本发明涉及一种用于将光发射体或等离激元元件局部地引入光导中的方法和打印头。进一步提供了一种光导，该光导包括通过使用该方法或该打印头引入该光导中的光发射体或等离激元元件。
背景技术：
在照明装置中，通常需要利用光发射体来有效地发光并调整发射的光的空间或光谱分布。光发射体可以例如嵌入光导内，使得它们被保护免受环境影响并且固定在适当位置。包括光发射体的光导可以进一步被布置成将光引导至光发射体，从而提供光发射体的有效激发。此外，光导可以形成为例如具有球形形状的外壳，以提供空间中在期望角度下的发光。为此目的，光导可以形成为灯外壳或比如瓶子等容器，以便提供由光导的形状产生的光轮廓。因此，光导的布置和/或光导中的光发射体的布置可以用于设计照明装置的光照特性。光导中的光发射体可以进一步提供期望的装饰效果。
然而，将光发射体引入照明装置的光导中具有挑战性，特别是在光导已被制成之后引入光发射体。
技术实现要素：
本发明的目的是提供用于将光发射体或等离激元元件引入光导中的方式。
根据第一方面，这通过提供一种方法来实现，该方法包括以下动作：将打印头应用到该光导的表面，该打印头包括插入部分和加热元件，该插入部分包括该光发射体或该等离激元元件，加热该加热元件，使得该光导的表面的一部分被局部加热，将该打印头按压入该光导中，使得将该插入部分的至少一部分插入该光导中，将该光发射体或该等离激元元件经由该插入部分引入该光导中。
由此，实现了用于将光发射体或等离激元元件高效地引入光导中的方法。该方法进一步能够将光发射体或等离激元元件高效地定位在光导中。通过该方法可以将光发射体或等离激元元件布置成可以包括有序和/或随机特征的图案。提供了将光发射体或等离激元元件定位在光导中的期望位置的灵活且通用的方法。通过该方法进一步实现了选择图案在光导中形成的位置的改善自由度。在光导已制成之后，例如在光导已被模制成给定形状之后，可以进一步将光发射体或等离激元元件引入光导中。
加热可以有助于形成光导的材料的高效局部熔化。换言之，打印头的加热元件产生的热量可以局部熔化光导的一部分，使得可以经由经局部熔化的部分将光发射体等离激元元件引入光导中。
此处术语“光导”应理解为被布置成沿其延伸部传输或引导光的结构。光可以例如通过多次反射在光导内部被引导。优选地，通过在光导与其周围环境的界面处的多次反射，即通过全内反射tir，在光导内传输光。
作为非限制性实例，光导可以由显示器或触摸面板的屏幕表面、窗玻璃、镜子、或容器壁表面形成。光导可以进一步由透镜形成，例如，用于眼镜、照相机或双筒望远镜的透镜。光导还可以由车辆的挡风玻璃或镜子形成。光导可以进一步包括玻璃材料或由玻璃材料形成。因此，光导可以由用于窗户、屏幕、门或淋浴间的玻璃板形成。光导还可以由浴室或厨房玻璃水槽形成。替代地，光导可以由比如玻璃、花瓶、瓶子或长颈瓶等玻璃器皿形成。
光导可以替代地由塑料材料形成。用语“至光导的表面”应理解为使打印头与光导的表面接触或在光导的表面附近，使得可以经由光导的表面将光发射体或等离激元元件引入光导中。
术语“光发射体”应解释为比如发光的纳米颗粒或分子等元素。光发射体可以进一步由光激发。光发射体可以通过比如荧光或光致发光等发光来发射光。因此，光发射体可以充当波长转换元件，将第一波长的入射(即激发)光转换成第二波长的光，第二波长的光从光发射体发射。
用语“等离激元元件”应解释为可以激发等离激元的元件或结构。此处“等离激元”应理解为与电荷密度的集体振荡相关联的等离子体振荡的量子。电荷可以例如由电子提供。
插入部分可以包括凹部，该凹部包括光发射体或等离激元元件。
由此，可以实现光发射体或等离激元元件在打印头中的高效储存。
插入部分可以包括通道，该通道提供光发射体或等离激元元件的通路。
由此，可以实现将光发射体或等离激元元件经由通道高效地输送到光导中。
打印头可以进一步包括加热元件，并且其中，该方法可以进一步包括以下动作：加热该加热元件，使得该光导的表面的一部分被局部加热。加热可以有助于形成光导的材料的高效局部熔化。
因此，该方法还允许在光导已制成之后，例如在光导的材料固化之后，引入局部发射器或等离激元元件。因此，打印头的加热元件产生的热量可以局部熔化光导的一部分，使得可以经由经局部熔化的部分将光发射体或等离激元元件引入光导中。
加热、按压和/或引入动作可能存在时间上的重叠。由此，通过该方法可以实现将光发射体或等离激元元件快速且精确地引入光导中。
按压、加热和/或引入动作可以在1-10毫秒范围内的时间段内执行。由此，可以提供用于将光发射体或等离激元元件引入光导中的高生产能力方法。
光导可以包括玻璃材料。
加热动作可以进一步包括将加热元件加热至500℃-900℃范围内的温度持续1-10微秒的时间段。该范围内的温度可以例如有助于包括玻璃材料的光导的有效局部熔化。这个时间段进一步允许玻璃材料的局部熔化，从而允许将光发射体或等离激元元件经由经局部熔化的玻璃材料高效地引入光导中。
根据第二方面，提供了一种用于将光发射体或等离激元元件局部地引入光导中的打印头。该打印头包括：插入部分，该插入部分包括该光发射体或该等离激元元件，该插入部分被布置成要插入该光导中；以及加热元件，该加热元件被布置成用于局部加热该光导的表面的一部分。
由此，提供了一种打印头，该打印头允许将光发射体或等离激元元件高效地引入光导中。该打印头进一步能够将光发射体或等离激元元件高效地定位在光导中。
插入部分可以包括凹部，该凹部包括光发射体或等离激元元件。
插入部分可以包括通道，该通道提供光发射体或等离激元元件的通路。
该打印头可以进一步包括致动器，该致动器被布置成用于将光发射体或等离激元元件传送穿过该通道并传送到该光导中。该致动器允许将光发射体或等离激元元件经由该通道高效地输送到光导中。
插入部分可以具有在0.1mm-2mm范围内的宽度。这有助于将光发射体或等离激元元件局部地引入光导中。因此，可以将光发射体或等离激元元件引入光导中的给定位置，而基本不影响光导的其他位置。
打印头可以包括微毛细管。
打印头可以包括加热元件，该加热元件被布置成用于局部加热光导的表面的一部分。由此，可以提供光导的局部加热和熔化，从而允许经由光导的受热部分高效地引入光发射体或等离激元元件。
加热元件可以被布置成用于加热插入部分的至少一部分。由此，可以由插入部分的受热部分提供光导的局部加热和熔化。
光发射体或等离激元元件可以分布在糊剂、粉末或流体中。由此，可以提供光发射体或等离激元元件从打印头到光导中的改善传递。
光发射体可以是有机或无机量子点。
等离激元元件可以是纳米颗粒。
根据第三方面，提供了一种光导，该光导包括根据上文引入光导中的光发射体或等离激元元件。该方法和打印头的上述特征在适用时也适用于该第三方面。为了避免过度重复，请参照以上内容。
本发明进一步适用性范围将从下文给出的详细说明中变得清楚。然而，应理解的是，详细说明和具体实例虽然指明了本发明的优选实施例，但是仅以说明性的方式给出，因为从这个详细说明中，本领域普通技术人员将清楚在本发明的范围内的各种变化和修改。
因此，应该理解的是，本发明不限于所描述的装置的特定零部件或所描述的方法的步骤，因为这样的装置和方法可以变化。还应理解的是，本文中使用的术语的目的仅在于描述特定实施例，并不旨在是限制性的。必须注意的是，除非上下文另有明确规定，在说明书和所附权利要求中使用的冠词“一个(a)”、“一个(an)”、“该”以及“所述”旨在意味着存在一个或多个元件。因此，例如，对“一个单元”或“该单元”的引用可以包括若干装置等。此外，术语“包括”、“包含”、“含有”以及类似的用于不排除其他元件或步骤。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明的上述和其他方面，这些附图示出了本发明的实施例。这些图不应被认为将本发明限制于特定实施例；而是，这些图用于解释和理解本发明。
如图所示，为了说明性目的，层和区域的大小被放大，并且因此被提供以展示本发明的实施例的一般结构。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。
图1a示意性地展示了根据一个实施例的打印头的截面侧视图。
图1b示意性地展示了根据另一实施例的打印头的截面侧视图。
图2a-2c示意性地展示了根据一个实施例的将光发射体局部地引入光导中的截面侧视图。
图3展示了用于将光发射体或等离激元元件局部地引入光导中的方法。
图4示意性地展示了包括通过使用图3的方法引入的光发射体和等离激元元件的容器的截面侧视图。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中对本发明进行更全面地描述，在附图中示出了本发明的优选实施例。然而，可以用许多不同的形式体现本发明并且其不应被解释成为局限于在此阐述的实施例；而是出于彻底性和完整性提供这些实施例，并且完整地向技术人员传达本发明的范围。在学习所附权利要求和以下说明时，本发明的进一步特征和优点将变得清楚。本领域技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的范围的情况下将本发明的不同特征进行组合以产生下文中所描述的实施例之外的实施例。一方面的特征可能与其他方面中的任何一方面相关，因此在此引用这些特征。
图1a展示了根据一个实施例的打印头100的截面侧视图。打印头100由锥形微毛细管形成。打印头100包括插入部分102，该插入部分具有用于提供多个光发射体106进入光导的通路(未示出)的通道104。打印头100进一步包括加热元件108，该加热元件被布置在打印头100的外表面110。加热元件108被布置成用于加热光导的一部分。加热元件108被进一步布置成用于加热插入部分102的部分112。打印头100的加热元件108产生的热量可以局部熔化光导的一部分，使得可以经由经局部熔化的部分将光发射体106引入光导中。
光导的加热可以是直接的或间接的，即，加热元件108可以直接加热光导的一部分，或者打印头100的受热部分112可以加热光导的一部分。
加热元件108可以是电阻加热元件。加热元件108可以例如包括布置在陶瓷材料内的盘绕电阻丝。当电流施加到该丝上时，该丝产生热量，热量传递到陶瓷材料，然后传递到硅衬底和金属化的顶表面。替代地，可以使用包括蚀穿有图案的电阻箔的蚀刻箔加热器。这个电阻箔可以夹在两个粘合剂片材之间，并且是比如聚酰亚胺或云母等介电材料。
在其他实施例中，加热元件可以仅加热光导。换言之，打印头的其他元件可以与加热元件热绝缘。
再次参照图1a，光发射体106分布在比如水或乙醇等流体114中，该流体允许光发射体106的简化处理。由于光发射体106到打印头100的表面的吸附减轻，因此进一步改进了光发射体106到光导中的输送。此外，流体114由于在将带有光发射体的流体引入光导中之后与光导的受热部分接触而可以从光导蒸发。
应该注意的是，在其他实施例中，光发射体可以分布在糊剂或粉末中。替代地，光发射体可以分布在包括比如空气或氮气等气体的打印头中。
打印头100包括第一开口116和第二开口118。第一开口116被布置成光发射体106的出口。第二开口118被布置成光发射体106的入口，经由该入口，可以将光发射体106引入打印头100中。打印头100可以进一步包括致动器(未示出)。致动器可以连接到第二开口118上。致动器可以间接或直接连接到第二开口118上，由此被布置成用于使包括光发射体106的流体114流动，比如将流体114的一部分输送到打印元件100中。因此，根据一些实施例，致动器可以被称为流动发生器。由此，可以将光发射体106输送至第一开口116。致动器可以进一步将光发射体106经由第一开口116泵送或输送到光导中以有助于将光发射体106引入光导中。换言之，致动器被布置成将光发射体106传送穿过通道进入到光导中。
致动器可以是泵，比如注射泵、蠕动泵或压力泵。
打印头可以是手持式装置，允许用一只手握持该装置，而使用者的另一只手自由地握住光导。由此，获得易于相对于光导定位的打印头。由此，可以以高效的方式选择并到达将光发射体引入光导中的位置。
替代地，打印头可以形成用于引入光发射体的系统的一部分。该系统可以例如包括打印头100的保持器和定位器。该系统可以是自动化的。
图1b展示了根据另一实施例的打印头100的截面侧视图。打印头100包括凹部101，该凹部包括多个光发射体106。打印头100可以被称为蘸水笔。可以通过例如至少将打印头100的插入部分102浸入包含光发射体106的流体中来将光发射体106布置在凹部101中。可以通过毛细作用力将光发射体106输送到凹部101中。因此，凹部101内的光发射体106可以分散在流体114中。
光发射体106可以储存在凹部101中。
打印头100进一步包括布置在打印头100的顶点处的加热元件108。加热元件108被布置成用于加热光导的一部分。
在将打印头100的插入部分102插入光导中之后，可以进一步将光发射体106的至少一部分引入光导中。
打印头可以进一步包括被布置成与凹部101处于流体或气体连通的流体或气体通道(未示出)。因此，流体流或气体流可以用于将光发射体106输送到打印头中或者将光发射体106从凹部101输送到光导中。
下面将参照图2和图3描述用于将光发射体或等离激元元件局部地引入光导中的方法300。图2a-2c示意性地展示了根据一个实施例的将光发射体106局部地引入光导202中的截面侧视图。图3展示了方法300的相关动作。
在图2a中，打印头200被应用302到光导202的表面204。光导202可以包括比如钠钙玻璃等玻璃材料。
打印头200被布置成与表面204接触。打印头200包括插入部分102和加热元件108。加热元件被布置在插入部分102的顶点206处。加热元件108被布置成用于加热304光导202的表面204的部分205，如将在下面描述的。打印头200进一步包括里面布置光发射体106的通道104。
参照图2b，光导202的加热304动作可以使光导202的表面204的一部分局部熔化。熔化可以局部地增加光导202的材料的黏性。由此，熔化简化了插入部分102到光导202中的插入，即，如图2b所示，可以更容易地将打印头按压306入光导202中。通过按压306，可以使光导202的材料移位，使得在光导202中形成凹部207。由此，将插入部分102的一部分208插入光导202中。通过将插入部分102插入光导202中，提供了用于将光发射体106引入308光导202的内部中的通路。因此，可以将光发射体106经由通道104输送到光导202中，如虚线箭头210所示。
图2c展示了在将光发射体106引入308光导202中之后，打印头200可以如何撤回，如实线箭头212所示。当打印头200从光导202移走时，光导202的受热部分205中的材料可能至少部分地重新填充凹部207。由此，光发射体106被固定在光导202内的给定位置并且被保护免受光导202的环境影响。
加热、按压和/或引入动作可能存在时间上的重叠。加热元件108可以在将插入部分102插入光导202中的同时加热光导的一部分。这简化了打印头200到光导202中的按压306，并且还简化了在将光发射体202引入光导202中之后打印头200的撤回。加热304光导202的部分205进一步改善了光导202中的材料的回流，使得凹部207在打印头撤回之后被重新填充。由此，提供了一种用于将光发射体106引入308光导202中的快速、非侵入性且精确的方法300。
为此目的，插入部分102可以具有0.1mm-2mm范围内的宽度。这有助于局部加热304和将光发射体106引入308光导202中，而基本不影响光导202的其他位置。
对于如上所述的包括玻璃的光导，加热304动作可以包括将加热元件108加热至500℃-900℃范围内的温度持续1-10微秒的时间段。这个范围内的温度有助于光导202的玻璃材料的有效局部熔化。这个时间段进一步允许玻璃材料的局部熔化，从而允许将光发射体106经由经局部熔化的玻璃材料高效地引入光导202中。
按压306、加热304和/或引入308动作可以在1-10毫秒范围内的时间段内执行。由此，可以提供用于将光发射体106引入光导202中的高生产能力方法300。
然而，应该注意的是，对于其他实施例，温度和时间段可能不同。用于将光发射体106引入光导中的方法300可以是不同的，其中光导包括塑料材料。例如，如果光导表面的材料的熔点比玻璃的低，则可以降低给定的温度。
应该注意的是，在其他实施例中，在将光发射体引入光导中之前，即在将打印头按压入光导中之前，可以不加热光导的材料。由于光导的制造，光导可以例如至少部分熔化。替代地，光导可以包括可以将打印头按压入其中的软材料。
在上面的描述中，已经描述了光发射体的引入。根据其他实施例，可以通过方法300将等离激元元件引入光导中。
在其他实施例中，打印头200可以是上面关于图1a和图1b所描述的打印头100。
图4展示了呈瓶子402形式的、包括容器壁404的容器400。容器壁404进一步形成光导。由此，容器壁404可以在形成容器壁404的材料内引导光406，如下面将要讨论的。
应该注意的是，然而在其他实施例中，容器400可以是不同的形式。容器400可以例如是香水瓶或用于食品的罐。根据一个实施例，容器400是用于容纳比如饮料等液体的瓶子。饮料可以例如是伏特加酒、葡萄酒、波特酒、啤酒或其他含酒精的饮料。
多个光发射体106被布置在容器壁404中。已经通过使用上述方法300将光发射体106引入容器壁404中。
容器壁404(即光导)的材料可以是半透明的或透明的。术语“半透明”应理解为允许光通过。由此，容器400可以包括清澈部分(换言之，对光是透明的)、和/或透射和漫射光的部分，使得容器400内的物体不能从容器400的外部清楚地看到。因此，半透明材料可以是清澈的，即透明的，或者透射和漫射光，使得物体从外面不能被清楚地看到。“透明”应理解为“能够被看透”。
如以上所讨论的，容器壁404可以充当如图4中通过光路406所示的光导。光源(未示出)可以进一步被布置成用于将光发射到容器400的容器壁404中，使得光406可以在容器壁404内传播。容器壁404内的光的传播可以是全内反射tir。通过tir分布的光可以高效地在容器壁404内传播。因此，光406的较大部分可以在容器壁404内被高效地输送。
应当将tir解释为当光线相对于边界表面的法线以大于临界角的角度到达第一与第二介质之间的边界时发生的光学效应。为了发生tir，需要第一介质的折射率大于第二材料的折射率，即为了使光线在边界处被完全反射，使得没有光传播超过边界并且所有光都在边界处基本上被反射。
容器壁404的材料的光滑表面结构可以进一步改善光406在容器壁404内传播的效率。换言之，发送到容器壁404中的光的大部分可以在容器壁404内传播并且被引导至光发射体106，而不会从容器壁404散射或折射出去。
到达光发射体106的光406可以激发光发射体106。其结果是，光发射体106可以通过例如荧光或光致发光工艺来发射光408。因此，光发射体106可以充当波长转换元件，将第一波长的入射(即激发)光406转换成第二波长的光，第二波长的光从光发射体106发射。
可以将一个附加光发射体或多个光发射体(未示出)引入容器壁404中的相同或另一个位置。光发射体106和附加光发射体可以是相同或不同的类型。由此，可以获得来自多个光发射体和/或容器400的多个位置的发光。取决于引入容器壁404中的光发射体的类型，发光可以包括单种或多种颜色。因此，可以选择从容器400发射的光的空间和结构组成。
另外，可以通过使用方法300将一个等离激元元件或多个等离激元元件500引入容器壁404中，参见图4。展示了等离激元元件500用于散射502被引导至等离激元元件500的光406。由此，等离激元元件500可以影响容器壁404内的光的分布。在等离激元元件500的位置处的光散射502可以从容器壁404耦合出光。因此，在容器壁404中传播的光406的至少一部分可以通过等离激元元件500在空间中重定向。由此，可以在等离激元元件500的位置处获得从容器壁404耦合出的增大的光部分。
由此，在容器壁400内的相同或不同位置处的多个散射等离激元元件可以在容器壁404内形成图案。
在其他实施例中，等离激元元件500主要吸收在容器壁404内传播的光406。本领域技术人员认识到，例如可以通过使用具有不同大小的等离激元元件或通过改变等离激元元件的材料来改变等离激元元件的吸收和散射的相对强度。
等离激元元件的光吸收可以例如减小等离激元元件位置处的光强度。由此，可以在光导内获得较暗的区域。由此，多个吸收等离激元元件可以在光导内形成图案。
类似或不同类型的光发射体或等离激元元件可以通过所描述的方法300以图案形式布置。该图案可以例如形成文本或符号。由此，商标或标志可以通过从光发射体的发光而可见。
等离激元元件可以是纳米颗粒。由此，可以实现提供局部表面等离激元共振(lspr)的等离激元元件。纳米颗粒可以例如包括金属或掺杂半导体材料。术语“局部表面等离激元共振”应理解为等离激元元件内的电荷载体的受激状态，其可以由光子激发，或等同地由入射在等离激元元件上的光的电磁场激发。lspr与电荷密度的集体振荡以及由等离激元元件的有限大小产生的边界条件相关联。
由于lspr，可能发生光散射或光吸收。因此，lspr可以影响光如何与等离激元元件相互作用。具有与lspr相对应的波长的光可以例如比具有不与lspr相对应的波长的光更大程度地被散射或吸收。lspr的光谱位置，即产生lspr的波长，可以取决于等离激元元件的组成、大小或形状、以及光导和/或围绕等离激元元件的另一种材料的折射率。
光发射体可以包括量子点(qd)。qd是通常具有仅几十纳米的宽度或直径的半导体材料小晶体。它们具有的优点是：当由入射光激发时，它们发射光，其中光的波长由qd的大小和材料确定。进一步地，它们示出了非常窄的发射带，并且因此可以提供饱和色，其中可以通过量身定制所使用的qd的材料和大小来产生特定颜色的光输出。
qd可以包括选自由但不限于ii-vi和iii-vqd组成的组的材料。可以用更高带隙材料包覆qd以增强发射特性。光发射体可以例如在核心和zns涂层中包括cdse。
光发射体可以包括有机qd。
光发射体可以包括具有在微米至毫米范围内的尺寸的发光材料。
替代地，光发射体可以包括无机荧光体。荧光体可以例如包括提供在可见光谱的蓝色、绿色和红色部分中的发光的zns:ag:ci、zns:cu:ai、以及y2o2s:eu。
光发射体可以进一步包括荧光分子。
等离激元元件的金属可以例如选自由au、ag、cu、al、mg、ni、pd以及pt组成的组，或者是包括选自该组的至少一种金属的合金。这些材料可以提供表面等离激元的高效形成。
等离激元元件可以例如是具有在5-200nm范围内的直径的金或银纳米颗粒。
本领域的技术人员进一步认识到本发明决不受限于上述优选实施例。相反地，在所附权利要求的范围内的许多更改和变化是可以的。
例如，替代地，打印头可以由比如铝或不锈钢等金属形成。
加热元件可以被布置成用于感应加热光导。
在其他实施例中，微毛细管可以不包括锥形部。
形成打印头的一部分的微毛细管可以包括具有比例如钠钙玻璃更高的熔点的铝硅酸盐玻璃，从而允许光导(而不是打印头)高效熔化。
在另一个实施例中，打印头可以包括插入部分，该插入部分包括外表面，光发射体或等离激元元件可以被布置在该外表面上。外表面可以例如是平坦表面。
然而，应该认识到，在其他实施例中，光导可以具有不同的形式并且可以包括与关于图4所描述的不同的材料。例如，光导可以是聚光器或光纤。因此，认识到，方法300可以应用于与由容器壁404形成的不同种类的光导。
此外，通过研究附图、披露内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明时可以理解和实现所披露实施例的变化。