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TW200538676A - Luminous body - Google Patents

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TW200538676A
TW200538676A TW094103840A TW94103840A TW200538676A TW 200538676 A TW200538676 A TW 200538676A TW 094103840 A TW094103840 A TW 094103840A TW 94103840 A TW94103840 A TW 94103840A TW 200538676 A TW200538676 A TW 200538676A
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TW094103840A
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Horst Greiner
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Koninkl Philips Electronics Nv
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Description

200538676 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種發光體,其特別之處在於係為一般 照明或是顯示器之背光用平面狀發光元件,該發光體包含 複數之光源,例如LED元件,其係配置在一外殼中,特別 地係為一光學波導板。 【先如技術】 發光體優先地利用一延伸涵蓋其之至少一表面的發光表 _ 面(外耦合(couPling-〇ut)層),用以達成在一平面中擴展的 平面發光元件。因而在發光體中可藉由點狀及線性光源產 生光線。特別地,可使用LED元件以及螢光燈。 按尺寸切割該等發光體之目的在於儘可能達到高效率, 亦即,發光體之反射損失最低,亦能夠儘可能均勻地將發 光強度分佈涵蓋該發光表面。 就達到該等目的而言’該等發光體之不同具體實施例, 特別是在-外殼中或是光學波導板處光源的不同配置方式 係為所熟知的。 因此’例如,所熟知地將光源沿著光學波導板之側壁配 置(側面發光配置),因此光線與波導板麵合,並於其中藉 I表面以及與光學波導板垂直的側表面全反射而傳 位在其中之一主要表面處的一外耦合層,致使光線照 再者,所熟知地在一光學 每一腔室包含一光源。每一 波導板中提供複數之腔室,該 腔室具有一面向光學波導板之 99167.doc 200538676 發光表面的上侧邊及侧壁。每—腔室之上側邊係覆以一反 射層,因此藉由存在於腔室中的光料人光學波導板所產 生之光耦合,係專有地通過腔室之侧壁而發生(腔室發光 配置)。可任擇地,所使用之光源係專有地在與光學波導 板之發光表面平行的-方向上發射光線。制該等配置, 涵蓋發光體之發光表面的每一個別光源之光線能夠相對地 均勻混合及分佈,並因而能夠達到均勻的照明。
最後’所熟知的所謂直接發光配置,其中個別的光源係 欺入於-共用外殼中,其之側壁係、以—高反射性材料製成 或是以該一材料塗佈,同時外殼之上侧係以一擴散層塗 佈’因此源自於光源的光線在㈣地均句的方式下離開發 光體之擴散層(發光表面)。 該等每一配置具有其之不同的優點及缺點。 因此’在光學波導板中以上述側面發光配置,光線能夠 均勻地並且無干擾地傳播,因此其本身亦能夠相對均勻地 分佈涵蓋發光表面,但可達到的發光體亮度係受限制,因 為沿著光學波導板之邊緣僅能容納受限數量的光源。於腔 室發光及直接發光配置中,相比之下,相關於發光體之表 面積甚至實質上能夠使用大量光源,但於此需要特別的測 量用於確保所能達到的發光強度,同時在發光表面上具有 足夠高的或為所需之均勻性。 【發明内容】 因此本毛月之目的在於提供於開頭段落中所提及類 型之-發光體’其能夠達到發光表面之特別均句照度,並 99167.doc 200538676 具相對高的發光強度。 再者,提供於開頭段落中所提及類型之一發光體,其能 夠達到發光表面之極為均勻照度,而其僅具有一小的結構 深度。 ° 最後,提供於開頭段落中所提及類型之一發光體,其中 在發光體之發光表面上,特別是在發光體僅具有小的結構 深度的狀況下,個別光源非為可識別的,或僅為極低的可 識別程度。 根據請求項1,藉由包含具有—發光表面的外殼及配置 在外殼中的複數光源的一發光體能夠達成發明之目的,其 中該外殼包含至少-具第一光學散射率的第一光學介質, 光源之光線與該介質耦合,以及至少一具第二光學散射率 的第二光學介質,其中在該第二光學介質中傳播的光線至 少實質上係自該第-光學介質於其中輕合,以及其中該至 少之-介質之散射率係以在外殼中影響光線流動的觀點加 以選擇纟使成夠達到涵蓋發光表面的一可預定的光線亮 度分佈。 此解決方案的一特別優點在於該光散射介質實質上能夠 完全地抵銷在外殼中因光源(或藉由配置在光學波導板中 用於容㈣源㈣等腔室)所造成之光線㈣干擾(其會導 致在發光表面之通常受遮蔽光源上方出現較暗區域),因 此光線抵㈣發光表面時實質上會具更為肖自㈣度分 佈。 因此此解决方案之原理並非為直接源自於光源的光線 99167.doc 200538676 係為均勻的,如先前技術,但能夠藉由增強來自於相關區 域的光線外耦合(coupling-out)而抵銷在光源(或腔室)之該 等區域的光學波導板中光線的干擾及流動降低。 此係為小結構深度之發光體所具有的特別優點,於此, 由於特別難以將直接自光源產生的光線均勻化。 再者,就其之光散射特性而言,從而亦能夠實質上降低 對於發光表面或是外耦合層之需求。 因此,該發光表面或外耦合層大體上能夠專一地用以產 生所需之發光強度的分佈或調制(例如具較亮及較暗區 域)。 大體說來,因此,本發明之解決方案結合了上述側面發 光配置針對在纟光表面上光線分佈的均勻性之優,點,以及 針對可達到高發光強度該腔室發光及直接發光配置的優 點,而並未承接該等發光配置的個別實質缺點。 所使用之光源大體上可為點狀或為線性光源,或為該二 光源類型之混合,諸如,特別係為LED及/或螢光燈。 特別是在使用彩色光源(例如彩色LED)時,可達其之上 述優點’因為能夠產生具有高均勾度的所需色彩或是混合 色彩。 依附項中請專㈣圍係與發明之有利的進—步具體實施 例有關。 請求項2之具體實施例對光線專一地自第一光學介質且 並非自其中之-光源與第二光學介質耦合給予特別高的確 定度。因此,特別地’即使在發光表面上僅為稍亮區域之 99167.doc 200538676 形式下仍可達到該等光源並未變成為可識別的。 請求項3、5及7之具體實施例亦能夠用以增加發光體之 效率。 請求項4、6及7之具體實施例亦能夠提供進一步改良涵 蓋發光表面之光線分佈性。 就涵蓋發光表面的一均勻、或是可任擇地也許所需地為 一非均勻光線分佈性而言,請求項8至1〇之第二光學介質 之具體實施例能夠提供一極為精確之最佳散射率。 【實施方式】 圖1係為本發明之一發光體的一概略橫截面視圖,該發 光體大體上為平坦或平面光源之形式。 發光體包含一外殼10,其之壁板較佳地以一高度擴散性 反射材料塗佈。 於外殼10内部,具有一光學波導板丨,其係構成為具有 一第一光學散射率的一第一光學介質。該光學波導板1, 例如’係以有機玻璃(plexiglas)製成,並且其之深度(厚 度),例如,約為10至15公厘以及長度和寬度係與發光體 之所需尺寸相配合。該第一光學介質可任擇地為空氣或是 一些其他氣體,以取代光學波導板1。 光線係於發光表面4處放射,該表面具有一散射外輕合 層並於外殼10之上側處將外殼1〇閉合。 在光學波導板1之與上側邊相對之下側邊(後壁7)與外殼 10的底部之間較佳地存有一氣隙,因此於該處光線係完全 地反射。 99167.doc -9- 200538676 複數之光源2係凹入於後壁7中。將該等光源2扣接至後 壁7並係以一通常方式接觸。該等光源2係以全方向性地發 光,抑或是其經建構大體上係僅於橫向發光,亦即,與發 光表面或光學波導板1平行。 光源2大體上係為點狀,較佳地構成為發光二極體 (LED),其係為所熟知且能夠使用,例如,額定電功率為工 及5W並具藍光、綠光、紅光及白光。可任擇地或除該點 狀光源之外’亦可使用線性光源。 在光學波導板1中配置複數之腔室8,用於容納光源2。 由圖1進纟地顯而易i,具有一第二光學散射率的一 第二光學介質5’其較佳地高於第-光學介質1之第一散射 率,該第二光學介質5係存在於個別腔室8與發光表面4之 間的空間中。 第二光學介質5係以一材料製成,以致於其上所入射之 光$擴散地反射。第:光學介質之材料及尺寸係經配置並 選定,由於其之散射率,以致能夠抵銷在光學波導板1之 光線w動中,因與其相對配置的個別腔室8造成的降低, 亦即,其增加位在個別腔室8上方的該等區域中在發光表 面4上的光線入射,以致此光線入射係與其他區域中的光 、、表入射相配合,藉此在發光表面4上可達成均勻或一致的 冗度分佈。 、如圖1中所示’因此,可使用尺寸相對為小而散射相對 為強:第^光學介質5, #或是尺寸相對應為大而散射相 為祕弱的第二光學介質5(但散射仍較第一光學介質i更 99167.doc 200538676 為強烈)。 如圖丄中所示,該第二光學介質5較佳地擴展涵蓋面向發 光表面4的每一腔室8之整個表面。 例如,可達成之該第二光學介質5之光散射特性,其中 其包括散佈的散射微粒’例如,諸如中空小球體(h〇u〇w globules) ’其之折射率係與介質5之其餘材料之折射率不 同。 利用一相對簡單的方法經由適當地選擇微粒之尺寸及其 製造所用之材料,亦即,其之折射率及於第二光學介質5 中其之數目或密度’能夠將第二光學介質5之光散射特性 最佳化成光學波導板及其之腔室的給定尺寸,因此可在發 光表面4上達成所需的發光強度之分佈(均勻或為其他狀 況)。 再者,亦可經由雷射雕刻產生光散射的第二光學介質 5,其中在一已知方式下,至少一雷射光束之焦點改變了 於特定位置處該第二介質5之材料,以致以所需方式產生 其之散射特性。 來自容納光源2之腔室8之光線外耦合,大體上能夠藉由 該等第二光學介質5而增加,如以上所提及,目此能夠抵 銷經由腔室8之光線流動的降低。 根據上述說明適當地選擇第二光學介質5,能夠相當程 度地減少或甚至是省略該通常係使用作為將光線分佈均勻 化之發光表面4或外耦合層之調制,其亦能夠降低發光體 之製造成本。 99167.doc • 11 - 200538676 另-方面,現以大體上較為簡單的方式經由發光表面4 或外搞合層之調制’能夠產生一特定的(非均勻的)光線分 佈0
同樣地’可經由適當地選擇第二光學介質5之光散射特 性,腔,亦即,㈣2)之料區域與其之關區域相 較,在發光表面4上顯現得更為明亮而能夠達到該目的。 可任擇地,該等區域亦可製成為顯現得較暗,例如假若第 二光學介質5之散射率係低於第一光學介質丨之散射率。 進一步的一可任擇方式在於電控制個別或是所有的第二 光學介質5之光散射特性,因而以此方式能夠達到特定的 發光效果。例如,使用者可以此方式在一均勻發光表面與 一微弱發光表面之間利用於其中所結合之亮點線或圓圈切 換0 面向(相對)發光表面4的腔室8之每一表面具有一反射層 3,其係按尺寸製作以致源自於光源2的光線無法直接地到 達第二光學介質5,但其係自層3反射回進入腔室8中並且 進入第一光學介質1(光學波導板),部分地進入第二光學介 質5 〇 層3較佳地不僅在面向光源2的側邊反射,亦於其他側邊 處反射’因而進一步改良光線流動。層3亦可直接地配置 在第二光學介質5上。 發光體之發光表面4係藉由一擴散散射板(擴散板)所構 成’例如為半透明,其之傳送程度較佳地低於5〇%但亦可 局部地加以變化,因而所產生光線能夠達到特定的亮度分 99167.doc -12- 200538676 佈。 其中為讓光源配置(就此 ,已將發光表面4或外耦 圖2係為該一發光體之平面圖, 第二光學介質5而言)為可見到的 合層去除。 由此圖式係顯而易見的,該等光源係以一規則佈置方式 -置在後土 7上,假右使用上述之led則光源之間的間距 較佳地約介於1與5公分之間。
就小結構深度(亦即,介於後壁7與發光表面4間之距 離),例如為10至15公厘,以及,例如為公分,之相 對為大的個別光源2間之間隙而言,利用此配置亦能夠達 成一平面輻射器(planar radiat〇r),其具有極高的涵蓋發光 表面4之光線分佈均勻性。實驗顯示達到將發光表面4上光 線之平均強度偏差完全地控制在1〇%以下係毫無問題的。 特別地,個別LED間的距離可約為發光體之結構深度的2.5 至5倍。 在使用氣體作為第一光學介質的狀況下,自腔室8橫向 發射光線致使發射光線主要係在後壁7之上側邊以及發光 表面4之下側邊處反射,亦即,每次係具大入射角,因此 在此狀況下藉由第二光學介質5亦能夠達到極低的反射損 失以及發光表面4上的高均勻性,並且達成發光體之高效 率〇 實驗顯示商業用LED能夠達到上至20,000 cd/m2的發光 體之亮度值。當使用額定電功率為1 W之所熟知的白光 LED時,該等亮度值約為4000 cd/m2。 99167.doc -13- 200538676 如此毫無問題地能夠達到針對室内照明所用之光磚 (light tile)的通常需求,約介於8〇〇與3,_ cd/m2之間。此 甚至可應用在LCD影像顯示幕之f光元件,通常需求為 5,〇〇〇至15’〇〇〇 Cd/m2 ,或是應用在光線療法 (phototherapy) 〇 本發明之發光體大體上能夠如所需地按尺寸製作,亦 即,大體上任何尺寸之發光表面皆可。個別光源間的強度 差異藉由良好的橫向光線分佈而能夠平衡。藉由規則地配 置不同色彩之光源’例如紅、綠、藍或白《,亦能夠完全 地控制色彩混合。 假若使用藍光作為光源,則該發光表面4可配置一色彩 轉換磷光體’將藍光部分地轉換成波長較長之光線。 大體上利用此方式以任何色彩之光源皆可達成,而不需 將作為色彩轉換所用的磷光體導入光源中,特別是導入於 LED中。特別是就高負載LED而言,因而能夠避免壽命及 力的問題。 此外,經由簡單地變換發光表面4而能夠改變光線之色 彩。 發光體之空間輻射特性大體上係由發光表面4之形狀及 梯度而疋義’並且通常具有Lambert類型之特性。 亦了以光v# (optical foil)塗佈該發光表面4,該光箔僅在 已知的角區域中傳輸光線並在其他角區域中反射光線,因 此諸如,例如,能夠針對特定應用(桌面照明)達成具有一 不同輻射特性的一平面光源。未傳輸之光線並未消失而係 99167.doc -14 - 200538676 反射回進入發光體。 最後,例如,針對在LCD電視顯示器中的使用而言,經 由對LED之個別群組或LED條之(連續的)開與關動作而能 夠達到移動背景效果。 【圖式簡單說明】 由上述相關於該等圖式的較佳具體實施例之說明,對本 發明之進一步細節、特性及優點係為顯而易見的,其中:
圖1係為本發明之一發光體的一概略橫截面視圖;以及 圖2係圖1中所示之發光體的一概略平面圖。 【主要元件符號說明】 1 光學波導板 2 光源 3 反射層 4 發光表面 5 第二光學介 7 後壁 8 腔室 10 外殼 99167.doc -15-

Claims (1)

  1. 200538676 十、申請專利範圍: L 種發光體’其包含具有一發光表面(4)的一外殼(1〇)及 配置在外殼(10)中的複數光源(2),其中該外殼(10)包含 至少一具第一光學散射率的第一光學介質(1),光源(2) 之光線與該介質(1)耦合,以及至少一具第二光學散射率 的第二光學介質(5),以致其中在該第二光學介質(5)中 傳播的光線至少實質上係自該第一光學介質(1)於其中耦 口,以及其中該至少之一介質之散射率係以在外殼(1〇) 中影響光線流動的觀點加以選擇,致使能夠達到涵蓋發 光表面(4)的一可預定的光線亮度分佈。 2·如請求们之發光體’具有至少—層(3),其藉由該第二 光學介質(5)至少實質上對源自於一光源⑺的直接入射 光得以掩蔽。 如請求項2之發光體,其中該層(3)係為在雙側邊上反射 的一層。 4. 如請求項1之發光體 ,•——〜于v「,貝p)保導 至少一光源(2)與發光表面(4)之間的一區域中。 5. 如請求们之發光體,其中該第一光學介質係為光學 導板⑴,以及光源⑺係配置在該光學波導板 至 一腔室(8)中。 &如請求項5之發光體,其中該第二光學介質(5)之散射 材料及尺寸經選定,以致能夠抵 月隹第一光學介質( 光線流動中,由配置在第一光學 、 予"買(Ό中的至少豆X 一腔室(8)所造成的降低。 ’、 99167.doc 200538676 7·如明求項5之發光體,其中該第二光學介質(5)係導入在 至/腔至(8)與發光表面(4)之間的至少一區域t。 8·如吻求項1之發光體,其中該第二光學介質⑺包含光散 射微粒。 9·如⑼求項8之發光體,其中該光散射微粒係為折射率與 周圍材料之折射率不同的小球體。 10.如請求項8之發光體,其中該光散射微粒係為因至少一 田射光束之作用而造成的材料變化所產生的該等區域。
    99167.doc
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