CN105569542B - 日光照明结构及其制造方法、百叶窗板组件的板条 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于开窗上的高效日光定向结构，采用紧密间隔的肉眼可见的透明树脂条，来消除不同形式的眩光。分隔开的表面，利用来自模具或注塑过程的非常平滑的天然表面，通过全内反射或金属性表面提供选择的入射光的有效反射。通过各种附着方法很容易获得紧密的间隔，以提高效率。该制造方法允许选择性地沉积吸收层，诸如通过在交替的天然光学表面之间涂漆/印刷，以在高角度入射处提供单向透明性。用光学质量粘合剂材料通过透明的支撑元件将所述条支撑在至少一个共同平坦表面上，且该光学质量粘合剂材料填充所述条的共同平坦表面上的在制造过程中形成的任何缺陷。

Description

日光照明结构及其制造方法、百叶窗板组件的板条

相关申请的交叉参考：

本申请要求以下美国临时专利申请的优先权：申请号62/049,941(2014年9月12日递交)，申请号62/050,018(2014年9月12日递交)和申请号62/164,834(2015年5月21日递交)，所有这些申请在此以引用方式并入。

技术领域

本发明的领域涉及一种适用于与外部玻璃窗一起使用的光重定向结构，以有选择地增强外部光向内部空间的穿透。

背景技术

这种光定向结构是众所周知的，并且主要依赖于以高角度入射到平面透明元件上的光的全内反射(TIR)，其或者形成玻璃窗表面，或者被平行于玻璃窗表面安装。高角度的入射光，不是被朝向靠近窗户的地板直接透射，而是被朝向天花板重定向，从而发生散射，然后作为自然光被更远地穿透到建筑物的内部房间中。

应当很容易地意识到，控制重定向角度允许重定向的光更大地穿透，从而当接近正午时以高角度入射时，光将被朝向天花板而不是地板定向。当照射房间的天花板时重定向光将被散射，以便从上部提供自然扩散光，而不是从被磨光的或者镜子似的地板表面产生眩光，或者被地板覆盖层吸收；其对于对工作表面的照射没有贡献。因此，自然光的这种重定向使得对人工照明的需求最小化，并且促进生产率以及使附加的建筑物居民能够享受自然光。

然而，这种光重定向结构在通常是有效的同时具有局限性，并且在期望的益处与不期望的效果之间具有折衷。

通过下面结合附图对实施例的描述，本发明的上述和其他目的、效果、特征和优点将是更加明显的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制造日光照明结构的方法，增加光重定向的效率，同时极大地减小现有技术中可能不被欣赏或者知之甚少的不期望的效果。

在本发明中，通过提供一种用于制造日光照明结构的方法来实现第一目的，该方法包括以下步骤：提供具有对置的天然光学表面的平面内部透明材料板，将该板切割成细长的平行条，定向所述平行条的组件，其中所述天然光学表面彼此相对，并且切割表面形成上竖直平面和下竖直平面，其中每个条的至少一个天然表面是至少部分反射表面，将平行条的切割表面附着到所述上竖直平面和所述下竖直平面中的至少一者上的平面支撑元件，其中，该日光照明结构具有多个间隔开的至少部分反射表面。

本发明第二方面的特征在于，通过上述制造日光照明结构的方法，其中该平面支撑元件在所附着的平行条的天然表面方向上具有宽度，并且该日光照明结构的长度横向于所述平面支撑元件的宽度，并且所述宽度与所述长度的纵横比至少为大约12。

本发明另一方面的特征在于，通过上述任何制造日光照明结构的方法，其中每个平行条在天然表面中的一者上具有吸收涂层。

本发明另一方面的特征在于，通过上述任何制造日光照明结构的方法，在所述定向步骤之后进一步包括至少一个将切割表面平坦化的步骤。

本发明另一方面的特征在于，通过上述任何制造日光照明结构的方法，其中所述多个间隔开的至少部分反射表面具有至少大约500微米的间距。

本发明另一方面的特征在于，通过上述任何制造日光照明结构的方法，其中该间隔开的至少部分反射表面具有边缘，该边缘的曲率半径小于该间距的大约2％。

本发明另一方面的特征在于，通过上述任何制造日光照明结构的方法，其中所述至少部分反射表面是全内反射表面。

本发明另一方面的特征在于通过上述任何制造日光照明结构的方法，其中所述至少部分反射表面是金属性反射表面。

本发明另一方面的特征在于，日光照明结构包括多个透明的实心聚合物条，聚合物条具有在竖直平面内定向的对置的天然光学质量表面，每个条以一间隙与相邻条的天然表面分隔开；连接所述条的第一侧上的共同表面的第一透明平面支撑元件，所述条的第一侧与所述天然光学质量表面正交，介于所述聚合物条的共同表面与所述平面支撑元件之间并将两者相连接的粘合剂材料，其中，该粘合剂材料填充被连接到透明的所述平面支撑元件的所述条的第一侧上的光学缺陷。

本发明另一方面的特征在于，该日光照明结构中该粘合剂材料填充被连接到透明的所述平面支撑元件的所述条的第一侧上的光学缺陷。

本发明另一方面的特征在于上述任何日光照明结构，其中所述条是平行四边形。

本发明另一方面的特征在于上述任何日光照明结构，进一步包括第二透明平面元件，该第二透明平面元件在所述第一透明平面支撑元件的相对侧上被连接到所述聚合物条。

本发明另一方面的特征在于任何上述日光照明结构，其中每个条的对置的所述光学表面中的一者具有吸收涂层。

本发明另一方面的特征在于上述任何日光照明结构，其中该吸收涂层具有与相邻条的所述天然光学表面相接触的间隔开的峰尖。

本发明另一方面的特征在于上述任何日光照明结构，其中相邻条之间的间隙具有至少大约0.5mm的间距。

本发明另一方面的特征在于用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，该板条具有至少大约6的纵横比，并且具有间距为至少大约500微米的多个间隔开的反射表面。

本发明另一方面的特征在于用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中该反射表面是全内反射表面。

本发明另一方面的特征在于上述任何用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中，该反射表面的纵横比为至少大约1.5，所述纵横比为所述反射表面的所述间距与所述反射表面的高度的比。

本发明另一方面的特征在于上述任何用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中，该反射表面的边缘的曲率半径小于所述间隔开的反射表面的间距的大约2％。

本发明另一方面的特征在于上述任何用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中，该间隔开的反射表面彼此平行。

本发明另一方面的特征在于上述任何用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中，相邻的间隔开的反射表面具有三角形形状、对称V形形状和不对称V形形状中的至少一种形状。

本发明另一方面的特征在于上述任何用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中该板条具有透明的可见度，并且该反射表面是全内反射表面。

本发明另一方面的特征在于上述任何用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，该板条具有至少大约12的纵横比。

本发明另一方面的特征在于上述任何用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，该板条具有至少大约24的纵横比。

本发明的高效日光定向结构，采用紧密间隔的肉眼可见的透明树脂条，来消除不同形式的眩光。分隔开的表面，利用来自模具或注塑过程的非常平滑的天然表面，通过全内反射或金属性表面提供选择的入射光的有效反射。通过各种附着方法很容易获得紧密的间隔，以提高效率。该制造方法允许选择性地沉积吸收层，诸如通过在交替的天然光学表面之间涂漆/印刷，以在高角度入射处提供单向透明性。用光学质量粘合剂材料通过透明的支撑元件将所述条支撑在至少一个共同平坦表面上，且该光学质量粘合剂材料填充所述条的共同平坦表面上的在制造过程中形成的任何缺陷。

通过下面结合附图对实施例的描述，本发明的上述和其他目的、效果、特征和优点将是更加明显的。

附图说明

图1是光重定向结构的第一实施例的示意性剖面正视图。

图2A是用于制造图1和图3的光重定向结构的步骤的流程图，而图2B-2F是在这些步骤中材料的转变的示意性剖面正视图。

图3是光重定向结构的第二实施例的示意性剖面正视图。

图4是流程图，用于说明在制造本发明的不同变型时的附加的可选择步骤。

图5是流程图，说明用于形成光学元件的附加的过程。

图6A-6E通过示意性剖面正视图说明图4的处理步骤的一种变型，用于产生光重定向结构的一种更优选的实施例。

图7A-7D说明在图2、图4和图5的方法的一个可选择性的方面发生变型的光学元件。

图8A是本发明百叶窗面板形式的一个实施例的透视图，而图8B和8C说明了多个百叶窗的可选择的位置。

图9A是关闭状态的照片，说明在美国专利申请No.2014/0133030A1所披露的光重定向微结构中所观察到的源于低角度太阳光的衍射和相关的眩光，图9B中的黑线插图表示在照片的灰度打印中不可见的色分离。

图10A的照片表示在图9的整个窗户上的眩光，而图10B表示用本发明实施例针对高太阳角度实现了眩光减小。

图11A表示用于分析图11B中不同尺寸种类的光学部件的眩光和衍射效果的光学建模结构，用于产生图12A到12B的照片。

图12A比较了图11B中的光学部件与10倍(10X)更大尺寸结构的光学部件在宽角度范围上导致的来自图11A的重定向透射光束的能量，而图12B比较了图11B结构与20倍(20X)更大尺寸结构。

图13A-13D表示图11B结构(图13A和13B)与10倍(10X)(图13C)和20倍(20X)(图13D)更大尺寸结构的衍射和色散效果。

图14A-14F表示制造本发明一个可选实施例(图14F)的步骤，其中光学元件是平行四边形。

图15A是用于制造图15B结构中的光学元件的可选择的板材的剖面正视图，其中用金属化的反射表面取代全内反射表面。

图15B是根据本发明的又一实施例的光学重新定向结构的剖面正视图。

图16A是用于制造图16B结构中的光学元件的可选择的板料的剖面正视图，其中用金属化的反射表面取代全内反射表面。

图16B是根据本发明的再一实施例的光学重新定向结构的剖面正视图。

图17是一个可选择的实施例的剖面正视图，其中用金属化反射表面取代全内反射表面。

图18A是具有板条形式宏观尺寸和其他可选择特征的用于减小眩光的另一种光重定向结构的剖面正视图，图18B中用透射图将其示出。

图19是用于具有宏观尺寸和其他可选特征的用于减小眩光的另一种光重定向结构的模具的剖面正视图。

图20A是具有与图19中的模具结构相应的宏观尺寸的光重定向结构的剖面正视图，在图20B中用透视图将其示出。

图21A是穿透型光定向结构的另一实施例的剖面正视图，其中由图21B或图21C中的剖面正视图中所示的平面板材制造该结构，全内反射或反射表面被吸收表面所取代。

图22是本发明一个更优选实施例的工艺流程图。

图23A-23E表示在图22的工艺的选定步骤中发生的转变。

图24是图22的工艺所产生的结构的剖面正视图。

具体实施方式

参照图1到图24，其中在不同的附图中相同附图标记表示相同部件，其中说明了一种新型和改进的高效日光照明结构，在此将其整体表示为100。

根据本发明，高效日光照明结构100包括多个具有对置的天然光学质量表面110a和110a’的透明光学元件、条或棒110，在图1中的第一实施例中，这些条基本平行定向且优选相对于其支撑基板120在竖直平面中定向。每个条110与相邻条的天然表面110a或110a’通过宽度为g的间隙分隔。

如此处所使用的，天然表面意味着以板的形式完成或完工的光学平坦和平滑的表面，诸如在抛光的表面上被铸造，或者作为低粘度流体池，诸如丙烯酸板的平坦表面。天然表面最好是通过在重力作用下而变平坦的静态流体池的凝固来形成。然而，本发明范围内的天然表面可以通过复制另一天然表面，或者高度抛光的模制表面来形成。例如，通过在熔融锡槽上固化而形成的玻璃板，形成非常高质量的天然光学表面，并且可以被用作进行模制的表面。通过在这种平坦和光滑的玻璃板之间进行异丁烯酸甲酯单体铸件的热固性模制过程，很容易形成丙烯酸类树脂板，聚甲基丙烯酸甲酯树脂板。一种优选的天然表面是通过铸造而制造的表面,该表面复制玻璃模具的平滑性和平坦性。

可选择地，可通过溶剂蒸汽抛光(在聚合物和树脂的情形中)以及其他磨光步骤，将粗糙表面平坦化来形成模具表面或者光学质量的天然表面，诸如抛光的减材过程或者涂覆多个薄层(这些薄层在重力作用下扩展并填充表面缺陷从而提供平滑性)的增材过程。这种减材过程还包括将挤出的以及铸造的板材表面平坦化。因而，天然表面还意指在一个相对较大的区域上被平坦化、并且在光学装置制造的另外步骤中被保持的表面。通常，这种被抛光的表面或者天然表面具有小于大约0.2μm RMS的表面粗糙度，但更优选小于大约25纳米(nm)RMS，最优选小于大约10nm RMS。

首先应当广义地理解为，本发明通过将天然表面转变成多个被定向成入射光的全内反射表面的方法，由具有天然表面的基板构造光重定向结构。

还应当意识到，光学结构100优选是一种宏结构，其中全内反射表面110a和/或110a’以基本等于或者宽于0.5mm的横向间距(在部件100的表面平面方向上)分隔开。在图1和图2的实施例中，以间隙g设置全内反射表面110a和110a’，并且该全内反射表面110a和110a’被设置在条110的支撑基板120的表面的法线方向上。本发明的附加方面在于这种具有天然全内反射表面的宏观光定向结构及其形成方法，其可以包括制造方法和具有选择性吸收层的结构，以制造单向全内反射和减小眩光的附加的特征和尺寸。

在一个更优选实施例中，透明的平面支撑元件120连接处于条110的第一侧上的共同表面110b’，该第一侧与天然光学质量表面正交，并且粘合剂材料130(其将条110附着到透明平面元件120)在被分别施加或连接到基板120或120’的过程中,填充条110的第一侧110b和110b’的任何光学缺陷。

理想情况下相对于每个条的宽度w而言间隙g尽可能要窄，不过在优选实施例中，间隙优选大于大约1到2μm，以提供其他益处。条110具有高度H，高度H优选至少为约5mm到1.5mm，并且优选还具有至少大约1.5:1的纵横比，也即H/W为大约1.5或更大，更优选2:1，最优选至少3:1。间距等于间隙加上宽度，间距优选大于0.5mm，不过在最优选的实施例中更优选大于大约1.0mm，以提供制造的容易性并且提供改善的光学性能。为了便于处理和利用非常光滑的铸造丙烯酸树脂板坯料，使成本最小化，可以将优选的坯料板材选择为宽度W作为用于制造光学元件110的坯料板材的厚度。这种坯料板通常可获得的厚度为大约1mm到大约30mm，使切开或切割宽度提供大致的目标高度H。纵横比更优选的范围是2:1到3:1。多种创造性的组装技术/方法使得这些高纵横比成为可能，而在利用全内反射光学构造的微结构中是不易于获得的。这种更高的纵横比，也即高于大约1.5:1，是对远离赤道以及在日间更短的冬季发生的低角度光有效地进行重定向所更加期望的。

还可以用金属化表面取代全内反射表面，尽管预期这将是一种更加昂贵的制造方法，在此情形中，不需要间隙g。另外，在另一实施例中，当在一个或两个界面110a或110a’处不需要全内反射或反射时，可以在坯料板材的一个或两个相对的表面上涂覆光吸收层即黑色层。图21A中表示出用吸收层取代两个全内反射界面或反射界面的实施例。

棒通常是多边形光学元件110，不过通常是透明的实心聚合物棒110，其任选地为平行四边形或其他实施例中所示的矩形。在图18A-图20B中所示的其他实施例中，光学元件可具有不同的形状，并且可以通过模制或铸造工艺来制造，而不是分立的组件。

通过施加第二透明平面元件120’，优选采用光学粘合剂130’密封开放的间隙以产生用空气填充的腔115，可以将图1中的结构100转变成图3中所示的更优选的实施例。更优选地，光学粘合剂130’是具有足够低的粘度(viscosity)和高附着性(tack)的压敏粘合剂，以便在层叠过程中从表面110b上的平滑处流入并填充任何凹陷和偏差。这种会降低光学性能的凹陷和相关的粗糙度偏差可能是制造棒110的方法诸如板材的切割或切开中所固有的，是直接通过挤压形成的表面中所固有的，或者仅仅是抛光或平滑步骤的残留。这种粘合剂也可以是热固性或UV固化粘合剂，其在第二透明平面元件120’施加之后固化。不过，在任何情形中，粘合剂的粘度都应当足够高，从而表面张力会阻碍液流填充间隙g，而液流填充间隙会阻碍在腔115的侧壁上形成全内反射表面。另外，粘合剂130或130’应当不会有助于间隙的角部的变圆，因为如下面进一步讨论的，角部的变圆将会加重眩光。

不过，就通过金属性反射层提供110a和/或110a’处的反射表面来说，不需要间隙g，并且可以放松前面对粘合剂性质和施加工艺的限制性考虑。通常优选光学粘合剂130和130’的折射率与光学元件110以及基板120和120’中至少一者的折射率相同，并且优选与这两者的折射率都相同。

优选基板120是比较刚性的，以支撑光学元件110使其处于间隔开的关系，形成间隙和表面110a和110a’，以提供光重定向全内反射表面。因此，透明覆盖层120’可以比支撑层120更薄且更具有柔性。不过，在下面所讨论的一些应用中，更优选基板120和顶板120’具有相同厚度。顶板120’将间隙g封闭，防止污染物溢出。不过，当反射表面被金属化时，无需顶板120’用于此目的。金属化表面与全内反射表面相比在更宽的入射角度范围上具有反射性，因而尽管可能成本更高，不过在选择的应用中是有益的。光学元件表面110a和110a’的金属化侧面的主要优点在于，可以省去间隙g，并且可以将整个组件粘接在一起。另一个优点在于当光学元件110是图14B-14F中所示的平行四边形时，在未超过全内反射所需临界角时的照明条件下，金属化表面将是反射性的。

图3中的线10追踪了相对于表面120a的表面法线N入射光线10以高入射角度的穿透，示出在表面110a’处发生了全内反射，使得光线10沿着与其进入方向相反的方向射出结构100。该相反的方向为朝向横向方向(即平行于玻璃窗平面的侧向方向)。

相反，线10’追踪了更接近于法线入射的光线10’的穿透，表明在表面110a或110a’上没有任何撞击，因而沿着与入射光相同的横向方向通过结构100传播。这说明了小角度入射光直接穿过时该光学构造的“透视”性。

光重定向薄膜和板是众所周知的，且通常通过微制造方法来形成，其中全内反射表面小于大约1mm宽。这种微制造一般采用母版表面或模具的微复制，树脂利用模具浸渍母版表面的轮廓，使得在固化并去除时，母版表面被相反地复制。有些微复制方法也适合于对较宽的柔性薄膜丝网进行辊到辊处理。柔性薄膜丝网可易于被切开和切割成直接应用于已安装起来的玻璃窗表面、或者用于制造密封窗玻璃类型的窗户所使用的玻璃板时可能会需要的定制尺寸。不过，已经认识到这种微制造结构具有多种性能局限性。

可以使用导致性能局限性的微制造和微复制制造的光学表面在质量和形状方面具有多种局限性。其中一种局限性在于加工母版模具，该母版模具被用于无论是分批还是连续地加工树脂铸造、压花或任何模制操作。

另外，由于通常通过金刚石车削来制造母版的结构，这就进一步增加了对最优化全内反射过程的效率所需的形状、精度和完美性的限制。用于产生母版模具的金刚石车削过程在角部的锐度方面有所限制。

另外，由于铸造树脂必须完全填充模具最深的特征部，然后没有变形地脱模，因而对于特征部纵横比和形状具有实际限制，以便允许从模具中脱模出固化的铸造薄膜。通常，特征部的纵横比越深，则为了从模塑中进行一致的脱模而不会发生光学特征部的塑性变形，必须提供更大的净脱模斜度，这会导致光学扭曲或者损坏昂贵的模具表面。

除了模制和工艺限制之外，已经观察到在玻璃或窗户表面上或附近存在微复制结构的许多应用中，存在令室内居住者心烦的眩光现象(artifact)。还发现某些眩光的一个来源是微结构对光的衍射。由于衍射是依赖波长的，因此白光也将会发生光谱色散，这在眩光中导致离散色带，光被重定向在例如白色天花板上时也是如此。

在美国专利No.4,989,952(1991年2月5日授予Edmonds)中已经提出可以将塑料面板改为透明实心材料(诸如丙烯酸)的光重定向板，该专利以援引方式并入于此。Edmunds披露了使用激光切割工具烧蚀塑料树脂，在板中产生狭缝或间隙的图案。不过，这些结构的性能受激光烧蚀过程的宽度或切口的限制，并且全内反射表面的光学质量较差。通常粗糙的激光烧蚀表面不够平滑，因而会散射光，增加与散射有关的眩光，并且降低透视透明度和高角度入射的外部光(通常是太阳光)朝向房间天花板的引导效率。另外，当调整激光烧蚀过程以改善平滑度时，也会将角部变圆，产生较大的曲率半径，并且增加制造时间。如下面所讨论的，变圆的角部促使在微结构和宏结构光重定向光学元件中产生眩光。

相反，图3、图4和图9中所示的宏制造方法，如下面所述，将产生可克服微结构制造的所述缺陷的光学结构100，以制造更完美的结构，该结构也将胜过通过前面所述的激光烧蚀或者其他组装方法形成的任何结构。

在图2A的处理中，将优选为UV稳定丙烯酸树脂的光学质量材料板200(图2B)切开(步骤1100)以制造离散的棒110(图2C)。棒110具有上表面110a和下表面110a’，该上表面110a和下表面110a’具有与板200的天然表面200a和200a’相同的表面光洁度。然而，由于通过包括切断、锯、激光切割、水射流切割等任何可能的切开工艺去除材料时固有的偏差，与天然表面110a和110a’相比，切割或切开的表面110b和110b’比较粗糙。

在步骤1120中，在支撑表面201上将相邻的棒110分离(图2D)，留下能够进行步骤1130(图2D)的间隙，在步骤1130中将每个棒110旋转90度，使天然光学表面110a和110a’彼此平行(图2E)，并且该表面垂直于支撑表面201。

应当理解，可以针对每个棒110相继进行旋转步骤1130，在相邻的棒被旋转之前完成第一个棒的旋转。可以使用抓取和放置机器人臂实现旋转，使用微型真空吸盘和机器视觉来相继地识别、抓取、抬起和旋转每个棒。

类似地，分离的处理步骤1120可以同时或者相继进行。不排除在相继的分离步骤之后针对每个单独的棒进行旋转。分离是必须的，以便留出空间允许将经过旋转的棒向下放置在通过所述旋转步骤1130所产生的阵列中最邻近的棒之间。

通过将所有或者选定组的棒在一组V形导引楔之间前移，或者通过前移交替的棒，可以同时产生分离。例如，可以将一组交替的棒前移，而介于其中的交替的棒被约束或者沿着相反方向移动。可以以侧向弯曲的形式将分离的棒(或者交替组相邻的棒)前移，触发前移端的旋转，直至重心发生足够的移位，使得整个棒以90度旋转倾覆到支撑表面上，从而实现旋转步骤1130。

另选地，由于棒110(在旋转前)宽度大于其高度，还可以通过振动致使其在前移的同时倾覆到窄槽或沟道中，借此将其有效地旋转。

一旦将打算在步骤1140中被共固化以形成初期装置的棒110旋转(步骤1130，图2D)，则它们在切开步骤1110中形成的其中一个表面110b’将接触支撑表面201，在切开步骤1110中形成的对置的表面110b朝上。

应当理解，棒110还可以在不同的支撑表面201之间移动，支撑表面201可任选地为真空吸盘，可以通过将真空吸盘旋转180度而将棒旋转180度，随后释放到平行的底层支撑表面201上，底层支撑表面201任选地也是真空吸盘。

此外，一旦棒110在支撑表面201上被旋转，则在挤压步骤1140中可以将其横向推到一起，以消除步骤1120中所产生的空间。

在图2E中所示的这一阶段，可以通过多种方式将粗糙表面110b平滑或者平坦化。不过，该步骤是可选的，取决于在将所有光学元件附着到120的步骤1150中，用光学粘合剂填充裂缝以消除光学缺陷的能力。可选择地，还可以根据需要对透明塑料树脂制成的挤出棒的一个或多个表面进行平坦化，然后按照与此处所述相同的方式进行组装。这将省除切开较大的板的步骤。

取决于形成棒的材料的硬度和微裂纹性质，这种平坦化可以通过机械加工诸如采用金刚石车削设备，或者使用研磨剂或研磨剂表面的抛光步骤进行。另外，由于天然光学表面110a非常平坦，通过金刚石车削或者切割对正交的更加粗糙的表面110b和/或110b’进行机械加工，实质上将导致完美的方形角部，因为角部的完美性不受用于切割模制表面的金刚石工具表面的沟槽切割能力和/或随后的复制步骤的限制。

优选地，在宏光学元件110中，角部110c具有小于大约10μm、更优选小于大约5μm、最优选小于大约2.5μm的曲率半径(ROC)。更概括地说，角部110c的曲率半径优选小于光学元件宽度w的大约1％，更优选小于大约0.5％，最优选小于大约0.25％。

在附着步骤1150之前，将分离的光学元件110挤压或者以其它方式靠拢而形成间隙g，或者在另外的附着顶板120’的步骤中形成腔115。该间隙可以由天然表面中的长而平滑的波纹自然地产生，或者通过为天然表面110a和110a’中的至少一个增加间隔物410来产生。

不过，为了提供高效的光透射率，希望控制间隙，使间隙相对于宽度或者光学元件间距而言相对较小，间距等于间隙加上宽度。表I表明对于恒定的0.025mm(25微米)的间隙，效率损失随着宽度的增加而减小。

光学元件110优选具有至少2:1的纵横比，不过更优选2.5:1，且最优选至少大约3:1或者更大。因为提供宽度的板厚度增大，需要更少的元件来组装一个给定宽度的分立的光学结构100。不过，要求的纵横比越高，则对于任何给定的宽度而言所产生的光学结构100越厚，如下面的表II中所示：

应当注意，表2中提到的板条600是长而窄的光学结构100，具有大约50mm的优选的宽度，主要用于下面将要参照图8A-图8C进一步描述的百叶窗组件。

图6A-6E表示光学结构100的一种变形的更优选的制造过程，其中表面110a和110a’中仅一个提供全内反射。应当理解，图2D中所示的光学元件110的旋转步骤，允许施加涂层或者面漆(finish)405抑制表面110a上的全内反射，如图6C中所示。

涂层或面漆405可以简单地为一层黑色涂料或者树脂涂层，如在旋转90度之前统一施加到所有面朝上的表面110a，如图6D和6E中所示。尽管可以在图6B阶段的切开之后施加涂层405，不过优选在切开步骤1110之前对整个平板200在表面200a上施加涂层405。

另外，为了便于形成均匀的宽度间隙，图6E中的结构100在相邻光学元件110之间采用间隔物410。间隔物410可以在吸收层涂覆过程的同一步骤、在先或者随后的步骤中被施加给表面110a，或者没有吸收层涂覆过程。尽管可以在图6B的切开阶段之后施加间隔物410，不过优选在切开步骤1110之前将间隔物410施加到整个平板200的表面200a上。可选择地，可以在切开之前或者之后将间隔物施加到表面200a。如图6E中所示可在没有吸收层405的情况下采用间隔物410。

因此，在旋转步骤之后(图6D中示出已经完成)，在随后的挤压步骤1140中，间隔物410限制间隙宽度g。间隔物410应当以足以提供均匀间隙的较低的密度被施加。因而，应当认识到，在每个间隙中间隔物410的图示仅仅为了有助于理解间隔物410的功能，优选实施例的任何实际的横截面都将不可能示出处于每个间隙内的间隔物410。

在图6E中所示的最后一个步骤中，通过透明支撑元件120将光学元件或条110支撑在至少一个共同平坦表面上，用光学质量粘合剂材料130填充条110共同平坦表面在制造过程中形成的任何缺陷。不过，如图6D中所示，可以对支撑基板201进行平坦化。

目前优选的处理是使用金刚石线锯进行锯割以切开板200，并对表面110b和/或110b’进行平坦化。

图5的流程图表示一组另选的处理步骤来制造本发明的一系列另选的实施例，诸如图6A-6E和图14A-14F所示的处理。

应当注意，施加间隔物和/或涂层以消除交替的全内反射表面的步骤1115，可以在切开步骤1110之前或者之后发生。另选地，施加间隔物和/或涂层的步骤1115也可以在平坦化步骤1135之后实施。就期望通过向110a(或110a’)和110b(或110b’)的角部施加光吸收涂层诸如涂料或墨水来减小眩光方面而言，可以在旋转之前和/或平坦化之前进行，通过平坦化从靠近这种角部的表面区域去除过量的涂层。

类似地，可选的平坦化步骤1135可以发生在挤压步骤1140之前或之后，然而就平坦化方法产生碎屑方面而言，优选在挤压步骤1140之后进行平坦化以最小化碎屑进入间隙的可能。

在与步骤1135中被平坦化的表面相反的表面上的第二平坦化步骤1155，可以发生在挤压步骤1140之前或之后，不过优选发生在挤压和步骤1150中附着第一侧到基板之后，以便于通过移动实质上刚性的元件(诸如图6E中所示的光学结构100)，将棒110的整个阵列移动并旋转到平坦化工作台。

就通过激光烧蚀处理进行切开以在光学元件110上产生圆角110c来说(图2C)，优选采用图5中的平坦化处理步骤1135和/或1155，将角部的半径减小到小于光学元件间隔即宽度加上间隙厚度的1％，更优选小于元件间隔或间距的0.5％。图2F的光学结构100中表示出这种方角110c’。

图22的流程图提供了一种更优选的处理实施例的概要，用于产生特别适合于最终使用高纵横比板条600的高效日光照明结构100。在步骤2205中，任选地通过任何之前描述的方法，为具有对置的平行天然光学表面的光学质量材料板200(图23A)(其更优选UV稳定丙烯酸树脂)涂覆吸收层405。吸收层405优选是黑色或灰色材料，不过可选择诸如具有无光泽面漆(matte finish paint)的有色涂料，提供良好的色散的或者陡峭的峰尖406。这种涂料或涂层的一个非限定性示例为RustoleumTM商标2倍(2×)超级覆盖无光泽喷漆。在无光泽涂料中，将通过干扰表面平坦性的填料制造出峰尖406，使得干燥涂料在其表面反射方面不再是镜面的。当在分离步骤2220和旋转步骤2230之后的步骤2240中挤压棒、条或光学元件110(通过在步骤2210中沿法线方向切开或切割而形成)时，峰尖406充当间隔物或隔离物。基于其光学吸收系数，吸收层或涂料405应当足够厚，以便将天然表面110a或110a’(保持未涂覆)上全内反射临界角处的反射减小到大约十分之一，不过更优选至少减小到百分之一。层405可以由多个子层组成，以产生期望的光学吸收来减小反射，使最终的层具有期望的颗粒以便产生陡峭而间隔较宽的峰尖406，峰尖406作为表面110a’与相邻峰尖406之间的层405部分的间隔物。用于形成涂料或涂层405的树脂应当与板200的折射率密切匹配，以最小化界面反射。

在挤压之前或之后从每个表面110c和110c’可选择地去除切开或切割碎片的步骤2235中，或者在挤压棒或元件110的组件之后，在步骤2245中对第一侧进行平坦化。图23C表示经过旋转的分离的棒或光学元件110置于一个通用的支撑体201上。在图23D中将它们挤压在一起，其中峰尖406提供表面110a’与层405的间隔。

对于每一个平坦化步骤(图22中的2245和2260)来说，以真空吸盘作为支撑表面201’挤压并保持棒或条110组件(图23D)，以减小最终光重定向结构100中发生波纹的可能性。于是，当覆盖层120是具有至少大约15密耳厚度(mil：千分之一英寸)、更优选20密耳厚度的光学质量聚脂薄膜时，实质上消除了波纹。图23E示出在步骤2260之后施加至棒110的共同平坦化上表面110b的光学质量聚脂薄膜120。之后，在更优选的实施例中，轻弹该组件，使真空吸盘201’保持层120，并且第二表面或相反表面110b可以被平坦化(步骤2265)，清除碎片(步骤2270)，并且将第二光学薄膜层120’附着到该第二平面侧，产生图24所示的最终的光重定向结构100。

优选通过金刚石车削进行平坦化步骤2245和2260，同时将被挤压的棒组件保持在相同类型的真空吸盘201中。在步骤2235，2245和2250中，优选通过粘辊在经旋转的棒上、在它们的被挤压组件或者在它们的经平坦化的被挤压组件(步骤2245和2265)上滚动，来去除碎片。

因此，在分离步骤2220和旋转步骤2230后，每个吸收层410(来自涂层405)提供在挤压步骤2240之后充当间隔物的峰尖406。棒或条110具有下表面110a’，该表面具有与板200的天然表面200a’同样的表面光洁度。不过，由于在通过包括切断、锯、激光切割、水射流切割等的任何可能的切开过程去除材料时固有的偏差，切割或切开表面110b和110b’比天然表面110a和110a’粗糙。

因此，在分离步骤2200之后，将处于支撑表面201上的相邻的条110分离(图23C)，留出在步骤2230(图23D)中可使每个棒110旋转90度的间隙，使相邻棒110的天然光学表面110a’彼此平行(图2E)，并且该表面垂直于支撑表面201。重要的是，层405以相对均匀的厚度被施加，使得在挤压步骤2240之后每个棒或元件110上的吸收层410不会扭曲或减小表面110a’的平行定向。

步骤2240中的挤压程度也很重要，仅使层410中的峰尖406接触相邻表面110a’，从而来自表面110a’的有效的全内反射得以被保持。峰尖406应当被宽广地分散开，不过具有一定的高度和宽度。

目前优选的平坦化方法是金刚石车削，因为其在一定长度上产生的平坦度适用于作为百叶窗板条600的光重定向结构100，并提供了一种当层叠覆盖层120时能够被光学质量压敏粘合剂130覆盖的最终表面特性。更确切而言，金刚石车削过程例如步骤2245和2265，将粗糙程度减小到从峰尖到峰谷的高度为大约1-3微米。目前优选的平坦化方式是用1.5mm半径的金刚石切割工具在磨削主轴(milling spindle)中以2500RPM的速度以3英寸半径旋转。另外，切削刀具的进给速度优选大约3英寸到大约6英寸每分钟。该平坦化的表面在重叠半径截面具有研磨过的轮廓或圆形条痕，其通常是由金刚石边缘平滑地切割的。当在步骤2250和2270的每一个中去除微片形式的金刚石车削碎片时，剩余的清洁表面优选具有小于大约7-10微米、更优选小于大约3-6微米、最优选小于大约1-3微米的峰尖到峰谷的变化。

优选地，在步骤2260和2280中，带有光学粘合剂130的透明的表皮层或覆盖层120，通过辊层压到表面110b和110b’而被附着，同时被挤压的棒或条110保持在与挤压后进行平坦化所使用的同一真空吸盘201’中。

已经发现，处于光学元件110每一侧上的至少15微米厚的表皮层或覆盖层120于是将保持处于稳定和平坦状态下用于放置在窗户前面的百叶窗阵列中的纵横比至少为12、更优选至少为大约24的保持板条600。

已经发现，通过在由真空吸盘和侧面夹具保持棒110的同时在如上进行飞切之后立即使用附着的压敏光学粘合剂130层叠表皮状覆盖层120，产生显著的层叠质量，因为棒与棒的台阶高度很好地小于5μm。

从挤压步骤2240到平坦化步骤2245和2265期间，随后使用粘性辊垫去除平坦化碎片(步骤2250和2265)到用压敏光学粘合剂130层叠覆盖层120(步骤2260和2270)，将棒状光学元件110保持在边缘夹紧夹具中，消除了棒或光学元件110在高纵横比板条600中以波动图案发生错位的趋势。

不过，虽然在步骤2240中希望高夹紧压力以便于这些处理，不过层叠压力也会引起相邻棒的天然表面110a与110a的接触或配合，破坏全内反射所需的空气间隙。因此，希望在挤压步骤2240之前在表面110a和110a’其中之一上提供一种间隔物，诸如无光泽涂料涂层405，因为表面具有峰尖406保持用于全内反射的间隙，与涂层410的在这些峰尖406之间的区域的全内反射表面最小程度地完全接触。

图6是表示用于制造图7C中所示本发明一个另选实施例的另选处理步骤(相应于图7A-7C)的一种变形的流程图。

在图7D中，光学元件110具有被光吸收层113覆盖的角部110C，使来自圆形角部的眩光最小化。该结构通过挤出(图6中步骤2110)图7A中所示的近似光学质量棒而产生，其具有圆形角部110c和可选择的圆形侧边110a和110b。在图7B中，与图6中的步骤2120相应，角部110c被黑色涂层或颜料113覆盖或涂覆。尽管黑化步骤是可选的，不过就挤出棒来说，需要至少3个侧边的平坦化以去除挤出带来的表面粗糙度和圆形角部。

在图6中的步骤2130中，将侧面110a/a’和可选择的110b/b’平坦化，以提供用于全内反射的天然质量光学表面。如图7C中所示，平坦化去除了角部以外的所有侧面的过量的吸收涂层113。可以通过其它地方描述的任何处理方法将光学元件组装并附着到基板120和顶板120’上，并且这种平坦化可以发生在一侧或多侧上，在附着到基板120或顶板120’或支撑表面201上之前或之后。

图8A表示百叶窗600中的光学光重定向结构100的构造，百叶窗600可通过角度旋转调节，以根据时间和季节以及房间用途改变日光的穿透。百叶窗600实质上是可以通过共同旋转，诸如通过公共致动器620经由轴、铰链或支撑元件，从平行的水平定向(图8B)调节到一个至少部分竖直的堆叠定向(图8C)的平坦的叶片或板条。另选地，板条通常可处于近似竖直的定向，用于高角度太阳光最大程度的光重定向，并且可以调节到水平定向以便在日间重定向不同的光，或者当太阳被其他建筑物、树木阻挡，或者仅处于窗户没有被太阳直接照射的时间时，移动到图8A中所示的完全打开位置，诸如在多云的天气。支撑基板或底板120以及优选地顶板120’被宏元件110加强时的刚性性质产生I梁状构造，以提供刚性用以保持狭窄的百叶窗在其横向跨度具有光学平坦性，其横向跨度可以为宽度的20到50倍或者更多倍。宽度优选为大约20到100mm，更优选大约50mm。另外，将较大平板的棒形部分统一切开、旋转和粘接成足够数量的棒110以便形成百叶窗宽度的方法方便了百叶窗制造过程。在该过程中，对一组棒110进行操作的工具仅需要处理足以形成百叶窗610宽度的棒或光学元件110。另外，相同厚度的基板120和顶板120’提供一种能抵抗不同热膨胀导致的热致变形的刚性结构。板条600优选在水平方向(进入图8B和8C的纸面内)至少为大约4’(48”或1200mm)，用于形成实际长度窗户覆盖物。因此，当由期望厚度的板形成板条600以制造适当纵横比的棒形光学元件110时，其本身的纵横比为24或更大(1200长除以50mm宽)。由于板条600在其长度上不应当具有永久的弯曲、歪曲、歪扭或扭曲，在由重量轻且相对挠性的聚合物或塑料材料制造时，与更重的玻璃材料相比，具有特别的挑战性。

应用在玻璃窗和相关开窗上或者与其光学连通的优选高效日光重定向结构100采用紧密间隔的肉眼可见的透明树脂棒110，当提供如下面进一步所述的尺寸的特定组合时，可以消除不同形式的眩光。最低限度间隔开的表面110和110a’提供有效的反射，优选地通过来自模具或铸造过程的超平滑的天然表面，或者金属化平滑表面提供选定入射光提供全内反射。另外，通过最小化各个宏元件之间的间隙实现全内反射中重定向光的效率，这允许更大比例的光进入每个单独的元件并经历全内反射重定向。通过各种附着方法很容易实现紧密间隔，以提高效率。该制造方法允许在交替的天然光学表面之间沉积或喷涂/印刷吸收层，来提供高角度入射光的不对称的重定向。在日间，来自上方的太阳照射被朝向天花板重定向。不过，在夜间，来自下部诸如汽车前灯和路灯的明亮的灯光将不进入房间内部结构；因为吸收层通过吸收来自水平面下方的入射到顶部吸收层上的光而消除了全内反射。另外，由于这些吸收层也消除了来自非常高仰角的多次反射的全内反射，这降低了眩光以及来自下部的令人讨厌的照明，如高楼大厦中的窗户下面的前灯和路灯。就观察者平行于吸收层、间隙和/或金属化层进行观看而言，依然保持有可透视的透明度。应当理解，当金属化层取代间隙处的全内反射表面时可以采用这种吸收层。

已经观察到，此处披露的本发明结构与提供将入射光重定向到天花板的入射光全内反射的微棱镜和相关微结构相比，具有多个显著的性能优点。

现有技术的用于玻璃窗结构的日光重定向薄膜典型地包括具有小的有限尺寸的微遮光栅格/棱镜。由于入射/出射缝隙较小，典型地小于大约200μm(0.2mm)，这种结构在遮光栅格/棱镜界面处也将强烈地衍射光。这些小的开口和有限的边界将光散射/重定向到不期望的方向。当这些光线被引导到房间内部居住者的眼睛中时，由于相对于其他光源这些光线处于较高的相对强度，因而被认为是眩光。一种特别使人心烦和令人讨厌的眩光形式，是观察到的一个非常明亮和令人不愉快的窄光柱，称作“柱形眩光”。这种柱形眩光发生在包括太阳、观察者眼睛以及前两者与薄膜的交线的垂直平面内，其本身表现为处于窗户覆盖结构上的一个高强度条纹801，如图10A的照片中所示。已经发现，通过本发明的优选实施例可以明显地减小这种柱形眩光，其中全内反射或金属化反射表面110c通常大于大约500μm(0.5mm)，并且优选大于大约1.5mm。还观察到，结构100中圆形或非方形的角部110c有助于这种柱形眩光的产生。图10B表示在本发明的一个实施例中与图10A中现有技术示例性微结构中观察到的亮条相比被减小的眩光。

透视性微结构中的衍射也会在多个衍射光束级中产生色带，如图9A-9B中的照片所示。当各个阵列元件的间距是宏观量级、大约0.5mm或者更大，并且全内反射或反射表面的角部具有小于元件间隔/间距的大约0.5％的曲率半径时，色带能够被最好地消除。如果角部具有更大的曲率半径，则可以通过使圆形或非方形的表面进行吸收而消除眩光。应当理解制造这种结构的优选方法或者提供锐角部或者允许有选择性地使角部黑化。

图11A表示用于分析图11B中光学部件不同尺寸类型的眩光和衍射效果的光学建模几何图，以产生图12A到12B的图表。建模采用宽度为9μm和高度为32mm的入射光束I的光线追踪，其中高度垂直于限定全内反射表面或光反射表面的沟槽。当以所示的比例以及10倍(10×)和20倍(20×)大比例撞击到图11B的光重定向结构上时，入射光束中的所有光线都是平行的。图11B中的光学元件也被披露于2014年5月15日公开的美国专利申请No.2014/0133030A1中，该专利申请在此以引用方式并入。

图12A和12B显示了入射光束(I)产生的重定向透射光束的计算出的角展度，如图11A中最左侧的箭头所示为距离法线入射方向(N)52度。注意图表的x轴表示从30°到65°的传导角度范围。相对于X轴上的重定向角度范围，以对数标度在Y轴上绘出光束的相对能量。从大约43°到大约54°存在一个强的中间光束，具有100×更低强度的翼部。虽然在这些翼部中强度是振荡的，不过大体的趋势(由黑色和白色虚线所示)是随着与中间光束角度间隔的增大，强度线性减小(在对数标度上)。应当注意，比较10倍(10×)和20倍(20×)结构与图11B的1倍(1×)标度结构，这些处于中间光束周围的翼部在更大宏观尺度下具有更低的强度，而间距大于1.14mm(1140微米)。远离主重定向光束的更低强度减小了一种通过衍射所引起的眩光的来源。

图13A-13D表示与图12A和12B的图表相同的数据，在X轴上具有大约42°到49°的窄得多的角度范围，以更好地说明主光束中的衍射所引起的分色。。更具体地，通过描绘出与蓝光、绿光和红光对应的450nm(0.45微米)、550nm(0.55微米)到650nm(0.65微米)波长处的强度，示出在1倍(1×)(图13A和13B)、10倍(10×)(图13C)和20倍(20×)(图13D)下每个结构的分色。由于混叠，主光束在大约44度到大约48度的角度范围上扩展，这是当入射光束被准直时由全内反射发生的偏移。

尽管在该角度范围内强度根据角度振荡，不过与所描绘的波长相应的不同的颜色在10倍(10×)和20倍(20×)尺寸结构中基本重叠。相反，如图13A和图13B的放大部分中所示，对于1倍(1×)结构，每种颜色具有与其他颜色偏移的峰值，其自身显现为在图9A中示出的色带，在图9B中以标为黑色和白色阴影的颜色(与图9A中虚线框中的3个色带相应)示出。色带中心的亮白垂线是主光束，是太阳光反射离开汽车前灯所产生的。

图14A-14F表示被用来形成光重定向结构100时图5中的处理步骤，其中全内反射表面110a相对于支撑基板120的法线表面矢量是倾斜的，并且任选地在交替的潜在的全内反射表面110a’上包括光吸收表面410，在元件110的侧面110a保持全内反射表面。应当理解，该倾斜表面110a并非总提供全内反射，因为光可以以不会发生全内反射的角度进入，而在其他具有表面法线定向的全内反射表面的实施例中，光学元件110的纵横比可以使仅满足全内反射条件的入射光进入并撞击到全内反射表面110a和/或110a’上。因而，如下面针对其他实施例所描述的，在该实施例中优选用金属反射表面取代全内反射表面。另外，在该实施例中吸收表面405和间隔物410是任选的。

图15A是用于制造图15B的结构中的光学元件110的另选光学质量材料板300的剖面正视图，其中金属化反射表面210取代了全内反射表面。金属层210避免了产生空气间隙的需要，并且在更高角度范围上提供反射。金属层210被支撑并且被直接附着到光学质量材料平板200。除了不需要形成间隙以外，该制造过程可利用针对其他通常涉及在间隙处形成全内反射表面的实施例所提及的步骤。不过，可使用粘合剂将每个光学元件110连接到下一个相邻的光学元件，从而代替间隙。

图16A是用于制造图16B的结构中光学元件110的另选板材300的剖面正视图，其中金属化反射表面210取代了全内反射表面110a和110a’。虽然图15A示出了金属层210被直接附着到平面基板，在图16A中，金属层210被支撑并直接粘接到透明的柔性丝网或薄膜220，使用光学质量粘合剂层213将丝网或薄膜220附着到光学质量材料板200上，光学质量粘合剂层213优选是压敏粘合剂。另外，基板200的其余部分是透明的且优选具有平坦的平滑外表面，不过优选为来自铸造或模制的天然表面。

另选地，可以将光吸收层施加于图15A或15B中所示板中任何一个的背侧，如图16A中的层205所示。如果在胶结或附着每个光学元件110到相邻的光学元件110时所使用的粘合剂是不透明的，则金属化层210必须被直接附着到板，或者通过光学质量薄膜和光学质量粘合剂附着。劣于最高光学质量的透明材料的使用将会减小效率，并引起导致眩光的光散射。应当注意，虽然来自左上部的光线11经历全内反射沿左下方射出，不过来自左上角部的光线11’被层205吸收，其虚线延长线表示如果不是吸收而是发生全内反射将射出基板120的光线。

另选地，如果在胶结或附着每个光学元件110到相邻光学元件110时所使用的粘合剂是光学不透明的并且吸收入射光，则提供了其他实施例中的吸收层405和205的功能。

图17是其中金属化反射表面210取代了全内反射表面的另选实施例的剖面正视图，并且该结构没有采用覆盖层或顶板(在其他实施例中用附图标记120’表示)，因为没有需要被保护免于污染的空气间隙。

图18-图20表示在可倾斜的板条600中使用的其他光重定向宏结构，其通过全内反射或金属化反射表面的较大的间隔或间距(优选大于1mm)和任何光学表面彼此的界面处的锐角部的独特组合而具有减小的眩光。

特别地，图18A是使用45度倾斜棱锥18110面对光源的另选光重定向结构的剖面正视图，即针对玻璃窗应用，太阳处于窗户外部。优选通过模制、铸造等将棱锥与支撑光学底座18120整体地形成，以便具有尖锐的小半径内部角部18110c’和尖锐的小曲率半径外部峰尖18100c。

图18B是与在图9A-9B的实施例中使用的窄而长的板条相同的结构的透视图。

特别地，图18A是板条600或者其任选的光学可操作部分，在50mm宽的百叶窗/板条的情况下，具有45度棱镜透明全内反射结构。间距或间隔(S)优选至少为大约0.5mm，不过更优选大于1mm，45°角部18110c’和18100c的半径优选等于或小于大约10μm，不过更优选小于大约5μm，还优选小于大约2.5μm以便于减小眩光。实际上，最优选小于沟槽间距S的0.5％。

与在微尺度母版中相比，借助金刚石车床(DTM)通过飞切模制表面很容易在宏间隔或间距全内反射表面中的角部18110c’和18100c处制造出这些小半径。然后可以通过铸造树脂、注射成型或压缩成型模制板条600。还可以模制成12”长，并且在基板上排列成为24”、36”或48”长。相反，微制造过程和模具不能提供特别是与全内反射或反射表面的间距成比例的小曲率半径。

图19和图20A和20B中示出一种更优选的实施例，其中图19是优选通过金刚石车床制造的模具1900的剖面正视图，用于分别模制图20A和20B的剖面图和透视图中所示的光重定向板条600。模具1900具有高纵横比的翼片1910，其下部或底部宽度为F’，高度为H，相邻翼片1910之间的间隔为W’。翼片1910之间的间隔W’限定了每个光学元件610(图20A)中全内反射表面的间距P，其中每个光学元件610从一体模制的基底620竖立。因此，由模具1900制造出的光重定向板条600(图20B)具有带有间隙或沟槽611的光学元件610，以沟槽间隔或间距P提供稍微倾斜的横向分隔开的全内反射表面，P等于W+F(每个沟槽的顶部的宽度)或者W’+F’。间距P至少等于或大于500μm，不过更优选大于1000μm。沟槽611具有带平坦底部的V字形。沟槽顶部和底部处的角部半径应当小于5μm，以进一步便于眩光减小。实际上，其优选小于沟槽间隔或间距的0.5％。顶板120’密封间隙或沟槽611。

为了制造板条600，需要如图19中所示的相反形状的模具1900。注意，尖锐翼片1910的纵横比(H/W)优选为大约6.8:1，不过所模制出的图20A中的光学元件610的纵横比为1.6:1。在低衍射、宏光学元件的情况下，针对500μm、1000μm和2000μm的沟槽间距，这些翼片的深度可选择地分别为658μm、1316μm和2632μm。

通常，模具1900的较大的沟槽深度使其不易于将这些结构复制到柱面上，如同诸如用于在柔性丝网上形成微结构的光重定向结构时所使用的微型单个字母“V”形状或形式的情形。在此情形中，将需要在平面中对形状/模具1900进行飞切，并且在平面中进行复制。在大型金刚石车床上这种母版制作是很容易的。另外，本实施例以及图18A和18B中的复制过程或方法可以是在平面中的铸造、注射成型、压缩成型或UV固化。尽管对于连续薄膜结构来说这些批量制造方法通常是不实际的，不过它们对于图20A和20B中所示的板条600的直接制造是高效的。板条600可任选地以一厚度铸造或模制或者铸造或模制为具有肋条、凸出物和其他赋予刚性的结构，或者层压到透明基板以形成多个板条或一个更刚性的板。另选地，当被层压到光学支撑结构时，模制的光学结构可以是瓦片式组件或镶拼组件。此外，可以使用镶拼方法将2”×12”和12”×12”光学瓦片组装到窗户中。

应当理解，本发明的另一方面是纵横比为6以上的板条600，不过纵横比优选至少12并且更优选至少大约24或者更大，该板条600具有40-60mm的宽度。

这种板条中的光定向结构可以以500微米或更大的间距布置反射表面以最小化眩光，光反射表面的具体构造为图18A的三角状V形结构、图11B和18B的对称的深V形结构以及非对称的深V形结构，在非对称的深V形结构中交替的反射表面平行于表面法线方向，从而相对于对称V形结构中的表面法线倾斜。在深槽之间具有平坦上表面的深V形结构由全内反射反射表面的较大的间隔提供眩光减小的透视可见度。

现在应当理解本发明的制造方法和所产生的光学结构提供了现有技术光重定向结构的性能的多种改进。本发明的结构当被形成为具有非常高的纵横比、尖锐的角部和小间隙全内反射时具有高效率，结构特征的这种组合不可能由现有的微制造方法来制造。宏结构还减小了眩光，消除了由于衍射所致的被投射到天花板上的彩虹状色带。不过，是在依然保持期望的透视可见度的同时获得这些益处的。在选择的实施例中，仅当光以较高角度沿向下方向入射时发生高入射角度光重定向，而来自下部的令人讨厌的光源被吸收。另外，该制造方法便于制造提供相同光学益处的可旋转的百叶窗或板条。

应当理解，虽然现有技术中建议采用宏反射表面进行光重定向，不过没有意识到这种结构也将产生眩光，除非角部是极其尖锐的。现有技术没有披露能够如此处针对优选实施例所讨论的固有地产生这种方形的也即小曲率半径角部的制造方法。

总而言之，宏光学元件光定向结构的最优选的实施例具有大于3:1的纵横比，0.5mm或者更大的全内反射表面间距，并且角部具有小于大约5μm的曲率半径。所产生的用于制造反射表面特别是全内反射表面的间隙，优选小于全内反射表面的横截面(facecross-section)或间距的1％到2％。

图21A中以透视型光定向结构100的剖面正视图示出本发明的另一种变型，其中全内反射或反射表面被吸收表面205取代，由图21B或21C中的剖面正视图中所示的平面板材400制造该结构，平面板材400是在图21B中在第二侧上具有光吸收层205或在图21C中在两侧上具有光吸收层205的光学质量平板200。用于从板200或300制造其他实施例的任何制造方法可以被用于制造光学结构100。光学结构100具有吸收偏离表面法线的离轴入射光的性能。通过光学元件的纵横比来设定透视透明度的角度范围。因此，从纸面的顶部入射的光线14当撞击到层205上时被吸收，而光线14’则被透射。

应当理解，在一个实施例中对本发明的方面、特征或元件的描述不排除在不同实施例中其他特征、方面或元件的使用或组合。虽然已经结合包括优选实施例在内的多个实施例对本发明进行了描述，不过并不意图将本发明的范围局限于所阐述的特定形式，相反意在覆盖可以处于所附权利要求所限定的本发明的精神和范围之内的改变、变型和等效形式。

Claims (21)

1.一种用于制造日光照明结构的方法，该方法包括以下步骤：

a)提供具有对置的天然光学表面的平面内部透明材料板，

b)将所述板切割成细长的平行条，

c)定向所述平行条的组件，其中所述天然光学表面彼此相对，并且切割表面形成上竖直平面和下竖直平面，其中每个条的至少一个天然表面是至少部分反射表面，

d)将平行条的切割表面附着到所述上竖直平面和所述下竖直平面中的至少一者上的平面支撑元件，

e)其中，该日光照明结构具有多个间隔开的至少部分反射表面。

2.根据权利要求1所述的制造日光照明结构的方法，其中该平面支撑元件在所附着的平行条的天然表面方向上具有宽度，并且该日光照明结构的长度横向于所述平面支撑元件的宽度，并且所述宽度与所述长度的纵横比至少为12。

3.根据权利要求1所述的制造日光照明结构的方法，其中，每个平行条在天然表面中的一者上具有吸收涂层。

4.根据权利要求1所述的制造日光照明结构的方法，在所述定向步骤之后进一步包括至少一个将切割表面平坦化的步骤。

5.根据权利要求1所述的制造日光照明结构的方法，其中，所述多个间隔开的至少部分反射表面具有至少500微米的间距。

6.根据权利要求5所述的制造日光照明结构的方法，其中，该间隔开的至少部分反射表面具有边缘，该边缘的曲率半径小于该间距的2％。

7.根据权利要求3所述的制造日光照明结构的方法，其中，该至少部分反射表面是全内反射表面。

8.根据权利要求3所述的制造日光照明结构的方法，其中，该至少部分反射表面是金属性反射表面。

9.一种日光照明结构，包括：

a)多个透明的实心聚合物条,其具有在竖直平面内定向的对置的天然光学质量表面，每个条以一间隙与相邻条的天然表面分隔开，

b)连接所述条的第一侧上的共同表面的第一透明平面支撑元件，所述条的第一侧与所述天然光学质量表面正交，

c)介于所述聚合物条的共同表面与所述平面支撑元件之间并将两者相连接的粘合剂材料，其中，该粘合剂材料填充被连接到透明的所述平面支撑元件的所述条的第一侧上的光学缺陷，

其中，每个条的对置的所述光学表面中的一者具有吸收涂层，其中该吸收涂层具有与相邻条的所述天然光学表面相接触的间隔开的峰尖。

10.根据权利要求9所述的日光照明结构，其中，该粘合剂材料填充被连接到透明的所述平面支撑元件的所述条的第一侧上的光学缺陷。

11.根据权利要求9所述的日光照明结构，其中，所述条是平行四边形的。

12.根据权利要求9所述的日光照明结构，进一步包括第二透明平面元件，该第二透明平面元件在所述第一透明平面支撑元件的相对侧上被连接到所述聚合物条。

13.根据权利要求9所述的日光照明结构，其中相邻条之间的所述间隙具有至少0.5mm的间距。

14.一种用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，该板条具有至少6的纵横比，并且具有间距为至少500微米的多个间隔开的反射表面，该反射表面的边缘的曲率半径小于所述间隔开的反射表面的间距的2％。

15.根据权利要求14所述的用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中，该反射表面是全内反射表面。

16.根据权利要求15所述的用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中，该反射表面的纵横比为至少1.5，所述纵横比为所述反射表面的所述间距与所述反射表面的高度的比。

17.根据权利要求14所述的用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中，该间隔开的反射表面彼此平行。

18.根据权利要求14所述的用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中，相邻的间隔开的反射表面具有三角形形状、对称V形形状和不对称V形形状中的至少一种形状。

19.根据权利要求18所述的用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中，该板条具有透视可见度，并且该反射表面是全内反射表面。

20.根据权利要求14所述的用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，该板条具有至少12的纵横比。

21.根据权利要求20所述的用于组装成可变的光重定向百叶窗板组件的板条，其中，该板条具有至少24的纵横比。