CN101185109A - 具有织物漫射层的光源 - Google Patents

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Abstract

提供了一种光源，包括至少一个设置在基板(102)上的发光单元(101)和设置成接收和漫射由所述至少一个发光单元(101)所发射的光的漫射元件(103)。所述漫射元件(103)包括无纺织物层，其在面对发光单元一侧上具有较低的密度，而其在背离发光单元一侧上具有较高的密度，以获得良好的漫射特性。

Description

具有织物漫射层的光源
技术领域
本发明涉及一种包括至少一个发光单元和漫射元件的光源，其中所述至少一个发光单元设置在基板上，而所述漫射元件设置成接收和漫射由所述至少一个发光单元所发射的光。本发明还涉及一种用于设置在光源上的漫射层。
背景技术
大面积发光纺织品(textile)将开辟新的内部装饰和服装的广泛应用，从照明到产生表达某种信息的氛围。
LED是用于纺织品集成的主要光源候选者。然而，LED是小的点光源。分布在织物表面上的多个LED不会使整个织物发光，而只是允许覆盖有光源的一小部分织物发光。
对于许多发光织物应用而言，希望从织物表面更加均匀地耦出光。
一个问题是如何将从每一个LED发出的光分布在相邻的LED之间的整个区域。另一个问题是设置在织物顶部的LED光源限制了通常与织物有关的柔和外观和感觉。
France Telecom的WO 2004/100111描述了具有发光二极管的柔性显示器，所述发光二极管设置在由纺织线构成的织物支撑上，其中电路包括在纺织线中。这些发光二极管是点光源，并且用于产生基本连续的光显示，WO 2004/100111描述了使用具有几种可能材料的漫射体来使来自邻近发光二极管的光漫射，以在漫射体的表面上形成均匀的光场。
然而，该文献并没有公开如何利用漫射体材料以便获得好的漫射效果。
发明内容
本发明的目的是克服该问题，并且提供具有漫射性良好的漫射体材料的光源。
因此，在第一方面中本发明涉及一种包括至少一个发光单元和漫射元件的光源，所述至少一个发光单元设置在基板上，而所述漫射元件设置成接收和漫射由所述至少一个发光单元所发射的光，其中所述漫射元件包括至少一层无纺织物。
在典型的发光应用中，通常在发光单元和漫射材料之间有一定的距离(空隙)，这有时还把光源隐藏起来而不被观众看见。需要空隙以使光锥能够在其被漫射材料散射之前进行扩展。为了均匀的散射效果空隙必须基本保持不变。
由纤维网(fibrous web)来制造无纺织物，所述纤维网是通过对纤维的机械缠结或通过使用树脂、热熔化和形成化学络合物而结合在一起的。可以以随机或定向的方式布置网中的纤维。为了确保均匀散射和光锥能以均匀的方式扩展，优选在无纺织物中随机组合纤维。因此，对于漫射包含两个基本要素：空气和纤维材料的随机性。然而，如果需要，定向无纺织物可以用于产生特殊的效果。
在本发明的实施例中，与无纺织物在漫射元件背离发光单元的表面上的密度相比，其在漫射元件面对所述发光单元的表面上的密度可以较低。例如，漫射元件可以包括设置成与发光单元相邻的第一层无纺织物和设置在所述第一层上的第二层无纺织物，其中所述第二层的密度高于所述第一层的密度。
漫射元件靠近发光单元的部分具有低密度，因此提供发光单元与漫射元件中密度较大的部分之间的间隔。在该间隔中，在遇到漫射元件中密度较大的部分(大部分的光漫射发生在此)之前，由发光单元发射的光锥可以扩展。低密度部分还可以有助于发光单元和密度较大的部分之间的间隔在可接受的程度上保持不变，即使发生光源弯曲等情况也是如此。
漫射元件中密度较大的部分(denser portion)将使光漫射，并因此使含光表面具有均匀性。
光源还可以在漫射元件顶部包括至少一层发白织物。例如，织物可以是纺织的或编织的，以使器件具有常规的织物感觉。优选地，覆盖层是白色的或发白，以避免滤色。
显示器件还可以包括在漫射体单元顶部上的至少一层彩色的开放式结构织物。例如，彩色的开放式结构织物层可以设置在发白织物覆盖层的顶部，或设置在漫射元件的顶部(如果没有发白织物覆盖层的话)。例如，彩色的开放式结构织物层可以是网眼织物或花边型织物。彩色的开放式结构织物层用作显示器件上的提高对比度的防反射涂层，并且其允许显示器在关闭状态下具有任何颜色，而不在开启状态下用作滤色器(由于开放式结构)。
在本发明的包括至少两个发光单元的实施例中，漫射元件可以设置成使由两个相邻发光单元发射的光漫射，以在漫射元件背离所述发光单元(即，面对光源的观察者)的表面上产生基本连续的光显示。
本发明的光源中的发光单元可以包括至少一个发光二极管。
发光二极管作为发光单元是有吸引力的，因为其通常具有高效率和低功耗。
发光单元可以包括一个或多个具有相同颜色的发光二极管，或可以包括两个或更多具有不同颜色的发光二极管，以便提供颜色可变的发光单元。如果发光单元中的每一个发光二极管是可以独立寻址的，则可以通过改变来自不同发光二极管的光的强度来提供不同的颜色。
在本发明的实施例中，光源可以至少包括第一和相邻的第二发光单元，并且漫射元件可以包括使由所述第一发光单元发射的光漫射的第一域、以及使由所述第二发光单元发射的光漫射的第二域，其中所述第一和第二域通过隔离装置(barrier means)而至少在光学上部分分开。
例如，将所述第一和第二漫射元件域分开的隔离装置可以包括将所述漫射元件结合(joining)到所述基板上的接缝(seam)。
这种隔离物防止颜色在具有不同颜色的相邻发光单元的光场之间的边界处混合。此外，这种隔离物将产生框架，即“像素”，以增强产生在光源表面上的光图案的颜色和/或清晰度。
在本发明的实施例中，发光单元和其上设有发光单元的基板被封装在半透明封装中。例如，这种封装可以为本发明的光源提供机械耐磨性。该封装可以是弹性材料。该封装可以包括光散射元件。
在第二方面中，本发明还涉及用于设置在光源上的光漫射元件，该光源包括至少一个发光单元，所述漫射元件包括至少一层无纺织物。
在本发明的该第二方面的实施例中，与无纺织物在漫射元件背离光源的发光单元的表面上的密度相比，其在漫射元件适于面对所述发光单元的表面上的密度可以较低。例如，漫射元件可以至少包括适于面对发光单元的第一层无纺织物和设置在所述第一层上的第二层无纺织物，所述第二层的密度高于所述第一层的密度。
在第三方面中，本发明还涉及包括集成的光源和漫射元件的不同织物产品。
附图说明
现在将参照附图对本发明的该方面和其它方面进行更加详细的说明，所述附图示出本发明的当前优选实施例。
图1示出根据本发明的光源的示范性实施例的截面图；
图2示出根据本发明的光源的另一示范性实施例的截面图；
图3示出根据本发明的光源的另一示范性实施例的截面图；
图4示出根据本发明的光源的又一示范性实施例的截面图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的光源的第一实施例，该第一实施例包括设置在基板102上的发光单元101的阵列、以及设置在该阵列上的光漫射体103，其中每一个所述发光单元包括发光二极管。
光漫射体103包括面对发光单元101的低密度无纺织物(low-density non-woven fabric)的第一层104、以及密度高于第一层104的无纺织物的第二层105。
如这里所使用的那样，术语“发光二极管”或“LED”涉及能够在从红外光到超紫外光的波长范围内发光的发光二极管。该术语还涉及所有不同种类的LED，包括基于有机物的LED、基于聚合物的LED和基于无机物的LED、以及激光二极管。
有利地，本发明的发光单元包括一个或多个发光二极管。然而，也可以使用其它发光单元，例如基于白炽灯、发光化学反应的发光单元。
如这里所使用的那样，术语“基板”是指其中或其上设有发光二极管的结构。该术语是指刚性的、基本上没有柔性的基板以及柔性基板。几种非柔性的，“刚性的”基板材料，以及柔性基板材料对本领域技术人员而言是公知的，并且基板材料不是本发明的要点。
本发明的光漫射体对于漫射由设置在“柔性”基板上的发光单元发射的光特别有利，因为该漫射体由柔性材料制成。然而，本发明的光漫射体还适合用于基于“刚性”基板的光源。
如这里所使用的那样，术语“无纺织物”是指基本上由例如通过使用树脂或机械缠结而结合在一起的分离纤维构成的织物，即与纺织织物不同的织物，其中通常通过对纺线的编织以及对纺线中的纤维的扭捻而将纤维结合在一起。
适用于根据本发明的无纺织物的纤维材料包括但不限于诸如棉花和羊毛纤维的自然纺织纤维、诸如粘胶纤维(viscose)的再生纤维、以及诸如聚脂纤维、聚酰胺(尼龙)和聚丙烯酸酯纤维的合成纤维。
如这里所使用的那样，术语“密度”当其涉及无纺织物的密度时是指织物中的纤维的平均密度，与织物的平均网目尺寸、两个相邻纤维之间的平均距离成倒数关系。
光漫射体103设置成接收由发光单元101发射的光并使其漫射，使得来自相邻两个发光单元的光在光漫射体103背离(opposite to)发光单元的表面106上产生基本连续的光显示，这里该表面106也被称为漫射体的观察表面。
因此，光漫射体所实现的光漫射应该至少在光源中的相邻发光单元之间的距离范围内。
具有较低密度的无纺织物的第一层104设置成覆盖发光二极管并在发光单元和具有较高密度的无纺织物的第二层105之间提供距离。
在某种程度上，第一层104使光漫射，但它也提供发光单元和第二层105之间的间隔。在该间隔中，光锥在遇到第二层之前扩展。密度高于第一层104的第二层105使光漫射，从而获得光漫射体的均匀照明表面106。
对于一定密度和厚度的第二层105，可以根据相邻发光单元101之间的距离和由发光单元101发射的光的亮度来改变第一层104的厚度和/或密度以便产生光的均匀照明表面106。
适于光源的无纺材料的漫射体的一个非限制性例子是～20mm厚的双层聚酯无纺织物，其中相邻发光单元之间的距离在20mm的范围内。最内的无纺层为15mm厚，纤维密度为6.5×103g/m3，主要用来隔开最外的无纺层。最外的无纺层为6mm厚，纤维密度为14×103g/m3，用于使由发光单元发射的光漫射以便基本均匀地照明覆盖漫射体的薄纺织聚酯层。
在图2中，至少一层发白(whitish)织物107设置在漫射体103的顶部。例如，可以纺织或编织发白织物以使器件具有常规的织物感觉。
在图3所示的可选实施例中，光源包括至少一个设置在漫射体元件103上的由彩色开放结构式织物构成的覆盖层108。例如，彩色开放结构式织物覆盖层108可以是网眼织物或花边型织物。彩色开放式结构织物层用作显示器件上的提高对比度的防反射涂层，并且其允许显示器在关闭状态下具有任何颜色，而不在开启状态下充当滤色器(由于开放式结构)。应该注意的是，在漫射体103的顶部上存在层107的情况下，开放式结构层108应该设置在这种层的顶部上。
图4示出本发明的第二实施例，其包括设置在基板204上的分立发光单元201、202、203的阵列，每一个发光单元包括三个可独立寻址的发光二极管，红色205、绿色206和蓝色207。
因此，每一个发光单元用作颜色可变的发光单元，即像素，其中通过改变不同颜色的发光二极管所发射的光的强度来获得不同的颜色。
在阵列上设置包括第一层209和第二层210的光漫射体208，以接收和漫射由发光二极管发射的光。
将光漫射体208分为几个域“像素”，211、212、213，光漫射体的一个域用于每一个发光单元201、202、203。
通过隔离物(barrier)214将域分开以防止第一发光单元201所发射的光漫射到覆盖相邻发光单元202的光漫射体212的表面上。
通过结合光漫射体208的无纺织物和基板204来获得隔离物214。这可以通过不同的方式来实现，取决于漫射体材料和基板材料。例如，可以通过将织物与基板材料缝合而使漫射体208与基板204结合，以这种方式将漫射体材料压向基板从而漫射体材料在缝合处变得基本上是不透明的。缝合每一个发光单元周围的边沿提供了所期望的隔离物。获得隔离物的其它方法包括但不限于将漫射体材料粘合和熔合到基板上以便通过使漫射体背离发光单元的表面靠近基板而压缩漫射体材料。
颜色混合是由于来自相邻发光单元的光锥在从光源出射之前出现重叠而造成的。
可以通过多种方式获得隔离物，其用于防止实质性的颜色混合并因此将光源分为多个至少在光学上部分分开的像素。
可以将用于防止颜色混合的隔离物分为两个大组(main groups)：
(i)防止或减少来自相邻发光单元的光锥之间的重叠的隔离物，
以及
(ii)允许重叠但阻挡或减少来自重叠区域的光的隔离物。
如这里所使用的那样，在将漫射元件的两个相邻域在光学上彼此分开的环境下，“在光学上分开”是指防止从与漫射元件的第一域相对应的第一发光单元发出的光在漫射元件的相邻第二域的观察侧可以被轻易看到，即防止实质性的颜色混合(substantial color mixing)。
如这里所使用的那样，应该将“实质性的颜色混合”理解为能够被光源的观察者轻易观察到的颜色混合。通常，发光单元基本上以Lambertian图案发射光，即其中强度基本与视角成比例。因此，即使由于朝向相邻发光单元以非常倾斜的角度发射的光而导致发生颜色混合，引起该颜色混合的光的强度也非常低，因此该颜色混合几乎观察不到。
第一类的例子包括设置从基板向光源的观察表面延伸(即从漫射体适于面对基板的一侧向漫射体的观察侧延伸)的隔离物，以便通过形成非透明壁来防止重叠。
隔离物可以以与基板的法线基本平行的方式向观察表面延伸。
隔离物可以以与基板的法线不平行的方式向观察表面延伸，例如以便在隔离物内形成漏斗形空间。
在包括(i)型隔离物的光源的第一示范性实施例中，将无纺织物的第一层设置在发光单元阵列上以提供发光单元和无纺织物的第二层之间的间隔，所述无纺织物的第二层用作光漫射体。无纺材料的第一层是不连续层，用于形成无纺材料在每一发光单元的顶部上的分立“岛”。在发光单元与无纺材料的第二层之间延伸的每一个岛的侧壁包括基本不透明的表面材料，因此使岛在光学上彼此隔离。
在包括(i)型隔离物的光源的第二示范性实施例中，将无纺织物的第一层设置成提供发光单元和无纺织物的第二层之间的间隔，所述无纺织物的第二层用作光漫射体。在该实施例中，第一层是连续的，但是包括穿过该层的漏斗状开口使得每一个发光单元位于该层的开口中。漏斗从其上设有发光单元的基板延伸到第二无纺层。漏斗的侧壁可以设有反射涂层以便提高光源的效率。
在包括(ii)型隔离物的光源的示范性实施例中，将无纺织物的第一层设置在发光单元阵列上以提供发光单元和无纺织物的第二层之间的间隔，所述无纺织物的第二层用作光漫射体。取决于无纺层的厚度，允许来自相邻发光单元的光锥在第一或第二无纺层中组合。将基本不透明的掩膜设置在光源的观察表面上以覆盖实质性颜色混合发生的位置，因此来自这些颜色混合区域的光不从光源出射。
本发明的实施例可以包括(i)和(ii)型两种隔离物。
本领域技术人员应该意识到本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求书的范围内可以进行许多修改和变化。例如，不必期望漫射体的漫射效果应该处在相邻发光单元之间的距离的数量级上。在一些情况下，可能期望获得更加不均匀的漫射体表面的照明，并因此可能期望程度较低的漫射。
此外，不一定漫射体材料包括两层无纺织物以便获得所期望的效果。在本发明的一些实施例中，光漫射体可以包括单层无纺织物，其中纤维密度表现出一定的梯度，在面对发光单元的表面上具有较低的密度，而在背离发光单元的表面上具有较高的密度。
在其它实施例中，仅仅一个漫射无纺织物的均匀层足以提供所期望的效果。
在本发明的实施例中，光漫射体可以由彩色材料构成以获得漫射材料中的滤光效果。这种彩色漫射体可以具有至少两个效果：(i)增强发光单元所提供的某种颜色，以及(ii)例如通过将发光单元所发出的白光转换为具有不同颜色或色温的光，来提供漫射体中的颜色转换。
在本发明的实施例中，可以利用额外的层覆盖无纺光漫射体。这种层包括但不限于用于使光源具有织物外观的织物，以及塑料。
在本发明的实施例中，可以利用半透明或透明的封装来封装发光单元和其上设有发光单元的基板。通常，该封装由弹性材料构成，例如但不限于标准柔性材料，例如硅树脂、树脂、凝胶和容易处理和应用的凝胶状材料。
发光单元和基板的封装可以有利于为光源提供强度和耐磨性。无纺材料的光漫射体不会为发光单元提供任何针对机械影响(例如刮擦和冲击)的保护。
在基板为“柔性”的情况下，例如在适于在正常操作期间弯曲和卷曲的光源中，希望采用弹性封装。
另外，封装还可以提供本发明的发光单元和无纺光漫射体之间的间隔。
此外，封装可以包括诸如固体无机颗粒或空气/气泡的光散射元件，以增强由本发明的光源所发射的光的漫射。
本发明的光源的应用领域包括但不限于这样的器件：需要产生光以及需要柔软表面和/或柔性器件。例子包括但不限于窗帘、装饰织物、汽车顶篷、床上用品、横幅、旗帜、地毯、玩偶和服装，例如救生衣。
在本发明的实施例中，包括本发明的光源的器件是交互式的并连接到通信装置和/或传感器。
在一个例子中，光源包括在交互式枕头或玩具(例如玩偶)中，枕头或玩具还包括通信装置，例如因特网连接接口或移动电话(例如GSM-模块)。
通信装置能够接收数据并根据所接收的数据对光源的光发射进行控制。例如，所接收的数据可以表示显示在枕头或玩具上的图像或文本消息，例如SMS-消息或e-mail。
这种交互式枕头或玩偶还可以包括压力传感器，用于检测枕头上的压力，该传感器连接到控制装置以具有触敏功能。
包括本发明光源的交互式器件的另一个例子是具有压力传感器的小地毯/桌布，其考虑到触摸显示功能性，例如允许玩游戏、锻炼、测体重或婴儿成长等。
包括本发明光源的交互式器件的另一个例子是衣服，例如手套或衣袖，光源连接到数字式罗盘。这种手套能够指示其所指方向，例如用不同颜色或图案指示每一方向，另外可以连接到GPS(全球定位系统)接收机以便将穿着该衣服的人引导到所希望的方向。
包括本发明光源的交互式器件的另一个例子是还包括音频播放器和扬声器的背包，其中音频系统连接到光源，以显示与声音有关的信息，例如音频均衡器信号、环境图案或歌曲内容说明。

Claims (27)

1.一种光源，包括至少一个设置在基板(102)上的发光单元(101)和设置成接收和漫射由所述至少一个发光单元(101)所发射的光的漫射元件(103)，所述漫射元件(103)包括至少一层无纺织物，其特征在于，与所述漫射元件(103)在该漫射元件背离所述发光单元的第二侧上的密度相比，其在该漫射元件面对所述发光单元的第一侧上的密度较低。
2.根据权利要求1所述的光源，其中所述漫射元件(103)至少包括第一层无纺织物(104)和设置在所述第一层上的第二层无纺织物(105)，所述第一层面对所述基板(102)，所述第二层(105)的密度高于所述第一层(104)的密度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的光源，还包括所述漫射元件顶部上的至少一层发白织物(107)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的光源，还包括所述漫射元件(103)的顶部上的至少一层彩色开放结构式织物(108)。
5.根据权利要求3和4所述的光源，其中所述彩色开放结构式织物层(108)设置在所述发白织物层(107)的顶部上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述至少一个发光单元包括至少一个发光二极管。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光源，包括至少两个发光单元(101、101’)，其中所述漫射元件(103)使由两个相邻发光单元发射的光漫射，以在所述漫射元件背离所述发光单元的表面(106)上产生基本连续的光显示。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的光源，至少包括第一发光单元(201)和相邻的第二发光单元(202)，其中所述漫射元件(208)包括用于使由所述第一发光单元(201)发射的光漫射的第一域(211)、以及用于使由所述第二发光单元(202)发射的光漫射的第二域(212)，并且所述第一和第二域通过隔离装置(214)而至少在光学上部分分开。
9.根据权利要求8所述的光源，其中所述隔离装置包括设置在所述漫射元件上的阻光掩膜。
10.根据权利要求8所述的光源，其中所述隔离装置(214)包括从所述漫射元件的所述第一侧向所述第二侧延伸的非透明壁。
11.根据权利要求10所述的光源，其中所述隔离装置(214)包括将所述漫射元件结合到所述基板上的接缝。
12.根据前述权利要求中任一项所述的光源，其中所述至少一个发光单元(101)和所述基板(102)封装在半透明封装内。
13.根据权利要求12所述的光源，其中所述半透明封装包括弹性材料。
14.根据权利要求12或13所述的光源，其中所述半透明封装包括光散射元件。
15.一种用于设置在发光单元上的光漫射元件(103)，所述漫射元件包括至少一层无纺织物，其中与所述漫射元件在该漫射元件适于背离所述光源的发光单元的第二表面上的密度相比，其在该漫射元件适于面对所述发光单元的第一表面上的密度较低。
16.根据权利要求15所述的光漫射元件，其中所述漫射元件(103)至少包括设置成面对所述发光单元的第一层无纺织物(104)和设置在所述第一层上的第二层无纺织物(105)，所述第二层的密度高于所述第一层的密度。
17.根据权利要求15或16中任一项所述的光漫射元件，还包括所述漫射元件顶部上的至少一层发白织物(107)。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的光漫射元件，还包括所述漫射元件(103)的顶部上的至少一层彩色开放结构式织物(108)。
19.根据权利要求17和18所述的光漫射元件，其中所述彩色开放结构式织物层(108)设置在所述发白织物层(107)的顶部上。
20.根据权利要求15至19所述的光漫射元件，其中所述漫射元件(208)至少包括第一域(211)和第二域(212)，并且所述第一和第二域通过隔离装置(214)而至少在光学上部分分开。
21.根据权利要求20所述的光漫射元件，其中所述隔离装置包括设置在所述漫射元件上的阻光掩膜。
22.根据权利要求20所述的光漫射元件，其中所述隔离装置(214)包括从所述漫射元件的所述第一表面向所述第二表面延伸的非透明壁。
23.一种纺织品产品，包括根据权利要求1至14中任一项所述的光源或包括根据权利要求15至22中任一项所述的光漫射元件的光源。
24.根据权利要求23所述的纺织品产品，包括适于接收数据的通信装置和用于根据所接收的数据对所述光源的光发射进行控制的装置。
25.根据权利要求23或24所述的纺织品产品，包括传感器装置，其适于检测可觉察的情况，并且根据所检测的情况对所述光源的光发射进行控制。
26.根据权利要求25所述的纺织品产品，其中所述传感器装置选自由温度传感器、光检测器、罗盘、定位系统、压力传感器和麦克风所组成的组。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的纺织品产品，选自由枕头、装饰织物、服装、手套、横幅、旗帜、地毯、窗帘、汽车顶篷、床上用品、玩偶和背包所组成的组。
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