TW201326671A - 光學板及其發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明揭露一光學板用於一發光裝置、以及該發光裝置，該光學板包括：一基板；以及一光學板，包括複數個微圖案單元，形成在該基板上，其中該各別的微圖案單元具有一四邊金字塔形、一錐形以及一多邊形金字塔形之其中任一形狀，其中形成在該基板和該微圖案單元之一側面之間的一邊緣角度係限定在15度至45度之範圍內。

Description

光學板及其發光裝置
本發明係主張關於2011年10月31日申請之韓國專利案號10-2011-0112289。藉以引用的方式併入本文用作參考。
本發明係關於一光學板，更詳細來說，一光學板以及包括該光學板之一發光裝置，其中該光學板能夠減低統一眩光指數(Unified Glare Rating,UGR)。
一般而言，照明係使用各種光源而使某地方變得明亮之目的之表現或功能。照明大部份使用時機是在晚上或在黑暗處使一環境變亮。
圖1係根據習知技術之一範例實施例繪示一平面發光裝置之一剖面圖。參考圖1係根據習知技術之一範例實施例繪示一平面發光裝置包括一光源10以及一燈罩(louver)或一反射罩(reflecting shade)20。一白熾燈泡、一發光二極體、一冷陰極管或類似物可用來作為光源10。請參考圖1，以虛線代表之角度的光會在當該光傳送至人時，引起人在視覺上的不舒服。如此的發光裝置可減少一統一眩光指數，但無法成為具有美感或完美的平面照明。
圖2係根據習知技術之另一範例實施例繪示一平面發光裝置之一剖面圖。參考圖2，一發光裝置30包括該光源10以及一擴散板40，用以擴散自該光源10發射的光線。自該光源10發射的光線透過該擴散板40逸失於外面。該擴散板40被使用作為減少光源之局部亮區以及均勻化發出光。雖然使用該擴散板40(如圖2所示)，但以虛線所表示之角度的光仍然會給人們的眼睛有不舒服的感覺。也就是說，因為該擴散板40將光向上散射至會產生高UGR之方向，所以發生眩光，因此使使用者的眼睛疲勞。因 此，如此一擴散板未能符合室內平面發光裝置之規格。
據此，重要的是，減少室內平面照明對於眼睛的眩光。由於眩光造成眼睛不舒服的程度係使用稱為統一眩光指數(Unified Glare Rating,UGR)之常數表示之。也就是，UGR藉由量化發光裝置帶給使用者之不舒服的程度來計算的值。
當面對自提供有發光裝置之天花板的底面之方向設定為0度以及平行於天花板設定為90度時，UGR藉由發射在65度至90度間之角度的光通量而被計算出。也就是說，當減少在65度至90度的光通量時，將減少眩光。在歐洲以及美國，使用的室內發光裝置，UGR須少於19的數值。
如此一來，現今大部份所使用的室內發光裝置藉由使用反射罩或燈罩，或者嵌入該整個發光裝置，來減少光線散布角度至一影響UGR的範圍。依據習知技術，儘管使用擴散板，局部亮區之影響可減少，但依據習知技術之發光裝置可能的問題在於，少於19的UGR標準下，仍然是不舒服。
據此，鑒於上述發生於習知技術的問題，而提供本發明。本發明提供一光學板以及包括該光學板之一發光裝置，其中該光學板能夠減低UGR。
根據本發明之一方面，提供有一光學板，用於一發光裝置，包括：一基板；以及複數個微圖案單元，形成在該基板上，其中個別的微圖案單元具有一四邊金字塔形、一錐形以及一多邊金字塔形(polypyramid shape)其中之一的形狀，其中形成在該基板和該些微圖案單元側面之間的一邊緣角度係為在15度至45度之範圍內。
該邊緣角度可被定在30度至40度之範圍內。該基板可由聚碳酸酯(polycarbonate,PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)所形成。
該些微圖案單元可使用樹脂形成在該基板。
根據本發明之另一方面，提供有一發光裝置，包括：一光源單元，用以發射光線；一擴散板，用以擴散與輻射從該光源入射之光線；以及一光學板，該光學板包括一基板、以及複數個微圖案單元形成在該基 板上，其中該分別微圖案單元具有一四邊金字塔形、一錐形以及一多邊金字塔形其中一者之形狀。
該發光裝置可更包括一框架單元，用以容置該光源單元、該擴散板以及該光學板。
該擴散板可包括一樹脂層以及嵌入於該樹脂層之顆粒。
如此一來，本發明提供用於照明的光學板，藉由調整該些微圖案單元之形狀而能夠調整UGR和效率(如：總光通量)。也就是說，本發明能夠藉由改變該些微圖案單之邊緣角度而優化UGR以及效率。
10‧‧‧光源
20‧‧‧反射罩
30‧‧‧發光裝置
40‧‧‧擴散板
110‧‧‧第一框架單元
120‧‧‧光源單元
130‧‧‧擴散板
140‧‧‧光學板
142‧‧‧基板
144‧‧‧微圖案單元
150‧‧‧第二框架單元
f、b‧‧‧參考號碼
圖式係用來作為進一步的瞭解，且併入及構成說明書的一部份。圖式係用來描述本發明實施例，並與說明書用來解釋本發明的原理。在圖式中：圖1 係根據習知技術之一範例實施例繪示一平面發光裝置之剖面圖。
圖2 係根據習知技術之另一範例實施例繪示一平面發光裝置之剖面圖。
圖3係根據本發之一範例實施例繪示包括一光學板之一發光裝置的分解立體圖。
圖4係繪示圖3之該平面發光裝置之擴散板與光學板之放大圖。
圖5與圖6係根據本發明其它範例實施例之一光學板之微圖案單元的形狀示意圖。
圖7至圖9繪示在微圖案單元具有一四邊金字塔形狀時之光路徑之模擬結果。
圖10繪示具有該四邊金字塔形狀之微圖案單元之光線分佈。
圖11至圖13係繪示具有該四邊金字塔形狀之微圖案單元之一邊緣角度值之光學特性圖。
圖14係繪示一四邊金字塔之邊緣角度、一光通量以及一統一眩光指數三者之相關之表格。
圖15係繪示具有一錐形之微圖案單元之光線分佈。
圖16與圖17係繪示具有該錐形之微圖案單元之一邊緣角度值之光學特性圖。
圖18係繪示一錐形之邊緣角度、一光通量以及一統一眩光指數三者之相關 之表格。
以下，本發明之較佳實施例將配合附圖詳細描述之。以下描述，習知元件之能和關於本發明之元件詳細描述會使本發明重點糢糊，故該些元件的詳細描述將被省略。
進一步，應予以了解的是，於圖式中之該元件之形狀、尺寸可能會誇大繪圖以提供輕易理解本發明之結構描繪，而非反映相關元件之真實尺寸。
圖3係根據本發之一範例實施例繪示一發光裝置包括一光學板之分解立體圖。
參考圖3，根據本發明之範例實施例之發光裝置為使用LED之一平面發光裝置。
該發光裝置包括：一光源單元120，在該光源單元120中，光源(舉例來說，LED光源)裝置於一印刷電路板中；一擴散板130，用以擴散自該光源單元120之光；以及一光學板140，用以將自該擴散板130發射之光集中在一預設範圍內。該光學板140被稱為一光學片，因為其具有薄片形狀。
也是，該發光裝置包括一第一框架單元110以及一第二框架單元150，用以容置該光源單元120、該擴散板130以及該光學板140。
該擴散板130可以如一片體或基板之形式來實現，用以擴散光。根據另一範例實施例，該擴散板可藉由結合該片體以及該基板來實現。該擴散板130擴散並且發射入射經過該擴散板之一表面之光線。該擴散板130減少自該光源單元120發射之光集中的局部亮區，以及均勻地分佈該光線。一般來說，該擴散板130折射在產生高UGR之方向之光(舉例來說，當基準線垂直於該擴散板130設定為0度時，以一基準線來說，達到約60度或者更大之角度)。因此對於眼睛產生眩光，使使用者的眼睛感到疲累。
自該擴散板130發射的光線經由一大角度入射於該光學板140。自該光學板140發射的光之分散角度(divergence angle)具有較窄或較小於經由該擴散板130發射之光之範圍。也就是說，該光學板140的作用在於減少經由該擴散板130入射之光之分散角度的範圍。
該光學板140可使用一具光學功能的板體或片體來實現，特別是，該光學板可使用一板體而形成或製造，其該板體之上具有圖案化的微圖案陣列(micro pattern arrays,MLA)。
圖4係繪示圖3之該平面發光裝置之擴散板與光學板之放大圖。
參考圖4，該擴散板130可藉由包括顆粒134的一樹脂層132來實現。也就是說，該擴散板130包括該樹脂層132以及嵌入於該樹脂層132之複數個顆粒。該些顆粒134散射入射於該擴散板130的光。基本上，該光學板140包括複數個微圖案陣列144，形成在該基板142上。該些微圖案陣列可藉由樹脂形成在該基板142之上，而該基板係由聚碳酸酯(polycarbonate)或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)所形成。
也就是說，該光學板140藉由圖案化複數個微圖案陣列(micro pattern arrays,MPA)而形成在該基板142上。該些微圖案陣列包括複數個微圖案單元144。該些微圖案單元144具有如一四邊金字塔形、一錐形、一多邊金字塔形等等之一形狀。
圖5和圖6係根據本發明另一範例實施例繪示該光學板之該些微圖案單元之形狀之視圖。圖5繪示具有一四邊形的該微圖案單元。圖5左側繪示當俯視時具有四邊形狀之微圖案單元之示意圖。圖5右側，繪示具有四邊形狀之微圖案單元之立體圖。另外，圖6具有一錐形之微圖案單元之示意圖。在圖6右側，繪示具有錐形之微圖案單元之立體圖。在圖左側，繪示說明一圓錐形之邊緣角度之示意圖。
入射至該光學板140之光藉由該些微圖案單元144而朝向垂直於該光學板140之方向折射，並且減少URG。
在此情況下，該發光裝置之光分佈根據藉由各微圖案單元相對於該基板142所形成之角度a而改變。換句話說，該發光裝置之光分佈藉由各微圖案單元之各角度而有影響。此處，該些微圖案單元之邊緣角度意指形成在該基板與該微圖案單元之一側面之間的角度，繪示於圖5和圖6。在此情況下，該邊緣角度係為形成在該微圖案單元之內部的角度。
圖7至圖9係繪示具有一四邊金字塔形之微圖案單元之光路徑的模擬結果。圖7係繪示該四邊金字塔之邊緣角度為10度時之光路徑。 圖8係繪示該四邊金字塔之邊緣角度為30之光路徑。圖9係繪示該四邊金字塔之邊緣角度為45度之光路徑。
圖7係繪示光自具有10度之邊緣角度之四邊金字塔的微圖案單元之側面入射之光路徑。如圖所示，以垂直於該擴散板130之基準線設定為0度時，光甚至可在大於60度之角度(以基準線來看)自光學板140發射出。藉由參考號碼f於圖中說明。此現象被稱為旁瓣(side-lobe)。該旁瓣現象對於使用者眼睛產生眩光，因此使使用者的眼睛感到疲勞。也就是說，包括該些微圖案單元的發光裝置顯示出UGR為19或大於19的值。
圖8係繪示光自具有30°之邊緣角度之四邊金字塔形之該微圖案單元之側表面入射之光路徑圖。如圖所示，該光自光學板140只有在約60度或更少的角度(自基準線)輻射。也就是說，在大於60度之角度(以基準線來看)，該光幾乎無法自光學板140發射。
圖9係繪示光自具有45度之邊緣角度之四邊形之微圖案單元之側表面入射之光路徑。如圖所示，在具有45度之邊緣角度之四邊形之微圖案單元之情況下，自光學板140發出的光甚至從大於60度之角度(以基準線來看)發射出亦產生旁瓣現象。
具有四邊形之該些微圖案單元之光分佈係繪示於圖10中。
參考圖10，當具有四邊形之該些微圖案單元之邊緣角度係分別為10度、30度以及45度時，顯示光之分佈。當垂直於該擴散板130之基準線設定為0度時，依據該四邊金字塔形之邊緣角度測量之UGR值與總光通量。同時，在當邊緣角度自約5度增加到50度時，測量光的分佈，但僅繪示部份於圖5。
圖11至圖13顯示在以具有四邊形之微圖案單元之邊緣角度之值為基礎下之光學特性圖。
圖11之一x軸顯示在以具有四邊形之微圖案單元之邊緣角度之值。而y軸顯示在以四邊形金字塔之邊緣角度為基礎下之UGR。如圖11所示，當該四邊形金字塔之邊緣角度之範圍約在13度至45度，則UGR值顯示為19或少於19。
圖12顯示光通量與UGR值之間的相關性，以及圖13顯示四邊金字塔形之邊緣角度與光通量之間的相關性。另外，圖14顯示四邊形 金字塔之邊緣角度、光通量以及UGR值於表中。如圖所示，當光通量範圍從3550流明(lm)至3800流明(lm)時，UGR值顯示19或少於19。當四邊金字塔之邊緣角度增加時，光通量(流明值)會減少。
如圖10至圖14，具有四邊金字塔形狀之微圖案單元顯示最低UGR值在30度之角度。另外，當四邊金字塔之邊緣角度之範圍從30度至35度時，則顯示出最低的UGR值。當該些微圖案單元之邊緣角度減少或增加從30度至35度時，則光分佈較廣，且UGR增加。特別是，邊緣角度之範圍在45度或更多時，會產生旁瓣現象，因此增加UGR值。至於光通量(光效益)，當增加邊緣角度時，光通量減少。這是因為被再利用與回收之光線數量隨角度增加而增加。當調整四邊金字塔之邊緣角度，UGR與效益能夠被控制以適合於所應用的場所。
以下，將說明依據具有錐形之微圖案單元之邊緣角度的發光裝置之光學特性。
圖15顯示具有錐形之微圖案單元之光分佈圖。圖16至圖18顯示以具有錐形之微圖案單元之邊緣角度為基礎下之光學特性圖。另外，圖18係繪示錐形之邊緣角度、光通量以及UGR三者之間之相關性之表。
圖15的(a)至(c)係分別顯示具有錐形之微圖案單元之邊緣角度為20度、30度以及45度時之光分佈。當垂直於擴散板130之基準線設定為0度時，則測量以四邊金字塔之邊緣角度為基礎下之該UGR值和總光通量。同時當邊緣角度從10度增加至70度時，測量光的分佈，但圖7係僅部份繪示。
如圖15至圖18所示，至於具有錐形之微圖案單元，當邊緣角度之範圍從30度至40度，顯示出一最低的UGR值。在約47度或更多的邊緣角度下，顯示出UGR為19或者少於19。同時，當錐形之邊緣角度從20度增加至約48度時，光通量減少。另外，當邊緣角度之範圍在約48度或者更多，則光通量增加。
如此一來，類似於具有四邊形之微圖案單元，當邊緣角度之範圍係從30度至40度時，具有錐形之微圖案單元顯示出最低的UGR值。當邊緣角度之範圍係為45度或更多時，產生旁瓣現象，因此增加UGR值。 至於總光通量則在邊緣角度增加時減少。
如此一來，本發明提供之光學板，其中該光學板作用來控制在平面發光裝置之URG(眩光)。在照明之光學板中，形成微圖案(三角金字塔形、四邊金字塔形、多邊金字塔形以及錐形)陣列。另外，藉由層壓和應用該擴散板與該微圖案單元而提供控制UGR以及除去局部亮區。本發明提供藉由調整微圖案單元之形狀能夠調整UGR以及效益(總光通量)之發光裝置之光學板。特別是，本發明可藉由改變該微圖案單元之邊緣角度而優化UGR以及效益。
上述關於本發明之說明係被提供以使熟悉此項技術者能夠製造或使用本發明。關於本發明之各種修改與變化對於熟悉此項技術者而言是顯而易見的，且本發明可被應用於各種其他修改及實施例，而沒有悖離本發明原理的精神及範疇內。因此，本發明使用許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，其並非用以限制本發明，而是能夠對本發明所揭示之原理及新穎功能之範疇作出最寬之主張。
144‧‧‧微圖案單元
a‧‧‧邊緣角度

Claims (12)

  1. 一種光學板用於一發光裝置，包括：一基板；以及複數個微圖案單元，形成在該基板上，其中該各別的微圖案單元具有一四邊金字塔形、一錐形以及多邊金字塔形之其中任一之形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學板，其中形成在該基板和該些微圖案單元之一側面之間的一邊緣角度係限定在15度至45度之範圍內。
  3. 如申請專利範圍第1項之光學板，其中該邊緣角度係限定在30度至40度之範圍內。
  4. 如申請專利範圍第1項之光學板，其中該基板係由聚碳酸酯(polycarbonate,PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)所形成。
  5. 如申請專利範圍第1項之光學板，其中該些微圖案單元藉由使用一樹脂而形成在該基板上。
  6. 一種發光裝置，包括：一光源單元，用以發射光；一擴射板，用以擴散以及輻射自該光源單元入射之該光；以及一光學板，包括一基板、以及複數個微圖案單元形成在該基板上，其中該各別的微圖案單元具有一四邊金字塔形、一錐形以及一多邊金字塔形之其中任一之形狀。
  7. 如申請專利範圍第6項之發光裝置，其中形成在該基板和該微圖案單元之一側面之間的一邊緣角度係限定在15度至45度之範圍內。
  8. 如申請專利範圍第6項之發光裝置，其中該邊緣角度係限定在30度至40度之範圍內。
  9. 如申請專利範圍第6項之發光裝置，其中該基板係由聚碳酸酯(polycarbonate,PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)形成。
  10. 如申請專利範圍第6項之發光裝置，其中該複數個微圖案單元係使用一樹脂形成在該基板上。
  11. 如申請專利範圍第6項之發光裝置，更包括一框架單元，用以容置該光源單元、該擴散板以及該光學板。
  12. 如申請專利範圍第6項之發光裝置，其中該擴散板包括一樹脂層以及埋入於該樹脂層之複數個顆粒。
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