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TW200946814A - Light output device - Google Patents

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Publication number
TW200946814A
TW200946814A TW098100057A TW98100057A TW200946814A TW 200946814 A TW200946814 A TW 200946814A TW 098100057 A TW098100057 A TW 098100057A TW 98100057 A TW98100057 A TW 98100057A TW 200946814 A TW200946814 A TW 200946814A
Authority
TW
Taiwan
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light source
light
output
substrate
passive
Prior art date
Application number
TW098100057A
Other languages
English (en)
Inventor
Bommel Ties Van
Rifat Ata Mustafa Hikmet
Original Assignee
Koninkl Philips Electronics Nv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Koninkl Philips Electronics Nv filed Critical Koninkl Philips Electronics Nv
Publication of TW200946814A publication Critical patent/TW200946814A/zh

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    • F21V33/00—Structural combinations of lighting devices with other articles, not otherwise provided for
    • F21V33/006—General building constructions or finishing work for buildings, e.g. roofs, gutters, stairs or floors; Garden equipment; Sunshades or parasols
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Description

200946814 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於光輸出裝置，特定言之（但非排它），本發 明係關於利用與一透明基板結構關聯之離散光源。 【先前技術】 此類型發光裝置之一已知實例係所謂的r LED嵌於玻璃 (LED in glass)」裝置。圖i中顯示一實例。通常一玻璃板 係連同用以形成電極之一透明導電塗層（舉例而言IT〇) 一 起使用。該導電塗層經圖案化以便製成連接至一半導體 LED裝置之電極。該總成係藉由層壓該玻璃與位於一熱塑 性層（舉例而言聚乙烯丁醛，PVB)或有機樹脂層内的lED 而形成。 此類型裝置之應用係置物架、展示櫃、建築物外貌牆 (cade)辦公至隔板、外牆板（wall cladding)及裝飾性照 明裝置。該光輸出裝置可用於其他物體之照明，用於一影 像之顯示或簡單地用於裝飾目的。 在現有產品中，LED為白光源。為了產生一彩色輸出， 種可能係提供具有彩色濾光器之LED，使得每者產生一 所而顏色。然而，利用具有彩色濾光器之LED因為損失大 量光而為低效率的。另—種可能係使用用於不同顏色輸出 ^同類型的LED 〇然而’此等LED具有不同電壓·電流特 性，因此該等LED必須按群組或個別定址。因此，需要一 種產生一種以上顏色輪出並具有低光損失且無需許多不同 類型結構之有效方法。 136557.d〇< 200946814 在一些應用中亦需要具有角相依照明效果，而此亦難以 利用現有技術實施。 【發明内容】 根據本發明之—第一態樣，提供一種光輸出裝置，其包 括： - 一基板配置； -， _至少一光源，其在該基板配置内且具有在該基板配置内 至少部分地橫向導引的一光輸出；及 Ο -被動光源元件之一配置，其形成該基板配置之部分，用 於回應該光源輸出而投射輸出光； 其中該至少一光源及該等被動光源元件係經調適以在該 裝置之不同輸出區域投射至少二種不同顏色，藉此產生— 多顏色影像，或在不同輸出方向投射至少二種不同顏色， 藉此從不同檢視位置產生不同顏色效果。 此配置使得能使用一單一設計的光源，且被動光源元件 (亦即非電驅動）係用以產生不同顏色輸出或觀察方向相依 顏色。一光源較佳地係用以使附近的多個被動光源元件投 射輸出光。 該等被動光源元件可包括具有發光光輸出的發光元件。 、 在此情況下，該光源可包括一 uv光源或一藍紫色光源。 發光元件之使用使得能在不同位置提供不同顏色輸出， 且具有來自一單一類型光源的照明。該等發光元件可包括 有機及無機發光及磷光微粒，其等可具有任何形狀及尺 寸。 136557.doc 200946814 在一替代性配置中’該等被動光源元件可包括光反射微 粒。此等光反射微粒係以一隨機定向或以經選擇的定向 予以分散。 °而 該等反射微粒可作為實質被動光源。這使得一具有許多 有效光源之裝置能由減少數目的主動光源元件予以形成。 該等反射微粒亦可具有顏色相依反射特性，因此不同顏 色可再次從該裝置之不同部分，或在不同方向予以輸出。 該等反射微粒亦可具有動態可電控定向。該等微粒之定向 亦可由其他手段控制，例如藉由一磁場或熱。 $ 在另替代配置中，該等被動光源元件可具有角相依 光輸出顏色。舉例而言’具有一光栅結構的二色鏡或層可 用以選擇性地反射具有特定顏色之光’並以特定角度傳送 具有其他顏色之光。 在所有情況下，該基板配置較佳為包括第一基板及第二 基板’且該等被動光源元件及該丨源係炎於該等基板之 間。該等被動光源元件可被嵌於在該等基板之間的一樹脂 層内。 ❹ 遺裝置較佳為具有一電極配置，其係提供於該基板配置 内且包括至少半透明電極，其中該至少一光源（較佳為—_ 光源陣列）係由該等電極予以電驅動。每個光源可包括—^ LED裝置或一群組之led裝置。 本發明亦提供一種提供一光輸出之方法，其包括： :自一光輸出裝置之一基板配置内的至少一光源產生一光 源輸出，該光源輸出係在該基板配置内至少部分地橫向導 B6557.doc -6- 200946814 引；及 -利用該光源輸出照明該基板配置内的被動光源元件之一 配置，使得該至少一光源及該等被動光源元件在該裝置之 不同輸出區域投射具有至少二種不同顏色之輸出光，藉此 產生一多顏色影像，或在不同輸出方向投射具有至少二種 不同顏色之輸出光，藉此自不同檢視位置產生不同的顏色 效果。
應注意本發明係關於在申請專利範圍中敍述之特徵的所 有可能組合。 【實施方式】 圖2顯不一已知的LED嵌於玻璃結構。該光輸出裝置包 括玻璃板1及2。在該等玻璃板之間的是（半）透明電極“及 3b(例如使用IT0或薄導線而形成），及一連接至該等透明 電極3a及3b之LED 4。-熱塑性材料層5係提供於玻璃板1 及2(之間（例如pVB或UV可固化樹脂）。 當使用透明電極時，其不為檢視者所看見，且其等對該 光輸出不會導入非均勻性。 琢寻電極較佳為實 ▼八心W #礅发罝之正常 使用’該等電極對於檢視者而言是察覺不到的。若導體 配置不引入明顯之光透射變化(舉例而言因為其未經圖案 化’或因為該圖案為不可見），一 兄）貝!大於或4於5〇%之透明 度了足U使該系統呈透明。 7〇0/ , Φ Λ 較佳地，該透明度係大於 °更佳為90%，且甚至最佳為99。/。。若談道掷 經圖牵彳卜Π / I 導體配置係 (舉例而言因為使用薄導線)，則該透明度較佳為 136557.doc 200946814 大於8〇%，更佳為90%，但最佳為大於99%。 極可由-諸如IT0之透明材料製成，或該等電極 ==透明材料（諸如銅）製成，但其為足夠薄以使得該等 ^極在正常使用中為不可見。適當材料之實例係揭露於 US-A-5 281 351 中。 一特別有料不透明導電材料可為m網印刷或噴 墨印刷而沈積之導電墨水，因為這容許該導體配置以-較 經濟的方式予以沈積。 該等玻璃板典型地可具有一 hl毫米至2ι毫米之厚度。 電極間的間隔典型地為0.01毫米至3毫米，例如約〇.15毫 米。該熱塑性層具有一〇·5毫米至2毫米之厚度，且該等電 極之電阻之範圍係丨歐姆/平方至8〇歐姆/平方，或1歐姆/平 方至5〇歐姆7平方，或更佳在2歐姆/平方至20歐姆/平方， 或10歐姆/平方至30歐姆/平方。 本發明提供—光輸出裝置，其中該基板配置之該結構内 的-光源具有在該基板配置中大體上橫向導引的一光輸 出此光係用以照明形成該基板配置之結構之部分的被動 光源兀件之一配置，藉此投射輸出光。這使得能基於該等 被動光源元件實施不同的照明效果。該等被動光源元件不 是經電驅動以發射光，而是重新導向或轉換來自該光源之 光，舉例而言’藉由反射、折射/繞射或展現諸如發光及 碌光之發射。 圖3顯示本發明之該光輸出裝置之一第一實例。該基板 配置再次包括第一基板1、第二基板2及[£〇 4之一陣列（圖 136557.doc 200946814 3之頂部以橫截面僅顯示一者，且一 2x2陣列係以平面圖顯 示在圖3之底部）。該電極配置未經顯示以使得該等圖更為 簡單。 該光源4係如圖2之實例位在該基板配置之結構中，但其 具有在該基板配置内大體上橫向導引的一光輸出。這可藉 由供側發射型LED而實現（舉例而言，具有一反射頂塗片 之晶片），藉此光僅可橫向逸出。 被動光源元件6之一配置係提供於該基板配置之結構 内。在圖3之該實例中，該等被動光源元件6包括發光元 件’且其等回應藉由該LED輸出之刺激而發射光。 舉例而言，該LED包括一 UV光源或一藍紫色光源，且該 等發光元件可提供所需的光輸出，其可為白光或具有任何 其他所需顏色之光。 該等發光元件6可包括散佈在用於將該等基板層壓在— 起的樹脂5中。 在圖4之該實例中，該等發光元件包括發光陶瓷元件， 且如圖4之下部分所顯示，可提供一規則圖案。 此配置可用以從該裝置之頂面及底面提供不同顏色輸 出。這可藉由靠著二個基板安裝該等發光元件而實現，宜 中一組發光元件經由—基板提供—輸出，且另—組發光^ 件經由另一基板提供一輸出。 在最簡單的實例中，該等發光元件6僅具有一種顏色， 因此若來自該(主動)光源之光輸出之部分亦能從該基板配 置逸出，則該裝置總體上具有二種輸出顏色。該等主動光 136557.doc 200946814 源4造成-顏色輸出且該等被動光源6造成另—顏色輸出。 如圖5中顯示’可藉由將該等發光微粒定形成為所需圖 案而產生裝飾效果，且圖5顯示具有不同發光顏色之二個 被動光源元件6a及6b。 圖6顯示藉由形成具有所需圖案之發光區域所產生的裝 飾效果，且亦可再次使用發射不同顏色之材料。 在以上該等實例中’該等「被動」光源為發光元件。然 而此等1處中之若干益處可基於反射或繞射而獲得。圖 7顯不諸如薄片或發光片之光反射微粒1〇，其等再次嵌於 該樹脂層内並使用一側照明LEd 4。 在圖7中，該等微粒10具有隨機定向。 圖8顯示一種藉由圖犯之…固化過程永久地固定如圖8a 中所示之該等微粒之定向的方法。 該隨機定向提供如圖9中所顯之角相依觀察效果，且此 被視為用於一些裝飾發光應用所需。 圖9中的左側影像顯示〇度（正常）觀察方向。中間影像顯 示35度視角，且右側影像顯示7〇度視角。在此等不同角度 上，該觀察者可經歷來自不同微粒之光（其可經著色）的鏡 反射。以相同方式，不同角度上的各種繞射顏色可自繞射 微粒中而體驗。 取代使用一隨機定向，在圖犯之凝固步驟期間，該等微 粒係可藉由諸如電場或磁場之外部刺激而予以定向。 該等微粒1〇可為鏡面反射性、擴散反射性或此等之一組 合。其等亦可為部分透明的，例如一鋁薄層（小於打叫 136557.doc -10· 200946814 為部分反射性及部分选明。 顏色效果亦可利用反射’藉由利用如將在下文描述利用 具有光柵結構的層及多層結構或贍固醇型薄片的顏色相依 反射特性而實施。微粒可經選擇僅反射一種顏色而對其他 顏色呈透明’因此該等微粒係作為彩色遽光器。
如圖ίο中顯示，該等反射微粒10作為彩色點光源，且其 等可經定向以將不同顏色導引至不同方向。在圖1〇(及圖 12及圖13)中，R表示紅光，G表示綠光且B表示藍光。 可利用諸如電場及磁場之外部刺激使該等薄片對齊。藉 由在不同方向上施加一場，可誘導該等薄片之一所需定 向。該等薄片之方向可在該樹脂之聚合後而予以固定。 圖11顯示該等反射微粒不必被*固^，但為可移動的。在 此情況下，使用—液體以取代_層壓材料。以此方式，該 等薄片由於其等之再定向而產生動態發光效果。對於此應 重要的是該等薄片具有—可與該液體之密度相當的密 度。可藉由使用具有一非金屬層(例如聚合物)之金屬薄月 的液體而實現—密度匹配。藉由所施加的電場可 一該等薄片之定向且因此實現該等動態效果。 出：：極配置係顯示用於控制該等微粒10之定向以改變輸 出方向，如由箭頭12顯示。 用其中散佈有該等薄片之隔t ^中’亦可能的是使 等薄片可賴於該等驅動特性，該 化以達到不同的薄片定向。4驅動特性可隨裝置變 圖11顯示具有交變極性的平面内電極之_種可能的電極 136557.doc 11 200946814 組態’但亦可使用其他電極組態。 以上該等實例係利用發光或反射以提供「被動」光源輸 出。-替代方式係使用具有角相依波長反射及繞射效果的 週期性結構。這可被用以在不同檢視位置提供不同顏色輸 出，舉例而言，如圖9之該等不同檢視位置。 圖顯示繞射可如何被用以自該基板外輕合（〇以嶋㈣ 光。該、结構16制繞射以在不同輸出方向上導引不同顏 色。該結構16係提供於該基板1之頂部上。 可使用各種製造方法以製造此等結構，該等方法包含模 壓加工、壓印、微影術及全像術。亦可能的是將具有所需 結構的薄片層麼在該LED嵌於玻璃結構之基板的頂部上。 藉由改變該等結構之尺寸（例如間距）或該等結構之材料 屬性（例如折射率），可調整波長-角相依屬性。 該結構i6可實施為-或更多層結構、膽固醇型材料及光 子晶體結構，其等提供角相依波長反射效果。多層結構具 有低吸收、長使用期限、溫度及光穩定，且易於製造的優 點。 可藉由以具有不同折射率之若干層塗佈一基板而製造多 層結構。在該層中的折射率變化誘發—反射頻帶。該反射 頻帶之位置顯示-角相依性。此等層亦可藉由多層聚合物 薄膜之擠壓成形而生成。在一類似方式中，膽固醇型液晶 薄片亦可用於此目的。此等薄膜係由所謂的自組式液晶製 成，其等可為交聯聚合物或玻璃化線性聚合物。 藉由控制個別層之厚度及其折射率，可調整該等由波 136557.doc 200946814 長•角相依屬性。 在3D光子晶體之情況下，可使用週期性3D結構。此等 結構可與光外耦合結構組合，以將光從該led嵌於玻璃光 輸出裝置中取出。 圖13顯示利用二色鏡（以作為波長渡波器）1 $、2〇及光外 麵合結構或成一光柵或擴散器之形式的層而實施的該等結 構16。 該LED嵌於玻璃發光裝置可由該等結構或層完全覆蓋 (圖14A)、部分覆蓋（圖14B)、或藉由波長-角相依結構而圖 案化（圖14C)。舉例而言’該等結構可用以形成圖案化商 標或本字。 該等結構或層16可定位在該LED嵌於基板裝置基板之外 側上（圖15A)、在其内部（圖15B)或兩者（圖15C)。 可使用抗刮材料或額外塗層。舉例而言，該等結構可由 溶膠凝膠材料製成。 該等結構及層可被包含於LED嵌於玻璃内以顯示角相依 發光效果’其等增強該等面板之裝飾外觀。雖然諸如傢俱 及其他裝飾項目之其他應用為可能，本發明尤其有利於招 牌、諸如燈之裝飾照明、窗戶、建築玻璃及保密窗。 在上述内文中，術語多顏色影像意指來自包含至少二種 不同顏色之裝置的輸出，該至少二種不同顏色係實質上獨 立提供於該輸出表面之不同位置上，使得該至少二種顏色 可由檢視者在該輸出表面之不同位置上個別辨識出。相似 地，來自不同檢視位置之不同顏色效果係意指一不同的總 136557.doc -13- 200946814 體顏色印象係由該檢視者在不同檢視位置所見β 以上詳細的實例使用LED光源，但本發明可應用於其他 光源。 各種其他可能性係落在如所附申請專利範圍界定之本發 明之各個態樣之範圍内。 熟習此項技術者顯而易見可作各種其他修飾。 【圖式簡單說明】 圖1示意性地顯示一已知的LED嵌於玻璃照明裝置；
圖2示意性地顯示圖i之該裝置之結構的一實例； 圖3示意性地顯示本發明之光輸出裝置之一第一實例； 圖4示意性地顯示本發明之光輸出裝置之一第二實例 圖5示意性地顯示本發明之光輸出裝置之一第三實例 圖6示意性地顯示本發明之光輪出 侧33衷置之一第四實例 圖7示意性地顯示本發明之光輪出 匕询ί«裝置之一第五實例
圖8，包括圖8Α及圖8Β，其箄千备ViL 八寻不意性地顯示該等微粒, 如何藉由一 UV固化過程而固定於適當位置.
圖9示意性地顯示如何獲得角相依檢視效果； 圖10示意性地顯示本發明之光輪 u娜出裝置之一第六實例； 圖11示意性地顯示本發明之光輪 — U询出裝置之一第七實例 圖12示意性地顯示本發明之光輪出 询aj裝置之一第八實例 圖13示意性地顯示本發明之光輪 疋翰出裝置之一第九實例 圖W ’包括圖14A、圖14B及圖l4f> ,.圚14C，其等示意性地顯 如何利用圖13之方法形成圖案；及 圖15，包括圖15A、圖15B及圖 _ 15C ’其等示意性地顯 136557.doc -14· 200946814 定位圖12之該等被動光源之不同方式。 【主要元件符號說明】
1 第一基板 2 第二基板 3a (半）透明電極 3b (半）透明電極 4 光源 5 熱塑性材料層 6 被動光源元件 6a 被動光源元件 6b 被動光源元件 10 光反射微粒 12 輸出定向 16 結構 18 二色鏡 20 二色鏡 B 藍光 G 綠光 R 紅光 136557.doc -15-

Claims (1)

  1. 200946814 七、申請專利範園： 1. 一種光輸出裝置，其包括： 一基板配置（1、2); 至少一光源（4)，其在該基板配置（1、2)内且具有在該 基板配置（1、2)内至少部分地橫向導引的一光輸出；及 .. 被動光源元件（6 ; 1〇)之一配置，其形成該基板配置 -· (1、2)之部分，用於回應該光源輸出而投射輸出光； 其中該至少一光源（4)及該等被動光源元件; 1〇)係 ® 經調適以在該裝置之不同輸出區域投射至少二種不同顏 色，藉此產生一多顏色影像，或在不同輸出方向投射至 少二種不同顏色’藉此自不同檢視位置產生不同顏色效 果。 2. 如凊求項1之裝置，其中該等被動光源元件包括 發光元件（6)。 3. 如请求項2之裝置，其中該光源（4)包括 一 UV光源或一藍 紫色光源。 4. 如”月求項2或3之裝置，其中該等發光元件⑷包括發光微 粒或染料。 5. 如°月求項2或3之裝置，其中該等發光元件（6)係呈桿及/ . 或薄片之形式。 6·如請求 ， 展置，其中該等被動光源元件（6 ; 10)包括 光反射微粒（1 〇)。 7·如請求項6_^@恶 . 装置，其中該等反射微粒（10)具有顏色相依 反射特性。 136557.doc 200946814 8·如明求項6或7之裝置’其中該等微粒（1〇)包括膽固醇型 構件及/或繞射結構（16)。 9.如凊求項丨或2之裝置，其中該等被動光源元件（6，· 具 有電可控制定向。 10·如请求項1或2之裝置，其中該等被動光源元件（6 ; 1〇)係 以一隨機定向被分散。 · 11. 如請求項1或2之裝置，其中該等被動光源元件（6 ; 1〇)係 . 以經選擇的定向被分散。 12. 如凊求項i之裝置，其中該等被動光源元件; 1〇)具有❹ 角相依光輸出顏色。 13. 如凊求項12之裝置，其中該等被動光源元件·，1〇)包括 多層結構及/或膽固醇型構件及/或繞射結構。 14. 如請求項1或2之裝置，其中該基板配置（1、2)包括第一 基板（1)及第二基板（2) ’且該等被動光源元件; 1〇)及 該至少一光源（4)係夹於該等基板（1、2)之間。 15. 如請求項14之裝置，其包括在該第一基板與該第二基板 0、2)間的一絕緣層（5)，其中該等被動光源元件（6 ; 10)❹ 被嵌於該絕緣層（5)中。 16. 如請求項1或2之裝置，其包括： ， 電極配置（3a、3b)，其係提供於該基板配置（丨、2) · 内並包括至少半透明電極， 其中該至少一光源（4)係由該等電極（3a、3b)電驅動。 17‘如請求項1或2裝置，其包括光源之一陣列。 18.如δ青求項1或2之裝置，其中該光源（4)包括一led裝置或 136557.doc 200946814 一群組之LED裝置。 I9. 一種提供一光輪出之方法，其包括： 自一光輸出裝置之一基板配置（1、2)内的至少一光源 (4)產生一光源輸出’該光源輸出係在該基板配置（1、2) 内至少部分地橫向導引；及 利用該光源輪出照明該基板配置（1、2)内的被動光源 元件（6 ; 10)之一配置，使得該至少一光源（4)及該等被 動光源元件（6; 1〇)在該裝置之不同輸出區域投射具有至 少二種不同顏色之輸出光，藉此產生一多顏色影像，或 在不同輸出方向投射具有至少二種不同顏色之輸出光， 藉此自不同檢視位置產生不同的顏色效果。 136557.doc
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