用于加热表面的方法和装置与流程

背景技术：

已经开发了应用于诸如表面除霜、除雾和/或除冰的加热装置。这些装置具有装置阻挡视野、不透明、加热不够均匀、远离装置边缘处加热不足以及效率低中的缺点的一个或多个。需要一种加热装置，其能够克服这些缺点中的一个或多个。

技术实现要素：

本发明公开了一种用于加热表面的装置和方法。

在一个实施例中，加热装置包括发射源辐射的辐射源、辐射发射层(包括发射层主体材料和发光剂)，其中辐射发射层包括边缘、发射层第一表面和发射层第二表面；其中边缘具有高度dl并且发射层第一表面具有长度l，其中长度l大于高度dl，并且长度l与高度dl的比大于或等于10；其中辐射源连接到边缘，其中源辐射从辐射源通过边缘传输并激发发光剂，之后发光剂发射出发射的辐射，其中发射的辐射的至少一部分经由逸出锥离开发射层第二表面；吸收层，其中吸收层包括吸收层第一表面，并且其中吸收层第一表面与发射层第二表面直接接触，其中吸收层包括吸收剂，其吸收通过发射层第二表面离开辐射发射层的发射的辐射。

在另一个实施例中，一种用于加热表面的方法，包括从辐射源发射源辐射；用辐射照射辐射发射层，该辐射发射层包含发射层主体材料和发光剂，其中辐射发射层包括边缘、发射层第一表面和发射层第二表面；其中辐射源连接到边缘，其中源辐射从辐射源通过边缘传输并激发所述发光剂，之后发光剂发射出发射的辐射，其中发射的辐射的至少一部分经由逸出锥离开发射层第二表面；吸收层，其中吸收层包括吸收层第一表面，并且其中吸收层第一表面与发射层第二表面直接接触，其中吸收层包含吸收剂，其吸收通过发射层第二表面离开辐射发射层的发射的辐射。

上述和其他特征通过以下附图和详细说明来举例说明。

附图说明

现在参考附图，这些附图是示例性实施例，并且其中相同的部件编号相同。

图1是包括分层结构的加热装置的横截面侧视图；

图2是发光剂、源光谱和吸收剂光谱的激发和发射光谱的示意图；

图3是分层结构的横截面侧视图；

图4是分层结构的截面侧视图；和

图5是分层结构的横截面侧视图。

具体实施方式

已经开发了加热装置(例如汽车中的窗户除霜器)，使得平行的导电迹线或涂层覆盖待除霜的窗口的长度。这些迹线或涂层会导致除霜不均匀，并且会降低通过窗口的可视性，并且它们难以应用于复杂的形状。已经开发了另外的加热装置，使得光源向包括吸收剂的加热装置发射辐射，其中吸收剂吸收光并产生热量。由于光源通常设置在加热装置的端部，所以出现随着远离光源吸收衰减的问题，使得这些装置不能提供对表面均匀的加热或远离装置的边缘的加热不充分。

为了克服这些和其它缺点，申请人开发了一种加热装置，其包括辐射源和辐射发射层，该辐射发射层包括主体和发光剂，其中辐射源连接辐射发射层的边缘。辐射发射层能够覆盖在装置的长度上均匀地发射辐射。如本发明所使用的，均匀的辐射发射是指在辐射发射层的宽面(例如发射层第一表面和发射层第二表面中的一个或两个)上的所有位置处测量的辐射在从宽面发射的平均辐射的40％内，具体地30％，更具体地20％。包括吸收层第一表面的吸收层能够与发射层第二表面直接接触。吸收层包括吸收剂。吸收剂可以包括无辐射吸收剂，该无辐射吸收剂的吸收光谱与发光剂的发射光谱重叠。通过将发光剂和吸收剂放置于分开的层中，防止吸收剂与发光剂竞争由源发射的光，使得辐射发射层在层的长度上均匀地发射辐射。然后均匀发射的辐射能够被吸收层中的吸收剂吸收，其中吸收层可以相应地被均匀地加热。如本文所使用的，均匀加热是指在吸收层的宽面(例如吸收层第二表面)上的所有位置测量的加热在宽表面平均的加热的40％内，具体地30％，更具体地20％。

加热装置能够实现以下一个或多个：1)在辐射发射层的一个或两个宽面上均匀的辐射发射，而不需要，例如设置活性剂的梯度；2)预热的表面以预先消除加热装置的宽面上雾和/或冰的形成；3)辐射可以从辐射发射层的两个宽面发射；和4)均匀加热吸收层。加热装置能够提供足够的热量以在小于或等于1小时内融化位于辐射发射层至少一个宽面上1mm厚的冰层。

加热装置包括分层结构，该分层结构包括辐射发射层和吸收层。如图3所示，分层结构能够具有由边缘限定的长度l，该边缘具有高度d，其中高度d是加热装置的高度。l与d的比能够大于或等于10，具体地大于或等于30，更具体地30至10000，更具体地30至500。l与dl的比，其中dl是发射层的高度，能够大于或等于10，具体地大于或等于30，更具体地30至10000，更具体地30至500。

分层结构可以是平坦的，例如如果装置将被用作搁板，或者弯曲的，例如如果装置将被用作透镜。装置中层的第一表面和第二表面之间的距离可以是恒定的或者能够在装置的不同位置处变化。

参考附图，图1示出了加热装置的横截面图，其中加热装置包括分层结构2，该分层结构2包括辐射发射层和吸收层。分层结构2具有两个宽的共同延伸的长度为l的外表面，其由具有高度d的短边缘限制。辐射源4是边缘连接的辐射源，其向分层结构2的边缘发射辐射。边缘镜6能够减少经由边缘的辐射损失量。位于辐射源4近侧的边缘镜可以是选择性反射镜。注意，虽然辐射源4和边缘镜6示出为跨越加热装置的高度d，但它们可以独立地仅边缘连接到分层结构的辐射发射层的高度。

图3-5示出了分层结构的横截面图。图3是分层结构的示意图，该分层结构包括辐射发射层20(具有发射层第一表面22和发射层第二表面24)和吸收层30(具有吸收层第一表面32和吸收层第二表面34)，其中发射层第二表面24与吸收层第一表面32直接接触。分层结构的高度d等于结构内各层高度的总和。例如，在图3的分层结构中，高度d等于吸收层30的高度da和辐射发射层20的高度dl，图5中高度d等于层20、30、40、50和60的高度的总和。

图4是分层结构的示意图，该分层结构包括辐射发射层20(具有发射层第一表面22和发射层第二表面24)、吸收层30和第三层40(具有第三层第一表面42和第三层第二表面44)，其中第三层第二表面44与发射层第一表面22直接接触。第三层可以是第二吸收层。第三层可以是保护涂层。

图5是分层结构的示意图，该分层结构包括辐射发射层20、吸收层30(具有吸收层第二表面34的)、第三层40(具有第三层第一表面42)、第四层50(具有第四层第一表面52和第四层第二表面54)和第五层60(具有第五层第一表面62和第五层第二表面64)。图5示出了吸收层第二表面34与第五层第一表面62直接接触，并且第三层第一表面42与第四层第二表面54直接接触。第三层40可以是吸收层且第四层50和第五层60可以是保护涂层。

注意，虽然图5示出了包括第三层40、第四层50和第五层60的分层结构，但是这些层中的一个或多个可以存在或不存在。例如，分层结构能够包括作为保护涂层的第五层60、吸收层30、辐射发射层20和作为保护涂层的第四层50。同样，分层结构能够包括吸收层30、辐射发射层20、作为吸收层的第三层40和作为保护涂层的第四层50。

加热装置还能够包括玻璃层。玻璃层可以位于发射层的一侧或两侧。玻璃层可以位于吸收层的一侧或两侧。玻璃层可以位于分层结构的外表面的一侧或两侧。

分层结构包括辐射发射层，该辐射发射层包括发射层主体材料、发光剂，并且还能够包含uv吸收剂。发光剂可以分散在整个发射层主体材料中或者可以位于辐射发射层中的一个或多个子层。例如，辐射发射层可以包括第一辐射发射子层和第二辐射发射子层，其中每个辐射发射子层可以独立地包括发光剂。同样，子层可以包含相同或不同的发光剂，并且可以包含相同或不同的主体材料。当辐射发射层包括两个或更多子层并且子层之一是模内涂层时，一种或多种发光剂可以位于模内涂层，并且可以允许对发光剂更温和的加工条件。换句话说，辐射发射层可以是模内涂层。

辐射发射层的表面可以是光滑的表面，使得它们通过全内反射支持导光。同样，一个或两个表面可以纹理化，例如用于照明应用中的光束扩散，其中纹理可以选择性地对可见波长起作用，同时对于通过装置的较长的波长保持全内反射。

辐射发射层可以是透明的，使得材料具有大于或等于80％的透射率。辐射发射层可以是透明的，使得材料具有大于或等于90％的透射率。辐射发射层可以是透明的，使得材料具有大于或等于95％的透射率。透明度能够通过使用astmd1003-00、具有单向观察使用的cie标准光源c的程序b，使用3.2mm厚的样品来测定。

主体材料可以包括诸如聚碳酸酯(例如双酚a聚碳酸酯)、聚酯(例如聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚(对苯二甲酸丁二醇酯))、聚芳酯、聚苯氧树脂、聚酰胺、聚硅氧烷(例如聚(二甲基硅氧烷))、聚丙烯酸(例如聚甲基丙烯酸烷基酯(例如聚(甲基丙烯酸甲酯))和聚甲基丙烯酸酯)、聚酰亚胺、乙烯基聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚氨酯、或包含一种或多种前述物质的共聚物和/或共混物。主体材料能够包括聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、聚丙烯酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸乙烯酯、聚偏二氯乙烯、聚丙烯腈、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚乙烯醇缩甲醛、或包含一种或多种前述物质的共聚物和/或共混物。主体材料可以包括聚乙烯醇缩丁醛、聚酰亚胺、聚碳酸酯、或包含一种或多种前述物质的组合。当辐射发射层包含聚碳酸酯时，聚碳酸酯可以包含红外吸收性聚碳酸酯。主体材料可以包括一种或多种前述物质。

辐射发射层包含发光剂，其中发光剂可以包括大于或等于1种的发光剂。发光剂可以包括大于或等于2种发光剂。发光剂可以包括2-6种发光剂。发光剂可以包括2-4种发光剂。发光剂可以包括单一的发光剂。

发光剂已经用于发光太阳能集中器(lsc)中，例如用于吸收太阳光的太阳能电池板中。在lsc中，光通过装置的宽面传输到装置，其中光在装置的宽面上被发光剂吸收并以不同的波长发射。发射的光的一部分通过全内反射传输到装置的边缘，在该处光被传输到诸如光伏电池的边缘连接元件。对于lsc，通过以下关于发光剂激发波长的吸收系数aex/lsc的条件促进入射太阳辐射的最大收集：

aex/lsc>1/d(1)

其中d是装置的厚度。在沿lsc到边缘连接元件的光传输期间，通过以下关于发光剂的发射波长的吸收系数aem/lsc的条件使再吸收最小化，

aem/lsc<<1/m(2)

其中m是装置的长度。

相比之下，在本发明的加热装置中，在发光剂发射波长的浓度依赖吸收系数aem的条件下，大大避免了逃逸锥中发光剂的再吸收：

aem≤1/dl(3)

其中dl是辐射发射层的厚度(参见图1)。图2示出了源光谱s能够与降频发光剂的激发光谱ex重叠。源发光在装置长度上的分布由以下关于发光剂激发波长的浓度依赖吸收系数aex的条件促进：

aex～1/l；0.2/l≤aex≤5/l(4)

其中l是从边缘连接源测量的装置的长度，其中如果第二边缘连接源设置在与第一源相对的边缘上，则在式4中用l/2代替l。注意，如果存在第二发光剂，例如其激发光谱不与源光谱s重叠，则其将不受式4的限制，并且能够以相对高的有效浓度存在，并且因此能够更有效地在第一发光剂的发射光谱的长波长尾部再循环光子。

图2示出了包括发光剂la的辐射发射层的激发和发射光谱。la是降频发光剂，其中发射光谱em移动到更长的波长，其中被吸收的光子被转换为更低能量的光子。应当理解，虽然图2示出了降频发光剂，但是辐射发射层能够包含升频发光剂，其中发射光谱移动到较短波长。进一步理解，升频包括上转换(up-conversion)，由此在较低能量下吸收两个光子产生一个较高能量光子的发射。源光谱s与发光剂la的激发光谱ex重叠。这种重叠产生第一代光子，其波长由发光剂la的发射光谱em表示，由于式4，其在装置的整个长度上发生。这些光子的一部分(例如20-30％)能够发射到逸出锥中，并且由于式3，将至少通过发射层第二表面离开辐射发射层。未在逸出锥中发射的剩余光子可被辐射发射层内的全内反射引导，其中到达边缘的那些能够例如通过边缘镜反射回到辐射发射层。然后这些剩余的光子能够遇到发光剂。由于发射光谱em与激发光谱ex重叠，发光剂能够被激发，产生具有如发射光谱em所示的波长的第二代光子。该发射光子的第二代进一步有利于经由逸出锥从辐射发射层的表面发射光子，其中剩余光子如第一代一样被再循环。因此，同样产生了更多代的光子。

应当理解，在图2中虽然峰被示为彼此略微偏移，但是它们能够进一步彼此偏移或者能够彼此重合。同样可以理解，虽然未示出，但是源光谱、激发光谱和发射光谱能够具有在所示基线下方沿着x轴进一步延伸的尾部。

具有发射光谱em的发射的辐射离开辐射发射层并进入吸收层。由于发射光谱em与吸收剂的吸收光谱a重叠，吸收剂能够吸收发射的辐射并且能够产生热量以加热加热装置。

基于所需的应用，本领域技术的人员能够容易地想到源光谱。例如，基于希望避免长波长主体吸收带或避免可见带，能够选择源。

关于上述lsc装置，式3和4明显不同于式1和2，进一步说明了本加热装置的新颖性。认识到1/d远大于1/m，并且假设lsc公共的d和m的各自的范围类似于本发射辐射发射层的d和l，式1和4表明aex可以远小于aex/lsc，因此本装置的发光剂的最佳浓度可以比lsc的低。较低的浓度支持避免发光剂的聚集导致的散射光，这能够降低透明度和/或淬灭发光，这会破坏效率。

发光剂能够分布在辐射发射层的整个长度上，并且不仅能够作用于移动光子波长，还能使光子改变方向。例如，第一代光子的一部分能够从辐射发射层内的全内反射重定向到逸出锥中，使得它们能够离开辐射发射层，并且第一代光子的一部分能够激发其它发光剂(例如，第一发光剂中的一种或两种，并且如果存在的话，与第一发光剂不同的其它发光剂)。

发光剂可以选择一定尺寸，使得其不降低辐射发射层的透明度，例如，发光剂可以是不散射可见光的那些，具体地波长390-700纳米(nm)的光。发光剂可以具有小于或等于300nm的最长平均尺寸，特别是小于或等于100nm，更特别地小于或等于40nm，还更特别地小于或等于35nm。

发光剂可以包括降频剂(例如(py)24nd28f68(seph)16，其中py是吡啶)、升频剂(例如nacl：ti²⁺、mgcl2：ti²⁺、cs2zrbr6：os⁴⁺、cs2zrcl6：re⁴⁺)，或包含一种或两种前述物质的组合。基于试剂的总重量，升频剂可以包含小于或等于5重量百分比(wt％)的ti、os或re。发光剂可以包括有机染料(例如若丹明6g)、引达省染料(例如聚氮引达省染料)、量子点、稀土配合物、过渡金属离子，或包含一种或多种前述物质的组合。发光剂可以包括吡咯并吡咯花菁(ppcy)染料。有机染料分子可以连接到聚合物主链或者可以分散在辐射发射层中。发光剂可以包括具有取代的氨基和/或氰基的吡嗪型化合物、蝶啶化合物(例如苯并蝶啶衍生物)、苝型化合物(例如lumogen^tm083(可从basf、nc购买))、蒽醌型化合物、硫靛蓝型化合物、萘型化合物、呫吨型化合物，或包含一种或多种前述物质的组合。发光剂可以包括吡咯并吡咯花菁(ppcy)、双(ppcy)染料、受体-取代的方酸菁，或包含一种或多种前述物质的组合。吡咯并吡咯花菁可以包括bf2-ppcy、bph2-ppcy、双(bf2-ppcy)、双(bph2-ppcy)，或包含一种或多种前述物质的组合。发光剂可以包括镧系元素基化合物，例如镧系元素螯合物。发光剂可以包括硫族化物结合的镧系元素。发光剂可以包括过渡金属离子，例如nacl：ti²⁺、mgcl2：ti²⁺；或包括至少一种前述物质的组合。发光剂可以包括yalo3：cr³⁺,yb³⁺；y3ga5o12：cr³⁺,yb³⁺，或包括至少一种前述物质的组合。发光剂可以包括cs2zrbr6：os⁴⁺；cs2zrcl6：re⁴⁺；或包括至少一种前述物质的组合。发光剂可以包括一组合，该组合包含至少一种前述发光剂。

发光剂可具有大于或等于100000反比摩尔浓度乘以反比厘米(m^-1·cm^-1)的摩尔消光。发光剂可具有大于或等于500000m^-1·cm^-1的摩尔消光。

发光剂可以封装在周围的球体中，例如二氧化硅或聚苯乙烯球等。发光剂可以不含铅、镉和汞中的一种或多种。发光剂可以具有0.1-0.95的量子产率。发光剂可以具有0.2-0.75的量子产率。

发光剂可以吸收超过波长第一范围的辐射，并且可以发射超过波长第二范围的辐射，该第二范围可以与第一范围部分重叠。能够被发光剂吸收的辐射可以源自辐射源和/或来自相同种类的发光剂和/或来自不同种类的发光剂。

来自发光剂的发射可以是方向各向同性的，其中发射的光子通过逸出锥离开装置或通过全内反射被限制在辐射发射层。通过逸出锥离开的辐射的方向可以在以垂直于装置的宽面的方向为中心的较宽角度范围上均匀分布。

发光剂的激发和发射可以是各向异性的(也称为二色性)，这样激发和发射可以更偏向于垂直于发光剂的长轴的方向上。长轴可以垂直于宽面，或至少在例如法线的10度内。或者，长轴的对准可在不同的位置变化。例如，朝向一个宽面的中心的各向异性的发光剂的长轴可以在，例如在从法线到表面10度-90度，并且各向异性发光剂的长轴朝向加热装置的边缘可以在相对于宽面的法线的10度内。

除了在吸收层吸收发射的辐射外，发射的辐射可以被装置表面上的水和/或冰吸收。发射的辐射可以具有从uv辐射到近红外辐射范围的波长。发射的辐射可以具有10nm至2.5μm的波长。在uv和/或近红外波长范围的辐射在诸如除雾、除霜和除冰的应用中是有用的，因为水和冰在uv到近红外波长范围内具有实际上相同的吸收系数，在可见光波长范围内表现出相应的最小值，并从这些最小值迅速增加。

吸收层包括吸收剂并且可以进一步包括uv吸收分子。吸收层可以包括吸收层主体材料，其中吸收层主体材料可以与发光层主体材料相同或不同。吸收层主体材料可以包括玻璃。吸收层主体材料可以包括聚乙烯醇缩丁醛。相反，吸收层可以不含主体材料。例如，分层结构可以包括发射层、玻璃层和位于它们间的吸收剂，其中吸收层的高度da将是跨越吸收层高度的吸收剂的平均数量的平均直径的总和。吸收层可以具有比辐射发射层小的折射率。

吸收层可以具有与辐射发射层直接接触的光滑的第一表面和可以是光滑或粗糙的第二表面。吸收层可以具有第一表面，该第一表面与辐射发射层直接接触并且可以与辐射发射层的所述表面一致的；和可以是光滑或粗糙的第二表面。

吸收剂可以包括无辐射吸收剂。吸收剂可以包括吸收光谱与辐射发射层中的发光剂的发射光谱重叠的任何吸收剂。吸收剂可以是具有700-1500nm吸收的化合物。吸收剂可以包括有机吸收剂(例如酞菁云母化合物和萘酞菁化合物)、无机吸收剂(例如氧化铟锡(ito)和氧化锑锡(ato))或包含一种或两种前述物质的组合。吸收剂可以包括稀土元素(例如sc、y、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb和lu)、ito、ato、酞菁化合物、萘酞菁化合物、偶氮染料、蒽醌、方酸衍生物、亚胺染料、苝(例如lumogen^tm083(可从basf、nc购买))、四亚甲基、聚甲炔，或其包括一种或多种前述物质的组合。吸收剂可以包括酞菁和萘酞菁中的一种或两种，其中前述物质的一种或两种可以具有阻挡侧基，例如苯基、苯氧基、烷基苯基、烷基苯氧基、叔丁基、-s-苯基-芳基、-nh-芳基、nh-烷基等。吸收剂可以包含磷酸铜(ii)化合物，其可以包含磷酸甲基丙烯酰氧基乙酯(moep)和铜(ii)碳酸酯(ccb)中的一种或两种。吸收剂可以包括四萘嵌三苯四碳酰亚胺化合物(quaterrylenetetracarbonimide)。吸收剂可以包括以xb6表示的六硼化物，其中x是选自la、ce、pr、nd、gd、tb、dy、ho、y、sm、eu、er、tm、yb、lu、sr和ca中的至少一种。吸收剂可以包含六硼化物和颗粒，该颗粒包含ito和ato中的一种或两种，其中六硼化物与颗粒的比例可以为0.1：99.0-15：85，并且其中颗粒可具有小于或等于200nm的平均直径。吸收剂可以包括一组合，该组合包含一种或多种前述吸收剂。吸收剂可以以0.1-20重量份/每100份吸收层的量存在。

注意，当存在两个吸收层时，两个吸收层可以相同或不同，包含相同或不同的主体材料和相同或不同的吸收剂。

辐射源可以是如图1所示的边缘安装的光源。同样，辐射源可以远离装置并且通过例如光纤连接到设备的至少一个边缘。当使用远程辐射源时，辐射源可以与一个或多个装置结合使用。辐射源可以与分层结构的整个高度d连接，或者可以仅与发射层的高度dl连接。

辐射源与加热装置的连接可以是光学连续的，并且可以被配置成在加热装置的边缘处的接收锥内发射辐射，使得可以引导辐射通过全内反射通过装置。如本发明所使用的，术语“光学连续”可以指来自辐射源的光的90-100％被传输到加热装置中。辐射源可以连接到加热装置的边缘，该加热装置具有由高度(例如高度d或高度dl)和宽度(在图1中未示)限定的表面。

沿着源连接到的边缘测量，辐射源可以是发射40-400瓦/米(w/m)的辐射源。辐射源可以是发射70-300w/m的辐射源。辐射源可以是发射85-200w/m的辐射源。

辐射源可以发射波长100-2500nm的辐射。辐射源可以发射波长300-1500nm的辐射。辐射源可以发射在可见光范围内波长380-750nm的辐射。辐射源可以发射波长700-1200nm的近红外辐射。辐射源可以发射波长800-1100nm的近红外辐射。辐射源可以发射波长250-400nm的uv辐射。辐射源可以发射波长350-400nm的uv辐射。在被引入辐射发射层之前，可以将来自辐射源发射的辐射过滤到所需的波长。

辐射源可以是，例如发光二极管(led)、灯泡(例如钨丝灯泡)、紫外光、荧光灯(例如发出白色、粉红色、黑色、蓝色或黑蓝色(blacklightblue)(blb)光的荧光灯)、白炽灯、高强度放电灯(例如金属卤化物灯)、冷阴极管、光纤光波导、有机发光二极管(oled)、或产生电致发光(el)的装置。

加热装置可以可选地具有位于装置的一个或多个侧面上的镜子，以便通过反射光子提高加热装置的效率，否则光子可能离开装置。镜子可以是高反射性的，例如在近红外范围内，并且可以是侧面金属化。具体地，加热装置可以包括一个或多个边缘镜，例如选择性反射边缘镜。边缘镜可以位于边缘上以重定向辐射，否则该辐射将从装置逃逸回辐射发射层。选择性反射边缘镜可以位于辐射源和辐射发射层之间的边缘上，使得源光谱主要在辐射源和装置之间传输，而发光剂的发射光谱可以很大程度上反射回到辐射发射层。当仅期望从发射层第二表面发射时，表面镜可以位于发射层第一表面或者可以位于所述表面附近，使得在它们之间存在间隙。间隙可以包括液体(例如水、油、硅流体等)、折射率低于辐射发射层的固体、或气体(例如空气、氧气、氮气等)。间隙可以包括具有比辐射发射层低的ri的液体或气体。间隙可以是气隙，以支持装置内的全内反射。

加热装置可以包括在装置外表面上的保护涂层。加热装置可以包括在发射层第二表面、吸收层第一表面、发射层第一表面、吸收层第二表面上的保护涂层，或包括至少一种前述的组合。加热装置可以包括保护涂层，其中涂层可以施加到发射层第一表面和吸收层第二表面中的一个或两个上。保护涂层可以包括uv保护层、耐磨层、防雾层或包含一种或多种前述物质的组合。保护涂层可以包括硅酮硬涂层。

uv保护层可以施加到装置的外表面。例如，uv保护层可以是厚度小于或等于100μm的涂层。uv保护层可以是4-65μm厚度的涂层。uv保护层可以通过各种方法施加，包括在室温和大气压下将塑料基材浸入涂覆溶液中(即，浸涂)。uv保护层也可以通过其它方法施加，包括但不限于流涂、幕涂和喷涂。uv保护层可以包括硅酮(例如，硅酮硬涂层)、聚氨酯(例如聚氨酯丙烯酸酯)、丙烯酸酯、聚丙烯酸酯(例如聚甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯)、聚偏二氟乙烯、聚酯、环氧树脂以及包括至少一种前述物质的组合。uv保护层可以包含uv嵌段聚合物，例如聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯或包含一种或两种前述物质的组合。uv保护层可以包含uv吸收分子。uv保护层可以包括硅酮硬涂层(例如，as4000、as4700或phc587，可从momentiveperformancematerials购买)。

uv吸收分子可以包括羟基二苯甲酮(例如，2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮)、羟基苯并三嗪、氰基丙烯酸酯、草酰苯胺、苯并嗪酮(例如2,2’-(1,4-亚苯基)双(4h-3,1-苯并恶嗪-4-酮)，以商品名cyasorbuv-3638从cytec购得)、水杨酸芳基酯、羟基苯并三唑(例如2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑和2-(2h-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯酚，以商品名cyasorb5411从cytec购得)，或者包括至少一种前述物质的组合。uv吸收分子可以包括羟基苯基哒嗪、羟基二苯甲酮、羟基苯基苯并噻唑、羟基苯基三嗪、聚芳酰基间苯二酚、氰基丙烯酸酯，或包含至少一种前述物质的组合。基于组合物中聚合物的总重量，uv吸收分子的量为0.01-1wt％，具体地0.1-0.5wt％，更具体地0.15-0.4wt％。

uv保护层可以包括底漆层和涂层(例如，顶涂层)。底漆层可以有助于uv保护层粘附到装置上。底漆层可以包括但不限于丙烯酸树脂、聚酯、环氧树脂，以及包括至少一种前述物质的组合。除了或代替在uv保护层的顶涂层中的那些，底漆层还可以包括uv吸收剂。例如，底漆层可以包括丙烯酸底漆(例如，从momentiveperformancematerials商购的shp401或shp470)。

可以将耐磨层(例如涂层或等离子体涂层)涂覆到装置的一个或多个表面。例如，耐磨层可以位于吸收层第二表面和发射层第一表面中的一个或两个的附近，其中每个耐磨层独立地可以与上述表面中的一个直接接触，或者第二保护层(例如uv保护层)可以位于它们之间。耐磨层可以包括单层或多层，并且可以通过改善加热装置的耐磨性来增加功能性。通常，耐磨层可以包括有机涂层和/或无机涂层，例如但不限于氧化铝、氟化钡、氮化硼、氮化铪、氟化镧、氟化镁、氧化镁、氧化钪、一氧化硅、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、碳氧化硅、氢化碳氧化硅、氧化钽、氧化钛、氧化锡、氧化铟锡、氧化钇、氧化锌、硒化锌、氧化锆、钛酸锆、玻璃，以及包含至少一种前述物质的组合。

耐磨层可以通过各种沉积技术涂覆，例如真空辅助沉积工艺和大气涂覆工艺。例如，真空辅助沉积工艺可以包括但不限于等离子体增强化学气相沉积(pecvd)、电弧-pecvd、膨胀热等离子体pecvd、离子辅助等离子体沉积、磁控溅射、电子束蒸发和离子束溅射。

可选地，一个或多个层(例如，uv保护层和/或耐磨层和/或防雾层)可以是通过如层压或薄膜嵌件成型方法涂覆到加热装置的外表面的膜。在这种情况下，功能层或涂层可以涂覆到膜和/或加热装置具有膜的一侧相对的一侧。例如，如前所述，可以使用包含大于一层的共挤出膜、挤出涂布膜、辊涂膜或挤出层压膜代替硬涂层(例如，硅酮硬涂层)。膜可以含有一种添加剂或共聚物以促进uv保护层(即膜)与耐磨层的粘附，和/或本身可以包括耐候材料，例如丙烯酸(例如聚甲基丙烯酸甲酯)、氟聚合物(例如，聚偏二氟乙烯、聚氟乙烯)等，和/或可以充分阻挡紫外辐射的透射以保护下面的基底；和/或可以适于三维成形板的薄膜嵌件成型(fim)(模内装饰(imd))、挤出或层压加工。

一个或多个层可以各自独立地包含添加剂。添加剂可以包括着色剂、抗氧化剂、表面活性剂、增塑剂、红外辐射吸收剂、抗静电剂、抗菌剂、流动添加剂、分散剂、增容剂、固化催化剂、uv吸收分子，以及包含至少一种前述物质的组合。添加到各层中的任何添加剂的类型和量取决于所需性能和外壳的最终用途。

uv吸收分子可以包括羟基二苯甲酮(例如2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮)、羟基苯并三嗪、氰基丙烯酸酯、草酰苯胺、苯并恶嗪酮(例如，2,2’-(1,4-亚苯基)双(4h-3,1-苯并恶嗪-4-酮)，可从cytec商购的商品名为cyasorbuv-3638)、水杨酸芳基酯、羟基苯并三唑(例如2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑、2-(2-羟基-5-叔辛基苯基)苯并三唑和2-(2h-苯并三唑-2-基)-4-(1,1,3,3-四甲基丁基)-苯酚，可从cytec商购的商品名为cyasorb5411)，或包含至少一种前述uv稳定剂的组合。基于组合物中聚合物的重量，uv稳定剂的存在量可以为0.01-1wt％，特别是0.1-0.5wt％，更具体地为0.15-0.4wt％。

可以选择保护涂层，使得其在近红外范围内不吸收。

保护涂层可以具有比辐射发射层小的折射率。保护涂层可以具有比辐射发射层和吸收层小的折射率。保护涂层可以具有比发射层主体材料的折射率小的折射率。

加热装置可以是用于照明模块的平板、玻璃窗或透镜。加热装置可以用于除雾、除霜和除冰中的一种或多种，特别是应用于诸如外部照明，例如汽车外部照明(前灯和尾灯)、空气场灯、路灯、交通信号灯和信号灯；用于玻璃窗，例如用于运输(汽车)或建筑应用(天窗)；用于电器，例如用于解冻冰箱门、冷冻室门，冷冻室内壁和/或冷藏室；或用于标牌。这种加热装置能在不使用电阻加热导体的情况下实现除雾、除霜和除冰中的一种或多种。

加热装置可以用于加热表面，例如镜子(例如位于浴室、健身设施、游泳池设施和更衣室)中的镜子、地板、门(例如冰箱门和冷柜门)、架子、台面等。当加热的表面是镜子时，镜子可以在除辐射发射层之外的层的表面上“镀银”。

具体实施方式

以下列出的是本发明用于加热表面的装置以及加热表面的方法的一些实施例。

实施例1：一种加热装置，包括：发射源辐射的辐射源、包含发射层主体材料和发光剂的辐射发射层，其中辐射发射层包括边缘、发射层第一表面和发射层第二表面；其中边缘具有高度dl并且发射层第一表面具有长度l，其中长度l大于高度dl，并且长度l与高度dl的比大于或等于10；其中辐射源连接到边缘，其中源辐射从辐射源通过边缘传输并激发发光剂，之后发光剂发射出发射的辐射，其中发射的辐射的至少一部分经由逸出锥离开发射层第二表面；吸收层，其中吸收层包括吸收层第一表面，并且其中吸收层第一表面与发射层第二表面直接接触，其中吸收层包含吸收剂，其吸收通过发射层第二表面离开辐射发射层的发射的辐射。

实施例2：根据实施例1所述的装置，其中从发射层第一表面和发射层第二表面中的一个或两个发射的辐射是均匀的，使得在发射层第一表面和发射层第二表面上的所有位置处测量的辐射在从各个表面发射的平均辐射的40％内，具体地是30％，更具体地是20％。

实施例3：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中发射的辐射能够在小于或等于1小时内融化位于吸收层第二表面上1mm厚的冰层。

实施例4：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中长度l与高度dl的比大于或等于30。

实施例5：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中吸收剂不发射光。

实施例6：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中吸收层不含吸收层主体材料。

实施例7：根据实施例1-5中任一项所述的装置，其中吸收层包含吸收层主体材料。

实施例8：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中发射层主体材料和吸收层主体材料中的一者或两者包含聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚异戊二烯，或包含一种或多种前述物质的组合。

实施例9：根据实施例8所述的装置，其中聚酯包括聚对苯二甲酸乙二醇酯，并且聚丙烯酸酯包括聚甲基丙烯酸烷基酯，如聚甲基丙烯酸甲酯。

实施例10：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中辐射发射层具有比吸收层更大的折射率。

实施例11：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中吸收剂包括有机化合物、无机化合物，或包含一种或两种前述物质的组合。

实施例12：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中吸收剂包括稀土元素(例如sc、y、la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb和lu)、ito、ato、酞菁化合物、萘酞菁化合物、偶氮染料、蒽醌、方酸衍生物、亚胺染料、苝、四亚甲基、聚甲炔，或包含一种或多种前述物质的组合。

实施例13：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中吸收剂包括酞菁和萘酞菁中的一种或两种，其中前述物质中的一种或两种可以具有阻挡侧基，例如苯基、苯氧基、烷基苯基、烷基苯氧基、叔丁基、-s-苯基-芳基、-nh-芳基、nh-烷基等。

实施例14：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中所述吸收剂包括四萘嵌三苯四碳酰亚胺化合物(quaterrylenetetracarbonimide)和cu(ii)磷酸盐化合物中的一种或两种，其可以包含磷酸甲基丙烯酰氧基乙酯(moep)和铜(ii)碳酸酯(ccb)中的一种或两种。

实施例15：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中吸收剂包括由xb6表示的六硼化物，其中x是选自la、ce、pr、nd、gd、tb、dy、ho、y、sm、eu、er、tm、yb、lu、sr和ca中的至少一种，以及任选的包含ito和ato中的一种或两种的颗粒，其中六硼化物与颗粒的比例为0.1：99.0-15：85，并且其中该颗粒可以具有小于或等于200nm的平均直径。

实施例16：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中发光剂包括染料、量子点、稀土络合物、过渡金属离子，或包含一种或多种前述物质的组合。

实施例17：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中发射的辐射包括波长在uv范围、可见光范围、近红外范围的辐射，或包括一个或多个前述波长的组合的辐射。

实施例18：根据实施例17所述的装置，其中所述发射的辐射包括波长在近红外范围的辐射。

实施例19：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中发光剂具有在长轴上测量的小于或等于40nm的平均粒度。

实施例20：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中发光剂不散射可见光。

实施例21：根据前述实施例中任一项所述的装置，还包括用于检测水或冰的存在的传感器。

实施例22：根据前述实施例中任一项所述的装置，还包括被配置用于打开和关闭辐射源的开关。

实施例23：根据前述实施例中任一项所述的装置，还包括边缘镜、选择性反射边缘镜和表面镜中的一个或多个。

实施例24：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中辐射发射层和吸收层中的一个或两个包括模内涂层。

实施例25：根据前述实施例中任一项所述的装置，还包括保护涂层，其中保护涂层包括uv保护层、耐磨层、防雾层，或包含一种或多种前述物质的组合。

实施例26：据前述实施例中任一项所述的装置，其中发光剂包括(py)24nd28f68(seph)16、nacl：ti²⁺、mgcl2：ti²⁺、cs2zrbr6：os⁴⁺、cs2zrcl6：re⁴⁺、yalo3：cr³⁺,yb³⁺、y3ga5o12：cr³⁺,yb³⁺、罗丹明6g、引达省染料、具有取代氨基和氰基中的一个或两个的吡嗪类化合物、蝶啶化合物、苝型化合物、蒽醌型化合物、硫靛类化合物、萘型化合物、呫吨型化合物、吡咯并吡咯花青(ppcy)、双(ppcy)染料、受体取代的方酸菁、镧系化合物，或包含一种或多种前述物质的组合。

实施例27：根据前述实施例中任一项所述的装置，其中发光剂包括(py)24nd28f68(seph)16、nacl：ti²⁺、mgcl2：ti²⁺、cs2zrbr6：os⁴⁺、cs2zrcl6：re⁴⁺、yalo3：cr³⁺,yb³⁺、y3ga5o12：cr³⁺,yb³⁺，或包含一种或多种前述物质的组合。

实施例28：利用前述实施例任一项的装置加热吸收层第二表面的方法，包括：从辐射源发射源辐射；用辐射照射辐射发射层，该辐射发射层包含发射层主体材料和发光剂，其中辐射发射层包括所述边缘、发射层第一表面和发射层第二表面；其中辐射源连接到边缘，其中源辐射从辐射源通过边缘传输并激发发光剂，之后发光剂发射出发射的辐射，其中发射的辐射的至少一部分经由逸出锥离开发射层第二表面；吸收层中的吸收剂吸收发射的辐射，该吸收层包括吸收层第一表面和吸收层第二表面，并且其中吸收层第一表面与发射层第二表面直接接触；加热吸收层第二表面。

实施例29：根据实施例28所述的方法，还包括感测吸收层第二表面上冰和/或水的存在。

实施例30：根据实施例29所述的方法，还包括当在吸收层第二表面上感测到水和/或冰时打开辐射源，并且当吸收层第二表面不存在水和/或冰时关闭辐射源。

通常，本发明可以可选地包括本发明公开的任何适当的组分，由其组成或基本上由其组成。本发明可以另外或替代地表述以不含或基本不含有现有技术组合物中使用任何组分、材料、成分、佐剂或物质，或那些实现本发明的功能和/或目的非必需的部分。

本发明公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合(例如，“高达25wt％，或更具体地，5wt％至20wt％”的范围是包括端点以及“5wt％-25wt％”范围的所有中间值等)。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。此外，术语“第一”、“第二”等在本发明中不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于区别一个和另一个元件。除非在本发明中另有说明或与上下文明显矛盾，否则本文中的术语“一”和“一个”以及“所述”不表示数量的限制，并且应解释为包括单数和复数。本文使用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数，从而包括该术语中的一个或多个(例如，该膜(s)包括一个或多个膜)。在整个说明书中对“一个实施例”，“另一实施例”，“实施例”等的引用是指结合该实施例描述的特定元件(例如特征、结构和/或特性)包含在本发明描述的至少一个实施例，并且可以存在或不存在其他实施例中。另外，应当理解，所描述的元件可以以各种实施例中的任何合适的方式组合。

虽然已经描述了特定实施例，但是对于本领域的技术人员而言，会出现对申请人来说是或可能是目前无法预见的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此，所提交的以及可能进行修改的所附权利要求旨在包括所有这样的替代、修改、变化、改进和实质等同物。

本申请要求于2014年11月25日提交的序列号为62/084,071的美国临时专利申请的权益。相关申请通过引用并入本文。

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