專利名稱：漫射光的子光柵的陣列的制作方法
漫射光的子光柵的陣列本發(fā)明涉及包含能使來自室外的光以所需方向朝室內(nèi)(通常天花板)
變向的元件(616ment)的建筑用玻璃板領(lǐng)域。當(dāng)要偏轉(zhuǎn)的光是可見太陽光時(shí)，這種類型的玻璃板常被列為"自然采光的(daylightmg)"。
由于在室內(nèi)更有效利用外部光線以致可減少人工照明的事實(shí)，這種類型的玻璃板通常被認(rèn)為有助于節(jié)能。
US 5,009,484教導(dǎo)了包含由凸起的平行列構(gòu)成的衍射光柵的玻璃板。該文獻(xiàn)指出，該光柵通常造成引起表現(xiàn)為色彩分離的光衍射。這種效果不是特別希望的。為限制這種現(xiàn)象的程度，同一文獻(xiàn)建議(參見其附圖3)垂直并置三個(gè)連續(xù)光柵(對(duì)于三種基本顏色中每種)，以使這三種顏色的出射光束在天花板上混合以重新形成無色照明區(qū)域。這三個(gè)連續(xù)光柵具有以單調(diào)方式和依精確次序進(jìn)行改變的不同周期性。該文獻(xiàn)還指出，這三個(gè)連續(xù)光柵可換成單光柵，其周期性從該單光柵的一端到另一端單調(diào)變化。該專利所教導(dǎo)的解決方案在一定程度上有效，但不阻止虹彩色形成。此外，在該文獻(xiàn)中，漫射元件是傾斜的，任選地可變的，并具有可變深度，這使得在大面積上的低成本工業(yè)制造非常困難。
本發(fā)明涉及限制光的各種顏色的表觀分離并產(chǎn)生具有與入射光基本相同顏色(沒有偏轉(zhuǎn)光的顯著表觀虹彩色)的照明(通常在天花板上)的表面光柵。因此，如果入射光對(duì)肉眼而言基本無色，則出射光也如此。合意的是，偏轉(zhuǎn)光依據(jù)該光柵的單一級(jí)(通常地，光柵的1級(jí))也是無色的，因?yàn)榉駝t這會(huì)產(chǎn)生各種分離的照明區(qū)域(如果光線被投射到天花板上，則在天花板上產(chǎn)生這些區(qū)域)，其中一些區(qū)域不在合理位置，這也可能是不美觀的。


圖1以橫截面顯示在其表面上帶有10個(gè)本發(fā)明的子光柵(sous-r 6seau)的陣列(ensemble)的透明基底。
圖2顯示在其上部分帶有13個(gè)本發(fā)明的子光柵的陣列的玻璃板。
本發(fā)明的基底是透明的，這意味著無論觀測者的視角如何都可以清晰地透過其觀看。
根據(jù)本發(fā)明，在透明基底的表面上并沿著在平行于所述表面的方向上，制造光柵，其是包含至少10個(gè)并列的由平行的構(gòu)件(motifs)列構(gòu)成的子光柵的漫射光的陣列，所述構(gòu)件被折光指數(shù)不同于構(gòu)件折光指數(shù)的 區(qū)域隔開，各子光柵包含至少20個(gè)以周期p等距離重復(fù)的連續(xù)相同構(gòu) 件，所述周期從該組子光柵的一邊緣到另一邊緣非單調(diào)變化。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，漫射概念適用于偏轉(zhuǎn)光并涉及整個(gè)光柵(包括所 有子光柵)。
根據(jù)本發(fā)明，在透明基底的表面上制造包含至少兩種折光指數(shù)Rl 和R2交替的光柵(由折光指數(shù)為R2的線型基本區(qū)域(domains 616mentaires)隔開的折光指數(shù)為Rl的線型基本構(gòu)件(motifs 616mentaires lin6aires)),所述構(gòu)件和區(qū)域在幾何上彼此互補(bǔ)。這些構(gòu)件和區(qū)域由于彼 此鱗狀排列(imbriquent)而在幾何平面上互補(bǔ)。因此，僅限定折光指數(shù)為 Rl的構(gòu)件的幾何形狀就足夠了 ，因?yàn)檎酃庵笖?shù)為R2的區(qū)域填充位于這 些構(gòu)件之間的所有空間。構(gòu)件的幾何特別由它們的與基底平行的寬度L 、 由它們?cè)谧庸鈻艃?nèi)的重復(fù)周期和由它們的深度h來確定。術(shù)語"周期" 的使用清楚表明，在各子光柵內(nèi)，構(gòu)件相同且相鄰構(gòu)件之間的距離恒定 并等于該周期。
根據(jù)本發(fā)明，該光柵含有并列的多個(gè)具有不同周期的子光柵，這些 子光柵以分散方式(從其各自周期的角度看)布置于該光柵中以混雜各種 出射線并產(chǎn)生沒有任何特定顏色的中性照明。
根據(jù)本發(fā)明，相鄰子光柵的周期p從該光柵(即該組子光柵)一邊到 另一邊非單調(diào)變化。術(shù)語"非單調(diào)，，意味著，從光柵一邊到另一邊時(shí)，
這種周期不僅僅提高或降低。相反，從光柵一邊到另一邊時(shí)，這種周期 p從較大值交替變成較小值。
周期p從光柵一邊到另 一邊圍繞平均周期Pm變動(dòng)，平均周期Pm是 指相鄰構(gòu)件的重心之間的距離總和與整個(gè)光柵(即，所有并列子光柵的組 合)的構(gòu)件總數(shù)的比率。特別地，周期p優(yōu)選地大于Pm至少n次和大于
Pm至少n次，周期大于Pm的兩個(gè)子光柵被至少一個(gè)周期小于Pm的子光
柵隔開，周期小于pm的兩個(gè)子光柵被至少一個(gè)周期大于pm的子光柵隔
開，n是等于或大于2，尤其等于或大于3，或甚至等于或大于4，甚至 等于或大于5的整數(shù)。這意味著p偏離Pm至少2n次，尤其具有最小差 值y,從而超過值Pm+y達(dá)n次，并低于值Pm-y達(dá)n次，數(shù)值y取決于
要偏轉(zhuǎn)的波長，但通常為至少5。/。Pm,更通常至少10。/。Pm。
從光柵一邊到另一邊的p變動(dòng)還可以進(jìn)一步加強(qiáng)。當(dāng)從光柵一邊到另一邊時(shí)，還可以確定p的波動(dòng)，并可以遵循例如圍繞數(shù)值Pm的正弦 曲線。但是，這種波動(dòng)優(yōu)選是獨(dú)立的。其甚至可以是無規(guī)的。在后一情 況下，表示圍繞Pm的p的分布的曲線是高斯曲線型的。
周期P圍繞Pm變動(dòng)，同時(shí)大致保持在Pm + X至Pm - X的范圍內(nèi)， 數(shù)值X取決于要偏轉(zhuǎn)的波長。通常，X為最多50%Pm，更通常最多20% Pm。
各子光柵包含至少20個(gè)以周期p(即兩個(gè)連續(xù)構(gòu)件之間的距離)重復(fù) 的連續(xù)的相同構(gòu)件。各子光柵包含更通常總共至少100個(gè)連續(xù)的相同構(gòu) 件和甚至至少500個(gè)連續(xù)的相同構(gòu)件。
各子光柵通常具有0.1毫米至12毫米，更通常3至IO毫米的高度。 件數(shù):？ w 、 " 、， 口 、 j、 a
本發(fā)明的光柵通常含有40至10000個(gè)，更通常100至5000個(gè)并列 子光柵，且其構(gòu)件列是平行的。
平均周期Pm具有大致為要偏轉(zhuǎn)的射線波長的數(shù)值。這同樣適用于
各子光柵的周期p。
我們要指出，所述光射線基本具有下列波長 紫外線150至400納米 可見光400至800納米 紅外線800納米至100微米
無論子光柵是什么樣，在要偏轉(zhuǎn)的波長的1/2和兩倍之間選擇其周 期p。該數(shù)值p因此始終位于75納米和200樣i米之間。通常，無論是什 么子光4冊(cè)，p位于100納米至20孩i米之間。
如果要偏轉(zhuǎn)的是可見光，優(yōu)選在200至600納米范圍內(nèi)，優(yōu)選在300 至500納米范圍內(nèi)選擇子光柵的周期p(因此以及Pm)。
盡管不排除它們是傾斜的，但這些構(gòu)件通常的是不傾斜的(本領(lǐng)域技 術(shù)人員稱為"閃耀")，即相對(duì)于與基底垂直并穿過構(gòu)件重心的直線是對(duì) 稱的。
通常，構(gòu)件的寬度L為0.1Pm至0.9Pm，優(yōu)選為0.4Pm至0.6Pm。
通常，構(gòu)件的寬度L與深度比為0.2至5,優(yōu)選0.4至2。 如果隨著穿過構(gòu)件重心的平行于基底的線，則相繼經(jīng)過構(gòu)件的折光 指數(shù)R1和構(gòu)件之間的區(qū)域的折光指數(shù)R2。特別地，構(gòu)件可以由玻璃制成，區(qū)域可以由空氣構(gòu)成。在玻璃基底表面上制造玻璃凸起作為構(gòu)件時(shí)， 為這種情況?？諝馓畛錁?gòu)件之間的空間并自然構(gòu)成所述區(qū)域。在這種情
況下，指數(shù)R1是玻璃的指數(shù)，例如1.5，指數(shù)R2是空氣的指數(shù)，即l。 在此實(shí)例中，在基底表面上獲得構(gòu)件凸起。然而，從構(gòu)件到區(qū)域的轉(zhuǎn)變 可對(duì)應(yīng)于與凸起部分不符的折光指數(shù)的變化。實(shí)際上，其可以是彼此鱗 狀排列以使該表面觸摸平滑的兩種不同材料。特別可以通過離子交換技
構(gòu)件和區(qū)域的折光指數(shù)可以為1至2.2。通常，構(gòu)件可具有1.1至 1.8的折光指數(shù)。通常，區(qū)域可具有1至1.5的折光指數(shù)。
這兩種折光指數(shù)(構(gòu)件和區(qū)域的折光指數(shù))之差通常為0.02至1.5。
通常，如果區(qū)域是空氣，則構(gòu)件的折光指數(shù)高于區(qū)域的折光指數(shù)。
由于該玻璃板基本為裝配建筑物，選擇構(gòu)成具有令人滿意的透明度 的玻璃板(基底，和可能添加到所述基底中的部分)的材料。
本發(fā)明的光柵特別用在自然采光用途中。在這種情況下，通常將其 置于垂直的玻璃板上，以使所述構(gòu)件列是水平的。不排除構(gòu)件列是傾斜 的。該光柵通常占據(jù)玻璃板的至少IO厘米高度，更通常至少20厘米高 度，通常覆蓋玻璃板的整個(gè)寬度。各子光柵因此通常具有整個(gè)玻璃板的 寬度。通常，子光柵都具有相同高度，但不排除它們具有不同高度。
所述構(gòu)件可位于玻璃板的接收入射光的面上或在玻璃板的光出射 面(朝向建筑物內(nèi)部的面)上。
本發(fā)明的光柵通常可通過下列技術(shù)進(jìn)行制造壓花、光刻、轉(zhuǎn)印、 離子交換、光折射或電光效應(yīng)。
第 一方法包括將添加到透明薄板(基底)(特別由玻璃制成)上的溶膠-凝膠層或聚合物壓花。壓花是通過與結(jié)構(gòu)化元件(例如由輥構(gòu)成)接觸并 同時(shí)在其上施加壓力而產(chǎn)生的塑性或粘塑性形變?？捎玫娜苣z-凝膠層通 常是例如溶解在水-醇混合物中的無機(jī)氧化物前體，如Si02、 A1203、 Ti02 等的液體層。在使用或不使用輔助加熱手段的情況下，這些層在干燥時(shí) 硬化。作為Si02前體，提到四乙氧基硅烷(TEOS)或曱基三乙氧基硅烷 (MTEOS)。有機(jī)官能團(tuán)可以被包括在這些前體和最終獲得的二氧化硅 中。例如，在EP 799 873中已經(jīng)描述了用于獲得疏水涂層的氟化硅烷。 還可以使用如下的聚合物層獲得壓花
聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(pbT);聚苯乙烯；
聚丙烯酸酯，如聚(甲基丙烯酸曱酯)、聚(丙烯酸丁酯)、聚(曱基丙 烯酸)、聚(曱基丙烯酸2-羥乙酯)及其共聚物； 聚環(huán)氧(曱基)丙烯酸酯； 聚氨基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯； 聚酰亞胺，如聚甲基戊二酰亞胺； 聚硅氧烷，如聚環(huán)氧硅氧烷； 聚乙烯基醚、 聚二苯并環(huán)丁烯等
它們是單獨(dú)的或作為其中幾種的共聚物或共混物。
在一些情況下，在壓花后可以蝕刻?？梢晕g刻經(jīng)壓花的溶膠-凝膠或 聚合物層直至下方透明板的材料再現(xiàn)，首先在所述凸起構(gòu)件的深的部分 中，然后逐漸到其高的部分。因此，可以完全在添加的溶膠-凝膠或聚合 物層中或部分在該層中或部分在所述透明薄板中或完全在所述透明板 內(nèi)形成在蝕刻結(jié)束時(shí)獲得的或多或少不規(guī)則表面。應(yīng)該調(diào)節(jié)蝕刻條件以 使由此所得表面具有尺寸符合本發(fā)明的裝置的限定的凸起構(gòu)件。
作為蝕刻方法，可以提到
化學(xué)蝕刻，特別是用酸；
反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)或(反應(yīng)性離子束蝕刻(RIBE)); 等離子體(電感耦合等離子體(ICP))蝕刻。
應(yīng)指出的是，該壓花法能夠以適中成本在相對(duì)較大的表面上進(jìn)行快 速處理。
制造本發(fā)明的光柵的另 一可能方法包括光刻法。該方法通常包括首 先為透明基底提供第一層，可以在其中形成所述凸起構(gòu)件。該第一層相 當(dāng)于壓花法的添加的溶膠-凝膠或聚合物層。其還可以具有與此相同的性 質(zhì)，特別是由二氧化硅制成。在該方法的第二步驟中，沉積由光敏樹脂 構(gòu)成的第二層。其通過暴露在確定目標(biāo)的(cibl6)輻射中而在指定位置進(jìn) 行固化。由此在除去該光敏樹脂的未固化部分后在要蝕刻的第 一層上產(chǎn) 生掩模。然后以與上文對(duì)壓花法的任選步驟所述相同的方式進(jìn)行蝕刻。 可以除去該光敏樹脂的可能的殘留物。
制造本發(fā)明的光柵的另 一 方法包括納米結(jié)構(gòu)化層的轉(zhuǎn)印(transfert)。 將在第一載體上的粘附層粘附到第二載體上，以構(gòu)成本發(fā)明的裝置。該層可以由塑料或類似物制成。
可用的另一方法基于無機(jī)玻璃中的離子交換，例如Na+離子被Ag+ 離子交換。
最后，可以利用光折射效應(yīng)，根據(jù)這種效應(yīng)調(diào)制光誘發(fā)該材料(例如 鈦酸鋇的光折射晶體)的折光指數(shù)的空間調(diào)制。也可以利用電光效應(yīng)，根 據(jù)這種效應(yīng)電場誘發(fā)該材料的折光指數(shù)的空間調(diào)制。
圖1以橫截面顯示帶有本發(fā)明的漫射光柵的透明基底。該光柵位于 建筑物的玻璃板的上部?；?在其表面上包含水平平行的多列具有正 方形截面的構(gòu)件。這些構(gòu)件因此是線型的并在與圖1垂直的方向上平行。 這些構(gòu)件因此是平行六面體，其具有基本相當(dāng)于玻璃板寬度的長度、寬 度L和深度h。該光柵由IO個(gè)并列的連續(xù)子光柵構(gòu)成，它們各自具有通 過p!至PK)編號(hào)的特有周期。放大所述子光柵中的兩個(gè)，它們分別具有 周期p3和p8,由此能夠通過其橫截面看到該構(gòu)件。構(gòu)件的橫截面是正 方形(L = h)且相鄰構(gòu)件的兩個(gè)相同點(diǎn)(例如它們的重心)之間的距離分別 為p3和ps。圖1中的構(gòu)件的重心處于代表所述構(gòu)件的橫截面的正方形的 對(duì)角線交點(diǎn)處。這兩個(gè)放大的子光柵各自含有20個(gè)構(gòu)件。在各個(gè)子光 柵中可以看出，構(gòu)件是相同的并被間隔給定數(shù)值(其確定周期)，該周期 從一個(gè)子光柵到另一子光柵進(jìn)行變化，特別地，ps大于p3。這些構(gòu)件具 有折光指數(shù)Rl。它們被空氣隔開，該空氣因此構(gòu)成構(gòu)件之間的區(qū)域。 這些空氣區(qū)域具有折光指數(shù)R2,通常約為1。虛線AA，穿過周期為p3 的子光柵的構(gòu)件的重心。
圖2顯示由垂直裝在建筑物窗戶中的無機(jī)玻璃制成的玻璃板2。該 玻璃板的上部帶有根據(jù)本發(fā)明的13個(gè)子光柵的陣列3。通過水平列標(biāo)示 子光柵的構(gòu)件。子光柵都具有該玻璃板的整個(gè)寬度并且都具有相同高度 尺寸?？梢钥闯?，當(dāng)從子光柵陣列的邊緣B到該子光柵陣列的另一邊緣 B，時(shí)，這些子光柵在其周期方面以分散次序一些并列在另一些下方。當(dāng) 然，這是純定性的示意圖，以顯示子光柵在該玻璃板上一些相對(duì)于其它 的定位。子光柵和構(gòu)件列的尺寸與實(shí)際不符。
實(shí)施例l(對(duì)比)
通過溶膠-凝膠在一塊玻璃板(Saint-Gobain Glass France出售的商品 名"Planilux")的上部分50厘米上沉積360納米厚的二氧化硅層。以本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的方式，制造深度360納米且寬度200納米的凸起線型 構(gòu)件結(jié)構(gòu)。這些構(gòu)件垂直于該薄膜的平面。從光柵一邊緣到另一邊緣時(shí) (即行經(jīng)該50厘米光柵的同時(shí))，這些構(gòu)件的重心之間的間距從300納米 遞增到500納米。然后將玻璃板安置作為外墻的窗。該玻璃板使來自室 外的光線朝天花板變向，但察覺到虹彩色。
實(shí)施例2
如實(shí)施例1進(jìn)行操作，只是該結(jié)構(gòu)由50個(gè)平均周期性為400納米 的子光柵構(gòu)成。從一個(gè)子光柵到另一子光柵，該周期無MJ也在300和500 納米之間變化。沒有觀察到顯著虹彩色。
權(quán)利要求
1.在其表面上包含漫射光的陣列的透明基底，所述漫射光的陣列包含至少10個(gè)并列的由平行的構(gòu)件列構(gòu)成的子光柵，所述構(gòu)件被折光指數(shù)不同于構(gòu)件折光指數(shù)的區(qū)域隔開，各子光柵包含至少20個(gè)以周期p等距離重復(fù)的連續(xù)的相同構(gòu)件，所述周期從該子光柵陣列的一邊到另一邊非單調(diào)變化。
2. 如前一權(quán)利要求所述的基底，其特征在于，如果Pm是該子光柵陣列的平均周期，則周期p大于Pm至少n次和大于Pm至少n次，周期大于pm的兩個(gè)子光柵被至少 一個(gè)周期小于pm的子光柵隔開，周期小于Pm的兩個(gè)子光柵被至少一個(gè)周期大于Pm的子光柵隔開，n是等于或大于2的整數(shù)。
3. 如前一權(quán)利要求所述的基底，其特征在于，p偏離Pm最小差值y 至少2n次，從而超過值Pm+y達(dá)n次，并低于值Pm-y達(dá)n次，值y為至 少5% Pm。
4. 如前一權(quán)利要求所述的基底，其特征在于，y為至少10。/。Pm。
5. 如權(quán)利要求2至4之一所述的基底，其特征在于n大于或等于3。
6. 如權(quán)利要求2至5之一所述的基底，其特征在于p圍繞Pm變化，同時(shí)保持在Pm+X至Pm-X之間，X為最多50O/。Pm。
7. 如前一權(quán)利要求所述的基底，其特征在于，X為最多20。/。Pm。
8. 如前述權(quán)利要求之一所述的基底，其特征在于，各子光柵包含至 少20個(gè)構(gòu)件。
9. 如前述權(quán)利要求之一所述的基底，其特征在于，該陣列包含40 至10 000個(gè)子光柵。
10. 如前述權(quán)利要求之一所述的基底，其特征在于，對(duì)該陣列的任 何子光柵而言，p為75納米至20(H效米。
11. 如前一權(quán)利要求所述的基底，其特征在于，對(duì)該陣列的任何子 光柵而言，p為100納米至20微米。
12. 包含前述權(quán)利要求之一的基底的窗戶。
13. 前述基底權(quán)利要求之一的基底用于使陽光朝天花板變向的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及在其表面上包含市光漫射的陣列的透明基底，所述漫射光的陣列包含至少10個(gè)并列子光柵，所述子光柵由平行的構(gòu)件列構(gòu)成，所述構(gòu)件被折光指數(shù)不同于構(gòu)件折光指數(shù)的區(qū)域隔開，各子光柵包含至少20個(gè)以周期p等距離隔開的重復(fù)的連續(xù)的相同構(gòu)件，所述周期從該子光柵陣列的一邊到另一邊非單調(diào)變化。該基底在自然采光用途中在沒有虹彩色的情況下使光變向。
文檔編號(hào)G02B5/18GK101680979SQ200880014568
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月4日
發(fā)明者J·-P·穆萊特, L·梅尼茨, P·-H·古林 申請(qǐng)人:法國圣戈班玻璃廠