CN101523248A - 多层偏振纤维以及使用该多层偏振纤维的偏振片 - Google Patents

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Abstract

一种由嵌入基质内的多层偏振纤维形成的偏振膜。所述纤维由至少第一聚合物材料层和第二聚合物材料层形成。所述第一聚合物材料层设置在所述第二聚合物材料层之间。所述第一聚合物材料和第二聚合物材料中至少一者为双折射的。在一些实施例中，所述材料中的至少一者的层厚度在纤维的横截面方向上变化，并可以包括厚度被选取为波长大于700nm的光的四分之一波长厚度的层。

Description

多层偏振纤维以及使用该多层偏振纤维的偏振片
技术领域
本发明涉及光学显示系统，更具体地讲涉及包括光学元件的光学显示膜，该光学元件包括被横向照射的双折射聚合物纤维。
背景技术
数种不同种类的偏振膜可用于偏振非偏振光。吸收型(二向色型)偏振片具有排列在聚合物基质中的偏振相关吸收物质(通常为含碘链)作为掺杂物相。这种膜吸收其电场矢量平行于吸收物质的偏振光，并透射其电场矢量垂直于吸收物质的偏振光。另一类偏振膜为反射型偏振片，其通过透射一种偏振态的光而反射另一种偏振态的光，从而分离出处于不同偏振态的光。一类反射型偏振片为多层光学膜(MOF)，其由多层交替聚合物材料的叠堆形成。其中一种材料为光学各向同性的，而另一种为双折射的，其中双折射材料的一种折射率与各向同性材料的折射率匹配。以一种偏振态入射的光由于匹配的折射率而基本上以镜面透射方式透过偏振片。然而，以另一种偏振态入射的光则在不同层间的界面处经过多次相干或非相干反射，从而被偏振片反射。
另一类反射型偏振膜由分散于连续相基质中的掺杂物构造而成。该掺杂物相对于膜的宽度和高度来说较小。可对这些掺杂物的特性进行调控从而使该膜具有一系列的反射和透射特性。该掺杂物在该连续相基质中构成分散聚合物相。该掺杂物的尺寸和排列可以通过拉伸该膜而改变。该连续相或者该分散相为双折射的，并且该双折射材料的其中一种折射率与另一相(光学各向同性的相)的折射率匹配。对连续相和分散相的材料以及拉伸程度的选择可以影响该分散相和连续相之间双折射率的失配程度。可调整其他特性以改善光学性能。
发明内容
本发明的一个实施例涉及光学主体，该光学主体具有第一多层纤维，该第一多层纤维包括至少第一聚合物材料层和第二聚合物材料层。所述第一聚合物材料层设置在所述第二聚合物材料层之间。第一聚合物材料和第二聚合物材料中至少一者为双折射的。至少第一聚合物材料的第一层的第一厚度不同于该第一聚合物材料的第二层的厚度。
本发明的另一个实施例涉及光学主体，该光学主体包括第一多层纤维，该第一多层纤维包括至少第一聚合物材料层和第二聚合物材料层。所述第一聚合物材料层设置在所述第二聚合物材料层之间。第一聚合物材料和第二聚合物材料中至少一者为双折射的。第一聚合物材料层和第二聚合物材料层中的至少一些的厚度被选取为波长大于700nm的光的四分之一波长厚度。
本发明的上述发明内容并非意图描述本发明的每个图示实施例或每种实施方式。下面的图表和具体实施方式更具体地举例说明这些实施例。
附图说明
结合下面参照附图对如下本发明的各种实施例的详细描述，可以更全面地理解本发明，其中：
图1A和1B示意性地示出偏振膜的工作方式；
图2示意性地示出根据本发明原理的聚合物层实施例的剖面图；
图3A-3C示意性地示出根据本发明原理的偏振膜实施例的剖视图；
图4示意性地示出可用在本发明的一些实施例中的纤维织物；
图5A-5H示意性地示出根据本发明原理的多层偏振纤维的不同实施例的剖视图；
图6A-6H提供坐标图，其示出多层偏振纤维的不同实施例的示例性层厚度分布；
图7A-7B示意性地示出偏振片的实施例的剖视图，该图示出入射光与多层偏振纤维的相互作用；
图8示意性地示出根据本发明原理的偏振片的剖视图，该偏振片具有围绕多层偏振纤维的低折射率涂层；
图9示意性地示出用于分析多层偏振纤维性能的模型的参数；
图10A和10B提供坐标图，其示出由多层偏振纤维产生的透射和反射，该多层偏振纤维具有随半径增大而层厚度降低的层厚度梯度；
图11A和11B提供坐标图，其示出由多层偏振纤维产生的透射和反射，该多层偏振纤维具有随半径增大而层厚度增加的层厚度梯度；
图12A提供坐标图，其示出多层偏振纤维的偏振特性，该多层偏振纤维具有随半径增大而层厚度降低的层厚度梯度；
图12B提供坐标图，其示出多层偏振纤维的偏振特性，该多层偏振纤维具有随半径增大而层厚度降低的层厚度梯度；
图13示意性地示出纤维偏振片的剖视图，其中纤维具有非圆形的对称横截面，并且具有平行于该偏振片表面的较长尺寸；
图14示出多层偏振纤维的局部剖视图照片；以及
图15和16分别示出针对具有不同层厚度的多层偏振纤维测得的反射率和透射率的坐标图。
虽然本发明可以有多种修改形式和替代形式，但其具体内容已在附图中以举例的方式示出并且将作详细描述。然而应当理解，本发明并不受所描述的具体实施例的限制。相反，本发明的目的在于涵盖属于由所附的权利要求书限定的本发明的精神和范围内的全部修改形式、等同形式和替代形式。
具体实施方式
本发明适用于光学系统，且更具体地讲适用于偏振光学系统。一种新型反射偏振膜为纤维偏振膜，其为包含多个纤维的基质层，该多个纤维具有内部双折射界面(即双折射材料和另一种材料之间的界面)。纤维偏振膜中纤维的参数被选取为能够提供改善的偏振特性，这一点非常重要。
如本文所用，术语“镜面反射”和“镜面反射性”是指光线从主体上反射时，反射角基本上等于入射角的情况，这些角是相对于主体表面的法线测量的。换句话讲，当光以特定角分布入射到主体上时，反射光具有基本上相同的角分布。术语“漫反射”或“漫反射性”是指光线反射时，一些反射光的角度不等于入射角的情况。因此，当光以特定角分布入射到主体上时，反射光的角分布不同于入射光的角分布。术语“全反射性”或“全反射”是指所有光的反射，包括镜面反射和漫反射之和的情况。
相似地，本文所用术语“镜面透射”和“镜面透射性”是指光透过主体的一种透射情况，其中透射光的角分布(按照斯涅尔定律对任何变化进行调整)基本上与入射光的角分布相同。术语“漫透射”和“漫透射性”用于描述光透过主体的一种透射情况，其中透射光的角分布不同于入射光的角分布。术语“全透射”或“全透射性”是指所有光的透射，包括镜面透射和漫透射之和的情况。
图1A和1B示意性地示出反射型偏振膜100。在本文采用的约定中，以膜的厚度方向作为z轴，而x-y平面平行于膜平面。当非偏振光102入射到偏振膜100上时，平行于偏振膜100的透射轴偏振的光104被基本上透射，而平行于偏振膜100的反射轴偏振的光106被基本上反射。反射光的角分布取决于偏振片100的多种特性。例如，在一些示例性实施例中，光106可以被漫反射，如图1A中示意性示出的。在其他实施例中，反射光可以同时包括镜面反射部分和漫反射部分，而在一些实施例中，反射可以基本上全是镜面反射。在图1A示出的实施例中，偏振片的透射轴平行于x轴，而该偏振片100的反射轴平行于y轴。在其他实施例中，上述轴方向可以设置成相反的形式。透射光104可以被镜面透射，如图1A中所示意性示出的；也可以被漫透射，如图1B中所示意性示出的；或者可以兼具镜面透射和漫透射部分的透射。当超过一半的透射光是漫透射的时，偏振片基本上漫透射光；当超过一半的透射光是镜面透射的时，偏振片基本上镜面透射光。
图2示意性提供根据本发明示例性实施例的反射型偏振片主体的剖面图。主体200包括聚合物基质202(亦被称为连续相)。该聚合物基质可以为光学各向同性的或光学双折射的。例如，聚合物基质可以为单轴双折射或双轴双折射的，表示该聚合物的折射率可以沿一个方向不同，而在两个正交方向上类似(单轴)，或者在所有三个正交方向上不同(双轴)。
偏振纤维204设置在基质202中。偏振纤维204包含至少两种聚合物材料，至少其中一种为双折射的。在一些示例性实施例中，该材料中的一种为双折射的，而其他一种或多种材料为各向同性的。在其他实施例中，形成该纤维的两种或两种以上材料均为双折射的。在一些实施例中，由各向同性材料形成的纤维也可存在于基质202中。
第一纤维材料在x、y和z方向的折射率可以用n1x、n1y和n1z来表示，而第二纤维材料在x、y和z方向的折射率则可以用n2x、n2y和n2z来表示。如果该材料为各向同性的，则x、y和z折射率基本上都一致。如果第一纤维材料为双折射的，则x、y和z折射率中至少一者不同于其他折射率。
每一根纤维204中都有形成于第一纤维材料和第二纤维材料之间的多个界面。例如，如果这两种材料在界面处具有x和y折射率，并且n1x≠n1y,即第一材料为双折射的，那么该界面也为双折射的。下面讨论偏振纤维的不同示例性实施例。
通常纤维204被设置成与一个轴(如图中所示的x轴)平行。平行于x轴偏振的光在纤维204中的双折射界面处的折射率差值(n1x-n2x)可以不同于平行于y轴偏振的光的折射率差值(n1y-n2y)。当界面处不同方向的折射率差值不同时，该界面称为双折射的。因此，对于双折射界面，Δnx≠Δny，其中Δnx＝|n1x-n2x|，同时Δny＝|n1y-n2y|。
对于一种偏振态，在纤维204中双折射界面处的折射率差值可以相对较小。在一些示例性实例中，该折射率差值可以小于0.05。这种状况被认为折射率基本上是匹配的。该折射率差值可以小于0.03、小于0.02或小于0.01。如果该偏振方向平行于x轴，那么x偏振光会透过主体200且很少被反射或不被反射。换句话讲，x偏振光高度透射地穿过主体200。
对于正交偏振态的光，在纤维中双折射界面处的折射率差值可以相对较高。在一些示例性实施例中，折射率差值可以为至少0.05，并可以更高，例如0.1、或0.15、或者可以为0.2。如果这一偏振方向平行于y轴，那么y偏振光在双折射界面处被反射。因此，y偏振光被主体200反射。如果纤维204中的双折射界面基本上彼此平行，则反射可以基本上为镜面反射。另一方面，如果纤维204中的双折射界面不是基本上彼此平行的，则反射可以基本上为漫反射。一些双折射界面可以是平行的，而其他界面可以为非平行的，这会导致形成同时包含镜面反射部分和漫反射部分的反射光。另外，双折射界面可以为弯曲的，或者相对较小(换句话讲，与入射光的波长在同一数量级内)，这样就会导致发生漫散射。
虽然刚才所描述的示例性实施例涉及x方向的折射率匹配、而在y方向具有相对较大的折射率差值的情况，但其他示例性实施例包括y方向的折射率匹配、而在x方向具有相对较大的折射率差值的情况。
聚合物基质202可以是基本上光学各向同性的，例如具有的双折射率的折射率差值(n3x-n3y)小于约0.05，并且优选地小于0.01，其中该基质中x和y方向的折射率分别为n3x和n3y。在其他实施例中，聚合物基质202可以为双折射的。因此，在一些实施例中，聚合物基质和纤维材料之间的折射率差值在不同方向上可以不同。例如，x折射率差值(n1x-n3x)可以不同于y折射率差值(n1y-n3y)。在一些实施例中，这些折射率差值中的一个可以是另一个折射率差值的至少两倍。
在一些实施例中，折射率差值、双折射界面的大小和形状以及双折射界面的相对位置可以使得入射偏振光中的一种偏振态比其他偏振态发生更多的漫散射。这样的散射可以主要是反向散射(漫反射)、正向散射(漫透射)或者反向散射和正向散射二者的组合。
适用于该聚合物基质中和/或纤维中的材料包括热塑性和热固性聚合物，这些聚合物在所需光波长范围内是透明的。在一些实施例中，聚合物在水中不溶，这一点尤其有用。此外，合适的聚合物材料可以是无定形的或半结晶性的，并且可以包括均聚物、共聚物或其共混物。聚合物材料的实例包括但不限于：聚碳酸酯(PC)；间同立构和全同立构聚苯乙烯(PS)；C1-C8烷基苯乙烯；含烷基、芳香基、及脂族环的(甲基)丙烯酸酯，包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和PMMA共聚物；乙氧基化(甲基)丙烯酸酯和丙氧基化(甲基)丙烯酸酯；多官能(甲基)丙烯酸酯；丙烯酸酯改性环氧树脂；环氧树脂；及其他烯键式不饱和材料；环烯烃和环烯烃共聚物；丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)；苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)；环氧树脂；聚乙烯基环己烷；PMMA/聚氟乙烯共混物；聚苯醚合金；苯乙烯嵌段共聚物；聚酰亚胺；聚砜；聚氯乙烯；聚二甲基硅氧烷(PDMS)；聚氨酯；不饱和聚酯；聚乙烯，包括低双折射聚乙烯；聚丙烯(PP)；聚对苯二甲酸烷醇酯，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；聚萘二甲酸烷醇酯，诸如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)；聚酰胺；离聚物；乙酸乙烯酯/聚乙烯共聚物；乙酸纤维素；乙酸丁酸纤维素；含氟聚合物；聚苯乙烯-聚乙烯共聚物；PET和PEN共聚物，包括聚烯烃PET和PEN；以及聚碳酸酯/脂族PET共混物。术语(甲基)丙烯酸酯定义为相应的甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯化合物。除了间同立构PS之外，这些聚合物可以以光学各向同性的形式使用。
这些聚合物中的几种在取向后可以变为双折射的。具体地讲，PET、PEN及其共聚物以及液晶聚合物在取向后表现出相对较大的双折射率值。可以采用包括挤出法和拉伸法在内的不同方法对聚合物进行取向。对于聚合物取向来说，拉伸法是一种尤其有用的方法，这是因为这种方法允许进行很大程度的取向，并且该方法可以通过很多容易控制的外部参数(例如温度和拉伸比)来控制。多种取向和未取向的示例性聚合物的折射率提供于下表I中。
表I一些聚合物材料的典型析射率值
 
树脂/共混物 S.R. T(℃) nx ny nz
PEN 1 - 1.64
PEN 6 150 1.88 1.57 1.57
PET 1 - 1.57
PET 6 100 1.69 1.54 1.54
CoPEN 1 - 1.57
CoPEN 6 135 1.82 1.56 1.56
PMMA 1 - 1.49
PC，CoPET共混物 1 - 1.56
THV 1 - 1.34
PETG 1 - 1.56
SAN 1 - 1.56
PCTG 1 - 1.55
PS，PMMA共聚物 1 - 1.55-1.58
PP 1 - 1.52
间同立构PS 6 130 1.57 1.61 1.61
PCTG和PETG(乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯)为两种类型的共聚酯，可以(例如)以商品名EastarTM得自Eastman Chemical Co.，Kingsport，TN。THV为四氟乙烯、六氟丙烯和偏二氟乙烯的聚合物，可以商品名DyneonTM得自3M Company，St.Paul，MN。PS/PMMA共聚物为一种共聚物的例子，可以通过改变组分单体在共聚物中的比率来“调整”该共聚物的折射率，从而获得所需的折射率值。标记为“S.R.”的列示出了拉伸比。拉伸比为1表示该材料未拉伸并且未取向。拉伸比为6表示样品被拉伸至其初始长度的6倍。如果在适当温度条件下拉伸，聚合物分子被取向，同时该材料变为双折射的。然而，可以只拉伸材料而不使分子取向。标记为“T”的列表示样品被拉伸时的温度。所拉伸的样品被拉伸成薄片。标记为nx、ny和nz的列是指材料的折射率。如果表中未列出ny和nz的值，则ny和nz的值与nx的值相同。
拉伸纤维时折射率的变化情况可望与拉伸薄片时折射率的变化情况类似，但不是必须相同。聚合物纤维可被拉伸至任何所需的值，以形成所需的折射率值。例如，一些聚合物纤维可被拉伸至拉伸比至少为3，并且可以至少为6。在一些实施例中，聚合物纤维甚至可以被进一步拉伸，例如拉伸至高达20的拉伸比，或者甚至更多。
拉伸来获得双折射的合适温度为聚合物熔点(以开尔文温度表示)的约80％。双折射也可以由应力引起，该应力由在挤出和成膜过程中聚合物熔体的流动引起。双折射还可以通过与相邻表面(诸如膜制品中的纤维)对齐而形成。双折射可以为正的也可以为负的。正双折射定义为当线偏振光的电场轴的方向平行于聚合物的取向或对齐表面时具有最大的折射率的情况。负双折射定义为当线偏振光的电场轴的方向平行于聚合物的取向或对齐表面时具有最小的折射率的情况。正双折射聚合物的例子包括PEN和PET。负双折射聚合物的例子包括间同立构聚苯乙烯。
基质202和/或聚合物纤维204可以具有多种添加剂以使主体200形成所需的特性。例如，该添加剂可以包括以下材料中的一种或多种：防风化剂、紫外线吸收剂、受阻胺光稳定剂、抗氧化剂、分散剂、润滑剂、抗静电剂、颜料或染料、成核剂、阻燃剂和发泡剂。可以提供其他添加剂来改变聚合物的折射率或增加材料的强度。这些添加剂可以包括(例如)：有机添加剂(例如聚合物珠或粒子以及聚合物纳米粒子)，或无机添加剂(例如玻璃、陶瓷或金属氧化物纳米粒子，或研磨的、粉末状的、小珠状的、薄片状的或颗粒状的玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷)。这些添加剂的表面可以具有粘结剂用以粘结聚合物。例如，硅烷偶联剂可与玻璃添加剂一起使用，以使该玻璃添加剂粘结至聚合物。
在一些实施例中，可优选的是，基质202或纤维204的组分为不可溶的，或至少是耐溶剂的。合适的耐溶剂性材料的例子包括聚丙烯、PET和PEN。在其他实施例中，可优选的是，基质202或聚合物纤维204的组分可溶于有机溶剂中。例如，由聚苯乙烯形成的基质202或纤维组分可溶于诸如丙酮等有机溶剂中。在其他实施例中，可优选的是，基质为水溶性的。例如，由聚乙酸乙烯酯形成的基质202或纤维组分可溶于水。
在光学元件的一些实施例中，材料的折射率在x方向上可以沿纤维长度而改变。例如，该元件可能未经历均匀拉伸，而是有可能在某些区域中的拉伸程度大于在其他区域中的拉伸程度。因此，可取向材料的取向程度沿该元件是不均匀的，从而使得双折射可能会沿该元件在空间上发生变化。
此外，将纤维引入到基质中可以提高光学元件的机械性能。具体地讲，一些聚合物材料(例如聚酯)的纤维形式的强度高于膜形式的强度，因此包括纤维的光学元件的强度可能会高于具有类似尺寸但未包含纤维的光学元件的强度。纤维204可以为直的，但不是必须为直的，例如纤维204可以为扭结的、螺旋的或压褶的。
在一些实施例中，偏振片层中存在的一些或所有纤维可以是聚合物偏振纤维。在其他实施例中，偏振片还可以包括可由各向同性材料(例如各向同性聚合物)或无机材料(例如玻璃、陶瓷或玻璃-陶瓷)形成的纤维。这样无机纤维在膜中的应用更详细地讨论于美国专利申请公开No.2006/0257678中。无机纤维为偏振片层提供额外的刚度，以及在不同湿度和/或温度条件下的耐卷曲和形变性。
在一些实施例中，无机纤维材料具有与基质折射率相匹配的折射率，而在其他实施例中，无机纤维则具有不同于基质折射率的折射率。可以使用任何透明类型的玻璃，包括诸如E玻璃、S玻璃、BK7、SK10等高质量玻璃。一些陶瓷还具有足够小的晶体尺寸，从而使得如果将这些陶瓷嵌入具有适当匹配的折射率的基质聚合物中，则这些陶瓷可以看起来是透明的。可从明尼苏达州圣保罗的3M公司购买的NextelTM陶瓷纤维就是这种类型材料的实例，且该材料已有线、纱、和织造垫等形式可供选择。所关注的玻璃-陶瓷的组成包括但不限于：Li2O-Al2O3-SiO2、CaO-Al2O3-SiO2、Li2O-MgO-ZnO-Al2O3-SiO2、Al2O3-SiO2、和ZnO-Al2O3-ZrO2-SiO2、Li2O-Al2O3-SiO2、以及MgO-Al2O3-SiO2。
偏振片层可以包括以多种不同方式布置在基质中的偏振纤维。例如，该纤维可以随机布置在基质的整个横截面上。也可使用其他更规则的横截面布置方式。例如，在图2示意性示出的示例性实施例中，纤维204以一维阵列的方式布置在基质202中，并且相邻纤维204之间具有规则的间距。在该实施例的一些变型中，相邻纤维204之间的间距不需要全部相同。在该图示实施例中，单层纤维204布置在元件200的两个表面206和208之间的中间位置。但这不是必需的，而且纤维204的层可以布置得更靠近表面206或者208。
在图3A中以横截面的方式示意性地示出的另一示例性实施例中，偏振膜300包括布置在基质302中的两层纤维304a、304b。在该实施例中，上层纤维304a以与下层纤维304b的中心至中心间距相同的中心至中心间距彼此间隔开。另外，上层纤维304a与下层纤维304b对准布置(在y方向对齐)。但这不是必需的，并且中心至中心间距可以不同和/或y向排列可以不同。例如，在图3B示意性示出的偏振片310的实施例中，上层纤维314a之间的中心至中心间距与下层纤维314b之间的中心至中心间距相同。然而，纤维304a与纤维304b沿y方向错开。这种实施例的一个可能的优点是上层纤维314a可能“填充”下层纤维314b之间的空间，并因此使得垂直传播的光线316与纤维304a或304b相交、并由此变为偏振态的机会得以增加。
还可使用附加的纤维层。例如，在图3C示意性示出的偏振膜320的实施例中，基质322包括三层纤维324a、324b和324c。在该具体实施例中，中间层纤维324b与上层纤维324a和下层纤维324c沿y方向错开。另外，该实施例示出y方向的纤维之间的间距可以不同于z方向的纤维之间的间距。
偏振纤维可以以单纤维的方式或以多种其他布置方式排列于基质中。在一些示例性布置方式中，该纤维可以以纱、沿单一方向布置在聚合物基质中的(纤维或纱)束、织物、非织造织物、短纤维、短纤维垫(具有无规或有序的形式)或这些形式的组合的方式包括在偏振片中。可以对短纤维垫或非织造织物进行拉伸、施加应力或取向，从而使非织造织物或短纤维垫内的纤维以某种方式对齐排列，而非使纤维无规排列。在基质中布置偏振纤维从而形成偏振片的更完全的描述在美国专利申请公开No.2006/0193577中。
纤维可以以一种或多种纤维织物形式包括在基质中。图4示意性地示出织物400。偏振纤维可以形成经线402部分和/或纬线404部分。无机纤维可包括在该织物中，并且也可以形成经线402部分和/或纬线404部分。另外，经线402或纬线404的纤维中的一些可以为各向同性的聚合物纤维。图4中所示织物400的实施例为五枚缎纹织物，但可以使用不同类型的织物，例如其他类型的缎纹织物、平纹织物等。
在一些实施例中，基质中可以包括一种以上的织物。例如，偏振膜可以包括一种或多种含偏振纤维的织物以及一种或多种仅包含无机纤维的织物。在其他实施例中，不同织物可同时包含偏振纤维和无机纤维。具有三层纤维的偏振片320可以(例如)由三个织造纤维层形成。
偏振片还可以在一个或两个表面上具有结构体，例如，如在美国专利申请公开No.2006/0193577中更详细地讨论的。此类表面可包括(例如)增亮表面、透镜化表面、漫射表面等。另外，偏振纤维和/或其他纤维在偏振片的整个体积上的密度无需一致，而是可以有所差别。举例来说，一些纤维可用于提供漫反射或者漫透射，以(例如)降低整个偏振片的亮度的不均匀性。这样做可以隐藏布置在偏振片后的光源，并且光源之上的纤维密度较大，而远离光源的纤维密度会减小。
在一个示例性实施例中，用于纤维中的双折射材料为取向后会发生折射率改变的这一类型的材料。因此，随着纤维被取向，可沿取向方向产生折射率的匹配或失配，并且也可沿未取向的方向产生折射率的匹配或失配。通过小心操纵取向参数和其他加工条件，双折射材料的正或负双折射可用于引起光的一个或两个偏振态沿给定轴线发生反射或透射。透射和漫反射之间的相对比率取决于多种因素，诸如(但不限于)：双折射界面在纤维中的浓度、纤维的尺寸、双折射界面处折射率差值的平方、双折射界面的尺寸和几何形状以及入射辐射的波长或波长范围。
沿特定轴的折射率匹配或失配的量值会影响沿该轴偏振的光的散射程度。总的来讲，散射率随折射率失配的平方而变化。因此，沿特定轴的折射率失配越大，沿该轴偏振的光的散射越强。相反地，当沿特定轴的折射率失配较小时，则沿该轴偏振的光的散射的程度也较小，同时通过主体体积的透射逐渐变为镜面透射。
如果非双折射材料的折射率与双折射材料的折射率沿某一轴匹配，那么电场方向平行于该轴偏振的入射光将无散射地通过纤维，并与该双折射材料部分的尺寸、形状和密度无关。此外，如果沿那条轴的折射率还与偏振片主体的聚合物基质的折射率基本匹配，那么光将基本上无散射地通过该主体。当折射率之间的差值小于至多0.05，并且优选小于0.03、0.02或0.01时，两个折射率基本匹配。
对于具有给定横截面积且其尺寸大于约V30(其中λ为偏振片中入射光的波长)的散射体，正向散射和反向散射的强度由(至少部分由)折射率失配的量值确定。失配界面的精确尺寸、形状和排列方式起到决定从该界面向各种方向散射或反射多少光的作用。
在用于偏振片之前，纤维可以通过拉伸并允许在横向拉伸面内方向上有一些尺寸松弛来进行加工，以使得双折射材料和非双折射材料之间的折射率差值沿第一轴相对较大，而沿另两条正交轴较小。这导致不同偏振态的电磁辐射具有较大的光学各向异性。
正向散射与反向散射的比率取决于双折射材料和非双折射材料之间的折射率差值、双折射界面的浓度、双折射界面的尺寸和形状、以及纤维的总厚度。总的来讲，椭圆扩散片的双折射材料与非双折射材料之间的折射率差值相对较小。
优选地选取用于根据本发明的纤维中的材料以及这些材料的取向程度，以使得成品纤维中的双折射材料和非双折射材料具有至少一条这样的轴，对于所述轴而言相关的折射率基本相等。与该轴相关的折射率匹配会导致在该偏振平面上基本上没有光反射，这条轴通常是(但非必须是)横切于取向方向的轴。
具有内部双折射界面并适用于本发明的一些实施例的偏振纤维的一个示例性实施例为多层偏振纤维。多层纤维是这样一种纤维，其包含多层不同聚合物材料，其中至少一种材料为双折射材料。在一些示例性实施例中，该多层纤维包括一系列交替的第一材料层和第二材料层，其中至少一种材料为双折射材料。在一些实施例中，第一材料沿一条轴的折射率与第二材料沿该轴的折射率大致相同，而沿正交轴的折射率与第二材料沿正交轴的折射率不同。附加的材料层也可用于多层纤维。
一类多层纤维被称为同心多层纤维。在同心多层纤维中，层可以完全围绕该纤维的中心芯形成。图5A示意性地示出同心多层偏振纤维500的一个示例性实施例的横截面。纤维500包括第一材料502和第二材料504的交替层。第一材料为双折射材料，而第二材料可以为双折射材料或各向同性材料，以使得相邻层之间的界面506为双折射的。
纤维500可以被覆层508围绕。覆层508可以由第一材料、第二材料、其中嵌入纤维的聚合物基质材料、或一些其他材料制成。覆层可以在功能上有助于整体装置的性能，或者覆层可以不起作用。该覆层可以(例如)通过使纤维和基质界面处的光的去偏振程度最小化来在功能上改善反射型偏振片的光学性能。可任选地，覆层可以(例如)通过在纤维和连续相材料之间提供所需水平的粘合力来在机械上加强该偏振片。在一些实施例中，覆层508可用于提供抗反射功能，例如这通过在纤维500与围绕的聚合物基质之间提供一定的折射率匹配来获得。
纤维500可以形成具有不同层数和不同尺寸，具体取决于纤维500所需的光学特性。例如，纤维500可以形成具有约十层到数百层，并且具有相关的厚度范围。该纤维的宽度值可在从5微米至约5000微米的范围内，而该纤维的宽度也可以在该范围之外。在一些实施例中，对于特定波长(或波长范围)，层502、504的厚度可以为四分之一波长厚度，但这不是本发明的必要条件。四分之一波长层的布置方式可提供相干散射和/或反射，并因此可以使用比非相干散射/反射情况下更少的层来获得较大的反射/散射效果。这会提高偏振片的效率，并减少为获得所需偏振水平而需要的材料量。当厚度t等于四分之一波长除以折射率时，称为层具有四分之一波长厚度，因此t＝λ/(4n)，其中n为折射率，λ为波长。
同心多层纤维500可以使用以下方法制造：将多个材料层共挤出为多层纤维，然后通过后续拉伸步骤从而对双折射材料取向，并且形成双折射界面。可用作双折射材料的合适的聚合物材料的一些例子包括上面所讨论的PET、PEN及其多种共聚物。可用作非双折射材料的合适的聚合物材料的一些例子包括上面所讨论的光学各向同性材料。一般来讲，已经发现，当用于纤维中的聚合物材料彼此润湿并且具有相宜的加工温度时，该多层纤维更易于制造。
也可使用具有不同类型横截面的多层纤维。例如，同心纤维在形状上无须为圆形，并且其可以具有一些其他形状，例如椭圆形、矩形等。例如，图5B以横截面的方式示意性示出的多层纤维510的另一个示例性实施例，其可由交替的第一材料512和第二材料514的同心层形成，其中第一材料512为双折射的，而第二材料514可以为各向同性的或双折射的。在该示例性实施例中，纤维510包括位于交替层512、514之间的同心双折射界面516，所述交替层沿纤维520的长度方向延伸。在该实施例中，纤维510为非圆形对称的并且沿一个方向拉长。利用此图的坐标系，该纤维的横截面沿y-方向被拉长，因此，y-方向的尺寸dy大于z-方向的尺寸dz。
在同心多层纤维的一些实施例中，多层可以围绕中心纤维芯形成。这在图5C中示意性地示出，该图显示纤维520具有围绕芯526的交替材料层522、524。芯526可由与层522或524中任意一者相同的材料形成，或者也可由不同的材料形成。例如，该芯526可由不同的聚合物材料或者诸如玻璃等无机材料形成。
多层偏振纤维的另一个示例性实施例为螺旋缠绕纤维，其更详细的描述见于提交于2006年3月31日的美国专利申请No.11/278,348中。图5D示意性地示出螺旋缠绕纤维的示例性实施例。在该实施例中，纤维530类似于双层薄片532绕自身缠绕成螺旋状而形成。该双层薄片包含双折射的第一聚合物材料层以及可以为各向同性或双折射的第二材料的第二层。双折射聚合物材料可在纤维形成之前或之后取向。相邻层之间的界面534是双折射材料和另一材料之间的界面，因此被认为是双折射界面。螺旋缠绕纤维在本文中被认为是同心多层纤维。螺旋缠绕纤维可通过多种不同方式制造。例如，螺旋缠绕纤维可以通过挤出或卷绕包含两层或更多层的薄片而形成。美国专利申请No.11/278,348中对这些方法进行了更详细的讨论。
多层纤维的另一类型为叠堆多层纤维，其中各层以叠堆的形式形成。图5E示意性地示出叠堆多层纤维540的一个示例性实施例的横截面。在该实施例中，第一聚合物材料的层542设置在第二聚合物材料的层544之间。纤维540可包含可任选的覆盖层546。在该实施例中，层542、544是平面的。纤维层542、544并非必须是平面的，而是可以采用一些其他形状。
在一些实施例中，多层纤维中的所有层可以具有相同的厚度。在其他实施例中，多层纤维中的层具有并非完全相同的厚度。例如，所需的情况可以是偏振片有效偏振全部可见光波长范围(大约400nm-700nm)内的光。因此，偏振片可以具有不同的纤维，其中每一根纤维均具有厚度一致的层，但一些纤维具有的层要厚于其他纤维具有的层，以使得不同的纤维在偏振某些波长的光时比偏振其他波长的光更加有效。提供宽的带宽效果的另一方法为提供层厚度在一定范围内变化的纤维。例如，多层纤维可以具有许多层，其中层厚度随着层在纤维中的位置而改变。图5F以横截面的方式示意性地示出这样的纤维550的一个示例性实施例。在该实施例中，层厚度t随着层与纤维底部的距离s的增大而减小。因此，层552距纤维550的底部比层554距纤维550的底部更远，层552薄于层554。
图5G以横截面的方式示意性地示出具有不同厚度的层的纤维560的另一个示例性实施例。在该实施例中，更靠近纤维560中心的层562的厚度t要大于更远离该中心的层544的厚度。换句话讲，在该具体实施例中，层厚度t随层半径r的增大而减小。
图5H示意性地示出多层纤维570的另一个实施例的横截面。在该实施例中，更靠近纤维570的芯576的层572的厚度t要小于更远离该纤维570中心的层574的厚度。换句话讲，在该具体实施例中，层厚度t随层半径r的增大而增大。
纤维的层厚度可以不同方式变化。例如，从纤维的内部到外部，层厚度可以以固定的梯度逐渐增加或减小。在其他实施例中，纤维可以具有层的群组，例如其中第一群组的层具有第一厚度，第二群组的层具有不同于第一厚度的第二厚度，等等。现在参照图6A-6H对多种不同的层厚度分布进行描述。这些图显示由光学厚度ot决定的示例性层厚度分布，而光学厚度ot由与纤维起点的距离d所决定。纤维起点为从其处测量与层的距离的位置。就叠堆多层膜而言，将该叠堆的一侧当作起点，这样距离d就是通过该叠堆的距离。至于同心纤维，将该纤维的中心当作起点。当同心纤维的横截面为圆形时，距离d等于其半径。光学厚度(层物理厚度和折射率的乘积)可用于描述这些不同实施例中的一些，因为多层纤维可以具有四分之一波长层以使一种偏振态的反射效率最大化。因此，层的光学厚度为有助于理解纤维反射特性的有用参数。在此显示的层厚度分布可以代表整个纤维或部分纤维的层分布。
在图6A和6B中，层的光学厚度分别随距离纤维起点的距离而线性增加和降低。在图6C和6D中，层的光学厚度随距离纤维起点的距离而非线性地增加和降低。非线性形状可以不同于图中所示的形状，这取决于所需的纤维设计参数。
在图6E中，层的光学厚度在纤维起点和纤维边缘之间的中间区域的某处达到最小。因此，在该实施例中，例如第一聚合物材料的某一层(具有与该纤维起点的第一距离)i)具有的光学厚度小于该第一聚合物材料的第二层(具有与该纤维起点的第二距离，第二距离小于第一距离)的光学厚度；并且i)具有的光学厚度小于第一聚合物材料的第三层(具有与该纤维起点的第三距离，第三距离大于第一距离)的光学厚度。
在图6F中，层的光学厚度在纤维起点和纤维边缘之间的中间区域的某处达到最大。因此，在该实施例中，第一聚合物材料的某一层(具有与该纤维起点的第一距离)i)具有的光学厚度大于第一聚合物材料的第二层(具有与该纤维起点的第二距离，第二距离小于第一距离)的光学厚度；并且i)具有的光学厚度大于第一聚合物材料的第三层(具有与该纤维起点的第三距离，第三距离大于第一距离)的光学厚度。
在一些实施例中，这些层可以分组的形式形成，其中具有相同光学厚度的多个层聚集在一起。不同的组可以具有不同的光学厚度。图6G的分布图示出具有多个层组的纤维的例子，其中随着组的位置由纤维起点向外移动，该组的层所具有的光学厚度逐渐增大。图6H示出另一个例子，其中随着组逐渐远离该纤维起点，该组的层所具有的光学厚度交替变大和变小。在此描述的不同层厚度分布仅为代表性的，并不应视为详尽列举。也可以有多种其他不同层厚度分布。
现在参照图7A讨论在多层偏振纤维边缘处的光入射，该图示意性地示出嵌入偏振膜700的基质702中的单根同心多层偏振纤维704。当前讨论仅考虑垂直入射到偏振片700处的光。应当理解在此讨论的概念可以延伸至以其他角度入射到偏振片处的光。光线706被导向到纤维704的中心，以使其垂直入射到纤维704的层上。因此，处于一种偏振态的光708被具有第一反射光谱的纤维704反射，而处于该偏振态的其余光则被透射。然而，光线710以相对于纤维704的层的非直角入射到纤维704上，导致光712被纤维704反射，此时纤维704具有的反射光谱不同于针对反射光708的第一反射光谱。多层结构的反射光谱通常随该多层结构上入射角的增大而发生蓝移。因此，反射光712的光谱相对于反射光708的光谱发生了蓝移。这可导致由该偏振片所透射和反射的光的光谱不均匀。例如，如果多层纤维具有用于在可见光区(400nm-700nm)反射垂直入射光的层，因为反射光谱发生了蓝移，因此以大角度入射的红光受影响的程度小于蓝光。
可以使用多种方法来减小蓝移效应。例如，在一种方法中，针对波长大于入射到偏振片上的光的波长范围的光，多层纤维可具有四分之一波长层。如果将偏振片用于显示系统，则所关注的光的波长范围通常为约400nm-700nm。因此，针对大于700nm的波长(在近红外光范围内的波长处(例如达900nm或更大))，多层纤维704可以具有四分之一波长层。如果光以在偏移光谱(例如)200nm以内的角度入射，那么即使以大角度入射，纤维仍可有效偏振红光。
减小蓝移效应的另一种方法是减小在纤维上的入射角。这可(例如)通过使基质722的折射率n1减小至小于不同纤维层724材料的折射率来实现，如在图7B中示意性地示出偏振片720。在从基质722的折射率相对低的材料穿过进入纤维724的折射率相对高的材料时，入射光726朝向纤维层的法线方向发生折射，因此光在纤维的多层结构中传播的角度得以减小。光线728示出光透射穿过纤维724的方向，而光线730示出被纤维724反射的光。可用于基质722的低折射率聚合物的例子包括PMMA(折射率为约1.49)；THV(可得自明尼苏达州圣保罗的3M公司的氟化聚合物，其折射率为约1.34)；低分子量双官能聚氨酯丙烯酸酯(通常具有约1.47-1.5的折射率范围)；以及一些硅氧烷(可具有约1.41的折射率)。
减小蓝移效应的另一种方法是为纤维提供低折射率涂层。图8示意性地示出了该方法，图中示出具有嵌于基质802中的多层纤维804的偏振片800。每一根纤维804均具有涂层806，该涂层806具有相对低的折射率(低于基质802以及用于纤维804的材料的折射率)。涂层806可由列于前一段落的低折射率材料中的一种形成。在该实施例中，光808在偏振片800上的入射方向使其朝纤维804的边缘区域传播。若没有该低折射率涂层806，光808将以非垂直的入射角在靠近边缘处与纤维804相交。然而，光808会入射到低折射率涂层806和基质802之间的界面上。如果i)基质802和涂层806之间的折射率差值以及ii)入射角足够大，则光808可以被全内反射。在该图示实施例中，全内反射的光被导向邻近纤维804，在此发生第二次全内反射。根据全内反射的角度和其他纤维的位置，该全内反射光可在其他纤维处被反射或透射穿过其他纤维。
减小蓝移效应的另一方法为设置合适的层厚度梯度方向。参照图9-11对该方法进行进一步描述。已开发出全波数值模型，用以探究同心多层偏振纤维对光的散射(反射)。图9示出该模型。假定纤维900具有10微米的芯，并由一种材料的50个四分之一波长层与另一种材料的50个四分之一波长层交错形成。材料层的光学厚度随波长范围为500nm至600nm的四分之一波长层线性分布。光以所示方向入射，并且反射和透射的散射横截面是在300nm-800nm的波长范围内针对整个纤维宽度计算的。该散射横截面是针对处于两种偏振态(通过偏振态和阻拦偏振态)的光计算的。图10A和10B所示的结果是针对这样的纤维计算的：该纤维被布置为较厚的层靠近芯，而较薄的层靠近纤维的外部。曲线1002表示以通过状态偏振的光在纤维中的透射。通过纤维的透射在整个光谱上相对平坦。曲线1004表示以阻拦状态偏振的光通过纤维的透射。该曲线示出通过该纤维的透射在波长低于约400nm和高于约650nm时相对较高，而在约400nm和650nm波长之间严重减少。这种表现是预料之中的：由于多层叠堆为500-600nm范围内波长的四分之一波长叠堆，因此纤维在此范围之外的效果相对较差。
图10B中的曲线1012表示以通过状态偏振的光在纤维处的反射。反射在整个光谱内均比较低，基于图10A所示的高透射，这是可以预料的。曲线1014表示以纤维阻拦状态偏振的光在纤维处的反射。该曲线基本上与曲线1004互补。从这些坐标图中可以看出，即使层厚度从500nm四分之一波长均匀变化到600nm四分之一波长，反射率仍会在波长略低于500nm处出现峰值并在500nm和600nm之间单调递减。这是光以非直角入射到纤维上时，反射光谱发生蓝移的结果。
当层厚度梯度颠倒(越薄的层越靠近纤维的芯，而越厚的层越靠近纤维的外部)时，该纤维的性能会不同。图11A中的曲线1102示出以通过状态偏振的光通过纤维的透射，而曲线1104表示以阻拦状态偏振的光通过纤维的透射。图11B中的曲线1112表示以通过状态偏振的光在纤维处的反射。曲线1114表示以阻拦状态偏振的光在纤维处的反射。曲线1114基本上与曲线1104互补。靠近纤维芯的较薄层的纤维与靠近纤维芯的较厚层的纤维相比，前者的反射在500-600nm的范围内明显更一致，这使偏振片的偏振特性得以改善。据信，这种改善的原因是入射角和反射光谱的匹配更为合适。纤维边缘的层具有更适合以反射谱带的预期设计波长为中心的大角度反射光谱，而纤维芯的层具有类似地更适合以预期设计波长为中心的垂直反射光谱。
垂直于纤维方向偏振的正向散射光和平行于纤维方向偏振的正向散射光的比率称之为“透射偏振函数”(TPF)。平行于纤维方向偏振的反向散射光和垂直于纤维方向偏振的反向散射光的比率称为“反射偏振函数”(RPF)。图12A示出在纤维层厚度随半径增大而减小的情况下，取决于波长的TPF值(曲线1202)和RPF值(曲线1204)。图12B示出在纤维层厚度随半径增大而增大的情况下，取决于波长的TPF值(曲线1212)和RPF值(曲线1214)。RPF曲线1202在500nm和600nm之间表现出与图10B中反射光谱相同的倾斜性能，而RPF曲线1212在相同范围内则表现出与图11B中反射光谱相同的基本一致的性能。因此，具有分级的层厚度的多层纤维的偏振特性在层厚度随半径增加时更为一致。
减小蓝移效应对于偏振片特性的影响的另一种方法是：使所用纤维在大入射角位置为入射光提供较小的横截面积，而在小入射角位置为入射光提供较大的横截面积。获得此结果的一种方式为使用其横截面在一个方向(相对于另一个方向)拉长的纤维，例如图5B和5C所示。图13示意性地示出这种偏振片1300的实例。纤维1304嵌入基质1302中。该纤维1304沿平行于偏振片1300表面的方向被拉长。较之于具有圆形横截面的纤维，这种构造为小入射角的入射光提供了更大的纤维表面积。
实例-单纤维
使用以下方法制造多层同心偏振纤维。使用由952个垫片组成的模具(每一垫片厚度为0.005″(125微米))来制备由X聚合物和Y聚合物的形成多个交替同心环所组成的细丝。两个垫片可用以制备一个环，因此该952个垫片的模具被设计来制备由476个环组成的细丝。这些环中的一半由X聚合物制成，而另一半由Y聚合物制成。该模具具有两个入口端口；一个用于熔融的X聚合物，而另一个用于熔融的Y聚合物。
该X聚合物为LMPEN，(由90％PEN/10％PET制成的共聚物，可得自3M公司)。该Y聚合物为以下基本上各向同性的材料中的一种：
i)得自Eastman Chemical Company，Kingsport Tennessee的Eastar 6763 PETG；
ii)得自Eastman Chemical Company的SA115 PC/PCT-G共混物；
iii)得自G.E.Plastics，Pittsfield，Massachusetts的Xylex7200 PC/PCCT-G共混物；以及
iv)得自Nova Chemicals Corporation，Calgary，Alberta，Canada的NAS 30 PS/PMMA共混物。
所形成层的数量可以通过改变模具中垫片的数量以及通过改变诸如流速和温度等加工条件来进行控制。可以改变叠堆中垫片的设计来调整纤维环的厚度分布。喷丝头组件中的垫片使用激光切割法成形。纤维模具被特别设计以用于提供层厚度梯度和层厚度比率，在经过特定成形和拉伸处理后，所述梯度和比率会导致宽带可视布拉格干涉反射。
这两种聚合物的硬化颗粒被分开送入两台双螺杆挤出机之一。这些挤出机的工作温度范围为260℃-300℃，螺杆转速范围为40-70rpm。典型的挤出压力范围为约2.1 x 106Pa到约2.1 x 107Pa。每台挤出机均配备有定量齿轮泵，其为细丝纺丝模具提供精确量的熔融的聚合物。每台定量齿轮泵的规格为0.16cc/转，并且这些齿轮泵通常以相同的速度工作，速度范围为10-80rpm。使用受热的不锈钢颈管将熔融的聚合物从计量泵输送到模具。
熔融的聚合物流进入模具并流过垫片。第一垫片对形成细丝的芯，第二垫片对形成围绕芯的第一个环，第三垫片对在第一个环外部形成第二个环，以此类推，直到形成476个环。这种熔融的多环细丝随后脱离模具并在水槽中骤冷。使用牵引辊将该细丝拖入水中。细丝脱离牵引辊并使用水平卷绕机将其缠绕到芯上。计量泵速度和卷绕速度的组合控制细丝的直径。该方法的典型速度范围为约0.5ms-1-4ms-1。
挤出之后，多层纤维被拉伸和取向以产生双折射和反射偏振特性，以及降低层厚度至合适的尺寸(大约为可见光的四分之一波长光学厚度)。
在该步骤中，将细丝退绕并送入牵引辊工位，然后引到受热的悬臂台板上，此后到达另一个牵引辊工位，并最终到达卷绕机。台板的温度范围一般为120℃-182℃。第二牵引辊工位的运行速度通常为第一牵引辊工位速度的约6-8倍，并且使在台板上受热的细丝得到拉伸。第一牵引辊工位的典型速度为约0.2ms-1，而第二牵引辊工位的速度范围为1.2ms-1-1.6ms-1。卷绕机的运行速度与第二牵引辊工位的速度相同。
图14示出使用刚才所述的技术制造的纤维的局部剖视图。该纤维具有约400层交替材料，并具有设计的层厚度分布和梯度，这将形成宽带偏振的相干反射。该纤维使用Xylex作为聚合物Y。非常良好的短程有序性和均匀度对实现相干反射非常重要，其可降低光与纤维材料的相互作用长度，从而使光被吸收的机率降至最低，并因此使效率最大化。
开发了一种用于测量单拉伸纤维的偏振选择性的技术。针对平行于纤维方向偏振的光和垂直于纤维方向偏振的光，对来自激光器的正向和反向散射光(与光学轴线之间成小于7°的圆锥角)进行测量。在543.5nm处，多层偏振纤维的TPF和RPF值测量结果分别为2.3和5.6。各向同性纤维的RPF和TPF在1到2之间。这明确说明了单纤维的偏振选择性反射和散射。
实例-裸纤维阵列
在宽波长谱带内对使用上述方法制备的裸纤维阵列进行分析，以表征拉伸纤维的光学特性。在PerkinElmer紫外-可见光度计(使用积分球捕获基本上所有的透射光或反射光)中分析悬浮于空气中的纤维阵列的宽带偏振透射和反射。一系列纤维的结果示于图15和16中。这些图不仅证明了拉伸纤维的偏振选择性反射，它们还证明了通过改变纤维层厚度来使以阻拦状态偏振的反射谱带偏移的能力。增加的纤维层厚度和增大的反射波长(结合通过轴偏振的相对恒定的反射)之间的对应性明确说明了来自多层纤维结构的基于相干干涉的反射。
此外，这些结果还说明，甚至可以使用非包封状态的纤维来形成反射型偏振片。因此，无需使用包封树脂基质就可将纤维阵列或纤维织物制成反射型偏振制品。这些纤维布或阵列可具有如下一些优点：因为纤维表面处的布鲁斯特角效应(Brewster’s angle effects)，所以为通过状态提供高透射率，在某些情况下它们会为以通过状态偏振的光提供某种程度的漫射。无论这些纤维是否被包封，它们都可与诸如席纹织物、纱罗织物、斜纹织物等多种织物中横向编织的各向同性纤维结合。
图15和图16分别示出纤维阵列的反射率和透射率，该纤维阵列通过拉伸LMPEN和PETG材料制成，其中对所有纤维采用非常相似的加工条件，但在挤出成形步骤期间，改变卷绕机速度以改变纤维的层厚度。纤维都具有多个光学厚度一致的层。较厚的纤维具有较厚的层以及反射谱带和透射谱带向较长波长的相应偏移，这明确表现出基于相干干涉的反射以及偏振选择性。所有通过状态的光谱基本上不变，并从这些坐标图中省去。
本发明不应该被认为是对上述具体实例的限制，而应理解为涵盖如所附权利要求书中明确展示的本发明的所有方面。在阅读本发明的说明书之后，适用于本发明的多种修改形式、等同工艺以及众多结构对本发明领域的技术人员是显而易见的。本发明的权利要求书旨在涵盖这些修改形式和装置。

Claims (29)

1.一种光学主体，包括：
第一多层纤维，其包括至少第一聚合物材料层和第二聚合物材料层，所述第一聚合物材料层设置于所述第二聚合物材料层之间，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中至少一者为双折射的；
其中至少所述第一聚合物材料的第一层的第一厚度不同于所述第一聚合物材料的第二层的厚度。
2.根据权利要求1所述的光学主体，其中所述层以叠堆和同心中一者的方式布置。
3.根据权利要求1所述的光学主体，其中所述第一聚合物材料层和所述第二聚合物材料层以各自的光学层厚度梯度布置，并且对于与所述纤维起点的间距增大的层，所述层厚度增大。
4.根据权利要求1所述的光学主体，其中所述第一聚合物材料层和所述第二聚合物材料层以各自的光学层厚度梯度布置，并且对于与所述纤维起点的间距增大的层，所述层厚度减小。
5.根据权利要求4所述的光学主体，其中所述梯度为线性的。
6.根据权利要求4所述的光学主体，其中所述梯度为非线性的。
7.根据权利要求1所述的光学主体，其中至少具有与所述纤维起点的第一距离的所述第一聚合物材料的第一层i)具有的光学厚度大于所述第一聚合物材料的第二层的光学厚度，所述第二层与所述纤维起点的第二距离小于所述第一距离半径；同时i)具有的光学厚度大于所述第一聚合物材料的第三层的光学厚度，所述第三层与所述纤维起点的第三距离大于所述第一距离。
8.根据权利要求1所述的光学主体，其中至少具有与所述纤维起点的第一距离的所述第一聚合物材料的第一层i)具有的光学厚度小于所述第一聚合物材料的第二层的光学厚度，所述第二层与所述纤维起点的第二距离小于所述第一距离；同时i)具有的光学厚度小于所述第一聚合物材料的第三层的光学厚度，所述第三层与所述纤维起点的第三距离大于所述第一距离。
9.根据权利要求1所述的光学主体，其中所述第一聚合物材料层和所述第二聚合物材料层以光学厚度基本上相等的分组方式布置，每组具有各自范围内的与所述纤维起点的距离。
10.根据权利要求9所述的光学主体，其中各个所述组的层的所述光学厚度随着与所述纤维起点的距离大致呈线性变化。
11.根据权利要求9所述的光学主体，其中各个所述组的层的所述光学厚度随着与所述纤维起点的距离增加而交替增加和降低。
12.根据权利要求1所述的光学主体，其中所述第一聚合物层和所述第二聚合物层中的至少一些层的厚度与大约400nm-700nm波长范围内的光的四分之一波长厚度相对应。
13.根据权利要求12所述的光学主体，其中所述聚合物层中的至少一些层的厚度与波长大于700nm的光的四分之一波长厚度相对应。
14.根据权利要求1所述的光学主体，还包括围绕所述第一多层纤维的涂层。
15.根据权利要求14所述的光学主体，其中所述涂层包括所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中一者的层。
16.根据权利要求14所述的光学主体，其中所述涂层包括第三聚合物材料层，所述第三聚合物材料的折射率小于所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的折射率。
17.根据权利要求1所述的光学主体，还包括聚合物基质，所述第一多层纤维嵌入所述聚合物基质内，并且还至少包括嵌入所述聚合物基质内的第二多层纤维和第三多层纤维。
18.一种光学主体，包括：
第一多层纤维，其包括至少第一聚合物材料层和第二聚合物材料层，所述第一聚合物材料层设置于所述第二聚合物材料层之间，所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中至少一者为双折射的；
其中所述第一聚合物材料层和所述第二聚合物材料层中的至少一些层的厚度被选取为波长大于700nm的光的四分之一波长厚度。
19.根据权利要求18所述的光学主体，其中第二批所述第一聚合物材料层和所述第二聚合物材料层的厚度被选取为波长在约400nm-700nm波长范围内的光的四分之一波长厚度，所述第二批的层设置在比第一批的层更靠近所述第一多层纤维中心的位置。
20.根据权利要求18所述的光学主体，其中所述层以叠堆和同心中一者的方式布置。
21.根据权利要求18所述的光学主体，还包括围绕所述第一多层纤维的涂层。
22.根据权利要求21所述的光学主体，其中所述涂层包括所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料中一者的层。
23.根据权利要求21所述的光学主体，其中所述涂层包括第三聚合物材料层，所述第三聚合物材料的折射率小于所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料的折射率。
24.根据权利要求18所述的光学主体，还包括聚合物基质，所述第一多层纤维嵌入所述聚合物基质内；并且还至少包括嵌入所述聚合物基质内的第二多层纤维和第三多层纤维。
25.根据权利要求18所述的光学主体，其中所述第一聚合物材料层和所述第二聚合物材料层以各自的光学层厚度梯度布置，并且对于与所述纤维起点的间距增大的层，所述层厚度增大。
26.根据权利要求18所述的光学主体，其中所述第一聚合物材料层和第二聚合物材料层以各自的光学层厚度梯度布置，并且对于与所述纤维起点的间距增大的层，所述层厚度减小。
27.根据权利要求18所述的光学主体，其中所述第一聚合物材料层和第二聚合物材料层以光学厚度基本上相等的分组方式布置，每组具有各自范围内的与所述纤维起点的距离。
28.根据权利要求27所述的光学主体，其中各个所述组的层的所述光学厚度随着与所述纤维起点的距离大致呈线性变化。
29.根据权利要求27所述的光学主体，其中各个所述组的层的所述光学厚度随着与所述纤维起点的距离增加而交替增加和降低。
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