MXPA06007472A

MXPA06007472A - Reflector de capas multiples con supresion de reflexiones de orden superior.

Info

Publication number: MXPA06007472A
Application number: MXPA06007472A
Authority: MX
Inventors: Michael F Weber
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2003-12-30
Filing date: 2004-12-09
Publication date: 2006-09-01
Also published as: US20050141093A1; DE602004008515T2; AU2004312786B2; CN100454051C; JP2007517258A; US7019905B2; WO2005066668A1; EP1700143B1; ATE371201T1; DE602004008515D1; EP1700143A1; JP4564016B2; KR101063993B1; CN1902514A; BRPI0418298A; KR20070003842A; AU2004312786A1; BRPI0418298B1; CA2551632A1

Abstract

La presente invencion se refiere a una pelicula que refleja interferencia de capas multiples que tiene capas opticas opcionales arregladas para formar unidades de repeticion opticas en toda la pelicula. Cada una de una pluralidad de unidades de repeticion opticas tiene seis capas individuales, al menos tres de las cuales tienen diferentes indices de refraccion a una longitud de onda de diseno (0. Las capas individuales que tienen nominalmente el mismo indice de refraccion y espesor fisico, etiquetadas arbitrariamente "A", "B", "C" o "D", se arreglan en una unidad de repeticion optica de seis capas en una permutacion ciclica de CACDBD, donde las capas A y B son cada una mas gruesas que las capas C y D. Los espesores e indices de refraccion de las capas individuales se pueden seleccionar para suprimir las reflexiones de segundo, tercer, y cuarto orden, mientras reflejan la luz a la longitud de onda de diseno.

Description

REFLECTOR DE CAPAS MÚLTIPLES CON SUPRESIÓN DE REFLEXIONES DE ORDEN SUPERIOR CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a películas de interferencia de capas múltiples que tienen una pluralidad de capas individuales arregladas en unidades de repetición ópticas para reflejar luz al menos a una primera longitud de onda ?0. Las capas dentro de las unidades de repetición ópticas se pueden arreglar para suprimir la reflectividad a órdenes superiores, en particular al menos del segundo orden (?0/2), del tercer orden (?0/3), y del cuarto orden (?0/4) . Tales películas son de utilidad particular, pero no exclusiva en aplicaciones infrarrojas donde se desea alta reflectividad en la región infrarroja pero también se desea baja reflectividad/alta transmisión en toda la región visible. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Son conocidas las películas de interferencia de capas múltiples. En tales películas, una multitud de capas individuales se arreglan en una secuencia repetida, donde el arreglo de repetición más pequeño de las capas es referido como una unidad de repetición óptica, algunas veces también referido como una celda unitaria. Las capas individuales adyacentes tienen índices de refracción diferentes para al menos un estado de polarización de luz. Las capas Ref. 174042 individuales también tienen espesores ópticos - definidos como el espesor físico multiplicado por el índice de refracción de la capa individual - de menos de una longitud de onda de diseño ?0 de modo que la interferencia constructiva o destructiva para componentes de luz reflejados en las interfaces entre capas individuales puede ocurrir para producir la reflectividad total deseada a ?0. (Puesto que un haz de luz que viaja a través de un material experimenta un índice de refracción que puede cambiar con el estado de polarización, dirección de viaje, y longitud de onda del haz de luz, el "índice de refracción efectivo" del material, el cual toma estos factores en cuenta, se puede usar en este cálculo) . En el caso más simple, referido como una pila de cuarto de onda, la película de la técnica previa comprende alternar las capas de material de índice de refracción relativamente alto ("H") y un material de índice de refracción relativamente bajo ("L"), cada uno de los cuales tiene un espesor óptico de ?0/4. Cada unidad de repetición óptica de tal pila consiste esencialmente solo de dos capas individuales adyacentes, un H y un L, y tiene un espesor óptico total de una mitad de la longitud de onda de diseño. Tal pila, sin embargo, no solamente refleja la luz en la longitud de onda de diseño, sino también a fracciones entera de la longitud de onda de diseño que son referidas en la presente comp longitudes de onda de reflexión de superior orden mostradas genéricamente en la figura 1. En esta figura, la cual se gráfica en una reflectancia de incidencia normal de forma simplificada de una pila óptica generalizada contra longitud de onda en escalas lineales, una banda de reflectancia de primer orden 100 se observa en la longitud de onda de diseño ?0, un pico de reflexión de segundo orden se observa a ?0/2, un pico de tercer orden se observa a ?0/3, y un pico de cuarto orden se observa a ?0/4. Aún órdenes superiores, desde luego, también existen pero no se muestran. Las reflexiones de superior orden, comenzando con el segundo orden, se muestran generalmente en 110. Una pila de cuarto de onda verdadera no tiene bandas de reflectancia de orden par (?0/2, ?o/4, ?o/6, etc.) debido a la simetría, sino tiene andas de reflectancia de orden impar. Si la capa H y L dentro de una unidad de repetición óptica de dos capas tiene espesores ópticos desiguales, las bandas de reflectancia de orden par serán no nulas . La reflectancia de pico y la anchura espectral de la banda de reflectancia de primer orden 100 depende de los índices de refracción nH, n de las capas H, L respectivamente a la longitud de onda de diseño (y por consiguiente también en la diferencia de índice de refracción ?n = nH - nL) , y en el número total de unidades de repetición ópticas en la pila. Además, es conocido introducir un gradiente de espesor de modo que el espesor óptico de las unidades de repetición ópticas cambie a lo largo de un eje de espesor de la pila, para expandir la anchura espectral de la banda de reflectancia de primer orden 100. La energía reflectora (determinada por reflectancia de pico y anchura de banda) de las bandas de orden superior generalmente disminuye con el incremento de número de orden. Las bandas de reflectancia de orden superior pueden ser indeseables en algunas aplicaciones. Por ejemplo, si una película reflectora de infrarrojos visiblemente transparente se desea para control solar en aplicaciones de ventanas arquitectónicas o de vehículos, de modo que ?0 es superior que aproximadamente 800 nm, una o más bandas de reflectancia de superior orden pueden aparecer en la región visible e impartir un color indeseable que cambia con la dirección de visión. Un número de técnicas para suprimir al menos alguna de las bandas de reflectancia de orden superior son conocidas . En un procedimiento conocido, la "relación f" así llamada de la pila de cuarto de onda se controla a un valor diferente de 50% haciendo una de las capas de componente de unidad de repetición óptica (H o L) ópticamente más gruesa que la otra (L o H, respectivamente) en toda la pila. Aunque este -procedimiento puede suprimir algunas bandas de reflectancia de orden superior, no puede suprimir los segundo, tercero y cuarto órdenes simultáneamente y por consiguiente es de aplicabilidad limitada. Los segundo, tercero, y cuarto órdenes son significativamente significativos debido a que frecuentemente es deseable reflejar la luz en una banda de primer orden ancha extendida desde casi más allá de lo visible (es decir, inicia entre aproximadamente 700 y 800 nanómetros) a aproximadamente 2000 nanómetros. Las bandas de reflexión más allá de 4o orden generalmente fallarán en la porción UV del espectro y por consiguiente no presentan algún problema de coloración en el espectro visible humano (aproximadamente 400 a 700 nanómetros) . Aunque una reflexión de 5o orden para una banda de 1er orden a 200 nanómetros aparecerá a 400 nanómetros, tales reflexiones son usualmente muy débiles, y se colocan en el borde de lo visible donde la sensibilidad del ojo humano es pobre, generalmente está inadvertida. En otro procedimiento conocido, la secuencia de espesor óptico de las capas se modifica de modo, que el número de capas individuales en cada unidad de repetición óptica se incrementa desde dos a seis. Véase Patente de los Estados Unidos No. 5,360,659 (Arends et al.). Las seis capas aún alternan entre los materiales de componente H y L, pero se arreglan en espesores ópticos relativos de 7:1:1:7:1:1. Tal estructura suprime las reflexiones de segundo, tercer, y cuarto orden.

En todavía otro procedimiento conocido, un tercer material óptico (referido en la presente como "M") se introduce teniendo un índice de refracción particular intermedio de aquel de H y L. Véase Patente de los Estados Unidos No. 5,103,337 (Schrenk et al.). Véase también Patente de los Estados Unidos No. 3,247,392 (Thelen) . Adicionalmente, las capas individuales se arreglan en cada unidad de repetición óptica en el orden HMLM con espesores ópticos relativos de 1/3:1/6:1/3:1/6 respectivamente, y los índices de refracción se eligen para tener la relación Ecuación (1) Este procedimiento también suprime las reflexiones de segundo, tercer, y cuarto orden. Existe una necesidad continua de aún más construcciones de película de capas múltiples que se hagan disponibles al diseñador de película óptica, incluyendo construcciones que pueden suprimir las reflexiones de superior orden. BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente solicitud describe películas de capas múltiples que tienen un arreglo único de capas individuales dentro de las unidades de repetición ópticas de una pila de capas múltiples. -Cada una de una pluralidad de unidades de repetición ópticas comprende seis capas individuales, al menos tres de las cuales tienen diferentes índices de refracción a una longitud de onda de diseño ?0. Las capas individuales que tienen nominalmente el mismo índice de refracción y espesor físico (por lo tanto, también el mismo espesor óptico) se les puede dar una designación de letra arbitraria única, tal como "A", "B", "C", o "D" . Estas capas se arreglan en una unidad de repetición óptica de seis capas en el orden CACDBD, o una permutación cíclica de la misma, donde las capas A y B son cada una más gruesas que las capas C y D. Ventajosamente, los espesores e índices de refracción de las capas en tal pila de capas múltiples se pueden seleccionar para suprimir las reflexiones de segundo, tercer, y cuarto orden. Una técnica para determinar tal selección comprende definir una función de índice de refracción f (X) para la unidad de repetición óptica, donde X es el desplazamiento de espesor óptico a lo largo de la unidad de repetición óptica, y el valor de función f es el índice de refracción a este desplazamiento. La función f luego se analiza por Fourier, y los espesores e índices de refracción de las capas individuales se ajustan o de otra forma se seleccionan de modo que tres coeficientes de Fourier consecutivos llegan a ser cero. Si los coeficientes de Fourier de segundo, tercer, y cuarto orden son cero - y siempre que el espesor óptico de la unidad de repetición óptica completa se mantenga a ?n/2 - una película de capas múltiples compuesta de unidades de repetición ópticas así definida reflejará la luz a la longitud de onda de diseño ?n pero suprimirá la reflexión al menos en los componentes armónicos de segundo, tercer, y cuarto orden {?o/2, ?o/3, y ?o/4) . En algunas modalidades, las capas A y D pueden tener el mismo índice de refracción (y pueden estar compuestas del mismo material) . Alternativamente, las capas B y C pueden tener el mismo índice de refracción (y pueden estar compuestas del mismo material) . En cualquiera de estos casos, la unidad de repetición óptica puede estar compuesta de solamente tres materiales ópticamente distintos antes que cuatro, aún aunque todavía se pueden hacer de seis capas individuales CACDBD (o permutaciones cíclicas de las mismas) . En otras modalidades, la unidad de repetición óptica de 6 capas puede estar compuesta de cuatro materiales ópticamente distintos, correspondiente a los cuatro tipos de capa A, B, C, D. En un subconjunto de estas modalidades, una solución de forma cerrada para espesor óptico de las capas individuales se puede obtener si los materiales ópticos se seleccionan de modo que el índice de refracción promedio de las capas A y B gruesas iguala el índice de refracción promedio de las capas C y D delgadas, o, equivalentemente, de modo que (nA + nB) = (nc + nD) , donde nA > nD > nc > nB. Cada capa C en la unidad de repetición óptica tiene un espesor óptico tc, y cada capa D tiene un espesor óptico tD, para satisfacer las condiciones de simetría, tc = tD. La capa A en la unidad de repetición óptica tiene un espesor óptico tA y la capa B tiene un espesor óptico tB, y tA = tB también para satisfacer las condiciones de simetría. La relación de forma cerrada que vuelve cero a los coeficientes de Fourier de segundo, tercer, y cuarto orden, y que suprime las reflexiones de segundo, tercer, y cuarto orden en la película de capas múltiples, es entonces: Ecuación (2 ) donde X3 = tA/ ( tA + 2tc) = tB/ ( tB + 2tD) , donde ?nDC = nD - nc, y donde ?n^s = nA - nB . BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS En toda la especificación se hace referencia a las figuras anexadas, en donde: La figura 1 es una gráfica idealizada simplificada de reflectancia contra longitud de onda, que muestra una banda de reflectancia producida por una pila de capas múltiples generalizada, y que muestra las bandas de reflectancia de superior orden acompañantes; Las figuras 2a-2c son vistas en sección parcial de diversas unidades de repetición ópticas de la TÉCNICA PREVIA usadas en películas ópticas de capas múltiples; La figura 2d es una vista en sección parcial de una unidad de repetición óptica como se describe en la presente; Las figuras 3a-3c muestran gráficas de índice de refracción contra posición a lo largo del eje de espesor de una unidad de repetición óptica; y Las figuras 4a-4b muestran gráficas adicionales de funciones de índice de refracción, estas funciones son casos especiales de la función de índice de refracción más general mostrada en la figura 3c. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Regresando ahora a las figuras 2a-d, representadas en estas para un mejor entendimiento de las películas de capas múltiples descritas y su relación con la técnica previa, están representaciones se sección transversal parciales de las unidades de repetición ópticas de tres construcciones de capas múltiples conocidas lado por lado con tal representación de la construcción descrita. En estas figuras los espesores de capa, los cuales desde luego son grandemente magnificados, están a escala para representar espesor óptico antes que espesor físico. Una unidad de repetición óptica única se muestra en cada caso. En la figura 2a, una pila de cuarto de onda de dos componentes simple 102 tiene una capa H y una capa L. Como se mencionó anteriormente, tal construcción proporciona supresión de reflexiones de orden par pero no reflexiones de orden impar. En la figura 2b, se muestra una pila de dos componentes de seis capas 104 descrita anteriormente en conexión con '659 Arends et al. Solamente dos materiales de componente, H y L, son necesarios, pero se deben arreglar en espesor óptico relativo en una secuencia de repetición de 7/18, 1/18, 1/18, 7/18, 1/18, 1/18 (fracciones de la unidad de repetición óptica) si reflexiones de 2o hasta 4o orden serán suprimidas. En la figura 2c, se muestra la pila de tres componentes de cuatro capas 106 descrita anteriormente en conexión con "337 Schrenk et al. En esta modalidad un tercer material de componente "M" se requiere que tenga la relación de índice de refracción proporcionada en la ecuación 1 anterior, y adicionalmente las capas deben ser arregladas en espesor óptico relativo en una secuencia 1/3, 1/6, 1/6 (también fracciones de la unidad de repetición óptica) como se muestra, si las reflexiones de orden superior serán suprimidas . La figura 2d representa una pila de capas múltiples 108 que tiene una construcción de unidad de repetición óptica alternativa que, como se describe posteriormente, es igualmente capaz de suprimir al menos reflexiones de 2o, 3o, y 4o orden. Esta construcción utiliza tres o cuatro componentes ópticos distintos, de diferente índice de refracción a la longitud de onda de diseño ?0, arreglados en una unidad de repetición óptica de seis capas. Los componentes adicionales son etiquetados L' y H1 en la figura 2d, donde nH > nH> > L' > nL. Nótese, sin embargo, que en algunas modalidades, nH puede ser igual a nH- , y en algunas otras modalidades nL puede ser igual a nL- . (Las reglas de etiquetado alternativo son, desde luego, también posibles, por ejemplo, materiales A B C D, donde nA > nD > nc > nB. En este caso A=H, F=H', C=L?, y B=L) . En contraste con las construcciones de las figuras 2b-c, los espesores ópticos de las capas requeridas para suprimir las bandas de reflexión de orden superior no es una secuencia fija única, sino más bien es una función de los índices de refracción de los tres o cuatro materiales ópticos . Adicionalmente, los grados adicionales de libertada proporcionados por el tercer (y, cuando está presente, el cuarto) material de componente óptico permiten superior flexibilidad en la relación de índice de refracción entre los materiales que se ofrecen por la ecuación (1) anterior. La construcción de capas múltiples de la pila 108 (figura 2d) proporciona al diseñador de película óptica con un conjunto infinito de diseños capaces de supresión de orden superior, el conjunto infinito abarca una abertura de diseño entre los límites de la construcción de figura 2b y la construcción de figura 2c. En un límite, donde el componente L' llega a ser L y el componente H' llega a ser H, entonces nL- = nL y nH- = nH, y la construcción se reduce al diseño de seis capas de dos componentes de la figura 2b. En el otro límite, donde L' y H' llegan a ser indistinguiblemente uno de otro de modo que nL> = nH> / la construcción se reduce a la construcción de cuatro capas de tres componentes de la figura 2c. De manera importante, sin embargo, un conjunto infinito de diseños de pila útiles entre estos límites está disponible el cual por lo tanto no se ha conocido o apreciado. Las relaciones de espesor óptico e índice de refracción necesarias para suprimir al menos reflexiones de 2o, 3o y 4o orden se discuten en conexión con las figuras 3a-c. En aquellas figuras, el índice de refracción se gráfica en el eje vertical y el desplazamiento o posición X en la unidad de repetición óptica se gráfica en el eje horizontal. El parámetro X se da en espesor óptico, es decir, el agregado de espesor físico regula el índice de refracción respectivo de las capas individuales en la pila, y se muestra entre los límites de 0 y 2T, 2T siendo el espesor óptico total de la unidad de repetición óptica. Las tres funciones de índice de refracción 114, 116, 118 corresponden a pilas de capas múltiples 104, 106, 108 respectivamente. Solamente un período completo (correspondiente a una unidad de repetición óptica) se muestra en cada caso, con el entendimiento que puede repetirse decenas o cientos de veces en películas de capas múltiples típicas, con o sin un gradiente de espesor para ampliar la banda de reflexión. Las funciones 114 y 116 se han desplazado a lo largo del eje X para conveniencia de modo que exhiben simetría inversa con respecto al punto medio de la celda unitaria, es decir, en posición X = T. Además, las etiquetas A, B, C, (y D en el caso de las funciones 114 y 118), antes que las etiquetas H, L, M, H', y L' de la figura 2, se han adicionado después a cada función en las figuras 3a-c para identificar las capas individuales en las celdas unitarias para facilidad de discusión posteriormente. Arbitrariamente, la capa relativamente gruesa del índice de refracción relativamente alto se etiqueta "A" , y la capa relativamente gruesa del índice de refracción relativamente bajo se etiqueta "B", y las otras capas se etiquetan c y D como se muestra. Nótese que no se propone relación particular entre las etiquetas idénticas usadas para las diferentes funciones de índice de refracción. Por ejemplo, nc para la función 116 se muestra como el promedio de nA y nB, pero nc para l función 118 se muestra como menor que el promedio de nA y nB para la función 118. La función 114 (figura 3a) se define por dos distintos índices de refracción nA, nB, y seis distintas capas dentro de la unidad de repetición óptica, donde las dos capas más gruesas se ajustan a un espesor óptico común tA = tB = Xi y las cuatro capas más delgadas restantes se ajustan a un espesor óptico común (T-Xi) /2. La línea de rayas 114a representa el promedio de nA y nB. La función 116 (figura 3b) se define por tres distintos índices de refracción nA, nB, nc, y cuatro distintas capas (una de las cuales se muestra dividida entre el comienzo y final de la unidad de repetición óptica) , donde las capas A y B se ajustan a un espesor óptico común tA = tB = X2, y las dos capas C se ajustan a un espesor óptico común (T-X2) . La línea de rayas 116a representa el promedio de nA y nB. La función 118 (figura 3c) se define en su forma más generalizada por cuatro distintos índices de refracción nA/ nD, nc, nB/ y seis capas distintas, aunque las dos capas C de bajo índice, relativamente delgadas pueden ser nominalmente idénticas, y las dos capas D de índice alto, relativamente delgadas pueden ser nominalmente idénticas. Como antes, la línea de rayas 118a representa el promedio de nA y nB. Aunque se muestra en el orden CACDBD, las capas individuales se pueden arreglar en otras permutaciones cíclicas también, tal como ACDBDC, CDBDCA, DBDCAC, y así sucesivamente. Para esta función, en general, el espesor óptico de la capa A puede ser diferente de aquel de la capa B, y las capas C pueden tener diferentes espesores ópticos que las capas D. Las capas A y B, sin embargo, son cada una ópticamente más gruesas que las capas C y D, y nA > nB, y nD > nc. En casos especiales las capas A y B se pueden ajustar a un espesor óptico común X3 y las capas C, D restantes se pueden ajustar a un espesor óptico común (T-X3)/2. También en casos especiales nA puede ser igual a nD, o nD puede ser igual a nB. En otros casos especiales el promedio de nA y nB puede ser igual al promedio de nc y nD. El análisis de Fourier de las funciones 114 y 116 confirma las relaciones ya conocidas por diseñadores de película. Tal análisis asume una repetición infinita de las funciones representadas pero también es válida como una aproximación de un número finito pero grande de repeticiones . El análisis trata cada función f (X) como una forma de onda de índice de refracción y calcula los coeficientes de Fourier an, bn de la forma de onda: n=o A „«o ? Ecuación (3) donde: Ecuación (4) Ecuación (5) El símbolo A representa la longitud de repetición óptica, la cual se ajusta a 2T como se muestra en la figura 3. En general, la serie de Fourier de una función de índice de refracción está compuesta de senos y cosenos . Para el análisis en la presente, hay que tomar en cuenta que si los coeficientes de Fourier de un número de orden dado son cero, entonces le energía reflectora en este orden es también cero, dentro de una exactitud de aproximadamente 1% o menos . Usando un coeficiente de Fourier único cn definido por Ecuación (6) la condición de supresión de reflexiones de segundo orden se reduce a c2 = 0, la condición de supresión de reflexiones de tercer orden se reduce a c3 = 0, y así sucesivamente. Para hacer el cálculo de los coeficientes de Fourier más simple y para propósitos de comparación, el índice de refracción más alto nH en cada caso se puede ajustar igual a l, y el índice de refracción más bajo nL se puede ajustar igual a -1. De esta manera, todas las energías reflectoras se pueden juzgar con relación a una forma de onda de índice cuadrado de amplitud de unidad, es decir una pila de cuarto de onda estándar. Además, el período 2T se puede ajustar igual a 2 ajustando arbitrariamente T = 1. Usando este análisis, la función 114 (figura 3a) tiene valores cero para todos los coeficientes de Fourier de orden par (c2 = c = Ce = ... = 0) . Sin embargo, la función 14 tiene el siguiente valor para su coeficiente de Fourier de tercer orden, donde Xi = tA = tB: Ecuación (7) c3 el cual se iguala a cero solamente si sen = -0.5. Ecuación (8) Existe un número infinito de soluciones, a menos que se adicionara la condicionante adicional de la figura 3a que 0 < Xi < 1. Esta condicionante produce la solución única 3flX\ , . ,? i- = ;r-arcsen(—1/2), Ecuación (9) o Ecuación (10) Esto define las capas gruesas de la estructura de repetición 711711 de la técnica previa, y las capas delgadas restantes tienen espesores ópticos relativos de 1/9. El análisis anterior confirma que la estructura de capas múltiples de la técnica previa 711711 no exhibirá bandas de reflexión de segundo, tercer, o cuarto orden (así como ninguna de las bandas de reflexión de orden par superiores) . Para la función 116, en la aproximación de primer orden para la cual el análisis de Fourier es válido, el índice de refracción nc se ajusta para ser el promedio numérico de nA y nB (es decir, nc = (nA + nB)/2). Esto difiere de la relación de promedio geométrico (es decir, nc = sqrt(nA »nB) ) enseñada en la Patente de los Estados Unidos 5,103,337 (Schrenk et al.). La aproximación es exacta, sin embargo, a 0.3%, o un error en nc de 0.0048, para un caso claramente típico para materiales poliméricos donde nA = 1.75 y nB = 1.50. Las potencias reflectoras relativas de los diversos picos de orden superior predichos por un análisis de Fourier también son exactas a aproximadamente el mismo grado. Un análisis de Fourier de la función 116 similar a aquel de la función 114 también produce valores cero para todos los coeficientes de Fourier de orden par (c2 = c4 = Ce = ... = 0) como un resultado de la simetría de la función 116.

Si uno también requiere que el coeficiente de Fourier de tercer orden c3 también sea cero, entonces el espesor óptico ?2 (= tA = tB) debe satisfacer la siguiente relación:. 3?Y, " = j? Ecuación (11) '2 Ecuación (12) produciendo la estructura de repetición familiar 1/3, 1/6, 1/3, 1/6 de la técnica previa. Por lo tanto, el análisis de Fourier confirma que la estructura de capas múltiples de la técnica previa HMLM no exhibirá bandas de reflexión de segundo, tercer, o cuarto orden (así como ninguna de las bandas de reflexión de orden par superiores) . Regresando ahora a la función 118 en la figura 3c, ahora se ha encontrado que una pila de seis capas generalizada correspondiente a tal función se puede hacer, y puede, si se desea, ser diseñada para suprimir reflexiones de orden superior consecutivas tal como del segundo, tercer, y cuarto orden, mientras refleja luz en el primer orden a ?0. Varios parámetros que definen la función 118 se pueden seleccionar típicamente o de otra forma ajustar, tales como los espesores físicos y/o los índices de refracción de los diferentes tipos de capas A, B, C, D. Los grados de libertad ofrecidos por esta capacidad de ajuste, dentro de las condicionantes discutidas anteriormente generalmente con respecto a la función 118, conjuntamente con la condición que la unidad de repetición óptica tenga un espesor óptico de una mitad de la longitud de onda de diseño ?n a ser reflejada, se pueden usar para suprimir tres reflexiones de orden superior consecutivas. Esto se puede realizar iniciando con un conjunto de condiciones iniciales para parámetros que definen la función 118, computando la reflectividad de la unidad de repetición óptica correspondiente a longitud de onda óptica ?0 y a tres órdenes superiores consecutivos tales como ?n/2, ?o/3, y ?0/4, y ajustando sistemáticamente los parámetros para encontrar un conjunto de valores de parámetros donde la reflectividad a tales órdenes superiores es suficientemente pequeña para la aplicación propuesta (es decir, cero para propósitos de esta aplicación) . La supresión de las tres reflexiones de orden superior consecutivas también se puede realizar encontrando un conjunto de valores de parámetros para la función 118 que vuelve cero a tres coeficientes de Fourier sucesivos cn (véase Ecuación 6 conjuntamente con Ees. 3-5 anteriores) . Un caso especial de la función de índice de refracción generalizada 118 se muestra en la figura 4a como función de índice de refracción 120. En este punto de nuevo, las capas individuales se arreglan en una permutación cíclica de CACDBD, y cada una de las capas A y B tiene espesores ópticos superiores que las capas C y D, y nA > nB/ y nD > nc. En la función 120, las siguientes condiciones adicionales también se cumplen: nA + nB = nc + nD Ecuación (13) tA = tB = X3 Ecuación (14) tc = tD = (T - X3)/2 Ecuación (15) En otras palabras, el índice, de refracción promedio de las capas A y B (mostrado como línea 120a en la figura 4a) iguala el índice de refracción promedio de las capas C y D, el espesor óptico de la capa A iguala aquel de la capa B, y el espesor óptico de las capas C y D también se iguala entre si. Para conveniencia, se normalizará el espesor óptico de modo que T = 1, y se definirá un parámetro normalizado d (representado en la figura 4a) como una medida de cuánto los índices de refracción nc y nD difieren del índice de refracción promedio: 2«p-(nA+nB) (nA+nB)-2nc ., d = — - =— =—- = =- Ecuación (16) p n, nt -n, Por consiguiente, cuando nD se aproxima a nA (y cuando nc se aproxima a nB) , d se aproxima a 1. Por otra parte, cuando nD y nA se aproximan entre si (y cuando se aproximan al índice de refracción promedio 120a) , d se aproxima a 0. Las condiciones anteriores imponen una simetría en la función 120 con respecto a la posición de espesor óptico X = T y con respecto al índice de refracción promedio. Debido a esta simetría, todos los coeficientes de Fourier de orden par para la función 120, de la Ecuación 3 anterior, son cero (c2 = c = Ce = ... = 0) . Si también se requiere que el coeficiente de tercer orden c3 para la función 120 se iguale a cero, se obtiene la siguiente relación: Ecuación (17) Nótese que en el límite cuando d = 1, entonces el sistema de cuatro componentes se degrada en un sistema de dos componentes con nD = nA y nc = nB, y la Ecuación (17) se reduce a aquella de la Ecuación (9), produciendo la construcción de capas múltiples familiar 711711. En el extremo opuesto cuando d = O, el sistema de cuatro componentes se degrada en un sistema de tres componentes con nD = nc = nM, y la Ecuación (17) se reduce a aquella de la Ecuación (11), produciendo la construcción de capas múltiples familiar HMLM. Pero entre aquellos límites, es decir para 0 < d < 1, una familia completa de pilas de capas múltiples de cuatro componentes está disponible (con seis capas ópticas por unidad de repetición óptica) que no exhiben bandas de reflexión de segundo, tercer, o cuarto orden, así como ningunas de las bandas de reflexión de orden par superiores. Regresando ahora a la figura 4b, se observa esta otra función de índice de refracción 122 la cual representa otro caso especial de la forma de onda más general 118 de la figura 3c. La línea de rayas 122a representa el promedio de los índices de refracción nA y nB. Como antes, las capas individuales asociadas con la función 122 se arreglan en una permutación cíclica de CACDBD, y cada una de las capas A y B tiene espesores ópticos superiores que las capas C y D, y nA > nB, y nD > nc. En la función 122, las siguientes condiciones adicionales también se cumplen: nB = nc Ecuación (18) nA ? nD Ecuación (19) En otras palabras, las capas de índice bajo delgadas tienen el mismo índice de refracción como la capa de índice bajo gruesa. Esto puede suceder usando el mismo material óptico en la formación de las capas B y C, en este caso la unidad de repetición óptica puede consistir esencialmente de tres distintos materiales ópticos: uno para la capa A, otro para las capas B y C, y todavía otro para la capa D. (Una situación análoga puede surgir donde nA = nD, y nB ? nc, donde un material óptico se usa para las capas A y D, otro material óptico se usa para la capa B, y todavía otro material óptico se usa para la capa C) . A este respecto, puede ser posible que dos materiales ópticos de la misma composición química sean distintos, si las diferencias de morfología entre las capas gruesas y delgadas de tal composición resultan en índices de refracción desiguales a la longitud de onda de diseño. Tales diferencias de morfología pueden surgir durante la deposición por vapor de materiales inorgánicos o durante el estiramiento de películas poliméricas de capas múltiples. La función de índice de refracción 122, así definida, carece de simetría del tipo descrito anteriormente con respecto a la función de índice de refracción 120. No obstante, la ecuación general para los coeficientes de Fourier cn (Ecuación 6 anterior) se puede mostrar que es, para la función de índice de refracción 122, 2[sen(np) -2sen(nptA / 2) + (! + /») {sen (np(tc +0.5*tA))sen(np(tD +tc + 0.5*f?))}j Mt Ecuación (20 ) donde el parámetro h es jl = 2flp-(p? + ?B) Ecuación (21) nA"nB donde el espesor óptico tB de la capa B de índice bajo gruesa se computa de los otros espesores ópticos como tB = 2T - tA - 2tc - 2tD Ecuación (22) y donde los espesores ópticos tA, tB, tc, tD son escalados o normalizados de modo que T = 1. Además de la carencia de simetría, para un valor dado de h, los tres parámetros independientes tA, t , tD se pueden ajustar a tres reflexiones de orden superior simultáneamente cero, tales como 2o, 3o, y 4o órdenes, aún aunque la asimetría no permite en general que se suprima un número infinito de reflexiones de orden par superiores . Como un ejemplo específico del tipo asimétrico ejemplificado por la función 122, h se seleccionó para ser 0.5. Un conjunto de parámetros iniciales tA, tB, tc, tD se seleccionó, y tres de estos parámetros luego se ajustaron sistemáticamente para encontrar valores donde los coeficientes de Fourier de 2o, 3o, y 4o orden computados fueron todos cero. Los valores de espesor óptico normalizado resultantes fueron: tA = 0.7684 tB = 0.7436 tc = 0.0895 tD = 0.1545, y esto resultó en una pila cuya reflectividad computada a 2o, 3o, y 4o órdenes también fue cero. Como otro ejemplo específico del tipo asimétrico ejemplificado por la función 122, h se selección para ser 0.3. Un conjunto de parámetros iniciales tA/ tB/ tC tD se seleccionó, y tres de estos parámetros luego se ajustaron sistemáticamente para encontrar valores donde los coeficientes de Fourier de 2o, 3o, y 4o orden computados fueron todos cero. Los valores de espesor óptico normalizado resultantes fueron: tA = 0.7594 tB = 0.7214 tc = 0.0739 tD = 0.1857, y esto resultó en una pila cuya reflectividad computada a 2°, 3o, y 4o órdenes también fue cero. Desde luego, este ejemplo y el anterior donde h = 0.5 son fácilmente aplicables a cualquier longitud de onda deseada de interés ?0 simplemente aplicando un factor de escala a los cuatro valores de espesor normalizado computados para llegar a los valores de espesor óptico actuales para las capas individuales en las unidades de repetición ópticas . Como se mostró anteriormente, los valores de espesor e índice de refracción en la estructura de repetición de seis capas representada generalmente en la figura 2d se pueden seleccionar para suprimir simultáneamente tres componentes armónicos de orden superior sucesivos. Sin embargo, debido a la dispersión, el índice de refracción a cada una de las longitudes de onda de orden superior puede diferir del valor a la longitud de onda de diseño ?o, haciendo difícil suprimir exactamente todos los tres órdenes simultáneamente. No obstante, las seis capas en la estructura de repetición se pueden ajustar para suprimir adecuadamente todos los tres órdenes. La supresión relativa de los tres órdenes puede depender de las especificaciones del producto. Las pilas de capas múltiples descritas en la presente pueden estar compuestas de materiales inorgánicos convencionales, tal como son depositados consecutivamente en un vidrio u otro sustrato en un ambiente de vacío. Los ejemplos de tales materiales inorgánicos incluyen pero son por no medios limitados a Ti02/ Si02, y mezclas de los mismos. Otros materiales conocidos por aquellos expertos en la técnica de deposición por vacío inorgánica también son adecuados. Las pilas de capas múltiples descritas en la presente alternativamente pueden estar compuestas de materiales orgánicos tales como polímeros. Los ejemplos comunes incluyen naftalato de polietileno (PEN) , co-PEN, tereftalato de polietileno (PET) , co-PET, metacrilato de polimetilo (PMMA) , y poliestireno sindiotáctico (sPS) . Las técnicas de fabricación conocidas para tales pilas de capas múltiples poliméricas incluyen coextrusión de los polímeros en un bloque de alimentación de capas múltiples, tal como se describe en la Patente de los Estados Unidos No. 6,783,349 (Neavin et al . ) . Las películas co-extruidas se pueden estirar uniaxialmente o biaxialmente para modificar el espesor y/o índices de refracción de una o más capas poliméricas en una o más direcciones ortogonales . Se hace referencia a la Patente de los Estados Unidos 5,882,774 (Jonza et al.), que incluye la discusión en la presente de seleccionar relaciones de índice de refracción fuera del plano (índice z) para lograr reflectividad deseada de luz p-polarizada a ángulos de incidencia oblicuos . Esto incluye la técnica de seleccionar los índices de refracción de eje z de capas ópticas adyacentes para sustancialmente igualar, o para diferir por una cantidad tal como 0.5 ó 0.25 o menos de una diferencia de índice de refracción en el plano entre tales capas ópticas, o seleccionar la diferencia de índice de refracción de eje z para ser de signo opuesto con relación a la diferencia de índice de refracción a lo largo de un eje en el plano. Las consideraciones de diseño de capas múltiples descritas en la presente son aplicables a películas solamente en una dirección en el plano, como con polarizadores de capas múltiples reflectores, o a películas en dos direcciones en el plano ortogonales. Adicionalmente, las consideraciones de diseño de capas múltiples también son aplicables a películas de capas múltiples, si o no son -poliméricas, cuyas capas ópticas están compuestas completamente de materiales ópticos que tienen índices de refracción isotrópicos. Los límites agudos entre las capas como se muestra en las figuras 2, 3 y 4 no siempre se pueden lograr o necesariamente son deseables . No se considera crítico que los límites agudos se mantengan. Un perfil de onda rectangular redondeado también puede producir la reflectividad de primer orden deseada y supresión de bandas de reflectancia de superior orden. A este respecto, puede ocurrir la interdifusión entre dos materiales distintos que produce una tercera capa óptica distinta. Ópticamente, una capa mezclada se comporta como un material diferente que cualquiera de sus componentes si tienen índices de refracción diferentes. Por consiguiente, una o más capas ópticas distintas mostradas en las modalidades descritas pueden comprender una mezcla o interdifusión de materiales de capas ópticas adyacentes. Se pueden hacer películas de capas múltiples en las cuales todas o sustancialmente todas las unidades de repetición ópticas son de un tipo, tal como una de los tipos representados en las figuras 2d, 3c, 4a, o 4b. Alternativamente, una película de capas múltiples puede comprenden dos o más de tales tipos de unidad de repetición óptica. Aún adicionalmente, se pueden hacer películas híbridas las cuales comprenden uno o más de los tipos de unidad de repetición óptica representados en las figuras 2d, 3c, 4a, o 4b, conjuntamente con uno o más tipos de unidad de repetición óptica convencionales tales como aquellos representados en las figuras 2a, 2b, o 2c. Las unidades de repetición ópticas del mismo tipo se pueden agrupar en paquetes, y diferentes paquetes se pueden separar por capas de límite protectoras u otros materiales transparentes ópticamente gruesos. En toda la presente solicitud, se proporcionan ecuaciones matemáticas. Tales ecuaciones también se proponen para incluir relaciones donde la cantidad del lado izquierdo del signo de igual no es precisamente igual a la cantidad en el lado derecho del signo de igual, pero está bastante cercana para lograr el resultado final deseado de conformidad con las enseñanzas en la presente. Aunque la presente invención se ha descrito en conexión con referencia a las modalidades preferidas, aquellos de experiencia en la técnica reconocerán que se pueden hacer cambios de forma y detalle, y el alcance de la invención se limita solamente por el intervalo completo de las reivindicaciones anexadas a esta, incluyendo el intervalo de protección proporcionado bajo la doctrina de equivalentes. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1. Película reflectora de capas múltiples, caracterizada porgue comprende una pluralidad de unidades de repetición ópticas, al menos algunas de las unidades de repetición ópticas comprende capas individuales A, B, C, D arregladas en una secuencia de seis capas CACDBD, o una permutación cíclica de la misma, las capas A y B son ópticamente más gruesas que las capas C y D, y donde las capas individuales tienen índices de refracción que satisfacen la relación nA = nD > nc > nB o la relación nA > nD > nc > nB.

2. Película de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque cada una de las capas individuales tiene índices de refracción isotrópicos.

3. Película de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos una de las capas individuales es birrefringente, y en donde los índices de refracción nA, nB, n, nD se miden a lo largo de un eje en el plano de - la película a una longitud de onda de diseño.

4. Película de conformidad con la reivindicación 3 , caracterizada porque las capas individuales tienen índices de refracción medidos a lo largo de un eje perpendicular al plano de la película que son sustancialmente iguales .

5. Película de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porgue al menos una de las unidades de repetición ópticas tiene un espesor óptico de una mitad de una longitud de onda de diseño ?o/2, para reflejar la luz a la longitud de onda de diseño ?0.

6. Película de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porgue ?0 está entre aproximadamente 700 y 2000 nm.

7. Película de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque los espesores e índices de refracción de las capas individuales se seleccionan para suprimir la reflexión de luz al menos a longitudes de onda de ?0/2, ?o/3, y ?0/4.

8. Película de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque las capas individuales tienen índices de refracción que satisfacen la relación nA > nD > nc > nB.

9. Película de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque los índices de refracción de las capas individuales adicionalmente satisfacen la relación nA + nB = nc + nD, en donde la capa A tiene un espesor óptico de tA y la capa B tiene un espesor óptico tB/ y tA = tB; en donde cada capa C tiene un espesor óptico tc y cada capa D tiene un espesor óptico tD, y tc = tD; y en donde la relación se satisface, donde X3 = tA/(tA + 2tc) , donde ?n^ = nA - nB, y donde ?nDC = nD - nc.

10. Película de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque las capas individuales tienen índices de refracción que satisfacen la relación nA = nD > nc > nB o la relación nA > nD > nc = nB.

11. Película de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las capas individuales están compuestas de materiales poliméricos.

12. Película de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las capas están compuestas de materiales inorgánicos .

13. Película de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque las unidades de repetición ópticas se arreglan para tener un perfil de espesor que cambia a lo largo de un eje de espesor de la película.