CN115812025A - 色度效应光反射单元 - Google Patents

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CN115812025A
CN115812025A CN202180042920.8A CN202180042920A CN115812025A CN 115812025 A CN115812025 A CN 115812025A CN 202180042920 A CN202180042920 A CN 202180042920A CN 115812025 A CN115812025 A CN 115812025A
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S·博纳诺米
S·乌塞廖纳诺
P·贝拉佐
V·弗萨蒂
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CoeLux SRL
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Abstract

本发明涉及一种色度效应光反射单元(1；1a–1g)。单元(1；1a–1g)包括反射层(10)，具有至少一个反射表面(11)；以及色度漫射层(20)，具有靠近反射表面(11)的第一表面(21)和与第一表面相对且基本上平行的第二表面(23)，被配置为由入射光照射；其中，色度漫射层(20)包括具有第一折射率(n1)的第一材料制成的纳米柱(70)或纳米孔(30)结构，浸入具有第二折射率(n2)的第二材料中，第二折射率(n2)不同于第一折射率(n1)，其中第一材料和第二材料基本上不吸收或对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明；其中，在第一折射率(n1)与第二折射率(n2)之间选择的较高折射率(nM)与较低折射率(nm)之间的比率(nM/nm)介于1.05和3之间；其中，纳米柱(71)或纳米孔(31)沿着与色度漫射层的第一表面(21)和第二表面(23)不平行的主方向发展，并且纳米柱(70)或纳米孔(30)结构由多个几何参数表征，多个几何参数包括：柱直径或孔直径(dp)；沿着所述主发展方向的柱长度或孔长度(lp)；以及纳米柱或纳米孔的表面密度(Dp)和结构(30、70)的孔隙率(Pp)；以及其中，柱直径或孔直径(dp)介于40nm和300nm之间，沿着主发展方向的长度(lp)介于300nm和40μm(300nm<lp<40μm)之间，并且纳米柱或纳米孔的表面密度(Dp)与结构(30、70)的孔隙率(Pp)之间的至少一个被配置为提供在红色范围内的入射光的波长相对于在蓝色范围内的入射光的波长更高的规则反射率，并且提供在蓝色范围内的入射光的波长相对于在红色范围内的入射光的波长更高的漫反射率。

Description

色度效应光反射单元
技术领域
本发明大体涉及一种色度效应光反射单元，尤其涉及具有纳米结构反射表面的光反射单元，以便与入射光相互作用，从而在反射光中产生色度效应，并且因此向观察者提供其特定的视觉感知。具体地，本发明涉及一种尤其适用于建筑物内墙或外墙涂层结构的光反射单元。
背景技术
在墙面涂层领域，已知使用各种类型和材料的面板结构具体取决于建筑物内部或外部要达到的特定美学效果或要实现的特定技术效果。例如，可以在建筑物内部或外部提供隔热板以改善能耗特征，提供光伏板以通过将太阳能转换为电能来回收能源，提供遮阳板以遮挡阳光等。此外，已知使用能够提供特定色度效应的色度面板和/或结构覆盖建筑物，例如，以便为建筑物立面提供特定美学特征。
通过使用同一申请人的申请号为PCT/EP2015/001454的国际专利申请中描述的类型的反射单元，在建筑物墙面涂层方面实现了备受赞赏的美学效果。这些反射单元包括至少一层载有纳米颗粒的材料，该至少一层材料覆盖在反射表面上，以便与入射光相互作用，从而再现天空和太阳的典型色度特征。具体地，入射光与载有纳米颗粒的材料相互作用会导致反射作用，该反射作用随着波长变化，呈现红色范围大于蓝色范围的规则光谱反射率(以下简称“规则反射率”)，反之呈现蓝色范围大于红色范围的漫射光谱反射率(以下简称“漫反射率”)。在本说明书和随后的权利要求书的上下文中，术语“规则反射率”和“漫反射率”是指E284标准中提供的与描述材料和光源外观的术语相关的定义(ASTM E284-09a，《外观形状标准术语》，美国材料和试验协会，宾夕法尼亚州西康舍霍肯，2009年)。此外，术语“光谱”是指作为光波长函数评估的规则反射率和漫反射率。
从同一申请人的申请号为PCT/EP2016/066995的国际专利申请中可知另一种具有色度效应的立面涂层单元。该单元提供支撑结构和该支撑结构上形成的色度反射层。色度反射层包括具有与上述特征类似的特征的反射层和色度漫射层。否则，色度立面单元包括设置在色度漫射层中或上和/或反射层上的吸收介质，该吸收介质被配置为吸收红外波长的电磁辐射。
该反射作用以及尤其是对入射光波长的规则反射率和漫反射率的依赖性会产生在规则反射光束之外观察到的淡蓝色照射板。这种浅蓝色是通过漫反射或随后漫射的光形成在该板上的。相比之下，规则反射光的特征在于，其相关色温(CCT)低于入射光的CCT，因为红色区域波长的规则反射率大于蓝色区域的波长。
具体地，申请人发现，通过申请号为PCT/EP2015/001454和PCT/EP2016/066995的国际申请中描述的反射单元获得的美学效果的特征在于：
规则反射光束，具有包括在色度平面CIE 1976u’-v’的区域中的色度坐标，坐标为u'>0.210且v'>0.470，并且在该色度平面中所引用的普朗克曲线与照射反射单元的光源之间的最大笛卡尔距离小于0.1，其中该光源是标准照射器CIE E；以及
漫反射光束具有包括在色度平面的区域中的色度坐标，坐标为u'<0.210且v'<0.430。
实现已知类型的纳米颗粒反射单元需要以极其均匀的方式应用载有纳米颗粒的材料的涂层，以便保持照射单元的外观均匀性。例如，涂层厚度不均匀会导致反射单元在被照射时颜色不均匀。然而，沉积极其均匀的层需要使用昂贵的技术，大多数情况下会导致大量浪费。此外，在反射单元必须形成具有非平坦构象(例如，阶梯式、凹凸式、微结构或扁平式)的面板的情况下，获得厚度均匀性非常复杂。事实上，在折叠处，当由光源照射时，涂层会变厚和/或变薄，这会改变面板在该点处的外观。
因此，申请人强烈地意识到需要实现一种尤其适用于建筑物墙面涂层结构的色度效应光反射单元，该单元一方面可以使用简单且廉价的技术来制造，另一方面能够提供均匀的色度效应。
具体地，申请人已经确定需要实现尤其适用于建筑物立面涂层结构的色度效应光反射单元。在该目标的范围内，申请人已经认识到需要实现一种色度效应光反射单元，该单元能够保证均匀的色度效应，即使在表面构象在严格意义上并非平面的情况下也是如此。
发明内容
在第一方面，本发明涉及一种色度效应光反射单元。所述单元包括：
反射层，具有至少一个反射表面；以及
色度漫射层，具有靠近反射表面的第一表面和与第一表面相对且基本上平行的第二表面，被配置为由入射光照射。
有利地，色度漫射层包括具有第一折射率的第一材料制成的纳米柱或纳米孔结构，浸入具有第二折射率的第二材料中，第二折射率不同于第一折射率，其中第一材料和第二材料基本上不吸收或对波长包含在可见光谱中(换句话说，基本上在380nm≤λ≤740nm范围内)的电磁辐射透明。
根据本发明，在第一折射率与第二折射率之间选择的较高折射率与较低折射率之间的比率介于1.05和3之间。此外，纳米柱或纳米孔沿着与色度漫射层的第一表面和第二表面不平行的主方向发展。换言之，纳米柱或纳米孔不共面或与色度漫射层的表面不平行，即在表面之间延伸。
此外，纳米柱或纳米孔结构由多个几何参数表征，多个几何参数包括：柱直径或孔直径dp；沿着主发展方向的柱长度或孔长度lp；纳米柱或纳米孔的表面密度Dp和/或结构的孔隙率Pp；其中，柱直径或孔直径(dp)介于40nm和300nm之间，沿着主发展方向的长度(lp)介于300nm和40μm(300nm<lp<40μm)之间，并且纳米柱或纳米孔的表面密度(Dp)与结构(30、70)的孔隙率(Pp)之间的至少一个被配置为向单元提供在红色范围内的入射光的波长相对于在蓝色范围内的入射光的波长更高的规则反射率，并且提供在蓝色范围内的入射光的波长相对于在红色范围内的入射光的波长更高的漫反射率。
“红色范围”是指介于600nm和740nm之间的波长范围。
“蓝色范围”在广义上是指介于380nm和500nm之间的波长范围，因此也包括传统上从紫罗兰色到蓝绿色的波长。
有利地，当由准直入射光束照射时，纳米孔或纳米柱层使得能够获得与通过载有申请号为PCT/EP2015/001454的国际专利申请中描述的类型的纳米颗粒的材料层获得的类似的色度效应，其中，准直光束是指具有主传播方向和围绕传播方向的角发散度的光束，角发散度小于45，优选地小于10，甚至更优选地小于2。此外，纳米孔或纳米柱层极其耐用，并且具有高度均匀性。具体地，使用本发明提供的方案，即使当光反射单元具有凹凸性时，也可以获得恒定厚度的色度漫射层。换言之，即使对于具有非平坦构象(例如，阶梯式、凹凸式、微结构或扁平式)的光反射单元，也可以获得沿着单元的表面的均匀漫反射率和规则反射率系数，即规则反射率和漫反射率不依赖于表面的特定局部构象。
本发明提供的单元可以包括以下附加特征中的一个或多个，附加特征也可以随意组合在一起，以满足根据对应的应用目的定义的具体要求。
在本发明的一个变型中，单元可以具有通过参考在波长等于450nm处测量的蓝色范围R(450nm)内的规则反射率，规则反射率在0.05至0.95范围内，优选地在0.1至0.9范围内。在一些示例中，蓝色范围R(450nm)内的规则反射率介于0.2和0.8之间。在希望模拟存在清澈蓝天的变型中，蓝色范围R(450nm)内的规则反射率可以在0.4至0.95范围内，优选地在0.5至0.9范围内，优选地介于0.6和0.8之间。在希望减小/最小化反射场景的贡献的变型中，蓝色范围R(450nm)内的规则反射率可以在0.05至0.6范围内，优选地在0.1到0.5范围内，优选地在0.2至0.4范围内。
在本发明的一种变型中，通过参考在波长等于630nm处测量的红色范围R(630nm)内的规则反射率至少是蓝色范围R(450nm)内的规则反射率的1.05倍，优选地1.2倍，甚至更优选地1.6倍。
在本发明的一种变型中，蓝色范围R(450nm)内的漫反射率是红色范围R(630nm)内的漫反射率的至少1.2倍，优选地至少1.4倍，更优选地至少1.6倍。
在本发明的一种变型中，规则反射光束的CCT比入射光束的CCT低至少10％，优选地至少15％，更优选地至少20％。
在本发明的一种变型中，漫反射光束的CCT比入射光束的CCT高至少20％，优选地至少30％，更优选地至少50％。
为了量化色度分离，还可以定义规则反射光束的CCT相对于入射光束的CCT的变化。上述减小的特征在于规则反射光束的CCT朝向红色范围位移，同时漫反射光束的CCT朝向蓝色范围位移，因为色度漫射层是第一材料和第二材料制成的，第一材料和第二材料基本上不吸收或对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明。
在本发明的一种变型中，色度图CIE 1976u’-v’上规则反射光束(u’R,v’R)的色点相对于白色点(u’B,v’B)(其中，对于下面定义的标准照射器，u’B＝0.210且v’B＝0.474)之间的欧几里德距离至少等于0.01，优选地0.015，更优选地0.02，其中u’R>u’B且v’R>v’B。为了量化色度分离，还可以计算色度图CIE 1976u’-v’上色点在入射光束的色点位置(白色点)与规则反射光束的色点位置之间的位移。上文结合CCT可以看出，在本发明提供的单元中，规则反射光束在红色范围的方向的位移必然意味着可与漫射光(漫反射光)相关联的色点在蓝色范围的方向的位移，因此是色度分离现象的指数。
在本说明书和随后的权利要求书的上下文中，为了量化CCT值，一般而言并且对于上述CCT值，参考由标准照射器CIE D65产生的入射光束。否则，为了量化值u'-v’，一般而言并且对于上述值，参考来自白色光源(例如，标准照射器CIE E)的入射照射，其在可见光谱中辐射相等能量且具有恒定光谱功率分布(SPD)。尽管这是一种理论参考，但是标准照射器CIE E在作为波长函数的漫射变异性的情况下尤其适合，因为其相对于所有波长具有统一的光谱权重。
根据一个实施例，可以将顺序参数S(定义为
Figure BDA0004001538390000061
介于0.7和1之间，更优选地介于0.9到1之间)与纳米柱或纳米孔相对于主方向的一组单个发展关联；其中，
Figure BDA0004001538390000062
是横向于色度漫射层的表面的剖面中标识的主发展方向与可与剖面中的多个纳米柱或纳米孔中的每个纳米柱或纳米孔相关联的轴线之间的角度。顺序参数S的定义是根据申请人采用的实际实验测量方法定义的，下面将更详细地进行描述。
由于沿准线标识的轴线具有高阶度，因此可以更好地控制样本(表现出色度变异性)的色度变异性。
在本发明的一种变型中，直径dp介于70nm和200nm之间，优选地介于80nm和160nm之间。
根据一个实施例，纳米柱或纳米孔沿着主方向的长度介于500nm和μm之间(500nm<lp<20μm)，优选地介于500nm和20μm之间(500nm<lp<20μm)。
在本发明的另一种变型中，表面密度Dp用于例如限定孔间或柱间距离Ip小于直径dp的2.8倍，优选地小于直径dp的2.6倍，更优选地小于直径dp的2.4倍。
在本说明书和所附权利要求中，孔间或柱间距离Ip是指通过扫描电子显微镜(SEM)获得的一个或多个图像开始测量的距离，一个或多个图像显示色度漫射层的第二表面，即反射层的远端表面。换言之，该值是在纳米柱或纳米孔的自由端测量的。
根据一个实施例，结构的孔隙率Pp介于20％和80％之间，优选地介于25％和75％之间。
通过申请人进行的测试，已经确定几何参数的范围，几何参数的范围允许在规则反射和漫反射(或简单漫射)中建立色度效应作为入射角的函数，其中，除此之外，入射角表示为规则反射光束的CCT的变化和/或单元漫反射(或简单地漫射)光束的CCT相对于入射光束的CCT的变化。这种效应以不变的方式或以静态的方式(略微变化)发生-换句话说，在这种条件下，如果单元由沿着某个方向准直的光束相对于光束照射的表面的局部法线以一定入射角照射，规则反射光束和/或漫反射光束的CCT不完全或仅在很小程度上取决于该入射角。替代地，这种效应以可变的方式表现-即，在这种条件下，使得规则反射光束和/或漫反射光束的CCT基本上取决于照射单元的光束的入射角。
根据一个不同的实施例，直径dp大于直径阈值dp_threshold和/或长度lp大于长度阈值lp_threshold，以提供由单元通过规则反射所反射的光通量的相关色温的变异性，作为入射到单元上的对应光通量的入射角的函数，入射角优选地介于0°和60°之间，波长介于380nm和740nm之间。具体地，由单元通过规则反射所反射的光通量的相关色温随着入射角增大而减小。此外，规则反射光束的多对色点之间的最大欧几里德距离ΔRmax(u’,v’)大于0.02，规则反射光束的多对色点属于规则反射光束的多个色点并以不同的入射角标识。
具体地，在本说明书和随后的权利要求书中，术语“光”、“光束”、“光线”或“光通量”是指波长包含在可见光谱中的一个或多个电磁辐射，其具有包含在可见光谱中的波长(即，基本上380nm≤λ≤740nm)。此外，在本说明书和随后的权利要求书中，词语“准直光”或者“准直光束”是指具有主传播方向和围绕传播方向的角发散度的光束，角发散度小于45°，优选地小于10°，甚至更优选地小于2°。
优选地，当较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm介于1.7和1.9之间时，例如，当第一材料是氧化铝(n1＝1.78)且第二材料是空气(n2＝1)时，直径阈值dp_threshold介于50nm和120nm之间，更优选地介于60nm和100nm之间，甚至更优选地等于约80nm。
优选地，当较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm介于1.7和1.9之间时，例如，当第一材料是氧化铝(n1＝1.78)且第二材料是空气(n2＝1)时，长度阈值lp_threshold介于800nm和5μm之间，更优选地介于1μm和4μm之间，甚至更优选地等于约3μm。
优选地，当较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm介于1.1和1.3之间时，例如，当第一材料是氧化铝(n1＝1.78)且第二材料具有介于1.4和1.6之间的第二折射率n2时，直径阈值dp_threshold介于150nm和220nm之间，更优选地介于160nm和200nm之间，甚至更优选地等于约180nm。
优选地，当较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm介于1.1和1.3之间时，例如，当第一材料是氧化铝(n1＝1.78)且第二材料具有介于1.4和1.6之间的第二折射率n2时，长度阈值lp_threshold介于6μm和12μm之间，更优选地介于8μm和10μm之间，甚至更优选地等于约9μm。
使用该方案，可以获得能够更改规则反射光通量和漫反射光通量两者的相关色温的单元，作为照射单元的光束的入射角的函数。具体地，使用参数可以获得能够以类似于地球大气的方式根据太阳相对于地平线的位置来改变色调的表面。
根据一个不同的实施例，直径dp大于第二直径阈值dp_threshold_2和/或长度lp大于第二长度阈值lp_threshold_2，以提供由单元通过规则反射所反射的光通量在波长为λb＝450nm和λr＝630nm处的电磁辐射反射率的二向色性反射率r＝R(λr,θ)/R(λb,θ)，随着入射到单元上的对应光通量的入射角增大而增大，并且在以约10°的入射角入射到单元上的光通量的情况下，表现出二向色性反射率值(r)的变化，变化高于由单元通过规则反射所反射的光通量的二向色性反射率值(r)的5％，优选地10％，更优选地15％。
优选地，当较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm介于1.7和1.9之间时，例如，当第一材料是氧化铝(n1＝1.78)且第二材料是空气(n2＝1)时，第二直径阈值dp_threshold_2介于40nm和100nm之间，优选地介于60nm和80nm之间，甚至更优选地等于约70nm。
优选地，当较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm介于1.7和1.9之间时，例如，当第一材料是氧化铝(n1＝1.78)且第二材料是空气(n2＝1)时，第二长度阈值lp_threshold_2介于300nm和2μm之间，优选地介于1μm和1.7μm之间，更优选地等于约1.4μm。
优选地，当较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm介于1.1和1.3之间时，例如，当第一材料是氧化铝(n1＝1.78)且第二材料具有介于1.4和1.6之间的第二折射率n2时，直径阈值(dp_threshold)介于150nm和190nm之间，更优选地介于160nm和180nm之间，更优选地等于约170nm。
优选地，当较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm介于1.1和1.3之间时，例如，当第一材料是氧化铝(n1＝1.78)且第二材料具有介于1.4和1.6之间的第二折射率n2时，第二长度阈值(lp_threshold_2)介于4μm和8μm之间，优选地介于5μm和7μm之间，更优选地等于约6μm。
根据一个实施例，第一材料是金属氧化物。
选择第一材料确保容易实现坚固、耐用的色度漫射层。事实上，金属氧化物制成的纳米柱或纳米孔结构可以从已知氧化过程开始以简单且经济的方式获得，例如，如Runge、Jude Mary于2018年在施普林格国际出版社发表的《阳极氧化铝的冶金：科学与实践的联系》中，这些过程促进了金属上氧化物的生长。这种生长以均匀方式进行，确保能够获得几乎任何大小的层，其特征在于厚度基本上均匀，因此能够提供均匀的色度效应。
此外，生长纳米柱结构的金属结构可以容易地呈现不同于平坦构象的构象，而不会影响纳米柱层的均匀性。
优选地，该金属氧化物是氧化铝(铝氧化物)、氧化钛(二氧化钛)或氧化锌。
根据一个实施例，第二材料是空气。替代地，第二材料是聚合物、树脂、硅酮、不同氧化物(例如，由溶胶-凝胶沉积)，此类材料基本上不吸收或至少对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明，此类材料的折射率优选地介于1.3和1.55之间，甚至更优选地介于1.41和1.52之间，例如聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、多氟化物(例如，PVDF)或透明聚丙烯酸酯。
通过选择纳米柱或纳米孔结构浸入其中的材料，即使已经设置纳米柱或纳米孔的参数，也可以进一步改变单元呈现的色度变异性。
根据一个实施例，纳米柱或纳米孔可以相对于色度漫射层的第二表面分布，分布划分为延伸小于100μm2、更优选地小于10μm2、甚至更优选地小于1μm2的相干区域，其中第二表面的相干区域中的一个内的每个纳米柱或纳米孔与存在于同一相干区域中的相邻纳米柱或相邻纳米孔基本等距。
在本说明书的范围内，以及在随后的权利要求书中，关于“相干区域内的每个纳米柱或纳米孔等距”是指该相干区域内的纳米柱或纳米孔在相邻孔之间具有相同的距离，除非相对于根据在该区域内测量的相邻纳米柱或相邻纳米孔之间的距离值计算的平均距离的偏差小于10％。
申请人发现，由于该特征，可以避免由于布拉格光栅衍射以及反射或漫射光中存在彩虹而产生的干扰现象，从而表现出颜色，例如与天空和太阳的自然光颜色无关的绿色或紫红色区域中的颜色。此外，申请人还注意到，结构内纳米孔或纳米柱分布的随机性越大，有利于建立所需的色度效应。
根据一个实施例，单元还包括中间层。中间层置于色度漫射层与反射层之间。优选地，中间层至少部分不吸收或对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明。
使用该方案，可以将不能彼此直接耦合的色度漫射层和反射层耦合在一起。此外，选择反射系数和/或过滤具有预定波长的一个或多个电磁辐射的能力，以便在由单元反射的光中获得特定色度产率。
根据另一个实施例，单元还包括设置在色度漫射层的第二表面上的涂层。优选地，涂层至少部分不吸收或对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明。
使用该方案，可以实现尤其耐大气介质磨损作用的色度效应光反射单元。
根据本发明的一种变型，反射层包括与其自身反射表面相对的后表面，单元包括设置在反射层的后表面上的至少一个增强复合层，增强复合层包括垫片面板和涂层薄板；其中，垫片面板的比重比涂层薄板的比重至少小5倍，优选地比涂层薄板的比重至少小10倍。此外，垫片面板的厚度比涂层薄板的厚度至少高2倍，优选地比涂层薄板的厚度至少高5倍。
优选地，垫片面板由非可燃材料制成，例如玻璃纤维、膨胀玻璃颗粒、岩纤维、泡沫玻璃、陶瓷纤维、碳纤维、蛭石(膨胀或不膨胀)、膨胀粘土或珍珠岩(膨胀或不膨胀)。
优选地，垫片面板以光栅形式制成，例如具有与反射层正交的单元轴线的蜂窝状光栅，或者具有根据与反射层正交的截面的波状轮廓。
优选地，涂层薄板由铝制成，厚度介于0.2mm和1mm之间，优选地等于约0.5mm。
由于增强复合层，可以实现轻型但同时具有稳健性的单元，同时还可以实现不易燃性以及隔热和/或隔音特性。
根据本发明的不同方面，提出了一种涂层元件，包括：
至少一个根据上述实施例中的一项的色度效应光反射单元；
支撑结构，支撑结构被配置为机械地支撑至少一个单元，使得色度漫射层的第二表面面向外部环境；以及
耦合装置，被配置为允许将支撑结构机械地耦合到轴承元件。
涂层元件使得能够以均匀的方式为对象(尤其是建筑物)提供涂层，从而形成能够在受到太阳辐射或白光人为照射时复制地球大气的着色的表面。
根据本发明的又一方面，涉及一种照射系统，包括至少一个根据上述实施例中的一项的色度效应光反射单元；以及至少一个照射器，用于照射至少一个色度效应光反射单元，照射器被配置为发射或投射至少部分地照射到色度漫射层的第二表面上的光锥，色度漫射层被配置为由入射光照射。
附图说明
附图包含在并且构成描述的一部分，示出了本发明的示例性实施例，并且与描述内容一起用于解释本发明的原则。
在附图中：
图1示出了根据本发明的一个实施例的光反射单元的截面透视图；
图2至图5示出了根据本发明的各实施例的光反射单元的一部分的示意性剖面轴测图；
图6报告了示出根据本发明的不同实施例的多个光反射单元的六个不同色度漫射层表面的SEM图像；
图7和图8示出了根据本发明的一个实施例的光反射单元的一部分的示意性侧视图；
图9至图11示出了根据本发明的各实施例的三个不同光反射单元的截面侧视图的SEM图像；
图12对应于图1的视图，示意性地示出了根据本发明的一个实施例的光反射单元的色度变异性效应；
图13示出了根据本发明的各实施例的光反射单元的规则反射率随该单元上光束入射角变化作为电磁辐射波长的函数的过程图；
图14示出了根据本发明的各实施例的单元在两个不同波长处的反射率之间的比率作为该单元上光束入射角的函数的过程图；
图15a和图15b示意性地示出了用于评估单元的色度特性的测试装置；
图16示出了单元规则和漫反射的光束的色点的期望区域突出显示的色度平面的图示；
图17示意性地示出了根据本发明的一个实施例的光反射单元中包含的纳米孔结构的三个不同相干区域；
图18示出了根据本发明的一个实施例的用于生长包括纳米孔结构的色度漫射层的过程的流程图；
图19和图20示出了根据本发明的多个实施例的两个涂层元件的侧面透视图；
图21示出了根据本发明的一个不同实施例的光反射单元的截面透视图；
图22示出了根据本发明的一个替代实施例的光反射单元的一部分的示意性剖面轴测图；
图23示出了根据本发明的又一个实施例的光反射单元的截面透视图；
图24示出了根据本发明的另一个实施例的光反射单元的截面透视图；
图25示出了根据本发明的一个不同实施例的光反射单元的一部分的示意性俯视图；
图26示出了根据本发明的使用光反射单元的第一变型的照射系统的示意图；
图27和图27a分别示出了根据本发明的使用光反射单元的第二变型的照射系统以及其中使用的光源的放大细节的示意图；
图28和图28a分别示出了根据本发明的使用光反射单元的第二变型的照射系统以及其中使用的光源的放大细节的示意图；
图29示出了根据本发明的使用光反射单元的第四变型的照射系统的示意性侧视图；以及
图30至图33示出了根据本发明的使用光反射单元的格栅照射系统的优选实施例的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的各示例性实施例进行详细描述。本文中描述、附图中示出的各示例性实施例旨在传达本发明的原理，允许本领域技术人员在许多不同的情况和应用中实现和使用本发明。因此，各示例性实施例不是为了也不应考虑限制专利保护的范围。相反，专利保护的范围由所附权利要求限定。
在下面的描述中，为了说明附图，使用相同的数字或附图标记来表示具有相同功能的构造元件。进一步地，为了便于说明，一些附图标记可能不会在所有附图中重复。
除非另有说明，否则使用“例如”、“等”、“或”表示不受限制的非排他性备选方案。除非另有说明，否则使用“包括”和“包含”表示“包括或包含但不限于”。
此外，使用与“近似”、“几乎”、“基本上”或类似术语相关的度量、值、形状和几何参考(例如，垂直和平行)应当理解为“无测量误差”或“除非由于制造公差导致不准确”，并且在任何情况下，与术语相关的“值、度量、形状或几何参考稍有偏离”。
最后，“第一”、“第二”、“上”、“下”、“主要”和“次要”等术语通常用于区分属于同一类型的组件，而不一定意味着关系或位置的顺序或优先级。
色度效应光反射单元
结合图1，该图示意性地示出了根据本发明的一个实施例的色度效应光反射单元，以下简称为“单元”。单元1、1a-1g包括耦合在一起的反射层10和色度漫射层20。
具体地，反射层10包括至少一个表面11，至少一个表面11被配置为规则反射入射光束，该入射光束包括一个或多个电磁辐射，该一个或多个电磁辐射具有至少包含在可见光谱中的波长(即，380nm≤λ≤740nm)，该一个或多个电磁辐射在下文中也用术语“光束”、“光线”、“光通量”或“光”表示。例如，反射层的规则反射率至少50％，优选地至少75％，更优选地至少90％，由铝(Al)、钛(Ti)、银(Ag)、锌(Zn)等金属材料或包括此类材料的不锈钢等合金制成。可选地，反射层10的反射表面11可以经过抛光处理(机械或化学)。
色度漫射层20包括靠近反射表面11的第一表面21和与第一表面21相对且基本上平行的第二表面23，第一表面21和第二表面23根据厚度t隔开。在所考虑的实施例中，色度漫射层20的第一表面21耦合到反射层10的反射表面11，而第二表面23面向外部环境。具体地，第二表面23被配置为由入射光照射。
有利地，色度漫射层20包括纳米孔30结构(如图2至图5所示)或纳米柱70结构(如图22所示)。该纳米孔30或纳米柱70结构由具有第一折射率n1的第一材料制成，并且浸入具有第二折射率n2的第二材料中。例如，构成纳米孔30结构的第一材料是氧化铝，或铝氧化物(Al2O3)，优选地是阳极氧化铝或AAO(表达式“阳极氧化铝”的缩写)。
否则，填充纳米孔30结构或其中浸入纳米柱70结构的第二材料是空气。替代地，填充纳米孔30结构或其中浸入纳米柱70结构的第二材料是聚合物、树脂、硅酮、不同氧化物(例如，由溶胶-凝胶沉积)，此类材料基本上不吸收或至少对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明，此类材料的折射率n2介于1.3和1.55之间，优选地介于1.41和1.52之间，例如聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、多氟化物(例如，PVDF)或透明聚丙烯酸酯。
优选地，填充纳米孔30结构或其中浸入纳米柱70结构的第二材料是基于可溶性含氟聚合物的树脂，尤其是高碳氟化合物含量的聚氨酯树脂，例如市售已知商品名为
Figure BDA0004001538390000171
的树脂。具体地，含氟聚合物的树脂的折射率n2介于1.45和1.50之间，更优选地等于1.48。
纳米孔结构
纳米孔30结构包括采用第一材料(例如，氧化铝)制成的多个纳米孔31(如图2至图5所示)，在图2至图5的具体示例中，纳米孔30结构的分布相对于基本上平行于第一表面21和第二表面23的平面Π(如图2所示)具有大致六角形构象；例如，色度漫射层20的第二表面23所在的平面。
每个纳米孔31包括面向色度漫射层20的第二表面23的开口，并且在色度漫射层20中朝向该层20的第一表面21延伸。如本领域技术人员显而易见的，纳米孔31通常具有图6所示的非规则形状，该图示出了通过扫描电子显微镜(缩写为SEM)获得的六个俯视图a)-f)，该纳米孔31具有多个真实纳米孔结构，而不是为了简单起见在图2至图5的示例中所示的规则圆形。
有利地，每个纳米孔31的表面尺寸由平面Π中内切孔31的周长对应的直径dp限定。换言之，直径dp优选地在第二表面23处确定，并且基本上是纳米孔30结构边缘上两点之间的最大距离的度量，该度量限定了纳米孔31的对应开口。
此外，每个纳米孔31从第一表面21朝向第二表面23发展，限定了长度尺寸lp。尽管为了简单起见，图2至图5示出了彼此平行且与色度漫射层20的表面21和23正交的孔31，但是纳米孔31通常相对于层20的第一表面21和第二表面23沿着相应非平行方向(即，横向)延伸长度尺寸lp，并且在任何情况下并非近乎彼此平行，如图7至图11所示，该图示出了沿着基本上横向于通过SEM获得的色度漫射层20的表面21和23的平面(剖面)剖开的真实纳米孔30结构的侧视图。在有序纳米孔30结构的情况下，可以在剖面中标识纳米孔31的主(组)发展方向
Figure BDA0004001538390000181
(如图7至图11所示)，并通过方向顺序参数S(二维)对纳米孔30结构进行表征，该方向顺序参数S(二维)是相对于横向于色度漫射层20的表面21和23的剖面中的主发展方向
Figure BDA0004001538390000182
测量的，并且通过以下等式计算：
Figure BDA0004001538390000185
其中，
Figure BDA0004001538390000186
是主发展方向
Figure BDA0004001538390000183
与可与剖面中的多个纳米柱或纳米孔中的每个纳米孔31相关联的轴线之间的角度。具体地，如图7示意性地所示，主发展方向
Figure BDA0004001538390000184
被定义为由在所考虑的示例中与基体10的反射表面11对应的剖面与第一表面21之间的相交直线与沿着横向于色度漫射层20的表面21和23的平面的每个纳米孔31所限定的角度α的平均值<α>所标识的方向，其中，横截平面与剖面重合。如本领域技术人员显而易见的，在完全无序的情况下，
Figure BDA0004001538390000187
的平均值是1/2，因此S＝0；而对于健全有序的系统(纳米孔31的与准线对齐的轴线)，
Figure BDA0004001538390000188
因此S＝1。
在本说明书和随后的权利要求书的上下文中，术语“有序纳米孔结构”是指单元1、1a-1g的色度漫射层20的纳米孔30结构，其特征在于，对于至少一个剖面，方向顺序参数S介于0.7和1之间(即，0.7≤S≤1)或更优选地介于0.9和1之间(即，0.9≤S≤1)。
申请人已经确定可以通过以下方式确定顺序参数。最初，通过扫描电子显微镜(SEM)收集色度漫射层20的横截面图像；对于SEM，可以合理地以大致直线标识第一表面21。然后，对图像进行分析，以标识31个纳米孔的统计上显著的数量，例如，等于或大于50个不同元素，其中纳米孔31的高度(即，长度尺寸lp)与宽度(即，直径dp)之间的纵横比至少等于10-可以合理地近似为一段。具体地，如果纳米孔31限定了一个或多个分叉(如图9所示)，则将每个分叉视为不同的纳米孔31，其中，此类不同纳米孔31中的每个分叉共享一个公共部分。如果无法使用该纵横比来标识纳米孔31的统计上显著的数量，则丢弃该图像并获取新图像。随后，对于每个标识的纳米孔31，通过连接纳米孔31的端部来限定发展轴线。对于如此限定的每个发展轴线，测量该轴线与剖面和第一表面21之间的相交直线之间的角度α；换言之，测量每个纳米孔31的角度α，该角度α具有在图像中标识的所需纵横比。然后，求取角度α的平均值，以获得主准线
Figure BDA0004001538390000191
相对于第一表面定向的平均角度<α>。因此，测量相对于先前考虑的每个纳米孔31的轴线的主准线
Figure BDA0004001538390000192
的偏差角
Figure BDA0004001538390000193
最后，这些偏差角用于根据上述公式(1)计算顺序参数S。
纳米孔30结构的特征还在于折射率n1、n2的较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm，折射率n1、n2表征制成纳米孔31的第一材料和第二纳米孔填充材料31。
在所考虑的实施例中，纳米孔31填充有空气。因此，孔31的壁限定了特征在于不同折射率的材料之间的界面。替代地，其他填充材料可以用于填充纳米孔31，并获得如下所述的不同期望折射率比。例如，替代填充材料以非限制性的方式包括聚合物、树脂、硅酮、不同氧化物(例如，由溶胶-凝胶沉积)，此类材料基本上至少对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明。换言之，纳米孔30结构浸入所选择的填充材料中。
纳米孔30结构的特征还在于纳米柱或纳米孔的布置的周期性，限于相干区域AC1、AC2和AC3，如图17示意性地所示，延伸小于100μm2，更优选地10μm2，甚至更优选地小于1μm2，其中相干区域是第二表面23的子部分。在这些相干区域中的每个相干区域中，每个纳米孔31与相同相干区域内的相邻纳米孔31等距。在本说明书中，术语“相邻”意在表示沿着位于参考平面(例如，平面Π)并且穿过参考纳米孔31中的任意方向设置在距离参考纳米孔31最小距离(基本上对应于孔间距离Ip)位置处的纳米孔31。从图6所示类型的第二表面23的扫描电子显微镜(SEM)获得的一个或多个图像开始确定纳米柱或纳米孔的布置的周期性。
此外，可以根据色度漫射层20的第二表面23的每单位面积的纳米孔31的数量(可以测量为每平方微米的纳米孔数量)，或者根据相邻孔之间的(平均)距离(孔间距离Ip)以及结构30的孔隙率Pp(被定义为具有较低折射率nm的材料(例如，空气)相对于第二表面23的面积所占据的面积百分比)来定义表面密度Dp。
因此，一般而言，根据本发明的纳米孔30结构是有序类型，具有有限的周期性，并且可以通过一系列几何参数来表征，具体包括：
孔31的直径dp；
孔31的长度尺寸lp；
孔31的表面密度Dp；
孔隙率Pp；以及
构成结构30的材料的折射率之间的比率nM/nm。
申请人确定，在有序和有限的周期性纳米孔30结构的情况下，由于色度漫射层20和反射层10的组合效应，控制前述几何参数可以控制建立入射光的色度反射和漫射效应，即，单元1、1a-1g的规则反射率和漫反射率对波长(也可以是这些参数的函数)的依赖关系可以是不变类型，即与单元1、1a-1g相对于其表面法线的照射方向无关；可以是静态类型，即与单元1、1a-1g相对于其表面法线的照射方向略微相关；也可以是可变类型，即基本上取决于该照射角度的类型，从而产生观察者感知的单元1、1a-1g的显著色度效应。
分别表示为色度不变和静态的色度效应是由于入射到单元1、1a-1g上的光束与纳米孔31结构的相互作用，使得单元1、1a-1g对于包括在红色范围内的入射光的波长相对于包括在蓝色范围内的入射光的波长具有更高的规则反射率。否则，纳米孔31结构影响单元1、1a-1g的漫反射率，使得包括在蓝色范围内的入射光的波长相对于包括在红色范围内的入射光的波长更大。因此，当光束射入单元1、1a-1g时，光束的包括在蓝色范围内的波长(380nm≤λ≤500nm)的电磁辐射相对于包括在红色范围内的波长(600nm≤λ≤720nm)优先经历漫射(也称为散射)。
例如，色度效应光反射单元1、1a-1g在可见范围内基本上不吸收光，并且在450nm(蓝色)波长处漫射光比在约630nm(红色)波长处漫射光效率高至少1.2倍，例如至少1.4倍，以及至少1.6倍。换言之，单元1、1a-1g在450nm(蓝色)波长处的漫反射率比在630nm(红色)处的漫反射率高至少1.2倍，例如至少1.4倍，以及至少1.6倍。
类似地，色度效应光反射单元1、1a-1g在630nm(红色)波长处规则反射光比在约450nm(蓝色)波长处规则反正光效率高至少1.05倍，例如至少1.2倍，以及至少1.6倍。换言之，单元1、1a-1g在630nm(红色)波长处的规则反射率比在450nm(蓝色)处的规则反射率高至少1.05倍，例如至少1.2倍，以及至少1.6倍。
因此，当被基本定向(准直)的白色光束射入时，单元1、1a-1g呈现基本淡蓝色(由于漫反射)，例如，从形成相对于所述表面的法线的角度θ的方向照射在单元表面上的白色光束，并且发散小于45°，优选地小于10°，甚至更优选地小于2°-例如太阳辐射-如果从相对于照射方向基本上不同于镜面方向的任意方向观察，即从使得观察者看不到光源的镜面反射的方向，例如从形成与镜面方向的角度的方向相对于入射光束的方向大于所述入射光束的半发散度。同时，当被白光的定向光束射入时，如果在相对于照射方向的镜面方向上观察，即从观察者看到光源的镜面反射的方向上观察，单元呈现暖色，例如黄色，或优选地橙色，或甚至更优选地微红。第一色度效应不随入射角θ的变化而变化，因此指示为色度静态。
在单元1、1a-1g的规则反射率和/或漫反射率开始不仅依赖于波长，而且依赖于照射方向或入射方向θ时，会出现另一种色度效应，指示为色度可变。
换言之，观察者从靠近镜面反射方向的观察方向看到单元1、1a-1g的颜色，以及观察者从距离镜面反射方向较远的观察方向看到单元1、1a-1g的颜色，可能但不一定取决于入射到单元(1；1a-1g)上的光束的入射角θ。
事实上，规则反射光束的相关色温(缩写为CCT)似乎取决于对应的入射光束相对于单元或反射层10的反射表面11的法线的入射角θ。具体地，在所考虑的示例中，规则反射光束的相关色温随入射到单元1、1a-1g上的光束的入射角θ增大而减小。例如，如图12示意性地所示，当具有相关色温CCT1的第一光束I1以相对于反射层10的反射表面11的法线的角度θα照射在单元1、1a-1g上时，将获得具有第一相关色温CCT2而不是规则反射光束R2的第二相关色温CCT3的对应的第一规则反射光束R1，该规则反射光束R2由具有与光束I1相同的光谱内容和CCT的第二光束I2的规则反射产生，而是以相对于反射层10的反射表面11的法线的角度θβ而不是角度θα入射到单元1、1a-1g上。具体地，当角度θβ大于角度θα时，第一反射光束的第一相关色温CCT2大于第二反射光束的第二相关色温CCT3。
换言之，单元1、1a-1g的色度行为取决于光束照射在单元1、1a-1g本身上的角度。具体地，规则反射率R被证明是入射波长λ和对应入射光束R(λ,θ)的入射角θ的函数，如图13所示，其中规则反射率R(λ,θ)的相关性是波长的函数，归一化为该规则反射率在波长范围内的最大值，并且对于所考虑的角度，对于对应入射光束的不同入射角θ1＝10°，θ2＝20°，θ3＝30°，θ4＝40°，θ5＝50°。如图13所示，规则光谱反射率随波长减小而减小的值越大，入射角θ越大。这是因为：(i)漫反射率随角度θ增大而增大(即，在远离镜面反射的方向上观察到的单元1、1a-1g的亮度随照射角度θ增大而增大)；以及(ii)在蓝色范围内的波长的漫反射率大于在红色范围内的波长的漫反射率。
申请人确定，可以根据在不同入射角θ的两个不同波长处评估的规则反射率之间的比率的变化来表征单元1、1a-1g的色度特性。优选地，如图14所示，考虑在波长为λb450nm和λr 630nm处的电磁辐射反射率的二向色性反射率r＝R(λr,θ)/R(λb,θ)。在完全不存在色度变化的情况下，该比率r随θ变化几乎保持不变。相反，如果存在色度变化，如图14所示，该比率随角度θ增大而增大。具体地，在以约10°的入射角入射到单元1、1a-1g上的光通量入射到单元1、1a-1g的情况下，在存在相对于二向色性反射率值r的变化小于5％，优选地小于10％，更优选地小于15％的情况下，则单元1、1a-1g被视为色度不变。在超过这些变化值的情况下，单位1、1a-1g被视为细微可变(静态)或可变。
基于前述，申请人确定，通过作用于表征色度漫射层20的有序纳米孔30结构的一个或多个以下参数中的一个或多个，可以建立色度反射和漫射效应，无论是不变类型，即与入射角无关；静态类型，即与入射角略微相关；或可变类型，基本上取决于如上文所定义的入射角：
纳米孔31的长度lp；
纳米孔31的表面密度Dp(即，孔间距离Ip)；
纳米孔31的直径dp；
纳米孔30结构的孔隙率Pp；
在所考虑的示例中，孔填充材料(例如，空气)的折射率n2与纳米孔30结构材料(即，氧化铝)的折射率n1之间的较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm。
申请人进行的测试使得能够突出显示构成纳米孔30结构的材料的折射率比nM/nm、纳米孔的长度lp、纳米孔的直径dp、纳米孔的表面密度Dp和纳米孔30结构的孔隙率Pp的参数的变化如何允许随对应的白色光入射光束的入射角的变化而建立不变的、静态的或可变的色度反射和漫射效应。
具体地，在一些实施例中，申请人确定，由于色度反射和漫射效应的建立，第一材料的折射率n1与第二材料的折射率n2之间的较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm必须介于1.05和3之间，其中，折射率n1和n2是根据波长等于589.29nm的标准折射率测量值计算的。
在其他实施例中，申请人发现，为了建立色度反射和漫射效应，比率nM/nm必须优选地介于1.10和1.8之间，更优选地介于1.15和1.4之间，或者介于1.6和1.78之间。
在其他实施例中，申请人发现，为了建立色度反射和漫射效应，比率nM/nm必须优选地介于1.7和2.7之间，更优选地介于1.7和2.05之间，或者介于2.45和2.65之间。
在进一步的实施例中，申请人发现，为了建立色度反射和漫射效应，比率nM/nm必须优选地介于1.4和2.1之间，更优选地介于1.45和1.7之间，或者介于1.95和2.05之间。
此外，在一些实施例中，申请人重点说明了入射光的色度反射和漫射效应是如何由于以下原因而发生的：
纳米孔31的直径dp介于40nm和300nm之间，从而导致纳米孔或纳米柱31的直径dp尤其介于70nm和200nm之间；以及
纳米孔31的长度lp介于300nm和200μm之间(300nm<lp<200μm)，优选地介于300nm和100μm之间(300nm<lp<100μm)，更优选地介于300nm和40μm之间(300nm<lp<40μm)。
在一些实施例中，申请人还观察到入射光针对表面密度Dp的色度反射和漫射效应是如何发生的，例如限定孔间距离Ip比直径dp小2.8倍，优选地比直径dp小2.6倍，更优选地比直径dp小2.4倍；和/或孔隙率Pp介于20％和80％之间，优选地介于25％和75％之间。
例如，图3示意性地示出了包括纳米孔30结构的单元1a，纳米孔30结构由上述范围内的尺寸参数表征。
具体地，在一些实施例中，申请人观察到，纳米孔31的直径dp与纳米孔31的长度lp之间存在相互依赖关系，使得在纳米孔31的直径dp大于70nm(dp>70nm)的情况下，已经针对长度lp介于300nm和40μm(300nm<lp<40μm)之间的纳米孔31建立色度反射和漫射效应，从而缩短色度漫射层20的生产时间。
在一些实施例中，申请人还确定，在存在纳米孔30结构的情况下，纳米孔31的长度lp大于长度阈值lp_threshold，并且在任何情况下，小于200μm，优选地小于100μm，入射光的色度漫射效应是可变类型。具体地，在第一材料是氧化铝且第二材料是空气的情况下，长度阈值lp_threshold通常介于800nm和5μm之间，优选地介于1μm和4μm之间，甚至更优选地等于约3μm。此外，在第一材料是氧化铝且第二材料具有介于1.4和1.6之间的第二折射率n2的特征的情况下，长度阈值lp_threshold介于6μm和12μm之间，更优选地介于8μm和10μm之间，甚至更优选地等于约9μm。
在一些实施例中，申请人还发现，在存在纳米孔30结构的情况下，纳米孔31的长度lp大于长度阈值lp_threshold，在纳米孔31的直径dp超过直径阈值dp_threshold的情况下，色度效应是可变类型。具体地，在第一材料是氧化铝且第二材料是空气的情况下，直径阈值dp_threshold通常介于50nm和120nm之间，优选地介于60nm和100nm之间，甚至更优选地等于约80nm。
此外，在第一材料是氧化铝且第二材料具有介于1.4和1.6之间的第二折射率n2的特征的情况下，直径阈值dp_threshold通常介于150nm和220nm之间，优选地介于160nm和200nm之间，甚至更优选地等于约180nm。
申请人还发现，随着第一材料和第二材料的折射率n1、n2的较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm减小，长度阈值lp_threshold和直径阈值dp_threshold增大。
例如，图4和图5示意性地示出了单元1b和1c，其分别包括纳米孔30结构，纳米孔30结构由导致可变色度漫射效应的范围内的尺寸参数表征，其中，图4示出了包括纳米孔30结构的单元1b，纳米孔30结构的纳米孔31的表面密度Dp大于图5的单元1c的纳米孔30结构的纳米孔31的表面密度Dp。
关于测量规则反射率对波长的依赖关系，可以如图15a所示继续进行。单元1、1a-1g的定向使得其法线N(在图15a中以虚线表示)与由白光光源S发射的入射线RI形成角度δ，例如具有标准照射器CIE D65的光谱的光源，并且其中以镜面角度反射的光的光谱通过检测器(分光光度计)RIV测量。因此，相对于光源S的发射光谱，对该频谱进行归一化，例如，通过在不存在单元1、1a-1g的情况下将检测器RIV定位在波束RI的路径上获得。通过这种方式，获得单元1、1a-1g的光谱反射率对波长的依赖关系，而不必考虑光源的光谱特性。最后，色点与色度图1976u'-v’中规则反射率的光谱分布相关联。如果单元1、1a-1g由具有标准照射器CIE E的光谱特性的光源照射，则该点对应于通过测量规则反射组件而获得的色度坐标。对于介于10°和90°之间的不同角度δ，可以重复测量。
为了评估与远离镜面反射方向的观察方向相关联的色点，可以如图15b所示继续进行。单元1、1a-1g的定向使得其法线N与白光光源S发射的入射线RI形成角度δ；通过相对于入射线RI以角度β设置的检测器(分光光度计)RIV记录漫射光RD的光谱，该漫射光RD在所揭示光谱归一化后在色度图1976u'-v'中与色点相关联，与参考规则反射率测量描述类似。在样本反射的光的光锥外部选择角度β(例如，对于具有垂直于反射表面的孔准线的纳米孔结构的样本，β＝150°)。
更一般地，通过将检测器定位在单元1、1a-1g规则反射的光束外部来检测单元1、1a-1g漫射的光的光谱，并且通过固定样本相对于入射光束RI的方向的倾角并通过检测检测器以不同角度β设置的漫射光的光谱来收集第一组测量值。具体地，所获取的测量值用于标识确定与白点(具有坐标(u’B＝0.210；v’B＝0.474)的最大距离点的一对角度(δ,β)，如图16所示)。
基于上述标识的色点，如果验证了通过所考虑的单元1、1a-1g规则反射和漫反射的光束的光谱分析得出的色点的以下特性，则根据本发明的一个实施例考虑单元1、1a-1g的纳米孔30结构。具体地，验证对于标准观察者CIE 1931(2°)，规则反射光束的光谱是否对应于色度图CIE 1976u’-v’上的色点，色度坐标包括在具有坐标u’>0.210且v’>0.470的色度图的规则光谱反射率R的对应色点的可接受区域中(如图16所示)。此外，验证规则反射光束的色点的色度坐标是否与限定的色点和与黑体(或普朗克轨迹P)的发射光谱相关联的色点限定的曲线的欧几里德距离小于0.1，优选地0.05，甚至更优选地0.03。确定以不同角度δ标识的规则反射光束的多个色点中的规则反射光束的多对色点之间的最大欧几里德距离ΔR max(u’,v’)。将最大欧几里德距离ΔR max(u’,v’)与阈值ΔR threshold(u’,v’)进行比较，优选地，ΔR threshold(u’,v’)＝0.02，以区分单元1、1a-1g的不变或静态色度漫射特性和色度可变漫射特性。具体地：
如果ΔR max(u’,v’)≥ΔR threshold(u’,v’)，则单元1、1a-1g是色度可变类型；
如果ΔR max(u’,v’)<ΔR threshold(u’,v’)，则单元1、1a-1g是色度不变或静态类型。
此外，在ΔR max(u’,v’)≥ΔR threshold(u’,v’)的情况下，在色度图CIE 1976u’-v’中相对于漫射光的光谱的最大蓝点(被定义为位于先前定义的白点的最大距离处的漫射光的色点)包括在具有坐标u'<0.220且v'<0.480的平面的一部分中，该部分表示为第一可接受区域D1(如图16所示)。否则，在ΔR max(u’,v’)<ΔR threshold(u’,v’)的情况下，最大蓝点包括在具有坐标为u'<0.210且v’<0.430的平面的一部分中，该部分被定义为第二可接受区域D2(如图16所示)。此外，在色度图CIE 1976u’-v’中，与漫射光谱相关联的最大蓝色点与和反射光谱相关联的色点中最接近的色点之间的最小欧几里德距离ΔRD min必须大于或等于0.02，更优选地大于或等于0.03，甚至更优选地大于或等于0.04。因此，无法获得样本，使得与漫射光谱相关联的最大蓝色点和与反射光谱相关联的色点在反射率R可接受区域与第一可接受区域D1之间的重叠区域内。
在一些实施例中，申请人还确定，在存在纳米孔30结构的情况下，纳米孔31的长度lp大于第二长度阈值lp_threshold_2，并且在任何情况下，小于200μm，优选地小于100μm，入射光的色度漫射效应是静态或可变类型。
具体地，在第一材料是氧化铝且第二材料是空气的情况下，第二长度阈值lp_threshold_2通常介于300nm和2μm之间，优选地介于1μm和1.7μm之间，甚至更优选地等于约1.4μm。
此外，在第一材料是氧化铝且第二材料具有介于1.4和1.6之间的第二折射率n2的特征的情况下，长度阈值lp_threshold_2介于4μm和8μm之间，更优选地介于5μm和7μm之间，甚至更优选地等于约6μm。
在一些实施例中，申请人还发现，在存在纳米孔30结构的情况下，纳米孔31的长度lp大于第二长度阈值lp_threshold_2，在纳米孔31的直径dp超过第二直径阈值dp_threshold_2的情况下，色度效应是静态或可变类型。具体地，在第一材料是氧化铝且第二材料是空气的情况下，第二直径阈值dp_threshold_2介于40nm和100nm之间，优选地介于60nm和80nm之间，甚至更优选地等于约70nm。
此外，在第一材料是氧化铝且第二材料具有介于1.4和1.6之间的第二折射率n2的特征的情况下，第二直径阈值dp_threshold_2介于150nm和190nm之间，优选地介于160nm和180nm之间，甚至更优选地等于约170nm。
申请人还发现，随着第一材料和第二材料的折射率n1、n2的较高折射率nM与较低折射率nm之间的比率nM/nm减小，第二长度阈值lp_threshold_2和第二直径阈值dp_threshold_2增大。
下面是与所分析的纳米孔结构的各种样本相关的一系列示例性示例。
根据本发明的示例1-静态色度漫射样本
样本A，具有纳米孔结构，在20℃和电势80V条件下在0.1M磷酸中对铝基体(合金1050)进行阳极氧化处理获得，阳极氧化时间等于60分钟。纳米孔结构的长度lp为1.5μm，孔直径dp为85nm，孔间距离Ip为185nm，因此等于直径dp的2.2倍。因此，样本A的孔隙率约为21％。通过对样本A进行分析，可以确定下表1中所示色点的坐标。
u’ v’ 普朗克距离
10° 0.2227 0.5012 0.0015
50° 0.2339 0.5063 0.0028
蓝色50-150 0.1772 0.3849 0.0066
表1：样本A的显著色点
最大欧几里德距离ΔR max(u’,v’)等于0.012(ΔR max(u’,v’)＝0.012)，小于阈值ΔR threshold(u’,v’)。因此，所考虑的样本A是色度静态类型。最佳蓝点在第二可接受区域D2内，并且最佳蓝点与规则反射光的光谱之间的最小距离是ΔRD min＝0.125(可接受)。根据图15a所示的构型，通过先使倾斜样本的倾斜角δ等于10°，然后等于50°评估的二向色性反射率r显示增大约50％。换言之，样本A代表根据本发明的单元，其具有静态类型的漫反射的特征。
根据本发明的示例2-可变色度漫射样本
样本B，具有纳米孔结构，在40℃和电势80V条件下在0.1M磷酸中对铝基体(合金1050)进行阳极氧化处理获得，阳极氧化时间等于60分钟。纳米孔结构的长度lp为8.5μm，孔直径dp为160nm，孔间距离Ip为190nm，因此等于直径dp的1.2倍。因此，样本B的孔隙率约为50％。通过对样本B进行分析，可以确定下表2中所示色点的坐标。
u’ v’ 普朗克距离
10° 0.2436 0.5212 0.0035
50° 0.2932 0.5391 0.0024
蓝色50-150 0.1916 0.449 0.0015
表2：样本B的显著色点
最大欧几里德距离ΔR max(u’,v’)等于0.053(ΔR max(u’,v’)＝0.053)，大于阈值ΔR threshold(u’,v’)。反射色点在R可接受区域内，最佳蓝点在第一可接受区域D1内，并且最佳蓝点与规则反射光的光谱之间的最小距离是ΔRD min＝0.089(可接受)。因此，所考虑的样本B是色度可变类型。换言之，样本B代表根据本发明的单元，其具有可变类型的规则/漫反射的特征。
根据本发明的示例3-静态色度漫射样本
样本B2，具有纳米孔结构，在30℃和电势80V条件下在0.8M磷酸中对铝基体(纯度99.99％)进行阳极氧化处理获得，阳极氧化时间等于30分钟。纳米孔结构的长度lp为8.6μm，孔直径dp介于140nm和160nm之间，孔间距离Ip介于160nm和190nm之间，因此等于直径dp的1.2倍。因此，样本B2的孔隙率约为50％。样品B2的纳米孔结构完全浸入折射率n2＝1.48的基于可溶性含氟聚合物的树脂中。通过对样本B2进行分析，可以确定下表2bis中所示色点的坐标。
u’ v’ 普朗克距离
10° 0.2296 0.5074 0.0091
50° 0.2367 0.5172 0.0135
蓝色50-150 0.1814 0.4082 0.0023
表2bis：样本B2的显著色点
最大欧几里德距离ΔR max(u’,v’)等于0.0092(ΔR max(u’,v’)＝0.0092)，小于阈值ΔR threshold(u’,v’)。因此，所考虑的样本A是色度静态类型。最佳蓝点在第二可接受区域D2内，并且最佳蓝点与规则反射光的光谱之间的最小距离是ΔRD min＝0.1165(可接受)。根据图15a所示的构型，通过先使倾斜样本的倾斜角δ等于10°，然后等于50°评估的二向色性反射率r显示增大约29％。换言之，样本B2代表根据本发明的单元，其具有静态类型的漫反射的特征。重点说明了根据示例2，色度静态样本B2的几何形状与色度可变样本B的几何形状基本相当。因此，两个样本的不同行为归因于纳米孔结构的第一折射率n1(较高折射率nM)与填充纳米孔结构的材料的第二折射率n2(较低折射率nm)之间的不同(较低)比率，从而导致直径阈值dp_threshold和长度阈值lp_threshold增大，在超过该阈值的情况下，样本具有可变类型的漫反射的特征。
比较示例1-纳米孔直径不足的样本
样本C，具有纳米孔结构，位于铝上生长的氧化铝层中。纳米孔结构的长度lp为30μm，孔直径dp为25nm，孔间距离Ip为65nm，因此等于直径dp的2.6倍。因此，样本C的孔隙率约为14％。通过对样本C进行分析，可以确定下表3中所示色点的坐标(其中，以星号符号标记的值标识不可接受的参数)。
u’ v’ 普朗克距离
10° 0.2125 0.4781 0.0087
50° 0.2142 0.4791 0.0092
蓝色50-150 0.1965 0.4344(*) 0.011
表3：样本C的显著色点
最大欧几里德距离ΔR max(u’,v’)等于0.002(ΔR max(u’,v’)＝0.002)，小于阈值ΔR threshold(u’,v’)。因此，所考虑的样本C不具有色度变异性的特征。此外，最佳蓝点在第二可接受区域D2外部。换言之，样本C不代表根据本发明的单元，因为纳米孔结构的纳米孔的直径dp无法获得期望的漫反射特性。
将根据本发明的示例1和示例2的样本A和样本B与比较示例1中描述的样本C进行比较，示出了纳米孔的直径dp的变化(因此，结构的孔隙率Pp的变化)如何可以控制单元的色度特性。
比较示例2-孔密度和孔隙率不足的样本
样本D，具有纳米孔结构，位于铝上生长的氧化铝层中。样本D的纳米孔结构具有以下特性：孔直径dp为40nm，长度lp为30μm，孔间距离Ip为125nm，因此等于直径dp的3.1倍。因此，样本D的孔隙率约为10％。通过对样本D分析，可以确定下表4中所示色点的坐标(其中，以星号符号标记的值标识不可接受的参数)。
125-40-30 u’ v’ 普朗克距离
10° 0.219 0.493 0.0035
50° 0.215 0.484 0.0059
蓝色50-150 0.195 0.435(*) 0.0044
表4：样本D的显著色点
最大欧几里德距离ΔR max(u’,v’)等于0.009(ΔR max(u’,v’)＝0.009)，小于阈值ΔR threshold(u’,v’)；因此，样本D是色度静态类型。此外，样本D的最佳蓝点在第二可接受区域D2外部。因此，样本D不代表根据本发明的单元，因为纳米孔结构的纳米孔的密度高于可以获得期望的漫反射特性的最大密度。
比较示例3-纳米孔长度不足的样本
样本E，具有纳米孔结构，在室温和电势80V条件下在0.1M磷酸中对铝基体(合金1050)进行阳极氧化处理获得，阳极氧化时间为60秒。样本E的纳米孔结构具有以下特性：孔直径dp为80nm，长度lp为150nm，孔间距离Ip为185nm，因此等于直径dp的2.3倍。因此，样本E的孔隙率约为18％。通过对样本E进行分析，可以确定下表5中所示色点的坐标(其中，以星号符号标记的值标识不可接受的参数)。
u’ v’ 普朗克距离
10° 0.206(*) 0.469(*) 0.0072
50° 0.207(*) 0.469(*) 0.0079
蓝色50-150 0.223(*) 0.476(*) 0.0154
表5：样本E的显著色点
最大欧几里德距离ΔR max(u’,v’)等于0.001(ΔR max(u’,v’)＝0.001)，小于阈值ΔR threshold(u’,v’)。因此，所考虑的样本E是色度静态类型。此外，最佳蓝点在第二可接受区域D2外部。换言之，样本E不代表根据本发明的单元，因为纳米孔结构的纳米孔的长度小于可以获得期望的漫反射特性的最小长度。
通过将根据本发明的示例的样本A和样本B与比较示例的样本D和样本E进行比较，显然，根据本发明，纳米孔31的长度lp和密度Dp的变化(因此，孔隙率Pp的变化)可以控制单元1、1a-1g的色度特性。
申请人还发现，通过改变这些参数中的两个或更多个参数以及纳米孔的直径dp，获得协同效应，该协同效应确定单元1、1a-1g反射的光束的相关色温随入射光束的入射角的变化。因此，可以根据规则反射和漫射光的相关色温来确定纳米孔31的直径dp、长度lp和密度Dp以及结构的Pp的尺寸值的不同组合，以获得相同的期望色度效应。
此外，申请人还确定，通过选择其中浸入纳米孔30结构的不同材料，可以获得适用于影响色度漫射层20的漫反射率和规则反射率的折射率n2与n1的比率(介于1.05和3之间)，从而可以获得单元1、1a-1g规则反射的光束的相关色温。
纳米结构生产过程
申请人已确定图18示意性地所示的生长过程100，其可以特别有效的方式控制包含在色度漫射层20中的纳米结构30的参数。
最初，选择用于生长色度漫射层的基体(框101)。在所考虑的示例中，选择铝合金板1050作为色度漫射层的生长基体。有利地，尽管不限于此，该基体可以用作单元1、1a-1g的反射层10。
然后，对基体进行增亮或抛光，例如，电抛，以消除覆盖基体的天然氧化铝层，并可能降低基体的表面粗糙度(框103)。例如，通过将基体浸入乙醇(CH3CH2OH)和高氯酸(HClO4)的4:1混合物中进行电抛光，然后在生长基体与石墨或铝制阴极之间施加介于5V和30V之间的电位差ΔVp，时间间隔Δtp介于1分钟和60分钟之间。
在本发明的一个实施例中，进行电抛光，使得生长基体的表面基本上反射，即获得“镜面”抛光，从而消除从生产工艺继承的纹理，并且生长基体可以用作单元1、1a-1g的反射层10。
在电抛光后，对基体进行阳极氧化处理(框105)。例如，将基体浸入基本上由0.1M摩尔浓度的磷酸溶液组成的电解液中，通过在生长基体与石墨或铝制阴极之间施加介于70V和110V之间(优选地介于80V和100V之间)的电位差ΔVa来施加电压，时间间隔Δta介于30分钟和120分钟之间，优选地为60分钟。此外，在阳极氧化过程中，维持温度介于-10℃和50℃之间，优选地选择介于20℃和40℃之间。
申请人确定，可以通过调节电位ΔVa和温度Ta的值来控制纳米孔31的平均直径。具体地，随着电位ΔVa和温度Ta值增大，可以在维持阳极氧化时间间隔Δta恒定的同时，增大孔的平均直径，如下表6所示：
Figure BDA0004001538390000351
表6
此外，申请人还观察到，可以通过调节温度Ta来控制同一阳极氧化时间间隔Δta的色度漫射层20的厚度；具体地，色度漫射层20的厚度随温度Ta增大而增大，从而维持阳极氧化时间间隔Δta恒定。
最后但同样重要的是，申请人确定，可以通过对其中生长色度漫射层的基体执行预防性图案化步骤来控制孔间距离Ip。该预防步骤为纳米孔30结构的孔位置提供生长印记。通过控制直径dp和孔间距离Ip，也可以设置结构30的孔隙率Pp。
在阳极氧化完成后，基体上会生长包括具有期望特性的纳米孔30(或纳米柱70)结构的色度漫射层20。随后，清洗和干燥具有色度漫射层20的基体(例如，在对流烘箱中)，以去除存在于纳米孔30结构的纳米孔31中的任何异物(框107)。
可选地，纳米孔30结构(或纳米柱70结构)浸入树脂中。为此，最初将树脂层应用于具有纳米结构30、70的基体上。所应用树脂的纳米结构基体可以在真空产生的环境中进行处理；通过这种方式，可以保证树脂在固化前渗透到结构30、70中。然后，根据为特定树脂提供的适当聚合过程处理具有所应用树脂的纳米结构基体。
可选地，色度漫射层20与基体分离(框109)，以与期望的反射层10耦合(框111)。
涂层元件
根据本发明的各实施例，如图19和图20所示，所描述的单元1、1a-1g用于生产表面涂层元件，为了简单起见，以下称为元件2。具体地，元件2适用于为建筑物表面(例如，建筑物的外立面)提供涂层。
元件2包括支撑结构40、一个或多个耦合装置50和至少一个单元1、1a-1g。具体地，支撑结构40被配置为机械地支撑单元1、1a-1g，使得在支撑机构安装在要提供涂层的表面上时，色度漫射层20的第二表面23面向外部环境。
在图19的示例中，支撑结构40被配置为通过框架1围绕单元1、1a-1g的外周。然而，在其他实施例(未示出)中，支撑结构40可以无框架或包括部分框架，例如，具有框架边缘，被配置为接近单元1、1a-1g的相对侧或相邻侧。
如图20的示例所示，支撑结构40可以与反射层10一体地集成或制成。通过这种方式，元件2特别紧凑且更经济。此外，不存在框架确保可以接近多个元件2，从而形成具有期望宽度且基本上不间断的色度效应光反射表面。
耦合装置50从支撑结构40向与单元1、1a-1g相反的方向发展，并且被配置为允许支撑结构40机械地耦合到要提供涂层的表面。例如，耦合装置50包括一个或多个支架，该一个或多个支架设置有用于接收固定元件(例如，固定到要提供涂层的表面或设置在靠近或接触要提供涂层的表面的轴承结构(例如，包括一个或多个立柱的结构)上的螺钉和/或螺栓)的孔。附加地或替代地，耦合装置50包括通过联锁或干涉的固定元件，该固定元件适用于机械地耦合到设置在要提供涂层的表面或前述轴承结构上的对应固定元件。如本领域技术人员显而易见的，耦合装置50可以与支撑结构40一体制成，或者可以稍后以可拆卸或不可拆卸的方式耦合到支撑结构40。
如此构思的发明容易受到若干修改和变化的影响，所有这些都在本发明概念的范围内。例如，在图21所示的一个替代实施例中，单元1d包括置于反射层10与色度漫射层20之间的中间层60。具体地，中间层60至少部分不吸收或对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明，例如，中间层60可以由氧化硅、硼硅玻璃等材料制成。
在本发明的各实施例中，其示例如图22所示，单元1e的色度漫射基体20包括纳米柱70结构而不是上述纳米孔30结构。在这种情况下，纳米柱70结构具有与上述纳米孔30结构类似的特性。具体地，纳米柱71具有以下特征：长度lp’、直径dp’、方向顺序参数S’、表面密度Dp’、孔隙率Pp’和基本上对应于上述纳米孔31的周期性。
与上述类似，纳米柱70结构可以浸入材料中，该材料被选择来控制纳米柱71周围的材料(例如，空气)的折射率n2与纳米柱70结构的材料(例如，氧化铝)的折射率n1之间的比率。
申请人发现，对于纳米柱结构70，可以观察到与参考纳米孔30结构描述的关系类似的关系，纳米孔30结构将单个几何参数与上述静态类型和可变类型的色度效应相关联。
在图23所示的一个替代实施例中，单元1f还包括设置在色度漫射层20的第二表面23上的涂层90。具体地，涂层90至少部分不吸收或对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明，例如，涂层90可以由氧化硅、硼硅玻璃等材料制成。
在涂层90至少部分填充纳米孔30结构或纳米柱70结构至少部分浸入涂层90中的情况下，该层90优选地由聚合物、树脂、硅酮、不同氧化物(例如，由溶胶-凝胶沉积)制成，此类材料基本上不吸收或至少对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明，此类材料的第三折射率n3介于1.3和1.55之间，优选地介于1.41和1.52之间，例如聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、多氟化物(例如，PVDF)或透明聚丙烯酸酯。具体地，涂层90由基于可溶性含氟聚合物的树脂制成，尤其是高碳氟化合物含量的聚氨酯树脂，例如市售已知商品名为
Figure BDA0004001538390000381
的树脂。具体地，含氟聚合物的树脂的折射率n2介于1.45和1.50之间，更优选地等于1.48。此外，结合涂层90，第一折射率(n1)与第三折射率(n3)之间的比率(n1/n3)介于1.05和3之间。
在图24所示的一个替代实施例中，单元1g的反射层10包括与其反射表面11相对的后表面12，增强复合层120耦合到后表面12。增强复合层120包括垫片面板121和涂层薄板122。具体地，垫片面板121的比重比涂层薄板122的比重至少小5倍，优选地比涂层薄板122的比重至少小10倍。此外，垫片面板121的厚度比涂层薄板122的厚度至少高2倍，优选地比涂层薄板122的厚度至少高5倍。具体地，涂层薄板122由铝制成，厚度介于0.2mm和1mm之间，优选地等于约0.5mm。
在优选实施例中，垫片面板121由非可燃材料制成，例如玻璃纤维、膨胀玻璃颗粒、岩纤维、泡沫玻璃、陶瓷纤维、碳纤维、蛭石(膨胀或不膨胀)、膨胀粘土或珍珠岩(膨胀或不膨胀)。
在替代实施例中，垫片面板121以光栅形式制成，例如具有与所述反射层正交的单元轴线的蜂窝状光栅，或者具有根据与所述反射层正交的截面的波状轮廓。
此外，可以实现具有纳米孔的纳米孔30结构，纳米孔被配置为限定结构80的一部分，该结构80内切直径介于30nm和300nm之间的周长，如图25示意性地所示。在这种情况下，纳米孔结构具有与对应直径的纳米柱结构对应的行为。在双重方式中，可以实现具有纳米柱的纳米柱结构，纳米柱被配置为限定空隙，该空隙内切直径介于在30nm和300nm之间的周长。在这种情况下，纳米孔结构具有与对应直径的纳米孔结构对应的行为。
在替代实施例(未示出)中，色度效应光反射单元可以包括具有除六边形分布之外的分布的纳米孔或纳米柱结构，例如正方形、矩形、八边形分布等。
在替代实施例(未示出)中，色度效应光反射单元可以限定曲面和/或限定边缘、凸度和/或凹度。相应地，包括此类色度效应光单元的涂层元件具有对应的曲面和/或边缘、凸度和/或凹度。因此，该涂层元件适用于为非平坦表面、角部元件-例如，建筑物-提供涂层，并且更一般地，可以用于限定非平坦表面以获得期望的美学效果。
此外，无法免于在涂层单元的周缘处设置耦合元件，以允许在多个涂层元件之间实现机械耦合。
最后，所使用的材料以及或有形状和大小可以是根据要求的任何形式，而不因此偏离以下权利要求的保护范围。
具体地，色度效应光反射单元的替代实施例在除氧化铝以外的材料中提供色度漫射层，优选地，该材料与氧化铝类似，不吸收或对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明。
实际上，可以使用其他类型的金属氧化物来形成色度漫射层。例如，在本发明的替代实施例中，该层的纳米孔或纳米柱结构由氧化钛或二氧化钛(TiO2)，优选地阳极氧化钛(缩写为ATO)制成。替代地，纳米孔结构或更优选地纳米柱结构可以由氧化锌(ZnO)制成。
此外，无法免于将每个纳米孔31或纳米柱71的直径dp限定为内切纳米孔31或纳米柱71的周长的平均值，其是在沿着所考虑的纳米孔31或纳米柱71的发展方向与色度漫射层20的第一表面21的多个预定距离处计算的。
此外，可以计算三维顺序参数以表征纳米孔31或纳米柱71的主发展方向。
在图26所示的一个替代实施例中，色度效应反射单元1、1a-1g用于照射系统200中，照射系统200包括照射器210，以照射反射单元1、1a-1g。例如，照射器210是白光光源。在一个特定实施例中，白光源的CCT>5000K，优选地CCT>5500K，更优选地CCT>6000K。图26的照射器210将光发射或投射到单元1、1a-1g上。在图26中，例如，照射器210发射的光的光锥211完全覆盖并且基本上对应于单元1、1a-1g的延伸。在图26的实施例中，色度效应反射单元1、1a-1g具有大致平坦的表面；具体地，色度效应反射单元1、1a-1g具有与第一侧大于第二侧的矩形一致的表面，例如第一侧大于第二侧2倍，优选地3倍，更优选地4倍。
在一个特定实施例(未示出)中，照射器210是线性照射器，包括多个LED光源和多个准直器，多个准直器中的每个准直器耦合到多个LED光源中的每个LED光源，此类准直器沿着与矩形的单元1、1a-1g的第一侧平行的方向设置。
在图27所示的一个替代实施例中，示出了与图26的照射系统不同的其他照射系统300，不同之处在于，照射系统300包括：反射单元1、1a-1g，具有基本构象的抛物柱面反射器，以下也称为“抛物柱面单元”；以及线性照射器310，沿着与抛物柱面单元1、1a-1g的焦轴平行的方向设置。在一种特定配置中，线性照射器310设置在抛物柱面单元1、1a-1g的焦轴近端的位置。在一种不同配置中，线性照射器310设置在使得照射器310产生的光照射抛物柱面单元1、1a-1g的位置，就像照射器310产生的光线从抛物柱面单元1、1a-1g的焦轴近端的空间区域射出。照射器310依次包括多个光源303，例如LED光源。在一个特定实施例中，LED源发射白光，白光的CCT>5000K，优选地CCT>5500K，更优选地CCT>6000K。可选地，图27a的照射器310还包括：柱面准直器304，例如挤压型柱面透镜，能够在与抛物柱面单元1、1a-1g的焦轴正交的平面上准直由光源303产生的光，从而使其具有第一角亮度分布：(a)使得抛物柱面单元1、1a-1g基本上完全被照射，例如被均匀照射；和/或(b)具有限定第一半发散度305或第一角亮度分布的半发散度305的第一半峰宽度(HWHM)的峰值。
优选地，线性照射器310还包括多个光源准直器306，其中，每个光源准直器306耦合到光源303。例如，光源准直器306是径向对称型或像散形或圆柱形，并且被定位和配置为在包含抛物柱面单元1、1a-1g的焦轴并且穿过中心线轴线的平面307内为多个光源中的每个光源303提供第二角亮度分布，中心线轴线将抛物柱面单元1、1a-1g分为两个面积基本相等的抛物柱面扇区。第二角亮度分布由对于所有光源303基本公共的峰值方向308的最大值表征，并且具有限定第二半发散度309或第二角亮度分布的第二半发散度309的第二半峰宽度(HWHM)的峰值。在本发明的一个特定实施例中，第二半发散度显著小于第一半发散度，例如小于3倍，优选地6倍，更优选地10倍；或者，例如，第二半发散度等于不大于15°，优选地不大于10°，更优选地不大于5°。
在本发明的一个不同实施例中，源准直器306被配置为产生第二半发散度309，第二半发散度309基本上等于与抛物柱面单元1、1a-1g反射的光束的角亮度分布相关联的半发散度的值，并且是在与焦轴正交的平面上测量的；其中，除其他之外，发散度取决于线性照射器310的尺寸以及与焦轴的距离。
在本发明的另一种配置中，照射系统300包括线性照射器产生的光的重定向系统(未示出)，例如机电式设备，能够作用于第二角亮度分布并且能够修改平面307内的峰值方向308，例如，在与焦轴垂直的方向的邻域中修改峰值方向。在一个特定实施例中，重定向系统沿着焦轴的方向，相对于源准直器306的中心位置平移LED源303的中心位置来操作。
在一种不同的配置(未示出)中，线性照射器310包括多个小反射器，每个小反射器耦合到照射器310的每个光源303；其中，小反射器(例如)沿着垂直于包含焦轴和峰值方向308的平面的轴线旋转。
抛物柱面单元1、1a-1g反射的光在与垂直于焦轴的平面内具有第三角亮度分布，该分布基本上独立于沿着焦轴方向的位置的边缘效应。第三角亮度分布具有标识与焦轴正交的平面内的方向301的峰值。抛物柱面单元1、1a-1g反射的光最终在平行于包含方向309的焦轴的平面内具有第四角亮度分布，其中，第四角亮度分布在该平面内具有限定方向302的峰值。由于第二角亮度分布的峰值方向308随着重定向系统的结果而变化，因此第四角亮度分布的峰值方向302相应地变化。实际上，第二角亮度分布的峰值方向308和第四角亮度分布的峰值方向302必须具有与方向301正交的平面内的相同投影。
假设观察者位于与焦轴平行的右左轴线，并且以观察者右侧WEST为基本方向，则在方向308变化时，太阳的图像将从EAST到SOUTH再到WEST穿过天窗。实际上，反射光的亮度分布，尤其是第三亮度分布和第四亮度分布，不依赖于观察者的位置，由于这些分布在空间上是均匀的，因此观察者以无限远的距离感知太阳的图像。实际上，如果观察者沿着焦轴的方向移动，太阳的图像就会精确地跟随观察者移动。
如果抛物柱面单元1、1a-1g是可变类型的色度漫射单元，则在水平面上感知的太阳位置变化也将与太阳自身的光的颜色变化相结合；当线性照射器310发射的光的方向相对于抛物柱面单元1、1a-1g的表面形成相对于法线的最小角度时，颜色更冷，即，当抛物柱面单元1、1a-1g反射的光具有垂直于焦轴的方向时，并且因此观察者在水平面上方最大高度处并且具体地在SOUTH方向上感知太阳；当线性照射器310发射的光的方向相对于抛物柱面单元1、1a-1g的表面形成相对于法线的最大角度时，颜色更温，即，当抛物柱面单元1、1a-1g反射的光最大偏离焦轴的法线时，并且因此观察者在水平面上方最大最小高度处并且具体地在EAST方向或在WEST方向上感知太阳。
如图所示，照射系统300能够产生阳光颜色随地平面上方太阳高度的变化，类似于在自然界中产生的变化。在自然界中，这种影响是由于太阳光在大气中的光路长度的变化与光线在构成天空的空气层上的入射角的变化有关。在本发明的情况下，同样由于线性照射器310产生的光的入射角相对于纳米孔或纳米柱在抛物柱面单元1、1a-1g内定向的方向的变化。
在图28和图28a所示的一个替代实施例中，色度效应光反射单元1、1a-1g用于照射系统400中，照射系统400包括照射器410以照射反射单元1、1a-1g，例如白光光源。在一个特定实施例中，白光源的CCT>5000K，优选地CCT>5500K，更优选地CCT>6000K。图28的照射器410包括发射表面412，将光411从发射表面412发射或投射到单元1、1a-1g上，优选地基本上完全覆盖单元1、1a-1g的延伸。具体地，如图28a的示意性细节所示，色度效应光反射单元1、1a-1g的反射层10和色度漫射层20限定了面向光源410的大致凸状表面。
根据一个替代变型，如图29所示，色度效应光反射单元1、1a-1g的反射层10和色度漫射层20限定了表面，该表面被定位和配置为包括至少两个非共面照射部分和相互定向表面，使得法线413在通过两个部分的中心并通过属于照射器412的发射表面的点的平面上的投影限定了两个相互发散的方向。
在图30所示的一个替代实施例中，照射系统700包括支撑格栅701，其被配置为限定多个光源702的支承面710。在所示实施例中，格栅701具有正方形节距，但是以完全等同的方式可以形成具有六边形节距或其他规则节距的格栅。
光源702以在源距离ds处彼此基本等距的方式设置在支撑格栅701限定的支承面710上。在所示实施例中，光源702设置在格栅701的顶点上。
色度效应光反射单元1、1a-1g可以作为单个面板或作为多个并排共面面板而设置为与反射平面802共面，例如，与支承面710平行。多个光源702中的光源被定位和配置为基本上均匀地照射至少一个色度效应光反射单元1、1a-1g。进一步地，多个光源中的每个光源702被设置和配置为产生具有角源亮度分布的光束704，该角源亮度分布具有沿着主方向705的峰值和峰值的角半峰半宽(angular half width at half maximum)θs_HWHM；其中，主方向705和角源半宽θs_HWHM对于多个光源702中的所有光源是公共的，主方向705相对于反射面802的法线倾斜，倾斜角度介于0°和80°之间，优选地介于0°和70°之间，更优选地介于0°和60°之间。此外，沿着主方向705测量的每个光源702与色度效应光反射单元1、1a-1g之间的最小距离Dmin满足以下关系：Dmin>0.5ds tan(θs_HWHM)，优选地Dmin>ds tan(θs_HWHM)，更优选地Dmin>2ds tan(θs_HWHM)。
在本发明的一种变型中，色度效应光反射单元1、1a-1g被配置为产生具有角亮度分布的反射光，该角亮度分布由镜面反射方向邻域中的峰值表征，该镜面反射方向具有基本单向单色光(例如，HWHM发散度小于0.5°)和单色光(例如，HWHM光谱宽度小于2nm)照射时的角半峰半宽θRF_HWHM，并且具有相对于单元1、1a–1g的表面法线以15°角度入射的约632nm波长。具体地，色度效应光反射单元1、1a-1g反射的光的角峰半宽θRF_HWHM相对于每个光源702产生的光束704的角峰半宽满足以下关系：θRF_HWHM>θs_HWHM，优选地θRF_HWHM>2θs_HWHM，更优选地θRF_HWHM>3θs_HWHM。
有利地，申请人注意到，申请人开发的色度效应光反射单元1、1a-1g在不影响发起类似于瑞利散射过程的色度漫射过程的能力的情况下保持基体的光学特性，尤其是以根据基体本身的表面特性来反射与由纳米结构漫射的入射光分量互补的基体的光学特性。具体地，如果所使用的基体是光泽型基体，即在平坦表面的情况下能够在不扭曲图像的情况下反射图像，即使是经过阳极氧化处理的样本也将保持相同的反射图像的能力，不同之处在于，如果反射的图像比场景的其余部分更亮，则在这里将具有与原始图像不同的颜色，因为反射去除了在小波长处的漫射分量。相反，如果基体具有表面粗糙度，例如，能够使其能够以受控方式模糊反射图像，或者更确切地说，对于反射而言，能够作为低角度白光漫射器或“粗糙”漫射器来操作，则经过阳极氧化处理的样本也将保持相同的属性，其中经过模糊处理的反射图像也将具有与原始图像不同的颜色，因为反射去除了在小波长处的漫射分量。平坦反射表面对图像进行模糊处理的能力可以通过参考散焦角来量化，散焦角是对着点状对象的反射图像的角度。在没有任何表面粗糙度的情况下，该角度实际上基本上等于零，并且表面是光泽型表面。随着粗糙度的增加，散焦角增加到使表面具有基本各向同性的入射光漫射特性的极限。在操作上，在本发明的上下文中，在相对于表面法线以15°入射光的情况下，反射表面的散焦角通常由反射光的角度分布的半峰半宽(HWHM)限定，具有基本单向入射光，即具有小于1°的角度分布的半峰半宽(HWHM)，并且波长约为632nm，即由HeNE激光器产生的光。这里选择使用红光来限定散焦角是出于需要最小化纳米结构产生的漫射效应，该纳米结构主要作用于可见光谱的相对区域中(即，蓝色区域中)的波长。如本文所定义的，当色度效应光反射单元1、1a-1g由具有相对于单元1、1a-1g的表面法线以15°入射的约632nm波长的基本单向单色光照射时，散焦角与反射光的角亮度分布的半峰半宽(HWHM)θRF_HWHM一致。
具体地，申请人观察到，申请人开发的色度效应光反射单元1、1a-1g基本上不会改变或细微改变经过阳极氧化处理的样本相对于基体的散焦角值，例如，对于10度量级的散焦角，改变程度小于30％，优选地小于20％，更优选地小于10％。这便于通过选择适当的基体来实现具有期望的散焦角值的色度反射器，因为在市场上很容易获得具有不同散焦角值的不同基体(例如，在反射铝基体的情况下)。
在一种特定配置中，根据本发明的反射单元1、1a-1g的散焦角小于4°，优选地小于3°，优选地小于2°。有利地，该材料可以用于旨在产生反射光与漫射光之间的最大色度对比度(即，再现自然光效应)，尤其是直射阳光与漫射天窗之间的色度对比度的装置，其中日光由半峰半宽(HWHM)仅为0.25°的角亮度分布表征。
在一种不同的配置中，根据本发明的反射单元1、1a-1g的散焦角介于4°和20°之间，优选地介于5°和15°之间，更优选地介于6°和12°之间。有利地，该材料可以用于旨在照射材料的装置，使得通过漫射光的蓝色分量并反射互补分量来产生天空的图像，尤其是晴朗宁静天空的图像。在这种情况下，除了照射材料的光之外，材料的反射特性以及周围环境的图像会显著降低重建的有效性，尤其是在周围环境非常明亮的情况下。在重建商业上具有特别重要意义的大型人造天窗的情况下，这一缺点尤为严重。虽然实际上对于小天窗而言，漫射光分量的亮度(即，人造天空的亮度)可以变得非常大，尤其是远远大于反射环境的亮度，但在大天窗的情况下，这显然是不可能的，这是因为能耗原因，并且因为随着天窗尺寸增加，天窗所照射环境的亮度也增加。在这种情况下，具有大散焦角的材料当然是有帮助的，因为尽管所产生阴影的清晰度较低，但反射器中所反射环境的图像仍然模糊，因此不易识别。具体地，如果场景包括小面积、高亮度的点或区域，则散焦过程会显著降低这些点在反射过程中的亮度。
在一个优选实施例中，涂层90被配置为使得第一表面的菲涅尔反射产生具有角亮度分布的反射光，该角亮度分布由镜面反射方向邻域中的峰值表征，该镜面反射方向具有基本单向单色光照射时的角半峰半宽(θCOVER_HWHM)，并且具有相对于单元1、1a–1g的表面法线以15°入射的约632nm波长；其中，涂层90的角亮度分布的峰值的角半峰半宽(θCOVER_HWHM)至少等于2°，优选地至少等于3°，更优选地至少等于5°，或者基本上等于反射单元1、1a–1g的散焦角。
进一步有利地，具有大散焦角的材料可以用于产生单个光源的反射图像，即单个太阳的反射图像，即使当该材料被彼此分开的多个源照射时也是如此，前提是观察者可见的所有源以小于该材料的散焦角的角度对着，例如以小1.5倍的角度，优选地以小2倍的角度，更优选地以小3倍的角度。因此，提供具有高散焦角的材料确保可以实现适于通过使用设备之间隔开以模拟太阳的多个光源来再现光以及天空和太阳的图像，例如，光源在设备之间隔开的距离大于设备大小，即大于环绕多个光源中的每个光源在与主发射方向(即，沿着光源的角亮度分布表现出最大值的方向)正交的平面内投影的周长的直径的距离，其中，光源在这里是指包括其自身准直光学器件的光发射器。
在图31所示的本发明的一种变型中，照射系统700包括掩蔽结构707，掩蔽结构707被定位和配置为防止色度效应光反射单元1、1a-1g的观察者通过支撑格栅701看到光源702。具体地，掩蔽结构707是包括活体植物或人造植物分布708的棚架。照射系统700还可以包括基本透明控制网(未示出)，该控制网设置在掩蔽结构与色度效应光反射单元之间。具体地，控制网被定位和配置为防止生长中的植物干扰光源和色度效应光反射单元1、1a-1g。
更具体地，本发明使得能够生产设备适于通过使用彼此间隔以模拟太阳的多个光源来再现光以及天空和太阳的图像，其中间隔距离至少是设备大小的2倍，优选地3倍，更优选地4倍。这意味着使观察者能够有效地观察天窗，尤其是观察天空和反射在天窗上的太阳，在观察者眼睛与天窗本身之间的位置具有多个光源，从视野中遮挡的区域较小，例如，遮挡的区域是观察者在没有任何遮挡光源产生的视线的情况下将看到的区域的1/4，优选地1/9，更优选地1/16。
有利地，提案者观察到，对于此类遮挡区域百分比减小值，观察者将源所在平面和太阳图像对应的平面感知为两个不同的平面，而不会引起关于视觉感知或关于相对距离或景深的“目视提示”的任何冲突。有利地，在这种情况下产生的太阳图像可以在无限远的距离上感知。实际上，观察者沿着任意方向移动(例如，沿着平行于包含源的平面的方向移动)始终会以相同角度看到太阳的图像；或者，换言之，观察者会看到太阳跟随在其后面以与其相同的速度相对于源移动，这一事实涉及无限远的太阳物体的感知。有利地，所描述的效应不受设备大小的限制，即对于任意宽的源分布，并且因此对于任意大的人造天窗，可以获得该效应，即允许开发可以并排设置的模块化人造天窗，以便产生任意大小的人造天窗。
在图32所示的本发明的一种变型中，照射系统700包括控制屏803，设置在色度效应光反射单元1、1a-1g的外边缘附近，控制屏803被配置为：防止光源702发射的光照射色度效应光反射单元1、1a-1g外部远端区域；和/或至少部分地漫射和/或反射入射到控制屏或控制屏的至少一部分上的光。具体地，控制屏803的至少一部分至少部分吸收入射到其上的光。
在图33所示的本发明的一种变型中，照射系统700包括吸收材料条带805，该条带至少部分地围绕色度效应光反射单元1、1a-1g的外周，条带805被配置为吸收多个光源702发射到该条带的光。

Claims (33)

1.一种色度效应光反射单元(1；1a–1g)，包括：
反射层(10)，具有至少一个反射表面(11)；以及
色度漫射层(20)，具有靠近所述反射表面(11)的第一表面(21)和与所述第一表面相对且基本上平行的第二表面(23)，被配置为由入射光照射；
其中，所述色度漫射层(20)包括具有第一折射率(n1)的第一材料制成的纳米柱(70)或纳米孔(30)结构，浸入具有第二折射率(n2)的第二材料中，所述第二折射率(n2)不同于所述第一折射率(n1)，其中所述第一材料和所述第二材料基本上不吸收或对波长包含在可见光谱中的电磁辐射透明；
其中，在所述第一折射率(n1)与所述第二折射率(n2)之间选择的较高折射率(nM)与较低折射率(nm)之间的比率(nM/nm)介于1.05和3之间；
其中，所述纳米柱(71)或纳米孔(31)沿着与所述色度漫射层的所述第一表面(21)和所述第二表面(23)不平行的主方向发展，并且所述纳米柱(70)或纳米孔(30)结构由多个几何参数表征，所述多个几何参数包括：
柱直径或孔直径(dp)；
沿着所述主发展方向的柱长度或孔长度(lp)；以及
纳米柱或纳米孔的表面密度(Dp)和结构(30、70)的孔隙率(Pp)；以及
其中，所述柱直径或孔直径(dp)介于40nm和300nm之间，沿着所述主发展方向的所述长度(lp)介于0.3μm和40μm(0.3μm<lp<40μm)之间，并且所述纳米柱或纳米孔的表面密度(Dp)与所述结构(30、70)的孔隙率(Pp)之间的至少一个被配置为提供在红色范围内的入射光的波长相对于在蓝色范围内的入射光的波长更高的规则反射率，并且提供在蓝色范围内的入射光的波长相对于在红色范围内的入射光的波长更高的漫反射率。
2.根据权利要求1所述的单元(1；1a–1g)，
其中，沿着所述纳米柱(71)或纳米孔(31)的所述主方向的所述发展由介于0.7和1之间，更优选在0.9至1之间的方向顺序参数表征，通过以下等式计算：
Figure FDA0004001538380000021
其中，
Figure FDA0004001538380000022
是横向于所述色度漫射层(20)的所述第一表面(21)和所述第二表面(23)的剖面中标识的所述主发展方向与可与所述剖面中的多个纳米柱或纳米孔中的每个纳米柱或纳米孔相关联的轴线之间的角度；和/或
其中，所述纳米柱(71)或所述纳米孔(31)相对于所述色度漫射层(20)的所述第二表面(23)分布，所述分布划分为延伸小于100μm2、优选地小于10μm2、更优选地小于1μm2的相干区域，其中所述第二表面(23)的所述相干区域中的一个内的每个纳米柱(71)或纳米孔(31)与存在于同一相干区域中的相邻纳米柱(71)或相邻纳米孔(31)基本等距。
3.根据权利要求1或2所述的单元(1；1a–1g)，其中，所述直径(dp)介于70nm和200nm之间，优选地介于80nm和160nm之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的单元(1；1a–1g)，其中，所述纳米柱(71)或纳米孔(31)沿着所述主方向的所述长度介于500nm和20μm之间(500nm<lp<20μm)，优选地介于500nm和20μm之间(500nm<lp<20μm)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的单元(1；1a–1g)，其中，所述表面密度(Dp)用于例如限定孔间或柱间距离(Ip)小于所述直径(dp)的2.8倍，优选地小于所述直径(dp)的2.6倍，更优选地小于所述直径(dp)的2.4倍。
6.根据上述权利要求中任一项所述的单元(1；1a–1g)，其中，所述结构(30、70)的孔隙率(Pp)介于20％和80％之间，优选地介于25％和75％之间。
7.根据上述权利要求中任一项所述的单元(1；1a–1g)，其中，所述直径(dp)大于第二直径阈值(dp_threshold_2)和/或所述长度(lp)大于第二长度阈值(lp_threshold_2)，以提供由所述单元(1；1a–1g)通过规则反射所反射的光通量在所述波长为λb＝450nm和λr＝630nm处的电磁辐射反射率的二向色性反射率(r＝R(λr,θ)/R(λb,θ))，随着入射到所述单元(1；1a–1g)上的对应光通量的入射角增大而增大，并且在以约10°的入射角入射到所述单元(1；1a–1g)上的光通量的情况下，表现出二向色性反射率值(r)的变化，所述变化高于由所述单元(1；1a–1g)通过规则反射所反射的光通量的二向色性反射率值(r)的5％，优选地10％，更优选地15％。
8.根据权利要求7所述的单元(1；1a–1g)，其中，
当所述较高折射率(nM)与所述较低折射率(nm)之间的所述比率(nM/nm)介于1.7和1.9之间时，所述第二直径阈值(dp_threshold_2)介于40nm和100nm之间，优选地介于60nm和80nm之间，甚至更优选地等于约70nm；和/或
当所述较高折射率(nM)与所述较低折射率(nm)之间的所述比率(nM/nm)介于1.7和1.9之间时，所述第二长度阈值(lp_threshold_2)介于300nm和2μm之间，优选地介于1μm和1.7μm之间，更优选地等于约1.4μm；和/或
当所述较高折射率(nM)与所述较低折射率(nm)之间的所述比率(nM/nm)介于1.1和1.3之间时，所述直径阈值(dp_threshold)介于150nm和190nm之间，更优选地介于160nm和180nm之间，甚至更优选地等于约170nm；和/或
当所述较高折射率(nM)与所述较低折射率(nm)之间的所述比率(nM/nm)介于1.1和1.3之间时，所述第二长度阈值(lp_threshold_2)介于4μm和8μm之间，优选地介于5μm和7μm之间，甚至更优选地等于约6μm。
9.根据上述权利要求中任一项所述的单元(1；1a–1g)，其中，所述直径(dp)大于直径阈值(dp_threshold)和/或所述长度(lp)大于长度阈值(lp_threshold)，以提供由所述单元(1；1a–1g)通过规则反射所反射的光通量的相关色温的变异性，作为入射到所述单元(1；1a–1g)上的对应光通量的入射角的函数，波长介于380nm和740nm之间；其中
由所述单元(1；1a–1g)通过规则反射所反射的光通量的所述相关色温随着所述入射角增大而减小；以及
规则反射光束的多对色点之间的最大欧几里德距离(ΔR max(u’,v’))大于0.02，所述规则反射光束的多对色点属于所述规则反射光束的多个色点并以不同的入射角标识。
10.根据权利要求9所述的单元(1；1a–1g)，其中，
当所述较高折射率(nM)与所述较低折射率(nm)之间的所述比率(nM/nm)介于1.7和1.9之间时，所述直径阈值(dp_threshold)介于50nm和120nm之间，优选地介于60nm和100nm之间，甚至更优选地等于约80nm；和/或
当所述较高折射率(nM)与所述较低折射率(nm)之间的所述比率(nM/nm)介于1.7和1.9之间时，所述长度阈值(lp_threshold)介于800nm和5μm之间，优选地介于1μm和4μm之间，甚至更优选地等于约3μm；和/或
当所述较高折射率(nM)与所述较低折射率(nm)之间的所述比率(nM/nm)介于1.1和1.3之间时，所述直径阈值(dp_threshold)介于150nm和220nm之间，更优选地介于160nm和200nm之间，甚至更优选地等于约180nm；和/或
当所述较高折射率(nM)与所述较低折射率(nm)之间的所述比率(nM/nm)介于1.1和1.3之间时，所述长度阈值(lp_threshold)介于6μm和12μm之间，更优选地介于8μm和10μm之间，甚至更优选地等于约9μm。
11.根据上述权利要求中任一项所述的单元(1；1a–1g)，
其中，所述第一材料是金属氧化物，优选地是氧化铝(铝氧化物)、氧化钛(二氧化钛)或氧化锌；和/或
其中，所述第二材料是空气或选自聚合物、树脂、硅酮、不同氧化物，所述第二材料至少部分不吸收或至少对波长包含在所述可见光谱中的电磁辐射透明，并且所述电磁辐射具有第二折射率(n2)，所述第二折射率(n2)介于1.3和1.55之间，优选地介于1.49和1.52之间；和/或
其中，所述第二材料是基于可溶性含氟聚合物的树脂，优选地是高碳氟化合物含量的聚氨酯树脂，更优选地是基于第二折射率(n2)介于1.45和1.50之间的可溶性含氟聚合物的树脂，甚至更优选地是基于第二折射率(n2)等于1.48的可溶性含氟聚合物的树脂。
12.根据上述权利要求中任一项所述的单元(1；1a–1g)，其中，所述纳米柱或纳米孔(Dp)的表面密度与所述结构(30、70)的孔隙率(Pp)之间的至少一个被配置为提供在所述波长等于450nm处测量的规则反射率，所述规则反射率在0.05至0.95范围内，优选地在0.1至0.9范围内；和/或提供在所述波长等于630nm处测量的规则反射率，所述规则反射率至少是在所述波长等于450nm处测量的所述规则反射率的1.05倍，优选地1.2倍，甚至更优选地1.6倍。
13.根据上述权利要求中任一项所述的单元(1；1a–1g)，其中，所述纳米柱或纳米孔(Dp)的表面密度与所述结构(30、70)的孔隙率(Pp)之间的至少一个被配置为：
产生规则反射光束，所述规则反射光束的相关色温比所述入射光的所述相关色温至少低10％，优选地至少低15％，更优选地至少低20％；和/或
产生漫反射光束，所述漫反射光束的相关色温比所述入射光的所述相关色温至少高20％，优选地至少高30％，更优选地至少高50％。
14.根据上述权利要求中任一项所述的单元(1；1a–1g)，包括设置在所述色度漫射层(20)的所述第二表面(23)上的涂层(90)，所述涂层(90)至少部分不吸收或对波长包含在所述可见光谱中的电磁辐射透明；或
包括涂层(90)，所述涂层(90)至少部分填充所述纳米孔(30)结构或其中至少部分浸入所述纳米柱(70)结构，所述涂层(90)至少部分不吸收或对波长包含在所述可见光谱中的电磁辐射透明，并且所述涂层(90)具有第三折射率(n3)，所述第三折射率(n3)介于1.3和1.55之间，优选地介于1.41和1.52之间，甚至更优选地介于1.45和1.50之间，并且所述第一折射率(n1)与第三折射率(n3)之间的比率(n1/n3)介于1.05和3之间。
15.根据上述权利要求中任一项所述的单元(1；1a–1g)，包括设置在所述反射层(10)的与其反射表面(11)相对的后表面(12)上的增强复合层(120)，所述增强复合层(120)包括垫片面板(121)和涂层薄板(122)；
其中，可选地，所述垫片面板(121)的比重比所述涂层薄板(122)的比重至少小5倍，优选地比所述涂层薄板(122)的所述比重至少小10倍；和/或
其中，可选地，所述垫片面板(121)的厚度比所述涂层薄板(122)的厚度至少高2倍，优选地比所述涂层薄板(122)的所述厚度至少高5倍。
16.根据权利要求15所述的单元(1；1a–1g)，
其中，所述垫片面板(121)由非可燃材料制成，例如玻璃纤维、膨胀玻璃颗粒、岩纤维、泡沫玻璃、陶瓷纤维、碳纤维、蛭石(膨胀或不膨胀)、膨胀粘土或珍珠岩(膨胀或不膨胀)；和/或
其中，所述垫片面板(121)以光栅形式制成，例如具有与所述反射层正交的单元轴线的蜂窝状光栅，或者具有根据与所述反射层正交的截面的波状轮廓。
17.根据上述权利要求中任一项所述的单元(1；1a–1g)，其中，所述反射层(10)和所述色度漫射层(20)被配置为共同产生具有角亮度分布的反射光，所述角亮度分布由镜面反射方向邻域中的峰值表征，所述镜面反射方向具有基本单向单色光照射时的角半峰半宽(θRF_HWHM)，并且具有相对于所述单元(1；1a–1g)的表面法线以15°入射的约632nm波长；
其中，所述反射光的所述角峰半宽(θRF_HWHM)小于4°，优选地小于3°，更优选小于2°；或
其中，所述反射光的所述角峰半宽(θRF_HWHM)介于4°和20°之间，优选地介于5°和15°之间，更优选地介于6°和12°之间。
18.根据从属于权利要求12的权利要求16所述的单元(1；1a–1g)，其中，所述涂层(90)被配置为产生具有角亮度分布的反射光，所述角亮度分布由镜面反射方向邻域中的峰值表征，所述镜面反射方向具有基本单向单色光照射时的角半峰半宽(θCOVER_HWHM)，并且具有相对于所述单元(1；1a–1g)的表面法线以15°入射的约632nm波长；其中，所述涂层(90)的所述角亮度分布的所述峰值的所述角半峰半宽(θCOVER_HWHM)基本上等于所述反射层(10)和所述色度漫射层(20)共同产生的所述角亮度分布的所述峰值的所述角半峰半宽(θRF_HWHM)。
19.一种涂层元件(2)，包括：
至少一个根据上述权利要求中的一项所述的色度效应光反射单元(1；1a–1g)；
支撑结构(40；10)，所述支撑结构(40；10)被配置为机械地支撑所述至少一个单元(1；1a–1g)，使得所述色度漫射层(20)的所述第二表面(23)面向外部环境；以及
耦合装置(50)，被配置为允许将所述支撑结构(40；10)机械地耦合到轴承元件。
20.一种照射系统(200)，包括：
至少一个根据权利要求1至18中的一项所述的色度效应光反射单元(1；1a-1g)；以及
至少一个照射器(210、310、410、702)，用于照射所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)，所述照射器(210、310、702)被配置为发射或投射至少部分地照射到所述色度漫射层(20)的所述第二表面(23)上的光锥，所述色度漫射层(20)被配置为由入射光照射。
21.根据权利要求20所述的照射系统，其中，
所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)基本上具有抛物柱面反射器的构型；以及
所述至少一个照射器(310)是线性照射器，沿着与所述至少一个抛物柱面反射单元(1；1a-1g)的焦轴平行的方向设置，并且设置在所述焦轴近端的位置或使得所述照射器(310)产生的光照射所述抛物柱面单元(1；1a-1g)的位置，就像所述照射器(310)产生的光线从所述抛物柱面单元(1；1a-1g)的所述焦轴近端的空间区域射出。
22.根据权利要求21所述的照射系统，其中，所述至少一个照射器(310)包括：
多个光源(303)；
柱面准直器(304)，能够在与所述焦轴正交的平面上准直由所述多个光源(303)产生的光，从而使其具有第一角亮度分布；
使得所述至少一个光反射单元(1；1a-1g)基本上完全照射；以及
具有限定第一半发散度(305)的第一半峰宽度(HWHM)的峰值；以及
多个源准直器(306)，每个源准直器(306)耦合到相应的光源(303)，并且被定位和配置为在包含所述至少一个光反射单元(1；1a-1g)的所述焦轴并且穿过中心线轴线的平面(307)内为每个光源(303)提供第二角亮度分布，所述中心线轴线将所述至少一个光反射单元(1；1a-1g)分为两个面积基本相等的抛物线柱面扇区，所述第二角亮度分布由对于所有光源(303)基本公共的峰值方向(308)的最大值表征，并且具有限定第二半发散度(309)的第二半峰宽度(HWHM)的峰值；
其中，所述第二半发散度(309)低于所述第一半发散度(305)，例如比所述第一半发散度(305)低3倍，优选地比所述第一半发散度(305)低6倍，更优选地比所述第一半发散度(305)低10倍；和/或
其中，所述第二半发散度(309)小于等于15°，优选地小于等于10°，更优选地小于等于5°。
23.根据权利要求22所述的照射系统，包括用于重定向所述线性照射器(310)产生的光的设备，重定向设备被配置为在包含所述至少一个光反射单元(1；1a-1g)的所述焦轴并且穿过中心线轴线的平面(307)内修改所述第二角亮度分布的峰值方向(308)，所述中心线轴线将所述至少一个光反射单元(1；1a-1g)分为两个面积基本相等的抛物线柱面扇区，优选地，所述重定向设备被配置为沿着所述焦轴的方向，相对于所述相应源准直器(306)的中心位置平移所述光源(303)的中心位置。
24.根据权利要求22所述的照射系统，包括多个反射器，每个反射器耦合到所述照射器(310)的相应光源(303)；其中，所述反射器被配置为沿着垂直于包含所述焦轴的平面和所述第二角亮度分布的所述峰值方向(308)的轴线旋转。
25.根据权利要求20所述的照射系统(200)，其中，所述至少一个照射器(410)从所述照射器的至少一个发射表面(412)发射光，所述色度漫射层(20)的所述第二表面(23)是大致凸状表面；和/或
所述色度漫射层(20)的所述第二表面(23)被定位和配置为包括至少两个不共面且相互定向的照射部分，使得所述两个部分的中心处法线在穿过所述两个部分的所述中心并且穿过属于所述照射器(412)的所述至少一个发射表面的点的平面上的投影限定了彼此发散的两个方向。
26.根据权利要求20所述的照射系统，包括：
支撑格栅(701)，被配置为限定支承面(710)；
其中，所述至少一个照射器包括多个光源(702)，所述多个光源(702)以在源距离(ds)处彼此基本等距的方式设置在所述支撑格栅(701)限定的所述支承面(710)上；
其中，所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)与反射面(802)共面设置，优选地与所述支承面(710)平行设置；
其中，所述多个光源(702)中的光源被定位和配置为基本上均匀地照射所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)；
其中，所述多个光源中的每个光源(702)被设置和配置为产生具有角源亮度分布的光束(704)，所述角源亮度分布具有沿着主方向(705)的峰值和所述峰值的角半峰半宽(θs_HWHM)；
其中，所述主方向(705)和所述角源半宽(θs_HWHM)对于所述多个光源(702)中的所有光源是公共的，所述主方向(705)相对于所述反射面(802)倾斜，例如垂直；
其中，沿着所述主方向(705)测量的每个光源(702)与所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)之间的最小距离(Dmin)满足以下关系：
Dmin>ds tan(θs_HWHM)，优选地Dmin>2ds tan(θs_HWHM)，更优选地Dmin>3ds tan(θs_HWHM)。
27.根据权利要求26所述的照射系统，其中，所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)被配置为产生具有角亮度分布的反射光，所述角亮度分布由镜面反射方向邻域中的峰值表征，所述镜面反射方向具有基本单向单色光照射时的角半峰半宽(θRF_HWHM)，并且具有相对于所述单元(1；1a–1g)的表面法线以15°角度入射的约632nm波长；
其中，所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)反射的所述光的角峰半宽(θRF_HWHM)相对于每个光源(702)产生的所述光束(704)的角峰半宽满足以下关系：
θRF_HWHM>θs_HWHM，优选地θRF_HWHM>2θs_HWHM，更优选地
θRF_HWHM>3θs_HWHM。
28.根据权利要求26或27所述的照射系统，包括掩蔽结构(707)，所述掩蔽结构(707)被定位和配置为防止所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)的观察者通过所述支撑格栅(701)看到所述光源(702)。
29.根据权利要求28所述的照射系统，其中，所述掩蔽结构(707)是包括活体植物或人造植物分布(708)的棚架。
30.根据权利要求29所述的照射系统，包括基本透明的控制网，所述控制网设置在所述掩蔽结构(707)与所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)之间，所述控制网被定位和配置为防止生长中的植物干扰所述光源(702)和所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)。
31.根据权利要求26至30中任一项所述的照射系统，包括至少一个控制屏(803)，设置在所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)的外边缘附近，至少一个控制屏被配置为：
防止所述光源(702)发射的光照射所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)外部远端区域；和/或
至少部分地漫射和/或反射入射到所述至少一个控制屏或所述至少一个控制屏的至少一部分上的光。
32.根据权利要求31所述的照射系统，其中，所述至少一个控制屏(803)和/或所述至少一个控制屏(803)的至少一部分吸收入射到其上的光的至少一部分。
33.根据权利要求26至32中任一项所述的照射系统，包括吸收材料条带(805)，条带至少部分地围绕所述至少一个色度效应光反射单元(1；1a-1g)的外周，所述条带(805)被配置为吸收所述多个光源(702)发射到所述条带的光。
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