專利名稱：顏色轉(zhuǎn)變膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的范圍本發(fā)明一般涉及光學(xué)膜，但更準(zhǔn)確地說涉及隨視角改變顏色的光學(xué)膜。
背景技術(shù)：
發(fā)明屬于在彩色顯示方面有用的光學(xué)膜。這種顯示經(jīng)常作為能使所展示的資料引起人們注目的一種方法，或在展示中和在銷售時對某一特定的物件引起注意。這些展示常常用在訊號燈(例如，戶外廣告箱和馬路訊號燈)、公共電話亭和品種繁多的包裝材料上。
如果用它來制作使顯示的顏色隨視角而變的話，則就更為有利了。這種通稱為“顏色轉(zhuǎn)變顯示”即使在周邊觀察也是顯著的且用來引導(dǎo)觀眾對展出物件的注意。
在過去，通常通過吸收印到卡紙上或透明的和半透明的襯底上去的油墨把顏色傳遞到顯示物上去。但是，這些油墨通常都不能改變顏色的。(就是說，這些油墨的顏色一般不會隨視角而改變的)。
也已經(jīng)開發(fā)了一些變色油墨，主要用于安全應(yīng)用。然而，除了它們的相當(dāng)大的費用外，某些這種型式的油墨一般是不透光的，所以不適用于背面照亮的應(yīng)用中。而且，這些油墨通常是根據(jù)各向同性材料的多層堆層，因而當(dāng)視角增加時就要丟失色飽和。
變色顏料也是知道的。例如，一族光干涉顏料可從Flex Products，Inc．在貿(mào)易標(biāo)識CHROMAFLAIR下購得，而這些顏料已經(jīng)用于制作移畫印花。產(chǎn)品文獻(xiàn)在商業(yè)顏料配方中把這些移畫印花描述為由變色顏料構(gòu)成的，于是，被應(yīng)用在乙烯樹脂襯底上。然而，由這些材料提供的變色效應(yīng)只在相當(dāng)大的斜角處才能觀察到，而且只限于在兩種顏色之間的轉(zhuǎn)變。還有，在美國專利第5，084，351號(Phillips等人)，美國專利第5，569，535號(Phillips等人)和美國專利5，570，847號(Phillips等人)(這些材料都轉(zhuǎn)讓給了FlexProducts，Inc．)所明白的敘述的。這些材料都呈現(xiàn)出相當(dāng)?shù)偷纳珡姸?例如參看美國專利第5，084，351號的圖7-9)。類似的材料也在美國專利第5，437，931號中敘述(Tsai等人)。
一種閃光的塑料膜目前正在貿(mào)易標(biāo)記Blackm Magic下由EngelhardCorporation銷售。這種膜曾在1997年9-10月份的《化妝品和個人保養(yǎng)雜志》(Cosmetic ＆ Personal CareMagazine)上以厚0．7密爾超過100層的微染黑色的半透明膜，作廣告，它能提供類似于看到的neontetrafish、孔雀羽毛和油膜效應(yīng)。這塑料膜是光學(xué)膜的多層堆層。在中的厚度變化導(dǎo)致在整個膜區(qū)上的顏色變化。雖然層厚與它的平均值的偏差不大但它在鄰邊區(qū)域中改變顏色是顯著的。并不把膜的各種型式標(biāo)明為單一的反射顏色而代之以標(biāo)明為雙層顏色膜。例如，其中藍(lán)／綠和紅／綠組合顏色可以在市場上購得。
也已經(jīng)開發(fā)了其他的變色膜。其中有些膜是以金屬、金屬鹽或其它無機材料為基礎(chǔ)的多層膜。因此，美國專利第4，735，869號(morita)敘述了二氧化鈦多層膜，它顯示出反射和透射顏色的各種組合(例如帶有品紅色透射的綠色反射)。
其它多層變色膜已知是聚合物的。因此，美國專利第5，122，095(Wheatley等人)在敘述美國專利第3，711，176(Alfery，Jr．等人)的膜中，注意到由這些膜反射的顏色與照射到該膜的入射光的角度是有關(guān)的。但是，由于在這些膜上看到的顏色轉(zhuǎn)變是很平緩的，彩色飽和也很差，在銳角時更甚，所以這些膜并不適于彩色顯示。因此本領(lǐng)域中需要有一種在顯示應(yīng)用中有用的變色膜，作為視角的函數(shù)，它能顯示出明晰的變色和保持高的色飽和本領(lǐng)域中還需要均勻的有色的聚合物干涉濾光器。
利用應(yīng)變硬化(例如半晶體或晶體)材料，已經(jīng)生產(chǎn)了各種雙折射光學(xué)膜。由于這些材料在折射率方面所要的匹配與失配能夠通過調(diào)節(jié)取向獲得，所以這些材料在多層光學(xué)膜的生產(chǎn)中已被證實是有好處的。這種膜已被敘述過，例如，在WO96／19347中。
在本領(lǐng)域還需要有具有良好的彩色均勻性的聚合物多層光學(xué)膜。用擠出的聚合物材料制造的多層膜已被發(fā)現(xiàn)對于在厚度和光學(xué)層厚度方面的畸變高度敏感，它導(dǎo)致在橫跨膜寬度上顏色的變化和不純。這個問題已在《光學(xué)文件安全性》(Optical Document Security)251-252評論過(R．van Renesse編，1994)。在敘述由Dow Chemical Company和他們的領(lǐng)有許可證者M(jìn)earlCorporation到目前生產(chǎn)的多層聚合物膜中，文獻(xiàn)指出在這些膜中控制個別的厚度變化是很困難的，結(jié)果，膜顯示出“無數(shù)的各種顏色的狹色線，極少寬于2-3毫米”(同上251。)這個問題也在Dow的專利美國專利第5，217，794號(Schrenk)第11列，第19-32行提出過，在那里指出在其中敘述的用于制作膜的工藝可以導(dǎo)致300％或更多的層厚變化。在第10列，第17-28行，文獻(xiàn)指出它是具有光學(xué)薄層(就是說，光學(xué)厚度少于約0．7微米的薄層)的多層聚合物體的特性。它顯示出非均勻的色線和色斑。關(guān)于美國專利第3，711，176號(Alfrey，Jr．等人)的膜同樣的評價也于第2列，第18-21行作出過。由于這些文獻(xiàn)的說明，在本領(lǐng)域中長期需要具有高的顏色均勻性的聚合物多層光學(xué)膜(以及制作它的方法)。
已知另一些聚合物多層光學(xué)膜，它們的主要的反射帶依賴于光學(xué)上厚的或光學(xué)上非常薄的薄層。這種膜避免了在其他多層聚合物膜遇到的某些暈光問題，主要是因為暈光帶都靠得太近以致人類的眼睛無法分辨。但是，由于可見光的反射是由位于光譜的紅外區(qū)域的主反射帶的高次諧波所提供的，所以膜產(chǎn)生可見光的高反射率的能力是被損害了。本領(lǐng)域中也需要多層聚合物光學(xué)膜(和一個制作相同膜的方法)，它的主反射帶由光學(xué)上薄的(例如，具有在0．01微米到0．45微米光學(xué)厚度的)產(chǎn)生，且顯示出高均勻性的顏色，這些和另一些需要本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜老師都能滿足，正如在下文所描繪的。
發(fā)明概述在一個方面，本發(fā)明屬于多層雙折射變色膜和其它的光學(xué)體它們的對沿著平面內(nèi)互相正交的軸(x-軸和y-軸)和沿垂直平面內(nèi)的軸的軸(z-軸)的偏振光在相繼的的折射率之間具有特殊的關(guān)系。尤其，沿x-，y-，和z-軸在折射率上的差異(分別為△x、△y和△z)是這樣的，從而△z的絕對值小于△x的絕對值和△y的絕對值較大一個的約一半(例如，｜△z｜＜0．5k，k=max{｜△x｜，｜△y｜})。能做出具有這個性質(zhì)的膜以呈現(xiàn)透射光譜，其中，對于p-偏振光，透射或反射峰的寬度和強度(當(dāng)作為頻率的函數(shù)，或1／λ作圖時)在視角的一個很大的范圍內(nèi)大體上保持不變。還有，對于p-偏振光，與各向同性膜堆層的光譜特性相比有其光譜為以較高速率移向光譜的藍(lán)色區(qū)域。
在另一方面，本發(fā)明屬于具有至少一個反射帶的變色膜。在雙折射率的數(shù)字符號的適當(dāng)選擇下，z-折射率失配，以及堆層的f-比值值，對s-和p-偏振光的反射帶的或是短波長帶邊緣緣或是長波長的帶邊緣緣，在所有的入射角下都是大致符合的。當(dāng)采用已在本文中描述的帶邊緣緣銳化(sharpening)技術(shù)設(shè)計時，這種型式的膜呈現(xiàn)出為用于大角度和波長范圍而設(shè)計的膜堆積可能有的最大色純度。除急劇的顏色轉(zhuǎn)變和高的色純度之外，這些膜在需要非偏振顏色分束器的應(yīng)用中是有好處的。
在又一個方面，本發(fā)明屬于至少具有一個光學(xué)堆層的顏色轉(zhuǎn)變膜，其中，各別層膜的光學(xué)厚度在堆層的第一部份單調(diào)地沿一個方向變化(例如，增加或減少)，然后，至少在堆層的第二部分沿一個不同的方向單調(diào)地變化或保持不變。具有這種型式的堆層設(shè)計的顏色轉(zhuǎn)變膜在反射帶的一邊或兩邊呈現(xiàn)出陡的帶邊緣緣，使得作為視角的一個函數(shù)膜呈現(xiàn)出急劇的顏色變化。得到的膜在希望有急劇的引人注目的顏色轉(zhuǎn)變的展示方面的應(yīng)用中是有好處的。
在還有一個方面，本發(fā)明屬于這樣一種膜，它在透射光譜中的主峰被高消光區(qū)隔開，以及即使當(dāng)陷于高折射率介質(zhì)中，對于p-偏振光高消光帶在所有的入射角下都存在。得到的膜在所有的入射角下都呈現(xiàn)出高度的色飽和。
在還有另一個方面，本發(fā)明屬于一種以高效率反射近紅外輻射，但在垂直入時，不反射顯著數(shù)量的可見光的膜。這種膜可以包括兩種材料成分的1／4波堆層或可以包括三種或更多種材料來制成一個光學(xué)堆層，它能抑制主反射帶或多個反射帶的一個或多個高次諧波，這也可由利用包括聚合物層A、B和C，并按ABCD的順序排列的一個光學(xué)重復(fù)單元來達(dá)到，和在這些材料的折射系數(shù)之間實現(xiàn)某個關(guān)系來獲得。通過指定nax和nay分別為沿平面內(nèi)的x軸和y軸的聚合物層A的折射率，nbx和nby分別為沿平面內(nèi)的x軸和y軸的聚合物層B的折射率，ncx和ncy分別為沿平面內(nèi)的x軸和y軸的聚合物層C的折射率，以及naz、nbz和ncz分別為沿垂直于平面內(nèi)的軸的橫軸z的聚合物層A、B和C的折射率可以理解這個關(guān)系。于是通過要求nbx在nax和ncx中間，且nax大于ncx(例如，nax＞nbx＞ncx和／或要求nby在nay和ncy中間，且nay大于ncy(例如，nay＞nby＞ncy以及要求兩個差值naz-nbz和nbz-ncz中至少有一個小于0，或要求所述的兩個差值實質(zhì)上都等于0[(例如，max{(nza-nzb),(nzb-nzc)}<=0)]]]>來獲得這種特殊關(guān)系。除上面的膜堆層結(jié)構(gòu)之外，帶邊緣緣的銳化技術(shù)適用于產(chǎn)生一個從可見光的高透射到近紅外光的高消光的急劇的轉(zhuǎn)變。
在還有一個方面，本發(fā)明屬于由應(yīng)力硬化材料做的多層顏色轉(zhuǎn)變膜，它在一個給定的入射角處顯示出高度的色均勻性，且屬于制作該膜的方法，其中，在膜里至少有幾個主反射帶是由在具有光學(xué)上的薄層(就是說，光學(xué)厚度在0．01到0．45微米的范圍內(nèi)的層)的膜內(nèi)的光學(xué)堆層產(chǎn)生的。在光學(xué)堆層內(nèi)的具有高度的物理的和光學(xué)的厚度的均勻性。根據(jù)本發(fā)明的方法，在現(xiàn)有技術(shù)的非應(yīng)力硬化膜所遇到的在的厚度和光學(xué)的厚度方面的畸變，通過雙軸拉伸澆注坯料(web)至2×2到6×6倍(而更可取約為4×4倍)來避免。它趨向于造成橫向厚度的變化，于是顏色變化，突變小得多。而且，在制造拉伸膜時可以用一個比制造同樣寬度的澆注膜較狹窄的模子，而這允許在擠出的模子中層厚分布有較少畸變的可能性，這是因為在較狹的模子中出現(xiàn)極少量的融化流散布?？梢酝ㄟ^利用一只具有恒定轉(zhuǎn)速的精確的澆注輪驅(qū)動機械獲得對于層膜厚度和光學(xué)厚度的附加控制。如此設(shè)計和操作澆注輪。從而它是無振動的，否則會造成坯料厚度變動，于是在下坯料方向產(chǎn)生相繼的厚度的變化。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，沒有這些控制，在擠出過程中遇到的正常振動足以顯著地影響色均勻性，部分由于在用于制作本發(fā)明的光學(xué)膜的應(yīng)力硬化材料的熔融態(tài)時的低拉伸強度。結(jié)果，本發(fā)明的方法已經(jīng)首次允許用聚合物材料制作顏色轉(zhuǎn)變膜的產(chǎn)品，在它特定的視角下具有高度色均勻性(例如，這樣的膜，其中，在一特定的入射角下，透射的或反射的光譜帶的帶邊緣緣的波長值在至少10cm2的面積上的變化約少于2％。由這個方法生產(chǎn)的膜在光學(xué)堆層內(nèi)主要地顯示出均勻的厚度和光學(xué)厚度，因此，導(dǎo)致與具有較低的物理和光學(xué)厚度均勻性的膜相比，作為視角的函數(shù)的顏色轉(zhuǎn)變是較為急劇和較為快速的。
在一個有關(guān)的方面，本發(fā)明屬于用應(yīng)力硬化材料(例如，應(yīng)力硬化聚脂)制作的顏色轉(zhuǎn)變膜。反射帶的反射或消光作為調(diào)諧到那個波長帶的層數(shù)和層對的折射率差異的一個函數(shù)而增加。使用在拉伸后顯示高折射率的應(yīng)力硬化材料，當(dāng)與出的低折射率聚合物配對時產(chǎn)生了大的折射率差異。所需的層數(shù)隨折射率差別的增加而正比地減少，另外，層厚的均勻性隨著層數(shù)的減少而得到改善，由于較少的層數(shù)減輕了對層倍增器和大的加料裝置尺寸的依賴以產(chǎn)生所需的層數(shù)，所以，聚合物膜堆層可以用對層厚的精密控制來制作以改善其光譜特征。
在還有一個方面，本發(fā)明涉及在光譜的一個或更多的區(qū)域上起差偏振器作用的顏色轉(zhuǎn)變膜。這些膜在層疊至(或覆蓋以)一個白色的漫反射的基底，(諸如卡紙坯料cardstock)后，當(dāng)在透射時看或在反射時看顯示出顏色轉(zhuǎn)變。顏色轉(zhuǎn)變起偏振器也可與其他的起偏振器或鏡子組合起來產(chǎn)生各種有趣的光學(xué)效果。
本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜可有利地在顯示中用作低吸收率材料，它提供具有高發(fā)光效率的明亮的顯示顏色。通過如此把寬帶光源與光學(xué)膜耦合起來，從而在透射或是反射，可看到光源的各種顏色。就可以容易地獲得顯示的顏色。在某些實施例中，膜也可以與寬帶鏡子組合起來。因此，例如，當(dāng)膜如此與一寬帶鏡子組合，從而膜和鏡近似平行，但彼此分開一段小的距離，就可獲得呈現(xiàn)3-D“深度”的一件物體。膜可以被做成多種不同的幾何形狀和與不同的光源相組合以有利地利用膜的高光譜反射率和角度的選擇性。
附圖簡述

圖1示出為顯示有急劇的光譜轉(zhuǎn)變而設(shè)計的簡化的多層膜的放大并夸大的截面圖。
圖2是由圖1中的膜組成的光學(xué)重復(fù)單元(ORUs)的光學(xué)厚度的曲線圖。
圖3是帶通多層膜的各別層的物理厚度的曲線圖。
圖4是圖3的計算的在軸透射光譜。
圖5是具有較急劇的光譜轉(zhuǎn)變的帶通多層膜的各別層的物理厚度的曲線圖。
圖6是圖5膜計算的在軸透射光譜。
圖7是具有更為急劇的光譜轉(zhuǎn)變的帶通多層膜的各別層的物理厚度的曲線圖。
圖8和9分別示出圖7的膜的在軸和離軸的透射光譜。
圖10、12、14和16是附加的多層膜的各別的層的物理厚度的曲線圖，而圖11、13、15和17示出相關(guān)膜計算的在軸反射光譜。
圖18是說明對本發(fā)明的膜在垂直入射和60度時關(guān)于p-偏振光的光學(xué)行為的透射光譜。
圖19是說明對本發(fā)明的膜在垂直入射和60度時關(guān)于p-偏振光的光學(xué)行為的透射光譜。
圖20是說明對于本發(fā)明的計算機模擬膜在垂直入射和60度時光學(xué)行為的透射光譜。
圖21是說明對于本發(fā)明的計算機模擬膜在垂直入射和60度時光學(xué)行為的透射光譜。
圖22是說明作為f-比值值的函數(shù)的相對折射率差值的行為的曲線圖。
圖23是說明作為f-比值值的函數(shù)的相對峰高度的行為的曲線圖。
圖24是說明對于PEN／PMMA多層堆層的利用CIEx-y色品度坐標(biāo)的色度圖。
圖25是對于PEN／PMMA多層堆層的在La*b*色空間的色度圖。
圖26是說明對本發(fā)明的膜在垂直入射和60度時關(guān)于s-和p-偏振光的光學(xué)行為的透射光譜。
圖27是說明對于PEN／PMMA1／4波堆層在f-比值值為0．5時的作為入射角(在空氣中)的函數(shù)的帶邊緣緣變化的曲線圖。
圖28是說明對于各向同性1／4波堆層在f-比值值為0．50時的作為入射角的函數(shù)的帶邊緣緣變化的曲線圖。
圖29是說明對于PEN／PMMA1／4波長堆層在f-比值值為0．75時的作為入射角(在空氣中)的函數(shù)的帶邊緣緣變化的曲線圖。
圖30是說明對于PEN／PMMA1／4波長堆層在f-比值值為0．25時的作為入射角(在空氣中)的函數(shù)的帶邊緣緣變化的曲線圖。
圖31是說明對于由PET和各向同性材料構(gòu)成的1／4波堆層的作為入射角(在空氣中)的函數(shù)的帶邊緣緣變化的曲線圖。
圖32是對現(xiàn)有技術(shù)膜取自沿橫過坯料方向不同點的透射光譜。
圖33是對現(xiàn)有技術(shù)膜取自沿坯料往橫過坯料方向不同點的透射光譜圖。
圖34是對發(fā)明的綠色濾過器取自橫長條方向的不同的點的透射光譜。
圖35是對本發(fā)明的綠色通過濾光器取自沿坯料往下方向的不同點的透射光譜。
圖36是對本發(fā)明的藍(lán)色通過濾色器取自沿坯料往下方向的不同點的透射光譜。
圖37是現(xiàn)有技術(shù)膜取自橫過坯料方向的不同點的透射光譜。
圖38是對本發(fā)明的藍(lán)色通過濾光器對s和p-偏振光取自垂直入射和60度時的透射光譜。
圖39是對本發(fā)明的綠色通過濾光器取自垂直入射和60度時的透射光譜。
圖40是本發(fā)明的透明到青色(clear_to_cyan)偏振器取自垂直入射和60度時的透射光譜。
圖41是本發(fā)明的青色到藍(lán)色的偏振器取自垂直入射和60度時的透射光譜。
圖42是本發(fā)明的深紅到黃色的偏振器取自垂直入射和60度時的透射光譜。
圖43是本發(fā)明的PET／Ecdel膜對平行于拉伸的和不拉伸的方向的偏振光的透射光譜。
圖44是本發(fā)明的PET／Ecdel膜對平行于拉伸的和不拉伸的方向的偏振光的透射光譜圖。
圖45是說明本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜當(dāng)它被疊置到漫散射底時的光學(xué)行為的示意圖。
圖46是說明本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜當(dāng)它被疊置到黑色表面時的光學(xué)行為的示意圖。
圖47是說明本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜當(dāng)它被疊置到鏡面襯底時的光學(xué)行為的示意圖。
圖48是說明彌散的偏振器與一鏡面的顏色轉(zhuǎn)變偏振器和一可選的吸收層相組合的光學(xué)行為的示意圖。
圖49是本發(fā)明的藍(lán)色濾通器，在探測器和膜間放著和沒有放紙的透射光譜圖。
圖50是本發(fā)明的深紅色通過濾光器在探測器和膜間有無紙時的透射光譜。
圖51是本發(fā)明的黃色通過濾光器在探測器和膜有無紙時的透射光譜。
圖52是作為波長的函數(shù)的相對性能指標(biāo)響應(yīng)的曲線圖。
圖53是說明冷鏡反射器／紅外透射器園藝的總裝原理簡圖。
圖54是說明冷鏡鏡面反射器／紅外漫反射器園藝組件的示意圖。
圖55是說明深紅色反射器(聚能器)園藝組件的示意圖。
圖56是說明綠色反射器(遮光物)園藝組件的示意圖。
圖57是說明對本發(fā)明的園藝膜在垂直入射和60度時的透射光譜。
圖58是根據(jù)本發(fā)明制作的狹通帶偏振器安全膜的取自沿橫過坯料方向的幾個點的透射光譜。
圖59是根據(jù)本發(fā)明制作的狹通帶偏振器安全膜的取自沿橫過坯料方向的幾個點的透射光譜。
圖60是根據(jù)本發(fā)明制作的包含三組50層的PET／co-PEN安全膜的計算透射光譜。
圖61是根據(jù)本發(fā)明制作的包含二組50層及一組20層的PET／co-PEN安全膜的計算透射光譜。
圖62是表示在圖17-3中的膜中的不同的層厚的影響的計算透射光譜。
圖63是具有f-比值值為0．18的多層膜的透射光譜(光譜條形碼)。
圖64是一幅具有f-比值值為0．33的多層膜的透射光譜(光譜條形碼)。
圖65是一幅具有f-比值值為0．5的多層膜的透射光譜(光譜條形碼)。
圖66是一幅圖63、64和65的組合曲線圖。
本發(fā)明的詳細(xì)描述A．引言本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜是在光學(xué)上各向異性的多層聚合物膜，它們作為視角的一個函數(shù)改變顏色?？梢栽O(shè)計這些膜在至少一個帶寬上反射一個或兩個光的偏振，制作至少在一個反射帶寬的能顯示出一邊或兩邊陡的帶邊緣緣，由此在銳角給出高度的色飽和。
控制在本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜中光學(xué)堆層的層厚和折射率以反射光的至少一個特定波長的偏振(在一個特定的入射角)而對其它波長則是透明的。通過謹(jǐn)慎地處理這些層厚以及沿著不同的膜軸線的折射率，本發(fā)明的膜可以制成在一個或更多的光譜區(qū)域上具有平面鏡或偏振器的作用。于是，本發(fā)明的膜可以調(diào)到能反射在光譜的紅外區(qū)的兩種偏光振，而在光譜的其它部分則是透明的，由此在用于低-E型主窗設(shè)計(fenestration)中它們是理想的。
除了它們的高反射率外，本發(fā)明的膜還具有兩個特色，這使它們對于某些型式的彩色顯示是理想的。首先，隨著特殊材料的選擇，多層膜的光透射／反射光譜的形態(tài)(例如，帶寬和反射率值)對于p-偏振光，能被做得在入射角的很大的范圍內(nèi)基本保持不變。因為這個特色，具有，例如在650nm處的具有狹透射帶的一個寬帶鏡面膜在垂直入射時將出現(xiàn)深紅色的透射，隨著入射角的相繼提高，然后出現(xiàn)紅、黃、綠和藍(lán)色。這種行為與在分光鏡中通過一狹縫移動一束色散光束相類似。其實，本發(fā)明的膜可以用來制作一架簡單的分光光度計。其次，顏色隨角度的轉(zhuǎn)變一般比通常的各向同性多層膜的大。
當(dāng)入射角變化時，形成各種形狀的反射帶在跨過光譜的移動是膜的顏色變化作為視角的函數(shù)的主要依據(jù)，并能有利地用于創(chuàng)制許多在下面敘述的有趣的物品和效果。透射的和反射的顏色的許多組合是可能的。各種光譜設(shè)計的詳細(xì)資料給出如下。
B．光學(xué)堆層設(shè)計B1．光譜設(shè)計的詳細(xì)資料一般，本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜可以設(shè)計得具有各式各樣的反射光譜特征，來產(chǎn)生各不相同的光學(xué)效果。譬如說，帶邊緣緣銳化可用于使得顏色隨角度有更為引人注目的變化，或這個特征可與具有一個或較多的狹發(fā)射帶的光源結(jié)合起來。換一種做法，可以由增加帶邊緣緣的斜率來獲得，或用同等地不反射沿正交的膜平面的一種給定的偏振態(tài)的光的膜較軟的顏色變化。例如，用不對稱雙軸拉伸的膜就是這種情況。該膜對于E場沿較小的拉伸軸的光比對于E場沿較大的拉伸軸的光有較弱的反射率。在這樣的膜中，透射光和反射光的色純度都會被減小。
如果具有高的平面內(nèi)折射率的材料層，有一厚度軸(Z軸)折射率，它等于低折射率材料的Z-軸折射率，且如果折射率色散可以忽略，則當(dāng)在頻率空間作圖時，也就是說，當(dāng)作為波長倒數(shù)的函數(shù)畫出圖時，透射光譜的形態(tài)對于p-偏振光將不隨角度變化。這個效應(yīng)從p-偏振光入射在單軸雙折射材料之間的交界面處的Fresnel反射系數(shù)的函數(shù)形式和對于雙折射膜的1／4波堆層的f-比值值的函數(shù)形式推導(dǎo)出。假設(shè)光軸x、y和z彼此正交，x和y在膜堆層的平面內(nèi)，而z正交于膜平面。對于雙折射聚合物膜，x和y是一般是膜的正交拉伸方向，z軸則是垂直于膜的平面。對于s-偏振和p-偏振光的Fresnel系數(shù)由方程B1-1和B1-2給出rpp=n2z·n20n1z2-n02Sin2θ0-n1z·n10n2z2-n02Sin2θ0n2z·n20n1z2-n02Sin2θ0+n1z·n10n2z2-n02Sinθ0]]>方程B1-1rss=n102-n02Sin2θ0-n202-n02Sin2θ0n102-n02Sin2θ0+n202-n02Sin2θ0]]>方程B1-2此處n10和n20分別是材料1和2在平面內(nèi)的折射率，而n12和n22是沿垂直于膜平面方向的它們的各自的折射率比θ0是在折射率為n0的周圍介質(zhì)k的入射角。對于rss的方程與對于各向同性材料的是相同的。
對沿著用來制作雙軸雙折射反射偏振器的單軸拉伸膜的正交的拉伸和不拉伸軸，方程B1-1和B1-2也是有效的。對沿著膜平面內(nèi)的光軸(其中這些軸不正交或與膜拉伸方向不一致)的膜，方程B1-1也是有效的。在這些軸之間的方位角處的性能需有更深廣的數(shù)學(xué)描述，但是所需的數(shù)學(xué)模擬技術(shù)在現(xiàn)有技術(shù)是中已知的。
有一種特別有用的光學(xué)堆層，與在平面內(nèi)折射率差異相比，它的兩個Z-折射率是相等或接近相等。如上所述，如果在方程B1-1中使n1z等于n2z，那么，人們可以得到一個值得注意的結(jié)果，就是rpp與入射角無關(guān) 上面的Fresnel反射系數(shù)r方程與層厚無關(guān)，并只預(yù)示界面效應(yīng)。在膜堆層中，多層膜堆層的可達(dá)到的反射大小和帶寬大大地與所有的層厚有關(guān)，因為層的光學(xué)厚度確定了相長干涉所需的相位。典型地，對于最大光功率，使用一個兩元件1／4波的堆層，它對于在半波單元中的每層具有相同的光學(xué)厚度。這個設(shè)計據(jù)說有0．5的f-比值值，其中f=n1d1／(n1d1+n2d2)方程B1-4此處n1和n2是折射率，d1和d2是兩層的物理厚度，并假設(shè)是垂直入射。對膜光學(xué)堆層，0．5的f-比值值提供最大帶寬和反射率。假使堆層在垂直入射時的f-比值值設(shè)計為0．5，在假設(shè)第一種材料具有較高的折射率時則對各向同性材料在斜角度時f-比值值將增加。對于雙折射材料作為入射角的函數(shù)f-比值值可以增加、減少或保持不變，這依賴于兩個材料組分的z-折射率對平面內(nèi)折射率的關(guān)系。要計算雙折射材料在任意入射角的f-比值值，對于p-偏振光可用方程B1-5來計算每種材料的有效相位或體指數(shù)(bulkindex)。 對s-偏振光可用方程B1-6來計算 每種材料的光學(xué)厚度可用它的物理厚度乘以由方程B1-5和B1-6給出的有效相位指數(shù)。只要把合適的有效相位厚度指數(shù)值插入到上述的f-比值值的公式就可以得到對每種偏振在任意入射角下的f-比值值?？梢宰C明，假如材料的Z-折射率是匹配的，那么在所有入射角下的f-比值值可簡單地由f=n10d1／(n10d1+n20d2)方程B1-7給出，它是與入射角無關(guān)的。因此用滿足匹配好的z-折射率關(guān)系的材料的交替層制作的多層干涉濾光器對于p-偏振光呈現(xiàn)出與入射角無關(guān)的光譜特征(諸如反射率和部分帶寬)。在這里描述的許多顏色變換顯示工作中，對于p-偏振光作為角度的函數(shù)的恒定的光譜形態(tài)是重要效應(yīng)，并且可用來產(chǎn)生有色的多層干涉膜，它們在所有的入射角下都具有高的色純度。作為對p-偏振光顯示出恒定反射率光譜的多層膜的一例示于圖18。
例B1-1膜是按照例E1-2制作，但是它的澆鑄輪速度約慢30％。對p-偏振光在垂直入射和在60度時的透射光譜示于圖18。對s-偏振光在垂直入射和在60度時的透射光譜示于圖19。
利用下面給出的對帶邊緣緣和斜率的定義，對這個例子測量了下列的各值，在垂直入射時阻帶靠近600nm處有一個103nm的帶寬(543到646nm)并在這阻帶內(nèi)平均透射率為5．5％。藍(lán)帶邊緣緣的斜率為0．66％每nm，而紅邊的斜率為2．1％每nm。在垂直入射時在700nm處的通帶的帶寬為100nm以及最大透射率為85％。通常，通帶帶邊緣緣的斜率在藍(lán)邊為2．3％每nm，在紅邊為1．9％每nm。注意到整個光譜曲線的形態(tài)在60度入射角時與垂直入射時相比大體上是相同的。圖18和圖19的光譜是用與TD(跨過Web方向)平行的偏振光得到的。雖然1／4波長的厚PET層的折射率不能直接測量，但是，據(jù)認(rèn)為它們將與PET表層的折射率近似地相等。這個例子中的后者的折射率是用由新澤西州Pennington的MetriconCorporation制造的一架MetriconPrism耦合器測得的。對于跨過Web(被拉幅的或TD)方向，下Web(機械或MD)方向(也被稱之為長度取向或LO方向)以及厚度或z軸方向測量了折射率。對PET表層沿TD方向的折射率為nx=1．674；沿MD方向ny=1．646；以及沿z軸指數(shù)nz=1．490。Ecdel的各向同性的指數(shù)約為1．52。PET沿TD和MD方向之間的折射率值的較好的平衡可以通過沿這兩個方向調(diào)節(jié)其相對拉伸比獲得。對s-偏振光在雙折射反射多層膜中的消光帶寬和大小隨入射角而增大，剛好如用普通的各向同性材料制作的膜中那樣。因此，對s-偏振光在較高的入射角時一非常狹窄的透射將會收縮為零帶寬。由于只有當(dāng)s-偏振衰減而p-偏振分量不變時只有強度才會減弱，故這不會大大影響透射光的色純度。對較寬的透射帶，s-和p-偏振在透射上的差異變得不甚重要了。
對s-和p-偏振光光譜的平均將在典型的環(huán)境照明條件下觀察。在各種應(yīng)用中能有利地應(yīng)用s-和p-偏振光的不同的行為。
B2．f-比值可以采用專生產(chǎn)的具有單一反射帶單元分級堆層而設(shè)計的擠出設(shè)備，可以處理本發(fā)明的光學(xué)膜和裝置的f-比值，來生產(chǎn)帶通濾色器或調(diào)到光譜特殊區(qū)域的多個反射帶。例如，可以控制f-比值來生產(chǎn)具有高飽和透射顏色狹的綠通濾色器，而只用了一個簡單的厚度分級堆層。
當(dāng)使一次諧波的本征帶寬(反射潛力)達(dá)到極大時，1／4波的單元(QxQ)抑制兩次反射諧波。通過改變f-比值值到一個特殊的值的范圍獲得一個具有對一次和二次諧波反射帶都有相對比較高的本征帶寬的單元設(shè)計，這與QxQ的設(shè)計點相差甚遠(yuǎn)。這種系統(tǒng)的一個例子是一個雙軸拉伸的PEN／PMMA系統(tǒng)，它的f-比值為FPEN=DPEN×NPENDPEN×NPEN+DPMMA×NPMMA=0.714]]>和FPMMA=DPMMA×NPMMADPEN×NPEN+DPMMA×NPMMA=0.286]]>此處DPMMA=46．7nm，NPMMA為1．49，DPEN=100nm，和NPEN為nx=1．75，ny=1．75和nz=1．50。在垂直入射時將有一個約為8％的一次諧波本征反射帶寬和一個約為5．1％的二次諧波本征帶寬。因此，假使一個聚合物層的多層堆層被設(shè)計為厚度有線性梯度的來制作一寬帶反射器，且一次諧波和兩次諧波都具有強反射帶，則鄰近的一次和二次反射帶也將會形成一個通帶濾光器。假使能調(diào)節(jié)層對的厚度，從而一次帶的短波長帶邊緣緣約為600nm時，則結(jié)果將會形成如圖20所示的在可見光譜中央的通帶。這堆層是被設(shè)計來模擬-224的PEN／PMMA堆層的，它能如例E1-1中所描述的被雙軸拉伸，以對PEN層在633nm能給出nx=1．75，ny=1．75和nz=1．50的折射率。PMMA具有約為1．50的各向同性折射率。從最薄的層對開始，在堆層中每個后續(xù)的層對被設(shè)計成比前面的一對厚0．46％。假如用一個較大的梯度，比如說是0．63％，則一級帶的紅色帶邊緣緣就延伸得更遠(yuǎn)而進(jìn)入紅外，二次峰的紅色帶邊緣緣也會增加，導(dǎo)致示于圖21的一較狹的通帶。
要注意到f-比值值能被稍微變動一下來較好地平衡一次和二次諧波的阻帶的強度。還有，帶邊緣緣銳化技術(shù)可以用來使通帶邊緣緣緣銳化(在這些計算離子中用的是線型分布)。合適的帶邊緣緣銳化技術(shù)在標(biāo)題為“具有銳化帶邊緣緣的光學(xué)膜”的第09-006，085號美國專利申請中描述。因為無跨過坯料倍增誤差出現(xiàn)故對這樣的一種膜設(shè)計的跨過坯料的均勻性顯著地比諸如在例E1-2中的雙色包(two packet)倍增設(shè)計更好，作為跨過坯料在倍增性能方面的變化的一個例子參閱例B7-1以與E1-2作比較。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)具有某種分布的多層膜能生產(chǎn)比以前能得到的有更急劇的光譜躍譜轉(zhuǎn)變。圖1示出了一膜結(jié)構(gòu)的截面圖，它沒有按尺度畫，但在描述這種要求的分布時是有是有幫助的。如圖所示，多層膜120包含有按兩種材料(“A”和“B”材料)交替的序列排列的12層各別層。三種或更多的性質(zhì)不同的光學(xué)材料可以用于其他的實施例中。每對相鄰的“A”和“B”層組成一個ORU，以O(shè)RU1從膜的頂開始，且以O(shè)RU6結(jié)束，這些ORU具有光學(xué)厚度OT1、OT2、…OT6。)這些光學(xué)厚度與標(biāo)出在上面方程1中的項“Dr”是一樣的。在設(shè)計的波長，對最大的一次反射率(在方程1中M=1)，每一ORU相對A或相對于B應(yīng)該有一個50％的f-比值值?？梢钥紤]A層比B層具有較高的X-(平面內(nèi))折射率，這是由于前者顯示出比后者薄。ORU1-3被組合到一個多層堆層S1中，在這個堆層里各個ORU的光學(xué)厚度在負(fù)-Z方向單調(diào)地下降。ORU4-6被組合到另一個多層堆層S2中，在這個堆層里，各個ORU的光學(xué)厚度單調(diào)地上升。這個ORU光學(xué)厚度分布被描繪在圖2中。像這種厚度的分布在生產(chǎn)銳化的光譜轉(zhuǎn)變方面是有幫助的。然而，在進(jìn)行用這種較佳分布的例子之前，先來描繪一個沒有使帶邊緣緣銳化的帶通濾光器的例子。
圖3示出由多達(dá)300層各別層組成的帶通多層膜的設(shè)計，從膜的頂部或前面開始然后朝著膜的底部或背面顯示出了在膜中每個各別層的物理厚度。從膜的頂部或前面開始然后朝膜的底部或背面進(jìn)行。數(shù)據(jù)點122代表具有1．5的在平面內(nèi)的折射率的材料(例如，PMMA)而點124代表具有1．75的平面內(nèi)折射率的材料(例如，PEN)。層編號1和2構(gòu)成“第一個”O(jiān)RU，層3和4則構(gòu)成第2個ORU，依次類推。一個給定的ORU的光學(xué)厚度等于其高和低的指數(shù)的光學(xué)厚度之和。層1到150構(gòu)成第一個多層堆膜S3，而層151到300構(gòu)成第二個多層堆膜S4。這兩個組成堆層都有一個單調(diào)下降的ORU光學(xué)厚度。在這兩個堆層間的在光學(xué)厚度上的不連續(xù)性導(dǎo)致一個簡單的下凹透射帶126，示于圖4。圖4是從圖1的膜并采用Azzan和Bashara在《橢圓對稱和偏振光》中概述的4×4矩陣方法計算得到的，其中假設(shè)了垂直入射光和作為波長的函數(shù)的常數(shù)折射率(無色散)。帶126具有一個約為60％的透射峰，半極大處全寬度128約為50nm，和由130線示出的約為565nm的中心波長。帶126的部分帶寬是稍微低于10％。在超過可見光譜的約75％的范圍中反射中至少是80％。
用提供具有使光譜有直上直下(cut-onandcut-off)轉(zhuǎn)變效果的特殊光學(xué)厚度分布的附加層(ORUs)，可以做出具有小得多的部分帶寬轉(zhuǎn)變的膜。圖5說明了這種膜的設(shè)計，數(shù)據(jù)點122、124代表示于圖3的相同材料，分別具有折射率1．5和1．75，且在多層堆層S3和S4中的150層系列具有如在圖3中的相同的分級線性厚度分布。圖5的膜只是在堆層S3和S4之間加了具有光學(xué)厚度大體上不變的(非分級的)ORU的堆層S5和S6。堆層S5的ORU具有與堆層S3的最小光學(xué)厚度基本上相等的光學(xué)厚度，而堆層S6的ORU，具有與堆層S4的最大光學(xué)厚度基本上相等的光學(xué)厚度。同樣的關(guān)系也適用這些ORU的每個組元。對圖示的堆層所計算的同軸光譜示于圖6，指出了陡得多的透射帶132。帶132的直分帶寬的量級為3％或更小。
產(chǎn)生了另一種多層膜，它的設(shè)計示于圖7，來改善峰透射并出更陡的帶邊緣緣(較狹的透射帶)。這是用了對于數(shù)據(jù)點122、124相同的材料，并把各別層排列到組成多層堆層S7-S10中，如圖所示，其中S8和S9具有相反曲線的厚度分布而相鄰部分的堆層S7和S10具有略微彎曲的厚度分布以分別與堆層S8和S9的曲度匹配，其彎曲的形狀能遵循任何數(shù)目的函數(shù)形式；形式的主要目的是用調(diào)到單個波長的層制止出現(xiàn)在1／4波堆層中的厚度的嚴(yán)格重復(fù)。在這里所采用特殊的函數(shù)是一個線性分布(與用在S7的短波長一邊的和S10的長波長一邊的相同)以及一個三角函數(shù)的加法性函數(shù)，用一個適當(dāng)?shù)呢?fù)的或正的一次導(dǎo)數(shù)來彎曲其分布。一個重要的特性是，ORU的厚度分布的二次導(dǎo)數(shù)對一個反射堆層的紅色(長波長)帶邊緣緣是正的，而對一個反射堆層的藍(lán)色(短波長)帶邊緣緣是負(fù)的。注意，如果牽涉到的是凹口透射帶的帶邊緣緣，那么需要相反的概念。相同原理的另外的實施例包括具有一次導(dǎo)數(shù)有多點是零值的層分布。在這里所有情形，關(guān)于那些通過實際的ORU光學(xué)厚度分布來適配的最佳適配曲線的導(dǎo)致可以包含光學(xué)厚度值的小于10％的小的統(tǒng)計誤差。
圖8示出了在圖7中的膜的計算的同軸透射。帶134的峰值在75％以上，而部分帶寬在數(shù)量級2％或較少。計算了對p-和s-偏振的離軸透射光譜并在圖9中分別以曲線136，138表示。做了對入射角為60％的計算并假設(shè)兩種類型的層在平面外的折射率是匹配在折射率1．5。注意對p-偏振的高的透射峰和小的部分帶寬的保存。也要注意對s-偏振的透射峰已經(jīng)消失。但是，設(shè)置在近紅外區(qū)同軸較寬的透射帶現(xiàn)在對s-和p-偏振都可在圖9中的光譜的紅端看到。
相似的轉(zhuǎn)變銳化技術(shù)可以用于具有較寬透射特性的諸如高通或低通濾光器多層膜。在下面繪出幾個這樣的例子，在某些實施例中，構(gòu)成一個ORU的每層的物理厚度在橫跨膜厚度上以相同步距而變化，例如，根據(jù)相同的線型函數(shù)而變化，而在其余的實施例中，構(gòu)成一個ORU的層的厚度的變化是不同的。在下面的每個例子中高折射率和低折射率層分別具有1．75和1．5的折射率，并且是無色散的。
組成的多層堆層S11用作基線膜設(shè)計。先對單個堆層S11，然后對膜組合S11+S12(對物理厚度分布參見圖10，以及對反射率曲線142參見圖11)；S11+S13(對物理厚度分布參見圖12，以及對反射率曲線144參見圖13)；S11+S14(對物理厚度分布參見圖14，以及對反射率曲線146參見圖15)；和S11+S15(對物理厚度分布參見圖16，以及對反射率曲線148參見圖17)作同軸反射光譜140的計算。正如從圖中所見到的，一個具有相反的厚度梯度的堆層(堆層S12)、一個具有相反的厚度梯度和f-比值值偏離的堆層(堆層S13)、一個具有大體上是零厚度梯度的堆層(堆層S14)、一個僅用ORU的一個組分具有相反的厚度梯度的堆層(堆層S15)附加到堆層S11上，對在光譜轉(zhuǎn)變的銳度具有逐步合乎要求的效果。
采用上面的原理，不需要二組或更多組層較高次諧波就能被利用來產(chǎn)生在光譜的可見區(qū)的多個反射帶。各種諧波的抑制的設(shè)計被用來產(chǎn)生各種光譜間隔和顏色。例如，與在f=0．5的一次峰相比較，一次和高次的相對峰高度可通過f-比值值值調(diào)節(jié)到其他值來調(diào)整。在任意f-比值值時的諧波光功率能用計算對于已知f-比值值和諧波數(shù)的有效折射率差來估計至一個好的近似，可以把它插入公式或?qū)×Q(f=0．5)1／4波堆層的光學(xué)模擬程序只需要對公式作一個調(diào)整當(dāng)計算一給定次(order)的光譜響應(yīng)而堆層(有經(jīng)調(diào)整好的f-比值值)被當(dāng)作具有示于圖22的有效指數(shù)差異Q×Q的堆層來處理，假設(shè)的數(shù)目必須乘以組數(shù)。相對于Q×Q堆層的有效折射率由圖22中的曲線圖所繪出，作為f-比值值的函數(shù)，一次諧波具有一個極大值(Q×Q點)二次諧波具有二個極大值，依次類推，與一次帶寬相比，簡單堆層的高次帶寬和峰值反射率可從這些數(shù)值中估計。由于計算n次高次峰值反射率需要n倍的層數(shù)的假設(shè)，用每個高次曲線乘以它的次數(shù)重畫圖22中是有用的。這個圖示于圖23。一些重要的f-比值值可從這些圖中得到。
例如，所有的偶次在f=0．5時都有零反射功率，而所有的奇次在f=0．5時都有極大值。第三次在f=0．167和0．833有極大值，而第四次在f=0．125和0．875時有極小值。第三次在f=0．33和0．66時反射功率為0，而第四次在f=0．25和0．75時是零。在后面的一對f-比值值中，第二次有極大值。在f=0．2和0．8時，第一和第四次有相等的峰值高度。第二次和第三次亦是如此。還有，在f=0．4和0．6第一和第四次有相等的峰值高度，第二次和第三次亦是如此。未畫出的第五次曲線在f=0．2、0．4、0．6和0．8時有極小值，而在f=0．1、0．3、0．5、0．7和0．9時有極大值。對一個給定的膜設(shè)計，較佳的f=比值將依賴于應(yīng)用和所選擇的希望要抑制或加強的高次峰。
除堆層設(shè)計之外，材料選擇可以有利地被用來調(diào)節(jié)高次諧波帶寬，而不會被鎖入在兩個反射帶寬間的特殊間隔中。一個給定的材料層對的Q×Q堆層的本征反射寬度近似地等于它們的交界面的Fresnel反射系數(shù)，它在垂直入射時僅與平面內(nèi)折射率差值有關(guān)。
材料選擇還能用來生產(chǎn)顯示反射率作為角度的一個函數(shù)而下降的膜和其它光學(xué)體。尤其是可以使用各向同性和雙折射層的某些組合，其中各向同性層的光譜貢獻(xiàn)降低了傾斜的角度。這些設(shè)計在下面討論。
除了在下面描述的各向同性／雙折射堆層組合外，其他堆層設(shè)計也可用來生產(chǎn)能在反射中顯示關(guān)于入射角的顏色轉(zhuǎn)變的膜或另一種光學(xué)體，它不同于通常在已知光譜中單調(diào)經(jīng)移向短波長制作的那些。例如，一種三材料的組合可以用來抑制p-偏振光在一個角度但不在另一個角度的高次諧波。用兩層設(shè)計能夠?qū)τ趕-偏振光獲得類似的效果。
若要想獲得顯示特別純顏色的膜和光學(xué)體(諸如，例如，一狹帶反射器)，大的或小的f-比值值能用來限制本征帶寬，于是需要附加層來獲得用一個Q×Q的堆層可以得到的相同的反射率。(按定義Q×Q堆層有0．5的f-比值值)相似地，要制作一具有陡的帶邊緣緣的寬帶反射器可用大的或小的f-比值值，而用大量的具有合適的厚度梯度的層(例如，1000或更多)和／或顯示大的折射率失配的材料能使反射包絡(luò)填滿。換句話說較小的平面內(nèi)折射率差值限制本征帶寬而層數(shù)的增加補償亮度損失。
在上面設(shè)計中一個特殊應(yīng)用中，可以制作一個紫外線反射膜，它在任意角度在光譜的可見光區(qū)域中幾乎沒有或沒有反射，但在靠近400nm的紫外區(qū)，在一個大的角度范圍它保留著一個寬廣的反射帶。這是把層安排成二個膜堆層或包中(一個紫外和一個紅外堆層)中，這個紫外包在紫外區(qū)是一次的，而這個紅外包設(shè)計得能在光譜的紫外區(qū)顯示出一個高次的反射峰，在傾斜角時它在反射率上顯示出有一個極大值。當(dāng)入射角偏離垂直而改變時，則一次紫外峰向較短的波長移動，從紅外包來的未抑制的高次峰移入了紫外。
在其他的應(yīng)用中，本發(fā)明的膜和光學(xué)器件可以加入一種或多種染料以使膜的反射帶與染料的吸收帶至少在一個入射角時相符合。由于染料的吸收帶(或幾個吸收帶)不像膜的反射帶那樣，一般不會隨入射角移動，于是這膜將在反射帶與吸收帶符合的角度上顯出一種顏色，但在二者分離后，在其他角度上顯示出一種或幾種不同的顏色。相反可以把吸收帶作成在光學(xué)堆層中在一給定的入射角下與某個透射帶相一致。這樣，可以例如在垂直入射時這膜呈黑色，但在傾斜角度時通帶將移到不會被染料光譜所覆蓋較短的波長，于是這膜將成為有顏色的。Copper Pthalocyanine顏料在可見光具有頗陡的光譜特征，因此特別適合于此實施例。
在本發(fā)明的其它實施例中，可以把本發(fā)明的膜和光學(xué)器件與一個或更多的削角玻璃棱鏡組合起來。在一特殊的實施例中，一削角玻璃棱鏡條與一膜組合起來以能在除了光譜角以外的角度上觀看到有色的鏡面膜。把可從明尼蘇達(dá)州St．Paul的3M公司買到的貿(mào)易牌號為諸如(OptieaLightingFilm)的微棱鏡材料放置得與多層膜相鄰或光耦合到多層膜。這成層的膜在不同的角度透射不同的顏色，而且由于棱鏡改變光的方向，所以這兩個可以組合起來使得人們可以在一給定的角度處看到一種顏色，而如果棱鏡不把光重新引向觀察者，那么一般看不到它。另外，假如棱鏡與膜在光學(xué)上耦合起來，它可改變把光透射進(jìn)膜的角度，因此，改變了在該點上的顏色。這膜顯示出一個三維效應(yīng)，其中，在非光譜角度上能看到有色的平面鏡它也在用棱鏡和不用棱鏡的區(qū)域間產(chǎn)生一個顏色的變化。
在還有一種實施例中，一個具有尖頂?shù)墓庾V分布的膜或光學(xué)體用作第一元件，與由一寬帶的有色鏡面膜構(gòu)成的第二元件組合，第一元件具有轉(zhuǎn)變一個用來照明這膜的寬帶光源為尖頂光源的效果，因此在有色的鏡面膜中產(chǎn)生更鮮明的顏色。為產(chǎn)生對角度異常靈敏的顏色變換已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用尖頂光源照明干涉膜以產(chǎn)生的顏色改變。
在本發(fā)明的各種實施例中，可以用暈光顏色的消除給予最后得到的裝置裝飾的效果。例如，按照本發(fā)明制成的兩片膜可以這樣來放置，使得膜在某幾個點相平行，但在其它的點卻不平行，或者按照本發(fā)明制成有色鏡面膜可以與一寬帶鏡面膜組合。如果膜有互補色，或膜中的一片是寬帶鏡面膜而另一片是有色的鏡面膜，則最后得到的組合將改變或抵消在頂層膜的某幾個地方的顏色，但在其它地方不改變或抵消。
B3．組合的各向同性／雙折射膜堆層某些光學(xué)堆層的設(shè)計可以用于生產(chǎn)與入射角有關(guān)的顏色轉(zhuǎn)變，它不同于那些由一已知光譜的隨角度朝較短波長單調(diào)移動所產(chǎn)生的顏色轉(zhuǎn)變。尤其，本發(fā)明的多層堆層能與現(xiàn)有技術(shù)的多層堆層相結(jié)合以產(chǎn)生一些非同尋常的角度效應(yīng)。譬如說，可對本發(fā)明的在垂直入射時有一個或幾個中心在給定波長處的透射射的雙折射有色膜，用一個在垂直入射時在那些給定的波長處各向同性層的堆層未覆蓋，共擠出或?qū)盈B。于是，所組合的物件在垂直入射時看上去象鍍了的鏡子。但是，在傾斜的角度時，各向同性膜將漏過p-偏振光，允許雙折射膜的透射峰在可見光范圍，在高入射角度時變?yōu)橛猩R面。這假設(shè)了雙折射堆層的反射帶寬延伸足夠遠(yuǎn)進(jìn)入紅外，以在斜角時阻止所有的紅光。對在或者靠近一個高角時具有Brewster角的各向同性的膜堆層將會出現(xiàn)這個最大的效應(yīng)。也可以設(shè)計雙折射堆在斜角的透射紅光。
上面的設(shè)計技術(shù)的一個變化包括具有多于一個光譜通帶的雙折射堆層，其中，并不是所有的通帶都被各向同性的反射堆層所阻斷。這個制品在垂直入射時不會有銀色，而從垂直到斜角時將從一種顏色變到另一種顏色。
相反地，可選擇使一些具有z-折射率失配的材料。其中，具有較高的平面內(nèi)折射的材料，它的z-折射率是最低的。這樣的一種組合是PEN／PETG。假如在高于120℃拉伸PETG，它有一個約為1．57的各向同性折射率，假如在按例E1-1中描述的拉伸PEN有nx≌1．75，ny≌1．75和nz≌1．50。這些層在斜角時對兩種偏振光都將顯示出增加的反射率，所以，如果單獨用或與z-折射率匹配層結(jié)合，可以把最后得到的膜設(shè)計成在垂直入射時顯示有色的，而在斜角時時顯示出銀色。具有高于1．55指數(shù)的，其它的共聚多酯和聚碳酸酯是用于與PEN結(jié)合起來以獲得這個效應(yīng)的合適材料。雖然上面的例子涉及制作至少對一個視角是無色的組合膜，但是可以用這些相同的設(shè)計技術(shù)以得出不尋常的顏色轉(zhuǎn)變(裝飾，保密等想要的)B4．藍(lán)色轉(zhuǎn)變可以制作按照本發(fā)明制作的某些膜，諸如那些在單元里包含單軸負(fù)的雙折射層的那些，用來顯示藍(lán)色轉(zhuǎn)變(就是說，當(dāng)入射角變化時，光譜峰向光譜的蘭端的移動)，它顯著地大于用通常的顏色轉(zhuǎn)變膜所觀察到的。此外，由于對一給定的(非垂直的)入射角，對于p-偏振光藍(lán)色轉(zhuǎn)變的量將會比用通常膜所觀察到的要大，相對于入射角的顏色轉(zhuǎn)變的差值對本發(fā)明的膜將會比常規(guī)膜的差值大。后面的這個特性使得在本發(fā)明的膜中作出的顏色轉(zhuǎn)變有更值得注意的效果，這又使得它們更適于顏色轉(zhuǎn)變顯示。
在任何膜堆層中，隨入射角的藍(lán)色轉(zhuǎn)變的量對各別層可從基本波長調(diào)諧公式推得L／4=ndcosθ公式B4-1此處L是對給定層調(diào)諧的波長，θ是在那層中從垂直外測到的入射角n是材料層的通過該層的偏振光沿給定的方向的有效折射率。以及d是層的物理厚度。在各向同性的膜堆層中，只有cosθ的值隨θ增加而減小。但是，在本發(fā)明的單軸負(fù)雙折射膜中，cosθ對于p-偏振光都是隨θ增加而減小的。當(dāng)一個單元包括一層或多層單軸負(fù)雙折射材料或雙軸雙折射層例如，由PEN或PET組成，其中，p-偏振光檢測到一個z-折射率而不是只是折射率的較高的平面內(nèi)的值，結(jié)果在較高入射角得到一個下降了的有效造成折射指數(shù)。相應(yīng)的，在單元中由負(fù)雙折射層造成的有效的低z-折射率造成了一個二次藍(lán)色轉(zhuǎn)變附加到出現(xiàn)在各向同性薄堆層的藍(lán)色轉(zhuǎn)變上。與完全由各向同性材料構(gòu)成的膜堆層相比，混合效應(yīng)導(dǎo)致光譜的較大的藍(lán)色轉(zhuǎn)變。藍(lán)色轉(zhuǎn)變的值將由單元中的所有材料層對入射角在L中的厚度加權(quán)平均改變。因此，藍(lán)色轉(zhuǎn)變能靠調(diào)節(jié)在單元中雙折射層對各向同性層的相對厚度來加強或減弱。這將導(dǎo)致在產(chǎn)品設(shè)計中必須首先考慮的f-比值值平面鏡中最大藍(lán)色轉(zhuǎn)稱是在堆的所有層中采用負(fù)單軸雙折射材料而達(dá)到的。
另一方面，每當(dāng)在膜中交替的薄層材料之一的z-折射率比它的平面內(nèi)折射率要高出很多，而另一材料具有低的雙折射性時，對p-偏振光其消光帶隨著角度的變化就比s-偏振光在同樣帶中以較低的速率移向藍(lán)色，因此，最小的藍(lán)色轉(zhuǎn)變通過在光學(xué)堆層中只采用單軸正雙折射材料就可達(dá)到。
對于偏振器，用雙軸雙折射材料，但是對于入射光沿著雙折射膜振器的主軸這一的簡單例子時，其分析對于單軸和雙軸雙折射膜都一樣。對偏振器的兩個主軸之間的方向，這效應(yīng)依然可以觀察到，但分析更為復(fù)雜。但是，一般來說，對于在兩個主軸間的方位角入射的光，透射光譜的藍(lán)色轉(zhuǎn)變將有一個值，它介于入射光沿著膜的兩根光軸中的一根得到的藍(lán)色轉(zhuǎn)變值。對大多數(shù)已取向的聚合物膜，光軸與膜的拉伸軸一致或與它垂直。
對于用PEN制成的沿著膜的兩個主軸以高拉伸比的鏡面膜，采用類似于下面給出的例子中的條件，PEN層的平面／z-軸折率差值約為0．25(1．75-1．50)。這個折射率差別小于基于PET的膜(就是說，約1．66-1．50)。對于基于PEN的偏振器，使光如此入射，其偏振面沿著消光軸，這效應(yīng)甚至更為顯著。因為PEN平面內(nèi)折射率的差值與PEN的z-軸折射率相比能大得多(就是是，約1．85-1．50)，所以導(dǎo)致對于p-偏振光要比在雙軸拉伸的多層膜堆層中觀察到的有更大的藍(lán)色轉(zhuǎn)變。
假如在堆層中只用單軸正雙折射材料，或者它連同各向同性材料，則與各向同性光學(xué)膜相比藍(lán)色轉(zhuǎn)變將被減弱。假如對p-偏振光在所有的入射角希望要有高的反射率，則兩種材料的z-折射率的差值。必須基本上小于平面內(nèi)折射率差值，將用一個單軸正雙折射材料為例，諸如雙軸取向的反式立構(gòu)聚苯乙烯，它具有約為1．63的z-折射率和約為1．57的平面內(nèi)折射率。其它的材料可能是具有約為1．63指數(shù)的各向同性的coPEN。
B5．包飽和正如前面指出的，特別是在與現(xiàn)有技術(shù)的各向同性的多層膜相比，本發(fā)明的雙折射顏色轉(zhuǎn)變膜顯示出改良的色飽和。當(dāng)通過膜的視角從垂直角度到斜角(例如，掠射角)增加時，具有各向同性折射率的多層顏色轉(zhuǎn)變膜在它們的色純度上退化(對透射和反射均是如此)。這部分是由于當(dāng)通過膜的傳播角增加時部分無規(guī)則偏振光(即p-偏振光)的反射的效率較差的這個事實。因此，當(dāng)反射帶在角偏離垂直而移向較短波長時，反射帶也為弱了，讓不需要的光譜成分損害了全部透射光譜。當(dāng)膜通過粘接的棱鏡埋于玻璃或具有折射率顯著地高于1，0的其它媒質(zhì)時，問題就特別嚴(yán)重。
另一方面，本發(fā)明的多層雙折射顏色轉(zhuǎn)變膜可以隨著視角的增加維持它們的色飽和，只要光學(xué)層沿著z-軸(垂直于膜平面的軸)的折射率適當(dāng)匹配。對各向同性多層膜和雙折射多層膜的隨視角的增加而改變顏色和色飽和的情況的計算例子示于下面。當(dāng)帶寬狹成尖頂時色純度會增加。但是，從聚合物多層堆層反射的光的色純度可以被空氣／聚合物表層交界面的寬帶反射減弱。在這種情況下希望在聚合物膜上提供消反射覆蓋層示。
例B1-1和B5-2把由具有平面內(nèi)折射率Na=1．75和Nb=1．50的材料A和B的交替層構(gòu)成的，并被設(shè)計成在垂直角時提供飽和“藍(lán)色”透射光譜(若用均勻的白照明源)的80層光學(xué)堆層的透射顏色它作為從0度到80度角的函數(shù)進(jìn)行了計算。利用CIEx-y色品坐標(biāo)和La*b色空間計算了透射顏色，對每個顏色體系，當(dāng)色坐標(biāo)值從照明源的顏色值(對La*b為(0，0)和對x-y系統(tǒng)(0．333，0．333))移開時，色飽和增加。
對每個色坐標(biāo)系統(tǒng)，對一個多層系統(tǒng)作了顏色值對于視角的比較，該系統(tǒng)的沿z-軸折射率為nza=1.75,nzb=1.50]]>(例B5-1，各向同性，z-折射率失配情況)和nza=1.50,nzb=1.50]]>(例B5-2，z-折射率匹配，雙折射情況)?？梢宰鞒鼋朴诤笠环N情況的PEN／PMMA堆層。其結(jié)果示于圖24和25。如在這些圖中看到的，例B5-2的雙折射、z-折射率匹配系統(tǒng)具有高度飽和的高角顏色值而例B5-1的各向同性系統(tǒng)，隨著視角的增加具有劇烈下降的色飽和。
B6．光譜定義雖然本發(fā)明頻繁f在這里描述關(guān)于光譜的可見區(qū)，但是本發(fā)明的各種實施例通過各種參數(shù)(例如，光學(xué)層的光學(xué)厚度和材料的選擇)的合適的調(diào)節(jié)就能用來在電磁輻射的不同的波長(因而頻率)下運作。
當(dāng)然，對大多數(shù)感興趣的材料而言，波長改變的一個重要的效應(yīng)是折射率和吸收系數(shù)的改變。但是，折射率匹配和失配的原理對仍舊應(yīng)用于每個感興趣的波長，并且可以用來為一個將在光譜的一個特定區(qū)域上運作的光學(xué)器件選擇材料。因此，例如，適當(dāng)?shù)陌幢壤s和尺寸將可在光譜的紅外、遠(yuǎn)紫外和紫外區(qū)域中運作。在這些情形中，關(guān)于在這些工作波長下折射率以及光學(xué)層的光學(xué)厚度也隨波長而近似地按比例放縮。甚至更多的電磁譜可被利用，包括甚高頻，超高頻、微波和毫米波頻率。隨適當(dāng)?shù)膶ΣㄩL的按比例放縮將顯出偏振化效應(yīng)，且折射率能從由介質(zhì)函數(shù)(包括和虛部)的平方根獲得。在這些較長的波長帶中，有用的產(chǎn)品可以是鏡面反射偏振器和部分起偏振器。
反射帶通常被定義由低反射的波長區(qū)域限制于兩邊的一個反射光譜帶。在許多用介質(zhì)堆層的應(yīng)用中，吸收一般是低到足以忽略的地步，而定義是用透射來給出的。在那些術(shù)語里，反射帶(或阻帶)通常被定義為由高透射區(qū)限制于兩邊的一個低透射區(qū)。
在一個較佳實施例中，對p-偏振光的單個反射帶(或阻帶)在任何兩個相繼的波長(其透射大于50％)之間有的連續(xù)光譜，并包括這些相繼的波長作為端點，而從一個端點到另一個的平均透射小于20％。這種較佳的反射帶(或阻帶)對非偏振光和垂直入射光是同樣的方法來描述的。但是，對于s-偏振光在前面的描述中的透射值是用一種方法來計算的，它不包括被與堆層或堆層的表層或覆蓋層的空氣交界面反射的這部分光。對這些較佳的實施例，帶寬被定義為在帶內(nèi)的兩個波長間的距離，用nm作單元，這兩個波長的每一個都與50％的透射上最靠近在帶寬中，其透射為10％。在通常使用的術(shù)語中，帶寬是由10％透射點所定義的。相應(yīng)的藍(lán)色和紅色(就是說，短波長和長波長)的帶邊緣緣于是就取上面定義的10％透射點處的波長。較佳的阻帶的透射取在10％透射點之間的平均透射。
在前面段落中描述的阻帶的帶邊緣緣斜率取自50％和10％的透射／波長點，并用每nm的百分透射為單位給出。假使反射帶不具有足夠高的反射率來滿足較佳實施例的帶寬和帶邊緣緣斜率的定義，那么帶寬就表示為反射率半極大全寬度。
通帶通常被定義為被相對低的透射光譜區(qū)所限制的光譜透射帶。對于多層顏色轉(zhuǎn)變膜，通帶被反射阻帶所限。通帶的寬度是在半極大值處的全寬度(FWHM)值，帶邊緣緣斜率是從一個已知的最靠近峰值透射點的帶邊緣緣上的兩點計算得到的，它們的透射值是峰值透射值的50％和10％。
在一個較佳實施例中，通帶有一透射帶，它在透射峰的兩邊都低透射區(qū)，透射極小值的低透射區(qū)為峰值透射點的透射值的10％或更小。例如，在這個較佳實施例中，一個具有50％透射極大值的通帶將會被具有5％或更低的透射極小值的反射帶限制在兩邊。更為可取的是，通帶的兩邊透射極小值小于通帶的峰值透射值的5％。
對通帶，其帶邊緣緣斜率大于每nm約0．5％較佳，其帶邊緣緣斜率大于每nm1％是更佳而其斜率大于約每nm2％時則最佳。
B7．非極化濾色器關(guān)于s-偏振光，在這里描述過的雙折射膜堆層的帶寬和反射率都與通常的各向同性材料以同樣的形式隨入射角而增加。假如，選擇適當(dāng)折射率的材料，對p-偏振光能產(chǎn)生相同的效應(yīng)。在那個例子中，可以作出s-和p-偏振光的光譜以相似地或甚至相同地表現(xiàn)為一個入射角的函數(shù)。對這題目的詳細(xì)討論，參閱第5，808，798號美國專利，在那里描述的多層膜有一個相當(dāng)大的z-折射率失配，符號與平面內(nèi)折射率失配相反。在那里的現(xiàn)象與濾光器帶寬和反射率無關(guān)。雖然可以買到材料以得到這一效應(yīng)，但是能提供良好的層間粘合的相容材料的選擇是有限的，且在材料的選擇上，人們通常必須犧牲平面內(nèi)折射率差值的大小，以獲得所需的z-折射率差值。
我們又接著發(fā)現(xiàn)，具有相對小的z-折射率失配的雙折射多層堆層可以在某些特殊情形中起著非偏振濾色器的作用。在這些例子中，簡單的分級的Q×Q堆層的反射帶的帶邊緣緣之一(短波長邊或長波邊)將被非偏振化，但不是兩邊。某些濾色器，諸如，例如，藍(lán)色或青藍(lán)色透射濾光器能有它們的進(jìn)入到光譜的紅外部分足夠遠(yuǎn)的紅色帶邊緣緣，在那里的偏振效應(yīng)對所要的應(yīng)用是無關(guān)緊要的。假使利用計算機最優(yōu)化來調(diào)節(jié)厚度值，那么在兩種或更多種材料的交界面處具有的近似的z-折射率匹配的膜堆層的一個或兩個帶邊緣緣可被做到非偏振化達(dá)到達(dá)優(yōu)于各向同性膜堆層的程度。下面給出雙折射堆層的兩個例子，它們顯示出在它們的藍(lán)色帶邊緣緣處的基本上的非偏振化效應(yīng)，并有簡單的層厚度分布。這些膜堆層對非偏振化顏色分束器要有現(xiàn)有技術(shù)能提供重要的改良。它的一個例子由L．Songer給出，見《PhotonicSpectra》，1994年11月第88頁。Songer的五層ABCBA光學(xué)重復(fù)單元堆層被設(shè)計來在37．5度處在BK-7玻璃中工作，它的折射率約為1．52。
例B7-1一個417層共擠出的PET／Ecdel膜對s-和p-偏振光的透射光譜示于圖26。兩個光譜都取自在空氣中的60度入射角，它等價于在折射率為1．52的玻璃中(諸如例如，BK-7玻璃)的約35度角。這個多層膜按在例E1-2中所描述的來制作的。正如在那個例子中所描述的，用來制作這個多層樣品的過程利用了不對稱二倍倍增器。它使在加料裝置中生產(chǎn)的層數(shù)加倍。把倍增器設(shè)計得使兩組層調(diào)節(jié)到反射分開的波長帶，它們的中心在被倍增比所分開的波長處。但是，倍增器并不在跨越熔融流所有的點產(chǎn)生嚴(yán)格相同的倍增比。尤其，在膜的一個或兩個邊緣附近在比率上常常會有一個可觀的變化。為了方便，這個例子的樣品取自在例E1-2中描繪的膜的一個邊緣附近。B1-7跨過坯料的位置約離得到例E1-2的光譜的跨過坯料位置的半米處。在例B1-7的在膜上的跨過坯料的位置處，倍增比大為降低，兩個反射帶大體上已匯合成單個較寬的反射寬。在圖26中，注意到對靠近525nm的s-和p-偏振光這單個帶的帶邊緣緣被重合到約在10nm之內(nèi)，而靠近800nm處紅帶邊緣緣處卻被分開約40nm。對s-偏振光在低于500nm和高于700nm的透射值主要決定于膜的聚合物／空氣的界面，并能用消反射覆蓋層改善，或埋入一高折射率介質(zhì)諸如粘合于兩個玻璃棱鏡之間。對于p-偏振光(500nm到710nm)，阻帶的平均透射約為6％，在本例中，所有的帶邊緣緣的斜率約為每nm2．5％。
對于p-偏振光，例B7-1的反射帶有幾個顯著的光譜泄漏，從500nm到710nm的平均透射為6％，本例子只供說明這個光學(xué)堆層的非偏振化帶邊緣緣。熟悉本領(lǐng)域的人可以容易地生產(chǎn)由PET和Ecdel構(gòu)成的寬反射帶濾光器，它在整個阻帶的帶寬上能透射平均小于5％或甚至小于2％。圖26的光譜是使用偏振平行于TD方向(在本例中，也稱之為x方向)的光得到的。測到的PET表層的折射率是nx=1．666，ny=1．647，nz=1．490。低折射率材料是Ecdel，而Ecdel的折射率約為1．52。
例B7-2具有非偏振化藍(lán)色帶邊緣緣的雙折射堆層的第二個例子見之于例1-1，它是一個PEN和PMMA的多層堆層。注意在圖38中，對s-和p-偏振光的透射譜的帶邊緣緣緣大體上在近410nm處重合在一起，而靠近600nm的紅帶邊緣緣則差不多被分開40nm。在本例中，PEN的z-折射率是相當(dāng)好地與PMMA的折射率匹配，兩者在700nm時都約為1．49。PEN具有比PMM較高的色散，靠400nm的nzPEN≌1．53，而nPMMA≌1．51。在阻帶之內(nèi)，對p-偏振光的平均透射是1．23％。在60度時，紅色帶邊緣緣斜率約為每nm4．2％；而藍(lán)色帶邊緣緣斜率約為每nm2．2％。在垂直入射時紅色帶邊緣緣斜率約為每nm5．5％。
用具有z-折射率匹配條件的雙折射堆層來獲得非偏振的效果，這光學(xué)堆層還必保證高反射，致使不希望有的波長的p-偏振光只有幾個百分點或更少能被透射。當(dāng)s-偏振將比p-偏振更強烈地反射時，這是必需的，由于對兩種偏振Fresnel反射系數(shù)在高的入射角時將會有很大的不同。在非偏振濾色器的反射帶之內(nèi)，在標(biāo)稱的設(shè)計角下的平均透射小于10％較佳，小于5％小于5％，小于2％最佳。對好的顏色重現(xiàn)，最好帶邊緣緣顯示出高的斜率。陡的帶邊緣緣在獲得飽和的高純度顏色也是所希望得到的。斜率至少是每nm約1％較佳。大于每nm2％更佳，每nm約為4％則最佳。要獲得隨的帶邊緣緣，可以利用計算機最優(yōu)化得厚度分布，或把頻帶銳化厚度分布應(yīng)用到厚度分布設(shè)計。
不想被理論所束縛，在上面給出的兩個例子中藍(lán)色帶邊緣緣的重合認(rèn)為是歸因于s-和p-偏振光的不同的帶寬的結(jié)合以及對那些偏振的隨光譜角度的有不同的光譜移動速率。對s-偏振光，當(dāng)入射角從零增加時，部分帶寬增加。對p-偏振光部分帶寬并不隨角度變化，因為使z-折射率匹配對每個界面角產(chǎn)生一個與角度無關(guān)的Fresnel反射系數(shù)，但是，正如上面所描述的，整個帶要比s-偏振對相同頻帶稍快地移向藍(lán)色。這兩個效應(yīng)在頻帶蘭的邊處幾乎抵消，產(chǎn)生的結(jié)果是，藍(lán)色帶邊緣緣緣保持在所有入射角下接近相符。在紅色一邊，這兩個效應(yīng)相加，使得帶邊緣緣緣對s-和p-偏振光分開。最后得到的紅色帶邊緣緣變成兩張圖的平均，導(dǎo)致在本例中對非偏振光在紅色一邊有略低的色純度。
換句話說，當(dāng)在膜中交替的膜材料之一的z-折射率比它的平面內(nèi)折射率高很多時，而另一材料有低的雙折射，則對p-偏振光的消光帶隨著角度的變化要比s-偏振光對相同的頻帶以略為低的速率移向藍(lán)色。這樣的一種膜堆層非偏振光可以用于在一個消光帶的紅色一邊保持一個陡的帶邊緣緣，諸如，例如，非偏振黃色和紅色透射濾光器?？捎脤Σ牧蟜-比值值的調(diào)節(jié)或調(diào)節(jié)z折射率的失配來精細(xì)地調(diào)節(jié)s-和p-偏振光的藍(lán)色或紅色帶邊緣緣的對準(zhǔn)。
膜堆層的f-比值值能被調(diào)節(jié)來幫助對準(zhǔn)本發(fā)明的折射帶的s-和p-偏振的帶邊緣緣。在1000nm對PENPMMA1／4波堆層(n1x=1．75，n1z=1．50，n2x=1．50，n2z=1．50)假設(shè)下面的詳細(xì)資料是，在垂直入射時對0．5的f-比值值具有層厚度為d1=142．86nm和d2=166．67nm，可以算出帶邊緣緣作為入射角位置的一個函數(shù)。在垂直入射時高和低帶邊緣緣在953nm和1052nm。p-偏振光的帶邊緣緣位移比s-偏振的要大，特別對高的帶邊緣緣是如此。p-偏振光的頻帶從99nm變狹到73nm而s-偏振光的頻帶卻擴寬到124nm。在中間角度估算這個結(jié)果，就產(chǎn)生了圖27中的資料。
這圖示出了對p-偏振反射帶的一個減小的寬度，但如果帶邊緣緣值用波長的倒數(shù)來作圖，則p-偏振帶的帶寬會保持不變。也注意到，當(dāng)在低波長一邊的帶邊緣緣對s-和p-偏振光并不嚴(yán)格地匹配，在60度下，在空氣中，差值僅約10nm，這對許多非偏振的濾色器的應(yīng)用是足夠的。p-偏振光帶邊緣緣要比s-偏振光的相應(yīng)的帶邊緣緣的確更遠(yuǎn)地移向藍(lán)色。這與各向同性1／4波堆層的行為相差甚大。
利用n1x=1．75和n1z=1．75以及n2x=1．50和n2z=1．50，也對一個各向同性的堆層作計算。對萬0．5的f-比值值，其層厚度為d1=142．86nm和d2=166．67nm的結(jié)果示圖28。高和低的帶邊緣緣在垂直入射時是在953nm和1052nm，與各向異性材料的一樣。p-偏振光的帶邊緣緣隨角度明顯地變狹，而s-偏振光的帶邊緣緣則與各向異性一樣。p-偏振光的帶從99nm變狹到29nm而s-偏振光的頻帶則擴寬到124nm。各向同性帶的中心對s-和p-偏振光是相同的，而對各向異性材料，p-偏振光帶的中心比s-偏振光帶的中心降低得更多。在60度，在空氣中，s-偏振光和p-偏振光的帶邊緣緣間隔大于30nm。當(dāng)各向同性材料的折射率差值增加時，s-偏振光和p-偏振光的帶邊緣緣間隔也增加。50nm的間隔是典型的。例如，參見L．Songer，《Phogonics Spectoa》，1994年11月，第88頁。
與s-偏振光的位移相比，p-偏振光帶邊緣緣的相對位移大體是受到在堆層中雙折射材料的數(shù)量還有它們的絕對雙折射值的影響。例如，增加PEN／PMMA堆層的f-比值值將會增加具有平面內(nèi)1．75的折射率材料的相對數(shù)量，還會在s-偏振光的反射帶中引起一個小的藍(lán)色位移。對于一個0．75的f-比值值，且用n1x=1．75和n1z=1．50以及n2x=1．50和n2z=1．50，且層厚度為d1=214．29nm和d2=83．33nm，其高和低的帶邊緣緣在垂直入射時是在967nm和1037nm處。正如在圖29示出的，這個頻帶不像Q×Q堆層的那樣寬。還有，對s-偏振光，帶邊緣緣隨角度的位移要比p-偏振光的帶邊緣緣的位移小。p-偏振光的帶從70nm變狹到52nm，而s-偏振光的頻帶擴寬到86nm。雖然，這個堆層設(shè)計不能提供非偏振的濾光器，它將會引起一個比Q×Q(f=0．5)堆層較大的隨角度的顏色轉(zhuǎn)變。
對一個相同材料的堆層在相反方向推動f-比值值將使把p-偏振光譜的藍(lán)色帶邊緣緣與s-偏振光譜對準(zhǔn)。在一個約為0．25的f-比值值下，這兩個是幾乎重合的。對一個0．25的f-比值值，厚度為d1=71．43nm和d2=250．00nm。高和低的帶邊緣緣在垂直入射時是在967nm和1037nm，對f-比值值=0．75也同樣。因為具有1．50的z-折射率的材料量不變，所以p-偏振光帶邊緣緣位移對f=0．75是相同的，但s-偏振帶位移較大。對這個堆層，低波長帶邊緣緣位移對s-偏振光和p-偏振光都是相同的。p-偏振光頻帶從70nm變狹到52nm，而s-偏振光頻帶則擴寬到91nm，其結(jié)果示于圖30。
用f-值的大的縮減來提供s-偏振光和p-偏振光的帶邊緣緣匹配具有降低堆層的總反射功率的缺點，說明于圖22。能在所有的入射角提供s和p藍(lán)色帶邊緣緣的匹配的另一個方法是在z折射率方面引進(jìn)失配。如果假設(shè)具有1．66的平面內(nèi)折射率和一個1．50的z-折射率的PET在一交替的堆層中，第二種材料具有1．45的各向同性折射率，我們從圖31中看到s和p的低波長帶邊緣緣在所有的入射角下大體上是重合的。即使z-折射率是不匹配(Dz=0．05)，且平面內(nèi)折射率差值小于如圖28中說明的各向同性的堆層(0．21對0．25)，在本例中p-偏振帶在90度時保留了一個比在各向同性時的較大的帶寬。換言之，這個設(shè)計的薄堆層在所有的入射角下保留著異常的反射性，且能用于需要具有高亮度和良好的色飽和的濾色器方面的應(yīng)用。重合的s和p藍(lán)色帶邊緣緣的相同結(jié)果可用一模擬的雙折射PEN／1．45各向同性折射率材料堆層來獲得。這些情況是用引進(jìn)受控的z折射率失配來改善膜性能的例子。具有Dz與平面內(nèi)折射率最大差值的0．5倍一樣大的膜堆層也能滿足許多濾色器的要求。
s-和p-偏振光譜中藍(lán)色帶邊緣緣的重合是在這里揭示的顏色轉(zhuǎn)變膜的一個重要的特性，且是具有超出非偏振濾色器的用途。s和p帶邊緣緣的重合使能制造具有一個隨視角而顏色突變的顏色轉(zhuǎn)變膜，且也能制造具有色純度高的某種濾色器。在一較佳實施例中，對s-和p-偏振其帶邊緣緣間隔少于30nm較佳，約少于20nm是更佳，間隔約少于10nm是最佳。
在對有色光的s和p-偏振所需的相等帶寬和反射率的應(yīng)用中，上面敘述的非偏振濾色器作為色分束器是有用的。尤其是這些膜能在一個三個棱鏡的顏色分離器中找到作為濾色器的應(yīng)用，這類型色分離器由Doany在第5，644，432號的美國專利有關(guān)液晶顯示器投影系統(tǒng)描述。在那個類型的顏色分離器中的這些膜的一個特別推薦的結(jié)構(gòu)是使光道先射到紅色反射膜(青色透射器)上，然后再射到反射綠色和紅色的膜(藍(lán)色透射器)上。藍(lán)光通過兩層膜并射到藍(lán)色液晶顯示器光調(diào)制器上。由Doany所描述的在玻璃棱鏡上的較佳的入射角為30度，而本發(fā)明能很容易地提供這個角度。對于各種應(yīng)用在玻璃中的典型的入射角為30度、35度、37．5度和45度。這些角度參照于光錐的中心光線。半錐角可能是5、10、15或甚至20度，依賴于光學(xué)系統(tǒng)的f數(shù)。作為一個例子，在一個具有15度的錐角的系統(tǒng)中，對于35度入射角放置的分束器將會在膜堆層上遇到從20度到50度的入射角。
C．工藝細(xì)節(jié)C1．工藝考慮用于制作本發(fā)明的共擠出聚合物多層光學(xué)膜的工藝將隨所選的樹脂材料和在最后得到的膜產(chǎn)品中所希望的光學(xué)性質(zhì)而變化。
對潮濕敏感的樹脂應(yīng)在擠出前或在擠出時加以干燥以防止退化。用現(xiàn)有技術(shù)中已知的任何方法能夠做到這一點。一個熟知的方法是使用爐子或更為高級的真空加熱和／或去濕漏斗式干燥機，在擠出的同時把濕氣從樹脂去掉。在漏斗式干燥機或爐子干燥時，干燥的時間和溫度應(yīng)該加以限制以防熱退化或粘結(jié)。另外，與對潮濕敏感的樹脂共擠出的樹脂應(yīng)被脫去水分以防止該樹脂所攜帶的濕氣損害到對潮濕敏感的共擠出樹脂。
擠出條件要加以選擇，以用連續(xù)的和穩(wěn)定的方式合適地加料、熔融、混合和用泵運送聚合物樹脂加料流。最后的熔融流溫度選擇在這樣一個范圍，在該溫度范圍的低端要避免凝固、結(jié)晶或不適當(dāng)?shù)母邏合陆?，而在該溫度范圍的高端要避免退化。例如，聚萘二甲酸乙二醇?PEN)要在135℃下干燥8小時然后用最后的溫區(qū)(或融融溫度)真空加料到擠出機，范圍在270℃和300℃度間較好，而在275℃和290℃間則更好。
最好使所有進(jìn)入加料裝置(feedblock)的聚合物處于與熔融溫度相同的或非常相似的溫度。如果兩種理想熔融加工溫度不匹配的聚合物要進(jìn)行共擠出，這就可能要求工藝折衷。例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)一般在235℃和250℃的溫度之間擠壓。但是，意外地發(fā)現(xiàn)用高達(dá)275℃的PMMA的熔融溫度，PMMA可與PEN共擠出，只要在PMMA的熔融序列(train)中作設(shè)計考慮以將熔流中出現(xiàn)停滯點的可能性減至最小，并在PMMA熔流中把全部滯留時間保持為最小下作出的。在這方面發(fā)現(xiàn)了另一個有用的技術(shù)就是在較常規(guī)的加工溫度下啟動PMMA熔融序列，然后只是當(dāng)在整個工藝過程中已經(jīng)得到發(fā)展良好的溶流時，才把熔融序列的溫度升至高一些的PEN可兼容的溫度。
相反，可以降低PEN的加工溫度，以便把它匹配到典型的PMMA的熔融加工溫度。因此，也意外地發(fā)現(xiàn)，PEN的熔點(從而其加工溫度)可以通過共聚單體添加到PEN聚合物內(nèi)而降低，這會給PEN經(jīng)拉伸形成雙折射的能力有很小的伴隨的降低。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用間苯二甲酸二甲酯(DMI)代替3mol％的2，6-萘二甲酸二甲酯酯(DMN)單體制成的PEN共聚體的雙折射僅下降0．02單位，以及玻璃轉(zhuǎn)變溫度僅降低4或5℃，而熔融加工溫度則下降15℃。在這方面少量的對苯二甲酸二甲酯(DMT)或其它的二酸或二醇共聚單體也是有用的。也可用二酸共聚單體的酯或二酯。把共聚單體添加到PEN聚合物的好處在題為“變更的共聚單體和改良的多層反射膜”的第09／006，601號美國專利申請和“具有二色性偏振器和多層光學(xué)膜的光器件”的第09／006，468號美國專利申請中有更為全面的敘述。
熟悉本領(lǐng)域的人顯然明白，能夠有用地使用通過共聚作用的PEN加工溫度降低和通過工藝設(shè)計而升高PMMA熔融溫度的組合，如能夠使用一種、另一種、或兩種技術(shù)與還有一種技術(shù)的組合那樣。同樣，相似的技術(shù)能使用在PEN與除了PMMA之外的聚合物、PMMA與除了PEN之外的聚合物、或兩個示例的聚合都不包括在內(nèi)的組合中的等溫度共擠出。
接在擠出之后，然后把熔流中不希望有的粒子和凝膠體濾掉?？梢圆捎迷诰酆衔锬ぶ圃熘幸阎木哂?-30微米范圍內(nèi)的網(wǎng)孔尺寸的初級和次級過濾器。雖然在現(xiàn)有技術(shù)中指出這樣的過濾對膜的潔凈度和表面性質(zhì)的重要性，但是它的意義在本發(fā)明中也擴展到的均勻性。于是每個熔流通過一個頸管被送到一個用來調(diào)節(jié)聚合物流的連續(xù)和均勻的速率的齒輪泵。為了保證均勻的熔流溫度，可把一個靜態(tài)的混合裝置放在頸管的末端，頸管把熔流從齒輪泵帶到多層加料裝置，整個熔流盡可能均勻地被加熱以保證在熔融工藝器件有熔流均勻而退化最小。
多層加料裝置被設(shè)計成把二種或多種聚合體熔體流分成許多層，每層交錯插入這些層，并把二種或多種聚合物的許多層熔合為單個多層流。來自任何給定熔流的層是被連續(xù)地從一個主熔流通道中放出部分熔流到邊通道管，它在加料裝置支管中為各別層提供層狹槽。可能有許多設(shè)計，包括那些在授予Schrenk等人的第3，737，882號、第3，884，606號和第3，687，589號美國專利中所揭示的。在授予Schrenk等人的第3，195，865號、第3，182，965號、第3，051，452號、第3，687，589號和第5，094，788號美國專利和授予Jewis等人的第5，389，324號美國專利中也已經(jīng)描述了用控制層流引進(jìn)層厚度梯度的方法。在典型的生產(chǎn)工藝中，一般通過在加工各別的邊通道管和層狹槽的形狀和物理尺寸中進(jìn)行的選擇來控制層流。
兩種或多種熔流的邊通道管和層狹槽按所希望的那樣交錯，以形成交替的層。把用于多層堆層加料裝置下游一側(cè)的支管做成一定的形狀，以橫向地壓縮和均勻地展布層。稱為保護(hù)邊界(PBL)的特別的厚層可以從用于光學(xué)多層堆層的任何熔流取出而在最接近支管管壁處送入，或者通過另外的加料流送入，這樣做是為了保護(hù)較薄的光學(xué)層不受管壁張力的影響和可能得到流的不穩(wěn)定性。
在光學(xué)應(yīng)用中，特別對打算要透射或反射特殊的一種或幾種顏色的膜，在膜平面中需要非常精確的層厚度的均勻性。在實踐中，按照這個橫向展布步驟要得到理想的層均勻性是困難的。所需的橫向展布的數(shù)量愈大，在得到的層厚度分布中的非均勻性的可能性就愈大。因此，從層厚度分布的均勻性(或者對于膜顏色的均勻性)的觀點來看，把加料裝置的層狹槽做得相對地較闊是有好處的。但是，增大層狹槽的寬度導(dǎo)致加料裝置更大、更重和更貴。顯然，考慮到最后得到的膜的光學(xué)均勻性要求，最佳層狹槽寬度的估計須對每個加料裝置情況分別地作出，并且用了所考慮的聚合物的可靠的流變學(xué)數(shù)據(jù)和在現(xiàn)有技術(shù)漢字已知的聚合物流模擬軟件以及加料裝置制造成本的模型。
在生產(chǎn)具有特殊的層厚度或厚度梯度分布(在遍及多層膜的整個厚度中，用規(guī)定方法對其修改)的膜中，層厚度的控制是特別有用的。例如，對于紅外膜的某幾種層厚度設(shè)計已經(jīng)描述過了，這些設(shè)計把導(dǎo)致在光譜的可見光區(qū)的顏色的高次諧波減至最小。這種膜的例子包括在第RE3，034，60號美國專利中描述的那些。
另一個合適的膜包括在第5，360，65號美國專利中描述的膜，該專利描述具有六層交替重復(fù)單元的二組分膜，它抑制了在約380-770nm之間可見光波長范圍內(nèi)的不需要的二、三和四階反射而反射約在770-2000n之間的紅外波長區(qū)內(nèi)的光。
另一個有用的膜設(shè)計是在題為“多組分反射膜”的第09／006，118號美國專利申請中描述。
正如上面所述，也可用一種混合設(shè)計，它的多層堆層的第一部分是設(shè)計來反射波長大于約1200nm的光，而具有AB重復(fù)單元和大體上有相等的光學(xué)厚度的交替層的第二部分用來反射波長約在770-1200nm之間的紅外光。這樣一種交替層的組合導(dǎo)致橫跨紅外波長區(qū)直至2000nm的光反射。
通過在這些約束條件內(nèi)設(shè)計膜或光學(xué)體，特別是當(dāng)一階反射帶在光譜的紅外區(qū)時，至少能夠隨著入射角的改變抑制一些二階、三階和四階高階反射的組合，而一次諧波反射實質(zhì)上不降低。這種膜和光學(xué)體用作紅外平面鏡是特別有用的，且在用作窗口膜和在既要求紅外防護(hù)又要求有良好的透明度和淺色的類似應(yīng)用中是好處的。
膜中的各層橫跨膜最好具有不同的厚度。通常叫做層厚度梯度。選擇層厚度梯度以獲得所需的反射帶寬。通常的層厚度梯度是線性的，其中，最厚層對的厚度比最薄層對的厚度要厚幾個百分點。例如，1．055∶1的層厚度梯度意味著最厚的層對(與一個主表面相鄰)是比最薄的層對(與膜的相對的表面相鄰)厚5．5％。在另一個實施例中，層厚度從膜的一個主表面到另一個面可以是先減小，然后增加，然后再減小。據(jù)信，這樣做能夠提供較陡的帶邊緣緣，從而從光譜的反射區(qū)到透射區(qū)有一個較陡的或較突然的過渡。
將對把兩種光學(xué)材料“A”和“B”安排成交替序列的多層膜簡單描述獲得陡的帶邊緣緣的方法。在其它的實施例中能夠三種或更多種不同的光學(xué)材料。每對具有相鄰的“A”和“B”的層構(gòu)成一個光學(xué)重復(fù)單元(ORU)，用ORUI在膜的頂部開始，而用ORU6結(jié)束，這些ORU的光學(xué)厚度為OT1、OT2、…、OT6。這些光學(xué)厚度與在前面確定的術(shù)語“Dr”是一樣的。在設(shè)計波長處，對于最大的一階反射(在方程I中M=1)，每個ORU相對于A或B層應(yīng)有50％的f-比值值?？梢哉J(rèn)為A層比B層有較高的X-(平面內(nèi))分折射率，這是由于前者比后者薄。可以把ORU1-3劃為一個多層堆層S1，其中，各個ORU的光學(xué)厚度在負(fù)z方向單調(diào)地下降，而可以比ORU4-6劃為另一個多層堆層S2，其中，各個ORU的光學(xué)厚度單調(diào)地上升。諸如這種的厚度分布在產(chǎn)生更陡的光譜過渡方面是有幫助的。相反，先前已知膜的厚度分布典型地僅沿一個方向單調(diào)上升或下降。假使一些應(yīng)用需要，能夠把光學(xué)厚度中的不連續(xù)性包括在這兩個堆層之間，以產(chǎn)生一個簡單的凹口形透射帶光譜。
可以設(shè)計改善透射峰和作出甚至更陡峭的帶邊緣緣(較狹的透射帶)的其它的厚度梯度。這可以這樣來得到，把各別的層安排到組分堆層中去，在那里，堆層的一部分具有相反的曲線的厚度分布，而堆層的相鄰部分具有略微彎曲的形態(tài)以與堆層的第一部分的曲度相匹配。曲線的分布可遵循任意數(shù)目的函數(shù)形式；這形式的主要目的是用調(diào)到只有單個波長的層來打破出現(xiàn)在1／4波堆層中的嚴(yán)格的厚度重復(fù)。這里使用的特殊的函數(shù)是線性分布的加性函數(shù)和正弦函數(shù)，以用合適的負(fù)的或正的一次導(dǎo)數(shù)來繪制分布。一個重要的特征是ORU的厚度分布的二次導(dǎo)數(shù)對反射堆層的紅色(長波)帶邊緣緣是正的，而對反射堆層的藍(lán)色(短波)帶邊緣緣是負(fù)的。注意，如果牽涉到是一個凹口透射帶的帶邊緣緣，則需要相反的意識。相同原理的其它實施例包括具有多個一階導(dǎo)數(shù)值為零的點的層分布。在這里所有的情形中，導(dǎo)數(shù)涉及通過實際的ORU光學(xué)厚度分布擬合的最佳擬合曲線的那些導(dǎo)數(shù)，它能包含小于10％的光學(xué)厚度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差sigmal(σl)小的統(tǒng)計誤差。
從加料裝置導(dǎo)管出來的多層堆層的各個原始部份(不包括那些PBL)通稱為包(packet)。在光學(xué)應(yīng)用的膜中，每個包被設(shè)計來在一給定的波長帶上使光反射、透射或偏振。當(dāng)多層堆層離開加料裝置時可以出現(xiàn)多于一個的包。因此能夠設(shè)計膜以在兩個或多個帶上提供光學(xué)性能。這些帶可能是分離的和各不相同的，或可以是重疊的。能夠用兩種或多種聚合物的相同或不同的組合來構(gòu)造多個包。通過如此構(gòu)造加料裝置和它的梯度板，從而用每種聚合物的一個熔融序列為所有的包加料，或用熔融序列的單獨的組來為各個包加料，就可以由相同的兩種或多種聚合物來構(gòu)成多個包。設(shè)計成把其它的非光學(xué)性質(zhì)(諸如物理性質(zhì))給予膜的包也可以與在單個多層加料裝置堆層內(nèi)的光學(xué)包組合起來。
另一個在加料裝置中形成雙包或多包的方法是從一個加料裝置包藉助于具有倍增率大于1的倍增器來形成它們的。依賴于原始包的帶寬和倍增率，最后得到的包能被制成在帶寬方面重疊或在它們之間隔開一個帶寬間隙。熟知本領(lǐng)域的人顯然知道，對于任何給定的光學(xué)膜目標(biāo)，最佳的加料裝置和倍增戰(zhàn)策略有賴于諸多因素，因而必須在逐個的基礎(chǔ)上加以確定。
在倍增之前，可把附加層添加到多層堆層。這些外部層再一次擔(dān)任PBL的角色，這次是在倍增器內(nèi)。在倍增和疊層后，部分PBL流將在光學(xué)層間形成內(nèi)部邊界，而其余的則形成表層。因此，在這個情形中，包被PBL分隔開。在最后加料到一個諸如模子的形成裝置之前，可加進(jìn)附加的PBL，以及完成額外的倍增步驟。在這種加料之前，不論倍增是否完成，以及不論是否PBL已經(jīng)在所述倍增之前添加過(若有的話)，可把最后的附加層加到多層堆層的外部。這些將形成最后的表層，以及先前施加的PBL的外面部分將在這些最后的表層下面形成次表層(sub-skin)。模子執(zhí)行熔流的附加壓縮和寬度展布。此外，把模子(包括它的內(nèi)部導(dǎo)管、壓力區(qū)、等等)設(shè)計得當(dāng)坯料離開模子時產(chǎn)生橫跨坯料的層分布的均勻性。
雖然時常把表層加到多層堆層以防止較薄的光學(xué)層受壁應(yīng)力的影響和可能的由此引起的熔流的不穩(wěn)定性，但是也可以有其它的理由在膜的表面添加一個厚層。對那些熟悉膜共擠出工藝的人來說，有許多東西是明顯的，而這些包括諸如粘著力、可覆蓋性、釋放、磨擦系數(shù)以及諸如此類，還有勢壘性質(zhì)、耐氣候性、抗擦和抗磨力、等等。除這些之外，令人驚奇的是，在膜被連續(xù)地單軸或非常不相等地雙軸拉伸長時，藉助于選擇一種表層聚合物(它與次表面或最靠近光學(xué)層聚合物都粘合得很好，而且在拉伸時，它不易自行取向)，能大體上抑制“開裂”或沿著拉伸率更高方向容易撕開或斷裂的傾向。示例的情形是在包含PEN的均質(zhì)聚合物的光學(xué)多層堆上使用PEN的共聚物(coPEN)作為表層，它具有共聚單體成份，足以抑止結(jié)晶度和／或結(jié)晶取向。與沒有coPEN表層的相似的膜作比較，當(dāng)膜沿一個平面上的方向上被高度拉伸而沿垂直于這個平面方向卻不拉伸或略微拉伸時，在這樣的結(jié)構(gòu)中觀察到了顯著的開裂抑制。熟悉本領(lǐng)域的人會選擇相似的表層聚合物以補充其它的光學(xué)層聚合物和／或次表層聚合物。
在加料裝置和隨后為在模子澆鑄口處澆鑄而引導(dǎo)的熔流中，溫度控制極其重要。盡管溫度均勻性是通常所希望的，但在某些情形中，在加料裝置中的預(yù)有準(zhǔn)備的溫度梯度或在加料流中高達(dá)約40℃溫差能用來使堆層厚度分布縮狹或展寬。進(jìn)入PBL或表面塊內(nèi)的加料流也能被設(shè)置在與加料裝置的平均溫度不同的溫度。這些PBL或表面流體時常被設(shè)置得高出40℃以減小在這些保護(hù)性流中粘滯性或彈性，從而加強了作為保護(hù)層的有效性。有時，這些流可能在溫度上降低達(dá)40℃，以改善在它們和流體的其余部分之間的流變學(xué)匹配。例如，降低低粘滯性表層的溫度可以增加粘滯性匹配和增強流體穩(wěn)定性。其它時候，彈性效應(yīng)需要匹配。
觀察到切變率影響粘滯性和其它諸如彈性的流變性質(zhì)。用粘滯性(或其它流變學(xué)作用)對于共擠出聚合物的切變率曲線的相對形狀的匹配，有時顯出流體穩(wěn)定性的改善。換言之，在這樣的曲線間最大失配的最小化可能是對流體穩(wěn)定性的一個合適的目標(biāo)。因此，在熔流中在各個不同階段溫度差能夠幫助在熔流的整個行程中平衡切變或其它流率的差異。
把坯料澆鑄在一只急冷軋輥上。該軋輥有時也稱為澆鑄輪或澆鑄桶。最好由靜電銷住來協(xié)助澆鑄，它的詳情在聚酯膜的生產(chǎn)工藝中是熟知的。對本發(fā)明的多層光學(xué)膜，在設(shè)置靜電銷住設(shè)備的參數(shù)時應(yīng)仔細(xì)地進(jìn)行。沿著膜的擠出方向的周期性的澆鑄坯料的厚度變化常被稱之為“銷住振動”(pinningchatter)，它必須盡可能避免。已知調(diào)節(jié)電流、電壓、銷住金屬線厚度以及銷住金屬線相對于模子和澆鑄急冷軋輥的位置會有一個效應(yīng)，必須由熟悉本領(lǐng)域的人在逐個情形的基礎(chǔ)上著手設(shè)置。
由于在一邊的輪子接觸而在另一邊只是空氣接觸，故坯料可能具有表面結(jié)構(gòu)有邊沿(sideness)、結(jié)晶度或其它性質(zhì)。這在某些應(yīng)用可能是想要而在另外一些應(yīng)用中卻是不想要的。當(dāng)想把這種邊沿差異最小化時，可用一個咬送軋輥與急冷軋輥組合，來加強冷卻或到對不然會是澆鑄坯料的空氣一邊提供光滑。
在某些情形中重要的是，多層堆層的一邊是為在急冷軋輥邊上得到極佳的冷卻而選的一邊。例如，由層厚度分布所構(gòu)成多層堆層往往要求把最薄的層放在最靠近急冷軋輥處。
在某些情形中，要求給膜提供表面粗糙或表面紋理以改善在卷繞和／或隨后的轉(zhuǎn)化和運用中的處理。許多這種例子為熟悉膜制造工藝的人所知。當(dāng)企圖把這種膜用到與一玻璃平板或第二層膜緊密接觸時，出現(xiàn)了一個特殊的與本發(fā)明的光學(xué)膜有緊密關(guān)系的例子。在這些情形中，光學(xué)膜有選擇的在平板上或第二層膜上“打濕”能導(dǎo)致稱之為“牛頓環(huán)”的現(xiàn)象，它在大范圍上損傷光學(xué)均勻性。一個有紋理的或粗糙的表面防止打濕所需的接觸緊密性和牛頓環(huán)的出現(xiàn)。
眾所周知，在聚酯膜的工藝中包含很少量的細(xì)微粒子材料，常把它叫做“滑動劑”(slip agent)，來提供這種表面粗糙或紋理。這在本發(fā)明的光學(xué)膜中可以做到。但是，包含滑動劑微粒子引進(jìn)少量的煙霧從而多少降低了膜的透光性。按照本發(fā)明，假如在膜澆鑄時與一個微凹凸的軋輥相接觸以提供表面粗糙或紋理，則在不引進(jìn)煙霧的情形下也能甚至更能被有效地防止牛頓環(huán)。微凹凸軋輥最好對澆鑄輪作為一個咬送軋輥使用。換一種做法，澆鑄輪本身可能形成微紋理以提供一個相似的效應(yīng)。此外，具有微紋理的澆鑄輪和具有微紋理的咬送軋輥能在一起使用，來提供微凹凸的雙面粗糙或紋理。
此外，本發(fā)明的發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，在澆鑄急冷軋輥處用的一個光滑的咬送軋輥，除了如上面討論過的能幫助對于膜的空氣一邊冷卻之外，還能大大減少模子線的大小，銷住振動和其它的厚度起伏?？赡芸邕^坯料將其澆鑄至均勻厚度，或用模子澆注口控制來形成坯料厚度的一個預(yù)先計劃好的分布。這種分布可能在膜工序結(jié)束時改善均勻性。在其它情形中，一個均勻的澆鑄厚度在膜工序結(jié)束時提供最佳均勻性。在工藝設(shè)備中控制振動對在澆鑄多層坯料時減少“振動”是重要的。
即使在一個固定的切變率下，在各個工序階段滯留時間也可能是重要的。例如，通過調(diào)節(jié)滯留時間能夠改變或控制層間的相互擴散。這里的相互擴散是指在各別層的材料間所有混合和反應(yīng)的過程，例如，包括諸如正常擴散、交聯(lián)反應(yīng)或酯交換反應(yīng)等的各種分子運動。充分的相互擴散是希望的，以保證良好的層間的粘合并防止分層。但是，過多的相互擴散能導(dǎo)致諸如顯著丟失層間的成份差別等有害效果。相互擴散也可能在層間導(dǎo)致共聚反應(yīng)或混合，這可能在拉伸時會降低層的取向能力。發(fā)生這種有害的相互擴散的滯留時間的規(guī)模通常比要獲得良好的層間粘合所需的要大得多(例如，一個數(shù)量級的大小)，因此，能使滯留時間最佳化。但是，某些大規(guī)模的相互擴散在形成層間組分的分布(例如制作皺的結(jié)構(gòu))時可能是有用的。
相互擴散的效果也可以用進(jìn)一步層壓縮來改變。因此，在一給定的滯留時間下的這個效應(yīng)也是在那段時間間隔內(nèi)相對于最后的層壓縮比的層壓縮狀態(tài)的函數(shù)。因為較薄的層對相互擴散更為敏感，所以為了最大冷卻一般把它們放在最靠近澆鑄輪處。
最后，本發(fā)明的發(fā)明人意外地發(fā)現(xiàn)，在澆鑄、冷卻和拉伸多層膜之后，通過在高溫下的加熱凝結(jié)，相互擴散能被加強。
澆鑄輪處的條件根據(jù)所要求的結(jié)果來設(shè)置，當(dāng)希望由光學(xué)清晰度時，冷卻溫度必須是足夠冷以限制煙霧。對于聚酯，典型的澆鑄溫度范圍在10℃和60℃之間。此范圍的較高部分可以與平滑或凹凸軋輥連在一起使用，而較低部分則導(dǎo)致對于厚坯料的更有效的冷卻。澆鑄輪的速度也可用來控制冷卻和層厚度。例如，可以放慢擠出機的泵送速率以降低切應(yīng)率或增加相互擴散，而增加澆鑄輪的速度以維持所希望的澆鑄坯料的厚度。澆鑄坯料的厚度是這樣選擇的，從而在全部拉伸結(jié)束具有伴隨而來的厚度縮減時，最后的層厚度分布復(fù)蓋所希望的光譜帶。
拉伸多層坯料以產(chǎn)生最后的多層光學(xué)膜。拉伸的一個主要的理由是用在一個或更多個材料層中產(chǎn)生的雙折射來增加最后的光學(xué)堆層的光學(xué)能力。典型地，至少一種材料在拉伸下成為雙折射。這雙折射由材料在所選的拉伸工序下分子定向引起。這個雙折射經(jīng)常隨由拉伸工序中的應(yīng)力或應(yīng)變引起的核化和晶體生長而極大地增加(例如，應(yīng)力引起的結(jié)晶)。結(jié)晶度抑制了呈現(xiàn)雙折射的分子弛豫，并且晶體本身可能也隨拉伸而定向。有時，某些或所有的晶體可能預(yù)先存在或在拉伸前由澆鑄或預(yù)熱引起。要拉伸光學(xué)膜的其它理由可能包括(但不限于)增加產(chǎn)量和改善膜中的機械性質(zhì)。
在制作多層光學(xué)偏振器的一個典型的方法中使用了單個的拉伸步驟。這個工序可能在拉幅機或長度調(diào)節(jié)機(orienter)中完成。雖然某些拉幅機備配有在坯料路徑上或機械方向(MD)在尺寸上拉伸或松馳(收縮)膜的機械裝置，但是典型的拉幅機與坯料路徑橫向地(TD)拉伸。因此，在這個典型的方法中，膜是沿一個平面內(nèi)的方向被拉伸。第二個平面內(nèi)尺寸不是像在一個常用的拉幅機中那樣保持常數(shù)就是像在長度調(diào)節(jié)儀那樣頸縮成一個較小的寬度。這種頸縮可能是重要的且隨拉伸率而增加。對于一個彈性的不可壓縮的坯料，其最后的寬度可從理論上來估算為沿長度方向拉伸率的平方根的倒數(shù)乘以開始的寬度。在這個理論的情形中，其厚度也以這相同比例減小。在實踐中，這種頸縮可能產(chǎn)生稍寬于理論寬度，在該情形中坯料的厚度可能下降以近似地保持體積守恒。但是，由于體積并不必需守恒，所以從這個描述中偏差是可能的。
在制作多層鏡面的典型方法中，用二步拉伸工序把雙折射材料都沿平面內(nèi)的方向取向。拉伸工序是已敘述的允許沿平面內(nèi)的兩個方向拉伸的單個步驟工序的任一組合。另外，可以是用允許沿機械方向(MD)拉伸的拉幅機，例如能相繼地或同時地沿兩個方向拉伸的雙軸拉幅機。在這個后一種情形中可能使用單個雙軸拉伸工序。
在還有一種制作多層偏振器的方法中，采用了多次拉伸工序，它對各別的拉伸步驟利用了各種材料的不同性能，以在單個的共擠出多層膜工藝內(nèi)對含有不同材料的不同層進(jìn)行不同程度和類型的彼此取向。鏡子也可用此方法形成。這種光學(xué)膜和工序在題為“光學(xué)膜及其制造過程”的第09／006，455號美國專利申請中有進(jìn)一步的敘述。
在光學(xué)膜另一個實施例中，通過一個雙軸工序可以制成偏振器。在還有一個實施例中，平衡的鏡子可用一工序來制成，該工序產(chǎn)生了二種或多種在平面內(nèi)有顯著的雙折射(因而平面內(nèi)的不對稱)的材料，使得不對稱匹配以形成一平衡結(jié)果，例如，沿平面內(nèi)的兩個主要方向都有接近相等的折射率差異。
在某些工序中，由于包括張力改變下坯料的工序條件的影響能產(chǎn)生這些軸的旋轉(zhuǎn)。這在通常的拉幅機上的膜制作中有時被稱之為“弓形向前”(bowforward)或“弓形向后”(bowbck)。為了提高產(chǎn)量和性能，光軸的均勻定向性是通常希望的?？梢允褂孟拗七@種彎曲或旋轉(zhuǎn)的工序，諸如藉助于機械的或熱的方法來控制或隔離張力。
經(jīng)常地觀察到在拉伸機中沿機械方向的橫向拉伸膜是不均勻的，當(dāng)接近坯料的被緊夾著的邊緣時，厚度、方向或兩者都變。典型地，這些變化是與靠近被緊夾的邊緣的坯料溫度低于在坯料中央的溫度惡道假設(shè)相符的。這種非均勻性的結(jié)果使得在完工的膜的可用寬度嚴(yán)重減小。這個限制對本發(fā)明的光學(xué)膜甚至更為嚴(yán)峻，因為在膜厚度中細(xì)小的差異能導(dǎo)致跨過坯料的光學(xué)性質(zhì)的不均勻性。正如被本發(fā)明的發(fā)明人所認(rèn)識到的，拉伸、厚度和顏色均勻性可以用紅外加熱器對靠近拉幅機夾子的膜坯料的邊緣額外加熱來改善。這種紅外加熱器能被用在拉幅機的預(yù)熱區(qū)之前、在預(yù)熱區(qū)中、在拉伸區(qū)中或在這些位置的組合處。熟悉本領(lǐng)域的人將理解對增添紅外熱量的分區(qū)和控制的許多選擇。而且，把紅外邊緣加熱與澆鑄坯料跨過坯料厚度分布的變化相組合的可能性也是顯而易見的。
對于某些本發(fā)明的多層光學(xué)膜，關(guān)鍵的是，如此拉伸膜，從而在對完工的膜進(jìn)行測量的一個或多個性質(zhì)在沿機器方向和橫向方向具有相同的值。這種膜常被稱之為“平衡的”膜。機器方向和橫向方向平衡通過在雙軸取向膜制作技術(shù)中熟知的技術(shù)選擇工序條件來獲得。典型地，探測的工藝參數(shù)包括機器方向取向預(yù)熱溫度、拉伸展溫度和拉伸比、拉幅機預(yù)熱溫度以及有時還涉及到拉幅機的拉伸后的區(qū)域的參數(shù)。另外的參數(shù)也可能是重要的。典型地，完成和分析設(shè)計的實驗以得出合適的條件組合，熟悉本領(lǐng)域的人將理解，需要各別地對各種膜結(jié)構(gòu)和每條生產(chǎn)膜的膜生產(chǎn)線進(jìn)行評價。
相似地，諸如在升高溫度時的收縮和可逆的熱膨脹系數(shù)這樣的尺寸穩(wěn)定性參數(shù)可以被各種各樣的工藝條件所影響，與在本領(lǐng)域中已知的常規(guī)的膜的情形相似。這些參數(shù)包括(但不限于)熱固化溫度、熱固化持續(xù)時間、在熱固化時橫向方向的尺寸弛豫“足尖朝內(nèi)”(toe-in)、坯料冷卻、坯料張力和在繞到軋輥后的熱“保溫”(或退火)。還有，熟悉本領(lǐng)域的人能夠完成設(shè)計的實驗，以對在一條給定的膜生產(chǎn)線上運行的一種給定的膜組成的一套給定的尺寸穩(wěn)定性要求確定最佳條件。
為形成按照本發(fā)明的高質(zhì)量的光學(xué)膜，應(yīng)該對仔細(xì)的控制和工藝條件的一致性的需要作出評價。溫度對拉伸均勻性的影響很大，因此對均勻的膜一般地希望有均勻的溫度。同樣，也希望有膜的厚度和組分的均勻性。一個較佳的能獲得均勻性的方法是澆鑄一個平坦的均勻膜，然后均勻地拉伸它以制成均勻的最后的膜。通常，在這種工藝下最后的膜性質(zhì)會更均勻(例如，偏離角的顏色)和更好(例如，層間的粘合)。在某些情況下，澆鑄厚度分布可被用來補償不平衡的拉伸以產(chǎn)生均勻膜厚度的最后膜。另外，上面討論過的紅外邊緣加熱可以與澆鑄厚度分布連在一起使用。
C2．色均勻性正如在發(fā)明背景這一節(jié)中指出的，能夠制出根據(jù)本發(fā)明的多層膜和其它的光學(xué)器件，從而在遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過現(xiàn)有技術(shù)的膜可以達(dá)到的在一個很大的范圍內(nèi)顯示物理的和光學(xué)的均勻性。根據(jù)本發(fā)明的方法，在以前的澆鑄(不是拉伸)膜中遇到的厚度的畸變和光學(xué)厚度的畸變是用在約2×2和約6×6之間的倍率(約4×4則更佳)雙軸拉伸這個澆鑄坯料來避免的，它有使橫向?qū)雍穸鹊淖兓内厔?，于是使顏色變化，但不是突變。而且，因為膜是由拉伸澆鑄坯料(與不拉伸而直接澆鑄一個完工的膜相反)制成的，由于在較狹的模子中出現(xiàn)層的展布顯著較少，于是所要求的較窄的澆鑄坯料允許在擠出模子中的層厚度分布可以有較少的畸變。
在上面幾節(jié)中討論的以及要想改善層厚度均勻性的許多其它的工藝考慮，由于顏色直接與層厚度有關(guān)，所以也改善了顏色均勻性。這些包括(但不限于)多層樹脂系統(tǒng)的流變學(xué)匹配、過濾、加料裝置設(shè)計、倍增器設(shè)計、模子設(shè)計、PBL和表層選擇、溫度控制、靜電銷住(pinning)參數(shù)、坯料厚度變化掃描裝置的使用。澆鑄咬入滾筒(niproll)的使用、振動控制、和在拉幅機中坯料邊緣的加熱。
在擠出設(shè)備的設(shè)計和加工中和在擠出控制中的誤差都將造成系統(tǒng)的和隨機的誤差。一般來說，對均勻顏色膜，這隨機誤差能導(dǎo)致顏色上沿坯料和跨過坯料的變化；而系統(tǒng)誤差，雖然不會改變，但將對膜的總的顏色和跨過坯料的顏色變化有影響。
對全部的膜厚度還有對各別的層都會出現(xiàn)隨機的和系統(tǒng)的誤差。通過光透射或反射光譜，最易檢測和監(jiān)視總的膜厚度誤差。因此，可以設(shè)置一架在線分光光度計，當(dāng)膜從線上離開時來測量它的光譜透射，從而提供必需的信息來測量顏色均勻性和為工藝控制提供反饋。各別層的誤差可能影響或不影響看出的顏色，主要依賴于在光學(xué)堆層中它們所在的地方還依賴于誤差的大小。
系統(tǒng)誤差是可重復(fù)的偏差，它來自堆層中任何或全部的層的設(shè)計厚度。它們的發(fā)生是因為在用于設(shè)計倍增器和加料裝置的聚合物流模型中固有的設(shè)計近似，或因為在加料裝置和模子中的加工誤差。這些誤差能夠用再設(shè)計和再加工來消除，直至這些誤差降到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。這些誤差也可以用加工一個加料裝置來減小，它沒有倍增器的幫助就能生產(chǎn)出光學(xué)膜中所需的層數(shù)。
隨機誤差能夠由加料裝置中的變動和模子區(qū)中的溫度變動；樹脂不均勻性；通過熔融序列對熔融溫度的不適當(dāng)控制，該熔融序列有選擇地使熔融流的一些部份劣化；加料裝置或模子由于劣化或燒焦的樹脂引起的污染；諸如熔融流壓力、溫度和泵送率的變化以及流體動力流的不穩(wěn)定性等工藝控制誤差等引起。為了要避免能導(dǎo)致這種流動不穩(wěn)定性的條件，流的模型應(yīng)向加料裝置和模子設(shè)計提供輸入。
總的厚度均勻性受到模子設(shè)計、澆鑄輪子的速度變動、系統(tǒng)振動、模子間隙控制、靜電銷住和膜拉伸條件的影響。這些變化可以是隨機的或是系統(tǒng)的。系統(tǒng)誤差不必給出恒定的(例如，不變的)顏色。例如，模子或澆鑄輪的振動能造成一個周期的量級在0．5到50cm的重復(fù)的空間顏色變化。在諸如裝飾膜等的應(yīng)用中，希望在完工的膜中有一個周期的空間顏色變化，可以故意地把受控振動交與澆鑄輪。但是，在希望有顏色均勻性和良好的厚度控制是必要的地方，這澆鑄輪與一直接驅(qū)動馬達(dá)(例如，無齒輪減速)配合。這種馬達(dá)的一個例子是直流電刷伺服馬達(dá)，諸如可從Kollmorgan購得的部品號碼為TT-10051A的馬達(dá)。能夠使用帶有齒輪減速的高速馬達(dá)，但必須是具有專用的電調(diào)諧和光滑的齒輪箱的高質(zhì)量系統(tǒng)。系統(tǒng)振動，尤其是模子相對于澆鑄輪的振動，可以通過把澆鑄臺放在澆鑄設(shè)備的在地面上的水泥臺上而減至最小。沖緩或隔離的其它方法對于熟悉機械工藝的人來說將是顯而易見的。
振動源能藉助于一坯料厚度變化掃描裝置辨認(rèn)出來。如能從這樣一種裝置的輸出辨認(rèn)一個振蕩周期，則可對工序要素，乃至對顯示出相同周期的振蕩行為的外部源頭作一搜尋。于是這些單元能用現(xiàn)有技術(shù)中已知的方法制作得更結(jié)實，振動被阻尼或振動與模子和澆鑄輪隔離，或如果對工序并不必需，就干脆斷開或重新安置。因此，由于擠出機螺桿的轉(zhuǎn)動的周期性而被辨認(rèn)出的振動是可以隔離的，例如，在擠出機出入口和頸管之間使用用一種阻尼材料，而由于房間風(fēng)扇的周期性而被確認(rèn)的振動可以通過關(guān)掉或重新放置這臺風(fēng)扇加以去除。另外，對于不能完全被消除掉的模子或澆鑄臺的振動可以通過某些堅固的超結(jié)構(gòu)的形式把模子與澆鑄臺在機械上連接起來，防止導(dǎo)致在模子和澆鑄臺之間的振動的相對運動。對這樣一種振動互通的機械聯(lián)結(jié)的許多設(shè)計將是顯而易見的。此外，當(dāng)在膜中使用應(yīng)變硬化材料時，則拉伸應(yīng)在足夠低的溫度進(jìn)行，以產(chǎn)生跨過坯料的均勻拉伸，而銷住金屬線應(yīng)被牢堅固地安放。
通過使用具有不變的轉(zhuǎn)動速度精密的澆鑄輪驅(qū)動機構(gòu)獲得了對層厚度或光學(xué)厚度的附加控制。把澆鑄輪設(shè)計成無振動的也在無振動下操作，否則會造成坯料厚度的“振動”，并且造成隨后的下坯料方向的層厚度變化。申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)生在模子和澆鑄輪之間的相對運動的那些振動，當(dāng)擠出物從模子拉出來時導(dǎo)致在澆鑄輪中的有效的速度變化。這些速度變化造成在膜厚度和光學(xué)層厚度的調(diào)制，這對于在制作本發(fā)明的光學(xué)膜中有益地使用的應(yīng)變硬化材料尤為顯著。因此，在澆鑄輪不存在這些控制，在本發(fā)明的光學(xué)膜中在擠出工序遇到的正常振動足以引人注目地削減色均勻性。本發(fā)明的方法已經(jīng)第一次能用聚合物材料制成的顏色轉(zhuǎn)變膜的產(chǎn)品，在任何一個特別的視角下具有高度的色均勻。因此，可以按本發(fā)明的方法制作膜，其中，所希望的在一個特殊的入射角的光透射或反射帶寬至少在10cm2的面積上變化小于約1到2nm，且更好的是至少100cm2，而且其光譜反射峰值的帶邊緣緣緣的波長值波在相同的面積上波長變化少于約+／-4nm。
通過幾個例子來說明用本發(fā)明的方法在色均勻性方面改善的可能，這些例子把本發(fā)明的膜與現(xiàn)有技術(shù)的膜作一個比較。
例C2-1下面的例子說明了幾個普通的在市場上能買到的顏色膜的色均勻性。
從Mearl公司得到一種在市場上能買到的光學(xué)膜(8631紅／綠)的樣品。這膜在外表上是有暈光的(例如，當(dāng)視角改變時，在膜上的相鄰區(qū)改變?yōu)闊o規(guī)則形狀的不相似的顏色，從而給予該膜一個“油在水上”的外表)。在膜范圍內(nèi)的顏色輪廓給它一個相似于用顏色編碼的一個丘陵地帶的地形圖的木紋(woodgrain)外表。
膜的透射光譜用Oriel的“Instaspec”二極管陣列取自可見光波長。雖然，在入射的其它角度時亦觀察了相似的光譜，但這些光譜的每一個取自在垂直入射。這些光譜取自在跨過坯料方向間距為0．5英寸處，在膜樣品的一端0．5時處開始。假設(shè)它的尺寸很小，但樣品本身很可能是從一個較大材料的坯料上切下的。由于這些光譜中的每一個對一個顯示理想的色均勻性是相同的，所以光譜的變化是色均勻變化的一個象征。
Mearl膜在這些各個點處的光譜示于圖32和33，分別對應(yīng)下坯料和跨過坯料的方向。正如在這些圖中看到的，Mearl膜在跨過坯料的方向上在色均勻性上顯示出實質(zhì)上的變化，在3英寸的距離上總共達(dá)到+／-13nm。在下坯料方向的光譜變化為略小，但仍是引人注意的。
例C2-2檢測了例E1-2中的綠色透射膜的下坯料和跨過坯料的光譜變化?？邕^坯料的光譜取相距1英寸取了幾英寸，在中心位于550nm處的通帶的藍(lán)色帶邊緣緣緣中只顯示+／-4nm的移動。跨過坯料的光譜示于圖34和下坯料的光譜示于圖35。
例C2-3也分析了例E1-1的藍(lán)色透射膜的均勻性。一系列光譜曲線是在下坯料和跨過坯料相距0．5英寸處得到的。兩者的局部均勻性對于示于圖36(該圖是對下坯料方向作出的)的尺度而言大體上是相同的。
例C2-2和C2-3的膜在顏色上顯得很均勻，在相鄰的離開1到2英寸的區(qū)中沒有看到可分辨出的變化。所以，在膜上的1到2平方英寸的面積部份，當(dāng)樣品在各種角度轉(zhuǎn)動時顏色同時變化。相似地，當(dāng)把例C2-2或C2-3的膜彎成s形時，并在各個角度上觀看所產(chǎn)生的顏色帶好像有直線的陡的邊界。
膜的光譜變化在膜的顏色外表得到了反應(yīng)。Mearl膜包含面積約在直徑為0．5英寸的量級的顏色是相當(dāng)均勻的(雖然由于從點到點在光譜形狀的差別仍然有些斑點)，但是在膜中的色均勻性，在較大的面積上變得更壞，在約1平方英寸的面積上顯示出下坯料在帶邊緣緣緣上的變化約為+／-7nm。相反，例C2-3中的膜在2．5英寸下坯料的長度上，在藍(lán)色帶邊緣緣上顯示出+／-3nm的變化，而例C2-2中的綠色膜在3．5英寸的下坯料距離上，在綠色帶邊緣緣上顯示出+／-4nm的變化。
正如從上面的光譜中看到的，根據(jù)本發(fā)明的方法制作的膜在一個相當(dāng)大的膜面積上顯示出實質(zhì)上均勻的光學(xué)厚度。由此，當(dāng)與物理的和光學(xué)厚度均勻性是程度較低的膜相比較時，導(dǎo)致作為視角的函數(shù)的更陡峭和更快速的顏色轉(zhuǎn)變。
C3．周期的顏色變化雖然色均勻性在本發(fā)明的膜的許多應(yīng)用中是重要的，但是在另外一些應(yīng)用中，如裝飾性膜，色均勻性或是不重要的或是不希望有的。在那些應(yīng)用中希望有顏色的變化。它們可能被故意地在坯料冷卻前在任何點橫越或沿著坯料的一部分把引起的想要的空間頻率的厚度變化施加到本發(fā)明的膜上，用這樣的方式來導(dǎo)致光學(xué)堆層厚度的調(diào)制。雖然有很多方法來完成(例如，用在澆鑄輪中引起振動)，通過在鎖住金屬絲中引起一個想要的頻率(或幾個頻率)的振動，可以方便地施加這種調(diào)制。例如，通過在鎖住金屬絲上引起振動，偏振器膜的顏色在橫越膜的直線上被周期地變化著從非彩色的灰色透射色到紅色。這紅色條紋在下坯料方向相隔6毫米。鎖住金屬絲振動的計算頻率為21Hz。
局部的無規(guī)則的顏色變化也可用本發(fā)明的擠出膜獲得，它帶有內(nèi)部小氣泡以產(chǎn)生吸引人的裝飾效果。氣泡可用多種方法產(chǎn)生，包括不把樹脂充分干燥到人們經(jīng)常做的那樣或用把熱靈敏的樹脂(諸如PMMA)略微過熱，來產(chǎn)生同樣的效果。這局部形成的小氣泡使微層(microlayer)畸變并造成了局部的顏色變化，在某幾個實例中它能給出層次(depth)的外觀。
雖然上面敘述的對引起顏色變化的方法好象是在教導(dǎo)一種非均勻膜，具有均勻顏色的起始基礎(chǔ)膜(它具有高的阻帶反射率和高色飽和)，雖然被一已知方法局部破壞，但在控制這種裝飾膜的平均色調(diào)、色飽和和亮度方面是滿意的。在這里所講的局部顏色變化，當(dāng)它用于具有固有的高反射率的反射帶和帶有高斜率的帶邊緣緣的一均勻的顏色轉(zhuǎn)變膜時則更為引人注目。
正如上面所指出的，在澆鑄輪中的振動造成澆鑄速度變化不定導(dǎo)致的膜中層厚度的變化。這振動的頻率(或幾個頻率)能被調(diào)制來施加顏色的重復(fù)序列或圖案給最后的膜。此外，這些顏色的變化可以在不損害本發(fā)明的膜的顏色轉(zhuǎn)變特性的典型性來完成的，從而讓這顏色豐富的膜產(chǎn)品(通常復(fù)蓋整個可見光譜)中的顏色好像是在閃爍或當(dāng)入射角在變化時是在移動。
周期的顏色變化也可用一型板(pattern)模壓到膜上。由于這模壓加工過的部分不再與膜的其余部分共面這一事實，所以它比膜的其余部分顯示出一種或幾種不同的顏色。因此，例如用一個魚網(wǎng)圖形(例如，在紅色背景上的金色)或一個標(biāo)志來模壓本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜，已經(jīng)產(chǎn)生了驚人的效果。
在某些例子中，相似的原理可以用來移去或調(diào)去在膜中的周期的顏色轉(zhuǎn)變，從而改善膜的顏色均勻性。因此，發(fā)現(xiàn)一個來源，把一給定頻率或一給定周期頻率的振動施加于坯料，則相同振幅(但是，位相相反)的振動可施加到這坯料(例如，通過澆鑄輪)，導(dǎo)致相消干涉從而從這工序中有效地移去了這個來源。
C4．獲得偏振器折射率匹配／失配的方法選來用于本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜的材料和這些材料的取向程度，最好加以選擇，從而在完工的偏振器的層中至少具有一個軸，與之相關(guān)聯(lián)的折射率大體上相等。與該軸關(guān)聯(lián)的折射率的匹配，一般(但并不是必需)是與取向的方向橫向的一根軸，導(dǎo)致在那個偏振面內(nèi)大致上沒有反射光。
典型地，本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜是用至少第一和第二種聚合物材料的交替層制成的。其中，第一種材料比第二種材料有更高的雙折射。常常是第二種材料被選為各向同性的。但是，第二種材料也可能是負(fù)雙反射的，就是說，它在拉伸后與取向方向相關(guān)聯(lián)的折射率呈現(xiàn)出減少。如果第一種材料的雙折射性是正的，第二種材料的負(fù)的應(yīng)變引起的雙折射就有利于增加在與取向軸相關(guān)聯(lián)的鄰接相(adjoining phase)的折射率之間的差值，而垂直于取向方向的偏振平面的光的反射依然是可以忽略的。在正交于取向方向的鄰接相之間的折射率差值應(yīng)在取向后在預(yù)期要有顏色轉(zhuǎn)變效應(yīng)的光譜的大部分區(qū)域中約少于0．05，約少于0．02則較佳。
第二種材料也可能顯示正的應(yīng)變引起的雙折射性。但是，這可能用熱處理方法來改變，以匹配垂直于連續(xù)相(continuous phase)的取向方向的軸的折射率。熱處理的溫度不應(yīng)太高，以免削弱在第一種材料中的雙折射性。
在各種環(huán)境下(例如，特別的拉伸率和溫度)用拉伸膜或光學(xué)體來影響在折射率上的所想要的匹配／失配也是可能的，其中，膜內(nèi)的特殊層將被有選擇地取向(導(dǎo)致它們的折射率的變化)，但是膜中的其它層的折射率大體上不受影響。在多層膜中有選擇地對一些層取向的方法在題為“光學(xué)膜及其制造工藝”的第09／006，455號美國專利申請中敘述。如果想要，能夠用該方法在膜的特定的層內(nèi)得到真實的單軸取向。
D．材料選擇已經(jīng)講解適用于本發(fā)明的各種聚合材料用于制造共擠出的多層光學(xué)膜。例如，美國專利4，937，134；5，103，337；5，1225，448，404；5，540，978和5，568，316(Schrenk等人)和5，122，905；5，122，906以及5，126，880(Wheatcey和Schrenk)所列和所述的聚合材料適用于制造本發(fā)明多層光學(xué)膜。其中特別感興趣的是例如美國專利5，486，949和5，612，820(Schrenk等人)，美國專利第5，882，774(Jonza等人)和題為“改性的共聚聚脂和改進(jìn)的多層反射膜”的美國專利申請09／006，601所述的雙折射聚合物。對于制備膜的優(yōu)選材料，應(yīng)滿足數(shù)個條件以制作本發(fā)明多層光學(xué)膜。首先，這些材料應(yīng)至少由兩種不同的聚合物制成，數(shù)目不限，在具體的膜中三種或更多種聚合物是有益的。其次，兩種所需的聚合物中至少一種(稱為“第一種聚合物”)的應(yīng)力光學(xué)系數(shù)較好具有較大的絕對值。換言之，當(dāng)拉伸時較好能形成較大的雙折射性。根據(jù)用途，可在膜平面內(nèi)的兩個正交方向之間形成雙折射，在一個或多個平面內(nèi)方向和垂直于膜平面方向之間形成雙折射，或在這些方向的組合中形成雙折射。在各向同性折射率具有很大獨立性(widelyseparate)這種特殊的情況下，雖然雙折射性通常仍然是所希望的，但是可降低對第一種聚合物的雙折射性的要求。這種特例可能在選擇聚合物以便用雙軸拉伸方法(在平面內(nèi)兩個垂直的方向拉伸膜)形成平面鏡膜和偏振器膜時發(fā)生。第三，第一種聚合物應(yīng)在拉伸后能保持雙折射性，從而使最后制成的膜具有所希望要的光學(xué)性能。第四，另一種所需的聚合物(稱為“第二種聚合物”)應(yīng)這樣選擇，即使得在最后制成的膜中，其至少在一個方向的折射率明顯不同于第一種聚合物在該方向的折射率。因為聚合材料一般是色散的，就是說折射率隨波長而異，因此這些條件必須按照感興趣的特殊光譜帶寬予以考慮。
聚合物選擇的其它方面依賴于具體的用途。對于偏振膜，在最終膜中第一種聚合物和第二種聚合物在一個膜平面方向的折射率明顯不同，同時在與該方向正交的膜平面內(nèi)的折射率差異被減到最小是有益的。當(dāng)?shù)谝环N聚合物在各向同性時具有較大的折射率，且具有正雙折射性(就是說，它的折射率隨拉伸方向而增加)時，則第二種聚合物一般將選用在拉伸后在正交于拉伸方向的平面方向具有匹配的折射率并且在拉伸方向具有盡可能低的折射率。相反，當(dāng)?shù)谝环N聚合物在各向同性時具有小的折射率，且具有負(fù)雙折射性時，則第二種聚合物一般將選用在拉伸后在正交于拉伸方向的平面方向具有匹配的折射率，并且在拉伸方向的折射率盡可能高。
換句話說，可以選擇第一種聚合物，在各向同性時，它具有正雙折射性并且具有中等或低的折射率，或者在各向同性時，它具有負(fù)雙折射性并且具有中等或高的折射率。在這些情況中，第二種聚合物一般可以這樣來選擇，即在拉伸后它的折射率將在拉伸方向或在與拉伸方向正交的平面方向與第一種聚合物相匹配。另外，第二種聚合物一般可這樣來選擇，即使得在其余的平面方向的折射率差最大，無論這是通過使那個方向具有很低的折射率還是具有很高的折射率來完成的。
一種使平面折射率在一個方向匹配而在正交方向失配的方法是選擇第一種聚合物(它在拉伸時能形成明顯的雙折射性)和第二種聚合物(它在拉伸時很少形成或不形成雙折射性)并僅在一個平面方向拉伸最終得到的膜?；蛘?，第二種聚合物可選自能形成與第一種材料相反的(負(fù)-正雙折射性或正-負(fù)雙折射性)雙折射性。另一種方法是選擇第一種聚合物和第二種聚合物，它們在拉伸時都能形成雙折射性，但沿兩個正交方向拉伸之；選擇拉伸條件(如溫度、拉伸比、拉伸后弛豫等)。所述方法導(dǎo)致第一種聚合物和／或第二種聚合物沿兩個拉伸方向具有不相等的取向程度，使得第二種聚合物的一個平面內(nèi)折射率與第一種聚合物的一個面內(nèi)折射率大致匹配，同時正交的平面內(nèi)折射率與第一種聚合物的正交的面內(nèi)折射率明顯失配。例如，可選擇拉伸條件，使得第一種聚合物在最后獲得的膜中具有雙軸取向的特性，而第二種聚合物在最后獲得的膜中具有主要是單軸取向的特性。
前面所述僅是例舉性的，可以理解為可將這些技術(shù)與其它技術(shù)組合起來用于獲得偏振膜，以便在一個平面內(nèi)方向折射率失配，而在正交的平面方向折射率相對匹配。
對于反射或平面鏡膜具有不同考慮。只要膜不兼有偏振性能，則膜平面內(nèi)的任意方向折射率具有同樣標(biāo)準(zhǔn)。所以，對于任意給定的，在正交的平面內(nèi)方向折射率通常是相等的或近似相等。但是，對第一種聚合物的膜平面折射率與第二種聚合物的膜平面折射率之差要盡可能大。因此，如果第一種聚合物在各向同性時有高的折射率，則它較好還具有正雙折射性。同樣，如果第一種聚合物在各向同性時具有低的折射率，則它較好還具有負(fù)的雙折射性。在拉伸時第二種聚合物很少形成或不形成雙折射性，或在相反的意義上形成雙折射性(正-負(fù)雙折射性或負(fù)-正雙折射性)是有好處的，從而使在最后獲得的膜中第二種聚合物的膜平面折射率與第一種聚合物的膜平面折射率相差盡可能大。如果平面鏡膜也兼有某種偏振性能的話，那么可將這些標(biāo)準(zhǔn)與上面列出的對偏振膜的標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)?shù)亟M合在一起。
可以把有色膜作為平面鏡和偏振膜的特例。因此，適用上面概述的相同標(biāo)準(zhǔn)?？吹降念伾枪庾V的一個或多個具體帶寬的反射的或偏振的結(jié)果。本發(fā)明多層膜起作用的帶寬主要是由用于光學(xué)堆層的厚度分布所決定的。但是，還必須考慮第一種聚合物和第二種聚合物的折射率的波長關(guān)系或色散性。可理解對紅外和紫外波長適用與可見光顏色同樣的規(guī)則。
吸光度是另一個考慮因素，對大多數(shù)的應(yīng)用，在所述膜感興趣的帶寬內(nèi)，第一種聚合物和第二種聚合物均不具有吸收帶是有益的。因此，在所述帶寬之內(nèi)所有入射光不是反射就是透射。但是，對某些應(yīng)用，第一和第二種聚合物中的一種或兩種全部或是部份地吸收特殊的波長是有用的。
雖然許多聚合物可被選作第一種聚合物，但是某些聚脂具有特大的雙折射性。其中聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)經(jīng)常被選作本發(fā)明膜的第一種聚合物，它有很大的正應(yīng)力光學(xué)系數(shù)，在拉伸后能有效保持雙折射性，并在可見光范圍內(nèi)很少或沒有吸收，在各向同性狀態(tài)它具有大的折射率。當(dāng)偏振平面平行于拉伸方向時，對550nm波長的偏振入射光它的折射率從約1．64增加至高達(dá)約1．9。它的雙折射性能靠增加它的分子取向而增加，在其它拉伸條件不變時所述分子取向能靠拉伸到一個更大的拉伸比而增加。
其它半結(jié)晶的聚萘二甲酸酯也適于作為第一種聚合物。聚2，6-萘二甲酸丁二醇酯(PBN)就是一個例子。這些聚合物可以是均聚物或共聚物，只要使用的共聚單體不顯著損害應(yīng)力光學(xué)系數(shù)或拉伸后雙折射性的保留性即可。在本文中術(shù)語“PEN”可理解為包括符合這些限制的PEN共聚物。在實踐中，這些限制對共聚單體的含量(content)施加了一個上限。共聚單體的確切量將隨所使用的一種或多種共聚單體的不同而變化。但是，如果加入共聚單體可改進(jìn)其它性能，則可兼顧這些性能。這些性能包括，但不是限于，改進(jìn)的間粘性，較低的熔點(導(dǎo)致較低的擠出溫度)，與膜中的其它聚合物較好的流變性匹配以及由于玻璃化溫度的改變而使拉伸加工窗的有利遷移。
用于聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯，聚2，6-萘二甲酸丁二醇酯等的合適的共聚單體可以是二元醇或二原羧酸或其酯。二元羧酸共聚單體包括，但并不限于，對苯二甲酸；間苯二甲酸；鄰苯二甲酸；萘二甲酸的所有異構(gòu)(2，6-，1，2-，1，3-，1，4-，1，5-，1，6-，1，7-，1，8-，2，3-2，4-，2，5-，2，7-和2，8-)；聯(lián)苯甲酸，如4，4’-聯(lián)苯二羧酸及其異構(gòu)體、反式4，4’-二羧酸及其異構(gòu)體、4．4’-二苯醚二羧酸及其異構(gòu)物、4，4’-二苯砜二羧酸及其異構(gòu)體、4，4’-二苯酮二羧酸及其異構(gòu)物；鹵代芳香烴二羧酸，如2-氯對苯二甲酸和2，5-二氯對苯二甲酸；其它取代的芳香烴二羧酸，如叔丁基間苯二甲酸和間苯二甲酸磺基鈉；環(huán)烷二羧酸，如1，4-環(huán)己烷二羧酸及其異構(gòu)體和2，6-十氫萘二甲酸及其異構(gòu)體；二環(huán)和多環(huán)二羧酸(如降冰片烷二羧酸和降冰片烯二羧酸，金剛烷二羧酸和二環(huán)辛烷二羧酸的各種異構(gòu)體)；烷二羧酸(如癸二酸，己二酸，草酸，丙二酸，琥珀酸，谷氨酸，壬二酸和十二烷二羧酸)和各種異構(gòu)的稠環(huán)芳香烴二羧酸(如，茚，蒽，苯并蒽(pheneanthrene)，苯并萘，芴等)?；蛘?，可使用這些單體的烷基酯(如對苯二甲酸二甲酯)。
合適的二元醇共聚單體包括，但并不限于，直鏈或支鏈的烷二醇或甘醇(諸如，乙二醇，丙二醇如1，3-丙二醇，丁二醇如1，4-丁二醇，戊二醇如新戊二醇，己二醇，2，2，4-二甲基-1，3-戊二醇和更高級的二元醇)，醚二醇(如二甘醇，三甘醇和聚乙二醇)，鏈烷二醇如3-羥基-2，2-二甲基丙酸3-羥基-2，2-二甲基丙酯，環(huán)烷二醇如1，4-環(huán)己烷二甲醇及其異構(gòu)體和1，4-環(huán)己二醇及其異構(gòu)體，二環(huán)-或多環(huán)二醇(如各種異構(gòu)的三環(huán)癸烷二甲醇，降冰片烷二甲醇，降冰片烯二甲醇和二環(huán)辛烷二甲醇)。芳族二醇(如1，4-苯二甲醇及其異構(gòu)體，1，4-苯二醇及其異構(gòu)體，雙酚諸如雙酚A，2，2’-二羥基聯(lián)及其異構(gòu)體，4，4’-二羥基甲基聯(lián)苯及其異構(gòu)體和1，3-二(2-羥基乙氧基)苯及其異構(gòu)體)和這些二元醇的低級烷基醚或二醚，如這些二元醇的二甲醚或二乙醚。
也可使用使聚酯分子具有支化結(jié)構(gòu)的三官能或多官能共聚單體。它們可以是羧酸、酯、羥基或醚的形式。例子包括有，但并不限于，偏苯三酸及其酯，三羥甲基丙烷和季戊四醇。
適用的共聚單體還有混合官能度的單體，包括羥基羧酸如6-羥基-2-萘羧酸及其異構(gòu)體，和混合官能度的三官能或多功能共聚單體如5-羥基間苯二甲酸等。
聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是具有明顯正應(yīng)力光學(xué)系數(shù)，在拉伸后能有效地保持雙折射性，并在可見區(qū)域很少或沒有吸收的另一種材料。因此，在本發(fā)明某些用途中可使用這種材料和這種材料使用上述共聚單體的高PET含量的共聚物作為第一種聚合物。
當(dāng)選擇聚萘二羧酸酯(如聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚2，6-萘二甲酸丁二醇酯(PBN))作為第一種聚合物時，可以有幾種方法來選擇第二種聚合物。對某些用途的一個較優(yōu)的方法是選擇共聚萘二羧酸酯(coPEN)，其配制使得拉伸時很少形成或者不形成雙折射性。這可通過選擇共聚單體以及它們在共聚物中的濃度，消除或明顯降低coPEN的結(jié)晶度而達(dá)到。一個典型的配方使用約20-80摩爾％的萘二甲酸二甲酯和20-80摩爾％的對苯二甲酸二甲酯或間苯二甲酸二甲酯作為二元羧酸或酯組分，并使用乙二醇作為二元醇組分。當(dāng)然，可用對應(yīng)的二元羧酸來代替該二元酯。能用于coPEN第二種聚合物配方中的共聚單體的數(shù)目不受限制。適用于coPEN第二種聚合物的共聚單體包括，但并不限于，上面所列出的適于PEN共聚單體的所有共聚單體，包括酸、酯、羥基、醚、三官能或多官能和混合官能類型的單體。
預(yù)測coPEN第二種聚合物的各向同性的折射率常常是有用的。業(yè)已發(fā)現(xiàn)所用的單體折射率的體積平均值是一個合適的指標(biāo)。本領(lǐng)域熟知的類似技術(shù)能用來從所用單體的均聚物的玻璃化溫度估計coPEN第二種聚合物的玻璃化溫度。
另外，具有與PEN相容的玻璃化溫度并且折射率相似于PEN的各向同性折射率的聚碳酸酯也可用作第二種聚合物。
第二種聚合物并不需要是共聚聚酯或共聚碳酸酯。也可使用由單體(如乙烯基萘、苯乙烯、乙烯、馬來酸酐、丙烯酸酯、乙酸酯和甲基丙烯酸酯)制成的乙烯基聚合物和共聚物。也可使用除聚酯和聚碳酸酯之外的縮聚物。例子包括聚砜、聚酰胺、聚氨酯、聚酰胺酸和聚酰亞胺。萘基團和鹵素(如氯、溴和碘)適用預(yù)將第二種聚合物的折射率提高到一個所希望要的水平。在需要降低折射率時，丙烯酸酯基和氟是特別有用的。
從前面的可見，第二種聚合物的選擇不僅取決于所述多層光學(xué)膜的用途，而且還取決于制備第一種聚合物的材料選擇以及在拉伸時所用的工藝條件。合適的第二種聚合物材料包括，但不限于，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其異構(gòu)體(如2，6-，1，4-，1，5-，2，7-，和2，3-PEN)，聚對苯二甲酸烷二醇酯(如聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚對苯二甲酸丁二醇酯和聚對苯二甲酸1，4-環(huán)己烷二醇酯)，其它聚酯，聚碳酸酯，聚丙烯酸酯，聚酰胺(如尼龍6，尼龍11，尼龍12，尼龍4／6，尼龍6／6，尼龍6／9，尼龍6／10，尼龍6／12和尼龍6／T)，聚酰亞胺(包括熱塑性聚酰亞胺和聚丙烯酰亞胺)，聚酰胺-酰亞胺、聚醚-酰胺、聚醚-酰亞胺、聚芳基醚(如聚苯醚和環(huán)取代的聚苯醚)，聚芳基醚酮(如聚醚醚酮(PEEK)，脂族聚酮(如乙烯和／或丙烯與二氧化碳的共聚物和三聚物)，聚苯硫、聚砜(包括聚醚砜和聚芳基砜)，無規(guī)聚苯乙烯，間規(guī)聚苯乙烯(sPS)及其衍生物(如間規(guī)聚α-甲基苯乙烯和間規(guī)的聚二氯苯乙烯)，這些聚苯乙烯的各種摻混物(彼此間的或與其它聚合物，如聚苯醚的摻混物)，這些聚苯乙烯的各種共聚物(如苯乙烯-丁二烯共聚物，苯乙烯-丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚物)，聚丙烯酸酯(如聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯和聚丙烯酸丁酯)，聚甲基丙烯酸酯(如聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸乙酯，聚甲基丙烯酸丙酯和聚甲基丙烯酸異丁酯)，纖維素衍生物(如乙基纖維素，醋酸纖維素，丙酸纖維素，醋酸丁酸纖維素和硝酸纖維素)，聚亞烷基聚合物(諸如聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯，聚異丁烯和聚(4-甲基)戊烯)，含氟聚合物和共聚物(如聚四氟乙烯，聚三氟乙烯，聚偏二氟乙烯，聚氟乙烯，含氟乙烯-丙烯共聚物，全氟烷氧基樹脂，聚三氟氯乙烯，聚乙烯-共聚-三氟乙烯，聚乙烯-共聚-三氟氯乙烯)，含氯聚合物(如聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯)，聚丙烯腈，聚乙酸乙烯酯，聚醚(如聚甲醛和聚環(huán)氧乙烷)，離子鍵樹脂，彈性體(如聚丁二烯，聚異戊二烯和氯丁橡膠)，硅氧烷樹脂，環(huán)氧樹脂和聚氨酯。
共聚物也是合適的，諸如上面討論過的PEN的共聚物以及其它不含萘基團的共聚聚酯(它可從上面列出的用于PEN的聚酯共聚單體配制得到)。在某些應(yīng)用中，特別是當(dāng)PET用作第一種聚合物時，基于PEN和上面列出的共聚單體的共聚聚酯(coPET)特別適用。另外，第一種聚合物或是第二種聚合物可由二種或更多種的上述聚合物或共聚物(如，sPS和無規(guī)聚苯乙烯的摻混物或PEN和sPS的摻混物)的可混溶或不可混溶的混合物構(gòu)成。所述coPENs和coPETs可以直接合成，或可配制成顆?；旌衔铮渲兄辽儆幸环N組分是基于萘二羧酸或?qū)Ρ蕉姿岬木酆衔?，其它組分是聚碳酸酯或其它聚酯，如PET，PEN，coPET或coPEN。
對用途，作為第二種聚合物的優(yōu)先材料組是間規(guī)乙烯芳香聚合物，如間規(guī)聚苯乙烯。適用于本發(fā)明的間規(guī)乙烯基芳香聚合物包括聚(苯乙烯)，聚(烷基苯乙烯)，聚(芳基苯乙烯)，聚(鹵代苯乙烯)，聚(烷氧基苯乙烯)，聚(苯甲酸乙烯酯)，聚(乙烯基萘)，聚(乙烯基苯乙烯)和聚(acenaphthalene)，以及包含這些結(jié)構(gòu)單元的氫化聚合物和混合物或共聚物。聚(烷基苯乙烯)的例子包括下列聚合物的異構(gòu)體聚(甲基苯乙烯)，聚(乙基苯乙烯)，聚(丙基苯乙烯)和聚(丁基苯乙烯)。聚(芳基苯乙烯)的例子包括聚(苯基苯乙烯)的異構(gòu)體。至于聚(鹵代苯乙烯)，其例子包括下列聚合物的異構(gòu)體聚(氯苯乙烯)，聚(溴苯乙烯)和聚(氟苯乙烯)。聚(烷氧基苯乙烯)的例子包括下列聚合物的異構(gòu)體聚(甲氧基苯乙烯)和聚(乙氧基苯乙烯)。在這些例子中，特別優(yōu)選的苯乙烯基聚合物是聚苯乙烯，聚(對甲基苯乙烯)，聚(間甲基苯乙烯)，聚(對叔丁基苯乙烯)，聚(對氯苯乙烯)，聚(間氯苯乙烯)，聚(對氟苯乙烯)和苯乙烯和對甲基苯乙烯的共聚物。
另外，可用共聚單體制備間規(guī)乙烯基芳香族共聚物。除了上面在定義間規(guī)乙烯基芳香聚合物基團時所述的用于均聚物的單體外，合適的共聚單體包括烯烴單體(諸如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯。辛烯或癸烯)，二烯單體(諸如丁二烯和異戊二烯)和極性乙烯基單體(如環(huán)二烯單體，甲基丙烯酸甲酯，馬來酸酐或丙烯腈)。
本發(fā)明間規(guī)乙烯基芳香共聚物可以是嵌段共聚物，無規(guī)共聚物或交替共聚物。
本發(fā)明所述的間規(guī)乙烯基芳香聚合物和共聚物的間同規(guī)正度(由碳-13核磁共振測的)一般高于75％或更高。間同規(guī)正度較好高于85％二價外消旋體(racemicdiad)，或高于30％，最好高于50％五價外消旋體。
另外，雖然對這些間規(guī)乙烯基芳香聚合物和共聚物的分子量沒有特別的規(guī)定，但重均分子量較好大于10，000并小于1，000，000，更好大于50，000并小于800，000。
間規(guī)乙烯基芳香聚合物和共聚體也可以聚合物摻混物的形式使用，例如乙烯基芳香族聚合物與無規(guī)結(jié)構(gòu)物的摻混物，乙烯基芳香族聚合物與等規(guī)結(jié)構(gòu)物的摻混物，以及與任何可與乙烯基芳香族聚合物混溶的其它聚合物的摻混物。例如，聚苯醚與前面所述的許多乙烯基芳香族聚合物具有良好的混溶性。
當(dāng)用主要是單軸拉伸工藝制備偏振膜時，作為光學(xué)的較好聚合物組合包括PEN／coPEN，PET／coPET，PEN／sPS，PET／sPS，PEN／Eastar及PET／Eastar，其中coPEN指的是基于萘二甲酸(如上所述)的共聚物或摻混物，而Eastar是一種聚合物或共聚聚酯(包含環(huán)己烷二甲醇單元和對苯二甲酸酯單元)，購自EastmanChemicalCo．。當(dāng)用拉伸方法制備偏振膜時，用于光學(xué)的特別優(yōu)選的聚合物組合包括PEN／coPEN，PEN／PET，PEN／PBT，PEN／PETG和PEN／PETcoPBT，其中“PBT”指的是聚對苯二甲酸丁二醇酯，“PETG”指的是使用第二種二元醇(通常是環(huán)己烷二甲醇)的PET的共聚物，“PETcoPBT”指的是對苯二甲酸或其酯與乙二醇和1，4-丁二醇混合物的共聚聚酯。
在平面鏡或有色膜的情況下，用作光學(xué)的特別優(yōu)選的聚合物組合包括PEN／PMMA，PET／PMMA，PEN／Ecdel，PET／Ecdel，PEN／sPS，PET／sPS，PEN／coPET，PEN／PETG和PEN／THV，其中PMMA指的是聚甲基丙烯酸甲酯，Ecdel是一種熱塑性聚酯或共聚聚酯(包含環(huán)己烷二羧酸酯單元，聚四亞甲基醚二醇單元和環(huán)己烷二甲醇單元)，它可購自Eaxtman ChemicalCo．。“coPET”指的是一種基于對苯二甲酸(如上所述)的共聚物或摻混物，“PETG”指的是一種使用第二種二元醇(通常是環(huán)己烷二甲醇)的PET的共聚物，THV是一種購自美國3M公司的含氟共聚物。
對平面鏡膜，在垂直于膜平面的方向，第一種聚合物和第二種聚合物的折射率匹配有時是較好的，它相對于入射光的角提供不變的反射(就是說，沒有布魯斯特角)。例如，在一特定的波長，對雙軸取向的PEN其平面內(nèi)折射率為1．76，而垂直膜平面的折射率會降到1．49。當(dāng)PMMA被用作多層結(jié)構(gòu)中的第二種聚合物時，在全部三個方向上，在相同波長時其折射率可以是1．495。另一例子是PET／Ecdel體系，在該體系中對PET類似的折射率可以是1．66和1．51。而Ecdel的各向同性折射率可以是1．52。至關(guān)緊要的性能是對一種材料，與它自己平面內(nèi)折射率相比，其垂直于平面的折射率必須更接近于另一種材料的平面內(nèi)折射率。
在其它實例中，需要故意使垂直平面的折射率失配。一些例子包括在光學(xué)堆層中具有三層或更多層聚合物的試樣，在這個光學(xué)堆層中要求在垂直平面的折射率故意失配，與平面內(nèi)的一個方向上折射率失配具有相反的符號。本發(fā)明多層光學(xué)膜有時較好由多種不同的聚合物構(gòu)成。第三種或隨后各種聚合物可有利地在光學(xué)堆層的第一種聚合物和第二種聚合物之間用作粘合促進(jìn)層，在堆層中作為附加層用于光學(xué)目的，在光學(xué)堆層之間作為保護(hù)邊界，作為表層，作為官能涂層或作為用于其它目的。此時，第三種或隨后各種聚合物(如有的話)的組成無限制。幾種較好的多組分結(jié)構(gòu)可參見題為“多組分光學(xué)體”的美國專利申請09／006，118。
E．膜設(shè)計和結(jié)構(gòu)E1．有色反射鏡本發(fā)明的原理可以用來構(gòu)造有色反射鏡。一般，這些反射鏡將在可見光譜區(qū)對兩種偏振光呈現(xiàn)透射帶，但在可見光譜的剩余部分反射兩種偏振光。本文中，通過將這類反射鏡稱為“濾光器”。在本發(fā)明的濾光器中，透射帶將顏色作為入射角的函數(shù)進(jìn)行移動。
例子E1-1下例說明了生產(chǎn)本發(fā)明藍(lán)通濾光器的過程。
用共擠出工藝，在一連續(xù)的平膜生產(chǎn)線上制作含209層的共擠出膜。此多層聚合膜由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMACP82)制成。用送料裝置(諸如在美國專利第3，801，429號所敘述的)制造出大約209層，這些被共擠出到一個水冷鑄輪上，并且用常規(guī)的順序長度調(diào)節(jié)儀(L0)和拉幅機設(shè)備對其連續(xù)調(diào)節(jié)。用一臺擠壓機，以60．5kg／hr的速率，將本征粘滯度(IV)為0．56dl／g的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN∶60重量百分比的苯酚／40重量百分比的二氯苯)傳送到送料裝置，將用另一臺擠壓機，以63．2kg／hr的速率，傳送PMMA。將這些熔融流引導(dǎo)到送料裝置，以制出PEN和PMMA的光學(xué)。送料裝置制造出209層交替的PEN和PMMA，通過送料裝置使外面的二層PEN起保護(hù)邊界層(PBL)的作用。PMMA的熔融工藝設(shè)備保持在約249℃，PEN的熔融工藝設(shè)備保持在約290℃；而送料裝置、表層模件和模子也保持在約290℃。
為用于每種材料的送料裝置設(shè)計了關(guān)于厚度的近似線性梯度，使最厚與最之比約為1．72∶1。這種將第一層厚度與最后一層厚度的比設(shè)計為1．72∶1的硬件設(shè)計太大了，以致于不能制作出本例中有色反射鏡所希望達(dá)到的帶寬。另外，用如此設(shè)計的硬件會產(chǎn)生一個傾斜的藍(lán)色帶邊緣緣緣。為了改正這些問題，曾在送料裝置上施加一個溫度分布。由送料裝置生產(chǎn)的選定可以通過加熱或冷卻送料裝置中生產(chǎn)這些的部段，使它們增厚或減薄。要在反射帶的藍(lán)色一側(cè)產(chǎn)生可接受的陡峭的帶邊緣緣緣，需要這個技術(shù)。將送料裝置中制造最的部段加熱到304℃，而將制造最厚的部段加熱到274℃。將中間部段加熱到這兩個極限溫度之間?？傮w效果是產(chǎn)生一個很狹的層厚分布，從而導(dǎo)致一個較狹的反射光譜。
在送料裝置之后，第三臺擠壓機以大約37．3kg／hr的速率傳送由0．56IV和0．48IV的PEN組成的50／50混合物，作為表層(它們在光學(xué)流的兩側(cè)呈相同厚度)。用這個方法，表層的粘滯度低于光學(xué)的粘滯度，由此產(chǎn)生一個由共擠出組成的、穩(wěn)定的、熔融層流。于是，材料流通過膜模子，并且流到使用約7℃進(jìn)水水溫的水冷鑄輪上。用高壓銷住系統(tǒng)把壓出物銷住到澆鑄輪上，銷住金屬線的厚度約為0．17mm，并且施加約5．5kV的電壓。銷住金屬線由操作人員手工放置在離坯料約3-5mm且與澆鑄輪接觸的地方，以使?jié)茶T坯料獲得一個光滑的外形。
在大約130℃下，用大約3．8∶1的拉伸比對澆鑄坯料進(jìn)行長度調(diào)整。在拉幅機中，在拉伸前，在大約9秒鐘內(nèi)將膜預(yù)熱到大約138℃，然后在140℃下，以大約每秒60％的速率橫向拉伸至大約5∶1的拉伸比。最后得到的膜有大約0．02mm的最后厚度。其光譜示于圖38。
在垂直入射時，對于p-偏振光，阻帶內(nèi)的平均透射率是1．23％。垂直入射時的帶寬約為200nm。垂直入射時紅色帶邊緣緣緣的斜率約為每納米5．5％。60°時，p-偏振光的紅色帶邊緣緣緣斜率約為每納米4．2％，而p-偏振光的藍(lán)色帶邊緣緣緣斜率約為每納米2．2％，圖38的光譜是用平行于拉幅機方向(橫過坯料的方向)偏振的光獲得的。盡管不能直接測量1／4波長厚度的PEN的折射率，但是相信它們應(yīng)與PEN表面層膜的折射率近似相等。在本例中，后者折射率是用新猶太州Pennington市的Metricon公司制造的MetriconPrism耦合器測量的。對橫過坯料(被拉幅的或TD)的方向，下坯料(機械或MD)的方向(也稱之為長度調(diào)整或LO方向)，以及厚度或z-軸方向測量折射率。PEN表層在TD和MD方向的折射率分別為nx=1．774和ny=1．720，而z軸的折射率為nz=1．492。通過調(diào)節(jié)這兩個方向的相對拉伸比，可以在TD和MD方向之間獲得較好的相等平衡。
例子E1-2下例說明根據(jù)本發(fā)明原理生產(chǎn)綠通濾光器的過程。
通過共擠出工藝，在一連續(xù)的平膜生產(chǎn)線上制作一個包含約418層的多層膜。這個多層聚合膜是用PET和ECDEL9967制成的。ECDEL9967被認(rèn)為是基于1，4-環(huán)己烷二羧酸，1，4-環(huán)己烷二甲醇以及聚四亞甲基醚乙二醇的共聚多酯，它是可從紐約州羅徹斯特市的Eastman Chemicals公司買到。用(如美國專利第3，801，429號中所敘述的)送料裝置方法通過擠出物生產(chǎn)大約209層的，從到具有近似于線性的層厚梯度。
用一擠壓機，以大約34．5kg／hr的速率，將本征粘滯度(IV)為0．6dl／g的PET傳送到送料裝置，并以大約41kg／hr的速率傳送ECDEL。在送料裝置之后，同一臺PET擠壓機以總流量6．8kg／hr，把PET作為保護(hù)邊界層(PBL’s)傳遞擠出物的兩邊。于是，材料流通過一具有倍增器設(shè)計比為1．40的非對稱的兩倍倍增器(美國專利第5，094，778號和第5，094，793號)。倍增器的比值被定義為，在主管道中生產(chǎn)的的平均厚度除以次管道中的平均厚度。選擇這個倍增器比值是為了在二組209層產(chǎn)生的二個反射帶之間留下一個光譜間隙。每組209層都具有由送料裝置產(chǎn)生的近似的層厚分布，總厚度比例因子由倍增器和膜擠壓速率決定。垂直入射的光譜(圖39)具有兩個消光頻帶，其厚度加權(quán)中心大約為450納米和650納米。635與450的比值為1．41，此值接近于所希望的倍增器設(shè)計值1．40。
ECDEL熔融工藝設(shè)備維持在約250℃，PET(光學(xué))熔融工藝設(shè)備維持在265℃，而送料裝置、倍增器、表層熔融流和模子維持在約274℃。
在本例中，用來制作膜的送料裝置被設(shè)計成，在等溫條件下給出最厚與最的比為1．3∶1的線性層厚分布。為了在本例中獲得較小的比值，對送料裝置施加一個熱分布。將送料裝置中制作最的部分加熱到285℃，而將制作最厚的部分加熱到265℃。在該方法中，最的厚度大于用等溫送料裝置操作所得的厚度，而最厚的厚度薄于在等溫操作獲得的厚度。將中間部分設(shè)置成遵循在兩個極端之間的線性溫度分布?？偟男Ч谦@得一個較窄的層厚分布，從而導(dǎo)致較窄的反射光譜。一些厚度誤差是由倍增器引進(jìn)的，并且是每個反射帶的光譜特性中小差異的原因。調(diào)節(jié)澆鑄輪的速率，以便對最后的膜厚度以至最后的顏色進(jìn)行精確控制。
在倍增器之后，以大約28kg／hr的速率(總計)，加入厚度對稱的PBL(表層)，該速率是第三臺擠壓機提供的。在此之后，材料流經(jīng)過一膜模子，通到一水冷鑄輪上。澆鑄輪上的進(jìn)口水溫約為7℃。用一高壓銷住系統(tǒng)把擠出物銷住到澆鑄輪上。銷住金屬線的厚度大約為0．17mm，并且施加大約5．5kV的電壓。操作員將銷住金屬線人工放置在離開坯料約3到5mm且與澆鑄輪接觸的點上，使?jié)茶T坯料具有一個光滑的外形。用常規(guī)的順序長度調(diào)節(jié)儀(LO)和拉幅設(shè)備連續(xù)調(diào)節(jié)澆鑄坯料。在約100℃下，將坯料的長度調(diào)節(jié)到拉伸率約為3．3。在拉幅機中，用大約22秒將膜預(yù)熱到約100℃，并沿橫向，以每秒約20％的速率將膜拉伸到拉伸率約為3．5。最后得到的膜的最后厚度約為0．05mm。
圖39示出了在入射角0°和60°時非偏振光的透射光譜。
圖18和圖20示出了具有較厚厚度(較慢的澆鑄輪速y率)的相似膜的p-偏振光的透射情況。雖然不能直接測量1／4波長厚度的PET的折射率，但是相信它們應(yīng)近似等于PET表層的折射率。本例中，膜之PET表層的折射率為nx=1．678，ny=1．642，nz=1．488。再一次，與例子E1-1中的一樣，如希望在MD與TD折射率之間存在較接近的匹配，那么可以調(diào)節(jié)拉伸比，以獲得平衡的膜。Ecdel的各向同性折射率接近1．52。用本例中的工藝條件，認(rèn)為與PET相比，Ecdel大體上保持各向同性。
在本例中，650nm附近的阻帶具有90nm的帶寬，并具有5．6％的平均帶內(nèi)透射率。藍(lán)色和紅色帶邊緣緣緣的斜率分別為每納米3．0％和1．9％。在60°入射角處，同一阻帶的帶寬為86nm，并且平均帶內(nèi)透射率為2．6％。在0°和60°入射角之間，帶邊緣緣緣的斜率大體上不變。對于60°時的光譜，460nm附近的通帶具有大約52nm的帶寬和72％的最大透射率，而藍(lán)色和紅色帶邊緣緣緣分別具有每納米2．4％和每納米2．9％的斜率。
為了在本發(fā)明的某些較佳實施例中獲得明亮的飽和色，對濾色器來說，重要的是在通帶中具有較高的透射率，而在阻帶中具有較低的透射率。為了用一個具有給定z折射率匹配條件的雙折射堆層來得到驚人的目視效應(yīng)，該光學(xué)堆層必須提供高的反射率，使得阻帶中只有幾個百分點甚至更少的光被透射。較合適的是，在額定設(shè)計角度下，顏色轉(zhuǎn)變膜在反射帶內(nèi)的平均透射率小于約10％，小于約5％則更好，最好是小于約2％。對于優(yōu)良的顏色重現(xiàn)，最好帶邊緣緣緣呈現(xiàn)較高的斜率。較合適的是，斜率至少為大約每納米1％，大于每納米2％則更好，而最好大于約每納米4％。
除以上情況之外，對于良好的顏色重現(xiàn)，阻帶中的平均透射率宜少于約10％，且在阻帶內(nèi)沒有透射率峰值大于約20％的通帶。更好的是，阻帶內(nèi)的平均透射率少于約5％，且阻帶內(nèi)通帶峰值的最大透射率約為10％。對泄漏的限制是重要的，即使當(dāng)施加于可能發(fā)生在阻帶內(nèi)的狹窄光譜泄漏時。當(dāng)與諸如低壓鈉燈或某些熒光燈等某些狹帶發(fā)射源組結(jié)合起來時，大部分光源能量可以通過阻帶中的狹帶泄漏被透射。
為了在反射中提供純色，反射帶必須相對狹窄，并且?guī)獾姆瓷浔仨気^小。可以獲得帶寬約為100nm的、可接的、紅、綠或藍(lán)的反射色。可以得到帶寬為50nm的高純色。25nm或更小的反射帶會產(chǎn)生極高純度的顏色，色坐標(biāo)位于CIE色空間的周邊。為了在反射中獲得這些高純度的顏色，必須通過抗反射鍍層或浸沒在一個折射率匹配的介質(zhì)中，來抑制來自空氣-聚合物界面的帶外反射。
要獲得陡峭的帶邊緣緣緣，可以利用用計算機優(yōu)化的層厚分布，或在層厚分布設(shè)計中應(yīng)用如美國專利申請第09／006，085號所敘述的頻帶陡峭的厚度分布，其中專利申請的名稱為“具有陡峭的帶邊緣緣緣的光學(xué)膜”中。類似地，在具有高色純的濾色器的較佳實施例中，通帶應(yīng)該具有陡峭的帶邊緣緣緣。在該實施例中，通帶之帶邊緣緣緣的斜率宜至少為大約每納米1％，能大于每納米2％則更好，但最好大于約每納米5％。在許多應(yīng)用中，希望通帶內(nèi)的透射率峰值接近于透明膜的透射率，為90％左右。對于較狹的通帶，如果邊緣斜率太小，不可能有這樣高的透射率值。正如本文例子所說明的，具有50％、70％和85％透射率峰值的通帶是可能的。帶寬狹到10nm時，就有可能給出25％的透射率峰值，甚至35％。帶寬大于20nm的任意通帶也是可能的，但是所希望的寬度將依賴于預(yù)期中的應(yīng)用。
E2．有色偏振器可以用本發(fā)明生產(chǎn)在光譜的一個或幾個區(qū)域起偏振器作用的顏色轉(zhuǎn)變膜。例如，這樣的膜可以在可見光譜區(qū)起到關(guān)于第一偏振光的寬帶反射器的作用，同時起到關(guān)于第二偏振光的顏色轉(zhuǎn)變狹通濾光器的作用(例如，第二偏振光在光譜可見區(qū)內(nèi)的狹窄帶寬上透射，并在可見區(qū)的其它地方反射，并且透射帶在波長上的位移是入射角的函數(shù))。例子E2-1和E2-2中說明這種類型的膜的。
例子E2-1至E2-3在525°F(274℃)的溫度下，以81lb／hr(37kg／hr)的速率，將PEN送入224層的送料裝置中。在540°F(282℃)的溫度下，以117lb／hr(53kg／hr)的速率，將由70％萘二甲酸鹽和30％間苯二酸酯組成的共聚多酯與乙二醇一起送入送料裝置中，以制作表層，并且在525°F(274℃)溫度下，以115lb／hr(52．3kg／hr)的速率，制作光學(xué)。送料裝置的溫度保持在555°F(290℃)。對于例子E2-1，E2-2和E2-3，分別以20、25和30米／分的速率澆鑄坯料，并在154℃的拉幅機爐中，將坯料拉伸至拉伸比6∶1，以生產(chǎn)出有色偏振器。
在例子E2-1、E2-2和E2-3中的膜被層疊到一個白色的漫射背景之后，當(dāng)在透射情況下觀察時，或者在反射情況下觀察時，分別把透明到青紫、青紫到藍(lán)色以及深紅到黃色顯現(xiàn)給肉眼。當(dāng)通過第二(中性的)偏振器觀察這些樣品時(這時，第二偏振器的透射軸與有色偏振器的透射軸成90°角)，顏色更為鮮艷。而當(dāng)把中性偏振器旋轉(zhuǎn)到使它的透射軸平行于有色偏振器的透射軸時，白光被透射。圖40、41和42分別示出了當(dāng)入射光的E場平行于拉伸方向并且平行于與這些膜成為0°和60°的非拉伸方向時，例子E2-1、E2-2和E2-3中膜的透射光譜。注意，對于青紫到藍(lán)色的偏振器，當(dāng)從0°至60°入射且E場平行于拉伸方向時，反射帶移動約90nm，而當(dāng)E場平行于非拉伸方向時，沒有峰值。對于深紅到黃色的偏振器，當(dāng)從0°到60°入射且E場平行于拉伸方向時，其相應(yīng)的位移為65nm，而當(dāng)E場平行于非拉伸方向時，它也沒有峰值。這些偏振器的帶邊緣緣緣斜率的范圍，對于藍(lán)邊約為每納米3％-4％，而對紅邊則約為每納米1．5％-3％。
E3．有色反射鏡和偏振器的組合在本發(fā)明的一些實施例中，將顏色轉(zhuǎn)變膜與偏振器結(jié)合使用。在一個特定的較佳實施例中，偏振器是一種漫反射的起偏膜，諸如美國專利申請第08／610，092號(Ouderkirk等人)中敘述的連續(xù)／彌射相起偏膜。在這個實施例中，顏色轉(zhuǎn)變膜是這樣一種類型，它從在垂直入射角處為高度反射的變成在斜角處透射(至少對于某些波長)。
在一個特殊的結(jié)構(gòu)中，顏色轉(zhuǎn)變膜是這樣一種類型，它在垂直入射角處表現(xiàn)得象一個反射鏡，但在斜角處變得相當(dāng)透明，并且呈現(xiàn)青紫色；于是將這個顏色轉(zhuǎn)變膜(CSF)結(jié)合美國專利申請第08／610，092號(Ouderkirk等人)中描述的白色的漫反射起偏膜一起使用。最后得出的組合在垂直入射時起寬帶反射鏡的作用，但在斜角時對大多數(shù)(例如，非青紫色)的光波長，進(jìn)行漫反射和起偏。這種膜特別適于用作安全膜。在一個類似的結(jié)構(gòu)中，將同樣的顏色轉(zhuǎn)變膜結(jié)合一吸收偏振器一起使用(例如用二向色染料制作的類型)。當(dāng)在透射情況下觀察時，此膜在垂直入射時為黑色，然后變成在斜角時為有色偏振器。當(dāng)然這種組合呈現(xiàn)在觀察者面前的最后顏色有賴于一系列的因素，諸如光源的類型和方向，顏色轉(zhuǎn)變膜的性質(zhì)(包括對它調(diào)諧到的波長)，以及(若有的話)由偏振器提供的散射程度，以及任何物質(zhì)的存在與顏色。
E4．部分偏振器本發(fā)明的原則可以用于生產(chǎn)在光譜的一個或幾個區(qū)域上起部分偏振器作用的顏色轉(zhuǎn)變膜。例如，可以將這種膜能設(shè)計成，在基本上相同的波長處透射偏振面平行于主要和次要的拉伸軸的光，并且對平行于某個軸的偏振的透射率高于正交偏振的透射率。兩種偏振的透射光譜都作為入射角的函數(shù)而移動。例子E4-1說明了這種類型的膜。
例子E4-1在平膜生產(chǎn)線上，通過共擠出工藝制造了一包含約418層的多層薄層。這多層聚合膜由PET和ECDEL9967制成，此處PET是外層或“表”層。用(如美國專利第3，801，429號描述的)送料裝置方法通過擠出物生產(chǎn)出約209層的，使至具有一近似的線性層厚梯度。
以大約34．0kg／hr的速率，將具有本征粘滯度(IV)為0．56dl／g的PET抽運到送料裝置，并以大約32．8kg／hr的速率抽運ECDEL。在送料裝置之后，用同一臺PET擠壓機，以8kg／hr的總流量，把PET作為保護(hù)邊界層(PBL)傳送到擠出物的兩邊。然后，此材料流通過一個非對稱的、倍增比大約為1．40的兩倍倍增器(美國專利第5，094，788號和第5，094，793號)。倍增比的定義是，主導(dǎo)管內(nèi)生產(chǎn)的各的平均厚度除以次導(dǎo)管中各的平均厚度。選擇此倍增比，使得在由這兩組209層產(chǎn)生的兩個反射帶之間留下一個光譜間隙。每組209層都具有由送料裝置造成的近似的層厚分布，總厚度比例因子由倍增器和膜擠壓速率決定。
ECDEL熔融工藝設(shè)備被保持在約250℃，PET(光學(xué))熔融工藝設(shè)備被保持在約265℃，而送料裝置、倍增器、表層熔融流和模子都被保溫在約274℃。
在本例中，把用于制作膜的送料裝置設(shè)計成能給出一個線性的層厚分布，在等溫條件下，最厚與最的比為1．3∶1。為了在本例中得到一個較小的比值，對送料裝置施加了一個熱分布。送料裝置中用于制作最的部分被加熱到285℃，而用于制作最厚的部分則被加熱到268℃。用這種方法，最的厚度比用等溫送料裝置操作制作的厚度更厚，而最厚的厚度卻比等溫操作下制作的厚度更薄。中間部分將設(shè)置為在這兩個極端之間遵循一個線性溫度分布?？偟男Ч谦@得一個較窄的層厚分布，從而得到一個較窄的反射光譜。
在倍增器之后，以大約35kg／hour的速率，從第三臺擠壓機加入厚的且對稱的PBL(表層)。然后，材料流通過膜模子，并以13米／分鐘的速率加到水冷鑄輪上。澆鑄輪上的進(jìn)口水溫大約為7℃。用一高壓銷住系統(tǒng)把擠出物銷住到澆鑄輪上。銷住金屬線的厚度大約為0．17mm，并且施加大約5．5kV的電壓。操作員將銷住金屬線人工放置在離開坯料約3到5mm且與澆鑄輪接觸的點上，使?jié)茶T坯料具有一個光滑的外形。用常規(guī)的順序長度調(diào)節(jié)儀(LO)和拉幅設(shè)備連續(xù)調(diào)節(jié)澆鑄坯料。使坯料穿過長度調(diào)節(jié)器，但是不拉伸。在拉幅機中，用大約22秒的時間，將膜預(yù)熱約到大約100℃，然后以大約每秒20％速率，將膜橫向拉伸至拉伸比大約為5。膜在一個121℃的區(qū)域中被加熱20秒鐘。最后得到的膜具有大約為0．06mm的最終厚度。
在一臺Metricon上，對PET表層測量其在633nm處的折射率。在這個討論中，x方向是橫向(拉伸方向)，y方向是機械方向(非拉伸方向)，而z方向是在膜的厚度方向。
已經(jīng)測出，ECDEL非晶態(tài)共聚多酯具有1．52的折射率，并且在這些拉伸條件下，其變化不會大于0．01。
當(dāng)用肉眼觀察(兩種偏振光)時，本例的膜呈現(xiàn)從垂直入射時的桔黃色到視角超出50°時的鮮綠色的顏色轉(zhuǎn)變。當(dāng)通過中性偏振器觀察并且使用通過方向平行于拉伸方向時，膜顯出紅色。當(dāng)對偏振器定向，使通過方向平行于非拉伸方向時，膜是黃的。因為非拉伸方向上的PET與ECDEL之間仍然存在折射率的差，所以仍然有兩個明顯的反射峰。各峰的中心位置與以下方程有關(guān)λ／z=t1+t2=n1d1+n2d2方程E4-1其中λ=最大光反射的波長t1=第一材料的光學(xué)厚度t2=第二材料的光學(xué)厚度并且n1=第一種材料的折射率n2=第二種材料的折射率d1=第一種材料的實際厚度d2=第二種材料的實際厚度對于ECDEL(材料2)，n2和d2都是常數(shù)。但是當(dāng)把n1x對n2y代入方程時，反射的波長隨偏振位移。例如，如果ECDEL的厚度是82nm并且PET的厚度為77nm，那么λx即是為平行于拉伸方向的偏振而反射得到的峰值波長，或者
λx=2(1．66(77)+1．52(82))=505nm方程E4-2相似地，λy是為平行于非拉伸方向的偏振而反射得到的峰值波長，或者λy=2(1．57(77)+1．52(82))=491nm方程E4-3由于對于平行于非拉伸方向的偏振光，△平行于拉伸方向的△n是0．132對0．045，所以對于偏振平行于拉伸方向的峰來說，反射峰要強得多。這會產(chǎn)生一個較寬的峰，它使得有效帶邊緣緣緣位移約40nm，而不是上面計算得到的14nm。對于平行于拉伸方向和非拉伸方向偏振的光，其透射光譜包括在圖43和圖44中。
E5．膜幾何形狀可以把彩色膜幾何形狀分為二種不同的類型。第一類幾何形狀是把膜放置在多面體小平面上，或放在諸如圓柱體或錐體等簡單曲線上。在沒有拉伸或者用某種能夠改變其光學(xué)性質(zhì)的方法扭曲膜的情況下，可以制作這些形式中的任何一種。假如使膜具有基本上均勻的顏色，那么任何顏色的變化基本上是由膜呈現(xiàn)給觀察者的各種幾何角度所引起的。
第二類幾何形狀是當(dāng)在垂直入射情況下觀察時，膜在不同區(qū)域具有不同的顏色。這種可變的顏色可以在擠壓工藝中提供；或者由后擠壓工藝提供，諸如熱成形過程中的非均勻拉伸以便擬合復(fù)合曲線；或者通過在膜的小區(qū)域上制作圖案來提供。非均勻拉伸膜或在膜上制作圖案會使膜在某些區(qū)域中更容易變薄。當(dāng)發(fā)生該情況時，即使不改變觀察角度，從膜一部分到另一部分的顏色變化也是明顯的。
E6．多層組合如果希望，可以將依照本發(fā)明制作的一片或更多片多層膜結(jié)合一連續(xù)相／分散相膜一起使用，或者作為它的一個元件。合適的連續(xù)相／分散相膜包括那些在美國專利申請第08／801，329號(Allen等人)中敘述的類型。在這種結(jié)構(gòu)中，可以層疊個別的膜片，或者將膜片粘合在一起，或者將膜片分開(例如，使得它們彼此在光學(xué)的傳遞中而不是在物理上的接觸)。一種將反射鏡片和偏振片相結(jié)合的產(chǎn)品可以用于增加總反射，同時仍對透射光起偏。
另一種方法是，生產(chǎn)單個共擠出片，以構(gòu)成具有可選擇反射性質(zhì)和偏振性質(zhì)的膜。例如，可以構(gòu)造一個多層組合，其中將某些設(shè)計成在一部分所需的光譜上為偏振，而將另一些設(shè)計成在所需光譜的周圍部分為反射鏡(例如，反射鏡膜具有被偏振故意阻塞的光譜泄漏)。于是，透射的偏振光的顏色將隨視角而轉(zhuǎn)變。當(dāng)把兩片相同的材料沿著相同的偏振軸排列時，它們的表現(xiàn)類似于個別的材料片(假使反射率很高)。如果成交叉狀態(tài)排列，那么它們表現(xiàn)為無色(有銀色光澤的)的反射鏡。因此，它們提供了一種在安全應(yīng)用中不需要附加檢測設(shè)備而進(jìn)行檢驗的方法。
可以如此選擇兩組，使得在同樣的工藝條件下，第一組產(chǎn)生反射鏡，而第二組產(chǎn)生偏振器。例如，反射鏡可以通過在二個平面內(nèi)的方向上拉伸材料(其中至少一個是雙折射的)(例如，雙軸拉伸)來制作。偏振器也可以用兩個或更多個拉伸步驟，在二個平面內(nèi)的方向上拉伸雙折射材料來制成。在名稱為“光學(xué)膜及其制造工藝”的美國專利申請第09／006，455號中，敘述了一種制作這種形式偏振器的方法。偏振膜可以是一個多層堆層，或一層或更多層的連續(xù)相／分散相膜。因此，可以用兩步的拉伸工藝來，將某些膜制成反射鏡，而將其它膜制成偏振。
一般來說，可以將上面提到的、適于制作顏色轉(zhuǎn)變膜的任一系統(tǒng)與美國專利申請第09／006，455號中敘述的、適于制作雙軸拉伸偏振器的系統(tǒng)組合。因此，可以制成一個共擠出單片，它包括第一反射的反射鏡系統(tǒng)和第二偏振器系統(tǒng)。一種特別有用的反射鏡系統(tǒng)包括PEN或含PEN亞單元的共聚物，如上文所述的，在拉伸后作為具有高雙折射的材料。再一次，諸如具有低折射率的共聚多酯或PMMA等合適的聚合物可用作第二種材料。一特別有用的偏振系統(tǒng)包括一個PEN(或者，主要包括PET亞單元的共聚物)的多層堆層。在為第二系統(tǒng)制造一個良好的雙軸拉伸偏振器的工藝條件下，前述第一系統(tǒng)將形成一個良好的雙軸拉伸反射鏡。另外，可以按需要，把PET定向到與z-折射率匹配或失配的不同角度。在失配的情況下，常常設(shè)想PET比PEN具有較高的值。
另一類特別有用的、能與使用PEN的第一系統(tǒng)耦合的第二系統(tǒng)是前面敘述過的連續(xù)／分散相系統(tǒng)(例如，分子量足夠高的PEN，或相反地對連續(xù)相的coPEN，分子量足夠低)，如此處理由這兩個系統(tǒng)組成的合成單片，使得第一拉伸步驟讓連續(xù)相／分散相位系統(tǒng)處于在低光學(xué)取向的狀態(tài)，但是充分地調(diào)節(jié)第一系統(tǒng)，使得現(xiàn)在為兩個系統(tǒng)定向的第二拉伸工藝能在單片內(nèi)產(chǎn)生第一反射鏡系統(tǒng)和第二偏振系統(tǒng)。為了便于共擠出，可以將第二系統(tǒng)作為表面或近外層來定位。在后一種情況下，最外層是一層分子量較低的PEN，它用作共擠出輔助和保護(hù)層，以免在拉伸過程中粘住輥子或夾片。
在本實施例的一個特殊例子中，光學(xué)體由一個多層膜構(gòu)成，其中各在PEN和co-PEN之間交替。有些PEN在PEN基質(zhì)內(nèi)包括間規(guī)聚苯乙烯(sPS)的分散相。由于散射物的分層或夾雜物使光泄漏最后達(dá)到平衡，所以在層厚方面的控制是無關(guān)緊要的，對膜在工藝參數(shù)上的變化更寬容。
以前提到過的任一材料都可用作此實施例的任何，或者用作某個特定層內(nèi)的連續(xù)相或分散相。但是，特別希望能將PEN和co-PEN用作相鄰層的主要部分，因為這些材料可以提高提高層的粘性。
另外，在層結(jié)構(gòu)中，可以有許多數(shù)量的變化。因此例如，可以把做成在部分或整個結(jié)構(gòu)遵循一個重復(fù)的序列。其中一例是一個具有…ABCB…圖樣的結(jié)構(gòu)，其中A、B和C是不同的材料，或者是相同或不同材料的不同混合料，并且A、B或C中的一個或更多至少包含一個分散相和至少一個連續(xù)相。表層最好是相同的或者化學(xué)上相似的材料。
組合的各向同性／雙折射膜堆層本發(fā)明的多層堆層也能與現(xiàn)有技術(shù)的多層堆層相結(jié)合，以產(chǎn)生某些不尋常的角度效應(yīng)。例如，可以用各向同性的堆層對本發(fā)明的雙折射有色膜鍍膜、共擠出或?qū)盈B，其中本發(fā)明的雙折射有色膜在垂直入射時，在給定的波長處集中了一個或更多個透射峰，而各向同性的堆層在垂直入射時，在那些給定的波長處進(jìn)行反射。當(dāng)所有可見波長被該組合得成的物體反射時，它在垂直入射時如同一個完全的反射鏡。但是，在斜角處，各向同性膜將泄漏p-偏振光，允許看見雙折射膜的透射峰。對于具有Brewster角的各向同性膜堆層，最大效果出現(xiàn)在一個斜視角處，或者其附近。
E7．在重復(fù)單元中有不止兩層雖然本申請許多實施例中所包含的光學(xué)堆層具有僅由種不同材料(就是說，具有一個AB單元結(jié)構(gòu))組成的交替，但本發(fā)明也要設(shè)計使用三種或更多種材料的堆層。因而，可以用ABC或ABCB單元來生產(chǎn)顏色轉(zhuǎn)變膜，該膜在所有入射角都保持色純度和色飽和，盡管當(dāng)然顏色隨角度的變化與兩種材料組成的堆層是完全一樣的。用于這些結(jié)構(gòu)的材料可以從不同的單體衍生出來，或者兩種或更多種的材料可以從相同的單體但以不同的比例衍生出來。因而，例如A可能是PEN，而B和C可能是不同的級別的coPEN，它們在所存在的苯二甲酸的比例中彼此不同。
這些結(jié)構(gòu)的根本原理類似于雙組分單元堆層的原理即，對于p-偏振光，將多組分單元的有效Fresnel反射系數(shù)不隨入射角而變化。在兩種材料組分的系統(tǒng)，這是通過匹配兩種材料組分的z折射率來實現(xiàn)的。當(dāng)一個單元中有三種或更多種材料時，最好仍能匹配所有材料的z折射率，但不一定總是可能的或可行的。但是，z折射率在一種材料界面處的失配可以通過在另一種材料界面處具有相反符號的失配來校正(其中所述符號是面內(nèi)折射率的差有關(guān))。
將ABCB重復(fù)結(jié)構(gòu)作為1／2波長單元的例子，其中A為面內(nèi)折射率最高的材料，而c為面內(nèi)折射率最低的材料，假使A／B界面的z折射率失配，那么通過選擇材料C，使B／C界面具有符號相反的失配，使可以使單元有效Fresnel反射系數(shù)基本上不隨入射角變化。有關(guān)兩個z折射率失配的所需相對大小依賴于面內(nèi)折射率失配的大小。假使A／B和B／C的面內(nèi)折射率失配的大小相等，那么z折射率失配應(yīng)該是大小相等而符號相反。一般來說，當(dāng)面內(nèi)差異(A／B和B／C)不相等時，必須如此選擇z折射率差異，使得在感興趣的角范圍內(nèi)或者符號相反的角范圍內(nèi)，有效界面折射率的差異近似地相等。雙折射的有效折射率被推導(dǎo)為該平面內(nèi)和z折射率的代數(shù)函數(shù)。
E8．與漫反射襯底組合可以把本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜與各種襯底層疊、粘合或者光學(xué)耦合，以獲得特殊的光學(xué)效應(yīng)，這尤其依賴于襯底的顏色和它的光學(xué)性質(zhì)(例如，它是否主要進(jìn)行鏡面反射或漫反射)。因此，例如可以把本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜膠合、層疊或者粘貼到卡片材料、紙張、著白色的表面上，或者諸如美國專利申請第08／807，930號(Allen等人)中描述的漫反射光學(xué)膜等漫反射表面上。相似地，可以用諸如噴灑涂料、汽相沉積金屬、金屬氧化物、金屬鹽類等各種材料涂覆本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜，以獲得各種光學(xué)效果。對所得物品觀察到的光學(xué)效果尤其依賴于用來照明該物品的光源(例如，環(huán)境光、偏振光源、紫外光源等)。
圖45-47示出了當(dāng)本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜與各種襯底層疊并在反射情況下觀看時所觀察到的光學(xué)效果。通過將本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜與諸如卡片材料、著白色的表面或其它漫反射表面層疊，可以產(chǎn)生顏色作為角度函數(shù)變化的顯示器。例如，將例子E1-2所述的綠色／深紅顏色轉(zhuǎn)變膜與白色卡片材料作清潔的光學(xué)粘合，并且在室內(nèi)環(huán)境光下觀看。當(dāng)直接觀看時，即膜平面垂直于觀察者的視線時，正常白卡顯出鮮綠色。當(dāng)卡片從垂直位置轉(zhuǎn)過大約60°時，卡片顯出深紅色。
漫反射襯底的好處在于，該襯底將膜透出的顏色散射出被膜鏡面反射的有色光的入射面(或者在入射面內(nèi)以不同的反射角反射掉)。因而，能讓觀看者區(qū)分出被透射的和被反射的顏色。只能在一個方向看到鏡面反射光線。但是，可以在漫反射錐體周圍的任一方位角看到漫反射光線，其中錐體的半角等于入射角θ。在其它的入射角和反射角處，可以看到其它的顏色。
圖46示出了當(dāng)把本發(fā)明顏色轉(zhuǎn)變膜與一黑色表面層疊時在反射中觀看到的光學(xué)行為。如參照圖45所指出的，很難對反射襯底觀察到膜的反射顏色，因為眼睛必須放在鏡面反射光束的位置，它會同時被通過膜透射出的任意光線所欺騙。假使把反射的有色疊到黑色表面上，那么只能看見其反射顏色。因此，高吸收(例如，黑色)的襯底的好處在于，從該物體觀察到的顏色主要由膜光學(xué)堆層所反射的電磁輻射波長所決定。
圖47示出了當(dāng)把本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜與反射鏡表面層疊時在反射中觀看到的光學(xué)行為。在這里，從膜鏡面反射的光束將與從反射鏡表面鏡面反射的光束相結(jié)合，以給出與入射光束同樣的顏色。層疊到寬帶高度反射表面的有色膜將不帶顏色，因為觀看者可以看到所有被反射的顏色。在本實施例中，可以用有色反射鏡或濾色器從物體的反射光譜中去除電磁輻射中最初被顏色轉(zhuǎn)變膜透射的某些波長。
另外，漫反射介質(zhì)可以是一種漫反射的偏振器，它包括同時具有連續(xù)相和分散相兩者的，與鏡面反射的顏色轉(zhuǎn)變多層光學(xué)膜配對，而后者可以是或者不是偏振器。當(dāng)使用分層偏振器和漫射偏振器兩者的情況下，在一些應(yīng)用中，最好使各反射偏振軸正交。如圖48所示，分層膜將鏡面反射一個偏振，并提供一種與角度有關(guān)的顏色，而漫射膜將反射正交的偏振。可以將一種顏料滲入漫射膜中，使得當(dāng)鏡面膜的顏色特性變化時，漫射部分的顏色保持不變，從而提供一個非常獨特的顏色轉(zhuǎn)變膜。在一些實施例中，在漫射偏振器背對分層膜的一側(cè)，用一黑色來吸收任何透射光。
通過把一散射介質(zhì)放在顏色轉(zhuǎn)變膜的一側(cè)，并且從另一側(cè)用漫射光源照明該膜，可以得到附加的光學(xué)效果。一般來說，散射介質(zhì)只需要與膜進(jìn)行光學(xué)聯(lián)系，且與膜靠得足夠近，使得光在通過膜之后，以充分的角范圍射向散射介質(zhì)。但是，如果需要，可通過合適的粘合來消除膜和散射介質(zhì)之間的空氣界面。通過適當(dāng)選擇散射介質(zhì)，當(dāng)在透射中觀看時，膜中經(jīng)處理和未處理的區(qū)域?qū)⒈憩F(xiàn)為不同的顏色。
例如，如果在垂直入射(0°)處測量顏色轉(zhuǎn)變膜時，該膜在光譜的紅色區(qū)有一狹窄的透射帶，以及如果用漫射光源照射此裸露的膜，則當(dāng)在一個角度觀看時它顯出紅色，而所述角度位置是從觀看者到膜的直線與膜的平面垂直。當(dāng)視角改變成從觀看者到裸露膜的直線更接近平行于裸露膜的平面時，觀察到顏色將從紅色轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色。但是，如果把一張白紙放到膜遠(yuǎn)離光源一側(cè)，那么當(dāng)在透射中觀看時，膜中被紙遮住的部分在任何角度都顯現(xiàn)黃綠色。假使將一張增亮膜放在膜背離光源的一側(cè)，在透射中以某個角度(從觀看者到BEF／膜組合物的直線垂直于膜平面)觀看時，膜中被BEF覆蓋的部分呈綠色，而當(dāng)視角變化使得從觀察者到BEF／膜組合物的直線更接近平行于BEF／膜組合物的平面時，顏色轉(zhuǎn)變成桔黃色／紅色。所述增亮膜可以向明尼蘇打州Paul市的3M公司購買，產(chǎn)品編號為BEF。
例子E8-1到E8-6下面的一些例子說明了當(dāng)本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜與各種散射介質(zhì)結(jié)合時，并在透射情況下觀察到的光學(xué)效果。
在例子E8-1中，采用了一個顏色轉(zhuǎn)變膜的樣品，它具有由PEN和PMMA組成的交替。其制作方法與例子E1-1中的膜大致相同。例E8-3的膜與例E8-1的膜的不同之處僅在于，即它是從坯料的邊緣(在中心的對面)切下來的，相比膜從坯料中心切下來時垂直入射情況下的透射值來說，其定向度數(shù)的微小差異和／或?qū)雍穹植荚斐闪怂诖怪比肷鋾r的透射峰寬度的移動。例子E8-5中的膜是用與例子E8-1中的膜的同樣方法制作的，但是澆鑄輪的速度稍快一些。
將每件樣品放在Graphiclite D5000 Standard Viewer的漫射背景光上，并用一臺使用光纖收集器的分光光度計測量樣品的透射，其中光纖收集器的數(shù)值孔徑為0．22。直接把光纖放在垂直于膜樣品之平面的膜上，從而允許光從光源通過裸露的膜，以相對法向不超過25°的角度進(jìn)入光纖。如果單獨測量背光，那么用在所有波長都為-100％透射的基線來測量裸露膜樣品。假使用一盞小型的熒光燈泡照明，也可以對樣品在L*、a*、b*的色空間中計算顏色值。在垂直入射時，例子E8-1，E8-3和E8-5的膜分別呈現(xiàn)藍(lán)色，深紅和黃色。
在例子E8-2、E8-4和E8-6中，將一張8．5×11大小的標(biāo)準(zhǔn)白紙(可向BoiseCascade公司購買，產(chǎn)品編號為X-9000)分別放在例子E8-1、E8-3和E8-5的膜上，測量垂直角度的透射率，并再次計算顏色值。例子E8-1到E8-6的顏色值列于表E8-1中。樣品E8-1和E8-2的透射值示于圖49中，而樣品E8-3和E8-4的透射值示于圖50中，樣品E8-5和E8-6的透射值示于圖51中。
表E8-1
如表E8-1中的結(jié)果所示，以及在圖49、50和51示出的光譜中，當(dāng)一張白紙放在膜和探測器之間時，藍(lán)色、深紅和黃色膜會轉(zhuǎn)變顏色。正如上面幾個例子所示的，當(dāng)觀看白紙／膜組合時，顏色變化的量尤其依賴于彩色膜的帶寬以及它在光譜中所在的位置。當(dāng)在紙／膜組合中觀看時，深紅色和藍(lán)色膜呈現(xiàn)明顯的顏色變化，而黃色膜卻不是。紙／膜的組合類型在諸如商用圖片(背光照明)、保密應(yīng)用和裝飾照明應(yīng)用等應(yīng)用中是有用的。
當(dāng)本發(fā)明的膜與光源光學(xué)耦合，并且在膜和光源之間放入散射媒介時，可以獲得其它光學(xué)效果。盡管這些實施例一般要求將散射媒體與膜光學(xué)耦合，但不必在所有實施例中都要求膜與漫射介質(zhì)物理接觸。在這些實施例中，當(dāng)斜角觀看時，膜中與散射介質(zhì)光學(xué)耦合的區(qū)域比膜中與散射介質(zhì)沒有光學(xué)聯(lián)系的區(qū)域更亮些，并且顏色稍有不同。
例子E8-7到E8-12下面的例子說明了當(dāng)把散射介質(zhì)放入光源和本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜之間，并且在透射中觀看膜時所觀察到的效果。
在例子E8-7、E8-9和E8-11中，把由PEN／PMMA多層顏色轉(zhuǎn)變膜構(gòu)成的樣品放在一臺型號為2100的3M2150高架投影機光源上，并在透射中觀看樣品，直接察看高架投影機的載物臺。例子E8-7和E8-9的膜與例子E8-3和E8-5的相同。例子E8-11中的膜是用與例E8-1相似的方法制成的，但是澆鑄輪的速度較慢。當(dāng)在垂直入射的情況下在透射中觀看時，例子E8-7、E8-9和E8-11的膜分別呈現(xiàn)深紅、黃色和青紫色，而當(dāng)在斜角情況下在透射中觀看時，分別呈現(xiàn)黃色、透明和深藍(lán)色。
在例子E8-8、E8-10和E8-12中，分別重復(fù)例子E8-7、E8-9和E8-11的過程，這次把一張8．5×11大小的標(biāo)準(zhǔn)白紙(可向BoiseCascade公司購買，產(chǎn)品編號為X-9000)放在每個膜樣品的下面。把紙張裁得比樣品小一些，使得每種紙／膜組合在透射中的外形可以與膜本身的外形相比。當(dāng)觀看與裸露膜并排的紙／膜組合時，紙／膜組合的顏色顯得與裸露膜不同。舉一個例子，紙／膜組合的亮度與裸露膜不同。其結(jié)果綜述于表E8-2中。
當(dāng)斜角觀看樣品E8-8和E8-10時，樣品中在膜和光源之間有紙的部分比在膜和光源之間無紙的部分具有不同的顏色。在斜角的情況下，樣品E8-8在有紙時顯出綠黃色，而無紙時為黃色。例子E8-10在有紙時顯出紫-白色，而無紙時為透明。當(dāng)斜角觀看樣品E8-12時，與無紙部分相比，有紙部分的顏色和亮度是不同的。對于在膜和光源之間有紙的部分，顏色呈鮮深紅，而無紙的部分呈深藍(lán)色。
表E8-2
除了把顏色轉(zhuǎn)變膜放在黑色或白色的襯底上，或用填充黑色或白色顏料的粘合劑，還可以將顏色轉(zhuǎn)變膜與有色襯底或具有黑色和白色之間其個灰度的襯底相結(jié)合。這種有色襯底可以是不透明的(基本上不透射光)、半透明的(漫透射，帶不同量的光霧)，或透明的(對某些顏色透明，即沒有漫射體的透明，但有顏色)。
將例子E1-2中的綠通濾光器與透明的有色襯底相結(jié)合，獲得三個例子。在垂直入射時，綠通濾光器透射綠色，并反射深紅色(藍(lán)色和紅色波長)。在大角度入射時，顏色被反過來。把綠通濾光器應(yīng)用于透明的(非漫射的)帶紅色，黃色和藍(lán)色的塑料膜上。膜／有色襯底組合放在一張白紙上，從前面一邊(用透明粘合劑貼上膜的一邊)觀看，每種膜在接近垂直入射時呈現(xiàn)二種顏色中的一種，它依賴于眼睛是否看到了大多數(shù)由紙散射出來的鏡面反射光線或透射光紅色襯底深紅或暗淡的似金屬色黃色襯底銅色或綠色藍(lán)色襯底深紅或墨綠色當(dāng)膜與有色襯底或灰色襯底結(jié)合使用時，觀察到的效果介于白色和黑色襯底之間，它有混淆觀看者的眼睛關(guān)于什么是“真實的”顏色的傾向。這類物品在引導(dǎo)注意力的顯示器中有它的用處。
當(dāng)(通過有色襯底)從背后觀看時，上面的樣品具有下面的現(xiàn)象紅色襯底紅色，在任一背景或襯底上黃色襯底當(dāng)在深色襯底上時為銅色，在白色背景上時為深紅色藍(lán)色襯底當(dāng)在深色背景上時為紫色，在白色背景上時為綠色。
E9．與鏡面反射襯底的組合如前所述，本發(fā)明的膜可以與反射鏡(特別是寬帶的反射鏡)和其它反射襯底組合，以獲得一個能顯示3維深度的物件。把膜和反射鏡安排成近似平行但又隔開一小段距離，這樣可以很方便地得到這個組合。盡管用任何反射鏡襯底都可觀察到這個效果，但是最好使用柔韌的、聚合物的反射鏡膜，因為這類反射鏡膜柔韌得足以折迭，成波浪形，或形成圖案，使得最后得到的物件呈現(xiàn)出加強3維效果的波浪效果。在一個例子中，將本發(fā)明的CSF調(diào)諧到藍(lán)色光譜區(qū)，將該顏色轉(zhuǎn)變膜粘貼到柔韌的、寬帶反射鏡膜上。該寬帶反射鏡膜的尺寸比CSF的略大一點。于是將膜粘貼成，使其兩邊對齊，從而把空隙引進(jìn)寬帶反射鏡膜中。由于反射鏡襯底提供了不同的入射角度，所以最后得到的膜反射各種藍(lán)色，且呈現(xiàn)出波浪形的外形，有點像貯水池的表面。例如這類膜可以在水族館里用作裝飾背襯。
可以用各種方法在CSF和反射鏡襯底之間提供空隙。因此，例如可以把一部分透明網(wǎng)狀物放在CSF和反射鏡襯底之間。另一種方法是，如美國專利第08／612，526號(Klein等人)所述的，對顏色轉(zhuǎn)變膜和／或反射鏡襯底的結(jié)晶度進(jìn)行控制，使得這些表面中的一個或兩個多塊狀的。
E10．非膜光學(xué)體盡管在這里就光學(xué)膜反復(fù)描述了本發(fā)明，但是這里敘述的原理和考慮還可用于制作很多種不被視作膜的其它光學(xué)器件。例如，可以用這里描述的原理，從多層樹脂流中產(chǎn)生許多種顏色轉(zhuǎn)變的熱成形或模制物件?？梢园驯景l(fā)明的膜劈成小的發(fā)光物，它可以用作自由流動的組合物，或者通過固體(例如，固體化的塑料樹脂)或液體(例如，涂料組合物)基質(zhì)中分散。也可以把膜切成任何尺寸的條，在一端點打結(jié)(如在多管機關(guān)炮pom-pom中)或交織起來。
E11．?dāng)?shù)目本發(fā)明的膜一般包含10到1000層。對于單一狹帶的反射器，其范圍宜在10和200層之間，最好在20和100層之間。高／低折射率為1．75／1．50的50層堆層將產(chǎn)生一高反射帶(99％反射峰)，具有約10％的分?jǐn)?shù)帶寬FWHM(在半極大值處的全寬)。假如折射率的差異降低了小數(shù)x，則數(shù)量必須增加1／x，以保持相同的反射率。帶寬也狹了小數(shù)x，且為了保持相同的帶寬，數(shù)目必須再一次增加大約1／x。
一冷反射鏡根據(jù)應(yīng)用一般具有100和1000層之間。對園藝上的應(yīng)用，例如90％的反射率是可接受的，且可為了價格理由甚至可能是優(yōu)先選用的，因為它只需約200層就可實現(xiàn)了。對反射率達(dá)到99％，一般至少500層才是可取的，盡管這個數(shù)目能依賴材料的選擇有戲劇性的改變。例如如果這應(yīng)用是PEN的傾向來經(jīng)歷紫外變成黃色將會成為有問題的(且如果這應(yīng)用排除紫外吸咐器或阻塞器的使用)，于是可用PET／coPET來代替，但為了相似的反射率將會需要至少約1000層。
對一狹帶可見透射過濾器，其可取的范圍約在100和1，000之間，最可取的是在200和500之間。對具有綠色反射器堆層和紅外反射器堆層的園藝膜。其可取的范圍約在200和1000之間而最可取的是在400和800之間。調(diào)到波長在1100nm以外的紅外反射鏡膜可能要超過1000層，特別是假使它們的堆層設(shè)計為了要抑制較高級反射帶在光學(xué)重復(fù)單元中包含多于2層。
F．特殊F1．表層一種材料的非光學(xué)可能被共同擴張地(這是一個字嗎 )配置在一個或兩個主要的膜表面上，就是說擠壓的光學(xué)堆層。的組成也稱為表層可以被選作為，例如保護(hù)光學(xué)的完整，給最后得到的膜添加機械的或物理的性質(zhì)或給最后得到的BM添加機能。選擇中的合適的材料可能包括光學(xué)的一種或更多種材料。具有與被積壓的光學(xué)有相似融熔粘滯度的其它材料可能也是有用的。
表層或多層可能減小被擠壓的多層堆層可能在擠壓工藝中特別是在模子中經(jīng)歷到的切變強度的寬闊的范圍。高切變環(huán)境可能在光學(xué)中引起不希望有的畸變。換句話說，如果顏色的局部變化是一個希望有的效果，可作裝飾的畸變可以被光學(xué)的失配的粘滯度和／或表層，或幾乎沒有或沒有表層的工藝所產(chǎn)生，以使至少某些承受局部厚度畸變，導(dǎo)致作裝飾的有景色的效應(yīng)。一層表層或多層也可能給最后得到的合成物添加物理強度或在工藝中減少問題。諸如，舉例來說在定向過程中減少膜開裂的傾向。保持無定型的表層材料可能有助于制作具有較堅韌的膜。但是，半結(jié)晶的表層可能有助于制作具有較高張力模數(shù)的膜?？梢园蚜硗獾墓δ芙M分諸如抗靜電的添加劑，紫外吸收器，染料，防氧化劑和顏料加到表層，只要它們基本上不干擾最后得到的產(chǎn)品中扎希望的光學(xué)性質(zhì)。
也可添加表層或鍍膜到最后得到的膜或器件，以給予所希望要的阻擋性質(zhì)。因此，例如可以阻擋膜或鍍膜，作為表層者或表層中的一個組元，以便將膜或器件的透射性質(zhì)向諸如水或有機試劑等液體或者諸如氧氣或二氧化碳等氣體的方向改變。
添加表層或鍍膜也可給予或改善在最后得到的物件中的耐針刺性和／或耐撕性。因此，例如在光學(xué)膜的外層包含coPEN的實施例中，一層整體的coPEN可以與光學(xué)共擠出以給予最后得到的膜一個良好的抗扯強度。在為選擇具有耐撕裂性的材料時所考慮的因素包括拉長致裂百分?jǐn)?shù)、楊氏模量、抗扯強度、與內(nèi)層的粘合、在感興趣的電磁波帶寬中的透射率和吸收率、光學(xué)透明度或灰霧、作為頻率函數(shù)的折射率、紋理和凹凸不平、熔融熱穩(wěn)定、分子量分布、熔融流變學(xué)和雙可擠壓性、表面材料和光學(xué)材料之間的熔混性相互漫射的速率、粘彈響應(yīng)、拉伸條件下的張弛和結(jié)晶能力、在使用溫度下的熱穩(wěn)定性、耐氣候性、粘附于鍍膜的能力，以及對各種氣體和溶劑的滲透性等。耐針刺性和抗扯強度的表層可在制造工藝過程期間或在以后鍍膜或?qū)盈B到光學(xué)膜時施加。諸如用雙擠壓工藝，在制造期間，將這些粘合到光學(xué)膜上，這樣做的好處是，可以在制造期間保護(hù)光學(xué)膜。在一些實施例中，可以在光學(xué)膜中提供一層或多層耐針刺或耐撕的，其中光學(xué)膜可以是單獨的，也可以與耐針刺或耐撕的表層結(jié)合在一起。
可以在擠壓工藝過程時，把表層施加到擠壓過的光學(xué)堆層的一邊或二邊的幾個點上，就是說在被擠壓過的和表層退出擠壓模子之前。表層的壓層結(jié)構(gòu)到一以前形成的多層膜也是可能的。表層的光厚度可可以分布在光學(xué)堆層／表層總厚度約2％到約50％的范圍內(nèi)。
在某些應(yīng)用中，在制造光學(xué)膜時附加的可在表層膜的外邊被共擠出或被粘附上去。這種附加的也可在單獨的鍍膜操作中被擠壓或鍍膜到光學(xué)膜上去，或作為單獨的膜、薄片，或者諸如聚合物(PET)，丙烯酸(PMMA)，聚碳酸酯，金屬或玻璃等硬的或半硬的基片被層疊到光學(xué)膜上去。
一很大系列的聚合物適于做表層。其中主要的無定型聚合物，合適的例子包括基于一個或更多個對苯二甲酸，2，6萘二甲酸，間苯二酸，苯二酸或它們的烷基醚的相似物，以及諸如乙二醇的烷二醇類的共聚多酯。適用于表層的半結(jié)晶聚合物包括聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯，聚乙烯對苯二甲酸以及尼龍材料?？赡苡糜谠黾庸鈱W(xué)膜之韌性的表層包括諸如ECDEL和PCTG5445(在市場上從依斯曼化學(xué)公司，Rochester N．Y．能買到)和聚碳酸酯的高伸張度的聚合物。諸如聚丙烯和聚乙烯等聚烯烴也可用于本目的，特別是假使它們被制作來粘附于具有相容器的光學(xué)膜的。
F2．功能可以添加各種功能或鍍膜到本發(fā)明的光學(xué)膜和器件來改變或改善它們的物理或化學(xué)性質(zhì)，特別沿著膜或器件的表面。這種或鍍可以包括，例如滑動劑、低粘性后背材料、導(dǎo)電、防靜電鍍或膜、阻擋、火焰抑止劑、紫外穩(wěn)定器、耐磨性材料、光學(xué)鍍或為改善膜或器件的機械完整性或強度的基片。
用低磨擦鍍或滑爽劑來處理本發(fā)明的膜和光學(xué)器件，諸如把聚合物小珠涂在表面上，賦予它們良好的滑動性質(zhì)。另一種方法是，通過控制擠壓條件修改這些材料表面的形態(tài)，為膜提供一個光滑的表面；美國專利第08／612，710號敘述用來修正表面形態(tài)的方法。
在某些應(yīng)用中，像在把本發(fā)明的膜用作粘合帶中的一個元件的地方，可用低粘合性后背膠料(LAO)鍍或諸如那些基于氨基甲酸乙酯、硅酮或氟化合物化學(xué)的膜來處理膜可能是合意的。如此處理的膜呈現(xiàn)關(guān)于壓力靈敏粘著現(xiàn)象(PSAs)的正當(dāng)?shù)尼尫判再|(zhì)，因而使得有可能對它們用粘合劑處并于入筒內(nèi)。如此處理的粘合帶可以用于裝飾的目的或者希望要在帶的表面有漫反射或透射的任一應(yīng)用中。
也可提供一層或較多的導(dǎo)電層給本發(fā)明的膜和光學(xué)器件。這種導(dǎo)電層可由諸如銀、金、銅、鉛、鉻、鋰。錫和鈦的金屬，諸如銀合金，不銹鋼和鉻鋰鐵合金的金屬合金或摻雜或未摻雜的錫氧化物，鋅氧化物和錮錫氧化物(ITO)的半導(dǎo)體金屬氧化物組成。
也可提供防靜電鍍或膜給本發(fā)明的膜和光學(xué)器件。這種鍍或膜包括，例如V2O5和磺酸聚合物，碳或其它導(dǎo)電金屬。
也可提供一層或較多層的關(guān)于某些液體或氣體改變光學(xué)膜的透射性質(zhì)的阻擋層或鍍給本發(fā)明的光學(xué)膜和器件。因此，例如可把抑止水汽、有機試劑、O2或CO2的透射通過膜的膜或鍍提供給本發(fā)明的器件和膜。在由于潮濕滲透，膜或器件的組光將遭受畸變的高度潮濕的環(huán)境下特別希望有阻擋層鍍。
也可用火焰抑制劑處理本發(fā)明的光學(xué)膜和器件，特別是當(dāng)用在諸如要求嚴(yán)格的火災(zāi)法規(guī)的機場環(huán)境下。合適的火焰抑制劑包括鋁的三水化合物、三氧化銻，五氧化銻和延遲火焰的有機磷化合物。
也可提供經(jīng)常作為表層使用的耐磨性或硬性鍍給本發(fā)明的光學(xué)膜和器件。這些包括諸如聚丙烯的硬鍍可從Rohm8Haas，Philadelphia，PA得到的丙烯酸劑A-11和Paraloid K-120N的諸如那些在美國專利第4，249，011中敘述的并能從Sartomer Corp，Westchester，PA得到的氨基甲酸乙酯丙烯酸鹽和從無環(huán)聚異氰酸酯(例如，Desmodar N-3300，可從Miles，Iac，Pi Hsbargh，PA得到)與聚酯(例如，Tone Polyol0305，可從Union Carbide，Honston。TX得到)的反應(yīng)中得到的氨基甲酸乙酯硬鍍。
還可以進(jìn)一步把本發(fā)明的光學(xué)膜和器件層奪到堅硬的半堅硬的基片上，諸如例如玻璃、金屬、聚丙烯的、聚酯和其它聚合物支架使它們能夠沖壓成形或相反，形成和保持在一個希望要的形狀。對某些諸如當(dāng)光學(xué)膜在使用于其它易碎的支架上時，則可用由PET膜或耐刺耐撕裂膜組成的附加。
也可提供耐震膜或鍍給本發(fā)明的光學(xué)膜和器件。適于本目的的膜和鍍，例如在專利公報EP592284和EP591055中敘述，且能從3M公司，St．Paul，MN在市場上能買到。
為了特殊的應(yīng)用各種各樣的光學(xué)、材料和器件也可應(yīng)用到或連在一起使用發(fā)明的膜和器件。這些包括，但不限于碌學(xué)的或碌光鍍；諸如用于面板顯示和秘密室窗戶的液晶面板；照相乳劑、纖維；諸如線性費涅爾鏡頭的耀眼的膜；亮度加強膜；全息膜或成像；可壓紋的膜；抗搗碎膜或鍍；為低輻射率應(yīng)用的紅外透明膜；釋放膜或釋放鍍膜紙和偏振器或反射鏡。
企圖在光學(xué)膜的主表面的一面或雙面上多次附加，且這些可以是前面提到的鍍或膜的任一組合。例如，當(dāng)一粘合劑被應(yīng)用在光學(xué)膜上，粘合劑3能包含諸如二氧化鈦的顏料以增加全部的反射率，或它可能是光學(xué)透明的以讓襯底的反射率加到光學(xué)膜的反射率上去。
為了改善滾動成形和膜的可逆性，本發(fā)明的膜也可以包含一結(jié)合到膜的或作為一個單獨的鍍膜加到膜的滑動劑。在大多應(yīng)用中，把滑動劑只加到膜的一邊，為了把灰霧減到最小該面是朝著堅固的襯底是理想的。
F3．抗反射按照本發(fā)明制作的膜和其它光學(xué)器件也可以包括一層或更多的抗反射或鍍，諸如例如通常用的真空鍍膜的電介質(zhì)金屬氧化物或金屬／金屬氧化物光學(xué)膜，二氧化硅可溶硅膠鍍和諸如那些從低折射率像THV那樣的含氟聚化物衍生出的鍍膜的或擠壓的抗反射，可從3M公司(St．Paul，MN)買到的可擠壓的含氟聚合物。這種可能是或可能不是偏振靈敏的或鍍用作增加透射和減少反射強光并且可以通過合適的諸如鍍膜或濺射腐蝕的表面處理施加于膜和光學(xué)器件。
在本發(fā)明的某些實施例中，對某個偏振光使透射為極大和／或使鏡面反射為極小是所希望的。在這些實施例中，光學(xué)體可由二層或更多組成。在這些中只少有一層由一個與表層緊密接觸的抗反射系統(tǒng)組成。這樣的抗反射系統(tǒng)起到減少入射光的鏡面反射并且增加進(jìn)入組成光學(xué)堆層的體內(nèi)部分的入射光數(shù)目的作用。這樣一個功能可以由在工藝中一系列熟知的方法來完成。例子是1／4波抗反射膜，二層或更多抗反射堆層，分級的折射率和分級的不透明度。如果想要這種抗反射功能也能用于體旁的透射光來增加透射光。
F4．抗灰霧可提供能給出抗霧性質(zhì)的膜或鍍給按照本發(fā)明制作的膜和其它光學(xué)器件。在某些例子中，如前所述的抗反射用作能給與膜或器件的抗反射和抗灰霧性質(zhì)。在工藝中熟知的各種抗灰霧劑適用于本發(fā)明。但是，一般來說，這些材料是諸如脂肪酸酯等襯底，它們把疏水性質(zhì)賦予膜表面，并且促使形成一種連續(xù)的、透明性好些的水膜。
幾位發(fā)明人已經(jīng)報告了能減少表面成霧傾向的鍍。例如，美國專利第3，212，909號(Leigh)揭示了使用諸如烷基氨基羰酸酯的氨基皂與一用硫酸處理的或磺酸處理脂肪材料的表面活化劑混和以產(chǎn)生一抗灰霧的產(chǎn)品。美國專利第3，075，228號(Elias)揭示使用硫酸處理過的烷基芳氧基聚烷氧基乙醇，帶有烷基苯磺酸鹽類以產(chǎn)生用于洗滌和賦予多種表面以抗灰霧性質(zhì)。美國專利第3，819，522(Zmoda)揭示了在抗灰霧窗戶洗滌劑表面活化劑混合物中，使用由癸炔二醇的衍生物組成的表面活化劑組合物，以及包括羰乙基烷基硫酸鹽類的表面活化劑混合物。日本特公平641，335揭示了由膠體氧化鋁，膠體二氯化硅和一種陽離子Aurfactant組成的防云霧和滴漏組成物。美國專利第4，478，909號(Taniguchi等人)揭示了由一種精細(xì)劃分的二氧化硅和有機硅化合物其碳／硅的重量比對極尋的抗灰霧性質(zhì)有明顯的重要性的乙醇組成的硫化的抗灰霧鍍膜?？梢杂冒ê谋砻婊罨瘎┑母鞣N表面活化劑來改善鍍的表面光滑度。在美國專利第2，803，522；3，022，178和3，897，356號敘述了結(jié)合Aurfactants的其它抗灰霧鍍。世界專利第PCT96／18，691(Schoetg等人)揭示了一些方法，用這些方法，鍍能給出抗灰霧和抗反射這兩方面的性質(zhì)。
F5．紫外保護(hù)本發(fā)明的膜和光學(xué)器件通過穩(wěn)定化處理過的紫外膜或鍍可以防止紫外輻射。合適的穩(wěn)定化紫外膜鍍包括那些含有苯并三唑或受阻胺光穩(wěn)定器(HALS)諸如Tinuuin292，這兩者都可從CibaGeigy公司，Parsippany，NJ．在市場上買到。另外合適的穩(wěn)定化紫外膜和鍍包括那些可從BASF公司，Parsippany，NJ在市場上買到的包含二苯甲酮類或二苯基丙烯酸鹽類這種膜或鍍當(dāng)本發(fā)明的光學(xué)膜和器件用于戶外應(yīng)用中或在光源發(fā)射出顯著數(shù)是的在光譜紫外區(qū)的光的照明設(shè)備時是特別重要的。
G．添加物G1．滑潤劑在本發(fā)明的膜加工過程(例如，擠壓)中，可用各種滑潤劑。用于本發(fā)明的合適的滑潤劑包括硬酯酸鈣，醒酯酸鋅，硬酯酸銅，硬脂酸鈷，新癸酸鉬和乙酰丙酮化釕(III)。
G2．抗氧劑適用于本發(fā)明的抗氧劑包括4，4’-硫二-(6-叔丁基-間甲酚)、2，2’-亞甲基二-(4-甲基-6-叔丁基-丁基苯酚)、3，5-二叔丁基-4-羥基氫化肉桂酸十八烷酯、二-(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亞磷酸酯、Irganox 1093(1979)(磷酸((3，5-二(1，1-二甲基苯基)-4-羥基苯基)甲基)-二(十八烷酯))、Irganox1098(N，N’-1，6-二己基二(3，5-二(1，1-二甲基)-4-羥基苯丙酰胺)、Naugaard445(芳基胺)、Irganox L57(烷基化的二苯基胺)、Irganox L115(含硫的雙酚)、Irganox L06(烷基化的苯基-α-氨基萘)、Ethanox 398(氟亞膦酸酯)和2，2’-偏亞乙基二(4，6-二叔丁基苯基)氟亞膦酸酯(phosnite)。
較好的抗氧劑有位阻酚，包括丁基化的羥基甲苯(BHT)、維生素E(二-α-維生素)、Irganox 1425WL(二(鄰乙基(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基)膦酸鈣)、Irganox 1010(四(亞甲基(3，5-二叔丁基-4-羥基氫化肉桂酸酯))甲烷)、Irganox 1076(3，5-二叔丁基-4-羥基氫化肉桂酸十八烷酯)、Ethanox 702(位阻的雙酚)、Etanox 330(高分子量位阻的雙酚)和Ethanox 703(位阻的酚胺)。
G3．染料、顏料、油墨可用油墨、染料或顏料處理本發(fā)明的膜和光學(xué)器件來改變它們的外表或按特殊應(yīng)用的規(guī)格來改制它們。因此，例如膜可用油墨或其諸如用來顯示產(chǎn)品證明、廣告、警告、裝飾或其它信息的印刷標(biāo)記來處理。各種技術(shù)可以被用來在膜上印刷，諸如網(wǎng)板印刷、活版印刷、膠版、橡皮版印刷、點刻印刷、激光印刷等等，且可以用各種類型的油墨包括一種或二種合成的油墨，氧化干燥和紫外干燥油墨，溶解油墨，膠態(tài)油墨和100％油墨系統(tǒng)。
也可用在膜上著色來改變光學(xué)膜的外表，諸如層疊一染色的膜到光學(xué)膜，在光學(xué)膜的表面施以一涂顏料的鍍，在用于制作光學(xué)膜的一種或幾種材料含有一種顏料。
在本發(fā)明中設(shè)想過可見的和遠(yuǎn)紅外染料和顏料，以及包括，例如諸如在顏色光譜中吸收紫外和熒光的染料的光學(xué)增白劑?？梢蕴砑恿硗獾母郊觼砀淖児鈱W(xué)膜的外表包括，例如不透明(黑色)的、漫射、全息圖象或全息漫射體和金屬。其中的每一種都可直接應(yīng)用到光學(xué)膜的一個或兩個表面或者是層疊到光學(xué)膜的第二層膜或箔結(jié)構(gòu)的一個組成部分。換言之，諸如不透明或漫射劑或有色彩的顏料的幾個組成部分可以包括在一層用來層疊光學(xué)膜到另外一個表面的粘合層中。
也可以用金屬鍍提供給本發(fā)明的膜和器件。因此，例如可用熱解、粉末鍍層、氣相沉積、陰極濺射、離子移植和其它相同的方法直接把一金屬應(yīng)用到光學(xué)膜去。金屬箔或堅硬的金屬板也可以層疊到光學(xué)膜去或可以利用上面提到的技術(shù)先把單獨的聚合物膜或玻璃或塑料片金屬化，然后再層疊到本發(fā)明的光學(xué)膜和器件上去。
在許多應(yīng)用中二色性的染料是特別有用的添加劑。由于當(dāng)它們按分子地排列在材料內(nèi)時，它們吸收一特殊偏振光的能力。它們對本發(fā)明的膜和光學(xué)器件是直接的。當(dāng)在膜或其它光學(xué)體中使用了二色性染料，它引起這材料吸收一種偏振光比另一種多。適用于本發(fā)明的二色性染料包括剛果紅(二苯基重a萘胺磺酸鈉)、亞甲藍(lán)、茂染料(顏色折射率(CI)=620)，以及1，1＇-乙酯-2，2＇-氯化花青(CI=374(桔黃)或CI=518(藍(lán)色))。這些染料的性質(zhì)和制造它們的方法在E．H．Land，Colloid Chemistry(1946)中敘述。這些染料在聚乙烯乙醇中具有引人注意的二色性和在纖維素有較少的二色性。觀察到在PEN中的剛果紅略有二色性。還有其它的二色性染料以及制造它們的方法在KirkOthmer化學(xué)技術(shù)百科全書第8卷652-661頁(1993年第4版)中討論，以及在那里所引用的參考資料。
當(dāng)一種二色性染色用于按照日前發(fā)明一個光學(xué)體中時，它包含一個分散相，該染料不是結(jié)合到連續(xù)相就是結(jié)合到分散相。但是，二色性染料結(jié)合到分散相是可能的。
與二色性染結(jié)合的某些聚合物系統(tǒng)呈現(xiàn)使光偏振到各不相同程度的能力。聚乙烯乙醇和某些二色性染料可能用于制造具有使光偏振的能力。另外的聚合物，諸如類聚乙烯對苯二甲酸鹽類或聚酰氨類；諸如尼龍-6，當(dāng)與一種二色性染料結(jié)合時不呈現(xiàn)強的使光偏振的能力。聚乙烯乙醇和二色性染料的組合據(jù)說具有比，例如同樣的染料在形成聚合物系統(tǒng)的其它膜中有較高的二色性比率。一個較高的二色性比率指出有較高使光偏振的能力。
在二色性染料結(jié)合到光學(xué)體后由拉伸它來完成該染料的分子在按照本發(fā)明制作的光學(xué)體中排列成行是優(yōu)先選取的。但是，其它方法也可達(dá)到分子排列成行。因此，在一個方法中，通過升華或從溶液中來的結(jié)晶體使二色性染料結(jié)晶到一系列被拉長的槽口，它們是被切割，被腐蝕或相反或在光學(xué)體已被調(diào)整好之前或之后在膜或其它光學(xué)體的表面上被形成的。于是處理的表面可以鍍以一屋或多層表層，可以結(jié)合到聚合物基質(zhì)中去，或用于一多層結(jié)構(gòu)中，或被用作為另一光學(xué)體的一個組件。槽口可以按照一個預(yù)先決定的形式或圖案在槽口間有一個預(yù)先決定的空間數(shù)目，使能達(dá)到所希望要的光學(xué)性質(zhì)。
在另一個實施例中在二色性染料被結(jié)合進(jìn)多層結(jié)構(gòu)之前在的表面上用升華作用使二色性染料被配置在沿著一多層結(jié)構(gòu)的界面。在還有的其它實施例中，二色性染料被用于至少部分地重新填沒在一膜中的空隙。這膜是按照本發(fā)明制作的且具有一層或更多有空隙的。
G4．粘合劑粘合劑是用于把本發(fā)明的光學(xué)膜和器件層迭到另外的膜，表面或基片上去。這種粘合劑包括兩者在光學(xué)上清潔的和漫射粘合劑，同時還有壓力靈敏的和非壓力靈敏的粘合劑。壓力靈敏粘合劑在室溫時通常是有粘性的以及能被輕輕的指頭壓力粘合到表面去，而非壓力靈敏的粘合劑包括溶劑，熱或輻射激活粘合劑系統(tǒng)。在本發(fā)明中有用的粘合劑的例子包括那些基于聚丙烯酸的一般合成物；聚乙烯乙醚；諸如自然橡膠含二烯橡膠的聚異戊二烯和聚異丁烯；聚氯丁烯；丁基橡膠；丁二烯-丙烯腈聚合物；熱塑人造橡膠；塊狀共聚物諸如苯乙烯-異戊二烯和苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯塊狀共聚物，乙烯-丙烯-二烯聚合物和苯乙烯-丁二烯聚合物；聚α烯烴；無定型-聚烯烴；硅酮；含乙烯的共聚物諸如乙烯乙烯基乙酸酯。乙基丙烯酸鹽和乙基甲基丙烯酸鹽；聚胺基甲酸酯；聚酰胺；聚酯；環(huán)氧樹脂；聚乙烯吡咯烷酮和乙烯吡咯烷酮共聚物；以及上面物質(zhì)的混合物。
另外，粘合劑可包含諸如增粘劑、增塑劑、填充劑、抗氧化劑、穩(wěn)定劑、顏料、漫射粒子、凝固劑和溶劑的增加劑。當(dāng)層疊粘合劑用于把本發(fā)明的光學(xué)膜粘合到另一表面上時，粘合劑的組成和厚度應(yīng)選得使它不致干涉光學(xué)膜的光學(xué)性質(zhì)為宜。例如，當(dāng)層疊附加的到一希望能有高度透射的光學(xué)偏振器或反射鏡時，則層疊粘合劑必須在偏振器或反射鏡設(shè)計中要求透明的波長區(qū)中是光學(xué)清凈的。
G5．其它添加劑除上面指出的膜，鍍和添加劑之外，本發(fā)明的光學(xué)材料也能由其它材料或添加劑組成，正如在工藝中所知道的。這種材料包括粘結(jié)料、鍍、填充料、兼容劑、表面活化劑、抗菌劑、發(fā)泡劑、增強劑、熱穩(wěn)定劑、沖擊減緩劑、增塑劑、粘滯調(diào)節(jié)劑以及其它這種材料。
H．處理H1．微孔在某些具體的裝置中，也可為本發(fā)明的膜提供一層或更多具有連續(xù)的和分散相的，在其中兩相間的界面足夠弱當(dāng)膜在被調(diào)節(jié)時而導(dǎo)致孔隙的平均大小可以通過工藝參數(shù)和拉伸比的仔細(xì)管理或通過兼容劑的選擇。來控制孔隙可以在完成的產(chǎn)品中用液體、氣體或固體回填。孔隙可與光學(xué)堆層的鏡面光學(xué)連在一起使用在最后得到的膜中生產(chǎn)所希望有的光學(xué)性質(zhì)。
H2．表面處理按照本發(fā)明制作的膜和其它光學(xué)器件可能經(jīng)受各種調(diào)節(jié)這些材料表面或它的任一部分的處理，讓它們能更易于進(jìn)行諸如鍍膜、染色，金屬化或?qū)盈B的隨后的處理。這可通過用諸如PVDC，PMMA，環(huán)氧樹脂和氮丙啶的底漆或通過物理的涂以底漆處理，諸如電暈、放電、火焰、等離子體、閃光燈、濺射腐蝕、電子來處理或諸如在一熱罐中表層無定型除去結(jié)晶體。
I．最后用途本發(fā)明的光學(xué)體用作顏色平面膜是特別有益的。術(shù)語反射顏色反射鏡或反射顏色薄M是關(guān)于僅在一個感興趣的電碌波譜中選定的一個部分靠反射來產(chǎn)生顏色的多層光學(xué)干涉堆層。然而，光學(xué)體也可以按照本發(fā)明制作為起反射的作用偏振器。在這些應(yīng)用中，其光學(xué)材料的結(jié)構(gòu)相似于在上面敘述過的在反射鏡應(yīng)用中的。但是，與沿著正交的平面內(nèi)的軸的折射率相異作比較，這些反射器在沿著一根平面內(nèi)的軸在交替材料之間一般有大得多的折射率差異。這個較大折射率差異一般至少約0．1，大于約0．15則是可優(yōu)先選用的，而大于約0．2時則更為可選用的。
反射偏振器沿著一根軸的之間有一折射率差異，且大體上匹配于沿另一根的折射率。另一方面，反射的反射鏡膜，沿著低一平面內(nèi)的軸在折射率方面有大體上不同的交替。兩根平面內(nèi)的選作參考的光軸一般是二個拉伸方向，而膜沿著這些被選定的軸在交替之間呈現(xiàn)最大的和最小的折射率差異。但是，這些實施例的反射性質(zhì)并不單從依靠大的折射率的失匹達(dá)到的。因此，例如更多的可用于提高反射的程度。
本發(fā)明的反射偏振器有許多不同的應(yīng)用，而在液晶的顯示面板上是有用的。特別是，反射偏振器能在要求高亮度顯示中作為一具有高度色飽和及高的帶外透射的有效顏色偏振器使用。另外，這偏振器能從PEN或相似的材料，它是良好的紫外濾光器且能有效地吸收直至可見光譜邊的紫外線中構(gòu)造。這反射偏振器也能用作薄的紅外薄片偏振器。本發(fā)明的這種偏振器用作為安全器件也是有益的，它有可見的(公開的)和紅外或紫外(隱蔽的)器件兩者都是可行的。
另外，用能反射除了一個狹的尖峰，例如約50nm，外的幾乎所有的可見光譜的光學(xué)膜，就可獲得在透射中的高度色飽和。當(dāng)在反射中觀看時，由于一個很小數(shù)量的特殊波長的光不出現(xiàn)在光譜中，所以膜將會呈現(xiàn)無色。但是，當(dāng)在透射中觀看膜時，依靠一背光之助，眼睛就可探測到非常純的光。膜目測的反射與透射的反差，將會是無色(例如，顯出鉻黃或銀色)膜之間的反差且有隨角度改變的非常純交度飽和的顏色。
I1．背光顯示采用本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜可以制作具有一系列光學(xué)結(jié)構(gòu)的背光顯示。一般，這種顯示包括一個光源和安置在光源與觀察者之間的顏色轉(zhuǎn)變膜的一部分。在一個典型的應(yīng)用中，至少一個偏振光的大部分在進(jìn)入觀察者之前將紙通過膜一次。
顏色轉(zhuǎn)變膜可以是平面的，或可以把它做成其它的幾何形狀，諸如錐體、圓柱體或球體。多層膜可以復(fù)蓋背光的開放的面，可以完全地圍繞一個光源或可以形成具有一個或幾個通過光的小孔的一個幾何形狀。這些結(jié)構(gòu)中的任何一個可以用于生產(chǎn)顯示器，它把光分成幾種能從物件的觀看的各種角度可以看到顏色的顯示器，或生產(chǎn)一種顯示器，在它里面由于各種角度做成形狀的物件從它表面的不同區(qū)域上提供給觀察者從一個視角可以看到許多顏色。如果顯示器由一背光組成，它換次由一個光源和一個通過光學(xué)膜把光引導(dǎo)到觀察者的反射材料組成。則其光譜由光學(xué)膜回到背光的部分可以被重復(fù)循環(huán)直至光在它能通過的那個角度上遇到膜為止。實際的器件并不必須是顯示器，但可能是發(fā)光設(shè)備或光源。這個光源利用了3M光譜一角度性質(zhì)和從一燈泡內(nèi)發(fā)射的波長產(chǎn)生的所希望要的光分布圖案。這個重復(fù)循環(huán)與顏色轉(zhuǎn)變膜的高度反射能力相配合，產(chǎn)生了一個比用常規(guī)顯示器亮得多的顏色顯示。上面列出的一些特征在下面幾個例子中說明。
I2．背光標(biāo)牌本發(fā)明的膜可以用于與分布光源或幾個點光源相結(jié)合，正象現(xiàn)在在廣告標(biāo)牌中或計算機背光中所使用的常規(guī)背光一樣。一平坦的反射膜，均勻地被干涉染了顏色，它復(fù)蓋著背光的敞開面。當(dāng)觀察者通過這標(biāo)牌時會改變顏色。一選好的染過色的或涂上顏料色的不透明或半透明的印字可通過激光或屏幕印刷技術(shù)涂敷到反射的面層膜。另一種方法是，由一著以不同的顏色反射的膜(非表層膜)組成的干涉反射的字也可涂敷在表層膜上制作的印字上，而使印字從表層膜呈現(xiàn)顏色的相反變化，例如表層膜呈現(xiàn)隨角度有從綠色到深紅的變化，而印字則在相同的角度上表現(xiàn)出從深紅到綠色的變化。許多其它顏色的組合也是可能的。
在表層膜上的顏色變化也可用來“展顯”印字，廣告字句或甚至在大入射角通過膜看不見的實物，但是當(dāng)垂直入射時成為高度可見的，反之亦然。這個“展顯”效果可以在背光中采用特殊的顏色發(fā)射光或用染了顏色的印字或在反射的表層膜下的實物來完成。
顯示的強度可在背光腔體的內(nèi)部用交反射多層膜排成一行而加強。用同樣的方法，顯示的全部色平衡可用優(yōu)先地僅反射某些顏色的多層反射膜與一低反射腔體排成一行來控制。在本例子中由于通過排成一行在某一角度的透射，所選定顏色的亮度會受到損失。如果這是不希望要的，則希望要的色平衡可由用合適的顏色和吸收的染料給一寬帶多層襯里膜底一層膜來影響它。
反射有色膜也能用于與染色的或涂顏料的有色膜組合，而把后者放在觀察者的一邊以獲得所希望的顏色的控制諸如例如，在印字中消滅一個顏色轉(zhuǎn)變而產(chǎn)生一個顏色轉(zhuǎn)變的背景。
背光標(biāo)牌不需要是平面的，且有色膜可應(yīng)用到標(biāo)牌的多個面上，諸如一個照明立方體或一個雙面的廣告顯示。
I3．非背光顯示本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜也可以用來產(chǎn)生種種非背光顯示。在這些顯示中，從一個可能是日光，周圍燈光或?qū)Ｓ玫墓庠吹膬?nèi)部光源的至少使得一個光的偏振在透射光譜被觀看者看到之前通過顏色轉(zhuǎn)變膜二次。在大多數(shù)的應(yīng)用中，這是采用把顏色轉(zhuǎn)變膜與反射的或偏振的表面相結(jié)合來完成的。這樣一種表面可以是，舉例來說，通過金屬沉積形成的普通的反射鏡類型，拋過光的金屬或電介質(zhì)的表面或多層聚合物反射鏡或偏振的膜。
當(dāng)本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜或是有好處地用于反射鏡似地反射或是漫射地反射表面時，漫射地反射的基片優(yōu)先選用的。這樣的一種基片造成被膜透射的顏色(以及隨后地由基片反射)對準(zhǔn)入射平面射出或相比于被膜反射鏡似地反射的有色光在入射平面內(nèi)的一個不同的反射角。從而使得觀看者能在透射的和反射的顏色之間辨別出來。諸如卡紙或用漫反射的白色涂料處理過的表面的漫射白色表面在產(chǎn)生一個隨角度改變顏色的顯示中是特別有利的。
在其它的實施例中，這漫射表面或它的一部分，它們自己可能是有色的。例如，含油墨特性的一個漫射表面可以與一個顏色轉(zhuǎn)變疊起來。該膜至少具有在一個光學(xué)堆層在光譜的油墨吸收的相同區(qū)域上被調(diào)到反射光。于是在最后得到的物件特性中在某個視角時將看不見，但在另一個角度時可以清楚地看見(用顏色轉(zhuǎn)變膜的反射帶寬與油墨的吸附帶相匹配的一個相似的技術(shù)可用于背光顯示)。還有另一個實施例中，可用漫射白色的油墨印上顏色轉(zhuǎn)變膜的本身。在本文前后的半透明是被定義為具有實質(zhì)的漫射效果的實質(zhì)地透射的含義。換句話說，可以把顏色轉(zhuǎn)變疊到一白色的或有色的表面，而膜本身也可以被印上。
在又一些實施例中，本發(fā)明的膜用于吸收被膜反射的波長的基片相結(jié)合，從而讓顯示的顏色唯一地由膜的反射光譜控制。這樣一種效果，例如當(dāng)本發(fā)明的在可見光譜區(qū)透射某些波長而在可見區(qū)反射另一些波長的有色反射鏡膜用于與一黑色基片相結(jié)合時，就可看到了。
I4．窗設(shè)計本發(fā)明的光學(xué)膜和器件適用于諸如天窗或保密窗戶的窗設(shè)計。在這些應(yīng)用中，本發(fā)明的光學(xué)膜可以用于與諸如塑料或玻璃的普通的玻璃空配料連在一起或作為組元進(jìn)入。用這種方法準(zhǔn)備的玻璃窗材料?？梢灾谱鞒善裉匦缘氖沟么霸O(shè)計對第一次偏振光基本上是透明的，但是基本上反射第二次偏振光，從而消滅或減小耀眼。光學(xué)膜的物理性質(zhì)也能被調(diào)節(jié)到如在本文中所講述的那樣，即玻璃窗材料在光譜的某個區(qū)內(nèi)(例如，紫外區(qū))將反射一種或兩種偏振光都反射，而在另一區(qū)內(nèi)(例如，可見區(qū))則透射一種或兩種偏振光都透射。這在玻璃暖房應(yīng)用中是特別重要的，在那里能利用反射和透射特殊的波長來控制植物生長，開花以及其它生物的過程。
本發(fā)明的光學(xué)膜也可用于提供透射特殊波長光的裝飾窗設(shè)計這種窗設(shè)計可以用于，例如當(dāng)通過利用波長特定燈光控制板時能把一種特殊的顏色或幾種顏色(例如，藍(lán)色或金色)給予房間或可以用于使它的裝飾布置特別顯著。
本發(fā)明的光學(xué)膜可用正如在工藝中所知的各種方法結(jié)合到玻璃窗材料中去。因此，在一個實施例中可把光學(xué)膜粘合劑玻璃窗材料的外表面的全部或一部分，例如用一光學(xué)粘合劑層疊上去。在另一個實施例中把本發(fā)明的光學(xué)膜夾到兩塊玻璃或塑料的嵌板中間，而把最后得到的產(chǎn)品結(jié)合進(jìn)窗設(shè)計中。當(dāng)然，正如本文敘述的可反附加的或鍍加到光學(xué)膜上(例如，紫外吸收，抗灰霧或抗反射)以使它更適于專門應(yīng)用，這一直是它的目標(biāo)所在。
本發(fā)明的有色膜在窗設(shè)計中的一個特別有好處的用途是它們在充滿陽光的窗戶中的應(yīng)用。在這種應(yīng)用中從白天到晚上可以觀看到雙向的顏色。當(dāng)在白天的時候，這種窗戶的顏色主要是由膜的朝向陽光的透射性質(zhì)支配。但是，當(dāng)在晚上的時候通過膜幾乎看不到透射，此時膜的顏色決定于膜的朝向照亮房間的光源的反射對于模擬日光的光源，其結(jié)果是膜的出現(xiàn)在白天的鋪色。
I5．燈具本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜可用于各種燈具應(yīng)用，包括前面敘述過的背光和非背光顯示。依賴于所希望要的應(yīng)用，在外形上可以均勻地把顏色轉(zhuǎn)變膜著色或彩虹色的，而光譜的選擇性可在所希望要的波長范圍內(nèi)改變?yōu)橥干浠蚍瓷洹６?，可以把有色的膜制成在偏振的燈光?yīng)用只反射或透射一種偏振光，諸如偏振化的辦公室工作燈光或偏振顯示與再循環(huán)光結(jié)合以增加亮度，或在應(yīng)用中想要有色反射鏡或濾光器的地方可把膜制作成能透射或反射光的兩種偏振。
在最簡單的例子中，把本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜在背光燈具中用作為一濾光器。典型的燈具包含一個具有光源的和在后面包括一個漫射的或反射鏡似的反射元件或到少復(fù)蓋光學(xué)腔體一部分內(nèi)部表面的外殼。燈具的輸出一般包含一遮掩光源以免直接觀看的濾光器或漫射元件。取決于燈具受支配的特殊應(yīng)用中，光源可能是熒光燈、白熾燈、固態(tài)或電致發(fā)光的光源金屬鹵化物燈或甚至太陽光照。這后者是由自由空間傳播用鏡頭系統(tǒng)、光管、保持偏振的光導(dǎo)或其它在工藝中熟知的方法透射到光學(xué)腔體。光源可以是漫射的或似鏡面的，而且可以包括用于與點光源相結(jié)合的隨機化的，消偏振化的表面。燈具的元件可以按各種結(jié)構(gòu)來排列或可按美學(xué)的和／或功能的考慮的支配，安置在一外殼中。這種燈具在建筑燈光，舞臺燈光，戶外燈光，背光顯示和標(biāo)牌和汽車儀表盤。本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜提供了燈具的輸出狀態(tài)隨角度變體的有利條件。
I5(a)與方向有關(guān)的光源本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜當(dāng)用于方向性燈光時是特別有好處的。諸如高效燈普遍地用于街道或工場燈光的應(yīng)用中的鈉蒸氣燈，一般具有在只有一個主要波長的光譜發(fā)射。當(dāng)這種在狹的頻帶上發(fā)射的源與本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜結(jié)合時，可以獲得發(fā)射光的高度方向控制。例如，當(dāng)顏色轉(zhuǎn)變膜用與燈的發(fā)射峰一致的狹帶通制作時，于是該燈的發(fā)射僅在靠近設(shè)計角度才能通過膜；在其它角度，從源發(fā)射的光回到燈或燈殼。典型的單色和金色的尖頂光源包括低壓鈉燈、汞燈、熒光燈、小型熒光燈和冷陰極熒光燈。另外，反向膜不再需要是具有單色源的狹通類型，它只需要是在一特殊的入射角阻擋或通過單一波長的發(fā)射。這就是意味著也可用具有，例如切入和截止的波長靠近燈發(fā)射的方波反射光譜的反射膜?？砂压庠春捅景l(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜組合在內(nèi)的某些專門的幾何形狀包括，但不限于如下(a)圓柱形燈泡，諸如熒光管，用為燈泡的峰發(fā)射的垂直入射透射而設(shè)計的膜包起來，就是說，在這個幾何形狀中峰值波長的光主要是從燈泡的長軸在輻射方向發(fā)射出來的。
(b)在反射燈外殼中的一個任意的燈泡的幾何形狀可以做成在垂直于外殼開口的平面方向輻射方法是用選在燈泡的峰發(fā)射的輻射處透射的膜復(fù)蓋這開口。這開口可以面朝下或任意方向，而在垂直于開口的平面方向的角將可看見光，但不是基本上離開垂直的角。
(c)換句話說，在(b)敘述的組合可用被設(shè)計在一個或幾個離開垂直角的入射角來透射燈泡的發(fā)射的顏色轉(zhuǎn)變膜。這些入射角是靠提供一片或幾個合適的通帶得到的，并在垂直入射時以波長略大于燈泡發(fā)射波長進(jìn)行測試。這樣，燈泡的發(fā)射是在通帶的藍(lán)移足夠使發(fā)射峰與通帶職成一行的角度下透射的。
(d)在(c)中敘述的角分布與在(a)中敘述的幾何形狀相結(jié)合將會給出一個圓柱形的燈泡，在它的里面人們可以有在平行于燈泡長軸平面的發(fā)射光的方向控制。
(e)一多色尖頂光源，例如在三個不同波長具有發(fā)射尖頂?shù)墓庠纯膳c僅具有一個通帶的顏色轉(zhuǎn)變膜相結(jié)合。因此，該膜就在一給定的入射角只透射三個顏色尖頂中的一個而各個發(fā)射峰在不同的角度作透射。這種膜可用多組群制得，各個組在不同的波長區(qū)域作反射，或它可以用一組群和它們的較高級的諧波制成?？梢钥刂频谝患墡拝^(qū)域的寬度，從而諧波的帶寬寬度來給出在第一級和諧波反射帶間的所希望要的透射帶隙。該膜與多色的尖頂光源的組合將出現(xiàn)從一個明顯地“白”色光源分裂光，把它分到它的各別的顏色。
由于隨角度的光譜移動率在靠近垂直入射時是小的，所以光的角度控制在垂直入射時相比于高角入射到顏色轉(zhuǎn)變膜是少有成效的。例如，依賴燈發(fā)射線的寬度和通帶的帶寬在垂直附近時最小的角控制可能小至+／-10度或者大至+／-20度或+／-30度。當(dāng)然，對單線發(fā)射的燈，沒有角控制的限制，為了或是美學(xué)的或是能量守恒的理由，限制角分布為角小于可達(dá)到燈的自由空間可能是合乎需要的，它在一個或兩個水平的和垂直的平面是典型地+／-90度。例如，取決于客戶的需要，可能希望把角范圍減少到+／-45度，+／-60度或僅為+／-75度。
在高角ya入射時，諸如對顏色轉(zhuǎn)變膜的法線成45度或60度角，角控制是更為有效的。換句話說，在這些角度時，能頻帶比在垂直入射時以較高的nm／度速率移向藍(lán)色。因此，在這些角度，狹帶發(fā)射峰的角控制可以保持在幾度以內(nèi)，諸如+／-5度或者對很狹的通帶和狹發(fā)射線可在小至+／-2度。
本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜也可以按預(yù)先先設(shè)計好的樣子成形以便在所希望要的圖案中控制燈的角輸出。例如，放在光源附近的全部或部份的顏色轉(zhuǎn)變膜可被成形為起波紋的或三角形的波形，以致波形的軸不是平行就是垂直于燈管的軸。有這種組態(tài)在正交平面內(nèi)不同角度的定向性控制是可能的。
雖然狹帶源和顏色轉(zhuǎn)變膜組合在控制光在發(fā)射或探測的角度上工作得很好，但是只有一個有限數(shù)目的源具有狹發(fā)射光譜，因而有限的顏色可供選擇。換句話說，可以把寬帶源做得使其起到像狹帶源的作用以獲得發(fā)射光的相似的定向控制?？梢园褜拵г磸?fù)蓋一顏色選擇的在某個狹帶波長區(qū)透射的膜和被調(diào)節(jié)的源可用于與具有相同透射光源的第二個膜結(jié)合使得從源／顏色選擇膜組合發(fā)射出來的光能只在設(shè)計角一次通過該顏色轉(zhuǎn)變膜。這個裝置可為多于一個顏色工作，諸如與一紅綠藍(lán)三色系統(tǒng)。依靠膜的正當(dāng)選擇發(fā)射的顏色將在所希望的角度透射。在另外的角度發(fā)射的波長將不與每一個或任一帶通匹配，于是光源會出現(xiàn)黑暗或不同的顏色。由于顏色轉(zhuǎn)變膜可適于在波長的一個寬闊的范圍透射，所以人們實際上能夠獲得任一顏色和控制在發(fā)射光被觀看到的整個角方向。
與方向有關(guān)的光源在許多應(yīng)用中是有用的。例如，本發(fā)明的光源可用于汽車儀表面板的照明。這樣駕駛員是在垂直角度看著儀表的，所以能看到透射光，但光不會反射出擋風(fēng)玻璃或被乘客看到。因為他們是在相對于儀表的角度外。相似地，可用本發(fā)明的與方向有關(guān)的光源構(gòu)制照明標(biāo)牌或訊號標(biāo)牌所以它們能在某些角度下，例如垂直于訊號標(biāo)牌或標(biāo)示牌，但不是其它角度被覺察到。換句話說，可以把顏色轉(zhuǎn)變膜設(shè)計成在一個角度只透射一個顏色的光，而在另一角度可探測到一不同的顏色。這將會是有用的，例如，像在洗車或發(fā)放檢查站對車輛指揮其靠近和停止點時?？梢赃x擇顏色轉(zhuǎn)變膜和光源的組合使其當(dāng)一車輛快到照明標(biāo)示牌并在相對于標(biāo)示牌的非垂直角度觀看時，那么只能看到綠色，但在車輛停放處的那個角，例如垂直于標(biāo)示牌，則察覺到的透射光將轉(zhuǎn)變成紅色。作為安全器件的顏色轉(zhuǎn)變膜和狹帶源的組合也是有用的，在這里顏色轉(zhuǎn)變膜被用作為一層疊制作而光源用相同的膜包起來被用作為一個簡單的核檢器件。本發(fā)明的與方向有關(guān)的光源的其它例子于下面的一些例子中予以更為詳細(xì)的敘述。
例子I5-1下面的例子說明本發(fā)明的膜在制作多色的似霓虹管的用途。
可以用反射有色膜包封一白色熒光燈管來構(gòu)作一明亮的色彩豐富的顯示光。在這種方式下已經(jīng)做成了幾種燈，每種用一不同的有色膜，有種個用了均勻的有色膜而二種用了可變的有色膜。用例子B1-1、E1-1、E1-2和I6-1所述的膜制作了樣品。把膜切成與燈管一樣長，而寬度足以繞燈管的圓周一圈或二圈。假如一次纏繞的反射不充分，則纏繞層數(shù)會影響通過控制復(fù)蓋物的總透射率而獲得的色亮度和色飽和。可變的有色膜是用與例I6-1相同的膜制成的，但從簡上而不是下行坯料上，與坯料交叉地切下49英寸的長度。當(dāng)觀看者走過時，非均勻有色膜顯出閃光，看上去有點像在一真空管子中的不穩(wěn)定的等離子體。在所有的燈泡中顏色的純度高到足以給熒光管一個明確的帶有從管子中央到其周邊的一個顏色變化的附加效應(yīng)的“霓虹”模樣。即使觀看者能繞著管子走量從所有的側(cè)面觀看它，(例如，觀看者能無限地圍繞著燈管“追趕”周邊的顏色但從不看到該色在燈管的中心)也只能在中心是垂直入射的可觀看到的光譜。有色膜能用粘合劑松散地附著或?qū)盈B。注意到用粘合劑除去在燈泡和膜之間的空氣隙縫對有色燈管的外形沒有顯著的影響。
例子I5-2下面的例子說明本發(fā)明的膜在制作易彎曲的似霓虹管的用途。
大多數(shù)已制造的熒光管都是直的管子只有極少的是圓形的或U形的。上面敘述的類霓虹管只要它們能被做成任意形狀，則會加強在許多應(yīng)用中的實用。但如果它們以易彎曲的管狀光源為襯底，則會進(jìn)一步得到加強。由3M開發(fā)的大的芯線光纖提供了這樣一種光源。這個稱之為“3M光纖”的產(chǎn)品可在市場上從明尼蘇達(dá)州Paul市的3M公司購得。在光纖中的某個百分點的光通過TIR角散射并逸出光纖。這個過程可用在芯心或外層復(fù)蓋物中增加散射中心密度來加強。還有，微結(jié)構(gòu)的膜可以附著到燈管的邊以引導(dǎo)燈管的光逸出。
用例子E1-2中的綠／深紅膜來復(fù)蓋標(biāo)稱直徑都為1cm的清凈的和微結(jié)構(gòu)的光學(xué)“纖維”的樣品。用清潔的粘合劑在膜涂了一層膜做成1英寸寬的有色膠帶卷。這粘合劑是一種由合成的SIS塊狀共聚物和碳?xì)浠衔镌稣硠┘臃€(wěn)定劑合成的熱融粘合劑。這膠帶是螺旋地繞到光纖上，并線性地運用。由于這1英寸的厚度不能復(fù)蓋整個周圍，所以在后一種情況從兩邊都運用了細(xì)坯料子。當(dāng)纖維繞成半徑約小于1／3米的圈時線性運用的膠帶的細(xì)坯料子趨向于皺起來。即使在曲率半徑為1／6米時，也沒有看到螺旋地繞在纖維上的膠帶起皺紋。用顏色轉(zhuǎn)變膠帶復(fù)蓋的大芯光纖的顏色在熒光管上觀察到的是一樣的。纖維用小電池供電的燈光照明。二種或更多的交替顏色也可用各別的螺旋來繞制，或用一寬帶“銀色”膜來更迭有色膜，或用常規(guī)的(染料或顏料)有色膜或鍍來更迭。
用小的光源可以把這種霓虹外形給予一系列有圓形狀的物件包括呼拉圈和頸帶。特別有用的光源包括寬帶發(fā)熒光的染料，或可以放進(jìn)光纖的聚合物芯的狹帶染料的各種組合。
例子I5-3下面的例子說明本發(fā)明的膜為閃光燈產(chǎn)生一個附件的應(yīng)用。
把在例子B1-1、E1-1、E1-2和I6-1中敘述的本發(fā)明的幾張顏色轉(zhuǎn)變膜卷成具有圓形開口或橢圓末端的錐體的切面。把每個錐體的較大直徑的末端調(diào)節(jié)到適配閃光燈末端的外直徑。使用了多種閃光燈和錐體的尺寸。較大直徑的錐體，長2到3英尺，而較小的，長度在6到24英寸的范圍內(nèi)。當(dāng)錐體較大或者多層膜較薄(1密耳或更小)時，用4密耳清潔的PET基料把膜繞起來，并用膠帶在一條邊處固定膜，以增加機械的完整性。
發(fā)現(xiàn)在結(jié)合中的閃光燈和膜形成了一個在所有入射角把光有效地分配到膜的光學(xué)腔體。正在朝向錐體小的末端行進(jìn)的在發(fā)散光束的光在每次反射后增加它的發(fā)散角，并且即使在沒達(dá)到錐體的末端在幾次反射后能夠容易地翻轉(zhuǎn)方向(發(fā)散角大于90度)。因此，從源出來的光線將繼續(xù)沿錐體的長度來回傳播直至它被膜透射被不是源就是膜吸收或從源對面的開口末端處逸出為止。附件呈現(xiàn)一些沒有預(yù)料到的性質(zhì)。例如，錐體邊緣相比錐體的中心是一種不同的光，而且當(dāng)一個人握住錐體在一個弧度朝向觀察者搖擺它時錐體會突然改變顏色。
當(dāng)有色膜在所有的入射角對某一顏色作高度反射時，觀察到了一個特別的有興趣的效應(yīng)。用這個性質(zhì)對于綠光的膜的光譜圖示于圖38。用具有這些性質(zhì)的膜制成的一個錐體，而該錐體又被附到碌光(Maglight)閃光燈，當(dāng)在相對于錐的從向軸90度時觀看時，錐體為藍(lán)色有一個紅色的周邊。朝向兩個末端時觀看錐體都為紅色，然后在極端角時為黃色。綠光只能通過錐體的較小(開口)末端的洞才能較易地逸出。在從側(cè)面觀察錐體時最容易看見綠光，這是因為上面敘述的發(fā)散效應(yīng)。要加強看到逸自小的末端的光?？砂炎龀筛鞣N形狀的反射器附加到或放置到靠近錐體切面的開口處。
許多其它的顏色組合是可能的。也制作了綠／深紅的錐體，還有在相繼地較高的角度從藍(lán)色到紅色到綠色變化的錐體。這些膜的光譜示于圖39和18。當(dāng)從較小的末端照明時錐體不像在所有的角時那樣明亮用了一白色半透明塑料的可折迭的錐體制成了其它的物體。它是在玩具商店里出售的并且它是由相繼地較小的用最大的附在閃光燈上的錐體切面制成每個截面用在例子B1-1中敘述的類型的有色膜包封。換句話說，每個切面可用不同的顏色膜包封以形成一特殊的顏色配合，諸如例如一個彩虹的序列。也可把有色膜插入事先形成的錐體切面的內(nèi)側(cè)來較好地保護(hù)光學(xué)膜。用這后面的組合來保留角度的顏色變化，最好選用在光學(xué)上清潔的錐體切面。
例子I5-4下面的例子說明了本發(fā)明的膜在制作三維裝飾品中的應(yīng)用。
用例子E1-2(綠通濾光器)的膜來復(fù)蓋一個成三維形的，有小平面的星形飾品。購自圣誕飾品商店的該星用清潔的塑料做成且所有的小平面基本上是平的。用一清潔的粘合劑把有色膜貼到每個小平面上。被膜能反射的顏色是被膜透射色的補色，例如3M在垂直入射反射紅色和藍(lán)色光(深紅)，而在相同角度透射綠色，深紅是綠的補色。但是，正如在圖39中示出的膜提供了雙補光效應(yīng)。在約60度的入射角時，顏色就正好相反，此時綠色是反射的而深紅是透射的。
構(gòu)造了二種形式的是形裝飾物，兩者都有切進(jìn)一條邊的小的直徑為7／16英寸(11mm)的洞，以讓光注入到由星形成的光學(xué)腔體。在每一個結(jié)構(gòu)中，一小的米著顏色的圣誕樹的燈光插入到洞內(nèi)。在第二個結(jié)構(gòu)中，一個小的閃光燈用一具有對可見光有約99％的反射率的寬帶反射鏡膜的逐漸變細(xì)的燈管與該星相連接。(該寬帶反射鏡膜就是在美國專利第5，882，774號中敘述的類型)。這閃光燈是Maglite公司銷售的可變焦距的類型。選擇了寬闊的光束，因為它能提供最均勻的在星上所有平面的照明。正如上面能討論的，燈管的細(xì)長的圓錐的斜度可用簡單的幾何圖形示出以從部分有方向的源諸如閃光燈進(jìn)一步加寬這光束出人意外地，在任何視角不論在星上的那一個地方只能基本上覺察到綠色和深紅色。在某個非常狹的角范圍內(nèi)，在小平面上平面上觀察到藍(lán)色。
用相似的方法任何幾何形狀能被利用來產(chǎn)生其它的栩栩如生地吸引人的物件。另外，這物體可被轉(zhuǎn)動。能在轉(zhuǎn)動的點注入光或電力。在給出的例子中的幾何形狀在一個廣大規(guī)模范圍的色彩艷麗的展示中有廣闊的應(yīng)用。例如，一個直至多米長或高的廣告展示，可能通過一個或幾個中空的支座燈管來照明。
I5(b)偏振光附件許多應(yīng)用要求偏振光正常地起作用。這種應(yīng)用的例子包括光學(xué)顯示器，諸如液晶顯示器(LCDs)，廣泛用于析迭一膝上型計算機，手持式計算器，數(shù)字式手表，汽車儀表板顯示及其同類和偏振的發(fā)光體和利用偏振光來增加反差和減少眩光的工作燈光對幾種特殊化的燈光應(yīng)用，有色偏振光輸出可能是所要求的，例如都需要眩光減少和有色的“心情”燈光的地方。在這些情況下為了提高效率帶有光再循環(huán)的偏振的工作光附件是優(yōu)先的。一臺偏振光的附近一般是由包括光源的外殼和一個偏振元件組成，并且可以額外包括一個反射元件和／或一個漫射元件。本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜可用作為兩種偏振的元件，而且尤其是用作反射的偏振膜(RPF)或用作為反射元素，當(dāng)目前時而且尤其是用作反射反射鏡膜(RMF)，像在申請人的共同待批的美國專利申請第08／807，270號題為“包括光學(xué)膜的光具附件”中敘述的。對結(jié)合光再循環(huán)的偏振充附件要優(yōu)先選用一個漫射光源，它一般包括光發(fā)射區(qū)和光反射，散射和／或起偏振區(qū)。光發(fā)射區(qū)可以用作光源和起偏振區(qū)域，或該光源可由一光發(fā)射區(qū)和一單獨的使漫射化的反射器組成。依賴于指定光附件的特殊應(yīng)用中，漫射源可以是熒光燈、白熾燈、固體電致發(fā)光(EL)光源或金屬鹵素?zé)?，或用單獨使漫射化，起偏振的表面與一點光源、一遠(yuǎn)隔的光源或甚至陽光照明的組合，后者是由自由空間傳播、鏡頭系統(tǒng)、光管。偏振防護(hù)光導(dǎo)或由在工藝中熟知的其它方法被透射到漫射偏振器。
正如前面所敘述的，本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變膜可以用作放置在光源交的反射偏振膜(RPF)，其中一個偏振平面的光波透射而另一個偏振平面的光則被反射或又可用作放置在光源后面的反射反射鏡膜(RMF)，在這里面，偏振的兩個平面都從膜被反射。在動作中，由漫射源產(chǎn)生的光是漫射地被偏振的具有偏振分量(a)和(b)出現(xiàn)，而且這個光入在是入射到RPF上。這RPF元件適合于在感興趣的波長上透射具有一級偏振分量(在這個例子中，偏振分量(a))的光，以及反射具有正交的偏振分量(在這個例子中，偏振分量(b))的光。此外，這膜將只透射所希望要的作為視角的一個函數(shù)而轉(zhuǎn)變的波長的光。結(jié)果是，具有偏振分量(a)的所希望要的顏色的光由RPF透射，而偏振分量(b)的光則被反射回到被漫射化的光附件中去。一些原來是被排斥的光由此而被轉(zhuǎn)變?yōu)樗Ｍ钠癫⑼ㄟ^在隨后通路上的反射偏振元件被透射。這過程在繼續(xù)，其重復(fù)的反射和隨后的不是所希望要的偏振光的漫射化增加了所希望要的從漫射偏振光附件中發(fā)射出來的偏振光的數(shù)目。其結(jié)果是一個對產(chǎn)生所希望要的偏振光的非常有效的系統(tǒng)。這系統(tǒng)在這個意義上是有效的。那就是在一典型的分光偏振器中本來應(yīng)該被吸收的光，所以也就得不到利用了，而是被轉(zhuǎn)變到所希望要的偏振。結(jié)果，從附件中發(fā)射出的所希望要的偏振光的總數(shù)是增加了。
在這里所敘述的燈附件，光源可以在一系列的結(jié)構(gòu)組態(tài)中與偏振元件和反射元件耦合起來正如所敘述的，展望利用本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變反射偏振膜RPF作為偏振元件和本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變反射反射鏡膜RMF作為反射元件的結(jié)構(gòu)組態(tài)，但是必須認(rèn)識，那就是展望了與其它材料作為反射元件的RPF和與其它材料作為偏振元件的RMF的各種組合。例如，在一個結(jié)構(gòu)組態(tài)中，RPF可以被周圍包封起來，使它完全地把漫射源包封起來。除了光源和RPF之外可以使用一個單獨的反射器，這反射器可以是一漫射的反射膜，它使從RPF反射出來的偏振(b)光漫射?？梢园裄MF調(diào)整在光源的一邊附近以及可以層疊或者附著在光源上。在這一結(jié)構(gòu)組態(tài)中，RPF也可以被層疊或者被附著，使得它部分地把光源的另一邊包封起來。用本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變偏振膜和一些應(yīng)用也是可能的，其中一片膜相對于另一是可以轉(zhuǎn)動的，這組合是用于照明附件中它使得偏振光強、顏色和／或程度受控于或調(diào)到現(xiàn)場的特殊需要。
I6．園藝的應(yīng)用可以按照本發(fā)明的原理制作在光譜上選擇的膜和其它的光學(xué)體，它們是理想地適于園藝的應(yīng)用。在溫室環(huán)境和農(nóng)業(yè)應(yīng)用中，對植物生長的一個最主要關(guān)切的事就是為適于植物生長的足夠的光的強弱和波長。不充分的或不均衡的照明可以導(dǎo)致植物不均衡生長或不發(fā)育的植物。太強的光會使土壤超熱而傷及植物。管理從周圍太陽產(chǎn)生的熱是一個普遍的問題，特別在南方的氣候中。
本發(fā)明的在光譜上選擇的顏色膜和光學(xué)體可以用于許多園藝的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中希望能濾去或透射對能最佳控制植物生長的特定的光的波長。例如，為了傳遞用于光合作用最有效的波長以加速植物生長和管理土壤和周圍的溫度。能使一片膜最優(yōu)化地濾去產(chǎn)生紅外和不能產(chǎn)作用的可見陽光波長的熱。
已經(jīng)知道植物在不同的生長同期對不同的波長起反響，正如圖52所示的。整個周期中，在500-580nm范圍的波長是低效率的，而波長在400-500nm和580-800nm的兩個范圍是沒有生長反應(yīng)的。相似地，植物對過了約800nm的紅外波長是不敏感的，它構(gòu)成了太陽發(fā)射中的重要組成部分，所以從太陽光譜中除去這些波長能夠大大地減少熱量和能讓在對植物生長有用的波長上的額外光集中。
用于溫室的商業(yè)化的燈在加速光合作用和植物的其它的光靈感度是有效的。這種燈最普通地用作對自然的未濾過的太陽光的補充。燈發(fā)射的能量在藍(lán)色(約400-500nm)，紅色(約600-700nm)或遠(yuǎn)紅外(約700-800nm)的是用于加速生長。一種普通的商業(yè)化的生長燈在450和660nm處有它的極大值，在700nm以外幾乎沒有波長發(fā)射的。另一種普通的源在藍(lán)色和紅色有高發(fā)射和胡遠(yuǎn)紅外波長有高發(fā)射。發(fā)射在500-580nm范圍波長的燈稱之為“安全燈”因為它們的發(fā)射是在低靈感區(qū)域且不論是有益地還是有害地都不大影響植物生長。
用于一般照明的光源經(jīng)常是配成對來完成與“生長發(fā)光體”類似的結(jié)果。從某些源輸出的波長實際上放慢了生長，但是這一點可由與其它的光源配對來補償。例如，單獨使用低壓鈉燈能抑制葉綠素的合成，但是當(dāng)?shù)蛪衡c燈與熒光或白熾燈結(jié)合時，產(chǎn)生了正常的光合作用。用于溫室的商業(yè)化燈的普通配對包括(ⅰ)高壓鈉燈和金屬鹵素?zé)簦?ⅱ)高壓鈉燈和汞燈；(ⅲ)低壓鈉燈和熒光和白熾燈；以及(ⅳ)金屬鹵素?zé)艉桶谉霟簟?br> 在溫室的環(huán)境中，本發(fā)明的顏色選擇膜和光學(xué)體，當(dāng)單獨用作濾色器或與反射襯墊組合時為了最令人滿意的植物生長對集中所希望要的波長是有用的。這膜和光學(xué)體可與正常的未濾過的太陽光一起用，或者它們可以與人工的寬帶光源組合來控制從源發(fā)射的光的波長。這種光源包括，但不限于白熾燈、熒光燈諸如熱或冷陰極燈；金屬鹵素?zé)?、汞蒸汽燈、高和低壓鈉燈、固態(tài)或電致發(fā)光燈，或自知的或濾過的光學(xué)上與顏料選擇膜耦合的太陽燈。將對幾種過濾／集中系統(tǒng)作更為詳細(xì)的敘述，這可能用于管理在溫室環(huán)境中的熱來為光合作用和其它植物光靈感的最優(yōu)化波長傳遞增加的光的數(shù)量。
圖53到56示出了冷反射鏡和顏色選擇反射鏡的有用的設(shè)計，其中反射鏡是用來把太陽輻射的所希望要的組分反射到室內(nèi)把對植物生長無用的紅外輻射放出室外。這些圖也說明了放行所希望要的輻射和反射所不希望要的日光組分的一個轉(zhuǎn)變的戰(zhàn)略。反射鏡可以是一寬帶反射鏡，它基本上把在太陽光語中全部小于約800nm的波長反射到室內(nèi)，如在圖53和54，或這反射鏡可以在光譜上濾出紅外輻射和對植物生長所不希望有的可見光譜的組分。圖55和56示出了結(jié)構(gòu)在這些結(jié)構(gòu)中綠光(從約500-600nm)和紅外光(從約800-2000nm)被膜透射或反射退出室內(nèi)，而由藍(lán)光(從約400-500nm)和紅光(從約600-800nm)組成的深紅光被反射或直接透射進(jìn)入室內(nèi)。示出的膜會有雙形態(tài)的層厚分布以產(chǎn)生必要的反射性質(zhì)(例如，圖56所述膜中的一組將反射綠波長，而另外一組是如美國專利申請第09／006，118號所述的2或3材料紅外反射／可見光透射的堆層，所述專利申請的名稱為“多組分光學(xué)體”)。在圖55，雙帶反射膜中的一個反射帶在設(shè)計中的反射角將反射藍(lán)光(400-500nm)而另一個帶則為紅光(600-800nm)。依賴于所需要的角的范圍，被設(shè)計得按圖56所示的模式來運行的膜也可以在圖55中所說明的模式來運行。在下面給出這樣一種膜的例子和近似的所需要的角。仍是在圖55中，顏色選擇膜是層疊的或被支架在一透明的襯底上或開式框架，這樣不要的波長就能通過。在圖56中說明了系統(tǒng)的兩種不同的類型，這是膜可以單獨使用或與一寬帶反射器組合，而膜為過濾撞擊在膜上的直接的太陽光，也為從寬帶反射器反射的改變方向的光而起著作用。按照本發(fā)明可以制作其它的濾光器，它提供促進(jìn)特定的植物部分生長的波長。例如，可以把顏色選擇膜制成主要透射那些專為促進(jìn)花朵生長而不是莖生長的波長。光的選擇波長也能用來去控制植物的運動。由于植物有轉(zhuǎn)向光源(向光性)的傾向在種植植物中的一個普通的實踐是周期地轉(zhuǎn)動植物，某些商業(yè)化的產(chǎn)品用光源物理地繞著該植物轉(zhuǎn)動來解決這個問題。可以按照本發(fā)明的講授來制作膜把它專門制作成濾出用于植物光感受器的波長來感覺并移向光(主要是藍(lán)色)而讓其它有用的波長通過去。
雖然圖53到56說明顏色選擇膜與太陽光一起用作輻射源，但是本發(fā)明的顏色選擇膜和光學(xué)體也能與一個或幾個直接的或預(yù)先過濾好的人造光源一起用以更進(jìn)一步優(yōu)化由這些膜提供的光譜。在某些情況中，寧可包封或者相反把顏色選擇膜直接與人工源耦合，這樣在實際上光源主要地發(fā)射為控制植物生長所希望要的波長。也可以把顏色選擇膜直接層疊到清潔的組成典型的溫室的屋頂和／或墻的板條，使得進(jìn)入室內(nèi)的大部分的光是所希望要的組分。否則這種板條可連同板條配被擠壓到一個或幾個顏色選擇多層堆層。為了要進(jìn)入室內(nèi)的所有的光應(yīng)是一個精確波長范圍起見，寧可要有膜裝于一面定日鏡上或其它的用移動來補償整天的太陽光線的角的一個機械裝置。只有每周地或諸如具有只在每周或每月從水平或垂直改變角度的進(jìn)款朝南的板條的較簡單的機械裝置也能出色地完成。
一個或更多的反射器也能用于引導(dǎo)濾過的光到所要去地方，而且懂得了各種各樣的反射器的物理形狀和／或顏色選擇膜能用于把光對準(zhǔn)室內(nèi)所希望要的部分或在橫越室內(nèi)所希望要的部分散布光。除了這些已敘述過的用途模式外，這膜可以用作為個別植物的已過濾的包裝或以膜的形式或以細(xì)坯料或砍過的護(hù)根物作為一個放在植物和土壤間的一個反射器或作為反射器和濾光器用于水生植物的水族館照明。
除了前面已敘述過的能制成專用于對植物生長沒有用的透射或反射紅外和／或綠光的在光譜上選擇的膜之外，一種設(shè)計來控制一般從約660-680nm的紅光總數(shù)和一般從約700-740nm的遠(yuǎn)紅光總數(shù)的膜對控制植物的生長是特別有用的。已經(jīng)指出紅光對遠(yuǎn)紅光的比應(yīng)維持在1．1的水平上(在這里注意訂正)或高一點以便減少伸長并強迫植物出枚或增殖，導(dǎo)致較茂密、較稠密的植物生長。另外，靠精確控制紅／遠(yuǎn)紅比以及隨后的波長輻照。許多植物能被迫進(jìn)入開花狀態(tài)或保持在生長狀態(tài)。某些植物品種可被控制在像一分鐘那樣少的紅或遠(yuǎn)紅劑量。植物對紅和遠(yuǎn)紅光的響應(yīng)已在J．W．Braun等人“在紅樹莓棚中與光微氣候有關(guān)的葉子和果實的分布”，以及TheoJ．Blow的“復(fù)活節(jié)百合花高度控制的新進(jìn)展”中敘述過，其中前者發(fā)表在64(5)JournalofHorticultural Science565-72(1989)上，后者發(fā)表在Hort．Re．Instit．ofOntario，Vinelaud Statim，Ont．LOR2EO上。
以前控制紅遠(yuǎn)紅比的嘗試是利用了泵進(jìn)在溫室的夾墻結(jié)構(gòu)的兩塊嵌板間的空腔中光的阻塞液體。因為難以添加和移去液體所以并不令人滿意。其它嘗試是在屋頂裝配有色膜，但是如果在溫室的植物品種經(jīng)常改變或如果室外天氣條件有了變化對此是難以控制的。本發(fā)明的顏色選擇膜是最理想地適于這種應(yīng)用。紅／遠(yuǎn)紅比可以用改變厚度梯度或用改變膜的角度以讓所希望要的波長能到達(dá)植物來控制。為了要補償對戶外條件的變化或不同植物品種的需要的變化。最好把膜以或是被使用或是可收藏的方式裝置在溫室內(nèi)，譬如說沿著屋頂線用可以拉下或捲起來的播式遮幕，或用一遮幕布在植物的高質(zhì)以上水平地拉動。換句話說，可以為單獨的植物或植物群構(gòu)造膜的個別的包入物。
本發(fā)明的膜也可與通常的反射鏡連同用來控制到達(dá)植物的太陽光譜中的所希望要的任一部分的強度。一般來說，在整天內(nèi)要把植物暴露在有利于植物生長的不變的波長和強度下是合乎需要的。但是在一個典型的陽光充足的日子，光強的峰值約在中午，而這個光強對許多植物來說可能是超過的；葉子的溫度常常是上升的，這要降低植物的實力。最好要減少在中午時到達(dá)植物的光強以在整天內(nèi)提供一個更均勻的水平。例如，當(dāng)暴露到600μmol／sec-m2的最大的水平玫瑰最有效率地開花，而在緯度45°冬季月份的早上11點鐘時經(jīng)常能獲得這個強度。降低在11200和1200之間的光強可改善植物產(chǎn)量。通常的反射鏡與我們的波長選擇膜的結(jié)合使用，正如圖56所說明的，可以在白天的不同時間改變照到植物上的光強。例如，在圖56可見光反射鏡的使用，靠重新指定它的反射角的方向來拒絕從太陽來的部份光可以中斷太陽光入射最高的這段時間。其遮板或幕簾的其它組合也可與我們的波長選擇膜一起用來控制光強。
例子I6-1下例說明按照本發(fā)明制作的顏色轉(zhuǎn)變膜(尤其，深紅通濾光器)，它特別適于園藝上的應(yīng)用。
通過共擠出工藝，在一連續(xù)的平膜生成線上制作約包含417層的多層膜。這個多層聚合膜是用PET和Ecdel9967制成的。(如美國專利第3，801，429號所敘述的)，用送料裝置方法通過擠出物生產(chǎn)約209層，它們從一層到一層具有近似的線性厚度梯度。
用一臺擠壓機，以大約34．5kg／hr的速率，把本征粘滯度(IV)為0．60dl／g的PET傳送到送料裝置，并且以大我41kg／hr的速率傳送Ecdel。在送料裝置之后，用同一臺PET擠壓機，以大約6．8kg／hr的總流量把PET作為保護(hù)邊界層(PBL)傳送到擠出物的兩邊。然后，材料流通過一個非對稱的、具有倍增器設(shè)計比為1．50的兩倍倍增器(美國專利第5，094，778號和第5，094，793號)。倍增器的比值被定義為，在主管道中生產(chǎn)的的平均厚度除以次管道中的平均厚度。選擇這個倍增器比值是為了在二組209層產(chǎn)生的二個反射帶之間留下一個光譜間隙。每組209層都具有由送料裝置產(chǎn)生的近似的層厚分布，總厚度比例因子由倍增器和膜擠壓速率決定。ECDEL熔融工藝設(shè)備維持在約250℃，PET(光學(xué))熔融工藝設(shè)備維持在265℃，而送料裝置、倍增器、表層熔融流和模子維持在約274℃。
在本例中，用來制作膜的送料裝置被設(shè)計成，在等溫條件下給出最厚與最的比為1．3∶1的線性層厚分布。為了在本例中獲得較小的比值，對送料裝置施加一個熱分布。將送料裝置中制作最的部分加熱到285℃，而將制作最厚的部分加熱到265℃。在該方法中，最的厚度大于用等溫送料裝置操作所得的厚度，而最厚的厚度薄于在等溫操作獲得的厚度。將中間部分設(shè)置成遵循在兩個極端之間的線性溫度分布。總的效果是獲得一個較窄的層厚分布，該分布產(chǎn)生較窄的反射光譜。一些厚度誤差是由倍增器引進(jìn)的，并且是每個反射帶的光譜特性中小差異的原因(參見圖57)。調(diào)節(jié)澆鑄輪的速率，以便對最后的膜厚度以至最后的顏色進(jìn)行精確控制。
在倍增器之后，以大約28kg／hr的速率(總計)，加入厚度對稱的PBL(表層)，該速率是第三臺擠壓機提供的，在此之后，材料流經(jīng)過一膜模子，通到一水冷鑄輪上。澆鑄輪上的進(jìn)口水溫約為7℃。用一高壓銷住系統(tǒng)把擠出物銷住到澆鑄輪。銷住金屬線的厚度大約為0．17mm，并且施加大約5．5kV的電壓。操作員將銷住金屬線人工放置在離開坯料約3到5mm且與澆鑄輪接觸的點上，使?jié)茶T坯料具有一個光滑的外形。用常規(guī)的順序長度調(diào)節(jié)儀(LO)和拉幅設(shè)備連續(xù)調(diào)節(jié)澆鑄坯料。在約100℃下，將坯料的長度調(diào)節(jié)到拉伸率約為3．3。在拉幅機中，用大約26秒將膜預(yù)熱到約100℃，并沿橫向，以每秒約16％的速率將膜拉伸到拉伸率約為3．5。最后得到的膜的最后厚度約為0．06mm。
最后得到的膜(在垂直入射下)的光譜示于圖57。注意，該光譜有兩個消光頻帶，其中心大約在550和800nm處。800與550的比是1．45，它接近于倍增器設(shè)計所要的1．50。還注意，此膜在所有的入射角，具有例子E1-2的近似補色。對于園藝應(yīng)用，需要對這膜做結(jié)構(gòu)上的改良，諸如添加更多到紅色反射帶，以拓寬它的復(fù)蓋區(qū)，使光譜的近紅外部分包括在內(nèi)。在垂直入射和高角度入射的優(yōu)化性能可以要求專為在那些角度使用而設(shè)計的個別膜。另外，需要用附加鍍或的形式進(jìn)行紫外線保護(hù)。
I7．安全應(yīng)用中的光譜條形碼文件和元件的假冒和偽造，以及控制材料的非法轉(zhuǎn)變，諸如爆炸物是一個嚴(yán)重的和普遍存在的問題。例如，商業(yè)用飛機的維修人員經(jīng)常地遇上可疑的假冒零件，但是缺少一個在高質(zhì)量部件和假冒部件間的可靠的區(qū)別方法，當(dāng)遇到專利申請說明書時就要注意了。相似地，據(jù)極尋多至10％的作為新貨出售的所有激光印刷機的盒式存儲器實際上是整形過的被重新包裝的和聲稱是新的盒式存儲器。辨認(rèn)和追綜諸如能用于炸藥的硝酸銨肥料大量的物品也是高度引人的。但是現(xiàn)行的辨認(rèn)方法的費用是非常昂貴的。
有幾種方法可以來證明一件物品的可靠性，包裝的完整性或查出零件，元件和原材料的原產(chǎn)地。這些器件中的某幾種是周圍可核實的，某幾種是用單獨的燈光儀表等可核實的，而某幾種則是兩方面的組合用于文件和包裝完整的核實的器件例子包括彩虹色的油墨和顏料專用纖維和水印、碌性油墨和鍍、精細(xì)印刷、全息圖和可從3M購得的確認(rèn)影象回復(fù)反射紙。只較少的選擇能適用于對元件的證明基本上是由于受到大小、價格和耐用性的約束、建議的系統(tǒng)包括碌性膜和集成電路塊。
微型標(biāo)簽(microtaggant)已被用來查找諸如炸藥的管制材料。這些材料一般是磨碎和分散到產(chǎn)品的多層聚合物。在微型標(biāo)簽中的個別可以用光學(xué)顯微鏡解碼，以得出關(guān)于制造的日期和位置的信息，安全膜產(chǎn)品長期有過沒有遇到過的需要，它是周圍可核實的和機器可看懂的，它是可以制造的但不易復(fù)制，它是易彎曲的并能用于從接近顯微鏡的到大張的種種部件尺寸，并且它還可以用專用的機器可看得懂的信息來編碼。
可把本發(fā)明的顏色選擇膜和光學(xué)體專門制作裝備安全膜或器件時有用處的背襯，標(biāo)簽牌或過層疊，能滿足全部的需要。在斜角時，顏色轉(zhuǎn)變特性和高反射率和色飽和是能被開發(fā)來唯一地鑒定文件和包裝的二個特性，并且可把光譜細(xì)節(jié)設(shè)計進(jìn)這膜以裝備唯一的光譜指紋，這能用于鑒定特殊的大量安全膜對個別的應(yīng)用中編碼?？梢园堰@安全膜和光學(xué)體專門制成在光譜的任一所希望要的部分反射，包括可見光、紅外光或紫外光。當(dāng)只是希望要掩蔽的鑒定，可以把膜制成在光譜在可見區(qū)顯示透明但是它在紅外區(qū)有各不相同的透射的反射帶以揭示一掩蔽的光譜指紋。
由透射光譜描繪的一個有色安全膜的例子示于圖58。它示出了為在一個偏振面內(nèi)反射寬帶光設(shè)計的的-900層的PENcoPEN偏振器的透射光譜其藍(lán)色帶邊緣緣緣靠近400nm。但能容易地做到500nm所以這個制品將是一個在斜角時轉(zhuǎn)變?yōu)榛疑拿髁恋乃{(lán)色偏振器。圖58中的膜示出了一系列的非常狹的通帶，其主要的一個靠近500和620nm，這些特性被復(fù)制在重疊于圖58的三個光譜中，每個光譜取自從膜的一邊開始于20cm處的橫過坯料的每隔3cm外。圖59示出從膜邊的20cm處的光譜，但這次是對于在下坯料方向相隔4米距離的兩點。這通帶在500nm處有-38％的帶寬為8nm透射峰。這帶邊緣緣緣的斜率約為每納米5％，在620nm處的較狹的峰具有相似的斜率，但帶寬的4nm有27％的透射峰值。這二個光譜幾乎是一樣的。圖58和59所示的光譜的重復(fù)性表示，該結(jié)構(gòu)具有較高的重復(fù)性，具有控制到優(yōu)于+／-2nm或約+／-0．4％的范圍的50％帶邊緣緣緣的位置。
不變光譜特性的寬度是在幾個cm的量級。從標(biāo)準(zhǔn)膜制作設(shè)備的膜卷的長度很容易超過1千米。與不變光譜特性的幾個厘米的寬度相結(jié)合，具有一個唯一的光譜“指紋”的大面積膜可以作為具有安全碼的一個標(biāo)牌。這種光譜因為設(shè)備設(shè)計和包括確切的樹脂粘滯度和分子量的工藝細(xì)節(jié)的實現(xiàn)的復(fù)雜性，這種光譜是很難得復(fù)制的。
可以把更為復(fù)雜的光譜指紋設(shè)計到膜里去在一個感興趣的區(qū)域用有選擇的透射的反射所希望的波長來提供唯一的光譜的條形碼。
圖60示出了對由三組PET的50層和一折射率為1．60的coPEN構(gòu)成的膜的計算光譜，每組是設(shè)計波長550nm的或是0．8，1．0或是1．2的倍數(shù)。在50層的各組的中有一相同的開頭的光學(xué)厚度。上面和下面的曲線代表了當(dāng)每個有2％1-σ標(biāo)準(zhǔn)差異時的光譜的最大偏移。膜的這種類型可以在400到1000nm的光譜范圍內(nèi)編碼數(shù)據(jù)的9到10比特，它等價于在512和1024間的個別的代碼。額外的代碼可由改變各峰的強度來產(chǎn)生；因此公靠利用四個不同的強度基準(zhǔn)可以產(chǎn)生超出一百萬個不同的代碼。
除了包內(nèi)含有50、20和50層來使峰的強度改變而不是50、50和50層，圖61示出了如在圖60中的光譜之外，在圖60和61的光譜中有值得重現(xiàn)的精細(xì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，而這個細(xì)節(jié)可以用來專門鑒定一特殊項目。這細(xì)節(jié)可以或是靠在產(chǎn)品中無序變化或是靠有意識地使一個別或群的厚度變化來得到。
圖62示出了對個別地連續(xù)的產(chǎn)品用編了碼的膜給出一個光譜的條形碼的潛力。五根蹤線示出了假如為圖60所敘述的系統(tǒng)被修改了因此25(coPEN，正常地68nm)被分別調(diào)節(jié)到為0nm，6．3nm，13nm，26nm和39nm。在那個波長區(qū)的對應(yīng)于較少數(shù)目在550nm處的峰反射是被降低了。一個產(chǎn)品可能用這個方法可以使一個產(chǎn)品連續(xù)到具有非常高的潛在性能的送料裝置技術(shù)的極限。也可用其它的幾種方法或是單獨或是與上述的使透射和反射帶的強度和位置變化的方法相結(jié)合。
把信息編碼到本發(fā)明的安全膜和光學(xué)體中去，例如可以把個別的調(diào)諧到光譜的紅外部分，而可以控制在可見光區(qū)的折光角彩來產(chǎn)生唯一的光譜。這會比用來產(chǎn)生圖61中光譜的那些較厚，但是當(dāng)在紅外從一單個的堆層能夠產(chǎn)生多于一個折光彩色時將會需要較少的。
利用極高或極低的f-比值值得以生產(chǎn)非常狹的帶的反射器，換句話說可以用一在制作光學(xué)堆層的材料間的較小的折射率差別反反射帶制得狹窄。低和高折射率材料的光學(xué)厚度比決定f-比值值和一級峰的帶寬，也控制這折光彩色的光度。這個設(shè)計方法可以用于產(chǎn)生狹的較高級諧波，它可由工藝控制來改變面并不需要豐一送料裝置中硬件的變化。
作為如何使f-比值值變化的從一單個送料裝置給出各種光譜條形碼的例子，可以制作一個具有在1300nm一級峰，從而2級和3級峰將約在650和450nm處出現(xiàn)的紅外堆層。如果另一個一級堆層在550nm添加被在可見區(qū)依賴于在制造過程中f-比值值的選擇出現(xiàn)了各不相同強度的三個峰。
對f=0．18，0．33和0．5的光譜分別示于圖63到65，并在圖66中的一張合成圖。具有0．18的f-比值值的在圖63中可以看到有三個峰一個在440nm的三級峰，一個在550的一級峰和一個在640的二級峰。具有f-比值值為0．33的可從圖64中看到正如從圖22中預(yù)言到的三級峰已經(jīng)消失。而在550處的一級峰則更強一點。在圖65，再次看到了兩個峰，但在這個例子中，在640處的二級峰正如預(yù)料的那樣，不在了，而在550處的一級峰是在它的最高反射率。作為這個方案中的一個變化，可以切割送料裝置以使其中一個堆層比另一個有不同的f-比值值以及兩個堆層的一級峰都被放在紅外，在該例子中在高折射率／低折射率溶流流動率的變化中在兩個堆層上和它們的較高級將有不同的光學(xué)效果。
提供唯一的光譜信息的另一方法是控制傾角光譜，好像通過z-軸折射率失配的修正。于是可靠性可能用一把樣品放在垂直角之外的光譜讀出器來證實。也可把多層結(jié)構(gòu)與一或更多的紫外，可見光和／或紅外吸收顏料或在光學(xué)堆層的一邊或兩邊或在光學(xué)堆層內(nèi)的聚合物相結(jié)合。在這個結(jié)構(gòu)中，可控制膜的外形使其在一個角進(jìn)行反射，但是由于染料對光的吸收不在另一個角反射。例如，假如對圖63的膜在60°外作檢測，低波長反射帶將移入PEN高度吸收且不會被檢測到的光譜的這部分。裝備一臺機械讀出器在兩個不同的角度作測驗可以用來證明這樣一種膜的真實性。
本發(fā)明的在光譜上選擇的安全膜和光學(xué)體也可以包括或是在該光學(xué)堆層內(nèi)或是鄰近于該光學(xué)堆層的比較厚的，而這些也能用來傳遞能被膜的截面的光學(xué)檢查譯碼的信息。這膜也可以與彩印或印在膜下面基片上的圖組合起來以提供根據(jù)觀察的角度可能是蔭蔽的或可看見的標(biāo)記?？梢杂镁植康厥构鈱W(xué)變薄來獲得顏色反差。在這個受到影響的區(qū)域內(nèi)與未受影響的區(qū)域相比一個新的顏色也就是顏色轉(zhuǎn)變是明顯的。要影響一個局域的變薄 優(yōu)先的方法是在膜內(nèi)的所有聚合物的玻璃渡越溫度之上和／或在合適的壓力下進(jìn)行模壓加工。局域的變薄也可用高能粒子轟轟擊、超聲波、熱成型、激光脈沖和拉伸來獲得。正如已經(jīng)敘述過的用其它的顏色選擇膜。這安全膜可與一硬鍍一個抗反射表面或一個吸收鍍層連在一起以改善耐磨性的反差。這安全膜也可與一熱活化的或壓力靈感的粘合劑相結(jié)合而起一標(biāo)牌或模切的作用。
對大多數(shù)的應(yīng)用可以把本發(fā)明的安全膜或其它的光學(xué)體適當(dāng)?shù)匕匆欢ǖ拇笮≈谱骱椭苯訉盈B到文件或包裝材料上。這些膜的光譜特征一般是非常狹窄來反射最小量的光。盡管該膜的光譜特征一般是限于紅外為了不與文件或包裝發(fā)生作用，所以這膜的特性與顏色也用于加強該物件的外形。
對于某些應(yīng)用，這安全膜可用在一松散材料中。方法是把膜磨成粉末并把這粉末散布到該材料中去。油漆、鍍和油墨可從利用本發(fā)明的膜磨碎的片晶按配方配制?？赡苁且环N爆炸物的松散材料的情況下，如果在一次爆炸時將會發(fā)生物質(zhì)的松弛，此時最好避免采用定向的物質(zhì)。隨意地，多層粉末可鍍以用一諸如一種丙烯酸鹽的燒蝕材料膜使其在爆炸事件時可吸收能量。
本發(fā)明的安全膜和光學(xué)體可用外界的證明(例如，在一物件上存在一有顏色的反射膜可能與在非垂直角時可證明是同一的性能相結(jié)合)和儀表證明的組合來讀出?？梢岳靡慌_分光光度計來構(gòu)造一臺簡單的機械讀出器?？梢再I到能滿足本發(fā)明的基于CCD探測器陳列的幾種低價的分光光度計；包括用光纖線把傳感頭子與分光光度持連接的是優(yōu)先選用的。分光光度計是用來決定膜的光譜碼的，方法是在預(yù)先決定的與膜垂直的在斜角或這兩者的組合的一個角或幾個角測量入射到物件上的光。
除了為安全應(yīng)用開發(fā)本發(fā)明的膜的光學(xué)性質(zhì)之外也能利用這些膜的機械性質(zhì)。因此，例如可以故意地把本發(fā)明的膜設(shè)計得使其間的分離層具有低阻力從而提供抗干預(yù)的能力。
I8．裝飾性的應(yīng)用正如在本文的其它地方指出的，可以把本發(fā)明的顏色轉(zhuǎn)變性質(zhì)有利地應(yīng)用到許多的裝飾應(yīng)用上去。因此，例如或是單獨使用本發(fā)明的膜，或是與其它物質(zhì)、膜、基片、鍍或處理加工相結(jié)合來制作包裝紙、禮品紙、禮品袋、緞帶、花卉和其它可作裝飾的物件。在這些應(yīng)用中，膜可能被用作的是或可能是皺紋的切割、壓模、轉(zhuǎn)受為閃爍的或者相反，處理加工以生產(chǎn)所希望要的光學(xué)效果或使膜成卷。
前面對本發(fā)明敘述僅是解說性的，并不想要限制它。所以，本發(fā)明的應(yīng)用范圍應(yīng)該單獨地由參考附加的要求來決定。
權(quán)利要求
1．一種膜，其特征在于，包含交替層，它至少由第一和第二層類型構(gòu)成；所述第一層類型包括一應(yīng)變硬化聚合物，所述膜在可見光譜區(qū)至少具有一個透射帶，最大透射率至少約為70％，在垂直入射時，所述透射帶在至少6cm2的表面積上的變化小于約25nm。
2．如權(quán)利要求1所述的膜，其特征在于，所述應(yīng)變硬化的聚合物是一種聚酯。
3．如權(quán)利要求1所述的膜，其特征在于，所述交替中至少有一些的光學(xué)厚度在約0．07微米和0．45微米之間。
4．如權(quán)利要求1所述的膜，其特征在于，所述膜在可見光譜區(qū)中正好有一個透射帶。
5．一種多層聚合物膜，其特征在于，包括多個交替，它具有包含第一種聚合材料的第一層類型，以及包含第二種聚合材料的第類型；兩類層之間的折射率差是△x、△y和△z，其中△x沿第一面內(nèi)軸，△y沿垂直于第一面內(nèi)軸的第二面內(nèi)軸，而△z沿與第一軸和第二軸相互正交的第三軸，并且｜△z｜小于大約0．5k，其中k是｜△x｜和｜△y｜中的較大者。
6．如權(quán)利要求5所述的膜，其特征在于，在垂直入射時，所述膜在可見光譜區(qū)呈現(xiàn)出至少90％的第一透射峰，并且當(dāng)入射角從垂直入射開始在±60°的范圍內(nèi)變化時，峰寬的改變小于±10cm-1。
7．如權(quán)利要求5所述的膜，其特征在于，當(dāng)入射角從垂直入射開始在±60°的范圍內(nèi)變化時，透射率保持在90％以上。
8．如權(quán)利要求5所述的膜，其特征在于，在垂直入射時，所述膜在可見光譜區(qū)中呈現(xiàn)出至少有90％的、明顯的第一和第二透射峰，并且當(dāng)入射角從垂直入射開始在±60％的范圍內(nèi)變化時，所述第一和第二峰的寬度變化都小于±10cm-1。
9．一種光學(xué)體，其特征在于，包括多個，它們具有一個至少包含第一和第二類型的重復(fù)序列所述第一類型包含第一種聚合物材料，所述第二層類型包含第二種聚合物材料；在可見光譜區(qū)上，所述第一和第二類型之間的折射率的差為△x和△y，其中△x沿第一面內(nèi)軸，△y沿垂直于第一面內(nèi)軸的第二面內(nèi)軸；｜△x｜大于約0．05，而｜△y｜小于約0．05；在可見帶寬λ±k內(nèi)，所述光學(xué)體的平均反射率大于約80％，其中k大于約10nm；在可見帶寬(600nm，λ-k-c)和(λ+k+c，900nm)的范圍內(nèi)，所述光學(xué)體的平均反射率小于約15％，而c大于約100nm。
10．一種膜，其特征在于，包括交替層，它由第一和第二種聚合材料構(gòu)成；對于沿第一面內(nèi)軸偏振的可見光，所述第一和第二種材料之間的折射率的差至少約為0．05；對于沿垂直于第一面內(nèi)軸的第二面內(nèi)軸偏振的可見光，所述第一和第二種材料之間的折射率的差至少約為0．05；對于沿著與所述第一軸和所述第二軸相互正交的第三軸偏振的可見光，所述第一和第二種材料之間的折射率的差小于約0．05；并且所述膜在可見光譜區(qū)有一個至少約50％的透射峰。
11．在如權(quán)利要求10所述的膜，其特征在于，所述透射峰至少約為70％。
12．在如權(quán)利要求1所述的膜，其特征在于，所述透射峰至少約為95％。
13．一種用于制作多層聚脂膜的方法，其特征在于，包括以下步驟提供一個澆鑄表面；提供一根銷住金屬絲；在澆鑄表面和銷住金屬絲之間擠出一多層樹脂流，多層樹脂流包括交替，它由包括聚酯的第一層類型和第二層類型構(gòu)成；在銷住金屬絲兩端產(chǎn)生足夠的電位，使第一層類型中至少有一些層的層厚度變形；以及調(diào)制銷住金屬絲兩端的電壓；其中，對銷住金屬絲電壓的調(diào)制足以在用樹脂流制作的膜上產(chǎn)生一基本上呈周期性的顏色變化。
14．一臺燈具，其特征在于，包括管狀光源；和有色平面鏡膜，它位于所述光源的外表面上，至少包含多個交替，而所述交替層至少由包含第一種聚合物材料的第一層類型和包含第二種聚合物材料的第二層類型構(gòu)成；兩種層類型之間的折射率的差是△x、△y和△z，其中△x沿第一面內(nèi)軸，△y沿垂直于第一面內(nèi)軸的第二面內(nèi)軸，而△z沿與第一軸和第二軸相互正交的第三軸，并且｜△z｜小于大約0．1k，其中k是｜△x｜和｜△y｜中的較大者。
15．如權(quán)利要求14中的燈具，其特征在于，所述第一和第二種聚合材料中至少有一種是負(fù)雙折射的。
16．一種膜，其特征在于，包括交替層，它由包含第一種聚合物材料的第一層類型和包含第二種聚合物材料的第二層類型構(gòu)成；所述第一種材料是負(fù)雙折射的；對于沿著第一面內(nèi)軸偏振的、波長為621nm的可見光，所述第一和第二種材料之間的折射率的差是△x；對于沿垂直于所述第一面內(nèi)軸的的第二面內(nèi)軸偏振的、波長為621nm的可見光，所述第一和第二種材料之間的折射率的差是△y；對于沿著與所述第一軸和所述第二軸相互正交的第三軸偏振的、波長為621nm的可見光，所述第一和第二種材料之間的折射率的差為△z，其中｜△x｜和｜△y｜中至少有一個大于約0．05；｜△z｜小于約0．05；并且所述膜在可見光譜區(qū)有一個至少約50％的透射峰。
17．如權(quán)利要求16所述的膜，其特征在于，所述第二種材料也是負(fù)雙折射的。
18．一種綠通濾光器，其特征在于，包括一多層聚合物膜，它包括交替層，而所述交替層由包括對苯二甲酸聚酯的第一種聚合物材料和包含1，4-環(huán)己烷二羧酸共聚多酯的第二種聚合物材料組成。
19．一種藍(lán)通濾光器，其特征在于，包括一多層聚合物膜，它包括交替層，而交替層由包括萘二甲酸聚酯的第一種聚合物材料和包括異丁烯酸聚酯的第二種聚合物材料組成。
20．一種與漫反射表面組合的多層聚合膜，其特征在于，包括多個交替層，它們至少由包含第一種聚合物材料的第一層類型和包含第二種聚合物材料的第二層類型組成；在672nm處，兩種層類型之間的折射率的差為是△x、△y和△z，其中△x沿第一面內(nèi)軸，△y沿垂直于第一面內(nèi)軸的第二面內(nèi)軸，而△z沿與第一軸和第二軸相互正交的第三軸；｜△z｜小于大約0．1k，其中k是｜△x｜和｜△y｜中的較大者；在垂直入射時，所述膜在可見光譜區(qū)有一透射帶，其最大反射率至少約為70％。
全文摘要
提供了多層聚合物膜和其它光學(xué)體,它們可用于制造有色反射鏡和偏振器。膜的特征是其顏色隨視角而變化。
文檔編號G02B5/30GK1293613SQ99803955
公開日2001年5月2日 申請日期1999年1月13日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月13日
發(fā)明者M·F·韋伯, T·J·內(nèi)維特, W·W·梅里爾, K·M·羅斯科, A·J·奧德科克, J·A·惠特利, G·B·漢森, J·M·瓊扎, J·A·貝徹 申請人:美國3M公司