CN102656489A - 光重新定向膜层合体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了光控膜构造，其包括具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面的第一光学膜。第一主表面为具有不对称结构的微结构化表面。所述不对称结构形成多个多面折射棱镜的有序排列，其中多面折射棱镜的横截面具有3个或更多个侧边。第二光学膜接触并结合至第一光学膜的结构化第一主表面的基本上所有的结构。光控构造可以被采用到光学制品如窗中。

Description

光重新定向膜层合体
技术领域
本发明整体涉及光学膜，特别是用于重新定向光的膜。
背景技术
多种方法能用来减少建筑物中的能量消耗。在所述方法当中，被考虑且应用的方法是更有效地利用阳光以在建筑物内部提供照明。一种用于在如办公室等建筑物的内部供应光的技术是对进来的阳光进行重新定向。因为阳光以朝下的角度进入窗，所以许多这种光并非可用于照明房间。然而，如果可以使进来的朝下光线重新定向为朝上，使得它们照到顶篷，则光可以更有效地用于照亮房间。
发明内容
本发明公开了用于将如阳光等光重新定向在可用方向上的技术和制品。包括光控膜构造及其制备方法、以及由这些构造制得的制品。
本发明公开了包括第一光学膜和第二光学膜的光控膜构造，所述第一光学膜具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，其中所述第一主表面包括具有不对称结构的微结构化表面；所述第二光学膜具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，所述第二主表面设置为邻近并且接触并结合至所述第一光学膜的结构化第一主表面的基本上所有的结构，并且其中第一光学膜的第一主表面和第二光学膜的第二主表面限定由第一主表面上的结构所部分占据的封闭体积，使得所述结构占据所限定的总体积的20-80%。所述不对称结构包括有序排列的多个多面折射棱镜，其中多面折射棱镜的横截面具有3个或更多个侧边。
本发明还公开了用于制备光控膜构造的方法，所述方法包括制备具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面的第一光学膜，其中所述第一主表面包括具有不对称结构的微结构化表面；提供具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面的第二光学膜；使第二光学膜的第二主表面接触第一光学膜的微结构化表面；以及使第二光学膜的第二主表面结合至第一光学膜的结构化第一主表面的基本上所有结构。
本发明还公开了光学制品，其包括基板和附接到所述基板的光控膜，所述光控膜包括第一光学膜和第二光学膜，所述第一光学膜具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，其中所述第一主表面包括具有不对称结构的微结构化表面；所述第二光学膜具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，所述第二主表面设置为邻近并且接触并结合至所述第一光学膜的结构化第一主表面的基本上所有的结构，并且其中第一光学膜的第一主表面和第二光学膜的第二主表面限定由第一主表面上的结构所部分占据的封闭体积，使得所述结构占据所限定的总体积的20-80%。
本发明还公开了重新定向光的方法，所述方法包括提供窗；提供包括第一光学膜和第二光学膜的光控膜构造，所述第一光学膜具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，其中所述第一主表面包括具有不对称结构的微结构化表面，所述第二光学膜具有第一主表面和与所述第一主表面相对的第二主表面，所述第二主表面设置为邻近并且接触并结合至所述第一光学膜的结构化第一主表面的基本上所有的结构，并且其中第一光学膜的第一主表面和第二光学膜的第二主表面限定由第一主表面上的结构所部分占据的封闭体积，使得所述结构占据所限定的总体积的20-80%；以及使所述光控膜构造附接到所述窗的内表面或外表面。
附图说明
图1示出本发明的光重新定向膜的横截面视图。
图2示出本发明的光重新定向膜的横截面视图。
图3示出本发明的光重新定向膜的横截面视图。
图4示出本发明的光重新定向膜的顶视图。
图5示出本发明的光重新定向膜的顶视图。
图6示出本发明的光重新定向膜的顶视图。
图7示出本发明的光重新定向膜的顶视图。
具体实施方式
窗和类似构造用来为建筑物中的房间、走廊等提供自然阳光。然而，自然阳光落到窗上的角度使得通常光不能穿入房间或走廊深处。另外，由于进来的光可能会在靠近窗处具有令人不悦的高的强度，可能导致靠近窗坐着的用户关闭百叶窗、盲板或者窗帘，因而消除该潜在的房间照明来源。因此，期望提供可以将阳光从正常入射角度重新定向至朝向房间或走廊的顶篷方向的构造。
由于存在许多对其而言期望实现阳光的重新定向的窗，因而用重新定向光的窗来代替所有已存在的窗既不现实也不可能。因此，仍然需要可以附接到现有的基板如窗上并且在有用方向上如朝向房间的顶篷重新定向光、特别是阳光从而为房间提供照明的光控构造，如膜。
在本发明中，提供了光控膜构造，其包括能够在期望的方向上重新定向光、特别是阳光的多层层合体。所述膜将阳光从朝下且对房间照明而言不是非常有用的正常入射方向重新定向至朝向房间的顶篷的朝上方向，从而为房间提供更多照明。可以将所述膜施加到基板例如窗上，来提供光的重新定向而无需改变或替换窗本身。
所述构造包括至少两个光学膜。第一光学膜包括第一主表面和第二主表面，其中在第一主表面上具有微结构化表面。第二光学膜包括第一主表面和第二主表面。使第二光学膜的第二主表面接触并结合至第一膜的表面上的基本上所有的微结构。第一光学膜和第二光学膜限定由第一光学膜上的结构所部分占据的封闭体积，使得所述结构占据所限定的总体积的20-80%。
如本文所用的术语“光学膜”是指至少视觉上透明的、可以是视觉上澄清的并且还可以产生另外的光学效果的膜。另外的光学效果的例子包括例如光漫射、光偏振或者某些波长的光的反射。
如本文所用的术语“视觉上透明的”是指膜或构造对于人的肉眼来说看起来是透明的。如本文所用的术语“视觉上澄清的”是指膜或制品在可见光光谱（约400纳米至约700纳米）的至少一部分中具有高的光透射率，并显示出低雾度。视觉上澄清的材料在400至700nm波长范围内往往具有至少约90%的光透射率和低于约2%的雾度。光透射率和雾度二者可用例如ASTM-D 1003-95方法测定。
如本文用来描述多个结构的术语“有序排列”是指结构的规则、重复图案。
如本文所用的术语“点”、“侧”和“交叉”具有其典型的几何含义。
如本文所用的术语“纵横比”在指代附接到膜的结构时，是指膜上方结构的最大高度与附接到膜或者作为膜的一部分的结构的基部的比率。
如本文所用的术语“粘合剂”是指可用于将两个粘附体粘附在一起的聚合物组合物。粘合剂的例子有热活化粘合剂和压敏粘合剂。
热活化粘合剂在室温下是不粘的，但是在升高的温度下变粘并且能够粘结到基板。这些粘合剂通常具有高于室温的玻璃化转变温度(Tg)或熔点(Tm)。当温度升高超过Tg或Tm时，储能模量通常降低并且粘合剂变得发粘。
本领域普通技术人员熟知的是，压敏粘合剂组合物在室温下具有包括以下的性质：(1)有力且持久的粘性，(2)在不超过指压下的粘附性，(3)固定到粘附体上的足够的能力，以及(4)可从粘附体上干净地移除的足够的内聚强度。已被发现能很好地用作压敏粘合剂的材料是被设计并配制成显示出必需的粘弹特性从而导致粘性、剥离粘合力和剪切保持力的所需平衡的聚合物。得到性质的适当平衡并不是一个简单的过程。
第一光学膜可以是任何在光谱的可见光区域中具有高的光透明度的合适膜。第一光学膜可以是单层膜或多层膜构造。第一光学膜具有第一主表面和第二主表面。第一主表面包括微结构化表面。该微结构化表面包括有序排列的多个不对称的多面折射棱镜。期望的是，棱镜为不对称的，使得进来的入射太阳光（从上方进入并且与垂直于膜的方向成15-80°的角度入射到膜上）被重新定向为朝上朝向房间的顶篷，而从下方进来的光不会重新定向为朝下。具有对称结构的人工制品使得朝下导向的光能够被观察者见到，这是不可取的。
所述多个不对称的多面折射棱镜被设计成将进来的太阳光有效地重新定向为朝着房间的顶篷，所述房间包括具有导光膜的窗或其他孔隙。典型地，不对称的多面折射棱镜包括3个或更多个侧面，更典型地为4个或更多个侧面。所述棱镜可以被视作产生于光学膜表面的凸起的有序阵列。通常，这些凸起的纵横比为1或更大，也就是说，凸起的高度至少与凸起在基部处的宽度一样大。在一些实施例中，凸起的高度为至少50微米。在一些实施例中，凸起的高度不超过250微米。这意味着不对称结构通常自第一光学膜的第一主表面凸出50微米至250微米。
例如，在图1中示出了用来设计多面折射棱镜以实现这种光的重新定向的准则。图1示出导光膜100，其包括膜10和单个棱镜11的横截面。棱镜11具有4个侧面：与膜10相邻的侧面A、与侧面A接合的侧面B、与侧面A接合的侧面C以及与侧面B和侧面C接合的侧面D。
侧面B以这样的方式成角度，即其对入射到第一光学膜的第二主表面上并且穿过侧面A的太阳光线产生全内反射。太阳光线自第一光学膜的第二主表面上方入射并且通常与第一光学膜的第一主表面的垂直方向形成约15-80°的角度，这取决于一天中的时间、一年中的时间、膜的地理位置等。入射光线进入棱镜11并且通过全内反射现象从侧面B被反射。为实现全内反射，有利的是侧面B不与侧面A垂直，而是如图1所示从垂直方向错开角度θ。对于角度θ的值的选择将取决于多种可变的特征，包括例如用来制备光控膜的组成材料的折射率、打算使用光控膜的地理位置等，但通常角度θ的值在6-14°或甚至6-12°的范围内。
侧面C与侧面A接合，并且连接侧面A与侧面D。有利的是，侧面A不与侧面C垂直，而是从垂直方向错开角度α。在其他特征之中，角度α的错开有助于防止穿过侧面D离开棱镜11的光进入相邻的棱镜（在图1中未示出）。如角度θ那样，对于角度α的值的选择也取决于多种可变的特征，包括相邻棱镜的贴面性、侧面D的性质和尺寸等。通常，角度α在5-25°或者甚至9-25°的范围内。
侧面D是被重新定向的光线自其离开棱镜的棱镜侧面。在图1中，侧面D作为单个侧面示出，但是侧面D也可以包括一系列侧面。另外，在图1中，侧面D作为曲面示出，但是侧面D无需在所有的实施例中都是弯曲的。自侧面B反射的光线被侧面D重新定向至对于改善房间的间接照明而言有用的方向上。此是指从侧面D反射的光线被重新定向为垂直于侧面A或者远离垂直方向且朝向房间的顶篷的一定角度。
在一些实施例中，侧面C可以是弯曲的，侧面D可以是弯曲的，或者侧面C和D的组合可以形成单一连续弯曲的侧面。在其他实施例中，侧面C或D或者C和D一起包括一系列侧面，其中所述一系列侧面包括结构化表面。结构化表面可以是规则的或不规则的，即，所述结构可以形成规则的图案或随机的图案并且可以是均一的，或者所述结构可以不同。由于这些结构为微结构上的亚结构，因而它们通常非常小。通常，这些结构的各个尺寸（高度、宽度和长度）均小于侧面A的尺寸。
图2示出导光膜的另一实施例。在图2中，导光膜200包括膜20和单个棱镜21的横截面。棱镜21具有4个侧面：与膜20相邻的侧面A、与侧面A接合的侧面B、与侧面A接合的侧面C以及与侧面B和侧面C接合的侧面D。侧面D包括亚侧面D 1。亚侧面D1通过点与侧面B接合。该点为光控膜的第二光学膜与膜20接合之处（第二光学膜未在图2中示出）。角度θ和α如图1中所定义。
图3示出导光膜的另一实施例。在图3中，导光膜300包括膜30和单个棱镜31的横截面。棱镜31具有4个侧面：与膜30相邻的侧面A、与侧面A接合的侧面B、与侧面A接合的侧面C以及与侧面B和侧面C接合的侧面D。侧面D包括亚侧面D2。亚侧面D2被接合至侧面B并且设计为形成结合区，所述结合区为光控膜的第二光学膜可以与膜30接合之处（第二光学膜未在图3中示出）。角度θ和α如图1中所定义。
光学基板的整个表面可以包括微结构，或者所述微结构可以存在于第一光学膜的第一表面的仅仅一部分上。由于膜构造可以附接到例如窗等大的窗用制品上，因而为了产生期望的光重新定向效果，可能不必或不希望使窗用制品的整个表面都包括微结构化表面。可能有利的是，窗用制品的仅仅一部分包括光重新定向膜构造，或者作为另外一种选择，如果整个窗用制品表面被膜构造所覆盖，则可能有利的是，膜构造的仅仅一部分包括光重新定向微结构。
多个不对称的多面折射棱镜的有序排列可以形成微结构的阵列。所述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，所述阵列元件是离散的，即，所述阵列元件不相交或交叠。图4-7示出具有多种阵列元件的多个不对称的多面折射棱镜的有序排列的顶视图。在图4中，光重新定向构造400包括线性阵列元件410。在图5中，光重新定向构造500包括正弦阵列元件510。在图6中，光重新定向构造600包括正弦阵列元件610。在图6中，正弦阵列元件610彼此异相。在图7中，光重新定向构造700包括随机阵列元件710。图4-7中的阵列元件仅仅是代表性的并且不是按比例绘制的，另外，附图意在是示例性的，另外的阵列元件和组合是可能的并且也在本发明的范围之内。
第一光学膜的第二主表面设计成层合到第一窗用基板上。通常，该表面具有涂层，如粘合剂涂层，所述涂层将光重新定向膜粘附到第一窗用基板表面。合适的粘合剂的例子包括，例如热活化粘合剂、压敏粘合剂或可固化粘合剂。合适的视觉上澄清的可固化粘合剂的例子包括美国专利No.6,887,917（Yang等人）中描述的那些。取决于粘合剂的性质，粘合剂涂层可以具有与之连接的隔离衬垫，以使粘合剂涂层免于过早粘附到表面以及免遭可能粘附到粘合剂表面的灰尘和其他碎片的污染。隔离衬垫通常保持在合适位置，直到光重新定向层合体要被附接到基板为止。通常，使用压敏粘合剂。
各种各样的压敏粘合剂组合物是合适的。在一些实施例中，压敏粘合剂是视觉上澄清的。压敏粘合剂组分可以是具有压敏粘合剂性质的任何材料。此外，压敏粘合剂组分可以是单一的压敏粘合剂，或者压敏粘合剂可以是两种或更多种压敏粘合剂的组合。
合适的压敏粘合剂包括，例如基于天然橡胶、合成橡胶、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两者）、聚烯烃、有机硅或聚乙烯醇缩丁醛的那些。
视觉上澄清的压敏粘合剂可以是基于(甲基)丙烯酸酯的压敏粘合剂。可用的(甲基)丙烯酸烷基酯（即，丙烯酸烷基酯单体）包括非叔烷基醇的直链或支链的单官能不饱和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，其烷基具有4至14个碳原子，特别是具有4至12个碳原子。聚(甲基)丙烯酸类压敏粘合剂衍生自例如至少一种(甲基)丙烯酸烷基酯单体，例如丙烯酸异辛基酯、丙烯酸异壬基酯、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、丙烯酸异丁基酯、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、丙烯酸异戊酯、丙烯酸正癸基酯、丙烯酸异癸基酯、甲基丙烯酸异癸基酯、丙烯酸异冰片酯、丙烯酸4-甲基-2-戊基酯和丙烯酸十二烷基酯；以及至少一种任选的共聚单体组分，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、苯乙烯大分子单体、马来酸烷基酯和延胡索酸烷基酯（分别基于马来酸和延胡索酸）；或者它们的组合。
在一些实施例中，聚(甲基)丙烯酸类压敏粘合剂衍生自约0重量%至约20重量%的丙烯酸以及约100重量%至约80重量%的丙烯酸异辛酯、丙烯酸2-乙基-已基酯或丙烯酸正丁酯组合物中的至少一种。
在一些实施例中，粘合剂层至少部分地由聚乙烯醇缩丁醛形成。聚乙烯醇缩丁醛层可以通过已知的水基或溶剂基缩醛化处理来形成，在此处理中，在酸性催化剂存在下，使聚乙烯醇与丁醛进行反应。在一些情况下，聚乙烯醇缩丁醛层可以包括聚乙烯缩丁醛或者由聚乙烯缩丁醛形成，所述聚乙烯缩丁醛可以以商品名“BUTVAR”树脂从SolutiaIncorporated(St.Louis,MO)商购得到。
在一些情况下，可以通过将树脂和（任选的）增塑剂混合然后使混合的制剂通过薄板模具挤出而制备聚乙烯醇缩丁醛层。如果包括增塑剂的话，可以在聚乙烯缩丁醛树脂中每100份树脂包括约20至80份增塑剂，或者可能约25至60份增塑剂。适用的增塑剂的例子包括多元酸酯或多元醇酯。适合的增塑剂为二(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、己二酸己酯环己酯、己二酸庚酯和己二酸壬酯的混合物、己二酸二异壬酯、己二酸庚酯壬酯、癸二酸二丁酯、如油改性的癸二酸醇酸树脂（sebacic alkyd）之类的聚合物增塑剂、以及如美国专利No.3,841,890所公开的磷酸酯和己二酸酯的混合物和如美国专利No.4,144,217所公开的己二酸酯。
粘合剂层可以是交联的。粘合剂可以通过热、水分或辐射进行交联，从而形成共价交联的网络，所述网络会改变粘合剂的流动能力。交联剂可以添加到所有类型的粘合剂制剂中，但是取决于涂布和加工条件，固化可以通过热或辐射能量或者通过水分来活化。在交联剂添加不可取的情况下，可以根据需要通过暴露于电子束来使粘合剂交联。
可以控制交联度来满足具体的性能要求。粘合剂可以任选还包含一种或多种添加剂。取决于聚合方法、涂布方法、最终用途等，可以使用选自引发剂、填料、增塑剂、增粘剂、链转移剂、纤维增强剂、织造和非织造织物、起泡剂、抗氧化剂、稳定剂、阻燃剂、粘度增强剂以及它们的混合物中的添加剂。
除了视觉上澄清之外，压敏粘合剂可以具有使得其适用于层合至如窗等大的基板上的另外的性质。这些另外的性质中有可临时移除性。可临时移除的粘合剂为这样的粘合剂，其具有相对较低的初始粘合性，允许自基板临时移除并且重新布置到基板上，粘合性随着时间累积而形成足够强的粘结。可临时移除的粘合剂的例子例如描述在美国专利No.4,693,935(Mazurek)中。作为另外一种选择或者另外，为了可临时移除，压敏粘合剂层可以包括微结构化表面。粘合剂被层合到基板时，该微结构化表面允许空气排出。对于光学应用来说，通常粘合剂会润湿基板表面并且以充足的程度流动使得微结构随着时间消失并因此不影响粘合剂层的光学性质。微结构化的粘合剂表面可以通过使粘合剂表面接触如具有微结构化表面的隔离衬垫等微结构化工具来获得。
压敏粘合剂可以是内在发粘的。如果需要，可以将增粘剂加入基体材料中以形成压敏粘合剂。可用的增粘剂包括（例如）松香酯树脂、芳香烃树脂、脂肪烃树脂和萜烯树脂。可以将其他材料加入以用于特定目的，包括：例如，油、增塑剂、抗氧化剂、紫外线（“UV”）稳定剂、氢化的丁基橡胶、颜料、固化剂、聚合物添加剂、增稠剂、链转移剂以及其他添加剂，前提条件是它们不降低压敏粘合剂的光学清晰度。在一些实施例中，压敏粘合剂可以包含紫外线吸收剂(UVA)或受阻胺光稳定剂(HALS)。合适的UVA包括例如苯并三唑UVA，例如可作为TINUVIN P、213、234、326、327、328、405和571得自Ciba,Tarrytown,NY的化合物。合适的HALS包括可作为TINUVIN 123、144和292得自Ciba,Tarrytown,NY的化合物。
本发明的压敏粘合剂显示出期望的光学性质，例如可控的光透射率和雾度。在一些实施例中，涂布有压敏粘合剂的基板可以具有与单独的基板基本相同的光透射率。
除了作为微结构化表面的载体和支承层之外，光学膜还可以为光重新定向膜提供另外的功能。例如，光学膜可以是可反射红外线的多层膜。以这种方式，光重新定向层合体也可以有助于将不期望的红外线（热）保持在建筑物之外，同时允许期望的可见光进入建筑物。可用作第一光学膜的合适多层膜的例子包括，例如在美国专利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中公开的那些。在一些实施例中，第一光学膜为多层膜，其中交替的聚合物层配合以反射红外线。在一些实施例中，聚合物层中的至少一个为双折射聚合物层。
除了已经描述的粘合剂涂层之外或代替已经描述的粘合剂涂层，第一光学膜可以在第二主表面上具有另外的涂层。例如，第二主表面可以包括防眩光涂层。
通常，第一光学膜或第一多层光学膜是由使得膜视觉上澄清的聚合物材料制得。合适的聚合物材料的例子包括，例如，聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、醋酸纤维素、乙基纤维素、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、有机硅以及它们的组合或共混物。除了聚合物材料之外，光学膜还可以包含其他组分，例如填料、稳定剂、抗氧化剂、增塑剂等。在一些实施例中，光学膜可以包含稳定剂，如紫外线吸收剂(UVA)或受阻胺光稳定剂(HALS)。合适的UVA包括例如苯并三唑UVA，例如可作为TINUVIN P、213、234、326、327、328、405和571得自Ciba,Tarrytown,NY的化合物。合适的HALS包括可作为TINUVIN 123、144和292得自Ciba,Tarrytown,NY的化合物。
第一光学膜的第一主表面上的微结构层可以以多种方式形成。通常，微结构层包含热塑性或热固性材料。
上述微结构化膜使用多种方法来制造，包括：压花、挤出、浇注和固化、压缩模制以及注塑成型。一种压花的方法在美国专利No.6,322,236中有述，该方法包括金刚石车削技术以形成图案化的辊，然后该辊用于将微结构化表面压花至膜上。可以使用类似的方法来形成上述具有有序排列的多个不对称结构的膜。
可以按照其他方法来制备具有带有重复图案的微结构化表面的膜。例如，可以使用上面具有特定图案的模具将膜注塑成型。所得的注塑成型膜具有与模具内的图案互补的表面。在另一且类似的方法中，所述膜可以被压缩模制。
在一些实施例中，利用被称作浇注和固化的方法来制备结构化膜。在浇注和固化中，将可固化的混合物涂布到微结构化工具所施用的表面上，或者将混合物涂布到微结构化工具中并使经涂布的微结构化工具与表面接触。然后使可固化的混合物固化并且移除工具以提供微结构化表面。合适的微结构化工具的例子包括微结构化模具和微结构化衬垫。合适的可固化混合物的例子包括热固性材料，如用来制备聚氨酯、聚环氧化物、聚丙烯酸酯、有机硅等的可固化材料。
层合体构造还包括第二光学膜，所述第二光学膜具有第一主表面和第二主表面。使第二光学膜的第二主表面接触并结合至第一光学膜的表面上的基本上所有的微结构。第二光学膜和第一光学膜一起限定由第一光学膜上的结构所部分占据的封闭体积，使得所述结构占据所限定的总体积的20-80%。用来限定该体积的第一光学膜的表面为第一光学膜的第一主表面的平面。该平面为所述结构自其凸出的第一光学膜的表面。
第二光学膜可以由与第一光学膜相同的一种材料或多种材料制成，或者其可以是不同的。第二光学膜保护微结构化表面并且防止所述结构受损、受污或者以其他方式使得不能重新定向光。
第二光学膜的第二主表面接触第一光学膜的微结构化表面的不对称多面折射棱镜的顶部。在第二光学膜与不对称多面折射棱镜的顶部之间的接触区域，这些元件被结合。这种结合可以采用可用于将2个聚合物单元层合在一起的多种形式，包括粘合剂粘结、热层合、超声焊接等。例如，可以加热第二光学膜以软化膜并使所述膜与第一光学膜的微结构化表面接触。经加热的膜在冷却后形成与第一光学膜的微结构化层的接触部分的结合。类似地，第二光学膜可以被干式层合到第一光学膜的微结构化表面，然后可以直接或间接应用热来产生层合制品。作为另外一种选择，可以对干燥层合体构造应用超声焊接机。通常，使用粘合剂粘结。当使用粘合剂粘结时，可以使用热活化粘合剂或压敏粘合剂。一般而言，使用压敏粘合剂，尤其是上述视觉上澄清的压敏粘合剂。
为了实现粘合剂粘结，可以将粘合剂施加到第一光学膜的微结构化表面，或者施加到第二光学膜的第二主表面。通常，将粘合剂施加到第二光学膜的第二主表面。所施加的粘合剂涂层可以是连续的或不连续的。可以通过多种涂布技术中的任一种或如丝网印刷或喷墨印刷等印刷技术来施加粘合剂涂层，所述涂布技术包括刮涂、辊涂、凹版印刷式涂布、棒涂、帘式涂布、气刀涂布。粘合剂可以作为溶剂基（即，溶液、分散体、悬浮体）或100%固体组合物来施加。如果使用溶剂基粘合剂组合物，则通常涂层是在层合之前通过风干或例如使用烘箱如鼓风烘箱在升高的温度下进行干燥。然后可以将经粘合剂涂布的第二光学膜层合至第一光学膜的微结构化表面。应当很好地控制层合过程以在上述微结构化棱镜的尖端上提供均一且均匀的接触。
除了作为微结构化表面的保护层之外，第二光学膜还可以为光重新定向层合体提供另外的功能。例如，第二光学膜可以是可反射红外线的多层膜。以这种方式，光重新定向层合体也可以有助于将不期望的红外线（热）保持在建筑物之外，同时允许期望的可见光进入建筑物中。可用作第二光学膜的合适多层膜的例子包括，例如在美国专利No.6,049,419、No.5,223,465、No.5,882,774、No.6,049,419、No.RE34,605、No.5,579,162和No.5,360,659中公开的那些。在一些实施例中，第一光学膜为多层膜，其中交替的聚合物层配合以反射红外线。在一些实施例中，聚合物层中的至少一个为双折射聚合物层。
由于第二光学膜的第一主表面通常暴露于房间的内部，因而可能有利的是在第一主表面上具有另外的涂层。例如，第一主表面可以包含保护性涂层如硬质涂层以防止表面出现划痕和痕迹以及保护表面免于表面清洁剂的损害，或者使得表面耐涂写或更易于清洁。合适的涂层的例子包括，例如硬质涂层、抗刮擦涂层、低表面能涂层或易清洁涂层。
通常，第二光学膜或第二多层光学膜由使得膜视觉上澄清的聚合物材料制得。合适的聚合物材料的例子包括，例如，聚烯烃如聚乙烯和聚丙烯、聚氯乙烯、聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、醋酸纤维素、乙基纤维素、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、有机硅以及它们的组合或共混物。除了聚合物材料之外，光学膜还可以包含其他组分，例如填料、稳定剂、抗氧化剂、增塑剂等。在一些实施例中，光学膜可以包含稳定剂如紫外线吸收剂(UVA)。合适的UVA包括例如苯并三唑UVA，例如可作为TINUVIN P、213、234、326、327、328、405和571得自Ciba,Tarrytown,NY的化合物。
本发明的光控膜构造被设计成重新定向进来的阳光以使得阳光更可用于房间照明。膜构造将来自太阳的一般成朝下角度的光重新定向为朝向房间的顶篷，从而有助于房间的整体照明。测量膜构造重新定向光的能力可以通过实验室测试进行测定，排除对于通过将构造安装到用于测试的窗中来测试所述构造的需要。此类测试的例子涉及使具有可控强度的光束照射到膜构造上并且测量被重新定向为朝上的光的量。输入的光束可以以给定的角度来设置或者可以在一定角度范围内变化。例如，可以用光电检测器来测量被重新定向为朝上的光的量。可能有利的是，测量光在所有方向上的分布。这种类型的测量常常被称作双向透射分布函数(BTDF)。可以商品名IMAGING SPHERE得自Radiant Imaging,WA的仪器可以用来进行这样的测量。
本发明的光控膜构造可以附接到基板以提供制品，如导光制品。基板为至少视觉上透明的，并且可以是视觉上澄清的。合适的基板的例子包括例如窗。窗可以由多种或不同类型的窗用基板如多种玻璃或者由聚合物材料如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯制成。在一些实施例中，窗还可以包含另外的层或处理。另外的层的例子包括，例如设计成提供炫光减少、着色、耐粉碎等的另外的膜层。可以存在的窗的另外处理的例子包括，例如，各种类型的涂层如硬质涂层，以及蚀刻如装饰性蚀刻。
通常，光控膜构造包括粘合剂层，所述粘合剂层可以被第一光学膜的第二主表面上的隔离衬垫保护。如上所述，隔离衬垫可以包括微结构化表面，从而赋予粘合剂表面微结构化并且在光控膜层合至基板时允许空气排出。这种空气排出有助于消除层合中的气泡。
如上所述，粘合剂还可以是可移除的，这意味着粘合剂具有相对较低的初始粘合性，允许自基板临时移除并且重新定位到基板上，粘合性随着时间累积以形成足够强的粘结。这在要层合大面积的基板时可以特别有用。
历史上，已经通过有时被称作“润湿”施加方法的方法将诸如光控膜等制品层合到大表面基板。润湿施加方法包括将液体（通常为水/表面活性剂溶液）喷洒至大幅面制品的粘合剂侧上，并任选地喷洒至基板表面上。液体暂时降低了压敏粘合剂的粘性，因此安装者可以将大幅面制品搬运、滑动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过早地粘附到基板的表面，那么液体还能让安装者拉开大幅面制品。将液体施加至粘合剂还可通过在基板的表面上提供具有良好粘附性(adhesion build)的光滑、无气泡的外观，来改善所安装的大幅面制品的外观。
虽然润湿施加方法已成功应用于许多情况，但它是费时而又繁琐的方法。“干燥”施加方法对于安装大幅面图形制品通常是可取的。自润湿和可移除的粘合剂可通过干燥安装方法来施加。制品可容易地粘附至大的基板，因为它们是自润湿的，然而可容易地按需进行移除和重新定位。
本发明的光控膜构造可以附接到基板如窗的任一暴露表面。窗的暴露表面是指，内部暴露表面为面向房间内的窗表面，而外部暴露表面是面向外部环境的窗表面。通常，为了易于安装，将光控膜构造附接到窗的内部暴露表面。
实例
这些实例仅仅是说明性的，而不旨在限制所附权利要求书的范围。除非另外指明，否则实例和说明书其余部分中的所有份数、百分比、比率等均按重量计。除非另有说明，否则所用的溶剂和其他试剂均得自威斯康星州密尔沃基市的希格玛阿尔德里奇化学公司(Sigma-AldrichChemical Company；Milwaukee,Wisconsin)。
实例1
利用金刚石车削处理获得具有期望的线性沟槽和棱柱元件（具有与图3类似的横截面）的阴模的母模。可UV固化的树脂组合物是通过共混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“PHOTOMER 6010”商购自Cognis,Monheim,Germany）、25份二丙烯酸1,6-己二醇酯（可以商品名“SARTOMER SR 238”商购自Sartomer,Exton,PA）和α-羟基酮UV光引发剂（2-羟基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮，可以商品名“DAROCUR 1173”商购自Ciba,Basel,Switzerland）来制备。使可以商品名“MELINEX 453”商购自DuPont Teijin Films,Hopewell,VA的76微米（3密耳）厚PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）膜涂布有可UV固化的树脂至85微米的大致厚度。经涂布的膜放置为与母模物理连通，使得沟槽没有任何空气。在与母模物理连通的同时，利用可得自Fusion UV systems（Gaithersburg,MD）的微波供以动力的UV固化系统使树脂固化。将幅材上的经固化的树脂从母模移除，从而产生微结构化膜。将可以商品名“3M OPTICALLY CLEAR ADHESIVE8171”商购自3M Company（St.Paul,MN）的一块25微米（1密耳）厚、视觉上澄清的粘合剂转贴带的衬垫移除，然后使暴露的粘合剂表面层合到可得自Protech Engineering（Wilmington,Delaware）的卷对卷层合体中的微结构化膜的非结构化侧。使如在美国专利公布No.2006/0154049的第5-6页中公开的多层膜制品层合到微结构化膜的结构化侧以产生最终的光重新定向膜层合体。

Claims (33)

1.一种光控膜构造，所述光控膜构造包括：
第一光学膜，所述第一光学膜具有第一主表面和与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对称结构的微结构化表面；和
第二光学膜，所述第二光学膜具有第一主表面和与所述第一主表面相背的第二主表面，所述第二主表面设置为邻近并且接触并结合至所述第一光学膜的结构化第一主表面的基本上所有的所述结构，并且其中所述第一光学膜的所述第一主表面和所述第二光学膜的所述第二主表面限定由所述第一主表面上的所述结构所部分占据的封闭体积，使得所述结构占据所限定的总体积的20-80%。
2.根据权利要求1所述的光控膜构造，其中所述不对称结构包括有序排列的多个多面折射棱镜，其中每个所述多面折射棱镜的横截面具有3个或更多个侧边。
3.根据权利要求2所述的光控膜构造，其中每个所述多面折射棱镜的至少一个侧面为曲面。
4.根据权利要求2所述的光控膜构造，其中每个所述多面折射棱镜包括4个侧面（侧面A、B、C和D），使得：所述多面折射棱镜的侧面A平行于且邻接所述第一光学膜的所述第一主表面；所述多面折射棱镜的侧面B与侧面A接合，并且设计为对在垂直于侧面A的水平线上方以15-80°角度入射到所述第一光学膜的所述第二主表面上的光线产生全内反射；所述多面折射棱镜的侧面C与侧面A接合；并且所述多面折射棱镜的侧面D连接至侧面C和侧面B，并且设计成将自侧面B反射的光线基本上重新定向在离开侧面B并且朝向侧面C和/或D的方向上。
5.根据权利要求4所述的光控膜构造，其中侧面B与侧面A在交叉点处形成小于90°的角度。
6.根据权利要求4所述的光控膜构造，其中侧面C与侧面A在交叉点处形成小于或等于90°的角度。
7.根据权利要求4所述的光控膜构造，其中侧面D包括一系列侧面，所述一系列侧面中的至少一个是弯曲的，或者侧面C和D一起形成单个曲面。
8.根据权利要求4所述的光控膜构造，其中侧面C或D或者C和D一起包括一系列侧面，其中所述一系列侧面包括结构化表面，其中所述结构化表面上的结构的各个尺寸小于侧面A的尺寸。
9.根据权利要求7所述的光控膜构造，其中侧面D包括侧面D1，所述侧面D1与侧面B接合以形成点。
10.根据权利要求7所述的光控膜构造，其中侧面D包括侧面D2，所述侧面D2提供用于所述第二光学膜的所述第二主表面的结合表面。
11.根据权利要求1所述的光控膜构造，其中所述不对称结构具有大于1的纵横比。
12.根据权利要求1所述的光控膜构造，其中所述不对称结构自所述第一光学膜的所述第一主表面凸出50微米至250微米。
13.根据权利要求1所述的光控膜构造，其中所述不对称结构包含热塑性或热固性材料。
14.根据权利要求1所述的光控膜构造，其中所述第二光学膜的所述第二主表面通过存在于所述第二光学膜的所述第二主表面上的粘合剂层粘结至所述第一光学膜的所述微结构化表面。
15.根据权利要求1所述的光控膜构造，其中所述第一光学膜的所述第二主表面包括涂层。
16.根据权利要求14所述的光控膜构造，其中所述涂层包括粘合剂涂层。
17.根据权利要求15所述的光控膜构造，其还包括附接到所述粘合剂涂层的隔离衬垫。
18.根据权利要求1所述的光控膜构造，其中所述第二光学膜的所述第一主表面包括涂层，所述涂层选自硬质涂层、抗刮擦涂层、低表面能涂层或易清洁涂层。
19.根据权利要求18所述的光控膜构造，其中所述涂层包括含有吸收红外线的纳米粒子的硬质涂层。
20.根据权利要求1所述的光控膜构造，其中所述第一光学膜或所述第二光学膜中的至少一个包括多层膜，所述多层膜具有配合以反射红外线辐射的交替聚合物层。
21.根据权利要求1所述的光控膜构造，其中所述第一光学膜或所述第二光学膜中的至少一个还包含UVA吸收粒子。
22.根据权利要求16所述的光控膜构造，其中所述粘合剂涂层进一步包含UVA吸收粒子。
23.根据权利要求20所述的光控膜构造，其中所述聚合物层中的至少一个包括双折射聚合物层。
24.一种用于制备光控膜构造的方法，所述方法包括：
制备第一光学膜，所述第一光学膜具有第一主表面和与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对称结构的微结构化表面；
提供第二光学膜，所述第二光学膜包括第一主表面和与所述第一主表面相背的第二主表面；
使所述第二光学膜的所述第二主表面接触所述第一光学膜的所述微结构化表面；以及
使所述第二光学膜的所述第二主表面结合至所述第一光学膜的结构化第一主表面的基本上所有的所述结构。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述第二光学膜的所述第二主表面包括粘合剂层，并且所述结合包括粘合剂粘结。
26.根据权利要求24所述的方法，其中制备所述第一光学膜包括浇注和固化处理，以形成微结构化的第一主表面。
27.一种制品，所述制品包括：
基板；和
附接到所述基板的光控膜，所述光控膜包括：
第一光学膜，所述第一光学膜具有第一主表面和与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对称结构的微结构化表面；以及
第二光学膜，所述第二光学膜具有第一主表面和与所述第一主表面相背的第二主表面；所述第二主表面设置为邻近并且接触并结合至所述第一光学膜的结构化第一主表面的基本上所有的所述结构，以及
其中所述第一光学膜的所述第一主表面和所述第二光学膜的所述第二主表面限定由所述第一主表面上的所述结构所部分占据的封闭体积，使得所述结构占据所限定的总体积的20-80%。
28.根据权利要求27所述的制品，其中所述基板为透明基板。
29.根据权利要求27所述的制品，其中所述光控膜上的所述不对称结构包括有序排列的多个多面折射棱镜，其中每个所述多面折射棱镜的横截面具有3个或更多个侧边。
30.根据权利要求29所述的制品，其中每个所述多面折射棱镜的横截面包括4个侧面（侧面A、B、C和D），使得：所述多面折射棱镜的侧面A平行于且邻接所述第一光学膜的所述第一主表面；所述多面折射棱镜的侧面B与侧面A接合，并且设计为对在垂直于侧面A的水平线上方以15-80°角度入射到所述第一光学膜的所述第二主表面上的光线产生全内反射；所述多面折射棱镜的侧面C与侧面A接合；并且所述多面折射棱镜的侧面D连接至侧面C和侧面B，并且设计成将自侧面B反射的光线基本上重新定向在离开侧面B并且朝向侧面C和/或D的方向上。
31.一种重新定向光的方法，所述方法包括：
提供窗；
提供光控膜构造，所述光控膜构造包括：
第一光学膜，所述第一光学膜具有第一主表面和与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对称结构的微结构化表面；以及
第二光学膜，所述第二光学膜具有第一主表面和与所述第一主表面相背的第二主表面，所述第二主表面设置为邻近并且接触并且结合至所述第一光学膜的结构化第一主表面的基本上所有的所述结构，并且其中所述第一光学膜的所述第一主表面和所述第二光学膜的所述第二主表面限定由所述第一主表面上的所述结构所部分占据的封闭体积，使得所述结构占据所限定的总体积的20-80%；以及
将所述光控膜构造附接到所述窗的内表面或外表面。
32.根据权利要求31所述的方法，其中将所述光控膜构造附接到所述窗包括使所述光控膜上的粘合剂层接触所述窗。
33.根据权利要求32所述的方法，其中所述光控膜构造上的所述粘合剂层存在于所述第一光学膜的所述第二主表面上。
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