TWI619970B - 光重定向薄膜層合物 - Google Patents

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Abstract

一種含有一第一光學薄膜之光管理薄膜建構，該第一光學薄膜具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面。該第一主表面為具有不對稱結構之一微結構化表面。該等不對稱結構形成複數個多側面折射稜鏡之一有序配置，其中該等多側面折射稜鏡具有一橫截面，該橫截面具有三個或三個以上側面。一第二光學薄膜接觸且結合至該第一光學薄膜之該第一主結構化表面中的實質上所有該等結構。可將該等光管理建構併入於諸如窗之光學物品中。

Description

光重定向薄膜層合物
本發明大體上係關於光學薄膜，尤其係針對重定向光之薄膜。
各種途徑用以減少建築物中的能量消耗。在正加以考慮及應用的途徑中的一種途徑為更高效率地使用陽光來提供建築物內部照明。一種用於在建築物內部(諸如在辦公室等中)供應光之技術為傳入陽光之重定向。因為陽光以一向下角度進入窗，所以此光中的大部分不可用於照亮房間。然而，若傳入之向下光線可被向上重定向而使得該等光線照到天花板，則該光可更有用地應用於照明房間。
揭示用於在有用方向上重定向光(諸如陽光)之技術及物品。包括光管理薄膜建構及其製造方法以及自此等建構製備之物品。
本文中揭示包含以下組件之光管理薄膜建構：一第一光學薄膜，該第一光學薄膜具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，其中該第一主表面包含一微結構化表面，該微結構化表面包含不對稱結構；及一第二光學薄膜，該第二光學薄膜具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，該第二主表面經安置為鄰接且接觸且結合至該第一光學薄膜之該第一主結構化表面中的實質上所有該等結構，且其中該第一光學薄膜之該第一主表面及該第二光學薄膜之第二主表面界定由在該第一主表面上的該等結構所部分佔用之一封閉體積，使得該等結構佔用所界定之該總體積的20%至80%。該等不對稱結構包含複數個多側面折射稜鏡之一有序配置，其中該等多側面折射稜鏡之一橫截面包含三個或三個以上側面。
亦揭示包含以下步驟之用於製備光管理薄膜建構之方法：製備一第一光學薄膜，該第一光學薄膜包含一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，其中該第一主表面包含一微結構化表面，該微結構化表面包含不對稱結構；提供一第二光學薄膜，該第二光學薄膜包含一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面；使該第二光學薄膜之該第二主表面接觸該第一光學薄膜之該微結構化表面；及使該第二光學薄膜之該第二主表面結合至該第一光學薄膜之該第一主結構化表面中的實質上所有該等結構。
亦揭示包含一基板及附接至該基板的一光管理薄膜之光學物品，該光管理薄膜包含：一第一光學薄膜，該第一光學薄膜具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，其中該第一主表面包含一微結構化表面，該微結構化表面包含不對稱結構；及一第二光學薄膜，該第二光學薄膜具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，該第二主表面經安置為鄰接且接觸且結合至該第一光學薄膜之該第一主結構化表面中的實質上所有該等結構，且其中該第一光學薄膜之該第一主表面及該第二光學薄膜之第二主表面界定由在該第一主表面上的該等結構所部分佔用之一封閉體積，使得該等結構佔用所界定之該總體積的20%至80%。
亦揭示重定向光之方法，其包含：提供一窗；提供一光管理薄膜建構，該光管理薄膜建構包含：一第一光學薄膜，該第一光學薄膜具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，其中該第一主表面包含一微結構化表面，該微結構化表面包含不對稱結構；及一第二光學薄膜，該第二光學薄膜具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，該第二主表面經安置為鄰接且接觸且結合至該第一光學薄膜之該第一主結構化表面中的實質上所有該等結構，且其中該第一光學薄膜之該第一主表面及該第二光學薄膜之第二主表面界定由在該第一主表面上的該等結構所部分佔用之一封閉體積，使得該等結構佔用所界定之該總體積的20%至80%；及將該光管理薄膜建構附接至該窗之內側表面或外側表面。
窗及相似建構用以將自然陽光提供給在建築物中的房間、走廊及其類似者。然而，自然陽光照在窗上之角度使得通常該光不能傳到房間或走廊深處。此外，因為傳入光可能在靠近窗處令人不快地過強，所以靠近窗就坐之使用者可能傾向於關上百葉窗、遮簾或窗簾，因而消除了此潛在的房間照亮來源。因此需要可將陽光自正常入射角度重定向至一朝向房間或走廊的天花板之方向的建構。
因為存在許多需要實現陽光之重定向的窗，所以用重定向光之窗來替換所有現有的窗係不實際且不可能的。因此，仍需要諸如薄膜之光管理建構，該等光管理建構可附接至諸如窗的現存基板且重定向光(尤其陽光)於諸如朝向房間天花板的有用方向上以為房間提供照亮。
在本發明中，呈現包含能夠重定向光(尤其陽光)於一需要方向上的多層層合物之光管理薄膜建構。該等薄膜將陽光自向下且不可用於房間照亮之正常入射方向重定向至朝向房間之天花板的一向上方向，以為該房間提供更大照亮。可將該等薄膜塗覆於類似(舉例而言)窗之基板以在不需要修改或替換窗自身的情況下提供光重定向。
該等建構包含至少兩個光學薄膜。該第一光學薄膜包含一第一主表面及一第二主表面，在該第一主表面上具有一微結構化表面。該第二光學薄膜包含一第一主表面及一第二主表面。該第二光學薄膜之該第二主表面接觸且結合至在該第一薄膜之表面上的實質上所有微結構。該第一光學薄膜及該第二光學薄膜界定由在該第一光學薄膜上的該等結構所部分佔用的一封閉體積，使得該等結構佔用所界定之該總體積的20%至80%。
本文中所使用之術語「光學薄膜」指代至少光學透明，可為光學清澈且亦可產生額外光學效應之薄膜。額外光學效應之實例包括(舉例而言)對特定波長之光的光漫射、光偏振或反射。
本文中所使用之術語「光學透明」指代對人類肉眼顯現為透明之薄膜或建構。本文中所使用之術語「光學清澈」指代在可見光譜(約400奈米至約700奈米)之至少一部分上具有高光透射率且展現出低霧度之薄膜或物品。光學清澈材料經常具有在400奈米至700奈米波長範圍中的至少約百分之九十的發光透射及少於約百分之二的霧度。可使用(舉例而言)ASTM-D 1003-95之方法來判定該發光透射及該霧度。
在本文中用以描述複數個結構之術語「有序配置」指代一規則且反覆之結構圖案。
本文中所使用之術語「點」、「側面」及「相交」具有其一般性幾何含義。
本文中所使用之術語「縱橫比」在指代附接至一薄膜之一結構時指代高於該薄膜之該結構的最大高度對附接至該薄膜或為該薄膜之部分的結構的基底之比率。
本文中所使用之術語「黏著劑」指代可用於將兩個黏著物黏著在一起的聚合組合物。黏著劑之實例為熱活化黏著劑及壓敏黏著劑。
熱活化黏著劑在室溫下為非黏性但在升高的溫度下變得黏性且能夠結合至基板。此等黏著劑通常具有高於室溫之玻璃態化溫度(Tg)或熔點(Tm)。當溫度升高至高於Tg或Tm時，儲存模數通常降低且該黏著劑變得黏性。
一般熟習此項技術者熟知壓敏黏著劑組合物在室溫下擁有包括以下各者之性質：(1)強烈且永久黏性；(2)在不高於指壓之壓力下發生黏著；(3)足以固持至一黏著物的能力；及(4)足夠的凝聚強度以可自該黏著物清潔地移除。已發現可良好地充當壓敏黏著劑之材料為經設計及調配以展現出所要求的黏彈性性質，從而產生黏性、剝離黏著力及剪切保持力之所要平衡之聚合物。獲得性質的適當平衡並非一簡單過程。
該第一光學薄膜可為在可見光譜區具有高的光學透明性之任何適宜薄膜。該第一光學薄膜可為一單層薄膜或一多層薄膜建構。該第一光學薄膜具有一第一主表面及一第二主表面。該第一主表面包含一微結構化表面。此微結構化表面包含複數個不對稱多側面折射稜鏡之一有序配置。需要該等稜鏡為不對稱以使得傳入之入射太陽光(該太陽光來自上方且以相對於垂直於該薄膜的方向成15°至80°之角度入射於該薄膜)被向上重定向而朝向房間之天花板，但來自下方之傳入光不被向下重定向。對稱結構之一典型後果為向下定向之光可被觀察者看見，此情形係不當的。
該複數個不對稱多側面折射稜鏡經設計以將傳入之太陽光有效重定向為朝向房間之天花板(該房間含有含光定向薄膜之窗或其他孔隙)。通常地，該等不對稱多側面折射稜鏡包含三個或三個以上側面，更通常地為四個或四個以上側面。可將該等稜鏡視為自該光學薄膜之表面升起之突起物的有序陣列。通常地，此等突起物之縱橫比為1或更大，亦即突起物之高度至少與該突起物在基底之寬度一樣大。在一些實施例中，該等突起物之高度為至少50微米。在一些實施例中，該等突起物之高度為不超過250微米。此意謂該等不對稱結構通常以自50微米至250微米之高度自該第一光學薄膜之該第一主表面突起。
在圖1中(舉例而言)說明用以設計多側面折射稜鏡以實現此光重定向之準則。圖1展示含有薄膜10及單一稜鏡11的橫截面之光定向薄膜100。稜鏡11具有四個側面：鄰接薄膜10之側面A、接合至側面A之側面B、接合至側面A之側面C，及接合至側面B及側面C之側面D。
側面B成如此角度以使得側面B產生入射於該第一光學薄膜之該第二主表面上且穿過側面A之太陽光線的全內反射。太陽光線自該第一光學薄膜之該第二主表面上方入射，且取決於一天中的時間、一年中的時間及該薄膜之地理位置等而通常相對於垂直於該第一光學薄膜之該第一主表面的方向形成自約15°至80°之角度。該等入射光線進入稜鏡11且由於全內反射現象而自側面B反射。為了達成全內反射，需要側面B不垂直於側面A，但相對於垂直方向偏移角度θ，如圖1中展示。角度θ之值的選擇將取決於包括以下各者之各種可變特徵(舉例而言)：用以製備該光管理薄膜之組合物材料的折射率、該光管理薄膜的提議的地理使用位置等，但角度θ之值通常在6°至14°或甚至6°至12°之範圍中。
側面C接合至側面A，且將側面A連接至側面D。需要側面C不垂直於側面A，但相對於垂直方向偏移角度α。偏移角度α尤其有助於防止經由側面D射出稜鏡11之光進入一鄰接稜鏡(未在圖1中展示)。如同角度θ一樣，角度α之值的選擇取決於包括鄰接稜鏡之接近程度、側面D之性質及大小等之各種可變特徵。通常，角度α在5°至25°或甚至9°至25°之範圍中。
側面D為稜鏡之經重定向的光線射出該稜鏡之側面。在圖1中側面D經展示為一單一側面，但側面D可包含一系列側面。又，在圖1中側面D經展示為一彎曲側面，但側面D不需要在所有實施例中皆彎曲。自側面B反射之光線被側面D重定向至可用於改良房間的間接照明之方向。此意謂自側面D反射之光線被重定向為垂直於側面A抑或偏離於垂直方向的一角度，且朝向房間之天花板。
在一些實施例中，側面C可為彎曲的，側面D可為彎曲的，或側面C及D之組合可形成一單一連續彎曲側面。在其他實施例中，側面C或D或視作一起的側面C及D包含一系列側面，其中該系列之側面包含一結構化表面。該結構化表面可為規則或不規則的，亦即該等結構可形成規則圖案或隨機圖案且可為均一或該等結構可為不同的。因為此等結構為在一微結構上的子結構，所以此等結構通常很小。通常，此等結構之每一維度(高度、寬度及長度)小於側面A之維度。
圖2展示光定向薄膜之另一實施例。在圖2中，光定向薄膜200含有薄膜20及單一稜鏡21之橫截面。稜鏡21具有四個側面：鄰接薄膜20之側面A、接合至側面A之側面B、接合至側面A之側面C、及接合至側面B及側面C之側面D。側面D包含子側面D1。子側面D1藉由一點而接合至側面B。此點為該光管理薄膜之該第二光學薄膜接合至薄膜20之處(在圖2中未展示該第二光學薄膜)。角度θ及α如在圖1中定義。
圖3展示光定向薄膜之另一實施例。在圖3中，光定向薄膜300含有薄膜30及單一稜鏡31之橫截面。稜鏡31具有四個側面：鄰接薄膜30之側面A、接合至側面A之側面B、接合至側面A之側面C、及接合至側面B及側面C之側面D。側面D包含子側面D2。子側面D2接合至側面B且經設計以形成一結合區，在該結合區中該光管理薄膜之該第二光學薄膜可接合至薄膜30(在圖3中未展示該第二光學薄膜)。角度θ及α如在圖1中定義。
該光學基板之整個表面可含有微結構，或該等微結構可存在於該第一光學薄膜之該第一表面之僅一部分上。因為可將該薄膜建構附接至一大的玻璃窗物品(諸如窗)，所以可能不必要或不需要該玻璃窗物品之整個表面含有一微結構化表面以便產生所需要的光重定向效應。可能需要該玻璃窗物品中之僅一部分含有該光重定向薄膜建構，或者，若該整個玻璃窗物品表面由一薄膜建構覆蓋，則可能需要該薄膜建構之僅一部分含有該等光重定向微結構。
複數個不對稱多側面折射稜鏡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，該陣列可為直線型(亦即，一系列平行線)、正弦曲線型(亦即，一系列波浪線)、隨機型或該等類型之組合。儘管廣泛的各種陣列為可能的，但需要該等陣列元件為離散的，亦即該等陣列元件不相交或重疊。圖4至圖7展示具有各種陣列元件之複數個不對稱多側面折射稜鏡之有序配置之俯視圖。在圖4中，光重定向建構400含有直線型陣列元件410。在圖5中，光重定向建構500含有正弦曲線型陣列元件510。在圖6中，光重定向建構600含有正弦曲線型陣列元件610。在圖6中，正弦曲線型陣列元件610彼此異相。在圖7中，光重定向建構700含有隨機型陣列元件710。在圖4至圖7中之陣列元件僅為代表性的且未按比例繪製；又，該等圖式意欲為說明性，額外的陣列元件及組合為可能的且在本發明之範疇內。
該第一光學薄膜之該第二主表面經設計以層合至一第一玻璃窗基板。通常，此表面含有諸如一黏著劑塗層之塗層，該塗層將該光重定向薄膜黏著至一第一玻璃窗基板表面。適宜黏著劑之實例包括(舉例而言)熱活化黏著劑、壓敏黏著劑或可固化黏著劑。適宜光學清澈可固化黏著劑之實例包括在美國專利第6,887,917號(Yang等人)中描述之彼等。取決於該黏著劑之性質，該黏著劑塗層可具有附接至該黏著劑塗層之一釋放襯層以保護該黏著劑塗層不會過早黏著至表面及免受塵土及可黏著至該黏著劑表面的其他碎片影響。該釋放襯層通常保持在原位直至要將該光重定向層合物附接至基板之時。通常，使用壓敏黏著劑。
廣泛各種壓敏黏著劑組合物係適宜的。在一些實施例中，該壓敏黏著劑為光學清澈的。該壓敏黏著劑組件可為具有壓敏黏著性質之任何材料。此外，該壓敏黏著劑組件可為一單一壓敏黏著劑或該壓敏黏著劑可為兩種或兩種以上壓敏黏著劑之組合。
適宜壓敏黏著劑包括(舉例而言)基於天然橡膠、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)、聚烯烴、聚矽氧或聚乙烯醇縮丁醛之彼等黏著劑。
該等光學清澈壓敏黏著劑可為基於(甲基)丙烯酸酯之壓敏黏著劑。可用的(甲基)丙烯酸烷基酯(亦即，丙烯酸烷基酯單體)包括非三級烷基醇的直鏈或支鏈單官能不飽和丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，其烷基具有自四至十四個(且特定言之自四至十二個)碳原子。聚(甲基)丙烯酸系壓敏黏著劑衍生自(舉例而言)至少一種(甲基)丙烯酸烷基酯單體，諸如丙烯酸異辛酯、丙烯酸異壬酯、丙烯酸-2-甲基丁酯、丙烯酸-2-乙基正己酯及丙烯酸正丁酯、丙烯酸異丁酯、丙烯酸己酯、丙烯酸正辛酯、甲基丙烯酸正辛酯、丙烯酸正壬酯、丙烯酸異戊酯、丙烯酸正癸酯、丙烯酸異癸酯、甲基丙烯酸異癸酯、丙烯酸異冰片酯、丙烯酸-4-甲基-2-戊酯及丙烯酸十二酯；及至少一種可選的共聚單體組分，諸如(甲基)丙烯酸、醋酸乙烯酯、N-乙烯吡咯啶酮、(甲基)丙烯醯胺、乙烯酯、反丁烯二酸酯、苯乙烯大分子單體、順丁烯二酸烷基酯及反丁烯二酸烷基酯(分別基於順丁烯二酸及反丁烯二酸)或該等各物之組合。
在某些實施例中，該聚(甲基)丙烯酸系壓敏黏著劑衍生自約0與約20重量百分比之間的丙烯酸及約100與約80重量百分比之間的丙烯酸異辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯或丙烯酸正丁酯組合物中的至少一者。
在一些實施例中，該黏著層至少部分地由聚乙烯醇縮丁醛形成。可經由已知的水性或基於溶劑的縮醛化製程來形成該聚乙烯醇縮丁醛層，在該製程中在存在酸性催化劑的情況下使聚乙烯醇與丁醛反應。在一些例子中，該聚乙烯醇縮丁醛層可包括聚乙烯醇縮丁醛或由聚乙烯醇縮丁醛形成，聚乙烯醇縮丁醛可以商標「BUTVAR」樹脂購自St. Louis,MO的Solutia Incorporated。
在一些例子中，可藉由混合樹脂及(視情況)增塑劑及經由一片材模具擠壓該經混合之調配物來產生該聚乙烯醇縮丁醛層。若包括增塑劑，則該聚乙烯醇縮丁醛樹脂可在每100份樹脂中包括約20份至80份或有可能25份至60份之增塑劑。適宜增塑劑之實例包括多元酸或多元醇之酯。適宜增塑劑為三乙二醇雙(2-乙基丁酸酯)、三乙二醇二-(2-乙基己酸酯)、三乙二醇二庚酸酯、四乙二醇二庚酸酯、己二酸二己酯、己二酸二辛酯、己二酸己基環己酯、己二酸庚酯及己二酸壬酯之混合物、己二酸二異壬酯、己二酸庚基壬酯、癸二酸二丁酯、諸如油改質癸二酸醇酸樹脂之聚合增塑劑，及諸如在美國專利第3,841,890號中所揭示之磷酸酯及已二酸酯之混合物及諸如在美國專利第4,144,217號中所揭示之己二酸酯。
該黏著劑層可為交聯的。該等黏著劑可藉由熱、濕氣或輻射而交聯，從而形成改質該黏著劑的流動能力之共價交聯網路。可將交聯劑添加至所有類型的黏著劑調配物，但取決於塗佈及處理條件，可藉由熱能或輻射能，或藉由濕氣來活化固化。在不需要添加交聯劑之狀況中，吾人可按需要藉由將黏著劑暴露於一電子束中來使該黏著劑交聯。
可控制交聯的程度以滿足特定效能要求。該黏著劑可視情況進一步包含一或多種添加劑。取決於聚合之方法、塗佈方法、終端使用等，可使用選自由以下各者組成的群組之添加劑：引發劑、填充劑、增塑劑、增黏劑、鏈轉移劑、纖維增強劑、編織品及不織布、發泡劑、抗氧化劑、穩定劑、阻火劑、黏度增強劑及該等各物之混合物。
除光學清澈以外，該壓敏黏著劑可具有使得其適宜於層合至大基板(諸如窗)之額外特徵。此等額外特徵中之一特徵為可臨時移除性。可臨時移除的黏著劑為具有以下特性之黏著劑：相對低的初始黏著，從而准許可自一基板臨時移除及重新定位於該基板上，以及隨時間過去黏著力之增大以形成一足夠強的結合。舉例而言，在美國專利第4,693,935號(Mazurek)中描述可臨時移除的黏著劑之實例。替代性地或額外地，為了可臨時移除，該壓敏黏著劑層可含有一微結構化表面。此微結構化表面准許當該黏著劑被層合至一基板時空氣外溢。通常對於光學應用，該黏著劑會浸濕該基板之表面且流動至一足夠範圍以使得該等微結構隨時間過去而消失且因此不影響該黏著劑層之光學性質。可藉由使該黏著劑表面接觸一微結構化工具(諸如具有一微結構化表面之一釋放襯層)來獲得一微結構化黏著劑表面。
該壓敏黏著劑可為固有地黏性的。若需要，則可將增黏劑添加至基底材料以形成該壓敏黏著劑。可用之增黏劑包括(舉例而言)松香酯類樹脂、芳香烴類樹脂、脂族烴類樹脂及萜類樹脂。只要所添加之材料不降低該壓敏黏著劑的光學清晰性，便可出於特定目的而添加其他材料，該等其他材料包括(舉例而言)油、增塑劑、抗氧化劑、紫外線(「UV」)穩定劑、氫化丁基橡膠、顏料、固化劑、聚合物添加劑、增稠劑、鏈轉移劑及其他添加劑。在一些實施例中，該壓敏黏著劑可含有UV吸收劑(UVA)或受阻胺光穩定劑(HALS)。適宜UVA包括(舉例而言)苯并三唑UVA，諸如可購自Ciba,Tarrytown,NY之如TINUVIN P、213、234、326、327、328、405及571的化合物。適宜HALS包括可購自Ciba,Tarrytown,NY之如TINUVIN 123、144及292的化合物。
本發明之壓敏黏著劑展現出需要的光學性質，諸如經控制的光透射及霧度。在一些實施例中，塗佈有該壓敏黏著劑之基板可具有與單獨該基板實質上相同之光透射。
除作為該微結構化表面之載體及支撐層以外，該光學薄膜亦可將額外功能性提供給該光重定向薄膜。舉例而言，該光學薄膜可為可反射紅外光之多層薄膜。以此方式，該光重定向層合物亦可有助於使不需要的紅外光(熱)不進入建築物內同時允許需要的可見光進入建築物內。可用作該第一光學薄膜之適宜多層薄膜的實例包括(舉例而言)在美國專利第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5,360,659號中所揭示之多層薄膜。在一些實施例中，該第一光學薄膜為一多層薄膜，在該多層薄膜中交替的聚合層合作來反射紅外光。在一些實施例中，該等聚合層中之至少一者為雙折射聚合物層。
除已描述的該黏著劑塗層以外或代替該黏著劑塗層，該第一光學薄膜可在該第二主表面上具有額外塗層。舉例而言，該第二主表面可含有一抗眩光塗層。
通常，自准許該第一光學薄膜或第一多層光學薄膜光學清澈之聚合材料來製備該薄膜。適宜聚合材料之實例包括(舉例而言)諸如聚乙烯及聚丙烯之聚烯烴、聚氯乙烯、諸如聚對苯二甲酸伸乙酯之聚酯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、醋酸纖維素、乙基纖維素、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚矽氧及該等物質之組合或摻合物。該光學薄膜可含有除該聚合材料以外的其他組分，諸如填充劑、穩定劑、抗氧化劑、增塑劑及其類似者。在一些實施例中，該光學薄膜可包含諸如UV吸收劑(UVA)或受阻胺光穩定劑(HALS)之穩定劑。適宜UVA包括(舉例而言)苯并三唑UVA，諸如可購自Ciba,Tarrytown,NY之如TINUVIN P、213、234、326、327、328、405及571的化合物。適宜HALS包括可購自Ciba,Tarrytown,NY之如TINUVIN 123、144及292的化合物。
可以各種方式來形成在該第一光學薄膜之該第一主表面上的該微結構層。通常，該微結構層包含一熱塑性材料或一熱固性材料。
使用包括壓印、擠壓、鑄膜及固化、壓縮模製及射出模製之各種方法來製造上文描述的該等微結構化薄膜。在美國專利第6,322,236號中描述一種壓印方法，該壓印方法包括用以形成一經圖案化的輥之鑽石車削技術，該輥接著用於將一微結構化表面壓印於一薄膜上。可使用一相似方法來形成上文描述之具有複數個不對稱結構的一有序配置之薄膜。
可接著進行其他方法來產生具有帶反覆圖案的微結構化表面之薄膜。舉例而言，可使用在其上具有一特定圖案的模具來射出模製該薄膜。所得的經射出模製之薄膜具有一與該模具中的圖案互補之表面。在另一相似方法中，可壓縮模製該薄膜。
在一些實施例中，使用一稱作鑄膜及固化之方法來製備該等結構化薄膜。在鑄膜及固化中，將一可固化的混合物塗佈於一待應用一微結構化工具的表面上，或將該混合物塗佈於一微結構化工具中且使該經塗佈的微結構化工具接觸一表面。接著固化該可固化的混合物且移除該工具以提供一微結構化表面。適宜的微結構化工具之實例包括微結構化模具及微結構化襯層。適宜的可固化混合物之實例包括熱固性材料，諸如用以製備聚胺基甲酸酯、聚環氧化物、聚丙烯酸酯、聚矽氧及其類似者之可固化材料。
該層合物建構亦包含一第二光學薄膜，該第二光學薄膜具有一第一主表面及一第二主表面。該第二光學薄膜之該第二主表面接觸且結合至在該第一光學薄膜之表面上的實質上所有微結構。該第二光學薄膜與該第一光學薄膜一起界定由在該第一光學薄膜上的該等結構所部分佔用的一封閉體積，使得該等結構佔用所界定之該總體積的20%至80%。該第一光學薄膜之用以界定此體積的表面為第一光學薄膜之該第一主表面的平面。此平面為該第一光學薄膜之突起該等結構的表面。
該第二光學薄膜可由與該第一光學薄膜相同之一或多種材料製成，或其可為不同材料。該第二光學薄膜保護該微結構化表面且防止該等結構變得損壞、染汙或以其他方式變得無法重定向光。
該第二光學薄膜之該第二主表面接觸該第一光學薄膜之該微結構化表面之該等不對稱多側面折射稜鏡之頂部。在該第二光學薄膜與該等不對稱多側面折射稜鏡之頂部之間的接觸區域處，結合此等元件。此結合可採用可用於將兩個聚合單元層合在一起的各種形式，包括黏著劑結合、熱層合、超音波焊接及其類似者。舉例而言，可加熱該第二光學薄膜以軟化該薄膜且使該薄膜接觸該第一光學薄膜之該微結構化表面。在冷卻之後，該經加熱的薄膜隨即形成與該第一光學薄膜之該微結構化層的接觸部分之結合。相似地，可將該第二光學薄膜乾式層合至該第一光學薄膜之該微結構化表面且接著直接抑或間接應用加熱來產生該層合之物品。或者，可對該乾式層合物建構應用一超音波焊接器。通常，使用黏著劑結合。當使用黏著劑結合時，可使用一熱活化黏著劑抑或一壓敏黏著劑。大體言之，使用壓敏黏著劑，尤其使用上文描述之光學清澈壓敏黏著劑。
為了實現該黏著劑結合，可將該黏著劑塗覆於該第一光學薄膜之該微結構化表面上抑或塗覆於該第二光學薄膜之該第二主表面。通常，將該黏著劑塗覆於該第二光學薄膜之該第二主表面。所塗覆的黏著劑塗層可為連續的或不連續的。可經由包括以下各者之各種塗佈技術中的任一者來塗覆該黏著劑塗層：刮刀塗法、滾塗法、凹版印刷式塗法、棒塗法、簾幕式塗法、氣刀式塗法、或諸如網版印刷或噴墨印刷之印刷技術。可將該黏著劑作為一基於溶劑的(亦即，溶液、分散液、懸浮液)或100%固體的組合物來塗覆。若使用基於溶劑的黏著劑組合物，則通常在層合之前藉由風乾或在升高的溫度下使用(舉例而言)諸如強制空氣烘箱之烘箱來乾燥該塗層。可接著將該經黏著劑塗佈的第二光學薄膜層合至該第一光學薄膜之該微結構化表面。應對該層合製程加以良好控制以在上文描述的該等微結構化稜鏡之尖端上提供均一且平整之接觸。
除作為該微結構化表面之保護層以外，該第二光學薄膜亦可將額外功能性提供給該光重定向層合物。舉例而言，該第二光學薄膜可為可反射紅外光之多層薄膜。以此方式該光重定向層合物亦可有助於使不當的紅外光(熱)不進入建築物內同時允許需要的可見光進入建築物內。可用作該第二光學薄膜之適宜多層薄膜之實例包括(舉例而言)在美國專利第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5,360,659號中所揭示之多層薄膜。在一些實施例中，該第一光學薄膜為一多層薄膜，在其中該等交替聚合層合作來反射紅外光。在一些實施例中，該等聚合層中之至少一者為雙折射聚合物層。
因為該第二光學薄膜之該第一主表面大體上暴露於房間內部，所以可能需要在該第一主表面上具有額外塗層。舉例而言，該第一主表面可含有一諸如硬塗層之保護性塗層以防止該表面受到擦刮及產生痕跡以及保護該表面免受來自表面清潔器的損壞，或使得該表面具有防塗鴉性或更容易清潔。適宜塗層之實例包括(舉例而言)硬塗層、抗擦刮塗層、低表面能塗層或易清潔塗層。
通常，自准許該第二光學薄膜或第二多層光學薄膜光學清澈之聚合材料來製備該薄膜。適宜聚合材料之實例包括(舉例而言)諸如聚乙烯及聚丙烯之聚烯烴、聚氯乙烯、諸如聚對苯二甲酸伸乙酯之聚酯、聚醯胺、聚胺基甲酸酯、醋酸纖維素、乙基纖維素、聚丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚矽氧及該等物質之組合或摻合物。該光學薄膜可含有除該聚合材料以外的其他組分，諸如填充劑、穩定劑、抗氧化劑、增塑劑及其類似者。在一些實施例中，該光學薄膜可包含諸如UV吸收劑(UVA)之穩定劑。適宜UVA包括(舉例而言)苯并三唑UVA，諸如可購自Ciba,Tarrytown,NY之如TINUVIN P、213、234、326、327、328、405及571的化合物。
本發明之光管理薄膜建構經設計以重定向傳入之陽光以使得該陽光更可用於房間照明。該等薄膜建構將來自太陽的大體上成向下角度之光重定向為朝向房間之天花板以有助於房間之整體照亮。可藉由實驗室測試來判定該等薄膜建構重定向光的能力之量測，從而免除藉由將該等建構安裝於窗上以供測試來測試該等建構之需要。此類測試之實例涉及將具有一經控制的強度之一光束照射至該薄膜建構上及量測經向上重定向的光之量。該輸入之光束可設定於一給定角度或可在一角度範圍上變化。舉例而言，可藉由一光偵測器來量測被向上重定向的光之量。可能需要量測光在所有方向上的分佈。通常將此類型之量測稱作雙向透射分佈函數(BTDF)。可以商標IMAGING SPHERE購自Radiant Imaging,WA之儀器可用以執行此類量測。
可將本發明之光管理薄膜建構附接至基板以提供諸如光定向物品之物品。該等基板至少光學透明，且可為光學清澈的。適宜基板之實例包括(舉例而言)窗。窗可由各種不同類型的玻璃窗基板(諸如各種玻璃)製得，或可由聚合材料(諸如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯)製成。在一些實施例中，該窗亦可包含額外層或處理。額外層之實例包括(舉例而言)經設計以提供眩光減少、著色、碎裂抗性及其類似者之額外薄膜層。可存在於窗上的額外處理之實例包括(舉例而言)諸如硬塗層之各種類型塗層及諸如裝飾性蝕刻之蝕刻。
通常，該等光管理薄膜建構含有一黏著劑層，該黏著劑層可受在該第一光學薄膜之該第二主表面上的一釋放襯層保護。如上文提及，該釋放襯層可含有一微結構化表面以將微結構化賦予該黏著劑表面及准許當該光管理薄膜被層合至該基板時空氣外溢。此空氣外溢有助於消除在該層合物中的空氣泡。
如上文提及，該黏著劑亦可為可移除的，意謂黏著劑具有以下特性：相對低的初始黏著，從而准許可自一基板臨時移除及重新定位於該基板上，以及隨時間過去黏著力的增大以形成一足夠強的結合。當要層合大面積之基板時，此方法可尤其有用。
歷史上，藉由有時被稱作「濕式」塗覆製程之製程來完成將諸如光管理薄膜之物品層合至一大表面基板。此濕式塗覆製程涉及將一液體(通常為水/界面活性劑溶液)噴塗於該大型物品之黏著劑側上，且視情況噴塗於該基板表面上。該液體臨時使該壓敏黏著劑「脫黏」，所以安裝者可握持、滑動該大型物品及將該大型物品重新定位於在該基板表面上的一所要位置。若該大型物品自身黏固或過早黏著至該基板之表面，則該液體亦允許安裝者拉離該大型物品。將一液體塗覆於該黏著劑亦可藉由提供一平滑、無氣泡外觀來改良經安裝的大型物品之外觀，同時在該基板之表面上具有良好的黏著力增大。
儘管已在許多例子中成功地使用了濕式塗覆製程，但該製程為一耗時且麻煩之製程。對於安裝大型圖形物品而言，大體上需要「乾式」塗覆製程。可藉由一乾式安裝製程來塗覆自潤濕且可移除之黏著劑。該等物品易於附接至一大基板，此係因為該等物品自潤濕但可按需要容易地移除及重新定位該等物品。
本發明之光管理薄膜建構可附接至諸如窗之基板的任一暴露表面。窗之暴露表面意謂：內側暴露表面為該窗的面對房間之表面，且外側暴露表面為窗的面對外部環境之表面。通常，為便於安裝，將該光管理薄膜建構附接至窗之內側暴露表面。
實例
此等實例僅僅出於說明性目的且不意謂限制附屬申請專利範圍之範疇。除非以其他方式註明，在該等實例及說明書的其餘部分中的所有份、百分比、比率等等均按重量計。除非以其他方式註明，所使用之溶劑及其他試劑購自Sigma-Aldrich Chemical Company(Milwaukee,Wisconsin)。
實例1
使用一鑽石車削製程來獲得一母板工具，該母板工具具有所要的直線型溝槽及稜鏡元件(具有類似於圖3之橫截面)之陰模。藉由摻合按重量計74份脂族丙烯酸胺基甲酸酯寡聚物(可以商標「PHOTOMER 6010」購自Cognis,Monheim,Germany)，25份二丙烯酸-1,6-己二醇(可以商標「SARTOMER SR 238」購自Sartomer,Exton,PA)，及α羥基酮UV光引發劑(2-羥基-2-甲基-1-苯基-1-丙酮)(可以商標「DAROCUR 1173」購自Ciba,Basel,Switzerland)來製備UV可固化樹脂組合物。將76微米(3密耳)厚PET(聚對二苯甲酸伸乙酯)薄膜(可以商標「MELINEX 453」購自DuPont Teijin Films,Hopewell,VA)與該UV可固化樹脂一起塗佈至大致85微米之厚度。將該經塗佈之薄膜置放為與該母板工具實體連通以使得該等溝槽中無任何空氣。在與該母板工具實體連通的同時，藉由一微波供能之UV固化系統(可購自Fusion UV systems,Gaithersburg,MD)來固化該樹脂。自該母板工具移除在腹板上的固化樹脂，從而產生一微結構化薄膜。移除25微米(1密耳)厚的光學清澈轉移膠帶(可以商標「3M OPTICALLY CLEAR ADHESIVE 8171」購自3M Company,St. Paul,MN)之一襯層，且在一捲軸式層合機中將該暴露的黏著劑表面層合至該微結構化薄膜之非結構化側，該捲軸式層合機可購自Protech Engineering,Wilmington,Delaware。將如在美國專利公開案第2006/0154049號之第5頁至第6頁上所揭示之多層薄膜物品層合至該微結構化薄膜之該結構化側面以產生該最終的光重定向薄膜層合物。
10．．．薄膜
11．．．稜鏡
20．．．薄膜
21．．．稜鏡
30．．．薄膜
31．．．稜鏡
100．．．光定向薄膜
200．．．光定向薄膜
300．．．光定向薄膜
400．．．光重定向建構
410．．．直線型陣列元件
500．．．光重定向建構
510．．．正弦曲線型陣列元件(彼此同相)
600．．．光重定向建構
610．．．正弦曲線型陣列元件(彼此異相)
700．．．光重定向建構
710．．．隨機陣列元件
A．．．側面
B．．．側面
C．．．側面
D．．．側面
D1．．．側面
D2．．．側面
α．．．角度
θ．．．角度
圖1展示本發明之光重定向薄膜之橫截面圖。
圖2展示本發明之光重定向薄膜之橫截面圖。
圖3展示本發明之光重定向薄膜之橫截面圖。
圖4展示本發明之光重定向薄膜之俯視圖。
圖5展示本發明之光重定向薄膜之俯視圖。
圖6展示本發明之光重定向薄膜之俯視圖。
圖7展示本發明之光重定向薄膜之俯視圖。

Claims (33)

  1. 一種光管理薄膜建構，其包含：一第一光學薄膜，其具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，其中該第一主表面包含一微結構化表面，該微結構化表面包含不對稱結構；及一第二光學薄膜，其具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，該第二主表面經安置為鄰接且接觸且結合至該第一光學薄膜之該第一主表面中之實質上所有該等結構，且其中該第一光學薄膜之該第一主表面及該第二光學薄膜之第二主表面界定由在該第一主表面上的該等結構所部分佔用之一封閉體積，使得該等結構佔用所界定之總體積的20%至80%。
  2. 如請求項1之光管理薄膜建構，其中該等不對稱結構包含複數個多側面折射稜鏡之一有序配置，其中該等多側面折射稜鏡中之每一者的一橫截面包含三個或三個以上側面。
  3. 如請求項2之光管理薄膜建構，其中該等多側面折射稜鏡中之每一者的至少一側面為一彎曲表面。
  4. 如請求項2之光管理薄膜建構，其中該等多側面折射稜鏡中之每一者包含四個側面(側面A、B、C及D)，使得：該多側面折射稜鏡之側面A平行於且鄰接該第一光學薄膜之該第一主表面；該多側面折射稜鏡之側面B接合至側面A且經設計以產生在側面A之法線的水平面上方以自15°至80°之一角度入射於該第一光學薄膜之該第二主表 面上的光線之全內反射；該多側面折射稜鏡之側面C接合至側面A；且該多側面折射稜鏡之側面D連接至側面C及側面B，且經設計以將自側面B反射之光線實質上重定向於離開側面B且朝向該側面C及/或D之一方向上。
  5. 如請求項4之光管理薄膜建構，其中側面B與側面A在相交點處形成少於90°之一角度。
  6. 如請求項4之光管理薄膜建構，其中側面C與側面A在相交點處形成少於或等於90°之一角度。
  7. 如請求項4之光管理薄膜建構，其中側面D包含一系列側面，該等側面中之至少一者為彎曲的，或側面C及D一起形成一單一彎曲表面。
  8. 如請求項4之光管理薄膜建構，其中側面C或D或視作一起的C及D包含一系列側面，其中該系列之側面包含一結構化表面，其中在該結構化表面上的一結構之每一維度小於側面A。
  9. 如請求項7之光管理薄膜建構，其中側面D包含接合至側面B以形成一點之一側面D1。
  10. 如請求項7之光管理薄膜建構，其中側面D包含一側面D2，該側面D2提供用於該第二光學薄膜的該第二主表面之一結合表面。
  11. 如請求項1之光管理薄膜建構，其中該等不對稱結構具有大於1之一縱橫比。
  12. 如請求項1之光管理薄膜建構，其中該等不對稱結構自該第一光學薄膜之該第一主表面突起50微米至250微 米。
  13. 如請求項1之光管理薄膜建構，其中該等不對稱結構包含一熱塑性材料或一熱固性材料。
  14. 如請求項1之光管理薄膜建構，其中該第二光學薄膜之該第二主表面藉由存在於該第二光學薄膜之該第二主表面上的一黏著劑層而結合至該第一光學薄膜之該微結構化表面。
  15. 如請求項1之光管理薄膜建構，其中該第一光學薄膜之第二主表面包含一塗層。
  16. 如請求項15之光管理薄膜建構，其中該塗層包含一黏著劑塗層。
  17. 如請求項16之光管理薄膜建構，其進一步包含附接至該黏著劑塗層之一釋放襯層。
  18. 如請求項1之光管理薄膜建構，其中該第二光學薄膜之該第一主表面包含一選自以下各者的群組的塗層：一硬塗層、一抗擦刮塗層、一低表面能塗層或一易清潔塗層。
  19. 如請求項18之光管理薄膜建構，其中該塗層包含一硬塗層，該硬塗層包含紅外光吸收奈米粒子。
  20. 如請求項1之光管理薄膜建構，其中該第一光學薄膜或該第二光學薄膜中之至少一者包含一多層薄膜，該多層薄膜包含合作來反射紅外線輻射之交替聚合層。
  21. 如請求項1之光管理薄膜建構，其中該第一光學薄膜或該第二光學薄膜中之至少一者進一步包含UVA吸收粒 子。
  22. 如請求項16之光管理薄膜建構，其中該黏著劑塗層進一步包含UVA吸收粒子。
  23. 如請求項20之光管理薄膜建構，其中該等聚合層中之至少一者包含一雙折射聚合物層。
  24. 一種用於製備一光管理薄膜建構之方法，其包含：製備一第一光學薄膜，該第一光學薄膜包含一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，其中該第一主表面包含一微結構化表面，該微結構化表面包含不對稱結構；提供一第二光學薄膜，該第二光學薄膜包含一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面；使該第二光學薄膜之該第二主表面接觸該第一光學薄膜之該微結構化表面；及使該第二光學薄膜之該第二主表面結合至該第一光學薄膜之該第一主表面中的實質上所有該等結構。
  25. 如請求項24之方法，其中該第二光學薄膜之該第二主表面包含一黏著劑層，且結合包含黏著劑結合。
  26. 如請求項24之方法，其中製備該第一光學薄膜包含一鑄膜及固化製程以形成該微結構化第一主表面。
  27. 一種光學物品，其包含：一基板；及一光管理薄膜，其附接至該基板，該光管理薄膜包含： 一第一光學薄膜，其具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，其中該第一主表面包含一微結構化表面，該微結構化表面包含不對稱結構；及一第二光學薄膜，其具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，該第二主表面經安置為鄰接且接觸且結合至該第一光學薄膜之該第一主表面中的實質上所有該等結構，且其中該第一光學薄膜之該第一主表面及該第二光學薄膜之第二主表面界定由在該第一主表面上的該等結構所部分佔用之一封閉體積，使得該等結構佔用所界定之總體積的20%至80%。
  28. 如請求項27之光學物品，其中該基板為一透明基板。
  29. 如請求項27之光學物品，其中在該光管理薄膜上的該等不對稱結構包含複數個多側面折射稜鏡之一有序配置，其中該等多側面折射稜鏡中之每一者的一橫截面包含三個或三個以上側面。
  30. 如請求項29之光學物品，其中該等多側面折射稜鏡中之每一者的一橫截面包含四個側面(側面A、B、C及D)，使得：該多側面折射稜鏡之側面A平行於且鄰接該第一光學薄膜之該第一主表面；該多側面折射稜鏡之側面B接合至側面A且經設計以產生在側面A之法線的水平面上方以自15°至80°之一角度入射於該第一光學薄膜之該第二主表面上的光線之全內反射；該多側面折射稜鏡之側面C接合至側面A；且該多側面折射稜鏡之側面D連接至側 面C及側面B，且經設計以將自側面B反射之光線實質上重定向於離開側面B且朝向該側面C及/或D之一方向上。
  31. 一種重定向光之方法，其包含：提供一窗；提供一光管理薄膜建構，其包含：一第一光學薄膜，其具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，其中該第一主表面包含一微結構化表面，該微結構化表面包含不對稱結構；及一第二光學薄膜，其具有一第一主表面及與該第一主表面相反之一第二主表面，該第二主表面經安置為鄰接且接觸且結合至該第一光學薄膜之該第一主表面中的實質上所有該等結構，且其中該第一光學薄膜之該第一主表面及該第二光學薄膜之第二主表面界定由在該第一主表面上的該等結構所部分佔用之一封閉體積，使得該等結構佔用所界定之總體積的20%至80%；及將該光管理薄膜建構附接至該窗之內側表面或外側表面。
  32. 如請求項31之方法，其中將該光管理薄膜建構附接至該窗包含使在該光管理薄膜上的一黏著劑層接觸該窗。
  33. 如請求項32之方法，其中在該光管理薄膜建構上的該黏著劑層存在於該第一光學薄膜之該第二主表面上。
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