CN104220807B - 发光声学建筑元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及发光建筑元件（1），包括多个固态光源（19）；和具有光学反射侧面（15）的吸声元件（10）。吸声元件（10）被设置使得光学反射侧面（15）面向多个固态光源（19），并且包括从光学反射侧面到吸声元件的相对侧面（16）的通过吸声元件的多个孔（17）。孔（17）中的每一个被配置使得孔在平行于吸声元件（10）的平面中的投影小于孔（17）的截面的最小面积，截面垂直于吸声元件（10）的法线。通过以该方式配置通风孔，热空气可以不受阻碍地穿过孔，同时将防止撞击吸声元件的光学反射侧面上的孔的光的至少一小部分穿过吸声元件。

Description

发光声学建筑元件

技术领域

本发明涉及发光建筑元件和制造这样的发光建筑元件的方法。

背景技术

在现代建筑中，例如在天花板中使用的建筑元件需要执行与例如声学、照明、通风等有关的各种功能。为了减少执行各种功能所要求的建筑元件的数目，将若干功能组合在相同建筑元件中将会是合期望的。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其它缺点，本发明的一般目的是提供一种提供声学功能性和照明二者的建筑元件。

根据本发明的第一方面，提供了一种发光建筑元件，包括：多个固态光源；和具有光学反射侧面的吸声元件，吸声元件被设置使得光学反射侧面面向多个固态光源，其中吸声元件包括从光学反射侧面到吸声元件的相对侧面的通过吸声元件的多个孔，孔的实质上每一个被配置使得孔在平行于吸声元件的平面中的投影小于孔的截面的最小面积，截面垂直于吸声元件的法线，发光建筑元件还包括与所述吸声元件平行设置的光透射层，其与吸声元件的所述光学反射侧面相对，以在所述光透射层与所述吸声元件之间提供所述固态光源这样的方式。

表述“孔的实质上每一个”意指被理解成使得包括具有从孔的期望形状的偶然、非故意偏离的一个或多个孔的吸声元件被认为包括在权利要求的范围中。

固态光源是其中通过电子和空穴的再组合生成光的光源。固态光源的示例包括LED和半导体激光器。

吸声元件可以有利地由诸如多孔材料之类的能够吸收声波的材料制成。这样的多孔材料的一个示例是玻璃棉。

另外，吸声元件可以有利地提供为基本上片状的吸声元件。

在本申请的上下文中，与吸声元件的法线有关地限定通过吸声元件的孔的一个或多个属性。应当理解，对于特定孔而言，所参考的法线是到特定孔的位置处的吸声层的表面的局部法线。对于平面吸声元件而言，法线跨吸声元件是相同的。然而，如果吸声元件是非平面的（例如弯曲的），则局部法线将跨吸声元件而变化。

本发明基于以下认识：可以通过将诸如发光二极管（LED）之类的多个固态光源设置在吸声元件的光学反射侧面上来以紧凑并且能量高效的方式实现照明和声学功能性（声音吸收）。归因于吸声元件的光学反射侧面，除了其吸声功能之外，吸声元件充当引导光朝向用户的光反射器。

发光建筑元件还可以提供有光透射层，其被设置使得固态光源被提供在吸声元件的光学反射侧面与光透射层之间。光学反射侧面允许从光透射层反射回的光的再使用。这增加了光通过光透射层离开的机会，并且因此改善了发光建筑元件的光学效率。

由于固态光源的光学效率和寿命随温度增加而降级，因此关于诸如LED之类的固态光源的一般问题是热提取。虽然固态光源比诸如CCFL或者白炽灯之类的传统光源更高效，但是它们要求较好的冷却，因为传统源以定向波束中的红外辐射连同可见光的形式辐照所生成的热的较大部分。然而，LED不发射定向红外辐射。此外，由于其紧凑性，LED自身是比传统源更小的热沉，这导致较高的局部温度。

另外，适合于使用在吸声元件中的材料典型地展现出相对低的热导率，这意味着依赖于借助于通过吸声元件的热传导发生的热传递可能并不是充分的。

本发明人已经发现，可以通过为吸声元件提供多个贯穿通风孔来实现固态光源的改善的冷却而基本上没有发光建筑元件的性能中的任何降低，所述通风孔并不笔直通过吸声元件，而是被配置使得每个孔在平行于吸声元件的平面中的投影小于孔的截面的最小面积。这样，用于空气的有效通道面积将小于用于光的有效通路。这意味着可以在没有通过通风孔的光的对应损失的情况下实现改善的冷却。通过以该方式配置通风孔，热空气可以不受阻碍地穿过孔，同时将防止撞击吸声元件的光学反射侧面上的孔的光的至少一小部分穿过吸声元件。例如，每个孔可以展现出在吸声元件的相对侧面上的开口之间的偏移。

对于一些孔配置而言，通风孔的提供可以导致吸声元件的吸声侧面的光学反射侧面的全反射中的降低。然而，这样的降低可以被归因于经过固态光源的空气的流动的温度中的降低引起的固态光源的增加的效率大为补偿。

为免不必要地阻塞空气通过因此穿孔的吸声元件的流动，每个孔的上述第一开口和第二开口可以具有基本上相同的大小。

而且，发光建筑元件可以有利地提供有以这样的方式设置的至少一个空气入口：从空气入口到通过吸声元件的多个孔而经过的空气与固态光源接触。

通过吸声元件的孔可以例如被提供为倾斜孔，其每一个形成相对于吸声元件的法线的角度。这将导致第一开口与第二开口之间的在垂直于吸声元件的法线的方向上的偏移。

依照根据本发明的发光建筑元件的各种实施例，吸声元件可以包括具有第一孔图案的第一层、具有第二孔图案的第二层和具有第三孔图案的第三层，第二层设置在第一层与第三层之间。

提供这样的分层吸声元件可以促进具有孔的上述第一开口与第二开口之间的期望偏移的孔配置的形成。

具体而言，可以通过导致基本上垂直于吸声构件的孔的常规制孔技术形成孔。这样的制孔技术包括例如冲孔、钻孔、激光加工等。可替换地或者与之组合，可以如上文所讨论的那样使孔倾斜。

因此，第一孔图案可以包括垂直于第一层的多个孔，第二孔图案可以包括垂直于第二层的多个孔，并且第三孔图案可以包括垂直于第三层的多个孔。

另外，第一孔图案可以基本上与第二孔图案和第三孔图案相同，至少就孔图案中的孔的设置而论。应当理解，层的任何一个可以包括除上述孔图案中设置的那些之外的另外的孔。而且，不同层中的孔可以具有不同的大小。特定孔图案内的孔也可以具有不同的大小。对于周期性孔图案而言，第一孔图案的间距可以基本上等于第二孔图案的间距和第三孔图案的间距。

利用不同层中的基本上相同的孔图案，可以以方便的方式制造吸声元件，这将联系本发明的第二方面在下文中进一步描述。

另外，根据各种实施例，第二层中的孔可以大于第一层中的孔和第三层中的孔。这提供了展现出在吸声元件的光学反射侧面上的第一开口与吸声元件的相对侧面上的第二开口之间基本上没有重叠的吸声元件的方便的制造。

第一孔图案可以有利地在平行于所述吸声元件的平面中的第一方向上从所述第二孔图案偏移，并且所述第三孔图案可以在平行于所述吸声元件的平面中的第二方向上从所述第二孔图案偏移，所述第二方向不同于所述第一方向。例如，第二方向可以与第一方向相反。

为了提供改善的照明效率，孔中的每一个可以有利地具有反射内表面，使得进入通风孔的光可以至少部分地被再次反射出孔而通过光透射层离开发光建筑元件。

根据各种实施例，每个孔的第一开口与第二开口之间的偏移可以使得孔在平行于吸声元件的平面中的投影小于孔的截面面积的一半。

另外，可以在孔图案中设置孔，并且可以在具有与孔图案基本上相同配置的光源图案中设置固态光源。凭借于此，可以实现经过每个光源的空气的高效流动。

光源可以有利地与孔对齐，使得每个光源直接设置在通风孔下方。

根据本发明的发光建筑元件的各种实施例可以有利地包括在用于安装在天花板中的发光声学瓦中，其还包括用于允许发光建筑元件附接到天花板使得发光建筑元件的光透射层背对天花板的结构。

根据本发明的第二方面，提供了一种制造发光建筑元件的方法，包括以下步骤：提供具有光学反射侧面的吸声元件，其中吸声元件包括从光学反射侧面到吸声元件的相对侧面的通过吸声元件的多个孔，孔的每一个被配置使得孔在平行于吸声元件的平面中的投影小于孔的截面的最小面积，截面垂直于吸声元件的法线；与吸声元件平行地设置光透射层以便面向吸声元件的光学反射侧面；以及在吸声元件的反射侧面与光透射层之间提供多个固态光源。

根据各种实施例，提供吸声构件的步骤可以包括以下步骤：提供具有第一孔图案的第一片、具有第二孔图案的第二片和具有第三孔图案的第三片；以这样的方式堆叠第一片、第二片和第三片：第一图案中的孔在垂直于吸声元件的法线的方向上从第三图案中的孔偏移，并且第二图案中的孔互连第一图案和第三图案中的孔以形成通过吸声构件的开放通路；以及将第一片和第三片接合到第二片。

这样，可以使用良好建立并且合理的制孔技术在不同的片中制作孔，并且然后可以通过简单的对齐步骤实现期望偏移孔配置，所述对齐步骤可以例如使用简单的固定装置或者类似物方便地实施。

本发明的该第二方面的另外的变型和优点与上文联系本发明的第一方面提供的那些在很大程度上类似。

附图说明

现在将参照示出本发明的当前优选实施例的附图更详细地描述本发明的这些和其它方面，其中：

图1示意性地示出针对根据本发明的发光建筑元件的示例性实施例的示例性应用；

图2是图1中的发光建筑元件的分解透视图；

图3是图2中的发光建筑元件的截面视图；

图4是用于根据本发明的实施例的示例性方法的图示的流程图；

图5a-c示意性地图示了图4的对应方法步骤的结果；以及

图6a-b分别示出根据本发明的实施例的吸声元件的一部分的截面视图和顶视图。

具体实施方式

在以下描述中，参照具有集成LED-照明的声学天花板镶板大体描述本发明。

然而，应当指出，这绝不限制本发明的范围，其等同地适用于其它应用，诸如发光墙板等。

图1以连同其它常规天花板镶板2一起设置在房间3中的发光声学天花板镶板1的形式，示意性地图示了针对根据本发明的发光建筑元件的实施例的示例性应用。现在将参照图2描述发光建筑元件1的配置。

参照图2，发光建筑元件1包括吸声元件10、发光模块11、光透射层12和用于将发光建筑元件1结合在一起的框架13。

吸声元件10由诸如玻璃棉之类的吸声材料制成。吸声元件10具有面向发光模块11的光学反射侧面15和背对发光模块11的外侧面16。如图2中示意性地指示的，吸声元件10还包括从光学反射侧面15到外侧面16的通过吸声元件10的多个孔17。还已使每个孔17的内表面是光学反射性的，并且在光学反射侧面15上的每个孔17的开口与背对发光模块11的外侧面16上的每个孔17的开口之间存在偏移。下文将参照图3更详细地解释孔17的配置。

继续参照图2，发光模块11包括设置在网格状载体20上的多个固态光源，此处以LED 19的形式。作为对网格状载体20的替换方案，可以使用其它载体，只要光和声波可以穿过载体即可。例如，穿孔的印刷电路板可以用作载体。

光透射层12在图2中被示意性地示出为光漫射片，其可以例如由织物材料或者纸制成。然而，应当指出，光透射层12可以被配置成执行另外的功能或者除对LED 19发射的光进行漫射之外的功能。例如，光透射层12可以是用于控制发光建筑元件1输出的光的空间分布的棱镜片。例如，其可以对于避免眩光是合期望的。

最后，发光建筑元件1包括用于固定吸声元件10、发光模块和光透射层12的相对定位并且用于将发光建筑元件1结合在一起的框架13。框架13可以是金属的或者可以由适合的塑料材料制成。如图2中示意性地图示的，框架13可以包括用于允许空气进入发光建筑元件1以冷却LED 19的一个或若干空气入口22。下文将参照图3讨论在操作中时空气通过发光建筑元件1的流动。

现在将参照图3描述图2中的发光建筑元件1的一些方面，诸如吸声元件10中的孔17的配置和空气通过发光建筑元件1的流动，所述图3是沿着图2中的线A-A’取得的图2中的发光建筑元件1的示意性截面视图。

如图3中可见，吸声构件10的光学反射侧面15上的每个孔17的第一开口30和吸声构件10的外侧面16上的每个孔17的第二开口31在垂直于吸声构件10的法线的方向上相对于彼此偏移。在图3中的示例性实施例中，在第一开口30与第二开口31之间不存在重叠，或者，换言之，在垂直于吸声构件10的平面中不存在孔17的投影。这意味着没有光将能够通过孔17从发光建筑元件1的内部直接逸出。

在图3中的示例实施例中，吸声构件10包括具有第一孔图案的第一层33、具有第二孔图案的第二层34和具有第三孔图案的第三层35。如从图3可以理解的，不同层33-35中的孔相对于彼此偏移，并且设置在第一层33与第二层35之间的第二层34中的孔较大以便将第一层33中的孔与第三层35中的孔连接，从而允许空气穿过通过吸声构件10的组合孔17的通路，同时防止或者至少减少穿过吸声构件的光的量。

当发光建筑元件1中的LED 19在操作中时，将生成热。该热将导致加热的空气上升并且穿过吸声元件中的孔17。这将进而导致空气通过框架13中提供的空气入口22被吸入发光建筑元件1的内部。当发光建筑元件1用作天花板镶板时，空气入口被设置在比LED 19更低的水平处，这意味着从入口22流动到吸声构件10中的孔17的空气将经过LED 19使得LED19被空气的流动所冷却。图3中的箭头示意性地图示了通过发光建筑元件1的空气的流动。

由于已使每个孔的内表面36以及吸声构件10的光学反射内表面15是光学反射性的，因此进入通风孔17的光也将很大程度上朝向光透射层12反射并且离开发光建筑元件1。可以例如通过适合的涂层（例如白漆）使每个孔17的内表面和吸声构件10的内表面15是光学反射性的。

已经描述了根据本发明的实施例的发光建筑元件1的示例性配置，现在将参照图4中的流程图和图5a-c中的示意图描述制造这样的发光建筑元件1的示例性方法。

在第一步骤101中，对齐并且堆叠第一33、第二34和第三35吸声材料片。如图5a中示意性地所示，除第二吸声材料片34中的孔大于第一吸声材料片33和第三吸声材料片35中的孔之外，三个吸声材料片具有利用相同孔配置的孔图案。三个吸声材料片33-35以这样的方式对齐：第一吸声材料片33中的孔和第三吸声材料片35中的孔相对彼此偏移并且通过第二吸声材料片34中的孔互连。

在随后的步骤102中，第一33、第二34和第三35吸声材料片例如通过胶合进行接合以形成具有穿过如上文参照图2和3描述的吸声元件10的通风孔17的吸声元件10。在最后的步骤103中，通过包括在发光建筑元件1中的上述部分的组装完成发光建筑元件1，所述上述部分即吸声元件10、发光模块11、光透射层12和框架13。

在图6a的示例实施例中，以截面示出吸声构件10的一部分。吸声构件包括具有第一孔的第一层33、具有第二孔的第二层34和具有第三孔的第三层35。可替换地，图6a的吸声构件10可以仅包括两个层。如图6a中清楚地所示，不同层33-35中的孔被倾斜并且相对彼此设置以形成一个连续孔17，其在任何位置处具有相同的截面面积40。层34中的孔的倾斜在与层33和层35中的孔的倾斜不同的另一方向上，并且使得第一开口30和第二开口31在投影在平行于吸声构件的平面中时不互相移位而是互相完全重叠，同时孔的截面面积40减小屏蔽面积41以创建直接通过视图（direct through-view）面积42，如图6b中的外侧面16的顶视图所示。直接通过视图面积显著小于截面面积。因此，使得能够实现空气实际上不受阻塞地穿过通过吸声构件10的组合孔17的通路，而同时获得穿过吸声构件的光的量中的显著减少。

此外，本领域技术人员在实践所要求保护的本发明中，通过研究附图、公开内容和随附的权利要求，可以理解和实现对所公开的实施例的变型。例如，可以提供不同的孔大小和图案和/或薄金属涂层可以形成在孔的内表面上。

在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实不指示这些措施的组合不能被用于获益。

Claims (14)

1.一种发光建筑元件（1），包括：

多个固态光源（19）；以及

具有光学反射侧面（15）的吸声元件（10），所述吸声元件（10）被设置使得所述光学反射侧面（15）面向所述多个固态光源（19），

其中所述吸声元件（10）包括从所述光学反射侧面到吸声元件的相对侧面（16）的通过所述吸声元件的多个孔（17），

所述孔（17）的实质上每一个被配置使得在所述孔投影在平行于所述吸声元件（10）的平面中时，直接通过视图面积（42）小于所述孔（17）的最小截面面积（40），所述截面平行于所述吸声元件（10），发光建筑元件（1）还包括与所述吸声元件（10）平行设置的光透射层（12），其与吸声元件的所述光学反射侧面（15）相对，以在所述光透射层（12）与所述吸声元件（10）之间提供所述固态光源这样的方式。

2.根据权利要求1的发光建筑元件（1），其中所述孔的实质上每一个被配置使得所述直接通过视图面积（42）小于所述孔（17）的最小截面（40）面积的一半。

3.根据权利要求2的发光建筑元件（1），其中所述孔的实质上每一个被配置使得所述直接通过视图面积（42）是零，使得不存在通过孔（17）的直接视图。

4.根据前述权利要求中的任一项的发光建筑元件（1），其中所述孔的实质上每一个被配置使得吸声元件的所述光学反射侧面上的所述孔的第一开口（30）和所述吸声元件的所述相对侧面上的所述孔的第二开口（31）在垂直于所述吸声元件（10）的法线的方向上偏移。

5.根据权利要求1的发光建筑元件（1），其中所述吸声元件（10）包括具有第一孔图案的第一层（33）、具有第二孔图案的第二层（34）和具有第三孔图案的第三层（35），所述第二层设置在所述第一层与所述第三层之间。

6.根据权利要求5的发光建筑元件（1），其中所述第一孔图案基本上与所述第二孔图案和所述第三孔图案相同，至少就所述孔图案中的孔的设置而论。

7.根据权利要求5或6的发光建筑元件（1），其中所述第二层（34）中的孔大于所述第一层（33）中的孔和所述第三层（35）中的孔。

8.根据权利要求5的发光建筑元件（1），其中所述第一孔图案在平行于所述吸声元件（10）的平面中的第一方向上从所述第二孔图案偏移，并且所述第三孔图案在平行于所述吸声元件（10）的平面中的第二方向上从所述第二孔图案偏移，所述第二方向不同于所述第一方向。

9.根据权利要求1的发光建筑元件（1），其中所述孔（17）的实质上每一个具有反射内表面。

10.根据权利要求1的发光建筑元件（1），其中在孔图案中设置所述孔（17），并且在具有与所述孔图案基本上相同配置的光源图案中设置所述固态光源（19）。

11.根据权利要求1的发光建筑元件（1），其中所述光源（19）中的每一个被设置成沿到所述吸声元件（10）的法线与所述孔（17）中的对应的一个对齐。

12.一种用于安装在天花板中的发光声学瓦（1），包括根据前述权利要求中的任一项的发光建筑元件和用于允许所述发光建筑元件附接到天花板使得发光建筑元件的所述光透射层（12）背对所述天花板的结构。

13.一种制造发光建筑元件（1）的方法，包括以下步骤：

提供具有光学反射侧面（15）的吸声元件（10），其中吸声元件包括从所述光学反射侧面（15）到吸声元件的相对侧面（16）的通过所述吸声元件的多个孔（17），所述孔（17）中的每一个被配置使得所述孔在平行于所述吸声元件（10）的平面中的投影小于所述孔（17）的截面的最小面积，所述截面垂直于所述吸声元件（10）的法线；

将光透射层（12）与所述吸声元件平行设置，其与吸声元件的所述光学反射侧面相对；以及

在吸声元件的所述反射侧面与所述光透射层之间提供多个固态光源（19）。

14.根据权利要求13的方法，其中提供所述吸声元件（10）的步骤包括以下步骤：

提供具有第一孔图案的第一片、具有第二孔图案的第二片和具有第三孔图案的第三片；

以这样的方式堆叠（101）第一片（33）、第二片（34）和第三片（35）：所述第一孔图案中的孔在垂直于所述吸声元件的法线的方向上从所述第三孔图案中的孔偏移，并且所述第二孔图案中的孔互连所述第一孔图案和所述第三孔图案中的孔以形成通过所述吸声构件（10）的开放的通路（17）；以及

将所述第一片和所述第三片接合（102）到所述第二片。