CN118159882A - 具有着色膜的反射控制型线栅偏振器 - Google Patents

具有着色膜的反射控制型线栅偏振器 Download PDF

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CN118159882A CN202280070383.2A CN202280070383A CN118159882A CN 118159882 A CN118159882 A CN 118159882A CN 202280070383 A CN202280070383 A CN 202280070383A CN 118159882 A CN118159882 A CN 118159882A
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J·布朗
T·R·克努特森
M·S·布林努
G·卡尔森
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Abstract

具有镜面层的线栅偏振器与着色膜层压在一起。着色膜为线栅偏振器的镜面层提供了防刮擦保护，并为用这种线栅偏振器制成的光学透镜提供了有色的镜面外观。当线栅偏振器与特定的着色膜配对时，着色膜层压的线栅偏振器在透射颜色和反射颜色之间显示出不同的强度。线栅偏振器沉积在光致变色膜的结构化表面上，以形成光致变色的线栅偏振器。

Description

具有着色膜的反射控制型线栅偏振器
相关申请
本申请要求2021年10月18日提交的申请号为63/262,679，标题为“Wire Gridpolarizer Reflection Control With Colored Films”的美国临时申请的权益和优先权，其全部内容通过引用结合到本文中。
背景技术
光学透镜的偏振功能由于用作接目镜而要求具有透射性，并且通常通过使用拉伸的聚酯或聚乙烯醇或PVA膜来提供，该膜随后被诸如碘或合适的有机染料的导电材料浸渍。这种拉伸膜偏振片可以具有高达99.9％的偏振效率。然而，在如此高的效率水平下，光透射率却通常降低到接近20％的水平。
另一种类型的偏振滤光器是线栅偏振器，这种偏振滤光器可以替代目前可用的基于PVA的偏振滤光器，线栅偏振器通常使用彼此间隔较短距离光刻沉积在基板上的细金属丝。由于其高的热稳定性，线栅偏振器通常用于视频投影系统、医学成像和数码相机。线栅偏振器在眼镜中的使用要少得多，这是因为与其他常见的偏振技术相比，线栅偏振器的成本相对较高，并且这些金属栅易于将入射光反射回佩戴者的眼睛中，造成视觉干扰。因此，线栅偏振器由于费用和这种不利的反射性能特征，在眼镜制造商中仍然不太受欢迎。
然而，如果可以控制线栅偏振器的后侧反射和生产成本，那么这种类型的偏振器对于太阳镜行业来说将是更好的选择，因为线栅偏振器比目前可获得的PVA基或其它类似的偏振滤光器具有更高的热稳定性。
如果包含光学透镜的线栅偏振器可以涂覆有反射镜叠层的附加层以提供镜面光洁度，或者线栅偏振器上的反射涂层可以由反射导体金属形成，则该线栅偏振器可以更加美观和具有可取性。
然而，将镜面光洁度应用于偏振光学透镜的现有技术使用批量溅射或真空沉积工艺。这些工艺成本高昂，主要是因为它们无法实现连续工艺的规模经济。此外，这些方法生产的偏光透镜的镜面层是最后沉积的，使得镜面层保留在透镜表面上，而在该透镜表面上可能暴露于透镜使用、运输和储存中固有的其他危险之中。因此，镜面涂层易受磨损和环境损害的影响，这可能会降低偏振光学透镜的质量。例如，当这种透镜中的反射镜叠层发生损坏(例如划痕)时，这种损坏相对明显并降低了光学透镜的视觉外观的美观。传统的真空沉积方法还有另外的限制，特别是在施加商业上理想的选项—镀银反射镜时，该过程具有挑战性。
因此，提供一种具有镜面光洁度的偏振光学透镜将是有利的，该透镜在镜面层的顶部结合了附加膜，例如着色膜或其它类似的功能膜，例如功能光致变色膜，其中着色膜或功能光致变色膜可以作为用于偏振器镜面光洁度的保护层，使其免受磨损和其它环境损害。
因此，需要开发一种使用改进的线栅偏振器的线栅偏振光学透镜，该线栅偏振器在透镜的后面或佩戴者侧具有降低的反射率，可以大规模低成本地生产，并且在透镜的前面或观看者侧具有镜面光洁度，其中镜面层可以用美学上吸引人的选择的透明有色膜或功能性光致变色膜来保护。
发明内容
本说明书描述了一种用于偏振入射光束的线栅偏振器，其包括平行复合线阵列。在一些示例中，每根复合线包括涂层叠层，该涂层叠层具有涂覆在低折射率金属层上的至少一个高折射率材料层，其中该涂层叠层配置为将线栅偏振器的后反射降低到6％以下。
在一些示例中，镀银镜面层可以沉积在线栅偏振器的顶面上，并且着色膜可以与镜面层层压在一起，以保护镜面层免受磨损和环境损害。当这种着色膜层压的具有镜面光洁度的线栅偏振器被结合到光学透镜中时，它可以向观察者提供光学透镜的美学上吸引人的有色镜面外观，并且线栅偏振器可以将光学透镜的后侧反射降低到6％以下。
在一些示例中，当线栅偏振器与着色膜层压在一起时，线栅偏振器可以显示不同强度的透射和反射颜色。在这种情况下，着色膜层压的线栅偏振器的反射颜色的强度可以高于着色膜层压的线栅偏振器的透射颜色的强度。
在一些示例中，光学透镜可以包含具有结构化表面的功能性光致变色膜，并且线栅偏振器可以沉积在功能性光致变色膜的结构化表面上以形成层压制品。包含功能性光致变色膜和线栅偏振器的层压制品可以夹在两个附加保护层之间。在一些示例中，保护层可以包含与光学透镜的基础材料相同的材料。
根据一些示例，当高折射率金属层朝向线栅偏振器的佩戴者侧涂覆时，着色膜层压的具有镜面光洁度的线栅偏振器可以配置为仅减少光学透镜的后侧反射。在一些实施例中，当高折射率金属层朝向线栅偏振器的观察者侧涂覆时，着色膜层压的具有镜面光洁度的线栅偏振器配置为仅减少光学透镜的前侧反射。在一些实例中，当高折射率层被涂覆在线栅偏振器的观察者侧和佩戴者侧时，着色膜层压的具有镜面光洁度的线栅偏振器配置成减少光学透镜的前侧反射和后侧反射。根据一些示例，着色膜层压的具有镜面光洁度的线栅偏振器配置成将光学透镜的后反射减少到约2％。
附图说明
参考附图，根据本发明示例的以下描述，本发明示例能够实现的这些和其他方面、特征和优点将变得显而易见并得到阐明，其中：
图1是根据本发明某些实施例的眼科制品的正视图。
图2是沉积在透镜玻璃基板上的线栅偏振器的一个例子的截面图。
图3是对照的Al层和玻璃\Al\SiO2\Zr层的反射光谱。
图4是载玻片和SiO2\Zr\SiO2反射控制层(不存在Al层)以及载玻片和Al层和SiO2\Zr\SiO2反射控制层的反射光谱。
图5是载玻片和SiO2\Zr\SiO2反射控制层(不存在铝层)的透射光谱。
图6是在载玻片和Al层上具有反射控制层SiO2\Zr\SiO2的线栅偏振器以及在载玻片和Al层上没有反射控制层SiO2\Zr\SiO2的线栅偏振器的透射光谱。
图7是在载玻片和Al层的前侧和后侧没有反射控制层SiO2\Zr\SiO2的线栅偏振器的反射光谱。
图8是在载玻片和Al层的前侧和后侧具有反射控制层SiO2\Zr\SiO2的线栅偏振器的反射光谱。
图9是显示ZrOxNy涂层的折射率和消光系数的曲线图。
图10是显示包括ZrOxNy、Zr和Al的重要折射率的表格。
图11是在不同气流下具有不同目标厚度的ZrOxNy涂层的Al(对照层)和ZrOxNy/Al/ZrOxNy叠层的反射光谱。
图12是Al/ZrOxNy涂层的光学导纳图。
图13是使用导纳计算器计算的最小化Al反射所需的消光系数和厚度的表格。
图14是显示不同折射率的导纳轨迹的图。
图15是显示不同材料在550nm下的折射率的表格。
图16是显示通过电子束蒸发(E-beam evaporation)在不同O2流量下Ge的折射率的曲线图。
图17是显示通过电子束蒸发在不同O2流量下Ge的消光系数的曲线图。
图18是图案化样品上涂层的偏振光的最大透射光谱。
图19是图案化样品上涂层的偏振光的最小透射率。
图20是图案化样品的Ge侧和Al侧的反射光谱。涂层结构为PUA/Al/Ge。
图21是具有Ge/Al/Ge涂层的图案化样品的前侧和后侧的反射光谱以及作为参考的Al反射光谱。
图22是在有Ge和没有Ge的情况下修改Al工艺之后的透射曲线图。
图23是(i)初始图案(无涂层)；(ii)Al涂层样品；(iii)Ge-Al涂层的对比SEM图像。
图24是改变线栅偏振器周期以控制线或格栅之间间距的示意图。
图25A是示出在400nm-800nm的光下具有相应Ge厚度的Ge的反射率的曲线图。
图25B是显示在550nm的光下具有相应Ge厚度的Ge的反射率的曲线图。
图25C是示出了在400nm-800nm光下具有相应Ge厚度的Ge的透射率的曲线图。
图25D是显示在550nm的光下具有相应Ge厚度的Ge的透射率的曲线图。
图26A是显示在400nm-800nm的光下具有相应Al厚度的Al的反射率的曲线图。
图26B是显示在550nm的光下具有相应Al厚度的Al的反射率的曲线图。
图26C是示出了在400nm-800nm的光下具有相应Al厚度的Al的透射率的曲线图。
图26D是显示在550nm的光下具有相应Al厚度的Al的透射率的曲线图。
图27是层压在两个基膜之间的单面(佩戴者侧)反射控制的着色膜层压的线栅偏振器的结构示意图。
图28是层压在两个基膜之间的具有双面反射控制的着色膜层压的线栅偏振器的结构示意图。
图29是与一层基膜层压的具有一侧(佩戴者侧)反射控制的着色膜层压的线栅偏振器的结构示意图。
图30是与一层基膜层压的具有后侧(佩戴者侧)反射控制的着色膜层压的线栅偏振器的结构示意图。
图31是层压在两个基膜之间的具有后侧(佩戴者侧)反射控制的光致变色层层压的线栅偏振器。
图32是层压在两个基膜之间的具有一侧(佩戴者侧)反射控制的光致变色层层压的线栅偏振器的结构示意图。
图33是显示与没有层压着色膜的线栅偏振器相比，不同着色膜层压的线栅偏振器的透射百分比的曲线图。
图34是显示与没有层压着色膜的线栅偏振器相比，不同着色膜层压的线栅偏振器的反射百分比的曲线图。
图35显示了线栅偏振器上不同着色膜的和不具有层压着色膜的线栅偏振器的透射(T)和反射(R)的L*、a*和b*值的数据。
具体实施方式
现在将参照附图描述本发明的具体示例。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应该解释为限于这里阐述的示例；相反，提供这些示例是为了使本公开彻底和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。附图中示出的示例的详细描述中使用的术语不旨在限制本发明。在附图中，相同的数字表示相同的元件。虽然描述了不同的示例，但是每个示例的特征可以与其他描述的示例互换使用。换句话说，每个示例的任何特征可以相互混合和匹配，并且示例不应该严格地解释为仅包括所示出或描述的特征。
本说明书的一个方面旨在使用卷对卷(roll to roll)技术(纳米压印光刻或NIL)在晶片中制造线栅偏振器以节省成本，并扩大线栅偏振器的生产规模，使得它们可以应用于光学透镜以大量形成线栅偏振光学透镜。
本发明的另一方面寻求产生一种镜面涂覆的线栅偏振器，其对佩戴者的眼睛具有减少的后侧反射，并且对于观察者来说具有类似彩色镜面的前侧外观，其中着色膜或功能膜(例如光致变色膜)层压到镜面涂覆层上。这可以通过设计基板(例如，玻璃载玻片上的聚合物格栅)并用高反射率金属层(例如，铝(Al)层)涂覆聚合物格栅，并通过例如真空沉积方法在铝层顶部沉积另一种具有高吸收率的金属组分(例如，锆(Zr)、镍(Ni)或锗(Ge))来实现。线栅偏振器还可以通过气相沉积法涂覆例如镀银镜面层而具有镜面光洁度，或者通过反射导体金属(例如金、铝、铜、铌、铬、锡或类似金属)涂覆反射涂层而具有镜面光洁度。最后，具有镜面光洁度的偏振器层可以与选择的透明着色膜或功能性光致变色膜层压，以形成着色的具有镜面光洁度的线栅偏振器。在一些其他示例中，具有镜面光洁度的线栅偏振器层可以层压有透明着色膜和任何其他层，例如但不限于抗反射层、防雾层、易清洁层或其他类似层。
在这种应用中，光学制品的前侧指的是观察者一侧，光学制品的后侧指的是佩戴者一侧。前侧和观察者侧，以及后侧和佩戴者侧在整个申请中可互换使用。
在一些示例中，当透明着色膜是例如聚碳酸酯膜时，透明着色膜的厚度可以在大约0.1mm-0.4mm的范围内。在一些其他实例中，如果颜色或色调可以存在于功能性光致变色层中，则层压制品中功能性光致变色膜的厚度可以在约10微米-50微米的范围内。
在本说明书中，具有高吸收率的金属成分的一些非限制性示例可包括锆(Zr)、镍(Ni)或锗(Ge)，聚合物格栅的一些非限制性示例可包括聚碳酸酯、聚氨酯丙烯酸酯或聚氨酯。着色膜的颜色仅受限于不同膜颜色的可用性，一些常见的膜颜色的非限制性例子可以包括蓝色、红色、绿色、深麦秆色和淡紫色。在一些非限制性实例中，着色膜的透明组件可由包括例如聚碳酸酯或三乙酰纤维素的化合物制成。
在一些示例中，可以以不同的方式向透明膜添加颜色。在一些常见的非限制性实例中，透明膜通常可以在母料中混合，然后通过挤出或片材浇铸的方式以制造着色膜。在一些非限制性示例中，类似于着色的过程可用于将颜色扩散到透明膜中。在一些实例中，可在本申请中使用商业上可获得的有色透明膜。
根据一些实例，本申请的线栅偏振器层可以与功能光致变色层层压在一起，以形成光致变色线栅偏振器。
在本说明书的某些实例中，其上层压有彩色透明膜或光致变色层的线栅偏振器的表面是未完成的单焦点或多焦点的光学透镜圆盘的前表面或后表面，或者是完成的单焦点或多焦点光学透镜的前表面或后表面。在本说明书的某些示例中，在浇铸成型或注射成型过程中，在光学制品上形成期望的前表面结构或后表面结构。
概括地说，本发明的第一个目的是实现线栅偏振器的形成，该线栅偏振器偏振可见光谱范围内的波长范围(例如大约380纳米至780纳米)内的电磁辐射。本发明的第二个目的是将线栅偏振器与有色透明膜或光致变色层层压在一起，形成有色线栅偏振器或光致变色线栅偏振器。
第一个目的通过首先在眼科或光学制品如透镜、膜或膜层压制品上形成结构化表面来实现。结构化表面可采用具有几纳米至数百纳米范围内的线性图案或特征的系统。专利号为US10,838,128B2的美国专利也公开了线栅偏振器的形成，该偏振器将可见光范围内的电磁辐射偏振到眼科或光学制品上，例如透镜、膜或膜层压制品，该专利的全部内容通过引用结合到本文中。
在本说明书的某些示例中，形成本发明的线栅偏振器的表面是未完成的单焦点或多焦点光学透镜圆盘的前表面或后表面，或者是完成的单焦点或多焦点光学透镜的前表面或后表面。
图1是根据本说明书的某些实例的成品或半成品透镜10的正视图，透镜10具有前侧12和后侧14。透镜10在前表面12上采用表面结构16，该表面结构16在透镜模制过程中形成，或者由于前侧12的直接表面处理而形成。在本说明书的一些示例中，表面结构16包括用高反射率栅格例如铝(Al)栅格涂覆前表面12。
在一些示例中，本说明书展示了用于光学透镜中的具有Al栅格的线栅偏振器，其可以减少后反射。为了实现这种后反射控制，附加的吸收金属层，例如但不限于Zr或Ni层，沉积在覆盖有电介质层的Al线上，该电介质层包括但不限于SiO2间隙或间隔层。Al格栅上附加吸收金属层的存在有效地降低了由高反射率Al格栅制成的线栅偏振器的反射率。
图2示出了透镜叠层100的一个例子，该透镜叠层100包括基础透镜坯件102(也称为基板)和设置在透镜坯件102前表面上的线栅偏振器120。透镜坯件102可以是聚碳酸酯、玻璃或其他适合用作眼科透镜的材料。
线栅偏振器120通常包括多条细金属线或复合金属线140，其通过电子束蒸发、标准热蒸发、溅射或平版印刷以彼此平行的方向沉积在透镜坯件或基板102上。这些金属线可以彼此间隔40nm至150nm。在一个具体的例子中，金属线间隔大约60nm。
线栅偏振器120的每条线或复合金属线140包括直接沉积在透镜或基板102表面上的第一金属层160、沉积在第一金属层160上的介电层162和沉积在介电层162上的第二金属层164。
在一些示例中，具有透镜坯件102的线栅偏振器120嵌入在层压制品180中。在一些实例中，层压制品的非限制性实例包括包含在两片聚碳酸酯之间的聚氨酯粘合剂。
在一些示例中，第一金属层160包括但不限于Al。每个铝层的厚度可以在10nm-30nm的范围内。取决于沉积工艺或Al的质量，Al层在550nm处具有约0.789至1.015的低折射率。因此，即使在低厚度下，Al也是高反射率金属。线栅偏振器中的Al格栅的彼此间隔可以在40至150之间。在特定示例中，金属线的间隔大约为60nm。
介电层162包括但不限于SiO2。SiO2层的厚度可以在1nm-120nm的范围内变化。通过改变SiO2层的厚度，可以使反射最小化。在这点上，高折射率意味着在参考波长例如约550纳米的波长下，折射率大约大于约1.7。低折射率意味着在参考波长例如约550纳米的波长下，折射率约小于约1.5。对于这个例子，SiO2层的折射率是1.5。
第二金属层164包括但不限于Ni或Zr。Ni或Zr层的厚度可以变化。在一个示例中，Ni或Zr层厚度的非限制性示例为5nm。Ni或Zr是高吸收性金属。在550nm处，Zr的折射率为2.5315，Ni的折射率为1.8。
在一个具体示例中，第一金属层由厚度为27.5nm的Al构成，并且与其他线间隔60nm，介电层162由SiO2构成并且厚度为65nm至70nm，高吸收的第二金属层由Zr构成并且厚度为7nm。在一个示例中，通过电子束沉积、热蒸发或准直溅射沉积第一金属层(例如，Al)来形成透镜叠层。
在一些示例中，用于反射控制的基本结构包括玻璃\Al\SiO2\Zr层的基本结构，其中玻璃被用作基板，并且在玻璃基板的顶面上，设置有平行的、细长的复合线的格栅或阵列(图中未示出)。在玻璃\Al\SiO2\Zr的基本结构中，涂层的厚度可以固定或变化。在一些示例中，基本结构中的Zr厚度是固定的。在一些示例中，Zr的厚度包括但不限于5nm，但是SiO2的厚度是变化的。在玻璃\Al\SiO2\Zr的结构中，Al层的厚度是光学不透明的，因此可以从后侧(即只有Al)和前侧(即Al和具有Zr的反射控制)测量反射。
后侧反射控制的建模数据表明，通过改变玻璃\Al\SiO2\Zr结构中的SiO2间隔层的厚度，可以最小化线栅偏振器的反射。图3中的建模数据显示，玻璃\Al\SiO2\Zr结构的后侧(在玻璃基板上仅具有Al涂层)显示出约80的恒定值的高反射率。玻璃\Al\SiO2\Zr结构的前侧包括Al格栅上的SiO2\Zr反射控制涂层。随着SiO2的厚度在0nm至120nm之间增加，并且Zr层的厚度固定在5nm，线栅偏振器的前侧反射率从大约80降低到低于5。
在本说明书的一些示例中，通过图3中的建模数据获得的涂层的理论概念被应用于线栅偏振器结构，该结构在玻璃基板上使用Al格栅。在小型溅射机中以垂直入射方式涂覆涂层。目标是评估涂覆在Al格栅上的额外高吸收层涂层(如图3中的建模数据预测)是否是一种可行的方法，以减少镀铝区域的反射，同时保持足够的整体透射率。
在一些示例中，涂层中的结构包括基板和不同厚度的SiO2\Zr\SiO2反射控制层。在一些实施例中，反射控制层中单个金属或金属氧化物的厚度包括但不限于基板\70nmSiO2\7nm Zr\65nm SiO2。在反射控制层中，顶部的SiO2进一步减少了反射。
涂在玻璃上的这种设计的反射光谱和透射光谱如图4和5所示。从图4可以看出，当玻璃载玻片上没有Al时，载玻片\70nm SiO2\7nm Zr\65nm SiO2涂层的反射光谱在可见光区从约2％增加到15％。另一方面，当载玻片上的Al涂覆有反射控制层，例如70nm SiO2\7nmZr\65nm SiO2层时，载玻片-Al\70nm SiO2\7nm Zr\65nm SiO2的反射在可见光区从大约18％降低到2％。透过玻璃或玻璃表面测量的反射光谱的差异是由于玻璃相对于对侧空气的折射率造成的，这是意料之中的。图5显示了载玻片和反射控制层的透射光谱，该载玻片和反射控制层即载玻片\70nm SiO2\7nm Zr\65nm SiO2层(载玻片上无Al)在可见光区降低至约50％的近乎恒定值。
将从图4和图5中获得的玻璃基板和反射控制层以及玻璃基板和Al和反射控制层的反射和透射光谱性能应用在线栅偏振器上，结果总结在图6-8中。在一些实例中，涂层嵌入层压制品中，该层压制品包括但不限于聚氨酯或聚氨酯粘合层压制品或压印材料。将这些层嵌入叠层中是很重要的，因为粘合剂或压印材料成为入射介质而不是空气。粘合剂或压印材料的折射率几乎接近1.5，大于空气的折射率。
图6显示了有反射控制层(即70nm SiO2\7nm Zr\65nm SiO2层)或没有反射控制层的透射光谱。从图6可以看出，当栅格偏振器的Al线不包括反射控制层时，可见光区的透射率从大约35％增加到大约48％。图6还示出，当栅格偏振器的Al线包括反射控制层时，与Al线上没有反射控制层时的透射光谱相比，透射率有大约15％到大约35％的较小增加。从图6中的透射光谱可以得出结论，由于高吸收Zr层对入射光的吸收，具有反射控制层的线栅偏振器的透射率降低。
图7显示了当前表面和后表面不包含SiO2\Zr\SiO2反射控制层时，线栅偏振器的反射光谱。当前表面和后表面不包含SiO2\Zr\SiO2反射控制层时，反射光谱的接近重叠强调了反射控制层在线栅偏振器的前表面和后表面上减少反射的重要性。
图8显示了线栅偏振器的后表面(仅Al)和前表面(Al和反射控制层)的反射光谱。在后表面，即通过聚氨酯层压制品的Al表面，可见光区的反射从约18％增加到约45％。然而，对于前表面，当前表面包括Al和反射控制SiO2\Zr\SiO2层时，反射从大约18％减少到大约12％。在一些示例中，在大部分可见光区域内，反射减少了3-4倍。
决定线栅偏振器性能的关键因素是平行的栅格元素的中心间距(有时称为周期或间距)与入射光波长之间的关系。如果栅格的厚度增加，平行栅格之间的周期或间距的尺寸可能减小。上述70nm SiO2\7nm Zr\65nm SiO2反射控制层的限制是涂层所需的层厚和相关的复杂性。SiO2\7nm Zr\65nm SiO2反射控制层至少需要两种附加材料，反射控制层的总厚度约为140nm。该厚度大于线栅偏振器结构的周期所需的尺寸。因此，70nm SiO2\7nm Zr\65nm SiO2的反射控制层不能以一定角度结合在Al格栅的顶部，这将有助于恢复部分透射。因此，需要一种替代的反射控制涂层，其中涂层的厚度小于线栅偏振器的周期，并且反射控制层可以以一定角度结合在Al栅的顶部。
Nature Materials；Vol 12；2013by M.Kats et.al.(其通过引用整体结合于此)该文献中使用了高吸收非金属层来降低线栅偏振器中Al栅的反射率。根据本发明的一些示例，包括非金属层的可选反射控制涂层包括但不限于ZrOxNy。选择ZrOxNy是因为该材料可以由反射性金属氮化物(如ZrN)、吸收性金属氧氮化物(如ZrOxNy)和透明金属氧化物(如ZrOx)改性。
通过沉积亚化学计量的和/或朝向组合物金属侧的所有膜，评估了高吸收ZrOxNy层的光学性质。在图9中示出了在不同氧气流速下得到的折射率(n)和消光系数(k)。图10显示了用于建模考虑的重要折光率(n)。基于模拟数据，Al-My涂层(涂层)的n值为1.4874。而在不同的氮气和氧气流速下，ZrOxNy的n值比Al-My涂层高得多(大于2.0)。因此，基于n值，Al格栅上的高吸收ZrOxNy涂层作为Al格栅的还原控制层是更好的选择。
使用上述n个数据，在载玻片上组装ZrOxNy/Al/ZrOxNy叠层。该涂层组件的目的是检测在不同条件下涂层反射率的降低，例如，使用不同厚度的ZrOxNy和在不同的氧气流速下的条件。图11显示了结果数据集的一个示例。在图11中，载玻片-A1用作对照，载玻片-A1获得约70％至约78％的反射率。载玻片-Al的高反射数据是由于Al格栅上没有涂覆任何减反射层的结果。从图11中还可以看出，可以看到ZrOxNy/Al/ZrOxNy叠层大大减少了入射光的反射。在1.25sccm的气体流速下，当ZrOxNy的厚度为550A时，实现了最低的反射降低。当通过载玻片测量时，这些ZrOxNy/Al/ZrOxNy叠层的反射率可以低至3.61(光反射率)。透过玻璃测量是对由PUA和聚氨酯粘合剂包围的层压结构的外观的模拟匹配。ZrOxNy/Al/ZrOxNy中的涂层厚度为145nm，这考虑了来自前面反射和后面反射的反射控制。这是SiO2\Zr\SiO2的金属介电反射控制层厚度的一半，并且还表现出减少反射的改进性能。
Thin-Film Optical Filters；IOP Publishing；2001by MacLeod，其内容在此全部引入，该文献描述了如何基于涂层的折射率计算涂层的导纳。使用图10中的折射率数据，在Matlab中对涂层叠层ZrOxNy/Al/ZrOxNy的导纳进行建模，以更好地理解结果。图12显示了ZrOxNy/Al/ZrOxNy涂层的光学导纳图。从图12可以看出，对应于1.25sccm氧气流量的指数最接近光学导纳的目标值。
为了优化反射控制层的性能，重要的是考虑折射率对减小反射控制层厚度的影响。因此，使用导纳计算器，反算消光系数和最小化来自Al层的反射所需的厚度的组合。图13总结了消光系数(k)和厚度(d)的反向计算。从图13表格的最后一行可以看出，为了在Al层顶部获得最低的涂层厚度值，需要折射率尽可能高的涂层材料。在图13中，计算表明，为了实现15nm涂层厚度的最低值，所需的折射率值为5。
图14公开了不同折射率的导纳轨迹。图14还证实了需要具有高折射率的涂层来减小反射控制层的厚度。基于图13和图14的建模数据，决定采用高折射率吸收材料作为反射控制层。考虑了几种材料，如图15中的表格所示。
从图15可以看出，锗(Ge)是一种很好的材料选择，因为它具有5.226的高折射率。然而，Ge的消光系数(k，2.106)高于基于图13中导纳计算的期望值，该图显示期望的消光系数标称值为0.25。因此，了解通过电子束蒸发沉积在Al格栅上的Ge膜的实际折射率非常重要。背景氧气和多孔性的结合预计对Ge的折射率有一些影响。
图16和图17示出了当通过电子束蒸发将Ge膜沉积在Al栅格上时的实际折射率(n)和消光系数(k)的数据，并且在不同的氧气流速和550nm的Ge层涂层厚度下测量了n和k值。从图16和图17可以看出，Ge的最高折射率约为4.5，消光系数为1.7。
基于上述数据，在图案化的样品上沉积Ge/Al/Ge和Al/Ge的结构。还包括仅有Al涂层的参考样品。这与已经图案化和金属化的较早制备的样品(Al 112118对照)进行了比较。得到的最大透射和反射光谱如图18-21所示。
图18显示了没有反射控制Ge涂层的两种仅含Al的涂层(例如，仅含Al和Al112118)获得的最大透射率的最高值。然而，这两种只有Al的涂层显示出不同水平的偏振光的最大透射率。两个只有Al的涂层之间最大透射率的差异可能归因于Al涂层的图案或质量。从图18中还可以看出，当涂层结构为Ge/Al/Ge时，最大透射率最低。Al/Ge涂层结构的最大透射率高于Ge/Al/Ge涂层结构。增加的Ge层可能导致Ge/Al/Ge的最大透射率降低。从图18中可以看出，只有Al的样品在低波长下显示出最大透射率的增加，而Ge的加入抑制了这种增加。从图18还可以明显看出，涂层结构中两个Ge的存在比涂层结构包含一个Ge时更能降低透射率。
图19公开了用作对照的两种只有Al的涂层的最小透射值以及Ge/Al/Ge和Al/Ge的涂层结构的最小透射值。从图19中可以清楚地看出，在较低波长下，仅有Al的对照涂层的最小透射率下降。与Al/Ge的最小透射光谱相比，Ge/Al/Ge的涂层结构显示出最小透射的轻微增加。
图20、图21显示了Ge/Al/Ge和Al/Ge涂层结构的反射光谱。应当注意，在Al/Ge涂层中，Ge存在于涂层的后侧，即面向佩戴者眼睛的一侧。图20显示了Al/Ge涂层的反射率。Al侧(面向观察者的一侧)显示出高得多的反射率，而Ge侧(面向佩戴者眼睛的一侧)与Al侧相比显示出小得多的反射率。在本发明的一些实例中，这种涂层结构将使进入佩戴者眼睛的反射最小化，但为观察者提供了类似镜面的外观。根据一些实例，这种涂层结构可用于减少反射，但也可用于通过选择适当的厚度在反射中赋予特定的颜色或外观。
图21显示了Ge/Al/Ge涂层结构从前侧和后侧的反射率，使用载玻片-Al作为参考。Ge层将反射降低了3.5倍。当透过聚碳酸酯膜和PUA观察时，下降幅度更大(大于4)，其中Ge/Al/Ge涂层结构嵌入在PUA或聚碳酸酯层压制品中。这更能体现层压形式的最终外观。由于反射测量包括聚碳酸酯的反射(对于后表面测量)，后表面反射增加了5％。因此，从图20和图21的反射数据可以得出结论，在Ge/Al/Ge涂层结构中，反射减少的效果很好。
Ge/Al/Ge和Al/Ge涂层结构的透射率降低是有挑战的，如前面图18中的最大透射光谱和图19中的最小透射光谱所示。为了理解Ge/Al/Ge和Al/Ge的透射率的降低，首先研究了Al的质量，与之前的对照相比，质量似乎导致透射率普遍降低。为了提高Al的质量，通过减小沉积角度和厚度来改进沉积条件。在这些条件下，图案化Al的透射扫描结果得到显著改善，如图22所示。图22显示了仅含Al涂层的透射图案质量与对照涂层Al 112118相匹配。
图22进一步显示了两种Al沉积条件的比较，一种是Ge存在于Al的外侧(Ge/Al，样品号071719)，另一种是Ge存在于涂层叠层的后侧(Al/Ge，样品号071519)。Ge/Al的透射率随着Ge存在Al的外侧而显著增加。然而，透射值仍然低于仅有Al的样品。与仅有Al的样品相比，Ge/Al层的透射率值较低的原因可能源于总的层厚度与允许耦合的柱之间的间距相当。
为了进一步理解与仅含Al的样品相比，Ge/Al层的透射率较低，对样品进行了SEM成像。SEM成像也将有助于更好地理解反射减少的机理。比较了三个样本：(i)没有金属镀膜或涂层的复制品(裸图案)；(ii)铝涂层样品；和(iii)涂覆有Ge和Al的样品。这些样品的SEM图像如图23所示。ii)和iii)中的样品对应于图22中公开的编号071719的样品(仅Al)和编号071719的样品(Ge/Al)。
图23的SEM图像清楚地显示，虽然Al涂覆的样品(ii)和Ge/Al涂层(iii)之间的Al厚度保持恒定，但是，在Ge/Al层中，随着Ge和Al的涂层厚度一起增加，相邻栅格之间的间距减小。
为了克服相邻栅格之间间距减小的问题，可以修改图案的占空比，而图案的周期保持不变。占空比可以定义为柱宽度与图案总周期的比率。通过降低占空比，可以增加柱之间的间距。图24示意性显示了四个占空比的情况。在图24中，柱顶部的深色阴影区域代表所施加的涂层。W1是柱宽度，W2是柱之间的间距。增加柱之间的间距会增加线之间的间距。图22所示的SEM成像的Ge/Al图案的占空比为50％。从图24可以清楚地看出，随着占空比从50％逐渐降低至13％，柱间距(W2)和线间距会增加。相邻线之间间距的增加将允许在Ge/Al结构中加入额外的Ge层，因此，可以使用Ge/Al/Ge的反射控制涂层结构，同时减轻不希望的透射率或效率的降低。
用于反射控制的锗/铝层的优化；
为了更好地理解反射控制涂层的可能主设计，有必要计算出Ge和Al层的所需厚度，以便实现最小反射。虽然本领域普通技术人员知道通过计算机模拟可以找出Ge和Al层的厚度，但是不可能从计算机模拟中预测Ge和Al层的精确指数或可能发生的界面混合。因此，有必要进行实验设计以确定最佳条件。涂层(Ge和Al层)的设计实验在平坦的玻璃载玻片(未图案化)上进行，并且从玻璃的后表面测量透射和反射。在这种布置中，目标是使反射和透射都最小化。
Ge-玻璃载玻片和Al-玻璃载玻片的设计实验是在Ge和Al的厚度为16nm-36nm和10nm-30nm的范围内进行的。设计实验中的重要指标是透射和反射。结果如图25A、25B、25C、25D和26A图26B、26C、26D所示。Ge厚度范围(图25A、25B、25C、25D)和Al厚度范围(图26A、26B、26C、26D)的透射光谱和反射光谱以两种方式表示—400nm-800nm的平均值，具体是550nm的平均值。
从图25A、25B、25C、25D中的数据可以清楚地看出，目标Ge厚度的标称值约为20nm，以实现最低的反射和透射。从图26A、图26B、图26C、图26D中的数据可以清楚地看出，目标Al厚度约为27.5nm以实现最低的反射和透射。因此，对于单表面Ge/Al反射控制，涂层叠层的总厚度为47.5nm。在一些示例中，这种单表面Ge/Al反射控制可以用作偏振镜太阳透镜。对于双向反射控制(Ge/Al/Ge)，涂层叠层的总厚度为67.5nm。在这些优化条件下，平均反射率低于6％。在本说明书的一些示例中，除去载玻片的后表面反射(4％)，平均反射仅为2％。此外，对于WGP，反射仅为该值的一半或1％。根据一些实例，在这种条件下，透射率仍然较低，在400nm-800nm下的值约为1.5％。根据一些实例，涂层厚度的优化提供了大于90％且优选大于95％的偏振效率。
在一些示例中，高折射率/Al/高折射率叠层的使用能够将来自WGP的反射从40％-50％减少到5％-10％。根据折射率和消光系数，通过优化图案和优化材料选择，有可能进一步降低到5％以下。
在本说明书的一些示例中，高折射率材料用于形成四分之一波长层。高折射率材料的期望折射率大于3，消光系数大于0.20。在一些示例中，期望的高折射率材料包括但不限于Ge、Si和这些材料的合金。
线栅偏振器中的涂层结构可以减小线栅中柱(以及线)之间的间距。这将降低偏振器的性能(降低透射和/或偏振效率，以及更大的波长依赖性)。在本说明书的一些示例中，通过应用占空比来增加柱之间的间距增加了线之间的间距并提高了线栅偏振器的性能。
在本说明书的一些示例中，除了减少反射之外，通过选择适当的厚度，涂覆的线堆叠可用于在反射中赋予特定的颜色或外观。这可能会在一面产生彩色镜面的外观，然后在后面产生低反射。
如前所述，线栅偏振光学透镜的类似彩色镜面的外观在美学上是令人愉悦的，因此是令人满意的。线栅偏振器的镜面层可以层压有透明的着色膜，以保护镜面涂层免受磨损和环境损害。将具有镜面光洁度的线栅偏振器层与选择的透明着色膜层压在一起以形成有色的具有镜面光洁度的线栅偏振器可能更加美观和具有可取性，并且可能具有更高的市场需求。
对透镜进行着色的镜面抛光的现有技术使用批量溅射或真空沉积工艺。真空沉积工艺是昂贵的，主要是因为在这种工艺中不能获得大规模生产的经济性。此外，通过真空沉积工艺生产的最终产品具有作为表面顶层沉积的镜面层。因此，镜面层暴露于光学透镜使用、运输和储存中固有的磨损和其他危险之中。传统的真空沉积方法存在额外的限制，特别是在应用镀银镜面方面，该方法具有挑战性，而镀银镜面是商业上理想的选择。
为了克服传统真空沉积工艺的局限性并生产大尺寸的具有镜面光洁度的线栅偏振器，本说明书利用气相沉积工艺来形成具有镜面光洁度的线栅偏振器。为了防止镜面层被划伤，具有镜面光洁度的线栅偏振器与选择的透明的着色膜层压在一起。这产生了有色的具有镜面光洁度的偏振层，其中镜面层受到着色层的保护以免受磨损和其他危害，并且有色层的颜色仅受不同膜颜色的可用性限制。这种着色膜层压的线栅偏振器的几何形状适合于卷对卷加工，这种加工可以快速生产大量适于模塑成透镜的有色的具有镜面光洁度的线栅偏振层压制品。通过这种方法生产的彩色的线栅偏振层压制品适合于随后施加额外的抗划伤涂层。因此，在以下部分中，本说明书描述了光学透镜的着色膜层压、具有镜面光洁度的线栅偏振器的一些非限制性示例。
专利号为10,838,128B2的美国专利公开了线栅偏振器的形成，该偏振器将可见光范围内的电磁辐射偏振到眼科或光学制品上，例如透镜、膜或膜层压制品，该专利的全部内容通过引用结合到本文中。该参考文献公开了透镜、膜或膜层压制品的结构化表面可以采用线性图案或特征的系统，线性图案或特征例如几纳米至数百纳米范围内的峰和谷，以形成线栅偏振器。
遵循专利号为10,838,128B2的美国专利中所示的相同基本设计，在本说明书的一些示例中，线栅偏振器可以形成在透镜、膜或膜叠层的图案化或结构化表面上。在某些实例中，用于透镜、膜或膜层压制品的图案化或结构化表面的材料可包括但不限于聚碳酸酯、聚氨酯丙烯酸酯或聚氨酯。
在本说明书的某些实例中，一旦膜、透镜或层压制品已经形成有结构化或图案化表面，并且线栅偏振器的复合线在图案化表面上生成，则可以将附加层或涂层，例如着色膜层、镜面涂层或硬涂层和/或抗反射涂层层压或施加到结构化表面上，以便嵌入线栅偏振器并为偏振器提供物理和环境保护。
在这些可以施加在膜、透镜或层压制品的结构化表面上的附加层或涂层中，将镜面涂覆的线栅偏振器与选择的透明着色膜层压在一起以形成有色的具有镜面光洁度的线栅偏振器是非常理想的，因为它具有美学吸引力。
在一些非限制性示例中，着色膜层压的线栅偏振器可以层压有至少一个附加保护层，例如但不限于聚碳酸酯层，或者可以层压在两个附加保护层之间，例如两个聚碳酸酯层。
根据本说明书的一些其他示例，一旦膜或层压制品已经形成有结构化或图案化表面并且线栅偏振器的复合线在图案化表面上生成，则可以沉积功能性光致变色层，例如具有一种或多种光致变色染料的粘合剂层，并与基膜层例如聚碳酸酯层层压，以便将线栅偏振器嵌入层压体结构中。光致变色层压制品然后可以用于形成具有本发明的线栅偏振器的偏振光学制品，并且可以通过注射成型或浇铸成型的方式以形成层压透镜，例如单焦点或多焦点眼科透镜。在一些实例中，光致变色层或粘合剂可以包括但不限于聚氨酯粘合剂。
在一些非限制性实例中，光致变色层层压的线栅偏振器可以层压在两个附加保护层之间，例如两个聚碳酸酯层。在一些实例中，光致变色层层压的线栅偏振器可以通过粘合剂粘合在两个聚碳酸酯层之间，例如但不限于聚氨酯粘合剂。在一些示例中，保护层可以包括与透镜的基础材料相同的成分。在一些非限制性示例中，基板材料还可以包括聚碳酸酯。
在一些非限制性示例中，本发明的线栅偏振器可以形成有单侧反射控制，例如，偏振器的层压制品的前侧(佩戴者侧)可以涂覆有反射控制层和反射层，反射控制层例如但不限于Ge层，而反射层，例如，Al层可以沉积在反射控制层的顶部以提供镜面效果。镜面层还可以涂有粘合剂，例如聚氨酯粘合剂。具有镜面光洁度的线栅偏振器的粘合剂层还可以与着色膜层压在一起，以形成有色的线栅偏振器。在这种布置中，线栅偏振器的涂层可以是表面材料/Ge/Al/着色膜的顺序。在一些示例中，用高反射控制层涂覆偏振器层压制品的前侧意味着沉积具有高吸收率和折射率的金属或复合金属成分。在一些示例中，高折射率Ge层可以包括低得多的厚度，并且可以大大减小着色膜层压的线栅偏振器的总厚度。
在一些示例中，本发明的线栅偏振器可以形成有双面反射控制，例如，观察者和佩戴者两个面都可以涂覆有具有高吸收率和折射率的金属或复合金属成分的反射控制层，例如但不限于Ge层，并且线栅偏振器可以进一步与着色膜层压以形成有色的线栅偏振器。在这种布置中，线栅偏振器的涂层可以是表面材料/Ge/Al/Ge/着色膜的顺序。
在一些示例中，本发明的线栅偏振器可以形成有单侧反射控制，例如，佩戴者侧可以涂覆有具有高吸收率和折射率的金属或复合金属成分的反射控制层，例如但不限于Ge层，并且线栅偏振器可以进一步与着色膜层压以形成有色的线栅偏振器。在这种布置中，线栅偏振器的涂层可以是表面材料/Ge/Al/着色膜的顺序。
在一些示例中，本发明的线栅偏振器可以形成在具有单侧反射控制的功能性光致变色膜的结构化表面上，例如，佩戴者侧可以涂覆有具有高吸收率和折射率的金属或复合金属组分的反射控制层，例如但不限于Ge层。在这种布置中，线栅偏振器的涂层可以是光致变色层/Ge/Al/着色膜的顺序。
在一些非限制性示例中，本发明的线栅偏振器可以形成有单侧反射控制，例如，偏振器的层压制品的前侧(佩戴者侧)可以涂覆有反射控制层和反射层，反射控制层例如但不限于Ge层，而反射层例如Al层可以涂覆在反射控制层的顶部以提供镜面效果。镜面层还可以涂有粘合剂，例如聚氨酯粘合剂。具有镜面光洁度的线栅偏振器的粘合剂层可以进一步与功能性光致变色膜层压在一起，以形成功能性光致变色膜层压的线栅偏振器。在这种布置中，线栅偏振器的涂层可以是表面材料/Ge/Al/光致变色膜的顺序。
图27示出了本说明书的线栅偏振器的层压结构200的一个例子。从图27中可以看出，膜210的前表面被图案化，线栅偏振器形成有单侧反射控制(佩戴者侧)，着色膜220用粘合剂层，例如聚氨酯粘合剂层270层压在线栅偏振器的前表面上。在该图中，反射控制材料(Ge)240首先沉积在膜210的图案化前表面上，并且反射Al层230沉积在Ge层的顶部上，以在观察者侧提供具有镜面光洁度的佩戴者侧的反射控制。镜面层可进一步涂覆有粘合剂层，例如聚氨酯粘合剂270层。具有镜面光洁度的线栅偏振器的粘合剂层270层压有着色膜220。着色膜层压的线栅偏振器进一步层压在两个附加保护层250和260之间，例如两个聚碳酸酯层之间，以形成层压结构200。
图28示出了本说明书的线栅偏振器的层压结构300的另一个例子。从图28中可以看出，膜310的前表面被图案化，线栅偏振器形成有双面反射控制(佩戴者和观看者两个面)，着色膜320用粘合层370层压在线栅偏振器的前表面上。在该图中，第一反射控制材料(Ge)340首先沉积在膜310的图案化前表面上，然后沉积反射Al层330，第二反射控制材料(Ge)340沉积在Al层330的顶部上，以提供双面反射控制。线栅偏振器的顶面还涂覆有粘合剂，例如聚氨酯粘合剂370。具有镜面光洁度的线栅偏振器的粘合剂层370层压有着色膜320。着色膜层压的线栅偏振器进一步层压在两个附加保护层350和360之间，例如两个聚碳酸酯层之间，以形成层压结构300。
图29示出了本说明书的线栅偏振器的层压结构400的另一个例子。如图29所示，膜410的前表面被图案化，线栅偏振器形成有单侧反射控制(佩戴者侧)，着色膜420通过粘合剂层470层压在线栅偏振器的前表面上。在该图中，反射控制Ge层440首先沉积在膜410的图案化前表面上，反射Al层430沉积在Ge层440的顶部上，以在观察者一侧提供具有镜面光洁度的佩戴者侧反射控制。镜面层进一步涂覆有粘合剂，例如聚氨酯粘合剂470。具有镜面光洁度的线栅偏振器的粘合剂层470层压有着色膜420。着色膜层压的线栅偏振器在后侧层压有保护层460，例如聚碳酸酯层，以形成层压结构400。在该示例中，着色膜420可以用作线栅偏振器的层压结构400的保护层。
图30示出了本说明书的线栅偏振器的层压结构500的另一个例子。从图30中可以看出，膜510的后表面被图案化，线栅偏振器形成有单侧反射控制(佩戴者侧)，着色膜520用粘合剂层570层压在线栅偏振器的前侧(观察者侧)。在该图中，反射Al层530首先沉积在膜510的图案化后表面上，反射控制材料540沉积在Al层530的顶部上，以提供后侧或佩戴者侧的反射控制。反射控制材料540还涂覆有粘合剂，例如聚氨酯粘合剂570。具有镜面光洁度的线栅偏振器的粘合剂层570层压有着色膜520。着色膜层压的线栅偏振器在后侧层压有保护层560，例如聚碳酸酯层，以形成层压结构500。
图31示出了本说明书的线栅偏振器的层压结构600的另一个例子。在该示例中，线栅偏振器由光致变色层形成，而不是与着色膜层压。如图31所示，膜610的后表面形成图案，线栅偏振器形成有单侧反射控制(佩戴者侧)。在该图中，反射Al层630首先沉积在膜610的图案化后表面上，反射控制材料640沉积在Al层630的顶部上，以提供后侧或佩戴者侧的反射控制。光致变色染料和粘合剂层620在后侧(佩戴者侧)与基膜层660层压以形成层压结构600。在该非限制性示例中，光致变色膜层压的线栅偏振器层压在两个保护层650和660之间，例如两个聚碳酸酯层之间，以形成层压结构600。
图32示出了本说明书的线栅偏振器的层压结构700的另一个例子。在该示例中，线栅偏振器也层压有光致变色层720，而不是层压有粘合层770的着色膜。从图32中可以看出，膜710的前表面被图案化，并且线栅偏振器形成有单侧反射控制(佩戴者侧)，并且功能膜720(例如光致变色膜)用粘合剂层770层压在线栅偏振器的前侧。在该图中，反射控制Ge层740首先沉积在膜的图案化前表面上，反射Al层730沉积在Ge层740的顶部上，以在观察者侧提供具有镜面光洁度的佩戴者侧反射控制。镜面层还涂覆有粘合层770，例如聚氨酯粘合层。具有镜面光洁度的线栅偏振器的粘合剂层770层压有着色膜720。光致变色膜层压的线栅偏振器层压在两个附加保护层750和760之间，例如两个聚碳酸酯层，以形成层压结构。
在一些示例中，层压制品中透明着色膜的厚度可以在0.1mm至0.4mm的范围内。在一些示例中，层压制品中功能性光致变色膜的厚度可以在10微米-50微米的范围内。
在图27-32所示的所有上述例子中，为了清楚起见，层压制品的各层的线性特征被放大显示，并且没有相对于层压制品的实际尺寸按比例显示。
在本说明书的一些示例中，为层压在线栅偏振器上的着色膜选择的颜色的非限制性示例可以包括蓝色、红色、绿色、黄色和淡紫色。在本说明书的一些示例中，与没有任何层压着色膜的线栅偏振器相比，一些着色膜层压线栅偏振器在可见光范围(400nm-790nm)内显示出相当的透射率百分比。在这些示例中，与着色膜层压的线栅偏振器的反射控制结构基于Ge和Al层。
从图33可以看出，没有任何层压着色膜的线栅偏振器在380nm至790nm范围内的透射率百分比在20％-40％之间。而蓝色膜层压的线栅偏振器在530nm至570nm的范围内可具有约18％的透射率，在740nm波长以外可具有35％或更多的透射率；红色着色膜层压的线栅偏振器在390nm处可具有超过10％的透射率，并且在620nm-790nm之间的波长范围内具有30％或更高的透射率；绿色着色膜层压的线栅偏振器在540nm至550nm的范围内可具有约15％-18％的透射率，在750nm至790nm的波长范围内可具有30％或更高的透射率；黄色膜层压的线栅偏振器在约390nm处具有约16％的透射率，在600nm-790nm之间的波长范围内具有30％或更高的透射率；淡紫色膜层压的线栅偏振器在约440nm处具有超过20％的透射率，在670nm-790nm之间的波长范围内具有30％或更高的透射率。与着色膜层压的线栅偏振器的高百分比T值可以提高光谱过滤的动态范围和对比度增强。因此，可以获得所需波长的高透射率，以最大化可见度和颜色对比度。
在本说明书的一些实例中，与没有任何层压着色膜的线栅偏振器相比，一些层压着色膜的线栅偏振器在可见光范围(400nm-790nm)内显示出相当的百分比反射率。在这些示例中，与着色膜层压的线栅偏振器的反射控制结构基于Ge和Al层。
从图34可以看出，没有任何层压着色膜的线栅偏振器在380nm至790nm的范围内可以具有约30％-40％的反射率。而蓝色膜层压的线栅偏振器在420nm至460nm范围内可具有约30％-32％的反射率，在750nm波长之外具有约40％或更多的反射率；红色膜层压的线栅偏振器在390nm处具有超过20％的反射率，在600nm以外具有40％-42％的反射率；绿色着色膜层压的线栅偏振器在540nm至550nm范围内可具有约20％-22％的反射率，在750nm以外可具有40％或更多的反射率；黄色膜层压的线栅偏振器在约390nm处具有约30％的反射率，在580nm-790nm的波长范围内具有40％-45％的反射率；淡紫色膜层压的线栅偏振器在约420nm处具有超过30％的反射，在700nm-790nm之间的波长范围内具有约40％的反射。在着色膜层压的线栅偏振器中，反射率百分比控制观察者看到的镜面外观。与着色膜层压在一起的线栅偏振器在特定波长下的高反射率百分比值可以为偏振光学制品提供非常生动和鲜明的颜色，这是很有吸引力的。
图35示出了表-1，该表给出了与不同的着色膜配对的线栅偏振器和没有任何层压着色膜的参考线栅偏振器的透射(T)和反射(R)颜色的L*、a*和b*值的数据。这些数据表明，与着色膜配对的线栅偏振器的透射和反射颜色可以通过使用不同的着色膜来改变。已知L*表示亮度，a*是红/绿坐标，b*是黄/蓝坐标。因此，当线栅偏振器与例如蓝色膜或红色膜或绿色膜配对时，蓝色膜的亮度在蓝色-T(42.10)和蓝色-R(43.38)之间变化，蓝色-R比蓝色-T亮；红色膜的亮度在红色-T(41.71)和红色-R(44.89)之间变化，红色-R比红色-T亮；绿色膜的亮度在绿色-T(40.88)和绿色-R(46.01)之间变化，绿色R比绿色-T亮。当线栅偏振器与黄色膜或淡紫色膜配对时，可以得出类似的结论。从表1中还可以看出，与蓝色膜、红色膜、绿色膜、黄色膜或淡紫色膜配对的线栅偏振器的透射(T)颜色值比没有任何着色膜配对的线栅偏振器的透射值更亮。在这些例子中，较浅颜色的出现意味着较低的光透射率，这可能是由于着色膜中存在额外的染料。当光穿过着色膜时，一些光可能被染料吸收，因此透射率可能降低。
在本发明的一些示例中，着色膜或光致变色层层压的线栅偏振器的设计可以允许定制偏振器的镜面外观。例如，通过在Al反射镜层前面具有红色染料，反射镜将看起来是红色的，并且透射通过层压结构的可见光也将是红色的。可选地，可以在镜面层后面添加色彩或颜色，从而可以独立于镜面颜色来调节到达佩戴者眼睛的颜色。在本申请中，这比从当前现有技术中通过常规真空施加方法获得的镜面涂层具有更多的控制。
在本发明的一些示例中，通过将镀银的具有镜面光洁度的线栅偏振器嵌入具有着色膜或功能性光致变色层的层压制品中，可以保护镜层免受刮擦。镜面层的保护可能很重要，因为由于对比度变化，镜面层上的划痕非常明显。这创造了一种卓越的产品，具有提高耐用性的显著优势。
在本发明的一些示例中，将镀银镜面涂层嵌入具有着色膜或功能性光致变色层的层压制品中可以通过在镜面层前面着色来定制镜的颜色。对偏振光学透镜进行镜面光洁度处理的现有技术是在透镜前部进行批量溅射或真空镀膜。在这些现有工艺中，可以通过调整真空涂层设计来控制镜面的颜色。然而，在本申请中，镀银镜面可以附着到包含光致变色染料的不同着色膜或粘合剂层上，以控制镜面的外观。
尽管已经根据特定的例子和应用描述了本发明，但是本领域的普通技术人员根据该教导，可以在不脱离所要求保护的发明的精神或超出其范围的情况下产生附加的例子和修改。因此，应该理解的是，这里的附图和描述是以示例的方式提供的，以便于理解本发明，并且不应该解释为限制本发明的范围。

Claims (20)

1.一种用于光学透镜的层压制品，包括：
线栅偏振器，所述线栅偏振器具有至少一个高折射率材料层和低折射率金属层；
线栅偏振器还包括镜面层；以及
层压在线栅偏振器上的透明膜；
其中，线栅偏振器的后侧反射低于6％，并且镜面层配置为由透明膜保护。
2.根据权利要求1所述的层压制品，其中所述透明膜是有色透明膜。
3.根据权利要求2所述的层压制品，其中当镜面层与有色透明膜层压时，所述光学透镜为观察者提供有色镜面外观。
4.根据权利要求1所述的层压制品，其中所述透明膜是含有至少一种光致变色化合物的功能膜。
5.根据权利要求4所述的层压制品，其中含有至少一种光致变色化合物的功能膜是粘合剂。
6.根据权利要求5所述的层压制品，其中粘合剂是聚氨酯粘合剂。
7.根据权利要求2所述的层压制品，其中当透明膜是有色透明膜时，线栅偏振器显示不同强度的透射颜色和反射颜色。
8.根据权利要求7所述的层压制品，其中反射颜色的强度高于透射颜色的强度。
9.根据权利要求1所述的层压制品，其中所述线栅偏振器包括至少一层折射率大于3的高折射率材料层。
10.根据权利要求9所述的层压制品，其中折射率大于3的至少一层高折射率材料层包括锗层。
11.根据权利要求10所述的层压制品，其中锗层的厚度约为20nm。
12.根据权利要求1所述的层压制品，其中所述层压制品受到至少一层附加保护层的保护。
13.根据权利要求12所述的层压制品，其中至少一个附加保护层是聚碳酸酯层。
14.一种光学透镜，包括：
聚合物膜，所述聚合物膜具有结构化表面；
线栅偏振器，所述线栅偏振器具有至少一个高折射率材料层和低折射率金属层，并且所述线栅偏振器沉积在聚合物膜的结构化表面上；以及
光致变色层，所述光致变色层沉积在聚合物膜上以形成层压制品；
其中所述层压制品封闭在两个保护层之间。
15.根据权利要求14所述的光学透镜，其中光致变色层的厚度在约10微米至50微米的范围内。
16.一种光学透镜，包括：
聚合物膜，所述聚合物膜具有结构化表面；
线栅偏振器，所述线栅偏振器具有至少一个高折射率材料层和作为镜面层的低折射率金属层，并且所述线栅偏振器沉积在聚合物膜的结构化表面上；以及
有色透明膜，所述有色透明膜层压在线栅偏振器的镜面层上；
其中，所述有色透明膜向观察者提供光学透镜的有色镜面外观。
17.根据权利要求16所述的光学透镜，其中当所述线栅偏振器包括沉积在所述低折射率金属层上的一个高折射率材料层时，所述线栅偏振器提供单侧反射控制。
18.根据权利要求16所述的光学透镜，其中当所述线栅偏振器包括涂覆在所述低折射率金属层两侧的两个高折射率材料层时，所述线栅偏振器提供双侧反射控制。
19.根据权利要求16所述的光学透镜，其中所述有色透明膜的厚度在约0.1mm至0.4mm，X-Y nm的范围内。
20.根据权利要求16所述的光学透镜，其中，与所述有色透明膜层压的线栅偏振器的反射颜色的强度高于与所述有色透明膜层压的线栅偏振器的透射颜色的强度。
CN202280070383.2A 2021-10-18 2022-10-18 具有着色膜的反射控制型线栅偏振器 Pending CN118159882A (zh)

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