波导
阅读：987发布：2020-05-11
专利汇可以提供波导专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且可 变形 为所要求的形状并且通过材料的聚合而固定为该形状的 波导 。波导基底包括被聚合以形成刚性 聚合物 并固定波导的形状的柔性 单体 或者低聚物材料。诸如LED的 光源 和/或光 电池 可嵌在波导的基底内，使得波导分别作为照明设备或者 太阳能 聚光器。，下面是波导专利的具体信息内容。
1.包括基底的波导，所述基底包含单体，在聚合所述单体以将所述基底固定为期望的形状之前，所述单体能够使所述基底在环境温度下变形为所述期望的形状。
2.根据权利要求1所述的波导，其中所述单体具有低于环境温度的玻璃转化温度。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的波导，其中所述单体封装或者嵌在所述基底或者所述基底的一部分内。
4.根据权利要求3所述的波导，其中如果所述单体封装在所述基底的一部分内，那么所述基底的余下部分由响应于变形而裂开的聚合物形成，使得所述单体将在聚合之前流入裂缝中。
5.根据权利要求4所述的波导，其中所述单体包含在响应于所述基底的变形而破裂的微囊体和/或空心管内。
6.根据任意前述的权利要求所述的波导，其中所述单体配置成使得其在暴露于光时聚合，从而使产生的聚合基底具有高于环境温度的玻璃转化温度。
7.根据任意前述的权利要求所述的波导，其中一个或多个LED和/或光电池嵌在或者封装在所述基底内。
8.根据权利要求7所述的波导，其中至少一个LED是蓝色、紫色和/或紫外LED，所述LED配置成聚合所述单体以固定所述基底的形状。
9.根据任意前述的权利要求所述的波导，其中所述基底包括引发所述单体的聚合的引发剂。
10.根据权利要求1-9中的任意权利要求所述的波导，其中所述基底包括两种或更多种单体，它们在所述基底变形时混合并聚合以固定所述基底的形状。
11.根据任意前述的权利要求所述的波导，其中所述波导包括改变光的颜色的波长转换材料。
12.使包括基底的波导变形的方法，所述基底包含单体，所述方法包括在环境温度下将所述基底变形为期望的形状并且随后聚合所述单体以将所述基底固定为所述期望的形状的步骤。
13.根据权利要求12所述的方法，其中聚合所述单体的步骤包括将所述基底暴露于蓝色、紫色和/或紫外光下。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法包括如下步骤：聚合所述单体的一部分以将所述基底的一部分固定为期望的形状，所述聚合所述单体的一部分以将所述基底的一部分固定为期望的形状发生在聚合所述单体的另一部分以将所述基底的该部分固定为不同的形状之前。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述波导包括嵌在所述基底中的蓝色和/或紫外LED，且所述方法包括激活所述LED来聚合所述单体的步骤。
波导
技术领域
[0001] 本发明涉及波导和包含该波导的照明设备。
背景技术
[0002] 由LED发射的光通常耦合到薄的光导中，该光导沿着到发光表面的路径运送和分配光。一个或者更多个LED可嵌入到光导中以形成照明设备，或者LED可与光导分离但定位成使得从LED发射的光耦合到光导中。
[0003] 期望的是，提供可围绕诸如柱子或者家具的对象固定的各种形状的光导，以产生不同的照明效果和有美感的照明设计。因此，通常采用透明的热塑性塑料，例如聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）。该材料被加热超过其玻璃转化温度，从而允许通过将该材料形成为期望的形状而改变波导的形状。通常地，该材料形成在加热的模具上，并且然后允许其冷却并设定为所要求的形状。然而，这是困难且耗时的过程。
[0004] 本发明力图提供可更加容易地形成为期望的形状的波导。
发明内容
[0006] 单体可具有低于环境温度的玻璃转化温度，以使用户能够容易地将基底变形。
[0007] 在一个实施例中，单体封装或者嵌在整个基底内，以使得整个基底聚合并且其形状变得固定。
[0008] 在另一实施例中，单体封装或者嵌在基底的一部分内，以使得仅该部分聚合并且固定基底的形状。
[0009] 在另一实施例中，基底的余下部分由响应于变形而裂开的聚合物形成，使得单体将在聚合之前流入裂缝中。这为激活聚合过程提供了简单且有效的方式。
[0010] 替换性地，单体可包含在响应于基底的变形而破裂的微囊体和/或空心管内。
[0011] 单体可配置成使得其在暴露于光时聚合，从而使产生的聚合基底具有高于环境温度的玻璃转化温度。这为聚合基底提供了简单且有效的方式，即让波导暴露于光。
[0012] 一个或多个LED和/或光电池可嵌在或者封装在基底内。
[0013] 优选地，至少一个LED是蓝色、紫色和/或紫外LED。LED配置成聚合单体以固定基底的形状。
[0014] 在另一实施例中，基底包括引发单体聚合的引发剂。
[0015] 替换性地，基底包括两种或更多种单体，它们在基底变形时混合并聚合以固定基底的形状。
[0017] 根据本发明，还提供了使包括基底的波导变形的方法，该基底包含单体，该方法包括以下步骤：—在环境温度下将基底变形为期望的形状，和，
—随后聚合单体以将基底固定为所述期望的形状。
—随后聚合单体以将基底固定为所述期望的形状。
[0018] 在一个实施例中，聚合单体的步骤包括将基底暴露于紫外光下。
[0019] 在另一实施例中，该方法包括如下步骤：聚合单体的一部分以将基底的一部分固定为期望的形状，所述聚合单体的一部分以将基底的一部分固定为期望的形状发生在聚合单体的另一部分以将基底的该部分固定为不同的形状之前。
[0021] 现在，将参照附图，仅以举例的方式描述优选的实施例，在附图中：图1a，1b和1c示出了本发明的第一实施例。
[0022] 图2a至2e示出了波导的不同实施例。
[0023] 图3示出了波导照明设备的实施例。
[0025] 图5a和5b示出了适于用作太阳能聚光器和照明设备的波导的实施例。
[0027] 图7a和7b示出了本发明的最终实施例。
具体实施方式
[0028] 波导照明设备通常包括基底和位于波导基底的一端处的光源。光沿着基底传送，通过全内反射防止光离开主体。当光在具有不同折射率的材料之间的边界上的入射角大于临界角时，发生全内反射。该临界角由材料的折射率确定。波导可包括发光表面，所述发光表面可包括诸如棱镜或者粗加工物（例如，表面上的点或者凹陷）的结构，所述结构扰乱光的全内反射，从而导致光离开波导。
[0029] 多个光源可沿着波导间隔开以确保从照明设备发射均匀且足够的光强度。这在考虑柔性照明设备时尤其重要，因为柔性照明设备可形成为任何形状，从而降低了内反射的效率，所以光在被发射到大气中之前将不会沿着波导基底被运送长的距离。
[0030] 单体在本性上是软的且柔性的，因为结构中的分子不是刚性连接的。聚合物的分子成链状结合在一起，并且因此聚合物比单体更坚硬并保持其形状。低聚物通常具有散布有单体材料的弱聚合物结构。借助聚合过程导致分子结合在一起成为链，单体和低聚物可转换为刚性的聚合物。波导通常由聚合物材料制成。
[0031] 存在激活聚合的一些方式，最常见的是加热、电磁辐射和引入催化剂或者引发剂化学制品。加热单体导致分子结合在一起成为聚合物链。实现聚合的电磁辐射的最常见形式是蓝色、紫色或者紫外光（UV光）。其可来自于UV灯或者来自于太阳光，并且同样导致分子形成聚合物链。催化剂或者引发剂化学制品可用来在单体内产生导致分子聚合的反应。催化剂可为第二种类型的单体，从而两种不同类型的单体的组合导致产生聚合物结构的反应。
[0032] 图1a示出了包括波导2和光源3的照明设备1的第一实施例，在该情形中光源为发光二极管（LED）。波导2由单体基底制成，并且LED 3嵌在该单体基底中，没有示出为LED供电的连接线。在室温下，单体处于其玻璃转化温度之上，所以它是柔性的，且可自由成形或者形成在模具上或围绕对象4形成，如图1b所示。
[0033] 图1b示出了已经形成在模具4上的图1a的照明设备1。波导2的单体基底已经变形为期望的形状，并且通过向照明设备1引导电磁辐射5来激活聚合。在该实施例中，辐射5最可用的形式是来自于太阳光的UV光。照明设备1可形成为所要求的形状，并且放置在直射太阳光下直到聚合完成且波导2已经变硬。
[0034] 如图1c所示，一旦单体基底已经聚合，就可从模具4移除新的刚性照明设备1。LED3可由外部电源供电，并且聚合物波导2将用作照明设备。多个LED可位于波导2内，以提供更佳的光分布并发射更高的光强度。
[0035] 聚合未必一定要在整个波导2基底中进行，可以仅聚合基底的一部分并使余下部分保持柔性。图2a示出了包括柔性波导基底6和聚合部分7的波导2，如图2a的第二视图所示，一旦被聚合，聚合部分将形成通过波导2的刚性肋(rigid rib)。聚合部分7嵌在柔性基底6内，且最初为柔性单体。这两个部分由不同的单体制成；其中一个能够在UV光下聚合，并且另一个将不会聚合。聚合部分7的大小必须选择成足够硬以支撑波导2的余下部分，且在照明设备的寿命期间足够地通用和耐用。聚合部分7可完全嵌在柔性基底6内，或者在其边缘或一侧处。
[0036] 图2b示出了与参照图2a描述的波导非常相似的波导2。图2b中示出的波导包括支撑柔性基底6的两个聚合部分7。采用两个聚合部分7为聚合的波导2提供了增加的强度和刚性，并允许形成不同形状的波导。
[0037] 图2c示出了聚合部分7在柔性基底6内的另一替代性布置。波导2包括布置为相互之间具有间隔的多个聚合部分7，使得波导2能够沿着这些间隔折叠。柔性基底6的不可聚合部分可用作弯曲部分，使得波导2能够折叠为特定的形状。例如，图2c示出了折叠为方形管的波导2。
[0038] 图2d示出了具有多个聚合部分7的波导2的另一实例。在该情形中，波导包括彼此相邻地定位成堆叠体的两个聚合部分7。这将为波导2提供额外的机械刚性。
[0039] 图2e示出了波导2的另一实施例，其包括三维的聚合部分7。这将为波导2提供增强的刚性并且可以允许形成不同形状的波导。
[0040] 优选地，单体基底6和聚合部分7具有相同的折射率。这样，聚合部分7不改变穿过其的光的方向，因而不会扰乱全内反射过程。
[0041] 图3示出了波导照明设备1的第三实施例，其包括与图2实施例的聚合部分类似的聚合部分7，该聚合部分通过暴露于UV光而被激活。照明设备1还包括嵌在柔性基底6中的LED 3，并且这些LED中的至少一些配置成发射蓝色或者紫色或者UV光。基底6保持柔性直到第一次使用，第一次使用时来自于LED 3的蓝色、紫色或者UV光将聚合单体聚合部分7并固定照明设备1的形状。正如可能需要的，对于发射白光（或者接近白光）的照明设备，可包括光波长转换层8。该层、区域或者图案8包括适于将第一波长的光转换为第二波长的光的波长转换材料。这样，其在光离开基底6之前改变了光的特性。例如，聚合单体部分所需要的从蓝色LED发射的蓝色光可部分地被转换为黄色或者红色光，从而获得白光。
[0043] 适于用作波长转换材料的有机材料的实例包括基于二萘嵌苯衍生物的发光材料，®其例如在BASF的Lumogen 品牌名称下销售。因而，可在商业上获得的适当产品的实例包® ® ® ®
括但不限于Lumogen Red F305、Lumogen Orange F240、 Lumogen Yellow F170、Lumogen Yellow F083和它们的组合。
括但不限于Lumogen Red F305、Lumogen Orange F240、 Lumogen Yellow F170、Lumogen Yellow F083和它们的组合。
[0044] 适用于波长转换材料的无机磷光体的实例包括但不限于掺铈钇铝石榴石（Y3A15O12:Ce3+，也称作YAG:Ce或者掺Ce YAG）或者镥铝石榴石（LuAG，Lu3A15O12）、α-SiAlON:Eu2+（黄色）和M2Si5N8:Eu2+(红色)，其中M为选自钙Ca、Sr和Ba中的至少一种元素。可用于本发明的实施例中的无机磷光体（通常与蓝色发光光源结合）的另一实例是YAG:Ce。而且，铝的一部分可用钆（Gd）或镓（Ga）替代，其中更多的Gd导致黄色发射的红色偏移。其它适当的材料可包括(Sr1 x yBaxCay)2 zSi5 aAlaN8 aOa:Euz2+，其中0≤a＜5,0≤x≤1,0≤y≤1且0＜z≤1,并且（x+y）≤1,例如发射红色范围内的光的Sr2Si5N8:Eu2+。
[0045] 量子点是一般具有仅为几纳米的宽度或者直径的半导体材料的小晶体。当被入射光激发时，量子点发射由晶体的大小和材料确定的颜色的光。因此，可通过调适点的大小来产生特定颜色的光。具有可见光范围中的发射的最知名的量子点基于硒化镉(CdSe)，其带有例如硫化镉（CdS）和硫化锌(ZnS)的壳体。也可采用不含镉的量子点，例如磷化铟（InP）、和铜铟硫化物（CuInS2）和/或银铟硫化物（AgInS2）。量子点显示出非常窄的发射带，并且因而它们显示出饱和的颜色。而且，通过调适量子点的大小，可以容易地调节发射颜色。本领域中已知的任何类型量子点都可用于本发明中，只要其具有合适的波长转换特性。然而，出于环境安全和利害关系的原因，可能优选的是采用不含镉的量子点或者至少具有非常低的镉含量的量子点。
[0046] 可选择地，波长转换域可包括散射元件，例如Al2O3或者TiO2颗粒。
[0047] 波长转换层8可包含适于实现期望颜色的光的波长转换材料。颜色转换层中的材料的选择将确定发射的光的颜色。所描述的材料的层、图案、结构或者颗粒具有通过吸收一些波长并发射其它波长来转换光的特性。可以采用两种类型的LED的组合来得到相同效果：第一类型为发射UV聚合光的LED；第二类型为发射白光的LED。
[0048] 聚合部分7可包括（多种）波长转换材料。
[0049] 图4a示出了波导的另一实施例，在该情形中，波导2已经形成为太阳能聚光器，其包括含有波长转换材料8的波导基底6和用于将光转换为电能的光电池19。波导2由单体基底6制成，并且光电池19与单体基底6直接光学接触，没有示出连接光电池19和电池组的连接线。在室温下，单体处于其玻璃转化温度之上，所以其是柔性的，并可自由成形或者形成在模具上或围绕对象4形成，如图4b所示。
[0050] 图4b示出了已经形成在模具4上的图4a的太阳能聚光器。波导2的单体基底6已变形为期望的形状，并且通过向基底6引导电磁辐射5来激活聚合。在该实施例中，辐射5最可用的形式是来自太阳光的UV光。太阳能聚光器可形成为所要求的形状，并且放置于直射太阳光下直到聚合完成且波导基底6已经变硬。
[0051] 一旦单体基底6已经聚合，就可从模具4移除新的刚性太阳能聚光器，如图4c所示。光电池19可连接到外部电池组，并且聚合物波导基底6将用作太阳能聚光器。多个光电池19可位于波导2内，以更好地收集由基底6中的波长转换材料8所转换的光。
[0052] 图5a和5b示出了另一实施例，其同时利用多于一个波导9，10，以产生可定制波导的不同功能。
[0053] 图5a示出了在聚合之前的两个波导9，10。第一波导9包括柔性基底6和聚合部分7，并且还包括波长转换层8和从太阳光产生电的光电池19。第二波导10包括柔性基底6和聚合部分7，并且还包括至少一个光源，例如LED 11。
[0054] 图5b示出了在波导9，10已经形成并且聚合之后的波导9，10。正如参照图4a,4b和4c所描述的，第一波导9已经形成为太阳能聚光器，以采集太阳光并将一些太阳光转换为电能。波长转换材料8将一些太阳光转换为另一波长的光。波导2将转换后的光引导至光电池19。
[0055] 第二波导10已经形成为用于照明目的的波导。由光电池19产生的能量可用于对嵌在柔性基底6内的LED 11进行供电。
[0056] 图5a和5b的实施例示出了可定制的波导，其可用于除了照明设备之外的应用中，例如光捕获和处理。
[0057] 图1至3中描述的实施例包括向照明设备1提供光的LED 3。其它的光源也是可应用的，并且可能会需要多个光源来产生跨照明设备的发光面发射的光的所需强度。
[0058] 图6a示出了波导2，其包括嵌在波导基底2中且遍及波导基底2分布的多个LED12。多个LED 12将提供来自照明设备的更强且均匀的光发射。
[0059] 图6b示出了嵌在波导基底2中的多个激光光源13。激光具有可应用于一些专门应用或者装饰性照明设备的特性。
[0061] 其它的光源也可能是适合的，但是LED、激光器和OLED是最适合用于这种应用的，因为它们寿命长、有效且具有可控性。
[0062] 在所描述的LED激活聚合过程的任何实施例中，LED可以是提供白光的直接磷光体转换LED（direct phosphor converted LED），其中一部分白光处于波长范围中的蓝色、紫色和/或紫外部分。替换性地，可利用红色、绿色和蓝色（RGB）LED的组合，其中蓝色LED导致单体的聚合，并且RGB LED的组合导致白光。
[0063] 波导的不同表面可执行不同的功能。例如，如果需要定向光，那么一些表面可被处理或者覆盖以防止光从这些表面发射。替换性地，指定的发光面可包括光偏转装置，例如切入或者增加到波导的表面的棱镜。通过改变光和材料边界之间的入射角，棱镜将扰乱全内反射过程，因而增加了从该表面发射的光的量。
[0065] 参照图1至5b描述的实施例通过电磁辐射来聚合。引发聚合的其它方式可以与以上描述的照明设备一起使用，参照图7a和7b来概述这些方式。
[0066] 图7a示出了本发明的实施例，其中聚合部分7包括封装在弱的聚合物基体17（例如低聚物）内的单体15和引发剂化学制品16。这种材料将具有低的玻璃转化温度且在室温下是柔性的，并且如果该材料被拉伸或者变形，则基体17将会损坏。因此，单体15和引发剂化学制品16可封装在该基体17内，并且当波导基底2变形时，聚合物基体17损坏且单体15和引发剂化学制品16化合并形成强硬的聚合物基体17，从而固定波导2的形状。图7b示出了聚合之后的刚性聚合物材料结构。除了物理上使波导基底变形之外，这种过程不需要外部的能量。替换性地，两种不同类型的反应性单体可封装在弱的聚合物基体17中，并且它们在化合时形成聚合物18。替换性地，单体和/或引发剂化学制品可封装或者嵌在微囊体内，该微囊体嵌在波导基底中并且在波导变形时破裂。
[0067] 可通过采用自由基聚合、阳离子聚合或者阴离子聚合来聚合单体。引发剂的实例包括但不限于Irgacure和过氧化物。可采用的单体的实例包括但不限于诸如丙烯酸盐、甲基丙烯酸酯、乙烯基单体、环氧树脂、硫醇烯体系、聚氨酯或者硅酮的单体。
[0068] 最方便的聚合方法是光引发的自由基聚合。对于该方法，可利用丙烯酸盐，例如包含光引发剂Irgacure 651（可在商业上从Ciba Geigy获得）的乙氧基化双酚A二丙烯酸酯。通常，合成物应当包含0.1-2%的引发剂。这种材料可在具有369nm的波长的UV辐射下聚合。同样地，双酚A环氧树脂可与阳离子光引发剂一起提供，例如，双（烷基(C=10)苯基碘鎓六氟磷酸盐 ( Bis(alkyl(C=10))phenyl iodonium hexafluorophosphate)。这种材料也可通过UV辐射聚合。
[0069] 可化合形成聚合物的两种反应性单体的实例是例如双酚-A环氧树脂的环氧树脂和例如桥亚甲基四氢化邻苯二甲酸酐的酸酐。对这些材料进行化合引发聚合反应。
[0070] 设想柔性照明设备被卖出，并且消费者、用户或者安装人员会将该照明设备形成为所要求的形状并激活聚合以固定该形状。
[0072] 正如本文所用的，两个对象处于“光学接触”意味着光路可从一个对象延伸至另一对象，可选择地经由具有与所述对象中的每一个的折射率相似的折射率的另一介质。“直接光学接触”意在表示所述光路无需穿过诸如空气的中间介质而从第一对象延伸至第二对象。
[0073] 应理解，术语“包括”没有排除其它元件或者步骤，并且不定冠词“一”或者“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中叙述某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被有利地利用。权利要求中的任何附图标记都不应解释为限制权利要求的范围。
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