本發(fā)明是有關(guān)一種照明系統(tǒng)及其制造方法，特別是一種導(dǎo)引太陽光的照明系統(tǒng)及其制造方法。
背景技術(shù)：
：已知追日系統(tǒng)是為了收集、導(dǎo)引太陽光，作為綠能照明或太陽能發(fā)電使用，但常常需要龐大的支架系統(tǒng)以及光學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)，而受到安裝空間及地點(diǎn)的局限。此外，已知追日系統(tǒng)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(tǒng)，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(fèi)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(biāo)。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明提供一種照明系統(tǒng)及其制造方法，其是利用軟性波導(dǎo)材料的可撓性、塑形性及廣角捕光特性，以導(dǎo)引太陽光作為照明。軟性波導(dǎo)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(hù)，適用于各種安裝場所。此外，本發(fā)明選用的軟性波導(dǎo)材料為高透光聚合物或有機(jī)聚合物，可實現(xiàn)環(huán)境友善、生物兼容性及綠色能源的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明一實施例的照明系統(tǒng)包含一波導(dǎo)本體、一散射結(jié)構(gòu)以及一延伸波導(dǎo)。波導(dǎo)本體具有一入光面以及相對的一表面，其中外部光源經(jīng)由入光面入射至波導(dǎo)本體。散射結(jié)構(gòu)設(shè)置于波導(dǎo)本體的一表面?zhèn)?，以散射入射至波?dǎo)本體的外部光源。延伸波導(dǎo)具有一出光面，其中散射結(jié)構(gòu)未遮蔽延伸波導(dǎo)與波導(dǎo)本體間的一連接接口，以使散射的外部光源經(jīng)由出光面照射一照明區(qū)域。本發(fā)明另一實施例的照明系統(tǒng)的制造方法包含提供一延伸波導(dǎo)，其具有一出光面；將部分延伸波導(dǎo)設(shè)置于一模具；以及充填一波導(dǎo)材料于模具中，并固 化波導(dǎo)材料以形成一波導(dǎo)本體，使延伸波導(dǎo)與波導(dǎo)本體連接；其中波導(dǎo)本體具有一入光面、相對的一表面以及設(shè)置于表面?zhèn)鹊囊簧⑸浣Y(jié)構(gòu)，其中散射結(jié)構(gòu)未遮蔽延伸波導(dǎo)與波導(dǎo)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(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。附圖說明圖1a為一示意圖，顯示本發(fā)明一實施例的照明系統(tǒng)。圖1b為一示意圖，顯示本發(fā)明另一實施例的照明系統(tǒng)。圖2為一示意圖，顯示本發(fā)明又一實施例的照明系統(tǒng)。圖3為一示意圖，顯示本發(fā)明再一實施例的照明系統(tǒng)。圖4為一曲線圖，顯示本發(fā)明一實施例在一外部光源下的電流及電壓的對應(yīng)關(guān)系。圖5為一曲線圖，顯示本發(fā)明一實施例在另一外部光源下的電流及電壓的對應(yīng)關(guān)系。符號說明L外部光源10波導(dǎo)本體11入光面12表面13散射結(jié)構(gòu)14側(cè)表面16保護(hù)層20延伸波導(dǎo)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(fā)明的各實施例，并配合附圖作為例示。除了這些詳細(xì)說明之外，本發(fā)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(fā)明的范圍內(nèi)，并以權(quán)利要求為準(zhǔn)。在說明書的描述中，為了使讀者對本發(fā)明有較完整的了解，提供了許多特定細(xì)節(jié)；然而，本發(fā)明可能在省略部分或全部特定細(xì)節(jié)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(xì)節(jié)中，以避免對本發(fā)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(shù)量，有些細(xì)節(jié)可能未完全繪出，以求附圖的簡潔。請參照圖1a，本發(fā)明的一實施例的照明系統(tǒng)，其具有一波導(dǎo)本體10、一散射結(jié)構(gòu)13以及一延伸波導(dǎo)20。波導(dǎo)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(dǎo)本體。于一實施例中，入光面11亦可為一平面或一凹面，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷淖兓景l(fā)明并未限定波導(dǎo)本體10的形狀。散射結(jié)構(gòu)13是設(shè)置于波導(dǎo)本體10的表面12上，或嵌入波導(dǎo)本體10但靠近表面12的內(nèi)側(cè)，為了方便說明，以下將前述兩個位置統(tǒng)稱為表面?zhèn)取Ｒ嗉瓷⑸浣Y(jié)構(gòu)13是設(shè)置于波導(dǎo)本體10的表面?zhèn)?。接續(xù)上述說明，于本實施例中，延伸波導(dǎo)20具有一出光面21，且與波導(dǎo)本體10的表面12連接。其中，延伸波導(dǎo)20穿設(shè)于散設(shè)結(jié)構(gòu)13，因此散射結(jié)構(gòu)13未遮蔽延伸波導(dǎo)20與波導(dǎo)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(dǎo)20具有一出光面21，且與波導(dǎo)本體10的一側(cè)表面14連接，其中側(cè)表面14與波導(dǎo)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(jié)構(gòu)13未遮蔽延伸波導(dǎo)20與波導(dǎo)本體10間的一連接接口22。依據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)一外部光源L經(jīng)由入光面11入射至波導(dǎo)本體10，將受 散設(shè)結(jié)構(gòu)13散射，使散射的外部光源L入射至延伸波導(dǎo)20，并經(jīng)由出光面21照射一照明區(qū)域。波導(dǎo)本體10的波導(dǎo)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(huán)保、無毒又安全的材料，質(zhì)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(yōu)異的著色性，耐候性等特色。舉例而言，熱塑性彈性體波導(dǎo)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(dǎo)材料及所屬分類列舉如表1，但不以此為限。表1延伸波導(dǎo)20的波導(dǎo)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(dǎo)元件；或可選用與波導(dǎo)本體10相同的波導(dǎo)材料，因此可封裝各式電子元件于延伸波導(dǎo)20中。于一實施例中，散射結(jié)構(gòu)13包含一納米粉末或白色粉末，其摻雜于波導(dǎo)本體10的表面?zhèn)然蛲坎加诓▽?dǎo)本體10的表面12。于其他實施例中，散射結(jié)構(gòu)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(dǎo)本體10的表面12所形成。于另一實施例中，散射結(jié)構(gòu)13包含一微結(jié)構(gòu)，其設(shè)置于波導(dǎo)本體10的表面12。舉例而言，微結(jié)構(gòu)13可為角錐形微結(jié)構(gòu)、半球形微結(jié)構(gòu)、矩形微結(jié)構(gòu)、粗糙化微結(jié)構(gòu)或以上的組合。本發(fā)明的軟性波導(dǎo)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(hù)，適用于各種安裝場所。請參照圖2，本發(fā)明一實施例的照明系統(tǒng)。于本實施例中，波導(dǎo)本體封裝至少一太陽能電池30，其可設(shè)置于波導(dǎo)本體10的側(cè)表面?zhèn)然虮砻鎮(zhèn)?，但不以此為限，且未被散射結(jié)構(gòu)13所遮蔽。此外，延伸波導(dǎo)20也是采用上述軟性波導(dǎo)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(shè)置于延伸波導(dǎo)20的至少一表面或嵌設(shè)延伸波導(dǎo)20，且與太陽能電池30電性連接。于一實施例中，波導(dǎo)本體10摻雜一發(fā)光材料或發(fā)光量子點(diǎn)，可吸收較短波長的入射光線，例如紫外光譜，并將其轉(zhuǎn)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(fā)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(zhuǎn)換太陽能所產(chǎn)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(fā)光二極管模塊，以提供另一室內(nèi)照明。于一實施例中，延伸波導(dǎo)20更可封裝一傳感器元件，用以感測照明區(qū)域的照度變化，以自動判斷是否點(diǎn)亮照明元件，提供另一室內(nèi)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(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)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(tǒng)的抗污性，于一實施例中，其外部可具有一保護(hù)層16覆蓋波導(dǎo)本體10的至少一表面，例如覆蓋波導(dǎo)本體10的入光面11以及側(cè)表面14至少其中之一。其中，保護(hù)層16可為相對于波導(dǎo)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，F(xiàn)EP)、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(fā)明一實施例的照明系統(tǒng)的制造方法，可選用的波導(dǎo)材料波導(dǎo)材料包含聚苯乙烯(Polystyrene，PS)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚氨酯(Polyurethane，PU)、環(huán)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(huán)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(dǎo)材料因具有高透光性、高可撓性及可塑性，以制作可導(dǎo)引太陽光的一種照明系統(tǒng)。事先備制一波導(dǎo)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(dǎo)，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(dǎo)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(dǎo)材料，以提供一延伸波導(dǎo)，其中延伸波導(dǎo)與波導(dǎo)本體的波導(dǎo)材料相同。接著，將部分延伸波導(dǎo)相對出光面的一端設(shè)置于一模具。再來，填充一波導(dǎo)材料于模具中，并固化波導(dǎo)材料以形成一波導(dǎo)本體，使延伸波導(dǎo)與波導(dǎo)本體連接；其中波導(dǎo)本體具有一入光面、相對的一表面以及設(shè)置于表面?zhèn)鹊囊簧⑸浣Y(jié)構(gòu)，且散射結(jié)構(gòu)未遮蔽延伸波導(dǎo)與波導(dǎo)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(tǒng)。于另一實施例中，在將部分延伸波導(dǎo)設(shè)置于一模具的同時，定位一太陽能 電池于模具中，以設(shè)置于波導(dǎo)本體的一側(cè)表面?zhèn)然虮砻鎮(zhèn)?，且未被散射結(jié)構(gòu)所遮蔽，其中側(cè)表面與波導(dǎo)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(dǎo)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(shè)置于延伸波導(dǎo)的至少一表面或嵌設(shè)于延伸波導(dǎo)，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(tǒng)。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(dǎo)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(dǎo)材料時形成一散射結(jié)構(gòu)于波導(dǎo)本體的表面?zhèn)?。亦即，散射結(jié)構(gòu)可形成于靠近波導(dǎo)本體的表面的內(nèi)側(cè)或涂布于波導(dǎo)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(dá)到散射的效果，但不以此為限。于另一實施例中，模具的一內(nèi)壁具有一反向微結(jié)構(gòu)，以在波導(dǎo)本體的表面形成相對應(yīng)的一微結(jié)構(gòu)，其中微結(jié)構(gòu)包含角錐形微結(jié)構(gòu)、半球形微結(jié)構(gòu)、矩形微結(jié)構(gòu)、粗糙化微結(jié)構(gòu)或以上的組合。于一實施例中，模具的一內(nèi)壁具有一曲面、一平面或以上的組合，以使波導(dǎo)本體的入光面為一對應(yīng)的曲面、平面或以上的組合。為了增加照明系統(tǒng)的抗污性，于一實施例中，可形成一保護(hù)層于波導(dǎo)本體的至少一表面，其中保護(hù)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，F(xiàn)EP)、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(fā)明一實施例的照明效能，請參照圖2，取一波導(dǎo)本體入光面面積10*10cm2的照明系統(tǒng)，作為效能測試對像。以150W鹵素投射燈(照度約120klx)于距離波導(dǎo)本體入光面20cm處照射此照明系統(tǒng)，測試得導(dǎo)光效能如表2。表2照明系統(tǒng)表現(xiàn)波導(dǎo)本體受光延伸波導(dǎo)出光平均照度(klx)513.9平均光照強(qiáng)度(W/m2)600200同時檢測得太陽能電池的電流與電壓的變化關(guān)系，檢測結(jié)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(tǒng)具有回收外部光源進(jìn)行發(fā)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(dǎo)本體入光面20cm處照射此照明系統(tǒng)，測試得導(dǎo)光效能如表3。表3照明系統(tǒng)表現(xiàn)波導(dǎo)本體受光延伸波導(dǎo)出光平均照度(klx)45090平均光照強(qiáng)度(W/m2)1600540同時檢測得太陽能電池的電流與電壓的變化關(guān)系，檢測結(jié)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(tǒng)具有回收外部光源進(jìn)行發(fā)電的光源再生利用功效?？梢岳斫獾氖?，本發(fā)明提供一種照明系統(tǒng)，不僅導(dǎo)引外部光源，例如一太陽光，作為一照明以照射一照明區(qū)域，還可回收部份外部光源以太陽能電池進(jìn)行發(fā)電，提供一電力。其中，照明系統(tǒng)所采用的波導(dǎo)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(yùn)作外，同時提供較佳的耐候性保護(hù)。綜合上述，本發(fā)明的照明系統(tǒng)及其制造方法是利用軟性波導(dǎo)材料的可撓性、塑形性及廣角捕光特性，以導(dǎo)引外部光源作為照明。軟性波導(dǎo)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(hù)，適用于各種安裝場所；當(dāng)封裝至少一太陽能電池時，更可有效達(dá)到光能源再生利用的功效。此外，本發(fā)明選用的軟性波導(dǎo)材料為高透光聚合物或有機(jī)聚合物，可實現(xiàn)環(huán)境友善、生物兼容性及綠色能源的優(yōu)點(diǎn)。以上所述的實施例僅是為說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn)，其目的在使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，當(dāng)不能以的限定本發(fā)明的專利范圍，即大凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的均等變化或修飾，仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3