WO2003071079A1 - Vorrichtung zur lichtlenkung - Google Patents

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WO2003071079A1
WO2003071079A1 PCT/EP2003/001696 EP0301696W WO03071079A1 WO 2003071079 A1 WO2003071079 A1 WO 2003071079A1 EP 0301696 W EP0301696 W EP 0301696W WO 03071079 A1 WO03071079 A1 WO 03071079A1
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layer
optically
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oxide
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Wolfgang Graf
Andreas Georg
Peter Nitz
Christopher BÜHLER
Andreas Gombert
Volker Wittwer
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Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
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    • E06B9/24—Screens or other constructions affording protection against light, especially against sunshine; Similar screens for privacy or appearance; Slat blinds
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    • E06B2009/2417—Light path control; means to control reflection
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    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
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    • G02F1/157—Structural association of cells with optical devices, e.g. reflectors or illuminating devices
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    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2202/00—Materials and properties
    • G02F2202/34—Metal hydrides materials

Definitions

  • the invention relates to a device for directing light from at least one partially translucent surface material.
  • Modern buildings increasingly have large glazing areas, which means that the incoming sunlight during the heating period reduces the heating energy requirement and the lighting in the buildings is improved by the increased incidence of daylight. At the same time, undesirable effects can also occur, in particular overheating on warm days in the buildings or glare from direct sunlight, e.g. also for VDU workstations.
  • optically switchable elements such as mechanically adjustable shading systems in the sense of blinds or venetian blinds or, more recently, optically switchable windows , such as electrochromic or gasochrome windows, can counteract overheating and unpleasant glare.
  • Electrochromic systems are described, for example, in CG. Granqvist, "Handbook of inorganic electrochromic materials", Elsevier Amsterdam (1995), or “Electrochromism”, PS Monk, RJ Mortimer, DR Rosseinsky, VCH Weinheim (1995).
  • gasochromic systems which change their optical properties by reaction with a gas
  • gasochromic systems which change their optical properties by reaction with a gas
  • Mechanism of the gasochromic coloration of porous WO 3 films Solid State Electronics, Volume 127, Issues 3-4, January 2, 2000, pp. 319-328, A. Georg, W. Graf, R. Neumann and V. Wittwer.
  • An arrangement and a method for changing the light transmission of window panes, in particular double-glazed window panes can also be found in DE 38 22 796 A1.
  • electrochromic material is introduced between two glass panes, which changes its transmission properties when an electrical voltage is applied.
  • a plurality of liquid crystal surface fields arranged in matrix form are provided between two glass panes, each of which is to be energized, so that a window pane constructed in this way can be tinted in individual surface areas.
  • this system does not control light.
  • materials in optically switchable systems which change their refractive index, their optical activity, for example by rotating the plane of polarization in liquid crystals, or their absorption index in order to induce adjustable absorption phenomena in this way.
  • the latter materials are referred to as electrochromic, gasochromic, phototropic / photochromic or photoelectrochromic materials.
  • Materials are also known which undergo a transition from a dielectric to a metallic state, e.g. with metal hydride mirrors (see, for example, Toward solid-state switchable mirrors using a zirconium oxide proton conductor ", Solid State Ionics, Volume 145, Issues 1-4, December 1, 2001, pp.
  • the static elements bring about a permanent reduction in the total incidence of light, for example through window openings, but not only in the desired manner during the warm season, but also in the winter time, so that the desired contribution of sunlight to the room heating during cold seasons is reduced.
  • mechanically adjustable systems offer a largely individual adjustment with regard to the degree of shading to the given lighting conditions, but such systems are often complex, expensive and, moreover, maintenance-intensive.
  • optical elements are used that work on the basis of optical refraction, reflection and / or internal total reflection.
  • Such optical elements are typically designed as light-transparent surface elements and have e.g. structures prismatic on one of their surfaces, which depending on the angle of incidence transmit, deflect, scatter or reflect the incident radiation.
  • the seasonally varying position of the sun leads to direct sunlight during a certain period of time, e.g. during the summer months, is reflected in a targeted manner, but during the remaining time the light deflection system can pass almost unhindered.
  • Another system for directing light consists of complementary structures, which take advantage of the fact that when passing through a thin, plane-parallel gap, only a minimally small parallel beam offset takes place.
  • an element that fulfills a sun protection function due to total reflection at certain angles of incidence can be provided with see-through properties by adding a complementary structure to the element.
  • Such systems are known, for example, from DE 17 40 553, DE 11 71 370, US 2,976,759, US 3,393,034, US 4,148,563, US 4,519,675, US 5,880,886, DE 195 42 832 A1 or DE 196 22 670.
  • Static coatings in connection with such light control devices can significantly reduce overheating in warm seasons by means of back reflection, light scattering or absorption, but they do Masking mechanisms in the cold season help ensure that only small amounts of solar energy can be used to heat the room.
  • a particular disadvantage of optical arrangements for geometric light control relates to the unavoidable, manufacturing-related deviations of the real light control structures from the ideal structure.
  • edges in particular are rounded off.
  • Such curves lead to undesirable glare effects, especially when looking directly at the window.
  • the invention is based on the object of developing a device for directing light from at least one partially translucent surface material, which is preferably designed as a window element or can be integrated in such a way, that the device avoids the disadvantages mentioned above in relation to the prior art.
  • it is necessary to specify a device for light control that combines all of the advantages as described above for the individual light deflection systems.
  • the device for directing light according to the invention is intended to avoid any glare caused by direct sunlight entering the room or by rounding-off on surface structure edges due to production and, moreover, to provide effective protection against overheating, particularly in the warm seasons.
  • a first variant of the solution according to the invention provides a device for light control made of at least one partially translucent surface material, with at least one surface top, which has optically effective surface structures for light control and / or light scattering.
  • the phrase “at least partially translucent” is intended to identify a type of material that can be irradiated by solar radiation from the visible spectral range with little or no transmission loss.
  • an optically switchable coating is provided at least in partial areas of the surface structures, which, depending on the user requirements, covers the surface structures completely or only in limited partial areas of the surface structures, preferably along edge profiles.
  • an optically switchable layer at least in partial areas, which is arranged opposite, preferably parallel to, the surface top surface provided with the surface structures.
  • the second surface top can either be formed separately from the first surface top, for example by arranging two separate surface materials, or in one piece with the first Top surface can be connected, for example, in the form of a front and back of a surface material designed as a window pane.
  • a simplest embodiment of the device according to the invention provides a known optical light-directing surface element, the structured surface of which is provided with an optically switchable layer.
  • Such a combination advantageously combines the advantages of classic light-directing or scattering optical surface elements with those optically switchable systems described in the introduction to the description, so that glare effects are suppressed on the one hand and overheating effects in warm seasons can be avoided on the other. This effectively suppresses the risk of glare even in cold seasons, whereas if the optically switchable layer is increased accordingly, the solar radiation flow penetrating into the interior of the room makes a noticeable contribution to the warming of interiors. Disadvantages that have been described for the individual systems do not occur in the device according to the invention.
  • the glare strips caused by manufacturing technology along the rounded edges of the light-directing surface structures are also locally reduced in their glare by the light-absorbing layer, in that the optically switchable layer is preferably provided on precisely those surface areas with increased glare on the surface structures.
  • optically effective surface structures primarily includes structural geometries that provide optically effective interfaces at which light is refracted, reflected or scattered when it passes according to the laws of geometric optics. This applies to macroscopic structural elements, the structure sizes of which certainly have interfaces in the centimeter and decimeter range.
  • cracks, gaps or slits within the surface top surface of a surface material formed, for example, as a glass pane represent surface structures of this type, at whose interfaces light rays are deflected relative to the incidence of light depending on the respective interface inclinations.
  • the device according to the invention for targeted light control from at least one partially translucent surface material can, as will be explained in more detail below, be used in a particularly advantageous manner as a window element or part of a window element, preferably for buildings; but also suitable in special cases for use in differently designed rooms, such as vehicles such as ships, cars, airplanes. It is also used in display elements such as Projection screens or display backlights, conceivable.
  • Microstructures of this type are also advantageously suitable as structural surfaces for light control and / or light scattering, which can be used either in combination with the macroscopically designed, optically active surface structures, in which case the macroscopically designed optically effective surface structures are provided over the entire surface or only in certain surface areas with the microstructures which produce near-field effects, or the instead of the macroscopically designed optically active surface structures are applied to a top surface at least in partial areas.
  • microstructure surfaces which, according to the invention, are coated at least in partial areas with an optically switchable layer, the optical effect of which on sunlight penetrating the microstructure surface is significantly influenced by the near-field effects caused by the microstructures. It is particularly advantageous to provide only those regions of the microstructure with the optically switchable layer at which particularly large near-field intensities occur for certain angles of incidence at which sunlight strikes the microstructure surface.
  • a complete coating of the microstructure surface with a light-induced optically switchable layer, preferably made of photochromic material, could also be locally colored in places of high intensity in the near field, which can lead to optically interesting phenomena.
  • optically active layers whose absorption, transmission and / or reflection behavior is time-independent, that is to say time-invariant, as is the case, for example, with dielectric or metallic ones Layer materials are the case, have comparatively good optical light directing or scattering properties, as can be observed using the device described above, provided that the optically active layers are used at least in combination with a microstructure surface.
  • a second alternative approach therefore provides for a device for directing light from at least one partially translucent material which has a top surface to be designed in such a way that the top surface provides optically effective surface structures for directing light and / or scattering light, the optically active surface structures providing microstructures at least in some areas , which are at least partially covered with an optically effective layer, which uses near-field effects caused by the microstructures for their optical effect.
  • the surface of the surface material has only a microstructure surface, that is to say without the additional provision of macroscopically formed surface structures.
  • the microstructures are at least partially covered with an optically effective layer, which uses near-field effects caused by the microstructures for their optical effect.
  • microstructured surface top Of particular importance for the advantageous optical effect of the microstructured surface top is the coating only in those surface areas of the microstructures where intensity maxima or minima appear in the near field when light falls.
  • the optically active layer which is formed, for example, as a thin metal layer and has constant reflection or absorption properties.
  • dielectric layers are also conceivable which have certain constant transmission properties.
  • microstructures are also understood to mean differently shaped, geometric microstructure elements in the order of magnitude of 100 ⁇ m, preferably less than 20 ⁇ m, and a preferred aspect ratio of greater than 0.2.
  • Typical three-dimensional microstructure elements which are raised above the surface, represent, for example, prismatic, cuboid, parabolic, convex or concave arched or pyramid-shaped structural elements, which, when appropriately irradiated with sunlight, cause interference effects due to their structural dimensions, which lead to field modulations in the near field the magnitude of the wavelength of the light incident on the microstructures.
  • a locally influenced coating of the microstructure flanks or edges preferably with a metal layer, can have a decisive influence on the formation of the near field.
  • Such microstructures have a very strong angle dependency with regard to the light impinging on the microstructures with regard to their optical deflection behavior.
  • the masking behavior which is dependent on the angle of incidence, with regard to the optical deflecting capacity of the microstructures can be set very precisely by suitable selective coating of the microstructure flanks or edges.
  • the developing near-field effects are also able to influence the transmission properties of the entire translucent surface element in a wavelength-dependent manner depending on the angle of incidence of the light striking the microstructures.
  • a suitable microstructure coating it is possible to specifically reduce the transmission behavior for sunlight from the longer-wave spectrum at high angles of incidence, such as those that occur in our latitudes during summer, to avoid overheating in the interior of the room and, at the same time, to ensure that long-wave radiation at flat angles of incidence , as they occur in our latitudes in the cold seasons, can pass through the surface material almost undiminished.
  • the combination according to the invention of a device having optically effective microstructures, at least in some areas, with a selective coating of optically active material, which is not necessarily optically switchable, represents a device for preferred use as a sun protection element, which combines the advantages initially recognized as prior art and avoids their disadvantages.
  • optically switchable layer materials such as these have also been proposed in connection with the first alternative solution described above.
  • optically switchable materials are suitable for the device for directing light according to the invention.
  • gasochromic layer materials are particularly preferred for the realization without questioning the basic suitability of the other materials the device according to the invention.
  • Transition metal oxides such as, for example, tungsten oxide, tungstates, niobium oxide, molybdenum oxide, molybdates, nickel oxide, titanium oxide, vanadium oxide, iridium oxide, manganese oxide, cobalt oxide or mixtures of the above types of oxide are particularly suitable for this.
  • Metal hydrides such as, for example, LaZ -z Mg z H x , Y ⁇ -2 Mg z H x , Gd ⁇ -z Mg z H x , YH b , LaH b , SmH, NiMg 2 H x , CoMg 2 H x , are also suitable as gas-chromic materials or mixtures thereof, with z values in the range from 0 to 1, x values in the range from 0 to 5 and b values from 0 to 3, or also switchable polymers, such as polyviologens, polythiophenes or polyanilines, or Prussian blue
  • layer thicknesses in the range between 100 nm to 1000 nm are selected for the flat or area-limited deposition on the corresponding surfaces.
  • Particularly suitable layer thicknesses are 200 to 600 nm.
  • the gasochromic layer material is selected from the group of metal hydrides, layer thicknesses between 10 nm and 500 nm, preferably 20 nm to 50 nm, are sufficient.
  • the latter class of material is preferably suitable for the selective coating of very small surface sections on the microstructures, on which preferably only the edge pulls or specifically aligned side flank surfaces are covered with only a thin layer with respect to the incidence of light.
  • the layer materials are combined with catalytic materials.
  • catalytic materials are, for example, platinum, iridium, palladium, rhodium, osmium, rhenium, nickel, ruthenium or mixtures of the aforementioned types of metal.
  • the catalysts designed as layers have preferred layer thicknesses of 10 nm and less, preferably 3 nm.
  • gas-chromic layers in combination with light-directing or light-scattering surface structures has, in particular, for selective coating of certain areas of the surface structure, among other things.
  • the layer structure is particularly simple. In particular with a selective coating of certain areas of the surface structure, this considerably simplifies the coating effort compared to complex multilayer systems.
  • Gasochromic layer systems usually combine a comparatively thick gasochromic layer, e.g. for transition metal oxides typically 100 nm to 100 nm thick, preferably 200 nm to 600 nm, with a thin catalyst layer, typically thinner than 10 nm, preferably thinner than 3 nm.
  • a comparatively thick gasochromic layer e.g. for transition metal oxides typically 100 nm to 100 nm thick, preferably 200 nm to 600 nm
  • a thin catalyst layer typically thinner than 10 nm, preferably thinner than 3 nm.
  • the selective application to certain areas of the surface structure is easily possible by means of deposition processes such as vapor deposition or sputtering which the layer particles spread out in a straight line, creating a shadow effect.
  • deposition processes such as vapor deposition or sputtering which the layer particles spread out in a straight line, creating a shadow effect.
  • a selective coating of the surface structure can be achieved, as will be described later.
  • this is usually also associated with a reduction in the effective deposition rate.
  • gas-chromium layer systems it is now well possible to apply the thick gas-chromium layer over a large area and the thin catalyst layer selectively, thus producing a coating that only switches in the areas with catalyst.
  • the disadvantage of the reduced deposition rate in the catalyst layer is now not serious, since very thin layers are sufficient in any case.
  • cavities such as e.g. are produced by joining two complementary structures, are equipped on the inside with gas-chromic layers and then flowed through with reactive gases.
  • gas-chromic material classes are equally suitable as electrochromic layer materials, in this case they only have to be connected to an electrical control potential for switching their optical transmission behavior and are not exposed to a targeted gas flow as in gas-chromic operation.
  • Liquid crystals are not particularly suitable if certain areas of the surface structure are to be selectively designed to be switchable, since their encapsulation is very complex over selective areas.
  • the one electrode surface of a liquid crystal system is applied to greater structural depths, then it may be necessary to design the second inclined parallel to the first, which is very complex.
  • the use of liquid crystals on large areas is complex and expensive.
  • SPD suspended particle devices
  • Phototropic and thermotropic materials require comparatively large layer thicknesses (typically greater than 10 ⁇ m or 100 ⁇ m), many organic photochromic materials, such as those used in sunglasses, typically greater than 1 ⁇ m. Therefore, they are not particularly suitable for the selective coating of certain structural areas.
  • optically switchable systems are particularly suitable which have thin layers with layer thicknesses below 10 ⁇ m, preferably below 1 ⁇ m.
  • gasochromic, electrochromic, photoelectrochrochromic, photochromic, or thermochromic layer systems are described, for example, in "New photoelectrochromic device", Electrochimica Acta, Volume 46, Issues 13-14, April 2, 2001, pp. 2131-2136, A. Hauch, A. Georg, S. Baumgärtner, U. Opara Krasovec and B. Orel, or in “User controllable photochromic (UCPC) devices", Electrochimica Acta, Volume 44, Issue 18, May 1, 1999, pp.
  • UCPC User controllable photochromic
  • thermochromic layer systems are, for example, V02, including doped with tungsten or molybdenum (see, for example, "Thermochromic glazing of Windows with better luminous solar transmittance", Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 71, Issue 4, 1 March 2002, S 537-540, Moon -Hee Lee).
  • Some of the switchable systems described above are not switchable in a controlled manner, ie they react passively to external influences, in particular temperature (thermochromic, thermotropic) and light intensity (photochromic, phototropic).
  • the actively controllable systems eg gas chromium, electrochromic, photoelectrochromic
  • a number of alternative coating techniques are suitable for producing the device according to the invention, on whose optically effective surface structures - may they assume macroscopic or microscopic dimensions - locally selective layer deposits - be they optically switchable or static.
  • sputtering processes are carried out under an argon atmosphere and under pressure conditions in which the mean free path of the gas particles is less than or in the same order of magnitude as the distance from the sputtering source (target) to the substrate, so that the sputtering particles scatter to calculate.
  • massive sputter particles such as tungsten or platinum
  • a light sputter gas such as helium or neon
  • suitably attached screens during the sputtering process is advantageous if one wishes to ensure that only certain angular ranges related to the straight-line direction of propagation of the sputtering particles are free to be coated.
  • Something similar can also be achieved by inclining the target or the substrate, for example by guiding it over rollers in the case of a film coating.
  • Wet-chemical coating processes are also conceivable, such as dipping, spraying, spin coating, knife coating or printing, but the surface structures to be coated must be preprocessed in a first step such that during the coating process, in which the entire surface structure is brought into contact with the coating material, only selective flank areas can be coated by wet chemical deposition.
  • certain structural surface areas have hydrophilic, hydrophobic, lipophilic or lipophobic surface properties.
  • Such surface properties can be generated by small structures, ie structures smaller than 10 ⁇ m. If the structures are kept smaller than the light wavelength, ie smaller than 400 nm, their influence on the optical properties in the area of solar radiation is not that great. For example, they can be transferred to a film substrate surface by mechanical stamping. Depending on the nature of the coating solutions, selective flank coatings can be carried out in this way.
  • detachment layers can be selectively deposited on limited substrate surfaces by means of a sputtering process.
  • an optically switchable layer is applied to the surface substrate over the entire surface. With subsequent removal of the release layer, the optically active layer can subsequently be removed locally, as a result of which the optically active layer remains only on the other surface areas.
  • optically active surface structures it is possible to coat the surface of the surface provided with optically active surface structures over the entire surface with, for example, an optically active layer and then to selectively cover it with a blocking layer.
  • this blocking layer can prevent the switching function, in the case of a static layer its optical properties are greatly impaired.
  • optically switchable multilayer systems such as the combination of a thicker gas-chromium layer with a thinner catalyst layer, it is also possible to selectively deposit only one layer, e.g. the thinner layer, and the remaining layers, so that the switching function only in places of presence of all individual layers.
  • suitable methods are those in which the coating is influenced by illumination of the structured surface and, for example, layer deposition takes place particularly at locations of high or low light intensity. Examples of this can be the polymerisation of monomers under UV lighting or the exposure of photoresist structures with subsequent development and possibly further coating and / or lift-off processes.
  • Fig. 2 window element with optically effective surface structures
  • Fig. 3 a -e window element with thermotropic layer material
  • the above-described device for directing light from at least one partially translucent surface material is preferably suitable for integration into a window element, which is described in detail with reference to the following exemplary embodiments.
  • FIG. 1a shows a schematic cross section through a double-glazed window element which is delimited on both sides by the window glass panes 1 and 4 located opposite one another.
  • the surface material 2 which is designed in the manner of a glass pane and provides surface structures 21 which are macroscopically formed on the top surface of the surface on the left in the illustration.
  • the surface structures 21 each have three side flanks, one of which is oriented parallel to the back of the surface material 2.
  • the glass pane 1 is the outer pane and the glass pane 4 is the inner pane of a window element.
  • an optically switchable layer system 3 is provided, which consists, for example, of an optically switchable layer and a catalyst, for example WO 3 and platinum.
  • the space between the panes 22 can alternately be filled with a reducing gas, for example dilute H 2 and an oxidizing gas, for example dilute 0 2 , as a result of which the layer, for example in the case of WO 3 and platinum, is discolored and decolorized. Further details of such an optically switchable system can also be found in DE 44 40 572.
  • the optically switchable layer system 3 reduces the glare of the geometric structure 21, which, due to the manufacturing process, exists due to a lack of edge designs (keyword: edge rounding).
  • FIG. 1 b shows an exemplary embodiment in which an optically switchable layer 3 is provided over the entire surface of the surface structure of the surface material 2.
  • FIG. 1 c shows an embodiment in which only certain flanks of the surface structure 21 are provided with an optically switchable coating 3.
  • the structure size can be macroscopic, e.g. larger than 100 ⁇ m, or microscopic, e.g. less than 100 ⁇ . his.
  • a light-directing structure can be embossed in a plastic film. It is then selectively coated with a gas-chromium layer by vapor deposition or sputtering, and the film is then applied to the inside of a pane of double glazing.
  • Typical structures can be periodic prisms with a see-through area, as sketched in Fig.1, whereby individual flanks and / or rounded edges are coated selectively.
  • Typical structure sizes are, for example, in the order of 10 to 50 ⁇ m.
  • FIG. 1d shows a detailed illustration of a rounded edge due to the manufacturing process, which can lead to undesired glare effects.
  • the edge area is specifically covered with the optically switchable layer 3, glare effects caused by the rounding can be effectively reduced.
  • photochromic layer materials typically change color when exposed to light, so that in particular those layer areas which experience a high light intensity when irradiated are colored.
  • direct sunlight can be directed to certain areas by appropriate geometric design of light-directing structures Locations of the photochromic layer are directed, which induces local discoloration, while the photochromic layer remains translucent in other locations, for example.
  • the reverse reaction is also conceivable, ie a photochromic material that discolors when exposed to light, but otherwise otherwise remains colored or reflective.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a window element, comparable to the representation in FIG. 1c, but the surface element 2 introduced between the window panes 1 and 4 has microstructures 5, to which an optically effective layer 31 is also applied only in partial areas, which is not necessarily must be designed as an optically switchable layer.
  • the microstructures 5 are designed to be greatly enlarged in FIG. 2 for reasons of better visibility.
  • metal coatings 31 are provided which are able to influence the near-field effects caused by the microstructures 5 in a certain way during irradiation and thus determine the light deflecting capacity of the entire window element.
  • a sharp angular selectivity can in principle be realized, that is to say the light is reflected back in direct sunlight and high positions of the sun above the horizon, as occur especially in summer, whereas low sun positions, especially in winter, the light is let through.
  • wavelength selectivity can also be achieved. This enables protection against overheating in summer and simultaneous use of sunlight in winter for heating the building. By redirecting direct sunlight, for example to the ceiling of the interior in the case of low sun positions in winter, glare can also be avoided at the same time.
  • the microstructures ensure a near field, which is of course much more wavelength-dependent than the optical function of macroscopic structures, in which the geometric optics determine the effect, which in the ideal case is independent of the wavelength.
  • microstructures and optically active layers permits sharper wavelength selectivity, lower absorption and the use of simpler layers, e.g. Single layers, such as metals, with lower demands on the substrate.
  • FIGS. 3a to e show further variants for a light-directing system which, as it were the exemplary embodiments with reference to FIGS. 1a-d, can be integrated in window elements, preferably window elements with double glazing.
  • thermotropic composite pane 6 which is arranged as an outer pane spaced apart from an inner pane 4 designed as prismatic glazing.
  • the thermotropic composite pane 6 is constructed in three layers, a thermotropic material being sandwiched between two otherwise sunlight-transparent glass panes as the optically switchable layer 3.
  • the so-called low-e layer 8 which consists of a material that emits little thermal radiation, is particularly preferably suitable for the glass pane facing the prismatic glazing 7.
  • the prismatic glazing 7 preferably consists of an inner pane 4 which is transparent to normal sunlight and a surface-structured film 21 applied thereon. A gas space is enclosed between the low-e layer 8 and the film 21.
  • thermotropic material on both sides by means of corresponding glass plates or the like, but rather directly opposite the prismatic glazing 7 on a layered composite consisting of a sunlight-transparent outer pane 1 and to provide a low-e layer 8 applied thereon.
  • Figures 3 c to d provide further design variants.
  • the optically switchable layer 3, which preferably consists of thermotropic material, is arranged cantilevered between the layer composite of the outer pane 1 and the low-e layer 8 and the inner pane 4 provided with the surface structure 21.
  • the outer pane 1 is arranged at a distance from the optically switchable layer 3, which is applied directly to the surface structuring 21.
  • the outer pane 1 directly contacts the optically switchable layer 3, which is applied to the surface structure 21 as in FIG. 3d.
  • thermotropic composite window panes With the help of the thermotropic composite window panes described above, it is possible, using suitable thermotropic materials, to specify a completely autonomously operating light control system that ensures that the warming radiation flow in winter can pass into the interior, whereas overheating effects in summer can be avoided. If, contrary to the transmission behavior of conventional thermotropic materials, which are transparent in the cold state and diffuse in the warm state, specifically thermotropic materials are used which have a reverse transmission behavior, i. H. are diffusely scattering in the cold state and largely transparent to sunlight in the warm state, as is the case, for example, with paraffins or other latent storage materials such as, for example, salt solutions, the radiation situations shown in FIGS. 4a and b result.
  • thermotropic layer material 3 is one opaque or diffuse state, whereby incident sunlight is diffusely scattered in the direction of the prismatic glazing 7.
  • the prismatic glazing 7 is in particular designed in such a way that it is largely reflective for high, summer positions in the sun, whereas it is transmissive for lower positions of the sun, especially in winter time. Since at winter temperatures, as described in the previous case, the solar entry into the interior of the room is desired, the reflective effect of the prismatic glazing 7 is almost eliminated by the diffuse light scattering on the thermotropic material layer 3, as a result of which the solar radiation flow can reach the interior largely unhindered (Fig. 4a).
  • thermotropic layer material 3 assumes transparent properties, as a result of which the sunlight shining in from outside falls almost without scatter on the light-guiding surface structures of the prismatic glazing 7. If the position of the sun is suitably high, the sun's rays hitting the prismatic glazing are directed into the interior of the room only at a certain angle. However, the much larger radiation component is reflected back by the prismatic function of the prismatic glazing 7 (as shown in FIG. 4c).

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Lichtlenkung aus wenigstens einem teiltransluzenten Flächenmaterial, mit einer Flächenoberseite, die optisch wirksame Oberflächenstrukturen zur Lichtlenkung und/oder Lichtstreuung aufweist, sowie zumindest in Teilbereichen der Oberflächenstrukturen eine optisch schaltbare Beschichtung vorsieht oder wenigstens zwei sich mittel- oder unmittelbar gegenüberliegenden Flächenoberseiten, von denen eine optisch wirksame Oberflächenstrukturen zur Lichtlenkung und/oder Lichtstreuung aufweist, und von denen die andere eine zumindest Teile der Flächenoberseite bedeckende optisch schaltbare Beschichtung vorsieht.

Description

Vorrichtung zur Lichtlenkung
Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lichtlenkung aus wenigstens einem teiltransluzenten Flächenmaterial.
Stand der Technik
Moderne Gebäude weisen zunehmend große Verglasungsflächen auf, wodurch in der Heizperiode das einfallende Sonnenlicht den Heizenergiebedarf reduziert und die Beleuchtung in den Gebäuden durch vermehrten Tageslichteinfall verbessert wird. Gleichzeitig können aber auch unerwünschte Effekte auftreten, insbesondere eine Überhitzung an warmen Tagen in den Gebäuden oder eine Blendung durch direktes Sonnenlicht, z.B. auch bei Bildschirmarbeitsplätzen.
Diesen Problemen wird derzeit begegnet durch den Einsatz von statischen Elementen, wie z.B. Sonnenschutzverglasungen mit geringer solarer Transmission, Markisen-, Balkonvorbauten vor Fensterflächen etc.. Auch optisch schaltbare Elemente, wie mechanisch verstellbare Verschattungssysteme im Sinne von Jalousien oder Raffstoren oder neuerdings auch optisch schaltbare Fenster, wie elektrochrome oder gasochrome Fenster vermögen Überhitzungen und unangenehmen Blendeffekten entgegenwirken. Elektrochrome Systeme werden z.B. in CG. Granqvist, "Handbook of inorganic electrochromic materials", Elsevier Amsterdam (1995), oder "Electrochromism", P.S. Monk, R. J. Mortimer, D.R. Rosseinsky, VCH Weinheim (1995), beschrieben. Den elektrochromen Systemen verwandt sind sog. Gasochrome Systeme, die ihre optischen Eigenschaften durch Reaktion mit einem Gas verändern, wie sie im übrigen auch in DE 44 40 572 sowie EP 0 792 406 B1 oder in "Mechanism of the gasochromic coloration of porous W03 films", Solid State lonics, Volume 127, Issues 3-4, 2 January 2000, S. 319-328, A. Georg, W. Graf, R. Neumann and V. Wittwer, beschrieben werden. Auch aus der DE 38 22 796 A1 ist eine Anordnung sowie ein Verfahren zur Veränderung der Lichtdurchlässigkeit von Fensterscheiben, insbesondere doppeltverglaste Fensterscheiben zu entnehmen. Hierbei ist zwischen zwei Glasscheiben elektrochromes Material eingebracht, das bei Anlegen einer elektrischen Spannung seine Transmissionseigenschaften verändert. In einer besonders hervorgehobenen Ausführungsform werden zwischen zwei Glasscheiben eine Vielzahl matrixförmig angeordnete Flüssigkristallflächenfelder vorgesehen, die einzelnen zu bestromen sind, so dass eine derartig aufgebaute Fensterscheibe in individuellen Flächenbereichen eingetönt werden kann. Eine Lichtlenkung erfolgt jedoch mit diesem System nicht.
So sind Materialien in optisch schaltbaren Systemen bekannt, die ihren Brechungsindex, ihre optische Aktivität, bspw. durch Drehung der Polarisationsebene bei Flüssigkristallen, oder ihren Absorptionsindex ändern, um auf diese Weise einstellbare Absorptionserscheinungen zu induzieren. Letztere Materialien werden je nach der Art ihrer Beeinflussung als elektrochrome, gasochrome, phototrope/photochrome oder photoelektrochrome Materialien bezeichnet. Auch sind Materialien bekannt, die einen Übergang von einem dielektrischen in einen metallischen Zustand erfahren, z.B. bei Metallhydrid-Spiegel (s. z.B. Toward solid- state switchable mirrors using a zirconium oxide proton conductor", Solid State lonics, Volume 145, Issues 1-4, 1 December 2001 , S. 17-24, Virginie M. M. Mercier and Paul van der Sluis, "Cycling durability of switchable mirrors", Electrochimica Acta, Volume 46, Issues 13-14, 2 April 2001 , S. 2173-2178, Anna-Maria Janner, Paul van der Sluis and Virginie Mercier)
Die statischen Elemente bewirken hingegen eine dauerhafte Reduzierung des gesamten Lichteinfalls bspw. durch Fensteröffnungen jedoch nicht nur in erwünschter Weise während der warmen Jahreszeit, sondern auch in der Winterzeit, so daß der gewünschte Beitrag des Sonnenlichtes zur Raumheizung während kalten Jahreszeiten vermindert ist. Demgegenüber bieten mechanisch verstellbare Systeme eine weitgehend individuelle Anpassung bezüglich des Abschattungsgrades an die gegebenen Lichtverhältnisse, doch sind derartige System oft aufwendig, teuer und darüber hinaus wartungsintensiv.
Ein Ansatz zur Vermeidung von Blenderscheinungen im Rauminneren ist die gezielte Lichtlenkung des direkten Sonnenlichtes in Raumwinkelbereiche, in denen keine wahrnehmbare Blendung auftreten kann, wie z.B. an die Decke eines Innenraumes. Hierzu werden optische Elemente verwendet, die auf der Grundlage optischer Brechung, Reflexion und/oder interner Totalreflexion arbeiten. Derartige optische Elemente sind typischerweise als lichttransparente Flächenelemente ausgebildet und weisen z.B. an einer ihrer Oberflächen prismatisch ausgebildete Strukturen auf, die je nach Einfallswinkel die einfallende Strahlung transmittieren, umlenken, streuen oder reflektieren. Bei fest installierten derartigen Flächenelemente führt der saisonal variierende Sonnenstand dazu, daß direktes Sonnenlicht während einer bestimmten zeitlichen Periode, z.B. während der Sommermonate, gezielt reflektiert wird, während der verbleibenden Zeit aber nahezu ungehindert das Lichtumlenksystem passieren kann.
Ein weiteres System zur Lichtlenkung besteht aus Komplementärstrukturen, bei denen man sich zunutze macht, dass bei Durchtritt durch einen dünnen, planparalellen Spalt lediglich ein minimal kleiner paralleler Strahlversatz stattfindet. Somit kann ein Element, das aufgrund von Totalreflexion unter gewissen Einfallswinkeln eine Sonnenschutzfunktion erfüllt, mit Durchsichteigenschaften versehen werden, indem eine Komplementärstruktur an das Element hinzugefügt wird. Derartige Systeme sind bspw., aus DE 17 40 553, DE 11 71 370, US 2,976,759, US 3,393,034, US 4,148,563, US 4,519,675, US 5,880,886, DE 195 42 832 A1 oder DE 196 22 670 bekannt.
Ferner ist es möglich die Funktion von lichtlenkenden Prismen derart zu erweitern, indem die Prismen derart beweglich angebracht werden, daß die Ausrichtung der jeweiligen Prismenflächen zur Lichtquelle gezielt variiert werden kann. Aus der DE 1 497 348, DE 31 38 262 A1 , US 4,773,733, DE 195 42 832 A1 oder DE 197 00 111 A1 sind derartige Systeme bekannt, bei denen strukturierte Lamellen oder Prismenstäbe um eine im wesentlichen waagerechte Achse drehbar gelagert sind, wodurch sich die lichtlenkenden Strukturen gezielt ausrichten oder der Sonne nachführen lassen. Für diese beweglichen Systeme treffen jedoch die Nachteile klassischer Lamellenjalousien oder Raffstore zu, hinsichtlich teurer Anschaffungskosten und Anfälligkeit gegen Störungen durch mechanisches Versagen.
Der Stand der Technik kennt somit durchaus Massnahme zur Vermeidung der Überhitzung in Gebäuden, z.B. optisch schaltbare Fenster, sowie Methoden zur Vermeidung der Blendung durch Lichtlenkung, z.B. durch prismatisch strukturierte Geometrien.
Die Anforderungen, die an die Reduzierung der Transmission eines optisch schaltbaren Fensters zur Vermeidung von Blendung gestellt werden müßten, sind jedoch sehr hoch, so daß entsprechende Fenster nicht verfügbar oder sehr aufwendig in ihrer Herstellung sind und auch im Betrieb weitere Nachteile aufweisen, wie längere Schaltzeiten, geringere Transmission im entfärbten Zustand oder geringere Langzeitstabilität. Gleichzeitig würde aber eine derartige Unterdrückung der Blendung insbesondere im Winter den gewünschten Effekt der Reduzierung der Heizenergie ebenfalls vermindern.
Demgegenüber leisten bekannte Lichtlenkungsvorrichtungen, die zwar zu einer Vermeidung der Blendung führen, keinen oder nur einen vernachlässigbar geringen Beitrag zur Vermeidung der Überhitzung an warmen Tagen, zumal sie sich in den meisten Fällen auf die Umklenkung des direkten Sonnenlichts beschränken und somit diffuses Himmelslicht nicht effektiv ausblenden können.
Statische Beschichtungen in Verbindung mit derartigen Lichtlenkungsvorrichtungen können zwar die Überhitzung in warmen Jahreszeiten im Wege der Rückreflexion, Lichtstreuung oder Absorption deutlich reduzieren, doch tragen diese Ausblendmechanismen in der kalten Jahreszeit dazu bei, dass nur geringe solare Energiebeiträge zur Raumheizung genutzt werden können.
Ein besonderer Nachteil von optischen Anordnungen zur geometrischen Lichtlenkung betreffen die unvermeidbaren, herstellungsbedingten Abweichungen der reellen Lichtlenkstrukturen von der Idealstruktur. So sind insbesondere Kanten in der Realität abgerundet. Derartige Rundungen führen zu unerwünschten Blendwirkungen insbesondere bei direkter Betrachtung des Fensters.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Lichtlenkung aus wenigstens einem teiltransluzenten Flächenmaterial, das vorzugsweise als Fensterelement ausgebildet oder in ein solches integrierbar ist, derart weiterzubilden, dass die Vorrichtung die vorstehend zum Stand der Technik genannten Nachteile vermeidet. Insbesondere gilt es eine Vorrichtung zur Lichtlenkung anzugeben, die alle Vorteile, wie sie vorstehend zu den jeweils einzelnen Lichtumlenksystemen beschrieben sind, in sich vereint. Insbesondere soll die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lichtlenkung jegliche Blendungserscheinungen, bedingt durch direkten Sonnenlichteinfall in das Rauminnere oder durch herstellungsbedingte Abrundungen an Oberflächenstrukturkanten vermeiden und überdies einen wirksamen Überhitzungsschutz, insbesondere in den warmen Jahreszeiten gewähren. Zugleich soll dem Erfordernis entsprochen werden, dass bei wirksamer Unterdrückung jeglicher Blendgefahr ein ausreichender Lichtdurchlass in das Rauminnere, vor allem in den kalten Jahreszeiten möglich ist. Ferner gilt es ein Lichtlenkungselement mit optischen Eigenschaften anzugeben, die von hoher optischer Selektivität sowie Funktionalität sind, d.h. die Lichtumlenkung soll mit einer überaus hohen Winkelselektivität in Bezug auf die Einfallswinkel des Sonnenlichtes auf die Vorrichtung möglich sein. Schließlich soll der herstellungsbedingten Aufwand möglichst gering sein, sodass ein wirtschaftlich interessantes Produkt gewonnen werden kann, das sich vor allem auch für großflächige Anwendungen eignet. Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 4 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche. Ferner ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung der lichtumlenkenden Vorrichtungen angegeben.
Eine erste erfindungsgemäße Lösungsvariante sieht eine Vorrichtung zur Lichtlenkung aus wenigstens einem teiltransluzenten Flächenmaterial vor, mit wenigstens einer Flächenoberseite, die über optisch wirksame Oberflächenstrukturen zur Lichtlenkung und/oder Lichtstreuung verfügt.
Die Formulierung "wenigstens teiltransluzent" soll in diesem Zusammenhang eine Materialart kennzeichnen, die von Sonnenstrahlung aus dem sichtbaren Spektralbereich ohne oder mit nur geringen Transmissionsverluste durchstrahlt werden kann.
Im weiteren Sinne gilt dies auch für jene Spektralbereiche, die sich unmittelbar am sichtbaren Spektralbereich zu kürzeren aber insbesondere längeren Wellenlängen angrenzen.
Ferner ist zumindest in Teilbereichen der Oberflächenstrukturen eine optisch schaltbare Beschichtung vorgesehen, die je nach Nutzeranforderungen die Oberflächenstrukturen vollständig oder lediglich in begrenzten Teilbereichen der Oberflächenstrukturen überdeckt, vorzugsweise längs von Kantenverläufen.
Alternativ zur unmittelbaren Beschichtung der Oberflächenstrukturen mit der optisch schaltbaren Schicht ist es ebenso möglich eine zweite Flächenoberseite, die der mit den Oberflächenstrukturen versehenen Flächenoberseite gegenüberliegend, vorzugsweise parallel zueinander angeordnet ist, zumindest in Teilbereichen mit einer optisch schaltbaren Schicht zu versehen. Die zweite Flächenoberseite kann entweder getrennt von der ersten Flächenoberseite ausgebildet sein, bspw. durch Anordnen zweier getrennter Flächenmaterialien, oder einstückig mit der ersten Flächenoberseite bspw. in Form einer Vorder- und Rückseite einer als Fensterscheibe ausgebildeten Flächenmaterials verbunden sein.
Eine einfachste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht ein an sich bekanntes optisches lichtlenkendes Flächenelement vor, dessen strukturierte Flächenoberseite mit einer optisch schaltbaren Schicht versehen ist. Durch eine derartige Kombination werden die Vorteile klassischer lichtlenkender bzw. streuender optischer Flächenelemente mit jenen in der Beschreibungseinleitung beschriebenen optisch schaltbaren Systeme in vorteilhafter Weise verbunden, so dass einerseits Blendwirkungen unterdrückt und andererseits Überhitzungseffekte in warmen Jahreszeiten vermieden werden können. Selbst in kalten Jahreszeiten kann die Blendgefahr hierdurch effektiv unterdrückt werden, wohingegen bei entsprechender Transmissionserhöhung der optisch schaltbaren Schicht der in das Rauminnere eindringende solare Strahlungsfluss merklich zur Erwärmung von Innenräumen beiträgt. Nachteile, die zu den einzelnen Systemen geschildert worden sind, treten bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht auf. Auch die fertigungstechnisch bedingten Blendstreifen längs verrundeter Kantenzüge der lichtlenkenden Oberflächenstrukturen werden durch die lichtabsorbierende Schicht lokal in ihrer Blendwirkung herabgesetzt, indem die optisch schaltbare Schicht vorzugsweise an eben jenen Flächenbereichen mit erhöhter Blendwirkung auf den Oberflächenstrukturen vorgesehen wird.
Der Begriff "optisch wirksame Oberflächenstrukturen" umfasst in erster Linie Strukturgeometrien, die optisch wirksame Grenzflächen vorsehen, an denen Licht bei Durchtritt nach den Gesetzen der geometrischen Optik gebrochen, reflektiert oder gestreut wird. Dies trifft auf makroskopische Strukturelemente zu, deren Strukturgrößen durchaus Grenzflächen im Zentimeter- sowie Dezimeterbereich aufweisen. Typischerweise stellen bereits Risse, Spalte oder Schlitze innerhalb der Flächenoberseite eines beispielsweise als Glasscheibe ausgebildeten Flächenmaterials derartige Oberflächenstrukturen dar, an deren Grenzflächen Lichtstrahlen in Abhängigkeit der jeweiligen Grenzflächenneigungen relativ zum Lichteinfall umgelenkt werden. In gleicher Weise stellen jedoch auch dreidimensional aus der Flächenoberseite erhabene Strukturen wie Prismen, Quader, Pyramiden, Linsenkörper etc. geeignete Oberflächenstrukturen dar, die in erfindungsgemäßer Weise mit schaltbaren Beschichtungen kombiniert werden können. Schließlich ist es ebenso denkbar, Hohlräume durch unmittelbaren Zusammenschluss zweier entsprechend oberflächig strukturierter Flachmaterialien zu bilden, die ebenfalls Grenzflächen einschließen und zur Lichtumlenkung dienen. Unter dem vorstehenden Begriff "optisch wirksame Oberflächenstrukturen" sollen jedoch auch optisch wirksame MikroStrukturen subsummierbar sein, deren optisches Umlenkvermögen nicht ausschließlich mit den Gesetzen der geometrischen Optik beschreibbar sind. Ebenso sind Kombinationen aus den eingangs erwähnten Makro- sowie MikroStrukturen denkbar.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur gezielten Lichtlenkung aus wenigstens einem teiltransluzenten Flächenmaterial ist, wie im weiteren noch im einzelnen ausgeführt wird, in besonders vorteilhafter Weise als Fensterelement oder Teil eines Fensterelementes vorzugsweise für Gebäude einsetzbar; aber auch in Spezialfällen für den Einsatz in anders beschaffene Räumlichkeiten, wie beispielsweise Fahrzeuge wie Schiffe, Autos, Flugzeuge, geeignet. Weiter ist auch ein Einsatz in Anzeigeelementen, wie z.B. Projektionsschirmen oder Displayhinterleuchtungen, denkbar.
Im Zusammenhang mit dem bevorzugten Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Lichtlenkung von Sonnenstrahlung in das Rauminnere, vorzugsweise von Gebäuden, besteht der Wunsch, nicht zuletzt aus Kostengründen, die zur Lichtlenkung erforderlichen Strukturen zur miniaturisieren. Im Zuge der Miniaturisierung derartiger Oberflächenstrukturen gewinnen sogenannte optische Nahfeldeffekte an Bedeutung, die mit den Gesetzen der geometrischen Optik nicht beschreibbar sind. Trifft Sonnenlicht auf derartige MikroStrukturen, deren typische Strukturdimensionen im Bereich von 100 μm und darunter liegen, vorzugsweise kleiner 20 μm, so bilden sich beugungsbedingte und durch Interferenzeffekte erklärbare Nahfeldeffekte aus, deren wirksames Inerscheinungtreten sehr stark vom Einfallswinkel des auf die Mikrosktrukturen einfallenden Sonnenlichtes abhängt. Derartige MikroStrukturen, deren Wirkung und Ausgestaltung unter anderem in der DE 100 28 426 A1 beschrieben sind, eignen sich ebenso in vorteilhafter Weise als Strukturoberflächen zur Lichtlenkung und/oder Lichtstreuung, die entweder in Kombination mit den makroskopisch ausgebildeten, optisch wirksamen Oberflächenstrukturen eingesetzt werden können, wobei in diesem Fall die makroskopisch ausgebildeten optisch wirksamen Oberflächenstrukturen ganzflächig oder nur in bestimmten Oberflächenbereichen mit den Nahfeldeffekte hervorrufenden MikroStrukturen versehen sind, oder die anstelle der makroskopisch ausgebildeten optisch wirksamen Oberflächenstrukturen auf einer Flächenoberseite zumindest in Teilbereichen aufgebracht sind. Eben jene Mikrostrukturoberflächen sind an ihrer Oberfläche erfindungsgemäß wenigstens in Teilbereichen mit einer optisch schaltbaren Schicht überzogen, deren optische Wirkung auf das die Mikrostrukturoberfläche durchsetzende Sonnenlicht wesentlich durch die von den MikroStrukturen bedingten Nahfeldeffekte beeinflusst wird. Besonders vorteilhaft ist es, ausschließlich jene Bereiche der Mikrostruktur mit der optisch schaltbaren Schicht zu versehen, an denen für bestimmte Einfallswinkel, unter der Sonnenlicht auf die Mikrostrukturoberfläche auftrifft, besonders große Nahfeld-Intensitäten auftreten.
So ließe sich auch eine vollständige Beschichtung der Mikrostrukturoberfläche mit einer lichtinduziert optisch schaltbaren Schicht, vorzugweise aus photochromen Material, an Orten hoher Intensität im Nahfeld lokal einfärben, was durchaus zu optisch interessanten Erscheinungen führen kann.
Weitere Untersuchungen mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung haben darüber hinaus überraschenderweise gezeigt, dass anstelle der Verwendung optisch schaltbarer Beschichtungsmaterialien, auch optisch wirksame Schichten, deren Absorptions-, Transmissions- und/oder Reflexionsverhalten zeitunabhängig ist, also zeitlich invariant ist, wie es beispielsweise bei dielektrischen oder metallischen Schichtmaterialien der Fall ist, vergleichbar gute optische Lichtlenk- bzw. - Streueigenschaften aufweisen, wie sie unter Verwendung vorstehend beschriebener Vorrichtung zu beobachten ist, sofern die optisch wirksamen Schichten zumindest in Kombination mit einer Mikrostrukturoberfläche eingesetzt wird. Ein zweiter alternativer Lösungsansatz sieht daher vor, eine Vorrichtung zur Lichtlenkung aus wenigstens einem teiltransluzenten Material, das eine Flächenoberseite aufweist, derart auszubilden, dass die Flächenoberseite optisch wirksame Oberflächenstrukturen zur Lichtlenkung oder/oder Lichtstreuung vorsieht, wobei die optisch wirksamen Oberflächenstrukturen wenigstens in Teilbereichen MikroStrukturen vorsehen, die wenigstens teilweise mit einer optisch wirksamen Schicht überdeckt sind, die zu ihrer optischen Wirkung durch die MikroStrukturen bedingte Nahfeldeffekte ausnutzt.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass einerseits die Blendgefahr gering gehalten werden kann, andererseits der solare Strahlungsfluss derart beeinflusst wird, dass eine Überhitzung in warmen Jahreszeiten vermieden und ein deutlicher Wärmeeintrag zu kalten Jahreszeiten gewährleistet wird.
Ähnlich überraschend gute Ergebnisse können überdies erzielt werden, wenn die Flächenoberseite des Flächenmaterials ausschließlich über eine Mikrostrukturoberfläche verfügt, also ohne das zusätzliche Vorsehen makroskopisch augebildeter Oberflächenstrukturen. Die MikroStrukturen sind in diesem Falle wenigstens teilweise mit einer optisch wirksamen Schicht überdeckt , die zu ihrer optischen Wirkung durch die MikroStrukturen bedingte Nahfeldeffekte ausnutzt.
Von besonderer Bedeutung für die vorteilhafte optische Wirkung der mikrostrukturierten Flächenoberseite ist die Beschichtung lediglich in jenen Flächenbereichen der MikroStrukturen, an denen bei Lichteinfall Intensitätsmaxima bzw. -minima im Nahfeld in Erscheinung treten. So werden vorzugsweise lediglich obere Kantenzüge der MikroStrukturen mit der optisch wirksamen Schicht überdeckt, die bspw. als dünne Metallschicht ausgebildet ist und über gleichbleibende Reflexions- bzw. Absorptionseigenschaften verfügt. Auch ist grundsätzlich der Einsatz dielektrischer Schichten denkbar, die bestimmte gleichbleibende Transmissionseigenschaften aufweisen. Wie bereits vorstehend kurz erwähnt, werden unter MikroStrukturen durchaus auch unterschiedlich geformte, geometrische Mikrostrukturelemente in der Größenordnung von 100 μm, vorzugsweise kleiner 20 μm, und einem bevorzugten Aspektverhältnis von größer 0.2 verstanden.
Typische, über die Flächenoberseite jeweils erhabene, dreidimensionale Mikrostrukturelemente stellen bspw. prismenartig, quaderförmig, parabolisch, konvex oder konkav gewölbt oder pyramidenartig ausgeformte Strukturelemente dar, durch die, bei entsprechender Bestrahlung mit Sonnenlicht aufgrund ihrer Strukturdimensionen Interferenzeffekte hervorgerufen werden, die zu Feldmodulationen im Nahfeld in der Größenordnung der Wellenlänge des auf die MikroStrukturen einfallenden Lichtes führen. So hat sich gezeigt, dass durch lokal begrenzte Beschichtung der Mikrostrukturflanken bzw. -kanten vorzugsweise mit einer Metallschicht, ein entscheidender Einfluss auf die Ausbildung des Nahfeldes ausgeübt werden kann. So weisen derartige MikroStrukturen eine sehr starke Winkelabhängigkeit bezüglich des auf die MikroStrukturen auftreffenden Lichtes hinsichtlich ihres optischen Umlenkverhaltens auf. Durch geeignete selektive Beschichtung der Mikrostrukturflanken bzw. -kanten kann das vom Einfallswinkel abhängige Ausblendverhalten hinsichtlich des optischen Umlenkvermögens der MikroStrukturen hochpräzise eingestellt werden.
Die sich ausbildenden Nahfeldeffekte vermögen überdies in Abhängigkeit des Einfallswinkels des auf die MikroStrukturen auftreffenden Lichtes die Transmissionseigenschaften des gesamten transluzenten Flächenelementes wellenlängenselektiv zu beeinflussen. So ist es möglich durch geeignete Mikrostrukturbeschichtung das Transmissionsverhalten für Sonnenlicht aus dem längerwelligen Spektrum bei hohen Einfallswinkeln, wie sie während der Sommerzeit in unseren Breiten auftreten, zur Vermeidung von Überhitzungen im Rauminneren gezielt reduziert einzustellen und zugleich dafür gesorgt werden, dass langwellige Strahlung unter flachen Einfallswinkeln, wie sie in unseren Breiten in den kalten Jahreszeiten auftreten, nahezu ungeschwächt durch das Flächenmaterial hindurchtreten kann. Somit stellt auch die erfindungsgemäße Kombination einer wenigstens in Teilbereichen optisch wirksame MikroStrukturen aufweisende Vorrichtung mit einer selektiven Beschichtung aus optisch wirksamen Material, das nicht notwendigerweise optisch schaltbar ist, eine Vorrichtung zum bevorzugten Einsatz als Sonnenschutzelement dar, das die eingangs zum Stand der Technik gewürdigten Vorteile vereint sowie deren Nachteile vermeidet.
Neben der vorgeschlagenen Verwendung zur selektiv lokalen Beschichtung der MikroStrukturen mit einer optisch wirksamen Schicht, die metallisch, dielektrisch oder absorbierend wirkt und über zeitunabhängige Reflexions-, Transmissions- und/oder Absorptionseigenschaften verfügt, ist es selbstverständlich auch möglich, optisch schaltbare Schichtmaterialien einzusetzen, wie sie auch in Verbindung mit der vorstehend beschriebenen ersten Lösungsalternative vorgeschlagen worden sind.
Grundsätzlich eignen sich alle bekannten optisch schaltbaren Materialien für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Lichtlenkung. Aus der Gruppe optisch schaltbarer Schichtmaterialien, die über elektrochrome, photochrome, phototrope, photoelektrochrome, thermochrome, thermotrope oder gasochrome Schalteigenschaften verfügen, eignen sich, ohne die grundsätzliche Eignung der übrigen Materialien in Frage zu stellen, nach derzeitigem Kenntnisstand gasochrome Schichtmaterialien besonders bevorzugt für die Realisierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Hierfür eignen sich insbesondere Übergangsmetalloxide, wie beispielsweise Wolframoxid, Wolframate, Nioboxid, Molybdenoxid, Molybdate, Nickeloxid, Titanoxid, Vanadiumoxid, Iridiumoxid, Manganoxid, Kobaltoxid oder Mischungen aus den vorstehenden Oxidarten. Ebenso sind als gasochrome Materialien Metallhydride, wie beispielsweise Laι-zMgzHx, Yι-2MgzHx, Gdι-zMgzHx, YHb, LaHb, SmH , NiMg2Hx, CoMg2Hx oder Mischungen davon, mit z Werte im Bereich 0 bis 1 , x Werte im Bereich von 0 bis 5 und b Werte von 0 bis 3, geeignet, oder auch schaltbare Polymere, wie Polyviologene, Polythiophene oder Polyaniline, oder Preussisch Blau Zur flächigen oder flächig begrenzten Abscheidung auf die entsprechenden Oberflächen werden Schichtdicken im Falle der vorstehend erläuterten Übergangsmetalloxide im Bereich zwischen 100 nm bis 1000 nm gewählt. Besonders geeignete Schichtdicken betragen 200 bis 600 nm. Wählt man das gasochrome Schichtmaterial jedoch aus der Gruppe der Metallhydride, so genügen bereits Schichtdicken zwischen 10 nm und 500 nm, vorzugsweise 20 nm bis 50 nm. Letztere Materialklasse eignet sich vorzugsweise für die selektive Beschichtung kleinster Flächenabschnitte auf den MikroStrukturen, an denen vorzugsweise lediglich die Kantenzüge bzw. bestimmt ausgerichtete Seitenflankenflächen in Bezug auf den Lichteinfall mit einer nur dünnen Schicht überzogen werden.
Um die Schaltbarkeit vorstehend erläuterter gasochromer Schichtmaterialien zu verbessern, werden die Schichtmaterialien mit katalytischen Materialien kombiniert. Derartige katalytische Materialien sind beispielsweise Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Osmium, Rhenium, Nickel, Ruthenium oder Mischungen aus den vorstehend genannten Metallarten. Die als Schichten ausgebildeten Katalysatoren weisen bevorzugte Schichtdicken von 10 nm und kleiner, vorzugsweise 3 nm auf.
Die Verwendung gasochromer Schichten in Kombination mit lichtlenkenden oder lichtstreuenden Oberflächenstrukturen hat insbesondere bei einer selektiven Beschichtung von bestimmten Bereichen der Oberflächenstruktur u.a. folgende Vorteile:
- Der Schichtaufbau ist besonders einfach. Insbesondere bei einer selektiven Beschichtung von bestimmten Bereichen der Oberflächenstruktur vereinfacht dies den Beschichtunsgaufwand gegenüber komplexen Mehrschichtsystemen erheblich.
- Gasochrome Schichtsysteme kombinieren in der Regel eine vergleichsweise dicke gasochrome Schicht, z.B. bei Übergangsmetalloxiden typischerweise 100 nm bislOOOnm dick, bevorzugt 200 nm bis 600 nm, mit einer dünnen Katalysatorschicht, typischerweise dünner als 10nm, bevorzugt dünner als 3nm.
Das selektive Aufbringen auf bestimmte Bereiche der Oberflächenstruktur ist gut durch Abscheideverfahren, wie z.B. Aufdampfen oder Aufsputtem, möglich, bei denen sich die Schichtpartikel geradlinig ausbreiten und so eine Schattenwirkung entsteht. Durch Einschränkung des Winkelbereichs dieser Schichtpartikel beim Abscheideprozess kann eine selektive Beschichtung der Oberflächenstruktur gut erreicht werden, wie später weiter beschrieben wird. Dies ist in der Regel aber auch mit einer Reduzierung der effektiven Abscheiderate verbunden. Nun ist es bei gasochromen Schichtsystemen gut möglich, die dicke gasochrome Schicht flächig, und die dünne Katalysatorschicht selektiv aufzubringen und so eine nur in den Bereichen mit Katalysator schaltende Beschichtung zu erzeugen. Der Nachteil der reduzierten Abscheiderate bei der Katalysatorschicht ist nun nicht gravierend, da hier ohnedies sehr dünne Schichten ausreichen.
- Das Schalten einer selektiv in bestimmten Bereichen abgeschiedenen gasochromen Beschichtung erfolgt ebenso einfach wie bei einer flächigen Beschichtung durch Überströmen mit reaktiven Gasen. Bei Schichtsystemen, bei denen eine elektrische Kontaktierung erforderlich ist, wie z.B. elektrochrom, kann der Schaltungsaufwand bei selektiver Beschichtung ungleich aufwendiger werden.
- Zum Schutz der optisch wirksamen Oberflächenstrukturen ist es überdies oft erforderlich, diese in einen Scheibenzwischenraum zwischen zwei Substraten einzubetten. Dieser Scheibenzwischenraum steht dann auch für ein Überströmen mit reaktiven Gasen, wie für gasochrome Schichten benötigt, zur Verfügung.
- Analog können auch Hohlräume, wie sie z.B. durch Zusammenfügen zweier komplementären Strukturen erzeugt werden, innenseitig mit gasochromen Schichten ausgestattet sein und dann mit reaktiven Gasen durchströmt werden.
Die vorstehend genannten gasochromen Materialklassen eignen sich in gleicher Weise als elektrochrome Schichtmaterialien, sie müssen in diesem Fall lediglich zur Schaltung ihres optischen Transmissionsverhaltens mit einem elektrischen Steuerpotential verbunden sein und nicht wie im gasochromen Betriebsfall einem gezielten Gasfluss ausgesetzt werden.
Nicht besonders gut geeignet sind Flüssigkristalle, wenn selektiv bestimmte Bereiche der Oberflächenstruktur schaltbar gestaltet werden sollen, da deren Verkapselung über selektive Bereiche sehr aufwendig ist. Insbesondere wenn die eine Elektrodenfläche eines Flüssigkristallsystems auf größere Strukturtiefen aufgebracht wird, dann kann es notwendig werden, die zweite parallel zur ersten geneigt auszuführen, was sehr aufwendig ist. Grundsätzlich ist die Verwendung von Flüssigkristallen auf großen Flächen aufwendig und teuer. Analoges gilt für die Verwendung von "Suspended Particle Devices" (SPD). Phototrope und thermotrope Materialien benötigen vergleichsweise große Schichtdicken (typischerweise größer als 10μm bzw. 100μm), viele organische photochrome Materialien, wie sie bei Sonnenbrillen eingesetzt werden, typischerweise größer als 1μm. Daher sind sie insbesondere für eine selektive Beschichtung bestimmter Strukturbereiche nicht so gut geeignet. Gut geeignet sind dagegen solche optisch schaltbare Systeme, die dünne Schichten mit Schichtdicken unter 10μm, bevorzugt unter 1 μm aufweisen. Beispiele hierfür sind gasochrome, elektrochrome, photoelektrochrochrome, photochrome, oder thermochrome Schichtsysteme. Solche photoelektrochromen Schichtsysteme werden z.B. in "New photoelectrochromic device", Electrochimica Acta, Volume 46, Issues 13-14, 2 April 2001 , S. 2131-2136, A. Hauch, A. Georg, S. Baumgärtner, U. Opara Krasovec and B. Orel, oder in "User controllable photochromic (UCPC) devices", Electrochimica Acta, Volume 44, Issue 18, 1 May 1999, S. 3017-3026, Gimtong Teowee, Todd Gudgel, Kevin McCarthy, Anoop Agrawal, Pierre Allemand and John Cronin beschrieben. Geeignete photochrome und photoelektrochrome Systeme werden z.B. in DE 198 16 675 A1 beschrieben. Dünne thermochrome Schichtsysteme sind z.B. V02, u.a. dotiert mit Wolfram oder Molybdän (s. z.B. "Thermochromic glazing of Windows with better luminous solar transmittance", Solar Energy Materials and Solar Cells, Volume 71 , Issue 4, 1 March 2002, S 537-540, Moon-Hee Lee).
Von den oben beschriebenen schaltbaren Systemen sind einige nicht kontrolliert schaltbar, d.h. sie reagieren passiv auf äußere Einflüsse, insbesondere Temperatur (thermochrom, Thermotrop) und Lichtintensität (photochrom, phototrop). Diesen gegenüber weisen die aktiv kontrollierbaren Systeme (z.B. gasochrom, elektrochrom, photoelektrochrom) den Vorteil der größeren Beeinflußbarkeit auf. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, an deren optisch wirksamen Oberflächenstrukturen - mögen sie nun makroskopische oder mikroskopische Dimensionen annehmen - lokalselektive Schichtablagerungen vorgesehen sind - seien sie nun optisch schaltbar oder statisch, eignet sich eine Reihe alternativer Beschichtungstechniken.
So eignen sich bekannte Aufdampf- oder Aufsputterprozesse, bei denen sich die einzelnen Beschichtungspartikel geradlinig auf die zu beschichtende Oberfläche ausbreiten. Im Wege der Schrägbeschichtung können somit jene Seitenflanken der Oberflächenstrukturen, die der jeweiligen Beschichtungsquelle zugewandt sind, selektiv beschichtet werden, wohingegen die von der Beschichtungsquelle abgewandten oder von anderen Strukturen abgeschatteten Seitenflächen unbeschichtet verbleiben.
Typischerweise werden Sputterprozess unter Argon-Atmosphäre sowie unter Druckbedingungen durchgeführt, bei denen die mittlere freie Weglänge der Gaspartikel kleiner ist als oder in der gleichen Größenordnung ist wie der Abstand von der Sputterquelle (Target) zum Substrat, so dass mit Streuung der Sputter- Partikel zu rechnen ist. Wählt man hingegen massereiche Sputter-Partikel, wie beispielsweise Wolfram oder Platin und verwendet überdies ein leichtes Sputtergas, wie beispielsweise Helium oder Neon, so können sich die schweren Sputter-Partikel nahezu geradlinig ausbreiten und sind in der Lage flankenselektive Beschichtungen an geometrischen Strukturen zu bilden. Ferner ist der Einsatz geeignet angebrachter Blenden während des Sputter-Prozesses vorteilhaft, möchte man erreichen, dass nur bestimmte Winkelbereiche bezogen auf die geradlinige Ausbreitungsrichtung der Sputter-Partikel, zur Beschichtung freistehen. Ähnliches kann man auch durch eine Neigung des Targets oder des Substrates, etwa durch Führen über Rollen im Falle einer Folienbeschichtung, erreichen. Auch sind nasschemische Beschichtungsverfahren denkbar, wie beispielsweise Tauchen, Aufsprühen, Aufschleudern, Rakeln oder Drucken, jedoch müssen die zu beschichtenden Oberflächenstrukturen in einem ersten Schritt derart vorprozessiert werden, dass während des Beschichtungsvorganges, bei dem die gesamten Oberflächenstruktur mit dem Beschichtungsmaterial in Kontakt gebracht wird, nur selektive Flankenbereiche durch nasschemisches Ablagern beschichtet werden. Dies wird erreicht, indem bestimmte Strukturflächenbereiche hydrophile, hydrophobe, lipophile oder lipophobe Oberflächeneigenschaften aufweisen. Derartige Oberflächeneigenschaften können durch kleine Strukturen, d.h. Strukturen kleiner als 10μm, erzeugt werden. Hält man die Strukturen kleiner als die Lichtwellenlänge, d.h. kleiner als 400 nm, so ist zusätzlich ihr Einfluß auf die optischen Eigenschaften im Bereich der Solarstrahlung nicht so groß. Sie sind beispielsweise durch mechanisches Abprägen auf eine Foliensubstratoberfläche übertragbar. Je nach Beschaffenheit der Beschichtungslösungen können auf diese Weise selektive Flankenbeschichtungen vorgenommen werden.
Auch sind Kombinationen aus verschiedenen Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise der kombinierte Einsatz von Aufdampfen oder Aufsputtem sowie nasschemische Verfahren denkbar. So können im Wege eines Aufsputter-Prozesses Ablöseschichten, selektiv auf begrenzte Substratoberflächen abgeschieden werden. In einem anschließenden nasschemischen Verfahren wird beispielsweise ganzflächig eine optisch schaltbare Schicht auf dem Flächensubstrat aufgebracht. Unter nachträglichem Ablösen der Ablöseschicht kann anschließend die optisch wirksame Schicht lokal entfernt werden, wodurch lediglich an den übrigen Flächenbereichen die optisch wirksame Schicht verbleibt.
Umgekehrt ist es möglich, die mit optisch wirksamen Oberflächenstrukturen versehene Flächenoberseite ganzflächig mit einer beispielsweise optisch wirksamen Schicht zu beschichten und anschließend selektiv mit einer Blockadeschicht zu überdecken. Im Falle einer optisch schaltbaren Schicht als optisch wirksame Schicht kann diese Blockadeschicht die Schaltfunktion unterbinden, im Falle einer statischen Schicht deren optischen Eigenschaften stark beeinträchtigen. Bei optisch schaltbaren Mehrschichtsystemen, wie z.B. die Kombination einer dickeren gasochromen Schicht mit einer dünneren Katalysatorschicht, ist es weiter möglich, nur eine Schicht, z.B. die dünnere Schicht, selektiv abzuscheiden und die restlichen Schichten flächig, so daß die schaltende Funktion nur an Orten der Anwesenheit aller Einzelschichten gegeben ist.
Weitere geeignete Verfahren sind solche, bei denen die Beschichtung durch eine Beleuchtung der strukturierten Oberfläche beeinflußt wird und so beispielsweise eine Schichtabscheidung besonders an Stellen hoher oder niedriger Lichtintensität geschieht. Beispiele hierfür können die Auspolymerisation von Monomeren unter UV Beleuchtung oder das Belichten von Photoresiststrukturen mit anschließender Entwicklung und evtl. weiteren Beschichtungs- und/oder Lift off Prozessen sein.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a bis d Querschnittsdarstellungen eines Fensterelementes unter Verwendung der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung zur Lichtlenkung.
Fig. 2 Fensterelement mit optisch wirksamen Oberflächenstrukturen und
MikroStrukturen,
Fig. 3 a -e Fensterelement mit thermotropen Schichtmaterial und
Fig. 4 a, b, c Darstellungen zum Strahlenverlauf durch ein Fensterelement mit thermotropen Schichtmaterial Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit
Die vorstehend beschriebene Vorrichtung zur Lichtlenkung aus wenigstens einem teiltransluzenten Flächenmaterial eignet sich in bevorzugter Weise zur Integration in ein Fensterelement, das unter Bezugnahme auf die folgenden Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben wird.
In Fig. 1a ist ein schematisierter Querschnitt durch ein doppelverglastes Fensterelement dargestellt, das beidseitig von den sich gegenüberbefindlichen Fensterglasscheiben 1 und 4 begrenzt ist. Innerhalb des zwischen den Fensterscheiben 1 und 4 eingeschlossenen Zwischenraumes ist das in Art einer Glasscheibe ausgebildete Flächenmaterial 2 vorgesehen, das auf seiner, in der Abbildung, linken Flächenoberseite makroskopisch ausgebildete Oberflächenstrukturen 21 vorsieht. Die Oberflächenstrukturen 21 weisen jeweils drei Seitenflanken auf, von denen eine parallel zur Rückseite des Flächenmaterials 2 orientiert ist.
Die drei Seitenflanken schließen in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel zusammen mit der Glasscheibe 2 einen Hohlraum 22 ein, der von drei optisch wirksamen Grenzflächen umschlossen ist, die das optische Umlenkvermögen für das auf das Fensterelement auftreffende Sonnenlicht in das Rauminnere wesentlich bestimmen.
Im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1a sei angenommen, dass die Glasscheibe 1 die Aussenscheibe ist und die Glasscheibe 4 die Innenscheibe eines Fensterelementes ist. Zwischen der strukturierten Scheibe 2 sowie der Innenscheibe 4 ist ein optisch schaltbares Schichtsystem 3 vorgesehen, das beispielsweise aus einer optisch schaltbaren Schicht und einem Katalysator, beispielsweise W03 und Platin besteht. Der Scheibenzwischenraum 22 kann wechselweise mit einem reduzierenden Gas, beispielsweise verdünntes H2 und einem oxidierenden Gas, beispielsweise verdünntes 02 befüllt werden, wodurch sich die Schicht z.B. bei W03 und Platin ein- sowie entfärbt. Nähere Einzelheiten eines derartig optisch schaltbaren Systems sind auch der DE 44 40 572 zu entnehmen. In seiner Wirkung reduziert das optisch schaltbare Schichtsystem 3 die Blendwirkung der geometrischen Struktur 21 , die herstellungsbedingt aufgrund mangelnder Kantenausführungen (Stichwort Kantenverrundung) bestehen.
Fig. 1 b zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine optisch schaltbare Schicht 3 ganzflächig auf der Oberflächenstruktur des Flächenmaterials 2 vorgesehen ist. Im Unterschied dazu, ist in Fig. 1c eine Ausführungsform dargestellt, an der nur bestimmte Flanken der Oberflächenstruktur 21 mit einer optisch schaltbaren Beschichtung 3 versehen sind. Die Strukturgröße kann makroskopisch, z.B. größer als 100μm, oder mikroskopisch, z.B. kleiner als 100μ. sein.
Zur Herstellung eines derartigen Aufbaus kann beispielsweise eine lichtlenkende Struktur in eine Kunststoffolie geprägt werden. Anschließend wird diese mit einer gasochromen Schicht selektiv durch Aufdampfen oder Aufsputtern beschichtet, und darauffolgend wird die Folie auf der Innenseite einer Scheibe einer Doppelverglasung aufgebracht. Typische Strukturen können periodische Prismen mit einem Durchsichtbereich, wie in Abb.1 skizziert, sein, wobei selektiv einzelne Flanken und/oder Kantenrundungen beschichtet werden. Typische Strukturgrößen liegen dabei beispielsweise in der Größenordnung von 10 bis 50 μm.
Fig. 1d zeigt in Detailldarstellung eine herstellungsbedingte Kantenverrundung, die zu unerwünschten Blendwirkungen führen kann. Wird der Kantenbereich jedoch gezielt mit der optisch schaltbaren Schicht 3 überzogen, so können durch die Verrundung bedingte Blendwirkungen effektiv reduziert werden.
Besonders vorteilhafte Kombinationen ergeben sich auch aus lichtlenkenden Oberflächenstrukturen und photochromen Schichtmaterialien. So verfärben sich typischerweise photochrome Schichtenmaterialien unter Lichteinfall, so dass sich insbesondere jene Schichtbereiche einfärben, die bei Durchstrahlung eine hohe Lichtintensität erfahren. Beispielsweise kann direktes Sonnenlicht durch entsprechende geometrische Ausbildung lichtlenkender Strukturen auf bestimmte Stellen der photochromen Schicht gelenkt werden, wodurch lokale Verfärbungen induziert werden, während die photochrome Schicht in anderen Stellen bspw. lichtdurchlässig bleibt. Prinzipiell ist auch die umgekehrte Reaktion denkbar, d.h. ein photochromes Material, das sich unter Lichteinwirkung entfärbt sonst ansonsten jedoch gefärbt oder spiegelnd verbleibt.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Fensterelementes dargestellt, vergleichbar der Darstellung in Figur 1c, jedoch weist das zwischen den Fensterscheiben 1 und 4 eingebrachte Flächenelement 2 MikroStrukturen 5 auf, auf die ebenfalls lediglich in Teilbereichen eine optisch wirksame Schicht 31 aufgebracht ist, die nicht notwendigerweise als optisch schaltbare Schicht ausgebildet sein muss. Die MikroStrukturen 5 sind in Fig. 2 aus Gründen der besseren Sichtbarmachung stark vergrößert ausgebildet.
In lokal begrenzten Bereichen der MikroStrukturen 5, vorzugsweise an den Mikrostrukturkantenzügen, sind Metallbeschichtungen 31 vorgesehen, die die durch die MikroStrukturen 5 bei Bestrahlung bedingten Nahfeldeffekte in bestimmter Weise zu beeinflussen vermögen und somit das Lichtumlenkvermögen des gesamten Fensterelementes bestimmen.
Durch das Vorsehen der MikroStrukturen 5, gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 2, kann grundsätzlich eine scharfe Winkelselektivität realisiert werden, d.h. bei direktem Sonnenlicht und hohen Positionen der Sonne über dem Horizont, wie sie vor allem im Sommer auftreten, wird das Licht zurückreflektiert, wohingegen bei niedrigen Sonnenpositionen, vor allem im Winter, das Licht durchgelassen wird. Ebenso kann grundsätzlich eine Wellenlängenselektivität erreicht werden. Dies ermöglicht einen Überhitzungsschutz im Sommer bei gleichzeitiger Nutzung des Sonnenlichtes im Winter zur Gebäudeerwärmung. Durch eine Umlenkung des direkten Sonnenlichtes z.B. an die Decke des Innenraumes im Falle der niedrigen Sonnenpositionen im Winter kann auch gleichzeitig eine Blendung vermieden werden. Zudem sorgen die MikroStrukturen für ein Nahfeld, das naturgemäß wesentlich stärker wellenlängenabhängig ist als die optische Funktion makroskopischer Strukturen, bei denen die geometrische Optik die Wirkung bestimmt, die im Idealfall unabhängig von der Wellenlänge ist.
Für das Ziel des Überhitzungsschutzes ist es von Vorteil, den nicht sichtbaren Bereich, vor allem im nahen Infrarot, des Sonnenlichtes auszublenden, am besten zu reflektieren, aber den sichtbaren Bereich zur Beleuchtung des Innenraumes noch durchzulassen. Die erfindungsgemäße Kombination von MikroStrukturen und optisch wirksamen Schichten erlaubt eine schärfere Wellenlängenselektivität, eine geringere Absorption und die Verwendung einfacherer Schichten, z.B. Einzelschichten, wie Metalle, bei geringeren Ansprüchen an das Substrat.
In den Figuren 3a bis e sind weitere Varianten für ein lichtlenkendes System dargestellt, die gleichsam den Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren 1a - d in Fensterelemente, vorzugsweise Fensterelemente mit Doppelverglasung integrierbar sind.
So ist in Figur 3a ein schematischer Querschnitt durch einen mehrschichtigen Fensteraufbau dargestellt, der eine thermotrope Verbundscheibe 6 vorsieht, die als Außenscheibe beabstandet gegenüber einer als prismatischen Verglasung ausgebildeten Innenscheibe 4 angeordnet ist. Hierbei ist die thermotrope Verbundscheibe 6 dreischichtig aufgebaut, wobei als optisch schaltbare Schicht 3 ein thermotropes Material zwischen zwei ansonsten sonnenlichttransparenten Glasscheiben gefasst ist. Besonders bevorzugt eignet sich für die der prismatischen Verglasung 7 zugewandte Glasscheibe die Verwendung einer sog. Low-e-Schicht 8, das aus einem wenig Wärmestrahlung emittierenden Material besteht. Die prismatische Verglasung 7 besteht vorzugsweise aus einer normalsonnenlichttransparenten Innenscheibe 4 und einer darauf aufgebrachten oberflächenstrukturierten Folie 21. Zwischen der Low-e-Schicht 8 und der Folie 21 ist ein Gasraum eingeschlossen. Alternativ zu der in Figur 3a gezeigten Ausführungsform ist es ebenso gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3b möglich, die als thermotropes Material ausgebildete nicht beidseitig durch entsprechende Glasplatten o.a. zu kapseln, sondern der prismatischen Verglasung 7 unmittelbar gegenüberliegend auf einen Schichtverbund, bestehend aus einer sonnenlichttransparenten Außenscheibe 1 sowie einer darauf aufgebrachten Low-e-Schicht 8 vorzusehen.
Weitere Ausführungsvarianten sehen die Figuren 3 c bis d vor. In Figur 3 c ist die vorzugsweise aus thermotropen Material bestehende optisch schaltbare Schicht 3 freitragend zwischen dem Schichtverbund aus der Aussenscheibe 1 und der Low-e- Schicht 8 sowie der mit der Oberflächenstrukturierung 21 versehenen Innenscheibe 4 angeordnet. In Figur 3d ist die Aussenscheibe 1 beabstandet von der optisch schaltbaren Schicht 3 angeordnet, die unmittelbar auf der Oberflächenstrukturierung 21 aufgebracht ist. In Figur 3e berührt die Aussenscheibe 1 die optisch schaltbare Schicht 3 unmittelbar, die wie in Figur 3d auf der Oberflächenstrukturierung 21 aufgebracht ist.
Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen thermotropen Verbundfensterscheiben ist es möglich unter Verwendung geeigneter thermotroper Materialien ein vollständig autonom arbeitendes Lichtlenksystem anzugeben, das dafür sorgt, den wärmenden Strahlungsfluss im Winter in das Rauminnere passieren zu lassen, wohingegen Überhitzungseffekte zur Sommerzeit vermeidbar sind. Werden nämlich entgegen dem Transmissionsverhalten üblicher thermotroper Materialien, die im kalten Zustand transparent und im warmen Zustand diffusstreuend sind, gezielt thermotrope Materialien eingesetzt, die über ein umgekehrtes Transmissionsverhalten verfügen, d. h. im kalten Zustand diffus streuend und im warmen Zustand weitgehend sonnenlichttransparent sind, wie es bspw. bei Paraffinen oder anderen Latentspeichermaterialien wie bspw. Salzlösungen der Fall ist, so ergeben sich die in den Figuren 4a und b dargestellten Strahlungsituationen.
So sei in Figur 4a angenommen, dass kalte Temperaturen vorherrschen, also insbesondere zur Winterzeit, bei denen das thermotrope Schichtmaterial 3 einen trüben bzw. diffusen Zustand einnimmt, wodurch einfallendes Sonnenlicht diffus in Richtung der prismatischen Verglasung 7 gestreut wird. Die prismatische Verglasung 7 ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie für sommerliche, hohe Sonnenstände weitgehend reflektierend ist, wohingegen sie für tiefere Sonnenstände, insbesondere zu Winterzeit, transmittierend ist. Da bei winterlichen Temperaturen, wie im vorstehenden Fall geschildert, der solare Eintrag in das Rauminnere erwünscht ist, wird durch die diffuse Lichtstreuung an der thermotropen Materialschicht 3 die Reflexionswirkung der prismatischen Verglasung 7 nahezu ausgeschaltet, wodurch der solare Strahlungsfluss weitgehend ungehindert in das Rauminnere gelangen kann (Fig. 4a). Im Gegensatz hierzu stellt sich die Situation bei höheren Temperaturen dar, die zur Sommerzeit gemäß der Darstellung in Figur 4b vorherrschen. Hierbei nimmt aufgrund der Erwärmung das thermotrope Schichtmaterial 3 transparente Eigenschaften an, wodurch das von außen einstrahlende Sonnenlicht nahezu ungestreut auf die lichtlenkende Oberflächenstrukturen der prismatischen Verglasung 7 fällt. Bei geeignet hohem Sonnenstand werden nur unter einem bestimmten Winkel auf die prismatische Verglasung auftreffende Sonnenstrahlen in das Rauminnere gelenkt. Der weitaus größere Strahlungsanteil wird jedoch durch die Prismenfunktion der prismatischen Verglasung 7 von dieser zurück reflektiert (wie es in Figur 4c dargestellt ist).
Bezugszeichenliste
Aussenscheibe Oberflächenstrukturiertes Flächenmaterial Oberflächenstruktur Hohlraum Optisch schaltbare Schicht Optisch wirksame Schicht Innenscheibe MikroStruktur Thermotrope Verbundscheibe Prismatische Verglasung Low-e-Schicht

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Lichtlenkung aus wenigstens einem teiltransluzenten Flächenmaterial, mit einer Flächenoberseite, die optisch wirksame Oberflächenstrukturen zur Lichtlenkung und/oder Lichtstreuung aufweist, sowie zumindest in Teilbereichen der Oberflächenstrukturen eine optisch schaltbare Beschichtung vorsieht oder wenigstens zwei sich mittel- oder unmittelbar gegenüberliegenden Flächenoberseiten, von denen eine optisch wirksame Oberflächenstrukturen zur Lichtlenkung und/oder Lichtstreuung aufweist, und von denen die andere eine zumindest Teile der Flächenoberseite bedeckende optisch schaltbare Beschichtung vorsieht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksamen Oberflächenstrukturen wenigstens in Teilbereichen Mikrostrukturoberflächen vorsehen, die wenigstens teilweise mit der optisch schaltbaren Schicht überdeckt sind, die zu ihrer optischen Wirkung durch die MikroStrukturen hervorgerufene, auf Beugungs- und Interferenzeffekte beruhende Nahfeldeffekte ausnutzt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksamen Oberflächenstrukturen als MikroStrukturen ausgebildet sind.
4. Vorrichtung zur Lichtlenkung aus wenigstens einem teiltransluzenten Flächenmaterial, mit einer Flächenoberseite, die optisch wirksame Oberflächenstrukturen zur Lichtlenkung und/oder Lichtsstreuung aufweist, die wenigstens in Teilbereichen Mikrostrukturoberflächen vorsehen, die wenigstens teilweise mit einer optisch wirksamen Schicht überdeckt sind und die zu ihrer optischen Wirkung durch die MikroStrukturen hervorgerufene, auf Beugungs- und Interferenzeffekte beruhende Nahfeldeffekte ausnutzt, oder einer Flächenoberseite, die eine Mikrostrukturoberfläche zur Lichtlenkung und/oder Streuung vorsieht, die wenigstens teilweise mit einer optisch wirksamen Schicht überdeckt ist und die zu ihrer optischen Wirkung durch die MikroStrukturen bedingte Nahfeldeffekte ausnutzt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die MikroStrukturen mittlere Strukturperioden von kleiner 100 μm, vorzugsweise kleiner 20 μm und ein Aspektverhältnis, d.h. Verhältnis aus Strukturhöhe zu Strukturperiode, von größer 0.2 aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Schicht ausschließlich in Bereichen auf der Mikrostrukturoberfläche aufgebracht ist, in denen für bestimmte Lichteinfallswinkel bezogen auf die Flächenoberseite an der Mikrostrukturoberfläche Nahfeld-Intensitätsüberhöhungen oder -emiedrigungen, d.h. durch Beugungs- und Interferenzeffekte an der Mikrostrukturoberfläche bedingte Intensitätsmaxima und -minima, auftreten.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Schicht über zeitunabhängige Absorptions-, Transmissions- und/oder Reflexionseigenschaften verfügt.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksame Schicht eine optisch schaltbare Schicht ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 8 dadurch gekennzeichnet, dass die optisch schaltbare Schicht selektiv auf bestimmte Bereiche der Oberflächenstruktur aufgebracht ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch schaltbare Schicht dünner als 10 μm, bevorzugt dünner als 1 μm ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch schaltbare Schicht gasochromes, elektrochromes, photochromes, photoelektrochromes oder thermochromes Schichtmaterial aufweist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 oder 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch schaltbare Schicht in ihrer Schaltfunktion ansteuerbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch schaltbare Schicht gasochromes, elektrochromes oder photoelektrochromes Schichtmaterial aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das gasochrome Schichtmaterial aus folgenden
Materialklassen gewählt ist:
Übergangsmetalloxid, z.B. Wolframoxid, Wolframat, Nioboxid, Molybdänoxid,
Molybdat, Nickeloxid, Titanoxid, Vanadiumoxid, Iridiumoxid, Manganoxid,
Colbaltoxid, oder Mischungen davon,
Metallhydrid, wie z.B. Laι-zMgzHx, Yι-zMgzHx, Gd1-zMgzHx, YHb, LaHb, SmHb,
NiMg2Hx, CoMg2Hx oder Mischungen davon, mit z Werte im Bereich 0 bis 1, x Werte im Bereich von 0 bis 5 und b Werte von 0 bis 3, oder schaltbare Polymere, wie Polyviologene, Polythiophene oder Polyaniline, oder
Preussisch Blau.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schichtmaterial aus
Übergangsmetalloxiden Schichtdicken in einem Bereich von 100 nm bis 1000 nm, bevorzugt 200 nm bis 600nm oder
Metallhydriden Schichtdicken in einem Bereich von 10 nm bis 500 nm, bevorzugt 20 nm bis 50 nm aufweist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das gasochrome Schichtmaterial mit katalytischen Material in Wirkverbindung steht.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das katalytische Material in Art einer Schicht ausgebildet ist und Platin, Iridium, Palladium, Rhodium, Osmium, Rhenium, Nickel, Ruthenium oder Mischungen aus diesen enthält.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Schicht eine Schichtdicke kleiner als 10 nm, bevorzugt kleiner als 3 nm aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 sowie 8, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch schaltbare Schicht phototropes oder thermotropes Schichtmaterial aufweist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch schaltbare Schicht auf einer Flächenoberseite zumindest in Teilbereichen aufgebracht ist und mittel- oder unmittelbar beabstandet zu der mit den optisch wirksamen Oberflächenstrukturen zur Lichtlenkung und/oder Lichtstreuung versehenen Flächenoberseite angeordnet ist.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch schaltbare Schicht zwischen zwei sonnenlichttransparenten Flächenelementen eingeschlossen ist.
22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das thermotrope Schichtmaterial im kalten Zustand diffus streuend und im warmen Zustand weitgehend transparent ist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das thermotrope Schichtmaterial Parafine oder Latentspeichermaterial, wie Salzlösungen enthält.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochrome Schichtmaterial aus den folgenden Materialklassen wählbar ist:
Übergangsmetalloxide, z.B. Wolframoxid, Wolframat, Nioboxid, Molybdänoxid, Molybdat, Nickeloxid, Titanoxid, Vanadiumoxid, Iridiumoxid, Manganoxid, Colbaltoxid, oder Mischungen davon,
- Metallhydride, wie z.B. Laι-zMgzHx, Yι-zMgzHx, Gdι-zMgzHx, YHb, LaHb, SmHb, NiMg2Hx, CoMg2Hx oder Mischungen davon, wobei z Werte im Bereich 0 bis 1 , x Werte im Bereich von 0 bis 5 und b Werte von 0 bis 3 wählbar sind, oder
- schaltbare Polymere, wie Polyviologene, Polythiophene oder Polyaniline, oder Preussisch Blau.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 , 2, 4 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksamen Oberflächenstrukturen als makroskopische Geometrien ausgebildet sind, die sich senkrecht zur Flächenoberseite des Flächenmaterials erheben oder in Form von Einschnitten oder Ausnehmungen im Flächenmaterial ausgebildet sind und Grenzflächen aufweisen, an denen Licht nach den Gesetzen der geometrischen Optik gebrochen oder gebeugt wird.
26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest teiltransluzente Flächenmaterial aus wenigstens einem Sonnenlicht-transparenten Trägersubstrat in Art einer massiven Scheibe besteht.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das teiltransluzente Flächenmaterial ein Fensterelement bevorzugt für Gebäude oder Bestandteil eines Fensterelementes ist.
28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das teiltransluzente Flächenmaterial in Form eines einzigen Sonnenlicht-transparenten Trägersubstrats ausgebildet ist, mit den optisch wirksamen Oberflächenstrukturen und der optisch schaltbaren Schicht oder den im Nahfeldbereich optisch wirksame Mikrostrukturoberflächen mit der optisch wirksamen Schicht jeweils auf einer gemeinsamen Flächenoberseite oder jeweils auf unterschiedlichen Flächenoberseiten.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Sonnenlicht-transparente Trägersubstrate vorgesehen sind, die mit ihren Flächenoberseiten gegenüberliegend beabstandet voneinander angeordnet sind, dass auf einer der beiden gegenüberliegenden Flächenoberseite die optisch wirksamen Oberflächenstrukturen und auf der gegenüberliegenden Flächenoberseite die optisch schaltbare Schicht oder die im Nahfeldbereich optisch wirksamen Mikrostrukturoberflächen mit der optisch wirksamen Schicht vorgesehen sind.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Sonnenlicht-transparenten Trägersubstrate als Fensterscheiben einer Doppelverglasung ausgebildet sind, deren sich gegenüberliegende Flächenoberseiten den Scheibenzwischenraum einschließen.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest teiltransluzente Flächenmaterial in Art einer Folie ausgebildet ist.
32. Vorrichtung nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Folie auf ein Sonnenlicht-transparentes Trägersubstrat gefügt ist.
33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die optisch wirksamen Oberflächenstrukturen geometrisch gleichförmig und unter Zugrundelegung einer vorgegebenen periodischen Abfolge auf der Flächenoberseite ausgebildet und angeordnet sind, und dass die optisch schaltbare Schicht auf alle Oberflächenstrukturen flächendeckend oder lediglich auf bestimmte Teilflächen der Oberflächenstrukturen selektiv aufgebracht sind.
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass in Kombination mit in bestimmten Teilflächen der Oberflächenstrukturen selektiv aufgebrachten optisch schaltbaren Schicht eine optisch nicht schaltbare Schicht mit zeitunabhängige Absorptions-, Transmissionsund/oder Reflexionseigenschaften in anderen Bereichen der Oberflächenstrukturen selektiv aufgebracht ist.
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenstrukturen Ecken oder Kanten aufweisen, die lokal mit einer optisch schaltbaren oder einer optisch wirksamen Schicht mit zeitunabhängige Absorptions-, Transmissions- und/oder Reflexionseigenschaften beschichtet sind.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036122A1 (de) * 2002-10-21 2004-04-29 Jolanta Mekal Vorrichtung zur aufnahme von sonnenenergie
EP2691798A2 (de) * 2011-03-30 2014-02-05 3M Innovative Properties Company Hybride konstruktionen für lichtumleitung und -streuung
US8665521B2 (en) 2011-01-28 2014-03-04 Chi Lin Technology Co., Ltd. Window system and light guiding film therein
DE102011000506B4 (de) * 2010-06-03 2016-03-03 Inoma Corporation Fenstersystem und Lichtführungsfilm darin

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202006019055U1 (de) * 2006-12-18 2008-04-30 SCHÜCO International KG Fenster
US20080291541A1 (en) * 2007-05-23 2008-11-27 3M Innovative Properties Company Light redirecting solar control film
DE102007027735B4 (de) * 2007-06-15 2015-02-05 Airbus Operations Gmbh Flugzeugfenster mit Mikrostruktur als Sonnenschutz
EP2352042B1 (de) * 2010-01-29 2017-05-17 Dexerials Corporation Optisches Element und Verfahren zu dessen Herstellung
US8107164B2 (en) * 2010-06-03 2012-01-31 Chi Lin Technology Co., Ltd. Window system and light guiding film therein
DE102011078998A1 (de) * 2011-07-12 2013-01-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Lichtemittierendes Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines lichtemittierenden Bauelements
KR101520741B1 (ko) * 2012-06-27 2015-05-15 코닝정밀소재 주식회사 도펀트가 도핑된 써모크로믹 윈도우 및 이의 제조방법
WO2014085853A1 (en) * 2012-12-03 2014-06-12 Tropiglas Technologies Ltd A spectrally selective panel
KR102368791B1 (ko) 2014-12-12 2022-03-03 삼성디스플레이 주식회사 전자 광학장치 및 이를 포함하는 웨어러블 전자장치
DE102015208852A1 (de) * 2015-05-13 2016-11-17 Nanoscribe Gmbh Verfahren zum Herstellen einer dreidimensionalen Struktur
US10247997B2 (en) 2016-08-16 2019-04-02 Cardinal Cg Company Switchable hydride smart window and the methods for producing the same
US10012356B1 (en) 2017-11-22 2018-07-03 LightLouver LLC Light-redirecting optical daylighting system
JP6858835B1 (ja) * 2019-12-19 2021-04-14 三菱電機株式会社 車両用撮影装置
TWI747602B (zh) * 2020-11-11 2021-11-21 國立臺灣科技大學 具獨立分離結構之電致色變層與敏化吸光層的光電極與光驅動電致色變元件

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3822796A1 (de) * 1988-03-26 1989-10-05 Ketterer Klaus Verfahren zur veraenderung der lichtdurchlaessigkeit von scheiben
DE4325760A1 (de) * 1993-07-31 1995-02-02 Udo Dr Hofmann Automatische wechselnde Klar- und Milch- bzw. Mattglasscheibe oder Glaselemente
DE19705498A1 (de) * 1997-02-13 1998-08-27 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zur gezielten Licht-Abschattung von Raumbereichen
US5864994A (en) * 1994-11-14 1999-02-02 Fraunhofer Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Glazing element, in particular for facing building facades
DE19737904A1 (de) * 1997-08-31 1999-03-11 Fraunhofer Ges Forschung Element zur Beleuchtung von Räumen durch gezieltes Lenken von Tageslicht sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elements

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1740553U (de) * 1956-11-21 1957-02-28 Hilda Friederike Brandenstein Einseitig durchsichtige bauplatte aus glasklarem kunstharz.
US2976759A (en) * 1958-07-30 1961-03-28 Keith T Bleuer Anti-glare device for vehicles
DE1171370B (de) * 1959-06-11 1964-06-04 Eberspaecher J Lichtdurchlaessige, wenigstens teilweise reflektierende, mit Prismen versehene Scheibe
US3393034A (en) * 1964-05-25 1968-07-16 Imai Senzo Light transmitting panel
US4148563A (en) * 1976-05-06 1979-04-10 Edward Herbert Transparent or reflective panel
JPS5552417Y2 (de) * 1976-11-18 1980-12-05
DE3138262A1 (de) * 1981-09-25 1983-04-28 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Sonnenschutzeinrichtung
IL65514A (en) * 1982-04-18 1986-10-31 Yitzchak Bar Yonah Selectively light transmitting panel for buildings
NL8801361A (nl) * 1988-05-27 1989-12-18 Koninkl Philips Electronics Nv Opzichtprojektiescherm.
US4773733A (en) * 1987-11-05 1988-09-27 John A. Murphy, Jr. Venetian blind having prismatic reflective slats
US5218472A (en) * 1989-03-22 1993-06-08 Alcan International Limited Optical interference structures incorporating porous films
US5776963A (en) * 1989-05-19 1998-07-07 Hoechst Marion Roussel, Inc. 3-(heteroaryl)-1- (2,3-dihydro-1h-isoindol-2-yl)alkyl!pyrrolidines and 3-(heteroaryl)-1- (2,3-dihydro-1h-indol-1-yl)alkyl!pyrrolidines and related compounds and their therapeutic untility
US5448382A (en) * 1993-09-07 1995-09-05 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Nonlinear optical scattering screen viewer
US5751387A (en) * 1995-07-28 1998-05-12 Fujitsu Limited Fresnel lens and liquid crystal display device
US5801889A (en) * 1995-08-16 1998-09-01 Eastman Kodak Company Technique to eliminate scattered light in diffractive optical elements
DE19542832A1 (de) * 1995-11-17 1997-05-22 Fraunhofer Ges Forschung Sonnenschutzvorrichtung
DE19622670C2 (de) * 1996-06-05 2001-07-19 Fraunhofer Ges Forschung Lichtumlenkplatte mit zwei flächig ausgebildeten Elementen
US6104446A (en) * 1996-12-18 2000-08-15 Blankenbecler; Richard Color separation optical plate for use with LCD panels
DE19700111C2 (de) * 1997-01-03 2003-02-06 Fraunhofer Ges Forschung Sonnenschutzvorrichtung nach Art einer Jalousie
JP2002513165A (ja) * 1998-04-24 2002-05-08 ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー 自己接着性拡散体を用いた光構成要素
US6407859B1 (en) * 1999-01-13 2002-06-18 3M Innovative Properties Company Fresnel lens for projection screen
DE10028426A1 (de) * 1999-06-10 2001-04-12 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren zur Herstellung einer dreidimensionalen Struktur
KR100407413B1 (ko) * 1999-07-19 2003-11-28 마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤 반사판 및 그 제조방법, 및 반사판을 구비한 반사형표시소자 및 그 제조방법
TW571121B (en) * 2000-08-01 2004-01-11 James Cowan Directional reflector, method for making directional reflector and method for obtaining white light using directional reflector having a reflective surface
US6600528B2 (en) * 2000-12-19 2003-07-29 International Business Machines Corporation Integrated prism sheet for improved viewing angle in direct view color filterless liquid crystal displays

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3822796A1 (de) * 1988-03-26 1989-10-05 Ketterer Klaus Verfahren zur veraenderung der lichtdurchlaessigkeit von scheiben
DE4325760A1 (de) * 1993-07-31 1995-02-02 Udo Dr Hofmann Automatische wechselnde Klar- und Milch- bzw. Mattglasscheibe oder Glaselemente
US5864994A (en) * 1994-11-14 1999-02-02 Fraunhofer Gesellschaft Zur Foerderung Der Angewandten Forschung E.V. Glazing element, in particular for facing building facades
DE19705498A1 (de) * 1997-02-13 1998-08-27 Fraunhofer Ges Forschung Vorrichtung und Verfahren zur gezielten Licht-Abschattung von Raumbereichen
DE19737904A1 (de) * 1997-08-31 1999-03-11 Fraunhofer Ges Forschung Element zur Beleuchtung von Räumen durch gezieltes Lenken von Tageslicht sowie Verfahren zur Herstellung eines derartigen Elements

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004036122A1 (de) * 2002-10-21 2004-04-29 Jolanta Mekal Vorrichtung zur aufnahme von sonnenenergie
DE102011000506B4 (de) * 2010-06-03 2016-03-03 Inoma Corporation Fenstersystem und Lichtführungsfilm darin
US8665521B2 (en) 2011-01-28 2014-03-04 Chi Lin Technology Co., Ltd. Window system and light guiding film therein
EP2691798A2 (de) * 2011-03-30 2014-02-05 3M Innovative Properties Company Hybride konstruktionen für lichtumleitung und -streuung
EP2691798A4 (de) * 2011-03-30 2014-08-27 3M Innovative Properties Co Hybride konstruktionen für lichtumleitung und -streuung
US8995059B2 (en) 2011-03-30 2015-03-31 3M Innovative Properties Company Hybrid light redirecting and light diffusing constructions
US9574730B2 (en) 2011-03-30 2017-02-21 3M Innovative Properties Company Hybrid light redirecting and light diffusing constructions
US9945525B2 (en) 2011-03-30 2018-04-17 3M Innovative Properties Company Hybrid light redirecting and light diffusing constructions

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DE10207564C1 (de) 2003-11-20
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