ES2694232T3 - Conjunto de subredes que difunden la luz - Google Patents

Abstract

Sustrato transparente (1) que comprende en su superficie un conjunto difusor de luz que comprende subredes yuxtapuestas de líneas paralelas de motivos, estando separados dichos motivos por dominios de diferente índice de refracción a la de los motivos, comprendiendo cada subred al menos 20 motivos idénticos sucesivos repetidos a igual distancia según un período p, caracterizado porque el número de subredes yuxtapuestas es al menos 10 y porque dicho período varía de forma no monótona de un borde al otro del conjunto de subredes.

Description

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DESCRIPCION

Conjunto de subredes que difunden la luz

La invencion se refiere al campo de acristalamiento de edificios que comprende elementos capaces de redirigir la luz procedente del exterior en una direccion deseada en el interior, generalmente el techo. Este tipo de acristalamiento generalmente se denomina "Daylighting" cuando se trata de desviar la luz solar visible.

Este tipo de acristalamiento generalmente se considera que contribuye a ahorrar energfa debido al uso mas eficaz en el interior de la luz exterior, lo que permite reducir la iluminacion artificial.

El documento US5009484 muestra un acristalamiento que comprende en la superficie una red de difraccion que constituida por trazos paralelos en relieve. Este documento muestra que la red conduce habitualmente a una difraccion de luz que da como resultado una separacion de colores. Este efecto no es necesariamente deseado. Para limitar la amplitud de este fenomeno, este mismo documento recomienda (ver su figura 3) yuxtaponer verticalmente tres redes sucesivas para cada uno de los tres colores fundamentales, los haces emergentes de estos tres colores se mezclaran de nuevo en el techo para volver a formar una zona iluminada incolora. Las tres redes sucesivas que presentan diferentes periodicidades, que vanan de forma monotona y en un orden preciso. Este documento tambien da a conocer que estas tres redes sucesivas pueden ser reemplazadas por una red unica cuya periodicidad evoluciona de forma monotona de un extremo al otro de esta red unica. Las soluciones dadas a conocer por esta patente funcionan en cierta medida pero no impiden cualquier formacion de iridiscencia. Ademas, en este documento, los motivos de difusion estan inclinados, posiblemente variables, y de profundidad variable, lo que hace que sea muy diffcil la fabricacion industrial en grandes superficie y de bajo costo.

La presente invencion se refiere a una red de superficie que limita la separacion aparente de los diferentes colores de la luz y que conduce a una luz de sustancialmente el mismo color que la luz incidente, sin iridiscencia aparente pronunciada de la luz desviada (por lo general en el techo). Por lo tanto, si la luz incidente es sustancialmente incolora a simple vista, la luz emergente tambien lo es. Se desea que la luz desviada lo sea segun un orden unico de la red (generalmente orden 1 de la red), pues de lo contrario producina diferentes zonas separadas de iluminacion (en el techo si la luz se proyecta hacia el techo) algunas de las cuales no senan juiciosamente colocadas y, ademas, esto podna ser desagradable.

La figura 1 representa un sustrato transparente en seccion transversal provisto en su superficie con un conjunto de diez subredes segun la invencion.

La figura 2 muestra una unidad de acristalamiento provista en su parte superior de un conjunto de trece subredes segun la invencion.

El sustrato segun la invencion es transparente, lo que significa que puede por eso ver claramente a traves de el y esto, independientemente del angulo de vision para el observador.

Segun la invencion, se crea en la superficie de un sustrato transparente y en una direccion paralela a dicha superficie una red que es un conjunto que difunde la luz que comprende al menos 10 subredes yuxtapuestas de motivos, estando dichos motivos separados por dominios de mdice de refraccion diferente al de los motivos, comprendiendo cada subred al menos 20 motivos identicos sucesivos repetidos a igual distancia en un penodo p, variando dicho penodo de forma no monotona de un borde al otro del conjunto de subredes.

En el contexto de la presente aplicacion, la nocion de difusion se aplica a la luz desviada y afecta a toda la red (incluidas todas las subredes).

Segun la invencion, se crea en la superficie de un sustrato transparente y en una direccion paralela a dicha superficie, se forma una red que comprende una alternancia de al menos dos indices de refraccion R1 y R2 por motivos elementales lineales de mdice R1 separados por dominios elementales lineales del mdice r2, dichos motivos y dominios son geometricamente complementarios entre sf Los motivos y dominios son complementarios en el plano geometrico porque se superponen entre sf Esta es la razon por la cual la unica definicion de la geometna de los motivos de mdice R1 es suficiente ya que los dominios del mdice R2 llenan todo el espacio situado entre los motivos. La geometna de los motivos se define especialmente a partir de su anchura L paralelamente al sustrato, del penodo con el que se repiten dentro de una subred, y de su profundidad h. El empleo del termino "penodo" indica que aunque dentro de cada subred, los motivos son identicos y la distancia entre motivos vecinos es constante e igual a este penodo.

Segun la invencion, la red contiene de manera yuxtapuesta una pluralidad de subredes en diferentes momentos, estando colocadas estas subredes en la red de manera dispersa (en terminos de su propio penodo) a fin de interferir las diferentes radiaciones emergentes y dar como resultado una iluminacion neutra y sin una coloracion determinada.

Segun la invencion, el penodo p de las subredes vecinas vana de forma no monotona de un borde a otro de la red (es decir, del conjunto de subredes). El termino "no monotono" significa que este penodo no solo aumenta o

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disminuye cuando se pasa de un borde de la red al otro. Por el contrario, este penodo p alterna valores mas altos con valores mas bajos cuando se pasa de un borde de la red al otro.

El penodo p vana de un borde al otro de la red, alrededor de un penodo medio Pm que se define como la relacion de la suma de las distancias entre los baricentros de los motivos vecinos al numero total de motivos de toda la red, es decir, el conjunto de todas las subredes yuxtapuestas. En especial, preferentemente, el penodo p es al menos n veces mayor que Pm y al menos n veces menor que Pm, dos subredes de penodo mayor que Pm que estan separadas por al menos una subred de penodo menor que Pm, dos subredes de penodo menor que Pm que estan separadas por al menos una subred de penodo mayor que Pm, siendo n un numero entero mayor o igual a 2, en especial mayor o igual a 3, o incluso mayor o igual a 4 e incluso mayor o igual a 5. Esto significa que p se desvfa de Pm al menos 2n veces, en especial una distancia y minima para superar n veces el valor Pm + y n veces y caer por debajo del valor Pm - y, dependiendo el valor de y de la longitud d onda que se busca desviar, pero que generalmente es al menos 5% Pm y mas generalmente de al menos 10% Pm.

La variacion de p de un borde al otro de la red puede ser aun mas acentuada. La fluctuacion de p cuando se pasa de un borde al otro de la red tambien se puede determinar y seguir, por ejemplo, una curva sinusoidal alrededor del valor Pm. Preferiblemente, esta fluctuacion es sin embargo independiente. Incluso puede ser aleatoria. En este ultimo caso, la curva que representa la distribucion de p alrededor de Pm es del tipo de curva de Gauss.

El penodo p vana alrededor de Pm quedando generalmente dentro de un intervalo entre Pm + x y Pm - x, dependiendo el valor de la longitud de onda x que se trata de desviar. Generalmente, x es como maximo 50% de Pm y mas generalmente como maximo 20% de Pm.

Cada subred comprende al menos 20 motivos sucesivos identicos que se repiten en un penodo p, distancia entre dos motivos sucesivos. Cada subred generalmente comprende mas generalmente al menos 100 motivos sucesivos identicos e incluso al menos 500 motivos sucesivos identicos.

Cada subred generalmente tiene una altura entre 0,1 mm y 12 mm, y mas generalmente entre 3 y 10 mm. Esta altura corresponde al producto del penodo caractenstico de la subred considerado por el numero de motivos contenidos en dicha subred.

La red segun la invencion generalmente contiene de 40 a 10.000 y mas generalmente de 100 a 5.000 subredes yuxtapuestas y cuyas lmeas de motivo son paralelas.

El penodo promedio Pm tiene un valor del orden de la longitud de onda de la radiacion que se pretende desviar. Es lo mismo para el penodo p de cada subred.

Se recuerda que la radiacion tiene las longitudes de onda siguientes:

Ultravioleta: 150 a 400 nm

Visible: 400 a 800 nm

Infrarroja: 800 nm a 100 pm

Cualquiera que sea la subred, se elige su penodo p entre 1/2 y 2 veces la longitud de onda que se pretende desviar. El valor p esta comprendido por lo tanto siempre entre 75 nm y 200 pm. En general, sea cual sea la subred, p esta comprendido entre 100 nm y 20 pm.

Si es la luz visible la que se pretende desviar, preferiblemente se eligen las subredes p (por lo tanto, Pm) en el intervalo de 200 a 600 nm y preferentemente en el intervalo de 300 a 500 nm.

Aunque no se excluye que esten inclinados, los motivos no estan generalmente inclinados (el experto en la tecnica dina "blazes", un neologismo derivado del ingles "blazed" (marcados)), es decir, simetricos con respecto a la recta perpendicular al sustrato y que pasa por el centro de gravedad del motivo.

En general, la anchura de los motivos L vana de 0,1 Pm a 0,9 Pm y preferiblemente de 0,4 Pm a 0,6 Pm.

En general, la relacion de la anchura L a la profundidad de los motivos vana de 0,2 a 5 y preferentemente de 0,4 a 2.

Si se sigue una lmea paralela al sustrato que pasa a traves de los baricentros de los motivos, se pasa sucesivamente por el mdice de refraccion R1 de los motivos y el mdice de refraccion R2 de los dominios entre los motivos. En especial, los motivos pueden ser de vidrio y las areas pueden ser aire. Es en este caso cuando se produce como motivos excrecencias en vidrio en la superficie de un sustrato de vidrio. El aire ambiente llena el espacio entre los motivos y naturalmente constituye los dominios. En este caso, el mdice R1 es el del vidrio, por ejemplo 1,5 y el mdice R2 es el del aire, es decir 1. En este ejemplo, se ha realizado un relieve del motivo en la superficie de un sustrato. El paso de un motivo a un dominio, sin embargo, puede corresponder a una modificacion del mdice de refraccion que no corresponde a un relieve. De hecho, se puede tratar de dos materiales diferentes insertados uno dentro del otro de tal manera que la superficie sea suave al tacto. En particular, tal alternancia de

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materiales se puede realizar mediante tecnicas de intercambio ionico o basadas en un efecto fotorrefractario y electrooptico.

Los indices de refraccion de los motivos y dominios pueden variar entre 1 y 2,2. Generalmente, los motivos pueden tener su mdice de refraccion que vana entre 1,1 y 1,8. Generalmente, los dominios pueden tener su mdice de refraccion que vana entre 1 y 1,5.

La diferencia entre los dos indices de refraccion (los de los motivos y los dominios) generalmente puede estar comprendida entre 0,02 y 1,5.

En general, si los dominios son aire, los motivos tienen un mdice de refraccion mayor que los dominios.

En lo que respecta esencialmente a equipar el acristalamiento de los edificios, se elegiran los materiales que constituyen dicho acristalamiento (sustrato, posible pieza relacionada con dicho sustrato) con una transparencia satisfactoria.

La red segun la invencion sirve especialmente en la aplicacion de luz natural. En este caso, generalmente se coloca en un acristalamiento vertical de manera que las lmeas de motivos sean horizontales. No se excluye que las lmeas de motivos esten inclinadas. La red generalmente ocupa una altura de al menos 10 cm y mas generalmente una altura de al menos 20 cm del acristalamiento, generalmente en todo el ancho del acristalamiento. Por lo tanto, cada subred generalmente tambien tiene el ancho de todo el acristalamiento. En general, todas las subredes tienen la misma altura, pero no se excluye que tengan diferentes alturas.

Los motivos pueden estar situados en la parte frontal del acristalamiento que recibe la luz incidente o en la parte frontal del acristalamiento o donde emerge la luz (la cara girada hacia el interior del edificio).

La red segun la invencion se puede realizar generalmente mediante las tecnicas siguientes: repujado, fotolitograffa, transferencia, intercambio ionico, efecto fotorrefractivo o electrooptico.

Un primer procedimiento comprende el repujado de una capa de sol-gel o polfmero anadida a una lamina transparente (sustrato), especialmente en vidrio. El repujado es una deformacion plastica o viscoplastica realizada por contacto con un elemento estructurado, que consiste en un rodillo, por ejemplo, y sobre el cual se ejerce simultaneamente una presion. Las capas de sol-gel que se pueden utilizar son generalmente capas lfquidas de precursor de oxido mineral tal como SiO2, AhO3, TO2 ..., por ejemplo en solucion en una mezcla de agua-alcohol. Estas capas endurecen al secarse, con o sin medios auxiliares de calentamiento. Se menciona como precursor de SiO2, el tetraetoxisilano (TEOS) o metiltrietoxisilano (MTEOS). Las funciones organicas se pueden incluir en estos precursores y la sflice finalmente obtenida. A modo de ejemplo, se han descrito silanos fluorados en la patente europea EP799873 para obtener un recubrimiento hidrofobo. El repujado tambien puede llevarse a cabo en capas de polfmero, tales como

tereftalato de polietileno (PET),

poliestireno,

poliacrilatos tales como poli(metacrilato de metilo), poli(acrilato de butilo), poli(acido metacnlico), poli(metacrilato de 2-hidroxietilo) y sus copolfmeros,

poliepoxi(met)acrilatos,

poliuretano(met)acrilatos,

poliimidas tales como polimetilglutarimida,

polisiloxanos tales como poliepoxisiloxanos,

poli(eteres vimlicos),

polibisbenzociclobutanos ...

solos o copolfmeros o mezclas de varios de ellos.

El repujado puede ser seguido en algunos casos por un grabado. La capa sol-gel o el polfmero repujado puede atacarse allf hasta la reaparicion del material de la lamina transparente subyacente, en primer lugar en las partes profundas de dichos motivos de relieve, y luego progresivamente hasta en sus partes superiores. De este modo, la superficie mas o menos irregular obtenida al final del grabado se puede formar completamente en la capa sol-gel o de polfmero referida, o en parte en esta y en parte en dicha lamina transparente, o aun completamente en esta ultima. Las condiciones del grabado deben ajustarse para que esta superficie resultante presente motivos en relieve de dimensiones que satisfagan la definicion del dispositivo de la invencion.

Se pueden citar como procesos de grabado:

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un grabado qmmico, por un acido especialmente,

un ataque ionico reactivo (Reactive Ion (Beam) Etching = RI(B)E),

un grabado por plasma (Inductively Coupled Plasma = ICP).

Cabe senalar que el proceso de repujado permite el tratamiento rapido de areas relativamente grandes a un coste moderado.

Otro posible metodo de fabricacion de la red segun la invencion comprende una fotolitograffa. Este metodo consiste generalmente en proporcionar en primer lugar el sustrato transparente de una primera capa en la que podran formarse dichos motivos en relieve. Esta primera capa es comparable a la capa de sol-gel o de polfmero referida del proceso de repujado. Tambien puede ser de la misma naturaleza que esta, especialmente en sflice. En una segunda etapa del proceso, se deposita una segunda capa de un fotosensible. Esta esta endurecida en lugares definidos, por exposicion a radiacion dirigida. De este modo, se forma una mascara, por encima de la primera capa a grabar, despues de la eliminacion de las partes no endurecidas de la capa fotosensible. Luego se graba, de la misma manera que se describe arriba, relativamente en la etapa opcional del proceso de repujado. Cualquier residuo de la resina fotosensible se puede eliminar.

Otro procedimiento de fabricacion de la red segun la invencion comprende la transferencia de una capa nanoestructurada. Una capa adherida a un primer soporte se adhiere a una segunda, para constituir un dispositivo segun la invencion. La capa puede ser de material plastico o similar.

Otro procedimiento utilizable se basa en un intercambio ionico, por ejemplo, iones Na+ por iones Ag+ en un vidrio mineral.

Por ultimo, es posible utilizar un efecto fotorrefractivo, segun el cual una luz modulada induce una modulacion espacial del mdice de refraccion del material (por ejemplo: cristal fotorrefractario en titanato de bario). Tambien es posible usar un efecto electrooptico segun el cual un campo electrico induce una modulacion espacial del mdice de refraccion del material.

La figura 1 representa un sustrato transparente en seccion provisto en su superficie de una red de difusion segun la invencion. Esta red se encuentra en la parte superior de un acristalamiento del inmueble. El sustrato 1 comprende en su superficie una multiplicidad de lmeas horizontales paralelas de motivos con seccion cuadrada. Los motivos son por lo tanto lineales y paralelos en una direccion perpendicular a la figura 1. Estos motivos por lo tanto son paralelepfpedos de longitud que corresponden sustancialmente a la anchura del acristalamiento, de ancho L y profundidad h. La red esta constituida por 10 subredes sucesivas yuxtapuestas, cada una con su propio penodo numerado p1 a p-io. Dos de las subredes se han ampliado, las del penodo p3 y p8, lo que permite ver los motivos por su seccion. La seccion de los motivos es cuadrada (L = h) y la distancia entre dos puntos identicos de los motivos vecinos (por ejemplo, sus baricentros) es, respectivamente, p3 y p8. El baricentro de un motivo en la figura 1 esta en el punto de interseccion de las diagonales del cuadrado que representa la seccion de dicho motivo. Las dos subredes ampliadas contienen cada una 20 motivos. Se ve que en cada subred los motivos son identicos y distantes de un valor dado que define un penodo, variando el penodo de una subred a la otra, y en particular p8 es mayor que p3. Los motivos tienen un mdice de refraccion R1. Estan separados por aire, lo que constituye por lo tanto los dominios entre motivos. Estos dominios de aire tienen un mdice de refraccion R2, generalmente alrededor del valor 1. La lmea virtual AA' de puntos pasa por los baricentros de los motivos de la subred de penodo p3.

La Figura 2 muestra una acristalamiento 2 de vidrio mineral que se puede montar verticalmente en una ventana de edificio. La parte superior del acristalamiento esta provista de un conjunto de trece subredes 3 segun la invencion. Los motivos de las subredes estan representados por lmeas horizontales. Las subredes tienen todo el ancho del acristalamiento y tienen identica altura. Se ve que las subredes se yuxtaponen unas debajo de las otras en un orden disperso en cuanto a su penodo cuando se va de un borde del conjunto de la subred B al otro borde del conjunto de subredes B'. Por supuesto, es una representacion puramente cualitativa para mostrar el lugar de las subredes entre sf y en el acristalamiento. Los tamanos de las subredes y de las lmeas de motivos no se corresponden con la realidad.

Ejemplo 1 (comparativo)

Se deposita una capa de 360 nm de espesor en sflice por sol-gel en los 50 cm situados en la parte superior de un vidrio de marca planilux comercializado por Saint-Gobain Glass France. De manera conocida por los expertos en la tecnica, se ha realizado una textura de motivos lineales en relieve de 360 nm de profundidad, de 200 nm de anchura. Los motivos son perpendiculares al plano de la pelmula. La separacion entre los baricentros de estos motivos paso gradualmente de 300 a 500 nm cuando uno pasa de un borde de la red al otro (o recorriendo los 50 cm de la red). El vidrio se coloca como ventana de pared exterior. El vidrio redirige la luz proveniente del exterior hacia el techo, pero se distinguen irisaciones.

Ejemplo 2

Se precede como en el ejemplo 1, excepto que la textura esta constituida por 50 subredes de periodicidad media 400 nm. El penodo vario de una subred a otra de manera aleatoria entre 300 y 500 nm. No se observa iridiscencia.

Claims (13)

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   REIVINDICACIONES

   1. Sustrato transparente (1) que comprende en su superficie un conjunto difusor de luz que comprende subredes yuxtapuestas de lmeas paralelas de motivos, estando separados dichos motivos por dominios de diferente mdice de refraccion a la de los motivos, comprendiendo cada subred al menos 20 motivos identicos sucesivos repetidos a igual distancia segun un penodo p, caracterizado porque el numero de subredes yuxtapuestas es al menos 10 y porque dicho penodo vana de forma no monotona de un borde al otro del conjunto de subredes.
2. 2. Sustrato (1) segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque, si Pm es el penodo medio para el conjunto de subredes, el penodo p es al menos n veces mayor que Pm y al menos n veces menor que Pm, estando separadas dos subredes con un penodo superior a Pm por al menos una subred con un penodo inferior a Pm , estando separadas dos subredes con un penodo inferior a Pm por al menos una subred con un penodo superior a Pm , siendo n un numero entero mayor o igual a 2.
3. 3. Sustrato (1) segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque p se desvfa de Pm al menos 2n veces una desviacion minima y, para exceder n veces el valor Pm + y y caer n veces por debajo del valor Pm - y, el valor y que es al menos 5% Pm.
4. 4. Sustrato (1) segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque y es al menos 10% Pm.
5. 5. Sustrato (1) segun una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado porque n es mayor o igual que 3.
6. 6. Sustrato (1) segun una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizado porque p vana alrededor de Pm quedando entre Pm + y Pm - x, siendo x como maximo 50% Pm.
7. 7. Sustrato (1) segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque x es como maximo 20% Pm.
8. 8. Sustrato (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque cada subred comprende al menos 20 motivos.
9. 9. Sustrato (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el conjunto comprende de 40 a 10.000 subredes.
10. 10. Sustrato (1) segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque para cualquier subred del conjunto, p esta comprendido entre 75 nm y 200 pm.
11. 11. Sustrato (1) segun la reivindicacion anterior, caracterizado porque para cualquier subred del conjunto, p esta comprendido entre 100 nm y 20 pm.
12. 12. Ventana que comprende un sustrato (1) de una de las reivindicaciones precedentes.
13. 13. Utilizacion de un sustrato (1) de una de las reivindicaciones de sustrato (1) precedentes para redirigir la luz solar hacia un techo.