[发明专利]多组成部分光学体

说明书

发明领域

本发明一般涉及多层聚合物膜，它反射在光谱的第一部分的光而透射在光谱的第二部分的光，本发明尤其涉及光学重复单元中的具有至少三层不同成分的反射聚合物膜。

发明背景

使用包括两种或多种聚合物的交替层的多层膜来反射光是公知的，并且例如在美国专利No.3,711,176(Alfrey,Jr.等人)、美国专利No.5,103,337(Schrenk等人)、WO 96/19347和WO 95/17303中描述。特定多层膜的反射和透射主要取决于各别层的光学厚度。光学厚度定义为层的实际厚度与其折射率的乘积。相应地，通过按照下述公式，适当地选择层的光学厚度能够设计膜来反射光的红外、可见或紫外波长λ_M：

λ_M=(2/M)*D_r    (公式Ⅰ)

其中，M是表示反射光的阶的整数，而D_r是包括两个或多个聚合物层的光学重复单元(也称为多层堆叠)的光学厚度。相应地，D_r是构成光学重复单元的各别的聚合物层的光学厚度之和。通过沿多层膜的厚度改变光学重复单元的光学厚度，能够设计在广阔的波长范围反射光的多层膜。

由公式Ⅰ，还能看出，设计来反射光谱的第一区域中的光的多层膜或光学体可以具有在光谱的第二区域中的高阶反射。例如，设计来反射红外光的多层膜还将具有在光谱的可见区域的高阶反射。具体地说，设计来在1500nm处具有一阶反射(M=I)的多层膜可以在大约750nm(M=2)、500nm(M=3)、375nm(M=4)等处具有高阶反射。设计来反射甚至更长波长的红外光的膜可以具有在可见区域中的甚至更高阶的反射。于是，例如，在2000nm处具有一阶反射的多层膜将在1000nm、666nm、500nm、400nm等处具有高阶反射。在许多应用(例如，窗膜)中不希望有这些高阶反射，因为它们使得膜呈现虹彩色的外观，而该膜最好具有透明无色的外观。因此，为了设计一种在光谱的第一区域(例如，红外区域)内反射光，但在更短的波长区域(例如，可见区域)内不反射光的多层膜，至少需要抑制两个，而最好是至少抑制三个高阶反射。

美国专利No.5,103,337(Schrenk等人)提出，对于具有用聚合物层A、B和C安排成ABC顺序的光学重复单元的红外反射多层膜来说，当把聚合物层B的折射率选在聚合物层A和C的折射率之间时，该多层膜能够抑制至少两个相继的高阶反射。在该专利中描述的膜的一个特殊实施例中，通过将层A、B和C按ABCB样式安排而形成光学重复单元。通过选择聚合物材料A、B和C，从而材料B的折射率等于材料A和C的折射率的乘积的平方根，并且通过设定材料A与C的光学厚度比值为1/3以及材料A与B的光学厚度比值为1/6，能够至少抑制三个高阶反射。在Thelen,A.的文章(见《美国光学学会杂志》，1963年，第53卷，第1266页)中，也有类似的教导。然而，这种设计的一个缺点是，具有一阶谐波的入射光的反射量随着入射角的增大而减小。这种设计的另一个缺点是，对于三个高阶反射的抑制也随着入射角的增大而减小。在诸如用红外反射膜使房间遮挡红外日光的窗膜等应用中，后面的这一结果特别不合需要，因为日光往往以显著偏离法线的角度入射(尤其是在太阳高悬天空的春夏季节)。

美国专利No.5,540,978(Schrenk)提出一种反射紫外光的多层聚合物膜。在一个实施例中，膜包括第一、第二和第三种不同的聚合物材料，安排成重复单元ABCB。在另一个实施例中，把这些层安排成重复单元ABC。

WO 96/19346提出用交替层A和B的光学重复单元做的反射膜，其中，A是双折射聚合物层，而B可以是各向同性的或双折射的。该文献指出，通过沿垂直于膜表面的轴匹配两种层之间的折射率，能够大大减小反射对于入射角的依从性。然而，该文献没有教导如何将这些结果推广至重复单元中具有三层或更多层类型的多层光学系统(例如，具有ABC或ABCB重复单元的膜)。由于这种系统在倾斜角度下的反射率有提高，以及由于能够用在重复单元中附加的一层或数层把更好的机械性质赋予系统。例如，附加层之一可以一种光学粘合剂，它能减少其他层剥离的倾向，这种多层结构是极受欢迎的。此外，虽然WO 96/19346提及了红外反射膜，但它没有描述如何能够做出红外(IR)膜，使得它在光谱的可见区域没有高阶反射(例如，如果一阶反射在1200nm或更大之处)。