CN102401921A - 高遮蔽反射膜与其制造工艺 - Google Patents

Abstract

一种高遮蔽性的反射膜与其制造工艺，该高遮蔽反射膜包括一光学反射膜、一偏光片及结合层，光学反射膜由多层不同材质堆叠的介电质光学膜所组成；偏光片可将射向该偏光片的光线中部分的光线吸收并产生一偏振态，结合层将光学反射膜与偏光片以特定方式结合固定。光学反射膜由多层不同材质堆叠的介电质光学干涉膜所组成，利用光学干涉的原理，能将大部分打入光学反射膜的光线反射，部分穿透。偏光片则可将射入光线中约一半的光线吸收一半穿透。利用光学反射膜材质和偏光片两者反射特性的不同，拉大反射率差异。即此高遮蔽反射膜会使不同方向射入光线的反射率差异大幅增加，使此高遮蔽反射膜达到单向镜的防窥效果。

Description

高遮蔽反射膜与其制造工艺

技术领域

本发明提供一种高遮蔽性反射膜与其制造工艺，特别是针对由一光学反射膜和一偏光片结合而成的具有防窥效果的光学反射膜。

背景技术

一般的玻璃有很好的透光性，人站在玻璃任一面都可以看到另一面的事物。另有一种单向镜则产生有不同的效果，当安装至窗户时，室内的人仍可以轻易看到户外的人，就像一般透明的玻璃一样，但由于室内户外的光线反差颇大，户外的人对单向玻璃却像在照镜子，很难看清室内的景物。

现有的单向镜和普通玻璃不同之处在于，单向镜在基材的表面设置有一层或多层薄的金属膜或金属氧化物膜，这种是以金属如镍、铬、银或铝等等或其相关金属氧化物所制成的涂料，因为其厚度很薄，可以反射部分的光，但也同时让部分的光穿透，而一部分光线也会被金属或金属氧化物所吸收。此类单向镜可参考美国专利第3,661,686号(公告于1972年5月)中所描述的单向镜，其组成可参考图1。

单向镜的构成中包括一个弹性基板15，其具有一个粗糙面，基板15上方则形成一金属层16，外部则可贴附有被覆层17，此被覆层17可设计具有纹理的表面。在弹性基板15的另一表面上则可贴附另一具有纹理的塑料层18。图1所显示的层状结构形成一个可让部分光线穿透与部分光线反射的单向镜或是双向镜，视用途而定。

除了现有技术中以金属或金属氧化物薄膜制作的单向镜之外，建筑玻璃或车用玻璃常亦会以玻璃内添加染色色料的方式来降低阳光直射的亮度，但此种添加染料或色母的方式所制作的玻璃或膜片，其内部与外部的反射率几乎一样差异并不大，使得外面的人亦可以轻易看见室内，而几乎无隐密性。以上方式所制作的单向镜，皆无法达成高度单向遮蔽性的功能，且即使有遮蔽性时此时的穿透率数值普遍过于低，造成透光率过低，使室内的人亦不易辨识外面的景物。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高遮蔽反射膜与其制造工艺，不同于现有的应用玻璃或软性透明基板上镀上一层或多层金属制作单向镜的技术，本发明屏除使用镀金属膜的制作方式，所提出的高遮蔽反射膜组成主要包括一光学反射膜和一偏光片，和将两者固定结合的结合层，以达到单向镜的防窥效果。

根据实施例，此高遮蔽反射膜主要结构有由多层不同材质堆叠的介电质光学膜所组成的光学反射膜、可将射向偏光片的光线中部分的光线吸收并产生一偏振态的偏光片，以及将两层结合固定的结合层。

特别的是，光学反射膜由至少两种以上相异的材料反复堆叠而成，并且其中至少有一材料在不同方向轴上具有不同的折射率，具有光学异相性；而结合层内添加高分子光扩散颗粒或金属颗粒或金属氧化物颗粒，另外，偏光片中具有一抗反射层或一低反射层。

其中结合于光学反射膜的偏光片的制作方式包括有先备置富化学活性的透明塑料板，再将透明塑料板浸渍在一碘的水溶液中，使其中碘离子扩散渗入透明塑料板内层的材料，经加热后，执行一拉伸程序，为的是使透明塑料板内原本呈任意角度无规则分布的分子受力拉伸后成一致偏转于拉伸作用力的方向，并使得附着在透明塑料板上的碘分子具有一方向性，形成一偏光片。

之后，根据光学反射膜的配向方向轴，再调整偏光片的配向方向轴，再以一结合层结合形成高遮蔽反射膜。

附图说明

图1所示为现有技术的单向镜结构示意图；

图2显示本发明高遮蔽反射膜实施例结构示意图；

图3显示本发明高遮蔽反射膜各层间光路示意图；

图4显示本发明高遮蔽反射膜各层中配向轴方向示意图；

图5描述本发明高遮蔽反射膜的制造工艺；

图6为本发明实施例中的样品实际测量其穿透率与双面反射率曲线实验图。

其中，附图标记说明如下：

弹性基板15 金属层16

被覆层17 塑料层18

高遮蔽反射膜20 光学反射膜21

结合层22 偏光片23

配向方向轴111，131 表面001，003

接口102，203 曲线tt1，tr1，tr2

步骤S501～S517高遮蔽反射膜制造工艺

具体实施方式

根据本发明提出的高遮蔽反射膜的实施例，可请参考图2所示的实施例示意图。其中高遮蔽反射膜20主要结构有光学反射膜21与偏光片23，再通过结合层22将上下两层结合。其中实施例之一的特征在于光学反射膜21是由至少两种以上相异的材料反复堆叠而成，并且其中至少有一材料在不同光线射入方向轴上具有不同的折射率，故此光学反射膜21具有光学异相性。

此高遮蔽反射膜20中各层结构能够偏折入射光线，通过光路的设计产生高遮蔽的效果。请参考图3所示的根据上述高遮蔽反射膜20形成的光路示意图，本实施例中的光线光路讨论主要以400nm～700nm光谱范围，且具无偏振态的可见光为主，而文中描述的光线能量比值，亦主要以400nm～700nm的可见光为讨论范围。但实际上本发明可以根据需求将波段延展到红外线或紫外光的区域来做设计，亦可因需求使用具偏振态光源。

根据图3所示，光线射入光学反射膜21的入射光线2a，遇到光学反射膜21后的部分反射光线2b，与部分的穿透光线2c，而各穿透反射光线的能量的比重通过调整光学反射膜21、结合层22与偏光片23的材质和厚度而改变。入射光2a射向光学反射膜21后会有部分反射光2b、2d、2f、2h与部分穿透光2c、2e、2g、2i产生。反射光2b和穿透光2i能量总和加上一些光线在穿透此高遮蔽反射膜20中各材质所被吸收损耗的能量将等于入射光2a的能量。在此实施例中穿透光2i的能量约占入射光2a能量的20％～70％，反射光2b能量约占入射光2a的1～10％。

从另一方向打入高遮蔽反射膜20的入射光2j首先射向偏光片23，其中光路会产生部分反射光2k、2m、2o、2q与部分穿透光2l、2n、2p、2r。其中穿透光2r和反射光2k的能量总和加上一些光线在穿透此高遮蔽反射膜20中各材质的光路中被材料所吸收损耗的能量将等于入射光2j的能量。

在本实施例中，穿透光2r的能量约占入射光2j能量的20％～70％，但反射光2k能量约占入射光2j的1％～15％。反射光2k的能量比重占入射光2j的比重可以通过偏光片23的材质组成改变。一般偏光片23会有抗反射层(Anti Reflection Coating)或低反射层(Low Reflection Coating)来降低反射率，若偏光片23上有再设置抗反射层或低反射层将会使反射光2k的能量变小。此种利用光线打入高遮蔽反射膜20的不同两面方向会产生相当大的反射率差异，将可制造出有单向镜的遮蔽效果，而相较一般传统蒸镀或溅镀金属方式制造的产生的单向镜而言，本发明的高遮蔽反射膜20便能在高穿透率下达成高反射率差异。

一般而言，入射光2j经过偏光片23会被吸收掉约30％～80％的能量，这是由于偏光片23并非全波段都有一致的吸收、反射、和穿透光谱，一般偏光片的设计大部分在400nm～700nm可见光区有30％～80％的吸收比例，在非可见光如红外线波段或紫外光波段的吸收特性则较不一定。

入射光2j经偏光片23后在其内部被吸收30％～80％的光线能量，其余未吸收的光线进入偏光片23将会形成穿透光2l与反射光2k，而穿透光21遇到偏光片23与结合层22的接口203会产生反射光2m和穿透光2n，而穿透偏光片23的穿透光2n此时则具有一特定偏振态(polarization)，一般经过偏光片23后产生特定偏振态属于线偏振光(linear polarization)，偏振度(Degreeof Polarization)则介于80％～100％之间。而穿透光2n再继续经过结合层22，本实施例中的结合层22主要是将偏光片23和光学反射膜21结合。结合层22一般可为感压胶(Pressure Sensitive Adhesives)，可行的接合方式可通过压力或加热固化或以紫外光固化等方式将偏光片23和光学反射膜21通过结合层22将偏光片23和光学反射膜21两者结合固定并仍保持一定的透光性，亦可在结合层22内部添加一些化学添加剂如光扩散颗粒可帮助光扩散、功能型助剂或金属或金属氧化物颗粒能使高遮蔽反射膜20反射红外线或吸收紫外线。

穿透光2n经过结合层22与光学反射膜21之间的接口102仍会有部分反射光2o反射与穿透光2p穿过光学反射膜21，此时穿透光2n本身与穿透光2l仍具有相近的偏振态，在本实施例中皆是具有线性偏振光，当然穿透光2n与穿透光2l的偏振光偏振度也会受偏光片23与结合层22等各不同材质的影响而改变，如果选用的材质本身具有相位延迟(Retardation)的功能，入射光线的偏振态与偏振度将会有所改变。入射光2j一般是无偏振态的光线，但是从打入偏光片23的表面003起，每经过不同的材质和接口时，其相位延迟都会有所改变，所以偏振态也会有所改变，一直到穿透光2n、穿透光2p、穿透光2r等穿透光其偏振态都会所改变，但实际上这些穿透光与反射光的偏振态的改变可以通过调整偏光片23与光学反射膜21的配向轴方向、内部材质、材料厚度等等来做调整。

请参考图4为上述实施例的立体示意图，光学反射膜21的配向方向轴111是表示光学反射膜本身在制作时经过一特定的机械延伸(Stretch)的过程而产生的配向方向轴，由于机械性的强迫延伸会造成光学膜内的分子的配向(Align)。一般对称且无偏振态的自然光线遇到经过配向的光学材质，将会因此产生特定的偏振态或使光线产生非对称的光线折射或光线散射行为。偏光片23本身在制作过程也经过延伸机的配向延伸制造工艺来造成偏振光功能。图4的中偏光片23经过配向延伸处理后，其配向方向轴131显示出其经过机械延伸的轴向方向。

可配合图5描述的本发明高遮蔽反射膜的制造工艺，其中主要描述偏光片23的制造工艺，并通过结合层22与光学反射膜21结合。

偏光片23的制作原理是先备置一张柔软富化学活性的透明塑料板(较佳为聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol，PVA)所制)(步骤S501)，并浸渍在碘的水溶液中(步骤S503)，使碘离子扩散渗入内层的PVA材料，加热(微热)(步骤S505)后经人工或机械执行一拉伸程序(步骤S507)，此PVA板变长后，原本呈任意角度无规则分布的分子受力拉伸后逐渐一致偏转于拉伸作用力的方向，附着在PVA上的碘分子也随之有方向性。

特别的是，PVA上的碘分子可吸收平行于其排列方向的光束电场分量，只让垂直方向的光束电场分量通过，利用上述原理就可以制造偏光片23。然而，在一实施例中，上述形成的PVA膜在延伸后，通常机械性会降低，变得易碎裂，所以在此实施例，PVA膜经拉伸程序后，通常会在此PVA膜两侧贴上醋酸三纤维素薄膜(TAC)所组成的透明基板，一方面可作为保护层，一方面则可防止PVA膜的回缩。故制造工艺可先备置醋酸三纤维素薄膜(步骤S509)，再将此保护PVA膜的TAC经过蚀刻、水洗及干燥等表面处理(步骤S511)后，再与偏光片23本身的PVA膜作贴合(步骤S513)。偏光片23会视其需要在表面处理来加强抗刮的硬度或降低其表面光线反射。

而偏光片23与光学反射膜21两者的配向方向设置和相对设置方向都会影响光线的偏光态，故制造工艺接着分别调整偏光片23和光学反射膜21两者的配向方向轴111和131(步骤S515)，最后通过结合层22结合偏光片23与光学反射膜21(步骤S517)，结合层22的实施例之一特别添加高分子光扩散颗粒来增加雾化效果，亦可添加金属颗粒或金属氧化物颗粒吸收和反射红外线，亦可添加紫外光吸收剂来吸收紫外光线。根据上述制造工艺产生的反射膜，其设置正确的配向方向轴111和131将可以获得高遮蔽反射膜20。

本发明主要将偏光片23的机械延伸轴方向和光学反射膜21的方向调整到接近平行可以获得最大的效益，即光学反射膜21的配向方向轴111和偏光片23配向方向轴131接近平行时，高遮蔽反射膜20的穿透率会越高而反射率差异也会越大。若配向方向轴111和配向方向轴131两者之间的夹角越大时则高遮蔽反射膜20的穿透率和反射率差异皆会降低。本发明可以针对所需的反射率差异和穿透率差异我们可以调整配向方向轴111和配向方向轴131的相对角度，当配向方向轴111和配向方向轴131互相垂直时此时的反射率差异将会最小，而穿透率也会降到最低。我们由此调整两者配向轴角度的方法便可以改变高遮蔽反射膜20的穿透率和相对的反射率差异。

可继续参考上述图3所示的各层光路示意图，其中入射光2a打入光学反射膜的表面001将会产生反射光2b和穿透光2c，依序再打入光学反射膜21和结合层22的接口102和结合层22和偏光片23的接口203分别也产生穿透光2e、2g和反射光2d、2f。最后再射向偏光片23的表面003产生穿透光2i和反射光2h。图3中的光学反射膜21主要是将自然无偏振态的光转化成具偏振态，此外光学反射膜21还具有高度反射光线的功能，光线2a打入光学反射膜21后穿过的穿透光2e具有高度的偏振态，而穿透光2e能量约占入射光2a的30％～70％，较佳比例约占入射光2a的40％～60％，最佳约占入射光2a的45％～55％。而实际上穿透光线2c经过光学反射膜21内部时上经过数十到数百次多次内部反射，图中仅为示意。因为在光学反射膜21内部由于多层膜的光学干涉原理会造成光线在内部产生相干性(coherent)反射，因为光学反射膜21本身是由多层膜(multilayer film)组成，实际组成光学反射膜21的光学膜堆数目在数十层到数百层之间，此种多层光学膜利用光学干涉原理改变光学特性又称为光学干涉薄膜。一般的光学干涉薄膜由数层折射率不同的膜片或膜堆组成，每层膜堆的厚度皆在50奈米到1000奈米左右。光学干涉薄膜其功用是一种能使特定波长区段的光通过，或使其它波长区段的光反射的光学组件，目前常使用于如光谱带通、带止、长波通或短波通的滤光片、光通量调变装置、光开关、光信息的记存装置、防伪卷标等。

本发明的光学反射(或干涉)膜设计原理请参考美国第5,103,337号(公告于1992年4月7日)专利。其利用光学干涉的原理：当两个以上光波相叠时，两者的光程差为波长的整数倍时，则称为「同相」，因而形成强度相加的「建设性干涉」，此时反射率提高；若两者的光程差为半波长的整数倍时，则称为「反相」，因而形成强度相消的「破坏性干涉」，此时反射率降低。

因此，通过不同的材质、厚度的膜堆反复堆叠，则能够设计出特定波长光线反射，其它波长通过的光学干涉膜，光线的波段范围便可依需求来调整设计。

实际光学反射膜21的设置与制作方式可参照美国专利号第3,610,729号(公告于1971年10月)和第3,711,176号(公告于1973年1月)和第5,976,424号(公告于1999年11月2日)等专利，其中所述的利用至少两种高低不同折射率的高分子材质经挤压出(extrusion)后再经过延伸机延伸改变其分子配向与折射率而造成偏光反射的特性，利用此机制即可以控制光线打入光学反射膜21后的波段反射率、穿透率和偏振态和偏振度等光学特性，此种高分子所制作的光学反射膜21具有异相性(anisotropic)，即至少一种材料在不同的方向轴上具有不同方向的折射率，而且光学反射膜21至少有一材质具有等向性(isotropic)，光线打入此光学反射膜21会因偏振态不同而有不同的反射与穿透特性。所以图3所示的入射光2a打入光学反射膜21后，约30％～70的光线会穿透形成穿透光2c，较佳的穿透光比例是穿透光2c约占穿透光2a的45％～55％。穿透光2c会在光学反射膜21内部与内部数十数百层的多的多层光学膜产生干涉反射而产生更多反射或穿透光线(图3中未画出多层膜干涉反射和穿透光线的光线，关于等向性多层膜光学膜与异向性多层光学膜的详细光学干涉理论说明可以参考H.A.Macleod的《薄膜光学滤镜(Thin-film optical filters)》与R.M.A.Azzam的《椭圆偏振光(Ellipsometryand polarized light)》书籍)。

接着，图3中射向偏光片23的入射光2j，除穿透光2l之外，经过偏光片23内部后的光线几乎都被完全吸收了，几乎没有反射光在偏光片内部形成，这也是本发明为什么能拉大两方向入射光反射率的最主要原因。根据本发明实施例，比较由两不同方向分别打入光学反射膜21和偏光片23的反射光能量差异，若以相同能量的穿透光2a与穿透光2j分别由不同方向打入高遮蔽反射膜20内，此时由光学反射膜21方向打入的主要反射光应包含2b和在光学反射膜21内部经多层光学干涉反射的光线(图3中未绘出内部多层膜干涉的光线光路)，而由偏光片23打入的光线其反射光部分主要包含反射光2k，而在偏光片23内部几乎无额外反射光产生，因大部分除了穿透、反射外都被吸收了，而众所皆知的一般偏光片23能部分吸收非偏振光，其能量的比重约占了一半以上。所以由光学反射膜21打入的反射光总能量明显会多于由偏光片23打入的反射光总能量，其两者反射光能量比约多大3～50倍，最佳约在7～15倍。其倍率变化较大是因为偏光片23可以设置抗反射或低反射层降低反射，使反射率降低到1％～15％左右，而光学反射膜21亦能提高反射率到大于50％，而此拉大两者反射率差异便能得到更佳的遮蔽性和单向镜的特性。反射率的差异大致由以上方式调整之外可再由光学反射膜21和偏光片23的配向方向轴111和配向方向轴131和两者相对设置的角度和方向而改变，光线不论由偏光片23打入或者由光学反射膜21的方向打入最后的穿透光都具有一定的偏振态。

再接着参考图6所示本发明实施例中的样品实际测量其穿透率与双面反射率曲线实验图。其中将穿透率和两个不同方向量测的反射率变化同时显示在同一张图中，横坐标为波长，纵坐标则为相对强度数值(可为穿透率或反射率)。

图中曲线tt1为本发明实施例的实验样品一的穿透率光谱曲线，曲线tr1为测量光线从偏光片23(可参考图2)方向射向实验样品一的反射率光谱曲线一。曲线tr2为测量光线从图2中的光学反射膜21方向射向实验样品一的得出的反射率光谱曲线二。

由曲线tt1、tr1、tr2可以发现其实验样品一的两面平均反射率的数值差异数值多大于30％以上，或两面平均反射率的比值(即tr2和tr1先于特定波段内取平均值之后再将数值大者除以数值小者获得此平均反射率比值)约介于3～50之间，较佳比值约落在3～17倍左右。而除了高差异的双面反射率，其穿透率亦维持45～55％左右的高穿透率，此现象明显和利用蒸镀或溅镀方式所制作金属膜的光学膜片不同，亦不像蒸镀或溅镀等方式制作的金属薄膜会因薄膜干涉产生频谱不均匀而间接造成颜色的不均匀。

根据图6数据所示，本发明的高遮蔽反射膜其穿透率和反射率几乎能维持一定数值，便能明显降低色差，降低颜色不均的现象。本发明的高遮蔽反射膜本身由于偏光膜23与光学反射膜21具有一定的支撑力可作为基材单独使用，亦可以将此高遮蔽反射膜额外上背胶后可将其贴附于固定的基板上使用，如将其贴附于车用或建筑玻璃或塑料板材上。

然而以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，因此即局限本发明的专利范围，故凡运用本发明说明书及附图内容所为的等效结构变化，均同理包含于本发明的范围内。

Claims (16)

1.一种高遮蔽反射膜，其特征在于所述的高遮蔽反射膜包括：

一光学反射膜，由多层不同材质堆叠的介电质光学膜所组成；

一偏光片，可将射向该偏光片的光线中部分的光线吸收并产生一偏振态；以及

一结合层，将该光学反射膜和该偏光片结合并固定。

2.如权利要求1所述的高遮蔽反射膜，其特征在于所述的光学反射膜由至少两种以上相异的材料反复堆叠而成，并且其中至少有一材料在不同方向轴上具有不同的折射率，具有光学异相性。

3.如权利要求1所述的高遮蔽反射膜，其特征在于所述的结合层内添加高分子光扩散颗粒、金属颗粒、金属氧化物颗粒或紫外光吸收剂。

4.如权利要求1所述的高遮蔽反射膜，其特征在于所述的偏光片中具有一抗反射层或一低反射层。

5.如权利要求1所述的高遮蔽反射膜，其特征在于所述的偏光片对于400nm～700nm的无偏振光的平均反射率约1％～15％。

6.如权利要求1所述的高遮蔽反射膜，其特征在于所述的偏光片对于400nm～700nm的无偏振光的平均穿透率约在30％～60％。

7.如权利要求1所述的高遮蔽反射膜，其特征在于所述的光学反射膜对于400nm～700nm的无偏振光的平均反射率在30％～70％。

8.如权利要求1所述的高遮蔽反射膜，其特征在于所述的光学反射膜对于400nm～700nm的无偏振光的平均穿透率约在30％～70％。

9.如权利要求1所述的高遮蔽反射膜，其特征在于所述的高遮蔽性的反射膜的整体对于400nm～700nm的无偏振光的平均穿透率约在30％～70％。

10.如权利要求1所述的高遮蔽反射膜，其特征在于所述的高遮蔽反射膜的整体对于400nm～700nm的无偏振光的两面平均反射率比值的数值约落在3～50之间。

11.如权利要求1项所述的高遮蔽反射膜，其特征在于所述的高遮蔽反射膜的整体对于400nm～700nm的无偏振光的两面平均反射率比值的数值约落在3～17之间。

12.一种如权利要求1所述的高遮蔽反射膜的制造工艺，其特征在于所述的制造工艺包括：

备置一光学反射膜，该光学反射膜由多层不同材质堆叠的介电质光学膜所组成；

备置一富化学活性的透明塑料板；

将该透明塑料板浸渍在一碘的水溶液中，使其中碘离子扩散渗入该透明塑料板内层的材料；

加热；

执行一拉伸程序，使该透明塑料板内原本呈任意角度无规则分布的分子受力拉伸后成一致偏转于拉伸作用力的方向，并使得附着在该透明塑料板上的碘分子具有一方向性，形成一偏光片；

根据该光学反射膜的配向方向轴，再调整该偏光片的配向方向轴；以及

通过一结合层结合该偏光片与该光学反射膜，形成该高遮蔽反射膜。

13.如权利要求12所述的高遮蔽反射膜的制造工艺，其特征在于所述的透明塑料板用聚乙烯醇制成。

14.如权利要求13所述的高遮蔽反射膜的制造工艺，其特征在于，在该透明塑料板经该拉伸程序后，在该透明塑料板两侧贴上一醋酸三纤维素薄膜所组成的透明基板。

15.如权利要求14所述的高遮蔽反射膜的制造工艺，其特征在于所述的醋酸三纤维素薄膜经过一表面处理后，与该透明塑料板贴合。

16.如权利要求12所述的高遮蔽反射膜的制造工艺，其特征在于，通过该结合层结合该偏光片与该光学反射膜的结合方式为一压力结合、加热固化或紫外光固化。

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