[发明专利]具有空间选择性双折射减小的有效介质延迟膜

说明书

技术领域

本发明整体涉及光学膜，特别应用于为延迟膜或包括延迟膜的光学膜，以及相关的制品、系统和方法。

背景技术

延迟膜，有时也称为延迟片，是已知的。延迟膜被构造为使得当垂直入射的非偏振光通过所述膜时，一个线性偏振状态相对于正交的线性偏振状态被滞后或“延迟”。被延迟的偏振状态的光据称是沿所述膜的称为“慢轴”的平面内轴被偏振，而其它偏振状态的光据称是沿正交的平面内“快轴”被偏振。延迟膜被定制为提供所需量的滞后或“延迟”，并且所述延迟能够以光的设计波长的分数来测量或指定。例如，四分之一波长延迟片使得沿慢轴偏振的光相对于沿快轴偏振的光异相(并滞后)四分之一波长。同样，半波延迟片使得沿慢轴偏振的光相对于沿快轴偏振的光异相(并滞后)二分之一波长。在这些情况下，提及的“波长”可能为可见光谱的中间的波长，例如560nm。或者，可用两个偏振状态的光从延迟膜射出时滞后的偏振的波前落后于另一偏振的波前的物理或光学距离来测量延迟。(光学距离为物理距离乘以适用的折射率。)针对刚才提到的四分之一波长和半波长实例，延迟分别为140nm(＝560/4)和280nm(＝560/2)。

延迟膜可被设计成在其沿相互垂直的主轴x轴、y轴和z轴的折射率之间具有指定的关系，其中假定x轴和y轴处于膜的平面中，且假定z轴垂直于所述膜平面并平行于所述膜的厚度轴。延迟膜可由其沿这些主轴的折射率来表征。就这一点而言，对于电场分别平行于x轴、y轴和z轴振动的光，我们可将nx、ny和nz称为延迟膜的折射率。如果nx、ny和nz全部相等或基本上彼此相等，则所述膜是基本上各向同性的且不会发生显著的延迟。在这种各向同性情况下，所述膜用作窗口膜而不是延迟膜，所述窗口膜不会使任何偏振状态相对于任何其它偏振状态发生滞后或延迟。在其它情况下，所述膜可以是单轴双折射的，这意味着主折射率nx、ny、nz中的两个彼此相等或基本上相等，且另外一个折射率显著地不同于其它两个折射率。基本上相等的这两个折射率被称为正常折射率，并且另一折射率被称为异常折射率。当平面内折射率(nx或ny)中的一个等于或基本上等于nz且另一个平面内折射率(ny或nx)显著地不同时，将单轴双折射膜称为“a片”延迟膜。另一方面，当这两个平面内折射率nx和ny彼此相等或基本上相等且nz显著地不同时，所述单轴双折射膜被称为“c片”延迟膜。作为这些折射率关系的结果，c片延迟膜不为垂直入射到膜上的光提供显著的延迟，而是为倾斜入射到膜上的光提供延迟。相比之下，a片延迟膜则同时为垂直入射光和倾斜入射光这两者提供延迟。

在另一些情况下，所述膜可以是双轴双折射的，这意味着所有三个主折射率均显著地互不相同。双轴双折射延迟膜同时为垂直入射光和倾斜入射光这两者提供延迟。

发明内容

我们已开发出一族如下的制品：在所述制品中，延迟膜可提供第一光延迟，并可在所述膜的一个或多个所选区域或区中进行热处理以在所选区域中提供第二光延迟、同时在未经处理的区域中提供第一光延迟。所述延迟膜优选地具有吸收特性，使得通过将所述膜选择性地暴露于合适的辐射(能量)束，所述束可在所选区域中对所述膜进行吸收性加热。通常，所述辐射束包括或基本上由电磁光谱的紫外光(UV)、可见光或红外光(IR)部分中的光组成。所述延迟膜并非由均一的光学介质例如一体的聚合物材料层构成，而是由邻接的超薄层的叠堆构成，所述邻接的超薄层被构造成提供用于可见光的有效光学介质。叠堆内的超薄层非常薄，使得可见光在穿过所述叠堆传播时仿佛其是未分层的介质一般，即，仿佛其是沿主轴x轴、y轴和z轴具有“有效折射率”的有效介质一般，有效折射率是各组成超薄层的固有折射率的函数。因此，对于基本上所有可见波长，无论偏振状态如何，邻接的超薄层形成的叠堆均不提供任何显著的反射谱带。可执行热处理，使得在经过处理的区域中超薄层叠堆的结构完整性不会发生显著改变。