СПОСОБ ПРОЕЦИРОВАНИЯ ИЛИ ОБРАТНОГО ПРОЕЦИРОВАНИЯ НА СТЕКЛО, СОДЕРЖАЩЕЕ ПРОЗРАЧНЫЙ СЛОЕВОЙ ЭЛЕМЕНТ, ИМЕЮЩИЙ СВОЙСТВА РАССЕЯННОГО ОТРАЖЕНИЯ
METHOD FOR PROJECTING OR REVERSE PROJECTING ON GLASS, COMPRISING TRANSPARENT LAYER ELEMENT HAVING DIFFUSE REFLECTION PROPERTIES

Изобретение относится к способу проецирования, или обратного проецирования, в котором используется стекло в качестве экрана для проецирования, или обратного проецирования, содержащее прозрачный слоевой элемент со свойствами рассеянного отражения. Изобретение относится также к стеклу, подходящему, в частности, для способа проецирования, или обратного проецирования, в соответствии с изобретением.
Известные стекла включают в себя стандартные прозрачные стекла, которые позволяют иметь пропускание и зеркальное отражение падающего на стекло излучения, и полупрозрачные стекла, которые позволяют иметь пропускание и рассеянное отражение падающего на стекло излучения.
Обычно, отражение стеклом называется диффузным (рассеянным), когда падающее на стекло излучение с заданным углом падения отражается стеклом во множественных направлениях. Отражение стеклом называется зеркальным, когда падающее на стекло излучение с данным углом падения отражается стеклом с углом отражения, равным углу падения. Аналогично, пропускание через стекло называется зеркальным, когда падающее на стекло излучение с заданным углом падения пропускается стеклом с углом пропускания, равным углу падения.
Были реализованы многочисленные попытки придания стандартным стеклам, прозрачным или полупрозрачным, дополнительных свойств, которые позволили бы использовать их как экран для проецирования, или обратного проецирования.
Экран для проецирования содержит две стороны, или две поверхности. Главная сторона, на которую проецируется изображение, исходящее от источника света, расположена в той же области пространства, что и источник света (прямое проецирование). Противоположная сторона – это сторона, на которой возможно появляется, вследствие прозрачности, изображение, проецируемое на главную сторону.
Экраны обратного проецирования имеют главную сторону и противоположную сторону, обладающие теми же характеристиками, что и характеристики ранее упомянутых экранов для проецирования. С другой стороны, экран для обратного проецирования отличается от экрана для проецирования тем, что пользователь и источник света не располагаются в одной и той же области пространства, но находятся с каждой из сторон от экрана. Обратное проецирование необходимо предполагает помещение проектора позади стекла и, таким образом, предполагает наличие места с этой стороны. Эта конфигурация, таким образом, ограничивается местом, которое она требует для своего использования.
Использование стандартных прозрачных стекол в качестве экрана для проецирования оказывается невозможным. Действительно, эти стекла не обеспечивают свойства рассеянного отражения и, следовательно, они не позволяют формировать изображения на какой-либо одной из своих поверхностей и дают четкие отражения подобно зеркалам.
Использование стандартных полупрозрачных стекол в качестве проекционного экрана для проецирования также имеет неудобства. Эти полупрозрачные стекла не позволяют сохранять ясную видимость через стекло.
Одно из предложенных решений для улучшения параметров используемых стандартных полупрозрачных стекол в качестве экрана для проецирования заключается в том, чтобы использовать стекла, переключаемые между прозрачным состоянием и диффузным состоянием. Эти стекла основаны на использовании функциональной пленки, включающей в себя активные элементы, помещенные между двумя несущими подложками электрода. Активные элементы, когда пленка находится под напряжением, ориентируются в соответствии с особой выделенной осью, что разрешает видимость через функциональную пленку. Без напряжения, в отсутствие ориентации активных элементов, пленка становится диффузной и препятствует видимости.
Главным образом, такие стекла используются в настоящее время в качестве экрана для обратного проецирования изображений в диффузном состоянии, поскольку их свойства не позволяют приемлемое их использование в качестве экрана для проецирования. Действительно, прямое проецирование изображения на переключаемое стекло, например, с жидкими кристаллами, оказывается невысокого качества вследствие неприспособленных оптических свойств этих стекол, таких как слабое рассеянное отражение. Но, главным образом, яркость изображений, проецируемых на эти стекла, в целом значительно уменьшается, когда угол наблюдения увеличивается. Угол обзора при проецировании, даже в диффузном состоянии, оказывается очень сниженным, что делает затруднительным использование таких стекол в качестве экрана для проецирования.
Другое предложенное решение, а именно в заявке на патент EP 0 823 653, заключается в стекле в сочетании со системой с переменным пропусканием/поглощением света и системой с варьирующимся рассеянием света. Это стекло может быть использовано как экран для обратного проецирования, или для проецирования. Вместе с тем, ясно указывается, что эти системы относительно удовлетворительны при обратном проецировании, но не функционируют корректно при прямом проецировании. Проецирование изображения при отражении оказывается невысокого качества и со слабой яркостью и малым углом обзора. Наконец, проецирование изображения возможно только в состоянии рассеяния. В прозрачном состоянии, прямое проецирование невозможно.
Известны также шелкографические стекла, используемые в качестве экрана для проецирования и обратного проецирования. Однако, такие стекла не обеспечивают достаточной прозрачности. Рисунки этих шелкографических стекол всегда оказываются видимыми.
Наконец, известны проекционные стекла, называемые "голографическими", на которых возможно проецировать изображения, при обратном проецировании, начиная с некоторого угла при поддержании прозрачности стекла. Однако, применение этих стекол ограничивается обратным проецированием, при котором требуется очень точно размещать проектор. Кроме того, у этих изделий очень высокая стоимость изготовления.
Изобретение призвано, таким образом, преодолеть недостатки стекол, известных в технике предшествующего уровня, посредством предоставления стекла, используемого в качестве экрана для проецирования, или обратного проецирования, причем вышеупомянутое стекло позволяет именно прямое проецирование изображений, видимых с большим углом обзора, обеспечивая при этом прозрачность стекла.
Изобретение позволяет также:
- усилить яркость проецируемого изображения,
- усилить или улучшить контраст проецируемого изображения,
- получить большой угол обзора, при том, что визуализация осуществляется без оптических дефектов, то есть с хорошей четкостью отображаемого изображения,
- получить возможность избежать эффекта горячей точки ("hot spot") и минимизировать помеху, которая может быть обусловлены формированием паразитных изображений, вызванных отражением и пропусканием проецируемого изображения в помещении для проецирования.
Таким образом, изобретение относится к способу проецирования или обратного проецирования, в соответствии с которым используется стекло 5, содержащее две главные внешние поверхности 10, 20, используемые как экран для проецирования или обратного проецирования, и проектор, при этом способу заключается в проецировании с помощью проектора изображений, видимых наблюдателями, на одну из сторон стекла и отличается тем, что вышеупомянутое стекло содержит прозрачный слоевой элемент 1, имеющий две гладкие главные внешние поверхности 2A, 4A, отличающийся тем, что он содержит:
- два внешних слоя 2, 4, каждый из которых образует одну из двух главных внешних поверхностей 2A, 4A слоевого элемента и которые сформированы из прозрачных, предпочтительно диэлектрических, материалов, имеющих по существу один и тот же показатель преломления (n2, n4), и
1
2
k
1
2
k
- центральный слой 3, вставленный между внешними слоями, причем центральный слой 3 сформирован либо единственным слоем, который является прозрачным, предпочтительно диэлектрическим, слоем с показателем преломления (n3), отличным от показателя преломления (n3) внешних слоев, или металлическим слоем, либо пакетом слоев (3, 3, …, 3), который содержит, по меньшей мере, прозрачный, предпочтительно диэлектрический, слой, с показателем преломления (n3, n3, …или n3), отличным от показателя преломления внешних слоев, или металлический слой,
0
1
k
1
2
k
1
2
k
причем каждая соприкасающаяся поверхность (S, S, …, S) между двумя смежными слоями слоевого элемента, из которых один является прозрачным с показателем преломления (n2, n4, n3, n3, n3, или n3), и другой - металлическим, или которые являются двумя прозрачными слоями с различными показателями преломления, является текстурированной и параллельна другим текстурированным соприкасающимся поверхностям между двумя смежными слоями, из которых один является прозрачным с показателем преломления (n2, n4, n3, n3, n3, или n3), другой - металлическим, или которые являются двумя прозрачными слоями с различными показателями преломления.
В рамках изобретения различают металлические слои, с одной стороны, для которых значение показателя преломления не является важным и, с другой стороны, прозрачные слои, предпочтительно диэлектрические, с определенным показателем преломления, для которых учитывается отличие показателя преломления относительно показателя преломления внешних слоев.
В соответствии с особенно предпочтительным вариантом реализации, стекло дополнительно содержит, по меньшей мере, антиотражающее покрытие.
В соответствии с другим, особенно предпочтительным вариантом реализации, стекло дополнительно содержит систему с варьирующимся рассеянием света, содержащую функциональную пленку, пригодную для переключения между прозрачным состоянием и диффузным состоянием. Система с варьирующимся рассеянием света предпочтительно является электрически управляемой. Эта система может содержать функциональную пленку, обрамленную двумя несущими электроды подложками, предпочтительно прозрачными. Электроды находятся в непосредственном контакте с функциональной пленкой. Каждый из электродов предпочтительно содержит, по меньшей мере, электропроводящий слой.
Предпочтительный вариант реализации изобретения объединяет преимущественные варианты реализации.
Прозрачный элемент с рассеянным отражением позволяет получить прозрачное стекло с пропусканием и обеспечивающее рассеянное отражение. Эти свойства способствуют получению хорошей освещенности проецируемых изображений. Таким образом, этот элемент позволяет получать одновременно ясную видимость через элемент при ограничении правильных отражений типа "зеркало". Центральный слой благоприятствует рассеянному отражению, позволяя, тем самым, прямое проецирование изображения на какую-либо одну сторону стекла, включающего в себя прозрачный слоевой элемент, образуя изображение в месте расположения центрального слоя.
Добавление антиотражающего покрытия позволяет сократить многократные отражения внутри слоевого элемента и, тем самым, улучшить качество проецируемых изображений.
Применение системы с варьирующимся рассеянием света, когда эта система находится в своем прозрачном состоянии, не изменяет свойств стекла. И напротив, когда система находится в своем диффузном состоянии, качество изображений, получаемых при прямом проецировании, улучшается, поскольку рассеянное отражение слоевого элемента добавляется к рассеянному отражению системы с варьирующимся рассеянием света. Это синергическое объединение позволяет получить лучшую освещенность и лучший контраст проецируемого изображения. Наличие системы с варьирующимся рассеянием света, предпочтительно электрически управляемым, позволяет, таким образом, получить стекло, переключаемое между прозрачным и диффузным состоянием, но на котором возможно прямое проецирование с большим углом обзора и для прозрачного, и для диффузного состояния.
Стекло в соответствии с изобретением позволяет, таким образом, осуществить прямое проецирование изображений. Спроецированные изображения видимы с очень большим углом обзора, вплоть до 180°. Действительно, наблюдатель, расположенный под углом приблизительно -90° или +90° способен отчетливо увидеть спроецированное изображение, или прочитать текст, спроецированный на стекло по изобретению.
Свойства стекла, особенно очень широкий угол обзора, позволяют не накладывать специального ограничения на положение проектора. Например, проектор может быть помещен так, чтобы правильное отражение, и/или не рассеянное пропускание лампы проектора, не были бы видимы для наблюдателей, без ухудшения качества проецирования. Тем самым, удается избежать эффекта горячей точки.
То же самое свойство позволяет минимизировать неудобство, которое может быть вызвано формированием паразитных изображений. Паразитные изображения обусловлены следующим:
- правильным отражением света, спроецированного на стекло, когда изображение может сформироваться на другой поверхности помещения для проецирования,
- не рассеянным пропусканием света, проецируемого через стекло, когда изображение может сформироваться на другой поверхности помещения для проецирования.
Это неудобство может быть минимизировано таким размещением проектора, чтобы эти паразитные изображения были сформированы в месте, не мешающем наблюдателю, например, на полу.
Решение по изобретению предоставляет и технологическое усовершенствование существующих стекол для использования в качестве экрана для проецирования, и также предоставляет экономический эффект благодаря малой дополнительной стоимости, вызванной наличием прозрачного слоевого элемента со свойствами рассеянного отражения.
Во всем приведенном описании, стекло в соответствии с изобретением рассматривается как расположенное горизонтально, с его первой стороной, ориентированной вниз, определяя нижнюю главную внешнюю поверхность 10, и с его второй стороной, противоположной первой стороне, ориентированной вверх, определяя верхнюю главную внешнюю поверхность 20; смыслы выражений "сверху" и "снизу" должны, таким образом, рассматриваться относительно этой ориентации. Если специально не оговорено, то выражения "сверху" и "снизу" не означают необходимо то, что два элемента, слоя, покрытия и/или системы располагаются в контакте одно с другим. Выражения "верхний" и "нижний" используются здесь относительно этого позиционирования.
Стекло может дополнительно содержать, по меньшей мере, дополнительный слой, расположенный выше или ниже слоевого элемента и/или, при необходимости, систему с варьирующимся рассеянием света. Или вышеупомянутые дополнительные слои стекла могут быть составлены из прозрачных материалов, предпочтительно диэлектрических, из которых все имеют по существу один и тот же показатель преломления, или имеют показатели преломления, отличные от показателей преломления прозрачных материалов, предпочтительно диэлектрических, внешних слоев слоевого элемента. Эти дополнительные слои предпочтительно выбираются среди следующего:
- прозрачных подложек, выбранных среди полимеров, стекол или керамик, содержащих две гладкие главные поверхности,
- отверждаемых материалов, изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии, пригодном для операций формования,
- прослоек из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению.
Стекло содержит две главных - нижнюю и верхнюю, внешние поверхности 10, 20. Главные внешние поверхности стекла могут быть совмещены с главными внешними поверхностями слоевого элемента, например, если стекло не содержит добавочного слоя. И напротив, если стекло содержит:
- по меньшей мере, верхний дополнительный слой, то верхняя внешняя главная поверхность стекла будет совмещена с верхней внешней главной поверхностью верхнего добавочного слоя,
- по меньшей мере, нижний дополнительный слой, то нижняя внешняя главная поверхность стекла будет совмещена с нижней внешней главной поверхностью нижнего добавочного слоя.
В соответствии с задачами изобретения, термин "показатель преломления" относится к оптическому показателю преломления, измеренному при длине волны 550 нм.
В соответствии с изобретением, тонкий слой представляет собой нижний слой толщиной в 1 мкм.
Два прозрачных материала, или прозрачных слоя, предпочтительно диэлектрические, имеют по существу один и тот же показатель преломления, или имеют по существу равные показатели преломления, когда два прозрачных, предпочтительно диэлектрических материала, имеют показатели преломления, абсолютное значение разности между которыми при длине волны 550 нм оказывается ниже или равным 0,15. В соответствии с изобретением, абсолютное значение разности показателей преломления при длине волны 550 нм между прозрачными материалами, предпочтительно диэлектрическими, составленными из двух внешних слоев слоевого элемента, предпочтительно составляет по порядку, по ворастанию: ниже или равное 0,05, ниже или равное 0,02, ниже или равное 0,018, ниже или равное 0,015, ниже или равное 0,01, ниже или равное 0,005.
1
2
k
Два прозрачных материала, или прозрачных слоя, предпочтительно диэлектрических, имеют различные показатели преломления, если абсолютное значение разности между их показателями преломления при длине волны 550 нм строго превосходит значение 0,15. В соответствии с предпочтительной характеристикой, абсолютное значение разности показателей преломления при длине волны 550 нм между, с одной стороны, внешними слоями и, с другой стороны, по меньшей мере, одним прозрачным слоем с показателем преломления (n3, n3, n3,…, n3) центрального слоя, превосходит или равен 0,3, предпочтительно превосходит или равен 0,5, еще предпочтительнее превосходит или равен 0,8.
Эта относительно большая разность показателей преломления играет роль в месте расположения, по меньшей мере, внутренней текстурированной соприкасающейся поверхности слоевого элемента. Это позволяет способствовать отражению излучения на этой текстурированной соприкасающейся поверхности, то есть рассеянное отражение излучения слоевым элементом.
Соприкасающаяся поверхность между двумя смежными слоями представляет собой границу раздела между двумя смежными слоями.
Прозрачный элемент представляет собой элемент, через который имеется пропускание излучения, по меньшей мере, в области длин волн, используемых для данного применения элемента. Предпочтительно, элемент прозрачен, по меньшей мере, в области длин волн видимого света.
В соответствии с изобретением, прозрачные материалы, или прозрачные слои, относятся, в частности:
- к внешним слоям 2, 4, составленным из прозрачных материалов с показателем преломления (n2, n4),
- к центральному слою 3, сформированному прозрачным слоем с показателем преломления (n3),
1
2
k
1
2
k
- к пакету слоев (3, 3, …, 3), который содержит, по меньшей мере, прозрачный слой с показателем преломления (n3, n3, … или n3), отличным от показателя преломления внешних слоев.
Предпочтительно, прозрачные материалы, или прозрачные слои, являются слоями органической или минеральной природы. Предпочтительно, прозрачные материалы, или прозрачные слои, являются не металлическими. Прозрачные материалы, или минеральные прозрачные слои, могут быть выбранными среди оксидов, нитридов или галогенидов одного или нескольких переходных металлов, неметаллов или щелочноземельных металлов. Переходные металлы, неметаллы или щелочноземельные металлы выбираются предпочтительно среди кремния, титана, олова, цинка, индия, алюминия, молибдена, ниобия, циркония, магния. Материалы, или органические диэлектрические слои, выбираются среди полимеров.
4
4
Эти прозрачные материалы, или прозрачные слои, предпочтительно являются диэлектрическими. Диэлектрический материал, или слой, является не металлическим материалом или слоем. Считается, что диэлектрический материал, или слой – это материал, или слой, со слабой электрической проводимостью, предпочтительно ниже 10S/м и, возможно, ниже 100 S/м. Можно также считать, что диэлектрический материал, или слой – это материал или слой, обеспечивающий удельное сопротивление выше, чем удельное сопротивление металлов. Диэлектрические материалы, или слои по изобретению обеспечивают удельное сопротивление, выше 1 Ома на сантиметр (Ом⋅см), предпочтительно выше 10 Ом·см и, возможно, выше 10 Ом⋅см.
В соответствии с конкретным вариантом реализации изобретения, прозрачный слоевой элемент используется как несущая электроды подложка. Например, прозрачный слоевой элемент может являться одной из несущих электроды подложек системы с варьирующимся рассеянием света. Нижний внешний слой обеспечивает тогда функцию подложки, и система, составленная из центрального слоя и из верхнего внешнего слоя, обеспечивает функцию электрода.
1
2
k
-2
В соответствии с этим вариантом реализации, центральный слой предпочтительно содержит, по меньшей мере, металлический слой. Если слои, расположенные выше этого слоя являются прозрачными слоями с показателем преломления n4, n3, n3, …, n3, то эти слои должны быть до некоторой степени проводящими. Прозрачные материалы, или прозрачные слои, могут быть, таким образом, электрически проводящими слоями. Действительно, эти прозрачные материалы, или прозрачные слои, должны обеспечивать достаточно "слабое" удельное сопротивление, чтобы не изолировать электрод, составленный из этого слоя, или из этих слоев и центрального слоя слоевого элемента. Эти слои, или эти материалы, имеют предпочтительно удельное сопротивление, ниже 1 Ом⋅см, предпочтительно ниже 10 Ом⋅см.
Текстурированная, или шероховатая поверхность - это поверхность, для которой свойства поверхности меняются в масштабе, большем, чем длина волны падающего на поверхность излучения. Падающее излучение тогда пропускается и отражается поверхностью диффузным образом. Предпочтительно, текстурированная или шероховатая поверхность в соответствии с изобретением имеет параметр шероховатости, соответствующий среднему арифметическому отклонению Ra, по меньшей мере, 0,5 мкм, в частности, между 1 и 5 мкм (что соответствует среднему арифметическому всех абсолютных расстояний профиля шероховатости R, измеренному от средней линии профиля на оценочной длине).
Гладкая поверхность - это поверхность, для которой нерегулярности поверхности таковы, что излучение не отклоняется этими нерегулярностями поверхности. Падающее излучение тогда пропускается и отражается поверхностью правильным образом. Предпочтительно, гладкая поверхность - это поверхность, для которой нерегулярности поверхности имеют размеры, меньшие длины волны падающего на поверхность излучения, или значительно большие (крупномасштабные неоднородности).
Вместе с тем, внешние слои, или дополнительные слои, могут иметь некоторые нерегулярности поверхности, при условии, чтобы эти слои были в контакте с одним или несколькими добавочными слоями, выполненными из диэлектрических материалов, имеющих по существу тот же самый показатель преломления и которые имеют на своей стороне, противоположной стороне, соприкасающейся с вышеупомянутым слоем, имеющим некоторые нерегулярности, поверхность настолько гладкую, как это определено выше.
Предпочтительно, гладкая поверхность - это поверхность, имеющая параметр шероховатости, соответствующий среднему арифметическому отклонению Ra, ниже 0,1 мкм, предпочтительно ниже 0,01 мкм, при угле угла наклона, ниже 10°.
Стекло содержит, по меньшей мере, прозрачную органическую или минеральную подложку.
Слоевой элемент может быть жестким или гибким. Это может относиться, в частности, к стеклу, составленному, например, на основе полимерного стекла или полимерного материала. Это может относиться также к гибкой пленке на основе полимерного материала, в частности, пригодного для нанесения на поверхность для придания ей свойства рассеянного отражения при сохранении ее свойств пропускания.
Заявитель обнаружил, что особенно преимущественные свойства слоевого элемента по изобретению обусловлены соответствием показателей преломления между внешними слоями, то есть тем, что у этих двух слоев по существу один и тот же показатель преломления. В соответствии с изобретением, согласованность показателей преломления, или разность показателей преломления, соответствует абсолютному значению разности показателей преломления при длине волны 550 нм между прозрачными материалами, предпочтительно диэлектрическими, составленными из двух внешних слоев слоевого элемента. Чем меньше разность показателей преломления, тем более четкой будет видимость через стекло. Крайняя четкость видения через слоевой элемент обусловлена максимально возможным соответствием показателей преломления.
Благодаря изобретению, получается зеркально направленное пропускание и рассеянное отражение падающего излучения на слоевом элементе. Зеркально направленное пропускание гарантирует ясную видимость через слоевой элемент. Рассеянное отражение позволяет избежать чистых отражений на слоевом элементе и опасностей ослепления.
Рассеянное отражение на слоевом элементе происходит вследствие того, что каждая соприкасающаяся поверхность между двумя смежными слоями, одна из которых является прозрачной и другая - металлическая, или которые являются двумя прозрачными слоями с различными показателями преломления, является текстурированной. Тем самым, когда падающее на слоевой элемент излучение достигает такой соприкасающейся поверхности, оно отражается металлическим слоем, или - вследствие разности показателей преломления между обоими прозрачными слоями, и если соприкасающаяся поверхность текстурирована, то отражение оказывается рассеянным.
1
2
k
1
2
k
Направленное зеркальное пропускание происходит из-за того, что оба внешних слоя слоевого элемента имеют гладкие главные внешние поверхности и составлены из материалов, имеющих по существу тот же самый показатель преломления, и из-за того, что каждая текстурированная соприкасающаяся поверхность между двумя смежными слоями слоевого элемента, один из которых является прозрачным с показателем преломления (n2, n4, n3, n3, n3, или n3) и другой - металлический, или которые являются двумя прозрачными слоями с различными показателями преломления, параллельна другим текстурированным соприкасающимся поверхностям между двумя смежными слоями, один из которых является прозрачным с показателем преломления (n2, n4, n3, n3, n3, или n3), и другой - металлический, или которые являются двумя прозрачными слоями с различными показателями преломления.
Гладкие внешние поверхности слоевого элемента позволяют осуществить зеркально направленное пропускание излучения на каждой границе раздела воздух/внешний слой, то есть, позволяют вход излучения из воздуха во внешний слой, или выход излучения из внешнего слоя в воздух без изменения направления излучения.
Параллельность текстурированных соприкасающихся поверхностей предполагает, что каждый составляющий слой центрального слоя - прозрачный с показателем преломления, отличным от показателя преломления внешних слоев, или который является металлическим слоем, имеет однородную толщину перпендикулярно соприкасающимся поверхностям центрального слоя с внешними слоями.
Эта однородность толщины может быть общей по всей площади текстуры, или локальной на участках текстуры. В частности, когда текстура имеет вариации угла наклона, толщина между двумя текстурированными последовательными соприкасающимися поверхностями может изменяться, на участке, в зависимости от угла наклона текстуры, при том, что текстурированные соприкасающиеся поверхности вместе с тем всегда остаются параллельными друг другу. Эта ситуация особенно справедлива для слоя, нанесенного катодным распылением, когда толщина слоя настолько мала, насколько увеличивается угол наклона текстуры. Тем самым, локально, на каждом участке текстуры с данным наклоном, толщина слоя остается постоянной, но толщина слоя отличается между первым участком текстуры, имеющим первый угол наклона и вторым участком текстуры, имеющим второй угол наклона, отличный от первого угла наклона.
Предпочтительно, для получения параллельности текстурированных соприкасающихся поверхностей внутри слоевого элемента, слой, или каждый слой, составляющий центральный слой, представляет собой слой, нанесенный катодным распылением. Действительно, катодное распыление, в частности, катодное распыление в присутствии магнитного поля, гарантирует то, что ограничивающие слой поверхности будут параллельны между собой, то есть то, что не обеспечивается другими методиками осаждения, такими как испарение или химическое осаждение из паровой фазы (CVD), а также методикой золь-гель. Тогда как, параллельность текстурированных соприкасающихся поверхностей внутри слоевого элемента существенна для получения направленного пропускания через элемент.
1
2
k
Падающее излучение на первый внешний слой слоевого элемента пересекает этот первый внешний слой без изменения своего направления. Вследствие различной природы слоев - прозрачный, с показателем преломления (n2, n4, n3, n3, n3, или n3), или - металлический, или вследствие разности показателей преломления между первым внешним слоем и, по меньшей мере, слоем центрального слоя, излучение затем преломляется в центральном слое. Поскольку, с одной стороны, соприкасающиеся текстурированные поверхности между двумя смежными слоями слоевого элемента, из которых один является прозрачным и другой - металлический, или которые являются двумя прозрачными слоями с различными показателями преломления, полностью параллельны между собой и, с другой стороны, второй внешний слой имеет по существу тот же самый показатель преломления, что и первый внешний слой, угол преломления излучения во втором внешнем слое, при выходе из центрального слоя, равен углу падения излучения на центральный слой, при выходе из первого внешнего слоя, в соответствии с законом преломления Снеллиуса-Декарта.
Таким образом, излучение выходит из второго внешнего слоя слоевого элемента в соответствии с направлением, которое является тем же, что и направление его падения на первый внешний слой элемента. Пропускание излучения слоевым элементом, таким образом, является зеркально направленным. Тем самым, получается ясная видимость через слоевой элемент, то есть, без того, чтобы слоевой элемент был полупрозрачным, благодаря свойствам зеркально направленного пропускания слоевого элемента.
В соответствии с объектом изобретения, извлекается польза из свойств рассеянного отражения слоевого элемента для отражения большой части излучения по множеству направлений со стороны падения излучения. Это значительно рассеянное отражение получается при том, что имеется ясная видимость через слоевой элемент, то есть, без того, чтобы слоевой элемент был полупрозрачным, благодаря свойствам зеркально направленного пропускания слоевого элемента. Такой прозрачный слоевой элемент с сильным рассеянным отражением представляет несомненный интерес для таких применений, как рекламные экраны или экраны для проецирования.
В соответствии с объектом изобретения, по меньшей мере, один из двух внешних слоев слоевого элемента составлен из диэлектрических материалов и выбирается среди следующего:
- прозрачные подложки, для которых одна из главных поверхностей является текстурированной, и другая главная поверхность - гладкой, предпочтительно выбранных среди полимеров, стекол, керамик,
- слой прозрачного материала, предпочтительно диэлектрического, выбранный среди оксидов, нитридов или галогенидов одного или нескольких переходных металлов, неметаллов или щелочноземельных металлов,
- слой на основе отверждаемых материалов, изначально находящихся в вязком, жидком или пастообразном состоянии, пригодном для операций формования, содержащих:
- материалы фотоотверждаемые и/или фотополимеризуемые,
- слои, осаждаемые способом золь-гель,
- слои эмалей,
- прослойки или пластинки из пластика пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению, который предпочтительно может быть на основе полимеров, выбранных среди поливинилбутираля (PVB), полихлорвинила (PVC), полиуретана (PU), полиэтилентерефталата или этиленов винил ацетата (EVA).
Текстурирование одной из главных поверхностей прозрачных подложек может быть получено любым известным способом текстурирования, например тиснением поверхности подложки, предварительно нагретой до температуры, при которой возможно ее деформировать, в частности прокаткой посредством валика, имеющего на своей поверхности текстурирование, комплементарное к текстурированию, формируемому на подложке; шлифовкой посредством абразивных частиц или поверхностей, в частности, пескоструйной обработкой; химической обработкой, конкретно - обработкой кислотой в случае стеклянной подложки; литьем, конкретно - литьем с инжекцией в случае подложки из термопластического полимера; гравировкой.
Если прозрачная подложка выполнена из полимера, то она может быть жесткой или гибкой. Примеры подходящих полимеров в соответствии с изобретением включают в себя следующее:
- полиэстеры, такие как полиэтилентерефталат (PET), полибутилен терефталат (PBT), полиэтилен нафталат (PEN);
- полиакрилаты, такие как полиметилметакрилат (PMMA);
- поликарбонаты;
- полиуретаны;
- полиамиды;
- полиимиды;
- фторированные полимеры, такие как фтористые эфиры, такие как этилен тетрафторэтилен (ETFE), полифтористый винилиден (PVDF), полихлортрифторэтилен (PCTFE), этилен хлортрифторэтилена (ECTFE), фторированные сополимеры этилен-пропилен (FEP);
- смолы фотоотверждаемые и/или фотополимеризуемые, такие как тиленовые смолы, полиуретан, уретан-акрилат, полиэстер-акрилат и
- политиуретаны.
Эти полимеры имеют диапазон показателей преломления от 1,3 до 1,7.
Примеры стеклянных подложек, уже текстурированных и непосредственно используемых в качестве внешнего слоя слоевого элемента, включают в себя:
- стеклянные подложки, продаваемые фирмой Saint-Gobain Glass в номенклатуре SATINOVO, которые уже текстурированы и имеют на одной из своих главных поверхностей текстуру, полученную пескоструйной обработкой или травлением кислотой;
- стеклянные подложки, продаваемые фирмой Saint-Gobain Glass в номенклатуре ALBARINO S, P или G или в номенклатуре MASTERGLASS, которые имеют на одной из своих главных поверхностей текстуру, полученную прокаткой,
- стеклянные подложки с большим показателем преломления, текстурированные пескоструйной обработкой, такие как флинтгласс, например, продаваемые фирмой Schott под обозначениями SF6 (n=1,81), 7SF57 (n=1,85), N-SF66 (n=1,92), P-SF68 (n=2,00).
Когда каждый из обоих внешних слоев слоевого элемента сформирован прозрачной подложкой, две прозрачные подложки имеют комплементарные текстуры, одна по отношению к другой.
3
4
2
2
3
3
2
2
2
2
3
Внешний текстурированный слой слоевого элемента может быть составленным просто из слоя прозрачного материала, предпочтительно диэлектрического, выбранного среди оксидов, нитридов или галогенидов одного или нескольких переходных металлов, неметаллов или щелочноземельных металлов. Переходные металлы, неметаллы, или щелочноземельные металлы предпочтительно выбираются среди кремния, титана, олова, цинка, алюминия, молибдена, ниобия, циркония, магния. Этот тонкий слой диэлектрического материала может быть составлен из материалов, выбранных среди материалов с большим показателем преломления, таких как SiN, AlN, NbN, SnО, ZnO, SnZnO, Al0, MоO, NbO, TiО, ZrО, и материалов с малым показателем преломления, таких как SiО, MgF, AlF. Этот слой предпочтительно используется как верхний внешний слой слоевого элемента и может быть нанесен методикой осаждения катодным распылением, в том числе в присутствии магнитного поля, испарением, химическим осаждением из паровой фазы (CVD), на стекло, содержащее уже нижний внешний слой и центральный слой. При этом осаждения, выполняемые катодным распылением, оказываются согласованными с поверхностью. Нанесенный таким образом слой должен затем полироваться так, чтобы получить плоскую главную внешнюю поверхность. Эти диэлектрические слои включают в себя, таким образом, текстурированную поверхность, следующую за неровностями поверхности центрального слоя, и внешнюю главную поверхность, противоположную этой поверхности, которая является плоской.
Внешние слои слоевого элемента могут быть также на основе материалов, изначально отверждаемых в вязком, жидком или пастообразном состоянии, пригодном для операций формования. Предпочтительно, эти слои используются как верхние внешние слои слоевого элемента.
Слой, нанесенный изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии, может быть слоем фотоотверждаемого и/или фотополимеризуемого материала. Предпочтительно, этот фотоотверждаемый и/или фотополимеризуемый материал представляется в жидкой форме при окружающей температуре и дает, когда он облучается и фотоотверждается и/или фотополимеризуется, крепкий прозрачный продукт, свободный от пузырей или какой-либо другой нерегулярности. Это может относиться, в частности, к смоле, такой как обычно используется в качестве адгезивов, клеев или поверхностных покрытий. Эти смолы обычно бывают на основе мономеров/сомономеров/предполимеров, например, эпоксидная смола, эпоксидная смола с силановым наполнителем, акрилат, метакрилат, акриловая кислота, метакриловая кислота. Можно назвать, например, тиоленовые смолы, полиуретан, уретан-акрилат, полиэстер-акрилат. Вместо смолы, это может относиться к фотоотверждаемому гидрогелю, такому как гель полиакриламид. Примеры фотоотверждаемых и/или фотополимеризуемых смол, используемых в настоящем изобретении, включают в себя продукты, продаваемые фирмой Norland Optics под маркой NOA Norland Optical Adhesives, как например продукты NOA65 и NOA75.
Альтернативно, внешний слой, нанесенный изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии, может быть золь-гель слоем, нанесенным способом золь-гель, включающим в себя матрицу на основе диоксида кремния, полученного в соответствии с золь-гель способом.
Способ золь-гель состоит, прежде всего, в приготовлении раствора, называемого "золь-гель раствор", содержащий прекурсоры, которые приводят в присутствии воды к реакциям полимеризации. Когда этот золь-гель раствор наносится на поверхность, при наличии воды в золь-гель растворе, или при контакте с окружающей влажностью, прекурсоры гидролизуются и конденсируются, чтобы образовать сетку, улавливающую растворитель. Эти реакции полимеризации сопровождаются образованием все более и более конденсированных веществ, которые приводят к коллоидным частицам, образующим золи и затем гели. Сушка и уплотнение этих гелей при температуре порядка нескольких сотен градусов, приводит, в присутствии прекурсора на основе диоксида кремния, к золь-гель слою, соответствующему стеклу, характеристики которого подобны характеристикам классического стекла.
Предпочтительно, золь-гель слои используются в качестве верхнего внешнего слоя слоевого элемента. Вследствие их вязкости, золь-гель растворы, в виде коллоидного раствора или геля, могут быть легко нанесены на главную текстурированную поверхность центрального слоя, противоположного первому внешнему слою, согласованно с текстурой этой поверхности. Золь-гель слой будет "заполнять" шероховатости центрального слоя. Действительно, этот слой включает в себя одну поверхность, принимающую шероховатость поверхности центрального слоя, которая оказывается, тем самым, текстурированной, и внешнюю главную поверхность, противоположную этой поверхности, которая является плоской. Нанесенные способом золь-гель слои обеспечивают, таким образом, выравнивание поверхности слоевого элемента.
4
Золь-гель слои могут включать в себя матрицу на основе диоксида кремния и быть получены на основе прекурсоров, таких как алкоксиды кремния (Si(OR)). Слои золь-гель соответствуют тогда стеклообразному диоксиду кремния.
Осаждение может быть выполнено в соответствии с одной из следующих методик:
- замачивание-изъятие (известное в английской терминологии как "dip-coating" (покрытие, наносимое методом погружения));
- покрытие методом центрифугирования (известное в английской терминологии как "spin-coating");
- покрытие с ламинарным потоком (известное в английской терминологии как "laminar-flow-coating или meniscus coating");
- покрытие методом распыления (известное в английской терминологии как "spray-coating");
- покрытие разбрызгиванием (известное в английской терминологии как "soak coating");
- покрытие прокаткой (известное в английской терминологии как "roll-to-roll process");
- покрытие кистью (известное в английской терминологии как "paint coating");
- трафаретная печать (известная в английской терминологии как "screen printing").
Осаждение предпочтительно осуществляется распылением с пневматическим дроблением. Температура сушки золь-гель слоя может варьироваться от 0 до 200°C, предпочтительно от 100°C до 150°C, еще предпочтительнее - от 120 до 170°C.
Слои, нанесенные способом золь-гель, обеспечивают выравнивание поверхности слоевого элемента. Вместе с тем, когда используются такие слои выравнивания, внешняя главная поверхность золь-гель слоя может иметь некоторые крупномасштабные нерегулярности. Чтобы восстановить гладкость внешнего слоя слоевого элемента оказывается возможным привести в контакт с этой поверхностью, имеющей некоторые нерегулярности, несколько дополнительных слоев, имеющих по существу тот же самый показатель преломления, что и вышеупомянутый внешний слой, таких как лист из пластикового материала и подложка из плоского стекла.
Другой пример внешнего слоя может быть получен осаждением эмали на основе стеклянной фритты на подложку из стекла, например, известково-натриевого. Для получения эмали вначале приготавливается состав, содержащий стеклянную фритту, измельчением стекла в гранулы с размером несколько микрон (например, D50=2 микрона) с последующим замешиванием этого измельченного стекла с добавлением органической матрицы. Затем, на стеклянную подложку осаждается слой этого состава методикой осаждения жидкости, такой как трафаретная печать или методом "slot coating". Наконец, этот слой обжигается при более высокой температуре, по меньшей мере, на 100°C выше температуры стеклования стеклянной фритты, используемой в составе. Слой эмали соответствует слою на основе отверждаемых материалов, изначально находящихся в жидком, вязком или пастообразном состоянии, пригодном для операций формования.
Слой эмали может быть сделан затем шероховатым или текстурированным травлением в растворах с крайними значениями pH, то есть либо в сильно кислых (pH<2) или сильно щелочных (pH>12). В этом случае, считается, что стеклянная подложка представляет собой дополнительный слой слоевого элемента и слой эмали составляет внешний слой слоевого элемента.
Слой эмали также может быть использованным как верхний внешний слой. В этом случае, верхний внешний текстурированный слой слоевого элемента может быть образован просто из состава эмали на основе стеклянной фритты, нанесенного методикой осаждения жидкости (такой как трафаретная печать или метод "slot coating") на подложку, уже покрытую нижним внешним слоем и в центральным слоем. Слой эмали призван "заполнить" шероховатость центрального слоя. Этот слой содержит поверхность, соответствующую шероховатости поверхности центрального слоя, которая является, тем самым, текстурированной, и внешнюю главную поверхность, противоположную этой поверхности, которая является плоской. Вместе с тем, в этом случае, относительно температур обжига, повышенных для плавления состава, содержащего стеклянную фритту, следует быть уверенным в том, что материалы, использованные для других слоев слоевых элементов, то есть материалы внешнего слоя, покрытого центральным слоем, могут не деформироваться в результате этого этапа обжига. Например, если используется подложка, составленная из стеклянной подложки, включающей в себя текстурированную эмаль как нижний внешний слой, то предпочтительно, чтобы состав эмали, включающей в себя стеклянную фритту, предназначенный для образования внешнего верхнего слоя, соответствовал бы температуре Tg стеклования, ниже температуры стеклования состава фритты, использованной для образования эмали нижнего внешнего слоя. Тем самым, нижний внешний слой не деформируется во время этапа обжига верхнего внешнего слоя.
Внешний слой может содержать слой на основе прослойки или листа из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению, текстурированного сжатием и/или нагревом. Этот слой на основе полимерного материала может быть, в частности, слоем на основе полибутират винила (PVB), этилен винилацетата (EVA), из полиуретана (PU), из полиэтилентерефталата (PET), полихлорид винила (PVC). Этот слой на основе полимерного материала может сыграть роль прослойки из тонкого листа, обеспечивающего связь с добавочным слоем, таким как прозрачная подложка с показателем преломления, по существу равным показателю преломления подложки первого внешнего слоя.
Толщина внешнего слоя предпочтительно заключена между 0,2 мкм и 6 мм, лучше - между 1 мкм и 6 мм и варьируется в соответствии с выбором материала.
Плоские или текстурированные стеклянные подложки предпочтительно имеют толщину, заключенную между 0,4 и 6 мм, предпочтительно - 0,7 и 4 мм.
Плоские или текстурированные полимерные подложки имеют предпочтительно толщину, заключенную между 0,020 и 2 мм, предпочтительно - 0,025 и 0,25 мм.
Внешние слои, составленные из слоя прозрачных, предпочтительно диэлектрических материалов, выбранные среди оксидов, нитридов или галогенидов одного или нескольких переходных металлов, неметаллов или щелочноземельных металлов имеют предпочтительно толщину, заключенную между 0,2 и 20 мкм, предпочтительно 0,5 и 2 мкм.
Слои на основе отверждаемых материалов, находящихся изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии, приспособленном к операциям формования, предпочтительно имеют толщину, заключенную между 0,5 и 50 мкм, предпочтительно - между 0,5 и 20 мкм. Слои на основе фотоструктурируемых и/или фотополимеризуемых материалов предпочтительно имеют толщину, заключенную между 0,5 и 20 мкм, предпочтительно - 0,7 и 10 мкм. Слои, нанесенные способом золь-гель, предпочтительно имеют толщину, заключенную между 0,5 и 50 мкм, предпочтительно - между 10 и 15 мкм. Слои эмали на основе стеклянной фритты предпочтительно имеют толщину, заключенную между 3 и 30 мкм, предпочтительно - 5 и 20 мкм.
Слои на основе прослойки или листа из пластикового материала предпочтительно имеют толщину, заключенную между 10 мкм и 2 мм, предпочтительно - заключенную между значениями 0,3 и 1 мм.
Прозрачные материалы, или прозрачные слои, используемые как внешний слой, могут иметь показатель преломления, заключенный между 1,49 и 1,7, предпочтительно - заключенный между 1,49 и 1,54, или заключенный между 1,51 и 1,53, например, в случае использования стандартного стекла.
Качество экрана, составленного из стекла зависит от свойства пропускания и отражения стекла. Как правило, чем слабее пропускание света, тем больше отражение света, и тем лучше будет качество экрана, используемого в прямом проецировании. Вместе с тем, в соответствии с изобретением, пытаемся сохранить хорошую прозрачность для пропускания.
В соответствии с вариантом реализации, центральный слой содержит, по меньшей мере, отражающий слой, способствующий отражению света, то есть слой, имеющий большое отражение видимого излучения. Это свойство, в сочетании с конкретной структурой слоевого элемента, позволяет осуществить рассеянное отражение света и получить превосходные свойства для использования в качестве экрана для проецирования. Вместе с тем, использование отражающего слоя делается в ущерб пропусканию света сквозь стекло. Следовательно, выбор свойств отражения и пропускания центрального слоя должен делаться в зависимости от желаемого компромиса между хорошей прозрачностью стекла и получением хорошей освещенности проецируемого изображения.
Слой, или пакетирование слоев центрального слоя слоевого элемента может включать в себя:
- по меньшей мере, адгезионный слой из прозрачного полимера,
- по меньшей мере, тонкий слой, составленный из прозрачного, предпочтительно диэлектрического материала, выбранного среди оксидов, нитридов или галогенидов одного или нескольких переходных металлов, неметаллов или щелочноземельных металлов,
- по меньшей мере, тонкий металлический слой, в частности, тонкий слой серебра, золота, меди, титана, ниобия, кремния, алюминия, сплава никель-хром (NiCr), нержавеющей стали, или их сплавов.
Тонкий слой, составленный из прозрачного, предпочтительно диэлектрического материала может быть выбранным среди следующего:
3
4
2
2
3
3
2
2
- по меньшей мере, тонкий слой, составленный из прозрачного, предпочтительно диэлектрического материала, с большим показателем преломления, отличным от показателя преломления внешних слоев, такой как SiN, AlN, NbN, SnO, ZnO, SnZnO, AlO, MoO, NbO, TiO, ZrO,
2
2
3
- по меньшей мере, тонкий слой, составленный из прозрачного, предпочтительно диэлектрического материала с малым показателем преломления, отличным от показателя преломления внешних слоев, такой как SiO, MgF, AlF.
Если центральный слой представляет собой адгезионный слой из прозрачного полимера, внешние слои собираются между собой посредством этого центрального слоя, образованного слоем диэлектрического материала с показателем преломления, отличным от показателя преломления внешних слоев.
Выбор толщины центрального слоя зависит от некоторого количества параметров. В целом, считается, что общая толщина центрального слоя меньше 1 мкм, предпочтительно заключена между 5 и 200 нм, и толщина слоя из центрального слоя заключена между 1 и 200 нм.
Если центральный слой включает в себя металлический слой, толщина слоя предпочтительно заключена между 5 и 40 нм, лучше - заключена между 6 и 30 нм, и еще лучше - от 6 до 20 нм. Предпочтительно, центральный слой включает в себя металлический слой на основе серебра, золота, никеля, хрома или металлического сплава, например, стали, предпочтительно нержавеющей.
2
Если центральный слой включает в себя диэлектрический слой, например из TiO, то он предпочтительно имеет толщину, заключенную между 20 и 100 нм, и лучше - 55 и 65 нм, и/или - показатель преломления, заключенный между значениями 2,2 и 2,4.
Предпочтительно, состав центрального слоя слоевого элемента может быть подобранным для придания дополнительных свойств слоевому элементу, например, тепловых свойств, например, для учета солнечного излучения и/или малой излучательной способности. Таким образом, в варианте реализации, центральный слой слоевого элемента представляет собой прозрачный пакет тонких слоев, включающий в себя чередование "n" функциональных металлических слоев, конкретно, функциональных слоев на основе серебра или металлического сплава, содержащего серебро, и "(n+1)" антиотражающих покрытий, с n≥1, где каждый функциональный металлический слой располагается между двумя антиотражающими покрытиями.
Известно, что такой пакет функциональных металлических слоев имеет свойства отражения в области длин волн солнечного излучения и/или в области инфракрасного излучения с большими длинами волн. В таком пакете металлические функциональные слои определяют, главным образом, тепловые параметры, тогда как антиотражающие покрытия, которые их обрамляют, влияют на оптические свойства интерференционным образом. Действительно, если металлические функциональные слои позволяют получить желаемые тепловые параметры даже при малой геометрической толщине, порядка 10 нм для каждого металлического функционального слоя, они все же достаточно сильно препятствуют прохождению излучения в области длин волн видимого света. Поэтому, антиотражающие покрытия с одной и с другой стороны каждого металлического функционального слоя необходимы для обеспечения хорошего светопропускания в области длин волн видимого света. Фактически, именно общее пакетирование центрального слоя, включающего в себя тонкие металлические слои и антиотражающие покрытия, оказывается оптически оптимизированным. Преимущественно то, что оптическая оптимизация может быть сделанной на общем пакете слоевого элемента, то есть, включающего внешние слои, расположенные с одной и с другой стороны центрального слоя.
Полученный слоевой элемент сочетает в себе оптические свойства, а именно, свойства зеркального пропускания и рассеянного отражения падающего на слоевой элемент излучения, и термических свойств, а именно, свойств контроля солнечного излучения и/или низкой излучательной способности. Стекло, включающее в себя такой элемент, включает в себя помимо своей функции экрана для проецирования или обратного проецирования, функцию защиты от солнца и/или теплоизоляции зданий или транспортных средств.
Если центральный слой представляет собой адгезионный слой из прозрачного полимера, то внешние слои собираются между собой посредством этого центрального слоя, образованного слоем диэлектрического материала с показателем преломления, отличным от показателя преломления внешних слоев.
yi
В соответствии с объектом изобретения, текстура каждой соприкасающейся поверхности между двумя слоями, смежными со слоевым элементом, один из которых является прозрачным, предпочтительно диэлектрическим, и другой - металлический, или которые являются двумя прозрачными слоями с различными показателями преломления, образована множеством рисунков с выемками или выступами по отношению к общей плоскости соприкасающейся поверхности. Предпочтительно, средняя высота рисунков каждой соприкасающейся поверхности между двумя слоями, смежными со слоевым элементом, один из которых является прозрачным, предпочтительно диэлектрическим, и другой - металлический, или которые являются двумя прозрачными слоями с различными показателями преломления, заключена между 1 микрометром и 1 миллиметром. В отношении изобретения, средняя высота рисунков соприкасающейся поверхности определяется как среднее арифметическое расстояний , взятых по абсолютному значению между вершиной и общим планом соприкасающейся поверхности для каждого рисунка соприкасающейся поверхности, а именно -
Рисунки текстуры каждой соприкасающейся поверхности между двумя слоями, смежными со слоевым элементом, один из которых является прозрачным и другой - металлический, или которые являются двумя прозрачными слоями с различными показателями преломления, могут быть распределенными случайно на соприкасающейся поверхности. В варианте, рисунки текстуры каждой соприкасающейся поверхности между двумя смежными слоями слоевого элемента, один из которых является прозрачным и другой - металлический, или которые являются двумя прозрачными слоями с различными показателями преломления, могут быть распределенными периодическим образом на соприкасающейся поверхности. Эти рисунки могут быть, в частности, конусами, пирамидами, канавками, гребнями, небольшими волнами.
В соответствии с объектом изобретения, для каждого слоя из центрального слоя, который обрамлен рабочими слоями, диэлектрическими или металлическими, отличными от данного, или с показателем преломления, отличным от данного, толщина этого слоя, оцениваемая перпендикулярно своим соприкасающимся поверхностям со смежными слоями, мала относительно средней высоты рисунков каждой из своих соприкасающихся поверхностей со смежными слоями. Такая малая толщина позволяет повысить вероятность того, что граница на входе излучения в этот слой и граница на выходе излучения из этого слоя будут параллельны и, таким образом, увеличить процент зеркального пропускания излучения через слоевой элемент. Предпочтительно, толщина каждого слоя из центрального слоя, который вставлен между двумя рабочими слоями, диэлектрическими или металлическими, отличными от данного или с показателем преломления, отличным от данного, где эта толщина оценивается перпендикулярно своим соприкасающимся со смежными слоями поверхностям, ниже на 1/4 средней высоты рисунков каждой из своих соприкасающихся со смежными слоями поверхностей.
Центральный слой образован либо единственным нанесенным согласованным образом слоем на главную текстурированную поверхность первого внешнего слоя, либо пакетированием слоев, нанесенных последовательно согласованным образом на главную текстурированную поверхность первого внешнего слоя.
В соответствии с изобретением, считается, что центральный слой наносится согласованным образом на главную текстурированную поверхность первого внешнего слоя, если вслед за нанесением, верхняя поверхность центрального слоя текстурирована и параллельна текстурированной соприкасающейся поверхности первого внешнего слоя. Нанесение центрального слоя согласованным образом, или слоев из центрального слоя, последовательно, согласованным образом на главную текстурированную поверхность первого внешнего слоя реализуется предпочтительно катодным распылением, в частности, в присутствии магнитного поля.
Прозрачный слоевой элемент может распространяться по всей поверхности стекла, или, по меньшей мере, по части стекла, то есть слоевой элемент 1 может быть сформированным или только одной частью, или совокупностью главных внешних поверхностей 10 и 20. Таким образом, стекло может включать в себя слоевой элемент только на части своей поверхности. Следовательно, только часть стекла, включающая в себя слоевой элемент, может быть эффективно использованной как экран для проецирования. Поверхность стекла, которая может эффективно использоваться как экран для проецирования, соответствует и выровнена с поверхностью, включающей в себя слоевой элемент. Под "частью поверхности" подразумевается достаточная поверхность, чтобы позволить проецирование видимого изображения наблюдателем. В качестве примера, эта часть поверхности может представлять собой 10-90% общей поверхности стекла.
Для получения однородного по толщине стекла, несмотря на отсутствие слоевого элемента, рассматриваются несколько решений. В соответствии с вариантом реализации, в качестве внешнего слоя используется прозрачная подложка, включающая в себя гладкую внешнюю главную поверхность и главную внутреннюю поверхность, включающую в себя, по меньшей мере, часть своей текстурированной поверхности и, по меньшей мере, часть своей гладкой поверхности. Центральный слой наносится затем, например, катодным распылением на внешний слой. При этой технологии, нанесение оказывается согласованным с поверхностью. Следовательно, получается центральный слой, текстурированный только на текстурированных частях внешнего слоя, и гладкий слой на не текстурированных частях внешнего слоя. Наконец, внешний слой на основе отверждаемых материалов, находящихся изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии, пригодном для операций формования, предпочтительно слой золь-гель, наносится на центральный слой. Этот слой заполняет неровности, когда центральный слой текстурирован и выровнен, в любом варианте верхней главной внешней поверхности этой системы.
Таким образом, слоевой элемент по изобретению, характерно имеющий, в частности, по меньшей мере, две соприкасающиеся поверхности между двумя смежными текстурированными и параллельными слоями, не располагается только на частях поверхности стекла, которые соответствуют текстурированным частям внешнего слоя. Части поверхности стекла, которые соответствуют гладким частям внешнего слоя, не имеют соприкасающейся поверхности между двумя смежными текстурированными и параллельными слоями и, следовательно, не имеют свойств рассеянного отражения. Таким образом, получается стекло, содержащее слоевой элемент только на части поверхности стекла по изобретению.
Частичное текстурирование подложки может быть получено любым известным способом текстурирования, таким как описано выше, например, тиснением поверхности подложки, шлифовкой, пескоструйной обработкой, химической обработкой или гравировкой, используя, например, маски для сохранения, по меньшей мере, части не текстурированной поверхности подложки.
Этот вариант реализации предпочтителен, поскольку можно, таким образом, например, получить слоевой элемент только на полосе в верхней части стекла, чтобы спроецировать на нее информацию. Только часть стекла, включающая в себя слоевой элемент, может эффективно служить как экран для проецирования. Это возможно, в частности, благодаря очень большому углу обзора, который предлагает это изобретение, что позволяет ориентировать проектор с большим углом.
В соответствии с вариантом реализации, стекло дополнительно содержит, по меньшей мере, антиотражающее покрытие 6. Наличие антиотражающего покрытия обусловлено необходимостью отражения предпочитаемым образом падающего излучения на каждую текстурированную соприкасающуюся поверхность слоевого элемента, а не на внешние поверхности стекла, что соответствует режиму рассеянного отражения, а не режиму зеркального отражения. Рассеянное отражение излучения слоевым элементом, таким образом, способствует зеркальному отражению.
Наличие одного или нескольких антиотражающих покрытий способствует получению лучшего задания проецируемого изображения, в частности, лучшей четкости изображения и увеличенного контраста главного изображения, возникающего из проецирования по отношению к вторичным изображениям, возникающим из множественных отражений.
Антиотражающее покрытие предпочтительно помещается на внешней главной поверхности стекла, располагаясь со стороны, наиболее удаленной от проектора, чтобы экран был использован как экран для проецирования или обратного проецирования. Действительно, чтобы стекло оставалось прозрачным, большая часть света пропускается насквозь, тогда как другая часть отражается диффузным образом, образуя данное изображение. Эта основная часть пропускаемого света может быть отражена тогда внешней главной поверхностью стекла, расположенной с противоположной стороны проектора, и вновь образовать изображение на центральном слое, у которого будет тогда отличающийся размер вследствие большего расстояния, проходимого светом. Это двойное изображение ухудшает четкость изображения.
То же явление возникает на другой внешней главной поверхности стекла, расположенной со стороны проектора, но только начиная с части диффузно отраженного света и, таким образом, менее интенсивного изображения.
Стекло предпочтительно включает в себя, по меньшей мере, антиотражающее покрытие на каждой из своих главных внешних поверхностей.
В порядке растущего предпочтения, стекло по изобретению содержит, таким образом:
- по меньшей мере, антиотражающее покрытие на границе раздела между воздухом и составляющим слой материалом, образуя главную внешнюю поверхность стекла, предпочтительно на стороне стекла, противоположной относительно проектора,
- по меньшей мере, антиотражающее покрытие на каждой из главных внешних поверхностей стекла.
Если стекло включает в себя подложку (или контр-подложку) внешняя поверхность которой соответствует внешней главной поверхности стекла, антиотражающее покрытие может оказаться на внешней поверхности и/или на внутренней поверхности подложки.
Антиотражающее покрытие, предусмотренное, по меньшей мере, на одной из главных внешних поверхностей стекла, может быть любого типа, позволяя снизить отражение излучения на границе раздела между воздухом и подложкой, на которую он наносится, такой как стеклянная подложка или внешний слой слоевого элемента. Это может быть, в частности, слой с показателем преломления, заключенным между показателем преломления воздуха и показателем преломления подложки, на которую он нанесен, такой как слой, нанесенный вакуумной методикой или пористый слой, такой как золь-гель, или, также, в случае, если внешний слой - стеклянный - вогнутая поверхностная часть стеклянного внешнего слоя, полученная обработкой в кислоте, т.е. "травлением". Как вариант, антиотражающее покрытие может быть сформированным пакетированием тонких слоев, имеющих показатели преломления попеременно большие и меньшие, играющим роль интерференционного фильтра на границе раздела между воздухом и внешним слоем, или пакетированием тонких слоев, имеющих градиент, непрерывный или ступенчатый, показателей преломления между показателем преломления воздуха и показателем преломления внешнего слоя.
Дополнительные слои предпочтительно выбираются среди следующего:
- прозрачные подложки, выбранные среди полимеров, стекол или керамик, таких как определенные выше, но включающие в себя две гладкие главные поверхности,
- отверждаемые материалы, изначально находящиеся в вязком, жидком или пастообразном состоянии, приспособленном к операциям формования, такие как описаны выше,
- прослойки или листы из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению, такие как описаны выше.
Предпочтительно, гладкие внешние главные поверхности слоевого элемента и/или гладкие внешние главные поверхности стекла, являются плоскими или выпуклыми, предпочтительно, эти гладкие внешние главные поверхности параллельны между собой. Это способствует тому, чтобы ограничить рассеяние света для излучения, пересекающего слоевой элемент и, таким образом, улучшить ясность видимости через слоевой элемент или стекло.
Изобретение имеет целью также проекционную систему, включающую в себя стекло, используемое как экран для проецирования, такой как определено в настоящей заявке, и проектор, предназначенный для освещения стекла при проецировании.
Изобретение имеет целью также стекло, используемое как экран для проецирования, или обратного проецирования, в соответствии с изобретением, включающее в себя две главные внешние поверхности 10, 20, имеющие характеристики, описанные в настоящей заявке, отнесшиеся к стеклу.
Стекло предпочтительно используется как экран для проецирования, функционирующий при отражении, то есть, когда зрители и проектор расположены с одной и той же стороны стекла, используемого как экран для проецирования. Стекло может быть использованным как экран для обратного проецирования, функционирующий на пропускание, то есть, когда зрители и проектор расположены с обеих сторон стекла.
Вышеупомянутое стекло предпочтительно содержит, по меньшей мере, слоевой элемент 1, прозрачный, такой как определено выше и, по меньшей мере, систему с варьирующимся рассеянием.
В соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения, стекло дополнительно включает в себя систему с варьирующимся электрически управляемым рассеянием света. Функциональная пленка включает в себя активные элементы, ориентация которых изменяется приложением электрического или магнитного поля.
Эти системы с варьирующимся рассеянием света включают в себя, например, системы на жидких кристаллах.
В соответствии с изобретением, под "состоянием ON" подразумевается прозрачное состояние функциональной пленки, когда стекло питается электроэнергией, и под "состоянием OFF" - состояние рассеяния функциональной пленкой, когда стекло более не питается электроэнергией. Активные элементы, когда пленка находится под напряжением, ориентируются в соответствии с выделенной осью, что позволяет пропустить излучение и, таким образом, обеспечивает видимость через функциональную пленку. Без напряжения, в отсутствие ориентации активных элементов, пленка становится рассеивающей и мешает видимости. Функциональная пленка переключается обратимым образом между прозрачным состоянием и полупрозрачным состоянием посредством приложения электрического поля.
Объединение прозрачного слоевого элемента со свойствами рассеянного отражения и системы с варьирующимся рассеянием света позволяет коммутировать между прозрачным состоянием и диффузным состоянием. Сочетание свойств отражения системы с варьирующимся рассеянием света в диффузном состоянии и прозрачного элемента с рассеянным отражением позволяет получить экран для проецирования, обеспечивающий превосходную яркость, высокий контраст и большой угол обзора по отношению к стеклу, включающему в себя только систему с использованием варьируемого рассеяния света.
Наконец, когда система с варьирующимся рассеянием света находится в прозрачном состоянии, при наличии прозрачного слоевого элемента с рассеянным отражением, стекло может все же служить экраном для проецирования при прямом проецировании.
В соответствии с изобретением, оказывается возможным проецировать изображения хорошего качества в освещенных средах, тогда как это было бы трудно для стекол техники предшествующего уровня, включающей в себя системы с варьирующимся рассеянием света. Качество проецируемых изображений значительно улучшается, в частности, контраст, без ухудшения прозрачности стекла, когда функциональная пленка находится в состоянии ON.
Таким образом, этот преимущественный вариант реализации позволяет со стеклом, содержащим только систему с варьирующимся рассеянием света, увеличить яркость и контраст, одинаково хорошо и в сумерках, и в освещенном помещении и получать превосходные углы обзора и, следовательно, хорошую видимость и считываемость изображения, даже наблюдая его под углом 180°.
Системы с варьирующимся рассеянием света, электрически управляемые на жидких кристаллах, включают в себя функциональную пленку, содержащую жидкие кристаллы. Эти системы на жидких кристаллах переключаются обратимым образом посредством приложения электрического поля, предпочтительно переменного, между прозрачным состоянием и непрозрачным состоянием. Функциональная пленка предпочтительно содержит полимерное вещество, в котором диспергированы капельки жидких кристаллов, конкретно – нематических, с положительной диэлектрической анизотропией.
Жидкие кристаллы, используемые для применений со стеклом, являются предпочтительно частью семейства каламитовых жидких кристаллов. Эта семейство жидких кристаллов в целом разделяется на три группы - нематических, холестерических и смекутических.
Для применений с большой поверхностью, обычно говорят о диспергированных жидких кристаллах (PDLC, Polymer-Dispersed Liquid Crystal) и инкапсюлированных жидких кристаллах (NCAP, Nematic Curvilinear Aligned Phase), в частности, используемых в стеклах Priva-Lite. Эти системы происходят из нематических жидких кристаллов, заключенных в микрополости. Пленки NCAP приготавливаются, обычно, на основе эмульсии, тогда как пленки PDLC происходят обычно из изотропного раствора, который образовывает фазы, разделенные во время полимеризации или структурирования.
В соответствии с изобретением, можно также использовать жидкие кристаллы типа CLC ("Cholesteric Liquid Cristal") или NPD-LCD ("Non-homogenous Polymer Dispersed Liquid CrystalDisplay").
Также можно использовать, например, слой, содержащий гель на основе холестерических жидких кристаллов, содержащих малое количество сетчатых полимеров, как те, что описаны в патенте WO-92/19695, или жидкие кристаллы, которые коммутируют с изменением пропускания света TL. Более широко, можно выбрать, таким образом, PSCT ("Polymer Stabilized Cholesteric Texture").
Можно использовать также бистабильные жидкие кристаллы, такие как описаны в патенте EP 2 256 545, которые коммутируют при приложении переменного электрического поля в импульсной форме и которые остаются в устойчивом состоянии до подачи следующего импульса.
Функциональная пленка, включающая в себя жидкие кристаллы, предпочтительно имеет толщину, заключенную между 3 и 100 мкм, предпочтительно - 3-50 мкм и лучше 3-30 мкм.
Функциональная пленка может включать в себя полимерную пленку, в которой диспергированы жидкие кристаллы как активные элементы, или слой жидких кристаллов. Полимерная пленка может быть сетчатой полимерной пленкой или эмульсией жидких кристаллов в среде. Могут быть использованы жидкие кристаллы, известные под аббревиатурами NCAP, PDLC, CLC, NPD-LCD.
Функциональная пленка может быть полимерной пленкой, которая включает в себя как активные элементы жидкие кристаллы, диспергированные в виде капелек в соответствующей среде. Жидкие кристаллы могут быть нематическими с положительной диэлектрической анизотропией, такие как жидкие кристаллы типа NCAP или PDLC. Примеры функциональной пленки с жидкими кристаллами описаны, в частности, в европейских патентах EP-88 126, EP-268 877, EP-238 164, EP-357 234, EP-409 442 и EP-964 288 и патентах США US 4,435,047, US 4,806,922 и US 4,732,456.
Эти полимерные пленки могут быть получены испарением воды, содержащейся в водной эмульсии жидких кристаллов и среды, включающей в себя растворимый в воде полимер.
Среда предпочтительно является средой на основе полимера семейства латексов, типа полиуретана (PU) и/или полимера типа поливинилового спирта (PVA), обычно приготовленного в водной фазе в пропорции полимеров 15-50% по весу по отношению к воде.
Как правило, двулучепреломление жидких кристаллов заключено между значениями 0,1 и 0,2 и варьируется, в частности, в зависимости от использованной среды. Их двулучепреломление составляет порядка 0,1, если полимер среды является полимером типа полиуретана (PU), и - порядка 0,2, если он типа поливинилового спирта (PVA).
Активные относительно светорассеяния элементы, преимущественно в виде капелек среднего диаметра, заключенного между 0,5 и 3 мкм, именно - между 1 и 2,5 мкм, диспергированы в среде. Размер капелек зависит от некоторого числа параметров, в частности, от легкости эмульгирования активных элементов в рассматриваемой среде. Предпочтительно, эти капельки составляют между 120 и 220% по весу среды, именно - между 150 и 200% по весу, за исключением растворителя упомянутой среды, обычно водного.
Особенно предпочтительно, выбираются жидкие кристаллы в виде капелек приблизительно диаметром 2,5 мкм, когда среда выбрана на основе латекса полиуретана (двулучепреломление приблизительно 0,1), и приблизительно диаметром 1 мкм, когда среда на основе поливинилового спирта (двулучепреломление приблизительно 0,2).
Функциональная пленка, содержащая жидкую эмульсию нематических жидких кристаллов, предпочтительно содержит толщину приблизительно 10-30 мкм, лучше - от 20 до 25 мкм.
Пленка этого типа, один раз ламинируемая и введенная между двумя подложками, продается фирмой SAINT-GOBAIN GLASS под коммерческим наименованием Privalite.
Полимерная пленка, включающая в себя жидкие кристаллы, может быть получена приготовлением смеси, включающей в себя жидкие кристаллы, мономеры и, предпочтительно, инициатор полимеризации, с последующим сшиванием мономеров.
Полимерная пленка, содержащий жидкие кристаллы может включать в себя соединения, такие как соединение 4-((4-Этил-2,6-дифторфенил)-этинил)-4'-пропилбифенил и 2-Фтор-4,4'-бис (транс-4-пропилсиклогексил)-бифенил, например, продаваемый фирмой Merck под наименованием MDA-00-3506.
Полимерная пленка может включать в себя известные соединения, описанные в патенте США 5,691, 795. В качестве жидких кристаллов, в соответствии с изобретением, можно назвать продукт Merck Co.,Ltd, продаваемый под комерческим названием "E-31 LV", который соответствует смеси некоторых сложных жидких кристаллов. Предпочтительно, используется смесь этого продукта с хиральным веществом, например, 4-циано-4'-(2-метил) бутилбифенил, один мономер, например 4,4'-бисакрилобидифенил и УФ фотоинициатор, например, метиловый эфир бензоин (CAS N 3524-62-7). Эта смесь применяется в виде "слоя" в контакте с электродом. После отверждения полимерной пленки, включающей в себя жидкие кристаллы, облучением в УФ-свете, образовывается полимерная сетка, в которую включены жидкие кристаллы.
Полимерная пленка, содержащая полимерную сетку, в которую включены жидкие кристаллы, может иметь толщину, начиная от 3 до 100 мкм, предпочтительно - 3-60 мкм, и лучше - 3-20 мкм.
В соответствии с другим вариантом реализации, слой жидких кристаллов содержит жидкие кристаллы и спейсеры. Спейсеры могут быть стеклянными, например, это могут быть шарики из стекла или твердого пластика, например из полиметилметакрилата (PMMA). Эти спейсеры предпочтительно прозрачные и предпочтительно имеют оптический показатель преломления, по существу равный оптическому показателю преломления матрицы слоя жидких кристаллов. Спейсеры выполняются из не проводящего материала.
Слой жидких кристаллов не содержит обязательно полимер, составляющий среду или сетку. Этот слой может быть составленным только из жидких кристаллов и из спейсеров. Жидкие кристаллы применяются (без дополнительного мономера) на толщине от 3 до 60 мкм, предпочтительно - 3 и 20 мкм в контакте с электродом. Соединения, соответствующие для этого варианта реализации описаны, например, в патенте США 3,963,324. В соответствии с этим вариантом реализации, толщина жидкокристаллического слоя может быть заключенной между 10 и 30 мкм, предпочтительно - 10-20 мкм.
Система с варьирующимся рассеянием света, содержащая функциональную пленку, может простираться по всей поверхности стеклу или, по меньшей мере, по части стекла. Когда система с варьирующимся рассеянием света простирается, по меньшей мере, по части стекла, эта часть поверхности соответствует и выровнена с частью поверхности стекла, включающей в себя слоевой элемент. Таким образом, система с варьирующимся рассеянием света может быть сформированной или только на части или по всем главным внешним поверхностям 10, 20 стекла.
Функциональная пленка предпочтительно обрамлена двумя несущими электроды подложками, причем электроды находятся в непосредственном контакте с функциональной пленкой.
2
Каждый из электродов включает в себя, по меньшей мере, электропроводящий слой. Электропроводящий слой может включать в себя прозрачные проводящие оксиды (TCO), то есть материалы, которые одновременно являются хорошими проводниками и прозрачны в диапазоне видимого света, такие как оксид индия, легированный оловом (ITO), оксид олова, легированный сурьмой или с фтором (SnО:F) или оксид цинка, легированный алюминием (ZnO:Al). Электропроводящий слой на основе ITO имеет сопротивление приблизительно 100 Ом на квадрат.
Электропроводящий слой может также содержать прозрачные проводящие полимеры, которые являются органическими соединениями с двойными сопряженными связями, проводимость которых может быть улучшена химическим легированием или электрохимическим образом.
Эти электропроводящие слои на основе проводящих оксидов или проводящих полимеров предпочтительно наносятся на толщинах порядка 50-100 нм, непосредственно на функциональную пленку или на промежуточный слой, посредством большого количества известных методик, таких как катодное распыление в присутствии магнитного поля, испарение, технология золь-гель, а также методики осаждения из паровой фазы (CVD).
Электропроводящий слой может быть также металлическим слоем, предпочтительно тонким слоем, или пакетом тонких слоев, называемых TCC (в соответствии с английским "Transparent conductive coating"), например, из Аg, Аl, Pd, Cu, Pd, Pt In, Mo, Au, и обычно с толщиной между 2 и 50 нм.
Электроды, включающие в себя электрически проводящий слой, присоединяются к источнику питания. Источник питания может быть источником электроэнергии, использующим напряжения, заключенные между 0 и 110В. Два электрических кабеля, содержащие кабельные разъемы, соединяются с отдельными электродными соединениями.
Электропроводящие слои электродов могут быть нанесены тогда непосредственно на сторону подложки и, таким образом, образовать несущие электроды подложки.
Подложки могут быть листовыми стеклами, например, листами плоского флоат-стекла или прослойками из пластикового материала. Пластиковые листы могут быть, в частности, листами из термопластического полимера, типа PVB (поливинилбутираль) или EVA (этиленвинилацетат), полиуретана (PU), или листами полиэтилентерефталата (PET).
Листы PET имеют, например, толщину, заключенную между 50 мкм и 1 мм, предпочтительно - заключенную между 100 и 500 мкм, лучше - заключенную между 150 и 200 мкм, конкретно - приблизительно 175 мкм.
Система с варьирующимся рассеянием света может содержать, таким образом, две несущие электроды подложки, образованные, каждая, из листа PET, покрытого электропроводящим слоем ITO, обрамляющим функциональную пленку.
Система с варьирующимся рассеянием света этого типа используется в стеклах Priva-Lite фирмы Saint Gobain Glass.
Предпочтительно, используется листовое стекло, имеющее толщину, по меньшей мере, 3 мм, если толщина функциональной пленки ниже 30 мкм, и листовое стекло, имеющее толщину, по меньшей мере, 2 мм, если толщина функционального пленки превышает или равна 30 мкм.
Система с варьирующимся рассеянием света может включать в себя, таким образом, две несущие электроды подложки, содержащие плоское листовое флоат-стекло, включающее в себя электрод, включающий в себя электропроводящий слой, обрамляющий функциональную пленку.
Слоевой элемент может быть жестким стеклом или гибкой пленкой. Такая гибкая пленка преимущественно снабжена, на одной из своих главных внешних поверхностей, слоя адгезива, покрытого защитной полосой, предназначенной для удаления при склеивании пленки. Слоевой элемент в виде гибкой пленки может быть тогда закреплен склеиванием на имеющейся поверхности, например, поверхности стекла, чтобы придать этой поверхности свойства рассеянного отражения, сохраняя свойства зеркально направленного пропускания.
В предпочтительном варианте реализации изобретения, нижний внешний слой представляет собой прозрачную подложку. Центральный слой сформирован либо единственным слоем, нанесенным согласованным образом на главную текстурированную поверхность первого внешнего слоя, либо пакетированием слоев, нанесенных последовательно согласованным образом на главную текстурированную поверхность первого внешнего слоя. Предпочтительно, центральный слой наносится катодным распылением, в частности, при содействии магнитного поля. Второй внешний слой или верхний внешний слой включает в себя слой золь-гель, нанесенный на главной текстурированной поверхности центрального слоя, противоположного первому внешнему слою.
В соответствии с другим объектом изобретения, могут быть использованными один или несколько верхних дополнительных слоев, таких как прослойка или лист из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению, и/или прозрачная подложка или контр-подложка. Слой на основе прослойки, или пластиковый лист, соответствует тогда прослойке из тонкого листа, обеспечивающей связь или соединение между верхним внешним слоем слоевого элемента, содержащим предпочтительно слой золь-гель, и дополнительным слоем, предпочтительно содержащим контр-подложку.
Стекло по изобретению предпочтительно включает в себя следующее пакетирование:
- при необходимости, по меньшей мере, один нижний дополнительный слой, выбранный среди прозрачных подложек, две главные поверхности которых являются гладкими, таких как полимеры и стекла, и прослоек из пластикового материала пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению,
- нижний внешний слой, выбранный среди прозрачных подложек, таких как полимеры и стекла, прослойки из пластикового материала, отверждаемого изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии, приспособленном к операциям формования,
- центральный слой, включающий в себя тонкий слой, составленный из прозрачного материала, предпочтительно диэлектрического, или тонкий металлический слой,
- верхний внешний слой, выбранный среди прозрачных подложек, выбранных среди слоев золь-гель,
- при необходимости, по меньшей мере, верхний дополнительный слой, выбранный среди прозрачных подложек, две главные поверхности которых являются гладкими, выбранных среди полимеров и стекол и прослоек из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению.
В варианте изобретения, стекло по изобретению содержит следующее пакетирование:
- слоевой элемент, включающий в себя:
- нижний внешний слой, выбранный среди шероховатых стеклянных прозрачных подложек,
- центральный слой, содержащий предпочтительно тонкий слой,
- верхний внешний слой, выбранный среди отверждаемых материалов, находящихся изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии, пригодном для операций формования, предпочтительно - слой золь-гель,
- прослойку из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению,
- плоскую стеклянную прозрачную подложку, предпочтительно включающую в себя, по меньшей мере, антиотражающее покрытие.
В этом варианте реализации, стекло содержит верхний дополнительный слой, выбранный среди прослоек из материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению, на который предпочтительно накладывается другой дополнительный верхний слой, выбранный среди стеклянных прозрачных подложек.
В другом варианте изобретения, стекло по изобретению содержит следующее пакетирование:
- слоевой элемент,
- прослойка из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению,
- систему с варьирующимся рассеянием света, включающую в себя функциональную пленку, обрамленную двумя несущими электроды подложками, выше упомянутые электроды находятся в непосредственном контакте с функциональной пленкой,
- прослойку из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению,
- плоскую стеклянную прозрачную подложку предпочтительно включающую в себя, по меньшей мере, антиотражающее покрытие.
Другая цель изобретения - способ изготовления стекла, включающего в себя слоевой элемент, такой как описан выше, и систему с варьирующимся рассеянием света, включающий в себя следующие этапы:
A) изготовляется слоевой элемент:
- предоставляется, в качестве первого внешнего слоя или нижнего внешнего слоя, прозрачная подложка, одна из главных поверхностей которой является текстурированной и другая главная поверхность - гладкая;
- наносится центральный слой на главную текстурированную поверхность нижнего внешнего слоя, либо, когда центральный слой образован единственным слоем, который является прозрачным, предпочтительно диэлектрическим слоем с показателем преломления, отличным от показателя преломления нижнего внешнего слоя, или металлическим слоем, нанося центральный слой согласованным образом на вышеупомянутую главную текстурированную поверхность, либо, когда центральный слой образован пакетом слоев, включающим в себя, по меньшей мере, прозрачный, предпочтительно диэлектрический слой с показателем преломления, отличным от показателя преломления нижнего внешнего слоя, или металлический слой, нанося слои центрального слоя последовательно, согласованным образом, на вышеупомянутую главную текстурированную поверхность;
- образуется второй внешний слой или верхний внешний слой на главной текстурированной поверхности центрального слоя, противоположно нижнему внешнему слою, причем верхний и нижний внешние слои составлены из прозрачных, предпочтительно диэлектрических материалов, имеющих по существу один и тот же показатель преломления,
- при необходимости, образуется, по меньшей мере, дополнительный верхний и/или нижний слой на одной или нескольких гладких внешних главных поверхностях слоевого элемента,
B) собирается слоевой элемент, при необходимости включающий в себя дополнительные слои и систему с варьирующимся рассеянием света.
Система с варьирующимся рассеянием света и слоевой элемент могут быть собраны любыми известными средствами, такими как механические или химические средства. В частности, их можно собрать посредством ламинирования, благодаря использованию прослойки из тонкого листа.
Предпочтительно, нанесение центрального слоя согласованным образом, или слоев центрального слоя, последовательно, согласованным образом, на главную текстурированную поверхность первого внешнего слоя реализуется катодным распылением, в частности, в присутствии магнитного поля.
В соответствии с объектом изобретения, второй внешний слой сформирован нанесением на главную текстурированную поверхность центрального слоя, противоположного первому внешнему слою, слоя, который имеет по существу тот же самый показатель преломления, что и первый внешний слой, и который представляется изначально в вязком состоянии, пригодном для операций формования. Второй внешний слой может, таким образом, быть сформированным, например, посредством способа, включающего в себя нанесение слоя фотоотверждаемого и/или фотополимеризуемого материала, изначально находящегося в форме флюида, с последующим облучением этого слоя, или способом золь-гель.
В соответствии с другим объектом изобретения, второй внешний слой сформирован расположением, напротив главной текстурированной поверхности, центрального слоя, противоположного первому внешнему слою, слоя на основе полимерного материала, имеющего по существу тот же самый показатель преломления, что и первый внешний слой, с последующим согласованием этого слоя на основе полимерного материала с главной текстурированной поверхностью центрального слоя посредством сжатия и/или нагрева, по меньшей мере, при температуре стеклования полимерного материала.
Характеристики и преимущества изобретения проявятся в нижеследующем описании некоторых вариантов реализации слоевого элемента, приведенных только в качестве примера и в связи с сопровождающими чертежами, на которых:
- Фиг. 1 изображает схематический разрез проекционной системы в соответствии с изобретением, включающей в себя проектор и стекло, включающее в себя слоевой элемент, соответствующий варианту реализации по изобретению;
- Фиг. 2 - вид в увеличенном масштабе детали I Фиг. 1 для первого варианта слоевого элемента;
- Фиг. 3 - вид в увеличенном масштабе детали I Фиг. 1 для второго варианта слоевого элемента; и
- Фиг. 4 и 5 - два схематических разреза проекционных систем в соответствии с изобретением, включающих в себя проектор и стекло, включающее в себя слоевой элемент и систему с варьирующимся рассеянием света, соответствующих предпочтительным вариантам реализации по изобретению;
- Фиг. 6 и 7 - схемы, показывающие этапы способа изготовления стекла в соответствии с изобретением,
- Фиг. 8 и 9 - фотографии.
Для ясности чертежа, толщины, относящиеся к различным слоям на чертеже, не представлены точно в масштабе. Кроме того, возможное варьирование толщины одного или каждого составляющего слоя для центрального слоя в зависимости от склона текстуры не представлено на чертежах, и следует понимать, что это возможное варьирование толщины не влияет на параллельность текстурированных соприкасающихся поверхностей. Фактически, для каждого данного склона текстуры, текстурированные соприкасающиеся поверхности параллельны между собой.
На Фиг. 1 показана проекционная система, предназначенная для функционирования на отражение, включающая в себя проектор P и стекло 5, включающее в себя слоевой элемент 1. Стекло используется как экран для проецирования, то есть, для зрителя, расположенного со стороны проектора P, то есть, как экран обратного проецирования, то есть, в котором проектор располагается за стеклом, и при этом зритель и проектор разделены стеклом.
Стекло содержит две главные внешние поверхности 10 и 20. Внешняя главная поверхность 10 имеет сторону стекла, на которой с помощью проектора проектируются видимые наблюдателями изображения. Внешняя главная поверхность 20 имеет сторону стекла, противоположную относительно проектора. Если стекло используется как экран для проецирования, функционирующий на отражение, зрители и проектор располагаются с одной и той же стороны стекла.
Слоевой элемент 1 включает в себя два внешних слоя 2 и 4, которые сформированы из прозрачных материалов, имеющих по существу тот же самый показатель преломления n2, n4. Каждый внешний слой 2 или 4 имеет гладкую главную поверхность, соответственно 2A или 4A, ориентированную наружу от слоевого элемента, и главную текстурированную поверхность, соответственно 2B или 4B, ориентированную внутрь слоевого элемента.
Гладкие внешние поверхности 2A и 4A слоевого элемента 1 позволяют осуществить зеркально направленное пропускание излучения на каждой поверхности 2A и 4A, то есть - вход излучения во внешний слой или выход излучения из внешнего слоя, без изменения направления излучения.
Текстуры внутренних поверхностей 2B и 4B комплементарны одна с другой. Как хорошо видно на Фиг. 1, текстурированные поверхности 2B и 4B расположены напротив друг друга, в конфигурации, где их текстуры строго параллельны между собой. Слоевой элемент 1 включает в себя также центральный слой 3, вставленный в соприкосновении с текстурированными поверхностями 2B и 4B.
1
2
k
1
k
1
k
1
k
В варианте, показанном на Фиг. 2, центральный слой 3 представляет собой монослой и составлен из прозрачного материала, который либо металлический, либо прозрачный с показателем преломления n3, отличным от показателя преломления внешних слоев 2 и 4. В показанном на Фиг. 3 варианте, центральный слой 3 образован прозрачным пакетом из нескольких слоев 3, 3, …, 3, где, по меньшей мере, один из слоев от 3 до 3 - либо металлический слой, либо прозрачный слой с показателем преломления, отличным от показателя преломления внешних слоев 2 и 4. Предпочтительно, по меньшей мере, каждый из двух слоев 3 и 3, расположенных в концах пакета, - это металлический слой или прозрачный слой с показателем преломления n3 или n3, отличным от показателя преломления внешних слоев 2 и 4.
0
1
2
k
0
На Фиг. 1-3, как S обозначена соприкасающаяся поверхность между внешним слоем 2 и центральным слоем 3, и как S - соприкасающаяся поверхность между центральным слоем 3 и внешним слоем 4. Кроме того, на Фиг. 3, от S до S последовательно обозначены внутренние соприкасающиеся поверхности центрального слоя 3, начиная от соприкасающейся поверхности, наиболее близкой к поверхности S.
0
1
0
1
В варианте на Фиг. 2, вследствие расположения центрального слоя 3 в контакте между текстурированными поверхностями 2B и 4B, которые параллельны между собой, соприкасающаяся поверхность S между внешним слоем 2 и центральным слоем 3 является текстурированной и параллельной соприкасающейся поверхности S между центральным слоем 3 и внешним слоем 4. Иначе говоря, центральный слой 3 – это текстурированной слой, имеющий на всем своем протяжении однородную толщину e3, оцениваемую перпендикулярно соприкасающимся поверхностям S и S.
2
k
0
1
0
1
k
1
2
k
1
2
k
1
2
k
0
1
k
В варианте на Фиг. 3, каждая соприкасающаяся поверхность S,…, S между двумя слоями, смежными с пакетом, составляющим центральный слой 3, текстурирована и строго параллельна соприкасающимся поверхностям S и S между внешними слоями 2, 4 и центральным слоем 3. Таким образом, все соприкасающиеся поверхности S, S, …, S между слоями, примыкающими к элементу 1, которые имеют либо различную природу, прозрачные с показателем преломления (n2, n4, n3, n3, n3, …, или n3) или металлические, либо прозрачные с различными показателями преломления, являются текстурированными и параллельными между собой. В частности, каждый слой 3, 3, …, 3 пакета, составляющего центральный слой 3, имеет однородную толщину e3, e3,…, e3 форма, оцениваемую перпендикулярно соприкасающимся поверхностям S, S, …, S.
0
1
0
1
k
0
1
0
1
k
yi
Как показано на Фиг. 1, текстура каждой соприкасающейся поверхности S, S или S, S, …, S слоевого элемента 1 образована множеством рисунков с выемками или с выступами по отношению к общей плоскости π соприкасающейся поверхности. Предпочтительно, средняя высота рисунков каждой текстурированной соприкасающейся поверхности S, S или S, S, …, S заключена между 1 микрометром и 1 миллиметром. Средняя высота рисунков каждой текстурированной соприкасающейся поверхности определяется как среднее арифметическое, , с расстоянием, оцениваемым между вершиной и плоскостью π для каждого рисунка поверхности, как показано схематично на Фиг. 1.
1
2
k
0
1
0
1
k
В соответствии с объектом изобретения, толщина e3 или e3, e3,…, e3 одного или каждого слоя, составляющего центральный слой 3, ниже на средней высоте рисунков каждой текстурированной соприкасающейся поверхности S, S или S, S, …, S слоевого элемента 1. Это условие важно для повышения вероятности того, чтобы граница раздела входа излучения в слой центрального слоя 3 и граница раздела выхода излучения из этого слоя были бы параллельны и, тем самым, для увеличения процента зеркального пропускания излучения через слоевой элемент 1. Для лучшей видимости различных слоев, это условие строго не соблюдено на чертежах.
1
2
k
1
2
k
Предпочтительно, толщина e3 или e3, e3, …, e3 одного или каждого слоя, составляющего центральный слой 3 ниже на 1/4 средней высоты рисунков каждой текстурированной соприкасающейся поверхности слоевого элемента. Фактически, когда центральный слой 3 является тонким слоем, или пакетом тонких слоев, толщина e3 или e3, e3, …, e3 каждого слоя из центрального слоя 3 составляет по порядку, или ниже на 1/10 средней высоты рисунков каждой текстурированной соприкасающейся поверхности слоевого элемента.
i
i
0
1
0
r
На Фиг. 1 показано прохождение излучения, которое падает на слоевой элемент 1 со стороны внешнего слоя 2. Падающие лучи R, попадают на внешний слой 2 с данным углом θ падения. Как показано на Фиг. 1, падающие лучи R, когда они достигают соприкасающейся поверхности S между внешним слоем 2 и центральным слоем 3, отражаются либо металлической поверхностью, либо вследствие разности показателей преломления в этой соприкасающейся поверхности, соответственно между внешним слоем 2 и центральным слоем 3 в варианте на Фиг. 2, и между внешним слоем 2 и слоем 3 в варианте на Фиг. 3. Поскольку соприкасающаяся поверхность S текстурирована, отражение происходит по множеству направлений R. Таким образом, отражение излучения слоевым элементом 1 оказывается рассеянным.
0
1
0
1
k
t
Часть падающего излучения также преломляется в центральном слое 3. В варианте на Фиг. 2, соприкасающиеся поверхности S и S параллельны между собой, что предполагает в соответствии с законом Снеллиуса-Декарта, что n2⋅sin(θ)=n4⋅sin(θ'), где θ- угол падения излучения на центральный слой 3 начиная с внешнего слоя 2 и θ' - угол преломления излучения во внешнем слое 4 начиная с центрального слоя 3. В варианте на Фиг. 3, если соприкасающиеся поверхности S, S, …, S полностью параллельны между собой, то соотношение n2⋅sin(θ)=n4⋅sin(θ'), следующее из закона Снеллиуса-Декарта, остается верным. Поэтому, в обоих вариантах, если показатели преломления n2 и n4 двух внешних слоев по существу равны один другому, лучи R, пропущенные слоевым элементом, проходят с углом θ' пропускания, равным их углу θ падения на слоевой элемент. Таким образом, пропускание излучения слоевым элементом 1 является зеркально направленным.
Аналогично, в обоих вариантах, падающее излучение на слоевой элемент 1 со стороны внешнего слоя 4 отражается диффузным образом и пропускается зеркальным образом слоевым элементом, по тем же причинам, что и раньше.
преимущественно, слоевой элемент 1 содержит антиотражающее покрытие 6, по меньшей мере, на одной из своих гладких главных внешних поверхностей стекла 10 и 20. Стекло на Фиг. 1 не включает в себя добавочного слоя. Следовательно, главные внешние поверхности стекла 10 и 20 объединены с главными внешними поверхностями слоевого элемента 2A и 4A. Предпочтительно, антиотражающее покрытие 6 предусматривается на каждой внешней главной поверхности стекла, которая предназначена для приема излучения. В примере на Фиг. 1, только поверхность 20 стекла снабжена антиотражающим покрытием 6, поскольку речь идет о поверхности стекла, которая ориентирована с противоположной стороны проектора.
Как упомянуто выше, антиотражающее покрытие 6 может быть любого типа, позволяющего привести отражение излучения к границе раздела между воздухом и внешним слоем. Это может относиться, в частности, к слою с показателем преломления, заключенным между показателем преломления воздуха и показателем преломления внешнего слоя, к пакетированию тонких слоев, выполняющему функции интерференционного фильтра, или еще к пакетированию тонких слоев, имеющему градиент показателей преломления.
В этом примере, центральный слой, нанесенный магнетронным распылением на матовое стекло, обеспечивает рассеянное отражение, которое позволяет непосредственное проецирование изображения, тогда как слой выравнивания золь-гель позволяет сохранить прозрачность стекла для пропускания. Добавление контр-стекла с антиотражающей обработкой позволяет снизить многократные отражения внутри стекла и, тем самым, улучшить качество проецируемых изображений.
На Фиг. 4 и 5 показаны две другие проекционные системы в соответствии с изобретением, стекло 5 которых содержит систему 7 с электрически управляемым варьирующимся рассеянным излучением, позволяющую коммутировать между прозрачным состоянием и диффузным состоянием. В состоянии "OFF", получается стекло, включающее в себя рассеивающую главную внешнюю поверхность, позволяющую улучшить прямое проецирование, поскольку рассеянное отражение на магнетронный слой добавляется к рассеянному отражению на жидкокристаллическую пленку. В состоянии "ON", получается стекло, включающее в себя прозрачную главную внешнюю поверхность, функционирование которой является таким же, что и без системы с варьирующимся рассеянием света.
Остекление, показанное на Фиг. 4 содержит следующее пакетирование:
- слоевой элемент, включающий в себя:
- нижний внешний слой 2, включающий в себя шероховатую стеклянную подложку,
- центральный слой 3, включающий в себя тонкий слой на основе серебра или нержавеющей стали,
- верхний внешний слой 4, выполненный из золь-гель слоя,
- дополнительный слой 12a, выполненный из прослойки из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению,
- систему 7 с варьирующимся рассеянием света, включающую в себя функциональную пленку 16, обрамленную двумя несущими электроды подложками, нижней несущей электроды подложкой 9 и верхней несущей электроды подложкой 11, вышеупомянутых электроды находятся в непосредственном контакте с функциональной пленкой 16,
- верхний дополнительный слой 12a, выполненный из прослойки из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению,
- другой верхний дополнительный слой 12b, выполненный из плоской стеклянной прозрачной подложки, включающей в себя антиотражающее покрытие 6.
Несущие электроды подложки представляют собой пластиковые листы, составленные из полиэтилентерефталата, на которые наносятся электроды. Электрод может быть электрически проводящим слоем с толщиной приблизительно 20-400 нм, выполненным из оксида индия и олова (ITO), например. Слои ITO имеют электрическое поверхностное сопротивление между 5 Ом/квадрат и 300 Ом/квадрат. Вместо слоев, выполненных из ITO, также можно использовать с той же целью другие электропроводящие слои оксидов или слои серебра, поверхностное сопротивление которых подобно. Наконец, функциональная пленка 16 выполнена из слоя жидких кристаллов.
Наконец, стекло, показанное на Фиг. 5, представляет собой вариант реализации, в соответствии с которым слоевой элемент обеспечивает функцию несущей подложки электрода. Стекло, показанное на Фиг. 5, включает в себя следующее пакетирование:
- слоевой элемент 1, включающий в себя:
- нижний внешний слой 2, включающий в себя шероховатую стеклянную подложку,
- центральный слой 3, включающий в себя тонкий, предпочтительно металлический слой,
- верхний внешний слой 4, составленный из оксида цинка и из олова, имеющий удельное сопротивление ниже 1 Ом·см,
- функциональную пленку 16,
- несущую подложку 11 верхнего электрода,
- верхний дополнительный слой 12a, составленный из прослойки из пластикового материала, пригодного для горячего прессования или чувствительного к давлению,
- другой верхний дополнительный слой 12b, составленный из плоской стеклянной прозрачной подложки, включающей в себя антиотражающее покрытие 6.
Нижний внешний слой 2 слоевого элемента обеспечивает функцию подложки системы, составленной из центрального слоя и из верхнего внешнего слоя, и эта система сама по себе может обеспечивать функцию электрода. Слоевой элемент 1 составляет, таким образом, несущую подложку нижнего электрода.
Система 7 с варьирующимся рассеянием света включает в себя функциональную пленку 16, обрамленную двумя несущими электроды подложками, несущей подложкой 9 нижнего электрода, составленной из слоевого элемента 1, и несущей подложкой 11 верхнего электрода, вышеупомянутых электродов, находящихся в непосредственном контакте с функциональной пленкой.
Пример способа изготовления стекла по изобретению описывается ниже в связи с Фиг. 6. В соответствии с этим способом, центральный слой 3 наносится согласованным образом на текстурированную поверхность 2B прозрачной, жесткой или гибкой подложки, образовывая внешний слой 2 слоевого элемента 1. Главная поверхность 2A этой подложки, противоположной текстурированной поверхности 2B, является гладкой. Эта подложка 2 может быть, в частности, подложкой из текстурированного стекла типа SATINOVO, ALBARINO или MASTERGLASS. В варианте, подложка 2 может быть подложкой на основе полимерного, жесткого или гибкого материала, например, типа полиметилметакрилата или поликарбоната.
3
4
2
2
x
2
2
2
3
2
3
Согласованное нанесение центрального слоя 3, чтобы он был монослоем или образованным пакетированием нескольких слоев, в частности, предпочтительно реализуется в вакууме, катодным распылением в присутствии магнитного поля (распыление, называемое "катодным магнетронным распылением"). Эта методика позволяет нанести, на текстурированную поверхность 2B подложки 2, либо единственный слой согласованным образом, либо различные слои пакета, последовательно и согласованным образом. Это может относиться, в частности, к прозрачным тонким слоям, предпочтительно диэлектрическим, в частности, к слоям SiN, SnО, ZnO, ZrО, SnZnO, AlN, NbO, NbN, TiO, SiО, AlО, MgF, AlF, или к металлическим тонким слоям, в частности, к слоям серебра, золота, титана, ниобия, кремния, алюминия, сплава никель-хром (NiCr), или сплавов этих металлов.
1
0
В способе на Фиг. 6, второй внешний слой 4 слоевого элемента 1 может быть образован покрытием центрального слоя 3 прозрачным слоем золь-гель с показателем преломления по существу равным показателю преломления подложки 2, который находится изначально в вязком состоянии, приспособленном к операциям формования и который является отверждаемым. Этот слой призван, в вязком, жидком или пастообразном состоянии, следовать текстуре поверхности 3B центрального слоя 3, противоположного подложке 2. Таким образом, гарантируется, что в отвержденном состоянии слоя 4, соприкасающаяся поверхность S между центральным слоем 3 и внешним слоем 4 действительно текстурирована и параллельна соприкасающейся поверхности S между центральным слоем 3 и внешним слоем 2.
Внешний слой 4 слоевого элемента 1 на Фиг. 6 представляет собой слой золь-гель, нанесенный способом золь-гель на текстурированную поверхность центрального слоя 3.
Наконец, один или несколько дополнительных слоев 12 могут быть сформированы поверх слоевого элемента. В этом случае, один или несколько дополнительных слоев предпочтительно являются плоской стеклянной подложкой, прослойкой из пластикового материала, или суперпозицией прослойки и подложки из плоского стекла.
Если внешний слой слоевого элемента был получен, начиная со слоя золь-гель, на гладкой главной внешней поверхности этого слоя могут иметься некоторые нерегулярности. Для компенсации этих нерегулярностей, может быть полезным сформировать на этом золь-гель слое дополнительный слой 12, располагая прослойку ламината из PVB или EVA, напротив гладкой главной внешней поверхности слоевого элемента. Дополнительный слой 12 в этом случае имеет по существу тот же самый показатель преломления, что и внешний слой слоевого элемента, полученного начиная со способа золь-гель.
Дополнительный слой также может быть прозрачной подложкой, например плоским стеклом. В этом случае, дополнительный слой используется как контр-подложка. Слой золь-гель обеспечивает тогда соединение между нижним внешним слоем, снабженным центральным слоем, и контр-подложкой.
Использование прозрачной подложки в качестве верхнего дополнительного слоя полезно, в частности, когда дополнительный слой, непосредственно снизу вышеупомянутого верхнего добавочного слоя, образован прослойкой из полимерного ламината.
Первый дополнительный слой 12, сформированный прослойкой из ламината из PVB или EVA может быть расположенным напротив верхней внешней поверхности слоевого элемента, и второй добавочный слой 12, составленный из плоской стеклянной подложки, могут быть наложены на прослойку.
В этой конфигурации, дополнительные слои связаны со слоевым элементом посредством классического способа ламинирования. В этом способе, последовательно помещают, начиная с верхней главной поверхности слоевого элемента, прослойку из полимерного ламината и подложку, затем применяют к образованной таким образом ламинированной структуре сжатие и/или нагрев, по меньшей мере, при температуре стеклования прослойки из полимерного ламината, например, в прессе или в сушильне.
При этом способе ламинирования, когда прослойка образовывает верхний дополнительный слой, расположенный непосредственно выше слоевого элемента, верхний слой которого является слоем золь-гель, он одновременно согласовывается с верхней поверхностью слоя золь-гель и нижней поверхностью плоской стеклянной подложки.
В способе, показанном на Фиг. 7, слоевой элемент 1 представляет собой гибкую пленку с общей толщиной порядка 200-300 мкм. Слоевой элемент образована суперпозицией следующего:
- нижнего добавочного слоя 12, образованного гибкой полимерной пленкой,
- внешнего слоя 2 из фотоотверждаемого и/или фотополимеризуемого под воздействием УФ-излучения материала, примененного к одной из гладких главных поверхностей гибкой пленки,
- центрального слоя 3,
- слоя золь-гель, имеющего толщину приблизительно 100 мкм, таким образом, чтобы сформировать второй внешний слой 4 слоевого элемента 1.
Гибкая пленка, образующая нижний дополнительный слой, может быть пленкой из полиэтилентерефталата (PET), имеющей толщину 100 мкм, и внешний слой 2 может быть УФ-отверждаемым слоем смолы типа KZ6661, продаваемой фирмой JSR Corporation, имеющим толщину приблизительно 10 мкм. Гибкая пленка и слой 2, оба по существу имеют один и тот же показатель преломления, порядка 1,65 для длины волны 550 нм. В отвержденном состоянии, слой смолы имеет хорошую адгезию с PET.
Слой смолы 2 применяется для гибкой пленки с вязкостью, позволяющей установку текстуры на ее поверхности 2B, противоположной пленке 12. Как показано на Фиг. 7, текстурирование поверхности 2B может быть реализовано с помощью ролика 13, имеющего на своей поверхности текстуру, комплементарную к формируемой на слое 2. После формирования текстуры, гибкая пленка и наложенный слой смолы 2 облучаются УФ-излучением, как показано стрелкой на Фиг. 7, что позволяет реализовать затвердевание слоя смолы 2 с его текстурой и объединение между гибкой пленкой и слоем смолы 2.
2
Центральный слой 3 с показателем преломления, отличным от показателя преломления внешнего слоя 2, наносится затем согласованным образом на текстурированную поверхность 2B посредством катодного магнетронного распыления. Этот центральный слой может быть монослоем, или может быть образованным пакетированием слоев, как описано выше. Это может быть, например, слой TiO, имеющий толщину, заключенную между 55 и 65 нм, например, порядка 60 нм, и показатель преломления от 2,45 для длины волны 550 нм.
Слой золь-гель наносится затем на центральном слое 3 таким образом, чтобы образовывать второй внешний слой 4 слоевого элемента 1. Этот второй внешний слой 4 согласовывается с текстурированной поверхностью 3B центрального слоя 3, противоположного внешнему слою 2.
Слой 14 адгезива, покрытый защитной лентой (вкладыш) 15, предназначенной для удаления при склеивании, может быть прикреплен на внешней поверхности 4A слоя 4 слоевого элемента 1. Слоевой элемент 1 представляется, таким образом, в виде гибкой пленки, готовой для прикрепления склеиванием на поверхности, такой как поверхность стекла, для придания этой поверхности свойств рассеянного отражения. В примере на Фиг. 7, слой 14 адгезива и защитная лента 15 прикрепляются на внешней поверхности 4A слоя 4. Внешняя поверхность 2A слоя 2, который предназначен для приема падающего излучения, и сам может быть снабжен антиотражающим покрытием.
Особенно предпочтительно, как представлено на Фиг. 7, различные этапы способа могут быть реализованы непрерывно на одной и той же технологической линии.
Установка одного или нескольких антиотражающих покрытий слоевого элемента 1 не показана на Фиг. 6-7. Следует отметить, что в каждом из способов, показанных на этих чертежах, одно или несколько антиотражающих покрытий могут быть установленными на гладких поверхностях 2A и/или 4A внешних слоев до или после монтажа слоевого элемента, что безразлично.
Изобретение не ограничивается представленными и описанными примерами. В частности, когда слоевой элемент представляет собой гибкую пленку, как в примере на Фиг. 7, толщина каждого внешнего слоя, образованного на основе полимерной пленки, например, на основе пленки PET, может превышать 10 мкм, конкретно - порядка 10 мкм-1 мм.
Кроме того, текстурирование первого внешнего слоя 2 в примере на Фиг. 7, может быть получено, не прибегая к слою отверждаемой смолы, нанесенному на полимерную пленку, но непосредственно тиснением при нагреве полимерной пленки, в частности, прокаткой с помощью текстурированную ролика или прессованием с помощью пуансона.
Аналогичные конфигурации могут быть рассмотрены также для пластиковых подложек вместо стеклянных подложек.
Такое использование конкретного стекла как экрана для проецирования, функционирующего на отражение, позволяет улучшить контраст и/или яркость и/или угол обзора.
Стекло в соответствии с изобретением может быть использовано, в частности, как внутренняя перегородка (между двумя помещениями или в одном пространстве) в здании. Более конкретно, стекло по изобретению особенно полезно в качестве внутренней перегородки зала заседаний для проецирования презентаций. Можно коммутировать между прозрачным состоянием и диффузным состоянием.
Стекло в соответствии с изобретением может быть использованным для любых известных применений стекол, таких как для транспортных средств, зданий, городской движимости, внутренней меблировки, освещения, рекламных экранов, и т.д. Прозрачное стекло по изобретению может быть использовано, таким образом, на фасаде, в окне, в используемой внутренней перегородке как экрана для проецирования для залов заседаний или для витрин. Стекло может быть использовано также для музеографии или рекламы на месте продажи как основание для рекламы.
Это относится также к гибкой пленке на основе полимерного материала, в частности, пригодной для закрепления на поверхности с целью придания ей свойств рассеянного отражения при сохранении для нее свойств пропускания.
Стекло с сильным рассеянным отражением по изобретению может быть использовано в системе визуализации, называемой "высокоподнятой головой", или "Head Up Display" (HUD). Известно, что системы HUD, которые используются, в частности, в салонах самолета, поезда, а в настоящее время также и в автомобильных транспортных средствах частных лиц (машины, грузовики, и т.д.), позволяют показать информацию, проецируемую на стекло, обычно на ветровое стекло автомобиля, которая отражается к водителю или наблюдателю. Эти системы позволяют информировать водителя автомобиля, без того чтобы он отводил свой взгляд из поля зрения впереди автомобиля, что позволяет существенно повысить безопасность.
В соответствии с объектом изобретения, слоевой элемент включен в систему HUD в качестве стекла, на которое проецируется информация. В соответствии с другим объектом изобретения, слоевой элемент представляет собой гибкую пленку, установленную на главную поверхность стекла системы HUD, в частности, на ветровом стекле, когда информация проецируется на стекло со стороны гибкой пленки. В этих двух случаях, возникает сильное рассеянное отражение на первой текстурированной соприкасающейся поверхности, находящейся на пути излучения в слоевом элементе, что позволяет хорошую визуализацию мнимого изображения, тогда как зеркально направленное пропускание через стекло сохраняется, что гарантирует ясную видимость через стекло.
Следует отметить, что в системах HUD техники предшествующего уровня, мнимое изображение получается проецированием информации на стекло (в частности, на ветровое стекло), имея ламинированную текстуру, сформированную двумя листовыми стеклами и прослойкой из пластикового материала. Неудобство этих существующих систем в том, что водитель наблюдает при этом двойное изображение: первое изображение, отраженное поверхностью стекла, ориентированного внутрь обитаемого пространства, и второе изображение, отраженное внешней поверхностью стекла, и эти два изображения несколько смещены одно относительно другого. Это смещение может нарушить видимость информации.
Изобретение позволяет устранить эту проблему. Фактически, когда слоевой элемент включен в систему HUD, в качестве стекла или в качестве гибкой пленки, установленных на главной поверхности стекла, которая принимает излучение проекционного источника, рассеянное отражение на первой текстурированной соприкасающейся поверхности, находящейся на пути излучения в слоевом элементе, может быть значительно выше, чем отражение на внешних поверхностях, соприкасающихся с воздухом. Таким образом, ограничивается двойное отражение, способствуя отражению на первой текстурированной соприкасающейся поверхности слоевого элемента.
Примеры
I. использованные материалы
1. Слоевой элемент
Эти испытания были реализованы со слоевым элементом, включающим в себя следующее пакетирование:
- Нижний внешний слой: стеклянная подложка Satinovo,
- Центральный слой: слой на основе серебра или нержавеющей стали, нанесенный магнетронным распылением,
- Верхний внешний слой: слой золь-гель.
Подложки, использованные как нижний внешний слой слоевого элемента, представляют собой матовые прозрачные шероховатые стеклянные подложки SATINOVO, продаваемые фирмой Saint-Gobain. Эти подложки толщиной 6 мм включают в себя главную текстурированную поверхность, полученную травлением кислотой. Эти подложки использованы, таким образом, как нижний внешний слой слоевого элемента. Средняя высота рисунков текстурирования этого нижнего внешнего слоя, которая соответствует шероховатости Ra текстурированной поверхности стекла Satinovo, заключена между 1 и 5 мкм. Его показатель преломления составляет 1,52 и его PV ("pic to valley") составляет между 12 и 17 мкм.
Центральный слой представляет собой слой, или пакет слоев, нанесенный магнетронным распылением согласованным образом на текстурированной поверхности подложки Satinovo, соответствующей:
- пакетированию, включающему в себя слой на основе серебра, обозначаемый как KN 169 фирмы Saint-Gobain, имеющий, когда он наносится на подложку плоского стекла толщиной 6 мм, светопропускание TL 69%,
- пакетированию, включающему в себя слой на основе нержавеющей стали, обозначаемый как SS 132 фирмы Saint-Gobain, имеющий, когда он наносится на подложку плоского стекла толщиной 6 мм, светопропускание TL 32%.
Слой золь-гель включает в себя матрицу на основе диоксида кремния, в которой диспергированы частицы металлического оксида. Она имеет показатель преломления 1,51 и толщину приблизительно 15 мкм.
2. Система с варьирующимся рассеянием (VSS)
Система с варьирующимся рассеянием (VSS) включает в себя в качестве несущих электроды подложек два листа полиэтилентерефталата, покрытые слоем ITO и обрамляющие функциональную пленку, то есть среду, включающую в себя капельки жидких кристаллов. Эта система с варьирующимся рассеянием используется в настоящее время в стеклах PrivaLite SAINT-GOBAIN GLASS. Функциональная пленка, содержащая жидкую эмульсию нематических жидких кристаллов, имеет толщину приблизительно 10-30 мкм (предпочтительно - 20-25 мкм). Листы PET имеют толщину приблизительно 175 мкм. Два электродов составлены из ITO (оксид индия, легированный оловом) с сопротивлением приблизительно 100 Ом на квадрат.
3. Другие подложки
Для формирования стекла по изобретению могут быть использованы другие подложки (или контр-стекло). Эти подложки могут быть ламинированы, используя, например, прослойку из PVB или из EVA. В качестве подложки, можно назвать плоские стекла, такие как стекло Planilux или diamant.
Также возможно использовать плоские стекла, включающие в себя одно или несколько антиотражающих покрытий, полученных осаждением катодным распылением в вакууме слоев металлических оксидов. Эффект антиотражения получается нанесением слоя на каждой внешней стороне стекла. Такие стекла выпускаются в продажу, например, под наименованием Visionlite фирмой Saint-Gobain.
II. Влияние природы центрального слоя
Это испытание сравнивает два стекла в соответствии с изобретением, отличающихся только природой центрального слоя. Для сравнения стекол, используемых как экран для проецирования по изобретению, группа экспертов оценивала зрительно яркость и прозрачность стекол, когда изображение проецировалось при прямом проецировании. Спроецированное изображение, оцененное группой экспертов приведено на фотографии Z на Фиг. 9. Изображения были спроецированы на сторону стекла, не включающую в себя антиотражающего слоя. Группа экспертов приписала для каждого изображения, проецируемого на стекло, индикатор оценки, выбранной среди: "--" плохое, "-" среднее, "0" правильное, "+" хорошее, "++" превосходное.
Пакетирование
Пример 1
Пример 2
Прозрачный элемент с рассеянным отражением:- Подложка из стекла Satinovo- магнетронный слой- слой золь-гель
KN169
SS132
Прослойка (PVB)
Да
Да
Подложка из стекла Visionlite
Да
Да
Фотография Z
Правое изображение
Левое изображение
яркость
+
++
прозрачность
++
+
контраст
+
++
Фотография Z показывает, соответственно, проецирование на стекло с рассеянным отражением, снабженное слоем KN169 - слева, и слоем SS132 - справа. Стекло примера 1 прозрачнее, но спроецированная яркость изображения меньше. И наоборот, стекло примера 2 менее прозрачно, но спроецированная яркость изображения выше. Для этих двух примеров, контраст и угол обзора оказываются хорошими.
Этот пример показывает, что выбор центрального слоя и, особенно, выбор его свойств отражения, должен быть адаптирован в зависимости от применения и желаемой визуализации. Для освещенной обстановки в проекционном помещении, компромисс между прозрачностью стекла и яркостью проецируемого изображения может быть получен при варьировании свойств центрального слоя.
III. Стекла, включающие в себя прозрачный элемент с диффузными свойствами
Примеры по изобретению были реализованы ламинированием благодаря прослойкам из тонкого листа с последующим пакетированием: прозрачный элемент со свойствами рассеянного отражения (слой золь-гель)/система с варьирующимся рассеянием света/стекло Visionlite.
Сравнительный пример был реализован ламинировнием благодаря прослойкам при ламинировании пакета: плоская стеклянная подложка/система с варьирующимся рассеянием света/стекло Visionlite.
Для того, чтобы показать высшее качество стекол, используемых как экран для проецирования по изобретению, группа экспертов из нескольких лиц оценила зрительно яркость и контраст стекол, когда изображение проецируется в прямом проецировании, то есть с наблюдателями и проектором, расположенными с одной и той же стороны стекла. Каждое спроецированное изображение, оцененное группой экспертов, было предметом фотографирования. Эти фотографии были сгруппированы на Фиг. 8. Изображения были спроецированы на стороне стекла, не включающей в себя антиотражающий слой.
Пакетирование
Сравнительный пример
Пример 3
Пример 4
Стеклянная подложка
Да
Нет
Нет
Прозрачный элемент с рассеянным отражением:-Подложка из стекла Satinovo- магнетронный слой- слой золь-гель
Нет
ДаKN169
ДаSS132
Прослойка EVA
Да
Да
Да
SDLV
1
1
1
Прослойка EVA
Да
Да
Да
Подложка из стеклаVisionlite
Да
Да
Да
Группа экспертов приписала каждому изображению, спроецированному на стекло, индикатор оценки, выбранный среди: "--" - плохое, "-" среднее, "0" - правильное, "+" - хорошее, "++" - превосходное. Нижеследующая таблица резюмирует стекла, условие оценки и оценку группы экспертов, а также ссылки на соответствующие фотографии.
Фотографии
Стекло
Угол обзора
Состояние
Качество экрана
Яркость
Контраст
A
Сравнительный пример
сторона
ON
+
+
B
Пример 3
сторона
ON
+
+
C
Пример 4
сторона
ON
++
++
D
Сравнительный пример
45°
ON
--
--
E
Пример 3
45°
ON
+
+
F
Пример 4
45°
ON
++
++
G
Сравнительный пример
сторона
OFF
++
++
H
Пример 3
сторона
OFF
++
++
I
Пример 4
сторона
OFF
+
+
J
Сравнительный пример
45°
OFF
-
-
K
Пример 3
45°
OFF
+
+
L
Пример 4
45°
OFF
++
++
Фотографии A, B, C, D, E и F были выполнены с системой c варьирующимся рассеянием света в состоянии ON, то есть прозрачном состоянии. Констатируем, что в прозрачном состоянии стекло, включающее в себя только систему с варьирующимся рассеянием света непригодно с углами обзора 45° (фотографии D). Яркость экрана понижается значительно, когда угол наблюдения увеличивается. В сравнении, стекло, включающее в себя дополнительно, по меньшей мере, систему с варьирующимся рассеянием света и, в случае примеров, антиотражающий слой, позволяет явное улучшение качества изображения для углов обзора порядка 45° (фотографии E и F).
Фотографии G, H, I, J, K и L были выполнены с системой с варьирующимся рассеянием света в состоянии OFF, то есть в диффузном состоянии. На стороне наблюдается улучшение освещенности (фотографии G, H и I). И напротив, в диффузном состоянии, стекло, включающее в себя только систему с варьирующимся рассеянием света оказывается невысокого качества для углов обзора 45° (фотография J). Угол обзора таких проекционных экранов, даже в диффузном состоянии, оказывается значительно сокращенным, делая их непригодными. В сравнении, стекло, включающее в себя дополнительно, по меньшей мере, систему с варьирующимся рассеянием света и, в случае примеров, антиотражающий слой, обеспечивает явное улучшение качества изображения для больших углов обзора (фотографии K и L). Следовательно, угол обзора для прямого проецирования улучшается на стекле по изобретению вследствие изотропного рассеянного отражения магнетронного слоя на стекле Satinovo.
Наконец, примеры 3 и 4 отличаются, главным образом, выбором центрального слоя. Наблюдается та же тенденция относительно освещенности и контраста, что и для примеров 1 и 2, которые имеют, соответственно, те же центральные слои (KN169 и SS132).
IV. Анализ контраста
Измерения контраста были реализованы в специфических условиях освещенности для тестирования проекционных экранов по изобретению. Когда проекционное помещение не освещено (обстановка "OFF"), средняя яркость составляет 1 люкс, и когда проекционное помещение освещено (обстановка "ON"), средняя яркость - 195 люкс.
Измерения освещенности осуществлялись на поверхности стекла с прибором для измерения яркости Konica-Minolta LS-110. Проецирование изображения осуществлялось с видеопроектором CANON XEED SX80 (Яркость, 3000 люмен, контраст 900:1).
Расположение элементов было следующим. Видеопроектор располагался на 1,5 м от экрана. Наблюдатели и фотоаппарат располагались на 2 м от экрана.
Это испытание позволило измерить контраст стекла как экрана для проецирования. Контраст определяется как отношение яркости, измеренной, когда проектор отображает белое изображение (Lb), к яркости, измеренной, когда проектор отображает темное изображение (Ln).
Нижеследующая таблица дает измерения яркости, осуществленные на экранах с диффузным состоянием (стекло OFF) или прозрачном (стекло ON).
Bpvthtybt контраста на вполне прозрачном стекле составляло 1.
Стекло
Угол обзора
Обста-новка
Стекло
Яркость белого
Яркость черного
Конт-раст
Улучшение контраста %
Сравнительный пример
сторона
ON
ON
460
41
11,2
Пример 3
сторона
ON
ON
296
31,2
9,5
-15%
Сравнительный пример
сторона
ON
OFF
732
36,5
20,1
Пример 3
сторона
ON
OFF
615
27,9
22,0
9%
Сравнительный пример
сторона
OFF
ON
401
1,15
348,7
Пример 3
сторона
OFF
ON
266
0,56
475,0
36%
Сравнительный пример
сторона
OFF
OFF
708
1,8
393,3
Пример 3
сторона
OFF
OFF
599
1,1
544,5
38%
Сравнительный пример
45°
ON
ON
39,8
23,7
1,7
Пример 3
45°
ON
ON
57,3
16,9
3,4
100%
Сравнительный пример
45°
ON
OFF
81,7
18
4,5
Пример 3
45°
ON
OFF
79,4
12,3
6,5
44%
Сравнительный пример
45°
OFF
ON
15,9
0,15
106,0
Пример 3
45°
OFF
ON
40
0,12
333,3
214%
Сравнительный пример
45°
OFF
OFF
65,4
0,2
327,0
Пример 3
45°
OFF
OFF
67
0,15
446,7
36%
Эти испытания подтверждают, что в прозрачном состоянии стекло, включающее в себя только систему c варьирующимся рассеянием света, непригодно для использования с углами обзора 45°. Наличие слоевого элемента позволяет увеличить контраст выше 35% во всех случаях для угла обзора 45°.
В диффузном состоянии, стекло, включающее в себя только систему с варьирующимся рассеянием света, оказывается невысокого качества для углов обзора 45° (контраст 1,7). В сравнении, стекло по изобретению позволяет реализовать явное улучшение качества изображения для высоких углов обзора. В частности, улучшение контраста составляет 100%, когда помещение освещено, и 214%, когда помещение затемнено.