TW201825830A - Led發光單元 - Google Patents

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Abstract

本發明描述一種LED發光單元(1)，其包括：一容器(12)，其具有若干部分反射側壁(120)；一光射出開口(11)，其由該等側壁(120)界定；及若干發光二極體(10)，其等經配置於該容器(12)中以在該發光單元(1)之一開啟狀態期間通過該光射出開口(11)發射一第一色彩(CLED )之光(L10 )；其特徵在於該等部分反射容器側壁(120)之材料性質經選擇以賦予一第二非白色色彩(CPG 、CPY 、CPB )至該等容器側壁(120)，及吸收可見光譜之至少一個特定區域(S40 、S41 、S60 、S70 )中之光，使得該非白色第二色彩(CPG 、CPY 、CPB )之光(L120 )在該發光單元(1)之一關閉狀態期間通過該光射出開口(11)射出該發光單元(1)。本發明進一步描述一種製造此一LED發光單元(1)之方法。

Description

LED發光單元
本發明描述一種LED發光單元及一種製造一LED發光單元之方法。
對於許多不同種類之發光應用，使用具有經配置於一容器或「混合盒(mixing box)」之底部處之一或多個LED之一LED發光單元可係適當的。LED之發光表面面向容器之一光射出開口，且容器或混合盒之側壁在整個可見光譜內通常係高度反射的，使得儘可能多的光可通過其光射出開口射出容器。LED可經安裝於一引線框或可甚至為可撓性的托架上，從而允許用於發光單元之許多可能的形狀及形式。例如，數十個發紅色光LED可經配置於可撓性托架之一長度上，且接著經形成以遵循一汽車之背面處之彎曲形狀，使得該彎曲LED發光單元可用作遵循車輛之造型線(styling line)之一後發光單元。 此一發光單元之LED及托架可由一半透明填充材料(諸如聚矽氧)覆蓋，有效地將混合盒填充至光射出開口之高度。填充材料亦可包含散射粒子或微小氣泡，使得發光單元在其發光狀態中發射一均勻光。接著，具有一中介間隙之一列個別LED可呈現一不間斷光線之外觀。填充材料及任何散射粒子亦可用於「隱藏」未發光狀態中之LED之發光表面。 使用上文描述之類型之已知LED發光單元，混合盒之側壁之高鏡面反射率有效地判定發光單元在其未發光狀態中之色彩。此意謂著習知LED發光單元大體上表現為白色或銀白色，此係因為混合盒之側壁有效地係在其等未發光狀態中反射基本上整個可見光譜之鏡。此外觀可被感知為沒有吸引力的，尤其對於具有除了白色或銀色以外之一色彩之車輛而言，此係因為白色發光單元有效地「干擾」車輛之整體造型。此外，填充材料具有一無光澤外觀，使得整個光射出區域表現為無光澤，藉此增加發光單元在其未發光狀態中之不期望之明顯性。 使發光單元在未發光狀態中較不明顯之一種方式係包含圍繞發光單元之周邊之一彩色框，該框具有匹配車輛色彩之一色彩。然而，此增加總費用，且彩色框無法完全隱藏發光單元之白色外觀。 US 2009/0103293 A1揭示一種發光二極體照明裝置，其具有一發光二極體及圍繞該發光二極體之反射側壁，該反射性側壁界定一混合腔並部分地具備波長轉換材料。 DE 102 07 585 A1揭示一種具有一外殼中之一光源之照明裝置。外殼之內壁具備由彩色的紙製成之反射元件。 US 2010/0033948 A1揭示一種發光模組，其包括具有一光源之一外殼及在該外殼之一腔中之一反射器。 因此，本發明之一目的係提供一種克服上述問題之LED發光單元。
本發明之目的係藉由技術方案1之LED發光單元，及藉由製造LED發光單元之技術方案11之方法來實現。 根據本發明，LED發光單元包括：一容器，其具有若干部分反射側壁；一光射出開口，其由該等側壁界定；及若干發光二極體，其等經配置於該容器中，以在該發光單元之一開啟狀態期間通過該光射出開口發射一第一色彩，較佳一非白色色彩之光。該LED發光單元之特徵在於，該等容器側壁之材料性質經選擇以賦予一第二非白色色彩至該等容器側壁，及吸收可見光譜之至少一個特定區域中之光，使得非白色第二色彩之光在該發光單元之一關閉狀態期間通過該光射出開口而出射該發光單元。在本發明之上下文中，第一色彩及第二色彩彼此明顯不同。應瞭解，「可見光譜之特定區域」不應以絕對或精確邊界解釋。出於熟習者將已知之原因，可見光譜之一特定區域內之光吸收可能並非100%完全的，而針對本發明之目的，若在此一區域中之光吸收基本上係完全的或幾乎係完全的，則其係足夠的。 本發明LED發光單元之一優點在於，在其未發光狀態中，該LED發光單元可具有一相異非白色色彩。此外，該等容器側壁之材料性質不減損自該發光單元之發光狀態中自該發光單元發射之光之強度。此允許本發明LED發光單元用於其中甚至當LED發光單元被併入或建置至具有一完全非白色色彩之一物件或裝置中時，該發光單元之一非突出外觀在其未發光狀態中係期望的多種發光應用中。 根據本發明，製造一LED發光單元之方法包括以下步驟：構造具有經配置以界定一光射出開口之若干部分反射側壁之一容器；及將若干發光二極體配置於該容器中以在該發光單元之一開啟狀態期間通過該光射出開口發射一第一色彩之光。該方法之特徵在於以下步驟：選擇該等容器側壁之材料特性以賦予一第二非白色色彩至該等容器側壁，及吸收可見光譜之至少一個特定區域中之光，使得該非白色第二色彩之光在該發光單元之一關閉狀態期間通過該光射出開口射出該發光單元。 該等容器側壁可使用相對小努力來製備以實現該等期望的性質，從而允許經濟地製造在其未發光狀態中具有一非突出外觀之一LED發光單元，甚至當其被併入或建置至具有一總體非白色色彩之一物件或裝置中時。 附屬技術方案及以下描述揭示本發明之尤其有利實施例及特徵。實施例之特徵可被適當地組合。在一技術類別之上下文中描述之特徵可同樣適用於另一技術方案類別。 該等發光二極體可為任何類型的，例如半導體發光二極體、有機發光二極體或聚合物發光二極體。在下文中，不以任何方式限制本發明的情況下，可假定發光二極體係固態發光二極體。術語「LED發光單元」及「發光單元」可在下文中互換地使用。 儘管本發明發光單元可用配置於一相對小容器中之一單一發光二極體來實現，但可在下文中假定發光單元包括複數個發光二極體(例如依規則隔開之間隔配置於一引線框或托架上之數十個LED)。在本發明之一尤佳實施例中，包括一材料(諸如聚矽氧)之一可撓性填料經配置以覆蓋LED，且可向上延伸至光射出開口之高度。在本發明之一進一步較佳實施例中，引線框及容器係由(若干)可撓性材料製成，使得成品LED發光單元可根據需要形成或塑形。填料可含有散射粒子之任何適合的懸浮液，以便在發光狀態期間實現光輸出之一期望均勻性，且在發光單元之未發光狀態期間隱蔽或隱藏LED。 在本發明之一較佳實施例中，LED發光單元適用於一汽車後發光單元，且包括經配置於容器中以在發光單元之一開啟狀態期間通過光射出開口發射紅色光之複數個發紅色光二極體。 在本發明之一進一步較佳實施例中，當紅色LED經配置於容器中時，容器側壁之材料性質經選擇以藉由吸收在380至450 nm之一波長範圍中及亦在550至600 nm之一波長範圍中之可見光譜之光；及藉由反射剩餘可見光(即，在450至550 nm之一波長範圍中之光及具有大於610 nm之一波長之光)，而賦予一綠色色彩至該等容器側壁。結果係發光單元在其未發光狀態中之一總體「綠色」外觀。換言之，當日光通過光射出開口進入發光單元，且達到一部分反射側壁時，將由側壁吸收具有在380至450 nm之範圍中或在550至610 nm之範圍中之一波長之任何光，且將反射僅具有在「綠色」範圍或「紅色」範圍中之一波長之光。因此，在反射之後離開本發明發光單元之環境光將主要具有側壁之綠色色彩。在本發明發光單元之發光狀態中，通過光射出開口而離開之光單純地係紅色LED色彩，此係因為此未被容器之側壁吸收。可假定由LED發射之光之強度相對於日光非常高，使得可忽略環境光之任何貢獻，其在發光單元之發光狀態期間對光之色彩無影響。 為獲得未發光狀態中之總體綠色外觀，可以若干方式實現容器側壁之期望反射率及吸收。例如，側壁可包括具有一適合顏料組合之一材料。替代地或另外地，容器側壁可經塗敷或覆蓋有施加於一固有黑色材料上之一DBR(分佈式布拉格反射器)塗層，以實現發光單元在未發光狀態中之一綠色外觀。 在本發明之一進一步較佳實施例中，容器側壁之材料性質經選擇以賦予一黃色色彩至容器側壁及吸收在410至500 nm之一波長範圍中之可見光譜之一特定區域之光。結果係發光單元在其未發光狀態中之一總體「黃色」外觀。此可藉由將多層之二氧化矽(SiO2 )及二氧化鋯(ZrO2 )塗敷至容器側壁而實現。替代地，可使用二氧化矽與氧化鋁(Al2 O3 )、一適合氧化鉭、氧化鈮(Nb2 O5 )及二氧化鈦(TiO2 )之一或多者之適當組合。 在本發明之一進一步較佳實施例中，容器側壁之材料性質經選擇以藉由吸收在570至600 nm之一波長範圍中之可見光譜之光及藉由反射具有最高570 nm之一波長之光以及具有在610至630 nm之範圍中之一波長之紅色光而賦予一藍色或紫色色彩至容器側壁。結果係發光單元在其未發光狀態中之一總體「藍色」外觀。例如，若側壁含有一足夠量之高錳酸鉀(KMnO4 )顏料，則所得發光單元將在未發光狀態中展現一紫色色彩。 自結合隨附圖式考慮之以下詳細描述，本發明之其他目的及特徵將變得顯而易見。然而，應瞭解，圖式僅為闡釋之目的而設計，而非作為本發明之限制之一界定。
圖1A及圖1B展示根據本發明之LED發光單元1之一例示性實施例之一橫截面圖。該等圖指示安裝於一容器12或混合盒12之底部處之一可撓性引線框13上之一系列LED 10之一者。一半透明填料14覆蓋LED 10及引線框13，並用於散射光，以便在光射出開口11處實現一均勻外觀。光自容器12之內表面120反射。在如圖1A中展示之發光單元1之發光狀態期間，LED 10發射一特定色彩(例如紅色、藍色、綠色)之光L10 。此光直接通過發光單元1之光射出開口，或在側壁處反射及/或在填料14中散射之後射出。離開發光單元之光L10 將具有由LED 10發射之光之色彩。在如圖1B中展示之發光單元1之未發光狀態期間，日光LW 進入光射出開口11並在再次於光射出開口處射出發光單元1之前經歷側壁120處之反射。為在LED發光單元1之未發光狀態中實現光射出開口處之一特定色彩L120 ，側壁120吸收可見光譜之特定波長並反射剩餘波長，使得離開發光單元1之光L120 將具有容器12之側壁120之色彩。圖1C展示此一LED發光單元1之一透視圖，其指示塑形發光單元以遵循一彎曲形式之可撓性構造及可能性。 圖2A展示發光狀態中之一先前技術LED發光單元2之一橫截面圖。亦在此處，一可撓性引線框23或托架支撐一系列LED 20，且一可撓性容器22或混合盒22允許發光單元2併入一彎曲物件中，使得光射出開口21與物件之彎曲外表面齊平。一可撓性填料24 (諸如聚矽氧)覆蓋LED 20且可含有散射粒子之一懸浮液以實現發光狀態中之一均勻外觀。在發光單元2之發光狀態期間，LED 20發射一特定色彩之光L20 。此光直接通過發光單元2之光射出開口21，或在側壁220處反射及/或在填料24中散射之後射出。 在未發光狀態中，容器22之高度反射側壁220反射進入發光單元2之基本上所有日光LW ，且因此此等側壁賦予一總體白色或銀色外觀至發光單元2，若物件具有除了白色或銀色以外之一色彩，則該外觀可為非常明顯的。 圖3展示一CIE xy色度圖，其具有沿著彎曲邊界或光譜軌跡(spectral locus)之可見光譜之波長[nm](自380 nm(紫色)至700 nm(紅色))。日光白點W經指示為朝向圖之中心，且表示當可見光譜之所有波長均等地存在時出現之白色，其通常係在白天及自一白色表面反射之光的情況。 可藉由沿著光譜軌跡之對應波長區域來指定由一彩色LED發射之光。該圖指示光譜跡線之對應於由紅色LED發射之光之波長之一例示性區域CLED 。此等紅色LED可用於在引言中描述之類型之一發光單元中，即沿著具有高度反射側壁，且具有一光射出開口之一容器或混合盒之底部。在其發光狀態中，發光單元將在光射出開口上方表現為紅色。在其未發光狀態中，發光單元1之高度反射側壁賦予一總體白色外觀至發光單元。然而，其中併入或安裝LED發光單元之物件之色彩未必係白色的。例如，LED發光單元可經安裝為一藍色汽車中之一後燈，且發光單元在其未發光狀態中之「白色」外觀因此可減損其所併入之藍色表面之美觀性。 圖4A展示針對本發明LED發光單元之一第一實施例之一CIE色度圖。按照先前圖式，假定發紅色光LED被併入於發光單元中，使得發光單元應在其發光或「開啟」狀態中具有一總體紅色外觀。可假定由發紅色光LED發射之光具有超過610 nm之區域中之波長。 在此情況中，期望的色點CPG 位於色度圖之綠色區域內，即LED發光單元應在其未發光或「關閉」狀態中表現為具有綠色色彩。此藉由本發明發光單元憑藉用於構造容器或混合盒之材料之光譜性質而實現。在圖4B中指示混合盒側壁之反射率40，圖4B展示針對對應於沿著x軸之可見光譜之380 nm 至700 nm之波長範圍之自0(完全吸收)至1(完全反射)之沿著y軸之反射率。圖表40展示混合盒側壁將強烈地反射具有在對應於480至530 nm之一第一區域(基本上整個「綠色」波長區域)中及亦在對應於630至680 nm之一第二區域(「紅色」波長區域之相關部分)中之波長之光。強烈地吸收具有對應於光譜之藍色及黃色區域之波長之光，如由吸收區域S40 、S41 所指示。由於環境光或日光通常包含可見光譜中之所有波長，故發光單元將在處於其未發光狀態中時，在白天表現為綠色。當發光單元開啟時，由LED發射之純紅色光完全由側壁反射，並在光射出開口處射出發光單元。 此「綠色」LED發光單元1可被併入具有由圖5A中之點(stippling)指示之一綠色色彩之一物件B中。由於發光單元1在關閉狀態中之綠色色彩(由點指示)接近其所併入之物件B之綠色色彩，故發光單元1係有利地不顯眼的，如由發光單元1之虛線輪廓所指示。圖5B展示在其發光狀態中之圖5A之LED發光單元1。此處，密集填充圖案用於指示由發光單元1之LED 10發射之強烈的紅色光。 圖6A展示針對本發明LED發光單元之一第二實施例之一CIE色度圖。此處同樣地，假定發紅色光LED被併入於發光單元中。針對此實施例，期望的色點CPY 位於色度圖之黃色/橙色區域內，即LED發光單元應在其未發光或「關閉」狀態中表現為具有一黃色色彩，且在圖6B中指示混合盒側壁之反射率60。在此情況中，混合盒側壁將強烈地反射具有超過530 nm之波長之可見光。強烈地吸收具有對應於光譜之藍色區域之波長之光，如由吸收區域S60 所指示。由於環境光或日光通常包含可見光譜中之所有波長，故發光單元將在處於其未發光狀態中時，在白天表現為黃色/橙色。當發光單元開啟時，由LED發射之純紅色光完全由側壁反射，並在光射出開口處射出發光單元。此一「黃色」LED發光單元之一實施例可以如上文在圖5A及圖5B中說明之相同方式併入具有一黃色色彩之一物件中。 圖7A展示針對本發明LED發光單元之一第三實施例之一CIE色度圖。亦在此處，假定發紅色光LED被併入於發光單元中。針對此實施例，期望的色點CPB 位於色度圖之藍色區域內，即LED發光單元應在其未發光或「關閉」狀態中表現為具有一藍色色彩，且在圖7B中指示混合盒側壁之反射率70。在此情況中，混合盒側壁將強烈地反射具有高達550 nm及亦在對應於630至650 nm之一第二區域(「紅色」波長區域之一部分)中之波長之可見光之藍色/綠色分量。具有對應於光譜之黃色區域之波長之光被強烈地吸收，如由吸收區域S70 所指示。由於環境光或日光通常包含可見光譜中之所有波長，故發光單元將在處於其未發光狀態中時，在白天表現為藍色/綠色。當發光單元開啟時，由LED發射之純紅色光完全由側壁反射，並在光射出開口處射出發光單元。此一「藍色」LED發光單元之一實施例可以如上文在圖5A及圖5B中說明之相同方式併入具有一「藍色」色彩之一物件中。 雖然已以較佳實施例及其變動之形式揭示本發明，但應瞭解，可在不脫離本發明之範疇之情況下對其作出許多額外修改及變動。為了清楚起見，應瞭解，本申請案通篇對「一」或「一個」之使用不排除複數，且「包括」不排除其他步驟或元件。
1‧‧‧LED發光單元
2‧‧‧先前技術LED發光單元
10、20‧‧‧發光二極體(LED)
11、21‧‧‧光射出開口
12、22‧‧‧容器
13、23‧‧‧引線框
14、24‧‧‧填料
40、60、70‧‧‧反射率圖表
120、220‧‧‧側壁
B‧‧‧車輛保險桿
CLED‧‧‧紅色LED波長區域
CPG、CPY、CPB‧‧‧色點
L10、L20‧‧‧LED光色彩
L120‧‧‧側壁色彩/光
LW‧‧‧日光色彩/日光
S40、S41‧‧‧吸收區域
S60、S70‧‧‧特定區域
W‧‧‧日光白點
圖1A展示一發光狀態中之本發明LED發光單元之一實施例之一橫截面圖； 圖1B展示一未發光狀態中之本發明LED發光單元之一實施例之一橫截面圖； 圖1C展示本發明LED發光單元之一實施例之一透視圖； 圖2A展示一發光狀態中之一先前技術LED發光單元之一橫截面圖； 圖2B展示一未發光狀態中之一先前技術LED發光單元之一橫截面圖； 圖3展示一CIE xy色度圖； 圖4A展示用於本發明LED發光單元之一第一實施例之一CIE色度圖； 圖4B展示本發明LED發光單元之一第一實施例之一混合盒之反射率； 圖5A展示在其未發光狀態中之本發明LED發光單元之一實施例； 圖5B展示在其發光狀態中之圖5A之LED發光單元； 圖6A展示用於本發明LED發光單元之一第二實施例之一CIE色度圖； 圖6B展示本發明LED發光單元之一第二實施例之一混合盒之反射率； 圖7A展示用於本發明LED發光單元之一第三實施例之一CIE色度圖； 圖7B展示本發明LED發光單元之一第三實施例之一混合盒之反射率。 在圖中，通篇相同數字指代相同物件。圖中之物件未必按比例繪製。

Claims (7)

  1. 一種LED發光單元(1)，其包括: 一容器(12)，其具有若干部分反射側壁(120)； 一光射出開口(11)，其由該等側壁(120)界定；及 若干發光二極體(10)，其等經配置於該容器(12)中以在該發光單元(1)之一開啟狀態期間通過該光射出開口(11)發射一第一色彩(CLED )之光(L10 )； 其中該等部分反射容器側壁(120)之材料性質經選擇以 賦予一第二非白色色彩(CPG 、CPY 、CPB )至該等容器側壁(120)，及 吸收可見光譜之至少一個特定區域(S40 、S41 、S60 、S70 )中之光，使得該非白色第二色彩(CPG 、CPY 、CPB )之光(L120 )在該發光單元(1)之一關閉狀態期間通過該光射出開口(11)射出該發光單元(1)； 其中該若干發光二極體(10)包括複數個發紅色光二極體(10)；及 其中該等部分反射容器側壁(120)之該等材料性質經選擇以進行以下之一者： 賦予一綠色色彩(CPG )至該等容器側壁(120)及吸收在380至480 nm之一波長範圍中之可見光譜之一第一特定區域(S40 )之光；及吸收在540至630 nm之一波長範圍中之可見光譜之一第二特定區域(S41 )之光； 賦予一黃色色彩(CPY )至該等容器側壁(120)及吸收在400至520 nm之一波長範圍中之可見光譜之一特定區域(S60 )之光；或 賦予一藍色色彩(CPB )至該等容器側壁(120)及吸收在550至640 nm之一波長範圍中之可見光譜之一特定區域(S70 )之光。
  2. 如請求項1之LED發光單元，其中該等部分反射容器側壁(120)包括塗敷至一底層黑色材料之一分佈式布拉格反射器塗層。
  3. 如請求項1或2之LED發光單元，其中該等部分反射容器側壁(120)包括多層之SiO2 及ZrO2 材料。
  4. 如請求項1或2之LED發光單元，其中該等部分反射容器側壁(120)包括一高錳酸鉀顏料。
  5. 如請求項1或2之LED發光單元，其包括經配置以覆蓋該等LED(10)之一可撓性填料(14)。
  6. 如請求項1或2之LED發光單元，其中至少該容器(12)之材料係足夠具可撓性以賦予可撓性至該LED發光單元(1)。
  7. 一種製造一LED發光單元(1)之方法，該方法包括以下步驟： 構造具有經配置以界定一光射出開口(11)之若干部分反射側壁(120)之一容器(12)；及 將若干發光二極體(10)配置於該容器(12)中以在該發光單元(1)之一開啟狀態期間通過該光射出開口(11)發射一第一色彩(CLED )之光(L10 )； 其中該等容器側壁(120)之材料性質經選擇以： 賦予一第二非白色色彩(CPG 、CPY 、CPB )至該等容器側壁(120)，及 吸收可見光譜之至少一個特定區域(S40 、S41 、S60 、S70 )中之光，使得該非白色第二色彩(CPG 、CPY 、CPB )之光(L120 )在該發光單元(1)之一關閉狀態期間通過該光射出開口(11)射出該發光單元(1)； 其中該若干發光二極體包括複數個發紅色光二極體(10)；及 其中該等部分反射容器側壁(120)之該等材料性質經選擇以進行以下之一者： 賦予一綠色色彩(CPG )至該等容器側壁(120)及吸收在380至480 nm之一波長範圍中之可見光譜之一第一特定區域(S40 )之光；及吸收在540至630 nm之一波長範圍中之可見光譜之一第二特定區域(S41 )之光； 賦予一黃色色彩(CPY )至該等容器側壁(120)及吸收在400至520 nm之一波長範圍中之可見光譜之一特定區域(S60 )之光；或 賦予一藍色色彩(CPB )至該等容器側壁(120)及吸收在550 nm至640 nm之一波長範圍中之可見光譜之一特定區域(S70 )之光。
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