CN1293613A - 颜色转变膜 - Google Patents

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Abstract

提供了多层聚合物膜和其它光学体,它们可用于制造有色反射镜和偏振器。膜的特征是其颜色随视角而变化。

Description

颜色转变膜
本发明的范围
本发明一般涉及光学膜，但更准确地说涉及随视角改变颜色的光学膜。
发明背景
发明属于在彩色显示方面有用的光学膜。这种显示经常作为能使所展示的资料引起人们注目的一种方法，或在展示中和在销售时对某一特定的物件引起注意。这些展示常常用在讯号灯(例如，户外广告箱和马路讯号灯)、公共电话亭和品种繁多的包装材料上。
如果用它来制作使显示的颜色随视角而变的话，则就更为有利了。这种通称为“颜色转变显示”即使在周边观察也是显著的且用来引导观众对展出物件的注意。
在过去，通常通过吸收印到卡纸上或透明的和半透明的衬底上去的油墨把颜色传递到显示物上去。但是，这些油墨通常都不能改变颜色的。(就是说，这些油墨的颜色一般不会随视角而改变的)。
也已经开发了一些变色油墨，主要用于安全应用。然而，除了它们的相当大的费用外，某些这种型式的油墨一般是不透光的，所以不适用于背面照亮的应用中。而且，这些油墨通常是根据各向同性材料的多层堆层，因而当视角增加时就要丢失色饱和。
变色颜料也是知道的。例如，一族光干涉颜料可从Flex Products，Inc．在贸易标识CHROMAFLAIR下购得，而这些颜料已经用于制作移画印花。产品文献在商业颜料配方中把这些移画印花描述为由变色颜料构成的，于是，被应用在乙烯树脂衬底上。然而，由这些材料提供的变色效应只在相当大的斜角处才能观察到，而且只限于在两种颜色之间的转变。还有，在美国专利第5，084，351号(Phillips等人)，美国专利第5，569，535号(Phillips等人)和美国专利5，570，847号(Phillips等人)(这些材料都转让给了FlexProducts，Inc．)所明白的叙述的。这些材料都呈现出相当低的色强度(例如参看美国专利第5，084，351号的图7-9)。类似的材料也在美国专利第5，437，931号中叙述(Tsai等人)。
一种闪光的塑料膜目前正在贸易标记Blackm Magic下由EngelhardCorporation销售。这种膜曾在1997年9-10月份的《化妆品和个人保养杂志》(Cosmetic ＆ Personal CareMagazine)上以厚0．7密尔超过100层的微染黑色的半透明膜，作广告，它能提供类似于看到的neontetrafish、孔雀羽毛和油膜效应。这塑料膜是光学膜的多层堆层。在中的厚度变化导致在整个膜区上的颜色变化。虽然层厚与它的平均值的偏差不大但它在邻边区域中改变颜色是显著的。并不把膜的各种型式标明为单一的反射颜色而代之以标明为双层颜色膜。例如，其中蓝／绿和红／绿组合颜色可以在市场上购得。
也已经开发了其他的变色膜。其中有些膜是以金属、金属盐或其它无机材料为基础的多层膜。因此，美国专利第4，735，869号(morita)叙述了二氧化钛多层膜，它显示出反射和透射颜色的各种组合(例如：带有品红色透射的绿色反射)。
其它多层变色膜已知是聚合物的。因此，美国专利第5，122，095(Wheatley等人)在叙述美国专利第3，711，176(Alfery，Jr．等人)的膜中，注意到由这些膜反射的颜色与照射到该膜的入射光的角度是有关的。但是，由于在这些膜上看到的颜色转变是很平缓的，彩色饱和也很差，在锐角时更甚，所以这些膜并不适于彩色显示。因此本领域中需要有一种在显示应用中有用的变色膜，作为视角的函数，它能显示出明晰的变色和保持高的色饱和本领域中还需要均匀的有色的聚合物干涉滤光器。
利用应变硬化(例如半晶体或晶体)材料，已经生产了各种双折射光学膜。由于这些材料在折射率方面所要的匹配与失配能够通过调节取向获得，所以这些材料在多层光学膜的生产中已被证实是有好处的。这种膜已被叙述过，例如，在WO96／19347中。
在本领域还需要有具有良好的彩色均匀性的聚合物多层光学膜。用挤出的聚合物材料制造的多层膜已被发现对于在厚度和光学层厚度方面的畸变高度敏感，它导致在横跨膜宽度上颜色的变化和不纯。这个问题已在《光学文件安全性》(Optical Document Security)251-252评论过(R．van Renesse编，1994)。在叙述由Dow Chemical Company和他们的领有许可证者MearlCorporation到目前生产的多层聚合物膜中，文献指出在这些膜中控制个别的厚度变化是很困难的，结果，膜显示出“无数的各种颜色的狭色线，极少宽于2-3毫米”(同上251。)这个问题也在Dow的专利美国专利第5，217，794号(Schrenk)第11列，第19-32行提出过，在那里指出在其中叙述的用于制作膜的工艺可以导致300％或更多的层厚变化。在第10列，第17-28行，文献指出它是具有光学薄层(就是说，光学厚度少于约0．7微米的薄层)的多层聚合物体的特性。它显示出非均匀的色线和色斑。关于美国专利第3，711，176号(Alfrey，Jr．等人)的膜同样的评价也于第2列，第18-21行作出过。由于这些文献的说明，在本领域中长期需要具有高的颜色均匀性的聚合物多层光学膜(以及制作它的方法)。
已知另一些聚合物多层光学膜，它们的主要的反射带依赖于光学上厚的或光学上非常薄的薄层。这种膜避免了在其他多层聚合物膜遇到的某些晕光问题，主要是因为晕光带都靠得太近以致人类的眼睛无法分辨。但是，由于可见光的反射是由位于光谱的红外区域的主反射带的高次谐波所提供的，所以膜产生可见光的高反射率的能力是被损害了。本领域中也需要多层聚合物光学膜(和一个制作相同膜的方法)，它的主反射带由光学上薄的(例如，具有在0．01微米到0．45微米光学厚度的)产生，且显示出高均匀性的颜色，这些和另一些需要本发明的颜色转变膜老师都能满足，正如在下文所描绘的。
发明概述
在一个方面，本发明属于多层双折射变色膜和其它的光学体它们的对沿着平面内互相正交的轴(x-轴和y-轴)和沿垂直平面内的轴的轴(z-轴)的偏振光在相继的的折射率之间具有特殊的关系。尤其，沿x-，y-，和z-轴在折射率上的差异(分别为△x、△y和△z)是这样的，从而△z的绝对值小于△x的绝对值和△y的绝对值较大一个的约一半(例如，｜△z｜＜0．5k，k=max{｜△x｜，｜△y｜})。能做出具有这个性质的膜以呈现透射光谱，其中，对于p-偏振光，透射或反射峰的宽度和强度(当作为频率的函数，或1／λ作图时)在视角的一个很大的范围内大体上保持不变。还有，对于p-偏振光，与各向同性膜堆层的光谱特性相比有其光谱为以较高速率移向光谱的蓝色区域。
在另一方面，本发明属于具有至少一个反射带的变色膜。在双折射率的数字符号的适当选择下，z-折射率失配，以及堆层的f-比值值，对s-和p-偏振光的反射带的或是短波长带边缘缘或是长波长的带边缘缘，在所有的入射角下都是大致符合的。当采用已在本文中描述的带边缘缘锐化(sharpening)技术设计时，这种型式的膜呈现出为用于大角度和波长范围而设计的膜堆积可能有的最大色纯度。除急剧的颜色转变和高的色纯度之外，这些膜在需要非偏振颜色分束器的应用中是有好处的。
在又一个方面，本发明属于至少具有一个光学堆层的颜色转变膜，其中，各别层膜的光学厚度在堆层的第一部份单调地沿一个方向变化(例如，增加或减少)，然后，至少在堆层的第二部分沿一个不同的方向单调地变化或保持不变。具有这种型式的堆层设计的颜色转变膜在反射带的一边或两边呈现出陡的带边缘缘，使得作为视角的一个函数膜呈现出急剧的颜色变化。得到的膜在希望有急剧的引人注目的颜色转变的展示方面的应用中是有好处的。
在还有一个方面，本发明属于这样一种膜，它在透射光谱中的主峰被高消光区隔开，以及即使当陷于高折射率介质中，对于p-偏振光高消光带在所有的入射角下都存在。得到的膜在所有的入射角下都呈现出高度的色饱和。
在还有另一个方面，本发明属于一种以高效率反射近红外辐射，但在垂直入时，不反射显著数量的可见光的膜。这种膜可以包括两种材料成分的1／4波堆层或可以包括三种或更多种材料来制成一个光学堆层，它能抑制主反射带或多个反射带的一个或多个高次谐波，这也可由利用包括聚合物层A、B和C，并按ABCD的顺序排列的一个光学重复单元来达到，和在这些材料的折射系数之间实现某个关系来获得。通过指定na x和na y分别为沿平面内的x轴和y轴的聚合物层A的折射率，nb x和nb y分别为沿平面内的x轴和y轴的聚合物层B的折射率，nc x和nc y分别为沿平面内的x轴和y轴的聚合物层C的折射率，以及na z、nb z和nc z分别为沿垂直于平面内的轴的横轴z的聚合物层A、B和C的折射率可以理解这个关系。于是通过要求nb x在na x和nc x中间，且na x大于nc x(例如，na x＞nb x＞nc x和／或要求nb y在na y和nc y中间，且na y大于nc y(例如，na y＞nb y＞nc y以及要求两个差值na z-nb z和nb z-nc z中至少有一个小于0，或要求所述的两个差值实质上都等于0[(例如， max { ( n z a - n z b ) , ( n z b - n z c ) } < = 0 ) &rsqb; 来获得这种特殊关系。除上面的膜堆层结构之外，带边缘缘的锐化技术适用于产生一个从可见光的高透射到近红外光的高消光的急剧的转变。
在还有一个方面，本发明属于由应力硬化材料做的多层颜色转变膜，它在一个给定的入射角处显示出高度的色均匀性，且属于制作该膜的方法，其中，在膜里至少有几个主反射带是由在具有光学上的薄层(就是说，光学厚度在0．01到0．45微米的范围内的层)的膜内的光学堆层产生的。在光学堆层内的具有高度的物理的和光学的厚度的均匀性。根据本发明的方法，在现有技术的非应力硬化膜所遇到的在的厚度和光学的厚度方面的畸变，通过双轴拉伸浇注坯料(web)至2×2到6×6倍(而更可取约为4×4倍)来避免。它趋向于造成横向厚度的变化，于是颜色变化，突变小得多。而且，在制造拉伸膜时可以用一个比制造同样宽度的浇注膜较狭窄的模子，而这允许在挤出的模子中层厚分布有较少畸变的可能性，这是因为在较狭的模子中出现极少量的融化流散布。可以通过利用一只具有恒定转速的精确的浇注轮驱动机械获得对于层膜厚度和光学厚度的附加控制。如此设计和操作浇注轮。从而它是无振动的，否则会造成坯料厚度变动，于是在下坯料方向产生相继的厚度的变化。已经发现，没有这些控制，在挤出过程中遇到的正常振动足以显著地影响色均匀性，部分由于在用于制作本发明的光学膜的应力硬化材料的熔融态时的低拉伸强度。结果，本发明的方法已经首次允许用聚合物材料制作颜色转变膜的产品，在它特定的视角下具有高度色均匀性(例如，这样的膜，其中，在一特定的入射角下，透射的或反射的光谱带的带边缘缘的波长值在至少10cm2的面积上的变化约少于2％。由这个方法生产的膜在光学堆层内主要地显示出均匀的厚度和光学厚度，因此，导致与具有较低的物理和光学厚度均匀性的膜相比，作为视角的函数的颜色转变是较为急剧和较为快速的。
在一个有关的方面，本发明属于用应力硬化材料(例如，应力硬化聚脂)制作的颜色转变膜。反射带的反射或消光作为调谐到那个波长带的层数和层对的折射率差异的一个函数而增加。使用在拉伸后显示高折射率的应力硬化材料，当与出的低折射率聚合物配对时产生了大的折射率差异。所需的层数随折射率差别的增加而正比地减少，另外，层厚的均匀性随着层数的减少而得到改善，由于较少的层数减轻了对层倍增器和大的加料装置尺寸的依赖以产生所需的层数，所以，聚合物膜堆层可以用对层厚的精密控制来制作以改善其光谱特征。
在还有一个方面，本发明涉及在光谱的一个或更多的区域上起差偏振器作用的颜色转变膜。这些膜在层叠至(或覆盖以)一个白色的漫反射的基底，(诸如卡纸坯料cardstock)后，当在透射时看或在反射时看显示出颜色转变。颜色转变起偏振器也可与其他的起偏振器或镜子组合起来产生各种有趣的光学效果。
本发明的颜色转变膜可有利地在显示中用作低吸收率材料，它提供具有高发光效率的明亮的显示颜色。通过如此把宽带光源与光学膜耦合起来，从而在透射或是反射，可看到光源的各种颜色。就可以容易地获得显示的颜色。在某些实施例中，膜也可以与宽带镜子组合起来。因此，例如，当膜如此与一宽带镜子组合，从而膜和镜近似平行，但彼此分开一段小的距离，就可获得呈现3-D“深度”的一件物体。膜可以被做成多种不同的几何形状和与不同的光源相组合以有利地利用膜的高光谱反射率和角度的选择性。
附图简述
图1示出为显示有急剧的光谱转变而设计的简化的多层膜的放大并夸大的截面图。
图2是由图1中的膜组成的光学重复单元(ORUs)的光学厚度的曲线图。
图3是带通多层膜的各别层的物理厚度的曲线图。
图4是图3的计算的在轴透射光谱。
图5是具有较急剧的光谱转变的带通多层膜的各别层的物理厚度的曲线图。
图6是图5膜计算的在轴透射光谱。
图7是具有更为急剧的光谱转变的带通多层膜的各别层的物理厚度的曲线图。
图8和9分别示出图7的膜的在轴和离轴的透射光谱。
图10、12、14和16是附加的多层膜的各别的层的物理厚度的曲线图，而
图11、13、15和17示出相关膜计算的在轴反射光谱。
图18是说明对本发明的膜在垂直入射和60度时关于p-偏振光的光学行为的透射光谱。
图19是说明对本发明的膜在垂直入射和60度时关于p-偏振光的光学行为的透射光谱。
图20是说明对于本发明的计算机模拟膜在垂直入射和60度时光学行为的透射光谱。
图21是说明对于本发明的计算机模拟膜在垂直入射和60度时光学行为的透射光谱。
图22是说明作为f-比值值的函数的相对折射率差值的行为的曲线图。
图23是说明作为f-比值值的函数的相对峰高度的行为的曲线图。
图24是说明对于PEN／PMMA多层堆层的利用CIEx-y色品度坐标的色度图。
图25是对于PEN／PMMA多层堆层的在La*b*色空间的色度图。
图26是说明对本发明的膜在垂直入射和60度时关于s-和p-偏振光的光学行为的透射光谱。
图27是说明对于PEN／PMMA1／4波堆层在f-比值值为0．5时的作为入射角(在空气中)的函数的带边缘缘变化的曲线图。
图28是说明对于各向同性1／4波堆层在f-比值值为0．50时的作为入射角的函数的带边缘缘变化的曲线图。
图29是说明对于PEN／PMMA1／4波长堆层在f-比值值为0．75时的作为入射角(在空气中)的函数的带边缘缘变化的曲线图。
图30是说明对于PEN／PMMA1／4波长堆层在f-比值值为0．25时的作为入射角(在空气中)的函数的带边缘缘变化的曲线图。
图31是说明对于由PET和各向同性材料构成的1／4波堆层的作为入射角(在空气中)的函数的带边缘缘变化的曲线图。
图32是对现有技术膜取自沿横过坯料方向不同点的透射光谱。
图33是对现有技术膜取自沿坯料往横过坯料方向不同点的透射光谱图。
图34是对发明的绿色滤过器取自横长条方向的不同的点的透射光谱。
图35是对本发明的绿色通过滤光器取自沿坯料往下方向的不同点的透射光谱。
图36是对本发明的蓝色通过滤色器取自沿坯料往下方向的不同点的透射光谱。
图37是现有技术膜取自横过坯料方向的不同点的透射光谱。
图38是对本发明的蓝色通过滤光器对s和p-偏振光取自垂直入射和60度时的透射光谱。
图39是对本发明的绿色通过滤光器取自垂直入射和60度时的透射光谱。
图40是本发明的透明到青色(clear_to_cyan)偏振器取自垂直入射和60度时的透射光谱。
图41是本发明的青色到蓝色的偏振器取自垂直入射和60度时的透射光谱。
图42是本发明的深红到黄色的偏振器取自垂直入射和60度时的透射光谱。
图43是本发明的PET／Ecdel膜对平行于拉伸的和不拉伸的方向的偏振光的透射光谱。
图44是本发明的PET／Ecdel膜对平行于拉伸的和不拉伸的方向的偏振光的透射光谱图。
图45是说明本发明的颜色转变膜当它被叠置到漫散射底时的光学行为的示意图。
图46是说明本发明的颜色转变膜当它被叠置到黑色表面时的光学行为的示意图。
图47是说明本发明的颜色转变膜当它被叠置到镜面衬底时的光学行为的示意图。
图48是说明弥散的偏振器与一镜面的颜色转变偏振器和一可选的吸收层相组合的光学行为的示意图。
图49是本发明的蓝色滤通器，在探测器和膜间放着和没有放纸的透射光谱图。
图50是本发明的深红色通过滤光器在探测器和膜间有无纸时的透射光谱。
图51是本发明的黄色通过滤光器在探测器和膜有无纸时的透射光谱。
图52是作为波长的函数的相对性能指标响应的曲线图。
图53是说明冷镜反射器／红外透射器园艺的总装原理简图。
图54是说明冷镜镜面反射器／红外漫反射器园艺组件的示意图。
图55是说明深红色反射器(聚能器)园艺组件的示意图。
图56是说明绿色反射器(遮光物)园艺组件的示意图。
图57是说明对本发明的园艺膜在垂直入射和60度时的透射光谱。
图58是根据本发明制作的狭通带偏振器安全膜的取自沿横过坯料方向的几个点的透射光谱。
图59是根据本发明制作的狭通带偏振器安全膜的取自沿横过坯料方向的几个点的透射光谱。
图60是根据本发明制作的包含三组50层的PET／co-PEN安全膜的计算透射光谱。
图61是根据本发明制作的包含二组50层及一组20层的PET／co-PEN安全膜的计算透射光谱。
图62是表示在图17-3中的膜中的不同的层厚的影响的计算透射光谱。
图63是具有f-比值值为0．18的多层膜的透射光谱(光谱条形码)。
图64是一幅具有f-比值值为0．33的多层膜的透射光谱(光谱条形码)。
图65是一幅具有f-比值值为0．5的多层膜的透射光谱(光谱条形码)。
图66是一幅图63、64和65的组合曲线图。
本发明的详细描述
A．引言
本发明的颜色转变膜是在光学上各向异性的多层聚合物膜，它们作为视角的一个函数改变颜色。可以设计这些膜在至少一个带宽上反射一个或两个光的偏振，制作至少在一个反射带宽的能显示出一边或两边陡的带边缘缘，由此在锐角给出高度的色饱和。
控制在本发明的颜色转变膜中光学堆层的层厚和折射率以反射光的至少一个特定波长的偏振(在一个特定的入射角)而对其它波长则是透明的。通过谨慎地处理这些层厚以及沿着不同的膜轴线的折射率，本发明的膜可以制成在一个或更多的光谱区域上具有平面镜或偏振器的作用。于是，本发明的膜可以调到能反射在光谱的红外区的两种偏光振，而在光谱的其它部分则是透明的，由此在用于低-E型主窗设计(fenestration)中它们是理想的。
除了它们的高反射率外，本发明的膜还具有两个特色，这使它们对于某些型式的彩色显示是理想的。首先，随着特殊材料的选择，多层膜的光透射／反射光谱的形态(例如，带宽和反射率值)对于p-偏振光，能被做得在入射角的很大的范围内基本保持不变。因为这个特色，具有，例如在650nm处的具有狭透射带的一个宽带镜面膜在垂直入射时将出现深红色的透射，随着入射角的相继提高，然后出现红、黄、绿和蓝色。这种行为与在分光镜中通过一狭缝移动一束色散光束相类似。其实，本发明的膜可以用来制作一架简单的分光光度计。其次，颜色随角度的转变一般比通常的各向同性多层膜的大。
当入射角变化时，形成各种形状的反射带在跨过光谱的移动是膜的颜色变化作为视角的函数的主要依据，并能有利地用于创制许多在下面叙述的有趣的物品和效果。透射的和反射的颜色的许多组合是可能的。各种光谱设计的详细资料给出如下。
B．光学堆层设计
B1．光谱设计的详细资料
一般，本发明的颜色转变膜可以设计得具有各式各样的反射光谱特征，来产生各不相同的光学效果。譬如说，带边缘缘锐化可用于使得颜色随角度有更为引人注目的变化，或这个特征可与具有一个或较多的狭发射带的光源结合起来。换一种做法，可以由增加带边缘缘的斜率来获得，或用同等地不反射沿正交的膜平面的一种给定的偏振态的光的膜较软的颜色变化。例如，用不对称双轴拉伸的膜就是这种情况。该膜对于E场沿较小的拉伸轴的光比对于E场沿较大的拉伸轴的光有较弱的反射率。在这样的膜中，透射光和反射光的色纯度都会被减小。
如果具有高的平面内折射率的材料层，有一厚度轴(Z轴)折射率，它等于低折射率材料的Z-轴折射率，且如果折射率色散可以忽略，则当在频率空间作图时，也就是说，当作为波长倒数的函数画出图时，透射光谱的形态对于p-偏振光将不随角度变化。这个效应从p-偏振光入射在单轴双折射材料之间的交界面处的Fresnel反射系数的函数形式和对于双折射膜的1／4波堆层的f-比值值的函数形式推导出。假设光轴x、y和z彼此正交，x和y在膜堆层的平面内，而z正交于膜平面。对于双折射聚合物膜，x和y是一般是膜的正交拉伸方向，z轴则是垂直于膜的平面。对于s-偏振和p-偏振光的Fresnel系数由方程B1-1和B1-2给出： r pp = n 2 z &CenterDot; n 20 n 1 z 2 - n 0 2 Sin 2 &theta; 0 - n 1 z &CenterDot; n 10 n 2 z 2 - n 0 2 Sin 2 &theta; 0 n 2 z &CenterDot; n 20 n 1 z 2 - n 0 2 Sin 2 &theta; 0 + n 1 z &CenterDot; n 10 n 2 z 2 - n 0 2 Sin &theta; 0 方程B1-1 r ss = n 10 2 - n 0 2 Sin 2 &theta; 0 - n 20 2 - n 0 2 Sin 2 &theta; 0 n 10 2 - n 0 2 Sin 2 &theta; 0 + n 20 2 - n 0 2 Sin 2 &theta; 0 方程B1-2此处n10和n20分别是材料1和2在平面内的折射率，而n12和n22是沿垂直于膜平面方向的它们的各自的折射率比θ0是在折射率为n0的周围介质k的入射角。对于rss的方程与对于各向同性材料的是相同的。
对沿着用来制作双轴双折射反射偏振器的单轴拉伸膜的正交的拉伸和不拉伸轴，方程B1-1和B1-2也是有效的。对沿着膜平面内的光轴(其中这些轴不正交或与膜拉伸方向不一致)的膜，方程B1-1也是有效的。在这些轴之间的方位角处的性能需有更深广的数学描述，但是所需的数学模拟技术在现有技术是中已知的。
有一种特别有用的光学堆层，与在平面内折射率差异相比，它的两个Z-折射率是相等或接近相等。如上所述，如果在方程B1-1中使n1z等于n2z，那么，人们可以得到一个值得注意的结果，就是rpp与入射角无关：
Figure 9980395500151
上面的Fresnel反射系数r方程与层厚无关，并只预示界面效应。在膜堆层中，多层膜堆层的可达到的反射大小和带宽大大地与所有的层厚有关，因为层的光学厚度确定了相长干涉所需的相位。典型地，对于最大光功率，使用一个两元件1／4波的堆层，它对于在半波单元中的每层具有相同的光学厚度。这个设计据说有0．5的f-比值值，其中
         f=n1d1／(n1d1+n2d2)    方程B1-4此处n1和n2是折射率，d1和d2是两层的物理厚度，并假设是垂直入射。对膜光学堆层，0．5的f-比值值提供最大带宽和反射率。假使堆层在垂直入射时的f-比值值设计为0．5，在假设第一种材料具有较高的折射率时则对各向同性材料在斜角度时f-比值值将增加。对于双折射材料作为入射角的函数f-比值值可以增加、减少或保持不变，这依赖于两个材料组分的z-折射率对平面内折射率的关系。要计算双折射材料在任意入射角的f-比值值，对于p-偏振光可用方程B1-5来计算每种材料的有效相位或体指数(bulkindex)。对s-偏振光可用方程B1-6来计算每种材料的光学厚度可用它的物理厚度乘以由方程B1-5和B1-6给出的有效相位指数。只要把合适的有效相位厚度指数值插入到上述的f-比值值的公式就可以得到对每种偏振在任意入射角下的f-比值值。可以证明，假如材料的Z-折射率是匹配的，那么在所有入射角下的f-比值值可简单地由
f=n10d1／(n10d1+n20d2)    方程B1-7给出，它是与入射角无关的。因此用满足匹配好的z-折射率关系的材料的交替层制作的多层干涉滤光器对于p-偏振光呈现出与入射角无关的光谱特征(诸如反射率和部分带宽)。在这里描述的许多颜色变换显示工作中，对于p-偏振光作为角度的函数的恒定的光谱形态是重要效应，并且可用来产生有色的多层干涉膜，它们在所有的入射角下都具有高的色纯度。作为对p-偏振光显示出恒定反射率光谱的多层膜的一例示于图18。
例B1-1
膜是按照例E1-2制作，但是它的浇铸轮速度约慢30％。对p-偏振光在垂直入射和在60度时的透射光谱示于图18。对s-偏振光在垂直入射和在60度时的透射光谱示于图19。
利用下面给出的对带边缘缘和斜率的定义，对这个例子测量了下列的各值，在垂直入射时阻带靠近600nm处有一个103nm的带宽(543到646nm)并在这阻带内平均透射率为5．5％。蓝带边缘缘的斜率为0．66％每nm，而红边的斜率为2．1％每nm。在垂直入射时在700nm处的通带的带宽为100nm以及最大透射率为85％。通常，通带带边缘缘的斜率在蓝边为2．3％每nm，在红边为1．9％每nm。注意到整个光谱曲线的形态在60度入射角时与垂直入射时相比大体上是相同的。图18和图19的光谱是用与TD(跨过Web方向)平行的偏振光得到的。虽然1／4波长的厚PET层的折射率不能直接测量，但是，据认为它们将与PET表层的折射率近似地相等。这个例子中的后者的折射率是用由新泽西州Pennington的MetriconCorporation制造的一架MetriconPrism耦合器测得的。对于跨过Web(被拉幅的或TD)方向，下Web(机械或MD)方向(也被称之为长度取向或LO方向)以及厚度或z轴方向测量了折射率。对PET表层沿TD方向的折射率为nx=1．674；沿MD方向ny=1．646；以及沿z轴指数nz=1．490。Ecdel的各向同性的指数约为1．52。PET沿TD和MD方向之间的折射率值的较好的平衡可以通过沿这两个方向调节其相对拉伸比获得。对s-偏振光在双折射反射多层膜中的消光带宽和大小随入射角而增大，刚好如用普通的各向同性材料制作的膜中那样。因此，对s-偏振光在较高的入射角时一非常狭窄的透射将会收缩为零带宽。由于只有当s-偏振衰减而p-偏振分量不变时只有强度才会减弱，故这不会大大影响透射光的色纯度。对较宽的透射带，s-和p-偏振在透射上的差异变得不甚重要了。
对s-和p-偏振光光谱的平均将在典型的环境照明条件下观察。在各种应用中能有利地应用s-和p-偏振光的不同的行为。
B2．f-比值
可以采用专生产的具有单一反射带单元分级堆层而设计的挤出设备，可以处理本发明的光学膜和装置的f-比值，来生产带通滤色器或调到光谱特殊区域的多个反射带。例如，可以控制f-比值来生产具有高饱和透射颜色狭的绿通滤色器，而只用了一个简单的厚度分级堆层。
当使一次谐波的本征带宽(反射潜力)达到极大时，1／4波的单元(QxQ)抑制两次反射谐波。通过改变f-比值值到一个特殊的值的范围获得一个具有对一次和二次谐波反射带都有相对比较高的本征带宽的单元设计，这与QxQ的设计点相差甚远。这种系统的一个例子是一个双轴拉伸的PEN／PMMA系统，它的f-比值为 F PEN = D PEN &times; N PEN D PEN &times; N PEN + D PMMA &times; N PMMA = 0.714 和 F PMMA = D PMMA &times; N PMMA D PEN &times; N PEN + D PMMA &times; N PMMA = 0.286 此处DPMMA=46．7nm，NPMMA为1．49，DPEN=100nm，和NPEN为nx=1．75，ny=1．75和nz=1．50。在垂直入射时将有一个约为8％的一次谐波本征反射带宽和一个约为5．1％的二次谐波本征带宽。因此，假使一个聚合物层的多层堆层被设计为厚度有线性梯度的来制作一宽带反射器，且一次谐波和两次谐波都具有强反射带，则邻近的一次和二次反射带也将会形成一个通带滤光器。假使能调节层对的厚度，从而一次带的短波长带边缘缘约为600nm时，则结果将会形成如图20所示的在可见光谱中央的通带。这堆层是被设计来模拟-224的PEN／PMMA堆层的，它能如例E1-1中所描述的被双轴拉伸，以对PEN层在633nm能给出nx=1．75，ny=1．75和nz=1．50的折射率。PMMA具有约为1．50的各向同性折射率。从最薄的层对开始，在堆层中每个后续的层对被设计成比前面的一对厚0．46％。假如用一个较大的梯度，比如说是0．63％，则一级带的红色带边缘缘就延伸得更远而进入红外，二次峰的红色带边缘缘也会增加，导致示于图21的一较狭的通带。
要注意到f-比值值能被稍微变动一下来较好地平衡一次和二次谐波的阻带的强度。还有，带边缘缘锐化技术可以用来使通带边缘缘缘锐化(在这些计算离子中用的是线型分布)。合适的带边缘缘锐化技术在标题为“具有锐化带边缘缘的光学膜”的第09-006，085号美国专利申请中描述。因为无跨过坯料倍增误差出现故对这样的一种膜设计的跨过坯料的均匀性显著地比诸如在例E1-2中的双色包(two packet)倍增设计更好，作为跨过坯料在倍增性能方面的变化的一个例子参阅例B7-1以与E1-2作比较。
已经发现具有某种分布的多层膜能生产比以前能得到的有更急剧的光谱跃谱转变。图1示出了一膜结构的截面图，它没有按尺度画，但在描述这种要求的分布时是有是有帮助的。如图所示，多层膜120包含有按两种材料(“A”和“B”材料)交替的序列排列的12层各别层。三种或更多的性质不同的光学材料可以用于其他的实施例中。每对相邻的“A”和“B”层组成一个ORU，以ORU1从膜的顶开始，且以ORU6结束，这些ORU具有光学厚度OT1、OT2、…OT6。)这些光学厚度与标出在上面方程1中的项“Dr”是一样的。在设计的波长，对最大的一次反射率(在方程1中M=1)，每一ORU相对A或相对于B应该有一个50％的f-比值值。可以考虑A层比B层具有较高的X-(平面内)折射率，这是由于前者显示出比后者薄。ORU1-3被组合到一个多层堆层S1中，在这个堆层里各个ORU的光学厚度在负-Z方向单调地下降。ORU4-6被组合到另一个多层堆层S2中，在这个堆层里，各个ORU的光学厚度单调地上升。这个ORU光学厚度分布被描绘在图2中。像这种厚度的分布在生产锐化的光谱转变方面是有帮助的。然而，在进行用这种较佳分布的例子之前，先来描绘一个没有使带边缘缘锐化的带通滤光器的例子。
图3示出由多达300层各别层组成的带通多层膜的设计，从膜的顶部或前面开始然后朝着膜的底部或背面显示出了在膜中每个各别层的物理厚度。从膜的顶部或前面开始然后朝膜的底部或背面进行。数据点122代表具有1．5的在平面内的折射率的材料(例如，PMMA)而点124代表具有1．75的平面内折射率的材料(例如，PEN)。层编号1和2构成“第一个”ORU，层3和4则构成第2个ORU，依次类推。一个给定的ORU的光学厚度等于其高和低的指数的光学厚度之和。层1到150构成第一个多层堆膜S3，而层151到300构成第二个多层堆膜S4。这两个组成堆层都有一个单调下降的ORU光学厚度。在这两个堆层间的在光学厚度上的不连续性导致一个简单的下凹透射带126，示于图4。图4是从图1的膜并采用Azzan和Bashara在《椭圆对称和偏振光》中概述的4×4矩阵方法计算得到的，其中假设了垂直入射光和作为波长的函数的常数折射率(无色散)。带126具有一个约为60％的透射峰，半极大处全宽度128约为50nm，和由130线示出的约为565nm的中心波长。带126的部分带宽是稍微低于10％。在超过可见光谱的约75％的范围中反射中至少是80％。
用提供具有使光谱有直上直下(cut-onandcut-off)转变效果的特殊光学厚度分布的附加层(ORUs)，可以做出具有小得多的部分带宽转变的膜。图5说明了这种膜的设计，数据点122、124代表示于图3的相同材料，分别具有折射率1．5和1．75，且在多层堆层S3和S4中的150层系列具有如在图3中的相同的分级线性厚度分布。图5的膜只是在堆层S3和S4之间加了具有光学厚度大体上不变的(非分级的)ORU的堆层S5和S6。堆层S5的ORU具有与堆层S3的最小光学厚度基本上相等的光学厚度，而堆层S6的ORU，具有与堆层S4的最大光学厚度基本上相等的光学厚度。同样的关系也适用这些ORU的每个组元。对图示的堆层所计算的同轴光谱示于图6，指出了陡得多的透射带132。带132的直分带宽的量级为3％或更小。
产生了另一种多层膜，它的设计示于图7，来改善峰透射并出更陡的带边缘缘(较狭的透射带)。这是用了对于数据点122、124相同的材料，并把各别层排列到组成多层堆层S7-S10中，如图所示，其中S8和S9具有相反曲线的厚度分布而相邻部分的堆层S7和S10具有略微弯曲的厚度分布以分别与堆层S8和S9的曲度匹配，其弯曲的形状能遵循任何数目的函数形式；形式的主要目的是用调到单个波长的层制止出现在1／4波堆层中的厚度的严格重复。在这里所采用特殊的函数是一个线性分布(与用在S7的短波长一边的和S10的长波长一边的相同)以及一个三角函数的加法性函数，用一个适当的负的或正的一次导数来弯曲其分布。一个重要的特性是，ORU的厚度分布的二次导数对一个反射堆层的红色(长波长)带边缘缘是正的，而对一个反射堆层的蓝色(短波长)带边缘缘是负的。注意，如果牵涉到的是凹口透射带的带边缘缘，那么需要相反的概念。相同原理的另外的实施例包括具有一次导数有多点是零值的层分布。在这里所有情形，关于那些通过实际的ORU光学厚度分布来适配的最佳适配曲线的导致可以包含光学厚度值的小于10％的小的统计误差。
图8示出了在图7中的膜的计算的同轴透射。带134的峰值在75％以上，而部分带宽在数量级2％或较少。计算了对p-和s-偏振的离轴透射光谱并在图9中分别以曲线136，138表示。做了对入射角为60％的计算并假设两种类型的层在平面外的折射率是匹配在折射率1．5。注意对p-偏振的高的透射峰和小的部分带宽的保存。也要注意对s-偏振的透射峰已经消失。但是，设置在近红外区同轴较宽的透射带现在对s-和p-偏振都可在图9中的光谱的红端看到。
相似的转变锐化技术可以用于具有较宽透射特性的诸如高通或低通滤光器多层膜。在下面绘出几个这样的例子，在某些实施例中，构成一个ORU的每层的物理厚度在横跨膜厚度上以相同步距而变化，例如，根据相同的线型函数而变化，而在其余的实施例中，构成一个ORU的层的厚度的变化是不同的。在下面的每个例子中高折射率和低折射率层分别具有1．75和1．5的折射率，并且是无色散的。
S11 S12 S13 S14 S15
总数 170 30 30 30 30
高折射率开始厚度(nm) 154.6 112.4 112.4 112.4 112.4
高折射率开始增量(nm) -0.4965 0.726 0.726 0 0.726
低折射率开始厚度(nm) 183.3 133.3 133.3 133.3 133.3
低折射率层厚度增量(nm) -0.5882 0.8608 0 0 -0.5882
开始ORU 光学厚度(nm) 545.5 396.65 396.65 396.65 396.65
ORU光学厚度增量(nm) -1.7512 2.5617 1.2705 0 0.3882
组成的多层堆层S11用作基线膜设计。先对单个堆层S11，然后对膜组合：S11+S12(对物理厚度分布参见图10，以及对反射率曲线142参见图11)；S11+S13(对物理厚度分布参见图12，以及对反射率曲线144参见图13)；S11+S14(对物理厚度分布参见图14，以及对反射率曲线146参见图15)；和S11+S15(对物理厚度分布参见图16，以及对反射率曲线148参见图17)作同轴反射光谱140的计算。正如从图中所见到的，一个具有相反的厚度梯度的堆层(堆层S12)、一个具有相反的厚度梯度和f-比值值偏离的堆层(堆层S13)、一个具有大体上是零厚度梯度的堆层(堆层S14)、一个仅用ORU的一个组分具有相反的厚度梯度的堆层(堆层S15)附加到堆层S11上，对在光谱转变的锐度具有逐步合乎要求的效果。
采用上面的原理，不需要二组或更多组层较高次谐波就能被利用来产生在光谱的可见区的多个反射带。各种谐波的抑制的设计被用来产生各种光谱间隔和颜色。例如，与在f=0．5的一次峰相比较，一次和高次的相对峰高度可通过f-比值值值调节到其他值来调整。在任意f-比值值时的谐波光功率能用计算对于已知f-比值值和谐波数的有效折射率差来估计至一个好的近似，可以把它插入公式或对Q×Q(f=0．5)1／4波堆层的光学模拟程序只需要对公式作一个调整：当计算一给定次(order)的光谱响应而堆层(有经调整好的f-比值值)被当作具有示于图22的有效指数差异Q×Q的堆层来处理，假设的数目必须乘以组数。相对于Q×Q堆层的有效折射率由图22中的曲线图所绘出，作为f-比值值的函数，一次谐波具有一个极大值(Q×Q点)二次谐波具有二个极大值，依次类推，与一次带宽相比，简单堆层的高次带宽和峰值反射率可从这些数值中估计。由于计算n次高次峰值反射率需要n倍的层数的假设，用每个高次曲线乘以它的次数重画图22中是有用的。这个图示于图23。一些重要的f-比值值可从这些图中得到。
例如，所有的偶次在f=0．5时都有零反射功率，而所有的奇次在f=0．5时都有极大值。第三次在f=0．167和0．833有极大值，而第四次在f=0．125和0．875时有极小值。第三次在f=0．33和0．66时反射功率为0，而第四次在f=0．25和0．75时是零。在后面的一对f-比值值中，第二次有极大值。在f=0．2和0．8时，第一和第四次有相等的峰值高度。第二次和第三次亦是如此。还有，在f=0．4和0．6第一和第四次有相等的峰值高度，第二次和第三次亦是如此。未画出的第五次曲线在f=0．2、0．4、0．6和0．8时有极小值，而在f=0．1、0．3、0．5、0．7和0．9时有极大值。对一个给定的膜设计，较佳的f=比值将依赖于应用和所选择的希望要抑制或加强的高次峰。
除堆层设计之外，材料选择可以有利地被用来调节高次谐波带宽，而不会被锁入在两个反射带宽间的特殊间隔中。一个给定的材料层对的Q×Q堆层的本征反射宽度近似地等于它们的交界面的Fresnel反射系数，它在垂直入射时仅与平面内折射率差值有关。
材料选择还能用来生产显示反射率作为角度的一个函数而下降的膜和其它光学体。尤其是可以使用各向同性和双折射层的某些组合，其中各向同性层的光谱贡献降低了倾斜的角度。这些设计在下面讨论。
除了在下面描述的各向同性／双折射堆层组合外，其他堆层设计也可用来生产能在反射中显示关于入射角的颜色转变的膜或另一种光学体，它不同于通常在已知光谱中单调经移向短波长制作的那些。例如，一种三材料的组合可以用来抑制p-偏振光在一个角度但不在另一个角度的高次谐波。用两层设计能够对于s-偏振光获得类似的效果。
若要想获得显示特别纯颜色的膜和光学体(诸如，例如，一狭带反射器)，大的或小的f-比值值能用来限制本征带宽，于是需要附加层来获得用一个Q×Q的堆层可以得到的相同的反射率。(按定义Q×Q堆层有0．5的f-比值值)相似地，要制作一具有陡的带边缘缘的宽带反射器可用大的或小的f-比值值，而用大量的具有合适的厚度梯度的层(例如，1000或更多)和／或显示大的折射率失配的材料能使反射包络填满。换句话说较小的平面内折射率差值限制本征带宽而层数的增加补偿亮度损失。
在上面设计中一个特殊应用中，可以制作一个紫外线反射膜，它在任意角度在光谱的可见光区域中几乎没有或没有反射，但在靠近400nm的紫外区，在一个大的角度范围它保留着一个宽广的反射带。这是把层安排成二个膜堆层或包中(一个紫外和一个红外堆层)中，这个紫外包在紫外区是一次的，而这个红外包设计得能在光谱的紫外区显示出一个高次的反射峰，在倾斜角时它在反射率上显示出有一个极大值。当入射角偏离垂直而改变时，则一次紫外峰向较短的波长移动，从红外包来的未抑制的高次峰移入了紫外。
在其他的应用中，本发明的膜和光学器件可以加入一种或多种染料以使膜的反射带与染料的吸收带至少在一个入射角时相符合。由于染料的吸收带(或几个吸收带)不像膜的反射带那样，一般不会随入射角移动，于是这膜将在反射带与吸收带符合的角度上显出一种颜色，但在二者分离后，在其他角度上显示出一种或几种不同的颜色。相反可以把吸收带作成在光学堆层中在一给定的入射角下与某个透射带相一致。这样，可以例如在垂直入射时这膜呈黑色，但在倾斜角度时通带将移到不会被染料光谱所覆盖较短的波长，于是这膜将成为有颜色的。Copper Pthalocyanine颜料在可见光具有颇陡的光谱特征，因此特别适合于此实施例。
在本发明的其它实施例中，可以把本发明的膜和光学器件与一个或更多的削角玻璃棱镜组合起来。在一特殊的实施例中，一削角玻璃棱镜条与一膜组合起来以能在除了光谱角以外的角度上观看到有色的镜面膜。把可从明尼苏达州St．Paul的3M公司买到的贸易牌号为诸如(OptieaLightingFilm)的微棱镜材料放置得与多层膜相邻或光耦合到多层膜。这成层的膜在不同的角度透射不同的颜色，而且由于棱镜改变光的方向，所以这两个可以组合起来使得人们可以在一给定的角度处看到一种颜色，而如果棱镜不把光重新引向观察者，那么一般看不到它。另外，假如棱镜与膜在光学上耦合起来，它可改变把光透射进膜的角度，因此，改变了在该点上的颜色。这膜显示出一个三维效应，其中，在非光谱角度上能看到有色的平面镜它也在用棱镜和不用棱镜的区域间产生一个颜色的变化。
在还有一种实施例中，一个具有尖顶的光谱分布的膜或光学体用作第一元件，与由一宽带的有色镜面膜构成的第二元件组合，第一元件具有转变一个用来照明这膜的宽带光源为尖顶光源的效果，因此在有色的镜面膜中产生更鲜明的颜色。为产生对角度异常灵敏的颜色变换已经发现用尖顶光源照明干涉膜以产生的颜色改变。
在本发明的各种实施例中，可以用晕光颜色的消除给予最后得到的装置装饰的效果。例如，按照本发明制成的两片膜可以这样来放置，使得膜在某几个点相平行，但在其它的点却不平行，或者按照本发明制成有色镜面膜可以与一宽带镜面膜组合。如果膜有互补色，或膜中的一片是宽带镜面膜而另一片是有色的镜面膜，则最后得到的组合将改变或抵消在顶层膜的某几个地方的颜色，但在其它地方不改变或抵消。
B3．组合的各向同性／双折射膜堆层
某些光学堆层的设计可以用于生产与入射角有关的颜色转变，它不同于那些由一已知光谱的随角度朝较短波长单调移动所产生的颜色转变。尤其，本发明的多层堆层能与现有技术的多层堆层相结合以产生一些非同寻常的角度效应。譬如说，可对本发明的在垂直入射时有一个或几个中心在给定波长处的透射射的双折射有色膜，用一个在垂直入射时在那些给定的波长处各向同性层的堆层未覆盖，共挤出或层叠。于是，所组合的物件在垂直入射时看上去象镀了的镜子。但是，在倾斜的角度时，各向同性膜将漏过p-偏振光，允许双折射膜的透射峰在可见光范围，在高入射角度时变为有色镜面。这假设了双折射堆层的反射带宽延伸足够远进入红外，以在斜角时阻止所有的红光。对在或者靠近一个高角时具有Brewster角的各向同性的膜堆层将会出现这个最大的效应。也可以设计双折射堆在斜角的透射红光。
上面的设计技术的一个变化包括具有多于一个光谱通带的双折射堆层，其中，并不是所有的通带都被各向同性的反射堆层所阻断。这个制品在垂直入射时不会有银色，而从垂直到斜角时将从一种颜色变到另一种颜色。
相反地，可选择使一些具有z-折射率失配的材料。其中，具有较高的平面内折射的材料，它的z-折射率是最低的。这样的一种组合是PEN／PETG。假如在高于120℃拉伸PETG，它有一个约为1．57的各向同性折射率，假如在按例E1-1中描述的拉伸PEN有nx≌1．75，ny≌1．75和nz≌1．50。这些层在斜角时对两种偏振光都将显示出增加的反射率，所以，如果单独用或与z-折射率匹配层结合，可以把最后得到的膜设计成在垂直入射时显示有色的，而在斜角时时显示出银色。具有高于1．55指数的，其它的共聚多酯和聚碳酸酯是用于与PEN结合起来以获得这个效应的合适材料。虽然上面的例子涉及制作至少对一个视角是无色的组合膜，但是可以用这些相同的设计技术以得出不寻常的颜色转变(装饰，保密等想要的)
B4．蓝色转变
可以制作按照本发明制作的某些膜，诸如那些在单元里包含单轴负的双折射层的那些，用来显示蓝色转变(就是说，当入射角变化时，光谱峰向光谱的兰端的移动)，它显著地大于用通常的颜色转变膜所观察到的。此外，由于对一给定的(非垂直的)入射角，对于p-偏振光蓝色转变的量将会比用通常膜所观察到的要大，相对于入射角的颜色转变的差值对本发明的膜将会比常规膜的差值大。后面的这个特性使得在本发明的膜中作出的颜色转变有更值得注意的效果，这又使得它们更适于颜色转变显示。
在任何膜堆层中，随入射角的蓝色转变的量对各别层可从基本波长调谐公式推得
                  L／4=ndcosθ    公式B4-1此处L是对给定层调谐的波长，θ是在那层中从垂直外测到的入射角n是材料层的通过该层的偏振光沿给定的方向的有效折射率。以及d是层的物理厚度。在各向同性的膜堆层中，只有cosθ的值随θ增加而减小。但是，在本发明的单轴负双折射膜中，cosθ对于p-偏振光都是随θ增加而减小的。当一个单元包括一层或多层单轴负双折射材料或双轴双折射层例如，由PEN或PET组成，其中，p-偏振光检测到一个z-折射率而不是只是折射率的较高的平面内的值，结果在较高入射角得到一个下降了的有效造成折射指数。相应的，在单元中由负双折射层造成的有效的低z-折射率造成了一个二次蓝色转变附加到出现在各向同性薄堆层的蓝色转变上。与完全由各向同性材料构成的膜堆层相比，混合效应导致光谱的较大的蓝色转变。蓝色转变的值将由单元中的所有材料层对入射角在L中的厚度加权平均改变。因此，蓝色转变能靠调节在单元中双折射层对各向同性层的相对厚度来加强或减弱。这将导致在产品设计中必须首先考虑的f-比值值平面镜中最大蓝色转称是在堆的所有层中采用负单轴双折射材料而达到的。
另一方面，每当在膜中交替的薄层材料之一的z-折射率比它的平面内折射率要高出很多，而另一材料具有低的双折射性时，对p-偏振光其消光带随着角度的变化就比s-偏振光在同样带中以较低的速率移向蓝色，因此，最小的蓝色转变通过在光学堆层中只采用单轴正双折射材料就可达到。
对于偏振器，用双轴双折射材料，但是对于入射光沿着双折射膜振器的主轴这一的简单例子时，其分析对于单轴和双轴双折射膜都一样。对偏振器的两个主轴之间的方向，这效应依然可以观察到，但分析更为复杂。但是，一般来说，对于在两个主轴间的方位角入射的光，透射光谱的蓝色转变将有一个值，它介于入射光沿着膜的两根光轴中的一根得到的蓝色转变值。对大多数已取向的聚合物膜，光轴与膜的拉伸轴一致或与它垂直。
对于用PEN制成的沿着膜的两个主轴以高拉伸比的镜面膜，采用类似于下面给出的例子中的条件，PEN层的平面／z-轴折率差值约为0．25(1．75-1．50)。这个折射率差别小于基于PET的膜(就是说，约1．66-1．50)。对于基于PEN的偏振器，使光如此入射，其偏振面沿着消光轴，这效应甚至更为显著。因为PEN平面内折射率的差值与PEN的z-轴折射率相比能大得多(就是是，约1．85-1．50)，所以导致对于p-偏振光要比在双轴拉伸的多层膜堆层中观察到的有更大的蓝色转变。
假如在堆层中只用单轴正双折射材料，或者它连同各向同性材料，则与各向同性光学膜相比蓝色转变将被减弱。假如对p-偏振光在所有的入射角希望要有高的反射率，则两种材料的z-折射率的差值。必须基本上小于平面内折射率差值，将用一个单轴正双折射材料为例，诸如双轴取向的反式立构聚苯乙烯，它具有约为1．63的z-折射率和约为1．57的平面内折射率。其它的材料可能是具有约为1．63指数的各向同性的coPEN。
B5．包饱和
正如前面指出的，特别是在与现有技术的各向同性的多层膜相比，本发明的双折射颜色转变膜显示出改良的色饱和。当通过膜的视角从垂直角度到斜角(例如，掠射角)增加时，具有各向同性折射率的多层颜色转变膜在它们的色纯度上退化(对透射和反射均是如此)。这部分是由于当通过膜的传播角增加时部分无规则偏振光(即p-偏振光)的反射的效率较差的这个事实。因此，当反射带在角偏离垂直而移向较短波长时，反射带也为弱了，让不需要的光谱成分损害了全部透射光谱。当膜通过粘接的棱镜埋于玻璃或具有折射率显著地高于1，0的其它媒质时，问题就特别严重。
另一方面，本发明的多层双折射颜色转变膜可以随着视角的增加维持它们的色饱和，只要光学层沿着z-轴(垂直于膜平面的轴)的折射率适当匹配。对各向同性多层膜和双折射多层膜的随视角的增加而改变颜色和色饱和的情况的计算例子示于下面。当带宽狭成尖顶时色纯度会增加。但是，从聚合物多层堆层反射的光的色纯度可以被空气／聚合物表层交界面的宽带反射减弱。在这种情况下希望在聚合物膜上提供消反射覆盖层示。
例B1-1和B5-2
把由具有平面内折射率Na=1．75和Nb=1．50的材料A和B的交替层构成的，并被设计成在垂直角时提供饱和“蓝色”透射光谱(若用均匀的白照明源)的80层光学堆层的透射颜色它作为从0度到80度角的函数进行了计算。利用CIEx-y色品坐标和La*b色空间计算了透射颜色，对每个颜色体系，当色坐标值从照明源的颜色值(对La*b为(0，0)和对x-y系统(0．333，0．333))移开时，色饱和增加。
对每个色坐标系统，对一个多层系统作了颜色值对于视角的比较，该系统的沿z-轴折射率为 n z a = 1.75 , n z b = 1.50 (例B5-1，各向同性，z-折射率失配情况)和 n z a = 1.50 , n z b = 1.50 (例B5-2，z-折射率匹配，双折射情况)。可以作出近似于后一种情况的PEN／PMMA堆层。其结果示于图24和25。如在这些图中看到的，例B5-2的双折射、z-折射率匹配系统具有高度饱和的高角颜色值而例B5-1的各向同性系统，随着视角的增加具有剧烈下降的色饱和。
B6．光谱定义
虽然本发明频繁f在这里描述关于光谱的可见区，但是本发明的各种实施例通过各种参数(例如，光学层的光学厚度和材料的选择)的合适的调节就能用来在电磁辐射的不同的波长(因而频率)下运作。
当然，对大多数感兴趣的材料而言，波长改变的一个重要的效应是折射率和吸收系数的改变。但是，折射率匹配和失配的原理对仍旧应用于每个感兴趣的波长，并且可以用来为一个将在光谱的一个特定区域上运作的光学器件选择材料。因此，例如，适当的按比例缩和尺寸将可在光谱的红外、远紫外和紫外区域中运作。在这些情形中，关于在这些工作波长下折射率以及光学层的光学厚度也随波长而近似地按比例放缩。甚至更多的电磁谱可被利用，包括甚高频，超高频、微波和毫米波频率。随适当的对波长的按比例放缩将显出偏振化效应，且折射率能从由介质函数(包括和虚部)的平方根获得。在这些较长的波长带中，有用的产品可以是镜面反射偏振器和部分起偏振器。
反射带通常被定义由低反射的波长区域限制于两边的一个反射光谱带。在许多用介质堆层的应用中，吸收一般是低到足以忽略的地步，而定义是用透射来给出的。在那些术语里，反射带(或阻带)通常被定义为由高透射区限制于两边的一个低透射区。
在一个较佳实施例中，对p-偏振光的单个反射带(或阻带)在任何两个相继的波长(其透射大于50％)之间有的连续光谱，并包括这些相继的波长作为端点，而从一个端点到另一个的平均透射小于20％。这种较佳的反射带(或阻带)对非偏振光和垂直入射光是同样的方法来描述的。但是，对于s-偏振光在前面的描述中的透射值是用一种方法来计算的，它不包括被与堆层或堆层的表层或覆盖层的空气交界面反射的这部分光。对这些较佳的实施例，带宽被定义为在带内的两个波长间的距离，用nm作单元，这两个波长的每一个都与50％的透射上最靠近在带宽中，其透射为10％。在通常使用的术语中，带宽是由10％透射点所定义的。相应的蓝色和红色(就是说，短波长和长波长)的带边缘缘于是就取上面定义的10％透射点处的波长。较佳的阻带的透射取在10％透射点之间的平均透射。
在前面段落中描述的阻带的带边缘缘斜率取自50％和10％的透射／波长点，并用每nm的百分透射为单位给出。假使反射带不具有足够高的反射率来满足较佳实施例的带宽和带边缘缘斜率的定义，那么带宽就表示为反射率半极大全宽度。
通带通常被定义为被相对低的透射光谱区所限制的光谱透射带。对于多层颜色转变膜，通带被反射阻带所限。通带的宽度是在半极大值处的全宽度(FWHM)值，带边缘缘斜率是从一个已知的最靠近峰值透射点的带边缘缘上的两点计算得到的，它们的透射值是峰值透射值的50％和10％。
在一个较佳实施例中，通带有一透射带，它在透射峰的两边都低透射区，透射极小值的低透射区为峰值透射点的透射值的10％或更小。例如，在这个较佳实施例中，一个具有50％透射极大值的通带将会被具有5％或更低的透射极小值的反射带限制在两边。更为可取的是，通带的两边透射极小值小于通带的峰值透射值的5％。
对通带，其带边缘缘斜率大于每nm约0．5％较佳，其带边缘缘斜率大于每nm1％是更佳而其斜率大于约每nm2％时则最佳。
B7．非极化滤色器
关于s-偏振光，在这里描述过的双折射膜堆层的带宽和反射率都与通常的各向同性材料以同样的形式随入射角而增加。假如，选择适当折射率的材料，对p-偏振光能产生相同的效应。在那个例子中，可以作出s-和p-偏振光的光谱以相似地或甚至相同地表现为一个入射角的函数。对这题目的详细讨论，参阅第5，808，798号美国专利，在那里描述的多层膜有一个相当大的z-折射率失配，符号与平面内折射率失配相反。在那里的现象与滤光器带宽和反射率无关。虽然可以买到材料以得到这一效应，但是能提供良好的层间粘合的相容材料的选择是有限的，且在材料的选择上，人们通常必须牺牲平面内折射率差值的大小，以获得所需的z-折射率差值。
我们又接着发现，具有相对小的z-折射率失配的双折射多层堆层可以在某些特殊情形中起着非偏振滤色器的作用。在这些例子中，简单的分级的Q×Q堆层的反射带的带边缘缘之一(短波长边或长波边)将被非偏振化，但不是两边。某些滤色器，诸如，例如，蓝色或青蓝色透射滤光器能有它们的进入到光谱的红外部分足够远的红色带边缘缘，在那里的偏振效应对所要的应用是无关紧要的。假使利用计算机最优化来调节厚度值，那么在两种或更多种材料的交界面处具有的近似的z-折射率匹配的膜堆层的一个或两个带边缘缘可被做到非偏振化达到达优于各向同性膜堆层的程度。下面给出双折射堆层的两个例子，它们显示出在它们的蓝色带边缘缘处的基本上的非偏振化效应，并有简单的层厚度分布。这些膜堆层对非偏振化颜色分束器要有现有技术能提供重要的改良。它的一个例子由L．Songer给出，见《PhotonicSpectra》，1994年11月第88页。Songer的五层ABCBA光学重复单元堆层被设计来在37．5度处在BK-7玻璃中工作，它的折射率约为1．52。
例B7-1
一个417层共挤出的PET／Ecdel膜对s-和p-偏振光的透射光谱示于图26。两个光谱都取自在空气中的60度入射角，它等价于在折射率为1．52的玻璃中(诸如例如，BK-7玻璃)的约35度角。这个多层膜按在例E1-2中所描述的来制作的。正如在那个例子中所描述的，用来制作这个多层样品的过程利用了不对称二倍倍增器。它使在加料装置中生产的层数加倍。把倍增器设计得使两组层调节到反射分开的波长带，它们的中心在被倍增比所分开的波长处。但是，倍增器并不在跨越熔融流所有的点产生严格相同的倍增比。尤其，在膜的一个或两个边缘附近在比率上常常会有一个可观的变化。为了方便，这个例子的样品取自在例E1-2中描绘的膜的一个边缘附近。B1-7跨过坯料的位置约离得到例E1-2的光谱的跨过坯料位置的半米处。在例B1-7的在膜上的跨过坯料的位置处，倍增比大为降低，两个反射带大体上已汇合成单个较宽的反射宽。在图26中，注意到对靠近525nm的s-和p-偏振光这单个带的带边缘缘被重合到约在10nm之内，而靠近800nm处红带边缘缘处却被分开约40nm。对s-偏振光在低于500nm和高于700nm的透射值主要决定于膜的聚合物／空气的界面，并能用消反射覆盖层改善，或埋入一高折射率介质诸如粘合于两个玻璃棱镜之间。对于p-偏振光(500nm到710nm)，阻带的平均透射约为6％，在本例中，所有的带边缘缘的斜率约为每nm2．5％。
对于p-偏振光，例B7-1的反射带有几个显著的光谱泄漏，从500nm到710nm的平均透射为6％，本例子只供说明这个光学堆层的非偏振化带边缘缘。熟悉本领域的人可以容易地生产由PET和Ecdel构成的宽反射带滤光器，它在整个阻带的带宽上能透射平均小于5％或甚至小于2％。图26的光谱是使用偏振平行于TD方向(在本例中，也称之为x方向)的光得到的。测到的PET表层的折射率是nx=1．666，ny=1．647，nz=1．490。低折射率材料是Ecdel，而Ecdel的折射率约为1．52。
例B7-2
具有非偏振化蓝色带边缘缘的双折射堆层的第二个例子见之于例1-1，它是一个PEN和PMMA的多层堆层。注意在图38中，对s-和p-偏振光的透射谱的带边缘缘缘大体上在近410nm处重合在一起，而靠近600nm的红带边缘缘则差不多被分开40nm。在本例中，PEN的z-折射率是相当好地与PMMA的折射率匹配，两者在700nm时都约为1．49。PEN具有比PMM较高的色散，靠400nm的nzPEN≌1．53，而nPMMA≌1．51。在阻带之内，对p-偏振光的平均透射是1．23％。在60度时，红色带边缘缘斜率约为每nm4．2％；而蓝色带边缘缘斜率约为每nm2．2％。在垂直入射时红色带边缘缘斜率约为每nm5．5％。
用具有z-折射率匹配条件的双折射堆层来获得非偏振的效果，这光学堆层还必保证高反射，致使不希望有的波长的p-偏振光只有几个百分点或更少能被透射。当s-偏振将比p-偏振更强烈地反射时，这是必需的，由于对两种偏振Fresnel反射系数在高的入射角时将会有很大的不同。在非偏振滤色器的反射带之内，在标称的设计角下的平均透射小于10％较佳，小于5％小于5％，小于2％最佳。对好的颜色重现，最好带边缘缘显示出高的斜率。陡的带边缘缘在获得饱和的高纯度颜色也是所希望得到的。斜率至少是每nm约1％较佳。大于每nm2％更佳，每nm约为4％则最佳。要获得随的带边缘缘，可以利用计算机最优化得厚度分布，或把频带锐化厚度分布应用到厚度分布设计。
不想被理论所束缚，在上面给出的两个例子中蓝色带边缘缘的重合认为是归因于s-和p-偏振光的不同的带宽的结合以及对那些偏振的随光谱角度的有不同的光谱移动速率。对s-偏振光，当入射角从零增加时，部分带宽增加。对p-偏振光部分带宽并不随角度变化，因为使z-折射率匹配对每个界面角产生一个与角度无关的Fresnel反射系数，但是，正如上面所描述的，整个带要比s-偏振对相同频带稍快地移向蓝色。这两个效应在频带兰的边处几乎抵消，产生的结果是，蓝色带边缘缘缘保持在所有入射角下接近相符。在红色一边，这两个效应相加，使得带边缘缘缘对s-和p-偏振光分开。最后得到的红色带边缘缘变成两张图的平均，导致在本例中对非偏振光在红色一边有略低的色纯度。
换句话说，当在膜中交替的膜材料之一的z-折射率比它的平面内折射率高很多时，而另一材料有低的双折射，则对p-偏振光的消光带随着角度的变化要比s-偏振光对相同的频带以略为低的速率移向蓝色。这样的一种膜堆层非偏振光可以用于在一个消光带的红色一边保持一个陡的带边缘缘，诸如，例如，非偏振黄色和红色透射滤光器。可用对材料f-比值值的调节或调节z折射率的失配来精细地调节s-和p-偏振光的蓝色或红色带边缘缘的对准。
膜堆层的f-比值值能被调节来帮助对准本发明的折射带的s-和p-偏振的带边缘缘。在1000nm对PEN：PMMA1／4波堆层(n1x=1．75，n1z=1．50，n2x=1．50，n2z=1．50)假设下面的详细资料是，在垂直入射时对0．5的f-比值值具有层厚度为d1=142．86nm和d2=166．67nm，可以算出带边缘缘作为入射角位置的一个函数。在垂直入射时高和低带边缘缘在953nm和1052nm。p-偏振光的带边缘缘位移比s-偏振的要大，特别对高的带边缘缘是如此。p-偏振光的频带从99nm变狭到73nm而s-偏振光的频带却扩宽到124nm。在中间角度估算这个结果，就产生了图27中的资料。
这图示出了对p-偏振反射带的一个减小的宽度，但如果带边缘缘值用波长的倒数来作图，则p-偏振带的带宽会保持不变。也注意到，当在低波长一边的带边缘缘对s-和p-偏振光并不严格地匹配，在60度下，在空气中，差值仅约10nm，这对许多非偏振的滤色器的应用是足够的。p-偏振光带边缘缘要比s-偏振光的相应的带边缘缘的确更远地移向蓝色。这与各向同性1／4波堆层的行为相差甚大。
利用n1x=1．75和n1z=1．75以及n2x=1．50和n2z=1．50，也对一个各向同性的堆层作计算。对万0．5的f-比值值，其层厚度为d1=142．86nm和d2=166．67nm的结果示图28。高和低的带边缘缘在垂直入射时是在953nm和1052nm，与各向异性材料的一样。p-偏振光的带边缘缘随角度明显地变狭，而s-偏振光的带边缘缘则与各向异性一样。p-偏振光的带从99nm变狭到29nm而s-偏振光的频带则扩宽到124nm。各向同性带的中心对s-和p-偏振光是相同的，而对各向异性材料，p-偏振光带的中心比s-偏振光带的中心降低得更多。在60度，在空气中，s-偏振光和p-偏振光的带边缘缘间隔大于30nm。当各向同性材料的折射率差值增加时，s-偏振光和p-偏振光的带边缘缘间隔也增加。50nm的间隔是典型的。例如，参见L．Songer，《Phogonics Spectoa》，1994年11月，第88页。
与s-偏振光的位移相比，p-偏振光带边缘缘的相对位移大体是受到在堆层中双折射材料的数量还有它们的绝对双折射值的影响。例如，增加PEN／PMMA堆层的f-比值值将会增加具有平面内1．75的折射率材料的相对数量，还会在s-偏振光的反射带中引起一个小的蓝色位移。对于一个0．75的f-比值值，且用n1x=1．75和n1z=1．50以及n2x=1．50和n2z=1．50，且层厚度为d1=214．29nm和d2=83．33nm，其高和低的带边缘缘在垂直入射时是在967nm和1037nm处。正如在图29示出的，这个频带不像Q×Q堆层的那样宽。还有，对s-偏振光，带边缘缘随角度的位移要比p-偏振光的带边缘缘的位移小。p-偏振光的带从70nm变狭到52nm，而s-偏振光的频带扩宽到86nm。虽然，这个堆层设计不能提供非偏振的滤光器，它将会引起一个比Q×Q(f=0．5)堆层较大的随角度的颜色转变。
对一个相同材料的堆层在相反方向推动f-比值值将使把p-偏振光谱的蓝色带边缘缘与s-偏振光谱对准。在一个约为0．25的f-比值值下，这两个是几乎重合的。对一个0．25的f-比值值，厚度为d1=71．43nm和d2=250．00nm。高和低的带边缘缘在垂直入射时是在967nm和1037nm，对f-比值值=0．75也同样。因为具有1．50的z-折射率的材料量不变，所以p-偏振光带边缘缘位移对f=0．75是相同的，但s-偏振带位移较大。对这个堆层，低波长带边缘缘位移对s-偏振光和p-偏振光都是相同的。p-偏振光频带从70nm变狭到52nm，而s-偏振光频带则扩宽到91nm，其结果示于图30。
用f-值的大的缩减来提供s-偏振光和p-偏振光的带边缘缘匹配具有降低堆层的总反射功率的缺点，说明于图22。能在所有的入射角提供s和p蓝色带边缘缘的匹配的另一个方法是在z折射率方面引进失配。如果假设具有1．66的平面内折射率和一个1．50的z-折射率的PET在一交替的堆层中，第二种材料具有1．45的各向同性折射率，我们从图31中看到s和p的低波长带边缘缘在所有的入射角下大体上是重合的。即使z-折射率是不匹配(Dz=0．05)，且平面内折射率差值小于如图28中说明的各向同性的堆层(0．21对0．25)，在本例中p-偏振带在90度时保留了一个比在各向同性时的较大的带宽。换言之，这个设计的薄堆层在所有的入射角下保留着异常的反射性，且能用于需要具有高亮度和良好的色饱和的滤色器方面的应用。重合的s和p蓝色带边缘缘的相同结果可用一模拟的双折射PEN／1．45各向同性折射率材料堆层来获得。这些情况是用引进受控的z折射率失配来改善膜性能的例子。具有Dz与平面内折射率最大差值的0．5倍一样大的膜堆层也能满足许多滤色器的要求。
s-和p-偏振光谱中蓝色带边缘缘的重合是在这里揭示的颜色转变膜的一个重要的特性，且是具有超出非偏振滤色器的用途。s和p带边缘缘的重合使能制造具有一个随视角而颜色突变的颜色转变膜，且也能制造具有色纯度高的某种滤色器。在一较佳实施例中，对s-和p-偏振其带边缘缘间隔少于30nm较佳，约少于20nm是更佳，间隔约少于10nm是最佳。
在对有色光的s和p-偏振所需的相等带宽和反射率的应用中，上面叙述的非偏振滤色器作为色分束器是有用的。尤其是这些膜能在一个三个棱镜的颜色分离器中找到作为滤色器的应用，这类型色分离器由Doany在第5，644，432号的美国专利有关液晶显示器投影系统描述。在那个类型的颜色分离器中的这些膜的一个特别推荐的结构是使光道先射到红色反射膜(青色透射器)上，然后再射到反射绿色和红色的膜(蓝色透射器)上。蓝光通过两层膜并射到蓝色液晶显示器光调制器上。由Doany所描述的在玻璃棱镜上的较佳的入射角为30度，而本发明能很容易地提供这个角度。对于各种应用在玻璃中的典型的入射角为30度、35度、37．5度和45度。这些角度参照于光锥的中心光线。半锥角可能是5、10、15或甚至20度，依赖于光学系统的f数。作为一个例子，在一个具有15度的锥角的系统中，对于35度入射角放置的分束器将会在膜堆层上遇到从20度到50度的入射角。
C．工艺细节
C1．工艺考虑
用于制作本发明的共挤出聚合物多层光学膜的工艺将随所选的树脂材料和在最后得到的膜产品中所希望的光学性质而变化。
对潮湿敏感的树脂应在挤出前或在挤出时加以干燥以防止退化。用现有技术中已知的任何方法能够做到这一点。一个熟知的方法是使用炉子或更为高级的真空加热和／或去湿漏斗式干燥机，在挤出的同时把湿气从树脂去掉。在漏斗式干燥机或炉子干燥时，干燥的时间和温度应该加以限制以防热退化或粘结。另外，与对潮湿敏感的树脂共挤出的树脂应被脱去水分以防止该树脂所携带的湿气损害到对潮湿敏感的共挤出树脂。
挤出条件要加以选择，以用连续的和稳定的方式合适地加料、熔融、混合和用泵运送聚合物树脂加料流。最后的熔融流温度选择在这样一个范围，在该温度范围的低端要避免凝固、结晶或不适当的高压下降，而在该温度范围的高端要避免退化。例如，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)要在135℃下干燥8小时然后用最后的温区(或融融温度)真空加料到挤出机，范围在270℃和300℃度间较好，而在275℃和290℃间则更好。
最好使所有进入加料装置(feedblock)的聚合物处于与熔融温度相同的或非常相似的温度。如果两种理想熔融加工温度不匹配的聚合物要进行共挤出，这就可能要求工艺折衷。例如，聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)一般在235℃和250℃的温度之间挤压。但是，意外地发现用高达275℃的PMMA的熔融温度，PMMA可与PEN共挤出，只要在PMMA的熔融序列(train)中作设计考虑以将熔流中出现停滞点的可能性减至最小，并在PMMA熔流中把全部滞留时间保持为最小下作出的。在这方面发现了另一个有用的技术就是在较常规的加工温度下启动PMMA熔融序列，然后只是当在整个工艺过程中已经得到发展良好的溶流时，才把熔融序列的温度升至高一些的PEN可兼容的温度。
相反，可以降低PEN的加工温度，以便把它匹配到典型的PMMA的熔融加工温度。因此，也意外地发现，PEN的熔点(从而其加工温度)可以通过共聚单体添加到PEN聚合物内而降低，这会给PEN经拉伸形成双折射的能力有很小的伴随的降低。例如，已经发现用间苯二甲酸二甲酯(DMI)代替3mol％的2，6-萘二甲酸二甲酯酯(DMN)单体制成的PEN共聚体的双折射仅下降0．02单位，以及玻璃转变温度仅降低4或5℃，而熔融加工温度则下降15℃。在这方面少量的对苯二甲酸二甲酯(DMT)或其它的二酸或二醇共聚单体也是有用的。也可用二酸共聚单体的酯或二酯。把共聚单体添加到PEN聚合物的好处在题为“变更的共聚单体和改良的多层反射膜”的第09／006，601号美国专利申请和“具有二色性偏振器和多层光学膜的光器件”的第09／006，468号美国专利申请中有更为全面的叙述。
熟悉本领域的人显然明白，能够有用地使用通过共聚作用的PEN加工温度降低和通过工艺设计而升高PMMA熔融温度的组合，如能够使用一种、另一种、或两种技术与还有一种技术的组合那样。同样，相似的技术能使用在PEN与除了PMMA之外的聚合物、PMMA与除了PEN之外的聚合物、或两个示例的聚合都不包括在内的组合中的等温度共挤出。
接在挤出之后，然后把熔流中不希望有的粒子和凝胶体滤掉。可以采用在聚合物膜制造中已知的具有1-30微米范围内的网孔尺寸的初级和次级过滤器。虽然在现有技术中指出这样的过滤对膜的洁净度和表面性质的重要性，但是它的意义在本发明中也扩展到的均匀性。于是每个熔流通过一个颈管被送到一个用来调节聚合物流的连续和均匀的速率的齿轮泵。为了保证均匀的熔流温度，可把一个静态的混合装置放在颈管的末端，颈管把熔流从齿轮泵带到多层加料装置，整个熔流尽可能均匀地被加热以保证在熔融工艺器件有熔流均匀而退化最小。
多层加料装置被设计成把二种或多种聚合体熔体流分成许多层，每层交错插入这些层，并把二种或多种聚合物的许多层熔合为单个多层流。来自任何给定熔流的层是被连续地从一个主熔流通道中放出部分熔流到边通道管，它在加料装置支管中为各别层提供层狭槽。可能有许多设计，包括那些在授予Schrenk等人的第3，737，882号、第3，884，606号和第3，687，589号美国专利中所揭示的。在授予Schrenk等人的第3，195，865号、第3，182，965号、第3，051，452号、第3，687，589号和第5，094，788号美国专利和授予Jewis等人的第5，389，324号美国专利中也已经描述了用控制层流引进层厚度梯度的方法。在典型的生产工艺中，一般通过在加工各别的边通道管和层狭槽的形状和物理尺寸中进行的选择来控制层流。
两种或多种熔流的边通道管和层狭槽按所希望的那样交错，以形成交替的层。把用于多层堆层加料装置下游一侧的支管做成一定的形状，以横向地压缩和均匀地展布层。称为保护边界(PBL)的特别的厚层可以从用于光学多层堆层的任何熔流取出而在最接近支管管壁处送入，或者通过另外的加料流送入，这样做是为了保护较薄的光学层不受管壁张力的影响和可能得到流的不稳定性。
在光学应用中，特别对打算要透射或反射特殊的一种或几种颜色的膜，在膜平面中需要非常精确的层厚度的均匀性。在实践中，按照这个横向展布步骤要得到理想的层均匀性是困难的。所需的横向展布的数量愈大，在得到的层厚度分布中的非均匀性的可能性就愈大。因此，从层厚度分布的均匀性(或者对于膜颜色的均匀性)的观点来看，把加料装置的层狭槽做得相对地较阔是有好处的。但是，增大层狭槽的宽度导致加料装置更大、更重和更贵。显然，考虑到最后得到的膜的光学均匀性要求，最佳层狭槽宽度的估计须对每个加料装置情况分别地作出，并且用了所考虑的聚合物的可靠的流变学数据和在现有技术汉字已知的聚合物流模拟软件以及加料装置制造成本的模型。
在生产具有特殊的层厚度或厚度梯度分布(在遍及多层膜的整个厚度中，用规定方法对其修改)的膜中，层厚度的控制是特别有用的。例如，对于红外膜的某几种层厚度设计已经描述过了，这些设计把导致在光谱的可见光区的颜色的高次谐波减至最小。这种膜的例子包括在第RE3，034，60号美国专利中描述的那些。
另一个合适的膜包括在第5，360，65号美国专利中描述的膜，该专利描述具有六层交替重复单元的二组分膜，它抑制了在约380-770nm之间可见光波长范围内的不需要的二、三和四阶反射而反射约在770-2000n之间的红外波长区内的光。
另一个有用的膜设计是在题为“多组分反射膜”的第09／006，118号美国专利申请中描述。
正如上面所述，也可用一种混合设计，它的多层堆层的第一部分是设计来反射波长大于约1200nm的光，而具有AB重复单元和大体上有相等的光学厚度的交替层的第二部分用来反射波长约在770-1200nm之间的红外光。这样一种交替层的组合导致横跨红外波长区直至2000nm的光反射。
通过在这些约束条件内设计膜或光学体，特别是当一阶反射带在光谱的红外区时，至少能够随着入射角的改变抑制一些二阶、三阶和四阶高阶反射的组合，而一次谐波反射实质上不降低。这种膜和光学体用作红外平面镜是特别有用的，且在用作窗口膜和在既要求红外防护又要求有良好的透明度和浅色的类似应用中是好处的。
膜中的各层横跨膜最好具有不同的厚度。通常叫做层厚度梯度。选择层厚度梯度以获得所需的反射带宽。通常的层厚度梯度是线性的，其中，最厚层对的厚度比最薄层对的厚度要厚几个百分点。例如，1．055∶1的层厚度梯度意味着最厚的层对(与一个主表面相邻)是比最薄的层对(与膜的相对的表面相邻)厚5．5％。在另一个实施例中，层厚度从膜的一个主表面到另一个面可以是先减小，然后增加，然后再减小。据信，这样做能够提供较陡的带边缘缘，从而从光谱的反射区到透射区有一个较陡的或较突然的过渡。
将对把两种光学材料“A”和“B”安排成交替序列的多层膜简单描述获得陡的带边缘缘的方法。在其它的实施例中能够三种或更多种不同的光学材料。每对具有相邻的“A”和“B”的层构成一个光学重复单元(ORU)，用ORUI在膜的顶部开始，而用ORU6结束，这些ORU的光学厚度为OT1、OT2、…、OT6。这些光学厚度与在前面确定的术语“Dr”是一样的。在设计波长处，对于最大的一阶反射(在方程I中M=1)，每个ORU相对于A或B层应有50％的f-比值值。可以认为A层比B层有较高的X-(平面内)分折射率，这是由于前者比后者薄。可以把ORU1-3划为一个多层堆层S1，其中，各个ORU的光学厚度在负z方向单调地下降，而可以比ORU4-6划为另一个多层堆层S2，其中，各个ORU的光学厚度单调地上升。诸如这种的厚度分布在产生更陡的光谱过渡方面是有帮助的。相反，先前已知膜的厚度分布典型地仅沿一个方向单调上升或下降。假使一些应用需要，能够把光学厚度中的不连续性包括在这两个堆层之间，以产生一个简单的凹口形透射带光谱。
可以设计改善透射峰和作出甚至更陡峭的带边缘缘(较狭的透射带)的其它的厚度梯度。这可以这样来得到，把各别的层安排到组分堆层中去，在那里，堆层的一部分具有相反的曲线的厚度分布，而堆层的相邻部分具有略微弯曲的形态以与堆层的第一部分的曲度相匹配。曲线的分布可遵循任意数目的函数形式；这形式的主要目的是用调到只有单个波长的层来打破出现在1／4波堆层中的严格的厚度重复。这里使用的特殊的函数是线性分布的加性函数和正弦函数，以用合适的负的或正的一次导数来绘制分布。一个重要的特征是ORU的厚度分布的二次导数对反射堆层的红色(长波)带边缘缘是正的，而对反射堆层的蓝色(短波)带边缘缘是负的。注意，如果牵涉到是一个凹口透射带的带边缘缘，则需要相反的意识。相同原理的其它实施例包括具有多个一阶导数值为零的点的层分布。在这里所有的情形中，导数涉及通过实际的ORU光学厚度分布拟合的最佳拟合曲线的那些导数，它能包含小于10％的光学厚度值的标准偏差sigmal(σl)小的统计误差。
从加料装置导管出来的多层堆层的各个原始部份(不包括那些PBL)通称为包(packet)。在光学应用的膜中，每个包被设计来在一给定的波长带上使光反射、透射或偏振。当多层堆层离开加料装置时可以出现多于一个的包。因此能够设计膜以在两个或多个带上提供光学性能。这些带可能是分离的和各不相同的，或可以是重叠的。能够用两种或多种聚合物的相同或不同的组合来构造多个包。通过如此构造加料装置和它的梯度板，从而用每种聚合物的一个熔融序列为所有的包加料，或用熔融序列的单独的组来为各个包加料，就可以由相同的两种或多种聚合物来构成多个包。设计成把其它的非光学性质(诸如物理性质)给予膜的包也可以与在单个多层加料装置堆层内的光学包组合起来。
另一个在加料装置中形成双包或多包的方法是从一个加料装置包藉助于具有倍增率大于1的倍增器来形成它们的。依赖于原始包的带宽和倍增率，最后得到的包能被制成在带宽方面重叠或在它们之间隔开一个带宽间隙。熟知本领域的人显然知道，对于任何给定的光学膜目标，最佳的加料装置和倍增战策略有赖于诸多因素，因而必须在逐个的基础上加以确定。
在倍增之前，可把附加层添加到多层堆层。这些外部层再一次担任PBL的角色，这次是在倍增器内。在倍增和叠层后，部分PBL流将在光学层间形成内部边界，而其余的则形成表层。因此，在这个情形中，包被PBL分隔开。在最后加料到一个诸如模子的形成装置之前，可加进附加的PBL，以及完成额外的倍增步骤。在这种加料之前，不论倍增是否完成，以及不论是否PBL已经在所述倍增之前添加过(若有的话)，可把最后的附加层加到多层堆层的外部。这些将形成最后的表层，以及先前施加的PBL的外面部分将在这些最后的表层下面形成次表层(sub-skin)。模子执行熔流的附加压缩和宽度展布。此外，把模子(包括它的内部导管、压力区、等等)设计得当坯料离开模子时产生横跨坯料的层分布的均匀性。
虽然时常把表层加到多层堆层以防止较薄的光学层受壁应力的影响和可能的由此引起的熔流的不稳定性，但是也可以有其它的理由在膜的表面添加一个厚层。对那些熟悉膜共挤出工艺的人来说，有许多东西是明显的，而这些包括诸如粘着力、可覆盖性、释放、磨擦系数以及诸如此类，还有势垒性质、耐气候性、抗擦和抗磨力、等等。除这些之外，令人惊奇的是，在膜被连续地单轴或非常不相等地双轴拉伸长时，藉助于选择一种表层聚合物(它与次表面或最靠近光学层聚合物都粘合得很好，而且在拉伸时，它不易自行取向)，能大体上抑制“开裂”或沿着拉伸率更高方向容易撕开或断裂的倾向。示例的情形是在包含PEN的均质聚合物的光学多层堆上使用PEN的共聚物(coPEN)作为表层，它具有共聚单体成份，足以抑止结晶度和／或结晶取向。与没有coPEN表层的相似的膜作比较，当膜沿一个平面上的方向上被高度拉伸而沿垂直于这个平面方向却不拉伸或略微拉伸时，在这样的结构中观察到了显著的开裂抑制。熟悉本领域的人会选择相似的表层聚合物以补充其它的光学层聚合物和／或次表层聚合物。
在加料装置和随后为在模子浇铸口处浇铸而引导的熔流中，温度控制极其重要。尽管温度均匀性是通常所希望的，但在某些情形中，在加料装置中的预有准备的温度梯度或在加料流中高达约40℃温差能用来使堆层厚度分布缩狭或展宽。进入PBL或表面块内的加料流也能被设置在与加料装置的平均温度不同的温度。这些PBL或表面流体时常被设置得高出40℃以减小在这些保护性流中粘滞性或弹性，从而加强了作为保护层的有效性。有时，这些流可能在温度上降低达40℃，以改善在它们和流体的其余部分之间的流变学匹配。例如，降低低粘滞性表层的温度可以增加粘滞性匹配和增强流体稳定性。其它时候，弹性效应需要匹配。
观察到切变率影响粘滞性和其它诸如弹性的流变性质。用粘滞性(或其它流变学作用)对于共挤出聚合物的切变率曲线的相对形状的匹配，有时显出流体稳定性的改善。换言之，在这样的曲线间最大失配的最小化可能是对流体稳定性的一个合适的目标。因此，在熔流中在各个不同阶段温度差能够帮助在熔流的整个行程中平衡切变或其它流率的差异。
把坯料浇铸在一只急冷轧辊上。该轧辊有时也称为浇铸轮或浇铸桶。最好由静电销住来协助浇铸，它的详情在聚酯膜的生产工艺中是熟知的。对本发明的多层光学膜，在设置静电销住设备的参数时应仔细地进行。沿着膜的挤出方向的周期性的浇铸坯料的厚度变化常被称之为“销住振动”(pinningchatter)，它必须尽可能避免。已知调节电流、电压、销住金属线厚度以及销住金属线相对于模子和浇铸急冷轧辊的位置会有一个效应，必须由熟悉本领域的人在逐个情形的基础上着手设置。
由于在一边的轮子接触而在另一边只是空气接触，故坯料可能具有表面结构有边沿(sideness)、结晶度或其它性质。这在某些应用可能是想要而在另外一些应用中却是不想要的。当想把这种边沿差异最小化时，可用一个咬送轧辊与急冷轧辊组合，来加强冷却或到对不然会是浇铸坯料的空气一边提供光滑。
在某些情形中重要的是，多层堆层的一边是为在急冷轧辊边上得到极佳的冷却而选的一边。例如，由层厚度分布所构成多层堆层往往要求把最薄的层放在最靠近急冷轧辊处。
在某些情形中，要求给膜提供表面粗糙或表面纹理以改善在卷绕和／或随后的转化和运用中的处理。许多这种例子为熟悉膜制造工艺的人所知。当企图把这种膜用到与一玻璃平板或第二层膜紧密接触时，出现了一个特殊的与本发明的光学膜有紧密关系的例子。在这些情形中，光学膜有选择的在平板上或第二层膜上“打湿”能导致称之为“牛顿环”的现象，它在大范围上损伤光学均匀性。一个有纹理的或粗糙的表面防止打湿所需的接触紧密性和牛顿环的出现。
众所周知，在聚酯膜的工艺中包含很少量的细微粒子材料，常把它叫做“滑动剂”(slip agent)，来提供这种表面粗糙或纹理。这在本发明的光学膜中可以做到。但是，包含滑动剂微粒子引进少量的烟雾从而多少降低了膜的透光性。按照本发明，假如在膜浇铸时与一个微凹凸的轧辊相接触以提供表面粗糙或纹理，则在不引进烟雾的情形下也能甚至更能被有效地防止牛顿环。微凹凸轧辊最好对浇铸轮作为一个咬送轧辊使用。换一种做法，浇铸轮本身可能形成微纹理以提供一个相似的效应。此外，具有微纹理的浇铸轮和具有微纹理的咬送轧辊能在一起使用，来提供微凹凸的双面粗糙或纹理。
此外，本发明的发明人惊奇地发现，在浇铸急冷轧辊处用的一个光滑的咬送轧辊，除了如上面讨论过的能帮助对于膜的空气一边冷却之外，还能大大减少模子线的大小，销住振动和其它的厚度起伏。可能跨过坯料将其浇铸至均匀厚度，或用模子浇注口控制来形成坯料厚度的一个预先计划好的分布。这种分布可能在膜工序结束时改善均匀性。在其它情形中，一个均匀的浇铸厚度在膜工序结束时提供最佳均匀性。在工艺设备中控制振动对在浇铸多层坯料时减少“振动”是重要的。
即使在一个固定的切变率下，在各个工序阶段滞留时间也可能是重要的。例如，通过调节滞留时间能够改变或控制层间的相互扩散。这里的相互扩散是指在各别层的材料间所有混合和反应的过程，例如，包括诸如正常扩散、交联反应或酯交换反应等的各种分子运动。充分的相互扩散是希望的，以保证良好的层间的粘合并防止分层。但是，过多的相互扩散能导致诸如显著丢失层间的成份差别等有害效果。相互扩散也可能在层间导致共聚反应或混合，这可能在拉伸时会降低层的取向能力。发生这种有害的相互扩散的滞留时间的规模通常比要获得良好的层间粘合所需的要大得多(例如，一个数量级的大小)，因此，能使滞留时间最佳化。但是，某些大规模的相互扩散在形成层间组分的分布(例如制作皱的结构)时可能是有用的。
相互扩散的效果也可以用进一步层压缩来改变。因此，在一给定的滞留时间下的这个效应也是在那段时间间隔内相对于最后的层压缩比的层压缩状态的函数。因为较薄的层对相互扩散更为敏感，所以为了最大冷却一般把它们放在最靠近浇铸轮处。
最后，本发明的发明人意外地发现，在浇铸、冷却和拉伸多层膜之后，通过在高温下的加热凝结，相互扩散能被加强。
浇铸轮处的条件根据所要求的结果来设置，当希望由光学清晰度时，冷却温度必须是足够冷以限制烟雾。对于聚酯，典型的浇铸温度范围在10℃和60℃之间。此范围的较高部分可以与平滑或凹凸轧辊连在一起使用，而较低部分则导致对于厚坯料的更有效的冷却。浇铸轮的速度也可用来控制冷却和层厚度。例如，可以放慢挤出机的泵送速率以降低切应率或增加相互扩散，而增加浇铸轮的速度以维持所希望的浇铸坯料的厚度。浇铸坯料的厚度是这样选择的，从而在全部拉伸结束具有伴随而来的厚度缩减时，最后的层厚度分布复盖所希望的光谱带。
拉伸多层坯料以产生最后的多层光学膜。拉伸的一个主要的理由是用在一个或更多个材料层中产生的双折射来增加最后的光学堆层的光学能力。典型地，至少一种材料在拉伸下成为双折射。这双折射由材料在所选的拉伸工序下分子定向引起。这个双折射经常随由拉伸工序中的应力或应变引起的核化和晶体生长而极大地增加(例如，应力引起的结晶)。结晶度抑制了呈现双折射的分子弛豫，并且晶体本身可能也随拉伸而定向。有时，某些或所有的晶体可能预先存在或在拉伸前由浇铸或预热引起。要拉伸光学膜的其它理由可能包括(但不限于)增加产量和改善膜中的机械性质。
在制作多层光学偏振器的一个典型的方法中使用了单个的拉伸步骤。这个工序可能在拉幅机或长度调节机(orienter)中完成。虽然某些拉幅机备配有在坯料路径上或机械方向(MD)在尺寸上拉伸或松驰(收缩)膜的机械装置，但是典型的拉幅机与坯料路径横向地(TD)拉伸。因此，在这个典型的方法中，膜是沿一个平面内的方向被拉伸。第二个平面内尺寸不是像在一个常用的拉幅机中那样保持常数就是像在长度调节仪那样颈缩成一个较小的宽度。这种颈缩可能是重要的且随拉伸率而增加。对于一个弹性的不可压缩的坯料，其最后的宽度可从理论上来估算为沿长度方向拉伸率的平方根的倒数乘以开始的宽度。在这个理论的情形中，其厚度也以这相同比例减小。在实践中，这种颈缩可能产生稍宽于理论宽度，在该情形中坯料的厚度可能下降以近似地保持体积守恒。但是，由于体积并不必需守恒，所以从这个描述中偏差是可能的。
在制作多层镜面的典型方法中，用二步拉伸工序把双折射材料都沿平面内的方向取向。拉伸工序是已叙述的允许沿平面内的两个方向拉伸的单个步骤工序的任一组合。另外，可以是用允许沿机械方向(MD)拉伸的拉幅机，例如能相继地或同时地沿两个方向拉伸的双轴拉幅机。在这个后一种情形中可能使用单个双轴拉伸工序。
在还有一种制作多层偏振器的方法中，采用了多次拉伸工序，它对各别的拉伸步骤利用了各种材料的不同性能，以在单个的共挤出多层膜工艺内对含有不同材料的不同层进行不同程度和类型的彼此取向。镜子也可用此方法形成。这种光学膜和工序在题为“光学膜及其制造过程”的第09／006，455号美国专利申请中有进一步的叙述。
在光学膜另一个实施例中，通过一个双轴工序可以制成偏振器。在还有一个实施例中，平衡的镜子可用一工序来制成，该工序产生了二种或多种在平面内有显著的双折射(因而平面内的不对称)的材料，使得不对称匹配以形成一平衡结果，例如，沿平面内的两个主要方向都有接近相等的折射率差异。
在某些工序中，由于包括张力改变下坯料的工序条件的影响能产生这些轴的旋转。这在通常的拉幅机上的膜制作中有时被称之为“弓形向前”(bowforward)或“弓形向后”(bowbck)。为了提高产量和性能，光轴的均匀定向性是通常希望的。可以使用限制这种弯曲或旋转的工序，诸如藉助于机械的或热的方法来控制或隔离张力。
经常地观察到在拉伸机中沿机械方向的横向拉伸膜是不均匀的，当接近坯料的被紧夹着的边缘时，厚度、方向或两者都变。典型地，这些变化是与靠近被紧夹的边缘的坯料温度低于在坯料中央的温度恶道假设相符的。这种非均匀性的结果使得在完工的膜的可用宽度严重减小。这个限制对本发明的光学膜甚至更为严峻，因为在膜厚度中细小的差异能导致跨过坯料的光学性质的不均匀性。正如被本发明的发明人所认识到的，拉伸、厚度和颜色均匀性可以用红外加热器对靠近拉幅机夹子的膜坯料的边缘额外加热来改善。这种红外加热器能被用在拉幅机的预热区之前、在预热区中、在拉伸区中或在这些位置的组合处。熟悉本领域的人将理解对增添红外热量的分区和控制的许多选择。而且，把红外边缘加热与浇铸坯料跨过坯料厚度分布的变化相组合的可能性也是显而易见的。
对于某些本发明的多层光学膜，关键的是，如此拉伸膜，从而在对完工的膜进行测量的一个或多个性质在沿机器方向和横向方向具有相同的值。这种膜常被称之为“平衡的”膜。机器方向和横向方向平衡通过在双轴取向膜制作技术中熟知的技术选择工序条件来获得。典型地，探测的工艺参数包括机器方向取向预热温度、拉伸展温度和拉伸比、拉幅机预热温度以及有时还涉及到拉幅机的拉伸后的区域的参数。另外的参数也可能是重要的。典型地，完成和分析设计的实验以得出合适的条件组合，熟悉本领域的人将理解，需要各别地对各种膜结构和每条生产膜的膜生产线进行评价。
相似地，诸如在升高温度时的收缩和可逆的热膨胀系数这样的尺寸稳定性参数可以被各种各样的工艺条件所影响，与在本领域中已知的常规的膜的情形相似。这些参数包括(但不限于)热固化温度、热固化持续时间、在热固化时横向方向的尺寸弛豫“足尖朝内”(toe-in)、坯料冷却、坯料张力和在绕到轧辊后的热“保温”(或退火)。还有，熟悉本领域的人能够完成设计的实验，以对在一条给定的膜生产线上运行的一种给定的膜组成的一套给定的尺寸稳定性要求确定最佳条件。
为形成按照本发明的高质量的光学膜，应该对仔细的控制和工艺条件的一致性的需要作出评价。温度对拉伸均匀性的影响很大，因此对均匀的膜一般地希望有均匀的温度。同样，也希望有膜的厚度和组分的均匀性。一个较佳的能获得均匀性的方法是浇铸一个平坦的均匀膜，然后均匀地拉伸它以制成均匀的最后的膜。通常，在这种工艺下最后的膜性质会更均匀(例如，偏离角的颜色)和更好(例如，层间的粘合)。在某些情况下，浇铸厚度分布可被用来补偿不平衡的拉伸以产生均匀膜厚度的最后膜。另外，上面讨论过的红外边缘加热可以与浇铸厚度分布连在一起使用。
C2．色均匀性
正如在发明背景这一节中指出的，能够制出根据本发明的多层膜和其它的光学器件，从而在远远超过现有技术的膜可以达到的在一个很大的范围内显示物理的和光学的均匀性。根据本发明的方法，在以前的浇铸(不是拉伸)膜中遇到的厚度的畸变和光学厚度的畸变是用在约2×2和约6×6之间的倍率(约4×4则更佳)双轴拉伸这个浇铸坯料来避免的，它有使横向层厚度的变化的趋势，于是使颜色变化，但不是突变。而且，因为膜是由拉伸浇铸坯料(与不拉伸而直接浇铸一个完工的膜相反)制成的，由于在较狭的模子中出现层的展布显著较少，于是所要求的较窄的浇铸坯料允许在挤出模子中的层厚度分布可以有较少的畸变。
在上面几节中讨论的以及要想改善层厚度均匀性的许多其它的工艺考虑，由于颜色直接与层厚度有关，所以也改善了颜色均匀性。这些包括(但不限于)多层树脂系统的流变学匹配、过滤、加料装置设计、倍增器设计、模子设计、PBL和表层选择、温度控制、静电销住(pinning)参数、坯料厚度变化扫描装置的使用。浇铸咬入滚筒(niproll)的使用、振动控制、和在拉幅机中坯料边缘的加热。
在挤出设备的设计和加工中和在挤出控制中的误差都将造成系统的和随机的误差。一般来说，对均匀颜色膜，这随机误差能导致颜色上沿坯料和跨过坯料的变化；而系统误差，虽然不会改变，但将对膜的总的颜色和跨过坯料的颜色变化有影响。
对全部的膜厚度还有对各别的层都会出现随机的和系统的误差。通过光透射或反射光谱，最易检测和监视总的膜厚度误差。因此，可以设置一架在线分光光度计，当膜从线上离开时来测量它的光谱透射，从而提供必需的信息来测量颜色均匀性和为工艺控制提供反馈。各别层的误差可能影响或不影响看出的颜色，主要依赖于在光学堆层中它们所在的地方还依赖于误差的大小。
系统误差是可重复的偏差，它来自堆层中任何或全部的层的设计厚度。它们的发生是因为在用于设计倍增器和加料装置的聚合物流模型中固有的设计近似，或因为在加料装置和模子中的加工误差。这些误差能够用再设计和再加工来消除，直至这些误差降到设计标准。这些误差也可以用加工一个加料装置来减小，它没有倍增器的帮助就能生产出光学膜中所需的层数。
随机误差能够由加料装置中的变动和模子区中的温度变动；树脂不均匀性；通过熔融序列对熔融温度的不适当控制，该熔融序列有选择地使熔融流的一些部份劣化；加料装置或模子由于劣化或烧焦的树脂引起的污染；诸如熔融流压力、温度和泵送率的变化以及流体动力流的不稳定性等工艺控制误差等引起。为了要避免能导致这种流动不稳定性的条件，流的模型应向加料装置和模子设计提供输入。
总的厚度均匀性受到模子设计、浇铸轮子的速度变动、系统振动、模子间隙控制、静电销住和膜拉伸条件的影响。这些变化可以是随机的或是系统的。系统误差不必给出恒定的(例如，不变的)颜色。例如，模子或浇铸轮的振动能造成一个周期的量级在0．5到50cm的重复的空间颜色变化。在诸如装饰膜等的应用中，希望在完工的膜中有一个周期的空间颜色变化，可以故意地把受控振动交与浇铸轮。但是，在希望有颜色均匀性和良好的厚度控制是必要的地方，这浇铸轮与一直接驱动马达(例如，无齿轮减速)配合。这种马达的一个例子是直流电刷伺服马达，诸如可从Kollmorgan购得的部品号码为TT-10051A的马达。能够使用带有齿轮减速的高速马达，但必须是具有专用的电调谐和光滑的齿轮箱的高质量系统。系统振动，尤其是模子相对于浇铸轮的振动，可以通过把浇铸台放在浇铸设备的在地面上的水泥台上而减至最小。冲缓或隔离的其它方法对于熟悉机械工艺的人来说将是显而易见的。
振动源能藉助于一坯料厚度变化扫描装置辨认出来。如能从这样一种装置的输出辨认一个振荡周期，则可对工序要素，乃至对显示出相同周期的振荡行为的外部源头作一搜寻。于是这些单元能用现有技术中已知的方法制作得更结实，振动被阻尼或振动与模子和浇铸轮隔离，或如果对工序并不必需，就干脆断开或重新安置。因此，由于挤出机螺杆的转动的周期性而被辨认出的振动是可以隔离的，例如，在挤出机出入口和颈管之间使用用一种阻尼材料，而由于房间风扇的周期性而被确认的振动可以通过关掉或重新放置这台风扇加以去除。另外，对于不能完全被消除掉的模子或浇铸台的振动可以通过某些坚固的超结构的形式把模子与浇铸台在机械上连接起来，防止导致在模子和浇铸台之间的振动的相对运动。对这样一种振动互通的机械联结的许多设计将是显而易见的。此外，当在膜中使用应变硬化材料时，则拉伸应在足够低的温度进行，以产生跨过坯料的均匀拉伸，而销住金属线应被牢坚固地安放。
通过使用具有不变的转动速度精密的浇铸轮驱动机构获得了对层厚度或光学厚度的附加控制。把浇铸轮设计成无振动的也在无振动下操作，否则会造成坯料厚度的“振动”，并且造成随后的下坯料方向的层厚度变化。申请人已经发现了产生在模子和浇铸轮之间的相对运动的那些振动，当挤出物从模子拉出来时导致在浇铸轮中的有效的速度变化。这些速度变化造成在膜厚度和光学层厚度的调制，这对于在制作本发明的光学膜中有益地使用的应变硬化材料尤为显著。因此，在浇铸轮不存在这些控制，在本发明的光学膜中在挤出工序遇到的正常振动足以引人注目地削减色均匀性。本发明的方法已经第一次能用聚合物材料制成的颜色转变膜的产品，在任何一个特别的视角下具有高度的色均匀。因此，可以按本发明的方法制作膜，其中，所希望的在一个特殊的入射角的光透射或反射带宽至少在10cm2的面积上变化小于约1到2nm，且更好的是至少100cm2，而且其光谱反射峰值的带边缘缘缘的波长值波在相同的面积上波长变化少于约+／-4nm。
通过几个例子来说明用本发明的方法在色均匀性方面改善的可能，这些例子把本发明的膜与现有技术的膜作一个比较。
例C2-1
下面的例子说明了几个普通的在市场上能买到的颜色膜的色均匀性。
从Mearl公司得到一种在市场上能买到的光学膜(8631红／绿)的样品。这膜在外表上是有晕光的(例如，当视角改变时，在膜上的相邻区改变为无规则形状的不相似的颜色，从而给予该膜一个“油在水上”的外表)。在膜范围内的颜色轮廓给它一个相似于用颜色编码的一个丘陵地带的地形图的木纹(woodgrain)外表。
膜的透射光谱用Oriel的“Instaspec”二极管阵列取自可见光波长。虽然，在入射的其它角度时亦观察了相似的光谱，但这些光谱的每一个取自在垂直入射。这些光谱取自在跨过坯料方向间距为0．5英寸处，在膜样品的一端0．5时处开始。假设它的尺寸很小，但样品本身很可能是从一个较大材料的坯料上切下的。由于这些光谱中的每一个对一个显示理想的色均匀性是相同的，所以光谱的变化是色均匀变化的一个象征。
Mearl膜在这些各个点处的光谱示于图32和33，分别对应下坯料和跨过坯料的方向。正如在这些图中看到的，Mearl膜在跨过坯料的方向上在色均匀性上显示出实质上的变化，在3英寸的距离上总共达到+／-13nm。在下坯料方向的光谱变化为略小，但仍是引人注意的。
例C2-2
检测了例E1-2中的绿色透射膜的下坯料和跨过坯料的光谱变化。跨过坯料的光谱取相距1英寸取了几英寸，在中心位于550nm处的通带的蓝色带边缘缘缘中只显示+／-4nm的移动。跨过坯料的光谱示于图34和下坯料的光谱示于图35。
例C2-3
也分析了例E1-1的蓝色透射膜的均匀性。一系列光谱曲线是在下坯料和跨过坯料相距0．5英寸处得到的。两者的局部均匀性对于示于图36(该图是对下坯料方向作出的)的尺度而言大体上是相同的。
例C2-2和C2-3的膜在颜色上显得很均匀，在相邻的离开1到2英寸的区中没有看到可分辨出的变化。所以，在膜上的1到2平方英寸的面积部份，当样品在各种角度转动时颜色同时变化。相似地，当把例C2-2或C2-3的膜弯成s形时，并在各个角度上观看所产生的颜色带好像有直线的陡的边界。
膜的光谱变化在膜的颜色外表得到了反应。Mearl膜包含面积约在直径为0．5英寸的量级的颜色是相当均匀的(虽然由于从点到点在光谱形状的差别仍然有些斑点)，但是在膜中的色均匀性，在较大的面积上变得更坏，在约1平方英寸的面积上显示出下坯料在带边缘缘缘上的变化约为+／-7nm。相反，例C2-3中的膜在2．5英寸下坯料的长度上，在蓝色带边缘缘上显示出+／-3nm的变化，而例C2-2中的绿色膜在3．5英寸的下坯料距离上，在绿色带边缘缘上显示出+／-4nm的变化。
正如从上面的光谱中看到的，根据本发明的方法制作的膜在一个相当大的膜面积上显示出实质上均匀的光学厚度。由此，当与物理的和光学厚度均匀性是程度较低的膜相比较时，导致作为视角的函数的更陡峭和更快速的颜色转变。
C3．周期的颜色变化
虽然色均匀性在本发明的膜的许多应用中是重要的，但是在另外一些应用中，如装饰性膜，色均匀性或是不重要的或是不希望有的。在那些应用中希望有颜色的变化。它们可能被故意地在坯料冷却前在任何点横越或沿着坯料的一部分把引起的想要的空间频率的厚度变化施加到本发明的膜上，用这样的方式来导致光学堆层厚度的调制。虽然有很多方法来完成(例如，用在浇铸轮中引起振动)，通过在锁住金属丝中引起一个想要的频率(或几个频率)的振动，可以方便地施加这种调制。例如，通过在锁住金属丝上引起振动，偏振器膜的颜色在横越膜的直线上被周期地变化着从非彩色的灰色透射色到红色。这红色条纹在下坯料方向相隔6毫米。锁住金属丝振动的计算频率为21Hz。
局部的无规则的颜色变化也可用本发明的挤出膜获得，它带有内部小气泡以产生吸引人的装饰效果。气泡可用多种方法产生，包括不把树脂充分干燥到人们经常做的那样或用把热灵敏的树脂(诸如PMMA)略微过热，来产生同样的效果。这局部形成的小气泡使微层(microlayer)畸变并造成了局部的颜色变化，在某几个实例中它能给出层次(depth)的外观。
虽然上面叙述的对引起颜色变化的方法好象是在教导一种非均匀膜，具有均匀颜色的起始基础膜(它具有高的阻带反射率和高色饱和)，虽然被一已知方法局部破坏，但在控制这种装饰膜的平均色调、色饱和和亮度方面是满意的。在这里所讲的局部颜色变化，当它用于具有固有的高反射率的反射带和带有高斜率的带边缘缘的一均匀的颜色转变膜时则更为引人注目。
正如上面所指出的，在浇铸轮中的振动造成浇铸速度变化不定导致的膜中层厚度的变化。这振动的频率(或几个频率)能被调制来施加颜色的重复序列或图案给最后的膜。此外，这些颜色的变化可以在不损害本发明的膜的颜色转变特性的典型性来完成的，从而让这颜色丰富的膜产品(通常复盖整个可见光谱)中的颜色好像是在闪烁或当入射角在变化时是在移动。
周期的颜色变化也可用一型板(pattern)模压到膜上。由于这模压加工过的部分不再与膜的其余部分共面这一事实，所以它比膜的其余部分显示出一种或几种不同的颜色。因此，例如用一个鱼网图形(例如，在红色背景上的金色)或一个标志来模压本发明的颜色转变膜，已经产生了惊人的效果。
在某些例子中，相似的原理可以用来移去或调去在膜中的周期的颜色转变，从而改善膜的颜色均匀性。因此，发现一个来源，把一给定频率或一给定周期频率的振动施加于坯料，则相同振幅(但是，位相相反)的振动可施加到这坯料(例如，通过浇铸轮)，导致相消干涉从而从这工序中有效地移去了这个来源。
C4．获得偏振器折射率匹配／失配的方法
选来用于本发明的颜色转变膜的材料和这些材料的取向程度，最好加以选择，从而在完工的偏振器的层中至少具有一个轴，与之相关联的折射率大体上相等。与该轴关联的折射率的匹配，一般(但并不是必需)是与取向的方向横向的一根轴，导致在那个偏振面内大致上没有反射光。
典型地，本发明的颜色转变膜是用至少第一和第二种聚合物材料的交替层制成的。其中，第一种材料比第二种材料有更高的双折射。常常是第二种材料被选为各向同性的。但是，第二种材料也可能是负双反射的，就是说，它在拉伸后与取向方向相关联的折射率呈现出减少。如果第一种材料的双折射性是正的，第二种材料的负的应变引起的双折射就有利于增加在与取向轴相关联的邻接相(adjoining phase)的折射率之间的差值，而垂直于取向方向的偏振平面的光的反射依然是可以忽略的。在正交于取向方向的邻接相之间的折射率差值应在取向后在预期要有颜色转变效应的光谱的大部分区域中约少于0．05，约少于0．02则较佳。
第二种材料也可能显示正的应变引起的双折射性。但是，这可能用热处理方法来改变，以匹配垂直于连续相(continuous phase)的取向方向的轴的折射率。热处理的温度不应太高，以免削弱在第一种材料中的双折射性。
在各种环境下(例如，特别的拉伸率和温度)用拉伸膜或光学体来影响在折射率上的所想要的匹配／失配也是可能的，其中，膜内的特殊层将被有选择地取向(导致它们的折射率的变化)，但是膜中的其它层的折射率大体上不受影响。在多层膜中有选择地对一些层取向的方法在题为“光学膜及其制造工艺”的第09／006，455号美国专利申请中叙述。如果想要，能够用该方法在膜的特定的层内得到真实的单轴取向。
D．材料选择
已经讲解适用于本发明的各种聚合材料用于制造共挤出的多层光学膜。例如，美国专利4，937，134；5，103，337；5，1225，448，404；5，540，978和5，568，316(Schrenk等人)和5，122，905；5，122，906以及5，126，880(Wheatcey和Schrenk)所列和所述的聚合材料适用于制造本发明多层光学膜。其中特别感兴趣的是例如美国专利5，486，949和5，612，820(Schrenk等人)，美国专利第5，882，774(Jonza等人)和题为“改性的共聚聚脂和改进的多层反射膜”的美国专利申请09／006，601所述的双折射聚合物。对于制备膜的优选材料，应满足数个条件以制作本发明多层光学膜。首先，这些材料应至少由两种不同的聚合物制成，数目不限，在具体的膜中三种或更多种聚合物是有益的。其次，两种所需的聚合物中至少一种(称为“第一种聚合物”)的应力光学系数较好具有较大的绝对值。换言之，当拉伸时较好能形成较大的双折射性。根据用途，可在膜平面内的两个正交方向之间形成双折射，在一个或多个平面内方向和垂直于膜平面方向之间形成双折射，或在这些方向的组合中形成双折射。在各向同性折射率具有很大独立性(widelyseparate)这种特殊的情况下，虽然双折射性通常仍然是所希望的，但是可降低对第一种聚合物的双折射性的要求。这种特例可能在选择聚合物以便用双轴拉伸方法(在平面内两个垂直的方向拉伸膜)形成平面镜膜和偏振器膜时发生。第三，第一种聚合物应在拉伸后能保持双折射性，从而使最后制成的膜具有所希望要的光学性能。第四，另一种所需的聚合物(称为“第二种聚合物”)应这样选择，即使得在最后制成的膜中，其至少在一个方向的折射率明显不同于第一种聚合物在该方向的折射率。因为聚合材料一般是色散的，就是说折射率随波长而异，因此这些条件必须按照感兴趣的特殊光谱带宽予以考虑。
聚合物选择的其它方面依赖于具体的用途。对于偏振膜，在最终膜中第一种聚合物和第二种聚合物在一个膜平面方向的折射率明显不同，同时在与该方向正交的膜平面内的折射率差异被减到最小是有益的。当第一种聚合物在各向同性时具有较大的折射率，且具有正双折射性(就是说，它的折射率随拉伸方向而增加)时，则第二种聚合物一般将选用在拉伸后在正交于拉伸方向的平面方向具有匹配的折射率并且在拉伸方向具有尽可能低的折射率。相反，当第一种聚合物在各向同性时具有小的折射率，且具有负双折射性时，则第二种聚合物一般将选用在拉伸后在正交于拉伸方向的平面方向具有匹配的折射率，并且在拉伸方向的折射率尽可能高。
换句话说，可以选择第一种聚合物，在各向同性时，它具有正双折射性并且具有中等或低的折射率，或者在各向同性时，它具有负双折射性并且具有中等或高的折射率。在这些情况中，第二种聚合物一般可以这样来选择，即在拉伸后它的折射率将在拉伸方向或在与拉伸方向正交的平面方向与第一种聚合物相匹配。另外，第二种聚合物一般可这样来选择，即使得在其余的平面方向的折射率差最大，无论这是通过使那个方向具有很低的折射率还是具有很高的折射率来完成的。
一种使平面折射率在一个方向匹配而在正交方向失配的方法是选择第一种聚合物(它在拉伸时能形成明显的双折射性)和第二种聚合物(它在拉伸时很少形成或不形成双折射性)并仅在一个平面方向拉伸最终得到的膜。或者，第二种聚合物可选自能形成与第一种材料相反的(负-正双折射性或正-负双折射性)双折射性。另一种方法是选择第一种聚合物和第二种聚合物，它们在拉伸时都能形成双折射性，但沿两个正交方向拉伸之；选择拉伸条件(如温度、拉伸比、拉伸后弛豫等)。所述方法导致第一种聚合物和／或第二种聚合物沿两个拉伸方向具有不相等的取向程度，使得第二种聚合物的一个平面内折射率与第一种聚合物的一个面内折射率大致匹配，同时正交的平面内折射率与第一种聚合物的正交的面内折射率明显失配。例如，可选择拉伸条件，使得第一种聚合物在最后获得的膜中具有双轴取向的特性，而第二种聚合物在最后获得的膜中具有主要是单轴取向的特性。
前面所述仅是例举性的，可以理解为可将这些技术与其它技术组合起来用于获得偏振膜，以便在一个平面内方向折射率失配，而在正交的平面方向折射率相对匹配。
对于反射或平面镜膜具有不同考虑。只要膜不兼有偏振性能，则膜平面内的任意方向折射率具有同样标准。所以，对于任意给定的，在正交的平面内方向折射率通常是相等的或近似相等。但是，对第一种聚合物的膜平面折射率与第二种聚合物的膜平面折射率之差要尽可能大。因此，如果第一种聚合物在各向同性时有高的折射率，则它较好还具有正双折射性。同样，如果第一种聚合物在各向同性时具有低的折射率，则它较好还具有负的双折射性。在拉伸时第二种聚合物很少形成或不形成双折射性，或在相反的意义上形成双折射性(正-负双折射性或负-正双折射性)是有好处的，从而使在最后获得的膜中第二种聚合物的膜平面折射率与第一种聚合物的膜平面折射率相差尽可能大。如果平面镜膜也兼有某种偏振性能的话，那么可将这些标准与上面列出的对偏振膜的标准适当地组合在一起。
可以把有色膜作为平面镜和偏振膜的特例。因此，适用上面概述的相同标准。看到的颜色是光谱的一个或多个具体带宽的反射的或偏振的结果。本发明多层膜起作用的带宽主要是由用于光学堆层的厚度分布所决定的。但是，还必须考虑第一种聚合物和第二种聚合物的折射率的波长关系或色散性。可理解对红外和紫外波长适用与可见光颜色同样的规则。
吸光度是另一个考虑因素，对大多数的应用，在所述膜感兴趣的带宽内，第一种聚合物和第二种聚合物均不具有吸收带是有益的。因此，在所述带宽之内所有入射光不是反射就是透射。但是，对某些应用，第一和第二种聚合物中的一种或两种全部或是部份地吸收特殊的波长是有用的。
虽然许多聚合物可被选作第一种聚合物，但是某些聚脂具有特大的双折射性。其中聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)经常被选作本发明膜的第一种聚合物，它有很大的正应力光学系数，在拉伸后能有效保持双折射性，并在可见光范围内很少或没有吸收，在各向同性状态它具有大的折射率。当偏振平面平行于拉伸方向时，对550nm波长的偏振入射光它的折射率从约1．64增加至高达约1．9。它的双折射性能靠增加它的分子取向而增加，在其它拉伸条件不变时所述分子取向能靠拉伸到一个更大的拉伸比而增加。
其它半结晶的聚萘二甲酸酯也适于作为第一种聚合物。聚2，6-萘二甲酸丁二醇酯(PBN)就是一个例子。这些聚合物可以是均聚物或共聚物，只要使用的共聚单体不显著损害应力光学系数或拉伸后双折射性的保留性即可。在本文中术语“PEN”可理解为包括符合这些限制的PEN共聚物。在实践中，这些限制对共聚单体的含量(content)施加了一个上限。共聚单体的确切量将随所使用的一种或多种共聚单体的不同而变化。但是，如果加入共聚单体可改进其它性能，则可兼顾这些性能。这些性能包括，但不是限于，改进的间粘性，较低的熔点(导致较低的挤出温度)，与膜中的其它聚合物较好的流变性匹配以及由于玻璃化温度的改变而使拉伸加工窗的有利迁移。
用于聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯，聚2，6-萘二甲酸丁二醇酯等的合适的共聚单体可以是二元醇或二原羧酸或其酯。二元羧酸共聚单体包括，但并不限于，对苯二甲酸；间苯二甲酸；邻苯二甲酸；萘二甲酸的所有异构(2，6-，1，2-，1，3-，1，4-，1，5-，1，6-，1，7-，1，8-，2，3-2，4-，2，5-，2，7-和2，8-)；联苯甲酸，如4，4’-联苯二羧酸及其异构体、反式4，4’-二羧酸及其异构体、4．4’-二苯醚二羧酸及其异构物、4，4’-二苯砜二羧酸及其异构体、4，4’-二苯酮二羧酸及其异构物；卤代芳香烃二羧酸，如2-氯对苯二甲酸和2，5-二氯对苯二甲酸；其它取代的芳香烃二羧酸，如叔丁基间苯二甲酸和间苯二甲酸磺基钠；环烷二羧酸，如1，4-环己烷二羧酸及其异构体和2，6-十氢萘二甲酸及其异构体；二环和多环二羧酸(如降冰片烷二羧酸和降冰片烯二羧酸，金刚烷二羧酸和二环辛烷二羧酸的各种异构体)；烷二羧酸(如癸二酸，己二酸，草酸，丙二酸，琥珀酸，谷氨酸，壬二酸和十二烷二羧酸)和各种异构的稠环芳香烃二羧酸(如，茚，蒽，苯并蒽(pheneanthrene)，苯并萘，芴等)。或者，可使用这些单体的烷基酯(如对苯二甲酸二甲酯)。
合适的二元醇共聚单体包括，但并不限于，直链或支链的烷二醇或甘醇(诸如，乙二醇，丙二醇如1，3-丙二醇，丁二醇如1，4-丁二醇，戊二醇如新戊二醇，己二醇，2，2，4-二甲基-1，3-戊二醇和更高级的二元醇)，醚二醇(如二甘醇，三甘醇和聚乙二醇)，链烷二醇如3-羟基-2，2-二甲基丙酸3-羟基-2，2-二甲基丙酯，环烷二醇如1，4-环己烷二甲醇及其异构体和1，4-环己二醇及其异构体，二环-或多环二醇(如各种异构的三环癸烷二甲醇，降冰片烷二甲醇，降冰片烯二甲醇和二环辛烷二甲醇)。芳族二醇(如1，4-苯二甲醇及其异构体，1，4-苯二醇及其异构体，双酚诸如双酚A，2，2’-二羟基联及其异构体，4，4’-二羟基甲基联苯及其异构体和1，3-二(2-羟基乙氧基)苯及其异构体)和这些二元醇的低级烷基醚或二醚，如这些二元醇的二甲醚或二乙醚。
也可使用使聚酯分子具有支化结构的三官能或多官能共聚单体。它们可以是羧酸、酯、羟基或醚的形式。例子包括有，但并不限于，偏苯三酸及其酯，三羟甲基丙烷和季戊四醇。
适用的共聚单体还有混合官能度的单体，包括羟基羧酸如6-羟基-2-萘羧酸及其异构体，和混合官能度的三官能或多功能共聚单体如5-羟基间苯二甲酸等。
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是具有明显正应力光学系数，在拉伸后能有效地保持双折射性，并在可见区域很少或没有吸收的另一种材料。因此，在本发明某些用途中可使用这种材料和这种材料使用上述共聚单体的高PET含量的共聚物作为第一种聚合物。
当选择聚萘二羧酸酯(如聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚2，6-萘二甲酸丁二醇酯(PBN))作为第一种聚合物时，可以有几种方法来选择第二种聚合物。对某些用途的一个较优的方法是选择共聚萘二羧酸酯(coPEN)，其配制使得拉伸时很少形成或者不形成双折射性。这可通过选择共聚单体以及它们在共聚物中的浓度，消除或明显降低coPEN的结晶度而达到。一个典型的配方使用约20-80摩尔％的萘二甲酸二甲酯和20-80摩尔％的对苯二甲酸二甲酯或间苯二甲酸二甲酯作为二元羧酸或酯组分，并使用乙二醇作为二元醇组分。当然，可用对应的二元羧酸来代替该二元酯。能用于coPEN第二种聚合物配方中的共聚单体的数目不受限制。适用于coPEN第二种聚合物的共聚单体包括，但并不限于，上面所列出的适于PEN共聚单体的所有共聚单体，包括酸、酯、羟基、醚、三官能或多官能和混合官能类型的单体。
预测coPEN第二种聚合物的各向同性的折射率常常是有用的。业已发现所用的单体折射率的体积平均值是一个合适的指标。本领域熟知的类似技术能用来从所用单体的均聚物的玻璃化温度估计coPEN第二种聚合物的玻璃化温度。
另外，具有与PEN相容的玻璃化温度并且折射率相似于PEN的各向同性折射率的聚碳酸酯也可用作第二种聚合物。
第二种聚合物并不需要是共聚聚酯或共聚碳酸酯。也可使用由单体(如乙烯基萘、苯乙烯、乙烯、马来酸酐、丙烯酸酯、乙酸酯和甲基丙烯酸酯)制成的乙烯基聚合物和共聚物。也可使用除聚酯和聚碳酸酯之外的缩聚物。例子包括：聚砜、聚酰胺、聚氨酯、聚酰胺酸和聚酰亚胺。萘基团和卤素(如氯、溴和碘)适用预将第二种聚合物的折射率提高到一个所希望要的水平。在需要降低折射率时，丙烯酸酯基和氟是特别有用的。
从前面的可见，第二种聚合物的选择不仅取决于所述多层光学膜的用途，而且还取决于制备第一种聚合物的材料选择以及在拉伸时所用的工艺条件。合适的第二种聚合物材料包括，但不限于，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)及其异构体(如2，6-，1，4-，1，5-，2，7-，和2，3-PEN)，聚对苯二甲酸烷二醇酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸1，4-环己烷二醇酯)，其它聚酯，聚碳酸酯，聚丙烯酸酯，聚酰胺(如尼龙6，尼龙11，尼龙12，尼龙4／6，尼龙6／6，尼龙6／9，尼龙6／10，尼龙6／12和尼龙6／T)，聚酰亚胺(包括热塑性聚酰亚胺和聚丙烯酰亚胺)，聚酰胺-酰亚胺、聚醚-酰胺、聚醚-酰亚胺、聚芳基醚(如聚苯醚和环取代的聚苯醚)，聚芳基醚酮(如聚醚醚酮(PEEK)，脂族聚酮(如乙烯和／或丙烯与二氧化碳的共聚物和三聚物)，聚苯硫、聚砜(包括聚醚砜和聚芳基砜)，无规聚苯乙烯，间规聚苯乙烯(sPS)及其衍生物(如间规聚α-甲基苯乙烯和间规的聚二氯苯乙烯)，这些聚苯乙烯的各种掺混物(彼此间的或与其它聚合物，如聚苯醚的掺混物)，这些聚苯乙烯的各种共聚物(如苯乙烯-丁二烯共聚物，苯乙烯-丙烯腈共聚物和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三聚物)，聚丙烯酸酯(如聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯和聚丙烯酸丁酯)，聚甲基丙烯酸酯(如聚甲基丙烯酸甲酯，聚甲基丙烯酸乙酯，聚甲基丙烯酸丙酯和聚甲基丙烯酸异丁酯)，纤维素衍生物(如乙基纤维素，醋酸纤维素，丙酸纤维素，醋酸丁酸纤维素和硝酸纤维素)，聚亚烷基聚合物(诸如聚乙烯，聚丙烯，聚丁烯，聚异丁烯和聚(4-甲基)戊烯)，含氟聚合物和共聚物(如聚四氟乙烯，聚三氟乙烯，聚偏二氟乙烯，聚氟乙烯，含氟乙烯-丙烯共聚物，全氟烷氧基树脂，聚三氟氯乙烯，聚乙烯-共聚-三氟乙烯，聚乙烯-共聚-三氟氯乙烯)，含氯聚合物(如聚偏二氯乙烯和聚氯乙烯)，聚丙烯腈，聚乙酸乙烯酯，聚醚(如聚甲醛和聚环氧乙烷)，离子键树脂，弹性体(如聚丁二烯，聚异戊二烯和氯丁橡胶)，硅氧烷树脂，环氧树脂和聚氨酯。
共聚物也是合适的，诸如上面讨论过的PEN的共聚物以及其它不含萘基团的共聚聚酯(它可从上面列出的用于PEN的聚酯共聚单体配制得到)。在某些应用中，特别是当PET用作第一种聚合物时，基于PEN和上面列出的共聚单体的共聚聚酯(coPET)特别适用。另外，第一种聚合物或是第二种聚合物可由二种或更多种的上述聚合物或共聚物(如，sPS和无规聚苯乙烯的掺混物或PEN和sPS的掺混物)的可混溶或不可混溶的混合物构成。所述coPENs和coPETs可以直接合成，或可配制成颗粒混合物，其中至少有一种组分是基于萘二羧酸或对苯二甲酸的聚合物，其它组分是聚碳酸酯或其它聚酯，如PET，PEN，coPET或coPEN。
对用途，作为第二种聚合物的优先材料组是间规乙烯芳香聚合物，如间规聚苯乙烯。适用于本发明的间规乙烯基芳香聚合物包括聚(苯乙烯)，聚(烷基苯乙烯)，聚(芳基苯乙烯)，聚(卤代苯乙烯)，聚(烷氧基苯乙烯)，聚(苯甲酸乙烯酯)，聚(乙烯基萘)，聚(乙烯基苯乙烯)和聚(acenaphthalene)，以及包含这些结构单元的氢化聚合物和混合物或共聚物。聚(烷基苯乙烯)的例子包括下列聚合物的异构体：聚(甲基苯乙烯)，聚(乙基苯乙烯)，聚(丙基苯乙烯)和聚(丁基苯乙烯)。聚(芳基苯乙烯)的例子包括聚(苯基苯乙烯)的异构体。至于聚(卤代苯乙烯)，其例子包括下列聚合物的异构体：聚(氯苯乙烯)，聚(溴苯乙烯)和聚(氟苯乙烯)。聚(烷氧基苯乙烯)的例子包括下列聚合物的异构体：聚(甲氧基苯乙烯)和聚(乙氧基苯乙烯)。在这些例子中，特别优选的苯乙烯基聚合物是：聚苯乙烯，聚(对甲基苯乙烯)，聚(间甲基苯乙烯)，聚(对叔丁基苯乙烯)，聚(对氯苯乙烯)，聚(间氯苯乙烯)，聚(对氟苯乙烯)和苯乙烯和对甲基苯乙烯的共聚物。
另外，可用共聚单体制备间规乙烯基芳香族共聚物。除了上面在定义间规乙烯基芳香聚合物基团时所述的用于均聚物的单体外，合适的共聚单体包括烯烃单体(诸如乙烯、丙烯、丁烯、戊烯、己烯。辛烯或癸烯)，二烯单体(诸如丁二烯和异戊二烯)和极性乙烯基单体(如环二烯单体，甲基丙烯酸甲酯，马来酸酐或丙烯腈)。
本发明间规乙烯基芳香共聚物可以是嵌段共聚物，无规共聚物或交替共聚物。
本发明所述的间规乙烯基芳香聚合物和共聚物的间同规正度(由碳-13核磁共振测的)一般高于75％或更高。间同规正度较好高于85％二价外消旋体(racemicdiad)，或高于30％，最好高于50％五价外消旋体。
另外，虽然对这些间规乙烯基芳香聚合物和共聚物的分子量没有特别的规定，但重均分子量较好大于10，000并小于1，000，000，更好大于50，000并小于800，000。
间规乙烯基芳香聚合物和共聚体也可以聚合物掺混物的形式使用，例如乙烯基芳香族聚合物与无规结构物的掺混物，乙烯基芳香族聚合物与等规结构物的掺混物，以及与任何可与乙烯基芳香族聚合物混溶的其它聚合物的掺混物。例如，聚苯醚与前面所述的许多乙烯基芳香族聚合物具有良好的混溶性。
当用主要是单轴拉伸工艺制备偏振膜时，作为光学的较好聚合物组合包括PEN／coPEN，PET／coPET，PEN／sPS，PET／sPS，PEN／Eastar及PET／Eastar，其中coPEN指的是基于萘二甲酸(如上所述)的共聚物或掺混物，而Eastar是一种聚合物或共聚聚酯(包含环己烷二甲醇单元和对苯二甲酸酯单元)，购自EastmanChemicalCo．。当用拉伸方法制备偏振膜时，用于光学的特别优选的聚合物组合包括PEN／coPEN，PEN／PET，PEN／PBT，PEN／PETG和PEN／PETcoPBT，其中“PBT”指的是聚对苯二甲酸丁二醇酯，“PETG”指的是使用第二种二元醇(通常是环己烷二甲醇)的PET的共聚物，“PETcoPBT”指的是对苯二甲酸或其酯与乙二醇和1，4-丁二醇混合物的共聚聚酯。
在平面镜或有色膜的情况下，用作光学的特别优选的聚合物组合包括PEN／PMMA，PET／PMMA，PEN／Ecdel，PET／Ecdel，PEN／sPS，PET／sPS，PEN／coPET，PEN／PETG和PEN／THV，其中PMMA指的是聚甲基丙烯酸甲酯，Ecdel是一种热塑性聚酯或共聚聚酯(包含环己烷二羧酸酯单元，聚四亚甲基醚二醇单元和环己烷二甲醇单元)，它可购自Eaxtman ChemicalCo．。“coPET”指的是一种基于对苯二甲酸(如上所述)的共聚物或掺混物，“PETG”指的是一种使用第二种二元醇(通常是环己烷二甲醇)的PET的共聚物，THV是一种购自美国3M公司的含氟共聚物。
对平面镜膜，在垂直于膜平面的方向，第一种聚合物和第二种聚合物的折射率匹配有时是较好的，它相对于入射光的角提供不变的反射(就是说，没有布鲁斯特角)。例如，在一特定的波长，对双轴取向的PEN其平面内折射率为1．76，而垂直膜平面的折射率会降到1．49。当PMMA被用作多层结构中的第二种聚合物时，在全部三个方向上，在相同波长时其折射率可以是1．495。另一例子是PET／Ecdel体系，在该体系中对PET类似的折射率可以是1．66和1．51。而Ecdel的各向同性折射率可以是1．52。至关紧要的性能是对一种材料，与它自己平面内折射率相比，其垂直于平面的折射率必须更接近于另一种材料的平面内折射率。
在其它实例中，需要故意使垂直平面的折射率失配。一些例子包括在光学堆层中具有三层或更多层聚合物的试样，在这个光学堆层中要求在垂直平面的折射率故意失配，与平面内的一个方向上折射率失配具有相反的符号。本发明多层光学膜有时较好由多种不同的聚合物构成。第三种或随后各种聚合物可有利地在光学堆层的第一种聚合物和第二种聚合物之间用作粘合促进层，在堆层中作为附加层用于光学目的，在光学堆层之间作为保护边界，作为表层，作为官能涂层或作为用于其它目的。此时，第三种或随后各种聚合物(如有的话)的组成无限制。几种较好的多组分结构可参见题为“多组分光学体”的美国专利申请09／006，118。
E．膜设计和结构
E1．有色反射镜
本发明的原理可以用来构造有色反射镜。一般，这些反射镜将在可见光谱区对两种偏振光呈现透射带，但在可见光谱的剩余部分反射两种偏振光。本文中，通过将这类反射镜称为“滤光器”。在本发明的滤光器中，透射带将颜色作为入射角的函数进行移动。
例子E1-1
下例说明了生产本发明蓝通滤光器的过程。
用共挤出工艺，在一连续的平膜生产线上制作含209层的共挤出膜。此多层聚合膜由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMACP82)制成。用送料装置(诸如在美国专利第3，801，429号所叙述的)制造出大约209层，这些被共挤出到一个水冷铸轮上，并且用常规的顺序长度调节仪(L0)和拉幅机设备对其连续调节。用一台挤压机，以60．5kg／hr的速率，将本征粘滞度(IV)为0．56dl／g的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN∶60重量百分比的苯酚／40重量百分比的二氯苯)传送到送料装置，将用另一台挤压机，以63．2kg／hr的速率，传送PMMA。将这些熔融流引导到送料装置，以制出PEN和PMMA的光学。送料装置制造出209层交替的PEN和PMMA，通过送料装置使外面的二层PEN起保护边界层(PBL)的作用。PMMA的熔融工艺设备保持在约249℃，PEN的熔融工艺设备保持在约290℃；而送料装置、表层模件和模子也保持在约290℃。
为用于每种材料的送料装置设计了关于厚度的近似线性梯度，使最厚与最之比约为1．72∶1。这种将第一层厚度与最后一层厚度的比设计为1．72∶1的硬件设计太大了，以致于不能制作出本例中有色反射镜所希望达到的带宽。另外，用如此设计的硬件会产生一个倾斜的蓝色带边缘缘缘。为了改正这些问题，曾在送料装置上施加一个温度分布。由送料装置生产的选定可以通过加热或冷却送料装置中生产这些的部段，使它们增厚或减薄。要在反射带的蓝色一侧产生可接受的陡峭的带边缘缘缘，需要这个技术。将送料装置中制造最的部段加热到304℃，而将制造最厚的部段加热到274℃。将中间部段加热到这两个极限温度之间。总体效果是产生一个很狭的层厚分布，从而导致一个较狭的反射光谱。
在送料装置之后，第三台挤压机以大约37．3kg／hr的速率传送由0．56IV和0．48IV的PEN组成的50／50混合物，作为表层(它们在光学流的两侧呈相同厚度)。用这个方法，表层的粘滞度低于光学的粘滞度，由此产生一个由共挤出组成的、稳定的、熔融层流。于是，材料流通过膜模子，并且流到使用约7℃进水水温的水冷铸轮上。用高压销住系统把压出物销住到浇铸轮上，销住金属线的厚度约为0．17mm，并且施加约5．5kV的电压。销住金属线由操作人员手工放置在离坯料约3-5mm且与浇铸轮接触的地方，以使浇铸坯料获得一个光滑的外形。
在大约130℃下，用大约3．8∶1的拉伸比对浇铸坯料进行长度调整。在拉幅机中，在拉伸前，在大约9秒钟内将膜预热到大约138℃，然后在140℃下，以大约每秒60％的速率横向拉伸至大约5∶1的拉伸比。最后得到的膜有大约0．02mm的最后厚度。其光谱示于图38。
在垂直入射时，对于p-偏振光，阻带内的平均透射率是1．23％。垂直入射时的带宽约为200nm。垂直入射时红色带边缘缘缘的斜率约为每纳米5．5％。60°时，p-偏振光的红色带边缘缘缘斜率约为每纳米4．2％，而p-偏振光的蓝色带边缘缘缘斜率约为每纳米2．2％，图38的光谱是用平行于拉幅机方向(横过坯料的方向)偏振的光获得的。尽管不能直接测量1／4波长厚度的PEN的折射率，但是相信它们应与PEN表面层膜的折射率近似相等。在本例中，后者折射率是用新犹太州Pennington市的Metricon公司制造的MetriconPrism耦合器测量的。对横过坯料(被拉幅的或TD)的方向，下坯料(机械或MD)的方向(也称之为长度调整或LO方向)，以及厚度或z-轴方向测量折射率。PEN表层在TD和MD方向的折射率分别为nx=1．774和ny=1．720，而z轴的折射率为nz=1．492。通过调节这两个方向的相对拉伸比，可以在TD和MD方向之间获得较好的相等平衡。
例子E1-2
下例说明根据本发明原理生产绿通滤光器的过程。
通过共挤出工艺，在一连续的平膜生产线上制作一个包含约418层的多层膜。这个多层聚合膜是用PET和ECDEL9967制成的。ECDEL9967被认为是基于1，4-环己烷二羧酸，1，4-环己烷二甲醇以及聚四亚甲基醚乙二醇的共聚多酯，它是可从纽约州罗彻斯特市的Eastman Chemicals公司买到。用(如美国专利第3，801，429号中所叙述的)送料装置方法通过挤出物生产大约209层的，从到具有近似于线性的层厚梯度。
用一挤压机，以大约34．5kg／hr的速率，将本征粘滞度(IV)为0．6dl／g的PET传送到送料装置，并以大约41kg／hr的速率传送ECDEL。在送料装置之后，同一台PET挤压机以总流量6．8kg／hr，把PET作为保护边界层(PBL’s)传递挤出物的两边。于是，材料流通过一具有倍增器设计比为1．40的非对称的两倍倍增器(美国专利第5，094，778号和第5，094，793号)。倍增器的比值被定义为，在主管道中生产的的平均厚度除以次管道中的平均厚度。选择这个倍增器比值是为了在二组209层产生的二个反射带之间留下一个光谱间隙。每组209层都具有由送料装置产生的近似的层厚分布，总厚度比例因子由倍增器和膜挤压速率决定。垂直入射的光谱(图39)具有两个消光频带，其厚度加权中心大约为450纳米和650纳米。635与450的比值为1．41，此值接近于所希望的倍增器设计值1．40。
ECDEL熔融工艺设备维持在约250℃，PET(光学)熔融工艺设备维持在265℃，而送料装置、倍增器、表层熔融流和模子维持在约274℃。
在本例中，用来制作膜的送料装置被设计成，在等温条件下给出最厚与最的比为1．3∶1的线性层厚分布。为了在本例中获得较小的比值，对送料装置施加一个热分布。将送料装置中制作最的部分加热到285℃，而将制作最厚的部分加热到265℃。在该方法中，最的厚度大于用等温送料装置操作所得的厚度，而最厚的厚度薄于在等温操作获得的厚度。将中间部分设置成遵循在两个极端之间的线性温度分布。总的效果是获得一个较窄的层厚分布，从而导致较窄的反射光谱。一些厚度误差是由倍增器引进的，并且是每个反射带的光谱特性中小差异的原因。调节浇铸轮的速率，以便对最后的膜厚度以至最后的颜色进行精确控制。
在倍增器之后，以大约28kg／hr的速率(总计)，加入厚度对称的PBL(表层)，该速率是第三台挤压机提供的。在此之后，材料流经过一膜模子，通到一水冷铸轮上。浇铸轮上的进口水温约为7℃。用一高压销住系统把挤出物销住到浇铸轮上。销住金属线的厚度大约为0．17mm，并且施加大约5．5kV的电压。操作员将销住金属线人工放置在离开坯料约3到5mm且与浇铸轮接触的点上，使浇铸坯料具有一个光滑的外形。用常规的顺序长度调节仪(LO)和拉幅设备连续调节浇铸坯料。在约100℃下，将坯料的长度调节到拉伸率约为3．3。在拉幅机中，用大约22秒将膜预热到约100℃，并沿横向，以每秒约20％的速率将膜拉伸到拉伸率约为3．5。最后得到的膜的最后厚度约为0．05mm。
图39示出了在入射角0°和60°时非偏振光的透射光谱。
图18和图20示出了具有较厚厚度(较慢的浇铸轮速y率)的相似膜的p-偏振光的透射情况。虽然不能直接测量1／4波长厚度的PET的折射率，但是相信它们应近似等于PET表层的折射率。本例中，膜之PET表层的折射率为nx=1．678，ny=1．642，nz=1．488。再一次，与例子E1-1中的一样，如希望在MD与TD折射率之间存在较接近的匹配，那么可以调节拉伸比，以获得平衡的膜。Ecdel的各向同性折射率接近1．52。用本例中的工艺条件，认为与PET相比，Ecdel大体上保持各向同性。
在本例中，650nm附近的阻带具有90nm的带宽，并具有5．6％的平均带内透射率。蓝色和红色带边缘缘缘的斜率分别为每纳米3．0％和1．9％。在60°入射角处，同一阻带的带宽为86nm，并且平均带内透射率为2．6％。在0°和60°入射角之间，带边缘缘缘的斜率大体上不变。对于60°时的光谱，460nm附近的通带具有大约52nm的带宽和72％的最大透射率，而蓝色和红色带边缘缘缘分别具有每纳米2．4％和每纳米2．9％的斜率。
为了在本发明的某些较佳实施例中获得明亮的饱和色，对滤色器来说，重要的是在通带中具有较高的透射率，而在阻带中具有较低的透射率。为了用一个具有给定z折射率匹配条件的双折射堆层来得到惊人的目视效应，该光学堆层必须提供高的反射率，使得阻带中只有几个百分点甚至更少的光被透射。较合适的是，在额定设计角度下，颜色转变膜在反射带内的平均透射率小于约10％，小于约5％则更好，最好是小于约2％。对于优良的颜色重现，最好带边缘缘缘呈现较高的斜率。较合适的是，斜率至少为大约每纳米1％，大于每纳米2％则更好，而最好大于约每纳米4％。
除以上情况之外，对于良好的颜色重现，阻带中的平均透射率宜少于约10％，且在阻带内没有透射率峰值大于约20％的通带。更好的是，阻带内的平均透射率少于约5％，且阻带内通带峰值的最大透射率约为10％。对泄漏的限制是重要的，即使当施加于可能发生在阻带内的狭窄光谱泄漏时。当与诸如低压钠灯或某些荧光灯等某些狭带发射源组结合起来时，大部分光源能量可以通过阻带中的狭带泄漏被透射。
为了在反射中提供纯色，反射带必须相对狭窄，并且带外的反射必须较小。可以获得带宽约为100nm的、可接的、红、绿或蓝的反射色。可以得到带宽为50nm的高纯色。25nm或更小的反射带会产生极高纯度的颜色，色坐标位于CIE色空间的周边。为了在反射中获得这些高纯度的颜色，必须通过抗反射镀层或浸没在一个折射率匹配的介质中，来抑制来自空气-聚合物界面的带外反射。
要获得陡峭的带边缘缘缘，可以利用用计算机优化的层厚分布，或在层厚分布设计中应用如美国专利申请第09／006，085号所叙述的频带陡峭的厚度分布，其中专利申请的名称为“具有陡峭的带边缘缘缘的光学膜”中。类似地，在具有高色纯的滤色器的较佳实施例中，通带应该具有陡峭的带边缘缘缘。在该实施例中，通带之带边缘缘缘的斜率宜至少为大约每纳米1％，能大于每纳米2％则更好，但最好大于约每纳米5％。在许多应用中，希望通带内的透射率峰值接近于透明膜的透射率，为90％左右。对于较狭的通带，如果边缘斜率太小，不可能有这样高的透射率值。正如本文例子所说明的，具有50％、70％和85％透射率峰值的通带是可能的。带宽狭到10nm时，就有可能给出25％的透射率峰值，甚至35％。带宽大于20nm的任意通带也是可能的，但是所希望的宽度将依赖于预期中的应用。
E2．有色偏振器
可以用本发明生产在光谱的一个或几个区域起偏振器作用的颜色转变膜。例如，这样的膜可以在可见光谱区起到关于第一偏振光的宽带反射器的作用，同时起到关于第二偏振光的颜色转变狭通滤光器的作用(例如，第二偏振光在光谱可见区内的狭窄带宽上透射，并在可见区的其它地方反射，并且透射带在波长上的位移是入射角的函数)。例子E2-1和E2-2中说明这种类型的膜的。
例子E2-1至E2-3
在525°F(274℃)的温度下，以81lb／hr(37kg／hr)的速率，将PEN送入224层的送料装置中。在540°F(282℃)的温度下，以117lb／hr(53kg／hr)的速率，将由70％萘二甲酸盐和30％间苯二酸酯组成的共聚多酯与乙二醇一起送入送料装置中，以制作表层，并且在525°F(274℃)温度下，以115lb／hr(52．3kg／hr)的速率，制作光学。送料装置的温度保持在555°F(290℃)。对于例子E2-1，E2-2和E2-3，分别以20、25和30米／分的速率浇铸坯料，并在154℃的拉幅机炉中，将坯料拉伸至拉伸比6∶1，以生产出有色偏振器。
在例子E2-1、E2-2和E2-3中的膜被层叠到一个白色的漫射背景之后，当在透射情况下观察时，或者在反射情况下观察时，分别把透明到青紫、青紫到蓝色以及深红到黄色显现给肉眼。当通过第二(中性的)偏振器观察这些样品时(这时，第二偏振器的透射轴与有色偏振器的透射轴成90°角)，颜色更为鲜艳。而当把中性偏振器旋转到使它的透射轴平行于有色偏振器的透射轴时，白光被透射。图40、41和42分别示出了当入射光的E场平行于拉伸方向并且平行于与这些膜成为0°和60°的非拉伸方向时，例子E2-1、E2-2和E2-3中膜的透射光谱。注意，对于青紫到蓝色的偏振器，当从0°至60°入射且E场平行于拉伸方向时，反射带移动约90nm，而当E场平行于非拉伸方向时，没有峰值。对于深红到黄色的偏振器，当从0°到60°入射且E场平行于拉伸方向时，其相应的位移为65nm，而当E场平行于非拉伸方向时，它也没有峰值。这些偏振器的带边缘缘缘斜率的范围，对于蓝边约为每纳米3％-4％，而对红边则约为每纳米1．5％-3％。
E3．有色反射镜和偏振器的组合
在本发明的一些实施例中，将颜色转变膜与偏振器结合使用。在一个特定的较佳实施例中，偏振器是一种漫反射的起偏膜，诸如美国专利申请第08／610，092号(Ouderkirk等人)中叙述的连续／弥射相起偏膜。在这个实施例中，颜色转变膜是这样一种类型，它从在垂直入射角处为高度反射的变成在斜角处透射(至少对于某些波长)。
在一个特殊的结构中，颜色转变膜是这样一种类型，它在垂直入射角处表现得象一个反射镜，但在斜角处变得相当透明，并且呈现青紫色；于是将这个颜色转变膜(CSF)结合美国专利申请第08／610，092号(Ouderkirk等人)中描述的白色的漫反射起偏膜一起使用。最后得出的组合在垂直入射时起宽带反射镜的作用，但在斜角时对大多数(例如，非青紫色)的光波长，进行漫反射和起偏。这种膜特别适于用作安全膜。在一个类似的结构中，将同样的颜色转变膜结合一吸收偏振器一起使用(例如：用二向色染料制作的类型)。当在透射情况下观察时，此膜在垂直入射时为黑色，然后变成在斜角时为有色偏振器。当然这种组合呈现在观察者面前的最后颜色有赖于一系列的因素，诸如光源的类型和方向，颜色转变膜的性质(包括对它调谐到的波长)，以及(若有的话)由偏振器提供的散射程度，以及任何物质的存在与颜色。
E4．部分偏振器
本发明的原则可以用于生产在光谱的一个或几个区域上起部分偏振器作用的颜色转变膜。例如，可以将这种膜能设计成，在基本上相同的波长处透射偏振面平行于主要和次要的拉伸轴的光，并且对平行于某个轴的偏振的透射率高于正交偏振的透射率。两种偏振的透射光谱都作为入射角的函数而移动。例子E4-1说明了这种类型的膜。
例子E4-1
在平膜生产线上，通过共挤出工艺制造了一包含约418层的多层薄层。这多层聚合膜由PET和ECDEL9967制成，此处PET是外层或“表”层。用(如美国专利第3，801，429号描述的)送料装置方法通过挤出物生产出约209层的，使至具有一近似的线性层厚梯度。
以大约34．0kg／hr的速率，将具有本征粘滞度(IV)为0．56dl／g的PET抽运到送料装置，并以大约32．8kg／hr的速率抽运ECDEL。在送料装置之后，用同一台PET挤压机，以8kg／hr的总流量，把PET作为保护边界层(PBL)传送到挤出物的两边。然后，此材料流通过一个非对称的、倍增比大约为1．40的两倍倍增器(美国专利第5，094，788号和第5，094，793号)。倍增比的定义是，主导管内生产的各的平均厚度除以次导管中各的平均厚度。选择此倍增比，使得在由这两组209层产生的两个反射带之间留下一个光谱间隙。每组209层都具有由送料装置造成的近似的层厚分布，总厚度比例因子由倍增器和膜挤压速率决定。
ECDEL熔融工艺设备被保持在约250℃，PET(光学)熔融工艺设备被保持在约265℃，而送料装置、倍增器、表层熔融流和模子都被保温在约274℃。
在本例中，把用于制作膜的送料装置设计成能给出一个线性的层厚分布，在等温条件下，最厚与最的比为1．3∶1。为了在本例中得到一个较小的比值，对送料装置施加了一个热分布。送料装置中用于制作最的部分被加热到285℃，而用于制作最厚的部分则被加热到268℃。用这种方法，最的厚度比用等温送料装置操作制作的厚度更厚，而最厚的厚度却比等温操作下制作的厚度更薄。中间部分将设置为在这两个极端之间遵循一个线性温度分布。总的效果是获得一个较窄的层厚分布，从而得到一个较窄的反射光谱。
在倍增器之后，以大约35kg／hour的速率，从第三台挤压机加入厚的且对称的PBL(表层)。然后，材料流通过膜模子，并以13米／分钟的速率加到水冷铸轮上。浇铸轮上的进口水温大约为7℃。用一高压销住系统把挤出物销住到浇铸轮上。销住金属线的厚度大约为0．17mm，并且施加大约5．5kV的电压。操作员将销住金属线人工放置在离开坯料约3到5mm且与浇铸轮接触的点上，使浇铸坯料具有一个光滑的外形。用常规的顺序长度调节仪(LO)和拉幅设备连续调节浇铸坯料。使坯料穿过长度调节器，但是不拉伸。在拉幅机中，用大约22秒的时间，将膜预热约到大约100℃，然后以大约每秒20％速率，将膜横向拉伸至拉伸比大约为5。膜在一个121℃的区域中被加热20秒钟。最后得到的膜具有大约为0．06mm的最终厚度。
在一台Metricon上，对PET表层测量其在633nm处的折射率。在这个讨论中，x方向是横向(拉伸方向)，y方向是机械方向(非拉伸方向)，而z方向是在膜的厚度方向。
样品 nx ny nz
E4-1 1.660 1.573 1.528
已经测出，ECDEL非晶态共聚多酯具有1．52的折射率，并且在这些拉伸条件下，其变化不会大于0．01。
当用肉眼观察(两种偏振光)时，本例的膜呈现从垂直入射时的桔黄色到视角超出50°时的鲜绿色的颜色转变。当通过中性偏振器观察并且使用通过方向平行于拉伸方向时，膜显出红色。当对偏振器定向，使通过方向平行于非拉伸方向时，膜是黄的。因为非拉伸方向上的PET与ECDEL之间仍然存在折射率的差，所以仍然有两个明显的反射峰。各峰的中心位置与以下方程有关：
         λ／z=t1+t2=n1d1+n2d2    方程E4-1其中λ=最大光反射的波长
t1=第一材料的光学厚度
t2=第二材料的光学厚度
并且
n1=第一种材料的折射率
n2=第二种材料的折射率
d1=第一种材料的实际厚度
d2=第二种材料的实际厚度对于ECDEL(材料2)，n2和d2都是常数。但是当把n1x对n2y代入方程时，反射的波长随偏振位移。例如，如果ECDEL的厚度是82nm并且PET的厚度为77nm，那么λx即是为平行于拉伸方向的偏振而反射得到的峰值波长，或者
λx=2(1．66(77)+1．52(82))=505nm方程E4-2相似地，λy是为平行于非拉伸方向的偏振而反射得到的峰值波长，或者
λy=2(1．57(77)+1．52(82))=491nm方程E4-3
由于对于平行于非拉伸方向的偏振光，△平行于拉伸方向的△n是0．132对0．045，所以对于偏振平行于拉伸方向的峰来说，反射峰要强得多。这会产生一个较宽的峰，它使得有效带边缘缘缘位移约40nm，而不是上面计算得到的14nm。对于平行于拉伸方向和非拉伸方向偏振的光，其透射光谱包括在图43和图44中。
E5．膜几何形状
可以把彩色膜几何形状分为二种不同的类型。第一类几何形状是把膜放置在多面体小平面上，或放在诸如圆柱体或锥体等简单曲线上。在没有拉伸或者用某种能够改变其光学性质的方法扭曲膜的情况下，可以制作这些形式中的任何一种。假如使膜具有基本上均匀的颜色，那么任何颜色的变化基本上是由膜呈现给观察者的各种几何角度所引起的。
第二类几何形状是当在垂直入射情况下观察时，膜在不同区域具有不同的颜色。这种可变的颜色可以在挤压工艺中提供；或者由后挤压工艺提供，诸如热成形过程中的非均匀拉伸以便拟合复合曲线；或者通过在膜的小区域上制作图案来提供。非均匀拉伸膜或在膜上制作图案会使膜在某些区域中更容易变薄。当发生该情况时，即使不改变观察角度，从膜一部分到另一部分的颜色变化也是明显的。
E6．多层组合
如果希望，可以将依照本发明制作的一片或更多片多层膜结合一连续相／分散相膜一起使用，或者作为它的一个元件。合适的连续相／分散相膜包括那些在美国专利申请第08／801，329号(Allen等人)中叙述的类型。在这种结构中，可以层叠个别的膜片，或者将膜片粘合在一起，或者将膜片分开(例如，使得它们彼此在光学的传递中而不是在物理上的接触)。一种将反射镜片和偏振片相结合的产品可以用于增加总反射，同时仍对透射光起偏。
另一种方法是，生产单个共挤出片，以构成具有可选择反射性质和偏振性质的膜。例如，可以构造一个多层组合，其中将某些设计成在一部分所需的光谱上为偏振，而将另一些设计成在所需光谱的周围部分为反射镜(例如，反射镜膜具有被偏振故意阻塞的光谱泄漏)。于是，透射的偏振光的颜色将随视角而转变。当把两片相同的材料沿着相同的偏振轴排列时，它们的表现类似于个别的材料片(假使反射率很高)。如果成交叉状态排列，那么它们表现为无色(有银色光泽的)的反射镜。因此，它们提供了一种在安全应用中不需要附加检测设备而进行检验的方法。
可以如此选择两组，使得在同样的工艺条件下，第一组产生反射镜，而第二组产生偏振器。例如，反射镜可以通过在二个平面内的方向上拉伸材料(其中至少一个是双折射的)(例如，双轴拉伸)来制作。偏振器也可以用两个或更多个拉伸步骤，在二个平面内的方向上拉伸双折射材料来制成。在名称为“光学膜及其制造工艺”的美国专利申请第09／006，455号中，叙述了一种制作这种形式偏振器的方法。偏振膜可以是一个多层堆层，或一层或更多层的连续相／分散相膜。因此，可以用两步的拉伸工艺来，将某些膜制成反射镜，而将其它膜制成偏振。
一般来说，可以将上面提到的、适于制作颜色转变膜的任一系统与美国专利申请第09／006，455号中叙述的、适于制作双轴拉伸偏振器的系统组合。因此，可以制成一个共挤出单片，它包括第一反射的反射镜系统和第二偏振器系统。一种特别有用的反射镜系统包括PEN或含PEN亚单元的共聚物，如上文所述的，在拉伸后作为具有高双折射的材料。再一次，诸如具有低折射率的共聚多酯或PMMA等合适的聚合物可用作第二种材料。一特别有用的偏振系统包括一个PEN(或者，主要包括PET亚单元的共聚物)的多层堆层。在为第二系统制造一个良好的双轴拉伸偏振器的工艺条件下，前述第一系统将形成一个良好的双轴拉伸反射镜。另外，可以按需要，把PET定向到与z-折射率匹配或失配的不同角度。在失配的情况下，常常设想PET比PEN具有较高的值。
另一类特别有用的、能与使用PEN的第一系统耦合的第二系统是前面叙述过的连续／分散相系统(例如，分子量足够高的PEN，或相反地对连续相的coPEN，分子量足够低)，如此处理由这两个系统组成的合成单片，使得第一拉伸步骤让连续相／分散相位系统处于在低光学取向的状态，但是充分地调节第一系统，使得现在为两个系统定向的第二拉伸工艺能在单片内产生第一反射镜系统和第二偏振系统。为了便于共挤出，可以将第二系统作为表面或近外层来定位。在后一种情况下，最外层是一层分子量较低的PEN，它用作共挤出辅助和保护层，以免在拉伸过程中粘住辊子或夹片。
在本实施例的一个特殊例子中，光学体由一个多层膜构成，其中各在PEN和co-PEN之间交替。有些PEN在PEN基质内包括间规聚苯乙烯(sPS)的分散相。由于散射物的分层或夹杂物使光泄漏最后达到平衡，所以在层厚方面的控制是无关紧要的，对膜在工艺参数上的变化更宽容。
以前提到过的任一材料都可用作此实施例的任何，或者用作某个特定层内的连续相或分散相。但是，特别希望能将PEN和co-PEN用作相邻层的主要部分，因为这些材料可以提高提高层的粘性。
另外，在层结构中，可以有许多数量的变化。因此例如，可以把做成在部分或整个结构遵循一个重复的序列。其中一例是一个具有…ABCB…图样的结构，其中A、B和C是不同的材料，或者是相同或不同材料的不同混合料，并且A、B或C中的一个或更多至少包含一个分散相和至少一个连续相。表层最好是相同的或者化学上相似的材料。
组合的各向同性／双折射膜堆层
本发明的多层堆层也能与现有技术的多层堆层相结合，以产生某些不寻常的角度效应。例如，可以用各向同性的堆层对本发明的双折射有色膜镀膜、共挤出或层叠，其中本发明的双折射有色膜在垂直入射时，在给定的波长处集中了一个或更多个透射峰，而各向同性的堆层在垂直入射时，在那些给定的波长处进行反射。当所有可见波长被该组合得成的物体反射时，它在垂直入射时如同一个完全的反射镜。但是，在斜角处，各向同性膜将泄漏p-偏振光，允许看见双折射膜的透射峰。对于具有Brewster角的各向同性膜堆层，最大效果出现在一个斜视角处，或者其附近。
E7．在重复单元中有不止两层
虽然本申请许多实施例中所包含的光学堆层具有仅由种不同材料(就是说，具有一个AB单元结构)组成的交替，但本发明也要设计使用三种或更多种材料的堆层。因而，可以用ABC或ABCB单元来生产颜色转变膜，该膜在所有入射角都保持色纯度和色饱和，尽管当然颜色随角度的变化与两种材料组成的堆层是完全一样的。用于这些结构的材料可以从不同的单体衍生出来，或者两种或更多种的材料可以从相同的单体但以不同的比例衍生出来。因而，例如A可能是PEN，而B和C可能是不同的级别的coPEN，它们在所存在的苯二甲酸的比例中彼此不同。
这些结构的根本原理类似于双组分单元堆层的原理：即，对于p-偏振光，将多组分单元的有效Fresnel反射系数不随入射角而变化。在两种材料组分的系统，这是通过匹配两种材料组分的z折射率来实现的。当一个单元中有三种或更多种材料时，最好仍能匹配所有材料的z折射率，但不一定总是可能的或可行的。但是，z折射率在一种材料界面处的失配可以通过在另一种材料界面处具有相反符号的失配来校正(其中所述符号是面内折射率的差有关)。
将ABCB重复结构作为1／2波长单元的例子，其中A为面内折射率最高的材料，而c为面内折射率最低的材料，假使A／B界面的z折射率失配，那么通过选择材料C，使B／C界面具有符号相反的失配，使可以使单元有效Fresnel反射系数基本上不随入射角变化。有关两个z折射率失配的所需相对大小依赖于面内折射率失配的大小。假使A／B和B／C的面内折射率失配的大小相等，那么z折射率失配应该是大小相等而符号相反。一般来说，当面内差异(A／B和B／C)不相等时，必须如此选择z折射率差异，使得在感兴趣的角范围内或者符号相反的角范围内，有效界面折射率的差异近似地相等。双折射的有效折射率被推导为该平面内和z折射率的代数函数。
E8．与漫反射衬底组合
可以把本发明的颜色转变膜与各种衬底层叠、粘合或者光学耦合，以获得特殊的光学效应，这尤其依赖于衬底的颜色和它的光学性质(例如，它是否主要进行镜面反射或漫反射)。因此，例如可以把本发明的颜色转变膜胶合、层叠或者粘贴到卡片材料、纸张、着白色的表面上，或者诸如美国专利申请第08／807，930号(Allen等人)中描述的漫反射光学膜等漫反射表面上。相似地，可以用诸如喷洒涂料、汽相沉积金属、金属氧化物、金属盐类等各种材料涂覆本发明的颜色转变膜，以获得各种光学效果。对所得物品观察到的光学效果尤其依赖于用来照明该物品的光源(例如，环境光、偏振光源、紫外光源等)。
图45-47示出了当本发明的颜色转变膜与各种衬底层叠并在反射情况下观看时所观察到的光学效果。通过将本发明的颜色转变膜与诸如卡片材料、着白色的表面或其它漫反射表面层叠，可以产生颜色作为角度函数变化的显示器。例如，将例子E1-2所述的绿色／深红颜色转变膜与白色卡片材料作清洁的光学粘合，并且在室内环境光下观看。当直接观看时，即膜平面垂直于观察者的视线时，正常白卡显出鲜绿色。当卡片从垂直位置转过大约60°时，卡片显出深红色。
漫反射衬底的好处在于，该衬底将膜透出的颜色散射出被膜镜面反射的有色光的入射面(或者在入射面内以不同的反射角反射掉)。因而，能让观看者区分出被透射的和被反射的颜色。只能在一个方向看到镜面反射光线。但是，可以在漫反射锥体周围的任一方位角看到漫反射光线，其中锥体的半角等于入射角θ。在其它的入射角和反射角处，可以看到其它的颜色。
图46示出了当把本发明颜色转变膜与一黑色表面层叠时在反射中观看到的光学行为。如参照图45所指出的，很难对反射衬底观察到膜的反射颜色，因为眼睛必须放在镜面反射光束的位置，它会同时被通过膜透射出的任意光线所欺骗。假使把反射的有色叠到黑色表面上，那么只能看见其反射颜色。因此，高吸收(例如，黑色)的衬底的好处在于，从该物体观察到的颜色主要由膜光学堆层所反射的电磁辐射波长所决定。
图47示出了当把本发明的颜色转变膜与反射镜表面层叠时在反射中观看到的光学行为。在这里，从膜镜面反射的光束将与从反射镜表面镜面反射的光束相结合，以给出与入射光束同样的颜色。层叠到宽带高度反射表面的有色膜将不带颜色，因为观看者可以看到所有被反射的颜色。在本实施例中，可以用有色反射镜或滤色器从物体的反射光谱中去除电磁辐射中最初被颜色转变膜透射的某些波长。
另外，漫反射介质可以是一种漫反射的偏振器，它包括同时具有连续相和分散相两者的，与镜面反射的颜色转变多层光学膜配对，而后者可以是或者不是偏振器。当使用分层偏振器和漫射偏振器两者的情况下，在一些应用中，最好使各反射偏振轴正交。如图48所示，分层膜将镜面反射一个偏振，并提供一种与角度有关的颜色，而漫射膜将反射正交的偏振。可以将一种颜料渗入漫射膜中，使得当镜面膜的颜色特性变化时，漫射部分的颜色保持不变，从而提供一个非常独特的颜色转变膜。在一些实施例中，在漫射偏振器背对分层膜的一侧，用一黑色来吸收任何透射光。
通过把一散射介质放在颜色转变膜的一侧，并且从另一侧用漫射光源照明该膜，可以得到附加的光学效果。一般来说，散射介质只需要与膜进行光学联系，且与膜靠得足够近，使得光在通过膜之后，以充分的角范围射向散射介质。但是，如果需要，可通过合适的粘合来消除膜和散射介质之间的空气界面。通过适当选择散射介质，当在透射中观看时，膜中经处理和未处理的区域将表现为不同的颜色。
例如，如果在垂直入射(0°)处测量颜色转变膜时，该膜在光谱的红色区有一狭窄的透射带，以及如果用漫射光源照射此裸露的膜，则当在一个角度观看时它显出红色，而所述角度位置是从观看者到膜的直线与膜的平面垂直。当视角改变成从观看者到裸露膜的直线更接近平行于裸露膜的平面时，观察到颜色将从红色转变为绿色。但是，如果把一张白纸放到膜远离光源一侧，那么当在透射中观看时，膜中被纸遮住的部分在任何角度都显现黄绿色。假使将一张增亮膜放在膜背离光源的一侧，在透射中以某个角度(从观看者到BEF／膜组合物的直线垂直于膜平面)观看时，膜中被BEF覆盖的部分呈绿色，而当视角变化使得从观察者到BEF／膜组合物的直线更接近平行于BEF／膜组合物的平面时，颜色转变成桔黄色／红色。所述增亮膜可以向明尼苏打州Paul市的3M公司购买，产品编号为BEF。
例子E8-1到E8-6
下面的一些例子说明了当本发明的颜色转变膜与各种散射介质结合时，并在透射情况下观察到的光学效果。
在例子E8-1中，采用了一个颜色转变膜的样品，它具有由PEN和PMMA组成的交替。其制作方法与例子E1-1中的膜大致相同。例E8-3的膜与例E8-1的膜的不同之处仅在于，即它是从坯料的边缘(在中心的对面)切下来的，相比膜从坯料中心切下来时垂直入射情况下的透射值来说，其定向度数的微小差异和／或层厚分布造成了它在垂直入射时的透射峰宽度的移动。例子E8-5中的膜是用与例子E8-1中的膜的同样方法制作的，但是浇铸轮的速度稍快一些。
将每件样品放在Graphiclite D5000 Standard Viewer的漫射背景光上，并用一台使用光纤收集器的分光光度计测量样品的透射，其中光纤收集器的数值孔径为0．22。直接把光纤放在垂直于膜样品之平面的膜上，从而允许光从光源通过裸露的膜，以相对法向不超过25°的角度进入光纤。如果单独测量背光，那么用在所有波长都为-100％透射的基线来测量裸露膜样品。假使用一盏小型的荧光灯泡照明，也可以对样品在L*、a*、b*的色空间中计算颜色值。在垂直入射时，例子E8-1，E8-3和E8-5的膜分别呈现蓝色，深红和黄色。
在例子E8-2、E8-4和E8-6中，将一张8．5×11大小的标准白纸(可向BoiseCascade公司购买，产品编号为X-9000)分别放在例子E8-1、E8-3和E8-5的膜上，测量垂直角度的透射率，并再次计算颜色值。例子E8-1到E8-6的颜色值列于表E8-1中。样品E8-1和E8-2的透射值示于图49中，而样品E8-3和E8-4的透射值示于图50中，样品E8-5和E8-6的透射值示于图51中。
表E8-1
样品 垂直入射时的膜颜色 用纸吗？ C* A* B* 主观色彩
E8-1 蓝色 无 32.4 0.1 -126.3 蓝色
E8-2 蓝色 有 48.8 23.8 -23.4 粉红/深红
E8-3 深红 无 59.5 66.7 -55.6 深红
E8-4 深红 有 60.5 6.3 27 黄色/桔黄色
E8-5 黄色 无 91.3 3.5 130.3 黄色
E8-6 黄色 有 66.8 -1.9 26.8 黄色
如表E8-1中的结果所示，以及在图49、50和51示出的光谱中，当一张白纸放在膜和探测器之间时，蓝色、深红和黄色膜会转变颜色。正如上面几个例子所示的，当观看白纸／膜组合时，颜色变化的量尤其依赖于彩色膜的带宽以及它在光谱中所在的位置。当在纸／膜组合中观看时，深红色和蓝色膜呈现明显的颜色变化，而黄色膜却不是。纸／膜的组合类型在诸如商用图片(背光照明)、保密应用和装饰照明应用等应用中是有用的。
当本发明的膜与光源光学耦合，并且在膜和光源之间放入散射媒介时，可以获得其它光学效果。尽管这些实施例一般要求将散射媒体与膜光学耦合，但不必在所有实施例中都要求膜与漫射介质物理接触。在这些实施例中，当斜角观看时，膜中与散射介质光学耦合的区域比膜中与散射介质没有光学联系的区域更亮些，并且颜色稍有不同。
例子E8-7到E8-12
下面的例子说明了当把散射介质放入光源和本发明的颜色转变膜之间，并且在透射中观看膜时所观察到的效果。
在例子E8-7、E8-9和E8-11中，把由PEN／PMMA多层颜色转变膜构成的样品放在一台型号为2100的3M2150高架投影机光源上，并在透射中观看样品，直接察看高架投影机的载物台。例子E8-7和E8-9的膜与例子E8-3和E8-5的相同。例子E8-11中的膜是用与例E8-1相似的方法制成的，但是浇铸轮的速度较慢。当在垂直入射的情况下在透射中观看时，例子E8-7、E8-9和E8-11的膜分别呈现深红、黄色和青紫色，而当在斜角情况下在透射中观看时，分别呈现黄色、透明和深蓝色。
在例子E8-8、E8-10和E8-12中，分别重复例子E8-7、E8-9和E8-11的过程，这次把一张8．5×11大小的标准白纸(可向BoiseCascade公司购买，产品编号为X-9000)放在每个膜样品的下面。把纸张裁得比样品小一些，使得每种纸／膜组合在透射中的外形可以与膜本身的外形相比。当观看与裸露膜并排的纸／膜组合时，纸／膜组合的颜色显得与裸露膜不同。举一个例子，纸／膜组合的亮度与裸露膜不同。其结果综述于表E8-2中。
当斜角观看样品E8-8和E8-10时，样品中在膜和光源之间有纸的部分比在膜和光源之间无纸的部分具有不同的颜色。在斜角的情况下，样品E8-8在有纸时显出绿黄色，而无纸时为黄色。例子E8-10在有纸时显出紫-白色，而无纸时为透明。当斜角观看样品E8-12时，与无纸部分相比，有纸部分的颜色和亮度是不同的。对于在膜和光源之间有纸的部分，颜色呈鲜深红，而无纸的部分呈深蓝色。
表E8-2
样品 有纸吗？ 垂直入射时的颜色 在斜角时颜色
E8-7 无 深红 黄色
E8-8 有 深红 带绿的黄色
E8-9 无 黄色 透明
E8-10 有 黄色 紫白色
E8-11 无 青紫 深蓝色
E8-12 有 带黄的青紫 鲜深红
除了把颜色转变膜放在黑色或白色的衬底上，或用填充黑色或白色颜料的粘合剂，还可以将颜色转变膜与有色衬底或具有黑色和白色之间其个灰度的衬底相结合。这种有色衬底可以是不透明的(基本上不透射光)、半透明的(漫透射，带不同量的光雾)，或透明的(对某些颜色透明，即没有漫射体的透明，但有颜色)。
将例子E1-2中的绿通滤光器与透明的有色衬底相结合，获得三个例子。在垂直入射时，绿通滤光器透射绿色，并反射深红色(蓝色和红色波长)。在大角度入射时，颜色被反过来。把绿通滤光器应用于透明的(非漫射的)带红色，黄色和蓝色的塑料膜上。膜／有色衬底组合放在一张白纸上，从前面一边(用透明粘合剂贴上膜的一边)观看，每种膜在接近垂直入射时呈现二种颜色中的一种，它依赖于眼睛是否看到了大多数由纸散射出来的镜面反射光线或透射光：
红色衬底：深红或暗淡的似金属色
黄色衬底：铜色或绿色
蓝色衬底：深红或墨绿色
当膜与有色衬底或灰色衬底结合使用时，观察到的效果介于白色和黑色衬底之间，它有混淆观看者的眼睛关于什么是“真实的”颜色的倾向。这类物品在引导注意力的显示器中有它的用处。
当(通过有色衬底)从背后观看时，上面的样品具有下面的现象：
红色衬底：红色，在任一背景或衬底上
黄色衬底：当在深色衬底上时为铜色，在白色背景上时为深红色
蓝色衬底：当在深色背景上时为紫色，在白色背景上时为绿色。
E9．与镜面反射衬底的组合
如前所述，本发明的膜可以与反射镜(特别是宽带的反射镜)和其它反射衬底组合，以获得一个能显示3维深度的物件。把膜和反射镜安排成近似平行但又隔开一小段距离，这样可以很方便地得到这个组合。尽管用任何反射镜衬底都可观察到这个效果，但是最好使用柔韧的、聚合物的反射镜膜，因为这类反射镜膜柔韧得足以折迭，成波浪形，或形成图案，使得最后得到的物件呈现出加强3维效果的波浪效果。在一个例子中，将本发明的CSF调谐到蓝色光谱区，将该颜色转变膜粘贴到柔韧的、宽带反射镜膜上。该宽带反射镜膜的尺寸比CSF的略大一点。于是将膜粘贴成，使其两边对齐，从而把空隙引进宽带反射镜膜中。由于反射镜衬底提供了不同的入射角度，所以最后得到的膜反射各种蓝色，且呈现出波浪形的外形，有点像贮水池的表面。例如这类膜可以在水族馆里用作装饰背衬。
可以用各种方法在CSF和反射镜衬底之间提供空隙。因此，例如可以把一部分透明网状物放在CSF和反射镜衬底之间。另一种方法是，如美国专利第08／612，526号(Klein等人)所述的，对颜色转变膜和／或反射镜衬底的结晶度进行控制，使得这些表面中的一个或两个多块状的。
E10．非膜光学体
尽管在这里就光学膜反复描述了本发明，但是这里叙述的原理和考虑还可用于制作很多种不被视作膜的其它光学器件。例如，可以用这里描述的原理，从多层树脂流中产生许多种颜色转变的热成形或模制物件。可以把本发明的膜劈成小的发光物，它可以用作自由流动的组合物，或者通过固体(例如，固体化的塑料树脂)或液体(例如，涂料组合物)基质中分散。也可以把膜切成任何尺寸的条，在一端点打结(如在多管机关炮pom-pom中)或交织起来。
E11．数目
本发明的膜一般包含10到1000层。对于单一狭带的反射器，其范围宜在10和200层之间，最好在20和100层之间。高／低折射率为1．75／1．50的50层堆层将产生一高反射带(99％反射峰)，具有约10％的分数带宽FWHM(在半极大值处的全宽)。假如折射率的差异降低了小数x，则数量必须增加1／x，以保持相同的反射率。带宽也狭了小数x，且为了保持相同的带宽，数目必须再一次增加大约1／x。
一冷反射镜根据应用一般具有100和1000层之间。对园艺上的应用，例如90％的反射率是可接受的，且可为了价格理由甚至可能是优先选用的，因为它只需约200层就可实现了。对反射率达到99％，一般至少500层才是可取的，尽管这个数目能依赖材料的选择有戏剧性的改变。例如如果这应用是PEN的倾向来经历紫外变成黄色将会成为有问题的(且如果这应用排除紫外吸咐器或阻塞器的使用)，于是可用PET／coPET来代替，但为了相似的反射率将会需要至少约1000层。
对一狭带可见透射过滤器，其可取的范围约在100和1，000之间，最可取的是在200和500之间。对具有绿色反射器堆层和红外反射器堆层的园艺膜。其可取的范围约在200和1000之间而最可取的是在400和800之间。调到波长在1100nm以外的红外反射镜膜可能要超过1000层，特别是假使它们的堆层设计为了要抑制较高级反射带在光学重复单元中包含多于2层。
F．特殊
F1．表层
一种材料的非光学可能被共同扩张地(这是一个字吗?)配置在一个或两个主要的膜表面上，就是说挤压的光学堆层。的组成也称为表层可以被选作为，例如保护光学的完整，给最后得到的膜添加机械的或物理的性质或给最后得到的BM添加机能。选择中的合适的材料可能包括光学的一种或更多种材料。具有与被积压的光学有相似融熔粘滞度的其它材料可能也是有用的。
表层或多层可能减小被挤压的多层堆层可能在挤压工艺中特别是在模子中经历到的切变强度的宽阔的范围。高切变环境可能在光学中引起不希望有的畸变。换句话说，如果颜色的局部变化是一个希望有的效果，可作装饰的畸变可以被光学的失配的粘滞度和／或表层，或几乎没有或没有表层的工艺所产生，以使至少某些承受局部厚度畸变，导致作装饰的有景色的效应。一层表层或多层也可能给最后得到的合成物添加物理强度或在工艺中减少问题。诸如，举例来说在定向过程中减少膜开裂的倾向。保持无定型的表层材料可能有助于制作具有较坚韧的膜。但是，半结晶的表层可能有助于制作具有较高张力模数的膜。可以把另外的功能组分诸如抗静电的添加剂，紫外吸收器，染料，防氧化剂和颜料加到表层，只要它们基本上不干扰最后得到的产品中扎希望的光学性质。
也可添加表层或镀膜到最后得到的膜或器件，以给予所希望要的阻挡性质。因此，例如可以阻挡膜或镀膜，作为表层者或表层中的一个组元，以便将膜或器件的透射性质向诸如水或有机试剂等液体或者诸如氧气或二氧化碳等气体的方向改变。
添加表层或镀膜也可给予或改善在最后得到的物件中的耐针刺性和／或耐撕性。因此，例如在光学膜的外层包含coPEN的实施例中，一层整体的coPEN可以与光学共挤出以给予最后得到的膜一个良好的抗扯强度。在为选择具有耐撕裂性的材料时所考虑的因素包括：拉长致裂百分数、杨氏模量、抗扯强度、与内层的粘合、在感兴趣的电磁波带宽中的透射率和吸收率、光学透明度或灰雾、作为频率函数的折射率、纹理和凹凸不平、熔融热稳定、分子量分布、熔融流变学和双可挤压性、表面材料和光学材料之间的熔混性相互漫射的速率、粘弹响应、拉伸条件下的张弛和结晶能力、在使用温度下的热稳定性、耐气候性、粘附于镀膜的能力，以及对各种气体和溶剂的渗透性等。耐针刺性和抗扯强度的表层可在制造工艺过程期间或在以后镀膜或层叠到光学膜时施加。诸如用双挤压工艺，在制造期间，将这些粘合到光学膜上，这样做的好处是，可以在制造期间保护光学膜。在一些实施例中，可以在光学膜中提供一层或多层耐针刺或耐撕的，其中光学膜可以是单独的，也可以与耐针刺或耐撕的表层结合在一起。
可以在挤压工艺过程时，把表层施加到挤压过的光学堆层的一边或二边的几个点上，就是说在被挤压过的和表层退出挤压模子之前。表层的压层结构到一以前形成的多层膜也是可能的。表层的光厚度可可以分布在光学堆层／表层总厚度约2％到约50％的范围内。
在某些应用中，在制造光学膜时附加的可在表层膜的外边被共挤出或被粘附上去。这种附加的也可在单独的镀膜操作中被挤压或镀膜到光学膜上去，或作为单独的膜、薄片，或者诸如聚合物(PET)，丙烯酸(PMMA)，聚碳酸酯，金属或玻璃等硬的或半硬的基片被层叠到光学膜上去。
一很大系列的聚合物适于做表层。其中主要的无定型聚合物，合适的例子包括基于一个或更多个对苯二甲酸，2，6萘二甲酸，间苯二酸，苯二酸或它们的烷基醚的相似物，以及诸如乙二醇的烷二醇类的共聚多酯。适用于表层的半结晶聚合物包括聚2，6-萘二甲酸乙二醇酯，聚乙烯对苯二甲酸以及尼龙材料。可能用于增加光学膜之韧性的表层包括诸如ECDEL和PCTG5445(在市场上从依斯曼化学公司，Rochester N．Y．能买到)和聚碳酸酯的高伸张度的聚合物。诸如聚丙烯和聚乙烯等聚烯烃也可用于本目的，特别是假使它们被制作来粘附于具有相容器的光学膜的。
F2．功能
可以添加各种功能或镀膜到本发明的光学膜和器件来改变或改善它们的物理或化学性质，特别沿着膜或器件的表面。这种或镀可以包括，例如滑动剂、低粘性后背材料、导电、防静电镀或膜、阻挡、火焰抑止剂、紫外稳定器、耐磨性材料、光学镀或为改善膜或器件的机械完整性或强度的基片。
用低磨擦镀或滑爽剂来处理本发明的膜和光学器件，诸如把聚合物小珠涂在表面上，赋予它们良好的滑动性质。另一种方法是，通过控制挤压条件修改这些材料表面的形态，为膜提供一个光滑的表面；美国专利第08／612，710号叙述用来修正表面形态的方法。
在某些应用中，像在把本发明的膜用作粘合带中的一个元件的地方，可用低粘合性后背胶料(LAO)镀或诸如那些基于氨基甲酸乙酯、硅酮或氟化合物化学的膜来处理膜可能是合意的。如此处理的膜呈现关于压力灵敏粘着现象(PSAs)的正当的释放性质，因而使得有可能对它们用粘合剂处并于入筒内。如此处理的粘合带可以用于装饰的目的或者希望要在带的表面有漫反射或透射的任一应用中。
也可提供一层或较多的导电层给本发明的膜和光学器件。这种导电层可由诸如银、金、铜、铅、铬、锂。锡和钛的金属，诸如银合金，不锈钢和铬锂铁合金的金属合金或掺杂或未掺杂的锡氧化物，锌氧化物和锢锡氧化物(ITO)的半导体金属氧化物组成。
也可提供防静电镀或膜给本发明的膜和光学器件。这种镀或膜包括，例如V2O5和磺酸聚合物，碳或其它导电金属。
也可提供一层或较多层的关于某些液体或气体改变光学膜的透射性质的阻挡层或镀给本发明的光学膜和器件。因此，例如可把抑止水汽、有机试剂、O2或CO2的透射通过膜的膜或镀提供给本发明的器件和膜。在由于潮湿渗透，膜或器件的组光将遭受畸变的高度潮湿的环境下特别希望有阻挡层镀。
也可用火焰抑制剂处理本发明的光学膜和器件，特别是当用在诸如要求严格的火灾法规的机场环境下。合适的火焰抑制剂包括铝的三水化合物、三氧化锑，五氧化锑和延迟火焰的有机磷化合物。
也可提供经常作为表层使用的耐磨性或硬性镀给本发明的光学膜和器件。这些包括诸如聚丙烯的硬镀可从Rohm8Haas，Philadelphia，PA得到的丙烯酸剂A-11和Paraloid K-120N的诸如那些在美国专利第4，249，011中叙述的并能从Sartomer Corp，Westchester，PA得到的氨基甲酸乙酯丙烯酸盐和从无环聚异氰酸酯(例如，Desmodar N-3300，可从Miles，Iac，Pi Hsbargh，PA得到)与聚酯(例如，Tone Polyol0305，可从Union Carbide，Honston。TX得到)的反应中得到的氨基甲酸乙酯硬镀。
还可以进一步把本发明的光学膜和器件层夺到坚硬的半坚硬的基片上，诸如例如玻璃、金属、聚丙烯的、聚酯和其它聚合物支架使它们能够冲压成形或相反，形成和保持在一个希望要的形状。对某些诸如当光学膜在使用于其它易碎的支架上时，则可用由PET膜或耐刺耐撕裂膜组成的附加。
也可提供耐震膜或镀给本发明的光学膜和器件。适于本目的的膜和镀，例如在专利公报EP592284和EP591055中叙述，且能从3M公司，St．Paul，MN在市场上能买到。
为了特殊的应用各种各样的光学、材料和器件也可应用到或连在一起使用发明的膜和器件。这些包括，但不限于碌学的或碌光镀；诸如用于面板显示和秘密室窗户的液晶面板；照相乳剂、纤维；诸如线性费涅尔镜头的耀眼的膜；亮度加强膜；全息膜或成像；可压纹的膜；抗捣碎膜或镀；为低辐射率应用的红外透明膜；释放膜或释放镀膜纸和偏振器或反射镜。
企图在光学膜的主表面的一面或双面上多次附加，且这些可以是前面提到的镀或膜的任一组合。例如，当一粘合剂被应用在光学膜上，粘合剂3能包含诸如二氧化钛的颜料以增加全部的反射率，或它可能是光学透明的以让衬底的反射率加到光学膜的反射率上去。
为了改善滚动成形和膜的可逆性，本发明的膜也可以包含一结合到膜的或作为一个单独的镀膜加到膜的滑动剂。在大多应用中，把滑动剂只加到膜的一边，为了把灰雾减到最小该面是朝着坚固的衬底是理想的。
F3．抗反射
按照本发明制作的膜和其它光学器件也可以包括一层或更多的抗反射或镀，诸如例如通常用的真空镀膜的电介质金属氧化物或金属／金属氧化物光学膜，二氧化硅可溶硅胶镀和诸如那些从低折射率像THV那样的含氟聚化物衍生出的镀膜的或挤压的抗反射，可从3M公司(St．Paul，MN)买到的可挤压的含氟聚合物。这种可能是或可能不是偏振灵敏的或镀用作增加透射和减少反射强光并且可以通过合适的诸如镀膜或溅射腐蚀的表面处理施加于膜和光学器件。
在本发明的某些实施例中，对某个偏振光使透射为极大和／或使镜面反射为极小是所希望的。在这些实施例中，光学体可由二层或更多组成。在这些中只少有一层由一个与表层紧密接触的抗反射系统组成。这样的抗反射系统起到减少入射光的镜面反射并且增加进入组成光学堆层的体内部分的入射光数目的作用。这样一个功能可以由在工艺中一系列熟知的方法来完成。例子是1／4波抗反射膜，二层或更多抗反射堆层，分级的折射率和分级的不透明度。如果想要这种抗反射功能也能用于体旁的透射光来增加透射光。
F4．抗灰雾
可提供能给出抗雾性质的膜或镀给按照本发明制作的膜和其它光学器件。在某些例子中，如前所述的抗反射用作能给与膜或器件的抗反射和抗灰雾性质。在工艺中熟知的各种抗灰雾剂适用于本发明。但是，一般来说，这些材料是诸如脂肪酸酯等衬底，它们把疏水性质赋予膜表面，并且促使形成一种连续的、透明性好些的水膜。
几位发明人已经报告了能减少表面成雾倾向的镀。例如，美国专利第3，212，909号(Leigh)揭示了使用诸如烷基氨基羰酸酯的氨基皂与一用硫酸处理的或磺酸处理脂肪材料的表面活化剂混和以产生一抗灰雾的产品。美国专利第3，075，228号(Elias)揭示使用硫酸处理过的烷基芳氧基聚烷氧基乙醇，带有烷基苯磺酸盐类以产生用于洗涤和赋予多种表面以抗灰雾性质。美国专利第3，819，522(Zmoda)揭示了在抗灰雾窗户洗涤剂表面活化剂混合物中，使用由癸炔二醇的衍生物组成的表面活化剂组合物，以及包括羰乙基烷基硫酸盐类的表面活化剂混合物。日本特公平6[1994]41，335揭示了由胶体氧化铝，胶体二氯化硅和一种阳离子Aurfactant组成的防云雾和滴漏组成物。美国专利第4，478，909号(Taniguchi等人)揭示了由一种精细划分的二氧化硅和有机硅化合物其碳／硅的重量比对极寻的抗灰雾性质有明显的重要性的乙醇组成的硫化的抗灰雾镀膜。可以用包括含氟的表面活化剂的各种表面活化剂来改善镀的表面光滑度。在美国专利第2，803，522；3，022，178和3，897，356号叙述了结合Aurfactants的其它抗灰雾镀。世界专利第PCT96／18，691(Schoetg等人)揭示了一些方法，用这些方法，镀能给出抗灰雾和抗反射这两方面的性质。
F5．紫外保护
本发明的膜和光学器件通过稳定化处理过的紫外膜或镀可以防止紫外辐射。合适的稳定化紫外膜镀包括那些含有苯并三唑或受阻胺光稳定器(HALS)诸如Tinuuin292，这两者都可从CibaGeigy公司，Parsippany，NJ．在市场上买到。另外合适的稳定化紫外膜和镀包括那些可从BASF公司，Parsippany，NJ在市场上买到的包含二苯甲酮类或二苯基丙烯酸盐类这种膜或镀当本发明的光学膜和器件用于户外应用中或在光源发射出显著数是的在光谱紫外区的光的照明设备时是特别重要的。
G．添加物
G1．滑润剂
在本发明的膜加工过程(例如，挤压)中，可用各种滑润剂。用于本发明的合适的滑润剂包括硬酯酸钙，醒酯酸锌，硬酯酸铜，硬脂酸钴，新癸酸钼和乙酰丙酮化钌(III)。
G2．抗氧剂
适用于本发明的抗氧剂包括4，4’-硫二-(6-叔丁基-间甲酚)、2，2’-亚甲基二-(4-甲基-6-叔丁基-丁基苯酚)、3，5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸十八烷酯、二-(2，4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯、Irganox 1093(1979)(磷酸((3，5-二(1，1-二甲基苯基)-4-羟基苯基)甲基)-二(十八烷酯))、Irganox1098(N，N’-1，6-二己基二(3，5-二(1，1-二甲基)-4-羟基苯丙酰胺)、Naugaard445(芳基胺)、Irganox L57(烷基化的二苯基胺)、Irganox L115(含硫的双酚)、Irganox L06(烷基化的苯基-α-氨基萘)、Ethanox 398(氟亚膦酸酯)和2，2’-偏亚乙基二(4，6-二叔丁基苯基)氟亚膦酸酯(phosnite)。
较好的抗氧剂有位阻酚，包括丁基化的羟基甲苯(BHT)、维生素E(二-α-维生素)、Irganox 1425WL(二(邻乙基(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)膦酸钙)、Irganox 1010(四(亚甲基(3，5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯))甲烷)、Irganox 1076(3，5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸十八烷酯)、Ethanox 702(位阻的双酚)、Etanox 330(高分子量位阻的双酚)和Ethanox 703(位阻的酚胺)。
G3．染料、颜料、油墨
可用油墨、染料或颜料处理本发明的膜和光学器件来改变它们的外表或按特殊应用的规格来改制它们。因此，例如膜可用油墨或其诸如用来显示产品证明、广告、警告、装饰或其它信息的印刷标记来处理。各种技术可以被用来在膜上印刷，诸如网板印刷、活版印刷、胶版、橡皮版印刷、点刻印刷、激光印刷等等，且可以用各种类型的油墨包括一种或二种合成的油墨，氧化干燥和紫外干燥油墨，溶解油墨，胶态油墨和100％油墨系统。
也可用在膜上着色来改变光学膜的外表，诸如层叠一染色的膜到光学膜，在光学膜的表面施以一涂颜料的镀，在用于制作光学膜的一种或几种材料含有一种颜料。
在本发明中设想过可见的和远红外染料和颜料，以及包括，例如诸如在颜色光谱中吸收紫外和荧光的染料的光学增白剂。可以添加另外的附加来改变光学膜的外表包括，例如不透明(黑色)的、漫射、全息图象或全息漫射体和金属。其中的每一种都可直接应用到光学膜的一个或两个表面或者是层叠到光学膜的第二层膜或箔结构的一个组成部分。换言之，诸如不透明或漫射剂或有色彩的颜料的几个组成部分可以包括在一层用来层叠光学膜到另外一个表面的粘合层中。
也可以用金属镀提供给本发明的膜和器件。因此，例如可用热解、粉末镀层、气相沉积、阴极溅射、离子移植和其它相同的方法直接把一金属应用到光学膜去。金属箔或坚硬的金属板也可以层叠到光学膜去或可以利用上面提到的技术先把单独的聚合物膜或玻璃或塑料片金属化，然后再层叠到本发明的光学膜和器件上去。
在许多应用中二色性的染料是特别有用的添加剂。由于当它们按分子地排列在材料内时，它们吸收一特殊偏振光的能力。它们对本发明的膜和光学器件是直接的。当在膜或其它光学体中使用了二色性染料，它引起这材料吸收一种偏振光比另一种多。适用于本发明的二色性染料包括刚果红(二苯基重a萘胺磺酸钠)、亚甲蓝、茂染料(颜色折射率(CI)=620)，以及1，1＇-乙酯-2，2＇-氯化花青(CI=374(桔黄)或CI=518(蓝色))。这些染料的性质和制造它们的方法在E．H．Land，Colloid Chemistry(1946)中叙述。这些染料在聚乙烯乙醇中具有引人注意的二色性和在纤维素有较少的二色性。观察到在PEN中的刚果红略有二色性。还有其它的二色性染料以及制造它们的方法在KirkOthmer化学技术百科全书第8卷652-661页(1993年第4版)中讨论，以及在那里所引用的参考资料。
当一种二色性染色用于按照日前发明一个光学体中时，它包含一个分散相，该染料不是结合到连续相就是结合到分散相。但是，二色性染料结合到分散相是可能的。
与二色性染结合的某些聚合物系统呈现使光偏振到各不相同程度的能力。聚乙烯乙醇和某些二色性染料可能用于制造具有使光偏振的能力。另外的聚合物，诸如类聚乙烯对苯二甲酸盐类或聚酰氨类；诸如尼龙-6，当与一种二色性染料结合时不呈现强的使光偏振的能力。聚乙烯乙醇和二色性染料的组合据说具有比，例如同样的染料在形成聚合物系统的其它膜中有较高的二色性比率。一个较高的二色性比率指出有较高使光偏振的能力。
在二色性染料结合到光学体后由拉伸它来完成该染料的分子在按照本发明制作的光学体中排列成行是优先选取的。但是，其它方法也可达到分子排列成行。因此，在一个方法中，通过升华或从溶液中来的结晶体使二色性染料结晶到一系列被拉长的槽口，它们是被切割，被腐蚀或相反或在光学体已被调整好之前或之后在膜或其它光学体的表面上被形成的。于是处理的表面可以镀以一屋或多层表层，可以结合到聚合物基质中去，或用于一多层结构中，或被用作为另一光学体的一个组件。槽口可以按照一个预先决定的形式或图案在槽口间有一个预先决定的空间数目，使能达到所希望要的光学性质。
在另一个实施例中在二色性染料被结合进多层结构之前在的表面上用升华作用使二色性染料被配置在沿着一多层结构的界面。在还有的其它实施例中，二色性染料被用于至少部分地重新填没在一膜中的空隙。这膜是按照本发明制作的且具有一层或更多有空隙的。
G4．粘合剂
粘合剂是用于把本发明的光学膜和器件层迭到另外的膜，表面或基片上去。这种粘合剂包括两者在光学上清洁的和漫射粘合剂，同时还有压力灵敏的和非压力灵敏的粘合剂。压力灵敏粘合剂在室温时通常是有粘性的以及能被轻轻的指头压力粘合到表面去，而非压力灵敏的粘合剂包括溶剂，热或辐射激活粘合剂系统。在本发明中有用的粘合剂的例子包括那些基于聚丙烯酸的一般合成物；聚乙烯乙醚；诸如自然橡胶含二烯橡胶的聚异戊二烯和聚异丁烯；聚氯丁烯；丁基橡胶；丁二烯-丙烯腈聚合物；热塑人造橡胶；块状共聚物诸如苯乙烯-异戊二烯和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯块状共聚物，乙烯-丙烯-二烯聚合物和苯乙烯-丁二烯聚合物；聚α烯烃；无定型-聚烯烃；硅酮；含乙烯的共聚物诸如乙烯乙烯基乙酸酯。乙基丙烯酸盐和乙基甲基丙烯酸盐；聚胺基甲酸酯；聚酰胺；聚酯；环氧树脂；聚乙烯吡咯烷酮和乙烯吡咯烷酮共聚物；以及上面物质的混合物。
另外，粘合剂可包含诸如增粘剂、增塑剂、填充剂、抗氧化剂、稳定剂、颜料、漫射粒子、凝固剂和溶剂的增加剂。当层叠粘合剂用于把本发明的光学膜粘合到另一表面上时，粘合剂的组成和厚度应选得使它不致干涉光学膜的光学性质为宜。例如，当层叠附加的到一希望能有高度透射的光学偏振器或反射镜时，则层叠粘合剂必须在偏振器或反射镜设计中要求透明的波长区中是光学清净的。
G5．其它添加剂
除上面指出的膜，镀和添加剂之外，本发明的光学材料也能由其它材料或添加剂组成，正如在工艺中所知道的。这种材料包括粘结料、镀、填充料、兼容剂、表面活化剂、抗菌剂、发泡剂、增强剂、热稳定剂、冲击减缓剂、增塑剂、粘滞调节剂以及其它这种材料。
H．处理
H1．微孔
在某些具体的装置中，也可为本发明的膜提供一层或更多具有连续的和分散相的，在其中两相间的界面足够弱当膜在被调节时而导致孔隙的平均大小可以通过工艺参数和拉伸比的仔细管理或通过兼容剂的选择。来控制孔隙可以在完成的产品中用液体、气体或固体回填。孔隙可与光学堆层的镜面光学连在一起使用在最后得到的膜中生产所希望有的光学性质。
H2．表面处理
按照本发明制作的膜和其它光学器件可能经受各种调节这些材料表面或它的任一部分的处理，让它们能更易于进行诸如镀膜、染色，金属化或层叠的随后的处理。这可通过用诸如PVDC，PMMA，环氧树脂和氮丙啶的底漆或通过物理的涂以底漆处理，诸如电晕、放电、火焰、等离子体、闪光灯、溅射腐蚀、电子来处理或诸如在一热罐中表层无定型除去结晶体。
I．最后用途
本发明的光学体用作颜色平面膜是特别有益的。术语反射颜色反射镜或反射颜色薄M是关于仅在一个感兴趣的电碌波谱中选定的一个部分靠反射来产生颜色的多层光学干涉堆层。然而，光学体也可以按照本发明制作为起反射的作用偏振器。在这些应用中，其光学材料的结构相似于在上面叙述过的在反射镜应用中的。但是，与沿着正交的平面内的轴的折射率相异作比较，这些反射器在沿着一根平面内的轴在交替材料之间一般有大得多的折射率差异。这个较大折射率差异一般至少约0．1，大于约0．15则是可优先选用的，而大于约0．2时则更为可选用的。
反射偏振器沿着一根轴的之间有一折射率差异，且大体上匹配于沿另一根的折射率。另一方面，反射的反射镜膜，沿着低一平面内的轴在折射率方面有大体上不同的交替。两根平面内的选作参考的光轴一般是二个拉伸方向，而膜沿着这些被选定的轴在交替之间呈现最大的和最小的折射率差异。但是，这些实施例的反射性质并不单从依靠大的折射率的失匹达到的。因此，例如更多的可用于提高反射的程度。
本发明的反射偏振器有许多不同的应用，而在液晶的显示面板上是有用的。特别是，反射偏振器能在要求高亮度显示中作为一具有高度色饱和及高的带外透射的有效颜色偏振器使用。另外，这偏振器能从PEN或相似的材料，它是良好的紫外滤光器且能有效地吸收直至可见光谱边的紫外线中构造。这反射偏振器也能用作薄的红外薄片偏振器。本发明的这种偏振器用作为安全器件也是有益的，它有可见的(公开的)和红外或紫外(隐蔽的)器件两者都是可行的。
另外，用能反射除了一个狭的尖峰，例如约50nm，外的几乎所有的可见光谱的光学膜，就可获得在透射中的高度色饱和。当在反射中观看时，由于一个很小数量的特殊波长的光不出现在光谱中，所以膜将会呈现无色。但是，当在透射中观看膜时，依靠一背光之助，眼睛就可探测到非常纯的光。膜目测的反射与透射的反差，将会是无色(例如，显出铬黄或银色)膜之间的反差且有随角度改变的非常纯交度饱和的颜色。
I1．背光显示
采用本发明的颜色转变膜可以制作具有一系列光学结构的背光显示。一般，这种显示包括一个光源和安置在光源与观察者之间的颜色转变膜的一部分。在一个典型的应用中，至少一个偏振光的大部分在进入观察者之前将纸通过膜一次。
颜色转变膜可以是平面的，或可以把它做成其它的几何形状，诸如锥体、圆柱体或球体。多层膜可以复盖背光的开放的面，可以完全地围绕一个光源或可以形成具有一个或几个通过光的小孔的一个几何形状。这些结构中的任何一个可以用于生产显示器，它把光分成几种能从物件的观看的各种角度可以看到颜色的显示器，或生产一种显示器，在它里面由于各种角度做成形状的物件从它表面的不同区域上提供给观察者从一个视角可以看到许多颜色。如果显示器由一背光组成，它换次由一个光源和一个通过光学膜把光引导到观察者的反射材料组成。则其光谱由光学膜回到背光的部分可以被重复循环直至光在它能通过的那个角度上遇到膜为止。实际的器件并不必须是显示器，但可能是发光设备或光源。这个光源利用了3M光谱一角度性质和从一灯泡内发射的波长产生的所希望要的光分布图案。这个重复循环与颜色转变膜的高度反射能力相配合，产生了一个比用常规显示器亮得多的颜色显示。上面列出的一些特征在下面几个例子中说明。
I2．背光标牌
本发明的膜可以用于与分布光源或几个点光源相结合，正象现在在广告标牌中或计算机背光中所使用的常规背光一样。一平坦的反射膜，均匀地被干涉染了颜色，它复盖着背光的敞开面。当观察者通过这标牌时会改变颜色。一选好的染过色的或涂上颜料色的不透明或半透明的印字可通过激光或屏幕印刷技术涂敷到反射的面层膜。另一种方法是，由一着以不同的颜色反射的膜(非表层膜)组成的干涉反射的字也可涂敷在表层膜上制作的印字上，而使印字从表层膜呈现颜色的相反变化，例如表层膜呈现随角度有从绿色到深红的变化，而印字则在相同的角度上表现出从深红到绿色的变化。许多其它颜色的组合也是可能的。
在表层膜上的颜色变化也可用来“展显”印字，广告字句或甚至在大入射角通过膜看不见的实物，但是当垂直入射时成为高度可见的，反之亦然。这个“展显”效果可以在背光中采用特殊的颜色发射光或用染了颜色的印字或在反射的表层膜下的实物来完成。
显示的强度可在背光腔体的内部用交反射多层膜排成一行而加强。用同样的方法，显示的全部色平衡可用优先地仅反射某些颜色的多层反射膜与一低反射腔体排成一行来控制。在本例子中由于通过排成一行在某一角度的透射，所选定颜色的亮度会受到损失。如果这是不希望要的，则希望要的色平衡可由用合适的颜色和吸收的染料给一宽带多层衬里膜底一层膜来影响它。
反射有色膜也能用于与染色的或涂颜料的有色膜组合，而把后者放在观察者的一边以获得所希望的颜色的控制诸如例如，在印字中消灭一个颜色转变而产生一个颜色转变的背景。
背光标牌不需要是平面的，且有色膜可应用到标牌的多个面上，诸如一个照明立方体或一个双面的广告显示。
I3．非背光显示
本发明的颜色转变膜也可以用来产生种种非背光显示。在这些显示中，从一个可能是日光，周围灯光或专用的光源的内部光源的至少使得一个光的偏振在透射光谱被观看者看到之前通过颜色转变膜二次。在大多数的应用中，这是采用把颜色转变膜与反射的或偏振的表面相结合来完成的。这样一种表面可以是，举例来说，通过金属沉积形成的普通的反射镜类型，抛过光的金属或电介质的表面或多层聚合物反射镜或偏振的膜。
当本发明的颜色转变膜或是有好处地用于反射镜似地反射或是漫射地反射表面时，漫射地反射的基片优先选用的。这样的一种基片造成被膜透射的颜色(以及随后地由基片反射)对准入射平面射出或相比于被膜反射镜似地反射的有色光在入射平面内的一个不同的反射角。从而使得观看者能在透射的和反射的颜色之间辨别出来。诸如卡纸或用漫反射的白色涂料处理过的表面的漫射白色表面在产生一个随角度改变颜色的显示中是特别有利的。
在其它的实施例中，这漫射表面或它的一部分，它们自己可能是有色的。例如，含油墨特性的一个漫射表面可以与一个颜色转变叠起来。该膜至少具有在一个光学堆层在光谱的油墨吸收的相同区域上被调到反射光。于是在最后得到的物件特性中在某个视角时将看不见，但在另一个角度时可以清楚地看见(用颜色转变膜的反射带宽与油墨的吸附带相匹配的一个相似的技术可用于背光显示)。还有另一个实施例中，可用漫射白色的油墨印上颜色转变膜的本身。在本文前后的半透明是被定义为具有实质的漫射效果的实质地透射的含义。换句话说，可以把颜色转变叠到一白色的或有色的表面，而膜本身也可以被印上。
在又一些实施例中，本发明的膜用于吸收被膜反射的波长的基片相结合，从而让显示的颜色唯一地由膜的反射光谱控制。这样一种效果，例如当本发明的在可见光谱区透射某些波长而在可见区反射另一些波长的有色反射镜膜用于与一黑色基片相结合时，就可看到了。
I4．窗设计
本发明的光学膜和器件适用于诸如天窗或保密窗户的窗设计。在这些应用中，本发明的光学膜可以用于与诸如塑料或玻璃的普通的玻璃空配料连在一起或作为组元进入。用这种方法准备的玻璃窗材料。可以制作成偏振特性的使得窗设计对第一次偏振光基本上是透明的，但是基本上反射第二次偏振光，从而消灭或减小耀眼。光学膜的物理性质也能被调节到如在本文中所讲述的那样，即玻璃窗材料在光谱的某个区内(例如，紫外区)将反射一种或两种偏振光都反射，而在另一区内(例如，可见区)则透射一种或两种偏振光都透射。这在玻璃暖房应用中是特别重要的，在那里能利用反射和透射特殊的波长来控制植物生长，开花以及其它生物的过程。
本发明的光学膜也可用于提供透射特殊波长光的装饰窗设计这种窗设计可以用于，例如当通过利用波长特定灯光控制板时能把一种特殊的颜色或几种颜色(例如，蓝色或金色)给予房间或可以用于使它的装饰布置特别显著。
本发明的光学膜可用正如在工艺中所知的各种方法结合到玻璃窗材料中去。因此，在一个实施例中可把光学膜粘合剂玻璃窗材料的外表面的全部或一部分，例如用一光学粘合剂层叠上去。在另一个实施例中把本发明的光学膜夹到两块玻璃或塑料的嵌板中间，而把最后得到的产品结合进窗设计中。当然，正如本文叙述的可反附加的或镀加到光学膜上(例如，紫外吸收，抗灰雾或抗反射)以使它更适于专门应用，这一直是它的目标所在。
本发明的有色膜在窗设计中的一个特别有好处的用途是它们在充满阳光的窗户中的应用。在这种应用中从白天到晚上可以观看到双向的颜色。当在白天的时候，这种窗户的颜色主要是由膜的朝向阳光的透射性质支配。但是，当在晚上的时候通过膜几乎看不到透射，此时膜的颜色决定于膜的朝向照亮房间的光源的反射对于模拟日光的光源，其结果是膜的出现在白天的铺色。
I5．灯具
本发明的颜色转变膜可用于各种灯具应用，包括前面叙述过的背光和非背光显示。依赖于所希望要的应用，在外形上可以均匀地把颜色转变膜着色或彩虹色的，而光谱的选择性可在所希望要的波长范围内改变为透射或反射。而且，可以把有色的膜制成在偏振的灯光应用只反射或透射一种偏振光，诸如偏振化的办公室工作灯光或偏振显示与再循环光结合以增加亮度，或在应用中想要有色反射镜或滤光器的地方可把膜制作成能透射或反射光的两种偏振。
在最简单的例子中，把本发明的颜色转变膜在背光灯具中用作为一滤光器。典型的灯具包含一个具有光源的和在后面包括一个漫射的或反射镜似的反射元件或到少复盖光学腔体一部分内部表面的外壳。灯具的输出一般包含一遮掩光源以免直接观看的滤光器或漫射元件。取决于灯具受支配的特殊应用中，光源可能是荧光灯、白炽灯、固态或电致发光的光源金属卤化物灯或甚至太阳光照。这后者是由自由空间传播用镜头系统、光管、保持偏振的光导或其它在工艺中熟知的方法透射到光学腔体。光源可以是漫射的或似镜面的，而且可以包括用于与点光源相结合的随机化的，消偏振化的表面。灯具的元件可以按各种结构来排列或可按美学的和／或功能的考虑的支配，安置在一外壳中。这种灯具在建筑灯光，舞台灯光，户外灯光，背光显示和标牌和汽车仪表盘。本发明的颜色转变膜提供了灯具的输出状态随角度变体的有利条件。
I5(a)与方向有关的光源
本发明的颜色转变膜当用于方向性灯光时是特别有好处的。诸如高效灯普遍地用于街道或工场灯光的应用中的钠蒸气灯，一般具有在只有一个主要波长的光谱发射。当这种在狭的频带上发射的源与本发明的颜色转变膜结合时，可以获得发射光的高度方向控制。例如，当颜色转变膜用与灯的发射峰一致的狭带通制作时，于是该灯的发射仅在靠近设计角度才能通过膜；在其它角度，从源发射的光回到灯或灯壳。典型的单色和金色的尖顶光源包括低压钠灯、汞灯、荧光灯、小型荧光灯和冷阴极荧光灯。另外，反向膜不再需要是具有单色源的狭通类型，它只需要是在一特殊的入射角阻挡或通过单一波长的发射。这就是意味着也可用具有，例如切入和截止的波长靠近灯发射的方波反射光谱的反射膜。可把光源和本发明的颜色转变膜组合在内的某些专门的几何形状包括，但不限于如下：
(a)圆柱形灯泡，诸如荧光管，用为灯泡的峰发射的垂直入射透射而设计的膜包起来，就是说，在这个几何形状中峰值波长的光主要是从灯泡的长轴在辐射方向发射出来的。
(b)在反射灯外壳中的一个任意的灯泡的几何形状可以做成在垂直于外壳开口的平面方向辐射方法是用选在灯泡的峰发射的辐射处透射的膜复盖这开口。这开口可以面朝下或任意方向，而在垂直于开口的平面方向的角将可看见光，但不是基本上离开垂直的角。
(c)换句话说，在(b)叙述的组合可用被设计在一个或几个离开垂直角的入射角来透射灯泡的发射的颜色转变膜。这些入射角是靠提供一片或几个合适的通带得到的，并在垂直入射时以波长略大于灯泡发射波长进行测试。这样，灯泡的发射是在通带的蓝移足够使发射峰与通带职成一行的角度下透射的。
(d)在(c)中叙述的角分布与在(a)中叙述的几何形状相结合将会给出一个圆柱形的灯泡，在它的里面人们可以有在平行于灯泡长轴平面的发射光的方向控制。
(e)一多色尖顶光源，例如在三个不同波长具有发射尖顶的光源可与仅具有一个通带的颜色转变膜相结合。因此，该膜就在一给定的入射角只透射三个颜色尖顶中的一个而各个发射峰在不同的角度作透射。这种膜可用多组群制得，各个组在不同的波长区域作反射，或它可以用一组群和它们的较高级的谐波制成。可以控制第一级带宽区域的宽度，从而谐波的带宽宽度来给出在第一级和谐波反射带间的所希望要的透射带隙。该膜与多色的尖顶光源的组合将出现从一个明显地“白”色光源分裂光，把它分到它的各别的颜色。
由于随角度的光谱移动率在靠近垂直入射时是小的，所以光的角度控制在垂直入射时相比于高角入射到颜色转变膜是少有成效的。例如，依赖灯发射线的宽度和通带的带宽在垂直附近时最小的角控制可能小至+／-10度或者大至+／-20度或+／-30度。当然，对单线发射的灯，没有角控制的限制，为了或是美学的或是能量守恒的理由，限制角分布为角小于可达到灯的自由空间可能是合乎需要的，它在一个或两个水平的和垂直的平面是典型地+／-90度。例如，取决于客户的需要，可能希望把角范围减少到+／-45度，+／-60度或仅为+／-75度。
在高角ya入射时，诸如对颜色转变膜的法线成45度或60度角，角控制是更为有效的。换句话说，在这些角度时，能频带比在垂直入射时以较高的nm／度速率移向蓝色。因此，在这些角度，狭带发射峰的角控制可以保持在几度以内，诸如+／-5度或者对很狭的通带和狭发射线可在小至+／-2度。
本发明的颜色转变膜也可以按预先先设计好的样子成形以便在所希望要的图案中控制灯的角输出。例如，放在光源附近的全部或部份的颜色转变膜可被成形为起波纹的或三角形的波形，以致波形的轴不是平行就是垂直于灯管的轴。有这种组态在正交平面内不同角度的定向性控制是可能的。
虽然狭带源和颜色转变膜组合在控制光在发射或探测的角度上工作得很好，但是只有一个有限数目的源具有狭发射光谱，因而有限的颜色可供选择。换句话说，可以把宽带源做得使其起到像狭带源的作用以获得发射光的相似的定向控制。可以把宽带源复盖一颜色选择的在某个狭带波长区透射的膜和被调节的源可用于与具有相同透射光源的第二个膜结合使得从源／颜色选择膜组合发射出来的光能只在设计角一次通过该颜色转变膜。这个装置可为多于一个颜色工作，诸如与一红绿蓝三色系统。依靠膜的正当选择发射的颜色将在所希望的角度透射。在另外的角度发射的波长将不与每一个或任一带通匹配，于是光源会出现黑暗或不同的颜色。由于颜色转变膜可适于在波长的一个宽阔的范围透射，所以人们实际上能够获得任一颜色和控制在发射光被观看到的整个角方向。
与方向有关的光源在许多应用中是有用的。例如，本发明的光源可用于汽车仪表面板的照明。这样驾驶员是在垂直角度看着仪表的，所以能看到透射光，但光不会反射出挡风玻璃或被乘客看到。因为他们是在相对于仪表的角度外。相似地，可用本发明的与方向有关的光源构制照明标牌或讯号标牌所以它们能在某些角度下，例如垂直于讯号标牌或标示牌，但不是其它角度被觉察到。换句话说，可以把颜色转变膜设计成在一个角度只透射一个颜色的光，而在另一角度可探测到一不同的颜色。这将会是有用的，例如，像在洗车或发放检查站对车辆指挥其靠近和停止点时。可以选择颜色转变膜和光源的组合使其当一车辆快到照明标示牌并在相对于标示牌的非垂直角度观看时，那么只能看到绿色，但在车辆停放处的那个角，例如垂直于标示牌，则察觉到的透射光将转变成红色。作为安全器件的颜色转变膜和狭带源的组合也是有用的，在这里颜色转变膜被用作为一层叠制作而光源用相同的膜包起来被用作为一个简单的核检器件。本发明的与方向有关的光源的其它例子于下面的一些例子中予以更为详细的叙述。
例子I5-1
下面的例子说明本发明的膜在制作多色的似霓虹管的用途。
可以用反射有色膜包封一白色荧光灯管来构作一明亮的色彩丰富的显示光。在这种方式下已经做成了几种灯，每种用一不同的有色膜，有种个用了均匀的有色膜而二种用了可变的有色膜。用例子B1-1、E1-1、E1-2和I6-1所述的膜制作了样品。把膜切成与灯管一样长，而宽度足以绕灯管的圆周一圈或二圈。假如一次缠绕的反射不充分，则缠绕层数会影响通过控制复盖物的总透射率而获得的色亮度和色饱和。可变的有色膜是用与例I6-1相同的膜制成的，但从简上而不是下行坯料上，与坯料交叉地切下49英寸的长度。当观看者走过时，非均匀有色膜显出闪光，看上去有点像在一真空管子中的不稳定的等离子体。在所有的灯泡中颜色的纯度高到足以给荧光管一个明确的带有从管子中央到其周边的一个颜色变化的附加效应的“霓虹”模样。即使观看者能绕着管子走量从所有的侧面观看它，(例如，观看者能无限地围绕着灯管“追赶”周边的颜色但从不看到该色在灯管的中心)也只能在中心是垂直入射的可观看到的光谱。有色膜能用粘合剂松散地附着或层叠。注意到用粘合剂除去在灯泡和膜之间的空气隙缝对有色灯管的外形没有显著的影响。
例子I5-2
下面的例子说明本发明的膜在制作易弯曲的似霓虹管的用途。
大多数已制造的荧光管都是直的管子只有极少的是圆形的或U形的。上面叙述的类霓虹管只要它们能被做成任意形状，则会加强在许多应用中的实用。但如果它们以易弯曲的管状光源为衬底，则会进一步得到加强。由3M开发的大的芯线光纤提供了这样一种光源。这个称之为“3M光纤”的产品可在市场上从明尼苏达州Paul市的3M公司购得。在光纤中的某个百分点的光通过TIR角散射并逸出光纤。这个过程可用在芯心或外层复盖物中增加散射中心密度来加强。还有，微结构的膜可以附着到灯管的边以引导灯管的光逸出。
用例子E1-2中的绿／深红膜来复盖标称直径都为1cm的清净的和微结构的光学“纤维”的样品。用清洁的粘合剂在膜涂了一层膜做成1英寸宽的有色胶带卷。这粘合剂是一种由合成的SIS块状共聚物和碳氢化合物增粘剂加稳定剂合成的热融粘合剂。这胶带是螺旋地绕到光纤上，并线性地运用。由于这1英寸的厚度不能复盖整个周围，所以在后一种情况从两边都运用了细坯料子。当纤维绕成半径约小于1／3米的圈时线性运用的胶带的细坯料子趋向于皱起来。即使在曲率半径为1／6米时，也没有看到螺旋地绕在纤维上的胶带起皱纹。用颜色转变胶带复盖的大芯光纤的颜色在荧光管上观察到的是一样的。纤维用小电池供电的灯光照明。二种或更多的交替颜色也可用各别的螺旋来绕制，或用一宽带“银色”膜来更迭有色膜，或用常规的(染料或颜料)有色膜或镀来更迭。
用小的光源可以把这种霓虹外形给予一系列有圆形状的物件包括呼拉圈和颈带。特别有用的光源包括宽带发荧光的染料，或可以放进光纤的聚合物芯的狭带染料的各种组合。
例子I5-3
下面的例子说明本发明的膜为闪光灯产生一个附件的应用。
把在例子B1-1、E1-1、E1-2和I6-1中叙述的本发明的几张颜色转变膜卷成具有圆形开口或椭圆末端的锥体的切面。把每个锥体的较大直径的末端调节到适配闪光灯末端的外直径。使用了多种闪光灯和锥体的尺寸。较大直径的锥体，长2到3英尺，而较小的，长度在6到24英寸的范围内。当锥体较大或者多层膜较薄(1密耳或更小)时，用4密耳清洁的PET基料把膜绕起来，并用胶带在一条边处固定膜，以增加机械的完整性。
发现在结合中的闪光灯和膜形成了一个在所有入射角把光有效地分配到膜的光学腔体。正在朝向锥体小的末端行进的在发散光束的光在每次反射后增加它的发散角，并且即使在没达到锥体的末端在几次反射后能够容易地翻转方向(发散角大于90度)。因此，从源出来的光线将继续沿锥体的长度来回传播直至它被膜透射被不是源就是膜吸收或从源对面的开口末端处逸出为止。附件呈现一些没有预料到的性质。例如，锥体边缘相比锥体的中心是一种不同的光，而且当一个人握住锥体在一个弧度朝向观察者摇摆它时锥体会突然改变颜色。
当有色膜在所有的入射角对某一颜色作高度反射时，观察到了一个特别的有兴趣的效应。用这个性质对于绿光的膜的光谱图示于图38。用具有这些性质的膜制成的一个锥体，而该锥体又被附到碌光(Maglight)闪光灯，当在相对于锥的从向轴90度时观看时，锥体为蓝色有一个红色的周边。朝向两个末端时观看锥体都为红色，然后在极端角时为黄色。绿光只能通过锥体的较小(开口)末端的洞才能较易地逸出。在从侧面观察锥体时最容易看见绿光，这是因为上面叙述的发散效应。要加强看到逸自小的末端的光。可把做成各种形状的反射器附加到或放置到靠近锥体切面的开口处。
许多其它的颜色组合是可能的。也制作了绿／深红的锥体，还有在相继地较高的角度从蓝色到红色到绿色变化的锥体。这些膜的光谱示于图39和18。当从较小的末端照明时锥体不像在所有的角时那样明亮用了一白色半透明塑料的可折迭的锥体制成了其它的物体。它是在玩具商店里出售的并且它是由相继地较小的用最大的附在闪光灯上的锥体切面制成每个截面用在例子B1-1中叙述的类型的有色膜包封。换句话说，每个切面可用不同的颜色膜包封以形成一特殊的颜色配合，诸如例如一个彩虹的序列。也可把有色膜插入事先形成的锥体切面的内侧来较好地保护光学膜。用这后面的组合来保留角度的颜色变化，最好选用在光学上清洁的锥体切面。
例子I5-4
下面的例子说明了本发明的膜在制作三维装饰品中的应用。
用例子E1-2(绿通滤光器)的膜来复盖一个成三维形的，有小平面的星形饰品。购自圣诞饰品商店的该星用清洁的塑料做成且所有的小平面基本上是平的。用一清洁的粘合剂把有色膜贴到每个小平面上。被膜能反射的颜色是被膜透射色的补色，例如3M在垂直入射反射红色和蓝色光(深红)，而在相同角度透射绿色，深红是绿的补色。但是，正如在图39中示出的膜提供了双补光效应。在约60度的入射角时，颜色就正好相反，此时绿色是反射的而深红是透射的。
构造了二种形式的是形装饰物，两者都有切进一条边的小的直径为7／16英寸(11mm)的洞，以让光注入到由星形成的光学腔体。在每一个结构中，一小的米着颜色的圣诞树的灯光插入到洞内。在第二个结构中，一个小的闪光灯用一具有对可见光有约99％的反射率的宽带反射镜膜的逐渐变细的灯管与该星相连接。(该宽带反射镜膜就是在美国专利第5，882，774号中叙述的类型)。这闪光灯是Maglite公司销售的可变焦距的类型。选择了宽阔的光束，因为它能提供最均匀的在星上所有平面的照明。正如上面能讨论的，灯管的细长的圆锥的斜度可用简单的几何图形示出以从部分有方向的源诸如闪光灯进一步加宽这光束出人意外地，在任何视角不论在星上的那一个地方只能基本上觉察到绿色和深红色。在某个非常狭的角范围内，在小平面上平面上观察到蓝色。
用相似的方法任何几何形状能被利用来产生其它的栩栩如生地吸引人的物件。另外，这物体可被转动。能在转动的点注入光或电力。在给出的例子中的几何形状在一个广大规模范围的色彩艳丽的展示中有广阔的应用。例如，一个直至多米长或高的广告展示，可能通过一个或几个中空的支座灯管来照明。
I5(b)偏振光附件
许多应用要求偏振光正常地起作用。这种应用的例子包括光学显示器，诸如液晶显示器(LCDs)，广泛用于析迭一膝上型计算机，手持式计算器，数字式手表，汽车仪表板显示及其同类和偏振的发光体和利用偏振光来增加反差和减少眩光的工作灯光对几种特殊化的灯光应用，有色偏振光输出可能是所要求的，例如都需要眩光减少和有色的“心情”灯光的地方。在这些情况下为了提高效率带有光再循环的偏振的工作光附件是优先的。一台偏振光的附近一般是由包括光源的外壳和一个偏振元件组成，并且可以额外包括一个反射元件和／或一个漫射元件。本发明的颜色转变膜可用作为两种偏振的元件，而且尤其是用作反射的偏振膜(RPF)或用作为反射元素，当目前时而且尤其是用作反射反射镜膜(RMF)，像在申请人的共同待批的美国专利申请第08／807，270号题为“包括光学膜的光具附件”中叙述的。对结合光再循环的偏振充附件要优先选用一个漫射光源，它一般包括光发射区和光反射，散射和／或起偏振区。光发射区可以用作光源和起偏振区域，或该光源可由一光发射区和一单独的使漫射化的反射器组成。依赖于指定光附件的特殊应用中，漫射源可以是荧光灯、白炽灯、固体电致发光(EL)光源或金属卤素灯，或用单独使漫射化，起偏振的表面与一点光源、一远隔的光源或甚至阳光照明的组合，后者是由自由空间传播、镜头系统、光管。偏振防护光导或由在工艺中熟知的其它方法被透射到漫射偏振器。
正如前面所叙述的，本发明的颜色转变膜可以用作放置在光源交的反射偏振膜(RPF)，其中一个偏振平面的光波透射而另一个偏振平面的光则被反射或又可用作放置在光源后面的反射反射镜膜(RMF)，在这里面，偏振的两个平面都从膜被反射。在动作中，由漫射源产生的光是漫射地被偏振的具有偏振分量(a)和(b)出现，而且这个光入在是入射到RPF上。这RPF元件适合于在感兴趣的波长上透射具有一级偏振分量(在这个例子中，偏振分量(a))的光，以及反射具有正交的偏振分量(在这个例子中，偏振分量(b))的光。此外，这膜将只透射所希望要的作为视角的一个函数而转变的波长的光。结果是，具有偏振分量(a)的所希望要的颜色的光由RPF透射，而偏振分量(b)的光则被反射回到被漫射化的光附件中去。一些原来是被排斥的光由此而被转变为所希望要的偏振并通过在随后通路上的反射偏振元件被透射。这过程在继续，其重复的反射和随后的不是所希望要的偏振光的漫射化增加了所希望要的从漫射偏振光附件中发射出来的偏振光的数目。其结果是一个对产生所希望要的偏振光的非常有效的系统。这系统在这个意义上是有效的。那就是在一典型的分光偏振器中本来应该被吸收的光，所以也就得不到利用了，而是被转变到所希望要的偏振。结果，从附件中发射出的所希望要的偏振光的总数是增加了。
在这里所叙述的灯附件，光源可以在一系列的结构组态中与偏振元件和反射元件耦合起来正如所叙述的，展望利用本发明的颜色转变反射偏振膜RPF作为偏振元件和本发明的颜色转变反射反射镜膜RMF作为反射元件的结构组态，但是必须认识，那就是展望了与其它材料作为反射元件的RPF和与其它材料作为偏振元件的RMF的各种组合。例如，在一个结构组态中，RPF可以被周围包封起来，使它完全地把漫射源包封起来。除了光源和RPF之外可以使用一个单独的反射器，这反射器可以是一漫射的反射膜，它使从RPF反射出来的偏振(b)光漫射。可以把RMF调整在光源的一边附近以及可以层叠或者附着在光源上。在这一结构组态中，RPF也可以被层叠或者被附着，使得它部分地把光源的另一边包封起来。用本发明的颜色转变偏振膜和一些应用也是可能的，其中一片膜相对于另一是可以转动的，这组合是用于照明附件中它使得偏振光强、颜色和／或程度受控于或调到现场的特殊需要。
I6．园艺的应用
可以按照本发明的原理制作在光谱上选择的膜和其它的光学体，它们是理想地适于园艺的应用。在温室环境和农业应用中，对植物生长的一个最主要关切的事就是为适于植物生长的足够的光的强弱和波长。不充分的或不均衡的照明可以导致植物不均衡生长或不发育的植物。太强的光会使土壤超热而伤及植物。管理从周围太阳产生的热是一个普遍的问题，特别在南方的气候中。
本发明的在光谱上选择的颜色膜和光学体可以用于许多园艺的应用，在这些应用中希望能滤去或透射对能最佳控制植物生长的特定的光的波长。例如，为了传递用于光合作用最有效的波长以加速植物生长和管理土壤和周围的温度。能使一片膜最优化地滤去产生红外和不能产作用的可见阳光波长的热。
已经知道植物在不同的生长同期对不同的波长起反响，正如图52所示的。整个周期中，在500-580nm范围的波长是低效率的，而波长在400-500nm和580-800nm的两个范围是没有生长反应的。相似地，植物对过了约800nm的红外波长是不敏感的，它构成了太阳发射中的重要组成部分，所以从太阳光谱中除去这些波长能够大大地减少热量和能让在对植物生长有用的波长上的额外光集中。
用于温室的商业化的灯在加速光合作用和植物的其它的光灵感度是有效的。这种灯最普通地用作对自然的未滤过的太阳光的补充。灯发射的能量在蓝色(约400-500nm)，红色(约600-700nm)或远红外(约700-800nm)的是用于加速生长。一种普通的商业化的生长灯在450和660nm处有它的极大值，在700nm以外几乎没有波长发射的。另一种普通的源在蓝色和红色有高发射和胡远红外波长有高发射。发射在500-580nm范围波长的灯称之为“安全灯”因为它们的发射是在低灵感区域且不论是有益地还是有害地都不大影响植物生长。
用于一般照明的光源经常是配成对来完成与“生长发光体”类似的结果。从某些源输出的波长实际上放慢了生长，但是这一点可由与其它的光源配对来补偿。例如，单独使用低压钠灯能抑制叶绿素的合成，但是当低压钠灯与荧光或白炽灯结合时，产生了正常的光合作用。用于温室的商业化灯的普通配对包括(ⅰ)高压钠灯和金属卤素灯；(ⅱ)高压钠灯和汞灯；(ⅲ)低压钠灯和荧光和白炽灯；以及(ⅳ)金属卤素灯和白炽灯。
在温室的环境中，本发明的颜色选择膜和光学体，当单独用作滤色器或与反射衬垫组合时为了最令人满意的植物生长对集中所希望要的波长是有用的。这膜和光学体可与正常的未滤过的太阳光一起用，或者它们可以与人工的宽带光源组合来控制从源发射的光的波长。这种光源包括，但不限于白炽灯、荧光灯诸如热或冷阴极灯；金属卤素灯、汞蒸汽灯、高和低压钠灯、固态或电致发光灯，或自知的或滤过的光学上与颜料选择膜耦合的太阳灯。将对几种过滤／集中系统作更为详细的叙述，这可能用于管理在温室环境中的热来为光合作用和其它植物光灵感的最优化波长传递增加的光的数量。
图53到56示出了冷反射镜和颜色选择反射镜的有用的设计，其中反射镜是用来把太阳辐射的所希望要的组分反射到室内把对植物生长无用的红外辐射放出室外。这些图也说明了放行所希望要的辐射和反射所不希望要的日光组分的一个转变的战略。反射镜可以是一宽带反射镜，它基本上把在太阳光语中全部小于约800nm的波长反射到室内，如在图53和54，或这反射镜可以在光谱上滤出红外辐射和对植物生长所不希望有的可见光谱的组分。图55和56示出了结构在这些结构中绿光(从约500-600nm)和红外光(从约800-2000nm)被膜透射或反射退出室内，而由蓝光(从约400-500nm)和红光(从约600-800nm)组成的深红光被反射或直接透射进入室内。示出的膜会有双形态的层厚分布以产生必要的反射性质(例如，图56所述膜中的一组将反射绿波长，而另外一组是如美国专利申请第09／006，118号所述的2或3材料红外反射／可见光透射的堆层，所述专利申请的名称为“多组分光学体”)。在图55，双带反射膜中的一个反射带在设计中的反射角将反射蓝光(400-500nm)而另一个带则为红光(600-800nm)。依赖于所需要的角的范围，被设计得按图56所示的模式来运行的膜也可以在图55中所说明的模式来运行。在下面给出这样一种膜的例子和近似的所需要的角。仍是在图55中，颜色选择膜是层叠的或被支架在一透明的衬底上或开式框架，这样不要的波长就能通过。在图56中说明了系统的两种不同的类型，这是膜可以单独使用或与一宽带反射器组合，而膜为过滤撞击在膜上的直接的太阳光，也为从宽带反射器反射的改变方向的光而起着作用。按照本发明可以制作其它的滤光器，它提供促进特定的植物部分生长的波长。例如，可以把颜色选择膜制成主要透射那些专为促进花朵生长而不是茎生长的波长。光的选择波长也能用来去控制植物的运动。由于植物有转向光源(向光性)的倾向在种植植物中的一个普通的实践是周期地转动植物，某些商业化的产品用光源物理地绕着该植物转动来解决这个问题。可以按照本发明的讲授来制作膜把它专门制作成滤出用于植物光感受器的波长来感觉并移向光(主要是蓝色)而让其它有用的波长通过去。
虽然图53到56说明颜色选择膜与太阳光一起用作辐射源，但是本发明的颜色选择膜和光学体也能与一个或几个直接的或预先过滤好的人造光源一起用以更进一步优化由这些膜提供的光谱。在某些情况中，宁可包封或者相反把颜色选择膜直接与人工源耦合，这样在实际上光源主要地发射为控制植物生长所希望要的波长。也可以把颜色选择膜直接层叠到清洁的组成典型的温室的屋顶和／或墙的板条，使得进入室内的大部分的光是所希望要的组分。否则这种板条可连同板条配被挤压到一个或几个颜色选择多层堆层。为了要进入室内的所有的光应是一个精确波长范围起见，宁可要有膜装于一面定日镜上或其它的用移动来补偿整天的太阳光线的角的一个机械装置。只有每周地或诸如具有只在每周或每月从水平或垂直改变角度的进款朝南的板条的较简单的机械装置也能出色地完成。
一个或更多的反射器也能用于引导滤过的光到所要去地方，而且懂得了各种各样的反射器的物理形状和／或颜色选择膜能用于把光对准室内所希望要的部分或在横越室内所希望要的部分散布光。除了这些已叙述过的用途模式外，这膜可以用作为个别植物的已过滤的包装或以膜的形式或以细坯料或砍过的护根物作为一个放在植物和土壤间的一个反射器或作为反射器和滤光器用于水生植物的水族馆照明。
除了前面已叙述过的能制成专用于对植物生长没有用的透射或反射红外和／或绿光的在光谱上选择的膜之外，一种设计来控制一般从约660-680nm的红光总数和一般从约700-740nm的远红光总数的膜对控制植物的生长是特别有用的。已经指出红光对远红光的比应维持在1．1的水平上(在这里注意订正)或高一点以便减少伸长并强迫植物出枚或增殖，导致较茂密、较稠密的植物生长。另外，靠精确控制红／远红比以及随后的波长辐照。许多植物能被迫进入开花状态或保持在生长状态。某些植物品种可被控制在像一分钟那样少的红或远红剂量。植物对红和远红光的响应已在J．W．Braun等人“在红树莓棚中与光微气候有关的叶子和果实的分布”，以及TheoJ．Blow的“复活节百合花高度控制的新进展”中叙述过，其中前者发表在64(5)JournalofHorticultural Science565-72(1989)上，后者发表在Hort．Re．Instit．ofOntario，Vinelaud Statim，Ont．LOR2EO上。
以前控制红远红比的尝试是利用了泵进在温室的夹墙结构的两块嵌板间的空腔中光的阻塞液体。因为难以添加和移去液体所以并不令人满意。其它尝试是在屋顶装配有色膜，但是如果在温室的植物品种经常改变或如果室外天气条件有了变化对此是难以控制的。本发明的颜色选择膜是最理想地适于这种应用。红／远红比可以用改变厚度梯度或用改变膜的角度以让所希望要的波长能到达植物来控制。为了要补偿对户外条件的变化或不同植物品种的需要的变化。最好把膜以或是被使用或是可收藏的方式装置在温室内，譬如说沿着屋顶线用可以拉下或捲起来的播式遮幕，或用一遮幕布在植物的高质以上水平地拉动。换句话说，可以为单独的植物或植物群构造膜的个别的包入物。
本发明的膜也可与通常的反射镜连同用来控制到达植物的太阳光谱中的所希望要的任一部分的强度。一般来说，在整天内要把植物暴露在有利于植物生长的不变的波长和强度下是合乎需要的。但是在一个典型的阳光充足的日子，光强的峰值约在中午，而这个光强对许多植物来说可能是超过的；叶子的温度常常是上升的，这要降低植物的实力。最好要减少在中午时到达植物的光强以在整天内提供一个更均匀的水平。例如，当暴露到600μmol／sec-m2的最大的水平玫瑰最有效率地开花，而在纬度45°冬季月份的早上11点钟时经常能获得这个强度。降低在11200和1200之间的光强可改善植物产量。通常的反射镜与我们的波长选择膜的结合使用，正如图56所说明的，可以在白天的不同时间改变照到植物上的光强。例如，在图56可见光反射镜的使用，靠重新指定它的反射角的方向来拒绝从太阳来的部份光可以中断太阳光入射最高的这段时间。其遮板或幕帘的其它组合也可与我们的波长选择膜一起用来控制光强。
例子I6-1
下例说明按照本发明制作的颜色转变膜(尤其，深红通滤光器)，它特别适于园艺上的应用。
通过共挤出工艺，在一连续的平膜生成线上制作约包含417层的多层膜。这个多层聚合膜是用PET和Ecdel9967制成的。(如美国专利第3，801，429号所叙述的)，用送料装置方法通过挤出物生产约209层，它们从一层到一层具有近似的线性厚度梯度。
用一台挤压机，以大约34．5kg／hr的速率，把本征粘滞度(IV)为0．60dl／g的PET传送到送料装置，并且以大我41kg／hr的速率传送Ecdel。在送料装置之后，用同一台PET挤压机，以大约6．8kg／hr的总流量把PET作为保护边界层(PBL)传送到挤出物的两边。然后，材料流通过一个非对称的、具有倍增器设计比为1．50的两倍倍增器(美国专利第5，094，778号和第5，094，793号)。倍增器的比值被定义为，在主管道中生产的的平均厚度除以次管道中的平均厚度。选择这个倍增器比值是为了在二组209层产生的二个反射带之间留下一个光谱间隙。每组209层都具有由送料装置产生的近似的层厚分布，总厚度比例因子由倍增器和膜挤压速率决定。ECDEL熔融工艺设备维持在约250℃，PET(光学)熔融工艺设备维持在265℃，而送料装置、倍增器、表层熔融流和模子维持在约274℃。
在本例中，用来制作膜的送料装置被设计成，在等温条件下给出最厚与最的比为1．3∶1的线性层厚分布。为了在本例中获得较小的比值，对送料装置施加一个热分布。将送料装置中制作最的部分加热到285℃，而将制作最厚的部分加热到265℃。在该方法中，最的厚度大于用等温送料装置操作所得的厚度，而最厚的厚度薄于在等温操作获得的厚度。将中间部分设置成遵循在两个极端之间的线性温度分布。总的效果是获得一个较窄的层厚分布，该分布产生较窄的反射光谱。一些厚度误差是由倍增器引进的，并且是每个反射带的光谱特性中小差异的原因(参见图57)。调节浇铸轮的速率，以便对最后的膜厚度以至最后的颜色进行精确控制。
在倍增器之后，以大约28kg／hr的速率(总计)，加入厚度对称的PBL(表层)，该速率是第三台挤压机提供的，在此之后，材料流经过一膜模子，通到一水冷铸轮上。浇铸轮上的进口水温约为7℃。用一高压销住系统把挤出物销住到浇铸轮。销住金属线的厚度大约为0．17mm，并且施加大约5．5kV的电压。操作员将销住金属线人工放置在离开坯料约3到5mm且与浇铸轮接触的点上，使浇铸坯料具有一个光滑的外形。用常规的顺序长度调节仪(LO)和拉幅设备连续调节浇铸坯料。在约100℃下，将坯料的长度调节到拉伸率约为3．3。在拉幅机中，用大约26秒将膜预热到约100℃，并沿横向，以每秒约16％的速率将膜拉伸到拉伸率约为3．5。最后得到的膜的最后厚度约为0．06mm。
最后得到的膜(在垂直入射下)的光谱示于图57。注意，该光谱有两个消光频带，其中心大约在550和800nm处。800与550的比是1．45，它接近于倍增器设计所要的1．50。还注意，此膜在所有的入射角，具有例子E1-2的近似补色。对于园艺应用，需要对这膜做结构上的改良，诸如添加更多到红色反射带，以拓宽它的复盖区，使光谱的近红外部分包括在内。在垂直入射和高角度入射的优化性能可以要求专为在那些角度使用而设计的个别膜。另外，需要用附加镀或的形式进行紫外线保护。
I7．安全应用中的光谱条形码
文件和元件的假冒和伪造，以及控制材料的非法转变，诸如爆炸物是一个严重的和普遍存在的问题。例如，商业用飞机的维修人员经常地遇上可疑的假冒零件，但是缺少一个在高质量部件和假冒部件间的可靠的区别方法，当遇到专利申请说明书时就要注意了。相似地，据极寻多至10％的作为新货出售的所有激光印刷机的盒式存储器实际上是整形过的被重新包装的和声称是新的盒式存储器。辨认和追综诸如能用于炸药的硝酸铵肥料大量的物品也是高度引人的。但是现行的辨认方法的费用是非常昂贵的。
有几种方法可以来证明一件物品的可靠性，包装的完整性或查出零件，元件和原材料的原产地。这些器件中的某几种是周围可核实的，某几种是用单独的灯光仪表等可核实的，而某几种则是两方面的组合用于文件和包装完整的核实的器件例子包括彩虹色的油墨和颜料专用纤维和水印、碌性油墨和镀、精细印刷、全息图和可从3M购得的确认影象回复反射纸。只较少的选择能适用于对元件的证明基本上是由于受到大小、价格和耐用性的约束、建议的系统包括碌性膜和集成电路块。
微型标签(microtaggant)已被用来查找诸如炸药的管制材料。这些材料一般是磨碎和分散到产品的多层聚合物。在微型标签中的个别可以用光学显微镜解码，以得出关于制造的日期和位置的信息，安全膜产品长期有过没有遇到过的需要，它是周围可核实的和机器可看懂的，它是可以制造的但不易复制，它是易弯曲的并能用于从接近显微镜的到大张的种种部件尺寸，并且它还可以用专用的机器可看得懂的信息来编码。
可把本发明的颜色选择膜和光学体专门制作装备安全膜或器件时有用处的背衬，标签牌或过层叠，能满足全部的需要。在斜角时，颜色转变特性和高反射率和色饱和是能被开发来唯一地鉴定文件和包装的二个特性，并且可把光谱细节设计进这膜以装备唯一的光谱指纹，这能用于鉴定特殊的大量安全膜对个别的应用中编码。可以把这安全膜和光学体专门制成在光谱的任一所希望要的部分反射，包括可见光、红外光或紫外光。当只是希望要掩蔽的鉴定，可以把膜制成在光谱在可见区显示透明但是它在红外区有各不相同的透射的反射带以揭示一掩蔽的光谱指纹。
由透射光谱描绘的一个有色安全膜的例子示于图58。它示出了为在一个偏振面内反射宽带光设计的的-900层的PEN：coPEN偏振器的透射光谱其蓝色带边缘缘缘靠近400nm。但能容易地做到500nm所以这个制品将是一个在斜角时转变为灰色的明亮的蓝色偏振器。图58中的膜示出了一系列的非常狭的通带，其主要的一个靠近500和620nm，这些特性被复制在重叠于图58的三个光谱中，每个光谱取自从膜的一边开始于20cm处的横过坯料的每隔3cm外。图59示出从膜边的20cm处的光谱，但这次是对于在下坯料方向相隔4米距离的两点。这通带在500nm处有-38％的带宽为8nm透射峰。这带边缘缘缘的斜率约为每纳米5％，在620nm处的较狭的峰具有相似的斜率，但带宽的4nm有27％的透射峰值。这二个光谱几乎是一样的。图58和59所示的光谱的重复性表示，该结构具有较高的重复性，具有控制到优于+／-2nm或约+／-0．4％的范围的50％带边缘缘缘的位置。
不变光谱特性的宽度是在几个cm的量级。从标准膜制作设备的膜卷的长度很容易超过1千米。与不变光谱特性的几个厘米的宽度相结合，具有一个唯一的光谱“指纹”的大面积膜可以作为具有安全码的一个标牌。这种光谱因为设备设计和包括确切的树脂粘滞度和分子量的工艺细节的实现的复杂性，这种光谱是很难得复制的。
可以把更为复杂的光谱指纹设计到膜里去在一个感兴趣的区域用有选择的透射的反射所希望的波长来提供唯一的光谱的条形码。
图60示出了对由三组PET的50层和一折射率为1．60的coPEN构成的膜的计算光谱，每组是设计波长550nm的或是0．8，1．0或是1．2的倍数。在50层的各组的中有一相同的开头的光学厚度。上面和下面的曲线代表了当每个有2％1-σ标准差异时的光谱的最大偏移。膜的这种类型可以在400到1000nm的光谱范围内编码数据的9到10比特，它等价于在512和1024间的个别的代码。额外的代码可由改变各峰的强度来产生；因此公靠利用四个不同的强度基准可以产生超出一百万个不同的代码。
除了包内含有50、20和50层来使峰的强度改变而不是50、50和50层，图61示出了如在图60中的光谱之外，在图60和61的光谱中有值得重现的精细结构的细节，而这个细节可以用来专门鉴定一特殊项目。这细节可以或是靠在产品中无序变化或是靠有意识地使一个别或群的厚度变化来得到。
图62示出了对个别地连续的产品用编了码的膜给出一个光谱的条形码的潜力。五根踪线示出了假如为图60所叙述的系统被修改了因此25(coPEN，正常地68nm)被分别调节到为0nm，6．3nm，13nm，26nm和39nm。在那个波长区的对应于较少数目在550nm处的峰反射是被降低了。一个产品可能用这个方法可以使一个产品连续到具有非常高的潜在性能的送料装置技术的极限。也可用其它的几种方法或是单独或是与上述的使透射和反射带的强度和位置变化的方法相结合。
把信息编码到本发明的安全膜和光学体中去，例如可以把个别的调谐到光谱的红外部分，而可以控制在可见光区的折光角彩来产生唯一的光谱。这会比用来产生图61中光谱的那些较厚，但是当在红外从一单个的堆层能够产生多于一个折光彩色时将会需要较少的。
利用极高或极低的f-比值值得以生产非常狭的带的反射器，换句话说可以用一在制作光学堆层的材料间的较小的折射率差别反反射带制得狭窄。低和高折射率材料的光学厚度比决定f-比值值和一级峰的带宽，也控制这折光彩色的光度。这个设计方法可以用于产生狭的较高级谐波，它可由工艺控制来改变面并不需要丰一送料装置中硬件的变化。
作为如何使f-比值值变化的从一单个送料装置给出各种光谱条形码的例子，可以制作一个具有在1300nm一级峰，从而2级和3级峰将约在650和450nm处出现的红外堆层。如果另一个一级堆层在550nm添加被在可见区依赖于在制造过程中f-比值值的选择出现了各不相同强度的三个峰。
对f=0．18，0．33和0．5的光谱分别示于图63到65，并在图66中的一张合成图。具有0．18的f-比值值的在图63中可以看到有三个峰：一个在440nm的三级峰，一个在550的一级峰和一个在640的二级峰。具有f-比值值为0．33的可从图64中看到正如从图22中预言到的三级峰已经消失。而在550处的一级峰则更强一点。在图65，再次看到了两个峰，但在这个例子中，在640处的二级峰正如预料的那样，不在了，而在550处的一级峰是在它的最高反射率。作为这个方案中的一个变化，可以切割送料装置以使其中一个堆层比另一个有不同的f-比值值以及两个堆层的一级峰都被放在红外，在该例子中在高折射率／低折射率溶流流动率的变化中在两个堆层上和它们的较高级将有不同的光学效果。
提供唯一的光谱信息的另一方法是控制倾角光谱，好像通过z-轴折射率失配的修正。于是可靠性可能用一把样品放在垂直角之外的光谱读出器来证实。也可把多层结构与一或更多的紫外，可见光和／或红外吸收颜料或在光学堆层的一边或两边或在光学堆层内的聚合物相结合。在这个结构中，可控制膜的外形使其在一个角进行反射，但是由于染料对光的吸收不在另一个角反射。例如，假如对图63的膜在60°外作检测，低波长反射带将移入PEN高度吸收且不会被检测到的光谱的这部分。装备一台机械读出器在两个不同的角度作测验可以用来证明这样一种膜的真实性。
本发明的在光谱上选择的安全膜和光学体也可以包括或是在该光学堆层内或是邻近于该光学堆层的比较厚的，而这些也能用来传递能被膜的截面的光学检查译码的信息。这膜也可以与彩印或印在膜下面基片上的图组合起来以提供根据观察的角度可能是荫蔽的或可看见的标记。可以用局部地使光学变薄来获得颜色反差。在这个受到影响的区域内与未受影响的区域相比一个新的颜色也就是颜色转变是明显的。要影响一个局域的变薄?优先的方法是在膜内的所有聚合物的玻璃渡越温度之上和／或在合适的压力下进行模压加工。局域的变薄也可用高能粒子轰轰击、超声波、热成型、激光脉冲和拉伸来获得。正如已经叙述过的用其它的颜色选择膜。这安全膜可与一硬镀一个抗反射表面或一个吸收镀层连在一起以改善耐磨性的反差。这安全膜也可与一热活化的或压力灵感的粘合剂相结合而起一标牌或模切的作用。
对大多数的应用可以把本发明的安全膜或其它的光学体适当地按一定的大小制作和直接层叠到文件或包装材料上。这些膜的光谱特征一般是非常狭窄来反射最小量的光。尽管该膜的光谱特征一般是限于红外为了不与文件或包装发生作用，所以这膜的特性与颜色也用于加强该物件的外形。
对于某些应用，这安全膜可用在一松散材料中。方法是把膜磨成粉末并把这粉末散布到该材料中去。油漆、镀和油墨可从利用本发明的膜磨碎的片晶按配方配制。可能是一种爆炸物的松散材料的情况下，如果在一次爆炸时将会发生物质的松弛，此时最好避免采用定向的物质。随意地，多层粉末可镀以用一诸如一种丙烯酸盐的烧蚀材料膜使其在爆炸事件时可吸收能量。
本发明的安全膜和光学体可用外界的证明(例如，在一物件上存在一有颜色的反射膜可能与在非垂直角时可证明是同一的性能相结合)和仪表证明的组合来读出。可以利用一台分光光度计来构造一台简单的机械读出器。可以买到能满足本发明的基于CCD探测器陈列的几种低价的分光光度计；包括用光纤线把传感头子与分光光度持连接的是优先选用的。分光光度计是用来决定膜的光谱码的，方法是在预先决定的与膜垂直的在斜角或这两者的组合的一个角或几个角测量入射到物件上的光。
除了为安全应用开发本发明的膜的光学性质之外也能利用这些膜的机械性质。因此，例如可以故意地把本发明的膜设计得使其间的分离层具有低阻力从而提供抗干预的能力。
I8．装饰性的应用
正如在本文的其它地方指出的，可以把本发明的颜色转变性质有利地应用到许多的装饰应用上去。因此，例如或是单独使用本发明的膜，或是与其它物质、膜、基片、镀或处理加工相结合来制作包装纸、礼品纸、礼品袋、缎带、花卉和其它可作装饰的物件。在这些应用中，膜可能被用作的是或可能是皱纹的切割、压模、转受为闪烁的或者相反，处理加工以生产所希望要的光学效果或使膜成卷。
前面对本发明叙述仅是解说性的，并不想要限制它。所以，本发明的应用范围应该单独地由参考附加的要求来决定。

Claims (20)

1．一种膜，其特征在于，包含：
交替层，它至少由第一和第二层类型构成；
所述第一层类型包括一应变硬化聚合物，所述膜在可见光谱区至少具有一个透射带，最大透射率至少约为70％，在垂直入射时，所述透射带在至少6cm2的表面积上的变化小于约25nm。
2．如权利要求1所述的膜，其特征在于，所述应变硬化的聚合物是一种聚酯。
3．如权利要求1所述的膜，其特征在于，所述交替中至少有一些的光学厚度在约0．07微米和0．45微米之间。
4．如权利要求1所述的膜，其特征在于，所述膜在可见光谱区中正好有一个透射带。
5．一种多层聚合物膜，其特征在于，包括：
多个交替，它具有包含第一种聚合材料的第一层类型，以及包含第二种聚合材料的第类型；两类层之间的折射率差是△x、△y和△z，其中△x沿第一面内轴，△y沿垂直于第一面内轴的第二面内轴，而△z沿与第一轴和第二轴相互正交的第三轴，并且｜△z｜小于大约0．5k，其中k是｜△x｜和｜△y｜中的较大者。
6．如权利要求5所述的膜，其特征在于，在垂直入射时，所述膜在可见光谱区呈现出至少90％的第一透射峰，并且当入射角从垂直入射开始在±60°的范围内变化时，峰宽的改变小于±10cm-1。
7．如权利要求5所述的膜，其特征在于，当入射角从垂直入射开始在±60°的范围内变化时，透射率保持在90％以上。
8．如权利要求5所述的膜，其特征在于，在垂直入射时，所述膜在可见光谱区中呈现出至少有90％的、明显的第一和第二透射峰，并且当入射角从垂直入射开始在±60％的范围内变化时，所述第一和第二峰的宽度变化都小于±10cm-1。
9．一种光学体，其特征在于，包括：
多个，它们具有一个至少包含第一和第二类型的重复序列：
所述第一类型包含第一种聚合物材料，所述第二层类型包含第二种聚合物材料；在可见光谱区上，所述第一和第二类型之间的折射率的差为△x和△y，其中△x沿第一面内轴，△y沿垂直于第一面内轴的第二面内轴；｜△x｜大于约0．05，而｜△y｜小于约0．05；在可见带宽λ±k内，所述光学体的平均反射率大于约80％，其中k大于约10nm；在可见带宽(600nm，λ-k-c)和(λ+k+c，900nm)的范围内，所述光学体的平均反射率小于约15％，而c大于约100nm。
10．一种膜，其特征在于，包括：
交替层，它由第一和第二种聚合材料构成；
对于沿第一面内轴偏振的可见光，所述第一和第二种材料之间的折射率的差至少约为0．05；对于沿垂直于第一面内轴的第二面内轴偏振的可见光，所述第一和第二种材料之间的折射率的差至少约为0．05；对于沿着与所述第一轴和所述第二轴相互正交的第三轴偏振的可见光，所述第一和第二种材料之间的折射率的差小于约0．05；并且所述膜在可见光谱区有一个至少约50％的透射峰。
11．在如权利要求10所述的膜，其特征在于，所述透射峰至少约为70％。
12．在如权利要求1所述的膜，其特征在于，所述透射峰至少约为95％。
13．一种用于制作多层聚脂膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供一个浇铸表面；
提供一根销住金属丝；
在浇铸表面和销住金属丝之间挤出一多层树脂流，多层树脂流包括交替，它由包括聚酯的第一层类型和第二层类型构成；
在销住金属丝两端产生足够的电位，使第一层类型中至少有一些层的层厚度变形；以及
调制销住金属丝两端的电压；
其中，对销住金属丝电压的调制足以在用树脂流制作的膜上产生一基本上呈周期性的颜色变化。
14．一台灯具，其特征在于，包括：
管状光源；和
有色平面镜膜，它位于所述光源的外表面上，至少包含多个交替，而所述交替层至少由包含第一种聚合物材料的第一层类型和包含第二种聚合物材料的第二层类型构成；两种层类型之间的折射率的差是△x、△y和△z，其中△x沿第一面内轴，△y沿垂直于第一面内轴的第二面内轴，而△z沿与第一轴和第二轴相互正交的第三轴，并且｜△z｜小于大约0．1k，其中k是｜△x｜和｜△y｜中的较大者。
15．如权利要求14中的灯具，其特征在于，所述第一和第二种聚合材料中至少有一种是负双折射的。
16．一种膜，其特征在于，包括：
交替层，它由包含第一种聚合物材料的第一层类型和包含第二种聚合物材料的第二层类型构成；
所述第一种材料是负双折射的；对于沿着第一面内轴偏振的、波长为621nm的可见光，所述第一和第二种材料之间的折射率的差是△x；对于沿垂直于所述第一面内轴的的第二面内轴偏振的、波长为621nm的可见光，所述第一和第二种材料之间的折射率的差是△y；对于沿着与所述第一轴和所述第二轴相互正交的第三轴偏振的、波长为621nm的可见光，所述第一和第二种材料之间的折射率的差为△z，其中｜△x｜和｜△y｜中至少有一个大于约0．05；｜△z｜小于约0．05；并且所述膜在可见光谱区有一个至少约50％的透射峰。
17．如权利要求16所述的膜，其特征在于，所述第二种材料也是负双折射的。
18．一种绿通滤光器，其特征在于，包括：
一多层聚合物膜，它包括交替层，而所述交替层由包括对苯二甲酸聚酯的第一种聚合物材料和包含1，4-环己烷二羧酸共聚多酯的第二种聚合物材料组成。
19．一种蓝通滤光器，其特征在于，包括：
一多层聚合物膜，它包括交替层，而交替层由包括萘二甲酸聚酯的第一种聚合物材料和包括异丁烯酸聚酯的第二种聚合物材料组成。
20．一种与漫反射表面组合的多层聚合膜，其特征在于，包括：
多个交替层，它们至少由包含第一种聚合物材料的第一层类型和包含第二种聚合物材料的第二层类型组成；在672nm处，两种层类型之间的折射率的差为是△x、△y和△z，其中△x沿第一面内轴，△y沿垂直于第一面内轴的第二面内轴，而△z沿与第一轴和第二轴相互正交的第三轴；｜△z｜小于大约0．1k，其中k是｜△x｜和｜△y｜中的较大者；在垂直入射时，所述膜在可见光谱区有一透射带，其最大反射率至少约为70％。
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