專利名稱：光輸出器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光輸出器件、具體地但是并非唯一地使用與透明襯底結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)的離散 光源。
背景技術(shù)：
這一類發(fā)光器件的一個(gè)已知例子是所謂的“玻璃內(nèi)LED”器件。在圖1中示出了例 子。通常使用玻璃板，該玻璃板具有形成電極的透明傳導(dǎo)涂層(例如IT0)。將傳導(dǎo)涂層圖 案化以便制成連接到半導(dǎo)體LED器件的電極。通過層壓玻璃來完成組裝，其中LED在熱塑 層(例如聚乙烯醇縮丁醛，PVB)以內(nèi)。這一類器件的應(yīng)用是擱架、陳列櫥、裝飾面、辦公隔間、壁包層和裝飾發(fā)光。發(fā)光器 件可以用于照明其他物體、用于顯示圖像或者簡單地用于裝飾目的。這一類器件的一個(gè)問題在于半導(dǎo)體LED為點(diǎn)源。因而，LED表現(xiàn)為亮光點(diǎn)(這并 非總是優(yōu)選的)并且未給出均勻照明。器件在它未被照明時(shí)透明，并且這是需要的特征。已經(jīng)提出在結(jié)構(gòu)內(nèi)提供散射功 能，從而使點(diǎn)源照明擴(kuò)散。然而，這影響結(jié)構(gòu)在非照明狀態(tài)下的透明度，這是不合需要的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種光輸出器件，該器件包括至少一個(gè)光源，具有至少包括光輸出的光源輸出；以及可切換構(gòu)件，通過可切換構(gòu)件提供光輸出，并且可切換構(gòu)件在至少兩個(gè)光學(xué)狀態(tài) 之間可切換，其中至少兩個(gè)光學(xué)狀態(tài)提供光輸出的不同均勻度水平，其中光源輸出引起可切換構(gòu)件的切換。本發(fā)明因此提供如下布置，其中使用可切換構(gòu)件例如可切換層，并且其中光均勻 度和與光源的鄰近度有關(guān)。具體而言，光源輸出控制/引起切換，即無需任何直接的電控制 系統(tǒng)。優(yōu)選地，通過引入不同水平的光散射來提供不同均勻度水平，從而使用可切換散 射層，以及其中散射的量和與光源的鄰近度有關(guān)。具體而言，光源輸出控制切換，即無需任 何直接的電控制系統(tǒng)。該器件可以包括在其間提供光源的第一和第二襯底；以及在第一與第二襯底布 置之間提供的且至少包括半透明電極的電極布置。至少一個(gè)光源由電極電驅(qū)動(dòng)。當(dāng)LED用 作光源時(shí)，這限定所謂的玻璃內(nèi)LED器件。對(duì)于玻璃內(nèi)LED，該系統(tǒng)在應(yīng)用于整個(gè)玻璃板時(shí)保持透明。當(dāng)LED接通時(shí)，僅在LED 附近局部地引入散射。可切換層可以包含水凝膠。所選水凝膠可以在加熱至某一溫度時(shí)發(fā)生散射。由于 熱在光源附近最高，所以水凝膠僅在光源的附近散射。水凝膠可以具有范圍為25V至50°C的轉(zhuǎn)變溫度。如果水凝膠的本征轉(zhuǎn)變溫度并
3非所需，則水凝膠可以與用于增加轉(zhuǎn)變溫度的親水單體或者與用于降低轉(zhuǎn)變溫度的疏水單 體共聚。在一個(gè)例子中，水凝膠包含N-異丙基丙烯酰胺和光引發(fā)劑。例如，水凝膠可以包含9. 9重量％的N-異丙基丙烯酰胺；0. 1重量％的二乙二醇雙丙烯酸酯；1重量％的Irgacure 2959光引發(fā)劑；以及89重量％的去離子水。因此可以借助光源輸出的熱來控制可切換層的切換。然而，本發(fā)明可以應(yīng)用于如 下布置，其中材料對(duì)光輸出有光學(xué)響應(yīng)而不是熱響應(yīng)。也可以使用其他激勵(lì)方法，例如對(duì)特 定波長有響應(yīng)的材料。該器件可以包括光源的陣列，其中陣列的各光源關(guān)聯(lián)于并且控制可切換層的局部 部分。各光源可以包括離散LED器件或者LED器件組。可切換層進(jìn)行的散射增加了光的均勻度水平。因此，光的更高均勻度水平理解為 意味著在給定區(qū)域上的更均勻光輸出。本發(fā)明還提供一種提供光輸出的方法，該方法包括從至少一個(gè)光源生成光源輸出，該光源輸出至少包括光輸出；通過在至少兩個(gè)光學(xué)狀態(tài)之間可切換的可切換構(gòu)件提供光輸出，其中至少兩個(gè)光 學(xué)狀態(tài)提供光輸出的不同均勻度水平；以及通過光源輸出來引起可切換構(gòu)件的切換。注意本發(fā)明涉及權(quán)利要求中記載的特征的所有可能組合。


現(xiàn)在將參照附圖具體描述本發(fā)明的例子，附圖中
圖1示出了已知玻璃內(nèi)LED照明器件；圖2示出了圖1的器件結(jié)構(gòu)的例子；圖3示意地示出了本發(fā)明的基本概念；圖4示出了本發(fā)明的光輸出器件的第一例子；圖5a和圖5b示出了 p-NIPAAm水凝膠如何隨溫度改變特性；圖6示出了可以如何調(diào)節(jié)圖4的器件中所用切換層的切換特性；以及圖7示出了本發(fā)明的光輸出器件的第二例子。相同參考標(biāo)號(hào)用來通篇表示相同部分。
具體實(shí)施例方式圖2示出了已知玻璃內(nèi)LED結(jié)構(gòu)。光輸出器件包括玻璃板1和2。在玻璃板之間 是(半)透明電極3a和3b (例如使用IT0或者細(xì)導(dǎo)線來形成)以及連接到透明電極3a和 3b的LED 4。在玻璃板1與2之間提供熱塑材料層5 (例如PVB或者UV樹脂)。在使用透明電極時(shí)，它們不為觀察者所見，并且它們不向光輸出引入非均勻度。電極優(yōu)選為基本上透明的，這意味著它們在器件的正常使用中不易為觀察者所察
4覺。如果導(dǎo)體布置不引入光透射的明顯變化(例如因?yàn)樗幢粓D案化，或者因?yàn)閳D案不可 見)，則大于或者等于50%的透明度可以足以讓系統(tǒng)表現(xiàn)得透明。更優(yōu)選地，透明度大于 70%、更優(yōu)選為90%、并且甚至更優(yōu)選為99%。如果導(dǎo)體布置被圖案化(例如由于使用細(xì) 線)，則透明度優(yōu)選為大于80%、更優(yōu)選為90%、但是最優(yōu)選為大于99%。電極可以由透明材料諸如IT0制成，或者它們可以由不透明材料例如銅制成、但 是充分地細(xì)使得它們在正常使用時(shí)不可見。在US5 218 351中公開了適當(dāng)材料的例子。特別有用的不透明傳導(dǎo)材料可以是使用絲網(wǎng)印刷或者噴墨印刷來沉積的傳導(dǎo)墨， 因?yàn)檫@允許以成本有效方式沉積導(dǎo)體布置。玻璃板通?？梢跃哂?. lmm-2. 1mm的厚度。電極之間的間距通常為0. 01mm-3mm, 例如約為0. 15mm。熱塑層具有0. 5mm-2mm的厚度，而電極的電阻范圍為1-80歐姆、或者 1-50歐姆、或者更優(yōu)選為2-20歐姆或者10-30歐姆/平方。本發(fā)明提供一種光輸出器件，其中通過在(至少)兩個(gè)光學(xué)狀態(tài)之間可切換的可 切換構(gòu)件提供光輸出，其中至少兩個(gè)光學(xué)狀態(tài)提供光輸出的不同均勻度水平。例如，可以通 過引入不同水平的光散射來提供不同均勻度水平。這些狀態(tài)之一可以是基本上透明狀態(tài)， 并且一個(gè)可以是其中使光輸出更擴(kuò)散的散射狀態(tài)。這可以在大量應(yīng)用中使用，例如用來將 由LED提供的點(diǎn)源照明在更大區(qū)域上轉(zhuǎn)換成更均勻光輸出?？汕袚Q構(gòu)件的切換由光源輸出 引起/控制。這意味著單獨(dú)導(dǎo)體圖案不是可切換構(gòu)件所必需的，因?yàn)樗鼘?duì)例如來自光源本 身的熱或者光學(xué)刺激做出響應(yīng)。圖3示出了本發(fā)明的基本原理，并且示出了與可切換層6相鄰的LED形式的光源 4。在光輸出路徑中提供散射層6，并且如圖3中示意地所示，切換響應(yīng)(由不同灰色陰影代 表)依賴于與光源4的距離。層6的切換是局部效果，并且它歸因于在光源輸出與層6的 材料之間的熱或者光學(xué)互作用。下文討論適當(dāng)材料。圖4示出了本發(fā)明應(yīng)用于圖2中所示結(jié)構(gòu)類型的第一例子。除了圖2中所示層之外，還在襯底1、2的外側(cè)上示出了兩個(gè)可切換散射層6a和 6b。當(dāng)LED 4接通時(shí)，可切換散射層取決于在LED 4與散射層的部分之間的距離而發(fā) 生散射。優(yōu)選地，層6在它接近LED時(shí)發(fā)生散射，從而由LED發(fā)射的光由于層6 (該層對(duì)由 LED產(chǎn)生的光或者熱做出響應(yīng))中的散射而分布于更大區(qū)域上。散射層在LED以上和以下 的使用使光分布更均勻。圖4的結(jié)構(gòu)可以用于個(gè)別光源，或者它可以用于圖1中所示類型的光源陣列。本發(fā)明的布置使器件能夠在關(guān)斷時(shí)保持基本上透明，而且還使發(fā)光能夠變得更均 勻。通過使用散射效率有變化的擴(kuò)散器來有效提高光強(qiáng)度分布的均勻度，選擇散射的量在 與LED的位置直接相對(duì)處比在與LED距離更遠(yuǎn)處更大。本發(fā)明的布置將散射效果局限于與LED的位置直接相對(duì)處而無需電控制機(jī)制以 實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，并且該效果也將在LED關(guān)斷時(shí)自動(dòng)停止。在一個(gè)特別有利的實(shí)施例中，層6a、6b對(duì)由LED 4生成的熱做出響應(yīng)。由于熱基本 上位于LED周圍的區(qū)域中，層6a、6b將準(zhǔn)確地在它優(yōu)選散射的位置發(fā)生散射。同時(shí)，當(dāng)LED 關(guān)斷時(shí)，玻璃襯底將冷卻而散射效果將消失，從而使系統(tǒng)再次透明。散射材料可以包括熱響應(yīng)水凝膠。
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對(duì)溫度有響應(yīng)的聚合物的例子是聚(N-異丙基丙烯酰胺)，該聚合物在32°C在水 中經(jīng)歷急劇的線團(tuán)-球粒轉(zhuǎn)變(coil-globuletransition)，從而從該溫度以下的親水狀態(tài) 改變成該溫度以上的疏水狀態(tài)。從線團(tuán)結(jié)構(gòu)到球粒結(jié)構(gòu)的相轉(zhuǎn)變歸因于熵增益，因?yàn)榕c側(cè) 鏈異丙基部分關(guān)聯(lián)的水分子隨著溫度增加超過臨界點(diǎn)而釋放成體水相。出現(xiàn)這一點(diǎn)時(shí)的溫 度(低臨界溶解溫度或者LCST)對(duì)應(yīng)于相圖中的如下區(qū)域，其中氫鍵合到聚合物鏈的水的 熱函貢獻(xiàn)變得少于系統(tǒng)的熵增益。LCST主要依賴于組成單體單元的氫鍵合能力。因而，可以按照親水或者疏水共聚 用單體含量的變化隨需“調(diào)節(jié)”給定聚合物的LCST。當(dāng)對(duì)刺激有響應(yīng)的聚合物交聯(lián)時(shí)，可以獲得對(duì)刺激有響應(yīng)的水凝膠。聚合物水凝 膠是含水、但是水不可溶的聚合物，該聚合物的分子在化學(xué)上(通過共價(jià)或離子鍵)或者在 物理上(通過聚合物鏈中的纏結(jié))鏈接成三維網(wǎng)絡(luò)。借助插入的親水聚合物成分，它們在水 中膨脹成廣泛體積生長，而不失其材料的共作用。因此如果溫度在其轉(zhuǎn)變態(tài)以下則PNIPAAm 的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在水環(huán)境中膨脹，而在該溫度以上則網(wǎng)絡(luò)將收縮。該響應(yīng)改變凝膠的光學(xué)性質(zhì) 圖5a示出了在LCST以下的水凝膠，而圖5b示出了在LCST以上的水凝膠。在LCST以上， 水從聚合物鏈分離，并且小水滴形成于凝膠以內(nèi)。聚合物中分散的水滴的該隨機(jī)結(jié)構(gòu)(以具有不同折射率的兩相)散射入射光。基于聚-N-異丙基丙烯酰胺(p-NIPAAm)的適當(dāng)水凝膠的第一例子可以由包含以 下內(nèi)容的單體混合物制成9. 9重量％的N-異丙基丙烯酰胺0. 1重量％的二乙二醇雙丙烯酸酯1重量％的Irgacure 2959光引發(fā)劑89重量％的去離子水可以在由間隙約為1mm的兩個(gè)玻璃襯底制成的單元中引入該混合物。水凝膠暴露 于UV光(例如3mW/cm2、15分鐘)以聚合水凝膠。為了有助于熱傳送并且提供充分光學(xué)耦 合，硅油可以用來將離散LED器件耦合到襯底布置。該水凝膠具有約為32°C的轉(zhuǎn)變溫度。如上文說明的那樣，可以通過將N-異丙基丙 烯酰胺單體與親水單體(轉(zhuǎn)變溫度然后上升)或者與疏水單體(轉(zhuǎn)變溫度然后下降)共聚 來改變該轉(zhuǎn)變溫度。為了減少可切換散射層的濁度，可以將單元間隙減少例如至例如0. 1 y m。上述布置已經(jīng)加以測試并且表明水凝膠層在LED接通之前清澈。LED器件然后僅 作為另外透明襯底布置內(nèi)的離散元件而可見。當(dāng)LED接通時(shí)，水凝膠層變暖并且開始散射 光，從而使光輸出在圍繞LED的圓內(nèi)均勻。在關(guān)斷LED之后，該層冷卻并且再次清澈?？汕袚Q層也可以對(duì)依賴于與LED的距離的其他效果做出響應(yīng)。例如，層6a、6b可以對(duì)局部光強(qiáng)做出響應(yīng)，這可以使用包括非線性光學(xué)材料(其折 射率依賴于局部光強(qiáng))粒子的凝膠來實(shí)現(xiàn)。另一例子是使用光色材料。玻璃可以通過嵌入微晶鹵化銀(通常為氯化銀)或者 分子來實(shí)現(xiàn)所需光色性質(zhì)。作為又一例子，層6a、6b可以對(duì)通過LED的脈寬調(diào)制來生成的電磁無線電波做出 響應(yīng)。一個(gè)例子是可以對(duì)由無線電波感應(yīng)的電荷做出響應(yīng)的電致變色材料。
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上文概述的水凝膠具有約32°C的轉(zhuǎn)變溫度。如上文提到的那樣，可以通過將N-異 丙基丙烯酰胺單體與親水或者疏水單體共聚來改變該轉(zhuǎn)變溫度。圖6示出了上文概括的組成的水凝膠的光透射率，其中水凝膠已經(jīng)與各種數(shù)量 (如圖所示范圍從2%到9% )的聚_(乙二醇)丙烯酸脂(PEGA)混合。凝膠開始散射的溫 度在增加水凝膠混合物中的PEGA單體的量時(shí)變得更高。作為替代材料，在水中溶解非交聯(lián)溫度響應(yīng)聚合物(單聚合物鏈)。一個(gè)例子是水 中的1-10%的聚-(N-異丙基丙烯酰胺)。增加聚合物的量使散射的量增加。這一方法的 優(yōu)點(diǎn)在于液體可以通過對(duì)流流向LED或者遠(yuǎn)離LED，從而有助于冷卻LED。此外，散射效果 可以更明顯，因?yàn)榭梢詮腖ED更好地送走熱并且因?yàn)樯⑸淞Ｗ涌梢詮腖ED傳播開。本發(fā)明對(duì)于LED光源具有特別益處，因?yàn)檫@些光源具有點(diǎn)源光輸出。然而，本發(fā)明 可以應(yīng)用于其他類型的光源。舉例而言，圖7示出了本發(fā)明應(yīng)用于白熾燈。該燈具有雙壁 玻璃結(jié)構(gòu)，而可切換材料(水凝膠)嵌入于玻璃壁之間。當(dāng)燈關(guān)斷時(shí)，它將清澈，并且內(nèi)部 結(jié)構(gòu)可見。然而，當(dāng)燈接通時(shí)，響應(yīng)材料切換到散射狀態(tài)，從而使光輸出更均勻。這一實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于燈在關(guān)斷時(shí)看上去有吸引力，但是它在接通時(shí)仍有均勻輸 出o在上例中，示出了單個(gè)LED。然而，LED可以成LED組?？汕袚Q水凝膠層可以定位成更接近LED，例如LED之上和頂玻璃板之下，以提高器 件的抗劃傷性。取而代之，額外玻璃板可以應(yīng)用于圖4中所示堆疊物外側(cè)上。上文已經(jīng)給出水凝膠的僅一個(gè)例子。然而，存在以所需方式做出響應(yīng)的水凝膠的 許多其他例子。水凝膠材料可以基于選自以下的熱響應(yīng)單體N-異丙基丙烯酰胺、二乙基丙烯酰胺(二甲基丙烯酰胺)、羧基異丙基丙烯酰胺、 羥甲基丙基甲基丙烯酰胺、丙烯?；榛哙骸-乙烯基己內(nèi)酰胺；及其與從包括以下內(nèi)容的親水單體組中選擇的單體的共聚物羥乙基(甲基)丙 烯酸酯、(甲基)丙烯酸、丙烯酰胺、聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯、N-乙烯基吡咯烷酮、二甲 氨基丙基甲基丙烯酰胺、二甲氨基乙基丙烯酸酯、N-羥甲基丙烯酰胺或者其混合物；和/或與從包括以下內(nèi)容的疏水單體組中選擇的單體的共聚(異)丁基(甲基) 丙烯酸酯、甲基甲基丙烯酸酯、異冰片基(甲基)丙烯酸脂、縮水甘油基甲基丙烯酸脂或者 其混合物。這些共聚物已知為熱響應(yīng)的，因此可以用于本發(fā)明內(nèi)的廣泛應(yīng)用。各種其他可能性在如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明各種方面的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚各種其他修改。
權(quán)利要求
一種光輸出器件，包括至少一個(gè)光源(4)，具有至少包括光輸出的光源輸出；以及可切換構(gòu)件(6a，6b)，通過所述可切換構(gòu)件提供所述光輸出，并且所述可切換構(gòu)件在至少兩個(gè)光學(xué)狀態(tài)之間可切換，其中所述至少兩個(gè)光學(xué)狀態(tài)提供所述光輸出的不同均勻度水平，其中所述光源輸出引起所述可切換構(gòu)件的切換。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中通過引入不同水平的光散射來提供所述不同均勻度 水平。
3.如權(quán)利要求1或者2所述的器件，其中所述光源通過襯底(1，2)提供光輸出。
4.如任一前述權(quán)利要求所述的器件，包括在其間提供所述光源的第一和第二襯底(1，2)；以及在所述第一與第二襯底布置之間提供的且至少包括半透明電極的電極布置(3a，3b)， 其中所述至少一個(gè)光源(4)由所述電極電驅(qū)動(dòng)。
5.如任一前述權(quán)利要求所述的器件，其中所述可切換構(gòu)件(6a，6b)包含水凝膠。
6.如權(quán)利要求5所述的器件，其中所述水凝膠具有范圍為25°C至50°C的轉(zhuǎn)變溫度。
7.如權(quán)利要求5所述的器件，其中所述水凝膠與用于增加所述轉(zhuǎn)變溫度的親水單體或 者與用于降低所述轉(zhuǎn)變溫度的疏水單體共聚。
8.如權(quán)利要求5所述的器件，其中所述水凝膠包含N-異丙基丙烯酰胺和光引發(fā)劑。
9.如權(quán)利要求8所述的器件，其中所述水凝膠包含9.9重量％的N-異丙基丙烯酰胺； . 0. 1重量％的二乙二醇雙丙烯酸酯；1重量％的Irgacure 2959光引發(fā)劑；以及89重量％的去離子水。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的器件，其中通過所述光源輸出的熱來控制所述可切換 構(gòu)件的切換。
11.如任一前述權(quán)利要求所述的器件，包括光源(4)的陣列。
12.如權(quán)利要求11所述的器件，其中所述陣列的各光源關(guān)聯(lián)于并且控制所述可切換構(gòu) 件的局部部分。
13.如任一前述權(quán)利要求所述的器件，其中所述光源(4)包括LED器件。
14.如任一前述權(quán)利要求所述的器件，其中所述光源(4)包括LED器件組。
15.一種提供光輸出的方法，包括從至少一個(gè)光源(4)生成光源輸出，所述光源輸出至少包括光輸出；通過在至少兩個(gè)光學(xué)狀態(tài)之間可切換的可切換構(gòu)件(6a，6b)提供所述光輸出，其中所 述至少兩個(gè)光學(xué)狀態(tài)提供所述光輸出的不同均勻度水平；以及通過所述光源輸出來引起所述可切換構(gòu)件的切換。
全文摘要
一種光輸出器件包括至少一個(gè)光源，具有至少包括光輸出的光源輸出；以及可切換構(gòu)件，通過該可切換構(gòu)件提供光輸出，并且該可切換構(gòu)件在至少兩個(gè)光學(xué)狀態(tài)之間可切換。這些至少兩個(gè)光學(xué)狀態(tài)提供光輸出的不同均勻度水平。光源輸出引起可切換構(gòu)件的切換。
文檔編號(hào)F21V14/00GK101855591SQ200880115106
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2008年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者M·M·J·W·范赫佩恩, R·佩恩特曼 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司