TW200819803A

TW200819803A - Polymer fiber polarizers

Info

Publication number: TW200819803A
Application number: TW096132133A
Authority: TW
Inventors: Gregory Lawrence Bluem; Robert Lewis Brott; Patrick Rudd Fleming; Joan M Frankel; Shandon Dee Hart; William John Kopecky; Huiwen Tai; Kristin Lavelle Thunhorst; Daniel Joseph Zillig
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2007-08-29
Publication date: 2008-05-01
Also published as: CN101506699A; JP2010503022A; US20080057277A1; EP2064572A1; WO2008027803A1; KR20090057229A

Description

200819803 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t H光學顯示薄膜’其含有光學元件，其包含雙折射聚合物纖維，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“及收性（二色性）偏光器具有作為加入相之偏極化依存性吸收物種，經常為含碳鏈，其係被排列在聚合物基質内。此種薄冑會吸&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器，其會分離呈不同偏極化狀態之光線，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器為多層光子薄膜（MOF) ’其係由許多層交替聚合物材料之堆疊所形成。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-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斋。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，且係被偏光器反射。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，加入物係很小。此等加入物之特徵可經操控，以對薄膜提供一範圍之反射 123913 200819803 與透射性質。加入物係構成分散聚合物相，在連續相基質 ^加入物大小與排列可藉由拉伸_而變更。無論是連 2相或分散相為雙折射，其巾雙折㈣料之折射率之一係夺》另才目之折射率，其係為光學上均向性。供連續與分散相用材料之選擇，伴隨著拉伸之程度，可影響分散相與連續相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】本$明之一項特定具體實施例係針對一種光學物體，其包含第：個多層纖維’包含至少第一種與第二種聚合物材料層。第一種聚合物材料層係經配置在第二種聚合物材料間。第一種與第二種聚合物材料之至少一種為雙折射。第三種聚合物材料係圍繞第—個多層纖維，第三種聚合物層具有折射率小於無論是第—種與第二種聚合物材料之折射率。一本發明之上文發明内容並非意欲描述本發明之每一項所丁之/、體只鼽例或每一項實施。下文附圖與詳細說明係更特定地舉例說明此等具體實施例。【實施方式】本發明係可應用於光㈣統，而更特定言之，係可應用於經偏極化之糸風么先予糸統。一種新穎類型之反射偏光薄膜為纖維偏光薄獏，其係為基質層，含有多重纖維，具有内部、面思即在雙折射材料與另一種材料間之界面。重要的疋’、纖維偏走*器薄膜中纖、维之參數係經選擇，以獲 123913 200819803 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人射光者。”總反射度”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，係實質上與入射光之角分佈相同。"漫透射"與"漫透射率"術語係用以描述光之透射經過物體’其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。反射偏光器薄膜100係概要地說明於圖认與汨中。在本文所採取之慣用法中，薄膜之厚度方向係被取為_，而巧平面係平行於薄膜之平面。當未經偏極化之光線1〇2係入射於偏光器薄臈100上時，平行於偏光器薄膜ι〇〇之透射軸偏極化之光線104,係實質上被透射，然而平行於偏光器薄膜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器100之不同特徵。例如，在一些列 123913 200819803 舉具體實施例中，光線106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漫射兩種成份，然而在一些具體實施例中，反射可實質上全為鏡面。在圖1A所示之具體實施例中，偏光器之透射軸係平行於X-軸，且偏光器1〇〇之反射軸係平行於严軸。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丨A中，可以漫射方式透射’例如其係概要地說明於圖1B中，或可以鏡面與漫射成份之組合被透射。當超過一半之經透射光係以漫射方式透射時，偏光器係實質上以漫射方式透射光線，而當超過一半之經透射光係以鏡面方式透射時，實質上以鏡面方式透射光線。根據本發明之舉例具體實施例，經過反射偏光器物體之剖視圖，係概要地呈現於圖2中。物體包含聚合物基質 ’亦被稱為連續相。聚合物基質可為光學上均向性或光

學上雙折射。例如’聚合物基質可為單軸上或雙軸上雙折射’意謂聚合物之折射率可為沿著一個方向不同，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 (雙軸）。小纖維2〇4係被配置於基質撕内。偏光纖維2〇4包含至夕兩種聚合物材料，其中至少一雔且體會h丨击 # 4又折射。在-些列舉一體實施例中，材料之一為雙材料為雙折射。在…體實施例：成義維之兩種或多種 …、體…列中，由均向性材料形成 123913 200819803 之纖維，亦可存在於基質202中。 :第-種纖維材料，在x_、…方向上之折射率，可被矛冉為nlx、nly及niz，而對第二種纖維材料， a l ^ 、y-及 z-方 °主折射率，可被稱為〜在材料為均向性之情況下，x_、7_及2_折射率係全部實質上符合。在纖維材料為雙折射之情況下’ χ—y-及讀射率之至少—個係與其他不同。個 /

在各纖維204内，有多重界面在第一種纖維材料與第二種纖維材料之間形成。例如’若兩種材料呈現其折射率在忒界面處，且η1χ关nly，意即第一種材料為雙折射，則該界面為雙折射。偏光纖維之不同列舉具體實施例係討下文。、纖維204係大致上平行於一個軸配置，於圖中示為峰。對平行於X-軸偏極化之光線，在纖維2〇4内，於雙折射界面處之折射率差，η1χ- η2χ，可不同於對平行於y_軸偏極化光線之折射率差，niy_n2y。當在界面處，於折射率上之差異，對不同方向為不同時，界面係被稱為雙折射。因此，對一個雙折射界面，Δηχ关，其中|ηΐχ_〜丨且丨叫·、丨。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 0·〇5。此狀態係被視為實質上折射率符合。此折射率差可小於0·03，小於〇〇2，或小於〇〇1。若此偏極化方向係平行於 χ-軸，則X-偏極光係通過物體200，具有極少或無反射。換言之’ χ_偏極光係高度地透射經過物體200。 123913 -10 - 200819803 r

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·ι，或〇15，或可為〇·2。若此偏極化方向係平行於y_軸，則y_偏極光係在雙折射界面處被反射。因此，y-偏極光係被物體200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204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。一些雙折射界面可為平行，而其他界面可為非平行，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，係在人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_方向上之折射率付合’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χ•方向上具有相對較大折射率差異。聚合物基質202可為實質光學上均向性，例如具有雙折射 :3Χ::小於約且較佳為小^ ;;Λ上之折射率係個別為"〜在其他具體實施例中又祈身于…果，在-些具體實施 J中於聚合物基質與纖維材料間$ 向上不同。例如，讀射率差，折射率差可於不同方差料差W可不同於7•折射率 y 3y。在一些具體實施例中，此等折射率差之叮我另-折射率差之至少兩倍大。斤射革差之-可為在-些具體實施财，雙折射界面之折射率差、範圍與 123913 200819803 形狀，及雙折射界面之相對位置，可造成其中一個入射偏極化之谩散射大於另一偏極化。此種散射可主要為逆散射 (漫反射）、向前散射（漫透射）或逆-與向前散射兩者之組合0 供使用於聚合物基質中及/或於纖維中之適當材料，包括熱塑性與熱固性聚合物，其係涵蓋所要範圍之光波長為透明。在一些具體實施例中，可特別有用的是，聚合物應不溶於水中。再者，適當聚合物材料可為非晶質或半結晶性，且可包括均聚物、共聚物或其換合物。聚合物材料實例包括但不限於聚（碳酸酯）（PC);對排與同排聚（苯乙烯）（PS); C1-C8烧基苯乙烯；含烧基、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（曱基）丙烯酸酯；多官能性（甲基）丙稀酸酯；丙稀酸化之環氧類；環氧類；及其他乙烯系不飽和材料；環狀烯烴與環狀稀烴共聚物；丙烯腈丁二烯苯乙烯 (ABS);苯乙烯丙烯腈共聚物（SAN);環氧類；聚（乙烯基環己烷）；PMMA/聚（氟乙烯）摻合物；聚（苯醚）合金；苯乙烯性嵌段共聚物；聚醯亞胺；聚颯；聚（氯乙烯）；聚（二曱基矽氧烷）(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（對苯二甲酸烷酯），譬如聚（對苯二曱酸乙二酯）（PET);聚（莕二甲酸烷酯），譬如聚 (莕二甲酸乙二酯）（PEN);聚醯胺；離子鍵聚合物；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；氟聚合物；聚（苯乙烯）-聚（乙烯）共聚物；PET與PEN共聚物， 123913 -12- 200819803 包括聚烯烴PET與PEN;及聚（碳酸酯y脂族ρΕτ摻合物。（甲土）丙稀曰一柯係被定義為無論是其相應之甲基丙烯酸酉曰或丙烯酸酯化合物。，除了對排ps之外，此等聚合物可以光學上均向性形式使用。數種此等聚合物當被定向延伸時可變成雙折射。特定言之，PET、PEN及其共聚物，以及液晶聚合物，當被定向延伸，’係明示相對較大雙折射值。聚合物可使用不同方法、疋向延伸，包括壓出與拉伸。拉伸為使聚合物定向延伸士特別有用方法，因其允許高度定向延伸作用，且可藉由言夕谷易地可控制之外部I數加以控帝】，譬如溫度與拉伸比1於許多經定向延伸與未經定向延伸之舉例聚:物之斤射率’係提供於下表I中。

^3913 -13- 200819803

^〜f河本二τ酸乙二酯）為共聚醋之類型，可以EastarTM商標名稱得自例如__化學公司，

Kingsport，™。丽為四氟乙稀、六a丙稀及二氟亞乙烯之聚合物，可以商標名稱Dyne〇nTM得自说公司⑼p蛾讀）。 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ι係意謂材料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，則聚合分子係被定向延伸，且材料變成雙折射。但是，有可能拉伸材料而不會使分子定向延伸、經標識"τ，，之攔位表示試樣被拉伸下之溫度。經拉伸之試樣係被拉伸為薄片。經標勤… Μ之欄位係指材料之折射率。於表中對0ηζ未列示數值7 之情況中，七與112之數值係與對ηχ相同。在拉賴維Τ之折射率行為1期讀得_關於拉伸薄片之結果，但未必與其相同。聚合物纖維可被拉伸至任何所要之數值，其會產生所要之折射率值。例如，合物纖維可被拉伸’以產生拉伸比為至少3,且可為至；“ 在-些具體實施財，聚合物纖維可被拉伸又至拉伸比高達20或又更多。列如關於拉伸以達成雙折射之適當溫度，大約·，以Kelvin溫度表示广點之引力了糟由應力引致， 123913 -14- 200819803 該應力係藉由壓出與薄膜形成方法期間所歷經之聚合物炫融體流動所引致。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軸對線性偏極光之方向係歷經當其平行於聚合物之取向或排列表面時之最高折射率時。負雙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物之取向或排列表面時之最低折射率時。正性雙折射聚合物之實例包括PEN與PET。負性雙折射聚合物之實例包括對排聚苯乙烯。基質202及/或聚合物纖維204可具有各種添加劑，以對物體200提供所要之性質。例如，添加劑可包括下列之一或多種··抗候劑、UV吸收劑、位阻胺光安定劑、抗氧化劑、分散劑、潤滑劑、抗靜㈣、顏料或㈣、成核劑、阻燃劑及發泡劑。可提供其他添加劑，以改變聚合物之折射率或增加材料之強度。此種添加劑可包括例如有機添加劑，譬

如聚合物珠粒或粒子及聚合物毫微粒子，或無機添加劑Y 譬如玻璃、陶兗或金屬氧化物毫微粒子，或經研磨、粉末狀珠粒、薄片或微粒子玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷。此等添加劑之表面可具有黏合劑，供黏結至聚合物。例如，矽烷偶合劑可與玻璃添加劑一起使用，以使玻璃添加劑結合I聚合物。在-些具體實施例中，基質2〇2或纖維2〇4之成份可較佳為不溶性或至少對溶劑具抵抗性。具溶劑抵抗性之適當材料之實例包括聚丙稀、PET及聰。在其他具體實施例田中， 123913 -15- 200819803 基質202或聚合物纖維204之成份可較佳Α 中。例如，士且乂刀J苹乂佳為可溶於有機溶劑有機溶劑中乙婦形成之基質202或纖維成份係可溶於佳為水U、體““列中，基質可較成份係可溶於:如’由聚醋酸乙稀s旨形成之基質202或纖維纖维之1=之—些具體實施财，材料之折射率可沿著 ί ，红方向上改變。例如，此元件可不接二但可在—些區域中比在其他區域中被拉伸達、乂 -又。結果，可定向延伸材料之定向延伸度沿著元件並不均勻’且因此雙折射可於空間上沿著元件改變。再者’於基質内掺人纖維可改良光學元件之機械性質。特定言之，-絲合材料，譬如聚酯，呈纖維形式係比呈薄膜形式較強，且因此，含有纖維之光學元件可比未含有，維之類似尺寸之一較強。纖維204可為直的，但並非必須是直的，例如纖維204可經扭結、螺旋或捲曲。

在一些具體實施例中，存在於偏光器層中之一部份或全部纖維可為聚合物偏光纖維。在其他具體實施例中，偏光器亦可含有可由均向性材料形成之纖維，譬如均向性聚合物或無機材料，譬如玻璃、陶瓷或玻璃_陶瓷。因此，無機纖維在薄膜中之利用係更詳細地討論於美國專利申請案公報2006/G257678中。無機纖維係對偏光n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 123913 -16- 200819803 基質之折射率，而在其他具體實施例中，無機纖維具有折射率’不同於基質之折射率。可使用任何透明類型之玻璃，包括高品質玻璃，譬如艮玻璃、孓玻璃、BK7、SK10等。— 些陶竞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物中，則其可呈現透明。莞纖維，可得自3M公司（st. Paul，画），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

Li2 〇-Al2 〇3-Si02 > CaO^Al2 〇3-Si02 > Li2 〇.MgO>ZnO-Al2 〇3-Si〇2 > Al203-Si02 與 Zn0_Al2〇3_Zr(VSi〇2 、Li2〇_Al2〇3_Si〇2 及 MgO-Al2〇3_Si〇2 〇偏光器層可包含偏光纖維，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2〇4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2〇4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 之單層係被定位於元件200之兩個表面206, 208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之任一個。在另一項舉例之具體實施例中，概要地以橫截面說明於圖3A中’偏光器薄膜300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3〇4&係彼此 17 123913 200819803 間隔分開，具有與下層中之纖維304b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y-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y_對準可為不同。例如，在偏光器310之具體實施例中，概要地示於圖％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31牝相同。但是，纖維304a係在y-方向上偏離纖維3〇4b。此項具體實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，且因此是正交傳播光線316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，在概要地示於圖冗中之偏光器薄膜320之具體實施例中，基質322含有三層纖維32如， 324b及324c。在此特定具體實施例中，中間層纖維32扑係在 y-方向上偏離上層與下層纖維324a，324c。而且，此項具體實施例顯示在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器中，呈紗線，纖維束（纖維或紗線）之形式，在一個方向上經排列於聚合物基質内，編織物、非織造物、短纖維、短纖維蓆（具有無規則或有規則格式）或此等格式之組合。短纖維蓆或非織造物可被拉伸、加壓或定向延伸，以提供纖維在非織造物或短纖維蓆内之某種排列，而非具有纖維之無規排列。具有偏光纖維在基質内排列之偏光器之形成，係更完整地 123913 -18- 200819803 描述於美國專利巾請案公報20_193577中。纖維可被包含在基質中，呈一或多種纖維編織物編織物400係概要地說明於圖 " Η. 4〇? T偏尤纖、准了形成部份經、 $ °份緯紗404。無機纖維可被包含在編織物中，且亦可I成部份經紗4〇2及/或緯紗撕。此外，經紗術緯紗404之-部份纖維可為均向性聚合物纖維。圖4二之、、扁、、哉物400具體實施例，係為五綜锻紋編織物，惟可使用不同4型之編織物’例如其他類型之锻紋織物等。千紋編在-些具體實施例中，超過一種編織物可被包含在美質内°例如’偏光器薄膜可包含—或多種含有偏光纖維^編、我物/、或夕種僅含有無機纖維之編織物。在其他具體實施例中，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器320可例如以纖維之三個織造層形成0 偏光器亦可具有在一或兩個表面上之結構，例如，如更詳細地在美國專利申請案公報2006/0193577中所討論者。此種表面可包括例如亮度增強表面、透鏡狀表面 '漫射表面等。而且，偏光纖維及/或其他纖維之密度在整個偏光器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，以降低橫越偏光器之光照度之不均勻性。可如此進行，以隱藏被放置在偏光器背後之光源，其中纖維之密度在光源上方係較大，而遠離光源係被降低。 123913 -19- 200819803 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馳，雙折射材料之正或負雙折射可用以引致沿著特定軸之_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m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人射輻射之波長或波長範圍。沿著特定軸之折射率符合或失配之量，會影響沿著該軸偏極化之光線之散射程度。—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大，沿著該軸偏極化之光線之散射愈強。反之，當沿著特疋軸之失配很小時’沿著該軸偏極化之光線係被散射，達較小耘度，且經過物體體積之透射逐漸地變成鏡面。若非雙折射材料之折射率沿著某軸符合雙折射材料之折射率貝j以平行於此轴之電場偏極化之入射&，將通過纖維未經散射’而不管雙折射材料部份之大小、形狀及密度為何。此外，若沿著該軸之折射率亦實質上符合偏光器物體之聚合物基質之折射率，則光線係通過物體而實質上未經散射。於兩個折射率間之實質符合，係當折射率間之差異低於至多〇·〇5，且較佳係低於〇〇3、〇〇2或〇〇1時發生。反射及/或散射之強度，係至少部份決定於對具有特定橫 123913 -20 - 200819803 截面面積之散射體之折射率失配之量，該散射體具有大於大約λ/30之尺寸，其中；I為偏光器中入射光之波長。失配界面之確實大小、形狀及排列，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。在使用於偏光器中之前，纖維可藉由拉伸且允許在交又拉伸平面内方向上之一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，沿著第一個軸係相對較大，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。向則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，雙折射界面之大小與形狀，及纖維之整體厚度而定。一般而言，橢圓形漫射體，⑨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，有關聯折射率實質上相等。與該轴有關聯折射率之符合，該軸典型I伸未必是橫斷定向延伸方6 k X 一該偏極面卜_方向之軸，會造成實質上無光反射在 /、有内部雙折射界面且適用於本發明偏光纖維之一項舉例乂二，、菔只％例之声纖维為…: 例，係為多層偏光纖維。多曰、義、准為3有多層不同聚合為雙折射些列舉且體，：：、義f其中至少-種牛"體η ^例中，多層纖維含有第— 123913 -21 - 200819803 種材料與第二種材料之一系列交替層，其中至少一種材料為雙折射。在一些具體實施例中，第一種材料具有沿著一個軸之折射率約與第二種材料相同，而沿著正交軸之折射率不同於第二種材料。其他材料層亦被使用於多層纖維中。一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500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^)2與第二種材料5〇4之交替層。第一種材料為雙折射，而第一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5〇〇可被包覆層5〇8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物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器之先學’譬如經由使光線在纖維與基f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器，毯如藉由在纖維與連㈣材料之間提供所要程度之黏著性: 在一些具體實施例中，包層508 用以提供抗反射功能，例如糟由在纖維500與圍繞聚合物符合。物基貝之間提供若干折射率纖維500可以不同數目之声 ςΛΛ ^ ^ 以不同大小形成，依纖維 500之所要光學特徵而定。 ^ ’纖維500可以約十層至數百層形成，具有有關聯之厚声 ^ X把圍。纖維寬度之數值可落 123913 -22- 200819803 在5微米至約5000微米之範圍内，惟纖維寬度亦可落在此範圍卜在些具體貫施例中，層502, 504可具有一厚度，其係為特定波長之四分之—波長厚度，或波長範圍，惟這並，本發明之必要條件。四分之-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，相較於其中散反射為非相干之情況’可以較少層獲得。這會增加偏光益之效率’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/(4η)時， /、中η為折射率，且入為波長，一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Φ而製成。可作為雙折射材料使用材料之—些實例包括ΡΕΤ、ΡΕΝ及其各種共聚物，如== 时論者。可作為非雙折射材料使用之適當聚合物材料之一些實例，包括上文所討論之光學上均向性材料。，已發現當使用於纖維中之聚合物材料潤濕至彼此，且具°有可相容加處理溫度時，多層纖維係更容㈣被製造。具有不同類型橫截面之多層纖維亦可使用。例如，同心纖維並非必須是_，而可具有某種其他形狀，譬如橢圓形、矩形或其類似形狀。例如，多層纖維5ι〇之另一項舉例具體實施例，概要地以橫截面示於圖诏中，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，而第二種材料训可為無論是均向性或 123913 -23- 200819803 雙折射。在此舉例之具體實施财，纖維5i〇包含同心雙折射界面训，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，且係沿著一個方向細長。# 使用此圖之座糕系統，纖維橫截面係在y-方向上細長’而因此，在y_方向上之尺寸4，係大於 Z-方向上之尺寸dz。在同^夕層纖維之—些具體實施例#，可提供多層環繞十心纖維核芯。此係概要地說明於圖冗中，其顯示纖維52〇, 具有交替材料層522, 524環繞核芯526。核芯526可由與層切 524+f任—個相同之材料形成’或可由不同材料形成。例如/ 核〜526可由不同聚合物材料或無機材料譬如玻璃形成。夕層偏光纖維之另一項舉例具體實施例為螺旋纏繞纖維’更詳細地描述於鳩年3月31日提出巾請之美國專利申請案序號11/27M48中。螺旋纏繞纖維之舉例具體實施例係概要地說明於圖5D中此項具體實施例中’纖維530係被 I成例如兩層薄片532 ’其係環繞本身纏繞以形成螺旋。此 :層薄片含有一層第一種聚合物材料，其係為雙折射，與第二層第二種材料’其可為均向性或雙折射。雙折射聚合物材料可在形成纖維之前或之後經定向延伸。則目鄰層^ 之界面534為在雙折射材料與另—種材料間之界面，且因此被 < 為疋雙折射界面。螺旋纏繞纖維係於此處被認為是同心多層纖維。螺旋纏繞纖維可以數種不同方式製造。例如，螺紋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專方法係更詳細地討論於美國專利申請案序號 123913 -24- 200819803 11/278,348 中。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⑽之―項舉例具體實_ 之橫截面，係概要地說明於圖犯中。在此項具體實施例中，第一種聚合物材料之層542係經配置纟第二㈣合物材料層544之間。纖維54〇可包含選用覆蓋層5你。在此項具體實細例中，層542, 544為平面狀。纖維層542, 544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异度。在其他具體實施例中，於多層纖維中之層並非全部具有相同厚度。例如，一般可能需要偏光器在偏極化光線下有效’涵盍整個可見光波長範圍，大約4〇〇毫微米_ 7Q0 毫微米。因此，偏光器可具有不同纖維，其中各纖維具有均勻厚度層，但其中一些纖維具有比其他較厚之層，以致不同纖維係在使一些波長而非其他波長偏光下更有效。提供寬廣帶寬有效性之另一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 123913 -25- 200819803 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δ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。纖維之層厚可以不同方式改變。例如，層厚可逐漸地從纖維之内側增加或降低至外側，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’不同於第-個厚度’等等。現在參考圖6A-6H描述許多不同層厚分佈形態。此等圖顯示舉例之層厚分佈形態，作一予厚度ot之函數，或作為距纖維起點之距離d之函數。纖隹為自其度夏距層之距離之位置。在經堆疊多層膜之情況中’起點係被取為堆疊之—個側面，、 ^過堆疊之距離。在™情財，_被= ，、隹之中〜。虽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 Jlbjf笪、一此專不同具體實施例，因為多層纖維可具逵yf之—波長層，以使對於—種偏極化狀態之反射效率至1取大程度。因& ’層之光學厚度為在瞭解纖維之反射上之—種可使用參數。此處所示之層厚分佈形態可表不整體纖維或部份纖維之層分佈形離。 123913 -26- 200819803 於圖6 A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。於圖與仍甲，層之光學厚又係非線丨生地卩現著與纖維起點之距離而個別地增加與降低非線f生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層，例如第一種聚合物材料層，伴隨著距纖維起點之第一個距離，i)具有比第一種聚合物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-個距離，與i〇具有比第一種聚合物材料之第一層之光+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，|《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高值。因此，在此項具體實施例中，第一種聚合物材料之一層，伴隨著距纖維起點之第一個距離，i)具有比第一種聚合物材料之第二層之光學厚度較大之光學厚度，該第二層具有距纖維起點之第二個距^ 小於第一個距離，與ii)具有比第一種聚合物材料之第三層之光學厚度較大之光學厚度’該第三層具有距纖維起點i 第三個距離大於第一個距離。在一些具體實施例中，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。不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 123913 -27- 200819803 佈形態中’其中當袋位置從纖維之起點向外移動時，袋係伴隨著漸增光學厚度之層。另—項㈣係示於圖_ 4 中關於漸增與纖維起點分隔之袋，肖袋係交替土也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7A進行討論，其係概要地說明單一同心多層偏光纖維7〇4，被包埋在偏光器薄膜700之基質702中。本發明討論只考慮正交地入射在偏光器700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器上之光線。光線 706係被導引在纖維704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704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7〇4反射，具有光譜不同於反射光708之第一個反射光譜。當增加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 之光譜，係被藍色移轉。這可導致被偏光器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，涵盍可見光區400宅微米-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。 123913 -28- 200819803 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器上之光線範圍較長波長之光線用。在偏光器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#。因此，多$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700毫微米用’在近紅外|&圍中之波長下，例如高達9⑻毫微米或超 r \

過。若光線係在會使光譜移轉達例如低於2〇〇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。降低藍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，如對於偏光器720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播之角度係被降低。光線728顯示透射經過纖維724之光線方向，而光線730顯示被纖維724反射之光線。可用於基質 722之低折射率聚合物之實例，包括pMMA (參考折射率約 1.49)，THV ’ 一種氟化聚合物，可得自3M公司（st·㈣㈣ ’具有參考折射率約U4 ;低分子量雙官能性胺基曱酸酯丙稀酉文S曰’典型上具有折射率在約1.47-1.5之範圍内；及一些 t石夕氧’其可具有折射率約I ."。降低藍移作用之另一種途徑係為提供具有低折射率塗層 123913 -29- 200819803 之纖維。此途徑係概要地說明於圖8中，其顯示偏光器8〇〇，具有多層纖維804，被包埋在基質802内。各纖維8〇4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8〇4中所使用材料之折射率。塗層806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係入射於偏光器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8G4，在非正交之人射角下。但是，光線8()8係在低折射率塗層806與基質802間之界面處入射。在〇基質8〇2與塗層806間之折射率上之差異與幻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定，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。之核芯，且以降低藍移作用之另-種途徑係為設定層#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2 數字模式，以藉由同心多層偏光纖維，研究光線之散射（反射）。此模式係示於圖9中。纖維9〇〇係被假定為具有⑺微米波長層形成，以一種材料之五十個四分之一 =-種材料之五十細分之一波長層H材料層之光學厚度係線性地以四分之—波長層涵蓋其㈣，針對範圍從 5〇0毫微米至600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 123913 200819803 算，涵蓋波長範圍300毫微米-800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10A與10B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 1004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650毫微米之波長係相對較高，而對於約4⑻毫微米與 650耄微米間之波長，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豐層’纖維之有效性在此範圍外係相對較差。於圖10B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1〇A中所示之同透射下，其正如預期。曲線1〇14表示對以纖維之阻斷狀悲偏極化之光線，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 宅微米至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5〇〇毫微米之波長下達到最高峰，而反射率係單调地在500笔微米與6⑼毫微米之間降低。此係為對於在非正又角冑了入射於纖維之光線之反射率光譜藍移之結果。 :層厚中之梯度被逆轉，且較薄層係較接近纖維核芯，而較厚㈣較接近纖維之外㈣，纖維之行為係為不同。 123913 • 31 - 200819803 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，其會在偏光器中造成經改良之偏極化特徵。咸認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面角度反射光譜，其係較適當地集中玉衣繞對反射▼所思欲之没计波長’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前散射光之比例，係被稱為透射偏極化函數(TPF)。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（PPF)。圖12a顯干 TPF(曲線1202)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増加半徑而降低之情況。圖ΐ2β 顯示TPF (曲線m2)與RPF (曲線Π14)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耄微米與6〇〇毫微米之間，顯示如圖中反射光譜之相同傾斜行為，然而RPF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。= 123913 -32· 200819803 =车/具有分級層厚之多層纖维之偏極化特徵，當層厚係隨者丰徑而增加時，係更均勻。降低對於偏光H特徵之藍移仙之另_種途徑，係為使用對入射光呈現較少橫截面面積之纖維，丨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了。_種達成此情況之方式係為使用其橫截面係在個方向上相對於另一方向為細長之纖_，例如，如圖 5B與5C中所不者。此種偏光器13〇〇之實例係概要地說明於圖13中。纖維13G4係被包埋在基f 13()2内。纖維聰係在平行於偏光器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現較多纖維表面積。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聚合物與γ聚合物之多重交替同心環之纖絲，係利用包含952個各 0.005" (125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含476個環之纖絲。此等環之一半係製自χ聚合物，而一半係製自Υ聚合物。此孔模具有兩個入口；一個供熔融態X 聚合物用，而一個供熔融態γ聚合物用。 X聚合物為LMPEN，一種製自9〇%ΡΕΝ/1〇%ρΕΤ之共聚物，可得自3Μ公司。Υ聚合物為下列實質上均向性材料之一·· i) Eastar 6763 PETG，得自Eastman化學公司，幻啤印⑽ Tennessee ·， 123913 -33 - 200819803 ii) SAl 15 PC/PCT-G摻合物，得自Eastman化學公司； iii) Xylex 7200 PC/PCCT-G 摻合物，得自 GE·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 r

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。將兩種聚合物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26(rc _3〇(rc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2.1xl〇6Pa至約21xl〇7Pa。各壓出機係裝有齒輪計量泵，其係ί、應精確畺之熔融態聚合物至纖絲紡絲板。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速度範圍1請ΦΓΠ下操作。熔融態聚合物係使用加熱不錄鋼頸部管件從計量泵被轉移至孔模。、溶融態聚合物流係進人孔模，並流經填隙片。第—個填 P:、片：係產生纖絲之核芯，第二個填隙片對係形成第一個 :：繞該核芯’第三個填隙片對係形成第二個環，於第 :固:：外側’等等，直到高達476個環已被形成為止。此 ^多環纖絲於是關频’且在水之槽財驟冷。將 123913 -34- 200819803 纖絲使用拉輥抽取至水中。纖絲離開拉輥，並使用水平卷取裝置捲繞於核芯上。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〇·5 ms-1 _ 4 ms-!。於壓出後，將多層纖維拉伸且定向延伸，以發展雙折射與反射偏光性質，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）。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，然後至另一個拉輥站，及最後至卷取裝置。熱板溫度一般範圍為UiTc _182°c。第二個拉輥站一般係以第一個拉輥站速度之約6_8倍操作，且當其在熱板上加熱時造成纖絲被拉伸。第一個拉輥站之典型速度為約0.2 咖’而苐一個拉輥站範圍為丨.2 ms· 1 _ 16 ms-1。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 Η中。此纖維具有約400層交替材料，具有經設計之層厚分佈形態與梯度，而造成寬帶偏極化相干反射。此纖維係使用Xylex作為聚合物γ。極良好短範圍次序性與均勻性，在 K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，且因此使效率達到最大程度。發展一項技術，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（來自光轴之低於7。圓錐體）係科行於纖維之偏極化光線與對垂直於纖維之偏極化光線進仃度量。對多層偏光纖維之TPF與_之數值係在奶 123913 ~ 35 - 200819803

毫微米下個別經度量為2.3與5·6。均向性纖維之與TpF 係在1與2之間。這証實來自單一纖維之明顯偏極化_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，以特徵鑒定經拉伸纖維之光學性質。將懸浮於空氣中之纖維陣列，在PerkinElmer UV-Vis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。知自一系列纖維之結果，係示於圖與Μ中。此等圖不僅証實經拉伸纖維之偏極化_選擇性反射，而且其亦言正實藉由改變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，以產生反射偏光器。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顯不反射，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 123913 -36 - 200819803 條件’但在心形成步驟期間改變卷取裝置速度，以改變纖維層厚。各纖維具有多層均句光學厚度。較厚纖維具二較厚層’及反射與透射帶之相應移轉至較長波長，明顯地註實相干干涉為基礎之反射，以及偏極化選擇性。通過狀恶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，而是應明瞭係涵盍本發明之全部面，如相當地詳述於隨文所附之請求項 t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係概要地說明偏光器薄膜之操作；圖2係概要地說明根據本發明原理之聚合物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，經過偏光器薄膜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。 123913 -37- 200819803 圖7A-7B係概要地說明偏光器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器之橫截面圖；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係概要地說明纖維偏光器之橫截面圖，其中纖維具有非圓形對稱橫截面，具有較長尺寸平行於偏光器之表面；圖14顯示多層偏光纖維之部份橫截面圖之照片；及圖15與16個別顯示對不同声屋& 个U臂与之多層偏光纖維度量之反射與透射之圖表。雖然本發㈣w接受錢修正與#代形式，μ特定内容已藉由實例顯示於附圖中q已詳細描述，但應明瞭的是’並非意關本發明限㈣所述之特定具體實施例。 =係意圖涵蓋落在本發明精神與範圍内之所有修正、 ,物及替代方式’如藉由隨文所附請求項所界定者。 123913 -38- 200819803 【主要元件符號說明】 100 偏光器薄膜 102 未經偏極化之光線 104 光線 106 光線 200 物體 202 聚合物基質 204 偏光纖維 206 表面 208 表面 300 偏光器薄膜 302 基質 304a 纖維 304b 纖維 310 偏光器 312 基質 314a 纖維 314b 纖維 316 正交傳播光線 320 偏光器薄膜 322 基質 324a 纖維 324b 纖維 324c 纖維 123913 -39- 200819803 400 402 404 500 502 504 506 508 510 512 514 516 520 522 524 526 530 532 550 552 554 560 562 564 編織物經紗緯紗同心多層偏光纖維第一種材料第二種材料界面包覆層多層纖維第一種材料第二種材料界面纖維材料層材料層核芯纖維兩層薄片纖維層層纖維層層 123913 -40- 200819803 570 多層纖維 572 層 574 層 576 核怎 700 偏光器薄膜 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 偏光器 722 基質 724 纖維層 726 入射光 728 光線 730 光線 800 偏光器 802 基質 804 多層纖維 806 塗層 808 光線 900 纖維 1002 曲線 123913 -41 - 200819803 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 偏光器 1302 基質 1304 纖維

123913

Claims

200819803 卜、申請專利範圍·· -種光學物體，其包含：第個多層纖維，包含至料層，第一锸paw 喱興弟二種聚合物材層之間，箓一# 直在弟一種聚合物材料種〃弟二種聚合物材料射；與何科之至少一種為雙折弟二種聚合物材料，圍繞第— 人物JS Θ 夕屑纖維’第二種聚 σ物層具有折射率小於I論是帛料之折射率。 —疋弟—種與第二種聚合物材 2·如請求们之光學物體射率涂思罘—種聚合物材料包含低折、_ ，圍繞第一個多層聚合物纖維。 3. 如請求項丨之光學物體，其 = 物美挤 τ 料合物材料包含聚合土貝’且進一步包含至少第二個與第三個多層聚合物纖維’破包埋在聚合物基質内。 4. 如：求们之光學物體，其中該層係呈堆疊排列。 5·如請求項丨之光學物體，其中該層係呈同心排列。 6.如請求们之光學*體，#中該層之光學厚度係橫越而改變。 .如μ求項6之光學物體，其中該層之光學厚度係根據從纖維起點之梯度而改變，其中遠離纖維起點之層，比起較接近纖維起點之層，具有較大光學厚度。 8·如請求項！之光學物體，其中至少一些第一種與第二種聚合物層，對於在大約400毫微米-700毫微米波長範圍内之光線，具有厚度相應於四分之一波長厚度。 123913 200819803 9·如凊求項8之光學物體，其中至少一些聚合物層，對於具有波長大於700耄微米之光線，具有厚度相應於四分之一波長厚度。 1〇·如巧求項1之光學物體，其中聚合物纖維包含塗層。如w求項1〇之光學物體，其中塗層包含一層第一種與第二種聚合物材料之一。 I2·如請求項1〇之光學物體，其中塗層包含一層第三種聚合物 #、材料’具有折射率小於第一種與第二種聚合物材料之折射率〇 13·如請求項i之光學物體，其進一步包含聚合物基質，第一個多層聚合物纖維係被包埋在該聚合物基質内，且進一步包含至少第二個與第三個多層聚合物纖維，被包埋在該聚合物基質内。

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