到大约100Hz，这取决于所使用的材料、发光电化学池的几何形状等。
上面，描述的第一类型的光是第一颜色，例如绿色或者蓝色，而第二类型的光具有另一种颜色，例如红色或者橙色。当然，同样可以具有其中波长，即颜色与第二类型的光相同但是具有不同强度和/或频率的第一类型的光。然而，不同的波长，即颜色是有利的，这是由于他们降低了用户误解所给出消息的风险。此外，还可以将发光电化学池和/或发光二极管与滤色器结合，以便获得所需的颜色。
总之，温度指示器适于设置在表面上，以提供第一类型的光发射和第二类型的光发射。该温度指示器包括用于提供所述第一类型的光发射的发光二极管以及用于提供所述第二类型的光发射的发光电化学池。该发光电化学池具有第一电极、第二电极以及夹在他们之间的第二发光层，并且所述第二发光层包括基质和在该基质中可移动的离子，所述基质中的所述离子的迁移率与温度相关。电源适于利用AC电压驱动发光电化学池，该AC电压的频率以如此方式调整，使得在表面温度超过特定水平时，发光电化学池提供所述第二类型的光发射。
权利要求
1.一种适于设置在表面(16；116；216)上的温度指示器，用于提供第一类型的光发射(L1)和第二类型的光发射(L2)，后者在所述表面(16；116；216)的温度高于预定温度时被发射，所述温度指示器(1；101；201)包括用于提供所述第一类型的光发射(L1)的发光二极管(8；108；208)，所述发光二极管(8；108；208)具有第一电极(10；110；210)、第二电极(11；111；211)以及设置在它们之间的第一发光层(12；112；212)，所述温度指示器(1；101；201)还包括用于提供所述第二类型的光发射(L2)的发光电化学池(9；109；209)，所述发光电化学池(9；109；209)具有第一电极(10；120；220)、第二电极(11；121；211)以及设置在它们之间的第二发光层(13；113；213)，并且所述第二发光层包括基质和在该基质中可移动的离子，所述基质中的所述离子的迁移率与温度相关，所述温度指示器(1；101；201)还包括适于用AC电压驱动所述发光电化学池(9；109；209)的电源(5；105；205)，该AC电压的频率以如此方式调整，使得发光电化学池(9；109；209)在所述表面温度超过特定水平时提供所述第二类型的光发射(L2)。
2.根据权利要求1所述的温度指示器，所述第一发光层(12；212)和所述第二发光层(13；213)设置在彼此的顶部，所述发光二极管(8；208)和所述发光电化学池(9；209)具有至少一个共用电极(10，11；211)。
3.根据权利要求1所述的温度指示器，其中，所述发光二极管(108)的所述第一电极(110)和所述第二电极(111)中的至少一个与所述发光电化学池(109)的所述第一电极(120)和所述第二电极(121)隔开。
4.根据权利要求2所述的温度指示器，其中，所述发光二极管(8)和所述发光电化学池(9)共有电极(10，11)。
5.根据权利要求4所述的温度指示器，其中，所述第一和第二发光层(12，13)中的空穴(H)的迁移率与其中的电子(e)的迁移率不同。
6.根据权利要求2、4或者5所述的温度指示器，其中，所述电极中的至少一个是低功函电极(10；210)并且所述电极中的至少一个是高功函电极(11；211)。
7.根据权利要求2所述的温度指示器，其中，所述第一发光层(212)和所述第二发光层(213)由共用电极(211)隔开。
8.根据权利要求3或者7所述的温度指示器，所述发光二极管(108；208)和所述发光电化学池(109；209)从电学观点看并联设置，所述AC电源(105；205)驱动所述发光二极管(108；208)和所述发光电化学池(109；209)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的温度指示器，其中，所述AC电源(5；105；205)适于用这样的脉冲长度驱动所述发光电化学池(9；109；209)，所述脉冲长度比驱动所述发光二极管(8；108；208)所使用的脉冲长度长。
10.根据前述权利要求中任一项所述的温度指示器，其中，所述AC电源(5；105；205)适于用电流驱动所述发光电化学池(9；109；209)，该电流足够高，使得所述发光电化学池(9；109；209)产生的光输出高于所述发光二极管(8；108；208)的所述光输出。
11.根据前述权利要求中任一项所述的温度指示器，其中，所述第二类型的光发射(L2)关于所述发射的光的色点和/或强度与所述第一类型的光发射(L1)不同。
12.根据前述权利要求中任一项所述的温度指示器，其中，所述温度指示器(1)适于基本覆盖器具(3)的整个可能热的表面(16)，该温度指示器(1)指示所述表面的哪一个部分是热的。
13.根据前述权利要求中任一项所述的温度指示器，其中，所述温度指示器(301)设置有热触点(330；430)，其延伸穿过所述发光电化学池(309)，并且适于通过所述池(309)传导热。
全文摘要
一种温度指示器(101)适于设置在表面(116)上，以提供第一类型的光发射和第二类型的光发射(L2)。温度指示器(101)包括用于提供所述第一类型的光发射的发光二极管(108)和用于提供所述第二类型的光发射(L2)的发光电化学池(9)。该发光电化学池(109)具有第一电极(120)、第二电极(121)以及夹在它们之间的第二发光层(113)，并且所述第二发光层包括基质和在该基质中可移动的离子，所述基质中的所述离子的迁移率与温度相关。电源(105)适于用AC电压驱动单元(109)，该AC电压的频率以如此方式调整，使得单元(109)在表面温度超过特定水平时提供所述第二类型的光发射(L2)。
文档编号G01K11/12GK101040174SQ200580034804
公开日2007年9月19日 申请日期2005年10月7日 优先权日2004年10月15日
发明者爱德华·J.·迈耶, 勒内·T.·韦, 拉尔夫·库尔特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司