CN1189220A - 透明的多层装置 - Google Patents

Abstract

透明多层装置,它反射在光谱红外线区域中的光,同时透射在光谱可见区域中的光,它包括多层聚合物薄膜和透明导体。多层聚合物薄膜最好包括其平均厚度不超过0.5微米的半结晶萘二甲酸聚酯层和其平均厚度不超过0.5微米的第二聚合物层。半结晶萘二甲酸聚酯层最好具有正应力光系数。透明导体包括至少一个包含金属或金属化合物的层,其中从由金属氧化物、金属合金和它们的组合物组成的组中选出所述金属。银和氧化铟锡是特别优先的透明导体。可将透明多层装置加到玻璃或塑料底材(诸如,在建筑物中的外部窗户、或在汽车、卡车或飞机中的挡风玻璃或窗户)的表面上。

Description

透明的多层装置

发明背景

本发明涉及有用的光薄膜，例如，用作偏振器或反射镜、或两者兼之，它们与透明导体相结合以在光谱的红外线区域中提供良好的反射性，同时透射可见光。

已知基于多个聚合物层的光发射装置。这种装置的例子包括由交替的聚合物层制成的偏振器，其中各层有不同的折射率。已知，运用薄形金属层(诸如，银、或象氧化铟锡的简并半导体)可提供在远红外线光谱中十分有效的导电性。已把这种金属层与非导电层相结合以提供有效的可见光透射。

发明概述

这里所述的双折射光学薄膜的光性能和设计根据使得多层叠层具有这样的结构，其中对于聚合物层界面，Brewster角(在该角，p偏振光的反射比趋于零)非常大或者根本不存在。这使得多层反射镜和偏振器，(其p偏振光的反射率随着入射角而缓慢变小)具有这样的结构，即与入射角无关、或者随着入射光偏离法线的角度而增加。结果，可以获得具有高反射率(在反射镜情况下对于任何入射方向的s和p偏振光，而在偏振器情况下对于所选方向)的在较宽带宽内的多层薄膜。将这些多层薄膜与透明导体层(诸如银)相结合，以提供比多层聚合物薄膜或透明导体本身都要宽广的反射率，同时多层薄膜提供良好的近红外线反射，而透明导体提供良好的远红外线反射。

简而言之，本发明包括多层聚合物薄膜，其中层的平均厚度不超过0.5微米。更精确地说，在本发明的一个方面，多层聚合物薄膜包括双折射聚合物的层，特别是结晶、半结晶或液晶聚合物(诸如，萘二羧酸聚酯，例如聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(“PEN”)或由乙二醇、萘二甲酸和诸如对苯二甲酸酯之类的其它一些酸生成的共聚物(“coPEN”))的层，其平均厚度不超过0.5微米，而且最好具有正应力光系数(即，一旦拉伸，沿着拉伸方向的折射率增加)；和所选第二聚合物层(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)或一种coPEN)，其平均厚度不超过0.5微米。最好在至少沿着一个方向拉伸这种多层聚合物薄膜之后所述萘二甲酸聚酯层具有与至少一个面内轴相关的比第二聚合物层更高的折射率。可将本发明的薄膜用于制备多层薄膜，它在至少100nm宽的带宽内具有至少50％的平均反射率。

本发明的另一方面包括多层聚合物薄膜，它包括双折射聚合物、特别是结晶、半结晶或液晶聚合物层(例如，诸如PET聚合物的聚酯)，其平均厚度不超过0.5微米；和所选第二聚合物层(例如，聚酯或聚苯乙烯)，其平均厚度不超过0.5微米；其中，至少沿着一个方向把所述薄膜拉伸成该方向未拉伸尺寸的至少两倍。可用本发明的薄膜制备至少在100nm宽的带宽内具有平均反射率至少为50％的多层薄膜。

将在本发明中用到的多层聚合物薄膜与透明导体相结合，所述多层聚合物薄膜至少包括一个包含金属或金属化合物的层，可从包含半导体金属氧化物、金属合金和它们的组合物的组中选出所述金属化合物。较佳的透明导体包括银、金、铝、铜和铟锡氧化物，而银和铟锡氧化物是最佳的。可用传统的方法(诸如，汽相淀积、阴极溅射等)将透明导体淀积在多层聚合物薄膜上，或者它可以是分开的涂金属的聚合物或层叠在多层聚合物薄膜上的玻璃板(诸如用适当的透明粘合剂)。控制淀积在多层聚合物薄膜上或与之相结合的透明导体层的厚度，以获得所需的反射率，实际厚度取决于具体金属、金属合金或所用的金属氧化物的导电率。所得的透明多层装置最好能反射在光谱红外线区域中的大多数光而呈透明，同时仍然足够透射在光谱可见区域中的光而呈透明，并具有小于0.5的色度系数。

附图说明

图1a和1b为本发明偏振器的图解表示。

图2示出形成单个界面的两层薄膜叠层。

图3-8示出在实施例1-4中给出的多层反射镜的光学性能。

图9-11示出在实施例5-7中给出的多层偏振器的光学性能。

图12示出在实施例8中给出的多层反射镜的光学性能。

图13示出在实施例9中给出的多层偏振器的光学性能。

图14示出样板银薄膜、样板多层聚合物薄膜和覆盖有银层的样板多层聚合物薄膜的预测光学性能。

图15示出实施例10的透明多层装置的光学性能。

图16示出本发明的PEN和coPEN层的折射率特性的曲线图。

图17是根据如图16所示的折射率的50层PEN/coPEN薄膜叠层的传输率的计算机模拟数据的曲线图。

图18是等双轴拉伸300层PEN/coPET反射镜的传输率的计算机模拟数据的曲线图。

图19是本发明的51层I.R.偏振器的被测传输率的曲线图，其中第一级峰值接近1,300nm。

图20是本发明层叠在一起的八个51层偏振器的被测传输率的曲线图。

图21是本发明的204层偏振器的被测传输率的曲线图。

图22是本发明层叠在一起的两个204层偏振器的被测传输率的曲线图。

图23和24示出在折射率为1.60的媒质中单轴双折射系统的反射率-角度的曲线图。

图25示出在折射率为1.0的媒质中单轴双折射系统的反射率-角度的曲线图。

图26、27和28示出在单轴双折射系统的面内折射率和z折射率之间的各种关系。

图29示出对于两个不同双轴双折射系统的偏轴(off-axis)反射率-波长。

图30示出把y折射率差引入具有较大z折射率差的双轴双折射薄膜中的效果。

图31示出把y折射率差引入具有较小z折射率差的双轴双折射薄膜中的效果。

图32示出总结来自图30和31信息的等值线。

附图说明

参照附图进一步描述本发明。

如图1a和1b所示的本发明包括多层聚合物薄膜10，这里还提到具有至少两种材料12和14的交替层的多层叠层。较佳的是，至少一种材料具有应力感生双折射性能，从而可由拉伸过程影响材料的折射率(n)。图1a示出在拉伸过程之前的典型的多层叠层，其中两种材料具有相同折射率。光线13在折射率上经历极小的变化，而通过该叠层。在图1b中，拉伸相同叠层，从而在拉伸方向或其它方向增加材料12的折射率。在两层之间的每处边界的折射率之差引起一部分光线15被反射。通过使多层叠层在双轴至单轴方向的范围内拉伸，产生一种适合于不同取向平面偏振入射光的一系率反射率的薄膜。于是，可使多层叠层如同反射偏振器或反射镜一样有用。如果沿着双轴拉伸，那么可以沿着直交的轴非对称地拉伸或者沿着直交轴对称地拉伸薄板，以获得所需的偏振及反射性能。

在待批并共同签署的美国专利申请第08/402,041号(在1995年3月10日申请)中详尽描述多层叠层的光性能和设计根据，该专利所透露的内容在此纳为参考。简要地说，该申请描述多层叠层(反射镜和偏振器)的结构，其Brewster角(反射比趋于零的角度)非常大或者对于聚合物层界面而言根本不存在。这使多层反射镜和偏振器可具有这样的结构，即其p偏振光的反射率随着入射角而缓慢变小而与入射角无关，或者随着入射光偏离法线的角度而增加。结果，可以获得多层叠层，它具有对于s和p偏振光的高反射率的高反射率(在较宽的带宽范围和较宽的入射角范围内)。

图2示出多层叠层的两层，而且示出每层的三维反射率。每层的反射率是：对于层102是nlx、n1y和n1z，而对于层104是n2x、n2y和n2z。在每个薄膜层中的折射率互相之间的关系以及它们与在薄膜叠层中的其它层的折射率之间的关系确定了在光从方位角方向以任何入射角入射的情况下多层叠层的发射情况。可以采用在美国专利申请序号第08/402,041号所描述的原理和设计根据来建造用于形形色色不同环境和应用的具有所需光效应的多层叠层。可以巧妙地处理和调整在多层叠层中各层的折射率以制出具有所需光性能的装置。运用这里所述的原理可以设计并制造许多有用的装置(诸如，具有较广范围性能特征的反射镜和偏振器)。

再参照图1，多层叠层10可以包括几十、几百或几千层，而且可由任何数量的不同材料制成每一层。选择用于具体层材料的特性取决于所需的叠层的光性能。叠层可以包括象在叠层中的各层的材料那么多种的材料。为了便于制造，较佳的光薄膜叠层只包括少数几种不同的材料。为了使光吸收最小，较佳的多层叠层保证最可能被叠层强烈吸收的波长是被叠层反射的第一波长。对于最清晰的光材料(它包括大多数聚合物)，吸收朝着可见光谱的蓝色端增加。于是，较佳的是，设计或“调谐”多层叠层，使“蓝色”层在多层叠层的入射侧。

在材料之间，或具有不同物理性能的化学等性的材料之间的边界，可以陡变或渐变。除了一些用解析法的简单情况之外，对于后一种类型的具有连续变化折射率的成层媒质的解析通常作为对具有陡变边界但相邻两层之间的性能只有很小变化的更大数量的更薄的均匀层的解析来处理。

较佳多层叠层包括低/高折射率的薄膜层对，其中每个低/高折射率的薄膜层对具有它要反射的光带的中心波长的1/2的组合的光厚度。这种薄膜的叠层通常被称为四分之一波叠层。较佳的是，层具有1/4波长厚度，有不同的层来反射不同的波长范围。每一层不一定要有非常精确的1/4波长厚。首要的要求是相邻的/高折射率薄膜对要具有0.5波长的全部光厚度。

如上所述，在本发明中所用到的多层聚合物薄膜包括由任何数量的不同材料(它包括具有不同物理性能的化学等性材料)制成的层，其平均厚度不超过0.5微米。较佳的是，多层聚合物薄膜包括结晶层、半结晶层、或液晶聚合物层(诸如，具有正应力光系数的萘二甲酸聚酯，即，在拉伸时，其沿着拉伸方向的折射率增加)，和选中的第二聚合物层。在沿着至少一个方向拉伸这种多层聚合物薄膜之后，萘二甲酸聚酯层最好具有与至少一个面内轴相关的比第二聚合物层更高的折射率。特别是，例如，较佳半结晶萘二甲酸聚酯包括聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(“PEN”)或由乙二醇、萘二甲酸、和诸如对苯二甲酸酯之类的其它一些酸产生的共聚物(“coPEN”)。特别是，例如，所选的较佳第二聚合物包括例如聚对苯二甲酸乙二醇(“PET”)或coPEN。

多层聚合物薄膜可以交替地包括双折射聚合物层(特别是结晶的、半结晶的或液晶材料，例如，诸如PET之类的半结晶聚酯)，和第二所选聚合物层(其中层的平均厚度不超过0.5微米)，而且薄膜至少要沿着一个方向拉伸至该方向未拉伸尺寸的至少两倍。

当在本发明中用到的多层聚合物薄膜包括结晶的萘二甲酸聚酯，它最好具有与不同面内轴有关的折射率差为至少是0.05，最好是大约0.20。PEN是较佳的材料，因为它在拉伸后具有高的正应力光系数和永久双折射，而且当偏振平面与拉伸方向平行时，具有550nm波长的偏振入射光的折射率从大约1.64最高增加至大约1.9。通过增加分子取向，可以增加双折射(折射率的差)。虽然，上面把PEN作为用于双折射层的较佳聚合物来特别讨论，聚萘二甲酸丁二醇酯以及其它结晶的萘二甲酸聚酯也是适当的材料。

用于形成多层叠层的各种聚合物最好具有类似的熔体粘度，以获得均匀多层复合挤压。当运用两个不同的聚合物，这两个聚合物最好具有在剪切速率下5因子(它一般有利于复合挤压)内的熔体粘度。本发明所选的较佳聚合物层互相之间还具有良好的粘附性，同时在多层薄片中又保持为离散层。在本发明中用到的聚合物的玻璃化温度是可相容的，因而在拉伸期间不会发生逆效应(诸如一组聚合物层裂开)。对于主要在一个偏振中反射的反射镜，所选的较佳聚合物层保持折射率中的等方性，而且基本上与如图1a所示的横轴(即，与拉伸方向直交而与薄膜平面平行的轴)相关的其它层的折射率相匹配。偏振器主要透射其偏振平面沿着这个方向的光，而反射其偏振平面沿着取向方向的光(如图1b所示)。

为了形成反射镜，定位两个单轴拉伸过的偏振薄片，使它们各自的定向轴旋转90°，或者将薄片10(图1b)双轴拉伸。在后一种情况下，在由PEN制成的层组成的薄片的平面中两种折射率增加，而且应选择具有尽可能低的折射率的聚合物以反射两个偏振平面的光。双轴拉伸多层薄片将导致在邻接层与两轴平行的平面中的折射率之间的差别。在拉伸后，邻接层的与横轴相关的折射率之间的差应小于0.1，最好小于0.05。

在反射镜的情况下，对于每个偏振和入射平面光的所需平均透射率一般取决于对于反射镜的预计用途。对于在可见光谱中大小为100nm的带宽内的窄带反射镜，理想的是，在正入射处沿着每个拉伸方向的平均透射率小于大约30％，较好的是小于大约20％，最好小于大约10％。例如，对于部分反射镜，在正入射处沿着每个拉伸方向的理想平均透射率的范围从大约10％到大约50％之间，而且可以覆盖的带宽范围从100nm到450nm之间，这取决于具体应用。对于在可见光谱中380-750nm带宽内的高效反射镜，理想的是，在正入射处沿着每个拉伸方向的平均透射率小于大约10％，较佳的是小于大约5％，最好是小于大约2％，甚至小于大约1％。此外，对于某种应用，非对称反射镜可能是较理想的。在那种情况下，理想的是，在可见光谱中380-750nm的带宽内，或者在可见光谱和进入近红外线区域内(例如，带宽为380-850nm)，沿着一个拉伸方向的平均透射率小于例如大约50％，而沿着其它拉伸方向的平均透射率小于例如大约20％。

如果需要，可将本发明的两个或更多个薄片用在组合件中以增加反射率、光带宽(或者两者兼而有之)，或者由两个偏振器形成反射镜。如果在薄片内的层对的光厚度基本上相等，那么组合件将以较高一些的效率反射，与各别薄片反射性的带宽和光谱范围(即，“带”)基本上相同。如果在薄片内层对的光厚度基本上不相等，那么组合件在比各别薄片更宽的带宽内反射。把反射镜薄片与偏振器薄片相结合的组合件有利于增加全反射度，同时仍偏振经透射的光。另一方面，可以非对称地双轴拉伸单个薄片以制成具有所选反射性能和偏振性能的薄膜。

在双轴拉伸镜应用中用到的所选的较佳聚合物是以对萘二甲酸、间苯二甲酸、癸二酸、壬二酸、或环己烷二羧酸为基础的，以获得最低可能的折射率，同时又保持对由例如PEN制成的层的粘附性。不要求所选的聚合物是共聚多脂或共聚碳酸酯。较佳的是，所选的聚合物具有小于大约1.65的折射率，较好的是小于大约1.55的折射率。

可将多层反射偏振器设计成使其偏振平面与一根轴平行使入射角范围广泛的光具有较高的反射率，而同时使其偏振平面与另一根轴平行使入射角范围广泛的光具有较低的反射率和较高的透射率。通过控制每个薄膜的三维折射率nx、ny和nz，可以获得所需的偏振器性能。

对于许多应用，理想的反射偏振器对于所有的入射角都具有沿着一根轴(所谓的衰减轴)的较高反射比，和沿着其它轴(所谓的透射轴)的零反射比。对于偏振器的透射轴，一般理想的是，使得在所关心的带宽以所关心的角度范围内沿着透射轴方向偏振的光的透射率最大。理想的是，对于在100nm带宽内的窄带偏振器，在正入射处的平均透射率至少大约为50％，较佳的是至少大约为70％，而更佳的是至少大约为90％。理想的是，对于在100nm带宽内的窄带偏振器，对于p偏振光的沿着偏离法线60度(沿着透射轴测量)方向的平均透射率至少大约为50％，较佳的是至少大约为70％，而更佳的是至少大约为80％。

对于在透射轴中的在可见光谱的大多数范围内(400-700nm，带宽为300nm)的偏振器，理想的是，在正入射处的平均透射率至少大约为50％，较佳的是至少大约为70％，更佳的是至少大约为85％，最佳的是至少大约为90％。对于在400nm-700nm范围内的偏振器，理想的是，沿着偏离法线60度(沿着透射轴测量)方向的平均透射率至少大约为50％，较佳的是至少大约为70％，更佳的是至少大约为80％，最佳的是至少大约为90％。

对于某些应用，较佳的是有在离位角处的透射轴中的高反射率。对于沿着透射轴偏振的光，沿着偏离法线至少20度方向的平均反射率应大于20％。

用于本发明偏振器的所选的较佳聚合物是萘二甲酸或它的酯类(诸如萘二甲酸二甲酯，其范围从20摩尔百分比到80摩尔百分比)和间苯二甲酸或对苯二甲酸或它们的酯如对苯二甲酸酯(其范围从20摩尔百分比到80摩尔百分比)与乙二醇的反应产物的共聚多酯。在本发明范围内的其它共聚多酯具有以上讨论过的性能，并具有与横轴相关的大约从1.59到1.69的折射率。

材料选择和处理

用上述在美国专利申请序号第08/402,041号中所描述的设计根据，熟悉该技术的一般人员容易地理解到，当在所选的条件下进行处理时，可以运用多种材料形成根据本发明的多层反射镜或偏振器以得到所需的折射率关系。可用许多方法获得所需折射率关系，包括在薄膜形成期间或在其形成之后的拉伸(例如在有机聚合物的情况下)，挤压(例如，在液晶材料的情况下)，或涂布。此外，较佳的是，两种材料要有类似的流变性能(例如，熔体粘度)，从而它们可以复合。

通常，通过选择结晶、半结晶或液晶材料作为第一材料，最好是聚合物，可以获得适当的组合。接着，第二种材料可以是结晶、半结晶或无定形材料。应理解，在聚合物技术中，一般认为聚合物通常是不完全结晶的，因而在本发明的说明书中，结晶或半结晶聚合物是指不是无定形的聚合物，而且包括那些通常被称为结晶、部分结晶、半结晶等的材料中的任何一种。第二种材料可以具有双折射，与第一种材料相反或一致。或者，第二种材料可以不具有双折射。

合适的材料的具体例子包括聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylene naphthalate，PEN)及其异构体(如2，6-、1，4-、1，5-、2，7-和2，3-PEN)、聚对苯二甲酸亚烷基酯(如：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸1，4-环己烷二甲醇酯)、聚酰亚胺类(如聚丙烯酰亚胺)、聚醚酰亚胺(polyetherimides)、无规立构的聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸酯(如聚甲基丙烯酸异丁酯、聚甲基丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸乙酯和聚甲基丙烯酸甲酯)、聚丙烯酸酯(如聚丙烯酸丁酯和聚丙烯酸甲酯)、间同立构的聚苯乙烯(sPS)、间同立构的聚α-甲基苯乙烯、间同立构的聚二氯苯乙烯、任何一种这类聚苯乙烯的共聚物和共混物、纤维素衍生物(如：乙基纤维素、乙酸纤维素、丙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素和硝酸纤维素)、聚亚烷基聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚异丁烯和聚(4-甲基)戊烯)、含氟聚合物(如：全氟烷氧基树脂、聚四氟乙烯、含氟乙烯-丙烯共聚物、聚偏氟乙烯和聚三氟氯乙烯)、含氯聚合物(如：聚偏氯乙烯和聚氯乙烯)、聚砜、聚醚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、硅氧烷树脂、环氧树脂、聚乙酸乙烯酯(polyvinylacetate)、聚醚-酰胺、含离子键的树脂、高弹体(如：聚丁二烯、聚异戊二烯和氯丁橡胶)以及聚氨酯。共聚物也是合适的，如：PEN的共聚物(如：2，6-、1，4-、1，5-、2，7-和/或2，3-萘二甲酸或其酯与以下物质的共聚物：(a)对苯二甲酸或其酯；(b)间苯二甲酸或其酯；(c)邻苯二甲酸或其酯；(d)烷烃二醇类；(e)环烷烃二醇类(如：环己烷二甲醇)；(f)烷烃二羧酸；和/或(g)环烷烃二羧酸(如：环己烷二羧酸))、聚对苯二甲酸亚烷基酯的共聚物(如对苯甲酸或其酯与以下物质的共聚物：(a)萘二甲酸或其酯；(b)间苯二酸或其酯；(c)邻苯二酸或其酯；(d)烷烃二醇；(e)环烷烃二醇(如：环己烷二甲醇)；(f)烷烃二羧酸；和/或(g)环烷烃二羧酸(如：环己烷二羧酸)以及苯乙烯共聚物(如苯乙烯-丁二烯共聚物和苯乙烯-丙烯腈共聚物)、4，4’-联苯甲酸和1，2-乙二醇。另外，各层可以包括两种或多种上述聚合物或共聚物的共混物(如：SPS和无规立构的聚苯乙烯的共混物)。所述的coPEN也可以是丸粒的共混物，其中，至少一种组分是以萘二甲酸为基的聚合物，其它组分为其它聚酯或聚碳酸酯，如PET、PEN或coPEN。

PEN是较佳的材料，因为在拉伸之后它具有较高正应力光系数和永久双折射，同时当偏振平面与拉伸方向平行时550nm波长的经偏振入射光的折射率从大约1.64增加至最高大约1.9。图16示出由PEN和70-萘二甲酸酯/30-对苯二酸酯共聚多脂(coPEN)(5∶1拉伸比率)显示的与不同面内轴相关的折射率之间的差。在图16中，在下曲线上的数据表示PEN和coPEN在横向方向的折射率，而上曲线表示PEN在拉伸方向的折射率。PEN显示在可见光谱中折射率从0.25到0.40之间的差。通过增加分子取向，可以增加双折射(在折射率之间的差)。从大约155℃直至230℃的温度内(这取决于应用的收缩要求)，PEN是热稳定的。虽然，以上把PEN作为双折射层的较佳聚合物进行了具体讨论，但是聚萘二甲酸丁二醇酯以及其它结晶的萘二甲酸聚酯也是合适的材料。结晶的萘二甲酸聚酯应显示与不同面内轴相关的折射率之间的差(至少0.05，较佳的是大于0.20)。

只要基本上不损害在拉伸方向的高折射率，就可将少数的共聚单体代入萘二甲酸共聚多酯中。折射率的下降(因而减少反射率)可用下列各方面的优点加以平衡：粘附在所选聚合物层上、降低压出的温度、更好地匹配熔体粘度、更好地匹配对于拉伸的玻璃化温度。适当的单体包括那些基于间苯二甲酸、壬二酸、已二酸、癸二酸、联苯甲酸、对苯二甲酸、2，7-萘二甲酸、2，6-萘二甲酸或环己烷二羰酸。

本发明的PEN/所选聚合物树脂最好基于类似的熔体粘度，从而获得均匀多层复合挤压。两种聚合物最好在典型的剪切速率下有在因子5之内的熔体粘度。

本发明的PEN和较佳的所选聚合物层显示互相之间良好的粘附性，同时又在多层薄片内保持离散层。

本发明聚合物的玻璃化温度是相容的，因而不会发生诸如在拉伸过程中一组聚合物层裂开的不利影响。相容意味着所选聚合物的玻璃化温度低于PEN层的玻璃化温度。第二聚合物层的玻璃化温度可以稍稍高于PEN层的玻璃化温度，但不能大于40℃。

特别是，在偏振器情况下，层的较佳组合包括PEN/coPEN、聚对苯二盐酸乙二醇酯(PET)/coPEN、PEN/sPS，PET/sPS、PEN/Estar和PET/Estar，其中“coPEN”指的是共聚合物或基于萘二甲酸的共聚物或共混物(如上所述)，而“Estar”是聚对苯二甲酸环己烷二甲醇酯，从Eastman Chemical Co.可售得

特别是，在反射镜的情况下，层的较佳组合包括PET/Ecdel、PEN/Ecdel、PEN/sPS、PEN/THV、PEN/coPET和PET/sPS，其中“coPET”指的是基于对苯二甲酸的共聚物或共混物(如上所述)，而“Ecdel”是热塑性聚酯(从EastmanChemical Co.可售得)，而“THV”是含氟聚合物(从3M Co.可售得)。

较佳的是，层具有1/4波长厚，把不同的层组设计成反射不同波长范围。每一层的厚度不一定是精确地1/4波长。首要的要求是邻近的低-高折射率的薄膜对具有0.5波长的总光厚度。具有折射率差别的PEN/coPEN层的50层叠层的带宽(如图16所示)大约为50nm，其中层的厚度选为550nm波长的1/4。该50层叠层在这个波长范围内提供大约99％平均反射率，而没有可测得的吸收。图17示出显示小于1％透射率(99％反射率)的计算机模拟曲线。图17-22包括以透射百分率为表征的数据。应该理解，由于本发明的薄膜没有可测得的吸收，所以可用下列关系式近似地表示反射百分率：

100-(透射百分率)＝(反射百分率)

所选的较佳聚合物层14保持折射率的各向异性，而且基本上与如图1a所示的横轴相关的PEN层的折射率相匹配。偏振器主要透射其偏振平面沿着这个方向的光，而反射其偏振平面沿着取向方向的光(如图1b所示)。

装置中所选定的层数以选用最少的层而能获得所需的光性能为准(那是由于薄膜的厚度、弹性和经济原因)。在偏振器和反射镜的两种情况下，层的数量最好小于大约10,000，较佳的是小于大约5,000，更佳的是小于大约2,000。

如上所述，用于制备多层装置的处理条件会影响在各种折射率中获得所需关系的能力(因而影响多层装置的光性能)。在可以通过拉伸而取向的有机聚合物的情况下，一般通过复合挤压各个聚合物以形成多层薄膜，然后通过在所选温度下拉伸使薄膜取向，接着在所选温度下进行热定形。另一方面，可以同时进行挤压和取向。在偏振器的情况下，薄膜基本上沿着一个方向(单轴取向)被拉伸，而在反射镜的情况下，薄膜基本上沿着两个方向(双轴取向)被拉伸。

不让薄膜沿着交叉拉伸方向作尺寸松弛(从交叉拉伸中的自然减小(等于拉伸比率的平方根)到被制约(即，在交叉拉伸尺寸上基本没有变化)。薄膜可以沿着轴向拉伸(在长度方向用取向器，和/或在宽度方面用拉幅机)。

选择拉伸前温度、拉伸温度、拉伸速率、拉伸比率、热定形温度、热定形时间、热定形驰豫、和交叉驰豫，以提供具有所需折射率关系的多层装置。这些变量是互相依赖的；于是，例如，如果与(例如)相对较低拉伸温度耦合，就可以应用相对较低拉伸速率。对熟悉该技术的一般人员来说，如何选择这些变量的适当组合来获得所需的多层装置是显而易见的。总之，较佳的是，沿着拉伸方向的拉伸比率的范围从大约1∶2到大约1∶10(更佳的是从大约1∶3到大约1∶7)，而沿着与拉伸方向正交的方向的拉伸比率的范围从大约1∶0.2到大约1∶10(更佳的是从大约1∶0.2到大约1∶7)。

运用下列技术可以制备适当的多层装置：诸如，用于双折射聚酰亚胺的旋转涂布(例如，在Boese等人，J.Polym.Sci.：Part B，30：1321(1992)中所述)，和用于晶状有机复合物的真空沉积(例如，在Zang等人，Appl.Phys.Letter，59：823(1991)中所述)。

通过在热空气中拉伸单片材料，可对经挤压的薄膜进行取向。作为经济的生产方法，使用连续的标准长度取向器、拉幅炉，或两者兼有，可实现拉伸。标准聚合物薄膜生产的规模和流水线速度可以充分加以利用，从而使得制造成本基本上低于与市面上有售的偏振器相关的成本。

把两个或多个薄片层叠在一起是有利的，可提高反射率或扩展带宽，或由两个偏振器形成反射镜。无定形共聚多脂作为层叠材料十分有用(VITEL牌3000和3300，来自Akron、Ohio的Goodyear Tire and Rubber Co.，已尝试把它作为材料)。层叠材料的选择面很广，而以叠层10的粘附、光清晰度和空气的挤出作为主要指导原则)。

值得的是，把一种或多种无机或有机助剂(诸如，抗氧化剂、挤压助剂、热稳定剂、紫外射线吸收剂、成核剂、表面突出形成剂等)以标准量加入一层或多层，只要这种加入基本上不影响本发明的性能。

多层叠层的光性能和设计根据

下面，详细描述如图1a和1b所示的多层叠层10的光性能。

下面所述的多层叠层的光性能和设计根据使多层叠层具有这样的结构，即，Brewster角(在该角度反射比为零)非常大或根本不存在。这使得多层反射镜和偏振器具有这样的结构，即，它们对于p偏振光的反射率随着入射角而缓慢减小、与入射角无关、或随着入射光偏离法线的角度而增加。结果，多层叠层对较宽带宽范围内的s和p偏振光具有较高反射率，且可在较宽的角度范围达到此点。

对于在预计带宽内的多层叠层(在偏振器的情况下，对于在消光轴平面内偏振的光，或在反射镜的情况下对于两种偏振)，理想的是，在正入射处的平均透射率小于大约50％(反射率为0.5)。(应理解，为了本应用的目的，所有给出的透射率或反射值包括前表面和后表面反射)。其它多层叠层显示较低平均透射率和/或较大预计带宽，和/或偏离法线的较广范围的入射角。如果要把预计带宽只集中在一种颜色(诸如，红色、绿色或蓝色，每种颜色具有对于100nm的有效带宽)周围，那么理想的是，多层叠层的平均透射率小于50％。较佳的是，在100nm带宽内的多层叠层具有小于10％的平均透射率。其它较佳的多层叠层的典型实例在200nm带宽内具有小于30％的平均透射率。另一个较佳实施例，在可见光带宽(400-700nm)内的多层叠层显示小于10％的平均透射率。最佳的是，在380到740nm的带宽内的多层叠层显示小于10％的平均透射率。甚至在可见光应用中扩展带宽也是十分有用的，从而用角度调节光谱偏移，和多层叠层及整个薄膜测径器的变化。

多层叠层10可以包括几十、几百或几千层，而用多种不同材料中的任何一种可以制成每一层。确定对于具体叠层材料的选择的特性取决于叠层的所需光性能。

叠层可以包括与在叠层中的各种层一样多的材料。为了方便生产，较佳的光薄膜叠层只包括几种不同的材料。为了说明起见，这里讨论包括两种材料的多层叠层。

在材料之间的边界，或具有不同物理性能而化学上等性的材料可以是陡变或渐变。除了一些用解析法的简单情况之外，对于后一种类型的具有不断变化折射率的成层媒质的解析通常被看作是对具有陡变边界的更大数量的更薄均匀层的解析，其中所述均匀层在邻近层之间的性能变化很小。

几种参数可以影响在任一多层叠层中可实现的最大反射率。这些参数包括基本叠层设计、光吸收、层厚度控制和在叠层中层的折射率之间的关系。对于高反射率和/或尖锐的频带边，基本叠层设计应运用标准薄膜光设计加入光干扰效果。这一般包括运用光薄层(这意味着，层的光厚度范围从所关心的波长的0.1倍到它的1.0倍。高反射率多层薄膜的基本组合块是低/高折射率的薄膜对，其中每个低/高折射率层对的组合光厚度为要反射的带宽的1/2中心波长。这些薄膜的叠层通常是指四分之一波叠层。

为了使光吸收最小，较佳的多层叠层保证叠层吸收最强烈的波长是由叠层反射的第一波长。对于最清晰的光材料(它包括极大多数聚合物)，吸收朝着可见光谱的蓝色端增加。于是，较佳的是，设计或“调谐”多层叠层，从而“蓝色”层在多层叠层的入射侧。

一种交替的高低折射率厚膜的叠层结构(通常被称为“玻片堆“)没有经调谐的波长，也没有带宽限制，而且在叠层中的任一具体层内无选择地反射任何波长。通过这种结构，由于蓝光高度渗入叠层引起蓝色反射率，结果比起较佳的四分之一波叠层设计中的结构它具有更高吸收率。任意增加玻片堆中层的数量一般不会给出高反射率，甚至引起零吸收率。此外，由于可能发生的经增加的吸收率，使得任意增加在任何叠层中的层的数量不会给出所需的反射率。

在每个薄膜层中折射率之间的相互关系，以及它们与在薄膜叠层中其它层的折射率之间的关系决定在任何入射角(沿着方位角方向)情况下多层叠层的反射比性能。假设由相同材料制成的所有层具有相同的折射率，那么可以分析两个分量的四分之一叠层的单个界面以理解整个叠层作为入射角函数的性能。

为了论述的简便起见，描述单个界面的光性能。应理解，根据这里所述的原理，可用几十、几百或几千层形成实际的多层叠层。为了描述单个界面的光性能(如图2所示)，绘图表示作为入射平面(它包括z轴和一个面内光轴)内的s和p偏振光的入射角函数的反射率。

图2示出形成单个界面的两种材料薄膜层，其中两种材料都处于折射率为no的各向异性媒质中。为了论述的简便起见，本说明直接针对直交的叠层双折射系统，其中校直了两种材料的光轴，而且一根光轴(z)与薄膜平面垂直，而其它光轴沿着x轴和y轴。应理解，光轴不必是直交的，而且非直交系统恰好在本发明的构思及范围内。还应理解，也不必校直光轴和薄膜轴同时落在本发明的预计范围内。

介电界面的反射率随着入射角变化而变化，而且对于各向异性材料来说，p和s偏振光的反射率不同。由于所谓的Brewster效应，使得p偏振光的反射率最小(反射比趋于零的入射角被称为Brewster角)。

在任何入射角的情况下，由所包括的所有薄膜的介电张量决定任何薄膜叠层的反射比性能。在R.M.A.Azzam和N.M.Bashara所著的”偏振测量术和偏振光“(由North-Holland，1987年出版)中给出了这一主题的一般理论上的论述。

通过使p和s偏振光的反射系数的绝对值平方自乘，计算系统的单个界面的反射率(分别由下列等式给出)。等式1和2对于单轴直交系统是有效的，同时校直两种分量的轴。 $1)r_{\mathrm{pp}}=\frac{n2z*n2o\sqrt{(n1z2-\mathrm{no}\sin 2\mathrm{\θ})}-n1z*\sqrt{(n2z2-\mathrm{no}\sin 2\mathrm{\θ})}}{n2z*n2o\sqrt{(n1z2-\mathrm{no}\sin 2\mathrm{\θ})}+n1z*\mathrm{nlo}\sqrt{(n2z2-\mathrm{no}\sin 2\mathrm{\θ})}}$ $2)r_{\mathrm{ss}}=\frac{\sqrt{(n1o2-\mathrm{no}\sin 2\mathrm{\θ})}-\sqrt{(n2o2-\mathrm{no}\sin 2\mathrm{\θ})}}{\sqrt{(n1o2-\mathrm{no}\sin 2\mathrm{\θ})}+\sqrt{(n2o2-\mathrm{no}\sin 2\mathrm{\θ})}}$

其中，在各向异性媒质中测量g。

在单轴双折射系统中n1x＝n1y＝n1o，和n2x＝n2y＝n2o。

对于双轴双折射系统，等式1和2只对于其偏振平面与x-z或y-z平面平行的光有效，如图2所示。因此，对于双轴系统，对于射入x-z平面内的光，在等式1中(对于p偏振光)n1o＝n1x和n2o＝n2x，而在等式2中(对于s偏振光)，n1o＝n1y和n2o＝n2y。对于入射在y-z平面内的光，在等式1中(对于p偏振光)n1o＝n1y和n2o＝n2y，而在等式2中(对于s偏振光)n1o＝n1x和n2o＝n2x。

等式1和2示出反射率取决于在叠层中每种材料沿着x、y(面内)和z方向的折射率。在各向异性材料中，所有三维折射率都相等，于是nx＝ny＝nz。在nx、ny和nz之间的关系决定材料的光特性。在三维折射率之间的不同关系一般导致三种材料：各向异性、单轴双折射和双轴双折射材料。只有当分别考虑x和y方向，等式1和2才描述只沿着x或y轴的双轴双折射情况。

单轴双折射材料是这样的材料，即其中在一个方向的折射率与在其它两个方向的折射率不同。为了目前的讨论起见，用于描述单轴双折射系统的准则是在nx＝ny≠nz的条件下的准则。x和y轴是面内轴，而且它们各自的折射率(nx和ny)被称为面内折射率。

建立单轴双折射系统的一种方法是双轴拉伸(例如，沿着两个方向拉伸)多层叠层，其中拉伸过程影响叠层中的至少一种材料的折射率(例如，折射率或增加或减小)。多层叠层双轴拉伸可能导致在其平面与两个轴平行的邻接层的折射率之间的差，结果在两个偏振平面内反射光。

单轴双折射材料可以具有正或负单轴双折射。当z折射率大于面内折射率(nz＞nx和ny)时发生正单轴双折射。当z折射率小于面内折射率(nz＜nx和ny)时发生负单轴双折射。

双轴双折射材料是这种材料，其中在三根轴中的折射率不同(例如，nx≠ny≠nz)。通过沿着一个方向拉伸多层叠层，可以形成双轴双折射系统。换句话说，单轴拉伸叠层。为了讨论起见，x方向指的是双轴双折射叠层的拉伸方向。

反射镜

为了制成反射镜，定位两个单轴拉伸偏振薄片10，同时它们各自的取向轴旋转90°，或者双轴拉伸薄片10。在后一种情况下，在薄片平面中的两种PEN折射率增加，而且所选的聚合物应具有尽可能低的折射率以反射两个偏振平面的光。双轴拉伸多层薄片将导致在与两个轴平行的平面中邻接层的折射率之间的差，从而导致在偏振方向的两个平面内光的反射。双轴拉伸PEN使与那些伸长的轴相关的折射率从1.64只增加到1.75(与1.9的单轴值相比)。因此，较佳的是，为了制成具有99％反射率(而且没有可察觉的彩虹色)的介电反射镜，低折射率coPET是所选择的优选聚合物。光建模表示具有大约1.55折射率是可能的。设计用来用六个重叠四分之一波叠层覆盖可见光谱的300层薄膜(层厚度可标准相差5％)具有如图18所示的性能。更高度对称的拉伸提供相对更加对称的反射性能和相对更小的偏振性能。

如果需要的话，可在组合物中运用本发明的两个或更多个薄片，以增加反射率、光带宽，或两者兼有。如果在薄片内的层对的光厚度基本上相等，那么组合物以更高的效率、与单个薄片基本上相同的带宽和反射率的光谱范围(即，“带”)进行反射。如果在薄片内的层对的光厚度基本上不相等，那么组合物在比单个薄片更宽的带宽内进行反射。把反射镜薄片与偏振器薄片相结合的组合物在增加总反射度方面十分有用，同时又能偏振透射的光。或者，可以非对称地双轴拉伸单个薄片以产生具有所选透射和偏振性能的薄膜。

供双轴拉伸反射镜所使用的较佳所选聚合物是以对苯二甲酸、间苯二甲酸、癸二酸、壬二酸或环己烷二羧酸为基础的，以获得最低折射率，同时保持对PEN层的粘附性。还可以采用少量的萘二甲酸以提高对PEN的粘附性。可从使用前面所提到的任何一种二醇组分。较佳的是，所选的聚合物具有小于1.65的折射率，而且更佳的是具有小于1.55的折射率。

不要求所选聚合物是共聚多酯或共聚碳酸酯。可以采用从(诸如乙烯基萘、苯乙烯、乙烯、顺丁烯二酸酐、丙烯酸酯、异丁烯酸酯等单体制成的乙烯基聚合物。除聚酯和聚碳酸酯之外的缩合聚合物也是十分有用的，例子包括：聚砜、聚酰胺、聚氨酯、polyamic acid、聚酰亚胺。萘基和卤素(诸如氯、溴和碘)有利于把所选聚合物的折射率增加到所需的水平(1.59到1.69)，以基本上与偏振器横轴相关的PEN的折射率匹配。丙烯酸酯基和氟对于减小反射镜的折射率方面特别有用。

现在讨论单轴双折射系统的光性能和设计根据。如上所述，单轴双折射材料的一般条件是nx＝ny≠nz。于是，如果在图2中的102和104每一层是单轴双折射，那么n1x＝n1y和n2x＝n2y。为了说明起见，假设层102具有比层104大的面内折射率，且于是沿着x和y两个方向n1＞n2。通过改变n1z和n2z的值以引入不同水平的正或负双折射，可以调节单轴双折射多层系统的光学性质。可以直接测量在不同折射率之间的关系，或者通过对于所得薄膜的光谱进行上述分析，可以间接地观察到它们之间的一般关系。

在反射镜的情况下，对于每个偏振和入射平面光的所需平均透射率一般取决于对于反射镜的预计用途。对于在可见光谱中跨100nm带宽内的窄带反射镜，理想的是，在正入射处沿着每个拉伸方向的平均透射率小于30％，较好的是小于20％，最好小于10％。例如，对于部分反射镜，在正入射处沿着每个拉伸方向的理想平均透射率的范围从10％到50％之间，而且可以覆盖的带宽范围从100nm到450nm之间，这取决于具体应用。对于在可见光谱(400-700nm)内的高效反射镜，理想的是，在正入射处沿着每个拉伸方向的平均透射率小于10％，较佳的是小于5％，最好是小于2％，甚至小于1％。此外，对于某种应用，非对称反射镜可能是较理想的。在那种情况下，理想的是，在可见光谱的400-700nm带宽内，或者在可见光谱和进入近红外线区域内(例如，带宽为400-850nm)，沿着一个拉伸方向的平均透射率小于大约50％，而沿着其它拉伸方向的平均透射率小于大约20％。

可将上述等式1用于决定在由两层(诸如，如图2所示的那两层)构成的单轴双折射系统中单个界面的反射率。对于s偏振光，等式2与在各向异性薄膜情况下的等式2等同，因此只需检查等式1。为了说明起见，赋予薄膜折射率一些特定值(虽然一般)。令n1x＝n1y＝1.75，n1z＝可变，n2x＝n2y＝1.50，n2z＝可变。为了显示在这个系统中的各种可能的Brewster角，对于周围的各向异性媒质，no＝1.60。

图23示出在n1z数值上大于或等于n2z(n1z≥n2z)的情况下，对于从各向异性媒质入射到双折射层的p偏振光的反射率-入射角曲线图。图23所示的是下列z折射率值的曲线：a)n1z＝1.75，n2z＝1.50；b)n1z＝1.75，n2z＝1.57；c)n1z＝1.70，n2z＝1.60；d)n1z＝1.65，n2z＝1.60；e)n1z＝1.61，n2z＝1.60；和f)n1z＝1.60＝n2z。当n1z接近于n2z时，Brewster角(此处，反射率趋于零)增加。曲线a-e是强烈依赖于入射角的。然而，当n1z＝n2z(曲线f)时，反射率不再依赖于入射角。换句话说，对于所有入射角，曲线f的反射率为恒定值。在这点上，等式1化为与入射角无关形式：(n2o-n1o)/(n2o+n1o)。当n1z＝n2z时，不存在Brewster效应，而且对于所有入射角，反射率都恒定。

图24示出在n1z数值上小于或等于n2z的情况下反射率-入射角的曲线。光从各向异性媒质入射到双折射层。对于这种情况，反射率随着入射角单调递增。图24中的曲线示出s偏振光的单个情况。曲线b-e以下列顺序示出不同nz值的p偏振光的情况：b)n1z＝1.50，n2z＝1.60；c)n1z＝1.55，n2z＝1.60；d)n1z＝1.59，n2z＝1.60；和e)n1z＝1.60＝n2z。再次，当n1z＝n2z(曲线e)时，不存在Brewster效应，而且对于所有入射角，反射率都恒定。

图25示出与图23和24相同的情况，除了入射媒质的折射率no＝1.0(空气)。图25的曲线是关于在正单轴材料(折射率n2x＝n2y＝1.50，n2z＝1.60)和负单轴双折射材料(其中n1x＝n1y＝1.75，而n1z的值从上到下依次为：a)1.50；b)1.55；c)1.59；d)1.60；f)1.61；g)1.65；h)1.70；和I)1.75的单个界面处的p偏振光。再次，如图23和24所示，当n1z和n2z的值匹配时(曲线d)，反射率不依赖于入射角。

图23、24和25示出当一个薄膜的z轴折射率等于另一个薄膜的z轴折射率时，发生从一种性能到另一种性能的跨越。这对于负和正单轴双折射和各向异性材料的几种组合都成立。发生了其它情况，其中Brewster角变成较大角或较小角。

图26、27和28示出在面内折射率和z轴折射率之间的各种可能的关系。垂直轴表示折射率的相关值，而水平轴用于区分各种条件。每个图从左面两个各向异性薄膜(其中z轴折射率等于面内折射率)开始。当向右移动时，面内折射率保持恒定，而表示相关量的正或负双折射的各种z轴折射率增加或减小。

图26示出参照图23、24和25所述的情况。材料1的面内折射率大于材料2的面内折射率、材料1具有负双折射(n1z小于面内折射率)、和材料2具有正双折射(n2z大于面内折射率)。Brewster角消失而且对于所有入射角反射率恒定的那一点是两个z轴折射率相等的那一点。该点与图23的曲线f、图24的曲线e或图25的曲线d相对应，

在图27中，材料1具有比材料2高的面内折射率，但是材料1具有正双折射而材料2具有负双折射。在这种情况下，Brewster角的最小值只能移向较低的角值。

图26和27对于两个薄膜中的一个是各向异性的限制情况是有效的。两种情况是材料1是各向异性的，而材料2具有正双折射，或者参考2是各向异性的而材料1具有负双折射。不存在Brewster效应的点是双折射材料的z轴折射率等于各向异性薄膜的折射率的那一点。

另一种情况是两个薄膜是同一类型的，即，两个负双折射或两个正双折射。图28示出两个薄膜具有负双折射的情况。然而，应理解，两个正双折射层的情况类似于两个负双折射层的情况。如前所述，只有当一个薄膜的z轴折射率等于或超过另一个薄膜的折射率时，Brewster最小值才被消除。

还有一种情况，其中两种材料的面内折射率相等，但z轴折射率不同。在这种情况下(它是如图26-28所示的所有情况的子集)，对于任何入射角的p偏振光不发生反射，而且p偏振光的反射率随着入射角的增加而单调递增。这种产品具有随着入射角的增加而递增的p偏振光的反射率，而s偏振光可穿透它。

可运用描述单轴双折射系统性能的上述原理和设计根据来制成对于各种环境和应用具有所需光效应的多层叠层。可以巧妙地处理和调整在多层叠层中各层的折射率以制成具有所需光性能的装置。可以产生具有各种面内和z轴折射率的许多正、负单轴双折射，而且运用这里所述的原理可以设计并制造许多有用的装置。

偏振器

本发明的反射偏振器在光学元件(诸如，验眼透镜、反射镜和窗)中十分有用。偏振器的特性在于类似反射镜的外观(认为外观类似太阳镜是很时髦的)。此外，PEN是良好的紫外线滤波器，它有效地吸收紫外线直至可见光谱的边缘。作为红外线薄片偏振器，本发明的反射偏振器是十分有用的。

对于偏振器，最好通过沿着单个方向拉伸来给薄片取向，而且PEN层的折射率，在偏振平面与取向的方向及横向的方向平行时，在入射光线之间显示很大的差异。对于其偏振平面与面内轴(与薄膜表面平行的轴)平行的平面偏振入射光，与该轴相关的折射率是有效折射率。取向方向意指薄膜在被拉伸时的方向。横向方向意指在薄膜平面内与薄膜的取向方向正交的方向。

对于偏振器，PEN/所选聚合物层至少具有一根这样的轴，即，与该轴相关的折射率基本上相等。对与该轴(它一般是横轴)相关折射率的匹配，可导致在那个偏振平面内没有光反射。所选聚合物层还可显示与拉伸方向相关的折射率的减小。所选聚合物的负双折射有利于增加与取向轴相关的邻接层折射率之间的差，而其偏振平面与横向方向平行的反射光仍然是可忽略的。在拉伸之后，邻接层的与横轴相关的折射率之间的差应小于0.05，而且最好是小于0.02。另一种可能性是所选聚合物显示由拉伸引起的一些正双折射，但可以在热处理中使其松驰以与PEN层的横轴的折射率匹配。热处理的温度不应高到使在PEN层中的双折射松驰的程度。

用于本发明的偏振器的较佳所选聚合物是萘二甲酸或它的酯(诸如，萘二甲酸二甲酯，从20摩尔百分比到80摩尔百分比的范围内)和间苯二甲酸或对苯二甲酸或它们的酯(诸如对苯二甲酸二甲酯，从20摩尔百分比到80摩尔百分比的范围内)与二乙醇反应后的反应产物的共聚多酯。在本发明范围内的其它共聚多酯具有上述性能并具有与横轴相关的大约1.59到1.69的折射率。当然，共聚多酯必须是可与PEN复合挤压的。其它适当的共聚多酯是以间苯二甲酸、壬二酸、己二酸、癸二酸、联苯甲酸、对苯二甲酸、2，7-萘二甲酸、2，6-萘二甲酸或环己烷二羧酸为基础的。在共聚多酯中其它适当的变化包括二乙醇、丙二醇、丁二醇、新戊二醇、聚乙二醇、1，4-丁二醇、二甘醇、环己烷二甲醇、4-羟基联苯酚、丙二醇、双酚A、和1，8-二羟基联苯、或1，3-双(2-羟乙氧基)苯作为二醇反应物。在制备有用的共聚多酯中，引入单体的折射率的平均值乃是一种好的指导思想。此外，作为在本发明中所选的聚合物，共聚碳酸酯是十分有用的，它具有与PEN的玻璃化温度相容的玻璃化温度，而且具有与横轴相关的折射率(大约1.59到1.69)。通过在挤压系统中两个或更多个聚合物的酯交换作用而形成，共聚多脂或共聚碳酸酯是通向所选的有前途的聚合物的另一条可行的途径。

参照图2，现描述两个分量直交双折射系统和影响所得光性能的设计根据。此外，系统可以具有许多层，但是通过检查在一个界面处的光性能，可以理解叠层的光性能。

可将双轴双折射系统设计成对于其偏振平面与一根轴平行并具有极广范围入射角的光能给出高反射率，而同时对于其偏振平面与另一根轴平行并具有极广范围入射角的光具有低反射率和高透射率。结果，双轴双折射系统作为偏振器，它透射一个偏振的光并反射另一个偏振的光。通过控制每个薄膜的三维折射率，nx、ny和nz，可获得所需的光性能。此外，可以直接测量折射率，或通过对于所得薄膜的光谱进行分析可以间接观察折射率。

再参照图2，为了说明起见，赋予薄膜折射率以下列值：n1x＝1.88，n1y＝1.64，n1z＝可变，n2x＝1.65，n2y＝可变，和n2z＝可变。x方向被称为衰减方向，而y方向被称为透射方向。

在两种重要的情况下(其中，光的入射平面或者沿着拉伸方向(xz平面)或者沿着非拉伸(yz平面)方向)，可将等式1用于示出双轴双折射系统的角度性能。偏振器是沿着一个偏振方向的反射镜和沿着另一个方向的窗。在沿着拉伸方向，在具有几百层的多层叠层中1.88-1.65＝0.23的较大折射率差异为s偏振光提供较高反射率。对于p偏振光，在各个角度下的反射比依赖于n1z/n2z的折射率差异。

在许多应用中，对于所有入射角，理想的反射偏振器具有沿着一根轴(所谓的衰减轴)的较高反射比和沿着另一根轴(所谓的透射轴)的零反射比。对于偏振器的透射轴，一般理想的是，使在所关心的带宽内及所关心的入射角范围内，沿着透射轴方向偏振的光的反射率最大。对于在100nm带宽内的窄带偏振器，理想的是，在正入射处的平均透射率至少为50％，较佳的是至少70％，而更佳的是至少90％。对于在100nm带宽内的窄带偏振器，理想的是，对于偏离法线60度的p偏振光(沿着透射轴测量)的平均透射率至少50％，较佳的是至少70％，而更佳的是至少80％。

对于在透射轴中的在可见光谱(400-700nm，带宽为300nm)内的偏振器，理想的是，在正入射处的平均透射率至少为70％，更佳的是至少85％，最佳的是至少90％。对于在400-700nm带宽内的偏振器，理想的是，偏离法线60度(沿着透射轴测量)的平均透射率至少为50％，较佳的是至少70％，更佳的是至少80％，最佳的是至少90％。

对于某一种应用，较佳的是，在离位角处的透射轴中有高反射率。在偏离法线至少20度处，沿着透射轴偏振的光的平均反射率应大于20％。

如果沿着透射轴发生一些反射率，就会减小在离位角处的偏振器的效率。如果对于不同波长而言沿着透射轴的反射率不同，那么可将颜色引入经透射的光。测量颜色的一种方法是确定在所选的角度或超过所关心的波长范围的角度处透射比的均方根(RMS)值。％RMS颜色，CRMS，可根据下式确定： $C_{\mathrm{RMS}}=\frac{\underset{\mathrm{\λ}1}{\overset{\mathrm{\λ}2}{\∫}}{\left({(T-\stackrel{-}{T})}^2\right)}^{V2}\mathrm{d\λ}}{\stackrel{-}{T}}$

其中，λ1到λ2的范围是所关心的波长范围，或所关心的带宽，T是沿着透射轴的透射比，而是在所关心的波长范围内沿着透射轴的平均透射比。

对于值得用低色偏振器的应用场合，在偏离法线至少30度的入射角(较佳的是至少45度，最佳的是至少偏离法线60度)，％RMS颜色应小于10％，较佳的是小于8％，更佳的是小于3.5％，最佳的是小于2.1％。

较佳的是，反射偏振器在所关心的带宽内，把用于具体应用的沿着透射轴的所需％RMS颜色与沿着衰减轴的所需数量的反射率相结合。例如，对于具有大约100nm带宽的窄带偏振器，理想的是，在正入射处沿着衰减轴的平均反射率小于50％，较佳的是小于30％，更佳的是小于10％，最佳的是小于3％。对于具有在可见光谱中的带宽(400-700nm，或300nm带宽)的偏振器，理想的是，在正入射处沿着衰减轴的平均反射率小于40％，更为理起的是小于25％，较佳的是小于15％，更佳的是小于5％，最佳的是小于3％。

即使面内y折射率互相匹配，但对于其偏振平面与透射轴平行的光，可由较大z折射率误匹配引起在离位角处的反射率。于是，产生的系统对于p偏振光具有较大反射率，而且s偏振光可穿透它。在上面对于反射镜情况的分析中，把这种情况称为“p偏振器”。

对于单轴拉伸偏振器，性能取决于三个方向(x、y和z)的交替层折射率之间的关系。如上所述，理想的是，对于高效偏振器，理想的是，使y和z折射率差异最小。引入y折射率误匹配可补偿z折射率误匹配。无论有意添加还是自然发生，任何折射率误匹配都会引起一些反射率。于是，重要的因素是使x折射率差异大于y和z折射率差异。由于反射率作为沿着拉伸和非拉伸方向的折射率差异的函数而迅速增加，应使Δny/Δnx之比和Δnz/Δnx之比最小以获得沿着一根轴具有高度衰减并具有所关心带宽和极广入射角范围的偏振器，同时保持沿着直交轴的较高反射率。小于0.05、0.1或0.25的比率都是可接受的。理想的是，Δnz/Δnx之比为零，但是小于0.25或0.5的比率也产生可利用的偏振器。

图29示出对于其入射平面沿着非拉伸方向的p偏振光及对于800个多层叠层的PEN/coPEN的在75°处的反射率(由-Log[1-R]表示)。在可见光谱(400-700nm)内的反射率是波长的函数。550nm的曲线a的相关折射率是n1y＝1.64，n1z＝1.52，n2y＝1.64和n2z＝1.63。模型叠层设计是对于四分之一波对的线性厚度坡度，其中每对厚度赋予dn＝do+do(0.003)n。所有层都分配有随机厚度误差(高斯分布和5％标准偏差)。

曲线a示出沿着透射轴(y轴)的在可见光谱内的高离轴反射率，并示出不同的波长具有不同的反射率级。这是因为较大的z轴误匹配(Δnz＝0.11)。由于光谱对于层厚度误差和空间非均匀性十分敏感(诸如，薄膜测径器)，所以这赋予双轴双折射系统以非常不均匀和“彩色的”外观。虽然对于某种应用而言高程度的颜色是十分理想的，但理想的是，控制离轴颜色的程度，而且对于那些要求一致、低颜色外观的应用(诸如，液晶显示器或其它类型的显示器)应使所述离轴颜色程度最小。

通过把折射率误匹配引入产生Brewster条件离轴的非拉伸面内折射率(n1y和n2y)，可使离轴反射率和离轴颜色最小，同时把s偏振反射率保持在最小值。

图30示出引入y轴误匹配以减小沿着双轴双折射系统的透射轴的离轴反射率的效果。当n1z＝1.52和n2z＝1.63(Δnz＝0.11)，对于p偏振光设有下列条件：a)n1y＝n2y＝1.64；b)n1y＝1.64，n1y＝1，62；c)n2y＝1.64，n2y＝1.66。曲线a示出其中面内折射率n1y等于n2y的反射比。曲线a在0°有一极小反射比，但在20°后陡升。对于曲线b，n1y＞n2y，而且反射率迅速增加。曲线c(其中n1y＜n2y)在38°处具有最小的反射比，但是此后便急剧上升。对于s偏振光，对于n1y≠n2y也发生显著的反射，如曲线d所示。图30的曲线a-d表示，要存在Brewster最小值，y轴误匹配(n1y-n2y)的符合应与z轴误匹配(n1z-n2z)的符合相同。对于n1y＝n2y的情况，对于所有入射角s偏振光的反射率都为零。

通过减小在层之间的z轴折射率差，可以大大减小离轴反射率。如果n1z与n2z相等，那么图25表示，当处于正入射时衰减轴仍然具有较高反射率偏离角，而且由于使两种折射率匹配(即，n1y＝n2y和n1z＝n2z)，所以对于任何入射角沿着非拉伸轴不发生反射。

在某些多层系统中，两个y折射率和两个z折射率的精确匹配是不可能的。如果在偏振器结构中z轴折射率不匹配，那么对于面内折射率n1y和n2y引入轻微的误匹配是十分理想的。通过把附加成分混入一种或两种材料层中以增加或减小各自的y折射率，可以做到这些。可以把第二树脂混入形成高度双折射层的聚合物或混入形成所选聚合物层的聚合物，以减缓在法角和离位角处沿着透射轴的反射，或减缓偏振器对于在衰减轴偏振的光的衰减。第二，经混合的树脂通过在取向后改善结晶度和聚合物层的折射率，可以实现上述过程。

图31示出另一个实例，假设n1z＝1.56h n2z＝1.60(Δnz＝0.04)，y折射率为a)n1y＝1.64，n2y＝1.65；b)n1y＝1.64，n2y＝1.63。曲线c代表两种情况中任何一种情况下的s偏振光。曲线a(其中，y折射率误匹配的符合与z折射率误匹配的相同)导致最低的偏离角反射率。

图29曲线b示出在图31曲线a的条件下，在75°入射角处800层薄膜叠层的经计算的偏离角反射比。在曲线b所示的条件下，把曲线b与图29的曲线a作比较可见，存在更少的离轴反射率，因而有更低的可觉察颜色及更佳的一致性。在550nm处曲线b的相关折射率是n1y＝1.64，n1z＝1.56，n2y＝1.65和n2z＝1.60。

图32示出等式1的等值线，它归纳参照图2所讨论的p偏振光的离轴反射率。把包括在非拉伸方向中的四个独立折射率减少到两个折射率误匹配，Anz和Any。该曲线是6根曲线(分别在从0°到75°，以15度递增的各个入射角处)的平均曲线。反射率范围从0.4×10^-4(对于等值线a)到4.0×10^-4(对于等值线j)(以0.4×10^-4的恒定增量)。这些曲线表示由沿着另一根轴的误匹配可以使由沿着一根光轴的折射率误匹配引起的反射率偏移多高。

然后，通过减小在双轴拉伸系统的层之间的z轴误匹配，和/或通过引入y轴误匹配以产生Brewster效应，沿着多层反射偏振器的透射轴可以使离轴反射率和离轴颜色最小。

应注意，运用这里所述的原理，还可以设计在较窄的波长范围内运作的窄带偏振器。例如，还可将这些用于制作在红、绿、青、红紫、或黄色带内的偏振器。

理想的反射偏振器应透射一个偏振的所有光，并反射另一个偏振的所有光。除非在两侧用清晰的光粘合剂将两面层叠在玻璃或另一个薄膜上，否则在空气/反射偏振器界面处的表面反射减小所需偏振光的透射率。于是，在某些情况下，它有利于把减反射(AR)涂层加在反射偏振器上。最好把AR涂层设计成对于在空气中的PEN基偏振器使薄膜的反射率(1.64)减小，因为那是沿着非拉伸(y)方向的所有的层的反射率。因为拉伸方向的交替折射率叠层具有非常高的反射系数，而与有无表面反射无关，所以相同的涂层对于拉伸方向没有本质作用。可以采用在现有技术中已知的任何AR涂层，如果它不使被覆盖的多层薄膜过热或损坏的话。示例涂层是低折射率材料的四分之一波长厚的涂层，理想的是，它具有接近于1.64的平方根(对于PEN基材料)的折射率。透明导体

把上述多层聚合物薄膜与透明导体相结合，以提供具有比多层聚合物薄膜或单个透明导体更宽的反射率的透明多层装置。特别是，多层聚合物薄膜提供非常接近于红外线的反射(从大约750nm直到2500nm)，但其高于2500nm的反射率急剧下降。另一方面，透明导体提供远红外线的反射(高于2500nm)，而在750nm到2500nm区域中，透明导体在光谱的红外线区域附近的反射率一般不如多层聚合物薄膜的反射率。可以设计或“调谐”本发明的透明多层装置，以提供所需的红外线反射，同时保持透射足够的光而呈透明。

在本发明中十分有用的透明导体是反射在光谱的远红外线区域中光的导体，特别是，它包括那些对于来自可见光(在大约380nm和大约750nm之间)的有效地划分出的红外线光(高于750nm)有效的导体。换句话说，透明导体通过在波长区域中(人的眼睛对其十分敏感)的光，同时排斥红外线区域的光。由于需要两种高可见光透射率和低近红外线透射率，所以反射边沿必须高于750nm(这在人眼睛的敏感范围之外)。适当的透明导体是导电材料，它在远红外线光谱中进行反射，而且包括金属、合金和半导体金属氧化物材料。较佳的金属包括银、金、铜和铝。可用其它金属(诸如，镍、钠、铬、锡和钛)，但通常它们在从可见光中划分出红外线方面并不那样有效。由于银可以非常薄的薄膜形式加以采用，而且在光学上，它在整个可见光区域中都具有相对较高透射比，同时拥有反射比可见光波长更长的光的能力，所以银最佳。较佳的半导体金属氧化物包括掺杂和不掺杂的二氧化锡(SnO₂)、氧化锌(ZnO)和铟锡氧化物(ITO)，其中后者最佳。较佳的合金包括银合金、不锈钢、和铬镍铁合金。由于上述原因，银合金(特别是那些包括至少30wt.％银的银合金)也是最佳的，但是它具有附加优点，即，改进的耐久性诸如，除了银之外还包括小于50wt.％金和/或至少20wt.％铜的银合金。透明导体还包括单个金属层或多个层，每一层还包括一种或多种金属、合金和金属氧化物。

以所得的多层装置是透明的为条件，用熟悉该技术的普通人员所熟知的传统的涂层技术，可以把透明导体施于多层聚合物。那些已知的处理包括高温分解、粉末涂层、汽相淀积、阴极溅射、离子镀等。由于可以获得的结构和厚度的一致性，所以通常阴极溅射和汽相淀积是较佳的。另一方面，透明导体可以是分开的金属化的聚合物或玻璃薄片，它用适当的粘合剂(最好是热融粘合剂(诸如VITEL3300粘合剂，购自Shell Chemical Company，4040Embassy Parkway、Akron、Ohio44333)，或者压敏粘合剂(诸如，来自3M Company，St.Paul，MN 55144的90、10 IOA/AA和95/5 IOA/丙烯酰胺丙烯酸型PSAs)层叠在多层聚合物薄膜上。

可以选择透明导体的厚度(将它用于多层聚合物薄膜以形成本发明的透明多层装置)以提供所需的反射率。总之，金属层越薄，透射可见光谱中的光越多。然而，由于当金属层的厚度减小时它的导电性也减小，所以当金属层的厚度减小时在远红外线光谱中反射的光量也减小。相应地，通过调节任何具体金属、合金或半导体金属氧化物的金属层的厚度，透明导体可以平衡对于在可见光谱中光的透射和对于在远红外线光谱中光的反射。此外，通过测量金属层的导电性可以监测淀积在多层聚合物薄膜上的金属层的厚度。

在本发明中用作透明导体的金属和合金所具有的导电性范围大约在0.02mhos/sq.到大约1.0mhos/sq.之间，最好是在大约0.05mhos/sq.到1.0mhos/sq.之间，可使用的厚度范围从大约10nm到大约40nm，最好是大约从12nm到30nm。较佳的半导体金属氧化层具有的导电性范围大约在0.0001mhos/sq.到大约0.1mhos/sq.之间，最好是在大约0.001mhos/sq.到大约0.1mhos/sq.之间，可使用的厚度范围从大约20nm到大约200nm，最好从大约80nm到大约120nm。当透明导体是层叠在多层聚合物薄膜上的金属化聚合物或玻璃片时，在该片上的金属或合金涂层的厚度最好从大约10nm到大约40nm，而在该片上的金属氧化物涂层的厚度最好从大约20nm到大约200nm。

虽然薄形透明导体(诸如银)可以足够薄以具有高度可见透射率，但是与由本发明中用到的多层聚合物薄膜可获得的在近红外线区域中的反射率相比，它们在近红外线区域中的反射率并不理想。相反，上述多层聚合物薄膜在近红外线区域中具有高度的可见光透射率和相对较好的反射性，而在远红外线区域中的反射率相对较低至很差。多层聚合物薄膜一般也能提供比透明导体更加剧烈的在可见光和红外线光之间的跃迁。然后，多层聚合物薄膜与透明导体相结合以形成本发明的透明多层装置提供了在整个红外线区域中更佳的反射率，同时透射可见光。此外，可将抗反射涂层(那些熟悉该技术的人员所熟知的)覆盖在透明导体上以增加可见光的透射率。例如，这包括抗反射涂层(它包括金属、绝缘材料、金属叠层，其中控制各层的厚度以提供所需的可见透射率。然而，本发明并不需要这种抗反射涂层来获得在可见光谱中光的所需透射率。

然而，由于如那些熟悉该技术的人员所知的那样，超过大约1000nm光谱的泛音和第三级效果会增加在可见光谱中的反射，所以在红外线区域中的这种反射率的带宽也依赖于在可见范围内所需的透射率级。充分避免对于可见光透射率的不良影响的一种方法是如上所述控制在多层聚合物薄膜中单层的厚度以把在近红外线光谱中的反射带限制在预先选择的范围内(诸如，在750nm和大约1000nm之间)，其中太阳光谱比远红外线光谱更加强烈。在这个实例中，保持了在可见光谱中所需的透射率，而透明导体和多层聚合物薄膜的结合物则反射所需光量，其中多层薄膜控制着在近红外线光谱(从大约750nm到大约1000nm)中的反射，而透明导体控制着在红外线光谱(大于大约1000nm)中的反射。在现有技术中已知有获得这种效果的另一种方法，例如，参见Alfred Thelen，“具有宽透射比带的多层滤波器”J.Opt.Soc.Am.53(11)，1963，p.1266，和Philip Baumeister，“具有受遏更高级反射峰值的多层反射”应用光学，31(10)，1992，p.1568。

本发明的透明多层装置大半是无色的，并具有适当的色度系数。色度系数是与简单的玻璃板相比的进入窗的太阳能的量，而且可如下面实施例10中所要描述的那样测量它。特别是，当多层聚合薄膜与透明银涂层结合时，它的色度系数比覆盖在PET衬底上的银涂层的色度系数低。虽然与银涂层结合的多层聚合物薄膜的外观和可见透射率与覆盖在PET薄膜上的银涂层的类似，但是本发明透明多层装置的经增加的红外线反射既减低透射率又增加太阳反射，从而导致与银覆盖的PET薄膜有关的更低的色度系数。本发明的透明多层装置最好具有小于0.5的色度系数。

图14示出与具有13nm厚度的模拟银薄膜以及与不具有透明导体的模拟多层聚合物薄膜相比，本发明的模拟透明多层装置的预测光性能。模拟多层聚合物薄膜(单个薄膜和与银薄膜结合的薄膜)包括PET和Ecdel的603个交替层，其中201层的四分之一波光厚度为800nm，201层的为875nm，而201层的为950nm。如图14所示，在大约750nm和大约1050nm之间，这种多层聚合物薄膜提供近100％反射率，而大于约1050nm，银层单独可提供所需的反射率。此外，这种透明多层装置具有大约0.36的色度系数，比起单个银金属层(0.45)或单个多层聚合物薄膜(0.72)的色度系数来，这是一个很大的进步。

通过把透射的光限制在可见波长内并阻止红外线区域内的光，本发明的透明多层装置有助于减小在夏季所需的冷却和在冬季所需的加热。因此，通过把这种装置直接加在玻璃的表面或塑料衬底上(诸如，在建筑物中的外部窗户或汽车、卡车或飞机中的窗)，便可运用这种装置。这对于层叠玻璃和塑料物也是适合的，其中至少把一个透明多层装置插在玻璃对或塑料板之间。对于熟悉该技术的一般人员，其它的用途也是显而易见的，其中需要防止红外线辐射，同时仍然获得在光谱的可见区域中光的充足的透明度，诸如，在冷却的显示箱中把本发明的透明多层装置施于门的窗户上。

当把本发明的透明多层装置施于房屋或汽车的窗户上以反射太阳热量(诸如在夏季)，最好是透明导体紧挨着窗的内表面，而且多层聚合物薄膜面对房屋或汽车的内部。如现有技术已知的，可用抗磨损涂层覆盖多层聚合物薄膜的外表面，同时用层压粘合剂(例如，在Shell Chemical Company in Akron，Ohio中有售的VITEL3300热熔粘合剂)或压敏粘合剂(诸如，来自3M Company，St.Paul，MN的90/10 IOA/AA或95/5 IOA/丙烯酰胺丙烯酸型PSAs)可将减小可见光反射的彩色薄膜施于透明导体的外表面上。当希望在寒冷的季节中，把辐射热从房间的后面反射到房间内，最好把透明导体放在面对房间或汽车里面的位置，而且最好用聚烯烃薄膜(诸如，例如，聚丙烯薄膜)覆盖它，以保持在远红外线区域中的反射比。那些熟悉该技术的人员熟知这种结构。如果把本发明的透明多层装置放在这种窗户的外部，就要考虑装置的耐久性。因此，可把保护性的UV稳定的聚酯或丙烯酸型薄膜层直接层叠在透明导体上以避免金属层暴露在环境中。

本发明的透明多层装置具有理想的光性能，其中它们反射在光谱的红外线区域中的所需光量，同时透射在透明光谱的可见区域中的足够的光。然而，它们控制通过装置的太阳能量，而不大大减小人可感受到的光强度、最好的是，通过装置可至少透射在光谱的可见区域中的大约20％到大约80％的光，而至少反射在红外线区域中的大约30％的光，更佳的是至少反射80％的光，最好的是至少反射在红外线区域中的95％的光。

为了更完整更清楚地描述本发明，从而使熟悉该技术的人员能够更好地理解如何实践本发明，用下列实施例的方法描述本发明。在实施例中，由于光吸收是忽略不计的，反射等于1减去透射率(R＝1-T)。实施例用于说明本发明，而不是以任何方式限制所揭示的发明权利要求书。

实施例1(PET：Ecdel，601，反射镜)

通过复合挤压法，在连序的平面薄膜制造流水线上制得包括601层的复合挤压薄膜。由一个挤压机以每小时75磅的速率传输具有特性粘度为0.6dl/g(60wt.％苯酚/40wt.％对二氯苯)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，而由另一个挤压机以每小时65磅的速率传输热塑料高弹体(购自Eastman Chemical，商品名为“Ecdel9966”)。PET是在表面层上。用送料机构(feedblock)方法(诸如，在美国专利第3,801,429号中所述)来生成151层，后者通过两个倍增器而产生601层的压出物。美国专利第3,565,985号示例描述了复合挤压倍增器。将网膜沿长度方向定向至拉引比达到约3.6，而网膜的温度大约是210°F。随后，大约在50秒内把薄膜预热到大约235°F，并沿着横向方向以大约每秒6％的速率使其拉引比接近约4.0。然后，在设定于400°F的热炉中松驰薄膜的最大宽度的5％。成品薄膜的厚度是2.5mil。

所产生的网膜在空气那侧的质地很粗糙，并提供如图3所示的透射率。沿着非拉伸方向以60°入射角偏振的p偏振光的％透射率(曲线b)与在正入射处的值(曲线a)相似(有波长偏移)。

为了比较起见，由Mearl Corporation制造的据推测系由相关的各向异性材料制成的薄膜(见图4)示出p偏振光在60°入射角处反射率的显著损耗(曲线b，与正入射的曲线a相比)。

实施例2(PET：Ecdel，151，反射镜)

通过复合挤压法，在连序的平面薄膜制造流水线上制得包括151层的复合挤压薄膜。由一个挤压机以每小时75磅的速率传输具有特性粘度为0.6dl/g(60wt苯酚/40wt.％对二氯苯)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，而由另一个挤压机以每小时65磅的速率传输热塑料高弹体(购自Eastman Chemical，商品名为“Ecdel9966”)。PET是在表面层上。用送料机构方法生成151层。将网膜沿长度方向定向至拉引比达到约3.6，而网膜的温度大约是210°F。随后，大约在12秒内把薄膜预热到大约215°F，并沿着横向方向以大约每秒25％的速率使其拉引比接近于大约4.0。然后，在大约6秒内，在设定为400°F的热炉中松驰薄膜的最大宽度的5％。成品薄膜的厚度是0.6mil。

图5示出这种薄膜的透射率。通过波长偏移，沿着非拉伸方向以60°入射角偏振的p偏振光的％透射率(曲线b)与在正入射处的值(曲线a)相似。在相同的挤压条件下，放慢网膜速度以形成厚度大约为0.8mil的红外线反射薄膜。图6示出透射率(在正入射处的曲线a，在60度入射角处的曲线b)。

实施例3(PEN：Ecdel，225，反射镜)

在一个操作中通过挤压铸网膜，形成包括225层的复合挤压薄膜，随后来在实验室薄膜拉伸装置中使薄膜取向。由一个挤压机以每小时18磅的速率传输具有特性粘度为0.5dl/g(60wt.％苯酚/40wt.％对二氯苯)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，而由另一个挤压机以每小时17磅的速率传输热塑料高弹体(购自EastmanChemical，商品名为“Ecdel 9966”)。PET是在表面层上。用送料机构方法来生成57层，后者通过两个倍增器而产生225层压出物。网膜的厚度为12mil，宽度为12英寸。随后，运用实验室拉伸装置(它运用缩放仪抓住薄膜的正方形部分，同时沿着两种方向以一致的速度拉伸它)双轴取向网膜。在大约100℃下，把边长为7.46cm的正方形网膜放置在拉伸器内，并在60秒内把它加热到130℃。然后，以100％/sec(基于原始尺寸)开始拉伸，直至样品拉伸到大约3.5×3.5。在拉伸样品后，通过用室温空气吹在它上面，即刻冷却它。

图7示出这种多层薄膜的光学反应(在正入射处的曲线a，在60度处的曲线b)。注意，沿着非拉伸方向以60°入射角偏振的p偏振光的％透射率(取向b)与在正入射处的值(曲线a)(有些波长偏移)相似。

实施例4(PEN：THV 500，449，反射镜)

在一个操作中通过挤压铸网膜，形成包括449层的复合挤压薄膜，然后在实验室薄膜拉伸装置中使薄膜取向。由一个挤压机以每小时56磅的速率传输具有特性粘度为0.53dl/g(60wt.％苯酚/40wt.％对二氯苯)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，而由另一个挤压机以每小时11磅的速率传输含氟聚合物(MinnesotaMining and Manufacturing Company有售，商品名“THV500”)。PET是在表面层上，而且50％的PEN在两个表面层上。用送料机构方法来生成57层，后者通过两个倍增机产生225层压出物。铸网膜的厚度为20mil，宽度为12英寸。随后，运用实验室拉伸装置(它运用缩放仪抓住薄膜的正方形部分，同时沿着两种方向以一致的速度拉伸它)双轴取向网膜。在大约100℃下，把边长为7.46cm的正方形网膜放置在拉伸器内，并在60秒内把它加热到140℃。然后，以10％/sec(基于原始尺寸)开始拉伸，直至样品拉伸到大约为3.5×3.5。在拉伸样品后，通过用室温空气吹在它上面，即刻冷却它。

图8示出这种多层薄膜的透射率。再次，曲线a示出在正入射处的反应，而曲线b示出p偏振光沿着非拉伸方向在60°入射角处的反应。

实施例5(PEN：coPEN，601--高颜色偏振器)

通过挤压网膜，两天后在与所有其它实施例中所述不同的拉幅机上取向薄膜，生产包括601层的复合挤压薄膜。由一个挤压机以每小时75磅的速率传输具有特性粘度为0.5dl/g(60wt.％苯酚/40wt.％对二氯苯)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，而由另一个挤压机以每小时65磅的速率传输具有特性粘度为0.55dl/g(60wt.％苯酚/40wt.％对二氯苯)的coPEN(70mol％2，6NDC[萘二甲酸二甲酯]和30mol％DMT[对苯二甲酸二甲酯])。用送料机构方法生成151层，并设法将它制成梯度分布的层，光层的厚度比是1.22(PEN)：1.22(coPEN)。把PEN的表面层复合挤压在光叠层的外面，而全部厚度大约为复合挤压层的8％。光叠层通过两个倍增器，生成601层压出物。U.S.专利3565985叙述了类似的挤压多层物。所有拉伸均在拉幅机中完成。在大约20秒内，把薄膜预热到280°F，并沿着横向方向以大约每秒6％的速率使它接近于大约4.4的拉引比。在设定为460°F的热炉中松驰薄膜的最大宽度的2％。成品薄膜的厚度是1.8mil。

图9示出薄膜的透射率。曲线a示出沿着非拉伸方向在正入射处的偏振的光的透射率，曲线b示出沿着非拉伸方向在60°入射角处偏振的p偏振光的透射率，而曲线c示出沿着拉伸方向在正入射处偏振的光的透射率。注意，p偏振光在正入射和60°入射角处不一致的透射率。曲线a在400-700nm内的平均透射率是84.1％，而曲线b在400-700nm内的平均透射率是68.2％。曲线c的平均透射率是9.1％。曲线a的％RMS颜色为1.4％和曲线b的％RMS颜色是11.2％。

实施例6(PEN：coPEN，601，偏振器)

通过复合挤压处理，在连序的平面薄膜制造流水线上形成包括601层的复合挤压薄膜。由一个挤压机以每小时75磅的速率传输具有特性粘度为0.54dl/g(60wt.％苯酚加上40wt.％对二氯苯)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，而由另一个挤压机以每小时65磅的速率传输coPEN。coPEN是带有二乙醇的共聚物(70mol％2，6萘二甲酸二甲酯、15％间苯二甲酸二甲酯和15％对苯二甲酸二甲酯)。用送料机构方法生成151层。把送料机构设计成能产生梯度分布的层，而光层的厚度比是1.22(PEN)：1.22(coPEN)。把PEN的表面层复合挤压在光叠层的外面，而全部厚度大约为复合挤压层的8％。由两个连序的倍增器来增加光叠层。倍增器的标称放大比分别是1.2和1.27。随后，大约在40秒内，把薄膜预热到310°F，并沿着横向方向以大约每秒6％的速率使它接近于大约5.0的拉引比。成品薄膜的厚度是2mil。

图10示出这种多层薄膜的透射率。曲线a示出沿着非拉伸方向在正入射处偏振的光的反射率，曲线b示出沿着非拉伸方向在60°入射角处偏振的p偏振光的透射率，而曲线c示出沿着拉伸方向在正入射处偏振的光的透射率。注意，p偏振光在正入射和60°入射角处非常高的透射率(80-100％)。同样注意，如曲线c所示，在可见区域(400-700nm)内沿着拉伸方向偏振的光的非常高的衰减。在500和650nm之间衰减接近于100％。

实施例7(PEN：sPS，481，偏振器)

由具有特性粘度为0.56dl/g(60 wt.％苯酚加上40wt.％对二氯苯)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)(Eastman Chemicals有售)和间规聚苯乙烯(sPS)均聚物(重均分子量＝200,000道尔顿，来自Dow Corporation的样品)形成481层多层薄膜。PEN在外层上，并以每小时26磅挤压PEN，而以每小时23磅挤压sPS。运用送料机构法制成61层，61层中的每一层厚度大致相同。在送料机构之后，运用三个(2x)倍增器。在最后一个倍增器之后，以22磅每小时的总速率，添加含同样PEN的厚度均等的表面层。通过12”宽平模，把网膜的厚度挤压成大约为0.011英寸(0.276mm)。挤压温度是290℃。

在周围条件下，储存这种网膜达9天，然后在拉幅机上单轴取向。在大约25秒内，把薄膜预热到大约320°F(160℃)，并沿着横向方向以大约28％每秒的速率使它接近于大约6∶1的拉引比。不让其在拉伸方向松弛。成品薄膜的厚度大约为0.0018英寸(0.046mm)。

图11示出包括481层的这种PEN：sPS反射偏振器的光性能。曲线a示出沿着非拉伸方向在正入射处偏振的光的透射率，曲线b示出沿着非拉伸方向在60°入射角处偏振的p偏振光的透射率，而曲线c示出沿着拉伸方向在正入射处偏振的光的透射率。注意，p偏振光在正入射和60°入射角处非常高的透射率。曲线a在400-700nm内的平均透射率是86.2％，曲线b在400-700nm内的平均透射率是79.7％。同样注意，如曲线c所示，在可见区域(400-700nm)内沿着拉伸方向偏振的光的非常高的衰减。对于曲线c，在400和700nm之间，薄膜具有1.6％的平均透射率。曲线a的％RMS颜色是3.2％，而曲线b的％RMS颜色是18.2％。

实施例8(PET：Ecdel，601，反射镜)

通过复合挤压处理，在连序的平面薄膜制造流水线上形成包括601层的复合挤压薄膜。以75磅每小时的速率把具有特性粘度为0.6dl/g(60wt.％苯酚加上40wt.％对二氯苯)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)传输到送料机构，而以60磅每小时的速率传输热塑料高弹体(在Eastman Chemical有售，品名是“ECDEL9967”)。PET是在表面层上。用送料机构方法生成1 51层，后者通过两个倍增器生成601层的压出物。两个倍增器的标称放大比是1.2(接近送料机构)：1.27。以24磅每小时的总流量，把两个表面层对称地添加在最后一个倍增器和模子之间。表面层包括PET，而且用把PET施于送料机构的相同挤压器挤压它。将网膜沿长度方向拉伸，至位引比达到约3.3，而网膜的温度大约为205°F。随后，大约在35秒内，把薄膜预热到205°F，并沿着横向方向以大约9％每秒的速率使它接近于大约3.3的拉引比。在设定为450°F的热炉中松弛薄膜的最大宽度的3％。成品薄膜的厚度大约是0.0027英寸。

薄膜所提供的光性能如图12所示。曲线a示出透射率，而曲线b示出反射率。曲线b的光反射率是91.5％。

实施例9(PEN：PCTG，481，偏振器)

通过在一次操作中挤压铸网膜，形成包括481层的复合挤压薄膜，然后在实验室薄膜拉伸装置中取向薄膜。利用送料机构法，用61层送料机构和3个(2x)倍增器。把厚表面层添加在最后一个倍增器和模子之间。由一个挤压机以25.0磅每小时的速率把具有特性粘度为0.47dl/g(60wt.％苯酚/40wt.％对二氯苯)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)传输到送料机构。由另一个挤压机以25.0磅每小时的速率传输乙二醇改性的聚亚乙基二甲基环己烷对苯二甲酸酯(Easterman Chemical有售，品名为“PCTG5445”)。PEN在表面层上。以25磅每小时的速度添加来自上述挤压器的另一个PEN流作为表面层。铸网膜的厚度为0.007英寸，宽度为12英寸。随后，运用实验室拉伸装置(它运用缩放仪抓住薄膜部分，同时沿着一个方向以均匀的速度拉伸它)单轴取向网膜，同时沿着另一个方向任意让它松驰。放置在缩放仪的夹具之间的网膜样品大约是5.40cm(无约束的方向)宽，长度是7.45cm。大约在100℃下把网膜放置在拉伸器中，并在45秒内把它加热到135℃。然后，以20％/sec(基于原始尺寸)开始拉伸，直至样品拉伸到大约6∶1(基于夹具-夹具测量)。在拉伸样品后，通过用室温空气吹在它上面，即刻冷却它。在样品的中央，测得薄膜的松弛因子为2.0。

图13示出文种多层薄膜的透射率，其中曲线a示出沿着非拉伸方向在正入射处偏振的光的透射率，曲线b示出沿着非拉伸方向在60°入射角处偏振的p偏振光的透射率，而曲线c示出沿着拉伸方向在正入射处偏振的光的透射率。

实施例10(PET：Ecdel，150，Ag)

通过复合挤压处理在连序的平面薄膜制造流水线上形成包括151层的复合挤压薄膜。由一个挤压机以每小时75磅的速率把具有特性粘度为0.6dl/g(60wt.％苯酚/40wt.％对二氯苯)的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)传输到送料机构，而由另一个挤压机以每小时65磅的速度传输热塑料高弹体(Eastman Chemical有售，商品名“Ecdel 9966”)。用送料机构法以20ft/min的铸造轮子速度制成151层。表面层是PET且比内部层要厚，而表面层的厚度占薄膜厚度的8％。将网膜沿长度方向取向，至拉引比达到大约3.5，同时网膜温度大约为210°F。随后，大约在12秒内把薄膜预热到大约215°F，并沿着横向方向以大约25％每秒的速率使它接近于大约4.0的拉引比。然后，在设定为400°F的热炉中，在6秒内松驰薄膜的最大宽度的5％。成品薄膜的厚度是0.6mil。

从Airco373阴极以4.5微米的氩溅射压力溅射至无支撑网膜上，使这种多层聚合物薄膜涂上银。把300瓦施于靶导致519伏电压和0.60安电流。运用10英尺/分钟的网膜速度，把银层涂在多层聚合物薄膜上(它在550nm处的透射级可达53％，而它的导电率是0.15mhos/sq)。

用与上述多层聚合物薄膜相同的方法，并用相同的条件，从Airco 373阴极溅射至无支撑网膜上而在2mil聚对苯二甲酸乙二醇酯(Minnesota Mining andManufacturing Company有售，产品号是第597197P56号)上涂上银。

通过测量银涂层过的多层聚合物薄膜和银涂层过的PET薄膜在PerkinElmerλ-9中的光谱反射，得出它们的特性。在可见光谱内积分，用人眼的感觉功能放大被测的抽样透射光谱，并将它称为T_1um。根据ASTM E903(“运用积分球对于材料的太阳吸收、反射比和透射比的标准测量”)，把被测的抽样反射(R_AM2)和透射光谱(T_AM2)对空气质量2太阳光谱积分。主波长是样品的表观色，根据ASTM E308(“运用CIE系统对于计算物体颜色的标准测试方法”)，运用IlluminantC和10°观测仪，用CIE技术计算所述样品表观色。颜色纯度是颜色的饱和值，其中0％是白色，100％是纯色。从银涂层多层聚合物薄膜的R和T光谱对空气质量2的积分可以计算色度系数，公式如下： $\mathrm{SC}=\frac{T_{\mathrm{AM}2}^f+\mathrm{fx}(100-T_{\mathrm{AM}2}^f-R_{\mathrm{AM}2}^f}{T_{\mathrm{AM}2}^g+\mathrm{fx}(100-T_{\mathrm{AM}2}^g-R_{\mathrm{AM}2}^g}$

其中，f是被吸收的太阳能的内流部分。

下面表I示出光性能的结果。银涂层过的多层聚合物薄膜和银涂层过的PET的可见透射强度相类似，58％对57％。它们的透射颜色都是小于10％纯度的浅蓝。对于银涂层过的多层聚合物薄膜的较低太阳光透射率和较高太阳光反射率导致减小色度系数(对于银涂层过的PET从0.50减到0.43)。这意味着本发明的银涂层过的多层聚合物薄膜提供热性能的显著差别，而在可见外观方面没有明显变化。

                            表1

样品	T1um(％)	TAM2(％)	RAM2(％)	色度系数	主波长(mm)	颜色纯度(％)
							多层光薄膜	86.1	74.6	25	0.81	599	1
Ag涂层过的多层光薄膜	58.4	38.2	54.8	0.43	474	8.1
							Ag涂层过的PET	56.7	42.1	40.6	0.5	475	9.4

图15示出实施例10的银涂层过的多层聚合物薄膜的光性能。高于1500nm的高反射由银涂层引起，而在低于1250nm的光谱区域中的反射由多层聚合物薄膜引起。

实施例11(PET：”Ecdel”，150，银涂层过的薄膜，品名为“Scotchtint”)

通过根据实施例1的复合挤压处理，在连序平面薄膜制造流水线上形成包括151层的复合挤压薄膜，表面层复合挤压在光叠层的外部，其总厚度大约为复合挤压层的14％。

使用95/5 IOA/丙烯酰胺丙烯酸型压敏粘合剂(3M Company，St.Paul，MN有售，品名为“Scotchtint”薄膜)，把这种多层聚合物表面层叠在银涂层过的薄膜上(3M Company，St.Paul，MN有售，品名为“Scotchtint”薄膜IN50BR)。

制备的三种样品，包括用95/5 IOA/丙烯酰胺丙烯酸型PSA粘合到1/4英寸清晰玻璃上的多层IR薄膜；用95/5 IOA/丙烯酰胺丙烯酸型PSA粘合到1/4英寸清晰玻璃上的“Scotchtint”IN50BR；和用95/5 IOA/丙烯酰胺丙烯酸型PSA粘合到1/4英寸清晰玻璃上的多层IR膜然后又将其加到“Scotchtint”IN50BR膜上而形成的多层IR薄膜/“Scotchtint”薄膜叠层，并测量这些样品在PerkinElmeλ-9中的光谱反射(如实施例10所述)，以得出它们的特性。

下面表II示出光性能的结果。多层聚合物薄膜的可见透射强度比“Scotchtint”IN50BR薄膜要好，75％对50％，而且多层薄膜/“Scotchtint”叠层只是稍差些在45％处，但是叠层的0.30的色度系数分别与多层薄膜的0.62和“Scotchtint”薄膜的0.39相比，有显著进步。它们所透射的颜色都是小于10％纯度的浅蓝色。

                        表2

样品	T1um(％)	TAM2(％)	RAM2(％)	色度系数	主波长(nm)	颜色纯度(％)
							多层薄膜	75	51	40	0.62	575	10.5
“Scotchtint”IN50BR薄膜	50	31	58	0.39	478	9.7
							多层/“ Scotchtint”叠层	45	23	67	0.29	490	2.1

实施例12(PET：Ecdel，150，镍涂层过的商品名为“Scotchtint”的薄膜)

通过根据实施例1的复合挤压处理，在连序平面薄膜制造流水线上形成包括151层的复合挤压薄膜，表面层复合挤压在光叠层的外部，其总厚度大约为复合挤压层的14％。

运用95/5 IOA/丙烯酰胺丙烯酸型压敏粘合剂(3M Company，St.Paul，MN有售，品名为“Scotchtint”薄膜)，把这种多层聚合物表面层叠在镍涂层过的薄膜上(3M Company，St.Paul，MN有售，品名为“Scotchtint”薄膜RE50NEARL)。

制备两种样品，包括运用95/5 IOA/丙烯酰胺丙烯酸型PSA粘合到1/4英寸清晰玻璃上的“Scotchtint”薄膜RE50NEARL；和运用95/5 IOA/丙烯酰胺丙烯酸型PSA粘合到1/4英寸清晰玻璃上的多层IR膜，然后又将其加到“Scotchtint”薄膜RE50NEARL上所形成的多层IR薄膜/Scotchtint^薄膜叠层，把这些样品与粘合到1/4英寸清晰玻璃上的实施例11的多层IR薄膜样品相比较。测量这些样品在Perkin Elmerλ-9中的光谱反射以得出它们的特性(如实施例10所述)。

下面表III示出光性能的结果。多层聚合物薄膜的可见透射强度比“Scotchtint”  RE50NEARC薄膜要好，75％对50％，而且多层薄膜/“Scotchtint”叠层只是稍差些在44％处，但是分别与多层薄膜的0.62和“Scotchtint”薄膜的0.64相比，叠层的0.45的色度系数有显著进步。

                          表III

样品	T1um(％)	TAM2(％)	RAM2(％)	色度系数	主波长(nm)	颜色纯度(％)
							多层薄膜	75	51	40	0.62	575	10.5
“ Scotchtint”RE50NEARC薄膜	51	43	12	0.64	482	2.2
							多层/“Scotchtint”RE50NEARL薄膜	44	28	33	0.45	570	9.5

根据上述说明，本发明的其它改良和变化是可能的。例如，可将UV吸收器和其它改良试剂添加到在本发明中所用的多层聚合物薄膜的一层或多层中。然而，应理解，在上述具体实施例中可以进行变化，但如所附的权利要求书所定义的，它们落在本发明的范围内。

Claims (11)

1.一种透明多层装置，它反射在光谱红外线区域中的光并透射在光谱可见区域中的光，其特征在于，包括：

包括多层的聚合物薄膜，其中所述多层中的至少一层包含第一聚合物材料，而且所述多层的至少一层包含第二聚合物材料，其中沿着三根互相垂直的轴中的第一根轴，在所述第一和所述第二聚合物材料的折射率之间的差小于约0.05，其中沿三根互相垂直的轴中的第二根轴，所述第一和所述第二聚合物材料的折射率之间的差至少约0.05，而且其中所述三根互相垂直的轴中的第一根轴与所述薄膜平面正交；和

透明导体，它具有至少一个含有金属或金属化合物的层。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，从由银、金、铜、铝、掺杂和不掺杂的二氧化锡、氧化锌、和氧化铟锡组成的组中选出所述金属。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透明导体包括至少一个含有银或银合金的层。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述透明导体包括至少一个含有氧化铟锡的层。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，包含金属或金属混合物的所述层包括层叠在所述多层聚合物薄膜上的金属化的聚合物或玻璃片。

6.一种透明多层装置，它反射在光谱红外线区域中的光并透射在光谱可见区域中的光，其特征在于，包括一种聚合物薄膜和一种透明导体；

所述聚合物薄膜包括多层，所述层中的至少一层包括第一聚合物材料，而所述层中的至少一层包括第二聚合物材料，其中沿着三根互相垂直的轴中的第一根轴，在所述第一和所述第二聚合物材料的折射率之间的差小于大约0.05，其中沿着所述三根互相垂直的轴中的第二根轴，在所述第一和所述第二聚合物材料的折射率之间的差至少约0.05，而且其中所述三根互相垂直的轴中的所述第一根轴与所述薄膜平面正交；

其中，所述薄膜至少沿着一个方向拉伸成该方向未拉伸尺寸的至少两倍；

而且所述透明导体包括至少一个包含金属或金属化合物的层。

7.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述第一聚合物材料是半结晶聚酯。

8.如权利要求49所述的装置，其特征在于，从由银、金、铜、铝、掺杂和不掺杂的二氧化锡、氧化锌、和氧化铟锡组成的组中选出所述金属。

9.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述透明导体包括至少一个包含银或银合金的层。

10.如权利要求49所述的装置，其特征在于，所述透明导体包括至少一个包含氧化铟锡的层。

11.如权利要求49所述的装置，其特征在于，包含金属或金属化合物的所述层包括层叠在所述多层聚合物薄膜上的金属化的聚合物或玻璃片。

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