[发明专利]LED阵列系统

说明书

技术领域

本发明涉及结合在玻璃状(glass-like)材料中的发光二极管(LED)封装。

背景技术

当前，包括结合在玻璃中的发光二极管(LED)封装的发光元件被制造用于建筑目的。在这些元件中，二维LED阵列夹在两块玻璃板之间，这两块玻璃板通过聚合物形成叠层，所述聚合物通常是PVB(聚乙烯醇缩丁醛)。这些LED封装固定在一块玻璃板上，在该玻璃板上存在导体图案以便为这些LED封装提供电流。上面的构造是有益的，因为它赋予了构造的耐久性，从而扩大了使用领域。

对于完全浸入玻璃状介质中的LED来说，存在的问题是在玻璃表面与周围空气之间的界面处发生全内反射(TIR)。结果是角度大于临界角的光在玻璃/空气的界面处全反射，导致光效率大约为41％。全反射的光在玻璃/PVB/玻璃系统中(多次内反射之后)被吸收。另一个问题是LED封装的视亮度高(1-10MCd/m²)，这导致例如结合了LED封装的玻璃壁因多个眩目光源而使视觉舒适度低。而且，市场上可买到的顶部发射LED封装通常都相当厚(＞0.8mm)，因此需要PVB层也很厚。这导致成本增加并且由于PVB的光学性质而使玻璃结构带褐色。在大的玻璃叠层中存在孤立的LED封装的情况下，所有全反射的光最终都被吸收。此外，在相对较高的LED封装密度(例如＞0.5cm^-2)下，全反射的光可能在邻近的封装处散射，导致不可预料的光的向外耦合。

本发明的目的在于减轻上面的现有技术系统中的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于通过提供依照权利要求1的LED阵列系统来减轻上面的问题。

该LED阵列系统的特征在于，至少一个LED封装包括侧面发射LED封装，用以发射基本上平行于基底表面的光，并且该系统包括至少一个外耦合结构，其将发射的光反射/散射到支撑层之外。

本发明的LED阵列系统将光有效地耦合到外面，因此与常规的系统相比提高了光效率。利用有效地形成虚光源的外耦合结构是通过促进(源于几个具有高视亮度的LED封装的)光分配到大的虚光源阵列上从而降低令人讨厌的高视亮度的一种便利方法。由于侧面发射LED封装比顶部发射LED封装薄，因此利用侧面发射LED封装减少了在支撑层中所需的材料的量。这降低了成本而且改善了LED阵列系统的视觉外观。并且，利用外耦合结构提供了很容易适用于特定应用的一种通用且灵活的系统。

在一个或多个实施例中，顶层可以设置成将所述支撑层夹在该顶层和基底之间。顶层可用作防止损坏的保护，以便提高所述LED阵列系统的寿命。得到的透明照明器在视觉上是有吸引力的，并且本发明的系统使得有可能将发光元件集成在透明表面中。

基底和顶层可以由玻璃制成，支撑层可以由PVB或树脂制成。玻璃以及PVB或树脂的组合在叠层玻璃的领域中是众所周知的。

在一个或多个实施例中，外耦合结构可以设置在顶层的表面上，面向支撑层。这种布置使得有可能实现LED阵列系统的高效率生产。外耦合结构也可以设置在基底的表面上并面向支撑层。外耦合结构在该表面上的布置具有加工/生产优点，因为由外耦合结构的布置所引起的潜在污染将不会影响LED的粘合(bond)。

外耦合结构可以是丝网印刷的，利用丝网印刷的结构在生产速度和生产成本方面是有利的。

对于外耦合结构来说有几种可替换的方案，包括但不限于由下列物质组成的组：发光墨水；包含发光小片(luminescent dies)的聚合物粒子；干涉颜料，如涂敷TiO₂的云母薄片；高折射率(high index)氧化物，如ZrO₂；有色颜料，如Fe₂O₃；光致变色材料；具有密闭孔隙率的粒子，如中空球体，或者任何类似的材料或其组合。由于可以使用能够以适当方式使光扩散、反射、折射和/或吸收以及重发射的材料，因此对于外耦合结构的构造存在众多的可替换方案。外耦合结构的分布例如可以设置成在表面上产生均匀的光分布。可替换地，这些外耦合结构可以被设置成形成图案，如标志、某个形状等等。

在一个或多个实施例中，在LED封装的发光面和支撑层之间形成小的空气隙。由于LED封装的发光面和玻璃/PVB环境之间的空气隙的原因，所有的光都因TIR而被俘获在玻璃/PVB/玻璃叠层中，这意味着能够较高程度地控制光的向外耦合。空气隙可以通过在LED封装上提供透明盖而形成。所述盖还可以由PMMA、玻璃或陶瓷材料形成。

可以将该LED阵列系统结合到照明系统中。