TW201629534A - 降低眩光之面向室內光重導向膜 - Google Patents

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郝冰
曼那瓊 尼爾摩
查理斯 亞瑟 瑪提拉
瑞胡納斯 培迪亞斯
強納森 佛絲特 曼席
艾瑞克 艾佛德 愛荷
史考特 馬爾文 塔皮歐
歐文 邁可 安德森
艾琳 瑪莉 佛萊赫提 豪斯
約翰 費德瑞克 瑞德
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３Ｍ新設資產公司
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Abstract

本揭露大致上係關於光管理構造，其包含實用於製備面向室內之光重導向膜的微結構化稜鏡元件，該等光重導向膜具有降低的眩光。

Description

降低眩光之面向室內光重導向膜
本揭露大致上係關於光管理構造，其包含實用於面向室內光重導向膜之製備的微結構化稜鏡元件，該等光重導向膜具有降低的眩光。
使用各種做法以降低建築物中的能量消耗。在彼等做法中，更有效率使用陽光以在建築物內部提供照明。一種用於在建築物內部(諸如在辨公室、住宅等建築物等中)供應光之技術係重導向傳入之陽光。因為陽光依一向下角度進入窗，所以此光之大部分未實用於照明一房間。然而，如果向下傳入之光線可被向上重導向，使得光線照射天花板，則可更實用地採用該光來照明房間。
日光重導向膜(DRF)藉由向上重導向傳入之陽光至天花板來提供自然光照明。此可藉由減少對人工光的需要而導致顯著能量節約。日光重導向膜可由將傳入之陽光反射至天花板上的線性光學微結構所組成。DRF一般安裝在窗7’之高窗區段及上方。圖1展示一般的組態，其中在一窗鑲嵌玻璃110上的一DRF 101向上重導向陽光120作為經偏轉光124。
藉由使用涉及日光重導向膜的適合構造，通常會落在地板上的陽光可被用來提供自然光照明。圖2展示可藉由已施用至一窗之鑲嵌玻璃的日光重導向膜201自地板重導向至天花板之光量的實例。圖2B中之箭頭指示已藉由日光重導向膜201自地板重導向至天花板之光。
建築物(住宅及商辨)佔所有消耗能量之約40%並且照明佔彼能量之約30%。即使用自然光取代人工照明之一分率(fraction)，仍可得到顯著能量節約。北美照明工程協會(Illuminating Engineering Society of North America(IES))已開發表徵日光照明系統之效率的全面性日光光照度度量，其名為空間晝光利用節能率(spatial Daylight Autonomy)或sDA。於美國各地的數個國防部場所處進行的深入研究顯示安裝3M DRF可增加sDA值。除了能量節約外，日光照明亦具有與增加工作者生產力、提高檢定成績及改善心情與精神相關之無形效益(soft benefit)。
雖然使用日光重導向膜的主要誘因之一者係能量節約，但是仍需要將視覺舒適度納入考量。發明人已觀察到，如圖1中所展示，雖然大部分陽光被導引向上，但是仍有一分率之陽光向下(圖中未展示)。此向下之光可造成居住者眩光。本揭露教導(尤其)用於降低眩光之光重導向膜之微結構化稜鏡元件的新設計。
本揭露大致上係關於光管理構造，其包含實用於面向室內光重導向膜之製備的微結構化稜鏡元件，該等光重導向膜具有降低的眩光。
本揭露之光管理構造包含一光學基材，該光學基材具有一第一主表面及一第二主表面，該第二主表面與該第一主表面對立。對於面向之室內構造，該光學基材之該第一主表面包含一或多個微結構化稜鏡元件。該等微結構化稜鏡元件具有一雙峰形狀，發明人已發現其降低眩光(即使在低太陽角度)。該等微結構化稜鏡元件一般係在一適合基材上之一有序配置之部件並且一起形成一光重導向膜。在一些實施例中，複數個微結構化稜鏡元件之該有序配置可形成一微結構陣列。該陣列可具有各種元件。舉例而言，該陣列可係線性(即，一系列平行線)、正弦狀(即，一系列波形線)、隨機或其等之組合。雖然有許多種陣列係可行的，但是希望陣列元件為離散(即，陣列元件未交叉或重疊)。
包含本申請案所揭示之微結構化稜鏡元件的膜及窗亦在本揭露之範疇內。
膜之使用准許舉例而言藉由使用層壓步驟將光重導向功能內建至現有窗中，而無需：(a)蝕刻或以其他方式永久地在實體上修改窗基材；或(b)在玻璃製造商的設施處製備具有光重導向性質之窗或鑲嵌玻璃。另外，藉由明智且審慎選擇額外層或併入適合的添加物以搭配現有的一光重導向膜之基材，光管理膜可提供額外功能，舉例而言，諸如抗震裂及紅外線或紫外線之反射或吸收。在某些實施例中， 光管理特徵可直接內建至一或多個鑲嵌玻璃基材中，排除使用額外膜層之需要。
除非另有指明，本文中所用所有科學以及技術詞彙具本技藝中所通用的意義。本文所提出的定義是要增進對於本申請案中常用之某些詞彙的理解，而非意欲排除彼等詞彙在本揭露內容脈絡中的合理解釋。
除非另有指明，否則說明書及申請專利範圍中用以表達特徵之尺寸、數量以及物理特性的所有數字，皆應理解為在所有情況下以「約(about)」一詞修飾之。因此，除非另有相反指示，否則在前述說明書以及隨附申請專利範圍中所提出的數值參數係近似值，其可依據所屬技術領域中具有通常知識者運用本文所揭示之教導所欲獲得的所欲特性而有所不同。起碼，至少應鑑於有效位數的個數，並且藉由套用普通捨入技術，詮釋各數值參數，但意圖不在於限制所主張申請專利範圍範疇均等者學說之應用。雖然本發明之廣泛範疇內提出之數值範圍及參數係近似值，但盡可能準確地報告在特定實例中提出之數值。然而，任何數值本質上都含有其各自試驗量測時所發現的標準偏差必然導致的某些誤差。
由端點表述的數值範圍包括在該範圍之內包含的所有數字(例如，自1至5之範圍包括例如1、1.5、2、2.75、3、3.80、4、及5)以及該範圍內的任何範圍。
如本說明書以及隨附申請專利範圍中所使用，除非內文明確地另有所指，單數形「一(a/an)」以及「該(the)」涵蓋具有複數個 指稱物(referents)的實施例。如本說明書以及隨附申請專利範圍中所使用，「或(or)」一詞一般是用來包括「及/或(and/or)」的意思，除非內文明確另有所指。
如本文中使用之用語「黏著劑(adhesive)」係指可用於將兩個組件(黏著物)黏著在一起之聚合物組成物。黏著劑之實例為熱活化黏著劑及壓敏黏著劑。
如本文中使用之用語「窗膜黏著層(window film adhesive layer)」係指包含適合接合一膜至一窗或鑲嵌玻璃的一黏著劑(舉例而言，諸如一壓敏性黏著劑)之一層。
如本文中使用之用語「相鄰(adjacent)」係指兩個元件(諸如一膜構造中之層)之相對位置，該兩個元件彼此接近且可彼此接觸或可非必然彼此接觸，並且及可具有將該兩個元件分開之一或多個層，如藉由出現「相鄰」的上下文脈絡所理解。
如本文中使用之用語「緊鄰(immediately adjacent)」係指彼此緊緊接近的兩個元件(諸如一膜構造中之層)之相對位置，並且不具有使該兩個元件分開的任意其他層，如藉由出現「緊鄰」的上下文脈絡所理解。
用語「構造(construction)」或「總成(assembly)」在提及多層膜時於本申請案中可互換使用，其中不同層可被共擠製、層壓、塗佈一層於另一層上方或其等之任意組合。
如本文中使用之用語「光重導向層(light redirecting layer)」係指包含微結構化稜鏡元件之一層。
如本文中使用之用語「光重導向膜(light redirecting film)」係指包含一或多個光重導向層及可選地包含其他額外層(諸如基材或其他功能層)之一膜。
當光源係太陽時，光重導向一般而言可稱為日光重導向、陽光重導向或太陽光重導向。
如本文中使用之用語「膜(film)」取決於上下文脈絡係指一單一層物品或係指一多層構造，其中不同層可以層壓、擠製、塗佈或其等之任意組合。
如本文中使用之用語「微結構化稜鏡元件(microstructured prismatic element)」係指一經工程設計的光學元件，其中特徵之至少2維係細微的(microscopic)，其將具有某些角特性之輸入光重導向成具有某些角特性之輸出光。在某些實施例中，該微結構化稜鏡元件之高度小於1000微米。一微結構化稜鏡元件可包含一單一峰結構、一多峰結構(諸如雙峰結構)、包含一或多個曲線之結構，或其等之組合。
如本文中使用之用語「漫射劑(diffusing agent)」係指併入於物品中增加行進通過同一物品之光之角擴散的特徵或添加物。
如本文中使用之用語「光學基材(optical substrate)」係指至少光學上透明之基材，並且其可係光學清透且亦可產生額外光學效果。光學基材之實例包括光學膜及鑲嵌玻璃基材，諸如玻璃板、聚烯烴板、聚醯亞胺板、聚碳酸酯板、聚酯板、及聚丙烯酸酯板。下文關於光學膜之使用的描述亦適用於鑲嵌玻璃基材之使用。
如本文中使用之用語「光學膜(optical film)」係指至少光學上透明、可係光學上清透且亦可產生額外光學效果的膜。額外光學效果之實例包括舉例而言光漫射、光偏振或某些波長之光的反射。光學膜可係在光譜之可見光區域中具有高光學透明度的任意適合的膜。光學膜可係一單一層膜或一多層膜構造。
如本文中使用之用語「光學上透明(optically transparent)」係指在人眼裸視下看起來為透明的膜或構造。如本文中使用之用語「光學上清透(optically clear)」係指對於可見光光譜之至少一部分(約400nm至約700nm)具有高透光率之膜或物件，且其展現低霧度。一光學上清透之材料在400nm至700nm波長範圍中通常具有至少約90百分比之光透射及小於約2百分比之霧度。光透射和霧度皆可以使用例如ASTM-D 1003-95之方法來測定。
如本文中使用之描述複數個結構之用語「有序配置(ordered arrangement)」係指規則的、重複的結構圖案。
如本文中使用之用語「眩光(glare)」係指依相對於水平參考線自0至45度向下之角度離開垂直定向之一光學實體(舉例而言，光學膜)的光量。
如本文中使用之用語「眩光比(glare ratio)」係指如上文定義之「眩光」對如本揭露中定義之「輸出光線之總能量」的比率。
如本文中使用之在一微結構化稜鏡元件之一側之上下文脈絡中的用語「實質上筆直(substantially straight)」係指幾乎平直的 側面，但可能因製程引起之誤差而造成偏離直線、或可能刻意地具有些微曲率(即，大半徑)以擴散重定向光。
如本文中使用之用語「入射光線(incident light rays)」係指該照射在光學實體上之射線束。
如本文中使用之用語「全內反射(total internal reflection)」係指當傳播中之電磁波(包括光)依大於特定臨界角度之角度照射一介質邊界時波被完全反射的現象。為了使全內反射發生，介質之另一側之折射率應小於入射介質之折射率。
如本文中使用之用語「輸出光線(output light rays)」係指透射通過且離開一光學實體之射線。
如本文中使用之用語「入射角度(incident angle)」係指自法向於一邊界的參考平面量測之入射射線的角度。
如本文中使用之用語「輸出光線之總能量(total energy of the output light rays)」係指透射通過經垂直定向之一光學實體的能量之量，其中輸出光線係依相對於一水平參考線自(-)90至(+)90度之角度離開的彼等輸出光線。
如本文中使用，如果材料1之折射率(「RI1」)係在材料2之折射率(「RI2」)的+/- 5%內，則稱值RI1「匹配(match)」RI2。
對於下文「面向室內(room-facing)」及「面向陽光(sun-facing)」的定義，假設一光重導向層具有一第一主表面及第二主 表面，該第二主表面與該第一主表面對立，且該光重導向膜之該第一主表面包含微結構化稜鏡元件。
如本文中使用，在光重導向膜或包含光重導向膜之構造的上下文脈絡中，用語「面向室內(room-facing)」係指其中入射光線在行進通過含有微結構化稜鏡元件的主表面之前，入射光線先行進通過不含有微結構化稜鏡元件之主表面的膜或構造。在最一般的組態中，光重導向膜定位在外窗上時(即，窗面對建築物之外部時)，處於「面向室內」組態的微結構化稜鏡元件被定向成面對房間之內部。然而，如本文中定義之用語「面向室內」亦可指至其中光重導向膜係在未面對建築物之外部而是在兩個內部區域之間之鑲嵌玻璃或其他種類基材上的組態。
如本文中使用，在光重導向膜或包含光重導向膜之構造的上下文脈絡中，用語「面向陽光(sun-facing)」係指其中入射光線先行進通過含有微結構化稜鏡元件的光重導向膜之主表面之後入射光線才行進通過另一主表面(該主表面不含有微結構化稜鏡元件)的膜或構造。在最一般的組態中，光重導向膜定位在外窗上時(即，窗面對建築物之外部時)，處於「面向陽光」組態的微結構化稜鏡元件被定向成面對太陽。然而，如本文中定義之用語「面向陽光」亦可指至其中光重導向膜係在未面對建築物之外部而是在兩個內部區域之間之鑲嵌玻璃上的組態。
如本文中使用之用語「可見光(visible light)」係指可見光譜中的輻射，在本揭露中係取自400nm至700nm。
7'‧‧‧窗
20‧‧‧設備
21‧‧‧基材
22‧‧‧基材供應捲筒
23‧‧‧輥
24‧‧‧微工具
25‧‧‧模製表面
26‧‧‧塗佈模具
27‧‧‧工具；圓柱狀工具
28‧‧‧輥
29‧‧‧光化輻射源
30‧‧‧捲筒
31‧‧‧微結構化複合物
101‧‧‧日光重導向膜(DRF)
110‧‧‧窗鑲嵌玻璃
120‧‧‧陽光
122‧‧‧未行進通過光重導向膜之陽光
124‧‧‧經偏轉光
201‧‧‧日光重導向膜
401‧‧‧第一主表面
402‧‧‧第二主表面
403‧‧‧光學基材
404‧‧‧參考X軸
405‧‧‧參考Y軸
406‧‧‧參考平面
407‧‧‧谷角
408‧‧‧入射角度
410‧‧‧微結構化稜鏡元件
412‧‧‧陽光；入射光線
圖1係展示使用一光重導向膜(LRF)之一典型組態，其示範光行進通過一面向室內之光重導向層後的光重導向。
圖2展示藉由使用一LRF可自地板重導向至天花板之光量的實例。
圖3展示窗上之一日柱(solar column)(白色條狀(white bar))之一目視實例。
圖4展示本揭露之一面向室內的微結構化稜鏡元件之一示意圖。
圖5展示一光重導向膜上之一漫射器層的效應。
圖6展示如實例1中描述之一面向室內的微結構化稜鏡元件之實施例的一剖面。
圖7展示如實例2中描述之一面向室內的微結構化稜鏡元件之另一實施例之剖面。
圖8展示如實例3中描述之一面向室內的微結構化稜鏡元件之另一實施例之剖面。
圖9呈現實例1之結構之眩光模型化資料。
圖10呈現實例2之結構之眩光模型化資料。
圖11呈現實例3之結構之眩光模型化資料。
圖12呈現本發明之實施例所量測眩光資料。
圖13係生產日光重導向膜之例示性程序組態之一透視圖。
元件標號
20 用於製作包含微結構化稜鏡元件之膜之處理設備
21 基材
22 基材供應捲筒
23 輥
24 工具之模製表面上的微工具
25 工具之模製表面
26 塗佈模具
27 工具
28 輥
29 光化輻射源
30 微結構化複合物儲存捲筒
31 微結構化複合物
101 日光重導向膜
110 窗鑲嵌玻璃
120 陽光
122 未行進通過光重導向膜之陽光
124 藉由光重導向膜而偏轉向上之陽光
201 施用至窗鑲嵌玻璃之日光重導向膜
401 光學基材之第一主表面
402 光學基材之第二主表面
403 光學基材
404 參考X軸
405 參考Y軸
406 參考平面
407 谷角
408 光入射角度
410 微結構化稜鏡元件
412 陽光
下文述敘將參考本文描述的隨附圖式。在某些情況中，圖式藉由圖解闡釋描繪本揭露之數個特定實施例。應瞭解，可設想出並做出不同於圖中所明確描繪之實施例的其他實施例而不偏離本揭露的範疇或精神。因此，以下之詳細敘述並非作為限定之用。
使用窗及類似構造以提供自然陽光至商辨及住宅建築物中之房間、走廊及其他區域。然而，自然陽光落在窗上的角度使得光在一般情況下不會穿透至房間或走廊中的較遠處。另外，由於在窗附近的傳入之光強度可能會令人不悅，所以會促使坐在窗附近的使用者拉上窗簾、百葉窗或簾幕，且因此消除潛在的房間照明源。因此，可將陽光自法向入射角度重導向至朝向天花板的一方向之構造係所欲的。
發明入已觀察到，雖然目前可用的許多光重導向膜將大部分的陽光向上重導向，但是許多彼等膜仍允許光之一分率向下。對於使用者而言，此向下光可造成眩光。此外，由於微結構化稜鏡元件 一般為線性且經水平定向，所以傳入射線主要往垂直方向折射/反射。陽光以約0.5度擴散(spread)高度準直且看起像是太陽圓面(solar disk)。在彼情況中，光重導向膜的效應係將此光垂直擴散以形成一日柱，諸如圖3中所展示者，其中該日柱看起來像是一垂直白色條狀。經向下導向之光的總分率及日柱之亮度促成眩光，其造成視覺不適。日柱之亮度取決於其角擴散。本揭露之微結構化稜鏡元件經設計成用以降低與光重導向膜相關聯之眩光量。
本揭露之複數個微結構化稜鏡元件係經設計成用以有效地朝一房間之天花板重導向傳入之太陽光。光學基材之整個表面可含有微結構化稜鏡元件，或該等微結構化稜鏡元件可僅存在於該光學基材之該表面之一部分上。在本發明之實施例中，微結構化稜鏡元件包含5個側且具有一雙峰形狀，如圖4中所繪示。微結構化稜鏡元件可視為自光學膜之表面立起的一有序突出物陣列。
在某些實施例中，一本揭露之光管理構造包含：一光學基材403，其具有一第一主表面401及一第二主表面402，第二主表面402與第一主表面401對立；其中一參考平面406界定為平行於該光學基材之該第一主表面及該第二主表面，且在該第一主表面與該第二主表面之間；其中一參考x軸404界定為法向於該參考平面；其中一參考y軸405界定為垂直於該參考x軸且落在平行於該參考平面之一平面內； 其中該參考x軸及該參考y軸在界定為原點之一位置處彼此交叉，該原點在該光學基材之該第一主表面上；其中該光學基材之該第一主表面包含一或多個微結構化稜鏡元件410；其中該參考x軸之正方向界定為自該原點朝向該一或多個微結構化稜鏡元件之方向；其中該參考y軸之正方向界定為自該原點相對於該參考x軸之該正方向在逆時針方向上的一方向；其中一微結構化稜鏡元件410之一剖面具有含五個實質上筆直側(側A、B、C、D及E)之一雙峰形狀，使得：一微結構化稜鏡元件之各側具有一第一端部及一第二端部；該微結構化稜鏡元件之側A平行於且相鄰於該光學基材之該第一主表面且自側A之該第一端部所在處之該原點往該參考y軸的該正方向延伸；該微結構化稜鏡元件之側B之該第一端部連接至側A之該第二端部，且側B之該第二端部連接至側C之該第一端部；其中側B自連接至側A之點朝向該參考x軸之該正方向延伸；其中側B與平行於該參考x軸之行進通過側A及側B連接之點的一線形成一角度α；該微結構化稜鏡元件之側C之該第二端部連接至側D之該第一端部； 其中側C自與側B之交叉點往一順時針方向延伸；該微結構化稜鏡元件之側D之該第二端部連接至側E之該第一端部；側C及側D界定自側C往一順時針方向朝向側D量測的一谷角407；微結構化稜鏡元件410之側E之該第二端部連接至側A之該第一端部；其中側E與行進通過側A及側E連接之點的該參考x軸形成一角度β；其中該谷角係自10至170度；其中自側A至該微結構化稜鏡元件之最高點的最短距離界定該微結構化稜鏡元件之高度；其中側A之長度界定該微結構化稜鏡元件之節距；其中藉由該高度除以該節距所界定的該微結構化稜鏡元件之縱橫比係1.55或以下；其中介於交叉於側B及側C連接之點的對側A之一法線與交叉於側C及側D連接之點的對側A之一法線之間的距離界定峰距(peak separation)；其中該峰距大於該節距之10%；其中在入射光線412先行進通過該光學基材403之該第二主表面402後才行進通過該光學基材之該第一主表面並進入該微結構化稜鏡元件時，當自平行於該參考x軸之一線順時針量測時該等入 射光線之角度若係65度或以下，則該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E；其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之一線順時針量測之自10至65度的該等入射光線412之一入射角度408之任意值下，依自平行於該參考x軸之一線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於25%。
在一些實施例中，一光管理構造包含具有自20至60微米之一節距的一或多個微結構化稜鏡元件。在其他實施例中，該節距係自35至45微米，或自45至55微米、或約40微米、或約50微米。
在一些實施例中，一光管理構造包含具有小於100微米之一高度的一或多個微結構化稜鏡元件。在其他實施例中，該高度係自25至100微米、或自30至80微米、或自40至70微米、或自50至70微米。
在一些實施例中，一光管理構造包含具有自1.1至1.5之一縱橫比的一或多個微結構化稜鏡元件。在其他實施例中，該縱橫比係自1.2至1.4、或自1.15至1.25、或自1.25至1.35、或自1.35至1.45、或自1.45至1.55、或約1.2、或約1.3、或約1.4、或約1.5。
在一些實施例中，一光管理構造包含具有自20度至150度之一谷角的一或多個微結構化稜鏡元件。在其他實施例中，該谷角係自40度至90度。
在一些實施例中，一光管理構造含包含具有大於該節距之15%之一峰距的一或多個微結構化稜鏡元件。在其他實施例中，該峰距大於該節距之20%。
在一些實施例中，一光管理構造包含具有自3至30度之一角度α的一或多個微結構化稜鏡元件。在其他實施例中，該角度α係自5至28度。
在一些實施例中，一光管理構造包含具有自5至15度之一角度β的一或多個微結構化稜鏡元件。在其他實施例中，該角度β係自5至10度、或自7至10度、或10度或以下、或9度或以下、或8度或以下、或7度或以下、或6度或以下。
在某些實施例中，一本揭露之光管理構造之眩光量係低，使得在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之一線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之一入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之一線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於18%。
在其他實施例中，一本揭露之光管理構造之眩光量係低，使得在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進 通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之一線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之一入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之一線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於15%。
在其他實施例中，一本揭露之光管理構造之眩光量係低，使得在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之一線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之一入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之一線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於13%。
在其他實施例中，一本揭露之光管理構造之眩光量係低，使得在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之一線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之一入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之一線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於10%。
在一些實施例中，在入射光線先行進通過一根據本揭露之光管理構造的該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面、且接著進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線 之角度係68度或以下時，該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
在一些實施例中，在入射光線先行進通過一根據本揭露之光管理構造的該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面、且接著進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係70度或以下時，該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
在一些實施例中，在入射光線先行進通過一根據本揭露之光管理構造的該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面、且接著進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係75度或以下時，該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
在一些實施例中，在入射光線先行進通過一根據本揭露之光管理構造的該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面、且接著進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係80度或以下時，該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
在一些實施例中，在入射光線先行進通過一根據本揭露之光管理構造的該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面、且接著進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係85度或以下時，該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
在其他實施例中，一光管理構造包含一或多個微結構化稜鏡元件，其具有相對於平行於該參考x軸且在其中點處與側A交叉之一軸對稱的一微結構化稜鏡元件。
在其他實施例中，一光管理構造包含具有自20至60微米之一節距的一或多個對稱微結構化稜鏡元件。
在其他實施例中，一光管理構造包含具有自30至90微米之一高度的一或多個對稱微結構化稜鏡元件。
在其他實施例中，一光管理構造包含具有小於1.5之一縱橫比的一或多個對稱微結構化稜鏡元件。
在其他實施例中，一光管理構造包含具有自30至90度之一谷角的一或多個對稱微結構化稜鏡元件。
在其他實施例中，一光管理構造包含具有自5至12度之一角度α的一或多個對稱微結構化稜鏡元件。
在其他實施例中，一光管理構造包含一或多個對稱微結構化稜鏡元件，其中該微結構化稜鏡元件之峰及/或谷被去角。
在某些實施例中，該光管理構造包含微結構化稜鏡元件之間的一間隙。在一些實施例中，該間隙係該節距之一小分率，舉例而言1%至2%。在一些其他實施例中，該間隙可非常大，舉例而言比該節距更大，以允許透過該光管理構造直視。
在某些實施例中，一光管理構造包含一或多個微結構化稜鏡元件，其中：●該節距係自35至55微米； ●該高度係自45至78微米；●該縱橫比係自1.2至1.5；●該谷角係自60至80度；●該角度α係自15至25度；及●該角度β係自5至15度。
在某些實施例中，一光管理構造包含一或多個對稱微結構化稜鏡元件，其中：●該節距係約40微米；●該高度係約55微米；●該縱橫比係約1.4；●該谷角係約72度；●該角度α係約17度；及●該角度β係約10度。
在某些實施例中，一光管理構造包含一或多個對稱微結構化稜鏡元件，其中：●該節距係自35至55微米；●該高度係自45至78微米；●該縱橫比係自1.2至1.5；●該谷角係自60至80度；●該角度α係自5至15度；及●該角度β係自5至15度。
在某些實施例中，一光管理構造包含一或多個微結構化稜鏡元件，其中：●該節距係約40微米；●該高度係約55微米；●該縱橫比係約1.4；●該谷角係約72度；●該角度α係約10度；及●該角度β係約10度。
在某些實施例中，一光管理構造包含一或多個微結構化稜鏡元件，其中：●該節距係自35至55微米；●該高度係自45至78微米；●該縱橫比係自1.2至1.4；●該谷角係自60至80度；●該角度α係自10至25度；及●該角度β係自5至16度。
在某些實施例中，一光管理構造包含一或多個微結構化稜鏡元件，其中：●該節距係約40微米；●該高度係約52微米；●該縱橫比係約1.3；●該谷角係約74度； ●該角度α係約17度；及●該角度β係約12度。
光重導向膜
用作為用於微結構化稜鏡元件之基材的光學膜或多層光學膜一般係由准許膜為光學上清透的聚合材料來製備。適合的聚合材料之實例包括舉例而言聚烯烴(諸如聚乙烯及聚丙烯)、聚氯乙烯、聚酯(諸如聚對苯二甲酸乙二酯(PET))、聚醯胺、聚胺甲酸酯、醋酸纖維素、乙基纖維素、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚矽氧、及其等之組合與摻合物。光學膜可含有除聚合材料外的其他組分，諸如填料、穩定劑、抗氧化劑、塑化劑及類似者。在一些實施例中，光學膜可包含穩定劑，諸如UV吸收劑(UVA)或受阻胺光穩定劑(HALS)。適合的UVA包括舉例而言苯并三唑UVA，諸如可得自Ciba(Tarrytown,NY)的TINUVIN P、213、234、326、327、328、405及571之化合物。適合的HALS包括可得自Ciba(Tarrytown,NY)的TINUVIN 123、144、及292之化合物。
可依各種方式形成包含有序微結構化稜鏡元件配置的微結構層於光學基材之一主表面上。微結構層一般包含一熱塑性或一熱固性材料。
使用各種方法製造上文描述之微結構化構造，包括壓紋、擠製、澆鑄及固化、壓縮模製以及射出成形。美國專利第6,322,236號中描述一種適合用於形成微結構化膜之壓紋方法，其包括 用以形成圖案化捲筒之鑽石車削技術，接著使用該圖案化捲筒用於將微結構化表面壓紋在一膜上。可使用一種類似方法以形成上文描述之構造，該構造具有複數個非對稱結構之一有序配置。
可依循其他做法來產生具有含重複圖案之微結構化表面的一膜。舉例而言，可使用其上具有特定圖案之模具來射出成形該膜。經射出成形之所得膜具有與模具中之圖案互補之一表面。在另一且類似做法中，可壓縮模製該膜。
在一些實施例中，使用稱為澆鑄及固化之做法來製備微結構化構造。在澆鑄及固化期間，將一可固化混合物塗佈在要被施用一微結構化工具的一表面上，或將該混合物塗佈在一微結構化工具中並且使該經塗佈之微結構化工具接觸一表面。接著，該可固化混合物被固化且移除工具，以提供一微結構化表面。適合的微結構化工具之實例包括微結構化模具及微結構化襯墊。適合的可固化混合物之實例包括熱固性材料，諸如用於製備聚胺甲酸酯、聚環氧化物(polyepoxide)、聚丙烯酸酯、聚矽氧及類似者之可固化材料。可使用澆鑄及固化方法以在一光學膜基材或一鑲嵌玻璃基材上提供一微結構化表面。
包含光重導向膜之層壓板(laminate)
在一些實施例中，可將光學膜層壓至一鑲嵌玻璃或任意其他適合的基材。待置放成與鑲嵌玻璃或基材接觸的光學膜之此表面一般含有將光重導向膜黏附至鑲嵌玻璃或基材表面的一塗層，諸如一 黏著劑塗層。適合的黏著劑之實例包括舉例而言熱活化黏著劑、壓敏性黏著劑或可固化黏著劑。適合的光學上清透可固化黏著劑之實例包括美國專利第6,887,917案(Yang等人)中描述之彼等者。取決於黏著劑之本質，黏著劑塗層可具有附接至其之一離型襯墊，以保護黏著劑塗層以防過早黏附至表面並且防止污物及其他碎屑黏附至黏著劑表面。離型襯墊一般保持在適當位置直到該光重導向層壓板被附接至鑲嵌玻璃或基材。一般而言，使用壓敏性黏著劑。
有許多種壓敏性黏著劑組成物係適合的。在一些實施例中，該壓敏性黏著劑係光學上清透。壓敏性黏著劑組分可係具有壓敏性黏著劑性質的任意材料。另外，壓敏性黏著劑組分可係單一壓敏性黏著劑，或壓敏性黏著劑可係兩種或兩種以上壓敏性黏著劑之組合。
適合的壓敏性黏著劑包括舉例而言基於下列彼等者：天然橡膠、合成橡膠、苯乙烯嵌段共聚物、聚乙烯醚、聚(甲基)丙烯酸酯(包括丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯兩者)、聚烯烴、聚矽氧或聚乙烯丁醛。
光學清透壓敏性黏著劑可係基於(甲基)丙烯酸酯之壓敏性黏著劑。實用的烷基(甲基)丙烯酸酯(即，丙烯酸烷基酯單體)包括非三級烷醇之直鏈或支鏈單官能性不飽和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，其烷基具有自4至14個碳原子，且具體而言，自4至12個碳原子。聚(甲基)丙烯酸壓敏性黏著劑衍生自舉例而言：至少一烷基(甲基)丙烯酸酯酯單體，舉例而言，諸如異辛基丙烯酸酯、異壬基丙烯酸酯、2-甲基-丁基丙烯酸酯、2-乙基-正已基丙烯酸酯及正丁基丙烯酸酯、異丁 基丙烯酸酯、已基丙烯酸酯、正辛基丙烯酸酯、正辛基甲基丙烯酸酯、正壬基丙烯酸酯、異戊基丙烯酸酯、正癸基丙烯酸酯、異癸基丙烯酸酯、異癸基甲基丙烯酸酯、丙烯酸異冰片酯、4-甲基-2-戊基丙烯酸酯及十二基丙烯酸酯；及至少一可選的共單體組分，舉例而言，諸如(甲基)丙烯酸、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯啶酮、(甲基)丙烯醯胺、乙烯酯、反丁烯二酸酯(fumarates)、苯乙烯巨分子單體、烷基順丁烯二酸(alkyl maleates)及烷基反丁烯二酸酯(alkyl fumarates)(分別基於順丁烯二酸及反丁烯二酸)，或其等之組合。
在一些實施例中，可使用熱可活化黏著層，諸如聚乙烯丁醛或其他熱塑性黏著劑，或其等之摻合物。聚乙烯丁醛樹脂可包括每一百份樹脂約20至80份塑化劑或(或許)約25至60份塑化劑。適合的塑化劑之實例包括多元酸或多元醇之酯類。適合的塑化劑係三甘醇雙(2-丁酸乙酯)、三甘醇二-(2-乙基己酸酯)、三甘醇二庚酯、四甘醇二庚酯、己二酸二己酯、己二酸二辛酯、已基環己基己二酸、庚基與壬基己二酸之混合物、己二酸二異壬酯、己二酸庚基壬酯、癸二酸二丁酯、諸如油改性癸二酸醇酸之聚合塑化劑、及磷酸酯與己二酸之混合物(諸如美國專利第3,841,890號中揭示者)及己二酸(諸如美國專利第4,144,217號中揭示者)。
黏著層可經交聯。可藉由熱，水汽或輻射使黏著劑交聯，形成使黏著劑流動能力改性之共價交聯網。交聯劑可添加至所有類型黏著劑配方，但是取決於塗佈及處理條件，可藉由熱或輻射能量 或藉由水汽啟動固化。在交聯劑添加係非所欲的情況中，若需要，可藉由暴露於電子束使黏著劑交聯。
可控制交聯程度以符合特定效能要求。黏著劑可選地進一步包含一或多個添加物。取決於聚合方法、塗佈方法、最終用途等，可使用選自由下列項目組成之群組的添加物：起始劑、填料、塑化劑、增黏劑、鏈移轉劑、發泡劑、抗氧化劑、穩定劑、阻燃劑、黏度增強劑、及其等之混合物。
除了光學上清透外，壓敏性黏著劑亦可具有使其適合層壓至大基材(諸如窗)的額外特徵。暫時可移除性屬於這些額外特徵中。暫時可移除之黏著劑係含相對低初始黏著性、准許自基材暫時可移除及在基材上重新定位的黏著劑，其中黏著性隨時間而逐漸增強以形成充分強的接合。暫時可移除之黏著劑之實例描述於舉例而言美國專利第4,693,935(Mazurek)號中。替代地或此外，為了暫時可移除，壓敏性黏著劑層可含有一微結構化表面。此微結構化表面准許在將黏著劑層壓至一基材時使空氣流出。對於光學應用，黏著劑一般將溼潤基材之表面並且流動至足以使微結構隨時間消失且因此不會影響黏著層之光學性質的程度。可藉由使黏著劑表面接觸至一微結構化工具(諸如含一微結構化表面之一離型襯墊)而獲得一微結構化黏著劑表面。
壓敏性黏著劑可本質上黏稠。若需要，增黏劑可添加至基底材料以形成壓敏性黏著劑。舉例來說，有用的增黏劑包括松酯樹脂、芳烴樹脂、脂族烴樹脂、以及萜烯樹脂。可為了特殊目的添加其 他材料，包括舉例而言油、塑化劑、抗氧化劑、紫外線(「UV」)穩定劑、氫化丁基橡膠、顏料、固化劑、聚合物添加物、增稠劑、鏈移轉劑及其他添加物，前提為這些材料不會降低壓敏性黏著劑之該光學清透度。在一些實施例中，壓敏性黏著劑可含有UV吸收劑(UVA)或受阻胺光穩定劑(HALS)。適合的UVA包括舉例而言苯并三唑UVA，諸如可得自Ciba(Tarrytown,NY)的TINUVIN P、213、234、326、327、328、405及571之化合物。適合的HALS包括可得自Ciba(Tarrytown,NY)的TINUVIN 123、144、及292之化合物。
本揭露之壓敏性黏著劑展現所欲光學性質，舉例而言，諸如受控制之光透射及霧度。在一些實施例中，塗佈有壓敏性黏著劑的基材之光透射可實質上相同於單獨基材之光透射。
使用層壓板的額外功能性
除了作為用於微結構化表面之載體及支撐層外，光學膜亦可為光重導向膜提供額外功能性。舉例而言，光學膜可係可反射紅外光的多層膜。依此方式，光重導向層壓板亦可有助於將非所欲的紅外光(熱)擋在建築物外面，同時允許所欲的可見光進入建築物中。作為光學膜實用的適合多層膜之實例包括舉例而言美國專利第6,049,419號、第5,223,465號、第5,882,774號、第6,049,419號、第RE 34,605號、第5,579,162號及第及5,360,659號中描述者。在一些實施例中，光學膜係其中交替之聚合層協作以反射紅外光的多層膜。在一些實施例中，聚合層之至少一者係雙折射聚合物層。
除了已描述之黏著劑塗層外，光學膜亦可具有在不含有微結構化稜鏡元件的主表面上的額外塗層(或取代已描述之黏著劑塗層)。舉例而言，第二主表面可含有抗眩光塗層。使用適合的技術，在微結構化稜鏡元件所在的相同主表面上，額外層或塗層可添加至光學基材。此類型構造具有藉由上文描述之構造所提供之相同類型功能性，其中使用兩個分開的窗格或鑲嵌玻璃。
另外，光學膜可經設計成用以提供除了上文描述之光學特徵外的額外有利結構特徵至鑲嵌玻璃層壓板。層壓於兩個鑲嵌玻璃基材之間之膜的存在一般會改善鑲嵌玻璃層壓板之強度及抗震裂。可藉由舉例而言包括抗震裂或抗撕裂特徵至光學膜來增強此類性質。可藉由選擇具有此類特徵之材料來提供此類特徵，或如果光學膜係一單一膜層，則使用適當厚度之膜以給予此類特徵，或如果光學膜係一多層膜，則藉由併入具有此類特徵的膜以給予此類特徵。
窗及鑲嵌玻璃物品
在一些實施例中，本揭露之光管理構造可附接至鑲嵌玻璃基材以提供含光重導向性質的物品，諸如窗或鑲嵌玻璃物品。在某些實施例中，光管理構造係層壓於兩個鑲嵌玻璃基材之間的膜。該等鑲嵌玻璃基材包含一內表面及一外表面。在一實施例中，光管理膜係層壓於該等鑲嵌玻璃基材之該兩個內表面之間。在一實施例中，該等鑲嵌玻璃基材至少係光學上透明，且可係光學清透。可自各種不同材料(包括舉例而言各種不同類型玻璃)或自聚合材料(諸如聚烯烴、 聚醯亞胺、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯)來製備實例或適合的鑲嵌玻璃基材。在一些實施例中，鑲嵌玻璃基材亦可包含額外層或處理。額外層之實例包括(舉例而言)經設計以提供眩光降低、染色、抗震裂及類似者之膜的額外層。可存在於鑲嵌玻璃基材上的額外處理之實例包括舉例而言塗佈或各種類型(諸如硬塗層)及蝕刻(諸如裝飾性蝕刻)。
在光管理構造包含在一鑲嵌玻璃基材上之一微結構化表面的實施例中，微結構化鑲嵌玻璃基材可被併入於一多層鑲嵌玻璃物品中。可藉由層壓一或多個額外鑲嵌玻璃基材至微結構化鑲嵌玻璃基材來製備此類物品。一般而言，至少微結構化鑲嵌玻璃基材之微結構化表面被層壓至一額外鑲嵌玻璃基材，但是在鑲嵌玻璃物品中可包括額外鑲嵌玻璃基材及/或額外層(諸如膜層或塗層)。
在一些實施例中，光管理膜含有在光學膜之適合表面上的黏著層以將該膜層壓至一第一鑲嵌玻璃基材。可藉由一離型襯墊保護該黏著層。該離型襯墊可含有一微結構化表面以賦予微結構至該黏著劑表面且准許在將該光管理膜層壓至該基材時使空氣流出。此空氣流出輔助在層壓中排除氣泡。
如上述，該黏著劑亦可係可移除的，意指具有相對低初始黏著性、准許自基材暫時可移除及在基材上重新定位的黏著劑，其中黏著性隨時間而逐漸增強以形成充分強的接合。在欲層壓大面積基材時此可特別實用。
在某些實施例中，已藉由有時稱為「溼式(wet)」的施用程序，達成將一物品(諸如光管理膜)層壓至一大表面基材。溼式施用程序涉及噴塗液體(一般為水/界面活性劑溶液)至大型物品之黏著劑側上，並且可選地至基材表面上。液體使壓敏性黏著劑暫時「降黏(detackifies)」，所以安裝者可處置、滑動及重新定位大型物品至基材表面上的一所欲位置。若大型物品黏住本身或提前黏附至基材之表面，液體亦允許安裝者拉離大型物品。施用液體至黏著劑亦可藉由提供在基材之表面上建立之良好黏著性的平滑、無氣泡外觀，而改善經安裝之大型物品的外觀。
雖然在許多情況中已成功使用溼式施用程序，但其係耗時且麻煩的程序。因此，在某些實施例中，對於安裝大型圖形物品，「乾式」施用程序通常可係所欲的。可用乾式安裝程序施用自溼潤且可移除之黏著劑。物品易於附接至大基材，此係因為彼等物品係自溼潤且還可輕易地按需要移除及重新定位。
在其他實施例中，黏著層可施用至第一鑲嵌玻璃基材之內表面。該第一鑲嵌玻璃基材上之黏著層可選自上文描述之黏著劑。可藉由一離型襯墊保護該黏著層，或可在層壓光管理膜之前，先將黏著層施用至第一鑲嵌玻璃基材。
漫射器與光重導向膜之組合
使用自然日光照明一區域時經常遇到如何充分且均勻地擴散光的問題。在一些情況中，舉例而言，其中照明建築物內的一區 域，通常彼區域之若干部分的照明不如其他部分的照明良好，並且建築物之使用者在一些地點亦會受到來自光源之眩光的困擾。減少眩光之一種解決方案是在光學路徑中引入漫射器層。漫射器有助於將可歸因於光在行進通過光重導向膜後向下行進而已形成的日柱(solar column)散開。此外，漫射器層藉由漫射向上導向之光而提供更均勻的天花板照明，如圖5中所展示。
各種漫射器已經開發且已為所屬技術領域中熟知。舉例而言，下列專利及專利申請案描述各種類型漫射器：2013年12月5日申請之美國專利公開案第2014/0104689號，標題為「Hybrid Light Redirecting and Light Diffusing Constructions」(Padiyath等人)；2013年12月5日申請之PCT申請公開案第WO 2014/093119號，標題為「Brightness Enhancing Film with Embedded Diffuser」(Boyd 等人)；2001年9月11日頒布之美國專利第6,288,172號，標題為「Light Diffusing Adhesive」(Goetz等人)；2013年4月12日申請之PCT申請公開案第WO 2013/158475號，標題為「Brightness Enhancement Film with Substantially Non-imaging Embedded Diffuser」(Boyd等人)在本段落中之該等專利及專利申請案中揭露之漫射器係以引用之方式併入本文。大致上而言，本揭露之構造中可使用任意漫射器或漫射層，包括本段落中提及者，及所屬技術領域中熟知之其他者。在某些實施例中，可與包含根據本揭露之微結構化稜鏡元件的光重導向膜組合地(作為單一構造或用在兩膜解決方案中)使用本段落之引用文件中揭露的漫射器之任意者。
在為例示說明漫射器之效果所執行的研究中，比較圖5A中所展示之裸光重導向膜之光輸出分布與圖5B中所展示之依45度照明角度之DRF/漫射器構造(DRF在漫射器層前)。漫射器層擴散經向上及向下導向之光。比較在圖5B中之0度仰角的水平剖面。日柱之亮度與峰之寬度及高度成比例。在加入漫射器情況中，峰之寬度增加約兩倍且峰之高度減少約二分之一。使用漫射器層顯著降低眩光及日柱之能見度。
將漫射器層之效果與光重導向膜組合的一項選項係黏附光重導向膜至窗並且將漫射器裝至附加窗格。在其他實施例中，漫射器及光重導向膜兩者皆被層壓成一單一構造，接著可按需要將該單一構造施用至一鑲嵌玻璃或其他類型基材。
在一些實施例中，漫射性質可位於用作為光重導向構造之部件的黏著劑內，或運用可在其中使用的基材之任意者，諸如光學基材。在某些實施例中，可藉由引入表面粗糙度、體漫射(bulk diffusion)或內嵌式漫射器，來修改前述句子中提及之元件之任意者的漫射性質。
例示性實施例
1.一種光管理構造，其包含：光學基材，其具有第一主表面及第二主表面，該第二主表面與該第一主表面對立； 其中參考平面界定為平行於該光學基材之該第一主表面及該第二主表面，且在該第一主表面與該第二主表面之間；其中參考x軸界定為法向於該參考平面；其中參考y軸界定為垂直於該參考x軸且落在平行於該參考平面之平面內；其中該參考x軸及該參考y軸在界定為原點之位置處彼此交叉，該原點在該光學基材之該第一主表面上；其中該光學基材之該第一主表面包含一或多個微結構化稜鏡元件；其中該參考x軸之正方向界定為自該原點朝向該一或多個微結構化稜鏡元件之方向；其中該參考y軸之正方向界定為自該原點相對於該參考x軸之該正方向在逆時針方向上的方向；其中微結構化稜鏡元件之剖面具有含五個實質上筆直側(側A、B、C、D及E)之雙峰形狀，使得：微結構化稜鏡元件之各側具有第一端部及第二端部；該微結構化稜鏡元件之側A平行於且相鄰於該光學基材之該第一主表面且自側A之該第一端部所在處之該原點往該參考y軸的該正方向延伸；該微結構化稜鏡元件之側B之該第一端部連接至側A之該第二端部，且側B之該第二端部連接至側C之該第一端部； 其中側B自連接至側A之點朝向該參考x軸之該正方向延伸；其中側B與平行於該參考x軸之行進通過側A及側B連接之點的線形成角度α；該微結構化稜鏡元件之側C之該第二端部連接至側D之該第一端部；其中側C自與側B之交叉點往順時針方向延伸；該微結構化稜鏡元件之側D之該第二端部連接至側E之該第一端部；側C及側D界定自側C往順時針方向朝向側D量測的谷角；該微結構化稜鏡元件之側E之該第二端部連接至側A之該第一端部；其中側E與行進通過側A及側E連接之點的該參考x軸形成角度β；其中該谷角係自10至170度；其中自側A至該微結構化稜鏡元件之最高點的最短距離界定該微結構化稜鏡元件之高度；其中側A之長度界定該微結構化稜鏡元件之節距；其中藉由該高度除以該節距所界定的該微結構化稜鏡元件之縱橫比係1.55或以下； 其中介於交叉於側B及側C連接之點的對側A之法線與交叉於側C及側D連接之點的對側A之法線之間的距離界定峰距(peak separation)；其中該峰距大於該節距之10%；其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並進入該微結構化稜鏡元件時，當自平行於該參考x軸之線順時針量測時該等入射光線之角度若係65度或以下，則該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E；其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於25%。
2.如實施例1之光管理構造，其中該節距係自20至60微米。
3.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該節距係自35至45微米。
4.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該節距係自45至55微米。
5.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該節距係40微米。
6.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該節距係50微米。
7.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該高度小於100微米。
8.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該高度係自25至100微米。
9.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該高度係自30至80微米。
10.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該高度係自40至70微米。
11.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該高度係自50至70微米。
12.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該縱橫比係自1.0至1.5。
13.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該縱橫比係自1.1至1.4。
14.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該縱橫比係自1.15至1.25。
15.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該縱橫比係自1.25至1.35。
16.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該縱橫比係自1.35至1.45。
17.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該縱橫比係自1.45至1.55。
18.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該縱橫比係約1.2。
19.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該縱橫比係約1.3。
20.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該縱橫比係約1.4。
21.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該縱橫比係約1.5。
22.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該谷角係自20度至150度。
23.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該谷角係自40度至90度。
24.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該峰距大於該節距之15%。
25.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該峰距大於該節距之20%。
26.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該角度α係自3至30度。
27.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該角度α係自5至28度。
28.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該角度β係自5至15度。
29.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該角度β係自5至10度。
30.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該角度β係自7至10度。
31.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該角度β係10度或以下。
32.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該角度β係9度或以下。
33.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該角度β係8度或以下。
34.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該角度β係7度或以下。
35.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該角度β係6度或以下。
36.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於20%。
37.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於18%。
38.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於15%。
39.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於13%。
40.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之入射角度之任意值下， 依自平行於該參考x軸之線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於10%。
41.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係68度或以下時，則該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
42.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係70度或以下時，則該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
43.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係75度或以下時，則該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
44.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係80度或以下時，則該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
45.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係85度或以下時，則該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
46.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該微結構化稜鏡元件相對於平行於該參考x軸且在其中點處與側A交叉之軸對稱。
47.如前述實施例中任一項之光管理構造，其包含對稱微結構化稜鏡元件，其中該節距係自20至60微米。
48.如前述實施例中任一項之光管理構造，其包含對稱微結構化稜鏡元件，其中該高度係自30至90微米。
49.如前述實施例中任一項之光管理構造，其包含對稱微結構化稜鏡元件，其中該縱橫比小於1.5。
50.如前述實施例中任一項之光管理構造，其包含對稱微結構化稜鏡元件，其中該谷角係自30至90度。
51.如前述實施例中任一項之光管理構造，其包含對稱微結構化稜鏡元件，其中該角度α係自5至15度。
52.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該微結構化稜鏡元件之峰及/或谷被去角。
53.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中微結構化稜鏡元件之間有間隙。
54.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中：●該節距係自35至55微米；●該高度係自45至78微米；●該縱橫比係自1.2至1.5；●該谷角係自60至80度；●該角度α係自15至25度；且 ●該角度β係自5至15度。
55.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中：●該節距係約40微米；●該高度係約55微米；●該縱橫比係約1.4；●該谷角係約72度；●該角度α係約17度；且●該角度β係約10度。
56.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該微結構化稜鏡元件係對稱，且其中：●該節距係自35至55微米；●該高度係自45至78微米；●該縱橫比係自1.2至1.5；●該谷角係自60至80度；●該角度α係自5至15度；且●該角度β係自5至15度。
57.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該微結構化稜鏡元件係對稱，且其中：●該節距係約40微米；●該高度係約55微米；●該縱橫比係約1.4；●該谷角係約72度； ●該角度α係約10度；且●該角度β係約10度。
58.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中：●該節距係自35至55微米；●該高度係自45至78微米；●該縱橫比係自1.2至1.4；●該谷角係自60至80度；●該角度α係自10至25度；且●該角度β係自5至16度。
59.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中：●該節距係約40微米；●該高度係約52微米；●該縱橫比係約1.3；●該谷角係約74度；●該角度α係約17度；且●該角度β係約12度。
60.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該光管理構造進一步包含漫射器層。
61.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該光學基材係漫射器。
62.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該光管理構造進一步包含與該光學基材之該第二主表面相鄰的窗膜黏著層。
63.如前述實施例中任一項之光管理構造，其中該光管理構造進一步包含：●與該光學基材之該第二主表面相鄰的窗膜黏著層；及可選地，與該窗膜黏著層相鄰的襯墊。
實例
這些實例僅用於闡釋之目的，並非意圖限制隨附申請專利範圍之範疇。實例及說明書其餘部分中之所有份數、百分比、比率等皆依重量計，除非另有說明。
實例1：面向室內之微結構化稜鏡元件設計
圖6中展示來自此設計之新膜之結構的剖面圖。
微結構之節距係50um，高度係66um，及縱橫比係大約1.3。谷角係約74度，且角度β係11.6度。膜之結構化側經設計成面向室內。
陽光行進通過膜後，大多數光被向上朝天花板重導向。有一些光被陡峭地向下重導向，其不會造成眩光。被重導向成0至45度向下的剩餘光最少。使用本申請案中的眩光定義，眩光比係<20%。由於在此角區域中的光強度非常小，所以可藉由施用光漫射器膜而輕易地處理眩光問題，其亦排除如微結構化之光學膜所常見的日柱問題。
實例2：面向室內之微結構化稜鏡元件設計
圖7中展示來自此設計之新膜之結構的剖面圖。
微結構之節距係50um，高度係68um及縱橫比係大約1.4。谷角係約72度，且角度β係10.5度。此膜可面對房間使用及面對太陽使用。
陽光行進通過膜後，大多數光被向上朝天花板重導向。有一些光被陡峭地向下重導向，其不會造成眩光。被重導向成0至45度向下的剩餘光最少。使用本申請案中的眩光定義，眩光比係<20%。由於在此角區域中的光強度非常小，所以可藉由施用光漫射器而輕易地處理眩光問題，其亦排除如微結構化之光學膜所常見的日柱問題。
實例3：面向室內對稱微結構設計
圖8中展示來自此設計之新膜之結構的剖面圖。
微結構之節距係40um，高度係55um及縱橫比係約1.4。谷角係約72度，且角度β係10度。膜之結構化側經設計成用以面對太陽。結構係一對稱的設計。
陽光行進通過膜後，大多數光被向上朝天花板重導向。有一些光被陡峭地向下重導向，其不會造成眩光。被重導向成0至45度向下的剩餘光最少。使用本申請案中的眩光定義，眩光比係<25%。由於在此角區域中的光強度非常小，所以可藉由施用光漫射器而輕易地處理眩光問題，其亦排除如微結構化之光學膜所常見的日柱問題。
眩光模型化資料
使用來自Breault Research Organization,Inc.(Tucson,AZ)之ASAP Pro 2014 V1 SP1光學模型化軟體來模型化依據照明(輸入)角度而變化的各種光重導向結構之光學效能，且透過來自Wolfram Research,Inc.(Champaign,IL)的科學軟體Mathematica來建立控制函數及輸入與輸出檔案。
各光重導向結構設計候選膜被建構為形成在一基底膜上的一系列微結構(齒狀物)。為了模型化目的，假設微結構係由名為Wrigley的3M專屬樹脂所製成，並且假設基底係由PET所製成。由於樹脂之折射率大致上隨波長而異，所以選取日光光譜之綠色區中的單一具體代表性532.5奈米波長，用於進行模型之射線追跡。在彼波長，齒狀樹脂之折射率係1.51475，且基底之折射率係1.66。各齒狀物之基底被固定在40微米，且齒狀物之間無間隙。經判定，由二十個齒狀物組成之設計足以用於射線追跡。基底膜之厚度係25微米。各齒狀物特徵化介於基底膜與齒狀物特徵之底部之間之樹脂的未結構化層。此未結構化層稱為「台面(land)」並且表示製造工具接近基底膜的程度。在這些模型中，採用2微米之台面。採用射線追跡之蒙地卡羅(Monte Carlo)統計方法。表示在高於水平之太陽仰角中所選取角擴散內的入射陽光的來源檔案經預定且用於搭配各設計進行射線追跡。各來源檔案中的射線開始於相同水平座標，但是沿一個齒狀物節距的垂直座標跨度於空間上隨機置放。假設射線位於法向於膜之一平面內。所有設計使用相同來源檔案。總太陽仰角擴散係自0度(表示水平太 陽入射角)至90度(表示垂直太陽入射角)。90度之總角擴散被劃分成1度增量，建立總共90個來源檔案。一給定來源檔案將含有待射線追跡之來源射線，其中在彼仰角之角增量內隨機地定向1000個射線，在這些模型中，1度擴散。例如，第一個檔案將係用於自0至1度太陽仰角之角擴散內的射線，第二個檔案將係自1至2度，且以此類推直到自89至90度的最後一個來源檔案。繼而，針對各角增量一次來自一個來源檔案的射線被定位在膜跨度(film span)之中心的上方並且射線追跡開始於膜前2微米。各射線大致上將在材料之間之介面處分裂且被部分地透射及部分反射。對於各射線以及對於射線之分裂子射線而言，這會發生許多次。一偵測器定位在來源射線前面2微米處，以記錄入射在其上之所有經反射射線的光強度及方向。另一偵測器定位在膜後方2微米處，以記錄所有經透射射線的光強度及方向。偵測器射線資料被格化在1度增量內，以展示經透射射線及經反射射線的偵測器資料分佈。自此資料，如本申請案中定義的眩光被判定且依據照明角度予以標繪。在各照明角度的較低眩光值係所欲的。
圖9中展示來自圖6之結構的眩光模型化資料。圖10中展示來自圖7之結構的眩光模型化資料。圖11中展示來自圖8之結構的眩光模型化資料。
眩光量測資料
使用來自Radiant Zemax之Imaging Sphere(IS-SA-13-1)量測依據照明(輸入)角度而變化的各種光重導向結構之光學效 能。對於各設計，針對介於0(正面(head on))與76度之間之照明(仰角)角度，量測經透射光之角度分佈(BTDF-Bidirectional Transmission Distribution Function(雙向透射分佈函數))。眩光(TSQuad2)定義為介於向下0與45度之間之光透射量並且針對自所量測之BTDF的各結構及照明(仰角)角度予以判定。圖12中呈現這些量測結果，其中針對具有與實例1相同角度但節距係40微米之結構的所量測之眩光資料標示為1，針對實例4之結構的所量測之眩光資料標示為2，及針對實例3之結構的所量測之眩光資料標示為3。在各照明角度之較高值指示較多眩光。舉例而言，在12至16度照明角度，實例4之結構經判定為具有圖12中所展示之所有結構的最高眩光。
製造包含微結構之膜
實例4：DRF之製造
依60/20/4/8/8重量比組合Photomer 6010、SR602、SR601、SR351及Etermer 210以產生可固化樹脂。分別以每100份樹脂0.35及0.1份之重量比添加iIrgacure TPO及Darocur 1173。基材係由3M Company所生產的50微米厚之PET膜。
使用圖13中大致上展示之設備20建立微結構化稜鏡元件，其中自捲筒22供應基材21。透過一軟管進給可固化樹脂至塗佈模具26，並且基材21之一實質部分在接觸圓柱狀工具27前塗佈有該樹脂。圓柱狀工具27包含模製表面25，其具有與圖7中所展示之設計相反的微工具24，惟該設計具有40微米節距及55微米高度除外。微工具24在模製表面25上經定向，使得產生的微結構平行於機器或基材之網材方向。模製表面25受溫度控制。工具27以逆時針方式旋轉時，用定位在9點鐘及3點鐘處的輥23、28使經塗佈基材圍繞工具27之下半部。經樹脂塗佈之基材21首先在藉由9點鐘位置處的輥23建立的第一夾持點處接觸工具27之模製表面25。塗層珠粒在此夾持點處形成，以使基材上之樹脂塗層中的任何不平整處平滑。接著，可固化樹脂藉由暴露於兩個光化輻射源29來固化，該等輻射源經定位以 在模製表面25旋轉通過其5點鐘及7點鐘位置時照射組成物。光化輻射源係藉由可得自Fusion UV Systems Inc.(Gaithersburg,MD)之型號F600 Fusion固化系統中的D燈供應的紫外光。各列燈含有經定位成垂直於模製捲筒旋轉方向的兩個燈。介於燈與模製捲筒之間之距離經設定，使得模製表面25在該等燈之焦點處。兩列燈均在240W/cm2下操作。輻射行進通過基材21且進入樹脂中，以使樹脂在直接接觸模製表面25時實現固化。產物係包含PET基材及經固化微結構化樹脂的微結構化複合物31，該經固化微結構化樹脂具有與圖7中所展示之結構相同的角度及設計，惟該結構具有40微米節距及55微米高度除外。微結構化複合物31在行進通過藉由3點鐘之輥28形成的第二夾持點後被拉離模製表面25。接著，將日光重導向微結構化複合物儲存在捲筒30上。
使用不同微結構設計，以類似方式製備其他膜。
401‧‧‧第一主表面
402‧‧‧第二主表面
403‧‧‧光學基材
404‧‧‧參考X軸
405‧‧‧參考Y軸
406‧‧‧參考平面
407‧‧‧谷角
408‧‧‧入射角度
410‧‧‧微結構化稜鏡元件
412‧‧‧陽光；入射光線

Claims (15)

  1. 一種光管理構造，其包含：光學基材，其具有第一主表面及第二主表面，該第二主表面與該第一主表面對立；其中參考平面界定為平行於該光學基材之該第一主表面及該第二主表面，且在該第一主表面與該第二主表面之間；其中參考x軸界定為法向於該參考平面；其中參考y軸界定為垂直於該參考x軸且落在平行於該參考平面之平面內；其中該參考x軸及該參考y軸在界定為原點之位置處彼此交叉，該原點在該光學基材之該第一主表面上；其中該光學基材之該第一主表面包含一或多個微結構化稜鏡元件；其中該參考x軸之正方向界定為自該原點朝向該一或多個微結構化稜鏡元件之方向；其中該參考y軸之正方向界定為自該原點相對於該參考x軸之該正方向在逆時針方向上的方向；其中微結構化稜鏡元件之剖面具有含五個實質上筆直側(側A、B、C、D及E)之雙峰形狀，使得：微結構化稜鏡元件之各側具有第一端部及第二端部；該微結構化稜鏡元件之側A平行於且相鄰於該光學基材之該第一主表面且自側A之該第一端部所在處之該原點往該參考y軸的該正方向延伸；該微結構化稜鏡元件之側B之該第一端部連接至側A之該第二端部，且側B之該第二端部連接至側C之該第一端部； 其中側B自連接至側A之點朝向該參考x軸之該正方向延伸；其中側B與平行於該參考x軸之行進通過側A及側B連接之點的線形成角度α；該微結構化稜鏡元件之側C之該第二端部連接至側D之該第一端部；其中側C自與側B之交叉點往順時針方向延伸；該微結構化稜鏡元件之側D之該第二端部連接至側E之該第一端部；側C及側D界定自側C往順時針方向朝向側D量測的谷角；該微結構化稜鏡元件之側E之該第二端部連接至側A之該第一端部；其中側E與行進通過側A及側E連接之點的該參考x軸形成角度β；其中該谷角係自10至170度；其中自側A至該微結構化稜鏡元件之最高點的最短距離界定該微結構化稜鏡元件之高度；其中側A之長度界定該微結構化稜鏡元件之節距；其中藉由該高度除以該節距所界定的該微結構化稜鏡元件之縱橫比係1.55或以下；其中介於交叉於側B及側C連接之點的對側A之法線與交叉於側C及側D連接之點的對側A之法線之間的距離界定峰距(peak separation)；其中該峰距大於該節距之10%；其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進 通過該光學基材之該第一主表面並進入該微結構化稜鏡元件時，當自平行於該參考x軸之線順時針量測時該等入射光線之角度若係65度或以下，則該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E；其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於25%。
  2. 如請求項1之光管理構造，其中該節距係自20至60微米。
  3. 如請求項1或2之光管理構造，其中該高度係自30至80微米。
  4. 如請求項1或2之光管理構造，其中該縱橫比係自1.0至1.5。
  5. 如請求項1或2之光管理構造，其中該谷角係自40度至90度。
  6. 如請求項1或2之光管理構造，其中該峰距大於該節距之20%。
  7. 如請求項1或2之光管理構造，其中該角度α係自5至28度。
  8. 如請求項1或2之光管理構造，其中該角度β係10度或以下。
  9. 如請求項1或2之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二主表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並離開該光管理構造作為輸出光線時，在自平行於該參考x軸之線順時針量測之自10至65度的該等入射光線之入射角度之任意值下，依自平行於該參考x軸之線順時針量測之自0至45度之角度離開的該等輸出光線之能量除以該等輸出光線之總能量後小於20%。
  10. 如請求項1或2之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係68度或以下時，則該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
  11. 如請求項1或2之光管理構造，其中在入射光線先行進通過該光學基材之該第二表面後才行進通過該光學基材之該第一主表面並進入該微結構化稜鏡元件時，當該等入射光線之角度係75度或以下時，則該微結構化稜鏡元件內之全內反射發生在側E。
  12. 如請求項1或2之光管理構造，其中：●該節距係自35至55微米；●該高度係自45至78微米；●該縱橫比係自1.2至1.5；●該谷角係自60至80度；●該角度α係自15至25度；且●該角度β係自5至15度。
  13. 如請求項1或2之光管理構造，其中：●該節距係約40微米；●該高度係約55微米；●該縱橫比係約1.4；●該谷角係約72度；●該角度α係約17度；且●該角度β係約10度。
  14. 如請求項1或2之光管理構造，其中該光管理構造進一步包含漫射器層。
  15. 如請求項1或2之光管理構造，其中該光管理構造進一步包含：●與該光學基材之該第二主表面相鄰的窗膜黏著層；及●可選地，與該窗膜黏著層相鄰的襯墊。
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