本发明涉及一种用于建筑物立面，尤其是用于窗用玻璃的光技术模块，以及一种用于构造建筑物立面的系统。
背景技术：
1、由多个以微快门或微镜的形式的可驱动的微元件构成的快门阵列和镜阵列属于所谓的微光电机械系统(moems)，并且在多种不同应用(例如作为投影仪、路由器、快门或光阑)中用于高分辨率的光调制或光线转向，例如在投影仪显示、光学的信息处理、显微镜、光刻技术、激光雕刻的领域中，或者也作为在建筑物的窗用玻璃墙中的引导阳光的元件。
2、形成阵列的微元件是在几平方微米至平方毫米的尺寸范围内的微型化的光学元件，这种光学元件的位置以及进而光技术的效果可借助于主动或被动操控驱动。在此，微元件选择性地构造成完全不透光的微快门，或者其具有镜面反射的表面作为微镜。为了制造阵列，使用通常的薄层方法，尤其是在使用沉积工艺、光刻和腐蚀步骤以及牺牲层技术的情况下。
3、在现有技术中，为了在建筑物立面处实现主动的光线转向，已知具有基于moems的微镜的光技术模块。例如，de 10358967 a1公开了一种用于立面结构目的形式为微镜组件的阵列，其中，微镜元件以规则的面式的矩阵布置方案存在，并且单个地或成组地通过寻址网络由中央控制器操控。由此创造出以高的局部分辨率进行主动的阳光控制的可能性，这能够实现在立面之后的空间中的符合需求的且个性化的照明情况。对这种微镜阵列的加工、功能和应用原理的详细说明在hillmer等的文章jpn.j.appl.phys.(japanese journalof applied physics，57，08pa07(2018))中获得。
4、此外，hillmer等在journal of optical microsystems 1，014502(2021)中公开了一种用于在建筑物窗用玻璃中的日光引导的moems微镜阵列。相对于其在建筑物立面处规定的布置方案，以此为基础的模块具有正面侧、背面侧、上侧和下侧，其中，模块的背面侧朝向建筑物内部的方向定向，并且模块的上侧定向成位于上方。此外，模块包括正面侧基板和背面侧基板，基板分别构造成透光的，其中，微镜被容纳在基板之间的间隙中。在此，微镜铰接式地布置在正面侧基板的内侧上，使得每个微镜可从不透光的关闭位置开始绕水平的摆动轴线向模块下侧的方向摆动到至少一个透光的打开位置中。在关闭位置中，微镜基本上平面平行地贴靠在正面侧基板处，并且射入的阳光反射回建筑物立面的室外。如果将多个微镜引入其关闭位置中，则由此产生大面积的建筑物立面的镜面化，这可能导致如此显著的光反射，使得以干扰的方式妨碍邻近的道路交通或毗邻建筑物。此外，典型地，镜元件的后侧也构造成金属镜面式的，从而在镜元件关闭位置中，也产生向位于窗用玻璃之后的房间的方向的镜面效果。但不利地，处于相关的房间内的人可能觉得窗用玻璃大面积的内部镜面化让人不舒服。
5、此外，在现有技术中，利用用于光线转向的光技术模块装饰建筑物立面与利用这种面用于光伏的能量获取的应用相互竞争，目前，光伏的能量获取经常通过将太阳能模块大面积地集成到建筑物立面连同其窗用玻璃中实现。
技术实现思路
1、因此，本发明的目的是，提出一种用于建筑物立面的光技术模块，该模块克服现有技术中的上述缺陷并且尤其适合用于构造用于形成建筑物立面的个性化的且符合需求的系统。
2、该目的通过根据权利要求1所述的光技术模块以及根据权利要求12所述的用于构造建筑物立面的基于该光技术模块的系统实现。在从属权利要求中给出本发明的有利的改进方案。
3、本发明包含这样的技术教导，即，以在建筑物立面处规定的布置为基准，光技术模块具有正面侧、背面侧、上侧和下侧，其中，模块至少包括：
4、-正面侧基板和背面侧基板，其中，基板构造成透光的，其中，在基板之间形成间隙，以及
5、-多个被容纳在间隙中的微叶片元件，其中，每个微叶片元件具有不透光的叶片区段，该叶片区段具有光技术的前侧和/或光技术的后侧，其中，每个微叶片元件借助于边缘侧的紧固区段铰接式地布置在正面侧基板上或背面侧基板上，使得每个叶片区段能从不透光的关闭位置开始绕水平的摆动轴线向上侧或下侧的方向摆动到至少一个透光的打开位置中。
6、本发明的核心构思在于，通过以下方式实现涉及根据本发明的光模块的光技术效果的设计方案的高度多样性，即，除了前侧之外，微叶片元件的叶片区段的后侧也具有专用的光技术的功能，并且微叶片元件在正面侧的或背面侧基板处的布置方案与可选的叶片区段的摆动方向组合，能够实现涉及射到模块上的阳光的光线转向效果的不同特征。在此，这样的侧被称为前侧，即，该侧在叶片区段关闭位置中向模块的正面侧的方向暴露。由此，在模块正确地布置在建筑物窗用玻璃上时，在叶片区段关闭位置中，前侧从建筑物之外可见并且后侧在相关的建筑物房间内可见。在此，模块的微叶片元件的配置方案和布置方案优选地是统一的，其中，在模块之内通常也可以存在与此相关的变化。
7、优选地，叶片区段具有统一的矩形轮廓和大小，其中，原则上更复杂的轮廓或大小比例也可以是合适的，通过该轮廓或大小比例可实现对彼此平面平行地定向的基板的基本上完全的面覆盖。微叶片元件具有层结构，该层结构包括至少一个不透光的层。由此，在所有叶片区段的关闭位置(在该位置中，这些叶片区段相对于基板基本上平面平行地定向)中，模块不透光，于是，例如阳光不能通过对应的窗户射入建筑内部中。除了不透光的层之外，微叶片元件通常具有其它的层或具有另外的光学性能，尤其是用于形成叶片区段的光技术的前侧和后侧。
8、例如，叶片区段的前侧和/或后侧具有用于可见光和/或近红外光(nir)的镜面效果，其中，前侧和/或后侧尤其是构造成由金属制成的镜面层。镜面化的前侧或后侧的光技术的功能首先在于，将射入的阳光转向到建筑内部中，也就是说将阳光偏转到布置在相关的模块之后的空间中。此外，根据微叶片元件在正面侧还是背面侧基板处的布置方案以及根据叶片区段的摆动方向，要么是叶片区段的前侧，要么是后侧用于此目的。在现有技术的模块(hillmer等，journal of optical microsystems 1，014502(2021))中，微叶片元件布置在正面侧基板处，并且在关闭位置中，叶片区段的镜面化的前侧向模块的正面侧的方向暴露，由此，在建筑物立面处的实际应用中，可能由于强的光镜面反射引起对周围交通不期望的干扰。根据本发明，这可以通过以下方式避免，即，叶片区段的后侧具有期望的镜面效果，并且从关闭位置开始向模块的下侧的方向进行摆动。在这种实施方式中，在关闭位置中面对交通的前侧未参与将阳光转向到到建筑内部中的光线转向，并且因此不必具有镜面效果，从而防止不期望的对交通的眩目。即，尤其是适宜的是，选择性地，叶片区段的前侧或后侧设有镜面效果，而叶片区段的相应另一侧配设有与此不同的光技术的功能。
9、例如，叶片区段的前侧和/或后侧具有用于可见光的散射效果，其中，前侧和/或后侧尤其是具有适宜的表面粗糙结构。存在适宜的散射效果的条件是，射入的光不会经受定向反射，而是经受漫反射，从而防止微叶片元件显著的镜面效果。尤其是当在阳光照射强烈时使叶片区段转移到关闭位置中时，微叶片元件的这种光技术的作用可以是希望的，但是从外部观察，不会产生可能使例如附近的道路交通眩目的镜面效果。对于在建筑内部中的人来说，通常也觉得遮暗的窗用玻璃的哑光的外观比大面积的镜面效果更舒适。
10、在另一实施方式中，叶片区段的前侧和/或后侧具有用于可见光和/或近红外光的吸收效果，其中，前侧和/或后侧尤其是具有光伏的层系统，并且模块尤其是构造成用于光伏的能量获取。优选地，吸收的光伏的层系统布置在叶片区段的前侧上，在叶片区段关闭位置中，前侧向外，也就是说向射入的阳光的方向上暴露。由此，例如可以将中午时剧烈的阳光照射(应通过关闭微叶片元件使这种阳光照射不进入房间内)有效地用于光伏的能量获取。由此，根据本发明的模块例如能够实现，将用于室内照明的叶片元件的后侧的镜面反射的光线转向作用与前侧的光伏功能组合，并且同时避免可能干扰道路交通的反射，从而在此可以克服根据现有技术的用于设计建筑物立面的系统中的与此相关的矛盾性。
11、在另一实施方式中，叶片区段的前侧和/或后侧构造成用于产生专用的彩色外观，尤其是借助于介电的覆层。在该实施方式中，模块可以用作建筑物立面的艺术性元素，也就是说光技术的效果在于，给观察者产生特定的彩色外观。例如，通过多个在颜色属性方面不同地构造的模块，也可以产生彩色图案，此外，由于单个的微叶片元件的可驱动性，也可以动态地产生彩色图案。例如，叶片区段的相应的侧可以构造成以介电的单色或多色覆层为基础的干涉镜。备选地，可以借助于涂覆施加合适的颜料或纳米颗粒。彩色外观通过干涉或者通过吸收白色光谱的一部分产生。
12、尤其是，微叶片元件分别具有层结构，该层结构包括至少一个压紧层和拉紧层，其中，沿着每个微叶片元件的叶片区段，压紧层如此布置在拉紧层上，使得每个微叶片元件被分成以下区段：
13、-构造成全局无张力/无应力的并且具有两个基本上平面平行的表面的叶片区段，
14、-刚性地布置在基板中之一上的边缘侧的紧固区段，以及
15、-位于中间的铰接区段，铰接区段具有由固有应力引起的弯曲，由此形成微叶片元件的打开位置。
16、在此，当不存在外部驱动时，微叶片元件处于最大打开位置中，该最大打开位置由于此时的固有应力通过在形状配合地被固定在基板上的紧固区段和应力补偿的叶片区段之间的铰接区段的弯曲实现。例如，铰接区段具有这样的曲率半径，即，该曲率半径为相应的微叶片元件的轮廓的最长侧的长度的百分之一至三分之一。
17、更为有利地，可借助于静电作用原理驱动叶片区段在关闭位置和至少一个打开位置之间的摆动，为此，正面侧基板和/或背面侧基板具有导电层，并且叶片区段分别如此具有或形成电极，使得通过在电极和所属的基板之间施加电的电压信号，可驱动各个微叶片元件和/或各个微叶片元件组。
18、尤其是，每个微叶片元件具有至少一个导电层，由此形成电极层，其中，所属的基板具有包括透光的、导电的底层和透光的、电绝缘的绝缘层的层结构，其中，每个微叶片元件的紧固区段都布置在绝缘层上。
19、例如，叶片区段在最大打开位置中相对于基板基本上正交地定向。在这种垂直位置中，提供最大光透射，并且当微叶片元件不受到由于施加的电压引起的静电力，从而铰接区段单纯地根据其机械的固有应力卷起时，占据该位置。
20、优选地，在叶片区段的最大打开位置和关闭位置之间，可以占据其它的中间位置，在透射率方面，这些中间位置代表相应的灰度值。从叶片区段的最大打开位置开始，通过在基板和电极之间施加连续增大的电压，可以实现无级地关闭微叶片元件，直至极限电压，从极限电压开始，微叶片元件完全关闭。这种叶片区段相对于基板的专用的可调整的打开角度的多样性尤其是可用于，利用镜面化的叶片区段进行有针对性的光线转向。
21、当施加驱动电压时，电场线不仅从微叶片元件的后侧而且从前侧伸延到导电的底层。为了防止叶片区段克服铰接区段的弹性的复位力翻到错误的侧上，在一种有利的实施方式中，每个微叶片元件的紧固区段都具有介电的屏蔽层。该屏蔽层的目的在于，为叶片区段的可驱动的摆动范围扩展到大于90°，例如为120°的角度范围上做出贡献。在没有电压的状态中，占据最大打开位置，并且通过铰接区段的弯曲程度确定最大打开位置。如果叶片区段在相对于关闭位置(在关闭位置中，叶片区段平面平行地贴靠再基板处)的摆动大于90°的打开位置中，则在施加电的驱动电压时在基板的底层和叶片区段之间存在静电吸引力，该吸引力集中于使微叶片元件继续摆开并且由此与想要的驱动逻辑反作用。为了对减小电场强度以及进而减小寄生的吸引力做出贡献，在底层和在其上方摆动的叶片区段之间的紧固区段中布置介电的屏蔽层。此外，在具有光伏的层系统的实施例中，可以通过以适宜的方式使n和p掺杂的层定向来选择电位比，使得进一步减弱在叶片区段的相应的侧处的电场强度。通过该措施能实现的叶片区段的摆动范围的扩展使得能够实现特别全面地利用前侧和后侧的光技术的功能。
22、例如，叶片区段的前侧和/或后侧具有在电极层上的光伏的层系统，尤其是以有机或无机半导体为基础的pn结。例如，化合物半导体如culngase2、cdte、cdse、gaas或cdlngase是合适的材料，并且可以通过薄层沉积工艺沉积。光伏的层系统优选地布置在叶片区段的前侧上，也就是说，在关闭位置中面对阳光。但原则上，后侧同样可以构造成用于光伏的能量获取，并且吸收间接的阳光或在对应的房间中使用的人造光。
23、优选地，微叶片元件具有边长为10微米至2毫米的矩形轮廓和/或微叶片元件布置成由平行的行和平行的列组成的规则的矩阵形式，其中，微叶片元件的整体在关闭状态中尤其是形成基板的基本上完全的面覆盖。
24、在一种有利的实施方式中，根据本发明的模块具有由平面的导线组成的寻址网络，平面的导线形成在各个微叶片元件或各个微叶片元件组的电极层和/或光伏的层和边缘侧的模块接口之间的电连接，边缘侧的模块接口用于以计算机控制的方式寻找和驱动微叶片元件和/或用于截取光伏产生的电压。这种类型的寻址网络连同模块接口实现了将远程布置的控制器用于操控单个的微叶片元件，并且尤其是实现了在为整个系统使用唯一的中央控制器的情况下将多个根据本发明的模块集成在用于设计建筑物立面的系统中。备选地，例如当被装备的建筑物的层被不同住户拥有并且这些住户分别想要个各自的系统控制时，使用多个分散的控制器也可以是合理的。
25、此外，本发明涉及一种用于设计建筑物立面，尤其是窗用玻璃的系统，该系统至少包括多个根据上述实施方式中之一的根据本发明的光技术模块和至少一个与模块电连接的用于驱动模块的微叶片元件的控制器，其中，在模块的布置方案方面规定，模块的后侧向建筑物内部的方向定向并且模块的上侧以位于上方的方式定向。于是，模块的正面侧直接或间接暴露在阳光照射下，并且在安装在窗用玻璃处时后侧面对位于窗用玻璃之后的房间。为了全面起见应指出的是，位置名称“位于上方”是参考地球的重力场，也就是说，在建筑物立面处规定的布置中，与相应的下侧相比，模块的上侧与地面的距离更大。
26、尤其是，在涉及微叶片元件的布置、叶片区段的前侧和后侧的摆动方向和/或光技术的效果的方面，根据本发明的系统的模块的配置与建筑物立面的光技术的要求、建筑物所在地和建筑物立面的方位定向相匹配。例如，模块具有各自不同的配置，从而使模块与建筑物立面的相应所属的区段的光技术的要求相匹配。例如可以提供，针对建筑物立面的一定的区段防止在微叶片元件关闭位置中指向外部的模块的镜面效果，例如以避免对周围交通的眩目，或者将装备光电主动的模块的建筑物立面限制在向南、向东和向西的暴露的立面区段上。
27、除了可见的阳光的转向和光伏的用途之外，根据本发明的系统也构造成用于控制来自近红外谱和中红外谱的射线，并且由此适宜地可以用于建筑物的热管理。例如，关闭的模块可以用于在夜间或冬天留住来自建筑物内部的热辐射，尤其是通过镜面效果。