一種照明系統及其制造方法與流程

本發明是有關一種照明系統及其制造方法，特別是一種導引太陽光的照明系統及其制造方法。
背景技術：
：已知追日系統是為了收集、導引太陽光，作為綠能照明或太陽能發電使用，但常常需要龐大的支架系統以及光學鏡面結構，而受到安裝空間及地點的局限。此外，已知追日系統容易受到日照角度不同而影響其聚光效能，因此仍需要額外的方向控制系統，隨著日照角度變化以捕捉正向入射的太陽光，不但操作不便且費用昂貴，更容易影響其聚光效能。綜上所述，如何簡便且廣角地捕捉太陽光便是目前極需努力的目標。技術實現要素：本發明提供一種照明系統及其制造方法，其是利用軟性波導材料的可撓性、塑形性及廣角捕光特性，以導引太陽光作為照明。軟性波導材料具有卓越耐候性，可同時封裝各式電子元件或模塊并提供保護，適用于各種安裝場所。此外，本發明選用的軟性波導材料為高透光聚合物或有機聚合物，可實現環境友善、生物兼容性及綠色能源的優點。本發明一實施例的照明系統包含一波導本體、一散射結構以及一延伸波導。波導本體具有一入光面以及相對的一表面，其中外部光源經由入光面入射至波導本體。散射結構設置于波導本體的一表面側，以散射入射至波導本體的外部光源。延伸波導具有一出光面，其中散射結構未遮蔽延伸波導與波導本體間的一連接接口，以使散射的外部光源經由出光面照射一照明區域。本發明另一實施例的照明系統的制造方法包含提供一延伸波導，其具有一出光面；將部分延伸波導設置于一模具；以及充填一波導材料于模具中，并固 化波導材料以形成一波導本體，使延伸波導與波導本體連接；其中波導本體具有一入光面、相對的一表面以及設置于表面側的一散射結構，其中散射結構未遮蔽延伸波導與波導本體間的一連接接口。以下藉由具體實施例配合所附的附圖詳加說明，當更容易了解本發明的目的、技術內容、特點及其所達成的功效。附圖說明圖1a為一示意圖，顯示本發明一實施例的照明系統。圖1b為一示意圖，顯示本發明另一實施例的照明系統。圖2為一示意圖，顯示本發明又一實施例的照明系統。圖3為一示意圖，顯示本發明再一實施例的照明系統。圖4為一曲線圖，顯示本發明一實施例在一外部光源下的電流及電壓的對應關系。圖5為一曲線圖，顯示本發明一實施例在另一外部光源下的電流及電壓的對應關系。符號說明L外部光源10波導本體11入光面12表面13散射結構14側表面16保護層20延伸波導21出光面22連接接口30太陽能電池40電子元件具體實施方式以下將詳述本發明的各實施例，并配合附圖作為例示。除了這些詳細說明之外，本發明亦可廣泛地施行于其它的實施例中，任何所述實施例的輕易替代、修改、等效變化都包含在本發明的范圍內，并以權利要求為準。在說明書的描述中，為了使讀者對本發明有較完整的了解，提供了許多特定細節；然而，本發明可能在省略部分或全部特定細節的前提下，仍可實施。此外，眾所周知的步驟或元件并未描述于細節中，以避免對本發明形成不必要的限制。附圖中相同或類似的元件將以相同或類似符號來表示。特別注意的是，附圖僅為示意之用，并非代表元件實際的尺寸或數量，有些細節可能未完全繪出，以求附圖的簡潔。請參照圖1a，本發明的一實施例的照明系統，其具有一波導本體10、一散射結構13以及一延伸波導20。波導本體10具有一入光面11以及相對的一表面12，于本實施例中，入光面11為一突出半圓形曲面。但不限于此，于另一實施例中，入光面11更延伸連接至表面12，而形成一半球狀波導本體。于一實施例中，入光面11亦可為一平面或一凹面，本領域技術人員當可進行適當的修改變化，本發明并未限定波導本體10的形狀。散射結構13是設置于波導本體10的表面12上，或嵌入波導本體10但靠近表面12的內側，為了方便說明，以下將前述兩個位置統稱為表面側。亦即散射結構13是設置于波導本體10的表面側。接續上述說明，于本實施例中，延伸波導20具有一出光面21，且與波導本體10的表面12連接。其中，延伸波導20穿設于散設結構13，因此散射結構13未遮蔽延伸波導20與波導本體10間的一連接接口22。于另一實施例中，請參照圖1b，延伸波導20具有一出光面21，且與波導本體10的一側表面14連接，其中側表面14與波導本體10的入光面11以及表面12至少其中之一連接。而且，散射結構13未遮蔽延伸波導20與波導本體10間的一連接接口22。依據上述結構，當一外部光源L經由入光面11入射至波導本體10，將受 散設結構13散射，使散射的外部光源L入射至延伸波導20，并經由出光面21照射一照明區域。波導本體10的波導材料包含熱塑性彈性體(ThermoplasticElastomer，TPE)以及光固化聚合物(Photocureablepolymer，PCP)至少其中之一。其中，熱塑性彈性體是一種高回彈性、環保、無毒又安全的材料，質地較塑料類粒子柔軟且具有彈性。其加工過程無須硫化，有優異的著色性，耐候性等特色。舉例而言，熱塑性彈性體波導材料包含熱塑性橡膠彈性體(ThermoplasticRubber，TPR)、熱塑性硫化橡膠(ThermoplasticVulcanizate，TPV)、熱可塑性聚氨酯樹脂(ThermoplasticPolyurethane，TPP)以及熱塑性聚酯彈性體(ThermoplasticPolyetherEsterElastomer，TPEE)；而光固化聚合物包含聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)，其亦為一種熱可塑性聚氨酯樹脂(ThermoplasticPolyurethane，TPP)材料。其中常用的可撓性波導材料及所屬分類列舉如表1，但不以此為限。表1延伸波導20的波導材料并無特別限制，舉例而言，可為光纖、玻璃管、金屬管等其他常見的波導元件；或可選用與波導本體10相同的波導材料，因此可封裝各式電子元件于延伸波導20中。于一實施例中，散射結構13包含一納米粉末或白色粉末，其摻雜于波導本體10的表面側或涂布于波導本體10的表面12。于其他實施例中，散射結構13可為一白色反光片或白色涂料層。舉例而言，白色涂料層是藉由涂布白色油漆于波導本體10的表面12所形成。于另一實施例中，散射結構13包含一微結構，其設置于波導本體10的表面12。舉例而言，微結構13可為角錐形微結構、半球形微結構、矩形微結構、粗糙化微結構或以上的組合。本發明的軟性波導材料具有可撓性、塑形性以及耐候性，且適用于一體成型工藝，同時可以封裝各式電子元件并提供保護，適用于各種安裝場所。請參照圖2，本發明一實施例的照明系統。于本實施例中，波導本體封裝至少一太陽能電池30，其可設置于波導本體10的側表面側或表面側，但不以此為限，且未被散射結構13所遮蔽。此外，延伸波導20也是采用上述軟性波導材料，且封裝一電子元件40，例如可為一照明元件。其中，電子元件40可設置于延伸波導20的至少一表面或嵌設延伸波導20，且與太陽能電池30電性連接。于一實施例中，波導本體10摻雜一發光材料或發光量子點，可吸收較短波長的入射光線，例如紫外光譜，并將其轉換為較長波長的光譜，例如紅光譜，用以提高太陽能電池的發電效率。需注意者，太陽能電池可與一蓄電池電性連接，用以儲存轉換太陽能所產生的電力，并在夜間或陰天時提供電力予一照明元件，例如一發光二極管模塊，以提供另一室內照明。于一實施例中，延伸波導20更可封裝一傳感器元件，用以感測照明區域的照度變化，以自動判斷是否點亮照明元件，提供另一室內照明。上述電子元件40亦可為一RFID、其它傳感器或其它電子元件，本領域技術人員當可自行修飾變化，并不以上述的實施例為限。請參照圖3，為了增加照明系統的抗污性，于一實施例中，其外部可具有一保護層16覆蓋波導本體10的至少一表面，例如覆蓋波導本體10的入光面11以及側表面14至少其中之一。其中，保護層16可為相對于波導本體10而 言具有較低折射率的抗污透明塑料材料，包含乙烯四氟乙烯(Ethylene-tetra-fluoro-ethylene，ETFE)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(Ethylene-chlorotrifluororthylene，ECTFE)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)、氟化乙烯丙烯(FluorinatedEthylenePropylene，FEP)、聚對苯二甲酸乙二酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)以及聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)至少其中之一。以下說明本發明一實施例的照明系統的制造方法，可選用的波導材料波導材料包含聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚氨酯(Polyurethane，PU)、環烯烴共聚物(Cycloolefincopolymer，COC)、聚對苯二甲酸乙二酯(poly(ethyleneterephthalate)，PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)、環己二醇(共聚聚酯)(polyethyleneterephthalate，PETG)、苯乙烯甲基丙烯酸甲酯(Styrenemethylmetacrylate，SMMA)、聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯(styrene-ethylene/butylene-styrene，SEBS)、聚乙烯醇(PolyvinylAlcohol，PVA)、聚乙烯吡咯烷酮(PolyvinylPyrrolidone，PVP)以及聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)至少其中之一。于一實施例中，選用聚二甲基硅氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)的波導材料因具有高透光性、高可撓性及可塑性，以制作可導引太陽光的一種照明系統。事先備制一波導材料如下：吸取適量PDMS并依比例加入固化劑，例如PDMS與固化劑的容積比為10：1，且均勻攪拌后靜置一段時間或放置于真空腔體中去除氣泡，其中固化劑的種類不限于光固化劑或熱固化劑。首先，提供一延伸波導，其具有一出光面，且不限材料；于一實施例中，可將除泡的波導材料倒入一延伸模具中，于攝氏90至120度之間加熱并固化波導材料，以提供一延伸波導，其中延伸波導與波導本體的波導材料相同。接著，將部分延伸波導相對出光面的一端設置于一模具。再來，填充一波導材料于模具中，并固化波導材料以形成一波導本體，使延伸波導與波導本體連接；其中波導本體具有一入光面、相對的一表面以及設置于表面側的一散射結構，且散射結構未遮蔽延伸波導與波導本體間的一連接接口，即可完成如圖1a以及圖1b所示的照明系統。于另一實施例中，在將部分延伸波導設置于一模具的同時，定位一太陽能 電池于模具中，以設置于波導本體的一側表面側或表面側，且未被散射結構所遮蔽，其中側表面與波導本體的入光面以及表面至少其中之一連接。此外，在將除泡后的波導材料倒入一延伸模具中的同時，定位一電子元件于延伸模具中，以設置于延伸波導的至少一表面或嵌設于延伸波導，且與太陽能電池電性連接，即可完成如圖2以及圖3的照明系統。于一實施例中，可提供一蓄電池，其與太陽能電池電性連接。于一實施例中，在充填波導材料時摻入一納米粉末以形成一納米粉末混合液，舉例而言，先依TiO2：PDMS＝0.5g：1mL的比例均勻混合后，再依前述PDMS：固化劑＝10：1的比例均勻混合；將此納米粉末混合液倒入或涂布于模具底部，并在固化波導材料時形成一散射結構于波導本體的表面側。亦即，散射結構可形成于靠近波導本體的表面的內側或涂布于波導本體的表面。可以理解的是，通常知識者亦可簡便地使用白色粉末以替代上述納米粉末，而達到散射的效果，但不以此為限。于另一實施例中，模具的一內壁具有一反向微結構，以在波導本體的表面形成相對應的一微結構，其中微結構包含角錐形微結構、半球形微結構、矩形微結構、粗糙化微結構或以上的組合。于一實施例中，模具的一內壁具有一曲面、一平面或以上的組合，以使波導本體的入光面為一對應的曲面、平面或以上的組合。為了增加照明系統的抗污性，于一實施例中，可形成一保護層于波導本體的至少一表面，其中保護層包含乙烯四氟乙烯(Ethylene-tetra-fluoro-ethylene，ETFE)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(Ethylene-chlorotrifluororthylene，ECTFE)、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene，PTFE)、氟化乙烯丙烯(FluorinatedEthylenePropylene，FEP)、聚對苯二甲酸乙二酯(PolyethyleneTerephthalate，PET)以及聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)至少其中之一。以下測試本發明一實施例的照明效能，請參照圖2，取一波導本體入光面面積10*10cm2的照明系統，作為效能測試對像。以150W鹵素投射燈(照度約120klx)于距離波導本體入光面20cm處照射此照明系統，測試得導光效能如表2。表2照明系統表現波導本體受光延伸波導出光平均照度(klx)513.9平均光照強度(W/m2)600200同時檢測得太陽能電池的電流與電壓的變化關系，檢測結果如圖4所示。其中，太陽能電池的開路電壓為1.008(V)，短路電流為0.012(A)，填充因子(FF)為0.89，顯示此照明系統具有回收外部光源進行發電的光源再生利用功效。于本實施例中，另以100W的LED燈(照度約450klx)于距離波導本體入光面20cm處照射此照明系統，測試得導光效能如表3。表3照明系統表現波導本體受光延伸波導出光平均照度(klx)45090平均光照強度(W/m2)1600540同時檢測得太陽能電池的電流與電壓的變化關系，檢測結果如圖5所示。其中，太陽能電池的開路電壓為1.231(V)，短路電流為0.111(A)，填充因子(FF)為0.72，顯示此照明系統具有回收外部光源進行發電的光源再生利用功效。可以理解的是，本發明提供一種照明系統，不僅導引外部光源，例如一太陽光，作為一照明以照射一照明區域，還可回收部份外部光源以太陽能電池進行發電，提供一電力。其中，照明系統所采用的波導材料可用以封裝各式電子元件，除了提供一電力使其正常運作外，同時提供較佳的耐候性保護。綜合上述，本發明的照明系統及其制造方法是利用軟性波導材料的可撓性、塑形性及廣角捕光特性，以導引外部光源作為照明。軟性波導材料具有卓越耐候性，可同時封裝各式電子元件或模塊并提供保護，適用于各種安裝場所；當封裝至少一太陽能電池時，更可有效達到光能源再生利用的功效。此外，本發明選用的軟性波導材料為高透光聚合物或有機聚合物，可實現環境友善、生物兼容性及綠色能源的優點。以上所述的實施例僅是為說明本發明的技術思想及特點，其目的在使本領域技術人員能夠了解本發明的內容并據以實施，當不能以的限定本發明的專利范圍，即大凡依本發明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明的專利范圍內。當前第1頁1 2 3