復(fù)合透明發(fā)光裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】復(fù)合透明發(fā)光裝置
[0001 ] 本發(fā)明涉及復(fù)合透明發(fā)光裝置。
[0002] 近年來(lái)，已經(jīng)有一些活動(dòng)來(lái)改善透明元件的外觀和特性以給予透明元件另外的性 能并且將透明元件的原有功能從無(wú)源元件改變成有源裝置。
[0003] 例如，對(duì)于建筑窗，已經(jīng)實(shí)施了一些活動(dòng)以使透明元件成為在夜間期間的環(huán)境照 明源，例如在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO 2009/040724中所描述。在這種情況下，通過(guò)將有機(jī)發(fā)光元 件置于入射太陽(yáng)輻射路徑中來(lái)獲得技術(shù)效果；這樣的解決方案是復(fù)雜的、昂貴的并且不能 避免對(duì)窗透明度的消極影響，除非使用非常昂貴的材料和處理。
[0004] 在國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO 2012/041480和WO 2007/047684中描述了其他解決方案。在 這些情況下，已經(jīng)描述了與在窗的中心部分更密集的分散顆粒耦合的周邊光源以便獲得亮 度輸出。這樣的濃度梯度具有影響窗透明度和均勻性的缺點(diǎn)。
[0005] 美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)8, 237, 352示出了將與具有均勻的高濃度磷光成分的LED燈耦合的 光致發(fā)光片，但是沒(méi)有解決片的透明度問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過(guò)提供一種復(fù)合透明發(fā)光裝置來(lái)克服已知技術(shù)中仍然存在的 缺點(diǎn)，該復(fù)合透明發(fā)光裝置在白天均勻地透明，并且同時(shí)能夠在夜間期間（即，當(dāng)開(kāi)啟時(shí)） 變成優(yōu)良質(zhì)量的均勻光源。
[0007] 借助于本發(fā)明來(lái)獲得這些效果，本發(fā)明的第一方面在于一種復(fù)合透明發(fā)光裝置， 包括：透明元件，該透明元件具有與透明元件周邊光耦合的分立光源；限定復(fù)合透明發(fā)光 裝置的邊界的反射框。所述反射框覆蓋復(fù)合透明發(fā)光裝置周邊的至少80%。透明元件的特 征在于：
[0008] a.該透明元件包括具有均勻分散的介電顆粒的透明基體，
[0009] b.該透明基體在500nm處得到的光學(xué)消光系數(shù)等于或小于0. 009cm 1，以及
[0010] c.上述介電顆粒的體積濃度在如下之間：
[0011]
[0012] 與
[0013]
[0014] 其中P是以μm為單位表示的平均介電顆粒尺寸，而m是在500nm處得到的介電 顆粒的折射率與透明基體的折射率之比。
[0015] 優(yōu)選地，復(fù)合透明發(fā)光裝置具有的介電顆粒的體積濃度為：
[0016] 魯如果2〇4111>0彡5 4111，那么在1〇6與1〇5之間，
[0017] 魯如果1 μ m> P >0.3 μ m，那么在10 6與10 5之間，或者
[0018] ?如果 0· 1 μ m> P >0.04 μ m，那么在 10 4 5與 10 3之間。
[0019] 將借助于以下附圖進(jìn)一步示出本發(fā)明，其中：
[0020] 魯圖1是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透明發(fā)光裝置的俯視圖的示意圖，
[0021] 魯圖2是根據(jù)本發(fā)明的透明發(fā)光裝置的可替選實(shí)施方式的俯視圖的示意圖，
[0022] 魯圖3是根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透明發(fā)光裝置的另一可替選實(shí)施方式的截面示意圖，
[0023] ?圖4至圖6示出了以三種不同類(lèi)型的材料粉末以及變化的樣品濃度加載，在可 見(jiàn)光譜上關(guān)于消光系數(shù)而采集的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，
[0024] ?圖7示出了對(duì)于根據(jù)本發(fā)明制成的透明子組件的C⑶相機(jī)的記錄的圖示，以及
[0025] ?圖8示出了對(duì)于未根據(jù)本發(fā)明制成的透明子組件的C⑶相機(jī)記錄的圖示。
[0026] 在附圖中，將省略對(duì)于發(fā)明構(gòu)思的說(shuō)明來(lái)說(shuō)不必要的輔助元件，例如，參照?qǐng)D1至 圖3,未示出分立（discrete)光源的電源、開(kāi)關(guān)和控制器。此外，已經(jīng)將一些特征放大以增 強(qiáng)對(duì)附圖的理解，其中，特別地但不排他地參照?qǐng)D1和圖2的介電顆粒的尺寸，這些特征是 本發(fā)明與其可選地結(jié)合冷光的散射性能有關(guān)的主要部件。
[0027] 本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了如下一組特征，在例如在建筑窗、內(nèi)壁隔板、燈具中利用發(fā)光 裝置的透明度時(shí)該組特征對(duì)于發(fā)光裝置在非操作狀態(tài)下具有改進(jìn)的外觀是必要的，并且同 時(shí)當(dāng)發(fā)光裝置發(fā)光時(shí)，即當(dāng)在其周邊上的分立光源開(kāi)啟時(shí)，能夠提供高質(zhì)量的照明。高質(zhì)量 的照明是指光令人愉悅地?cái)U(kuò)散，而沒(méi)有可見(jiàn)的刺眼或光閃耀。
[0028] 這樣的特征是均勻分布的低濃度介電顆粒與反射框的使用相結(jié)合以通過(guò)多次反 射引導(dǎo)光并使光改向離開(kāi)面板。在已知技術(shù)中未公開(kāi)這樣的特征及其組合。
[0029] 均勻分布的介電顆粒意指在包含介電顆粒的透明發(fā)光元件的任何點(diǎn)，10 2Cm3體積 內(nèi)的顆粒數(shù)目（在全部體積被包含在這樣的組成元件中的條件下）等于面板中的平均值或 者相對(duì)于面板中的平均值差異小于10%。在實(shí)踐中，驗(yàn)證該條件的簡(jiǎn)單方式是驗(yàn)證發(fā)光元 件的中心部分的濃度與周邊體積中的濃度之間的差異等于或小于10%。上述限定還考慮了 包含有散射顆粒的發(fā)光組成元件可能在發(fā)光裝置的邊緣附近和/或在分立光源的直接所 在之處存在不連續(xù)（缺少介電顆粒）。
[0030] 通常這樣的周邊區(qū)域（當(dāng)存在時(shí)）距發(fā)光裝置邊界遠(yuǎn)至3cm。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透明發(fā)光裝置包括透明元件，關(guān)于透明元件材料期望是如下材 料：在500nm處得到的材料的光學(xué)消光系數(shù)α等于或小于〇. 〇〇9cm 1D
[0032] 其中該系數(shù)α被定義為：
[0033]
[0034] 并且
[0035]
[0036]
[0037] 其中：
[0038] _d是透明元件厚度，
[0039] -Iin和Iout分別是入射光強(qiáng)度和已經(jīng)穿過(guò)透明元件后的光強(qiáng)度，
[0040] -Iback是暴露于入射光的表面反射的光，
[0041] -T是透射率以及R是反射率。
[0042] 在本發(fā)明中使用的優(yōu)選的透明材料為玻璃、諸如聚甲基丙烯酸甲酯（PMM)的聚 合材料、聚碳酸酯（PC)、聚硅氧烷樹(shù)脂、丙烯酸樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂以及聚乙烯醇縮丁醛（PVB)。 這些材料可以單獨(dú)使用或者與透明基板組合使用，即，可以在玻璃基板上沉積薄層的透明 元件（例如含有分散的介電顆粒的PMMA層）。優(yōu)選的透明基板厚度在0· Imm與6mm之間。 [0043] 根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透明發(fā)光裝置的介電顆粒濃度應(yīng)當(dāng)較低，意味著顆粒使得光學(xué) 消光值升高〇. 〇〇3cm 1與0. 03cm 1之間的量。
[0044] 這對(duì)應(yīng)于在如下之間的介電顆粒體積濃度值（相對(duì)于基體體積的顆粒體積）：
[0045]
[0046] 與
[0047]
[0048] 其中P是以μ m為單位表示的平均介電顆粒尺寸，而m是在500nm處得到的介電 顆粒的折射率與透明基質(zhì)的折射率之比。
[0049] 更優(yōu)選的是使用如下介電顆粒濃度的體積濃度：
[0050] ?對(duì)于20 μ m> P彡5 μ m，體積濃度在10 6+ 10 5之間，以便獲得與輻射波長(zhǎng)無(wú)關(guān) 的光散射；
[0051] ?對(duì)于1 μ m> P >0. 3 μ m，體積濃度在10 6+ 10 5之間，以便確保沿著面板所提取的 光的高的均勻性；
[0052] #對(duì)于〇.14111>0>〇.〇4 4111，當(dāng)111在〇.933 + 1.〇67之間（并且111乒1±〇.〇〇7)時(shí)， 體積濃度在1045與10 3之間，以便獲得最大量的提取光以保持良好的透明度。
[0053] 重要的是要強(qiáng)調(diào)：散射顆?？梢圆痪哂星蛐涡螤?，并且顆粒將呈現(xiàn)粒徑分布，因此 在上述公式中P指的是顆粒的平均半徑，或者在不規(guī)則形狀的情況下，P指的是顆粒半寬 (其對(duì)于每個(gè)顆粒通過(guò)將最大尺寸與最小尺寸的和除以4來(lái)給出）的平均值。還考慮了可 能存在的不同類(lèi)型的顆粒，每種類(lèi)型的顆粒的特征在于其自身的粒徑分布。
[0054] 在這一點(diǎn)上，如果存在更多的顆粒和/或不同的粒徑分布，那么每種組分的最大 濃度不應(yīng)當(dāng)超過(guò)公式中給出的Cmax。特別地，對(duì)于每種組分的上述Cmin和Cmax極限應(yīng)當(dāng) 根據(jù)具體組分相對(duì)于介電顆粒的總體積的相對(duì)濃度來(lái)成比例地調(diào)整。例如，如果存在40% Vol/Vol的散射顆粒A和60% Vol/Vol的散射顆粒B，那么相對(duì)于基體的最大濃度和最小濃 度由通過(guò)對(duì)于散射體A乘以系數(shù)0. 4并且對(duì)于散射體B乘以系數(shù)0. 6來(lái)校正的上述公式給 出。
[0055] 適合于介電顆粒的材料的示例為：金屬氧化物，在該情況下，優(yōu)選的是Ti、Al、Zr、 Hf、Ta、Y、Yb的氧化物；硅酸鹽，在該情況下，優(yōu)選的是鋁硅酸鹽、SiO2、玻璃珠；白色和透明 陶瓷珠；白色和透明塑料珠；硫酸鋇。
[0056] 包含均分分散的介電顆粒的基體的厚度優(yōu)選地在0· Imm與6mm之間。
[0057] 適合用作根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合透明發(fā)光裝置中的介電顆粒的另一類(lèi)材料是諸如 Ce: YAG的無(wú)機(jī)磷光體、正硅酸鹽、鋁硅酸鹽、氮化物、摻雜有銪的氮氧化物等。
[0058] 在本發(fā)明的可替選實(shí)施方式中，透明元件還包含濃度在10 6mol/L與10 9mol/L之 間的分散的熒光染料。適合的熒光染料的示例為：如二吡啶衍生物，香豆素，二碳菁衍生 物、內(nèi)酯、惡嗪染料720、萘二甲酰亞胺衍生物、酞化青染料、血卟啉、吡咯甲川、噻噸、硫化羅 丹明、羅丹明6G、二萘嵌苯衍生物、（異）蒽酮紫衍生物的有機(jī)分子；無(wú)機(jī)量子點(diǎn)（CuInS、 ZnSe、ZnS、InP、CuInZnS 等）或納米磷光體。
[0059] 根據(jù)本發(fā)明，復(fù)合發(fā)光元件周邊呈現(xiàn)的平均反射率等于或高于80%，這考慮了 100%的反射率是理想值（盡管由于它們相當(dāng)常規(guī)，具有高于90%的反射率的材料可能對(duì) 于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)也容易確定）的事實(shí)以及裝置的周邊的一些部分，例如，與分立光 源對(duì)應(yīng)的部分，可能不反射的事實(shí)兩者?？梢酝ㄟ^(guò)各種等效解決方案例如金屬導(dǎo)板（metal guides)、金屬層或膜的沉積、高反射率涂漆或涂層來(lái)給出反射框。
[0060] 將在本發(fā)明中采用的分立光源的示例為常規(guī)的LED，優(yōu)選的是使用藍(lán)光LED或白 光LED、激光器二極管、有機(jī)發(fā)光晶體管（OLET)或者有機(jī)發(fā)光二極管（OLED)。這些分立光 源被優(yōu)選地設(shè)置在復(fù)合透明發(fā)光裝置的至少兩側(cè)，并且分立光源的數(shù)目使得所提供的功率 在沿著裝置周邊每米5W與每米18W之間。優(yōu)選地，這樣的分立光源提供了在復(fù)合透明發(fā)光 裝置的表面的每平方米2000流明與每平方米5000流明之間的總的光輸出。
[0061] 圖1示出了復(fù)合透明發(fā)光裝置10的第一實(shí)施方式的示意性俯視圖。在這種情況 下，在包含有均勻分散的介電顆粒11的透明元件中插入了一組分立光源13、13'、13"。例如 通過(guò)沉積薄金屬層使得復(fù)合透明發(fā)光裝置10的四個(gè)側(cè)面12、12'、12"、12"'成為反射性的。 在這種情況下，優(yōu)選地，分立光源安裝進(jìn)透明元件11內(nèi)的長(zhǎng)度等于或小于2cm。