专利名称：一种全反射式照明装置的制作方法
一种全反射式照明装置
枝未领域
本发明涉及一种全反射式照明装置，具体为一种可实现节能并利用洁净能 源的照明装置，主要是将太阳光或人工光源等光源发出的光，通过表面塗布高 折射率的二氧化鈦光传导膜，以高效率的全反射传递方式进行照明。
背景技术：
光传导膜技术是传递光的一种技术，它的原理主要是通过一个中空的管道 内壁粘贴一层全反射膜，将光源发出的光在管道内通过全反射的方式从一端传 递到另一端，达到照明的作用。若有效利用光传导膜的特性，照明系统便能夠 利用白天的太阳光有效地传递到室内阴暗的房间或者易燃、易爆、不适宜采用 电光源的房间，可以有效地减少电能消耗並改善许多地方的安全性。光传导膜 技术还可用于办公楼、住宅、商店、旅館等建筑的地下室或走廊的自然采光或 辅助照明，並能取得良好的采光照明效果，是太阳能利用的一种有效方式。
目前应用较为广泛的是美国3M公司的光导管，管内贴合的光学膜的厚度为 0.5mm的塑胶材质的全反射材料，在光的入射角小于约36°时，光导管能达到 全反射的效果，因此，光导管良好的光传递效能已被许多国家所采用。
上述的光导管技术结合建筑是一新的应用概念，如美国专利6141645，该专 利公开了一种太阳光照明系统，它是通过在建筑物屋頂分別布置太阳光照明口 和通风口，在室內布置人工光源三套独立的系统，来实现建筑物內的太阳光采 光和通风，人工照明，但该系统占据空间过大，安装较为复杂。美国专利5988843 公开了一种导光照明与通风系统，它是将光通道与通风通道共用同一个光导管 通道，同时在光导管內布置人工光源。该专利虽然较美国专利6141645的结构
简单，但其通風与照明共用一个通道，如此，空气中的灰尘会在光学膜表面沉 积，影响光的传递效率。
光导管虽然对光的传递有好的效率，然而实际应用上要考虑光的入射角及 控制光的角度必須小于36° ，且光传导膜是塑胶材料，对於粉尘的附着是一个 缺点， 一旦粉尘附着后即会严重影响光的传递效率，以上问題至今尚未有較好 的解决办法。
发明内容
本发明的目的在于克服以上缺点，提供一种新技术，大大改善光线的利用 效率及減少粉尘的附着。
本发明的技术方案是将纳米二氧化鈦溶胶均匀塗布于光传导膜的表面，二
氧化鈦薄膜的电阻介于107 101(^为防静电材料应用范围，因此可达到具有防 尘、防污的特性。二氧化鈦为高折射率材料，其薄膜的折射率约为2.4， 二氧化 鈦折射率高，容易产生全內反射，由司乃耳定律(Snell Theorem)为n, X sin e , =n2 X sin e 2,其中ni为基材1的折射率，n2为基材2的折射率，6 t为
入射角，02为折射角，所以当光线经二氧化鈦塗层射入基材的入射角e,大于
某个角度时，光线会被全反射到二氧化鈦塗层，因此光传导膜结合二氧化鈦塗 层可提升光在光传导膜上的传递，使光线表现更均匀。
光传导膜的导光原理为表面有棱镜结构的可透光性塑胶膜，其可使光线不 断进行反射而将光线不断往远处传输，然而其要达到良好的反射必須是限制光 入射角于特定角度以下。因此，当塗布二氧化鈦后，除光传导膜表面可具有防 静电效果，由司乃耳定律(Snell Theorem)可得入射角大于39°的光线亦可以充
分地被全反射，改善普通光传导膜限定光源的入射角度，因此可大大提升光传 导膜對光的传输效率。
本发明的技术实施方案参见图1， 一种全反射式照明装置，包括照明装置壳 罩、光传导膜、光传输通道、光源，其特征在于光传导膜表面塗布二氧化鈦纳米
溶胶以形成一层二氧化鈦薄膜，二氧化鈦薄膜厚度小于1000nm。在光源与照明 装置壳罩一端光线进口处开口之间装设隔热节能材料；亦可在隔热节能材料前 装设聚光凸透镜或在隔热节能材料后装设聚光凸透鏡。
本发明的二氧化鈦塗层技术结合光传导膜后，可大幅提升光传导膜的光传 输效率，对各种光的入射条件的要求更为宽松，大大改善光传输設計的复杂度， 本发明应用於照明設計上，其特征在于-
(1) 光传导膜在与空气面接触側，表面塗布二氧化鈦纳米溶胶以形成一 层二氧化鈦薄膜，而此二氧化鈦薄膜能提供全內反射的效果。
(2) 光传导膜在进行光传输时，入射光的入射角必須小于特定角度才能 达到全反射，在大于此特定角与90。之间则无法有效利用，假定光 传导膜的折射率为1. 5時，二氧化鈦薄膜的折射率为2. 4， 二氧化鈦 薄膜全內反射可發生在入射角大於约39。，因此，综合光传导膜光 学特性及二氧化鈦薄膜的全內反射特性,照明系统可充分利用0° 90°入射角的大部分光源，大大改善光在光传导膜的传输效率。
(3) 本发明所述的光传导膜使利用的光源可以是太阳光、人工光源、蓄 光材料光源、太阳光源与人工光源的结合、太阳光源与蓄光材料光 源的任一种结合。
(4) 本发明所塗布的二氧化鈦薄膜有防静电的功能，防止光传导膜內部 因静电而吸附粉尘，造成光传输效率降低，使光传导膜常保洁净。
(5) 所发明所塗布的二氧化鈦薄膜发挥全內反射效应时，光线会在薄膜 內传输，並且二氧化鈦有吸收紫外线的功效，可有效改善紫外光对光传导膜的破坏裂解。
(6) 本发明的二氧化鈦光传导膜系统可为箱型的结构或为管状的结构，
箱型结构可为任意多边型立体箱，管状结构可为有有多个分支的管
的妙入
(7) 本发明的二氧化鈦光传导膜照明装置，其主体的任意多边型立体箱 或管状结构，可为透光或不透光材质，若要主体结构可发光可采用 可透光的材质，若只要照明装置开口处可发光，则主体材料采用不 透光的材质。
(8) 本发明的二氧化鈦光传导膜照明装置，光源侧的光供应通量采用凸 透镜设计将较多光量聚集於照明系统中，以减小照明装置的开口面 积。
本发明所述的二氧化鈦塗层，系将光传导膜表面进行纳米二氧化鈦溶胶塗 布，所采用的塗布方式可为滾塗法、擦塗法、刷塗法、提拉法、噴塗法等的任 一种进行表面塗布。
本发明的二氧化鈦光传导膜照明系统，於光源入口处可装置隔热材料以阻 绝大部分热量進入照明系统，使室內减少热负荷，所述的隔热材料可为吸热玻 璃、热反射玻璃、中空镀膜玻璃、低輻射玻璃等可阻绝热量的玻璃。
实验证明，二氧化鈦光传导膜照明系统能实现节能及高效光利用效率，且 系统结构简单，安装方便，不需要定期维护。
图l，为本发明一种全反射式照明装置的结构示意图。 图2,为本发明一种全反射式照明装置中光传导膜表面塗布二氧化鈦的全內 反射示意图。
图3，为二氧化鈦溶胶塗布於P丽A材质表面，有效改善PMMA表面静电的
检测结果。
图4，为本发明一种全反射式照明装置装设隔热节能材料的示意图。
图5，为本发明一种全反射式照明装置在隔热节能材料前装设聚光凸透镜的
示意图。
图6，为本发明一种全反射式照明装置在隔热节能材料后装设聚光凸透鏡的
示意图。
图中l照明装置壳罩、2贴合于照明装置壳罩内緣的光传导膜、3塗布于光 传导膜內测的二氧化鈦溶胶薄膜、4光传输管内光传输空间、5光源、6光传输 方向、7隔热节能材料、8聚光凸透镜。 具体实施方程式
本发明采用常规工艺制作完成其技术方案，以下以实施例说明本发明內容， 但本发明之范围並不只限於此等的例子，具体实施例如下 实施例1.
如图1所示，本发明全反射式照明装置包括一个为不透光不锈钢管的照明 装置壳罩l，贴合於不锈钢管內緣的光传导膜2，以滾塗法将二氧化鈦溶胶塗于 光传导膜內側形成的二氧化鈦溶胶薄膜3，该塗层厚度为50rnn，形成了不锈钢 管内光传输空间4，光源5及光传输方向6所形成完整光传输照明装置。本发明 照明装置所采用光源為日光，通过光传导膜将室外太阳光传导到室內，实现自 然光照明，在光传输管的入口处所测量到的光強度为874001ux，经15m长的光 传输管，於管子另一端的光出口处为823501ux，约有94%以上的光传输效率， 利用全內反射原理，当光传导膜的折射率為1. 5， 二氧化鈦的折射率为2. 4時， 入射光線由二氧鈦塗层进入光传导膜时，入射角约大於39°的入射光即会造成全內反射，如图2所示，能实现将日光传递至远处的节能照明装置。 实施例2.
如图1所示，本发明全反射式照明装置包括一个为可透光的塑料管的照明
装置壳罩l，贴合於塑料管內緣的光传导膜2，以刷塗法将二氧化鈦溶胶塗于光 传导膜內側形成的二氧化鈦溶胶薄膜3，该塗层厚度为380nm，形成了塑料管内 光传输空间4，光源5及光传输方向6所形成完整光传输照明装置。本发明照明 装置所采用光源为日光，通过光传导膜将室外太阳光传导到室內，实现自然光 照明，在光传输管的入口处所測量到的光照度为885001ux，经15m长的光传输 管，於管子表面所测量到的平均照度为83501ux，且光传输管的前端与末端照度 落差在10%以內，利用全內反射原理，如图2所示，能实现将日光传递至远处， 且於光传输管行经的路线都能发挥照明的节能照明装置。 实施例3.
如图1所示，实施过程同实施例l类似，只是光源5采用人工光源以及二 氧化鈦塗层厚度为740nm，在光传输管的入口处所测量到的光強度为536301ux， 经10m长的光传输管，於管子另一端的光出口处为506701ux，约有94%以上的 光传输效率，利用全內反射原理，如图2所示，能实现将人工光源传递至远处 的照明系统。 实施例4.
如图1所示，实施过程同实施例2类似，只是光源5采用人工光源以及二 氧化鈦塗层厚度为970nm,在光传输管的入口处所测量到的光照度为554401ux， 经10m长的光传输管，於管子表面所测量到的平均照度为45301ux，且光传输管
的前端与末端照度落差在10%以內，利用全內反射原理，如图2所示，能实现将 曰光传递至远处，且於光传输管行经的路线都能发挥照明的功能。
实施例5.
如图1所示，实施过程同实施例1类似，当光传导膜内側不塗布二氧化鈦
薄膜3时，在光传输管的入口处所测量到的光強度为874001ux，经15m长的光 传输管，於管子另一端的光出口处为774601ux，约有88%的光传输效率，利用 全內反射原理，如图2所示，显见光传导膜内側塗布二氧化鈦薄膜确实可提升 光传导效率。 实施例6.
如图1所示，实施过程同实施例2类似，当光传导膜內側不塗布二氧化鈦 薄膜3时，在光传输管的入口处所测量到的光照度为877601ux，经15m长的光 传输管，於管子表面所測量到的平均照度为71251ux，且光传输管的前端與末端 照度落差在20%以上，利用全內反射原理，如图2所示，显见光传导膜內側塗布 二氧化鈦薄膜所形成的全內反射确实可提升光传导效率及分布均勻性。 实施例7.
如图1所示，实施过程同实施例1或实施例2类似，当光传导膜內側不塗 布二氧化鈦薄膜3时，在光传导膜内側表面以纤维布做摩擦，如图3所示，可 发现最终表面靜电电压在30分钟后仍维持在550V高电压状态，而光传导膜内 側有塗布二氧化鈦薄膜3时，在光传导膜內側表面以纤维布做摩擦，其表面静 电电压始终维持在50V以下低电压，由於低静电电压可滅少吸附灰尘，因此光 传导膜内側有塗布二氧化鈦薄膜能起到防静电抗沾灰的功效。 实施例8.
如图4所示，为能減少光热能传输進入光傳導照明系統，实施过程同实施 例1或实施例2类似，在光源5与光传输管间安装一隔热节能玻璃(隔热节能材 料)7，以溫度計量測光源5与隔热节能玻璃7之间的空间温度为65'C，而隔热
节能玻璃7与光传输管间的空间温度为37"C，因此，可以减少大量的热能经光 传输管传递至室內，以減少空調的耗能。 实施例9.
如图5及图6所示，为能減少光热能传输进入光传导照明系统並且能增加 光传输管的光传输量，实施过程同实施例8类似，在光源5与隔热节能玻璃7 之间安装一聚光凸透镜8或隔热节能玻璃7与光传输管间之间安装一聚光凸透 镜8，以光通量計量取凸透镜前的照度为24670Lux，而凸透镜后的照度为 88935Lux，因此，凸透镜組可有效增加光通量。
权利要求
1. 一种全反射式照明装置，包括照明装置壳罩、光传导膜、光传输通道、光源，其特征在于光传导膜表面塗布二氧化鈦纳米溶胶以形成一层二氧化鈦薄膜，二氧化鈦薄膜厚度小于1000nm。
2. 如权利要求1所述的一种全反射式照明装置，其特征在于在光源与照明装置 壳罩一端光线进口处开口之间装设隔热节能材料；亦可在隔热节能材料前装设 聚光凸透镜或在隔热节能材料后装设聚光凸透鏡。
3. 如权利要求1或2所述的一种全反射式照明装置，其特征在于所述的照明装 置壳罩其主体为任意多边型立体箱或管狀结构，管状结构为有多个分支的管的结合；可为不透光性的材质，光线由壳罩的一端开口传入照明装置；亦可为可 透光性的材质，光线于壳罩內传输時，可由壳罩壁发光。
4. 如权利要求1或2所述的一种全反射式照明装置，其特征在于所述的光源为 包括太阳光、人工光源、蓄光材料光源、太阳光源与人工光源的结合、太阳光 源与蓄光材料光源的结合在内的任一种光源或光源的结合。
5. 如权利要求1或2所述的一种全反射式照明装置，其特征在于所述的隔热材 料为包括吸热玻璃、热反射玻璃、中空鍍膜玻璃、低輻射玻璃在内的可阻絕热 量的玻璃。
6. 如权利要求1或2所述的一种全反射式照明装置，其特征在于所述的二氧化 鈦薄膜系采用包括滾塗法、擦塗法、刷塗法、提拉法、噴塗法在内的塗布方式 在光传导膜表面塗布二氧化鈦纳米溶胶所形成。
全文摘要
本发明涉及一种全反射式照明装置，包括照明装置壳罩、光传导膜、光传输通道、光源，其特征在于光传导膜表面塗布二氧化鈦纳米溶胶以形成一层二氧化鈦薄膜，二氧化鈦薄膜厚度小于1000nm。在光源与照明装置壳罩一端光线进口处开口之间装设隔热节能材料；亦可在隔热节能材料前装设聚光凸透镜或在隔热节能材料后装设聚光凸透镜，以增加入射光源光通量。本发明是可以实现节能以及利用洁净能源的一种照明設計，主要是将太阳光或人工光源等光源发出的光，由表面塗布高折射率的二氧化鈦光传导膜，以高效率的全反射传递方式進行照明。
文档编号F21S11/00GK101206019SQ200610147579
公开日2008年6月25日 申请日期2006年12月20日 优先权日2006年12月20日
发明者刘文泉, 黄建国 申请人:泉耀新材料科技(上海)有限公司