专利名称：导光微结构片,导光方法,以及窗户结构的利记博彩app
技术领域：
本发明是涉及一种导光结构的技术，可以具有广角出射光的作用。
背景技术：
节省能源是一个日趋重要的课题。然而，在工业蓬勃发展之际，各类型家电、3C产品及其它用电设备不断增加，导致全球用电量不断上升，其中照明设备除了在夜间提供生活上的光亮外，也在白天上班及商业作息占居重要地位。根据电力公司的统计数据显示，照明用电占建筑整体耗能约30 40%左右。又从另一方面来看，昼光(sun light)为取之不尽用之不竭的天然光源。如果能有效地利用此天然光源来照明，则可以节省照明用电。就一般窗户而言，其使用天然光源的效率仍有限。图1绘示传统窗户的作用示意图。参阅图1，房屋100的外面墙壁一般都会有窗户102。窗户102 —般是玻璃的或是透光的材质，因此，昼光104会从窗户102穿透成为室内光106，提供照明的作用，但是一般仅是朝下照射，无法提升室内深处照明，照明效果较差。为了改善昼光104的利用效率，传统技术也提出在窗户上可以利用光学的导光结构，把光线做偏折以使有更大的利用率。然而，由于太阳随时间东升西落，仰角随之改变。传统导光结构的作用仅针对单一仰角的入射光设置，且所呈现的光导引效果，往往仅限于单一出射角。如此，即使用来提供室内照明也会产生明暗区块随时间改变的现象。此现象成为目前昼光利用的极大阻碍。若有效解决此缺陷，将能使昼光利用被市场所接受。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种导光微结构片导光方法，以及窗户结构，能够适应不同角度的入射光而将其以一广角范围出射。依照一实施例，本发明提出一种导光微结构片，包括一基材以及一导光微结构层。 基材有一入射光面与一出射光面，其中该出射光面有一参考垂直面。导光微结构层设置于入射光面上。导光微结构层包括凸出的多个光学微结构。每一个光学微结构有一曲柱面结构与一斜柱面结构，该曲柱面结构与该斜柱面结构交叉耦接于一顶端。一入射光束相对于该参考垂直面以一入射角入射到该些光学微结构时，该入射光束的至少一部分进入该斜柱面结构后，在该曲柱面结构产生内全反射后被折射出该出射光面。其中，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射后，更在该出射光面折射穿透。其中，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射，又在该曲柱面结构产生内全反射后，于该出射光面折射穿透。其中，该光学微结构导引该入射光束，使在该出射光面以一出射角出射，其中该出射角是连续分布在一角度范围。其中，该光学微结构的该曲柱面结构包括至少一曲面。
其中，该光学微结构的该斜柱面结构包括至少一斜面。其中，当该导光微结构层在该基材的一底部宽度以P表示，该导光微结构层的高度以H表示，该斜柱面结构与该基材的斜角为A，则其符合下列条件H/P在0.25-3的范围；以及A在30-90度的范围。依照一实施例，本发明也提出一种导光方法，包括提供一导光微结构片；以及利用该导光微结构片，以一仰角接收一入射光，且将该入射光以连续分布的一角度范围出射。其中，所提供的该导光微结构片包括一基材与一导光微结构层。基材有一入射光面与一出射光面，其中该出射光面有一参考垂直面。导光微结构层设置于该入射光面上。导光微结构层包括凸出的多个光学微结构，每一个该光学微结构有一曲柱面结构与一斜柱面结构，该曲柱面结构与该斜柱面结构交叉耦接于一顶端。当一入射光束相对于该参考垂直面以一入射角入射到该些光学微结构时，该入射光束的至少一部分进入该斜柱面结构后，在该曲柱面结构产生内全反射后被折射出该出射光面。其中，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射后，更在该出射光面折射穿透。其中，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射，又在该曲柱面结构产生内全反射后，于该出射光面折射穿透。其中，该光学微结构的该曲柱面结构包括至少一曲面。其中，该光学微结构的该斜柱面结构包括至少一斜面。其中，当该导光微结构层在该基材的一底部宽度以P表示，该导光微结构层的高度以H表示，该斜柱面结构与该基材的斜角为A，则其符合下列条件H/P在0.25-3的范围；以及A在30-90度的范围。依照一实施例，本发明也提出一种窗户结构，接收一昼光以导引进入一室内。窗户结构包括一光滑穿透区域与一微结构折射区域。光滑穿透区域允许该昼光维持相同行进方向穿透而进入该室内。微结构折射区域上设置至少有一导光微结构片，以将昼光折射进入室内。导光微结构片包括一基材与一导光微结构层。基材有一入射光面与一出射光面，其中该出射光面有一参考垂直面。导光微结构层设置于该入射光面上。导光微结构层包括凸出的多个光学微结构，每一个该光学微结构有一曲柱面结构与一斜柱面结构，该曲柱面结构与该斜柱面结构交叉耦接于一顶端。当昼光相对于该参考垂直面以一入射角入射到该些光学微结构时，该入射光束的至少一部分进入该斜柱面结构后，在该曲柱面结构产生内全反射后被折射出该出射光面。又，光学微结构导引该昼光，使在该出射光面以一出射角出射， 其中该出射角是连续分布在一角度范围。其中，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射后，更在该出射光面折射穿透。其中，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射，又在该曲柱面结构产生内全反射后，于该出射光面折射穿透。其中，该光学微结构的该曲柱面结构包括至少一曲面。其中，该光学微结构的该斜柱面结构包括至少一斜面。
其中，当该导光微结构层在该基材的一底部宽度以P表示，该导光微结构层的高度以H表示，该斜柱面结构与该基材的斜角为A，则其符合下列条件H/P在0. 25-3的范围；以及A在30-90度的范围。本发明的导光微结构片能够适应不同角度的入射光而将其以一广角范围出射。其例如利用在窗户上时，可以将一部分昼光发散折射到屋顶天花板，以构成较佳的照明效率。本发明的导光微结构片能够适应不同角度的入射光而将其以一广角范围出射。以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
图1绘示传统窗户的作用示意图；图2绘示依据本发明一实施例，窗户对室内照明的机制示意图；图3绘示依据本发明一实施例，导光微结构片的光学微结构的剖面结构以及对入射光的作用机制示意图；图4绘示依据本发明一实施例，对于单一仰角入射光经过光学微结构产生扩束的出光示意图；图5绘示依据本发明一实施例，不同仰角的入射光经由光学微结构的折射作用后的出射光角度分布示意图；图6绘示依据本发明一实施例，对于不同仰角入射光经过光学微结构产生扩束的出光示意图；图7-11绘示依据本发明多个实施例，导光微结构片的剖面示意图；图12绘示依据本发明一实施例，光学微结构的几何结构参数示意图；图13绘示依据本发明一实施例，光学微结构的几何结构参数示意图；图14绘示依据本发明一实施例，用于效能分析的角度定义示意图；图15-18绘示依据本发明一实施例，针对多个不同入射仰角所产生扩束的效能分析示意图。其中，附图标记
100 ；房屋
102 ；窗户
104 ；昼光
106 ；室内光
108 ；室内光
200 ；室内
202 ；窗户
204 ；导光微结构片
210 ；基材
210a.入射光面
210b出射光面
212 ；导光微结构层
214:曲柱面结构216 斜柱面结构216a、216b 斜面230:入射光232:出射光234 出射光角强度分布线236 光路径250 透光薄膜300、302、304 入射光束3300、3302 出射光
具体实施例方式为了能更有效利用昼光对室内的照明效果，本发明一实施例提出导光微结构片， 其可以利用在窗户上。该光学微结构导引入射光束，使在该出射光面以一出射角出射，其中该出射角是连续分布在一角度范围。以下举多个实施例来说明本发明，但是本发明不限于所举实施例，且所举实施例之间有可以相互适当结合。图2绘示依据本发明一实施例，窗户对室内照明的机制示意图。参阅图2，对于一室内200而言，其会设置有窗户202接收一昼光104以导引进入室内200。然而，窗户202 例如包括有一光滑穿透区域与一微结构折射区域。光滑穿透区域允许昼光104维持相同行进方向穿透而进入室内成为朝下的室内光106。微结构折射区域上设置至少有一导光微结构片204，以将昼光104折射进入室内成为朝上的室内光108。该导光微结构片的光学微结构导引该昼光，使在该出射光面以一出射角出射，其中该出射角是连续分布在一角度范围。 微结构折射区域一般例如设置在上部以避免影响窗户景观，然而不仅限于此实施例的设置方式。由于本发明提出的导光微结构片204，昼光104从一大角度范围内的任一仰角入射时，导光微结构片204所接收的昼光104会被折射到天花板方向，且发散成一广角范围， 以达到大面积的照明，且不会随着仰角的变化而有明显变化，而维持广角的出射范围。以下说明图2中导光微结构片204的结构与作用机制。图3绘示依据本发明一实施例，导光微结构片的光学微结构的剖面结构以及对入射光的作用机制示意图。参阅图3， 导光微结构片包括一基材210以及一导光微结构层212。基材210有一入射光面210a与一出射光面210b，其中出射光面210b有虚拟的一参考垂直面。导光微结构层212设置于入射光面210a上。导光微结构层212包括凸出的多个光学微结构。每一个光学微结构有一曲柱面结构214与一斜柱面结构216，曲柱面结构214与斜柱面结构216交叉耦接于一顶端。 斜柱面结构216例如是由二个斜面216a、216b凸出交接。入射光束al a6相对于参考垂直面，以一入射角入射到导光微结构层212的光学微结构。入射角相对于参考垂直面又称为仰角，也就是昼光入射于导光微结构片的方向。于此，上述光学微结构是条柱的结构，以相互平行的方式排列成为导光微结构层 212。对于以一仰角θ入射的入射光al a6，其进入光学微结构时会，由于入射区域的不同结构，会经由折射、反射或全反射的特性而改变光行进的方向变为出射光al’ a6’。 例如，入射光al及a2接触斜柱面结构216的斜面216b，产生折射穿过基材210的入射光面210a，而再接触到出射光面210b时产生全反射光al’与a2’，因此，光线被导引回入射方向，无法进入室内。入射光a3 a5接触到斜柱面结构216的斜面216a产生第一次折射进入导光微结构层212的光学微结构，再经由曲柱面结构214的曲面产生内全反射，穿过基材 210的入射光面210a，最后接触到出射光面210b产生第二次折射，呈现出射光a3’ a5’。 入射光a6先接触到导光微结构层212的曲柱面结构214的曲面而产生第一次折射进入光学微结构，经出射光面210b产生第二次折射，呈现出射光a6’。以单一仰角θ的入射光而言，经过导光微结构层212的光学微结构产生扩束的作用，成为有分布于较大角度范围的出射光a3’ a6’，借此使室内不同深度的天花板都可达到光均勻分散的效果，进而均勻提升室内照度。图4绘示依据本发明一实施例，对于单一仰角入射光经过光学微结构产生扩束的出光模拟示意图。参阅图4，对于单一仰角入射光230，其经过光学微结构的斜面后接触到曲面，由曲面产生内全反射呈现出射光232，其强度角度分布由出射光角强度分布线234来描述，代表入射光路径236，在一出射角方向上所得到的光强度。换句话说，入射光230约是以一固定角度入射，但是被折射离开的出射光232是连续分布于朝上的一角度范围，其细部分析会再于后面图14到图18描述。图5绘示依据本发明一实施例，不同仰角的入射光经由光学微结构的折射作用后的出射光角度分布示意图。参阅图5，光学微结构可以接收不同仰角的入射光，例如高仰角 α、中仰角β及低仰角Y的入射光，接触斜面或曲面产生第一次折射，一部份光线可经由光出射面内全反射而被导引回入射方向。一部份光线直接接触光出射面产生折射离开光学微结构，而多数光线经曲面内全反射，在接触光出射面时产生折射离开光学微结构。仰角α、β及Y的入射光经过光学微结构都可扩束成为大于垂直于出射光面的角度，分布在一角度范围而出射。如此可以有效解决存在于传统结构设计中，因太阳光入射仰角随时间变化，而导致室内天花板光迹也随之改变的现象。如此可以大幅提升导光微结构片利用的效益。图6绘示依据本发明一实施例，对于单一仰角入射光经过光学微结构产生扩束的出光模拟示意图。参阅图6，其表示方式如图4相同。由分析结果可以看出，对应图5的三个仰角入射光束300、302、304都会有扩束的效果。也就是说，本发明一实施例的光学微结构可以接收不同仰角的入射光，而仍可维持广角度范围扩束的出射光分布。图7-11绘示依据本发明多个实施例，导光微结构片的剖面示意图。参阅图7，导光微结构片的基材210与导光微结构层212是相同材料的一体结构，而曲柱面结构214的曲率半径例如是单一曲率Rl的曲面。另外，斜柱面结构216例如是二个斜面的结构。参阅图8，除了参阅图7的结构，斜柱面结构216有可以是单一斜面的结构，但是曲柱面结构214的曲率半径R2需要做配合的调整。一般而言，斜柱面结构216的斜面数量不限制于一个或是二个，而可以更多个。参阅图9，就曲柱面结构214的变化设计，其也可以例如是由二个不同曲率半径 R3、R4的组合，但又不限制于所举的曲面，而可以更多个曲面。参阅图10，前述的结构是基材210与导光微结构层212为一体结构。然而，导光微
8结构层212也可以分别直接制作在基材210上。基材210例如是玻璃或是透光材料。参阅图11，又更进一步的变化是将导光微结构层212制作于一透光薄膜250上。 之后，可以粘贴于基材210上。此时，基材210例如是要应用的窗户玻璃。如此的方式可方便各种利用，现有的窗户可以直接粘贴导光微结构膜即可。制作导光微结构片的方式，例如可以利用射出或热压成型。导光微结构层的光学微结构例如也可以利用压印、转印方式成型于透明基材制成导光微结构片。又，光学微结构例如也可以成型于透明膜材以制成导光微结构膜。上述的透明材料可为塑料、玻璃、石英、 或其它种类透明材料。以下描述光学微结构的设计。图12绘示依据本发明一实施例，光学微结构的几何结构参数示意图。参阅图12，导光微结构层212的光学微结构是条柱状的结构，其横剖面结构有两个面是曲柱面结构与斜柱面结构。以单一曲率的曲面与二个斜面的实施例而言，其曲率半径R，斜面的斜率与面积比例都会决定其扩束的效能，因此，其需要考虑几个设计参数包括顶点坐标(Hx，H)，曲率半径R，下部斜面的斜角Al，以及二个斜面的夹角A2。另外， 下部斜面的高度以h表示，而光学微结构的底部宽度以P表示。设计光学微结构的条件例如是
TT 2 ττ2-(1) R>-^-Jl +COt2 A1，
V ’2{H-COtAx-HxY1其中(2) Hx = P+h X (cot (A^A2- π )-cot (A1))-HX cot (A^A2- π )。然而，上述的设计条件仅是一种可以采用的方式，但不是唯一的方式。又如果采用单一斜面的结构，其设计会有一些不同。图13绘示依据本发明一实施例，光学微结构的几何结构参数示意图。参阅图13，导光微结构层212的光学微结构是以单一曲率的曲面与一个斜面为例，其斜面的斜角为A。设计图13的光学微结构的条件例如是
2 2(3) R>H^ +H Vl + COt2 ^ , v y2P其中(4) Hx = P-HXcot(A)。又，上述的参数条件例如是H/P的比值例如是0. 25-3的范围。斜角A与Al的范围例如是30-90度。以下描述本发明所产生的效能提升的分析。图14绘示依据本发明一实施例，用于效能分析的角度定义示意图。参阅图14，为导光微结构片204的侧视图，其有虚拟的一参考垂直平面，由虚线表示位于90度。导光微结构片204相对于参考垂直平面的一边是0度， 另一边是180度，以反时针方向递增。入射光方向对于参考垂直平面有一仰角Θ。换句话说，入射光经由光学微结构的作用，其出射光可以分为小于90度的出射光3300以及大于90 度的出射光3302。例如在窗户的应用时，出射光3302会往天花板的方向行进，其效能的提升就有助于照明的应用。图15-18绘示依据本发明一实施例，针对多个不同入射仰角所产生扩束的效能分析示意图。参阅图15，以仰角为40度的入射光为例，实线代表光学微结构是由曲面与斜面所构成的几何结构的出光效果。虚线代表光学微结构的曲面是以斜面取代的出光效果。虚线的分布局限在单一出射方向，然而实线的分布有较大的分布范围，例如涵盖65-165度， 其中大于90度的出光量占大部份，且分布的角度范围远大于虚线的分布。也就是说，角度的定义根据图14是出射光面在参考垂直面(虚线)的一边且不与入射光同边的导光微结构片204的方向为0度，以反时针方向增加。如此，导光微结构片204在参考垂直面的另一边是180度。参阅图16，其是以仰角为50度的入射光为例，而出射光分布也与图15有相同的特性。参阅图17，其是以仰角为60度的入射光为例，而出射光分布也与图15与图16有相同的特性，且大部份都能被折射而利用。参阅图18，其是以仰角为70度的入射光为例，而出射光分布也与图15-17有相同的特性，由实线与虚线的比较可以看出，大量提升利用的效率。从图15-18的分析也可以证明，本发明的设计能适应不同仰角的入射光，因此有较大的利用性，不局限于特定仰角的入射光。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种导光方法，其特征在于，包括 提供一导光微结构片；以及利用该导光微结构片，以一仰角接收一入射光，且将该入射光以连续分布的一角度范围出射，其中，所提供的该导光微结构片包括一基材，有一入射光面与一出射光面，其中，该出射光面有一参考垂直面；以及一导光微结构层，设置于该入射光面上，其中该导光微结构层包括凸出的多个光学微结构，每一个该光学微结构有一曲柱面结构与一斜柱面结构，该曲柱面结构与该斜柱面结构交叉耦接于一顶端，其中当一入射光束相对于该参考垂直面以一入射角入射到该些光学微结构时，该入射光束的至少一部分进入该斜柱面结构后，在该曲柱面结构产生内全反射后被折射出该出射光面。
2.根据权利要求1所述的导光方法，其特征在于，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射后，更在该出射光面折射穿透。
3.根据权利要求1所述的导光方法，其特征在于，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射，又在该曲柱面结构产生内全反射后，于该出射光面折射穿透。
4.根据权利要求1所述的导光方法，其特征在于，该光学微结构的该曲柱面结构包括至少一曲面。
5.根据权利要求1所述的导光方法，其特征在于，该光学微结构的该斜柱面结构包括至少一斜面。
6.根据权利要求5所述的导光方法，其特征在于，当该导光微结构层在该基材的一底部宽度以P表示，该导光微结构层的高度以H表示，该斜柱面结构与该基材的斜角为A，则其符合下列条件H/P在0. 25-3的范围；以及 A在30-90度的范围。
7.一种窗户结构，接收一昼光以导引进入一室内，其特征在于，包括 一光滑穿透区域，允许该昼光维持相同行进方向穿透而进入该室内；以及一微结构折射区域，设置至少有一导光微结构片，以将该昼光折射进入该室内， 其中该导光微结构片包括一基材，有一入射光面与一出射光面，其中该出射光面有一参考垂直面；以及一导光微结构层，设置于该入射光面上，其中该导光微结构层包括凸出的多个光学微结构，每一个该光学微结构有一曲柱面结构与一斜柱面结构，该曲柱面结构与该斜柱面结构交叉耦接于一顶端，其中，当该昼光相对于该参考垂直面，以一入射角入射到该些光学微结构时，该入射光束的至少一部分进入该斜柱面结构后，在该曲柱面结构产生内全反射后被折射出该出射光其中，该光学微结构导引该昼光，使在该出射光面以一出射角出射，其中该出射角是连续分布在一角度范围。
8.根据权利要求7所述的窗户结构，其特征在于，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射后，更在该出射光面折射穿透。
9.根据权利要求7所述的窗户结构，其特征在于，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射，又在该曲柱面结构产生内全反射后，于该出射光面折射穿透。
10.根据权利要求7所述的窗户结构，其特征在于，该光学微结构的该曲柱面结构包括至少一曲面。
11.根据权利要求7所述的窗户结构，其特征在于，该光学微结构的该斜柱面结构包括至少一斜面。
12.根据权利要求7所述的窗户结构，其特征在于，当该导光微结构层在该基材的一底部宽度以P表示，该导光微结构层的高度以H表示，该斜柱面结构与该基材的斜角为A，则其符合下列条件H/P在0. 25-3的范围；以及A在30-90度的范围。
13.一种导光微结构片，其特征在于，包括一基材，有一入射光面与一出射光面，其中该出射光面有一参考垂直面；以及一导光微结构层，设置于该入射光面上，其中该导光微结构层包括凸出的多个光学微结构，每一个该光学微结构有一曲柱面结构与一斜柱面结构，该曲柱面结构与该斜柱面结构交叉耦接于一顶端，其中当一入射光束相对于该参考垂直面以一入射角入射到该些光学微结构时，该入射光束的至少一部分进入该斜柱面结构后，在该曲柱面结构产生内全反射后被折射出该出射光面。
14.根据权利要求13所述的导光微结构片，其特征在于，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射后，更在该出射光面折射穿透。
15.根据权利要求13所述的导光微结构片，其特征在于，该入射光束还有一部分进入该曲柱面结构，在该曲柱面结构产生折射，又在该曲柱面结构产生内全反射后，于该出射光面折射穿透。
16.根据权利要求13所述的导光微结构片，其特征在于，该光学微结构导引该入射光束，使在该出射光面以一出射角出射，其中该出射角是连续分布在一角度范围。
17.根据权利要求13所述的导光微结构片，其特征在于，该光学微结构的该曲柱面结构包括至少一曲面。
18.根据权利要求13所述的导光微结构片，其特征在于，该光学微结构的该斜柱面结构包括至少一斜面。
19.根据权利要求13所述的导光微结构片，其特征在于，当该导光微结构层在该基材的一底部宽度以P表示，该导光微结构层的高度以H表示，该斜柱面结构与该基材的斜角为 A，则其符合下列条件H/P在0. 25-3的范围；以及A在30-90度的范围。
全文摘要
本发明公开了一种导光微结构片，导光方法以及窗户结构，该导光微结构片包括一基材以及一导光微结构层。基材有一入射光面与一出射光面，其中该出射光面有一参考垂直面。导光微结构层设置于入射光面上。导光微结构层包括凸出的多个光学微结构。每一个光学微结构有一曲柱面结构与一斜柱面结构，该曲柱面结构与该斜柱面结构交叉耦接于一顶端。一入射光束相对于该参考垂直面以一入射角入射到该些光学微结构时，该入射光束的至少一部分进入该斜柱面结构后，在该曲柱面结构产生内全反射后被折射出该出射光面。本发明的导光微结构片能够适应不同角度的入射光而将其以一广角范围出射。
文档编号E06B3/30GK102252271SQ20101018129
公开日2011年11月23日 申请日期2010年5月17日 优先权日2010年5月17日
发明者周大鑫, 杨文贤, 蔡祯辉, 贺陈弘, 黄紫郁 申请人:财团法人工业技术研究院