TWI499745B - 光引導系統及天花板結構 - Google Patents

光引導系統及天花板結構 Download PDF

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Description

光引導系統及天花板結構
本發明係關於一種光引導系統及天花板結構，詳言之，係關於一種可改變光線行進方向之光引導系統及天花板結構。
習知導光裝置具有多種態樣，例如平板、百葉窗或薄膜，其係位於或鄰近一房間之窗戶，用以將該房間外之陽光導入該房間，使得陽光被導向以照射該房間內之天花板。接著，陽光被該天花板反射，以更深入該房間之內部，且作為室內照明或輔助照明。此外，在某些習知導光裝置中，陽光不需被該天花板反射即可直接被水平式地導入該房間。
該習知導光裝置雖然能將光線引導深入房間內，但是因其無法直接照到房間內之桌面，而無法有效提高該桌面之照度。因此，在白天使用該習知導光裝置並不能有效地節省其他照明設備所用的能量。
因此，有必要提供一種光引導系統及天花板結構，以解決上述問題。
本發明提供一種光引導系統，其包括一第一光引導元件及一第二光引導元件。該第一光引導元件設置於一空間本體之一第一平面。該第二光引導元件設置於一空間本體之一第二平面，其中該第一平面與該第二平面非同一平面， 複數道第一光束在通過該第一光引導元件後形成複數道第二光束，以進入該空間本體，部分該等第二光束被引導至該第二光引導元件，該第二光引導元件包含複數個光引導結構，每一光引導結構係為可透光材質，且具有一第一表面及一第二表面，來自該第一光引導元件之部份該等第二光束經過該第一表面折射後進入該光引導結構形成複數道第三光束，且部分該等第三光束經過該第二表面折射後射出。
藉此，複數道第一光束在通過該第一光引導元件後形成複數道第二光束，以進入該空間本體內部。部份該等第二光束經過該等光引導結構後形成複數道第四光束及複數道第五光束，該等第四光束及該等第五光束可直接以接近垂直方式照到該空間本體內之桌面，而可有效提高該桌面之照度。因此，在白天使用該光引導系統能有效地節省其他照明設備所用的能量。
參考圖1，顯示本發明光引導系統之一實施例之示意圖。該光引導系統1包括一第一光引導元件2及一第二光引導元件4。在本實施例中，該第一光引導元件2及該第二光引導元件4皆設置一空間本體5(例如一房間)，且該空間本體5具有一第一平面51及一第二平面52，該第一平面51係為一側牆，且為複數道第一光束30(例如陽光)所照射；該第二平面52係為天花板，且該第一平面51係大致垂直於該第二平面52。亦即，該第一平面51與該第二平面52非同一 平面。
該第一光引導元件2設置於該空間本體5之該第一平面51。該等第一光束30在通過該第一光引導元件2後形成複數道第二光束31，以進入該空間本體5內部。較佳地，該光引導系統1更包括一透光結構53(例如一窗戶)，設置於該空間本體5之該第一平面51，且該第一光引導元件2係設置於該透光結構53。
該第二光引導元件4設置於該空間本體5之該第二平面52。部分該等第二光束31被引導至該第二光引導元件4。該第二光引導元件4包含複數個光引導結構41及一基材本體42，該等光引導結構41係位於該基材本體42上，且每一光引導結構41係為可透光材質。在本實施例中，該第一平面51及該第二平面52具有一交會線54，且該等光引導結構41與該交會線54之距離D係小於3公尺。
來自該第一光引導元件2之部份該等第二光束31經過該等光引導結構41後形成複數道第四光束32及複數道第五光束33，其中該等第四光束32及該等第五光束33可直接以接近垂直方式照到該空間本體5(例如一房間)內之桌面，而可有效提高該桌面之照度。因此，在白天使用該光引導系統1能有效地節省其他照明設備所用的能量。
請同時參考圖2至圖4，圖2顯示本發明之第一光引導元件之一實施例之立體示意圖，圖3顯示圖2之第一光引導元件之側視圖，圖4顯示圖3之局部放大圖。該第一光引導元件2係為一導光膜，其包括一薄膜基底21及至少一微結構 22。在本實施例中，該第一光引導元件2包括複數個微結構22。該薄膜基底21具有一第一側面211及一第二側面212，且該第二側面212相對於該第一側面211。
該微結構22係位於該薄膜基底21之該第一側面211或該第二側面212上，且該微結構22包括一第一表面221及一第二表面222。該第二表面222係位於該第一表面221之上方。在本實施例中，該微結構22之剖面大致呈三角形，且該第一表面221與該第二表面222相交。
一參考面30a係定義為一垂直於該薄膜基底21之該第一側面211或該第二側面212之假想面。亦即，當該導光膜2垂直正立時，該參考面30a係為一假想水平面。該第一表面221及該參考面30a之間具有一第一夾角θ1 (圖4)，而該第二表面222及該參考面30a之間具有一第二夾角θ2 (圖4)，其中該第一夾角θ1 係小於或等於該第二夾角θ2 。
如圖4所示，在本實施例中，該第一夾角θ1 之值係介於11度至19度之間，且該第二夾角θ2 之值係介於52度至68度之間，且該第一夾角θ1 及該第二夾角θ2 之總合係介於63度至87度之間。較佳地，該第一夾角θ1 之值係為15度，且該第二夾角θ2 之值係為60度。
該薄膜基底21之材料可與該微結構22之材料不同。該薄膜基底21以可透光材料製成，例如聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethyl Methacrylate,PMMA)、丙烯酸基高分子(Arcylic-based Polymer)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、 聚苯乙烯(Polystyrene,PS)或其共聚物(Copolymer)，且其折射率介於1.35至1.65之間。
該微結構22係以可透光之金屬氧化物製成，例如二氧化鈦(TiO2 )或五氧化二鉭(Ta2 O5 )，且其折射率係為1.9至2.6。在一實施例中，係先於該薄膜基底21形成一層該金屬氧化物。之後再利用蝕刻方式形成該微結構22。可以理解的是，該薄膜基底21之材料也可相同於該微結構22之材料。
在本實施例中，該第一光束30(例如陽光)在通過該該第一光引導元件2後形成該第二光束31。如圖3所示，該第二光束31及該第一光引導元件2間之角度係定義為一輸出角度θ3 。當該第二光束(亦即，該光束311)係向下且平行於該第一光引導元件2時，該輸出角度θ3 係定義為0度。當該第二光束(亦即，該光束312)係為水平且平行於該參考面30a時，該輸出角度θ3 係定義為90度。當該第二光束(亦即，該光束313)係向上且平行於該第一光引導元件2時，該輸出角度θ3 係定義為180度。
該入射光束30及該參考面30a間之角度係定義為一入射角度θ4 。當該入射光束30係向下時，該入射角度θ4 係定義為正值。當該入射光束(圖中未示)係為水平且平行於該參考面30a時，該入射角度θ4 係定義為0度，且當該入射光束(圖中未示)係向上時，該入射角度θ4 係定義為負值。
如圖4所示，該第一光束30透過折射由該微結構22之第二表面222進入該微結構22，且被該微結構22之第一表面 221反射。接著，被反射之該第一光束30通過該薄膜基底21形成該第二光束31。由於該第一夾角θ1 及該第二夾角θ2 之特殊設計，該第一光束30被該第一表面221反射。因此，當該等第一光束30之入射角度θ4 介於30~60度向下時，大於50%之該等第二光束31係向上。此外，該等第二光束31會集中於該輸出角度θ3 之一特定範圍，亦即，該輸出角度之特定範圍內之該等第二光束31之總光通量相較於該輸出角度之其他範圍之其他第二光束31係為一峰值。
在本實施例中，該等第一光束30之入射角度θ4 係介於30度至60度之間，且該等第二光束31於輸出角度為85度至120度間之總光通量係大於該等第二光束31於輸出角度為0度至180度間之總光通量之40%。
參考圖5，顯示本發明之第二光引導元件之一實施例之局部側視示意圖。該第二光引導元件4包含複數個光引導結構41及一基材本體42，該等光引導結構41係位於該基材本體42上，且該等光引導結構41之剖面大致呈扇形、三角形或多邊形。每一光引導結構41具有一第一表面411、一第二表面412及一反射面413。在本實施例中，該第一表面411係為一平面，其係面對該等第二光束31；該第二表面412係為一弧面，每一光引導結構41之剖面大致呈扇形。該反射面413係為與該基材本體42相接之界面，用以將來自該第一表面411之光束反射至該第二表面412。
該基材本體42之材料係與該等光引導結構41之材料相同，皆以可透光材料製成，例如聚甲基丙烯酸甲酯 (Polymethyl Methacrylate,PMMA)、丙烯酸基高分子(Arcylic-based Polymer)、聚碳酸酯(Polycarbonate,PC)、聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene Terephthalate,PET)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)或其共聚物(Copolymer)，且其折射率介於1.35至1.65。可以理解的是，該基材本體42之材料也可不同於該等光引導結構41。
每一光引導結構41具有一長度L及一高度H，該長度L係介於10μm至2000μm，且該高度H係介於10μm至1000μm。每一光引導結構41之第一表面411與該空間本體5之第二平面52(或該基材本體42)間之夾角定義為結構夾角α。在本實施例中，不同之光引導結構41具有不同之結構夾角α，而具有不同之高度H。在其他實施例中，該第二光引導元件4可區分為複數個分佈區域，其中位於同一分佈區域之光引導結構41具有相同之結構夾角α，而位於不同分佈區域之光引導結構41具有不同之結構夾角α。
在實際應用中，來自該第一光引導元件2之部份該等第二光束31經過該第一表面411折射後進入該光引導結構41形成複數道第三光束31a(要注意的是，此時另一部份該等第二光束31會被該第一表面411反射形成該等第四光束32)，且部分該等第三光束31a直接被該反射面413反射至該第二表面412(在本實施例中，部分該等第二光束31經過該第一表面411折射後形成該等第三光束31a，之後部分該等第三光束31a直接射至該反射面413，而被該反射面413反射至該第二表面412)，再經過該第二表面412折射後 射出形成該等第五光束33。
本實施例中，該等光引導結構41係位於該基材本體42上。然而，在其他實施例中，可省略該基材本體42，因此，該等光引導結構41係直接位於該空間本體5之該第二平面52，而形成一天花板結構。
參考圖6，顯示本發明之第二光引導元件之另一實施例之局部側視示意圖。本實施例之第二光引導元件4a與圖5所示之第二光引導元件4大致相同，其中相同之元件賦予相同之編號。本實施例之第二光引導元件4a與圖5所示之第二光引導元件4之不同處在於，在本實施例中，所有光引導結構41具有相同之結構夾角α，而具有相同之長度L及高度H。
參考圖7，顯示本發明之第二光引導元件之另一實施例之局部側視示意圖。本實施例之第二光引導元件4b與圖5所示之第二光引導元件4大致相同，其中相同之元件賦予相同之編號。本實施例之第二光引導元件4b與圖5所示之第二光引導元件4之不同處在於，在本實施例中，該等光引導結構41與該基材本體42係為一體成型。因此，該基材本體42之上表面421係為一反射面。
參考圖8，顯示本發明之第二光引導元件之另一實施例之局部側視示意圖。本實施例之第二光引導元件4c與圖6所示之第二光引導元件4a大致相同，其中相同之元件賦予相同之編號。本實施例之第二光引導元件4c與圖6所示之第二光引導元件4a之不同處在於，在本實施例中，該光引 導結構41之第二表面412係為一平面。
參考圖9，顯示本發明之第二光引導元件之另一實施例之局部側視示意圖。本實施例之第二光引導元件4d與圖6所示之第二光引導元件4a大致相同，其中相同之元件賦予相同之編號。本實施例之第二光引導元件4d與圖6所示之第二光引導元件4a之不同處在於，在本實施例中，該光引導結構41之第二表面412係由一第一斜面4121及一第二斜面4122所構成。
參考圖10，顯示本發明之第二光引導元件之另一實施例之局部側視示意圖。本實施例之第二光引導元件4e與圖6所示之第二光引導元件4a大致相同，其中相同之元件賦予相同之編號。本實施例之第二光引導元件4e與圖6所示之第二光引導元件4a之不同處在於，在本實施例中，該光引導結構41之第二表面412係由一第一斜面4121、一第二斜面4122及一第三斜面4123所構成。
惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非用以限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應如後述之申請專利範圍所列。
1‧‧‧本發明光引導系統之一實施例
2‧‧‧第一光引導元件
4‧‧‧第二光引導元件
4a‧‧‧本發明之第二光引導元件之另一實施例
4b‧‧‧本發明之第二光引導元件之另一實施例
4c‧‧‧本發明之第二光引導元件之另一實施例
4d‧‧‧本發明之第二光引導元件之另一實施例
4e‧‧‧本發明之第二光引導元件之另一實施例
5‧‧‧空間本體
21‧‧‧薄膜基底
22‧‧‧微結構
30‧‧‧第一光束
30a‧‧‧參考面
31‧‧‧第二光束
31a‧‧‧第三光束
32‧‧‧第四光束
33‧‧‧第五光束
41‧‧‧光引導結構
42‧‧‧基材本體
51‧‧‧第一平面
52‧‧‧第二平面
53‧‧‧透光結構
54‧‧‧交會線
211‧‧‧第一側面
212‧‧‧第二側面
221‧‧‧第一表面
222‧‧‧第二表面
411‧‧‧第一表面
412‧‧‧第二表面
413‧‧‧反射面
421‧‧‧上表面
4121‧‧‧第一斜面
4122‧‧‧第二斜面
4123‧‧‧第三斜面
D‧‧‧距離
H‧‧‧高度
L‧‧‧長度
α‧‧‧結構夾角
θ1 ‧‧‧第一夾角
θ2 ‧‧‧第二夾角
圖1顯示本發明光引導系統之一實施例之示意圖；圖2顯示本發明之第一光引導元件之一實施例之立體示意圖；圖3顯示圖2之第一光引導元件之側視圖； 圖4顯示圖3之局部放大圖；圖5顯示本發明之第二光引導元件之一實施例之局部側視示意圖；圖6顯示本發明之第二光引導元件之另一實施例之局部側視示意圖；圖7顯示本發明之第二光引導元件之另一實施例之局部側視示意圖；圖8顯示本發明之第二光引導元件之另一實施例之局部側視示意圖；圖9顯示本發明之第二光引導元件之另一實施例之局部側視示意圖；及圖10顯示本發明之第二光引導元件之另一實施例之局部側視示意圖。
1‧‧‧本發明光引導系統之一實施例
2‧‧‧第一光引導元件
4‧‧‧第二光引導元件
5‧‧‧空間本體
21‧‧‧薄膜基底
22‧‧‧微結構
30‧‧‧第一光束
31‧‧‧第二光束
32‧‧‧第四光束
33‧‧‧第五光束
41‧‧‧光引導結構
42‧‧‧基材本體
51‧‧‧第一平面
52‧‧‧第二平面
53‧‧‧透光結構
54‧‧‧交會線
D‧‧‧距離

Claims (14)

  1. 一種光引導系統，包括：一第一光引導元件，設置於一空間本體之一第一平面；及一第二光引導元件，設置於該空間本體之一第二平面，其中該第一平面與該第二平面非同一平面，複數道第一光束在通過該第一光引導元件後形成複數道第二光束，以進入該空間本體，部分該等第二光束被引導至該第二光引導元件，該第二光引導元件包含複數個光引導結構，每一光引導結構係為可透光材質，且具有一第一表面及一第二表面，來自該第一光引導元件之部份該等第二光束經過該第一表面折射後進入該光引導結構形成複數道第三光束，另一部份該等第二光束被該第一表面反射形成複數道第四光束，且部分該等第三光束直接射至一反射面而被該反射面反射至該第二表面折射後射出。
  2. 如請求項1之光引導系統，其中該光引導結構更包含該反射面。
  3. 如請求項1之光引導系統，其中該第一光引導元件包括：一薄膜基底，具有一第一側面及一第二側面，該第二側面係相對於該第一側面；及至少一微結構，位於該薄膜基底之第一側面或第二側面上，該微結構之剖面大致呈三角形。
  4. 如請求項1之光引導系統，其中該空間本體係為一房間，且該第一平面係為該房間之一側牆，該第二平面係為該房間之天花板。
  5. 如請求項4之光引導系統，該等第一光束係為陽光。
  6. 如請求項1之光引導系統，更包括一透光結構，設置於該空間本體之該第一平面，且該第一光引導元件係設置於該透光結構。
  7. 如請求項1之光引導系統，其中該第二光引導元件更包含一基材本體，該等光引導結構係位於該基材本體上。
  8. 如請求項7之光引導系統，其中該等光引導結構與該基材本體係為一體成型。
  9. 如請求項1之光引導系統，其中該第二光引導元件更包含該反射面。
  10. 如請求項1之光引導系統，其中該等光引導結構之剖面大致呈扇形、三角形或多邊形。
  11. 如請求項1之光引導系統，其中該等光引導結構之第一表面與該空間本體之第二平面間之夾角定義為結構夾角，且該等光引導結構具有不同之結構夾角。
  12. 如請求項1之光引導系統，其中該等光引導結構之第一表面與該空間本體之第二平面間之夾角定義為結構夾角，且該第二光引導元件可區分為複數個分佈區域，且位於不同分佈區域之該等光引導結構具有不同之結構夾角。
  13. 如請求項1之光引導系統，其中該第一平面與該第二平 面具有一交會線，且該等光引導結構與該交會線之距離係小於3公尺。
  14. 如請求項1之光引導系統，其中每一光引導結構具有一長度及一高度，該長度係介於10μm至2000μm，且該高度係介於10μm至1000μm。
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