WO2017151002A1 - Элемент многослойный с изменяющимися оптическими свойствами - Google Patents

Abstract

Заявленный элемент многослойный с изменяющимися оптическими свойствами относится к оптической технике и предназначен для изготовления светопрозрачных конструкций. Достигается упрощение конструкции. Элемент многослойный с изменяющимися оптическими свойствами содержит наложенные друг на друга и герметизированные по контуру первый (1), второй (2) и третий (3) листы. Отличается тем, что листы выполнены из оптически пропускающего материала, причем смежные поверхности первого и второго, а также второго и третьего листов попарно выполнены так, что одновременно выполняются условия: - одна из смежных поверхностей является жесткой, а другая - эластичной, - одна из смежных поверхностей является гладкой, а другая - рассеивающей. Рассеивающая поверхность выполнена в виде гребней или призм (4). Свободные ребра гребней или призм рассеивающей поверхности, расположенной между первым (1) и вторым (2) листами, перпендикулярны свободным ребрам гребней или призм рассеивающей поверхности, расположенной между вторым (2) и третьим (3) листами.

Description

Элемент многослойный с изменяющимися оптическими свойствами Область техники.

Заявляемое техническое решение относится к микроструктурным технологиям в оптической технике и предназначено для изготовления светопрозрачных конструкций.

Предшествующий уровень техники.

Среди устройств с изменяющимися оптическими свойствами известно, например, электрохромное окно (патент РФ Ne 21 17971 на изобретение, МПК G02F1/15, 1998). Как и в заявляемом техническом решении указанный аналог содержит прозрачную жесткую подложку и нанесенные на нее слои тонких пленок.

Кроме того указанный аналог содержит дополнительную подложку, при этом слои тонких пленок расположены между двумя подложками. Подложки могут быть выполнены из стекла. Слои тонких пленок представляют собой электрохромное устройство, которое изменяет цвет тогда, когда через него протекает электрический ток.

Первым недостатком указанного аналога является необходимость выполнения большого числа слоев электрохромного устройства. При такой конструкции усложняется технология изготовления электрохромного окна. Технология предусматривает изготовление такого окна в вакууме. Вторым недостатком аналога является использование редкоземельных материалов, что приводит к высокой стоимости электрохромного устройства.

Раскрытие заявляемого технического решения.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является упрощение конструкции элемента с изменяющимися оптическими свойствами.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым техническим решением, является упрощение конструкции.

Сущность заявленного технического решения состоит в том, что элемент многослойный с изменяющимися оптическими свойствами содержит наложенные друг на друга и герметизированные по контуру первый, второй и третий листы. Отличается тем, что листы выполнены из оптически пропускающего материала, причем смежные поверхности первого и второго, а также второго и третьего листов попарно выполнены так, что одновременно выполняются условия:

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) - одна из смежных поверхностей является жесткой, а другая— эластичной,

- одна из смежных поверхностей является гладкой, а другая— рассеивающей. Рассеивающая поверхность выполнена в виде гребней или призм. Свободные ребра гребней или призм рассеивающей поверхности, расположенной между первым и вторым листами, перпендикулярны свободным ребрам гребней или призм рассеивающей поверхности, расположенной между вторым и третьим листами.

Вышеуказанная сущность является совокупностью существенных признаков заявленного технического решения, обеспечивающих достижение заявленного технического результата.

В частных случаях допустимо выполнять техническое решение следующим образом.

По предпочтительному исполнению первый и третий листы содержат жесткую подложку в виде прямоугольной полосы из монолитного поликарбоната с клеевым слоем на одной из поверхностей, на котором закреплены микронеровности из силикона в виде треугольных призм. Свободные ребра микронеровностей расположены под углом 45 градусов к торцам листов. Второй лист представляет собой прямоугольную полосу из монолитного поликарбоната и может содержать продольные каналы.

Пространство между листами целесообразно соединять со средством для регулирования давления.

Автором заявленного технического решения изготовлен опытный образец этого решения, испытания которого подтвердили достижение технического результата.

Краткое описание чертежей.

На фигуре 1 показан поперечный разрез элемента многослойного с изменяющимися оптическими свойствами в предпочтительном варианте реализаци; на фиг. 2— внешний вид микронеровностей; на фиг. 3 - поперечный разрез заявляемого элемента с каналами; на фиг. 4— фрагмент поперечного разреза заявляемого элемента в свободном состоянии при выполнении микронеровностей эластичными; на фиг. 5 — фрагмент поперечного разреза заявляемого элемента в свободном состоянии при выполнении микронеровностей жесткими; на фиг. 6— фрагмент вида сверху на многослойный элемент.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Осуществление технического решения.

Элемент многослойный с изменяющимися оптическими свойствами (фиг. 1 ) содержит по крайней мере три наложенных друг на друга листа ( 1 , 2, 3), которые герметизированы по контуру. Листы выполнены из материала, оптически пропускающего по крайней мере в части спектра, например:

- прозрачного в области видимого излучения и непрозрачного в области ультрафиолетового излучения;

- прозрачного в красной части видимого излучения (светофильтр);

- полупрозрачного в области инфракрасного излучения.

Смежные поверхности первого (1 ) и второго (2), а также второго (2) и третьего (3) листов попарно выполнены так, что одновременно выполняются следующие два условия:

- одна из смежных поверхностей является жесткой, а другая— эластичной;

- одна из смежных поверхностей является гладкой, а другая — матовой рассеивающей.

Например:

- поверхности первого (1 ) и третьего (3) листов жесткая гладкая, а обе поверхности второго листа (2)— эластичные рассеивающие;

- или поверхность первого (1 ) и третьего (3) листов эластичная гладкая, а обе поверхности второго листа (2)— жесткие рассеивающие;

- или поверхность первого листа (1 ) эластичная рассеивающая, смежная с ней поверхность второго листа (2) жесткая гладкая, другая поверхность второго листа (2) эластичная рассеивающая, а смежная с ней поверхность третьего листа (3) жесткая гладкая.

При выполнении рассеивающей поверхности на жестком листе целесообразно выбирать материал этого листа и материал смежного с ним листа такими, чтобы они имели близкие значения показателя преломления.

Смежные поверхности первого (1 ) и второго (2) листов с пространством между ними образуют первый активный слой (6) многослойного элемента.

Смежные поверхности второго (2) и третьего (3) листов с пространством между ними образуют второй активный слой (7) многослойного элемента.

Жестким материалом может служить стекло, лист или пленка монолитного поликарбоната, оргстекло.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Эластичным материалом может служить силикон, полиуретановая смола или резина.

Каждый из листов может не быть однородным, а состоять из нескольких слоев. Например, первый лист (1 ) может содержать эластичный внешний слой с гладкой поверхностью и жесткий внутренний слой с гладкой поверхностью, сопрягаемой с эластичной рассеивающей поверхностью второго листа (2).

Рассеивающая поверхность представляет собой поверхность с микронеровностями. Микронеровности представляют собой совокупность микровыступов и микровпадин. Назначением микронеровностей является рассеяние светового потока, в том числе отражение светового потока от рассеивающей поверхности. Микровыступы выполнены в виде треугольных или в сущности треугольных призм (4), лежащих боковыми гранями параллельно друг другу на плоской поверхности (фиг. 2). Призмы могут быть одинакового или разного размера. Если листы многослойного элемента имеют криволинейную поверхность, то микронеровности принимают форму треугольных гребней (искривленных призм), повторяющих поверхность листов.

Для целей применения многослойного элемента в конструкциях, работающих в области видимого излучения (то есть там, где важен внешний вид), линейный поперечный размер микронеровностей составляет до 20 микрометров.

Для целей применения многослойного элемента в конструкциях, работающих в области инфракрасного излучения (то есть там, где существенны свойства теплопередачи, а эстетические свойства не так важны), линейный поперечный размер микронеровностей составляет 50-100 микрометров.

Свободные ребра (5) призм микронеровностей в первом активном слое (6) ориентированы перпендикулярно свободным ребрам (5) микронеровностей во втором активном слое (7).

Микронеровности на листе могут быть выполнены, например, следующими способами:

- формованием эластичных микронеровностей с последующим их нанесением на гладкую поверхность жесткого листа. Микронеровности могут наноситься непосредственно на лист. Для повышения адгезии материала микронеровностей к материалу листа может применяться грунт или клей;

- литьем или экструзией заодно с листом;

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) - прессованием полузатвердевшего листа;

- фрезерованием жесткого листа.

Для большинства случаев практического применения степень матовости рассеивающей поверхности должна быть достаточной для того, чтобы на просвет человеку невозможно было идентифицировать находящиеся за этой поверхностью объекты.

Микровпадинами является пространство между микровыступами. Микровпадины предназначены для подвода воздуха или другого газа в пространство между листами, и, соответственно, отвода воздуха или другого газа оттуда. Благодаря микровпадинам газ отводится равномерно со всей площади поверхности листа.

Для повышения эффективности подвода и отвода воздуха на одной из смежных поверхностей листов в каждом активном слое (6, 7) могут быть выполнены дополнительные открытые каналы (8) (фиг. 3). Они могут быть выполнены либо на поверхности с микронеровностями одного листа, либо на смежной с ней гладкой поверхности другого листа. Во втором случае каналы (8) могут быть ориентированы перпендикулярно или под другим углом к свободным ребрам (5) призм микронеровностей смежного листа. Преимущественно каналы образованы сообщающимися друг с другом микровпадинами. Каналы могут быть, например, выполнены в виде увеличенных по размеру микровпадин или в виде отсутствующих рядов микровыступов (гребней или призм). Однако каналы могут быть выполнены независимо от профиля микровпадин и микровыступов. Линейный размер (в частности, ширина) каждого канала предпочтительно такова, что они не видимы человеческим глазом.

Пространство активных слоев (6, 7) соединено со средством регулирования давления (не показано), например, насосом. Это соединение может быть непосредственное, либо с помощью трубки. Средство регулирования давления может быть выполнено в виде микронасоса, размещенного в активном слое.

Пространство в активном слое может быть заполнено воздухом или другим газом.

Предпочтительным выполнением многослойного элемента является следующее:

- первый лист (1 ) содержит жесткую подложку в виде прямоугольной полосы из

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) монолитного поликарбоната с клеевым слоем на одной из поверхностей, на котором закреплены микронеровности из силиконового эластомера в форме треугольных призм. Свободные ребра микронеровностей расположены под углом 45 градусов к торцам первого листа (1 );

- второй лист (2) представляет собой прямоугольную полосу из монолитного поликарбоната. Второй лист (2) может содержать каналы (8), расположенные продольно вдоль полосы;

- третий лист (3) выполнен аналогично первому и содержит жесткую подложку в виде прямоугольной полосы из монолитного поликарбоната с клеевым слоем на одной из поверхностей, на котором закреплены микронеровности из силиконового эластомера в форме треугольных призм. Свободные ребра микронеровностей также расположены под углом 45 градусов к торцам третьего листа (3), но под углом 90 градусов к свободным ребрам микронеровностей первого листа (1 ).

Предпочтительное исполнение многослойного элемента позволяет изготавливать первый (1 ) и третий (3) листы на одном и том же технологическом оборудовании в виде одной и той же детали.

Многослойный элемент может быть выполнен вышеописанным образом, в том числе по предпочтительному варианту исполнения, не по всей своей площади, а выборочно, участками. Эти участки могут представлять собой изображения и/или надписи.

Реализация заявленного технического решения не ограничивается приведенными выше примерами. В частности, количество листов, образующих активные слои, может быть увеличено для усиления рассеивающих свойств многослойного элемента с изменяющимися оптическими свойствами.

Порядок использования.

В начальном свободном состоянии свет, падающий на многослойный элемент, изменяет направление своего распространения. Часть светового потока отражается от поверхности с микронеровностями листов, часть проходит через эту поверхность.

В свободном состоянии многослойного элемента силы электростатического притяжения и поверхностного натяжения приводят к деформации призм (4) в области свободных ребер (5) (фиг. 4) или к деформации гладкой эластичной поверхности, смежной с рассеивающей поверхностью жесткого листа (фиг. 5). Это

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) приводит к появлению областей (9) (полос) плотного контакта двух смежных листов в области свободных ребер (5) призм, что в свою очередь приводит к прозрачности многослойного элемента в этой области. Указанный эффект является нежелательным, снижающим общую рассеивающую способность многослойного материала в начальном состоянии.

Выполнение многослойного элемента содержащим два активных слоя, в которых свободные ребра призм или гребней микронеровностей ориентированы перпендикулярно друг другу, позволяет значительно сократить вышеописанный нежелательный эффект. Ввиду того, что в первом активном слое (6) свободные ребра (5) микронеровностей ориентированы перпендикулярно свободным ребрам (5) микронеровностей второго активного слоя (7) область прозрачности (10) всего многослойного элемента в начальном состоянии значительно снижается (фиг. 6).

Например, при выполнении микронеровностей активных слоев одинаковыми с шириной грани, находящейся в плоскости поверхности листа, равной L, площадь прозрачности многослойного элемента с двумя активными слоями по сравнению с площадью прозрачности одного активного слоя снижается на величину L/1, где /— ширина прозрачной полосы одного активного слоя в начальном состоянии. Если / составляет 15% от L, то снижение площади нежелательной прозрачности происходит более чем в 6 раз.

При откачивании воздуха или другого газа из пространства между листами (из активных слоев) происходит увеличение прозрачности многослойного элемента. При этом каналы, в том числе микровпадины рассеивающей поверхности, обеспечивают равномерный отвод газа от всей поверхности листов. После откачивания газа из пространства между листами многослойный элемент становится прозрачным.

Если микронеровности выполнены эластичными, то при откачивании газа из пространства между листами они деформируются и приобретают форму гладкого жесткого листа, к которому они при этом прижимаются.

Если микронеровности выполнены жесткими, то при откачивании газа из пространства между листами первоначально гладкая поверхность эластичного листа, к которому прижимаются микронеровности, деформируется и приобретает форму этих микронеровностей.

Для того, чтобы многослойный элемент стал отражать и рассеивать свет,

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) воздух или другой газ подаются в пространство между листами. При этом микровпадины и каналы обеспечивают равномерное распределение газа по всей поверхности листа.

При подаче газа в пространство между листами они отходят друг от друга. При этом восстанавливается либо форма гладкой поверхности эластичного листа, если микронеровности выполнены на жесткой поверхности смежного листа, либо форма эластичных микронеровностей, если смежный с ними лист выполнен жестким. Микронеровности при этом начинают рассеивать световой поток.

Промышленная применимость.

Заявляемое техническое решение реализовано с использованием промышленно выпускаемых устройств и материалов, может быть изготовлено на промышленном предприятии и найдет широкое применение в областях архитектуры, рекламы и дизайна помещений.

Многослойный элемент может использоваться для изготовления экспозиционных витрин и выгородок, трансформирующихся в мультимедийные экраны. Выполнение задней стенки выходящей на улицу витрины из многослойного элемента позволяет либо акцентировать внимание прохожих на находящихся в витрине образцах (например, одежды, автомобилей), либо показывать интерьер торгового помещения.

Многослойный элемент может использоваться для внутренних и внешних установок контроля приватности (например, переговорных комнат, медицинских комнат интенсивной терапии, ванных комнат, душа).

Многослойный элемент может использоваться в качестве временного проекционного экрана.

Многослойный элемент может использоваться как замена электрохром ного стекла в архитектуре:

- для контроля количества света и тепла, проходящего через окна;

- для изготовления светопрозрачных конструкций (окон, перегородок, дверей и т. п.), для организации конфиденциальных пространств— как обычное стекло

- как замена шторам и жалюзи;

- для офисных перегородок, конференц-залов и переговорных, интерьерных решений ресторанов и кафе;

- в бассейнах (не боится влажности), зимних садах, оранжереях.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)

Claims

Формула изобретения

Элемент многослойный с изменяющимися оптическими свойствами Пункт 1. Элемент многослойный с изменяющимися оптическими свойствами, содержащий наложенные друг на друга и герметизированные по контуру первый (1), второй (2) и третий (3) листы, отличающийся тем, что листы выполнены из оптически пропускающего материала, причем смежные поверхности первого (1) и второго (2), а также второго (2) и третьего (3) листов попарно выполнены так, что одна из смежных поверхностей является жесткой, а другая — эластичной и, одновременно, одна из смежных поверхностей является гладкой, а другая — рассеивающей, выполненной в виде гребней или призм, при этом свободные ребра гребней или призм рассеивающей поверхности, расположенной между первым и вторым листами, перпендикулярны свободным ребрам гребней или призм рассеивающей поверхности, расположенной между вторым и третьим листами.

Пункт 2. Элемент по п. 1, отличающийся тем, что первый и третий листы содержат жесткую подложку в виде прямоугольной полосы из монолитного поликарбоната с клеевым слоем на одной из поверхностей, на котором закреплены микронеровности из силикона в виде треугольных призм, причем свободные ребра микронеровностей расположены под углом 45 градусов к торцам листов, а второй лист представляет собой прямоугольную полосу из монолитного поликарбоната.

Пункт 3. Элемент по п. 2, отличающийся тем, что второй лист содержит продольные каналы.

Пункт 4. Элемент по любому из пунктов 1-3, отличающийся тем, что пространство между листами соединено со средством для регулирования давления.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)