CN107111010B - 减少炫光的向阳光重定向膜 - Google Patents

Abstract

本公开整体涉及光控构造，该光控构造包括在制备减少炫光的向阳光重定向膜时可用的微结构化棱柱元件。

Description

减少炫光的向阳光重定向膜

本公开整体涉及光控构造，该光控构造包括在制备减少炫光的向阳光重定向膜时可用的微结构化棱柱元件。

背景技术

多种方法被用于减少建筑物中的能量消耗。在这些方法中，利用日光来提供建筑物内部的照明是更有效的方法。一种用于在诸如办公室、住宅等建筑物的内部供应光的技术是偏转进入的日光。因为日光以朝下的角度射入窗，所以这种日光中的大部分并不能用于照亮房间。然而，如果可以使进入的向下光线偏转成向上，使得它们照到顶篷，则光可以更有效地用于照亮房间。

日光重定向膜(DRF)通过将进入的日光向上重定向到顶篷上来提供自然照明。这样可通过减少对于人造光的需求来节省大量能源。日光重定向膜可由将进入的日光反射到顶篷上的光学微结构构成。DRF通常安装在窗7’及以上的上天窗部分。图1示出了典型的构造，其中窗110上的LRF 101将日光120向上重定向为偏转光124。

通过使用涉及日光重定向膜的合适构造，通常落在地板上的日光可用于提供自然照明。图2示出了可通过日光重定向膜201从地板重定向至顶篷的光数的示例，其中日光重定向膜施加于窗玻璃。图2B中的箭头指出通过日光重定向膜201从地板重定向至顶篷的光。

建筑(民用和商用建筑)的能耗占总能耗的约40％，而照明又占建筑能耗的约30％。即使将一小部分人造照明替换成自然光，也可节省大量能源。北美照明工程学会(IES)制订了日光照明综合指标，名为空间全自然采光百分比(spatial DaylightAutonomy)，即sDA，用于表征日光系统的功效。在美国若干国防部场地进行的大量研究表明，安装3M DRF增大sDA值。除了节能，日光还具有与提升工作人员工作效率、提高测验分数以及改善情绪和精力相关的柔和优势。

虽然使用日光重定向膜的主要激励因素之一是节能，但也需要考虑视觉方面的舒适度。发明人观察到，如图1中所示，尽管大部分日光被向上重定向，但仍有一部分向下(未示出)。该向下的光可导致室内人员看到炫光。本公开尤其提出用于减少炫光的光重定向膜的微结构化棱柱元件的新设计。

发明内容

本公开整体涉及光控构造，该光控构造包括在制备减少炫光的向阳光重定向膜时可用的微结构化棱柱元件。

本公开的光控构造包括光学基板，该光学基板具有第一主表面和与第一主表面相背对的第二主表面。对于向阳构造，光学基板的第二主表面包括一个或多个微结构化棱柱元件。微结构化棱柱元件具有双峰形状，本发明人发现该双峰形状减少炫光，即使在低日照角下也是如此。通常微结构化棱柱元件为在适用基板上有序排列的部分，并且一起形成光重定向膜。在一些实施方案中，多个微结构化棱柱元件的有序排列可形成微结构阵列。该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，该阵列元件是离散的，即，该阵列元件不相交或交叠。

本发明人发现，某些面向房间的设计可能具有严重缺点：处于相对高日照角时，在微结构化棱柱元件底部表面处的全内反射失败导致剧烈色散，从而转化为橙色炫光。向阳设计在性质上没有该问题，因为向阳设计的底部表面大体向上倾斜，从而避免处于高日照角时的全内反射失败。本发明人发现，合理设计的向阳微结构化棱柱元件除了通过朝向顶篷重定向更多光而具有更好的性能之外，还可具有其它优势，诸如对于所有相关入射日照角没有炫光或大幅减少炫光。

包括本专利申请中公开的微结构化棱柱元件的膜和窗也在本公开的范围之内。

膜的使用允许将光重定向功能内置到现有窗中，例如通过使用层合步骤而无需：在玻璃制造商工厂处(a)蚀刻或以其它方式永久物理地改造窗基板，或(b)制备具有光重定向特性的窗或窗用玻璃。此外，光控膜可提供额外功能，诸如通过正确选择另外的层或将合适的添加剂与光重定向膜的现有基板结合，提供抗破损性和红外线或紫外线反射或吸收。在某些实施方案中，可将光控特征直接构建到一个或多个窗用基板中，而无需使用另外的膜层。

除非另外指明，否则本文所使用的所有科学和技术术语具有在本领域中所普遍使用的含义。本文给出的定义旨在有利于理解本专利申请中频繁使用的某些术语，并无意排除那些术语在本公开上下文中的合理解释。

除非另外指明，否则说明书和权利要求书中的所有表达说明书和权利要求书中所使用的特征尺寸、量和物理特性的数值在所有情况下均应理解成由术语“约”修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说明书和所附权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域的技术人员使用本文所公开的教导内容寻求获得的期望特性而变化。在最低程度上，并且不试图将等同原则的应用限制到受权利要求书保护的范围内的条件下，至少应该根据所记录的数值的有效数位和通过惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。尽管陈述本发明的宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体实施例中所陈述的数值尽可能准确地记录。然而，任何数值都固有地包含某些误差，在它们各自的试验测量中所存在的标准偏差必然会引起这种误差。

通过端点表述的数值范围包括该范围内所包含的所有数值(例如，1至5的范围包括例如1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)和该范围内的任何范围。

除非其内容另外清楚指明，否则本说明书和所附权利要求书中所用的单数形式“一种”、“一个”和“所述”均涵盖具有多个指代物的实施方案。除非其内容另外清楚指明，否则如本说明和所附权利要求中使用的，术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。

如本文所用，术语“粘合剂”是指可用于将两个部件(粘附体)粘附在一起的聚合物组合物。粘合剂的示例为热活化粘合剂和压敏粘合剂。

如本文所用，术语“窗膜粘合剂层”是指包含适于将膜粘结至窗或窗用玻璃的粘合剂的层，诸如压敏粘合剂。

根据上下文中对“相邻”的理解，如本文所用，术语“相邻”是指彼此靠近的两个元件(诸如膜构造中的层)的相对位置，可能需要或未必需要彼此接触并且可能有将两个元件分开的一个或多个层。

根据上下文中对“紧邻”的理解，如本文所用，术语“紧邻”是指紧靠彼此而没有任何其它层分隔的两个元件(诸如膜构造中的层)的相对位置。

当涉及其中不同层可被共挤出、层合、互相涂覆或为它们的任何组合的多层膜时，术语“构造”或“组件”在本专利申请中互换使用。

如本文所用，术语“光重定向膜”是指包括微结构化棱柱元件的层。

如本文所用，术语“光重定向膜”是指包括一个或多个光重定向层以及任选的其它附加层诸如基板或其它功能层的膜。

当光源为太阳时，光重定向通常可称为日光重定向、阳光重定向或太阳光重定向。

如本文所用，术语“膜”根据上下文是指单层制品或多层构造，其中不同层可能被共挤出、层合、涂覆或为它们的任何组合。

如本文所用，术语“微结构化棱柱元件”是指将具有某些角特征的输入光重定向至具有某些角特征的输出光中的工程光学元件，其中特征结构的至少2个维度极小。在某些实施方案中，微结构化棱柱元件的高度小于1000微米。微结构化棱柱元件可包括单峰结构、多峰结构诸如双峰结构、包括一条或多条曲线的结构或它们的组合。

如本文所用，术语“漫射剂”是指在制品中结合的特征结构或添加剂，用于增大穿过同一制品的光的角展度。

如本文所用，术语“光学基板”是指至少光学透明的、可以是光学清晰的并且还可以产生另外光学效应的基板。光学基板的示例包括光学膜和窗用基板，诸如玻璃板、聚烯烃板、聚酰亚胺板、聚碳酸酯板、聚酯板和聚丙烯酸酯板。以下涉及光学膜的使用的说明也适用于窗用基板的使用。

如本文所用，术语“光学膜”是指至少光学透明的、可以是光学清晰的并且还可以产生另外光学效应的膜。另外光学效应的示例包括例如光漫射、光偏振或某些波长光的反射。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。光学膜可以是单层膜或多层膜构造。

如本文所用，术语“光学透明的”是指膜或构造对于人类肉眼来说看起来是透明的。如本文所用，术语“光学清晰的”是指膜或制品在可见光光谱(约400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。光学清晰材料在400至700nm波长范围内通常具有至少约90％的光透射率和低于约2％的雾度。可采用例如ASTM-D 1003-95的方法来测定光透射率和雾度这两者。

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，术语“炫光”是指以相对于水平参考线向下0至45度的角离开垂直取向的光学实体(例如光学膜)的光量。

如本文所用，术语“炫光比”是指上文定义的“炫光”对本公开定义的“输出光线的总能量”之比。

如本文所用，在微结构化棱柱元件的一边的上下文中，术语“大体为直的”是指大部分为直的但由于制造工艺中引入的不准确性可与直线偏离或可能故意具有微小曲率(即大半径)以传播重定向光的一边。

如本文所用，术语“入射光线”是指透射到光学实体上的光束。

如本文所用，术语“全内反射”是指当传播电磁波(包括光)以大于特定临界角的角度到达介质边界时波被全部反射的现象。若要发生全内反射，介质另一面的折射率应小于入射介质的折射率。

如本文所用，术语“输出光线”是指通过光学实体透射并离开该光学实体的光线。

如本文所用，术语“入射角”是指从与边界正交的参考平面测量的入射光线角度。

如本文所用，术语“输出光线的总能量”是指通过垂直取向的光学实体传输的能量大小，其中输出光线为相对于水平参考线以(-)90到(+)90的角度离开的光线。

如本文所用，如果值RI1在RI2的+/-5％以内，材料1的折射率(“RI1”)被认为“匹配”材料2的折射率(“RI2”)。

对于以下“面向房间”和“向阳”的定义，假设光重定向层具有第一主表面和与第一主表面相背对的第二主表面，并且光重定向膜的第一主表面包括微结构化棱柱元件。

如本文所用，在光重定向膜或包括光重定向膜的构造的上下文中，术语“面向房间”是指这样的膜或构造，其中入射光线先穿过不含微结构化棱柱元件的光重定向膜的主表面，然后再穿过包含微结构化棱柱元件的主表面。在大多数典型构造中，当光重定向膜位于外部窗(即，面向建筑外部的窗)上时，采用“面向房间”构造的微结构化棱柱元件取向为面向房间的内部。然而，如本文所定义，术语“面向房间”还可以是指光重定向膜位于不面向建筑的外部但介于两个内部区域之间的窗用玻璃或其它类型基板上的构造。

如本文所用，在光重定向膜或包括光重定向膜的构造的上下文中，术语“向阳”是指这样的膜或构造，其中入射光线先穿过包含微结构化棱柱元件的光重定向膜的主表面，然后再穿过另一主表面(该主表面不含微结构化棱柱元件)。在大多数典型构造中，当光重定向膜位于外部窗(即，面向建筑外部的窗)上时，采用“向阳”构造的微结构化棱柱元件取向为向阳。然而，如本文所定义，术语“向阳”还可以是指光重定向膜位于不面向建筑的外部但介于两个内部区域之间的窗用玻璃上的构造。

如本文所用，“可见光”是指可见光谱中的辐射，在本公开中采用的可见光谱为400nm至700nm。

附图说明

图1为示出光重定向膜使用情况的典型构造，展示了光穿过面向房间的光重定向层之后的光重定向。

图2示出了可通过使用LRF从地板重定向至顶篷的光量的示例。

图3示出了窗上太阳光柱(白色条)的可视示例。

图4示出了本公开向阳微结构化棱柱元件的示意图。

图5示出了光重定向膜上漫射层的效应。

图6示出了如实施例1中所述的向阳微结构化棱柱元件的实施方案的横截面。该微结构也可用作面向房间的微结构。

图7示出了如实施例2中所述的向阳微结构化棱柱元件的实施方案的横截面。

图8示出了如实施例3中所述的向阳微结构化棱柱元件的实施方案的横截面。

图9示出了图6的结构的炫光建模数据。

图10示出了图7的结构的炫光建模数据。

图11示出了各种向阳微结构的炫光测量值。

图12为用于制备日光重定向膜的一个示例性处理构造的透视图。

元件编号

20 用于制备包括微结构化棱柱元件的膜的处理设备

21 基板

22 基板供应辊

23 辊

24 工具模塑表面上的微型工具

25 工具的模塑表面

26 涂覆模具

27 工具

28 辊

29 光化辐射源

30 微结构化复合材料存储卷筒

31 微结构化复合材料

101 日光重定向膜

110 窗玻璃

120 日光

122 未穿过光重定向膜的日光

124 由光重定向膜向上偏转的日光

201 施加到窗玻璃的日光重定向膜

401 光学基板的第一主表面

402 光学基板的第二主表面

403 光学基板

404 参考X轴

405 参考Y轴

406 参考平面

407 谷角

408 光入射角

410 微结构化棱柱元件

412 日光

在以下的说明中，参考本文所述的附图。在某些情况下，附图可以图示方式来绘示本公开的若干具体实施方案。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，设想并可进行不同于附图中所明确绘示的那些的其它实施方案。因此，以下详细说明不应被视为具有限制意义。

具体实施方式

窗和类似构造用来为商用和民用建筑物中的房间、走廊和其它区域提供自然日光。然而，自然日光落到窗上的角度为使得通常光不能透射到房间或走廊中。另外，由于进入的光在窗附近可能令人不悦地强，可能导致靠窗而坐的用户关闭百叶窗、遮光帘或者窗帘，因而消除这种潜在的房间照明源。因此，期望提供可以将日光从正常入射角度偏转至朝向顶篷方向的构造。

发明人观察到，尽管当前可用的光重定向膜中的许多将大多数日光向上重定向，但这些膜中的许多会让一小部分光向下。该向下的光可导致用户看到炫光。此外，由于微结构化棱柱元件通常呈线性且水平取向，因此进入的光线主要在垂直方向上折射/反射。日光高度准直，具有约0.5度的展度，显示为太阳圆面。在该情况下，光重定向膜的效应是垂直传播该光以形成太阳光柱，诸如图3中所示，其中太阳光柱显示为白色带。向下定向的总光量和太阳光柱的亮度均有助于造成视觉不适的炫光。太阳光柱的亮度取决于其角展度。本公开的微结构化棱柱元件被设计成减少与光重定向膜相关的炫光量。

本公开的多个微结构化棱柱元件被设计成朝向房间顶篷有效地重定向进入的太阳光。光学基板的整个表面可以包含微结构化棱柱元件，或者微结构化棱柱元件可以仅存在于光学基板表面的一部分上。在本发明的实施方案中，微结构化棱柱元件包括5个边，并具有双峰形状，如图4中所示。微结构化棱柱元件可以被视为产生于光学膜表面的有序凸起阵列。

在某些实施方案中，本公开的光控构造包括：

光学基板403，该的光学基板具有第一主表面401和与该第一主表面相背对的第二主表面402；

其中参考平面406定义为平行于光学基板的第一主表面和第二主表面并介于该第一主表面和该第二主表面之间；

其中参考x轴404定义为正交于参考平面；

其中参考y轴405定义为垂直于参考x轴并落在平行于参考平面的平面内；

其中参考x轴和参考y轴在定义为原点的位置处彼此相交，原点位于光学基板的第二主表面上；

其中光学基板的第二主表面包括一个或多个微结构化棱柱元件410；

其中参考x轴的正方向定义为从原点朝向一个或多个微结构化棱柱元件的方向；

其中参考y轴的正方向定义为从原点指向从参考x轴的正方向沿顺时针方向旋转后的方向；

其中微结构化棱柱元件410的横截面呈具有五个大体为直的边(边A、B、C、D和E)的双峰形状，使得：

微结构化棱柱元件的每个边具有第一端部和第二端部；

微结构化棱柱元件的边A平行于光学基板的第二主表面并且与该第二主表面相邻并且从原点延伸，其中边A的第一端部位于参考y轴的正方向上；

微结构化棱柱元件的边B的第一端部连接至边A的第二端部，边B的第二端部连接至边C的第一端部；

其中边B从连接至边A的点朝向参考x轴的正方向延伸；

其中边B与穿过边A和边B的连接点的平行于参考x轴的线形成α角；

微结构化棱柱元件的边C的第二端部连接至边D的第一端部；

其中边C从与边B相交的点沿逆时针方向延伸；

微结构化棱柱元件的边D的第二端部连接至边E的第一端部；

边C和边D限定从边C沿逆时针方向朝向边D测量的谷角407；

微结构化棱柱元件410的边E的第二端部连接至边A的第一端部；

其中边E与边A的参考x轴形成β角，参考x轴穿过边A和边E的连接点；

其中谷角为10至170度；

其中从边A到微结构化棱柱元件最高点的最短距离限定微结构化棱柱元件的高度；

其中边A的长度限定微结构化棱柱元件的节距；

其中通过将高度除以节距定义的微结构化棱柱元件的纵横比为1.55或更小；

其中与边B和边C的连接点相交的边A的法线和与边C和边D的连接点相交的边A的法线之间的距离限定峰间距；

其中峰间距大于节距的10％；

其中当入射光线412在穿过光学基板403的第一主表面402之前穿过第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于所述参考x轴的线沿顺时针方向测量的10至65度的所述入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0至45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于25％。

在一些实施方案中，光控构造包括一个或多个具有20至60微米的节距的微结构化棱柱元件。在其它实施方案中，节距为35至45微米，或45至55微米，或约40微米，或约50微米。

在一些实施方案中，光控构造包括一个或多个具有小于100微米的高度的微结构化棱柱元件。在其它实施方案中，高度为25至100微米，或30至80微米，或40至70微米，或50至70微米。

在一些实施方案中，光控构造包括一个或多个具有1.1至1.5的纵横比的微结构化棱柱元件。在其它实施方案中，纵横比为1.2至1.4、或1.15至1.25、或1.25至1.35、或1.35至1.45、或1.45至1.55、或约1.2、或约1.3、或约1.4、或约1.5。

在一些实施方案中，光控构造包括一个或多个具有20度至150度的谷角的微结构化棱柱元件。在其它实施方案中，谷角为40度至90度。

在一些实施方案中，光控构造包括一个或多个具有大于节距的15％的峰间距的微结构化棱柱元件。在其它实施方案中，峰间距大于节距的20％。

在一些实施方案中，光控构造包括一个或多个具有3至30度的α角的微结构化棱柱元件。在其它实施方案中，α角为5至28度。

在一些实施方案中，光控构造包括一个或多个具有5至15度的β角的微结构化棱柱元件。在其它实施方案中，角β为5至10度、或7至10度、或10度或更小、或9度或更小、或8度或更小、或7度或更小、或6度或更小。

在某些实施方案中，本公开的光控构造的炫光量较小，使得当入射光线在穿过光学基板的第一主表面之前穿过光学基板的第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的10至65度之间的入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0至45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于18％。

在其它实施方案中，本公开的光控构造的炫光量较小，使得当入射光线在穿过光学基板的第一主表面之前穿过光学基板的第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的10至65度的入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0至45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于15％。

在其它实施方案中，本公开的光控构造的炫光量较小，使得当入射光线在穿过光学基板的第一主表面之前穿过光学基板的第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的10至65度的入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0至45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于13％。

在其它实施方案中，本公开的光控构造的炫光量较小，使得当入射光线在穿过光学基板的第一主表面之前穿过光学基板的第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的10至65度的入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0至45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于10％。

在其它实施方案中，光控构造包括一个或多个具有相对于轴对称的微结构化棱柱元件的微结构化棱柱元件，其中轴平行于参考x轴并且在其中点处与边A相交。

在其它实施方案中，光控构造包括一个或多个具有20至60微米的节距的对称微结构化棱柱元件。

在其它实施方案中，光控构造包括一个或多个具有30至90微米的高度的对称微结构化棱柱元件。

在其它实施方案中，光控构造包括一个或多个具有小于1.5的纵横比的对称微结构化棱柱元件。

在其它实施方案中，光控构造包括一个或多个具有30至90度的谷角的对称微结构化棱柱元件。

在其它实施方案中，光控构造包括一个或多个具有5至12度的α角的对称微结构化棱柱元件。

在其它实施方案中，光控构造包括一个或多个对称微结构化棱柱元件，其中微结构化棱柱元件的峰和/或谷被倒角。

在某些实施方案中，光控构造包括介于微结构化棱柱元件之间的间隙。在一些实施方案中，间隙为节距的一小部分，例如1-2％。在一些其它实施方案中，间隙可能非常大，例如比节距大得多，以允许穿过光控构造直接查看。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为35至55微米；

·高度为45至78微米；

·纵横比为1.2至1.5；

·谷角为60至80度；

·α角为15至25度；并且

·β角为5至15度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为25至35微米；

·高度为30至53微米；

·纵横比为1.2至1.5；

·谷角为60至80度；

·α角为15至25度；并且

·β角为5至15度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为约40微米；

·高度为约55微米；

·纵横比为约1.4；

·谷角为约72度；

·α角为约17度；并且

·β角为约10度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为约30微米；

·高度为约41微米；

·纵横比为约1.4；

·谷角为约72度；

·α角为约17度；并且

·β角为约10度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为约50微米；

·高度为约68微米；

·纵横比为约1.4；

·谷角为约72度；

·α角为约17度；并且

·β角为约10度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为35至55微米；

·高度为40至72微米；

·纵横比为1.1至1.3；

·谷角为50至70度；

·α角为18至28度；并且

·β角为4至12度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为25至35微米；

·高度为27至46微米；

·纵横比为1.1至1.3；

·谷角为50至70度；

·α角为18至28度；并且

·β角为4至12度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为约40微米；

·高度为约50微米；

·纵横比为约1.2；

·谷角为约60度；

·α角为约23度；并且

·β角为约7度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为约30微米；

·高度为约36微米；

·纵横比为约1.2；

·谷角为约60度；

·α角为约23度；并且

·β角为约7度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为约50微米；

·高度为约61微米；

·纵横比为约1.2；

·谷角为约60度；

·α角为约23度；并且

·β角为约7度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为35至55微米；

·高度为40至77微米；

·纵横比为1.2至1.4；

·谷角为35至55度；

·α角为10至20度；并且

·β角为5至15度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为25至35微米；

·高度为30至49微米；

·纵横比为1.2至1.4；

·谷角为35至55度；

·α角为10至20度；并且

·β角为5至15度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为约40微米；

·高度为约53微米；

·纵横比为约1.3；

·谷角为约44度；

·α角为约16度；并且

·β角为约10度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为约30微米；

·高度为约40微米；

·纵横比为约1.3；

·谷角为约44度；

·α角为约16度；并且

·β角为约10度。

在某些实施方案中，光控构造包括一个或多个微结构化棱柱元件，其中：

·节距为约50微米；

·高度为约66微米；

·纵横比为约1.3；

·谷角为约44度；

·α角为约16度；并且

·β角为约10度。

光重定向膜

通常，用作微结构化棱柱元件基板的光学膜或多层光学膜由允许膜为光学清晰的聚合材料制得。合适的聚合物材料的示例包括，例如，诸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃、聚氯乙烯、诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的聚酯、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和共混物。除了聚合物材料之外，光学膜还可以包含其它组分，诸如填料、稳定剂、抗氧化剂、增塑剂等等。在一些实施方案中，光学膜可以包含稳定剂，诸如紫外线吸收剂(UVA)或受阻胺光稳定剂(HALS)。合适的UVA包括例如苯并三唑UVA，诸如可作为TINUVIN P、213、234、326、327、328、405和571得自位于纽约州塔里镇的汽巴公司(Ciba,Tarrytown,NY)的化合物。合适的HALS包括可作为TINUVIN 123、144和292得自位于纽约州塔里镇的汽巴公司(Ciba,Tarrytown,NY)的化合物。

在光学基板的主表面上包括微结构化棱柱元件的有序排列的微结构层可通过各种方式形成。通常，微结构层包含热塑性材料或热固性材料。

上述微结构化构造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。一种适用于形成微结构化膜的压花方法在美国专利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构造。

可以按照其它方法来制备具有带重复图案的微结构化表面的膜。例如，膜可使用其上具有特定图案的模具注模而成。所得注模而成的膜具有与模具上图案互补的表面。在另一且类似的方法中，膜可以被压缩模制。

在一些实施方案中，利用被称作浇注和固化的方法来制备微结构化构造。在浇注和固化中，将固化性混合物涂布到微结构化工具所施加的表面上，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。然后使固化性混合物固化并且移除工具，从而得到微结构化表面。合适的微结构化工具的示例包括微结构化模具和微结构化衬件。合适的固化性混合物的示例包括热固性材料，诸如用来制备聚氨酯、聚环氧化合物、聚丙烯酸酯、有机硅等的固化性材料。浇注和固化方法可以用来在光学膜基板或窗用基板上提供微结构化表面。

包括光重定向膜的层合物

在一些实施方案中，可将光学膜层合至窗用玻璃或任何其它合适的基板上。通常，光学膜的该表面被置于接触窗用玻璃或包含涂层(诸如粘合剂涂层)的基板的位置，从而将光重定向膜粘附到窗用玻璃或基板表面。合适的粘合剂的示例包括例如热活化粘合剂、压敏粘合剂或固化性粘合剂。合适的光学清晰固化性粘合剂的示例包括美国专利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剥离衬件以使粘合剂涂层免于过早粘附于表面以及免遭可能粘附于粘合剂表面的灰尘和其它碎片的污染。剥离衬件通常保持在合适位置，直至光重定向层合物被附接到窗用玻璃或基板。通常，使用压敏粘合剂。

适合的压敏粘合剂组合物有多种多样。在一些实施方案中，压敏粘合剂是光学清晰的。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。

光学清晰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(分别基于马来酸或延胡索酸)；或者它们的组合。

在一些实施方案中，可使用可热活化的粘合剂层，诸如聚乙烯醇缩丁醛或其它热塑性粘合剂或它们的混合物。聚乙烯醇缩丁醛树脂可以包括每百份树脂约20至80份、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、例如油改性的癸二酸醇酸树脂(sebacicalkyd)之类的聚合物增塑剂、例如美国专利3,841,890所公开的磷酸酯和己二酸酯的混合物、以及例如美国专利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，该网络对粘合剂的流动能力进行改性。交联剂可以被添加到所有类型的粘合剂制剂中，但是根据涂布和加工条件，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。粘合剂可以任选地还包含一种或多种添加剂。根据聚合方法、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、发泡剂、抗氧化剂、稳定剂、阻燃剂、粘度增强剂以及它们的混合物的添加剂。

除了光学清晰之外，压敏粘合剂还可以具有使得其适用于层合至大型基板例如窗上的另外性质。这些另外的性质中包括暂时可移除性。暂时可移除的粘合剂为这样的粘合剂，其具有相对低的初始粘合力，允许自基板暂时移除并且可重新定位在基板上，随着时间的推移，粘合力不断加强，以形成足够强效的粘结。暂时可移除的粘合剂的示例在例如美国专利4,693,935(Mazurek)中有所描述。另选地或除此之外，为了能够暂时可移除，压敏粘合剂层还可以包括微结构化表面。粘合剂被层合至基板时，该微结构化表面允许空气排出。对于光学应用而言，通常粘合剂将湿透基板表面并且以足够的程度流动，使得微结构随着时间的推移而消失，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触及诸如具有微结构化表面的剥离衬件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、脂族烃类树脂和萜烯树脂。可以加入其它材料以用于特定目的，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、链转移剂以及其它添加剂，前提条件是它们不降低压敏粘合剂的光学清晰度。在一些实施方案中，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，诸如可作为TINUVIN P、213、234、326、327、328、405和571得自位于纽约州塔里镇的汽巴公司(Ciba,Tarrytown,NY)的化合物。合适的HALS包括可作为TINUVIN 123、144和292得自位于纽约州塔里镇的汽巴公司(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，诸如可控的光透射率和雾度。在一些实施方案中，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。

使用层合物的其它功能

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。这样，光重定向层合物也可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。可用作光学膜的合适多层膜的例子包括例如在美国专利6,049,419、5,223,465、5,882,774、6,049,419、RE34,605、5,579,162和5,360,659中公开的那些。在一些实施方案中，光学膜为多层膜，其中交替的聚合物层配合以反射红外线。在一些实施方案中，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，光学膜还可以在不含微结构化棱柱元件的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。使用适当的技术，即可将另外的层或涂层添加到微结构化棱柱元件所在的相同主表面上的光学基板。此类构造具有与其中使用两个单独窗格或窗用玻璃的上文所述构造相同的功能类型。

另外，光学膜可以设计成为窗用层合体提供除了上述光学特征之外的另外有利的结构特征。两个窗用基板之间存在层合的膜通常改善窗用层合体的强度和抗破损性。这类特性可以通过例如使光学膜包括抗碎或抗扯特征来得以提高。如果光学膜为单一膜层，则这类特征可以通过选择具有这类特征的材料或者使用适当厚度的膜以赋予这类特征来提供，或者如果光学膜为多层膜，则这类特征可以通过采用具有这类特征的膜来提供。

窗和窗用玻璃制品

在一些实施方案中，本公开的光控构造可以附接到窗用基板上以提供制品，诸如具有光重定向特性的窗或窗用玻璃制品。在某些实施方案中，光控构造为层合在两个窗用基板之间的膜。窗用基板包括内表面和外表面。在一个实施方案中，光控膜层合在窗用基板的两个内表面之间。在一个实施方案中，窗用基板为至少光学透明的，并且可以是光学清晰的。合适的窗用基板的例子可以由多种不同的材料(包括例如多种不同类型的玻璃)或者由聚合物材料(如聚烯烃、聚酰亚胺、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯)制得。在一些实施方案中，窗用基板也可以包括另外的层或处理。另外的层的示例包括例如设计成提供炫光减少、着色、抗破损性等的另外的膜层。窗用基板上可以存在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。

在光控构造包括在窗用基板上的微结构化表面的实施方案中，微结构化的窗用基板可以被采用到多层窗用制品中。这类制品可以通过将一个或多个另外的窗用基板层合至微结构化的窗用基板而制得。通常，使微结构化窗用基板的至少微结构化表面层合至另外的窗用基板，但另外的窗用基板和/或另外的层如膜层或涂层可以包括在窗用制品中。

在一些实施方案中，光控膜在光学膜的合适表面上包括粘合剂层以使膜层合至第一窗用基板。粘合剂层可以受隔离衬垫保护。玻璃衬件可以包括微结构化表面，从而向粘合剂表面赋予微结构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低的初始粘合力，允许自基板暂时移除并且可重新定位在基板上，随着时间的推移，粘合力不断加强，以形成足够强效的粘结。这在要层合大面积的基板时可以特别有用。

在某些实施方案中，已经通过有时被称作“湿式”施加方法的方法将诸如光控膜等制品层合至大表面基板。湿式施加方法包括将液体(通常为水/表面活性剂溶液)喷洒到大幅面制品的粘合剂面上，并任选地喷洒到基板表面上。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。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光滑、无气泡的外观同时建立良好粘附力，从而改善安装的大幅面制品的外观。

虽然湿式施加方法已成功用于许多情况，但它耗时而繁琐。因此，在某些实施方案中，“干式”施加方法对于安装大幅面图形制品来说通常可能是期望的。自润湿和可移除的粘合剂可用干式安装方法来施加。制品容易地被附接至大的基材，因为它们是自润湿的，并且它们还可容易地按需进行移除以及重新定位。

在其他实施方案中，粘合剂层可以被施加到第一窗用基板的内表面。第一窗用基板上的粘合剂层可以选自上述粘合剂。粘合剂层可以被隔离衬垫保护，或者可以在光控膜的层合之前将粘合剂层施加到第一窗用基板上。

带光重定向膜的漫射体组合

在使用自然日光照明区域时常遇到的问题是如何充分而均匀地传播光。例如在建筑物内有区域被照明的情况下，该区域中的部分的照明效果通常将低于其它区域，并且在一些位置处，建筑物的用户受到来自光源的炫光的困扰。减少炫光的一个解决方案是在光学路径中引入漫射层。漫射体有助于扩展在穿过光重定向膜后由于光下行而可能形成的太阳光柱。此外，如图5所示，漫射层通过漫射向上定向的光来提供更均匀的顶篷照明。

各种漫射体已被开发出并且在本领域中是已知的。例如，以下专利和专利申请描述了各种类型的漫射体：美国专利申请2014/0104689，标题为“Hybrid Light Redirectingand Light Diffusing Constructions”(混合光重定向和光漫射构造)，提交于2013年12月5日(Padiyath等人)；PCT专利申请公布WO 2014/093119，标题为“Brightness EnhancingFilm with Embedded Diffuser”(带有嵌入式漫射体的增亮膜)，提交于2013年12月5日(Boyd等人)；美国专利6,288,172，标题为“Light Diffusing Adhesive”(光漫射粘合剂)，发布于2001年9月11日(Goetz等人)；PCT专利申请公开WO 2013/158475，标题为“Brightness Enhancement Film with Substantially Non-imaging EmbeddedDiffuser”(带有基本不成像的嵌入式漫射体的增亮膜)，提交于2013年4月12日(Boyd等人)。在本段中的专利和专利申请中公开的漫射体以引用方式并入本文。一般来讲，任何漫射体或漫射层，包括本段中提到的那些以及本领域中已知的其它一些，都可用于本公开的构造。在某些实施方案中，在本段的参考中公开的任何漫射体都可以单个构造或两层膜解决方案的形式，结合根据本公开的包括微结构化棱柱元件的光重定向膜使用。

在执行的用于举例说明漫射体效果的研究中，将图5A中所示的裸露光重定向膜的光输出分布与图5B所示的45度照明角下的DRF/漫射体构造(漫射层之前的DRF)进行比较。漫射层将定向的光向上和向下两个方向传播。在图5B中比较了0度高度的水平横截面。太阳光柱的亮度与这些峰的宽度和高度成比例。在添加漫射体后，峰的宽度增大，峰的高度减小到约二分之一。使用漫射层显著减少炫光并降低太阳光柱的可见性。

将漫射层与光重定向膜的效应组合的一种方案是将光重定向膜附着到窗并将漫射体安装到添加的窗格。在其它实施方案中，漫射体和光重定向膜均层合成之后可根据需要施加至窗用玻璃或其它类型基板的单个构造。

在一些实施方案中，漫射特性可存在于用作光重定向构造的一部分的粘合剂内，或取决于可在其中使用的基板中的任何者，诸如光学基板。在某些实施方案中，在之前句段中提及的元件中的任何者的漫射特性可通过引入表面粗糙度、体漫射或嵌入式漫射体来改变。

示例性实施方案

1.一种光控构造，包括：

光学基板，该光学基板具有第一主表面和与第一主表面相背对的第二主表面；

其中参考平面定义为平行于光学基板的第一主表面和第二主表面并介于该第一主表面和该第二主表面之间；

其中参考x轴定义为正交于参考平面；

其中参考y轴定义为垂直于参考x轴并落在平行于参考平面的平面内；

其中参考x轴和参考y轴在定义为原点的位置处彼此相交，原点位于光学基板的第二主表面上；

其中光学基板的第二主表面包括一个或多个微结构化棱柱元件；

其中参考x轴的正方向定义为从原点朝向一个或多个微结构化棱柱元件的方向；

其中参考y轴的正方向定义为沿顺时针方从原点指向从参考x轴正方向沿顺时针方向旋转后的方向；

其中微结构化棱柱元件的横截面呈具有五个大体为直的边(边A、B、C、D和E)的双峰形状，使得：

微结构化棱柱元件的每个边具有第一端部和第二端部；

微结构化棱柱元件的边A平行于光学基板的第二主表面并且与该第二主表面相邻并且从原点延伸，其中边A的第一端部位于参考y轴的正方向上；

微结构化棱柱元件的边B的第一端部连接至边A的第二端部，边B的第二端部连接至边C的第一端部；

其中边B从连接至边A的点朝向参考x轴的正方向延伸；

其中边B与穿过边A和边B的连接点的平行于参考x轴的线形成α角；

微结构化棱柱元件的边C的第二端部连接至边D的第一端部；

其中边C从与边B相交的点沿逆时针方向延伸；

微结构化棱柱元件的边D的第二端部连接至边E的第一端部；

边C和边D限定从边C沿逆时针方向朝向边D测量的谷角；

微结构化棱柱元件的边E的第二端部连接至边A的第一端部；

其中边E与边A的参考x轴形成β角，参考x轴穿过边A和边E的连接点；

其中谷角为10至170度；

其中从边A到微结构化棱柱元件最高点的最短距离限定微结构化棱柱元件的高度；

其中边A的长度限定微结构化棱柱元件的节距；

其中通过将高度除以节距定义的微结构化棱柱元件的纵横比为1.55或更小；

其中与边B和边C的连接点相交的边A的法线和与边C和边D的连接点相交的边A的法线之间的距离限定峰间距；

其中峰间距大于节距的10％；

其中当入射光线在穿过光学基板的第一主表面之前穿过光学基板的第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的10至65度的入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0到45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于25％。

2.根据实施方案1所述的光控构造，其中节距为20至60微米。

3.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中节距为35至45微米。

4.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中节距为45至55微米。

5.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中节距为40微米。

6.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中节距为50微米。

7.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中高度小于100微米。

8.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中高度为25至100微米。

9.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中高度为30至80微米。

10.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中高度为40至70微米。

11.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中高度为50至70微米。

12.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中纵横比为1.0至1.5。

13.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中纵横比为1.1至1.4。

14.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中纵横比为1.15至1.25。

15.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中纵横比为1.25至1.35。

16.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中纵横比为1.35至1.45。

17.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中纵横比为1.45至1.55。

18.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中纵横比为约1.2。

19.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中纵横比为约1.3。

20.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中纵横比为约1.4。

21.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中纵横比为约1.5。

22.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中谷角为20至150度。

23.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中谷角为40至90度。

24.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中峰间距大于节距的15％。

25.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中峰间距大于节距的20％。

26.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中α角为3至30度。

27.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中α角为5至28度。

28.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中β角为5至15度。

29.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中β角为5至10度。

30.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中β角为7至10度。

31.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中β角为10度或更小。

32.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中β角为9度或更小。

33.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中β角为8度或更小。

34.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中β角为7度或更小。

35.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中β角为6度或更小。

36.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中当入射光线在穿过光学基板的第一主表面之前穿过光学基板的第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的10到65度的入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0到45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于20％。

37.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中当入射光线在穿过光学基板的第一主表面之前穿过光学基板的第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的10到65度的入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0到45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于18％。

38.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中当入射光线在穿过光学基板的第一主表面之前穿过光学基板的第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的10到65度的入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0到45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于15％。

39.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中当入射光线在穿过光学基板的第一主表面之前穿过光学基板的第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的10到65度的入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0到45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于13％。

40.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中当入射光线在穿过光学基板的第一主表面之前穿过光学基板的第二主表面并且作为输出光线离开光控构造时，在从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的10到65度的入射光线的入射角的任意值处，以从平行于参考x轴的线沿顺时针方向测量的0到45度角离开的输出光线的能量除以输出光线的总能量小于10％。

41.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中微结构化棱柱元件相对于平行参考x轴的轴对称并且在其中点处与边A相交。

42.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造包括对称微结构化棱柱元件，其中节距为20至60微米。

43.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造包括对称微结构化棱柱元件，其中高度为30至90微米。

44.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造包括对称微结构化棱柱元件，其中纵横比小于1.5。

45.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造包括对称微结构化棱柱元件，其中谷角为30至90度。

46.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造包括对称微结构化棱柱元件，其中α角为5至15度。

47.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中微结构化棱柱元件的峰和/或谷被倒角。

48.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中在至少两个微结构化棱柱元件之间存在间隙。

49.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为35至55微米；

·高度为45至78微米；

·纵横比为1.2至1.5；

·谷角为60至80度；

·α角为15至25度；并且

·β角为5至15度。

50.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为25至35微米；

·高度为30至53微米；

·纵横比为1.2至1.5；

·谷角为60至80度；

·α角为15至25度；并且

·β角为5至15度。

51.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为约40微米；

·高度为约55微米；

·纵横比为约1.4；

·谷角为约72度；

·α角为约17度；并且

·β角为约10度。

52.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为约30微米；

·高度为约41微米；

·纵横比为约1.4；

·谷角为约72度；

·α角为约17度；并且

·β角为约10度。

53.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为约50微米；

·高度为约68微米；

·纵横比为约1.4；

·谷角为约72度；

·α角为约17度；并且

·β角为约10度。

54.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为35至55微米；

·高度为40至72微米；

·纵横比为1.1至1.3；

·谷角为50至70度；

·α角为18至28度；并且

·β角为4至12度。

55.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为25至35微米；

·高度为27至46微米；

·纵横比为1.1至1.3；

·谷角为50至70度；

·α角为18至28度；并且

·β角为4至12度。

56.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为约40微米；

·高度为约50微米；

·纵横比为约1.2；

·谷角为约60度；

·α角为约23度；并且

·β角为约7度。

57.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为约30微米；

·高度为约36微米；

·纵横比为约1.2；

·谷角为约60度；

·α角为约23度；并且

·β角为约7度。

58.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为约50微米；

·高度为约61微米；

·纵横比为约1.2；

·谷角为约60度；

·α角为约23度；并且

·β角为约7度。

59.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为35至55微米；

·高度为40至77微米；

·纵横比为1.2至1.4；

·谷角为35至55度；

·α角为10至20度；并且

·β角为5至15度。

60.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为25至35微米；

·高度为30至49微米；

·纵横比为1.2至1.4；

·谷角为35至55度；

·α角为10至20度；并且

·β角为5至15度。

61.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为约40微米；

·高度为约53微米；

·纵横比为约1.3；

·谷角为约44度；

·α角为约16度；并且

·β角为约10度。

62.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为约30微米；

·高度为约40微米；

·纵横比为约1.3；

·谷角为约44度；

·α角为约16度；并且

·β角为约10度。

63.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中：

·节距为约50微米；

·高度为约66微米；

·纵横比为约1.3；

·谷角为约44度；

·α角为约16度；并且

·β角为约10度。

64.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中光控构造还包括漫射层。

65.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中光学基板为漫射体。

66.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中光控构造还包括与光学基板第一主表面相邻的窗膜粘合剂层。

67.根据实施方案63所述的光控构造，其中光控构造还包括与窗膜粘合剂层相邻的衬件。

68.根据前述实施方案中任一项所述的光控构造，其中光控构造还包括与光学基板第二主表面相邻的第一基板。

69.根据前述实施方案68所述的光控构造，其中第一基板为漫射体。

实施例

这些实施例仅用于示例性目的，并非旨在限制所附权利要求书的范围。除非另外指明，否则实施例以及说明书余下部分中的所有份数、百分数、比率等均按重量计。

实施例1：向阳微结构化棱柱元件设计

图6中示出了采用该设计的新膜的结构的横截面。微结构的节距为50μm，高度为68μm，纵横比为约1.4。谷角为约72度，β角为10.5度。可以面向空间和向阳两者的方式使用该膜。

在日光穿过膜之后，大多数光被朝向顶篷向上重定向。有一些光被急剧地向下重定向，这些光不造成炫光。被向下重定向为0至45度的残余光极少。使用本专利申请中的炫光定义，炫光比为<20％。由于该角区域中的光强度很小，因此可通过应用光漫射体轻松解决炫光问题，光漫射体还消除对于微结构化光学膜常见的太阳光柱问题。

实施例2：向阳微结构化棱柱元件设计

图7中示出了采用该设计的向阳膜的表面的横截面。微结构的节距为50μm，高度为61μm，纵横比为约1.23。谷角为约60度，β角为7.5度。膜的结构化面被设计为向阳。

在日光穿过膜之后，大多数光被朝向顶篷向上重定向。有一些光被急剧地向下重定向，这些光不造成炫光。被向下重定向为0至45度的残余光极少。使用本专利申请中的炫光定义，炫光比率为<10％。由于该角区域中的光强度很小，因此可通过应用光漫射体轻松解决炫光问题，光漫射体还消除对于微结构化光学膜常见的太阳光柱问题。

实施例3：向阳微结构化棱柱元件设计

图8中示出了结构的横截面。微结构的节距为50μm，高度为66μm，纵横比为约1.32。谷角为约44度，β角为约10度。膜的结构化面被设计为向阳。

炫光建模数据

作为照明(输入)角度的函数的各种光重定向结构的光学性能使用得自亚利桑那州图森的布劳尔特研究组织公司(Breault Research Organization,Inc.,Tucson,AZ)的ASAP Pro 2014V1SP1光学建模软件建模，控制函数以及输入和输出文件则使用得自伊利诺斯州尚佩恩的沃尔夫勒姆研究公司(Wolfram Research,Inc.,Champaign,IL)的科学软件Mathematica 10.0创建。每个光重定向结构设计候选膜都被构造为在基膜上形成的一系列微结构(齿)。为了建模，假设微结构由3M专用的Wrigley树脂制成，并且假设基膜由PET制成。由于树脂的折射率通常因波长而不同，为了对模型进行光线追踪而选择日光光谱绿色区域中532.5纳米的单个特定代表性波长。在该波长处，齿形树脂的折射率为1.51475，基膜的折射率为1.66。每个齿的基膜固定为40微米，齿之间没有间隙。由二十个齿构成的设计经确定足以进行光线追踪。基膜为25微米厚。每个齿在基膜与齿特征结构底部之间具有非结构化树脂层。该非结构化层被称为“基体”，代表制造工具接近基膜的程度。在这些模型中，所用的基体为两微米。采用蒙特卡洛(Monte Carlo)光线追踪统计方法。表示在地平线以上的太阳高度角下所选角展度内入射日光的源文件已预先确定并用于每种设计的光线追踪。每个源文件中的光线始于相同的水平坐标处，但沿一个齿节距的垂直坐标跨度在空间上随机定位。假设光线位于正交于膜的平面内。所有设计使用相同的源文件。太阳高度角总展度为从代表水平太阳光入射角的零度到代表垂直太阳光入射角的90度。90度的总角展度被分割为一度增量，从而形成总共90个源文件。给定源文件将包含要进行光线追踪的源光线，1000条光线在该高度角的角度增量内随机取向，在这些模型中展度为一度。例如，第一个文件将针对角展度从零到一度太阳高度角范围内的光线，第二个文件则针对一度到二度，以此类推，直至最后一个源文件针对89到90度。继而，来自一个源文件的光线每次对每个角增量定位在膜跨度中心上方，并且追踪的光线始于膜之前的两微米。每条光线将大致分裂并在材料之间的每个接合部处被部分透射和部分反射。该情况可对每条光线发生多次，并且还对其分裂的子光线中的每条发生。将一个检测器定位在源光线前方的两微米处，用于记录在其上入射的所有反射光线的光强度和方向。将另一个检测器定位在超出膜两微米的位置，用于记录所有透射光线的光强度和方向。检测器光线数据以一度为增量，以示出透射光线和反射光线的检测器数据分布。通过该数据，如本专利申请中所定义的炫光被确定并绘制为照明角度的函数。在每个照明角度下希望具有较小的炫光值。

图9中示出了图6中所展示结构的炫光建模数据。图10中示出了图7中所展示结构的炫光建模数据。

炫光测量数据

使用得自Radiant Zemax公司的成像球(IS-SA-13-1)测量作为照明(输入)角度的函数的各种光重定向结构的光学性能。对于每种设计，针对0度(迎面)与76度之间的照明(高度)角度，测量透射光的角分布(BTDF-Bidirectional Transmission DistributionFunction，双向透射分布函数)。炫光(TSQuad2)定义为在0度与45度之间向下透射的光量，通过所测量的BTDF为每个结构和照明(高度)角度确定。图11中示出了这些测量的结果，其中实施例4的结构的测量炫光数据标记为1，角度与实施例2相同但节距为40微米的结构的测量炫光数据标记为2。每个照明角度上的值越大，表示炫光越多。例如在12-16度的照明角度下，确定实施例4的结构的炫光高于角度与实施例2中结构相同但节距为40微米的结构。

包括微结构的膜的制备

表1:材料

实施例4DRF的制备

将Photomer 6010、SR602、SR601、SR351以及Etermer 210以60/20/4/8/8的重量比进行组合，以制备可固化树脂。以每100份树脂0.35份和0.1份的相应重量比添加IrgacureTPO和Darocur 1173。基板为3M公司(3M Company)生产的50微米厚PET膜。

微结构化棱柱元件使用图12中大体示出的设备20制成，其中基板21通过辊22供应。可固化树脂通过软管送入以涂覆模具26，在接触圆柱体工具27之前基板21的相当大部分被涂覆树脂。圆柱形工具27包括模塑表面25，该表面具有微工具24，该微工具采用图6所示设计的逆向设计，不同之处在于该设计具有40微米的节距和55微米的高度。微工具24在模塑表面25上取向，使得产生的微结构平行于基板的纵向或幅材方向。建模表面25的温度受控。当工具27以逆时针方式旋转时，涂覆基板通过定位在9点钟和3点钟方向的2个辊23和28穿过工具27的下半部。树脂涂覆基板21在由9点钟位置的辊23形成的第一个辊隙点处第一次接触工具27的模塑表面25。在该辊隙点处形成涂层珠以平滑基板上树脂涂层中的任何不规则部分。然后通过暴露于两个光化辐射源29来固化可固化树脂，光化辐射源被定位成在模塑表面25旋转经过其5点钟和7点钟位置时照射树脂。光化辐射源为Model F600Fusion型固化系统(得自马里兰州盖瑟斯堡的辐深系统公司(Fusion UV Systems Inc.,Gaithersburg,MD))中的D灯提供的紫外光。每行灯包含垂直于模制辊旋转方向定位的两个灯。灯与模制辊之间的距离被设置为使得模塑表面25位于灯的焦点处。两行灯均以240W/cm²工作。在树脂直接接触模塑表面25时，辐射穿过基板21并进入树脂中以影响固化。产物为微结构化复合材料31，该材料包括PET基板和固化微结构化树脂，该树脂具有与图6所示结构相同的角度和设计，不同之处在于该结构具有40微米的节距和55微米的高度。微结构化复合材料31穿过由3点钟辊28形成的第二辊隙点之后，被拉离模塑表面25。日光重定向微结构化复合材料随后存放在辊30上。

实施例5：

树脂组合物、基板和工艺与实施例4相同，但模塑表面被图案化以形成日光重定向复合材料，其中固化的微结构化树脂具有图7中所示的结构。

实施例6：含珠漫射体

带有含珠硬质涂膜的PET膜得自Tekra(威斯康星州新柏林的EIS公司(EIS Inc.,New Berlin,WI)的分部)，商品名为Marnot XL Hardcoated .005 20 GU。使用该5密耳厚的漫射膜替代实施例4中使用的50微米厚PET基板，但树脂组合物、模塑表面和微复制工艺与实施例4相同。形成日光重定向复合材料，使得固化的微结构化树脂被施加至与漫射涂层相对的表面。

实施例7：

带有含珠硬质涂膜的PET膜得自Tekra(威斯康星州新柏林的EIS公司(EIS Inc.,New Berlin,WI)的分部)，商品名为Marnot XL Hardcoated部件#22116296(批次#CL13413)。使用该2密耳厚的漫射膜替代实施例4中使用的50微米厚PET基板，但树脂组合物、模塑表面和微复制工艺与实施例5相同。形成日光重定向复合材料，使得固化的微结构化树脂被施加至与漫射涂层相对的表面。

实施例8：

树脂由以60/20/20的重量比组合的Photomer 6210、SR238和SR351构成。以每100份树脂0.5份的重量比添加Irgacure TPO。基板为3M公司(3M Company)生产的50微米厚PET膜。用于制备微复制漫射体的微复制工艺与实施例4中所述相同。模塑表面类似于US8657472中所述的那些，微复制漫射体的雾度为65％。

实施例9：

模塑表面与实施例2中所述相同。树脂组合物和微复制工艺与实施例4中所述相同。所用的基板为实施例8的产物，具有65％的雾度。形成日光重定向复合材料，使得固化的微结构化树脂被施加至与实施例8中所施加漫射涂层相对的表面。

实施例10：

树脂组合物与比较例8中所述相同。基板为3M公司(3M Company)生产的50微米厚PET膜。用于制备微复制漫射体的微复制工艺与实施例4中所述相同。模塑表面类似于US8657472中所述的那些，微复制漫射体的雾度为35％。

实施例11：

模塑表面与实施例2中所述相同。树脂组合物和微复制工艺与实施例4中所述相同。所用的基板为实施例10的产物，具有35％的雾度。形成日光重定向复合材料，使得固化的微结构化树脂被施加至与实施例10中所施加漫射涂层相对的表面。

Claims (15)

1.一种光控构造，包括：

光学基板，所述光学基板具有第一主表面和与所述第一主表面相背对的第二主表面；

其中参考平面被定义为平行于所述光学基板的所述第一主表面和所述第二主表面并位于所述第一主表面和所述第二主表面之间；

其中参考x轴被定义为正交于所述参考平面；

其中参考y轴被定义为垂直于所述参考x轴并落在平行于所述参考平面的平面内；

其中所述参考x轴和所述参考y轴在被定义为原点的位置处彼此相交，所述原点位于所述光学基板的所述第二主表面上；

其中所述光学基板的所述第二主表面包括一个或多个微结构化棱柱元件；

其中所述参考x轴的正方向被定义为从所述原点朝向所述一个或多个微结构化棱柱元件的方向；

其中所述参考y轴的正方向被定义为从所述原点指向从所述参考x轴的所述正方向沿顺时针方向旋转后的方向；

其中微结构化棱柱元件的横截面具有包括五个大体为直的边(边A、B、C、D和E)的双峰形状，使得：

微结构化棱柱元件的每个边具有第一端部和第二端部；

所述微结构化棱柱元件的边A平行于所述光学基板的所述第二主表面并且与所述第二主表面相邻并且从所述原点延伸，其中边A的第一端部位于所述参考y轴的所述正方向上；

所述微结构化棱柱元件的边B的第一端部连接至边A的第二端部，并且边B的第二端部连接至边C的第一端部；

其中边B从连接至边A的点朝向所述参考x轴的所述正方向延伸；

其中边B与穿过边A和边B的连接点的平行于所述参考x轴的线形成α角；

所述微结构化棱柱元件的边C的第二端部连接至边D的第一端部；

其中边C从与边B相交的点沿逆时针方向延伸；

所述微结构化棱柱元件的边D的第二端部连接至边E的第一端部；

边C和边D限定从边C沿逆时针方向朝向边D测量的谷角；

所述微结构化棱柱元件的边E的第二端部连接至边A的第一端部；

其中边E与边A的所述参考x轴形成β角，所述参考x轴穿过边A和边E的连接点；

其中所述谷角为10至170度；

其中从边A到所述微结构化棱柱元件的最高点的最短距离限定所述微结构化棱柱元件的高度；

其中边A的长度限定微结构化棱柱元件的节距；

其中通过所述高度除以所述节距而限定的所述微结构化棱柱元件的纵横比为1.55或更小；

其中与边B和边C的连接点相交的边A的法线和与边C和边D的连接点相交的边A的法线之间的距离限定峰间距；

其中所述峰间距大于所述节距的10％；

其中当入射光线在穿过所述光学基板的所述第一主表面之前穿过所述第二主表面并且作为输出光线离开所述光控构造时，在从平行于所述参考x轴的线沿顺时针方向测量的10至65度的所述入射光线的入射角的任意值处，以从平行于所述参考x轴的线沿顺时针方向测量的0至45度角离开的输出光线的能量除以所述输出光线的总能量小于25％。

2.根据权利要求1所述的光控构造，其中所述节距为35至45微米。

3.根据权利要求1所述的光控构造，其中所述高度为30至80微米。

4.根据权利要求1所述的光控构造，其中所述纵横比为1.0至1.5。

5.根据权利要求1所述的光控构造，其中所述谷角为40至90度。

6.根据权利要求1所述的光控构造，其中所述β角为5至15度。

7.根据权利要求1所述的光控构造，其中所述β角为10度或更小。

8.根据权利要求1所述的光控构造，其中当入射光线在穿过所述光学基板的所述第一主表面之前穿过所述光学基板的所述第二主表面并且作为输出光线离开所述光控构造时，在从平行于所述参考x轴的线沿顺时针方向测量的10至65度的所述入射光线的入射角的任意值处，以从平行于所述参考x轴的线沿顺时针方向测量的0至45度角离开的输出光线的能量除以所述输出光线的总能量小于20％。

9.根据权利要求1所述的光控构造，其中：

·所述节距为35至55微米；

·所述高度为45至78微米；

·所述纵横比为1.2至1.5；

·所述谷角为60至80度；

·所述α角为15至25度；并且

·所述β角为5至15度。

10.根据权利要求1所述的光控构造，其中：

·所述节距为35至55微米；

·所述高度为40至72微米；

·所述纵横比为1.1至1.3；

·所述谷角为50至70度；

·所述α角为18至28度；并且

·所述β角为4至12度。

11.根据权利要求1所述的光控构造，其中：

·所述节距为约40微米；

·所述高度为约50微米；

·所述纵横比为约1.2；

·所述谷角为约60度；

·所述α角为约23度；并且

·所述β角为约7度。

12.根据权利要求1所述的光控构造，其中：

·所述节距为约30微米；

·所述高度为约36微米；

·所述纵横比为约1.2；

·所述谷角为约60度；

·所述α角为约23度；并且

·所述β角为约7度。

13.根据权利要求1所述的光控构造，其中：

·所述节距为约50微米；

·所述高度为约61微米；

·所述纵横比为约1.2；

·所述谷角为约60度；

·所述α角为约23度；并且

·所述β角为约7度。

14.根据权利要求1所述的光控构造，其中：

·所述节距为35至55微米；

·所述高度为40至77微米；

·所述纵横比为1.2至1.4；

·所述谷角为35至55度；

·所述α角为10至20度；并且

·所述β角为5至15度。

15.根据权利要求1所述的光控构造，其中：

·所述节距为25至35微米；

·所述高度为30至49微米；

·所述纵横比为1.2至1.4；

·所述谷角为35至55度；

·所述α角为10至20度；并且

·所述β角为5至15度。