TW200920986A - Light output device - Google Patents

Description

200920986 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於光輸出裝置’特定言之，其使用與—透光 之基板結構相關之離散光源。 【先前技術】 此類型照明裝置之一個已知實例係所謂的"LED複層玻 璃"裝置。圖1中顯示一實例。其典型為使用一玻璃板，以 一透明導電塗層例如IT0形成電極。該導電塗層經圖案化 以製成該等電極，該等電極連接至一半導體LED裝置。該 組件係藉由疊層玻璃而成，該等LED嵌在一熱塑性層中（舉 例而言聚乙烯丁醛，PVB)。使用之該玻璃可為安全玻璃。 此類型裝置之應用有層架、陳列櫥窗、建築立面、辦公室 隔間、外牆帷幕及裝飾照明。該照明裝置可用於其他物體 之照明，用於顯示一影像或單純作為裝飾之用。 此類型裝置的一第一問題係如何減少IT〇導體配置中的 功率損耗。 一第二問題係如何動態地控制玻璃中LED的彩色輸出。 雖可提供個別的紅、綠及藍色LED，但此等可被觀察者個 別地看見’因而無法感受到所期望之彩色輸出。 【發明内容】 根據本發明，提供一種光輸出裝置，其包含一至少部分 透光的基板配置，内有複數個光源配置整合至該基板配置 之結構中， 其中該等光源配置之至少一者包含一外殼，該外殼確切 132929.doc 200920986 包含2、3或4個獨立式半導體LED晶片。 本發明進而在該透明基板配置中提供一嵌入式多晶片封 裝體/外殼。4外殼中的少數LED晶片給予二個可能之優 點’-係實現-彩色輸出’另一係在不過度增加成本之情 況下此夠獲得效率提升。此等不同之優點係對應於本發明 之不同的實施，該等將在下文中進一步描述。 該等晶片較佳為緊密接近，例如間隔不到01 mm，使得 亥等可用以產生一不會被察覺之個別組成色彩的彩色輸 出。或者，該等個別晶片之間的連接可藉由減少—給定之 組合光輸出的電流而帶來效率提升。 來自外殼之LED的總光輸出量較佳為小於1〇流明，以使 該外殼及尤其是周圍的透明基板結構可應付總用電量（舉 例而言，為求長期效能，PVB不可被加熱至一高於特定溫 度，例如8 0 °C以上）。 在一實例中，LED被串聯連接，且這實現電流的期望降 幅以達到自特定類型之LeD裝置的一給定光輸出量。該外 殼之LED可完全相同，例如白色光源。 在另一配置中’外殼之LED可包含不同色彩的LED，且 該等並聯連接’以能夠獨立地控制。這可使提供_彩色輸 出而不會讓觀察者看出個別的LED。 該基板配置可包含第一及第二透明基板以及一嵌入該基 板配置中的電極配置，内有連接至該電極配置之複數個光 源配置。 §亥複數個光源配置可欲入一熱塑性層中。 132929.doc 200920986

在一實施例中’該等光源配置之至少一此白A —匕3 —外殼， 該外殼確切包含2 ' 3或4個離散半導體LED晶片。 在另一實施例中’所有該等光源配置均包含 匕3 一外殼，該 外殼確切包含2、3或4個獨立式半導體led晶片。 請注意，本發明涉及請求項中所述之特徵的所有可&之 組合。 現將參考附圖對本發明之實例進行詳細描述。 不同圊中相同之參考數字係用於指示相似部分。 【實施方式】 玻璃照明裝置中的一 LED之結構在圖2中顯示。該照明 裝置包含玻璃板1及2。在該等玻璃板之間係（半）透明電極 7a及7b(例如使用ITO形成），及連接至該等透明電極π及 7b的一 LED 4。一熱塑性材料層5被提供於玻璃板丨與^之間 (例如PVB或UV樹脂）。 該等玻璃板通常可具有M mm—2」mm的一厚度。連接 至LED的電極之間的間距通常為〇〇1_3爪爪，舉例而言， 大約0.15 mm。該熱塑性層具有〇3 mm_2爪瓜的一典型厚 度，且該等電極之電阻係在2-80歐姆或1〇_30歐姆/平方之 範圍内。該等LED典型地係間隔大約3 em或更多。 及等電極較佳為大體上透明的，使其在裝置的正常使用 :不會被觀察者所察覺。若導體配置不會使光透射中產生 麦動（例如因為其未經圖案化，或者因為圖案無法看見）， 大於或等於5G%的—透明度就^以使系統呈透明。更佳 為透明度為大於70%，更佳為90%，且甚至更佳為 132929.doc 200920986 99〇/〇。若導體配置經圖案化（例如因為使用細線），透明度 較佳為大於80% ’更佳為9〇% ’但最佳為大於99〇/〇。 该等電極可由一透明材料諸如ITO製成，或者可由一不 透明但夠薄的材料諸如銅製成，因此該等在正常使用中不 被看見適用之材料的實例在美國專利US 5 21 8 3 5 1中揭 示0 根據本發明，LED 4包含藉由透明電極73及713連接的一 多晶片LED封裝體或外殼4。該多晶片LED外殼含有2、3或 4個LED B曰片。總流明輸出較佳地係小於1 〇流明。 LED封裝體/外殼在此項技術中已為吾人熟知。一多晶片 封裝體亦稱為多晶粒封裝體1常其包含—㈣或樹脂封 裝體/板，該封裝體/板包含被連接至一導體配置的複數個 LED晶片。在本發明之裝置中，此種裝置的導體配置具有 引線或電極’該等引線或電極連接至配置於該等基板之一 者上的ITO導體配置。 該2、3或4個之複數個晶片進而安裝在一内有電連接至 引線的共用電路板上’料弓丨線其後被連接至該透明（例 如’ ITO)導體配置。整個裝置包含複數個此等共用板，該 等嵌入在玻璃基板結構中。 可用之多個LED晶片裝置的一個實例係由〇star(商標） 製造，產品名稱為LE W E2A。&產品具有串聯連接的4個 LED晶片。LED外殼典型地係在—大約丨5 v之電壓下運 作。 此等裝置包括-金屬芯板，而這對此應用並不是必需 132929.doc 200920986 的’因為外殼將併入一玻璃疊層結構中。 在一苐一實施例中，led晶片串聯連接於led外殼之内 部。這增加了外殼上的總電壓。然而，流過系統之電流經 調適以使LED外殼的流明輸出保持為與單個led晶片的流 明輸出相同。因此，電流（其大體上與LED之光輸出強度成 正比）可藉由一因子η而減少，其中n係串聯連接之lED晶片 的數量。 一簡單之電模型可用於描述被連接至透明導體配置的 LED，如圖3中所示。該模型包含ΙΤ〇電阻3〇及一 lED 4， 且該系統係藉由一固定電流而驅動。 為了計算此系統中的用電量，可使用下列方程式： Ρ,το = ^LED = Ρτ〇ιαΐ - Pijx) + Pled 從此等方耘式可看出，ITO導體中的功率損耗與電流之 平方成比例關係、，而LED中的用電量與電流成線性比例關 係。因此，若電流減少，則可達成系統效率之改良。 舉例而言，若使用一具有2個LED晶片的外殼，則流過 led之電流可被減少50%以保持相同之總led功率。 圖4顯示使用二種類型之LED(39及1〇〇流明/瓦特）作為每 外殼中LED晶片數量之—個函數的__種系統效率計算，該 等晶片串聯於該外殼内部。由圖可見，對於led晶片數量 的第人坫加，效率改良係極高的。當使用具有！ 〇〇流明/ 瓦特輸出之1個晶片時，系統效率係大約6〇_7〇%，而當使 132929.doc 200920986 用4個晶片時系統效率大於96%。 LED晶片數量（超過4個）的進一步增加則不再是有利的， 因為其不僅無法增加系統效率，還會使得系統更加昂貴， 且由於外殼尺寸增大而更不透明。 因此，本發明提供一種系統，其中有2、3或4個LED晶 片被安裝在一公用外殼中或在一公用板上。由於加熱效 應，不可能將每外殼之功率增加至任何期望值。舉例而 言，如為當前技術最先進之LED，即39流明/瓦特的白光 led，其最大功率係大約〇23瓦特，產生一8 7流明之光輸 出。 因此’總流明輸出較佳地係低於丨〇流明。 以上實施例已就增加效率之目標來描述，其係藉由減少 一LED外殼中之ITO電損耗而達成。 本發明之一多晶片外殼的一替代應用係對LED晶片提供 一不同的輸出色彩，諸如RGB，或RGBA(紅綠藍透度）。 因為該等LED晶片被配置於一單個外殼中，觀察者不能用 眼睛辨別個別的LED。又，三或四種不同之色彩足可產生 可見光譜中的所有可能之色彩。 為了控制RGB或RGBA LED，必需調適導體配置7的圖 案。舉例而言’可使用每LED六個ITO電極以便個別地控 制紅、綠及藍。或者可使用每LED四個ITO電極，其方法 係將每一色彩連接至一專屬ITO源極電極，且對於所有色 彩使用一共用ΠΌ汲極電極。 藉由改變通過個別LED晶片之電流，可將系統之輸出調 132929.doc -10· 200920986 整為任何期望之輸出色彩。當然，這需要使l印晶片並 聯。 右夕色彩LED晶 係串聯連接的，該等將僅產生白光， 但相較於並聯連接之LED晶片，其具有如上解釋之系統效 率的改良。 一多晶片外殼之使用促進了系統效率提升。因為個別 ㈣晶片之效率隨時間由於發展而改良(即，每單位電流經

改良，光輸出）’彡晶片外殼可提供ITO損耗的進一步縮 ^每曰曰片中的LED數量將選擇以達到系統效率（LED越 夕、]電机#又低且減少損耗）與成本（每一外殼L肋越多則成 本增加）之間的所需折衷。 如圖1中所不，LED外殼較佳為跨越裝置間隔設置，較 佳為間隔大於lcm，且典型地間隔大約 述用於开》成透明（或至少半透明）電極的少量可 ;斗，、他材料包括由一樹脂製成的導電線、繩，諸 如聚知或尼龍線’豸等之外表面係藉由氣相沉積、金屬電 鑛等而塗佈有合属 , 、’屬 亦可使用氣相沉積Si〇2-銦合金之導 電膜。亦可使用一導電墨。 沾習此項技術者應明ώ 士政。口 〜月白本發明之各種修改。 【圖式簡單說明】 圖1顯示玻璃照明萝w Λ & 乃哀置中的一已知LED ;及 圖2更詳細地顯+国 地.、、、員不圖1之裝置的一單個LED ; 圖3顯示連接至— 导體配置之一 LED裝置的一等效電 路；及 132929.doc 11 200920986 圖4係用於解釋本發明之優點。 【主要元件符號說明】 1 玻璃板 2 玻璃板 4 光源配置/LED 5 熱塑性材料層 7a 透明電極 7b 透明電極 30 ITO電阻 132929.doc •12-

Claims (1)

1. 200920986 十、申請專利範圍： • 1種光輪出裝置，其包含一至少部分透光之基板配置 0、2)，内有複數個光源配置（4)整合至該基板配置之結 構中， 中該等光源配置之至少一者包含—外殼，該外殼確 切包含2、3或4個離散半導體LED晶片。 2· 士叫求項1之裝置，其中該等離散半導體LED係間隔不到 0.1 mm。 3.如π求項1或2之裝置，其中該等光源配置係間隔至少1 cm *> 4_如吻求項1或2之裝置，其中自該外殼之該等lED的總光 輸出量小於1〇流明。 5_如睛求項1或2之裝置’其中該等LED係串聯連接。 6. 如請求項5之裝置’其中該外殼中之該等led係完全相 同。 7. 如請求項1或2之裝置，其中該外殼之該等LED包含不同 色彩的LED。 8·如請求項1或2之裝置，其中該外殼之該等LED包含不同 色彩的LED，且每一外殼中之LED係並聯連接而可獨立 控制。 9·如請求項1或2之裝置，其中該基板配置包含第一（1)及第 二（2)透明基板以及一嵌入該基板配置中的電極配置，内 有複數個光源配置連接至該電極配置。 1 0.如請求項1或2之裝置，其中該複數個光源配置係嵌入一 132929.doc 200920986 熱塑性層中。 11.如請求項1或2之裝置，其中該電極配置包含一至少半透 明的導體配置。 1 2.如請求項11之裝置，其中該導體配置係由一完全透明之 材料形成。 13. 如請求項12之裝置，其中該導體配置係由一透明導電氧 化物形成。 14. 如請求項13之裝置，其中該導體配置係由ITO形成。 1 5.如請求項1或2之裝置，其中每一外殼確切包含2個半導 體晶片。 16. 如請求項1或2之裝置，其中每一外殼確切包含3個半導 體晶片。 17. 如請求項1或2之裝置，其中每一外殼確切包含4個半導 體晶片。 132929.doc