TW200817737A - Multilayer polarizing fibers and polarizers using same - Google Patents

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200817737 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於光學顯示系統，而更特定言之，係關於光 學顯示薄膜，其含有光學元件，其包含雙折射聚合體纖維， 此纖維係橫向地照射。 【先前技術】 數種不同種類之偏光薄膜係可用於使未經偏極化之光線 偏光。吸收性（一色性）偏光板具有作為加入相之偏極化依 存性吸收物種，經常為含碘鏈，其係被排列在聚合體基質 内。此種薄膜會吸收以其平行於吸收物種排列之電場向量 所偏極化之光線’及透射垂直於吸收物種所偏極化之光線。 另一種類型之偏光薄膜為反射偏光板，其會分離呈不同偏 極化狀怨之光線’其方式是透射呈一種狀態之光線，而反 射呈另一種狀態之光線。一種類型之反射偏光板為多層光 學薄膜（MOF)，其係由許多層交替聚合體材料之堆疊所形 成。材料之一為光學上均向性，而另一種為雙折射，具有 其折射率之一符合均向性材料者。以一種偏極化狀態入射 之光線係歷經符合之折射率，且係實質上以鏡面方式被透 射經過偏光板。但是，以另一種偏極化狀態入射之光線係 在不同層間之界面處歷經多重相干或非相干反射，且係被 偏光板反射。 另一種類型之反射偏光薄膜係建構自被分散在連續相基 質内之加入物。相對於薄膜之寬度與高度，加入物係彳艮小。 此等加入物之特徵可經操控，以對薄膜提供一範圍之反射 123912 200817737 内、透力射性質。加入物係構成分散聚合體相，在連續相基質 …：小與排列可藉由拉伸薄膜而變更。無論是連 ::二”相為雙折射’其中雙折射材料之折射率之一係 付合另一相之折射率，1 、係為先予上均向性。供連續與分 放相用材料之選擇，伴隨著 連㈣w ’可影響分散相與 才間之雙折射折射率失配之程度。其他特徵可經調整 以改良光學性能。 【發明内容】 外本發明之-項具體實施例係針對一種光學物體，其具有 :-個多層纖維’包含至少第一種與第二種聚合體材料層。 弟種聚合體材料層係經配置在第二種聚合體材料層之 間。第一種與第二種聚合體材料之至少一種為雙折射。第 -種聚合體材料之至少第一層具有第一個厚度，不同於第 一種聚合體材料之第二層。 本發明之另一項具體實施例係針對一種光學物體，盆包 :卜個多層纖維，包含至少第一種與第二種聚合體材料 曰。第-種聚合體材料層係經配置在第二種聚合體材料層 之間。第-種與第二種聚合體材料之至少—種為雙折射1 弟-種與第二種聚合體材料之至少一些層具有厚度，經選 擇為對具有波長大於700毫微米光線之四分之一波長厚度。 本發明之上文摘述並非意欲描述本發明之每二項所子 具體實施例或每一項實施。 下文附圖與詳細說明係更特定地舉例說明此等具體 例。 /、貝 !23912 200817737 【實施方式】 本卷明係可應用於光學系統，而更特定言之，係可應用 於、、二偏極化之光學系統。一種新穎類型之反射偏光薄膜為 :維偏光薄膜’其係、為基質㉟，含有多重纖維，具有内部 又折射界面，意即在雙折射材料與另一種材料間之界面。 重要的是，、纖維偏純薄膜中纖維之參數係經選擇，以獲 得經改良之偏極化特徵。 於本文中使用之"鏡面反射”與，，鏡面反射度"術語，係指 來自物體之光線之反射’其中反射之角度係實質上等於入 射角，其中角度係相對於對物體表面之法線度量。換言之， 當光線係以特定角分佈入射於物體上時，經反射光具有實 質上相同角分佈。”漫反射"或”漫反射度”術語係指射線之 反射，其中一部份經反射光之角度並不等於入射角。結果， 當光線係以特定角分佈入射於物體上時，經反射光之角分 佈係不同於入射光著。”她；i μ洚” + ”从广上 河丁尤有…汉射度或總反射”術語係指全 部光線之合併反射，鏡面與漫射。 同樣地，”鏡面透射”與”鏡面透射率"術語係於本文中用 以指稱光之透射經過物體，其中經透射光之角分佈，針對 由於Snell定律所致之任何改變作調整’係實質上盥入射光 之角分佈相3。"漫透射"與"漫透射率，，術語係用；;描述光 之透射經過物體，#中經透射光具有角分佈，其係不同於 入射光之角分佈。"總透射”或"總透射率"術語係指全部光 線之合併透射，鏡面與漫射。 。在本 反射偏光板薄膜100係概要地說明於圖1A與1B中 123912 200817737 文所採取之慣用法中，薄膜之厚度方向係被取為z-軸，而x_y 平面係平行於薄膜之平面。當未經偏極化之光線102係入射 於偏光板薄膜100上時，平行於偏光板薄膜100之透射軸偏 極化之光線104 ’係實質上被透射，然而平行於偏光板薄膜 1〇〇之反射軸偏極化之光線106，係實質上被反射。經反射 光之角分佈係依賴偏光板1〇〇之不同特徵。例如，在一些列 舉具體實施例中，光線1〇6可漫射地反射，其係概要地說明 於圖1A中。在其他具體實施例中，經反射光可包含鏡面與 α射兩種成份，然而在一些具體實施例中，反射可實質上 全為鏡面。在圖1Α所示之具體實施例中，偏光板之透射軸 係平行於X-軸，且偏光板100之反射軸係平行於”軸。在其 他具體實施例中，此等可被逆轉。經透射光1〇4可以鏡面方 式透射，例如其係概要地說明於圖1Α中，可以漫射方式透 射，例如其係概要地說明於圖m中，或可以鏡面與漫射成 伤之組合被透射。當超過一半之經透射光係以漫射方式透 射日守，偏光板係實質上以漫射方式透射光線，@當超過一 半之經透射光係以鏡面方式透射時，冑質上以鏡面方式透 射光線。 根據本發明之舉例具體實施例，經過反射偏光板物體之 剖視圖，、係概要地呈現於圖2中。物體綱包含聚合體基質 =2 ’亦被稱為連續相。聚合體基質可為光學上均向性或光 學上雙折射。例如，聚合體基f可為單軸上或雙轴上雙折 射’意謂聚合體之折射率可為沿著_個方向不同，而在兩 個正交方向上類似(單軸)’或在全部三個正交方向上不同 123912 200817737 (雙軸）。 内。偏光纖維204包含至 為雙折射。在*些列舉 ，而另一種或多種材料 形成纖維之兩種或多種 中’由均向性材料形成 偏光纖維204係被配置於基質2〇2 少兩種聚合體材料，其中至少一種 具體實施例中，材料之一為雙折射 為均向性。在其他具體實施例中， 材料為雙折射。在一些具體實施例 之纖維，亦可存在於基質2〇2中。 對第一種纖維材料，在 y及2-方向上之折射率，可被 知為nlx、nly及niz，而對第二種纖維材料，在…及z方 =之折射率，可被稱為n2x、n2y及^。在材料為均向性 之十月況下’\-1_及績射率係全部實質上符合。在第 纖維材料為雙折射之情況下，χ… 係與其他不同。 y及-折射率之至少一個 在各纖維204内，有多重界面在第一 输錐你乐種纖維材料與第二種 、義維材料之間形成。例如，若兩 在該界面處，且…” 現其w斤射率 y’第—種材料為雙折射，則該 ,面為又折射。偏光纖維之不同列 下文。 /、體實苑例係討論於 、鐵維204係大致上平行於一個 對平;r a ± 中示為X-轴。 十千仃於X-轴偏極化之光線，在纖維2〇4内， 處之折射率差， ；又折射界面 , n2x，可不同於對平行於y-軸偏 線之折射率差y釉偏極化先 對Iy 2y田在界面處，於折射率上之差里 對不同方向為不同時，界面係被 ^異， 個雙拼·&+ W二Λ 斤对。因此，對一 雙折射界面，△…ny，其中缽 ： ^AAy Ply- n2y|〇 123912 -10- 200817737 對一種偏極化狀態，於纖維204中，在雙折射界面處之折 射率差可相對較小。在一些舉例情況中，折射率差可小於 0.05。此狀悲係被視為實質上折射率符合。此折射率差可小 於0.03，小於0.02，或小於0.01。若此偏極化方向係平行於 X-轴，則X-偏極光係通過物體2〇〇 ’具有極少或無反射。換 §之，X-偏極光係尚度地透射經過物體2⑻。 於纖維中，在雙折射界面處之折射率差，對於呈正交偏 極化狀態之光線，可相對較高。在一些列舉實例中，折射 率差可為至少0.05，且可為較大，例如〇1，或〇15，或可為 0.2。若此偏極化方向係平行於軸，則y_偏極光係在雙折射 界面處被反射。因此，尸偏極光係被物體2〇〇反射。若在纖 維204内之雙折射界面係實質上互相平行，則反射可為基本 上鏡面。另一方面，若在纖維2〇4内之雙折射界面不實質上 互相平行，則反射可為實質上漫射。—些雙折射界面可為 平行，而纟他界面可為非平行，其可導致含有鏡面與漫射 兩成份之經反射光。雙折射界面亦可為彎曲，或相對較小， 換言之，係在入射光波長之數量級内，其可導致漫散射。 雖然剛才所述之舉例具體實施例係針對χ_方向上之折射 率符合，在y-方向上具有相對較大折射率差異，但其他列 舉具體實施例包括在y_方向上之折射率符合，在心方向上具 有相對較大折射率差異。 聚合體基質202可為實質光學上均向性，例如具有雙折射 msy小於約0.05，且較佳為小於〇〇1，其中在基質中關於 X-與y-方向上之折射率係個別為如與％。在其他具體實施 123912 -11 - 200817737 例中，聚合體基質2〇2可 例中，於聚a體^ 射。結果，在—些具體實施 向上不π 質與纖維材料間之折射率差可於不同方 h η如，靖射率差，W可不同於y-折射率 另二V:至在—些具體實施例中，此等折射率差之-可為 另一折射率差之至少兩倍大。 在-些具體實施例中’雙折射界面之折射率差、範圍盘 雙折射界面之相對位置，可造成其中—個入射偏 ^化之哽政射大於另—偏極化。此種散射可主要為逆散射 (又反射）肖剛散射（漫透射）或逆-與向前散射兩者之組 合0 供使用於聚合體基質中及/或於纖維中之適當材料，包括 ,、、、』!·生與熱固性聚合體，其係涵蓋所要範圍之光波長為透 日:。在一些具體實施例中’可特別有用的是，聚合體應不 溶於水中再者，適當聚合體材料可為非晶質或半結晶性， 且可包括均聚物、共聚物或其摻合物。聚合體材料實例包 括但不限於聚（碳酸酯）（PC);對排與同排聚（苯乙稀）（ps); C1-C8烷基苯乙烯；含烷基、芳族及脂族環之（甲基）丙烯酸 酯，包括聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA)與PMMA共聚物，·乙 氧基化與丙氧基化之（甲基）丙烯酸酯；多官能性（甲基）丙烯 酸酯；丙烯酸化之環氧類；環氧類；及其他乙烯系不飽和 材料；環狀烯烴與環狀烯烴共聚物；丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS);苯乙烯丙蝉腈共聚物（SAN);環氧類；聚（乙烯基環己 烧）’· PMMA/聚（氟乙烯）掺合物；聚（苯驗）合金，·苯乙浠性嵌 段共聚物；聚醯亞胺；聚颯；聚（氯乙烯）；聚（二甲基石夕氧 123912 -12· 200817737 烷）(PDMS);聚胺基甲酸酯；不飽和聚酯；聚（乙烯），包括 低雙折射聚乙烯；聚（丙烯）（pp);聚（對苯二甲酸烧s旨），譬 如聚（對苯二甲酸乙二酯）（PET);聚（莕二甲酸烷酯），譬如聚 (莕二甲酸乙二酯）（PEN);聚醯胺；離子鍵聚合體；醋酸乙 烯酯/聚乙烯共聚物；纖維素醋酸酯；纖維素醋酸丁酸酯； 氟聚合體；聚（苯乙烯）-聚（乙烯）共聚物；PET與PEN共聚物， 包括聚烯烴PET與PEN ;及聚（碳酸酯）/脂族PET摻合物。（甲 基）丙烯酸酯一詞係被定義為無論是其相應之甲基丙蝉酸 酉曰或丙烯酸酯化合物。，除了對排PS之外，此等聚合體可以 光學上均向性形式使用。 數種此等聚合體當被定向延伸時可變成雙折射。特定言 ET PEN及其共聚物’以及液晶聚合體，當被定向延 伸時’係明示相對較大雙折射值。聚合體可使用不同方法 破疋向延伸，包括壓出與拉伸。拉伸為使聚合體定向延伸 ，特別有用方法，因其允許高度定向延伸作用，且可藉由 "、易地可控制之外部參數加以控制，譬如溫度與拉伸 關於許多經定向延伸與未經定向延伸之舉例聚合體之 射率，係提供於下表〗中。

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CoPEN 6 135 1.82 1.56 1.56、 PMMA 1 - 1.49 PC，CoPET摻合物 1 - 1.56 THV 1 - 1.34 PETG 1 - 1.56 -—---^ SAN 1 - 1.56 PCTG 1 - 1.55 PS，PMMA共聚物 1 - 1.55-1.581 PP 1 - 1.52 對排PS 6 130 1.57 1.61 L6lT PCTG與PETG (二醇改質之聚對苯二曱酸乙二酯）為共聚 酯之類型，可以EastarTM商標名稱得自例如Eastman化學公司 XXX V ^ ^ Arp /、氣内师及一鼠亞乙稀 商標名稱DyneonTM得自3Μ公司（St. Paul，ΜΝ)

Kingsport，ΤΝ 聚合體’可以· .....…w PS/PMMA共聚物為共聚物之實例，其折射率可藉由改變共 聚物中組成單體之比例作"調整"，以達成所要之折射率值 經標識"S_R."之攔位係含有拉伸比。拉伸比為"系意謂㈣ 為未被拉伸且未定向延伸。拉伸比為6係意謂試樣被拉伸至 其原長之六倍。若在正確溫度條件下拉伸，則聚合分子得 被定:延伸，且材料變成雙折射。但是，有可能拉伸材剩 而不㈢使分子定向延伸。經標識"τ"之 下之溫度。經拉伸之4H表不试樣被拉伸 又、、工拉伸之试樣係被拉伸為薄片 及，位係指材料之折射率。於表中對 之月况中，1^與〜之數值係與對ηχ相同。ζ不數值 在拉伸纖維下之折射率行為， ° 薄片之結果’但未必與其相二-传類似關於拉伸 來合體纖維可被拉伸至任 123912 -14 - 200817737 何所要之數值，其會產生所要之折射率值。例如，一些聚 合體纖維可被拉伸，以產生拉伸比為至少3，且可為至少6。 在-些具體實施例中，聚合體纖維可被拉伸又更多，例如 至拉伸比高達20或又更多。 關於拉伸以達成雙折射之適當溫度，係為聚合體熔點之 大約80% ’以Kelvin溫度表示。雙折射亦可藉由應力引致， /應力係藉由麼出與薄膜形成方法期間所歷經之聚合物嫁 融體流動所引致。雙折射亦可經由與相鄰表面(譬如薄膜物 件中之纖維）之排列而被發展。雙折射可無論是正或負。正 雙折射係被定義為當電場㈣線性偏極光之方向係歷經當 其平行於聚合體之取向或排列表面時之最高折射率時。負 又折射係被定義為當電場軸對線性偏極光之方向係歷經當 其平行於聚合體之取向或排列表面時之最低折射率時。正 t生，折射聚合體之實例包括PEN與pET。負性雙折射聚合體 之實例包括對排聚苯乙烯。 體200提供所要之性質。例如，添加劑可包括下列之一或多 ，·抗候劑、UV吸收劑、位阻胺光安定劑、抗氧化劑、分 政：、潤滑劑、抗靜電劑、顏料或染肖、成核劑、阻燃劑 ，發泡劑^可提供其他添加劑’以改變聚合體之折射率或 ::材料之強度。此種添加劑可包括例如有機添加劑，譬 孽聚合體珠粒或粒子及聚合體毫微粒子，或無機添加劑， 3如破璃、陶瓷或金屬氧化物毫微粒子，或經研磨、粉末 、朱粒、薄片或微粒子玻璃、陶瓷或玻塢陶瓷。此等添力 123912 -15 - 200817737 ^ ^表面可具有黏合劑，供黏結至聚合體。例如，石夕燒偶 合劑可與玻璃添加劑一起使用，以使玻璃添加劑社人^ 合體。 、口王水 、在:些具體實施例中，基質2〇2或纖維2〇4之成份可較佳 為不^生或至少對溶劑具抵抗性。具溶劑抵抗性之適當材 料^例包括聚丙稀、pET及pEN。在其他具體實施例中， 貝202或聚合體纖維2〇4之成份可較佳為可溶於有機溶劑 。例如’由聚苯乙烯形成之基質2〇2或纖維成份係可溶於 T機溶劑中，譬如丙酮。在其他具體實施例中，基質可較 ^ 丨生例如，由聚醋酸乙烯酯形成之基質202或纖維 成份係可溶於水。 、 在光學元件之一些具體實施例中，材料之折射率可沿著 纖維之長度方向，在x_方向上改變。例如，此元件可不接 文均勾拉伸，但可在一些區域中比在其他區域中被拉伸達 較大程度。結果，可定向延伸材料之定向延伸度沿著元件 不均勻’且因此雙折射可於^間上沿著s件改變。 再者，於基質内摻入纖維可改良光學元件 :::言之’喝侧，㈣_，呈物式係匕呈 =形:气較強’且因此，含有纖維之光學元件可比未含有 2之㉙似尺寸之一較強。纖維綱可為直的，但並非必須 疋的，例如纖維204可經扭結、螺旋或捲曲。 在一些具體實施例中，存在於偏光板層中之份 部纖維可為聚人驊抱止址、^ ^ 人王 在其他具體實施例中，偏光 、3可由均向性材料形成之纖維，譬如均向性聚合 123912 •16- 200817737 5或無機材料’譬如玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷。因此，無機 、、、、、准在薄膜中之利用係更詳細地討論於美國專利申請案公 0257678中。無機纖維係對偏光板層提供附加剛性， 及對於在濕度及/或溫度之差別狀態下之捲曲與形狀改變 之抵抗性。 在一些具體實施例中，無機纖維材料具有折射率，符合 基質之折射率，而在其他具體實施例中，無機纖維具有折 f 射率’不同於基質之折射率。可使用任何透明類型之玻璃， 包括局品質玻璃，譬如E-玻璃、S-玻璃、BK7、SK10等。一 些陶曼材料亦具有足夠小之晶體大小，若其被包埋在具有 折射率適當地符合之基質聚合體中，則其可呈現透明。 NeXtelTM陶瓷纖維，可得自3M公司（St. Paul，MN)，係為此類 型材料之實例，且已經可以絲線、紗線及織造蓆取得。吾 人感興趣之玻璃-陶瓷材料具有之組成包括但不限於

Li20-Al203-Si02、Ca0-Al203-Si02、Li20-Mg0-Zn0-Al203-Si02、 ( Al203-Si02 與 Zn0-Al203-Zr02-Si02 、 Li2 0-Al2 〇3-Si02 及

MgO-Ah 〇3 -Si02 〇 偏光板層可包含偏光纖維，其係以許多不同方式被排列 * 在基質内。例如，纖維可橫越基質之橫截面區域無規則地 ， 放置。亦可使用其他較規則之橫截面排列。例如，在概要 地示於圖2之舉例具體實施例中，纖維204係以單次元陣列 排列在基質202内，於相鄰纖維204之間具有規則間距。在 此具體實施例之一些變型中，於相鄰纖維204間之間距不必 對所有纖維204均相同。在所示之具體實施例中，纖維2〇4 123912 -17- 200817737 之單層係被定位於元件200之兩個表面2〇6, 2〇8間之中途。並 非必須是此種情況，纖維204層可被定位為較接近表面2〇6, 208之任>個。 在另-項舉例之具體實施例中，概要地以橫截面說明於 圖3A中，偏光板薄膜3〇〇包含兩層纖維3〇4a，3〇扑，位在基質 302内。在此項具體實施例中’在上層中之纖維係彼此 間隔分開，具有與下層中之纖維3〇4b相同之中心至中心間 距而且在上層中之纖維304a係被放置，與下層之纖維 304b對齊（在方向上對準）。這並非必須是此種情況，且中 心至中心間距可為不同及/或^對準可為不同。例如，在偏 光板310之具體實施例中，概要地示於圖北中，在上層中， 於纖維314a間之中心至中心間距，係與關於下層之纖維釘牝 相同。但是，纖維304a係在y_方向上偏離纖維3〇牝。此項具 體貝施例之一種可能優點是上層纖維314a可，，填入，，下層中 纖維314b間之間隙内，|因此是正交傳播光線橫斷纖維 304a或304b及因此變成偏光之機會係被增加。 可使用纖維之附加層。例如，在概要地示於圖3C中之偏 光板薄膜320之具體實施例中，基们22含有三層纖維施， 324b及324c。在此特定具體實施例中，中間層纖維”处係在 y-方向上偏離上層與下層纖維324a，324c。而且，此項具體實 施例,、、、員示在y-方向上纖維間之間距，可與2_方向上纖維間之 間距不同。 偏光纖維可以單一纖維被編制在基質内，或呈許多其他 排列。在一些舉例排列中，纖維可被包含在偏光板中，呈 123912 -18- 200817737 v線纖維束（纖維或紗線）之形式，在一個方向上& 於聚人騁f # 工、、、工排列 、口-基貝内，編織物、非織造物、短纖維、短纖維蓆（具 有無規則或有規則袼式）或 此專格式之組合。短纖維篇 織造物可被拉伸、加壓或定向延伸，以提供纖維在非織: 物或短纖維鹿内之某種排列，而非具有纖維之無規排= 〃有偏光纖維在基質内排列之偏光板之形成，係更完整地 描述於美國專利申請案公報2006/0193577中。 、戴、准可破包含在基質中，呈-或多種纖維編織物形式。 編織物姻係概要地說明於圖4中。偏光纖維可形成部^ 紗402及/,或部份緯紗4〇4。無機纖維可被包含在編織物^ ^可形成部份經紗4〇2及/或緯紗4〇4。此外，經紗搬或 早"4〇4之部份纖維可為均向性聚合體纖維。圖4中所^ 之、為4物4GG具體實施例，係為五綜锻紋編織物，惟可使用 不m之編織物’例如其他類型之緞紋編織物、平紋編 一”體κ施例中，超過一種編織物可被包 内。例如，傯出t , %签貝 偏先板薄膜可包含一或多種含有偏光纖維之編 織物，與一蠖客插/免人丄 ^ 戎夕種僅含有無機纖維之編織物。在其他具體 貝知例中’不同編織物可包含偏光纖維與無機纖維兩者。 具有二層纖維之偏光板32〇可例如以纖維之三個織造層形 成。 曰7

偏光板亦可且右A _ ”,在一或兩個表面上之結構，例如，如更 洋細地在美國專利φ 士太 j甲明案公報2006/0193577中所討論者。此 種表面可包括例如A声 &度牦強表面、透鏡狀表面、漫射表面 123912 •19- 200817737 等。而且，偏光纖維及/或其他纖維之密度在整個偏光板之 體積上並非必須是均勻，而是可改變。於說明 上，一些纖 維可用以提供漫射，無論是在反射或透射中，例如，以降 低橫越偏光板之光照度之不均勻性。可如此進行，以隱藏 被放置在偏光板背後之光源，其中纖維之密度在光源上方 係較大，而遠離光源係被降低。 在一項列舉具體實施例中，於纖維中使用之雙折射材料 為在定向延伸時於折射率上遭受改變之類型。結果，當纖 維被定向延伸時，折射率符合或失配可沿著定向延伸之方 向產生，且亦可沿著未定向延伸之方向產生。藉由定向延 伸參數及其他加工處理條件之小心操控，雙折射材料之正 或負雙折射可用以引致沿著特定轴之—或兩個偏極化光線 之反射或透射。在透射與漫反射間之相對比例，係依許多 因素而定，譬如但不限於纖維中雙折射界面之濃度、纖維 之尺寸、在雙折射界面處於折射率上差異之平方、雙折射 界面之大小與幾何形狀及入射輻射之波長或波長範圍。 /口著特疋軸之折射率符合或失配之量，會影響沿著該軸 扁木化之光線之散射程度。一般而言，散射力會以折射率 失配之平方改變。因此，於沿著特定軸之折射率上之失配 愈：’沿著該軸偏極化之光線之散射愈強。反之，當沿著 、寺疋轴之失配彳艮小時’沿著該軸偏極化之光線係被散射， 達車乂小辁度，且經過物體體積之透射逐漸地變成鏡面。 、=非雙折射材料之折射率沿著某軸符合雙折射材料之折 、率則以平行於此軸之電場偏極化之入射光，將通過纖 123912 -20- 200817737

維未經散射，而不管譬柏M 、 又折射材料部份之大小、形狀及密度 為何。此外，若沿著該鮎 季由之折射率亦實質上符合偏光板物 體之聚合體基質之折射率，目彳止^ ^ + 則先線係通過物體而實質上未 經散射。於兩個折射率問 1手間之實質符合，係當折射率間之差 異低於至多0.05，且齡祛铉加从Λ 孕仏係低於〇·〇3、0.02或0·01時發生。 散射之強度，向前盘向徭 ~廿 、门後係至少部份決定於對具有特 定橫截面面積之散射贈夕& 4 耵體之折射率失配之量，該散射體具有

大於大約；I /30之尺寸，豆由3 ^ , 〃中又為偏光板中入射光之波長。 失配界面之確實大/|、、形此η 、 y狀及排列，在決定有多少光線自 該界面被散射或反射至各種方向中，係扮演一項角色。 在使用於偏光板巾之前，纖維可藉由拉伸且允許在交叉 拉伸平面内方向上之—些尺寸鬆弛進行處理，以致在雙折 射材料與非雙折射材料間之折射率差，沿著第—個轴係相 對較大，而沿著另兩個正交軸相對較小。這會造成對不同 偏極化作用之電磁輻射之大光學各向異性。 向前散射對向後散射之比例係依雙折射與非雙折射材料 間之折射率上之差異，雙折射界面之濃度，雙折射界面之 二小與㈣，及纖維之整體厚度而定。一般而言，橢圓形 度射體，於雙折射與非雙折射材料之間，在折射率上具有 相對較小差異。 根據本發明，經選擇使用於纖維之材料，及此等材料之 定向延伸度，較佳係經選擇以致在最後完成纖維中之雙折 射與非雙折射材料具有至少一個軸，有關聯折射率對其係 實質上相等。與該軸有關聯折射率之符合，該軸典型上但 123912 -21 - 200817737 會造成實質上無光反射在 未必疋^ b/f定向延伸方向之轴 该偏極面中。 偏光纖唯^折射界面且相於本發明—些具體實施例之 偏先義維之—項舉例具體 層纖維為含有多声…人- 夕層偏光纖維。多 i不同χκ σ體材料之纖維，其中至少一 種。在一些列舉具體實施例中，多層 ==第二種材料之：系列交替層，其中至少-種材料 ”、、纟^具體貫施私J中，第-種材料具有沿著一 :軸之折射率約與第二種材料相同，而沿著正交軸之折射 “不同於第_種材料。其他材料層亦被使用於多層纖維中。 -種類型之多層纖維係被稱為同心多層纖維。在同心多 層纖維中，此等層可完全圍繞纖維之中央核芯、形成。經過 同心多層偏光纖維5⑻之一項舉例具體實施例之橫截面，係 概要地以橫截面說明於圖认中。纖維5〇〇含有第一種材料 5〇2與第二種材料撕之交替層。第—種材料為雙折射，而 第二種材料可為無論是雙折射或均向性，以致在相鄰層間 之界面506為雙折射。 纖維500可被包覆層508圍繞。包覆層5〇8可製自第一種材 料、第二種材料、其中包埋纖維之聚合體基質之材料或某 種其他材料。此包層可於機能上有助於整體裝置之性能， 或包層可無功能表現。包層可於機能上改良反射偏光板之 光學，譬如經由使光線在纖維與基質之界面處之去極化作 用降至最低。視情況，包層可以機械方式加強偏光板，譬 如藉由在纖維與連縯相材料之間提供所要程度之黏著性。 123912 -22- 200817737 在:些具體實施例中，包層5()8可用以提供抗反射功能，例 如藉由在纖維500與圍繞聚合體基質之間提供若干折射率 符合。 纖維500可以不同數目之層及以不同大小形成，依纖維 500之所要光學特徵而定。例如，纖維可以約十層至數 百層形成，具有有關聯之厚度範圍。纖維寬度之數值可落 在5微米至約5_微米之範圍内，惟纖維寬度亦可落在此範 圍外。在-些具體實施例中，層5〇2, 5〇4可具有一厚度，其 係為特定波長之四分之_冰旦由 ,,, 波長；度，或波長範圍，惟這並 非本發明之必要條件。四分之一波長層之排列係提供相干 散射及/或反射，且因此大反射/散射作用，相較於立中散 射/反射為非相干之情況，可以較少層獲得。這會增加偏光 板之效率’及降低為獲得所要偏極化程度所必須之材料量。 當厚度t等於四分之—波長除以折射率，因此Η物）時， 其中η為折射率，且λ為波長，—層係被稱為具有四分之一 波長厚度。 同心多層纖維500可藉由共壓出多層材料成為多層纖維， 接著為後續拉伸步驟，以使雙折射材料定向延伸，及產生 雙折射界面而製成。可作為雙折射材料使用之適當聚合體 材料之-些實例包括ΡΕΤ、顺及其各種共聚物，如上文所 討論者。可作為非雙折射材料使用之適當聚合體材料之— 些實例’包括上文所討論之光學上均向性材料。一般而言， 已發現當使用於纖維中之聚合體材料潤濕至彼此，且具有 可相容加工處理溫度時’多層纖維係更容易地被製造。 123912 •23· 200817737 、-有不同類型檢截面之多層、纖維亦可使用。例如，同心 纖維並非必須是圓％，而可具有某種其他形狀，譬如橢圓 t矩形或其類似形狀。例如，多層纖維之另—項舉例 體貝施例概要地以橫截面示於圖5B中，可以交替之第 一種材料512與第二種材料514之同心層形成，其中第一種 材料512為雙折射，而第二種材料514可為無論是均向性或 雙折射。在此舉例之具體實施例中，纖維51〇包含同心雙折 射界面516，在交替層512, 514之間，其係沿著纖維52〇之長 度延伸。在此項具體實施例中，纖維51〇為非圓形對稱，且 係沿著-個方向細長。使用此圖之座標系、统，纖維橫截面 係在，方向上細長，而因此，在y_方向上之尺寸〜，係大於 △方向上之尺寸dz。 在同心多層纖維之一些具體實施例中，可提供多層環繞 中心纖維核芯。此係概要地說明於圖5C中，其顯示纖維52〇， 具有交替材料層522,524環繞核岔、526。核芯526可由與層522, 524之任一個相同之材料形成，或可由不同材料形成。例 如，核芯526可由不同聚合體材料或無機材料譬如玻璃形 成。 多層偏光纖維之另一項舉例具體實施例為螺旋纏繞纖 維，更詳細地描述於2006年3月31日提出申請之美國專利申 請案序號11/278,348中。螺旋纏繞纖維之舉例具體實施例係 概要地5兒明於圖5D中。在此項具體實施例中，纖維53〇係被 形成例如兩層薄片532，其係環繞本身纏繞以形成螺旋。此 兩層薄片含有一層第一種聚合體材料，其係為雙折射，與 123912 -24- 200817737 弟一層弟二種材料，其可為均向性或雙折射。雙折 體材料可在形成纖維之前或之後經定向延伸。於相鄰^ 之界面534為在雙折射材料與另—種材料間之界面，且^ 被認為是雙折射界面。螺I耗纖維係於此處被認為 心多層纖維。螺旋纏繞纖維可以數種不同方式製造。二 螺旋纏繞纖維可藉由壓出或藉由輥壓含有二或多層之薄片， 而形成。此等方法係更詳細地討論於美國專财請案 11/278,348 中。 ’ 風 另-種類型之多層纖維為經堆疊之多層纖維，其中數層 係=堆疊形成。經堆疊多層纖維54()之_項舉例具體實_ :橫截面，係概要地說明於圖还中。在此項具體實施例中， 第一種聚合體材料之層542係經配置在第：種聚合體材料 層544之間❶纖維54〇可包含選用覆蓋層5恥。在此項且體實 施例中，層542, 544為平面狀。纖維層⑷，⑷並非必須是平 面狀，而可呈現某種其他形狀。 在一些具體實施例中’於多層纖維中之層可全部具有相 同厚度。在其他具體實施例中，⑨多層纖維中之層並非全 部具有相同厚度。例如’一般可能需要偏光板在偏極化光 線下有效，涵蓋整個可見光波長範圍，大約400毫微米_700 毫微米。因此，偏光板可具有不同纖維，#中各纖維具有 均勻厚度層，但其t -些纖維具有比其他較厚之層，以致 不同’截維係在 吏#•波長而非其他波長偏光下更有效。提 供見廣帶寬有效性之另-途徑係為提供具有其厚度於一範 圍内改變之層之纖維。例如’多層纖維可具有許多層，其 123912 -25 - 200817737 中層厚係隨著纖維内之位置改變。此種纖維550之一項舉例 具體實施例係概要地以橫截面說明於圖5F中。在此項具體 實施例中，層厚t係隨著距纖維底部之距離s而降低。因此， 層552，其係比層554距纖維550之底側更遠，係比層554薄。 具有不同厚度層之纖維560之另一項舉例具體實施例，係 概要地以橫截面說明於圖5G中。在此項具體實施例中，較 接近纖維560中心之層562具有厚度t，其係大於遠離該中心 之層564之厚度。換言之，在此特定具體實施例中，層厚t 係隨著層之半徑r而降低。 多層纖維570之另一項具體實施例之橫截面，係概要地說 明於圖5H中。在此項具體實施例中，較接近纖維57〇之核芯 576之層572具有厚度t，其係小於遠離纖維57〇中心之層574 之厚度換s之，在此特定具體實施例中，層厚t係隨著層 之半徑r而增加。 ，截、隹之層厚可以不同方式改變。例 >，層厚可逐漸地從 纖維之内侧增加或降低至外側’具有穩定梯度。在其他具 體實施例中’纖維可具有數組群之層，例如其中在第一組 中之層具有第一個厚度’在第二組中之層具有第二個厚度， 不同於弟—個厚度’等等。現在參考圖6a_狃描述許多不同 層厚分佈形態。此等圖顯示舉 m ^ ^ 千丨〜 < 層7子分佈形態，作為光 子厚度ot之函數，或作為距 -^ ^ 维< ^之距離d之函數。纖維 U為自其度量距層之距 之位置。在經堆疊多層膜之情 過雄“ 為“之—個侧面，以致距離d僅只是經 k隹$之距離。在同心纖維之 月况中，起點係被取為纖維 123912 -26- 200817737 之中心。當同心纖維在橫截面上為圓形時，距離d係等於半 徑。光學厚度，其係為層之物理厚度與折射率之乘積，可 用於描述一些此等不同具體實施例，因為多層纖維可具有 四为之一波長層，以使對於一種偏極化狀態之反射效率達 到最大程度。因此，層之光學厚度為在瞭解纖維之反射特 性上之一種可使用參數。此處所示之層厚分佈形態可表示 整體纖維或部份纖維之層分佈形態。 於圖6A與6B中，層之光學厚度係線性地隨著與纖維起點 之距離而個別地增加與降低。於圖6C與6D中，層之光學厚 度係非線性地隨著與纖維起點之距離而個別地增加與降 低。非線性之形狀可不同於所示者，依對纖維之所要設計 參數而定。 於圖6E中’層之光學厚度係在纖維起點與纖維邊緣間之 中間區域中之某處來到最低值。因此，在此項具體實施例 中’一層’例如第一種聚合體材料層，伴隨著距纖維起點 之第一個距離，i)具有比第一種聚合體材料之第二層之光 學厚度較小之光學厚度，該第二層具有距纖維起點之第二 個距離小於第一個距離，與u)具有比第一種聚合體材料之 第三層之光學厚度較小之光學厚度，該第三層具有距纖維 起點之第三個距離大於第一個距離。 於圖6F中’層之光學厚度係在纖維起點與纖維邊緣間之 中]£或中之某處來到最高值。因此，在此項具體實施例 中第種聚合體材料之一層，伴隨著距纖維起點之第一 個距離’ 〇具有比第一種聚合體材料之第二層之光學厚度 123912 -27- 200817737 較大之光學厚度，該第二層具有距纖 丨从斤, *趄點之弟二個距離 小於弟-個距離’與i〇具有比第一種聚合體材料之第二芦 :光學厚度較大之光學厚度’該第三層具有距纖維起：： 第二個距離大於第一個距離。 在-些具體實施例中，此等層可在袋中形成，其中相同 光學厚度之許多層係被群集在一起。$同袋可伴隨著不同 光學厚度。具有許多層袋之纖維之實例，係示於圖6G之分 佈形態中，其中當袋位置從纖維之起點向外移動時，袋2 伴隨著漸增光學厚度之層。另一項實例係示於圖狃中，其 中關於漸增與纖維起點分隔之袋，該袋係交替地伴隨著較 大與較小光學厚度之層。此處所描述之不同層厚分佈形態 係為代表性，而非被視為無遺漏地。許多其他不同層厚分 佈形態係為可能。 光線在多層偏光纖維邊緣處之入射，現在係參考圖7Α進 行討論，其係概要地說明單一同心多層偏光纖維704，被包 埋在偏光板薄膜700之基質702中。本發明討論只考慮正交 地入射在偏光板7〇〇上之光線。應明瞭的是，此處所討論之 概念可被擴大至其他角度下入射於偏光板上之光線。光線 7〇6係被導引在纖維7〇4之中心，以致能夠正交地入射於纖 維704層上。因此，呈一種偏極化狀態之光線7〇8係自纖維 704反射’具有第一個反射光譜，而呈該偏極化狀態之光線 之其餘部份係被透射。但是，對纖維7〇4層以非正交入射角 入射在纖維704上之光線710，會造成光線712自纖維704反 射’具有光譜不同於反射光708之第一個反射光譜。當增加 123912 -28- 200817737 多層結構上之入射角時’多層結構之反射光譜典型上係移 轉至藍色。因此，經反射光線712之光譜，相對於反射光7〇8 之光碏，係被藍色移轉。這可導致被偏光板透射與反射光 線之光譜上之不均勻性。例如，在多層纖維具有供反射層， 涵蓋可見光區400毫微米_ 700毫微米之情況下，對正交入射 光而言，在高角度下入射之紅色光可比藍色光被影響達較 小程度，此係由於反射光譜之藍移所致。 可使用各種途徑以降低藍移之作用。例如，在一項途徑 中，多層纖維可具有數層，其係為四分之一波長層，供具 有比入射於偏光板上之光線範圍較長波長之光線用。在偏 光板正被使用於顯示系統中時，吾人感興趣光線之波長範 圍，典型上為約400毫微米-700毫微米。因此，多層纖維7〇4 可具有數層，其係為四分之一波長層，供波長大於7⑻毫微 米用，在近紅外範圍中之波長下，例如高達9〇〇毫微米或超 過。若光線係在會使光譜移轉達例如低於2 0 0毫微米之角度 下入射’則此纖維仍然可有效使紅色光偏光，即使是在高 入射角下。 降低籃移作用之另一種途徑係為降低纖維上之入射角。 這可例如藉由降低基質722之折射率“至低於不同纖維層 724材料折射率之數值而達成，如對於偏光板72〇概要地說 明於圖7B中者。在從基質722之相對較低折射率材料通過進 入纖維724之相對較高折射率材料中時，入射光726係被折 射朝向對纖維層之法線，且因此光線在纖維多層結構内傳 一角度係被降低。光線728顯示透射經過纖維724之光線 123912 -29- 200817737 方向’而光線730顯示被纖維724反射之光線。可用於基質 722之低折射率聚合體夕者点丨,^ ^ 土、 體之貝例，包括PMMA (參考折射率約 1·49)，THV，一種氟化聚合體，可得自观公司⑼· _ Minnesota)’具有參考折射㈣134;低分子量雙官能性胺基 甲酸醋丙烯酸酉旨，典型上具有折射率在約L47七之範圍内； 及一些聚矽氧，其可具有折射率約1.41。 降低監移作用之另_種途徑係為提供具有低折射率塗層 之纖維。此途徑係概要地說圖8中，其顯示偏光板励， 具有多層纖維804，被包埋在基質8〇2内。各纖維謝係具有 塗層806，具有相對較低折射率，低於基質8〇2與纖維綱中 所使用材料之折射率。塗層8〇6可製自列示於前文段落中之 低折射率材料之一。在此項具體實施例中，光線8〇8係入射 於偏光板800上，其方向係致使傳播朝向纖維8〇4之邊緣區 域。在未具有低折射率塗層8〇6下，光線8〇8將接近邊緣橫 斷纖維804，在非正交之入射角下。但是，光線8〇8係在低 折射率塗層806與基質802間之界面處入射。在丨）基質8〇2與 塗層806間之折射率上之差異與i〇入射角係足夠大之情況 下，光線808可完全内部反射。在所示之具體實施例中，完 全内部反射光係被引導朝向鄰近纖維8〇4，其中光線係完全 内部反射第二次。依完全内部反射之角度及其他纖維之位 置而疋’完全内部反射光可在其他纖維處反射或透射經過 其他纖維。 降低監移作用之另一種途徑係為設定層厚中梯度之適當 方向。此途徑係進一步針對圖9_u作描述。發展一種全波 123912 -30- 200817737 數子杈式，以藉由同心多層偏光 m ^5九九線之散射（反 )板式係不於圖9中。纖維_係被假定為且有1〇微米 之核芯，且以-種材料之五十個四分之一波長層形成^ 另一種材科之五十個四分之一波長層交織。材料層之光學 厚度係線性地以四分之—波長層涵蓋其範圍，針對範圍從 5〇〇毫微米至細毫微米之波長。光線係以所示之方向入射， 而供反射與透射之散射橫截面係對整個纖維寬度計算，涵 蓋波長範圍300毫微米，。毫微米。散射橫截面係對呈兩種 偏極化狀態（通過與阻斷偏極化狀態）之光線計算。圖馳 與係呈現對纖維計算之結果，該纖維具有數層，經排列 而具有較接近核芯之較厚層，與較接近纖維外側之較薄層。 曲線1002表示對纖維以通過狀態偏極化光線之透射。經過 此纖維之透射係相對較平坦橫越整個光譜。曲線ι〇〇4表示 對以纖維之阻斷狀態偏極化之光線經過纖維之透射。此曲 線顯示經過纖維之透射對於低於約4〇〇毫微米與高於約65〇 毫Μ米之波長係相對較高，而對於約4〇〇毫微米與65〇毫微 米間之波長，係嚴重地被降低。此行為係被預期：因為多 層堆疊對於在500-600毫微米範圍内之波長係為四分之一波 長疊層，纖維之有效性在此範圍外係相對較差。 於圖10Β中之曲線1〇12表示對纖維呈通過狀態偏極化光 線之反射。此反射橫越整個光譜係很低，在圖10Α中所示之 南透射下’其正如預期。曲線1014表示對以纖維之阻斷狀 態偏極化之光線，被纖維之反射。此曲線係實質上為曲線 1004之互補。正如可自此等圖表所見及者，即使層厚自500 123912 -31 - 200817737 毫微米至600毫微米之四分之一波長下均勻地改變，反射率 ，在稍微低於500毫微米之波長下達到最高♦，而反射率係 單調地在500毫微米與6〇〇毫微米之間降低。此係為對於在 非正交角纟了人射錢維之光線之反射率光譜藍移之結 果。 當層厚中之梯度被逆轉，且較薄層係較接近纖維核芯， 而較厚層係較接近纖維之外側時，纖維之行為係為不同。 圖11A中之曲線1102顯示對纖維以通過狀態偏極化光線之 透射，然而曲線1104表示對以纖維之阻斷狀態偏極化光線 之經過纖維之透射。圖11B中之曲線1112表示對纖維以通過 狀態偏極化光線之反射。曲線1114表示對以纖維之阻斷狀 態偏極化之光線被纖維之反射。曲線1114係實質上為曲線 1104之互補。具有較薄層朝向纖維核芯之纖維之反射率， 係顯著地較均勻，涵蓋範圍500-600毫微米，然後當較厚層 係朝向纖維核芯時，其會在偏光板中造成經改良之偏極化 特彳政。咸e忍此改良係源自入射角對反射光譜之較正確符合。 在纖維邊緣處之層具有局角度反射光譜，其係較適當地集 中環繞對反射帶所意欲之設計波長，然而在纖維核芯處之 層具有正交反射光譜，其係同樣較適當地集中環繞所意欲 之設計波長。 垂直於纖維偏極化之向前散射光對平行於纖維偏極化之 向鈾散射光之比例’係被稱為透射偏極化函數（丁PF)。平行 於纖維偏極化之向後散射光對垂直於纖維偏極化之向後散 射光之比例，係被稱為反射偏極化函數（RPF)。圖12A顯示 123912 -32- 200817737 TPF(曲線U02)與RPF(曲線12〇4)之數值作為波長之函數，關 於其中纖維層之厚度隨著增加半徑而降低之情況。圖12B 顯示TPF (曲線m2)與RPF (曲線1214)之數值作為波長之函 數，關於其中纖維層之厚度係隨著增加半徑而增加之情況。 RPF曲線1202在500毫微米與6〇〇毫微米之間，顯示如圖i〇b 中反射光譜之相同傾斜行為，然而曲線1212顯示如圖 11B中反射光譜之相同實質上均勻行為，涵蓋相同範圍。因 此，具有分級層厚之多層纖維之偏極化特徵，當層厚係隨 著半徑而增加時，係更均勻。 降低對於偏光板特徵之藍移作用之另一種途徑，係為使 用對入射光呈現較少橫截面面積之纖維，#中纖維係在高 入射角下，及呈現較多橫截面面積之纖維，其中纖維係在 低入射角T。-種達成此情況之方式係為制其橫截面係 在個方向上相對於另一方向為細長之纖維，例如，如圖 5B與5C中所示者。此種偏光板13〇〇之實例係概要地說明於 圖13中。纖維13〇4係被包埋在基f㈣内。纖維i綱係在平 行於偏光板1300表面之方向上細長。相較於例如具有環狀 橫截面之纖維’此型態係對低入射角下之入射光呈 纖維表面積。 實例-單一纖維 多層同心偏光纖維係使用下述方法製造。包含χ聚合體 與Υ聚合體之多重交替同心環之纖絲，係利用包含952個各 〇避’⑽微米）厚之填隙片之孔模製成。使用兩個填隙片以 產生一個環’因此’此952個填隙片孔模係經設計以產生包 123912 -33 - 200817737 含476個環之纖絲。此等環之一半係製自X聚合體，而一半 係製自Y聚合體。此孔模具有兩個入口； 一個供熔融態X 聚合體用，而一個供熔融態Y聚合體用。 X聚合體為LMPEN，一種製自90%PEN/10%PET之共聚物， 可得自3M公司。Y聚合體為下列實質上均向性材料之一： i) Eastar 6763 PETG，得自 Eastman 化學公司，Kingsport Tennessee ； ii) SA115 PC/PCT-G掺合物，得自Eastman化學公司； iii) Xylex 7200 PC/PCCT-G 摻合物，得自 G.E·塑膠，Pittsfield Massachusetts ；及 iv) NAS 30 PS/PMMA摻合物，得自Nova化學品公司，Calgary Alberta, Canada 。 所形成層之數目可藉由改變孔模中填隙片之數目，及藉 由改變處理條件（譬如流率與溫度）而加以控制。填隙片在 堆疊中之設計可以改變，以調整纖維環之厚度分佈形態。 在紡絲板組合件中之填隙片係使用雷射切割形成。纖維孔 模係經特殊設計，以提供層厚梯度與層厚比例，其在特殊 形成與拉伸方法後，會造成寬帶可見之Bragg干涉反射。 將兩種聚合體之經固化顆粒個別地餵至兩個雙螺桿壓出 機之一中。此等壓出機係在溫度範圍為260°C -300°C下，且 在螺桿速度範圍為40-70 rpm下操作。典型壓出壓力範圍為 約2.1xl06Pa至約2.1xl07Pa。各壓出機係裝有齒輪計量泵，其 係供應精確量之熔融態聚合體至纖絲紡絲板。各齒輪計量 泵之大小為0.16 cc/迴轉，且此等齒輪泵係一般性地在相同 123912 -34- 200817737 關―下操作。㈣態聚合體係使用加熱不錄 鋼頸部管件從計量泵被轉移至孔模。 ,、炫融態聚合體流係進入孔模，並流經填隙片。第一個填 :片對係產生纖絲之核芯，第二個填隙片對係形成第一個 壤’環繞該核芯，第三個填隙片對係形成第二個環，於第 一個環之外側’等等’直到高達476個環已被形成為止。'此 炫融態多環纖絲於是離開孔模’且在水之槽桶中驟冷。將 纖絲使用拉輥抽取至水中。纖絲離開拉輥，並使用水平卷 取衣置捲繞於核芯上。計量泵速度與捲繞速度之組合係控 制纖絲之直徑。此方法之典型速度範圍為約Μ⑽·丨_ 4伽-1。 於昼出後’將多層纖維拉伸且定向延伸，以發展雙折射 與反射偏光性f，及降低層厚至適當大小（對可見光之大約 四分之一波長光學厚度）。 *而第二個拉輥站範圍為。卷取裝置係 在與第二個拉輥站相同之速度下操作。 使用剛才所述技術製成纖維之部份橫截面圖，係示於圖 14中:此纖維具有約彻層交替材料，具有經設計之層厚分 佈开〜與梯度，而造成寬帶偏極化相干反射。此纖維係使 用Xylex作為聚合體γ。極良好短㈣次序性與均勻性，在 ms 於此步驟中’將纖絲退繞並餵至拉輥站，然後至經加熱 之懸臂式熱板上，然後至另—個拉報站，及最後至卷取震 置。f板溫度一般範圍為赋-赋。帛二個拉輥站一般 系乂第#拉輥站速度之約6_8倍操作，且當其在熱板上加 熱時造成纖絲被㈣。第—個㈣㈣之典型速度為約〇.2 123912 •35· 200817737 只現相干反射上為重要的，其會降低光線與纖維材料之交 互作用長度，使光吸收之機會降至最低，且因此使 到最大程度。 广艮項技術，以度量單一拉伸纖維之偏極化選擇性。 來自雷射之向前與向後散射光（來自光軸之低於7。圓錐旬 係對转於纖維之偏極化光線與對垂直於纖維之偏極化光 線進订度I。對多層偏光纖維之TpF肖卿之數值係在⑷$

經度量為2·3與5·6。均向性纖維之卿與丁pF 係在1與2之間。這註實來自單—纖維之明顯偏極化·選擇性 反射與散射。 實例-裸露纖維陣列 將使用上述方法製成之裸露纖維陣列在寬廣波長譜帶下 分析，、以特徵鐾定經拉伸纖維之光學性質。將懸浮於空氣 中之纖維陣列’在Perkin£lmer 光譜儀中，分析寬帶偏 極化透射與反射，使用積分球以捕獲實質上所有經透射或 反射之光。得自U纖維之結果，係示於圖15與16中。 此等圖不僅証實經拉伸纖維之偏極化_選擇性反射，而且其 亦貝藉由改、交纖維層厚以移轉阻斷狀態偏極化之反射帶 之能力。在增加纖維層厚與增加反射波長間之符合（與通過 軸偏極化之相對較不可變反射結合）係為來自多層纖維結 構之相干干涉為基礎之反射之明顯指標。 再者，此等結果証實可使用纖維，即使呈未經包覆狀態， 以產生反射偏光板。因此，纖維之陣列或織物可被製成反 射偏光物件，而未使用包覆樹脂基質。在一些情況中，此 123912 -36- 200817737 等纖維布塊或陣列可具有一些優點，因其係對呈通過狀態 偏極化之光線提供一些漫射，對於通過狀態具有高透射， 此係由於在纖維表面上之Brewster氏角作用所致。不管纖維 被包覆與否，其可與在橫方向上織造之均向性纖維合併， 呈多種編織物，譬如席紋、紗羅、斜紋等。 圖15顯示反射，而圖16顯示透射，其係關於自LMPEN與 PETG材料拉伸之一陣列纖維，對所有纖維使用極類似處理 條件’但在壓出形成步驟期間改變卷取裝置速度，以改變 纖維層厚。各纖維具有多層均勻光學厚度。較厚纖維具有 車父厚層’及反射與透射帶之相應移轉至較長波長，明顯地 言正實相干干涉為基礎之反射，以及偏極化選擇性。通過狀 態光譜係全部為實質上不可變，並自圖表省略。 本發明不應被視為受限於上述特定實例，而是應明瞭係 /函盍本發明之全部面，如相當地詳述於隨文所附之請求項 中者。各種修正、等效方法以及本發明可應用之許多結構， 將為熟諳本發明所針對之技藝者，在審視本專利說明書後 所顯而易見。請求項係意欲涵蓋此種修正與裝置。 【圖式簡單說明】 本發明可在考量本發明不同具體實施例之上文詳細說 明，連同伴隨之附圖，而更完全地明瞭，其中： 圖1A與1B係概要地說明偏光板薄膜之操作； 圖2係概要地說明根據本發明原理之聚合體層具體實施 例之剖視圖； 圖3A-3C係概要地說明根據本發明原理，經過偏光板薄膜 123912 -37- 200817737 具體實施例之橫截面圖； 圖4係概要地說明可能使用於本發明一些具體實施例中 之纖維編織物； 圖5A-5H係概要地說明根據本發明原理，經過多層偏光纖 維之不同具體實施例之橫截面圖； 圖6A_6H係呈現圖表，顯示多層偏光纖維之不同具體實施 例之舉例層厚分佈形態。 〔 圖7A-7B係概要地說明偏光板具體實施例之橫截面圖，顯 示入射光與多層偏光纖維之交互作用； 圖8係概要地說明根據本發明原理，具有低折射率塗層 圍繞多層偏光纖維之偏光板之橫截面圖； 圖9係概要地說明用於分析多層偏光纖維行為之模式之 參數； 圖10A與10B係呈現圖表，顯示自具有層厚梯度為隨著增 加半徑而降低層厚之多層偏光纖維之透射與反射； 圖11A與11B係呈現圖表，顯示自具有層厚梯度為隨著增 加半徑而增加層厚之多層偏光纖維之透射與反射； 圖12A係呈現圖表，顯示具有層厚梯度為隨著增加半徑而 降低層厚之多層偏光纖維之偏光特徵； 圖12B係呈現圖表，顯示具有層厚梯度為隨著增加半徑而 降低層厚之多層偏光纖維之偏光特徵； 圖13係概要地說明纖维偏光板之橫截面圖，其中纖维且 有非圓形對稱橫截面，具有較長尺寸平行於偏光板之表面| 圖14顯不多層偏光纖维之部份橫截面圖之照片，·及 123912 -38- 200817737 圖15與16個別顯示對不同層厚之多層偏光纖雉度量之反 射與透射之圖表。 雖然本發明係易於接受各種修正與替代形式，但其特定 内容已藉由實例顯示於附圖中，1已詳細描述，但應明瞭 的是’並非意圖將本發明限制於所述之特定具體實施例。 反之，係意圖涵蓋落在本發明精神與範圍内之所有修正、 等效事物及替代方式，如藉由隨文所附請求項所界a 【主要元件符號說明】 、1疋者。 100 偏光板薄膜 102 未經偏極化之光線 104 光線 106 光線 200 物體 202 聚合體基質 204 偏光纖維 206 表面 208 表面 300 偏光板薄膜 302 基質 304a 纖維 304b 纖維 310 偏光板 312 基質 314a 纖維 123912 200817737 314b 纖維 316 正交傳播光線 320 偏光板薄膜 322 基質 324a 纖維 324b 纖維 324c 纖維 400 編織物 402 經紗 404 緯紗 500 同心多層偏光纖維 502 第一種材料 504 第二種材料 506 界面 508 包覆層 510 多層纖維 512 第一種材料 514 第二種材料 516 界面 520 纖維 522 材料層 524 材料層 526 核芯 530 纖維 123912 -40- 200817737 532 薄片 550 纖維 552 層 554 層 560 纖維 562 層 564 層 570 多層纖維 572 層 574 層 576 核芯 700 偏光板薄膜 702 基質 704 單一^同心多層偏光纖維 706 光線 708 光線 710 光線 712 光線 720 偏光板 722 基質 724 纖維層 726 入射光 728 光線 730 光線 123912 -41 - 200817737 800 偏光板 802 基質 804 多層纖維 806 塗層 808 光線 900 纖維 1002 曲線 1004 曲線 1012 曲線 1014 曲線 1102 曲線 1104 曲線 1112 曲線 1114 曲線 1202 曲線 1204 曲線 1212 曲線 1214 曲線 1300 偏光板 1302 基質 1304 纖維 123912 -42-

Claims (1)

1. 200817737 十、申請專利範圍： 1· 一種光學物體，其包含： 〃第—個多層纖維，包含至少第一種與第二種聚合體材 料層’第一種聚合體材料層係經配置在第二種聚合體材料 間’第一種與第二種聚合體材料之至少一種為雙折 射； 其中第一種聚合體材料之至少第一層具有第一個厚 度，不同於第一種聚合體材料之第二層。 如明求項1之光學物體，其中該層係呈堆疊與同心排列之 士明求項1之光學物體，其中第一種與第二種聚合體材料 运係、、、二排列而在光學層厚度上具有個別梯度，對於與纖維 起點漸增間隔之層具有層厚增加。 :求項1之光學物體’其中第一種與第二種聚合體材料 2係經排列而在光學層厚度上具有個別梯度，對於與纖維 點漸增間隔之層具有層厚降低。 7如請求項4之光學物體，其巾梯度為線性。 7: I:求項4之光學物體，其中梯度為非線性。 一：求項1之光學物體，其中第_種聚合體材料之至少第 廣’伴隨著距纖維去已I 聚合髀弟—個距離，i)具有比第-種 岸且古之第—層之光學厚度較大之光學厚度，該第二 ::距纖維起點之第二個距離小於第一個距離半徑，盥 :::比第，種聚合體材料之第三層之光學厚度較大之 旱度》亥第二層具有距纖維起點之第三個距離大於第 123912 200817737 一個距離。 8·如明求項1之光學物體，豆中第 一芦 篮/、中弟一種聚合體材料之至少第 曰 巩者距纖維起點之第—個@ ^ηg μ 聚合體材料之笛a 似距離，〇具有比弟一種 層具有距输他 之光學厚度較小之光學厚度，該第二 ^ ,, ^ ^ 1U距離小於第一個距離，與ii)具 H層之光學厚度較小之光學 二三層具有距纖維起點之第三個距離大於第-個 9·如睛求項1之光學豆 痛r“一 ，、千弟一種與第二種聚合體材料 層係、、莖排列呈實質上相箄弁風 4寺九予厗度之袋，各袋伴隨著個別 範圍之與纖維起點之距離。 10·如請求項9之光學物體，其中 T件^者層之個別袋之光學厚 -係大約線性地隨著與纖維起點之距離而改變。 11. 如請求項9之光學物體，其中侔 τ仟^者層之個別袋之光學厚 度係隨著增加與纖維起點之距離而交替地增加與降低。 12. 如請求項1之光學物體，其中至少-些第-種與第二種聚 合體層，對於在大約400毫微米·毫微米波長範圍内之 先線，具有厚度相應於四分之一波長厚度。 13·如請求項12之光學物體，其中至少—部份聚合體層，對於 具有波長大於毫微米之光線，具有厚度相應於四分之 一波長厚度。 14.如請求们之光學物體，其進—步包含塗層，圍繞第一個 多層纖維。 丨5.如請求項14之光學物體，其中塗層包含—層第一種與第二 123912 200817737 種聚合體材料之一。 16.如請求項14之光學物體，其中塗層包含一層第三種聚合體 材料’具有折射率小於第一種與第二種聚合體材料之折射 率 〇 17·如明求項1之光學物體，其進一步包含聚合體基質，第一 個夕層纖維係被包埋在此聚合體基質内，且進一步包含至 少第二個與第三個多層纖維，被包埋在此聚合體基質内。 18· 一種光學物體，其包含： 苐個多層纖維，包含至少第一種與第二種聚合體材 料層’第一種聚合體材料層係經配置在第二種聚合體材料 層之間，第一種與第二種聚合體材料之至少一種為雙折 射； 其中第一種與第二種聚合體材料之至少一些層，對於 具有波長大於700毫微米之光線，具有厚度經選擇為四分 之一波長厚度。 19·如請求項18之光學物體，其中第一種與第二種聚合體材料 層之弟一組’具有厚度經選擇為在波長範圍約400毫微米》 7〇〇毫微米光線之四分之一波長厚度，第二組層係比第_ 組層被放置得較接近第一個多層纖維之中心。 20. 如請求項18之光學物體，其中該層係呈堆疊與同心排列之 — 〇 21. 如請求項18之光學物體’其進一步包含塗層，圍繞第一個 多層纖維。 22·如請求項21之光學物體，其中塗層包含一層第一種與第二 123912 200817737 種聚合體材料之一。 23女口 士主卡 ^、員21之光學物體，其中塗層包含一層第三種聚合體 具有折射率小於第一種與第二種聚合體材料之折射 士明求項18之光學物體，其進一步包含聚合體基質，第一 個多層纖維係被包埋在此聚合體基質内，且進一步包含至 夕第一個與第三個多層纖維，被包埋在此聚合體基質内。 =求員18之光學物體，其中第一種與第二種聚合體材料 層係經排列而在光學層厚度上具有個別梯度，對於與纖維 起點漸增間隔之層具有層厚增加。 明求項18之光學物體，其中第一種與第二種聚合體材料 i係、、工排列而在光學層厚度上具有個別梯度，對於與纖維 起點漸增間隔之層具有層厚降低。 27. 如請求項18之光學物體，其中第—種與第二種聚合體材料 f係經排列呈實質上相等光學厚度之袋，各袋伴隨著個別 範圍之與纖維起點之距離。 28. 如請求項27之光學物體’其中伴隨著層之個別袋之光學厚 度係大約線性地隨著與纖維起點之距離而改變。 攻如請求項27之光學物體，其中伴隨著層之個㈣之光學厚 度係隨著增加與纖維起點之距離而交替地增加與降低。予 123912