專(zhuān)利名稱(chēng)：采用已設(shè)計(jì)色偏移的光偏振薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)薄膜，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及其表現(xiàn)彩色變化作為視覺(jué)幾何函數(shù)的光學(xué)薄膜。
背景技術(shù)：
光學(xué)薄膜呈現(xiàn)作為視覺(jué)幾何函數(shù)的可見(jiàn)光色偏移是已知的。例如，參閱題為“色偏移薄膜”的PCT公告WO99/36258(Weber等人)。還可參閱題為“對(duì)彩色安全薄膜是透明的”的美國(guó)專(zhuān)利6,045,894(Jonza等人)。這些參考文獻(xiàn)揭示了多種不同的薄膜，每種薄膜，在觀察即入射角θ(從表面法線測(cè)量)變化時(shí)，都呈現(xiàn)表現(xiàn)的色偏移。那些包括具有在其上沉積的無(wú)機(jī)各向同性材料的玻璃或其它堅(jiān)固的基底的層疊濾波器，也能呈現(xiàn)色偏移。
這些薄膜的共同特點(diǎn)是對(duì)垂直入射的光(θ＝0)存在一個(gè)或幾個(gè)反射帶，該(些)反射帶當(dāng)θ變大時(shí)，就偏移到較短的波長(zhǎng)。這種所謂反射帶“藍(lán)移”的物理現(xiàn)象可參考

圖1來(lái)解釋?zhuān)@里，多層薄膜10中的一部分被極大的放大后再示出。光線12從介質(zhì)1(為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，具有各向同性的折射率n1)以角θ1入射。部分光線在介質(zhì)1和介質(zhì)2之間的上表面14處反射，而另一部分則在橫過(guò)其物理厚度為d的介質(zhì)2的薄層之后，在底部界面16處反射。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，也假設(shè)介質(zhì)2具有各向同性的折射率n2。這兩根被反射的光線18，20最后根據(jù)兩根線的相對(duì)相位作相長(zhǎng)干涉或相消干涉。這相對(duì)的相位本身也是在這兩根光線之間光程差(OPD)的函數(shù)，由OPD＝2·n2dcos(θ2)(方程1)給出，這個(gè)與偏移到較短波長(zhǎng)有關(guān)的量，隨入射角的增加而減小。雖然分析是較復(fù)雜的，但是，至少具有幾層是雙折射的，而不是各向同性的光學(xué)薄層的多層光學(xué)薄膜，隨著增加的角度也經(jīng)受藍(lán)偏移。
當(dāng)這(些)帶向短波偏移時(shí)，它們每一個(gè)也分裂為兩個(gè)截然不同的帶一個(gè)是s-偏振光，另一個(gè)則是p-偏振光，此處s-偏振光是涉及其電場(chǎng)矢量垂直于入射平面作振動(dòng)的線性偏振光，而p-偏振光則涉及其電場(chǎng)矢量平行于入射平面的線性偏振光。到較短波長(zhǎng)的偏移，也可伴隨有在光譜寬度和反射帶形狀方面的偏移，以及在帶外和帶內(nèi)反射率的變化。人們能達(dá)到的藍(lán)色偏移量是有限的，且是在其中埋入薄膜的介質(zhì)和該薄膜結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)的函數(shù)。
這些已知薄膜的被觀察到的彩色變化是反射帶到較短波長(zhǎng)偏移的表現(xiàn)形式。由于人類(lèi)的可見(jiàn)區(qū)域相當(dāng)于電磁譜從約400延伸到700nm的這一段，所以，在垂直入射時(shí)是透明的(即，基本上無(wú)色)薄膜，只是在垂直入射的其位置稍微靠近紅外區(qū)，即在約700nm或以上時(shí)的反射帶的偏移，才能在斜角時(shí)變成有彩色。當(dāng)這個(gè)帶隨著增加的觀察角開(kāi)始移進(jìn)可見(jiàn)光區(qū)中時(shí)，它開(kāi)始阻擋在紅色中長(zhǎng)的可見(jiàn)光波長(zhǎng)，因此在透射中引起藍(lán)綠色的出現(xiàn)。在圖2中示意地示出這現(xiàn)象，此外，對(duì)垂直入射光的反射帶30a，在開(kāi)始時(shí)位于光譜的近紅外區(qū)，然后，當(dāng)觀察角增加時(shí)，它轉(zhuǎn)變成在較短波長(zhǎng)的帶30b，并隨著增加的觀察角轉(zhuǎn)變到在更短波長(zhǎng)的帶30c。(在圖2中，為易于解釋?zhuān)雎粤斯庾V的抖動(dòng)和分離成截然不同的s-和p-偏振反射帶。)在垂直入射時(shí)，反射帶的光譜位置由薄膜在光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué)厚度設(shè)定。薄層的光學(xué)厚度涉及它的物理厚度乘以光的相關(guān)折射率。雖然所有重復(fù)薄層不需要具有相同的厚度，但是，光學(xué)重復(fù)單元涉及一個(gè)至少在跨過(guò)多層光學(xué)薄膜厚度重復(fù)的至少兩個(gè)單獨(dú)薄層的層疊。作為一個(gè)例子，通過(guò)采用其光學(xué)厚度從360到450秒米(所需待反射光的半波長(zhǎng))范圍內(nèi)的光學(xué)重復(fù)單元，已知對(duì)透明到彩色的薄膜反射從約720到900納米的垂直入射光。
具有在光學(xué)設(shè)計(jì)者的配置薄膜是有優(yōu)點(diǎn)的，這些薄膜可呈現(xiàn)與現(xiàn)有反射帶通過(guò)簡(jiǎn)單的藍(lán)色偏移所造成的色偏移不同的人類(lèi)可見(jiàn)的色偏移。另外，具有可從在垂直觀看時(shí)的透明轉(zhuǎn)變到在斜角時(shí)的任何所要彩色的適用薄膜是有優(yōu)點(diǎn)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭示了一種薄膜，它隨角度的表現(xiàn)彩色變化不要求存在對(duì)垂直入射光的反射帶，而且，隨著增加的入射角而簡(jiǎn)單地偏移到較短波長(zhǎng)。
在一個(gè)方面，本說(shuō)明書(shū)揭示一種具有對(duì)提供在斜角時(shí)，覆蓋一部分可見(jiàn)光譜反射帶有效的多個(gè)薄層的光學(xué)薄膜，使得該光學(xué)薄膜在這種斜角時(shí)出現(xiàn)彩色。但是，該多個(gè)薄膜基本上不提供對(duì)垂直入射光的反射帶。
在另一方面，本說(shuō)明書(shū)揭示一種具有形成多個(gè)光學(xué)重復(fù)單元的薄層的光學(xué)薄膜。至少幾個(gè)光學(xué)重復(fù)單元具有與可見(jiàn)光的半波長(zhǎng)相等的厚度，此外，該光學(xué)薄膜還具有在垂直入射時(shí)的透明外觀。
在還有另一方面中，本說(shuō)明書(shū)揭示其透射外觀從基本透明改變到在觀察角的角范圍內(nèi)的第一彩色的光學(xué)薄膜。但是，至少這些光學(xué)薄膜中的某些薄膜，在這種角范圍內(nèi)不出現(xiàn)藍(lán)綠色。
從在下面描述的細(xì)節(jié)中，將明白所揭示實(shí)施例的這些和其它的諸方面。但是，在沒(méi)有意外時(shí)，如果上面的摘要作為在提出權(quán)利要求的主題題材上的限制來(lái)解釋的話，則在提出要求的期間可作為修改。其中，這主題題材僅由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。
附圖簡(jiǎn)述在整個(gè)本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)附圖已做出參考標(biāo)記，此處相同的數(shù)字表示相同的元件，其中圖1是多層光學(xué)薄膜中的一部分的橫截面視圖；圖2是示出現(xiàn)有技術(shù)光學(xué)薄膜的反射帶藍(lán)色偏移的示意圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明，在可見(jiàn)光區(qū)中的一部分反射帶出射的示意圖；圖4是在本文描述的多層薄膜中一部分的橫截面視圖；圖5是在本文描述的在其一部分中已被壓印的或相反被減薄的薄膜的透視圖；圖6是在下面描述的一示例薄膜中的所有275層光學(xué)薄層的物理厚度圖；圖7a和7b示出在空氣中，示出分別以垂直入射和60°入射的示例薄膜的已測(cè)得透射率；圖8示出對(duì)兩個(gè)光學(xué)層包在約60°入射時(shí)p-偏振光的計(jì)算透射光譜，這兩個(gè)包可以在單個(gè)光學(xué)薄膜中使用，以在這種角度時(shí)給出綠的透射色；以及圖9示出對(duì)染色的光學(xué)薄膜在約60°入射時(shí)，p-偏振光的計(jì)算透射光譜。
具體實(shí)施例方式
為使在以前已知的彩色偏移薄膜和如本文所描述的彩色偏移薄膜之間突出差異，圖3提供如在本文描述的薄膜的反射帶示意圖。對(duì)垂直和接近垂直入射的光，曲線32a提供的只是示出基本上根本沒(méi)有反射帶。正如在下面解釋的，在各別薄層之間，折射率稍有在平面內(nèi)的失配，就會(huì)引起勉強(qiáng)能察覺(jué)到的反射帶，但這種帶的反射率，通常是小于20％，更典型的是小于10％或5％(在本文給出的反射率值，假設(shè)了用非偏振光照射，除非另有說(shuō)明。在本文所理解的反射帶之反射率，就是不包括該薄膜的任何外表面反射在內(nèi)的這種帶的最大反射率。)當(dāng)觀察角增加時(shí)，反射帶出現(xiàn)在見(jiàn)光區(qū)中，并在強(qiáng)度上增加，如曲線32b所示。隨著觀察角增加，反射帶還要進(jìn)一步增加，如曲線32c所示。如果在平面內(nèi)折射率失配是顯著的，在低反射率值時(shí)，隨著增加的θ，即使在某些情況下，可能發(fā)生略為降低幾個(gè)百分?jǐn)?shù)的峰反射率，但是，反射帶的峰反射率隨增加的θ就像這樣基本上單調(diào)地增加。雖按圖3中的次序(就是按圖2中的次序情況)可見(jiàn)到藍(lán)色偏移，但圖3通過(guò)反射帶基本上從什么地方都不出現(xiàn)，而只是向著左面偏移的事實(shí)最清楚地辨識(shí)出來(lái)的。通過(guò)在光學(xué)薄膜層厚的適宜選擇，可在選定的斜角上，使一個(gè)或幾個(gè)反射帶出現(xiàn)在可見(jiàn)光譜內(nèi)的任何地方，在某種意義上就象圖3所示的那樣，這樣，可使薄膜在選定的斜角上偏移到任何所要的透射彩色。透明到綠色透明到黃色，透明到深紅色，透明到紅色，和透明到藍(lán)色是可能的彩色偏移之例子。如果具有CIE色坐標(biāo)a*和b*，每個(gè)都不大于5，更精確地說(shuō)，如果a*2和b*2的方根不大于5，則可認(rèn)為薄膜是透明的。注意，雖許多實(shí)施例存在著在入射角可適用的范圍內(nèi)，薄膜不出現(xiàn)藍(lán)綠色，但是，在某些實(shí)施例中，薄膜在某些入射角上很好地出現(xiàn)藍(lán)綠色，如果它是如此設(shè)計(jì)的。如果加入吸收附加劑來(lái)改變從透明到特定彩色在軸狀態(tài)的基線，仍然還可能有諸如黃到紅或藍(lán)到綠的轉(zhuǎn)變。
圖3的反射帶涉及p-偏振光，而不涉及s-偏振光。所以該薄膜在斜角時(shí)是偏振薄膜。s-偏振光在沒(méi)有顯著反射的情況下，通過(guò)該薄膜(除可能的外表面反射之外，由于它們基本上對(duì)波長(zhǎng)不敏感，所以不考慮這些反射)。由于這一點(diǎn)，圖3的反射帶，對(duì)非偏振光，可獲得50％的最大反射率，而薄膜的色飽和(當(dāng)用正常的非偏振光照射，并在透射時(shí)觀看時(shí))，與能過(guò)濾兩種偏振的薄膜相比，將是不大的。換句話說(shuō)，如果僅用p-偏振光來(lái)照射薄膜時(shí)，或如果通過(guò)僅透射p-偏振光的分析鏡來(lái)觀察時(shí)，則可大為加強(qiáng)表現(xiàn)的色飽和。相反，如果僅用s-偏振光照射薄膜時(shí)，或如果通過(guò)僅透射s-偏振光的分析鏡來(lái)觀察時(shí)，即使在高度傾斜的角上，則可基本消去薄膜的彩色狀態(tài)。有重要意義的是，薄膜的狀態(tài)(有影色的或沒(méi)有的，根據(jù)照射和觀看條件)對(duì)繞垂直于薄膜平面的軸的薄膜轉(zhuǎn)動(dòng)，和以觀察角θ保持不變的如此方式觀察者相對(duì)于薄膜的轉(zhuǎn)動(dòng)是不敏感的。
剛描述的光學(xué)性質(zhì)，可用具有合適選擇的層厚和折射率的多層干涉薄膜結(jié)構(gòu)來(lái)獲得。在簡(jiǎn)單的1/4波的層疊結(jié)構(gòu)中，該薄膜包括第一和第二可透視光的材料A、B的交替層，這兩種薄層具有等于待反射可見(jiàn)光1/4波長(zhǎng)的光學(xué)厚度。于是一對(duì)鄰接的A，B層形成其光學(xué)厚度為1/2λ的光學(xué)重復(fù)單元。在這方面的變化即是薄層的光學(xué)厚度是不相等的地方，換句話說(shuō)，即f-比與0.5是不同的。這種更為一般的情況示于圖4。在該圖中，光學(xué)薄膜40，設(shè)置著交替的A和B薄層，形成六個(gè)光學(xué)重復(fù)單元0RU1、ORU2…ORU6。這些薄膜具有對(duì)應(yīng)的光學(xué)厚度OT1、OT2…OT6，它們分別都是適當(dāng)?shù)腁層和相鄰的B層的光學(xué)厚度之和。雖然僅示出六個(gè)光學(xué)重復(fù)單元，但典型的薄膜可包括幾十，幾百，或幾千個(gè)單獨(dú)的薄層。光學(xué)重復(fù)單元的厚度可全是相等的，在這場(chǎng)合下，產(chǎn)生相對(duì)狹的反射帶，或者它們可以是不同的，象在沿薄膜厚度軸，具有在層厚中的線性梯度這樣的場(chǎng)合下，則產(chǎn)生較寬的反射帶。也可結(jié)合其它層厚度梯度，諸如在美國(guó)專(zhuān)利6,157,490(Wheatley等人)的“具有尖銳帶邊緣的薄膜”中描述的。
薄膜40是在右手的笛卡兒坐標(biāo)系的局部x-y-z的范圍內(nèi)示出的。此外，薄膜平行于x-y平面延伸，而z軸垂直于該薄膜，相當(dāng)于一根厚度軸。對(duì)其電場(chǎng)矢量分別沿x-y-和z-軸振蕩的偏振光單獨(dú)A層的折射率由n1x，n1y，n1z來(lái)提出。以同樣的方式單獨(dú)B層的折射率由n2x，n2y，n2z來(lái)提出。嚴(yán)格的講，雖大多數(shù)透射光的材料的折射率還與波長(zhǎng)有關(guān)，但這種關(guān)系通常是很小的，尤其是在可見(jiàn)光區(qū)的，故在此把它略去。為了獲得在上面討論的光學(xué)性質(zhì)，至少在各光學(xué)重復(fù)單元內(nèi)的A和B薄層中的一個(gè)是雙折射的，使得沿在平面內(nèi)的軸的鄰接層之折射率有基本的匹配，且沿厚度軸的折射率有基本的失配。如果我們用Δn來(lái)指出沿特定的已n2-n1的大小，這個(gè)條件的組可表示為Δnx≈0Δny≈0Δn2≈大這最后得到的薄膜，被稱(chēng)之為“軸外的偏振器”即“p-偏振器”。通常，參閱美國(guó)專(zhuān)利5,882,774(Jonza等人)的“光學(xué)薄膜”(Optical Film)。在上面所示的關(guān)系式中，對(duì)ΔnxΔny為零意味著對(duì)兩種偏振中的任何一種，其差是充分地小，以產(chǎn)生在軸(θ＝0)反射率的可忽略量，例如小于約20％，或10％，或甚至是5％。這與在薄膜中所使用的光學(xué)重復(fù)單元的總數(shù)有關(guān)，通常，具有較大數(shù)目的光學(xué)薄層即光學(xué)重復(fù)單元，要求平面內(nèi)的折射率差的較小絕對(duì)值以保持低的反射率，和還有關(guān)于光學(xué)重復(fù)單元的厚度分布(即“層密度”-光學(xué)厚度每個(gè)分布區(qū)的層數(shù))。對(duì)于具有總數(shù)為幾百層但少于一千層的光學(xué)薄膜來(lái)說(shuō)，高達(dá)約0.02的折射率差，一般是可接受的，但較佳的是差為0.01或更小。對(duì)于Δnz“大”的意思是指大到足以產(chǎn)生所需相當(dāng)大數(shù)量的軸外反射率，對(duì)p-偏振光較佳的是，至少50％，更為理想的是至少80％的反射率。一般在50到80度，較佳的是約60度的斜角θ時(shí)(在空氣媒質(zhì)中測(cè)量)可獲得這些水平，對(duì)Δnz的較佳值是約0.1或較大。Δnz的值越大，在光學(xué)薄膜中的各光學(xué)重復(fù)單元，對(duì)在給定的斜角的p-偏振光的反射率就越大，并對(duì)光學(xué)重復(fù)單元的固定數(shù)目的薄膜，或?qū)λ枰瓷渎仕皆诒∧ぶ兴蟮妮^少光學(xué)重復(fù)單元的反射率亦越大。在通常指定的美國(guó)申請(qǐng)系列號(hào)10/334,836“帶有大的z-軸折射率差的p-偏振器”作出參考。
具有這些折射率關(guān)系的多層薄膜，基本上對(duì)垂直入射的光不呈現(xiàn)反射帶。這是因?yàn)檫@種光的電場(chǎng)矢量?jī)H沿著平面內(nèi)的軸振蕩，從而僅對(duì)平面內(nèi)的折射率取樣。由于折射率從薄層到薄層基本上是匹配的，所以，該光束表現(xiàn)出好象經(jīng)過(guò)沒(méi)有內(nèi)部界面的單塊材料在傳輸。這只是當(dāng)光在對(duì)z-軸相當(dāng)大的角傳播時(shí)，且加之，該電場(chǎng)矢量?jī)H在沿z-軸有一分量(p-偏振光)的地方，被在單獨(dú)薄層界面處的光遇到相當(dāng)大的折射率差，從而產(chǎn)生由相長(zhǎng)干涉引起的反射。
但是，除了在上面討論的折射率的關(guān)系之外，該光學(xué)重復(fù)單元應(yīng)具有在一斜角處，在非均勻的人類(lèi)可見(jiàn)光譜上產(chǎn)生反射率的光學(xué)厚度，使該薄膜在這種角度的透射光中顯示出有彩色的狀態(tài)?？砂压鈱W(xué)重復(fù)單元的厚度選到全都相等，這樣，隨著增加的入射角，單一的，相對(duì)狹的反射帶，在可見(jiàn)光譜所需要的部段上射出?；蛘?，可使用光學(xué)重復(fù)單元的多重包，此外，各個(gè)包具有均勻光學(xué)厚度的光學(xué)重復(fù)單元，但是，這種光學(xué)厚度對(duì)不同的包的不同的，使得截然不同的狹反射帶在可見(jiàn)光譜的所需要部分射出。或者即另外，可使用厚度梯度，以在可見(jiàn)光譜的諸區(qū)段上，產(chǎn)生變寬的反射帶?？赏ㄟ^(guò)充分地程度把多個(gè)反射帶分離開(kāi)來(lái)，以在諸如藍(lán)，綠，或紅色的所需波長(zhǎng)帶之間限定高透射率的光譜區(qū)(一透射帶)。所以，光學(xué)重復(fù)單元厚度的適當(dāng)選擇給予設(shè)計(jì)者寬的范圍，以在斜的觀察角處幾乎獲得不僅是藍(lán)綠色的，甚至對(duì)在垂直入射時(shí)基本上是透明的薄膜的任何所需要的彩色狀態(tài)。
在垂直入射時(shí)，光學(xué)重復(fù)單元，在波長(zhǎng)等于光學(xué)重復(fù)單元光學(xué)厚度的兩倍時(shí)顯示最大的反射率。對(duì)本申請(qǐng)的目的來(lái)說(shuō)，一光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué)厚度被認(rèn)為是一個(gè)常數(shù)，并對(duì)垂直入射的光等于光學(xué)重復(fù)單元組分光學(xué)層的光學(xué)厚度之總和。在對(duì)象薄膜中至少幾個(gè)而較佳的是基本上所有的)光學(xué)重復(fù)單元在入射的非零角的范圍上，即在入射的斜角范圍上，反射可見(jiàn)光。所以，雖然在大的入射角處的反射帶，相對(duì)于在小的反射處的反射帶被藍(lán)色偏移某個(gè)程序但在本文描述的大多數(shù)光學(xué)薄膜，將還是具有它的(垂直入射)光學(xué)厚度等于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的一半，即在約400和700nm之間波長(zhǎng)的一半，即從200到350nm的至少幾個(gè)光學(xué)重復(fù)單元，同時(shí)無(wú)論在可見(jiàn)光或近似紅外區(qū)域中，還具有其中上是透明一個(gè)透射狀態(tài)的垂直角，和/或在垂直入射時(shí)基本上沒(méi)有反射帶。
正如在上面討論的，各光學(xué)重復(fù)單元可基本上只由兩層可透射光的光學(xué)薄層構(gòu)成，但是，讀出可根據(jù)在上面的講授，知道也可采用其它已知的光學(xué)重復(fù)單元設(shè)計(jì)。例如，在美國(guó)專(zhuān)利5,103,337(Schrenk等人)，“紅外反射的光學(xué)干涉薄膜”中描述的采用三種不同材料的四層設(shè)計(jì)，也可采用在美國(guó)專(zhuān)利5,360,659(Arends等人)“兩組遠(yuǎn)紅外反射薄膜”中描述的采用兩種材料和六層設(shè)計(jì)。但是，在大多數(shù)例子中，一種簡(jiǎn)單的雙組件1/4波長(zhǎng)(0.50f-比)設(shè)計(jì)是較佳的，因?yàn)樗峁?duì)最低階反射的高反射率，并因?yàn)橥ǔ：洼^高階反射無(wú)關(guān)系。
用于制作對(duì)象薄膜的光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué)薄膜可采用各種可透射光的材料。但是，較佳的是，這些材料是熱塑性的聚合物，它們能從多層壓模被共擠壓，并接著澆鑄和按順序定位配置或同時(shí)拉伸操作?？商砑釉诠鈱W(xué)上厚的表層，用于保護(hù)和易于處理，如果在饋入塊和壓模之間采用一層或更多層的倍增器，則在已完工的薄膜之內(nèi)，在光學(xué)薄層的包之間，這些層可成為保護(hù)的邊界薄層。
在一已發(fā)現(xiàn)優(yōu)點(diǎn)的方法中，一種可透射光的聚合物材料(任意地用A來(lái)標(biāo)記)在整個(gè)制造過(guò)程中保持各向同性，而另一種(任意地用B來(lái)標(biāo)記)在制造過(guò)程中，在拉伸的生產(chǎn)過(guò)程期間變成雙折射。該拉伸沿X-和Y-兩根軸進(jìn)行，使得在結(jié)束時(shí)的雙折射材料在平面中的折射率彼此大約相等，并等于各向同性材料的折射率。然后，雙折射材料的在平面外的折射率基本上與各向同性材料的折射率不同。在本方法的特別較佳的形式中，材料A具有相對(duì)高的(各向同性)折射率，而材料B在定位前，在澆鑄薄膜中具有稍為較低的各向同性的折射率。在定位期間，B材料的折射率沿著兩個(gè)垂直的拉伸方向增加，以與材料1的折射率匹配，而B(niǎo)材料的Z-軸折射率減小，以擴(kuò)大在它和A材料的折射率之間的范圍。同時(shí)，隨著選擇適宜的材料，并謹(jǐn)慎控制諸如薄膜的溫度，拉伸率，和拉伸比的拉伸條件，A材料的折射率在定位期間保持不變和各向同性。而當(dāng)在材料B中引起雙折射所必需的條件定位時(shí)，材料A具有高的折射率以與定位材料B的平面內(nèi)的折射率匹配，和足夠低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度T9以保持各向同性。較佳的是，在拉伸期間，把該薄膜維持在各向同性材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度之上至少約20℃的溫度。
為了設(shè)計(jì)的靈活性，可把諸如染料和顏料的常規(guī)上附加劑添加到薄膜的一層或多層，或可除敷到諸如粘性物質(zhì)，油墨，或硬的涂層的一層或更多的涂層中，或結(jié)合在分離的薄膜或其后層壓到目標(biāo)多層光學(xué)薄膜的基底中，以增添一種基線顏色或?yàn)榱四恳曅Ч?，給薄膜或物件涂色。當(dāng)然，這個(gè)基線顏色，基本上在所有的視角上應(yīng)都是有效的。也可添加附加的薄層和涂層，以修改薄膜的光學(xué)，力學(xué)，或化學(xué)的性質(zhì)，參閱第6,368,699號(hào)美國(guó)專(zhuān)利(Gilbert等人)的“具有附加的涂層或薄層的多層聚合物薄膜”。也可把常規(guī)的多層薄膜和除p-偏振薄膜之外的起偏振器層壓到在本文描述的薄膜，或相反，與在本文描述的薄膜一起使用。為了審美學(xué)和/或功利的目的，這種常規(guī)薄膜在光譜的可見(jiàn)光和/或近紅外區(qū)中，可能具有反射帶。
目標(biāo)薄膜獨(dú)特狀態(tài)特性可進(jìn)一步通過(guò)薄膜的選擇性的減薄部分來(lái)限定特征，圖形，或標(biāo)記。這種選擇的減薄，較佳的是，涉及不只是簡(jiǎn)單地減薄表層即涂層，而是在局部位置上經(jīng)過(guò)薄層的厚度減薄所有的光學(xué)薄層，使得在斜角處覺(jué)察到的彩色在那些位置上被改變。這可通過(guò)局部加熱，模壓加工，或暴露到適合的激光輻射來(lái)完成。較佳的是，在經(jīng)過(guò)定位工藝過(guò)程，在建立所需要的拓射率關(guān)系之后，來(lái)完成減薄。那樣，減薄部分和留下來(lái)的部分這兩都是呈現(xiàn)出在上面描述所需要的折射率和波長(zhǎng)的性質(zhì)。在圖5示出一個(gè)例子。在該圖中，在光學(xué)薄膜50上，已經(jīng)以共同標(biāo)識(shí)的形式把部分52減薄，這光學(xué)薄膜還包括未減薄部分即本底54。在這兩個(gè)部分中，相鄰光學(xué)薄層的水平面內(nèi)的折射率基本上是匹配的，而這種薄層的在平面外的折射率基本上是失配的。由于這兩個(gè)部分基本上都透射垂直入射的光，所以當(dāng)沿z-軸垂直地觀看時(shí)，沒(méi)有圖形是看得清的。薄膜50可以是完全透明的，或者，如果有吸收附加劑，則是一種均勻的彩色。但是，在一斜角上，未減薄部分54改變到第一透射彩色，而減薄部分52改變到相對(duì)于部分54彩色的藍(lán)色偏移的第二透射彩色，藍(lán)色偏移的數(shù)量正比于光學(xué)薄膜減薄的程度。因此，在垂直觀看時(shí)難以探測(cè)到圖形，但在斜角時(shí)，變得清晰可見(jiàn)了。圖形可結(jié)合多于兩個(gè)部分，每個(gè)部分具有截然不同的厚度，因而在斜角時(shí)有截然不同的彩色，并還可結(jié)合從薄膜的一部分改變到另一部分的漸變厚度，而不是階躍式的變化。
或者，可通過(guò)把局部表面粗糙或做成某種結(jié)構(gòu)，把標(biāo)記添加到薄膜。這種粗糙散射s-和p-偏振光，且粗糙區(qū)從四周的光學(xué)薄膜顯得很突出?？赏ㄟ^(guò)各種已知的，諸如激光印痕，噴砂，用表面粗糙的加工滾筒做壓紋，研磨，和沖擊噴射的技術(shù)來(lái)獲得使得局部表面有某種結(jié)構(gòu)。
可把在本文描述的薄膜，和結(jié)合這種薄膜的制品用到各種終端使用(end-use)的應(yīng)用中。例如，專(zhuān)業(yè)化的光學(xué)系統(tǒng)，可從p-偏振器獨(dú)特的性質(zhì)中得到好處。例如，參閱通常指定的第10/335,458號(hào)美國(guó)申請(qǐng)系列的“用偏振光源和廣角p-偏振反射型起偏振器的頂部顯示器”。另一終端使用應(yīng)用是在鑒定系統(tǒng)的范圍中?？砂堰@目標(biāo)薄膜永久地固定到諸如擴(kuò)照的文件上，使得觀察者可通過(guò)該薄膜讀出該文件，但也可任選用分析偏振儀或用偏振光觀擄在斜角處的獨(dú)特彩色移動(dòng)講出該文件是否是真實(shí)可信的。這文件或其它涂敷著該薄膜的襯底可包括標(biāo)記，這標(biāo)記以這樣的方式來(lái)著色的，即在斜角處，薄膜透射的彩色與使他們難以讀出的標(biāo)記彩色相匹配，而在垂直入射時(shí)他們就容易讀出。薄膜可以用膠帶即標(biāo)簽的形式出售。再一次為了鑒定的目的，這膠帶可粘貼固定到文件或消費(fèi)品的包裝上?？砂岩环N粘合劑-較佳的是在壓力靈敏粘合劑，但另一種熱熔或固化粘合劑也行-涂敷到薄膜的一主要表面，使得它可被應(yīng)用到一物體上。薄膜還可以用待結(jié)合到安全文件的安全細(xì)絲形式出售。
通過(guò)任何適宜的技術(shù)，可把常規(guī)的印刷圖像和/或全息圖像設(shè)置在薄膜的兩個(gè)主表面上的任一個(gè)?？山Y(jié)合進(jìn)目標(biāo)薄膜的其它常規(guī)的安全特點(diǎn)，或薄膜是其中一部分的任何其它合適的結(jié)構(gòu)包括有效地防止回韌(tempering)的微穿孔，通過(guò)施加熱量來(lái)防止回韌的熱收縮特性，做成通過(guò)裂成薄層來(lái)有效地防止回韌的有區(qū)別的粘合層的圖形，以及提供回韌指示的內(nèi)部裂成薄層的特性。目標(biāo)薄膜還可結(jié)合進(jìn)任何合適的標(biāo)答，層壓制件，或卡(諸如，鑒定卡，或是透明的，或者半透明的財(cái)務(wù)事務(wù)卡中)，不管是在表面上，還是在這種物件的內(nèi)層中。
示例現(xiàn)在將描述一示例薄膜。用于這薄膜結(jié)構(gòu)各向同性薄層中的聚合物是按專(zhuān)門(mén)配方制作的，以獲得必要的流變，化學(xué)，熱和光學(xué)的性質(zhì)。用于薄膜的聚合是根據(jù)下面的條件來(lái)選擇和/或開(kāi)發(fā)的它們應(yīng)是可共擠壓的；它們應(yīng)具有適宜的層間膠粘作用；以及該各向同性聚合物應(yīng)具有不平常的高折射率，以便在拉伸之后，與雙折射取合物的在平面內(nèi)折射率匹配，和足夠低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，使得當(dāng)在其它聚合物材料中造成雙折射率必要的條件下定位時(shí)，它保持各向同性。較佳的是，在拉伸期間，該薄膜保持在高出這各向同性材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度至少約20℃的溫度。
聚合物1-CO-PEN-HNLT在配料反應(yīng)器中，用下面的原材料裝填量合成一種共聚多酯127.3kg二甲基萘二羧酸酯；4.2kg間苯二甲酸二甲酯，38.4kg己二醇，50.5kg乙二醇，8.6kg 1，3丁基乙基丙二醇，1.3kg三羥甲基丙烷，34g乙酸鋅，25g乙酸鈷，和75g三乙酸銻。在壓力為0.20MPa下，把這混合物加熱到254℃，同時(shí)除去甲醇。在除去34.5kg的甲醇之后，把56g的乙酸三乙基鏻裝料到反應(yīng)器，然后，把壓力逐漸降低到133Pa，同時(shí)加熱到285℃。
繼續(xù)除去冷凝反應(yīng)副產(chǎn)品乙二醇，直至產(chǎn)生具有在86℃、于60/40重量百分?jǐn)?shù)的苯酚/鄰-二氯代苯中測(cè)量的本征粘滯系數(shù)為0.84dL/g的聚合物時(shí)為止。這熱塑聚合物材料具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg為76℃，這是采用具有掃描率為20℃/mmr ASTM D3418，通過(guò)DSC，并在相對(duì)濕度約為50％時(shí)測(cè)量的。該聚合物的熱經(jīng)歷，通過(guò)完成在樣品上的兩次DSC熱掃描和記錄第二次熱掃描的Tg，作為一個(gè)因素被除去的。
聚合物2-PET在配料反應(yīng)器中，用下面的原材料裝填量合成用于該示例的聚對(duì)苯二甲酸乙二酯5,000kg對(duì)苯二甲酸二甲酯，350kg乙二醇，1.2kg乙酸鎂，和1.6kg三乙酸銻。在壓力為1520乇下，把這混合物加到255℃，同時(shí)除去反式酯化反應(yīng)的副產(chǎn)品甲醇。在除去1，649kg的甲醇之后，把2.45kg的乙酸三乙基鏻裝填到該反應(yīng)器，然后，在壓力逐漸減小到1乇，同時(shí)加熱到280℃。
繼續(xù)除去冷凝反應(yīng)副產(chǎn)品乙二醇，直至產(chǎn)生具有在86℃、于60/40重量百分比的苯酚/鄰-二氯代苯中測(cè)量的本征粘滯數(shù)為0.60dL/g的聚合物時(shí)為止。這熱塑聚合物材料具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度tg為79℃，和熔化溫度Tm為255℃，這是采用具有掃描率為20℃/min的ASTM D3418通過(guò)DSC，并在相對(duì)濕度約為50％下測(cè)量的。該聚合物的熱經(jīng)歷，通過(guò)完成在樣品上的兩次DSC熱掃描和記錄第二次熱掃描的Tg，作為一個(gè)因素被除去的。
多聚合物3-PETG這共聚多聚是從Eastman Chemistry Company，Kingsport，Tennessee，產(chǎn)品碼Eastar brand PETH+G 6763，在市場(chǎng)上獲得的。它呈現(xiàn)玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg約為83℃。
聚合物4-70/30聚酯混合物這是70重量百分比PET和30重量百分比PETG的混合物。它呈現(xiàn)玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg約為81℃。
薄膜示例用聚合物1作為可透射光的材料中的一種，和聚合物4(70wt％PET和30wt％PETG的混合物)作為另一種來(lái)制成多層光偏振薄膜。這些材料經(jīng)過(guò)多層的熔化導(dǎo)管被共擠壓，以產(chǎn)生聚合物1和聚合物4275層的交替層的層疊。在275層的層疊兩側(cè)上，共擠壓由聚合4制成的厚外部保護(hù)表層的附加組合，以形成總層數(shù)為277，總厚度為0.021英寸(0.53mm)的澆鑄條。在這澆鑄條中，所有薄層的折射率是各向同性的，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)，具有折射率約為1.618的聚合物1和具有折射率約為1.567的聚合物4。然后，把一片這種澆鑄條，通過(guò)用在100℃的熱空氣中沖擊加熱45秒種，然后，在兩個(gè)垂直的平面內(nèi)的方向，以拉率為100％/sce到最后拉率為3.6×3.6同時(shí)定位。最后得到的光學(xué)薄膜厚約為0.0016英寸(0.041mm)和可使用的面積約為10×10英寸(約650cm2)。用Metricon棱鏡耦合器折射儀，用632.8nm在已完工的薄膜上測(cè)量由聚合物4組成的外部表層的折射率，并發(fā)現(xiàn)是聚合物4nx＝ny＝1.635；nz＝1.51以壓碎的小球方式，用相同的折射儀在前面測(cè)量過(guò)另一聚合物的折射率，并發(fā)現(xiàn)是1.618。通過(guò)分析已完工(拉伸過(guò)的)薄膜的光學(xué)性質(zhì)，并知道聚合物4的最后折射率，確定了這另一聚合物已基本保留了各向同性，即它在已完工的薄膜中具有下面的折射率聚合物1nx＝ny＝nz＝1.618因此，對(duì)這種薄膜，Δnx＝Δny≈0.017Δnz＝0.108用原子力顯微鏡(AFM)測(cè)量已完工的薄膜中，光學(xué)重復(fù)元件的相對(duì)厚度分布。然后，把這些有關(guān)的測(cè)量與為了和這薄膜觀察到的光學(xué)性質(zhì)最佳符合而選出的綜合定位因子和f-比因子組合，而在圖6中示出275層光學(xué)薄層最后得到的物理厚度分布。注意，相鄰的薄層具有大致相同的物理厚度。因此，在這場(chǎng)合下，也有大致相同的在軸光學(xué)厚度(f-比≈0.50)。并且，在薄膜厚度的各個(gè)區(qū)段上，可檢測(cè)到多個(gè)截然不同的非零薄層厚度梯度。單獨(dú)的光學(xué)薄層在物理厚度上的范圍，從剛好在約100nm之下列約125nm。隨著在上面指出的兩種材料的折射率性質(zhì)，這些厚度給我們得出其光學(xué)厚度范圍剛好在約325nm之下到約405nm的光學(xué)重復(fù)單元。倍增這些值，相當(dāng)于剛好在約650nm之下到約810nm波長(zhǎng)的光。
不管某些光學(xué)重復(fù)單元具有相當(dāng)于1/2可見(jiàn)光波長(zhǎng)的光學(xué)厚度的事實(shí)，當(dāng)在垂直角(觀察角θ＝0)觀著時(shí)，該薄膜基本上是透明的。當(dāng)在觀察角為60°時(shí)觀看時(shí)，該薄膜具有深紅色的透射狀態(tài)。這個(gè)顏色對(duì)薄膜繞垂直于該薄膜的軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是不靈敏的。另外，可使該顏色更飽和?；蛟谟^察者的眼睛前面用分析器，可使其基本消失，轉(zhuǎn)動(dòng)該分析器，分別透射p-偏振光和s-偏振光。并且，在θ＝0和60°之間的任何點(diǎn)處，該薄膜不會(huì)變成藍(lán)綠色。測(cè)量了對(duì)垂直入射光和有60°入射光的在空氣中該薄膜的百分?jǐn)?shù)透射，并分別示于圖7a和7b。在圖7b中，曲線60僅是對(duì)s-偏振光的透射率，而曲線62則僅是對(duì)p-偏振光的。圖7a-b的曲線圖，不包括對(duì)在薄膜一空氣界面的前后處的寬帶表面反射的校正即補(bǔ)償。注意在垂直入射處不存在任何顯著的反射帶。還要注意在60°入射的可見(jiàn)光區(qū)中有p-偏振光的一個(gè)顯著的反射帶的存在。在圖7b中，s偏振光50％左右寬帶反射率是由于薄膜-空氣表面反射引起的。
附加的聚合和薄膜實(shí)施例已經(jīng)開(kāi)發(fā)和/或證明了滿(mǎn)足在上面提到的條件的附加聚合物它們應(yīng)是可共擠壓的；它們應(yīng)具有適宜的層間膠粘作用；以及該各向同性聚合物應(yīng)具有不平常的高折射率，以便在拉伸之后，與雙折射聚合物在平面內(nèi)的折射率匹配，和足夠低的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，使得當(dāng)在其它聚合物材料中造成雙折射所必要的條件下定位時(shí)，它保持各向同性。另外，用作各向同性薄層的聚合，理想地，具有至少約1.61的折射率，較理想地至少約1.65，使得能用呈現(xiàn)較大雙折射率的聚合物以幫助提高在光學(xué)薄層之間的z-軸折射率差異，來(lái)獲得較高的反射率。
聚合物5-c0-PEN-5545HD在配料反應(yīng)器中，用下面的原材料裝填量合成一種共聚多酯87.6kg二甲基萘二羧酸酯，57kg間苯二酸二甲酯，12.3kg己二醇，81.6kg乙二醇，0.7kg三羥甲基丙烷，34g乙酸鋅，25g乙酸鈷，和55g三乙酸銻。在壓力為0.20MPa下，把這混合物加熱到254℃，同時(shí)除去甲醇。在除去41.5kg的甲醇之后，把56g的乙酸三乙基鏻裝料到反應(yīng)器，然后把壓力逐漸降低到133Pa，同時(shí)加熱到285℃。
繼續(xù)除去冷凝反應(yīng)到產(chǎn)品乙二醇，直至產(chǎn)生具有在86℃，于60/40重量百分?jǐn)?shù)的苯酚/鄰二氧代苯中測(cè)量的本征粘滯系數(shù)為0.54dL/g的聚合物時(shí)為止。這熱塑聚合物材料具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg為92℃，這是采用具有掃描率為20℃/min的ASTM D3418，并在相對(duì)濕度約為50％時(shí)測(cè)量的。該聚合物的熱經(jīng)歷，通過(guò)完成在樣品上的兩次DSC熱掃描和記錄第二次熱掃描的tg，作為一個(gè)因素被除去的。
這聚合物適于供多層薄膜的各向性性光學(xué)薄層之后，并具有1.612的折射率。
聚合物6-含納米二氧化鈦的co-PEN如聚合物1所描述的coPEN-HNLT的各向同性折射率，通過(guò)結(jié)合約30wt％的具有平均粒子尺寸小于約30nm的二氧化鈦粒子可被提高到1.65。在可見(jiàn)光中，二氧公鈦本身具有約為2.4的折射率。應(yīng)適宜地分散納米二氧化鈦粒子來(lái)避免在聚合體基質(zhì)中過(guò)度的霧氣或光的散射。
最后得到的基于聚合物的熱塑材料具有如聚合物1同樣的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，即約76℃，并適于供多層薄膜的各向同性的光學(xué)薄層之用。
聚合物7-含納米二氧化鋯的co-PEN如聚合物1所描述的coPEN-HNLT的各向同性折射率，通過(guò)結(jié)合約40wt％的具有平均粒子尺寸小于約30nm的二氧化鋯粒子可被提高到1.65。在可見(jiàn)光中，二氧化鋯本身具有約為2.2的折射率。應(yīng)適宜地分散納米二氧化鋯粒子來(lái)避免在聚合物基體中過(guò)度的霧氣或光的散射。
最后得到的基于聚合物的熱塑材料具有如聚合物1同樣的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，即紅76℃，并適于供多層薄膜的各向同性光學(xué)薄層之用。
聚合物8-含納米二氧化鈦的高折射率丙烯酸酯用30wt％的二氧化鈦粒子可合成萘基硫代-丙烯酸酯和萘基硫代丙烯酸乙酯和/或萘基氧乙基丙烯酸酯的共聚物，以生產(chǎn)具有大致為1.65的各向同性折射率的基于聚合物的材料。該二氧化鈦粒子應(yīng)具有平均尺寸小于約30nm，并應(yīng)適宜地分散以避免在丙烯酸酯聚合物基質(zhì)中過(guò)度的霧氣或光的散射。
由于萘基硫代丙烯酸酯的Tg≈40℃，而萘基氧乙基丙烯酸酯的Tg≈9℃，所以，可通過(guò)調(diào)節(jié)丙烯酸酯單聚物的相對(duì)比例來(lái)修整這基于聚合物材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。尤其是，可把該材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度修整到低于PET的玻璃轉(zhuǎn)變溫度79℃。這種聚合物8適于供多層薄膜的各向同性光學(xué)薄層之用。
聚合物9-含納米二氧化鋯的高折射率丙烯酸酯用40wt％的二氧化鋯粒子可合成萘硫代丙烯酸酯和萘硫代乙基丙烯酸酯和/或萘氧乙基丙烯酸酯的共聚多酯，以生產(chǎn)具有大致為1.65的各向同性折射率的基于聚合物的材料。這二氧化鋯粒子，應(yīng)具有平均尺寸小于約30nm。應(yīng)適宜地分散，以避免在丙烯酸酯聚合物基質(zhì)中過(guò)度的霧氣或光的散射。
可通過(guò)調(diào)節(jié)丙烯酸酯單聚合物的相對(duì)比例來(lái)修整這基于聚合物的熱塑材料的玻璃轉(zhuǎn)變溫度，如在上面關(guān)于聚合物8描述的那樣，并可修整到低于79℃。這聚合物9適于供多層薄膜的各向同性光學(xué)薄層之用。
聚合物10-高折射率各向同性co-PEN在配料反應(yīng)器中，用下面的原材料裝填量可合成一種共聚多酯127.3kg2.6-二甲基萘二羧酸酯，8.4kg 2.3-二甲基萘二羧酸酯，48.4kg己二醇，50.5kg乙二醇，8.6kg 1，3丁基乙基丙二醇，1，3kg三羥甲基丙烷，34g乙酸鋅，25g乙酸鈷，和75g三乙酸銻。在壓力為0.20MPa下，把這混合物加熱到254℃，同時(shí)除去甲醇。在除去32.5kg的甲醇之后，把56g的三乙基磷乙酸鹽裝料到反應(yīng)器，然后，把壓力逐斬降低到133Pa，同時(shí)加熱到285℃。
連續(xù)除去冷凝反應(yīng)到產(chǎn)品乙二醇，直至產(chǎn)生具有在86℃，于60/40wt％的酚/0-二氯苯中測(cè)量的本征粘滯系數(shù)0.6dL/g的聚合物時(shí)為止。這熱塑聚合物材料具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg約為76℃，這是用具有掃描率為20℃/min的ATM通過(guò)DSC，并在相對(duì)濕度約為50％時(shí)測(cè)量的。
這熱塑聚合物適于供多層薄膜的各向同性光學(xué)薄層之用，并具有1.63的折射率。
聚合物11-c0-PHT在配料反應(yīng)器中，用下面的原材料裝填量可合成一種共聚多酯100kg二甲基對(duì)苯二酸鹽，93kg 1，6-己二醇，3.1kg三乙二醇，0.9kg三羥甲基丙烷，50g四丁基鈦酸鹽，30g乙酸鈷，和35g三乙酸銻。在壓力為0.20MPa下，把這混合物加熱到254℃，同時(shí)除去甲醇。在除去33kg的甲醇之后，把35g的乙酸三乙基磷裝料到反應(yīng)器，然后，把壓力逐漸降低到133Pa，同時(shí)加熱到270℃。
連續(xù)除去冷凝反應(yīng)副產(chǎn)品1.6己二醇，直至產(chǎn)生具有在86℃，于60/40的酚/0-二氯苯中測(cè)量的本征粘滯系數(shù)為0.86dL/g的聚合物時(shí)為止。這熱塑聚合物材料具有玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg為15℃和熔融溫度Tm為142℃，這是用具有掃描率為20℃/minr ASTM，通過(guò)DCS，并在相對(duì)濕度為50％時(shí)測(cè)量的。聚合物的熱經(jīng)歷，通過(guò)完成兩次在樣品上的熱掃描，并記錄第二次熱掃描的Tg，作為一個(gè)因素被除去的。
這聚合物適于供多層薄膜的雙折射光學(xué)薄膜層之用，并具有約為1.55的預(yù)拉伸折射率。在適宜的雙軸拉伸條件下，可把平面的折射率提高到約1.59到1.60，而可把平面外的折射率減小到約1.51。
聚合物12-80/20聚酯混合物這是一種80wt％的PET和20wt％的PETG的混合物。它具有約為82℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg。
這聚合物適于供多層薄膜的雙折射光學(xué)薄層之用，并具有約為1.568的預(yù)拉伸折射率。在返宜的雙軸拉伸條件下，可把平面內(nèi)的折射率提高到約1.638，而可把平面外的折射率減小到約1.506。
聚合物13-coPEN各向同性共聚物可合成乙烯基萘和苯氧乙基丙烯酸酯，或諸如乙基丙烯酸酯，丁基丙烯酸酯，和異辛基丙烯酸酯的其它低Tg的丙烯酸酯的，以提供折射率為1.65，和玻璃轉(zhuǎn)變溫度小于79℃的共聚多酯。亦可選擇，使丁二烯或其它低Tg的橡膠共單聚物與乙烯基萘鹽共聚物，以提供1.65的折射率和小于79℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度。
聚合物14-無(wú)規(guī)PVN無(wú)規(guī)聚乙烯萘具有1.68的各向同性折射率，因此，對(duì)提高沿為了已提高反射率的z-軸的折射率之差是有用的。這種材料的Tg是151℃，因此，當(dāng)雙折射材料已被設(shè)計(jì)為在定位后具有平面內(nèi)的折射率為1.68-1.70時(shí)，它對(duì)與較高Tg的CpOEN共擠壓和定位是合適的。
聚合物15-高Tg的CoPEN雙折射聚合物利用2.6二甲基萘鹽和2，3二甲基萘鹽或4，4聯(lián)苯二羥鹽作為共單聚物可合成PEN(聚乙烯萘鹽)的共聚多酯，以減弱PEN的平面內(nèi)的折射率使其降至1.68-1.7以便與那些作為各向因性材料的無(wú)規(guī)PVN匹配。
另外的薄膜實(shí)施例可用聚合物5作為各向同性可透射光的材料，和聚合物11(co-PHT)作為雙折射可透射光的材料制成一種多層光偏振薄膜?？山?jīng)過(guò)多層的熔料管道對(duì)這些材料共擠壓，以形成聚合物5和聚合物11的275層(或其它適宜的數(shù)目)交替層的一個(gè)層疊。可在275層的層疊兩側(cè)共擠壓由聚合物11制成的厚外部保護(hù)表層的一附加組合，以形成具有總層數(shù)為277和總厚度為，好比是，約0.019英寸(0.28mm)其它適宜值的澆鑄條。在這澆鑄條中，所有薄層的折射率是各向同性的，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)，聚合物5具有約為1.612的折射率，而聚合物11則具有約為1.55的折射率。然后，可通過(guò)與熱空氣的撞擊或其它常規(guī)的加熱方法，對(duì)這澆鑄條加熱到諸如115℃的適宜溫度，并以諸如1000％/sec的適宜牽伸率到最后的諸如3.0×3.0的牽伸率，同時(shí)在兩個(gè)垂直的平面內(nèi)方向定位。最后得到的光學(xué)薄膜厚度約為0.002英寸(0.05mm)。由聚合物11構(gòu)成的表層和光學(xué)薄膜層，在已完工的薄膜中，可獲得下面的折射率聚合物11nx＝ny＝1.61；nz＝1.51通過(guò)對(duì)拉伸條件的合適選擇，另一聚合物的折射率，可保留各向同性，具有各向同性的折射率為1.612聚合物nx＝ny＝nz＝1.612因此，對(duì)這種薄膜，Δnx＝Δny≈0.002Δnz≈0.102在已完工的薄膜中光學(xué)薄層的厚度分布，可以是在斜角時(shí)獲得所需要的透射顏色的任何適宜的函數(shù)，無(wú)論是單值，階梯，線性，或其它已知的函數(shù)。
注意，在平面內(nèi)的折射率差遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于0.01，提供的薄膜，即使在薄膜中的光學(xué)重復(fù)單元全都具有可見(jiàn)光1/2波長(zhǎng)的光學(xué)厚度，當(dāng)在0°觀察然觀看時(shí)，亦是透明的。
在另一實(shí)施例中，可用聚合物1作為各向同性可透射光的材料，和聚合物12(80wt％的PET和20wt％的PETG之混合物)作為雙折射材料制成一種多層光偏振薄膜?？山?jīng)過(guò)多層的熔米管道對(duì)這些材料擠壓，以形成聚合物1和聚合物2的223層(或其它適宜的數(shù)目)交替層的一個(gè)層疊。這層疊不需要具有任何層厚梯度，但較佳的是，在已完工的約100nm薄膜中，確實(shí)具有相當(dāng)于反射帶的在半最大帶寬處的全寬(FWHM)的梯度。這層疊可被提供到非對(duì)稱(chēng)的倍增器，在其中，壓出物被分裂或適宜比的不相等寬度，諸如約1∶1.44，且在使寬度相等之后被層疊，以提供兩個(gè)光學(xué)包而總數(shù)為445的光學(xué)薄層。可以445層的兩側(cè)共擠壓由聚合物12制成的厚外部保護(hù)表層的一附加組合，以形成具有總層數(shù)為447和總厚度為0.020英寸(0.51mm)的澆鑄條。在這澆鑄條中，所有薄層的折射率是各向同性的，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)區(qū)，聚合物1具有約為1.618的折射率，而聚合物12則具有約為1.568的折射率。然后，可通過(guò)與在102℃的熱空氣的撞擊，把該澆鑄條加熱，然后，以適宜的牽伸率到最后的約3.5×3.5的牽伸率，在兩個(gè)垂直的平面內(nèi)方向定位。由聚合物12構(gòu)成的表層和光學(xué)薄層，在已完工的薄膜中，可獲得下面的折射率聚合物12nx＝ny＝1.638；nz＝1.506
通過(guò)對(duì)拉伸條件的合適選擇，另一聚合物的折射率，可保留各向同性，具有各向同性的折射率為1.618聚合物1nx＝ny＝nz＝1.618因此，對(duì)這種薄膜，Δnx＝Δny≈0.02Δnz≈0.112對(duì)斜入射光，這最后得到的光學(xué)薄膜可提供對(duì)應(yīng)于在薄膜中的兩個(gè)223層的包的兩個(gè)截然不同的偏振反射帶。隨著對(duì)這非對(duì)稱(chēng)倍增器各包的層厚分布和寬度比的適當(dāng)控制，可把反射帶充分地分離以限定一個(gè)在那里由低反射率和高透射率之間所表出特征的范圍。這樣，就可提供一種薄膜，它從在垂直入射時(shí)的透明偏移到在約60°時(shí)綠色的透射狀態(tài)。在圖8中示出在60°入射時(shí)計(jì)算的透射光譜，且只對(duì)p-偏振光，在該圖中，曲線70，72是制作該薄膜兩個(gè)單獨(dú)包的計(jì)算透射率。正如所說(shuō)明的，各個(gè)包在該斜角時(shí)產(chǎn)生強(qiáng)的反射帶。當(dāng)用p-偏振光在60°照射時(shí)，這兩根曲線的數(shù)學(xué)積提供了該薄膜的計(jì)算透射率。當(dāng)然，一種如剛才描述的從透明到綠色的多層薄膜，也可使用在本文講授的其它聚合物的組合來(lái)制成，只要把光學(xué)薄層的配置修整到能提供在60°時(shí)分離的反射帶。
在另一實(shí)施例中，除了可以控制層厚以在兩個(gè)界限之間提供一個(gè)橫越薄膜厚度、基本上是線性的層厚梯度之外，可用與示例薄膜的同樣方法，制作在60°時(shí)對(duì)p-偏振光提供從約500nm延伸到約600nm的單個(gè)反射帶的多層光學(xué)干涉薄膜。另外，把黃色染料(吸收從約400到500nm)以足以把黃色基線提供到在垂直觀看時(shí)的薄膜的數(shù)量結(jié)合進(jìn)該薄膜中(或在一分離的薄膜中，或鍍膜層壓的，或相反，涂敷到多層薄膜)。圖9用曲線76示出黃色染料的吸收，該曲線對(duì)在觀看中即入射角θ的變化，是相對(duì)地不靈敏的。另一方面，曲線78示出在θ＝60°對(duì)p-偏振光時(shí)，光學(xué)薄層層疊的透射率。當(dāng)然，曲線78，隨著入射角有極大的變化，在百分?jǐn)?shù)透射率標(biāo)度的上部末端處變成平面的直線。這種吸收染料和彩色偏移p-偏振薄膜的組合產(chǎn)生一種從θ＝0°時(shí)的黃色變成θ＝60°時(shí)紅色的薄膜。
通過(guò)改變吸收附加劑和/或光學(xué)層疊的設(shè)計(jì)，仔細(xì)考慮了前述黃色到紅色薄膜的各種變化(從而反射帶位置，寬度，數(shù)目，和/或強(qiáng)度)。在一種如此的變化中，黃色染料由吸收從600到700nm的藍(lán)色染料替代。另外，通過(guò)在光學(xué)薄層厚度中聽(tīng)合適變化，用對(duì)在60°時(shí)的p-偏振光的從約400延伸到500nm的帶替代該500-600nm反射帶。此結(jié)果是一種從在θ＝0°時(shí)的藍(lán)色改變到在θ＝60°時(shí)的綠色的薄膜。
對(duì)p-偏振多層光學(xué)薄膜感興趣的其它材料對(duì)子是各種組合，其中可透射光的雙折射材料是聚合物2(PET)，和可透射光的各向同性材料是從聚合物6(具有納米二氧化鈦的co-PEN)，聚合物7(具有納米二氧化鋯的co-PEN)，聚合物8(具有有納米二氧化鈦的丙烯酸酯)，和聚合物9(具有納米二氧化鋯的丙烯酸酯)這組中選出的。這些材料的組合可被共擠壓并在那些示例類(lèi)似的適宜條件下定位，以提供一種已完工的多層p-偏振薄膜，其薄層具有下面的折射率各向同性材料nx≈ny≈nz≈1.65雙折射材料(聚合物2)nx≈ny≈1.65；nz≈1.49因此，Δnx≈Δny≈0Δnz≈0.16相對(duì)較大的z-折射率差一大于0.15-基本為軸外的p-偏振光提供較高的反射率。于此同時(shí)，良好的在平面內(nèi)折射率匹配基本保證在垂直入射時(shí)，沒(méi)有反射帶。
對(duì)p-偏振多層光學(xué)薄膜感興趣的另外的材料對(duì)子是一種組合，其中可透射光的雙折射材料是聚合12(80％PET/20％PETG)，和可透射光的各向同性材料是聚合物10(高折射率co-PEN)。這些材料可被共擠壓，并在與那些示例相類(lèi)似的適宜條件下定位，以提供一種已完工的多層p-偏振薄膜，其薄層具有下面的折射率聚合物10nx≈ny≈nz≈1.63聚合物2nx≈ny≈1.64；nz≈1.50因此，Δnx≈Δny≈0.01Δnz≈0.13在另外的實(shí)施例中，可利用sPS(間規(guī)聚苯乙烯)或sPN(間規(guī)聚乙烯)作為雙折射材料。由于這些聚合物的特征在于沿著拉伸方向(x-和y-軸)的折射率減小，和沿著z-軸方向的折射率在定位時(shí)增加，所以，應(yīng)選擇各向同性聚合物，使其折射率不是低于sPS就是低于sPN。例如，在定位前，sPS的折射率是1.585，而在拉伸后，在平面內(nèi)折射率減小到1.56，而z-軸折射率則提供到1.65。由于sPS的Tg大致是105℃，可用作各向同性聚合物的諸如PETG的共聚物，在定位后給出下面的折射率組PETGnx≈ny≈nz≈1.56sPSnx≈ny≈1.56；nz≈1.65Δnx≈Δny≈0.0Δnz≈0.09若干術(shù)語(yǔ)小字典F-比一給定的單個(gè)薄層對(duì)一給定的ORU的總厚度的相對(duì)成分。對(duì)第k個(gè)單個(gè)薄層的f-比是fK=nk·dkΣn=1Nnm·dm,]]>此處1≤k≤N，此處N是在該ORU中組分薄層的數(shù)目，此處nk(nm)是第k(第m層薄層的有關(guān)折射率，和dk(dm)是薄層k(m)的物理厚度。
光學(xué)重復(fù)單元(“OUR”)至少兩層單個(gè)薄層的一層疊，它在橫越多層光學(xué)薄膜的厚度上重復(fù)，雖然對(duì)應(yīng)于重復(fù)的薄層，但不需要有相同的厚度。
光學(xué)厚度一給定物體的物理厚度乘上其折射率。通常，這是波長(zhǎng)和偏振的函數(shù)。
反射帶由相當(dāng)?shù)偷姆瓷渎蕝^(qū)的兩側(cè)所界定的相當(dāng)高的反射率的一個(gè)光譜區(qū)。
在不背離本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)下，本發(fā)明的各種修改和變化，對(duì)在本領(lǐng)域中的技術(shù)人員是明白無(wú)誤的，且應(yīng)知道本發(fā)明并不限于在本文所描述的、解釋性的實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)薄膜，包括適于提供在斜角時(shí)，覆蓋可見(jiàn)光譜中一部分反射帶的多層光學(xué)薄層，使得在這種斜角時(shí)，該光學(xué)薄膜顯示彩色，且其中該多層薄層對(duì)垂直入射光基本上不提供反射帶。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述在斜角時(shí)的該反射帶，僅與p-偏振光有關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述對(duì)于垂直入射光，該多層薄層不提供具有大于20％峰反射率的反射帶。
4.如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述多層薄層包括第一和第二熱塑聚合物的交替層，且其中第一聚合物基本上是各向同性的，且第二聚合物是雙折射的。
5.如權(quán)利要求4所述的薄膜，其特征在于，所述第一聚合物具有沿垂直的平面內(nèi)方的折射率與第二聚合物對(duì)應(yīng)的平面內(nèi)折射率相差小于0.02。
6.如權(quán)利要求5所述的薄膜，其特征在于，所述第二聚合物具有沿該薄膜厚度軸的折射率，與第一聚合物沿該薄膜厚度軸的折射率相差至少0.1。
7.如權(quán)利要求6所述的薄膜，其特征在于，所述第二聚合物具有沿該薄膜厚度軸的折射率，與第一聚合物沿該薄膜厚度軸的折射率相差至少0.15。
8.如權(quán)利要求4所述的薄膜，其特征在于，所述第一聚合物具有至少為1.61的折射率。
9.如權(quán)利要求8所述的薄膜，其特征在于，所述第一聚合物具有至少為1.65的折射率。
10.如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜具第一和第二區(qū)段，且在第一區(qū)段中的多層薄層具有不同于在第二區(qū)段中的多層薄層的總厚度。
11.如權(quán)利要求10所述的薄膜，其特征在于，所述第一和第二區(qū)段限定于標(biāo)記。
12.如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜的至少一個(gè)區(qū)段包括有彩色的吸收劑，其數(shù)量足以使該薄膜在垂直入射是有彩色。
13.如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜包括在其外表面處的一表層，該薄膜還包括配置在該表層的標(biāo)記。
14.一種包括配置在另一薄層上的如權(quán)利要求1所述薄膜的物件。
15.如權(quán)利要求14所述的薄膜，其特征在于，所述另一薄層包括有彩色的標(biāo)記。
16.如權(quán)利要求1所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜呈現(xiàn)隨增大的入射角、選自透明到綠色，透明到黃色，透明到深紅色，透明到紅色，透明到藍(lán)色的這個(gè)組的彩色偏移。
17.一種光學(xué)薄膜，包括形成多個(gè)光學(xué)重復(fù)單元的多層薄層，光學(xué)重復(fù)單元中的至少幾個(gè)具有等于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的一半的光學(xué)厚度，且其中該光學(xué)薄膜在垂直入射時(shí)具有透明的狀態(tài)。
18.如權(quán)利要求17所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜對(duì)垂直的入射光沒(méi)有大于20％的反射率的反射帶。
19.如權(quán)利要求17所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜包括第一和第二熱塑聚合物的交替層，且其中第一聚合物基本上各向同性的，和第二聚合物是雙折射的。
20.如權(quán)利要求19所述的薄膜，其特征在于，所述第二聚合物具有沿該薄膜厚度軸的折射率，與第一聚合物沿該薄膜厚度軸的折射率相差至少0.1。
21.如權(quán)利要求19所述的薄膜，其特征在于，所述第一聚合物具有至少為1.65的折射率。
22.如權(quán)利要求19所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜具有第一和第二區(qū)段，且在第一區(qū)段中的交替層具有不同于在第二區(qū)段中交替層的總厚度。
23.如權(quán)利要求17所述的薄膜，其特征在于，所述薄膜在垂直入射處具有透明的透射狀態(tài)。
全文摘要
在光譜的可見(jiàn)光區(qū)中由于一個(gè)或較多反射帶(32b，32c)的結(jié)果，當(dāng)在斜角觀看時(shí)，提供呈現(xiàn)有彩色狀態(tài)的多層薄膜。但是，對(duì)光垂直入射到該薄膜時(shí)，或在可見(jiàn)光區(qū)，或是在近紅外區(qū)，該薄膜基本上不提供反射帶(32a)。在不需要成為藍(lán)綠色的情況下，可把該薄膜制作成在垂直入射時(shí)是透明的，在斜角入射時(shí)成任意所設(shè)計(jì)的顏色。這些性質(zhì)可用具有合適選擇的薄層厚度和折射率的多層干涉薄膜結(jié)構(gòu)來(lái)獲得。該薄膜包括第一和第二可透射光的材料的交替層，這兩種材料中至少有一種是雙折射的，使得沿在平面內(nèi)的軸的相鄰薄層有基本匹配的折射率，以及沿厚度軸的內(nèi)基本失配的折射率。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1745320SQ200380109414
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2003年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月31日
發(fā)明者T·J·赫布林克, L·R·吉爾伯特, J·M·瓊扎, A·T·拉夫 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司