专利名称：光输出器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光输出器件，具体地涉及一种包括至少部分地嵌入于热塑材料的半透明层中的LED封装的光输出器件。
背景技术：
利用发光二极管(LED)作为其光源的光输出器件已经变得越来越普及。这样的光输出器件可以用于照亮物体、用于显示图像或者简单地用于装饰目的。应用例如是用于架子、橱窗、表面、办公室隔断、墙壁覆层的装饰光照。 通过在封装如树脂中嵌入LED芯片来制作LED。这允许提高利用LED的光输出器件的可制造性。这样的嵌入式LED也称为LED封装(package)。 本身已知在热塑材料中嵌入LED封装。其中嵌入LED封装的热塑材料可以夹在两个玻璃板之间以获得称为玻璃内LED(LEDs-in-glass)的器件。也有可能具有其中不使用夹心玻璃的应用。 一个例子是其中嵌入LED封装的塑料窗。在热塑材料中嵌入LED封装使器件更耐磨。热塑材料防止LED封装受损并且通过覆盖电接触和接线来增加器件的电安全性。鉴于器件可制造性，适当的热塑材料例如是聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或者UV树脂。
在这样的布置中，出于各种原因而需要控制光学和热性质。例如，光输出器件中所用LED封装充当点源，这些点源造成亮光斑。在玻璃内LED中，另一问题在于光可能由于全内反射而在两个玻璃板之间被捕获。 如介绍段落中所述器件的又一问题在于最大功率和光输出受LED封装中的LED芯片所生成的热量限制。最大允许功率尤其由于热塑材料的绝热性质而受限，这些性质造成热塑材料阻碍热量从LED封装传走。LED封装也可能引起'热斑'，这些热斑可能伤害正在操控光输出器件的人。 US 2007/0025108A1公开一种用于光照装置的电路，该电路包括具有如下结构的热塑树脂基片，在该结构中在照亮位置接纳发光二极管器件。该树脂基片包含用于增加导热率的粒子。没有公开针对亮斑问题的解决方案。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种其中减少涉及导热率的问题和涉及亮斑的问题两者的光输出器件。 这一目的通过本发明来实现，本发明提供一种光输出器件，该器件包括至少部分地嵌入于热塑材料的半透明层中的LED封装，其中半透明层包括导热率比半透明层的热塑材料的导热率更高的光散射粒子。 在使用期间，行进经过半透明层的来自LED封装的光将在随机方向上由散射粒子散射。这实现离开器件的光看起来源自于比原有发射斑更大的区域。这样做的结果是更少亮斑可见。光散射粒子具有又一功能，即这些粒子的高导热率从LED封装有效地散热。这减少与热塑材料的绝热性质所引起的有限最大功率和光输出有关的问题。也更均匀地分布热量，从而减少出现'热斑'的可能性。 将注意EP 1 737 049 Al公开了一种具有树脂的LED器件，其中LED芯片嵌入于 树脂中，其中树脂包括无机纳米粒子。该欧洲专利文献解决从LED芯片向树脂的表面传热 的问题。然而，当这样的LED器件嵌入于热塑材料的半透明层中时并未解决涉及亮斑和导 热率的问题。还注意US 2003/0218192Al公开了一种包括散射粒子的塑料片。可以使用该 塑料片作为用于LED的盖。这样的布置仍然具有涉及导热率的问题。 根据本发明的一个优选实施例，光散射粒子具有至少1W/mK并且优选为至少10W/ mK的导热率。这样的导热率允许从LED封装向器件以外有效散热。 根据本发明的又一实施例，光散射粒子具有100nm至2iim的直径。来自LED封装 的光通过具有这样的直径的粒子有效地散射。 根据本发明的又一实施例，光散射粒子选自于包括Ti02、 Zr02和MgO的组。材料 Ti02、Zr02和MgO分别具有11. 2、2、53. 5W/mK的导热率，并且鉴于它们的低成本而颇为适合。
根据本发明的又一实施例，光散射粒子的数量范围为重量比0.01-2%、优选为 0.01-0.5%。散射程度可以通过散射粒子的数量以及散射粒子的尺寸来控制。光散射粒子 的该指定数量将获得有效的散射效果而又避免透射率的显著降低。 根据本发明的又一实施例，半透明层还包括导热率比半透明层的热塑材料的导热 率更高的非光散射粒子。 在一些情况下，在粒子的数量对于解决亮斑的问题而言最佳时器件的导热率可能
并非最佳。导热率比热塑材料更高的非光散射粒子的添加允许独立于光散射性质对器件导
热率的控制。由此使得有可能增加器件的导热率而又将光散射水平维持于所需水平。将理
解如这里所用'非光散射粒子'并不意味着这些粒子不引起任何光散射。 根据本发明的又一实施例，光散射粒子和非光散射粒子由相同材料制成。这允许
易于制造器件。 根据本发明的又一实施例，非光散射粒子具有lnm至50nm的直径。粒子的散射性 质在粒子的尺寸小于光波长的1/10时大为减少。这样的直径小到足以引起可见光的散射 程度大为减少。 根据本发明的又一实施例，非光散射粒子的数量范围为重量比2-10%、优选为 5-10%。 根据本发明的又一实施例，光散射粒子在距LED封装更近的部分中的密度高于光 散射粒子在距LED封装更远的部分中的密度。在这样的布置中，散射程度在光强度最高的 位置最高。这允许以与在光散射粒子均匀地分布于半透明层时相比更少数量的光散射粒子 获得从器件发射的光的均匀性。 根据本发明的又一实施例，热塑材料是聚乙烯醇縮丁醛或者UV树脂。 根据本发明的又一实施例，LED封装以LED封装没有从半透明层突出这样的方式
嵌入于半透明层中。这降低损坏LED封装的风险。 根据本发明的又一实施例，半透明层夹在第一玻璃板与第二玻璃板之间。解决了 由于全内反射而在两个玻璃板之间捕获光的问题，因为光通过光散射粒子散射到随机方向 上。 根据本发明的又一实施例，第一和第二玻璃板中的至少一个玻璃板散射光。这在
5控制器件的光散射性质时允许更多自由。这是例如通过第一和第二玻璃板中的至少一个玻璃板包括光散射粒子来实现的。玻璃板中的光散射粒子可以由与热塑材料的半透明层中的任一粒子相同的材料制成。然而，注意玻璃板中的粒子可以由任何材料制成，只要它们散射光。除此之外或者取而代之，可以通过刮擦或者粗糙化第一和第二玻璃板中的至少一个玻璃板的表面来使它散射光。 本发明还提供一种照明系统，该系统包括本发明的光输出器件和用于控制向控制电路提供的信号的光照控制器。 注意本发明涉及权利要求中记载的特征的所有可能组合。
根据附图将清楚并且参照这些附图来阐述本发明的这些和其他方面，附图中
图1示意地图示了根据本发明的光输出器件的第一实施例的横截面；
图2示意地图示了根据本发明的光输出器件的第二实施例的横截面；以及
图3示意地图示了根据本发明的光输出器件的第三实施例的横截面。
具体实施例方式
注意相同参考标号已经用于实施例中的对应元件。 参照图l，示出了根据本发明的光输出器件10的第一实施例的横截面。光输出器件100包括玻璃板1和2。在玻璃板1与2之间提供热塑材料的半透明层5。热塑材料可以例如是聚乙烯醇縮丁醛(PVB)或者UV树脂。包括LED芯片的LED封装4以LED封装4在除了一侧4a之外的所有侧面由半透明层5覆盖这样的方式部分地嵌入于半透明层5中。LED封装4没有从半透明层5突出。注意在图中未示出这样的LED芯片。侧面4a的一部分与电极3a和3b接触。电极3a和3b可以例如由铟锡氧化物(IT0)制成。
在半透明层5中，嵌入导热率比半透明层5的热塑材料的导热率更高的光散射粒子6。光散射粒子6可以例如由Ti02、 Zr02或者Mg0制成。粒子6的直径优选为100nm到2 P m以便获得良好的光散射效果。 在使用期间，LED封装4中的LED芯片所发射的光将在到达玻璃板1、2以向外发射之前由光散射粒子6散射。光的该散射引起可见性更低的亮斑。光散射粒子6的数量优选地为重量比1-10%以便获得良好的光散射效果而又避免光透射率的显著降低。
LED封装4中的LED芯片在使用期间发热以及发光。热量从LED封装4经由半透明层5和玻璃板1、2向外传导。 一个问题在于半透明层5的热塑材料或多或少地作为热绝缘体来工作，从而阻碍热量从LED封装4传走。嵌入于半透明层5中的光散射粒子6增加LED封装4与玻璃板1、2之间的导热率。导热率比半透明层的热塑材料的导热率更高的光散射粒子6减少涉及亮斑和绝热二者的问题。 图2示出了根据本发明的光输出器件200的第二实施例的横截面。这一实施例类似于图1中所示实施例，不同之处在于嵌入于半透明层5中的光散射粒子6的分布。光散射粒子6在与LED封装4更近的部分中的密度高于光散射粒子6在与LED封装4更远的部分中的密度。在这一实施例中，散射程度在光密度最高的位置最高。这允许用更少数量的光散射粒子获得发射的光的相同程度的散射，从而实现从器件发射的光的更均匀分布。
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参照图3，示出了根据本发明的光输出器件300的第三实施例的横截面。这一实施 例类似于图1中所示实施例，不同之处在于嵌入于半透明层5中的更多粒子7。这些更多粒 子7具有比半透明层5的热塑材料更高的导热率，但是无光散射。粒子优选地具有l-50nm 的直径。由具有这样的直径的粒子散射的波长为400nm至800nm的可见光明显少于由直径 更大的粒子散射的光。这些非光散射粒子7可以例如由Ti02、Zr(^或者MgO制成。优选地， 光散射粒子6和非光散射粒子7由相同材料制成。非光散射粒子7的数量优选地为重量比 5-10%。 非光散射粒子7增加LED封装4与玻璃板1、2之间的导热率，而不进一步增加由 LED封装4中的LED芯片发射的光的散射程度。这是有利的，因为使得有可能增加LED封装 4与玻璃板1、2之间的导热率而又维持光散射水平为最佳水平。 参照图4，示出了根据本发明的光输出器件400的第四实施例的横截面。这一实施 例类似于图1中所示实施例，不同之处在于嵌入于玻璃1、2中的更多光散射粒子8。这在控 制器件的光散射性质时允许更多自由。 本领域技术人员将清楚上述示例实施例的各种修改。例如，在侧面4a与玻璃板 2之间的空间可以由与半透明层5相同的热塑材料填充，而不是如上述例子所示由空气填 充。在这样的布置中，该空间中的热塑材料8可以包含光散射粒子并且如果希望则也包含 非光散射粒子。 将注意多个LED封装可以嵌入于根据本发明的光输出器件的一个半透明层中。也 将注意半透明层可以具有多层结构。 在权利要求书中，置于括号之间的任何参考标号不应理解为限制权利要求。对动 词"包括"及其变化形式的使用并不排除存在除了权利要求中所言元件或者步骤。元件前 的冠词"一个/ 一种"并不排除存在多个这样的元件。在互不相同的从属权利要求中记载 某些措施这仅有的事实并不表明不能有利地利用这些措施的组合。
权利要求
一种光输出器件(100，200，300)，包括至少部分地嵌入于热塑材料的半透明层(5)中的LED封装(4)，其特征在于，所述半透明层包括导热率比所述半透明层的所述热塑材料的导热率更高的光散射粒子(6)。
2. 根据权利要求1所述的光输出器件，其中所述光散射粒子具有至少1W/mK的导热率。
3. 根据权利要求1所述的光输出器件，其中所述光散射粒子具有至少10W/mK的导热率。
4. 根据权利要求1、2或者3所述的光输出器件，其中所述光散射粒子具有100nm至 2践的直径。
5. 根据权利要求1-4中的任一权利要求所述的光输出器件，其中所述光散射粒子选自 于包括Ti02、 Zr02和MgO的组。
6. 根据权利要求1-5中的任一权利要求所述的光输出器件，其中所述光散射粒子的数 量范围为重量比0.01-2%。
7. 根据权利要求1-5中的任一权利要求所述的光输出器件，其中所述光散射粒子的数 量范围为重量比0.01-0.5%。
8. 根据权利要求1-7中的任一权利要求所述的光输出器件，其中所述半透明层还包括 导热率比所述半透明层的所述热塑材料的导热率更高的非光散射粒子(7)。
9. 根据权利要求8所述的光输出器件，其中所述光散射粒子和所述非光散射例子由相 同材料制成。
10. 根据权利要求8或者9所述的光输出器件，其中所述非光散射例子具有lnm至50nm 的直径。
11. 根据权利要求8、9或者IO所述的光输出器件，其中所述非光散射粒子的数量范围 为重量比2-10%。
12. 根据权利要求8、9或者10所述的光输出器件，其中所述非光散射粒子的数量范围 为重量比5-10%。
13. 根据权利要求1-12中的任一权利要求所述的光输出器件，其中所述光散射粒子在 距所述LED封装更近的部分中的密度高于所述光散射粒子在距所述LED封装更远的部分中 的密度。
14. 根据权利要求1-13中的任一权利要求所述的光输出器件，其中所述热塑材料是聚 乙烯醇縮丁醛或者UV树脂。
15. 根据权利要求1-14中的任一权利要求所述的光输出器件，其中所述LED封装以所 述LED封装没有从所述半透明层突出这样的方式嵌入于所述半透明层中。
16. 根据权利要求1-15中的任一权利要求所述的光输出器件，其中所述半透明层夹在 第一玻璃板(1)与第二玻璃板(2)之间。
17. 根据权利要求16所述的光输出器件，其中所述第一和第二玻璃板中的至少一个玻 璃板散射光。
18. 根据权利要求17所述的光输出器件，其中所述第一和第二玻璃板中的所述至少一 个玻璃板包括光散射粒子。
19. 根据权利要求17或者18所述的光输出器件，其中所述第一和第二玻璃板中的所述 至少一个玻璃板具有刮擦过的或者粗糙化的表面。
20. —种照明系统，包括如权利要求1-19中的任一权利要求所述的光输出器件和用于 控制向控制电路提供的信号的光照控制器。
全文摘要
本发明涉及一种光输出器件(100)，该器件包括至少部分地嵌入于热塑材料的半透明层(5)中的LED封装(4)，其特征在于半透明层(5)包括导热率比半透明层(5)的热塑材料的导热率更高的光散射粒子(6)。
文档编号F21K99/00GK101795860SQ200880105364
公开日2010年8月4日 申请日期2008年8月28日 优先权日2007年9月4日
发明者F·兹杰普, M·M·J·W·范赫佩恩 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司