光输出装置的制作方法

专利名称：光输出装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光输出装置，具体而言涉及使用与透光衬底结构相关 的离散光源的光输出装置。
背景技术：
这种类型照明装置的一个已知实例为所谓的"玻璃内LED"装置。 一实例示于图1。典型地使用具有透明导电涂层(例如ITO)的玻璃板， 该透明导电涂层形成电极。导电涂层被构图以制作连接到半导体LED 装置的电极。通过将玻璃与LED层叠在热塑性层(例如聚乙烯醇缩丁 醛，PVB)内部完成该组件。所使用的玻璃可以是安全玻璃。这种类型 装置的应用涉及搁板、陈列拒、建筑物正面、办公室隔断、墙壁覆盖 层以及装饰性照明。该照明装置可用于照明其他对象、用于显示图像、 或者仅仅是用于装饰目的。
这种类型装置的一个问题在于其难以提供一种使得玻璃内的单个 LED能够被开启和关掉的结构，例如以便显示图像或者动态图案。这 一点是困难的，因为二维的透明电极图案是期望的，但是如果要保持 层结构简单，则需要避免交叉。如果针对每个LED使用单独的引线(而 不是二维图案)，这导致非常高的引线电阻(例如ITO电极)，造成这些 引线内高的电损耗。备选方法是沿前后方向布置多片玻璃内LED,这 增加了装置的成本。
另一问题是如何动态地控制玻璃内LED的颜色。目前，这仍只能 通过增加附加引线来实现，同样导致更细的ITO引线并因此导致额外 的电损耗。此外，因为LED装置具有二极管电特性，它们典型地不适 于交流驱动电压。
本发明的目的是使用简单的导体图案提供对光源装置的独立控制。

发明内容
根据本发明，提供一种包括透光衬底布置的光输出装置，该透光衬底布置包括集成在该衬底布置的结构内的多个光源装置布置，其中 衬底布置包括第一和第二衬底以及夹置在第一衬底和第二衬底之间的 电极布置，该多个光源装置布置连接到该电极布置，其中该多个光源 装置布置至少包括第一和第二光源装置，每个光源装置包括第一和第 二电接触并提供从第一接触到笫二接触沿正偏置方向的导电路径，且 阻断沿相反的反偏置方向的导电，其中第一和第二光源装置反平行排 列。
该布置使用仅沿一个方向传输电流的光源装置，并反平行地安装 至少两个光源装置，使得它们可以利用共用控制线来独立地控制。这 使得控制线可以宽于需要单独控制线的情形，减小电阻损耗。
反平行是指在电路中(该电路包括两个光源装置)一个光源装置布 置成仅沿一个方向导通，且另一光源装置布置成在同一电路内仅沿相 反方向导通。
第一光源装置的第二电接触和第二光源装置的第一电接触可以连 接到第二公共电极。这提供了两个连接且平行的分支内的两个光源装 置。电源于是可包括双极性电流源，每个光源装置使用一个极性。
优选地提供适合于提供对第一和第二光源装置的独立控制的电 源。例如，两个光源装置可以通过使用具有可调整直流偏移的交流电 源来同时控制。
透光村底材料可以是透明(光学透明)或者漫透射材料。
在另一布置中， 一个或多个光源装置布置包括第三光源装置，该 第三光源装置具有第一和第二电接触，并提供从第一接触到笫二接触 沿正偏置方向的导电路径，且阻断沿相反的反偏置方向的导电，
其中第三光源装置的第二电接触连接到公共电极。
这提供了一种三个光源装置的布置，其中两个光源装置平行且一 个反平行。所有三个光源装置共用一个公共电极但是只需两个其他电 极来实现对该三个光源装置的独立控制。
因此，第二光源装置的第一电接触可以连接到第一电极，且第三 光源装置的第一电接触可以连接到第二电极。第一和第二电极实现对 第二和第三光源装置的独立控制。
第一光源装置的第二电接触可以同时连接到第一电极和第二电 极，而没有使得第一和第二电极短路。此装置使用相反极性连接，且第一和第二电极的任何一个随后可用于利用不会开启其它装置的极性 信号来控制此装置。
可以在第一光源装置的第二电接触与第二和第三光源装置的第二 电接触之间提供一个或多个二极管。这些确保第一光源装置的两个接 触不会短路在一起。
在此布置中，电源可包括第一和第二双极性电流源，其中一个用 于在公共电极和第一电极之间施加信号且一个用于在公共电极和第二 电极之间施加信号。该电源还可包括用于控制第 一和第二双极性电流 源的控制器。
在所有实施例中，衬底布置优选地包括第一和第二衬底以及夹置 在这些衬底之间的电极布置，其中至少一个光源装置连接到电极布置。
电极布置可包括至少半透明导体布置，例如包括诸如氧化铟锡、 氧化铟锌、氧化锡或掺氟的氧化锡的透明导电氧化物。光源装置的电 接触随后连接到透明导体布置的区域。
导体图案的区域由另外基本连续导体层内的划线来定义。这提供 了低电阻的接触。
电极布置可改为包括半透明导电材料，例如金、银、铜、锌或不 锈钢。此导电材料可以是含有导电颗粒的墨水形式。
光源装置优选地包括LED装置，例如无机LED、有机LED、聚 合物LED或激光二极管。
每个光源装置布置可包括反平行排列的至少两个LED芯片。因此， 各个LED芯片可被使用并集成在该衬底结构内且安装在根据本发明的 电路内。
本发明还提供一种照明系统，其包括如前述权利要求中任一项所 述的光输出装置以及用于控制由该电源提供的信号的照明控制器。
本发明还提供一种驱动光输出装置的方法，该装置包括透光衬底 布置，该透光村底布置包括集成在该衬底布置的结构内的多个光源装 置布置，其中该多个光源装置布置至少包括第一和第二光源装置，每 个光源装置包括第一和第二电接触并提供从第一接触到第二接触沿正 偏置方向的导电路径，且阻断沿相反的反偏置方向的导电，其中第一 和第二光源装置反平行排列，
其中该方法包括向电极布置施加交流电压以顺序驱动光源装置，以及提供对第一和第二光源装置的输出强度的独立控制。
反平行布置使得可以使用共用控制线来独立地控制光源装置。交流电压可具有可变直流偏移，用于控制所述第一和第二光源装置的相对强度，由此提供独立控制。
一个或多个光源装置布置可分别包括第三光源装置(具有第一和第二电接触，并提供从第一接触到第二接触沿正偏置方向的导电路径，且阻断沿相反的反偏置方向的导电)，且该方法随后包括向电极布置施加两个交流电压以在序列的第一阶段驱动两个光源装置并且在序列的第二阶段驱动另一光源装置，以及提供对第一、笫二和笫三光源装置的输出强度的独立控制。
注意，本发明涉及在权利要求中记栽的特征的所有可能组合。


现在将参考附图详细描述本发明的实例，附图中
图1示出已知玻璃内LED照明装置；
图2更详细示出图1的装置的单个LED;
图3示出用于控制两个LED的本发明电路的笫一实例；
图4为解释如何控制图3内的光源装置的第一曲线图5为解释如何控制图3内的光源装置的第二曲线图6示出用于控制三个LED的本发明电路的第二实例；以及
图7示出图6的改进。
相同的参考标号在不同图中用于表示相似部分。
具体实施例方式
玻璃内LED照明装置的结构示于图2。照明装置包括玻璃板1和2。玻璃板之间布置有(半)透明电极7a和7b(例如使用ITO形成)以及连接到透明电极7a和7b的LED 4。热塑性材料层5(例如PVB或者UV树脂)设置在玻璃板1和2之间。
玻璃板典型地可具有1.1 mm至2.1 mm的厚度。连接到LED的电极之间的间隔典型地为0.01 mm至3 mm,例如约0.15 mm。热塑性层的典型厚度为0.3 mm至2 mm,且电极的电阻范围为2至80欧姆/平方，或者10至30欧姆/平方。电极优选地基本透明，使得在装置的正常使用(normal use)时观察 者感觉不到电极。如果导体布置不引入光透射的变化(例如由于导体布 置未构图，或者由于图案不被看到)，大于或等于50%的透明度足以使 系统是透明的。更优选地，透明度大于70%，更优选地大于90%，且 甚至更优选地大于99%。如果导体布置被构图(例如由于使用细引线)， 透明度优选地大于80%，更优选地大于90%,但是最优选地大于99%。
电极可由诸如ITO的透明材料制成，或者电极可由诸如铜的不透 明材料制成，但是此不透明材料足够薄，使得它们在正常使用时不可 见。合适材料的实例披露于US 5 218 351。
本发明提供一种集成光输出装置，其具有反平行连接的至少第一 和第二光源装置的群组。于是可使用共用控制线来提供对第一和第二
光源装置的独立控制。
图3示出用于控制LED的本发明电路的第一实例。图3示出具有 ITO涂层的玻璃板7，导电ITO涂层内具有切口 6，使得ITO涂层在 此切口上方不导电。提供两个LED4a和4b，这两个LED在切口6的 两侧连接到ITO涂层，使得一个LED端子耦合到一个ITO区域7a, 且另一个LED端子连接到另一 ITO区域7b。最后，电流源8利用引 线9连接到该系统。
LED以相反极性连接到两个ITO区域。因此， 一个ITO区域7a 连接到LED 4a的阴极和LED 4b的阳极，且另一 ITO区域7b连接到 LED 4a的阳极和LED 4b的阴极。
如果电流源8生成沿方向8a的电流，仅LED 4b将开启，这是因 为LED 4a处于反偏置方向。类似地，如果电流沿方向8b生成，仅LED 4a将开启。因此，通过在方向8a和8b之间改变电流方向，可以选择 性开启LED 4a和4b。
在一些情形中，期望能够调节两种类型LED 4a和4b之间的强度 差异。例如，这可用于调节色温，或者在多色系统(例如RGB或RGBA 系统)内混色。
为了实现这一点，可以使用具有期望偏移的交流电流源。通过向 上或向下移动该偏移，可以调节特定LED开启的时间数量，且因此可 以调节LED的强度。这一原理在图4和5中予以说明。
图4中示出不同信号之间的比较。通过偏移交变电流驱动水平，
9改变两个LED的占空比。使用如曲线40a所示的具有正平均值的交变 电流信号，LED 4b更亮，因为正占空比周期长于负占空比周期，而 LED 4a暗淡。
使用如曲线40c所示的具有负平均值的交变电流信号，LED4a更 亮，因为负占空比周期长于正占空比周期，而LED4b暗淡。对于零偏 移的信号，亮度相同(曲线40b)。
图5示出当使用用于亮LED 4a的驱动电流(曲线40c)时，流过LED 4a和4b的电5危。
在另一实施例中，如图6所示，可以驱动三个不同LED。
在图6的实例中，为了实现另一个复用度，使用ITO涂层内的额 外切口 6a来增加额外的导体路径。这形成了三个ITO区域7a、 7b、 7c。
驱动电路包括两个电流源8和60以及额外一组连接引线9a。
第一LED 4a(即与图3中的第一LED 4a具有相同极性的LED)连 接在第一和第二区域7a、 7b之间，其阴极连接到第一区域7a且阳极 连接到第二区域7b。 LED4a实际上可以连接到区域7a、 7c的任一个， 或者如所示连接到这两个区域，从而降低电损耗(在下文解释)。通过将 阴极连接到两个ITO区域7a、7c，其使用连接点lla和lib连接在ITO 切口 6a的两侧上。
笫二LED 4b连接在第一和第二区域7a、 7b之间，其阳极连接到 第一区域7a且阴极连接到第二区域7b。如图3所示，第一和第二LED 4a、 4b因此也是反平行的。
第三LED 4c平行于第二 LED 4b,其阳极连接到ITO区域7c且其 阴极连接到公共电极7b。
LED4b和4c因此共用阴极连接，但是具有单独的阳极连接。
如果第一电流源8沿方向8a驱动，LED4c将开启，且类似地如果 第二电流源60沿方向8a驱动，LED4b将开启。因此可以看出，第二 和第三LED可以独立地驱动。
电流源8、 60中l壬一个可用于开启LED4a。当4吏用两个电流源时， 电流现在可流过两个接触lla和llb，藉此LED 4a的导体路径的总电 阻降低(此实例中降低了 50%)。
这种布置因此具有用于一组三个LED的一个公共电极以及两个其他驱动电极。两个LED 4b、 4c使用相同极性来驱动，每个LED由相 应一个"其他驱动电极"来驱动，而另一 LED 4a可以4吏用一个或两个 "其他驱动电极"使用相反极性信号来驱动。
连接lla和lib没有使得由ITO切口 6a分开的层之间形成短路。 LED4a因此需要隔离的接触lla、 lib作为其设计的一部分。如果这不 在LED的封装中内部地提供，则可以通过附加二极管来实现，如下文 进一步所述。
此实施例例如可用于混合红-绿-蓝LED。 4吏用最大电流的LED 可放置在LED 4a的位置。
混色可以分两个阶段实施-第一阶段用于LED 4b和4c, LED 4a 关掉；第二阶段用于LED4a， LED4b和4c关掉。
通过使用交流信号用于电源，电源信号在这两个阶段之间交替， 且它们不为用户所察觉。因此，用户看到对所有三个LED的亮度的同 时控制。
4吏用上述方法，也可以混合3种以上的颜色，例如混合红-绿-蓝 - 琥珀色。
一般而言，通过在区域7a和7b之间施加电压，LED 4b可以开启。 通过在7c和7b之间施加电压，LED4c可以开启。 通过在区域7a和7b之间和/或在7c和7b之间施加反向电压，LED 4a将开启。
通过提供合适的电压，可以如上所述独立地控制来自所有三个 LED的输出。如上所述，可以使用偏移电压，使得反向电压周期具有 与正向电压周期不同的幅值，反向周期控制二极管4a，正向周期控制 二极管4b、 4c。
可添加更多二极管以改进系统。例如，可在LED 4b和LED 4c附 近提供附加二极管，从而抑制用于LED 4b和4c的导体路径之间的串扰。
如上所述，如果LED4a将由两个驱动电极中的任一个来驱动，则 需要两个隔离的接触端子。例如，这些接触端子可以添加到LED封装， 或者可以与LED —起焊接在ITO层上。
图7代表添加了额外二极管70以防止接触lla和llb之间短路的 图6的电路。ITO电阻被示为电阻器12。图7还示出以相反极性连接
ii的二极管，用以说明极性可以反置而不影响电路操作的事实。
典型地，LED的最大反向电压将大于在上述电路内提供的最大反 向电压，因此这种反平行排列运作良好。然而，在一些情形中期望减 小施加到LED的反偏置电压。附加二极管可以添加到该系统，从而增 大最大容许反向电压，此电压于是为LED允许反偏置电压与所增加的 二极管电压降的组合。
上面的实例已经示出单独LED组。然而，将理解，本发明典型地 实施为嵌入在大玻璃板内的许多LED组。LED组之间的典型距离可以 为1 cm至10 cm，例如约3 cm。
上面的实例使用玻璃衬底，不过显见的是，也可以使用塑料村底。
在上文已经给出形成透明(或者至少半透明)电极的可用材料中的 少数几种。其它实例可以在US 5 218 351中找到，并包括导电引线， 其直径约为0.1 mm且相隔约10 mm以上，或者直径约为20 fim且相隔 lmm以上。引线可以由金、银、铜、锌或不锈钢的绞合线制成。备选 地，可以使用由诸如聚酯或尼龙引线的树脂制成的绞合线，其外表面 通过气相沉积、金属镀层等而涂覆有金属。还可以使用气相沉积Si02 -铟合金的导电膜。
因此，可以使用引线来取代所示的接触焊盘，并仍然获得减少线 路数目的优点。
也可以使用可通过喷墨或者丝网印刷沉积的导电墨水。墨水包括 诸如银的精细金属颗粒，并且具有小于0.1欧姆/平方/密耳 (ohm/square/mil)的电导。使用墨水的典型引线的宽度为0.08 mm至 0.8 mm。
各种改进对于本领域技术人员而言是显而易见的。
权利要求
1.一种包括透光衬底布置(1，2)的光输出装置，所述透光衬底布置包括集成在该衬底布置的结构内的多个光源装置布置(4)，其中所述衬底布置包括第一衬底(1)和第二衬底(2)以及夹置在第一衬底和第二衬底之间的电极布置(7a，7b)，所述多个光源装置布置连接到所述电极布置，其中所述多个光源装置布置至少包括第一和第二光源装置(4a，4b)，每个光源装置(4a，4b)包括第一和第二电接触并提供从所述第一接触到第二接触沿正偏置方向的导电路径，且阻断沿相反的反偏置方向的导电，其中所述第一和第二光源装置(4a，4b)反平行排列。
2. 如权利要求l所述的装置，其中所述多个光源装置布置嵌入在 热塑性层内。
3. 如权利要求1或2所述的装置，其中所述第一光源装置(4a)的 第一电接触和所迷第二光源装置(4b)的第二电接触连接到公共电极 (7b)。
4. 如权利要求3所述的装置，其中所述第一光源装置(4a)的第二 电接触和所述第二光源装置(4b)的第一电接触连接到第二公共电极。
5. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置还包括电 源，所述电源适合于提供所述笫一和笫二光源装置(4a， 4b)的独立控制。
6. 如权利要求5所述的装置，其中所述电源包括双极性电流源。
7. 如权利要求6所述的装置，其中所述电源包括交流电源，所述 交流电源具有用于同时控制所述第一和第二光源装置的可调整直流偏 移。
8. 如权利要求3或4所述的装置，其中一个或多个光源装置布置 包括第三光源装置(4c)，所述第三光源装置具有第一和第二电接触，并 提供从第一接触到第二接触沿正偏置方向的导电路径，且阻断沿相反 的反偏置方向的导电，其中所述第三光源装置的第二电接触连接到所述公共电极(7b)。
9. 如权利要求8所述的装置，其中所述第二光源装置(4b)的第一 电接触连接到第一电极(7a)，并且所述第三光源装置(7c)的第一电接触 连接到第二电极(7c)。
10. 如权利要求9所述的装置，其中所述第一光源装置(4a)的第二 电接触既连接到所述第一电极(7a)又连接到所述第二电极(7c),而没有使得所述第一和第二电极短路。
11. 如权利要求10所述的装置，还包括介于所述第一光源装置(4a) 的第二电接触与所述第二和笫三光源装置的第二电接触之间的一个或 多个二极管。
12. 如权利要求10或11所述的装置，其中所述装置还包括电源， 所述电源包括笫一和第二双极性电流源(8， 60)，其中一个用于向所述公 共电极(7b)和所述第 一电极(7a)之间施加信号且一个用于向所述公共电 极(7b)和所述第二电极(7c)之间施加信号。
13. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述电极布置包 括至少半透明导体布置。
14. 如权利要求13所述的装置，其中所述电极布置包括基本透明 的氧化铟锡、氧化铟锌、氧化锡或者掺氟的氧化锡。
15. 如权利要求13或14所述的装置，其中所述光源装置的电接 触连接到所述透明导体布置的区域。
16. 如权利要求15所述的装置，其中所述导体图案的区域由另外 基本连续导体层内的划线(6， 6a)定义。
17. 如权利要求13所述的装置，其中所述电极布置包括半透明导 电材料。
18. 如权利要求17所述的装置，其中所述半透明导电材料包括金、 银、铜、锌或不锈钢。
19. 如权利要求17或18所述的装置，其中所述半透明导电材料 包括含有导电颗粒的墨水。
20. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述光源装置(4a， 4b, 4c)包括LED装置。
21. 如权利要求20所述的装置，其中所述光源装置包括无机LED、 有机LED、聚合物LED或激光二极管。22. 如前述权利要求中任一项所述的装置，其中每个光源装置布 置包括反平行排列的至少两个LED芯片。
22. —种照明系统，包括如前述权利要求中任一项所述的光输出 装置以及用于控制提供到所述光输出装置的信号的照明控制器。
23. —种驱动光输出装置的方法，所述装置包括透光衬底布置(l， 2)，所述透光衬底布置包括集成在该村底布置的结构内的多个光源装置布置(4)，其中所述多个光源装置布置至少包括第一和第二光源装置(4a， 4b)，每个光源装置(4a， 4b)包括第一和第二电接触并提供从第一接触到 第二接触沿正偏置方向的导电路径，且阻断沿相反的反偏置方向的导 电，其中所述第一和第二光源装置(4a，4b)反平行排列，其中所述方法包括向所述电极布置施加交流电压以顺序驱动所述 光源装置，以及提供对所述第一和第二光源装置的输出强度的独立控 制。
24. 如权利要求23所述的方法，其中所述交流电压具有用于控制 所述第一和第二光源装置的相对强度的可变直流偏移。
25. 如权利要求23所述的方法，其中一个或多个光源装置布置包 括第三光源装置(4c),所述第三光源装置具有第一和第二电接触并提供 从第一接触到第二接触沿正偏置方向的导电路径，且阻断沿相反的反 偏置方向的导电，其中所述方法包括向所述电极布置施加两个交流电压以在序列的 第一阶段驱动两个光源装置并且在所述序列的第二阶段驱动另一光源 装置，以及提供对所述第一、第二和第三光源装置的输出强度的独立 控制。
全文摘要
一种光输出装置包括衬底布置，该衬底布置包括集成到该衬底布置的结构内的多个光源装置布置。该多个光源装置布置至少包括反平行排列的第一和第二光源装置(4a，4b)。该布置将反平行的至少两个光源装置安装在集成光源结构内，使得它们可以利用共用控制线来独立地控制。
文档编号F21K99/00GK101687393SQ200880018925
公开日2010年3月31日 申请日期2008年5月30日 优先权日2007年6月4日
发明者G·J·J·范利尔, M·C·弗穆伦, M·M·J·W·范赫彭 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司