TW201309976A - 發光裝置 - Google Patents

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李東炫
成東默
洪範善
嚴俊弼
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Ｌｇ伊諾特股份有限公司
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Abstract

本發明揭示一種發光裝置，其係包括：一擴散單元，用以擴散、照射自一光源入射之光；以及一聚光單元，其係裝設於該擴散單元之一光照射表面上，且係包括一微透鏡陣列，其中之透鏡之曲度係由發光裝置之一發光面積以及該發光裝置之一總光通量其中一者來決定之。據此，該發光裝置可減少角度65度至90度之間發出的光通量，進而達到UGR標準。

Description

發光裝置
本發明係主張關於2011年07月11日申請之韓國專利案號No.10-2011-0068605之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。
本發明係關於一種可降低統一眩光指數(unified glare rating，UGR)之發光裝置。
一般而言，「發光」係指使用各種不同光源(根據不同目的選擇)來照亮某一區域之一種活動或者功能。「發光」大多是在夜晚或黑暗中，用以使一個環境變得較為明亮。
圖1係根據一習知技藝之一範例實施例，繪示有一平面發光裝置之一剖面圖。參閱圖1，根據習知技藝之範例實施例，該發光裝置係包括：一光源10；以及一遮光板(louver)或一光反射罩20(reflecting shade)。光源10可使用一白熾燈泡(incandescent light bulb)、一LED、或一冷陰極螢光燈管(cold cathode fluorescent lamp，CCFL)等等。參閱圖1，在虛線所繪之光線角度之內的光，在傳送到人眼時，會對人眼造成視覺上的不適感。這種發光裝置可物理性地減少UGR，但缺乏美感，也無法達到完美 的平面照明。
圖2係根據一習知技藝之另一範例實施例，繪示有一平面發光裝置之一剖面圖。參閱圖2，一發光裝置30係包括：一光源10；以及一擴散片40(diffusion plate)，其係用以擴散自光源10所發出之光。自光源10所發出之光係經由擴散片40被發散至外界。該擴散片係用以減少光源之亮區(hot spot)，並發出均勻的光。然而，即便使用了擴散片40，如圖2所示，在虛線所繪之光線角度之內的光，在傳送到人眼時，依舊會對人眼造成視覺上的不適感。也就是說，擴散片40將光往上散射至一方向，UGR在該方向之值高到足以使眩光對人眼造成疲勞的現象。因此，這種擴散片並無法達到一室內平面發光裝置之標準。
據此，在室內平面照明時降低眩光對人眼的影響是很重要的。眩光對人眼造成的不適感程度係以一常數表示，叫做UGR(統一眩光指數)。也就是說，UGR係為藉由量化一發光裝置對使用者造成的不適感程度所計算出來的數值。
UGR之值的計算，係為當面對設有一發光裝置之一天花板之一底面之一方向被設為0度角，且與天花板平行之一方向被設為90度角時，發出的光在65度角至90度之間的光通量(light flux)。亦即，當65度角至90度之間的光通量減少時，對人眼產生的眩光便會隨之減少。在歐美國家，一室內發光裝置之UGR必須小於 19。
如此一來，目前所普遍使用的室內平面發光裝置係藉由使用一光反射罩或一遮光板，或者藉由埋覆整個發光裝置，來將一光分布角(light spreading angle)限定至一較寬的範圍(會影響UGR者)。根據習知技藝，儘管使用擴散片來減少光源之亮區，但在UGR小於19之標準下依然會造成不適感。
本發明之一方面在於提供一種可降低UGR之發光裝置。
根據本發明之一方面，係提供一種發光裝置，其係包括：一擴散單元(diffusion unit)，用以擴散、發射自一光源入射之光；以及一聚光單元(condensing unit)，其係裝設於該擴散單元之一發光表面(light emitting surface)上，且係包括一微透鏡陣列(micro lens array)，其中透鏡之曲度(sag)係由該發光裝置之一發光面積以及該發光裝置之一總光通量其中一者來決定之。
該發光裝置可進一步包括：一空氣間隙(air gap)，位於該擴散單元與該聚光單元之間，其係因該擴散單元與該聚光單元彼此接合時未使用一黏著劑(adhesive)之緣故而產生。
該發光裝置可進一步包括：一支撐框架(support frame)，作為支撐之用，以維持該擴散單元與該聚光單元之間的連接狀態。
該發光裝置可進一步包括：另一空氣間隙，其係由在該擴散單元與該聚光單元之間局部地置入一黏著劑而形成。
可藉由使用下列其中至少一者，來調整空氣間隙之一面積：噴灑速度、噴嘴的尺寸及位置、注入壓力、一噴灑面積、以及距離一目標物之一距離；前述者均與提供該黏著劑之方式相關。
根據本發明範例實施例，微透鏡陣列，亦即其中透鏡曲度係由發光裝置之發光面積以及發光裝置之總光通量其中一者來決定者，係被圖案化(patterned)於一透明板上，令其得以被使用於發光裝置之中，並因而使發光裝置得以降低65度角至90度之間發出的光之光通量，進而達到UGR標準。
本發明實施例之方面、功效、與優點將配合以下所附圖示說明之。
在下文中，將配合圖式，詳細說明根據本發明較佳實施例之一種發光裝置。同時，在描述本發明實施例時，如果已知的功能或結構的描述等不必要的細節造成模糊本發明的焦點，則該部份的相關描述將被省略。
又，在圖式中，為求說明之便利，各元件的大小可能被誇大；元件之大小並不完全反應其實體之大小。
圖3係根據本發明一範例實施例，繪示有一發光裝置之一立體分解圖。
參閱圖3，根據本發明之本範例實施例之發光裝置係包括：一光源單元110；一擴散單元120；以及一聚光單元130。
根據本發明範例實施例，光源單元110可包括一框架，裝設有複數個光源。光源單元110可具有一平面形狀。該擴散單元係接合於光源單元110之一光照射表面上。
擴散單元120可實施為一基板或一片體，用以擴散光。又，根據本發明範例實施例，可由將片體與基板接合，來實施擴散單元120。擴散單元120係將經由其一表面入射之光擴散、且照射出去。一般而言，因為如此之擴散單元120係將光往上散射至一方向(產生高UGR之方向)，對人眼造成眩光現象，進而使人眼感到疲勞。在本發明範例實施例中，聚光單元130係用以將擴散單元120所照射之光之一照射角(radiation angle)之範圍縮小。
圖4係根據本發明另一範例實施例，繪示有一發光裝置之一剖面圖。
參閱圖4，根據本發明之本範例實施例之發光裝置係包括：一光源單元110；一擴散單元120；以及一聚光單元130。擴散單元120之一表面係與光源單元110之一表面相接合。又，聚光單元130係與擴散單元120之另一表面相接合。在此情況下，當擴散單 元120與聚光單元130之接合並未使用一黏著劑於其間時，一空氣間隙140係會產生於擴散單元120與聚光單元130之間。為此，該發光裝置可進一步包括一支撐框架(未圖示)，用以使擴散單元120與聚光單元130得以保持其接合狀態。然而，本發明並不限定於此；無須黏著劑即可使擴散單元120與聚光單元130保持接合狀態之方法均可被使用。
圖5係根據本發明又一範例實施例，繪示有一發光裝置之一剖面圖。
參閱圖5，根據本發明又一範例實施例之發光裝置，其結構除一空氣間隙142外，皆與係具有與圖4所繪示之範例實施例相同。特別是，擴散單元120與聚光單元130係由一黏著劑200來接合之。在此處，擴散單元120與聚光單元130相鄰之一表面，或者聚光單元130與擴散單元120相鄰之一表面，並未完全塗覆黏著劑200。亦即，黏著劑200係被提供於擴散單元120與聚光單元130相鄰之表面，或者聚光單元130與擴散單元120相鄰之表面之一部分上。因此，空氣間隙142係形成於擴散單元120與聚光單元130之間。也就是說，黏著劑係局部地介入於擴散單元120與聚光單元130之間，進而形成空氣間隙142。又，使用一噴霧法(spray method)，空氣間隙142係將黏著劑200被應用於擴散單元120與聚光單元130相鄰之表面，或者聚光單元130與擴散單 元120相鄰之表面；且其係可由接合擴散單元120與聚光單元130來實現之。
該空氣間隙之面積係可使用下述方式其中至少一者來調整：一噴灑速度、一噴嘴的尺寸及位置、注入壓力、一噴灑面積、以及距離一目標物之一距離；前述者均與提供黏著劑200之方式相關。又，可決定黏著劑之量，以使擴散單元120之一光照射表面上有黏著劑所分布之面積小於該擴散單元之整體面積之70%。
根據本發明又一範例實施例，可使用珠粒代替黏著劑200。在此情況下，當黏著劑塗覆珠粒後，珠粒可介入於擴散單元120與聚光單元130之間；或者，當黏著劑塗覆擴散單元120之一表面以及聚光單元130後，珠粒可介入於其間。
根據本發明又一範例實施例，擴散單元120與聚光單元130相鄰之表面或者聚光單元130與擴散單元120相鄰之表面，係以一噴砂法(sand blast method)來處理，以使擴散單元120與聚光單元130相鄰之表面或者聚光單元130與擴散單元120相鄰之表面可具有一凹陷部(concave part)。因為此凹陷部之故，該空氣間隙可形成於擴散單元120與聚光單元130之間。
空氣間隙140之功用，係用以折射自擴散單元120照射然後入射於聚光單元130之光。也就是說，自擴散單元120照射之光係被空氣間隙折射，然後藉此以入射於聚光單元130。因此，空氣 間隙140係縮小自擴散單元120照射之光的照射角。由空氣間隙140折射之光係接著入射於聚光單元130。
為了縮小光之照射角之一範圍，聚光單元130係被安放於或連接於擴散單元120將光照射出去之一表面上。如圖3所示，自擴散單元120以一寬廣角度發出之光係入射於聚光單元130。而經聚光單元130所照射出去的光，其照射角係窄於(或說小於)自擴散單元120所照射出去的光之照射角。舉例而言，自擴散單元120所照射出去的光之照射角為約180度(標號122)；但經聚光單元130所照射出去的光之照射角為約130度(標號132)。也就是說，當面對裝設有一發光裝置之一天花板之一底面之一方向被設為0度角，且與天花板平行之一方向被設為90度角時，自一可產生高UGR之角度範圍內(亦即在65度角至90度角之間的角度範圍134內以及在-65度角至-90度角之間的角度範圍135內)，很難照射出光。
如此之聚光單元130可使用一光功能板或片(light functional plate or sheet)來實施；或者，可由使用一板體來形成/製造，其中一微透鏡陣列(micro lens array，MLA)係圖案化於該板體之上。該微透鏡陣列之實施，係可由一樹脂(resin)形成於一由聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)或者熱塑性樹脂(polymethylmethacrylate，PMMA)所形成板體之上。在此情況下， 該微透鏡陣列之鏡片之曲度係由該發光裝置之一面積以及該發光裝置之光強度來決定之。
圖6係根據本發明再一較佳範例實施例，繪示有一擴散單元之一立體圖；圖7係繪示有經如圖6中所示之該擴散單元照射出之光之一狀態圖。
聚光單元130可由將微透鏡陣列圖案化於一板體132之上來形成。如圖6所示，該微透鏡陣列係可包括複數個透鏡134。該些透鏡可根據一預定圖案之方式來形成於板體132之上。舉例而言，該些透鏡在板體132之上的排列可為緊密的或鬆散的。也就是說，該些透鏡彼此之間的距離可被調整。又，根據這些透鏡彼此之間的距離，可改變UGR。
又，自擴散單元120所照射出去的光210係入射於聚光單元130。如圖7所示，光210係入射於板體132之上，且係經該些透鏡134而照射出去。該微透鏡陣列(或說該些透鏡134)係可折射光。也就是說，入射於聚光單元130之板體132之光210係會被透鏡134折射往面對裝設有發光裝置之天花板之底面之方向。
在此情況下，微透鏡134之曲度越大，被折射之光越多。
圖8係繪示有透鏡之曲度圖。
如圖8所示，曲度係代表：透鏡之一高度b/透鏡之一直徑a之一比值。曲度可由下述數學式表現。
數學式1曲度(Sag)=透鏡之高度(height of lens)/透鏡之直徑(diameter of lens)
微透鏡陣列中各透鏡之曲度越大，越多光會被折射往面對裝設有發光裝置之天花板之底面之方向，進而可降低UGR。
然而，微透鏡陣列中透鏡之曲度於一預設區段會產生一種側漏光現象(side light-leakage phenomenon)，叫做旁瓣(side-lobe)現象，其無法滿足UGR條件。又，當透鏡之曲度變大時，會增強一光回收現象(recycle phenomenon)(亦即光回頭往原本來時之方向行進)，進而產生許多反射，造成光效率的低落。
也就是說，當透鏡之曲度太大時(大於0.35時)，可滿足UGR條件，但會降低光效率。又，當透鏡之曲度太小時(小於0.1時)，會減輕光效率低落的影響，但卻無法滿足UGR條件。
如此一來，為了降低UGR，若光的照射角變得極窄(或是說透鏡之曲度太大)，則光效率會被減弱。另，光照射之一面積(亦即一發光面積)也會縮小。在此情況下，與具有低曲度之透鏡之發光裝置相比，相同面積的照明便會需要裝配更多的發光裝置。也就是說，一般而言，透鏡之曲度越高，則UGR降低，但光效率同時也會降低(與擴散片相比，低於90%)。
據此，應設定微透鏡陣列中透鏡之曲度，為可在滿足UGR條件之前提下，使光效率降低的程度減到最低，並使光照射面積最大化者。
也就是說，根據本發明，微透鏡陣列中透鏡之曲度係由發光裝置之一面積以及發光裝置發出之光強度(亦即總光通量)來決定之。
圖9係繪示有發光裝置之一發光面積圖。
參閱圖9，係提供一平面發光裝置，其係具有一發光面積，水平長度A，垂直長度B。該平面發光裝置大致上被製造為300mm之倍數。因此，該平面發光裝置之發光面積，係以表1中所示之以水平長度A與垂直長度B來決定。
微透鏡陣列中透鏡之曲度係由發光裝置之發光面積以及發光裝置之總光通量來決定，如表2所示。
參閱上述表2，當發光裝置之總光通量係大於4000 lm，且發光面積大於360000 mm2時，微透鏡陣列中透鏡之曲度係會落在0.1 至0.5之範圍內。
如此一來，根據本發明中本範例實施例，微透鏡陣列中透鏡之曲度係由發光裝置之發光面積以及總光通量來決定。
圖10係繪示有URG與曲度之間之關係圖；圖11係繪示有光效率與曲度之間之關係圖。圖10、11係在發光裝置之一面積為600 x 600 mm、且發光裝置亮度為4000流明(lumen)之前提下繪製。
參閱圖10，當UGR小於19(亦即滿足室內照明標準條件)時，透鏡曲度落在0.1至0.22或者0.35至0.5之範圍。當透鏡曲度落在0.25至0.35之範圍內時，因為旁瓣(在65度角至90度角的角度範圍間之漏光現象)之故，UGR會增加。據此，當透鏡曲度落在0.25至0.35之範圍內時，無法符合室內照明標準，亦即UGR小於19之條件。
另，參閱圖11，透鏡曲度越高，光通量會隨之越小，進而降低光效率。據此，因考量光效率之故，透鏡曲度係被設定在0.1至0.25之間的範圍內。
如此一來，當透鏡曲度被設定為較低時(亦即設定在0.1至0.25之間的範圍內時)，UGR會被降低，進而使光效率的低落情況降到最輕。
然而，透鏡曲度可根據發光裝置之一面積以及光強度而定。據此，微透鏡陣列中透鏡之曲度係根據發光裝置之面積以及發光 裝置之光強度而決定。
如上所述，根據本發明，本範例實施例中，藉由使用有微透鏡陣列被圖案化於其上之板體，使發光裝置得以將光效率低落情況降到最輕，並同時降低UGR。
在下文中，將根據本發明範例實施例，說明一種聚光單元製造方法。
形成一微透鏡陣列之一第一方法，係包括下列步驟：準備一透明板；以及將熱與壓力施於該透明板之上，以模鑄(molding)之。該第一方法係包括一模壓法(press method)、一直接加工處理(direct process method)等方法。形成一微透鏡陣列之一第二方法，係包括下列步驟：準備一透明板；以及以一紫外光硬化樹脂(UV hardening resin)(例如一樹脂)塗覆於該透明板之上，並使用熱或光來硬化之。該第二方法係包括一壓印法(imprinting method)、一直接滾筒印刷法(direct roll printing method)等方法。又，該透明板或一片體係可由PC、PMMA、PET(Polyethylene terephthalate，聚對苯二甲酸乙二酯)薄膜等材料製成。
因此，本發明範例實施例之微透鏡陣列係具有很高的複製比(replication ratio)，且任何製程都能夠輕易處理。另，原料之耗損亦可被降到最低。
雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但應理 解，熟習此項技術者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其他修改及實施例。應理解的是，雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但僅用以描述特定實施例，而用以非限制本發明之範疇。因此，所有落入本發明範疇之修改及實施例均應被理解為被包括於本發明申請範疇之內。
10‧‧‧光源
20‧‧‧光反射罩
30‧‧‧發光裝置
40‧‧‧擴散片
110‧‧‧光源單元
120‧‧‧擴散單元
122‧‧‧光線
130‧‧‧聚光單元
132‧‧‧板體
134‧‧‧透鏡
135‧‧‧角度範圍
140、142‧‧‧空氣間隙
210、220、230‧‧‧光線
圖1係根據一習知技藝之一範例實施例，繪示有一平面發光裝置之一剖面圖；圖2係根據習知技藝之另一範例實施例，繪示有一平面發光裝置之一剖面圖；圖3係根據本發明一範例實施例，繪示有一發光裝置之一立體分解圖；圖4係根據本發明另一範例實施例，繪示有一發光裝置之一剖面圖；圖5係根據本發明又一範例實施例，繪示有一發光裝置之一剖面圖；圖6係根據本發明再一較佳範例實施例，繪示一聚光單元之一立體圖；圖7係繪示有經如圖6中所示之該聚光單元照射出之光之一 狀態圖；圖8係繪示有透鏡之曲度圖；圖9係繪示有發光裝置之一發光面積圖；圖10係繪示有URG與曲度之間之關係圖；以及圖11係繪示有光效率與曲度之間之關係圖。
130‧‧‧聚光單元
132‧‧‧板體
134‧‧‧透鏡
210、220、230‧‧‧光線

Claims (16)

  1. 一種發光裝置包括：一擴散單元，用以擴散、發射自一光源入射之光；以及一聚光單元，其係裝設於該擴散單元之一發光表面上，且係包括一微透鏡陣列，其中透鏡之曲度(sag)係由該發光裝置之一發光面積及總光通量其中一者來決定。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其進一步包括：一空氣間隙，位於該擴散單元與該聚光單元之間，該空氣間隙係因為該擴散單元與該聚光單元彼此接合時未使用一黏著劑而產生。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之發光裝置，其進一步包括：一支撐框架，作為支撐之用，以維持該擴散單元與該聚光單元之間的連接狀態。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其進一步包括：一空氣間隙，其係藉由在該擴散單元與該聚光單元之間局部地置入一黏著劑而形成。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中，可藉由使用下列其中至少一者，來調整該空氣間隙之一面積：一噴 灑速度、一噴嘴的尺寸及位置、注入壓力、一噴射區域、以及距離一目標物之一距離。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之發光裝置，其中，係決定該黏著劑之一劑量，以使該擴散單元之一光照射表面上有該黏著劑所分布之面積小於該擴散單元之一整體面積之70%。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該擴散單元與該聚光單元相鄰之一表面，或者該聚光單元與該擴散單元相鄰之一表面，係以一噴砂法來處理，以使其具有一凹陷部。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其進一步包括：一空氣間隙，其係藉由在該擴散單元與該聚光單元之間局部地插入珠粒來形成。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之發光裝置，其中該些珠粒係塗覆有黏著劑。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該擴散單元係為一片體或一基板。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中該聚光單元係包括一板體，其上形成有該微透鏡陣列。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之發光裝置，其中該板體係為一透明發光單元。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之發光裝置，其中該板體係以下述其中一者來製造：PC、PMMA、及PET薄膜。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中係使用熱及壓力來模鑄該板體，以形成該微透鏡陣列。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其中係使用一樹脂塗覆於該板體之上，並使用熱或光來硬化之，以形成該微透鏡陣列。
  16. 如申請專利範圍第1項所述之發光裝置，其進一步包括：一光源單元，用以發出光。
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