具有不同光學(xué)分組的變跡寬帶局部反射器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種寬帶局部反射器，其包括：第一多層聚合物光學(xué)膜，其具有從所述第一多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元；以及第二多層聚合物光學(xué)膜，其具有從所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元，并且所述多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)上的中間層將所述第一多層聚合物光學(xué)膜與所述第二多層聚合物光學(xué)膜分開。所述第一多層聚合物光學(xué)膜具有第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，所述第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定所述第一多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)。所述第二多層聚合物光學(xué)膜具有第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，所述第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)。
【專利說明】具有不同光學(xué)分組的變跡寬帶局部反射器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明除了別的之外涉及具有一種不同光學(xué)分組的光學(xué)膜構(gòu)造，此構(gòu)造為寬帶局部反射器的帶內(nèi)透射和反射光提供平滑光譜。
【背景技術(shù)】
[0002]多層光學(xué)膜是已知的。這種膜可包括大量由不同的透光材料形成的薄層，所述層稱為微層，這是因為它們足夠薄以使得光學(xué)膜的反射和透射特性在很大程度上取決于從層界面反射的光的相長干涉和相消干涉。根據(jù)各個微層所具有的雙折射(如果有的話)的值和相鄰微層的相對折射率差值并且另外根據(jù)其他設(shè)計特性，可將多層光學(xué)膜制備成具有如下反射和透射特性，所述反射和透射特性可(例如)在一些情況下被表征為反射偏振器并且在其他情況下被表征為反射鏡。
[0003]由多個微層構(gòu)成的反射偏振器為人們所知已有一段時間，所述多個微層的面內(nèi)折射率被選擇成提供沿著面內(nèi)阻光軸的相鄰微層之間的顯著折射率失配和沿著面內(nèi)透光軸的相鄰微層之間的顯著折射率匹配，并且具有足夠數(shù)量的層以確保對于沿一個主方向(稱為阻光軸)偏振的垂直入射光具有高反射率、同時對于沿正交主方向(稱為透光軸)偏振的垂直入射光保持低反射率和高透射率。參見例如美國專利N0.3，610，729 (Rogers)、N0.4, 446, 305 (Rogers 等人)和 N0.5，486，949 (Schrenk 等人)。
[0004]近來，3M公司的研究人員已經(jīng)指出此類膜沿著垂直于膜的方向(即z軸)的層對層折射率特性的重要性，并顯示出這些特性如何對膜在斜入射角下的反射率和透射率起重要作用。參見例如美國專利5，882，774 (Jonza等人)。除了別的之外，Jonza等人教導(dǎo)了如何調(diào)整相鄰微層之間的z軸折射率失配(簡稱為z折射率失配或Ληζ)以便于構(gòu)造布魯斯特角(P偏振光在界面處的反射率變?yōu)榱愕慕嵌?非常大或不存在的多層疊堆。這繼而允許構(gòu)造這樣的多層反射鏡和偏振器:其P偏振光的界面反射率隨著入射角增加而緩慢減小，或與入射角無關(guān)，或隨著入射角偏離垂直方向而增大。因此，可以獲得在寬帶寬內(nèi)對s偏振光和P偏振光均具有高反射率的多層膜(對于反射鏡以任何入射方向，對于偏振器以選定的方向)。
[0005]一些多層光學(xué)膜被設(shè)計用于窄帶操作(B卩，在窄波長范圍上)，而其他多層光學(xué)膜被設(shè)計用于在寬波長范圍上使用，例如，在基本上整個可見光或明度光譜、或者(例如)外加近紅外波長的可見光或明度波長范圍上。多年來，后一類型的膜(即，寬帶多層光學(xué)膜)的設(shè)計者和制造商已不得不處理彩色問題。當(dāng)所述膜旨在用于視覺顯示系統(tǒng)(如，其中所述膜為寬帶反射偏振器或?qū)拵Х瓷溏R并且顯示系統(tǒng)為液晶顯示器、光源、或背光源)中時，通常出現(xiàn)彩色問題。寬帶反射器通常包括多層聚合物光學(xué)膜，該光學(xué)膜具有厚度值從多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)單調(diào)地增加的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元。這種層厚度的布置稱為梯度層厚度分布。在這種系統(tǒng)中，通常不利的是，所述膜在垂直入射光下或?qū)τ趦A斜入射光向顯示器賦予顯著的彩色(非白色)外觀。當(dāng)所述膜在光譜的可見部分上具有不均一的透射或反射特性時會產(chǎn)生彩色外觀。就共擠出的聚合物多層光學(xué)膜而言，這種不均一性通常歸因于所述膜的層厚度分布相對于目標分布的不良控制。為了避免彩色問題，聚合物多層光學(xué)膜通常被設(shè)計為提供沿其主軸的極低反射率和高透射率(如，對于以透射觀察的反射偏振器的透光軸)或者極高反射率和低透射率(如，對于反射偏振器的阻光軸或?qū)τ谝苑瓷溆^察的反射鏡膜的任何面內(nèi)軸)。
[0006]最近，已提出下述寬帶聚合物多層光學(xué)膜，其對于平行于至少一個主光軸偏振的光具有中等大小的反射率和透射率以使得一些顯著量的入射光被反射，并且另一些顯著量的入射光(通常，未被反射的入射光的其余部分)被透射。這種膜在本文中稱為部分反射型多層光學(xué)膜、或部分透射型多層光學(xué)膜。解決這種膜中的彩色問題的一種方法為利用具有精心定制的層厚度分布的僅單個微層分組來提供這種膜并且在不使用層倍增器裝置的情況下來制造這種膜，由此實現(xiàn)對層厚度分布的最大控制和在可見光波長范圍上的透射率或反射率的相應(yīng)最小光譜波動。然而，即使是精心定制的層厚度分布也不減少由帶內(nèi)振鈴產(chǎn)生的彩色問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明除了別的之外描述了表現(xiàn)出降低的帶內(nèi)光譜振鈴的具有不同光學(xué)分組的變跡寬帶反射器。
[0008]在多個實施例中，寬帶局部反射器包括第一多層聚合物光學(xué)膜，其具有從第一多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元，第一多層聚合物光學(xué)膜具有第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定第一多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)。反射器還包括中間層，其位于多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)上；以及第二多層聚合物光學(xué)膜，其具有從第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元，第二多層聚合物光學(xué)膜具有第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)。第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)可設(shè)置在中間層上，使得中間層將第一多層聚合物光學(xué)膜與第二多層聚合物光學(xué)膜分開。
[0009]在其他實施例中，寬帶局部反射器包括第一多層聚合物光學(xué)膜，其具有厚度值從第一多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)單調(diào)地增加的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元，第一多層聚合物光學(xué)膜具有第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定第一多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)。反射器還包括中間層，其位于多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)上；以及第二多層聚合物光學(xué)膜，其具有厚度值從第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)單調(diào)地增加的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元，第二多層聚合物光學(xué)膜具有第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)。第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)可設(shè)置在中間層上，使得中間層將第一多層聚合物光學(xué)膜與第二多層聚合物光學(xué)膜分開。
[0010]在其他實施例中，寬帶局部反射器包括第一多層聚合物光學(xué)膜，其具有從第一多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元并由第一材料組形成，第一多層聚合物光學(xué)膜具有第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定第一多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)。反射器還包括中間層，其位于多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)上；以及第二多層聚合物光學(xué)膜，其具有從第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元并由不同于第一材料組的第二材料組形成，第二多層聚合物光學(xué)膜具有第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)。第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)可設(shè)置在中間層上，使得中間層將第一多層聚合物光學(xué)膜與第二多層聚合物光學(xué)膜分開。
[0011]本文所述的光學(xué)膜(例如，寬帶局部反射器)和膜制品可以提供優(yōu)于先前的光學(xué)膜或膜制品的一個或多個優(yōu)點。例如，先前的寬帶局部反射器易受帶內(nèi)振鈴的影響，而本文所述的寬帶局部反射器可基本上消除帶內(nèi)振鈴。因此，本文所述的寬帶局部反射器為帶內(nèi)透射和反射光提供平滑光譜。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在閱讀本文所展示的公開內(nèi)容后，本文所述的裝置和方法的各種實施例的這些和其他優(yōu)點將顯而易見。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]結(jié)合附圖，參考以下對本發(fā)明的多個實施例的詳細說明，可更全面地理解本發(fā)明，其中:
[0013]圖1是多層光學(xué)膜的示例性光學(xué)重復(fù)單元(ORU)的示意性透視圖；
[0014]圖2是多層光學(xué)膜的一部分的示意性透視圖，該視圖示出了微層分組和多個ORU ；
[0015]圖3是反射偏振膜的示意透視圖；
[0016]圖4是具有不同光學(xué)分組的寬帶局部反射器的示意性剖視圖；
[0017]圖5是具有兩個光學(xué)分組的光學(xué)膜的層分布厚度曲線圖；
[0018]圖6是由圖5的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的曲線圖；
[0019]圖7是實例I的具有兩個變跡光學(xué)分組的光學(xué)膜的層分布厚度曲線圖；
[0020]圖8是由圖7的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的曲線圖；
[0021]圖9是由具有較厚中間層的圖7的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的曲線圖；
[0022]圖10是由具有較薄中間層的圖7的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的曲線圖；
[0023]圖11是實例2的具有兩個變跡光學(xué)分組的光學(xué)膜的層分布厚度曲線圖；
[0024]圖12是由圖11的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的曲線圖；
[0025]圖13是實例3的具有兩個變跡光學(xué)分組的光學(xué)膜的層分布厚度曲線圖；
[0026]圖14是由圖13的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的曲線圖；
[0027]圖15是由圖13的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的另一個曲線圖；
[0028]圖16是由圖13的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的另一個曲線圖；
[0029]圖17是由圖13的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的另一個曲線圖；
[0030]圖18是實例4的具有兩個變跡光學(xué)分組的光學(xué)膜的層分布厚度曲線圖；
[0031]圖19是由圖18的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的曲線圖；
[0032]圖20是由圖18的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的另一個曲線圖；
[0033]圖21是由圖18的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的另一個曲線圖；[0034]圖22是實例5的具有兩個變跡光學(xué)分組的光學(xué)膜的層分布厚度曲線圖；
[0035]圖23是由圖22的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的曲線圖；并且
[0036]圖24是由圖22的層厚度分布產(chǎn)生的光譜的另一個曲線圖。
[0037]本文展示的示意圖未必按比例繪制。附圖中所用的類似編號指代類似的組件、步驟等。然而，應(yīng)當(dāng)理解，使用標號來指代給定附圖中的組件并非意圖限制在另一附圖中以相同標號標記的組件。此外，使用不同的標號來指代組件并非意圖表明不同編號的組件不能相同或相似。
【具體實施方式】
[0038]在以下【具體實施方式】中，參考了形成其一部分的附圖，在這些附圖中以圖示的方式顯示了裝置、系統(tǒng)和方法的多個具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍或?qū)嵸|(zhì)的情況下，設(shè)想了其他實施例并可以進行修改。因此，以下的【具體實施方式】不具有限制性意義。
[0039]除非另外指明，否則本文所用的所有科技術(shù)語具有本領(lǐng)域中常用的含義。本文給出的定義有利于理解本文中頻繁使用的某些術(shù)語，并且并不意味著限制本發(fā)明的范圍。
[0040]除非本文內(nèi)容以其他方式明確指出，否則本說明書和所附權(quán)利要求書中使用的單數(shù)形式“一”、“一個”和“所述”涵蓋具有復(fù)數(shù)形式的實施例。
[0041]除非本文內(nèi)容以其他方式明確指出，否則本說明書和所附權(quán)利要求書中使用的術(shù)語“或” 一般以包括“和/或”的意義使用。
[0042]如本文所用，“具有”、“包括”、“包含”等以其開放式含義使用，并通常是指“包括但不限于”。應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“由…組成”和“基本上由...組成”包括在術(shù)語“包含”等的范圍內(nèi)。
[0043]為了清楚起見在本文中參照附圖來描述本文提及的諸如“頂部”、“底部”、“左側(cè)”、“右側(cè)”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”的任何方向以及其他方向和取向，但是這些方向和取向并非要對實際的裝置或系統(tǒng)或者裝置或系統(tǒng)的使用進行限制。本文所述的裝置、制品或系統(tǒng)中的許多可以按多種方向和取向使用。
[0044]本發(fā)明除了別的之外描述了一種光學(xué)膜構(gòu)造，此構(gòu)造為寬帶局部反射器的帶內(nèi)透射和反射光提供平滑光譜。如本文所述，本文所述的寬帶局部反射器可基本上消除帶內(nèi)振鈴。因此，本文所述的寬帶局部反射器為帶內(nèi)透射和反射光提供平滑光譜。已發(fā)現(xiàn)，具有變跡梯度厚度分布的寬帶局部反射器光學(xué)膜減少或基本上消除了帶內(nèi)光譜振鈴，并且必然地減少或基本上消除了非期望的彩色。術(shù)語“變跡”有時稱為“漸縮”，來自于一類數(shù)學(xué)技術(shù)，這種技術(shù)通常應(yīng)用于信號處理、電磁學(xué)和光學(xué)領(lǐng)域。當(dāng)物理結(jié)構(gòu)與電磁場相互作用時，諸如聚合物多層光學(xué)膜與紅外光、可見光和/或紫外光相互作用時，由于與梯度諧振層分布終止相關(guān)的不連續(xù)性，通常將出現(xiàn)光譜特征。對于本發(fā)明，我們使用術(shù)語“變跡”來描述使梯度層厚度分布終止以便使諸如光譜振鈴的不期望光譜特征最小化的技術(shù)。
[0045]本文所述的寬帶局部反射器可用于任何合適的目的，包括但不限于光學(xué)顯示器、光學(xué)圖形等。雖然本發(fā)明不受此限制，但是通過討論下面提供的實例，將認識到本發(fā)明的各個方面。
[0046] 如上文所述，聚合物多層光學(xué)膜的設(shè)計者和制造商所面對的一個挑戰(zhàn)是非預(yù)期和非期望的彩色，所述聚合物多層光學(xué)膜旨在成為(I)在垂直和傾斜角度下沿主軸局部地反射和(2)成為寬帶的(即，旨在提供寬波長范圍內(nèi)的局部反射率)。這種非期望的彩色在光學(xué)透射和反射光譜中可表現(xiàn)為相對高的頻率波動。出于本文所示和所述的附圖的目的，為了簡單起見，假定多層光學(xué)膜主體在膜主體的平面上不具有空間波動。因此，假定給定膜主體的光譜反射和透射特性與膜上被測量的定位或位置(如，(x, y)坐標)無關(guān)。
[0047]現(xiàn)在參見圖1，示出了多層光學(xué)膜的示例性光學(xué)重復(fù)單元(ORU)的示意性透視圖。圖1僅示出多層光學(xué)膜100的兩個層，該光學(xué)膜可包括幾十或幾百個以一個或多個鄰接分組或疊堆布置的此類層。膜100包括單個微層102、104，其中“微層”是指這樣的層，其足夠薄，使得在此類層之間的多個界面處反射的光發(fā)生相長干涉或相消干涉，以賦予多層光學(xué)膜所需的反射或透射特性。微層102、104可以一起表示多層疊堆的一個光學(xué)重復(fù)單元(ORU)，ORU是在整個疊堆厚度中以重復(fù)圖案重現(xiàn)的最小層組。這些微層具有不同的折射率特性，使得某種光在相鄰微層間的界面處被反射。對于設(shè)計用于反射紫外波長、可見波長或近紅外波長處的光的光學(xué)膜而言，每個微層的光學(xué)厚度(即物理厚度乘以折射率)通常小于約I微米。然而，根據(jù)需要，其中也可以包括更厚的層，例如膜外表面處的表層或設(shè)置在膜內(nèi)用以隔開微層分組的保護性邊界層(PBL)。
[0048]微層之一(例如圖1的層102，或下圖2的“A”層)對沿主X軸、y軸和z軸偏振的光的折射率分別為nlx、nly和nlz?；ハ嗾坏膞軸、y軸和z軸可例如對應(yīng)于材料的介電張量的主方向。在多個實施例中，并且為了論述目的，不同材料的主方向為一致的方向，但一般不必如此。相鄰微層(例如圖1中的層104，或圖2中的“B”層)沿相同軸的折射率分別為n2x、n2y、n2z。這些層之間的折射率的差值沿x方向為Δnx(=nlx - n2x)、沿y方向為Any (=nly - n2y),并且沿z方向為Δ nz (=nlz - η2ζ)。這些折射率差值的性質(zhì)連同膜中(或膜的給定疊堆中)的微層數(shù)量及其厚度分布一起控制膜(或膜的給定疊堆)的反射和透射特性。例如,如果相鄰微層沿一個面內(nèi)方向具有大的折射率失配(Δηχ較大)，并且沿正交面內(nèi)方向具有小的折射率失配(Any ^ O)，則膜或分組就垂直入射光而言可以起到反射偏振片的作用。反射偏振片可被視為這樣的光學(xué)主體:如果波長在分組的反射帶內(nèi)，其強烈反射沿一條面內(nèi)軸(稱為“阻光軸”)偏振的垂直入射光，并且強烈透射沿正交的面內(nèi)軸(稱為“透光軸”)偏振的此類光。
[0049]如果需要，還可以調(diào)整針對沿z軸偏振的光而言相鄰微層間的折射率差值(Δηζ),以便得到對于傾斜入射光的P偏振分量的期望反射特性。為了保持對以傾斜角度入射的P偏振光的近軸向反射率，各微層之間的ζ軸折射率失配Ληζ可以控制為顯著小于面內(nèi)折射率最大差值Δ nx,使得Δ nz < 0.5* Δ nx。作為另外一種選擇，Δ nz ^ 0.25* Δ nx。量級為零或幾乎為零的ζ軸折射率失配產(chǎn)生了微層之間的這樣的界面:根據(jù)入射角，該界面對P偏振光的反射率為常數(shù)或幾乎為常數(shù)。此外，ζ軸折射率失配Ληζ可以控制為與面內(nèi)折射率差值Ληχ相比具有相反的極性，g卩，Ληζ〈0。此條件產(chǎn)生這樣的界面，該界面對P偏振光的反射率隨入射角的增加而增大，對s偏振光的情形也一樣。如果△ ηζ>0，則對P偏振光的反射率隨入射角而 減小。上述關(guān)系當(dāng)然也適用于涉及Ληζ和Any的關(guān)系，例如，在其中需要沿兩個主面內(nèi)軸具有顯著反射率和透射率的情況下(例如，均衡的或?qū)ΨQ的部分反射型反射鏡膜、或者透光軸在垂直入射下具有顯著反射率的部分偏振膜)。
[0050]在圖2的示意性側(cè)視圖中，示出了多層膜110的更多內(nèi)層，使得可觀察到多個0RU。膜相對于局部χ-y-z笛卡爾坐標系示出，其中膜平行于X軸和?軸延伸，并且ζ軸垂直于膜及其組成層且平行于膜的厚度軸。
[0051]在圖2中，將微層標記為“A”或“B”，“A”層由一種材料構(gòu)成，“B”層由不同的材料構(gòu)成，這些層以交替布置的方式堆疊，以形成光學(xué)重復(fù)單元或單位單元0RU1、0RU2、…0RU6，如圖所示。在多個實施例中，如果需要高反射率，則全部由聚合物材料構(gòu)成的多層光學(xué)膜便會包括多于6個的光學(xué)重復(fù)單元。多層光學(xué)膜110顯示為具有顯著較厚的層112，所述層可代表將圖中所示的微層疊堆與另一個微層疊堆或分組(未示出)分隔開的外表層或保護性邊界層(“PBL”，參見美國專利6，783，349 (Neavin等人))。如果需要，可(例如)利用一層或多層厚粘合劑層或利用壓力、熱或其他方法將兩個或更多個單獨的多層光學(xué)膜層合在一起，以形成層合膜或復(fù)合膜。
[0052]在一些情況下，微層的厚度和折射率值可對應(yīng)于1/4波長疊堆，即微層被布置成0RU，每一個ORU均具有兩個等光學(xué)厚度(f-比率=50%，f-比率為組成層“A”的光學(xué)厚度與完整光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué)厚度的比率)的相鄰微層，此類ORU通過相長干涉有效地反射光，所述光的波長λ為光學(xué)重復(fù)單元的總光學(xué)厚度的兩倍，其中主體的“光學(xué)厚度”是指其物理厚度與其折射率的乘積。在其他情況下，光學(xué)重復(fù)單元中微層的光學(xué)厚度可彼此不同，由此f-比率大于或小于50%。出于本專利申請的目的，我們設(shè)想出f_比率可為任何合適值的多層光學(xué)膜，并且不局限在f_比率為50%的膜。因此，在圖2的實施例中，將“A”層一般描繪為比“B”層更薄。每個示出的光學(xué)重復(fù)單元(0RU1、0RU2等)的光學(xué)厚度(0T1、0T2等)等于其組成層“A”和“B”的光學(xué)厚度之和，并且每個光學(xué)重復(fù)單元反射波長λ為其總光學(xué)厚度兩倍的光。
[0053]在示例性實施例中，ORU的光學(xué)厚度根據(jù)沿ζ軸或膜厚度方向的厚度梯度而不同，由此光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué)厚度隨著從疊堆的一側(cè)(如頂部)到疊堆的另一側(cè)(如底部)而增大、減小或遵循某種其他函數(shù)關(guān)系。可使用這種厚度梯度，以提供擴寬的反射帶，以在所關(guān)注的擴展波長譜帶以及所關(guān)注的所有角度上提供光的大致光譜上平坦的透射和反射。作為另外一種選擇，本發(fā)明所公開的分組的層厚梯度可得到有意的調(diào)控以提供在所關(guān)注的波長范圍上顯著變化的反射和透射光譜。例如，可為有利的是使多層光學(xué)膜主體透射(或反射)相比紅光更多的藍光或反之，或者透射(或反射)相比藍光和紅光更多的綠光。盡管這種所需的光譜不均一性可使得多層光學(xué)膜主體表現(xiàn)出著色(非透明或非中性)外觀，但是這種所需彩色通常區(qū)別于本文在別處所論述的非期望彩色，因為所需彩色與光譜反射或透射的相對緩慢變化相關(guān)，而非期望的彩色則與這些參數(shù)隨波長的較快變化相關(guān)。例如，與所需彩色相關(guān)的反射或透射的光譜不均一性可隨著具有約IOOnm或更大的特征性周期的波長變化而變化，而與非期望的彩色相關(guān)的反射或透射的光譜不均一性可隨著具有小于約50nm的特征性周期的波長變化而變化，但此數(shù)值在一定程度上取決于層厚度分布中局部中斷的量級。
[0054]為了通過適當(dāng)數(shù)量的層來實現(xiàn)反射率，相鄰微層針對沿X軸偏振的光表現(xiàn)出的折射率差值(Ληχ)可以為例如至少0.03。如果希望對兩個正交偏振狀態(tài)的光具有高的反射率，那么相鄰微層對于沿y軸偏振的光也可以具有例如至少0.03的折射率差值(Any)。在一些情況下，相鄰微層可以沿兩條主面內(nèi)軸(Ληχ和Any)具有量級相近的折射率失配，在這種情況下，膜或分組可以用作軸向反射鏡或局部反射鏡。作為另外一種選擇，對于被設(shè)計為對于透光軸偏振為局部反射的反射偏振器而言，相鄰微層可對于沿X軸偏振的光具有大的折射率差值(Ληχ)并且對于沿y軸偏振的光具有較小但仍顯著的折射率差值(Any)。在此類實施例的變型形式中，相鄰微層可以沿ζ軸表現(xiàn)出折射率匹配或失配(Anz=O或Ληζ大)，并且該失配可以具有與面內(nèi)折射率失配相同或相反的極性或符號。Anz的這種定制在傾斜入射的光的P偏振分量的反射無論是隨著入射角增大而增大、減小、還是保持不變都起關(guān)鍵作用。
[0055]盡管本文的實例描述了反射率隨入射角而增加的反射器，但可利用本文所述的技術(shù)來制備沿給定主軸的反射率隨入射角而降低的局部反射器，所述局部反射器具有降低的彩色。這對于下述膜為尤其重要的，所述膜在垂直入射下具有大的反射率并且在透射光中以各種角度(包括垂直入射角度)進行觀察。
[0056]本發(fā)明所公開的多層光學(xué)膜的至少一個分組中的至少一些微層可根據(jù)需要為雙折射的，例如，單軸雙折射的或雙軸雙折射的，但在一些實施例中，也可使用均為各向同性的微層。在一些情況下，每個ORU可包括一個雙折射微層、和第二微層，所述第二微層為各向同性的或者相對于另一個微層具有少量的雙折射。在其他情況下，每個ORU可包括兩個雙折射微層。
[0057]示例性的多層光學(xué)膜由聚合物材料構(gòu)成，并且可以利用共擠出、澆注、和取向工藝來制備。參見美國專利5，882，774 (Jonza等人)“Optical Film”(光學(xué)膜)、美國專利 6，179，949 (Merrill 等人)“Optical Film and Process for Manufacture Thereof，，(光學(xué)膜及其制備方法)、美國專利6，783，349 (Neavin等人)“Apparatus for MakingMultilayer Optical Films”(用于制備多層光學(xué)膜的設(shè)備)、以及2010年5月7日提交的名稱為“Feedblock for Manufacturing Multilayer Polymeric Films，，(用于制備多層聚合物膜的送料區(qū)塊)的美國專利申請61/332，401 (代理人案卷號64248US002)。多層光學(xué)膜可以通過上述參考文獻的任何一篇中所述的聚合物共擠出法來形成。可以選擇各種層的聚合物使之具有相似的流變性(如熔體粘度)，使得它們可進行共擠出而沒有顯著的流體擾動。選擇擠出條件以便以連續(xù)且穩(wěn)定的方式將各自的聚合物充分地進料、熔融、混合、以及泵送為進料流或熔融流。用于形成和保持熔融流中的每一股的溫度可以選定為在下述范圍內(nèi)，所述范圍避免凍結(jié)、結(jié)晶、或該溫度范圍的低端處的不當(dāng)高壓下降、并且避免該范圍的高端處的材料降解。
[0058]簡而言之，制備方法可包括:(a)提供至少第一樹脂流和第二樹脂流，所述至少第一樹脂流和第二樹脂流與有待用于成品膜中的第一聚合物和第二聚合物對應(yīng)；(b)使用合適的送料區(qū)塊將第一樹脂流和第二樹脂流分成多個層，例如包括以下設(shè)施的送料區(qū)塊:(i)梯度板，其包括第一流動通道和第二流動通道，其中第一通道的橫截區(qū)域沿該流動通道從第一位置變化到第二位置，(ii)進料管板，其具有與第一流動通道流體連通的第一多個導(dǎo)管和與第二流動通道流體連通的第二多個導(dǎo)管，每個導(dǎo)管向其自身的相應(yīng)狹槽模具進料，每個導(dǎo)管具有第一末端和第二末端，導(dǎo)管的第一末端與流動通道流體連通，并且導(dǎo)管的第二末端與狹槽模具流體連通，和(iii)任選的鄰近所述導(dǎo)管定位的軸向棒形加熱器；(C)使復(fù)合材料流穿過擠出模頭以形成多層料片，其中每個層大致平行于相鄰層的主表面；以及(d)將多層料片澆注到冷卻輥(有時稱為澆注輪或澆注輥)上，以形成澆注的多層膜。該澆注膜可以與成品膜具有相同的層數(shù)，但該澆注膜的層通常比成品膜的層厚得多。此外，澆注膜的層通常都是各向同性的層。可通過軸向棒形加熱器的熱區(qū)控制來實現(xiàn)如下多層光學(xué)膜，所述多層光學(xué)膜在寬波長范圍內(nèi)具有反射率和透射率的可控低頻波動，參見例如美國專利
6,783, 349 (Neavin 等人)。
[0059]在一些情況下，制造設(shè)備可以采用一個或多個層倍增器，用于倍增成品膜中的層數(shù)。在其他實施例中，可以在不使用任何層倍增器的情況下制造膜。盡管層倍增器極大地簡化了生成大量光學(xué)層的過程，但倍增器可能會使每個所得的分組產(chǎn)生對于各分組而言不相同的畸變。因此，對送料區(qū)塊中所產(chǎn)生的層的層厚度分布進行的任何調(diào)整對于每一分組而言均不相同，即，不能同時對所有分組進行優(yōu)化以產(chǎn)生無光譜畸變的均勻平滑的光譜。從而，對于低的透射和反射彩色，使用通過倍增器制備的多分組膜可能難以形成最佳分布。如果在送料區(qū)塊中直接生成的單一分組中的層數(shù)目不能提供足夠的反射率，則可以將兩個或更多個此種膜附接到一起來增加反射率。在PCT專利公開W02008/144656 (Weber等人)中對層厚度控制進行了進一步討論，以對低色彩膜提供平滑光譜反射率和透射率。
[0060]如果給定多層膜中所有微層的光學(xué)厚度被設(shè)計為相同的，則膜將會只在狹窄的波長帶內(nèi)提供高反射率。如果該帶位于可見光譜中的某個位置，那么此類膜看起來將高度著色，并且彩色將根據(jù)角度而變化。在顯示器和照明應(yīng)用背景中，通常會避免使膜呈現(xiàn)顯著的彩色，但在一些情況下，使給定光學(xué)膜引入少量彩色以校正系統(tǒng)中其他位置的彩色不平衡也許會有助益。示例性多層光學(xué)膜主體通過以下方式在例如整個可見光譜內(nèi)提供寬帶反射率和透射率:對微層(或更精確地說，光學(xué)重復(fù)單元(ORU)，其在許多(但并非全部)實施例中對應(yīng)于相鄰微層對)進行調(diào)整以具有一系列光學(xué)厚度。通常，微層沿著ζ軸或膜的厚度方向布置，在膜或分組的一側(cè)上布置一個最薄的0RU，在另一側(cè)上布置一個最厚的0RU，其中最薄的ORU反射所述反射帶中的最短波長，最厚的ORU反射最長波長。
[0061]在冷卻輥上冷卻多層料片后，可將其拉延或拉伸，以制備成品或接近成品的多層光學(xué)膜。拉延或拉伸實現(xiàn)以下兩個目標:其使層變薄至其所需的最終厚度；其可使層取向成使得層中的至少一些變成雙折射的。取向或拉伸可沿橫維方向(如經(jīng)由拉幅機)、沿縱維方向(如經(jīng)由長度取向機)或其任何組合(無論同時還是依次進行)而實現(xiàn)。如果僅沿一個方向拉伸，則該拉伸可為“無約束的”(其中膜允許在垂直于拉伸方向的面內(nèi)方向在尺寸上松弛)或“受約束的”(其中膜為受約束的并因而不允許在垂直于拉伸方向的面內(nèi)方向在尺寸上松弛)。如果沿兩個面內(nèi)方向拉伸，則該拉伸可為對稱的(即沿正交的面內(nèi)方向相等)或非對稱的拉伸。作為另外一種選擇，膜可以通過間歇工藝進行拉伸。在任何情況下，也都可將后續(xù)或共存拉延減小、應(yīng)力或應(yīng)變平衡、熱定形、和其他處理操作應(yīng)用至膜。
[0062]對于傳統(tǒng)的偏振膜，可以認為光是在兩個正交平面內(nèi)偏振，其中光的電矢量(其橫向于光的傳播方向)位于特定偏振平面內(nèi)。繼而，給定光線的偏振態(tài)可以分解成兩個不同的偏振態(tài)Φ偏振光和s偏振光。P偏振光在光線入射平面和給定表面內(nèi)偏振，其中入射平面為包含局部表面法向矢量和光線傳播方向或矢量的平面。
[0063]圖3是反射偏振膜的示意性透視圖。圖3示出了光線130，該光線以入射角Θ入射在偏振器Iio上，從而形成入射平面132。偏振器110包括平行于y軸的透光軸114和平行于X軸的阻光軸116。光線130的入射平面132平行于阻光軸116。光線130具有位于入射平面132內(nèi)的P偏振分量和與入射平面132正交的s偏振分量。光線130的p偏振光將基本上被偏振器反射，而光線130的s偏振光至少部分地透射。[0064]此外，圖3示出了在平行于偏振器110的透光軸114的入射平面122中入射在偏振器100上的光線120。因此，假設(shè)偏振器110為理想偏振器，其對于在阻光軸上偏振的光在所有入射光角度處反射率為100%,并且對于在透光軸上偏振的光在所有入射光角度處反射率為0%,則偏振器透射光線130的s偏振光和光線120的P偏振光,而反射光線130的p偏振光和光線120的s偏振光。換句話講，偏振器110將透射P和s偏振光組合。如本文進一步所述的那樣，P偏振光和s偏振光的透射和反射量將取決于偏振器的特性。
[0065]圖4是寬帶局部反射器200的示意性剖視圖。寬帶局部反射器200包括第一多層聚合物光學(xué)膜210和第二多層聚合物光學(xué)膜260,兩者被中間層250分開。
[0066]第一多層聚合物光學(xué)膜210具有厚度值從多層聚合物光學(xué)膜210的第一側(cè)211到第二側(cè)212增加的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元。在多個實施例中，第一多層聚合物光學(xué)膜210具有厚度值從多層聚合物光學(xué)膜210的第一側(cè)211到第二側(cè)212單調(diào)地增加的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元。在多個實施例中，光學(xué)重復(fù)單元的總數(shù)在50至1000或100至300的范圍內(nèi)。在多個實施例中，第一多層聚合物光學(xué)膜210在至少IOOnm寬的帶內(nèi)或至少200nm寬的帶內(nèi)或至少300nm寬的帶內(nèi)反射10-90%的可見光或紅外光。
[0067]第一多層聚合物光學(xué)膜210具有基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220和第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布240。第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布240限定第一多層聚合物光學(xué)膜210的第二側(cè)212。第一多層聚合物光學(xué)膜210的第二側(cè)212設(shè)置在中間層250上或與之接觸。第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布240單調(diào)地偏離基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220。在一些實施例中，第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布240單調(diào)地且以指數(shù)方式偏離基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220。
[0068]基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220由具有第一平均斜率的多個光學(xué)重復(fù)單元限定。第一變跡厚度分布240具有比第一平均斜率大至少5倍的第二平均斜率。在多個實施例中，第二平均斜率比第一平均斜率大至少10倍。第一變跡厚度分布240在光學(xué)重復(fù)單元總數(shù)的3-15%的范圍內(nèi)或在其5-10%的范圍內(nèi)，或可包括4-20個總數(shù)的形成第一多層聚合物光學(xué)膜210的光學(xué)重復(fù)單元。
[0069]在一些實施例中，另一個變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布230限定第一多層聚合物光學(xué)膜210的第一側(cè)211并接合基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220。該附加的變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布230可占光學(xué)重復(fù)單元總數(shù)的3-15%或5-10%，或可包括4_20個總數(shù)的形成第一多層聚合物光學(xué)膜210的光學(xué)重復(fù)單元。另一個變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布230單調(diào)地偏離基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220。在一些實施例中，另一個變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布230單調(diào)地且以指數(shù)方式偏離基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220。
[0070]第二多層聚合物光學(xué)膜260具有厚度值從第二多層聚合物光學(xué)膜260的第一側(cè)261到第二側(cè)262增加的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元。在多個實施例中，第二多層聚合物光學(xué)膜260具有厚度值從多層聚合物光學(xué)膜260的第一側(cè)261到第二側(cè)262單調(diào)地增加的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元。在多個實施例中，光學(xué)重復(fù)單元的總數(shù)在50至1000或100至300的范圍內(nèi)。在多個實施例中，第二多層聚合物光學(xué)膜260在至少IOOnm寬的帶內(nèi)或至少200nm寬的帶內(nèi)或至少300nm寬的帶內(nèi)反射10-90%的可見光或紅外光。
[0071 ] 第二多層聚合物光學(xué)膜260具有基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270和第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布280。第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布280限定第二多層聚合物光學(xué)膜260的第一側(cè)261。第二多層聚合物光學(xué)膜260的第一側(cè)261設(shè)置在中間層250上或與之接觸。第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布280單調(diào)地偏離基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270。在一些實施例中，第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布280單調(diào)地且以指數(shù)方式偏離基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270。
[0072]基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270由具有第一平均斜率的第一多個光學(xué)重復(fù)單元限定。多層聚合物光學(xué)膜260的第二變跡厚度分布280由具有比第一平均斜率大至少5倍的第二平均斜率(限定第二多個光學(xué)重復(fù)單元的至少一部分)的第二多個光學(xué)重復(fù)單元限定。在多個實施例中，第二平均斜率比第一平均斜率大至少10倍。第二多個光學(xué)重復(fù)單元280在光學(xué)重復(fù)單元總數(shù)的3-15%的范圍內(nèi)或在其5-10%的范圍內(nèi)，或可包括4_20個總數(shù)的形成第一多層聚合物光學(xué)膜260的光學(xué)重復(fù)單元。
[0073]在一些實施例中，另一個變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布290限定第二多層聚合物光學(xué)膜260的第二側(cè)262并接合基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270。該附加的變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布290占光學(xué)重復(fù)單元總數(shù)的3-15%或5-10%，或可包括4_20個總數(shù)的形成第二多層聚合物光學(xué)膜260的光學(xué)重復(fù)單元。另一個變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布290單調(diào)地偏離基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270。在一些實施例中，另一個變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布290單調(diào)地且以指數(shù)方式偏離基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270。
[0074]在多個實施例中，第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布240與第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270重疊。同樣，第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布280可與第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220重疊。在多個實施例中，第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220不與第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270重疊。
[0075]在多個實施例中，第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220的最厚光學(xué)重復(fù)單元的厚度值在第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270的最薄光學(xué)重復(fù)單元的15%內(nèi)或10%內(nèi)或5%內(nèi)。在多個實施例中，第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布220的最厚光學(xué)重復(fù)單元與第一多層聚合物光學(xué)膜210的第二側(cè)212相鄰，并且第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布270的最薄光學(xué)重復(fù)單元與第二多層聚合物光學(xué)膜260的第一側(cè)261相鄰。第一多層聚合物光學(xué)膜210和第二多層聚合物光學(xué)膜260可由相同的材料組或不同的材料組形成，如下所述。
[0076]真空沉積的疊堆設(shè)計與共擠出的聚合物多層疊堆設(shè)計之間的至少一種差異為層分布分配的形狀。在真空沉積膜內(nèi)，所需的光譜通過以下方式實現(xiàn):單獨地調(diào)整疊堆中每個層的厚度使得其符合計算機優(yōu)化的疊堆設(shè)計。以此方式，通常使諸如光譜波紋的問題最小化。相鄰層的厚度有時相差10倍，其中厚度值通常在約0.05 λ至1.0 λ的范圍內(nèi)。在共擠出的聚合物膜疊堆的情況下，通過該技術(shù)以此方式在線監(jiān)測和控制各個層尚不是可行的選擇。因此，光譜形狀主要由連續(xù)且平滑變化的層厚度分布諸如圖5中的分布5a的形狀控制。此類分布不局限于聚合物膜疊堆，并且本文所公開的變跡分布可適用于利用以基本上單調(diào)方式從薄層向厚層梯度變化的層厚度分布的任何疊堆。
[0077]還應(yīng)當(dāng)注意，變跡疊堆的經(jīng)典例子并非寬帶反射器，而是針對一個(B卩，單個)波長居中(即，調(diào)諧)的疊堆。對于那些疊堆，不存在“帶內(nèi)”波紋，而僅存在邊帶波紋。在這種疊堆中，所有的ORU具有基本上相同的厚度值。此外，那些疊堆的變跡分布通常延伸穿過疊堆的大部分層或有時延伸穿過疊堆的所有層，并通常使用折射率變化分布而非厚度變化分布。常見例子可見于光纖行業(yè)，其中“疊堆”是沿著纖維長度的經(jīng)調(diào)制的折射率分布。例如，一些變跡分布為余弦函數(shù)、高斯函數(shù)、五次函數(shù)、七次函數(shù)或辛克函數(shù)折射率分布。
[0078]所謂寬帶反射器，是指反射帶中的最長波長和最短波長具有約2:1或更大的波長比的反射器，但是對于聚合物反射器而言，所述波長比通?？傻椭?.5:1并最高至5:1。在下文中，將展示非限制性例子，它們描述本文所討論的制品和方法的多種實施例。
[0079]—些產(chǎn)品構(gòu)造可能需要500個或更多的1/4波厚的光學(xué)層。擠出硬件通常不能用于制造不具有中間的厚光學(xué)層的此類疊堆，并且以一定的方式層合兩個或更多個疊堆以便提供連續(xù)的a/b/a/bl/4波厚的層分布是困難的。一般來講，如圖5所示，兩組光學(xué)重復(fù)單元(ORU)的組合導(dǎo)致不可避免地包括厚中間層。
[0080]圖5展示了兩組各自具有275個層的相似的層厚度分布，所述兩組分布與中間的光學(xué)上較厚的層(諸如粘合劑或其他聚合物層)接合。層厚度分布5a和5b各自由275個層組成，并與包括氣隙的中間的光學(xué)上較厚的層5c (諸如透明粘合劑或其他層)光學(xué)耦合。每個組的分布基于每個層η (從η=1至N)的簡單冪次定律分布U，其中每個層的厚度t由t=T0*(l.005) ~n給出，其中Ttl為恒定比例因子并且η為層數(shù)。由于高折射率材料和低折射率材料的層厚度值不同，因此，此處繪制了光學(xué)厚度值的分布。此處所示的層分布通過小的調(diào)整進行修改，該小調(diào)整使曲率稍微增加以有助于調(diào)整折射率色散。這些層厚度分布將產(chǎn)生分別針對膜的透光軸和阻光軸的圖6中的光譜6a和6b。在圖5中顯示了層的光學(xué)厚度值而不是物理厚度。針對每層使用1/4波光學(xué)厚度進行建模，這表示針對高折射率材料和低折射率材料的差異折射率值對物理厚度值進行調(diào)整。
[0081]圖6的建模光譜基于具有以下折射率的雙折射膜疊堆的折射率:高折射率層為nxl=l.791、ny=l.675、nz=l.490,而低折射率層為 nx2=ny2=nz2=l.564。該疊堆還包括低折射率材料的20微米厚的表層。雙折射層的折射率集合可通過coPEN共聚物(90%的萘二甲酸酯單元、10%的對苯二甲酸酯單元)的不對稱取向而實現(xiàn)。低折射率為可以得自美國田納西州金斯波特伊士曼化學(xué)公司(Eastman Chemicals, Kingsport, Tennessee)的PETg GNO71的折射率。所有折射率均為使用美國新澤西州普林斯頓Metricon儀器公司(MetriconInstrument, Princeton N.J.)在 633nm 處測得的折射率。
[0082]如在圖6中可見，光學(xué)上較厚的層導(dǎo)致在700nm附近顯而易見的明顯光譜中斷。如果疊堆是連續(xù)的，則光譜將是平滑的，并且在兩個“疊堆”的接合面處不中斷。提供圖6中的光譜的兩個疊堆的厚度比率為1.98:1?？烧{(diào)整該比率(有時稱為倍增比率)以提供或多或少的光譜重疊。然而，通過小型建模，容易證實的是，實質(zhì)性中斷始終存在于光譜中。對此問題的解決方案是組合兩個單獨疊堆的變跡形式，如以下實例中所示。
[0083]SM
_4] 實例1:計算機建模的層分布和光譜
[0085]圖5的組合膜疊堆的變跡形式在圖7中示出。該變跡形式用變跡分布7c和7d替換兩個基線分布7a和7b的相鄰末端部分，所述變跡分布兩者均在中間層7e處以較高的正斜率終止。此外，每個外表面上的疊堆外端通過分布7f和7g變跡。外端變跡是可選的，并能夠在需要時應(yīng)用于任一側(cè)，或者應(yīng)用于一側(cè)或兩側(cè)。此計算中的每個疊堆在疊堆的每個表面上具有20微米的表層。使分布變跡的完整描述在共同未決的專利申請(代理人案卷號67821US002,名稱為“Apodized Broadband Partial Ref lectors”(變跡寬帶局部反射器))中有所公開。[0086]圖7的疊堆的每個末端的變跡分布是通過t=A*Exp (_n/d)給出的指數(shù)厚度分布，其中η為層數(shù)(從給定的末端算起)，A為分數(shù)振幅，并且d為標量(Ι/e值)一它是關(guān)于變跡分布從疊堆的給定側(cè)延伸到疊堆中的深度的量度。將這些值加到基線層值中。對于每個疊堆7a和7b而言，層數(shù)I的A1為-0.25，厚層末端的A275為+0.25。換句話說，對于每個疊堆，變跡分布的層I比基線分布的層I薄25%，并且層275比基線分布的層275厚25%。對于每個疊堆的每個末端，將d=l/e的值設(shè)為7.5。對于指數(shù)公式，成對地對層進行編號，即，層數(shù)n=0用于第一 ORU的每個層，n=l用于第20RU的每個層，n=2用于第30RU的每個層，以此類推。以此方式，每個光學(xué)重復(fù)單元具有約0.5的f比率。已發(fā)現(xiàn)的是，每個層接納唯一數(shù)值η的替代計數(shù)方案在所計算的光譜中引起的差異極小。
[0087]該設(shè)計的重要部分是將基線分布7b調(diào)整為比圖5中的其類似分布5b薄。一般來講，已發(fā)現(xiàn)的是，當(dāng)相對于分布7a調(diào)整基線分布7b的厚度使得變跡分布7c和7d各自漸近地接合其相應(yīng)基線分布的兩個點處于大約相同的厚度值時，在建模結(jié)果中出現(xiàn)的光譜中斷最小。這并非完全相等，因為已發(fā)現(xiàn)的是，調(diào)整程度稍微依賴于兩個變跡分布7c和7d的形狀和深度，并依賴于疊堆的折射率差。但一般來講，據(jù)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)選擇這兩個點使得其厚度差小于它們的平均厚度值的約5%或小于約10%。
[0088]已發(fā)現(xiàn)的是，諸如7c和7d的變跡分布可用于組合諸如7a和7b的兩個膜疊堆以便產(chǎn)生組合疊堆，該組合疊堆具有關(guān)于光譜中的中斷基本上無縫的最終光譜。換句話說，這些內(nèi)部變跡分布的目的是為了產(chǎn)生組合疊堆，該組合疊堆具有與被制備成具有單個連續(xù)梯度層分布的疊堆的透射/反射光譜相似的透射/反射光譜。但是，在需要時，據(jù)發(fā)現(xiàn)，可調(diào)整兩個膜疊堆的相對厚度值，以在組合疊堆的反射光譜的重疊區(qū)中提供局部最小值或局部最大值。
[0089]對諸如使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的光學(xué)計算機模型的這些分布，生成了光譜。為了提供對組合變跡疊堆的光學(xué)的更好理解，計算了兩個層分布“7a+7c+7f ”和“7b+7d+7g”的單獨光譜，然后將這些光譜一起繪制在圖8中?！白冔E”分布針對每個疊堆的透光軸和阻光軸產(chǎn)生圖8的各個光譜8a、8b、8c和8d。光譜8a和8b是由薄疊堆產(chǎn)生的結(jié)果，而光譜8c和8d是由厚疊堆產(chǎn)生的結(jié)果。據(jù)發(fā)現(xiàn)，各個分組光譜的傾斜譜帶邊沿在將兩個疊堆光學(xué)耦合時在提供平滑的組合光譜中起著重要的作用，所述兩個疊堆的光學(xué)耦合在實際應(yīng)用中可通過共擠出或通過在擠出和取向(即，拉伸)后層合而進行。據(jù)發(fā)現(xiàn)，譜帶邊沿的斜率主要由添加到基線分布的末端的變跡分布決定。因此可通過改變疊堆末端上的變跡分布的振幅、形狀和深度來調(diào)整譜帶邊沿斜率。
[0090]通過圖8中繪制的建模透射數(shù)據(jù)計算了透光軸光譜8a和Sc的重疊譜帶邊沿的斜率以及阻光軸光譜8b和8d的重疊譜帶邊沿的斜率。選擇每個譜帶邊沿在與相鄰光譜重疊的基線附近的部分，作為用以計算斜率的譜帶邊沿的適當(dāng)部分。在表I中列出了所選的點和計算的斜率。所有四個測得的斜率的絕對值均為大約0.5%/nm。還在以下兩個在物理學(xué)上執(zhí)行的實驗實例中測定了斜率，并且所有譜帶邊沿均表現(xiàn)出小于1%/nm的斜率(絕對值)。因此發(fā)現(xiàn)，從0.25%至1.0%/nm的譜帶邊沿斜率范圍可用于實現(xiàn)組合疊堆的平滑光譜。
[0091]表I
[0092]
【權(quán)利要求】
1.一種寬帶局部反射器，包括: 第一多層聚合物光學(xué)膜，其具有從所述第一多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元，所述第一多層聚合物光學(xué)膜具有第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，所述第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定所述第一多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)； 中間層，其位于所述多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)上；以及 第二多層聚合物光學(xué)膜，其具有從所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元，所述第二多層聚合物光學(xué)膜具有第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，所述第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)，并且所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)位于所述中間層上，所述中間層將所述第一多層聚合物光學(xué)膜與所述第二多層聚合物光學(xué)膜分開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶局部反射器，其中所述第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布與所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布重疊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶局部反射器，其中所述第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布與所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶局部反射器，其中所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布不與所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶局部反射器，其中所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布的最厚光學(xué)重復(fù)單元的厚度值在所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布的最薄光學(xué)重復(fù)單元的10%內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的寬帶局部反射器，其中所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布的最厚光學(xué)重復(fù)單元與所述第一多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)相鄰，并且所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布的最薄光學(xué)重復(fù)單元與所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)相鄰。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶局部反射器，其中所述第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地且以指數(shù)方式偏離所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的寬帶局部反射器，其中所述第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地且以指數(shù)方式偏離所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布。
9.一種寬帶局部反射器，包括: 第一多層聚合物光學(xué)膜，其具有厚度值從所述第一多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)單調(diào)地增加的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元，所述第一多層聚合物光學(xué)膜具有第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，所述第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定所述第一多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)； 中間層，其位于所述多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)上；以及 第二多層聚合物光學(xué)膜，其具有厚度值從所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)單調(diào)地增加的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元，所述第二多層聚合物光學(xué)膜具有第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，所述第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)，并且所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)位于所述中間層上，并且所述中間層將所述第一多層聚合物光學(xué)膜與所述第二多層聚合物光學(xué)膜分開。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬帶局部反射器，其中所述第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布與所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布重疊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的寬帶局部反射器，其中所述第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布與所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布重疊。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬帶局部反射器，其中所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布不與所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布重疊。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬帶局部反射器，其中所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布的最厚光學(xué)重復(fù)單元的厚度值在所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布的最薄光學(xué)重復(fù)單元的5%內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的寬帶局部反射器，其中所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布的最厚光學(xué)重復(fù)單元與所述第一多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)相鄰，并且所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布的最薄光學(xué)重復(fù)單元與所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)相鄰。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的寬帶局部反射器，其中所述第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地且以指數(shù)方式偏離所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的寬帶局部反射器，其中所述第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地且以指數(shù)方式偏離所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布。
17.一種寬帶局部反射器，包括: 第一多層聚合物光學(xué)膜，其具有從所述第一多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元并由第一材料組形成，所述第一多層聚合物光學(xué)膜具有第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，所述第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定所述第一多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)； 中間層，其位于所述多層聚合物光學(xué)膜的第二側(cè)上；以及 第二多層聚合物光學(xué)膜，其具有從所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)到第二側(cè)的一定總數(shù)的光學(xué)重復(fù)單元并由不同于所述第一材料組的第二材料組形成，所述第二多層聚合物光學(xué)膜具有第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布和第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布，所述第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布單調(diào)地偏離所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布并限定所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)，并且所述第二多層聚合物光學(xué)膜的第一側(cè)位于所述中間層上，所述中間層將所述第一多層聚合物光學(xué)膜與所述第二多層聚合物光學(xué)膜分開。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的寬帶局部反射器，其中所述第一變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布與所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布重疊。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的寬帶局部反射器，其中所述第二變跡光學(xué)重復(fù)單元厚度分布與所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布重疊。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的寬帶局部反射器，其中所述第一基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布的最厚光學(xué)重復(fù)單元的厚度值在所述第二基線光學(xué)重復(fù)單元厚度分布的最薄光學(xué)重復(fù)單元的10%內(nèi)。
【文檔編號】G02B5/30GK103890620SQ201280051430
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月20日
【發(fā)明者】邁克爾·F·韋伯, 蒂莫西·J·內(nèi)維特, 約翰·A·惠特利 申請人:3M創(chuàng)新有限公司