改善的側(cè)光式面板保護(hù)層的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種改善的側(cè)光式面板保護(hù)層。本發(fā)明提供了一種用于減少照明面板中的眩光的裝置。該裝置包括具有發(fā)射表面的半透明層。發(fā)射表面的微結(jié)構(gòu)由處于協(xié)作布置的特征形成，用于重定向由照明面板產(chǎn)生的光。
【專利說明】改善的側(cè)光式面板保護(hù)層

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總地涉及側(cè)光式(edge-lit)面板照明器具。更具體而言，本發(fā)明涉及控制側(cè)光式面板中的光分布，以取得最佳統(tǒng)一眩光指數(shù)(UGR:unified glare rating)。

【背景技術(shù)】
[0002]側(cè)光式發(fā)光二極管(LED)面板正變成一種用于例如室內(nèi)照明器具的日益普通的技術(shù)。如本領(lǐng)域中的技術(shù)人員所理解的那樣，光從LED光源陣列穿過光導(dǎo)透射到側(cè)光式面板的中心區(qū)域。
[0003]側(cè)光式面板的優(yōu)點(diǎn)之一是它們?nèi)菰S照明器具為非常薄的。然而，缺點(diǎn)是傳統(tǒng)側(cè)光式面板產(chǎn)品不能有效地控制UGR。不能有效地控制的UGR的結(jié)果是眩光的產(chǎn)生，其在大的房間中可為特別顯著的。這對(duì)于辦公環(huán)境中所使用的大房間或會(huì)議室尤其成立。
[0004]在傳統(tǒng)照明面板或光源中，在LED平板的外表面中使用漫射器(diffuser)(即光學(xué)保護(hù)層)，以試圖使光輸出更加均勻。在這些傳統(tǒng)光源中，漫射器通常具有粗糙表面并且包括散射粒子，這減少了光輸出的均勻性。
[0005]例如，大多數(shù)LED平板產(chǎn)品使用諸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和/或聚苯乙烯(PS)的材料，其帶有磨砂材料。這些類型的漫射器使光源所產(chǎn)生的光散射，以便LED平板的光分布為朗伯(Iambertian)分布，或接近朗伯分布。用于這些器具的UGR常規(guī)而言較高，例如大于20。
[0006]與大于20的UGR值相一致的眩光量可能令人不適，尤其在上面提到的辦公室環(huán)境中。相對(duì)應(yīng)地，具有高眩光和UGR值的照明器具在這些辦公環(huán)境、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)工作站、接待區(qū)等中具有有限的效用和需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在給定的前述缺點(diǎn)的條件下，存在對(duì)用于改善側(cè)光式面板保護(hù)層的光學(xué)性能的系統(tǒng)和方法的需求。具體而言，所需要的是用于在LED平板的外表面中所使用的改善的漫射器的系統(tǒng)和方法，以使光輸出更均勻。
[0008]本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種用于在照明面板中減少眩光的裝置。該裝置包括具有發(fā)射表面的半透明(translucent)保護(hù)層。發(fā)射表面的微結(jié)構(gòu)由處于協(xié)作布置的特征形成，用于重定向由照明面板產(chǎn)生的光。
[0009]在示范實(shí)施例中，LED器具使用類似塑料的保護(hù)層的發(fā)射表面上的光學(xué)圖案以控制LED器具在高角度(>60° )下的光分布。通過限制該高角度下的光輸出，不適的眩光影響可控制為盡可能地低。
[0010]在某些實(shí)施例中，保護(hù)層由完全透明(transparent)的塑料構(gòu)造成或者為低霧狀半透明的，以將高度角光和眩光的控制最大化。
[0011]在其他實(shí)施例中，具有光學(xué)圖案的保護(hù)層可為利用側(cè)光式和背光式技術(shù)的LED器具改善眩光影響。保護(hù)層可由例如塑料或類似材料制成。光學(xué)圖案可由棱柱、凸球、角錐或任何其他合適的形狀形成。與光學(xué)圖案相關(guān)聯(lián)的參數(shù)優(yōu)化以產(chǎn)生最低的眩光和UGR水平。
[0012]一種用于減少照明面板中的統(tǒng)一眩光指數(shù)(UGR)水平的裝置包括:具有發(fā)射表面的半透明層；其中，發(fā)射表面的微結(jié)構(gòu)由處于協(xié)作布置的特征形成，用于重定向由照明面板產(chǎn)生的光。
[0013]優(yōu)選地，半透明層顯著地減少高角度光。
[0014]優(yōu)選地，高角度光包括以大于大約60°的角度輻射穿過半透明層的光。
[0015]優(yōu)選地，特征構(gòu)造成與光的分量相互作用。
[0016]優(yōu)選地，協(xié)作布置包括圖案構(gòu)造。
[0017]優(yōu)選地，圖案代表特征的對(duì)稱定位。
[0018]優(yōu)選地，所有與具體圖案相關(guān)聯(lián)的特征為統(tǒng)一形狀的。
[0019]優(yōu)選地，形狀類似于棱柱、角錐和球的組中的至少一個(gè)。
[0020]優(yōu)選地，眩光減少的程度是特征的參數(shù)的函數(shù)。
[0021]優(yōu)選地，參數(shù)包括包含圖案頂角、特征寬度和特征高度的組中的至少一個(gè)。
[0022]優(yōu)選地，照明面板是側(cè)光式面板。
[0023]優(yōu)選地,該裝置還包括光導(dǎo)。
[0024]優(yōu)選地，半透明層固定于光導(dǎo)的表面。
[0025]一種制造半透明層的方法，半透明層構(gòu)造成減少照明面板中的眩光，半透明層具有發(fā)射表面，發(fā)射表面的微結(jié)構(gòu)由處于協(xié)作布置的特征形成，用于重定向由照明面板產(chǎn)生的光，方法包括:形成代表特征的對(duì)稱定位的圖案；且將圖案嵌入到發(fā)射表面上。
[0026]優(yōu)選地，所有與圖案相關(guān)聯(lián)的特征為統(tǒng)一形狀的。
[0027]優(yōu)選地，圖案類似于棱柱、角錐和球的組中的至少一個(gè)。
[0028]優(yōu)選地，形成包括將圖案刻印到滾筒上。
[0029]優(yōu)選地，嵌入包括將圖案從滾筒轉(zhuǎn)印至發(fā)射表面。
[0030]優(yōu)選地，嵌入包括將圖案經(jīng)由注塑模制而注塑到發(fā)射表面上。
[0031]一種儲(chǔ)存指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，當(dāng)指令在執(zhí)行時(shí)適合于以制造半透明層的方法在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)執(zhí)行過程，半透明層構(gòu)造成減少照明面板中的眩光，半透明層具有發(fā)射表面，發(fā)射表面的微結(jié)構(gòu)由處于協(xié)作布置的特征形成，用于重定向由照明面板產(chǎn)生的光，方法包括:形成代表特征的對(duì)稱定位的圖案；且將圖案嵌入到發(fā)射表面上。
[0032]以下參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的更多特征和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明的各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。注意本發(fā)明并不局限于本文中所述的特定實(shí)施例。僅僅出于例示的目的而在本文中介紹這種實(shí)施例?；诒疚闹兴慕虒?dǎo)，其他實(shí)施例對(duì)相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]本文中所包含并形成說明書的一部分的附圖例示本發(fā)明，并且與描述一起進(jìn)一步用于解釋本發(fā)明的原理，并且使相關(guān)領(lǐng)域中的技術(shù)人員能夠制造并且使用本發(fā)明。
[0034]圖1是其中可實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例的LED面板照明器具的圖示。
[0035]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而構(gòu)造的LED面板的總體結(jié)構(gòu)的圖示。
[0036]圖3是圖2的面板圖不中所使用的光導(dǎo)、光學(xué)層和LED的截面圖。
[0037]圖4是根據(jù)實(shí)施例而構(gòu)造的示范光學(xué)保護(hù)層表面圖案的圖示。
[0038]圖5是與圖4的不范表面圖案相關(guān)聯(lián)的表面特征的更詳細(xì)的圖不。
[0039]圖6是與圖4的示范表面圖案中使用的不同角度相關(guān)聯(lián)的光學(xué)特征的比較圖示。
[0040]圖7是根據(jù)實(shí)施例的由示范棱柱表面圖案產(chǎn)生的模擬結(jié)果的曲線圖。
[0041]圖8是根據(jù)實(shí)施例的另外的示范保護(hù)層表面圖案的圖示。
[0042]圖9是與不同的保護(hù)層表面圖案相關(guān)聯(lián)的模擬結(jié)果的概覽表。
[0043]圖10是實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例的示范方法的流程圖。
[0044]部件列表圖1
100照明器具；
圖2
200LED面板
202電源單元盒
204背蓋
206應(yīng)急模塊
208背反射器
210LED 條
212反射杯
214光導(dǎo)
216間隙反射器
218散熱器
220前擋板
222保護(hù)層
圖3
300截面圖
210LED 條
214光導(dǎo)
222保護(hù)層
222a 表面
圖4
400透視圖
222a 表面
402分截面
圖5
402分截面
504寬度
506聞度
圖6
600模擬結(jié)果 602棱柱圖案
604棱柱圖案
606法線
607TIR 光
608高角度
圖7
700模擬結(jié)果
圖8
800圖案
802圖案
圖9
900概覽表圖10
1000 示范方法。

【具體實(shí)施方式】
[0045]雖然在此針對(duì)具體應(yīng)用通過說明性實(shí)施例而描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該懂得本發(fā)明并不局限于此。在其范圍和本發(fā)明將具有極大效用的另外的領(lǐng)域內(nèi)，接觸本文中所提供的教導(dǎo)的本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)另外的改型、應(yīng)用和實(shí)施例。
[0046]在實(shí)施例中，圖1是典型地用于可實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例的應(yīng)用中的典型LED面板照明器具100的圖示。例如，LED面板照明器具100通常用于辦公環(huán)境中，諸如會(huì)議室和集會(huì)室、CAD工作站、接待區(qū)、檔案室等等。作為示例而非限制，照明器具100為1x4凹入燈槽(recessed troffer)。然而,本發(fā)明的實(shí)施例既不局限于燈槽,也不局限于示范面板照明器具 100。
[0047]圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例而構(gòu)造的示范LED面板200的總體結(jié)構(gòu)的圖示。示范LED面板200通常用于諸如圖1的LED面板照明器具100的系統(tǒng)中。
[0048]LED面板200是標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件，諸如電源單元(PSU)盒202，其容納用于面板200的驅(qū)動(dòng)器。背蓋204用作用于LED面板200的所有其他構(gòu)件的封殼。還包含應(yīng)急模塊206以及背反射器208。LED條210包括安裝在對(duì)應(yīng)反射杯212內(nèi)的LED。LED條210的LED定位成包圍光導(dǎo)(例如波導(dǎo))214。光導(dǎo)214經(jīng)由全內(nèi)反射(TIR)而將LED條210所產(chǎn)生的光引導(dǎo)至LED面板200的區(qū)域。
[0049]還包含空氣間隙反射器216、散熱器218、前擋板220和光學(xué)保護(hù)層222。光學(xué)保護(hù)層還被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為漫射器。光學(xué)保護(hù)層222覆蓋或固定于光導(dǎo)214的表面。光學(xué)保護(hù)層222保護(hù)光導(dǎo)214免于碎屑和其他污染物的影響。
[0050]在示范實(shí)施例的操作期間，來自LED條210的光在光導(dǎo)214內(nèi)透射并且分散，在此它最初主要在兩個(gè)方向上輻射:上和下。
[0051]當(dāng)光向上輻射時(shí)，它基本被背面反射器208以向下的方向反射，同時(shí)穿過光學(xué)保護(hù)層222而分布。
[0052]最初向下輻射的光直接輻射穿過光學(xué)保護(hù)層222。在傳統(tǒng)LED平板中，直接和間接輻射穿過光學(xué)保護(hù)層222的光束的組合產(chǎn)生極高角度(例如>60° )的光。
[0053]在傳統(tǒng)LED平板中，顯著量的高角度光的分布致使UGR水平為不可控制的。然而，在實(shí)施例中，光學(xué)保護(hù)層222的表面由包括如下特征的圖案(例如棱柱/球形/角錐)形成，這些特征相互作用以減少高角度光。減少高角度光最終導(dǎo)致較低的UGR水平和減少的眩光。
[0054]圖3是截面圖300，其描繪光導(dǎo)214在面板200中相對(duì)于光學(xué)保護(hù)層222和LED條210的定位。圖3還示出光學(xué)保護(hù)層222的表面222a。
[0055]圖4是示范光學(xué)保護(hù)層222的表面222a的透視圖400，表面222a具有刻印在其上的圖案。表面222a的分截面402描繪具有棱柱類型特征或構(gòu)造的表面圖案。在示范實(shí)施例中，各種圖案可刻印在表面222a上。如以下論述的那樣，這些圖案的特征優(yōu)化以更窄地(即，更具方向性地)重定向來自光導(dǎo)214的光。更具體而言，這些圖案特征(例如棱柱類型)定位成相對(duì)于彼此的協(xié)作布置。即，這些特征或構(gòu)造以它們彼此相互作用的方式定位在表面222a上。
[0056]當(dāng)來自所有方向的光都由光導(dǎo)214穿過光學(xué)層222而提供時(shí)，該光被重定向，使得輸出光將在特定射束角度(Θ )內(nèi)。該來自LED平板200的光的重定向有助于減少眩光和降低UGR水平。
[0057]圖5是分截面402的圖案特征的更詳細(xì)的圖示，分截面402來自光學(xué)保護(hù)層222的表面222a。如圖5所示，表面圖案的特征包括圖案頂角(α)、寬度504和高度506。在各種LED平板應(yīng)用中，通過調(diào)整表面圖案特征的圖案頂角(α )、寬度504和高度506可優(yōu)化保護(hù)層222以減少高角度光且從而減少眩光。
[0058]圖6是在分別具有不同圖案頂角(α)的兩個(gè)不同光學(xué)層(諸如光學(xué)層222)中取得的模擬結(jié)果600的圖示。具體而言，模擬結(jié)果600指出，圖案頂角(α)越高，高角度光的減少越大，且從而UGR越低。
[0059]在圖6的示例中，光學(xué)層222由沒有漫散粒子或磨砂材料的透明(clear)PS構(gòu)造成。另外，作為示例而非限制，在圖6的示例中，由于折射定律原理，光學(xué)層內(nèi)的射束角度(Θ)被設(shè)為39°內(nèi)。保護(hù)層222的表面222a上的圖案(例如棱柱)的微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成控制光的方向和重定向。
[0060]在圖6中，模擬結(jié)果指出棱柱的頂角(α )是重要參數(shù)，其可顯著地影響所得的眩光和UGR水平。例如，在圖6中示出棱柱圖案602和604。棱柱圖案602具有90°的頂角(α),其中光接近法線606和TIR光607。在90°的頂角(α )下，棱柱圖案602產(chǎn)生在高角度608下的光。如上面提到的那樣，在高角度下，更高的光水平等于更高的眩光水平。
[0061]在示例棱柱圖案604中，通過將頂角(α)增加至>90°，消除了高角度608下的光。即，增加圖案頂角(α)的值可減少高角度下的光，從而最終導(dǎo)致更低的眩光水平。在不同的圖案頂角U)下，利用透明PS材料可取得不同的UGR結(jié)果。
[0062]圖7是模擬結(jié)果700的曲線圖，其代表不同的表面圖案頂角(α)的值、寬度504的值和高度506的值。通過與本發(fā)明的各種實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的優(yōu)化了以上參數(shù)值的模擬，本申請(qǐng)的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用彡106且彡122的頂角值時(shí)，可取得彡19的UGR值。通過以下傳遞函數(shù)預(yù)測(cè)這些特定值:
UGR 8Ηχ8Η = 241.466 一 3.84531Χ + 1.65Ε 一 02Χ**2
R — Sq = 93.1%
其中 Y:UGR 8Hx8H ；X:角度。
[0063]圖8是根據(jù)實(shí)施例的另外的示范保護(hù)層表面圖案800和802的圖示。圖案800的特征由凸球狀結(jié)構(gòu)形成。圖案802的特征由角錐狀結(jié)構(gòu)形成。雖然圖案800和802分別是球和角錐，但是本發(fā)明并不局限于此。例如，許多其他特征形狀是可能的，并且在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0064]圖9是與示范球、棱柱和角錐保護(hù)層表面圖案相關(guān)聯(lián)的模擬結(jié)果的概覽表900。如表900所指出的，可調(diào)整不同的(α)值、寬度504的值和高度506的值，以優(yōu)化光控制并取得〈19的UGR和眩光水平。
[0065]根據(jù)實(shí)施例，利用本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的許多不同技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在光學(xué)保護(hù)層222的表面222a上形成圖案。
[0066]例如，可制造包含所需圖案的特征的滾筒機(jī)構(gòu)。利用這種方法，一旦光學(xué)保護(hù)層222的原材料已經(jīng)選定，就可使用滾筒機(jī)構(gòu)將圖案嵌入光學(xué)保護(hù)層222中。
[0067]圖案還可通過注塑模制而嵌入光學(xué)保護(hù)層222中。滾筒機(jī)構(gòu)工藝雖然相對(duì)便宜，但與注塑模制方法相比較不精確。
[0068]雖然圖中所描繪的本發(fā)明的優(yōu)秀實(shí)施例使用諸如PS、PC和/或PMMA的材料制造保護(hù)光學(xué)層222，但是許多其他材料和塑料衍生物也可使用，并且在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
[0069]圖10是實(shí)踐本發(fā)明的實(shí)施例的示范方法1000的流程圖。在步驟1002中，在具有發(fā)射表面的半透明層上形成圖案，發(fā)射表面的微結(jié)構(gòu)由處于協(xié)作布置的特征形成，用于重定向由照明面板產(chǎn)生的光。這些圖案代表特征的對(duì)稱定位。在步驟1004中，將圖案嵌入到發(fā)射表面上。
[0070]結(jié)論
如上面提到的那樣，本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種在其上具有嵌入圖案的光學(xué)層，以優(yōu)化由LED平板產(chǎn)生的光的重定向。更窄地定向的(即重定向的)光有利于取得更低的眩光和UGR水平。在實(shí)施例中，光學(xué)層包括棱柱、球、角錐和/或其他合適的結(jié)構(gòu)，以取得增強(qiáng)的光分布。根據(jù)實(shí)施例而構(gòu)造的光學(xué)保護(hù)層可重定向來自光導(dǎo)向器的光，以便可改變LED側(cè)光式平板的光分布，以取得較好的眩光和UGR水平。
[0071]上面已經(jīng)借助于功能構(gòu)建塊而描述了本發(fā)明，這些功能構(gòu)建塊例示了特定功能和其關(guān)系的實(shí)施方式。出于說明的便利起見，這些功能構(gòu)建塊的邊界在本文中已隨意地限定?？上薅ㄌ娲倪吔?，只要特定功能和其關(guān)系恰當(dāng)?shù)貓?zhí)行。
[0072]例如，本發(fā)明的不同方面可通過軟件、固件、硬件(或由軟件代表的硬件，諸如例如Verilog或硬件描述語言指令)或其組合來實(shí)施。在閱讀本說明書之后，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將清楚如何利用其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或計(jì)算機(jī)架構(gòu)來實(shí)施本發(fā)明。
[0073]應(yīng)該懂得，【具體實(shí)施方式】部分，而非
【發(fā)明內(nèi)容】
和說明書摘要部分，意圖用于解釋權(quán)利要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
和說明書摘要可陳述本發(fā)明人所設(shè)想的本發(fā)明的示范實(shí)施例中的一個(gè)或多個(gè)但非全部，并且因而并不意圖以任何方式限制本發(fā)明和所附權(quán)利要求。
【權(quán)利要求】
1.一種用于減少照明面板中的統(tǒng)一眩光指數(shù)(UGR)水平的裝置，包括: 具有發(fā)射表面的半透明層； 其中，所述發(fā)射表面的微結(jié)構(gòu)由處于協(xié)作布置的特征形成，用于重定向由所述照明面板產(chǎn)生的光。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述半透明層顯著地減少高角度光。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述高角度光包括以大于大約60°的角度輻射穿過所述半透明層的光。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述特征構(gòu)造成與所述光的分量相互作用。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述協(xié)作布置包括圖案構(gòu)造。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述圖案代表所述特征的對(duì)稱定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所有與具體圖案相關(guān)聯(lián)的所述特征為統(tǒng)一形狀的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述形狀類似于棱柱、角錐和球的組中的至少一個(gè)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，眩光減少的程度是所述特征的參數(shù)的函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述參數(shù)包括包含圖案頂角、特征寬度和特征高度的組中的至少一個(gè)。
【文檔編號(hào)】F21V5/00GK104344331SQ201310318484
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月26日
【發(fā)明者】J.高, 方敏, 李嘉煒, 龍奇 申請(qǐng)人:通用電氣照明解決方案有限責(zé)任公司