TWI620673B - 層疊式ｌｅｄ陣列及包括該陣列的產品 - Google Patents

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Abstract

於某些例示實施例，發光二極體(LED)可被置於一可變形且可撓性之主幹片材上且，例如，經由可撓性波形線以一陣列串連在一起。此等可撓性波形線亦可提供與一外部電源之電連接。一光學外耦合層堆疊(OCLS)系統可助於作為一指數相配層、散熱器、光展量守恆器(étendue conserver)等。主幹可被形成為一因其最終應用而修整之形狀。應用可包含，例如，汽車(諸如，中置高位停車燈(CHMSL)應用)、照明、看板，及/或其它應用。於一例示CHMSL應用，其上具有LED陣列之可變形片材具有與玻璃之角度及/或曲度相配之一階梯狀、正弦曲線，或其它形狀，使得LED產生主要與車輛所在平面平行之方向的光線。

Description

層疊式LED陣列及包括該陣列的產品
某些例示實施例係有關於發光二極體(LED)系統，及/或其製造方法。更特別地，某些例示實施例係有關於疊層式LED陣列，包括此等疊層式LED陣列之產品，及/或其製造方法。於某些例示實施例，LED可被置於一可撓性主幹片上且以一陣列連接在一起。主幹可形成一根據其最終應用而特製之形狀。
發光二極體(LED)已出現作為用於一般照明、顯示器、看板及其它應用之技術。已有一些努力用以改良發光效率、CRI相配性，及壽命，即使仍保有進一步改良空間。再者，挑戰仍存在於提供使活性材料加入裝置封裝物內，使其等互連於模組內，管理其等操作期間之熱累積，以所欲色度量及強度等使此等光輸出於空間導引及均質化之成本上有效技術時。
某些現今商業上之實施係利用尖端高速工具，其概念上係以舊程序為基礎，利用機器人系統以手動調整(device-by-device)為基準，使自一來源晶圓機械式切割之材料，與散絲(bulk wire)、鏡片，及散熱器之集合物以毫米規 格封裝物組合，其後以分離步驟於剛性印刷電路板(PCB)上形成LED陣列。但是，此等解決方式趨向於專屬性且係根據特殊應用而特製。
因此，瞭解於此項技藝需要改良之包括LED之裝置，及/或其製造方法。例如，於此項技藝需要改良之包括LED之裝置，及/或其製造方法，其中，包括LED之次總成可被併入其中不同之結構及性能要求需被符合及/或其中傳統相互連接係困難之廣泛各種不同應用。
於本發明之某些例示實施例，車窗。第一及第二玻璃基材係經由一第一層疊材料彼此層疊。一可變形主幹支撐多數個LED裝置，且可變形主幹係置於第一及第二基材之間，且LED裝置係經由可撓性電線彼此連接。主幹具有一形狀，其係被選擇以與擋風玻璃安裝於車上之角度相配合且使得LED裝置於供電時主要係以與車輛所在之表面相平行之方向發光。
於本發明之某些例示實施例，電子裝置。一可撓性片材支撐多數個裸片LED。LED係經由可撓性電線彼此連接形成一LED陣列。此陣列中之LED係可藉由位於端緣之控制電路個別定址及供電。一光學外耦合層堆疊(OCLS)系統係置於LED上，且OCLS系統包含一各向同性層基質，其含有一有機金屬螯合物混雜材料及一含有經分散的散射體之基質芯材。可撓性片材被變形，且其上具有LED陣列，使得成形為與所欲應用相配合。
於本發明之某些例示實施例，提供一種用於製造 車窗之方法。提供一支撐多數個LED裝置之可變形主幹，且LED裝置係經由可撓性電線彼此連接。其上具有LED裝置之可變形主幹係置於第一及第二玻璃基材之間。第一及第二基材係層合在一起，且使可變形主幹位於其間。當層疊於第一及第二基材之間時，主幹具有一形狀，其係選擇用以與擋風玻璃置於車輛之角度相配合，及使得LED裝置於供電時主要係以與車輛所在之表面相平行的方向發光。
於本發明之某些例示實施例，提供一種製造電子 裝置之方法。提供一支撐多數個裸片LED之可撓性片材，且LED係經由可撓性電線彼此連接形成一LED陣列，且此陣列中之LED係可藉由位於端緣之控制電路個別定址及供電。一光學外耦合層堆疊(OCLS)系統係置於LED上，且OCLS系統包含一各向同性層基質，其含有一有機金屬螯合物混雜材料及一含有經分散的散射體之基質芯材。可撓性片材被變形，且其上具有LED陣列，使得成形為與所欲應用相配合。
此處所述之特徵、方面、優點，及例示實施例可 以任何適合組合或次組合而組合以實現另外實施例。
102‧‧‧聚醯亞胺底材
104‧‧‧組成島材
106‧‧‧焊接頭
108‧‧‧波形線
306‧‧‧中間層
308‧‧‧LED
310‧‧‧可撓性主幹
312‧‧‧光學相配性材料
S402,S404,S406,S408,S502,S504,S506,S508,S510‧‧‧步驟
900‧‧‧LED矩陣
902‧‧‧驅動器晶片
904‧‧‧電力管理模組
906‧‧‧太陽能電池
1002‧‧‧轉移材料層
1002a‧‧‧金屬或其它導性部份
1004‧‧‧載體玻璃或其它基材
1006‧‧‧接收玻璃或其它基材
1008a,1008b‧‧‧光學元件
此等及其它特徵及優點藉由參考下列結合圖式 之例示說明實施例的詳細說明會更佳且更完整瞭解，其中，圖1顯示依據某些例示實施例之一聚醯亞胺底材，其支撐組成島材且助於保護直軌及焊接頭免於應變； 圖2a係依據某些例示實施例之可拉伸性及可撓性之網格的影像，此網格包含置於於一被動矩陣之一二維陣列LED，其可被選擇性定址；圖2b係圖2a之網格的示意圖；圖3係依據某些例示實施例之後窗玻璃於接近中置高位停車燈(CHMSL)區域且通過一包含LED之區段之截面圖；圖4係例示依據一例示實施例之一用於形成CHMSL之例示技術的流程圖；圖5係例示依據一例示實施例之另一用於形成CHMSL之例示技術之流程圖；圖6顯示一安置於一具有自其延伸之波形線(wiggle wire)的半可撓性板上之LED，其可連同某些例示實施例使用；圖7a-7b顯示此類LED如何可依據某些例示實施例於一陣列中連接；圖8A-8I係依據某些例示實施例實施之熱管理模擬；圖9係依據某些例示實施例之一電子裝置，其包含作為能量採集器及電力管理之電子設備，以用於自主系統；且圖10a-10b顯示可連同某些例示實施例使用之例示圖案化技術。
某些例示實施例係有關於使LED裝置併入以下 列方式管理光轉換、萃取及分佈之發光模組內之技術：(i)能以諸如複合式多軸彎曲之獨特形狀因子封裝，(ii)降低與操作期間之熱累積有關之不利作用，(iii)波長轉化及改良光外部耦合效率，及/或(iv)使光以所欲空間位向分佈。此於某些例示實施例係藉由使LED裝置解耦合成其各種不同組件而完成，包括，例如，(i)裸片、(ii)磷光體，及(iii)光學元件陣列與外部耦合散射體。
上述及/或其它問題可藉由提供以可拉伸式LED 陣列為主之電路而部份解決，此電路可順從一基材或覆板(superstrate)之形狀，且可輕易變形，同時仍維持其功能性。 此等總成可用於各種應用，包括涉及分佈於一較大區域上之電子組件者，諸如，用於看板應用、感應器陣列等之顯示器及個別LED。因此，某些例示實施例涉及具有下列例示特性之一網格式電子組件：
●簡單可撓性暗指單一或單軸彎曲(以提供，例如，圓柱形及/或圓錐形之形狀)。
●若導性互連件亦可拉伸，可撓性與可拉伸性暗指複合式或多軸彎曲及/或任意形狀。
●網格可圖案化成島材。電組件可分佈於一PCB上之小島材上(其可，例如，包含散熱器，因此，能使網格與一支撐玻璃基材緊密相鄰或相接觸)。
●與可拉伸之光學元件組合，其可助於使光學纖維及聚二甲基矽氧烷(PDMS)及/或其它可拉伸光波導嵌入可拉伸 基材內(例如，用於人造皮、壓觸、剪切，及/或其它感應器應用)。
●上述各種範疇可於玻璃上與透明導性塗層(TCC)互連件(其可為透明導性氧化物或TCO等)或可能預形成圖案之匯流排互連。為或包含銀及/或碳之導性油墨可與低溫焊料結合使用，至少是有關於後者。
●網格可使用PVB、EVA或其它可層疊介質層疊於二玻璃片材間。
●疊層式箔材或基材可以三維凸紋結構提供，或為了使活性組件繞著一特定軸以某些所欲位向導引而壓花。
●網格可包括一可層疊之可撓性太陽能電池(例如，以CIGS、c-Si，及/或其它者為主之太陽能電池，選擇性地係於一金屬箔材上)，及一薄電池。太陽能電池可使電池充電，此電池被電調節而對活性組件供電(例如，連同用於看板應用之LED)。於此等例子，此裝置可無外部引線及/或電力連接，因此，可為一自主系統之一部份。
因此，某些例示實施例可包含一可撓性電路，其包含具剛性小的分佈PCB之小島材，且具有可拉伸互連件。此等島材本身係剛性或半可撓性，且可包括電組件(例如，被動及/或主動電組件，諸如，二極體、調節器晶片、天線、能量轉換器元件等)。波形線技術可用於可拉伸之高度信賴性互連件之設計。整個單元可被封裝或包覆於一容許應變之材料內，諸如，PDMS、其它矽氧烷及/或其它適 合材料。
現更特別參考附圖，其中，於數個圖各處，相同 參考編號係指示相同零件，圖1顯示依據某些例示實施例之一聚醯亞胺底材102，其支撐組成島材104且助於保護直軌及焊接頭106免於應變。即，聚醯亞胺底材102可，例如，助於支撐可拉伸之銅導體，而波形線108使組件生效及使撐體彎曲。
圖2a係依據某些例示實施例之一可拉伸且可撓 性網格之影像，此網格包含置於一被動矩陣中之一二維LED陣列，其可選擇性定址，且圖2b係圖2a之網格的示意圖。於圖2a之範例，一電力連接係設於基材周圍，且信號係經由一提供至可撓性載體材料之適當TCO運送。如熟習此項技藝者所瞭解，網格材料可疊層於玻璃及/或塑料之間。選擇之排及/或列之依序定址可被用於諸如看板、低解析顯示器等之應用。
上述技術之一可能應用係有關於其中基材係彎 曲玻璃基材之汽車應用，且更特別地，係有關於連同後擋風玻璃或後窗玻璃中之中置高位停車燈(CHMSL)而使用一LED陣列。因為後窗玻璃傾斜，LED陣列之光通量與於道路平行之方向不會最佳化。即，因為LED一般係點光源，光線會被向上，遠離與道路平行方向，且通常以與後窗玻璃之傾斜相配之角度而導引。解決此問題之一可能方式會係增加LED數量以與道路方向之所欲或特定輻射亮度相配合。但是，此解決方式並無效率。相反地，使用傳統二級 非影像式光學元件使光線改向可連同一間隙而實施，但此間隙通常需比擋風玻璃或後窗玻璃之厚度更厚。
但是，本揭露內容之發明人瞭解使用順應性可拉 伸電路及結構，或使PVP或玻璃本身壓花能使光線以最有效率方式改向。有關於此，圖3係依據某些例示實施例之一後窗玻璃於接近CHMSL之區域且通過包含LED之區段的截面圖。圖3包含內及外玻璃基材，其等係經由一包含聚合物之中間層306(其可為PVB、EVA，或任何其它適合材料)夾在一起。設置於一可撓性主幹310上之LED 308被串在一起且互連作為一陣列的一部份。LED可具有從彼此出來的引線，以增強彼此連接及/或與一電源之連接。主幹310本身可被彎曲或以其它方式成型為一與後窗玻璃之傾斜相配合之階梯狀圖案，以便促進來自LED 308之光被向外且以實質上與道路平行之方向導向。一選擇性之光學相配性材料312係設於階梯狀區域。此光學材料312可為一光學外耦合基質材料，其選擇性包含一散光基質。此助於產生一透鏡效果，例如，於透鏡出口具有較小角度分佈之實質上準直的光束。於某些例示實施例，角度分佈較佳係1-50度，更佳係4-40度，且最佳係10-30度。透鏡材料可包含PMMA，因為其可以具極高光學表面精製度鑄造，且對於其它材料於曝露於紫外線後遭遇之普遍黃化問題具有降低之易感性。
圖3所示之例示CHMSL可以數種不同方式製 造。例如，圖4係例示依據例示實施例之用以形成CHMSL之一例示技術的流程圖。典型上用於擋風玻璃之包含聚合 物的中間層的材料(例如，PVB、EVA等)可以一可能之階梯狀或平台狀之方式橫切，產生具有鋸齒狀且相配面之此材料之二物件(步驟S402)。另外，產生PVB或其它層疊材料之多階梯狀楔形物可藉由擠塑或其它技術完成，即使此與一熔融聚合物有關可能難以完成。支撐微LED之一可撓性電路可固定於此等物件之一者，使得其順應平台狀表面(步驟S404)。可撓性電路可裝訂於二相配合之片材間(步驟S406)。此次總成可疊層於二玻璃片材間(步驟S408)。
需瞭解其它形狀可被用以替代階梯狀或平台狀 之以聚合物為主之楔形物。例如，一實質上呈正弦曲線截面之PVB或EVA中間層可於與某些例示實施例有關地使用。非成像式應用之角度允許誤差一般不會如同用於成像應用(包括，例如，平視顯示器或HUD之應用)般嚴厲。一般，角度可控制於弧度允許誤差之十分之一，例如，使得一目標角不偏離多於1弧度。
楔形物之階梯狀表面或角度能使後窗玻璃使 LED光改向成依循在後的駕駛者的視線。若以抗反射(AR)及/或光外耦合層塗覆或甚至蝕刻，後窗玻璃作為一光組合器而實施，其基本上組合外及內後窗玻璃表面之反射及使光線向外改向至視者。
圖5係例示依據一例示實施例之用以形成 CHMSL之另一例示技術的流程圖。一適合主幹係於步驟S502提供。此主幹於某些例示實施例可為以聚合物為主，且有關於此，可為或包含PET、聚醯亞胺、聚醯胺、PMMA 等。於步驟S504，LED可以一所欲圖案置於主幹上。於步驟S506，一光學外耦合層堆疊(OCLS)系統可塗覆於LED上，或以一片材塗敷於其上。於步驟S508，主幹可被彎曲成形。於步驟S510，其上具有LED之成形主幹可於玻璃片材結合在一起之前或當時被疊層於疊層材料(其可為或可包含PVB、EVA，或其它適合材料)間。例如，於某些例示實施例，一其上設有LED之成形主幹可被疊層，且疊層式次總成可夾置於玻璃基材間(藉此有效地包含數個個別疊層步驟)。於某些其它例示實施例，於單一步驟，主幹可被夾置於基材間，且此等基材可與位於其間之主幹疊層在一起。
為達成改良式(且可能係最佳)之幾何與物理尺 寸，非成像式技術可用以修改使LED光線分散轉換之表面。因此，於另一方式，於某些例示實施例，具可能不同直徑或主要距離之孔洞的一簡單立方形、六角形，或其它形狀之陣列可被鑽入一層疊材料(例如，係或包含PVB、EVA等)內。一內拋物面狀表面可被產生且可能以一反射性塗層塗覆。例如，一鏡子可使用銀成鏡之濕式方法產生。此鏡子可以一透明底漆塗層作表面防護。底玻璃因此可(i)提供此表面產生複合拋物面集中(CPC)孔洞之陣列，(ii)容置具選擇性之輔助散熱器之LED完全封裝或裸片PCB，其，(iii)容置透鏡，(iv)使帶有磷光體之另一玻璃板與LED遠離隔開，及/或實施其它功能。見，例如，2011年7月22日申請之美國申請序號第13/188,916號案，其完整內容在此被併入以供參考。‘916申請案描述CPC如何被形成，例如，保存光 源光展量(étendue)；一遠程磷光板如何可與一夫瑞乃(Fresnel)透鏡使用以提供發射光線增加之擴散及/或均質化；鏡塗層如何形成及/或受保護等。如所知，光展量(étendue)係指光線如何於一特定介質於一特定面積及一立體角擴散。此差異於傳統配置可最高達，且有時超過30之因子，且此差異另外有時可能對於在距離光源面一特定距離之一目標上達成增加亮度產生障壁。例如，一典型光源或燈可能僅操作收集50%之自光源發射的光線。
自LED延伸之波形線可延伸至一電源。於某些例示實施例，此可藉由使LED及波形線置於一塊包含銀及/或其它導性油墨上而完成。波形線可經由保護主幹之層疊材料延伸(若有)，例如，與電源連接。於某些例示實施例，波形線可經由對一基材所設之一導性塗層與電源呈電連通。例如，低-E塗層(其於某些情況係多層薄膜以銀為主之層堆疊物)可置於一或多個基材上。因為此等低-E塗層一般係呈導性，其等可用於對LED供電。於某些例示實施例，其它透明導性塗層(TCC)可用於對LED供電，而無論其等是否係低-E塗層。
再者，於某些例示實施例，低-E或其它導性塗層可被圖案化，例如，使遠端程式邏輯(可能於處理器、車輛LIN匯流排等控制下操作)以控制光線是否被活化，其等如何被活化等。例如，於某些例示實施例，一適合之硬體、軟體，及/或韌體控制器可用以使CHMSL以已知方式回應中斷作用，於中斷發生時使光線改變顏色(或改變單一顏色之 色調)且可能與駕駛多”困難”地中斷呈比例，使訊息被顯示出等。
圖6顯示一安裝於一半可撓性板上且具有自其延伸之波形線的LED，其可於某些例示實施例有關地使用。圖7a及7b顯示此類LED依據某些例示實施例可於一陣列連接。即，圖7a-7b顯示依據某些例示實施例之一簡單裸片LED陣列，其可安裝於一半可撓性板上且具有一蛇形線狀之互連網格。
如上所暗指，經修整的輪廓可用以使來源的光線正確地轉換。但光展量(étendue)效率通常僅係設計一聚光透鏡考量之一。反射表面之全內反射(TIR)的存在、自抗反射塗層得利之必要性或可能性等會影響某些例示實施例之裝置的使用性。
與熱負荷有關之熱考量亦係一可能考量。有關於此，圖8A-8I係與某些例示實施例有關地實施之熱管理模擬。更特別地，圖8A-8D顯示具有Al互連件之隔離InGaN μ-ILED之溫度分佈[圖8A-8B與圖8C-8D個別係300nm及1,000nm厚]，於圖8A係7.8Mw之輸出功率，於圖8B係16.4mW，於圖8C係8.4mW，且於圖8D係18.0mW，使用一QFI Infra-Scope Micro-THermal Imager捕集(左)，且係藉由分析模式計算(右)。圖8E顯示為輸入功率之函數的具有300nm(較暗線)及1,000nm(較淡線)之Al互連件厚度，自實驗萃取(點)，及使用分析模式計算(線)之μ-ILED表面溫度。圖8E中使用之輸出功率為對於每一LED係40mW。圖8F係於400 W/cm2固定熱通量時之為裝置尺寸及互連件厚度之函數之表面溫度之三維作圖。較佳操作區域係圍繞區域，即使其它操作區域可與不同例示實施例有關地使用。圖8G顯示一微尺寸LED(於此情況，1 x 1mm2)之溫度分佈，且圖8H顯示間隔為2mm之一100μ-ILED(於此情況100 x 100μm2)陣列之溫度分佈。圖8I顯示一100μ-ILED陣列之相對於間隔的μ-ILED表面溫度。圖8I之圖係重要，因為係表面溫度與ILED間隔之相關性。某些例示實施例之最大溫度較佳係少於200℃，更佳係低於175℃，且最佳係低於100-140℃。此係因為效率於溫度增加時下降。此暗示少於500μm，更佳係少於400μm，且更佳係約200-375μm間之間隔。
圖9係依據某些例示實施例之用於一自主系統而製造之一電子裝置，其包含作為能量採集器及電力管理之電子元件。圖9之裝置可用於廣泛之各種發光應用，包含車用照明、看板、高架或戶外照明。如圖9所暗指，可拉伸之LED矩陣900可被變形或以其它方式包含於一彎曲或平面式實施例中。提供於一電力管理模組904之一驅動器晶片902控制LED矩陣900中個別LED之運作。電力管理模組904可接收及調節來自一或多個太陽能電池906等之電力。於某些例示實施例，一電池等(未示出)可被提供以貯存藉由太陽能電池906產生之電力。
如上所暗指，一例示應用涉及於汽車之後窗玻璃或天窗包含一太陽能板。太陽能板可於環境發光條件(例如，大於或等於約300lux)下供應足夠電力以使一薄膜電池 操作及充電。太陽能板能與直接於一電力管理IC內之一5.6V然納(zener)過壓保護二極體平行地操作。如所知，一然納二極體使電流以與一理想二極體相同方式以向前方向流動，但當電壓高於稱為崩潰電壓(所謂之然納電壓)之一特定值時，亦能使其以相反方向流動。電力IC可使其輸出提供至一啟動延遲電路以容許太陽能板開始一空電池充電程序之時間。低靜態電流調節器(例如，可得自Texas Instruments之一TPS78033模組)可助於將自太陽能板通過之電壓維持在所需之操作電壓範圍內，以對一感應器或一LED陣列供電。
圖案化技術可用於，例如，使置於玻璃上之一導性材料(例如，包含銀之材料、以ITO為主之層等)圖案化及/或形成互連件。雷射剝離法，例如，使用一脈衝式激元雷射等，係可與某些例示實施例有關地使用之一種技術。圖10a-10b顯示可與某些例示實施例有關地使用之例示圖案化技術。更特別地，圖10(a)顯示一LIFT技術，其涉及使金屬或其它導性部份1002a從於一相鄰載體玻璃或其它基材1004上之一轉移材料層1002經雷射誘發轉移至接收玻璃或其它基材1006上。雷射光束係經由適當光學元件1008a聚集以完成此事。圖10(b)顯示LIBT之變化型式，其中，一雷射光束係照射通過適合光學元件1008b及受體基材1006，造成金屬或其它導性部份1002a自相鄰載體基材1004上之轉移材料層1002遷移。於此圖案化後，LED可藉由焊接(例如，以一焊鐵)或任何其它適合技術連接。雷射亦可於陣列部份 或完全完成時用於修護。
雖然激元雷射係如上所述，但其它型式之雷射可 被使用，包括，例如，YVO4、YAH、Ti-藍寶石、CO2，及/或其它雷射。例如，適合功率一般可於10-20W之範圍，Q-開關脈衝頻率可為20-200kHz之範圍，且實際脈衝寬度可為100-140ns之範圍。此等例示參數容許快速加工及良好機械/撓曲持久性。較高功率輸出(例如，最高達約30W)能容許圖案化於一可能較廣範圍之材料上，以高速標記(例如，最高達約12,000mm/s)實施。例如，可購自Keyence之MD-F3000模型可適於使ITO、CNT、限匯流條，及其它材料劃線，以使LED彼此及/或與其它數據/電力線連接。以70%功率，且以1,000mm/s掃瞄速度，於120kHz頻率及0.08mm線寬度操作此裝置產生良好結果，即使其它處理參數及/或設備於不同實施當然係可能。
需注意典型客車具有約60度(且通常係約58度) 之方向。需瞭解於某些例示實施例，於某些例示實施例之相對於最大輸出之光輸出下降於偏離垂直最高達50度之角度時較佳係少於25%，更佳係少於15%，且更佳係少於10%。亦瞭解於某些例示實施例，於偏離垂直約40-60度間之角度相對於未使用改向之情況的光輸出增加較佳係至少約25%，更佳係至少約40%，且有時係約50%或甚至更高。
如上所指示，一OCLS系統可助於改良此等總成 之輸出效率及散熱能力。一OCLS可助於在玻璃與LED間提供一指數相配之層，例如，用以助於增加以其它方式耦合 於玻璃內之光線。藉由OCLS造成之似米式(Mie-like)散射可助於，例如，藉由破壞同相同調性而阻撓玻璃中之波導模式。以一相關方式，似米式前向散射可被增加，即使以降低之光譜分散。
例如，Γi(Ω,k)可定義為入射至玻璃表面之光子 通量，且Γo(Ω,k)可定義為空氣中之輸出通量，其中，符號Ω及k個別為立體角及波向量。此比率現係以因子ηiml x ηs(Ω,k)增加，其中，η係OCLS基質/相鄰平坦化裝置之指數相配效率，且其中，ηs係散射效率。總通量輸出可藉由計算於整個相空間之雙積分ʃʃ Γi(Ω,k)ηiml x ηs(Ω,k)d Ω dk而計算。但是，以此模式為基礎，可見出需要條件係乘積ηiml X ηs>1。下述之某些例示實施例顯示此方法如何被實施。
OCLS於某些例示實施例可為一多層系統，且其 功能性係至少部份以其各種組件如何達最佳化為基礎，以便達成所欲性能。於某些例示實施例，OCLS可包含一厚的各向同性層基質，其具有包含分散球形散射體之一基質層芯材；及一選擇性之平坦化層。此等組件之每一者於下更詳細地說明。
如上所指示，OCLS可包含一厚的各向同性層基 質，例如，係位於玻璃與LED之間。此層可包含一具有較佳係大於1.7，更佳係1.8-1.9，且於某些情況可能更高之高折射指數的有機金屬螯合物混雜材料。吸收係數於某些情況可接近0。此基質層之化學係於，例如，美國公開第2012/0088319號案中說明，此案之完整內容在此被併入以 供參考。
如‘319公開案所述，某些例示實施例可涉及以聚 合物二氧化鈦為主之混雜塗覆系統及/或以聚合物氧化鋯為主之系統。有機-無機混雜聚合物溶液係藉由先使烷氧化鈦與一螯合劑反應使高反應性之四配位鈦物種轉化成較不具反應性之六配物物種而製備。然後，其它所欲聚合物組份可添加至經穩定化之含鈦溶液並且充份混合。因穩定化之結果，混雜聚合物溶液於室溫可穩定最高達6個月，於顏色及黏度具有可忽略之變化。混雜聚合物溶液可旋塗或垂直狹縫式塗覆至基材上至一所欲厚度。
一富二氧化鈦膜係藉由於少於約250℃之高溫使 混雜塗層熱分解而產生。形成之乾燥膜可製成薄至0.2um且最高達約4um或更多。當固化溫度係300℃或更高時，此等膜於整個可見光區域可具有良好透明性且具有高達約1.90或更高之折射指數。超過300nm厚度之無裂縫膜係藉由單塗覆應用而獲得。多重塗覆可應用於獲得一更厚的膜，且於二連續塗層間無明顯界面由SEM截面影像看到。 混雜高折射指數膜係機械性堅固，曝露於熱及紫外線輻射時係穩定，且可應用於廣泛之各種光學應用。材料係可與半導性材料相容。
於某些例示實施例，有機無機混雜聚合物可被引 至一可層疊之介質內，諸如，乙烯乙酸乙烯酯(EVA)、聚矽氧、芳香族聚醯胺等。然後，此能使用真空接合或除氣，有時無需使用高壓釜。
選擇之有機聚合物含有多數個羥基官能性。此等 亦被選擇而容許聚合物與二氧化鈦相間之主要及次要化學鍵結，以增強相可容性及高分散度。經螯合之聚(鈦酸二丁酯)聚合物及有機聚合物於溶液及固化膜中係可以所有或實質上所有比率相容，此係藉由其等之高透明性及折射指數分散曲線證實。典型上，高達1.9或更高之折射指數對於0.4um之厚度係於550nm獲得。當沉積於任何無機發光二極體上時，即使薄至0.4微米之膜戲劇性地顯著改良自高折射指數材料之光外耦合，典型上係70%之增加範圍。
提供一以無機為主之先質。於某些例示實施例， 以無機為主之先質可為一以鈦為主之先質，諸如，烷氧化鈦、以鈦為主之磷酸鹽錯合物等。以無機為主之先質可直接或間接沉積於欲被塗覆之裝置及/或基材上。例如，於某些例示實施例，一以烷氧化鈦為主之先質可經由原子層沉積(ALD)而沉積，一以鈦為主之磷酸鹽層可被印製等。當然，瞭解到於某些例示實施例，其它高指數之無機材料可用以替代鈦或另外被使用。
一螯合物可被形成，且一有機組份可與選擇性之添加劑一起添加。某些例示實施例之螯合物可為水楊酸。某些例示實施例之有機組份可為樹脂、矽氧、聚醯亞胺、聚醯胺等。選擇性之添加劑亦可被引入。例如，其它無機材料(例如，替代以鈦為主之先質或另外地)可被引入以調整折射指數。事實上，折射指數可藉由選擇性包含氧化鋯、氧化矽及/或矽酸鹽等而向上或向下調整。光散射元素及/ 或散熱元素亦可被引入。可作為光散射劑及散熱劑之一例示材料係氮化硼。塑化劑亦可於某些例示實施例中被包含。
經螯合之以鈦為主之先質及有機組份可經交聯 產生一有機無機混雜溶液。於一範例，烷氧化鈦可與一螯合劑反應，使四配位Ti物種轉化成較不具反應性之六配位物種，例如，產生經螯合之聚(鈦酸二丁酯)。當然，其它鈦酸鹽可於本發明之不同實施例中產生及/或使用。混雜聚合物可於某些例示情況藉由使經螯合之聚(鈦酸二丁酯)與一含有羥基之有機樹脂混合在一起而形成。於某些例示實施例，有機及無機組份可按重量以等百分率提供。於某些例示實施例，有機及無機組份可按重量以60/40比率提供。當然，其它比率及/或百分率於本發明之不同實施例係可能。
混雜溶液於某些例示實施例可為相當之液相。於 此一情況，混雜溶液可經濕式塗敷、垂直狹縫彎月式塗覆，或其它方式提供至一所欲厚度。例示之塗覆技術係於，例如，美國專利第6,383,571號案中說明，此案之完整內容在此被併入以供參考。但是，於某些例示實施例，所欲地係提供一可被，例如，擠塑之更黏稠的混雜層疊物(例如，包含於諸如EVA、矽氧、芳香族聚醯胺等之有機結合劑內之無機及/或有機材料)。一更黏稠之混雜層疊物以“更乾淨”或“較不雜亂”之應用而言係有利的。
經塗覆之混雜聚合物或層疊物經乾燥及/或固 化。於某些例示實施例，乾燥及/或固化可助於移除溶劑及水，留下比有機材料更多之無機材料。乾燥可於少於約250 ℃之第一升高溫度發生，而固化可於大於或等於約300℃之第二升高溫度發生。某些例示實施例可包含於此等及/或任何其它適合溫度之乾燥及固化之一者或二者。
因此，總結此等例示之基本調配、交聯，及固化 步驟，會瞭解一經螯合之以Ti為主的先質與一樹脂結合劑接觸；樹脂結合劑與經螯合之以Ti為主的先質交聯；溶劑經由一加熱方法蒸發，且經固化之膜與一基材(例如，一膜、硬表面、玻璃等)黏著。這樣作時，(a)有機無機混雜溶液係濕式塗敷於基材上於至少一LED上，或(b)有機無機混雜溶液被引至一載劑介質內，然後，載劑介質被擠塑於基材上於至少一LED上。有機無機混雜溶液於一旦置於基材上(例如，形成塗層)時被固化。
基質之流變性質較佳係使得其可藉由區域鑄製 或狹縫彎月式塗覆分配於大面積之玻璃上，且例如藉由熱及/或紫外線曝光快速固化。固化時，可助於其與發光層有效指數相配合。於某些情況，此部份之OCLS可為10-100um厚。此層之平滑性係於玻璃平滑性之等級，且具有少於或等於1.0nm且更佳係少於或等於約0.5nm之RMS粗糙度。
此基質實施路徑之一係使用添加鈦、鉿，及/或 鋯氧聚集體之玻璃質聚合物單體。當單體之聚合反應係於，例如，10-30重量%之Zr4O2(OMc)12存在中進行時，產生一透明且高指數之膜，其具有高撓曲強度且與玻璃基質具格外良好之黏著性。使用一適當界面活性劑及耦合劑可助於狹縫式分配之均勻性。Ti16O16(OEt)32聚集體之有機表 面可藉由醇解而選擇性修改。此產生新的官能性聚集體，Ti16O16(OEt)32-x(OR)x，其中，R可為甲苯丙烯酸酯或苯乙烯，且x經修改之烷氧基數量，其依，例如，pH而定範圍從4至16之任何者。
形成之基質因此結合聚合物之優點(例如，加工 性、撓曲強度等)及無機建構塊之優點(諸如，於過渡生物鹼情況之高折射指數，及化學惰性、熱及環境穩定性等)。單獨之指數相配層(imL)對於接近0之入射角具有良好之外耦合效率，且亦係依角度而定。
基質層芯材一般可包含球形散射體，其較佳係以 使得其等未叢集在一起之方式分配。使用之散射體膠體之ζ電位為了系統良安穩定性較佳係高，且有時甚至大於70mV。如所知，ζ電位係指膠體系統中之電動電位。ζ電位係分散介質與和經分散顆粒附接之流體的靜止層間之電位差。熟習此項技藝者一般將25mV之值認為係使低電荷表面與高電荷表面分開之值。注意到ζ電位值有時係與膠體分散液之穩定性有關，例如，使得高數值表示更大穩定性等。 此等數值亦助於確保散射體之填充密度係於可使得球形體以一約3個球直徑(或6r)之顆粒間距離d呈單分散(mono-dispersed)之一數值範圍內。若此條件符合，其分開係足夠大，使得次要波對激發每一顆粒的場之貢獻係遠小於外場。
如上所瞭解，於某些例示情況，指數相配外耦合 效率(>1)係藉由大於1之似米氏散射效率提高。含有散射體 之基質本身係一高指數之無機螯合物。散射體係，例如，使得其包含一或多種材料而被製備。例如，散射體於某些情況可具有一增加散射之同心組成物。相對折射指數m、尺寸r，及散射體濃度(1/s3)係選擇使得其等助於改良自此等裝置外耦合之總集成光線。
雖然某些例示實施例已與無機LED(ILEDS)有 關地作說明，但會瞭解此術所欲之技術可與其它型式之發光二極體有關地使用，包含，例如，有機發光二極體(OLED)、聚合物發光二極體(PLED)，及/或其它發光系統等。
有關於OCLS系統之進一步細節可於，例如，2012 年6月5日申請之美國申請序號第13/488,779號案中發現，此案在此併入本案以為參考資料。
由上可瞭解某些例示實施例係有關於一種可層 疊及順應性之介質，其載荷包含LED之電子組件。電路佈局包含剛性及可撓性零件、封裝物，及互連件之一分佈混合物。於用於發光或看板之LED的情況，此一電路配置使模製彈性電路能於平面或彎曲玻璃之相對較大區域上配置。當然，此處所揭露之技術可與其它技術有關地使用，包含，例如，使用LED作為用於住家、商業與行動系統；顯示器或看板裝置等之發光系統的現存基礎結構之可能替代品之應用。
玻璃基材因數個原因而係有利的。例如，玻璃之 刮痕抗性及撓曲強度，結合其化學回火及具有能於長時間操作維持銀鏡之光學表面處理的能力，係一優點(例如，超 越某些塑膠材料)。玻璃一般不易受紫外線而黃化，且對於用於結晶化之磷光體塗層熱處理可維持高操作溫度。玻璃之膨脹係數亦遠少於大部份塑膠，因此，PCB與玻璃之結合對於諸如泛光燈等會涉及之大陣列的膨脹作用以高允許誤差進行。
需注意某些例示實施例之玻璃基材可經化學及/ 或熱強化或回火，例如，符合安全規範。術語“熱處理”於此處使用時意指使物件加熱至足以達成包含玻璃之物件的熱回火及/或熱強化的溫度。此定義包含，例如，使一經塗覆之物件於一烘箱或爐內於至少約550℃，更佳係至少約580℃，更佳係至少約600℃，更佳係至少約620℃，且最佳係至少約650℃之溫度加熱足以回火及/或熱強化之一段時間。於某些例示實施例，此可為至少約2分鐘，或最高達約10分鐘。
於此處使用時，除非明確表示，術語“上”、“受 支撐”等不應被闡釋為意指二元件係彼此直接相鄰。換言之，即使其間具有一或多層，一第一層可被認為係於一第二層“上”或“受其支撐”。
某些例示實施例係有關於一種車窗。第一及第二 玻璃基材係經由一第一疊層材料彼此疊層。一可變形主幹支撐多數個LED裝置，且可變形主幹係置放於第一與第二玻璃基材之間，且LED裝置係經由可撓性線彼此連接。主幹具有一形狀，其係選擇以與擋風玻璃被置於車輛的角度相配，且使得LED裝置於供電時主要係以與車輛所在表面 平行之方向發光。
除前段落之特徵外，於某些例示實施例，多數個LED裝置可被設置作為一中置高位停車燈(CHMSL)之一部份，CHMSL係可藉由遠離LED裝置之一控制器控制。
除前二段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，第一層疊材料可包含PVB。
除前三段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，主幹可自PET、聚醯亞胺、聚醯胺，及/或PMMA形成。
除前四段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，主幹可被成形，以便具有多數個階梯狀物，且每一該階梯狀物支撐該等LED裝置之至少一者。除先四段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，主幹可具有一實質上正弦曲線形狀。
除前五段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，一光學外耦合層堆疊(OCLS)系統可被設置，且OCLS系統包含一各向同性層基質，其含有一有機金屬螯合物混雜材料及一含有經分散的散射體之基質芯材。
除前段落之特徵外，於某些例示實施例，經分散之散射體可具有大於1之似米式(Mie-like)散射效率，其會導致大於1之對於OCLS之指數相配外耦合效率。
除前二段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，基質可包含一添加氧簇(oxo-clusters)之聚合物單體。
除前段落之特徵外，於某些例示實施例，氧簇可包含Ti、Hf，及/或Zr氧簇。
除前四段落中任一者之特徵外，於某些例示實施 例，散射體之填充密度可於使得散射體係以約3個直徑或主要距離之顆粒間距離d單分散的數值範圍。
除前段落之特徵外，於某些例示實施例，每一散 射體可位於其最近相鄰者之遠場，且除可能之同調真正向前散射(coherent exact forward scattering)外，可不具有系統性相關係(systematic phase relationship)。
除前11段落中任一者之特徵外，於某些例示實施 例，一第二層疊材料可封裝主幹。
除前12段落中任一者之特徵外，於某些例示實施 例，一低發射率(低-E)塗層可置於第一及/或第二基材上。
除前段落之特徵外，於某些例示實施例，LED裝 置可被串連在一起形成一陣列；至少一些引線可自此陣列延伸且可與低-E塗層直接電接觸；且LED裝置可經由低-E塗層定址及/或供電。
除前14段落中任一者之特徵外，於某些例示實施 例，LED裝置可串連在一起形成一陣列，其係於不大於150℃之溫度操作。
某些例示實施例係有關於一種電子裝置。一可撓 性片材支撐多數個裸片LED，且LED係經由可撓性線彼此連接形成一LED陣列，且陣列中之LED係可經由位於遠端之控制電路個別定址及供電。一光學外耦合層堆疊(OCLS)系統係置於LED上，且OCLS系統包含一各向同性層基質，其含有一有機金屬螯合物混雜材料及一含有經分散的散射體之基質芯材。其上具有LED陣列之可撓性片材被變形， 使得其被成形為與一所欲應用相配合。
除前段落之特徵外，於某些例示實施例，可撓性片材可自PET、聚醯亞胺、聚醯胺，及/或PMMA形成。
除前二段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，可撓性片材可被成形，以便具有多數個階梯狀物，且每一該階梯狀物支撐該等LED裝置之至少一者；及/或可撓性片材可具有一實質上正弦曲線形狀。
除前三段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，其上具有LED陣列之可撓性片材可被嵌入一層疊材料中。
除前段落之特徵外，於某些例示實施例，多數個孔穴可於層疊材料中形成，且每一該LED可能於一個別孔穴中定向，且每一該孔穴可能延著其深度呈錐狀，以便增加距其第一端部之直徑或距離，其中，個別之LED係位於其第二端部。
除前段落之特徵外，於某些例示實施例，當以截面觀看時，每一該孔穴可具有一拋物面狀之側壁。
除前二段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，每一該孔穴具有一置於其上之反射塗層。
除前段落之特徵外，於某些例示實施例，反射塗層可包含一含有銀之薄膜層，及一置於此含有銀之薄膜層上之選擇性的保護層。
除前八段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，離開每一該孔穴之第二端部的光線可被實質上準直，以便能僅有10-30度之分佈。
除前九段落中任一者之特徵外，於某些例示實施例，一太陽能電池及一電池可被組配以對LED陣列供電。
雖然本發明已與現今被認為係最實際且較佳之實施例有關地作說明，但需瞭解本發明不限於揭露之實施例，相反地，係想要涵蓋包含於所附申請專利範圍之精神及範圍內之各種修改及等化配置。

Claims (14)

  1. 一種用於車輛的後擋風玻璃，包含：第一及第二玻璃基材，其等係經由一第一層疊材料彼此層疊以形成該後擋風玻璃；及一中置高位停車燈，其在用於該車輛的該後擋風玻璃中且包含：一可變形且非導性之主幹基材，其支撐該後擋風玻璃的多數個LED裝置，該主幹基材係置放於該後擋風玻璃的該等第一及第二玻璃基材之間，該等LED裝置係經由可撓性線彼此連接；其中，該主幹基材具有一形狀而使得該等LED裝置於供電時以一與該車輛所在表面平行之方向發光，以便作用為一供該車輛之用的停車燈，該等LED裝置的發光方向亦與該後擋風玻璃的一外表面呈非垂直，其中，該主幹基材被成形以便具有多數個階梯狀物，該等階梯狀物之每一者支撐該等LED裝置之至少一者，且與該後擋風玻璃的該外表面呈非垂直及非平行；並且，該可變形且非導性之主幹基材係一具有一實質上正弦曲線形狀的可撓性片材。
  2. 如請求項1之後擋風玻璃，其中，該第一層疊材料包含PVB。
  3. 如請求項1之後擋風玻璃，其中，該主幹基材係自PET、聚醯亞胺、聚醯胺，及/或PMMA形成。
  4. 如請求項1之後擋風玻璃，進一步包含一光學外耦合層堆疊(OCLS)系統，且該OCLS系統包含一各向同性層基質，該各向同性層基質含有一有機金屬螯合物混雜材料及一含有經分散的散射體之基質芯材。
  5. 如請求項4之後擋風玻璃，其中，該等經分散的散射體具有一大於1之似米式(Mie-like)散射效率，而導致一大於1之對於該OCLS之指數相配外耦合效率；且其中，該OCLS系統係設成在該等LED裝置上方。
  6. 如請求項4之後擋風玻璃，其中，該各向同性層基質包含一添加氧簇(oxo-clusters)之聚合物單體。
  7. 如請求項6之後擋風玻璃，其中，該等氧簇包含Ti、Hf，及/或Zr氧簇。
  8. 如請求項4之後擋風玻璃，其中，該等散射體之填充密度係於可使得該等散射體以一約3個直徑或主要距離之顆粒間距離d呈單分散的一數值範圍內。
  9. 如請求項8之後擋風玻璃，其中，每一散射體係位於其最近相鄰者之一遠場，且除同調真正向前散射外，係不具有系統性相關係。
  10. 如請求項1之後擋風玻璃，進一步包含一封裝該主幹基材之第二層疊材料。
  11. 如請求項1之後擋風玻璃，進一步包含一置於該第一及/或第二基材上之低發射率(低-E)塗層。
  12. 如請求項11之後擋風玻璃，其中，該等LED裝置係串連在一起形成一陣列；至少一些引線自該陣列延伸且係與該低-E塗層呈直接電接觸；且該等LED裝置可經由該低-E塗層定址及/或供電。
  13. 如請求項1之後擋風玻璃，其中，該等LED裝置係串連在一起形成一陣列而其係以不大於150℃之溫度操作。
  14. 一種用於車輛的後擋風玻璃，包含：第一及第二玻璃基材，其等係經由一第一層疊材料彼此層疊以形成該後擋風玻璃；及一中置高位停車燈，其在用於該車輛的該後擋風玻璃中且包含：一可變形且非導性之主幹基材，其支撐該後擋風玻璃的多數個LED裝置，該主幹基材係置放於該後擋風玻璃的該等第一及第二玻璃基材之間，該等LED裝置係經由可撓性線彼此連接；其中，該主幹基材具有一形狀而使得該等LED裝置於供電時以一與該車輛所在表面平行之方向發光，以便作用為一供該車輛之用的停車燈，該等LED裝置的發光方向亦與該後擋風玻璃的一外表面呈非垂直，其中，該主幹基材被成形以便具有多數個階梯狀物，該等階梯狀物之每一者支撐該等LED裝置之至少一者，且與該後擋風玻璃的該外表面呈非垂直及非平行。
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