用于模仿太阳天空照明系统的色散多层膜结构的制作方法

1.本公开总体上涉及照明系统，尤其涉及用于光学地提供对周围空间的加宽的感知/印象并且特别是用于模仿自然日光照明的照明系统。而且，本公开总体上涉及一种具有色特征的多层结构，该多层结构用于这样的照明系统中或作为色散面板的一部分。


背景技术：

2.申请人的一些申请，例如ep 2 304 478 al，ep 2 304 480 al和wo 2014/076656 a1公开了使用产生可见光的光源的照明系统，以及包含用在透射中(即光源和照明区域位于面板的相对侧)的纳米颗粒的面板。
3.诸如wo 2015/172821和wo 2016/134733的申请人的进一步申请公开了使用产生可见光的光源的照明系统，以及包含用在反射中的纳米颗粒的彩色镜面面板结构。
4.在那些照明系统的操作过程中，漫射板接收来自光源的光，并在传输中作为所谓的瑞利漫射器起作用，即在晴朗的天空条件下，漫射板与地球大气类似地漫射光线。因此，照明系统产生具有较低相关色温(cct)的定向光，其对应于太阳光并在存在被照明物体的情况下产生阴影，并漫射具有较大cct的光，其对应于蓝天的光，并且原则上，可以产生带有淡蓝色的阴影。
5.通常，已知通过使用能够通过瑞利类散射来散射光的纳米级颗粒来获得瑞利散射器。举例来说，本技术人的申请wo 2017/085079描述了包含纳米颗粒的分层面板结构。wo 2017/085079的分层面板结构由两个盖板制成
‑
其中至少一个是透明面板(例如玻璃板)
‑
其中两个盖板通过粘性透明聚合物层粘合在一起并且在至少一个内表面上涂覆了基于纳米颗粒的瑞利类漫射涂料。
6.即使已知的分层面板结构在其瑞利类漫射特性方面提供了非常令人满意的结果，申请人也意识到它们并非没有缺点。特别地，所得到的面板结构是相当笨重的物体，与高昂的运输和物流成本有关。此外，面板结构也是刚性的，因此可以在有限数量的应用中使用。
7.此外，从以上引用的专利申请ep 2 304 478 a1中已知，使用双螺杆挤出机将pmma小球和少量纳米颗粒混合在一起，以生产包含纳米颗粒的新小球。然后通过模制以期望的方式使纳米复合小球材料成形。即使该技术允许获得通过其较低的重量而与分层的面板结构相区别的挤出的面板，但它显示出不适合提供太阳天空模仿所要求的效果。
8.实际上，挤出的聚合物面板受到pmma中纳米颗粒分布中的强烈变化的负面影响。纳米颗粒分布的不均匀性继而导致当被入射光照射时面板的不均匀着色。然而，为了提供自然和逼真的模仿效果，天空颜色中的均匀性是最重要的特征。
9.因此，本公开旨在改进或克服现有技术系统的一个或多个方面。


技术实现要素：

10.申请人设想了一种寻找用于获得色散膜的工艺的问题，该色散膜的特征在于更简单的实现和更高的可管理性，同时为当今用在产生模仿太阳天空效果的照明系统中的色散
面板结构提供了一种有效的替代方案，即能够提供相当程度的天空色彩均匀性的色散膜。
11.在上述问题的范围内，申请人考虑了生产独立的结构单元例如色散膜结构的目的，该结构单元被配置为单独使用或通过层压与盖板连接，从而提供了可以轻松快速地生产色散面板，或者将现有的标准面板转换为色散面板的可能性。
12.因此，本发明所基于的技术问题在于设计一种用于生产具有瑞利类散射特性的色散膜结构的工艺。
13.因此，本发明的第一方面涉及一种用于生产色散多层膜结构的工艺，该结构用于在照明系统中产生模仿太阳天空的效果，该工艺包括以下步骤：
14.‑
至少用散射系统涂覆至少一个第一柔性基材膜层，从而建立包含第一柔性基材层和具有基本均匀厚度的散射系统的至少一个涂层的多层膜结构，其中该散射系统包括散射单元的分散体，其被配置为相对于入射光的长波长分量优先散射入射光的短波长分量，从而实现在瑞利类状态下的光散射，其中，所述散射单元被分散在聚合物透明基质中，和其中，取决于有效粒径d＝d n
h
(d以[meters(米)]给定)，散射系统涂层的每单位面积的散射单元的数量n在由下式定义的范围内：
[0015]
和
[0016][0017]
或在由下式定义的范围内：
[0018]
和
[0019][0020]
‑
将涂覆有散射系统层的至少一个第一柔性基材膜与第二柔性基材膜层压，以将散射系统层夹在该对柔性基材膜之间；和
[0021]
‑
对多层膜结构进行固化，从而获得色散膜结构，其至少包括第一柔性基材层和第二柔性基材层以及耦接到并夹在第一柔性基材层和第二柔性基材层之间的柔性色散层，其中，该柔性色散层是通过固化散射系统的涂层而获得的。
[0022]
在本说明书和所附权利要求书的范围内，术语“固化”是指从液体和/或粘性状态转变成特征在于分子相对于先前状态的迁移率降低的另一状态的过程。最终状态可以导致柔性或刚性结构，这取决于要固化的材料的化学物理性质。
[0023]
在本说明书和所附权利要求书的范围内，表述为“聚合物透明基质”是指聚合物基质，其特征在于在可见波长范围内的透光率至少为50％，优选为至少70％，并且更优选至少90％。更一般而言，在本说明书和所附权利要求书的范围内，表述“透明”通常是指在可见波长范围内的光透射率的特征为至少50％，优选至少70％，更优选地，至少90％。
[0024]
在此，如在标准外观术语，astm国际，e 284
‑
09a中所定义的，透射率通常是在给定条件下透射通量与入射通量之比。规则透射率t(λ)是在未扩散角即入射角下的透射率。在
本公开的上下文中，对于在给定波长和在色散层上给定位置的情况下，规则透射率用于具有与主光束传播相对应的入射角的非偏振入射光。
[0025]
申请人认识到，通过在柔性基材上提供的层实施瑞利类散射，可以允许同时获得非常易于控制的色散膜结构，并提高了瑞利类散射特性的均匀性的质量。
[0026]
实际上，与挤出不同，通过在柔性基材上涂覆散射系统，其中所述散射系统包括均匀地分散在聚合物透明基质内的散射单元，获得了以所述散射单元的均匀面积分布为特征的柔性膜结构。涂覆步骤允许获得散射单元在涂覆层内的均匀空间分布和高度均匀的层厚度两者。
[0027]
此外，固化步骤确保随时间保持均匀的面积分布，特别是高度均匀的层厚度。这导致可能的随后的面板生产的简化，因为可以通过层压将多层结构容易地施加到盖板上，而没有厚度不均匀的风险。
[0028]
此外，如此获得的多层膜结构轻且柔性，并且可以被卷绕成卷轴，以优化存储空间以及物流和运输成本。
[0029]
此外，申请人确定的每单位面积的散射单元的数量n可以确保在分别以透射或反射方式运行的照明系统中，散射量在发生色效应(瑞利类状态)的范围内，即散射效率取决于入射光的波长，并且可以被感知。换句话说，由申请人确定的每单位面积的散射单元的数量n确保了当白光入射在散射系统上时会产生带蓝色的外观，以及夹在两个柔性基材层之间的散射系统层不会实质性修改或仅在一定程度上改变了两个柔性基材层的整体雾度两者。详细地，散射系统的层的特征在于，上面定义的数量n的散射体，当插入在散射体的总雾度小于1％的两个柔性基材层之间时，其赋予多层膜结构雾度，在任何情况下都小于45％，最好小于40％。雾度值根据标准astm d1003(程序a)确定。
[0030]
本发明的第二方面涉及一种用于在照明系统中产生模仿太阳天空效果的色散多层膜结构，包括：
[0031]
‑
至少一个第一和至少一个第二柔性基材层；和
[0032]
‑
至少一个柔性色散层，被耦接并夹在至少一个第一和至少一个第二柔性基材层之间，该色散层包括固化的散射系统，该固化的散射系统包括散射单元的分散体，该散射单元的分散体被配置为相对于入射光的长波长分量优先散射入射光的短波长分量，从而实现了瑞利类状态的光散射，其中散射单元被分散在聚合物透明基质中，并且其中，取决于有效粒径d＝dn
h
(d以[meters(米)]给定)，散射系统涂层的每单位面积的数量n是在由下式定义的范围内：
[0033]
和
[0034][0035]
或在由下式定义的范围内：
[0036]
和
[0037][0038]
在本发明的一种变型中，通过本发明的生产工艺获得了色散多层膜结构。
[0039]
有利地，本发明的色散膜结构实现了上述关于生产工艺的技术效果。
[0040]
本发明的第三方面涉及一种色散面板结构，包括结合到根据本发明的色散膜结构的第一面板元件。
[0041]
有利地，本发明的色散面板结构实现了上述关于色散膜结构的技术效果。
[0042]
本发明的第四方面涉及一种照明系统，包括：
[0043]
‑
被配置为产生可见光束的光源；
[0044]
‑
如上所述的由光源照明的色散膜结构或色散面板结构，其中
[0045]
光束的一部分通过穿过基本上未散射的色散膜或面板结构形成照明光束，而光束的一部分被色散膜或面板结构内的散射单元瑞利类散射。
[0046]
有利地，本发明的照明系统实现了上述关于色散膜和面板结构的技术效果。
[0047]
以上方面中的至少一个方面中的本发明可以具有以下优选特征中的至少一项；这些优选特征可以特别地根据需要彼此组合以满足特定的实施目的。
[0048]
在本发明的一种变型中，瑞利类散射涉及具有在可见光谱中延伸的波长光谱，例如，在至少150nm上延伸的光。
[0049]
在本发明的一个变型中，散射系统的散射单元包括有机和/或无机纳米颗粒，它们是透明的和/或基本上不吸收可见范围内的光并且具有小于350nm的平均尺寸，优选地在颗粒尺寸分布中在低于350nm的颗粒尺寸处具有峰。
[0050]
在本发明的另一个变型中，散射系统的散射单元具有的直径尺寸包括在5nm至350nm之间，优选在10nm至250nm之间，更优选在40nm至180nm之间，甚至更优选在60nm至150nm之间。
[0051]
在本发明的另一变型中，散射系统的散射单元具有折射率n
p
，并且散射系统的基质具有折射率n
h
，其中颗粒折射率与主体介质的折射率之比m(其中)是在0.5≤m≤2.5的范围内，优选地在0.7≤m≤2.1的范围内，更优选地在0.7≤m≤1.9的范围内。
[0052]
有利地，由申请人确定的散射单元的具体尺寸以及折射率失配(和散射单元的面密度)允许实现瑞利类散射现象
[0053]
在本发明的一种变型中，取决于有效粒径d＝dn
h
(d以[meters(米)]给定)，在色散层的每单位面积中，充当瑞利类散射体的散射单元的数量n，是在由下式定义的范围内：
[0054]
和
[0055]
例如，对于目标在于模拟纯净天空的存在的实施例，和和例
如和
[0056]
更具体地，
[0057]
和
[0058]
并且
[0059]
例如，对于目标在于模拟北欧天空的实施例，和和例如和和更具体地，和和
[0060]
有利的是，由申请人确定的每单位面积上充当瑞利类散射体的散射单元的数量n允许在以透射方式操作的照明系统中分别获得纯净晴天空和北欧天空。
[0061]
在替代实施例中，取决于有效粒径d＝d n
h
(d以[meters(米)]给定)，在色散层的每单位面积上充当瑞利类散射体的散射单元的数量n是在由下式定义的范围以内：
[0062]
和和
[0063]
例如，对于目标在于模拟纯净天空的存在的实施例，和和例如和和更具体地，和和并且
[0064]
例如，对于目标在于模拟北欧天空的实施例，和和例如和
更具体地，和
[0065]
有利的是，由申请人确定的每单位面积上充当瑞利类散射体的散射单元的数量n允许在以反射方式操作的照明系统中分别获得纯净天空和北欧天空。
[0066]
在本发明的另一个变型中，散射系统的散射单元包括无机纳米颗粒，其外表面已经被有机涂层功能化。
[0067]
在本发明的变型中，用于功能化无机纳米颗粒的外表面的有机涂层是表面活性剂分子。
[0068]
有利地，功能化的无机纳米颗粒防止形成大的聚集体/附聚物和纳米颗粒的不均匀分布，从而改善了散射层的散射性质。
[0069]
在本发明的一种变型中，涂覆步骤包括卷对卷涂覆工艺中的至少一个，例如缝隙模头涂覆(例如挤出涂覆，幕涂)，辊涂，凹版涂覆，喷涂，刮涂和计量杆(迈尔棒)涂覆。
[0070]
选择的涂覆技术都适合于形成柔性基材膜的非常均匀的涂覆层。因此，所有选择的涂覆技术都允许实现具有高度均匀厚度的散射层。
[0071]
在本发明的变型中，散射层具有包括在5μm至500μm之间的厚度。
[0072]
有利地，选择的层厚度允许实现适合于实现瑞利类散射现象的散射单元的面密度。
[0073]
在本发明的变型中，聚合物透明基质是预聚物或溶解在溶剂中的聚合物。
[0074]
在本发明的变型中，聚合物透明基质是具有粘合特性的材料，优选地是光学粘合剂，像例如硫醇烯光学粘合剂。
[0075]
在本说明书和所附权利要求的范围内，术语“材料/层的粘合性”或“粘合材料/层”是指能够对基材产生至少0.05n/cm的粘合强度的材料/层。
[0076]
有利地，由申请人确定的特定聚合物基质允许实现粘合特性和高度透明性两者，并且因此实现具有非常高的光透射性能的散射层。
[0077]
根据本发明的替代变型，聚合物透明基质不具有粘合特性，并且涂覆步骤包括在至少一个第一柔性基材膜和散射系统层之间沉积透明粘合材料的至少一个内部粘合层。
[0078]
优选地，内部粘合层的透明粘合剂材料是光学聚合物粘合剂，像例如硫醇烯光学粘合剂。
[0079]
在本发明的变型中，在第一和第二柔性基材膜之间的至少一个膜是选自透明膜，反射膜，至少部分吸收膜和可剥离膜之间的膜。
[0080]
根据本发明的一种变型，在第一和第二柔性基材膜之间的至少一个膜是聚合物膜，像例如pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜或pen(聚萘二甲酸乙二醇酯)膜。
[0081]
在本说明书和所附权利要求书的范围内，表述“透明聚合物膜”是指聚合物膜，其特征在于在可见光波长范围内的透光率至少为50％，优选至少为70％，更优选至少90％。在此，通常如astm国际标准外观术语e 284
‑
09a中所定义，总透射率是在所有前向角透射的通量与入射通量之比。
[0082]
在本说明书和所附权利要求书的范围内，表述“反射性聚合物膜”是指聚合物膜，其特征在于在可见波长范围内的光全反射率为至少50％，优选为至少70％，更优选至少90％。在此，通常如astm国际标准外观术语e 284
‑
09a中所定义，总反射率是指在以测量平面为边界的半球内所有角度反射的辐射或光通量与入射通量之比。
[0083]
在本说明书和所附权利要求书的范围内，表述为“吸收聚合物膜”是指聚合物膜的特征在于在可见波长范围内的光吸收为至少50％，优选为至少70％，更优选至少90％。在此，通常如astm国际标准外观术语e 284
‑
9a中所定义，吸收率是吸收的辐射或光通量与入射通量之比。
[0084]
以有利的方式，涂覆步骤包括分别在第一和第二柔性基材膜与散射系统层之间沉积透明粘合剂材料的两个内部粘合层。
[0085]
优选地，两个内部粘合层的两层都涂覆在相同的第一或第二柔性基材膜上，其中在沉积期间，散射系统层被夹在两个内部粘合层之间。
[0086]
有利地，狭缝模头涂覆允许同时沉积多个层，从而一次实现多层沉积，并因此实现了生产时间的优化。
[0087]
根据本发明的替代变型，两个内部粘合层的第一内部粘合层被涂覆在第一柔性基材膜上，并且两个内部粘合层的第二内部粘合层被涂覆在第二柔性基材上。
[0088]
在本发明的一个变型中，涂覆步骤包括将散射系统滴落在第一和第二柔性基材膜之间，使得第一和第二柔性基材膜之间的至少一个在两个基材膜之间拖曳一层散射系统，从而同时进行两个基材膜的涂覆和层压。
[0089]
在层压步骤本身期间，该特定涂覆方便地确保就其厚度而言形成高度均匀的散射层。这样允许通过紧凑的系统优化生产时间并实施生产过程。
[0090]
在本发明的变型中，散射系统还包括微颗粒间隔单元。
[0091]
在本发明的另一个变型中，微颗粒间隔物是球形微颗粒，棒状微颗粒，盘状微颗粒或它们的组合。
[0092]
在本发明的另一个变型中，微颗粒间隔物具有的尺寸包括在5至500微米内。
[0093]
有利地，在层压第二基材膜的情况下，间隔单元允许限定精确的层间厚度。实际上，如果在层压期间将压力施加到多层膜结构上，则间隔单元可防止例如由于压力不够均匀而产生层厚度的不均匀性。
[0094]
在本发明的一种变型中，固化步骤包括散射层的聚合。
[0095]
在本发明的另一个变型中，散射层的聚合通过uv固化和/或温度固化和/或电子束固化进行。
[0096]
在本发明的另一个变型中，借助于至少一个在紫外可见范围(100nm
‑
600nm)内发射的发射装置，通过优选地控制光聚合过程中的温度来进行紫外固化。
[0097]
在本发明的另一变型中，借助于至少一个发射装置执行uv固化，该发射装置以从1到600毫瓦/平方厘米的范围内的uv光强度发射。
[0098]
在本发明的替代变型中，通过电，微波，ir热源或其组合来进行温度固化。
[0099]
在本发明的变型中，温度固化在室温至80℃的温度范围内进行。
[0100]
在本发明的替代变型中，散射系统包括溶解在溶剂中的已经聚合的聚合物，并且固化步骤包括溶剂的干燥。
[0101]
在本发明的变型中，所述色散多层膜结构包括至少一个附加层，其与所述至少一个第一和/或所述至少一个第二柔性基材膜和/或所述色散层耦接，所述至少一个附加层选自下列之间：内部粘合层，外部粘合层，可剥离层，基于纳米颗粒的瑞利类散射涂层，基于微颗粒的散射涂层，结合基于纳米颗粒的瑞利类散射和基于微颗粒的散射的涂层，抗反射涂层和/或镜面涂层。
[0102]
在本发明的另一个变型中，色散多层膜结构包括施加到第一和/或第二柔性基材膜之一的外表面上的外部透明粘合层。
[0103]
在本发明的变型中，色散面板结构包括第二面板元件，并且色散多层膜结构夹在第一面板元件和第二面板元件之间。
[0104]
在这种情况下，有利地保护了多层膜结构免受诸如紫外光，灰尘，湿气等可能改变其色特性和光学特性的大气介质的影响。此外，所得的分层面板结构可以足够坚固，以满足诸如耐火性，耐冲击性，耐刮擦性等建筑要求。
[0105]
在本发明的变型中，色散面板结构的第一面板元件至少配备以下之一：基于纳米颗粒的瑞利类散射涂覆，基于微颗粒的散射涂覆，结合基于纳米颗粒瑞利类散射和基于微颗粒的散射的涂覆，抗反射涂覆和镜面涂覆。
[0106]
在本发明的另一变型中，将反射涂层和/或抗反射涂层施加到第一面板元件的外表面上。
附图说明
[0107]
参考附图，将通过其一些优选实施例的以下详细描述来示出本发明的其他特征和优点。
[0108]
根据以上描述，每个实施例的几个特征可以不受限制地独立地彼此组合，以实现具体地从其特定组合中获得的优点。在附图中：
[0109]
图1a是根据本发明的用于生产色散膜结构的第一设备的示意图。
[0110]
图1b是根据本发明的用于产生色散膜结构的第二设备的示意图。
[0111]
图1c是根据本发明的用于生产色散膜结构的第三设备的示意图。
[0112]
图2是根据本发明的用于制造色散膜结构的工艺的流程图。
[0113]
图3a至图3e示出了根据本发明的色散膜结构的一些实施例的示意性截面图。
[0114]
图4a至图4d分别示出了根据本发明的包括色散膜结构的散射面板的第一，第二和第三实施例的示意性横截面。
[0115]
图5a和图5b是分别在透射和反射中使用色散面板的模仿太阳天空照明系统的示意图。
具体实施方式
[0116]
以下是本公开的示例性实施例的详细描述。在附图和下面的描述中，相同的附图标记或符号用于指示具有相同功能的配置元件。此外，为了清楚说明起见，有可能在所有附图中未重复一些附图标记。
[0117]
虽然可以对本发明进行修改或以替代方式来实施，但是在附图中示出了一些实施例，下面将对其进行详细讨论。然而，应当理解，无意将本发明限制于所描述的特定实施例，
相反，本发明旨在覆盖落入本发明的如权利要求中所定义的保护范围内的所有修改或替代和等同实施方式。
[0118]
除非明确表示不同，否则类似“给定的示例”，“等”，“或”的表述表示非排他性替代方案，没有限制。除非明确地另外指出，否则诸如“包括”和“包含”的表达具有“包括或包含但不限于”的含义。
[0119]
关于图1a，用于实现根据本发明的用于生产用于色散的聚合物多层膜结构的工艺的设备的第一基本配置总体上用100表示。
[0120]
设备100包括涂覆站110，在涂覆站110中，涂覆设备106用散射系统103的层对第一透明柔性基材膜101进行涂覆，该散射系统103包括可固化的基质，其中分散有多个散射单元，其中散射单元被配置为相对于入射光的长波长分量优先散射入射光的短波长分量，从而实现瑞利类散射。
[0121]
如本文所用，表述“散射单元”定义了适于提供光散射的纳米颗粒的分散体。此外，如本文所用，术语“纳米颗粒”定义了具有平均尺寸在5
‑
350nm范围内的无机或有机颗粒。
[0122]
在图1a的实施例中，涂覆设备106是用于狭缝模头涂覆的设备，其配置为用具有厚度在5
‑
500μm范围内并且高均匀度的层103实现第一基材膜101的涂覆。可以使用实施其他涂覆技术的设备，例如辊涂，喷涂，刮涂或计量杆涂等。通常，可以使用任何合适的卷对卷涂覆技术。
[0123]
第一柔性基材膜101优选是聚合物膜，像例如pet(聚对苯二甲酸乙二醇酯)膜或pen(聚萘二甲酸乙二醇酯)膜。
[0124]
借助于第一卷绕辊104和可被加热的多个空转辊将第一柔性基材膜101供给至设备100。
[0125]
在涂覆站110的下游，设备100包括固化站120，其可以实施为固化站，优选为uv固化，温度固化，电子束固化或其组合。
[0126]
在本文描述的说明性实施例中，固化站120被实现为uv和温度固化的组合。示例的固化站120包括在紫外可见范围(100nm
‑
600nm)内发射的一个或多个灯121和用于在光聚合过程中控制温度的加热室122。加热室122可以配备有电，微波或ir热源。
[0127]
在固化站120的下游，可以将如此获得的色散多层膜结构10供给到进一步的处理站，像例如，切割站或在其中将多层膜结构10层压到所选片材的站，或到如图1a的示例性实施例所示的复卷站130。
[0128]
关于图1b，根据本发明的用于实现用于生产用于色散的聚合物层结构的工艺的设备的第二基本配置通常用100
′
表示。
[0129]
图1b的设备100'与第一基本配置的设备100的不同之处在于，涂覆站110之后是层压站115，在层压站115中，被涂覆的第一基材膜101,103被带进与第二柔性基材膜102并排配置。
[0130]
通过第二卷绕辊105和多个空转辊第二柔性基材膜102被供给设备100，所述多个空转辊执行第一涂覆的基材膜101，103与第二基材膜102的层压。供给第二柔性基材膜102的空转辊也可被加热。
[0131]
详细地，通过一对层压辊108，109，第一涂覆的基材膜101，103和第二基材膜102被带进并排配置。层压辊108，109可以是加热辊和/或可以对所得的膜结构施加小的压力，以
确保第一涂覆的基材膜101，103和第二基材膜102之间的均匀耦接。因此，形成了包括夹在两个基材膜101，102之间的散射系统103的散射层的多层膜结构，即色散层103。
[0132]
关于图1c，用于实现根据本发明的用于生产用于色散的聚合物层结构的工艺的设备的第三基本配置通常用100”表示。
[0133]
图1c的设备100”与第一和第二基本配置的设备100，100'的不同之处在于，涂覆和层压站110，115被实现为包括用于进行散射系统103的重力滴落的设备107的单个站。滴落设备107被放置成将散射系统103滴落在两个层压辊109，108之间，第一柔性基材101和第二柔性基材102通过两个层压辊109，108被馈送，以便被带进并排配置。
[0134]
散射系统103在两个层压辊108，109之间的重力滴落确定了散射系统103在一对层压辊108，109之间的入口处的累积。
[0135]
通过向前馈送两个膜101,102本身，在两个膜101,102之间拖曳一薄层累积的散射系统103，以形成散射系统103的层，即色散层103。因此，进行用散射系统103和两个膜101，102层压的同时涂覆，并且形成要被馈送到后续固化站120的多层膜结构10。
[0136]
根据本发明的用于生产用于产生模仿太阳天空效果的色散多层膜结构10的工艺200被示意性地示出在图2中，该工艺包括以下步骤。
[0137]
在第一步骤210期间，通过将多个散射单元分散到溶解在合适溶剂中的预聚物或聚合物基质中来制备散射系统103。在本文中，在聚合的上下文中，术语“预聚物”是指能够形成聚合物作为散射单元的主体材料的任何种类的聚合物前体(polymer precursor)。它可以是例如单体，低聚物，短链聚合物或这三种组分的混合物。适用于本发明的预聚物是能够形成具有优异光学透明性的聚合物的前体。可以从热塑性，热固性和光固化树脂中选择。合适的预聚物可以属于(但不限于)以下类别：酯，醛，酚，酸酐，环氧化物，丙烯酸酯，乙烯基，烯烃，炔烃，苯乙烯，卤化物，酰胺，胺，苯胺，亚苯基，芳烃，和硅氧烷。另外，可以使用氟化聚合物前体来形成在许多情况下具有不粘特性的含氟聚合物(均聚物或共聚物)。各种各样的商业上有用的预聚物是可用的，例如硫醇光学粘合剂，例如诺兰光学公司(norland opticals inc.)的noa系列和可紫外线固化的粘合剂和密封剂，例如来自croda international plc.或henkelag&co.kgaa。
[0138]
散射单元包括有机或无机纳米颗粒或其组合。用于纳米颗粒的材料可以由一种或多种透明的和/或基本上不吸收可见光范围内的光的材料制成。在具有有机性质的纳米颗粒的情况下，发明人指的是聚合物(任选地交联)，而在具有无机性质的纳米颗粒的情况下，优选提及金属氧化物(例如tio2，sio2，zno，zro2，fe2o3，al2o3，sb2sno5，bi2o3，ceo2或其组合)具有单相结构或核/壳结构。纳米颗粒的外表面优选用特定的有机涂层(表面活性剂分子)或用分散剂功能化，以保证在聚合物基质中的最佳相容性和分散性。纳米颗粒与预聚物基质的差的相容性可导致形成大的聚集体/附聚物和不均匀分布，这将强烈影响散射层103的散射性能，并因此影响所得实施方案。
[0139]
纳米颗粒可以是单分散的或多分散的，它们可以是球形或其他形状。在任何情况下，纳米颗粒的有效直径d都在[5nm
‑
350nm]范围内，例如[10nm
‑
250nm]，或甚至[40nm
‑
180nm]，或[60nm
‑
150nm]。其中，有效直径d是等效球形颗粒的直径，即具有与上述纳米颗粒相似的散射特性的有效直径球形颗粒。
[0140]
分散过程可以使用低/高剪切混合设备，例如磁力搅拌器和/或静态混合器，和/或
其他混合设备，像例如真空搅拌器(sonicator)。
[0141]
用于制备基质的预聚物或聚合物材料是本身透明并且不吸收光的材料，即没有散射单元的基质是透明的并且不吸收光，即其在可见光波长范围中的吸收可以被认为忽略不计。
[0142]
两种材料(基质和散射单元)的折射率不同，并且这种折射率的不匹配与散射单元的直径和面密度(每平方米的数量)相结合是造成瑞利类散射现象的原因，即，是定义在复合材料103的色散层中的散射现象的横截面的参数。通过增加这些参数之一来增加从色面板散射的入射光的量。
[0143]
为了散射，纳米颗粒具有的实际折射率n
p
与基质(也称为主体材料)的折射率n
h
充分不同，以允许光散射发生。例如，颗粒折射率与主体介质折射率之比m(其中)可以是在0.5≤m≤2.5的范围内，例如在0.7≤m≤2.1，或0.7≤m≤1.9的范围内。
[0144]
此外，色效应是基于由在给定方向上传播的入射光所看到的每单位面积的纳米颗粒的数量，以及体积填充分数f。体积填充分数f由下式给出：ρ[meter
‑3]是每单位体积的颗粒数。通过增加f，纳米颗粒在散射层中的分布可能失去其随机性，并且颗粒位置可能变得相关。结果，由颗粒分布散射的光经历调制，该调制不仅取决于单颗粒特性，而且还取决于所谓的结构因子。通常，高填充分数的效果是严重消耗散射效率的效果。此外，特别是对于较小的颗粒尺寸，高填充分数也会影响散射效率对波长和角度的依赖性。通过处理填充分数f≤0.4，例如f≤0.1，甚至f≤0.01，可以避免那些“紧密堆积”效应。
[0145]
色效应还基于色散层103的每单位面积的纳米颗粒的数量n，其取决于有效粒径d＝dn
h
。从而，d[meters(米)]是定义为球形颗粒情况下的平均颗粒直径的平均颗粒尺寸，并且作为在非球形颗粒情况下的体积对面积等效球形颗粒的平均直径，如定义在[tcgrenfell和s.g.warren，“通过收集散射和吸收辐射的独立球体来表示非球形冰粒”，地球物理研究学报104，d24，31,697
‑
31,709。(1999)]。有效粒径以米给定，或者以nm规定。
[0146]
在一些以透射模式使用的实施例中：
[0147]
(d以[meters]给定)和(d以[meters]给定)和例如
[0148]
在以反射模式使用的其他实施例中：
[0149]
(d以[meters]给定)和(d以[meters]给定)和例如
[0150]
将散射单元分散到聚合物基质中的步骤210可包括向散射单元和聚合物基质的混
合物中添加间隔单元13，例如一些微米大小(5μm至500μm)的球形单元,从而通过(大)μm颗粒定义有效层厚度。
[0151]
可替代地，间隔单元13可以是杆、盘或任何其他合适的几何形状形式的μm颗粒。
[0152]
在随后的步骤220中，至少一个柔性基材膜101，102被涂覆有散射系统103的至少薄的均匀层，即，包含散射单元的分散体。
[0153]
在从非粘性基质开始制造散射系统103的情况下，涂覆步骤包括涂覆透明粘性材料的附加内层(未示出)。
[0154]
因此，获得了多层膜结构101，103，其至少包括第一柔性基材层101和负责入射光的瑞利类散射的柔性色散层103，以及可选地内部粘合层。
[0155]
然后，使多层膜结构101，103固化(步骤240)。举例来说，在图1a至1c的设备中，通过控制结构101，103所经受的温度和uv辐射两者，使多层膜结构101，103经受固化。通过固化进行的固化步骤240引发并加速了预聚物基质的聚合。uv光强度例如在1
‑
600mw/cm 2的范围内，并且温度设定在室温至80℃的范围内。
[0156]
因此，获得了一种色散多层膜结构10，10
′
，其至少包括由柔性聚合物膜制成的基材层11，16和由固化散射系统103制成的色散层12。
[0157]
根据替代实施例，散射系统103包括溶解在合适溶剂中的已经聚合的聚合物，并且固化步骤240包括溶剂的干燥。
[0158]
任选地，在固化之前，将涂覆的基材膜101，103与第二基材膜102粘合在一起(层压步骤230)，该第二基材膜102可能也涂覆有散射系统103的层(例如，如果通过重力滴落设备107施加散射系统103)。在这种情况下，在固化240之后，获得多层膜结构10”，其具有两个外部柔性基材层11和至少一个柔性的色散中间层12，其负责入射光的瑞利类散射。
[0159]
在将成对的层压辊108，109配置为在层压期间对多层膜结构101，103，102施加压力的情况下，该步骤230有助于限定散射层12的厚度。
[0160]
否则，在涂覆步骤220期间设置散射层12的厚度，特别是如果发生了通过狭缝模头涂覆或幕涂或其他能够将复合材料103的均匀层精确地沉积到第一基材膜101上的其他类似技术的涂覆。散射层12的厚度设置在例如从5μm到500μm的范围内，这也定义了散射单元的最终面密度(每平方米的数量)。
[0161]
在图3a至3e中示出了如此获得的色散多层膜结构10,10'，10”，10”'的多个版本。
[0162]
根据图3a所示的第一实施例，色散多层膜结构10包括由柔性和透明聚合物膜制成的基材层11，以及色散和粘合柔性层12。图3a的膜结构10可以被缠绕以形成卷轴，以便在解绕卷轴后直接粘合到例如面板元件21(如图4a所示)。在这种情况下，透明基材层11提供了对例如散射层12的保护阻止大气介质，而不会阻止光的透射或反射。
[0163]
根据图3b所示的第二实施例，色散多层膜结构10”包括由聚合物膜制成的可剥离层16以及色散和粘合层12。在这种情况下，图3b的膜结构10可以以片提供并且在去除可剥离层16之后，可以结合到例如面板元件21上。优选地，第二面板元件21在上方层压，以便夹住和保护散射层12，例如，阻止大气介质，如图4b所示。
[0164]
根据图3c所示的第三实施例，色散多层膜结构10
″′
包括由柔性和透明聚合物膜制成的两个外部基材层11，以及夹在其间的色散和粘合层12。在这种情况下，可以将图3c的膜结构10结合到例如面板元件21上，或在施加透明粘合层24之后，夹在两个面板元件21之间，
如图4c所示。
[0165]
根据第四实施例(未示出)，色散射多层膜结构包括两个外层11,16和夹在其间的色散和粘合层12，其中第一外层11由柔性的且透明聚合物膜制成，而第二外层16是可剥离层。
[0166]
图3d所示的第五实施例与图3c的实施例的不同之处在于在散射层12中存在球形间隔元件13，这大大简化了具有高度均匀厚度的散射层12的形成。
[0167]
根据图3e所示的第六实施例，色散多层膜结构10
″′
包括由柔性和透明的聚合物膜制成的两个外部基材层11，和通过插入两个内部透明粘合层14而夹在其间的色散非粘合层12。
[0168]
此外，图3e的色散多层膜结构10
″′
配备有可选的外部透明粘合层15，以简化随后施加到例如如图4d所示的面板元件21。即使未示出，除了外部粘合层15之外，还可以提供施加在其上的可剥离层16。
[0169]
优选地，透明粘合剂聚合物内层14和/或外层15在pvb，eva，硫醇烯光学粘合剂或类似物中选择。
[0170]
示例：
[0171]
阶段1
‑
纳米颗粒散布和预聚物散射系统的制备
[0172]
将市售的标称直径<100nm的氧化锌的纳米颗粒以1∶3的重量％比例混合在乙醇(作为溶剂)中。通过将硬脂酸(作为表面活性剂分子)以约5重量％的浓度添加到氧化锌
‑
乙醇混合物中来功能化氧化锌粉末。将添加有硬脂酸的混合物剧烈搅拌3天。
[0173]
然后将所得的胶态分散体作为单体/预聚物基质以1至10重量％(取决于所需的光学效果)的可变浓度添加至生产商norland products inc.的noa65(norland光学胶粘剂)中。
[0174]
阶段2
‑
图3c的色散多层膜结构的生产
[0175]
将获得的散射系统103装载到涂覆设备106中，该涂覆设备106被配置为在以v＝0.5m/min的速度前进的pet基材膜101上以60μm的厚度以高均匀性涂覆一层预聚物/纳米颗粒混合物。
[0176]
将涂覆的基材膜101，103与以相同速度前进的第二pet基材膜102层压。
[0177]
然后，将夹层的预聚物/纳米颗粒混合物通过在365nm处发射的紫外线灯121以约5mw/cm2的强度在30℃的控制温度下进行光聚合，从而获得图3c的色散多层膜结构10”。
[0178]
根据实施例，图3a的多层膜结构10被用于根据最终应用覆盖选择的面板元件21(可选步骤250)，从而获得如图4a所示的色散面板结构20。
[0179]
面板元件21被配置为提供所需的透射，即透明面板，诸如玻璃板或pmma板(或由另一种聚合物制成的板)。
[0180]
图4b示出了色散分层面板结构20'，其中图3b的粘合剂色散多层膜结构10'在两个玻璃面板21之间分层。在图4b的面板结构中，玻璃面板21在其外表面上还设有镜面涂层22(可选)。
[0181]
可以将镜面涂层22施加在分层面板21的外表面上，以获得高质量的表面色分层镜。生产镜子的典型方式是在玻璃表面上沉积诸如铝或银之类的金属。反射效率取决于沉积的材料，而反射图像的质量取决于玻璃的平面度/粗糙度。
[0182]
图4c示出了色散分层面板结构20”，其中图3c的粘合剂色散多层膜结构10”在两个玻璃面板21之间分层。
[0183]
一对例如3mm厚的玻璃面板21和图3c的色散射多层膜结构10”的常规层压工艺，其中在玻璃面板21和多层结构10”之间插入了商业eva膜24，首先使各层紧密接触。然后将该组件引入例如塑料袋中，并对该系统施加低真空，以除去袋中的任何空气。然后可以将真空包装的袋子引入烤箱中，并且将温度升高到85℃(升高速率例如为3.5℃/min)。将组件在该温度下保持约10分钟。随后在第二步骤中，将温度进一步升高至约125℃(升高速率3.5℃/min)，并在该温度下保持约30分钟。然后在例如大约20分钟内将该组件冷却到室温，然后从塑料袋中取出分层的玻璃面板结构20。
[0184]
图4d示出了色散分层面板20”'，其中，图3e的色散多层膜结构10”'被施加到玻璃面板21上，并且其中玻璃面板21被设置在其具有抗反射涂层23的外表面上。抗反射涂层23是允许增加材料的规则透射率的表面处理。该处理必须在限定的波长范围(本技术的可见范围)上进行优化，并且在很大程度上取决于面对抗反射涂层的材料的光学特性。在可见光谱中针对界面玻璃
‑
空气优化的抗反射涂层，使图4d所示的面板在透射率方面更加有效，并降低了反射场景的强度。
[0185]
通常，可以使用不同类型的玻璃面板21，例如普通浮法玻璃，钢化玻璃，表面蚀刻玻璃等。而且，玻璃面板21的外表面可以具有微结构，从而获得使微结构表面后面的感知场景模糊的效果。该性质可能是期望的，因为超出面板结构20的不想要的结构和在面板结构20上反射的图像将被感觉是模糊的。因此，通过基于微结构的表面可以平滑亮度的可能的急剧变化，从而增强深度感。
[0186]
根据本发明的色散多层膜结构10可以用在模仿太阳天空的照明系统中，如以下示例性地描述的。
[0187]
结合图5a，相对于包括本发明的色散多层膜结构10，10
′
，10
″
，10
″′
的面板结构20在透射模式下的照明系统40被公开，并且结合图5b，相对于色散多层膜结构10，10
′
，10
″
，10
″′
的在反射模式下的照明系统60被公开。
[0188]
参考图5a，以房间30的剖视图示意性地示出了照明系统40。详细地，照明系统40包括第一光源41，该第一光源41被包括在盒子46中并且被配置为以发射立体角发射光，以形成沿主光束方向43传播的光束42。此外，第一光源41在光谱的可见区域发射光，例如波长在400nm至700nm之间。
[0189]
底部单元44包括基于按照本发明的色散多层膜结构10,10'，10”，10”'的漫射光发生器(即，色散面板结构20,20'，20”，20”')，并且作为瑞利类漫射器工作，该漫射器基本上不吸收可见范围内的光，并且相对于入射光的长波分量，其更有效地漫射短波，例如，这样的面板，其基本上不吸收可见光范围内的光，并且至少以1.2倍漫射波长450nm(蓝色)的光,例如至少1.4倍,例如比约650nm(红色)波长范围内的光更有效至少1.6倍，其中漫射效率由散射的光辐射功率相对于入射光辐射功率之间的比率给出。
[0190]
色散多层膜结构10,10'，10”，10”'将光源41的入射光束42分为四个分量，具体分为：
[0191]
透射(定向的非漫射)分量(光束42a)是由穿过但没有经历明显偏离的光线形成的，例如由经历了小于0.1
°
的偏离的光线形成的；透射分量的光通量是入射在散射光发生
器20,20'，20”，20”'上的总光通量的很大一部分；
[0192]
由传播到光阱45/房间30中的散射光而形成的前向散射分量(除了该光束方向以及与该光束方向相差小于0.1
°
的方向之外)；前向散射分量的光通量对应于由入射在多层膜结构10,10'，10”，10”'上的总光通量产生的蓝色天光部分。
[0193]
由传播到盒子46中的散射光形成的后向散射分量；向后散射分量的光通量通常在但优选小于蓝色天光部分的范围内；和
[0194]
反射分量，由反射光形成并且沿反射角方向传播到盒子46中，该反射分量的光通量取决于例如光束入射到色散多层膜结构10,10'，10”，10”'上的入射角。
[0195]
在需要非常大的底部单元的替代实施例(未示出)中，底部单元可以仅由根据本发明的色散膜结构10、10'，10”，10”'形成。因此，底部单元将是柔性的并且非常轻，并且可以在不需要专用的配置支撑结构的情况下对向大面积。
[0196]
参考图5b，针对反射照明系统60描述了光学装置的各个方面以及如本文一般描述的照明系统的感知方面。
[0197]
照明系统60再次包括光源61，光源61被配置为以发射立体角发射光，以形成沿主光束方向63(也称为主光束轴)传播的光束62(在图5b中由虚线62'界定)。
[0198]
照明系统60还包括反射器单元64，该反射器单元将源自光源61的光耦接到要被照明的区域67。通常，反射器单元64包括提供反射表面68a的反射结构68和层压到反射表面68a上的色散射多层膜结构10,10'，10”，10”'。
[0199]
反射面68a通常是反射已经穿过多层膜结构10的光的任何类型的光学作用界面。由于反射面68a，已经通过的入射到反射面68a上的光束62的光被重定向，以再次穿过色散多层膜结构10，然后形成照明光束62a(在图5b中由虚线62a'界定)。
[0200]
为了量化借助于本发明的色散射多层膜结构10实现的太阳天空模仿现象，可以考虑材料在特定波长下的规则透射率特性t(λ)。
[0201]
为了获得模仿太阳天空的照明系统，需要某特定范围的规则透射率。注意，第一材料(基质)和第二材料(纳米颗粒)两者在可见光范围内几乎都没有吸收，因此，不规则透射的那部分光被以瑞利类散射模式完全散射。关于图5a中描述的透射配置，蓝色t[450nm]的规则透射率通常可以在[0.05
‑
0.9]范围内。特别地，在一些针对纯净天空的实施例中，该范围将是[0.3
‑
0.9]，例如[0.35
‑
0.85]或者甚至是[0.4
‑
0.8]；在针对北欧天空的实施例中，范围将是[0.05
‑
0.3]，例如[0.1
‑
0.3]或甚至[0.15
‑
0.3]。
[0202]
考虑到在反射配置中(图5b)，纳米负载的散射中间层被入射光交叉两次(由于存在反射镜)。对于色分层面板的蓝色t[450nm]，在外表面的镜像之前的规则透射率通常可以在[0.2
‑
0.95]的范围内。特别地，在一些针对纯净天空的实施例中，该范围将是[0.55
‑
0.95]，例如[0.6
‑
92]或甚至[0.62
‑
0.9]；在针对北欧天空的实施例中，范围将是[0.2
‑
0.55]，例如[0.3
‑
0.55]或甚至[0.4
‑
0.55]。纯净的天空的透射率高于北欧天空的透射率。例如，考虑到入射在两个色分层板上的相同光源，一个在纯净的天空配置中，一个在北欧配置，则在太阳天空效果中的色特性会有所不同。与纯净天空相比，北欧配置中的天空会发白。北欧配置中的太阳将比纯净天空中的太阳更黄。
[0203]
尽管这里已经描述了本发明的优选实施例，但是在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以进行改进和修改。