專利名稱：發(fā)光體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光體，尤其涉及用于一般照明或用于顯示器的背光照明的平面發(fā)光器件的形狀，該發(fā)光體包括多個光源，例如被安排在外罩中、特別是安排在光波導板上的LED單元。
發(fā)光體優(yōu)選地與一個發(fā)光表面(耦合輸出層)一起被使用，該發(fā)光表面在它們的至少一個表面之上延伸，以便實現(xiàn)在一個平面中延伸的平面發(fā)光器件。這樣，可以由發(fā)光體中的點狀的和線狀的光源產生光。特別地，可以使用LED單元和熒光燈。
給這些發(fā)光體確定尺寸的目的不僅僅為了達到盡可能高的效率(即在發(fā)光體中最低可能的反射損耗)，也為了達到在光的發(fā)射表面上發(fā)光強度盡可能均勻的分布。
為了達到這些目的，這樣的發(fā)光體的各種不同的實施例，以及特別地在外罩或光波導板上光源的各種不同的安排是已知的。
因此，已經知道，例如，沿光波導板的側壁安排光源(側照明裝置)，使得光被耦合到板上，并通過從主表面和垂直于光波導板的側面的全反射而被傳播到板上。在主表面之一上的耦合輸出層使得光照射到外面。
另外也已經知道，在光波導板中提供多個空腔，每個空腔包含光源。每個空腔具有面向光波導板的光發(fā)射表面的上側和側壁。每個空腔的上側被覆蓋以一個反射層，這樣，由空腔中存在的光源生成的光到光波導板的耦合僅僅通過空腔的側壁發(fā)生(空腔照明安排)。替換地，可以使用只在平行于光波導板的光發(fā)射表面的方向上輻射光的光源。每個單獨光源在發(fā)光體的光發(fā)射表面上的相當均勻的混合和分布可以用這樣的安排來達到，因此可以得到均勻的照射。
最后，所謂的直接照明裝置是已知的，其中各單個光源被插入到公共的外罩中，它的側壁由強反射的材料制造或被覆蓋以這樣的材料，而外罩的上側則被覆蓋以漫射層，這樣，來自光源的光以相當均勻的方式離開發(fā)光體的漫射層(光發(fā)射表面)。
這些裝置每個具有它們各種不同的優(yōu)點和缺點。
因此，光可以在上面提到的側照明裝置中光波導板上均勻地和沒有擾動地傳播，這樣，光本身在光發(fā)射表面上也相當均勻地分布，但發(fā)光體的可達到的亮度是有限的，因為沿光波導板的邊緣只能容納有限數目的光源。在空腔照明和直接照明裝置中，相反地，相對于發(fā)光體的表面區(qū)域實際上可以使用非常大量的光源，但這里必須有專門的措施以確保所達到的發(fā)光強度伴隨著光發(fā)射表面上足夠高的或想要的均勻度。
因此，本發(fā)明的目的是提供在開頭段落中提到的那種發(fā)光體，通過它可以達到光發(fā)射表面的特別均勻的亮度并與相當高的發(fā)光強度相結合。
而且，可以提供在開頭段落中提到的那種發(fā)光體，它能夠只用小的結構深度就可達到光發(fā)射表面的非常均勻的照明。
最后，可以提供在開頭段落中提到的那種發(fā)光體，其中各個光源在發(fā)光體的光發(fā)射表面上是不可辨別的，或只能在非常低的程度上辨別，特別是在發(fā)光體只具有小的結構深度的情形下。
按照權利要求1，該目的是藉助于一個發(fā)光體而達到的，它包括具有光發(fā)射表面的外罩和被安排在外罩中的多個光源，其中外罩包括至少一個具有第一光散射能力的第一光媒體，該光源的光被耦合到該媒體中，還包括至少一個具有第二光散射能力的第二光媒體，其中在第二光媒體中傳播的光至少基本上從第一光媒體被耦合到其中，以及其中至少一個媒體的散射能力是為了影響外殼中的光流而被選擇成使得光發(fā)射表面上的光達到預定的亮度分布。
這個解決方案的具體的優(yōu)點在于，光散射媒體能夠幾乎完全補償由光源(或由在用于容納光源的光波導板中提供的空腔)造成的在外殼中傳播的擾動(這將導致在通常被遮蔽的光源上面的光發(fā)射表面上更暗的區(qū)域)，這樣，光以更均勻得多的強度分布到達光發(fā)射表面。
這個解決方案的原理因此不在于，如現(xiàn)有技術那樣，使從光源直接發(fā)出的光均勻化，而在于在光源(或空腔)的區(qū)域中的光波導板上擾動的或減小的光流可以通過來自相關的區(qū)域的增強的光耦合輸出而得到補償。
這對于具有小的結構深度的發(fā)光體是特別有利的，因為在這里特別難于將從光源直接發(fā)出的光均勻化。
而且，對光發(fā)射表面或耦合輸出層的有關它們光散射特性所提出的要求由此也可以大大地減少。
光發(fā)射表面或耦合輸出層因此可以基本上唯一地用于生成發(fā)光強度的所需分布或調制(例如，具有較亮和較暗的區(qū)域)。
總之，所以，按照本發(fā)明的解決方案組合了以上提到的側面照明裝置關于在光發(fā)射表面上光的分布的均勻度的優(yōu)點與空腔照明和直接照明裝置關于可達到高的發(fā)光強度的優(yōu)點，而不必接受它們的相應的主要缺點。
所使用的光源可以是基本上點狀的和線狀的光源，或這兩種光源的混合，諸如，具體地，LED和/或熒光燈。
以上提到的優(yōu)點是它們本身形成的，特別是當使用彩色光源(例如彩色LED)時，因為所需顏色或混合色可以在高度的一致性和均勻性下生成。
從屬權利要求涉及本發(fā)明的有利的另外的實施例。
權利要求2的實施例給出特別高的確信度，光將唯一地從第一光媒體而不是從一個光源被耦合到第二光媒體。由此，可特別地達到在光發(fā)射表面上即使是以僅僅稍微更亮的區(qū)域的形式，光源也變?yōu)椴豢勺R別的。
利用權利要求3，5和7的實施例，有可能也提高發(fā)光體的效率。
權利要求4，6和7的實施例還提供在光發(fā)射表面上的光分布的進一步的改進。
權利要求8到10的第二光媒體的實施例使得與散射能力有關的光發(fā)射表面上均勻的光分布有可能非常精確的優(yōu)化，或替換地，所希望的可能的非均勻光分布的精確的優(yōu)化。
通過參照附圖給出的以下的優(yōu)選實施例的說明，將明白本發(fā)明的另外的細節(jié)、特性和優(yōu)點，其中

圖1是按照本發(fā)明的發(fā)光體的示意性截面圖；以及圖2是圖1所示的發(fā)光體的示意性平面圖。
圖1是按照本發(fā)明的基本上平的或平面光源形式的發(fā)光體的示意性截面圖。
發(fā)光體包括外罩10，該外罩壁優(yōu)選地覆蓋以強漫反射的材料。
在外殼10內有光波導板1，它形成具有第一光散射能力的第一光媒體。光波導板例如由耐熱有機玻璃制成，以及具有例如約10到15毫米的深度(厚度)以及與發(fā)光體相對應的所需尺寸的長度和寬度。如不用光波導板1，則第一光媒體替換地可以是空氣或某種其它氣體。
光從光發(fā)射表面4上發(fā)出，光發(fā)射表面具有散射耦合輸出層并在外殼的頂面處封閉外殼10。
在光波導板1的面對頂面的底面(后壁7)與外罩10的底面之間，優(yōu)選地存在空氣隙，使得光在這里全反射。
多個光源2被嵌在后壁7中。光源2被緊固在后壁7上并且以通常的方式接觸。光源2或者在所有的方向上輻射光，或者它們被構建成使得它們基本上只在橫向方向輻射，即平行于光發(fā)射表面4或光波導板1。
光源2或者基本上是點狀的，優(yōu)選地形成發(fā)光二極管(LED)，它們是已知的和可以以例如1和5瓦的額定的電功率使用并有藍色、綠色、紅色與白色。替換地或另外也可以使用線狀光源。
在光波導板1中提供多個用于容納光源2的空腔8。
正如從圖1進一步看到的，在各個空腔8與光發(fā)射表面4之間的空間中存在具有第二光散射能力的第二光媒體5，它優(yōu)選地具有高于第一光媒體1的第一散射能力。
第二光媒體5由一種能對投射到其上的光漫反射的材料制成。第二光媒體的材料和尺度被安排和被選擇成使它們在它們的散射能力方面，提供對光波導板1上的光流的減小的補償，這種減小是由面向它們安排的各個空腔8造成的，即它們增加在相應的空腔8的上面的區(qū)域中在光發(fā)射表面4上的光的入射，這樣，這個光的入射相應于在其它區(qū)域的光的入射，由此達到光發(fā)射表面4上均勻的亮度分布。
所以，如圖1所示，可以使用相當小尺寸的相當強的散射的第二光媒體5，或相當大尺寸的相當弱的散射(但比起第一光媒體1仍舊是更強的散射)的第二光媒體5。
第二光媒體5優(yōu)選地在面對光發(fā)射表面4的每個空腔8的整個表面上延伸，如圖1所示。
第二光媒體5可以實現(xiàn)光散射的特性，因為它們包括散射粒子的彌散，這種粒子是例如具有與媒體5的其余的材料的折射率不同折射率的中空的小珠。
對于光波導板和它的空腔的給定的尺度，第二光媒體5的散射特性可以以相當簡單的方式通過適當地選擇粒子的尺寸和制造它們的材料(即它們的折射率和在第二光媒體5中它們的數目或密度)而被最佳化，這樣，可達到在光發(fā)射表面4上發(fā)光強度的想要的分布(均勻的或其它的)。
而且，光散射的第二光媒體5也可以通過激光蝕刻被創(chuàng)建，其中至少一個激光束的焦點以給定的方式改變第二光媒體5在某些位置處的材料，使得能以想要的方式產生它的散射特性。
來自容納光源2的空腔8的光的耦合輸出可以藉助于這些第二光媒體5被大大地增加，正如上面指出的，這樣，通過空腔8的光流的減小得以補償。
按照以上的討論對第二光媒體5作出適當的選擇后，通常用于使光分布均勻化的光發(fā)射表面4或耦合輸出層的調制可大大地減小或甚至被忽略，這也使得有可能降低發(fā)光體的制造成本。
另一方面，給定的(非均勻的)光分布現(xiàn)在可以以簡單得多方式通過光發(fā)射表面4或耦合輸出層的調制而被生成。
可以類似地通過適當地選擇第二光媒體5的光的散射特性而達到使得空腔8的一些區(qū)域(即光源2的區(qū)域)在光發(fā)射表面4上比起它們的周圍部分顯得更亮。替換地，這些區(qū)域也可以被做成呈現(xiàn)更暗，例如如果第二光媒體5的散射能力低于第一光媒體1的散射能力的話。
另一個替換例是單獨的或所有的第二光媒體5的光散射特性由電的方式控制，從而以這樣的方式達到某些照明效果。例如，用戶可以以這種方式在一個均勻的發(fā)光表面與一個具有被集成在其中的亮的虛線或圓圈的弱的發(fā)光表面這兩者之間切換。
面向(相對)光發(fā)射表面4的空腔8的那些表面的每個具有反射層3，其尺寸被確定成使得從光源2發(fā)出的光不能直接射到第二光媒體5，而是從層3反射回到空腔8和第一光媒體1(光波導板)，并由這里進入第二光媒體5。
層3優(yōu)選地不單在面向光源2的側面上而且也在其它側面上反射，從而進一步改進光流。層3也可以直接設置在第二光媒體5上。
發(fā)光體的光發(fā)射表面4由漫散射板(漫射板)形成，例如其透射率優(yōu)選地低于50％的半透明板，但也可以是局部可變的，以便達到生成的光的給定的亮度分布。
圖2是這樣的發(fā)光體的平面圖，其中光發(fā)射表面4或耦合輸出層已被去除，以使得光源的裝置(在這種情形下是第二光媒體5)是可見的。
正如從這個圖可以看到的，光源以規(guī)則的方式設置在后壁7上，在它們之間的間隔優(yōu)選地在約1與5厘米之間，如果使用上面提到的LED的話。
對于這種安排有可能在小的結構深度(即，在后壁7與光發(fā)射表面4之間的距離)，例如10到15毫米，和各個光源2的相當大的間隔，例如1到5厘米的情形下實現(xiàn)在光發(fā)射表面4上具有非常高的均勻度的平面輻射器。實驗表明，可以毫無問題地達到在光發(fā)射表面4上遠小于10％的光的平均強度偏差。具體地，在各個LED之間的距離可以大約是發(fā)光體的結構深度的2.5到5倍。
在氣體被用作為第一光媒體的情況下，即每次都有寬的入射角的情形下，來自空腔8的光的側面發(fā)射使得所發(fā)射的光主要在后壁7的上部側面和光發(fā)射表面4的下部側面被反射，這樣，出現(xiàn)特別低的反射損耗，并且在這種情形下由第二光媒體5達到在光發(fā)射表面4上的高的均勻度和發(fā)光體的高效率。
實驗表明，用市面上買到的LED可以達到高達20000cd/m2的發(fā)光體的亮度值。當使用已知的具有1瓦額定電功率的白色LED時，這些亮度值約為4000cd/m2。
這使得有可能毫無問題地滿足對于用于內部照明的發(fā)光瓦片(light tile)的通常的要求，即處在約800與3000cd/m2之間。這即使對于通常需要5000到15000cd/m2的LCD圖像屏幕的背光中的應用或對于光照療法應用也是如此。
按照本發(fā)明的發(fā)光體可以基本上按需要來定尺寸，即，可以實現(xiàn)基本上任何尺寸的發(fā)光表面。在各個單獨光源之間的強度差值通過良好的側向光分布而被平均。在給定不同的顏色的光源--例如紅色、綠色、藍色或白色光--的規(guī)則安排后，也可以達到控制得非常好的顏色混合。
如果使用藍色光的光源，則光發(fā)射表面4可以配備有把藍色光部分地變換成較長波長的光的彩色變換的熒光物質。
幾乎任何顏色的光源可以以這種方式來實現(xiàn)，而不必把用于彩色轉換的熒光物質引入到光源中，特別是引入到LED。因此也可以避免壽命和效率問題，特別是在高負荷的LED。
另外，光的顏色可以通過簡單地變換光發(fā)射表面4而被改變。
發(fā)光體的空間輻射特性基本上由光發(fā)射表面4的形狀和梯度所規(guī)定，并且通常具有Lambert型的特性。
光發(fā)射表面4也可以涂敷以光薄膜，它只在給定的角度區(qū)域內發(fā)射光而在另一個角度區(qū)域中反射光，這樣，可以實現(xiàn)具有不同的輻射特性的平面光源，以便，例如用于某些應用(桌面照明)。沒有被發(fā)射的光不損失，而是被反射回發(fā)光體。
最后，可以通過(順序)接通和關斷例如在LCD-TV顯示器中使用的各個LED組或條，而實現(xiàn)運動的背景照明效果。
權利要求
1.一種發(fā)光體，包括具有光發(fā)射表面(4)的外罩(10)和被安排在外罩(10)中的多個光源(2)，其中外罩(10)包括至少一個具有第一光散射能力的第一光媒體(1)，所述光源(2)的光就被耦合到該媒體中，還包括至少一個具有第二光散射能力的第二光媒體(5)，使得在第二光媒體(5)中傳播的光至少基本上從第一光媒體(1)被耦合到其中，以及其中至少一個媒體的散射能力是為了影響外殼(10)中的光流而被選擇成使得光發(fā)射表面(4)上光達到預定的亮度分布。
2.如在權利要求1中要求的發(fā)光體，具有至少一個層(3)，利用它使第二光媒體(5)至少基本上遮蔽掉從光源(2)發(fā)出的光的直接入射。
3.如在權利要求2中要求的發(fā)光體，其中層(3)是在兩面都反射的一個層。
4.如在權利要求1中要求的發(fā)光體，其中第二光媒體(5)被引入到在至少一個光源(2)與光發(fā)射表面(4)之間的區(qū)域。
5.如在權利要求1中要求的發(fā)光體，其中第一光媒體是光波導板(1)，以及光源(2)被安排在所述光波導板(1)的至少一個空腔(8)中。
6.如在權利要求5中要求的發(fā)光體，其中第二光媒體(5)的散射能力被選擇成使得它至少基本上補償由在第一光媒體(1)中提供的至少一個空腔(8)所造成的在第一光媒體(1)中的光流的減小。
7.如在權利要求5中要求的發(fā)光體，其中第二光媒體(5)被引入到在至少一個空腔(8)與光發(fā)射表面(4)之間的至少一個區(qū)域。
8.如在權利要求1中要求的發(fā)光體，其中第二光媒體(5)包括光散射粒子。
9.如在權利要求8中要求的發(fā)光體，其中光散射粒子是具有與周圍的材料的光折射率不同的光折射率的小珠。
10.如在權利要求8中要求的發(fā)光體，其中光散射粒子是由至少一個激光束的作用造成的材料改變所建立的區(qū)域。
全文摘要
描述了特別地具有用于一般照明或用于顯示器的背光的平面照明器件形式的發(fā)光體，該發(fā)光體包括多個光源(2)，例如LED單元，它們被安排在外罩(10)中，具體地在光波導板(1)中。光波導板(1)形成具有第一光散射功率的第一光媒體(1)，光源(2)的光就被耦合到該媒體中。此外，提供了至少一個具有第二光散射功率的第二光媒體(5)，使得在第二光媒體(5)中傳播的光至少基本上從第一光媒體(1)被耦合到其中，以及至少一個媒體的散射功率為了影響外罩(10)中的光流而被選擇成使得光發(fā)射表面(4)上光達到給定的亮度分布。
文檔編號F21V8/00GK1918494SQ200580004595
公開日2007年2月21日 申請日期2005年1月27日 優(yōu)先權日2004年2月11日
發(fā)明者H·格賴納 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司