專利名稱：光重新定向構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及光學(xué)構(gòu)造，特別是用于重新定向光的構(gòu)造。
背景技術(shù)：
多種方法能用來減少建筑物中的能量消耗。在所述方法當(dāng)中，被考慮且應(yīng)用的方法是更有效地利用陽光以在建筑物內(nèi)部提供照明。一種用于在如辦公室等建筑物的內(nèi)部供應(yīng)光的技術(shù)是對(duì)進(jìn)來的陽光進(jìn)行重新定向。因?yàn)殛柟庖猿碌慕嵌冗M(jìn)入窗，所以許多這種光并非可用于照明房間。然而，如果可以使進(jìn)來的朝下光線重新定向?yàn)槌希沟盟鼈冋盏巾斉?，則光可以更有效地用于照亮房間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了用于將如陽光等光重新定向在可用方向上的技術(shù)和制品。包括光控構(gòu)造及其制備方法、以及由這些構(gòu)造制得的制品。本發(fā)明公開了包括光學(xué)基板的光控構(gòu)造，所述光學(xué)基板具有第一主表面和與所述第一主表面相背的第二主表面，其中所述第一主表面包括具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)化表面，其中所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)包括有序排列的多個(gè)多面折射棱鏡，其中每個(gè)多面折射棱鏡的橫截面包括4個(gè)側(cè)邊(側(cè)面A、B、C和D)，使得所述多面折射棱鏡的側(cè)面A平行于且鄰接所述光學(xué)基板的所述第一主表面；所述多面折射棱鏡的側(cè)面B接合至側(cè)面A，并且設(shè)計(jì)為對(duì)在垂直于側(cè)面A的水平線上方以15-80°角度入射到所述光學(xué)基板的所述第二主表面上的光線產(chǎn)生全內(nèi)反射；所述多面折射棱鏡的側(cè)面C與側(cè)面A接合；并且所述多面折射棱鏡的側(cè)面D連接至側(cè)面C和側(cè)面B，并且設(shè)計(jì)成將自側(cè)面B反射的光線基本上重新定向在遠(yuǎn)離側(cè)面B并且朝向側(cè)面C和/或D的方向上。本發(fā)明還公開了包括第一窗用基板、附接到所述基板的光控構(gòu)造和第二窗用基板的制品，所述光控構(gòu)造包括具有第一主表面和與所述第一主表面相背的第二主表面的光學(xué)膜，其中所述第一主表面包括具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)化表面，所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)包括有序排列的多個(gè)多面折射棱鏡，并且第二窗用基板結(jié)合至光學(xué)膜的結(jié)構(gòu)化第一主表面的基本上所有的結(jié)構(gòu)。


圖I示出本發(fā)明的光重新定向構(gòu)造的橫截面視圖。圖2示出本發(fā)明的光重新定向構(gòu)造的橫截面視圖。圖3示出本發(fā)明的光重新定向構(gòu)造的橫截面視圖。圖4示出本發(fā)明的光重新定向構(gòu)造的頂視圖。圖5示出本發(fā)明的光重新定向構(gòu)造的頂視圖。圖6示出本發(fā)明的光重新定向構(gòu)造的頂視圖。圖7示出本發(fā)明的光重新定向構(gòu)造的頂視圖。
具體實(shí)施例方式窗和類似構(gòu)造用來為建筑物中的房間、走廊等提供自然陽光。然而，自然陽光落到窗上的角度使得通常光不能穿入房間或走廊深處。另外，由于進(jìn)來的光可能會(huì)在靠近窗處具有令人不悅的強(qiáng)度，可能導(dǎo)致靠近窗坐著的用戶關(guān)閉百葉窗、盲板或者窗簾，因而消除該潛在的房間照明來源。因此，期望提供可以將陽光從正常入射角度重新定向至朝向房間或 走廊的頂篷方向的構(gòu)造。因此，希望對(duì)窗進(jìn)行構(gòu)建，所述窗具有構(gòu)建到其中的重新定向陽光的特征。仍然需要可以構(gòu)建到基板如窗之中并且在有用方向上如朝向房間的頂篷重新定向光、特別是陽光從而為房間提供照明的光控構(gòu)造，如膜或玻璃面板。由于許多窗包括至少2層窗用基板如玻璃，因而可以在窗用基板之間層合光控膜。膜的使用允許通過簡(jiǎn)單的層合步驟將光重新定向功能構(gòu)建到窗中，而無需蝕刻或以其他方式永久性地物理改變窗基板。另外，光控膜可以起到另外的功能，例如耐粉碎性和紅外反射。作為另外一種選擇，可以將光控特征直接構(gòu)建到一個(gè)或多個(gè)窗用基板中，而無需使用另外的膜層。光重新定向構(gòu)造包括光學(xué)基板，所述光學(xué)基板包括第一主表面和第二主表面，在所述第一主表面上具有微結(jié)構(gòu)化表面。微結(jié)構(gòu)形成多個(gè)不對(duì)稱的多面折射棱鏡的有序排列。在一些實(shí)施例中，光學(xué)基板包括光學(xué)膜，在其他實(shí)施例中，光學(xué)基板包括窗用基板如玻璃?？梢灾频霉鈱W(xué)構(gòu)造，其包括層合在兩個(gè)窗用基板之間的光重新定向膜，或者在所述光學(xué)構(gòu)造中光重新定向窗用基板與第二窗用基板層合。如本文所用的術(shù)語“光學(xué)基板”是指至少視覺上透明的、可以是視覺上澄清的并且還可以產(chǎn)生另外的光學(xué)效果的基板。光學(xué)基板的例子包括光學(xué)膜和窗用基板例如玻璃板。如本文所用的術(shù)語“光學(xué)膜”是指至少視覺上透明的、可以是視覺上澄清的并且還可以產(chǎn)生另外的光學(xué)效果的膜。另外的光學(xué)效果的例子包括例如光漫射、光偏振或者某些波長的光的反射。如本文所用的術(shù)語“視覺上透明的”是指膜或構(gòu)造對(duì)于人類肉眼來說看起來是透明的。如本文所用的術(shù)語“視覺上澄清的”是指膜或制品在可見光光譜(約400納米至約700納米)的至少一部分中具有高的光透射率并顯示出低霧度。視覺上澄清的材料在400至700nm波長范圍內(nèi)往往具有至少約90%的光透射率和低于約2%的霧度。光透射率和霧度二者可用例如ASTM-D 1003-95方法測(cè)定。如本文用來描述多個(gè)結(jié)構(gòu)的術(shù)語“有序排列”是指結(jié)構(gòu)的規(guī)則、重復(fù)圖案。如本文所用的術(shù)語“點(diǎn)”、“側(cè)”和“交叉”具有其典型的幾何含義。如本文所用的術(shù)語“縱橫比”在指代附接到基板的結(jié)構(gòu)時(shí)，是指基板上方結(jié)構(gòu)的最大高度與附接到基板或者作為基板的一部分的結(jié)構(gòu)的基部的比率。如本文所用的術(shù)語“粘合劑”是指可用于將兩個(gè)粘附體粘附在一起的聚合物組合物。粘合劑的例子有熱活化粘合劑和壓敏粘合劑。熱活化粘合劑在室溫下是不粘的，但是在升高的溫度下變粘并且能夠粘結(jié)到基板上。這些粘合劑通常具有高于室溫的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)或熔點(diǎn)(Tm)。當(dāng)溫度升高超過Tg或Tm時(shí)，儲(chǔ)能模量通常降低并且粘合劑變得發(fā)粘。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟知的是，壓敏粘合劑組合物在室溫下具有包括以下的性質(zhì)(1)有力且持久的粘性，(2)在不超過指壓下的粘附性，(3)固定到粘附體上的足夠的能力，以及(4)可從粘附體上干凈地移除的足夠的內(nèi)聚強(qiáng)度。已被發(fā)現(xiàn)能很好地用作壓敏粘合劑的材料是被設(shè)計(jì)并配制成顯示出必需的粘彈特性從而導(dǎo)致粘性、剝離粘合力和剪切保持力的所需平衡的聚合物。得到性質(zhì)的適當(dāng)平衡并不是一個(gè)簡(jiǎn)單的過程。光學(xué)基板可以是光學(xué)膜或窗用基板。窗用基板的例子包括，例如玻璃板、聚烯烴板、聚酰亞胺板、聚碳酸酯板和聚丙烯酸酯板。以下涉及光學(xué)膜的使用的說明也適用于窗用基板的使用。在一些實(shí)施例中，光學(xué)基板為光學(xué)膜。光學(xué)膜可以是任何在光譜的可見光區(qū)域中具有高的光透明度的合適膜。光學(xué)膜可以是單層膜或多層膜構(gòu)造。光學(xué)膜具有第一主表面和第二主表面。第一主表面包括微結(jié)構(gòu)化表面。該微結(jié)構(gòu)化表面包括有序排列的多個(gè)不對(duì) 稱的多面折射棱鏡。期望的是，棱鏡為不對(duì)稱的，使得進(jìn)來的入射太陽光(從上方進(jìn)入并且與垂直于基板的方向成15-80°的角度入射到膜上)被重新定向?yàn)槌铣蚍块g的頂篷，而從下方進(jìn)來的光不會(huì)重新定向?yàn)槌?。具有?duì)稱結(jié)構(gòu)的人工制品使得朝下導(dǎo)向的光可被觀察者看到，這是不可取的。所述多個(gè)不對(duì)稱的多面折射棱鏡被設(shè)計(jì)成將進(jìn)來的太陽光有效地重新定向?yàn)槌块g的頂篷，所述房間包括具有導(dǎo)光膜的窗或其他孔隙。典型地，不對(duì)稱的多面折射棱鏡包括3個(gè)或更多個(gè)側(cè)面，更典型地為4個(gè)或更多個(gè)側(cè)面。所述棱鏡可以被視作產(chǎn)生于光學(xué)膜表面的凸起的有序陣列。通常，這些凸起的縱橫比為I或更大，也就是說，凸起的高度至少與凸起在基部處的寬度一樣大。在一些實(shí)施例中，凸起的高度為至少50微米。在一些實(shí)施例中，凸起的高度不超過250微米。這意味著不對(duì)稱結(jié)構(gòu)通常自光學(xué)基板的第一主表面凸出50微米至250微米。例如，在圖I中示出了用來設(shè)計(jì)多面折射棱鏡以實(shí)現(xiàn)這種光的重新定向的準(zhǔn)則。圖I示出導(dǎo)光構(gòu)造100，其包括光學(xué)基板10和單個(gè)棱鏡11的橫截面。棱鏡11具有4個(gè)側(cè)面與光學(xué)基板10相鄰的側(cè)面A、與側(cè)面A接合的側(cè)面B、與側(cè)面A接合的側(cè)面C以及與側(cè)面B和側(cè)面C接合的側(cè)面D。側(cè)面B以這樣的方式成角度，即其對(duì)入射到光學(xué)基板的第二主表面上的太陽光線產(chǎn)生全內(nèi)反射。太陽光線自光學(xué)基板的第二主表面上方入射并且通常與光學(xué)基板的第一主表面的垂直方向形成約15-80°的角度，這取決于一天中的時(shí)間、一年中的時(shí)間、光重新定向構(gòu)造的地理位置等。入射光線進(jìn)入棱鏡11并且通過全內(nèi)反射現(xiàn)象從側(cè)面B被反射。為實(shí)現(xiàn)全內(nèi)反射，有利的是側(cè)面B不與側(cè)面A垂直，而是如圖I所示從垂直方向錯(cuò)開角度0。對(duì)于角度9的值的選擇將取決于多種可變的特征，包括例如用來制備光控膜的組成材料的折射率、打算使用光控膜的地理位置等，但通常角度9的值在6-14°或甚至6-12°的范圍內(nèi)。側(cè)面C與側(cè)面A接合，并且連接側(cè)面A與側(cè)面D。有利的是，側(cè)面A不與側(cè)面C垂直，而是從垂直方向錯(cuò)開角度a。在其他特征之中，角度a的錯(cuò)開有助于防止穿過側(cè)面D離開棱鏡11的光進(jìn)入相鄰的棱鏡(在圖I中未示出)。如角度0那樣，對(duì)于角度a的值的選擇也取決于多種可變的特征，包括相鄰棱鏡的貼面性、側(cè)面D的性質(zhì)和尺寸等。通常，角度a在5-25°或者甚至9-25°的范圍內(nèi)。側(cè)面D是被重新定向的光線自其離開棱鏡的棱鏡側(cè)面。在圖I中，側(cè)面D作為單個(gè)側(cè)面示出，但是 側(cè)面D也可以包括一系列側(cè)面。另外，在圖I中，側(cè)面D作為曲面示出，但是側(cè)面D無需在所有的實(shí)施例中都是彎曲的。自側(cè)面B反射的光線被側(cè)面D重新定向至對(duì)于改善房間的間接照明而言有用的方向上。此是指從側(cè)面D反射的光線被重新定向?yàn)榇怪庇趥?cè)面A或者遠(yuǎn)離垂直方向且朝向房間的頂篷的一定角度。在一些實(shí)施例中，側(cè)面C可以是彎曲的，側(cè)面D可以是彎曲的，或者側(cè)面C和D的組合可以形成單一連續(xù)彎曲的側(cè)面。在其他實(shí)施例中，側(cè)面C或D或者C和D —起包括一系列側(cè)面，其中所述一系列側(cè)面包括結(jié)構(gòu)化表面。結(jié)構(gòu)化表面可以是規(guī)則的或不規(guī)則的，即，所述結(jié)構(gòu)可以形成規(guī)則的圖案或隨機(jī)的圖案并且可以是均一的，或者所述結(jié)構(gòu)可以不同。由于這些結(jié)構(gòu)為微結(jié)構(gòu)上的亞結(jié)構(gòu)，因而它們通常非常小。通常，這些結(jié)構(gòu)的各個(gè)尺寸(高度、寬度和長度)小于側(cè)面A的尺寸。圖2示出導(dǎo)光構(gòu)造的另一實(shí)施例。在圖2中，導(dǎo)光構(gòu)造200包括光學(xué)基板20和單個(gè)棱鏡21的橫截面。棱鏡21具有4個(gè)側(cè)面與光學(xué)基板20相鄰的側(cè)面A、與側(cè)面A接合的側(cè)面B、與側(cè)面A接合的側(cè)面C以及與側(cè)面B和側(cè)面C接合的側(cè)面D。側(cè)面D包括亞側(cè)面Dl。亞側(cè)面Dl通過點(diǎn)與側(cè)面B接合。該點(diǎn)提供與窗用基板或光學(xué)覆膜(窗用基板或光學(xué)覆膜未在圖2中示出)相接觸的點(diǎn)。角度0和a如圖I中所定義。圖3示出導(dǎo)光構(gòu)造的另一實(shí)施例。在圖3中，導(dǎo)光構(gòu)造300包括光學(xué)基板30和單個(gè)棱鏡31的橫截面。棱鏡31具有4個(gè)側(cè)面與膜30相鄰的側(cè)面A、與側(cè)面A接合的側(cè)面B、與側(cè)面A接合的側(cè)面C以及與側(cè)面B和側(cè)面C接合的側(cè)面D。側(cè)面D包括亞側(cè)面D2。亞側(cè)面D2接合至側(cè)面B并且設(shè)計(jì)為形成與窗用基板或覆膜(窗用基板或覆膜未在圖3中示出)的結(jié)合區(qū)。角度0和a如圖I中所定義。光學(xué)基板的整個(gè)表面可以包括微結(jié)構(gòu)，或者所述微結(jié)構(gòu)可以存在于光學(xué)基板的第一表面的僅僅一部分上。在當(dāng)光學(xué)基板包括窗用基板的情況下尤為如此。由于窗用基板可以被采用到窗用制品中并且可以在例如窗中起到窗用基板的作用，因而為了產(chǎn)生期望的光重新定向效果，可能不必或不希望使窗用基板的整個(gè)表面都包括微結(jié)構(gòu)化表面。多個(gè)不對(duì)稱的多面折射棱鏡的有序排列可以形成微結(jié)構(gòu)的陣列。所述陣列可以具有多種元件。例如，陣列可以為線性的(即，一系列平行線)、正弦的(即，一系列波浪線)、隨機(jī)的或者它們的組合。盡管多種陣列是可能的，但可取的是，所述陣列元件是離散的，即，所述陣列元件不相交或交疊。圖4-7示出具有多種陣列元件的多個(gè)不對(duì)稱的多面折射棱鏡的有序排列的頂視圖。在圖4中，光重新定向構(gòu)造400包括線性陣列元件410。在圖5中，光重新定向構(gòu)造500包括正弦陣列元件510。在圖6中，光重新定向構(gòu)造600包括正弦陣列元件610。在圖6中，正弦陣列元件610彼此異相。在圖7中，光重新定向構(gòu)造700包括隨機(jī)陣列元件710。圖4-7中的陣列元件僅僅是代表性的并且不是按比例繪制的，另外，附圖意在是示例性的，另外的陣列元件和組合是可能的并且也在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。光學(xué)膜的第二主表面設(shè)計(jì)成層合到第一窗用基板上。通常，該表面具有涂層，如粘合劑涂層，所述涂層將光重新定向膜粘附到第一窗用基板表面。合適的粘合劑的例子包括，例如熱活化粘合劑、壓敏粘合劑或可固化粘合劑。合適的視覺上澄清的可固化粘合劑的例子包括美國專利No. 6，887，917 (Yang等人)中描述的那些。取決于粘合劑的性質(zhì)，粘合劑涂層可以具有與之連接的隔離襯墊以使粘合劑涂層免于過早粘附到表面以及免遭可能粘附到粘合劑表面的灰塵和其他碎片的污染。隔離襯墊通常保持在合適位置，直到光重新定向?qū)雍象w被附接到基板為止。通常，使用壓敏粘合劑。各種各樣的壓敏粘合劑組合物是合適的。在一些實(shí)施例中，壓敏粘合劑是視覺上澄清的。壓敏粘合劑組分可以是具有壓敏粘合劑性質(zhì)的任何材料。此外，壓敏粘合劑組分可以是單一的壓敏粘合劑，或者壓敏粘合劑可以是兩種或更多種壓敏粘合劑的組合。
合適的壓敏粘合劑包括，例如基于天然橡膠、合成橡膠、苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯醚、聚(甲基)丙烯酸酯(包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯兩者)、聚烯烴、有機(jī)硅或聚乙烯醇縮丁醛的那些。視覺上澄清的壓敏粘合劑可以是基于(甲基)丙烯酸酯的壓敏粘合劑。可用的(甲基)丙烯酸烷基酯(即，丙烯酸烷基酯單體)包括非叔烷基醇的直鏈或支鏈的單官能不飽和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，其烷基具有4至14個(gè)碳原子，特別是具有4至12個(gè)碳原子。聚(甲基)丙烯酸類壓敏粘合劑衍生自例如至少一種(甲基)丙烯酸烷基酯單體，例如丙烯酸異辛基酯、丙烯酸異壬基酯、丙烯酸2-甲基-丁基酯、丙烯酸2-乙基-正己基酯和丙烯酸正丁基酯、丙烯酸異丁基酯、丙烯酸己基酯、丙烯酸正辛基酯、甲基丙烯酸正辛基酯、丙烯酸正壬基酯、丙烯酸異戊酯、丙烯酸正癸基酯、丙烯酸異癸基酯、甲基丙烯酸異癸基酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸4-甲基-2-戊基酯和丙烯酸十二烷基酯；以及至少一種任選的共聚單體組分，例如(甲基)丙烯酸、醋酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯烷酮、(甲基)丙烯酰胺、乙烯基酯、延胡索酸酯、苯乙烯大分子單體、馬來酸烷基酯和延胡索酸烷基酯(分別基于馬來酸或延胡索酸)；或者它們的組合。在一些實(shí)施例中，聚(甲基)丙烯酸類壓敏粘合劑衍生自約0重量％至約20重量％的丙烯酸以及約100重量％至約80重量％的丙烯酸異辛酯、丙烯酸2-乙基-已基酯或丙烯酸正丁酯組合物中的至少一種。在一些實(shí)施例中，粘合劑層至少部分地由聚乙烯醇縮丁醛形成。聚乙烯醇縮丁醛層可以通過已知的水基或溶劑基縮醛化工藝來形成，在此工藝中，在酸性催化劑存在下，使聚乙烯醇與丁醛進(jìn)行反應(yīng)。在一些情況下，聚乙烯醇縮丁醛層可以包括聚乙烯縮丁醛或者由聚乙烯縮丁醛形成，所述聚乙烯縮丁醛可以以商品名“BUTVAR”樹脂從SolutiaIncorporated (St. Louis, MO)商購得到。在一些情況下，可以通過將樹脂和(任選的)增塑劑混合并使混合的制劑通過薄板模具擠出而制備聚乙烯醇縮丁醛層。如果包括增塑劑的話，可以在聚乙烯縮丁醛樹脂中每100份樹脂包括約20至80份增塑劑，或者可能約25至60份增塑劑。適用的增塑劑的例子包括多元酸酯或多元醇酯。適合的增塑劑為二(2-乙基丁酸)三甘醇酯、二(2-乙基己酸)三甘醇酯、三甘醇二庚酸酯、四甘醇二庚酸酯、己二酸二己酯、己二酸二辛酯、己二酸己酯環(huán)己酯、己二酸庚酯和己二酸壬酯的混合物、己二酸二異壬酯、己二酸庚酯壬酯、癸二酸二丁酯、如油改性的癸二酸醇酸樹脂(sebacic alkyd)之類的聚合物增塑劑、以及如美國專利No. 3，841，890所公開的磷酸酯和己二酸酯的混合物以及如美國專利No. 4，144，217所公開的己二酸酯。粘合劑層可以是交聯(lián)的。粘合劑可以通過熱、水分或輻射進(jìn)行交聯(lián)，從而形成共價(jià)交聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)會(huì)改變粘合劑的流動(dòng)能力。交聯(lián)劑可以添加到所有類型的粘合劑制劑中，但是取決于涂布和加工條件，固化可以通過熱或輻射能量或者通過水分來活化。在交聯(lián)劑添加不可取的情況下，可以根據(jù)需要通過暴露于電子束來使粘合劑交聯(lián)。
可以控制交聯(lián)度來滿足具體的性能要求。粘合劑可以任選地還包含一種或多種添加劑。取決于聚合方法、涂布方法、最終用途等，可以使用選自引發(fā)劑、填料、增塑劑、增粘齊U、鏈轉(zhuǎn)移劑、纖維增強(qiáng)劑、織造和非織造織物、起泡劑、抗氧化劑、穩(wěn)定劑、阻燃劑、粘度增強(qiáng)劑以及它們的混合物的添加劑。除了視覺上澄清之外，壓敏粘合劑可以具有使得其適用于層合至大的基板如窗上的另外的性質(zhì)。這些另外的性質(zhì)中有可臨時(shí)移除性。可臨時(shí)移除的粘合劑為這樣的粘合劑，其具有相對(duì)較低的初始粘合性，允許自基板臨時(shí)移除并且重新布置到基板上，粘合性隨著時(shí)間累積以形成足夠強(qiáng)的粘結(jié)。可臨時(shí)移除的粘合劑的例子例如描述在美國專利No. 4, 693, 935 (Mazurek)中。作為另外一種選擇或者另外，為了可臨時(shí)移除，壓敏粘合劑層可以包括微結(jié)構(gòu)化表面。當(dāng)粘合劑被層合到基板時(shí)，該微結(jié)構(gòu)化表面允許空氣排出。對(duì)于光學(xué)應(yīng)用來說，通常粘合劑會(huì)潤濕基板表面并且以充足的程度流動(dòng)使得微結(jié)構(gòu)隨著時(shí)間消失并因此不影響粘合劑層的光學(xué)性質(zhì)。微結(jié)構(gòu)化的粘合劑表面可以通過使粘合劑表面接觸如具有微結(jié)構(gòu)化表面的隔離襯墊等微結(jié)構(gòu)化工具來獲得。壓敏粘合劑可以是內(nèi)在發(fā)粘的。如果需要，可以將增粘劑加入基體材料中以形成壓敏粘合劑?？捎玫脑稣硠┌?例如)松香酯樹脂、芳香烴樹脂、脂肪烴樹脂和萜烯樹脂?？梢詫⑵渌牧霞尤胍杂糜谔囟康?，包括例如，油、增塑劑、抗氧化劑、紫外線(“UV”)穩(wěn)定劑、氫化的丁基橡膠、顏料、固化劑、聚合物添加劑、增稠劑、鏈轉(zhuǎn)移劑以及其他添加劑，前提條件是它們不降低壓敏粘合劑的光學(xué)清晰度。在一些實(shí)施例中，壓敏粘合劑可以包含紫外線吸收劑(UVA)或受阻胺光穩(wěn)定劑(HALS)。合適的UVA包括例如苯并三唑UVA，例如可作為 TINUVIN P、213、234、326、327、328、405 和 571 得自 Ciba, Tarrytown, NY 的化合物。合適的HALS包括可作為TINUVIN 123、144和292得自Ciba, Tarrytown, NY的化合物。本發(fā)明的壓敏粘合劑顯示出期望的光學(xué)性質(zhì)，例如可控光透射率和霧度。在一些實(shí)施例中，涂布有壓敏粘合劑的基板可以具有與單獨(dú)的基板基本相同的光透射率。除了作為微結(jié)構(gòu)化表面的載體和支承層之外，光學(xué)膜還可以為光重新定向膜提供另外的功能。例如，光學(xué)膜可以是可反射紅外線的多層膜。以這種方式，光重新定向?qū)雍象w也可以有助于將不期望的紅外線(熱)保持在建筑物之外，同時(shí)允許期望的可見光進(jìn)入建筑物中。可用作光學(xué)膜的合適多層膜的例子包括例如在美國專利No. 6，049，419、No. 5，223，465、No. 5，882，774、No. 6，049，419、No. RE 34，605、No. 5，579，162 和No. 5，360，659中公開的那些。在一些實(shí)施例中，光學(xué)膜為多層膜，其中交替的聚合物層配合以反射紅外線。在一些實(shí)施例中，聚合物層中的至少一個(gè)為雙折射聚合物層。除了已經(jīng)描述的粘合劑涂層之外或代替已經(jīng)描述的粘合劑涂層，光學(xué)膜可以在第二主表面上具有另外的涂層。例如，第二主表面可以包括防眩光涂層。另外，光學(xué)膜可以設(shè)計(jì)成為窗用層合體提供除了上述光學(xué)特征之外的另外有利的結(jié)構(gòu)特征。層合在2個(gè)窗用基板之間的膜的存在通常改善窗用層合體的強(qiáng)度和耐粉碎性。這類特性可以通過例如使光學(xué)膜包括抗碎或抗扯特征來得以提高。如果光學(xué)膜為單一膜 層，則這類特征可以通過選擇具有這類特征的材料或者使用適當(dāng)厚度的膜以賦予這類特征來提供，或者如果光學(xué)膜為多層膜，則這類特征可以通過采用具有這類特征的膜來提供。通常，光學(xué)膜或多層光學(xué)膜是由使得膜視覺上澄清的聚合物材料制得。合適的聚合物材料的例子包括，例如，聚烯烴如聚乙烯和聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、醋酸纖維素、乙基纖維素、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、有機(jī)硅以及它們的組合和共混物。除了聚合物材料之外，光學(xué)膜還可以包含其他組分，例如填料、穩(wěn)定劑、抗氧化劑、增塑劑等。在一些實(shí)施例中，光學(xué)膜可以包含穩(wěn)定劑如紫外線吸收劑(UVA)或受阻胺光穩(wěn)定劑(HALS)。合適的UVA包括例如苯并三唑UVA，例如可作為TINUVIN P、213、234、326、327、328、405和571得自Ciba, Tarrytown, NY的化合物。合適的HALS包括可作為TINUVIN 123、144 和 292 得自 Ciba, Tarrytown, NY 的化合物。在光學(xué)基板包括窗用基板的實(shí)施例中，窗用基板的第二主表面通常將不包括粘合劑層，而是可以包括如上述那些的涂層或膜層。光學(xué)基板的第一主表面上的微結(jié)構(gòu)層可以以多種方式形成。通常，微結(jié)構(gòu)層包含熱塑性或熱固性材料。上述微結(jié)構(gòu)化構(gòu)造使用多種方法來制造，包括壓花、擠出、澆注和固化、壓縮模制 以及注塑成型。一種適用于形成微結(jié)構(gòu)化膜的壓花方法在美國專利No. 6，322，236中有述，該方法包括金剛石車削技術(shù)以形成圖案化的輥，然后該輥用于將微結(jié)構(gòu)化表面壓花至膜上。可以使用類似的方法來形成上述具有有序排列的多個(gè)不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的構(gòu)造?？梢园凑掌渌椒▉碇苽渚哂袔в兄貜?fù)圖案的微結(jié)構(gòu)化表面的膜。例如，可以使用上面具有特定圖案的模具將膜注塑成型。所得的注塑成型膜具有與模具內(nèi)的圖案互補(bǔ)的表面。在另一且類似的方法中，所述膜可以被壓縮模制。在一些實(shí)施例中，利用被稱作澆注和固化的方法來制備微結(jié)構(gòu)化構(gòu)造。在澆注和固化中，將可固化的混合物涂布到微結(jié)構(gòu)化工具所施用的表面上，或者將混合物涂布到微結(jié)構(gòu)化工具中并使經(jīng)涂布的微結(jié)構(gòu)化工具與表面接觸。然后使可固化的混合物固化并且移除工具以提供微結(jié)構(gòu)化表面。合適的微結(jié)構(gòu)化工具的例子包括微結(jié)構(gòu)化模具和微結(jié)構(gòu)化襯墊。合適的可固化混合物的例子包括熱固性材料如用來制備聚氨酯、聚環(huán)氧化物、聚丙烯酸酯、有機(jī)硅等的可固化材料。澆注和固化方法可以用來在光學(xué)膜基板或窗用基板上提供微結(jié)構(gòu)化表面。本發(fā)明的光控構(gòu)造設(shè)計(jì)成重新定向進(jìn)來的陽光以使得陽光更可用于房間照明。所述構(gòu)造將來自太陽的一般成朝下角度的光重新定向?yàn)槌蚍块g的頂篷從而有助于房間的整體照明。測(cè)量所述構(gòu)造重新定向光的能力可以通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)試進(jìn)行測(cè)定，排除對(duì)于通過將構(gòu)造安裝到用于測(cè)試的窗來測(cè)試所述構(gòu)造的需要。此類測(cè)試的例子涉及使具有可控強(qiáng)度的光束照射到所述構(gòu)造上并且測(cè)量被重新定向?yàn)槌系墓獾牧?。輸入的光束可以以給定的角度來設(shè)置或者可以在一定角度范圍內(nèi)變化。例如，可以用光電檢測(cè)器來測(cè)量被重新定向?yàn)槌系墓獾牧??？赡苡欣氖牵瑴y(cè)量光在所有方向上的分布。這種類型的測(cè)量常常被稱作雙向透射分布函數(shù)(BTDF)。可以商品名IMAGING SPHERE得自Radiant Imaging, WA的儀器可以用來進(jìn)行這樣的測(cè)量。本發(fā)明的光控構(gòu)造可以附接到窗用基板上以提供制品，例如具有導(dǎo)光特性的窗用制品。一般而言，光控構(gòu)造為層合在兩個(gè)窗用基板之間的膜。窗用基板包括內(nèi)表面和外表面。光控膜層合在窗用基板的2個(gè)內(nèi)表面之間。窗用基板為至少視覺上透明的，并且可以是視覺上澄清的。合適的窗用基板的例子可以由多種不同的材料(包括例如多種不同類型的玻璃)或者由聚合物材料(如聚烯烴、聚酰亞胺、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯)制得。在一些實(shí)施例中，窗用基板也可以包括另外的層或處理。另外的層的例子包括，例如設(shè)計(jì)成提供炫光減少、著色、耐粉碎等的另外的膜層。窗用基板上可以存在的另外處理的例子包括，例如，各種類型的涂層如硬質(zhì)涂層，以及蝕刻如裝飾性蝕刻。在光控構(gòu)造包括在窗用基板上的微結(jié)構(gòu)化表面的實(shí)施例中，微結(jié)構(gòu)化的窗用基板可以被采用到多層窗用制品中。這類制品可以通過將一個(gè)或多個(gè)另外的窗用基板層合至微結(jié)構(gòu)化的窗用基板而制得。通常，使微結(jié)構(gòu)化窗用基板的至少微結(jié)構(gòu)化表面層合至另外的窗用基板，但另外的窗用基板和/或另外的層如膜層或涂層可以包括在窗用制品中。無論其上面的微結(jié)構(gòu)化表面存在于光控構(gòu)造中的基板如何，為了提供期望的光重新定向效果，多個(gè)不對(duì)稱的多面折射棱鏡的有序排列應(yīng)當(dāng)在窗用制品內(nèi)被取向?yàn)槭沟梦⒔Y(jié)構(gòu)的不對(duì)稱側(cè)朝向所安裝的窗用制品的頂部。以這種方式，進(jìn)來的陽光將被引導(dǎo)朝向包括窗用制品的房間的頂篷。如果多個(gè)不對(duì)稱的多面折射棱鏡的有序排列在窗用基板內(nèi)取向?yàn)槭沟梦⒔Y(jié)構(gòu)的不對(duì)稱側(cè)取向?yàn)槌惭b的窗用制品的底部，則進(jìn)來的陽光將被引導(dǎo)朝向包括窗用制品的房間的地板。 在一些實(shí)施例中，光控膜在光學(xué)膜的第二表面上包括粘合劑層以使膜層合至第一窗用基板。粘合劑層可以受隔離襯墊保護(hù)。如上所述，隔離襯墊可以包括微結(jié)構(gòu)化表面，從而賦予粘合劑表面微結(jié)構(gòu)化并且在光控膜層合至基板時(shí)允許空氣排出。這種空氣排出有助于消除層合中的氣泡。如上所述，粘合劑還可以是可移除的，這意味著粘合劑具有相對(duì)較低的初始粘合性，允許自基板臨時(shí)移除并且重新布置到基板上，粘合性隨著時(shí)間累積以形成足夠強(qiáng)的粘結(jié)。這在要層合大面積的基板時(shí)可以特別有用。歷史上，已經(jīng)通過有時(shí)被稱作“潤濕”施加方法的方法將諸如光控膜等制品層合到大表面基板。潤濕施加方法包括將液體(通常為水/表面活性劑溶液)噴灑至大幅面制品的粘合劑側(cè)上，并任選地噴灑至基板表面上。液體暫時(shí)降低了壓敏粘合劑的粘性，因此安裝者可以將大幅面制品搬運(yùn)、滑動(dòng)并重新定位到基板表面上的所需位置中。如果大幅面制品自身粘附或過早地粘附到基板的表面，那么液體還能讓安裝者拉開大幅面制品。將液體施加至粘合劑還可通過在基板的表面上提供具有良好粘附性(adhesion build)的光滑、無氣泡的外觀，來改善所安裝的大幅面制品的外觀。雖然潤濕施加方法已成功應(yīng)用于許多情況，但它是費(fèi)時(shí)而又繁瑣的方法?！案稍铩笔┘臃椒▽?duì)于安裝大幅面圖形制品通常是可取的。自潤濕和可移除的粘合劑可通過干燥安裝方法來施加。制品能容易地附接至大的基板，因?yàn)樗鼈兪亲詽櫇竦?，然而可容易地按需進(jìn)行移除和重新定位。在其他實(shí)施例中，粘合劑層可以被施加到第一窗用基板的內(nèi)表面。第一窗用基板上的粘合劑層可以選自上述粘合劑。粘合劑層可以被隔離襯墊保護(hù)，或者可以在光控膜的層合之前將粘合劑層施加到第一窗用基板上。第二窗用基板可以與第一窗用基板相同或不同。第二窗用基板的內(nèi)表面與光控膜的微結(jié)構(gòu)化表面相接觸。通常，第二窗用基板的內(nèi)表面與光控膜的微結(jié)構(gòu)化表面的基本上所有的微結(jié)構(gòu)的至少一部分相接觸。第二窗用基板粘附至光控膜的微結(jié)構(gòu)化表面。通常，使用粘合劑層將第二窗用基板粘附至光控膜的微結(jié)構(gòu)化表面。粘合劑可以被施加到光控膜的微結(jié)構(gòu)化表面，但更典型地，將其施加到第二窗用基板的內(nèi)表面。第二窗用基板上的粘合劑層可以選自上述粘合劑，并且可以與用來使光控膜粘附到第一窗用基板的粘合劑相同或不同。通常，窗用制品被安裝在框架內(nèi)。所述框架可以由任何常規(guī)框架材料如木材、合成塑料、復(fù)合材料或金屬(如鋁)構(gòu)造而成。窗用制品可以通過墊圈、密封劑、粘合劑等保持在框架內(nèi)。框架另外可以刷涂有丙烯酸類、膠乳或油基油漆，或者可以含有其他涂料如氨基甲酸酯、環(huán)氧樹脂或漆。實(shí)魁 這些實(shí)例僅僅是說明性的，而不旨在限制所附的權(quán)利要求書的范圍。除非另外指明，否則實(shí)例和說明書其余部分中的所有份數(shù)、百分比、比率等均按重量計(jì)。除非另有說明，否則所用的溶劑和其他試劑均得自威斯康星州密爾沃基市的希格瑪阿爾德里奇化學(xué)公司(Sigma-Aldrich Chemical Company !Milwaukee, Wisconsin)。實(shí)例I 利用金剛石車削工藝獲得具有期望的線性溝槽和棱柱元件(具有與圖3類似的橫截面)的陰模的母模?？蒛V固化的樹脂組合物是通過共混74重量份的脂肪族氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(可以商品名“PH0T0MER 6010”商購自Cognis, Monheim, Germany)>25份二丙烯酸1，6-己二醇酯(可以商品名“SART0MER SR 238”商購自Sartomer, Exton, PA)和a -羥基酮UV光引發(fā)劑(2-羥基-2-甲基-I-苯基-I-丙酮，可以商品名“DAR0⑶R 1173”商購自Ciba, Basel, Switzerland)來制備。使可以商品名“MELINEX 453”商購自DuPontTeijin Films, Hopewell, VA的76微米(3密耳)厚PET (聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)膜涂布有可UV固化的樹脂至85微米的大致厚度。經(jīng)涂布的膜放置為與母模物理連通，使得溝槽沒有任何空氣。在與母模物理連通的同時(shí)利用可得自Fusion UV systems (Gaithersburg, MD)的微波供以動(dòng)力的UV固化系統(tǒng)使樹脂固化。將幅材上的經(jīng)固化的樹脂從母模移除，從而產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)化膜。將可以商品名“3M OPTICALLY CLEAR ADHESIVE 8171”商購自3M Company(St. Paul, MN)的一塊25微米(I密耳)厚視覺上澄清的粘合劑轉(zhuǎn)貼帶的襯墊移除并且使暴露的粘合劑表面層合到可得自Protech Engineering (Wilmington, Delaware)的卷對(duì)卷層合體中的微結(jié)構(gòu)化膜的非結(jié)構(gòu)化側(cè)。實(shí)例2可以在玻璃基板上制備與實(shí)施例I中制得的光重新定向構(gòu)造類似的光重新定向構(gòu)造?？梢允褂美媒饎偸囅鞴に嚝@得的類似母模?？梢灾频妙愃频目蒛V固化的樹脂組合物，所述樹脂組合物含有74重量份的脂肪族氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物(可以商品名 “PH0T0MER6010” 商購自 Cognis, Monheim, Germany)>25 份二丙稀酸 I, 6-己二醇酯(可以商品名“SARTOMER SR 238”商購自Sartomer, Exton, PA)和a -羥基酮UV光引發(fā)劑(2-羥基-2-甲基-I-苯基-I-丙酮，可以商品名“DAR0⑶R 1173”商購自Ciba, Basel, Switzerland)。玻璃板可以用可UV固化的樹脂涂布至85微米的大致厚度。經(jīng)涂布的膜可以放置為與母模物理連通，使得溝槽沒有任何空氣?？梢栽谂c母模物理連通的同時(shí)利用可得自Fusion UV systems (Gaithersburg, MD)的微波供以動(dòng)力的UV固化系統(tǒng)使樹脂固化?？梢詫⒎纳系慕?jīng)固化的樹脂從母模移除，從而產(chǎn)生微結(jié)構(gòu)化膜。
權(quán)利要求
1.一種光控構(gòu)造，所述光控構(gòu)造包括 光學(xué)基板，所述光學(xué)基板具有第一主表面和與所述第一主表面相背的第二主表面，其中所述第一主表面包括具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)化表面，其中所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)包括有序排列的多個(gè)多面折射棱鏡，其中每個(gè)所述多面折射棱鏡的橫截面包括至少4個(gè)側(cè)邊(側(cè)面A、B、C和D)，使得每個(gè)所述多面折射棱鏡的側(cè)面A平行于且鄰接所述光學(xué)基板的所述第一主表面；每個(gè)所述多面折射棱鏡的側(cè)面B接合至側(cè)面A，并且設(shè)計(jì)為對(duì)在垂直于側(cè)面A的水平線上方以15-80°角度入射到所述光學(xué)基板的所述第二主表面上的光線產(chǎn)生全內(nèi)反射；每個(gè)所述多面折射棱鏡的側(cè)面C與側(cè)面A接合；并且每個(gè)所述多面折射棱鏡的側(cè)面D連接至側(cè)面C和側(cè)面B，并且設(shè)計(jì)成將自側(cè)面B反射的光線基本上重新定向在離開側(cè)面B并且朝向側(cè)面C和/或D的方向上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光控構(gòu)造，其中側(cè)面B與側(cè)面A在交叉點(diǎn)處形成小于90°的 角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光控構(gòu)造，其中側(cè)面C與側(cè)面A在交叉點(diǎn)處形成小于或等于90°的角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光控構(gòu)造，其中側(cè)面D包括一系列側(cè)面，所述一系列側(cè)面中的至少一個(gè)是彎曲的，或者側(cè)面C和D —起形成單個(gè)曲面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光控構(gòu)造，其中側(cè)面C或D或者C和D—起包括一系列側(cè)面，其中所述一系列側(cè)面包括結(jié)構(gòu)化表面，其中所述結(jié)構(gòu)化表面上的結(jié)構(gòu)的各個(gè)尺寸小于側(cè)面A的尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光控構(gòu)造，其中側(cè)面D包括側(cè)面D1，所述側(cè)面D1與側(cè)面B接合以形成點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光控構(gòu)造，其中側(cè)面D包括側(cè)面D2,所述側(cè)面D2提供結(jié)合表面。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光控構(gòu)造，其中所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)具有大于I的縱橫比。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光控構(gòu)造，其中所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)自所述光學(xué)基板的所述第一主表面凸出50微米至250微米。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光控構(gòu)造，其中所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)包含熱塑性或熱固性材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光控構(gòu)造，其中所述光學(xué)基板包括光學(xué)膜。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光控構(gòu)造，其中所述光學(xué)膜包括多層光學(xué)膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光控構(gòu)造，其中所述光學(xué)基板的所述第二主表面包括涂層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光控構(gòu)造，其中所述涂層包括粘合劑涂層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光控構(gòu)造，其還包括附接到所述粘合劑涂層的隔離襯墊。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光控構(gòu)造，其中所述多層光學(xué)膜包括具有交替聚合物層的多層膜，所述交替聚合物層配合以反射紅外線輻射。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光控構(gòu)造，其中所述光學(xué)膜進(jìn)一步包含UVA吸收粒子。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的光控構(gòu)造，其中所述粘合劑涂層進(jìn)一步包含UVA吸收粒子。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的光控構(gòu)造，其中所述聚合物層中的至少一個(gè)包括雙折射聚合物層。
20.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光控構(gòu)造，其中所述光學(xué)基板包括窗用基板。
21.一種制品，所述制品包括 第一窗用基板； 附接到所述第一窗用基板的光控構(gòu)造，所述光控構(gòu)造包括 光學(xué)膜，所述光學(xué)膜具有第一主表面和與所述第一主表面相背的第二主表面，其中所述第一主表面包括具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)化表面，所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)包括有序排列的多個(gè)多面折射棱鏡；和 第二窗用基板，所述第二窗用基板結(jié)合至所述光學(xué)膜的結(jié)構(gòu)化第一主表面的基本上所有的所述結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的制品，其中所述第一窗用基板和所述第二窗用基板包括玻璃基板。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的制品，其中所述光控構(gòu)造上的所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)包括有序排列的多個(gè)多面折射棱鏡，其中每個(gè)所述多面折射棱鏡的橫截面包括3個(gè)或更多個(gè)側(cè)邊。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的制品，其中每個(gè)所述多面折射棱鏡的所述橫截面包括4個(gè)側(cè)邊(側(cè)面A、B、C和D)，使得每個(gè)所述多面折射棱鏡的側(cè)面A平行于且鄰接所述光學(xué)膜的所述第一主表面；每個(gè)所述多面折射棱鏡的側(cè)面B接合至側(cè)面A，并且設(shè)計(jì)為對(duì)在垂直于側(cè)面A的水平線上方以15-80°角度入射到所述光學(xué)膜的所述第二主表面上的光線產(chǎn)生全內(nèi)反射；每個(gè)所述多面折射棱鏡的側(cè)面C與側(cè)面A接合；并且每個(gè)所述多面折射棱鏡的側(cè)面D連接至側(cè)面C和側(cè)面B，并且設(shè)計(jì)成將自側(cè)面B反射的光線基本上重新定向在離開側(cè)面B并且朝向側(cè)面C和/或D的方向上。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的制品，其中多個(gè)多面折射棱鏡的所述有序排列取向?yàn)槭沟盟霾粚?duì)稱結(jié)構(gòu)取向?yàn)閷⑦M(jìn)來的光重新定向在朝上的方向上。
全文摘要
本發(fā)明公開了光控構(gòu)造，其包括具有第一主表面和與所述第一主表面相背的第二主表面的光學(xué)基板。第一主表面為具有不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)化表面。所述不對(duì)稱結(jié)構(gòu)形成多個(gè)多面折射棱鏡的有序排列，其中所述多面折射棱鏡的橫截面具有4個(gè)或更多個(gè)側(cè)邊。光控構(gòu)造可以被采用到光學(xué)制品如窗中。
文檔編號(hào)G02B5/04GK102656488SQ201080057452
公開日2012年9月5日 申請(qǐng)日期2010年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者拉古納特·帕蒂亞, 查爾斯·A·馬蒂拉, 馬克·K·內(nèi)斯特加德 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司