СЛОИСТЫЙ ЭЛЕМЕНТ, ИЗГОТОВЛЕННЫЙ ИЗ ПРОЗРАЧНЫХ СЛОЕВ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ НАПРАВЛЕННОЕ ДИФФУЗНОЕ ОТРАЖЕНИЕ
LAYERED ELEMENT MADE OF TRANSPARENT LAYERS PROVIDING DIRECTED DIFFUSE REFLECTION

Область техники изобретения
Технической областью изобретения является область прозрачных остеклений, включающих в себя прозрачный слоистый элемент, имеющий свойства диффузного отражения. Такие прозрачные остекления могут служить в качестве проекционных экранов и, в частности, могут быть использованы в архитектурной области или транспортной области, например, для остекления самолетов, поездов или механических транспортных средств (автомобили, грузовики и т.д.) и, в частности, в ветровых стеклах, боковых окнах или стеклянных крышах.
Технический уровень изобретения
Известные остекления включают в себя стандартные прозрачные листовые стекла, которые приводят к направленному пропусканию и зеркальному отражению излучения, падающего на остекление, и полупрозрачные листовые стекла, которые дают диффузное пропускание и диффузное отражение излучения, падающего на остекление.
Обычно считают, что отражение от остекления является диффузным, когда излучение, падающее на остекление с данным углом падения, отражается остеклением во множестве направлений. Отражение остеклением, как считают, является зеркальным, когда излучение, падающее на остекление с данным углом падения, отражается остеклением с углом отражения, равным углу падения. Аналогично, пропускание через остекление, как считают, является направленным (зеркальным), когда излучение, падающее на остекление с данным углом падения, пропускается остеклением с углом пропускания, равным углу падения.
Фронтопроекционный экран включает в себя две основные поверхности или грани, то есть, первую грань, которая расположена в той же области пространства, что и источник света, и на которую проецируют изображение, исходящее от источника света (прямая проекция), и противоположную вторую грань, на которой изображение, проецированное на первую грань, потенциально проявляется за счет прозрачности.
Рирпроекционный экран имеет первую грань и противоположную вторую грань, обладающие теми же характеристиками, что и характеристики вышеупомянутых фронтопроекционных экранов. В то же время рирпроекционный экран отличается от фронтопроекционного экрана тем, что пользователь и источник света не расположены в одной и той же области пространства, а расположены по обеим сторонам экрана. Рирпроекция подразумевает размещение проектора за остеклением.
Ниже, если не указано иное, термин «проекция» используют в общем значении для обозначения как фронтпроекции, так и рирпроекции.
Невозможно представить себе использование стандартных прозрачных листовых стекол в качестве проекционных экранов. Более конкретно, такие остекления не обладают свойствами диффузного отражения, поэтому они не позволяют формировать изображения на любой из их граней и генерировать четкие отражения подобно зеркалам.
Было предпринято много попыток придать стандартным прозрачным остеклениям дополнительные свойства, позволяющие использовать их в качестве проекционных экранов при сохранении четкого обзора через остекление.
В документе WO 2013/175129 А1 описано остекление, содержащее прозрачный слоистый элемент, имеющий свойства диффузного отражения, позволяющие проецировать изображения с большим углом обзора, при этом сохраняя прозрачность остекления. Излучение, падающее на слоистый элемент, отражается диффузно и пропускается зеркально слоистым элементом.
i
d
s
d
s
v
s
Для данного излучения, падающего на слоистый элемент в соответствии с документом WO 2013/175129 А1, чем дальше угол наблюдения для наблюдателя находится от угла зеркального отражения, тем больше уменьшается яркость проецируемого изображения для наблюдателя. Следовательно, лучшим угол наблюдения для наблюдателя является угол, который соответствует зеркальному отражению. Однако любое излучение, падающее на гладкую внешнюю поверхность слоистого элемента, проходит не полностью и, следовательно, также создает зеркальное отражение, которое может ослепить наблюдателя. Этот эффект схематично показан на ФИГ. 1. Проектор P испускает падающее излучение в направлении R. Первая часть падающего излучения пропускается гладкой внешней поверхностью 2'A слоистого элемента 1', затем диффузно отражается во множестве направлений R' центральным слоем слоистого элемента (не показан на ФИГ. 1). Вторая часть падающего излучения отражается гладкой внешней поверхностью 2'A зеркально, подобно зеркалу, в направлении R. Множество направлений R' центрировано по направлению R зеркального отражения; угол наблюдения α' наблюдателя, идеально расположенного для наблюдения проецируемого изображения, равен углу α зеркального отражения, и поэтому расположенный таким образом наблюдатель испытывает дискомфорт из-за нежелательного отражения.
Один из способов минимизации этого эффекта состоит в том, чтобы сделать яркость, которая меняется насколько возможно меньше в зависимости от угла, что означает получение максимально возможной угловой апертуры для диффузного отражения. Однако увеличение угловой апертуры диффузного отражения для данной яркости проектора сводится к распределению определенного количества света по большому углу и, следовательно, к уменьшению яркости в каждой точке остекления, используемого в качестве экрана. Как альтернатива или в дополнение, возможно нанесение антиотражающего слоя, но это не позволяет полностью предупредить зеркальное отражение.
По сути именно эти недостатки настоящее изобретение намерено устранить путем создания прозрачного слоистого элемента и прозрачного остекления, позволяющих проецировать изображения с хорошим разрешением, высокой яркостью и ограниченным риском ослепления наблюдателя, при этом не мешая четкому обзору через остекление.
Сущность изобретения
С этой точки зрения одним объектом изобретения является прозрачный слоистый элемент, включающий в себя:
- два прозрачных внешних слоя, имеющих по существу одинаковый показатель преломления и при этом каждый из них имеет гладкую внешнюю основную поверхность, и
- центральный слой, промежуточный между внешними слоями, причем центральный слой включает в себя по меньшей мере один прозрачный слой с показателем преломления, отличным от показателя преломления внешних слоев, или металлический слой,
pix
x
y
tot
x
y
pix
tot
r
r
причем все контактные поверхности между двумя соседними слоями слоистого элемента, один из двух слоев которого представляет собой металлический слой или которые представляют собой два прозрачных слоя с разными показателями преломления, текстурированы и параллельны друг другу, отличающийся тем, что диффузное светоотражение слоистого элемента на стороне по меньшей мере одного из внешних слоев имеет по меньшей мере один максимум в направлении, отличном от направления зеркального отражения, и тем, что поверхность слоистого элемента разделена на множество пикселей одинакового размера, причем каждый пиксель имеет по меньшей мере одну сторону длиной, меньшей или равной 500 мкм, а предпочтительно меньшей или равной 200 мкм, при этом текстура каждой текстурированной контактной поверхности в пределах каждого пикселя имеет распределение угла наклона f(θ, θ), имеющее коэффициент корреляции с распределением угла наклона f(θ, θ) текстуры всей текстурированной контактной поверхности, причем слоистый элемент является таким, что для выборки из N пикселей среднее значение коэффициентов корреляции (f, f) каждого пикселя выборки больше или равно 0,8.
В соответствии с изобретением угловое отклонение диффузного светоотражения RLdiff слоистого элемента на стороне внешнего слоя преимущественно определяют путем измерения BRDF (функция двунаправленного распределения отражательной способности) слоистого элемента на стороне указанного внешнего слоя. Как известно, BRDF представляет собой отношение между интенсивностью излучения в отражении слоистого элемента на стороне указанного внешнего слоя в направлении (θ', ϕ') и его излучением, когда последнее исходит от коллимированного источника света, как функции от направления падения (θ, ϕ):
,
что также может быть выражено с помощью:
.
В контексте изобретения BRDF измеряют с использованием гониофотометра, такого как система REFLET-90 или REFLET-180 от компании STIL.
В соответствии с изобретением диффузное отражение слоистого элемента определяют с помощью множества направлений отражения, которые центрированы в по меньшей мере одном предпочтительном направлении, отличном от направления зеркального отражения. Таким образом, угол наблюдения или каждый наилучший угол наблюдения для наблюдателя, то есть угол наблюдения, который позволяет наблюдателю наблюдать проецируемое изображение с максимальной яркостью, отделен от направления зеркального отражения. Поэтому риск зеркального отражения, вызывающего ослепление, снижают или даже исключают. Это направленное диффузное отражение в сочетании с прозрачностью при пропускании прозрачного слоистого элемента позволяет получать проецируемые изображения с хорошей яркостью. Преимущественно в ситуациях, когда угол обзора мал, можно сконцентрировать излучение, диффузно отраженное слоистым элементом, в привилегированных направлениях за счет выбора подходящей текстуры для каждой текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с изобретением.
Кроме того, тот факт, что текстура каждой текстурированной контактной поверхности в пределах каждого пикселя имеет распределение угла наклона, имеющее высокий коэффициент корреляции с распределением угла наклона текстуры всей текстурированной контактной поверхности, гарантирует, что каждый пиксель является достаточно репрезентативным для текстуры всей контактной поверхности, то есть распределению угла наклона текстуры каждой текстурированной контактной поверхности слоистого элемента, чтобы обеспечить удовлетворительное разрешение, когда слоистый элемент или остекление, включающее его, используют в качестве проекционного экрана.
Следует отметить, что потребность в достаточном разрешении особенно велика в случае слоистого элемента в соответствии с изобретением, который обеспечивает направленное диффузное отражение, так как, если разрешение недостаточно, поверхность слоистого элемента или остекления, включающего его, не будет равномерно перенаправлять излучение в одном или нескольких привилегированных направлениях, соответствующих привилегированным углам наблюдения.
0
0
x
y
x
y
x
y
x
y
x
y
x
y
x
y
В соответствии с одним аспектом изобретения слоистый элемент предназначен для использования наблюдателем, располагающимся по существу параллельно плоскости Oxy системы координат (O, x, y, z), в которой ось Ox представляет собой горизонтальное направление и ось Oy представляет собой вертикальное направление по отношению к наблюдателю, причем текстура каждой из указанных текстурированных контактных поверхностей между двумя соседними слоями слоистого элемента, один из двух слоев которого представляет собой металлический слой, или которые представляют собой два прозрачных слоя с разными показателями преломления, выражена уравнением z=f(x,y) и имеет в каждой точке координат (X, Y) контактной поверхности первое распределение угла наклона θ и второе распределение угла наклона θ такие, что: и , а распределение угла наклона текстуры каждой из указанных текстурированных контактных поверхностей, которое соответствует частоте каждой пары углов наклона (θ, θ), не имеет осевой симметрии относительно по меньшей мере одной из осей (Oθ, Oθ) первой ортогональной системы координат (O, θ, θ), где O соответствует паре углов наклона (0, 0), или не имеет осевой симметрии относительно по меньшей мере одной из осей (Oθ', Oθ') второй ортогональной системы координат (O, θ', θ'), полученной путем поворота на 45° первой ортогональной системы координат (O, θ, θ).
В контексте изобретения следующее определяет различия между:
- с одной стороны, металлическими слоями, значение показателя преломления которых является важным, и,
- с другой стороны, прозрачными слоями, в частности диэлектрическими слоями, разницу в показателе преломления которых относительно показателя преломления внешних слоев необходимо учитывать.
Под «диэлектрическим материалом» или «диэлектрическим слоем» подразумевают материал или слой с низкой электропроводностью, то есть с электропроводностью ниже 100 См/м.
Каждый внешний слой слоистого элемента может быть образован пакетом слоев при условии, что различные составляющие слои внешнего слоя выполнены из прозрачных, в частности диэлектрических, материалов, которые все имеют по существу одинаковый показатель преломления.
Центральный слой слоистого элемента может быть образован одним слоем, который представляет собой прозрачный, в частности диэлектрический, слой с показателем преломления, отличным от показателя преломления внешних слоев или металлического слоя. Как вариант, центральный слой слоистого элемента может быть образован пакетом слоев, который включает в себя по меньшей мере один прозрачный, в частности диэлектрический, слой с показателем преломления, отличным от показателя преломления внешних слоев или металлического слоя.
Преимущественно, чтобы получить свойства диффузного отражения и зеркального пропускания слоистого элемента, все контактные поверхности между двумя соседними слоями слоистого элемента, один из которых представляет собой прозрачный, в частности диэлектрический, слой, а другой металлический слой, или которые представляют собой два прозрачных, в частности диэлектрических, слоя с разными показателями преломления, текстурированы и параллельны друг другу.
Диффузное отражение на каждой стороне слоистого элемента обусловлено тем, что каждая контактная поверхность между двумя соседними слоями слоистого элемента, один из которых представляет собой прозрачный, в частности диэлектрический, слой, а другой металлический слой, или которые представляют собой два прозрачных, в частности диэлектрических, слоя с разными показателями преломления, текстурирована. Следовательно, когда излучение, падающее на слоистый элемент, на каждой его стороне достигает такой контактной поверхности, оно отражается металлическим слоем или из-за разницы в показателе преломления между двумя прозрачными слоями и, поскольку поверхность контакта текстурирована, отражение размывается.
Зеркальное пропускание через слоистый элемент, в свою очередь, обусловлено тем, что два внешних слоя имеют гладкие внешние основные поверхности и выполнены из материалов, имеющих по существу одинаковый показатель преломления, а также тем, что все контактные поверхности между двумя соседними слоями слоистого элемента, один из которых представляет собой прозрачный, в частности диэлектрический слой, а другой металлический слой, или которые представляют собой два прозрачных, в частности диэлектрических, слоя с разными показателями преломления, текстурированы и параллельны друг другу.
В контексте изобретения два прозрачных, в частности диэлектрических, материала имеют по существу одинаковый показатель преломления или имеют показатели преломления, которые по существу одинаковые, когда абсолютное значение разности между их показателями преломления при 550 нм меньше или равно 0,15. Предпочтительно абсолютная величина разности показателей преломления при 550 нм материалов, из которых изготовлены два внешних слоя слоистого элемента, составляет менее чем 0,05, а более предпочтительно менее чем 0,015. В контексте изобретения два прозрачных, в частности диэлектрических, слоя имеют разные показатели преломления, когда абсолютное значение разности между их показателями преломления при 550 нм строго больше, чем 0,15.
В остальной части этого описания делается ссылка на углы наклона текстуры каждой текстурированной контактной поверхности слоистого элемента, которая расположена между двумя соседними слоями, один из которых представляет собой прозрачный, в частности диэлектрический, слой, а другой металлический слой, или между двумя соседними слоями, которые представляют собой два прозрачных, в частности диэлектрических, слоя с разными показателями преломления. Поскольку все текстурированные контактные поверхности слоистого элемента параллельны друг другу, для всех этих текстурированных контактных поверхностей существует один текстурированный профиль и одно распределение угла наклона.
В контексте изобретения распределение угла наклона текстуры каждой текстурированной контактной поверхности определяют путем выполнения следующих этапов:
- измерение профиля z=f(x,y) текстуры одной из указанных текстурированных контактных поверхностей (достаточно измерения одной поверхности, поскольку она является типичным представителем всех текстурированных контактных поверхностей), например, поверхность центрального слоя, с использованием профилометра MICROMESURE 2 от компании STIL, на площади 1×1 мм с интервалом выборки 1×1 мкм;
- расчет первого и второго направленных углов наклона  и для каждой точки поверхности, где  и  представляют собой частные производные высоты, рассчитанные с помощью фильтра Собеля.
Для измерений профиля текстуры, проводимых с помощью профилометра MICROMESURE 2 от компании STIL, условия измерения следующие. Измерительная головка состоит из хроматической линзы, связанной с «увеличителем», имеющим следующие характеристики: числовая апертура 0,42; максимальный угол измерения 25°; разрешение по Z 0,04 мкм; боковое разрешение 4,5 мкм. Профили текстуры извлекают с помощью низкочастотного фильтра Гаусса, имеющего длину отсечки 19 мкм (что фильтрует микрошероховатость).
В этой патентной заявке приведены критерии распределения угла наклона текстуры каждой текстурированной контактной поверхности, при этом следует понимать, что можно устанавливать соответствующие критерии для углового распределения диффузного отражения слоистого элемента. Более конкретно, существует локальная связь между локальным углом наклоном и частично направлением отражения света.
v
s
v
s
Например, с использованием обозначений фигуры 1 (без апострофов, то есть без «'»), луч света при нормальном падении относительно внешней основной поверхности 2А внешнего слоя слоистого элемента отражается от грани наклона θ текстурированной контактной поверхности под углом α, определяемым соотношением: , то есть  Аналогично, луч света, падающий с углом -α (противоположно углу зеркального отражения) на внешнюю основную поверхность 2A внешнего слоя слоистого элемента, отражается от грани наклона θ текстурированной контактной поверхности под углом α, определяемым соотношением:  и , то есть, . Следует отметить, что эти уравнения верны при условии, что не существует полного внутреннего отражения на границе раздела между внешним слоем слоистого элемента и воздухом, то есть при условии, что 2θ или α'+2θ (в зависимости от обстоятельств) остается ниже арксинуса (1/n2).
x
y
vx
vy
x
y
vx
vy
x
y
x
y
vx
vy
x
y
vx
vy
x
y
vx
vy
x
y
vx
vy
Текстурированная поверхность, которая вызывает диффузное отражение, не состоит из одной грани одного наклона, а из множества граней с разными наклонами, так что каждая пара наклонов (θ, θ) связана с парой углов отражения (α, α), полученных путем замены θ на θ или θ в приведенных выше формулах. Доля света, отраженного в направлении (α, α), далее связана с долей наклонов (θ, θ). Поэтому угловое распределение диффузного отражения получают путем преобразования осей (Oθ, Oθ) в оси (Oα, Oα) с использованием соответствующей формулы. Например, в случае проектора, расположенного обращенным к слоистому элементу и n2=1,51, градуировки 5, 10, 15° осей (Oθ, Oθ) будут становиться градуировками 15,2, 31,1 и 49° для осей (Oα, Oα), причем это имеет эффект расширения распределения нелинейно в обоих направлениях. Тем не менее, даже если расширение является нелинейным, переход между критериями для определения распределения угла наклона и соответствующими критериями для углового распределения диффузного отражения все еще действителен, поскольку, с одной стороны, соотношение между (θ, θ) и (α, α) могут быть линеаризованы при малых углах, и, с другой стороны, переход от (θ, θ) к (α, α) является возрастающей функцией, так что даже если несколько соотношений немного модифицировано, общий аспект распределения не меняется (такое же количество пиков в распределении с сопоставимыми относительными положениями). Следует отметить, что в случае, когда проектор не расположен напротив слоистого элемента (ненулевой угол падения), пик в точке O смещен в направлении зеркального отражения.
В контексте изобретения используют следующие определения:
- Прозрачный элемент представляет собой элемент, через который передают излучение по меньшей мере в областях длин волн, полезных для целевого применения элемента. Например, когда элемент используют в качестве архитектурного или автомобильного остекления, он является прозрачным по меньшей мере в видимой области длин волн.
- Прозрачное остекление представляет собой органическую или минеральную, жесткую прозрачную подложку.
- Гладкая поверхность представляет собой поверхность, для которой неровности поверхности имеют меньший размер, чем длина волны излучения, падающего на поверхность, так что излучение не отклоняется этими поверхностными неровностями. Затем падающее излучение зеркально отражается и передается поверхностью.
- Текстурированная поверхность представляет собой поверхность, для которой свойства поверхности меняются в масштабе, превышающем длину волны излучения, падающего на поверхность. Падающее излучение затем диффузно отражается и передается поверхностью.
Прозрачный слоистый элемент позволяет получать зеркальное пропускание и диффузное отражение излучения, падающего на слоистый элемент со стороны любого одного из его внешних слоев. Центральный слой прозрачного слоистого элемента способствует диффузному отражению, что обеспечивает прямую проекцию изображения на любой одной из сторон прозрачного слоистого элемента и прозрачного остекления, включающего его, причем изображение формируется на центральном слое.
x
y
В соответствии с одним аспектом изобретения распределение угла наклона текстуры каждой текстурированной контактной поверхности слоистого элемента, которое соответствует частоте каждой пары углов наклона (θ, θ), не имеет осевой симметрии относительно по меньшей мере одной из осей ортогональной системы координат, центрированной по O.
x
y
В одном варианте осуществления распределение угла наклона текстуры каждой текстурированной контактной поверхности слоистого элемента, которое соответствует частоте каждой пары углов наклона (θ, θ), имеет, за исключением потенциального пика, центрированного по O, один пик, не центрированный по O.
x
y
В другом варианте осуществления распределение угла наклона текстуры каждой текстурированной контактной поверхности слоистого элемента, которое соответствует частоте каждой пары углов наклона (θ, θ), имеет, за исключение потенциального пика, центрированного по O, по меньшей мере два пика, не центрированные по O.
В соответствии с одним конкретным вариантом осуществления все пики распределения угла наклона могут быть затем выровнены вдоль одной оси ортогональной системы координат, центрированной по O. Как вариант, распределение угла наклона может иметь два пика, которые симметричны друг другу относительно одной из осей ортогональной системы координат, центрированной по O.
x
y
x
y
В соответствии с одним характерным признаком распределение угла наклона текстуры каждой текстурированной контактной поверхности слоистого элемента, которое соответствует частоте каждой пары углов наклона (θ, θ), имеет, за исключением потенциального пика, центрированного по O, по меньшей мере один пик, не центрированный по O, и для которого соотношение размеров, которое представляет собой соотношение между шириной пика вдоль оси Oθ и шириной пика вдоль оси Oθ, отличается от 1. Выбор значения соотношения размеров, отличного от 1, позволяет получить больший угловой диапазон наблюдения в одном из двух направлений Ox или Oy, причем это, по-видимому, полезно, например, когда слоистый элемент интегрирован в среду, в которой возможность наблюдения ограничена в одном из направлений.
r
pix
tot
Предпочтительно слоистый элемент является таким, что для выборки из N пикселей среднее значение коэффициентов корреляции (f, f) для каждого пикселя выборки больше или равно 0,9.
Предпочтительно каждый пиксель имеет по меньшей мере одну сторону с длиной, меньшей или равной 150 мкм, а более предпочтительно меньшей или равной 100 мкм.
Число N пикселей в каждой выборке является предпочтительно таким, что N≥3. Пиксели каждой выборки предпочтительно выбирают случайным образом. Преимущественно выборку из N пикселей выбирают из N+2 пикселей, причем пиксель, имеющий наиболее высокий коэффициент корреляции, и пиксель, имеющий наиболее низкий коэффициент корреляции, исключают.
Параллельность текстурированных контактных поверхностей прозрачного слоистого элемента подразумевает, что для слоя или каждого слоя центрального слоя, который окаймлен слоями, металлическими или неметаллическими, по природе отличными от его или их собственной природы, или с показателями преломления, отличными от его или их собственных, толщина слоя равномерно перпендикулярна его контактным поверхностям со соседними слоями. Такая равномерность по толщине может быть глобальной на всем протяжении текстуры или локальной в сегментах текстуры. В частности, когда текстура имеет колебания в угле наклона, толщина между двумя последовательными текстурированными контактными поверхностями может меняться от сегмента к сегменту в зависимости от угла наклона текстуры, однако текстурированные контактные поверхности всегда остаются параллельными друг другу. Этот случай, в частности, возникает со слоем, осажденным катодным распылением, в частности, катодным распылением, поддерживаемым магнитным полем (магнетронное катодное распыление), поскольку толщина слоя уменьшается с увеличением угла наклона текстуры. Таким образом, локально в каждом сегменте текстуры, имеющем заданный угол наклона, толщина слоя остается постоянной, но толщина слоя отличается между первым сегментом текстуры, имеющим первый угол наклона, и вторым сегментом текстуры, имеющим второй угол наклона, отличный от первого угла наклона.
Преимущественно, чтобы получить параллельность текстурированных контактных поверхностей внутри прозрачного слоистого элемента, слой или каждый составляющий слой центрального слоя представляет собой слой, осажденный катодным распылением. Говоря точнее, катодное распыление, в частности катодное распыление, поддерживаемое магнитным полем (магнетронное катодное распыление), гарантирует, что поверхности, ограничивающие слой, параллельны друг другу, причем это не имеет места в случае других методов осаждения, таких как испарение или химическое осаждение из паровой фазы (ХОПФ) или даже золь-гель процесс. Параллельность текстурированных контактных поверхностей внутри слоистого элемента имеет важное значение для получения направленного пропускания через элемент.
3
4
2
2
2
2
3
2
3
В соответствии с одним аспектом изобретения центральный слой прозрачного слоистого элемента содержит по меньшей мере один тонкий слой, выполненный из диэлектрического материала с высоким показателем преломления, отличным от показателя преломления внешних слоев, такого как SiN, SnO, ZnO, AlN, NbO, NbN, TiO, или выполненный из диэлектрического материала, имеющего низкий показатель преломления, отличный от показателя преломления внешних слоев, такого как SiO, AlO, MgF, AlF. Центральный слой также может содержать по меньшей мере один тонкий металлический слой, в частности, тонкий слой серебра, золота, титана, ниобия, кремния, алюминия, никель-хромового (NiCr) сплава, нержавеющей стали или их сплавов. В контексте изобретения тонкий слой представляет собой слой толщиной менее чем 1 микрон.
Преимущественно химический состав центрального слоя может быть отрегулирован для придания прозрачным слоистым элементам дополнительных свойств, например, тепловых свойств, таких как свойства защиты от солнца и/или низкая излучательная способность. Таким образом, в одном варианте осуществления центральный слой представляет собой пакет тонких слоев, содержащих чередование «n» металлических функциональных слоев, в частности, функциональных слоев на основе серебра или металлического сплава, содержащего серебро, и «(n+1)» покрытий для регулирования отражения функциональных слоев с n≥1, где каждый металлический функциональный слой размещен между двумя покрытиями для регулирования отражения.
Как известно, такой пакет, содержащий один или несколько функциональных металлических слоев, обладает отражающими свойствами в области солнечного излучения и/или в области длинноволнового инфракрасного излучения. В таком пакете один или несколько металлических функциональных слоев по существу определяют уровень тепловых характеристик, тогда как покрытия для регулирования отражения, которые окаймляют их, меняют оптический внешний вид интерференционно. Говоря точнее, хотя металлические функциональные слои позволяют получать желаемый уровень тепловых характеристик, даже когда их геометрическая толщина мала, приблизительно 10 нм для каждого металлического функционального слоя, они, однако, сильно препятствуют прохождению излучения в видимой области длин волн. Таким образом, покрытия для регулирования отражения необходимы на каждой стороне каждого металлического функционального слоя, если необходимо добиться хорошего пропускания света в видимой области. На практике это представляет собой весь пакет центрального слоя, состоящий из тонких металлических слоев и покрытий для регулирования отражения, который оптически оптимизирован. Преимущественно оптическая оптимизация может быть выполнена на всем пакете слоистого элемента или остекления, то есть пакете, включающем внешние слои, размещенные на любой стороне центрального слоя, и любые дополнительные слои.
Прозрачный слоистый элемент, полученный таким образом, объединяет оптические свойства, а именно: свойства направленного пропускания и диффузного отражения излучения, падающего на слоистый элемент; и тепловые свойства, а именно: регулирующие инсоляцию и/или низкоэмиссионные свойства. Такой прозрачный слоистый элемент может быть использован в солнцезащитных и/или теплоизолирующих остеклениях, в частности, для транспортных средств или зданий.
В соответствии с одним аспектом изобретения текстура каждой контактной поверхности между двумя соседними слоями, один из которых представляет собой прозрачный, в частности диэлектрический, слой, а другой металлический слой, или которые представляют собой два прозрачных, в частности диэлектрических, слоя с разными показателями преломления, образована множеством структур, которые заглублены или выступают относительно общей плоскости контактной поверхности. В контексте изобретения среднеквадратичный наклон Rdq текстуры каждой контактной поверхности строго выше, чем 0,2°. Предпочтительно среднеквадратичный наклон Rdq текстуры каждой контактной поверхности составляет от 0,5 до 30°, предпочтительно находится между 2 и 20° и более предпочтительно между 2 и 10°. В контексте этой патентной заявки среднеквадратичный наклон Rdq поверхности представляет собой наклон, который определяют по стандарту ISO 4287 и измеряют с использованием профилометра MICROMESURE 2 от компании STIL на площади 1×1 мм с интервалом выборки 1×1 мкм.
Для измерения шероховатости, проводимого с использованием профилометра MICROMESURE 2 от компании STIL, условия измерения являются следующими. Измерительная головка состоит из хроматической линзы, связанной с «увеличителем», имеющим следующие характеристики: числовая апертура 0,42; максимальный угол измерения 25°; разрешение по Z 0,04 мкм; боковое разрешение 4,5 мкм. Параметр шероховатости, то есть среднеквадратичный наклон Rdq, извлекают с помощью низкочастотного фильтра Гаусса, имеющего длину отсечки 19 мкм (что фильтрует микрошероховатость), и высокочастотного фильтра Гаусса, имеющего длину отсечки 1 мм (что фильтрует волнообразную шероховатость).
В одном варианте осуществления один из двух внешних слоев прозрачного слоистого элемента представляет собой текстурированный внешний слой, содержащий гибкую или жесткую подложку, в частности, изготовленную из стекла или изготовленную из полимерного органического материала, основная поверхность которого текстурирована. Одна из основных поверхностей подложки может быть текстурирована с помощью любого известного способа текстурирования, например, путем тиснения поверхности подложки, предварительно нагретой до температуры, при которой, например, путем прокатки с помощью валика, имеющего на своей поверхности дополняющую текстуру к текстуре, которая должна быть сформирована на подложке, или даже посредством 3D-печати, на основе текстуры, сгенерированной с помощью компьютера.
В случае текстурированного внешнего слоя, образованного текстурированной подложкой, изготовленной из минерального стекла, стекло представляет собой предпочтительно известково-натриевое стекло, но в соответствии с вариантами оно может представлять собой боросиликатное стекло, алюмоборосиликатное стекло и др.
В случае текстурированного внешнего слоя, образованного текстурированной подложкой, выполненной из полимерного органического материала, примеры подходящих материалов включают в себя, в частности, сложные полиэфиры, такие как полиэтилентерефталат (ПЭТ (PET)), полибутилентерефталат (ПЭТ (PBT)) и полиэтиленнафталат (ПЭН (PEN)); полиакрилаты, такие как полиметилметакрилат (ПММА (PMMA)); поликарбонаты; полиуретаны; полиамиды; полиимиды; фторполимеры, такие как этилентетрафтор-этилен (ЭТФЭ (ETFE)), поливинилиденфторид (ПВДФ (PVDF)), полихлортрифторэтилен (ПХТФЭ (PCTFE)), этиленхлортрифторэтилен (ЭХТФЭ (ECTFE)) и фторированные этилен-пропиленовые сополимеры (ФЭП (FEP)); фотоотверждаемые и/или фотополимеризуемые смолы, такие как тиол-еновые, полиуретановые, уретан-акрилатные, полиэфир-акрилатные смолы; и политиоуретаны. Такие полимеры обычно имеют интервал показателя преломления при 550 нм от 1,30 до 1,70. Однако интересно отметить, что некоторые из этих полимеров и, в частности, серосодержащие полимеры, такие как политиоуретаны, могут иметь показатели преломления при 550 нм, которые являются высокими и вероятно достигают до 1,74.
В другом варианте осуществления изобретения один из двух внешних слоев прозрачного слоистого элемента представляет собой текстурированный внешний слой, образованный формуемым слоем, основная поверхность которого текстурирована, и который присоединяют, посредством его другой главной поверхности, к гибкой или жесткой подложке. В частности, речь может идти о термоформуемом слое или слое из фотоотверждаемого и/или фотополимеризуемого материала. В этом случае процессом, весьма подходящим для текстурирования одной из основных поверхностей формуемого слоя, является, в частности, тиснение. Предпочтительно фотоотверждаемый и/или фотополимеризуемый материал представляет собой жидкость при комнатной температуре и дает после облучения и фотоотверждения и/или фотополимеризации прозрачное твердое вещество, лишенное пузырьков или любой другой неровности. В частности, речь может идти о смоле, такой как смолы, которые обычно используют в качестве адгезивов, клеев или поверхностных покрытий. Эти смолы обычно основаны на мономерах/сомономерах/предполимерах эпоксидного, эпоксисиланового, акрилатного, метакрилатного, акрил-кислотного или метакрил-кислотного типа. В качестве примера можно упомянуть тиол-еновые, полиуретановые, уретан-акрилатные и полиэфир-акрилатные смолы. Вместо смолы можно рассматривать фотоотверждаемый водный гель, такой как полиакриламидный гель.
Когда один из двух внешних слоев прозрачного слоистого элемента представляет собой текстурированный внешний слой, одна из основных поверхностей которого текстурирована и другая основная поверхность которого является гладкой, центральный слой преимущественно образован:
- или с помощью одного слоя, выполненного из металлического материала или выполненный из прозрачного, в частности, диэлектрического материала, показатель преломления которого отличается от показателя преломления текстурированного внешнего слоя, причем этот слой наносят конформно на текстурированную основную поверхность текстурированного внешнего слоя,
- или с помощью пакета слоев, который содержит по меньшей мере один слой, выполненный из металлического материала или выполненный из прозрачного, в частности диэлектрического, материала с показателем преломления, отличным от показателя преломления текстурированного внешнего слоя, и эти слои наносят последовательно конформно на текстурированную основную поверхность текстурированного внешнего слоя.
В соответствии с изобретением нанесение центрального слоя или последовательное нанесение слоев центрального слоя на текстурированную основную поверхность текстурированного внешнего слоя, как считают, выполнено конформно, если после нанесения поверхность слоя или каждого слоя центрального слоя текстурирована и параллельна текстурированной основной поверхности текстурированного внешнего слоя. В соответствии с одной предпочтительной характеристикой конформное нанесение центрального слоя или последовательное конформное нанесение слоев центрального слоя на текстурированную основную поверхность текстурированного внешнего слоя достигается с помощью катодного распыления, особенно катодного распыления, поддерживаемого магнитным полем (магнетронное катодное распыление). Другие методы нанесения, такие как технология испарения, также предусмотрены, например, для нанесения металлических слоев.
В соответствии с одним аспектом изобретения другой внешний слой прозрачного слоистого элемента, то есть внешний слой, расположенный на другой стороне центрального слоя относительно текстурированного внешнего слоя, содержит слой способного затвердевать материала с показателем преломления, по существу равным показателю преломления текстурированного внешнего слоя, нанесенный на текстурированную основную поверхность центрального слоя, противоположную текстурированному внешнему слою, при этом изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии, подходящем для операций формования.
Нанесенный слой изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии может, в частности, представлять собой слой для выравнивания поверхности прозрачного слоистого элемента. Как вариант, нанесенный слой изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии может представлять собой слой, который обеспечивает сцепление, с одной стороны, между текстурированным внешним слоем, снабженным центральным слоем, и, с другой стороны, противодействующей подложкой.
Нанесенный слой изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии может представлять собой слой фотоотверждаемого и/или фотополимеризуемого материала. Предпочтительно этот фотоотверждаемый и/или фотополимеризуемый материал представляет собой жидкость при комнатной температуре и дает после его облучения и фотоотверждения и/или фотополимеризации прозрачное твердое вещество, лишенное пузырьков или любой другой неравномерности. В частности, речь может идти о смоле, такой как смолы, которые обычно используют в качестве адгезивов, клеев или поверхностных покрытий. Эти смолы обычно основаны на мономерах/сомономерах/предполимерах эпоксидного, эпоксисиланового, акрилатного, метакрилатного, акрил-кислотного или метакрил-кислотного типа. В качестве примера можно упомянуть тиол-еновые, полиуретановые, уретан-акрилатные и полиэфир-акрилатные смолы. Вместо смолы можно рассматривать фотоотверждаемый водный гель, такой как полиакриламидный гель.
Как вариант, осажденный слой изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии может представлять собой слой, нанесенный с помощью золь-гель процесса, в частности, золь-гель процесса, включающего в себя гибридную матрицу на основе органического/неорганического диоксида кремния. Такой золь-гелевый слой является особенно предпочтительным, так как можно точно регулировать значение его показателя преломления, чтобы он максимально соответствовал текстурированному внешнему слою. В соответствии с изобретением разность показателей между двумя внешними слоями прозрачного слоистого элемента соответствует абсолютной величине разности показателей преломления при 550 нм диэлектрических материалов, из которых они изготовлены. Чем меньше разница показателей преломления, тем четче изображение через слоистый элемент. В частности, отличное изображение достигается при разности показателей, меньшей или равной 0,050, меньшей или равной 0,030, а еще лучше меньшей или равной 0,015.
В соответствии с одним аспектом изобретения, по меньшей мере один из двух внешних слоев прозрачного слоистого элемента представляет собой межслойный лист на основе полимерного материала, особенно термоформуемого или приклеивающегося при нажатии полимерного материала, то есть тип листа, который используют в качестве прослойки в ламинированных остеклениях. Может быть предложен, в частности, по меньшей мере один лист на основе поливинилбутираля (ПВБ (PVB)), этиленвинилацетата (ЭВА (EVA)), полиуретана (ПУ (PU)), полиэтилентерефталата (ПЭТ (PET)) или поливинилхлорида (ПВХ (PVC)). Такой слой на основе полимерного материала может играть роль прослойки при ламинировании, которая может быть ламинирована или накатана каландрованием на подложку в виде дополнительного слоя, например, на прозрачную или просветленную стеклянную подложку.
В соответствии с одним аспектом изобретения прозрачный слоистый элемент может представлять собой гибкую пленку. Такую гибкую пленку предпочтительно снабжают на одной из своих внешних основных поверхностей адгезивным слоем, покрытым защитной полосой, предназначенной для удаления при адгезивном присоединении пленки. Слоистый элемент в форме гибкой пленки затем может быть присоединен путем адгезивного соединения с используемой поверхностью, например, с поверхностью прозрачного остекления, чтобы придать этой поверхности свойства диффузного отражения, сохранив при этом свойство направленного пропускания через остекление. Остекление, к которому присоединен прозрачный слоистый элемент в виде гибкой пленки, может представлять собой плоское или изогнутое остекление.
Другим объектом изобретения является прозрачное остекление, содержащее прозрачный слоистый элемент, такой как описанный выше. Более конкретно изобретение относится к прозрачному проекционному экрану, содержащему прозрачный слоистый элемент, например, описанный выше.
В одном варианте осуществления прозрачный проекционный экран или остекление, помимо всего, содержит по меньшей мере один дополнительный слой, расположенный напротив прозрачного слоистого элемента, предпочтительно выбираемый из:
- прозрачных подложек, выбираемых из полимеров, стекол или керамики, имеющих две гладкие основные поверхности,
- способных затвердевать материалов изначально в вязком, жидком или пастообразном состоянии, подходящих для операций формования, в частности, золь-гелевый слой,
- межслойного листа на основе полимера, особенно термоформуемого или приклеивающегося при нажатии межслойного листа.
Преимущественно прозрачный проекционный экран или остекление, включающие в себя слоистый элемент, содержат по меньшей мере одно антиотражающее покрытие на границе между воздухом и материалом, из которого выполнен слой, образующий внешнюю основную поверхность остекления, причем указанная поверхность находится напротив проектора при проецировании изображений на остеклении. Добавление антиотражающего покрытия позволяет уменьшать множественные отражения внутри прозрачного слоистого элемента и, следовательно, улучшать качество проецируемых изображений.
Антиотражающее покрытие, предусмотренное на по меньшей мере одной из внешних основных поверхностей прозрачного проекционного экрана или остекления, может быть любого типа, позволяющего уменьшать отражение излучения на границе раздела между воздухом и слоем, образующим внешнюю основную поверхность. Речь может идти, в частности, о слое с показателем преломления, находящимся в интервале между показателем преломления воздуха и показателем преломления слоя, образующего внешнюю основную поверхность, такого как слой, нанесенный на поверхность слоя, образующего наружную основную поверхность, например, слой, нанесенный на поверхность слоя, образующего внешнюю основную поверхность с помощью вакуумной технологии, или пористый слой золь-гелевого типа, или даже в случае, когда слой, образующий внешнюю основную поверхность, сделан из стекла, при этом поверхностная часть удалена из этого стеклянного слоя кислотным травлением. Как вариант, антиотражающее покрытие может быть образовано пакетом тонких слоев, имеющих поочередно более низкие и более высокие показатели преломления, играющие роль интерференционного фильтра на границе раздела воздуха и слоя, образующего внешнюю основную поверхность, или пакетом тонких слоев, имеющих непрерывный или ступенчатый градиент показателя преломления между показателем преломления воздуха и показателем преломления слоя, образующего внешнюю основную поверхность.
Гладкие внешние основные поверхности прозрачного слоистого элемента и прозрачного проекционного экрана или остекления могут быть плоскими или изогнутыми. В частности, прозрачный слоистый элемент может быть использован в изогнутом остеклении, например, для зданий или транспортных средств, особенно автотранспортных средств. В соответствии с одним аспектом изобретения гладкие внешние основные поверхности прозрачного слоистого элемента могут быть не параллельны друг другу, например, в случае конусообразного слоистого элемента, предназначенного для использования в устройстве, содержащем помимо всего приборную панель на лобовом стекле (HUD), чтобы исключить многоконтурность. В других областях применения гладкие внешние основные поверхности слоистого элемента предпочтительно параллельны друг другу, что способствует ограничению люминесцентного рассеяния излучения, проходящего через слоистый элемент, и, следовательно, улучшению четкости видения через слоистый элемент.
Краткое описание фигур
Характерные признаки и преимущества изобретения станут очевидны из приведенного ниже описания множества вариантов осуществления слоистого элемента и прозрачного проекционного экрана или остекления в соответствии с изобретением, и это описание приведено только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи.
ФИГ. 1 представляет собой схематичный вид, показывающий диффузное и направленное (зеркальное) отражение излучения, падающего на слоистый элемент в соответствии с предшествующим уровнем техники.
ФИГ. 2 представляет собой схематичное поперечное сечение слоистого элемента в соответствии с изобретением, при этом также показано положение проектора на этой фигуре.
ФИГ. 2a представляет собой вид в большом масштабе детального изображения слоистого элемента ФИГ. 2 в соответствии с первым альтернативным вариантом.
ФИГ. 2b представляет собой вид в большом масштабе детального изображения слоистого элемента ФИГ. 2 в соответствии со вторым альтернативным вариантом.
ФИГ. 3 представляет собой схематичное поперечное сечение проекционной системы, содержащей проектор и остекление, включающее в себя слоистый элемент ФИГ. 2, для первого структурного варианта остекления.
ФИГ. 4 представляет собой поперечное сечение, аналогичное ФИГ. 3, проекторной системы, содержащей проектор и остекление, включающее в себя слоистый элемент ФИГ. 2, для второго структурного варианта остекления.
ФИГ. 5a представляет собой топологию текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения.
ФИГ. 5b схематично показывает распределение угла наклона текстурированной контактной поверхности ФИГ. 5a.
ФИГ. 6a представляет собой топологию текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения.
ФИГ. 6b схематично показывает распределение угла наклона текстурированной контактной поверхности ФИГ. 6a.
ФИГ. 7a представляет собой топологию текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения.
ФИГ. 7b схематично показывает распределение угла наклона текстурированной контактной поверхности ФИГ. 7a.
ФИГ. 8 схематично показывает распределение угла наклона текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с четверым вариантом осуществления изобретения.
ФИГ. 9 схематично показывает распределение угла наклона текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения.
ФИГ. 10 схематично показывает распределение угла наклона текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения.
ФИГ. 11 схематично показывает распределение угла наклона текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с седьмым вариантом осуществления изобретения.
ФИГ. 12 представляет собой схематичный вид, показывающий диффузное и направленное отражение излучения, падающего на слоистый элемент в соответствии с изобретением.
Подробное описание
Если не определено другое, данный элемент, появляющийся на различных фигурах, обозначен с помощью одной позиции. Для ясного понимания чертежей относительные толщины различных слоев не соблюдены строго на ФИГ. 2-4. Кроме того, возможное изменение толщины одного или каждого составляющего слоя центрального слоя в виде функции угла наклона текстуры не показано на этих фигурах, при этом следует понимать, что такое возможное изменение толщины не влияет на параллельность текстурированных контактных поверхностей. Говоря точнее, для каждого данного угла наклона текстуры текстурированные контактные поверхности параллельны друг другу. Более того, будет заметно, что контактные поверхности показаны только схематично на ФИГ. 2-4, при этом следует понимать, что их текстура соответствует критерию распределения угла наклона по изобретению.
ФИГ. 1, которая схематично показывает диффузное и направленное отражение излучения, падающего на слоистый элемент в соответствии с предшествующим уровнем техники, описана выше.
ФИГ. 2a и 2b показывают слоистый элемент 1 в соответствии с изобретением, включающий в себя два внешних слоя, 2 и 4, которые выполнены из прозрачных диэлектрических материалов, имеющих по существу одинаковый показатель преломления n2, n4. Каждый внешний слой 2 или 4 имеет гладкую основную поверхность, 2A и 4A, соответственно, направленную по направлению к наружной части слоистого элемента, а текстурированная основная поверхность, 2B и 4B, соответственно, направлена по направлению к внутренней части слоистого элемента.
Текстуры внутренних поверхностей 2B и 4B дополняют друг друга. Текстурированные поверхности 2B и 4B размещают обращенными друг к другу в конфигурации, при которой их текстуры строго параллельны друг другу. Слоистый элемент 1 также содержит центральный слой 3, промежуточный между текстурированными поверхностями 2B и 4B и в контакте с ними.
1
2
k
1
k
1
k
1
k
ФИГ. 2a показывает вариант осуществления изобретения, в котором центральный слой 3 представляет собой монослой, выполненный из прозрачного материала, который является или металлическим, или диэлектрическим с показателем преломления n3, отличным от показателя преломления внешних слоев 2 и 4. ФИГ. 2b показывает вариант осуществления, в котором центральный слой 3 образован прозрачным пакетом из множества слоев 3, 3,..., 3, в котором по меньшей мере один из слоев от 3 до 3 представляет собой или металлический слой, или диэлектрический 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 по концам пакета представляет собой металлический слой или диэлектрический слой с показателем преломления n3 или n3, отличным от показателя преломления внешних слоев 2 и 4.
0
1
2
k
0
На ФИГ. 2a и 2b контактная поверхность между внешним слоем 2 и центральным слоем 3 обозначена S, и контактная поверхность между центральным слоем 3 и внешним слоем 4 обозначена S. Кроме того, на ФИГ. 2b, внутренние контактные поверхности центрального слоя 3 последовательно обозначены от S до S, начиная от контактной поверхности, наиболее близкой к поверхности S.
0
1
0
1
В варианте ФИГ. 2a, благодаря расположению центрального слоя 3 в контакте между текстурированными поверхностями 2B и 4B, которые параллельны друг к другу, контактная поверхность S между внешним слоем 2 и центральным слоем 3 текстурирована и параллельна контактной поверхности S между центральным слоем 3 и внешним слоем 4. Другими словами, центральный слой 3 представляет собой текстурированный слой, имеющий однородную толщину e3, измеренную перпендикулярно к контактным поверхностям S и S.
2
k
0
1
0
1
k
1
2
k
1
2
k
0
1
k
В варианте ФИГ. 2b каждая контактная поверхность S, …, S между двумя соседними слоями составляющего пакета центрального слоя 3 текстурирована и строго параллельна контактным поверхностям S и S между внешними слоями 2, 4 и центральным слоем 3. Следовательно, все контактные поверхности S, S, …, S между соседними слоями слоистого элемента 1, которые являются или разной, диэлектрической или металлической, природы или выполнены из диэлектрических материалов с разными показателями преломления, текстурированы и параллельны друг другу. В частности, каждый слой 3, 3, …, 3 составляющего пакета центрального слоя 3 имеет однородную толщину e3, e3, …, e3, измеренную перпендикулярно контактным поверхностям S, S, …, S.
1
2
k
0
1
0
1
k
1
2
k
В соответствии с одним аспектом изобретения толщина e3 или e3, e3, …, e3 слоя или каждого составляющего слоя центрального слоя 3 имеет меньшее значение, чем средняя высота структур каждой текстурированной контактной поверхности S, S илиS, S, …, S слоистого элемента 1. Это условие являются важным, так как это повышает вероятность того, что поверхность раздела для входа излучения в слой центрального слоя 3 и поверхность раздела для выхода излучения из этого слоя будут параллельны, и, следовательно, увеличивает процент излучения, зеркально проходящего через слоистый элемент 1. Чтобы сделать разные слои более легко видимыми, это условие не отражено строго на фигурах. На практике, когда центральный слой 3 представляет собой тонкий слой или пакет тонких слоев, толщина e3 или e3, e3, …, e3 каждого слоя центрального слоя 3 приблизительно равна или меньше 1/10 средней высоты структур каждой текстурированной контактной поверхности слоистого элемента.
Каждая из ФИГ. 3 и 4 представляет собой схематичное поперечное сечение проекционной системы, включающей в себя проектор P и остекление 10, включающее в себя слоистый элемент 1 ФИГ. 2. ФИГ. 3 и 4 иллюстрируют две возможные структуры для остекления 10 в качестве неограничивающего примера.
В первом примере остекления 10, показанного на ФИГ. 3, первый внешний слой 2 представляет собой текстурированную подложку, выполненную из прозрачного или просветленного стекла, и второй внешний слой 4 образован межслойным листом (например, изготовленным ПВБ), который имеет по существу такой же показатель преломления, что и подложка 2, и который согласуется с текстурой текстурированной поверхности центрального слоя 3. Межслойный лист 4 прикатывают каландрованием через его внешнюю поверхность 4A на плоскую подложку 6, выполненную из прозрачного или просветленного стекла, например, выполненную из стекла SGG Planilux, продаваемого компанией Saint-Gobain Glass, которая образует дополнительный слой. Кроме того, остекление 1 содержит антиотражающее покрытие 7 на внешней основной поверхности плоской подложки 6, которое, как подразумевается, должно находиться на противоположной стороне относительно проектора P во время проекции изображения на остекление 10. Присутствие антиотражающего покрытия 7 дает возможность уменьшать множественность отражений внутри слоистого элемента 1, и, следовательно, улучшать качество проецируемых изображений.
1
2
2
1
2
1
2
Во втором примере остекления, показанном на ФИГ. 4, первый внешний слой 2 не является текстурированной стеклянной подложкой, а межслойным листом (например, изготовленным из ПВБ), который имеет по существу такой же показатель преломления, как и межслойный лист 4. В этом втором примере центральный слой 3 содержит гибкую пленку 3, например, пленку из полиметилметакрилата (ПММА), имеющую толщину приблизительно от 50 до 250 мкм, на которую был осажден тонкий слой 3, выполненный из диэлектрического материала или выполненный из металлического материала, например, тонкий слой TiO, имеющий толщину приблизительно от 50 до 75 нм. Сборке, содержащей гибкую пленку 3 и тонкую пленку 3, придают рифленая или аккордеонная форма, чтобы создать текстурированный центральный слой 3, который затем вставляют между межслойными листами 2 и 4, так что контактные поверхности между слоями 2, 3, 3 и 4 остаются параллельными друг другу. Каждый из межслойных листов 2, 4 прикатывают каландрованием через его внешнюю поверхность 2A, 4A на плоскую подложку 5 или 6, выполненную из прозрачного или просветленного стекла, например, изготовленную из стекла SGG Planilux, продаваемого компанией Saint-Gobain Glass, и эти подложки образуют дополнительные слои. Кроме того, как в примере ФИГ. 3, остекление 1 содержит антиотражающее покрытие 7 на внешней главной поверхности плоской подложки 6, которое, как подразумевается, должно находиться на противоположной стороне относительно проектора P во время проецирования изображения на остекление 10.
Слоистый элемент 1 или остекление, включающее его, могут быть использованы в качестве проекционного экрана. Как показано на ФИГ. 2, первый и второй внешние слои 2, 4 и центральный слой 3 слоистого элемента 1 лежат параллельно плоскости Oxy системы координат (O, x, y, z), где ось Ox находится в горизонтальном направлении и ось Oy находится в вертикальном направлении относительно наблюдателя. В примере ФИГ. 2 наблюдатель находится на стороне проектора P лицом к этой гладкой основной поверхности 2A слоистого элемента 1.
0
1
k
0
0
x
y
Текстура каждой текстурированной контактной поверхности S, S, …, S слоистого элемента 1 описывается уравнением z=f(x, y) и имеет в каждой точке координат (X, Y) контактной поверхности первое распределение угла наклона θ и второе распределение угла наклона θ, так что:  и .
0
1
k
x
y
x
y
x
y
x
y
x
y
x
y
В соответствии с изобретением распределение угла наклона текстуры каждой текстурированной контактной поверхности S, S, …, S, которое соответствует частоте каждой пары углов наклона (θ, θ), не имеет осевой симметрии вокруг по меньшей мере вокруг одной из осей Oθ, Oθ первой ортогональной системы координат (O, θ, θ), где O соответствует паре углов наклона (0, 0), или не имеет осевой симметрии вокруг по меньшей мере одной из осей Oθ', Oθ' второй ортогональной системы координат (O, θ', θ'), полученной путем поворота на 45° первой ортогональной системы координат (O, θ, θ). Множество примеров распределений угла наклона текстуры в соответствии с вариантами осуществления изобретения описано ниже.
0
1
k
Текстуру в соответствии с изобретением каждой текстурированной контактной поверхности S, S, …, S преимущественно получают путем текстурирования основной поверхности первого внешнего слоя из двух внешних слоев 2 и 4, в частности путем тиснения или 3D-печати, предпочтительно на основании полученный компьютерным способом текстуры, и нанесения центрального слоя 3 конформно на текстурированную основную поверхность первого внешнего слоя. Центральный слой 3, как считают, нанесен конформно на текстурированную основную поверхность первого внешнего слоя, если после нанесения верхняя поверхность центрального слоя 3 текстурирована и параллельна текстурированной основной поверхности первого внешнего слоя. Конформное нанесение центрального слоя 3 или конформное нанесение составляющих слоев пакета центрального слоя 3 на текстурированную основную поверхность первого внешнего слоя предпочтительно достигается с помощью катодного распыления, в частности катодного распыления, поддерживаемого магнитным полем.
Второй внешний слой из двух внешних слоев 2 и 4 может быть образован путем нанесения на текстурированную основную поверхность центрального слоя 3, противоположную первому внешнему слою, слоя, который имеет по существу такой же показатель преломления, как и первый внешний слой и который изначально находится в вязком состоянии, приемлемом для операций формования. Второй внешний слой, таким образом, может быть образован, например, с помощью процесса, включающего в себя нанесение слоя фотоотверждаемого и/или фотополимеризуемого материала изначально в жидкой форме, а затем облучение этого слоя, или с помощью золь-гелевого процесса. Как вариант, второй внешний слой может быть образован путем размещения напротив текстурированной основной поверхности 3, противоположной первому внешнему слою, слоя на основе полимерного материала, имеющего по существу такой же показательно преломления, что и первый внешний слой, затем формования этого полимерного слоя к текстурированной основной поверхности центрального слоя 3 путем прессования и/или нагревания до по меньшей мере температуры стеклования полимерного материала.
x
y
x
y
ФИГ. 5a показывает топологию текстурированной контактной поверхности слоистого элемента 1 в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения. ФИГ. 5b схематично показывает распределение углов наклона текстуры текстурированной контактной поверхности ФИГ. 5a. В этом первом варианте осуществления распределение углов наклона имеет осевую симметрию вокруг оси Oθ, но не имеет осевой симметрии вокруг осей Oθ, Oθ' и Oθ'.
x
x
y
y
ФИГ. 6a показывает топологию текстурированной контактной поверхности слоистого элемента 1 в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения. ФИГ. 6b схематично показывает распределение углов наклона текстуры текстурированной контактной поверхности ФИГ. 6a. В этом втором варианте осуществления распределение углов наклона имеет осевую симметрию вокруг оси Oθ', но не имеет осевой симметрии вокруг осей Oθ, Oθ и Oθ'.
x
y
x
y
ФИГ. 7a показывает топологию текстурированной контактной поверхности слоистого элемента 1 в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения. ФИГ. 7b схематично показывает распределение углов наклона текстуры текстурированной контактной поверхности ФИГ. 7a. В этом третьем варианте распределение углов наклона не имеет осевой симметрии вокруг любой одной из осей Oθ, Oθ, Oθ' и Oθ'.
x
y
Как можно ясно увидеть на ФИГ. 5b, 6b и 7b, в первом, втором и третьем вариантах осуществления распределение угла наклона текстуры каждой из текстурированных контактных поверхностей слоистого элемента 1, которое соответствует частоте каждой пары углов наклона (θ, θ), имеет единственный пик, не центрированный по O. Этот пик, не центрированный по O, соответствует привилегированному направлению зеркального отражения излучения, падающего на слоистый элемент 1, которое отличается от направления зеркального отражения. Следовательно, существует привилегированный угол наблюдения для наблюдения изображения, проецируемого на слоистый элемент 1 или на остекление 10, включающего его, причем такой привилегированный угол наблюдения отличается от угла зеркального отражения. Таким образом, наблюдатель, расположенный с привилегированным углом наблюдения, может наблюдать проецируемое изображение с высокой яркостью и без ослепления или дискомфорта от зеркального отражения от гладкой внешней поверхности слоистого элемента 1 или остекления 10.
x
y
x
y
x
y
x
y
x
y
ФИГ. 8 схематично показывает распределение угла наклона текстуры текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с четвертым вариантом осуществления. В таком четвертом варианте осуществления распределение угла наклона имеет осевую симметрию вокруг осей Oθ и Oθ, но не имеет осевой симметрии вокруг осей Oθ' и Oθ'. Кроме того, как показано с помощью овальной формы каждого пика на ФИГ. 8, ширина пика является асимметричной и длиннее вдоль оси Oθ, чем вдоль оси Oθ, указывая тем самым на угловой диапазон наблюдения для наблюдателя, который больше вдоль оси Ox, чем вдоль оси Oy. На практике для каждого пика распределения угла наклона определено соотношение размеров, причем соотношение размеров представляет собой соотношение самой большой ширины пика из ширины вдоль оси Oθ и ширины вдоль оси Oθ к самой маленькой ширине пика из ширины вдоль оси Oθ и ширины вдоль оси Oθ. Преимущественно, когда желательно иметь больший угловой диапазон наблюдения в одном из направлений Ox или Oy, например, когда слоистый элемент образует экран, интегрированный среду, в которой возможность для наблюдения за экраном ограничена в одном из этих двух направлений, возможен выбор величины соотношения размеров, отличного от 1, для по меньшей мере одного пика. Преимущественно соотношение размеров находится в интервале между 1 и 20.
x
y
x
y
ФИГ. 9 схематично показывает распределение угла наклона текстуры текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с пятым вариантом осуществления изобретения. В этом пятом варианте распределение угла наклона имеет осевую симметрию вокруг осей Oθ' и Oθ', но не имеет осевой симметрии вокруг осей Oθ и Oθ.
x
x
y
y
ФИГ. 10 схематично показывает распределение угла наклона текстуры текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с шестым вариантом осуществления изобретения. В этом шестом варианте распределение угла наклона не имеет осевой симметрии вокруг любой оси из осей Oθ, Oθ', Oθ и Oθ'.
y
x
x
y
ФИГ. 11 схематично показывает распределение угла наклона текстуры текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с седьмым вариантом осуществления изобретения. В этом седьмом варианте распределение угла наклона имеет осевую симметрию вокруг оси Oθ, но не имеет осевой симметрии вокруг осей Oθ, Oθ' и Oθ'.
x
y
Как можно ясно увидеть на ФИГ. 8-11, в четвертом, пятом, шестом и седьмом вариантах осуществления распределение угла наклона текстуры каждой из текстурированных контактных поверхностей слоистого элемента 1, которое соответствует частоте каждой пары углов наклона (θ, θ), имеет два пика, не центрированных по O. Такие два пика, не центрированные по O, соответствуют двум привилегированным направлениям зеркального отражения излучения, падающего на слоистый элемент 1, которые отличают от друг от друга и отличаются от направления зеркального отражения. Следовательно, существуют два привилегированных угла наблюдения изображения, проецируемого на слоистый элемент 1 или на остекление 10, включающего его, причем каждый из двух привилегированных углов наблюдения отличается от угла от зеркального отражения. Таким образом, для наблюдателя, расположенного под любым из двух привилегированных углов, проецируемое изображение видно с высокой яркостью и без ослепления или дискомфорта от зеркального отражения от гладкой внешней поверхности слоистого элемента 1 или остекления 10.
x
y
Другие варианты осуществления (на фигурах не показаны) также можно предусмотреть для слоистого элемента в соответствии с изобретением, в частности, варианты осуществления, в которых распределение угла наклона текстуры каждой из текстурированных контактных поверхностей слоистого элемента, которое соответствует частоте каждой пары углов наклона (θ, θ), имеет n пиков, не центрированных по O, при n≥3, причем это соответствует n привилегированным направлениям зеркального отражения излучения, падающего на слоистый элемент, при этом каждое направление отличается друг от друга и отличается от направления зеркального отражения. Также существует n привилегированных углов наблюдения для наблюдения изображения, проецируемого на слоистом элементе или остеклении, включающем его. Число пиков, не центрированных по O, оказывает влияние на яркость каждого пика, которая падает с увеличением числа пиков. Поэтому необходимо находить компромисс между числом углов наблюдения, желаемых для образующего экран слоистого элемента, и яркостью при каждом угле наблюдения, также в зависимости от силы света используемого проектора.
Следует отметить, что на практике распределение угла наклона текстуры каждой текстурированной контактной поверхности слоистого элемента в соответствии с любым одним из вариантов осуществления, описанных выше, также имеет пик, центрированный по O, соответствующий паре углов наклона (0, 0), как схематично показано на ФИГ. 5b, 6b, 7b и 8-11. Говоря точнее, фактические текстурированные структуры, полученные, например, путем тиснения стекла или полимерного материала на основе генерированной компьютерным образом «совершенной» текстуры, обычно имеют гребни и экстремумы, которые не являются идеально острыми, а слегка округлые.
i
d
s
d
s
v
d
s
ФИГ. 12 схематично показывает диффузное и зеркальное отражение излучения R, падающего на слоистый элемент 1 в соответствии с изобретением. Первая часть падающего излучения пропускается гладкой внешней поверхностью 2A и затем отражается диффузно на множество направлений R центральным слоем 3 (не показан на ФИГ. 12). Вторая часть падающего излучения отражается гладкой внешней поверхностью 2A зеркально, как зеркалом, в направлении R. Так как множество направлений R не центрировано по направлению R зеркального отражения, угол α наблюдения наблюдателя, идеально размещенного относительно множества направлений R диффузного отражения для наблюдения проецируемого изображения, отличается от угла α зеркального отражения. Расположенный таким образом наблюдатель, следовательно, не ослепляется ярким светом или не испытывает дискомфорт из-за нежелательно зеркального отражения от гладкой внешней поверхности 2A.
r
r
Теперь рассмотрим, что гладкая внешняя поверхность 2А слоистого элемента 1 разделена на множество пикселей заданного размера, и что каждый пиксель проецируют ортогонально на каждую текстурированную контактную поверхность точно с указанным пикселем. Таким образом, текстуру каждой контактной поверхности определяют для каждого пикселя. Пиксель обычно имеет прямоугольную форму. Текстура каждой контактной поверхности внутри каждого пикселя имеет распределение угла наклона , имеющее определенный коэффициент корреляции  с распределением угла наклона  текстуры всей контактной поверхности. Коэффициент корреляции  определяется следующим соотношением:
,
где  представляет собой среднее значение функции  по всем углам наклона, и  представляет собой среднее значение функции  по всем углам наклона.
Преимущественно в соответствии с изобретением каждый пиксель представляет собой прямоугольник, имеющий по меньшей мере одну сторону длиной, меньшей или равной 500 мкм, а предпочтительно меньшей или равной 200 мкм, и для выборки N пикселей, среднее значение коэффициентов корреляции r каждого пикселя выборки больше или равно 0,8, а предпочтительно больше или равно 0,9. Каждый пиксель, таким образом, представляет собой достаточно репрезентативную текстуру всей контактной поверхности, то есть распределения угла наклона текстуры каждой из указанных текстурированных контактных поверхностей слоистого элемента, чтобы гарантировать удовлетворительное разрешение, в частности, когда слоистый элемент или остекление, включающее его, используют в качестве проекционного экрана. Необходимость достаточного разрешения особенно велика в случае слоистого элемента, обеспечивающего направленное диффузное отражение, так как, если разрешение является недостаточным, поверхность слоистого элемента или остекления, включающего его, не будет равномерно перенаправлять излучение в одном или нескольких привилегированных направлений, соответствующих привилегированным углам наблюдения.
Число N пикселей в каждой выборке предпочтительно таково, что N≥3. Пиксели каждой выборки предпочтительно выбирают случайным образом. Кроме того, предпочтительно выборку N пикселей выбирают из N+2 пикселей, причем пиксель, имеющий наиболее высокий коэффициент корреляции, и пиксель, имеющий самый низкий коэффициент корреляции, исключают.