CN203422489U - 一种光转向膜以及导光组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光转向膜以及导光组件，包括透光基材，和设置在所述透光基材入射面上的微结构层，其中，所述微结构层包括至少2种微结构，且每种微结构形成1个微结构区域；所述微结构包括相交连接的入射面和全反射面，所述入射面与所述透光基材平面之间具有入射角，所述全反射面与所述透光基材平面之间具有全反射角，其中，所述每种微结构的全反射角和/或其入射角不相等；对于相同角度的入射光，本实用新型实现对其出射光的集中或发散，进而实现空间的分段照明或均匀照明，有效满足空间的各种照明需求。

Description

一种光转向膜以及导光组件

技术领域

本实用新型涉及一种光学膜，具体涉及了一种光转向膜以及导光组件。

背景技术

请参见图1所示，图1是现有技术中光转向膜的结构示意图，目前的光转向膜100由透光基材层10以及具有导光功能的微结构层组成，其中，微结构层具有若干微结构，且设置在透光基材层的入射面上，且所有微结构的入射面11和全反射面12与透光基材均分别具有完全相同的入射角θ₁和全反射角θ₂，请进一步参见图2所示，以相同角度入射的入射光1（图中箭头所示方向）通过微结构层后形成出射光2（图中箭头所示方向），且出射光2均以相同特定的角度（即呈平行状）从透光基材层出射。因此不能针对需求对其出射光的角度和照射区域进行分段控制，进而无法将光线集中导向至某一位置或实现分区域照射，因而导入光线过于集中，在外界入射光较强的情况下人眼会感觉不适，无法满足实际需求。现有为了解决这一技术难题，导光系统在建筑物设计的时候即需考虑相应的导光设计，具体地，首先设计导光组件，并在建设时，在建筑物中安装导光组件，安装过程不仅费时费力，而且导光组件的制造成本也较高。

因此，有必要寻求技术方案对以上导光设计结构存在的技术问题进行改善。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种光转向膜以及导光组件，对于相同角度的入射光，本实用新型实现对其出射光的集中或发散，进而实现空间的分段照明或均匀照明，有效满足空间的各种照明需求。

为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案如下：

一种光转向膜，包括透光基材，和设置在所述透光基材入射面上的微结构层，其中，所述微结构层包括至少2种微结构，且每种微结构形成1个微结构区域；

所述微结构包括相交连接的入射面和全反射面，所述入射面与所述透光基材平面之间具有入射角，所述全反射面与所述透光基材平面之间具有全反射角，其中，所述每种微结构的全反射角和/或其入射角不相等。

优选地，所述入射面为平面或弧面，所述全反射面为平面或弧面。

优选地，所述每种微结构的底部宽度不相等。

优选地，所述每种微结构的高度不相等。

优选地，所述微结构为三角棱镜柱。

优选地，所述微结构区域的数量为3-100个，且单个微结构区域的微结构数量为1-8000个。

优选地，一种导光组件，包括透明玻璃，以及设于所述透明玻璃上的光转向膜，所述透光基材固定位于所述透明玻璃上，其中，所述光转向膜采用如上所述的光转向膜。

本实用新型通过将微结构层进行多种类的微结构设计，将每种微结构设置成1个微结构区域，且将每种微结构的全反射角和/或入射角设置成不相等的状态，进而使得对于相同角度的入射光，微结构层中各微结构区域的出射光以不同的角度从透光基材层出射，同时可根据空间的具体导光照明需求，可通过调节各种微结构的全反射角和/或入射角实现对其出射光的集中或发散，进而实现对空间的分段照明或均匀照明，有效满足空间的各种照明需求。

本实用新型进一步具体优化地，为了进一步提高本实用新型微结构层的各微结构区域的出射光角度的可控性，将其微结构的入射面或全反射面设置成弧面，进而可进一步实现对空间导光照明效果的多样性，进而进一步有效满足空间的各种照明需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中光转向膜的结构示意图；

图2图1中光转向膜的部分结构示意图；

图3是本实用新型一种具体实施方式下的光转向膜的结构示意图；

图4是本实用新型具体实施方式下的光转向膜在设计时采用的坐标系示意图；

图5是本实用新型一种具体实施方式下的光转向膜的部分结构示意图；

图6是本实用新型另一种具体实施方式下的光转向膜的部分结构示意图；

图7是本实用新型实施例1中光转向膜的结构示意图；

图8是本实用新型实施例2中光转向膜的结构示意图；

图9是本实用新型实施例3中光转向膜的结构示意图；

图10是本实用新型实施例4中光转向膜的结构示意图；

图11是现有技术中光转向膜的导光照明效果图；

图12是实施例1中光转向膜的导光照明效果图；

图13是实施例2中光转向膜的导光照明效果图。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种光转向膜，包括透光基材，和设置在透光基材入射面上的微结构层，其中，微结构层包括至少2种微结构，且每种微结构形成1个微结构区域；微结构包括相交连接的入射面和全反射面，入射面与透光基材平面之间具有入射角，全反射面与透光基材平面之间具有全反射角，其中，每种微结构的全反射角和/或其入射角不相等。

本实用新型实施例还公开了一种导光组件，包括透明玻璃，以及设于透明玻璃上的光转向膜，透光基材固定位于透明玻璃上，其中，光转向膜采用如上的光转向膜。

本实用新型实施例通过将微结构层进行多种类的微结构设计，将每种微结构设置成1个微结构区域，且将每种微结构的全反射角和/或入射角设置成不相等的状态，进而使得对于相同角度的入射光，微结构层中各微结构区域的出射光以不同的角度从透光基材层出射，同时可根据空间的具体导光照明需求，可通过调节各种微结构的全反射角和/或入射角实现对其出射光的集中或发散，进而实现对空间的分段照明或均匀照明，有效满足空间的各种照明需求。

本实用新型实施例进一步具体优化地，为了进一步提高本实用新型实施例微结构层的各微结构区域的出射光角度的可控性，将其微结构的入射面或全反射面设置成弧面，进而可进一步实现对空间导光照明效果的多样性，进而进一步有效满足空间的各种照明需求。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。

在提出本实用新型的具体实施例之前，本专利先具体说明本实用新型的设计原理和设计过程：

请参见图3所示的光转向膜200，包括透光基材20，和设置在透光基材20入射面上的微结构层，微结构层包括n种微结构，且每种微结构形成1个微结构区域，因此如图3所示，从下往上光转向膜200依次划分为n个微结构区域（n≤微结构的总数量，即每个微结构区域中微结构的数量≥1），其中，各微结构包括相交连接的入射面21和全反射面22，入射面21与透光基材20平面之间具有入射角，全反射面22与透光基材20平面之间具有全反射角；将每种微结构的全反射角设置成不相等的状态，因此入射光3经过光转向膜200之后的出射光4也以n个具有不同出射角度的区域出射，并照射于具有导光照明需求的空间，实现对空间的分段照明或均匀照明。当然地，也可以每种微结构的入射角设置成不相等的状态，因此入射光3经过光转向膜200之后的出射光4同样以n个具有不同出射角度的区域出射，从而实现基本相同的导光照明效果。

在本实用新型实施例中，透光基材20的材料可以选自PET、PMMA、PC、透明玻璃中的任意一种，也可以是采用其它具有透光功能的透明材料，这些属于本领域技术人员的公知常识，具体不再赘述。

在本实用新型实施例中，同时还通过调整各种微结构的全反射角和/或入射角来进一步具体控制本实用新型实施例出射光的出射角度，以满足空间的各种导光照明需求。下面将具体介绍本实用新型的角度控制设计过程：

将光转向膜200贴附于透明玻璃300上，实现对建筑物内的导光照明，以光转向膜200的最上端为原点建立坐标系，请参见图4所示，入射光3与透明玻璃300的夹角（即入射角度）为m，入射光3在光转向膜200上的入射点到原点的距离记为kn（其中k1=0），入射光3经过光转向膜200的入射面21一次折射、全反射面22一次全反射后，再穿过透光基材20以及透明玻璃300照射于天花板上的点（Xn，Yn）。其中，光转向膜200中微结构的折射率为n；透光基材20的厚度为d_b，透光基材20的折射率为n_b，透明玻璃300的厚度为d_g，透明玻璃300的折射率为n_g。请进一步参见图5所示，具体设计时，添加一条垂直于透明玻璃300的直线将光转向膜200中微结构的顶角分为P1和P2。对于入射角度m确定的入射光3，若要求入射光3经过光转向膜200之后照射（Xn，Yn）点，则可以得出P1、P2的以下关系式：

$\arcsin (n\×\sin \left(\mathrm{dn}\right))-\arctan \left(\frac{\mathrm{Yn}+\mathrm{kn}-\mathrm{Lb}-\mathrm{Lc}}{\mathrm{Xn}-d_b-d_g}\right)=0$    ①

其中： $\mathrm{dn}=\frac{\mathrm{\π}}{2}-P1-P2-\arcsin \left(\frac{\sin (m-P1)}{n}\right);$ $\mathrm{cn}=\arcsin \left(\frac{n\×\sin \left(\mathrm{dn}\right)}{n_b}\right);$

$\mathrm{Lb}=d_g\×\tan \left(\arcsin \left(\frac{n_b\×\sin \left(\mathrm{cn}\right)}{n_b}\right)\right);$ $\mathrm{Lc}=d_b\×\tan \left(\arcsin \left(\frac{n\×\sin \left(\mathrm{dn}\right)}{n_b}\right)\right)$

为了能准确的控制出射光4的出射角度，建议P1、P2满足:

$P2\≥\frac{\mathrm{\π}}{5}-P1-\frac{2}{5}\×\arcsin \left(\frac{\sin (m-P1)}{n}\right)$    ②

需要说明的是，当然地，以上只是表达式的一种情况，在不同条件下P1和P2的关系式会发生改变，具体地可以根据空间的实际导光照明需求来确定。

根据上述关系式，当确定P1值后就可以计算得出P2值，根据P1、P2的值和实际需求中微结构高度H，即可得到具体的微结构。当然地，也可确定P2值后再计算得到P1值，然后根据P1、P2的值和实际中微结构的需求高度H，即可得到具体的微结构，这些在设计时均是允许的，本实用新型实施例不做任何限制；具体可根据实际加工难易程度进行选择；进一步地，其具体实施例可以参见本文中的下述任意一种具体实施例，本领域技术人员可以依据下述任意一种具体实施例形成新的具体实施例，本专利不再具体展开赘述。

具体地，微结构的顶角沿P1方向延伸至透光基材处所形成的平面作为入射角，微结构的顶角沿P2方向延伸至透光基材处所形成的平面作为全反射角。

在此基础上，为了克服上述设计内容中的入射面21和全反射面22均为平面，导致微结构对光线控制存在局限性，因此，为了进一步提高本实用新型出射光4角度的可控性，还可以将全反射面和/或入射面设计成弧面，弧面的具体设计过程如下：

请参见图6所示，在同一个微结构中选择光转向膜200的2个临界点Q1和Q2对应的照射点的位置分别为（Xn2，Yn2）和（Xn1，Yn1），由于Q1和Q2两点间的垂直距离可以忽略，则沿用上述平面设计内容，在确定P1、P2值之后可以得到Q1、Q2这2个点的角度值，同时结合微结构高度H和微结构底部宽度d可以在Q1和Q2两点得到第一直线L1和第二直线L2，将第一直线L1和第二直线L2分别作为圆切线作圆，即可以得到圆心Q，以Q点为圆心QQ1为半径得到圆弧Q1Q2，圆弧Q1Q2即为最终设计得到的弧面，该弧面作为微结构的全反射面22。当然地，也可以参照上述方法，将微结构的入射面21设计加工成弧面，这些在设计时同样均是允许的，本实用新型实施例不做任何限制；具体可根据实际加工难易程度进行选择；进一步地，其具体实施例可以参见本文中的下述任意一种具体实施例，本领域技术人员可以依据下述任意一种具体实施例形成新的具体实施例，本专利不再具体展开赘述。

需要特别说明的是，当入射面21或全反射面22为弧面时，本专利全文涉及的弧面与透光基材20的角度是指弧面的两个临界边相连形成的平面与透光基材20的角度。

根据上述设计过程，本实用新型还提出了以下具体实施例：

实施例1：

请参见图7所示，一种光转向膜200，包括透光基材20，和设置在透光基材20入射面21上的微结构层，微结构层包括至少2种微结构，且每种微结构形成1个微结构区域，优选范围为3-15种微结构，当然也可以设置成具有其它种类数量的微结构；具体优选地，在本实施方式中，微结构层包括3种微结构，且每种微结构形成1个微结构区域，具体为第一微结构区域、第二微结构区域和第三微结构区域，其中，第一微结构区域包括400个微结构，第二微结构区域包括600个微结构，第三微结构区域包括600个微结构（为清楚、便捷地表明结构区域的相对关系，图7中微结构未按实际数量示出）；当然地，在其他实施方式中，各微结构区域还可以设置其他数量的微结构，优选范围为1-8000个，当然也可以设置成其他数量的微结构；具体地，在本实施方式中，微结构为三角棱镜柱，且各微结构包括相交连接的入射面21和全反射面22，其中，在本实施方式中，入射面21为平面，全反射面22为平面。

在本实施方式中，入射面21与透光基材20平面之间具有入射角θ₁，全反射面22与透光基材20平面之间具有全反射角θ₂；其中，每种微结构的全反射角θ₂和底部宽度d不相等，且每种微结构的入射角θ₁和高度H均分别相等；

进一步具体优选地，第二微结构区域中微结构的全反射角大于第一微结构区域中微结构的全反射角，且小于第三微结构区域中微结构的全反射角；同时，第二微结构区域中微结构的底部宽度大于第三微结构区域中微结构的底部宽度，且小于第一微结构区域中微结构的底部宽度。

如图7所示，入射光3（图中箭头所示方向）射入本实施例1的光转向膜200，光转向膜200通过控制微结构的入射角θ₁和全反射角θ₂（0°＜θ₁≤89.5°，0°＜θ₂≤89.5°），可以控制出射光4（图中箭头所示方向）的角度，进而实现对导光照明空间中照射位置的可控调节。

本实施例公开了一种导光组件，包括透明玻璃300，以及设于透明玻璃300上的光转向膜，透光基材20固定位于透明玻璃300上，其中，光转向膜采用如上所述的光转向膜200。

在本实施方式中，进一步具体地，本实施例1的微结构层的具体设计过程如下：

以其长度为6m、底部宽度为4m、高度3m、且具有导光照明需求的室内空间为例，透明玻璃300的底部宽度为1.8m、高度为1.5m，且距离地面的高度为0.5m；将上述实施例1的光转向膜贴附于透明玻璃300上，第一微结构区域底部宽度为0.8m，第二微结构区域底部宽度为0.4m,第三微结构区域底部宽度为0.3m，入射光3与透明玻璃300的夹角m（即入射角度）为45°。在实际设计时，为了建模方便，可将模型同比例缩小200倍，则k3=0，k2=15mm，k1=35mm，Yn=25mm。

在本实施方式中，光转向膜200中微结构折射率n为1.56，透光基材折射率n_b为1.6，透光基材厚度d_b为0.1mm，透明玻璃折射率n_g为1.49，透明玻璃厚度d_g为5mm。

本实施例根据实际加工情况，将P1定为22°，依据图2建立的坐标系，根据需要将本实施例上述3个微结构区域在天花板上分别对应设定3个照射点，依据前文所述的设计过程，得到如下表1数据：

表1

根据上述所得P1、P2值，并配合一个常用且易加工的微结构高度H，在本实施方式中，微结构高度H为0.03mm，即设计得到本实施例所述的光转向膜，其中微结构的顶角沿P1方向延伸至透光基材处所形成的平面作为入射角θ₁，微结构的顶角沿P2方向延伸至透光基材处所形成的平面作为全反射角θ₂。

实施例2：

请参见图8所示，其余与实施例1相同，区别在于：本实施例2中微结构层包括5种微结构，且每种微结构形成1个微结构区域，具体为第四微结构区域、第五微结构区域、第六微结构区域、第七微结构区域和第八微结构区域，其中，第四微结构区域包括300个微结构，第五微结构区域包括400个微结构，第六微结构区域包括300个微结构，第七微结构区域包括400个微结构，第八微结构区域包括400个微结构（为清楚、便捷地表明结构区域的相对关系，图8中微结构未按实际数量示出）；具体地，在本实施方式中，微结构为三角棱镜柱，且各微结构包括相交连接的入射面21和全反射面22，其中，在本实施方式中，各微结构的入射面21均为平面，第四微结构区域、第六微结构区域和第八微结构区域的全反射面均为弧面，第五微结构区域和第七微结构区域的全反射面为平面；每种微结构的全反射角θ₂和高度H不相等，且每种微结构的入射角θ₁和底部宽度d均相等，具体地，底部宽度d均为0.3m。

在本实施方式中，进一步具体地，本实施例2的微结构层的具体设计过程如下：

为了方便计算，取第八微结构区域的下端作为k8，则k8=15mm，其他区域选择区域上端作为kn计算点，则k7=15mm，k6=30mm，k5=45mm，k4=60mm，

如前文所述，各微结构选择2个临界点作为入射点，每个入射点都会对应一个照射位置，在根据需要确定P1值后代入上述公式①得到如下表2数据。进一步优选地，在设计时，一般将出射光4在天花板的照射位置紧靠透明玻璃300，即（Xn，Yn）的坐标趋近于（0，25），则P1、P2值只要满足公式②的如下极限情况即可：

$P2=\frac{\mathrm{\π}}{5}-P1-\frac{2}{5}\×\arcsin \left(\frac{\sin (m-P1)}{n}\right),$ 下表2中第八微结构区域和第六微结构区域分别有一种情况（即相对位于下行的数据）就是利用上述极限情况计算所得。

表2

根据以上数据，并配合常用且易加工的微结构高度H，同时依照前文内容，设计得到第四微结构区域、第六微结构区域和第八微结构区域的弧面，即设计得到本实施例所述的光转向膜。

实施例3:

请参见图9所示，其余与上述实施例1相同，区别在于：本实施例3中微结构层包括15种微结构，且每种微结构形成1个微结构区域，每个微结构区域包括1个微结构；其中，每种微结构的全反射角θ₂和底部宽度d不相等，且每种微结构的入射角θ₁和高度H均分别相等；具体地，按图9所示的从下往上方向，每种微结构的全反射角θ₂依次增大，且每种微结构的底部宽度d依次减小，具体可以根据实际进行具体设置。

本实施例3中微结构层的具体设计过程可参见上述实施例1。

实施例4:

请参见图10所示，其余与上述实施例1相同，区别在于：本实施例4中微结构层包括15种微结构，且每种微结构形成1个微结构区域，每个微结构区域包括1个微结构；其中，每种微结构的全反射角θ₂、高度H以及底部宽度d不相等，且每种微结构的入射角θ₁均相等，具体可以根据实际进行具体设置。

本实施例4中微结构层的具体设计过程可参见上述实施例1。

请分别进一步参见图11、图12和图13所示，可明显看出，本实用新型实施例的中光转向膜200的导光照明效果明显优于现有技术中光转向膜100的导光照明效果；且本实用新型实施例2中光转向膜200的导光照明效果又优于本实用新型实施例1中光转向膜200的导光照明效果。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种光转向膜，包括透光基材，和设置在所述透光基材入射面上的微结构层，其特征在于，所述微结构层包括至少2种微结构，且每种微结构形成1个微结构区域；

所述微结构包括相交连接的入射面和全反射面，所述入射面与所述透光基材平面之间具有入射角，所述全反射面与所述透光基材平面之间具有全反射角，其中，所述每种微结构的全反射角和/或其入射角不相等。

2.如权利要求1所述的光转向膜，其特征在于，所述入射面为平面或弧面，所述全反射面为平面或弧面。

3.如权利要求1所述的光转向膜，其特征在于，所述每种微结构的底部宽度不相等。

4.如权利要求1所述的光转向膜，其特征在于，所述每种微结构的高度不相等。

5.如权利要求1所述的光转向膜，其特征在于，所述微结构为三角棱镜柱。

6.如权利要求1所述的光转向膜，其特征在于，所述微结构区域的数量为3-100个，且单个微结构区域的微结构数量为1-8000个。

7.一种导光组件，包括透明玻璃，以及设于所述透明玻璃上的光转向膜，所述透光基材固定位于所述透明玻璃上，其特征在于，所述光转向膜采用如权利要求1-6任意一种所述的光转向膜。

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