發光聲學建築元件的製作方法
2023-12-03 10:11:01
發光聲學建築元件的製作方法
【專利摘要】本發明涉及發光建築元件（1)，包括多個固態光源（19);和具有光學反射側面（15)的吸聲元件(10)。吸聲元件（10)被設置使得光學反射側面(15)面向多個固態光源（19)，並且包括從光學反射側面到吸聲元件的相對側面（16)的通過吸聲元件的多個孔（17)。孔（17)中的每一個被配置使得孔在平行於吸聲元件（10)的平面中的投影小於孔（17)的截面的最小面積，截面垂直於吸聲元件（10)的法線。通過以該方式配置通風孔，熱空氣可以不受阻礙地穿過孔，同時將防止撞擊吸聲元件的光學反射側面上的孔的光的至少一小部分穿過吸聲元件。
【專利說明】發光聲學建築元件
【技術領域】
[0001]本發明涉及發光建築元件和製造這樣的發光建築元件的方法。
【背景技術】
[0002]在現代建築中，例如在天花板中使用的建築元件需要執行與例如聲學、照明、通風等有關的各種功能。為了減少執行各種功能所要求的建築元件的數目，將若干功能組合在相同建築元件中將會是合期望的。
【發明內容】
[0003]鑑於現有技術的上述和其它缺點，本發明的一般目的是提供一種提供聲學功能性和照明二者的建築元件。
[0004]根據本發明的第一方面，提供了一種發光建築元件，包括:多個固態光源；和具有光學反射側面的吸聲元件，吸聲元件被設置使得光學反射側面面向多個固態光源，其中吸聲元件包括從光學反射側面到吸聲元件的相對側面的通過吸聲元件的多個孔，孔的實質上每一個被配置使得孔在平行於吸聲元件的平面中的投影小於孔的截面的最小面積，截面垂直於吸聲元件的法線。
[0005]表述「孔的實質上每一個」意指被理解成使得包括具有從孔的期望形狀的偶然、非故意偏離的一個或多個孔的吸聲元件被認為包括在權利要求的範圍中。
[0006]固態光源是其中通過電子和空穴的再組合生成光的光源。固態光源的示例包括LED和半導體雷射器。
[0007]吸聲元件可以有利地由諸如多孔材料之類的能夠吸收聲波的材料製成。這樣的多孔材料的一個示例是玻璃棉。
[0008]另外，吸聲元件可以有利地提供為基本上片狀的吸聲元件。
[0009]在本申請的上下文中，與吸聲元件的法線有關地限定通過吸聲元件的孔的一個或多個屬性。應當理解，對於特定孔而言，所參考的法線是到特定孔的位置處的吸聲層的表面的局部法線。對於平面吸聲元件而言，法線跨吸聲元件是相同的。然而，如果吸聲元件是非平面的(例如彎曲的)，則局部法線將跨吸聲元件而變化。
[0010]本發明基於以下認識:可以通過將諸如發光二極體(LED)之類的多個固態光源設置在吸聲元件的光學反射側面上來以緊湊並且能量高效的方式實現照明和聲學功能性(聲音吸收)。歸因於吸聲元件的光學反射側面，除了其吸聲功能之外，吸聲元件充當引導光朝向用戶的光反射器。
[0011]發光建築元件還可以提供有光透射層，其被設置使得固態光源被提供在吸聲元件的光學反射側面與光透射層之間。在這樣的實施例中，光學反射側面允許從光透射層反射回的光的再使用。這增加了光通過光透射層離開的機會，並且因此改善了發光建築元件的光學效率。
[0012]由於固態光源的光學效率和壽命隨溫度增加而降級，因此關於諸如LED之類的固態光源的一般問題是熱提取。雖然固態光源比諸如CCFL或者白熾燈之類的傳統光源更高效，但是它們要求較好的冷卻，因為傳統源以定向波束中的紅外輻射連同可見光的形式輻照所生成的熱的較大部分。然而，LED不發射定向紅外輻射。此外，由於其緊湊性，LED自身是比傳統源更小的熱沉，這導致較高的局部溫度。
[0013]另外，適合於使用在吸聲元件中的材料典型地展現出相對低的熱導率，這意味著依賴於藉助於通過吸聲元件的熱傳導發生的熱傳遞可能並不是充分的。
[0014]本發明人已經發現，可以通過為吸聲元件提供多個貫穿通風孔來實現固態光源的改善的冷卻而基本上沒有發光建築元件的性能中的任何降低，所述通風孔並不筆直通過吸聲元件，而是被配置使得每個孔在平行於吸聲元件的平面中的投影小於孔的截面的最小面積。這樣，用於空氣的有效通道面積將小於用於光的有效通路。這意味著可以在沒有通過通風孔的光的對應損失的情況下實現改善的冷卻。通過以該方式配置通風孔，熱空氣可以不受阻礙地穿過孔，同時將防止撞擊吸聲元件的光學反射側面上的孔的光的至少一小部分穿過吸聲元件。例如，每個孔可以展現出在吸聲元件的相對側面上的開口之間的偏移。
[0015]對於一些孔配置而言，通風孔的提供可以導致吸聲元件的吸聲側面的光學反射側面的全反射中的降低。然而，這樣的降低可以被歸因於經過固態光源的空氣的流動的溫度中的降低引起的固態光源的增加的效率大為補償。
[0016]為免不必要地阻塞空氣通過因此穿孔的吸聲元件的流動，每個孔的上述第一開口和第二開口可以具有基本上相同的大小。
[0017]而且，發光建築元件可以有利地提供有以這樣的方式設置的至少一個空氣入口:從空氣入口到通過吸聲元件的多個孔而經過的空氣與固態光源接觸。
[0018]通過吸聲元件的孔可以例如被提供為傾斜孔，其每一個形成相對於吸聲元件的法線的角度。這將導致第一開口與第二開口之間的在垂直於吸聲元件的法線的方向上的偏移。
[0019]依照根據本發明的發光建築元件的各種實施例，吸聲元件可以包括具有第一孔圖案的第一層、具有第二孔圖案的第二層和具有第三孔圖案的第三層，第二層設置在第一層與第三層之間。
[0020]提供這樣的分層吸聲元件可以促進具有孔的上述第一開口與第二開口之間的期望偏移的孔配置的形成。
[0021]具體而言，可以通過導致基本上垂直於吸聲構件的孔的常規制孔技術形成孔。這樣的制孔技術包括例如衝孔、鑽孔、雷射加工等。可替換地或者與之組合，可以如上文所討論的那樣使孔傾斜。
[0022]因此，第一孔圖案可以包括垂直於第一層的多個孔，第二孔圖案可以包括垂直於第二層的多個孔，並且第三孔圖案可以包括垂直於第三層的多個孔。
[0023]另外，第一孔圖案可以基本上與第二孔圖案和第三孔圖案相同，至少就孔圖案中的孔的設置而論。應當理解，層的任何一個可以包括除上述孔圖案中設置的那些之外的另外的孔。而且，不同層中的孔可以具有不同的大小。特定孔圖案內的孔也可以具有不同的大小。對於周期性孔圖案而言，第一孔圖案的間距可以基本上等於第二孔圖案的間距和第三孔圖案的間距。
[0024]利用不同層中的基本上相同的孔圖案，可以以方便的方式製造吸聲元件，這將聯繫本發明的第二方面在下文中進一步描述。
[0025]另外，根據各種實施例，第二層中的孔可以大於第一層中的孔和第三層中的孔。這提供了展現出在吸聲元件的光學反射側面上的第一開口與吸聲元件的相對側面上的第二開口之間基本上沒有重疊的吸聲元件的方便的製造。
[0026]第一孔圖案可以有利地在平行於所述吸聲元件的平面中的第一方向上從所述第二孔圖案偏移，並且所述第三孔圖案可以在平行於所述吸聲元件的平面中的第二方向上從所述第二孔圖案偏移，所述第二方向不同於所述第一方向。例如，第二方向可以與第一方向相反。
[0027]為了提供改善的照明效率，孔中的每一個可以有利地具有反射內表面，使得進入通風孔的光可以至少部分地被再次反射出孔而通過光透射層離開發光建築元件。
[0028]根據各種實施例，每個孔的第一開口與第二開口之間的偏移可以使得孔在平行於吸聲元件的平面中的投影小於孔的截面面積的一半。
[0029]另外，可以在孔圖案中設置孔，並且可以在具有與孔圖案基本上相同配置的光源圖案中設置固態光源。憑藉於此，可以實現經過每個光源的空氣的高效流動。
[0030]光源可以有利地與孔對齊，使得每個光源直接設置在通風孔下方。
[0031]根據本發明的發光建築元件的各種實施例可以有利地包括在用於安裝在天花板中的發光聲學瓦中，其還包括用於允許發光建築元件附接到天花板使得發光建築元件的光透射層背對天花板的結構。
[0032]根據本發明的第二方面，提供了一種製造發光建築元件的方法，包括以下步驟:提供具有光學反射側面的吸聲元件，其中吸聲元件包括從光學反射側面到吸聲元件的相對側面的通過吸聲元件的多個孔，孔的每一個被配置使得孔在平行於吸聲元件的平面中的投影小於孔的截面的最小面積，截面垂直於吸聲元件的法線；與吸聲元件平行地設置光透射層以便面向吸聲元件的光學反射側面；以及在吸聲元件的反射側面與光透射層之間提供多個固態光源。
[0033]根據各種實施例，提供吸聲構件的步驟可以包括以下步驟:提供具有第一孔圖案的第一片、具有第二孔圖案的第二片和具有第三孔圖案的第三片；以這樣的方式堆疊第一片、第二片和第三片:第一圖案中的孔在垂直於吸聲元件的法線的方向上從第三圖案中的孔偏移，並且第二圖案中的孔互連第一圖案和第三圖案中的孔以形成通過吸聲構件的開放通路；以及將第一片和第三片接合到第二片。
[0034]這樣，可以使用良好建立並且合理的制孔技術在不同的片中製作孔，並且然後可以通過簡單的對齊步驟實現期望偏移孔配置，所述對齊步驟可以例如使用簡單的固定裝置或者類似物方便地實施。
[0035]本發明的該第二方面的另外的變型和優點與上文聯繫本發明的第一方面提供的那些在很大程度上類似。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]現在將參照示出本發明的當前優選實施例的附圖更詳細地描述本發明的這些和其它方面，其中:
圖1示意性地示出針對根據本發明的發光建築元件的示例性實施例的示例性應用； 圖2是圖1中的發光建築元件的分解透視圖；
圖3是圖2中的發光建築元件的截面視圖；
圖4是用於根據本發明的實施例的示例性方法的圖示的流程圖；
圖5a-c示意性地圖示了圖4的對應方法步驟的結果；以及圖6a-b分別示出根據本發明的實施例的吸聲元件的一部分的截面視圖和頂視圖。
【具體實施方式】
[0037]在以下描述中，參照具有集成LED-照明的聲學天花板鑲板大體描述本發明。
[0038]然而，應當指出，這絕不限制本發明的範圍，其等同地適用於其它應用，諸如發光牆板等。
[0039]圖1以連同其它常規天花板鑲板2 —起設置在房間3中的發光聲學天花板鑲板I的形式，示意性地圖示了針對根據本發明的發光建築元件的實施例的示例性應用。現在將參照圖2描述發光建築元件I的配置。
[0040]參照圖2,發光建築兀件I包括吸聲兀件10、發光模塊11、光透射層12和用於將發光建築元件I結合在一起的框架13。
[0041]吸聲元件10由諸如玻璃棉之類的吸聲材料製成。吸聲元件10具有面向發光模塊11的光學反射側面15和背對發光模塊11的外側面16。如圖2中示意性地指示的，吸聲元件10還包括從光學反射側面15到外側面16的通過吸聲元件10的多個孔17。還已使每個孔17的內表面是光學反射性的，並且在光學反射側面15上的每個孔17的開口與背對發光模塊11的外側面16上的每個孔17的開口之間存在偏移。下文將參照圖3更詳細地解釋孔17的配置。
[0042]繼續參照圖2，發光模塊11包括設置在網格狀載體20上的多個固態光源，此處以LED 19的形式。作為對網格狀載體20的替換方案，可以使用其它載體，只要光和聲波可以穿過載體即可。例如，穿孔的印刷電路板可以用作載體。
[0043]光透射層12在圖2中被示意性地示出為光漫射片，其可以例如由織物材料或者紙製成。然而，應當指出，光透射層12可以被配置成執行另外的功能或者除對LED 19發射的光進行漫射之外的功能。例如，光透射層12可以是用於控制發光建築元件I輸出的光的空間分布的稜鏡片。例如，其可以對於避免眩光是合期望的。
[0044]最後，發光建築兀件I包括用於固定吸聲兀件10、發光模塊和光透射層12的相對定位並且用於將發光建築元件I結合在一起的框架13。框架13可以是金屬的或者可以由適合的塑料材料製成。如圖2中示意性地圖示的，框架13可以包括用於允許空氣進入發光建築元件I以冷卻LED 19的一個或若干空氣入口 22。下文將參照圖3討論在操作中時空氣通過發光建築元件I的流動。
[0045]現在將參照圖3描述圖2中的發光建築元件I的一些方面，諸如吸聲元件10中的孔17的配置和空氣通過發光建築元件I的流動，所述圖3是沿著圖2中的線A-A』取得的圖2中的發光建築元件I的示意性截面視圖。
[0046]如圖3中可見，吸聲構件10的光學反射側面15上的每個孔17的第一開口 30和吸聲構件10的外側面16上的每個孔17的第二開口 31在垂直於吸聲構件10的法線的方向上相對於彼此偏移。在圖3中的示例性實施例中，在第一開口 30與第二開口 31之間不存在重疊，或者，換言之，在垂直於吸聲構件10的平面中不存在孔17的投影。這意味著沒有光將能夠通過孔17從發光建築元件I的內部直接逸出。
[0047]在圖3中的示例實施例中，吸聲構件10包括具有第一孔圖案的第一層33、具有第二孔圖案的第二層34和具有第三孔圖案的第三層35。如從圖3可以理解的，不同層33-35中的孔相對於彼此偏移，並且設置在第一層33與第二層35之間的第二層34中的孔較大以便將第一層33中的孔與第三層35中的孔連接，從而允許空氣穿過通過吸聲構件10的組合孔17的通路，同時防止或者至少減少穿過吸聲構件的光的量。
[0048]當發光建築元件I中的LED 19在操作中時，將生成熱。該熱將導致加熱的空氣上升並且穿過吸聲元件中的孔17。這將進而導致空氣通過框架13中提供的空氣入口 22被吸入發光建築元件I的內部。當發光建築元件I用作天花板鑲板時，空氣入口被設置在比LED 19更低的水平處，這意味著從入口 22流動到吸聲構件10中的孔17的空氣將經過LED19使得LED 19被空氣的流動所冷卻。圖3中的箭頭示意性地圖示了通過發光建築元件I的空氣的流動。
[0049]由於已使每個孔的內表面36以及吸聲構件10的光學反射內表面15是光學反射性的，因此進入通風孔17的光也將很大程度上朝向光透射層12反射並且離開發光建築元件I。可以例如通過適合的塗層(例如白漆)使每個孔17的內表面和吸聲構件10的內表面15是光學反射性的。
[0050]已經描述了根據本發明的實施例的發光建築元件I的示例性配置，現在將參照圖4中的流程圖和圖5a_c中的示意圖描述製造這樣的發光建築元件I的示例性方法。
[0051]在第一步驟101中，對齊並且堆疊第一 33、第二 34和第三35吸聲材料片。如圖5a中示意性地所示，除第二吸聲材料片34中的孔大於第一吸聲材料片33和第三吸聲材料片35中的孔之外，三個吸聲材料片具有利用相同孔配置的孔圖案。三個吸聲材料片33-35以這樣的方式對齊:第一吸聲材料片33中的孔和第三吸聲材料片35中的孔相對彼此偏移並且通過第二吸聲材料片34中的孔互連。
[0052]在隨後的步驟102中，第一 33、第二 34和第三35吸聲材料片例如通過膠合進行接合以形成具有穿過如上文參照圖2和3描述的吸聲元件10的通風孔17的吸聲元件10。在最後的步驟103中，通過包括在發光建築元件I中的上述部分的組裝完成發光建築元件1，所述上述部分即吸聲元件10、發光模塊11、光透射層12和框架13。
[0053]在圖6a的示例實施例中，以截面示出吸聲構件10的一部分。吸聲構件包括具有第一孔的第一層33、具有第二孔的第二層34和具有第三孔的第三層35。可替換地，圖6a的吸聲構件10可以僅包括兩個層。如圖6a中清楚地所示，不同層33-35中的孔被傾斜並且相對彼此設置以形成一個連續孔17，其在任何位置處具有相同的截面面積40。層34中的孔的傾斜在與層33和層35中的孔的傾斜不同的另一方向上，並且使得第一開口 30和第二開口 31在投影在平行於吸聲構件的平面中時不互相移位而是互相完全重疊，同時孔的截面面積40減小屏蔽面積41以創建直接通過視圖(direct through_view)面積42,如圖6b中的外側面16的頂視圖所示。直接通過視圖面積顯著小於截面面積。因此，使得能夠實現空氣實際上不受阻塞地穿過通過吸聲構件10的組合孔17的通路，而同時獲得穿過吸聲構件的光的量中的顯著減少。
[0054]此外，本領域技術人員在實踐所要求保護的本發明中，通過研究附圖、公開內容和隨附的權利要求，可以理解和實現對所公開的實施例的變型。例如，可以提供不同的孔大小和圖案和/或薄金屬塗層可以形成在孔的內表面上。
[0055]在權利要求中，詞語「包括」不排除其它元件或步驟，並且不定冠詞「一」或「一個」不排除多個。在相互不同的從屬權利要求中陳述某些措施的僅有事實不指示這些措施的組合不能被用於獲益。
【權利要求】
1.一種發光建築兀件(I)，包括: 多個固態光源(19);以及 具有光學反射側面(15)的吸聲元件(10)，所述吸聲元件(10)被設置使得所述光學反射側面(15)面向所述多個固態光源(19)， 其中所述吸聲元件(10)包括從所述光學反射側面到吸聲元件的相對側面(16)的通過所述吸聲元件的多個孔(17)， 所述孔(17)的實質上每一個被配置使得在所述孔投影在平行於所述吸聲元件(10)的平面中時，直接通過視圖面積(42)小於所述孔(17)的最小截面面積(40)，所述截面平行於所述吸聲元件(10)。
2.根據權利要求1的發光建築元件(1)，其中所述孔的實質上每一個被配置使得所述直接通過視圖面積(42)小於所述孔(17)的最小截面(40)面積的一半。
3.根據權利要求2的發光建築元件(1)，其中所述孔的實質上每一個被配置使得所述直接通過視圖面積(42)是零，使得優選地不存在通過孔(17)的直接視圖。
4.根據前述權利要求中的任一項的發光建築元件(1)，其中所述孔的實質上每一個被配置使得吸聲元件的所述光學反射側面上的所述孔的第一開口(30)和所述吸聲元件的所述相對側面上的所述孔的第二開口(31)在垂直於所述吸聲元件(10)的法線的方向上偏移。
5.根據前述權利要求中的任一項的發光建築元件(1)，其中所述吸聲元件(10)包括具有第一孔圖案的第一層(33)、具有第二孔圖案的第二層(34)和具有第三孔圖案的第三層(35)，所述第二層設置在所述第一層與所述第三層之間。
6.根據權利要求6的發光建築元件(1)，其中所述第一孔圖案基本上與所述第二孔圖案和所述第三孔圖案相同，至少就所述孔圖案中的孔的設置而論。
7.根據權利要求6或7的發光建築元件(1)，其中所述第二層(34)中的孔大於所述第一層(33)中的孔和所述第三層(35)中的孔。
8.根據權利要求6至8中的任一項的發光建築元件(1)，其中所述第一孔圖案在平行於所述吸聲元件(10)的平面中的第一方向上從所述第二孔圖案偏移，並且所述第三孔圖案在平行於所述吸聲元件(10)的平面中的第二方向上從所述第二孔圖案偏移，所述第二方向不同於所述第一方向。
9.根據前述權利要求中的任一項的發光建築元件(1)，其中所述孔17的實質上每一個具有反射內表面。
10.根據前述權利要求中的任一項的發光建築元件(1)，其中在孔圖案中設置所述孔(17)，並且在具有與所述孔圖案基本上相同配置的光源圖案中設置所述固態光源(19)。
11.根據前述權利要求中的任一項的發光建築元件(1)，其中所述光源(19)中的每一個被設置成沿到所述吸聲元件(10)的法線與所述孔(17)中的對應的一個對齊。
12.根據前述權利要求中的任一項的發光建築元件(I)，還包括與所述吸聲元件(10)平行設置的光透射層(12)，其與吸聲元件的所述光學反射側面(15)相對，以在所述光透射層(12)與所述吸聲元件(10)之間提供所述固態光源這樣的方式。
13.—種用於安裝在天花板中的發光聲學瓦(I),包括根據前述權利要求中的任一項的發光建築元件和用於允許所述發光建築元件附接到天花板使得發光建築元件的所述光透射層(12)背對所述天花板的結構。
14.一種製造發光建築元件(I)的方法，包括以下步驟: 提供具有光學反射側面(15)的吸聲元件(10)，其中吸聲元件包括從所述光學反射側面(15)到吸聲元件的相對側面(16)的通過所述吸聲元件的多個孔(17),所述孔(17)中的每一個被配置使得所述孔在平行於所述吸聲元件(10)的平面中的投影小於所述孔(17)的截面的最小面積，所述截面垂直於所述吸聲元件(10)的法線； 將光透射層(12)與所述吸聲元件平行設置，其與吸聲元件的所述光學反射側面相對；以及 在吸聲元件的所述反射側面與所述光透射層之間提供多個固態光源(19)。
15.根據權利要求14的方法，其中提供所述吸聲構件(10)的步驟包括以下步驟: 提供具有第一孔圖案的第一片、具有第二孔圖案的第二片和具有第三孔圖案的第三片; 以這樣的方式堆疊(101)第一片(33)、第二片(34)和第三片(35):所述第一圖案中的孔在垂直於所述吸聲元件的法線的所述方向上從所述第三圖案中的孔偏移，並且所述第二圖案中的孔互連所述第一圖案和所述第三圖案中的孔以形成通過所述吸聲構件(10)的開放的通路(17);以及 將所述第一片和所述第三片接合(102)到所述第二片。
【文檔編號】E04B9/32GK104220807SQ201380019340
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年4月4日 優先權日:2012年4月12日
【發明者】R.A.塞普克哈諾夫, M.M.J.W.範赫彭 申請人:皇家飛利浦有限公司