光輸出設(shè)備和制造方法
【專利摘要】一種光輸出設(shè)備和制造方法，其中LED（34）的陣列嵌在封裝層（32）中。（不同折射率的區(qū)域或）腔體（30）的陣列形成在該封裝層（32）中。該腔體/區(qū)域（30）具有取決于它們對(duì)該發(fā)光二極管（34）位置的接近度的密度和尺寸，從而降低熱點(diǎn)（局部高光強(qiáng)度區(qū)域）并且由此使得該設(shè)備的區(qū)域上的光輸出更加均勻。
【專利說明】光輸出設(shè)備和制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具體地但不排它地使用與透明襯底結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的離散光源的光輸出設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]此類型的照明設(shè)備的一個(gè)已知示例是所謂的“玻璃中LED”設(shè)備。一個(gè)示例示于圖1。典型地使用了玻璃板，其具有形成電極的透明導(dǎo)電涂層(例如ΙΤ0)。該導(dǎo)電涂層被圖案化從而制作連接到半導(dǎo)體LED設(shè)備的電極。該組件通過將玻璃與LED 4層壓在一起來完成，其中LED 4位于熱塑性層(例如聚乙烯醇縮丁醛PVB)或有機(jī)樹脂層內(nèi)部。
[0003]圖2以橫截面視圖示出所述已知的玻璃中LED結(jié)構(gòu)。該設(shè)備包括玻璃板I和2。(半)透明電極3a和3b (例如使用ITO或細(xì)導(dǎo)線形成)以及連接到透明電極3a和3b的LED4位于玻璃板之間。電絕緣材料5 (常規(guī)地為PVB或UV樹脂)層被提供在玻璃板I和2之間。
[0004]此類型設(shè)備的應(yīng)用是架子、櫥窗、外立面、辦公室隔斷、墻覆層以及裝飾性照明。該照明設(shè)備可以被用于光照其它物體，用于顯示圖像，或者簡單地用于裝飾性目的。
[0005]頂發(fā)射LED可以被使用，并且這些LED具有點(diǎn)光源輸出。側(cè)發(fā)射LED也可以被使用，光輸出隨后被耦合到來自樹脂中的散射中心的輸出。
[0006]為了使點(diǎn)輸出更加均勻，已知在LED上應(yīng)用反射器或其它光擋板來充當(dāng)用于降低局部光輸出強(qiáng)度的掩蔽物。這增加了設(shè)備制造復(fù)雜度，使得難以提供來自離散光源的在光照方向和光照點(diǎn)尺寸方面的期望輸出，并且難以以一種不顯著增加制造成本的方式來提供。
[0007]還期望制作發(fā)光片，其優(yōu)選是薄的，具有明顯柔性的。這使得該產(chǎn)品具有更廣泛的各種用途并且還能夠節(jié)省在制造過程中昂貴的模制工序。要求一種光學(xué)上透明的材料，其大約在1-1Omm的期望厚度具有柔性。
[0008]一個(gè)示例是將LED放置在被嵌在硅樹脂或其它聚合物中的線柵內(nèi)。這種設(shè)計(jì)取代了昂貴的印刷電路板PCB或玻璃襯底布置。但是，線柵由于其非剛性本質(zhì)而不允許在LED設(shè)備的對(duì)準(zhǔn)中的小容差。
[0009]為了掩蔽形成在這種格柵結(jié)構(gòu)中的LED的LED熱點(diǎn)，可以如上所述在LED格柵上提供光學(xué)結(jié)構(gòu)(其可以簡單地包括反射性白色涂料)。
[0010]一種可替換的辦法是將光散射粒子嵌到聚合物結(jié)構(gòu)(其充當(dāng)光導(dǎo))中。這些粒子的形狀或濃度以及吸收、反射和透射特性影響著它們?nèi)绾胃淖児廨敵鎏卣鳌?br> [0011]這些技術(shù)的主要缺陷在于，粒子或光學(xué)結(jié)構(gòu)的位置以及它們的散射特性在該系統(tǒng)的制造過程中確定，并且沒有考慮光源的位置。這要求光學(xué)裝置相對(duì)于光源的成本昂貴的對(duì)準(zhǔn)。用于掩蔽熱點(diǎn)的所需光學(xué)結(jié)構(gòu)或散射粒子要求相對(duì)于LED位置的在10-100微米范圍內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)水平。因此，光學(xué)結(jié)構(gòu)或粒子相對(duì)于LED的精確對(duì)準(zhǔn)成為問題所在。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文件W02010/129815A2描述了光導(dǎo)系統(tǒng)，其中光源被嵌在光導(dǎo)的主體內(nèi)，該光導(dǎo)包括光偏轉(zhuǎn)粒子。所述粒子可以是具有不同折射率的小氣泡或區(qū)域。光偏轉(zhuǎn)粒子的濃度可以基于所嵌入光源的位置而變化，從而獲得期望光發(fā)散模式。該現(xiàn)有技術(shù)文件未提及實(shí)現(xiàn)這樣濃度變化的方法。
[0013]本發(fā)明旨在提供可以以切實(shí)可行方式制作的在先前段落中所述類型的光輸出設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]根據(jù)本發(fā)明，提供了一種光輸出設(shè)備，其包括:
-光源陣列；
-封裝層，光源陣列嵌在該封裝層內(nèi)；以及
-在該封裝層中形成的腔體或區(qū)域的陣列，該腔體或區(qū)域的折射率不同于該封裝層的折射率，
其中該腔體或區(qū)域具有取決于它們對(duì)光源位置的接近度(proximity)的密度或尺寸，并且其中該封裝層(32)包括具有添加物的聚合物基質(zhì)，該添加物具有比基質(zhì)低的沸點(diǎn)。
[0015]該腔體用于散射光源光輸出，從而在設(shè)備表面上得到更加均勻的光發(fā)射。
[0016]該光源可以包括LED，不過其它光輸出設(shè)備可以被使用。
[0017]通過使腔體/區(qū)域的密度或尺寸取決于對(duì)光源的接近度，可以使用腔體在該封裝層中的自組裝。光在腔體/區(qū)域與封裝材料的界面處被反射和折射。在這種情況下不發(fā)生吸收，而浸在介質(zhì)中的粒子遭受至少一定程度的光吸收?？梢杂芍圃爝^程容易地控制腔體/區(qū)域的形成。
[0018]該封裝層包括具有添加物的聚合物基質(zhì)，該添加物具有比基質(zhì)低的沸點(diǎn)。該添加物可以隨后被蒸發(fā)，從而在固化該聚合物基質(zhì)前形成小的氣體填充的腔體。
[0019]可以由光源的熱量或光源的光來蒸發(fā)該添加物。
[0020]可替換地，該封裝層可以包括相分離的聚合物分散液。該光輸出可以用于在單體和不可聚合液的混合物中引起聚合反應(yīng)。當(dāng)該聚合反應(yīng)已經(jīng)導(dǎo)致形成以聚合物為壁的腔體的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，該不可聚合液材料可以被洗掉以形成腔體。
[0021]可選擇地，可以用第二聚合物或液體再填充該腔體。
[0022]本發(fā)明還提供一種制造光輸出設(shè)備的方法，其包括:
-將光源陣列嵌在封裝層中；
-在該封裝層中形成腔體或區(qū)域的陣列，該腔體或區(qū)域的折射率不同于該封裝層的折射率，該腔體具有取決于它們對(duì)光源位置的接近度的數(shù)量密度或尺寸。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明各示例，在附圖中:
圖1示意性示出已知的玻璃中LED的光照設(shè)備；
圖2示意性示出圖1的設(shè)備的結(jié)構(gòu)的示例；
圖3 Ca)示出一種已知辦法，其中在嵌有LED的封裝層中形成腔體；
圖3 (b)示出本發(fā)明的辦法，其中腔體被形成，該腔體具有取決于它們對(duì)光源位置的接近度的密度或尺寸； 圖4不出光源在被開啟時(shí)如何引起局部加熱；
圖5示出可以如何由導(dǎo)線網(wǎng)格布置實(shí)現(xiàn)溫度模式；以及 圖6示出可以如何由外部應(yīng)用光形成腔體。
【具體實(shí)施方式】
[0024]在各圖中使用相同的附圖標(biāo)記指示相似的部分。
[0025]本發(fā)明提供了一種光輸出設(shè)備和制造方法，其中LED陣列嵌在封裝層中，并且(不同折射率的區(qū)域或)腔體的陣列形成在該封裝層中。該腔體/區(qū)域具有取決于它們對(duì)發(fā)光二極管位置的接近度的密度或尺寸，從而降低熱點(diǎn)(局部高光強(qiáng)度區(qū)域)并且由此使得該設(shè)備的區(qū)域上的光輸出更加均勻。
[0026]圖3 (a)示出一種已知辦法，其中腔體30形成在嵌有LED 34的封裝層32中。在圖3 Ca)中該腔體均勻分布在介質(zhì)中，并且它們包括填充該封裝層的聚合物的均勻分布的氣泡布置。但是，熱點(diǎn)仍然存在。
[0027]本發(fā)明提供了具有不同折射率的區(qū)域或腔體，該區(qū)域或腔體具有取決于它們對(duì)LED位置的接近度的數(shù)量密度和尺寸，如圖3 (b)所示。特別地，在LED附近，該腔體/區(qū)域較小并且因此更加密集地堆積。這導(dǎo)致靠近LED的光背散射較強(qiáng)，靠近LED的光逃逸較少，以及因此光擴(kuò)展性較好。
[0028]LED 32可以被連接并且線柵也可以嵌在透明封裝層30中。該層可以是硅樹脂，但是可以使用其它材料，例如PMMA、PVC、PU (聚氨酯)、PC (聚碳酸酯)、PET、PES或PEN之類。該封裝層起光導(dǎo)材料的作用，并且一般為透明聚合物。
[0029]該封裝層的厚度為大約I到10mm。
[0030]該線柵可以包括能夠?qū)㈦娏鱾鬟f到LED的導(dǎo)電線，例如直徑0.25mm的銅線。
[0031]通過工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的拾取-放置組裝和焊接工藝形成該線柵和連接的LED，并且通過鑄造或涂覆來形成該封裝。
[0032]該LED典型地是離散的現(xiàn)成組件，并且取決于應(yīng)用的需求，具有2x3mm的典型尺寸和0.5-lmm的高度以及間距為10到50_。
[0033]腔體/區(qū)域特性對(duì)與LED的接近度的依賴性通過使用具有空間模式的光或熱輻射(熱量)來實(shí)現(xiàn)，從而局部地產(chǎn)生腔體/區(qū)域。
[0034]第一示例采用通過跨過兩種不同溫度的差溫加熱的腔體自形成。
[0035]圖4示出LED 32在被開啟時(shí)如何引起區(qū)域35的局部加熱。
[0036]該封裝層包括具有添加物的聚合物基質(zhì)，該添加物具有比基質(zhì)低的沸點(diǎn)。主封裝材料的聚合溫度與添加物的沸騰溫度之間的差異被用于控制在該聚合物凝固前添加物的蒸發(fā)。該封裝層因此包括浸在具有該添加物的聚合物中的LED集合。
[0037]可以如上所述通過線柵互連LED，但是這不是必需的。LED的定位可以是規(guī)律的或是隨機(jī)的或是偽混沌的。
[0038]光導(dǎo)材料的聚合物分別具有聚合溫度和時(shí)間常數(shù)Tp和tp。時(shí)間常數(shù)tp取決于溫度Tp。
[0039]該添加物具有低沸點(diǎn)Τ2和相關(guān)時(shí)間常數(shù)t2。此時(shí)間常數(shù)t2是與氣泡合并相關(guān)聯(lián)的時(shí)間常數(shù):小氣泡傾向于合并形成大氣泡。因此，存在這樣的自由度:或者產(chǎn)生高密度的小氣泡并且通過適時(shí)地在Tp處引起最終聚合來防止它們聚并(相對(duì)長的t2)，或者局部地促進(jìn)形成大的合并的氣泡(相對(duì)短的t2)。
[0040]在此第一示例中，通過光源的輻射來局部加熱該封裝層及其添加物。
[0041]可以周期性地開啟和關(guān)閉LED以保持期望溫度(介于Tp和T2之間)，從而造成在主封裝材料層聚合之前該添加物的蒸發(fā)。
[0042]在第二示例中，可以通過使用加熱掩蔽物或外部引起的梯度的差溫加熱來形成腔體，而不是使用由LED引起的局部加熱。因此，該封裝層被暴露在具有空間和時(shí)間梯度的外部熱輻射中。
[0043]可以通過傳導(dǎo)電流的導(dǎo)線的網(wǎng)格布置來實(shí)現(xiàn)溫度模式，如圖5示意性所示。線網(wǎng)格50造成添加物的局部沸騰/蒸發(fā)，使得在靠近導(dǎo)線處該腔體的密度或尺寸不同。該線網(wǎng)格50被定位和對(duì)準(zhǔn)在該封裝層上并且在LED被定位處具有最大孔徑。
[0044]如上文所解釋，靠近光源形成較小較密集數(shù)量的腔體是一種方案，并且(例如使用線柵)遠(yuǎn)離光源產(chǎn)生較大腔體是另一種方案。
[0045]在可替換實(shí)施例中，該LED互連導(dǎo)線自身服務(wù)于局部加熱該聚合物的目的。典型地將該LED連接成多組。首先，N個(gè)LED的一組被并聯(lián)連接。然后，M個(gè)這樣的組被串聯(lián)連接以形成NxM的連接的LED陣列。每條并聯(lián)連接一組LED的導(dǎo)線可以被用作加熱器導(dǎo)線以獲得期望效果。將沒有電流流過LED，并且在LED中不生成熱量。
[0046]在圖6中示出的另一實(shí)施例中，通過外部應(yīng)用光來形成腔體。
[0047]如上述示例那樣，封裝材料可以具有低沸點(diǎn)的添加物。但是，可替換選擇是使用允許相分離發(fā)生的物質(zhì)。
[0048]使用外部光源60，該外部光源加速在聚合物中形成腔體，這是由于光引起的聚合或光引起的化學(xué)鍵合的原因。物理掩蔽物62被放置在外部光源和封裝材料64之間。
[0049]封裝層的聚合物因此被合適波長的光照射。該掩蔽物產(chǎn)生腔體的空間變化所需的空間梯度。
[0050]對(duì)于該聚合物，可以使用例如Merck PN393或Norland 73，并且對(duì)于添加物，可以使用TL205，這是一種來自Merck的液晶混合物。已知這些材料的組合形成所謂的聚合物分散液晶層，其中在聚合物基質(zhì)和液晶相之間已經(jīng)發(fā)生相分離。
[0051]還可以使用LED自身作為光源來采用該相變辦法，如上文示例所述。
[0052]可以通過光(例如通過所嵌入LED發(fā)射的光)來放慢腔體的形成，而不是通過使用光源形成腔體。
[0053]另一種變型是使用通過光聚合的相分離。
[0054]已知的是，兩種混溶液體的混合物可以通過將該組分中的一種聚合而相分離。這例如也是上文所述的所謂聚合物分散液晶(PDLC)材料的情況，其中通過熱活化或光聚合的溶劑蒸發(fā)來形成聚合物基質(zhì)。在TOLC的情況下，形成共連續(xù)的相，這意味著聚合相和液晶相二者都是連續(xù)的材料(不具有腔體，而是海綿狀)。
[0055]因此可以洗掉液相，留下空氣填充的海綿狀的聚合物基質(zhì)。
[0056]可以使用類似于聚合物分散液晶材料復(fù)合系統(tǒng)的材料系統(tǒng)，其中由LED的光引起該聚合復(fù)合物的相分離，并且其中液相被洗掉且被空氣取代。因此在LED的鄰近區(qū)域中形成自對(duì)準(zhǔn)的聚合網(wǎng)絡(luò)。另一種變型是使用具有不同折射率的兩種聚合物的相分離。[0057]兩種聚合物的單體可以在分子尺度上是混溶的，這取決于溫度和壓力。得到的混合物具有由公知的混合規(guī)則確定的有效折射率。
[0058]如果聚合反應(yīng)在所述單體中的其中之一中開始(例如通過UV曝光)，聚合物疇開始形成并且該混合物的混溶性會(huì)強(qiáng)烈降低:相分離將發(fā)生。聚合物疇將隨著該第一單體的質(zhì)量擴(kuò)散而生長。如果該疇的尺寸接近光學(xué)尺度(optical dimension)(幾微米),則光散射將開始發(fā)生，這是因?yàn)檎凵渎试诰酆衔锂犨吔缟祥_始顯示出強(qiáng)烈的不連續(xù)性。
[0059]隨后，例如通過加熱也可以使第二單體聚合，并且已經(jīng)形成新的相分離材料。
[0060]因此，在LED光的影響下，可以使兩種或更多單體的混合物相分離。接著在相分離后，使所有單體聚合從而使該復(fù)合材料穩(wěn)定。
[0061]可以使用與上文概述的相同的材料示例，即，可以將Merck PN393或Norland 73用作聚合物并且將TL205用作添加物。
[0062]另一個(gè)示例使用外部應(yīng)用溫度輪廓。
[0063]通過遍及聚合物應(yīng)用外部溫度輪廓(例如在底部熱且在頂面較冷(或反之亦可))，可以跨過膜的厚度(垂直于平面)逐漸改變腔體的形成、密度和尺寸?？商鎿Q地，可以以棋盤形式應(yīng)用熱和冷區(qū)域的交替輪廓(垂直于平面)以產(chǎn)生內(nèi)建模式。
[0064]本發(fā)明對(duì)于諸如燈、窗戶、建筑物玻璃和保密窗的標(biāo)識(shí)、裝飾性照明是特別令人感興趣的，并且對(duì)于LCD的背光照明是特別令人感興趣的。其它的應(yīng)用是可能的，例如家具和其它裝飾性項(xiàng)目。
[0065]上文的示例是基于LED。但是，可以用任何其它光源(燈泡、CFFL、CFL、OLED)來取代 LED。
[0066]本領(lǐng)域技術(shù)人員在實(shí)踐所要求保護(hù)的發(fā)明時(shí)通過研究附圖、公開內(nèi)容和所附權(quán)利要求，能夠理解和實(shí)施所公開實(shí)施例的其它變型。在權(quán)利要求中，措詞“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”(〃a〃或〃an")不排除多個(gè)。在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施的純粹事實(shí)并不表明這些措施的組合不能被有利地使用。在權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)當(dāng)被解釋為對(duì)范圍的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種光輸出設(shè)備，包括: -光源(34)陣列； -封裝層(32)，光源陣列嵌在所述封裝層內(nèi)； -在所述封裝層(32)中形成的腔體或區(qū)域(30)的陣列，所述腔體或區(qū)域的折射率不同于所述封裝層的折射率，其中所述腔體或區(qū)域(30)具有取決于它們對(duì)光源位置的接近度的數(shù)量密度或尺寸；并且 其中所述封裝層(32)包括具有添加物的聚合物基質(zhì)，所述添加物具有比基質(zhì)低的沸點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述添加物被適配成通過所述光源的熱量被蒸發(fā)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述添加物被適配成通過所述光源的光被蒸發(fā)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述封裝層(32)包括相分離的聚合物分散液。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述區(qū)域(30)包括聚合物。
6.一種制造光輸出設(shè)備的方法，包括: -將光源(34)陣列嵌在封裝層(32)中； -在所述封裝層中形成腔體或區(qū)域(30)的陣列，所述腔體或區(qū)域的折射率不同于所述封裝層(32)的折射率的，所述腔體或區(qū)域(30)具有取決于它們對(duì)光源位置的接近度的數(shù)量密度或尺寸，并且其中通過蒸發(fā)所述封裝層(32)中的添加物來形成腔體(30)的陣列，其中所述封裝層(32)包括聚合基質(zhì)并且所述添加物具有比基質(zhì)低的沸點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中通過所述光源(34)的熱量蒸發(fā)所述添加物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中通過所述光源(34)的光蒸發(fā)所述添加物。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中通過外部源的光或熱量蒸發(fā)所述添加物。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中通過洗掉相分離的聚合物分散液的液體化合物來形成腔體的陣列。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中通過在光源光輸出的控制下的單體混合物的相分離來形成區(qū)域的陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中形成用聚合物填充的腔體的陣列。
【文檔編號(hào)】G09F13/22GK103620664SQ201280032839
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月1日
【發(fā)明者】H.J.科內(nèi)里森, G.根尼尼, H.H.P.戈曼斯, M.P.C.M.克里恩, M.H.W.M.范德登, L.W.G.斯托夫米, J.于 申請(qǐng)人:皇家飛利浦有限公司