CN108027128A - 色彩反射单元 - Google Patents

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Abstract

色彩漫射层(510)包括嵌入在基体(39)中的多个纳米颗粒(37)，用于平均尺寸d在10nm≤d≤240nm范围内的类瑞利散射，并且所述色彩反射单元的蓝色和红色散射光学密度之间的比率Log[R(450nm)]/Log[R(630nm)]落在5≥γ≥2.5的范围内，其中R(λ)是色彩反射单元的单色归一化镜面反射率，所述比率是色彩反射单元的镜面反射率和与参考样品的镜面反射率之间的比率，除了其色彩漫射层不包含尺寸d在10nm≤d≤240nm范围内的纳米颗粒之外，参考样品与色彩反射单元相同；对于与色彩反射单元(506)的反射层(508)垂直的方向，色彩反射单元在450nm波长处的单色归一化镜面反射率R(λ)在约0.0025至约0.15的范围内，例如由方程0.0025≤R(450nm)≤0.15，0.0025≤R(450nm)≤0.05，0.0025≤R(450nm)≤0.04定义。

Description

色彩反射单元
技术领域
本公开总体上涉及色彩镜单元，尤其是涉及可以应用于照明系统或建筑物的立面结构中以提供所需的光学和视觉效果的基于纳米颗粒的光影响单元。
背景技术
在16世纪的镜子制造技术的改进导致在室内设计中越来越多地使用光学镜元件。例如，用反射表面覆盖墙壁的一部分产生了空间增强的印象并且增加了深度感知。从那时起，镜子就成为能够通过扩大感知体积来改善氛围舒适感的必不可少的组成部分。一般来说，在现代和当代建筑中，反射表面被用来为观察者提供特定的感知。
以下公开内容至少部分地基于特定的基于纳米颗粒的反射单元，以及它们在主动和被动照明领域中的应用，例如一般性的照明或户外立面应用中的照明。
如本文将公开的，基于特定纳米颗粒的反射单元可以用于为观察者提供室外或室内墙壁的特定视觉感知。这些单元可以提供特定的色彩和反射特征，其提供例如在2014年5月13日由相同申请人提交的国际专利申请PCT/EP2014/059802中所描述的太阳模仿照明系统的特性，其中对反射层和漫射层进行了组合。
例如，在现代建筑中，立面结构结合了各种各样的功能。首先，审美方面涉及建筑物的感知以及建筑物在其他建筑物的环境中、在不同的天气条件下以及相应的照明情况下如何被感知。而且，建筑物的主动照明允许即使在晚上也能提供建筑物的特定视觉印象。
关于类瑞利(Rayleigh-like)漫射层，由相同申请人提交的几个申请(例如EP230478 A1，EP 2304480 A1和WO 2014/076656 A1)公开的照明系统使用了产生可见光的光源以及包含用于透射的纳米颗粒的面板，即光源和照明区域位于面板的相对侧上。在这些照明系统的工作过程中，面板接收来自光源的光并作为所谓的瑞利漫射器进行传播，即，与晴空条件下的地球大气相似地对入射光进行漫射。具体而言，这些概念是指具有较低相关色温(CCT)的定向光(相当于日光)和具有较大CCT的漫射光(相当于蓝色天空的光)。
然而，例如在上述PCT/EP2014/059802中引入反射特征可能会影响由于存在反射而导致的感知。具体来说，对于通过提供自然的模拟天空太阳照明而意图欺骗眼睛的照明系统，例如与天空和太阳的视觉外观一起，避免或至少减少颜色和亮度的不均匀性以保持所需的光学和视觉效果。另一方面，类似于大窗户的类似镜子的门面的不利方面在于不易被鸟类识别(例如被认为是天空)而容易导致鸟类飞向并撞击该门面。
因此，本公开至少部分地针对改进或克服现有系统的一个或多个方面。
发明内容
在第一方面，本公开涉及一种色彩反射单元，其包括具有多个非共面表面部分的支撑结构，形成在所述多个非共面表面部分上的反射层，从而形成多个非共面反射表面部分,所述多个非共面反射表面部分分别与所述多个非共面表面部分中的一个相关联；以及色彩漫射层，其具有设置在所述反射表面部分处的背面和用于被入射光照射的正面，色彩漫射层包括嵌入在基体中的多个纳米颗粒，并被配置为与非共面反射表面部分(3')一起提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率。
另一方面，一种色彩反射单元包括被构造成色彩漫射层的支撑结构，其具有包括多个非共面表面部分的背面和用于被入射光照射的正面。所述色彩漫射层包括嵌入在基体中的多个纳米颗粒，并被配置为提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率和蓝色方面比红色方面更高的漫反射率。色彩反射单元还包括形成在背面的多个非共面表面部分上的反射层，从而形成分别与多个非共面表面部分中的一个相关联的多个非共面反射表面部分。
另一方面，色彩反射单元包括：支撑结构，所述支撑结构包括连续粗粒表面，所述连续粗粒表面包括提供多个表面部分的多个马赛克状表面结构；形成在所述连续粗粒表面上的反射层，从而形成多个非共面反射表面部分；以及色彩漫射层，其具有设置在所述反射表面部分处的背面和用于被入射光照射的正面，其中所述色彩漫射层包括嵌入在基体中的多个纳米颗粒并且被配置为与反射层一起提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率。
另一方面，色彩反射单元包括构造为色彩漫射层的支撑结构，其具有包括连续粗粒表面的背面和用于被入射光照射的正面，所述连续粗粒表面包括提供多个表面部分的多个马赛克状表面结构，其中所述色彩漫射层包括嵌入基体中的多个纳米颗粒，并且被配置为提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率，以及形成在连续粗粒表面上的反射层，由此形成多个非共面反射表面部分。
另一方面，本发明涉及一种用于建筑物(内部或外部)的立面元件，其使用上面概括和在本文中公开的色彩反射单元来提供特定外观，尤其是以(基于阳光-天空的)自然的方式。
这里将理解，非共面反射表面部分不位于同一平面内，并且可以考虑反射表面部分与色彩漫射层(或者色彩漫射层的光学相关部分)的任何组合以形成色彩反射单元的色彩反射部分。
支撑结构通常包括其上形成有多个非共面表面部分的表面侧。通常，表面侧基本上作为表面(平面或弯曲)延伸并且提供色彩反射单元的基本表面类型。
其它方面包括用于附接到建筑物墙壁的色彩反射结构单元，具有墙壁和基于本文公开的色彩反射结构单元的附接到墙壁的立面结构的建筑物，以及使用如本文所公开的色彩反射单元的照明系统。另外，其它方面还涉及一种用于为建筑物的外部部分提供从地面上的观察者区域观看所获得的视觉外观的方法，其类似于真实天空的外观，尤其是通过使用如本文所公开的色彩反射单元。
在权利要求书中进一步公开了上述方面的实施例，其通过引用并入本文。
例如，在一些实施例中，反射结构单元基于在上述国际专利申请PCT/EP2014/059802中公开的反射镜结构，其以引用方式并入本文。具体而言，国际专利申请PCT/EP2014/059802公开了一种具有反射表面和漫射层的反射镜，漫射层位于例如用于以类似太阳的方式照亮展览对象的反射表面的前方。漫射层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。例如，散射发生在瑞利或扩展的类瑞利状态。
关于反射结构单元的色彩漫射层，本公开涉及在相同申请人提交的国际申请WO2009/156348 A1中公开的作为中午构型的天空-太阳纳米漫射器的光学漫射器。其中术语“天空-太阳纳米漫射器”是指模拟自然天空对太阳光的漫射的光学漫射器。因此，本文公开的色彩反射单元可以在一些实施方式中涉及WO2009/156348A1中公开的那种类型的光学纳米漫射器，其包括基本上透明的固态基体，其中分散有多个固态透明纳米颗粒，以薄膜、涂层或诸如夹层型实施例的块状材料的形式。在本说明书中，术语“漫射层”、“纳米漫射器”以及主动照明的实施例中的“色彩漫射层”通常表示光学元件，其包括嵌入有这些(基本上透明的)纳米颗粒的基体。
原则上，色彩漫射层能够根据自然界产生色彩分离的相同机制(色彩地)分离具有宽光谱带宽(例如通常为白光)的入射光的不同色彩分量。例如，瑞利散射产生了天空光和太阳光的光谱分布特性。更具体地说，色彩漫射层能够在受到可见白光照射时再现两种不同色彩分量的同时存在：漫射的天空状光，其中蓝色(换句话说，蓝色或“冷”光谱部分)占主导，以及透射的和由反射表面所反射的入射光，其具有蓝色减少的分量(换句话说，黄色或“温暖”光谱部分)。
关于色彩反射单元的色彩反射部分的反射特性，其结构是这样的，即基于纳米颗粒实现这样的特定光学特性，该特定光学特性包括红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率，以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率。例如，可以在反射表面部分的至少50％上、优选地在至少70％上、或者甚至在至少90％上实现该光学性质。
这里，如在美国材料和试验协会(ASTM international)的E284-09a标准外观术语(Standard Terminology of Appearance)中所定义的，反射率通常是在给定条件下的发光通量与入射通量之比。例如，漫反射率是由反射通量与入射通量的比率所给出的相应样本的性质，其中除了在镜面反射角度的方向上之外，反射在由测量平面界定的半球内的所有角度上。类似地，镜面反射率是镜面角下的反射率，即与入射角相等且相反的反射角。在本公开的情形中，对于给定的波长和在反射表面部分上的给定位置，漫反射率和镜面反射率适用于相对于给定位置处的反射表面部分的法线具有45°入射角的非偏振入射光。对于测量来说，用于测量镜面反射率和入射光束的角度孔径的检测器的角度大小可以在对于本领域技术人员而言清楚明了的范围内选择。尤其是当考虑(白光)小角度漫射器时，例如，用于测量镜面反射率和入射光束的角度孔径的检测器的角度大小应当被配置为使得检测器接收在围绕反射轴的锥体内反射的光线。在一些实施例中，可以使用2×0.9°的角度孔径，如例如在用于介绍雾度计和光泽度计的BYK-Gartner“反射雾度的感知和客观测量(Perception and Objective Measurement of Reflection Haze)”，FriedhelmFensterseifer，BYK-Gardner，BYK-Gardner目录2010/2011)。
此外，反射通量在所有可能的入射方位角上被平均。在漫反射率和/或镜面反射率的测量受到与色彩反射单元的构造相关的几何或其他物理约束的影响的情况下，本领域技术人员可以通过从色彩反射单元形成至少一个分离的色彩反射部分并直接在该部分上测量反射率来获得上述数量。关于微观结构性质的细节，例如参考上述公开说明书WO2009/156348A1。然而，微观参数的不同值也可能是适用的。例如，可以应用相对于非散射光产生更大量散射光的参数。类似地，为了最小化或至少减小镜面反射场景的可见度，人们可能倾向于增加对由于漫射光引起的对于色彩反射单元的亮度的作用，尽管由此产生的感知颜色可能偏离完美晴朗天空的颜色。后者可能是由于其中出现多重散射而降低颜色饱和度的等级所引起，并且甚至可能在浓度低于引起多重散射的浓度下引起。
在下文中，示例性地概述了一些微观特征。
色彩效应基于具有例如10nm至240nm范围内的尺寸的纳米颗粒。例如，平均尺寸可以在该范围内。
从光散射的基础知识可以知道，包含透明基体和相对于基体具有不同折射率并且具有(明显)小于可见光波长的尺寸的透明纳米颗粒的透明光学元件将优先散射光谱的蓝色部分(蓝色)，并透射红色部分(红色)。虽然对于小于或约等于波长λ的1/10的粒径，每单个颗粒的散射效率的波长依赖性接近λ-4瑞利极限定律，在纳米颗粒尺寸的上述范围内可以达到相应的可接受的光学效应。一般而言，共振和衍射效应可能会在尺寸更大的情况下开始出现，例如波长的一半。
另一方面，每个单一颗粒的散射效率随着粒度d的减小而降低，与d-6成比例，使得使用太小的颗粒不方便，并且在传播方向上需要大量的颗粒，这又可能受到允许的填充率的限制。例如，对于厚的散射层，嵌入基体中的纳米颗粒的尺寸(尤其是其平均尺寸)可以在10nm至240nm的范围内，例如20nm至100nm的范围内，例如20nm至50nm，而对于小型器件，例如使用诸如涂层和油漆之类的薄层，尺寸可以在10nm至240nm的范围内，例如50nm至180nm的范围内，例如70nm至120nm。
在一些实施方案中，可以在基体内提供尺寸在该范围之外的较大颗粒，但是那些颗粒可能不会影响类瑞利特征，并且例如仅有助于在镜面反射周围形成小角度散射锥。
色彩效应还基于折射率不同于嵌入基体的折射率的纳米颗粒。为了进行散射，纳米颗粒具有与基体nh(也称为主体材料)足够不同的实际折射率np，以允许发生光散射。例如，颗粒与主体介质的折射率之间的比率可以在0.5≤m≤2.5范围内，例如0.7≤m≤2.1范围内或0.7≤m≤1.9范围内。
色彩效应还基于由在给定方向上传播的入射光所见的每单位面积的纳米颗粒的数量以及体积填充率f。体积填充率f由ρ给出，其中ρ[米-3]为每单位体积的颗粒数量。通过增加f，漫射层中的纳米颗粒的分布可能失去其随机性，且颗粒位置可能变得相关。结果，由颗粒分布散射的光经历了不仅取决于单颗粒特性而且取决于所谓的结构因子的调制。一般来说，高填充率的影响是散射效率的严重耗散。此外，尤其是对于较小的颗粒尺寸，高填充率也会影响散射效率对波长和角度的依赖性。人们可以通过使用f≤0.4，诸如f≤0.1或甚至f≤0.01，例如f＝0.001这样的填充率f来避免那些“紧密堆积(closepacking)”效应。
色彩效应进一步基于根据有效粒径D＝d nh的色彩漫射层的每单位面积的纳米颗粒的数量N。因此，d[米]是平均颗粒尺寸，其在球形颗粒的情况下定义为平均颗粒直径，以及在非球形颗粒的情况下定义为体积-面积当量(volume-to-area equivalent)球形颗粒的平均直径，如在[TC GRENFELL和S.G.WARREN，“通过散射和吸收辐射的独立球体的集合表示非球形冰粒(Representation of a non-spherical ice particle by a collectionof independent spheres for scattering and absorption of radiation)”。地球物理研究杂志(Journal of Geophysical Research)104，D24，31697-31709。(1999)]。有效粒径以米为单位给出，或者在特别规定的情况下以nm为单位给出。
在一些实施例中：(D的单位为[米])以及例如,以及更具体地，以及
例如，对于旨在模拟纯晴天的存在的实施例而言，(D的单位为[米])以及 例如,以及更具体地，以及
在旨在最小化镜面反射场景的贡献的其他实施例中，(D的单位为[米])以及 例如,以及更具体地，以及
关于这些物理参数及其一般的相互作用，再次参考例如WO 2009/156348A1。
本文公开的色彩反射单元尤其是色彩反射部分的宏观光学性质可以用以下两个量来描述：
(i)单色归一化镜面反射率R(λ)，定义为色彩反射单元的镜面反射率和与色彩反射单元相同的参考样本的镜面反射率之间的比率，除了漫射层不包含尺寸在10nm至240nm范围内的纳米颗粒，即负责优先漫射入射辐射的短波长的纳米颗粒。
(ii)蓝色和红色光密度之间的比率γ定义为：
γ≡Log[R(450nm)]/Log[R(630nm)]，其度量色彩反射装置在入射辐射的长波长和短波长分量之间提供色度分离的能力。
在一些实施例中，所述色彩反射单元(尤其是色彩反射部分)可以具有：
R(450nm)的范围为0.05-0.95，例如0.1-0.9，例如0.2-0.8。例如，对于旨在模拟纯晴天的存在的实施例，R(450nm)可以在0.4-0.95的范围内，例如0.5-0.9，例如0.6-0.8。
在旨在减少(例如最小化)镜面反射场景所起的作用的实施例中，R(450nm)可以在0.05-0.5的范围内，例如0.1-0.4，例如0.2-0.3。
关于在一些实施例中的蓝色和红色光学密度之间的比率γ，γ可以在5≥γ≥1.5范围内，或者5≥γ≥2，甚至可以是5≥γ≥2.5，例如5≥γ≥3.5。
对于在外界环境中的使用，考虑到完整性，适于这种类型的应用的无机颗粒可以包括但不限于ZnO、TiO2、ZrO2、SiO2和Al2O3，其例如具有折射率np＝2.0、2.6、2.1、1.5和1.7，以及在可见光区基本上透明的任何其他氧化物。在使用无机颗粒的情况下，可以使用有机基体或无机基体来嵌入诸如钠钙硅玻璃、硼硅酸盐玻璃、熔融石英、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯(PC)的颗粒。通常，也可以使用有机颗粒，尤其是用于例如具有减少的或不具有紫外线(UV)部分的照明构型。
纳米颗粒的形状基本上可以是任何形状，而球形颗粒是最常见的。
如上所述，纳米颗粒和/或基体和/或另外嵌入的颗粒可能不吸收可见光，或者可能仅在一定程度上吸收可见光。因此，离开色彩反射单元的光的亮度和/或光谱(即，颜色)可能仅非常少地或完全不受吸收的影响。可见光谱中基本上与波长无关的吸收也可以是可接受的。
如下文当中将针对各种示例性实施例示例性描述的那样，将色彩漫射层的上述特征与本文公开的结构特征进行结合可以解决现有技术的一个或多个方面的问题。
根据以下描述和附图，本公开的其他特征和方面将变得清楚明了。
附图说明
并入本文并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。在附图中：
图1是具有多个反射表面部分的示例性色彩反射单元的示意性俯视图；
图2(a)和图2(b)是图1所示的色彩反射单元的示意性横截面图，示出了漫射光和镜面反射光对于外观所起的作用；
图3是用于基于图2所示的横截面限定反射表面的表面形状的示意图；
图4至图6是色彩反射单元的夹层型构造的示意性横截面图；
图7至图9分别是色彩反射单元的基于面板的结构的示意性横截面图、示意性俯视图和示意性3D视图；
图10和图11是示出多个反射表面部分的示例性布置的示意性俯视图；
图12至图15是提供非平面反射表面部分的色彩反射单元的示意性横截面图；
图16至图18分别是提供反射表面部分子组的色彩反射单元、提供随机定向平面表面部分的色彩反射单元和提供随机定向凹面部分的色彩反射单元的示意性横截面图；
图19是具有基于用于阴天天气状况的色彩反射单元的立面元件的建筑物顶部的示意图；
图20是用于说明观察者区域内的光学印象的图19的建筑物的概略侧视图；
图21是图19的建筑物的局部晴天的另一视图；
图22和图23是说明阴天天空的不均匀亮度及其对色彩反射单元的视觉外观的影响的示意图；
图24是具有形成色彩反射结构单元的一系列倾斜反射镜单元的示例性立面元件的示意图；
图25是表示图24的立面元件的反射镜单元的安装的细节视图；
图26是用于色彩反射结构单元的反射镜单元的另一种安装结构的示意图；
图27至图29示出了建筑物上的色彩反射结构单元的各种安装构造；
图30是基于玻璃面板的反射镜单元的示意图；
图31是基于夹层结构的反射镜单元的示意图；
图32是用于立面元件的室外夜间照明的照明概念的示意图；
图33是图32的夜间照明的外观的示意图；
图34是基于色彩反射单元的室内照明概念的示意图；和
图35是使用具有包括示例性表面结构的小规模随机定向反射表面部分的色彩反射单元的照明系统的示意图。
图36是在反射构造中使用类瑞利(Rayleigh-like)散射面板的示例性照明系统的示意图。
具体实施方式
以下是本公开内容的示例性实施例的详细描述。其中所描述的和附图中示出的示例性实施例旨在教导本公开内容的原理，使得本领域的普通技术人员能够在许多不同的环境中以及许多不同的应用中实现和使用本公开内容。因此，示例性实施例并非旨在且不应被认为是对专利保护范围的限制性描述。相反，专利保护的范围应由所附权利要求限定。
本公开在某种程度上基于以下认识：在诸如上述PCT/EP2014/059802中描述的那些系统中，周围场景的镜面反射(例如可识别的室内或室外环境的场景或以空间结构亮度分布为特征的任何场景)，作为背景叠加到蓝色散射光上。这可能导致装置发射的光的颜色均匀性和亮度均匀性降低，并且因此也导致对无限深度天空的理想感知的破坏。
此外，已经认识到，对于在阴天条件下的户外应用，在可能需要再现蓝色的天空的情况下，类似于上述PCT/EP2014/059802中描述的系统可能不能够或不太有效地产生典型观察位置的蓝色亮度。考虑到户外环境场景中最明亮的部分通常在地平线上方，并且观察者通常可以从下方观看该装置，所以观察者将看到(由系统反射的)场景中最明亮的部分，由此产生淡黄色而不是所需的蓝色。
本公开在某种程度上基于以下认识：通过提供能够防止或至少减少(例如最小化)来自周围场景的结构化亮度分布对于镜面反射图像的所不希望的作用的影响的光学单元，可以控制色彩反射单元的视觉外观，因为这为较冷(蓝色)散射光提供了作为背景叠加的较暖的(黄色)作用。
进一步认识到，当减少反射表面的几何均匀性时，可以减少甚至克服周围场景中明亮物体的镜面反射的色彩破坏效应。例如，提供反射表面部分的随机定向将可以避免反射区域的清晰图像。这里，反射表面部分的随机定向可以理解为不均匀。例如，鉴于数量有限的反射表面部分，可以选择离散数量的定向(倾斜角/入射角)，并且反射表面部分可以单独地或成组地关联到所述定向。
类似地，提供在子集内具有基本上相同的定向但在子集之间具有不同定向的反射表面部分的子集同样可以避免清晰的反射图像的外观(或提供该子集，使得在下文详述的不同位置处可见)。因此，那些结构可以能够维持可由如本文所公开的色彩反射单元提供的特定深度感知。
此外，本公开在某种程度上还基于以下认识：通过提供两个或更多个反射表面部分的子组，可以增加与深度感知相关的那些观察区域，每个子组将光束的相关部分(每个部分在不同的角度入射)反射到另一个空间分离的观察区域。例如，这可以允许在多个观察者区域的观察者获得太阳-天空印象。
本公开在某种程度上还基于以下认识：通过提供多个反射表面部分，可以将反射区域放大和/或聚焦到相应的更大或更小的观察区域。因此，可以从放大的观察者区域获得太阳-天空印象。
本公开在某种程度上还基于以下认识：即使在没有定向照明的情况下(例如在没有定向阳光照射或准直的投射光的情况下)，本文公开的色彩反射单元也可以工作，并且仍然可以产生逼真、鲜明的天空和太阳的外观，以及与之相关的自然深度感。
本公开在某种程度上还基于以下认识：在此公开的色彩反射单元的概念甚至能够依赖参与到色彩反射单元的照明的整个亮度分布的小的不平衡，从而有助于色彩反射单元的色彩输出(外观)。
在一些实施例中，色彩输出被实现为将阴天的灰色阴影转换为对于晴朗或部分晴朗的天空而言典型的颜色的广泛分布，包括完全清澈明亮的天空的温暖的蓝色色调以及由沿大气中的长路径传播并且照亮例如一组云朵的阳光所产生的温暖的黄色和红色色调。色彩输出还被实现为即使在基本阴天的天气条件下(作为没有与照亮色彩反射单元的太阳光线或投射器照明(即照明构型)相关的定向光的作用的光照条件的一个例子)也类似天空的视觉外观。
本公开在某种程度上还基于以下认识：以最小化(或者至少减少)由于周围场景的镜面反射的温暖作用而具有散射光的蓝色的损坏的方式，可以实现所述色彩反射单元的所期望的性能(在其被适当配置的情况下)。这可以通过配置该单元来增加(例如最大化)使观察者看到通常由比周围场景的平均亮度低的亮度所表征的区域的反射图像的概率来实现。例如，该构型可以选择地面作为反射场景。在具有在观察者上方的位置处沿着垂直壁安装的色彩反射单元的那些实施例中，可以配置色彩反射单元，使得反射表面部分以它们的法向矢量指向地面的方式定向。例如，反射表面部分的法向矢量可以相对于墙壁(假设为平面表面类型，相对于该表面类型的法向矢量)的法向矢量形成5°、20°、50°的平均角度。
本公开在某种程度上还基于以下认识：通过经由反射表面提供镜面反射光对适当配置反射表面而感知到的外观的特定作用，可以有利地组合漫射光和镜面反射光这两个分量。例如，就立面实施例而言，可以相对于垂直线选择倾斜度，由此具有对镜面反射(通常具有比天空低的亮度的地面和地平线以下的物体)产生作用的较低亮度的区域，并突出由在任何方向上影响色彩反射镜的完整亮度分布所产生的蓝色分量。
作为例子，大规模使用的色彩反射单元可以将发白的天空(例如，在阴天)的不均匀亮度转换为建筑物立面的不均匀的色彩蓝色外观。具体而言，对于那些使观察者看到较暗场景的镜面反射图像的观察方向，这是可能的。此外，也可以将这些不均匀亮度转换成对于这些方向不均匀的黄色外观，这使得观察者能够看到场景中较亮部分的反射图像。在建筑物的立面由本文所公开的色彩反射单元形成并且具有其法线朝向地面的反射表面部分的情况下，站在地面上的观察者优选地看到朝向观察者发出蓝光的立面的下部，而立面的最高部分使观察者看到高亮的天空的镜面反射，被看作是向观察者发射黄光。值得注意的是，观察者看到的淡蓝色和淡黄色区域之间的比例可以通过改变反射表面部分的倾斜度来改变，所述比率随着反射表面部分的法线与建筑物墙壁法线之间角度的增加而增加。
换句话说，本公开在某种程度上还基于以下认识：可以配置多个色彩反射表面部分(确定尺寸和定向)，以当存在由宽光谱分布的光的不均匀照明的情况下提供天空般的色彩分离，从而产生类似于真实天空的视觉外观的光的输出色彩和亮度分布。
本公开在某种程度上还基于以下认识：通过增加反射表面部分的法线与墙壁(中心平面)的法线之间的角度，可以增加光进入由摩天大楼界定的峡谷般的街道中的向下引导，这增加了地面的自然采光。另外，峡谷观感的去除可以通过改变一个或多个建筑物的外观来实现，例如，使建筑立面看起来与天空相似。因此，可以认识到，由本文公开的色彩反射单元提供的强烈的深度效果和自然印象可以消除或至少减少由狭窄深邃的街道引起的幽闭恐怖感。此外，它可以增加地面(或一般而言，“阴影”中的观察者区域)的发光水平，并且改善由可用光线提供的舒适度和品质。
在下文中，结合图1至图18公开了色彩反射单元的各种实施例。作为示例性应用，结合图19至图32公开了使用色彩反射单元作为立面元件。作为进一步的应用，结合图33至图35公开了在有源照明概念内使用色彩反射单元。然而，应注意的是，户外立面应用的特征例如可以类似地适用于室内应用。类似地，非照明应用的特征可以应用于照明应用，这对于本领域技术人员是清楚明了的。
图1示出了具有由色彩漫射层5覆盖的多个反射表面部分3'的色彩反射单元1的俯视图。示例性地，图1中的反射表面部分3'具有矩形的基本形状，并且被布置为使得色彩反射单元1也具有矩形的基本形状。但是，其他形状也可以适用。
从下面描述的实施例中将清楚明了的是，反射表面部分3'可以通过某种类型的过渡表面部分连接，或者可以由结构上独立的表面部分形成。而且，反射表面部分3'可以是平面形状的表面(示例性地在图1中示出了x坐标和y坐标)，或者可以以3D形式延伸为诸如弯曲或部分弯曲的表面的3D型表面。反射表面部分3'可以通过在支撑结构的多个非共面表面部分上施加反射层来形成。
色彩漫射层5包括嵌入透明基体中的多个纳米颗粒。纳米颗粒和透明基体在折射率方面有差异。折射率的差异、嵌入在基体中的纳米颗粒的尺寸分布以及每单位表面积的纳米颗粒的数量被选择为使得提供对于红色(在入射宽谱的较长波长的意义上)比对于蓝色(在入射宽谱的较短波长的意义上)更大的镜面反射率，并且由色彩反射部分6(由反射表面部分3'与色彩漫射层5在相应的反射表面部分3'前面的部分组合形成)提供由蓝色方面比红色方面更高的漫反射。
图2示出了图1的色彩反射单元1的示意性横截面，用于示出光学特征(参见图2的(a)部分)以及受镜面反射图像影响的光学外观(参见图2的(b)部分)。该横截面示出了在横截面的方向上给出的锯状形状，其中y坐标限定了横截面的方向。如图2所示，色彩反射部分6的反射表面部分3'在y方向上形成一系列表面部分，所述表面部分在y方向上相对于彼此规则地移位并且相对于y方向倾斜。因此，图2中所示的反射表面部分3'彼此不共面，因为它们不位于共同的平面中。
如将在下面描述的那样，值得注意的是，沿x方向(参见图1)的相邻反射表面部分原则上可以是共面的，或者其子组可以是共面的。然而，在x方向上，也可以存在如下所述的类似的横截面表现方式。
参考图2，紧凑构型的色彩反射单元1包括衬底7，衬底7被成形为使得可以在其表面上设置分别形成并定向的色彩反射部分6。衬底7可以是铸塑聚合物层，例如具有例如金属(如铝或钢)的背层的泡沫，并且在一些情况下也可以添加PVC层。衬底7所具有的锯齿状的的弯曲形状被转变成所施加的反射层3的形状。
反射表面部分3'可以是连续反射层3的用作支撑结构的部分，例如设置在衬底7上的反射涂层或反射箔。在一些实施例中，反射层尤其是可以被施加到相应的表面部分7'上。在该反射层上，色彩漫射层5也可例如以连续层的形式施加。在图2(a)和图2(b)中，反射层3和色彩漫射层5由单线进行图示。衬底7的每个“锯齿”包括表面部分7'，该表面部分7'是反射表面部分3'的基部，从而也是色彩反射部分6的基部。
参照图2(a)，色彩反射单元1用反射表面部分3'反射已经穿过色彩漫射层5的入射光9，使得镜面反射光穿过色彩漫射层5两次。如图2(a)所示，入射光9可以是从图2(a)中的右侧入射到色彩反射单元1上的非定向光。
如上所述，色彩漫射层5被构造为使得其相对于入射光9的长波长分量优先散射入射光9的短波长分量。散射光在本文中被称为漫射光11，并且假设给定选择纳米颗粒的散射条件，则它与蓝色(短波长)颜色相关联。
在图2(a)中，指出了观察者的示例性观察方向13。在观察方向13上，观察者将看到沿其方向发射的漫射光11的部分，因为漫射光11基本上均匀地从色彩漫射层5向所有方向均匀发射。显然，向反射表面部分3'发射的那些部分会被反射，并且在观看色彩反射单元1时也可以看到。另外，观察者看到透射的镜面反射光15(如上所述，由于蓝色分量的散射，因此是“黄色”)。所看到的镜面反射光15是基于入射光9的由色彩反射单元1重定向而面向观察者的观察方向13的部分9A。所述重定向可以包括纯粹的镜面反射以及之前讨论的前向散射。
作为嵌入纳米颗粒的结果，入射光9的在反射表面部分3'处规则地反射而没有通过与色彩漫射层5的散射相互作用而偏离的那部分具有可见光谱，该可见光谱不同于入射光9在相关质量波长中心的光谱，因为该光谱向更长的波长偏移(即，向带有黄色色调的红色)。入射光9的经受纳米颗粒基本类瑞利散射的部分以漫射的方式发射，由此获得在远离其表面的所有方向上基本均匀的亮度。值得注意的是，漫射光基于色彩反射单元1从任何方向受到的完整光照。换句话说，入射到色彩反射单元1上的所有光线都对漫射光产生作用，而与光的入射方向无关。
因此，当在特定方向(例如图2(a)中的观察方向13)上观看色彩反射单元1时看到的光包括被镜面反射的光和由散射产生并朝各自方向散射的漫射光的叠加。显然，在由色彩反射单元1提供的色彩分离包括“占主导的”漫射光分量的情况下，从某个观看角度观察色彩反射单元1的观察者可能具有仿佛看向蓝天一样的感知。相反，在由色彩反射单元提供的色彩分离包括占主导的镜面反射分量的情况下，他会获得仿佛看向太阳或被太阳照亮的物体(例如明亮的云朵)的感知。因此，入射光9的被感知反射部分9A的亮度与观察者感觉到的相应颜色印象相关，如下文结合图2(b)所解释的那样。
假设建筑物立面由如本文所公开的色彩反射单元形成，图2(b)中示出了色彩反射单元的定向。色彩反射部分6A、6B可以与相应的法线n相关。如图2(b)所示，法线n朝向地面。
如下面将要解释的，站在地面上(即在色彩反射单元1下方)的观察者优选地将立面的下部(色彩反射部分6A)看作是带有蓝色的，而使观察者看到高亮天空的镜面反射的立面的顶部(色彩反射部分6B)则被看作是淡黄色的。应注意的是，观察者所看到的蓝色和淡黄色促成作用之间的比率可以通过改变反射表面部分3'的倾斜度而改变。随着相应的反射表面部分3'的法线n与建筑物墙壁的法线之间的角度的增加，该比率也会增加(即，获得更蓝的感知)。
具体而言，沿着方向13A观察色彩反射单元1的色彩反射部分6A的观察者(由图2(b)中的点8所示)，会看到沿着镜面反射的方向13A'反射的黑暗物体10，例如，看到地面。结果，色彩反射部分6A对观察者而言呈现蓝色。实际上，由观察者沿着方向13A看到的色彩反射部分6A的亮度由于镜面反射(即，浅黄色(长波长)分量)而具有较小的促成作用。为此，对于沿着方向13A的色彩反射部分6A的亮度的主要作用是类瑞利散射光所起的作用，即，从任何方向入射到色彩反射部分6A上的光所起的作用，其最终逆着观察者的观察方向13A而被散射。
相反，观察者在沿着方向13B观察色彩反射单元1的色彩反射部分6B处时，将会看到沿着镜面反射方向13B'反射的明亮物体12，例如，明亮的多云白色天空。因此，沿着方向13B的色彩反射部分6B的亮度由于镜面反射(即深黄色(长波长)分量)而产生明显的作用。为此，观察者看到的对于色彩反射部分6B的亮度的主要作用是反射光所起的作用。结果，色彩反射部分6B对观察者呈黄色。
在某些实施例中，色彩反射单元可以足够大或者包括多个邻接的色彩反射部分6以被考虑到立面上，从而满足以下条件：
1.照亮色彩反射部分或多个色彩反射部分的光的亮度分布的特性可以改变，例如，在x-y平面(如图1中定义的x-y)上的角度和/或强度。例如，色彩反射单元的下部可能比上部获得较少的照明。
2.观看色彩反射部分或多个色彩反射部分的观察者在显著不同的视角下看到不同的部分。
如上所述，第一和/或第二条件可能导致观察者以不同颜色看到色彩反射部分或不同色彩反射部分的不同部分。
图3是用于解释反射表面部分3'的非共面定向方面的图示。
通常，色彩反射单元的形状可以与表面类型相关联，因为通常该形状沿两个方向层状地延伸。因此，这里的表面类型被理解为色彩反射单元所体现的(3D)表面的类型。表面类型可以是任何表面形状，例如平面表面(对应于如图3的截面图中所示的色彩反射单元的面板形状)或曲面(例如对应于色彩反射单元的凹面或凸面形状)。表面类型例如限定了色彩反射单元1的平面或弯曲可视面，其基本上与反射表面部分的定向无关。
然而，这里公开的反射表面部分的非共面定向导致其定向相对于该表面类型的偏差。通常，可以使用下面介绍的中心平面17和参考平面19来描述该偏差。
在图3中，显示了中心平面17。它代表了非共面反射表面部分的空间定向。例如，中心平面17可以是通过例如线性最小二乘法确定的最佳拟合平面。考虑到色彩反射单元1的反射特征，很显然该中心平面17具有基本面向潜在入射光的方向的漫射层侧17A。中心平面17的另一侧是非照射侧17B(通常，非照射侧17B是反射层基本上限制入射光的传播的一侧)。
基于中心平面17而选择参考平面19，该参考平面19相对于中心平面17共面并且在漫射层侧17A从中心平面17移位超过多个非共面反射表面部分3'中的任何一个。图3中所示的参考平面19是满足上述条件的示例性平面。色彩反射单元1的表面特征由反射表面部分3'和参考平面19上的各个点之间的距离d的变化所给出。两个位置(在参考平面19的法线方向上测量)的示例性最小距离21如图3所示。
在图3中，在y方向上沿着直线测量线的距离d的示例性变化被示意性地指示为距离图23。随着y位置的增加，反射表面部分3'的距离d减小(表示为距离图23的部分3')。
在图3所示的色彩反射单元1的锯状横截面中，相邻的反射表面部分3'由过渡表面部分25连接。表面部分25的距离d沿y方向增加，表示为距离图23的部分25'。
在距离图23中，几个局部极值27(局部最大值或局部最小值)表示了增加部分和减小部分的转折。如图所示，在图3中，距离d沿着y方向上的测量线增加和减少至少两次。类似地，非共面表面构型的特征在于超过三个局部极值(不包括终点)。
换句话说，非共面表面部分相对于预定方向的形状分析可以包括以下步骤：利用例如线性最小二乘法为反射表面估计最佳拟合平面；选择平行于最佳拟合平面的第二平面，使得第二平面不与反射表面相交；估计两个变量的距离函数，例如d(x，y)，其定义了第二平面上的特定点(x，y)与在点(x，y)处与第二平面正交的直线同反射表面的交点之间的距离(在与反射表面多次相交的情况下，选择最短距离作为距离函数d(x，y)的值)；并从d(x，y)中选择一个部分r(q)，其中该部分是距离函数d(x，y)与垂直于第二平面的给定平面的交点。该距离要求是，对于至少一个给定部分r(q)，依赖于变量q的距离具有多于三个局部极值(不包括端点)。
为了完整起见，对于面板形状的色彩反射单元1(平面表面类型)，锯齿状的距离d分布(development)可以在色彩反射单元1的整个范围内基本上不变并且自身重复，而对于弯曲表面类型，对于本领域技术人员清楚明了的是，距离d的分布可朝向色彩反射单元的边界而接近(approach)或远离(veer away)。
关于非共面反射表面部分和色彩漫射层的构型的色彩反射单元1的各种实施例将结合图4至图6的夹层型构型示例性地描述。
在图4中，示出了色彩反射单元1A的实施例，其包括具有平坦的正面31A(或基本上作为色彩反射单元的基本形状延伸的正面)的色彩漫射层5A和相应成形的背面31B。如上所述，反射层3的反射表面部分3'是非共面的。因此，间隙体积33在平坦的背面31B和厚度变化的反射表面部分3'之间延伸。
在图4的实施例中，色彩漫射层5A的背面31B平行于正面31A延伸。因此，色彩漫射层5A具有设置在反射表面部分3'一侧的背面31B，而正面31A将由入射光9照射(见图2)。
在图4的示例性实施例中，色彩漫射层5A的厚度是恒定的，并且间隙体积33可以包括一些(基本上透明的)填充物，诸如空气或某些填充材料(由虚线35表示下部的三个间隙容积33)，例如嵌入基体39的纳米颗粒37材料。在图4的实施例中，每单位表面积的纳米颗粒的数量在y方向上保持恒定。根据尺寸，并取决于配置和观看距离，折射填充材料可以提供可接受的额外的色散效果。
在替代实施例中，色彩漫射层也可以延伸到间隙体积33中，由此提供每单位表面积的不均匀厚度和在y方向上不同数量的纳米颗粒。这也可以产生颜色调制(modulations)，其在一些配置中也是可接受的，尤其是依赖于间隙体积33的形状和观看距离。
类似于图2，图4的实施例的反射层部分3'可以设置在衬底7的横截面锯齿状的一侧上。除了反射层部分3'之外，反射层3可以形成在反射层部分3'之间的过渡表面上。然而，过渡表面不需要是反射表面部分的一部分，尤其是在具有预设的观察方向的应用中，观察者从该观察方向看不到过渡表面。
为了说明另外的夹层型(sandwich-type)实施例，图5示出了包括(色彩漫射层5B的)多个色彩漫射层部分41的色彩反射单元1B，所述多个漫射层部分41分别结合并施加到多个非共面反射表面部分的反射表面部分3'上。
如图5所示，每个色彩漫射层部分41的厚度是恒定的。因此，正面31A的相应正面部分基本上像相应的反射表面部分那样定向，并且正面31A根据衬底7的形状成形。在图5的横截面视图中，正面部分和反射表面部分是示例性的平面。
与图4的实施例类似，假设色彩漫射层5B具有均匀物理微观性质，给入射光提供均匀的散射效应。
关于色彩反射单元1B的制造，图5的具体实施例基于由用作支撑结构的聚合物45隔开的一对金属层43A、43B。金属层43B形成反射层部分3'的基础。图5的结构可以通过使得包括金属层43A、43B和聚合物45的初始平面夹层结构以获得所需非共面形状的方式发生变形来制造。色彩漫射层5B可以在变形之前或之后施加。
图6示出了色彩反射单元1C的替代实施例。类似于图5的实施例，该结构包括作为支撑结构的夹层结构，其包括两个金属层43A、43B和作为芯层的实例的聚合物45。
与图5的实施例不同，图6的实施例不会使整个夹层结构变形，而是在金属层43B上压印(imprint)出所需的表面结构。在一些实施例中，金属层43B可以提供反射特征，这里为反射层。在其他实施例中，可以在金属层43B上提供特定的反射层。色彩漫射层可以在压印之前或之后施加，其在图6中没有明确地标记。通常，与任何机械弯曲(例如图5的实施例所隐含的方式)相比，压印能够实现小尺寸的结构。
通常，反射表面部分可以具有至少0.5mm的横向范围，例如至少1mm，例如5mm、10mm或更大，和/或覆盖至少0.5mm2的面积，例如至少1mm2，例如2mm2、1cm2或更大。
根据用途，例如，如果从两侧照射色彩反射单元，则第一金属层43A也可被压印和涂覆以提供多个非共面反射表面部分。
总之，在图4至6中所示的夹层结构包括一系列表面部分，尤其是形成在照射侧稳定层上的表面部分，其相对于色彩反射单元的基部表面形状倾斜，并且形成设置在其上的反射表面部分和色彩漫射层的基础。
如上所述，色彩漫射层5可以是具有例如约0.2mm或更小、例如0.1mm或更小、或者甚至0.05mm或更小的厚度的涂层或膜。而且，涂层或膜可以在形成它们各自的非共面形状之前或之后设置到反射表面部分上。
为了完整起见，除了纳米颗粒37之外，更大的光散射中心也可以嵌入在色彩散射层内或者例如填充间隙空间33的填充材料内。与瑞利活性纳米颗粒37相比，这些额外的光散射中心可以具有更大的平均尺寸，例如在1μm或更大的范围内，例如大于约5μm。除了上面讨论的由瑞利活性纳米颗粒37进行的类瑞利漫散射以外，附加的光散射中心也可以提供模糊效应，其使得镜面反射分量在前向“散射”锥体中偏离纯镜面反射。
对于本领域技术人员清楚明了的是，通过在色彩漫射层上(例如在照射侧上)提供微粗糙度和/或通过提供反射表面，可以产生模拟的模糊效果，不是采用具有完美光泽的表面处理，而是采用具有粗糙度的表面处理(例如商业产品中可用的那些，例如某些类型的卷绕涂覆的高反射金属片)，其被配置为提供约3°或更大、例如5°或更大、甚至10°或更大的锥形内的反射光的漫射。
用于施加反射层和/或色彩漫射层的方法包括金属真空沉积、分子束外延、等离子体编码、喷涂、喷墨方法、膜分离等。
在一些实施例中，可以使用金属层作为反射层，例如具有大于95％或甚至大于98％的反射率的铝金属镜箔。
图7示出了色彩反射单元1D的模块化构造。模块化单元尤其可以与室外应用相关，它们通过室外应用被安装到建筑物上。在这种情况下，参照在建筑结构中的使用，色彩反射单元在本文中也被称为色彩反射结构单元。模块化实施例可以允许形成大规模的色彩反射单元。
色彩反射单元1D包括具有一系列安装突起49A的安装结构49。安装结构49可以提供例如待安装到建筑物的墙上的背框架。
在一些实施例中，安装结构49可以在x-y方向上网格化地延伸。因此，x-y平面的法线51表征色彩反射单元1D的表面基本形状(在这种情况下为面板形状)的可视面50。
一系列色彩镜单元53被安装到安装突起49A。执行安装使得每个色彩镜单元53相对于可视面50倾斜。具体而言，如图7所示，各色彩镜单元53的面板法线55相对于法线51在(负)y方向上以倾斜角度α倾斜。
色彩镜单元53在y方向上相对于彼此移位(displaced)并且以基本上相同的方式相对于法线51定向。
每个色彩镜单元53包括被色彩漫射层部分覆盖的反射表面部分。因此，反射表面部分有助于形成色彩反射单元1D的非连续反射表面。
参考图3，对于色彩反射单元1D，也可以确定中心平面17，在该实施例中，中心平面17延伸穿过图8中所示的一个色彩镜单元53的中心线57。此外，可以按要求的方式选择参考平面19，并给出反射表面部分相对于参考平面19的距离的非连续分布的距离图23'。同样，多于三个局部极值27与由色彩反射单元1D的色彩镜单元53提供的非共面反射表面部分的特定3D形状相关联。
图8示出了在视角下的色彩反射单元1D的示例性的一组四个色彩镜单元53的俯视图。如图所示，该视角不能够完全看见每个色彩镜单元53，因为其一部分被相邻的一个覆盖。相应地，当在该视角下观察色彩反射单元1D时，观察者将看到由色彩镜单元53的一部分(即反射器的由色彩漫射层部分所覆盖的部分)组成的连续的马赛克状表面。
图8还示出了色彩镜单元53的矩形基本形状，其中为了改进图示，角部是倒弧的。但是，例如也可以设置矩形的角部。
图9示出了色彩反射单元1D的示意性3D视图。可以看出，色彩镜单元53在y方向以及x方向上形成序列。因此，色彩反射单元1D在例如沿x方向和y方向延伸几米的矩形区域上沿x-y方向延伸。后者能够形成立面元件，如下文所述。
图7至图9示出了一个实施例，其中多个非共面反射表面部分中的至少一个子组由具有基本相同的形状和相同的空间定向的一系列反射表面部分形成。由此，子组的反射表面部分相对于彼此移位以形成反射表面部分的马赛克状组件。
由于色彩反射单元1D包括具有可视面50的表面状基本形状，并且反射表面部分本身具有以宽度方向和高度方向为特征的表面状形状，所以图7的实施例示出了基本上反射表面部分的宽度方向w沿着可视面50(具体地沿着x方向)延伸，而高度方向h以相对于可视面50形成的倾斜角度延伸，即位于x-y平面以外。
每个色彩镜单元53可以包括被色彩漫射层部分覆盖的反射表面部分。
在一些实施例中，每个反射表面部分设置在诸如聚合物这样的塑料或玻璃平板之类的支撑板上，并在其上设置有色彩漫射层部分；所有支撑板与例如安装结构49一起可以被认为是限定了提供非共面表面部分的支撑结构。在其他实施例中，色彩漫射层部分被配置为足够坚固以用作反射层的支撑体；然后，所有色彩漫射层部分与例如安装结构49一起形成提供多个非共面表面部分的支撑结构，在非共面表面部分上形成有反射层。
图10和图11是示出多个反射表面部分的示例性布置的示意性俯视图。具体地，图10示出了压印表面结构的实施例，其包括在y方向上由过渡表面部分25分开的反射表面部分3'的序列。在y方向上移位的反射表面部分3'形成可以具有第一类型倾斜度的反射表面部分的第一子组61。在x方向上转换，反射表面部分3'的第二子组63可以提供具有不同倾斜度的反射表面部分的序列。在x方向上再次转换，存在另外的反射表面部分3'的子组，其在y方向上延伸并且可以具有另一不同的倾斜度或者具有前面的子组61、63当中一个的倾斜度。
因此，图10的实施例示出了形成马赛克状结构的可能性，所述马赛克状结构具有在空间中具有相同或不同定向的反射表面部分的各种不同子组。
图11的实施例在列(子组、序列)之间另外具有过渡表面，例如在子组61'和子组63'之间的示例性示出的过渡表面部分25’和25”。附加的过渡表面部分可以由相应的制造过程产生，并且可以有助于散射/反射特征，由此例如支持任何反射图像的分解。
总的来说，如图10和图11所示，多个反射表面部分可相对于表面基本形状定向以形成具有相同和/或不同阶梯形状(包括相同和/或不同尺寸、角度和形状，如下面讨论的平面或曲面形状)的阶梯状反射表面部分序列。
图12至图15是示出具有非平面反射表面部分的实施例的色彩反射单元的示意性横截面。
具体地，图12示出了图7的实施例的替代方案，其中在例如具有如上面结合图7至9所述构造的模块化构造中，图7的平面色彩镜单元53被凹面镜单元53A代替。在由y方向给出的横截面的平面中给出凹面形状，而该形状在x方向上(或者普遍来说沿着由色彩反射单元的表面状基本形状限定的另一个方向)可以是不弯曲的或者遵循相应的表面状基本形状。对于本领域技术人员清楚明了的是，凹面形状通常导致每个色彩镜单元的(一维)聚焦特征，普遍来说进而导致了沿着色彩反射单元的(一维)聚焦特征。例如，图12的构造可以将照明光束聚焦在一个方向上。
相反，图13的实施例使用凸面色彩镜单元53B。凸面色彩镜单元53B可以具有例如上面结合图7至9所述的构造。并且因此引起散焦并且因此针对特定的观察者位置将观察方向13(参见图2)与入射光9的多个方向关联。由此，在定向照明(例如阳光照射)的情况下可以实现反射光束的增宽，并且因此可以实现地面上照度的平滑化。
图14和15示出了用于夹层型构造的与图12和图13类似的实施例。原则上，夹层型结构(尤其是表面压印结构)允许形成非常柔韧的非平面反射表面部分的构造。非平面形状通常可以在x方向和/或y方向上变化，或者普遍来说可以在整个可视面50上变化。因此，可以小规模地提供具有图12和13所述光学效应的马赛克状结构。
图16至图18示出了可用于对模块化构造和夹层型构造的反射表面结构进行定向的适应性。
例如，图16示出了其中色彩镜单元53C以随机方式相对于y方向倾斜的实施例。由于观察者针对特定观察方向看到入射光的各个部分(也参见结合图23的讨论)，所以各种色彩镜单元53C的随机定向提供了反射图像的断裂。
图17中示出了更加规则的色彩镜单元的配置，其包括在y方向上交替的子组65A、65B，每个子组具有相应的定向/倾斜。由此，可以实现将观察方向与入射光的两个区域特定地连接的配置。在具有基本上单一入射方向的照明配置中，这方面允许在各个观察者位置处提供天空-太阳印象。
图18示出了随机状定向与反射表面部分3A'的凹状结构组合的配置。该实施例结合了聚焦(或者散焦)与随机效应的方面。
图18进一步说明了用于曲面表面部分的相关(部分)法线na的概念，类似于平面表面法线(其被认为是本文公开的概念内的相关法线)。原则上，对于入射光束，曲面也将产生反射光束，其可以在反射后与主光束方向相关联。主光束方向和入射光束方向定义了相关法线。如图18所示，对于随机样的定向，相关法线na也是不平行的。如果想要保持某种类似光束的特性，则相关(部分)法线na所指向的一系列可能的方向可以围绕子组倾斜角延伸。子组倾斜角在此指的是那些有助于视觉感知并涉及色彩反射单元的表面类型的反射表面部分。子组倾斜角可以在例如约2°至约88°的范围内，尤其是在约5°至约60°的范围内，例如在约10°至约30°的范围内。通常，相关法线na相对于与色彩反射单元的表面类型的相应部分相关联的单元法线倾斜了一定的倾斜角度。对于给定的倾斜方向(例如，x或y方向或与表面类型有关的任何其它方向)，相关法线na的倾斜角度可以在相对于子组定向方向例如高达约30°的角度范围内，例如在高达大约20°、10°或5°的角度范围内。在一些实施例中，相关法线na的倾斜角度可以不相对于子组定向方向进行限制，由此允许实现例如由光源发射的入射光束的潜在的较大入射角。
例如，与图12至图18中的各个色彩反射部分相关联的倾斜角度可以在约2°至约80°的范围内，例如尤其是在约10°至约40°的范围内。
此外，上面讨论的配置示出了相对于相应表面部分中的单个表面部分或相对于多个反射表面部分提供反射表面部分的恒定或变化的散射特性、恒定或变化的纳米颗粒分布和/或恒定或变化的倾斜角度的可能性。这些方面影响特定观察方向上的色彩反射单元的色彩特征。
在下文中，特别针对户外概念和室内概念描述了色彩反射单元的示例性应用。通常，这里描述的色彩反射单元可以在几平方厘米(例如用于照明配置)以及高达几百平方厘米、甚至几平方米(例如用于立面配置)的区域上延伸。
结合图19至31解释立面应用。如图19所示，建筑物71的顶部被各自包括多个色彩镜单元53的色彩反射结构单元73覆盖。图19的结构在图20中示意性地示出侧视图。具体而言，在建筑物71的顶部处，结构单元73被安装和构造成为从例如地面看向结构单元73的观察者75提供色彩效应。
在这样的室外构造中，结构单元73是通过在自然照明下使用色彩特征来影响建筑物71的视觉外观的措施。自然照明可以包括诸如图19所示和结合图22和23所讨论的阴天天气条件。以及如图21所示的部份时间有阳光的情况。
参照图19，即使在阴天的情况下，各种色彩镜单元53也将被感知为具有变化的蓝色色调和纯度水平的带蓝的颜色，参见上面结合图2(b)的描述。
如图20的左侧所示，观察者75看到由色彩漫射层产生的漫射光11以及源于由每个色彩镜单元53的相应反射表面部分上的视角限定的天空中区域的镜面反射光15。两个光分量(蓝色漫射光和黄色反射光)的总和定义了对于相应反射表面部分的感知颜色。
参照图21，示出了部份时间有阳光的天气。观察者看到结构单元73的部分77Y，其在外观上被反射的阳光支配并且被感知为黄色，就像太阳一样。然而，在黄色主导部分77Y周围的区域79B被感知为天空般的外观的蓝色。
对于本领域技术人员清楚明了的是，当向下引导/反射的光通过窗户进入房间时，结构单元73的亮度也影响街道或相邻建筑物内部的照明条件。这里公开的结构配置可以增加照明并且可以去除或者至少减少通常由摩天大楼和高层建筑物所产生的狭窄印象。
如下面详细解释的那样，色彩反射单元对被转变成建筑物的不均匀色彩外观的室外照明的各向异性敏感。
图22和23是阴天天空的不均匀亮度条件的示意图。具体而言，图22示出亮度计对半球状天空亮度分布的二维扫描。尽管人们看不到太阳，而天空通常呈现白色，但是太阳将在天空半球的一些较亮部分81处提供增加的亮度，而其他较暗部分83可能具有相当低的亮度。通常，接近地平线80和天空半球的北部部分的亮度降低。
关于安装在室外的色彩反射单元的反射表面部分的垂直定向，包含虚线82的竖直平面将半球分成两个半部82A和82B。只有半部82A(即基本上是图22中的天空半球从80°跨过S延伸到260°的部分)将有助于照亮色彩反射单元。另外，从色彩反射单元下方延伸到地平线80的地面将有助于照亮色彩反射单元。
如这里所提出的，如图22中示意性地示出的那样，将色彩反射单元的反射表面部分的定向例如倾斜30°，将会减小了如实线84所示的天空半球所起的作用。天空半球的仅一部分84A(为了清楚起见，参见互补部分84B的标记)有助于照亮色彩反射单元。部分84A小于半部82A，并且通常包括一些较亮部分81和较暗部分83。虽然天空半球所起的作用在角度上减小，但是通常可以获得一些“地面”促成作用。获得“地面”促成作用的那些通常涉及朝向地面延伸的色彩反射单元。例如，来自图3中的过渡部分25的光可以照射布置在其上方的反射表面部分3'。
如前所述，相对于天空半球的亮度，地面的亮度通常降低。
图23示出了当通过色彩反射单元的单个反射表面部分3'观看天空半球的部分84A时，通过箭头的尺寸示出的与各个方向相关联的的亮度。例如，箭头85涉及较亮(高亮度)部分81，而箭头87涉及较暗(低亮度)部分83。如果在观察角度观看色彩反射单元的色彩反射部分3'(尤其是反射表面部分)，其将来自明亮的高亮度部分81的明亮区域81'的光反射到观察者75A的眼睛中，更黄、更暖的光将被叠加到蓝色漫射光11上。由此，观察者75A将看到来自反射表面部分3'的具有从蓝色(纯瑞利作用)转变到浅蓝色(即，具有较低颜色纯度，转变到白色)或者甚至逐渐变为白色和黄色的颜色的光。
另一方面，观察者75B可以沿着指向低亮度部分83'的较暗区域83'的方向经由反射来观看色彩反射单元的反射表面部分3'，由于较少的白色/黄色光被叠加到漫射蓝光11上，所以相应的色彩反射部分呈现为更高纯度的蓝色(相对于观察者75A的情况)。
因此，将反射表面部分定位在空间中的定向上，使得它们反射较低亮度部分83可以增加蓝色。在图19和21的立面实施例中，结构单元73的色彩镜单元53例如向下面向通常具有比天空低的亮度的地面。
在图24至图26中，示出了安装到墙壁93的结构单元91的示例性构造。如图所示，色彩镜单元53通过经由安装结构95安装在相应的角度下而相对于墙壁的法线(对应于结构单元91的可视面的法线)而倾斜。因此，当仰望结构单元91时，观察者的潜在视野包括来自天空半球的下部和地面的镜面反射光。
在图24的实施例中，色彩镜单元53是安装在作为机械支撑的安装结构95上的多个细长平面(色彩)镜。相应地，形成具有垂直分布(development)的反射表面部分的序列或阵列。从地面或更低的观察点看，安装结构例如可以隐藏在反射镜后面。从地面上看，结构单元91作为墙壁93上的连续反射器延伸。因此，从感知的角度来看，平面反射镜阵列被配置为被认为是连续的可视面，尽管由于周围的不均匀亮度而具有颜色改变。
图25示出了细长的色彩镜单元53的具体安装构造。具体地，色彩镜单元53安装到线性导轨97(沿x方向延伸)以及安装结构95的侧壁99处的相应的槽。倾斜度与色彩镜单元53的高度一起限定结构单元91的厚度。安装结构95和色彩镜单元53被制成使得各种平面色彩镜单元53被安全地固定在墙壁上并满足建筑物的要求。
图26示出了基于一系列垂直延伸杆101的替代安装配置，所述垂直延伸杆101具有成角度的槽，色彩镜单元53被拧入其中。杆101能够形成易于安装到建筑物的大型立面结构。
在图27至图29中，示出了建筑物71的墙壁可以完全(图27)或部分地(图28和29)被结构单元91覆盖。在图27至图29中，阴影区域103设置有诸如图24或图26中示例性示出的结构单元91。在图27的结构中，整个墙壁除了窗口105外将被覆盖并且其外观会因此受到色彩效应的影响。在图28的结构中，建筑物71的外观被切割成几个部分。或者，建筑物71的感知形状可以例如以如图29所示构造中所示的指向方式进行改变。
图30和图31示出了面板形状的色彩镜单元53的示例性实施例，因为它们可以用在诸如图7或图24中所示的色彩反射单元中，后者作为基于框架的模块化结构单元的一般示例。
图30示出了基于玻璃面板的色彩镜单元53C。玻璃面板109(例如安全玻璃面板)形成了色彩反射单元的支撑结构的一部分，并且具有在一侧上施加的反射层111和在另一侧上施加的色彩漫射层113。反射镜单元可以例如包括通孔115，用于将反射镜单元附接到被构造用于在所希望的倾斜度下安装反射镜单元53的栅格。
在替代实施例中，玻璃面板109可以由例如由聚合物(例如丙烯酸、聚碳酸酯、聚氯乙烯(PVC)或类似材料)制成的透明面板代替。相应的非玻璃材料可以简化安装并减少色彩镜单元53C的重量。
在图31中，示出了基于夹层型结构的反射镜单元53D的另一替代配置。反射镜单元53D包括安装侧稳定层117、芯层119和照射侧稳定层121，由此形成诸如铝复合板这样的复合板，其形成了色彩反射单元的支撑结构的一部分。反射层部分3'可以由照射侧稳定层本身(例如通过铝层)提供，或者它们可以通过反射层在其上单独地施加。然后将色彩漫射层5施加到照射侧稳定层121或反射层上。
以下结合图32至图34描述有源照明构造。具体而言，图32和图33示出了室外构造，其中建筑物71处的结构单元(如上面结合图19至图21以及图24至图26所描述的那样构造并且安装到建筑物71)尤其是在晚上由投射器123照亮。投射器123可以是例如在2014年5月13日由相同申请人提交的国际专利申请PCT/EP2014/001293中公开的光源。
如图32所示，投射器123被定位成使得投射器123的光束125A的光基本上从侧面照射在结构单元91上，然后在结构单元处，该光束作为反射光束125B向下反射到地面127上。
图33示出从稍微在反射光束125B上方观察的建筑物71处的结构单元的外观。具体而言，当观看建筑物71处的结构单元时，将看到从色彩漫射层内散射的蓝色漫射光。这意味着在夜晚可以实现天空般的外观。
另外，反射光束125B将基本上以投射器的黄色调谐颜色提供地面127的照明。
图34示出了本文所述的色彩反射单元的照明应用的示例性室内配置。具体而言，在由墙壁131A'、131A"、天花板131B和地板131C划定的房间或电梯131中，在墙壁131A'上安装有色彩反射单元1E，投射器123安装在天花板131B上或靠近天花板131B，例如，在与色彩反射单元1E相对的墙壁131A"上，并将光束125A发射到色彩反射单元1E上。如图32所示，反射光束125B照射到地面131C上。
当房间131内的人从反射光束125B的外侧观看色彩反射单元1E时，其看见带蓝色外观的色彩反射单元1E。
当人在反射光束125B内时，其看见反射光。
如本文所述，色彩漫射层可以从散射的漫射光产生反射光束125B的规则(镜面)反射光的色彩分离(就相关色温CCT而言)。具体而言，漫射光的相关色温将大于镜面反射光的相关色温，例如是其1.2或1.1倍等。例如根据从投射器123发射的光的颜色、形状和均匀性，可以如最初介绍的申请中所描述的那样生成阳光模仿照明系统。
通常，对于非共面表面部分，可能出现色彩反射单元1上的多个“太阳”反射，每个“太阳”均由漫射散射光所引起的蓝色外观所包围。例如，它们在观察者看来可能是在不规则表面上的对太阳光的反射，例如湖面的波浪上的阳光反射。
图35示例性地示出了用于具有非共面反射表面部分的色彩反射单元的这种类似太阳的闪烁感知的实施例。在图35(a)中，观察者看着由光源402照射的色彩反射单元401。具体地，光源402发射具有例如高达80°范围内、例如在高达60°的范围内、或高达40°或更低的范围内的发散角的光束403°。
色彩反射单元401可被配置为使得非共面反射部分3'连接并形成连续粗粒表面410。粗粒表面410的示例性剖切视图示于图35(b)和35(c)，示例性俯视图示于图35(d)至35(f)。
如图35(a)进一步所示，粗粒表面410基本上被光束403完全照射，使得整个粗粒表面410可被认为是类瑞利散射光B的源(被认为提供类似天空印象的蓝色)，如粗粒表面410上的三个点P1、P2和P3所示。然而，取决于粗粒表面410的各个定向，观察者可能主要感知到例如对于点P1和P3所表示的光束403的强烈镜面反射部分Y1、Y3。对于点P2，表面是倾斜的，使得光束403的相应部分Y2朝向观察者前方的地面反射，使得观察者仅感知到来自点P2的散射光部分B.
与粗粒表面410上的区域相关联的明亮光的程度取决于满足镜面反射条件的表面的范围(一般来说，至少通过粗粒结构(尤其是马赛克状表面结构)形成非共面表面部分的子组)。
假设要求观察者能够从周围环境区分独立的亮点(周围环境对于所感知的镜面反射不产生作用)，所需的大小对于本领域技术人员将是清楚明了的。例如，它取决于照明系统的几何形状，尤其是观察者到粗粒表面410的距离。取决于观察者到色彩反射单元的所希望的距离，表面部分3'可以具有几平方毫米或几平方厘米的大小。
为了比较粗粒表面410与平面色彩反射表面的反射特征，对于每个点P1到P3，反射光束n1'到n3'在图35(a)中用虚线表示。
具体地，图35的实施例可以基于定向光束403提供闪烁光峰(部分Y1，...)的视觉，其中闪烁光峰可以与天空样碎片(散射光B)交替。色彩反射单元401可被配置为使得非共面反射表面部分3'连接并形成连续表面。
图35(b)示出了作为第一示例性实施例的提供反射表面部分3'的光滑表面，其基本上满足相似的镜面反射条件。示例性地，光束部分403'表示为由反射表面部分镜面反射以形成照明光束部分403A'。针对该反射表面部分示出了相应的相关法线na。
图35(c)示出了第二示例性实施例，其中图35(b)的光滑表面由基本平坦的小面构成。第二实施例也提供了反射表面部分3'，其提供由相关法线na所示的镜面反射条件，在这种情况下其对应于小面的法线。
一般而言，粗粒表面410(尤其是连续反射表面)可由各种形状和范围的多个平面或准平面表面部分制成。所述形状和范围可以被配置为具有更高或更低程度的规则性、顺序和/或周期性，诸如具有有限数量类型的表面部分、形状或倾斜。
连续反射表面可以完全地(如图35(b)和35(c)所示)或部分地涂覆有色彩漫射层5以在每个单一部分的观察角度处提供(蓝色)散射，所述观察角度即是与起到主要照明作用的光束403的镜面反射方向不同并且远离镜面反射方向上的黄色明亮亮度的角度。镜面反射状况的马赛克样划分与基于纳米颗粒的类瑞利散射相结合的这个二维方面与可被视为天空般碎片的散射光区域一起，可以提供许多闪烁的光峰(光束部分Y)的外观(这将被感知为类似于太阳在水中反射的情况)。值得注意的是，当反射表面部分被配置成部分不规则的布置(具有许多不同的形状、尺寸和定向以及不同的曲率射线(rays of curvatures))时，这种效应可能会增加，即使是非规则的和非周期性的正弦曲线(波形)图的极限情况也可以提供所期望的效果。
图35(d)至(f)示出了连续粗粒表面410的示例性马赛克状表面结构412。多个马赛克状表面结构412被配置为形成有小面(faceted)的表面，并提供多个小面状表面部分与光束403相互作用。选择马赛克状表面结构412的相关区域，以使得在从目标照明/观察者区域沿着包括连续粗粒表面410的光路观看时，提供光源402发射区域的视野的碎裂(fragmentation)。多个表面部分被配置为对入射光束部分进行重定向，使得连续粗粒表面410下游的光束在尺寸上扩大，类似于图25中所示的具有恒定亮度的线407。从而，目标照明/观察者区域上的照度值减小，而重定向光束部分呈现具有与光源402的发射表面的亮度相当的亮度的局部发光峰值(local luminous peaks)。
马赛克状表面结构的相关区域基本对应于单个马赛克状表面结构的平均横向尺寸，例如一个完整的表面振荡(例如在表面上从最深点到最高点再到下一个最深点)。此外，相关区域在大小上与(与光相互作用的)表面部分的大小基本相当。因此，为了视觉上可以辨析，它例如约在0.5mm～1m的范围内。原则上，反射表面部分是相关/横向尺寸的一部分(例如，根据小面结构的倾斜度，对称几何形状中的一半或甚至更大的百分比)。本领域技术人员能够理解，在本文中“横向”是指表面类型，例如，与中心平面平行的平面。相关(Correlation)是一个定义的数学术语(这里是二维相关)。值得注意的是，在非平面表面的情况下，可能会出现比该部分更大的相关比例(例如，如果该单元是弯曲的或其本身是正弦的)。
参考图35(d)，连续粗粒表面410包括几种类型的金字塔，其被布置为以规则布置完全覆盖该表面。由此也形成一组规则分布且相同定向的反射表面部分。
相反，图35(e)中所示的连续粗粒表面410包括更多类型的不同的几何形状，尤其包括金字塔形状和楔形形状。几何形状是马赛克状排列，从而以不规则的布置完全覆盖该表面。由此，还形成一组不规则分布且不同定向的反射表面部分，另外所述反射表面部分的尺寸大小也不同。
类似于图35(e)中所示的实施例，图35(f)的连续粗粒表面410包括通常与几何形状有关(但是例如可以由于加工工艺的需要而进行一定程度的倒圆)的各种类型的不同形状。可以看出，小面结构由直接相邻的或者被一些平面过渡表面部分分开的曲面构成。例如，该结构也具有金字塔形状和楔形形状。另外，马赛克状结构的高度可能比图35(e)中的变化更大。从而再次形成一组不规则分布且不同定向且尺寸不同的反射表面部分。
作为一般性的表示，部分的x(或y)尺寸、小块的x(或y)平均尺寸、振荡表面的x(或y)局部周期性、或者一般而言通常支撑反射表面的单个振荡的x(或y)支撑结构尺寸(到参考平面的距离的一个局部最大值和一个局部最小值)可以配置为使得对于站在装置环境中的观察者，各个表面部分可通过眼睛光学分辨以便欣赏颜色和亮度变化。对于室内应用，反射部分可以延伸大约1mm或大于1mm，例如几厘米或者甚至大于0.2m。对于室外应用，表面部分可以大于5mm，例如0.3m，或甚至大于0.5m。
当插入在光源(这可以是特定的光投射器或者也可以是太阳或者具有一些峰值的亮度分布等)和观察者之间时，基于马赛克状表面结构的色彩反射单元在外观上在许多较小的感知源中提供光源的碎裂(例如划分-截断-分离(partition-chopping-splitting))，具有相当的(通常不显著降低的)亮度但具有明显更小的尺寸(角度尺寸，对于距离光源的固定观察者距离)。
那些较小的亮度峰值明显地分布在相对于原始源角度形状的大角度范围内。
这在视觉外观方面产生了由原始光源产生的相同的亮度感知(局部峰值保持光源的亮度水平)，条件是光学结构可以被观察者的眼睛分辨(例如，光谱峰值基本上不混合)，从而例如提供在水中被反射的太阳以及散射光区域，散射光区域可以被感知为天空般的碎片。
这种外观是特定的并且与精细结构的漫射器(当光学结构不可分辨时将被感知)形成对比，因为在这种情况下，亮度被平均并且高水平的峰被平滑化并且最终显著地降低。
再次参照图35(a)，在投影中，所示照明系统产生从光源可获得的投影光斑的扩大和平滑，而没有粗粒霜。换句话说，结合图35公开的实施例，引入了一种基于非共面表面部分的非吸收性类瑞利散射粗霜单元。
该配置将亮度的截断(chopping)组合成小区域，并作为瑞利漫射器将蓝色分量进行漫射。
这允许通过光源的发射区域的碎裂来获得定向光斑的模糊(smearing)和增宽(broadening)，然而尽管在较小的光源中被切碎，但在色彩和亮度方面每个都被感知为“太阳”，同时天空的颜色也可以被保留。
在一些实施例中，连续粗粒表面410可以涂覆有如本文所公开的色彩漫射层。
虽然本文已经描述了本发明的示例性实施例，但是也可以将实施例组合在例如立面元件或照明系统中，例如在色彩反射单元上对随机和平面平行的反射表面部分进行组合。
发明人还认识到，反射面板与类瑞利散射的组合在一般照明系统上也是有利的。下面将结合图36来描述示例性照明系统，其中该照明系统基于不限于如前所述的反射层(其基于多个非共面表面部分和多个非共面反射表面部分的构造)的大面板结构。
对于本文公开的参数范围(其尤其是支持背景反射的抑制)而言实现了几个优点。在描述示例性照明系统实施例之前，在下文中针对高浓度类瑞利散射实施例总结纳米颗粒层的各个方面。需要再次指出的是，这些方面适用于之前公开的结构(尤其是形成非共面反射表面部分)以及例如面板结构和涂层。例如，本领域技术人员将进一步认识到，上面讨论的用于非共面设计的一些方面(例如将地面用作较暗背景的反射镜单元的倾斜度方面、涉及鸟类的方面、与颜色改变相关的方面)在某些边界条件下可能不相关。
在申请人于2015年7月15日提交的名称为“色彩反射单元(CHROMATIC REFLECTIVEUNIT)”的申请PCT/EP2015/001454中，对应于本申请的第一部分，公开了一组间隔，其用于基于纳米颗粒的色彩镜单元的纳米颗粒的有效面密度N。
这样的面密度N可以定义为每平方米的纳米颗粒的数量(即体积元内的纳米颗粒的数量，该体积元由具有1m2面积的纳米颗粒加载层表面的一部分所界定)，并且对应于通过将纳米颗粒的数量密度乘以层的厚度所获得的值。
在本申请的第一部分中，通过使用单色归一化镜面反射率R(λ)，从宏观视角来表征色彩镜单元，该单色归一化镜面反射率R(λ)定义为色彩反射单元的镜面反射率与参考样品的镜面反射率之间的比率，除了其漫射层不包含尺寸在10nm至240nm范围内的纳米颗粒(即负责优先漫射入射辐射的短波长的纳米颗粒)之外，所述参考样品与所述色彩反射单元相同。
这些参数与WO2009/156348A1有关，WO2009/156348A1公开了使用基于纳米颗粒的类瑞利散射的固态光学色彩漫射器的透射概念，并且特别引入了单色归一化共线透射率T(λ)的概念以定义所希望的类瑞利特征。R(λ)和T(λ)分别是描述色彩漫射器的反射和透射几何方面的行为的量。如同在反射几何中一样，假设反射镜层具有完美反射层，光与漫射层交叉两次，因为相同浓度N保持关系：R＝T2。
改进的间隔涉及在0.01到0.16(例如从0.04到0.09)的范围内的R(450nm)的上述公开值，其中对应的面密度：(D以[米]为单位；对于m和D的定义，可相应地参考PCT/EP2015/001454或WO2009/156348 A1)以及例如,以及
此外，通过增加纳米颗粒的面密度可以进一步降低波长450nm处的单色归一化镜面反射率。R的减少具有以下优点：
1.增加漫射层的漫射光(蓝色雾度)，以增加散射光的亮度；这个更高的亮度除去了背景场景感知，尤其是在房间的高照度(也涉及不同的/附加的光源)的情况下使用。
2.类似于傍晚一样降低太阳的相关色温(CCT)，即较高水平的色彩漫射使得太阳更黄/红，而不破坏天空的颜色。
3.获得夕阳温暖的太阳，即使得太阳的颜色向低色温变化，同时通过使用对原本会损失的背向散射光的分量进行重定向的反射镜层来保持高效率。反射镜层的存在使得能够极大地提高浓度而不会损失效率。
为了实现上述目标，R(450nm)可以在0.003至0.01(例如从0.005至0.009)的范围内。就浓度而言，鉴于上述考虑，相应的N将为:
(D以[米]为单位)和 例如,和
适用于实现所需效果的其它范围可以从下面的表中导出，其中列出了上述方程式的各个系数。这些系数可分别适用其上限或下限，可分别包括该值或排除该值：
参考图36，照明系统501以剖视图示意性地示出，例如用于照亮室内房间。
照明系统501包括光源502，其被配置成以发射立体角发射光而形成沿主光束方向504(也称为主光束轴线)传播的光束503(在图1中由虚线513界定)。通常，光源502可以例如是冷白光源。光源的示例性实施例可以包括基于LED的光发射器或基于放电灯的光发射器或基于汞介质-碘化弧灯(hydrargyrum medium-arc iodide lamp)的光发射器或基于卤素灯的光发射器以及相应光发射器下游的相应光学系统。
为了减小照明系统501的尺寸，相应光发射器下游的光学系统可以包括诸如折叠光学器件这样的光学系统。照明系统501还包括将源自光源502的光耦合到待照亮的区域的色彩反射器单元506。通常，反射器单元506包括设有反射表面508A的反射结构508和色彩面板结构510。
反射单元506可以进一步包括支撑结构(例如框架514)。该支撑结构可以包括由玻璃、夹层结构、PMMA或诸如铝这样的金属制成的支持结构，在其上施加和/或在其中集成有反射层508和/或色彩漫射层510，并且其中尤其是夹层结构是具有安装侧稳定层、照明侧稳定层和位于其间的芯层的铝或钢复合板，其中反射层设置在或集成到照明侧稳定层中，并且色彩漫射层施加到反射层上或照射侧稳定层上。基底结构的进一步实施例例如在由相同申请人于同一天提交的名称为“用于太阳-天空模拟照明系统的分层面板结构(STRATIFIEDPANEL STRUCTURE FOR SUN-SKY-IMITATING LIGHTING SYSTEMS)”的PCT申请中公开，其内容通过引用并入本文。这些分层面板的各个方面将根据目前的公开进行调整。
反射表面508A通常是反射已经穿过色彩面板结构510的光的任何类型的光学作用界面。例如，反射表面508A可以是铝层的表面或部件之间的界面，例如反射涂层。由于反射表面508A的作用，入射到反射表面508A上的光束503的光被重定向以再次穿过色彩面板结构510，此后形成照明光束503A(由点划线507A限定)。在图36中，示出了太阳-观察者位置的范围507，其中示例性地将“太阳-观察者位置”称为“太阳”，因为照明系统501的特别令人印象深刻的类型的实施例涉及类似太阳的照明。从而，照明光束503A被引导到待照明区域并且包括定向光(本文也被称为照明系统的定向(光)分量)。
色彩面板结构510通常被配置用于以第一颜色(例如天空模仿情形下的天蓝色)发射漫射光(下文也称为照明系统的漫射(光)分量)，在反射表面508A的前方延伸，并且包括观察者在观察反射器单元506时可以看到的可视前部区域部分510A。在图36的示例性实施例中，框架结构514的框状区域514A延伸至紧邻并围绕可视前部区域部分510A。
例如，第一颜色和第二颜色可以在CIE 1976(u’,v’)颜色空间中分离至少0.008，例如至少0.01、0.025或0.04，其中色差Δu’v’被定义为u’v’颜色空间中的欧几里德(Euclidean)距离。尤其是对于太阳模拟构造，第二颜色的照明光束CCT可以接近普朗克轨迹(Planckian locus)(例如在800K至6500K的范围内)。在一些实施例中，第二颜色可以对应于与普朗克轨迹具有最大距离(例如0.06)的u’v’点。换言之，与普朗克轨迹的距离例如在由Δu’v’≤0.060给出的800K至6500K的范围内。
对本领域技术人员清楚明了的是，根据色彩面板结构510与光束503的特定相互作用，光束503和照射光束503A的颜色和/或CCT可以基本相同或可以不同。根据纳米颗粒的类型及其浓度，CCT的差值可以是例如至少300K或甚至1000K或更高。
从范围507内观察反射器单元506，观察者可以具有如图36中示意性示出的范围507内的的光学感知。该光学感知基本上取决于反射器单元506和来自该反射器单元506的由点划线507B所示的光，其对于相应观察者位置是特定的。具体而言，照明系统501被配置为使得入射在太阳观察者位置的范围507内的具有显著强度的光来源于色彩面板结构510。该具有显著强度的光包括光束503A的光(源自光源502并且是由反射器单元506重定向的光束503的光)，以及源自可视前部区域部分510A的漫射光。另外，对于图1的实施例，光学感知将包括围绕可视前部区域部分510A的例如深色的框架状区域518。
根据图36所示的光学感知，在从太阳观察者位置的范围507内观察反射器单元506时，该观察者将看到与可视前部区域部分510A相对应的大区域516，其基于以第一种颜色均匀发射的漫射光。大区域516将被框状区域518包围。此外，观察者将看到由光源502的光(尤其是照明光束503A)的反射(定向非漫射)分量引起的第二颜色的太阳状光斑519。(结合图36，图中忽略了光系统的前向散射效应或粗粒效应。然而，这些特征可以另外提供并且例如影响太阳外观。)
在色彩面板结构510中使用的基于纳米颗粒的类瑞利漫射材料可以包括第一材料(例如，具有优异光学透明度的树脂或聚合物粘合剂)的固态基质，其中分散有第二材料的纳米颗粒(有机或无机纳米颗粒，如ZnO、TiO2、SiO2、Al2O3等)。这两种材料的折射率不同，并且这种与纳米级上的折射率不匹配是产生类瑞利散射现象的原因。第一材料和第二材料在可见光波长范围内的吸收可以忽略不计。此外，色彩面板结构510可以是均匀的，从某种意义上说，对于色彩分层面板的任何点，在该点处的面板的物理特性不取决于该点的位置。纳米颗粒可以是单分散或多分散的，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落在[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类似的散射特性的球形颗粒的有效直径。
将本文公开的基于纳米颗粒的类瑞利漫射涂层的特征与本文公开的结构特征组合，将能够解决现有技术的一个或多个方面的问题。
总而言之，穿过漫射层的光束将产生散射光和透射光。涂层特征可以改变透射光的光谱特性和强度分布。具体而言，该层的形态(即平整度、平滑度或橘皮状)可能引起相变，这意味着透射光的强度分布的调制(modulation)。对于太阳天空模仿的应用，照度分布的透射的均匀性是一个重要特征。
因此，认识到为了保持均匀性，在直径小于20cm(例如小于10cm，例如3cm)的横向圆形区域，例如，色彩漫射层可以例如具有低于40％(例如低于30％、例如10％)的厚度变化。要注意的是，直径取决于装置的类型，尤其是观察者与色彩漫射面板的预期距离。
类似地，认识到色彩漫射层可具有在直径为2mm的横向圆形区域上平均的色彩漫射层的每单位面积的纳米颗粒的数量，在色彩反射单元的表面的至少80％上的每个直径为10cm的区域内的横向圆形区域中，其变化不超过20％(例如不超过10％，例如5％)。
尽管本文已经描述了本发明的优选实施例，但是可以在不脱离所附权利要求的范围的情况下引入改进和修改。

Claims (20)

1.一种色彩反射单元(506)，包括：
反射层(508)，和
色彩漫射层(510)，其具有设置在所述反射层(508)处的背面和用于被入射光(504)照射的正面，其中所述色彩漫射层(510)包括嵌入在基体(39)中的多个纳米颗粒(37)，并且被配置为提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率，其中：
所述纳米颗粒具有在10nm≤d≤240nm范围内的平均尺寸d；
所述色彩反射单元的蓝色和红色散射光学密度之间的比率Log[R(450nm)]/Log[R(630nm)]落在5≥γ≥2.5的范围内，其中R(λ)是所述色彩反射单元的单色归一化镜面反射率，所述比率是所述色彩反射单元的镜面反射率和与参考样品的镜面反射率之间的比率，除了其色彩漫射层不包含尺寸d在10nm≤d≤240nm范围内的纳米颗粒之外，所述参考样品与所述色彩反射单元相同；
对于与所述色彩反射单元(506)的所述反射层(508)垂直的方向，所述色彩反射单元在450nm波长处的所述单色归一化镜面反射率R(λ)在约0.0025至约0.15的范围内，例如由方程0.0025≤R(450nm)≤0.15，0.0025≤R(450nm)≤0.05，0.0025≤R(450nm)≤0.04定义。
2.一种色彩反射单元(506)，包括：
反射层，和
色彩漫射层，其具有设置在所述反射层处的背面和用于被入射光(9)照射的正面，其中所述色彩漫射层包括嵌入在基体(39)中的多个纳米颗粒(37)，并且被配置为提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率，其中：
所述纳米颗粒具有在10nm≤d≤240nm范围内的平均尺寸d；
所述色彩反射单元的蓝色和红色散射光学密度之间的比率Log[R(450nm)]/Log[R(630nm)]落在5≥γ≥2.5的范围内，其中R(λ)是所述色彩反射单元的单色归一化镜面反射率，所述比率是所述色彩反射单元的镜面反射率和与参考样品的镜面反射率之间的比率，除了其色彩漫射层不包含尺寸d在10nm≤d≤240nm范围内的纳米颗粒之外，所述参考样品与所述色彩反射单元相同；
对于与所述色彩反射单元的所述反射层垂直的方向，所述色彩反射单元在450nm波长处的所述单色归一化镜面反射率为0.05≤R(450nm)≤0.15。
3.一种色彩反射单元(506)，包括：
反射层，和
色彩漫射层，其具有设置在所述反射层处的背面和用于被入射光(9)照射的正面，其中所述色彩漫射层包括嵌入在基体(39)中的多个纳米颗粒(37)，并且被配置为提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率，其中：
所述纳米颗粒具有在10nm≤d≤240nm范围内的平均尺寸d；
所述色彩反射单元的蓝色和红色散射光学密度之间的比率Log[R(450nm)]/Log[R(630nm)]落在5≥γ≥2.5的范围内，其中R(λ)是所述色彩反射单元的单色归一化镜面反射率，所述比率是所述色彩反射单元的镜面反射率和与参考样品的镜面反射率之间的比率，除了其色彩漫射层不包含尺寸d在10nm≤d≤240nm范围内的纳米颗粒之外，所述参考样品与所述色彩反射单元相同；
对于与所述色彩反射单元的所述反射层垂直的方向，所述色彩反射单元在450nm波长处的所述单色归一化镜面反射率为0.0025≤R(450nm)≤0.05。
4.一种色彩反射单元(506)，包括：
反射层，和
色彩漫射层，其具有设置在所述反射层处的背面和用于被入射光(9)照射的正面，其中所述色彩漫射层包括嵌入在基体(39)中的多个纳米颗粒(37)，并且被配置为提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率，其中：
所述纳米颗粒具有在10nm≤d≤240nm范围内的平均尺寸d；
所述色彩反射单元的蓝色和红色散射光学密度之间的比率Log[R(450nm)]/Log[R(630nm)]落在5≥γ≥2.5的范围内，其中R(λ)是所述色彩反射单元的单色归一化镜面反射率，所述比率是所述色彩反射单元的镜面反射率和与参考样品的镜面反射率之间的比率，除了其色彩漫射层不包含尺寸d在10nm≤d≤240nm范围内的纳米颗粒之外，所述参考样品与所述色彩反射单元相同；
其中，沿着与固态光学漫射器的反射层垂直的方向，每单位面积的纳米颗粒的数量是和D的单位为米。
5.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元，还包括用于支撑所述反射层的支撑结构，或者
所述反射层被配置为支撑结构，其中，
所述反射层沿着所述色彩漫射层延伸和/或附着到所述色彩漫射层和/或附着到所述支撑结构。
6.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元，其中，所述相对折射率落在范围0.7≤m≤2.1内，其中np是所述纳米颗粒(37)的折射率，nh是所述透明基体(39)的折射率；对于所述有效粒径D≡dnh，当0.7≤m<1，满足D[nm]≤132m+115；当1<m<1.35，满足D[nm]≤240，当1.35≤m≤2.1，满足D[nm]≤-135m+507。
7.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元，其中，所述最大填充率是f≤0.4，例如f≤10-2。
8.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元，其中，所述色彩漫射层在直径小于20cm(例如小于10cm，例如3cm)的横向圆形区域上具有低于40％(例如低于30％，例如10％)的厚度变化。
9.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元，其中在直径2mm的横向圆形区域上平均的每单位面积的所述色彩漫射层的纳米颗粒的数量，在所述色彩反射单元的所述表面的至少80％上的每个直径为10cm的区域内的横向圆形区域中，其变化不超过20％(例如不超过10％，例如5％)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元(506)，
其中所述反射层沿衬底结构连续地延伸，并且尤其是直接施加在所述衬底结构上且在结构上直接连接到所述衬底结构；和/或
其中所述反射层是位于衬底结构上的连续金属层；和/或
其中所述反射层具有对已穿过所述色彩漫射层的光提供至少65％或甚至至少75％或甚至至少85％(例如90％)的反射率的厚度；和/或
其中所述色彩漫射层具有1mm至2mm的厚度，或者
小于所述横向范围(例如小于所述横向范围的50％)的厚度，例如
小于0.5mm，例如在约0.1mm的范围内；和/或
其中所述反射层由所述支撑结构的表面部分形成。
11.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元(506)，其中，所述反射层的至少一部分具有尤其是平面或弯曲的形状，例如凸面或凹面。
12.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元(506)，其中所述色彩反射单元(506)还包括用于安装所述色彩反射单元、尤其是所述支撑结构、所述反射层和/或所述色彩漫射层的安装结构，例如框架结构。
13.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元(506)，其中，所述支撑结构包括由玻璃、夹层结构、PMMA或诸如铝这样的金属制成的支持结构，在其上施加和/或在其中集成有所述反射层和/或所述色彩漫射层，并且其中尤其是所述夹层结构是具有安装侧稳定层、照明侧稳定层和位于其间的芯层的铝或钢复合板，其中所述反射层设置在所述照明侧稳定层上或集成到所述照明侧稳定层中，并且所述色彩漫射层施加到所述反射层上或所述照射侧稳定层上。
14.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元(506)，其中，选择所述纳米颗粒(37)的折射率相对于所述基体(39)的折射率的差异、所述纳米颗粒(37)的尺寸分布和每单位表面积的纳米颗粒(37)的数量，以提供红色方面比蓝色方面更高的镜面反射率以及蓝色方面比红色方面更高的漫反射率，其中尤其是，所述镜面反射率的差值和所述漫反射率的差值给出为关于可见光谱中的蓝色部分和红色部分的平均值，例如在450nm至500nm的光谱范围内的蓝色部分之内和在620nm至670nm的光谱范围内的红色部分之内。
15.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元(506)，其中，对于所述镜面反射率的差异和所述漫反射率的差异产生作用的纳米颗粒(37)被称为类瑞利作用散射体，并且所述类瑞利作用散射体和所述基体(39)基本上是不吸收的。
16.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元(506)，其中，所述色彩漫射层是基于基体的层，例如涂层、涂料或块状材料。
17.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元(506)，其中所述色彩漫射层还包括有助于吸收有限光谱范围的颗粒，所述有限光谱范围例如在红外光谱内和/或紫外光谱内和/或在用于将色彩叠加到所述色彩反射单元(506)的外观的特定光谱范围内；和/或包括尺寸大于类瑞利作用散射体的颗粒，其尤其是有助于增加前向散射，从而降低镜面反射率，并且其中所述镜面反射率尤其是基本上独立于所述色彩而降低。
18.根据前述权利要求中任一项所述的色彩反射单元，其中，所述色彩漫射层还包括在所述基体和/或(微)表面结构内的小角度漫射颗粒，其有助于在所述镜面反射周围形成小角度散射锥并且具有比作为类瑞利散射体的纳米颗粒更大的尺寸，并且
其中所述小角度漫射颗粒在具有比类瑞利漫射器产生的半峰全宽(FWHM)发散度更窄(例如为其三分之一，例如为其四分之一)的半峰全宽(FWHM)发散度的角扇中散射光。
19.一种照明系统(1)，包括：
光源(2)，配置为产生可见光束；
根据前述权利要求中任一项所述的色彩分层面板结构，所述色彩分层面板结构被所述光源(2)照明，其中，
所述光束的一部分通过穿过基本上不散射的所述色彩分层面板结构而形成照明光束(3A)，而如果所述光束的光由所述色彩分层面板结构内的所述纳米颗粒进行类瑞利散射，则形成照明光束(3A)的一部分。
20.根据权利要求21所述的照明系统，其中所述类瑞利散射光的第一颜色和所述基本非类瑞利散射定向光的第二颜色在u’v’颜色空间中分离至少0.008，例如至少0.02或0.03；和/或
定向光相关色温接近黑体色温，例如在800K至6500K的范围内；和/或
第一颜色与漫射光相关色温相关联，该漫射光相关色温不同于(尤其是大于)所述光束的所述定向光相关色温；和/或
定向光相关色温是漫射光相关色温的0.85倍或更小。
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