(57)【要約】  埋込式表面拡散体が上にパターン化されている陽光面日光方向転換光学構造体を有する窓ガラス。この光学構造体は、全体としては直線であり、反復するユニットセルから形成される。各ユニットセルは、基部と、基部と反対側の２つ以上のピークと、基部とピークとの間の少なくとも１つの曲面とを有する。基部とピークとの間の他の面は、実質的に直線、曲線、又は曲線に近似した連続したカット面とすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
日光を方向転換するための光学構造体であって、
基部と、
少なくとも２つのピークと、
前記基部と前記ピークとの間に延びる面であって、
前記面のうちの少なくとも１つが湾曲している、面とを含む、光学構造体。
【請求項２】
前記面のうちの別の１つが実質的に直線である、請求項１に記載の光学構造体。
【請求項３】
前記面のうちの別の１つが、曲線に近似した連続したカット面を含む、請求項１に記載の光学構造体。
【請求項４】
前記２つのピークが、前記基部からの異なる高さを有する、請求項１に記載の光学構造体。
【請求項５】
前記基部と３つのピークとの間に延びる前記面を有する、３つのピークを更に含む、請求項１に記載の光学構造体。
【請求項６】
前記３つのピークの各々が、他の前記２つのピークとは異なる、前記基部からの高さを有する、請求項５に記載の光学構造体。
【請求項７】
日光を方向転換するための光学構造体であって、
基部と、
少なくとも２つのピークと、
前記基部と前記ピークとの間に延びる面であって、
前記面のうちの少なくとも１つが湾曲している、面とを含み、
前記基部が表面拡散体を有する、光学構造体。
【請求項８】
前記面のうちの別の１つが実質的に直線である、請求項７に記載の光学構造体。
【請求項９】
前記面のうちの別の１つが、曲線に近似した連続したカット面を含む、請求項７に記載の光学構造体。
【請求項１０】
前記表面拡散体が、前記基部の粗面を含む、請求項７に記載の光学構造体。
【請求項１１】
前記２つのピークが、前記基部からの異なる高さを有する、請求項７に記載の光学構造体。
【請求項１２】
日光を方向転換するための光学構造体であって、
基部と、
少なくとも２つのピークと、
前記基部と前記ピークとの間に延びる面であって、前記面のうちの少なくとも１つが湾曲している、面と、
前記ピークと反対側の前記基部の側の材料とを含み、
前記材料と前記基部との間の境界面が拡散体を形成する、光学構造体。
【請求項１３】
前記面のうちの別の１つが実質的に直線である、請求項１２に記載の光学構造体。
【請求項１４】
前記面のうちの別の１つが、曲線に近似した連続したカット面を含む、請求項１２に記載の光学構造体。
【請求項１５】
前記材料が、前記基部とは異なる屈折率を有する、請求項１２に記載の光学構造体。
【請求項１６】
前記２つのピークが、前記基部からの異なる高さを有する、請求項１２に記載の光学構造体。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
建築物内の日光を管理することは、建築上の美学と人的要因の両方に対する注意を必要とする。日光方向転換窓ガラスに関する基準は、これらの競合する可能性がある設計要件を要求する。日光方向転換窓を組み込んだ、所与の空間のための照明戦略は、空間内の複数の位置に位置する観測者が利用できる有用な日光を最大化すること、邪魔なグレア及び／又は照明色のアンバランスを最小化すること、及び実施形態によってはグレイジングによって外部環境への視野を最大化することを必要とする。このバランスを可能にする１つのアプローチは、日光方向転換光学素子による窓ガラスの部分的な覆いを使用することである。部分的な覆いは、通常、クリアストーリー窓又は日光方向転換光学素子を有する領域は完全に覆い、窓スペースの残りの部分は覆わないことによって達成される。
【発明の概要】
【０００２】
本発明による日光を方向転換するための第１の光学構造体は、基部と、少なくとも２つのピークと、基部とピークとの間に延びる面であって、これらの面のうちの少なくとも１つが湾曲している、面とを含む。
【０００３】
本発明による日光を方向転換するための第２の光学構造体は、基部と、少なくとも２つのピークと、基部とピークとの間に延びる面であって、これらの面のうちの少なくとも１つが湾曲している、面とを含み、基部が表面拡散体を有する。
【０００４】
本発明による日光を方向転換するための第３の光学構造体は、基部と、少なくとも２つのピークと、基部とピークとの間に延びる面であって、これらの面のうちの少なくとも１つが湾曲している、面と、ピークと反対側の基部の側の材料とを含み、材料と基部との間の境界面が拡散体を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなし、説明文と併せて本発明の利点及び原理を説明するものである。
【図１】埋込式表面拡散体を有する、日光方向転換光学構造体の図である。
【図２】日光方向転換光学構造体に関する基準面を示す。
【図３】光学構造体に関する、２ピーク設計の側面図である。
【図４】図３の２ピーク設計に関する、１０度〜４５度の透過率分布関数のグラフである。
【図５】図３の２ピーク設計に関する、４５度〜８０度の透過率分布関数のグラフである。
【図６】図３の２ピーク設計に関する、グレア、正効率、及び上下に方向を変えられた光のグラフである。
【図７】光学構造体に関する、３ピーク設計の側面図である。
【図８】図７の３ピーク設計に関する、１０度〜４５度の透過率分布関数のグラフである。
【図９】図７の３ピーク設計に関する、４５度〜８０度の透過率分布関数のグラフである。
【図１０】図７の３ピーク設計に関する、グレア、正効率、及び上下に方向を変えられた光のグラフである。
【図１１】光学構造体に関する、別の２ピーク設計の側面図である。
【図１２】図１１の２ピーク設計に関する、１０度〜４５度の透過率分布関数のグラフである。
【図１３】図１１の２ピーク設計に関する、４５度〜８０度の透過率分布関数のグラフである。
【図１４】図１１の２ピーク設計に関する、グレア、正効率、及び上下に方向を変えられた光のグラフである。
【図１５】図３に示す光方向転換光学構造体の角度を示す。
【図１６】一体型表面拡散体を有する、図３に示す光方向転換光学構造体を示す。
【図１７】基部に拡散体を有し、光方向転換構造体の反対側の拡散体の側にある材料を有する、図３に示す光方向転換光学構造体を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の実施形態は、埋込式表面拡散体が上にパターン化されている陽光面日光方向転換光学構造体を有する新規の形態の窓ガラスを含む。これらの実施形態は、以下に説明するように、各々が基部と、基部の反対側の２つ以上のピークと、基部とピークとの間の少なくとも１つの曲面とを有する、全体としては直線のユニットセルから構成された光方向転換構造体を含む。基部とピークとの間の他の面は、実質的に直線、曲線、又は曲線に近似した連続したカット面とすることができる。
【０００７】
「実質的に直線」という用語は、大部分は直線であるが、製造プロセスによって生じた誤差のために直線から外れた可能性があるか、又は方向転換された光を拡げるために意図的に小さい曲率（すなわち、大きい半径）を有する場合がある辺を指す。
【０００８】
本明細書で説明するものを含む、日光方向転換光学構造体及びそのような構造体のための材料の例は、「Ｓｕｎ−Ｆａｃｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  Ｆｉｌｍｓ  ｗｉｔｈ  Ｒｅｄｕｃｅｄ  Ｇｌａｒｅ」という名称の２０１４年１０月２０日に出願された米国仮特許出願第６２／０６６３０２号に開示され、同出願は、完全に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。日光方向転換光学構造体の例はまた、「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｆｏｒ  Ｒｅｄｉｒｅｃｔｉｎｇ  Ｄａｙｌｉｇｈｔ」という名称の２０１４年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／０９４６２６号にも開示され、同出願は、完全に記載されているかのように参照により本明細書に組み込まれる。
【０００９】
請求される光学構造体の説明
本明細書で開示されるパターン化された光学マルチ層は、図１に示すように日光方向転換構造体を有する埋込式表面拡散体を含むことができる。図１の複合材物品は、基板１０、第１の材料１２、埋込式表面拡散体１４、第２の材料１６、及び日光方向転換光学構造体１８を含む。基板１０は、例えば、ガラス又はガラス窓に貼り付けるための可撓性の透明なフィルムを用いて実装することができる。
【００１０】
考えられる日光方向転換構造体は、複数ピークの関数を含み、この関数は、実質的に直線の面、曲線の面、又はカット面を有し、カット面は曲線に近似している可能性がある。曲線タイプは、限定されないが、ベジェ曲線を含むことができる。周期的な構造体は、１周期当り１つ以上のピークを有することができる。１周期当りのピークの数は、３つ以上とすることができる。開示される光学構造体は、特定の材料のセットを使用して日光方向転換について最適化されている。
【００１１】
日光方向転換グレイジングに関する所望の特性
太陽照明を空間に提供するために、日光によって覆われる領域と覆われない領域とを含む組合せグレイジングが使用されると仮定する。日光方向転換窓によって照明される空間内で利用可能な日光をバランスさせるために、グレイジングに入射する日光は、主に、平面窓によって直接透過された光が到達しない空間内の奥深くに方向転換されるべきである。「主に照明された空間の奥深くに方向転換される」という表現は、入射面に垂直な水平面よりもわずかに上の角度であるが、窓の面に近い角度ではない角度で方向転換されることを意味する。後者の角度は、外側方向ではなく主に上方へ直接方向転換される光である。図２は、本発明に関する基準面を示す。基準面は、水平面２０、窓面２２、太陽の仰角θｓ及び方位角φｓを有する入射面２４、並びに垂直面２６を含む。
【００１２】
邪魔なグレアを除去するために、日光は、入射面に垂直な水平面の真下に方向転換されるべきではない。窓に比較的近い閲覧者及び／又は作業面に一部の光を提供するために、入射日光の一部は、入射面に垂直な水平面の下に比較的急な角度で方向転換される場合がある。
【００１３】
材料測定と例へのフィッティング
日光方向転換構造体材料（図１の材料１６）及び埋込式拡散体充填材（図１の材料１２）の屈折率は、３つの別個の波長（それぞれ、青、緑、及び赤の範囲にある、４０４、５３２、及び６３２ナノメートル）を有する３つの異なるレーザーを持つＭｅｔｒｉｃｏｎプリズムカプラ（Ｍｅｔｒｉｃｏｎ  Ｃｏｒｐ．Ｐｅｎｎｉｎｇｔｏｎ，Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ）を使用して測定された。ソーダ石灰窓ガラスの屈折率の測定値は、太陽エネルギーに関する文献からとられた。３つすべての材料に関して、光ツール製品において利用可能な３項ローランモデルが、線形最小二乗法を使用して、測定値対波長にフィッティングされた。屈折率測定のためのフィッティングアルゴリズムは、ＭＡＴＬＡＢ製品を使用して書かれた。
【００１４】
日光方向転換構造体用に測定された例示的な材料は、ＳＡ−２５０Ｐ（長瀬産業株式会社、東京、日本）であった。埋込式拡散体充填材／接着剤用の例示的な材料は、２０１３接着剤（ダウコーニング、ミッドランド、ミシガン州）であった。
【００１５】
例における検証モデル化のための埋込式表面拡散体
検証段階のために、埋込式拡散体構造体が、最密充填の六方格子上にパターン化された窪んだ半球形の突起を使用してモデル化された。拡散体の面よりも上に延びる窪んだ微小球の部分の高さ（突起の高さ）は、微小球の半径の０．２９７５倍に設定された。表面法線と拡散体の平面に対する法線との間のＲＭＳ角度は、約２７．８度と計算された。埋込式拡散体充填材接着剤が充填され、ソーダ石灰ガラスに接合された、テスト埋込式拡散体構造体を内部に有するパターン化された日光方向転換構造体材料を有する光学積層体に関する明所視ヘイズは、材料モデルを用いた光線追跡を使用して、約８０％と計算された。ランダム、擬似ランダム、又は決定論的な一般の設計された表面が、埋込式拡散体として使用されてもよい。
【００１６】
設計例１  ２ピークの日光方向転換光学素子
２ピーク設計が、例示的な材料セット用に作成された。関数の１周期に関する設計形状が図３に示される。設計され、図３に示された形状の空間的寸法は、ピッチＴによって標準化される。検証のために、透過率分布関数が、２ピーク設計に関して、９０度の方位角において、１０度〜８０度の範囲で５度ずつ増加させた入射仰角のセットについて計算された。２ピーク設計の垂直出口面における透過率分布関数は、図４では１０度〜４５度の入射仰角に関して、図５では４５度〜８０度の入射仰角に関してプロットされている。図４及び図５から、型通りのグレア範囲では光が極めてわずかしか透過しないことがわかる。グレア率、正効率、及び水平面の上下（昇降）に方向転換された光の正効率対入射仰角は、図６にプロットされている。グレア率はすべての入射仰角に対して０．１未満であり、正効率は７０度未満のすべての入射仰角に対して０．７よりも大きい。この構造体は、７０度において正効率の破壊を有する。２ピーク設計は、８０度の入射仰角まで著しい色ムラを有さない。
【００１７】
設計例２  ３ピークの日光方向転換光学素子
図７に示すように、３ピーク設計が、例示的な材料セット用に作成された。前の例と同様に、設計され図７に示された形状の空間的寸法は、ピッチＴによって標準化される。前の例と同様に、検証のために、透過率分布関数が、３ピーク設計に関して、９０度の方位角において、１０度〜８０度の範囲で５度ずつ増加させた入射仰角のセットについて計算された。３ピーク設計の垂直出口面における透過率分布関数は、図８では１０度〜４５度の入射仰角に関して、図９では４５度〜８０度の入射仰角に関してプロットされている。図８及び図９から、１５度〜７５度の入射仰角における型通りのグレア範囲では光が極めてわずかしか透過しないが、テストされた仰角の下方の範囲及び上方の範囲では多少のグレアが存在することがわかる。グレア率、正効率、及び水平面の上下（昇降）に方向転換された光の正効率対入射仰角は、図１０にプロットされている。グレア率は１５度〜７５度のすべての入射仰角に対して０．１未満であり、正効率は７０度未満のすべての入射仰角に対して０．６５よりも大きい。この構造体は、７０度において正効率の破壊を有するが、この破壊は、前の例の２ピーク設計ほど深刻でない。
【００１８】
３ピーク設計は、８０度の入射仰角まで著しい色ムラを有しない。８０度における色ムラは、２ピーク設計の場合よりもかなり低く、青色の喪失から生じる２ピーク設計の場合の８０度における明白な橙色に対して許容できるほど十分に白い場合がある。
【００１９】
設計例３  ２ピークの日光方向転換光学素子
別の２ピーク設計が、例示的な材料セット用に作成された。関数の１周期に関する設計形状が図１１に示される。設計され、図１１に示された形状の空間的寸法は、ピッチＴによって標準化される。検証のために、透過率分布関数が、２ピーク設計に関して、９０度の方位角において、１０度〜８０度の範囲の５度ずつ増加させた入射仰角のセットについて計算された。２ピーク設計の垂直出口面における透過率分布関数は、図１２では１０度〜４５度の入射仰角に関して、図１３では４５度〜８０度の入射仰角に関してプロットされている。図１２及び図１３から、型通りのグレア範囲では光が極めてわずかしか透過しないことがわかる。グレア率、正効率、及び水平面の上下（昇降）に方向転換された光の正効率対入射仰角は、図１４にプロットされている。
【００２０】
例示的な実施形態
図１５は、図３に示す光方向転換構造体に対応する複数ピークユニットセルの角度を示す。図１６は、基部に、拡散体、例えば粗面を有する、図３に示す光方向転換構造体を示す。図１７は、基部に拡散体を有し、光方向転換構造体の反対側の拡散体の側にある材料を有する、図３に示す光方向転換光学構造体を示し、この材料は、光方向転換構造体の材料とは異なる屈折率を有する。
【００２１】
図１５〜図１７、並びに図７及び図１１に示したユニットセルは、図１に示すように、窓を通して日光を方向転換するために太陽に面する特徴部を用いて窓又は窓の目立たない領域にわたって繰り返すことができる。これらの構造体は全体としては直線であり、ユニットセルはこれらの構造体の断面図である。
【００２２】
本明細書で説明する光学構造体は、１．０未満、又は２．０未満、又は５．０未満、又は１０．０未満、又は２０．０未満の辺上の少なくとも１つの点における１ピッチ当たりの曲率半径を有することができる。
【００２３】
以下は、光学構造体と共に埋戻し材として使用することができる例示的な材料である。すなわち、ＳＳＱ６０％フェニル４０％ビニルとポリシロキサン共重合体ＨＳｉ（ＭｅＨＳｉ−Ｏ）（ＰｈＭｅＳｉ−Ｏ）ＳｉＨ（Ｇｅｌｅｓｔ  ＨＰＭ−５０２，７５−１１０ｃｓｔ）とから構成された硬化シルセスキオキサン、ＳＳＱ７０％フェニル２０％イソブチル１０％ビニルとポリシロキサン共重合体ＨＳｉ（ＭｅＨＳｉ−Ｏ）（ＰｈＭｅＳｉ−Ｏ）ＳｉＨ（Ｇｅｌｅｓｔ  ＨＰＭ−５０２，７５−１１０ｃｓｔ）とから構成された硬化シルセスキオキサンシステム、並びにＳＳＱ８０％メチル２０％ビニルと、ＳｉＨ末端ＰＤＭＳ（Ｇｅｌｅｓｔ  ＤＭＳ−Ｈ０３  ２−３ｃｓｔ）と、ＰＤＭＳ表面処理ジルコニアとから構成された硬化シルセスキオキサンシステム。シロキサンポリオキサミド材料は、光学構造体との接着剤として使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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