表面照明組件和表面照明設備的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種表面照明組件和包含所述組件的表面照明設備。所述表面照明組件包括：光反射空腔，其包括前反射體和后反射體；和光源，所述光源用于向所述光反射空腔內發光；其中所述前反射體對第一偏極化可見光的平均反射率至少為90％，對第二偏極化可見光的平均反射率為小于50％，其中第二偏極化可見光的偏極角度垂直于第一偏極化可見光的偏極角度，并且所述后反射體對任何偏極化可見光的平均反射率至少為70％。
【專利說明】表面照明組件和表面照明設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種表面照明組件和表面照明設備，特別涉及一種能夠獲得基本上均勻的光分布并減少眩光的表面照明組件和表面照明設備。
【背景技術】
[0002]發光二極管(LED)是一種新光源，已被用于制作如電視、屏幕等的背光板，例如通過使用LED與樹脂導光的固體導光板、擴散體、增亮片(BEF)和反射式偏光增光片(DBEF)的組合來提供出光均勻且防眩光的背光體系。但這樣的體系構成復雜，并且重量較大，不適用于便攜設備中。
[0003]此外，即便LED具有:(I)壽命長，可達50000小時，(2)節省能源，其功率遠低于熒光燈，和(3)環境友好，不含汞等優點，但是，由于LED是點發光的照明方式，直接照明的LED使人感到刺目，因此若要用于表面照明，必須減少眩光且最好具有均勻的表面照明。而目前使用的表面照明設備也具有例如，存在反射眩光，并且光分布不均勻，使得眼睛容易疲勞等缺點，因而需要有既能提供減少眩光、重量更輕且更進一步可有均勻的光分布的表面照明體系。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種表面照明組件，包括:
[0005]光反射空腔,其包括前反射體和后反射體；和
[0006]光源，所述光源用于向所述光反射空腔內發光；
[0007]其中所述前反射體對第一偏極化可見光的平均反射率至少為90%，對第二偏極化可見光的平均反射率為小于50%，其中第二偏極化可見光的偏極角度垂直于第一偏極化可見光的偏極角度，并且所述后反射體對任何偏極化可見光的正軸平均反射率至少為70%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1-7是本發明表面照明組件的具體實施方案的示意圖。
[0009]圖8是本發明表面照明設備的示意圖。
[0010]圖9是本發明照度測量中所取各點的示意圖。
[0011]附圖中的標記具有如下含義:
[0012]1:表面照明設備；11:表面照明組件；110:光源；111:光反射空腔；112:空氣層；
113:前反射體；114:后反射體；115:空腔壁；116:側反射體；117:轉換元件；117a:BEF ；117b:擴散片；12:驅動裝置；13:調節裝置；14:傳感裝置；15:警報裝置；16:連接裝置；2:電源。
【具體實施方式】
[0013]本發明提供一種表面照明組件以及包括所述組件的表面照明設備。[0014]本發明通過使用空氣層導光技術，用空氣層代替導光板，實現了一種重量更輕的能夠減少眩光并且更進一步具有均勻的光分布、良好的顯色指數的表面照明設備，該產品不僅重量較輕，所需使用的組件數目也較少，從而降低了產品成本。此外，本案也配合了各式裝置而使表面照明設備能夠實現低能耗的效果。
[0015]下面結合附圖具體說明本發明的實施方案。
[0016]本發明提供一種表面照明組件，包括:
[0017]光反射空腔,其包括前反射體和后反射體；和
[0018]光源，所述光源用于向所述光反射空腔內發光；
[0019]其中所述前反射體對第一偏極化可見光的平均反射率至少為90%，對第二偏極化可見光的平均反射率為小于50%，其中第二偏極化可見光的偏極角度垂直于第一偏極化可見光的偏極角度，并且所述后反射體對任何偏極化可見光的平均反射率至少為70%。
[0020]圖1是本發明一個具體實施方案的示意圖，表面照明組件11包括光反射空腔111與光源110，由于本案是利用空氣層導光技術，因此光反射空腔111中包含空氣112，而光反射空腔111至少包括前反射體113和后反射體114，其中前反射體113實質上為出光面，亦即表面照明組件11提供照明的輸出照明區。
[0021]光源110可投射可見光于光反射空腔111中，可用于本發明中的光源110的一個實例是發光二極管(LED)，包括可發射不同波長的光的LED，例如發射可見光的LED和發射紫外光(UV)的LED。本案的光源110可以是一個或多個LED，也可以是一組或多組LED，每組包括至少一個LED。當然，于一些實施例中，亦可采用例如燈泡等作為光源110。
[0022]后反射體114的特征在于其對光源110發出的任何偏極化可見光的平均反射率至少為70%，更優選至少為80%，還更優選至少為90%，最優選至少為95%。而此處所描述的“平均反射率”系為偏極化可見光的正軸的平均反射率，因此可知，光源110投射至光反射空腔111中的可見光可有效地被后反射體114反射。后反射體114可以為反射片，其具體實例包括但不限于高反射率反射片(ESR)或銀反射片。
[0023]前反射體113可選擇性地將光源110投射的可見光的第一、第二偏極化可見光做反射或穿透，其中第一、第二偏極化可見光的偏極角度相互垂直，前反射體113對第一偏極化可見光的平均反射率至少為90%，優選至少為95%，對第二偏極化可見光的平均反射率為小于50%，更優選小于30%，再更優選小于15%，最優選小于5%，其中第二偏極化可見光的偏極角度垂直于第一偏極化可見光的偏極角度。由于前反射體的目的之一是為了將非穿透方向的偏極化可見光部分轉化為穿透方向的偏極化可見光以增加有效光，因此只要對第一偏極化可見光的反射率至少為90%，對第二偏極化可見光的反射率小于50%，從而可讓至少50%的第二偏極化可見光穿過前反射體而離開光反射空腔者，皆可用作本發明中的前反射體，實現本發明的目的。而前反射體113對第一偏極化可見光具有第一平均透射率，對第二偏極化可見光具有第二平均透射率，并且其中第二平均透射率與第一平均透射率的比至少為10，是以藉由前反射體113便可控制讓第二偏極化可見光穿過前反射體113而離開光反射空腔111，并將大部分的第一偏極化可見光用前反射體113攔阻而保留在光反射空腔111中，以達成特定目的，例如:減少反射眩光并增加照度和進一步改善出光的均勻性。于本實施例中，前反射體113具有光擴散功能，其可以為高效反射體，例如:光反射式偏光增光片(DBEF)。[0024]請再參閱圖1，光反射空腔111的前、后反射體113、114之間可在兩端分別通過空腔壁115相連，光源110則可設置于一端的空腔壁115上。空腔壁可以使用任何本領域中的常規材料構成，例如但不限于一般鋁反射片，電鍍反射片，鋁合金反射片。為了提升反射效果并增加表面照明組件11的亮度，在本實施例中，表面照明組件11還包括圍繞光反射空腔111安置的側反射體116，其可取代部分的空腔壁115。當然，側反射體116亦可取代全部的空腔壁115(如圖6所示)并和前、后反射體113、114共同包圍所述光反射空腔111，所述側反射體116對任何偏極化可見光的平均反射率至少為70%，較佳為至少80%，最優選至少為90%，且側反射體116可選用與后反射體114相同的材質，具體實例包括但不限于:ESR或銀反射片，以利用側反射體116使光源110投射出的光線于光反射空腔111內有效反射，以避免能量消耗并使光線得以均勻分布而提升表面照明組件11的均光效果。至于光反射空腔111的形狀實質上則無所設限。在一個實施方案中，光反射空腔111的截面為矩形，亦即如圖1所示，前反射體113與后反射體114大致平行，但前反射體113與后反射體114的角度并無所設限，在另外的實施方案中，前反射體113與后反射體114之間可成一定角度Φ (如圖2至圖5及圖7所示)，該角度Φ可以為O < Φ <45度，或為O < Φ <30度，或為O < Φ < 15度，以利用角度的調整來進一步調節出光的均勻度。在前反射體113與后反射體114之間成一定角度Φ的情況下，與設置光源一側相對的空腔壁或側反射體可以保留一部分或完全省略。
[0025]在另一個實施方案中，在光反射空腔111安置光源110 —側的側反射體116與前反射體113和后反射體114之間并不垂直，而是于光反射空腔111內與前、后反射體113、114夾一定角度Θ，至于相對于光源110另一側的側反射體116則大致與前、后反射體113、114垂直，使光反射空腔111的剖面實質上成梯形結構(見圖6)，該角度Θ可調節出光總量和眩光大小，而Θ可以在小于180度且大于90度的范圍內，或在170至105度的范圍內，或在160至135度的范圍內，例如，本案一個實施方案的Θ角度為158.2度。
[0026]在另一些實施方案中，表面照明組件11還包括轉換元件117，其可將光反射空腔111內的第一偏極化可見光的至少一部分轉換成第二偏極化可見光，并且將光反射空腔111內的第二偏極化可見光的至少一部分轉換成第一偏極化可見光，換言之，轉換元件117可將第一偏極化可見光與第二偏極化可見光的至少一部分相互轉換，以將無法穿過前反射體113的第一偏極化可見光轉換成為第二偏極化可見光，從而可提升光線的利用率并降低眩光。轉換元件117以緊鄰于前反射體113設置為佳，且轉換元件117可選自增亮片(BEF)117a(如圖3、圖4所示)或BEF 117a與擴散片117b之組合(如圖5、圖6所示)，其中BEF與擴散片除可提供轉換第一、第二偏極化可見光外，更各自具備將光線集中與均光之效果。當轉換元件117選自一層BEF 117a(如圖3所示)或兩層BEF 117a以微結構相互垂直的方式組合(如圖4所示)并配置于前反射體113時，前反射體113實質上較轉換元件117遠離后反射體114，亦即光反射空腔111中的第二偏極化可見光可依序穿透轉換元件117和前反射體113離開光反射空腔111 ;而當轉換元件117選自BEF 117a與擴散片117b的組合時，BEF 117a實質上較擴散片117b遠離后反射體114 (如圖5、圖6所示)，亦即光反射空腔111中的第二偏極化可見光可依序穿透轉換元件117的擴散片117b、BEF 117a和前反射體113而離開光反射空腔111。而另一些實施例中，轉換元件亦可單獨選自擴散片；此外，除了轉換元件117外，于某些實施例中，后反射體114及側反射體116也可提供將第一偏極化可見光與第二偏極化可見光進行部分轉換的功能。
[0027]在一個實施方案中，表面照明組件11的前反射體113、后反射體114或側反射體116的其中之一,可使任何偏極化可見光線在15度入射角的位移率(transport ratio)大于15%，并且任何偏極化可見光線在45度入射角的位移率小于95%，換言之，當光線以15度入射角投射至前反射體113、后反射體114或側反射體116其中之一時，至少15%的該光線會被推進至光入射方向之法線的另一側；而當光線以45度投射至前射體113、后反射體
114或側反射體116其中之一時，少于95%的該光線會被推進至光入射方向之法線的另一偵牝因此部分的光可朝光源110的發光方向推進而部分的光反彈，以藉此使來自光源110的光得以均勻地被擴散而不會過度集中。于一些實施例中，由前反射體113提供此功能。例如，在本發明中用作前反射體的DBEF即可使任何偏極化可見光線在15度入射角的位移率大于15%，并且任何偏極化可見光線在45度入射角的位移率小于95%。
[0028]在一個實施方案中，設置光源一側的空腔壁或側反射體與前反射體和后反射體之間形成垂直的角度。在另一個實施方案中，設置光源一側的空腔壁或側反射體還可以與前反射體和后反射體之間形成并非垂直的角度，如圖7中所示。用α表示設置光源一側的空腔壁與前反射體之間的角度，該角度可以為90° < α≤135°，優選90° < α≤120°，更優選90° < α <105°。這種設置有利于進一步提高出光的均勻性。
[0029]在一個實施方案中，表面照明組件11可提供照度值為至少250勒克斯，優選500勒克斯的輸出照明區。
[0030]本案另提供一種表面照明設備1，在一個實施方案中，表面照明設備I包括表面照明組件11與驅動裝置12，表面照明組件11可為任一前述的表面照明組件11，而所述驅動裝置12在第一端直接或間接地與電源2連接，在第二端與表面照明組件11的光源110相連，從而使得來自電源2的電能在到達光源110之前進行適配。 [0031]在一個實施方案中，表面照明設備I還包括調節裝置13及與調節裝置13功能集成的傳感裝置14，所述調節裝置13與驅動裝置12相連，其中一旦傳感裝制14中的預定條件被滿足，調節裝置13就調節驅動裝置12進行預定的控制動作。舉例而言，傳感裝置14可為一個照度傳感器，當表面照明設備I所設置的環境其環境照度高于一定值，例如500勒克斯時，傳感裝置14將傳送一信號至調節裝置13，而調節裝置13則傳送調節信號至驅動裝置12，從而通過驅動裝置12調控降低電源2供應至表面照明組件11的光源110的電能，使得表面照明設備I的表面照明組件11的照度降低并減少消耗的電能。但應可理解，控制動作并不限于上述動作，于某一些實施方案中，當表面照明設備I所設置的環境其環境照度低于一定值時，調節裝置13也可調節驅動裝置12進行預定的控制動作，例如:以驅動裝置12提高表面照明組件11的照度，以符合使用者的需求并避免不必要的能源浪費。于某一些實施方案中，傳感裝置14的預定條件是當電源2降低至預定水平時，傳感裝置14發出信號至調節裝置13，而調節裝置13調控驅動裝置12，使驅動裝置12進行下列兩種預定動作中的任一個:(1)停止向表面照明組件11部分的光源110供電；或(2)降低供給至表面照明組件11的全部光源110的電能。
[0032]在一個實施方案中，表面照明設備I還選擇性地包括與驅動裝置12相連的警報裝置15，其中一旦傳感裝置14中的預定條件被滿足，警報裝置15就將通過調節裝置13及驅動裝置12觸發而進行預定動作。可用于本案之警報裝置15包括但不限于LED燈、蜂鳴器等。至于警報裝置15的預定動作則可依使用者的需求而設定，舉例而言:預定動作可為當電源2降低至預定水平時，警報裝置15發出警示信號。
[0033]在一些實施方案中，表面照明設備I中的電源2可選自市電、低功率的電池組或是計算機設備。于一些實施方案中，表面照明設備I還選擇性地包括連接裝置16，而驅動裝置12是通過連接裝置16與電源2連接。
[0034]于一個具體的實施方案中，電源2可為計算機設備，此時，連接裝置16為串行總架構連接器(USB)，因此表面照明設備I可通過USB接收計算機設備輸出的電能，且使用者可以通過計算機設備內安裝的軟件控制調節裝置13從而調控表面照明組件11。
[0035]表面照明設備I的應用方式很廣，其可為各種表面照明設備，而由于本發明的表面照明組件具有重量輕的特色，因此又適合應用于桌燈、立燈、計算機燈或應急照明設備等便攜式設備中。
[0036]試驗部分
[0037]通過以下實施例具體說明本發明的技術方案，但它們不以任何方式限制本發明的范圍。
[0038]1.材料
[0039]在以下實施例中使用的材料包括:
[0040]LED:實施例1-6中使用7個IW的LE D作為光源。所用LED為型號083B，購自日本日亞化學工業株式會社(Nichia corporation)。
[0041]DBEF:DBEF-D2-400，購自臺灣明尼蘇達礦業制造股份有限公司(3MTW LTD.)，其對第一偏極化可見光的平均反射率> 90%，對第二偏極化可見光的平均反射率< 0.5%，對第一偏極化可見光與第二偏極化可見光的平均反射率48~53%,對于第一偏極化可見光的平均透射率< 5%;對于第二偏極化可見光的平均透射率> 90%，對第一偏極化可見光與第二偏極化可見光的平均透射率為46~51%。
[0042]ESR:DESR，購自臺灣明尼蘇達礦業制造股份有限公司(3M Tff LTD.)，其反射率≥98%，透射率為O。
[0043]BEF =BEF-1I 90/50，購自臺灣明尼蘇達礦業制造股份有限公司(3M Tff LTD.)。
[0044]擴散片:ET-169，購自宣茂公司。其透光率為63%，霧度(Haze)為87%。
[0045]I1.實施例
[0046]實施例中采用的低能耗照明組件的尺寸為17cmX8cmXl.5cm(LXWXH)，輸出照明區的出光面積為16cmX7cm(LXW)。
[0047]實施例1
[0048]如圖1所示,使用ESR作為后反射體,DBEF作為前反射體,前反射體和后反射體相互平行，而設置光源的空腔壁的對側被ESR作成的側反射體取代。
[0049]實施例2
[0050]如圖2所示,使用ESR作為后反射體,DBEF作為前反射體,前反射體和后反射體之間角度Φ為5.4度。
[0051]實施例3
[0052]如圖3所示,使用ESR作為后反射體,DBEF作為前反射體,而前反射體和后反射體之間角度Φ為5.4度，此外更包含BEF作成的轉換元件緊鄰于DBEF設置。[0053]實施例4
[0054]如圖4所示,使用ESR作為后反射體,DBEF作為前反射體,前反射體和后反射體之間角度Φ為5.4度，此外更包括以兩片BEF的組合作成的轉換元件緊鄰于前反射體設置，其中兩片BEF以交迭而其微結構方向相互垂直的方式配置。
[0055]實施例5
[0056]如圖5所示,使用ESR作為后反射體,DBEF作為前反射體,而前反射體和后反射體之間角度Φ為5.4度，此外更包括由BEF和擴散片組合而成的轉換元件，其中擴散片及BEF依序由內向外配置。
[0057]實施例6
[0058]如圖6所示，使用ESR作為后反射體，DBEF作為前反射體，且另包括由BEF與擴散片組合的轉換元件，轉換元件的配置方式與實施例5相同。本實施例另包括以ESR作成的側反射體，其中前反射體、轉換元件和后反射體之間平行，而設置光源一側的側反射體與前、后反射體之間各分別夾Θ角，Θ為158.2度，與設置光源一側相對的側反射體與前、后反射體垂直配置。
[0059]II1.性能表征
[0060]A.照度與出光均勻性
[0061]將燈具高度設為45cm，用照度計(Lutron廠商所生產的型號LX-105照度計)測量表面照明組件出光面下方直徑40厘米圓形范圍的中心點A與兩條相互垂直的直徑的四個相對端點(B, C, D, E)的亮度(見圖 9)，并依照 CNS (Chinese National Standard) 5065 的測定方法計算實施例1-6的照度平均值。
[0062]表1.實施例1-6的照度平均值
[0063]
【權利要求】
1.一種表面照明組件，包括: 光反射空腔，其包括前反射體和后反射體；和 光源，所述光源用于向所述光反射空腔內發光； 其中所述前反射體對第一偏極化可見光的平均反射率至少為90%，對第二偏極化可見光的平均反射率為小于50%，其中第二偏極化可見光的偏極角度垂直于第一偏極化可見光的偏極角度，并且所述后反射體對任何偏極化可見光的平均反射率至少為70%。
2.權利要求1所述的表面照明組件，其中所述前反射體對第一偏極化可見光具有第一平均透射率，對第二偏極化可見光具有第二平均透射率，并且其中第二平均透射率與第一平均透射率的比至少為10。
3.權利要求1所述的表面照明組件，其中所述前反射體具有光擴散功能。
4.權利要求1所述的表面照明組件，還包括側反射體，所述側反射體與所述前反射體和后反射體共同包圍所述光反射空腔，所述側反射體對任何偏極化可見光的平均反射率至少為70%。
5.權利要求1所述的表面照明組件，其中所述表面照明組件還包括轉換元件，所述轉換元件將所述光反射空腔內的第一偏極化可見光與第二偏極化可見光的至少一部分相互轉換。
6.權利要求4所述的表面照明組件，其中所述后反射體、所述前反射體或所述側反射體中的至少一種使任何偏極化可見光在15度入射角的位移率大于15%,并且使任何偏極化可見光在45度入射角的位移率小于95%。
7.權利要求1所述的表面照明組件，其中所述光源分組安置，每組包括至少一個發光二極體(LED)。
8.權利要求1所述的表面照明組件，其中所述前反射體和后反射體之間形成角度Φ。
9.權利要求4所述的表面照明組件，其中所述前反射體和后反射體相互平行。
10.權利要求9所述的表面照明組件，其中安置于光源一側的側反射體分別與前反射體和后反射體之間在光反射空腔內夾角度Θ。
11.權利要求1所述的表面照明組件，其中設置光源一側的空腔壁與前反射體之間形成角度α，且90°≤α≤135°。
12.—種表面照明設備，包括: 表面照明組件，包括: 光反射空腔，其包括前反射體和后反射體；和 光源，所述光源用于向所述光反射空腔內發光； 其中所述前反射體對第一偏極化可見光的平均反射率至少為90%，對第二偏極化可見光的平均反射率為小于50%，其中第二偏極化可見光的偏極角度垂直于第一偏極化可見光的偏極角度，并且所述后反射體對任何偏極化可見光的平均反射率至少為70% ;以及 驅動裝置，其連接于電源及所述表面照明組件的光源之間，以使來自所述電源的電能在到達所述光源之前進行適配。
13.如權利要求12所述的表面照明設備，其還包括: 調節裝置，其與所述驅動裝置連接；和 傳感裝置，其與所述調節裝置功能集成，當所述傳感裝置的預定條件被滿足時，所述調節裝置將調節所述驅動裝置進行預定的控制動作。
14.如權利要求13所述的表面照明設備，其還包括警報裝置，當所述傳感裝置的預定條件被滿足時，所述警報裝置將通過所述調節裝置及所述驅動裝置觸發進行預定動作。
15.如權利要求12所述的表面照明設備，其中所述電源選自市電、電池組或計算機設備。
16.如權利要求12所述的表面照明設備，其還包括連接于所述電源與所述驅動裝置之間的連接裝置。
17.如權利要求16所述的表面照明設備，其中所述電源為計算機設備，所述表面照明設備的所述連接裝置為連接于所述計算機設備與所述驅動裝置之間的串行總架構連接器(USB)。
18.如權利要求13所述的表面照明設備，其中所述傳感裝置的預定條件是環境照度高于500勒克斯，所述預定的控制動作是降低到達所述表面照明組件的光源的電能，使得所述表面照明設備的照度降低。
19.如權利要求13所述的表面照明設備，其中所述光源為多個光源，所述傳感裝置的預定條件是當所述電源降至低于預定水平，所述預定的控制動作是停止向部分光源供給電能或降低供給至全部光源 的電能。
【文檔編號】F21V7/00GK103629594SQ201210305843
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年8月24日 優先權日:2012年8月24日
【發明者】葉國泰, 洪凰欽, 陳訓峰 申請人:3M創新有限公司