减少炫光的向阳光重定向膜制造技术

本公开整体涉及光控构造，该光控构造包括在制备减少炫光的向阳光重定向膜时可用的微结构化棱柱元件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】减少炫光的向阳光重定向膜本公开整体涉及光控构造，该光控构造包括在制备减少炫光的向阳光重定向膜时可用的微结构化棱柱元件。
技术介绍
多种方法被用于减少建筑物中的能量消耗。在这些方法中，利用日光来提供建筑物内部的照明是更有效的方法。一种用于在诸如办公室、住宅等建筑物的内部供应光的技术是偏转进入的日光。因为日光以朝下的角度射入窗，所以这种日光中的大部分并不能用于照亮房间。然而，如果可以使进入的向下光线偏转成向上，使得它们照到顶篷，则光可以更有效地用于照亮房间。日光重定向膜(DRF)通过将进入的日光向上重定向到顶篷上来提供自然照明。这样可通过减少对于人造光的需求来节省大量能源。日光重定向膜可由将进入的日光反射到顶篷上的光学微结构构成。DRF通常安装在窗7’及以上的上天窗部分。图1示出了典型的构造，其中窗110上的LRF101将日光120向上重定向为偏转光124。通过使用涉及日光重定向膜的合适构造，通常落在地板上的日光可用于提供自然照明。图2示出了可通过日光重定向膜201从地板重定向至顶篷的光数的示例，其中日光重定向膜施加于窗玻璃。图2B中的箭头指出通过日光重定向膜201从地板重定向至顶篷的光。建筑(民用和商用建筑)的能耗占总能耗的约40％，而照明又占建筑能耗的约30％。即使将一小部分人造照明替换成自然光，也可节省大量能源。北美照明工程学会(IES)制订了日光照明综合指标，名为空间全自然采光百分比(spatialDaylightAutonomy)，即sDA，用于表征日光系统的功效。在美国若干国防部场地进行的大量研究表明，安装3MDRF增大sDA值。除了节能，日光还具有与提升工作人员工作效率、提高测验分数以及改善情绪和精力相关的柔和优势。虽然使用日光重定向膜的主要激励因素之一是节能，但也需要考虑视觉方面的舒适度。专利技术人观察到，如图1中所示，尽管大部分日光被向上重定向，但仍有一部分向下(未示出)。该向下的光可导致室内人员看到炫光。本公开尤其提出用于减少炫光的光重定向膜的微结构化棱柱元件的新设计。
技术实现思路
本公开整体涉及光控构造，该光控构造包括在制备减少炫光的向阳光重定向膜时可用的微结构化棱柱元件。本公开的光控构造包括光学基板，该光学基板具有第一主表面和与第一主表面相背对的第二主表面。对于向阳构造，光学基板的第二主表面包括一个或多个微结构化棱柱元件。微结构化棱柱元件具有双峰形状，本专利技术人发现该双峰形状减少炫光，即使在低日照角下也是如此。通常微结构化棱柱元件为在适用基板上有序排列的部分，并且一起形成光重定向膜。在一些实施方案中，多个微结构化棱柱元件的有序排列可形成微结构阵列。该阵列可以具有多种元件。例如，阵列可以为线性的(即，一系列平行线)、正弦的(即，一系列波浪线)、随机的或者它们的组合。尽管多种阵列是可能的，但可取的是，该阵列元件是离散的，即，该阵列元件不相交或交叠。本专利技术人发现，某些面向房间的设计可能具有严重缺点：处于相对高日照角时，在微结构化棱柱元件底部表面处的全内反射失败导致剧烈色散，从而转化为橙色炫光。向阳设计在性质上没有该问题，因为向阳设计的底部表面大体向上倾斜，从而避免处于高日照角时的全内反射失败。本专利技术人发现，合理设计的向阳微结构化棱柱元件除了通过朝向顶篷重定向更多光而具有更好的性能之外，还可具有其它优势，诸如对于所有相关入射日照角没有炫光或大幅减少炫光。包括本专利申请中公开的微结构化棱柱元件的膜和窗也在本公开的范围之内。膜的使用允许将光重定向功能内置到现有窗中，例如通过使用层合步骤而无需：在玻璃制造商工厂处(a)蚀刻或以其它方式永久物理地改造窗基板，或(b)制备具有光重定向特性的窗或窗用玻璃。此外，光控膜可提供额外功能，诸如通过正确选择另外的层或将合适的添加剂与光重定向膜的现有基板结合，提供抗破损性和红外线或紫外线反射或吸收。在某些实施方案中，可将光控特征直接构建到一个或多个窗用基板中，而无需使用另外的膜层。除非另外指明，否则本文所使用的所有科学和技术术语具有在本领域中所普遍使用的含义。本文给出的定义旨在有利于理解本专利申请中频繁使用的某些术语，并无意排除那些术语在本公开上下文中的合理解释。除非另外指明，否则说明书和权利要求书中的所有表达说明书和权利要求书中所使用的特征尺寸、量和物理特性的数值在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。在最低程度上，并且不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的范围内的条件下，至少应该根据所记录的数值的有效数位和通过惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。尽管陈述本专利技术的宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中所陈述的数值尽可能准确地记录。然而，任何数值都固有地包含某些误差，在它们各自的试验测量中所存在的标准偏差必然会引起这种误差。通过端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5的范围包括例如1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)和该范围内的任何范围。除非其内容另外清楚指明，否则本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一种”、“一个”和“所述”均涵盖具有多个指代物的实施方案。除非其内容另外清楚指明，否则如本说明和所附权利要求中使用的，术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。如本文所用，术语“粘合剂”是指可用于将两个部件(粘附体)粘附在一起的聚合物组合物。粘合剂的示例为热活化粘合剂和压敏粘合剂。如本文所用，术语“窗膜粘合剂层”是指包含适于将膜粘结至窗或窗用玻璃的粘合剂的层，诸如压敏粘合剂。根据上下文中对“相邻”的理解，如本文所用，术语“相邻”是指彼此靠近的两个元件(诸如膜构造中的层)的相对位置，可能需要或未必需要彼此接触并且可能有将两个元件分开的一个或多个层。根据上下文中对“紧邻”的理解，如本文所用，术语“紧邻”是指紧靠彼此而没有任何其它层分隔的两个元件(诸如膜构造中的层)的相对位置。当涉及其中不同层可被共挤出、层合、互相涂覆或为它们的任何组合的多层膜时，术语“构造”或“组件”在本专利申请中互换使用。如本文所用，术语“光重定向膜”是指包括微结构化棱柱元件的层。如本文所用，术语“光重定向膜”是指包括一个或多个光重定向层以及任选的其它附加层诸如基板或其它功能层的膜。当光源为太阳时，光重定向通常可称为日光重定向、阳光重定向或太阳光重定向。如本文所用，术语“膜”根据上下文是指单层制品或多层构造，其中不同层可能被共挤出、层合、涂覆或为它们的任何组合。如本文所用，术语“微结构化棱柱元件”是指将具有某些角特征的输入光重定向至具有某些角特征的输出光中的工程光学元件，其中特征结构的至少2个维度极小。在某些实施方案中，微结构化棱柱元件的高度小于1000微米。微结构化棱柱元件可包括单峰结构、多峰结构诸如双峰结构、包括一条或多条曲线的结构或它们的组合。如本文所用，术语“漫射剂”是指在制品中结合的特征结构或添加剂，用于增大穿过同一制品的光的角展度。如本文所用，术语“光学基板”是指至少光学透明的、可以是光学清晰的并且还可以产生另外光学效应的基板。光学基板的示例包括光学膜和窗用基板，诸如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光控构造，包括：光学基板，所述光学基板具有第一主表面和与所述第一主表面相背对的第二主表面；其中参考平面被定义为平行于所述光学基板的所述第一主表面和所述第二主表面并位于所述第一主表面和所述第二主表面之间；其中参考x轴被定义为正交于所述参考平面；其中参考y轴被定义为垂直于所述参考x轴并落在平行于所述参考平面的平面内；其中所述参考x轴和所述参考y轴在被定义为原点的位置处彼此相交，所述原点位于所述光学基板的所述第二主表面上；其中所述光学基板的所述第二主表面包括一个或多个微结构化棱柱元件；其中所述参考x轴的正方向被定义为从所述原点朝向所述一个或多个微结构化棱柱元件的方向；其中所述参考y轴的正方向被定义为从所述原点指向从所述参考x轴的所述正方向沿顺时针方向旋转后的方向；其中微结构化棱柱元件的横截面具有包括五个大体为直的边(边A、B、C、D和E)的双峰形状，使得：微结构化棱柱元件的每个边具有第一端部和第二端部；所述微结构化棱柱元件的边A平行于所述光学基板的所述第二主表面并且与所述第二主表面相邻并且从所述原点延伸，其中边A的第一端部位于所述参考y轴的所述正方向上；所述微结构化棱柱元件的边B的第一端部连接至边A的第二端部，并且边B的第二端部连接至边C的第一端部；其中边B从连接至边A的点朝向所述参考x轴的所述正方向延伸；其中边B与穿过边A和边B的连接点的平行于所述参考x轴的线形成α角；所述微结构化棱柱元件的边C的第二端部连接至边D的第一端部；其中边C从与边B相交的点沿逆时针方向延伸；所述微结构化棱柱元件的边D的第二端部连接至边E的第一端部；边C和边D限定从边C沿逆时针方向朝向边D测量的谷角；所述微结构化棱柱元件的边E的第二端部连接至边A的第一端部；其中边E与边A的所述参考x轴形成β角，所述参考x轴穿过边A和边E的连接点；其中所述谷角为10至170度；其中从边A到所述微结构化棱柱元件的最高点的最短距离限定所述微结构化棱柱元件的高度；其中边A的长度限定微结构化棱柱元件的节距；其中通过所述高度除以所述节距而限定的所述微结构化棱柱元件的纵横比为1.55或更小；其中与边B和边C的连接点相交的边A的法线和与边C和边D的连接点相交的边A的法线之间的距离限定峰间距；其中所述峰间距大于所述节距的10％；其中当入射光线在穿过所述光学基板的所述第一主表面之前穿过所述第二主表面并且作为输出光线离开所述光控构造时，在从平行于所述参考x轴的线沿顺时针方向测量的10至65度的所述入射光线的入射角的任意值处，以从平行于所述参考x轴的线沿顺时针方向测量的0至45度角离开的输出光线的能量除以所述输出光线的总能量小于25％。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.20 US 62/066,3021.一种光控构造，包括：光学基板，所述光学基板具有第一主表面和与所述第一主表面相背对的第二主表面；其中参考平面被定义为平行于所述光学基板的所述第一主表面和所述第二主表面并位于所述第一主表面和所述第二主表面之间；其中参考x轴被定义为正交于所述参考平面；其中参考y轴被定义为垂直于所述参考x轴并落在平行于所述参考平面的平面内；其中所述参考x轴和所述参考y轴在被定义为原点的位置处彼此相交，所述原点位于所述光学基板的所述第二主表面上；其中所述光学基板的所述第二主表面包括一个或多个微结构化棱柱元件；其中所述参考x轴的正方向被定义为从所述原点朝向所述一个或多个微结构化棱柱元件的方向；其中所述参考y轴的正方向被定义为从所述原点指向从所述参考x轴的所述正方向沿顺时针方向旋转后的方向；其中微结构化棱柱元件的横截面具有包括五个大体为直的边(边A、B、C、D和E)的双峰形状，使得：微结构化棱柱元件的每个边具有第一端部和第二端部；所述微结构化棱柱元件的边A平行于所述光学基板的所述第二主表面并且与所述第二主表面相邻并且从所述原点延伸，其中边A的第一端部位于所述参考y轴的所述正方向上；所述微结构化棱柱元件的边B的第一端部连接至边A的第二端部，并且边B的第二端部连接至边C的第一端部；其中边B从连接至边A的点朝向所述参考x轴的所述正方向延伸；其中边B与穿过边A和边B的连接点的平行于所述参考x轴的线形成α角；所述微结构化棱柱元件的边C的第二端部连接至边D的第一端部；其中边C从与边B相交的点沿逆时针方向延伸；所述微结构化棱柱元件的边D的第二端部连接至边E的第一端部；边C和边D限定从边C沿逆时针方向朝向边D测量的谷角；所述微结构化棱柱元件的边E的第二端部连接至边A的第一端部；其中边E与边A的所述参考x轴形成β角，所述参考x轴穿过边A和边E的连接点；其中所述谷角为10至170度；其中从边A到所述微结构化棱柱元件的最高点的最短距离限定所述微结构化棱柱元件的高度；其中边A的长度限定微结构化棱柱元件的节距；其中通过所述高度除以所述节距而限定的所述微结构化棱柱元件的纵横比为1.55或更小；其中与边B和边C的连接点相交的边A的法线和与边C和边D的连接点相交的边A的法线之间的距离限定峰间距；其中所述峰间距大于所述节距的10％；其中当入射光线在穿过所述光学基板的所述第一主表面之前穿过所述第二主表面并且作为输出光线离开所述光控构造时，在从平行于所述参考x轴的线沿顺时针方向测量的10至65度的所述入射光线的入射角的任意值处，以从平行于所述参考x轴的线沿顺时针方向测量的0至45度角离开的输出光线的能量除以所...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝冰，马诺耶·尼马尔，查尔斯·A·马蒂拉，欧文·M·安德森，斯科特·M·塔皮奥，埃里克·A·阿霍，拉古纳特·帕迪亚斯，乔纳森·F·曼沙伊姆，约翰·F·里德，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US