一种太阳能长余辉发光系统及其激发方法
【技术领域】
[0001]本发明创造涉及一种具有太阳能的长余辉发光系统，具体涉及一种太阳能长余辉发光系统及其激发方法。
【背景技术】
[0002]长余辉材料是一种蓄光型光致发光材料，当它受到一定时间和一定强度的光激发之后，在激发停止后会持续发光的一种材料，其持续发光强度由高逐渐变低的过程就称作余辉。其发光曲线是负指数函数与双曲线函数的叠加，停止激发后，时间越短亮度越高，时间越长亮度越低。
[0003]太阳能是指利用太阳光作发电(或者加热)提供能源，其中目前已经广泛应用的太阳能发电就是利用光电转换方式，太阳能发电是一种新兴的可再生环保能源。
[0004]目前长余辉产品已经广泛应用到室内消防疏散指示标识、船舶标识等诸多领域。尤其是室内长余辉消防疏散指示产品是其主要用途，许多国家颁布了长余辉发光疏散指示标识的相关标准。长余辉消防疏散指示产品一般使用于户内，当它受到户内环境光的激发后，在夜晚或断电情况下起到弱光诱导作用，指引建筑物内的人员疏散逃生。夜晚有人员走到的地方一般都有照明，当紧急情况下突然断电，人员的疏散主要集中在30分钟内(一般情况下也不超过60分钟)；同时由于户内相对封闭，杂散光的强度非常低。因此，多数国家的长余辉发光消防标识产品的发光水平是10分钟在100?300mcd/Sqm之间，I小时的发光亮度在14?40mcd/sqm 之间。
[0005]国内外一些研究机构和公司也在尝试将长余辉产品应用到户外，例如中国专利201120106933.0公开了一种长余辉发光反光组合交通安全标志，该产品就是应用到户外公路上。目前可见公开报道的(使用D65标准光源，1000LX的光强下激发10分钟)长余辉发光体的最高亮度水平是在30分钟550mcd/Sqm，l小时的亮度250mcd/Sqm左右，2小时的亮度130mcd/sqm左右，3小时80mcd/sqm左右，6小时25mcd/sqm左右。由于在户外，从太阳落山到天完全暗下来是一个渐进的过程，通常需要大约2小时，在这个过程中长余辉是处于发光的能量的消耗大于环境光对它补充的能量的过程。因此在户外如果长余辉产品仅仅靠环境光激发，当等到晚上完全黑下来后，人们需要长余辉发光产品提供指引的时候，该产品的亮度已经衰减了大约2小时。由于没有强激发光源，同时由于户外的杂散光相对比较多，环境不是很黑暗，因此人们往往感觉长余辉发光产品在户外的发光效果不理想。提高长余辉产品在户外使用环境条件下的发光亮度是一直困扰本产品在户外推广应用的主要难题。
[0006]当然，目前市面上已经有一些太阳能LED发光装置在销售，例如太阳能地灯、太阳能公园装饰灯、太阳能道钉等。这些产品都是利用太阳能电池板、蓄电池、控制电路、LED发光体及相关配件等，根据实际需要设计成不同的样式和形状，从而制造成需要的太阳能LED发光装置。目前太阳电池的面积为110W/m2，一个10厘米*10厘米的太阳能电板功率仅仅有1.1瓦，另外由于容易受到气候(天气)的影响和地理位置的限制，一般的太阳能发光装置一般很难保证光器持续整夜发出比较强的光线。为了解决这个问题，一般都是尽可能的采用更大的太阳能电池板，但是过大的太阳能电池板，导致产品成本过高；另外有些发光装置受到安装位置和条件的限制，不宜安装过大的太阳能电池板。
【发明内容】
[0007]本发明创造要解决的技术问题是提供一种太阳能长余辉发光系统及其激发方法。
[0008]本发明创造的思路:
[0009]针对上述问题，本发明创造提出一种太阳能长余辉发光系统。以长余辉材料为主体发光器件，在白天太阳光同时对太阳能电池和长余辉材料充电和激发，在夜晚通过太阳能电池定时驱动电致发光器件发光并对长余辉材料补充激发，使长余辉材料在黑暗中始终趋于高位发光状态，由于太阳能系统只是间断性的通过驱动电致发光器件并给长余辉产品补充激发，大大降低了太阳能系统的面积及电池容量等配件的要求。
[0010]本发明创造改变了以往长余辉产品在户外使用状态下仅依靠环境光源激发的现状，引入太阳能电池并通过IC(电路控制器)间隔性驱动电致发光器件，使其在本身发光的同时激发长余辉材料，这样长余辉发光材料可以受到间隔性的激发，因而长余辉材料在实际工作环境中的发光亮度比以为仅仅靠环境光激发有了数量级的提高。
[0011]白天太阳光同时给长余辉材料和太阳能电池系统补充能量。当夜晚降临时首先是长余辉发光材料发出可见光，当光敏元件感知环境光的发光亮度低于某一目标值后(也可以让光敏元件感知长余辉材料的发光亮度低于某一目标值后)，控制器控制太阳能电池系统工作，点亮长余辉发光体中的电致发光器件；电致发光器件发光的同时对长余辉发光材料激发补充能量。当电致发光器件停止工作的时候，长余辉发光材料发光，从而使本发明创造的产品维持在一定的发光亮度上(见图1:本发明创造的产品维持发光原理图)。可以根据不同的长余辉材料，专门设计控制器电路;还可以通过控制驱动电池的大小来调节电致发光器件的亮度。通过调节占空比(图2中:电致发光器件的工作时间tl与电致发光器件的停止时间t2之比)来控制电致发光器件的工作和停止的时间比，达到节电和发光效果的最佳平衡点，使之发挥最优性能。
[0012]另外，还可以根据实际需要将逆反射产品结合到本发明创造的产品上，使本发明创造产品同时具有发光和反光功能。
[0013]基于本发明创造的原理可以制作许多自发光产品，可广泛用于公路、市政道路、公路、绿道、公园、远离市区的广告牌等户外道路或设施上。可起到弱光照明、安全警示、指示方位等作用。如果制作成公路标识产品，即可对车辆行驶提供安全保障，还可以对行人提供警示和诱导作用，甚至可以制作成产品作为路面分道线使用。由于本发明创造产品不需要市电，是真正的绿色节能环保安全的产品，具有非常广阔的市场前景及社会效益。
[0014]图2是太阳能电池驱动的电致发光器件工作时候电流和时间的关系:可以通过调节tl和t2的长短及占空比从而控制电致发光器件工作和停止的时间长短及间隔；也可以控制电流I的大小来控制电致发光器件的亮度。
[0015]图3是发光亮度和时间的关系:
[0016]bl是电致发光器件工作时，长余辉发光体被电致发光器件激发时候的亮度发光曲线；
[0017]b2是本发明创造产品电致发光器件停止工作的时候，长余辉发光体发光的的亮度衰减曲线；
[0018]b4是电致发光器件工作时，电致发光器件本身的发光亮度曲线；
[0019]Bsl是长余辉发光体被电致发光器件激发停止时长余辉发光体的发光亮度值，当长余辉发光体制成后，Bs I的值由电致发光器件的亮度、波长与工作时长来决定；
[0020]Bs2是长余辉发光体的衰减曲线上选定的某个余辉亮度的目标值(该目标值可以根据产品的用途和用户需求来设定)；
[0021]tl是本发明创造产品在单个工作周期内电致发光器件实际工作的时长；
[0022]t2是本发明创造产品在单个工作周期内电致发光器件实际停止工作的时长，它是Bs2与Bsl对应的时间的差；
[0023]b3是采用中国专利201120106933.0制作的类似产品的长余辉发光的亮度曲线(仅仅靠环境光激发)，其亮度I小时250mcd/sqm，3小时80mcd/sqm，6小时25mcd/sqm，9小时15mcd/sqm，可见其在后半夜的实际发光亮度很低。
[0024]本发明创造的产品制造关键点是长余辉发光材料的选择、时间tl和t2的设定、光敏控制元件的设定、电致发光器件的选择及太阳能电池系统的选择:
[0025]1、长余辉发光材料的选择:根据目前市面上商品化的长余辉发光材料，建议选择铝酸盐体系，发光颜色是黄绿或者蓝绿，颗粒直径范围在5?200um，最佳的颗粒直径范围在约100?200um。
[0026]2、tl时间的设定:根据已制成的长余辉发光体中长余辉原料的材质(铝酸盐、硅酸盐等)、发光颜色(发出来光的波长)、厚度等因素，首先测试它的激发饱和曲线;tl就是电致发光器件激发长余辉发光体接近饱和态需要的时长。tl在0.1秒到30分钟之间。
[0027]3、t2时间的设定:根据已制成的长余辉发光体中长余辉原料的材质(铝酸盐、硅酸盐等)、发光颜色(黄绿、蓝绿等)、厚度等因素，首先测试它的发光亮度衰减曲线;结合该衰减曲线设定一个需要的最低发光亮度数值Bs2，t2就是Bs2与Bsl对应的时间点的差。t2在
0.5秒到60分钟之间。
[0028]4、光敏控制元件的设定:通常满月的夜晚照度仅仅0.21x，而我国城市主干道照度要求不低于15Lx;因此光敏控制元件的激发照度值设定在I到15Lx之间。
[0029]5、电致发光