CN101180554B - 热定形光学薄膜 - Google Patents

Abstract

一种制作光学薄膜(32)的方法，该方法包括提供薄膜(32)、对薄膜(32)进行基本单轴取向和对取向后的薄膜(32)进行热定形。薄膜(32)包含能够形成双折射的聚合物材料。

Description

热定形光学薄膜

相关专利申请的交叉引用

本专利申请为非临时性专利申请，其要求2005年4月8日提交的名称为“Heat Setting Optical Films(热定形光学薄膜)”的美国临时专利申请No.60/669,865的优先权。

技术领域

本发明涉及用于制作光学薄膜的热定形方法以及由这些方法制作的薄膜。

背景技术

通常，对于垂直入射到薄膜平面上的光线，起线性偏振片作用的光学薄膜包括面内阻截状态(“x”方向)和面内通过状态(“y”方向)。因此，具有与x方向对齐的线性偏振状态的垂直入射光线受到最大程度的阻截(即最少量地透射)，而具有与y方向对齐的线性偏振状态的垂直入射光线受到最小程度的阻截(即最大量地透射)。斜向入射的光线具有中间水平的透射比，该透射比是光线与薄膜的相对排布方式的函数。垂直于薄膜平面的轴称为“z”方向。

发明内容

本发明描述了制作光学薄膜的方法，该方法包括提供薄膜，对所述薄膜进行基本单轴取向和对取向后的薄膜进行热定形。该薄膜包含能够形成双折射的聚合物材料。

在附图和下文的说明中将提供本发明的一个或多个实施例的细节。可以从说明、附图及权利要求中清楚地了解本发明的其它特征、目的和优点。

附图说明

图1为PEN的主折射率趋势图；

图2为用于拉伸薄膜的现有技术拉幅机的示意性顶视图；

图3为薄膜的一部分在用图2所示的现有技术方法拉伸前后的透视图；

图4为PEN在热定形后其非对称折射率增长的图；

图5为CoPEN的主折射率趋势图；

图6为CoPEN的主折射率趋势图；

图7为用于拉伸多层光学薄膜的现有技术间歇式方法的示意图，其显示薄膜在拉伸前后的状态；

图8为根据本发明的一个实施例的拉伸方法的示意图；

图9为显示根据本发明的实施例的工艺步骤的框图；

图10为拉伸设备的示意性局部顶视图；

图11为图10中设备的局部顶视图；

图12示出可用于图10设备中的夹持部件的构造的端视图；

图13为轨道的局部示意图，示出拉伸设备的一个实施例；

图14为用于拉伸设备的主拉伸区域的可调轨道的一个实施例的示意图；

图15为用于拉伸设备的轨道和轨道形状控制单元的一个实施例的示意性侧向截面图；

图16为图10的一个实施例的轨道和轨道形状控制单元的局部示意图；

图17为图10的一个实施例的轨道和轨道形状控制单元的另一局部示意图；

图18为用于拉伸设备的主拉伸区域的轨道的另一个实施例的示意图；

图19为用于拉伸设备的主拉伸区域的合适边界轨线实例的曲线图；

图20为用于拉伸设备的主拉伸区域的合适边界轨线实例的曲线图，示出具有不同抛物线构造的不同拉伸区域的使用；

图21为用于拉伸设备的主拉伸区域的合适边界轨线实例的曲线图，包括线性逼近合适的抛物线或近似抛物线边界轨线的边界轨线。

图22为用于根据本发明的拉伸设备的取走系统的一个实施例的示意图；

图23为用于拉伸设备的取走系统的另一个实施例的示意图；

图24为用于拉伸设备的取走系统的第三个实施例的示意图；

图25为用于拉伸设备的取走系统的第四个实施例的示意图；

图26为用于拉伸设备的取走系统的第五个实施例的示意图；

图27为取走系统的一个实施例的示意图，该取走系统用于例如图2所示的传统拉伸装置中；以及

图28为组合物的折射率趋势图。

尽管上述各图提出了本发明的一些示例性实施例，但还可以想到其它的实施例。本发明仅仅示例性而非限制性地给出本发明的示例性实施例。本领域的技术人员可以设计出大量其它修改形式和实施例，这些修改形式和实施例均属于本发明的范围之内并符合本发明的原理的精神。各图未按比例绘制。

此外，虽然实施例和部件通过标号“第一”、“第二”、“第三”等进行说明，但应当了解，这些描述仅为了便于参考，不表示某种优先顺序。标号的使用仅仅是为了清楚起见而用于区分不同的实施例。

除非另外指明，在说明书和权利要求中使用的所有表示特征尺寸、数量及物理属性的数字都应该理解为被术语“大约”修饰。因此，除非有相反的指示，所提供的数字均为近似值，通过本文公开的内容可以根据所需的特性而改变这些近似值。

具体实施方式

许多用于偏振片或偏振薄膜应用场合的光学薄膜都存在不对称问题，如主方向“y”和“z”之间的折射率差异。例如，离轴色，即作为非垂直入射角函数的通过状态中的色差，可因y折射率与z折射率(分别为ny和nz)之间的不匹配而放大或产生。(此处，nx为对于沿x方向偏振的光的折射率)。

图1给出了由聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)构成的薄膜或薄膜层的典型折射率组(nx、ny、nz)的空间图示。带有实心标志的数据表示在130℃的示例性拉伸温度下作为拉伸比的函数的折射率组的变化。在实验室用拉伸设备中从最初未取向的浇铸样品开始对薄膜进行拉伸。使用随时间而线性增加标称拉伸比的拉伸分布，以20％/秒的标称初始速率在一个面内方向上拉伸样品，同时在另一个面内方向上沿边缘在选定的夹持点对薄膜进行约束。使用样品上的基准线标记来测量真实的最终拉伸比，其中该基准线标记横跨折射率测量位置。出于举例说明的目的，使用Metricon Prism Coupler(可购自Metricon公司，Picataway，NJ)在632.8nm下测量折射率，红光源由氦氖激光器提供。

图2说明了传统拉幅机拉伸方法10，该方法横跨薄膜移动的方向14拉伸薄膜12。薄膜12可以连续进给或者以薄膜12的非连续性部分的方式供入。薄膜移动方向称为纵向(MD)，而拉伸方向则称为横向或拉幅机方向(TD)。利用一些夹持设备，通常使用一组拉幅夹(图2中未示出)夹住薄膜12的两个边缘16。可将拉幅夹连接到拉幅链，该拉幅链可沿线性发散的拉幅机轨道或导轨行进。这种构造可以驱使薄膜沿薄膜移动的纵向14向前移动并沿横向拉伸薄膜12。因此，在一个实例中，可将薄膜中初始的未取向部分18拉伸为最终的取向部分20。如图3所示，图2中所示的薄膜的未取向部分18可具有尺寸T(厚度)、W(宽度)和L(长度)。在以系数λ拉伸薄膜后，薄膜该部分的尺寸已变为在部分20上显示的那些尺寸。

虽然是从间歇拉伸设备(沿x和y两个方向的边缘夹持都不连续)获得图1中的数据，但这些数据举例说明了通过图2的传统拉幅机方法拉伸的典型薄膜，该拉伸方法为：单向拉伸，其中薄膜12沿第一面内主方向(x)受到拉伸，而第二面内方向(y)保持恒定或几乎恒定的拉伸比，例如，y方向拉伸比接近1。在一个实施例中，连续薄膜以恒定速率进给到横向拉伸设备中，并以相同的恒定速率离开设备。

图1显示了折射率的不对称性，如ny和nz之间的差异，此差异是由于拉伸时材料在y和z方向受到不对称的处理而造成的。在此图示情况下，y方向的拉伸比保持几乎不变，而z方向的拉伸比随x方向的拉伸比增加而减小(例如，如同在由于结晶致密化而稍微调整时满足近似体积守恒所需要的那样)。

当薄膜在拉伸处理之后被热定形时，会进一步增加不对称性。图1中的空心标记表示该情形。在这种情况下，薄膜在175℃下热定形2分钟。

图1显示在给定拉伸温度和速率下(或换句话讲，在初始折射率变化为给定水平的情况下)对于拉伸程度超过临界拉伸比的样品来说，在这些热定形条件下，nx和ny值趋于增大，而nz值减小。

图4进一步说明了热定形如何增大ny和nz折射率之间的差异。方形标记表示在拉伸但未热定形后的折射率差异，三角形标记表示在拉伸且热定形后的折射率差异。如菱形标记所示，随着x拉伸比增大，不对称性偏差增量几乎保持不变，斜率仅仅小幅下降。因此，当y/z“不对称”薄膜(例如一受到拉伸，ny和nz之间就立即产生显著差异的薄膜，如在传统拉幅机中拉伸后的那些薄膜(图2-3))在拉伸步骤后进行热定形时，折射率的不对称性会增加。y和z方向上的此类折射率差异在一些应用中可导致不良色彩效果。

图1和4中所示的总体趋势适用于多种聚酯。特别要关注的是PEN、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)及组成介于二者之间的共聚物。图5说明共聚物中的PEN类部分和PET类部分以85/15的摩尔百分比混合(即所谓的“85/15 coPEN”)的情况。术语“PEN类”部分包括PEN的嵌段共聚物。术语“PET类”部分包括PET的嵌段共聚物。除拉伸温度设为120℃之外，图5采用的拉伸方法与图1中PEN的拉伸方法几乎相同。

如图5所示，在一些实施例中，热定形允许以不同于未热定形情况的拉伸比而获得给定的折射率。例如，如果需要约1.8的nx，则可使用4.5的拉伸比；或使用较低的2.5的拉伸比，然后再对薄膜进行热定形；两种方法都可得到等于约1.8的nx。又如，如果需要约1.54的nz，则可使用4.25的拉伸比；也可以使用较低的2.5的拉伸比，然后再对薄膜进行热定形；两种方法均可得到等于约1.54的nz。

在图5的条件下，显著发生应变诱导结晶的有效点在x拉伸比为约2.2处。图6说明此转变的急剧程度，被拉伸到x拉伸比为约2.1的材料在热定形后显示出各向同性的松弛。在x拉伸比低于约2.1的情况下，热定形后，nx＝ny＝nz。在x拉伸比高于约2.2的情况下，热定形后，因折射率变化而得到nx＞ny＞nz的结果。该点在不同实例中会有所差别，具体取决于所选材料和加工条件等因素。

在一些实施例中，使用抛物线拉幅机(下面将结合图10讨论)可导致以相对高的拉伸比进行单轴拉伸。使用其他机器和方法可导致以较低拉伸比进行单轴拉伸，但所得的薄膜可能缺乏所需水平的折射率变化。如结合图5和6所讨论，可使用热定形来获得所需水平的折射率变化。在一些情况下，对某些薄膜(如含有微结构的薄膜)使用较低的拉伸比，这是因为较高的拉伸比可能会损坏微结构的缘故。在这些及其它情况下，也可使用热定形来提高拉伸后薄膜的折射率变化。

共同拥有的美国专利No.6,939,499、No.6,916,440、No.6,949,212和No.6,936,209(均以引用的方式并入本文)介绍了用于加工光学薄膜如多层光学薄膜的连续方法。在这些方法中，通过沿薄膜的第一面内轴(x方向)拉伸来对光学薄膜进行取向，同时允许薄膜在薄膜的第二面内轴(y方向或纵向(MD))和厚度方向(z方向或法向(ND))上收缩。通过夹持薄膜的边缘部分并沿预定路径移动薄膜的边缘部分来拉伸薄膜，此预定路径为发散的，以在薄膜的第二面内轴(y)和薄膜的厚度方向(z)上产生基本上类似的成比例的尺寸变化。

在示例性实施例中，与传统的单向拉伸材料的热定形行为(即，一受到拉伸，ny和nz之间就立即产生显著的差异)形成对比的是，基本单轴拉伸的薄膜的热定形处理(其中允许薄膜在y方向和z方向上收缩以最大程度地降低ny和nz的差异)具有完全不同的效果。在基本单轴拉伸处理之后进行热定形可以保持或降低这些薄膜中已有的任何微小的折射率不对称性。因此，如果y方向和z方向的折射率变得更加相近，则将较少出现不良色彩效果的问题。

下文所述的热定形步骤可在对光学薄膜(如多层光学薄膜(MOF))提供基本单轴拉伸的任何步骤之后使用。本发明中所述的热定形步骤尤其适用于包括单一一个或多个聚酯层的基本单轴拉伸的薄膜。

图7说明对适于作为诸如偏振片等光学体中的部件使用的光学薄膜(如多层光学薄膜)进行基本单轴拉伸的间歇技术22。沿着箭头26的方向拉伸薄膜24，中部28会颈缩，使得薄膜24′在经过拉伸处理后其两个边缘30不再平行。薄膜24′的中部28因为充分地消除了剪切边界条件，从而经历较低水平的剪切失常如厚度变化，因此会提供最有用的光学特性。

虽然图7中所示的间歇方法在一些情况下可提供适当的薄膜特性，但是在共同拥有的美国专利No.6,939,499、No.6,916,440、No.6,949,212和No.6,936,209中描述的基本单轴拉伸方法尤其适用于一些实施例，这些文献均以引用的方式并入本文。

一般来讲，双折射聚合物的单轴取向会形成如下光学薄膜(或薄膜层)，其中三个相互垂直的方向中的两个方向(例如，薄膜的宽度(W)和厚度(T)方向，如图8所示)的折射率基本相同。第三个方向(例如，沿薄膜的长度(L)方向)的折射率不同于其它两个方向的折射率。通常，并不要求完全的单轴取向，取决于包括光学薄膜的最终应用在内的多种因素，也允许与最佳状态存在某种程度的偏差。此外，应当理解，虽然本发明提到三个“垂直方向”，但相应的方向可能因薄膜的不均匀性而并非完全垂直。

一般来讲，基本单轴拉伸方法包括拉伸薄膜，该薄膜可以结合三个相互垂直的轴进行描述，这三个轴分别对应于纵向(MD)、横向(TD)和法向(ND)。如图8所示，这三个轴对应于薄膜的宽度、长度和厚度。基本单轴拉伸方法将薄膜32由初始构造34拉伸为最终构造36。纵向(MD)是薄膜通过拉伸装置(如图10中所示的设备)时移动的总体方向。横向(TD)是薄膜平面内的第二轴线并垂直于纵向。法向(ND)同时垂直于纵向和横向并且大致对应于聚合物薄膜的厚度方向。

图9是本发明中所述的典型基本单轴拉伸方法38的框图。在步骤40中，将薄膜供给或提供给拉伸设备。可选地，该方法包括预处理步骤42。在步骤44中对薄膜进行拉伸。在步骤46中对薄膜进行后处理。在步骤48中将薄膜从拉伸设备中取出。

图10说明了基本单轴拉伸方法的一个实施例和用于实现基本单轴拉伸的设备50。此方法可结合本发明中所述的热定形步骤一起使用。应当了解，可使用除拉伸设备(至少执行图9中的步骤44)之外的一个或多个设备来完成图9中说明的方法。这些一个或多个附加设备可执行一种或多种功能(例如，图9所示的步骤40、42、46和48所表示的功能)。

在图10所示的实施例中，设备50包括区域52，在此区域将薄膜32引入拉伸设备50中。可使用任何需要的方法提供薄膜32。例如，薄膜32可以被制成卷或其它形式，然后再提供给拉伸设备50。又如，可将拉伸设备50构造成能接收来自挤出机的薄膜32(例如，如果以挤出方式制成薄膜32并且在挤出后用于拉伸)或来自涂布机的薄膜(例如，如果通过涂布方式制成薄膜32或薄膜在被涂敷一个或多个涂层后用于拉伸)或来自层压机的薄膜(例如，如果通过层压方式制成薄膜32或薄膜在获得一个或多个层压的层后用于拉伸)。

一般来讲，将薄膜32在区域52中提供给一个或多个夹持部件，该夹持部件夹持薄膜的相对边缘并沿限定了传输路径的相对轨道54传输薄膜。夹持部件(例如，参见图12)通常在薄膜32的边缘或靠近边缘处夹持薄膜32。薄膜32被夹持部件夹持的部分在拉伸后一般不适于使用，因此夹持部件的位置通常选择为对薄膜32提供足以进行拉伸的夹持力，同时控制此过程造成的废料量。

可通过例如辊56来沿轨道54引导诸如夹子等夹持部件，该辊转动沿轨道54的链条，其中夹持部件连接到链条上。辊56连接到驱动机构上，该机构用于在薄膜被传输通过拉伸设备50时控制薄膜32的速度和方向。辊56也可用于转动和控制带式夹持部件的速度。可选地，带和辊56包括互锁齿以降低或阻止带和辊56之间的滑动。

可选地，设备50包括预处理区域58，在一个实施例中，该区域被烘箱60或其它装置或结构包围，由此来加热薄膜32以备拉伸。预处理区域58可包括预热区62、热浸区64或同时包括两者。在至少一些实施例中，如图13中的边界轨线所示，可能会发生轻微的薄膜拉伸以便设置夹持部件和薄膜之间的接触状态。在至少一些实例中，实际上可能未进行任何拉伸，但是相对轨道之间分隔距离的增加可能(至少部分地)造成薄膜32在受热时薄膜32发生热膨胀。

在主拉伸区域66中对薄膜32进行拉伸。通常，在主拉伸区域66中，在高于薄膜68的聚合物玻璃化转变温度的热环境中对承受拉伸的薄膜区域68进行加热，或将其保持在高于薄膜68的聚合物玻璃化转变温度的热环境中。对于聚酯，温度范围通常介于约80℃和约160℃之间。尽管也可使用其它加热元件，但是合适的加热元件的实例包括对流加热元件和辐射加热元件。在一些实施例中，可单独控制或成组控制用于加热薄膜32的加热元件以提供不同的热量。可采用多种方法来保持这种控制，其中包括允许加热元件温度变化或者从加热元件吹到薄膜68上的空气的方向或速度变化的那些方法。如果需要，可以使用对加热元件进行控制来可变地加热薄膜68的各区域，以提高或改变整个薄膜68的拉伸均一性。例如，在均匀加热的情况下，薄膜68中的拉伸程度小于其它区域的那些区域可通过提高其受热程度来使之更易于拉伸。

在主拉伸区域66中，夹持部件沿着大致发散的轨道54将聚合物薄膜68拉伸所需的量。可使用多种结构和材料来形成设备50的主拉伸区域66中和其它区域中的轨道54。在主拉伸区域66之外，轨道54通常为基本线性的。相对的线性轨道54可平行或者可以被设置为会聚的或发散的。在主拉伸区域66中，轨道54一般为发散的且通常为曲线。在一些示例性实施例中，可使用线性轨道段来逼近轨道的大致曲线形状。

在一个实例中，设备50通常包括后处理区域70。例如，薄膜32可在区域72中热定形，并在区域74中骤冷。当所有组分均达到比其玻璃化转变温度低的温度水平时，薄膜32即被骤冷。在一些其它实施例中，可在拉伸设备50之外进行骤冷操作。

在图10所示的实施例中，使用取走系统从主拉伸区域66中取出薄膜32。在所示的实施例中，此取走系统独立于轨道54(即未与轨道直接相连)，其中薄膜32在此轨道上被传输通过主拉伸区域66。

在本发明中，术语热定形是指一种加热方案，其中在取向后加热薄膜32以增强薄膜的某些特性，例如晶体生长、尺寸稳定性和/或整体光学性能。热定形是温度和时间的函数，并且必须考虑诸如以下因素：商业上实用的线速和薄膜的热传递特性、以及成品的光学透明度。在一个示例性实施例中，热定形方法涉及将薄膜32加热到高于其至少一种聚合物组分的玻璃化转变温度(Tg)，优选高于其所有聚合物组分的玻璃化转变温度。示例的聚合物材料包括PEN、PET、coPENS、聚丙烯和间规立构聚苯乙烯。在热定形方法的一个实施例中，将薄膜32加热至比薄膜32的拉伸温度高的温度，但是这并非是必须的。在另一个实施例中，在热定形过程中，将薄膜32加热至介于薄膜32的玻璃化转变温度和熔点之间的温度。

一般来讲，针对结晶速度存在最佳温度，这源于体系的动力学和热力学平衡。当要使热定形时间达到最短为主要考虑因素时，此温度非常有用。通常情况下，用于调节条件以找到不同产品和工艺考虑因素之间的最佳平衡的起始点大约为位于薄膜32的玻璃化转变温度和熔点之间的中间温度。例如，在干燥状况下，PET和PEN的玻璃化转变温度分别为大约80℃和120℃。组成介于PET和PEN之间的共聚物(又称“coPENs”)的玻璃化转变温度介于这两种均聚物的玻璃化转变温度之间。由于物理晶体(physical crystal)自身的大小和约束而导致物理晶体中存在不同程度的缺陷，因此熔点包括一定的温度范围。PET和PEN的熔点的粗略估计值分别为约260℃(PET)和约270℃(PEN)。所谓的coPENs的熔点通常低于均聚物的熔点，并可以例如采用差示扫描量热法(DSC)近似测量出。

因此，PET和PEN的热定形起始点温度范围介于例如约170℃和195℃之间。实际方法中的设定点取决于给定方法中的驻留时间和热量转移。驻留时间可在约1秒至约10分钟的范围内，并且不仅取决于处理条件而且还取决于所需的最终效果，例如，结晶量、分层阻力的增加和在给定其它特性的情况下对雾度的优化等。最小化驻留时间对于诸如最小化设备尺寸等考虑因素经常是有用的。较高的温度可以减少获得某种水平的结晶度所需的时间。然而，较高的温度也会导致有缺陷的晶体结构熔融从而重组成更大的结构。对于某些应用，这可能会产生不期望的雾度。

在一个实施例中，去除薄膜在整个主拉伸区域66中由夹持部件夹持的部分。为了在基本上整个拉伸过程中都能保持基本单轴拉伸(如图10所示)，在横向拉伸结束时，优选地在切口点78处将快速发散的边缘部分76从已拉伸薄膜68上切除。可在78处进行切割，并可丢弃毛边或不能用的部分76。

在一个实施例中，该方法还包括移除区域80。可选地，使用辊82使薄膜向前移动，但也可以不使用辊。在一个实施例中，未使用辊82，因为它会与最终薄膜84相接触，从而可能对最终薄膜84造成损坏。在一个实施例中，进行另一次切割86，并丢弃不使用的部分88。

移除区域80也可包括可选的隔离区域(图10中未示出)，在此区域中对薄膜温度进行控制以降低和/或消除不期望的薄膜特性，如翘曲。在隔离区域中，可以将薄膜卷绕在辊上，但不是必须要卷绕。从可选的隔离区域取出薄膜后，可选地对薄膜进行涂敷或层压，或者进行加工以赋予表面纹理或表面结构。

在一个实施例中，薄膜在被取走后就直接转换为成品。在另一个实施例中，薄膜84在离开取走系统后通常卷绕在辊上以备后用。在一个实例中，可对薄膜84进行退绕并转移至可选的第二加热单元(图10中未示出)。在第二加热单元中，可以夹持薄膜84，并可根据需要使其承受张力以防止褶皱。通常在比拉伸区域66中所应用的初始拉伸温度低的温度下进行此操作。第二加热单元可以仅仅是烘箱，其中可将薄膜84设置成卷状或片状以增强其特性。例如，可在第二加热区域中应用第二热浸步骤，其中将薄膜84加热至比至少一个薄膜组分的玻璃化转化温度、优选地比所有薄膜组分的玻璃化转化温度低的温度。此外，通常在比拉伸区域66中对薄膜84所应用的初始拉伸温度低的温度下执行第二热浸处理。第二热浸处理可以持续较长时间，例如几小时或几天，直至获得了所需的薄膜特性，如抗收缩或抗蠕变能力。例如，PET的热浸处理通常在约50℃至75℃的温度下进行几小时至几天，而PEN的热浸处理通常在60℃至115℃的温度下进行几小时至几天。也可在一些后处理步骤中部分地实现热浸处理。例如，可在具有一定热浸效果的烘箱中涂敷和干燥或固化薄膜84。

在第二加热区域中处理后，可选地，将薄膜84转移到第二骤冷和/或定形区域(图10中未示出)。在第二骤冷和/或定形区域中，可使薄膜84承受张力和/或沿会聚轨道内束以控制收缩和弯曲。通过可选的第二骤冷和/或定形区域后，可重新卷绕薄膜。

图11-12示出夹持部件和轨道的一个实施例。合适夹持部件90的一个实例包括一系列夹子，这些夹子依次将薄膜32夹在相对表面之间然后沿轨道54移动。夹持部件可以嵌套或横跨在沿轨道54的凹槽或沟槽中。另一个实例是带子系统，其将薄膜32夹持在相对的带或支承面(或一系列的带或支承面)之间，并引导薄膜32沿轨道54移动。如果需要，带子和支承面可提供灵活和连续或半连续的薄膜传送机制。在例如美国专利No.5,517,737和欧洲专利申请公开No.0236171 A1(该两个文献的全部内容以引用的方式并入本文)中描述了多种相对的多带方法。可选地，带子的张力是可调整的，以获得所需的夹持力度。

带子或夹子可由任何材料制成。例如，带子可为复合构造。适用的带子的一个实例包括由诸如钢等金属制成的内层以承受高张力和由弹性体制成的外层以提供良好的夹持效果。也可使用其它带子。在一些实施例中，带子包括不连续的支承面以提供良好的夹持效果。

夹持和传输薄膜通过拉伸器的其它方法已为人们所知并且可以使用。在一些实施例中，拉伸设备的不同部分可使用不同类型的夹持部件90。

图11和12所示实施例的夹持部件90为一系列拉幅夹。这些夹子由于是分段的，所以可提供整体柔性。离散的夹子通常密集布置并连接到柔性的结构体如链条上。柔性的结构体沿顺着轨道54方向的沟槽运行或在沟槽中运行。特意布置的凸轮和凸轮面在所需位置打开或闭合拉幅夹。夹子和链条组件可选地在轮子或轴承或类似物上运行。在一个实例中，夹持部件90为安装在顶部和底部轴承上的拉幅夹，轴承在两对内部和外部导轨之间滚动。这些导轨至少部分地形成了轨道54。

夹持部件90的边缘限定了薄膜32的将被拉伸的部分的边界。夹持部件90沿轨道54的运动提供了边界轨线，这条轨线至少部分地决定薄膜32的运动和拉伸。其它影响因素(如顺维张力和接收装置)可决定运动和拉伸的其余部分。通常，从夹持部件90沿其滑行的轨道54或导轨可以更容易地识别边界轨线。例如，可对齐夹持部件90(如拉幅夹)中心的有效边缘，以沿着与轨道54或导轨表面相同的轨迹运行。于是此表面与边界轨线一致。实际中，夹持部件90的有效边缘可在一定程度上被从夹持部件90下方轻微滑出或溢出的薄膜遮蔽，但这些偏差可以被控制到很小。

此外，对于夹持部件90如拉幅夹，其夹持面边缘的长度可影响实际边界轨线。一般来讲，较小的夹子将提供更接近于边界轨线的效果和更小的拉伸波动。在至少一些实施例中，夹持面边缘的长度不超过相对边界轨线或轨道之间的总初始距离的约二分之一。在一个尤其适合的实施例中，夹持面边缘的长度不超过相对边界轨线或轨道之间的总初始距离的约四分之一。

可选地，将两个相对轨道54设置在两个分离的或可分离的平台上，或以其它方式将其构造为使得相对轨道54之间的距离可被调整。如下所讨论，如果要在设备50上拉伸尺寸不同的薄膜32，或如果希望改变主拉伸区域66中的拉伸构造，则这一点非常适用。可手动地或机械地(例如，使用计算机或其它装置来控制可以改变相对轨道54之间距离的驱动器)来分离轨道54或更改轨道间的距离，或同时采用手动和机械方式这两种方法。

由于薄膜32由安装在相对轨道54上的两组相对夹持部件90夹持，因此有两条相对的边界轨线。在至少一些实施例中，这些轨线关于拉伸薄膜32的纵向中心线互为镜像。在其它实施例中，相对轨道54并非互为镜像。这种非镜像布置可用于提供整个薄膜32上的一个或多个光学或物理性能的变化(例如，主轴的倾斜度或旋转)。

图13示出供给区域52的一个实施例，其后是预处理区域58和主拉伸区域66。在预处理区域58中(或者可选地，在供给区域52中)，提供夹持部件设定区域92，其中轨道54会微微发散以将夹持部件90(例如，拉幅夹)设定在薄膜32上。可选地，在该区域92中加热薄膜32。在一个实施例中，该初始横向拉伸量不超过最终横向拉伸量的约5％，并且一般小于最终横向拉伸量的约2％，并且经常小于最终横向拉伸量的约1％。在一些实施例中，在其中进行初始拉伸的区域92后面紧跟区域94，在区域94中轨道54基本上平行，并且对薄膜32进行加热或将其维持在较高温度。

在拉伸设备50的所有区域中，可使用一系列可选地连接在一起的直线段或曲线段形成轨道54。可使用允许两个或更多个(或甚至所有)单个区域分离(例如以便于维护或构造)的段形成轨道54。作为选择，或在特殊区域或区域组中，轨道54可形成为单个连续构造。轨道54可包括跨越拉伸器50的一个或多个相邻区域52、58、66、70、80的连续构造。轨道54可具有连续构造和单个段的任意组合。

在一些实施例中，主拉伸区域66中的轨道54与前面区域中的轨道54相连，但可与其分离。在一些实施例中，如图22-27中所示，随后的后处理区域70或移除区域80中的轨道通常与主拉伸区域66中的轨道54分离。

尽管在图10中主拉伸区域66中的轨道为曲线，但是在一些实施例中也可使用直线轨道段。在一个实施例中，这些段相对于彼此排列(例如，通过绕轴线枢转单个直线段)，以生成逼近于所需曲线轨道构造的直线段。一般来讲，直线段越短，所获得的曲线的逼近程度就越高。在一些实施例中，直线段中的一个或多个(优选全部)的位置可进行调整(可绕轴线枢转)，以便在需要时可调整轨道54的形状。可以手动进行调整，也可机械地调整，例如，通过连接到驱动器的计算机或其它装置的控制来进行调整。应当理解，曲线段可用于替代直线段或作为直线段的补充。

也可在区域52、58、66、70、80中的每个区域中使用连续轨道54。具体地讲，可在主拉伸区域66中使用连续的曲线轨道54。连续的曲线轨道54通常至少包括一个限定轨道54的连续导轨，夹持部件90沿着该导轨运动。在一个实施例中，曲线轨道54包括两对内部和外部导轨，其中拉幅夹安装在顶部和底部轴承上，而轴承在四根导轨之间滚动。

在一些实施例中，连续轨道54是可以调整的。一种制作可调连续轨道54的方法包括使用一个或多个轨道形状控制单元。将这些轨道形状控制单元与连续轨道54(如连续导轨)的一部分连接，并将其构造成能够在需要时对轨道54施加力以使轨道54弯曲。图14示意性地示出了这样一种构造的实施例，其中轨道形状控制单元96与轨道54连接。一般来讲，轨道形状控制单元96可施加的力具有一定的范围，但是有些实施例可能会仅限于使用或开或关的控制单元96。

轨道形状控制单元96通常可朝薄膜32的中心施加力或远离薄膜32的中心施加力，或优选两者。轨道形状控制单元96可连接到可调式连续轨道54上的某一点，或者轨道形状控制单元96可构造成使得轨道54能够沿控制单元96横向滑动，同时仍然保持轨道54和控制单元96之间的连接。因为该构造允许在控制单元96启动以后更自由地调整轨道54，因此有利于较大范围的运动。一般来讲，轨道形状控制单元96允许轨道54在一定的形状范围内变化，这些形状不同于轨道54的平衡态形状，例如，图14的形状54和54′。轨道的平衡态和调整后的形状可为直线或曲线。通常，轨道形状控制单元96和轨道54可沿着运动直线98(或其它几何形状)运动。当使用不止一个轨道形状控制单元96时，轨道形状控制单元96可具有相同或相似的运动路线和运动范围98，或者各个轨道形状控制单元96的运动路线和范围98可不同。

在一些实施例中，轨道的一个或多个点100是固定的。固定点100可以为沿轨道54的任一位置，包括位于或靠近主拉伸区域66的起点(如图14所示)或终点位置。固定点100也可位于沿轨道54的其它点(如图18所示)处。

在图15中示出合适的轨道形状控制单元96和轨道54的一个实例。该实施例中的轨道54包括四根导轨102，其中拉幅夹(未示出)安装到在四根导轨102之间滚动的轴承(未示出)上。轨道形状控制单元96包括与驱动器(未示出)连接的基座104、顶部与底部内侧接触部件106以及顶部与底部外侧接触部件108。内侧接触部件106和外侧接触部件108连接到基座104，因此移动基座104可使接触部件106、108分别对导轨102的内外表面施加力。

在示例性实施例中，内侧接触部件106具有某种形状，当从上方或下方观看时，该形状使得接触部件106、108和导轨102之间只有较小的接触区域，如图16和17所示(图16显示导轨102和内侧接触部件106)。此类形状的实例包括圆形和椭圆形以及菱形、六边形或其它类似形状，其中内侧接触部件106和导轨102在这些形状的顶点处相接触。外侧接触部件108可以采用类似的形状，以使得当从上方或下方观看时外侧接触部件108与导轨102接触的部分成为一点，如图17所示(图17显示导轨102、以及外侧接触部件108与导轨102接触的部分)。使用此类形状可使轨道形状控制单元96在需要时施加力以改变轨道形状，同时允许轨道54横向滑过控制单元96，而不是固定到控制单元96上。此构造还可允许调整轨道54在控制单元96中的瞬间斜度。由于这两个原因或其中一个原因，轨道54可具有较大的形状调整范围。在其它实施例中，可以有更少或更多的接触部件106、108或只有内侧接触部件106或外侧接触部件108。

如图18中进一步示出，轨道54可构造成在主拉伸区域66中提供区域110、112、114，这些区域具有不同的拉伸特性或者可用不同的数学方程来描述。在一些实施例中，轨道54具有限定这些不同区域110、112、114的形状。在其它实施例中，可使用例如上文讨论的轨道形状控制单元96来调整轨道54，以提供除简单的单功能构造之外的多种形状116、118。这是有利的，因为它允许主拉伸区域66的不同部分实现所需功能。例如，初始拉伸区域可具有特定形状(例如，U＞1和F＞1的超单轴形状，如下文所述)，其后是具有不同形状(例如，单轴形状)的一个或多个后续区域。可选地，可提供从一个形状过渡到另一个形状的中间区域。在一些实施例中，可通过轨道54上的固定点100来分离或限定各个区域110、112、114。

在一些实施例中，轨道54在其长度方向上具有不一致的横截面形状，以利于轨道54的弯曲和成形。例如，在轨道54中使用的一个或多个导轨102可具有不同的横截面形状。例如，在上述四轨构造中，每根导轨102或导轨102的子集在轨道54的长度方向上具有变化的横截面。可通过例如改变轨道54(或轨道54的部件，如一个或多个连续导轨102)的高度和/或厚度来改变横截面。例如，在一个实施例中，轨道54或轨道54中的一个或多个导轨102的厚度沿纵向上的轨道54的长度方向减小或增加。这些变化可用于支持特定轨道形状或轨道形状可调性的变化。例如，如上文所述，轨道54可具有几个不同的区域110、112、114，每个区域110、112、114具有不同的轨道形状54。轨道54或轨道54的部件的横截面变化在每个区域110、112、114中可以是不同的，以获得或有利于特定导轨102形状，并且在区域110、112、114之间可以是不同的。例如，带有相对较厚横截面形状的区域112可设置在另外两个区域110、114之间，以在两个区域110、114之间实现隔离或提供过渡空间。

作为轨道54或导轨102的横截面变化的一个实例，在轨道54或轨道一部分(如导轨102)的厚度分布的设计中，弧长s可用于表示沿轨道54的位置。弧长s在拉伸起点处定义为零，在拉伸的另一端定义为L，拉伸起点和终点处的相应厚度分别指定为h(0)和h(L)。在该具体实施例中，在s＝0和s＝L之间从L′到L″的梁的一部分上，轨道54或轨道部件(例如导轨102)是锥形，使得位置L′处的厚度h(L′)大于位置L″处的厚度h(L″)。在这种方式中，L′或L″可具有较大的弧长坐标(即L′＞L″或L′＜L″)。可用的厚度分布的一个实例是一个由厚度函数h(s)给定的锥形，该函数为从L′到L″的导轨102的弧长的函数，该函数方程为：

h(s)＝(h(L′)-h(L″))(1-(s-L′)/(L″-L′))^α+h(L″)

其中α是导致从L′至L″厚度发生降低的正值锥度。

当L′小于L″时，这会导致厚度随弧长减小。当L′大于L″时，这会致使厚度随弧长增大。可选地，将轨道54分成段，每段具有其自己的局部L′、L″和锥度。轨道54或轨道部件如导轨的最大厚度取决于在轨道54上的该点处所需的柔性。使用适用于轨道或导轨的梁理论，可以看出：带有锥度的直梁在α值为1/3时，在一端负荷的作用下可产生抛物线形式的弯曲。当梁始于弯曲平衡构造或由几个控制点承载时，其它锥形可能更理想。为了在多种其它形状之间进行过渡，增加和减少给定轨道54或轨道部件内的厚度、或者数值计算这些段中的任意段的锥形可能会比较有用。沿轨道54或轨道部件上任意点的最小厚度取决于轨道54承受拉伸力所需的强度。最大厚度可为所需柔性水平的函数。将轨道调整程度保持在轨道54或轨道部件的弹性范围内通常是有益的，以例如避免轨道54或轨道部件的永久屈服或避免失去可重复调整的能力。

由相对轨道54限定的路径影响薄膜32在纵向、横向和法向上的拉伸。可用一组拉伸比描述拉伸变形：纵向拉伸比(MDDR)、横向拉伸比(TDDR)和法向拉伸比(NDDR)。当确定薄膜32的这些值时，具体拉伸比通常定义为薄膜32在所需方向(例如，纵向、横向或法向)的当前尺寸(例如，长度、宽度或厚度)与薄膜32在相同方向上的初始尺寸(例如，长度、宽度或厚度)的比率。尽管可通过观察拉伸后的聚合物薄膜32来确定这些拉伸比，但是除非另外指明，所提及的MDDR、TDDR和NDDR均表示由用于拉伸聚合物薄膜32的轨道54确定的拉伸比。

在该拉伸过程中的任何给定点，TDDR都对应于边界轨线的当前间距L与在拉伸开始时边界轨线的初始间距L₀的比率。换句话讲，TDDR＝L/L₀。在某些情况下(例如，在图3和8中)，TDDR用符号λ表示。在拉伸过程中的任何给定时刻，MDDR都是发散角θ的余弦，此角为纵向和边界轨线(如轨道54或导轨102)的瞬间切线之间的正夹角。由此可知：cot(θ)等于轨道54在该点的瞬间斜率(即一阶导数)。只要聚合物薄膜的密度在拉伸过程中为恒定的，在确定TDDR和MDDR值后，则NDDR＝1/[(TDDR)(MDDR)]。但是，如果薄膜的密度以因子ρ_f变化，其中ρ_f＝ρ₀/ρ，ρ为拉伸过程中当前时刻的密度，并且ρ₀为拉伸开始时的初始密度，则可预知：NDDR＝ρ_f/[(TDDR)(MDDR)]。有多种原因可导致材料密度发生变化，所述原因例如为：相变，如由于拉伸或其它加工条件而造成的结晶或部分结晶。

完全单轴拉伸条件(尺寸在横向上增加)可分别导致值为λ、(λ)^-1/2和(λ)^-1/2的TDDR、MDDR和NDDR，如图8所示(假定材料密度恒定)。换句话讲，假定密度在拉伸期间是一致的，则单轴取向薄膜在整个拉伸期间满足MDDR＝(TDDR)^-1/2。单轴特性量值的一种有用的度量U可被定义为：

$U=\frac{\frac{1}{\mathrm{MDDR}}-1}{{\mathrm{TDDR}}^{1/2}-1}$

对于完全单轴拉伸，U在整个拉伸过程中为1。当U小于1时，拉伸状态被视为“亚单轴”。当U大于1时，拉伸状态被视为“超单轴”。在传统拉幅机中，沿边缘16直线拉伸聚合物薄膜12(如图2所示)，以将薄膜的区域18拉伸成拉伸后的区域20。在该实例中，发散角相对较小(如约3°或更小)，MDDR约为1，并且U约为0。如果薄膜12受到双轴拉伸使得MDDR大于1，则U变为负值。在一些实施例中，U可具有大于1的值。U大于1的状态表示各种过度松弛水平。这些过度松弛状态会产生从边缘开始的纵向收缩。如果纵向收缩的程度对于一定的几何形状和材料硬度来说足够大，则薄膜将会弯曲或起皱。

可以预知，可根据下面的公式针对密度的变化对U进行修正以给出U_f值：

$U_f=\frac{\frac{1}{\mathrm{MDDR}}-1}{{\left(\frac{\mathrm{TDDR}}{{\mathrm{\ρ}}_f}\right)}^{1/2}-1}$

尽管非共面拉伸轨线也可接受，但优选的是，如图10所示，在面内拉伸薄膜(即边界轨线与轨道共面)。因为面内约束减少了变量数目，因此面内边界轨线的设计较为简单。完全单轴取向的结果是一对镜像对称的面内抛物线轨线，其背离面内纵向中心线发散。可通过首先将横向定义为“x”方向和将纵向定义为“y”方向来绘制抛物线。相对边界抛物线之间的纵向中心线可用作y坐标轴。可将坐标原点选为主拉伸区域66的起点并且对应于抛物线轨线之间的中心轨迹的初始中心点。左右边界抛物线分别选择在负/正x₀处开始(y＝0)。具体体现本发明的该实施例的右边界抛物线轨线(正y值)为：

x/x₀＝(1/4)(y/x₀)²+1

通过将上述方程的左侧与-1相乘而得到左边界抛物线轨线。在下面的讨论中，将给出用于确定右边界轨线的说明和方法。然后可通过获取右边界轨线相对于薄膜中心线的镜像来获得左边界轨线。

对于亚单轴拉伸，真正单轴特性的最终量值可用于估算y(纵向)和z(法向)之间折射率的匹配水平，相应公式为：

Δn_yz＝Δn_yz(U＝0)×(1-U)

其中Δn_yz是对于某一U值纵向(即y方向)和法向(即z方向)的折射率差异，Δn_yz(U＝0)是以相同方式拉伸但拉伸过程中始终保持MDDR为1的所得薄膜的折射率差异。已经发现，该关系对于各种光学薄膜中所用的聚酯体系(包括PEN、PET以及PEN或PET的共聚物)能够做出合理的预测。在这些聚酯体系中，Δn_yz(U＝0)通常为差值Δn_xy(U＝0)的约二分之一或更大，Δn_xy(U＝0)为两个面内方向即纵向(y轴)和横向(x轴)之间的折射率差异。在633nm下，Δn_xy(U＝0)的典型值最高为约0.26。在633nm下，Δn_yz(U＝0)的典型值最高为约0.15。例如，90/10coPEN(即包含约90％PEN类重复单元和10％PET类重复单元的共聚酯)在633nm下在高度拉伸时具有约0.14的典型值。已根据本文所述的方法制成包含此90/10coPEN的薄膜，根据实际的薄膜拉伸比测出这些薄膜的U值为0.75、0.88和0.97，在633nm下相应的Δn_yz值为0.02、0.01和0.003。

在理想条件下，共面的抛物线轨线可提供单轴取向。然而，其它因素也可影响实现单轴取向的能力，这些因素包括例如聚合物薄膜的厚度不均匀、拉伸期间对聚合物薄膜的加热不均匀、以及从例如设备的顺维区域施加的附加张力(例如，纵向张力)。此外，在许多情况下，不必实现完全单轴取向。相反，可限定整个拉伸过程中或拉伸的某一具体阶段所维持的U最小值/阈值或平均值。例如，根据需要或根据具体应用的需求，可接受的U最小值/阈值或平均值可以为0.2、0.5、0.7、0.75、0.8、0.85、0.9或0.95。一般来讲，任何大于0的U最小值/阈值或平均值都是适合的。

作为可接受的近似单轴应用的一个实例，当横向为主拉伸方向时，用于液晶显示应用中的反射偏振片的斜角特性会受到纵向和法向折射率之间差异的很大影响。在一些应用中，纵向和法向之间存在0.08的折射率差异是可接受的。在另一些应用中，0.04的差异是可接受的。在更严格的应用中，0.02或更小的差异是优选的。例如，在许多情况下，在包含聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或PEN共聚物的聚酯体系中，0.85的单轴特性量值足以使单向横向拉伸的薄膜在633nm下的纵向折射率和法向折射率之差为0.02或更小。对于一些聚酯体系，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，由于非基本单轴拉伸薄膜的固有折射率差异较小，因此为0.8或者甚至0.75的较低的U值可能是可接受的。

采用本发明的方法制造的取向光学薄膜包括反射偏振片，例如多层反射偏振片和漫反射偏振片。漫反射偏振片的描述可见于：共同拥有的美国临时专利申请No.60/668,944(提交于2005年4月6日)和美国专利申请No._ _ _ _ _ _ _，提交于_ _ _ _ _ _ _ _ _，两篇专利文献的名称均为“Diffuse Reflective Polarizing Films with Orientable PolymerBlends(具有可取向聚合物共混物的漫反射偏振薄膜)”；以及美国专利No.5,825,543、No.6,057,961、No.6,590,705和No.6,057,961，这些专利文献均以引用的方式并入本文。这种漫反射偏振片包括第一热塑性聚合物连续相和第二热塑性聚合物非连续相或分散相。第一聚合物或第二聚合物的其中一者或两者可为双折射材料。在一个实施例中，漫反射偏振片包括不止一个连续相和/或不止一个分散相。

在另一个实施例中，采用本发明的方法制成的取向光学薄膜包括补偿片和延迟片。一个示例性实施例是“a板”，它是一种双折射光学元件例如板或薄膜，其主光轴位于光学元件的x-y平面内。正双折射a板可由例如诸如聚乙烯醇等聚合物的单轴拉伸薄膜制成，或者由向列型正的光学各向异性液晶聚合物(LCP)材料的单轴定向薄膜制成。负双折射a板可由负的光学各向异性向列型液晶聚合物(LCP)材料(包括例如盘状化合物)的单轴定向薄膜形成。

当粘度大致相当的高聚物的二元共混物的体积分数大于约40％并接近50％时，则难以区分分散相和连续相之间的差异，这是因为空间中每个相都变得连续。取决于选择的材料，可能会有其中第一相看起来分散在第二个相中的区域，反之亦然。有关多种共连续形态的描述以及对其进行评估、分析和定性的方法，可参见Sperling及其中引用的参考文献(L.H.Sperling，“Microphase Structure，”Encyclopedia of PolymerScience and Engineering，第二版，第9卷，第760-788页，和L.H.Sperling，第一章，“Interpenetrating Polymer Networks：AnOverview，”Interpenetrating Polymer Networks，D.Klempner，L.H.Sperling和L.A.Utracki编著，Advances in Chemistry Series #239，3-38，1994)。

可采用以下方法来确定一组在特性上近似于单轴或基本为单轴的可接受的抛物线轨线。所述方法直接确定“右”边界轨线，而“左”边界轨线则取其镜像。首先，在选定的TDDR范围内，通过定义在相对边界轨线之间测得的TDDR和MDDR之间的瞬间函数关系来设定条件，其中MDDR定义为这些边界轨线的非负发散角的余弦。

接着，如在抛物线轨线的讨论中所述的那样对此问题中的几何形状进行定义。x₁被定义为边界轨线之间的初始距离的一半，比率(x/x₁)被确定为瞬间TDDR，其中x为边界轨线上的点的当前x位置。接着，将TDDR和MDDR之间的瞬间函数关系转换为TDDR和发散角之间的关系。在选择具体U值后，上述公式可给出MDDR和TDDR之间的具体关系，此关系随后可用于确定类别更广的边界轨线的算法中，其中同样包括当U接近1时的约束情况抛物线轨线。然后，对边界轨线进行约束以满足下面的微分方程：

d(x/x₁)/d(y/x₁)＝tan(θ)

其中tan(θ)是发散角θ的正切，y是右边界轨线上相对的点的当前位置的y坐标，其与给定的x坐标相对应。然后，可以分析或数值方式求解微分方程，例如通过沿TDDR的历史轨迹从1到所需最大值对1/tan(θ)进行积分，以得到右边界轨线的完整坐标组{(x，y)}。

作为可接受轨线的另一实例，可描述一类面内轨线，其中该抛物线轨线在较小或较大的初始有效的横向幅长的情况下使用。如果x₁是位于主拉伸区域66的入口处的两条相对边界轨线之间的间距的一半(即，初始的薄膜横向尺寸减去夹具夹持边缘，所得结果为相对边界轨线之间的初始距离的一半)，则通过下面的方程来描述这类轨线：

±(x)/(x₁)＝(1/4)(x₁/x₀)(y/x₁)²+1

其中x₁/x₀被定义为入口间距比例。如果上述方程描述了提供完全单轴拉伸的抛物线轨道，则x₀值对应于两个相对轨道之间所需的间距的一半。入口间距比例x₁/x₀是轨线偏离单轴条件的指标。在一个实施例中，如上文所述，主拉伸区域中的两个相对轨道之间的距离是可调整的，从而允许对轨线进行调控以得到不等于1的U值和F值(见下文)。也可采用其它形成这些轨线的方法，这些方法包括例如使用轨道形状控制单元或通过选择具有所需轨线的固定形状来调控轨线的形状。

对于超单轴拉伸，可利用过度供给率的概念来量化褶皱的严重度。过度供给率F可被定义为单轴MDDR(其等于(TDDR)^-1/2)除以实际MDDR。如果实际MDDR小于单轴MDDR，则过度供给率F小于1，并且MDDR处于欠松弛状态，从而导致小于1的U值。如果F大于1，则为超单轴拉伸，并且MDDR相对于单轴情况为过度松弛。因为薄而柔顺的薄膜的压缩翘曲阈值通常较低，因此至少一部分过度松弛可转化为褶皱。当F大于1时，过度供给率至少近似对应于沿纵向方向上褶皱的实际薄膜轮廓长度与面内轮廓长度或空间的比率。

由于在密度恒定情况下的TDDR和MDDR之间所具有的关系，所以F可被描述为：

F＝1/(MDDR x TDDR^1/2)

通常，出于设计的目的，将F视为与密度无关。在处理期间的任何时候，大的F值可引起大的褶皱，并且褶皱会折叠并粘附在薄膜的其它部位，从而造成缺陷。在至少一些实施例中，拉伸期间的过度供给率F保持为2或更小以避免或降低严重的褶皱或折叠。在一些实施例中，整个拉伸过程中的过度供给率都为1.5或更小。对于一些薄膜，整个拉伸过程中允许的最大F值为1.2或甚至1.1。

对于至少一些实施例，尤其是在整个拉伸过程中U＞1的实施例，在给出当前TDDR的情况下，重新整理过度供给率的定义式可提供最小MDDR的相对限制：

MDDR＞1/(F_max×TDDR^1/2)

其中F_max可选择为大于1的任何优选水平。例如，如上所述，F可选择为2、1.5、1.2或1.1。

当过度供给率小于1时，沿纵向方向具有比真正单轴拉伸所需要的更多的面内空间，并且MDDR会处于欠松弛状态下，从而导致纵向张力。结果可以是U值小于1。利用U、F、MDDR和TDDR之间的关系，U和F之间有一种随TDDR而变化的对应相关性。在临界拉伸比为2时，最小U值对应约0.9的最小过度供给率F。对于至少一些边界轨线(包括整个拉伸过程中U＞1的边界轨线)，可选择MDDR使之在拉伸的最终阶段保持低于某一水平，例如：

MDDR＜1/(F_min×TDDR^1/2)

其中拉伸比达到2以后的拉伸最终阶段的F_min为0.9或更大。

例如，可使用在整个拉伸过程中MDDR＜(TDDR)^-1/2(即U＞1)的轨线，F_max为2，薄膜被拉伸到TDDR为4的程度。如果轨线共面，则薄膜被拉伸到TDDR为至少2.4的程度，经常为至少5.3。如果F_max为1.5，则薄膜被拉伸到TDDR为至少6.8的程度。如果轨线共面，则薄膜被拉伸到TDDR为至少2.1的程度，经常为至少4.7。如果F_max为1.2，则使用共面轨线将薄膜拉伸到TDDR为至少1.8的程度，经常为至少4.0。对于共面或非共面边界轨线，如果未对F施加约束，则薄膜被拉伸到TDDR大于4的程度，经常为至少6.8。在另一个实施例中，可使用共面轨线，其中整个拉伸过程中的(F_min)(MDDR)＜(TDDR)^-1/2，F_max为2，F_min为0.9，并且薄膜被拉伸到TDDR为至少4.6的程度，经常为至少6.8。如果F_max为1.5，则薄膜被拉伸到TDDR为至少4.2的程度，经常为至少6.1。如果F_max为1.2，则薄膜被拉伸到TDDR为至少3.7的程度，经常为至少5.4。如果未对F施加约束，则薄膜被拉伸到TDDR为至少8.4的程度。也可使用在整个拉伸过程中(F_min)(MDDR)＜(TDDR)^-1/2的边界轨线，F_max为1.5，F_min为0.9，并且薄膜被拉伸到TDDR为至少6.8的程度。

可使用F_max定义其它可用的轨线。可用的轨线包括如下共面轨线，其中TDDR为至少5，在达到TDDR为2.5后的拉伸最终阶段U为至少0.85，并且在拉伸期间F_max为2。可用的轨线也包括如下共面轨线，其中TDDR为至少6，在达到TDDR为2.5后的拉伸最终阶段U为至少0.7，并且在拉伸期间F_max为2。

但是，其它可用的共面轨线包括如下轨线：在该轨线中，在TDDR大于临界值TDDR′的拉伸最终阶段中MDDR＜TDDR^-1/2＜(F_max)(MDDR)。下面给出了在一些示例性实施例中轨线应达到的最小拉伸比。如果TDDR′为2或更小，则当F_max＝2时，最小拉伸比为3.5；当F_max＝1.5时，最小拉伸比为3.2；当F_max＝2时，最小拉伸比为2.7。如果TDDR′为4或更小，则当F_max＝2时，最小拉伸比为5.8；当F_max＝1.5时，最小拉伸比为5.3；当F_max＝1.2时，最小拉伸比为4.8。如果TDDR′为5或更小，则当F_max＝2时，最小拉伸比为7；当F_max＝1.5时，最小拉伸比为6.4；当F_max＝1.2时，最小拉伸比为5.8。

一般来讲，可使用曲线和直线轨道来构造多种可接受的轨线，从而使得过度供给率在整个拉伸过程中保持在临界最大水平之下以防止出现折叠缺陷，同时保持在临界最小水平之上以允许所需水平的真正单轴特性及其所导致的特性。

可使用抛物线形状来形成多种亚单轴和超单轴轨线。图19示出临界TDDR之后的不同水平的最小U值的实例，并展示最大可达到最终所需TDDR的不同的最大过度供给率。用坐标x和y与x₁的比值来表示曲线，x₁为轨道的初始间距的一半。因此，x比例坐标，即值(x/x₁)等于TDDR。曲线120是x₁/x₀值为1.0的理想实例。曲线122是x₁/x₀值为0.653的抛物线实例，其中U在拉伸比高于2.5时保持大于0.70。曲线124是x₁/x₀值为0.822的抛物线实例，其中U在拉伸比达到2.5后保持大于0.85。

曲线126、128和130示出各种过度供给水平。过度供给率、TDDR和入口宽度比例值之间的关系为：

x₁/x₀＝(F²(TDDR)-1)/(TDDR-1)

由此直接可见：过度供给率随着本文所述的抛物线轨线的TDDR增加而增加。曲线126是x₁/x₀值为1.52的抛物线实例，其中过度供给率在最终拉伸比达到6.5之前保持在1.2之下。曲线128是x₁/x₀值为2.477的抛物线实例，其中过度供给率在最终拉伸比达到6.5之前保持在1.5之下。曲线130是x₁/x₀值为4.545的抛物线实例，其中过度供给率在最终拉伸比达到6.5之前保持在2之下。在这些实例中，过度供给水平是最终拉伸比的函数。例如，使用仅为4.333而非4.545的x₁/x₀值可允许拉伸到最终TDDR为10的程度，同时保持过度供给率低于2。

对于抛物线轨线，可通过如下关系式针对固定的入口比例宽度直接计算任意给定TDDR处的MDDR值：

MDDR＝(TDDR(x₁/x₀)+(1-x₁/x₀))^-1/2

观察到的一个现象是：MDDR和TDDR之间的关系不是y位置的显函数。这样便可构造包括y/x₁垂直平移的抛物线轨线段的复合混合曲线。图20示出一种方法。为拉伸的初始部分选择抛物线轨线(曲线132)，并为最终部分选择抛物线轨线(曲线134)。选择初始曲线132以提供超单轴拉伸，其中拉伸比为4.5时的最大过度供给率为2.0。曲线132具有4.857的入口比例宽度。将最终曲线134选作亚单轴拉伸，其中拉伸比为4.5时的最小U值为0.9。曲线134具有0.868的入口比例宽度。实际轨道或导轨形状遵循曲线132直到TDDR为4.5的位置，然后遵循曲线136，此曲线136是曲线134垂直平移后的曲线。换句话讲，轨线可具有这样的初始拉伸区域及后面的拉伸区域，其中初始拉伸区域的轨道具有对应于如下表达式的函数形式：

±(x)/(x₁)＝(1/4)(x₁/x₀)(y/x₁)²+1

而后面的拉伸区域的轨道具有对应于如下表达式的函数形式：

±(x)/(x₂)＝(1/4)(x₂/x₀)((y-A)/x₂)²+1；

其中x₁和x₂不同，A对应于使得轨线能够连接的垂直平移量。这样可组合任意数量的抛物线段。

可以使用抛物线轨线及其复合混合曲线来指导相关轨线的构造。一个实施例包括利用直线段来产生轨线。可在选定TDDR′下的最大过度供给率和最小过度供给率(或最小U)的抛物线轨线(或复合混合曲线)的范围内构造这些线性逼近，此选定TDDR′值大于临界拉伸比TDDR^*。可选择TDDR^*值，此值与应变诱导结晶的起点相关(其示例值可为1.5、2和2.5)，或者可与弹性应变屈服相关(值较小，为1.2或者甚至1.1)。TDDR^*的范围通常介于1.05和3之间。低于TDDR^*的导轨或轨道部分对最小过度供给率或U不会有任何特殊约束，并且会处于约束抛物线轨线的范围之外。

在图21中，曲线138被选作选定拉伸比TDDR′(此处示出的值为6.5)下的最小过度供给率约束抛物线轨线。为便于举例说明，将最小过度供给率约束抛物线轨线选作入口比例宽度为1的理想曲线。利用过度供给率、TDDR和入口比例宽度之间的关系，将曲线140标识为最大过度供给率约束抛物线轨线，其中TDDR值为6.5时的F最大值为2.0。现在垂直平移曲线140以形成曲线142，以便两条约束抛物线轨线在选定的TDDR′为6.5处相遇。应注意：曲线140和142具有相同的拉伸特性。曲线142仅仅延迟了拉伸，直到后面的y/x₁空间值为2.489。以上所进行的线性或非抛物线曲线段的逼近操作将趋向位于TDDR*之上的这些约束轨线之间。

与发散角随着TDDR增大而增大的抛物线轨线不同的是，直线轨线有着固定的发散角。因此，过度供给率会随着TDDR沿直线段的增大而减小。可通过选择如下直线来构造简单的线性逼近，该直线的发散角等于选定TDDR下所需的最小过度供给率。可在TDDR中反推直线段直到过度供给率等于允许的最大值。以类似形式开始后续的直线段。可根据需要或期望多次重复此过程。当最大过度供给率减小时，逼近操作所需的段的数量将会增加。

当TDDR降至TDDR^*之下时，只要保持最大过度供给率的约束，可使用任意数量的方法来完成轨道或导轨构造。在图21中，曲线144是在最大过度供给率为2的约束下的线性逼近。由于此最大过度供给率较大，因此它仅包括两条直线段。最终的直线段从6.5的选定TDDR一直向后延伸至1.65的较小TDDR。在此情况下，TDDR^*取作2。当TDDR小于2时，U无约束，一种完成轨道构造的方法是将第二个直线段从TDDR为1.65反推到y/x₁零点处的TDDR为1。请注意，因为此约束在TDDR^*之下是无效的，这将导致第二段与较低的约束抛物线交叉。

在图21中，曲线146是在最大过度供给率为1.5的条件下使用更接近的值而得到的结果。此处未显示最大过度供给率的约束抛物线轨线。需要三条直线段。第一段从TDDR为6.5向后延伸至TDDR为2.9。第二段假定发散角在TDDR值为2.9时等于最小过度供给率的约束抛物线轨线，并且向后延伸至TDDR为1.3。该第二段止于TDDR^*之下。最终一段采用不同于曲线144所用的方法来完成曲线146的轨道或导轨形状。在此，最终一段采用的步骤与前面的段所用的步骤相同，从而导致拉伸起始点出现延迟并且y/x₁值较高。完成轨道构造的第三种方法是在初始TDDR为1时将过度供给率设置为最大。

一般来讲，可使用约束抛物线轨线来构造满足本发明要求的非直线和非抛物线轨线。最大过度供给率约束抛物线轨线是作为TDDR函数的最小斜率即最大发散角的曲线。最小过度供给率约束抛物线轨线是作为TDDR函数的最大斜率即最小发散角的曲线。一般来讲，可使用位于约束范围内的任意斜率的函数将曲线由选定的TDDR’开始反推。

一种用于定义位于这些约束之间的斜率函数的简单方法是：对包络线中的已知曲线进行简单的线性组合。图21中的曲线148说明了此种简单方法。在此实例中，通过分别以0.7和0.3的线性权重将最大过度供给率约束抛物线轨线(曲线142)及其线性逼近(曲线144)进行线性组合来形成曲线148。一般来讲，也可使用非简单线性组合的函数。

用于说明本发明中的各种非抛物线轨线的上述方法可应用于轨道的不同段。例如，图21中TDDR高达6.5的实例可与TDDR超过6.5的另一段组合，在这一较高的TDDR范围上会有不同的要求，因而会有不同的最大和最小约束轨线。在此情况下，较低拉伸的前段的TDDR′发挥TDDR^*的作用。一般来讲，可在整个所需拉伸的范围内选择TDDR′。各个段可用于负责产生拉伸的各种现象，如屈服、应变诱导结晶、缩颈或其它拉伸不均匀性的开始、应变强化的开始，或者负责薄膜中各种特性的形成。典型的断点包括针对TDDR^*、聚酯应变强化范围在3到7、以及典型最终拉伸值范围在4到10或更大范围中的那些点。

用于确定本发明的边界轨线的步骤和由选定的TDDR′反推到较低TDDR的方法可用于由选定的TDDR″前推到较高TDDR的类似方法中。同样地，形成两条在选定的最低TDDR″处接合的约束轨线。TDDR″的合适值是为1的初始TDDR。在该方法中，最小过度供给率或U的约束轨线位于最大过度供给率曲线之上。图20显示该方法的一个实例，其中混合曲线136位于最小过度供给率约束(曲线134)和最大过度供给率约束(曲线132)之间。

尽管如此，仍可定义其它类别的边界轨线，并在一些实施例中，可用于抑制残余褶皱。由于无剪切的单轴条件提供值为0的纵向主应力，因此使用有限应变分析预知：在这些条件下，纵向主应力实际上会形成轻微压缩作用。通过利用有限应变分析和Neo-Hookean弹性固体本构方程，可发现：可选地，防止压缩应力的合适条件可由下面的公式给出：

((TDDR)(MDDR))^-4+((TDDR)(MDDR))²-(TDDR)^-2-(MDDR)^-2-sin²(θ)((TDDR)(MDDR))^-2＝0

其中MDDR是发散角的余弦。然后，本发明的此可选方法将确定此类的边界轨线。

如上文所示，可利用面外边界轨线(即边界轨线不位于一个欧几里得平面内)对薄膜进行面外拉伸。有无数条满足本发明该优选实施例的相关要求的具体的边界轨线，因此可采用面外边界轨线来保持基本单轴拉伸过程。边界线可以为对称的，从而形成通过中心平面的镜像，例如如下平面：其包括边界轨线之间的初始中心点、薄膜移动的初始方向和未拉伸薄膜表面的初始法线方向。在该实施例中，可沿圆筒状空间通道(cylindrical space manifold)在边界轨线之间拉伸薄膜，该空间通道可由如下直线段组和初始中心点形成，所述直线段组是由那些从类似的初始位置(即彼此线性对应)以相同的速率沿这些边界轨线前行时、两条相对边界轨线之间的距离最短的直线段组成的。

因此，中心平面上此理想通道的轨迹会脱离理想拉伸的薄膜中心的路径。沿此通道从边界轨线到中心平面上此中心轨迹的距离与边界轨线起始点到初始中心点的原始距离的比率为跨边界轨线的薄膜上的瞬间标称TDDR，即边界轨线上的当前相对点之间的半距离与边界轨线上相对点的初始位置之间的半距离的比率。当两个相对点以恒定且相同的速度沿相对边界轨线移动时，中心轨迹上的对应中心点会改变速度，该速度沿中心轨迹的弧(即，曲线纵向)所测得。具体地讲，中心轨迹相对于边界轨线的单位切线在中心轨迹的单位切线上的投影成比例地变化。

上述类别的轨线是示例性的，不应理解为限制性的。许多轨线类别被认为在本发明的范围内。如上所示，主拉伸区域可包括两个或更多个具有不同拉伸条件的不同区域。例如，可从第一类轨线中为初始拉伸区域选择一条轨线，从相同的第一类轨线或不同类别的轨线中为每个后续拉伸区域选择另一条轨线。

虽然本发明的示例性实施例中涵盖了所有包括U最小值大于0的边界轨线，但本发明的典型实施例仍包括如下所有近似或基本单轴的边界轨线，所述轨线包括U最小值为约0.2，约0.5，约0.7，更优选约0.75，更优选约0.8，甚至更优选约0.85。可在由如下临界TDDR限定的拉伸最后阶段应用最小U约束，所述临界TDDR优选为约2.5，更优选为约2.0，更优选为约1.5。在一些实施例中，临界TDDR可为约4或5。在临界TDDR之上，某些材料(例如，包含可取向双折射聚酯的某些整体多层薄膜)由于应变诱导结晶等结构的变化，会开始失去其弹性或快速回缩的能力。临界TDDR可与多种材料和工艺(如温度和应变速率)特定状态如应变诱导结晶开始时的临界TDDR一致。此临界TDDR之上的U最小值可与在最终薄膜中形成的非单轴特性的程度有关。

当U在最终拉伸阶段为亚单轴时，可使用多种边界轨线。具体地讲，可用的边界轨线包括如下共面轨线，其中TDDR为至少5，U在TDDR达到2.5后的最终拉伸阶段为至少0.7，并且U在拉伸结束时小于1。其它可用的轨线包括如下共面和非共面轨线，其中TDDR为至少7，U在TDDR达到2.5后的最终拉伸阶段为至少0.7，并且U在拉伸结束时小于1。可用的轨线也包括如下共面和非共面轨线，其中TDDR为至少6.5，U在TDDR达到2.5后的最终拉伸阶段为至少0.8，并且U在拉伸结束时小于1。可用的轨线包括如下共面和非共面轨线，其中TDDR为至少6，U在TDDR达到2.5后的最终拉伸阶段为至少0.9，并且U在拉伸结束时小于1。

可用的轨线还包括如下共面和非共面轨线，其中TDDR为至少7，U在TDDR达到2.5后的最终拉伸阶段为至少0.85。

在一些实施例中，将低水平的纵向张力引入到拉伸过程中以抑制褶皱。一般情况下，此纵向张力的大小随着U的降低而增大，但并非必需如此。在一些实施例中，在进行拉伸时增大张力是有用的。例如，拉伸前期的较小U值可能趋于在最终薄膜中形成更多的非单轴特性。因此，将各种类别的轨线的特性综合在复合轨线中可能是有利的。例如，在拉伸的前面阶段中，单轴抛物线轨线是优选的，而在拉伸的后面阶段可会聚在不同的轨线上。在另一种布置中，U可取作TDDR的非增函数。在又一种布置中，在临界拉伸比达到例如1.5、2或2.5之后，过度供给率F可为TDDR的非增函数。

单轴抛物线轨线假定薄膜受到均匀的空间拉伸。通过严格控制初始未拉伸薄膜或料片的横维和顺维厚度分布，同时严格控制拉伸开始及拉伸期间的温度分布，对于很多聚合物体系可获得良好的薄膜空间均匀度。例如，在初始厚度均匀的薄膜的拉伸开始时以及拉伸期间应当使整个薄膜的温度分布在多数情况下足够均匀。许多聚合物体系对不均匀性尤其敏感，并且如果厚度和温度的均匀性不够，则将以非均匀形式拉伸。

有多种原因可引发非均匀的薄膜拉伸，这些原因包括例如薄膜厚度或其它特性的不均匀、加热不均匀等。在许多此类实例中，薄膜靠近夹持部件的部分比靠近中心的那些部分的拉伸速度要高。这将在薄膜中产生纵向张力，从而限制了获得最终的均一MDDR的能力。对于此类问题的一个补救措施是修改抛物线或其它单轴轨线以给出较低的MDDR。换句话讲，对于拉伸过程的全部或一部分，使MDDR＜(TDDR)^-1/2。

在一个实施例中，对于所有拉伸均选用对应于较大发散角的修改的抛物线或其它单轴轨线，其中MDDR＜(TDDR)^-1/2。在至少一些实例中，此情况可得到缓解，因为小于1的U值对于所述应用是可以接受的。在此类实例中，选用修改的抛物线或其它单轴轨线，其中(0.9)MDDR＜(TDDR)^-1/2。

在另一个实施例中，可为TDDR至少增大了0.5或1的初始拉伸区域选择如下修改的抛物线或其它单轴轨线，其中MDDR＜(TDDR)^-1/2。然后对于剩余拉伸，则保持不同的轨线。例如，后面的拉伸区域(在拉伸区域34中)将具有如下抛物线或其它单轴轨线，其中MDDR等于或约等于(误差在±5％内，优选在±3％内)(TDDR)^-1/2。例如，初始拉伸区域可获得达到所需值的TDDR水平。在一个实施例中，该所需值通常不超过约4或5。然后，后面的拉伸区域可使TDDR从初始拉伸区域的所需值开始增加(或者如果有插入的拉伸区域存在，则从更高值开始增加)。一般来讲，选择后面的拉伸区域，以使TDDR值增加0.5或1，甚至更大。

同样，至少在某些实例中，MDDR和TDDR的关系会得到缓和，因为小于1的U值对于所述应用可以接受。在这种情况下，为初始拉伸区域选用如下修改的抛物线或其它单轴轨线，其中(0.9)MDDR＜(TDDR)^-1/2。

可在拉伸过程的各个阶段中执行本发明的热定形步骤。在一个实施例中，在拉伸并转至取走系统后，即在加热的取走区域中对薄膜32进行热定形。在另一个实施例中，在对薄膜32进行初始骤冷和定形之后，于在线区域中，例如，在再次加热薄膜32的单独的烘箱设备中对薄膜32进行热定形。在另一个实施例中，在初始操作后先将薄膜32卷成卷，然后再对其进行热定形，例如在没有以在线的方式连接到拉伸设备50的单独的烘箱设备中进行热定形。

在热定形期间，与用于诱导基本单轴取向的拉伸比相比，用于拉伸薄膜的拉伸比可增大、保持不变或减小。换句话讲，可进一步拉伸薄膜32或使拉伸松弛，例如，在这些步骤的任一步骤中，利用边缘夹持机构提供的内束作用(拉伸比减小)进行。例如，取走系统可受到内束作用或可将薄膜32固定在夹子系统中，并通过此系统穿过单独的宽度分布可变的烘箱装置，例如内束作用之后或拉伸增大之后可能也有后续的内束作用。可在持续夹持薄膜并使其处于张力的状态下执行热定形步骤，例如利用增大和/或减小张力的边缘夹持分布，同时通过相对夹具的间距分布进行控制，或者沿会聚和发散导轨的系统连续或不连续地夹持。薄膜也可在边缘处不受约束。

也可结合其它的薄膜后处理步骤进行热定形。例如，可在具有一定热定形效果的烘箱中对薄膜进行涂敷和干燥或固化。

在一些实施例(例如图22所示)中，取走系统150可使用任何薄膜传送结构，如带有夹持部件(如相对的一组带子或拉幅夹)的轨道152、154。可使用轨道152、154来完成横向收缩控制，这两个轨道成一定角度(与平行轨道156、158相比，此两个轨道156、158可用于合适的取走系统150的其它实施例中)。例如，可将取走系统150的轨道152、154定位成沿着缓慢会聚的路径(在一个实施例中，形成不超过约5°的角度θ)穿过后处理区域70的至少一部分，以允许薄膜32在冷却条件下横向收缩。此构造中的轨道152、154允许进行横向收缩控制以降低收缩的不均匀性。在其它实施例中，两个相对轨道152、154可以通常不超过3°的角度发散，尽管在一些实施例中可使用更大的角度。这可用于增加主拉伸区域66中的薄膜32的纵向张力，以便例如降低特性不均匀性，如整个薄膜32上折射率的主轴变化。

在一些实施例中，取走系统150的位置是可调整的以改变取走系统150夹持薄膜32时沿拉伸设备50的位置，如图23所示。该可调整性提供了一种控制薄膜32所承受的拉伸量的方式。与在拉伸中位于靠后位置的取走系统150的轨道156、158(如图23中的实线部分所示)接收的薄膜32相比，拉伸中位置靠前的取走系统的轨道156′、158′(如图23中的虚线部分所示)接收的薄膜32通常会具有更小的TDDR。可选地，取走系统150也可允许调整取走系统150的相对轨道152、154、156、158之间的距离。此外，可选地，也可将取走系统150构造成允许调整取走系统150的长度。

一种可行的取走系统150的另一个实例(如图24所示)包括至少两个带有独立轨道152、154、156、158的不同区域。可使用两组独立的相对轨道152、154和156、158来形成这些区域，如图24所示。在一个实施例中，如图24所示，第一区域可包括轨道152、154，这两条轨道以一定的会聚角设置以提供横向收缩控制，第二区域中的轨道156、158可以是平行的。在其它实施例中，两个不同区域中的相对轨道可以两个不同的会聚角设置以提供横向收缩控制，如上所述；或者第一区域中的轨道可以平行，而第二区域中的轨道以一定的会聚角设置以提供横向收缩控制。可供选择地或另外地，两个不同的轨道可设置为具有两个不同的取走速度，以将主拉伸区域66从取走区域中分离出，在取走区域内施加张力以消除褶皱。

在如图24所示的取走系统150的一个实施例中，在接收薄膜32之前，轨道156′、158′套嵌在相对轨道152、154中。当相对轨道152、154开始接收薄膜32时，轨道156′、158′会移至位置156、158，如图24所示。在其它实施例中，相对轨道152、154、156、158在无任何薄膜32的情况下如图24所示定位(即未套叠)。取走系统的另一个实例示于图25中。在该实例中，当通过主拉伸区域66的轨道54传输薄膜32时，取走系统的轨道152、154相对于薄膜32的中心线成一定角度。

两个相对传输机构152、154的角度可以相同(例如角β)，或者其角度也可以不同，并可将一个轨道152表示为β+ε，将另一个轨道154表示为β-ε。通常，β为至少约1°，并且可为约5°、10°或20°或更大。例如，角ε对应于上述会聚或发散角以提供横向收缩控制。在一些实施例中，主拉伸区域66中的轨道54也可以角度φ设置，并且轨道152成φ+β+ε角度、轨道154成φ+β-ε角度，如图25所示。成一定角度的取走系统150、主拉伸区域66或两者可用于提供如下薄膜32，其中薄膜32的主轴或特性轴(如折射率轴或撕裂轴)相对于薄膜32成一定角度。在一些实施例中，取走系统150相对于主拉伸区域66的角度可手动调整，或使用计算机控制的驱动器或其它控制机构进行机械调节，或使用手动调节和机械调节这两种方法。

在一些使用成一定角度的取走系统150的实施例中，如图25所示，将两条相对轨道152、154定位成能够接收TDDR相同或基本上相似的薄膜32(其中虚线160表示TDDR相同的薄膜32)。在其它实施例中，如图26所示，将两条相对轨道152、154定位成能够接收薄膜32，使得对于两条相对轨道152、154来说TDDR不同(图26的虚线160表示相同TDDR的薄膜32)。后一种构造可提供其特性在薄膜32的横向尺寸上变化的薄膜32。

再参考图10，可以连续地从连续夹持机构中释放薄膜边缘。然而，应优选地从不连续的夹持机构如拉幅夹中释放，以便同时释放处于任意给定夹子下的所有材料。不连续释放机构可引起更大的应力扰动，所述扰动可被上游拉伸料片感受到。为了有助于隔离取走装置的操作，在一个实施例中优选的是，在装置中使用连续薄膜边缘分离机构，例如，从受热的拉伸后的薄膜的中心部分“热”切薄膜边缘76。

在一个实施例中，切口位置78优选地位于足够靠近“夹持线”的位置，如取走系统的夹持部件最先有效接触到的独立取走点，以最小化或减少此点上游的压力扰动。如果在被取走系统夹持前切割薄膜，则会导致取走操作不稳定，例如，薄膜沿横向“快速回缩”。因此，优选地在夹持线处或其下游切割薄膜。切割是一个断裂过程，因此通常会在空间位置上存在微小但自然的变化。因此，可优选在夹持线的稍微下游处进行切割，以防止在夹持线的上游发生切割时出现任何暂时的变化。如果从夹持线的基本下游的位置切割薄膜，则取走系统与边界轨线之间的薄膜将继续被沿着横向拉伸。由于光学薄膜仅有此部分在经受拉伸，因此会相对于边界轨线以增大的拉伸比拉伸，并进一步造成可传播至上游的应力扰动，例如，将不期望的纵向张力传播至上游。

切口优选为可移动的且可重新定位，以便其可随着取走位置的变化而改变，以适应可变的最后横向拉伸比或调整取走系统的位置。这类切口系统的优势在于只需移动取走切口点78就可在维持拉伸分布的同时调节拉伸比。

可使用多种切口技术，包括加热刀片、热金属丝、激光、强红外线(IR)辐射的聚焦光束或受热空气的聚焦射流。如果是热空气射流，射流中的空气要足够热以例如通过在射流的作用下发生热软化、熔融或受控断裂而在薄膜中吹出一个孔。可供选择地，热射流可以仅充分软化薄膜的聚焦区域，以使通过仍然发散的边界轨线进行的进一步拉伸局部化，从而使得在持续薄膜延伸的作用下，沿此加热线在下游出现最终断裂。在某些情况下，聚焦射流方法可能是优选的，特别当可以以受控方式例如通过真空排气而有效地排除废气，以防止杂散的温度流影响拉伸过程的均匀性时更是如此。例如，可使用围绕喷嘴的同心排气环。可供选择地，可使用位于射流下方，例如位于薄膜的另一侧的排气装置。可进一步偏移或在下游补充排气装置，以进一步减少从上游进入拉伸区域的杂散气流。

取走系统的一个实施例的另一属性是速度和/或纵向张力的控制方法，该方法使得可利用与输出速度兼容的方式取出薄膜。在一个实施例中，此取走系统用于拉展薄膜中的任何残余褶皱。在一个实例中，通过暂时将取走速度增大至高于拉伸后薄膜的最终释放部分的输出速度而在启动期间开始拉展褶皱。又如，例如在最终拉伸阶段进行超单轴拉伸的情况下，采用高于连续操作过程中的薄膜纵向输出速度的恒定速度拉展褶皱。又如，将取走速度设置为高于薄膜沿夹持线处边界轨线的纵向速度。这也可用于改变薄膜的特性。这种较高速度的取走操作还可降低最终U值；在一些情况下，这是薄膜最终使用时的考虑因素。

上述纵向和横向收缩控制的原理也可适用于其它拉伸设备，包括如图2所示的传统拉幅机构造。图27示出一个实施例，其中来自主拉伸区域66的轨道54(如图2中所示的线性发散轨道)继续进入或通过后处理区域70的一部分(参见图10)。如果需要，可随后通过分离的取走系统156、158可选地夹持住薄膜。轨道54的延长部分可用于冷却薄膜并允许薄膜收缩。

在一些实施例中，连续轨道162沿着缓慢会聚的路径(在一个实施例中，形成不超过约5°的角度θ)通过后处理区域70的至少一部分，以允许薄膜冷却时横向收缩。此种构造的轨道允许控制横向收缩以增加收缩的均匀性。在一些实施例中，轨道164沿着更急剧会聚的路径(在一些实施例中，形成为至少15°的角度φ，该角度通常在20°和30°范围内)通过后处理区域70的至少一部分，以允许薄膜冷却时纵向收缩。在如图27所示的一些实施例中，后处理区域70包括缓慢会聚的轨道162和更急剧会聚的轨道164。在其它实施例中，只使用一组轨道162或轨道164。

根据基本单轴拉伸方法制作的薄膜的单轴特性的一种有用的量度是如美国专利No.6,939,499中所述的“单轴特性的量值”，该专利以引用的方式并入本文。可通过此度量方法来辨识所得薄膜的近似单轴特性。在一种度量中，从标称拉伸比得到单轴特性的量值，该拉伸比由拉伸期间设备的夹持边缘的边界轨线设定，可通过取走系统的条件进一步修改。在另一种单轴特性量值的度量中，例如通过采用已知尺寸的网格图案实际标记初始输入的浇铸料片或薄膜，并在薄膜最终成形后重新测量如系数ρ_f，可直接测量薄膜的真实拉伸比。

本发明的热定形允许较大范围地控制可允许的折射率组。具体地讲，可以在水平的光学功率下获得较高的值，如通过nx和nu(下文讨论)之间的差异所测得，或者可以在较低水平的光学功率下获得更高的nu值。

热处理可以对初始的由拉伸产生的主折射率组的控制提供一种附加手段，并且可赋予其它优点，如改进的尺寸稳定性，包括：收缩控制、提高的抗蠕变能力、改进的抗压印性、以及增强的抗撕裂性和其它物理特性。

在一些包含某些材料体系的薄膜中，热处理可保持或者甚至改进所得最终薄膜中的单轴特性量值。在光学薄膜的情况下，这种操作可以保持或者甚至改进在利用非垂直入射光的应用中的性能。例如，可在用于增强亮度的多层光学薄膜(MOF)中保持或改进所谓的斜角颜色性能。也可增强用于偏振光分束的MOF薄膜。也可例如在偏振光分束应用中使用所述方法来增强在薄膜表面上形成的微结构的取向和性能。

对于具有高度单轴取向的多层反射偏振薄膜(如由真正单轴拉伸方法获得)，可利用固定的材料构造(即，固定的低折射率材料)获得较高的对比度。这通常可以用于使用这些薄膜的应用中，例如，在偏振光分束器应用中(如美国专利No.6,609,795和美国专利申请公开No.2004/0227994中所述)，可单独使用该薄膜，也可以堆叠方式同时使用两个或更多的此类薄膜。

利用热定形工序，可通过使用高折射率的表层来获得压印抵抗能力。在许多系统中，通过提高取向表层中的结晶度来增强压印抵抗能力。取向表层可包含类似于MOF的光学层叠件中的双折射层的材料，或者可包括被适当选择为用于薄膜成形方法中的共挤出和取向的不同材料。

热定形也可消除拉伸后薄膜中经常存在的“残余应力”，这取决于例如热定形期间或热定形后的约束条件。通过例如内束作用而降低的约束力可有助于降低应力。这继而可提高尺寸稳定性，包括低水平的收缩、低水平的热膨胀以及改进的抗翘曲能力。

热定形后其它可能的机械性能的改进可为抗撕裂能力的提高，或者甚至为抗层间剥离能力的提高。在一些系统中，接近熔点的高温热定形可提高层间粘合能力。例如，其可提高在拉伸过程中会发生扰动的层之间的界面渗透能力。

此外，当本发明的方法应用于包括应变诱导结晶聚酯表层的薄膜构造时，可提高薄膜的压印抵抗能力。轻度的热处理不会显著地改变结果；然而，深度热处理可制成基本上无凹痕的薄膜。

在一个实施例中，一个或多个热定形薄膜层保持为非晶态，从而提高膜片的处理性能和机械性能。在一个示例性实施例中，非晶态的层包含聚碳酸酯或聚碳酸酯与共聚酯的共混物。

在某些聚酯体系中，与其它典型地单独通过拉伸所达到的效果相比，热定形可在低得多的拉伸比下获得较高的光学功率或双折射率。例如，聚酯(如PET、PEN)和同时包含PET和PEN的组合物通常以4、5、6或更高的拉伸比拉伸。这些材料可刚好被拉伸到应变诱导结晶点之上，然后对其进行热定形以达到与那些较高拉伸比所获得的折射率相当的折射率值。又如，具有微结构化表面的薄膜可在横向(如垂直于延伸方向)上以实质性降低的拉伸比进行拉伸，该低拉伸比不会过度破坏预期的最终结构的形状。例如，参见共同待审的共同转让的美国临时专利申请No.60/638,732；美国专利申请No.11/184,027；这两篇文献提交于2004年12月23日，并以引用的方式并入本文。只要在整个结构中超过了显著应变诱导结晶的开始点，就可以沿横向在整个微结构化结构中获得高水平的折射率。当所述结构具有垂直于拉伸方向的高度变化或“分布”方向时，这对于形成具有高双折射率的“纤维对称”折射率组的结构尤其有用。

在真正或近似单轴取向薄膜的情况下，ny和nz几乎相同，例如在几个折射率单位百分点之内。使用图28所示的数据缩图，可获得所允许的折射率组的有趣且可提供信息的空间视图。

要想获得绘制在图28中的数据，不管工艺条件如何，首先要计算实际获得的ny和nz折射率的平均值。“单轴折射率”的平均值在此处定义为nu，它是在一个“虚拟”真正单轴条件下的ny/nz期望值的量度。在多层光学薄膜(MOF)偏振片(其包括双折射和各向同性聚合物材料的交替层)中，nu是双折射材料的目标通过状态折射率值，以与第二材料层(在某些情况下具有低折射率)的各向同性折射率相匹配。

第二步，取nx和nu之间的差异。此差异是阻截状态折射率差异，它是虚拟状态下MOF偏振片的反射功率或光学功率的量度。

第三步，相对于虚拟的真正单轴通过状态折射率nu，绘制阻截状态折射率差异图。

图28显示在多种拉伸条件下所得的图，所述条件既有上述真正单轴状态，也有在传统拉幅机设备中执行的简单单向状态(图2-3)。对于跨越从均聚物PEN、各种“coPENs”到均聚物PET范围的聚酯，图中的数据涵盖了由拉伸温度、速率和拉伸比引起的较大范围的有效分子取向。coPENS以PEN类部分与PET类部分的摩尔百分比(mol％)的比率来表示；例如，85/15共聚物(所谓的“85/15coPEN”)是一种含有85mol％的PEN类部分和15mol％的PET类部分的共聚物。

作为图示数据的指导，在整个组合物范围内以10重量％的间隔排列了一组未拟合、等间距的平行线。因此，最顶端的直线表示100％PEN的趋势。第二条直线表示90％PEN和10％PET。第三条直线表示80％PEN和20％PET，以此类推。底端直线表示100％PET的趋势。

图中的数据非常接近于整个组合物范围内的这些直线。以PET和PEN及中间组合物(含有PET和PEN)为例显示基本单轴取向后进行热定形的效果。例如，关于PET，可看出：热定形有效地使折射率组向上移动了一条直线。因此，100％PET在热定形后，其光学行为更像10％PEN和90％PET构成的coPEN。例如，关于PEN，可看出：热定形也有效地使折射率组向上移动。因此，对于给定的材料，特别是在给定的匹配折射率(在x轴上)的情况下，热定形在一般情况下会导致较高的光学功率(在y轴)上。

而且，对于给定水平的光学功率(在y轴上)，与未经处理的材料相比，热定形会使匹配的折射率(在x轴上)增加约0.01或更大。例如，对于给定的高折射率双折射材料如PET，较大的nu控制程度允许更加灵活地选择材料，尤其是MOF之类光学薄膜中的第二种材料(在某些情况下具有低的折射率)。通常，选择此第二种材料以与偏振薄膜中的取向聚酯的ny折射率相匹配。此第二种材料经常是针对其折射率匹配及其流动相容性和机械属性而选择的共聚酯。一般来讲，较高的折射率目标允许此类材料具有较高的玻璃化转变温度。因此，另外的优点在于，使用具有较高玻璃化转变温度的较低折射率材料，在MOF构造中获得附加的尺寸稳定性。而且，使用折射率较高的材料允许MOF构造具有较薄和/或较少的层。

与不对称情况下明显不同，可以看出：对基本单轴拉伸薄膜执行本发明的热定形操作可维持或实际增大薄膜单轴特性的量值。

单轴特性的另一个量度是相对双折射率，它是将两个相似折射率(如ny和nz)之差与显著不同的折射率(如沿主拉伸方向的nx)和两个相似折射率平均值(如nu)之差相比而得到的。可由下面的公式更精确地给出相对双折射率：

相对双折射率＝|ny-nz|/|nx-nu|

其中nu是两个相似折射率ny和nz的平均值，取折射率之差的绝对值。相对双折射率随着薄膜单轴特性的增加而减小。

在一些示例性实施例中，可以看出：本发明的热定形可以维持或实际降低相对双折射率，尤其在某些相对双折射率在热定形之前为0.1或更小的聚酯体系中更是如此。在其它示例性实施例中，会导致相对双折射率小幅增加。在许多实施例中，最终相对双折射率可为0.1或更小，甚至获得0.1或更大值的(绝对)面内双折射率(如在632.8nm处)。在其它实施例中，最终相对双折射率为0.25、0.2或更小。

在本实例的热定形过程中拉伸方向(在一个实例中为横向)上的张力的性质是控制折射率组的重要因素。一般来讲，热定形过程中的较高程度的横向张力趋于使nx的增大程度超过ny/nz，而较低或为零的横向张力趋于增大ny/nz，同时轻度增大nx或者甚至减小其值。因此，较低张力可用于增大ny/nz值，而较高张力则可用于在nu固定的水平下增大光学功率。因此，本文所述的方法提供一种用于提高固定材料构造的对比度的方法。

实例

实例的一般说明：

举例说明使用两种方法将两种聚酯基构造用于制备近似真正单轴的薄膜。第一组实例包括具有PET外表层的多层光学薄膜(MOF)，该薄膜通过本文中参考图7所述的间歇拉幅方法制造而成。第二组实例包括具有PEN外表层的多层光学薄膜(MOF)，该薄膜通过如美国专利No.6,939,499、No.6,916,440、No.6,949,212和No.6,936,209中所述的抛物线拉幅方法制造而成。

在间歇拉伸装置中进行热定形，在此装置中可采用边缘夹具在x和/或y方向上约束薄膜。还可在热定形期间测量这些受限方向上的应力。除非另有说明，否则在175℃下对薄膜进行三分钟热定形。

在实例中，x方向与所谓的横向(TD)相关联，而y方向与纵向(MD)相关联。

使用Metricon Prism Coupler(可购自位于Piscataway，N.J的Metricon公司)测量折射率。一般来讲，该装置有两种模式可用于测量。TE模式用于测量面内折射率。TM模式用于测量厚度方向(例如，“z”)的折射率。因此，可针对各种定向方式的面内状态而采用TM模式进行测量。例如，可在薄膜被定向为测量横向的面内折射率(记作TD/z)的时候采用TM模式。又如，可在旋转薄膜以测量纵向面内折射率(记作MD/z)的条件下采用TM模式。一般来讲，厚度方向的折射率应大致相同，而与面内定向方式无关。但是，由于信号锐度会随着薄膜定向方式的不同而变化，因此可能会导致产生差异。

PET实例：

利用图7中所述的间歇拉幅方法来高度拉伸具有PET表层的MOF薄膜(实例1-7)。利用Metricon Prism Coupler，使用“顶”面和“底”面的平均值来测量拉伸步骤后PET表层中的折射率变化。由于外部PET层极薄，所以在反射强度与入射角的曲线图中，观察到了耦合波型，而非尖锐的拐点。为提高精度，在第一观测波型的前缘位置处均匀地测量折射率。这在某些特定情况下与波型拟合相当吻合，但是在其它情况下可能会导致稍微压低了nx的值。ny和nz模式通常具有较为平缓的读数。此外，使用强度下降的前缘。

使用此方法，632.8nm下的nx、ny和nz的初始折射率平均值分别为1.699、1.541和1.539。因此，使用这些折射率值得到的初始相对双折射率为0.013。

全部结果在下表1中给出。

头两个PET实例说明结合轻微连续拉伸(在额外的5％拉伸比的条件下结束)使用热定形。在这些实例中，同时在x(TD)和y(MD)方向以张紧形式装上薄膜。由于边缘夹持系统的非连续特性，使得纵向约束低于恒定的初始应变。薄膜显示出增加的nx和近似恒定的ny和nz。察觉到不对称性有极小幅度的增加。除去纵向约束可减小这种不对称性。

在第三个PET实例中，在x和y方向上以张紧方式装上薄膜，但是在热定形过程中不进行拉伸。同样地，x折射率(TD折射率)会增大，而ny保持近似恒定。令人惊奇的是，nz在热定形后增大，但是该效果部分可能由测量方法所致，因为拐点在热定形后变尖锐了。因此，在这种情况下，不对称性可能降低或者至少得到保持。

在第四个PET实例中，仅在x方向以张紧方式安装薄膜。可观察到nx增加得最多。ny和nz仅有微量增加。

在第五个PET实例中，薄膜开始以轻度松弛的状态被安放在装置中。在此松弛状态下，2.5英寸的横向跨度向面外弯曲了约0.25英寸。在此情况下，nx的增量仅为第四个PET实例中增量的二分之一，但是ny增加了近一倍。nz仅有微量增加。薄膜在热定形结束时变得张紧。

在第六和第七个PET实例中，薄膜的初始松弛程度为第五个PET实例中的两倍。在这些重复的情况下，薄膜在热定形后仍保留轻度的残余松弛。在这些情况下，nx基本保持恒定，而ny和nz增加了近似相同的量。在第六个实例中，在首次热定形后对薄膜进行测量，并重新安放以进行第二步骤，在175℃下再保持3分钟。可观察到nz和ny进一步增大，而且nx仍近似保持不变。

可利用预测的密度增加来评估热定形对于结晶度的影响，密度的增大可由折射率增大推断出，参照美国专利No.6,788,463(以引用的方式并入本文)中的Lorenz-Lorentz关系的各向异性类似物的相关内容(参见表2和4中的Lorentzian)。非晶态密度取作1.335g/cc，而完全结晶态的密度取作1.457g/cc。体积极化率取作0.73757cc/g。如表2所示，分析表明：在这些样品中结晶度(例如，以小数0.32表示的晶体组分相当于结晶度为32％)从刚好高于30％增加至第六个PET实例中经过两次处理情况下的40％。在一个示例性实例中，PET在热定形后的结晶度大于33％(如实例2)；在另一个示例性实例中，PET的结晶度大于36％(如实例3和实例6在第一次热定形后)；在另一个示例性实例中，PET的结晶度大于37％(如实例1和实例7在第一次热定形后)；在另一个示例性实例中，PET的结晶度大于38％(如实例5)；在另一个示例性实例中，PET的结晶度大于39％(如实例4)；在另一个示例性实例中，PET的结晶度大于40％(如实例6在第二次热定形后)。

可预知，更长的时间和更高的温度将进一步增大结晶度和折射率变化。

PEN实例：

利用抛物线拉幅方法高度拉伸具有PEN表层的多层光学薄膜(MOF)。使用得自连续的最终薄膜的单一纵向路线上的薄膜，以增强初始状态的重复性。利用Metricon Prism Coupler，使用“顶”面和“底”面的平均值来测量拉伸步骤后PEN表层中的折射率变化。同样地，根据PET实例使用通过波模和强度拐点的前缘来测量折射率的方法。

制造两个PEN表层的复制实例(实例8-9)。薄膜开始以轻度松弛的状态安放在装置中。在此松弛状态下，2.5英寸的横向跨度向面外弯曲了约0.5英寸。将薄膜在175℃下热定形3分钟。薄膜在处理后仍保留残余松弛。由热定形产生的折射率变化在表3中给出。

如下表3所示，前缘方法(“通过拐点”)相比而言非常类似于Metricon随附软件中给出的“偏移”模式方法。(前缘方法为操作员进行估测，而非使用Metricon随附的拐点估测软件进行估测。)使用这些方法，632.8nm下的nx、ny和nz的初始折射率平均值分别为1.868、1.569和1.553。因此，使用这些折射率值得到的初始相对双折射率为0.053。

从PET低张力或无张力的情况可以看出，ny和nz增大。然而，在这些条件下，nx实际上显著下降。因此，可以预知薄膜的后续收缩较小。这些实例的一个区别是：当前的PEN实例在拉伸后不具有PET实例所具有的较强的内束状态。因此，该折射率的下降一部分与热定形期间的残余应力消除和粘弹性松弛有关。可以预知：与未经处理的初始薄膜相比，PEN表层薄膜在热定形后具有显著更低程度的高温(例如，在比PEN玻璃化转变温度高的温度，最高至热定形温度)收缩。在第二个复制实例中，在第一次热定形后对薄膜进行测量，并重新安放以进行第二步骤，这次在190℃下保持3分钟。观察到ny和nz显著增大，同时nx仅有轻度下降，这与第六和第七个PET表层实例中的趋势一致。

对所有未经处理的PEN表层薄膜、经过第一次热定形的薄膜和经过更严格的第二次热定形的薄膜测试机械凹痕/压印抵抗能力。要测试压印抵抗能力，可将压敏粘合剂层压到薄膜的一个表面上，然后再将此表面层压到玻片上。将一片BEF^TM增亮薄膜(可购自3M Company，St.Paul，MN)的微结构化表面放置在上述薄膜的暴露表面上，并在顶部放150g的重物以确保紧密接触。所得的压强预计为200克/平方英寸。然后在85℃下测试薄膜24小时。初始薄膜和经过第一次轻度热定形处理的薄膜具有适度的压印抵抗能力，但会产生明显的凹痕。经过更严格的第二次热定形处理的薄膜基本上不会有凹痕。

此外，可利用预测的密度增加来评估热定形对于结晶度的影响，密度的增大可由折射率增大推断出，参照美国专利No.6,788,463中的Lorenz-Lorentz关系的各向异性类似物的相关内容。PEN的非晶态密度取作1.329g/cc，完全结晶态的密度取作1.407g/cc。体积极化率取作0.81501cc/g。如表4所示，分析表明：结晶度在第一个加热步骤中增加很小，从而进一步证明作为粘弹性松弛之一的折射率变化机制。

这也表明结晶度是影响压印抵抗能力的一个主要因素。在进行更严格的热定形之后，薄膜获得了更高的结晶度(估计为约48％)。该结晶程度更高的成品薄膜在本发明实例中显示出最高的压印抵抗能力。

在一个示例性实例中，PEN在热定形后的结晶度大于28％(如实例8)；在另一个示例性实例中，PEN的结晶度大于30％(如实例9在第一次热定形后)；在另一个示例性实例中，PEN的结晶度大于48％(如实例9在第二次热定形后)。

如实例所示，第二次或后续的热定形步骤可用于获得所需的薄膜特性。

CoPEN实例：

共聚酯实例10：

通过向挤出机中加入85mol％的PEN(特性粘度(IV)约为0.5)和15mol％的PET(IV约为0.8)的颗粒混合物来形成其组成介于PEN和PET之间的共聚酯。物料在挤出过程中发生原位酯交换反应，并通过浇铸而形成包含所谓的85/15coPEN的透明且未取向的浇铸料片。包含该材料的薄膜可用作诸如反射偏振片薄膜等多层光学薄膜中的双折射层。

从浇铸料片上切下一个6cm(长)×2.5cm(宽)的条带，然后在实验室拉伸设备上进行拉伸。在130℃下对该条带预热1分钟，然后以20％/秒的标称拉伸速率沿其长度方向(宽度方向上无约束)拉伸至最终拉伸比为5.5，该拉伸比通过拉伸前在薄膜上所做的基准标记而测得。

拉伸后，使薄膜骤冷至室温，然后利用Metricon Prism Coupler在632.8nm下沿长度、宽度和厚度方向测得折射率分别为1.8436、1.5668和1.5595。因此，拉伸后获得的相对双折射率为0.061。

然后以轻度初始张力将取向的薄膜沿长度方向安置(宽度方向无约束)，然后在170℃下加热两分钟。再次使薄膜骤冷，然后利用Metricon Prism Coupler在632.8nm下沿长度、宽度和厚度方向测得折射率分别为1.8404、1.5718和1.5492。因此，拉伸后获得的相对双折射率为0.081。

共聚酯实例11：

以同实例10相似的方式使85/15coPEN成形并对其进行拉伸。包含该材料的薄膜可用作诸如反射偏振片薄膜等多层光学薄膜中的双折射层。

然后以轻度初始张力将取向的薄膜沿长度方向安置(宽度方向无约束)，然后在190℃下加热30秒。在190℃下再对薄膜加热90秒，同时拉伸比由拉伸后的初始值5.5x降至热定形后的4.7x。再次使薄膜骤冷，然后利用Metricon Prism Coupler在632.8nm下沿长度、宽度和厚度方向测得折射率分别为1.8185、1.5827和1.5576。因此，拉伸后获得的相对双折射率为0.101。

单轴取向的含有聚碳酸酯/共聚酯共混物各向同性层的多层光学薄膜的热定形

比较例1

多层光学薄膜-PEN/CoPEN5545HD/CoPEN7525HD反射偏振片

由第一光学层(由聚萘二甲酸乙二醇酯制成)和第二光学层(由共聚萘二甲酸乙二醇酯(CoPEN5545HD)制成)及表层或非光学层(由玻璃化转变温度较高的共聚萘二甲酸乙二醇酯(CoPEN7525HD)制成)构成多层反射偏振片薄膜。

上述PEN和CoPEN5545HD通过多层熔体流道(multilayer meltmanifold)共挤出，以制成具有275层交替的第一和第二光学层的多层光学薄膜。将该275层多层层叠件分成3部分，并层叠成825层。PEN层为第一光学层，并且CoPEN5545HD层为第二光学层。除了第一和第二光学层之外，还将一组也由CoPEN5545HD构成的非光学层共挤出而作为光学层层叠件两侧的PBL(保护边界层)。还将两组包含CoPEN7525HD的表层通过附加熔体端口共挤出在PBL非光学层的外侧上。该多层薄膜以如下的层顺序构造：CoPEN7525HD表层、CoPEN5545HD PBL、825个PEN/CoPEN5545HD交替的光学层、第二CoPEN5545HD PBL和第二表层CoPEN7525HD。

将多层挤出薄膜以每分钟15米(每分钟45英尺)的速度浇铸到冷却辊上，并在150℃(302

)的烘箱中加热30秒，然后以5.5∶1的拉伸比进行单轴取向。取向后，将拉伸后的多层薄膜传送到200℃的热定形烘箱中并在其中保持15秒。制成厚度为约150微米(6密耳)的反射偏振片薄膜，此薄膜易机械碎裂，因此无法在不发生断裂的情况下进行膜片处理、卷绕成卷或模切成数个薄膜部分。

比较例2

多层光学薄膜一CoPEN9010/CoPEN-tbia/CoPEN-tbia反射偏振片

由第一光学层(由共聚萘二甲酸乙二醇酯(CoPEN9010)制成)和第二光学层(由共聚萘二甲酸乙二醇酯(CoPEN-tbia)制成)及表层或非光学层(由共聚萘二甲酸乙二醇酯(CoPEN-tbia)制成)构成多层反射偏振片薄膜。

上述CoPEN9010和CoPEN-tbia通过多层熔体流道共挤出，以制成具有275层交替的第一和第二光学层的多层光学薄膜。CoPEN9010层为第一光学层，并且CoPEN-tbia层为第二光学层。除了第一与第二光学层之外，还将一组也由CoPEN-tbia构成的非光学层共挤出而作为光学层层叠件两侧的PBL(保护边界层)。还将两组包含CoPEN-tbia的表层通过附加熔体端口共挤出在PBL非光学层的外侧上。该多层薄膜以如下的层顺序构造：CoPEN-tbia表层和PBL层、275层CoPEN9010/CoPEN-tbia交替的光学层以及第二组CoPEN-tbia表层和PBL层。

将多层挤出薄膜以每分钟15米(每分钟45英尺)的速度浇铸到冷却辊上，并在150℃(302

)的烘箱中加热30秒，然后以6.5∶1的拉伸比进行单轴取向。取向后，将拉伸后的多层薄膜传送至200℃的热定形烘箱中并在其中保持15秒。制成厚度为约37微米(1.5密耳)的反射偏振片薄膜，此薄膜易机械碎裂，因此无法在不发生断裂的情况下进行膜片处理、卷绕成卷或模切成数个薄膜部分。

实例3

多层光学薄膜-PEN/CoPEN5050HH/SA115反射偏振片薄膜

由第一光学层(由聚萘二甲酸乙二醇酯制成)和第二光学层(由共聚萘二甲酸乙二醇酯(CoPEN5050HH)制成)及表层或非光学层(由脂环族聚酯/聚碳酸酯共混物制成，可以商品名“SA115”从Eastman Chemical CO.商购获得)构成多层反射偏振片薄膜。

将上述PEN和CoPEN5050HH通过多层熔体流道共挤出，以制成具有275层交替的第一和第二光学层的多层光学薄膜。将该275层多层层叠件分成3部分，并层叠成825层。PEN层为第一光学层，并且CoPEN-5050HH层为第二光学层。除了第一与第二光学层之外，还将一组也由CoPEN5050HH构成的非光学层共挤出而作为光学层层叠件两侧的PBL(保护边界层)。还将两组SA115表层通过附加熔体端口共挤出在PBL非光学层的外侧上。以如下的层顺序构造：SA115表层、CoPEN5050HH PBL层、825层PEN和CoPEN-5050HH交替的光学层、第二CoPEN5050HHPBL层和第二SA115表层。

将多层挤出薄膜以每分钟15米(每分钟45英尺)的速度浇铸到冷却辊上，并在150℃(302

)的烘箱中加热30秒，然后以5.5∶1的拉伸比进行单轴取向。取向后，将拉伸后的多层薄膜传送至200℃的热定形烘箱中并在其中保持15秒。制成厚度为约150微米(6密耳)的反射偏振片薄膜。此种薄膜不易机械碎裂，并易于被卷成薄膜卷和模切成数个薄膜部分而不会发生断裂。

实例4

多层光学薄膜-CoPEN9010/SA115/SA115反射偏振片薄膜

由第一光学层(由聚萘二甲酸乙二醇酯(CoPEN9010)制成)和第二光学层及表层(均由脂环族聚酯/聚碳酸酯共混物制成，可以商品名“SA115”从Eastman Chemical CO.商购获得)构成多层反射偏振片薄膜。

将CoPEN9010和SA115通过多层熔体流道共挤出，以制成具有275层交替的第一和第二光学层的多层光学薄膜。CoPEN9010层为第一光学层，并且SA115层为第二光学层。除了第一与第二光学层之外，还将一组也由SA115构成的非光学层共挤出而作为光学层层叠件两侧的PBL(保护边界层)。还将两个由SA115构成的表层通过附加熔体端口共挤出在PBL非光学层的外侧上。以如下的层顺序构造：SA115外表层和PBL层、275层CoPEN9010和SA115交替的光学层，以及另一组SA115 PBL和外表层。

将多层挤出薄膜以每分钟22米(每分钟66英尺)的速度浇铸到冷却辊上，并在139℃(283)的烘箱中加热30秒，然后以6∶1的拉伸比进行近似真正单轴取向。取向后，将拉伸后的多层薄膜传送至200℃的热定形烘箱中并在其中保持15秒。制成厚度为约30微米(1.2密耳)的反射偏振片薄膜，此薄膜不易机械碎裂，并易于被卷成薄膜卷或模切成数个薄膜部分而不会发生断裂。

以上实例中的聚合物的制备说明。

PEN的制备

通过向间歇式反应器中加入以下原材料来合成用于形成第一光学层的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)：萘二甲酸二甲酯(136kg)、乙二醇(73kg)、乙酸锰(II)(27g)、乙酸钴(II)(27g)和乙酸锑(III)(48g)。在2个大气压(1520托或2×10⁵N/m²)的压力下，将此混合物加热至254℃，同时移除甲醇(酯交换反应的副产物)。移除35kg的甲醇后，向反应器中添加膦酰基乙酸三乙酯(49g)，使压力缓慢降至1托(131N/m²)，同时加热到290℃。连续移除缩聚反应副产物乙二醇，直至产生特性粘度为0.48dl/g(如在重量百分比为60/40的苯酚/邻二氯苯混合物中所测)的聚合物。

CoPEN9010的制备

通过向间歇式反应器中加入以下原材料来合成用于形成第一光学层的共聚萘二甲酸乙二醇酯(CoPEN9010)：126kg萘二甲酸二甲酯、11kg对苯二甲酸二甲酯、75kg乙二醇、27g乙酸锰、27g乙酸钴和48g三醋酸锑。在2个大气压(2×10⁵N/m²)的压力下，将此混合物加热至254℃，同时移除甲醇。移除36kg的甲醇后，向反应器中添加49g的膦酰基乙酸三乙酯，使压力缓慢降至1托，同时加热到290℃。连续移除缩聚反应副产物乙二醇，直至产生特性粘度为0.50dl/g(如在重量百分比为60/40的苯酚/邻二氯苯混合物中所测)的聚合物。

CoPEN5545HD的制备

通过向间歇式反应器中加入以下原材料来合成用于形成第二光学层的共聚(萘二甲酸乙二醇酯-萘二甲酸己二醇酯)聚合物(CoPEN5545HD)：2，6-萘二甲酸二甲酯(88.5kg)、对苯二甲酸二甲酯(57.5kg)、1，6-己二醇(4.7kg)、乙二醇(81kg)、三羟甲基丙烷(239g)、乙酸钴(II)(15g)、乙酸锌(22g)和乙酸锑(III)(51g)。在2个大气压(2×10⁵N/m²)的压力下，将此混合物加热至254℃，使混合物开始反应，同时移除反应产物甲醇。在反应完成且除去甲醇(约39.6kg)后，向反应容器中加入膦酰基乙酸三乙酯(37g)，将压力降至1托(263N/m²)，同时加热至290℃。连续移除缩聚副产物乙二醇，直至产生特性粘度为0.56dl/g(如在重量百分比为60/40的苯酚/邻二氯苯中所测)的聚合物。利用此方法制备的CoPEN5545HD聚合物的玻璃化转变温度(Tg)为94℃，如利用差示扫描量热法在升降温速率为20℃/分钟下所测。CoPEN5545HD聚合物在632nm下的折射率为1.612。

CoPEN7525HD的制备

通过向间歇式反应器中加入以下原材料来合成用于形成第二光学层的共聚(萘二甲酸乙二醇酯-萘二甲酸己二醇酯)聚合物(CoPEN7525HD)：2，6-萘二甲酸二甲酯(114.8kg)、对苯二甲酸二甲酯(30.4kg)、1，6-己二醇(5.9kg)、乙二醇(75kg)、三羟甲基丙烷(200g)、乙酸钴(II)(15g)、乙酸锌(22g)和乙酸锑(III)(51g)。在2个大气压(2×10⁵N/m²)的压力下，将此混合物加热至254℃，使混合物开始反应，同时移除反应产物甲醇。在反应完成且除去甲醇(约39.6kg)后，向反应容器中加入膦酰基乙酸三乙酯(37g)，将压力降至1托(263N/m²)，同时加热至290℃。连续移除缩聚副产物乙二醇，直至产生特性粘度为0.52dL/g(如在重量百分比为60/40的苯酚/邻二氯苯混合物中所测)的聚合物。利用此方法制成的CoPEN7525HD聚合物的玻璃化转变温度(Tg)为102℃，如利用差示扫描量热法在升降温速率为20℃/分钟下所测。CoPEN7525HD聚合物在632nm下的折射率为1.624。

CoPEN5050HH的制备

通过向间歇式反应器中加入以下原材料来合成用于形成第二光学层的共聚(萘二甲酸乙二醇酯-萘二甲酸己二醇酯)聚合物(CoPEN5050HH)：2，6-萘二甲酸二甲酯(80.9kg)、对苯二甲酸二甲酯(64.1kg)、1，6-己二醇(15.45kg)、乙二醇(75.4kg)、三羟甲基丙烷(2kg)、乙酸钴(II)(25g)、乙酸锌(40g)和乙酸锑(III)(60g)。在2个大气压(2×10⁵N/m²)的压力下，将此混合物加热至254℃，使混合物开始反应，同时移除反应产物甲醇。在反应完成且除去甲醇(约42.4kg)后，向反应容器中加入膦酰基乙酸三乙酯(55g)，将压力降至1托(263N/m²)，同时加热至290℃。连续移除缩聚副产物乙二醇，直至产生特性粘度为0.55dl/g(如在重量百分比为60/40的苯酚/邻二氯苯的混合物中所测)的聚合物。利用此方法制成的CoPEN5050HH聚合物的玻璃化转变温度(Tg)为85℃，如利用差示扫描量热法在升降温速率为20℃/分钟下所测。CoPEN5050HH聚合物在632nm下的折射率为1.601。

CoPEN-tbia的制备

在加有以下物质的间歇式反应器中合成CoPEN-tbia聚合物：2，6-萘二甲酸二甲酯(47.3kg)、对苯二甲酸二甲酯(18.6kg)、1，4-环己烷二甲醇(40.5kg)、新戊二醇(15kg)、乙二醇(41.8kg)、三羟甲基丙烷(2kg)、乙酸钴(II)(36.3g)、乙酸锌(50g)和乙酸锑(III)(65g)。在2个大气压(2×10⁵N/m²)的压力下，将此混合物加热至254℃，使混合物开始反应，同时移除反应产物甲醇。

在反应完成且移除了所有的甲醇(约13.1kg)后，向反应容器中加入间苯二甲酸叔丁酯(43.2kg)。在254℃下继续进行反应，直至移除了约7.4kg水并且反应完毕为止。向反应容器中加入膦酰基乙酸三乙酯(70g)，使压力降至1托(263N/m²)，同时加热至290℃。连续移除缩聚副产物乙二醇，直至产生特性粘度为0.632dl/g(如在重量百分比为60/40的苯酚/邻二氯苯混合物中所测)的聚合物。利用此方法制成的CoPEN-tbia聚合物的玻璃化转变温度(Tg)为102℃，如在利用差示扫描量热法在升降温速率为20℃/分钟下所测。CoPEN-tbia聚合物的折射率为1.567。

本文中提及或引用的所有专利、专利申请、临时专利申请和出版物的全部内容均以引用的方式并入本文，包括所有附图与表格，除非其与本说明书中明确教导的内容不一致。

应该理解，本文所述的实例和实施例仅出于说明目的，本领域的技术人员可根据这些实例和实施例进行各种修改或更改，并且这些修改或更改包括在本发明的精神和范围内。

Claims (7)

1.一种加工薄膜(32)的方法，该方法包括：

夹持所述薄膜(32)的相对边缘部分，同时沿纵向传输所述薄膜(32)，其中所述薄膜(32)具有拉伸方向上的初始折射率、与所述拉伸方向正交的面内方向上的初始折射率以及厚度方向上的初始折射率；

通过沿发散的路径移动所述的相对边缘部分来单轴拉伸所述薄膜(32)，以形成单轴拉伸后的薄膜(32)；以及

将单轴拉伸后的所述薄膜(32)热定形；

其中所述的将单轴拉伸后的所述薄膜(32)热定形的步骤导致单轴拉伸后的所述薄膜(32)的与所述拉伸方向正交的所述面内方向上的最终折射率大于与所述拉伸方向正交的所述面内方向上的所述初始折射率。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发散路径为大致抛物线形。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述的热定形步骤包括：将拉伸后的所述薄膜加热至比该薄膜中的至少一种聚合物组分的玻璃化转变温度高的温度。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述的热定形步骤包括：将拉伸后的所述薄膜(32)加热至比该薄膜中的全部聚合物组分的玻璃化转变温度都要高的温度。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述的热定形步骤包括：将拉伸后的所述薄膜(32)加热至介于所述薄膜(32)的玻璃化转变温度与其熔点之间的温度。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，其中，所述的拉伸步骤包括：将所述薄膜(32)拉伸至拉伸比超过4。

7.一种采用根据权利要求1-6中任意一项所述的方法制备的薄膜。

Images