含氟聚合物多层光学膜及其制备和使用方法_2

文档序号:9278530阅读:来源:国知局
.以商品名"DYNE0N PVDF 1008"和 "DYNE0N PVDF 1010"出售的偏二氟乙烯的均聚物;由Dyneon LLC.以商品名"DYNE0N PVDF 11008"、"DYNE0N PVDF 60512"、"DYNE0N FC-2145"(HFP 和 VDF 的共聚物)出售的聚偏二氟 乙烯的共聚物;由 E.I.du Pont de Nemours and Co.以商品名"DUPONT TEDLAR PVF"出售 的氟乙烯的均聚物;由Solvay Solexis Inc.以商品名"HYFL0N MFA"出售的MFA ;或它们 的组合。
[0029] 本发明的示例性层对包括:偏二氟乙烯的均聚物和(四氟乙烯、六氟丙烯和偏二 氟乙烯的共聚物)层对;(乙烯和三氟氯乙烯的共聚物)和(四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟 乙烯的共聚物)层对;(四氟乙烯、六氟丙烯和乙烯的共聚物)和(四氟乙烯、六氟丙烯和偏 二氟乙烯的共聚物)层对;(四氟乙烯、六氟丙烯和乙烯的共聚物)和(乙烯和四氟乙烯的 共聚物)层对;(四氟乙烯、六氟丙烯和乙烯的共聚物)和四氟乙烯和降冰片烯的共聚物层 对;(乙烯和四氟乙烯的共聚物)和(四氟乙稀、六氟丙烯和偏二氟乙烯的共聚物)层对; 或它们的组合。
[0030] 通过对第一光学层和第二光学层的适当选择,可将光学叠堆140设计成能反射或 透射所需带宽的光。根据以上讨论,应当理解第二光学层的选择不仅取决于多层光学膜的 预期应用,而且还取决于对第一光学层的选择以及处理条件。
[0031] 当光穿过光学叠堆140时,光或光的一些部分将被透射通过光学层、被光学层吸 收或在光学层之间的界面处反射。
[0032] 透射通过光学层的光与吸光度、厚度和反射有关。透射(T)与吸光度(A)有关,其 中A =-log T,并且% A+%T+%反射=100%。反射是在光学层之间的每个界面处产生 的。再参考图1B,第一光学层160和第二光学层162分别具有各自不同的折射率nJP n2。 光可以在相邻光学层的界面处反射,例如,在第一光学层160a和第二光学层162a之间的界 面处;和/或在第二光学层162a和第一光学层160b之间的界面处反射。在相邻光学层的 界面处不反射的光通常穿过连续的层并且在某随后的光学层中被吸收,在某随后的界面处 反射或者完全透射通过光学叠堆140。通常,将给定层对中的光学层选择为(例如)对反射 性所需的那些光波长基本上透明。在层对界面处未被反射的光传送至下一层对界面,在此 处光的一部分被反射并且未反射光继续前进,如此类推。这样,具有多个光学层(例如,超 过50个、超过100个、超过1000个或者甚至超过2000个光学层)的光学层叠堆能够产生 高度的反射。
[0033] 通常,相邻光学层的界面的反射性与反射波长下第一光学层和第二光学层上的折 射率差值的平方成正比。层对之间的折射率的绝对差值(I Ii1-Ii2 I )通常为〇. 1或更大。 第一光学层和第二光学层之间较高的折射率差值是所期望的,这是因为可以产生更大的光 学功率(例如,反射率),因此能够获得更多反射带宽。然而,在本发明中,取决于所选择的 层对,层对之间的绝对差值可以小于0. 20、小于0. 15、小于0. 10、小于0. 05或者甚至小于 0. 03。例如,聚(甲基丙烯酸甲酯)和DYNEON HTE 1705的绝对折射率差值为0. 12。
[0034] 通过选择适当的层对、层厚度和/或层对数,可以将光学叠堆设计成能透射或反 射所需的波长。每个层的厚度均可以通过改变反射量或变动反射波长范围来影响光学叠堆 的性能。通常,光学层的平均单个层厚度为所关注波长的约四分之一,而层对厚度为所关注 波长的约一半。光学层各自可以是四分之一波长厚,或者光学层可以具有不同的光学厚度, 只要层对的光学厚度之和为波长的一半(或其倍数)。例如,为了反射400纳米(nm)的光, 平均单个层厚度将为约l〇〇nm,而平均层对厚度将为约200nm。相似地,为了反射800nm的 光,平均单个层厚度将为约200nm,而平均层对厚度将为约400nm。第一光学层160和第二 光学层162可以具有相同的厚度。作为另外一种选择,光学叠堆可以包括具有不同厚度的 光学层以增加反射波长范围。具有多于两个层对的光学叠堆可包括具有不同光学厚度以在 波长范围上提供反射性的光学层。例如,光学叠堆可包括单独进行调节以实现具有特定波 长的垂直入射光的最佳反射的层对,或者可包括反射较大带宽上的光的层对厚的梯度。特 定层对的垂直反射率主要取决于各个层的光学厚度,其中光学厚度定义为层的实际厚度与 其折射率的乘积。从光学层叠堆反射的光的强度随其层对的数量和各个层对中的光学层的 折射率差而变化。比率叫山八叫山+叫士^常常称为"f-比率")与给定层对在指定波长下的 反射率有关。在f-比率中,叫和η 2为层对中的第一光学层和第二光学层在指定波长下的相 应折射率,而山和d 2为层对中的第一光学层和第二光学层的相应厚度。通过对折射率、光 学层厚度以及f_比率的适当选择,可以对第一级反射的强度进行一定程度的控制。例如, 可利用约0. 05纳米至0. 3纳米的光学层厚获得紫色(400纳米波长)至红色(700纳米波 长)的第一级可见光反射。通常,比率偏离0.5导致较低程度的反射性。
[0035] 可使用公式λ/2 = nA+r^d;;来调节光学层以反射垂直入射角下的波长λ的光。 在其它角度处,层对的光学厚度取决于穿过组成光学层的距离(其大于层的厚度)和光学 层的三个光轴中至少两个光轴上的折射率。光学层各自可以是四分之一波长厚,或者光学 层可以具有不同的光学厚度,只要光学厚度之和为波长的一半(或其倍数)。具有多于两个 层对的光学叠堆可包括具有不同光学厚度以在波长范围上提供反射性的光学层。例如,光 学叠堆可包括单独进行调节以实现具有特定波长的垂直入射光的最佳反射的层对,或者可 包括反射较大带宽上的光的层对厚的梯度。
[0036] 典型方法为全部或大部分使用四分之一波薄膜叠堆。在这种情况下,控制光谱需 要控制薄膜叠堆内的层厚分布。如果这些层为聚合物层,则由于和无机膜相比聚合物膜可 达到的折射率差值相对较小,因此宽带光谱(例如,在空气中在较大的角度范围内反射可 见光所需要的光谱)仍需要大量的层。结合用显微镜技术所获得的层分布信息,使用美国 专利No. 6, 783, 349 (Neavin等人)中所教导的轴杆设备,可以调节这些光学叠堆的层厚度 分布以提供改善的光谱特征。
[0037] 用于为多层光学膜提供受控光谱的理想技术包括:
[0038] 1)如美国专利No. 6, 783, 349 (Neavin等人)中所教导的,使用轴杆加热器控制共 挤出聚合物层的层厚度值。
[0039] 2)通过使用层厚度测量工具,例如(如)原子力显微镜、透射型电镜或扫描电镜, 在制备期间适时地反馈层厚度分布。
[0040] 3)光学建模以生成所需层厚度分布。
[0041] 4)基于所测层特征图与所需层特征图之间的差值进行重复轴杆调节。
[0042] 层厚度分布控制的基本方法涉及根据目标层厚度分布和所测量层厚度分布的差 异来调整轴杆区功率设置。调节给定反馈区域中的层厚度值所需的轴杆功率的增加首先会 以该加热器区域中生成的每一层所得厚度变化(纳米)的热输入(瓦特)来校准。使用针 对275个层的24个轴棒区可以实现光谱的精密控制。一旦经过校准,就可以在给定目标分 布和所测量分布的情况下计算所需的功率调整。可以重复该程序直到两种分布一致。
[0043] 例如,可以将光学叠堆的层厚度分布(层厚度值)调节为大致线性的分布,其中第 一(最薄)光学层被调节为对340nm光具有约四分之一波长的光学厚度(折射率乘以物理 厚度)并向最厚层推进,所述最厚层被调节为对420nm光具有约四分之一波长厚的光学厚 度。
[0044] 增加光学叠堆中的光学层数还可以提供更大的光学功率。例如,如果层对之间的 折射率较小,则光学叠堆可能达不到所需的反射率,但通过增加层对数就可以实现足够的 反射率。在本发明的一个实施例中,光学叠堆包括至少2个第一光学层和至少2个第二光学 层、至少5个第一光学层和至少5个第二光学层、至少50个第一光学层和至少50个第二光 学层、至少200个第一光学层和至少200个第二光学层、至少500个第一光学层和至少500 个第二光学层或者甚至至少1000个第一光学层和至少1000个第二光学层。
[0045] 光学层的双折射率(例如,由拉伸造成)是提高层对中光学层的折射率差值的另 一种有效的方法。根据(例如)光学层数、f-比率和折射率,包括以两个相互垂直的面内 轴取向的层对的光学叠堆能够反射极高百分比的入射光,从而是高效的反射器。
[0046] 如上所提及的,可以设计本发明的光学叠堆以反射或透射至少所关注的特定带 宽(即波长范围)。在一个实施例中,本发明的光学叠堆透射以下波长中的至少一者:约 400-700nm之间、约380-780nm之间或者甚至约350-800nm之间的波长的至少一部分;大于 约700nm、大于约780nm或者甚至大于约800nm的波长的至少一部分;约700-2500nm之间、 约800-1300nm之间或者甚至约800-1100nm之间的波长的至少
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