EP4689338A1

EP4689338A1 - Optische elemente als sonnenschutz für fenster

Info

Publication number: EP4689338A1
Application number: EP24719475.6A
Authority: EP
Inventors: Oliver Humbach
Original assignee: Sionic Smart Glass GmbH
Current assignee: Sionic Smart Glass GmbH
Priority date: 2023-03-31
Filing date: 2024-03-28
Publication date: 2026-02-11
Also published as: WO2024200691A1; CN120898057A; DE102023108310A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein flächiges optisches Element für ein Fensterelement, wobei das flächige optische Element einen Körper aus einem transparenten Material umfasst, und wobei in dem transparenten Material eine Vielzahl von nicht-transparenten Mikrolamellen um einen Lamellenwinkel schräg gestellt eingebettet und/oder integriert sind.

Description

Elemente als Sonnenschutz für Fenster

Die Erfindung betrifft optische Elemente zur Anordnung auf Fenstern, Fensterelementen und/oder Glasfassaden als Sonnenschutz bzw. Sonnenblendschutz.

Die moderne Architektur sieht in städtischen Gebäuden, Bürogebäuden und öffentlichen Gebäuden bis hin zu privaten Wohnhäusern häufig großflächige Fenster und Glasfassaden vor. Die Glasflächen machen heutzutage einen großen Teil der Gebäudehülle aus. Durch die Fensterflächen strahlt tagsüber Sonnen- und Tageslicht in die Räume, aber auch Wärmestrahlung sorgt gerade in den heißeren Regionen der Erde und zu den heißeren Jahreszeiten für einen hohen Wärmeeintrag in die Räume. Klimatechnik ist notwendig, um die Räume auf einer angenehmen Temperatur zu halten. Je mehr Wärmeeinstrahlung, desto mehr Energie ist für die Kühlung notwendig. Die direkte Sonneneinstrahlung durch die Fensterelemente führt außerdem zu einer unangenehmen Blendung, die vor allem für Büroarbeitsplätze störend ist.

Vielfach werden, außen vor den Fenstern oder innen, Jalousien, Rollos oder Vorhänge genutzt, um die Blendung durch direkte Sonneneinstrahlung abzuschatten und den Wärmeeintrag zu verringern. Nicht selten werden hierdurch die Räume so abgedunkelt, dass wiederum künstliches Licht zugeschaltet werden muss und damit zusätzliche Energie verbraucht wird.

Mechanische Sonnenblendschutz-Lösungen im Innen- und Außenbereich von Fensterflächen sind weit verbreitet. Sie haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. Die mechanische Ansteuerung der Lamellen ist aufwendig und teuer, fehleranfällig, und bedarf einer regelmäßigen Reinigung und Wartung. Eine Vorrichtung im Innenbereich hat den Nachteil, dass sich die Wärmeeinstrahlung bereits im Raum befindet. Im Außenbereich führt der Wind zu Problemen mit der Stabilität. Ein weiterer großer Nachteil der mechanischen Lösungen ist, dass die Aussicht aus den Fensterflächen nach draußen erheblich gestört wird. Die großen Lamellen trennen die Aussicht in einzelne Streifen und begrenzen das Sichtfeld. Statische oder passive Sonnenschutzfolien, im Englischen Solar Control Films (SCF) genannt, können den Wärmeeintrag durch Fensterflächen deutlich reduzieren. Dabei werden beispielsweise Beschichtungen verwendet, die im sichtbaren Wellenlängenbereich eine hohe Transmission aufweisen und im UV- und IR-Wellenlängenbereich stark absorbieren oder reflektieren. Diese Beschichtungen können Nanopartikel, wie beispielsweise Lanthan-Hexaborit (Laße), Cesium dotiertes Wolframoxid (CWO), Antimon dotiertes Zinn-Oxid (ATO), Indium-Zinn-Oxid (ITO) und Vanadium Dioxid (VO2) umfassen. Der signifikante Wärmeeintrag durch Fensterflächen verursacht durch direkte Sonneneinstrahlung im sichtbaren Wellenlängenbereich wird durch die Beschichtung mit Nanopartikeln jedoch nicht abgeschirmt.

In der WO 03/106802 A1 wird eine winkelselektive Abschattung durch eine mikrostrukturierte Rasterplatte mit transparenten Durchgangslöchern und dazwischenliegenden nicht transparenten Stegen offenbart. Die Veröffentlichung WO 2022/175551 A1 beschreibt mikrostrukturierte Abschattungselemente (shading elements), die auf einer Trägerfolie aufgebracht sind. Ein Nachteil der mikrostrukturierten Rasterplatte oder Abschattungselemente ist das technisch erreichbare Verhältnis von nicht transparenter zu transparenter Fläche, aufgrund der gegebenen Breite der Abschattungselemente. Auch in Winkelbereichen mit maximaler Durchsichtigkeit ist die Transmission durch den Flächenanteil der Abschattungselemente eingeschränkt.

Die Veröffentlichung US 2022/0019007 A1 offenbart senkrecht zur Trägerfolie stehende dünne Abschattungselemente mit einem Aspektverhältnis oberhalb von 30. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass durch die senkrechte Ausrichtung der Lamellen zur Oberfläche der Folie nur eine symmetrische Abschattung stattfinden kann. Die Abschattung nach oben zur Sonne ist gewollt, eine Abschattung nach unten schränkt andererseits die Durchsicht nach unten stark ein. Je stärker die Abschattung nach oben ausgelegt ist, je stärker die Sichteinschränkung nach unten. Weiterhin ist der Einsatz dieser Lösung in schräg gestellten Glasflächen, beispielsweise im Dachbereich von Gebäuden, stark eingeschränkt.

Die US 2018/297328 A1 offenbart einen Verbundstoff, der ein Substrat, eine Sonnenschutzschicht und eine Planarisierungsschicht umfasst, wobei das Substrat eine strukturierte Oberfläche aufweist, die ein sich wiederholendes Muster umfasst, das ein Tal, eine Spitze, eine erste Seitenwand, die sich in einem ersten Winkel erstreckt, und eine zweite Seitenwand, die sich in einem zweiten Winkel erstreckt und die erste Seitenwand an der Spitze trifft, umfasst, wobei die Sonnenschutzschicht auf der ersten Seitenwand angeordnet ist, wobei die Sonnenschutzschicht diskontinuierlich ist, und wobei die Planarisierungsschicht an die Sonnenschutzschicht und das Substrat angrenzt. Dabei liegt der erste Winkel in einem Bereich von 20° bis 45° und der zweite Winkel in einem Bereich von 45° bis 100°.

Es ist Aufgabe der Erfindung einen alternativen Sonnenschutz bzw. Sonnenblendschutz anzugeben. Dabei sollen die vorgenannten Nachteile oder einige der vorgenannten Nachteile der oben beschriebenen mechanischen Sonnenschutz- oder Son- nenblendschutz-Lösungen vermieden werden. Auch soll der durch Sonneneinstrahlung bedingte Wärmeeintrag durch Fenster in Gebäude verringert werden.

Vorgenannte Aufgabe wird durch ein flächiges optisches Element für ein Fensterelement gelöst, wobei das flächige optische Element einen Körper aus einem transparenten Material umfasst, und wobei in dem transparenten Material eine Vielzahl von nicht-transparenten (jeweils benachbart übereinander angeordneten) Mikrolamellen um einen Lamellenwinkel schräg gestellt eingebettet und/oder integriert sind.

Ein flächiges optisches Element im Sinne dieser Offenbarung weist insbesondere eine bestimmungsgemäße Innenfläche, eine bestimmungsgemäße Außenfläche, eine bestimmungsgemäße Oberseite und eine bestimmungsgemäße Unterseite auf. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die bestimmungsgemäße Innenfläche und die bestimmungsgemäße Außenfläche parallel bzw. im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Eine bestimmungsgemäße Innenfläche des optischen Elements im Sinne dieser Offenbarung ist einem durch das optische Element begrenzten Raum zugewandte Fläche. Das flächige optische Element im Sinne dieser Offenbarung kann eine Folie oder eine Platte sein.

Eine Mikrolamelle kann als dünne Schicht mit einer annähernd quaderförmigen Form mit einer Mikrolamellen-Länge L, einer Mikrolamellen-Breite w und einer Mikrolamel- len-Schichtdicke t ausgelegt sein. Die Mikrolamellen sind um einen Lamellenwinkel schräg gestellt. Eine schräg gestellte Mikrolamelle im Sinne dieser Offenbarung bil- det relativ zu einer oder der Flächennormalen der bestimmungsgemäßen Außenfläche des optischen Elements eine Schräge. Diese Schräge verläuft von der Innenfläche des optischen Elements („oben“) abfallend in Richtung auf die bestimmungsgemäße Außenfläche des optischen Elements („unten“). Dabei schließt eine Kante der annähernd quaderförmigen Mikrolamelle, wobei die Kante eine Länge aufweist, die der Breite w der annähernd quaderförmigen Mikrolamelle entspricht, mit der oder einer Flächennormalen der bestimmungsgemäßen Außenfläche des optischen Elements den Lamellenwinkel ein, um den die jeweilige Mikrolamelle schräg gestellt ist. Der Lamellenwinkel, um den die jeweilige Mikrolamelle schräg gestellt ist, ist der Winkel zwischen einer oder der Flächennormalen der bestimmungsgemäßen Außenfläche des optischen Elements und einer Kante der jeweiligen Mikrolamelle, die so lang ist wie die Breite w der Mikrolamelle.

Ein Lamellenwinkel im Sinne dieser Offenbarung ist (betragsmäßig) insbesondere nicht kleiner als 1 °, insbesondere nicht kleiner als 5°, insbesondere nicht kleiner als 10°. Ein Lamellenwinkel im Sinne dieser Offenbarung ist (betragsmäßig) insbesondere nicht größer als 45°, insbesondere nicht größer als 30°, insbesondere nicht größer als 20°. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung liegt der Lamellenwinkel (betragsmäßig) zwischen 0° und 45°, bevorzugt zwischen 0° und 30°, bevorzugt zwischen 10° und 30° und besonders bevorzugt zwischen 10° und 20°.

Alternativ kann eine Mikrolamelle auch nicht als annähernd quaderförmige, dünne Schicht, sondern als gekrümmte oder anderweitig dreidimensional geformte Dünnschicht ausgeformt sein.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind dabei die jeweiligen Mikrolamellen um den gleichen Lamellenwinkel schräg gestellt. Die sogenannten Dünnschicht- Mikrolamellen sind dabei mit einer definierten Winkelstellung dreidimensional in der Tiefe des flächigen optischen Elements angeordnet.

Transparent im Sinne dieser Offenbarung kann insbesondere durchlässig für Licht mit einer Wellenlänge im sichtbaren Bereich bedeuten. Wellenlängen im sichtbaren Bereich sind die Wellenlängen, die die meisten Menschen mit dem Auge wahrnehmen können. Transparent im Sinne dieser Offenbarung kann insbesondere durchlässig für Licht mit einer Wellenlänge im infraroten Bereich bedeuten. Transparent im Sinne dieser Offenbarung kann insbesondere durchlässig für Licht mit einer Wellenlänge im ultravioletten Bereich bedeuten.

Nicht-transparent im Sinne dieser Offenbarung kann insbesondere undurchlässig für Licht im sichtbaren Bereich bedeuten. Nicht-transparent im Sinne dieser Offenbarung kann insbesondere undurchlässig für Licht mit einer Wellenlänge im infraroten Bereich bedeuten. Nicht-transparent im Sinne dieser Offenbarung kann insbesondere undurchlässig für Licht mit einer Wellenlänge im ultravioletten Bereich bedeuten.

Nicht-transparentes Material im Sinne dieser Offenbarung kann Licht reflektierendes und/oder ein Licht absorbierendes Material umfassen oder aus einem Licht reflektierenden oder Licht absorbierenden Material bestehen. Nicht-transparentes Material im Sinne dieser Offenbarung kann Photovoltaikmaterial umfassen oder aus Photovolta- ikmaterial bestehen.

Mikrolamellen im Sinne dieser Offenbarung sind insbesondere Dünnschicht- Mikrolamellen. Flächiges optisches Element im Sinne dieser Offenbarung kann insbesondere eine Platte, eine gekrümmte Platte oder eine Folie sein bzw. umfassen.

Mikrolamellen im Sinne dieser Offenbarung weisen insbesondere eine Mikrolamel- len-Breite w, eine Mikrolamellen-Dicke t und eine Mikrolamellen-Länge L auf. Der Quotient aus Mikrolamellen-Breite w und Mikrolamellen-Dicke t, das sogenannte Aspektverhältnis w/t, beträgt insbesondere nicht weniger als 10. Der Quotient aus Mikrolamellen-Breite und Mikrolamellen-Dicke, das sogenannte Aspektverhältnis w/t, beträgt insbesondere weniger als 30, insbesondere nicht mehr als 25.

Die Mikrolamellen können jeweils benachbart übereinander angeordnet sein, von der Unterseite des optischen Elements hin zur Oberseite des optischen Elements. Die Mikrolamellen können auch entlang der Außenfläche und/oder der Innenfläche des optischen Elements jeweils benachbart nebeneinander angeordnet sein. Der Abstand zwischen den Mikrolamellen kann dabei äquidistant oder verschieden sein. Alternativ können die Mikrolamellen in bestimmten Bereichen einen anderen Abstand und/oder eine andere Schrägstellung und/oder eine andere Geometrie aufweisen als in anderen Bereichen.

Der Mikrolamellenabstand d, d.h. der Abstand zweier benachbarter Mikrolamellen, beträgt beispielsweise nicht mehr als das 2,5-fache der Breite w der Mikrolamellen (Mikrolamellen-Breite). Der Mikrolamellenabstand d, d.h. der Abstand zweier benachbarter Mikrolamellen, beträgt beispielsweise nicht weniger als das 0,7-fache der Breite der Mikrolamellen (Mikrolamellen-Breite). Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Breite w der Mikrolamellen (Mikrolamellen-Breite) nicht mehr als 1000 pm beträgt. Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Dicke t der Mikrolamellen (Mik- rolamellen-Dicke) nicht mehr als 10 pm, insbesondere nicht mehr als 5 pm, insbesondere nicht mehr als 2 pm, beträgt

Der Anteil der transparenten Fläche des flächigen optischen Elements an der Gesamtfläche des flächigen optischen Elements ist bei Durchsicht durch das flächige optische Element entlang des Lamellenwinkels der Mikrolamellen, also Durchsicht in Lamellenrichtung, aufgrund der geringen Querschnittsfläche der Mikrolamellen besonders groß, und beträgt beispielsweise mehr als 80%, insbesondere mehr als 90%, insbesondere mehr als 95%.

Das flächige optische Element kann Markierungen umfassen, die die bestimmungsgemäße Außenfläche, die bestimmungsgemäße Innenfläche, die bestimmungsgemäße Oberseite und/oder die bestimmungsgemäße Unterseite des flächigen optischen Elements kennzeichnen.

Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Herstellen eines flächigen optischen Elements, insbesondere eines flächigen optischen Elements mit einem oder mehreren der vorgenannten Merkmale, gelöst, wobei aus einem transparenten Material eine Grundstruktur erzeugt wird, die eine Vielzahl, insbesondere keilförmiger, insbesondere (annähernd) parallel verlaufender Mikrostrukturen umfasst, wobei auf jeweils einer bestimmungsgemäßen Oberseite oder Fläche der Mikrostrukturen Material zur Bildung von Mikrolamellen aufgebracht wird. In einer Ausgestaltung wird das Material zur Bildung von Mikrolamellen auf die bestimmungsgemäßen Oberseiten oder Flächen der Mikrostrukturen mittels einer physikalischen Vakuumbeschichtung (PVD = Physical Vapor Deposition), beispielsweise in einem Sputter- oder Aufdampfverfahren aufgebracht. In einer weiteren Ausgestaltung wird das Material zur Bildung von Mikrolamellen auf die bestimmungsgemäßen Oberseiten oder Flächen unter einem Aufbringungswinkel aufgebracht. In einer weiteren Ausgestaltung wird die aus einem transparenten Material hergestellte Grundstruktur mit den Mikrolamellen derart mit einer Deckschicht versehen, dass die Mikrolamellen zwi- sehen der Grundstruktur und der Deckschicht eingebettet sind. Die Deckschicht kann dabei aus dem gleichen oder annähernd gleichen transparenten Material gefertigt werden, aus der auch die Grundstruktur gefertigt ist.

In einer Ausgestaltung wird die Grundstruktur durch Prägen bzw. Heißprägen erzeugt. In einer Ausgestaltung ist die Grundstruktur aus Kunststoff, beispielsweise PET, PMMA oder PC, ausgeführt. In einer Ausgestaltung besteht die Grundstruktur aus Kunststoff, beispielsweise PET, PMMA oder PC. In einer Ausgestaltung ist das Material der Deckschicht gleich dem Material der Grundstruktur. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Deckschicht eine Lackschicht. Die Grundstruktur kann beispielsweise über UV-Prägen in eine UV-härtende Lackschicht, Heißprägen oder Extrusion erfolgen. Das UV-Prägen ist auch direkt auf einer Glasscheibe möglich.

Die Mikrolamellen oder sogenannten Dünnschicht-Mikrolamellen werden beispielsweise in einem Sputter- oder Aufdampfverfahren aufgebracht. Dies erfolgt beispielsweise durch Schräg-Sputtern oder Verdampfen. Die Bewegungsrichtung der Atome bei dem jeweiligen PVD-Verfahren wird beispielsweise in einem definierten Winkel zur mikrostrukturierten Oberfläche ausgerichtet. Auf diese Weise wird auf bestimmten Flächen der Mikrostrukturen Material in Dünnschicht beispielsweise atomweise abgeschieden, auf sogenannten Schattenflächen erfolgt jedoch nahezu keine Abscheidung von Material. Durch die Geometrie der Grundstruktur können auf diese Weise definiert schräggestellte Mikrolamellen in Form von Dünnschichten abgeschieden werden.

In einer weiteren Ausgestaltung weist das Material der Deckschicht einen Deckschicht-Brechungsindex und das Material der Grundstruktur einen Grundstruktur- Brechungsindex auf, wobei der Grundstruktur-Brechungsindex und der Deckschicht- Brechungsindex gleich oder im Wesentlichen gleich sind. In diesem Sinne wird unter im Wesentlichen gleich verstanden, dass sich die Brechungsindices um nicht mehr als 0,05 unterscheiden. Dadurch wird eine nahezu unsichtbare Grenzfläche der Mikrostrukturen erzeugt. Auf diese Weise treten keine Reflektionen an der Grenzfläche auf.

Keilförmig im Sinne dieser Offenbarung bedeutet insbesondere in Form eines Keils. Ein Keil im Sinne dieser Offenbarung ist insbesondere ein Körper, bei dem zwei Sei- tenflächen unter einem spitzen Winkel zusammenlaufen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Winkelweite des Keils mehr als das Zweifache, insbesondere nicht weniger als das 2,5fache, des Lamellenwinkels. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Winkelweite des Keils nicht mehr als das Vierfache, insbesondere nicht mehr als das Dreifache, des Lamellenwinkels. Ein Keil im Sinne dieser Offenbarung kann eine stumpfe Spitze aufweisen. Ein Keil im Sinne dieser Offenbarung kann ein dreieckiges Prisma sein. Ein Keil im Sinne dieser Offenbarung kann ein regelmäßiges dreieckiges Prisma sein.

Vorgenannte Aufgabe wird zudem durch ein Fensterelement gelöst, das eine Glasscheibe aufweist, auf der ein flächiges optisches Element mit einem oder mehreren der vorgenannten Merkmale bzw. ein entsprechend hergestelltes flächiges optisches Element angeordnet und/oder fixiert ist. In einem Herstellungsverfahren zur Herstellung eines derartigen Fensterelementes wird ein entsprechend hergestelltes flächiges optisches Element auf einer Glasscheibe aufgebracht. Alternativ wird zunächst eine Grundstruktur auf eine Glasscheibe aufgebracht und das flächige optische Element dann entsprechend den vorgenannten Verfahrensschritten hergestellt.

Das flächige optische Element bzw. ein entsprechendes Fensterelement kann in Gebäuden sowie anderen Anwendungsfeldern, in denen eine winkelselektive Transparenz gefordert ist, zum Einsatz kommen, beispielsweise für Glasflächen im Automobil oder anderen Verkehrsmitteln, wie Bahn, Schienenfahrzeug, Flugzeug oder Schiff. Die Einschränkung von Sichtfeldern durch die Mikrolamellen kann auch für Glasflächen im Innenbereich von Gebäuden verwendet werden, beispielsweise um einen Privatbereich optisch abzugrenzen. Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind Displays, bei denen das Sichtfeld eingeschränkt werden soll. So kann beispielsweise zur Herstellung eines Gebäudes oder Verkehrsmittels ein erfindungsgemäßes Fensterelement verbaut werden. Gemäß einem alternativen Verfahren zum Herstellen eines Gebäudes oder eines Verkehrsmittels wird in diesem eine Glasscheibe verbaut, wobei auf die Glasscheibe, beispielsweise auf der Innenseite der Glasscheibe, ein flächiges optisches Element mit einem oder mehreren der vorgenannten Merkmale aufgebracht und/oder fixiert wird.

Die hier offenbarte Lehre der integrierten Dünnschicht-Mikrolamellen ermöglicht es, die direkte Sonneneinstrahlung im gesamten Spektralbereich von Licht, also insbe- sondere auch im sichtbaren Spektrum von Licht, winkelselektiv abzuschatten. Durch die fixierte Anordnung der Mikrolamellen sind die Transmissionseigenschaften des optischen Elementes abhängig vom Winkel des einfallenden Lichtes.

Die Mikrolamellen können so ausgelegt werden, dass Fensterflächen, die mit dem optischen Element ausgestattet werden, das direkt einstrahlende Sonnenlicht abschatten, während Tageslicht mit einem anderen Einfallswinkel als dem der direkten Sonnenstrahlung in den Raum einfallen kann. Der Winkelbereich des Tageslichts ist gleichzeitig auch der helle Sichtbereich durch das auf der Glasfläche oder Fensterfläche aufgebrachte optische Element.

Das (groß-)flächige optische Element mit den integrierten Mikrolamellen kann auf der Außenseite oder Innenseite von Gläsern, oder einer der Innenseiten von Verbundgläsern aufgebracht werden. Die Mikrolamellen sind dabei in dem optischen Element in ihrer Abmessung, Winkelstellung und Form fixiert. Sie sind also passiv und werden nicht mechanisch angesteuert, wie das beispielsweise bei großen Lamellen in Außenjalousien der Fall ist. Wartungen oder Reparaturen sind damit nicht notwendig. Für die unterschiedlichen Anforderungen an die Glasflächen von Gebäuden, wie Breitengrad, Lage, Himmelsrichtung oder Schrägstellung, können die optischen Elemente in verschiedene Klassen mit definierten Spezifikationen ausgelegt werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen:

Fig. 1A ein Ausführungsbeispiel eines flächigen optischen Elements in einer Seitenansicht,

Fig. 1 B das flächige optische Element gemäß Fig. 1 A in eine Ansicht von vom,

Fig. 1 C das flächige optische Element gemäß Fig. 1A in einer perspektivischen Ansicht,

Fig. 2 das flächige optische Element gemäß Fig. 1A mit verschiedenen Sichtwinkeln

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines Kennlinienfeldes eines flächigen optischen Elements gemäß Fig. 1A zur Darstellung der Transmission in Abhängigkeit des Einfallswinkels von Licht bei einem Lamellenwinkel von - 20° für verschiedene Werte des Verhältnisses Mikrolamellenbreite/Lamellen- abstand,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Kennlinienfeldes eines flächigen optischen Elements gemäß Fig. 1A zur Darstellung der Transmission in Abhängigkeit des Einfallswinkels von Licht bei einem Verhältnis Mikrolamellenbrei- te/Lamellenabstand von 0,8 für verschiedene Werte des Lamellenwinkels,

Fig. 5A ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrensschrittes zum Herstellen des flächigen optischen Elements gemäß Fig. 1A,

Fig. 5B einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 5A,

Fig. 5C ein Ausführungsbeispiel eines weiteren Verfahrensschritts zum Herstellen des flächigen optischen Elements gemäß Fig. 1A,

Fig. 5D ein Ausführungsbeispiel eines Ergebnisses des Verfahrensschritts gemäß Fig. 5C,

Fig. 5E ein Ausführungsbeispiel eines weiteren Verfahrensschritts zum Herstellen des flächigen optischen Elements gemäß Fig. 1A,

Fig. 5F ein Ausführungsbeispiel eines Ergebnisses des Verfahrensschritts gemäß Fig. 5E,

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel eines Fensterelements mit einem flächigen optischen Element gemäß Fig. 1A,

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel eines Gebäudes mit einem Fensterelement gemäß Fig. 6,

Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel eines Schiffs mit einem Fensterelement gemäß Fig. 6,

Fig. 9 ein Ausführungsbeispiel eines Zuges mit einem Fensterelement gemäß Fig. 6,

Fig. 10 ein Ausführungsbeispiel eines Automobils mit einem Fensterelement gemäß Fig. 6, und

Fig. 11 ein Ausführungsbeispiel eines geneigt verbauten Fensterelements mit einem flächigen optischen Element.

Fig. 1A zeigt - in einer Seitenansicht - ein Ausführungsbeispiel eines flächigen optischen Elementes 1 bzw. Dünnschicht-Mikrolamellen mit schräg in einem transparenten Körper 10 angeordneten Mikrolamellen 11. Fig. 1 B zeigt das flächige optische Element 1 in einer Ansicht von vorn, und Fig. 1 C zeigt das flächige optische Element 1 in einer perspektivischen Ansicht. Bezugszeichen 2 bezeichnet eine bestimmungsgemäße Außenfläche und Bezugszeichen 3 eine bestimmungsgemäße Innenfläche des optischen Elements 1. Bezugszeichen w bezeichnet eine bzw. die Mikrolamel- len-Breite, Bezugszeichen t eine bzw. die Mikrolamellen-Dicke, Bezugszeichen d einen bzw. den Lamellenabstand zweier benachbarter (d. h. benachbart untereinander angeordneter) Mikrolamellen, Bezugszeichen L eine bzw. die Mikrolamellenlänge L und Bezugszeichen ö einen bzw. den Lamellenwinkel.

Durch die verwendete Dünnschichttechnologie liegt die Dicke t der Mikrolamellen (Mikrolamellen-Dicke) in einem Bereich unterhalb von 10 pm, bevorzugt unterhalb von 2 pm. Die Breite w der Mikrolamellen (Mikrolamellen-Breite) kann hingegen deutlich oberhalb von 10 pm ausgelegt sein, bevorzugt oberhalb von 50 pm. Auf diese Weise werden Aspektverhältnisse w/t oberhalb von 10 erreicht. Die Mikrolamellen sind in diesem Ausführungsbeispiel parallel und äquidistant zueinander angeordnet.

Die Mikrolamellen sind in diesem Ausführungsbeispiel aus einem Material gefertigt, das eintretendes Licht größtenteils absorbiert. Dabei sind die Mikrolamellen jeweils unter einem Lamellenwinkel von ö = -20° angeordnet, der von der Flächennormalen 7 der bestimmungsgemäßen Außenfläche 2 des optischen Elements 1 gegen den Uhrzeigersinn (und daher ein negatives Vorzeichen aufweist) bis zu einer Kante der jeweiligen Mikrolamelle mit einer Kantenlänge, die die Länge aufweist, die der Mikrolamellenbreite w entspricht, gemessen wird.

Das flächige optische Element 1 kann Markierungen 6 umfassen, die die bestimmungsgemäße Außenfläche 2, die bestimmungsgemäße Innenfläche 3, eine bestimmungsgemäße Oberseite 4 und/oder eine bestimmungsgemäße Unterseite 8 des flächigen optischen Elements 1 kennzeichnen.

Fig. 2 zeigt Lichtstrahlen LS, die unter verschiedenen Einfallswinkeln in das optische Element 1 eintreten. Oben ergibt sich ein Cut-off Winkel 01 oberhalb dessen kein Licht mehr (zu einem Betrachter 5) transmittiert wird. Licht, das mit einem Winkel, der größer ist als 01 in das flächige optische Element 1 eintritt, wird von den Mikrolamellen größtenteils absorbiert. Die maximale Transmission von Licht wird bei einem Einfallswinkel 02 (für einen Betrachter 5) erreicht, bei dem die Lichtstrahlen (annähernd) parallel zu den schräggestellten Mikrolamellen verlaufen. Nach unten ergibt sich ein Cut-off Winkel 03 für den Einfallswinkel, unterhalb dessen kein Licht mehr transmit- tiert wird. Licht, das mit einem Winkel, der kleiner ist als 03 in das flächige optische Element 1 eintritt, wird von den Mikrolamellen größtenteils absorbiert.

Der Winkel 01 wird dabei ausgehend von der Flächennormalen 7 der bestimmungsgemäßen Außenfläche 2 im Uhrzeigersinn (und weist daher ein positives Vorzeichen auf) gemessen. Die Winkel 02 und 03 werden ausgehend von der Flächennormalen 7 der bestimmungsgemäßen Außenfläche 2 gegen den Uhrzeigersinn (und weisen daher ein negatives Vorzeichen auf) gemessen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kennlinienfeldes des flächigen optischen Elements 1 gemäß Fig. 2 zur Darstellung der Transmission in Abhängigkeit des Einfallswinkels von Licht bei einem definierten Lamellenwinkel von ö = - 20° für verschiedene Werte des Verhältnisses Mikrolamellen-Breite w/Lamellenabstand d. Es wird bei einer Lamellenstellung ö = - 20° die maximale Transmission bei einem Einfallswinkel 02 = -30° erreicht. Bei einem Einfallswinkel nahe 0° kann die Transmission des einfallenden Lichts in Abhängigkeit vom Verhältnis w/d bis zu 86% betragen. Nach oben, zu positiven Einfallswinkeln hin, wird das direkt einfallende Sonnenlicht immer stärker absorbiert, während im Einfallswinkelbereich unterhalb von -30° (Betrachter 5 schaut stärker nach unten) weiterhin höhere Transmissionen des einfallenden Lichts gegeben sind.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kennlinienfeldes des flächigen optischen Elements 1 gemäß Fig. 2 zur Darstellung der Transmission in Abhängigkeit des Einfallswinkels von Licht bei einem Verhältnis Mikrolamellen-Breite w/Lamellenabstand d von 0,8 für verschiedene Werte des Lamellenwinkels 6. In dem Kennlinienfeld gemäß Fig. 4 verschiebt sich der Einfallswinkel 02 mit maximaler Transmission abhängig von der Winkelstellung der Lamellen. Bei horizontaler Winkelstellung ö = 0° ist die Transmissions-Charakteristik symmetrisch für die Sicht nach oben wie nach unten. Mit zunehmender Schrägstellung der Lamellen nach unten ö < 0° werden für horizontale und nach unten gerichtete Sichtwinkel hohe Transmissionswerte erreicht, während Sichtwinkel nach oben zur Sonne, wenn die Sonne hoch am Himmel steht, geringe Transmissionswerte aufweisen. Fig. 5A bis Fig. 5F zeigen ein Ausführungsbeispiel einer Prozesskette zur Herstellung eines optischen Elementes 1 mit (dreidimensional integrierten Mikrolamellen). Im ersten Prozessschritt gemäß Fig. 5A wird eine Folie oder Platte aus einem Kunststoff, beispielsweise PET, PMMA oder PC, mit einer Grundstruktur versehen, die Mikrostrukturen aufweist. Dies kann beispielsweise mittels UV-Prägen in eine UV- härtende Lackschicht, Heißprägen oder Extrusion erfolgen. Das UV-Prägen ist auch direkt auf einer Glasscheibe möglich. Da die Mikrolamellen parallel zueinander ausgerichtet sind, ist auch die Mikrostruktur linear ausgerichtet. Eine typische Strukturgeometrie sind parallel übereinanderliegende Mikro-Keile oder Mikroprismen, die unterschiedliche Seitenwinkel (also ö und a - ö) haben können, a bezeichnet die Winkelweite oder das Winkelmaß des jeweiligen Mikro-Keils. Auch gekrümmte Seitenflächen sind möglich, so dass auch gekrümmte Mikrolamellen hergestellt werden können. Fig. 5B zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 5A, wobei die mit Bezugszeichen a bezeichnete Winkelweite eines Mikro-Keils dargestellt ist. Bezugszeichen h bezeichnet die Erstreckung einer keilförmigen Struktur in Orientierung der Flächennormalen 7 der bestimmungsgemäßen Innenfläche 3 und/oder der bestimmungsgemäßen Außenfläche 2 des flächigen optischen Elements 1 .

Im zweiten Prozessschritt Fig. 5C werden die Mikrolamellen 11 in einem Sputter- o- der Aufdampfverfahren (beides PVD-Verfahren, Physical Vapor Deposition) auf Oberflächen der Mikrostrukturen aufgebracht. Dies geschieht über Schräg-Sputtern oder -Verdampfen. Die Bewegungsrichtung der Atome bei dem PVD-Verfahren wird in einem definierten Winkel zur mikrostrukturierten Oberfläche ausgerichtet. Auf diese Weise wird auf bestimmten Flächen der jeweiligen Mikrostruktur eine Dünnschicht von Material atomweise abgeschieden, wobei jedoch auf sogenannten Schattenflächen keine Abscheidung von Material in Dünnschicht stattfindet. Durch die Geometrie der Mikrostrukturen können auf diese Weise definiert schräggestellte Mikrolamellen in Form von Dünnschichten erzeugt werden.

Das Material und die Oberfläche der Mikrolamellen können so gewählt werden, dass die auftreffenden Lichtstrahlen vorwiegend absorbiert oder reflektiert werden. Als reflektierende Materialien können beispielsweise Metalle wie Aluminium oder Silber verwendet werden. Als absorbierende Materialien kommen Dünnschichten wie bei- spielsweise Black Aluminium oder Deep Black DLC (Diamond Like Carbon) zum Einsatz.

Fig. 5D zeigt das Zwischenprodukt mit aufgebrachten Mikrolamellen. In einem weiteren Prozessschritt in Fig. 5E wird auf die Mikrostruktur eine Folie oder Platte mit dazwischenliegender Lackschicht laminiert. Die Lackschicht füllt die Mikrostruktur inklusive der Mikrolamellen vollständig und ohne Lufteinschlüsse auf und die Folie oder Platte sorgt für eine ebene Oberfläche. Als Lack kommt beispielsweise ein UV- härtender, hochtransparenter Acryllack zum Einsatz. Idealerweise wird für die Mikrostrukturierung und die spätere Auffüllung der Mikrostrukturen der gleiche Lack verwendet. Die Brechzahlen der verwendeten Materialien für die Grundstruktur mit der Mikrostruktur und die Deckschicht sind in diesem Ausführungsbeispiel gleich bzw. nahezu gleich. Auf diese Weise treten keine Reflektionen an der Grenzschicht auf.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Fensterelements 20, dass sich aus einer Glasscheibe 21 mit einem darauf angebrachten flächigen optischen Element 1 gemäß Fig. 1A zusammensetzt. Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Gebäudes 30 mit einem Fensterelement 20. Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schiffs 40 mit einem Fensterelement 20, Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Zuges 50 mit einem Fensterelement 20, und Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Automobils 60 mit einem Fensterelement 20.

Fig. 11 offenbart ein Ausführungsbeispiel eines gegenüber der Horizontalen 222 um einen Verkippungswinkel <p geneigt verbauten Fensterelements 200 mit einem flächigen optischen Element 201 auf einer Glasscheibe 210. Für ein derartig eingebautes Fensterelement 200 ist bei der Bestimmung des Lamellenwinkels der Mikrolamellen des flächigen optischen Elements der Verkippungswinkel <p des Gebäudes zu berücksichtigen, um eine bestimmte Transmission des einfallenden Lichts zu erreichen.

Der Einsatz der beschriebenen flächigen optischen Elemente auf Fenstern und Glasfassaden sorgt für ein angenehmes Tageslicht in Räumen und unterbindet die Blendung durch direkte Sonneneinstrahlung. In der heißen Jahreszeit, wenn die Sonne hoch am Himmel verläuft, wird die Sonnenstrahlung abgeblendet. Die Räume heizen sich somit weniger auf, so dass weniger Energie für die Kühlung der Räume aufgewendet werden muss. In der kühleren Jahreszeit, wenn die Sonne niedriger am Himmel steht, gelangt mehr Sonnenlicht in die Räume. Die Erfindung ermöglicht nachhaltige Energieeinsparungen und eine energieeffizientere Gebäudetechnik.

Die Elemente bzw. Gegenstände in den Figuren sind unter Berücksichtigung von Einfachheit und Klarheit und nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet. So sind z.B. die Größenordnungen einiger Elemente übertrieben gegenüber anderen Elementen dargestellt, um das Verständnis der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zu verbessern. Fig. 1A, Fig. 1 B, Fig. 1 C, Fig. 2, Fig. 5A, Fig. 5B, Fig. 5C, Fig. 5D, Fig. 5E, Fig. 5F, Fig. 6, Fig. 7, Fig. 8, Fig. 9, Fig. 10 und Fig. 11 sind derart ausgerichtet bzw. dargestellt bzw. gezeichnet, dass die bestimmungsgemäße Oberseite oben ist und die bestimmungsgemäße Unterseite unten ist.

Bezugszeichenliste

1 flächiges optisches Element

2 bestimmungsgemäße Außenfläche

3 bestimmungsgemäße Innenfläche

4 bestimmungsgemäße Oberseite

5 Betrachter

6 Markierung

7 Flächennormale

8 bestimmungsgemäße Unterseite

10 transparenter Körper

11 Mikrolamelle

12 Deckschicht (Lackschicht)

14 Grundstruktur (mikrostrukturierte Folie oder Platte beispielsweise aus Kunststoff)

20, 200 Fensterelement

21 , 210 Glasscheibe

30 Gebäude

40 Schiff bzw. Wasserfahrzeug

50 Zug

60 Automobil

101 flächiges optisches Element

120 Fensterelement 141 keilförmige Struktur (Keil, 3-eckiges Prisma)

201 flächiges optisches Element

222 Horizontale d Abstand zweier benachbarter Mikrolamellen h Erstreckung der keilförmigen Struktur bzw. Mikrostruktur

L Mikrolamellen-Länge t Mikrolamellen-Dicke w Mikrolamellen-Breite a Winkelweite, Winkelmaß ß Aufbringungswinkel

01 Cut-off Winkel

02 Winkel maximaler Transmission

03 Cut-off Winkel

6 Lamellenwinkel <p Verkippungswinkel

LS Lichtstrahl

Claims

1. Flächiges optisches Element (1 ) für ein Fensterelement (20), wobei das flächige optische Element (1 ) einen Körper (10) aus einem transparenten Material umfasst, und wobei in dem transparenten Material eine Vielzahl von nichttransparenten Mikrolamellen (11 ) um einen Lamellenwinkel (6) schräg gestellt eingebettet und/oder integriert sind.

2. Flächiges optisches Element (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrolamellen (11 ) als Dünnschicht-Mikrolamellen mit einer Lamellen- Dicke (t) kleiner als 10 pm, insbesondere kleiner als 2 pm ausgelegt sind, und wobei das Aspektverhältnis (w/t) nicht weniger als 10 beträgt.

3. Flächiges optisches Element (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Lamellenwinkels (6) größer ist als 0° und kleiner als 45°, insbesondere nicht größer ist als 30°.

4. Flächiges optisches Element (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des Lamellenwinkels (6) nicht kleiner ist als 10° und nicht größer ist als 30°, insbesondere nicht größer ist als 20°.

5. Verfahren zum Herstellen eines flächigen optischen Elementes (1 ), insbesondere eines flächigen optischen Elementes (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem transparenten Material eine Grundstruktur (14) erzeugt wird, die eine Vielzahl von, insbesondere parallel verlaufenden, Mikrostrukturen (141 ) umfasst, wobei auf jeweils eine bestimmungsgemäße Oberseite der Mikrostrukturen (141 ) Material zur Bildung von Mikrolamellen (11 ) aufgebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrostrukturen keilförmig ausgebildet sind.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung von Mikrolamellen (11 ) Material auf eine bestimmungsgemäße Oberseite der Mikrostrukturen mittels eines Sputter- oder Aufdampf-Verfahrens aufgebracht wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Material zur Bildung von Mikrolamellen (11 ) unter einem Aufbringungswinkel aufgebracht wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundstruktur (14) mit den Mikrolamellen (11 ) derart mit einer Deckschicht (12) versehen wird, dass die Mikrolamellen (11 ) zwischen der Grundstruktur (14) und der Deckschicht (12) eingebettet sind.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das transparente Material der Grundstruktur einen ersten Brechungsindex und das transparente Material der Deckschicht einen zweiten Brechungsindex aufweist, wobei der erste Brechungsindex gleich oder annähernd gleich dem zweiten Brechungsindex ist.

11. Fensterelement, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Glasscheibe (21 ) aufweist, auf der ein flächiges optisches Element (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder ein gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10 hergestelltes flächiges optisches Element (1 ) angeordnet und/oder fixiert ist.

12. Verfahren zum Herstellen eines Fensterelementes (20), dadurch gekennzeichnet, dass ein flächiges optisches Element (1 ) gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10 hergestellt wird, wobei das flächige optische Element (1 ) auf einer Glasscheibe (21 ) aufgebracht wird.

13. Verfahren zum Herstellen eines Fensterelementes (20), dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Glasscheibe (21 ) eine Grundstruktur (14) aufgebracht wird, die eine Vielzahl keilförmiger, insbesondere parallel verlaufender, Mikrostrukturen umfasst, wobei auf jeweils einer bestimmungsgemäßen Oberseite der Mikrostrukturen (141 ) Material zur Bildung von Mikrolamellen (11 ) aufgebracht wird, und wobei die Grundstruktur (14) mit den Mikrolamellen (11 ) derart mit einer Deckschicht (12) versehen wird, dass die Mikrolamellen (11 ) zwischen der Grundstruktur (14) der Deckschicht (12) eingebettet sind.

14. Gebäude (30) oder Verkehrsmittel (40, 50, 60), dadurch gekennzeichnet, dass es ein Fensterelement (20) nach Anspruch 11 oder eine Fensterfassade mit einer Mehrzahl von Fensterelementen nach Anspruch 11 umfasst.

15. Verfahren zum Herstellen eines Gebäudes (30) oder eines Verkehrsmittels (40, 50, 60), das zumindest eine Glasscheibe umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Glasscheibe, insbesondere auf der Innenseite der Glasscheibe, ein optisches Element (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder ein gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10 hergestelltes flächiges optisches Element (1 ) angeordnet, aufgebracht und/oder fixiert wird.