IT201800005634A1

IT201800005634A1 - Struttura a film multistrato cromaticamente diffondente per sistemi di illuminazione simulanti cielo-sole

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Publication number: IT201800005634A1
Application number: IT102018000005634A
Authority: IT
Priority date: 2018-05-23
Filing date: 2018-05-23
Publication date: 2019-11-23
Also published as: CN214927806U; WO2019224688A1; JP3235338U

Description

STRUTTURA DI FILM MULTISTRATO DI DIFFUSIONE CROMATICA PER

SISTEMI DI ILLUMINAZIONE IMITANTI IL SOLE E IL CIELO

Campo tecnico

[01] La presente descrizione riguarda generalmente sistemi di illuminazione, in particolare sistemi di illuminazione per fornire otticamente una percezione/impressione ampliata dello spazio ambientale e in particolare per imitare T illuminazione naturale della luce del sole. Inoltre, la presente descrizione riguarda generalmente una struttura multistrato con caratteristiche cromatiche usata in tali sistemi di illuminazione in quanto tale o come parte di pannelli di diffusione cromatica.

Stato dell’arte

[02] Svariate domande di brevetto della richiedente come EP 2304478 Al, EP 2304 480 A1 e WO 2014/076656 A1 descrivono sistemi di illuminazione che usano una sorgente luminosa producente luce visibile e un pannello contenente nanoparticelle usato in trasmissione, vale a dire la sorgente luminosa e l'area illuminata sono posizionate sui lati opposti del pannello.

[03] Ulteriori domande di brevetto della richiedente come WO 2015/172821 e WO 2016/134733 descrivono sistemi di illuminazione che usano una sorgente luminosa producente luce visibile e una struttura di pannello a specchio cromatico contenente nanoparticelle usato in riflessione.

[04] Durante il funzionamento di tali sistemi di illuminazione, il pannello di diffusione riceve la luce dalla sorgente luminosa e agisce in trasmissione come un cosiddetto diffusore di Rayleigh, ossia diffonde i raggi luminosi analogamente alla atmosfera terrestre in condizioni di cielo limpido. Di conseguenza, i sistemi di illuminazione generano luce direzionale con minore temperatura di colore correlata (CCT), che corrisponde alla luce solare e genera ombre in presenza di oggetti illuminati, e diffondono luce con maggiore CCT, che corrisponde alla luce del cielo azzurro e, in linea di principio, può generare ombre con una sfumatura blu.

[05] Generalmente, è noto ottenere diffusori di Rayleigh usando particelle di dimensioni nanometriche in grado di diffondere la luce mediante scattering simil-Rayleigh. A titolo di esempio, la domanda di brevetto WO 2017/085079 della richiedente descrive una struttura a pannelli stratificati contenente nanoparticelle. La struttura a pannelli stratificati di WO 2017/085079 è fatta di due pannelli di copertura - almeno uno dei quali è un pannello trasparente come una lastra di vetro - in cui i due pannelli di copertura sono uniti tra loro mediante uno strato polimerico trasparente adesivo, e ad almeno una delle facce interne, viene applicata una vernice di diffusione simil-Rayleigh a base di nanoparticelle.

[06] Anche se le strutture note di pannelli stratificati forniscono risultati molto soddisfacenti rispetto alle loro proprietà di diffusione simil-Rayleigh, le richiedenti hanno riconosciuto che esse non sono prive di svantaggi. In particolare, la risultante struttura a pannelli è un oggetto alquanto ingombrante e pesante collegato a elevati costi di trasporto e logistica. Inoltre, la struttura a pannelli è anche rigida e può quindi essere usata in un numero limitato di applicazioni.

[07] Inoltre, dalla domanda di brevetto EP 2304 478 Al citata sopra, è noto miscelare insieme pellet di PMMA e piccole quantità di nanoparticelle usando un estrusore bivite per produrre nuovi pellet contenenti le nanoparticelle. Il materiale di pellet nanocomposito viene poi modellato nel modo desiderato attraverso stampaggio. Sebbene questa tecnica consenta di ottenere un pannello estruso che si distingue dalla struttura a pannelli stratificati per il suo peso inferiore, essa ha rivelato di non essere adatta a fornire l’effetto richiesto per l’imitazione del sole e del cielo. In effetti, il pannello polimerico estruso è negativamente influenzato da forti variazioni della distribuzione delle nanoparticelle all’interno del PMMA. La disuniformità della distribuzione delle nanoparticelle porta, dal canto suo, a una colorazione non uniforme del pannello quando illuminato dalla luce incidente. Tuttavia, l’uniformità nel colore del cielo è una caratteristica di fondamentale importanza per fornire un effetto di imitazione naturale e realistico.

[08] Di conseguenza, la presente invenzione è diretta a migliorare o superare uno o più aspetti dei sistemi dell’arte nota.

Riassunto dell’ invenzione

[09] La richiedente ha studiato il problema di trovare un processo per ottenere un film di diffusione cromatica caratterizzato da una implementazione più semplice e una maneggevolezza più elevata, e allo stesso tempo offrire una valida alternativa alle strutture di pannelli di diffusione cromatica usate attualmente nei sistemi di illuminazione generanti un effetto di imitazione del sole e del cielo, ossia un film di diffusione cromatica in grado di fornire un livello equivalente di uniformità di colore del cielo.

[10] Nell’ambito del problema di cui sopra, la richiedente ha considerato l’obiettivo di produrre una unità strutturale indipendente come una struttura di film di diffusione cromatica, configurata per essere usata da sola o per essere unita a un pannello di copertura mediante laminazione, offrendo in tal modo la possibilità di produrre facilmente e rapidamente pannelli di diffusione cromatica, o di trasformare pannelli standard già esistenti in pannelli di diffusione cromatica.

[11] Pertanto, il problema tecnico che soggiace alla presente invenzione consiste nel concepire un processo per produrre una struttura di film di diffusione cromatica con proprietà di diffusione simil-Rayleigh.

[12] Di conseguenza, un primo aspetto della presente invenzione riguarda un processo per produrre una struttura di film multistrato di diffusione cromatica per generare un effetto di imitazione del sole e del cielo in sistemi di illuminazione comprendente le fasi di:

- rivestire almeno un primo strato di film flessibile di substrato con almeno un sistema di scattering, creando così una struttura di film multistrato comprendente un primo strato flessibile di substrato e almeno uno strato di rivestimento di sistema di scattering avente spessore sostanzialmente uniforme, in cui il sistema di scattering comprende una dispersione di elementi di scattering configurati per diffondere preferenzialmente componenti di luce incidente a bassa lunghezza d’onda rispetto a componenti di luce incidente ad alta lunghezza d’onda implementando così uno scattering di luce in regime simil-Rayleigh, e in cui gli elementi di scattering sono dispersi in una matrice trasparente polimerica; e

- sottoporre la struttura di film multistrato a solidificazione in modo da ottenere una struttura di film di diffusione cromatica almeno comprendente un primo strato flessibile di substrato e uno strato diffusivo cromatico flessibile accoppiato al primo strato flessibile di substrato, in cui lo strato diffusivo cromatico flessibile è ottenuto da solidificazione dello strato di rivestimento di sistema di scattering.

[13] Nell’ambito della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate, con il termine “solidificazione” si intende il processo di passaggio da uno stato liquido e/o viscoso a un altro stato caratterizzato da una mobilità ridotta delle molecole rispetto allo stato precedente. In termini generali, lo stato finale può risultare in una struttura flessibile o rigida a seconda delle proprietà fisiochimiche del materiale oggetto della solidificazione.

[14] Nell’ambito della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate con l’espressione “matrice trasparente polimerica” si intende una matrice polimerica, caratterizzata da una trasmittanza luminosa nell’intervallo di lunghezza d'onda visibile di almeno il 50%, preferibilmente di almeno il 70% e, più preferibilmente, di almeno il 90%.

[15] Nel presente documento, come definito nello Standard Terminology of Appearance, ASTM international, E 284 - 09a, la trasmittanza è in generale il rapporto del flusso trasmesso rispetto al flusso incidente in condizioni date. La trasmittanza regolare Τ(λ) è la trasmittanza sotto l’angolo non diffuso, ossia l’angolo di incidenza. Nel contesto della presente descrizione, per una lunghezza d’onda data e una posizione data sullo strato di diffusione cromatica, la trasmittanza regolare è intesa per luce incidente non polarizzata con un angolo incidente corrispondente alla principale propagazione del fascio luminoso.

[16] La richiedente ha realizzato che l’ implementazione dello scattering simil-Rayleigh per mezzo di uno strato fornito su un substrato flessibile, può consentire di ottenere allo stesso tempo una struttura di film di diffusione cromatica molto maneggevole, nonché un aumento della qualità dell’omogeneità delle proprietà di scattering simil-Rayleigh.

[17] In effetti, diversamente dall'estrusione, rivestendo un sistema di scattering su un substrato flessibile, in cui il sistema di scattering comprende elementi di scattering uniformemente dispersi all’intemo di una matrice trasparente polimerica, si ottiene una struttura di film flessibile caratterizzata da una uniforme distribuzione areale degli elementi di scattering. La fase di rivestimento consente di ottenere sia una distribuzione spaziale uniforme degli elementi di scattering dello stato di rivestimento sia uno spessore degli strati altamente uniforme.

[18] Inoltre, la fase di solidificazione assicura che la distribuzione areale uniforme, in particolare lo spessore degli strati altamente uniforme, siano mantenuti nel tempo. Ciò porta a una semplificazione di una possibile successiva produzione di pannelli, in cui la struttura multistrato può essere facilmente applicata a un foglio di copertura mediante laminazione senza il rischio di disomogeneità di spessore.

[19] Tra l’altro, la struttura di film multistrato così ottenuta è leggera e flessibile e può essere avvolta in bobine per ottimizzare lo spazio di stoccaggio e i costi di logistica e trasporto.

[20] Un secondo aspetto della presente invenzione riguarda una struttura di film multistrato di diffusione cromatica per generare un effetto di imitazione del sole e del cielo in sistemi di illuminazione comprendente:

- almeno un primo strato flessibile di substrato; e

- almeno uno strato diffusivo cromatico flessibile accoppiato all’almeno un primo film flessibile di substrato, lo strato diffusivo comprendente un sistema di scattering solidificato comprendente una dispersione di elementi di scattering configurati per diffondere preferenzialmente componenti di luce incidente a bassa lunghezza d’onda rispetto a componenti di luce incidente ad alta lunghezza d’onda implementando così uno scattering di luce in regime simil-Rayleigh e in cui gli elementi di scattering sono dispersi in una matrice trasparente polimerica.

[21] La struttura di film multistrato di diffusione cromatica è efficacemente ottenuta attraverso il processo di produzione dell’invenzione.

[22] Vantaggiosamente, la struttura di film di diffusione cromatica dell’ invenzione realizza gli effetti tecnici descritti sopra con riferimento al processo di produzione.

[23] Un terzo aspetto della presente invenzione riguarda una struttura a pannelli di diffusione cromatica comprendente un primo elemento di pannello attaccato a una struttura di film di diffusione cromatica secondo l’invenzione.

[24] Vantaggiosamente, la struttura a pannelli di diffusione cromatica dell’invenzione realizza gli effetti tecnici descritti sopra con riferimento alla struttura di film di diffusione cromatica.

[25] Un quarto aspetto della presente invenzione riguarda un sistema di illuminazione comprendente:

una sorgente luminosa configurata per generare un fascio luminoso nel visibile;

una struttura di film di diffusione cromatica o una struttura a pannelli di diffusione cromatica come descritta sopra, illuminata dalla sorgente luminosa, in cui una porzione del fascio luminoso forma un fascio luminoso illuminante che attraversa la struttura di film o a pannelli di diffusione cromatica in condizione essenzialmente non diffusa, e una porzione del fascio luminoso viene diffusa in maniera simil-Rayleigh dagli elementi di scattering all'interno della struttura di film o a pannelli di diffusione cromatica.

[26] Vantaggiosamente, il sistema di illuminazione dell’invenzione realizza gli effetti tecnici descritti sopra con riferimento alla struttura di film e pannelli di diffusione cromatica.

[27] La presente invenzione in almeno uno degli aspetti di cui sopra può avere almeno una delle seguenti caratteristiche preferite; queste ultime possono in particolare essere combinate tra loro come desiderato per realizzare specifici scopi di implementazione.

[28] In una forma di realizzazione preferita, lo scattering simil-Rayleigh si riferisce a luce avente uno spettro di lunghezza d'onda estendentesi nello spettro del visibile, ad esempio, oltre almeno 150 nm.

[29] In una forma di realizzazione preferita, gli elementi di scattering del sistema di scattering comprendono nanoparticelle organiche e/o inorganiche che non assorbono la luce nell’ intervallo del visibile e hanno una grandezza media minore di 350 nm, preferibilmente avendo un picco in corrispondenza di granulometrie minori di 350 nm nella distribuzione granulometrica.

[30] In una forma di realizzazione più preferita, gli elementi di scattering del sistema di scattering hanno una grandezza compresa tra 5 nm e 350 nm, preferibilmente tra 10 nm-250 nm, più preferibilmente tra 40 nm-180 nm, ancora più preferibilmente tra 60 nm-150 nm.

[31] In una ulteriore forma di realizzazione preferita, gli elementi di scattering del sistema di scattering hanno indice di rifrazione np e la matrice del sistema di scattering ha indice di rifrazione nh, in cui il rapporto m tra gli indici di rifrazione delle particelle e del mezzo ospite

è nell’intervallo di 0.5 < m < 2.5 , preferibilmente nell'intervallo di

0.7 < m < 2.1 , più preferibilmente nell'intervallo di 0.7 < m < 1.9

[32] Vantaggiosamente, le dimensioni specifiche degli elementi di scattering identificate dalla richiedente assieme alla non corrispondenza degli indici di rifrazione (e alla densità areale degli elementi di scattering) consentono di ottenere il fenomeno di scattering simil-Rayleigh.

[33] In una forma di realizzazione preferita, il numero N di elementi di scattering che agiscono da diffusioni simil-Rayleigh per unità di area dello strato diffusivo cromatico a seconda di un diametro particellare effettivo D = d , rientra nell’intervallo definito da

ad esempio, per forme di realizzazione che mirano a simulare la presenza di

[metri<-2>], più specificamente

e ad esempio, per forme di realizzazione che mirano a simulare un cielo

[34] Vantaggiosamente, il numero N di elementi di scattering che agiscono da diffusioni simil-Rayleigh per unità di area identificato dalla richiedente consente di ottenere un cielo limpido e un cielo nordico, rispettivamente nei sistemi di illuminazione operanti in trasmissione.

[35] In una forma di realizzazione alternativa, il numero N di elementi di scattering che agiscono da diffusioni simil-Rayleigh per unità di area dello strato diffusivo cromatico a seconda di un diametro particellare effettivo D = d nh, rientra nell’intervallo definito da

[37] ad esempio, per forme di realizzazione che mirano a simulare la presenza di un cielo

limpido,

[38] ad esempio, per forme di realizzazione che mirano a simulare un cielo nordico,

[39] Vantaggiosamente, il numero N di elementi di scattering che agiscono da diffusioni simil-Rayleigh per unità di area identificato dalla richiedente consente di ottenere un cielo limpido e un cielo nordico, rispettivamente nei sistemi di illuminazione operanti in riflessione.

[40] In una forma di realizzazione preferita, gli elementi di scattering del sistema di scattering comprendono nanoparticelle inorganiche in cui la loro superficie esterna è stata fimzionalizzata con un rivestimento organico.

[41] In una forma di realizzazione più preferita, il rivestimento organico usato per funzionalizzare la superficie esterna delle nanoparticelle inorganiche sono molecole di tensioattivo.

[42] Vantaggiosamente, le nanoparticelle inorganiche funzionalizzate impediscono la formazione di grandi aggregati/agglomerati e la distribuzione disomogenea delle nanoparticelle, migliorando così le proprietà di scattering dello strato diffusivo.

[43] In una forma di realizzazione preferita, la fase di rivestimento comprende almeno uno tra i processi di rivestimento roll-to-roll come rivestimento con ugello a lamina (ad esempio rivestimento per estrusione, rivestimento a velo), rivestimento a rullo, rivestimento per incisione, rivestimento a spruzzo, rivestimento con coltello e rivestimento con asta di misurazione (barra di Meyer).

[44] Le tecniche di rivestimento selezionate sono tutte adatte a creare uno strato di rivestimento molto uniforme dell’uno o più film flessibili di substrato. Di conseguenza, tutte le tecniche di rivestimento selezionate consentono di ottenere uno strato diffusivo avente uno spessore altamente uniforme.

[45] In una forma di realizzazione preferita, lo strato diffusivo ha uno spessore compreso tra 5 μm e 500 μm.

[46] Vantaggiosamente, lo spessore di strato selezionato consente di ottenere una densità areale di elementi di scattering adatta per ottenere il fenomeno di scattering simil-Rayleigh.

[47] In una forma di realizzazione preferita, la matrice trasparente polimerica è un prepolimero o un polimero disciolto in un solvente.

[48] In una forma di realizzazione preferita, la matrice trasparente polimerica è un materiale avente proprietà adesive, preferibilmente un adesivo ottico come ad esempio un adesivo ottico di tiol-ene.

[49] Nell’ambito della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate, con l’espressione “proprietà adesive del materiale/strato” o “materiale/strato adesivo” si intende un materiale/strato in grado di generare una resistenza adesiva a un substrato di almeno 0,05 N/cm.

[50] Vantaggiosamente, la matrice polimerica specifica identificata dalla richiedente consente di ottenere sia proprietà adesive sia un elevato grado di trasparenza e, di conseguenza, uno strato diffusivo con proprietà di trasmissione ottica molto elevate.

[51] Secondo una forma di realizzazione alternativa, la matrice trasparente polimerica non ha proprietà adesive e la fase di rivestimento comprende il deposito di almeno uno strato adesivo interno di un materiale adesivo trasparente tra l’almeno un primo film flessibile di substrato e lo strato di sistema di scattering.

[52] Preferibilmente, il materiale adesivo trasparente dello strato adesivo interno è un adesivo polimerico ottico come ad esempio un adesivo ottico di tiol-ene.

[53] In una forma di realizzazione preferita, l’almeno un primo film flessibile di substrato è un film scelto tra un film trasparente, un film riflettente, un film almeno parzialmente assorbente e un film pelabile.

[54] Nell’ambito della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate con l’espressione “film polimerico trasparente” si intende un film polimerico che è caratterizzato da una trasmittanza luminosa nell’intervallo di lunghezza d'onda visibile di almeno il 50%, preferibilmente di almeno il 70% e, più preferibilmente, di almeno il 90%. Nel presente documento, come definito in Standard Terminology of Appearance, ASTM international, E 284 - 09a, in generale, la trasmittanza totale è il rapporto del flusso trasmesso in corrispondenza di tutti gli angoli in avanti rispetto al flusso di incidenza.

[55] Nell’ambito della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate con l’espressione “film polimerico riflettente” si intende un film polimerico che è caratterizzato da una riflettanza luminosa totale nell’intervallo di lunghezza d'onda visibile di almeno il 50%, preferibilmente di almeno il 70% e, più preferibilmente, di almeno il 90%. Nel presente documento, come definito in Standard Terminology of Appearance, ASTM international, E 284 - 09a, in generale, la riflettanza totale è il rapporto rispetto al flusso incidente del flusso radiante o luminoso riflesso in corrispondenza di tutti gli angoli nella semisfera delimitata dal piano di misurazione.

[56] Nell’ambito della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate con l’espressione “film polimerico assorbente” si intende un film polimerico che è caratterizzato da un assorbimento luminoso nell’intervallo di lunghezza d'onda visibile di almeno il 50%, preferibilmente di almeno il 70% e, più preferibilmente, di almeno il 90%. Nel presente documento, come definito in Standard Terminology of Appearance, ASTM international, E 284 - 09a, in generale, l' assorbenza è il rapporto del flusso radiante o luminoso assorbito rispetto al flusso incidente.

[57] Secondo una forma di realizzazione preferita, l’almeno un primo film flessibile di substrato è un film polimerico, come ad esempio un film di PET (polietilene tereftalato) o un film di PEN (polietilene naftalato).

[58] Secondo una forma di realizzazione preferita, il processo di produzione comprende inoltre la fase di laminare l’almeno un primo film flessibile di substrato rivestito e lo strato di sistema di scattering con un secondo film flessibile di substrato in modo da interporre lo strato di sistema di scattering tra la coppia di film flessibili di substrato.

[59] In una forma di realizzazione preferita, il secondo film flessibile di substrato è un film scelto tra un film trasparente, un film riflettente, un film almeno parzialmente assorbente e un film pelabile.

[60] Secondo una forma di realizzazione preferita, il secondo film flessibile di substrato è un film polimerico.

[61] In un modo preferito, la fase di rivestimento comprende il deposito di due strati adesivi interni di un materiale adesivo trasparente tra lo strato di sistema di scattering e rispettivamente i film flessibili di substrato primo e secondo.

[62] Preferibilmente, entrambi gli strati dei due strati adesivi interni sono depositati sopra lo stesso film flessibile di substrato primo o secondo, laddove lo strato di sistema di scattering è interposto tra i due strati adesivi interni durante il deposito.

[63] Vantaggiosamente, il rivestimento con ugello a lamina consente il deposito simultaneo di una pluralità di strati ottenendo in tal modo un deposito contemporaneamente multistrato e di conseguenza, un’ottimizzazione del tempo di produzione.

[64] Secondo una forma di realizzazione alternativa, un primo strato adesivo interno dei due strati adesivi interni viene depositato sul primo film flessibile di substrato e un secondo strato adesivo interno dei due strati adesivi interni viene depositato sul secondo film flessibile di substrato.

[65] In una forma di realizzazione preferita, la fase di rivestimento comprende colare il sistema di scattering tra i film flessibili di substrato primo e secondo in modo che almeno uno tra i film flessibili di substrato primo e secondo trascini uno strato di sistema di scattering tra i due film di substrato eseguendo così il rivestimento simultaneo di entrambi i film di substrato.

[66] Questo particolare rivestimento assicura efficacemente la creazione di uno strato diffusivo altamente uniforme in termini di spessore dello stesso, durante la stessa fase di laminazione. Ciò consente l’ottimizzazione del tempo di produzione e l’ implementazione del processo di produzione per mezzo di un sistema compatto.

[67] In una forma di realizzazione preferita, il sistema di scattering comprende in aggiunta elementi distanziatori a microparticelle.

[68] In una forma di realizzazione più preferita, i distanziatori a microparticelle sono microparticelle sferiche, microparticelle a forma di bastoncino, microparticelle a forma di disco o una loro combinazione.

[69] In una forma di realizzazione più preferita, i distanziatori a microparticelle hanno una grandezza compresa di 5 a 500 micrometri.

[70] Vantaggiosamente, nel caso di laminazione di un secondo film di substrato, gli elementi distanziatori consentono di definire un preciso spessore di interstrato. Infatti, in caso durante la laminazione sia applicata pressione alla struttura di film multistrato, gli elementi distanziatori impediscono che si generino irregolarità dello spessore di strato, ad esempio a causa di una pressione non perfettamente omogenea.

[71] In una forma di realizzazione preferita, la fase di solidificazione comprende la polimerizzazione dello strato diffusivo.

[72] In una forma di realizzazione più preferita, la polimerizzazione dello strato diffusivo avviene mediante indurimento UV e/o indurimento termico e/o indurimento a bombardamento di elettroni.

[73] In una forma di realizzazione ancora più preferita, l' indurimento UV viene eseguito per mezzo di almeno un dispositivo di emissione che emette nell’ intervallo UV-visibile (100 nm - 600 nm), preferibilmente controllando la temperatura durante la fotopolimerizzazione.

[74] In una forma di realizzazione ancora più preferita, l' indurimento UV viene eseguito per mezzo di almeno un dispositivo di emissione che emette con intensità di luce UV nell'intervallo da 1 a 600 mW/cm2.

[75] In una forma di realizzazione alternativa, l’indurimento termico viene eseguito per mezzo di sorgenti di calore elettriche, a microonde, a IR o una loro combinazione.

[76] In una forma di realizzazione preferita, l' indurimento termico viene eseguito a una temperatura compresa tra temperatura ambiente e 80°C.

[77] In una forma di realizzazione alternativa, il sistema di scattering comprende un polimero già polimerizzato disciolto in un solvente e la fase di solidificazione comprende l’essiccazione del solvente.

[78] In una forma di realizzazione preferita, la struttura di film multistrato di diffusione cromatica comprende almeno uno strato aggiuntivo accoppiato all’almeno un film flessibile di substrato e/o allo strato diffusivo cromatico, l’almeno uno strato aggiuntivo essendo scelto tra: un secondo film flessibile di substrato, uno strato adesivo interno, uno strato adesivo esterno, uno strato pelabile, uno strato di rivestimento di diffusione simil-Rayleigh basata su nanoparticelle, uno strato di rivestimento di diffusione basata su microparticelle, uno strato di rivestimento combinante diffusione simil-Rayleigh basata su nanoparticelle e diffusione basata su microparticelle, uno strato di rivestimento antiriflesso e/o uno strato di rivestimento a specchio.

[79] In una forma di realizzazione più preferita, la struttura di film multistrato di diffusione cromatica comprende un secondo film flessibile di substrato in cui lo strato diffusivo cromatico è interposto tra i film flessibili di substrato primo e secondo.

[80] In una forma di realizzazione più preferita, la struttura di film multistrato di diffusione cromatica comprende uno strato adesivo trasparente esterno applicato alla superficie esterna di uno dei film flessibili di substrato primo e/o secondo.

[81] In una forma di realizzazione preferita, la struttura a pannelli di diffusione cromatica comprende un secondo elemento di pannello e la struttura di film multistrato di diffusione cromatica è interposta tra il primo e il secondo elemento di pannello.

[82] In questo caso, la struttura di film multistrato è vantaggiosamente protetta da agenti atmosferici quali luce UV, polvere, umidità, e così via, che potrebbero modificare le sue proprietà cromatiche ed ottiche. Inoltre, la struttura a pannelli stratificati può essere sufficientemente resistente per soddisfare i requisiti architettonici come resistenza agli incendi, resistenza agli impatti, resistenza ai graffi e simili.

[83] In una forma di realizzazione preferita, il primo elemento di pannello della struttura a pannelli di diffusione cromatica è dotato di almeno uno tra: un rivestimento di diffusione simil-Rayleigh basata su nanoparticelle, un rivestimento di diffusione basata su microparticelle, un rivestimento combinante diffusione simil-Rayleigh basata su nanoparticelle e diffusione basata su microparticelle, un rivestimento antiriflesso e un rivestimento a specchio.

[84] In una forma di realizzazione più preferita, il rivestimento riflettente e/o il rivestimento antiriflesso è applicato a una faccia esterna del primo elemento di pannello.

Breve descrizione dei disegni

[85] Con riferimento ai disegni allegati, ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione saranno mostrati per mezzo della seguente descrizione dettagliata di alcune delle sue forme di realizzazione preferite.

[86] Secondo la descrizione di cui sopra, le svariate caratteristiche di ciascuna forma di realizzazione possono essere combinate tra loro indipendentemente e senza restrizioni per ottenere i vantaggi derivanti specificamente da una data combinazione delle stesse.

Nei disegni:

la figura 1 A è una illustrazione schematica di un primo impianto per produrre una struttura di film di diffusione cromatica secondo l’invenzione;

la figura 1B è una illustrazione schematica di un secondo impianto per produrre una struttura di film di diffusione cromatica secondo l’invenzione;

ia figura 1C è una illustrazione schematica di un terzo impianto per produrre una struttura di film di diffusione cromatica secondo l’invenzione;

la figura 2 è un diagramma di flusso del processo per produrre una struttura di film di diffusione cromatica secondo l’invenzione;

le figure da 3 A a 3E mostrano sezioni trasversali schematiche di alcune forme di realizzazione preferite di una struttura di film di diffusione cromatica secondo l’invenzione;

le figure da 4A a 4D mostrano rispettivamente una sezione trasversale schematica di una prima, una seconda e una terza forma di realizzazione preferita di un pannello di diffusione comprendente la struttura di film di diffusione cromatica secondo l’invenzione;

le figure 5A e 5B sono disegni schematici di un sistema di illuminazione imitante il sole e il cielo che fa impiego di un pannello di diffusione cromatica rispettivamente in trasmissione e in riflessione.

Descrizione dettagliata

[87] Quanto segue è una descrizione dettagliata di forme di realizzazione esemplificative della presente invenzione. Nelle figure e nella seguente descrizione, numeri di riferimento o simboli identici vengono usati per indicare elementi costruttivi con la stessa funzione.

Inoltre, per chiarezza di illustrazione, è possibile che alcuni riferimenti non siano ripetuti in tutte le figure.

[88] Sebbene l’invenzione possa essere soggetta a modifiche, o essere implementata in modi alternativi, nei disegni vengono mostrate alcune forme di realizzazione preferite che saranno discusse in dettaglio nel seguito. Tuttavia, occorre comprendere che non vi è l’intenzione di limitare l'invenzione alle specifiche forme di realizzazione descritte, ma al contrario, l’invenzione è intesa coprire tutte le modifiche o implementazioni alternative ed equivalenti che rientrano nell’ambito di protezione dell’invenzione come definito nelle rivendicazioni.

[89] Espressioni come “ad esempio”, “ecc.”, “o” indicano alternative non esclusive senza limitazione, salvo espressamente indicato differentemente. Espressioni come “comprendente” e “includente” hanno il significato di “comprendente o includente, tuttavia senza limitazioni” salvo espressamente indicato differentemente.

[90] Riguardo alla figura 1 A, una prima configurazione di base di un impianto per implementare il processo di produzione di una struttura di film multistrato polimerico per diffusione cromatica secondo la presente invenzione viene generalmente indicata con 100.

[91] L’impianto 100 comprende uno stadio di rivestimento 110 in cui una apparecchiatura di rivestimento 106 esegue il rivestimento di un primo film 101 flessibile di substrato trasparente con uno strato di un sistema di scattering 103 comprendente una matrice induribile in cui viene dispersa una pluralità di elementi di scattering. Gli elementi di scattering sono configurati preferenzialmente per diffondere componenti di luce incidente a bassa lunghezza d’onda rispetto a componenti di luce incidente ad alta lunghezza d’onda implementando così uno scattering simil-Rayleigh.

[92] Come usata nel presente documento, l’espressione “elementi di scattering” definisce una dispersione di nanoparticelle adatte a fornire scattering di luce. Inoltre, come usato nel presente documento, il termine “nanoparticelle” definisce particelle inorganiche od organiche aventi una dimensione media nell’intervallo da 5 nm a 350 nm.

[93] Nella forma di realizzazione della figura 1A, l’apparecchiatura di rivestimento 106 è una apparecchiatura per rivestimento con ugello a lamina (slot-die) configurata per ottenere un rivestimento del primo film 101 di substrato con uno strato 103 avente uno spessore nell’ intervallo di 5-500 μm e un elevato grado di uniformità. Possono essere usate apparecchiature implementanti altre tecniche di rivestimento, come rivestimento a rullo, rivestimento a spruzzo, rivestimento a lama, o rivestimento Meyer bar, e così via. In generale, può essere usata qualsiasi tecnica adatta di rivestimento roll-to-roll.

[94] Il primo film 101 flessibile di substrato è preferibilmente un film polimerico, come ad esempio un film di PET (polietilene tereflalato) o un film di PEN (polietilene naftalato).

[95] Il primo film 101 flessibile di substrato viene alimentato all’impianto 100 per mezzo di un primo 104 rullo di avvolgimento e una pluralità di rulli folli che possono essere riscaldati.

[96] A valle dello stadio di rivestimento 110, l’impianto 100 comprende uno stadio di solidificazione 120 che può essere implementato come uno stadio di indurimento, preferibilmente indurimento UV, indurimento termico, indurimento a bombardamento di elettroni o una loro combinazione.

[97] Nella forma di realizzazione esplicativa descritta nel presente documento, lo stadio di indurimento 120 viene implementato come una combinazione di indurimento UY e termico. Lo stadio di indurimento 120 dell’esempio comprende una o più lampade 121 che emettono nell’ intervallo dell’UV-visibile (100 nm - 600 nm) e una camera di riscaldamento 122 per controllare la temperatura durante la fotopolimerizzazione. La camera di riscaldamento 122 può essere dotata di sorgenti di calore elettriche, a microonde o IR.

[98] A valle dello stadio di indurimento 120 la struttura 10 di film multistrato di diffusione cromatica così ottenuta può essere alimentata a ulteriori stadi di lavorazione, come ad esempio uno stadio di taglio o uno stadio in cui la struttura 10 di film multistrato viene laminata a un foglio selezionato, o a uno stadio di riavvolgimento 130 come mostrato nella forma di realizzazione esemplificativa della figura 1 A.

[99] Riguardo alla figura 1B, una seconda configurazione di base di un impianto per implementare il processo per produrre una struttura di strati polimerica per diffusione cromatica secondo la presente invenzione viene generalmente indicata con 100’.

[100] L’impianto 100’ della figura 1B differisce dall’impianto 100 della prima configurazione di base per il fatto che lo stadio di rivestimento 110 è seguito da uno stadio di laminazione 115 in cui il primo film 101,103 di substrato rivestito viene portato in una configurazione affiancata con un secondo 102 film flessibile di substrato.

[101] Il secondo film 102 flessibile di substrato viene alimentato all’impianto 100 per mezzo di un secondo 105 rullo di avvolgimento e una pluralità di rulli folli che eseguono la laminazione del primo film di substrato rivestito 101,103 con il secondo film 102 di substrato. Anche i rulli folli che alimentano il secondo film 102 flessibile di substrato possono essere riscaldati.

[102] In dettaglio, il primo film 101,103 di substrato rivestito e il secondo film 102 di substrato vengono portati in una configurazione affiancata attraverso una coppia di rulli di laminazione 108, 109. 1 rulli di laminazione 108, 109 possono essere rulli riscaldati e/o possono esercitare una piccola pressione sulla struttura di film risultante per assicurare un accoppiamento uniforme tra il primo film 101, 103 di substrato rivestito e il secondo film 102 di substrato. Di conseguenza, viene creata una struttura di film multistrato comprendente uno strato diffusivo di sistema di scattering 103 interposto tra due film 101,102, di substrato ossia uno strato 103 diffusivo cromatico.

[103] Riguardo alla figura 1C, una terza configurazione di base di un impianto per implementare il processo per produrre una struttura di strati polimerica per diffusione cromatica secondo la presente invenzione viene generalmente indicata con 100”.

[104] L’impianto 100” della figura 1C differisce dagli impianti 100,100’ delle configurazioni di base prima e seconda per il fatto che gli stadi di rivestimento e laminazione 110,115 sono implementati come stadio unico comprendendo una apparecchiatura 107 per eseguire una colatura gravitazionale del sistema di scattering 103. L’apparecchiatura di colatura 107 è posizionata in modo da colare il sistema di scattering 103 tra i due rulli di laminazione 109, 108 attraverso i quali i film flessibili di substrato primo 101 e secondo 102 vengono alimentati per essere portati in una configurazione affiancata.

[105] La colatura gravitazionale del sistema di scattering 103 tra i due rulli di laminazione 108,109 determina un accumulo di sistema del scattering 103 all’ingresso tra la coppia di rulli di laminazione 108, 109.

[106] Uno strato sottile di sistema di scattering 103 accumulato viene trascinato tra i due film 101, 102 dall’avanzamento dei due film 101, 102 stessi in modo da creare uno strato di sistema di scattering 103, ossia uno strato 103 diffusivo cromatico. Di conseguenza, ha luogo simultaneamente un rivestimento con il sistema di scattering 103 e la laminazione dei due film 101,102, e viene a crearsi la struttura 10 di film multistrato da alimentare al successivo stadio di indurimento 120.

[107] Il processo 200 per produrre una struttura 10 di film multistrato di diffusione cromatica per generare un effetto di imitazione di sole e cielo secondo la presente invenzione viene schematicamente mostrato nella figura 2 e comprende le fasi seguenti.

[108] Durante una prima fase 210, il sistema di scattering 103 viene preparato disperdendo una pluralità di elementi di scattering in una matrice di pre-polimero o di polimero disciolta in un solvente adatto. Nel presente documento, nel contesto della polimerizzazione, il termine “pre-polimero” si riferisce a qualsiasi tipo di precursore polimerico in grado di formare un polimero come materiale ospite degli elementi di scattering. Esso può essere, ad esempio, un monomero, un oligomero, un polimero a catena corta o una miscela di questi tre componenti. Per-polimeri adatti per la presente invenzione sono precursori in grado di formare un polimero avente eccellente trasparenza ottica. Esso può essere scelto da resine termoplastiche, termoindurenti e fotoinduribili. Per-polimeri adatti possono appartenere (tuttavia senza limitazioni) alle seguenti categorie: esteri, aldeidi, fenoli, anidridi, epossidi, acrilati, vinili, alcheni, alchini, stireni, alogenuri, ammidi, ammine, aniline, fenileni, idrocarburi aromatici e silossani. In aggiunta, è possibile usare un precursore polimerico fluorurato formando fluoropolimero (omopolimeri o copolimero) avente in molti casi proprietà antiaderenti. È disponibile un’ampia varietà di pre-polimeri commerciali utili, come adesivi ottici di tiol-ene, ad esempio della serie NOA di Norland optics Inc. e adesivi e sigillanti induribili mediante esposizione UV ad esempio di Croda International Plc. o Henkel AG & Co. KGaA.

[109] Gli elementi di scattering comprendono nanoparticelle organiche o inorganiche o una loro combinazione. Il materiale per le nanoparticelle può essere fatto con uno o più materiali che essenzialmente non assorbono la luce nell’intervallo del visibile. Nel caso di nanoparticelle aventi una natura organica, gli inventori si riferiscono a polimeri (eventualmente reticolati) mentre nel caso di nanoparticelle aventi una natura inorganica, ci si riferisce preferibilmente a ossidi metallici (ad esempio Ti02, Si02, ZnO, Zr02, Fe203, Al203, Sb2Sn05, Bi203, CeO2 o una loro combinazione) con una struttura monofase o una struttura nucleo/guscio. La superfìcie esterna della nanoparticella è preferibilmente funzionalizzata con un rivestimento organico specifico (molecole di tensioattivo) o con agenti di dispersione per garantire compatibilità e dispersione ottimali nella matrice polimerica. Una scarsa compatibilità delle nanoparticelle con la matrice di pre-polimero può portare alla formazione di grandi aggregati/agglomerati e distribuzione disomogenea che incideranno fortemente sulle proprietà di scattering dello strato 103 diffusivo e di conseguenza della risultante forma di realizzazione.

[110] Le nanoparticelle possono essere monodisperse o polidisperse, esse possono essere di forma sferica o di altra forma. In ogni caso il diametro effettivo d delle nanoparticelle rientra nell’ intervallo [5 nm-350 nm], come [10 nm-250 nm], o anche [40 nm-180 nm], o [60 nm-150 nm], in cui il diametro effettivo d è il diametro della particella sferica equivalente, ossia il diametro effettivo della particella sferica avente proprietà di scattering simili alle nanoparticelle summenzionate.

[111] Il processo di dispersione può usare apparecchiatura di miscelazione a bassa/alta azione di taglio come un agitatore magnetico e/o miscelatori statici e/o altre apparecchiature di miscelazione come ad esempio i sonicatori.

[112] Il materiale di pre-polimero o polimero usato per preparare la matrice è un materiale che è di per sé trasparente e non assorbe la luce, ossia la matrice senza gli elementi di scattering è trasparente e non assorbe la luce, ossia il suo assorbimento nell’ intervallo di lunghezza d'onda visibile può essere considerato trascurabile.

[113] Gli indici di rifrazione dei due materiali (matrice ed elementi di scattering) sono diversi, e questa non corrispondenza sull’indice di rifrazione combinata con il diametro e la densità areale (numero per metro quadrato) degli elementi di scattering sono responsabili del fenomeno di scattering simil-Rayleigh, ossia sono il parametro che definisce la sezione trasversale del fenomeno di scattering nello strato diffusivo cromatico del materiale composito 103. La quantità della luce incidente diffusa dal pannello cromatico aumenta con l’aumento di uno di questi parametri.

[114] Per diffondersi, le nanoparticelle hanno un indice di rifrazione reale np sufficientemente diverso da quello della matrice nh, (anche indicata come materiale ospite) per consentire il verificarsi dello scattering di luce. Ad esempio, il rapporto m tra gli indici di

rifrazione delle particelle e del mezzo ospite (con può essere nell’intervallo 0.5 ≤ m ≤ 2.5 come nell’intervallo0.7 ≤ m ≤ 2. o 0.7 < m < 1.9

[115] Inoltre, l’effetto cromatico si basa sul numero di nanoparticelle per unità di area visto dalla luce incidente che si propaga nella direzione data nonché sulla frazione di riempimento

n del volume/ La frazione di riempimento del volume f è data da con P [metro<-3>] pari al numero di particelle per unità di volume. Con l’aumento di/ la distribuzione delle nanoparticelle nello strato di diffusione può perdere la propria casualità, e le posizioni delle particelle possono diventare correlate. Di conseguenza, la luce diffusa dalla distribuzione particellare subisce una modulazione che dipende non soltanto dalle caratteristiche delle singole particelle ma anche dal cosiddetto fattore strutturale. In generale, l’effetto di frazioni di riempimento elevate è quello di ridurre notevolmente l’efficienza dello scattering. Inoltre, specialmente per granulometrie più piccole, frazioni di riempimento elevate incidono anche sulla dipendenza dell’efficienza dello scattering dalla lunghezza d'onda e anche dall’angolo. È possibile evitare quegli effetti di “impacchettamento compatto”, lavorando con frazioni di riempimento

[116] L’effetto cromatico si basa inoltre su un numero N di nanoparticelle per unità di area dello strato 103 diffusivo cromatico a seconda di un diametro particellare effettivo D =

In tal modo, d [metro] è la granulometria media definita come diametro particellare medio nel caso di particelle sferiche, e come il diametro medio di particelle sferiche equivalenti di volume rispetto ad area nel caso di particelle non sferiche, come definito in [T.C.

GRENFELL, e S.G. WARREN, "Representation of a non-spherical ice particle by a collection of independent spheres for scattering and absorption of radiation". Journal of Geophysical Research 104, D24, 31,697-31,709. (1999)]. Il diametro particellare effettivo è dato in metri o, laddove specificato, in nm.

[117] In alcune forme di realizzazione usate in modalità di trasmissione:

[metri<-2>], (D dato in [meters]) e N≤

[metri<-2>];

[118] In altre forme di realizzazione usate in modalità di riflessione:

[119] La fase 210 di disperdere gli elementi di scattering nella matrice polimerica può comprendere l’aggiunta di elementi distanziatori 13 come elementi sferici della grandezza di alcuni micrometri (da 5 μm a 500 μm), alla miscela di elementi di scattering e matrice polimerica, definendo in tal modo uno spessore di strato effettivo mediante le (grandi) pmparticelle.

[120] In alternativa, gli elementi distanziatori 13 possono essere pm-particelle a forma di bastoncini, dischi o di qualsiasi altra geometria adatta.

[121] In una fase successiva 220, almeno un film 101,102 flessibile di substrato viene rivestito con almeno uno strato uniforme sottile di sistema di scattering 103, ossia la dispersione contenente gli elementi di scattering.

[122] Nel caso in cui il sistema di scattering 103 sia fatto partendo da una matrice non adesiva, la fase di rivestimento comprende il rivestimento di uno strato interno aggiuntivo di materiale adesivo trasparente (non mostrato).

[123] Di conseguenza, si ottiene una struttura di film 101,103 multistrato comprendente almeno un primo strato 101 flessibile di substrato e uno strato 103 diffusivo cromatico flessibile responsabile dello scattering simil-Rayleigh della luce incidente, e opzionalmente uno strato adesivo interno.

[124] In seguito, la struttura di film 101,103 multistrato viene sottoposta a solidificazione (fase 240). A titolo di esempio, negli impianti delle figure da 1 A a 1C, la struttura di film 101,103 multistrato viene sottoposta a indurimento controllando sia la temperatura sia la radiazione UV a cui è sottoposta la struttura 101,103. La fase di solidificazione 240 eseguita attraverso indurimento inizia e accelera la polimerizzazione della matrice di pre-polimero.

Le intensità di luce UV sono, ad esempio, nell’ intervallo da 1-600 mW/cm2 e la temperatura è impostata nell'intervallo da temperatura ambiente a 80°C.

[125] Di conseguenza, si ottiene una struttura 10,10’ di film multistrato di diffusione cromatica comprendente almeno uno strato di substrato 11,16 fatto di un film polimerico flessibile e uno strato 12 diffusivo cromatico fatto di sistema di scattering 103 solidificato.

[126] Secondo una forma di realizzazione alternativa, il sistema di scattering 103 comprende un polimero già polimerizzato disciolto in un solvente adatto e la fase di solidificazione 240 comprende l’essiccazione del solvente.

[127] Opzionalmente, prima della solidificazione, il film 101,103 di substrato rivestito è attaccato a un secondo film 102 di substrato (fase di laminazione 230), che possibilmente è anch’esso rivestito con uno strato di sistema di scattering 103 (ad esempio se il sistema di scattering 103 viene depositato per mezzo dell’apparecchiatura di colatura gravitazionale 107). In questo caso, dopo la solidificazione 240, si ottiene una struttura 10” di film multistrato avente due strati 11 flessibili di substrato esterni e almeno uno strato intermedio 12 diffusivo cromatico flessibile responsabile dello scattering simil-Rayleigh della luce incidente.

[128] Nel caso in cui la coppia di rulli di laminazione 108,109 sia configurata per esercitare una pressione sulla struttura di film 101,103,102 multistrato durante la laminazione, questa fase 230 contribuisce alla definizione dello spessore dello strato 12 diffusivo.

[129] Altrimenti, lo spessore 12 dello strato diffusivo viene impostato durante la fase di rivestimento 220, in particolare se il rivestimento avviene mediante rivestimento con ugello a lamina (slot-die) o rivestimento a velo o altre tecniche simili in grado di depositare con precisione uno strato uniforme di materiale composito 103 sul primo film 101 di substrato. Lo spessore dello strato 12 diffusivo viene impostato ad esempio nell’intervallo da 5 pm a 500 pm che definisce anche la densità areale finale degli elementi di scattering (numero per metro quadrato).

[130] Una pluralità di versioni della struttura 10, 10’, 10”, 10”’ di film multistrato di diffusione cromatica così ottenuta è mostrata nelle figure da 3A a 3E.

[131] Secondo una prima forma di realizzazione mostrata nella figura 3 A, la struttura 10 di film multistrato di diffusione cromatica comprende uno strato 11 di substrato fatto di un film polimerico flessibile e trasparente, e uno strato 12 diffusivo cromatico e adesivo flessibile. La struttura 10 di film della figura 3 A può essere avvolta a formare una bobina per essere attaccata direttamente, ad esempio, su un elemento di pannello 21 (come mostrato nella figura 4A) dopo essere stata srotolata dalla bobina. In questo caso, lo strato 11 di substrato trasparente fornisce protezione dello strato 12 diffusivo ad esempio da agenti atmosferici, senza impedire la trasmissione o la riflessione della luce.

[132] Secondo una seconda forma di realizzazione mostrata nella figura 3B, la struttura 10” di film multistrato di diffusione cromatica comprende uno strato pelabile 16 fatto di un film polimerico, e uno strato 12 diffusivo cromatico e adesivo. In questo caso, la struttura 10 di film della figura 3B può essere fornita in fogli e può essere attaccata, ad esempio, su un elemento di pannello 21 dopo la rimozione dello strato pelabile 16. Preferibilmente, un secondo elemento di pannello 21 vi viene laminato sopra per racchiudere e proteggere lo strato 12 diffusivo ad esempio da agenti atmosferici come mostrato nella figura 4B.

[133] Secondo una terza forma di realizzazione mostrata nella figura 3C, la struttura 10’” di film multistrato di diffusione cromatica comprende due strati 11 di substrato esterni fatti di un film polimerico flessibile e trasparente, e uno strato 12 diffusivo cromatico e adesivo interposto tra di essi. In questo caso, la struttura 10 di film della figura 3C può essere attaccata, ad esempio, su un elemento di pannello 21 o interposta tra due elementi di pannello 21 dopo l’applicazione di uno strato adesivo trasparente 24 come mostrato nella figura 4C.

[134] Secondo una quarta forma di realizzazione (non mostrata), la struttura di film multistrato di diffusione cromatica comprende due strati 11,16 esterni e uno strato 12 diffusivo cromatico e adesivo interposto tra di essi, in cui un primo strato 11 esterno è fatto di un film polimerico flessibile e trasparente e un secondo strato 16 esterno è uno strato pelabile.

[135] Una quinta forma di realizzazione mostrata nella figura 3D, differisce dalla forma di realizzazione della figura 3C per la presenza di elementi distanziatori sferici 13 nello strato 12 diffusivo, il che semplifica fortemente la creazione di uno strato 12 diffusivo con uno spessore altamente uniforme.

[136] Secondo una sesta forma di realizzazione mostrata nella figura 3E, la struttura 10’” di film multistrato di diffusione cromatica comprende due strati 11 di substrato esterni fatti di un film polimerico flessibile e trasparente, e uno strato 12 diffusivo cromatico e non adesivo interposto tra di essi mediante interposizione di due strati interni 14 adesivi trasparenti.

[137] Inoltre, la struttura 10’” di film multistrato di diffusione cromatica della figura 3E è dotata di uno strato 15 adesivo trasparente esterno opzionale per facilitare una applicazione successiva, ad esempio, su un elemento di pannello 21 come mostrato nella figura 4D.

Anche se non mostrato, in aggiunta allo strato 15 adesivo esterno, può anche essere fornito uno strato pelabile 16 applicato sullo stesso.

[138] Gli strati trasparenti adesivi polimerici interno 14 e/o esterno 15 sono preferibilmente scelti tra adesivi ottici di PVB, EVA, tiol-ene o simili.

[139] ESEMPIO:

Fase 1 - Preparazione della dispersione di nanoparticelle e del sistema di scattering di prepolimero

Nanoparticelle di ossido di zinco disponibili sul mercato con diametro nominale<100 nm sono state miscelate in etanolo (come solvente) in un rapporto di 1 :3 in % in peso. La polvere di ossido di zinco è stata fimzionalizzata aggiungendo acido stearico (come molecole di tensioattivo) alla miscela di ossido di zinco-etanolo in una concentrazione di circa il 5% in peso. La miscela con l’aggiunta di acido stearico è stata agitata vigorosamente per 3 giorni. La dispersione colloidale ottenuta è stata poi aggiunta a NOA65 (Norland Optical Adhesives) del produttore Norland Products Inc. come matrice di monomero/pre-polimero in una concentrazione variabile dall’1 al 10% in peso a seconda dell’effetto ottico desiderato. Fase 2 - Produzione della struttura di film multistrato di diffusione cromatica della figura 3C Il sistema di scattering 103 ottenuto è stato caricato in una apparecchiatura di rivestimento 106 configurata per rivestire con elevata uniformità uno strato della miscela di prepolimero/nanoparticelle con uno spessore di 60 μm su un film 101 di substrato di PET avanzante a una velocità di V=0,5m/min.

Il film 101,103 di substrato rivestito è stato laminato con un secondo film 102 di substrato di PET avanzante alla stessa velocità.

La miscela di pre-polimero/nanoparticelle interposta è stata poi fotopolimerizzata per mezzo di una lampada UV 121 che emette a 365 nm con una intensità di circa 5mW/cm2 a una temperatura controllata di 30°C ottenendo così la struttura 10” di film multistrato di diffusione cromatica della figura 3C.

[140] Secondo una forma di realizzazione preferita, la struttura 10 di film multistrato della figura 3 A è usata per coprire un elemento di pannello selezionato 21 secondo l’applicazione finale (fase opzionale 250) ottenendo così una struttura a pannelli di diffusione cromatica 20 come mostrato nella figura 4A.

[141] L’elemento di pannello 21 è configurato per fornire la trasmissione richiesta, ossia un pannello trasparente come un foglio di vetro o un foglio di PMMA (o foglio fatto di un altro polimero).

[142] La figura 4B mostra una struttura a pannelli stratificati di diffusione cromatica 20’ in cui la struttura adesiva 10’ di film multistrato di diffusione cromatica della figura 3B è stratificata tra due pannelli di vetro 21. Nella struttura a pannelli della figura 4B un pannello di vetro 21 viene in aggiunta dotato di un rivestimento a specchio 22 sulla sua superficie esterna (opzionale). Il rivestimento a specchio 22 può essere applicato sulla superficie esterna dei pannelli stratificati 21 per ottenere uno specchio stratificato cromatico superficiale di elevata qualità. Un modo tipico per produrre lo specchio è depositare metalli quali alluminio o argento su una superficie di vetro. L’efficienza di riflessione dipende dal materiale depositato e la qualità dell'immagine riflessa dipende dalla pianezza/ruvidezza del vetro.

[143] La figura 4C mostra una struttura a pannelli stratificati di diffusione cromatica 20” in cui la struttura 10” di film multistrato di diffusione cromatica adesiva della figura 3C è stratificata tra due pannelli di vetro 21.

[144] Un processo di laminazione convenzionale, ad esempio, di una coppia di pannelli 21 di vetro di 3 mm di spessore e della struttura 10” di film multistrato di diffusione cromatica della figura 3C con l’interposizione, tra i pannelli di vetro 21 e la struttura 10” multistrato, di un film di EVA commerciale 24, inizia con il portare gli strati a stretto contatto. Questo assieme viene poi introdotto, ad esempio, in un sacchetto di plastica e viene applicato un leggero vuoto al sistema per rimuovere eventuale aria nel sacchetto. Il sacchetto sottovuoto può quindi essere introdotto in un forno e la temperatura può essere aumentata a 85°C (con una velocità di aumento, ad esempio, di 3,5°C/min). L’assieme viene mantenuto a quella temperatura per circa 10 min. Successivamente in una seconda fase, la temperatura viene ulteriormente aumentata a circa 125°C (velocità di aumento 3,5°C/min) e mantenuta a quella temperatura per circa 30 min. L’assieme viene poi raffreddato fino a temperatura ambiente, ad esempio in circa 20 min e la struttura a pannelli di vetro stratificati 20 viene rimossa dal sacchetto di plastica.

[145] La figura 4D mostra un pannello stratificato di diffusione cromatica 20” ’ in cui la struttura 10”’ di film multistrato di diffusione cromatica della figura 3 E viene applicata su un pannello di vetro 21 e in cui il pannello di vetro 21 è dotato sulla sua superficie esterna di un rivestimento antiriflesso 23 (opzionale). Il rivestimento antiriflesso 23 è un trattamento superficiale che consente di aumentare la trasmittanza regolare di un materiale. Questo trattamento deve essere ottimizzato su un intervallo di lunghezza d'onda definito (intervallo del visibile per la presente applicazione) e dipende fortemente dalle proprietà ottiche dei materiali rivolti verso il rivestimento antiriflesso. Un rivestimento antiriflesso ottimizzato per l’interfaccia vetro-aria nello spettro del visibile, rende i pannelli mostrati nella figura 4D più efficienti in termini di trasmittanza e riduce l’intensità della scena riflessa.

[146] In generale, è possibile usare diversi tipi di pannelli di vetro 21 come vetro float normale, vetro temperato, vetro satinato e simili. Inoltre, la superficie esterna dei pannelli di vetro 21 può essere dotata di una microstruttura ottenendo così l’effetto di offuscare la scena percepita dietro la superficie microstrutturata. Questa proprietà può essere desiderata perché strutture indesiderate al di là della struttura a pannelli 20 e le immagini riflesse sulla struttura a pannelli 20 saranno percepite offuscate. Di conseguenza, una possibile variazione netta di luminanza viene attutita dalla superficie microstrutturata, potenziando così la percezione della profondità.

[147] La struttura 10 di film multistrato di diffusione cromatica secondo l’invenzione può essere usata in sistemi di illuminazione imitante il sole e il cielo come quelli descritti nel seguito a titolo di esempio.

[148] In relazione alla figura 5A, viene descritto un sistema di illuminazione 40 in modalità di trasmissione rispetto a una struttura a pannelli 20 comprendente la struttura

10, 10’, 10”, 10’” di film multistrato di diffusione cromatica dell’invenzione, e in relazione alla figura 5B, viene descritto un sistema di illuminazione 60 in modalità di riflessione rispetto a una struttura 10, 10’, 10”, 10”’ di film multistrato di diffusione cromatica.

[149] Facendo riferimento alla figura 5 A, viene illustrato schematicamente un sistema di illuminazione 40 in una vista in spaccato di una stanza 30. In dettaglio, il sistema di illuminazione 40 comprende una prima sorgente luminosa 41 inclusa in una cassa 46 e configurata per emettere luce in un angolo solido di emissione a formare un fascio luminoso 42 che si propaga lungo una direzione principale 43 di fascio luminoso. Inoltre, la prima sorgente luminosa 41 emette luce nella regione visibile dello spettro luminoso, ad esempio, con lunghezze d’onda tra 400 nm e 700 nm.

[150] L’unità di fondo 44 comprende un generatore di luce diffusa (ad esempio la struttura a pannelli di diffusione cromatica 20, 20’, 20”, 20”’) basato su una struttura 10, 10’, 10”, 10”’ di film multistrato di diffusione cromatica secondo l’invenzione e opera come un diffusore simil-Rayleigh che sostanzialmente non assorbe la luce nell’intervallo del visibile e che diffonde più efficientemente le componenti a bassa lunghezza d’onda rispetto alle componenti ad alta lunghezza d'onda della luce incidente, ad esempio un pannello che sostanzialmente non assorbe la luce nell’intervallo del visibile e che diffonde la luce alla lunghezza d'onda di 450 nm (blu) almeno 1,2 volte, ad esempio almeno 1,4 volte, come almeno 1,6 volte più efficientemente della luce nell’ intervallo di lunghezza d'onda di circa 650 nm (rosso), in cui una efficienza di diffusione è data dal rapporto tra la potenza radiante della luce diffusa rispetto alla potenza radiante della luce incidente.

[151] La struttura 10, 10’, 10”, 10’” di film multistrato di diffusione cromatica separerà un fascio di luce incidente 42 della sorgente luminosa 41 in quattro componenti, in particolare:

una componente trasmessa (diretto non diffuso) (fascio luminoso 42A), formata dai raggi di luce che passano e non subiscono deviazioni significative, ad esempio è formata dai raggi di luce che subiscono una deviazione minore di 0,1°; un flusso luminoso della componente trasmessa è una frazione significativa del flusso luminoso complessivo incidente sul generatore di luce diffusa 20,20’,20”,20’”;

una componente diffusa in avanti, formata dalla luce diffusa che si propaga in un pozzo di illuminazione 45/stanza 30 (con l’eccezione di quella direzione del fascio luminoso e delle direzioni che differiscono da quella direzione del fascio luminoso di un angolo minore di 0,1 °); un flusso luminoso della componente diffusa in avanti corrisponde a una frazione di luce del cielo blu generata dal flusso luminoso complessivo incidente sulla struttura 10, 10’, 10”, 10”’ di film multistrato;

una componente diffusa all’ indietro, formata dalla luce diffusa che si propaga nella cassa 46; un flusso luminoso della componente diffusa all’indietro è, in generale, nell’intervallo, ma preferibilmente minore della frazione di luce del cielo blu; e

una componente riflessa, formata dalla luce riflessa e che si propaga lungo una direzione in corrispondenza di un angolo di specchio nella cassa 46, un flusso luminoso della componente riflessa dipende, ad esempio, dall’angolo di incidenza del fascio luminoso sulla struttura 10, 10’, 10”, 10”’ di film multistrato di diffusione cromatica.

[152] In una forma di realizzazione alternativa (non mostrata) richiedente una unità di fondo molto grande, l’unità di fondo può essere formata dalla sola struttura 10, 10’, 10”, 10”’ di film di diffusione cromatica secondo l’invenzione. Di conseguenza, l’unità di fondo è flessibile e molto leggera e può sottendere una grande area senza richiedere apposite strutture di supporto.

[153] Facendo riferimento alla figura 5B, vengono descritti aspetti di una configurazione ottica nonché gli aspetti percettivi di sistemi di illuminazione come generalmente descritti nel presente documento per un sistema di illuminazione riflettente 60.

[154] Il sistema di illuminazione 60 comprende anch’esso la sorgente luminosa 61, configurata per emettere luce in un angolo solido di emissione a formare un fascio luminoso 62 (nella figura 1 delimitato da linee tratteggiate 62’) che si propaga lungo una direzione principale 63 di fascio luminoso (anche indicata come asse di fascio principale).

[155] Il sistema di illuminazione 60 include inoltre una unità riflettore 64 che associa la luce che ha origine dalla sorgente luminosa 61 a una regione 67 da illuminare. In generale, l’unità riflettore 64 comprende una struttura riflettente 68 che fornisce una superficie riflettente 68A e una struttura 10, 10’, 10”, 10’” di film multistrato di diffusione cromatica laminata alla superficie riflettente 68A.

[156] La superficie riflettente 68 A è generalmente qualsiasi tipo di interfaccia di azione ottica che riflette la luce passata attraverso la struttura 10 di film multistrato. A causa della superfìcie riflettente 68A, la luce del fascio luminoso 62 essendo incidente sulla superficie riflettente 68A viene reindirizzata per passare di nuovo attraverso la struttura 10 di film multistrato di diffusione cromatica, formando successivamente un fascio luminoso illuminante 62A.

[157] Per quantificare il fenomeno di imitazione del sole e del cielo ottenuto per mezzo della struttura 10 di film multistrato di diffusione cromatica dell’invenzione può essere considerata la proprietà di trasmittanza regolare Τ(λ) del materiale a una determinata lunghezza d'onda.

[158] Per ottenere un sistema di illuminazione imitante il sole e il cielo, sono necessari alcuni particolari intervalli di trasmittanza regolare. Si noti che sia il primo materiale (la matrice) sia il secondo materiale (nanoparticelle) sono quasi non assorbenti nell’intervallo del visibile, quindi la porzione della luce che non viene regolarmente trasmessa viene totalmente diffusa nella modalità di scattering simil-Rayleigh. Riguardo le configurazioni di trasmissione come quelle descritte nella figura 5A la trasmittanza regolare per il blu T[450 nm] può essere in generale nell’intervallo [0,05-0,9]. In particolare in alcune forme di realizzazione che mirano a un cielo limpido, l’intervallo sarebbe [0,3-0, 9], come [0,35-0,85] o anche [0,4-0, 8]; nelle forme di realizzazione che mirano a un cielo nordico l’intervallo sarebbe [0,05-0,3], come [0,1 -0,3] o anche [0,15-0,3].

[159] Si consideri che nella configurazione di riflessione (figura 5B) lo strato intermedio di scattering nanocaricato è attraversato due volte dalla luce incidente (a causa della presenza dello specchio). La trasmittanza regolare per il blu T[450 nm] di un pannello cromatico stratificato prima del rispecchiamento della superficie esterna può essere in generale nell’intervallo [0,2-0,95]. In particolare in alcune forme di realizzazione che mirano a un cielo limpido, l’intervallo sarebbe [0,55-0,95], come [0,6-0,92] o anche [0,62-0,9]; nelle forme di realizzazione che mirano a un cielo nordico l’intervallo sarebbe [0,2-0,55], come [0,3-0,55] o anche [0,4-0,55]. La trasmittanza di un cielo limpido è più elevata di quella di un cielo nordico. Ad esempio, considerando la stessa sorgente luminosa incidente su due pannelli cromatici stratificati, uno nella configurazione di cielo limpido e uno nella configurazione nordica, le proprietà cromatiche nell’effetto del sole e del cielo saranno diverse. Il cielo nella configurazione nordica sarà biancastro rispetto a quello nel cielo limpido. Il sole nella configurazione nordica sarà più giallo di quello nel cielo limpido.

[160] Sebbene le forme di realizzazione preferite di questa invenzione siano state descritte nel presente documento, è possibile incorporare miglioramenti e modifiche senza discostarsi dall’ambito delle rivendicazioni seguenti.

Claims

Rivendicazioni 1. Processo (200) per produrre una struttura (10, 10’, 10”, 10”’) di film multistrato di diffusione cromatica per generare un effetto di imitazione di sole e cielo in sistemi di illuminazione (40,60) comprendente le fasi di: - rivestire (220) almeno un primo strato di film flessibile di substrato (101,102) con almeno un sistema di scattering (103) creando così una struttura di film (101,102,103) multistrato comprendente un primo strato flessibile di substrato (101,102) e almeno uno strato di rivestimento di sistema di scattering (103) avente spessore sostanzialmente uniforme, in cui il sistema di scattering (103) comprende una dispersione di elementi di scattering configurati per diffondere preferenzialmente componenti a bassa lunghezza d’onda di luce incidente rispetto a componenti ad alta lunghezza d’onda di luce incidente implementando così uno scattering di luce in regime simil-Rayleigh, e in cui gli elementi di scattering sono dispersi in una matrice trasparente polimerica; e - sottoporre (240) la struttura di film (101,102,103) multistrato a solidificazione in modo da ottenere una struttura (10, 10’, 10”, 10’”) di film di diffusione cromatica almeno comprendente un primo strato flessibile di substrato (11,16) e uno strato diffusivo cromatico flessibile (12) accoppiato al primo strato flessibile di substrato (11,16) e ottenuto da solidificazione dello strato di rivestimento di sistema di scattering (103).
2. Processo (200) secondo la rivendicazione 1, comprendente inoltre la fase di laminare (230) l’almeno un primo film flessibile di substrato (101,102) rivestito con lo strato di sistema di scattering (103) con un secondo film flessibile di substrato (102,101) in modo da interporre lo strato di sistema di scattering (103) tra la coppia di film flessibili di substrato (101,102) .
3. Processo (200) secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui gli elementi di scattering del sistema di scattering (103) comprendono nanoparticelle organiche e/o inorganiche che non assorbono la luce nell’intervallo del visibile e in cui gli elementi di scattering del sistema di scattering (103) hanno una grandezza media minore di 350 nm, preferibilmente avendo un picco in corrispondenza di granulometrie minori di 350 nm nella distribuzione granulometrica.
4. Processo (200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il sistema di scattering (103) comprende in aggiunta elementi distanziatori (13) aventi una grandezza compresa aH’intemo di 5 a 500 micrometri, preferibilmente elementi sferici e/o a forma di bastoncino e/o a forma di disco.
5. Processo (200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la matrice trasparente polimerica è un materiale adesivo, preferibilmente un adesivo ottico, come ad esempio un adesivo ottico di tiol-ene, in forma di un pre-polimero o di un polimero disciolto in un solvente.
6. Processo (200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di rivestimento (220) comprende colare il sistema di scattering (103) tra una coppia di film (101,102) flessibili di substrato trasparenti in modo che almeno uno della coppia di film (101,102) flessibili di substrato trasparenti trascini uno strato di sistema di scattering (103) tra i due film (101,102) eseguendo così il rivestimento dei film (101,102).
7. Processo (200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 5, in cui la fase di rivestimento (220) comprende almeno uno tra processi di rivestimento roll-toroll quali rivestimento con ugello a lamina (slot-die), rivestimento a spruzzo, rivestimento a lama, rivestimento a rullo, rivestimento per calcografia o rivestimento Meyer bar (barra di Meyer).
8. Processo (200) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di solidificazione (240) comprende - polimerizzare la matrice trasparente quando almeno parte della matrice trasparente polimerica comprende un pre-polimero, mediante ad esempio indurimento UV e/o indurimento termico e/o indurimento a bombardamento di elettroni; e/o - essiccare la matrice trasparente polimerica mediante evaporazione di un solvente, quando almeno parte della matrice trasparente polimerica è un polimero disciolto nel solvente.
9. Struttura (10) di film multistrato di diffusione cromatica per generare un effetto di imitazione di sole e cielo in sistemi di illuminazione comprendente: almeno uno strato (11,16) flessibile di substrato; e almeno uno strato (12) diffusivo cromatico flessibile accoppiato all’almeno un film (11,16) flessibile di substrato, lo strato (12) diffusivo cromatico comprendente un sistema di scattering solidificato comprendente una dispersione di elementi di scattering configurati per diffondere preferenzialmente componenti di luce incidente a bassa lunghezza d’onda rispetto a componenti di luce incidente ad alta lunghezza d’onda implementando così uno scattering di luce in regime simil-Rayleigh, in cui gli elementi di scattering sono dispersi in una matrice trasparente polimerica.
10. Struttura (10) secondo la rivendicazione 9, comprendente inoltre almeno uno strato aggiuntivo (14,15,16,22,23) accoppiato all’almeno un film flessibile di substrato (11,16) e/o allo strato diffusivo cromatico (12), tra: - un secondo film (11,16) flessibile di substrato - uno strato (14) adesivo interno; - uno strato (15) adesivo esterno; - uno strato (16) pelabile; - uno strato di rivestimento di diffusione simil-Rayleigh basata su nanoparticelle; - uno strato di rivestimento di diffusione basata su microparticelle; - uno strato di rivestimento combinante diffusione simil-Rayleigh basata su nanoparticelle e diffusione basata su microparticelle; - uno strato di rivestimento antiriflesso; - uno strato di rivestimento a specchio.