KR101509072B1 - 광 산란 네트워크 - Google Patents

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루드빈 메네즈
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쌩-고벵 글래스 프랑스
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Abstract

본 발명은 적어도 200개의 빛 방출 패턴을 포함하는 선의 네트워크를 기판의 표면에 포함하는 기판에 관한 것이며, 상기 패턴은 패턴의 굴절률과 다른 굴절률을 구비하는 영역에 의해 분리되며, 인접하는 패턴의 중심 사이의 거리는 네트워크의 한 가장자리에서 다른 가장자리로 단조롭지 않은 방식으로 달라지며, 그로 인해 50개의 연속적인 패턴의 각 그룹에 대하여, 상기 그룹에 대해 인접하는 패턴의 중심 사이의 거리가 상기 그룹 내의 인접하는 패턴의 중심 사이의 거리(d)의 평균 거리(dm)보다 적어도 한번은 더 길고, 적어도 한번은 더 짧으며, dm은 75 내지 200㎛의 범위이다. 기판은 직시 하에서 투명하고, 자연채광 응용 내에서 무지개빛 없이 빛을 산란시킴으로써 빛을 재배향한다.

Description

광 산란 네트워크{LIGHT SCATTERING NETWORK}
본 발명은 외부로부터 오는 빛을 내부의 필요한 방향으로, 일반적으로 천장으로 재배향 가능한 소자를 포함하는 건물을 위한 글레이징 분야에 관한 것이다. 편향될 것이 가시 태양광인 경우에, 이러한 유형의 글레이징은 일반적으로 "자연채광(daylighting)"으로서 적합하게 된다.
이러한 유형의 글레이징은 일반적으로, 외광이 내부에서 더욱 효율적으로 사용된다는 사실이 인공적인 조명을 감소시킬 수 있게 한다는 것으로 인해, 에너지 절약에 기여한다고 간주된다.
미국특허 US 5,009,484는 평행선이 부조로 구성되는 회절격자(diffraction grating)를 포함하는 글레이징 항목을 교시한다. 위 문서는 회절격자가 일반적으로 색의 분리를 초래하는 빛의 회절을 유도한다는 것을 교시한다. 이러한 효과는 반드시 필요하지는 않다. 이러한 현상의 정도를 제한하기 위해서, 상기 명세서는 세 가지 기본 색을 수직으로 병렬시킬 것(도 3 참조)을 권장하고, 그로 인해 상기 세 가지 기본색의 방출 빔(emerging beam)은 무색의 채광된 영역을 변형하기 위해서 천장에서 다시 한 번 혼합되어야 한다. 세 연속적인 회절격자는 다른 주기성을 갖고, 상기 주기성은 단조로운 방식으로 정확한 순서(order)에 따라 달라진다. 상기 명세 서는 또한 세 연속적인 회절격자가 단일한 회절격자에 의해 대체될 수 있고, 상기 단일한 회절격자의 주기성은 이러한 단일 회절격자의 말단 중 한쪽에서 다른 쪽까지 단조로운 방식으로 변한다는 것을 교시한다. 상기 특허에 의해 교시된 해결책은 어느 정도까지는 작용하지만 임의의 무지개빛(iridescence) 형성을 방지하지는 않는다. 게다가 상기 명세서에서, 융합(fusing) 소자는 기울어지고, 가능하게는 가변적이며, 가변적인 깊이를 갖는데, 상기 가변적인 깊이는 넓은 영역에 걸친 저가의 산업적 제조를 매우 어렵게 한다.
본 발명은 표면 회절격자에 관한 것이며, 상기 표면 회절격자는 (일반적으로 천장 상에)편향된 빛의 두드러지게 뚜렷한 무지개빛 없이, 빛의 다양한 색의 뚜렷한 분리를 제한하고, 입사광으로서 실질적으로 동일한 색(coloration)을 구비한 조명을 유도한다. 따라서 입사광이 실질적으로 육안에 무색인 경우에, 방출광 또한 무색이다. 편향된 빛은 또한 회절격자의 단일한 차수(order)(일반적으로 1차 회절격자)에 따라 무색인 것이 바람직한데, 그 이유는 상기 편향된 빛이 다양한 분리 조명 영역을 만들지 않는다면(빛이 천장에 투사된다면, 천장 상에), 상기 영역 중 일부는 균일하게 위치되지 않을 것이며, 또한 미관상 좋지 않을 수 있기 때문이다.
본 발명에 따라, 투명 기판의 표면 위와 상기 표면에 평행한 방향으로 회절격자가 제조되며, 상기 회절격자는 적어도 두 개의 굴절률 (R1 및 R2){굴절률 R2의 선형의 기본 영역(elementary domain)에 의해, 굴절률 R1의 선형의 기본 소자가 분리됨으로써}를 교대로 포함하고, 상기 소자와 영역은 기하학적으로 서로 상보적이다. 상기 소자와 영역은 서로 꼭 맞기 때문에 기하학적으로 상보적이다. 그 이유는 소자의 굴절률 R1의 기하구조의 정의만이 충분하고, 굴절률 R2를 구비한 영역은 소자 사이에 위치된 모든 공간을 채우기 때문이다. 소자의 기하구조는 소자의 중심, 기판에 평행한 평면내의 너비(L), 이웃하는 소자들 사이에서 다른 중심에 대한 한 중심의 거리(d) 및 깊이(p)에 의해 정의된다.
본 발명에 따른 기판은 심지어 투명할 수 있으며, 기판이 투명하다는 것은 확산을 나타내거나 왜곡되는 대상 없이, 그리고 관찰자에 대한 어떠한 시야각에서도 상기 기판을 통해 명확하게 볼 수 있다는 것을 의미한다. 직시(direct vision)에서의 이러한 투명도는, 소자의 너비가 회절격자를 따라 실질적으로 모두 일정하게 유지된다면, 더욱 양호하다. 본 발명에 따른 선의 회절격자는 따라서 재배향된 빛에 대한 확산 효과만을 갖는다. 회절격자를 구비하는 투명 기판이 입사광의 일부를 바람직한 방향으로, 예를 들면 천장으로 재배향한다(1차 회절격자). 동시에, 나머지 입사광이 편향되지 않고 통과하도록 허용한다(0차 회절격자). 본 발명에 따른 투명 기판은 회절격자를 포함하고, 상기 회절격자는 빛이 어떠한 두드러지게 뚜렷한 무지개빛을 갖지 않도록 재배향된 빛을 확산한다. 1차 투과(재배향된 빛)는 단일한 방향이 아닌 광범위의 각에 걸쳐 발생한다. 반면에, 그리고 소자의 너비(L)가 실질적으로 일정하다면, 재배향되지 않고 투과된 빛은 확산되지 않는다. 따라서 0차 투과는 입사광선과 동일한 방향으로 발생한다. 본 발명에 따른 기판은 따라서 관찰자에 대한 직시에서 투명하고, 확산하지 않는다.
빛의 일부는 입사각에 관계없이 재배향(즉, 편향)된다. 회절격자는 회절격자가 편향시키는 빛을 확산한다. 빛의 입사각이, 기판에 대한 수직과 빛의 방향 사이의 각{도 2에 표시된 각(θ)에 상응함}으로 정의된다면, 재배향된 빛은, 특히 30˚보다 큰 입사각을 구비한 빛의 경우에, 총 투과된 빛(기판을 통과함)의 10 내지 50%이다. 따라서 본 발명은, 태양광선이 한 해 중 적어도 일정기간동안 수평의 30˚보다 큰 입사각을 형성할 수 있도록, 지구 위도 상에 위치된 집과 대지 내에(in premises) 글레이징(수직으로 위치됨)을 설비하는데 대해 더욱 큰 유용함을 나타낸다.
본 발명에 따라, 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)는 회절격자의 한쪽 가장자리로부터 다른 쪽 가장자리까지 단조롭지 않은 방식으로 달라진다. "단조롭다(monotonic)"는 용어는, 이러한 거리가 회절격자의 한 가장자리로부터 다른 가장자리까지 통과하는 경우에 증가하기만 하거나 감소하기만 하지는 않는다는 것을 의미한다. 다른 한 편으로 이러한 거리(d)는 격자의 한 가장자리에서 다른 가장자리까지 통과하는 경우에 더 큰 값에서부터 더 작은 값까지 교번한다.
따라서 본 발명은 우선 직시에 투명할 수 있는 기판에 관한 것이며, 상기 기판은 기판의 표면에 적어도 200개의 소자의 라인들로 이루어진 회절격자를 포함하고, 상기 소자는 소자의 굴절률과 다른 굴절률을 구비하는 영역에 의해 분리되고, 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)는 회절격자의 한 가장자리로부터 다른 가장자리까지 단조롭지 않은 방식으로 달라지며, 그로 인해 임의의 50개의 연속적인 소자의 그룹 또는 심지어 임의의 20개의 연속적인 소자의 그룹에 대해, 상기 그룹의 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)가, 상기 그룹의 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)의 평균 거리(dm)보다 적어도 한 번은 더 길고 적어도 한 번은 더 짧으며, 평균 거리(dm)는 75㎚ 내지 200㎛의 사이이다. 따라서 회절격자 상에 선택된, 50개의 연속하는 소자의 그룹이거나, 또는 심지어 20개의 연속하는 그룹인 것에 관계없이, 상기 그룹 내에서 이러한 거리(d)는 일정하지 않다는 것이 확인될 수 있다.
바람직하게는 본 발명에 따른 회절격자 내에서, 동일하게 병렬된 소자가 3 내지 15개의 소자와 바람직하게는 3 내지 7개의 소자의 블록(block)을 형성한다. 따라서 블록은 소자들 사이에서 중심(barycenter)에서 중심까지의 동일한 거리를 특징으로 한다. 블록의 내부로부터 시작해서 소자들 사이의 거리가 변화하자마자, 블록에서 이탈된다. 한 블록에서 다른 블록으로 바로 통과할 수 있으며, 그로 인해 상기 소자는 두 블록의 접점에서 두 블록의 일부를 형성한다. 그렇지만, 두 블록 사이의 거리는 상기 블록의 하나 또는 다른 소자 사이의 거리와 다를 수도 있다. 이러한 경우에, 동시에 두 블록에 속하는 소자는 없다. 바람직하게 회절격자 소자의 적어도 80%와 심지어 적어도 90%는 블록의 일부를 형성한다. 블록은 최소 세 개의 소자와 이러한 세 소자들 사이에 두 개의 동일한 간격(interval)을 포함한다. n개의 소자의 블록은 n-1개의 간격을 포함한다. 회절격자 소자의 적어도 80%가 3개 내지 15개의 소자를 구비한 블록의 일부를 형성한다면, 이는 15개 소자보다 많은 격리된(isolated) 블록이 회절격자 내의 여기저기에 위치될 수 있다는 것을 의미한다. 15개의 소자보다 많은 "격리된 블록"이 20개 보다 많은 소자를 포함한다면, 임의의 50개의 연속적인 소자의 그룹에 대하여, 상기 그룹의 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)가, 상기 그룹의 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)의 평균 거리(dm)보다 적어도 한번은 더 길고 적어도 한번은 더 짧다는 것에 따른 개념과 양립한다.
이러한 바람직한 블록의 개념을 고려하면, 회절격자의 구조가 국부적으로 조직되는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 이러한 국부적인 조직과 특히 너비(L)의 일정성의 효과는 직시에서 확산 없이 투명하다. 투명한 기판은 흡수도가 통상적인 글레이징의 흡수도에 근접하는 기판이라고 정의되고, 이러한 기판을 통해서 보여지는 대상은 흐릿하게 나타나지 않는다.
일반적으로 회절격자는 총 100,000개의 소자와 더욱 일반적으로는 1,000,000개의 소자를 포함한다.
연속적인 소자(50 또는 심지어 바람직하게는 20개)의 그룹에서, 이웃하는 소자들 사이의 평균 거리(dm)는, 한 그룹의 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d) 모두의 합과, 상기 그룹의 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리의 개수의 비율로서 정의된다.
50개 또는 바람직하게는 심지어 20개의 연속적인 소자의 그룹 내의, 또는 심지어 50개 연속적인 소자의 임의의 그룹 또는 20개의 연속적인 소자의 임의의 그룹의 거리(d)의 변화는, 상기 변화가 한 번은 dm을 초과하고 한 번은 dm 미만으로 통과하는 경우의 거리의 변화보다 더 클 수 있다. 특히, 그룹의 한 가장자리로부터 그룹의 다른 가장자리까지 통과하는 경우에, d는 상기 그룹 내에서의 거리(d)의 평균 거리(dm)보다 적어도 두 번은 더 길고 적어도 두 번은 더 짧을 수 있으며, d가 dm보다 긴 경우의 두 번은 d가 dm보다 짧은 경우의 한 번에 의해 분리되고, d가 dm보다 짧은 경우의 두 번은 d가 dm보다 긴 경우의 한 번에 의해 분리된다. 이러한 교번의 빈도가 더욱 많을 수 있다.
50개 또는 바람직하게는 심지어 20개의 연속적인 소자의 임의의 그룹 내에서, d는 적어도 y값만큼 dm으로부터 적어도 두 번은 달라지면서 상기 그룹의 dm부근에서 달라지며, 상기 d는 적어도 한번은 dm+y를 초과하고, 적어도 한번은 dm-y 미만이다. y값은 편향되고자 하는 파장 영역에 의존한다. 상기 y값은 일반적으로 적어도 5% dm과, 더욱 일반적으로는 적어도 10% dm일 수 있다.
d값은 일반적으로 dm+x와 dm-x사이의 범위 내를 유지하면서, dm 부근에서 달라지며, x값은 편향되고자 하는 파장영역에 의존한다. 일반적으로 x는 최대 50% dm과, 더욱 구체적으로는 최대 20% dm이다.
회절격자의 50개 또는 바람직하게는 심지어 20개의 연속적인 소자의 그룹인 것에 관계없이, 상기 그룹에 대한 dm값은 편향되고자 하는 복사의 파장 차수의 값을 갖는다.
광 복사는 실질적으로 하기의 파장을 갖는다는 것을 상기한다:
자외선: 150 내지 400㎚
가시광선: 400 내지 800㎚
적외선: 800㎚ 내지 100㎛
50개 또는 바람직하게 심지어 20개의 연속적인 소자의 그룹인 것에 관계없이, dm 값은 편향되고자 하는 파장의 1/2과 2배 사이에서 선택된다. dm 값은 따라서 항상 75㎚ 내지 200㎛ 사이에 존재한다. 일반적으로 50개 또는 바람직하게 심지어는 20개의 연속적인 소자의 그룹인 것에 관계없이, dm은 100㎚ 내지 20㎛ 사이에 존재한다.
편향되고자 하는 것이 가시광이라면, dm은 200 내지 600㎚의 범위 내에서, 바람직하게는 300 내지 500㎚의 범위 내에서 선택되는 것이 바람직하다. 가시광을 편향시키기 위해서, dm이 200㎚이상이고, 심지어 300㎚이상인 것이 바람직하다. 가시광을 편향시키기 위해서, dm이 600㎚이하이고, 심지어 500㎚이하이며, 또한 더욱 바람직한 방식으로 450㎚이하인 것이 바람직하다. dm이 너무 크다면, 특히 500㎚이상이라면, 비편향되어 투과된 빛은 덜 강하고(intense), 부가적으로 더 높은 차수의 회절격자가 나타나도록 되고, 이는 편향된 빛이 여러 장소에서 덜 강하다는 것을 의미한다.
비록 기울어진 것이 배제되지는 않지만, 소자는 일반적으로 기울어지지 않았으며(당업자는 "블래이즈드(blazed)"라 일컬음), 즉 기판에 대해 수직이고 소자의 중심을 통과하는 직선에 대해 대칭이다.
DM이 (단지 50 또는 20개의 소자가 아니라)모든 회절격자에 대한 d의 평균값을 나타낸다면, 예로서, d의 변동이 회절격자의 한 가장자리로부터 다른 가장자리를 통과할 때 DM값 주위에서 사인곡선을 따르도록 결정될 수 있다. 그렇지만 이러한 변동은 무작위일 수 있다. 이러한 경우에, DM 주위에서 d의 변동을 나타내는 상기 곡선은 가우스(Gaussian) 곡선 유형을 갖는다. 이러한 경우에는 회절격자의 주기성이 없다. DM값은 편향되고자 하는 파장의 1/2과 2배 사이에서 선택된다. 따라서 DM값은 항상 75㎚ 내지 200㎛ 사이, 일반적으로는 100㎚ 내지 20㎛ 사이에 위치된다. 알려진 것과 같이, 상기 소자는 블록내에서 그룹화되는 것이 바람직하다.
L은 모든 회절격자에 대하여 바람직하게 일정하거나 실질적으로 일정하다. 그렇지만 L은 평균값 Lm 부근에서 달라지며, 이러한 변화는 Lm의 50%미만인 것이 바람직하다. 따라서 너비(L)는 0.5 Lm 내지 1.5 Lm의 사이에서 달라질 수 있다. L이 회절격자 내에서 더 많이 달라질수록, 회절격자의 직시에서의 투명도가 더 많이 저하된다. 일반적으로 소자의 너비(Lm)는 0.1 DM에서 0.9 DM까지와, 바람직하게는 0.4 DM에서 0.6 DM까지 확장하는 범위 내에서 선택된다. 소자의 너비(L)는 소자의 중심 영역 내에서 소자의 너비로서 정의된다. 상기 소자는 일반적으로 평행육면체이다. 실제로 현실에 완벽함이 존재하기 않기 때문에, 이러한 평행육면체는 다소 둥근 모서리(오목하고 볼록함)를 가질 수 있다.
일반적으로 소자의 깊이는 모든 회절격자에 대하여 일정하다. 일반적으로 소자의 깊이에 대한 너비(L)의 비율은 0.2에서 5까지, 바람직하게는 0.4에서 2까지 확장하는 범위 내에서 선택된다. 일반적으로 소자의 깊이에 대한 너비(L)의 비율은 모든 회절격자에 대해서 일정하다.
소자의 중심을 통과하는 기판에 대하여 선이 평행하게 이어진다면, 상기 선은 소자의 굴절률(R1)과 소자들 사이의 영역의 굴절률(R2)을 연속적으로 통과한다. 특히 소자들은 유리로 만들어질 수 있고, 영역은 공기로 만들어질 수 있다. 이러한 경우에, 유리 내의 돌기(protuberance)가 유리 기판의 표면 상에 소자로서 제조된다. 공기는 소자들 사이의 공간을 채우고 자연적으로 영역을 구성한다. 이러한 경우에 굴절률(R1)은 유리의 굴절률로, 예를 들면 1.5이고, 굴절률(R2)은 공기의 굴절률, 즉 1이다. 이러한 예에서, 소자가 기판의 표면에서 부조로 제조된다. 그렇지만, 소자에서부터 영역까지 통과하는 것은 부조의 부분에 상응하지 않는 굴절률의 변화에 상응할 수 있다. 사실상, 표면이 만지기에 매끄럽도록 서로에게 꼭 맞는 두 개의 다른 물질로 구성될 수 있다. 특히 이러한 이온교환 기술 또는 광굴절 및 전기광학적 효과를 기초로 하는 기술에 의해 물질의 교번을 만들어내는 것이 가능하다.
동일한 회절격자 내에서, 모든 소자는 일반적으로 동일한 굴절률을 갖고, 모든 영역은 일반적으로 동일한 굴절률을 갖는다. 소자와 영역의 굴절률은 1에서부터 2.2까지 증가될 수 있다. 일반적으로 소자는 1.1에서 1.8까지 증가하는 굴절률을 가질 수 있다. 일반적으로 영역은 1에서 1.5로 증가하는 영역의 굴절률을 가질 수 있다.
두 굴절률(소자와 영역의 굴절률) 사이의 차이는 일반적으로 0.02 내지 1.5 사이일 수 있다.
일반적으로 영역이 공기라면, 소자는 영역의 굴절률보다 더 큰 굴절률을 갖는다.
본질적으로 건물의 글레이징을 설비하는 것으로 구성되는 경우, 상기 글레이징을 구성하는 물질은 만족스러운 투명도를 구비하여 선택될 것이다(기판, 및 가능하게는 상기 기판에 부가되는 부분).
본 발명에 따른 회절격자는 특히 자연채광 응용에서 사용된다. 이러한 경우에, 일반적으로 소자의 선이 수평하도록, 회절격자는 일반적으로 글레이징의 수직적인 항목에 위치된다. 소자의 선이 비스듬한 것이 배제되지는 않는다. 상기 회절격자는 일반적으로 글레이징의 적어도 10㎝의 높이, 더욱 일반적으로는 적어도 20㎝의 높이와, 일반적으로는 글레이징의 너비 전체에 걸쳐 차지한다.
본 발명에 따른 회절격자는 일반적으로 하기의 기술, 즉 엠보싱(embossing), 포토리소그래피(photolithography), 전사, 이온 교환, 광굴절 또는 전기 광학적 효과에 의해 제조된다.
제1 방법은 특히 유리로 만들어진 투명 시트(기판)에 부가하는 졸-겔 층이나 폴리머의 엠보싱(embossing)을 포함한다. 엠보싱은 플라스틱이거나 점성플라스틱의 변형으로, 이들은 구조화된 소자와의 접촉에 의해 제조되고, 상기 구조화된 소자는 예를 들면 롤러(roller)로 구성되고, 상기 롤러 위에 압력이 동시에 가해진다. 사용될 수 있는 졸-겔 층은 일반적으로 SiO2, Al2O3, TiO2 등 예를 들면 물-알콜 혼합물 내에서 용해된 것과 같은 무기 산화물 전구체의 액상 층이다. 이러한 층은 부가적인 가열 수단으로 또는 부가적인 가열 수단 없이 건조됨으로써 경화된다. SiO2 전구체 테트라에톡시실란(TEOS) 또는 메틸트리에톡시실란(MTEOS)이 언급될 수 있다. 유기 작용기는 이러한 전구체와 최종적으로 얻어진 실리카 내에 함유될 수 있다. 예를 들면, 플루오르화된 실란이 소수성 코팅을 수득하기 위한 EP 799 873에 기술되어 있다. 엠보싱은,
폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET),
폴리스티렌,
폴리메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리메타크릴 산, 폴리(2-하이드로옥시에틸 메타크릴레이트)와 같은 폴리아크릴레이트와 그 공중합체,
폴리에폭시(메타)아크릴레이트,
폴리우레탄(메타)아크릴레이트,
폴리메틸글루타르이미드와 같은 폴리이미드,
폴리에폭시실록산과 같은 폴리실록산,
폴리비닐 에테르,
폴리비스벤조시클로부텐 등의
단독 또는 공중합체의 또는 이들 중 여럿의 혼합물과 같은, 폴리머 층 상에서 수행될 수 있다.
엠보싱 이후에 몇몇 경우에 에칭이 계속될 수 있다. 엠보싱된 졸-겔 또는 폴리머 층은, 하부의(subjacent) 투명 시트의 물질이 다시 드러날 때까지, 먼저 부조형 상기 소자의 깊은 부분과 그 후에 점진적으로 그 상부까지 부식될 수 있다. 따라서 에칭의 말미에서 얻어진 다소 울퉁불퉁한 표면은, 부가된 졸-겔 또는 폴리머 층 내에 전체적으로, 또는 이러한 층 내에 부분적으로 또는 상기 투명 시트 내에 부분적으로 또는 게다가 상기 투명 시트 내에 전체적으로 형성될 수 있다. 에칭 조건은, 결과적으로 발생된 이러한 표면이 본 발명의 디바이스의 정의를 만족시키는 치수를 구비한 부조형 소자를 갖도록 조절되어야 한다.
에칭 방법으로서, 화학적 에칭, 특히 산에 의한 화학적 에칭, 활성 이온(빔) 에칭{RI(B)E}, 플라즈마 에칭(유도 결합 플라즈마:ICP)이 언급될 수 있다.
엠보싱 방법이 급속한 처리가 넓은 영역에 걸쳐 적당한 비용으로 수행되는 것을 허용한다는 것이 주목된다.
본 발명에 따른 회절격자를 제조하기 위한 다른 가능한 방법은 포토리소그래피를 포함한다. 이 방법은 일반적으로 우선 상기 부조 소자가 형성될 수 있는 제1 층을 구비한 투명 기판을 제공하는 것으로 구성된다. 이러한 제1 층은 엠보싱 방법의 부가된 졸-겔 또는 폴리머 층과 대등하다. 게다가, 상기 제1 층은, 특히 실리카에서 상기 졸-겔 또는 폴리머 층과 동일한 특성을 가질 수 있다. 상기 방법의 제2 단계에서, 감광성 수지인 제2 층을 증착한다. 상기 제2 층은 타겟화된 복사(targeted radiation)에 대한 노출에 의해, 한정된 영역에서 경화된다. 따라서 감광성 수지의 비경화된 부분의 제거 이후에 에칭되기 위하여, 제1층 상에 마스크가 제조된다. 그 후에 에칭이 엠보싱에 의한 방법의 선택적인 단계에 대하여 상술된 것과 유사한 방식으로 진행된다. 임의의 감광성 수지의 잔여물이 제거될 수 있다.
본 발명에 따른 회절격자를 제조하는 또 다른 방법은, 나노구조화된 층의 전사를 포함한다. 제1 지지체에 부착된 층은, 본 발명에 따른 디바이스를 구성하기 위하여 제2 지지체 상에 부착된다. 상기 층은 플라스틱 등으로 만들어질 수 있다.
사용될 수 있는 또 다른 방법은 이온 교환, 예를 들면 무기유리 내의 Ag+이온에 의한 Na+이온의 교환에 기초한다.
최종적으로 광굴절 효과가 사용될 수 있으며, 상기 광굴절 효과에서 조절된 빛은 물질의 굴절률의 공간적 조절을 유발한다(예: 티탄산 바륨의 광굴절성 결정). 전기장이 물질의 굴절률의 공간적 조절을 유발한다는 전기-광학적 효과가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 회절격자는 특히 자연채광 응용에서 사용된다. 이러한 경우에, 상기 회절격자는 수직적 글레이징 상에 위치되며, 그로 인해 소자의 선은 수평하다. 회절격자는 일반적으로 글레이징의 적어도 10㎝의 높이와 더욱 일반적으로 적어도 20㎝의 높이, 일반적으로 글레이징의 너비 전체에 걸치고, 글레이징의 상부를 차지한다. 소자는 입사광을 수용하는 글레이징의 면 또는 빛을 방출하는 글레이징의 면(건물의 내부를 향하는 면) 위에 위치될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 확산 회절격자가 장착된 기판의 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 기판의 효과를 도시한 도면.
도 3은 도 2의 디바이스에 따른 빛의 방출각의 함수로서 투과된 빛의 백분율을 나타낸 그래프.
도 4는 블록의 개념을 도시한 도면.
도 1은 본 발명에 따른 확산 회절격자가 단면 내에 장치된 기판을 도시한다. 기판(1)은 직사각형 단면을 구비한 소자(mi)의 다중 평행선을 기판의 표면에 포함한 다. 따라서 소자는 도 1에 대해 수직인 방향으로 선형이며 평행하다(이 방향은 일반적으로 회절격자를 구비한 창문이 위치되는 경우에 수평). 이러한 소자는 따라서 평행육면체이며, 도 1은 상기 평행육면체의 단면만을 도시한다. 모든 소자들은 동일한 기하구조를 갖지만 이웃하는 소자들 사이의 거리는 달라진다. 이러한 소자들은 굴절률(R1)을 갖는다. 상기 소자들은 공기에 의해 분리되고, 그로 인해 공기는 상기 소자들 사이에 영역을 구성한다. 이러한 공기 영역은 굴절률(R2)을 갖고, 이것은 일반적으로 값이 약 1이다. 점선(2)은 모든 소자의 중심을 통과한다. 이러한 선은 또한 교대로 소자들과 공기 영역을 통과하며, 이러한 선 위에서 회절격자의 한 가장자리에서 다른 가장자리로 통과할 때, 굴절률(R1과 R2)이 교대로 통과된다. 소자의 중심은 당연히 기판으로부터 돌출되는 물질의 중심이며 즉, 선(AA')에 관하여 기판으로부터 돌기로서 생기는 물질 즉, 소자의 깊이(p)에 걸친 물질의 중심이다. 예로서, 거리(d1)는 소자(m1과 m2)사이에 표시되어있다. 20개의 연속적인 소자의 그룹이 표시되고, 이러한 그룹의 이웃하는 소자들(mi와 mi+1) 사이의 거리(di)의 평균은 dm으로 표시된다. 20개의 소자의 그룹의 상부 가장자리로부터 시작해서 동일한 그룹의 다른 가장자리의 방향으로 통과할 때, d는 우선 dm미만으로 통과하고, 그 후에 하강할 때 d는 dm을 초과하여 통과하고, 다시 dm미만으로 통과하고, 그 후에 다시 dm을 초과하여 통과하는 등이다. 따라서 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리는 dm 부근에서 변한다.
도 2는 본 발명에 따른 기판(3)을 통과하는 태양광에 대한 본 발명에 따른 기판(3)의 효과를 도시한 것이다. 투명 기판(3)은 바람직한 방향, 예를 들면 천 장(4)으로 입사광의 일부{도 2의 1차 광선(5)}를 재배향한다. 동시에, 나머지 입사광{도 2의 0차의 광선(6)}이 편향되거나 확산되지 않고 통과하도록 허용한다. 재배향된 빛(5)은 확산되고, 어떠한 명백히 뚜렷한 무지개빛도 포함하지 않는다.
도 3은 도 2의 디바이스에 따른 빛의 방출각의 함수로서 투과된 빛의 백분율을 도시한다. θ가 약 -35˚인 1차 투과는 단일한 방향으로 발생하지 않고, -45˚에서 -20˚로 달라지는 넓은 범위에 걸쳐 발생한다는 것을 알 수 있다. 반면에 재배향 되지 않고 투과된 빛{도 2의 광선(6)}은 확산되지 않는다.
0차 투과는 θ가 40˚인 각에 대해 단독으로 발생한다. 본 발명에 따른 회절격자가 장치된 기판은 따라서 관찰자에 대해 직시에서 투명하고 확산하지 않는다.
도 4는 블록의 개념을 도시한다. 블록(B1)은 두 개의 간격에 의해 분리된 3개의 소자를 포함한다. 내부 블록(B1)으로부터 이탈할 때, 블록은 소자들 사이의 거리가 달라지자마자(여기에서는 거리가 더 멀어지자마자) 이탈된다. 블록(B2)은 블록(B1)과 동일하다. 블록(B3)은 6개의 소자와 5개의 간격을 포함한다. 소자(mx)는 블록(B2와 B3)에 공통이다.
실시예 1(비교예)
360㎚ 두께의 실리카 층이 SaintGobain Glass France社에 의해 판매된 제품명 "Planilux"의 글레이징 제품의 상부에 50㎝에 걸쳐 위치된 졸-겔에 의해 증착된다. 당업자에 알려진 방식으로, 깊이가 360㎚이고 너비가 200㎚인 부조로 선형 소자의 텍스쳐(texture)가 엠보싱에 의해 제조된다. 상기 소자는 필름의 평면에 대해 수직이다. 이러한 소자의 중심들 사이의 분리는, 회절격자의 한 가장자리로부터 다 른 가장자리를 통과할 때(50㎝의 회절격자에 걸쳐 이동함), 300 내지 500㎚로 점진적으로 통과한다. 이러한 글레이징은 그 후에 외부의 벽 창문으로서 위치된다. 글레이징은 천장에 대하여 외부로부터 들어오는 빛을 재배향하지만, 무지개빛은 감지된다.
실시예 2
상기 중심들 사이의 분리가 300 내지 500㎚ 사이에서 50㎝의 회절격자에 걸쳐 무작위의 방식으로 달라진다는 것을 제외하고는, 실시예 1에서의 절차와 같다. 두드러지는 무지개빛이 관찰되지 않는다.
전술된 바와 같이, 이러한 유형의 글레이징은 일반적으로 외부의 빛을 내부 에서 더욱 효율적으로 이용가능하다.

Claims (25)

  1. 직시에서 투명하고, 빛을 확산하면서 편향시키는 기판으로서,
    상기 기판은 기판의 표면에 적어도 200개의 소자의 라인들로 이루어진 회절격자를 포함하고, 상기 소자는 소자의 굴절률과 다른 굴절률을 갖는 영역(domain)에 의해 분리되고, 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)는 회절격자의 한 가장자리로부터 다른 가장자리까지 단조롭지 않은 방식(non-monotonic manner)으로 달라지고, 그로 인해 임의의 50개의 연속적인 소자의 그룹에 대하여, 상기 그룹의 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)가 상기 그룹의 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)의 평균 거리(dm)보다 적어도 한번은 더 길고, 적어도 한번은 더 짧고, 상기 dm은 75㎚ 내지 200㎛인, 기판.
  2. 제1항에 있어서, 임의의 50개의 연속적인 소자의 그룹에 대하여, d는 상기 그룹 내에서의 거리 (d)의 평균거리(dm)와 다르며, 적어도 한번은 dm+y를 초과하고, 적어도 한번은 dm-y미만이고, y는 적어도 dm의 5%인 것을 특징으로 하는, 기판.
  3. 제2항에 있어서, y는 적어도 dm의 10%인 것을 특징으로 하는, 기판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 임의의 50개의 연속적인 소자의 그룹에 대해, d는 dm+x와 dm-x 내에서 유지되고, x는 최대 dm의 50%인 것을 특징으로 하는, 기판.
  5. 제1항에 있어서, 임의의 20개의 연속적인 소자 그룹에 대해, 상기 그룹의 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)는, 상기 그룹의 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)의 평균 거리(dm)보다 적어도 한번은 더 길고, 적어도 한번은 더 짧으며, dm은 75㎚ 내지 200㎛ 사이인 것을 특징으로 하는, 기판.
  6. 제5항에 있어서, 임의의 20개의 연속적인 소자의 그룹에 대하여, d는 적어도 한번은 dm+y를 초과하고, 적어도 한번은 dm-y 미만으로, 상기 그룹 내의 거리 (d)의 평균 거리(dm)로부터 변동하며, y는 적어도 5% dm인 것을 특징으로 하는, 기판.
  7. 제6항에 있어서, y는 적어도 10% dm인 것을 특징으로 하는, 기판.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 임의의 20개의 연속적인 소자의 그룹에 대하여, d는 dm+x와 dm-x 내에서 유지되며, x는 최대 50% dm인 것을 특징으로 하는, 기판.
  9. 제1항에 있어서, dm이 모든 회절격자에 대한 이웃하는 소자들의 중심 사이의 거리(d)의 평균값을 나타낸다면, 소자들의 평균 너비(L)는 0.1 dm에서 0.9 dm으로 확장되는 것을 특징으로 하는, 기판.
  10. 제9항에 있어서, 모든 회절격자의 소자들은 0.5 Lm(너비의 평균값) 내지 1.5 Lm(너비의 평균값) 사이의 너비를 갖는 것을 특징으로 하는, 기판.
  11. 제1항에 있어서, 상기 회절격자의 소자들 중 적어도 80%는 블록(block)을 형성하고, 각각의 블록은 소자들 사이에 일정한 간격을 구비한 3개 내지 15개의 동일하게 병렬배치된 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판.
  12. 제11항에 있어서, 상기 회절격자의 소자들 중 적어도 90%는 블록을 형성하고, 각각의 블록은 소자들 사이에 일정한 간격을 갖는 3개 내지 15개의 동일하게 병렬배치된 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 각각의 블록은 소자들 사이의 일정한 간격을 갖는 3개 내지 7개의 동일하게 병렬배치된 소자들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 기판.
  14. 제1항에 있어서, 상기 소자들의 깊이에 대한 너비(L)의 비율은 0.2에서 5까지 증가하는 것을 특징으로 하는, 기판.
  15. 제14항에 있어서, 상기 소자들의 깊이에 대한 너비(L)의 비율이 0.4에서 2까지 증가하는 것을 특징으로 하는, 기판.
  16. 제1항에 있어서, 상기 소자들 및 영역들의 굴절률은 1 내지 2.2의 범위 내에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 기판.
  17. 제1항에 있어서, dm은 500㎚미만인 것을 특징으로 하는, 기판.
  18. 제17항에 있어서, dm은 450㎚이하인 것을 특징으로 하는, 기판.
  19. 제1항에 있어서, dm은 200㎚이상인 것을 특징으로 하는, 기판.
  20. 제19항에 있어서, dm은 300㎚이상인 것을 특징으로 하는, 기판.
  21. 제1항에 있어서, 30˚를 초과하는 입사각을 갖는 가시광은 투과된 빛의 10 내지 50%에 대해 편향되거나 확산되며, 비편향된 빛은 확산되지 않는 것을 특징으로 하는, 기판.
  22. 창문으로서,
    제1항에 따른 기판을 갖는, 창문.
  23. 제22항에 따른 창문을 갖는 건물로서,
    상기 창문은 수직이고 태양광에 노출되는 것을 특징으로 하는, 건물.
  24. 제23항에 있어서,
    태양광선이 1년 중 적어도 일시적으로 수평으로 30˚보다 큰 입사각을 형성하도록, 지구의 위도 내에 위치되는, 건물.
  25. 제1항에 있어서,
    기판은 태양광을 천장으로 재배향하기 위해 사용되는, 기판.
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