CN101752193B

CN101752193B - 两用式透光及发光装置及可透光的发光结构

Info

Publication number: CN101752193B
Application number: CN 200810183310
Authority: CN
Inventors: 李中裕; 陈世溥; 林依萍; 周彦伊; 王博弘; 刘旻忠
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-12-02
Also published as: CN101752193A

Abstract

一种两用式透光及发光装置及可透光的发光结构。该两用式透光及发光装置包括第一透明基板、间隙侧壁、第二透明基板以及可透光的发光结构。间隙侧壁在第一透明基板与第二透明基板之间以构成密闭空间。该可透光的发光结构包括阴极结构、阳极结构、低压气体层以及图案化荧光层，其中低压气体层容置于密闭空间中，阴极结构与阳极结构分别相向地配置于第一透明基板与第二透明基板上，而图案化荧光层位于阴极结构与阳极结构之间，以使外界的自然光仍能穿透其间。

Description

两用式透光及发光装置及可透光的发光结构

技术领域

本发明涉及一种面发光装置，且特别是涉及一种两用式透光及发光装置及可透光的发光结构。

背景技术

光源装置在日常生活中的使用非常广泛。传统的点光源经过长时间的研发与改变，渐渐发展出低耗电、均匀发光的面发光装置，可广泛使用于平面显示器、大楼外观的广告看板或建筑用照明上。

近代建筑大量采用可透光的玻璃作为绿建筑的建材，拥有寿命长、方便维护保养的优点。玻璃建材的优点是白天可通过太阳光辅助人工照明，除了节省照明用电外，也能提供较舒适自然的照明空间。采用玻璃建材除了要考虑开口率(透光)之外，还必须考虑隔热问题。特别是，夏季约有70％的热是透过玻璃窗与室外进行热交换，冬季则约有40％的热通过玻璃室内散失到户外。显然玻璃建材的开口率越大，在夏季时越多的热就会由户外进入室内，在冬季时则是有越多的热由室内散出户外，这两种情形都会使得室内空调用电的需求增加。在节能减碳、温室效应与油价高涨的年代，开发能节省空调与照明用电的隔热玻璃将是相当重要的议题，并可带来很大的经济与环境效益。

另外考虑情境方面的应用，由于白天时的自然光就是均匀的光线，人的视觉在这样的环境下也会感觉比较自然与舒适，然而夜晚的光线远比白天的光线不足，窗外一片漆黑的感觉常带给居住者有不安定感受，因此若夜晚室内的照明效果，表现有如白天时自然光照射在玻璃窗的感觉，将带给居住者安定、平静的情绪。

发明内容

本发明提供一种两用式透光及发光装置，可让白天的自然光穿透并提供夜间所需的照明效果。

本发明提供一种可透光的发光结构，可让白天的自然光穿透并提供夜间所需的照明效果。

本发明提出一种两用式透光及发光装置，其包括第一透明基板、间隙侧壁、第二透明基板以及可透光的发光结构。该间隙侧壁在该第一透明基板与该第二透明基板之间以构成密闭空间。可透光的发光结构包括阴极结构、阳极结构、低压气体层以及图案化荧光层，其中该低压气体层容置于该密闭空间中，该阴极结构与该阳极结构分别相向地配置于该第一透明基板与该第二透明基板上，而该图案化荧光层位于该阴极结构与该阳极结构之间，以使外界的自然光仍能穿透其间。

本发明又提出一种可透光的发光结构，其包括阴极结构、阳极结构、图案化荧光层以及低压气体层。该阴极结构与该阳极结构相向地配置。图案化荧光层位于该阴极结构与该阳极结构之间，且该图案化荧光层可让外界的自然光穿透其间。低压气体层填充于该阴极结构与该阳极结构之间，用以诱导该阴极结构发射足够数量的电子。

在本发明的实施例中，上述的阳极结构包括第一图案化金属层，位于该图案化荧光层与该第二透明基板之间。该第一图案化金属层的形状包括条状或网状，而该图案化荧光层的形状包括条状、网状或点状。

在本发明的实施例中，上述的阳极结构包括第一透明导电层，位于该图案化荧光层与该第二透明基板之间。该第一透明导电层的形状包括条状、网状或面状，而该图案化荧光层的形状包括条状、网状或点状。

在本发明的实施例中，上述的阴极结构包括第二图案化金属层，其形状包括条状或网状。

在本发明的实施例中，上述的阴极结构包括第二透明导电层，其形状包括条状、网状或面状。

在本发明的实施例中，上述的第一透明基板上还包括透明保护层，用以覆盖该阴极结构。该透明保护层的材料包括氧化镁(MgO)、氧化硅(SiO₂)、氧化铽(Tb₂O₃)、氧化镧(La₂O₃)、氧化铝(Al₂O₃)或氧化铈(CeO₂)。

在本发明的实施例中，上述的阴极结构上还包括电子放射层。该电子放射层的材料包括纳米碳管、纳米碳壁、纳米碳材、氧化锌或钻石膜。

在本发明的实施例中，上述的低压气体层的气压是在10～10^-3 torr的范围内。

基于上述，本发明通过图案化荧光层发光并可让白天的自然光穿透以节省照明用电，兼具透光及发光的功效，可应用在居家或大楼的窗户或玻璃建材上。在白天其透光与隔热的特性可节省大量空调与照明用电成本，到了夜晚其发光的特性又能充当照明的用，因此用途广泛。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

附图说明

图1A～图1C为本发明三个实施例的两用式透光及发光装置的剖面示意图。

图2A～图2C为本发明三个实施例的阴极结构的剖面示意图。

图3A及图3B为本发明二个实施例的阳极结构的剖面示意图。

图4A～4C的实施例绘示三种图案化荧光层的形状的俯视示意图。

附图标记说明

20：两用式透光及发光装置

200：第一透明基板

202：第二透明基板

204：间隙侧壁

210A、210B、210C：可透光的发光结构

212、212a：阴极结构

214、214a：阳极结构

216：低压气体层

218：图案化荧光层

E1：电子

E2：二次电子

P：正电离子

C：密闭空间

L1、L2：荧光

L3：自然光

220：透明保护层

230：电子放射层

具体实施方式

本发明提出一种两用式透光及发光装置，其利用平面电子发射式光源(Flat electron emission lamp/FEEL)的发光机制，利用低气压环境下的气体放电将足够数量的电子从阴极导出，并使这些电子在稀薄的低压气体中被电场加速飞行。由于电子在低压气体的平均电子自由路径(mean free path)较长，仍有足够数量的电子会直接撞击到在阳极上的荧光粉，并将电子的动能转换为光能而达到发光的效果。

另外，利用FEEL的发光机制可达到一般光源无法做到的特性与优势，例如FEEL具有透明与双面发光的特性，所发出的光波长视荧光粉成分而定，可因应照明环境不同用途来设计不同波长范围的光源。另外FEEL具有发光响应时间短、可线性调光等性能，方便在不同环境下的发光型态需求。在人体工学与视觉舒适性方面，其平面光源具有单位面积的光强度较低的优势，不会产生令眼睛不适的眩光。与点光源相比较，不会产生刺眼的视觉残留，更符合人体健康与室内照明的基本需求。在工艺方面，FEEL无半导体或有机化学的污染产生，元件本身不含汞，属于环保的绿色光源，符合未来的环保需求。综合这些优点，FEEL的市场应用与产品加值的弹性很高。因此，本发明的发光机制除了可以提供夜间所需的照明之外，更可让白天的自然光穿透而做为两用式透光及发光装置。本发明的透明基板的材料可以是硬性材料或是可挠曲材料。又发光装置可以是平面或是曲面，其依实际需要而变化。以下举一些实施例做说明，但是本发明不仅限于所举的一些实施例。又所举的一些实施例也可以互相做适当结合，不必是个别独立的实施例。

图1A～图1C为本发明三个实施例的两用式透光及发光装置的剖面示意图。请参阅图1A～1C，两用式透光及发光装置20包括第一透明基板200、第二透明基板202、间隙侧壁204以及可透光的发光结构210A、210B或210C。第一/第二透明基板200、202的材料例如是透明玻璃(或防紫外线玻璃)，而间隙侧壁204在第一透明基板200与第二透明基板202之间构成密闭空间C。此密闭空间C类似于建材上所用的气密夹层玻璃的结构，具有良好的耐候能力(例如隔热及保温)，其内部只有相当稀薄的气体，故气体的热传导和对流几乎不存在，因此拥有良好的隔热及保温效果。同时也有建材上所要求的隔音与低结露的效果。

在实施例中，图1A的可透光的发光结构210A采用平面电子发射式光源(FEEL)的发光机制，主要是由阴极结构212、阳极结构214、低压气体层216以及图案化荧光层218所组成。其中，阴极结构212与阳极结构214例如通过透明导电层来达到透光的效果。在另一实施例中，图1B的可透光的发光结构210B主要是由阴极结构212a、阳极结构214、低压气体层216以及图案化荧光层218所组成。其中，阴极结构212a例如通过可透光的图案化金属层来达到透光的效果。此外，在另一实施例中，图1C的可透光的发光结构210C主要是由阴极结构212a、阳极结构214a、低压气体层216以及图案化荧光层218所组成。其中，阳极结构214a例如通过可透光的图案化金属层来达到透光的效果。

在上述各个实施例中，除了阴极/阳极的材料不同(以不同的标号表示)之外，其余的内容相同(以相同的标号表示)，今说明如下。阴极结构212或212a设置在第一透明基板200上，而阳极结构214或214a设置在第二透明基板202上。间隙侧壁204在第一透明基板200与第二透明基板202之间构成容置低压气体层216的密闭空间C，而低压气体层216的气压例如是在10～10^-3 torr的范围内。低压气体层216的气体可为惰性气体、大气、氢气(H₂)、二氧化碳(CO₂)或氧气(O₂)。其中惰性气体包括氮(N₂)、氦(He)、氖(Ne)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)等。

在上述实施例中，透明导电层的材料例如是铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、铝掺杂氧化锌(AZO)或是其他透明导电氧化物等具有透光性的材料。图案化金属层的材料例如是铜合金或铝合金，其形状可为条状或网状，其线宽及线条间距可依实际需求而定，与低压气体层216的气压、阴极/阳极结构的间距、材料及开口率等条件有关。此外，图案化荧光层218例如以条状、网状或点状的方式形成在透明导电层上，可以是单层荧光粉或多层不同荧光材料叠置所组成，以产生单一色光或混光(由多种色光混合成白光)。另外，图案化荧光层218除了可见光材料外，也可以采用红外光材料或紫外光材料。

由于图案化荧光层218具有可透光的条状、网状或点状图案，且阴极/阳极结构也是透明导电层或可透光的图案化金属层，因此由图案化荧光层218产生的荧光L1、L2或是外界的自然光均可穿透第一/第二透明基板200、202以及阴极/阳极结构，而达到透光及发光的效果。因此，本发明的两用式透光及发光装置在节能与照明方面，除了可让白天的自然光穿透以节省照明用电之外，更可以提供夜间所需的照明，以当作室内照明或户外照明之用。

在图1A～图1C中，阴极结构212或212a与阳极结构214或214a相向地配置且分别是可透光的导电结构。一般而言，图案化荧光层218可位于阴极/阳极结构之间，优选是设置在阳极结构214或214a上。低压气体层216填充于阴极/阳极结构之间，有诱导阴极均匀发射电子E1的作用。又，低压气体层216有电子平均自由路径，允许足够数量的电子E1在操作电压下被加速朝向阳极结构214或214a移动，并直接撞击图案化荧光层218而发光。另外，在低压气体层216中有游离的正电离子P会朝向阴极结构206撞击，而产生一些二次电子E2(secondary electrons)，以增加电子的数量。

请参考图2A及图2B的二实施例，第一透明基板200上可增设一层易产生二次电子的透明保护层220。此透明保护层220的材料例如是氧化镁(MgO)、二氧化硅(SiO₂)、三氧化二铽(Tb₂O₃)、三氧化二镧(La₂O₃)、三氧化二铝(Al₂O₃)或二氧化铈(CeO₂)，用以覆盖阴极结构212或212a，以增加二次电子的数量并兼具保护作用。接着，请参考图2C的另一实施例，阴极结构212或212a上还可增设电子放射层230，例如是纳米碳管(carbonnanotube)、纳米碳壁(carbon nanowall)、纳米孔隙碳材(carbon nanoporous)、柱状氧化锌(ZnO)、氧化锌或钻石膜等易放电材料，可协助阴极放电并降低其工作电压。

在上述实施例，易放电材料设置在阴极结构212或212a上，但是其不是唯一的设置方式。在未绘示实施例中，易放电材料亦可设置在阳极结构214或214a上，其也有助于放电效果。此外，阳极结构214或214a上也可以增设易产生二次电子的透明保护层，其覆盖图案化荧光层218，可防止图案化荧光层218被离子轰击导致烧坏荧光体，因此可以增加图案化荧光层218的寿命。换句话说，本发明所举的多个实施例，都可以适当结合变化，无需限制在个别的实施例。

图2A及图2B的二实施例不同之处在于，阴极结构212为可使自然光L3完全穿透的面状透明导电层，开口率为100％，而阴极结构212a为仅有部分自然光L3可穿透的图案化金属层，其形状例如是条状或网状，故开口率小于100％，端视其线宽及线条间距而定。

接着，请参考图3A及图3B的二实施例，为了使自然光L3能穿透其间，图案化荧光层218局部覆盖第二透明基板202的一部分，而非全面覆盖第二透明基板202。在图3A中，阳极结构214位于图案化荧光层218与第二透明基板202之间，例如是面状的透明导电层，可让自然光穿透，但部分自然光L3会被图案化荧光层218遮蔽而无法穿透，故开口率仍小于100％。此外，在图3B中，阳极结构214a位于图案化荧光层218与第二透明基板202之间，例如是条状或网状的图案化金属层，但有部分自然光L3被阳极结构214a及图案化荧光层218遮蔽，故开口率也是小于100％。

接着，请参考图4A～4C的实施例，其绘示三种图案化荧光层的形状的俯视示意图，但非用以限制本发明的实施型态。图案化荧光层218的形状可为条状(平行或非平行的线条)、网状(平行/垂直相交的线条)、点状(阵列或随机分布的点)或者是三角形、圆形、正方形、长方形等任意几何图形的组合。至于阴极/阳极结构的形状虽未绘示其形状，但本领域普通技术人员应可配合图案化荧光层的实际形状来设计不同的阴极/阳极结构，在此不再赘述。

综上所述，本发明通过图案化荧光层发光，可以达到省电的效果，并可兼具透光及发光的功效。阴极/阳极结构只需为平面结构，结构简单，不需要特别处理。低压气体层不需要高真空封装，可以简化生产工艺，有利于大面积生产。此外，本发明在情境、照明与节能方面有很大的改善，除了可提供更好的情境照明外，也兼具节能效果。以商业大楼的玻璃外墙为例，在白天其透光与隔热的特性可节省大量空调与照明用电成本，到了夜晚其双面发光的特性又可作为大楼外观的字幕图案广告用途或建筑用照明，可说是白天节能、晚上有经济收益的商业模式。

虽然本发明已以实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种两用式透光及发光装置，用于让白天的自然光穿透并提供夜间所需的照明效果，包括：

第一透明基板；

间隙侧壁；

第二透明基板，其中该间隙侧壁在该第一透明基板与该第二透明基板之间构成密闭空间；以及

可透光的发光结构，包括图案化阴极结构、阳极结构、低压气体层以及图案化荧光层，

其中该低压气体层容置于该密闭空间中，该图案化阴极结构与该阳极结构分别相向地配置于该第一透明基板与该第二透明基板上，而该图案化荧光层位于该图案化阴极结构与该阳极结构之间，以使外界的自然光仍能穿透其间。

2.如权利要求1所述的两用式透光及发光装置，其中该阳极结构包括第一图案化金属层，位于该图案化荧光层与该第二透明基板之间。

3.如权利要求2所述的两用式透光及发光装置，其中该第一图案化金属层的形状包括条状或网状，而该图案化荧光层的形状包括条状、网状或点状。

4.如权利要求1所述的两用式透光及发光装置，其中该阳极结构包括第一透明导电层，位于该图案化荧光层与该第二透明基板之间。

5.如权利要求4所述的两用式透光及发光装置，其中该第一透明导电层的形状包括条状、网状或面状，而该图案化荧光层的形状包括条状、网状或点状。

6.如权利要求1所述的两用式透光及发光装置，其中该图案化阴极结构包括第二图案化金属层，其形状包括条状或网状。

7.如权利要求1所述的两用式透光及发光装置，其中该图案化阴极结构包括第二透明导电层，其形状包括条状、网状或面状。

8.如权利要求1所述的两用式透光及发光装置，其中该第一透明基板上还包括透明保护层，用以覆盖该图案化阴极结构。

9.如权利要求8所述的两用式透光及发光装置，其中该透明保护层的材料包括氧化镁、氧化硅、氧化铽、氧化镧、氧化铝或氧化铈。

10.如权利要求1所述的两用式透光及发光装置，其中该图案化阴极结构上还包括电子放射层。

11.如权利要求10所述的两用式透光及发光装置，其中该电子放射层的材料包括纳米碳管、纳米碳壁、氧化锌或钻石膜。

12.如权利要求1所述的两用式透光及发光装置，其中该低压气体层的气压是在10～10-3torr的范围内。

13.一种可透光的发光结构，用于让白天的自然光穿透并提供夜间所需的照明效果，包括：

图案化阴极结构；

阳极结构，其中该图案化阴极结构与该阳极结构相互平行并相隔间距；

图案化荧光层，位于该图案化阴极结构与该阳极结构之间，且该图案化荧光层可让外界的自然光穿透其间；以及

低压气体层，填充于该图案化阴极结构与该阳极结构之间，用以诱导该图案化阴极结构发射足够数量的电子。

14.如权利要求13所述的可透光的发光结构，其中阳极结构包括第一图案化金属层，其形状包括条状或网状。

15.如权利要求13所述的可透光的发光结构，其中该阳极结构包括第一透明导电层，其形状包括条状、网状或面状。

16.如权利要求13所述的可透光的发光结构，其中该图案化荧光层的形状包括条状、网状或点状。

17.如权利要求13所述的可透光的发光结构，其中该图案化阴极结构包括第二图案化金属层，其形状包括条状或网状。

18.如权利要求13所述的可透光的发光结构，其中该图案化阴极结构包括第二透明导电层，其形状包括条状、网状或面状。

19.如权利要求13所述的可透光的发光结构，还包括透明保护层，用以覆盖该图案化阴极结构。

20.如权利要求19所述的可透光的发光结构，其中该透明保护层的材料包括氧化镁、氧化硅、氧化铽、氧化镧、氧化铝或氧化铈。

21.如权利要求13所述的可透光的发光结构，其中该图案化阴极结构上还包括电子放射层。

22.如权利要求21所述的可透光的发光结构，其中该电子放射层的材料包括纳米碳管、纳米碳壁、氧化锌或钻石膜。