CN113866865B - 一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，所述可调光发光板材的本体为透光板材，透光板材包括至少一条弧形边和任意条直边，以围成任意闭合形状；透光板材的任意一边或多边设置一组或多组条形光源，形成单边入光或多边入光；每组条形光源主要由柔性灯条基板及多个LED点光源组成；透光板材的一侧或两侧表面附着有微米级调光微结构网点；当光源发光时，光线从设置条形光源的边进入透光板材内全反射传播，当遇到调光微结构网点时光被散射出，从而使嵌入透光板材的门窗均匀发光以实现照明；当对光源进行调节时，透光板材的发光强度发生改变，从而实现对室内光照强度的调节。该透光板材有利于实现带弧边建筑门窗的均匀发光和调光。

Description

一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材。

背景技术

随着人们对建筑智能化需求的不断提高，具有多功能集成特征的建筑玻璃逐渐受到市场青睐。近年来，能实现室内照明或调节室内光强的建筑发光玻璃，由于其能显著改善人们居家、办公环境舒适程度，因而成为研究热点。此类建筑发光玻璃实现照明或调节室内光强的功能主要依赖于光电技术的集成，目前市场上常见的应用光电技术的发光玻璃主要有LED点阵光电玻璃、LED平板照明玻璃、以及液晶调光玻璃等。其中，前两种主要将LED光源附着于玻璃基材表面，可以发光并调节光强，应用于建筑门窗可实现室内照明及调节室内光强，然而其密布的LED光源带来较大的能耗，并且采用ITO透明电极走线造成总体工艺较为复杂、成本过高，制约了其在建筑领域的广泛应用。液晶调光玻璃产品本身不能发光，它是将液晶膜固化在两片玻璃之间，通过电能控制使玻璃变成透明或不透明形态，从而在有外界光源的情况下、实现室内光强的调节。然而，由于此类玻璃结构较复杂，工艺要求高，且液晶膜与玻璃集成为一体结构，一旦损坏不易修复，因此其在建筑应用中的推广也受到限制。值得注意的是，以上发光或可调光玻璃都仅能针对规则形状的矩形、正方形等玻璃门窗进行设计，而随着建筑外形及功能的多样化发展，有越来越多的形状不规则的门窗出现，带弧边的门窗就是其中一类，而现有的发光和可调光玻璃产品鲜见针对带弧边的建筑门窗形状进行的设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，该板材有利于实现带弧边建筑门窗的均匀发光和调光。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：本发明提供了一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，所述可调光发光板材的本体为透光板材，所述可调光发光板材包括至少一条弧形边和任意条直边，以围成任意闭合形状，且各相邻边之间无角度约束；所述可调光发光板材嵌入与其形状相适应的门窗中；所述可调光发光板材的任意一边或多边设置一组或多组条形光源，形成单边入光或多边入光；每组条形光源主要由灯条基板以及沿灯条基板长度方向设置的多个LED点光源组成，所述灯条基板为柔性基板以与相应边外轮廓贴合；所述可调光发光板材的一侧或两侧表面附着有微米级调光微结构网点；当光源不发光时，所述可调光发光板材等同于普通玻璃并呈现透明状态，调光微结构网点肉眼不可见；当光源发光时，光线从设置条形光源的边进入所述可调光发光板材内全反射传播，当遇到调光微结构网点时光被散射出，从而使嵌入所述可调光发光板材的门框或窗户辐射出与网点密度匹配的光通量，均匀发光以实现照明；当对光源的光通量进行调节时，所述可调光发光板材的发光强度发生改变，从而实现对室内光照强度的调节。

进一步地，所述可调光发光板材由有机材料或无机材料制成，所述有机材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二酯、改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚二甲基硅氧烷以及环烯共聚物中的一种或几种混合；所述无机材料包括：玻璃、石英和透射陶瓷材料中的一种或几种混合；所述可调光发光板材的折射率大于空气折射率，且在可见光波段透过率高于90％。

进一步地，所述调光微结构网点通过破坏光线在所述可调光发光板材中的全反射传播，且沿远离条形光源远近不同呈疏密变化排布，距离条形光源近，则网点排布较疏，反之则密，从而可控地改变所述可调光发光板材出光面上的照度分布，控制出射面的照度分布的均匀性；所述调光微结构网点的制作方法包括：丝网印刷、喷墨打印、激光直写或光刻；所述调光微结构网点的材料包括：散射粒子、扩散剂、油墨、UV胶、光刻胶中的一种或多种混合；所述调光微结构网点直径小于100μm；所述调光微结构网点在可调光发光板材的表面整面铺设，以使所述可调光发光板材在光源开启时均匀发光。

进一步地，所述条形光源与所述可调光发光板材在尺寸上满足：透光板材厚度和光源在板材厚度方向上的发光尺寸小于透光板材边长的最大值，以使光线在厚度方向上的传播距离可以忽略；所述条形光源的中心波长属于可见光波段，波长范围在380nm到780nm之间；所述条形光源贴合在透光板材的侧边上，且与透光板材侧边的间距不大于0.5mm。

进一步地，所述可调光发光板材出光面的照度分布特征按如下方法确定：

对于单边入光情况，以透光板材出光面建立基准平面直角坐标系，出光面上任意点具有确定的坐标(x₀，y₀)，其中(x₀，y₀)的定义域限制在透光板材的范围内；(x₁，y₁)是条形光源上某个点光源的位置坐标，其发出的光线在透光板材内全反射传播，利用朗伯余弦定律及照度平方反比定律求解点光源在透光板材出光面上任一点的照度大小，接着对各点光源在该点上的照度作累加或积分求和，即求得透光板材出光面上任一点照度；

对于多边入光情况，将各条形光源标定为I_i，其中i为光源序号1，2，3…，通过分别对各边的条形光源进行以上处理分析，求得各条形光源在透光板材出光面上某一点的照度大小后，将各条形光源在出光面上一点的照度进行累加，即可获得出光面上该点总照度，进而获得多边入光情况的底面照度分布。

进一步地，获取所述可调光发光板材出光面照度，具体包括如下步骤：

S1：对透光板材出光面建立平面直角坐标系，将条形光源上的一点光源坐标标定为(x₁，y₁)，将透光板材出光面上任意点的坐标标定为(x₀，y₀)，定义其为目标点；针对不同形状的建筑门窗，通过修改透光板材出光面(x₀，y₀)的定义域，使得(x₀，y₀)表示的每个点都在透光板材的范围之内；

S2：将条形光源看作多个点光源连接而成，根据透光板材出光面上目标点的坐标与任一点光源坐标，计算目标点与该点光源的直线距离l₁以及两者直线距离所在方向与该点光源出射光法线之间的夹角θ₁；

S3：测得该点光源在出射光法线上发光强度I₁，利用朗伯余弦定律分别计算该光源在与出射光法线夹角θ₁的方向上的光强I₁(θ₁)，I₁(θ₁)满足：

I₁(θ₁)＝I₁·cosθ₁

S4：利用照度平方反比定律求得该点光源在点(x₀，y₀)处的照度E₁，E₁满足：

S5：设条形光源的点光源数量为n，将各点光源坐标标定为(x_i，y_i)，其中i为光源序号1，2，3…，n，重复S1至S4，求出各光源在点(x₀，y₀)处的照度E_i，最后对点(x₀，y₀)上的照度求和：

如此求得单边入光的透光板材出光面上任意一点照度大小；

当条形光源为连续光源时，n无穷大，采用积分求和；对于长度为W，在出射光法线方向上光强为I₀的连续光源，对连续光源长度取微分dw，每个微分点光源的出射光法线方向上光强为：

对每一个微分点光源dw按步骤S1-S4进行处理，求得微分点光源在透光板材出光面上某一点处的微分照度大小dE后，对该点上的微分照度作积分：

E(x₀,y₀)＝∫dE

即可求得光源为连续光源时，单边入光的透光板材出光面任一点上照度；

S6：对于多边入光的模型，将各条形光源在透光板材出光面上一点的照度标定为E_j，其中j为光源序号1,2,3,…,n，对各条形光源按步骤S1-S5进行处理，求出E_j后进行累加：

即可求得多边入光的透光板材出光面任一点上照度。

进一步地，所述调光微结构网点中的一个网点与所述条形光源上的一个点光源的直线距离l₂以及两者直线距离所在方向与点光源的面源法线单位向量之间的夹角θ₂都是关于坐标(x，y)的函数；其中，l₂满足：

θ₂满足：

进一步地，所述条形光源上的单个点光源的发光强度满足朗伯辐射体特性，其光强分布满足余弦定律公式：

I_θ＝I₀·cosθ

其中，I₀是光源在出射光法线方向上的光强，I_θ是光源在与出射光法线方向夹角为θ的方向上的光强；采用非朗伯辐射体的光源，其计算结果以相应的系数代入该公式进行定义。

进一步地，所述照度平方反比定律满足公式：

其中E(l)为与点光源距离l处的照度，I(θ)为点光源在与出射光法线方向夹角θ的方向上的光强。

进一步地，所述调光微结构网点在可调光发光板材上分布的确定方法为：计算透光板材底面上任意点照度大小，测量透光板材出光面上的最低照度，并参考任意点照度与最低照度之间的差值设置透光板材上的调光微结构网点密度分布，具体为：

定义网点密度β为透光板材出光面上单位面积内网点的投影面积与该单位面积之比，β在0到1之间取值，网点密度最大值β₀＝1；

计算获得透光板材出光面上任意点照度大小E(x₀，y₀)，并测量透光板材出光面上的最小照度值E_min；

定义一个取值在0到1之间的比例系数R，使得透光板材出光面上任意点的网点密度大小β(x₀,y₀)满足：

β(x₀,y₀)＝R·β₀

其中R满足：

由此，基于对透光板材出光面上的照度分析，将透光板材出光面上网点密度的设计精细量化，以实现门窗发光模式下的均匀出光。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明从降低能耗、改善结构、降低维护修复难度的角度出发，提出了一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，该透光板材将LED光源排列为条形光源，放置在建筑玻璃侧边，作为与建筑玻璃分离元件独立维护；建筑玻璃上提前按照设计预制好微米级调光微结构点阵并成型，当LED光源关闭时，自然光可穿过建筑玻璃入射，点阵不影响光透过；当LED光源开启时，LED光进入建筑玻璃后全反射传播，当遇到建筑玻璃上的微结构点阵时，能够散射出光从而使玻璃均匀发光，并且发光强弱可根据LED的光通量控制，从而实现建筑玻璃的室内照明及调节室内光强的功能。此外，通过对带弧边的透光板材出光面照度分布及网点分布的精细化设计，可实现弧形建筑门窗玻璃的均匀发光，保证该透光板材的出光面照度及光强调节满足建筑工程设计需求。因此，本发明具有较高的实用价值和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例中对可调光发光板材进行照度分布计算的流程示意图；

图2为本发明实施例中确定可调光发光板材上微米级调光微结构网点分布的流程示意图；

图3为本发明实施例一中单边入光的可调光发光板材照度及网点分布设计的示意图；

图4为本发明实施例二中双边入光的可调光发光板材照度及网点分布设计的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实施例提供了一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，所述可调光发光板材的本体为透光板材，所述可调光发光板材包括至少一条弧形边和任意条直边，以围成任意闭合形状，且各相邻边之间无具体角度约束；所述可调光发光板材嵌入与其形状相适应的门窗中；所述可调光发光板材的任意一边或多边设置一组或多组条形光源，形成单边入光或多边入光，且设置条形光源的边作抛光处理；每组条形光源主要由灯条基板以及沿灯条基板长度方向设置的多个LED点光源组成，所述灯条基板为柔性基板以与相应边外轮廓贴合；所述可调光发光板材的一侧或两侧表面附着有微米级调光微结构网点；当光源不发光时，所述可调光发光板材等同于普通玻璃并呈现透明状态，调光微结构网点肉眼不可见；当光源发光时，光线从设置条形光源的边进入所述可调光发光板材内全反射传播，当遇到调光微结构网点时光被散射出，从而使嵌入所述可调光发光板材的门框或窗户辐射出与网点密度匹配的光通量，均匀发光以实现照明；当对光源的光通量进行调节时，所述可调光发光板材的发光强度发生改变，从而实现对室内光照强度的调节。如果有多个侧边都设置条形光源，则可以多个侧边分别或者全部一起调光通量。

在本实施例中，所述可调光发光板材可以由有机材料或无机材料制成，所述有机材料包括：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯酸甲酯(PMA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、醋酸丁酸纤维素(CAB)、硅氧烷、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯醇(PVA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、改性聚对苯二甲酸乙二酯(PETG)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)以及环烯共聚物(COC)中的一种或几种混合；所述无机材料包括：玻璃、石英和透射陶瓷材料中的一种或几种混合；所述可调光发光板材的折射率大于空气折射率，且在可见光波段透过率高于90％。

在本实施例中，所述调光微结构网点通过破坏光线在所述可调光发光板材中的全反射传播，且沿远离条形光源远近不同呈疏密变化排布，距离条形光源近，则网点排布较疏，反之则密，从而可控地改变所述可调光发光板材出光面上的照度分布，控制出射面的照度分布的均匀性；所述调光微结构网点的制作方法包括：丝网印刷、喷墨打印、激光直写或光刻；所述调光微结构网点的材料包括：散射粒子、扩散剂、油墨、UV胶、光刻胶中的一种或多种混合；所述调光微结构网点直径小于100μm，直径越小，则透光板材透明度越高；所述调光微结构网点在可调光发光板材的表面整面铺设，以使所述可调光发光板材在光源开启时均匀发光。

在本实施例中，所述条形光源与所述可调光发光板材在尺寸上满足：透光板材厚度和光源在板材厚度方向上的发光尺寸远小于透光板材边长的最大值，以使光线在厚度方向上的传播距离可以忽略；所述条形光源的中心波长属于可见光波段，波长范围在380nm到780nm之间；所述条形光源贴合在透光板材的侧边上，且与透光板材侧边的间距不大于0.5mm。由于LED光源的发光面本身有一定的面积，光源在板材厚度方向上的发光尺寸即指这个发光面在板材厚度方向上的尺寸。

所述可调光发光板材出光面的照度分布特征按如下方法确定：

对于单边入光情况，以透光板材出光面建立基准平面直角坐标系，出光面上任意点具有确定的坐标(x₀，y₀)，其中(x₀，y₀)的定义域限制在透光板材的范围内；(x₁，y₁)是条形光源上某个点光源的位置坐标，其发出的光线在透光板材内全反射传播，利用朗伯余弦定律及照度平方反比定律求解点光源在透光板材出光面上任一点的照度大小，接着对各点光源在该点上的照度作累加或积分求和，即求得透光板材出光面上任一点照度；

对于多边入光情况，将各条形光源标定为I_i,其中i为光源序号1,2,3…，通过分别对各边的条形光源进行以上处理分析，求得各条形光源在透光板材出光面上某一点的照度大小后，将各条形光源在出光面上一点的照度进行累加，即可获得出光面上该点总照度，进而获得多边入光情况的底面照度分布。所述底面指网点所在的那个面，即和出光面相反的那个面。

如图1所示，获取所述可调光发光板材出光面照度，包括如下步骤：

S1：对透光板材出光面建立平面直角坐标系，将条形光源上的一点光源坐标标定为(x₁，y₁)，将透光板材出光面上任意点的坐标标定为(x₀，y₀)，定义其为目标点；针对不同形状的建筑门窗，通过修改透光板材出光面(x₀，y₀)的定义域，使得(x₀，y₀)表示的每个点都在透光板材的范围之内；

S2：将条形光源看作多个点光源连接而成，根据透光板材出光面上目标点的坐标与任一点光源坐标，计算目标点与该点光源的直线距离l₁以及两者直线距离所在方向与该点光源出射光法线之间的夹角θ₁；

S3：测得该点光源在出射光法线上发光强度I₁，利用朗伯余弦定律分别计算该光源在与出射光法线夹角θ₁的方向上的光强I₁(θ₁)，I₁(θ₁)满足：

I₁(θ₁)＝I₁·cosθ₁

S4：利用照度平方反比定律求得该点光源在点(x₀，y₀)处的照度E₁，E₁满足：

S5：设条形光源的点光源数量为n，将各点光源坐标标定为(x_i，y_i)，其中i为光源序号1，2，3…，n，重复S1至S4，求出各光源在点(x₀，y₀)处的照度E_i，最后对点(x₀，y₀)上的照度求和：

如此求得单边入光的透光板材出光面上任意一点照度大小；

当条形光源为连续光源时，n无穷大，采用积分求和；对于长度为W，在出射光法线方向上光强为I₀的连续光源，对连续光源长度取微分dw，每个微分点光源的出射光法线方向上光强为：

对每一个微分点光源dw按步骤S1-S4进行处理，求得微分点光源在透光板材出光面上某一点处的微分照度大小dE后，对该点上的微分照度作积分：

E(x₀，y₀)＝∫dE

即可求得光源为连续光源时，单边入光的透光板材出光面任一点上照度；

S6：对于多边入光的模型，将各条形光源在透光板材出光面上一点的照度标定为E_j，其中j为光源序号1,2,3,…,n，对各条形光源按步骤S1-S5进行处理，求出E_j后进行累加：

即可求得多边入光的透光板材出光面任一点上照度。

其中，所述调光微结构网点中的一个网点与所述条形光源上的一个点光源的直线距离l₂以及两者直线距离所在方向与点光源的面源法线单位向量之间的夹角θ₂都是关于坐标(x，y)的函数；其中，l₂满足：

θ₂满足：

所述条形光源上的单个点光源的发光强度满足朗伯辐射体特性，其光强分布满足余弦定律公式：

I_θ＝I₀·cosθ

其中，I₀是光源在出射光法线方向上的光强，I_θ是光源在与出射光法线方向夹角为θ的方向上的光强；采用非朗伯辐射体的光源，其计算结果以相应的系数代入该公式进行定义。

所述照度平方反比定律满足公式：

其中E(l)为与点光源距离l处的照度，I(θ)为点光源在与出射光法线方向夹角θ的方向上的光强。

基于以上分析，所述调光微结构网点在可调光发光板材上分布的确定方法为：计算透光板材底面上任意点照度大小，测量透光板材出光面上的最低照度，并参考任意点照度与最低照度之间的差值设置透光板材上的网点密度分布。如图2所示，对透光板材出光面微结构网点分布的设计方法包含以下步骤：

S1：定义网点密度β为透光板材出光面上单位面积内网点的投影面积与该单位面积之比，β的取值在0到1之间，网点密度最大值β₀＝1；

S2：通过对透光板材出光面的照度分析获得任意点照度大小E(x₀，y₀)，并将透光板材出光面的最小照度值定义为E_min；

S3：定义一个取值在0到1之间的比例系数R，使得透光板材出光面上任意点的网点密度大小β(x₀,y₀)满足：

β(x₀,y₀)＝R·β₀

其中R满足：

由此，能够基于对透光板材出光面上的照度分析，将透光板材出光面上网点密度的设计精细量化，有助于更高效地实现门窗发光模式下的均匀出光效果。

具体实施例1：

如图3所示，黑色细实线代表一块由半圆形和三角形组成的水滴状建筑门窗石英透光板材，通过丝网印刷，在该透光板材表面附着微米级调光微结构网点，且网点铺设在透光板材整个表面。该水滴状透光板材弧边经过抛光后，在弧边放置LED发光光源灯条，灯条基板为柔性基板，灯条形状与透光板材的弧边外轮廓贴合，灯条与该弧边的间距为0.3mm。LED发光光源灯条中心波长为450nm、525nm、620nm，透光板材厚度和LED发光光源在板材厚度方向上的发光尺寸远小于透光板材各边长。此外，LED发光光源的光强分布满足朗伯辐射体的特性。

以下是对透光板材底面照度分析的步骤：

S1：对该水滴状透光板材底面建立的二维直角坐标系，该板材弧边放置长度为w₁的LED条形光源，以红色线条标记；条形光源长度方向上的点光源的坐标(a₀,b₀)。由于条形光源贴合半圆形透光板材的外侧，故而点光源的坐标满足：

其中半圆形透光板材的半径为R。这里利用极坐标替代点光源的直角坐标，即点光源坐标满足：

其中表示以原点为转轴，从X轴正向顺时针旋转的角度，其中条形光源起点对应转角为/>终点对应转角为/>透光板材底面上任意一点坐标(x₀,y₀)，坐标(x₀,y₀)的取值范围仅限于代表透光板材的黑色细实线所围区域内；条形光源的出射光法线的单位法向量由条形光源长度方向上的点光源指向透光板材底面上任意一点的向量/>向量/>与/>所成夹角θ。为便于公式计算，以半圆的圆心为原点建立二维直角坐标系。

S2：对条形光源满足的圆方程求导，可得到：

故而条形光源上点光源处的切线斜率满足：

而点光源处切线斜率与出射光法线斜率k满足：

故而可得出射光法线斜率k满足：

故而所述的出射光法线的单位法向量满足：

所述的向量满足：

其中的点光源的坐标(a₀,b₀)仅限于条形光源w₁的定义域内。所述的θ满足：

条形光源长度方向上代表点光源的微分dw满足：

S3：条形光源在出射光法线方向的亮度I₀，定义条形光源长度方向上微分dw的出射光法线方向微分亮度dI₀，其满足：

则与出射光法线方向成θ角的方向上，微分亮度dI满足：

dI＝cosθ·dI₀

S4：由照度平方反比定律可知，条形光源长度方向上微分点光源在透光板材底面上任意一点的微分照度满足：

S5：对透光板材底面上任意一点，照度E为微分照度的积分，即：

将以上各式代入运算可得到透光板材底面上任一点的照度表达式。

以下是基于上述照度分析得到的照度值进行网点设计的步骤：

S1：定义网点密度β为透光板材底面上单位面积内网点的投影面积，β的取值在0到1之间，网点密度最大值β₀＝1；

S2：基于上述分析得到的任意点照度大小E(x₀，y₀)，将透光板材底面的最小照度值定义为E_min；

S3：定义一个取值在0到1之间的比例系数R，使得透光板材底面上任意点的网点密度大小β(x₀,y₀)满足：

β(x₀,y₀)＝R·β₀

其中R满足：

由此可得到基于透光板材底面照度的网点密度分布设计图。

具体实施例2：

如图4所示，黑色细实线代表一块由半圆形和三角形组成的水滴状建筑门窗透光板材，其材质为聚甲基丙烯酸甲酯，通过激光直写，在该透光板材表面附着微米级调光微结构网点，且网点铺设在透光板材整个表面。该水滴状透光板材两条直边经过抛光后，分别放置LED发光光源灯条(光源1和2)，灯条基板为柔性基板，灯条形状与透光板材的弧边外轮廓贴合。灯条与该弧边的间距为0.2mm。LED发光光源灯条中心波长范围为450nm、525nm、620nm，透光板材厚度和LED发光光源在板材厚度方向上的发光尺寸远小于透光板材各边长。此外，LED发光光源的光强分布等满足朗伯辐射体特性。

以下是对透光板材底面照度分析的步骤：

S1：对该水滴状透光板材底面建立二维直角坐标系，在透光板材两条直边分别放置长度为w₁、w₂的条形光源，分别称之为1号、2号光源，以蓝色线条标记；条形光源长度方向上的点光源的坐标(a,b)。以下步骤以1号光源为例，其点光源的坐标满足：

b＝ka

其中k表示长度为w₁的光源的斜率。由于两光源关于X轴对称，因此两者的斜率k互为相反数。透光板材底面上任意一点坐标(x₀,y₀)，坐标(x₀,y₀)的取值范围仅限于代表透光板材的黑色细实线所围区域内；两条形光源的出射光法线的单位法向量分别为 由两条形光源长度方向上的点光源指向透光板材底面上任意一点的向量分别为/> 向量与/>各自所成夹角分别为θ₁、θ₂。1号光源在X轴上的左右端点坐标分别为a₁₁、a₁₂，2号光源在X轴上的左右端点坐标分别为a₂₁、a₂₂。

S2：由于光源所在直线已经有固定的斜率，以1号光源为例，其单位法向量便可以表示为：

向量可以表示为：

那么就可以得到cosθ₁的值：

其中该光源的长度微分dw满足：

S3：1号光源在出射光法线方向的亮度I₁，定义条形光源长度方向上微分dw的出射光法线方向微分亮度dI₁，其满足：

则与出射光法线方向成θ₁角的方向上，微分点光源的微分亮度dI满足：

dI＝cosθ₁dI₁

S4：由照度平方反比定律可知，1号光源长度方向上微分点光源在透光板材底面上任意一点的微分照度满足：

S5：对透光板材底面上任意一点，照度E₁为微分照度的积分，即：

将以上各式代入运算可得到透光板材底面上任一点的照度表达式。对于2号光源同理重复S1-S5即可得到2号光源在透光板材底面上任意一点的照度E₂。最后将两光源的照度相加，即可得到透光板材底面上任意一点的总照度E：

E(x₀,y₀)＝E₁+E₂

以下是基于上述照度分析得到的照度值进行网点设计的步骤：

S1：定义网点密度β为透光板材底面上单位面积内网点的投影面积，β的取值在0到1之间，网点密度最大值β₀＝1；

S2：基于上述分析得到的任意点照度大小E(x₀，y₀)，将透光板材底面的最小照度值定义为E_min；

S3：定义一个取值在0到1之间的比例系数R，使得透光板材底面上任意点的网点密度大小β(x₀,y₀)满足：

β(x₀,y₀)＝R·β₀

其中R满足：

由此可得到基于透光板材底面照度的网点密度分布设计图。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，其特征在于，所述可调光发光板材的本体为透光板材，所述可调光发光板材包括至少一条弧形边和任意条直边，以围成任意闭合形状，且各相邻边之间无角度约束；所述可调光发光板材嵌入与其形状相适应的门窗中；所述可调光发光板材的任意一边或多边设置一组或多组条形光源，形成单边入光或多边入光；每组条形光源主要由灯条基板以及沿灯条基板长度方向设置的多个LED点光源组成，所述灯条基板为柔性基板以与相应边外轮廓贴合；所述可调光发光板材的一侧或两侧表面附着有微米级调光微结构网点；当光源不发光时，所述可调光发光板材等同于普通玻璃并呈现透明状态，调光微结构网点肉眼不可见；当光源发光时，光线从设置条形光源的边进入所述可调光发光板材内全反射传播，当遇到调光微结构网点时光被散射出，从而使嵌入所述可调光发光板材的门框或窗户辐射出与网点密度匹配的光通量，均匀发光以实现照明；当对光源的光通量进行调节时，所述可调光发光板材的发光强度发生改变，从而实现对室内光照强度的调节；

所述可调光发光板材出光面的照度分布特征按如下方法确定：

对于单边入光情况，以透光板材出光面建立基准平面直角坐标系，出光面上任意点具有确定的坐标(x₀，y₀)，其中(x₀，y₀)的定义域限制在透光板材的范围内；(x₁，y₁)是条形光源上某个点光源的位置坐标，其发出的光线在透光板材内全反射传播，利用朗伯余弦定律及照度平方反比定律求解点光源在透光板材出光面上任一点的照度大小，接着对各点光源在该点上的照度作累加或积分求和，即求得透光板材出光面上任一点照度；

对于多边入光情况，将各条形光源标定为I_i，其中i为光源序号1，2，3…，通过分别对各边的条形光源进行以上处理分析，求得各条形光源在透光板材出光面上某一点的照度大小后，将各条形光源在出光面上一点的照度进行累加，即可获得出光面上该点总照度，进而获得多边入光情况的底面照度分布；

获取所述可调光发光板材出光面照度，具体包括如下步骤：

S1：对透光板材出光面建立平面直角坐标系，将条形光源上的一点光源坐标标定为(x₁，y₁)，将透光板材出光面上任意点的坐标标定为(x₀，y₀)，定义其为目标点；针对不同形状的建筑门窗，通过修改透光板材出光面(x₀，y₀)的定义域，使得(x₀，y₀)表示的每个点都在透光板材的范围之内；

S2：将条形光源看作多个点光源连接而成，根据玻璃板材出光面上目标点的坐标与任一点光源坐标，计算目标点与该点光源的直线距离l₁以及两者直线距离所在方向与该点光源出射光法线之间的夹角θ₁；

S3：测得该点光源在出射光法线上发光强度I₁，利用朗伯余弦定律分别计算该光源在与出射光法线夹角θ₁的方向上的光强I₁(θ₁)，I₁(θ₁)满足：

I₁(θ₁)＝I₁·cosθ₁

S4：利用照度平方反比定律求得该点光源在点(x₀，y₀)处的照度E₁，E₁满足：

S5：设条形光源的点光源数量为n，将各点光源坐标标定为(x_i，y_i)，其中i为光源序号1，2，3…，n，重复S1至S4，求出各光源在点(x₀，y₀)处的照度E_i，最后对点(x₀，y₀)上的照度求和：

如此求得单边入光的透光板材出光面上任意一点照度大小；

当条形光源为连续光源时，n无穷大，采用积分求和；对于长度为W，在出射光法线方向上光强为I₀的连续光源，对连续光源长度取微分dw，每个微分点光源的出射光法线方向上光强为：

对每一个微分点光源dw按步骤S1-S4进行处理，求得微分点光源在透光板材出光面上某一点处的微分照度大小dE后，对该点上的微分照度作积分：

E(x₀，y₀)＝∫dE

即可求得光源为连续光源时，单边入光的透光板材出光面任一点上照度；

S6：对于多边入光的模型，将各条形光源在透光板材出光面上一点的照度标定为E_j，其中j为光源序号1，2，3，...，n，对各条形光源按步骤S1-S5进行处理，求出E_j后进行累加：

即可求得多边入光的透光板材出光面任一点上照度；

所述调光微结构网点中的一个网点与所述条形光源上的一个点光源的直线距离l₂以及两者直线距离所在方向与点光源的面源法线单位向量之间的夹角θ₂都是关于坐标(x，y)的函数；其中，l₂满足：

θ₂满足：

2.根据权利要求1所述的一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，其特征在于，所述可调光发光板材由有机材料或无机材料制成，所述有机材料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸甲酯、醋酸丁酸纤维素、硅氧烷、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二酯、改性聚对苯二甲酸乙二酯、聚二甲基硅氧烷以及环烯共聚物中的一种或几种混合；所述无机材料包括：玻璃、石英和透射陶瓷材料中的一种或几种混合；所述可调光发光板材的折射率大于空气折射率，且在可见光波段透过率高于90％。

3.根据权利要求1所述的一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，其特征在于，所述调光微结构网点通过破坏光线在所述可调光发光板材中的全反射传播，且沿远离条形光源远近不同呈疏密变化排布，距离条形光源近，则网点排布较疏，反之则密，从而可控地改变所述可调光发光板材出光面上的照度分布，控制出射面的照度分布的均匀性；所述调光微结构网点的制作方法包括：丝网印刷、喷墨打印、激光直写或光刻；所述调光微结构网点的材料包括：散射粒子、扩散剂、油墨、UV胶、光刻胶中的一种或多种混合；所述调光微结构网点直径小于100μm；所述调光微结构网点在可调光发光板材的表面整面铺设，以使所述可调光发光板材在光源开启时均匀发光。

4.根据权利要求1所述的一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，其特征在于，所述条形光源与所述可调光发光板材在尺寸上满足：透光板材厚度和光源在板材厚度方向上的发光尺寸小于透光板材边长的最大值，以使光线在厚度方向上的传播距离可以忽略；所述条形光源的中心波长属于可见光波段，波长范围在380nm到780nm之间；所述条形光源贴合在透光板材的侧边上，且与透光板材侧边的间距不大于0.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，其特征在于，所述条形光源上的单个点光源的发光强度满足朗伯辐射体特性，其光强分布满足余弦定律公式：

I_θ＝I₀·cosθ

其中，I₀是光源在出射光法线方向上的光强，I_θ是光源在与出射光法线方向夹角为θ的方向上的光强；采用非朗伯辐射体的光源，其计算结果以相应的系数代入该公式进行定义。

6.根据权利要求1所述的一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，其特征在于，所述照度平方反比定律满足公式：

其中E(l)为与点光源距离l处的照度，I(θ)为点光源在与出射光法线方向夹角θ的方向上的光强。

7.根据权利要求3所述的一种适用于带弧边建筑门窗的可调光发光板材，其特征在于，所述调光微结构网点在可调光发光板材上分布的确定方法为：计算透光板材底面上任意点照度大小，测量透光板材出光面上的最低照度，并参考任意点照度与最低照度之间的差值设置透光板材上的调光微结构网点密度分布，具体为：

定义网点密度β为透光板材出光面上单位面积内网点的投影面积与该单位面积之比，β在0到1之间取值，网点密度最大值β₀＝1；

计算获得透光板材出光面上任意点照度大小E(x₀，y₀)，并测量透光板材出光面上的最小照度值E_min；

定义一个取值在0到1之间的比例系数R，使得透光板材出光面上任意点的网点密度大小β(x₀，y₀)满足：

β(x₀，y₀)＝R·β₀

其中R满足：

由此，基于对透光板材出光面上的照度分析，将透光板材出光面上网点密度的设计精细量化，以实现门窗发光模式下的均匀出光。