在可見光波長區域具有高且平滑透射率的多層紅外反射薄膜及由該薄膜制造的層壓制品的制作方法

專利名稱：在可見光波長區域具有高且平滑透射率的多層紅外反射薄膜及由該薄膜制造的層壓制品的制作方法
背景技術：
本發明涉及介電多層反射薄膜(包括施加于基片上的涂層)和由該薄膜制造的層壓制品。
背景傳統的汽車安全眩光制品(glazing)由如下層壓件形成，其中的層壓件由兩個剛性層(通常為玻璃)和一個增塑聚乙烯醇縮丁醛(PVB)的抗破裂機械能吸收中間層制成。通過將PVB層置于玻璃板之間，去除接合表面的空氣，然后使該組件在高壓釜中經受高溫高壓以使PVB和玻璃熔融粘結成光學透明結構，由此制備所述眩光制品。這種眩光制品因而可以用在窗戶中，包括汽車的前窗玻璃(風擋)、后窗玻璃和側窗玻璃。
所述層壓件還可以包括至少一個功能層，加工成增強車窗的性能。一種重要的功能層是用于減少紅外輻射入射至車廂中。當用于風擋時，該復合層壓結構應當透過通常從約400至約700納米(nm)的人眼敏感波長區域中光線的至少約70％，并且阻擋光譜中可見光部分之外的太陽輻射。當用于其他的眩光制品結構，比如側窗或后窗時，通常在可見光透視水平方面沒有限制。
層壓件中的功能層可以是雙折射非金屬薄膜，由介電材料的交替層制成，優選由具有不同折射率的聚合物材料交替層制成。這些雙折射薄膜可以加工成反射或吸收關注光譜區(比如紅外區)中所需量的光線，而透射可見光譜區中足夠量的可見光以成為基本透明。
多層薄膜的反射特性部分地決定于該多層結構的折射率。特別地，反射率依賴于各材料沿x、y和z方向的折射率(nx、ny、nz)之間的關系。該薄膜優選采用至少一種單軸雙折射材料構造，其中兩個折射率(通常為沿x和y軸的折射率，或nx和ny)大致相等，且與第三折射率(通常為沿z軸的折射率，或nz)不同。x和y軸稱為面內軸，因為它們處于多層薄膜所在平面內，其相應折射率稱為面內折射率。如果選擇n1z使得滿足n2x＝n2y＝n2z，并且多層薄膜為雙軸取向，則對于p偏振光不存在布儒斯特角，從而各界面對于所有入射角對p偏振光呈現恒定的反射率。
影響多層薄膜反射特性的第二個因素是薄膜層疊件中的各層厚度。將各單層設置成兩個以上的在整個層疊件中重復的組，稱作光學重復單元或單元區格(unit cell)，每個具有的總光學厚度為待反射光波長的1/2。除非相反指出，在任何取向或其他處理之后，測量本文所述的所有厚度。術語光學厚度指的是物理厚度乘以折射率，它可以是偏振度(對于雙折射材料)和波長(對于色散材料)的函數。
美國專利No.5,882,774(Jonza等)和No.6,049,419(Wheatley等)中描述的紅外(IR)反射薄膜對通過它們的太陽光能量進行控制，優選不顯著降低在任何角度人眼感受的光束強度或改變其顏色。對各層中的材料、各層厚度以及各層折射率進行選擇，以反射約700nm至約2000nm波長范圍內的紅外輻射，同時透射可見光。該薄膜在光譜紅外區域中至少100nm寬的波帶上具有至少50％的平均反射率。
在一個設計中，IR反射薄膜可以包括由第一(A)和第二(B)聚合物的交替層構成的單元區格的多層層疊，通常具有相似的光學厚度，這里稱作AB結構。
在一個替代設計中，美國專利No.5,360,659(Arends等)中描述的IR反射薄膜還可以具有由第一(A)和第二(B)聚合物的交替層構成的單元區格的多層層疊。在此結構中，所述單元區格具有六層，相對光學厚度為約.778A.111B.111A.778B.111A.111B。該結構本文稱作711結構，能夠抑制約400至約700nm之間的可見波長區域中不希望的第二級、第三級和第四級反射，同時反射約700至約2000nm之間的紅外波長區域中的光線。高于第四級的反射一般處于光譜的紫外非可見區域，或者其強度低得可以接受。
還參照序列號為No.09/590,924(Liu等)的美國申請，其為WO01/96104的優先權文件，討論了可用于層壓至具有復合曲率的基片比如機動車風擋上的多層光學薄膜。
為在一個較寬的波帶上進行反射，上述每種薄膜設計中的單元區格優選具有不同的光學厚度，這里稱作層厚梯度，選擇為實現所需帶寬的反射。層厚梯度可以根據薄膜的目標應用場合而大幅度變化。例如，層厚梯度可以是線性的，其中單元區格(以及其每個構成層)的光學厚度沿薄膜厚度范圍以恒定速率遞增。在此結構中，每個單元區格比多層層疊件中前一單元區格的厚度厚一定量。從薄膜一個主要表面到另一個主要表面，層厚可以減小，然后增加，然后再次減小，或者可以具有交替層厚度分布，設計成提高一個或全部兩個譜帶邊緣的銳度，如美國專利No.6,157,490(Wheatley等)中所述。
上述多層IR反射薄膜設計具有很高的可見光透射率，并且可用作汽車眩光制品層壓件中的IR反射鏡或IR偏振器。當用在風擋層壓結構中時，這些IR反射鏡和偏振器在可見光區域(在汽車領域稱作光帷眩光)具有較低的反射率，從而提高了性能。然而，在一定層壓結構中，IR反射鏡和偏振器還會產生不利的顏色(虹彩)，這在要求嚴格的汽車和建筑應用場合中可能是不可接受的。
概述上述多層聚合物IR反射薄膜設計所產生的不利顏色是由薄膜中透射光譜以及反射光譜的可見光部分噪聲(即不利擾動或調制)造成的。本申請提出了一種用于聚合物IR反射薄膜的多層結構，可以減小或基本上消除薄膜透射光譜可見光區域(約400至約700nm)中的噪聲，同時在光譜紅外區域中至少100nm寬的波帶上具有至少50％的平均反射率。這種噪聲減小減少了薄膜中的不利顯色，改善了其中采用該薄膜的層壓結構比如汽車或建筑窗戶(比如辦公樓、住房、溫室等)的外觀。該層壓結構可以包括如下制品，其中所述薄膜被夾在兩個眩光材料之間，眩光材料包括玻璃和塑料比如聚碳酸酯和PMMA，以及其中所述薄膜被簡單地施加于一個此類基片上的制品。
本申請提出了一種光學物體，至少具有一個由多個鄰接的光學層構成的第一有效光學組件(effective optical packet)，光學層由非光學層分界，所述光學層由交替的相異材料A、B構成。光學物體的光學層當從第一有效光學組件的一端起算時形成多個單元區格，各具有六個光學層，以其相對光學厚度的第一循環排列7A1B1A7B1A1B設置，從而比第二光學物體提供了更好的光學品質因數，其中第二光學物體除具有第二有效光學組件替代第一有效光學組件之外與上述第一光學物體相同，所述第二有效光學組件具有的光學層以不同于第一循環排列的第二循環排列7A1B1A7B1A1B設置。
本申請提出了一種制品，包含至少一個具有主要含有六個光學層序列的單元區格的第一有效光學組件。從所述六個光學層序列中選擇位于第一有效光學組件第一端的第一光學層，以提高光學品質因數，比如可見光區域中的光譜噪聲量。還從所述六個光學層序列中選擇位于第一有效光學組件第二端的第二光學層，以提高所述光學品質因數。這六個光學層可以是7-1-1-7-1-1型，其包含循環排列。
本申請提出了一種控制含有多層光學薄膜的光學物體中關注光譜區域中噪聲的方法。該多層光學薄膜具有至少一個以單元區格設置的光學層第一有效光學組件，該單元區格由超過兩個的此類光學層構成。所述方法包括從單元區格中所述超過兩個的光學層中選擇位于第一有效光學組件第一端的第一光學層以提高光學品質因數的步驟。
一個或多個實施例的細節在附圖和下面的說明中給出。從這些說明和附圖中以及從權利要求中可以清楚其他特色、目的和優點。


圖1是用于多層IR反射薄膜的例示性1/4波長層結構的剖面圖。
圖2是用于多層IR反射薄膜的另一1/4波長層結構的剖面圖。
圖3是用于多層IR反射薄膜的另一1/4波長層結構的剖面圖。
圖4是用于多層IR反射薄膜的另一1/4波長層結構的剖面圖。
圖5是用于多層IR反射薄膜的例示性711層結構的剖面圖。
圖6是用于多層IR反射薄膜的另一711層結構的剖面圖。
圖7是用于多層IR反射薄膜的另一711層結構的剖面圖。
圖8是用于多層IR反射薄膜的另一711層結構的剖面圖。
圖9是用于多層IR反射薄膜的另一711層結構的剖面圖。
圖10是用于多層IR反射薄膜的另一711層結構的剖面圖。
圖11A是可粘結于一個或多個眩光制品板上以制造汽車安全眩光制品層壓件的雙重預層壓結構的剖面圖；并且圖11B是可粘結于一個或多個眩光制品板上以制造汽車安全眩光制品層壓件的三重預層壓結構的剖面圖。
圖12是用于汽車的安全眩光制品層壓件的剖面圖。
圖13表示具有711層結構的多層IR薄膜實施例正入射時的計算透射光譜。
圖14用于比較圖13的多層IR薄膜實施例之一的s偏振光和p偏振光的計算正入射透射光譜與計算60°透射光譜。
圖15用于比較圖13的多層IR薄膜實施例之一的計算正入射透射光譜與僅在光學組件一端增加一個光學層而不同的實施例以及僅在有效光學組件一端增加兩個光學層而不同的實施例的計算光譜。
圖16是具有711層結構的多層IR薄膜實施例的透射光譜。
圖17是具有711層結構的多層IR薄膜實施例的透射光譜。
圖18是具有1/4波長層結構的多層IR薄膜實施例的透射光譜。
圖19是具有1/4波長層結構的多層IR薄膜實施例的透射光譜。
圖20是具有711層結構和一單一光學活性組件的多層IR薄膜實施例的透射光譜。
圖21是具有711層結構的多層IR薄膜實施例的透射光譜。
圖22是具有711層結構的多層IR薄膜實施例的透射光譜。
圖23表示用于具有711層結構的光學組件的49種不同層結構。
圖24a為一矩陣，表示如下情況下對于49種層結構每種的有效光學組件的對稱性(如果有)以及相對于整數單元區格的偏差(如果有)(i)不存在表面/PBL層并且光學組件置于空氣或真空中；或(ii)存在表面/PBL層但其折射率與光學組件光學層中所用兩種材料的折射率都不同。
圖24b為一矩陣，表示通過組合49種層結構且其兩側設有非光學層而獲得的有效光學組件的對稱性(如果有)以及相對于整數單元區格的偏差(如果有)，其中非光學層與光學組件低折射率光學層具有相同的折射率。
圖24c為一矩陣，表示通過組合49種層結構且其兩側設有非光學層而獲得的有效光學組件的對稱性(如果有)以及相對于整數單元區格的偏差(如果有)，其中非光學層與光學組件高折射率光學層具有相同的折射率。
圖25a為一矩陣，表示對于圖23每一種層結構其中光學組件兩側非光學層是空氣的情況下計算出的400至600nm光譜區域中的噪聲。
圖25b為一矩陣，表示對于圖23每一種層結構其中光學組件兩側非光學表面/PBL層設置成使其折射率比高和低折射率光學層都低(1.425)的情況下計算出的400至600nm光譜區域中的噪聲。
圖25c為一矩陣，表示對于圖23每一種層結構其中光學組件兩側非光學表面/PBL層設置成使其折射率基本等于低折射率光學層的折射率(1.5)的情況下計算出的400至600nm光譜區域中的噪聲。
圖25d為一矩陣，表示對于圖23每一種層結構其中光學組件兩側非光學表面/PBL層設置成使其折射率介于低和高折射率光學層的折射率之間(1.5375)的情況下計算出的400至600nm光譜區域中的噪聲。
圖25e為一矩陣，表示對于圖23每一種層結構其中光學組件兩側非光學表面/PBL層設置成使其折射率介于低和高折射率光學層的折射率之間(1.575)的情況下計算出的400至600nm光譜區域中的噪聲。
圖25f為一矩陣，表示對于圖23每一種層結構其中光學組件兩側非光學表面/PBL層設置成使其折射率介于低和高折射率光學層的折射率之間(1.6125)的情況下計算出的400至600nm光譜區域中的噪聲。
圖25g為一矩陣，表示對于圖23每一種層結構其中光學組件兩側非光學表面/PBL層設置成使其折射率基本等于高折射率光學層的折射率(1.65)的情況下計算出的400至600nm光譜區域中的噪聲。
圖25h為一矩陣，表示對于圖23每一種層結構其中光學組件兩側非光學表面/PBL層設置成使其折射率比高和低折射率光學層都高(1.725)的情況下計算出的400至600nm光譜區域中的噪聲。
不同附圖中的相同標記符號指示相同的元件。為便于說明起見，表示薄膜單元區格的圖示中只畫出了少數幾個單元區格。
詳細說明本文公開了一種多層介電光學薄膜，由單元區格制成的光學層疊件構成，所述單元區格至少包括一層第一材料(A)和一層第二材料(B)，這些材料優選為聚合物。聚合物A具有第一面內折射率，聚合物B具有不同于第一面內折射率的第二面內折射率。該薄膜在較寬范圍的入射方向上對于s和p偏振光是高度反射性的。該薄膜在關注波長區域中至少100nm寬的波帶上具有至少50％，優選至少70％的平均反射率。所述關注波長區域可以根據目標應用場合而大幅度變化，所述光學層疊件包括一個或多個光學組件，其中“光學組件”指具有相同設計的單元區格的鄰接結構，這種單元區格結構可以具有或不具有下述的層厚梯度。在某些情況下，可以在所述光學組件的一個或全部兩個邊界處采用光學厚保護性邊界層。
在一個實施例中，關注波長區域是紅外區域，所述薄膜加工成反射紅外區域中的入射輻射。對單元區格的結構以及單元區格中各層的光學厚度進行選擇以反射約700nm至約2000nm波長范圍中的紅外輻射，同時透射可見光。所述薄膜在約700nm至約2000nm的范圍內，在光譜紅外部分中至少100nm寬的波帶上，具有至少50％、優選至少70％的平均反射率。所述IR反射薄膜含有聚合物層和光學厚保護性邊界層，設置成減小或基本消除薄膜透射光譜可見光區域(約400至約700nm)中的噪聲，本領域稱作高頻或邊帶波紋。實現可以減少薄膜中不利顯色的這種噪聲減小，同時在光譜紅外區域保持較高的平均反射率。
在一個多層結構中，上面稱作AB結構，每個單元區格僅具有兩個單聚合物層，各層優選具有基本相等的光學厚度。優選地，單元區格的光學厚度范圍在350至600nm(需反射光線波長的1/2)范圍內，更優選在425至600nm范圍內，以反射近紅外區域的光線，從而各層形成1/4波長組件。因此，構成單元區格的單個層具有的光學厚度在約175至300nm范圍內(需反射光線波長的1/4)，優選在約212至300nm范圍內，以反射光譜近紅外部分中的光線。
在另一個多層結構中，光學組件中的各單元區格至少包括一第一、第二和第三相異且基本透明的材料A、B和C，如美國專利5,103,337(Schrenk等)和PCT公開No.WO99/36810中所描述。選擇材料使得折射率具有關系nA＞nB＞nC，并且使得nB為nA和nC乘積的平方根。每個單元區格具有四個光學層，設置成ABCB，其中各層的相對光學厚度分別為1/3、1/6、1/3、1/6，此處替代地表示為2A1B2C1B。該結構可以抑制第二級、第三級和第四級反射。
在另一個多層結構中，光學組件中的單元區格每個具有六層，其相對層厚為大約7A1B1A7B1A1B。該結構此處稱作711結構，能夠抑制約400至約700nm可見光波長區域中的不利第二級、第三級和第四級反射，同時反射約700至約2000nm、優選約850至2000nm的紅外波長區域中的光線。高于第四級的反射通常處于光譜的紫外不可見區域，或者其強度低得可以接受。
在另一個結構中，復合設計將一個設計(比如711結構)的第一部分單元區格與另一設計(比如AB結構)的第二部分單元區格加以組合。可以調整第一部分和第二部分的層厚使反射波帶處于紅外光譜，以使隨角度變化的任何可察覺顏色最小化。
為在一個較寬的波帶上進行反射，上述每種薄膜設計中的各層優選設置成具有梯度光學厚度，這里稱作層厚梯度，選擇為實現所需帶寬的反射。層厚梯度可以廣泛變化以提供用于特定應用場合的具有特定光學性能的薄膜。例如，層厚梯度可以是線性的，其中各層(以及對應的單元格)的厚度沿薄膜厚度范圍以恒定速率遞增。替代地，各單元區格比前一單元區格的厚度厚一定的百分比。單元區格厚度從薄膜一個主要表面到另一個主要表面可以減小，然后增加，然后再次減小，或者可以具有交替層厚度分布，設計成提高一個或全部兩個譜帶邊緣的銳度，如美國專利No.6,157,490(Wheatley等)中所述。
在第一和第二光學層之外，此處所述多層反射薄膜優選包括一個或多個非光學層。此處所述非光學層指的是光學厚層。光學厚層是指其光學厚度為所關注光譜區域中光波長至少約10倍的層。例如，可以在薄膜結構的外表面上施加一個或多個表面層，或者在構成單元區格的各層組件之間插入一個或多個內部非光學層比如保護性邊界層。非光學層產生多層薄膜結構或者保護其免受加工過程中或其后的損害或破壞。通常，設置一個或多個非光學層使得由構成單元區格的各單層透射、偏振或反射的部分光束也傳輸透過該非光學層(也即，將這些層設置在光束傳輸通過第一和第二光學層或由其反射的光路中)。非光學層可以是任何適宜的材料制成，并且可以與光學層疊件中所用的材料之一相同。為了在光學組件或有效光學組件上設定界限或邊界，也可以考慮采用空氣或真空的光學厚層或者甚至半無限層作為非光學層。
本申請指出，在光學層疊件整個厚度范圍內具有名義相同類型的單元區格結構(即相同數量的光學層及其相對光學厚度)、名義相同數量的單元區格、以及名義相同的單元區格厚度梯度(如果有)的兩個多層光學薄膜可以具有顯著不同的光學性能，例如對于設計成反射紅外區域的薄膜在可見光區域具有顯著不同量的光譜噪聲。薄膜之間使得能夠實現更有利水平光學性能(例如較低的可見光噪聲)的差異可以是(a)單元區格中光學層的不同循環排列，使得在有效光學組件的一個或全部兩個邊界處存在不同的光學層；(b)在有效光學組件的一個或全部兩個邊界處增加少量光學層；和/或(c)位于有效光學組件邊界的非光學層的不同折射率。這些差異通常轉換成待比較有效光學組件對稱性的差異，已發現其在一定條件下相當顯著。
圖1中畫出了一個具有噪聲減小AB層結構的例示性IR反射薄膜。薄膜10包括聚合物A制成的第一非光學邊界層12和聚合物A制成的第二非光學邊界層14，其構成光學組件16的邊界。為簡化起見，所示薄膜僅具有三個單元區格，但實際上可以具有多得多的單元區格。光學組件16為交替光學層的鄰接結構，由非光學層分界，限定了整數(3)個單元區格18、20和22，每個具有一層聚合物A和一層聚合物B，其基本上具有相等的1/4波長光學厚度。由于邊界層12由與單元區格18中首層19相同的聚合物制成，所以從射入薄膜的光線21的角度看，邊界層12與光學層19之間的界面13實際消失。這種邊界層和首層19的實際合并形成了一種不同結構，其與整數(3)個單元區格相差一個光學層，這種情況在本文稱作“近整數”單元區格。邊界層12和層19的合并導致“有效光學組件”16′主要包含2n-1個光學層，其中n為增加有一個附加光學層時有效組件中單元區格的數量。圖1中的有效光學組件16′包括B層23，以及單元區格20、22中的各層，總計2(3)-1＝5層。當然，也可以從該薄膜中全部省略層19。在此情況下，初始光學組件16與有效光學組件是相同的，都主要包含2n-1個光學層。對于下面所述的包括圖2(其中層62可以省略)、圖5(其中層212可以省略)、圖6(其中層255可以省略)、和圖10(其中取決于B1和B2邊界層的特性，外部1B層和/或外部1A層可以省略)中所示實施例在內的各實施例，上述同樣成立。
邊界層12和光學層19的合并還能保持有效光學組件關于平面24兩側光學層的聚合物材料(A或B)和光學厚度設置的對稱性。平面24等分光學組件中的B層之一，如圖所示。光學層的材料和厚度設置關于平面24呈鏡面對稱。注意到圖1以及表示多層薄膜剖面圖的其后圖示中所示各層以及層厚不必按比例畫出。例如，薄膜10的非光學邊界層12、14在按比例畫出時其光學厚度比光學組件16中單層的光學厚度要厚得多。
如果有效光學組件中各層不具有相同的厚度，但沿垂直于平面24的方向具有層厚梯度，則光學組件仍然可說成是在平面24的兩側保持假對稱性。此處所用術語假對稱性指的是在光學層的聚合物材料設置中存在鏡面對稱性，并且除層厚梯度外在光學層的光學厚度設置中同樣存在鏡面對稱性。
圖2表示具有噪聲減小AB層結構的另一IR反射薄膜。薄膜50包括聚合物B制成的第一邊界層52和聚合物B制成的第二邊界層54，其構成光學活性多層組件56的邊界。光學組件56為光學層疊件，具有整數(4)個單元區格58、59、60和61，每個具有一層聚合物A和一層聚合物B，其基本上具有相等的1/4波長光學厚度。由于邊界層54由與單元區格61中末層62相同的聚合物制成，所以從射入薄膜的光線51的角度看，邊界層54與層62之間的界面64實際消失。這種邊界層和末層62的實際合并形成了一種具有“近整數”單元區格的結構。邊界層54和層62的合并導致有效光學組件56′主要包含2(4)-1＝7層。圖2中的有效光學組件56′主要由A層66和單元區格58、59和60中的各層構成。
邊界層54和光學層62的合并還能保持光學組件中關于該組件中平面70兩側聚合物材料和厚度設置的對稱性，其中平面70等分B層之一。
圖3表示另一IR反射薄膜100，包括聚合物C制成的第一邊界層102和聚合物C制成的第二邊界層104，其構成光學組件106的邊界。光學組件106具有整數(3)個單元區格108、109、110，每個具有一層聚合物A和一層聚合物B，其基本上具有相等的1/4波長光學厚度。由于邊界層102、104由不同于光學組件106中的聚合物制成(其中每種聚合物具有獨特的折射率)，所以邊界層與組件106中各層不存在實際合并，并且光學組件106與其對應的有效光學組件是相同的。當光學組件106主要由整數個單元區格(3)構成時，不存在層排列關于組件106中平面的對稱性。然而，光學組件106卻關于其中的平面112呈現層排列和層厚的反對稱性，并且為此原因，該光學組件與其他層結構相比具有減小的可見光譜區域消失。關于給定平面的反對稱性指的是在給定平面的相反側，折射率隨著沿垂直于該平面的軸(或者在評價斜入射光線時沿一傾斜軸)到該平面光學距離的變化而以相反方式變化。這與通常的(鏡面)對稱有顯著區別，通常的鏡面對稱中在給定平面相反側折射率隨著到該平面光學距離的變化以相同方式變化。如果外層A或B省略，則有效光學組件呈現對稱性(鏡面對稱)。
圖4表示另一IR反射薄膜120，包括聚合物A制成的第一邊界層122和聚合物A制成的第二邊界層124，其構成光學活性多層組件126的邊界。光學組件126具有整數(3)個單元區格128、129、130，每個具有一個光學A層和一個光學B層，其基本上具有相等的1/4波長光學厚度，并且該組件還包括一個附加層X。因此，光學組件126不具有整數個單元區格。然而，如果附加層X選擇成具有1/4波長厚度并且由聚合物A(或者與聚合物A具有相同折射率的不同材料)制成，則層X與單元區格128的首層131和表層122合并，從而保持近整數個單元區格。在此結構中，包括B層132和單元區格129和130中各層的光學組件具有5層。從而該光學組件關于平面135具有對稱性。如果層X不是由聚合物A或類似材料制成，則不會與邊界層122發生合并。在此結構中，光學組件不具有整數個單元區格，其層數等于2(3)+1＝7。該有效光學組件也不會關于組件中的平面對稱。然而，如果層X由聚合物B制成并且具有1/4波長厚度，則該有效光學組件將具有近整數個單元區格并且關于組件中的平面136成鏡面對稱。
圖5中畫出了具有噪聲減小711層結構的IR反射薄膜。薄膜200包括聚合物A制成的第一邊界層202和聚合物A制成的第二邊界層204，其構成光學活性多層組件206的邊界。光學組件206具有整數(2)個單元區格208和210，每個具有聚合物AB交替層，設置成層厚比大約為7A1B1A7B1A1B。由于邊界層202由與單元區格208中首層212相同的聚合物制成，所以從射入薄膜的光線211的角度看，邊界層202與層212之間的界面213實際消失。邊界層和首層212的這種實際合并在薄膜結構200中保持了近整數個單元區格(2)。另外，邊界層202和層212的合并導致有效光學組件具有6n-1層，其中n為增加有一個附加光學層時組件中單元區格的數量。圖5中的有效光學組件包括單元區格208中的其余層以及單元區格210中的所有層，總計6(2)-1＝11層。
邊界層202和層212的合并還能保持有效光學組件中關于其中平面214兩側材料和光學厚度的對稱性。平面214第一側的層排列與平面214第二側的層排列相同。如果有效光學組件中的各層具有不同的厚度，但是沿垂直于平面214的方向具有層厚梯度，則該有效光學組件被說成是相對平面214的兩側具有假對稱性。假對稱性指的是在光學層的聚合物材料設置中存在鏡面對稱性，并且除層厚梯度外在光學層的光學厚度設置中同樣存在鏡面對稱性。反假對稱性具有類似的含義，但是用反對稱替換常規對稱。
圖6中畫出了具有711層結構的另一IR反射薄膜。薄膜250包括聚合物A制成的第一邊界層252和聚合物A制成的第二邊界層254，其構成光學活性多層組件256的邊界。光學組件256具有整數(2)個單元區格258和260，每個具有聚合物AB交替層，設置成層厚比大約為7B1A1B7A1B1A。由于邊界層254由與單元區格260中末層255相同的聚合物制成，所以從射入薄膜的光線261的角度看，邊界層254與層255之間的界面257實際消失。邊界層254和層255的這種實際合并在薄膜結構250中保持了近整數個單元區格(2)。由于該有效光學組件中不具有層厚對稱性，所以預計該結構比圖5中結構具有更多的可見光譜區域噪聲。
參照圖7，所示薄膜270包括聚合物A制成的邊界層272、274，其構成光學組件276的邊界。組件276包括兩個單元區格278和280，每個具有聚合物AB交替層，設置成層厚比大約為7B1A1B7A1B1A，以及一個聚合物B制成的附加光學層281，其厚度為X，標記為“XB”。由于邊界層272由不同于層281的聚合物制成，所以邊界層與光學組件276的外層之間不存在合并。該光學組件包括單元區格278、280中的各層以及層281，總計[6(2)+1]＝13層。不管X值如何，層XB的厚度在有效光學組件276中不會產生關于聚合物層排列和關于層厚的對稱性。由于該有效光學組件中不存在層排列的對稱性或反對稱性，所以該結構預計比圖5中結構具有更多的可見光譜區域噪聲。
參照圖8，所示薄膜300包括聚合物A制成的邊界層302、304，其構成光學組件306的邊界。組件306包括兩個單元區格308和310，每個具有聚合物AB交替層，設置成層厚比大約為7B1A1B7A1B1A，以及一個聚合物B制成的附加光學層311，其厚度為X，標記為“XB”。由于邊界層304由不同于層311的聚合物制成，所以邊界層與光學組件306的各層之間不存在合并。該光學組件包括單元區格308、310中的各層以及層311，總計[6(2)+1]＝13層。如果X＝7，則層311的厚度在有效光學組件306中產生關于平面315的對稱性。由于具有近整數個單元區格，并且在有效光學組件中存在層厚和層排列的對稱性，所以該結構預計比圖7中結構所述區域具有更小的噪聲。
參照圖9，所示薄膜350包括聚合物C制成的邊界層352、354，其構成光學組件356的邊界。組件356包括兩個單元區格358和360，每個具有聚合物AB交替層，設置成層厚比大約為7B1A1B7A1B1A。由于邊界層352、354由不同于組件356中各層的聚合物制成，所以邊界層與該光學組件的外層之間不存在合并。該有效光學組件356主要包括單元區格358、360中的各層，總計12層。當邊界層中的聚合物C與構成光學組件356中各層的聚合物A和B不同時，通過整數個單元區格，不能產生層排列關于該組件中平面的對稱性。當然，聚合物C的折射率可以高于、低于或者介于折射率A和B之間。為減小可見光譜區域的噪聲，邊界層的折射率C優選在多層層疊件356的層A、B的折射率之間，更優選位于大約其中值。
參照圖10，所示薄膜400包括分別由聚合物B1和B2制成的邊界層402、404，其構成光學組件406的邊界。組件406包括兩個單元區格408和410，每個具有聚合物AB交替層，設置成層厚比大約為7B1A1B7A1B1A，以及兩個附加層411、412，分別為層1B和1A。如果邊界層402和404由與單元區格410中末層415的相同聚合物制成，B1＝B2＝A，則從射入薄膜的光線421的角度看，邊界層404與層415之間的界面417實際消失。通過邊界層404和層415的這種實際合并，在有效光學組件中不存在關于聚合物層排列的對稱性。然而，如果B1＝A且B2＝B，或者如果B1＝B2＝C，則不會發生合并，從而附加層411、412在該有效光學層疊件中產生關于平面425的反對稱性。由于存在反對稱性，所以該層結構比其它隨意層排列具有更小的可見光譜區域噪聲。
總之，為了減小可見光譜區域的噪聲，通常需要選擇層排列，其中(1)光學層疊件中的各有效光學組件相對于該組件中的平面具有對稱性或反對稱性；(2)光學層疊件中的各有效光學組件具有整數個或近整數個單元區格；(3)如果光學組件中存在層厚梯度，則該有效光學組件的層排列相對于該組件中的平面具有假對稱性或反假對稱性。
決定本發明薄膜反射特性的另一個因素是層疊件中各層的材料選擇。可以采用多種不同的材料，用于給定應用場合的精確材料選擇取決于不同光學層之間沿特定軸的折射率可獲得的所需匹配性和不匹配性，并且取決于所得產品的所需物理特性。本發明薄膜包括僅由兩種材料制得的光學活性多層層疊件，這兩種材料此處稱作第一聚合物和第二聚合物。
層疊件中兩種聚合物的至少其一，這里稱作第一聚合物，優選具有大絕對值的應力光學系數。該優選第一聚合物在拉伸時能夠誘發較大的雙折射。取決于應用場合，可以在薄膜平面中的兩個正交方向之間，在一個或多個面內方向與垂直于薄膜平面的方向之間，或者其組合之間誘發雙折射。該第一聚合物應當在拉伸后保持雙折射，從而使最終薄膜產生所需的光學特性。
為制作反射性薄膜或反射鏡薄膜，將折射率標準相等地應用于薄膜平面內的任何方向，使得沿正交面內方向的任何給定層的折射率一般相等或近似相等。然而，第一聚合物的薄膜平面折射率最好與第二聚合物的薄膜平面折射率相差盡可能大，使得每個光學層界面盡可能高地反射。為此原因，如果第一聚合物在取向前具有高于第二聚合物的折射率，則面內折射率最好沿拉伸方向增加，并且z折射率降低以與第二聚合物的折射率匹配。類似地，如果第一聚合物在取向前具有低于第二聚合物的折射率，則面內折射率最好沿拉伸方向降低，并且z折射率增加以與第二聚合物的折射率匹配。第二聚合物優選在拉伸時誘發較小的雙折射或沒有雙折射，或者誘發相反性質(正-負或負-正)的雙折射，使得最終薄膜中其薄膜平面內的折射率與第一聚合物的折射率相差盡可能大。若反射鏡薄膜意味著也具有一定程度的偏振特性，則這些標準可以與上述列出的那些標準適當組合以使薄膜偏振化。
對應大多數應用場合，所討論薄膜的第一聚合物或第二聚合物最好在關注波帶中都不具有吸收帶。因此，所述波帶中的所有入射光或者被反射或者被透射。然而，對于某些應用場合，第一和第二聚合物之一或兩者全部或部分地吸收特定波長可能是有用的。
本發明日光遮蔽薄膜的第一和第二光學層以及選擇性的非光學層通常由聚合物比如聚酯制成。術語“聚合物”應當理解為包含均聚物和共聚物，以及可以通過共擠出或通過包括例如酯交換反應在內的反應形成摻混性共混物的聚合物或共聚物。通常，采用共聚單體應當不會實質性地損害應力光學系數或拉伸后的雙折射保持。實際上，這些限制設置了共聚單體含量的上限，其精確值隨著所采用共聚單體的選擇而變化。然而，如果采用共聚單體導致其它特性的改善，則光學特性的某些變劣可以接受。術語“聚合物”、“共聚物”、和“共聚酯”包括無規共聚物和嵌段共聚物。
用于本發明多層反射鏡和偏振器的聚酯通常包括羧酸酯和二醇亞單元，通過羧酸酯單體分子與二醇單體分子的反應產生。每個羧酸酯單體分子具有兩個或多個羧酸或酯官能團，每個二醇單體分子具有兩個或多個羥基官能團。羧酸酯單體分子可以全部相同或者可以有兩種或多種不同類型的分子。上述同樣適用于二醇單體分子。術語“聚酯”中還包括通過二醇單體分子與碳酸酯反應得到的聚碳酸酯。
用于形成聚酯層羧酸酯亞單元的適宜羧酸酯單體分子包括例如2，6-萘二甲酸及其異構體；對苯二甲酸；間苯二甲酸；鄰苯二甲酸；壬二酸；己二酸；癸二酸；降冰片烯二羧酸；雙環辛烷二羧酸；1，6-環己烷二羧酸及其異構體；叔丁基間苯二甲酸、苯偏三酸、鈉磺化間苯二甲酸；2，2’-聯苯二羧酸及其異構體；和這些酸的低級烷基酯，例如甲酯或乙酯。在本文中，術語“低級烷基”意指C1-C10直鏈或支鏈烷基。
適用于形成聚酯層二醇亞單元的二醇單體分子包括乙二醇、丙二醇、1，4-丁二醇及其異構體、1，6-己二醇、新戊二醇、聚乙二醇、二乙二醇、三環癸烷二醇、1，4-環己烷二甲醇及其異構體、降冰片烷二醇、雙環-辛烷二醇、三(羥甲基)丙烷、季戊四醇、1，4-苯二甲醇及其異構體、雙酚A、1，8-二羥基聯苯及其異構體、和1，3-雙(2-羥基乙氧基)苯。
可用于本發明日光遮蔽薄膜的聚酯是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)，可通過例如萘二甲酸和乙二醇的反應制成。聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)常被選作第一聚合物。PEN具有較大的正應力光學系數，在拉伸后可有效地保持雙折射，并且在可見光范圍內具有較少的吸收或者沒有吸收。PEN在各向同性狀態下還具有較大的折射率。對于550nm波長的偏振入射光，當偏振面平行于拉伸方向時，其折射率從約1.64增加至高達約1.9。增加分子取向可增大PEN的雙折射率。通過將所述材料拉伸至更大的拉伸比并且保持其他的拉伸條件不變，可以增加分子取向。適宜用作第一聚合物的其他半晶萘二甲酸聚酯包括例如聚2，6-萘二甲酸丁二醇酯(PBN)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其共聚物。非聚酯類聚合物也可用于形成偏振器薄膜。例如，聚醚酰亞胺可與聚酯如PEN和coPEN一起應用形成多層反射鏡。可使用其他聚酯/非聚酯組合例如聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚乙烯(例如，可得自Dow Chemical Corp.，Midland，MI的定名為Engage 8200的產品)。合適的第一聚合物在如下文獻中述及，例如序列號為09/229724(對應WO99/36248(Neavin等))、09/232332(對應WO99/36262(Hebrink等))、09/444756(對應WO01/38907(Condo等))的美國申請和美國專利6,268,961(Nevitt等)。
優選的第一聚合物是衍生自羧酸酯亞單元和二醇亞單元的coPEN，所述羧酸酯亞單元衍生自90mol％萘二甲酸二甲酯和10mol％對苯二甲酸二甲酯，所述二醇亞單元衍生自100mol％乙二醇亞單元，本征粘度(IV)為0.48dL/g。折射率為約1.63。在此所述聚合物稱作低熔點PEN(90/10)。另一優選的第一聚合物是本征粘度為0.74dL/g的PET，得自Eastman Chemical Company(Kingsport，TN)。另一優選的第一聚合物是本征粘度為0.84dL/g的PET，得自E.I.duPont deNemours&Co.，Inc。
另一所需聚合物，在此稱作第二聚合物，應選擇成使得最終薄膜中沿至少一個方向的折射率與第一聚合物沿該相同方向的折射率顯著不同。因為聚合物材料通常是色散性的，也就是說，其折射率隨波長改變，所以對特定關注光譜帶寬比如部分或全部可見光或近紅外光譜區域應當考慮這些條件，盡管實際上折射率波動較小，且可以采用關注波帶范圍的平均值。從前述討論可以理解，第二聚合物的選擇不僅依賴于所討論多層光學薄膜的目標應用場合，而且依賴于對第一聚合物的選擇以及加工條件。
可以由其玻璃化溫度與第一聚合物的玻璃化溫度相適配的多種第二聚合物來制作第二光學層。適宜聚合物的例子包括乙烯基聚合物和共聚物，制備自單體如乙烯基萘、苯乙烯、馬來酸酐、丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。這些聚合物的例子包括聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯如聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、和全同立構或間同立構聚苯乙烯。其他聚合物包括縮合聚合物，例如聚砜、聚酰胺、聚氨酯、聚酰胺酸和聚酰亞胺。此外，第二光學層可由聚合物和共聚物如聚酯和聚碳酸酯形成。
優選的第二聚合物是如下物質的均聚物聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，例如可得自Ineos Acrylics，Inc.，Wilmington，DE的定名為CP71和CP80的產品，或聚甲基丙烯酸乙酯(PEMA)，其玻璃化溫度低于PMMA。其他優選的第二聚合物包括PMMA共聚物(coPMMA)，例如，由75wt％甲基丙烯酸甲酯(MMA)單體和25wt％丙烯酸乙酯(EA)單體制得的coPMMA(可得自Ineos Acrylics，Inc.，定名為Perspex CP63)，由MMA共聚單體單元和甲基丙烯酸正丁酯(nBMA)共聚單體單元形成的coPMMA，或者PMMA和聚(偏氟乙烯)(PVDF)的共混物如可得自Solvay Polymers，Inc.，Houston，TX的定名為Solef 1008的產品。另一些優選第二聚合物包括聚烯烴共聚物，如可得自Dow-Dupont Elastomers的定名為Engage 8200的聚(乙烯-共聚-辛烯)(PE-PO)，可得自Fina Oil and Chemical Co.，Dallas，TX的定名為Z9470的聚(丙烯-共聚-乙烯)(PPPE)，和可得自HuntsmanChemical Corp.，Salt Lake City，UT的定名為Rexflex W111的無規立構聚丙烯(aPP)和全同立構聚丙烯(iPP)共聚物。第二光學層也制備自官能化聚烯烴，例如線性低密度聚乙烯-g-馬來酸酐(LLDPE-g-MA)，例如可得自E.I.duPont de Nemours&Co.，Inc.，Wilmington，DE的定名為Bynel 4105的產品。
特別優選的IR反射鏡光學層第一/第二聚合物包括PEN/PMMA，PET/PMMA或PET/coPMMA，PEN/Ecdel，PET/Ecdel，PEN/sPS，PET/sPS，PEN/coPET，PEN/PETG和PEN/THV。Ecdel是用于共聚酯醚彈性體的商品名，可由Eastman Chemical Company(Kingsport，TN)獲得。THV是用于含氟聚合物的商品名，可由Minnesota Mining and ManufacturingCompany(3M)，St.Paul，MN.購得。PMMA指聚甲基丙烯酸甲酯，coPET指基于對苯二甲酸的共聚物或共混物(如上所述)，PETG指采用第二二醇(通常為環己烷二甲醇)的PET共聚物。sPS指間同立構聚苯乙烯。
對于反射鏡薄膜，沿垂直于薄膜平面方向第一聚合物和第二聚合物折射率的匹配是優選的，因為這能使每個光學界面相對于光線入射角具有恒定的反射率(也即不存在布儒斯特角)。例如，在特定的波長處，對于雙軸取向PEN，面內折射率可以是1.76，而垂直于薄膜平面的折射率可以降低至1.49。當采用PMMA作為該多層結構中的第二聚合物時，其相同波長處的折射率沿所有三個方向可以為1.495。另一個例子是PET/Ecdel體系，其中對于PET其類似折射率可以為1.66和1.51，而Ecdel的各向同性折射率可以是1.52。不管多層薄膜是反射鏡薄膜還是偏振薄膜，沿z方向(垂直于薄膜平面)相鄰對的光學層的折射率nz匹配可以是有利的。另外，通常采用比完全z折射率匹配(Δnz＝0)較不嚴格的折射率關系，比如|Δnz|＜0.05；|Δnz|＜0.5*MAX(|Δnx|，|Δny|)；|Δnz|＜0.25*MAX(|Δnx|，|Δny|)；以及|Δnz|＜0.1*MAX(|Δnx|，|Δny|)。參見美國專利5,882,774(Jonza等)。
非光學邊界層選擇的材料應當產生或改善薄膜特性比如抗撕裂性、抗穿刺性、韌性、耐候性、和耐溶劑性。一般地，設置一個或多個非光學層使得第一和第二光學層透射、偏振或反射的至少一部分光束也傳輸通過這些層(也即，將這些層設置在光束傳輸通過第一和第二光學層或由其反射的光路中)。非光學層的特性比如結晶度和收縮性需要與光學層的特性一起考慮以得到本發明薄膜，其在層壓至急劇彎曲的基片上時不會破裂或起皺。
非光學層可以由任何適宜的材料制成，并且可以與光學層疊件中所用的材料之一相同。例如，選擇非光學層材料需考慮的因素包括斷裂百分比拉伸率、楊氏模量、撕裂強度、與內層粘結力、關注電磁帶寬中的百分比透射率和吸收率、光學透明度或濁度、隨頻率變化的折射率、質地和粗糙度、熔融熱穩定性、分子量分布、熔融流變和可共擠出性、剛性光學層中材料之間的可混性和互相擴散速度、粘彈響應、拉伸條件下的弛豫和結晶行為、使用溫度下的熱穩定性、耐候性、粘結至涂層的能力以及滲透至各種氣體和溶劑的能力。當然，如前面所述，重要的是選擇材料使其不具有損害光學層疊件光學特性的光學特性。非光學層可以由多種聚合物制成，比如聚酯，包括第一和第二光學層中所用的任何聚合物。在某些實施例中，選擇用于非光學層的材料與選擇用于第一和第二光學層的材料相似或者相同。采用coPEN、coPET或其它用于表層的共聚物材料減少了多層光學薄膜的分裂可能性(也即，由于應變引致結晶和大量聚合物分子沿取向方向的對準而與薄膜剝離)。非光學層的coPEN在用于使第一光學層取向的條件下拉伸時通常很少取向，因此產生很小的應變引致結晶。
優選地，第一光學層、第二光學層和任選非光學層的聚合物選擇成具有類似的流變特性(例如熔融粘度)，使得它們可以共同擠出而沒有流動擾動。通常，第二光學層、表層、和任選其它非光學層具有的玻璃化溫度Tg低于或者不大于第一光學層的玻璃化溫度之上約40℃。優選地，第二光學層、表層、和任選其它非光學層具有的玻璃化溫度低于第一光學層的玻璃化溫度。當采用長度取向(LO)滾筒對多層光學薄膜進行取向時，可能不會采用所需的低Tg表層材料，因為低Tg材料會粘附在滾筒上。如果不采用LO滾筒，則該限制不再是問題。對于某些應用場合，優選的表層材料包括PMMA和聚碳酸酯，因為其耐久性并且能夠保護光學層疊件免受UV輻射。
如上所述，任何表層和任何其它非光學層具有關注光譜區域光波長至少約10倍的光學厚度。這種非光學層的光學厚度一般是單個第一和第二光學層至少其一厚度的至少4倍，典型為至少10倍，并且可以為100倍以上。可以選擇非光學層的厚度以使多層反射薄膜具有特定的整體厚度。
表層可以在制造過程中共擠出在多層層疊件的一個或全部兩個主要表面上，以保護多層層疊件免受沿供料頭和模具壁的高剪切力，并且通過將添加劑比如UV穩定劑混合進構成表層的聚合物熔融物中，然后在制造過程中將具有改變特性的表層共擠出在多層光學層疊件的一側或兩側上，通常可以獲得具有所需化學或物理特性的外層。替代地，可以在多層薄膜的制造過程中在表層的外部共擠出多個附加層；可以在單獨的鍍覆操作中將它們涂覆在多層薄膜上；或者也可以將它們層壓在多層薄膜上作為單獨的薄膜、薄片、或剛性或半剛性增強基片。
可以在本發明的薄膜上增加多種功能層或涂層，以改變或提高其物理或化學特性，特別是沿著薄膜或裝置表面的物理或化學特性。這種層或涂層可以包含例如低摩擦涂層或潤滑顆粒，用以使該薄膜在制造過程中更易于加工；當多層光學薄膜置于緊鄰另一薄膜或表面時用以增加向多層光學薄膜的擴散特性或防止浸潤或牛頓環的顆粒；當薄膜以膠粘輥形狀應用時使用的粘合劑比如壓敏粘合劑和熱熔性膠粘劑、增粘劑、底層涂料和低粘合背部材料。功能層或涂層可以還包括抗粉碎劑、抗侵入劑、或抗刺穿撕裂薄膜和涂層，例如共同轉讓的序列號為No.09/591,584(Dietz)，名稱為GLAZING ELEMENT ANDLAMINATE FOR USE IN THE SAME，作為PCT公開WO01/96115(Dietz)的優先權文件的美國專利申請中所述的功能層。附加的功能層或涂層可以包括振動阻尼薄膜層，比如WO98/26927(Landin等)和美國專利No.5,773,102(Rehfeld)中所描述的薄膜層；針對液體比如水或有機溶劑或者氣體比如氧氣、水蒸氣或二氧化碳用以保護薄膜或裝置或者改變其透過特性的阻擋層；和/或設計用于提高薄膜或裝置的機械完整性或強度的基片和支承層。這些功能性部件可以結合在一個或多個表層中，或者也可以作為單獨的薄膜或涂層施加。
對于某些應用場合，需要通過使薄膜著色，比如通過將一個染色薄膜層壓至所述多層光學薄膜、將一個顏料涂層施加在薄膜表面、或者使制作薄膜的一種或多種材料中比如表層中含有染料或顏料，來改變多層光學薄膜的外觀和/或性能。染料或顏料通常在光譜的一個或多個選定區域包含紅外、紫外和/或可見光部分具有吸收性。可以采用染料或顏料來改善薄膜特性，特別是在薄膜透過部分頻率而反射其它頻率的場合。可以與本發明多層光學薄膜結合的特別有用的顏料層在共同未決的美國申請No.09/633,911(McGurran等)中有描述，其對應的PCT公開為WO01/58989(McGurran等)。該薄膜可以層壓、擠出涂覆或共擠出在多層薄膜上作為表層。顏料添加量可以在約0.01％重量至約1.0％重量之間變化，以使可見光透射率在約10％至約90％之間變化。實際上，顏料添加量選擇成使得當顏料薄膜層與多層光學薄膜結合時，可見光百分比透射率降低至多層光學薄膜正常值Tvis的約80-85％到沿層疊件結構法線方向測量為約70-75％的法定界限。這提高了多層薄膜結構的整體遮光效率。
在覆蓋層中采用UV吸收材料也是有利的，因為可以用其保護暴露于UV輻射時可能不穩定的內層。多層光學薄膜還可以用例如油墨、染料或顏料加以處理以改變其外觀或者根據特定的應用場合定制該薄膜。因此，例如，薄膜可以用油墨或其它印刷標記比如那些用于顯示產品特征、廣告、警示、裝飾或其它信息的標記來處理。可以采用多種技術用以在薄膜上印刷，例如，絲網印刷、活版印刷、膠版印刷、橡膠版印刷、點刻印花、激光打印等等，并且可以采用多種油墨，包括一種和兩種成分油墨、氧化干燥和UV干燥油墨、溶解油墨、分散油墨、以及100％油墨體系。
對于某些應用場合，需要具有一個或多個抗反射層或涂層，用以提高透射率和降低反射眩光。適宜的層或涂層可以包括例如傳統的真空鍍覆介電金屬氧化物或金屬/金屬氧化物光學薄膜、二氧化硅或氧化鋯溶膠凝膠涂層、以及鍍覆的或共擠出的抗反射層比如那些由低折射率含氟聚合物得到的抗反射層。當本發明的日光遮蔽薄膜層壓在機械能吸收材料比如PVB板之間時，表層的折射率可以選擇成最大限度減小PVB與多層光學層疊材料之間折射率的較大差異導致的界面處反射。例如，表層可以選擇成使其折射率與PVB的折射率相同，介于PVB與高折射率第一光學材料的折射率之間，或者介于PVB與光學層疊件的復合折射率之間。在有些實施例中，在表層與光學層疊件之間或者在復聯系統中的各光學層疊件之間采用保護性邊界層(PBL)。在這些實施例中，PBL材料可以選擇成最大限度減小表層與PBL之間以及PBL與光學層疊件之間增加界面處的反射。例如，PBL可以選擇成使其折射率與表層折射率相同，介于表層與光學層疊件的復合折射率之間，或者等于復合光學層疊件的折射率。用于最大限度減小PVB與光學層疊件之間折射率差異的優選表層和PBL層包括CoPEN和CoPET。
可以添加在多層光學薄膜上的附加功能層或涂層包括例如金屬層和其它導電層。金屬層可以由例如金、銀、鋁、和/或鎳以及這些和其它金屬的分散體制成。在車輛風擋結構中，金屬層可以用于天線、除霧和除塵、除霜或電磁屏蔽。其它層包括抗靜電涂層或薄膜；阻燃劑；UV穩定劑；抗磨擦或硬涂層材料；光學涂層；抗霧材料，磁或磁光涂層或薄膜；液晶面板、電致生色或電致發光面板、照相乳劑；棱鏡薄膜，和全息薄膜或圖像。附加功能層或涂層在例如WO97/01440(Gilbert等)、WO99/36262(Hebrink等)、以及WO99/36248(Neavin等)中有描述。這些功能性部件可以加入一個或多個表層中，或者可以作為單獨的薄膜或涂層施加。或者，可以通過壓紋、全息圖像、電暈、電子束或等離子體處理對多層薄膜本身進行改飾。
本發明的IR反射多層光學薄膜可以根據美國專利申請說明書No.20010022982(Neavin等)和美國序列號No.09/590,924(Liu等)中的教導加以制作。
上述多層IR反射鏡薄膜可以層壓在多種平面和非平面基片上。典型的基片材料包括眩光材料比如玻璃，其可以絕緣、回火、層壓、退火、或者熱增強，以及塑料，比如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。術語非平面基片指的是具有連續或復雜曲率的基片。復雜曲率指基片從一個點以兩種不同的非線性方向彎曲。
參照圖11A，其中畫出的是可粘結于一個或多個平面或非平面眩光制品板以制造汽車安全眩光制品層壓件的雙重預層壓結構510。預層壓件510包括由本發明低噪聲多層IR反射薄膜制成的功能層512。功能層512可以粘結在至少一層518的機械能吸收層優選為增塑PVB的至少一側，以形成雙重層壓件510。功能層512可以如圖11B所示粘結至第二層520的PVB以形成三重預層壓結構，包含在光學物體540中。PVB層518、520的一個或另一個或者兩者可以包括附加的性能增強層比如PVB層520上的遮蔽帶層522。
參照圖12，一旦形成預層壓結構510(圖11A)或540(圖11B)，就可以將其與眩光材料比如玻璃530、532制成的至少一個、優選兩個平面或非平面板配合以形成安全眩光制品層壓件534。
為了將PVB和IR薄膜層或預層壓件510或540粘結至眩光制品板530、532上，通過將PVB和IR薄膜層或者預層壓件和眩光制品板置于彼此的上面，將它們組裝在一起，從而形成整體的層壓結構534。然后將層壓件534各層粘結在一起，并且從該結構中除去空氣。在該步驟中，優選在爐箱中將該層壓結構加熱至低于IR反射薄膜512中主要聚合物的Tg的溫度。這使得在薄膜512收縮以適應層壓件形狀時，PVB層518、520可以與薄膜512或玻璃530、532產生一定的粘結。
層壓件534可以用數種不同的方法粘結和除氣。一種方法是采用真空除氣方法，其中將一個彈性條帶設置成圍繞層壓件的邊緣并使之與真空系統相連，同時加熱層壓件以在玻璃與PVB之間產生臨時粘結。另一種方法也采用真空除氣方法，其中將層壓件置于一個與真空系統相連的袋子中。再一種方法采用壓輥裝置，此處稱作軋輥(niproller)，其用于向層壓件施加壓力以除去空氣和促進各層之間的粘結。
可以在一個軋輥中對層壓件534進行粘結和除氣，或者優選隨著層壓件溫度逐漸升高使其通過一系列軋輥。隨著層壓件534的溫度升高，薄膜512和PVB層518、520開始適應玻璃板530、532的形狀。薄膜512也局部收縮和/或伸展以適應該結構的形狀。
然后根據PVB的粘滯特性，在高壓釜中將層壓件534加熱到約280°F至約300°F的最高溫度，以使PVB層518、520和功能層512適應玻璃板530、532的輪廓從而形成光學結構。此時還應當施加通常大于約165psi的最大壓力。這使得PVB可以流動和擴展而充滿空隙，制得均勻的夾層結構，并且將層壓件的部件牢固地粘結在一起，同時在最低的時間期限內去除PVB中的空氣。
優選地，結構中具有IR薄膜的層壓件534以緩慢的受控的方式加以冷卻，尤其冷卻至薄膜中主要聚合物的Tg附近。這減少了由于IR薄膜熱膨脹復原造成的起皺，并且釋放了層壓結構中的任何應力。如果在此循環中溫度降低過快，則薄膜或PVB上的橫向力會導致分層，特別是層壓件的邊緣處。壓力應當保持直到溫度充分下降到薄膜中主要材料的Tg以下，以確保層壓件中建立的結構被定形。優選地，在薄膜中主要聚合物的Tg附近，以低于約13°F每分的爐箱空氣溫度冷卻速率進行冷卻。
下面參照以下的非限制性實例對本發明進行描述。這些實例可以用在汽車窗戶應用場合、建筑應用場合、以及類似的IR濾波應用場合。
實例實例1
通過計算機模型模擬具有711結構的IR反射多層薄膜，使其含有的單元區格各層具有7A1B1A7B1A1B的光學厚度比。施加表層和保護性邊界層，其具有與光學層之一相同的折射率。
在實例1a中，薄膜具有以下層結構(表層/PBL_A)7A1B1A7B1A1B............7A1B1A7B1A1B(表層/PBL_A)在實例1b中，薄膜具有以下層結構(表層/PBL_A)7B1AIB7A1B1A............7B1A1B7A1B1A(表層/PBL_A)在實例1a和1b中，光學組件中的最外A層與表層/PBL合并，從而有效光學組件中的總層數為6n-1，其中n為合并之前組件中的單元區格數量。對于這些實例，n設定為32。并且，實例1a和1b采用簡單的線性層厚梯度1.27(光學組件中最厚的與最薄的光學重復單元的光學厚度之比)。
在實例1a中，有效光學組件關于層厚和層排列具有假對稱性。在實例1b中，有效光學組件不具有假對稱性。
針對各具有三個光學組件的實例1a和1b結構獲得計算機模擬光譜。光學層疊件構造如下表層/PBL(組件1)PBL(組件2)PBL(組件3)表層/PBL。在光學活性組件、PBL和表層中采用的高折射率聚合物為低熔點PEN，折射率為1.73(沿全部兩個面內方向)，并且組件中的低折射率聚合物為PMMA，折射率為1.49(沿所有方向)。組件2和3除了比例因數分別為1.11和1.22之外，與組件1相同，以便實現增寬的反射波帶。實際中可以采用3通道非對稱乘法器來實現該比例因數。組件1與2之間以及組件2與3之間的PBL層物理厚度為2896nm，結構兩側的表層/PBL外層物理厚度為5792nm。
圖13中畫出了實例1a和1b正入射時的模擬透射光譜。非對稱結構(實例1b)具有顯著的噪聲，并且在可見光波長區域具有較低的透射率。
對于全部兩個IR反射薄膜，其標準光度參數L*、a*、b*以及適光透射率Y(在汽車領域也稱作Tvis，隨著平均適光人眼響應的變化，其在可見光譜中的不同波長處對原始光譜透射率給出不同的權重)的值列在下面的表1中。同樣用計算機模擬含有這些薄膜的汽車安全眩光制品。將薄膜建模成層壓在玻璃面板上以形成如下結構玻璃58/15密耳PVB/IR反射薄膜/15密耳PVB/玻璃58，其中“玻璃58”指的是標準日光玻璃類型GR-58，可以從PilkingtonPlc獲得。同樣計算這些結構的光度參數L*、a*、b*以及適光透射率Y的值，并將其列在表1中。
表1

單元區格的數量和層組件的數量不改變多層層疊件的對稱性。它們可以是奇數或偶數，只要它們在與表層/PBL合并之前是整數即可。當薄膜含有由非光學層間隔的多個層組件時，需個別考慮每個層組件的對稱性。
對于實例1b的薄膜，正入射光譜與偏振性基本上無關。將正入射光譜與60°光譜比較，其結果顯示在圖14中。當正入射光譜具有噪聲時，以60°角入射的p偏振光和s偏振光噪聲較高。正入射光譜與偏振性基本上無關，意味著均衡的面內折射率。
實例2通過在實例1結構的最外A層與表層/PBL之間增加(相對)厚度為x的附加層B，對IR反射多層IR薄膜建模。
在實例2a中，薄膜具有以下層結構(表層/PBL_A)(xB)7A1B1A7B1A1B............7A1B1A7B1A1B(表層/PBL_A)在實例2b中，薄膜具有以下層結構(表層/PBL_A)7B1A1B7A1B1A............7B1A1B7A1B1A(xB)(表層/PBL_A)在每一情況下，有效光學組件的總層數為6n+1，其中n為沒有附加層時組件中的單元區格數量。不管xB層的厚度如何，實例2a中的薄膜結構都不具有對稱性。實例2b中的薄膜結構只有在x＝7時才具有對稱性。
圖15的光譜是根據實例2a分別在x＝1、7和20時對三種模擬薄膜獲得的，每個這種薄膜具有三個光學組件，每一組件中具有32個單元區格。薄膜層疊件構造如下表層/PBL(組件1)PBL(組件2)PBL(組件3)表層/PBL。
在光學層疊件、PBL和表層中采用的高折射率光學材料為低熔點PEN，折射率為1.73(沿全部兩個面內方向)，并且光學層疊件中采用的低折射率聚合物為PMMA，折射率為1.49(沿所有方向)。采用與實例1中相同的線性厚度梯度1.27，即對于組件2和3采用比例因數1.11和1.22。非光學層的物理厚度也與實例1中相同。圖15顯示附加層破壞了假對稱性，導致可見光譜中噪聲增加并且透射率降低。隨著附加層的厚度增加，噪聲增強并且可見光透射率降低。然而，這種改變依賴于波長并且不是線性的。
對于模擬IR薄膜本身以及汽車玻璃58/15密耳PVB/IR反射薄膜/15密耳PVB/玻璃58的模擬玻璃層壓件，其光度參數L*、a*、b*以及適光透射率Y的計算值列在下面的表2中。
表2

圖16畫出了根據實例2b分別在x＝1、7和20時對薄膜模擬獲得的光譜。其它參數與實例2a中相同。圖16表明，附加層導致可見光譜區域中的噪聲增加，對于所有三個附加層厚度其增加量是粗略可比的。如上所述，薄膜2b(x＝7)呈現不同于薄膜1b、2b(x＝1)和2b(x＝20)的假對稱性，圖16還表明薄膜2b(x＝7)噪聲沒有減小，因為據信對稱性或假對稱性之外的特性也會相當重要。對于模擬IR薄膜本身以及汽車玻璃58/15密耳PVB/IR反射薄膜/15密耳PVB/玻璃58的模擬玻璃層壓件，其光度參數L*、a*、b*以及適光透射率Y的計算值列在下面的表3中。
表3

實例3在這些模擬結構中，表層/PBL具有不同于光學層疊件中任一材料折射率的折射率。
考慮三種情況實例3a表層/PBL折射率＞高折射率光學材料的折射率實例3b低折射率光學材料的折射率＜表層/PBL折射率＜高折射率光學材料的折射率實例3c表層/PBL折射率＜低折射率光學材料的折射率對于采用711光學層疊件結構且三個組件中每個具有大致7A1B1A7B1A1B............7A1B1A7B1A1B層排列的每一實例，獲得模擬光譜。薄膜構造為表層/PBL(組件1)PBL(組件2)PBL(組件3)表層/PBL，每一組件具有32個單元區格。高折射率光學材料為折射率1.73(沿全部兩個面內方向)的低熔點PEN，低折射率光學材料為折射率1.49(沿所有方向)的PMMA。對于實例3a、實例3b和實例3c，所用的表層/PBL折射率分別為1.91、1.61和1.32。層厚梯度、組件2和3的比例因數、以及非光學層的物理厚度與實例1中相同。
圖17中畫出了模擬的正入射光譜，也一并畫出了前面所述的薄膜1a的模擬正入射光譜。當表層/PBL折射率不同于所述光學材料任一的折射率時，用整數個單元區格不能實現對稱的層排列。圖17表明，表層/PBL折射率可較大地影響可見光透射光譜。當表層/PBL折射率大于光學層疊件中兩種材料任一的折射率時，可見光透射率水平大幅度降低且噪聲增加。當表層/PBL折射率低于全部兩個光學層疊件材料的折射率時，可見光透射率水平較高但是噪聲大幅度增加。當表層/PBL折射率介于所述兩種光學材料的折射率之間時，可見光透射率較高且非常平整。其平整度與表層/PBL折射率等于光學材料高折射率時的最好情況相當。
實例4在該實例中，通過模擬對數個1/4波長結構進行評估。
在實例4a中，薄膜結構如下(表層/PBL_A)ABAB............AB(表層/PBL_A)具有折射率與光學層A相同的表層/PBL的該1/4波長雙層單元區格系統是對稱的。在表層/PBL與光學層疊件的外層合并之后，有效光學層疊件具有2n-1層，其中n為單元區格的數量。然而，這種合并使單元區格的總數保持為近整數，所以其可見光譜預計具有較小的噪聲。
在實例4b中，薄膜結構如下(表層/PBL_C)ABAB............AB(表層/PBL_C)表層/PBL的折射率不同于任一光學材料的折射率，所以該光學層疊件不再是對稱的。其可見光譜預計會具有比實例4a中薄膜的光譜更大的噪聲。
在實例4c中，薄膜結構如下(表層/PBL)(xB)ABAB............AB(表層/PBL)當在表層/PBL與光學層疊件之間增加附加層xB時(有效光學層疊件中的總層數為2n+1)，該層疊件只有在xB為1/4波長厚度才是對稱的，因為其它光學層A、B每個都采用1/4波長厚度。但是只有在表層/PBL折射率等于光學材料之一折射率從而發生合并時單元區格的總數才是整數。
對于60單元區格結構的低熔點PEN(折射率＝1.73)/PMMA(折射率＝1.49)組件，獲得模擬正入射光譜。附加層為PMMA，其厚度分別為x＝0(實例4a，即沒有附加層)、1(1/4波長，實例4c)、12(3波長，實例4c)和36(9波長，實例4c)。表層/PBL由低熔點PEN制成。對于實例4a-c的每個實例，采用1.20的線性厚度梯度，并且表層/PBL的物理厚度為5792nm。結果顯示在圖18中。
圖18表明，實例4c(x＝1)的結果與實例4a的結果非常相似。這兩種結構都具有對稱的層疊件，其唯一差別在于前者比后者多一個完整的單元區格。當附加層xB的厚度大于1/4波長厚度時，可見光譜中的噪聲增加。隨著附加層厚度從3波長增加至9波長，噪聲呈現稍微的降低。
圖19畫出了對于四個模擬薄膜獲得的正入射光譜，每個薄膜各具有一個光學組件，該光學組件具有60單元區格的低熔點PEN(折射率＝1.73)/PMMA(折射率＝1.49)，每個薄膜根據實例4b建模。所用表層/PBL折射率分別為1.32、1.61、1.73和1.91。與上面考察的711結構類似，隨著表層/PBL折射率的增加，透射率水平趨于降低。關于噪聲，當表層/PBL折射率介于所述兩種光學材料之間時，噪聲較小。除此之外，沿任一方式變化(增高或降低)，噪聲都變大。
實例5為確認噪聲不是由于多組件引起的，對于實例1a和1b中的結構但是薄膜僅具有一個組件31個711型單元區格，獲得模擬光譜。圖20確認，根據實例1b(非對稱)的這種單組件薄膜比根據實例1a(對稱)的單組件薄膜具有大得多的噪聲。
實例6除了在光學層疊件中采用聚合物PET/coPMMA替代實例1的低熔點PEN/PMMA系統之外，對與實例1中相同的薄膜進行建模和評估。這些薄膜稱作實例6a(對應于實例1a的結構)和實例6b(對應于實例1b的結構)。PET和coPMMA的面內折射率分別為1.65和1.49。圖21中畫出了計算的正入射透射光譜。薄膜6b(非對稱)與薄膜6a(對稱)相比觀察到更大量的噪聲，從而確認了可見光噪聲減小的相同判據適用于不同的選定聚合物。
實例7除了組件1位于組件2與3之間之外，采用上面實例1a中所述的對稱711層結構設計IR反射多層薄膜結構。實際上采用具有多層供料頭的擠出熔融工藝來制作薄膜。在光學層疊件中采用PET/coPMMA聚合物，并且采用Lambda 19光譜儀在所制得薄膜上實際測量圖22中的光譜。該結構具有整齊/平整且較高的可見光譜透射率。
其它實例的矩陣對于由多個具有六層7-1-1-7-1-1結構的單元區格制成的光學組件，存在六種可能的起始層排列，也即當從光學組件的一端開始數單元區格時(7A-1B-1A-7B-1A-1B、1B-1A-7B-1A-1B-7A、1A-7B-1A-1B-7A-1B為三個此種循環排列)。如果光學組件在其另一端包含部分的單元區格，則可能有許多的光學組件排列，如圖23的光學組件示意圖中所示。其中畫出了7-1-1結構中交替的A和B光學層，從上到下排列的N個完整單元區格1B-7A-1B-1A-7B-1A構成的中間部分總是存在，并且可以從上到下增加0至6個光學層(按照相同的順序)。為簡化起見，沒有畫出PBL/表層。附加的上層以羅馬數字識別，附加的下層以阿拉伯數字識別。圖23因而以圖示方式畫出了49種光學組件排列，每個此種排列對應于該圖中的一個不同垂直薄片，并且每個此種排列可以由兩部分的羅馬數字阿拉伯數字標記來識別。例如，標記IV2表示在中間組件的上方設有四個附加層并且在下方設有2個附加層的排列。
當在光學組件的兩側增加非光學層并且使得這種非光學層能夠采用不同的折射率時，會使排列的數量進一步倍增。因此層排列為(表層/PBL)/(光學組件)/(表層/PBL)，其中光學組件為圖23中所示49種排列之一種。為計算目的，我們選取N＝30(也即中間部分完整711單元區格的數量)nA＝1.65nB＝1.50n表層/PBL＝變量1.0(即空氣，沒有表層或PBL層)；1.425；1.5；1.5375；1.575；1.6125；1.65；1.725單元區格光學厚度＝0.5·850nm(在整個層疊件范圍內是均勻的，沒有梯度)表層/PBL層厚度＝2348.04nm(物理厚度，而非光學厚度)所有折射率都是沿著至少一個公共面內方向(x、y或兩者)，并且假定在整個可見光和近紅外(約400至約2000nm)區域都是恒定的。光學物體建模成置于空氣(折射率＝1)中。對于392種情形(來自矩陣的49種光學組件和8種不同的表層/PBL非光學層情況)的每一種情形計算和評估其正入射光譜。注意對于n表層/PBL＝1.0、1.425、1.5375、1.575、1.6125、1.725時的各種情形，光學層和非光學層不發生合并，因此有效光學組件與原始光學組件相同。但是對于n表層/PBL＝1.5和1.65，情況并不必然如此，此時取決于圖23中所示49種情形中的光學層排列，最外光學層之一層或全部兩層或者沒有任何一層與表層/PBL層之一合并。
圖24a提供了一個矩陣，表示對于圖23中49種光學組件的每一種，當n表層/PBL＝1.0、1.425、1.5375、1.575、1.6125、1.725時以及一般地當光學組件由折射率不同于組件中任一光學層的非光學層作為邊界時得到的有效光學組件的對稱性以及相對于整數單元區格的偏差。例如，情形03具有對稱的有效光學組件(用方框上部的“SYM”表示)，其相對于整數單元區格偏差3個光學層(用方框下部的+3表示)。類似地，情形III3的有效光學組件具有反對稱性(用方框上部的“RVS”表示)，并且具有整數個單元區格(用方框下部的“+0”表示)。情形II3的有效光學組件是非對稱的(通過方框上部不作標記表示)，并且比整數個單元區格少一個光學層(用方框下部的“-1”表示)。
圖24b與圖24a類似，不同之處在于圖24b表示當n表層/PBL＝1.5時以及一般地當光學組件由折射率大致等于組件中低折射率光學層的非光學層作為邊界時得到的有效光學組件的對稱性以及相對于整數單元區格的偏差。圖24c與圖24a-b類似，不同之處在于圖24c表示當n表層/PBL＝1.65時以及一般地當光學組件由折射率大致等于組件中高折射率光學層的非光學層作為邊界時得到的有效光學組件的對稱性以及相對于整數單元區格的偏差。
圖25a-h表示對于具有以下非光學層折射率的光學層疊件49種排列之每一種的計算機模擬結果圖25a-n表層/PBL＝1.0(沒有表層或PBL層)圖25b-n表層/PBL＝1.425圖25c-n表層/PBL＝1.5圖25d-n表層/PBL＝1.5375圖25e-n表層/PBL＝1.575圖25f-n表層/PBL＝1.6125
圖25g-n表層/PBL＝1.65圖25h-n表層/PBL＝1.725圖25a-h中列出的數字是從400納米開始到600納米結束的光譜范圍中，也即一部分可見光譜區域中，從最大計算百分比透射率到最小計算百分比透射率的范圍。所列值用百分比表示，例如在所述光譜區域上從85％到90％變化的百分比透射率在表中得到的值為“5”。百分比透射率的范圍是選擇用于表示可見光區域中光譜噪聲量的品質因數。因此，在400-600nm范圍上百分比透射率具有較大波動的實施例具有較大的值，而具有較小波動量(也即可見光區域中平整的透射光譜)的實施例具有較小的值。
對圖25a-h的考察再次確認了有效光學組件的起始光學層和終止光學層以及基本單元區格結構的特定循環排列可以對可見光區域中的光譜噪聲具有顯著的影響。最低量的可見光噪聲發生在作為組件邊界的非光學層具有的折射率在高和低折射率光學層之間大約中間時。在此情況下，對于有效光學組件中呈現反對稱性的層排列產生最低噪聲，而與偏離整數單元區格的層數無關。另一個特殊情況發生在非光學層具有的折射率與低或高折射率光學層之一相同時。在這些情況下，對于其中有效光學層疊件呈現對稱性并且比整數單元區格少一個光學層的層排列產生最低可見光噪聲。
申請人注意到此處所述的數值模擬采用了公知的矩陣乘法技術來計算給定多層層疊件的透射光譜。還采用了公知的數值平滑技術來避免異常采樣效果和將光譜如同它們例如在傳統光譜儀上所測量的那樣更精確地加以表示。對于圖13-21所示的數據一致地采用一種數值平滑技術，并且對于圖25a-h所示的數據一致地采用第二種數值平滑技術。
所有上述美國專利、美國專利說明書、美國專利申請以及PCT說明書都在此引入作為參考。已經描述了本發明的多個實施例。另外，應當理解，在不偏離本發明精神和范圍的情況下可以作出多種改變。例如，如果需要，例如在其中虹彩有益的裝飾應用場合，可以采用本文所教導的原理來獲得在可見光區域具有較高而不是較低噪聲量的薄膜。類似地，也可以采用將可見光區域光譜變化性與可見光區域平均透射率水平加以結合，和/或與紅外波長范圍的平均反射率或透射率水平加以結合，和/或與其它光學特性加以結合所獲得的品質因數。另外，為獲得更好光學品質因數的目的所進行的比較可以在不僅包含一個或多個有效光學組件而且包含多個傳統元件比如眩光制品層、PVB層等的模擬或制造光學物體上進行。包含這種附加元件會影響此種比較的結果。相應地，其它實施例也處于所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種光學物體，至少包含一個由多個鄰接光學層構成的第一有效光學組件，光學層由非光學層分界，所述光學層由交替的相異材料A、B構成，其中所述光學層當從第一有效光學組件的一端起算時形成多個單元區格，每個單元區格具有六個光學層，按其相對光學厚度以第一循環排列7A1B1A7B1A1B設置，從而提供的該光學物體比一個第二光學物體具有更好的光學品質因數，其中第二光學物體除具有一個第二有效光學組件替代第一有效光學組件之外與最先所述光學物體相同，所述第二有效光學組件具有的光學層以不同于第一循環排列的第二循環排列7A1B1A7B1A1B設置。
2.如權利要求1所述的光學物體，其中所述光學品質因數包括該光學物體在關注波長范圍內的透射光譜的變化性測度。
3.如權利要求2所述的光學物體，其中所述第一循環排列比所述不同的循環排列提供了較低的光學品質因數。
4.如權利要求1所述的光學物體，其中所述第二有效光學組件具有的光學層總數N與所述第一有效光學組件具有的光學層總數M相差不超過6。
5.如權利要求1所述的光學物體，其中正入射時第一有效光學組件提供一個位于紅外波長的反射波帶并且基本上透射可見光波長的光束。
6.如權利要求1所述的光學物體，其中第一有效光學組件主要由整數個單元區格構成。
7.如權利要求1所述的光學物體，其中第一有效光學組件主要由非整數個單元區格構成。
8.如權利要求1所述的光學物體，其中材料A、B沿至少一個面內軸具有的折射率滿足關系nA＞nB，并且其中作為第一有效光學組件邊界的非光學層沿所述至少一個面內軸具有折射率nC。
9.如權利要求8所述的光學物體，其中nA＞nC＞nB，并且其中第一有效光學組件相對于組件中的一個平面呈現反對稱性或反假對稱性。
10.如權利要求8所述的光學物體，其中nC等于nA和nB之一，并且其中第一有效光學組件相對于組件中的一個平面呈現對稱性或假對稱性，并且其中第一有效光學組件主要由比整數個單元區格少一個光學層所構成。
11.如權利要求1所述的光學物體，其中所述光學物體還包括一個第一層眩光材料。
12.如權利要求11所述的光學物體，其中所述光學物體還包括一個第二層眩光材料，并且所述第一有效光學組件位于該第一與第二層眩光材料之間。
13.如權利要求12所述的光學物體，還包括含有PVB的層，位于第一有效光學組件與所述第一和第二層眩光材料的每個之間。
14.一種車輛，包括權利要求11的光學物體。
15.如權利要求1所述的光學物體，其中所述第一有效光學組件中的各單元區格具有的光學厚度根據一個層厚梯度沿著組件的厚度軸而改變。
16.如權利要求1所述的光學物體，其中該光學物體在位于約700nm至約2000nm波長之間的一個至少100nm寬的波帶中反射至少50％的光。
17.如權利要求1所述的光學物體，其中該光學物體包括一個第三有效光學組件，具有類似設計的第三單元區格鄰接排列，每個該第三單元區格主要由兩個光學層構成。
18.一種制品，至少包括一個具有單元區格的第一有效光學組件，其中單元區格主要由一個6光學層序列構成，其中位于第一有效光學組件第一端的一第一光學層從所述6光學層序列中選擇以提高光學品質因數。
19.如權利要求18所述的制品，其中位于第一有效光學組件第二端的一第二光學層同樣從所述6光學層序列中選擇以提高光學品質因數。
20.如權利要求18所述的制品，其中所述6光學層序列為7A1B1A7B1A1B的循環排列。
21.如權利要求18所述的制品，其中所述光學品質因數包括該制品在關注波長范圍內的透射光譜的變化性測度。
22.如權利要求21所述的制品，其中第一光學層選擇成減小所述光學品質因數。
23.如權利要求18所述的制品，其中正入射時第一有效光學組件提供一個位于紅外波長的反射波帶并且基本上透射可見光波長的光束。
24.如權利要求18所述的制品，其中第一有效光學組件主要由整數個單元區格構成。
25.如權利要求18所述的制品，其中第一有效光學組件主要由非整數個單元區格構成。
26.如權利要求20所述的制品，其中材料A、B沿至少一個面內軸具有的折射率滿足關系nA＞nB，并且其中該制品還包括作為第一有效光學組件邊界的非光學層，該非光學層沿所述至少一個面內軸具有折射率nC。
27.如權利要求26所述的制品，其中nA＞nC＞nB，并且其中第一有效光學組件相對于組件中的一個平面呈現反對稱性或反假對稱性。
28.如權利要求26所述的制品，其中nC等于nA和nB之一，并且其中第一有效光學組件相對于組件中的一個平面呈現對稱性或假對稱性，并且其中第一有效光學組件主要由比整數個單元區格少一個光學層所構成。
29.如權利要求18所述的制品，其中所述制品還包括一個第一層眩光材料。
30.如權利要求29所述的制品，其中所述制品還包括一個第二層眩光材料，并且所述第一有效光學組件位于該第一與第二層眩光材料之間。
31.如權利要求30所述的制品，還包括含有PVB的層，位于第一有效光學組件與所述第一和第二層眩光材料的每個之間。
32.一種車輛，包括權利要求29的制品。
33.如權利要求18所述的制品，其中所述第一有效光學組件中的各單元區格具有的光學厚度根據一個層厚梯度沿著組件的厚度軸而改變。
34.如權利要求1所述的制品，其中該制品在位于約700nm至約2000nm波長之間的一個至少100nm寬的波帶中反射至少50％的光。
35.如權利要求1所述的制品，其中該制品包括一第二有效光學組件，具有類似設計的第二單元區格鄰接排列，每個該第二單元區格主要由兩個光學層構成。
36.一種薄膜，包括一個光學層疊件，該光學層疊件包括至少一個具有類似設計單元區格鄰接排列的有效光學組件，所述至少一個有效光學組件包括一個第一有效光學組件，其中每個單元區格具有由至少第一和第二相異材料制成的超過兩個光學層，這些光學層設置成在組件中相對于組件中的一個平面呈現選自對稱性、假對稱性、反對稱性、和反假對稱性的特性。
37.如權利要求36所述的薄膜，其中第一有效光學組件中各層的厚度根據一個層厚梯度而改變。
38.如權利要求36所述的薄膜，其中所述薄膜在位于約700nm至約2000nm波長之間的一個至少100nm寬的波帶中反射至少50％的光。
39.如權利要求36所述的薄膜，其中第一有效光學組件由至少一個邊界層作為邊界，并且該邊界層的折射率等于所述第一和第二相異材料之一的折射率。
40.如權利要求36所述的薄膜，其中所述光學層疊件包括一第二有效光學組件，具有類似設計的第二單元區格鄰接排列，每個該第二單元區格主要由一個A層和一個B層構成。
41.如權利要求36所述的薄膜，其中第一有效光學組件中的每個單元區格具有6個光學層，以大約7A1B1A7B1A1B的相對光學厚度排列。
42.一種預層壓件，包括一層能量吸收材料和權利要求36的薄膜。
43.一種控制在紅外區域反射的多層薄膜中可見光譜區域噪聲的方法，該多層薄膜至少具有一由光學層構成的第一有效光學組件，設置成單元區格，該單元區格包括超過兩個此種光學層，該方法包括從單元區格中所述超過兩個光學層中選擇位于第一有效光學組件第一端的第一光學層以提高光學品質因數。
44.如權利要求43所述的方法，其中所述選擇步驟導致所述第一有效光學層疊件相對于該第一有效光學層疊件中的一個平面呈現選自對稱性、假對稱性、反對稱性、和反假對稱性的特性。
45.如權利要求43所述的方法，還包括從單元區格中所述超過兩個光學層中選擇位于第一有效光學組件第二端的第二光學層以提高光學品質因數。
46.如權利要求45所述的方法，其中所述單元區格主要由交替材料A、B制成的6個光學層構成，所述6個光學層具有7A1B1A7B1A1B的相對光學厚度循環排列。
47.如權利要求43所述的方法，其中所述光學品質因數包括所述多層薄膜在關注波長范圍內的透射光譜的變化性測度。
全文摘要
一種薄膜，包括由具有第一和第二相異聚合物A、B的交替光學層的單元區格構成的多層層疊件。所述單元區格可以主要由兩層(AB)、四層(2A1B2C1B)、或六層(7A1B1A7B1A1B)構成。這些層構成有效光學組件，位于非光學層之間，對其起始和終止光學層進行選擇以控制光學品質因數比如可見光區域的光譜噪聲。起始于所述有效光學組件一端的層結構限定了單元區格層序的具體循環排列，這提供了比類似設計但具有不同循環排列的有效光學組件更好的品質因數。
文檔編號B32B17/10GK1486436SQ02803694
公開日2004年3月31日 申請日期2002年1月15日 優先權日2001年1月15日
發明者劉堯奇, 杰里·A·西弗斯, 安德魯·T·拉夫, T 拉夫, A 西弗斯 申請人:3M創新有限公司