TWI574058B - 變跡寬帶局部反射器 - Google Patents

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Description

變跡寬帶局部反射器
本發明尤其係關於光學膜構造，該光學膜構造提供寬帶局部反射器之經帶內透射及反射之光的平滑光譜。
已知曉多層光學膜。此等膜可併有大量不同透光材料之薄層，該等層被稱作微層，此係因為該等層足夠薄，使得光學膜之反射及透射特性大部分由自層界面反射之光的相長及相消干涉來確定。取決於由個別微層展現之雙折射的量(若存在的話)及鄰近微層之相對折射率差，且亦取決於其他設計特性，例如，可使得多層光學膜具有在一些狀況下可被特徵化為反射偏光器且在其他狀況下可被特徵化為鏡面的反射及透射性質。
已在一段時間內知曉由複數個微層構成之反射偏光器，該複數個微層之平面內折射率經選擇以提供沿著平面內阻斷軸線之鄰近微層之間的實質折射率失配及沿著平面內通過軸線之鄰近微層之間的實質折射率匹配，具有足夠數目個層確保沿著被稱作阻斷軸線之一主方向而偏光之法線入射光的高反射率，同時維持沿著被稱作通過軸線之正交主方向而偏光之法線入射光的低反射率及高透射率。參見(例如)美國專利第3,610,729號(Rogers)、第4,446,305號(Rogers等人)及第5,486,949號(Schrenk等人)。
最近，來自3M公司之研究已指出沿著垂直於膜之方向(亦即，z軸)的此等膜之層至層折射率特性之重要性，且展 示此等特性如何在膜於偏斜入射角下之反射率及透射率中起重要作用。參見(例如)美國專利第5,882,774號(Jonza等人)。Jonza等人尤其教示：可如何定製鄰近微層之間的折射率之z軸失配(更簡潔地稱作z折射率失配或△nz)，以允許布魯斯特角(界面處經p型偏光之光的反射率歸於零所在之角度)極大或不存在之多層堆疊的構造。此情形又允許多層鏡面及偏光器之構造，該等多層鏡面及偏光器的針對經p型偏光之光之界面反射率隨著入射角增加而緩慢減小，或獨立於入射角，或隨著入射角遠離法線方向而增加。因此，可達成如下之多層膜：其在廣泛頻寬上具有針對任何入射方向(在鏡面之狀況下)及針對所選定方向(在偏光器之狀況下)的經s型偏光之光與經p型偏光之光兩者的高反射率。
舉例而言，一些多層光學膜經設計以用於窄帶操作(亦即，在狹窄波長範圍上操作)，而其他多層光學膜經設計以用於在諸如實質上整個可見光或亮光光譜或者可見光或亮光波長範圍連同近紅外線波長之寬廣波長範圍上使用。近年來，後一類型之膜(亦即，寬帶多層光學膜)之設計者及製造商已必須處置色彩問題。當膜意欲用於視覺顯示器系統時，例如，在膜為寬帶反射偏光器或寬帶鏡面且顯示器系統為液晶顯示器、照明器具或背光之情況下，常常出現色彩問題。寬帶反射器大體上包括一多層聚合光學膜，該多層聚合光學膜具有厚度值自多層聚合光學膜之第一側至第二側單調地增加的達一總數個光學重複單元。層厚度 之此配置被稱作梯度層厚度輪廓。在此等系統中，對於膜而言，賦予顯示器顯著著色(非白色)外觀通常為不良的，而不管是法線入射抑或偏斜入射光。當膜具有在光譜之可見光局部上不均勻的透射或反射特性時，出現著色外觀。在共擠聚合多層光學膜之狀況下，此不均勻性通常為相對於目標輪廓的膜之層厚度輪廓之不完全控制的結果。為了避免色彩問題，聚合多層光學膜常常經設計以沿著其主軸提供極低反射率及高透射率(例如，對於在透射中觀察到的反射偏光器之通過軸線)或極高反射率及低透射率(例如，對於反射偏光器之阻斷軸線，或對於在反射光中觀察到的反射鏡面膜之任何平面內軸線)。
近來，已提議寬帶聚合多層光學膜，其對於平行於至少一主光軸而偏光之光具有中間量之反射率及透射率，使得某一顯著量之入射光被反射，且另一顯著量之入射光(通常為入射光之未經反射的剩餘部分)被透射。此等膜在本文中被稱作局部反射之多層光學膜或局部透射之多層光學膜。解決此等膜中之色彩問題之一種途徑係：使此等膜僅具備具有仔細定製之層厚度輪廓之單一多層封包，及在不使用任何層倍增器器件之情況下製造此等膜，提供對層厚度輪廓及可見光波長範圍上之透射或反射之對應最小光譜可變性的最大控制。然而，甚至經仔細定製之層厚度輪廓亦不會減少由帶內阻尼振盪產生的色彩問題。
本發明尤其描述展現減小之帶內光譜阻尼振盪之變跡寬 帶反射器。
在許多實施例中，描述一種寬帶局部反射器。該寬帶局部反射器包括一多層聚合光學膜，該多層聚合光學膜具有厚度值自該多層聚合光學膜之一第一側至一第二側單調地增加的達一總數個光學重複單元。一基線光學重複單元厚度輪廓藉由第一複數個光學重複單元來界定、具有一第一平均斜率。該多層聚合光學膜之一第一變跡厚度輪廓藉由第二複數個光學重複單元來界定且具有一第二平均斜率，該第二平均斜率為該第一平均斜率之至少5倍。該第二複數個光學重複單元界定該多層聚合光學膜之該第一側並接合該第一複數個光學重複單元。該第二複數個光學重複單元在光學重複單元之該總數的3%至15%或5%至10%之一範圍內。
在一些實施例中，一種寬帶局部反射器包括一第二變跡厚度輪廓，且在本文中予以描述。此寬帶局部反射器類似於上文所描述之該實施例，且進一步包括該多層聚合光學膜之一第二變跡厚度輪廓，該第二變跡厚度輪廓藉由第三複數個光學重複單元來界定、具有一第三平均斜率，該第三平均斜率為該第一平均斜率之至少5倍。該第三複數個光學重複單元界定該多層聚合光學膜之該第二側並接合該第一複數個光學重複單元。該第三複數個光學重複單元在光學重複單元之該總數的5%至10%或3%至15%之一範圍內。
本文中所描述之該光學膜(例如，寬帶局部反射器)及膜 物品可提供優於先前光學膜或膜物品之一或多個優點。舉例而言，先前寬帶局部反射器易受帶內阻尼振盪影響，而本文中所描述之該等寬帶局部反射器實質上消除帶內阻尼振盪。因此，本文中所描述之該等寬帶局部反射器提供經帶內透射及反射之光的一更平滑光譜。在閱讀本文中所呈現之揭示內容後，熟習此項技術者便將易於顯而易見本文中所描述之器件及方法之各種實施例的此等及其他優點。
本文中所呈現之示意性圖式未必按比例繪製。諸圖中所使用之類似數字指代類似組件、步驟及其類似者。然而，應理解，使用數字指代給定圖中之組件並不意欲限制另一圖中之以相同數字標註的組件。另外，使用不同數字指代組件並不意欲指示不同編號之組件不可為相同或類似的。
在結合隨附圖式考慮本發明之各種實施例之以下詳細描述時，可更完全地理解本發明。
在以下詳細描述中，參考形成詳細描述之一部分且借助於說明而展示器件、系統及方法之若干特定實施例的隨附圖式。應理解，在不偏離本發明之範疇或精神的情況下，預期其他實施例且可作出其他實施例。因此，以下詳細描述不應以限制性意義來理解。
除非以其他方式另外指定，否則本文中所使用之所有科學及技術術語具有此項技術中常用之含義。本文中提供之定義係為了促進對本文中頻繁使用之某些術語的理解，且並不意欲限制本發明之範疇。
除非內容另外清楚地指示，否則如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，單數形式「一」及「該」涵蓋具有複數個參考對象之實施例。
除非內容另外清楚地指示，否則如本說明書及隨附申請專利範圍中所使用，術語「或」大體上以其包括「及/或」的意義來使用。
如本文中所使用，「具有」、「包括」、「包含」或其類似者以其開端式意義來使用，且大體上意謂「包括但不限於」。應理解，術語「由...組成」及「本質上由...組成」歸入術語「包含」及其類似者中。
為了清晰起見，在本文中參看諸圖來描述本文中所提及之諸如「頂部」、「底部」、「左側」、「右側」、「上部」、「下部」、「上方」、「下方」之任何方向以及其他方向及定向，但該等方向及定向並非對實際器件或系統或器件或系統之使用的限制。本文中所描述之器件、物品或系統中的許多者可以若干方向及定向來使用。
本發明尤其描述一種光學膜構造，該光學膜構造提供寬帶局部反射器之經帶內透射及反射之光的平滑光譜。如本文中所描述，本文中所描述之寬帶局部反射器實質上消除帶內阻尼振盪。因此，本文中所描述之寬帶局部反射器提供經帶內透射及反射之光的平滑光譜。已發現，具有變跡梯度厚度輪廓之寬帶局部反射器光學膜減少或實質上消除帶內光譜阻尼振盪，且相應地減少或實質上消除非所要色彩。有時被稱作「逐漸縮減」之術語「變跡」得自大體上 應用於信號處理、電磁學及光學領域中之一類數學技術。當實體結構與電磁場相互作用時，諸如聚合多層光學膜與紅外線、可見光及/或紫外線光相互作用時，大體上將出現為與梯度諧振層輪廓之終止相關聯的不連續性之結果的光譜特徵。對於本發明，使用術語「變跡」來描述使梯度層厚度輪廓終止以便使諸如光譜阻尼振盪之不良光譜特徵最小化的技術。
本文中所描述之寬帶局部反射器可用於任何合適目的，包括(但不限於)光學顯示器、光學圖形或其類似者。雖然本發明並不如此受限制，但對本發明之各種態樣之瞭解將經由下文提供之實例之論述來獲得。
如上文所提及，意欲達成以下兩者之聚合多層光學膜之設計者及製造商面臨的一個挑戰為非所欲且非所要色彩：(1)沿著主軸以法線角及偏斜角局部反射，及(2)寬帶(亦即，意欲在寬廣波長範圍上提供局部反射率)。可將此非所要色彩表示為光學透射及反射光譜之相對較高頻可變性。出於本文中所說明並描述之諸圖之目的，為了簡單起見，假定多層光學膜本體在膜本體之平面中無空間可變性。因此，假定給定膜本體之光譜反射及透射特性獨立於量測該等光譜反射及透射特性所針對的膜上之位置或地點(例如，(x,y)座標)。
現參看圖1，說明多層光學膜之例示性光學重複單元(ORU)的示意性透視圖。圖1僅描繪多層光學膜100之兩個層，多層光學膜100可包括配置於一或多個鄰接封包或堆 疊中之數十或數百個此等層。膜100包括個別微層102、104，其中「微層」指代如下之層：其足夠薄，使得在此等層之間的複數個界面處反射之光經歷相長或相消干涉，以給予多層光學膜所要反射或透射性質。微層102、104可一起表示多層堆疊之一光學重複單元(ORU)，ORU為貫穿堆疊之厚度以重複型樣重現之最小層集合。微層具有不同折射率特性，使得一些光在鄰近微層之間的界面處被反射。對於經設計以反射紫外線、可見光或近紅外線波長之光的光學膜，每一微層通常具有小於約1微米之光學厚度(亦即，實體厚度乘以折射率)。然而，在需要時，亦可包括較厚層，諸如，膜之外表面處的表層，或安置於膜內之分離微層之封包的保護性邊界層(PBL)。
微層中之一者(例如，圖1之層102，或以下圖2之「A」層)針對沿著主軸x軸、y軸及z軸而偏光之光的折射率分別為n1x、n1y及n1z。相互正交之x軸、y軸及z軸可(例如)對應於材料之介電張量的主方向。在許多實施例中，且為了論述目的，不同材料之主方向為一致的，但大體而言不需要為此狀況。鄰近微層(例如，圖1中之層104或圖2中之「B」層)沿著相同軸線之折射率分別為n2x、n2y、n2z。此等層之間的折射率差沿著x方向為△nx(=n1x-n2x)，沿著y方向為△ny(=n1y-n2y)，且沿著z方向為△nz(=n1z-n2z)。此等折射率差之性質結合膜中(或膜之給定堆疊中)之微層之數目及其厚度分佈控制膜(或膜之給定堆疊)的反射及透射特性。舉例而言，若鄰近微層具有沿著一平面內方向之 大折射率失配(△nx大)及沿著正交平面內方向之小折射率失配(△ny0)，則膜或封包可相當於針對法線入射光之反射偏光器。反射偏光器可被視作光學本體，該光學本體在波長處於封包之反射帶內之情況下強力反射沿著被稱作「阻斷軸線」之一平面內軸線而偏光之法線入射光，且強力透射沿著被稱作「通過軸線」之正交平面內軸線而偏光的此光。
在需要時，鄰近微層之間的針對沿著z軸而偏光之光的折射率差(△nz)亦可經定製，以達成偏斜入射光之p型偏光分量的所要反射率性質。為了維持以偏斜入射角進行的經p型偏光之光的近軸上(near on-axis)反射率，可將微層之間的z折射率失配△nz控制為實質上小於最大平面內折射率差△nx，使得△nz0.5＊△nx。或者，△nz0.25＊△nx。零或近零量值之z折射率失配在微層之間產生經p型偏光之光的反射率隨著入射角而恆定或幾乎恆定的界面。此外，可將z折射率失配△nz控制為具有與平面內折射率差△nx相反之極性，亦即，△nz<0。此條件產生經p型偏光之光的反射率隨著入射角增加而增加的界面，如對於經s型偏光之光之狀況。若△nz>0，則經p型偏光之光的反射率隨著入射角而減小。前述關係當然亦適用於涉及△nz及△ny之關係，例如，在沿著兩個主平面內軸線需要顯著反射率及透射率之狀況下(諸如，平衡或對稱之局部反射鏡面膜，或通過軸線在法線入射時具有顯著反射率的局部偏光膜)。
在圖2之示意性側視圖中，展示多層膜110之更多內部 層，使得可看見多個ORU。關於局部x-y-z笛卡兒座標系統來展示膜，其中膜平行於x軸及y軸延伸，且z軸垂直於膜及膜之構成層且平行於膜的厚度軸線。
在圖2中，微層經標註為「A」或「B」，「A」層係由一種材料構成，且「B」層係由不同材料構成，此等層以交替配置堆疊，以形成如所展示之光學重複單元或單元胞ORU 1、ORU 2、...、ORU 6。在許多實施例中，若需要高反射率，則完全由聚合材料構成之多層光學膜將包括6個以上光學重複單元。多層光學膜110經展示為具有可表示外表層或保護性邊界層(「PBL」，參見美國專利第6,783,349號(Neavin等人))之實質較厚層112，該實質較厚層112分離圖中所展示之微層堆疊與另一微層堆疊或封包(未圖示)。在需要時，可(例如)藉由一或多個厚黏著層或使用壓力、熱或其他方法將兩個或兩個以上單獨的多層光學膜層壓在一起，以形成層壓膜或複合膜。
在一些狀況下，微層可具有對應於¼波長堆疊之厚度及折射率值，亦即，配置於各自具有具相等光學厚度之兩個鄰近微層的ORU中(f比率=50%，f比率為構成層「A」之光學厚度對完整光學重複單元之光學厚度的比率)，此ORU對於藉由相長干涉反射波長λ為光學重複單元之總光學厚度之兩倍的光為有效的，其中本體之「光學厚度」指代本體之實體厚度乘以本體之折射率。在其他狀況下，光學重複單元中之微層之光學厚度可不同於彼此，藉此f比率大於或小於50%。為了本申請案之目的，預期f比率可為任何 合適值之多層光學膜，且並不限於f比率為50%的膜。因此，在圖2之實施例中，概括而言，將「A」層描繪為比「B」層薄。每一所描繪光學重複單元(ORU 1、ORU 2等)具有等於其構成「A」及「B」層之光學厚度之總和的光學厚度(OT1、OT2等)，且每一光學重複單元反射波長λ為光學重複單元之總光學厚度之兩倍的光。
在例示性實施例中，ORU之光學厚度根據沿著z軸或膜之厚度方向的厚度梯度而不同，藉此光學重複單元之光學厚度隨著自堆疊之一側(例如，頂部)進行至堆疊之另一側(例如，底部)而增加、減小，或遵循某一其他函數關係。此等厚度梯度可用以提供加寬之反射帶，從而提供在所關注擴展波長帶上以及在所有所關注角度上的光之實質上光譜平坦的透射及反射。或者，微層之所揭示封包之層厚度梯度可經故意定製，以提供在所關注波長範圍上顯著改變的反射及透射光譜。舉例而言，對於多層光學膜本體而言，可能需要相較於紅光透射(或反射)更多藍光或反之亦然，或者相較於藍光及紅光透射(或反射)更多綠光。儘管此等所要光譜不均勻性可使得多層光學膜本體展現著色(非透明或非中性)外觀，但此所要色彩常常可區別於本文中其他處所論述之非所要色彩，此係因為：所要色彩與光譜反射或透射之相對緩慢改變相關聯，而非所要色彩與彼等參數依據波長之較快速改變相關聯。舉例而言，與所要色彩相關聯之反射或透射之光譜不均勻性可依據具有約100 nm或大於100 nm之特性週期的波長而變化，而與非所 要色彩相關聯之反射或透射之光譜不均勻性可依據具有小於約50 nm之特性週期的波長而變化，但此數字稍微取決於層厚度輪廓中之區域化中斷的量值。
舉例而言，為了藉由合理數目個層達成反射率，鄰近微層可展現針對沿著x軸而偏光之光的至少0.03之折射率差(△nx)。舉例而言，若針對兩個正交偏光需要高反射率，則鄰近微層亦可展現針對沿著y軸而偏光之光的至少0.03之折射率差(△ny)。在一些狀況下，鄰近微層可具有沿著兩個主平面內軸線之在量值上接近之折射率失配(△nx及△ny)，在該狀況下，膜或封包可相當於軸上鏡面或局部鏡面。或者，對於經設計以對於通過軸線偏光而言為局部反射之反射偏光器，鄰近微層可展現針對沿著x軸而偏光之光的大折射率差(△nx)，且可展現針對沿著y軸而偏光之光的較小但仍相當大之折射率差(△ny)。在此等實施例之變化中，鄰近微層可展現沿著z軸之折射率匹配或失配(△nz=0或△nz大)，且失配可具有與平面內折射率失配相同或相反之極性或正負號。△nz之此定製在偏斜入射光之經p型偏光之分量的反射率隨著入射角增加而增加、減小抑或保持相同中起重要作用。
儘管本文中之實例描述反射率隨著入射角而增加之反射器，但可使用本文中所描述之相同技術以減小之色彩製成沿著給定主軸之反射率隨著入射角而減小之局部反射器。此情形對於反射率在法線入射情況下大之膜而言特別重要，且在包括法線入射之各種角度下之透射光中觀察到。
所揭示多層光學膜之至少一封包中之微層中的至少一些微層在需要時可為雙折射的，例如，單軸雙折射或雙軸雙折射，但在一些實施例中，亦可使用全部各向同性之微層。在一些狀況下，每一ORU可包括一雙折射微層，及為各向同性或相對於其他微層而言具有少量雙折射的第二微層。在替代狀況下，每一ORU可包括兩個雙折射微層。
例示性多層光學膜由聚合物材料構成，且可使用共擠、澆鑄及定向製程來製造。參看美國專利5,882,774(Jonza等人)「Optical Film」、美國專利6,179,949(Merrill等人)「Optical Film and Process for Manufacture Thereof」、美國專利6,783,349(Neavin等人)「Apparatus for Making Multilayer Optical Films」，及2010年5月7日申請之題為「Feedblock for Manufacturing Multilayer Polymeric Films」的美國專利申請案61/332,401(代理人案號64248US002)。如前述參照案中之任一者中所描述，多層光學膜可藉由聚合物之共擠來形成。可選擇各種層之聚合物以具有類似流變性質(例如，熔融黏度)，使得該等聚合物可經共擠而無顯著流場擾動。選擇擠壓條件從而以連續且穩定之方式充分饋入、熔融、混合並泵汲各別聚合物作為饋入流或熔融流。可選擇用以形成並維持熔融流中之每一者的溫度以使其在如下之範圍內：在溫度範圍之低端下，避免凍結、結晶或過高壓降，且在範圍之高端下，避免材料降解。
簡言之，製造方法可包括：(a)提供對應於待用於成品膜中之第一聚合物及第二聚合物的至少一第一樹脂流及一第 二樹脂流；(b)使用諸如包括如下各者之饋入區塊的合適饋入區塊將第一流及第二流劃分成複數個層：(i)包含第一流道及第二流道之梯度板，其中第一通道具有沿著流道自第一位置改變至第二位置的截面區域，(ii)饋入器管板，其具有與第一流道流體連通之第一複數個管道及與第二流道流體連通之第二複數個管道，每一管道向其自身各別槽模饋入，每一管道具有第一末端及第二末端，管道之第一末端與流道流體連通，且管道之第二末端與槽模流體連通，及(iii)視情況，位於最接近於該等管道處之軸桿加熱器；(c)使複合流通過擠壓膜，以形成每一層大體上平行於鄰近層之主表面的多層腹板；及(d)將多層腹板澆鑄至有時被稱作澆鑄輪或澆鑄鼓之冷卻捲筒上，以形成澆鑄多層膜。此澆鑄膜可具有與成品膜相同之數目個層，但澆鑄膜之層通常比成品膜之彼等層厚得多。此外，澆鑄膜之層通常為全部各向同性。在廣泛波長範圍上具有反射率及透射率之受控低頻變化的多層光學膜可藉由軸桿加熱器之高溫帶控制來達成，參見(例如)美國專利6,783,349(Neavin等人)。
在一些狀況下，製造設備可使用一或多個層倍增器來使成品膜中之層的數目倍增。在其他實施例中，可在不使用任何層倍增器之情況下製造膜。儘管層倍增器極大地簡化了大量光學層之產生，但層倍增器可將對於每一封包而言並非相同之失真賦予給每一所得層封包。由於此原因，饋入區塊中所產生之層之層厚度輪廓的任何調整對於每一封包並非相同，亦即，所有封包無法同時經最佳化以產生無 光譜中斷的均勻平滑光譜。因此，對於經低透射且反射之色彩，可能難以使用使用倍增器製造而成之多封包膜來製成最佳輪廓。若直接在饋入區塊中產生之單一封包中之層的數目並不提供足夠反射率，則可將兩個或兩個以上此等膜附著以增加反射率。關於進行層厚度控制以便對低色彩膜提供平滑光譜反射率及透射率之其他論述提供於PCT公開案WO 2008/144656(Weber等人)中。
若給定多層膜中之所有微層的光學厚度經設計為相同的，則膜將僅在窄波長帶上提供高反射率。若帶位於可見光光譜中之某處，則此膜將呈現為高度著色，且色彩將依據角度而改變。在顯示器及照明應用之情形下，大體上避免了展現可覺察之色彩之膜，但在一些狀況下，對於給定光學膜而言，引入少量色彩以校正系統中之其他處的色彩不平衡可為有益的。藉由定製微層(或更精確地，光學重複單元(ORU)，在許多(但非全部)實施例中，微層對應於鄰近微層對)以具有一光學厚度範圍，使得例示性多層光學膜本體(例如)在整個可見光光譜上具備寬帶反射率及透射率。通常，沿著z軸或膜之厚度方向自膜或封包之一側上之最薄ORU至另一側上之最厚ORU配置微層，其中最薄ORU反射反射帶中之最短波長，且最厚ORU反射最長波長。
在使多層腹板於冷卻捲筒上冷卻之後，可拉製或拉伸多層腹板以產生成品或近成品多層光學膜。拉製或拉伸實現兩個目標：使層薄化至其所要最終厚度，且可使層定向， 使得層中之至少一些層變為雙折射的。定向或拉伸可沿著越過腹板(cross-web)方向(例如，經由拉幅機)、沿著沿腹板(down-web)方向(例如，經由長度定向器)或其任何組合來實現，而不管同時抑或順序地實現。若僅沿著一方向拉伸，則拉伸可「不受約束」(其中允許膜在垂直於拉伸方向之平面內方向上尺寸上鬆弛)，或「受約束」(其中膜受約束，且因此不允許膜在垂直於拉伸方向之平面內方向上尺寸上鬆弛)。若沿著兩個平面內方向拉伸，則拉伸可為對稱的(亦即，沿著正交之平面內方向相等)或不對稱的。或者，可以分批法對膜進行拉伸。在任何狀況下，亦可將後續的或同時發生之拉製減小(draw reduction)、應力或應變平衡化、熱定型及其他處理操作應用於膜。
參看傳統偏光膜，光可被視作在兩個正交平面上偏光，其中橫切光之傳播的光之電向量位於特定偏光平面內。又，可將給定光線之偏光狀態解析為兩個不同偏光狀態：經p型偏光之光及經s型偏光之光。經P型偏光之光在光線之入射平面及給定表面上偏光，其中入射平面為含有局部表面法線向量與光線傳播方向或向量兩者的平面。
圖3為反射偏光膜之示意性透視圖。圖3說明以入射角θ入射於偏光器110上藉此形成入射平面132的光線130。偏光器110包括平行於y軸之通過軸線114，及平行於x軸之阻斷軸線116。射線130之入射平面132平行於阻斷軸線116。射線130具有在入射平面132中之經p型偏光之分量，及正交於入射平面132的經s型偏光之分量。射線130之經p型偏 光之光將實質上被偏光器反射，而射線130之經s型偏光之光至少局部地透射。
另外，圖3說明在入射平面122中入射於偏光器100上的射線120，入射平面122平行於偏光器110之通過軸線114。因此，假定偏光器110為完美偏光器，其對於在阻斷軸線上偏光之光在所有光入射角下具有100%反射率，且對於在通過軸線上偏光之光在所有光入射角下具有0%反射率，偏光器透射射線130之經s型偏光之光及射線120之經p型偏光之光，同時反射射線130之經p型偏光之光及射線120的經s型偏光之光。換言之，偏光器110將透射經p型偏光之光及經s型偏光之光的組合。經p型偏光之光及經s型偏光之光的透射及反射的量將取決於如本文中進一步描述的偏光器之特性。
圖4為寬帶局部反射器200之示意性截面圖。寬帶局部反射器200包括多層聚合光學膜200，多層聚合光學膜200具有厚度值自多層聚合光學膜200之第一側201至第二側202單調地增加的達一總數個光學重複單元。在許多實施例中，光學重複單元之總數在50至1000之範圍內。在許多實施例中，寬帶局部反射器200在至少100 nm寬度之帶上或在至少200 nm寬度之帶上或在至少300 nm寬度之帶上反射10%至90%之可見光或IR光。
基線光學重複單元厚度輪廓藉由第一複數個光學重複單元210來界定且具有第一平均斜率。第一複數個光學重複單元210界定於第一層211與最終層212之間。
多層聚合光學膜之第一變跡厚度輪廓藉由第二複數個光學重複單元220來界定且具有第二平均斜率，該第二平均斜率為第一平均斜率之至少5倍。在許多實施例中，第二平均斜率為第一平均斜率之至少10倍。第二複數個光學重複單元220界定多層聚合光學膜之第一側201並接合該第一複數個光學重複單元210。第二複數個光學重複單元220在光學重複單元之總數的5%至10%或3%至15%之範圍內，或可含有4至20個光學重複單元。第二複數個光學重複單元220界定於第一層221與最終層222之間。第二複數個光學重複單元220之最終層222鄰近於第一複數個光學重複單元210之第一層211，並與第一層211接觸。
在許多實施例中，寬帶局部反射器200包括第二變跡厚度輪廓。多層聚合光學膜200之第二變跡厚度輪廓藉由第三複數個光學重複單元230來界定且具有第三平均斜率，該第三平均斜率為第一平均斜率之至少5倍。在許多實施例中，第三平均斜率為第一平均斜率之至少10倍。第三複數個光學重複單元230界定多層聚合光學膜200之第二側202並接合該第一複數個光學重複單元210。第三複數個光學重複單元230在光學重複單元之總數的5%至10%或3%至15%之範圍內，或可含有4至20個光學重複單元。第三複數個光學重複單元230界定於第一層231與最終層232之間。第-三複數個光學重複單元230之第一層231鄰近於第一複數個光學重複單元210之最終層212，並與最終層212接觸。
在許多實施例中，第二複數個光學重複單元220(亦即，第一變跡厚度輪廓)之厚度在1.1x至2x之範圍內自第一層221及最終層222增加。在許多實施例中，第三複數個光學重複單元230(亦即，第二變跡厚度輪廓)之厚度在1.2x至2x之範圍內自第一層231及最終層232增加(參見圖5之開口圓)。在許多實施例中，第一變跡厚度輪廓按指數地偏離基線光學重複單元厚度輪廓。在許多實施例中，第二變跡厚度輪廓按指數地偏離基線光學重複單元厚度輪廓。第一變跡厚度輪廓可具有厚度比第一複數個光學重複單元210中之任一者薄至少15%或薄至少25%的第一層221。第二變跡厚度輪廓具有比第一複數個光學重複單元210中之任一者厚至少15%或厚至少25%的最終層厚度232。
在許多實施例中，寬帶局部反射器200包括光學上較厚層(參見圖2之元件112)，其在光學上耦合至第一側201或第二側202。光學上較厚層之厚度為第一複數個光學重複單元210中之至少一者之厚度的至少10x倍。在一些實施例中，寬帶局部反射器200包括安置於第一側201及/或第二側202上的抗反射層。
真空沈積堆疊設計與共擠聚合多層堆疊設計之間的至少一差異為層輪廓分佈之形狀。在真空沈積膜之情況下，所要光譜藉由以下操作來達成：個別地調整堆疊中之每個層的厚度，使得該厚度符合電腦最佳化堆疊設計。以此方式，常規地使諸如光譜漣波之問題最小化。鄰近層之厚度有時相差10倍，其中厚度值常常在自約0.05 λ至1.0 λ之範 圍內。在共擠聚合膜堆疊之情況下，以此方式線上監視及控制個別層在此技術之情況下仍非可行選項。因此，光譜形狀主要受連續且平滑變化之層厚度輪廓(諸如，圖5中之輪廓5A)的形狀控制。此等輪廓並非被約束至聚合膜堆疊，且本文中所揭示之變跡輪廓可應用於利用以實質上單調方式自薄層至厚層分級之層厚度輪廓的任何堆疊。
亦應注意，變跡堆疊之經典實例並非寬帶反射器，而是針對一(亦即，單一)波長定中心(亦即，調諧)的堆疊。在此堆疊中，所有光學重複單元具有實質上相同之厚度值。對於彼等堆疊，不存在「帶內」漣波，僅存在邊帶漣波。此外，彼等堆疊之變跡輪廓大體上延伸穿過堆疊之大部分層且有時延伸穿過堆疊之所有層，且通常使用折射率改變輪廓而非厚度改變輪廓。常見實例可見於光纖行業中，其中「堆疊」係沿著纖維之長度的經調變之折射率輪廓。舉例而言，一些變跡輪廓為餘弦函數、高斯函數、五次(Quintic)函數、七次(Septic)函數或辛格(Sinc)函數折射率輪廓。
藉由寬帶反射器，意謂反射帶中之最長波長及最短波長具有約2：1或大於2：1之波長比的反射器，但對於聚合反射器而言，波長比大體上可低達1.5：1且高達5：1。在下文中，呈現非限制性實例，該等實例描述上文所論述之物品及方法的各種實施例。
實例 實例1 電腦模型化層輪廓及光譜
圖5呈現可用以製造寬帶反射器之兩個顯然不同之層厚度輪廓：寬帶反射器之基線設計，及變跡版本。變跡版本展示用變跡輪廓(曲線5b)替換基線輪廓之末端區段，該變跡輪廓以高的正斜率終止。基線輪廓(曲線5a)係基於每一層n(自n=1至N)之簡單冪率輪廓，其中每一層之厚度t藉由t=T0 ＊(1.005)^n給出，其中T0為恆定比例因子且n為層編號。藉由小調整修改此處所展示之基線輪廓，該小調整使曲率稍微增加以幫助調整折射率色散。針對諸如此等輪廓之輪廓使用熟習此項技術者已知之光學電腦模型產生光譜。根據模型化結果，基線層厚度輪廓(曲線5a)產生通過光譜6a及阻斷光譜6b，如圖6中所展示。變跡基線層厚度輪廓(曲線5b)產生通過光譜7a及阻斷光譜7b，如圖7中所展示。注意，圖6之帶內光譜阻尼振盪在圖7中歸因於變跡輪廓(曲線5b)而減小。
圖5中所展示之層厚度值等於光學重複單元之實體厚度的½。針對每一層使用¼波光學厚度來執行模型化，從而意謂針對高折射率材料及低折射率材料之不同折射率值來調整實體厚度值。
圖6之模型化光譜均係針對具有以下折射率之雙折射膜堆疊而模型化：高折射率層nx1=1.791，ny=1.675，nz=1.490，且低折射率層nx2=ny2=nz2=1.564。此堆疊亦包括低折射率材料之20微米厚表層。此雙折射層之折射率集合可藉由coPEN共聚物(90% PEN，10% PET)之不對稱定向來達成。低折射率層係由可購自Eastman Chemicals (Kingsport,Tennessee)之PETg GN071形成。請注意光譜之帶內阻尼振盪，尤其是針對通過軸線光譜(曲線6a)。由於對於阻斷軸線反射率接近100%(曲線6b)，因此，此所繪製標度上之振盪呈現為小得多，但在對數標度上仍相當大。儘管在透射中很少使用具有接近99%之反射率量值的多數反射器，且可能幾乎不需要變跡，但此技術可用於具有任何反射率值之反射器上。
為了減小光譜振盪，在意外且顯著之成功之情況下研究圖5之輪廓。「變跡」輪廓(曲線5b)產生圖7之光譜，圖7之光譜展現光譜阻尼振盪之顯著減小。此變跡輪廓係藉由將指數尾加至基本輪廓之每一末端來獲得。指數厚度輪廓藉由t=A＊Exp(-n/d)給出，其中n為層編號(自給定末端起)，A為分率振幅，且d為關於變跡輪廓延伸至堆疊中之深度之量測的純量(1/e值)。將此等值加至基線層值中。針對薄層末端上之變跡輪廓的A1為-0.3，且針對厚層末端之A275為+0.25。換言之，變跡輪廓之層1比層1之原始基線輪廓之層1薄30%，且層275比原始輪廓之層275厚25%。研究圖5中所展示之變跡上的若干變化(未圖示)。堆疊之任一末端上之類似變跡振幅呈現為提供在光譜之各別末端上的類似阻尼振盪減小。發現：依據層之編號，相同情形對於變跡之深度成立。
對於每一末端，將d=1/e之值設定為5。成對地對該等層編號，亦即，層編號n=0用於第一ORU之每一層，n=1用於第二ORU之每一層，n=2用於第三ORU之每一層，等等。 以此方式，每一光學重複單元具有約0.5之f比率。已發現：每一層接收指數公式中之唯一數字n之替代計數方案在所計算光譜中引起極小差異。
儘管此實例在標準層分佈之末端上使用指數尾分佈，但一個、兩個或兩個以上直線或稍微彎曲線段或其他形狀之變跡輪廓對於使光譜阻尼振盪平滑亦將為有效的。舉例而言，高斯分佈(1/e^2)亦將抑制光譜阻尼振盪。咸信，主要先決條件為：變跡輪廓之層的顯著部分具有比基線輪廓顯著高之斜率，且在圖5中所說明之方向上分級。圖5之薄末端變跡輪廓5b中的前10個層之平均斜率約為2.5，而基線輪廓之斜率約為0.2。此等斜率相差大於10之倍數。前6個層之平均斜率為基線斜率的16倍。亦發現：為平均基線斜率(未圖示)之五倍的前10個層之平均斜率顯著減小光譜阻尼振盪。
請注意，頻寬(在基線反射之90%處)由於變跡而稍微減小。在需要時，可易於藉由使最終帶加寬的基線輪廓之斜率的稍微增加來補償此情形。
歸因於對空氣/聚合物表面反射之干涉效應，層壓件及保護性邊界層(PBL)或表層亦可在對光譜阻尼振盪有貢獻之光學效應中起意外重要之作用。在微層堆疊之外表面上不存在任何光學上較厚層或PBL之情況下，光譜阻尼振盪較大。舉例而言，請特別注意圖8中所展示之通過軸線光譜(曲線8b)，該通過軸線光譜係在局部反射器堆疊之外表面上無光學上較厚層或PBL之情況下模型化。但在藉由某 一抗反射技術或塗佈移除空氣界面之情況下，仍出現例外情形。舉例而言，經p型偏光之光(未圖示)在空氣中於60度下之阻尼振盪則將不存在。60度接近布魯斯特角，且來自空氣/聚合物界面之反射在接近該角度時最小。
對於此等光譜之波長，模型化展示：當表皮、PBL或任何其他層壓件為約數微米厚或更大時，變跡為最有效的，如圖8之曲線8a中所說明。另外，模型化展示：若膜堆疊之一側具有PBL/表層且一側無PBL/表層，則僅具有PBL/表層或其他層壓件之側具有減小之光譜阻尼振盪。
模型化展示：變跡輪廓之振幅及深度均可實質上變化，且仍提供阻尼振盪之實質減小。舉例而言，此實例中之變跡振幅在堆疊之相反末端處為基線層厚度的30%及25%。此等振幅在任一末端上在5%與50%之間變化，且對於7.5之1/e深度仍提供大約相同之阻尼振盪減小。諸如5%或10%之較小振幅(例如)為不太有效的但仍為有用的。將分率振幅A視作與變跡輪廓之末端(外表面)處之厚度相比較的對基線輪廓之直線擬合的末端處之層厚度的分率差。
模型化展示：輪廓之1/e深度可在3至10之範圍內且為相當有效的，但其他值仍為有用的。為了最大程度地利用可用數目個層，深度應保持為最小有用值。模型化展示：在275層堆疊之每一末端上僅需要約10至30個層(5至15個ORU)來提供阻尼振盪之有益減小。大體而言，已發現：比較具有大約相同之反射率之膜堆疊，當光學重複單元中之折射率差較小時，基線輪廓與變跡輪廓兩者需要更多 層。發現圖5中所展示之輪廓對於約0.1之折射率差而言為接近最佳的。
實例2 高光譜斜率
實例1係針對貫穿反射帶具有實質上恆定之反射率之模型化局部反射器。變跡對於產生高度傾斜光譜之堆疊亦為有用的。在圖9中展示具有實質上大於圖5中之輪廓之二階導數的基線層輪廓(曲線9a)，連同薄末端上的變跡輪廓(曲線9b)。
全基線輪廓及具有變跡輪廓之基線的光譜在圖10中分別展示為曲線10a及10b。光譜之短波長末端上的大光譜振盪藉由變跡輪廓曲線9b而得以顯著減小。此外，藉由變跡輪廓，總光譜更接近於三角形形狀，其中高光譜斜率繼續至較短波長。
即使基線輪廓(曲線9a)為實質上彎曲的，變跡部分(曲線9b)之斜率亦仍比基線輪廓之斜率大得多。在變跡輪廓接合基線處的基線之斜率約為0.47，且變跡輪廓之前10個層的平均斜率約為3.37(其為約7倍之倍數)。變跡輪廓之前20個層之平均斜率約為2.0(其為約5倍之倍數)。基線輪廓之平均斜率約為0.3。
本徵頻寬考慮事項
變跡層厚度輪廓自基線層輪廓之偏離亦可依據被稱為本徵頻寬(IBW)之光學相干長度來表達。本徵頻寬為依據導致反射率之相長干涉的鄰近層之相干強度的量測。
圖5之層輪廓之放大圖展示於圖11中。堆疊之本徵IBW 僅由堆疊中之材料的折射率來確定，且IBW係藉由IBW=4/π＊Sin-1[(n1-n2)/(n1+n2)]給出，其為薄膜反射器技術中所熟知的。
對於小折射率差，可將IBW之此公式簡化為一階，如IBW=4/π＊[(n1-n2)/(n1+n2)]。
更大體而言，對於任何偏光或入射角：IBW=4/π＊r，其中r為材料層對之間的界面之菲涅耳(Fresnel)反射係數。表達式[(n1-n2)/(n1+n2)]可辨識為在折射率為n1及n2之交替層之堆疊上以法線入射之光的r值，其中n1>n2。
IBW為分率頻寬△λ/λ0，其中IBW=△λ/λ0=4/π＊r。
由於層厚度經由波長λ與法線入射下之層厚度d之間的熟悉關係1/4 λ=nd而與中心反射波長成正比，因此亦可寫為：△d/d0=IBW或△d/d0=4/π＊r以此方式，可確定：梯度堆疊中正以實質上相干方式起作用以反射與厚度為d0之層相關聯之給定波長λ0的鄰接層之近似範圍。對於具有單調增加或減小之層輪廓的膜堆疊，強力耦接至任何給定層之層為在+/- △d之厚度範圍內的在彼層之兩側上的彼等層，其中△d藉由上述公式來給出。
因此，在知曉層輪廓時，2＊△d之範圍可用以確定△N、對於實質反射率以相干方式起作用之附近層的數目。可僅在給出層輪廓之情況下確定△N，此係由於△N取決於層厚 度輪廓之斜率。
在特定波長λ=4n＊d0(其中d0為堆疊中之層的厚度)下的堆疊之反射率可展示為與層輪廓之局部斜率成比例，且大致藉由以下公式來給出，其中r、△N及IBW如上文所描述來確定。更精確地，d0為四分之一波長堆疊之光學重複單元的一半。
因子「a」之值為可調整參數。a=2之值給出反射率之適當值。在簡單狀況下，比率△N/△d為1/層厚度輪廓之斜率。然而，若斜率為零，或層輪廓具有斜率之正負號之短期變號，或若層接近堆疊之開始或結束，則比率△N/△d必須藉由下文與圖11相關聯略述之圖形技術來確定。接著藉由公式△d=2＊IBW＊d0給出△d，且△N為在厚度為d0之所選定層之兩側上的在此△d之距離內之全部鄰接層。此公式意欲作為指導以確定具有平滑且連續層輪廓之堆疊的近似反射率。此公式並非對於所有狀況起作用，諸如，在鄰近層或層對之間具有層厚度之大的正變化及負變化之堆疊。亦請注意，其並不包括堆疊與空氣之間的反射界面，或層壓至堆疊的其他層。
對於圖11中之實例輪廓，假定低折射率層及高折射率層為1.564(PETg)及1.675(實例1之部分定向之coPEN)，則IBW為0.0436或4.36%。彼值之兩倍為0.0872。厚度為d0之給定層之任一側上的相干反射之範圍對於層為比d0厚或薄 +/- 4.36%。請注意，在堆疊之基線區段中，此情形轉化為約34個層。在變跡區段之高度傾斜區中，僅2至4個層以實質上相干方式提供相長干涉。
變跡輪廓自基線輪廓之偏離的量值可依據IBW來表達。此情形為有用的，此係由於IBW與堆疊之光學重複單元的折射率差有關。大體而言，變跡輪廓之分率振幅A可在3 IBW至10 IBW或甚至更大的範圍內。圖11中的變跡輪廓之振幅約為7 IBW。
為了產生具有受控色彩之寬帶反射器，可在最小中斷之情況下，使層輪廓之厚度單調地增加或減小。關於厚度之單調約束應用於所有層，應用於所關注之寬帶波長範圍。層厚度異常應為大約+/- 1 IBW以便產生平滑變化之光譜。
沿著多層膜之光學重複單元的單調地變化之層厚度
光學重複單元之厚度展示沿著多層膜之厚度增加之一致趨勢(例如，光學重複單元之厚度並不展示沿著多層膜之厚度之部分的增加趨勢，及沿著多層膜厚度之另一部分的減小趨勢)。此等趨勢獨立於層至層之厚度誤差，該等層至層之厚度誤差可具有具大達2%或更大之1西格瑪值的統計方差。另外，光學重複單元厚度之局部中斷(諸如，在圖12、圖14及圖16中可注意到之彼等局部中斷)可能並非根據數學定義嚴格單調，但層厚度自單調且平滑變化之層輪廓之局部偏離的量值應保持為最小值。
本徵頻寬關係提供對層輪廓中之局部中斷之必要限制及對變跡輪廓之所需量值的瞭解。輪廓內部之大於約+/- 1 IBW之區域化層輪廓中斷可引起堆疊之光譜中的相當顯著之振盪。此等局部厚度偏離較佳小於約+/- 0.5＊IBW，或小於+/- 0.25＊IBW。
替代變跡輪廓
自基線輪廓之指數偏離提供寬帶堆疊之良好變跡。指數輪廓具有連續改變之斜率，且斜率之導數亦為指數。其他輪廓亦為有效的。大體而言，接近基線輪廓之末端的任何連續且迅速改變之斜率提供光譜阻尼振盪之所要減小。在末端層處的變跡層輪廓之第一導數或斜率比在變跡輪廓接合基線輪廓處的基線輪廓之斜率合意地高得多(大約為5倍、7倍或10倍)。一變跡輪廓中之層的數目可為堆疊中之層之總數的約3%、5%、10%或15%，其中堆疊由光學重複單元之連續輪廓構成，且厚度大體上自一末端至另一末端增加。可容許一些層自此理想輪廓之小偏離，但具有正斜率與負斜率兩者之一個以上本徵頻寬之局部偏離可引起區域化波長處之光譜回應的顯著中斷。
自末端層至數字為層之總數之5%的層所量測的變跡層輪廓之平均斜率可為基線輪廓之平均斜率的約4倍或5倍，並給出有效光譜平滑化。
實例3 紅色光譜側上變跡之聚合
使用美國專利第6,783,349號中所描述之饋入區塊方法，將交替之低折射率聚合物層及高折射率聚合物層之275微層封包共擠作為澆鑄腹板，且接著在標準膜拉幅機中以約6：1之受約束單軸拉伸進行定向。高折射率雙折射材料為 90/10 coPEN(90%萘二甲酸酯單元對10%對苯二甲酸酯單元)。
調整拉伸溫度及速率以便獲得雙折射高折射率90/10 coPEN聚合物之以下折射率集合：nx1.82，ny1.62，nz1.50，其中x為橫向拉幅機拉伸方向。低折射率材料為具有約1.505之折射率的可購自Eastman Chemical(Kingport,TN)之NEOSTAR FN007共聚酯醚彈性體。所有折射率係在633 nm下量測。
使用原子力顯微鏡(AFM)來量測定向膜之275個微層之層厚度輪廓，且將層厚度輪廓展示於圖12中。在定向之後，使用50微米厚之透明壓敏黏著劑層將100微米厚之透明PET膜層壓至膜堆疊之厚層側。如此層壓膜以抑制可能由自膜之前後空氣/聚合物界面反射之光的干涉引起之額外光譜阻尼振盪。藉由平行於膜之y軸而偏光之光於法線入射下量測的膜之y軸之所得光譜展示於圖13中。
圖12之層輪廓包括堆疊之厚末端上的變跡輪廓。基線輪廓之平均斜率約為0.37。變跡輪廓之外部10個層的平均斜率約為4.3，最後14個層之平均斜率約為3.3，且最後20個層之平均斜率約為2.3。當除以基線輪廓之斜率時，此等情形分別產生約12、9及6的比率。基本輪廓之直線擬合的等式為t=0.3728＊n+62.41。在n=275之最大值處，基線厚度值為165 nm。層編號275經量測為214 nm厚。分率振幅差A藉由A=(214-165)/1650.3給出。變跡輪廓在接近層編號240處接合基線輪廓。因此，約13%之層用於變跡輪廓。
光譜之藍色末端與紅色末端的差在圖13中易於顯而易見。藍色透射光譜中之大振盪歸因於使用變跡層輪廓而在光譜之長波長末端處不存在。在需要時，可藉由如實例2所說明調整基線層輪廓之形狀來改變光譜之總體形狀。
實例4 藍色光譜側上變跡之聚合
使用2010年5月7日申請之美國專利申請案61/332,401(3M檔案號碼64248US002)中所描述之饋入區塊方法，將交替之低折射率聚合物層及高折射率聚合物層之兩個275層封包共擠作為一澆鑄腹板，且接著在順序雙軸定向膜線上進行拉伸。首先在長度定向器上以約3.5對1之拉伸比拉伸多層澆鑄腹板，且接著在拉幅機中以約6.5對1之拉伸比進行橫向拉伸。調整拉伸溫度以便獲得膜之以下折射率集合：高折射率層為PEN均聚物，其中nx1.80、ny1.70、nz1.48，其中x為更高度拉伸之橫向方向，且低折射率材料為27%之90/10 coPEN與73%之PETg的摻合物，該摻合物對於x、y及z方向具有折射率n1.584，且展示與PEN層相比較而言最小之雙折射率。
在拉伸之後，沿著每一堆疊之內部PBL將層之兩個封包剝離開。兩個PBL為相同材料，且因此合併成一層，在此狀況下，兩個PBL在剝離製程期間黏附至封包#1之厚層側。封包#1用於此實例且具有薄層側上約15微米之表層，及厚層側上約5微米厚度的PBL。
使用原子力顯微鏡(AFM)來量測定向膜封包之275個微層之層輪廓，且將層厚度輪廓展示於圖14中。在此實例 中，將變跡層輪廓應用於膜堆疊之薄層末端。
基線輪廓之平均斜率約為0.43。堆疊之前10個層之平均斜率約為3.4，前14個層之平均斜率約為2.5，且前20個層之平均斜率約為1.75。與平均基線斜率相比較，此等斜率分別產生約為8、6及4之比率。基本輪廓之直線擬合的等式為t==0.427＊n+64.623。變跡輪廓之最薄層(堆疊之層#1)為35 nm。變跡層輪廓之分率振幅A(65-35)/65=0.46。
在將兩個膜封包剝離閉之後，使用50微米厚之透明壓敏黏著劑層將100微米厚之透明PET膜層壓至封包#1之厚層側。在此堆疊之薄層側上，塗覆50微米厚之透明壓敏黏著劑層。藉由平行於膜之y軸而偏光之光於法線入射下量測的此偏光膜之通過軸線之所得光譜展示於圖15中。
如自模型化努力所預期，實質上消除了此光譜之藍色末端上的阻尼振盪，但實質光譜振盪存在於紅色末端上。厚層側上之層壓件的效應主要僅為由來自膜上之兩個空氣界面之干涉引起的較精細漣波的平滑化。AFM層輪廓展示紅色末端上之若干層之斜率的增加，但輪廓之振幅既不足夠深亦不足夠高從而無法有效地減小紅色末端上的光譜振盪。相反，有效地消除薄層側上之光譜阻尼振盪。
實例5 藍色光譜側上變跡之聚合膜
使用2010年5月7日申請之美國專利申請案61/332,401(3M檔案號碼64248US002)中所描述之饋入區塊方法，將交替之低折射率聚合物層及高折射率聚合物層之兩個275層封包共擠作為澆鑄腹板，且接著在順序雙軸定向膜線上 進行拉伸。首先在長度定向器上以約3.5對1之拉伸比拉伸多層澆鑄腹板，且接著在拉幅機中以約6.5對1之拉伸比進行橫向拉伸。調整拉伸溫度以便獲得膜之以下折射率集合：高折射率層為PEN均聚物，其中nx1.80、ny1.70、nz1.48，其中x為更高度拉伸之橫向方向，且低折射率材料為27%之90/10 coPEN與73%之PETg的摻合物，該摻合物對於x、y及z方向具有折射率n1.584，且展示與PEN層相比較而言最小之雙折射率。
在定向之後，沿著每一堆疊之內部PBL將層之兩個封包剝離開。兩個PBL為相同材料，且因此合併成一層，在此狀況下，兩個PBL在剝離製程期間黏附至封包#1之厚層側。封包#2用於此實例，且因此在薄層側上無PBL或表層。將光學上透明之膠帶層塗覆至封包#2之薄層側，且對於平行於y軸而偏光之光在法線入射下對此層壓件量測光譜，並將光譜繪製於圖17中。此封包之厚層側與約10微米厚之共擠表皮/PBL接觸。
使用原子力顯微鏡(AFM)來量測定向膜封包之275個微層之層輪廓，且將層厚度輪廓展示於圖16中。在此實例中，將變跡層輪廓應用於膜堆疊之薄層末端。
基線輪廓之平均斜率約為0.37。堆疊之前10個層之平均斜率約為4.1，前14個層之平均斜率約為3.0，且前20個層之平均斜率約為2.1。此等層數目分別表示堆疊中之總計層數的3.6%、5.1%及7.3%。在與平均基線斜率比較時，此等數字亦分別產生約11、8及6之比率。基本輪廓之直線擬 合的等式為t=0.3747＊n+75.598。變跡輪廓之最薄層(堆疊之層#1)40 nm。變跡層輪廓之分率振幅A(76-40)/760.47。
如自模型化努力所預期，實質上消除了此光譜之藍色末端上的阻尼振盪，但實質光譜振盪存在於紅色末端上。厚層側上之層壓件的效應主要僅為由來自膜上之兩個空氣界面之干涉引起的較精細漣波的平滑化。AFM層輪廓展示紅色末端上之若干層之斜率的增加，但輪廓之振幅既不足夠深亦不足夠高從而無法有效地減小紅色末端上的光譜振盪。相反，有效地消除薄層側上之光譜阻尼振盪。
厚層側上之最後10個層的平均斜率約為0.86，最後14個層之平均斜率約為0.80，且最後20個層之平均斜率約為0.68。在與平均基線斜率比較時，此等值產生為2.32、2.16及1.84之低比率值。
層編號275經量測為187 nm厚。使用針對直線擬合之等式(t=0.3747＊n+75.598)，在n=275之情況下，在層275處之基線厚度約為179 nm。分率振幅差A藉由A=(187-179)/1790.045給出。
大體而言，上文所描述之變跡技術在消除帶內光譜阻尼振盪(透射光譜之振盪)之現象中為極其有效的。擠出設備之改良可藉由減小層輪廓之短期變化而提供光譜透射曲線之形狀的總體改良，該等總體改良在圖12、圖14及圖16中為顯然的。
在其他實施例中，在兩個或兩個以上局部反射堆疊經組 合以使該等堆疊中之一者之波長範圍的部分或全部中之反射率增加的狀況下，變跡堆疊可用，而不在組合堆疊之光譜中引入實質中斷。無變跡之此等組合膜堆疊描述於題為「Partially Reflecting Multilayer Optical Films With Reduced Color」之PCT申請之申請案US2011/035967中。上述申請案中所描述之膜堆疊可受益於在每一封包之薄端上或厚端上或薄端與厚端兩個末端上使用變跡輪廓。
本文中所描述之變跡輪廓意欲用於寬帶反射器，該等寬帶反射器係藉由梯度層厚度基線輪廓建構而成且展現帶內漣波。代替梯度厚度變跡輪廓，亦可藉由基線層厚度輪廓之末端上的梯度折射率輪廓來達成變跡功能。藉由梯度折射率輪廓，ORU厚度值不必偏離基線輪廓：折射率差△n僅在堆疊之末端處接近零。△n之梯度可遵循指數輪廓或類似於上文針對厚度梯度變跡輪廓所描述之輪廓的其他輪廓。梯度指數輪廓可為真實的或虛擬的。虛擬梯度折射率之實例為貫穿變跡輪廓之ORU的堆疊之f比率之梯度。梯度折射率輪廓及梯度層厚度輪廓的組合亦可用作變跡輪廓。
因此，揭示「變跡寬帶局部反射器(APODIZED BROADBAND PARTIAL REFLECTORS)」之實施例。熟習此項技術者將瞭解，可藉由不同於所揭示之彼等實施例之實施例來實踐本文中所描述的光學膜及膜物品。所揭示實施例係為了說明而非限制之目的而呈現。
5a‧‧‧基線輪廓/曲線
5b‧‧‧變跡輪廓/曲線
6a‧‧‧通過光譜
6b‧‧‧阻斷光譜
7a‧‧‧通過光譜
7b‧‧‧阻斷光譜
8a‧‧‧曲線
8b‧‧‧曲線
9a‧‧‧基線層輪廓/曲線
9b‧‧‧變跡輪廓/曲線
10a‧‧‧曲線/光譜
10b‧‧‧曲線/光譜
100‧‧‧多層光學膜
102‧‧‧微層
104‧‧‧微層
110‧‧‧多層膜/偏光器
112‧‧‧實質較厚層
114‧‧‧通過軸線
116‧‧‧阻斷軸線
120‧‧‧射線
122‧‧‧入射平面
130‧‧‧光線
132‧‧‧入射平面
200‧‧‧寬帶局部反射器/多層聚合光學膜
201‧‧‧第一側
202‧‧‧第二側
210‧‧‧光學重複單元
211‧‧‧第一層
212‧‧‧最終層
220‧‧‧光學重複單元
221‧‧‧第一層
222‧‧‧最終層
230‧‧‧光學重複單元
231‧‧‧第一層
232‧‧‧最終層
A‧‧‧微層
B‧‧‧微層
n1x‧‧‧折射率
n1y‧‧‧折射率
n1z‧‧‧折射率
n2x‧‧‧折射率
n2y‧‧‧折射率
n2z‧‧‧折射率
ORU 1‧‧‧光學重複單元/單元胞
ORU 2‧‧‧光學重複單元/單元胞
ORU 3‧‧‧光學重複單元/單元胞
ORU 4‧‧‧光學重複單元/單元胞
ORU 5‧‧‧光學重複單元/單元胞
ORU 6‧‧‧光學重複單元/單元胞
OT1‧‧‧光學厚度
OT2‧‧‧光學厚度
OT3‧‧‧光學厚度
OT4‧‧‧光學厚度
OT5‧‧‧光學厚度
OT6‧‧‧光學厚度
θ‧‧‧入射角
圖1為多層光學膜之例示性光學重複單元(ORU)的示意 性透視圖；圖2為多層光學膜之一部分的示意性透視圖，此視圖展示微層及複數個ORU之封包；圖3為反射偏光膜之示意性透視圖；圖4為寬帶局部反射器之示意性截面圖；圖5為可用以製造實例1之寬帶反射器之基線厚度輪廓及變跡厚度輪廓的曲線圖；圖6為具有基線層厚度輪廓的實例1之寬帶反射器的模型化光譜之曲線圖；圖7為具有變跡基線層厚度輪廓的實例1之寬帶反射器的模型化光譜之曲線圖；圖8為在具有及無光學上較厚層之情況下具有變跡基線層厚度輪廓的實例1之寬帶反射器的模型化光譜之曲線圖；圖9為可用以製造具有高光譜斜率之寬帶反射器之基線厚度輪廓及變跡厚度輪廓的曲線圖；圖10為圖9中所描述之寬帶反射器之模型化光譜的曲線圖；圖11為圖5中所展示之層輪廓曲線圖(曲線5b)的放大圖；圖12為第一聚合膜之變跡厚度輪廓的曲線圖；圖13為圖12中所描述之寬帶反射器之所量測光譜的曲線圖；圖14為第二聚合膜之變跡厚度輪廓的曲線圖；圖15為圖14中所描述之寬帶反射器之所量測光譜的曲線 圖；圖16為第三聚合膜之變跡厚度輪廓的曲線圖；及圖17為圖16中所描述之寬帶反射器之所量測光譜的曲線圖。
5a‧‧‧基線輪廓/曲線
5b‧‧‧變跡輪廓/曲線

Claims (19)

  1. 一種寬帶局部反射器，其包含：一多層聚合光學膜，該多層聚合光學膜具有：厚度值自該多層聚合光學膜之一第一側至一第二側單調地增加的達一總數個光學重複單元；一基線光學重複單元厚度輪廓，其藉由第一複數個光學重複單元來界定且具有一第一平均斜率；及該多層聚合光學膜之一第一變跡厚度輪廓，其藉由第二複數個光學重複單元來界定且具有一第二平均斜率，該第二平均斜率為該第一平均斜率之至少5倍，其中該第二複數個光學重複單元界定該多層聚合光學膜之該第一側且接合該第一複數個光學重複單元，該第二複數個光學重複單元在光學重複單元之該總數的3%至15%之一範圍內，且其中該第一變跡厚度輪廓具有一第一層厚度，該第一層厚度比該第一複數個光學重複單元中之任一者薄至少15%。
  2. 如請求項1之寬帶局部反射器，其中該第二複數個光學重複單元之厚度在自1.1x至2x之一範圍內增加。
  3. 如請求項1之寬帶局部反射器，其中光學重複單元之該總數在自50至1000之一範圍內。
  4. 如請求項1之寬帶局部反射器，其中該第二平均斜率為該第一平均斜率之至少10倍。
  5. 如請求項1之寬帶局部反射器，其中該第一變跡厚度輪廓按指數地偏離該基線光學重複單元厚度輪廓。
  6. 如請求項1之寬帶局部反射器，其中該第一變跡厚度輪廓具有一第一層厚度，該第一層厚度比該第一複數個光學重複單元中之任一者薄至少25%。
  7. 如請求項1之寬帶局部反射器，其中該寬帶局部反射器對於平行於一光軸而偏光之光在至少100nm之一範圍上反射10%至90%之可見光或IR光。
  8. 如請求項1之寬帶局部反射器，其進一步包含在光學上耦合至該第一側之一光學上較厚層，其中該光學上較厚層之厚度為該第一複數個光學重複單元中之至少一者之厚度的至少10x倍。
  9. 如請求項1之寬帶局部反射器，其進一步包含安置於該第一側上之一抗反射層。
  10. 一種寬帶局部反射器，其包含：一多層聚合光學膜，該多層聚合光學膜具有：厚度值自該多層聚合光學膜之一第一側至一第二側單調地增加的達一總數個光學重複單元；一基線光學重複單元厚度輪廓，其藉由第一複數個光學重複單元來界定且具有一第一平均斜率；該多層聚合光學膜之一第一變跡厚度輪廓，其藉由第二複數個光學重複單元來界定且具有一第二平均斜率，該第二平均斜率為該第一平均斜率之至少5倍，其中該第二複數個光學重複單元界定該多層聚合光學膜之該第一側且接合該第一複數個光學重複單元，該第二複數個光學重複單元在光學重複單元之該總數的5%至10% 之一範圍內；及該多層聚合光學膜之一第二變跡厚度輪廓，其藉由第三複數個光學重複單元來界定且具有一第三平均斜率，該第三平均斜率為該第一平均斜率之至少5倍，其中該第三複數個光學重複單元界定該多層聚合光學膜之該第二側且接合該第一複數個光學重複單元，該第三複數個光學重複單元在光學重複單元之該總數的5%至10%之一範圍內。
  11. 如請求項10之寬帶局部反射器，其中該第二複數個光學重複單元及該第三複數個光學重複單元之厚度在自1.1x至2x之一範圍內增加。
  12. 如請求項10之寬帶局部反射器，其中光學重複單元之該總數在自50至1000之一範圍內。
  13. 如請求項10之寬帶局部反射器，其中該第二平均斜率為該第一平均斜率之至少10倍，且該第三平均斜率為該第一平均斜率之至少10倍。
  14. 如請求項10之寬帶局部反射器，其中該第一變跡厚度輪廓及該第二變跡厚度輪廓按指數地偏離該基線光學重複單元厚度輪廓。
  15. 如請求項10之寬帶局部反射器，其中該第一變跡厚度輪廓具有一第一層厚度，該第一層厚度比該第一複數個光學重複單元中之任一者薄至少15%，且該第二變跡厚度輪廓具有一最終層厚度，該最終層厚度比該第一複數個光學重複單元中之任一者厚至少15%。
  16. 如請求項10之寬帶局部反射器，其中該第一變跡厚度輪廓具有一第一層厚度，該第一層厚度比該第一複數個光學重複單元中之任一者薄至少25%，且該第二變跡厚度輪廓具有一最終層厚度，該最終層厚度比該第一複數個光學重複單元中之任一者厚至少25%。
  17. 如請求項10之寬帶局部反射器，其中該寬帶局部反射器對於平行於一光軸而偏光之光在至少100nm上反射10%至90%之可見光或IR光。
  18. 如請求項10之寬帶局部反射器，其進一步包含在光學上耦合至該第一側或該第二側之一光學上較厚層，其中該光學上較厚層之厚度為該第一複數個光學重複單元中之至少一者之厚度的至少10x倍。
  19. 如請求項10之寬帶局部反射器，其進一步包含安置於該第一側或該第二側上之一抗反射層。
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