專(zhuān)利名稱(chēng)：在可見(jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)域具有高且平滑透射率的多層紅外反射薄膜及由該薄膜制造的層壓制品的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及介電多層反射薄膜(包括施加于基片上的涂層)和由該薄膜制造的層壓制品。
背景傳統(tǒng)的汽車(chē)安全眩光制品(glazing)由如下層壓件形成，其中的層壓件由兩個(gè)剛性層(通常為玻璃)和一個(gè)增塑聚乙烯醇縮丁醛(PVB)的抗破裂機(jī)械能吸收中間層制成。通過(guò)將PVB層置于玻璃板之間，去除接合表面的空氣，然后使該組件在高壓釜中經(jīng)受高溫高壓以使PVB和玻璃熔融粘結(jié)成光學(xué)透明結(jié)構(gòu)，由此制備所述眩光制品。這種眩光制品因而可以用在窗戶中，包括汽車(chē)的前窗玻璃(風(fēng)擋)、后窗玻璃和側(cè)窗玻璃。
所述層壓件還可以包括至少一個(gè)功能層，加工成增強(qiáng)車(chē)窗的性能。一種重要的功能層是用于減少紅外輻射入射至車(chē)廂中。當(dāng)用于風(fēng)擋時(shí)，該復(fù)合層壓結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)透過(guò)通常從約400至約700納米(nm)的人眼敏感波長(zhǎng)區(qū)域中光線的至少約70％，并且阻擋光譜中可見(jiàn)光部分之外的太陽(yáng)輻射。當(dāng)用于其他的眩光制品結(jié)構(gòu)，比如側(cè)窗或后窗時(shí)，通常在可見(jiàn)光透視水平方面沒(méi)有限制。
層壓件中的功能層可以是雙折射非金屬薄膜，由介電材料的交替層制成，優(yōu)選由具有不同折射率的聚合物材料交替層制成。這些雙折射薄膜可以加工成反射或吸收關(guān)注光譜區(qū)(比如紅外區(qū))中所需量的光線，而透射可見(jiàn)光譜區(qū)中足夠量的可見(jiàn)光以成為基本透明。
多層薄膜的反射特性部分地決定于該多層結(jié)構(gòu)的折射率。特別地，反射率依賴(lài)于各材料沿x、y和z方向的折射率(nx、ny、nz)之間的關(guān)系。該薄膜優(yōu)選采用至少一種單軸雙折射材料構(gòu)造，其中兩個(gè)折射率(通常為沿x和y軸的折射率，或nx和ny)大致相等，且與第三折射率(通常為沿z軸的折射率，或nz)不同。x和y軸稱(chēng)為面內(nèi)軸，因?yàn)樗鼈兲幱诙鄬颖∧に谄矫鎯?nèi)，其相應(yīng)折射率稱(chēng)為面內(nèi)折射率。如果選擇n1z使得滿足n2x＝n2y＝n2z，并且多層薄膜為雙軸取向，則對(duì)于p偏振光不存在布儒斯特角，從而各界面對(duì)于所有入射角對(duì)p偏振光呈現(xiàn)恒定的反射率。
影響多層薄膜反射特性的第二個(gè)因素是薄膜層疊件中的各層厚度。將各單層設(shè)置成兩個(gè)以上的在整個(gè)層疊件中重復(fù)的組，稱(chēng)作光學(xué)重復(fù)單元或單元區(qū)格(unit cell)，每個(gè)具有的總光學(xué)厚度為待反射光波長(zhǎng)的1/2。除非相反指出，在任何取向或其他處理之后，測(cè)量本文所述的所有厚度。術(shù)語(yǔ)光學(xué)厚度指的是物理厚度乘以折射率，它可以是偏振度(對(duì)于雙折射材料)和波長(zhǎng)(對(duì)于色散材料)的函數(shù)。
美國(guó)專(zhuān)利No.5,882,774(Jonza等)和No.6,049,419(Wheatley等)中描述的紅外(IR)反射薄膜對(duì)通過(guò)它們的太陽(yáng)光能量進(jìn)行控制，優(yōu)選不顯著降低在任何角度人眼感受的光束強(qiáng)度或改變其顏色。對(duì)各層中的材料、各層厚度以及各層折射率進(jìn)行選擇，以反射約700nm至約2000nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的紅外輻射，同時(shí)透射可見(jiàn)光。該薄膜在光譜紅外區(qū)域中至少100nm寬的波帶上具有至少50％的平均反射率。
在一個(gè)設(shè)計(jì)中，IR反射薄膜可以包括由第一(A)和第二(B)聚合物的交替層構(gòu)成的單元區(qū)格的多層層疊，通常具有相似的光學(xué)厚度，這里稱(chēng)作AB結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)替代設(shè)計(jì)中，美國(guó)專(zhuān)利No.5,360,659(Arends等)中描述的IR反射薄膜還可以具有由第一(A)和第二(B)聚合物的交替層構(gòu)成的單元區(qū)格的多層層疊。在此結(jié)構(gòu)中，所述單元區(qū)格具有六層，相對(duì)光學(xué)厚度為約.778A.111B.111A.778B.111A.111B。該結(jié)構(gòu)本文稱(chēng)作711結(jié)構(gòu)，能夠抑制約400至約700nm之間的可見(jiàn)波長(zhǎng)區(qū)域中不希望的第二級(jí)、第三級(jí)和第四級(jí)反射，同時(shí)反射約700至約2000nm之間的紅外波長(zhǎng)區(qū)域中的光線。高于第四級(jí)的反射一般處于光譜的紫外非可見(jiàn)區(qū)域，或者其強(qiáng)度低得可以接受。
還參照序列號(hào)為No.09/590,924(Liu等)的美國(guó)申請(qǐng)，其為WO01/96104的優(yōu)先權(quán)文件，討論了可用于層壓至具有復(fù)合曲率的基片比如機(jī)動(dòng)車(chē)風(fēng)擋上的多層光學(xué)薄膜。
為在一個(gè)較寬的波帶上進(jìn)行反射，上述每種薄膜設(shè)計(jì)中的單元區(qū)格優(yōu)選具有不同的光學(xué)厚度，這里稱(chēng)作層厚梯度，選擇為實(shí)現(xiàn)所需帶寬的反射。層厚梯度可以根據(jù)薄膜的目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)合而大幅度變化。例如，層厚梯度可以是線性的，其中單元區(qū)格(以及其每個(gè)構(gòu)成層)的光學(xué)厚度沿薄膜厚度范圍以恒定速率遞增。在此結(jié)構(gòu)中，每個(gè)單元區(qū)格比多層層疊件中前一單元區(qū)格的厚度厚一定量。從薄膜一個(gè)主要表面到另一個(gè)主要表面，層厚可以減小，然后增加，然后再次減小，或者可以具有交替層厚度分布，設(shè)計(jì)成提高一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)譜帶邊緣的銳度，如美國(guó)專(zhuān)利No.6,157,490(Wheatley等)中所述。
上述多層IR反射薄膜設(shè)計(jì)具有很高的可見(jiàn)光透射率，并且可用作汽車(chē)眩光制品層壓件中的IR反射鏡或IR偏振器。當(dāng)用在風(fēng)擋層壓結(jié)構(gòu)中時(shí)，這些IR反射鏡和偏振器在可見(jiàn)光區(qū)域(在汽車(chē)領(lǐng)域稱(chēng)作光帷眩光)具有較低的反射率，從而提高了性能。然而，在一定層壓結(jié)構(gòu)中，IR反射鏡和偏振器還會(huì)產(chǎn)生不利的顏色(虹彩)，這在要求嚴(yán)格的汽車(chē)和建筑應(yīng)用場(chǎng)合中可能是不可接受的。
概述上述多層聚合物IR反射薄膜設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的不利顏色是由薄膜中透射光譜以及反射光譜的可見(jiàn)光部分噪聲(即不利擾動(dòng)或調(diào)制)造成的。本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N用于聚合物IR反射薄膜的多層結(jié)構(gòu)，可以減小或基本上消除薄膜透射光譜可見(jiàn)光區(qū)域(約400至約700nm)中的噪聲，同時(shí)在光譜紅外區(qū)域中至少100nm寬的波帶上具有至少50％的平均反射率。這種噪聲減小減少了薄膜中的不利顯色，改善了其中采用該薄膜的層壓結(jié)構(gòu)比如汽車(chē)或建筑窗戶(比如辦公樓、住房、溫室等)的外觀。該層壓結(jié)構(gòu)可以包括如下制品，其中所述薄膜被夾在兩個(gè)眩光材料之間，眩光材料包括玻璃和塑料比如聚碳酸酯和PMMA，以及其中所述薄膜被簡(jiǎn)單地施加于一個(gè)此類(lèi)基片上的制品。
本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N光學(xué)物體，至少具有一個(gè)由多個(gè)鄰接的光學(xué)層構(gòu)成的第一有效光學(xué)組件(effective optical packet)，光學(xué)層由非光學(xué)層分界，所述光學(xué)層由交替的相異材料A、B構(gòu)成。光學(xué)物體的光學(xué)層當(dāng)從第一有效光學(xué)組件的一端起算時(shí)形成多個(gè)單元區(qū)格，各具有六個(gè)光學(xué)層，以其相對(duì)光學(xué)厚度的第一循環(huán)排列7A1B1A7B1A1B設(shè)置，從而比第二光學(xué)物體提供了更好的光學(xué)品質(zhì)因數(shù)，其中第二光學(xué)物體除具有第二有效光學(xué)組件替代第一有效光學(xué)組件之外與上述第一光學(xué)物體相同，所述第二有效光學(xué)組件具有的光學(xué)層以不同于第一循環(huán)排列的第二循環(huán)排列7A1B1A7B1A1B設(shè)置。
本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N制品，包含至少一個(gè)具有主要含有六個(gè)光學(xué)層序列的單元區(qū)格的第一有效光學(xué)組件。從所述六個(gè)光學(xué)層序列中選擇位于第一有效光學(xué)組件第一端的第一光學(xué)層，以提高光學(xué)品質(zhì)因數(shù)，比如可見(jiàn)光區(qū)域中的光譜噪聲量。還從所述六個(gè)光學(xué)層序列中選擇位于第一有效光學(xué)組件第二端的第二光學(xué)層，以提高所述光學(xué)品質(zhì)因數(shù)。這六個(gè)光學(xué)層可以是7-1-1-7-1-1型，其包含循環(huán)排列。
本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N控制含有多層光學(xué)薄膜的光學(xué)物體中關(guān)注光譜區(qū)域中噪聲的方法。該多層光學(xué)薄膜具有至少一個(gè)以單元區(qū)格設(shè)置的光學(xué)層第一有效光學(xué)組件，該單元區(qū)格由超過(guò)兩個(gè)的此類(lèi)光學(xué)層構(gòu)成。所述方法包括從單元區(qū)格中所述超過(guò)兩個(gè)的光學(xué)層中選擇位于第一有效光學(xué)組件第一端的第一光學(xué)層以提高光學(xué)品質(zhì)因數(shù)的步驟。
一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的細(xì)節(jié)在附圖和下面的說(shuō)明中給出。從這些說(shuō)明和附圖中以及從權(quán)利要求中可以清楚其他特色、目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1是用于多層IR反射薄膜的例示性1/4波長(zhǎng)層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2是用于多層IR反射薄膜的另一1/4波長(zhǎng)層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖3是用于多層IR反射薄膜的另一1/4波長(zhǎng)層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖4是用于多層IR反射薄膜的另一1/4波長(zhǎng)層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖5是用于多層IR反射薄膜的例示性711層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖6是用于多層IR反射薄膜的另一711層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖7是用于多層IR反射薄膜的另一711層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖8是用于多層IR反射薄膜的另一711層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖9是用于多層IR反射薄膜的另一711層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖10是用于多層IR反射薄膜的另一711層結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖11A是可粘結(jié)于一個(gè)或多個(gè)眩光制品板上以制造汽車(chē)安全眩光制品層壓件的雙重預(yù)層壓結(jié)構(gòu)的剖面圖；并且圖11B是可粘結(jié)于一個(gè)或多個(gè)眩光制品板上以制造汽車(chē)安全眩光制品層壓件的三重預(yù)層壓結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖12是用于汽車(chē)的安全眩光制品層壓件的剖面圖。
圖13表示具有711層結(jié)構(gòu)的多層IR薄膜實(shí)施例正入射時(shí)的計(jì)算透射光譜。
圖14用于比較圖13的多層IR薄膜實(shí)施例之一的s偏振光和p偏振光的計(jì)算正入射透射光譜與計(jì)算60°透射光譜。
圖15用于比較圖13的多層IR薄膜實(shí)施例之一的計(jì)算正入射透射光譜與僅在光學(xué)組件一端增加一個(gè)光學(xué)層而不同的實(shí)施例以及僅在有效光學(xué)組件一端增加兩個(gè)光學(xué)層而不同的實(shí)施例的計(jì)算光譜。
圖16是具有711層結(jié)構(gòu)的多層IR薄膜實(shí)施例的透射光譜。
圖17是具有711層結(jié)構(gòu)的多層IR薄膜實(shí)施例的透射光譜。
圖18是具有1/4波長(zhǎng)層結(jié)構(gòu)的多層IR薄膜實(shí)施例的透射光譜。
圖19是具有1/4波長(zhǎng)層結(jié)構(gòu)的多層IR薄膜實(shí)施例的透射光譜。
圖20是具有711層結(jié)構(gòu)和一單一光學(xué)活性組件的多層IR薄膜實(shí)施例的透射光譜。
圖21是具有711層結(jié)構(gòu)的多層IR薄膜實(shí)施例的透射光譜。
圖22是具有711層結(jié)構(gòu)的多層IR薄膜實(shí)施例的透射光譜。
圖23表示用于具有711層結(jié)構(gòu)的光學(xué)組件的49種不同層結(jié)構(gòu)。
圖24a為一矩陣，表示如下情況下對(duì)于49種層結(jié)構(gòu)每種的有效光學(xué)組件的對(duì)稱(chēng)性(如果有)以及相對(duì)于整數(shù)單元區(qū)格的偏差(如果有)(i)不存在表面/PBL層并且光學(xué)組件置于空氣或真空中；或(ii)存在表面/PBL層但其折射率與光學(xué)組件光學(xué)層中所用兩種材料的折射率都不同。
圖24b為一矩陣，表示通過(guò)組合49種層結(jié)構(gòu)且其兩側(cè)設(shè)有非光學(xué)層而獲得的有效光學(xué)組件的對(duì)稱(chēng)性(如果有)以及相對(duì)于整數(shù)單元區(qū)格的偏差(如果有)，其中非光學(xué)層與光學(xué)組件低折射率光學(xué)層具有相同的折射率。
圖24c為一矩陣，表示通過(guò)組合49種層結(jié)構(gòu)且其兩側(cè)設(shè)有非光學(xué)層而獲得的有效光學(xué)組件的對(duì)稱(chēng)性(如果有)以及相對(duì)于整數(shù)單元區(qū)格的偏差(如果有)，其中非光學(xué)層與光學(xué)組件高折射率光學(xué)層具有相同的折射率。
圖25a為一矩陣，表示對(duì)于圖23每一種層結(jié)構(gòu)其中光學(xué)組件兩側(cè)非光學(xué)層是空氣的情況下計(jì)算出的400至600nm光譜區(qū)域中的噪聲。
圖25b為一矩陣，表示對(duì)于圖23每一種層結(jié)構(gòu)其中光學(xué)組件兩側(cè)非光學(xué)表面/PBL層設(shè)置成使其折射率比高和低折射率光學(xué)層都低(1.425)的情況下計(jì)算出的400至600nm光譜區(qū)域中的噪聲。
圖25c為一矩陣，表示對(duì)于圖23每一種層結(jié)構(gòu)其中光學(xué)組件兩側(cè)非光學(xué)表面/PBL層設(shè)置成使其折射率基本等于低折射率光學(xué)層的折射率(1.5)的情況下計(jì)算出的400至600nm光譜區(qū)域中的噪聲。
圖25d為一矩陣，表示對(duì)于圖23每一種層結(jié)構(gòu)其中光學(xué)組件兩側(cè)非光學(xué)表面/PBL層設(shè)置成使其折射率介于低和高折射率光學(xué)層的折射率之間(1.5375)的情況下計(jì)算出的400至600nm光譜區(qū)域中的噪聲。
圖25e為一矩陣，表示對(duì)于圖23每一種層結(jié)構(gòu)其中光學(xué)組件兩側(cè)非光學(xué)表面/PBL層設(shè)置成使其折射率介于低和高折射率光學(xué)層的折射率之間(1.575)的情況下計(jì)算出的400至600nm光譜區(qū)域中的噪聲。
圖25f為一矩陣，表示對(duì)于圖23每一種層結(jié)構(gòu)其中光學(xué)組件兩側(cè)非光學(xué)表面/PBL層設(shè)置成使其折射率介于低和高折射率光學(xué)層的折射率之間(1.6125)的情況下計(jì)算出的400至600nm光譜區(qū)域中的噪聲。
圖25g為一矩陣，表示對(duì)于圖23每一種層結(jié)構(gòu)其中光學(xué)組件兩側(cè)非光學(xué)表面/PBL層設(shè)置成使其折射率基本等于高折射率光學(xué)層的折射率(1.65)的情況下計(jì)算出的400至600nm光譜區(qū)域中的噪聲。
圖25h為一矩陣，表示對(duì)于圖23每一種層結(jié)構(gòu)其中光學(xué)組件兩側(cè)非光學(xué)表面/PBL層設(shè)置成使其折射率比高和低折射率光學(xué)層都高(1.725)的情況下計(jì)算出的400至600nm光譜區(qū)域中的噪聲。
不同附圖中的相同標(biāo)記符號(hào)指示相同的元件。為便于說(shuō)明起見(jiàn)，表示薄膜單元區(qū)格的圖示中只畫(huà)出了少數(shù)幾個(gè)單元區(qū)格。
詳細(xì)說(shuō)明本文公開(kāi)了一種多層介電光學(xué)薄膜，由單元區(qū)格制成的光學(xué)層疊件構(gòu)成，所述單元區(qū)格至少包括一層第一材料(A)和一層第二材料(B)，這些材料優(yōu)選為聚合物。聚合物A具有第一面內(nèi)折射率，聚合物B具有不同于第一面內(nèi)折射率的第二面內(nèi)折射率。該薄膜在較寬范圍的入射方向上對(duì)于s和p偏振光是高度反射性的。該薄膜在關(guān)注波長(zhǎng)區(qū)域中至少100nm寬的波帶上具有至少50％，優(yōu)選至少70％的平均反射率。所述關(guān)注波長(zhǎng)區(qū)域可以根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)合而大幅度變化，所述光學(xué)層疊件包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)組件，其中“光學(xué)組件”指具有相同設(shè)計(jì)的單元區(qū)格的鄰接結(jié)構(gòu)，這種單元區(qū)格結(jié)構(gòu)可以具有或不具有下述的層厚梯度。在某些情況下，可以在所述光學(xué)組件的一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)邊界處采用光學(xué)厚保護(hù)性邊界層。
在一個(gè)實(shí)施例中，關(guān)注波長(zhǎng)區(qū)域是紅外區(qū)域，所述薄膜加工成反射紅外區(qū)域中的入射輻射。對(duì)單元區(qū)格的結(jié)構(gòu)以及單元區(qū)格中各層的光學(xué)厚度進(jìn)行選擇以反射約700nm至約2000nm波長(zhǎng)范圍中的紅外輻射，同時(shí)透射可見(jiàn)光。所述薄膜在約700nm至約2000nm的范圍內(nèi)，在光譜紅外部分中至少100nm寬的波帶上，具有至少50％、優(yōu)選至少70％的平均反射率。所述IR反射薄膜含有聚合物層和光學(xué)厚保護(hù)性邊界層，設(shè)置成減小或基本消除薄膜透射光譜可見(jiàn)光區(qū)域(約400至約700nm)中的噪聲，本領(lǐng)域稱(chēng)作高頻或邊帶波紋。實(shí)現(xiàn)可以減少薄膜中不利顯色的這種噪聲減小，同時(shí)在光譜紅外區(qū)域保持較高的平均反射率。
在一個(gè)多層結(jié)構(gòu)中，上面稱(chēng)作AB結(jié)構(gòu)，每個(gè)單元區(qū)格僅具有兩個(gè)單聚合物層，各層優(yōu)選具有基本相等的光學(xué)厚度。優(yōu)選地，單元區(qū)格的光學(xué)厚度范圍在350至600nm(需反射光線波長(zhǎng)的1/2)范圍內(nèi)，更優(yōu)選在425至600nm范圍內(nèi)，以反射近紅外區(qū)域的光線，從而各層形成1/4波長(zhǎng)組件。因此，構(gòu)成單元區(qū)格的單個(gè)層具有的光學(xué)厚度在約175至300nm范圍內(nèi)(需反射光線波長(zhǎng)的1/4)，優(yōu)選在約212至300nm范圍內(nèi)，以反射光譜近紅外部分中的光線。
在另一個(gè)多層結(jié)構(gòu)中，光學(xué)組件中的各單元區(qū)格至少包括一第一、第二和第三相異且基本透明的材料A、B和C，如美國(guó)專(zhuān)利5,103,337(Schrenk等)和PCT公開(kāi)No.WO99/36810中所描述。選擇材料使得折射率具有關(guān)系nA＞nB＞nC，并且使得nB為nA和nC乘積的平方根。每個(gè)單元區(qū)格具有四個(gè)光學(xué)層，設(shè)置成ABCB，其中各層的相對(duì)光學(xué)厚度分別為1/3、1/6、1/3、1/6，此處替代地表示為2A1B2C1B。該結(jié)構(gòu)可以抑制第二級(jí)、第三級(jí)和第四級(jí)反射。
在另一個(gè)多層結(jié)構(gòu)中，光學(xué)組件中的單元區(qū)格每個(gè)具有六層，其相對(duì)層厚為大約7A1B1A7B1A1B。該結(jié)構(gòu)此處稱(chēng)作711結(jié)構(gòu)，能夠抑制約400至約700nm可見(jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)域中的不利第二級(jí)、第三級(jí)和第四級(jí)反射，同時(shí)反射約700至約2000nm、優(yōu)選約850至2000nm的紅外波長(zhǎng)區(qū)域中的光線。高于第四級(jí)的反射通常處于光譜的紫外不可見(jiàn)區(qū)域，或者其強(qiáng)度低得可以接受。
在另一個(gè)結(jié)構(gòu)中，復(fù)合設(shè)計(jì)將一個(gè)設(shè)計(jì)(比如711結(jié)構(gòu))的第一部分單元區(qū)格與另一設(shè)計(jì)(比如AB結(jié)構(gòu))的第二部分單元區(qū)格加以組合。可以調(diào)整第一部分和第二部分的層厚使反射波帶處于紅外光譜，以使隨角度變化的任何可察覺(jué)顏色最小化。
為在一個(gè)較寬的波帶上進(jìn)行反射，上述每種薄膜設(shè)計(jì)中的各層優(yōu)選設(shè)置成具有梯度光學(xué)厚度，這里稱(chēng)作層厚梯度，選擇為實(shí)現(xiàn)所需帶寬的反射。層厚梯度可以廣泛變化以提供用于特定應(yīng)用場(chǎng)合的具有特定光學(xué)性能的薄膜。例如，層厚梯度可以是線性的，其中各層(以及對(duì)應(yīng)的單元格)的厚度沿薄膜厚度范圍以恒定速率遞增。替代地，各單元區(qū)格比前一單元區(qū)格的厚度厚一定的百分比。單元區(qū)格厚度從薄膜一個(gè)主要表面到另一個(gè)主要表面可以減小，然后增加，然后再次減小，或者可以具有交替層厚度分布，設(shè)計(jì)成提高一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)譜帶邊緣的銳度，如美國(guó)專(zhuān)利No.6,157,490(Wheatley等)中所述。
在第一和第二光學(xué)層之外，此處所述多層反射薄膜優(yōu)選包括一個(gè)或多個(gè)非光學(xué)層。此處所述非光學(xué)層指的是光學(xué)厚層。光學(xué)厚層是指其光學(xué)厚度為所關(guān)注光譜區(qū)域中光波長(zhǎng)至少約10倍的層。例如，可以在薄膜結(jié)構(gòu)的外表面上施加一個(gè)或多個(gè)表面層，或者在構(gòu)成單元區(qū)格的各層組件之間插入一個(gè)或多個(gè)內(nèi)部非光學(xué)層比如保護(hù)性邊界層。非光學(xué)層產(chǎn)生多層薄膜結(jié)構(gòu)或者保護(hù)其免受加工過(guò)程中或其后的損害或破壞。通常，設(shè)置一個(gè)或多個(gè)非光學(xué)層使得由構(gòu)成單元區(qū)格的各單層透射、偏振或反射的部分光束也傳輸透過(guò)該非光學(xué)層(也即，將這些層設(shè)置在光束傳輸通過(guò)第一和第二光學(xué)層或由其反射的光路中)。非光學(xué)層可以是任何適宜的材料制成，并且可以與光學(xué)層疊件中所用的材料之一相同。為了在光學(xué)組件或有效光學(xué)組件上設(shè)定界限或邊界，也可以考慮采用空氣或真空的光學(xué)厚層或者甚至半無(wú)限層作為非光學(xué)層。
本申請(qǐng)指出，在光學(xué)層疊件整個(gè)厚度范圍內(nèi)具有名義相同類(lèi)型的單元區(qū)格結(jié)構(gòu)(即相同數(shù)量的光學(xué)層及其相對(duì)光學(xué)厚度)、名義相同數(shù)量的單元區(qū)格、以及名義相同的單元區(qū)格厚度梯度(如果有)的兩個(gè)多層光學(xué)薄膜可以具有顯著不同的光學(xué)性能，例如對(duì)于設(shè)計(jì)成反射紅外區(qū)域的薄膜在可見(jiàn)光區(qū)域具有顯著不同量的光譜噪聲。薄膜之間使得能夠?qū)崿F(xiàn)更有利水平光學(xué)性能(例如較低的可見(jiàn)光噪聲)的差異可以是(a)單元區(qū)格中光學(xué)層的不同循環(huán)排列，使得在有效光學(xué)組件的一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)邊界處存在不同的光學(xué)層；(b)在有效光學(xué)組件的一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)邊界處增加少量光學(xué)層；和/或(c)位于有效光學(xué)組件邊界的非光學(xué)層的不同折射率。這些差異通常轉(zhuǎn)換成待比較有效光學(xué)組件對(duì)稱(chēng)性的差異，已發(fā)現(xiàn)其在一定條件下相當(dāng)顯著。
圖1中畫(huà)出了一個(gè)具有噪聲減小AB層結(jié)構(gòu)的例示性IR反射薄膜。薄膜10包括聚合物A制成的第一非光學(xué)邊界層12和聚合物A制成的第二非光學(xué)邊界層14，其構(gòu)成光學(xué)組件16的邊界。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，所示薄膜僅具有三個(gè)單元區(qū)格，但實(shí)際上可以具有多得多的單元區(qū)格。光學(xué)組件16為交替光學(xué)層的鄰接結(jié)構(gòu)，由非光學(xué)層分界，限定了整數(shù)(3)個(gè)單元區(qū)格18、20和22，每個(gè)具有一層聚合物A和一層聚合物B，其基本上具有相等的1/4波長(zhǎng)光學(xué)厚度。由于邊界層12由與單元區(qū)格18中首層19相同的聚合物制成，所以從射入薄膜的光線21的角度看，邊界層12與光學(xué)層19之間的界面13實(shí)際消失。這種邊界層和首層19的實(shí)際合并形成了一種不同結(jié)構(gòu)，其與整數(shù)(3)個(gè)單元區(qū)格相差一個(gè)光學(xué)層，這種情況在本文稱(chēng)作“近整數(shù)”單元區(qū)格。邊界層12和層19的合并導(dǎo)致“有效光學(xué)組件”16′主要包含2n-1個(gè)光學(xué)層，其中n為增加有一個(gè)附加光學(xué)層時(shí)有效組件中單元區(qū)格的數(shù)量。圖1中的有效光學(xué)組件16′包括B層23，以及單元區(qū)格20、22中的各層，總計(jì)2(3)-1＝5層。當(dāng)然，也可以從該薄膜中全部省略層19。在此情況下，初始光學(xué)組件16與有效光學(xué)組件是相同的，都主要包含2n-1個(gè)光學(xué)層。對(duì)于下面所述的包括圖2(其中層62可以省略)、圖5(其中層212可以省略)、圖6(其中層255可以省略)、和圖10(其中取決于B1和B2邊界層的特性，外部1B層和/或外部1A層可以省略)中所示實(shí)施例在內(nèi)的各實(shí)施例，上述同樣成立。
邊界層12和光學(xué)層19的合并還能保持有效光學(xué)組件關(guān)于平面24兩側(cè)光學(xué)層的聚合物材料(A或B)和光學(xué)厚度設(shè)置的對(duì)稱(chēng)性。平面24等分光學(xué)組件中的B層之一，如圖所示。光學(xué)層的材料和厚度設(shè)置關(guān)于平面24呈鏡面對(duì)稱(chēng)。注意到圖1以及表示多層薄膜剖面圖的其后圖示中所示各層以及層厚不必按比例畫(huà)出。例如，薄膜10的非光學(xué)邊界層12、14在按比例畫(huà)出時(shí)其光學(xué)厚度比光學(xué)組件16中單層的光學(xué)厚度要厚得多。
如果有效光學(xué)組件中各層不具有相同的厚度，但沿垂直于平面24的方向具有層厚梯度，則光學(xué)組件仍然可說(shuō)成是在平面24的兩側(cè)保持假對(duì)稱(chēng)性。此處所用術(shù)語(yǔ)假對(duì)稱(chēng)性指的是在光學(xué)層的聚合物材料設(shè)置中存在鏡面對(duì)稱(chēng)性，并且除層厚梯度外在光學(xué)層的光學(xué)厚度設(shè)置中同樣存在鏡面對(duì)稱(chēng)性。
圖2表示具有噪聲減小AB層結(jié)構(gòu)的另一IR反射薄膜。薄膜50包括聚合物B制成的第一邊界層52和聚合物B制成的第二邊界層54，其構(gòu)成光學(xué)活性多層組件56的邊界。光學(xué)組件56為光學(xué)層疊件，具有整數(shù)(4)個(gè)單元區(qū)格58、59、60和61，每個(gè)具有一層聚合物A和一層聚合物B，其基本上具有相等的1/4波長(zhǎng)光學(xué)厚度。由于邊界層54由與單元區(qū)格61中末層62相同的聚合物制成，所以從射入薄膜的光線51的角度看，邊界層54與層62之間的界面64實(shí)際消失。這種邊界層和末層62的實(shí)際合并形成了一種具有“近整數(shù)”單元區(qū)格的結(jié)構(gòu)。邊界層54和層62的合并導(dǎo)致有效光學(xué)組件56′主要包含2(4)-1＝7層。圖2中的有效光學(xué)組件56′主要由A層66和單元區(qū)格58、59和60中的各層構(gòu)成。
邊界層54和光學(xué)層62的合并還能保持光學(xué)組件中關(guān)于該組件中平面70兩側(cè)聚合物材料和厚度設(shè)置的對(duì)稱(chēng)性，其中平面70等分B層之一。
圖3表示另一IR反射薄膜100，包括聚合物C制成的第一邊界層102和聚合物C制成的第二邊界層104，其構(gòu)成光學(xué)組件106的邊界。光學(xué)組件106具有整數(shù)(3)個(gè)單元區(qū)格108、109、110，每個(gè)具有一層聚合物A和一層聚合物B，其基本上具有相等的1/4波長(zhǎng)光學(xué)厚度。由于邊界層102、104由不同于光學(xué)組件106中的聚合物制成(其中每種聚合物具有獨(dú)特的折射率)，所以邊界層與組件106中各層不存在實(shí)際合并，并且光學(xué)組件106與其對(duì)應(yīng)的有效光學(xué)組件是相同的。當(dāng)光學(xué)組件106主要由整數(shù)個(gè)單元區(qū)格(3)構(gòu)成時(shí)，不存在層排列關(guān)于組件106中平面的對(duì)稱(chēng)性。然而，光學(xué)組件106卻關(guān)于其中的平面112呈現(xiàn)層排列和層厚的反對(duì)稱(chēng)性，并且為此原因，該光學(xué)組件與其他層結(jié)構(gòu)相比具有減小的可見(jiàn)光譜區(qū)域消失。關(guān)于給定平面的反對(duì)稱(chēng)性指的是在給定平面的相反側(cè)，折射率隨著沿垂直于該平面的軸(或者在評(píng)價(jià)斜入射光線時(shí)沿一傾斜軸)到該平面光學(xué)距離的變化而以相反方式變化。這與通常的(鏡面)對(duì)稱(chēng)有顯著區(qū)別，通常的鏡面對(duì)稱(chēng)中在給定平面相反側(cè)折射率隨著到該平面光學(xué)距離的變化以相同方式變化。如果外層A或B省略，則有效光學(xué)組件呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)性(鏡面對(duì)稱(chēng))。
圖4表示另一IR反射薄膜120，包括聚合物A制成的第一邊界層122和聚合物A制成的第二邊界層124，其構(gòu)成光學(xué)活性多層組件126的邊界。光學(xué)組件126具有整數(shù)(3)個(gè)單元區(qū)格128、129、130，每個(gè)具有一個(gè)光學(xué)A層和一個(gè)光學(xué)B層，其基本上具有相等的1/4波長(zhǎng)光學(xué)厚度，并且該組件還包括一個(gè)附加層X(jué)。因此，光學(xué)組件126不具有整數(shù)個(gè)單元區(qū)格。然而，如果附加層X(jué)選擇成具有1/4波長(zhǎng)厚度并且由聚合物A(或者與聚合物A具有相同折射率的不同材料)制成，則層X(jué)與單元區(qū)格128的首層131和表層122合并，從而保持近整數(shù)個(gè)單元區(qū)格。在此結(jié)構(gòu)中，包括B層132和單元區(qū)格129和130中各層的光學(xué)組件具有5層。從而該光學(xué)組件關(guān)于平面135具有對(duì)稱(chēng)性。如果層X(jué)不是由聚合物A或類(lèi)似材料制成，則不會(huì)與邊界層122發(fā)生合并。在此結(jié)構(gòu)中，光學(xué)組件不具有整數(shù)個(gè)單元區(qū)格，其層數(shù)等于2(3)+1＝7。該有效光學(xué)組件也不會(huì)關(guān)于組件中的平面對(duì)稱(chēng)。然而，如果層X(jué)由聚合物B制成并且具有1/4波長(zhǎng)厚度，則該有效光學(xué)組件將具有近整數(shù)個(gè)單元區(qū)格并且關(guān)于組件中的平面136成鏡面對(duì)稱(chēng)。
圖5中畫(huà)出了具有噪聲減小711層結(jié)構(gòu)的IR反射薄膜。薄膜200包括聚合物A制成的第一邊界層202和聚合物A制成的第二邊界層204，其構(gòu)成光學(xué)活性多層組件206的邊界。光學(xué)組件206具有整數(shù)(2)個(gè)單元區(qū)格208和210，每個(gè)具有聚合物AB交替層，設(shè)置成層厚比大約為7A1B1A7B1A1B。由于邊界層202由與單元區(qū)格208中首層212相同的聚合物制成，所以從射入薄膜的光線211的角度看，邊界層202與層212之間的界面213實(shí)際消失。邊界層和首層212的這種實(shí)際合并在薄膜結(jié)構(gòu)200中保持了近整數(shù)個(gè)單元區(qū)格(2)。另外，邊界層202和層212的合并導(dǎo)致有效光學(xué)組件具有6n-1層，其中n為增加有一個(gè)附加光學(xué)層時(shí)組件中單元區(qū)格的數(shù)量。圖5中的有效光學(xué)組件包括單元區(qū)格208中的其余層以及單元區(qū)格210中的所有層，總計(jì)6(2)-1＝11層。
邊界層202和層212的合并還能保持有效光學(xué)組件中關(guān)于其中平面214兩側(cè)材料和光學(xué)厚度的對(duì)稱(chēng)性。平面214第一側(cè)的層排列與平面214第二側(cè)的層排列相同。如果有效光學(xué)組件中的各層具有不同的厚度，但是沿垂直于平面214的方向具有層厚梯度，則該有效光學(xué)組件被說(shuō)成是相對(duì)平面214的兩側(cè)具有假對(duì)稱(chēng)性。假對(duì)稱(chēng)性指的是在光學(xué)層的聚合物材料設(shè)置中存在鏡面對(duì)稱(chēng)性，并且除層厚梯度外在光學(xué)層的光學(xué)厚度設(shè)置中同樣存在鏡面對(duì)稱(chēng)性。反假對(duì)稱(chēng)性具有類(lèi)似的含義，但是用反對(duì)稱(chēng)替換常規(guī)對(duì)稱(chēng)。
圖6中畫(huà)出了具有711層結(jié)構(gòu)的另一IR反射薄膜。薄膜250包括聚合物A制成的第一邊界層252和聚合物A制成的第二邊界層254，其構(gòu)成光學(xué)活性多層組件256的邊界。光學(xué)組件256具有整數(shù)(2)個(gè)單元區(qū)格258和260，每個(gè)具有聚合物AB交替層，設(shè)置成層厚比大約為7B1A1B7A1B1A。由于邊界層254由與單元區(qū)格260中末層255相同的聚合物制成，所以從射入薄膜的光線261的角度看，邊界層254與層255之間的界面257實(shí)際消失。邊界層254和層255的這種實(shí)際合并在薄膜結(jié)構(gòu)250中保持了近整數(shù)個(gè)單元區(qū)格(2)。由于該有效光學(xué)組件中不具有層厚對(duì)稱(chēng)性，所以預(yù)計(jì)該結(jié)構(gòu)比圖5中結(jié)構(gòu)具有更多的可見(jiàn)光譜區(qū)域噪聲。
參照?qǐng)D7，所示薄膜270包括聚合物A制成的邊界層272、274，其構(gòu)成光學(xué)組件276的邊界。組件276包括兩個(gè)單元區(qū)格278和280，每個(gè)具有聚合物AB交替層，設(shè)置成層厚比大約為7B1A1B7A1B1A，以及一個(gè)聚合物B制成的附加光學(xué)層281，其厚度為X，標(biāo)記為“XB”。由于邊界層272由不同于層281的聚合物制成，所以邊界層與光學(xué)組件276的外層之間不存在合并。該光學(xué)組件包括單元區(qū)格278、280中的各層以及層281，總計(jì)[6(2)+1]＝13層。不管X值如何，層X(jué)B的厚度在有效光學(xué)組件276中不會(huì)產(chǎn)生關(guān)于聚合物層排列和關(guān)于層厚的對(duì)稱(chēng)性。由于該有效光學(xué)組件中不存在層排列的對(duì)稱(chēng)性或反對(duì)稱(chēng)性，所以該結(jié)構(gòu)預(yù)計(jì)比圖5中結(jié)構(gòu)具有更多的可見(jiàn)光譜區(qū)域噪聲。
參照?qǐng)D8，所示薄膜300包括聚合物A制成的邊界層302、304，其構(gòu)成光學(xué)組件306的邊界。組件306包括兩個(gè)單元區(qū)格308和310，每個(gè)具有聚合物AB交替層，設(shè)置成層厚比大約為7B1A1B7A1B1A，以及一個(gè)聚合物B制成的附加光學(xué)層311，其厚度為X，標(biāo)記為“XB”。由于邊界層304由不同于層311的聚合物制成，所以邊界層與光學(xué)組件306的各層之間不存在合并。該光學(xué)組件包括單元區(qū)格308、310中的各層以及層311，總計(jì)[6(2)+1]＝13層。如果X＝7，則層311的厚度在有效光學(xué)組件306中產(chǎn)生關(guān)于平面315的對(duì)稱(chēng)性。由于具有近整數(shù)個(gè)單元區(qū)格，并且在有效光學(xué)組件中存在層厚和層排列的對(duì)稱(chēng)性，所以該結(jié)構(gòu)預(yù)計(jì)比圖7中結(jié)構(gòu)所述區(qū)域具有更小的噪聲。
參照?qǐng)D9，所示薄膜350包括聚合物C制成的邊界層352、354，其構(gòu)成光學(xué)組件356的邊界。組件356包括兩個(gè)單元區(qū)格358和360，每個(gè)具有聚合物AB交替層，設(shè)置成層厚比大約為7B1A1B7A1B1A。由于邊界層352、354由不同于組件356中各層的聚合物制成，所以邊界層與該光學(xué)組件的外層之間不存在合并。該有效光學(xué)組件356主要包括單元區(qū)格358、360中的各層，總計(jì)12層。當(dāng)邊界層中的聚合物C與構(gòu)成光學(xué)組件356中各層的聚合物A和B不同時(shí)，通過(guò)整數(shù)個(gè)單元區(qū)格，不能產(chǎn)生層排列關(guān)于該組件中平面的對(duì)稱(chēng)性。當(dāng)然，聚合物C的折射率可以高于、低于或者介于折射率A和B之間。為減小可見(jiàn)光譜區(qū)域的噪聲，邊界層的折射率C優(yōu)選在多層層疊件356的層A、B的折射率之間，更優(yōu)選位于大約其中值。
參照?qǐng)D10，所示薄膜400包括分別由聚合物B1和B2制成的邊界層402、404，其構(gòu)成光學(xué)組件406的邊界。組件406包括兩個(gè)單元區(qū)格408和410，每個(gè)具有聚合物AB交替層，設(shè)置成層厚比大約為7B1A1B7A1B1A，以及兩個(gè)附加層411、412，分別為層1B和1A。如果邊界層402和404由與單元區(qū)格410中末層415的相同聚合物制成，B1＝B2＝A，則從射入薄膜的光線421的角度看，邊界層404與層415之間的界面417實(shí)際消失。通過(guò)邊界層404和層415的這種實(shí)際合并，在有效光學(xué)組件中不存在關(guān)于聚合物層排列的對(duì)稱(chēng)性。然而，如果B1＝A且B2＝B，或者如果B1＝B2＝C，則不會(huì)發(fā)生合并，從而附加層411、412在該有效光學(xué)層疊件中產(chǎn)生關(guān)于平面425的反對(duì)稱(chēng)性。由于存在反對(duì)稱(chēng)性，所以該層結(jié)構(gòu)比其它隨意層排列具有更小的可見(jiàn)光譜區(qū)域噪聲。
總之，為了減小可見(jiàn)光譜區(qū)域的噪聲，通常需要選擇層排列，其中(1)光學(xué)層疊件中的各有效光學(xué)組件相對(duì)于該組件中的平面具有對(duì)稱(chēng)性或反對(duì)稱(chēng)性；(2)光學(xué)層疊件中的各有效光學(xué)組件具有整數(shù)個(gè)或近整數(shù)個(gè)單元區(qū)格；(3)如果光學(xué)組件中存在層厚梯度，則該有效光學(xué)組件的層排列相對(duì)于該組件中的平面具有假對(duì)稱(chēng)性或反假對(duì)稱(chēng)性。
決定本發(fā)明薄膜反射特性的另一個(gè)因素是層疊件中各層的材料選擇。可以采用多種不同的材料，用于給定應(yīng)用場(chǎng)合的精確材料選擇取決于不同光學(xué)層之間沿特定軸的折射率可獲得的所需匹配性和不匹配性，并且取決于所得產(chǎn)品的所需物理特性。本發(fā)明薄膜包括僅由兩種材料制得的光學(xué)活性多層層疊件，這兩種材料此處稱(chēng)作第一聚合物和第二聚合物。
層疊件中兩種聚合物的至少其一，這里稱(chēng)作第一聚合物，優(yōu)選具有大絕對(duì)值的應(yīng)力光學(xué)系數(shù)。該優(yōu)選第一聚合物在拉伸時(shí)能夠誘發(fā)較大的雙折射。取決于應(yīng)用場(chǎng)合，可以在薄膜平面中的兩個(gè)正交方向之間，在一個(gè)或多個(gè)面內(nèi)方向與垂直于薄膜平面的方向之間，或者其組合之間誘發(fā)雙折射。該第一聚合物應(yīng)當(dāng)在拉伸后保持雙折射，從而使最終薄膜產(chǎn)生所需的光學(xué)特性。
為制作反射性薄膜或反射鏡薄膜，將折射率標(biāo)準(zhǔn)相等地應(yīng)用于薄膜平面內(nèi)的任何方向，使得沿正交面內(nèi)方向的任何給定層的折射率一般相等或近似相等。然而，第一聚合物的薄膜平面折射率最好與第二聚合物的薄膜平面折射率相差盡可能大，使得每個(gè)光學(xué)層界面盡可能高地反射。為此原因，如果第一聚合物在取向前具有高于第二聚合物的折射率，則面內(nèi)折射率最好沿拉伸方向增加，并且z折射率降低以與第二聚合物的折射率匹配。類(lèi)似地，如果第一聚合物在取向前具有低于第二聚合物的折射率，則面內(nèi)折射率最好沿拉伸方向降低，并且z折射率增加以與第二聚合物的折射率匹配。第二聚合物優(yōu)選在拉伸時(shí)誘發(fā)較小的雙折射或沒(méi)有雙折射，或者誘發(fā)相反性質(zhì)(正-負(fù)或負(fù)-正)的雙折射，使得最終薄膜中其薄膜平面內(nèi)的折射率與第一聚合物的折射率相差盡可能大。若反射鏡薄膜意味著也具有一定程度的偏振特性，則這些標(biāo)準(zhǔn)可以與上述列出的那些標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)組合以使薄膜偏振化。
對(duì)應(yīng)大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，所討論薄膜的第一聚合物或第二聚合物最好在關(guān)注波帶中都不具有吸收帶。因此，所述波帶中的所有入射光或者被反射或者被透射。然而，對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，第一和第二聚合物之一或兩者全部或部分地吸收特定波長(zhǎng)可能是有用的。
本發(fā)明日光遮蔽薄膜的第一和第二光學(xué)層以及選擇性的非光學(xué)層通常由聚合物比如聚酯制成。術(shù)語(yǔ)“聚合物”應(yīng)當(dāng)理解為包含均聚物和共聚物，以及可以通過(guò)共擠出或通過(guò)包括例如酯交換反應(yīng)在內(nèi)的反應(yīng)形成摻混性共混物的聚合物或共聚物。通常，采用共聚單體應(yīng)當(dāng)不會(huì)實(shí)質(zhì)性地?fù)p害應(yīng)力光學(xué)系數(shù)或拉伸后的雙折射保持。實(shí)際上，這些限制設(shè)置了共聚單體含量的上限，其精確值隨著所采用共聚單體的選擇而變化。然而，如果采用共聚單體導(dǎo)致其它特性的改善，則光學(xué)特性的某些變劣可以接受。術(shù)語(yǔ)“聚合物”、“共聚物”、和“共聚酯”包括無(wú)規(guī)共聚物和嵌段共聚物。
用于本發(fā)明多層反射鏡和偏振器的聚酯通常包括羧酸酯和二醇亞單元，通過(guò)羧酸酯單體分子與二醇單體分子的反應(yīng)產(chǎn)生。每個(gè)羧酸酯單體分子具有兩個(gè)或多個(gè)羧酸或酯官能團(tuán)，每個(gè)二醇單體分子具有兩個(gè)或多個(gè)羥基官能團(tuán)。羧酸酯單體分子可以全部相同或者可以有兩種或多種不同類(lèi)型的分子。上述同樣適用于二醇單體分子。術(shù)語(yǔ)“聚酯”中還包括通過(guò)二醇單體分子與碳酸酯反應(yīng)得到的聚碳酸酯。
用于形成聚酯層羧酸酯亞單元的適宜羧酸酯單體分子包括例如2，6-萘二甲酸及其異構(gòu)體；對(duì)苯二甲酸；間苯二甲酸；鄰苯二甲酸；壬二酸；己二酸；癸二酸；降冰片烯二羧酸；雙環(huán)辛烷二羧酸；1，6-環(huán)己烷二羧酸及其異構(gòu)體；叔丁基間苯二甲酸、苯偏三酸、鈉磺化間苯二甲酸；2，2’-聯(lián)苯二羧酸及其異構(gòu)體；和這些酸的低級(jí)烷基酯，例如甲酯或乙酯。在本文中，術(shù)語(yǔ)“低級(jí)烷基”意指C1-C10直鏈或支鏈烷基。
適用于形成聚酯層二醇亞單元的二醇單體分子包括乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇及其異構(gòu)體、1，6-己二醇、新戊二醇、聚乙二醇、二乙二醇、三環(huán)癸烷二醇、1，4-環(huán)己烷二甲醇及其異構(gòu)體、降冰片烷二醇、雙環(huán)-辛烷二醇、三(羥甲基)丙烷、季戊四醇、1，4-苯二甲醇及其異構(gòu)體、雙酚A、1，8-二羥基聯(lián)苯及其異構(gòu)體、和1，3-雙(2-羥基乙氧基)苯。
可用于本發(fā)明日光遮蔽薄膜的聚酯是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，可通過(guò)例如萘二甲酸和乙二醇的反應(yīng)制成。聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)常被選作第一聚合物。PEN具有較大的正應(yīng)力光學(xué)系數(shù)，在拉伸后可有效地保持雙折射，并且在可見(jiàn)光范圍內(nèi)具有較少的吸收或者沒(méi)有吸收。PEN在各向同性狀態(tài)下還具有較大的折射率。對(duì)于550nm波長(zhǎng)的偏振入射光，當(dāng)偏振面平行于拉伸方向時(shí)，其折射率從約1.64增加至高達(dá)約1.9。增加分子取向可增大PEN的雙折射率。通過(guò)將所述材料拉伸至更大的拉伸比并且保持其他的拉伸條件不變，可以增加分子取向。適宜用作第一聚合物的其他半晶萘二甲酸聚酯包括例如聚2，6-萘二甲酸丁二醇酯(PBN)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其共聚物。非聚酯類(lèi)聚合物也可用于形成偏振器薄膜。例如，聚醚酰亞胺可與聚酯如PEN和coPEN一起應(yīng)用形成多層反射鏡。可使用其他聚酯/非聚酯組合例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯(例如，可得自Dow Chemical Corp.，Midland，MI的定名為Engage 8200的產(chǎn)品)。合適的第一聚合物在如下文獻(xiàn)中述及，例如序列號(hào)為09/229724(對(duì)應(yīng)WO99/36248(Neavin等))、09/232332(對(duì)應(yīng)WO99/36262(Hebrink等))、09/444756(對(duì)應(yīng)WO01/38907(Condo等))的美國(guó)申請(qǐng)和美國(guó)專(zhuān)利6,268,961(Nevitt等)。
優(yōu)選的第一聚合物是衍生自羧酸酯亞單元和二醇亞單元的coPEN，所述羧酸酯亞單元衍生自90mol％萘二甲酸二甲酯和10mol％對(duì)苯二甲酸二甲酯，所述二醇亞單元衍生自100mol％乙二醇亞單元，本征粘度(IV)為0.48dL/g。折射率為約1.63。在此所述聚合物稱(chēng)作低熔點(diǎn)PEN(90/10)。另一優(yōu)選的第一聚合物是本征粘度為0.74dL/g的PET，得自Eastman Chemical Company(Kingsport，TN)。另一優(yōu)選的第一聚合物是本征粘度為0.84dL/g的PET，得自E.I.duPont deNemours&Co.，Inc。
另一所需聚合物，在此稱(chēng)作第二聚合物，應(yīng)選擇成使得最終薄膜中沿至少一個(gè)方向的折射率與第一聚合物沿該相同方向的折射率顯著不同。因?yàn)榫酆衔锊牧贤ǔＪ巧⑿缘?，也就是說(shuō)，其折射率隨波長(zhǎng)改變，所以對(duì)特定關(guān)注光譜帶寬比如部分或全部可見(jiàn)光或近紅外光譜區(qū)域應(yīng)當(dāng)考慮這些條件，盡管實(shí)際上折射率波動(dòng)較小，且可以采用關(guān)注波帶范圍的平均值。從前述討論可以理解，第二聚合物的選擇不僅依賴(lài)于所討論多層光學(xué)薄膜的目標(biāo)應(yīng)用場(chǎng)合，而且依賴(lài)于對(duì)第一聚合物的選擇以及加工條件。
可以由其玻璃化溫度與第一聚合物的玻璃化溫度相適配的多種第二聚合物來(lái)制作第二光學(xué)層。適宜聚合物的例子包括乙烯基聚合物和共聚物，制備自單體如乙烯基萘、苯乙烯、馬來(lái)酸酐、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。這些聚合物的例子包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、和全同立構(gòu)或間同立構(gòu)聚苯乙烯。其他聚合物包括縮合聚合物，例如聚砜、聚酰胺、聚氨酯、聚酰胺酸和聚酰亞胺。此外，第二光學(xué)層可由聚合物和共聚物如聚酯和聚碳酸酯形成。
優(yōu)選的第二聚合物是如下物質(zhì)的均聚物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，例如可得自Ineos Acrylics，Inc.，Wilmington，DE的定名為CP71和CP80的產(chǎn)品，或聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)，其玻璃化溫度低于PMMA。其他優(yōu)選的第二聚合物包括PMMA共聚物(coPMMA)，例如，由75wt％甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體和25wt％丙烯酸乙酯(EA)單體制得的coPMMA(可得自Ineos Acrylics，Inc.，定名為Perspex CP63)，由MMA共聚單體單元和甲基丙烯酸正丁酯(nBMA)共聚單體單元形成的coPMMA，或者PMMA和聚(偏氟乙烯)(PVDF)的共混物如可得自Solvay Polymers，Inc.，Houston，TX的定名為Solef 1008的產(chǎn)品。另一些優(yōu)選第二聚合物包括聚烯烴共聚物，如可得自Dow-Dupont Elastomers的定名為Engage 8200的聚(乙烯-共聚-辛烯)(PE-PO)，可得自Fina Oil and Chemical Co.，Dallas，TX的定名為Z9470的聚(丙烯-共聚-乙烯)(PPPE)，和可得自HuntsmanChemical Corp.，Salt Lake City，UT的定名為Rexflex W111的無(wú)規(guī)立構(gòu)聚丙烯(aPP)和全同立構(gòu)聚丙烯(iPP)共聚物。第二光學(xué)層也制備自官能化聚烯烴，例如線性低密度聚乙烯-g-馬來(lái)酸酐(LLDPE-g-MA)，例如可得自E.I.duPont de Nemours&Co.，Inc.，Wilmington，DE的定名為Bynel 4105的產(chǎn)品。
特別優(yōu)選的IR反射鏡光學(xué)層第一/第二聚合物包括PEN/PMMA，PET/PMMA或PET/coPMMA，PEN/Ecdel，PET/Ecdel，PEN/sPS，PET/sPS，PEN/coPET，PEN/PETG和PEN/THV。Ecdel是用于共聚酯醚彈性體的商品名，可由Eastman Chemical Company(Kingsport，TN)獲得。THV是用于含氟聚合物的商品名，可由Minnesota Mining and ManufacturingCompany(3M)，St.Paul，MN.購(gòu)得。PMMA指聚甲基丙烯酸甲酯，coPET指基于對(duì)苯二甲酸的共聚物或共混物(如上所述)，PETG指采用第二二醇(通常為環(huán)己烷二甲醇)的PET共聚物。sPS指間同立構(gòu)聚苯乙烯。
對(duì)于反射鏡薄膜，沿垂直于薄膜平面方向第一聚合物和第二聚合物折射率的匹配是優(yōu)選的，因?yàn)檫@能使每個(gè)光學(xué)界面相對(duì)于光線入射角具有恒定的反射率(也即不存在布儒斯特角)。例如，在特定的波長(zhǎng)處，對(duì)于雙軸取向PEN，面內(nèi)折射率可以是1.76，而垂直于薄膜平面的折射率可以降低至1.49。當(dāng)采用PMMA作為該多層結(jié)構(gòu)中的第二聚合物時(shí)，其相同波長(zhǎng)處的折射率沿所有三個(gè)方向可以為1.495。另一個(gè)例子是PET/Ecdel體系，其中對(duì)于PET其類(lèi)似折射率可以為1.66和1.51，而Ecdel的各向同性折射率可以是1.52。不管多層薄膜是反射鏡薄膜還是偏振薄膜，沿z方向(垂直于薄膜平面)相鄰對(duì)的光學(xué)層的折射率nz匹配可以是有利的。另外，通常采用比完全z折射率匹配(Δnz＝0)較不嚴(yán)格的折射率關(guān)系，比如|Δnz|＜0.05；|Δnz|＜0.5*MAX(|Δnx|，|Δny|)；|Δnz|＜0.25*MAX(|Δnx|，|Δny|)；以及|Δnz|＜0.1*MAX(|Δnx|，|Δny|)。參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利5,882,774(Jonza等)。
非光學(xué)邊界層選擇的材料應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生或改善薄膜特性比如抗撕裂性、抗穿刺性、韌性、耐候性、和耐溶劑性。一般地，設(shè)置一個(gè)或多個(gè)非光學(xué)層使得第一和第二光學(xué)層透射、偏振或反射的至少一部分光束也傳輸通過(guò)這些層(也即，將這些層設(shè)置在光束傳輸通過(guò)第一和第二光學(xué)層或由其反射的光路中)。非光學(xué)層的特性比如結(jié)晶度和收縮性需要與光學(xué)層的特性一起考慮以得到本發(fā)明薄膜，其在層壓至急劇彎曲的基片上時(shí)不會(huì)破裂或起皺。
非光學(xué)層可以由任何適宜的材料制成，并且可以與光學(xué)層疊件中所用的材料之一相同。例如，選擇非光學(xué)層材料需考慮的因素包括斷裂百分比拉伸率、楊氏模量、撕裂強(qiáng)度、與內(nèi)層粘結(jié)力、關(guān)注電磁帶寬中的百分比透射率和吸收率、光學(xué)透明度或濁度、隨頻率變化的折射率、質(zhì)地和粗糙度、熔融熱穩(wěn)定性、分子量分布、熔融流變和可共擠出性、剛性光學(xué)層中材料之間的可混性和互相擴(kuò)散速度、粘彈響應(yīng)、拉伸條件下的弛豫和結(jié)晶行為、使用溫度下的熱穩(wěn)定性、耐候性、粘結(jié)至涂層的能力以及滲透至各種氣體和溶劑的能力。當(dāng)然，如前面所述，重要的是選擇材料使其不具有損害光學(xué)層疊件光學(xué)特性的光學(xué)特性。非光學(xué)層可以由多種聚合物制成，比如聚酯，包括第一和第二光學(xué)層中所用的任何聚合物。在某些實(shí)施例中，選擇用于非光學(xué)層的材料與選擇用于第一和第二光學(xué)層的材料相似或者相同。采用coPEN、coPET或其它用于表層的共聚物材料減少了多層光學(xué)薄膜的分裂可能性(也即，由于應(yīng)變引致結(jié)晶和大量聚合物分子沿取向方向的對(duì)準(zhǔn)而與薄膜剝離)。非光學(xué)層的coPEN在用于使第一光學(xué)層取向的條件下拉伸時(shí)通常很少取向，因此產(chǎn)生很小的應(yīng)變引致結(jié)晶。
優(yōu)選地，第一光學(xué)層、第二光學(xué)層和任選非光學(xué)層的聚合物選擇成具有類(lèi)似的流變特性(例如熔融粘度)，使得它們可以共同擠出而沒(méi)有流動(dòng)擾動(dòng)。通常，第二光學(xué)層、表層、和任選其它非光學(xué)層具有的玻璃化溫度Tg低于或者不大于第一光學(xué)層的玻璃化溫度之上約40℃。優(yōu)選地，第二光學(xué)層、表層、和任選其它非光學(xué)層具有的玻璃化溫度低于第一光學(xué)層的玻璃化溫度。當(dāng)采用長(zhǎng)度取向(LO)滾筒對(duì)多層光學(xué)薄膜進(jìn)行取向時(shí)，可能不會(huì)采用所需的低Tg表層材料，因?yàn)榈蚑g材料會(huì)粘附在滾筒上。如果不采用LO滾筒，則該限制不再是問(wèn)題。對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，優(yōu)選的表層材料包括PMMA和聚碳酸酯，因?yàn)槠淠途眯圆⑶夷軌虮Ｗo(hù)光學(xué)層疊件免受UV輻射。
如上所述，任何表層和任何其它非光學(xué)層具有關(guān)注光譜區(qū)域光波長(zhǎng)至少約10倍的光學(xué)厚度。這種非光學(xué)層的光學(xué)厚度一般是單個(gè)第一和第二光學(xué)層至少其一厚度的至少4倍，典型為至少10倍，并且可以為100倍以上?？梢赃x擇非光學(xué)層的厚度以使多層反射薄膜具有特定的整體厚度。
表層可以在制造過(guò)程中共擠出在多層層疊件的一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)主要表面上，以保護(hù)多層層疊件免受沿供料頭和模具壁的高剪切力，并且通過(guò)將添加劑比如UV穩(wěn)定劑混合進(jìn)構(gòu)成表層的聚合物熔融物中，然后在制造過(guò)程中將具有改變特性的表層共擠出在多層光學(xué)層疊件的一側(cè)或兩側(cè)上，通?？梢垣@得具有所需化學(xué)或物理特性的外層。替代地，可以在多層薄膜的制造過(guò)程中在表層的外部共擠出多個(gè)附加層；可以在單獨(dú)的鍍覆操作中將它們涂覆在多層薄膜上；或者也可以將它們層壓在多層薄膜上作為單獨(dú)的薄膜、薄片、或剛性或半剛性增強(qiáng)基片。
可以在本發(fā)明的薄膜上增加多種功能層或涂層，以改變或提高其物理或化學(xué)特性，特別是沿著薄膜或裝置表面的物理或化學(xué)特性。這種層或涂層可以包含例如低摩擦涂層或潤(rùn)滑顆粒，用以使該薄膜在制造過(guò)程中更易于加工；當(dāng)多層光學(xué)薄膜置于緊鄰另一薄膜或表面時(shí)用以增加向多層光學(xué)薄膜的擴(kuò)散特性或防止浸潤(rùn)或牛頓環(huán)的顆粒；當(dāng)薄膜以膠粘輥形狀應(yīng)用時(shí)使用的粘合劑比如壓敏粘合劑和熱熔性膠粘劑、增粘劑、底層涂料和低粘合背部材料。功能層或涂層可以還包括抗粉碎劑、抗侵入劑、或抗刺穿撕裂薄膜和涂層，例如共同轉(zhuǎn)讓的序列號(hào)為No.09/591,584(Dietz)，名稱(chēng)為GLAZING ELEMENT ANDLAMINATE FOR USE IN THE SAME，作為PCT公開(kāi)WO01/96115(Dietz)的優(yōu)先權(quán)文件的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中所述的功能層。附加的功能層或涂層可以包括振動(dòng)阻尼薄膜層，比如WO98/26927(Landin等)和美國(guó)專(zhuān)利No.5,773,102(Rehfeld)中所描述的薄膜層；針對(duì)液體比如水或有機(jī)溶劑或者氣體比如氧氣、水蒸氣或二氧化碳用以保護(hù)薄膜或裝置或者改變其透過(guò)特性的阻擋層；和/或設(shè)計(jì)用于提高薄膜或裝置的機(jī)械完整性或強(qiáng)度的基片和支承層。這些功能性部件可以結(jié)合在一個(gè)或多個(gè)表層中，或者也可以作為單獨(dú)的薄膜或涂層施加。
對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，需要通過(guò)使薄膜著色，比如通過(guò)將一個(gè)染色薄膜層壓至所述多層光學(xué)薄膜、將一個(gè)顏料涂層施加在薄膜表面、或者使制作薄膜的一種或多種材料中比如表層中含有染料或顏料，來(lái)改變多層光學(xué)薄膜的外觀和/或性能。染料或顏料通常在光譜的一個(gè)或多個(gè)選定區(qū)域包含紅外、紫外和/或可見(jiàn)光部分具有吸收性?？梢圆捎萌玖匣蝾伭蟻?lái)改善薄膜特性，特別是在薄膜透過(guò)部分頻率而反射其它頻率的場(chǎng)合?？梢耘c本發(fā)明多層光學(xué)薄膜結(jié)合的特別有用的顏料層在共同未決的美國(guó)申請(qǐng)No.09/633,911(McGurran等)中有描述，其對(duì)應(yīng)的PCT公開(kāi)為WO01/58989(McGurran等)。該薄膜可以層壓、擠出涂覆或共擠出在多層薄膜上作為表層。顏料添加量可以在約0.01％重量至約1.0％重量之間變化，以使可見(jiàn)光透射率在約10％至約90％之間變化。實(shí)際上，顏料添加量選擇成使得當(dāng)顏料薄膜層與多層光學(xué)薄膜結(jié)合時(shí)，可見(jiàn)光百分比透射率降低至多層光學(xué)薄膜正常值Tvis的約80-85％到沿層疊件結(jié)構(gòu)法線方向測(cè)量為約70-75％的法定界限。這提高了多層薄膜結(jié)構(gòu)的整體遮光效率。
在覆蓋層中采用UV吸收材料也是有利的，因?yàn)榭梢杂闷浔Ｗo(hù)暴露于UV輻射時(shí)可能不穩(wěn)定的內(nèi)層。多層光學(xué)薄膜還可以用例如油墨、染料或顏料加以處理以改變其外觀或者根據(jù)特定的應(yīng)用場(chǎng)合定制該薄膜。因此，例如，薄膜可以用油墨或其它印刷標(biāo)記比如那些用于顯示產(chǎn)品特征、廣告、警示、裝飾或其它信息的標(biāo)記來(lái)處理?？梢圆捎枚喾N技術(shù)用以在薄膜上印刷，例如，絲網(wǎng)印刷、活版印刷、膠版印刷、橡膠版印刷、點(diǎn)刻印花、激光打印等等，并且可以采用多種油墨，包括一種和兩種成分油墨、氧化干燥和UV干燥油墨、溶解油墨、分散油墨、以及100％油墨體系。
對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，需要具有一個(gè)或多個(gè)抗反射層或涂層，用以提高透射率和降低反射眩光。適宜的層或涂層可以包括例如傳統(tǒng)的真空鍍覆介電金屬氧化物或金屬/金屬氧化物光學(xué)薄膜、二氧化硅或氧化鋯溶膠凝膠涂層、以及鍍覆的或共擠出的抗反射層比如那些由低折射率含氟聚合物得到的抗反射層。當(dāng)本發(fā)明的日光遮蔽薄膜層壓在機(jī)械能吸收材料比如PVB板之間時(shí)，表層的折射率可以選擇成最大限度減小PVB與多層光學(xué)層疊材料之間折射率的較大差異導(dǎo)致的界面處反射。例如，表層可以選擇成使其折射率與PVB的折射率相同，介于PVB與高折射率第一光學(xué)材料的折射率之間，或者介于PVB與光學(xué)層疊件的復(fù)合折射率之間。在有些實(shí)施例中，在表層與光學(xué)層疊件之間或者在復(fù)聯(lián)系統(tǒng)中的各光學(xué)層疊件之間采用保護(hù)性邊界層(PBL)。在這些實(shí)施例中，PBL材料可以選擇成最大限度減小表層與PBL之間以及PBL與光學(xué)層疊件之間增加界面處的反射。例如，PBL可以選擇成使其折射率與表層折射率相同，介于表層與光學(xué)層疊件的復(fù)合折射率之間，或者等于復(fù)合光學(xué)層疊件的折射率。用于最大限度減小PVB與光學(xué)層疊件之間折射率差異的優(yōu)選表層和PBL層包括CoPEN和CoPET。
可以添加在多層光學(xué)薄膜上的附加功能層或涂層包括例如金屬層和其它導(dǎo)電層。金屬層可以由例如金、銀、鋁、和/或鎳以及這些和其它金屬的分散體制成。在車(chē)輛風(fēng)擋結(jié)構(gòu)中，金屬層可以用于天線、除霧和除塵、除霜或電磁屏蔽。其它層包括抗靜電涂層或薄膜；阻燃劑；UV穩(wěn)定劑；抗磨擦或硬涂層材料；光學(xué)涂層；抗霧材料，磁或磁光涂層或薄膜；液晶面板、電致生色或電致發(fā)光面板、照相乳劑；棱鏡薄膜，和全息薄膜或圖像。附加功能層或涂層在例如WO97/01440(Gilbert等)、WO99/36262(Hebrink等)、以及WO99/36248(Neavin等)中有描述。這些功能性部件可以加入一個(gè)或多個(gè)表層中，或者可以作為單獨(dú)的薄膜或涂層施加?；蛘?，可以通過(guò)壓紋、全息圖像、電暈、電子束或等離子體處理對(duì)多層薄膜本身進(jìn)行改飾。
本發(fā)明的IR反射多層光學(xué)薄膜可以根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)說(shuō)明書(shū)No.20010022982(Neavin等)和美國(guó)序列號(hào)No.09/590,924(Liu等)中的教導(dǎo)加以制作。
上述多層IR反射鏡薄膜可以層壓在多種平面和非平面基片上。典型的基片材料包括眩光材料比如玻璃，其可以絕緣、回火、層壓、退火、或者熱增強(qiáng)，以及塑料，比如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。術(shù)語(yǔ)非平面基片指的是具有連續(xù)或復(fù)雜曲率的基片。復(fù)雜曲率指基片從一個(gè)點(diǎn)以兩種不同的非線性方向彎曲。
參照?qǐng)D11A，其中畫(huà)出的是可粘結(jié)于一個(gè)或多個(gè)平面或非平面眩光制品板以制造汽車(chē)安全眩光制品層壓件的雙重預(yù)層壓結(jié)構(gòu)510。預(yù)層壓件510包括由本發(fā)明低噪聲多層IR反射薄膜制成的功能層512。功能層512可以粘結(jié)在至少一層518的機(jī)械能吸收層優(yōu)選為增塑PVB的至少一側(cè)，以形成雙重層壓件510。功能層512可以如圖11B所示粘結(jié)至第二層520的PVB以形成三重預(yù)層壓結(jié)構(gòu)，包含在光學(xué)物體540中。PVB層518、520的一個(gè)或另一個(gè)或者兩者可以包括附加的性能增強(qiáng)層比如PVB層520上的遮蔽帶層522。
參照?qǐng)D12，一旦形成預(yù)層壓結(jié)構(gòu)510(圖11A)或540(圖11B)，就可以將其與眩光材料比如玻璃530、532制成的至少一個(gè)、優(yōu)選兩個(gè)平面或非平面板配合以形成安全眩光制品層壓件534。
為了將PVB和IR薄膜層或預(yù)層壓件510或540粘結(jié)至眩光制品板530、532上，通過(guò)將PVB和IR薄膜層或者預(yù)層壓件和眩光制品板置于彼此的上面，將它們組裝在一起，從而形成整體的層壓結(jié)構(gòu)534。然后將層壓件534各層粘結(jié)在一起，并且從該結(jié)構(gòu)中除去空氣。在該步驟中，優(yōu)選在爐箱中將該層壓結(jié)構(gòu)加熱至低于IR反射薄膜512中主要聚合物的Tg的溫度。這使得在薄膜512收縮以適應(yīng)層壓件形狀時(shí)，PVB層518、520可以與薄膜512或玻璃530、532產(chǎn)生一定的粘結(jié)。
層壓件534可以用數(shù)種不同的方法粘結(jié)和除氣。一種方法是采用真空除氣方法，其中將一個(gè)彈性條帶設(shè)置成圍繞層壓件的邊緣并使之與真空系統(tǒng)相連，同時(shí)加熱層壓件以在玻璃與PVB之間產(chǎn)生臨時(shí)粘結(jié)。另一種方法也采用真空除氣方法，其中將層壓件置于一個(gè)與真空系統(tǒng)相連的袋子中。再一種方法采用壓輥裝置，此處稱(chēng)作軋輥(niproller)，其用于向?qū)訅杭┘訅毫σ猿タ諝夂痛龠M(jìn)各層之間的粘結(jié)。
可以在一個(gè)軋輥中對(duì)層壓件534進(jìn)行粘結(jié)和除氣，或者優(yōu)選隨著層壓件溫度逐漸升高使其通過(guò)一系列軋輥。隨著層壓件534的溫度升高，薄膜512和PVB層518、520開(kāi)始適應(yīng)玻璃板530、532的形狀。薄膜512也局部收縮和/或伸展以適應(yīng)該結(jié)構(gòu)的形狀。
然后根據(jù)PVB的粘滯特性，在高壓釜中將層壓件534加熱到約280°F至約300°F的最高溫度，以使PVB層518、520和功能層512適應(yīng)玻璃板530、532的輪廓從而形成光學(xué)結(jié)構(gòu)。此時(shí)還應(yīng)當(dāng)施加通常大于約165psi的最大壓力。這使得PVB可以流動(dòng)和擴(kuò)展而充滿空隙，制得均勻的夾層結(jié)構(gòu)，并且將層壓件的部件牢固地粘結(jié)在一起，同時(shí)在最低的時(shí)間期限內(nèi)去除PVB中的空氣。
優(yōu)選地，結(jié)構(gòu)中具有IR薄膜的層壓件534以緩慢的受控的方式加以冷卻，尤其冷卻至薄膜中主要聚合物的Tg附近。這減少了由于IR薄膜熱膨脹復(fù)原造成的起皺，并且釋放了層壓結(jié)構(gòu)中的任何應(yīng)力。如果在此循環(huán)中溫度降低過(guò)快，則薄膜或PVB上的橫向力會(huì)導(dǎo)致分層，特別是層壓件的邊緣處。壓力應(yīng)當(dāng)保持直到溫度充分下降到薄膜中主要材料的Tg以下，以確保層壓件中建立的結(jié)構(gòu)被定形。優(yōu)選地，在薄膜中主要聚合物的Tg附近，以低于約13°F每分的爐箱空氣溫度冷卻速率進(jìn)行冷卻。
下面參照以下的非限制性實(shí)例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行描述。這些實(shí)例可以用在汽車(chē)窗戶應(yīng)用場(chǎng)合、建筑應(yīng)用場(chǎng)合、以及類(lèi)似的IR濾波應(yīng)用場(chǎng)合。
實(shí)例實(shí)例1
通過(guò)計(jì)算機(jī)模型模擬具有711結(jié)構(gòu)的IR反射多層薄膜，使其含有的單元區(qū)格各層具有7A1B1A7B1A1B的光學(xué)厚度比。施加表層和保護(hù)性邊界層，其具有與光學(xué)層之一相同的折射率。
在實(shí)例1a中，薄膜具有以下層結(jié)構(gòu)(表層/PBL_A)7A1B1A7B1A1B............7A1B1A7B1A1B(表層/PBL_A)在實(shí)例1b中，薄膜具有以下層結(jié)構(gòu)(表層/PBL_A)7B1AIB7A1B1A............7B1A1B7A1B1A(表層/PBL_A)在實(shí)例1a和1b中，光學(xué)組件中的最外A層與表層/PBL合并，從而有效光學(xué)組件中的總層數(shù)為6n-1，其中n為合并之前組件中的單元區(qū)格數(shù)量。對(duì)于這些實(shí)例，n設(shè)定為32。并且，實(shí)例1a和1b采用簡(jiǎn)單的線性層厚梯度1.27(光學(xué)組件中最厚的與最薄的光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué)厚度之比)。
在實(shí)例1a中，有效光學(xué)組件關(guān)于層厚和層排列具有假對(duì)稱(chēng)性。在實(shí)例1b中，有效光學(xué)組件不具有假對(duì)稱(chēng)性。
針對(duì)各具有三個(gè)光學(xué)組件的實(shí)例1a和1b結(jié)構(gòu)獲得計(jì)算機(jī)模擬光譜。光學(xué)層疊件構(gòu)造如下表層/PBL(組件1)PBL(組件2)PBL(組件3)表層/PBL。在光學(xué)活性組件、PBL和表層中采用的高折射率聚合物為低熔點(diǎn)PEN，折射率為1.73(沿全部?jī)蓚€(gè)面內(nèi)方向)，并且組件中的低折射率聚合物為PMMA，折射率為1.49(沿所有方向)。組件2和3除了比例因數(shù)分別為1.11和1.22之外，與組件1相同，以便實(shí)現(xiàn)增寬的反射波帶。實(shí)際中可以采用3通道非對(duì)稱(chēng)乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)該比例因數(shù)。組件1與2之間以及組件2與3之間的PBL層物理厚度為2896nm，結(jié)構(gòu)兩側(cè)的表層/PBL外層物理厚度為5792nm。
圖13中畫(huà)出了實(shí)例1a和1b正入射時(shí)的模擬透射光譜。非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)(實(shí)例1b)具有顯著的噪聲，并且在可見(jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)域具有較低的透射率。
對(duì)于全部?jī)蓚€(gè)IR反射薄膜，其標(biāo)準(zhǔn)光度參數(shù)L*、a*、b*以及適光透射率Y(在汽車(chē)領(lǐng)域也稱(chēng)作Tvis，隨著平均適光人眼響應(yīng)的變化，其在可見(jiàn)光譜中的不同波長(zhǎng)處對(duì)原始光譜透射率給出不同的權(quán)重)的值列在下面的表1中。同樣用計(jì)算機(jī)模擬含有這些薄膜的汽車(chē)安全眩光制品。將薄膜建模成層壓在玻璃面板上以形成如下結(jié)構(gòu)玻璃58/15密耳PVB/IR反射薄膜/15密耳PVB/玻璃58，其中“玻璃58”指的是標(biāo)準(zhǔn)日光玻璃類(lèi)型GR-58，可以從PilkingtonPlc獲得。同樣計(jì)算這些結(jié)構(gòu)的光度參數(shù)L*、a*、b*以及適光透射率Y的值，并將其列在表1中。
表1

單元區(qū)格的數(shù)量和層組件的數(shù)量不改變多層層疊件的對(duì)稱(chēng)性。它們可以是奇數(shù)或偶數(shù)，只要它們?cè)谂c表層/PBL合并之前是整數(shù)即可。當(dāng)薄膜含有由非光學(xué)層間隔的多個(gè)層組件時(shí)，需個(gè)別考慮每個(gè)層組件的對(duì)稱(chēng)性。
對(duì)于實(shí)例1b的薄膜，正入射光譜與偏振性基本上無(wú)關(guān)。將正入射光譜與60°光譜比較，其結(jié)果顯示在圖14中。當(dāng)正入射光譜具有噪聲時(shí)，以60°角入射的p偏振光和s偏振光噪聲較高。正入射光譜與偏振性基本上無(wú)關(guān)，意味著均衡的面內(nèi)折射率。
實(shí)例2通過(guò)在實(shí)例1結(jié)構(gòu)的最外A層與表層/PBL之間增加(相對(duì))厚度為x的附加層B，對(duì)IR反射多層IR薄膜建模。
在實(shí)例2a中，薄膜具有以下層結(jié)構(gòu)(表層/PBL_A)(xB)7A1B1A7B1A1B............7A1B1A7B1A1B(表層/PBL_A)在實(shí)例2b中，薄膜具有以下層結(jié)構(gòu)(表層/PBL_A)7B1A1B7A1B1A............7B1A1B7A1B1A(xB)(表層/PBL_A)在每一情況下，有效光學(xué)組件的總層數(shù)為6n+1，其中n為沒(méi)有附加層時(shí)組件中的單元區(qū)格數(shù)量。不管xB層的厚度如何，實(shí)例2a中的薄膜結(jié)構(gòu)都不具有對(duì)稱(chēng)性。實(shí)例2b中的薄膜結(jié)構(gòu)只有在x＝7時(shí)才具有對(duì)稱(chēng)性。
圖15的光譜是根據(jù)實(shí)例2a分別在x＝1、7和20時(shí)對(duì)三種模擬薄膜獲得的，每個(gè)這種薄膜具有三個(gè)光學(xué)組件，每一組件中具有32個(gè)單元區(qū)格。薄膜層疊件構(gòu)造如下表層/PBL(組件1)PBL(組件2)PBL(組件3)表層/PBL。
在光學(xué)層疊件、PBL和表層中采用的高折射率光學(xué)材料為低熔點(diǎn)PEN，折射率為1.73(沿全部?jī)蓚€(gè)面內(nèi)方向)，并且光學(xué)層疊件中采用的低折射率聚合物為PMMA，折射率為1.49(沿所有方向)。采用與實(shí)例1中相同的線性厚度梯度1.27，即對(duì)于組件2和3采用比例因數(shù)1.11和1.22。非光學(xué)層的物理厚度也與實(shí)例1中相同。圖15顯示附加層破壞了假對(duì)稱(chēng)性，導(dǎo)致可見(jiàn)光譜中噪聲增加并且透射率降低。隨著附加層的厚度增加，噪聲增強(qiáng)并且可見(jiàn)光透射率降低。然而，這種改變依賴(lài)于波長(zhǎng)并且不是線性的。
對(duì)于模擬IR薄膜本身以及汽車(chē)玻璃58/15密耳PVB/IR反射薄膜/15密耳PVB/玻璃58的模擬玻璃層壓件，其光度參數(shù)L*、a*、b*以及適光透射率Y的計(jì)算值列在下面的表2中。
表2

圖16畫(huà)出了根據(jù)實(shí)例2b分別在x＝1、7和20時(shí)對(duì)薄膜模擬獲得的光譜。其它參數(shù)與實(shí)例2a中相同。圖16表明，附加層導(dǎo)致可見(jiàn)光譜區(qū)域中的噪聲增加，對(duì)于所有三個(gè)附加層厚度其增加量是粗略可比的。如上所述，薄膜2b(x＝7)呈現(xiàn)不同于薄膜1b、2b(x＝1)和2b(x＝20)的假對(duì)稱(chēng)性，圖16還表明薄膜2b(x＝7)噪聲沒(méi)有減小，因?yàn)閾?jù)信對(duì)稱(chēng)性或假對(duì)稱(chēng)性之外的特性也會(huì)相當(dāng)重要。對(duì)于模擬IR薄膜本身以及汽車(chē)玻璃58/15密耳PVB/IR反射薄膜/15密耳PVB/玻璃58的模擬玻璃層壓件，其光度參數(shù)L*、a*、b*以及適光透射率Y的計(jì)算值列在下面的表3中。
表3

實(shí)例3在這些模擬結(jié)構(gòu)中，表層/PBL具有不同于光學(xué)層疊件中任一材料折射率的折射率。
考慮三種情況實(shí)例3a表層/PBL折射率＞高折射率光學(xué)材料的折射率實(shí)例3b低折射率光學(xué)材料的折射率＜表層/PBL折射率＜高折射率光學(xué)材料的折射率實(shí)例3c表層/PBL折射率＜低折射率光學(xué)材料的折射率對(duì)于采用711光學(xué)層疊件結(jié)構(gòu)且三個(gè)組件中每個(gè)具有大致7A1B1A7B1A1B............7A1B1A7B1A1B層排列的每一實(shí)例，獲得模擬光譜。薄膜構(gòu)造為表層/PBL(組件1)PBL(組件2)PBL(組件3)表層/PBL，每一組件具有32個(gè)單元區(qū)格。高折射率光學(xué)材料為折射率1.73(沿全部?jī)蓚€(gè)面內(nèi)方向)的低熔點(diǎn)PEN，低折射率光學(xué)材料為折射率1.49(沿所有方向)的PMMA。對(duì)于實(shí)例3a、實(shí)例3b和實(shí)例3c，所用的表層/PBL折射率分別為1.91、1.61和1.32。層厚梯度、組件2和3的比例因數(shù)、以及非光學(xué)層的物理厚度與實(shí)例1中相同。
圖17中畫(huà)出了模擬的正入射光譜，也一并畫(huà)出了前面所述的薄膜1a的模擬正入射光譜。當(dāng)表層/PBL折射率不同于所述光學(xué)材料任一的折射率時(shí)，用整數(shù)個(gè)單元區(qū)格不能實(shí)現(xiàn)對(duì)稱(chēng)的層排列。圖17表明，表層/PBL折射率可較大地影響可見(jiàn)光透射光譜。當(dāng)表層/PBL折射率大于光學(xué)層疊件中兩種材料任一的折射率時(shí)，可見(jiàn)光透射率水平大幅度降低且噪聲增加。當(dāng)表層/PBL折射率低于全部?jī)蓚€(gè)光學(xué)層疊件材料的折射率時(shí)，可見(jiàn)光透射率水平較高但是噪聲大幅度增加。當(dāng)表層/PBL折射率介于所述兩種光學(xué)材料的折射率之間時(shí)，可見(jiàn)光透射率較高且非常平整。其平整度與表層/PBL折射率等于光學(xué)材料高折射率時(shí)的最好情況相當(dāng)。
實(shí)例4在該實(shí)例中，通過(guò)模擬對(duì)數(shù)個(gè)1/4波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估。
在實(shí)例4a中，薄膜結(jié)構(gòu)如下(表層/PBL_A)ABAB............AB(表層/PBL_A)具有折射率與光學(xué)層A相同的表層/PBL的該1/4波長(zhǎng)雙層單元區(qū)格系統(tǒng)是對(duì)稱(chēng)的。在表層/PBL與光學(xué)層疊件的外層合并之后，有效光學(xué)層疊件具有2n-1層，其中n為單元區(qū)格的數(shù)量。然而，這種合并使單元區(qū)格的總數(shù)保持為近整數(shù)，所以其可見(jiàn)光譜預(yù)計(jì)具有較小的噪聲。
在實(shí)例4b中，薄膜結(jié)構(gòu)如下(表層/PBL_C)ABAB............AB(表層/PBL_C)表層/PBL的折射率不同于任一光學(xué)材料的折射率，所以該光學(xué)層疊件不再是對(duì)稱(chēng)的。其可見(jiàn)光譜預(yù)計(jì)會(huì)具有比實(shí)例4a中薄膜的光譜更大的噪聲。
在實(shí)例4c中，薄膜結(jié)構(gòu)如下(表層/PBL)(xB)ABAB............AB(表層/PBL)當(dāng)在表層/PBL與光學(xué)層疊件之間增加附加層xB時(shí)(有效光學(xué)層疊件中的總層數(shù)為2n+1)，該層疊件只有在xB為1/4波長(zhǎng)厚度才是對(duì)稱(chēng)的，因?yàn)槠渌鈱W(xué)層A、B每個(gè)都采用1/4波長(zhǎng)厚度。但是只有在表層/PBL折射率等于光學(xué)材料之一折射率從而發(fā)生合并時(shí)單元區(qū)格的總數(shù)才是整數(shù)。
對(duì)于60單元區(qū)格結(jié)構(gòu)的低熔點(diǎn)PEN(折射率＝1.73)/PMMA(折射率＝1.49)組件，獲得模擬正入射光譜。附加層為PMMA，其厚度分別為x＝0(實(shí)例4a，即沒(méi)有附加層)、1(1/4波長(zhǎng)，實(shí)例4c)、12(3波長(zhǎng)，實(shí)例4c)和36(9波長(zhǎng)，實(shí)例4c)。表層/PBL由低熔點(diǎn)PEN制成。對(duì)于實(shí)例4a-c的每個(gè)實(shí)例，采用1.20的線性厚度梯度，并且表層/PBL的物理厚度為5792nm。結(jié)果顯示在圖18中。
圖18表明，實(shí)例4c(x＝1)的結(jié)果與實(shí)例4a的結(jié)果非常相似。這兩種結(jié)構(gòu)都具有對(duì)稱(chēng)的層疊件，其唯一差別在于前者比后者多一個(gè)完整的單元區(qū)格。當(dāng)附加層xB的厚度大于1/4波長(zhǎng)厚度時(shí)，可見(jiàn)光譜中的噪聲增加。隨著附加層厚度從3波長(zhǎng)增加至9波長(zhǎng)，噪聲呈現(xiàn)稍微的降低。
圖19畫(huà)出了對(duì)于四個(gè)模擬薄膜獲得的正入射光譜，每個(gè)薄膜各具有一個(gè)光學(xué)組件，該光學(xué)組件具有60單元區(qū)格的低熔點(diǎn)PEN(折射率＝1.73)/PMMA(折射率＝1.49)，每個(gè)薄膜根據(jù)實(shí)例4b建模。所用表層/PBL折射率分別為1.32、1.61、1.73和1.91。與上面考察的711結(jié)構(gòu)類(lèi)似，隨著表層/PBL折射率的增加，透射率水平趨于降低。關(guān)于噪聲，當(dāng)表層/PBL折射率介于所述兩種光學(xué)材料之間時(shí)，噪聲較小。除此之外，沿任一方式變化(增高或降低)，噪聲都變大。
實(shí)例5為確認(rèn)噪聲不是由于多組件引起的，對(duì)于實(shí)例1a和1b中的結(jié)構(gòu)但是薄膜僅具有一個(gè)組件31個(gè)711型單元區(qū)格，獲得模擬光譜。圖20確認(rèn)，根據(jù)實(shí)例1b(非對(duì)稱(chēng))的這種單組件薄膜比根據(jù)實(shí)例1a(對(duì)稱(chēng))的單組件薄膜具有大得多的噪聲。
實(shí)例6除了在光學(xué)層疊件中采用聚合物PET/coPMMA替代實(shí)例1的低熔點(diǎn)PEN/PMMA系統(tǒng)之外，對(duì)與實(shí)例1中相同的薄膜進(jìn)行建模和評(píng)估。這些薄膜稱(chēng)作實(shí)例6a(對(duì)應(yīng)于實(shí)例1a的結(jié)構(gòu))和實(shí)例6b(對(duì)應(yīng)于實(shí)例1b的結(jié)構(gòu))。PET和coPMMA的面內(nèi)折射率分別為1.65和1.49。圖21中畫(huà)出了計(jì)算的正入射透射光譜。薄膜6b(非對(duì)稱(chēng))與薄膜6a(對(duì)稱(chēng))相比觀察到更大量的噪聲，從而確認(rèn)了可見(jiàn)光噪聲減小的相同判據(jù)適用于不同的選定聚合物。
實(shí)例7除了組件1位于組件2與3之間之外，采用上面實(shí)例1a中所述的對(duì)稱(chēng)711層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)IR反射多層薄膜結(jié)構(gòu)。實(shí)際上采用具有多層供料頭的擠出熔融工藝來(lái)制作薄膜。在光學(xué)層疊件中采用PET/coPMMA聚合物，并且采用Lambda 19光譜儀在所制得薄膜上實(shí)際測(cè)量圖22中的光譜。該結(jié)構(gòu)具有整齊/平整且較高的可見(jiàn)光譜透射率。
其它實(shí)例的矩陣對(duì)于由多個(gè)具有六層7-1-1-7-1-1結(jié)構(gòu)的單元區(qū)格制成的光學(xué)組件，存在六種可能的起始層排列，也即當(dāng)從光學(xué)組件的一端開(kāi)始數(shù)單元區(qū)格時(shí)(7A-1B-1A-7B-1A-1B、1B-1A-7B-1A-1B-7A、1A-7B-1A-1B-7A-1B為三個(gè)此種循環(huán)排列)。如果光學(xué)組件在其另一端包含部分的單元區(qū)格，則可能有許多的光學(xué)組件排列，如圖23的光學(xué)組件示意圖中所示。其中畫(huà)出了7-1-1結(jié)構(gòu)中交替的A和B光學(xué)層，從上到下排列的N個(gè)完整單元區(qū)格1B-7A-1B-1A-7B-1A構(gòu)成的中間部分總是存在，并且可以從上到下增加0至6個(gè)光學(xué)層(按照相同的順序)。為簡(jiǎn)化起見(jiàn)，沒(méi)有畫(huà)出PBL/表層。附加的上層以羅馬數(shù)字識(shí)別，附加的下層以阿拉伯?dāng)?shù)字識(shí)別。圖23因而以圖示方式畫(huà)出了49種光學(xué)組件排列，每個(gè)此種排列對(duì)應(yīng)于該圖中的一個(gè)不同垂直薄片，并且每個(gè)此種排列可以由兩部分的羅馬數(shù)字阿拉伯?dāng)?shù)字標(biāo)記來(lái)識(shí)別。例如，標(biāo)記IV2表示在中間組件的上方設(shè)有四個(gè)附加層并且在下方設(shè)有2個(gè)附加層的排列。
當(dāng)在光學(xué)組件的兩側(cè)增加非光學(xué)層并且使得這種非光學(xué)層能夠采用不同的折射率時(shí)，會(huì)使排列的數(shù)量進(jìn)一步倍增。因此層排列為(表層/PBL)/(光學(xué)組件)/(表層/PBL)，其中光學(xué)組件為圖23中所示49種排列之一種。為計(jì)算目的，我們選取N＝30(也即中間部分完整711單元區(qū)格的數(shù)量)nA＝1.65nB＝1.50n表層/PBL＝變量1.0(即空氣，沒(méi)有表層或PBL層)；1.425；1.5；1.5375；1.575；1.6125；1.65；1.725單元區(qū)格光學(xué)厚度＝0.5·850nm(在整個(gè)層疊件范圍內(nèi)是均勻的，沒(méi)有梯度)表層/PBL層厚度＝2348.04nm(物理厚度，而非光學(xué)厚度)所有折射率都是沿著至少一個(gè)公共面內(nèi)方向(x、y或兩者)，并且假定在整個(gè)可見(jiàn)光和近紅外(約400至約2000nm)區(qū)域都是恒定的。光學(xué)物體建模成置于空氣(折射率＝1)中。對(duì)于392種情形(來(lái)自矩陣的49種光學(xué)組件和8種不同的表層/PBL非光學(xué)層情況)的每一種情形計(jì)算和評(píng)估其正入射光譜。注意對(duì)于n表層/PBL＝1.0、1.425、1.5375、1.575、1.6125、1.725時(shí)的各種情形，光學(xué)層和非光學(xué)層不發(fā)生合并，因此有效光學(xué)組件與原始光學(xué)組件相同。但是對(duì)于n表層/PBL＝1.5和1.65，情況并不必然如此，此時(shí)取決于圖23中所示49種情形中的光學(xué)層排列，最外光學(xué)層之一層或全部?jī)蓪踊蛘邲](méi)有任何一層與表層/PBL層之一合并。
圖24a提供了一個(gè)矩陣，表示對(duì)于圖23中49種光學(xué)組件的每一種，當(dāng)n表層/PBL＝1.0、1.425、1.5375、1.575、1.6125、1.725時(shí)以及一般地當(dāng)光學(xué)組件由折射率不同于組件中任一光學(xué)層的非光學(xué)層作為邊界時(shí)得到的有效光學(xué)組件的對(duì)稱(chēng)性以及相對(duì)于整數(shù)單元區(qū)格的偏差。例如，情形03具有對(duì)稱(chēng)的有效光學(xué)組件(用方框上部的“SYM”表示)，其相對(duì)于整數(shù)單元區(qū)格偏差3個(gè)光學(xué)層(用方框下部的+3表示)。類(lèi)似地，情形III3的有效光學(xué)組件具有反對(duì)稱(chēng)性(用方框上部的“RVS”表示)，并且具有整數(shù)個(gè)單元區(qū)格(用方框下部的“+0”表示)。情形II3的有效光學(xué)組件是非對(duì)稱(chēng)的(通過(guò)方框上部不作標(biāo)記表示)，并且比整數(shù)個(gè)單元區(qū)格少一個(gè)光學(xué)層(用方框下部的“-1”表示)。
圖24b與圖24a類(lèi)似，不同之處在于圖24b表示當(dāng)n表層/PBL＝1.5時(shí)以及一般地當(dāng)光學(xué)組件由折射率大致等于組件中低折射率光學(xué)層的非光學(xué)層作為邊界時(shí)得到的有效光學(xué)組件的對(duì)稱(chēng)性以及相對(duì)于整數(shù)單元區(qū)格的偏差。圖24c與圖24a-b類(lèi)似，不同之處在于圖24c表示當(dāng)n表層/PBL＝1.65時(shí)以及一般地當(dāng)光學(xué)組件由折射率大致等于組件中高折射率光學(xué)層的非光學(xué)層作為邊界時(shí)得到的有效光學(xué)組件的對(duì)稱(chēng)性以及相對(duì)于整數(shù)單元區(qū)格的偏差。
圖25a-h表示對(duì)于具有以下非光學(xué)層折射率的光學(xué)層疊件49種排列之每一種的計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果圖25a-n表層/PBL＝1.0(沒(méi)有表層或PBL層)圖25b-n表層/PBL＝1.425圖25c-n表層/PBL＝1.5圖25d-n表層/PBL＝1.5375圖25e-n表層/PBL＝1.575圖25f-n表層/PBL＝1.6125
圖25g-n表層/PBL＝1.65圖25h-n表層/PBL＝1.725圖25a-h中列出的數(shù)字是從400納米開(kāi)始到600納米結(jié)束的光譜范圍中，也即一部分可見(jiàn)光譜區(qū)域中，從最大計(jì)算百分比透射率到最小計(jì)算百分比透射率的范圍。所列值用百分比表示，例如在所述光譜區(qū)域上從85％到90％變化的百分比透射率在表中得到的值為“5”。百分比透射率的范圍是選擇用于表示可見(jiàn)光區(qū)域中光譜噪聲量的品質(zhì)因數(shù)。因此，在400-600nm范圍上百分比透射率具有較大波動(dòng)的實(shí)施例具有較大的值，而具有較小波動(dòng)量(也即可見(jiàn)光區(qū)域中平整的透射光譜)的實(shí)施例具有較小的值。
對(duì)圖25a-h的考察再次確認(rèn)了有效光學(xué)組件的起始光學(xué)層和終止光學(xué)層以及基本單元區(qū)格結(jié)構(gòu)的特定循環(huán)排列可以對(duì)可見(jiàn)光區(qū)域中的光譜噪聲具有顯著的影響。最低量的可見(jiàn)光噪聲發(fā)生在作為組件邊界的非光學(xué)層具有的折射率在高和低折射率光學(xué)層之間大約中間時(shí)。在此情況下，對(duì)于有效光學(xué)組件中呈現(xiàn)反對(duì)稱(chēng)性的層排列產(chǎn)生最低噪聲，而與偏離整數(shù)單元區(qū)格的層數(shù)無(wú)關(guān)。另一個(gè)特殊情況發(fā)生在非光學(xué)層具有的折射率與低或高折射率光學(xué)層之一相同時(shí)。在這些情況下，對(duì)于其中有效光學(xué)層疊件呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)性并且比整數(shù)單元區(qū)格少一個(gè)光學(xué)層的層排列產(chǎn)生最低可見(jiàn)光噪聲。
申請(qǐng)人注意到此處所述的數(shù)值模擬采用了公知的矩陣乘法技術(shù)來(lái)計(jì)算給定多層層疊件的透射光譜。還采用了公知的數(shù)值平滑技術(shù)來(lái)避免異常采樣效果和將光譜如同它們例如在傳統(tǒng)光譜儀上所測(cè)量的那樣更精確地加以表示。對(duì)于圖13-21所示的數(shù)據(jù)一致地采用一種數(shù)值平滑技術(shù)，并且對(duì)于圖25a-h所示的數(shù)據(jù)一致地采用第二種數(shù)值平滑技術(shù)。
所有上述美國(guó)專(zhuān)利、美國(guó)專(zhuān)利說(shuō)明書(shū)、美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)以及PCT說(shuō)明書(shū)都在此引入作為參考。已經(jīng)描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以作出多種改變。例如，如果需要，例如在其中虹彩有益的裝飾應(yīng)用場(chǎng)合，可以采用本文所教導(dǎo)的原理來(lái)獲得在可見(jiàn)光區(qū)域具有較高而不是較低噪聲量的薄膜。類(lèi)似地，也可以采用將可見(jiàn)光區(qū)域光譜變化性與可見(jiàn)光區(qū)域平均透射率水平加以結(jié)合，和/或與紅外波長(zhǎng)范圍的平均反射率或透射率水平加以結(jié)合，和/或與其它光學(xué)特性加以結(jié)合所獲得的品質(zhì)因數(shù)。另外，為獲得更好光學(xué)品質(zhì)因數(shù)的目的所進(jìn)行的比較可以在不僅包含一個(gè)或多個(gè)有效光學(xué)組件而且包含多個(gè)傳統(tǒng)元件比如眩光制品層、PVB層等的模擬或制造光學(xué)物體上進(jìn)行。包含這種附加元件會(huì)影響此種比較的結(jié)果。相應(yīng)地，其它實(shí)施例也處于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)物體，至少包含一個(gè)由多個(gè)鄰接光學(xué)層構(gòu)成的第一有效光學(xué)組件，光學(xué)層由非光學(xué)層分界，所述光學(xué)層由交替的相異材料A、B構(gòu)成，其中所述光學(xué)層當(dāng)從第一有效光學(xué)組件的一端起算時(shí)形成多個(gè)單元區(qū)格，每個(gè)單元區(qū)格具有六個(gè)光學(xué)層，按其相對(duì)光學(xué)厚度以第一循環(huán)排列7A1B1A7B1A1B設(shè)置，從而提供的該光學(xué)物體比一個(gè)第二光學(xué)物體具有更好的光學(xué)品質(zhì)因數(shù)，其中第二光學(xué)物體除具有一個(gè)第二有效光學(xué)組件替代第一有效光學(xué)組件之外與最先所述光學(xué)物體相同，所述第二有效光學(xué)組件具有的光學(xué)層以不同于第一循環(huán)排列的第二循環(huán)排列7A1B1A7B1A1B設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)物體，其中所述光學(xué)品質(zhì)因數(shù)包括該光學(xué)物體在關(guān)注波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射光譜的變化性測(cè)度。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)物體，其中所述第一循環(huán)排列比所述不同的循環(huán)排列提供了較低的光學(xué)品質(zhì)因數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)物體，其中所述第二有效光學(xué)組件具有的光學(xué)層總數(shù)N與所述第一有效光學(xué)組件具有的光學(xué)層總數(shù)M相差不超過(guò)6。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)物體，其中正入射時(shí)第一有效光學(xué)組件提供一個(gè)位于紅外波長(zhǎng)的反射波帶并且基本上透射可見(jiàn)光波長(zhǎng)的光束。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)物體，其中第一有效光學(xué)組件主要由整數(shù)個(gè)單元區(qū)格構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)物體，其中第一有效光學(xué)組件主要由非整數(shù)個(gè)單元區(qū)格構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)物體，其中材料A、B沿至少一個(gè)面內(nèi)軸具有的折射率滿足關(guān)系nA＞nB，并且其中作為第一有效光學(xué)組件邊界的非光學(xué)層沿所述至少一個(gè)面內(nèi)軸具有折射率nC。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)物體，其中nA＞nC＞nB，并且其中第一有效光學(xué)組件相對(duì)于組件中的一個(gè)平面呈現(xiàn)反對(duì)稱(chēng)性或反假對(duì)稱(chēng)性。
10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)物體，其中nC等于nA和nB之一，并且其中第一有效光學(xué)組件相對(duì)于組件中的一個(gè)平面呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)性或假對(duì)稱(chēng)性，并且其中第一有效光學(xué)組件主要由比整數(shù)個(gè)單元區(qū)格少一個(gè)光學(xué)層所構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)物體，其中所述光學(xué)物體還包括一個(gè)第一層眩光材料。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)物體，其中所述光學(xué)物體還包括一個(gè)第二層眩光材料，并且所述第一有效光學(xué)組件位于該第一與第二層眩光材料之間。
13.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)物體，還包括含有PVB的層，位于第一有效光學(xué)組件與所述第一和第二層眩光材料的每個(gè)之間。
14.一種車(chē)輛，包括權(quán)利要求11的光學(xué)物體。
15.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)物體，其中所述第一有效光學(xué)組件中的各單元區(qū)格具有的光學(xué)厚度根據(jù)一個(gè)層厚梯度沿著組件的厚度軸而改變。
16.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)物體，其中該光學(xué)物體在位于約700nm至約2000nm波長(zhǎng)之間的一個(gè)至少100nm寬的波帶中反射至少50％的光。
17.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)物體，其中該光學(xué)物體包括一個(gè)第三有效光學(xué)組件，具有類(lèi)似設(shè)計(jì)的第三單元區(qū)格鄰接排列，每個(gè)該第三單元區(qū)格主要由兩個(gè)光學(xué)層構(gòu)成。
18.一種制品，至少包括一個(gè)具有單元區(qū)格的第一有效光學(xué)組件，其中單元區(qū)格主要由一個(gè)6光學(xué)層序列構(gòu)成，其中位于第一有效光學(xué)組件第一端的一第一光學(xué)層從所述6光學(xué)層序列中選擇以提高光學(xué)品質(zhì)因數(shù)。
19.如權(quán)利要求18所述的制品，其中位于第一有效光學(xué)組件第二端的一第二光學(xué)層同樣從所述6光學(xué)層序列中選擇以提高光學(xué)品質(zhì)因數(shù)。
20.如權(quán)利要求18所述的制品，其中所述6光學(xué)層序列為7A1B1A7B1A1B的循環(huán)排列。
21.如權(quán)利要求18所述的制品，其中所述光學(xué)品質(zhì)因數(shù)包括該制品在關(guān)注波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射光譜的變化性測(cè)度。
22.如權(quán)利要求21所述的制品，其中第一光學(xué)層選擇成減小所述光學(xué)品質(zhì)因數(shù)。
23.如權(quán)利要求18所述的制品，其中正入射時(shí)第一有效光學(xué)組件提供一個(gè)位于紅外波長(zhǎng)的反射波帶并且基本上透射可見(jiàn)光波長(zhǎng)的光束。
24.如權(quán)利要求18所述的制品，其中第一有效光學(xué)組件主要由整數(shù)個(gè)單元區(qū)格構(gòu)成。
25.如權(quán)利要求18所述的制品，其中第一有效光學(xué)組件主要由非整數(shù)個(gè)單元區(qū)格構(gòu)成。
26.如權(quán)利要求20所述的制品，其中材料A、B沿至少一個(gè)面內(nèi)軸具有的折射率滿足關(guān)系nA＞nB，并且其中該制品還包括作為第一有效光學(xué)組件邊界的非光學(xué)層，該非光學(xué)層沿所述至少一個(gè)面內(nèi)軸具有折射率nC。
27.如權(quán)利要求26所述的制品，其中nA＞nC＞nB，并且其中第一有效光學(xué)組件相對(duì)于組件中的一個(gè)平面呈現(xiàn)反對(duì)稱(chēng)性或反假對(duì)稱(chēng)性。
28.如權(quán)利要求26所述的制品，其中nC等于nA和nB之一，并且其中第一有效光學(xué)組件相對(duì)于組件中的一個(gè)平面呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)性或假對(duì)稱(chēng)性，并且其中第一有效光學(xué)組件主要由比整數(shù)個(gè)單元區(qū)格少一個(gè)光學(xué)層所構(gòu)成。
29.如權(quán)利要求18所述的制品，其中所述制品還包括一個(gè)第一層眩光材料。
30.如權(quán)利要求29所述的制品，其中所述制品還包括一個(gè)第二層眩光材料，并且所述第一有效光學(xué)組件位于該第一與第二層眩光材料之間。
31.如權(quán)利要求30所述的制品，還包括含有PVB的層，位于第一有效光學(xué)組件與所述第一和第二層眩光材料的每個(gè)之間。
32.一種車(chē)輛，包括權(quán)利要求29的制品。
33.如權(quán)利要求18所述的制品，其中所述第一有效光學(xué)組件中的各單元區(qū)格具有的光學(xué)厚度根據(jù)一個(gè)層厚梯度沿著組件的厚度軸而改變。
34.如權(quán)利要求1所述的制品，其中該制品在位于約700nm至約2000nm波長(zhǎng)之間的一個(gè)至少100nm寬的波帶中反射至少50％的光。
35.如權(quán)利要求1所述的制品，其中該制品包括一第二有效光學(xué)組件，具有類(lèi)似設(shè)計(jì)的第二單元區(qū)格鄰接排列，每個(gè)該第二單元區(qū)格主要由兩個(gè)光學(xué)層構(gòu)成。
36.一種薄膜，包括一個(gè)光學(xué)層疊件，該光學(xué)層疊件包括至少一個(gè)具有類(lèi)似設(shè)計(jì)單元區(qū)格鄰接排列的有效光學(xué)組件，所述至少一個(gè)有效光學(xué)組件包括一個(gè)第一有效光學(xué)組件，其中每個(gè)單元區(qū)格具有由至少第一和第二相異材料制成的超過(guò)兩個(gè)光學(xué)層，這些光學(xué)層設(shè)置成在組件中相對(duì)于組件中的一個(gè)平面呈現(xiàn)選自對(duì)稱(chēng)性、假對(duì)稱(chēng)性、反對(duì)稱(chēng)性、和反假對(duì)稱(chēng)性的特性。
37.如權(quán)利要求36所述的薄膜，其中第一有效光學(xué)組件中各層的厚度根據(jù)一個(gè)層厚梯度而改變。
38.如權(quán)利要求36所述的薄膜，其中所述薄膜在位于約700nm至約2000nm波長(zhǎng)之間的一個(gè)至少100nm寬的波帶中反射至少50％的光。
39.如權(quán)利要求36所述的薄膜，其中第一有效光學(xué)組件由至少一個(gè)邊界層作為邊界，并且該邊界層的折射率等于所述第一和第二相異材料之一的折射率。
40.如權(quán)利要求36所述的薄膜，其中所述光學(xué)層疊件包括一第二有效光學(xué)組件，具有類(lèi)似設(shè)計(jì)的第二單元區(qū)格鄰接排列，每個(gè)該第二單元區(qū)格主要由一個(gè)A層和一個(gè)B層構(gòu)成。
41.如權(quán)利要求36所述的薄膜，其中第一有效光學(xué)組件中的每個(gè)單元區(qū)格具有6個(gè)光學(xué)層，以大約7A1B1A7B1A1B的相對(duì)光學(xué)厚度排列。
42.一種預(yù)層壓件，包括一層能量吸收材料和權(quán)利要求36的薄膜。
43.一種控制在紅外區(qū)域反射的多層薄膜中可見(jiàn)光譜區(qū)域噪聲的方法，該多層薄膜至少具有一由光學(xué)層構(gòu)成的第一有效光學(xué)組件，設(shè)置成單元區(qū)格，該單元區(qū)格包括超過(guò)兩個(gè)此種光學(xué)層，該方法包括從單元區(qū)格中所述超過(guò)兩個(gè)光學(xué)層中選擇位于第一有效光學(xué)組件第一端的第一光學(xué)層以提高光學(xué)品質(zhì)因數(shù)。
44.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述選擇步驟導(dǎo)致所述第一有效光學(xué)層疊件相對(duì)于該第一有效光學(xué)層疊件中的一個(gè)平面呈現(xiàn)選自對(duì)稱(chēng)性、假對(duì)稱(chēng)性、反對(duì)稱(chēng)性、和反假對(duì)稱(chēng)性的特性。
45.如權(quán)利要求43所述的方法，還包括從單元區(qū)格中所述超過(guò)兩個(gè)光學(xué)層中選擇位于第一有效光學(xué)組件第二端的第二光學(xué)層以提高光學(xué)品質(zhì)因數(shù)。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中所述單元區(qū)格主要由交替材料A、B制成的6個(gè)光學(xué)層構(gòu)成，所述6個(gè)光學(xué)層具有7A1B1A7B1A1B的相對(duì)光學(xué)厚度循環(huán)排列。
47.如權(quán)利要求43所述的方法，其中所述光學(xué)品質(zhì)因數(shù)包括所述多層薄膜在關(guān)注波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射光譜的變化性測(cè)度。
全文摘要
一種薄膜，包括由具有第一和第二相異聚合物A、B的交替光學(xué)層的單元區(qū)格構(gòu)成的多層層疊件。所述單元區(qū)格可以主要由兩層(AB)、四層(2A1B2C1B)、或六層(7A1B1A7B1A1B)構(gòu)成。這些層構(gòu)成有效光學(xué)組件，位于非光學(xué)層之間，對(duì)其起始和終止光學(xué)層進(jìn)行選擇以控制光學(xué)品質(zhì)因數(shù)比如可見(jiàn)光區(qū)域的光譜噪聲。起始于所述有效光學(xué)組件一端的層結(jié)構(gòu)限定了單元區(qū)格層序的具體循環(huán)排列，這提供了比類(lèi)似設(shè)計(jì)但具有不同循環(huán)排列的有效光學(xué)組件更好的品質(zhì)因數(shù)。
文檔編號(hào)B32B17/10GK1486436SQ02803694
公開(kāi)日2004年3月31日 申請(qǐng)日期2002年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年1月15日
發(fā)明者劉堯奇, 杰里·A·西弗斯, 安德魯·T·拉夫, T 拉夫, A 西弗斯 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司