技术领域
[0001] 本公开总体上涉及照明系统，尤其涉及用于模拟自然阳光照明的照明系统。此外，本公开总体上涉及漫射器单元，尤其涉及具有基于类瑞利散射的漫射器单元的照明系统。
背景技术
[0002] 用于封闭环境的人工照明系统通常旨在改善用户体验到的视觉舒适度。例如，已知的用于模拟自然光照(特别是阳光照射)的照明单元，其提供从二向色光出射表面发射的二向色光，其中二向色光包括具有第一(较低)相关
色温(CCT)的直射光的定向光部分和具有第二(较大)CCT的漫射光的漫射光部分。
[0003] 在由同一
申请人提交的诸如WO 2009/156347 A1、WO 2009/156348 A1、WO 2014/076656 A1和WO 2015/172821 A1的若干申请中公开了使
用例如类瑞利漫射层的这种照明系统的示例性
实施例。其中公开的照明系统使用例如产生可见光的
光源和包含用于透射或反射的纳米颗粒的面板。在这些照明系统的运行期间，面板接收来自光源的光，并且充当所谓的瑞利漫射器，即，其在晴空条件下类似于地球大气地漫射入射光。
[0004] 在诸如WO 2014/075721A1、未公布的国际
专利申请PCT/EP2015/077169和由同一申请人于2016年8月28日提交的尚未公布的国际专利申请PCT/EP2015/069790中公开的其他实施例中，具有较低CCT的直射光和具有较大CCT的漫射光的概念示例性地在照明系统的线性延伸和紧凑配置中实现。
[0005] 如上所述，上述实施方式使用纳米颗粒，该纳米颗粒由于其纳米尺寸而在瑞利(或类瑞利)散射机制中与光相互作用，并且嵌入
主体材料(周围基体)中。从光散射的基本原理可知，相对于基体具有不同折射率并且具有(显著地)小于可见
波长的尺寸的透明纳米颗粒将优先散射
光谱的蓝色部分，并且透射红色部分。具体地，单粒子散射截面由下式给出：
[0006]
[0007] 并且系综散射截面量由下式给出：
[0008] σ(λ)tot＝N·σ(λ),
[0009] 其中N是每单位面积的纳米颗粒的数量(见下文)。
[0010] 散射的光学参数由纳米颗粒的尺寸和折射率以及分布在例如透明基体中的颗粒的数量和该基体的折射率所限定。对于纳米颗粒，瑞利散射过程取决于三个参数D、m和N，如下所述：
[0011] D与纳米颗粒的尺寸d有关。具体地，考虑有效粒径D＝dnh，其中d[米]是在球形颗粒的情况下颗粒分布上的平均颗粒尺寸，以及在非球形颗粒的情况下在
指定传播方向上的颗粒的平均厚度。虽然对于小于或大约等于波长λ的1/10的颗粒尺寸，每单个颗粒的散射效率的波长依赖性接近λ-4瑞利极限定律，对于纳米颗粒的尺寸，在上述范围内已经可以达到各自可接受的光学效应，通常称为类瑞利散射(Rayleigh-like scattering)。另一方面，每单个颗粒的散射效率随着颗粒尺寸的减小而成比例地减小，从而使得太小的颗粒使用不方便并且在传播方向上需要大量的颗粒，这又可能受到可实现的填充分数(filling-fraction)的限制。
[0012] m与纳米颗粒和基体的折射率失配有关。具体地，色效应基于具有与嵌入基体的折射率不同的折射率的纳米颗粒。为了散射，纳米颗粒具有与主体材料的折射率nh充分不同的真实折射率np，以便允许发生光散射。例如，上述
现有技术系统使用特定主体材料内的特定固体颗粒，从而将散射条件设置为颗粒和主体介质折射率之间的固定比率 m被称为相对折射率。
[0013] N与散射中涉及的纳米颗粒的数量有关。具体地，色效应基于在给定方向上传播的入射光所见的每单位面积纳米颗粒的数目以及体积填充分数f。具体地，色效应基于例如嵌入在色彩漫射层中每单位面积纳米颗粒的数目N。
[0014] 这里，公开了一种用于类瑞利散射的系统和方法，该系统和方法尤其可用于在模拟太阳-天空照明以适应不同条件的照明系统中实现。
[0015] 因此，本公开至少部分涉及改进或克服现有系统的一个或多个方面。
[0016] 本公开的概要
[0017] 在第一方面，本公开涉及一种漫射器单元，用于通过利用白光照射入射在漫射器单元上的光的散射来提供可调色的
透射光。漫射器单元包括具有多个
纳米级散射元件和分离纳米级散射元件的主体材料的散射层，以及用于提供
电场特别是用于与纳米级散射元件和/或主体材料相互作用的成对的面状
电触点，其中面状电触点在散射层的相对表面上延伸，并且至少一个面状电触点配置为在可见波长范围内是透明的。散射层具有在可见波长范围内与波长相关的光散射截面，其取决于纳米级散射元件和与照射方向相关联的主体材料之间的相对折射率(例如，在照明系统中的通常实施方式内的方向上，诸如大约垂直于散射层或大约在诸如30°、45°、60°的
角度下)，以及与照射方向相关的纳米级散射元件的有效尺寸。散射层配置为通过改变纳米级散射元件的相对折射率和/或有效尺寸而适应光散射截面，从而提供透射光的光谱的可变性。
[0018] 另一方面涉及用于在入射白光上提供可调色的散射相互作用的漫射器单元。漫射器单元包括
聚合物分散
液晶层，聚合物分散液晶层具有嵌入主体聚合物中的液晶，其中液晶形成纳米微滴，被聚合物分离，并且具有折射率的
各向异性；以及成对的面状电触点，用于提供用于与纳米微滴内的液晶相互作用的电场，其中面状电触点在散射层的相对表面上延伸，并且至少一个面状电触点配置为在可见波长范围内是透明的。
[0019] 另一方面涉及用于在入射白光上提供可调色的散射相互作用的漫射器单元。漫射器单元包括具有液晶层和多个纳米级散射元件的散射层，液晶层具有折射率各向异性的液晶，多个纳米级散射元件嵌入在液晶层中并具有折射率。漫射器单元还包括用于提供与液晶层内的液晶相互作用的电场的成对的面状电触点，其中面状电触点在散射层的相对表面上延伸，并且至少一个面状电触点配置为在可见波长范围内是透明的，以及成对的
覆盖片，每个覆盖片承载面状电触点中的一个并限定液晶层。
[0020] 另一方面涉及一种用于在入射白光上提供可调色的散射相互作用的漫射器单元，其具有几何上不对称的、特别是棒状/细长形状的多个纳米级散射元件，其在电场存在的情况下提供特别是诱导的偶极矩，以及液体状主体材料层，其中液体状主体材料的折射率与纳米级散射元件的折射率不同，其分离纳米级散射元件，并允许纳米级散射元件的重新定向。漫射器单元还包括用于提供与液体状主体材料层内的纳米级散射元件相互作用的电场的成对的面状电触点，其中面状电触点在液体状主体材料层的相对表面上延伸，并且至少一个面状电触点配置为在可见波长范围内是透明的，以及成对的覆盖片，每个覆盖片承载一个面状电触点并界定液体状主体材料层。
[0021] 另一方面涉及一种漫射器单元，用于通过利用白光照射入射在漫射器单元上的光的散射来提供可调色的透射光。漫射器单元包括具有聚合物分散液晶层的散射层，其中液晶在纳米微滴中界定，微滴直径d在约10nm至约500nm的范围内、例如在约20nm至约400nm的范围内、例如在约30nm至约300nm的范围内，液晶具有在0.02≤|ne-no|≤0.5范围内的各向异性，以及分离纳米级散射元件并且具有1至3(例如在1.2至2.2的范围内，或例如在1.25至1.75的范围内)的主体折射率nh的聚合物主体材料。最大化相对折射率 是 和 两个值中的一个，其使得函数 最大化。通过 微滴尺寸、主体折
射率和最大化相对折射率以及常数c定义了散射层(特别是散射层的表面)的每单位面积的
7 4 7 4
纳米微滴的最小数量N，其中常数c为2.918×10nm或更大，特别是8.32×10nm或更大，例如1.6175×108nm4或更大。(散射层的每单位面积的纳米微滴的数量至少为该值N)
[0022] 另一方面涉及一种漫射器单元，用于通过利用白光照射入射在漫射器单元上的光的散射来提供可调色的透射光。漫射器单元包括散射层，该散射层具有嵌入在基于液晶的主体材料中的静态散射中心(纳米颗粒)，其中静态散射中心的直径d在约10nm至约500nm的范围内，例如在20nm至约400nm的范围内，例如在约30nm至约300nm的范围内，静态散射中心的折射率np在1.1至3.2的范围内，例如在1.2至3的范围内，例如在1.3至2.8的范围内，以及具有介于no和ne之间的值的液晶主体材料的最大折射率 其中液晶具有在0.02≤|ne-no|≤0 .5范围内的各向异性。 是使函数 最大化的值。通过其中 散射中心尺寸(例如微滴尺寸)、最大化主体折射
率，静态散射中心折射率和常数c定义了散射层(特别是散射层的表面)的每单位面积的静态散射中心的最小数量N，其中常数c为2.918×107nm4或更大，特别是8.32×107nm4或更大，例如1.6175×108nm4或更大。(散射层的每单位面积的静态散射中心的数量至少为该值N)[0023] 另一方面涉及一种漫射器单元，用于通过利用白光照射入射在漫射器单元上的光的散射来提供可调色的透射光。漫射器单元包括具有纳米级散射元件的散射层，所述纳米级散射元件在几何形状上具有各向异性并嵌入在主体材料中，其中有效上部直径
其中 是各向异性成形纳米级散射元件的长轴，并且在约10nm至约500nm的范围
内，例如在约20nm至约400nm的范围内，例如在约30nm至约300nm的范围内，纵横比(长轴和短轴之间的比率)大于1.2，例如2、例如5、例如10、例如23或25或更大，各向异性成形纳米级散射元件的折射率在1.2至3.2的范围内，例如在1.3至3的范围内，例如在1.4至2.8的范围内。主体材料的折射率在1至3的范围内，例如在1.2至2.2的范围内，例如在1.25至1.75的范围内。通过 长轴的参数各向异性/最大尺寸、主体折射率、相对折
射率和常数c定义了散射层每单位面积的各向异性成形纳米级散射元件的最小数量N，其中常数c为2.918×107nm4或者更大，特别是8.32×107nm4或更大，例如1.6175×108nm4或更大。
(散射层的每单位面积的各向异性成形纳米级散射元件的数量至少为该值N)
[0024] 另一方面涉及一种用于提供环境的
色度可调照明的照明系统。所述照明系统包括用于产生定向白光的白光源、用于由所述白光源照射的散射层，所述散射层包括纳米级元件的纳米结构，所述纳米级元件在折射率和/或几何形状上具有各向异性，以及用于在所述散射层上产生电场的电场发生器。根据电场发生器产生的电场，纳米级元件对定向白光产生不同的类瑞利散射条件。散射层可以是如本文所公开的漫射器单元的一部分。电场发生器可以包括与所述成对的面状电触点形成电
接触的电源单元。
[0025] 另一方面涉及本文公开的漫射器单元在照明系统中的用途，当用白光照明时，通过设置漫射器单元的散射层的至少两种不同的光学性质来提供至少两种不同的照明条件。
[0026] 另一方面涉及一种用于在用白光照射时通过散射入射到漫射器单元上的光来提供可调色的透射光的方法。漫射器单元可以如本文所公开的那样配置，并且该方法包括以下步骤：用白光照射漫射器单元，在散射层上施加
电压，从而基于纳米级散射元件的第一折射率失配和/或第一有效尺寸来设置第一运行状态，其中规则透射光具有与CIE 1976u'-v'-色度图中的第一色点相关联的光谱；以及改变电压，从而改变纳米级散射元件的折射率失配和/或有效尺寸，以基于纳米级散射元件的第二折射率失配和/或第二有效尺寸设置第二运行状态，其中规则透射光具有与CIE 1976u'-v'-色度图中的第二色点相关联的光谱。
[0027] 另一方面涉及一种用于可调谐的太阳-天空模拟照明的方法，其中该方法包括以下步骤：提供具有纳米级元件的纳米结构的散射层，该纳米级元件在折射率和/或几何形状上具有各向异性，将白光引导到散射层上，并且在散射层上产生电场。依赖于电场，纳米级元件对白光产生不同的类瑞利散射条件。在一些实施例中，用于可调谐的太阳-天空模拟照明的方法可包括通过对准或不对准纳米微滴内的液晶的取向来改变类瑞利散射截面。
[0028] 另一方面涉及一种用于制造液晶漫射器单元的方法，所述液晶漫射器单元用于在定向光上提供可调色的散射相互作用。该方法包括以下步骤：提供液体预聚物，将折射率具有各向异性的液晶分散，任选地将间隔元件分散在液体预聚物中，在成对的面状电触点之间提供预聚物和液晶的分散体以及可选的间隔元件，其中至少一个面状电触点配置成在可见波长范围内是透明的，以及在
固化条件下固化分散体，所述固化条件诸如限制分散体内的相分离以导致形成被聚合物分离的液晶的纳米微滴的时间尺度和/或UV固化光强度和/或固化
温度，由此形成作为成对的面状电触点之间的
中间层的聚合物分散液晶层。在一些实施例中，成对的面状电触点可以设置在相应的PET层和/或玻璃板上。
[0029] 在从属
权利要求中公开了上述方面的进一步实施例，其通过引用结合于此。例如，在一些实施例中，散射层可以具有由折射率失配的变化范围和/或纳米级散射元件的有效尺寸的变化范围限定的色度可调谐范围。散射层可经配置以提供色度可调谐范围内的光散射截面，使得对于CIE 1931标准观察者(2°)，当光谱功率分布在可见光谱内恒定的非偏振白光(E标准光源)以入射角入射到散射层上时，特别是对于垂直入射或对于在从垂直入射到大约20°、40°或60°的入射角的角度范围内的
选定的一个或所有入射角，例如在从30°到50°的角度范围内，例如45°时，规则透射光的光谱对应于CIE 1976u'-v'-色度图中的色点，其中u'-v'-坐标分别大于0.20和0.465。散射层可经配置以提供色度可调谐范围内的光散射截面，使得当用以入射角入射到散射层上的非偏振白光测量时，特别是对于垂直入射或者在从垂直入射到大约20°、40°或60°的入射角的角度范围内选定的一个或所有入射角，规则的光谱透射率对应于CIE 1976u'-v'-色度图中的色点，u'-v'-坐标分别大于0.20和
0.465。散射层可以配置成提供在色度可调谐范围内的光散射截面，使得对于具有在可见光谱内恒定的光谱功率分布的入射白光(E标准光源)，在除了与规则透射角偏离小于20°的那些角度之外的所有散射角上积分的漫射光的光谱分别对应于CIE 1976u'-v'-色度图中u'-v'-坐标分别小于0.22和0.485的色点。散射层可经配置以提供色度可调谐范围内的光散射截面，使得对于具有在可见光谱内恒定的光谱功率分布的入射白光(E标准光源)且对于CIE
1931标准观察者(2°)，与色度可调谐范围内的透射光的光谱或色度可调谐范围内的规则光谱透射率相关的色点和与漫射光的各个光谱相关的色点之间的欧几里德距离Δu'v'等于或大于0.02，特别是甚至等于或大于0.03，或者甚至等于或大于0.04，或者甚至等于或大于
0.05。
[0030] 在一些实施例中，与规则透射光的光谱或色度可调谐范围内的规则光谱透射率相关的至少一个色点与普朗克轨迹的欧几里德距离Δu'v'可以等于或小于0.1，特别是甚至等于或小于0.08，或甚至等于或小于0.05，或甚至等于或小于0.03，或甚至等于或小于0.01。
[0031] 对于CIE 1931标准观测者(2°)在对应于最大散射截面的色度可调谐范围内的配置，当在可见光谱内具有恒定光谱功率分布的非偏振白光(E标准光源)在从垂直入射到大约60°的入射角范围内以入射角照射到散射层上时，规则透射光或规则光谱透射率可对应于CIE 1976u'-v'-色度图中的色点，其中u'-v'坐标分别大于0.20和0.465，例如分别大于0.2117和0.4851，或者分别大于0.212和0.485，或者甚至分别大于0.225和0.5，或者甚至分别大于0.2265和0.5029，或者甚至分别大于0.24和0.514，或者甚至分别大于0.243和
0.5166，或者甚至分别大于0.2598和0.5261。另外或替代地，对于CIE 1931标准观察者(2°)，在对应于最大散射截面的色度可调谐范围内的配置，规则透射光或规则光谱透射率可以对应于CIE 1976u'-v'-色度图中的色点，其中u'-坐标小于0.465，例如小于0.42或
0.4，特别是小于0.38或0.3605，或甚至小于0.35。
[0032] 在一些实施例中，波长相关的光散射截面由散射层的特性的特定选择给出，其影响其光学特性，包括：纳米级散射元件的折射率，特别是所述折射率和/或所述纳米级散射元件(19,63)的构成物质的折射率的各向异性，纳米级散射元件的尺寸和/形状，特别是几何形状的各向异性，主体材料的折射率，特别是所述折射率和/或主体材料的构成物质的折射率的各向异性，纳米级散射元件与主体材料之间的填充率，和/或散射层的层厚度。在一些实施例中，纳米级散射元件的平均尺寸可以在约10nm至约500nm的范围内，例如在约20nm至约400nm的范围内，例如在约30nm至约300nm的范围内，和/或纳米级散射元件(特别是液晶微滴)与主体材料之间的体积分数可以在约30％至约70％的范围内，例如在约40％至约60％的范围内，和/或散射层的层厚度可以在约10μm至约500μm的范围内，例如在约20μm至约350μm的范围内，例如在约30μm至约200μm的范围内或甚至在约50μm至约100μm的范围内，并且可选地，层厚度由间隔元件限定和/或在10cm×10cm的散射层区域内，厚度变化小于
10％。
[0033] 在一些实施例中，常数c等于或大于5.836×107nm4，特别是等于或大于1.664×108nm4，例如等于或大于3.235×108nm4。此外，在一些实施例中，常数c等于或小于3.363×
109nm4，特别是等于或小于2.5×109nm4，例如等于或小于1.6499×109nm4。
[0034] 一般而言，漫射器单元可以包括用于提供电场的成对的面状电触点，特别是用于与纳米级散射元件和/或主体材料相互作用的成对的面状电触点，其中，面状电触点在散射层的相对表面上延伸，并且至少一个面状电触点配置为在可见波长范围内是透明的。漫射器单元还可以包括反射层、反射片侧、特别是UV或IR吸收/保护层、和/或与波长无关的漫射层、和/或提供面状电触点之一的透明导电
氧化物层。
[0035] 在一些实施例中，可以选择散射层的光学参数，使得在没有施加电场的情况下，穿过散射层的白光被分离成较暖的直射光部分(特别是具有较低的CCT)和较冷的漫射光部分(特别是具有较高的CCT)。
[0036] 在一些实施例中，蓝色(例如在440nm至460nm的波长范围内)的波长相关光散射截面可大于黄色(例如在540nm至560nm的波长范围内)的波长相关光散射截面，特别地，其可以大至少约15％，例如至少约30％。此外，黄色(例如在540nm至560nm的波长范围内)的波长相关光散射截面可以大于红色(例如在640nm至660nm的波长范围内)的波长相关光散射截面，特别地，其可以大至少约10％，例如至少约20％。此外，波长相关的光散射截面可以随着波长的增加而减小，例如，当波长增加时，它会单调减小(当λ1>λ2时,σ(λ1)<σ(λ2))。
[0037] 在一些实施例中，电场发生器可以配置为通过相对于白光源的定向白光的入射方向设置纳米级散射元件的相对折射率和/或有效尺寸来提供至少两种运行状态。可选地，至少两种运行状态可以提供在环境中产生的照度均匀性方面不同的类瑞利散射条件。
[0038] 在一些实施例中，照明系统可以包括控制单元，以控制由电场发生器产生的电场的强度，从而控制光散射截面。附加地或替代地，照明系统可以包括安装结构，用于改变定向白光在散射层上的入射角，并且具体地配置成相对于散射层
定位白光源或者相对于白光源定向散射层，由此提供定向白光在散射层上的多个不同入射角，这导致由于反射指数的各向异性和/或纳米级散射元件的有效尺寸而变化的类瑞利散射相互作用。附加地或替代地，照明系统可以包括例如波片这样的偏振器，用于改变定向白光的偏振。
[0039] 通过以下描述和
附图，将能够清楚明白本公开的其它特征和方面。
附图说明
[0040] 在此并入并构成
说明书的一部分的附图示出了本公开的示例性实施例，并且与说明书一起用于解释本公开的原理。图中：
[0041] 图1A和1B是模拟太阳天空的照明系统的示意图，该照明系统用于对漫射器单元的透射率进行色度调谐以改变所
感知的照明状况；
[0042] 图2A和2B是用于对透射率进行色度调谐的基于液晶微滴的漫射器单元的运行状态的示意图；
[0043] 图3是根据示例性的基于PDLC的漫射器单元的入射角的总横截面的示意图；
[0044] 图4A和4B示出了示例性折射率波长依赖性和在基于PDLC的漫射器单元中使用的物质的示例性组合；
[0045] 图5A至5DC示出了示意性均匀色度图，用于示出用于白光源照明的漫射器单元的调谐透射率的色度感知以及漫射光的相应色度感知的示例性变化；
[0046] 图6A至6C为示出了两个示例性可见波长的光相互作用的差异的两个示意性极坐标图以及基于PDLC的漫射器单元的三个运行状态的照度图；
[0047] 图7A至7J示出了基于LC纳米微滴的漫射器单元的示意性横截面；
[0048] 图8示意性地示出了用于制备基于LC纳米微滴的漫射器单元的工艺；
[0049] 图9A和9B是尺寸分布和相应SEM图像的示意图；
[0050] 图10A和10B分别是在透射和反射中使用可调谐漫射器单元的示例性照明系统的示意图；
[0051] 图11是运行具有可移动源的照明系统的示意图，该可移动源用于对与对准的LC纳米微滴的光相互作用进行色度调谐；
[0052] 图12是运行照明系统的示意图，该照明系统用于利用倾斜入射的偏振态变化对透射率进行色度调谐；
[0053] 图13是具有非对称形状的散射体的漫射器的运行状态的示意图，该漫射器用于对透射率进行色度调谐；
[0054] 图14是运行具有可移动源的照明系统的示意图，该可移动源用于对与对准的非对称形状的散射体的光相互作用进行色度调谐；
[0055] 图15是每单位面积的纳米级散射元件的最小数量N的示例性三维图；和
[0056] 图16示出了用于表示每单位面积的纳米级散射元件的数量N的上限值的示意性均匀色度图。
具体实施方式
[0057] 以下是本公开的示例性实施例的详细描述。在此描述并在附图中示出的示例性实施例旨在教导本公开的原理，使得本领域普通技术人员能够在许多不同的环境中并针对许多不同的应用来实现和使用本公开。因此，示例性实施例不旨在并且不应被认为是对专利保护范围的限制描述。相反，专利保护的范围应由所附权利要求限定。
[0058] 本公开部分地基于这样的认识，即人们可以重新创建本质上由阳光通过大气的变化的光路长度(即，散射中涉及的散射体的数量的影响)引起的光学效应。具体地，已经认识到，散射情况(其提供了折射率和/或散射体的几何尺寸的各向异性)可用于产生与自然界中已知的类似的多功能太阳-天空外观，特别是直射阳光照明(以及天空)的变化
颜色。
[0059] 更具体地，认识到折射率的各向异性允许改变有助于瑞利散射或类瑞利散射的相对折射率m，而散射体的几何尺寸的各向异性允许改变受到照射的散射体的“可见”尺寸d，并因此改变其有助于瑞利散射或类瑞利散射的纳米结构的有效粒径D。
[0060] 此外，已经认识到，因为散射体的数量是固定的预设参数，在最初提到的照明系统的配置中使用特定预选数量的散射体来提供所需的(例如，模拟太阳天空外观所需的)散射条件，其适应性受到限制。然而，尽管存在固定数量的散射体，但是存在经识别的光学散射配置，其允许通过改变以上所识别的参数折射率失配(相对折射率m)和有效粒径D来调整散射条件。
[0061] 此外，本
发明部分基于以下认识：如上述公开内容所述，基于纳米颗粒的类瑞利散射板可能不允许将光学散射条件改变到模拟变化的太阳天空外观所需的程度。然而，已经认识到，由于
散射参数在大范围内的变化，引入例如基于液晶的结构提供了而获得这种漫射板的透射率的可调性，从而能够将散射参数调谐(设定/适应)为多个值(即至少两个不同的散射条件)。例如，已经认识到使用分散在固体透明主体材料中的液晶微滴作为纳米级范围内的散射中心(例如，对于类瑞利散射)，可以通过改变施加在液晶微滴上的电压来设定有贡献的相对折射率。具体地，施加电场在一定程度上使不同纳米微滴内的液晶的取向对准。
[0062] 在这种情况下，人们认识到，通过改变相分离的动
力学，例如，可以将聚合物基体中液晶微滴的尺寸减小到纳米级。在光聚合反应中，例如通过增加固化光强度和/或增加液晶/聚合物混合物的填充比，可以形成聚合物分散液晶(PDLC)膜/层。已经认识到，由此可以产生液晶微滴尺寸分布，其提供的平均尺寸例如在约10nm至约500nm范围内，例如约100nm或约200nm，具有例如约50nm或约100nm及以下的半高全宽(FWHM)值。
[0063] 此外，还认识到，根据所选择的基体折射率和液晶的起作用的普通和特别折射率，可以选择原则上可用于适应散射条件的折射率失配的范围。还认识到，通过减小包含液晶微滴的层的厚度，可以用
低电压值实现所需的电场值，例如在从0V到大约500V的范围内，例如从0V到标准220V交流电。由此，可调谐漫射器单元的低电
压实现成为可能。
[0064] 此外，还认识到，可以创建横向尺寸适合于照明系统的光学布局的PDLC膜，特别是在具有用于大的连续区域的例如1m×2m(或更大)的尺寸的闭合区域上延伸的面照明系统，对于砖瓦结构，以例如约10cm×10cm×10cm的小闭合区域尺寸开始。
[0065] 此外，认识到可以形成具有均匀厚度(例如小于500μm，例如300μm，或甚至小于200μm，小于100μm或甚至小于50μm)的PDLC层，例如在PDLC层的10cm的横向尺寸上具有小于10％的均匀性。因此，可以在太阳-天空模拟照明系统(尤其包括被感知为天空的大面积区域)的所需尺寸上实现均匀的散射体分布和均匀的散射特性。
[0066] 还认识到，折射率的各向异性可以用于反向配置(reverted configurations)，其中例如在自适应主体折射率中使用静态散射体光学条件。此外，折射率的各向异性可以用于入射光的可变方向。
[0067] 此外,人们还认识到,通过改变几何上不对称的散射中心的对准程度或者在入射光方向可变的情况下使用对准的几何上不对称的散射中心,可以实现类似的效果。
[0068] 最后，还认识到，使用本文公开的可调谐瑞利散射概念，人们可以例如基于白光源在一天中的不同时间感知到的模拟太阳光束的颜色。颜色的变化允许提供例如与一天中的时间相关的感知的感知时间变化。添加方向性的改变进一步能够实现非静态照明条件。因此，透射率的调谐使得能够实现可调谐的照度分布，其允许设置由照明系统例如在房间中(特别是在照明区域中)提供的照度的所期望的均匀性。
[0069] 本领域技术人员将认识到，对于变化的条件、实现和/或应用，可以广泛地应用和理解在此公开的那些光学方面以及实施方式的那些方面。因此，针对至少在某种程度上浓缩的公开内容，在一种条件、实施方式和/或应用中更详细地示出了特定方面，本领域技术人员将理解在另一种条件、实施方式和/或应用中的适当转用和相等的适用性。
[0070] 在下文中，首先一般性地解释光学考虑因素，然后在液晶纳米微滴实施方案的示例中示例性地说明(图1A至9B)。然后，公开了照明系统的示例性配置，其通常适用于使用例如类瑞利散射的太阳天空模拟(图10A和10B)。此后，公开了另外的(至少部分可组合的)配置，其使用不同的光学方法来调谐和/或提供散射体的各向异性，例如改变入射光方向(图11和14)，改变入射光的偏振(图12)，以及改变有效散射体尺寸(图13)。最后，结合图15和16公开了与可调谐散射相关的微观参数范围。
[0071] 图1A和1B示出了如何在房间3内示例性地实现模拟太阳天空的照明系统1以及观察者5将如何感知照明。具体地，图1A是模型照明配置的图片式图示，而图1B是图1A的图示的复制图。在照明系统1的示例性安装中，
天花板7包括照明系统1的板形漫射器单元9，其包括类瑞利散射层。在照明系统1的运行期间，通过照明系统1(未示出)的白光源在倾斜角度下从上方照射漫射器单元9。
[0072] 房间3由源自白光源的白光的两种类型的光照明。具体地，通过与类瑞利散射层的相互作用，白光被分离成透射的较暖分量(较低CCT)和漫射的较冷分量(较高CCT)。作为定向光，较暖的分量模拟阳光并照射到房间3内的限制区域11上，将该区域设置为特定的
色调，例如，在限制区域11内的示例性点12A处测量其较低的CCT。限制区域11由漫射器单元9的尺寸和透射白光的发散度给出。作为漫射光，来自整个限制区域11的较冷分量模拟天空，并且基本上用另一特定色调照亮整个房间3。例如，在限制区域11之外的示例性点12B处测量其较高的CCT。
[0073] 对于本文公开的概念，即，当观察光源时，光源本身外观的相关性较低，并且参考上述申请以获得更多细节。本文结合附图10A和10B描述反射和/或透射装置的进一步细节。上述公开内容另外示出了例如在
墙壁和/或
天花板中设置的具有不同形状的漫射器单元的多个实施例。
[0074] 在现有技术的系统中，瑞利板中的散射参数由纳米颗粒的类型和数量以及主体材料的类型来确定。因此，两个CCT值也以与中午晴朗蓝天情况相对应的方式确定。
[0075] 在此描述的实施例允许通过经由折射率失配和/或散射中心的有效尺寸适配散射截面来改变透射(和漫射)光的感知颜色。具体地，漫射器单元9的透射率被调谐的配置变得可能，从而透射光的颜色通过从被感知为具有黄白色(橙色)到被感知为具有红色的散射而被调谐。调谐透射率进而调谐透射光的颜色，开启了在白天模拟太阳颜色变化的可能性，从而可以向用户提供时间感，这与静态系统形成对比。
[0076] 通过散射来调谐透射光，原则上允许无损耗调谐，这与基于吸收的颜色调谐相反。通过用与剩余的透射定向光不同的漫射发射特性照射环境来(重新)使用散射光。点12A和
12B处的感知颜色由波长相关散射过程产生，即优选地从白色光束中取出蓝色侧波长贡献。
[0077] 由于通过散射进行调谐，房间内的照明在太阳光束区域(例如在点12A处)中减小，并且增加仅受到散射光照射的剩余区域(例如在点12B处)。
[0078] 换句话说，这里公开的概念允许在照明系统的运行状态之间切换，该运行状态覆盖从中午的晴朗蓝天到早晨(或晚上)的平坦入射太阳的色度范围。如下面将要解释的，这里描述的实施例允许例如将太阳的颜色变为日落红色，深蓝色天空的颜色变为蓝白色，正如人们可以在日出/日落时看到的太阳周围的颜色。
[0079] 参考由照明系统提供的CCT，透射光的CCT低于漫射光的CCT。然而，在不同的运行状态下，由于漫射器单元内的散射活动的减少或增加，透射光的CCT和散射光的CCT将在相同方向上都改变，即都增大或都减小。
[0080] 应注意，不需要调整光源的发射色谱以实现上述调谐效果。通常，光源可以是例如冷白光源。光源的示例性实施例可包括基于LED的光发射器或基于放电灯的光发射器或基于镝灯(hydrargyrum medium-arc iodide lamp)的光发射器或基于
卤素灯的光发射器以及相应光发射器下游的相应光学系统。
[0081] 为了识别本文公开的CCT值、u'v'值和透射率，白光源例如是E标准光源，它是可见光谱内的等
能量辐射器。虽然作为理论参考，但是E标准光源对所有波长赋予相同的权重，因此特别适合于与波长相关的散射调谐。例如，当将光学特征与参考样品进行比较并将测量结果传送到例如E标准光源时，例如简单地通过光源的光谱归一化所得到的光谱，可以使用其它标准光源(例如，在大的可见光谱范围内在样品上提供均匀照度(lux/m)的D65标准光源)。
[0082] 再次参考图1A和1B，可以用不同的色调照亮限制区域11，这可以支配房间的感知颜色。同时，漫射光的颜色可以变化，因此也影响房间3的照明。除了感知的色调之外，区域11内部和外部的
亮度也受到调谐的影响，从而允许改变房间3内的亮度分布的均匀性。
[0083] 在下文中，结合图2A和2B解释了液晶分子系综的折射率的可调性方面。在基于液晶(LC)的漫射器单元中的包括纳米微滴的纳米结构中提供这样的系综产生可用于色度调谐光相互作用的类瑞利散射。
[0084] 图2A和2B示出了如下所述的基于LC的漫射器单元13的两种不同运行状态。基于LC的漫射器单元13包括由主体材料21内的LC纳米微滴19形成的层17。例如，层17可以是聚合物分散液晶(PDLC)膜。层17的每一侧与覆盖片(例如提供面状电触点23'的ITO玻璃片23)相接触。面状电触点23'沿层17的侧面在二维方向上延伸。当电压(DC或AC)施加到面状电触点23'时(如图2B中由箭头27示意性地指示)，成对的面状电触点23'能够产生(大面积)电场，用于与分布在二维膜/层中的LC纳米微滴19相互作用。成对的面状电触点23'中的至少一个配置为透射可见光。因此，例如来自白光源的光可以进入层17并在纳米微滴19处散射，纳米微滴19相应地表示纳米级散射元件。
[0085] 假设液晶(至少)具有光学单轴各向异性，其折射率可由两个主折射率近似，一个是与
正交于光轴的线性偏振态相关的普通折射率no，另一个是具有平行于光轴的线性偏振态的特别折射率ne。因此，沿光轴或垂直于光轴在液晶中传播的光将受到不同折射率的影响。它们的差异产生双折射Δn＝ne-no。双折射Δn对于LC通常是正的，并且可以在从0到大约0.5的范围内变化，例如约为0.1或0.3。下面提到各种类型的液晶，表示ne和no的潜在范围。
[0086] 在图2A中，由箭头25表示多个纳米微滴19中的每一个的所得光轴的方向。在没有任何外部影响(例如没有施加电场)的情况下，可以假设多个纳米微滴19的箭头25的取向在所有方向上是任意分布的。换句话说，在这样的聚合物膜内且没有施加电场的液晶微滴的系综中，在每个单个纳米微滴内，液晶分子可能由于LC的组织特性而具有一定的顺序，从而产生由箭头25所表示的光轴，但是，每个纳米微滴内的顺序将基本上从纳米微滴到纳米微滴随机 地变化 。结果 ，平均折 射率可与 液晶微滴 的系综 相关联 ：
[0087] 平均折射率独立于入射角，并且可以与基于LC的漫射器单元13的OFF(关闭)运行状态相关联，即，在面状电触点23'之间没有施加电压(ΔV＝0)。这里，平均折射率也被称为n_OFF。
[0088] 参照图2B，在面状电触点23'之间施加电场，随着电压/电场的增加而在每个纳米微滴内逐渐引入LC分子的对准，如下面将进一步说明的那样。例如，如图2B所示，例如可能需要约10-30V/μm的电场值以强制纳米微滴内的LC的最大对准以及所有取向的最大对准。
[0089] 对准改变了光在特定方向上传播所经历的折射率。具体地，对准消除了纳米微滴的随机取向，从而产生光轴，使得LC的各向异性开始影响层17的光学特征。在面状电触点23'(ΔV≠0)之间施加电压至少在一定程度上迫使箭头25与电场对准，与LC/LC纳米微滴的任何相关的电(永久的或感应的)偶极矩一致。
[0090] 对准随电场的增加而增加。在纳米微滴内的液晶相与周围主体材料之间的界面处，在主体材料与LC之间可存在相互作用，使得并非纳米微滴内的所有LC可与电场对准。对于层17的给定配置，通常，饱和电压Vsat与实现最大(或基本上最大)对准的电场相关联。图2B通过示出平行于箭头27的指示电场方向的所有箭头25示意性地示出了LC在Vsat处的最大(或基本上最大)对准。
[0091] 例如，假设所有分子的光轴都沿着电场对齐(即在PDLC膜上施加饱和电压)，沿着电场/光轴传播的光基本上经历折射率no。因此，对于该特定的传播方向，在纳米微滴内经历的折射率的可调谐范围从延伸到no，这里称为调谐范围δn＝|-no|。
[0092] 由于纳米微滴与主体材料之间的界面的上述影响，对于具有受到影响的相对大体积部分和受影响较小的小中心内部部分的小纳米微滴，将需要更大的电场来重新定向受与主体材料的相互作用影响的那些液晶分子。可以减小层17的厚度以使纳米微滴具有更大的电场强度以获得较低的电压，对于例如基于纳米微滴的PDLC膜，即使在可接受的低电压下也可以达到Vsat。
[0093] 相对于光轴方向以一定角度传播的光将至少部分地经历从图3可见的光轴方向上的线性偏振方向的特别折射率ne。
[0094] 在图3中，针对以下更详细解释的NOA65和E7的PDLC膜构造，针对约550nm的波长和Vsat处的最大对准，对总系综散射截面量σtotal(在此也称为总散射截面)进行模拟。具体地，独立于与折射率no、和ne(分别如线28A、28B和28C所示)相关的各向同性纳米微滴的总散射截面的入射角θ，具有源自类瑞利/米氏散射模型的恒定值。
[0095] 对于各向异性LC纳米微滴和对于p偏振态的入射光，总散射截面的入射角θ的依赖性示出为示意性曲线29。对于各向异性LC纳米微滴和S偏振状态下的入射光，同样与总散射截面的入射角θ无关，其对应于基于各向同性的基于LC的纳米微滴的线28A(与no相关的截面)的值，因为各向异性不影响s偏振光。人们确认，对于正交入射，只有与no应用相关的总散射截面适用，而对于倾斜入射，各向异性有助于散射。该相关性与单粒子散射截面有关。
[0096] 注意到，对于NOA65和E7的PDLC膜构造(例如也参见4A)，对于no，基本上不存在指数失配，使得总散射截面接近零。给出了ne的最大折射率失配，导致了"平行"入射的p偏振态的最大总散射截面。
[0097] 参考图4B，应注意，对于其他PDLC膜构造，no可以与nh不同，使得对于s偏振总是存在折射率失配。然而，如本领域技术人员将理解的，取决于nh在由no和ne限定的范围之内或之外的相对
位置，总横截面可能存在“零”交叉，或者对于单偏振可能不存在“零”交叉。
[0098] 此外，对于非偏振光束，适用于p偏振和s偏振的总散射截面的
叠加。在图3所示的示例中，这意味着50％的光不以任何角度散射，并且剩余的50％的光根据曲线29散射。换句话说，曲线29的总散射截面将减半但保持其一般形状。类似的考虑适用于其他PDLC膜构造。
[0099] 对于NOA65和E7的PDLC膜构造，图3还示出了本文讨论的各种基于LC的调谐构造的调谐可能性，诸如基于电场的调谐、基于入射角的调谐和基于偏振的调谐。具体地，在该构造中，PDLC膜包括在Norck optics Inc.(诺克光学公司)生产的Norland Optical Adhesive 65(称为“NOA65”)中嵌入的Merck KGaA(德国默克制药公司)生产的
向列型液晶混合物“E7”。
[0100] 关于调谐折射率的失配(以及因此调谐相对折射率m而产生的类瑞利散射截面)，基于LC的漫射器单元13的实施例提供适用于所有入射方向的具有平均折射率n_OFF(即)的关闭(OFF)运行状态。另外，根据所施加的电压，对于每个入射方向，折射率将改变直到达到Vsat并且已经建立了相关的折射率(基于基本上所有对准的LC)。这对应于一系列V运行状态，从关闭(OFF)运行状态开始并持续到Vsat运行状态。
[0101] 例如，箭头30A和30B表示用于正交入射(0°)和倾斜入射(45°)的基于电场的调谐的调谐范围。对应于V＝0时的，每个入射角的总散射截面开始于不等于零的值，对于正交入射减小到(几乎为)零，而对于45°入射则增加，直至达到曲线29的非偏振光适应值。
[0102] 此外，对于任何导致至少某种程度的对准(即没有随机分布)的施加电场，当入射角θ不等于零并且“待散射”光的偏振改变时，折射率将改变。
[0103] 对于30°的入射角，箭头30C示出了对于从s偏振到p偏振的偏振变化的调谐，假设静电场例如由Vsat施加。对于s偏振，每个入射角的总散射截面开始于几乎为零并且增加(假设至少一些入射角大于0°)到p偏振的总散射截面，如对于30°的入射角由箭头30C示意性地表示。
[0104] 此外，对于导致至少某种程度的对准(即没有随机分布)的任何施加电场，当“待散射”光的入射角θ改变时，折射率将改变。这里，改变的入射角与例如具有“移动太阳”特征的照明系统相关联。该方面对应于(V相关的)θ运行状态。如上所述，尽管θ运行状态原则上适用于任何V≠0，但是对于Vsat给出了移动太阳对瑞利散射条件的最大影响。而且，色度调谐的方向取决于和no之间的相对大小，即是否更多的散射发生在接近例如白光在漫射器单元上的垂直入射或"平行"入射。通过选择电压(即电场或对准程度)，可以进一步微调移动太阳的色彩外观。
[0105] 箭头30D示出了对于入射角变化的调谐，假设例如通过Vsat施加静电场。同样从垂直入射开始，总散射截面几乎为零，随着入射角增加，散射活动沿非偏振光适应曲线29增加。
[0106] 此外，很明显，在主体材料由LC组成并且纳米微滴例如由静态纳米结构(如固体纳米颗粒)代替的配置中，可以实现折射率失配的相同调谐。
[0107] 如上所述，当使用本文公开的各种调谐方法时，根据相对折射率(参见下面要提到的图4B)，其它PDLC膜构造的调谐特性(散射活动的增加/减少/增加和减少之间的变化)可能不同。
[0108] 总之，取决于预先选择或改变的传播方向、预先选择或改变的电场、和/或预先选择或改变的偏振，可以选择具有不同光散射参数的漫射器单元13的运行状态。
[0109] 考虑到上述情况，存在表征特定层配置的失配的特定折射率参数：主体材料的折射率nh(在PDLC膜中为非可调谐材料)、平均折射率(n_OFF，与纳米微滴内LC的随机平均取向相关)以及饱和时的折射率no。对于基于LC微滴的散射单元上的正交入射，这些参数定义了基于LC的散射单元的色度可调性。如上所述，色度可调性随入射角而进一步变化。
[0110] 图4A示出了上述参数，并且因此示出了针对可见波长范围的上述示例性NOE65和E7的PDLC膜的可调性范围。E7具有相对较高的双折射和正
介电各向异性。E7含有特定组成的几种氰基联苯和氰基
苯酚组分。光学性质允许纳米微滴的大的折射率可调谐范围，然后可以用于PDLC散射单元中的类瑞利散射。NOA65是一种透明无色的液体光聚合物，其形成散射单元的透明结构
基础。NOA65的固化可以在紫外线照射下进行，其中固化过程主要取决于用于聚合的UV光的强度。
[0111] 具体地，图4A示出了NOA65的折射率nh，其在450nm(在20℃下)从约1.540降低到在650nm处的1.524(数据点“NOA65”)。此外，图4A显示了随机取向的液晶分子的E7的平均折射率n_OFF(未施加电压；数据点“n_OFF”)。然而，平均折射率n_OFF通常在较大的折射率下降低，如NOA65从450nm(在20℃)下的1.632降低到在650nm下的1.590。类似地，对准的液晶分子的普通折射率(即，饱和时的普通折射率no，即施加的饱和电压；V＝Vsat，数据点“no(20°)”)在与NOA65的值相当的值处下降。例如，E7的普通折射率no从450nm处(约20℃)处的约1.543降低至650nm处的1.518。因此，可调性范围δn在450nm处为0.09，在650nm处为0.07，因此在可见波长范围内相当。此外，考虑到完整性，在图4A中还示出了各个液晶分子的特别折射率ne(数据点“ne(20°)”)和作为替代主体材料的NOA81(数据点“NOA81”)的折射率。替代的聚合物NOA81的折射率nh从450nm处(约20℃)的约1.58降低至650nm处(数据点“NOA81”)的1.56，即大于NOA65的折射率。
[0112] 考虑到相当的NOA65的基体nh和饱和的液晶的折射率no，可以清楚的是，可调性的范围也可以覆盖基本上非散射状态的情况，即具有相应入射角(散射单元的透射模式)的光的不受影响的透射。此外，对于上述情况，主体材料和散射纳米微滴之间的折射率失配由可调性δn的范围给出，从而基本上在对于正交入射的Vsat没有折射率失配的情况下结束。
[0113] 图4B示出了对于四种主体聚合物(包括图4A的NOA65和NOA81以及两种另外的替代主体材料)在650nm处的折射率参数的概述，对于这些主体材料(例如对于NOA81)，在E7(对于正交入射)的可调谐范围的末端不存在散射单元的透射模式。对于E7，示出了普通、特殊和平均折射率以用于比较。
[0114] 对于主体材料NOA81，折射率nh介于E7的n_OFF和no之间。对于主体材料NOA164，折射率nh约为1.64，即甚至大于E7的n_OFF。对于主体材料NOA1315，折射率nh约为1.32，即显著低于E7的no。类似地，还存在各种各样的液晶和n_OFF、no和ne的相应值，因此原则上存在用于基于可调性δn和折射率nh的范围选择限定漫射器单元的运行状态的光学参数的宽范围。
[0115] 以下结合结合图8描述的制造工艺公开了用于基于液晶的漫射器单元的其他示例性材料。
[0116] 图5A至5D示出了示意性均匀色度图(也称为CIE 1976u'-v'-色度图)，以说明透射的直射光以及漫射光的颜色变化。其中，边界线32上的点(三角形形状的两侧)对应于单色光谱(δ样)；换句话说，波长在左侧和顶侧的曲面边界处从例如底部的420nm增加到左上角的约510nm到右上角的约680nm。这些坐标称为u'-色度坐标和v'-色度坐标。另外，在图中示出了普朗克轨迹31，其表示普朗克辐射器在各个温度下的光谱，例如，在低于1000K至约100000K的范围内。普朗克轨迹31进一步限定了各种温度的CCT。
[0117] 在图5A中，示意性地示出了颜色区域。具体来说，红色区域为I，绿色区域为II，蓝色区域为III。在从2000K到10000K的范围内，红色区域I和绿色区域II基本上由普朗克轨迹31分开，并且普朗克轨迹31指向蓝色区域III。在普朗克轨迹31的末端区域中，颜色的混合形成了颜色的白色外观。
[0118] 对于类似太阳的模拟，透射光的颜色类似太阳并且接近普朗克轨迹31(第一CCT)，而散射光的颜色类似天空且位于蓝色区域III(第二CCT)。为了提供第一CCT和第二CCT之间的差异，以形成在中午与太阳和天空相关联的独特感知，均匀色度图内的各个颜色的坐标可以至少在至少为0.008(例如至少0.01、0.02、0.025、0.03或0.04，例如0.5或更多)的Δu'v的范围内不同。例如，在大约10000K处提供在普朗克轨迹31的范围内或至少接近普朗克轨迹31的的范围内的第二CCT将产生蓝天
印象，并且在800K到6500K的范围内的第一CCT产生太阳外观。
[0119] 在图5A中，示例性区域“太阳”/“天空”在均匀色度图内示意性地表示。如下所述，区域“太阳”/“天空”内的关联点表示与漫射器单元的特定参数设置相关联的运行状态。图5A示出了类似于图4B的E7/NOA65散射单元的折射率配置的第一CCT和第二CCT的可调性。示例性地，针对第一CCT和第二CCT的正交入射的上述NOA65/E7配置示出了关闭状态(OFF)和开启状态(ON)，其中增加电场减小了总散射截面。应当理解，可以设置不同的调谐方向。
[0120] 值得注意的是，通过将“待散射”光的光谱从普朗克轨迹31移开，可以实现人工(非自然)效果，从而例如提供绿色背景。
[0121] 对于明确定义的输入光源，例如E标准照明器(在可见光谱内具有恒定光谱功率分布(SPD)的等能量辐射器)，图5B至5D的均匀色度图说明了透射的直射光的感知颜色的色度变化，每种颜色感知与漫射器单元的相应设定的透射率(即运行状态)相关联。因此，图5B至5D更详细地示意性地示出了第一CCT对于增加的电场的透射定向光的可调性。通过散射来调谐第一CCT也将影响第二CCT。
[0122] 如将从图5A中认识到的，增加散射活动将透射光的颜色移向红色并且将漫射光的蓝色移向白色，同时减少散射活动使透射光变白并增强漫射光的蓝色。这类似于增加/减少自然界中瑞利散射体数量的情况。例如，增加折射率失配会将透射光转换为白黄色(普朗克轨迹值约为6000K/5500K/5000K)，橙色(普朗克轨迹值约为4000K/3000K)和红色(普朗克轨迹值约为2000K)并且至少对于大的散射活动可以使漫射光的蓝色变白。
[0123] 在图5B的均匀色度图中，基于先前讨论的PDLC膜NOA65/E7的相应u'v'数据点示出了具有增加的电场的十种运行状态，LC微滴尺寸为约100nm，样品厚度为100μm，填充率为约50％。
[0124] 假设在垂直入射(0°正交入射)下用E标准光源照射PDLC膜。色点E表示与E标准光源相关的颜色。
[0125] 在OFF状态(色点OFF)，存在最大散射(图3中的最大横截面，)。在ON状态(色点ON)，存在最小散射(图3中的最小横截面，no)。因此，当电场增大时，色点(基本上)沿普朗克轨迹31朝着色点E移动。因此，颜色将从橙色/黄色变为与色点E相关的颜色(其类似于CCT为5455K的D系列光源)。
[0126] 在图5C和图5D(图5C的相应区域的放大图)的均匀色度图中，三个参考色点分别由u'-和v'值0.212/0.485、0.225/0.5和0.24/0.514所给出的线u'1/v'1、u'2/v'2、u'3/v'3所限定。参考色点的u'和v'值逐渐大于色点E(即它们到色点E的欧几里德距离增加)。
[0127] 此外，对于上述PDLC膜NOA65/E7(在OFF状态下，LC微滴尺寸为约100nm)，同样对于假定用E标准光源的照明，分别通过色点10、20、30、40、50和60表示10μm、20μm、30μm、40μm、50μm和60μm的样品厚度。如果剩余参数保持相同，厚度的增加会改变每单位面积的纳米级散射元件的数量N。人们认识到，与上述厚度相关的每单位面积的纳米级散射元件的数量N超出(大于)相应的线u'/v'1、u'2/v'2、u'3/v'3。因此，对于散射层，本文讨论的参数(最大)相对折射率、主体材料/散射元件的折射率和有效尺寸涉及产生超出上述值的色点所需的每单位面积的纳米级散射元件的最小数量N。另一方面，应该给出二向色照明的要求，应该保持至少一些规则透射光，这导致每单位面积的纳米级散射元件的最大数量N和与特定要求的最小透射率相关的相应的u'-极限。
[0128] 如将进一步理解的，每单位面积的纳米级散射元件的数量N取决于与产生规则透射光的入射光相关联的入射方向，因为一般来说，散射层具有与层厚度相关联的层状二维形状。这通常也适用于弯曲层。因此，虽然对于垂直入射，可能无法达到每单位面积所需的纳米级散射元件数量N，但是对于一些入射角，每单位面积所需的纳米级散射元件数量N可以应用并在所需的色点处产生规则透射光。特别是在使用大面积漫射器单元的照明系统领域中，通常实现高达约60°的入射角，例如25°、30°或45°。
[0129] 在图6A(ON-状态)和6B(OFF-状态)中，使用发光强度的极坐标图进一步示出了那些色彩效应，即，每单位立体角在特定方向上从漫射器单元发射的光功率(由
发光效率函数加权并假设入射白光垂直入射到基于NOA65/E7的漫射器单元上。该特性代表任何类型的白光照明，但是示意性地表示在CCT为6500K时使用
黑体照明器的假定照明。发光强度分布取决于两个角坐标 其中在所示的图中，由于假设白光束正交入射到平面漫射器单元上，角坐标 指向任意可选择的入射平面。在极坐标图中，对应于蓝色分量(450nm：直线)和红色分量(600nm：虚线)的两个波长，以对数任意比例示出了发光强度。
[0130] 具体地，可以识别出定向光部分33和漫射光部分35。定向光部分33仍然沿0°方向传播，然而具有例如约5°的角宽度。另外，类瑞利散射导致具有光强分布的漫射光部分35的产生，该光强分布以降低的强度由小的半圆形曲线部分表示。
[0131] 在图6A中示出了蓝天散射条件，其主要示出了对漫射光部分35有作用的蓝色分量，而定向光部分33(假设类似黑体的波长相关强度分布)示出了蓝色和红色分量的类似作用(comparable contributions)。
[0132] 参照图6B，由于红色分量的增加的散射类似于低太阳散射条件，对于漫射光部分35，红色贡献显著增加。同时，红色分量在定向光部分33中相对增加，因为更多的蓝光被散射出去。因此，太阳表现出更多的橙色/红色，而天空的蓝色看起来更发白。
[0133] 可以注意到，图6B中的均匀性相对于图6A增加，因为定向光和漫射光之间的相对强度差异变小以增加散射活性。
[0134] 图6C分别示意性地示出了在点12A和12B处测量的照度在区域11中及其外部的类似太阳照射的特性。人们清楚地看到，与这些点相关联的照度值的差异可以显著变化，从而允许点状照明以及环境的均匀照明。
[0135] 此外，尽管可以实现例如90％的直射光的散射，但是当观察设备时可以保持
深度感知，因为通过类瑞利散射保持了清晰度。换句话说，尽管红色太阳的亮度低，人们仍然可以感知无限远处的源，伴随着在上面引用的用于蓝天情况的公开中讨论的那些效果。
[0136] 再次注意到，假设折射率的各向异性和LC的至少部分对准，当定向光部分33的方向或偏振状态改变时产生类似的外观效果。用于角型或偏振型调谐方法的示例性PDLC膜可以基于例如嵌入NOA65或NOA1315聚合物膜中的E7LC微滴。
[0137] 图7A至7G示出了基于液晶微滴的散射单元的示意性横截面。图7H示出了反向概念，其中静态散射中心(纳米颗粒)嵌入在基于液晶的主体材料中。图7I示出了在PET层之间的基于液晶微滴的散射单元，图7J示出了玻璃夹层结构内的这种PET-PDLC构造。
[0138] 图7A再次示出了例如在图2A中已经示出的基本设置。在两个ITO玻璃板23之间(作为导电和至少在一侧透射
覆盖层的实例)利用层17进行散射，层17包括作为散射元件/中心的嵌入在主体材料21内的LC纳米微滴19。
[0139] 在图7B的实施例中，间隔元件41包括在层17中，以在两个例如刚性覆盖片之间提供层17的限定层厚度43。例如，作为覆盖片的ITO玻璃足够硬，以允许基本上不影响视觉感知的元件之间的平均距离45。通常，间隔元件41的实例包括聚合物或玻璃珠。此外，可以使用间隔栅格或间隔网，其中基础形状例如适合于诸如光源的照明系统的任何底层结构特征。使用间隔元件41允许减小层厚度43，并因此降低实现层17上所需电场所需施加的电压(例如，用标准220V AC电压来运行)。此外，由于更均匀的厚度并因此在层17的平面中的散射元件分布，使用间隔元件41允许增加层17的光学性质的均匀性。然而，间隔元件41的
密度应该足够低。这样他们的存在本身不会影响视觉外观。
[0140] 在图7C的实施例中，“静态”散射元件51包括在层17中，以提供与例如所施加的电场或光的入射方向无关的附加散射特征。例如，可以选择静态散射元件51的量以在散射单元上提供所需程度的均匀散射特征。静态散射元件51的尺寸可以为纳米级，以提供类瑞利散射的恒定基础。可替代地或另外地，静态散射元件51的尺寸可以例如为微米级，以提供大颗粒漫散射，用于抹去(smearing out)“待散射”光束上的光强度分布的任何结构。通常，静态散射元件51的实例包括有机或无机颗粒。
[0141] 在图7D中示出了用于提供附加静态散射特征的替代方法。具体而言，例如漫射层53被添加到一个覆盖片的外表面上(或者覆盖两个覆盖片，或者作为其间的单独层，或者在一个或单独的漫射层内具有不同的散射特征)。例如，类似于图7C的实施例，使用例如嵌入
支撑矩阵中的相应静态散射元件51，漫射层53可以提供瑞利散射和/或大颗粒漫散射的恒定基础。
[0142] 虽然图7A至7D的实施例旨在用于透射，图7E和7F的实施例用于反射配置。例如，如图7E中示意性所示，反射层55设置在一个覆盖片上。因此，照射在另一个覆盖片上的光将在反射层55的反射之前和之后两次穿过层17。
[0143] 在图7F的实施例中，其中一个覆盖片本身构造成反射片57。在这种情况下，反射片57可以进一步配置为用作面状电触点。
[0144] 假设折射率配置允许透射模式，除了可调谐的太阳天空感知之外，图7E和7F的配置可以在透射模式中包括传统反射镜的功能，并且因此形成可用作传统反射镜或作为照明系统设施的一部分可切换的反射镜。
[0145] 在图7G的实施例中，吸收层59被添加到其中一个覆盖片的外表面上(或者在两个覆盖片上或作为在它们之间的单独层或者在一个或单独的漫射层内具有不同的吸收特征)。例如，吸收层59可以提供UV和/或IR吸收。各个散射单元尤其适合在外面使用。此外，可以直接在预聚物和LC的起始混合物中引入UV和/或IR吸收物质。
[0146] 虽然图7A至7G的实施方案基于提供纳米液滴中的LC，但图7H的实施方案提供液体形式的LC作为其中嵌入“静态”纳米级散射体63的主体材料61。以上公开的LC纳米微滴的光学方面类似地适用于该配置。
[0147] 如图7I所示，基于PET膜的漫射器单元65使用塑料柔性导电透明膜(例如ITO PET膜65A、65B)来限定层17。层17的厚度可以通过再次添加例如一些间隔元件(未示出)来限定。这可以允许产生如图7J所示的漫射器窗口元件67，其中最终的PDLC漫射器单元是例如夹在两个ITO PET膜65A、65B之间的PDLC膜，其在两个玻璃板67A、67B之间分层。
[0148] 本领域技术人员将认识到，结合图7A至7J讨论的基本设置的示例性
修改通常可以组合以提供散射单元内的附加光学特征(限定的厚度、附加散射、吸收、反射)的组合。此外，可以通过单个添加元素(例如吸收间隔元件)提供添加的特征。此外，该装置可具有额外的光学特征，例如蚀刻、防
眩光、防反射表面。
[0149] 通常，漫射器单元的尺寸可以在例如1m×2m或更大的封闭区域上延伸而用于大面积照明系统，从而提供大的连续天空模拟区域。对于基于砖瓦结构的照明系统，漫射器单元可以在例如对应于单个砖瓦的约10cm×10cm范围内的封闭区域上延伸。
[0150] 特别参考图7I和7J，用于夹持PDLC层的ITO-PET
支撑膜可以用标准工艺生产，从而产生用于大规模漫射器单元的长卷
薄膜型材料。另一方面，例如参考图7A，用于夹持PDLS膜的ITO玻璃板可用于较小规模的漫射器单元。
[0151] 具有LC纳米微滴夹杂物的聚合物网络的形成可通过根据所选材料的化学性质采用的不同技术来实现。在液晶在起始预聚物(或
单体)中的高
溶解度的情况下，诱导相分离是方便的。该技术称为聚合诱导相分离(PIPS)，并且通常在预聚物和液晶(LC)的均匀混合物经历聚合过程时发生。一旦聚合反应开始，LC分子就会自发地与初始聚合物基体分离，导致受限微滴的成核和生长。这些微滴的最终尺寸主要取决于聚合速率。通常，该过程越快，产生的微滴越小。
[0152] 除了聚合速率之外，还存在其他因素，例如材料的相对浓度、所使用的液晶和聚合物的类型，以及有助于最终微滴尺寸的各种其他物理参数，例如
粘度和温度。
[0153] 可以通过不同的方式活化聚合过程，例如在环氧
树脂的情况下的缩合反应，当涉及乙烯基时的基于自由基引发剂(BPO、AIBN)的反应，以及当暴露于特定辐射(γ射线、UV-可见光和/或IR-辐射)时产生自由基物质的基于光活性分子的反应，后者也称为光聚合(photopolymerization)。
[0154] UV引发的聚合被认为特别适合于产生纳米级微滴，因为可以通过改变光强度来调节聚合速率。这产生了相对于其他技术的重要优点，因为可以实现对微滴尺寸的更高控制，其可以在50nm至20μm的尺寸范围内以良好的均匀性变化。
[0155] 图8示意性地示出了使用光聚合在两个片材之间形成薄的均匀散射层的示例性制备方法。
[0156] 该方法通常从混合步骤71开始，用于混合所需组分如LC 71A和预聚物71B，从而形成预聚物-LC-混合物71C。继续进行在片材73A、73B之间的预聚物-LC-混合物71C的
层压步骤73，从而形成散射单元的夹层型基础结构。该过程通过基于UV光75A的UV固化步骤75完成，UV光75A利用大面积UV照射源75B均匀地产生并照射夹层型基础结构，使得预聚物-LC-混合物71C转变为具有在其中相分离的纳米级LC微滴(纳米微滴19)的PDLC层17。
[0157] 混合步骤71定义体积分数VLC/Vtotal。通常，为了实现相分离，LC的体积分数可以在20％至70％的范围内。混合步骤71还可以包括添加上面结合图7A至7H讨论的其他元件71D的步骤。参照图7B，可以在
制造过程中添加间隔元件41(例如尺寸为几微米的透射纳米球)到液晶和基础聚合物的混合物，从而通过(大)μm颗粒限定有效层厚度。
[0158] 层压步骤73限定膜厚度例如在10μm至500μm的范围内，从而散射元件的最终面密度为：NLC/m2。例如当使用在掩模中的空隙上足够硬的片材时，掩模可以用作间隔物以作为间隔元件的替代。掩模可以在形状上适合于包括多个光源元件的光源。
[0159] UV固化步骤75引发聚合诱导的相分离。如上所述，所得到的微滴尺寸取决于UV光强度、固有固化速率和体积分数：VLC/Vtotal。例如，对于基于E7/NOA65的PDLC膜，UV光强度在40-600mW/cm2的范围内。
[0160] 图9A和9B示出了在一起形成基于LC的瑞利漫射器的NOA65主体材料中由E7制成的纳米微滴的纳米级结构。使用如上所述的UV光聚合，产生平均尺寸为约100nm(图9A)和200nm(图9B)的纳米微滴分布，如从再现的SEM图像测量的相应直径分布图所示。应注意，直径分布在平均尺寸附近非常窄，表明均匀的形成过程和相分离的受控结束。因此，由于可以很好地控制相分离过程并因此限制时间，因此基本上仅形成一种尺寸的纳米微滴。从图9A和9B可以看出，在相应的光聚合过程中基本上不产生μm尺寸范围的微滴。
[0161] 如本领域技术人员将认识到的，利用所示的纳米微滴的直径分布，基本上仅发生类瑞利散射。
[0162] 可用于制备PDLC的其他技术是热诱导相分离(TIPS)和
溶剂诱导的相分离(SIPS)。在TIPS中，液晶在高于聚合物熔点的温度下与热塑性聚合物(例如PMMA，聚甲基
丙烯酸甲酯)混合。通
过冷却该均匀混合物，发生相分离并且微滴仍然保持截留在聚合物基体内。所得微滴的大小主要取决于冷却速率。相反，在SIPS中，液晶和热塑性聚合物溶解在相同的溶剂中，产生单相混合物。在这种情况下，通过确定微滴尺寸的溶剂
蒸发诱导相分离。如果需要，可以提高
工作温度以提高蒸发速率，并因此减小颗粒尺寸。
[0163] 用于生产PDLC的另一种方法是基于乳液的方法。在这种情况下，LC用成膜聚合物的
水溶液乳化。将该乳液沉积在导电基底上并使其干燥。在此过程中，聚合物形成含有LC微滴的固相，由于原始膜的收缩，LC微滴通常具有细长的形状。该方法的实例使用聚乙烯醇和向列LC的水溶液。
[0164] 几种不同类型的液晶(LC)可被认为适用于本文公开的方面。原则上，存在各种各样的市售的LC。LC领域的领先公司是Merck KGaA(德国，默克制药公司)。用于本发明的典型种类的有用液晶可包括但不限于氰基联苯和氟化化合物。氰基联苯可与氰基三苯基和各种酯混合。属于该类的向列型液晶的商业实例是“E7”(来自Merck KGaA的Licrilite BL001)。E7是51％的4'-正戊基正氰基联苯(5CB)、21％的4'-正庚基-正氰基联苯(7CB)、16％的4'-正辛氧基-4-氰基联苯、12％的4'-n戊基-4'-正戊基-4-氰基三苯基。该混合物的晶向向相转变温度为-10℃，
向列相向各向同性转变温度为60℃。
[0165] 商业液晶的其他实例是：用于LC混合物的E31、E44、E63；用于单组分LC的K12、K21、K24、M15、M18、M24。液晶混合物的其他有用实例(例如可从Merck KGaA获得)包括BL003、BL004、BL009、BL011、BL012、BL032、BL036、BL037、BL045、BL046、ML-1001、ML-1002和包括氟化物TL202、TL203、TL204、TL205、TL215、TL216的一系列混合物，它们具有非常高的双折射。其他公司提供的液晶包括例如瑞士Hoffman-LaRoche公司的TOTN404和ROTN-570。
[0166] 参考在混合步骤71中添加其他元素71D，可以添加
表面活性剂，其包括位于聚合物和LC之间的微滴表面上的分子，从而增加LC分子的移动性以与电场对准。因此，表面活性剂可以允许降低饱和电压。
[0167] 在本文中，在聚合的情形下，术语“预聚物”是指能够形成聚合物作为液晶微滴的主体材料的任何种类的聚合物前体。它可以例如是单体、低聚物、短链聚合物或这三种组分的混合物。对于TIPS和SIPS，它也可以是被诱导固化的液态聚合物。适用于本发明的预聚物是能够形成具有优异光学透明度的聚合物的前体。它可以选自热塑性、热固性和光固化树脂。合适的预聚物可属于(但不限于)以下类别：酯、
醛、酚、酸酐、环氧化物、丙烯酸酯、乙烯基、烯
烃、炔烃、苯乙烯、卤化物、酰胺、胺、苯胺、亚苯基、芳烃和
硅氧烷。另外，可以使用氟化聚合物前体。可获得各种商业上有用的预聚物，例如来自Norland optics Inc.(诺兰光学公司)的NOA系列
粘合剂和来自Croda International Plc(禾大国际公司)或Henkel AG&Co.KGaA(德国汉高公司)的UV可固化粘合剂和
密封剂。
[0168] 例如参照图2B，覆盖片在一些实施例中提供尽可能接近LC微滴的面状电触点。具体地，它示例性地称为ITO玻璃板23。ITO玻璃板23是使用
透明导电氧化物(TCO)作为
电极元件的已知板的实例，提供在可见光谱中的至少90％的透射率。与玻璃板一起，可以形成结构模板，其甚至可以形成漫射阻挡层。本实施例中的TCO材料的期望特性包括在宽光谱(特别是可见光谱)上的高光学透射率和低
电阻率。
[0169] 图10A和10B分别示出了在透射和反射中使用可调谐漫射器单元的照明系统。申请人参考上述公开内容以获得更多细节，使得本公开限于一般原理。
[0170] 图10A示出了如图1A所示的照明系统的示意性横截面。具体地，在天花板7中，安装可调谐纳米漫射器单元81并且电连接到控制和电源单元83。控制和电源单元83配置为启动散射层上的电场以影响相应散射元件的散射截面。例如在暗盒85内，安装光源87以照射(直接或在光导元件上)可调谐纳米漫射器单元81的散射层。示意性地，在图10A中示出了至少部分透射的白光束89，其至少部分地透射并且作为透射光束91离开可调谐纳米扩散器单元81。另外，如果通过控制和电源单元83选择导致瑞利散射的运行状态，则也将从可调谐纳米漫射器单元81发射漫射光93。
[0171] 图10B示出了使用例如图7E和7F所示的反射可调谐纳米漫射器单元81'的照明系统的示意性横截面。具体地，在壁95中，安装反射可调谐纳米漫射器单元81'并将其电连接到控制和电源单元83'。控制和电源单元83'还配置成启动散射层上的电场以影响相应散射元件的散射截面。
[0172] 光源87'安装在天花板7处，在该示例性情况下直接照射可调谐纳米漫射器单元81'的散射层。如图10A所示，直射白光束89从光源87'发射并且至少部分地透射穿过反射可调谐纳米漫射器单元81'的散射层。然后，与图10A的实施例相反，落在反射可调谐纳米漫射器单元81'的镜
面层97上的任何光(例如，分别为图7E和7F的反射层55或反射片57)被反射回到反射可调谐纳米漫射器单元81'的散射层，并且在作为透射光束91和漫射光93出射之前再次与散射元件相互作用。
[0173] 如上所述，假设可调谐纳米漫射器单元81'存在透射模式，则可以通过控制和电源单元83设置多个散射条件，甚至包括清晰的反射镜运行状态。
[0174] 对于透射光束91和漫射光93的色彩方面和可调性，特别参考结合图5A至6B的上述描述。
[0175] 图11示意性地示出了使用例如在如图10A所示的透射中的可调谐纳米漫射器单元81的另一种照明系统配置。可调谐纳米漫射器单元81电连接到控制和电源单元，该控制和电源单元配置为启动散射层上的电场。
[0176] 然而，在该实施例中，由于光源的移动(即白光束89的入射方向的变化)而产生各个散射元件的散射截面的调谐。示例性地，在图11中示意性地示出了光源99的四个位置。具体地，照明系统可以包括一个或多个“入射方向变化”安装系统，例如用于相对于纳米漫射器单元81移动光源99的安装结构100A。作为替代或补充，可以转动光学元件(例如折叠镜)以改变安装结构的入射角。此外，作为补充或替代，纳米漫射器单元81可以例如通过旋转台100B相对于入射光转动，作为“入射方向变化”安装系统(在图11中示意性地示出)的另一个例子。
[0177] 由于入射方向的改变，起作用的有效特别折射率neff发生变化。因此，(有效)双折射Δn＝neff–no对于不同的入射角导致不同的可适用折射率失配(参见结合图3的公开内容)。因此，通过移动光源，以类似于上述透射率和色度方面对定向光和漫射光部分的可调性的方式改变散射条件。为了完整起见，应注意在OFF状态，即LC的随机取向，不会观察到色散效应对入射角的依赖性。因此，对于该移动光源概念，需要LC的至少一些对准。
[0178] 图12是使用可调谐纳米漫射器单元81的另一实施例，其允许通过改变入射光的偏振来调谐散射效果。例如，照明系统包括产生至少部分偏振光的白光源和诸如用于改变例如在p偏振态和s偏振态之间偏振的偏振器100(例如波片)。而且，对于基于偏振的调谐，需要LC的至少一些对准(也参见结合图3的公开)。为了确保特别折射率的贡献，入射光进一步相对于LC的光轴倾斜，如图12中示意性所示。如上所述，改变偏振态将改变所见的整体折射率，从而导致如上所述的在定向光和漫射光部分上的透射率和色度方面的可调性。
[0179] 图13和图14涉及在漫射器单元101内使用具有几何形状各向异性的散射元件的实施例。由于贡献的有效粒径D改变，形状的各向异性在每个散射元件上为不同的入射方向产生不同的散射条件。
[0180] 已知各种各向异性颗粒在施加外部电场时调整它们的取向。各向异性颗粒可以是有机的或无机的。示例性有机颗粒包括例如卤化物，例如多卤化物或金属卤化物。无机颗粒例如包括化合物材料，例如氯氧化铋、
石墨、
磷酸氢铅、或金属(例如
银、钽、
钛)或金属氧化物(例如氧化
锡或五氧化二
钒)。各向异性颗粒可具有通常称为棒状、针状或薄片状的形状。通常，形状是“不等轴”的，因此，颗粒的形状使得在一个方向上截取比另一个方向更多/更少的光。对于本文讨论的应用，可以选择各向异性颗粒以透射可见光谱的所需波长范围(优选基本上不吸收)并且具有例如约200nm范围内的尺寸。
[0181] 嵌入材料允许各向异性颗粒的重新定向。示例性的嵌入材料包括具有良好绝缘性能和具有能够保证
布朗运动并防止颗粒沉降的合适粘度的液体介电物质。典型的悬浮介质是具有中/高分子量的聚合物液体，例如基于有机硅氧烷的材料。例如，可以将具有细长形状的有机颗粒嵌入液相材料中。在电场作用下，可以发生颗粒的相应重新定向，从而允许平均控制入射方向。
[0182] 图13示出了细长颗粒105的任意取向103A(OFF状态105A)和细长颗粒105的对准取向103B(ON状态105B)，这取决于在漫射器单元101上施加或不施加电场。当被白光源99照射时，光学调谐效果类似于结合图2A、2B和3描述的效果。
[0183] 简而言之，对准程度影响所见的有效纳米颗粒尺寸并因此影响散射效率。对于示例性纳米级元件，在ON状态下，在正交入射下，来自光源99的入射白光可以看到最小尺寸，因此总散射截面最小。在其他实施例中，总散射截面在对准状态下可以是最大的。因此，施加电场允许类似于通过LC对准的调谐来调谐透射率。
[0184] 图14示出了与图11类似的实施例。改变光源99的位置/取向导致在对准的细长颗粒105上处于ON状态105B的不同入射角。结果，不同的有效尺寸有助于散射，并且总散射截面变化，因此可以调节透射率。如结合图11所公开的，可以提供“入射方向改变”安装系统，以使得能够改变入射到漫射器单元101上的入射方向。
[0185] 在图14所示的示例性实施例中，对于正交入射，系综散射截面量最小，并且将随着入射角θ的增大而增大。因此，类似于自然界中较低的太阳，散射活动增加，即，与正交入射相比，，漫射器单元101对于较短波长的透射率逐渐降低，从而导致倾斜入射的更微红的太阳。
[0186] 下面结合E标准光源定义本文公开的漫射器单元的光学特征。这里，如外观标准术语ASTM国际标准E 284-09a中所定义的，光谱功率分布SPD通过作为波长函数的辐射量(例如辐射或辐射通量)的光谱组成来指定光源。E标准光源是一种等能量辐射器，其SPD在可见光谱内是恒定的。基于本文公开的各种配置和材料参数来选择光学特征。
[0187] 当用E标准光源表征的白光照射时，本文公开的漫射器单元透射对应于CIE1976u'-v'-色度图上的具有坐标u'、v'的色点的定向光，对于漫射器单元的色度可调谐范围内的任何配置，上述坐标分别大于0.20和0.465(图5D中的线u'1/v'1)。此外，在一些实施例中，对于色度可调谐范围内的任何配置，透射的直射光的色点与普朗克轨迹之间的欧几里德距离Δu'v'满足Δu'v'小于0.1(示意性地，欧几里德距离δu'v'在图5D中示出)。此外，相应的散射光对应于CIE 1976u'-v'-色度图上的色点，对于漫射器单元的色度可调谐范围内的任何配置，色点的坐标u'、v'分别小于0.20和0.465(图5D中的线u'1/v'1)。关于在CIE 1976u'-v'色度图中与散射光和透射光相关的色点之间的距离，对于漫射器单元的色度可调谐范围内的任何配置，这些点的欧几里德距离δu'v'之间的距离满足δu'v'为0.02或更大(欧几里德距离δu'v'在图5A中示意性地示出)。
[0188] 特别地，在一些实施例中，对于与相应实施例的调谐范围(图5D中的线u'1/v'1)相关联的最大散射截面，透射的直射光的色点具有分别大于0.20和0.465的坐标u'、v'。此外，在一些实施例中，对于与相应实施例的调谐范围相关联的最大散射截面，透射的直射光的色点的坐标u'、v'分别大于0.2117和0.4851、或者分别大于0.2265和0.5029(例如超出图5D中的线u'2/v'2)、或者分别大于0.243和0.5166(例如超出图5D中的线u'3/v'3)或者分别大于0.2598和0.5261。
[0189] 此外，对于色度可调谐范围内的任何配置，透射的直射光的色点与普朗克轨迹之间的欧几里德距离Δu'v'满足Δu'v'小于0.1。此外，相应的散射光对应于CIE 1976u'-v'-色度图上的色点，对于漫射器单元的色度可调谐范围内的任何配置，坐标u'、v'分别小于0.20和0.465(图5D中的线u'1/v'1)。关于在CIE 1976u'-v'色度图中与散射光和透射光相关的色点之间的距离，对于漫射器单元的色度可调谐范围内的任何配置，这些点的欧几里德距离δu'v'之间的距离满足δu'v'为0.02或更大。
[0190] 本文公开的实施例允许在透射光中产生显著的红移，例如从5500K(白-黄)范围内的CCT到4000K(黄/橙)范围内的CCT到3000K(红色太阳)范围内的CCT甚至更远。假设厚度在10μm至500μm的范围内，这种红移需要填充率在30％至70％的范围内，并且平均粒径在纳米范围内从50nm至300nm，例如由最大折射率失配或最大尺寸变化给出的折射率调谐能力。
[0191] 在下文中，本文描述的光学性质与特定材料参数相关联，所述特定材料参数允许描述散射层的特定实施方式的一般概念，所述散射层可用于漫射器单元中以提供色度可调(例如规则)透射光。在这种情况下，将参考图5A至5D以及图15和16，调谐能力对应于可以与特定颜色相关的漫射器单元的透射率的变化。对于不改变方向的光束可以给出透射率的这种变化(例如通过电场变化调整纳米微滴的单个散射截面)和/或可以通过光束在入射方向上的变化来实现(例如使用纳米微滴中的对准的LC的起作用的各向异性折射率或使用散射元件的起作用的各向异性形状进行调谐。
[0192] 考虑到各向同性颗粒的瑞利散射的情况，并假设恒定的(即与波长无关的)折射率，并忽略任何光的吸收(或重新调整光吸收以减少这种附加效应)，假设标准光源E和CIE 1931标准观察者(2°)，可以将上面(结合图5C和5D)提到的u'和v'值0.212/0.485、0.225/
0.5和0.24/0.514给出的CIE 1976色空间u'1/v'1、u'2/v'2、u'3/v'3中的点与规则光谱透射率的值关联起来。通常，规则光谱透射率T(λ)是波长的函数，并且可以根据美国商业技术管理局的NIST(美国国家标准与技术研究所)特刊250-69进行测量。
[0193] 在CIE 1976色空间上的规则光谱透射率与其相关色点之间的过渡是公知的过程。例如，参考标准ASTM E 308-01，其定义了在给定标准光源和标准观察者的情况下获得色点的过程。因此，根据规则透射光的颜色(用CIE 1976色坐标表示)描述漫射器单元的任何和所有特征(用于由非偏振E标准光源和CIE 1931标准观察者(2°)照射))可以根据与漫射器单元的规则光谱透射率相关联的CIE 1976色坐标等效地描述，根据上述标准实践ASTM E308-01中描述的程序执行到相同色空间的映射。
[0194] 例如，对于在450nm波长处的规则光谱透射率(在本文中称为T(450nm))，色点u'1/v'1的T1(450nm)＝0.748，色点u'2/v'2的T2(450nm)＝0.437，色点u'3/v'3的T3(450nm)＝0.200。
[0195] 透射率允许微观定义。微观上，规则光谱透射率T(λ)是纳米级散射元件的散射截面σ和每单位面积的纳米级散射元件的数量N的函数，其是(三维)数量密度和层厚度的乘积。规则光谱透射率T(λ)由下式给出：
[0196]
[0197] 其中，如上所述，瑞利散射截面σ是
[0198]
[0199] 其中，主体材料的折射率nh，有效粒径D＝d nh，以及相对折射率m。
[0200] 考虑到规则光谱透射率T(450nm)和上述两个方程式，对于450nm，每单位面积的纳米级散射元件的数量N由下式给出：
[0201]
[0202] 其中对于固定值T，常数c由下式给出
[0203]
[0204] 从这些方程式来看，N和T之间的关系是明确的。特别地，可以将每单位面积的纳米级散射元件的数量N与T(450nm)的值相关联，然后与作为材料特征(例如d、nh和m)的函数的u'-v'点相关联。
[0205] 具体地，对于色点u'1/v'1，每单位面积的纳米级散射元件的数量N1是
[0206]
[0207] 常数c1_transmission＝2×2.918×107nm4。
[0208] 对于色点u'2/v'2，每单位面积的纳米级散射元件的数量N2是
[0209]
[0210] 常数c2_transmission＝2×8.32×107nm4。
[0211] 对于色点u'3/v'3点，每单位面积的纳米级散射元件的数量N3是
[0212]
[0213] 常数c3_transmission＝2×1.6175×108nm4。
[0214] 在这个阶段，参考图10A和10B所示的两类配置，注意到如果在反射配置中使用，则散射层的光学活性可以加倍。因此，为了在反射模式中实现相同的色效应(图10B)，仅需要透射模式中每单位面积的纳米级散射元件数量的一半(图10A)。上面针对常数c识别的值是针对透射模式(c_transmission)导出的，使得在反射模式中，这些值的一半适用于c_reflection。因此，c_transmission等于2×c_reflection，使得与上述值分开的因子为“2”。
[0215] 基于常数c_transmission(c_reflection)，对于折射率为nh的特定主体材料，每单位面积的纳米级散射元件的个体数量是参数D和 的函数，必须选择它们才能达到最终(所需的色)效应。
[0216] 参考上述确定的值/色点，每单位面积的纳米级散射元件的相关(光学)有效数量是 例如 例如 其中如果漫射单元不包括反射层或反射片侧，则如果漫射单元包括反射层或反射片侧，则
[0217] 例如，对于嵌入聚合物基体中的LC纳米微滴，可确定与u'-v'-色度图中的特定色点相关联的每单位面积的纳米级散射元件的数量N，其参数在以下范围内：
[0218] ·0.02≤|ne-no|≤0.5
[0219] ·d在约10nm至约500nm的范围内，例如在约20nm至约400nm的范围内，例如在约30nm至约300nm的范围内
[0220] ·nh在1到3的范围内，例如在1.2到2.2的范围内，例如在1.25到1.75的范围内[0221] · 为使函数 最大化的两个值 和 中的一个
[0222] ·散射层(特别是散射层的表面)的每单位面积的纳米微滴的最小数量N，其中并且c是分别选择的常数。
[0223] 类似地，在静态散射中心(纳米颗粒)嵌入在基于LC的主体材料中的反向概念中，与u'-v-色度图中的特定色点相关联的每单位面积的纳米级散射元件的数量N可以使用以下范围内的参数确定：
[0224] ·nh(LC主体材料的折射率)，其中0.02≤|ne-no|≤0.5
[0225] ·纳米级散射元件的d在约10nm至约500nm的范围内，例如在约20nm至约400nm的范围内，例如在约30nm至约300nm的范围内
[0226] ·np(静态散射中心的折射率)在1至3的范围内，例如在1.1至3.2的范围内，例如在1.2至3的范围内，例如在1.3至2.8的范围内
[0227] ·具有在no和ne之间的值的液晶主体材料 的最大折射率，其中液晶具有在范围0.02≤|ne-no|≤0.5内的各向异性，其中 是使函数 最大化的值
[0228] ·散射层(特别是散射层的表面)的每单位面积的静态散射中心的最小数量N，由下式 给出，其中 并且c是分别选择的常数。
[0229] 此外，在具有几何形状的各向异性的纳米级散射元件的情况下，与u'-v'-色度图中的特定色点相关联的每单位面积的纳米级散射元件的数量N可以用以下范围内的参数确定：
[0230] · 其中 是各向异性元件的长轴，为约10nm至约500nm，例如约20nm至约400nm，例如约30nm至约300nm
[0231] ·纵横比(长轴和短轴之间的比率)大于1.2，例如2，例如5，例如10，例如23或更大[0232] ·np(静态散射中心的折射率)在1.2至3.2的范围内，例如在1.3至3的范围内，例如在1.4至2.8的范围内
[0233] ·nh在1到3的范围内，例如在1.2到2.2的范围内，例如在1.25到1.75的范围内[0234] ·由 给出的散射层的每单位面积的各向异性成形纳米级散射元件的最小数量N，并且c是分别选择的常数。
[0235] 在图15中，假设主体材料nh＝1.5396(示例性地对应于作为主体材料的NOA65)，函数log10(N)的三维图(N以m^-2为单位)显示为D和m的函数，计算波长为450nm并使用瑞利散射公式的近似值得到波长为450nm的T＝0.748的规则光谱透射率。
[0236] 如图15所示，用于降低D所需的纳米级散射元件的数量增加，这对于小颗粒尤其重要。此外，在图15中，在m＝1时存在接近平面的发散，因为对于m＝1，散射截面σ变为0(对应于上面例如结合图3讨论的透射模式)。
[0237] 在表面上或表面上方产生值的任何参数集合将涉及色点u'1/v'1上的色点或者具有大于或等于u'1和v'1的u'和/或v'值。例如，可以确定类似的表面，色点u'2/v'2(T2(450nm)＝0.437)，色点u'3/v'3(T3(450nm)＝0.200)。
[0238] 参见图16和二向色照明，确保用暗红色太阳进行适当的类太阳照射，可以确定每单位面积的纳米级散射元件数量N的上限。类似地，可以导出规则光谱以及总透射率的相应下限。具体地，假设主体材料nh＝1.5396(示例性地对应于作为主体材料的NOA65，对于450nm的波长计算并使用瑞利散射公式的近似)，(注意，限制v'将排除普朗克轨迹31的一部分，如图16中的虚线113所示)对应于u'值0.465(图16中的线111)的规则光谱透射率的特征-8
在于T(450nm)＝5.410×10 ，T(650nm)＝0.02的透射率。得到的与该N(max)值相关的常数c等于3.363×109nm4。
[0239] 假设u'值为0.3605(图16中的线115)，得到透射率T(450nm)＝2.724×10-4，T(650nm)＝0.150。与该N(max)值相关的各自得到的常数c等于1.6499×109nm4。
[0240] 另外，在图16中示出了色点的虚线117，其示出了规则透射光的颜色的调谐，以及相应地示出了透射率的相关变化。为了完整起见，还示出了上述三个色点的u'-v'值。
[0241] 换句话说，本文公开的漫射器单元表示可以在漫射状态之间切换(诸如从高透明度状态到高漫射状态)的材料成分。漫射器单元另外还是色度选择性滤光器，其以
频率依赖性漫射光而不降低感知图像的清晰度。
[0242] 在一些实施例中，可以在(特别是大面积的)散射单元上提供多个面状电触点区域。每个电触点区域可以允许通过在相应的面状电触点上施加相应的电压来设置期望的电场。例如，如果直射光的特征在照射的散射单元上变化(例如入射角、辐射通量或光谱)，则可以相应地调整相应的所选电压参数。此外，例如可以控制不同的区域以提供散射体单元上的颜色的变化。
[0243] 如本文所使用的，取决于上下文，定向、直射和(规则)透射光可以在含义上等同。此外，面状电触点在可见波长范围内的的透明度优选为至少80％，特别是至少90％，例如甚至95％或99％或更高。
[0244] 本文将进一步理解，特别是对于均匀外观，在一些实施方案中，纳米级散射元件(基本上)随机分布在主体材料中。因此，可以避免在光散射过程中可能发生的干涉现象。事实上，这种干涉效应通常可能导致散射颜色对角度的依赖性，从而可能在天空景观中产生不现实的外观。具体地，散射元件的随机分布的方面示出了相对于通过散射体(例如可调谐的人造蛋白石或可调谐
光子晶体)的有序分布提供光谱可调的透射和散射光的系统的差异。换句话说，在本文公开的实施方案中，样品结构因子S(q)不表现出纳米级散射元件的
布拉格峰(Bragg peaks)。
[0245] 尽管这里已经描述了本发明的优选实施例，但是在不脱离所附权利要求的范围的情况下还可以包含改进和修改。
