TWI420564B - 三維多面體發光源裝置與立體發光源裝置 - Google Patents

Description

三維多面體發光源裝置與立體發光源裝置

本發明是有關於一種發光源裝置，且特別是有關於一種三維多面體發光源裝置及立體發光源裝置。

光源裝置在日常生活中的使用非常廣泛。傳統的點光源經過長時間的研發與改變，漸漸發展出低耗電、均勻發光的面發光裝置，可廣泛使用於平面顯示器、大樓外觀的廣告看板或建築用照明上。傳統的點光源或面發光源例如為鎢絲燈泡、冷陰極射線燈管或發光二極體陣列光源等，其所搭配的燈具大多為圓形、棒狀等制式的外型結構，若應用在商業上的裝置藝術或裝飾照明用途時，需額外設置遮罩或搭配其他結構來遮蔽發光源本身，不是裝置藝術的主體，因而限制發光源的使用方式。

另外，在大樓外牆或玻璃櫥窗的裝置藝術上，近代建築大量採用可透光的玻璃作為綠建築的建材，擁有壽命長、方便維護保養的優點。玻璃建材的優點是白天可藉由太陽光輔助人工照明，除了節省照明用電外，也能提供較舒適自然的照明空間。近年來利用有機電致發光機制的顯示裝置已應用在玻璃建材上，但由於成本較高、維護不易，因而使用率不高。

本發明係針對傳統的發光源的照明設計上提供不同思維與應用習慣，並可靈活應用於三維、平面顯示器或動態發光藝術裝置上，讓發光源不僅可提供照明使用，還可依照設計需求搭配發光的圖案與顏色，讓發光源本身即為裝置藝術的主體，不需額外加工或設置遮罩，以提高發光源的應用層面。

本發明提供一種三維多面體發光源裝置，以提高發光源的應用層面。

本發明提供一種立體發光源裝置，以提高發光源的應用層面。

本發明提出一種三維多面體發光源裝置，包括一透明容器、一陽極板、一陰極板、多個透光板以及一低壓氣體層。透明容器具有第一側、第二側以及一密閉空間。陽極板配置於第一側。陰極板配置於第二側，並與陽極板相對地配置於透明容器中。透光板配置於陽極板與陰極板之間，各透光板上有一螢光層。低壓氣體層填充於密閉空間中，用以誘導陰極板發射電子，且電子平行於這些透光板的方向飛行並撞擊各螢光層而發光，以形成一組三維多面體圖案。

在本發明之一實施例中，上述之透明容器包括一中空柱體或一中空盒體。

在本發明之一實施例中，上述之陽極板與陰極板為具有多個凹槽的長條板，而多個透光板間隔地排列於二長條板的長度方向上，並定位於這些凹槽中。

本發明提出一種立體發光源裝置，包括一透明容器、一陽極板、一陰極板、一螢光層以及一低壓氣體層。透明容器具有第一側、第二側以及一密閉空間。陽極板配置於第一側。陰極板配置於第二側，並與陽極板相對地配置於透明容器中。螢光層形成於透明容器中的一立體物件上，立體物件包括一透明物件或一半透明物件。低壓氣體層填充於密閉空間中，用以誘導陰極板發射電子，且電子在飛行過程中撞擊螢光層而發光，以形成一立體圖案。

在本發明之一實施例中，上述之陽極板與陰極板以直流電源、交流電源或直流脈衝電源驅動。

在本發明之一實施例中，上述之陽極板與陰極板上具有透明導電材料。

在本發明之一實施例中，上述之陽極板及/或陰極板上更包括一電子放射層。

在本發明之一實施例中，上述之電子放射層之材質包括奈米碳管、奈米碳壁、奈米孔隙碳材、氧化鋅或鑽石膜。

在本發明之一實施例中，上述之陽極板及/或陰極板上更包括二次電子源材料層。

在本發明之一實施例中，上述之二次電子源材料層之材質包括氧化鎂(MgO)、氧化矽(SiO₂ )、氧化鋱(Tb₂ O₃ )、氧化鑭(La₂ O₃ )、氧化鋁(Al₂ O₃ )或氧化鈰(CeO₂ )。

在本發明之一實施例中，上述之低壓氣體層的氣壓是在10~10^-3 torr的範圍內。

在本發明之一實施例中，至少二種顏色或圖案的螢光層形成於立體物件的不同表面，以組成立體圖案。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

本發明提出一種三維多面體發光源裝置(3-Dimension Facet Light-Emitting Source Device)，利用低氣壓環境下的氣體放電將足夠數量的電子從陰極板導出，並使這些電子在稀薄的低壓氣體中被電場加速飛行而撞擊到螢光層。由於電子在低壓氣體中的平均電子自由路徑(mean free path)較長，仍有足夠數量的電子會撞擊到在螢光層，並將電子的動能轉換為光能而達到發光的效果。

另外，利用此發光機制可達到一般光源無法做到的特性與優勢，例如具有透明與發光的特性，所發出的光波長視螢光粉成分而定，可因應照明環境不同用途來設計不同波長範圍的光源。另外此光源機制具有發光響應時間短、可線性調光等性能，方便在不同環境下的發光型態需求。在人體工學與視覺舒適性方面，其平面光源具有單位面積的光強度較低的優勢，不會產生令眼睛不適的眩光。與點光源相比較，不會產生刺眼的視覺殘留，更符合人體健康與裝飾照明的基本需求。在製程方面無半導體或有機化學的污染產生，元件本身不含汞，屬於環保的綠色光源，符合未來的環保需求。綜合這些優點，其市場應用與產品加值的彈性很高。因此，本發明的發光機制除了可以提供照明之外，更可靈活應用於三維、平面顯示器或動態發光藝術裝置上。本發明的透明基板的材料可以是硬性材料或是可撓曲材料。又發光源裝置可以是單面、雙面或是多面體發光，其依實際需要而變化。以下舉一些實施例做說明，但是本發明不僅限於所舉的一些實施例。又所舉的一些實施例也可以互相做適當結合，不必是個別獨立的實施例。

在下列實施例中，低壓氣體層的氣體可為惰性氣體、大氣、氫氣(H₂ )、二氧化碳(CO₂ )或氧氣(O₂ )。下表為工作氣體為氮氣時，驅動電壓與電流的對應值：

圖1～圖5分別為本發明五個實施例之發光源裝置的示意圖。請先參考圖1～圖2，三維多面體發光源裝置10至少包括一透明容器100A或100B、一陽極板110(可為玻璃鍍導電膜或加工的金屬塊材)、多個透光板120、一陰極板130(可為玻璃鍍導電膜或加工的金屬塊材)以及一低壓氣體層140。透明容器100A或100B的材質例如是透明玻璃，具有第一側S1、第二側S2以及一密閉空間C。陽極板110與陰極板130相對地配置於透明容器100A或100B中。低壓氣體層140填充於密閉空間中，用以誘導陰極板130發射足夠數量的電子e^- ，且電子e^- 在飛行過程中平行於透光板120的方向飛行並撞擊透光板120上的螢光層122而發光。

在圖1所示的實施例中，透明容器100A包括一透明中空柱體102、第一側板104以及第二側板106，可做為展示用的玻璃櫥窗。第一側板104與第二側板106位於透明中空柱體102的兩端以形成一密閉空間C。另外，陽極板110與陰極板130分別配置於透明容器100A的第一側S1及第二側S2，且為具有多個凹槽112(齒狀)的長條板，可使多個透光板120間隔地排列於二長條板的長度方向上，並定位於這些凹槽112中。在本實施例中，每個透光板120上有一螢光層122，可依螢光材料不同而發出所需波長的可見光，而每個螢光層122受到電子e^- 非正向地撞擊後而發光，以形成一組三維多面體圖案。螢光層122的圖案可自行設計(例如是銀河星系圖)，並利用網版印刷或噴塗的方式直接印在透光板120上。透光板120的數量不限定為5個，可自行增加或減少。

在圖2所示的實施例中，透明容器100B包括由上、下、左、右、前、後等六個透明基板108所組成的中空盒體，可做為展示用的玻璃櫥窗。如同圖1所示的配置方式，圖2的陽極板110與陰極板130配置於透明容器100B的第一側S1及第二側S2，且為具有多個凹槽112(齒狀)的長條板，可使多個透光板120間隔地排列於二長條板的長度方向上，並定位於這些凹槽112中。在本實施例中，每個透光板120上有一螢光層122，並可受到電子e^- 撞擊後而發光，以形成一組三維多面體圖案。

接著，請參考圖3，在圖3所示的實施例中，立體發光源裝置20至少包括一透明容器200、一陽極板210、一螢光層220、一陰極板230以及一低壓氣體層240。透明容器200中還具有一立體物件202，例如是裝置藝術的主體，而螢光層220形成於立體物件202上，可依螢光材料不同而發出所需波長的可見光。當螢光層220受到電子e^- 撞擊後而發光時，可形成一立體圖案。立體圖案可由至少二種顏色或圖案的螢光層220所組成，形成於立體物件202的不同表面上，螢光層220的圖案依照立體物件202的形狀而定，例如是球體、線體或任何立體形狀。立體物件202的形狀、材質不定，可為透明物件或半透明物件，例如玻璃管、金屬管或其他適合造型的線材。

接著，在圖4所示的實施例中，立體發光源裝置30至少包括一透明容器300A、一陽極板310、一螢光層320、一陰極板330以及一低壓氣體層340。透明容器300A包括一透明中空柱體302、第一側板304以及第二側板306，可做為發光源的圓柱型燈具，如同日光燈管的外型，但與日光燈管的發光原理不同且螢光材料也不同。第一側板304與第二側板306位於透明中空柱體302的兩端以形成一密閉空間C。另外，陽極板310與陰極板330分別配置於透明容器300A的第一側板302及第二側板304上。螢光層320形成於透明中空柱體302的內壁上，可依螢光材料不同而發出所需波長的可見光。當螢光層320受到電子e^- 撞擊後而發光時，可形成一立體光圖案。

在圖5所示的實施例中，透明容器300B包括第一側板304、第二側板302以及二透明基板308，可做為雙面發光源的燈具。第一側板304與第二側板306可組成一框體，並與二透明基板308相連接而形成一密閉空間C。另外，陽極板310與陰極板330分別配置於透明容器300B的第一側板304及第二側板306上。螢光層320形成於二透明基板308的內壁上，可依螢光材料不同而發出所需波長的可見光。當螢光層320受到電子e^- 撞擊後而發光時，可形成一立體光圖案。螢光層320不限定為單一螢光材料所形成的圖案，亦可為灰階照片、文字或彩色圖片等。

在上述多個實施例中，陽極板110、210、310與陰極板130、230、330上具有透明導電材料，且以直流電源、交流電源或直流脈衝電源驅動以產生一電場於陽極板與陰極板之間。透明導電材料例如是銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、氟摻雜氧化錫(FTO)、鋁摻雜氧化鋅(AZO)或是其他透明導電氧化物等具有透光性的材質。

低壓氣體層140、240、340的氣壓例如是在10~10^-3 torr的範圍內。低壓氣體層的氣體可為惰性氣體、大氣、氫氣(H₂ )、二氧化碳(CO₂ )或氧氣(O₂ )。其中惰性氣體包括氮(N₂ )、氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)等。

低壓氣體層140、240、340填充於密閉容器C中，有誘導陰極板均勻發射電子的作用。又，低壓氣體層有一電子平均自由路徑，允許足夠數量的電子E1在一操作電壓下被加速朝向陽極板移動，並在飛行過程中非正向地撞擊螢光層而發光。另外，在低壓氣體層中有游離的正電離子P會朝向陰極板撞擊，而產生一些二次電子E2(secondary electrons)，以增加電子的數量。

為了讓陰極板130、230、330的電子更容易被導出，可在陰極板的表面上選擇性地形成二次電子源材料層350(見圖4)，其材質例如是氧化鎂(MgO)、二氧化矽(SiO₂ )、三氧化二鋱(Tb₂ O₃ )、三氧化二鑭(La₂ O₃ )、三氧化二鋁(Al₂ O₃ )或二氧化鈰(CeO₂ )，覆蓋於陰極板上，以增加二次電子的數量並兼具保護作用。另外，為了讓陰極板130、230、330的電子更容易被導出，亦可在陰極板的表面上選擇性地形成一電子放射層352(見圖5)，例如是奈米碳管(carbon nanotube)、奈米碳壁(carbon nanowall)、奈米孔隙碳材(carbon nanoporous)、柱狀氧化鋅(ZnO)、氧化鋅或鑽石膜等易放電材料，可協助陰極板放電並降低其工作電壓。另外，本實施例雖未繪示陽極板110、210、310上更可包括二次電子源材料層350或電子放射層352，但其目的與上述增加陰極板導出電子的目的相同，在此不再贅述。

綜上所述，本發明的發光源裝置中的低壓氣體層不需要高真空封裝，可以簡化生產製程，有利於大量生產。此外，本發明在情境、照明與節能方面有很大的改善，可靈活應用於三維、平面顯示器或動態發光藝術裝置上，讓發光源不僅可提供照明使用，還可依照設計需求搭配發光的圖案與顏色，讓發光源本身即為裝置藝術的主體，不需額外加工或設置遮罩，以提高發光源的應用層面。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10．．．三維多面體發光源裝置

100A、100B．．．透明容器

102．．．透明中空柱體

104．．．第一側板

106．．．第二側板

108．．．透明基板

110．．．陽極板

112．．．凹槽

120．．．透光板

122．．．螢光層

130．．．陰極板

140．．．低壓氣體層

S1．．．第一側

S2．．．第二側

C．．．密閉空間

e^- ．．．電子

20、30．．．立體發光源裝置

200．．．透明容器

202．．．立體物件

220．．．螢光層

230．．．陰極板

240．．．低壓氣體層

300A、300B．．．透明容器

302．．．透明中空柱體

304．．．第一側板

306．．．第二側板

308．．．透明基板

310‧‧‧陽極板

320‧‧‧螢光層

330‧‧‧陰極板

340‧‧‧低壓氣體層

350‧‧‧二次電子源材料層

352‧‧‧電子放射層

圖1～圖5分別為本發明五個實施例之發光源裝置的示意圖。

10．．．三維多面體發光源裝置

100A．．．透明容器

102．．．透明中空柱體

104．．．第一側板

106．．．第二側板

110．．．陽極板

112．．．凹槽

120．．．透光板

122．．．螢光層

130．．．陰極板

140．．．低壓氣體層

S1．．．第一側

S2．．．第二側

C．．．密閉空間

e^- ．．．電子

Claims (13)

1. 一種三維多面體發光源裝置，包括：一透明容器，具有第一側、第二側以及一密閉空間而在該透明容器的多側維持透明；一陽極板，配置於該第一側；一陰極板，配置於該第二側，並與該陽極板相對地配置於該透明容器中；多個透光板，配置於該陽極板與該陰極板之間，該些透光板之任一具有兩相對平板表面而至少一平板表面上有一螢光層；以及一低壓氣體層，填充於該密閉空間中，用以誘導該陰極板發射電子，且電子平行於該些透光板的方向飛行並撞擊各該螢光層而發光，而各該螢光層所散發的光穿透該透明容器的該些多側且從該透明容器的該些多側散發出來，以形成一組三維多面體圖案。
2. 如申請專利範圍第1項所述之三維多面體發光源裝置，其中該透明容器包括一中空柱體或一中空盒體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之三維多面體發光源裝置，其中該陽極板與該陰極板為具有多個凹槽的長條板，而多個透光板間隔地排列於該二長條板的長度方向上，並定位於該些凹槽中。
4. 如申請專利範圍第1項所述之三維多面體發光源裝置，其中該陽極板與該陰極板以直流電源、交流電源或直流脈衝電源驅動。
5. 如申請專利範圍第1項所述之三維多面體發光源裝置，其中該陽極板與該陰極板為透明導電材料。
6. 如申請專利範圍第1項所述之三維多面體發光源裝置，其中該陽極板及/或該陰極板上更包括一電子放射層。
7. 如申請專利範圍第6項所述之三維多面體發光源裝置，其中該電子放射層之材質包括奈米碳管、奈米碳壁、奈米孔隙碳材、氧化鋅或鑽石膜。
8. 如申請專利範圍第1項所述之三維多面體發光源裝置，其中該陽極板及/或該陰極板上更包括二次電子源材料層。
9. 如申請專利範圍第8項所述之三維多面體發光源裝置，其中該二次電子源材料層之材質包括氧化鎂(MgO)、氧化矽(SiO₂ )、氧化鋱(Tb₂ O₃ )、氧化鑭(La₂ O₃ )、氧化鋁(Al₂ O₃ )或氧化鈰(CeO₂ )。
10. 如申請專利範圍第1項所述之三維多面體發光源裝置，其中該低壓氣體層的氣壓是在10~10^-3 torr的範圍內。
11. 一種立體發光源裝置，包括：一透明容器，具有第一側、第二側以及一密閉空間而在該透明容器的多側維持透明；一陽極板，配置於該第一側；一陰極板，配置於該第二側，並與該陽極板相對地配置於該透明容器中； 一螢光層，形成於位在該透明容器的該密閉空間中的一透明或半透明的立體物件的一外表面上，其中該透明或半透明的立體物件與其上之該螢光層位於該陽極板與該陰極板之間；以及一低壓氣體層，填充於該密閉空間中，用以誘導該陰極板發射電子，且電子從該陰極板飛向該陽極板在飛行過程中撞擊該透明或半透明的立體物件上之該螢光層而發光，而從該透明或半透明的立體物件上之該螢光層散發的光穿透該透明容器的該些多側且從該透明容器的該些多側散發出來，以形成一立體圖案。
12. 如申請專利範圍第11項所述之立體發光源裝置，其中該低壓氣體層的氣壓是在10~10^-3 torr的範圍內。
13. 如申請專利範圍第11項所述之立體發光源裝置，其中至少二種顏色或圖案的該螢光層形成於該立體物件的不同表面，以組成該立體圖案。