TWI515392B - 光學板及具有其之照明元件 - Google Patents

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Description

光學板及具有其之照明元件
本發明主張於2011年06片29日所申請之韓國專利申請案號10-2011-0063456之優先權，此全文將併入本案以作為參考。
本發明係關於一種照明元件。
一般來說，照明是使用具有特定用途的各種光源以照亮某一場所之活動或機能。照明主要使在夜間或在暗處的環境更為明亮。
圖1繪示根據習知技術之示範實施例的一平面照明裝置剖視圖。請參照圖1，根據習知技術之本示範實施例的照明裝置包括一光源10和一遮板(louver)或一反射罩20。就光源10而言，可以使用白熾燈泡、發光二極體(LED)、冷陰極管(CCFL)或類似者。再參照圖1，用虛線表示角度之光線當傳送到人時，會引起其視覺上的不適感。像這種照明裝置會機械性地降低統一眩光指數(UGR)，但在美學上無法成為一種完善的平板型照明。
圖2繪示根據習知技術之示範實施例的另一平面照明裝置剖視圖。請參照圖2，一照明裝置30包括一光源10和一擴散板40用以擴散從光源10所散出之光線。從光源10所發出之光線係透過該擴散板40而發散到外部。該擴散板用於減少光源之熱點(hot spot)並使光線均勻地散出。即使使用如圖2所示之擴散板，以虛 線表示角度的光線仍會對人眼造成不適感。即，擴散板40散射光線到產生高度統一眩光指數(UGR)的方向，因而造成眩光使得用眼人感到疲勞，這並不符合室內平面照明裝置的標準。
因此，降低於室內平面照明的眩光是重要的。肇因於眩光之不適程度係使用稱為統一眩光指數(UGR)的常數來表示之。也就是說，統一眩光指數(UGR)係為一種藉由計算對照明裝置使用者產生不適應程度的之量化值。
統一眩光指數(UGR)為當從具有照明裝置的天花板面向底面的方向設為0度且與天花板平行的方向設為90度時，計算介於65度及90度之間角度發出之光的光通量(light flux)值。換言之，當在65度至90度的光通量降低時對眼睛的眩光亦減輕。在歐洲及美國，室內發光裝置的統一眩光指數(UGR)必須低於19。
因此，目前大部份使用的室內平板型照明裝置，藉由使用反射罩或遮板、或將整個照明裝置嵌入，而降低光分散角度至可以影響統一眩光指數(UGR)的廣泛範圍內。根據習知技術，即使使用了擴散板可降低熱點的影響，但仍不符合統一眩光指數UGR低於19的標準。
本發明提供一種能經由調整光學板圖案之填充因子(Fill Factor)而實現有效UGR條件的技術。該光學板具有一透明板上 經圖形化之微透鏡陣列的結構，及降低在角度介於65度和90度之間所散出之光通量。
根據本發明，提供有一光學板以降低統一眩光指數(UGR)，其具有複數個微透鏡圖案形成於一基板上，該些微透鏡之填充因子落於0.1到0.5之範圍。特別是，在這種情況下，微透鏡的凹陷(Sag)(高度H：透鏡之直徑R)滿足0.1到0.5之範圍進而使UGR降低效率最大化。
再者，根據本發明之示範實施例，一照明元件係使用前述之光學板。該照明元件可包括一擴散單元用以擴散和輻射來自於一光源之入射光；以及一聚光單元(condensing unit)設置於該擴散單元之光輻射表面上，且包括根據本發明之光學板，其中形成於一基板上之微透鏡圖案的填充因子落在0.1到0.5之範圍。
根據本發明之示範實施例，本發明經由調整光學板圖案之填充因子和降低角度在65度和90度之間所發射出的光通量而具有能夠實現有效UGR條件的功效，其中，該光學板具有於一透明板上經圖形化的微透鏡陣列結構。
再者，根據本發明藉由提供在本發明之光學板和具有所述擴散單元之照明元件間具有一氣隙的結構，UGR之降低效率得以最大化。
本發明特定示範實施例的上述或其他方向、特色、以及優點，從結合附圖的下列說明會更加顯而易知。
以下將參照附圖詳述本發明的示範實施例。在參照附圖的說明中，相同的號碼將在說明書中代表相同的元件。”第一”和”第二”的名稱用來說明個別所構成之元件，但構成元件非限制於這些名稱。使用這些名稱之目的僅用於區分元件。
圖3繪示根據本發明示範實施例之一光學板的示意圖。
根據本發明示範實施例之一光學板120具有形成於一基板上之複數個微透鏡圖案124，且該些微透鏡圖案之填充因子滿足在0.5到1.0的範圍。於此情形中，填充因子被定義為每一基板單位面積中微透鏡圖案所佔之面積的比率。
於本發明中，當光源被傳送時，形成於傳遞光線之光學板120表面上之微透鏡圖案的填充因子在範圍50%至100%間，藉以降低UGR。
圖4為根據本發明之填充因子的實際完成圖。(a)、(b)、(c)及(d)係分別為填充因子為70%、80%、88%和100%的圖片。當然，所繪示的結構為：該些微透鏡圖案之形狀以相同形狀和尺寸以均勻方式設置。然而，不同於此是，亦可以具有不同形狀的微透鏡圖案以非均勻方式設置。此外，微透鏡的形狀可以具有圓形、橢圓形、稜鏡狀、透鏡狀、R-PRIM和金字塔狀中之一 者。特別是，在100%的填充因子情況下，微透鏡圖案剖面形狀可以為除了形結構外的多邊形(六邊、八邊和類似者)結構。
請參照圖5和圖6，此為根據本發明之光學板微透鏡圖案填充因子的UGR模擬結果(根據透鏡尺寸：80μm，透鏡凹陷：0.45)。檢討所示的結果，當在相同之凹陷透鏡圖案的填充因子增大時，則UGR隨之降低。
特別的是，如前述習知技藝，在UGR滿足小於19的範圍時，其將可應用到照明裝置上。鑑於此，在本發明光學板之微透鏡圖案的填充因子被調整50%到82%時，UGR值可在16.3至17.3範圍內。當然，像是呈現於圖6中的圖5實驗數據的結構關聯性，當填充因子從超過82%至100%的範圍時，則UGR值更為降低。
當然，在填充因子小於50%時，亦有UGR值變為低於19的情形。然而，在這種情況下，構成光學板的透鏡霧度(haze)會降低，因此光穿透率會增加。由於這個原因，像是LED和類似光源所造成之熱點變成照明裝置的外顯問題，使得透鏡的聚光效應大大減少，從而無法執行作為照明設備的功能。
此外，光學板120的基板122基本上可以使用一種透明的合成樹脂材料，例如，PC、PMMA和PET薄膜中之一者。
另外，形成於該基板表面之微透鏡圖案124可以與該基板表面完整地一體成形，或可以藉由塗覆和圖案化一樹脂的製程來加 以實施。例如，該微透鏡圖案經由利用熱壓來模製(molding)該透明板的方式而整體成型，或可以經由在該透明板上塗覆樹脂來形成並利用熱壓的方式來固化該透明板。具體來說，第一方法是經由準備一透明板和利用熱壓方式模製該透明板以形成一微型透鏡陣列。該第一方法包括印刷法(press method)、一直接工法以及類似方法。第二方法是經由準備一透明板，使用例如樹脂的紫外光固化膠塗佈於該透明板，並且使用熱和光來固化該透明板以形成一微透鏡陣列，該第二方法包括壓印法(imprinting method)，一種直接輥印法(roll printing method)和類似方法。該透明板可以為PC、PMMA、PET薄膜和類似者所製造而成。因此，根據本發明之微透鏡陣列具有高度的複製性，並容易在任何製程中加以處理。此外，原材料的耗損也可以降到最低。
特別的是，微透鏡圖案124的每一透鏡圖案之尺寸範圍從20μm到80μm，且該微透鏡圖案的凹陷(高度H：透鏡的直徑R)可以滿足0.1至0.5的範圍。也就是說，根據本發明之光學板120可以應用到將在後文述及之包括該光源的照明裝置，以及可以降低在上述範圍內的UGR值。也就是說，對於能發射出均等光線同時能屏蔽光源之一般照明裝置的平面照明設備而言，僅需使用到擴散板。然而，由於擴散板在產生高度UGR之方向上散射光線，將產生眩光，使得用眼者變得疲倦。這將不符合室內照明裝置的標準。
在本發明中，為降低UGR，使用被圖案化之微透鏡陣列的光學板。特別的是，該微透鏡圖案的填充因子在0.5至1.0的範圍內進行調整，並在同一時間，該微透鏡圖案的凹陷形成在0.1至0.25或0.35至0.5的範圍，從而能夠滿足小於19的UGR。特別是，在本發明中，以相同的凹陷，微透鏡陣列的填充因子增加，從而顯示出UGR降低的結果。在透鏡圖案之凹陷較高的區域(即0.35至0.5)其不利於UGR之降低，於此同時，光效率降低。在透鏡圖案之凹陷較低的區域(即0.1至0.25)，當填充因子增加時，UGR被降低且光效率得以防止被降低。因此，凹陷可形成在0.1至0.25的範圍。
即，於本發明中，藉由調整在凹陷之填充因子至一特定值，UGR值可被調整到更低。
圖7繪示包含本發明光學板120之照明元件及使用其之照明裝置之剖面圖。
依據本發明的再一示範實施例之光學元件可以包括：一擴散單元110用以擴散和輻射從一光源10入射的光線；一聚光單元設置於該擴散單元之光輻射表面，且包含一光學板120，在光學板120中，形成於一基板122上之微透鏡圖案124的填充因子在0.5到1.0之範圍。該聚光單元係為一種包含光學板之概念。
圖7繪示包含本發明光學板之照明元件及使用其之照明裝置之剖面圖。根據本發明示範實施例之照明裝置源係製作成：當光 線從固著於照明裝置層30的光源層10被散出而觸及該光學板的表面，即聚光單元，穿透擴散單元110，光沿著光學板120的透鏡圖案124，即聚光單元，而向下折射。
特別的是，在這種情況下，該光學板和該擴散單元可為：透過一分離的固定構件結合該光學板和該擴散單元的結構。此外，形成作為接著層的一低折射層130可進一步被包含在擴散單元110和光學板120之間。在這種情況下，由於低折射層130的折射率，以虛線繪示之被折射的光將被折射成以連續線繪示的光。此外，通過低折射層130的光線將沿著光學板表面的透鏡圖案124再次被折射，其中光學板120具有高於低折射層130的折射率，使得光線被聚集。因此，歸因於低折射層130之故，本發明的照明元件降低了眩光，其次是歸因於光學板120減少了眩光，從而滿足合適的UGR數值。低折射層的一範例可使用OCA(光學透明膠)、UV膠、UV樹脂中之一者。此外，擴散單元110的內部可形成有珠粒(Beads)或氣泡(Bubbles)。
圖8繪示包含一擴散單元110和根據本發明另一示範實施例之光學板120的照明元件。
如所述的結構一樣，本示範實施例可為在光學板120和擴散單元110之間設有一氣隙132之結構。所述結構顯示出一低折射層130被圖案化的示範實施例，使得具有固定間距的氣隙132被形成於光學板120和擴散單元110之間。然而，在無單獨的接著 層情況下，光學板120和擴散單元110可以為接觸結構的方式加以疊設。即使它們經由單獨的固定構件所固定的情況下，可以形成有一微細的氣隙。
藉由氣隙的功能，通過擴散單元110的光線為氣隙132所折射，從而進入光學板120。因此，在通過擴散單元110且被施加至氣隙的光線中，大多數從一側散射到另一側的光線被折射掉，因而入射到聚光層，從而能夠降低UGR。當然，在這種情況下，根據本發明之光學板120具有上述填充因子和凹陷數值。
此外，在圖8中氣隙132和低折射層130的面積比例，以及在圖9中氣隙114的面積和如圖9中擴散單元110和光學板120鄰接之表面的面積比例、以及圖10係為重要的元件，其數值範圍為從6：4到9：1。
圖9和圖10繪示包含該擴散單元和根據本發明又一示範實施例之光學板120的照明元件。從圖8的差異並非利用一單獨的黏著材料作為一間隔材，其要點是：在擴散單元110本身之一表面上形成有一圖案，藉以在緊密連接光學板120的同時形成該氣隙。即，一凹部112可以經由在一片材或板材的光射出表面上形成凹紋圖案而加以成型。此外，但不同於圖10，氣隙可以經由圖案化另一表面(other surface)，其中光學板的微透鏡圖案形成在該其他表面上。
圖11為說明包含根據本發明於圖7所述之發光元件的照明裝置概念圖。
請參閱圖11，光線從固著於一照明裝置層30之光源10穿透過擴散單元110，並透過形成於擴散單元110較低表面上之氣隙114而入射到光學板120。在這種情況下，穿透過氣隙114之光線可入射到為聚光層的光學板120，經由僅穿透氣隙114，或藉由被反射到擴散單元110之凹部112而可入射到光學板120。
更明確地，在穿透過擴散單元110後，穿透過氣隙114，且朝向光學板120的光係直接入射至擴散單元110中的光學板120，或者是，藉由進入擴散單元120的凹部112而被入射至光學板120並被反射。
像這樣，僅穿透過氣隙114的光線、以及藉由擴散單元110的凹部112而被反射同時穿透過氣隙114的光線被入射到該聚光層，也就是，光學板120。同時該些光線依照光學板120的透鏡圖案而被反射，使得光線被聚集。在這種情況下，光學板120的反射指數(reflected index)可以高於在氣隙114內的空氣的反射指數1，使得穿透過氣隙114的光線朝下反射。因此，本發明的發光元件主要通過擴散單元110的凹部112來減少眩光，並次要地通過光學板120來減少眩光，從而能夠滿足更合適的UGR數值。
綜上所述，於本案的詳盡說明中已闡述本發明之示範實施例，顯而易知的是，對於熟悉該技藝專門人士的各種修改及變化 皆不悖離本揭露發明之精神和範疇。因此，應該理解的是，前述揭露之實施例非用以限制本發明，對所揭示實施例還有其他實施例所做的修改皆為本發明申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧光源
20‧‧‧反射罩
30‧‧‧照明裝置
40‧‧‧擴散板
110‧‧‧擴散單元
112‧‧‧凹部
114‧‧‧氣隙
120‧‧‧光學板
122‧‧‧基板
124‧‧‧微透鏡圖案
130‧‧‧低折射層
132‧‧‧氣隙
圖1繪示根據習知技術之示範實施例的一平面照明裝置剖視圖。
圖2繪示根據習知技術之示範實施例的另一平面照明裝置剖視圖。
圖3繪示根據本發明示範實施例之一光學板的示意圖。
圖4為根據本發明之填充因子的實際完成圖。
圖5和圖6為根據本發明之光學板上微透鏡圖案之填充因子之UGR模擬結果。
圖7繪示包含本發明光學板之照明元件及使用其之照明裝置之剖面圖。
圖8繪示包含一擴散單元和根據本發明另一示範實施例之光學板的照明元件。
圖9和圖10繪示包含該擴散單元和根據本發明又一示範實施例之光學板的照明元件。
圖11為說明包含根據本發明於圖7所述之發光元件的照明裝置概念圖。
120‧‧‧光學板
122‧‧‧基板
124‧‧‧微透鏡圖案

Claims (16)

  1. 一種光學板，具有形成於一基板上的複數個微透鏡圖案，其中該微透鏡圖案之一填充因子在0.5到1.0的範圍以減低UGR，其中該光學板之結構為：該些微透鏡圖案的凹陷(sag)(高度H：透鏡之直徑R)在0.1到0.25之範圍，其中該光學板符合UGR 16.0到19.0的範圍(該填充因子係指該基板每一單位面積中該微透鏡圖案所佔之面積比率)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學板，其中該些微透鏡圖案彼此大小相同或者另外複數個微透鏡圖案呈均勻或非均勻之分佈。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學板，其中該些微透鏡圖案所構成的形狀為圓形、橢圓形、稜鏡狀、透鏡狀、R-prim以及金字塔中之一者。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光學板，其中該些微透鏡圖案之每一單位透鏡圖案的尺寸在20μm到80μm的範圍。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學板，其中該基板係為一透明板使用PC、PMMA和PET薄膜中之一者所製成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光學板，其中該些微透鏡圖案經由利用熱壓來模製該透明板而使該些微透鏡圖案與該透明板一體成形。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之光學板，其中該些微透鏡圖案係使用一樹脂塗佈於該透明板並且利用熱或光予以固化後而形成。
  8. 一種照明元件，包括：一擴散單元，用以擴散和輻射來自於一光源入射的光線；以及一聚光單元，設置於該擴散單元之一光輻射表面，並包含一光學板，其中形成於一基板上之微透鏡圖案的填充因子在0.5到1.0的範圍，其中該光學板之結構為：該些微透鏡圖案的凹陷(高度H：透鏡之直徑R)在0.1到0.25之範圍，其中該照明元件符合UGR 16.0到19.0的範圍(該填充因子係指該基板每一單位面積中該微透鏡圖案所佔之面積比率)。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之照明元件，其中該些微透鏡圖案每一單位透鏡圖案的尺寸在20μm到80μm的範圍。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之照明元件，其中該擴散單元係為一光學片材或一基材。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之照明元件，其中該擴散單元更包括形成於該光學板和該擴散單元之間的一氣隙。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之照明元件，其中該氣隙係由圖 案化該擴散單元之一表面而形成。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之照明元件，其中該氣隙係由圖案化該光學板之另一表面(other surface)而形成，其中多個微透鏡圖案形成在該另一表面。
  14. 如申請專利範圍第10項所述之照明元件，其中珠粒(beads)或氣泡(bubbles)形成於該擴散單元的內部。
  15. 如申請專利範圍第10項所述之照明元件，其中該照明元件更包括一氣隙於該擴散單元和該光學板相接連(border)的表面上，其中該氣隙被圖案化於該擴散單元或該光學板的一表面上，且該氣隙面積與該擴散單元及該光學板相接連之該表面面積的比例範圍從6：4到9：1。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之照明元件，其中該擴散層和該光學板使用OCA(光學透明膠)、UV膠和UV樹脂中之至少一者加以接合。
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