專利名稱：：聚合物纖維偏振片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及光學(xué)顯示系統(tǒng)，更具體地講涉及光學(xué)顯示膜，該光學(xué)顯示膜含有包括橫向受照的雙折射聚合物纖維的光學(xué)元件。
背景技術(shù)：
：數(shù)種不同種類的偏振膜可用于使非偏振光發(fā)生偏振。吸收型(二向色性)偏振片具有偏振相關(guān)的吸收性物質(zhì)來作為包含相，該吸收性物質(zhì)經(jīng)常為在聚合物基質(zhì)中對齊的含碘鏈。該種膜吸收其電場矢量平行于吸收性物質(zhì)對齊的偏振光并且透射垂直于吸收性物質(zhì)的偏振光。另一種類型的偏振膜為反射型偏振片，其通過透射一種狀態(tài)的光而反射另一狀態(tài)的光來使不同偏振狀態(tài)的光分離。一類反射型偏振片是多層光學(xué)膜(M0F)，其由多層交替聚合物材料的疊堆形成。其中一種材料為光學(xué)各向同性的，而另一種材料為雙折射的，雙折射材料的其中一個折射率與該各向同性材料的折射率相匹配。以一個偏振狀態(tài)入射的光經(jīng)歷該相匹配的折射率，并且基本上鏡面透射地穿過該偏振片。然而，以另一偏振狀態(tài)入射的光經(jīng)歷不同層之間界面處的多次相干或非相干反射，并由偏振片反射。另一類反射型偏振膜由分散在連續(xù)相基質(zhì)內(nèi)的內(nèi)含物構(gòu)造而成。相對于膜的寬度和高度，這些內(nèi)含物較小?？蓪@些內(nèi)含物的特性進行調(diào)控，從而為膜提供各種不同的反射特性和透射特性。這些內(nèi)含物構(gòu)成了連續(xù)相基質(zhì)內(nèi)的分散聚合物相?？赏ㄟ^對該膜進行拉伸來改變內(nèi)含物的尺寸和排列。該連續(xù)相或分散相中的一者為雙折射的，該雙折射材料的其中一個折射率與光學(xué)各向同性的另一個相的折射率相匹配。對連續(xù)相和分散相材料的選擇以及拉伸的程度會一起影響分散相與連續(xù)相之間雙折射折射率失配的程度。可調(diào)節(jié)其他特性來改善光學(xué)性能。
發(fā)明內(nèi)容4本發(fā)明的一個具體實施例涉及一種光學(xué)主體，該光學(xué)主體包括第一多層纖維，該第一多層纖維包括至少第一聚合物材料層和第二聚合物材料層。第一聚合物材料層設(shè)置在第二聚合物材料層之間。第一聚合物材料和第二聚合物材料中的至少一者為雙折射的。第三聚合物材料包圍該第一多層纖維，該第三聚合物層的折射率小于所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中的任一者的折射率。本發(fā)明的上述
發(fā)明內(nèi)容并非旨在描述本發(fā)明的每個示出的實施例或每種實施方案。下面的附圖和具體實施方式將更具體地舉例說明這些實施例。結(jié)合附圖并參考本發(fā)明各實施例的詳細(xì)描述，可更全面地理解本發(fā)明，附圖中圖1A和1B示意性地示出偏振膜的操作；圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明原理的聚合物層實施例的剖面圖3A-3C示意性地示出截取根據(jù)本發(fā)明原理的偏振膜實施例的剖視圖4示意性地示出可用于本發(fā)明一些實施例的纖維織物；圖5A-5H示意性地示出截取根據(jù)本發(fā)明原理的不同多層偏振纖維實施例的剖視圖6A-6H提供了示出多層偏振纖維的不同實施例的示例性層厚度分布的曲線圖7A-7B示意性地示出偏振片實施例的剖視圖，其示出入射光與多層偏振纖維的相互作用；圖8示意性地示出根據(jù)本發(fā)明原理的具有包圍多層偏振纖維的低折射率涂層的偏振片的剖視圖9示意性地示出用于分析多層偏振纖維行為的模型的參數(shù)；圖IOA和IOB提供曲線圖，表示由具有如下層厚度梯度的多層偏振纖維產(chǎn)生的透射和反射隨著半徑增大，層厚度減?。粓DIIA和IIB提供曲線圖，表示由具有如下層厚度梯度的多層偏振纖維產(chǎn)生的透射和反射隨著半徑增大，層厚度增大；圖12A提供曲線圖，表示具有如下層厚度梯度的多層偏振纖維的偏振特性隨著半徑增大，層厚度減??；圖12B提供曲線圖，表示具有如下層厚度梯度的多層偏振纖維的偏振特性隨著半徑增大，層厚度減小；圖13示意性地示出纖維偏振片的剖視圖，其中纖維具有非圓形對稱橫截面以及平行于偏振片表面的較長尺寸；圖14示出多層偏振纖維的局部剖視圖照片；以及圖15和16分別示出針對不同層厚度的多層偏振纖維測量出的反射率和透射率的曲線圖。雖然可對本發(fā)明做出多種修改形式和替代形式，但其細(xì)節(jié)是以舉例的方式示出并且將作詳細(xì)描述。然而應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不受所描述的具體實施例的限制。相反，本發(fā)明涵蓋所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的全部修改形式、等同形式和替代形式。具體實施例方式本發(fā)明適用于光學(xué)系統(tǒng)，并且更具體地講適用于偏振光學(xué)系統(tǒng)。一種新型反射偏振膜是纖維偏振膜，該纖維偏振膜為包含多個纖維的基質(zhì)層，該多個纖維具有內(nèi)部雙折射界面，即，雙折射材料與另一材料的界面。重要的是，選擇纖維偏振膜內(nèi)纖維的參數(shù)以便提供改善的偏振特性。本文中使用的術(shù)語"鏡面反射"和"鏡面反射率"是指從反射角基本上等于入射角的主體產(chǎn)生的光線反射，其中這些角是相對于主體表面的法線進行測量的。換句話講，當(dāng)光以某一特定角分布入射在主體上時，反射的光具有基本上相同的角分布。術(shù)語"漫反射"或"漫反射率"是指其中某些反射光的角度不等于入射角的光線反射。因此，當(dāng)光以特定角分布入射在主體上時，反射光的角分布不同于入射光的角分布。術(shù)語"全反射率"或"全反射"是指所有光的組合反射，鏡面反射和漫反射。類似地，本文使用的術(shù)語"鏡面透射"和"鏡面透射率"是指穿過其中透射光角分布(按照因斯涅爾定律發(fā)生的任何變化而進行調(diào)整)基本上等于入射光角分布的主體的光透射。術(shù)語"漫透射"和"漫透射率"是用來描述穿過其中透射光角分布不同于入射光角分布的主體的光透射。術(shù)語"全透射"或"全透射率"是指所有光的組合透射，鏡面透射和漫透射。圖1A和IB中示意性地示出反射型偏振膜100。按照本文所采用的慣例，膜的厚度方向取為z軸，并且x-y平面平行于膜的平面。當(dāng)非偏振光102入射在偏振膜100上時，平行于偏振膜100的透射軸偏振的光104基本上透射，而平行于偏振膜100反射軸偏振的光106基本上被反射。反射光的角分布取決于偏振片100的各種特性。例如，在一些示例性實施例中，如圖1A中示意性地示出，光106可被漫反射。在其他實施例中.，該反射光可包括鏡面反射和漫反射分量，而在一些實施例中，該反射可基本上為全鏡面反射。在圖1A中所示的實施例中，偏振片的透射軸平行于x軸，并且偏振片100的反射軸平行于y軸。在其他實施例中，這些情況可以反過來。透射光104可被鏡面透射，例如，如圖1A中示意性示出的；可被漫透射，例如，如圖1B中示意性示出的；或者可以鏡面透射和漫透射分量的組合被透射。當(dāng)透射光的一半以上發(fā)生漫透射時，則偏振片基本上漫透射該光，當(dāng)透射光的一半以上發(fā)生鏡面透射時，則偏振片基本上鏡面透射該光。圖2中示意性地展示了截取根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的反射型偏振體的剖面圖。主體200包含聚合物基質(zhì)202，也稱為連續(xù)相。該聚合物基質(zhì)可為光學(xué)各向同性或光學(xué)雙折射。例如，該聚合物基質(zhì)可以為單軸雙折射或雙軸雙折射，這意味著該聚合物的折射率可沿一個方向不相同而沿兩個垂直的方向類似(單軸雙折射)，或者可在全部三個垂直方向上都不相同(雙軸雙折射)。偏振纖維204設(shè)置在基質(zhì)202內(nèi)。偏振纖維204包含至少兩種聚合物材料，至少其中一種聚合物材料為雙折射的。在一些示例性實施例中，其中一種材料為雙折射的，而其他一種或多種材料為各向同性的。在其他實施例中，形成纖維的的兩種或更多種材料為雙折射的。在一些實施例中，由各向同性的材料形成的纖維可存在于基質(zhì)202內(nèi)。第一纖維材料沿x、y和z方向的折射率可表示為nlx、~和nlz，并且第二纖維材料沿x、y和z方向的折射率可表示為n2x、~和n2z。如果材料7為各向同性，則x、y和Z折射率基本上全部一致。如果第一纖維材料為雙折射的，則x、y和z折射率中至少一個不同于其他折射率。在每個纖維204內(nèi)，存在多個形成于第一纖維材料與第二纖維材料之間的界面。例如，如果這兩種材料在界面處具有它們的x和y折射率并且nlx#nly，即，第一材料為雙折射的，則該界面為雙折射的。下文將論述偏振纖維的不同示例性實施例。纖維204設(shè)置為大體平行于在圖中示出為x軸的軸線。平行于x軸偏振的光在纖維204內(nèi)雙折射界面處的折射率差(nlx-n2x)可不同于平行于y軸偏振的光的折射率差(nly-n2y)。當(dāng)界面處的折射率差對于不同的方向不同時，可認(rèn)為該界面為雙折射的。因此，對于雙折射界面，有An,#△ny其中△nx二Inlx-n2x|并且△ny二1nly-n2y|。對于一個偏振狀態(tài)，纖維204內(nèi)的雙折射界面處的折射率差可相對較小。在一些示例性情況下，該折射率差可小于0.05?？烧J(rèn)為這種狀況基本上是折射率匹配的。該折射率差可小于0.03、小于0.02或小于0.01。如果該偏振方向平行于x軸，則x偏振光通過主體200時幾乎不發(fā)生反射或者根本不發(fā)生反射。換句話講，x偏振光高度透射穿過主體200。對于正交偏振狀態(tài)的光，纖維內(nèi)雙折射界面處的折射率差可相對較高。在一些示例性實施例中，折射率差可以為至少0.05，并且可能更大，例如，0.1或0.15或可為0.2。如果該偏振方向平行于y軸，則y偏振光會在雙折射界面處發(fā)生反射。因此，y偏振光被主體200反射。如果纖維204內(nèi)的雙折射界面基本上相互平行，則該反射可大致為鏡面反射。另一方面，如果纖維204內(nèi)的雙折射界面并非基本上相互平行，則該反射可基本上為漫反射。其中的一些雙折射界面可相平行，而其他界面可并非相平行，這可導(dǎo)致反射光既包含鏡面反射又包含漫反射。此外，雙折射界面可為彎曲的或相對較小，換句話講，在入射光波長的數(shù)量級內(nèi)，這會導(dǎo)致漫散射。盡管剛剛描述的示例性實施例涉及x方向上的折射率匹配，而y方向上相對較大的折射率差，但其他示例性實施例包括y方向上的折射率匹配，而x方向上相對較大的折射率差。聚合物基質(zhì)202可為基本上光學(xué)各向同性的，例如，具有小于約0.05并且優(yōu)選地小于0.01的雙折射率n3x-n3y，即基質(zhì)內(nèi)的x和y方向的折射率分別為r^和n3y。在其他實施例中，聚合物基質(zhì)202可為雙折射的。因此，在一些實施例中，聚合物基質(zhì)與纖維材料之間的折射率差可在不同方向上不同。例如，x折射率差nlx-^可不同于y折射率差nly-n3y。在一些實施例中，這些折射率差中的一個可以為另一折射率差的至少兩倍。在一些實施例中，折射率差、雙折射界面的范圍和形狀以及雙折射界面的相對位置可導(dǎo)致其中一個入射偏振光的漫散射多于另一入射偏振光。這種散射可主要為后向散射(漫反射)、前向散射(漫透射)或者后向散射和前向散射的組合。適合用于聚合物基質(zhì)和/或纖維的材料包括在所需光波長范圍內(nèi)透明的熱塑性和熱固性聚合物。在一些實施例中，聚合物不溶于水會特別有用。此外，合適的聚合物材料可為非結(jié)晶的或半結(jié)晶性的，并且可包括均聚物、共聚物或它們的共混物。聚合物材料的實例包括(但不限于)聚碳酸酯(PC);間同立構(gòu)和全同立構(gòu)聚苯乙烯(PS);CI-C8垸基苯乙烯；含垸基、含芳族環(huán)和含脂族環(huán)的(甲基)丙烯酸酯，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PMMA共聚物；乙氧基化和丙氧基化的(甲基)丙烯酸酯；多官能(甲基)丙烯酸酯；丙烯酸改性環(huán)氧樹脂；環(huán)氧樹脂；以及其他的烯鍵式不飽和材料；環(huán)狀烯烴和環(huán)狀烯共聚物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS);苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN);環(huán)氧樹脂；聚乙烯基環(huán)己垸;P薩A/聚氟乙烯共混物；聚苯醚合金；苯乙烯系嵌段共聚物；聚酰亞胺；聚砜；聚氯乙烯；聚二甲基硅氧烷(PDMS);聚氨酯；不飽和聚酯；聚乙烯，包括低雙折射聚乙烯；聚丙烯(PP);聚對苯二甲酸垸基酯，例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET);聚萘二甲酸烷基酯，例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN);聚酰胺；離聚物；乙酸乙烯酯/聚乙烯共聚物；乙酸纖維素；醋酸丁酸纖維素；含氟聚合物；聚苯乙烯-聚乙烯共聚物；PET和PEN共聚物，包括多烯鍵的PET和PEN;以及聚碳酸酯/脂族PET共混物。術(shù)語(甲基)丙烯酸酯被定義為相應(yīng)的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯化合物。除了間同立構(gòu)PS之外，這些聚合物可以光學(xué)各向同性的形式使用。9這些聚合物的其中數(shù)種在獲得取向時可變?yōu)殡p折射的。具體地講，PET、PEN及其共聚物以及液晶聚合物在獲得取向時表現(xiàn)出相對較大的雙折射率值。可采用包括擠出和拉伸在內(nèi)的不同方法對聚合物進行取向。為使聚合物獲得取向，拉伸是一種尤其有用的方法，這是因為這種方法允許很大程度的取向，并且通過很多容易控制的外部參數(shù)(例如，溫度和拉伸比)便可進行控制。下表I中提供多種示例性取向的和未取向的聚合物的折射率。表I一些聚合物材料的典型折射率倌<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>PCTG和PETG(乙二醇改性聚對苯二甲酸乙二醇酯)為共聚酯，商標(biāo)名為Eastar，可得自(例如)EastmanChemicalCo.,Kingsport，TN。THV為四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的聚合物，商標(biāo)名為Dyneon，可得自3MCompany,St.Paul,MN。PS/PMMA共聚物是可通過改變共聚物內(nèi)構(gòu)成單體的比例來調(diào)節(jié)其折射率從而實現(xiàn)所需折射率值的共聚物實例。標(biāo)記為"S.R."的列包含拉伸比。拉伸比為1意味著該材料未經(jīng)拉伸和取向。拉伸比為6意味著該樣本被拉伸至其原長度的六倍。如果在正確溫度條件下進行拉伸，則聚合物分子會獲得取向并且該材料會變?yōu)殡p折射的。然而，可以在不使分子獲得取向的情況下拉伸該材料。標(biāo)記為"T"的列指示樣本的拉伸溫度。拉伸后的樣本被拉伸成片材。標(biāo)記為nx、ny和化的列是指材料的折射率。如果表格中沒有列出ny和riz的值，則ny和riz的值與ri、相同。預(yù)計，在纖維拉伸下的折射率行為會得出類似于但不必相同于在片材拉伸下的結(jié)果?？蓪⒕酆衔锢w維拉伸到產(chǎn)生所需折射率值的任何所需值。例如，可拉伸一些聚合物纖維，以產(chǎn)生至少3并且可為至少6的拉伸比。在一些實施例中，可將聚合物纖維拉伸地甚至更多，例如，拉伸至高達20或甚至更大的拉伸比。適合拉伸從而實現(xiàn)雙折射的溫度近似約為聚合物熔點(以開爾文為單位)的80%。此外，聚合物熔體在擠出和成膜工藝期間經(jīng)歷的流動所引發(fā)的應(yīng)力也可引發(fā)雙折射性。此外，還可通過對齊相鄰表面(例如，膜制品內(nèi)的纖維)來形成雙折射性。雙折射可為正雙折射或負(fù)雙折射。正雙折射被定義為當(dāng)線性偏振光的電場軸線方向平行于聚合物的取向或?qū)R表面時，該方向經(jīng)歷最高折射率。負(fù)雙折射定義為當(dāng)線性偏振光的電場軸線方向平行于聚合物的取向或?qū)R表面時，該方向經(jīng)歷最低折射率。正雙折射聚合物的實例包括PEN和PET。負(fù)雙折射聚合物的實例包括間規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯。基質(zhì)202和/或聚合物纖維204可提供具有各種添加劑以使主體200具有所需的性質(zhì)。例如，添加劑可以包括下列物質(zhì)的一種或多種耐候劑、紫外線吸收劑、受阻胺光穩(wěn)定劑、抗氧化劑、分散劑、潤滑劑、抗靜電劑、顏料或染料、成核劑、阻燃劑和發(fā)泡劑?？商峁┢渌砑觿﹣砀淖兙酆衔锏恼凵渎驶蛟龃蟛牧系膹姸取＿@些添加劑可包括(例如)聚合物添加劑(諸如聚合物珠或顆粒和聚合物納米顆粒)、或者無機添加劑(諸如玻璃、陶瓷或金屬氧化物納米顆粒、或經(jīng)研磨的、粉末狀、珠狀、片狀或顆粒狀玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷)?？稍谶@些添加劑的表面提供用以鍵合到聚合物上的鍵合劑。例如，硅烷偶聯(lián)劑可與玻璃添加劑一同使用以將玻璃添加劑鍵合至聚合物。在一些實施例中，基質(zhì)202或纖維204的組分優(yōu)選地可不溶于溶劑或至少耐溶劑。適合的耐溶劑型材料的實例包括聚丙烯、PET和PEN。在其他實施例中，基質(zhì)202或聚合物纖維204的組分優(yōu)選地可溶于有機溶劑。例ii如，基質(zhì)202或由聚苯乙烯形成的纖維組分溶于有機溶劑(諸如丙酮)。在其他實施例中，該基質(zhì)優(yōu)選地可溶于水。例如，由聚乙酸乙烯酯形成的基質(zhì)202或纖維組分可溶于水。在一些實施例中，光學(xué)元件材料的折射率可沿纖維長度(沿x方向)變化。例如，可以不對該元件實施均勻拉伸，而是可以將該元件拉伸為一些區(qū)域的拉伸程度比其他區(qū)域大。因此，可取向材料的取向程度沿該元件是不均勻的，并且因而雙折射率可沿該元件在空間上變化。此外，包含于基質(zhì)內(nèi)的纖維可改善光學(xué)元件的機械屬性。具體地講，一些聚合物材料(諸如，聚酯)在纖維形式時的強度大于在膜形式時的強度，且因此含有纖維的光學(xué)元件的強度會大于尺寸類似而不含纖維的光學(xué)元件。纖維204可以為直形，但無需為直形，例如，纖維204可以為扭結(jié)形、螺旋形或褶皺形。在一些實施例中，存在于偏振層內(nèi)的一些或全部纖維可以為聚合物偏振纖維。在其他實施例中，該偏振片還可包含可由各向同性材料(例如，各向同性聚合物或無機材料(例如，玻璃、陶瓷或玻璃陶瓷))形成的纖維。在膜中使用無機纖維的這種用法在美國專利申請公開No.2006/0257678中有更加詳細(xì)的論述。無機纖維為偏振層提供附加的剛度，并且在濕度和/或溫度不均勻的條件下提供抗巻曲和抗變形。在一些實施例中，該無機纖維材料具有與基質(zhì)折射率相匹配的折射率，而在其他實施例中，該無機纖維具有不同于基質(zhì)折射率的折射率?？墒褂萌魏瓮该黝愋偷牟Ａ?，包括高質(zhì)量玻璃，例如，E-玻璃、S-玻璃、BK7、SK10等等。此外，一些陶瓷的晶體尺寸也小到足以使得如果將這些陶瓷嵌入在折射率適當(dāng)匹配的基質(zhì)聚合物中，則這些陶瓷可看上去為透明的。這類材料的實例是可得自明尼蘇達州圣保羅市的3M公司的Nextel陶瓷纖維，并且這類材料已經(jīng)有線、紗和織造墊等產(chǎn)品形式。所關(guān)注的玻璃-陶瓷具有如下組合物(但不限于如下組合物)Li20-A1203-Si02、Ca0-A1203-Si02、Li20-MgO-ZnO-A1203-Si02、Al203_Si02、和ZnO-A1203-Zr02-Si02、Li20-Al203-Si02、以及Mg0-Al203-Si02。該偏振層可包括按很多不同方式布置在基質(zhì)內(nèi)的偏振纖維。例如，這些纖維可隨機設(shè)置在基質(zhì)的整個橫截面區(qū)域上。也可使用其他更為規(guī)則的橫截面布置。例如，在圖2中示意性示出的示例性實施例中，纖維204以一維陣列的形式布置在基質(zhì)202內(nèi)，相鄰纖維204之間具有規(guī)則的間距。在該實施例的一些變型中，相鄰纖維204之間的間距無需對于所有纖維204都相同。在該示出的實施例中，單層纖維204設(shè)置在元件200的兩個表面206、208之間的中間位置。情況未必一定如此，而是纖維層204可定位靠近表面206、208中的任一者。在圖3A中以橫截面形式示意示出的另一個示例性實施例中，偏振膜300包括定位于基質(zhì)302內(nèi)的兩層纖維304a、304b。在該實施例中，上層纖維304a以與下層纖維304b相同的中心-中心間距相互間隔開。此外，上層纖維304a定位成與下層纖維304b對齊(沿y方向?qū)R)。情況未必如此，并且中心-中心間距可以不相同，并且/或者y對齊可以不相同。例如，在圖3B中示意性示出的偏振片310的實施例中，上層纖維314a之間的中心-中心間距與下層纖維314b相同。然而，纖維304a沿y方向與纖維304b錯開。這個實施例一個可能的優(yōu)點在于，上纖維層314a可填充下層纖維314b之間的空隙，并因此使垂直傳播光線316與纖維304a或304b相交并從而變?yōu)槠窆獾臋C會增大?？墒褂昧硗獾睦w維層。例如，在示意性示出于圖3C中的偏振膜320的實施例中，基質(zhì)322包含三層纖維324a、324b和324c。在該具體實施例中，中層纖維324b沿y方向與上層纖維324a和下層纖維324c錯開。此外，該實施例示出沿y方向的纖維間距可不同于沿z方向的纖維間距。偏振纖維可作為單纖維或者以很多其他布置形式組織在基質(zhì)內(nèi)。在一些示例性布置中，纖維可以如下形式包含在偏振片內(nèi)紗線、沿聚合物基質(zhì)內(nèi)的一個方向布置的絲束(纖維絲束或紗線絲束)、織造纖維、非織造纖維、短纖維、短纖維墊(隨機或有序形式)或這些形式的組合?？蓪@些短纖維墊或非織造材料進行拉伸、施加應(yīng)力或取向，以使纖維在非織造材料或短纖維墊內(nèi)具有一定程度的對齊，而并非具有隨機的纖維布置。關(guān)于在基質(zhì)內(nèi)具有偏振纖維布置的偏振片的形成，美國專利申請公開No.2006/0193577中有更加完整的描述。這些纖維可以一種或多種纖維織物的形式包含在基質(zhì)中。圖4中示意性地示出織物400。偏振纖維可形成經(jīng)紗部分402和/或緯紗部分404。該織物中可包括無機纖維，并且無機纖維也可形成經(jīng)紗部分402和/或緯紗部分404。另外，經(jīng)紗402或諱紗404的纖維中的一些可為各向同性聚合物纖維。圖4中所示織物400的實施例是5通絲緞紋織物，但也可使用不同類型的織物，例如，其他類型的緞紋織物、平紋織物等等。在一些實施例中，基質(zhì)內(nèi)可包括一種以上的織物。例如，偏振膜可包括一種或多種含有偏振纖維的織物以及一種或多種僅含有無機纖維的織物。在其他實施例中，不同的織物可既包括偏振纖維又包括無機纖維。可用(例如)三個織造纖維層來形成具有三個纖維層的偏振片320。還可為偏振片提供在一個或兩個表面上的結(jié)構(gòu)，例如，如美國專利申請公開No.2006/0193577中更加詳細(xì)論述的。這些表面可包括(例如)亮度增強表面、透鏡化表面、漫射表面等等。此外，偏振纖維和/或其他纖維的密度無需在整個偏振片體積內(nèi)均勻，而是可以有所變化。舉例來說，一些纖維可用于在反射或透射中提供漫射，以(例如)降低整個偏振片上的照度不均勻性。這樣就可遮掩設(shè)置在偏振片后面的光源，纖維密度在光源上方較大并且隨著遠(yuǎn)離光源而減小。在一個示例性實施例中，纖維中所用類型的雙折射材料在取向時會經(jīng)歷折射率的變化。因此，當(dāng)纖維獲得取向時，沿取向方向可產(chǎn)生折射率匹配或失配，并且沿非取向方向也可產(chǎn)生折射率匹配或失配。通過小心地調(diào)控取向參數(shù)和其他處理條件，可使用雙折射材料的正雙折射或負(fù)雙折射來引發(fā)一個或兩個偏振光沿著給定軸線發(fā)生反射或透射。透射與漫反射之間的相對比例取決于多個諸如以下的因素(但不限于這些因素)纖維中雙折射界面的濃度、纖維的尺寸、雙折射界面處折射率差的平方、雙折射界面的大小和幾何形狀以及入射輻射的波長或波長范圍。沿特定軸線的折射率匹配或失配的量值會影響沿該軸線偏振的光的散射程度。一般來講，散射能力隨折射率失配的平方來變化。因此，沿特定軸線的折射率失配越大，則沿該軸線偏振的光的散射就越強。相反，當(dāng)沿某一具體軸線的失配較小時，沿該軸線偏振的光的散射程度也較小，并且穿過主體體積的透射逐漸變?yōu)殓R面透射。如果非雙折射材料的折射率沿某一軸線與雙折射材料的折射率匹配，則電場平行于該軸線的偏振的入射光將通過纖維不發(fā)生任何散射，無論雙14折射材料的這些部分的大小、形狀和密度如何。另外，如果沿該軸線的折射率也基本上匹配于偏振片主體的聚合物基質(zhì)的折射率，則通過該主體的光基本上不發(fā)生散射。當(dāng)兩折射率之間的差小于至多0.05并且優(yōu)選地小于0.03、0.02或0.01時，則這兩個折射率之間就基本上匹配。通過帶有給定橫截面積并且尺寸約大于入/30的散射片的折射率失配量值，可至少部分地確定反射和/或散射的強度，其中A是偏振片中入射光的波長。失配界面的準(zhǔn)確大小、形狀和對齊可在確定有多少光從該界面散射或反射到各個方向時起到作用。在用于偏振片之前，可通過拉伸以及允許在橫向拉伸的面內(nèi)方向上存在一些尺寸松弛的方式對纖維進行處理，以使得雙折射材料與非雙折射材料之間的折射率差沿第一軸線相對較大而沿其他兩個正交軸線相對較小。這對不同偏振態(tài)的電磁輻射造成了大的光學(xué)各向異性。前向散射與后向散射的比例取決于雙折射材料與非雙折射材料的折射率差、雙折射界面的濃度、雙折射界面的大小和形狀以及纖維的總體厚度。一般來講，橢圓散射片具有相對較小的雙折射材料與非雙折射材料的折射率差。選擇用于根據(jù)本發(fā)明纖維的材料以及這些材料的取向程度優(yōu)選地選擇為使得成品纖維中的雙折射材料和非雙折射材料具有至少一條其相關(guān)折射率基本上相等的軸線。與該軸線相關(guān)的折射率匹配導(dǎo)致在那個偏振平面內(nèi)的光基本上不發(fā)生反射，該軸線通常(但未必)是橫切取向方向的軸線。具有內(nèi)部雙折射界面并且適用于本發(fā)明一些實施例的偏振纖維的一個示例性實施例是多層偏振纖維。多層纖維是含有多層不同聚合物材料的纖維，其中至少一個層為雙折射的。在一些示例性實施例中，該多層纖維包含一系列交替的第一材料層和第二材料層，其中至少一種材料為雙折射的。在一些實施例中，該第一材料沿一條軸線具有與第二材料折射率大約相同的折射率，并且沿一條正交的軸線具有不同于該第二材料折射率的折射率。多層纖維中也可使用另外材料的層。一類多層纖維被稱為同心多層纖維。在同心多層纖維中，這些層可形成完全包圍該纖維的中央纖芯。圖5A中以橫截面形式示意性示出截取同心多層偏振纖維500的一個示例性實施例的橫截面。纖維500包含交替的第15一材料層502和第二材料層504。第一材料為雙折射的并且第二材料可以為雙折射的或者為各向同性的，以使得相鄰層之間的界面506為雙折射的。纖維500可由包覆層508包圍。包覆層508可由第一材料、第二材料、其中嵌入纖維的聚合物基質(zhì)材料或某種其他材料制成。該包覆層可起到有益于總體器件性能的功能，或該包覆層可不起任何功能。該包覆層可(例如)通過使纖維和基質(zhì)界面處的光的去偏振作用降到最低而起到改善反射型偏振片的光學(xué)性質(zhì)的功能。可選地，該包覆層可通過(例如)在纖維與連續(xù)相材料之間提供所需水平的粘結(jié)而使偏振片機械增強。在一些實施例中，包覆層508可用于提供抗反射功能，例如通過在纖維500與周圍的聚合物基質(zhì)之間提供某種程度的折射率匹配。根據(jù)所需纖維500的光學(xué)特性，纖維500可形成具有不同的層數(shù)以及不同的尺寸。例如，纖維500可由具有相關(guān)厚度范圍的約IO個層至數(shù)百個層來形成。纖維的寬度值可介于5pm至約5000(im的范圍之內(nèi)，而纖維寬度也可在該范圍以外。在一些實施例中，層502、504可具有特定波長或波長范圍四分之一波長厚度的厚度，雖然這對本發(fā)明而言并非必要條件。四分之一波長層布置提供相千散射和/或反射，并且較之散射/反射不相干的情況，通過較少的層就可獲得較大的反射/散射效應(yīng)。這提高了偏振片的效率并減少了為獲得期望偏振水平所需的材料量。當(dāng)一個層的厚度等于四分之一波長除以折射率(t=入/(4n))時，就認(rèn)為該層具有四分之一波長厚廿r4"t—一曰、曰.、、/drJ^/叉，六T"刁;i"k、?？赏ㄟ^如下步驟來制備同心多層纖維500:將多層材料共擠出成多層纖維，繼而隨后實施拉伸步驟以使雙折射材料獲得取向并形成雙折射界面。如上所述，可用作雙折射材料的適合聚合物材料的一些實例包括PET、PEN及其各種均聚物?？捎米鞣请p折射材料的適合聚合物材料的一些實例包括以上論述的光學(xué)各向同性材料。一般來講，據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)纖維中所用的聚合物材料相互潤濕并且具有相容處理溫度時，多層纖維的制備就更此外，還可使用具有不同類型橫截面的多層纖維。例如，同心纖維無需為圓形形狀，并且可具有某種其他形狀，例如，橢圓形、矩形等等。例如，以橫截面形式示意性地示出于圖5B中的多層纖維510的另一示例性實施例可由交替的第一材料512和第二材料514同心層來形成，其中第一材料512為雙折射的而第二材料514可為各向同性或雙折射的。在該示例性實施例中，纖維510包括位于交替層512、514之間的沿纖維520長度延伸的同心雙折射界面516。在該實施例中，纖維510為非圓形對稱，并且沿一個方向被拉長。使用該圖的坐標(biāo)系，該纖維的橫截面沿y方向被拉長，并且因此沿y方向的尺寸dy大于沿z方向的尺寸dz。在同心多層纖維的一些實施例中，可圍繞中央纖芯提供多個層。這示意性地示出于圖5C中，該圖示出纖維520具有圍繞纖芯526的交替材料層522、524。芯526可由與任一層522、524相同的材料形成，或者可由不同的材料形成。例如，芯526可由不同的聚合物材料形成或由無機材料(例如，玻璃)形成。多層偏振層的另一示例性實施例是螺旋巻繞纖維，如2006年3月31日提交的美國專利申請序列號11/278,348中更加詳細(xì)描述的。螺旋巻繞纖維的示例性實施例示意性地示出于圖5D中。在該實施例中，纖維530形成像兩層片材532繞自身巻繞形成一個螺旋。該兩層片材含有雙折射性的第一聚合物材料層以及可以為各向同性或雙折射性的第二材料的第二層。該或這些雙折射聚合物材料可在纖維形成之前或之后獲得取向。相鄰層之間的界面534是雙折射材料與另一材料之間的界面，且因此可視之為雙折射界面。此處，將螺旋巻繞纖維視為同心多層纖維。螺旋巻繞纖維可以數(shù)種不同的方式制造而成。例如，可通過擠出或通過軋制含有兩個層或更多層的片材來形成螺旋巻繞纖維。這些方法在美國專利申請序列號11/278,348中有更加詳細(xì)的論述。另一類多層纖維是疊堆多層纖維，其中這些層形成疊堆的形式。圖5E中示意性地示出疊堆多層纖維540的一個示例性實施例的橫截面。在該實施例中，第一聚合物材料層542設(shè)置在第二聚合物材料層544之間。纖維540可以包括可選的覆蓋層546。在該實施例中，層542、544為平面。纖維層542、544無需為平面，并且可采用一些其他形狀。在一些實施例中，多層纖維中的層可全部具有相同的厚度。在其他實施例中，多層纖維中的層不全具有相同的厚度。例如，可能期望偏振片有效地使整個可見波長范圍內(nèi)(約400nm-700mn)的光發(fā)生偏振。因此，偏振片可提供有不同的纖維，其中每個纖維都具有多個厚度均勻的層，但其中一些纖維所具有的層的厚度大于其他纖維，這樣不同的纖維便相比于其他波長更加有效地偏振某些波長。另一種提供寬的帶寬效率的方法是提供具有其厚度在一定范圍內(nèi)變化的層的纖維。例如，多層纖維可提供有很許多層，其中層厚度隨著纖維內(nèi)的位置而變化。圖5F中以橫截面形式示意性地示出該種纖維550的一個示例性實施例。在該實施例中，層厚度t隨著離纖維底部的距離s而減小。因此，比層554更加遠(yuǎn)離纖維550底側(cè)的層552薄于層554。圖5G中以橫截面形式示意性地示出纖維560的另一示例性實施例，纖維560具有多個厚度不同的層。在該實施例中，靠近纖維560中心的層562的厚度t大于遠(yuǎn)離該中心的層544的厚度。換句話講，在該具^f本實施例中，層厚度t隨著層半徑r減小。圖5H中示意性地示出多層纖維570的另一實施例的橫截面。在該實施例中，靠近纖維570的芯576的層572的厚度t小于遠(yuǎn)離纖維570中心的層574的厚度。換句話講，在該具體實施例中，層厚度t隨著層半徑r增大。纖維的層厚度可以多種不同的方式變化。例如，層厚度可從纖維內(nèi)側(cè)到外側(cè)逐漸并以穩(wěn)定梯度增大或減小。在其他實施例中，纖維可提供有多組層，例如，其中第一組中的層具有第一厚度，第二組中的層具有不同于第一厚度的第二厚度等等。現(xiàn)在參照圖6A-6H來描述多個不同的層厚度分布。這些圖示出由光學(xué)厚度ot決定的示例性層厚度分布，而光學(xué)厚度ot由與纖維起點的距離d所決定。纖維起點為從其處測量層距離的位置。在疊堆多層膜的情況下，該起點被取為該疊堆的一個側(cè)面，因此距離d就是穿過疊堆的距離。在同心纖維的情況下，該起點被取為纖維的中心。當(dāng)該同心纖維的橫截面為圓形時，距離d就等于半徑。光學(xué)厚度是層的物理厚度與折射率的乘積，光學(xué)厚度可用來描述這些不同實施例中的一些實施例，這是因為多層纖維可提供具有四分之一波長層以使得對于一個偏振狀態(tài)的反射效率最大。因此，層的光學(xué)厚度是理解纖維反射特性的有用參數(shù)。此處示出的層厚度分布可表示整個纖維或部分纖維的層分布。18在圖6A和6B中，層的光學(xué)厚度隨著與纖維起點的距離分別線性地增大和減小。在圖6C和6D中，層的光學(xué)厚度隨著與纖維起點的距離分別非線性地增大和減小。取決于需纖維所的設(shè)計參數(shù)，非線性形狀可不同于那些示出的形狀。在圖6E中，層的光學(xué)厚度在纖維起點與纖維邊緣之間的中間區(qū)域內(nèi)的某處到達最小值。因此，在該實施例中，例如第一聚合物材料層(具有自該纖維起點的第一距離)i)具有的光學(xué)厚度小于該第一聚合物材料的第二層(具有自該纖維起點的第二距離，第二距離小于第一距離)的光學(xué)厚度；并且ii)具有的光學(xué)厚度小于第一聚合物材料的第三層(具有自該纖維起點的第三距離，第三距離大于第一距離)的光學(xué)厚度。在圖6F中，層的光學(xué)厚度在纖維起點與纖維邊緣之間的中間區(qū)域內(nèi)的某處到達最大值。因此，、在該實施例中，第一聚合物材料層(具有自該纖維起點的第一距離)i)具有的光學(xué)厚度大于第一聚合物材料的第二層(具有自該纖維起點的第二距離，第二距離小于第一距離)的光學(xué)厚度；并且ii)具有的光學(xué)厚度大于第一聚合物材料的第三層(具有自該纖維起點的第三距離，第三距離大于第一距離)的光學(xué)厚度。在一些實施例中，這些層可以分組形式形成，其中多個光學(xué)厚度相同的層聚集在一起。不同分組可與不同的光學(xué)厚度相關(guān)。圖6G的分布圖示出具有多個分組的纖維實例，其中隨著分組位置由纖維起點向外移動，該分組的層所具有的光學(xué)厚度逐漸增大。圖6H示出另一實例，其中隨著分組逐漸遠(yuǎn)離該纖維起點，該分組的層所具有的光學(xué)厚度交替變大和變小。此處描述的這些不同的層厚度分布是代表性的，而不應(yīng)視為具有排他性。可能存在很多其他不同的層厚度分布?，F(xiàn)在參照圖7A論述入射于多層偏振纖維邊緣的光，圖7A示意性地示出嵌入在偏振膜700的基質(zhì)702內(nèi)的單個同心多層偏振纖維704。雖然本論述僅考慮垂直入射于偏振片700的光。但應(yīng)了解，此處論述的概念可引申至以其他角度入射于偏振片的光。光線706被導(dǎo)向到纖維704的中心，以便垂直地入射在纖維層704上。因此，一個偏振狀態(tài)的光708從纖維704反射并具有第一反射光譜，該偏振狀態(tài)的光的其余部分被透射。然而，光線710以相對纖維層704非直角入射到纖維704上，導(dǎo)致光712被纖維704反射，此時纖維704具有不同于用于反射光708的第一反射光譜的反射光譜。隨著入射到多層結(jié)構(gòu)上的入射角增大，該多層結(jié)構(gòu)的反射光譜通常會移藍。因此，反射光712的光譜相對反射光708的光譜發(fā)生藍移。這會導(dǎo)致由該偏振片透射和反射的光的光譜不均勻。例如，如果多層纖維具有用來在可見區(qū)域(400nm-700nm)內(nèi)反射垂直入射光的層，由于反射光譜發(fā)生藍移，因此以高角度入射的紅光會比藍光受到較小程度的影響。可使用多種方法來降低藍移效應(yīng)。例如，在一種方法中，針對波長大于入射到偏振片上的光的波長范圍的光，多層纖維可被提供具有四分之一波層的層。如果該偏振片用于顯示系統(tǒng)，則所相關(guān)光的波長范圍通常為約400nm-700nm。因此，可為多層纖維704提供多個層，該多個層是波長大于700nm、近紅外光范圍內(nèi)的波長(例如，達900nm或以上)的四分之〒波長的層。如果光的入射角使光譜所發(fā)生的漂移(例如)小于200nm，則該纖維仍可以有效地使以甚至高入射角入射的紅光發(fā)生偏振。另一種減小藍移效應(yīng)的方法是減小入射在纖維上的入射角。這可通過(例如)將基質(zhì)722的折射率nl減小到小于不同纖維層724的材料折射率來實現(xiàn)，如對于圖7B中的偏振片720示意性示出的。在入射光726從基質(zhì)722的相對較低折射率材料穿入纖維724的相對較高折射率材料時，入射光726會朝向纖維層法線發(fā)生折射，并因此光在纖維的多層結(jié)構(gòu)內(nèi)傳播的角度減小。光線728示出透射穿過纖維724的光的方向，并且光線730示出由纖維724反射的光?？捎糜诨|(zhì)722的低折射率聚合物的實例包括P麗A(參考折射率約為1.49);THV(參考折射率約為1.34)，其是一種可得自明尼蘇達州圣保羅市的3M公司(3MCompany,St.Paul,Minnesota)的氟化聚合物；低分子量的雙官能聚氨酯丙烯酸酯，其通常具有介于約1.47-1.5范圍內(nèi)的折射率；以及一些可具有約1.41的折射率的硅樹脂。另一種減小藍移效應(yīng)的方法是為纖維提供低折射率的涂層。圖8中示意性地示出這種方法，即圖8示出具有嵌入在基質(zhì)802內(nèi)的多層纖維804的偏振片800。每個纖維804都提供有折射率相對較低的涂層806，涂層806的折射率低于基質(zhì)802以及纖維804中所用材料的折射率。涂層80620可由前個段落中列舉的低折射率材料中的一種來形成。在該實施例中，光808以可傳播至纖維804邊緣區(qū)域的方向入射在偏振片800上。在沒有低折射率涂層806的情況下，光808會以非垂直入射角在邊緣附近與纖維804相交。然而，光808入射在低折射率涂層806與基質(zhì)802之間的界面上。如果i)基質(zhì)802與涂層806之間的折射率差以及ii)入射角充分大，則光808可發(fā)生全內(nèi)反射。在該示出的實施例中，全內(nèi)反射的光會被導(dǎo)向至相鄰纖維804，在該相鄰纖維處，光發(fā)生第二次全內(nèi)反射。根據(jù)全內(nèi)反射的角度以及其他纖維的位置，發(fā)生全內(nèi)反射的光可在其他纖維處被反射或者被透射穿過其他纖維。另一種減小藍移效應(yīng)的方法是為層厚度梯度設(shè)置合適的方向。參照圖9-11進一步描述這種方法。經(jīng)開發(fā)出一種全波數(shù)值模型來探究同心多層偏振纖維對光的散射(反射)。該模型示出于圖9中。假設(shè)，纖維900具有10|im的芯，并由一種材料的50個四分之一波長層與另一種材料的50個四分之一波長層交錯形成。該材料層的光學(xué)厚度隨波長范圍為500rai至600nm的四分之一波層線性分布。光沿所示方向入射，并且反射和透射的散射橫截面是在300nm-800nm的波長范圍內(nèi)針對整個纖維寬度計算的。針對兩個偏振狀態(tài)，即通過偏振狀態(tài)和阻攔偏振狀態(tài)的光，計算散射橫截面。圖10A和10B展示針對具有多個層的纖維計算出的結(jié)果，該多個層布置為較厚的層靠近纖芯而較薄的層靠近纖維外側(cè)。曲線1002表示該纖維對于以通過狀態(tài)偏振的光的透射。穿過該纖維的透射在整個光譜上較為平坦。曲線1004表示在該纖維的阻攔狀態(tài)偏振的光穿過該纖維的透射。該曲線示出，對于低于約400nm以及高于約650腿的波長，穿過纖維的透射相對較高，而對于介于約400nm與650nm之間的波長，穿過纖維的透射嚴(yán)重降低。這種行為是意料之中的，因為多層疊堆是介于500-600nm范圍內(nèi)波長的四分之一波疊堆，所以纖維在此范圍之外的效率就相對較差。圖10B中的曲線1012表示纖維對于以通過狀態(tài)偏振的光的反射。鑒于圖10A中所示的高透射，可以預(yù)料到，反射在整個光譜上較低。曲線1014表示纖維對于以纖維阻攔狀態(tài)偏振的光的反射。曲線1014基本上可與曲線1004互補。如可以從這些圖表中看出，即使層厚度從500nm的四分之一波均勻變化至600nm，反射率仍在稍低于500nm處到達峰值，并且反射率在500nm與600nm之間單調(diào)降低。這就是以非垂直角入射在纖維上的光的反射光譜藍移的結(jié)果。當(dāng)層厚度梯度反過來，并且較薄層靠近于纖芯而較厚層靠近纖維外側(cè)時，纖維的行為就會不同。圖11A中曲線1102示出纖維對以通過狀態(tài)偏振的光的透射，而曲線1104表示以纖維阻攔狀態(tài)偏振的光穿過纖維的透射。圖11B中的曲線1112表示纖維對于以通過狀態(tài)偏振的光的反射。曲線1114表示纖維對以纖維阻攔狀態(tài)偏振的光的反射。曲線1114基本上可與曲線1104互補。相比于當(dāng)較厚層朝向纖芯時，具有較薄層朝向纖芯的纖維的反射率在500-600nm的范圍內(nèi)明顯更為均勻，這使偏振片的偏振特性得到改善。據(jù)信，這種改善是因為入射角對于反射光譜更恰當(dāng)?shù)仄ヅ?。纖維邊緣處的層具有高角度反射光譜，該高角度反射光譜更加適當(dāng)?shù)丶性诜瓷鋷У念A(yù)期設(shè)計波長的周圍，而纖芯處的層具有垂直反射光譜，該垂直反射光譜也類似地更加適當(dāng)?shù)丶性陬A(yù)期設(shè)計波長的周圍。垂直于纖維偏振的前向散射光與平行于纖維偏振的前向散射光之比稱為透射偏振函數(shù)(TPF)。平行于纖維偏振的后向散射光與垂直于纖維偏振的后向散射光之比稱為反射偏振函數(shù)(RPF)。圖12A示出在纖維層厚度隨半徑增大而減小的情況下取決于波長的TPF值(曲線1202)和RPF值(曲線1204)。圖12B示出在纖維層厚度隨半徑增大而增大的情況下取決于波長的TPF值(曲線1212)和RPF值(曲線1214)。RPF曲線1202示出介于500nm與600nm之間的與圖10B中反射光譜相同的傾斜行為，而RPF曲線1212示出在相同范圍內(nèi)與圖11B中反射光譜相同的基本上均勻的行為。因此，當(dāng)層厚度隨著半徑增大時，具有分級層厚度的多層纖維的偏振特性更為均勻。另一種減小藍移對偏振片特性的影響的方法是使用符合以下條件的纖維如果纖維處在高入射角，則為入射光提供較小的橫截面積，并且如果纖維處在低入射角，則為入射光提供較大的橫截面積。達成此目的的一種方式是使用其橫截面的一個方向比另一方向長的纖維，例如，如圖5B和5C中所示的。圖13中示意性地示出這種偏振片1300的實例。纖維1304嵌入基質(zhì)1302內(nèi)。纖維1304沿平行于偏振片1300表面的方向較長。相比于(例如)具有圓形橫截面的纖維，這種配置為低入射角的入射光提供了更大的纖維表面積。實例-單纖維使用如下工藝來制造多層同心偏振纖維。通過使用由各自厚度為0.005"(125pm)的952個墊片構(gòu)成的模具，制備由X聚合物與Y聚合物的多個交替同心環(huán)構(gòu)成的細(xì)絲。使用兩個墊片制備一個環(huán)，因此該952個墊片的模具設(shè)計為制備由476個環(huán)構(gòu)成的細(xì)絲。這些環(huán)的一半由X聚合物制成，而另一半由Y聚合物制成。該模具具有兩個入口端口；一個用于熔融X聚合物，一個用于熔融Y聚合物。該X聚合物是可得自3M公司的由90%PEN/10%PET制成的共聚物L(fēng)MPEN。該Y聚合物是如下基本上各向同性材料中的一種-i)Eastar6763，'購自EastmanChemicalCompany,Kingsportii)SA115PC/PCT-G共混物，購自EastmanChemicalCompany;iii)Xylex7200PC/PCCT-G共混物，購自G.E.Plastics,Pittsfield,Massachusetts;并且iv)NAS30PS/PMMA共混物，購自NovaChemicalsCorporation,Calgary,Alberta,Canada?？赏ㄟ^改變模具中墊片的數(shù)量以及通過改變工藝條件(例如，流速和溫度)來控制所形成的層數(shù)。可改變疊堆中墊片的設(shè)計來調(diào)節(jié)纖維環(huán)的厚度分布。噴絲頭組件中的墊片是使用激光切割來形成的。纖維模具被特別設(shè)計以便提供在具體成形和拉伸工藝后可導(dǎo)致寬帶可見布拉格干涉反射的層厚度梯度及層厚度比。將兩種聚合物的固化球粒單獨地送至兩個雙螺桿擠出機中的一個。這些擠出機的操作溫度介于26(TC-300°C的范圍并且螺桿速度介于40-70rpm的范圍。典型的擠出壓力介于約2.lX106Pa至約2.lX107Pa的范圍。每個擠出機都配備有為細(xì)絲紡絲模具供應(yīng)精確數(shù)量的熔融聚合物的計量齒輪泵。每個計量齒輪泵的尺寸均為0.16毫升/轉(zhuǎn)，并且這些齒輪泵通常都以介于10-80rpm范圍的相同速度運轉(zhuǎn)。通過使用加熱的不銹鋼勁管，將熔融聚合物從計量泵傳送至模具。熔融聚合物流進入模具并流過墊片。第一墊片對形成細(xì)絲纖芯，第二墊片對形成圍繞該纖芯的第一環(huán)，第三墊片對形成位于第一環(huán)外側(cè)的第二環(huán)，以此類推，直到形成476個環(huán)為止。然后，該熔融多環(huán)細(xì)絲離開模具并在水箱中驟冷。使用牽引輥將該細(xì)絲拉入水中。該細(xì)絲離開牽引輥，并使用水平式繞絲機將該細(xì)絲巻繞在芯體上。計量泵速度和繞絲速度的組合控制細(xì)絲的直徑。該工藝的典型速度介于約0.5ms—4ms—i的范圍。在擠出之后，對多層纖維進行拉伸和取向以形成雙折射和反射偏振性質(zhì)并使層厚度減小至適合的尺寸(對于可見光來說，大約四分之一波長光學(xué)厚度)。在該步驟中，將細(xì)絲退繞并送至牽引輥工位，然后到達加熱懸臂臺板，并然后到達另一牽引輥工位，并且最終到達巻繞機。該臺板溫度通常介于12CTC-182'C的范圍。第二牽引輥工位的運行速度通常是第一牽引輥工位速度的6-8倍，并且當(dāng)細(xì)絲在臺板上加熱時使該細(xì)絲被拉伸。第一牽引輥工位的典型速度為約0.2ms—、而第二牽引輥介于1.2ms—1.6ms—"的范圍。巻繞機的運行速度與第二牽引輥工位相同。圖14中示出使用這種剛剛描述的技術(shù)制造的纖維的局部剖視圖。該纖維具有約400個交替材料層，所設(shè)計的層厚度分布和梯度可獲得寬帶偏振相干反射。該纖維使用Xylex作為聚合物Y。非常良好的短程有序和均勻性對于實現(xiàn)相干反射是至關(guān)重要的，相干反射可降低光與纖維材料的相互作用長度，從而將光被吸收的機會降到最低，因而使效率最大化。經(jīng)開發(fā)出一種用于測量單拉延纖維的偏振選擇性的技術(shù)。針對平行于纖維偏振的光以及垂直于纖維偏振的光，測量來自一束激光的正向和后向散射光(相對于光軸小于7°的光錐)。經(jīng)測量，多層偏振纖維在543.5nm下的TPF和RPF值分別為2.3和5.6。各向同性纖維的RPF和TPF介于1和2之間。這表明來自單纖維的明顯偏振選擇性反射和散射。實例-裸纖維陣列在一個寬的波長帶范圍內(nèi)，對使用以上方法制備的裸纖維陣列進行分析以表征拉延纖維的光學(xué)性質(zhì)。使用積分球捕集基本上所有的透射或反射光，在PerkinElmer紫外-可見光度計中對懸浮在空氣中的纖維陣列進行寬帶偏振透射和反射的分析。圖15和16中示出一系列纖維的結(jié)果。這些24圖不僅表明拉延纖維的偏振選擇性反射，而且這些圖還表明了通過改變纖維層厚度使阻攔狀態(tài)偏振的反射帶移位的能力。逐漸增大的纖維層厚度與逐漸增大的反射波長(以及該通過軸線偏振的相對不變反射)之間的對應(yīng)關(guān)系清楚地表明來自多層顯微結(jié)構(gòu)的相干基于千涉的反射。此外，這些結(jié)果表明，這些纖維可甚至在不包封狀態(tài)下用來形成反射型偏振片。因此，可在不使用包封樹脂基質(zhì)的情況下將這些纖維陣列或纖維織物制作成反射偏振制品。這些纖維布或纖維陣列可具有一些如下的優(yōu)點由于纖維表面處的布魯斯特偏振角效應(yīng)(Brewster'sangleeffects)，所以對于通過狀態(tài)有著很高的透射率，在一些情況下，這些纖維布或纖維陣列可使得處于通過狀態(tài)偏振的光發(fā)生某種程度的漫射。無論這些纖維是否被包封，其都可與采用各種編織(諸如，竹籃式編織、紗羅編織、紋織編織等)沿橫向織造而成的各向同性纖維結(jié)合在一起。圖15示出由LMPEN和PETG材料拉延而成的纖維陣列的反射率，而圖16示出該纖維陣列的透射率，其中所采用的工藝條件對于所有纖維都非常類似，但在擠出形成步驟期間改變了巻繞機速度來改變纖維層的厚度。纖維均具有多個光學(xué)厚度均勻的層。較厚的纖維具有較厚的層以及反射和透射帶朝向較長波長的相應(yīng)移位，這清楚地表明相干的基于千涉的反射以及偏振選擇性。通過狀態(tài)的光譜基本上不變，并且從這些圖表中略去。不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為本發(fā)明僅局限于上述具體實例，相反，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明涵蓋所附權(quán)利要求書中明確闡述的本發(fā)明的各個方面。在閱讀本說明書之后，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白本發(fā)明可進行的多種修改形式、等同處理以及可應(yīng)用于本發(fā)明的多種結(jié)構(gòu)。所附權(quán)利要求書旨在涵蓋這樣的修改形式和器件。權(quán)利要求1.一種光學(xué)主體，包括第一多層纖維，其包括至少第一聚合物材料層和第二聚合物材料層，所述第一聚合物材料層設(shè)置在所述第二聚合物材料層之間，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中的至少一者為雙折射的；以及第三聚合物材料，其包圍所述第一多層纖維，所述第三聚合物層的折射率小于所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中的任一者的折射率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)主體，其中所述第三聚合物材料包括包圍所述第一多層聚合物纖維的低折射率涂層。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)主體，其中所述第三聚合物材料包括聚合物基質(zhì)，并且還至少包括嵌入在所述聚合物基質(zhì)內(nèi)的第二多層聚合物纖維和第三多層聚合物纖維。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)主體，其中所述層為疊堆布置。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)主體，其中所述層為同心布置。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)主體，其中所述層的光學(xué)厚度在所述纖維的橫截面方向上變化。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)主體，其中所述層的所述光學(xué)厚度根據(jù)從所述纖維起點起的梯度進行變化，遠(yuǎn)離所述纖維起點的層的光學(xué)厚度大于靠近所述纖維起點的層的光學(xué)厚度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)主體，其中所述第一聚合物層和所述第二聚合物層中的至少一些層的厚度對應(yīng)于約400nm-700nm波長范圍內(nèi)的光的四分之一波長厚度。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)主體，其中所述聚合物層中至少一些層的厚度對應(yīng)于波長大于700nm的光的四分之一波長厚度。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)主體，其中所述聚合物纖維包含涂層。11iomim^fc其中m^ji包含M^m—聚合物材料和所述第二聚合物材料中的一者的層。12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的光學(xué)主體，其中所述涂層包括所述第三聚合物材料層，所述第三聚合物材料的折射率小于所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的折射率。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)主體，還包括聚合物基質(zhì)，所述第一多層聚合物纖維嵌入在所述聚合物基質(zhì)內(nèi)，并且還至少包括嵌入在所述聚合物基質(zhì)內(nèi)的第二多層聚合物纖維和第三多層聚合物纖維。全文摘要本發(fā)明涉及偏振膜，所述偏振膜由嵌入在基質(zhì)內(nèi)的多層偏振纖維制成。所述纖維形成有至少第一聚合物材料層和第二聚合物材料層。所述第一聚合物材料層設(shè)置在所述第二聚合物材料層之間。所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中的至少一者為雙折射的。在一些實施例中，其中至少一種所述材料層的厚度在所述纖維的橫截面方向上變化。所述纖維嵌入在折射率低于所述第一或第二聚合物材料中的任一者的材料中。文檔編號G02B5/30GK101506699SQ200780031486公開日2009年8月12日申請日期2007年8月24日優(yōu)先權(quán)日2006年8月30日發(fā)明者丹尼爾·J·齊利希,克里斯廷·L·通霍斯特,臺會文,威廉·J·科佩基,尚德恩·D·哈特,帕特里克·R·弗萊明,格雷戈里·L·布呂姆,瓊·M·弗蘭克爾,羅伯特·L·布勞特申請人:3M創(chuàng)新有限公司