发光装置、下照式灯具及用于下照式灯具的导光板

摘要

一种发光装置、下照式灯具及用于下照式灯具的导光板，所述发光装置包括：一光源单元、一个传导该光源单元的光线的导光板以及一反射片，该反射片将通过该导光板而来的光线再度朝该导光板反射，该反射片包括多个朝该导光板突出的反射微结构，每一反射微结构具有一个角度为δ的顶角，且90°≤δ≤170°。通过该反射片设有反射微结构，具有良好的光反射效果，并且配合反射微结构适当的顶角设计，能将反射光线均匀地导向所要的出光角度。该发光装置也可以应用在下照式灯具或其它形式的发光设备。

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光装置、灯具及导光板，特别是涉及一种以发光二极管(LED)为光源的发光装置、以及应用该发光装置的结构的下照式灯具与用于下照式灯具的导光板。

背景技术

参阅图1、图2，为中国台湾专利第I329182号专利案所公开的一种照明装置1，包括：一个大致呈碗状的灯罩11、一个锁固于该灯罩11内的承接座12、一个围绕设置在该灯罩11与该承接座12之间的导光板13、一个附着于灯罩11的内表面的反射层14，以及多个安装在该承接座12上并朝向该导光板13的发光二极管15。所述发光二极管15发出的光受到该导光板13的导光作用，并于该导光板13中混光后再被该反射层14朝下反射，反射光线同样可在该导光板13中混光，最后光线向下通过该导光板13而朝下照明。

虽然现有技术的照明装置1能将光线朝下反射照明，但由于该导光板13及该反射层14对于光线的出光角度的控制性不佳，反射光线的反射角也相对较大，导致向下射出的光线呈现往外扩散的角度，无法集中在一般照明灯具所需要的角度范围内。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反射效果佳、能控制出光角度的发光装置、下照式灯具及用于下照式灯具的导光板。本发明所述的发光装置，包括：一个包括至少一个发光二极管的光源单元、一个设置在该光源单元的一侧并用于传导该光源单元的光线的导光板，以及一个位于该导光板的一侧的反射片。该导光板包括一个具有相对的一个第一面与一个第二面的导光本体，以及多个自该第一面突出的导光微结构；该反射片与该导光板的第一面相对，并将通过该导光板而来的光线再度朝该导光板反射而使光线向外射出，该反射片包括多个朝该导光板突出的反射微结构，每一个反射微结构具有一个角度为δ的顶角，且90°≤δ≤170°。

本发明所述的发光装置，所述反射微结构为间隔设置，该反射片还包括多个朝向该导光板并且分别连接在相邻的反射微结构间的平坦的反射面。

本发明所述的发光装置，该导光板的导光微结构为间隔设置，在相邻的导光微结构之间具有一个平坦面。

本发明所述的发光装置，每一个导光微结构具有一个自该第一面朝该反射片延伸设置的结构围面，以及一个连接在该结构围面的一个邻近该反射片的端缘上的结构端面；定义每一个导光微结构的结构围面与该第一面的夹角为一个结构角θ，所述结构角θ是位于导光微结构的外部，且90°≤θ≤90°+θn，所述θn为光线由该导光板入射到空气时所能产生全反射的临界角；该结构端面的宽度为w，该导光微结构的高度为h，且0≤w≤h×tanθn。

本发明所述的发光装置，该导光板的材料含有光扩散剂。

本发明所述的发光装置，所述导光微结构的形状为梯形柱、方柱或三角柱。

本发明所述的发光装置，所述导光微结构为前后左右设置并突出排列在该导光本体上，并且为金字塔状、四方体或三角锥形状。

本发明所述的下照式灯具，包括：一个包括至少一个发光二极管的光源单元、一个设置在该光源单元的一侧并用于传导该光源单元的光线的导光板，以及一个位于该导光板的上方的反射片，该导光板包括一个具有上下相对的一个第一面与一个第二面的导光本体，以及多个自该第一面朝上突出的导光微结构，每一个导光微结构具有一个自该第一面朝上延伸且围绕设置的结构围面，以及一个连接在该结构围面的顶缘的结构端面；定义每一个导光微结构的结构围面与该第一面的夹角为一个结构角θ，所述结构角θ是位于导光微结构的外部，且90°≤θ≤90°+θn，所述θn为光线由该导光板入射到空气时所能产生全反射的临界角；该结构端面的宽度为w，该导光微结构的高度为h，且0≤w≤h×tanθn；该反射片将通过该导光板而来的光线再度朝该导光板反射而使光线向下射出，该反射片包括多个朝该导光板突出的反射微结构，每一个反射微结构具有一个角度为δ的顶角，且90°≤δ≤170°。

本发明还提供一种用于下照式灯具的导光板，该导光板即包括上述结构。

本发明的反射片的反射微结构的顶角为δ，且90°≤δ≤170°，此种限定使反射微结构具有特殊形态，能够有效地控制出光角度，使入射到反射微结构表面的光线能被以较集中的角度而朝该导光板的方向反射，使向下照射的光线集中在±35°的范围内。其中，当δ小于90°时，容易造成入射光线朝远离该导光板的方向反射，无法使光线有效地反射取出；当δ大于170°时，亦即接近平面状的180°，导致反射微结构的结构形状不明显，也无法有效达到控制出光角度的目的。

该反射片还包括一个具有多个突出部的基材，以及一披覆在该基材的底面的反射膜，所述反射微结构是由该基材的突出部及该反射膜共同形成。该基材的材料为高分子材料，较佳地为可反射光线的塑胶薄膜或者由薄片所构成的材料，或是可反射光线的塑胶薄膜或者由薄片与金属板的层积体所构成的材料。其具体例为：聚乙烯(polyethylene)、聚苯乙烯、聚氯化乙烯、聚氯联苯、聚乙烯醇、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯(Polybutylene terephthalate，简称PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)、聚氨酯(Polyurethane)、聚酰胺(polyamide)、聚缩醛、聚二甲苯乙醚、聚丙烯酸酯、聚酰胺酰亚胺(polyamide-imide)、聚醚酰亚胺(Polyetherimide)、聚醚醚酮(polyetheretherketone)、聚酰亚胺(polyimide)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethene，简称PTFE)等。该反射膜可以利用蒸镀方式形成于该基材表面，该反射膜的材料为具有良好的光反射性的金属，例如铝、钕、硅、银、钛、铬、钼等金属或其合金所构成。

上述反射微结构可经由滚轮押出、射出成型、涂膜(coating)赋形、转印等方式制得。

本发明的导光板的导光微结构可以是长向延伸的方柱、梯形柱、圆形柱或三角柱，但其形状不限于柱状，导光微结构也可以为多个前后左右设置并突出排列在该导光本体上，并且呈现金字塔状、球状、四方体、三角锥等形状。

每一导光微结构具有一个自该第一面朝该反射片延伸并围绕设置的结构围面，以及一个连接在该结构围面的一邻近该反射片的端缘上的结构端面；定义每一导光微结构的结构围面与该第一面的夹角为一个结构角θ，所述结构角θ是位于导光微结构的外部，且90°≤θ≤90°+θn，所述θn为光线由该导光板入射到空气时所能产生全反射的临界角；该结构端面的宽度为w，该导光微结构的高度为h，且0≤w≤h×tanθn。又，对于不同的导光板材料而言，会有不同的临界角θn，但只要能知道导光板材料的临界角θn，即可依据上述关系式0≤w≤h×tanθn来制作出具有适当h及w的导光微结构。对于方柱、梯形柱或四方体的微结构而言，其结构围面及结构端面皆为平直表面；当导光微结构呈现顶端为尖端的形状时，例如三角柱状、三角锥状时，其w＝0，亦即不具有该结构端面。

所述导光本体及导光微结构可经由滚轮押出、射出成型、咬花方式、印刷式、非印刷式等制得；而该导光微结构可以为规则排列，也可以为不规则排列。

本发明的导光板所使用的树脂包括：(甲基)丙烯酸酯系树脂、聚苯乙烯树脂、聚碳酸酯树脂、甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚合物、丙烯腈-苯乙烯共聚合物及聚对苯二甲酸乙二酯所组成的群组。上述所谓的(甲基)丙烯酸酯系树脂，是由(甲基)丙烯酸酯系单体所形成的聚合物，例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate，简称PMMA)，上述(甲基)丙烯酸酯系单体具体例包括：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸异丙酯、正-丙烯酸丁酯，丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸异丙酯等单体，其中以甲基丙烯酸甲酯及丙烯酸甲酯为佳。

本发明的导光板可在树脂中添加光扩散剂，所使用的光扩散剂可使导光板具有更好的光扩散雾化功能，使光线均匀柔和。所述光扩散剂的具体例：无机微粒子及有机微粒子；无机微粒子例如：硫酸钡(BaSO₄)、二氧化钛(TiO₂)等微粒子；而有机微粒子例如：聚苯乙烯树脂、(甲基)丙烯酸树脂、有机硅氧烷树脂等形成的有机架桥微粒子。扩散剂可以并用2种以上。上述扩散剂的平均粒径较佳为0.1微米至20微米的范围较佳。扩散剂的含量在导光用树脂中较佳为0.01ppm至1000ppm(重量百分率)。

本发明的有益效果在于：通过该反射片设有反射微结构，具有良好的光反射效果，并且配合反射微结构适当的顶角设计，能将反射光线均匀地导向所要的出光角度。此外，导光板上的导光微结构设计，可达到导光及充分混光的效果，并且也具有控制出光角度的功能。

附图说明

图1是一种现有照明装置的立体分解图；

图2是该现有照明装置的侧视剖视图；

图3是本发明发光装置的一第一较佳实施例的立体示意图；

图4是该第一较佳实施例的前视示意图；

图5是该第一较佳实施例的局部前视放大图；

图6是该第一较佳实施例的一导光板的局部放大示意图，用于说明该导光板的结构角θ的设计；

图7是该导光板的局部放大示意图，用于说明该导光板的结构设计；

图8是该第一较佳实施例的一反射片的局部放大示意图，用于说明该反射片的结构设计；

图9是该第一较佳实施例的局部放大示意图，同时显示光线受到该导光板及该反射片的作用后的行进路线；

图10是本发明发光装置的一第二较佳实施例的一导光板的前视示意图；及

图11是该第二较佳实施例的导光板的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表示。

参阅图3、图4、图5，本发明发光装置的第一较佳实施例为一个下照式灯具，可以安装在建筑物天花板，并使光线往下照射，但实施时不限于此。所述发光装置包括：一光源单元2、一导光板3以及一反射片4。

该光源单元2包括至少一个发光二极管21，本实施例是设置多个发光二极管21，并且分成两组而设置在该导光板3的左右两侧，位于同侧的发光二极管21为前后排列。本发明不须限制所述发光二极管21的排列位置与排列方式，例如也可以设置在该导光板3的左侧或者右侧。

该导光板3用于传导各个发光二极管21发出的光，使光线往该导光板3的上方传导。该导光板3的材料没有特殊限制，只要具有良好的导光效果即可。该导光板3包括一个平板状的导光本体31以及多个突出于该导光本体31的导光微结构32。该导光本体31具有一个朝上的第一面311以及一个与该第一面311上下相对的第二面312，该导光本体31及导光微结构32的材料为聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacerylate，简称PMMA)，该导光本体31及导光微结构32的形态可经由滚轮押出而得。

所述每一导光微结构32自该第一面311朝该反射片4突出，本实施例的导光微结构32是沿着前后方向而长向延伸的方柱，每一导光微结构32具有一个自该第一面311朝该反射片4延伸且前后左右四面围绕设置的结构围面321，以及一个连接在该结构围面321的一个邻近该反射片4的端缘上的结构端面322。具体而言，所述导光微结构32是自该第一面311朝上突出，所述结构围面321是自该第一面311朝上延伸，所述结构端面322连接在结构围面321的顶缘。本实施例的导光微结构32为间隔设置，在相邻的导光微结构32之间具有一平坦面320，所述平坦面320实际上就是该第一面311的局部表面。

定义每一导光微结构32的结构围面321与该第一面311的夹角为一个结构角θ，所述结构角θ是位于导光微结构32的外部的夹角而非内部的夹角，且90°≤θ≤90°+θn，所述θn为光线由该导光板3入射到空气时所能产生全反射的临界角。此外，该结构端面322的宽度为w，导光微结构32的高度为h，且0≤w≤h×tanθn。

在此先说明关于θ的限定：一般在成型导光微结构32时，主要是利用模具成型，但脱模时会有脱模角度的限制，因此该结构角θ恒大于等于90°。另外，一般期望该光源单元2的光线能在导光板3中多次反射行进后，再由该导光板3的上方射出，尤其是受到所述导光微结构32的导光传播，使光线能充分受到导光、均匀化的作用。

参阅图6，光线自该导光板3中朝上射向该第一面311时，由于图中的光线A、B的入射角大于临界角θn，所以光线A、B入射到该第一面311时(也就是导光板3与空气的界面)，将因为全反射而继续传播于该导光板3内，因此，在该导光板3中传播的许多光线的角度都是大于临界角θn的。所以当入射角大于θn的光线C、D朝导光微结构32与该第一面311的交界处入射时，为了使光线C、D都能进入导光微结构32内，则导光微结构32的大小至少必须涵盖一临界线L的右半边的范围，也就是说，该结构围面321的左半段必须位于L的左半边或至少位于L上，相对地，若是θ过大使得结构围面如图中假想线321’所示位于该临界线L的右半边，则导光微结构32的结构范围太短，光线C、D将直接穿出界面而无法受到导光微结构32的导光作用。因此必须限定θ最大不能超过90°+θn，才能使大部分光线经由该导光微结构32传递出去。

参阅图7，接着说明该结构端面322的宽度w限制(由于图7仅用于示意说明，w值会随着不同设计而有不同的大小，因此图7未标出w)：若该导光微结构如图7假想线右半边所示的三角柱或三角锥状，此时其顶端为尖端，w＝0；又因为上述的限定90°≤θ≤90°+θn，因此结构端面322的宽度w最小值可以等于0，最大值不超过图中的w1，亦即，w≤w1，而w1＝h×tanθn，所以可以得到w≤h×tanθn。透过上述w、h及θn的关系式，限定导光微结构32的形态，使光线充分进入导光微结构32内，并受到导光、混光后而均匀地往上射出。

参阅图4、图5，该反射片4位于该导光板3的上方，并将通过该导光板3而来的光线再度朝该导光板3反射而使光线向外射出，在本实施例中是将光线向下反射。该反射片4包括一个具有多个突出部411的基材41，以及一披覆在该基材41的底面的反射膜42。本实施例的基材41材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，简称PET)，本实施例的反射膜42材料为镀铝金属。该基材41及该反射膜42共同组成该反射片4后，该反射片4包括多个由该基材41的突出部411及该反射膜42共同形成而且彼此间隔的反射微结构43，以及多个朝向该导光板3并且分别连接在相邻的反射微结构43之间的平坦的反射面44，所述反射面44即为该反射膜42的表面。每一反射微结构43具有一个角度为δ的顶角，且90°≤δ≤170°，借此使反射微结构43能够有效地控制出光角度，受到反射微结构43反射的光线呈现较集中的角度而朝下反射，因而使照明光线集中，出光角度符合一般灯具的照明需求。

参阅图8，接着以实际图例说明顶角δ的角度限制，当入射光线E入射到顶角δ大于90°的反射微结构43时，可被朝下反射(如光线F)，但相同的入射光线E朝图8假想线所示的顶角小于90°的反射微结构43’入射时，光线会被朝上反射(如光线G)，也就是说，当顶角太小时，光线无法被有效地往下反射并取出；因此本发明限定90°≤δ为佳。当然，由于入射光线的角度很多，对于某些角度的光线而言，还是会被反射微结构43朝上反射，但由于本发明的反射片4设有平坦的反射面44，也可以辅助用于将光线朝下反射。另一方面，当δ大于170°时，亦即接近平面状的180°，导致反射微结构43的突出结构不明显，自然就无法有效地控制出光角度，因此限定δ≤170°为佳。

参阅图6、图7、图8，进一步举例，本实施例的结构角θ＝93°，导光本体31及导光微结构32的材料聚甲基丙烯酸甲酯的θn＝42.15°，结构端面322的宽度w＝100μm，导光微结构32的高度h＝115μm，反射微结构43的顶角δ＝100°。因为结构角θ＝93°，而90°≤93°≤90°+42.15°，满足式90°≤θ≤90°+θn；因为w＝100μm，h＝115μm，100≤115×tan42.15°，故满足式w≤h×tanθn；因顶角δ＝100°，故满足式90°≤δ≤170°。

参阅图9，定义光线通过该导光板3上的导光微结构32而进入空气中的折射角为90-a，光线入射到反射微结构43表面的入射角为b，若光线被该反射微结构43反射后为正向朝下射出(如光线H)，则a＝2b，且该反射微结构43的顶角δ＝180°-2b。请参阅表1，列出a、b、δ间的关系，显示本发明的反射片对于不同入射角度的光线，若要使其被反射微结构43反射后能正向朝下射出，使光线角度较为集中，则必须针对各种入射角的光线相应地改变δ的角度设计，如表1所示，针对各种不同入射角而调变的δ，皆为本发明限定的90°至170°的范围内。

  a  2b  δ＝180°-2b  80°  80°  100°  70°  70°  110°  60°  60°  120°  50°  50°  130°  40°  40°  140°

表1

参阅图3、图4、图5，本发明使用时，所述发光二极管21沿着导光微结构32的长度延伸方向而前后排列，发光二极管21的光线由导光板3的侧边进入该导光板3，导光板3具有将光线往上方传导的功能，光线受到该导光板3充分的导光及混光作用后，同时受到导光微结构32控制光线往上折射角度，使光线向上射向该反射片4，该反射片4再将光线朝下反射，反射微结构43的顶角设计也能达到控制出光角度的目的，使向下照射的光线角度及照射范围符合照明需求。需要说明的是，由于本实施例是以灯具为例，因此期望使出光角度符合照明需求，若本发明应用在其它种发光装置，例如广告灯箱，其出光角度需求可能会不同，但同样可以通过本发明的反射片4设计获得良好控制。

综上所述，通过反射片4设有反射微结构43，具有良好的光反射效果，并且配合反射微结构43适当的顶角设计，能将反射光线均匀地导向所要的出光角度，达到本发明的目的。

参阅图10、图11，本发明发光装置的第二较佳实施例与该第一较佳实施例大致相同，不同的地方在于：本实施例的导光板3的导光微结构32为球状，并且彼此间隔地前后左右排列。