CN101772798B - 光输出装置 - Google Patents

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Abstract

一种光输出装置包括衬底配置，该衬底配置包括集成到该衬底配置的结构中的多个光源电路。每个光源电路包括具有两个端子的光源装置配置(4)和晶体管电路(7)。每个光源电路被供给以来自相关一对功率连接(10、11、14、15、20)的功率，且至少两个光源电路(4，7)共享相同一对功率连接。提供用于接收外部控制信号的一组控制连接(18)，该外部控制信号用于控制晶体管电路(7)。一组非交叠电极(10，11，14，15，18，20)提供功率连接、光源装置端子和晶体管电路之间的内部连接，且每个光源装置是单独独立可控的。

Description

光输出装置
技术领域
本发明涉及光输出装置，具体而言涉及使用与透明衬底结构相关的离散光源的光输出装置。
背景技术
这种类型照明装置的一个已知实例为所谓的“玻璃内LED”装置。图1示出了一个实例。典型地使用具有透明导电涂层(例如ITO)的玻璃板，该透明导电涂层形成电极。导电涂层被构图从而制作连接到半导体LED装置的电极。通过将玻璃与LED层叠在热塑性层(例如聚乙烯醇缩丁醛，PVB)内部而完成该组件。
这种类型装置的应用涉及搁板、陈列柜、建筑物正面、办公室隔断、墙壁覆盖层以及装饰性照明。该照明装置可用于照明其他对象、用于显示图像、或者仅仅是用于装饰目的。
这种类型装置的一个问题在于其难以提供这样的结构，此结构使得玻璃内的单个LED能够被接通或断开，例如从而显示图像或者动态图案。这一点是困难的，因为二维图案的透明电极是期望的，但是如果要保持层结构简单，则需要避免交叉。如果针对每个LED使用单独的引线(而不是二维图案)，这导致非常高的引线电阻(例如ITO电极)，造成这些引线内高的电损耗。
本发明的目的是使用简单的导体图案提供对光源装置的独立控制。
发明内容
根据本发明，提供一种光输出装置，包括：
衬底配置；
集成在该衬底配置的结构内的多个光源电路，每个光源电路包括具有两个端子的光源装置配置和晶体管电路；
用于接收外部功率的一组功率连接，其中每个光源电路与一对功率连接相关，此一对功率连接用于向该光源电路提供功率，且其中至少两个光源电路共享相同的一对功率连接；
用于接收控制信号的一组控制连接，该控制信号用于控制各个晶体管电路；以及
提供该功率连接、光源装置端子和晶体管电路之间的内部连接的一组非交叠电极，
其中每个光源装置配置是单独独立可控的。
这种配置提供使用非交叠电极的单独可寻址光源电路，使得可以使用单个电极层，但这减小了多个光源电路的功率连接的数目。这使得对于光源电路之间的给定节距，功率连接的宽度将被增加，或者使得节距减小。尽管共享功率连接，但晶体管电路仍然允许实现独立的控制。
每个光源装置配置可以包括单个光源装置且每个晶体管电路可以包括单个晶体管。这提供简单的架构。
每个晶体管可以包括MOSFET，其栅极连接到各个控制连接。
在一个实例中，每个晶体管可将其源极和漏极连接到相应的功率连接，源极和漏极之一通过该晶体管连接到功率连接。如果源极和漏极并排配置，功率连接可以共享，宽度可以翻倍，且窄控制线可用于控制晶体管(因为低电流需求)。
在另一实例中，共享相同功率连接对的至少两个光源电路可以串联连接在功率连接之间，每个晶体管跨过光源装置配置而并联连接。在这种配置中，电流路径设置为经过一连串光源装置配置，且并联晶体管使得受控光源装置配置可被旁路。
优选地，在这种情况下，功率源配置包括用于共享相同功率连接对的每组光源电路的电流源。这样，无论多少光源装置配置串联连接，它们都可以被照射。然后可以提供控制电路以用于控制晶体管电路，应用到晶体管的控制电平是根据哪些光源电路导通且哪些光源电路截止来选择的。这在电压电平不是静态的时候可能是需要的。
在所有实例中，可以提供控制电路以用于使用占空因数控制来降低光源装置的光强。
优选地，功率连接之一在所有光源电路之间共享。
该光源装置配置可以包括LED装置或一组LED装置，例如，无机LED、有机LED、聚合物LED或激光二极管。
本发明还提供照明系统，该照明系统包括本发明的光输出装置以及用于控制提供到控制电路的信号的照明控制器。
注意，本发明涉及权利要求中列举的特征的所有可能组合。
附图说明
现在将参考附图详细描述本发明的实例，其中：
图1示出已知的玻璃内LED照明装置；
图2更详细示出图1的装置的单个LED；
图3示出提供多个光源装置的单独控制的一种方式；
图4示出本发明的光输出装置的第一实例；以及
图5示出本发明的光输出装置的第二实例。
相同的参考标号在不同图中用于表示相似部分。
具体实施方式
玻璃内LED照明装置的结构示于图2。照明装置包括玻璃板1和2。(半)透明电极3a和3b(例如使用ITO形成)以及连接到透明电极3a和3b的LED 4位于这些玻璃板之间。热塑性材料层5(例如PVB或者UV树脂)设置在玻璃板1和2之间。
玻璃板典型地可具有1.1mm至2.1mm的厚度。连接到LED的电极之间的间隔典型地为0.01mm至3mm，例如为约0.15mm。热塑性层的典型厚度为0.3mm至2mm，且电极的电阻在2至80欧姆/平方或者10至30欧姆/平方的范围。
电极优选地基本透明，使得在装置的正常使用时观察者感觉不到电极。如果导体配置不引入光透射的变化(例如由于导体配置未构图，或者由于图案无法看到)，大于或等于50％的透明度足以使系统是透明的。更优选地，透明度大于70％，更优选地90％，且甚至更优选地99％。如果导体配置被构图(例如由于使用细引线)，透明度优选地大于80％，更优选地90％，但是最优选地大于99％。
电极可由诸如ITO的透明材料制成，或者电极可由诸如铜的不透明材料制成，但是此不透明材料足够薄，使得它们在正常使用时不可见。合适材料的实例披露于US 5218351。
图3示出用于控制各个LED的电极图案的实例。各个引线10至15用于控制若干相应LED 4。使用激光在电极材料层3中形成切口6而制作引线。该解决方案的问题在于，引线10至15非常细，这导致极高的电阻，且相应地导致高的电功率损耗。
本发明提供用于控制嵌入在衬底(诸如玻璃)中的多个光源(诸如LED)的备选解决方法。对各个光源的控制使得可显示图像或其它动态图案。
本发明提供一种配置，其中提供光源电路(包括至少一个光源和控制晶体管)且这些光源电路从相关功率连接对供给功率。至少两个光源电路共享相同的功率连接对，使得功率连接的数目减小且它们的尺寸可以增加。
图4示出根据本发明的第一实施例。在该配置中，每个光源4具有晶体管7，晶体管7的栅极连接到控制引线18。晶体管和光源一起形成光源电路。
每个光源4串联在高功率轨电极(rail electrode)10、11、14、15以及共享低功率轨电极20之间。每个高功率轨电极10、11、14、15在两个光源4之间共享，使得两个相邻光源共享相同功率电极对。它们因而可以做得更宽。
在该配置中，对于数目为n个的光源，存在(n/2+1)个功率电极。如所示，这些电极由衬底之上由划线(score line)分割的导体区域定义。这些电极区域定义光源、晶体管、以及功率和控制线之间的内部(即，衬底上)连接。所有电极由单层定义且是非交叠的，且在外围应用功率或控制信号。
与每个光源相关的晶体管7使得光源可与功率导体之一隔离。在所示实例中，一对光源中的一个光源可以与高功率轨隔离且另一光源可以与低功率轨隔离，但这不是必须的。而是，晶体管可以均与高功率轨或低功率轨相关。
每个晶体管的控制栅极连接到控制引线18。通过向控制引线18应用电压，晶体管可以导通和截止，这进而将接通或断开相应的光源4。
与图3比较，电极引线的数目已经减小约一半(从n+1至n/2+1)，因为图3中的电极11和12已经合并为图4中的11，且图3中的电极13和14已经合并为电极14。
还可以将电极数目减小一半以上。这通过使用相同一对功率线对更多个光源供电来实现，如图5所示。
在所示实例中，三个光源电路4、7共享相同的一对功率连接(尽管三个光源电路之一直接连接到两个功率连接)。这组光源电路组在图5中位于多个列内，高功率轨位于顶部且低功率轨位于底部。光源串联连接在功率连接之间，每个晶体管7跨过光源4而并联连接。应当理解，“共享”功率连接意味着相同的功率连接直接或间接地用于向光源电路供电。
因而，在图5所示的每一列中，存在三个控制线18，每个控制线用于列中的每个光源电路。电极区域(使用时处于中等电压)提供在光源之间，并且定义功率连接。
在该配置中，电流路径设置为经过一连串光源4，且并联晶体管7使得受控光源装置配置可被旁路。因而，晶体管7用作动态分路。这意味着晶体管并联连接到光源。如果晶体管导通，则电流将流经晶体管且光源保持断开。使用的晶体管优选地是MOSFET。
在该配置中，电流独立于光源的接通/断开状态而被维持在功率线之间，且不像图4中的型式，这可以使得多个光源链接在一起。
在所有实例中，晶体管被控制以周期地接通和断开相关光源。这可用于使用占空因数控制来降低光源强度。例如，通过使用50％的占空因数接通和断开光源，光输出强度将减小到50％。优选地，这在高频实施，使得人眼不觉察这种强度调制。
在图5的实例中，用于切换晶体管所需的参考电平介于主参考电平和晶体管的参考电平之间，取决于列中发射光的光源数目。这是因为电压电平将依赖于哪些光源接通和哪些晶体管导通。
决定光源的时序和占空因数控制的切换命令可以通过数字电路产生，此数字电路参考主功率线参考电平。电平移动器然后可以在数字电路和晶体管之间使用，使得由数字电路输出的数字控制信号被转换成合适的电压电平以应用于晶体管栅极。
图5的实例中的每串光源优选地由电流源驱动，再次因为所需的电压电平依赖于哪些光源接通。可以使用切换模式的电流源。
在优选实施例中，晶体管7对于肉眼不可见。这可以通过将透明晶体管嵌在透明封装中来实现。透明晶体管是已知的且存在适用于该应用的现有晶体管设计。几乎不可见的极小晶体管的使用是另外一种选择。
上述实例示出光源的小阵列。然而，应当理解，本发明典型地实施为嵌入在大玻璃板中的很多LED装置。LED之间的典型距离可以为1cm至10cm，例如约为3cm。
每个光源还可以包括单个LED或多个LED。
上述实例使用玻璃衬底，但是显然也可以使用塑料衬底。
LED阵列和所需的控制电路可以合并到一个集成装置中，或者它们可以使用低电阻互连来连接。
在上面的详细实例中，电极的数目通过在光源电路之间具有一个公共电极(低功率轨20)而减小。当然，电极20还可以分离为多个部分，使得每个高功率轨电极对应于一个低功率轨电极。这可以使得驱动电子电路更加简单。
各种修改对于本领域技术人员而言是显而易见的。

Claims (15)

1.一种光输出装置，包括：
衬底配置；
集成在该衬底配置的结构内的多个光源电路，每个光源电路包括具有两个端子的光源装置配置(4)和晶体管电路(7)；
用于接收外部功率的一组功率连接(10，11，14，15，20)，其中每个光源电路与一对功率连接(10，11，14，15，20)相关，此一对功率连接(10，11，14，15，20)用于向该光源电路提供功率，且其中至少两个光源电路(4，7)共享相同的一对功率连接；
用于接收控制信号的一组控制连接(18)，该控制信号用于控制各个晶体管电路(7)；以及
提供该功率连接、光源装置端子和晶体管电路之间的内部连接的一组非交叠电极(10，11，14，15，18，20)，
其中每个光源装置配置是单独独立可控的。
2.如权利要求1所述的装置，其中每个晶体管电路(7)包括单个晶体管。
3.如权利要求2所述的装置，其中每个晶体管将其栅极连接到相应的控制连接(18)。
4.如权利要求3所述的装置，其中共享相同功率连接对的至少两个光源电路(4，7)串联连接在功率连接之间，每个晶体管(7)跨过该光源装置配置(4)而并联连接。
5.如权利要求4所述的装置，还包括电源配置，该电源配置包括用于共享相同功率连接对的每组光源电路(4，7)的电流源。
6.如权利要求4或5所述的装置，还包括用于控制该晶体管电路的控制电路，其中应用到该晶体管的控制电平是根据哪些光源电路导通和哪些光源电路截止来选择的。
7.如权利要求1-5中任一个所述的装置，包括使用占空因数控制来降低光源装置的光强的控制电路。
8.如权利要求1-5中任一个所述的装置，其中该功率连接之一在所有光源电路之间共享。
9.如权利要求1-5中任一个所述的装置，其中该电极包括至少半透明导体。
10.如权利要求1-5中任一个所述的装置，其中该光源装置(4)包括LED装置或一组LED装置。
11.一种照明系统，包括如任一前述权利要求所述的光输出装置，以及用于控制提供到控制电路的信号的照明控制器。
12.如权利要求11所述的照明系统，其中该衬底配置包括第一透明衬底(1)和第二透明衬底(2)以及嵌入在该衬底配置中的电极配置，多个光源电路连接到该电极配置。
13.如权利要求12所述的照明系统，其中热塑层或树脂层提供在所述衬底之间。
14.如权利要求12或13所述的照明系统，其中该电极配置由透明导电材料形成。
15.如权利要求12或13所述的照明系统，其中该晶体管电路的晶体管包括透明封装中的透明晶体管。
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