CN1217068A - 含光学膜的灯具 - Google Patents

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Abstract

提供了一种包含抗反射层和置于连续的双折射基质中的聚合物颗粒分散相的光学膜。该膜在一个或多个方向上被取向(通常被拉伸)。选择分散相颗粒的尺寸和形状、分散相的体积分数、膜的厚度和取向的程度,以在最终膜上获得所需的对要求波长的电磁辐射的漫反射率和总透射率。

Description

含光学膜的灯具
发明的领域
本发明涉及含有适合控制光学特性(如反射和透射)的结构的光学材料。另一方面，本发明涉及控制反射光或透射光的特定偏振态(specific polarizations)。
发明的背景
由掺杂物分散在连续基质中制成的光学膜是本领域已知的。可控制这些掺杂物的特性为光学膜提供一定的反射性和透射性。这些特性包括掺杂物相对于膜中波长的尺寸、掺杂物的形状和排列方式、掺杂物的体积填充因子(volumeric fillfactor)和沿膜三个正交轴上掺杂物与连续基质的折射率不匹配程度。
常规的吸收(二向色性)偏振器有排列在聚合物基质中的吸光无机杆状碘链作为其掺杂相。这种膜会吸收电场矢量平行于杆状碘链的偏振光，并且透射垂直该杆状碘链的偏振光。由于该碘链在两个或多个方向上的尺寸比可见光波长小，而且每立方光波长中的链数目很大，因此这种膜的光学性能主要是镜面反射，只有很少透过膜的漫透射或在膜表面的漫反射。和其它许多商业上可获得的偏振器一样，这种偏振膜是以偏振-选择性吸收为基础的。
填充有不同特性的无机掺杂物的膜可得到其它光学透射和反射性能。例如，在聚合膜和涂料中混入两个或多个方向上的尺寸比可见光波长大的涂覆云母薄片以赋予金属光泽。可将这些薄片置于膜平面内，从而为反射外观提供强的方向性。这种效果可用来生产在某些视角高度反射而对其它视角透射的安全屏(security screen)。可将具有依赖于它们相对入射光的排列方式的显色作用(镜面选择性反射)的大薄片加入膜中，以提供侵扰(tampering)的证明。在这个应用中，膜中的所有薄片必须以相同方式排列。
然而，用填充有无机掺杂物的聚合物制得的光学膜存在各种问题。一般地说，无机颗粒和聚合物基质间的粘合性差。因此，当向基质施加应力或应变时，由于基质和掺杂物间的粘结受损，以及刚性无机掺杂物可能断裂，膜的光学性能下降。另外，使无机掺杂物取向所需的加工步骤和考虑因素使生产变复杂。
其它膜(如美国专利4,688,900(Doane等)中公开的)包括透明的透光连续聚合物基质，其中分散有调制光的液晶滴。据报道，对这种材料进行拉伸，可使液晶滴从球形变形成椭球形，椭球体的长轴与拉伸方向平行。美国专利5,301,041(Konuma等)公开了相似的内容，但是液晶滴的变形是通过加压来实现的。A.Aphonin在《液晶》第19卷1995年第4期469-480页的“分散有液晶的拉伸聚合物膜的光学性能：角度依赖的偏振光散射”(″Optical Properties ofStretched Polymer Dispersed Liquid Crystal Flims:Angle-Dependent Polarized LightScattering,Liquid Crystals,Vol.19,No.4,469-480(1995))中讨论了由内部置有液晶滴的聚合物基质制得的拉伸膜的光学性能。他报道说，液晶滴伸长成长轴与拉伸方向平行的椭球形，使液晶滴具有取向的双折射(沿液晶不同方向轴之间的折射率差)，导致沿膜某一轴上分散相和连续相间相对折射率不匹配，而沿膜其它轴的折射率匹配。这种液晶滴并不比膜内的可见光波长小，因此这种膜的光学性能在于它们的反射和透射性能中有很大的漫射成分。Aphonin建议用这些材料作为背后照明的扭曲向列型LCD(backlit twisted nematic LCD)的偏振漫射器。然而，用液晶作为分散相的光学膜中基质相和分散相间折射率的不匹配程度很有限。另外，这种膜的液晶成分的双折射通常对温度敏感。
美国专利5,268,225(Isayev)公开了由热致变的液晶聚合物的混合物制得的复合层压片。所述混合物包括两种互不相溶的液晶聚合物。该混合物可流延成由分散的掺杂相和连续相组成的膜。在拉伸该膜时，分散相形成了一系列纤维，纤维的轴沿拉伸方向排列。尽管据说该膜具有改进的机械性能，但是没有提到膜的光学性能。然而，由于其液晶特性，这种类型的膜将遇到上述其它液晶材料所遇到的问题。
还有其它通过施加电场或磁场而表现出所需光学性能的膜。例如，美国专利5,008,807(Waters等)描述了一种液晶器件，它包括一层渗透有液晶材料且位于两个电极之间的纤维。施加在两个电极上的电压产生一个电场，该电场改变液晶材料的双折射性，从而导致纤维和液晶之间不同程度的折射率不匹配。然而，在许多应用中，特别是存在的电磁场会产生干扰的那些场合，需要用电场或磁场是不方便的。
还有的其它光学膜是将第一聚合物作为掺杂分散相混入第二聚合物中，然后在一个或两个方向上拉伸得到的复合物而制得。美国专利4,871,784(Otonari等)是这种技术的代表。选择聚合物，使得分散相和周围基质聚合物间的粘合性较差，从而在拉伸膜时在每个掺杂物周围形成椭球形空腔。这种空腔的尺寸与可见光波长大致相当。在这些有“微空腔”的膜中，空腔和聚合物间的折射率不匹配通常相当大(约为0.5)，从而引起大量漫反射。然而，由于界面的几何结构不同，所以微空腔材料的光学性能很难控制，而且不可能形成折射率能相对匹配的膜轴，而在有的轴上折射率相对匹配对于偏振敏感性光学性能是有用的。另外，这些材料中的空腔在暴露在热和压力下时很容易瘪塌。
也制成了分散相主要以确定的有序方式排列在连续基质中的光学膜。美国专利5,217,794(Schrenk)是这种技术的代表。该专利公开了一种用聚合掺杂物制成的层状聚合膜，所述掺杂物在两个轴上比波长大，并被置于另一聚合材料的连续基质中。分散相沿层压物一个或多个轴方向上的折射率与连续相折射率明显不同，而在另一方向上相对匹配。由于分散相的有序化(ordering)，因此这种类型的膜在它们主要是反射的情况下表现出很强的虹彩(即基于干涉的与角度有关的显色(interference-based angle dependent coloring))。结果，限制了这种膜在希望有光学漫射的场合的应用。
因此，本领域中需要一种含有连续相和分散相的光学材料，可方便并永久地控制在该材料三维轴向上所述两相间的折射率不匹配，以获得所要求程度的漫射以及镜面反射和透射。所述光学材料对于应力、应变、温度差异以及电场和磁场是稳定的，并且所述光学材料有低水平的虹彩。如下所述，本发明满足了这些以及其它要求。
附图简述
图1是本发明光学体的示意图，其中分散相排列成一系列横截面基本为圆形的伸长物；
图2是本发明光学体的示意图，其中分散相排列成一系列横截面基本呈椭圆形的伸长物；
图3a-e是本发明光学体中各种分散相形状的示意图；
图4a是本发明取向膜中垂直于取向方向偏振的光的双向散射分布与散射角的关系；
图4b是本发明取向膜中平行于取向方向偏振的光的双向散射分布与散射角的关系；
图5是本发明多层膜的示意图；
图6a和6b是本发明光学膜的电子显微照片；
图7是本发明膜的垂直透射光谱；
图8是将本发明膜用作光纤用高效光线引出器的示意图；
图9A和9B分别是本发明膜和市售膜的相对增益与观察角的关系。
发明概述
本发明一方面涉及一种漫反射膜或其它光学体，它包含双折射的连续聚合物相和置于所述连续相中的基本上非双折射的分散相。连续相和分散相的折射率在三个相互正交轴的第一个轴向上是基本不匹配的(即，相互之差大于约0.05)，而在三个相互正交轴的第二个轴向上是基本匹配的(即，相互之差小于约0.05)。在一些实例中，连续相和分散相的折射率沿着(或平行于)三个相互正交轴的第三个轴向上可以是基本匹配或不匹配的，以制成反射器或偏振器。沿着(或平行于)不匹配轴偏振的入射光被散射，从而导致了显著的漫反射。沿匹配轴偏振的入射光被散射的程度要低得多，它主要是分谱透射(spectrally transmitted)。这些性能可使光学膜适用于各种用途，包括低损耗(明显不吸收)反射偏振器，在这种偏振器中明显不被透射的偏振光被漫反射。
本发明的一个相关方面涉及一种光学膜或其它光学体，它包含双折射的连续相和分散相，在垂直于光学体表面的一个轴向上连续相和分散相的折射率基本相匹配(即，连续相和分散相折射率之差小于约0.05)。
本发明另一方面涉及一种复合的光学体，它包括聚合物双折射连续相(第一相)，其中的分散相(第二相)可以是双折射的，但是在至少两个正交方向上的匹配和不匹配程度主要是由第一相的双折射性引起的。
本发明另一个方面涉及一种制造漫反射偏振器的方法，它包括如下步骤：提供第一种树脂，该树脂可通过施加一个外力场(如通过空间取向)或施加电场改变其双折射程度，从而使获得的树脂材料至少在两个正交方向上的折射率之差大于约0.05；提供第二种树脂，将其分散在第一种树脂中；向两种树脂的复合物施加所述外力场，使得两种树脂的折射率在两个方向中的一个方向上大致匹配至相差小于约0.05，而在两个方向中的另一个方向上，第一种和第二种树脂的折射率之差大于约0.05。在一个相关的实例中，在施加外力场从而改变第一种树脂的双折射性后，将第二种树脂分散在第一种树脂中。
本发明再一个方面涉及一种用作具有高消光比的反射偏振器的光学体。在这个方面，匹配方向上的折射率差应选得尽可能小，而不匹配方向上的折射率差应尽可能大。体积分数、厚度和分散相粒径和形状的选择应使消光比最大，尽管在不同的用途中，对于不同的偏振态，透射和反射的相对重要性会不同。
本发明另一个方面涉及一种光学体，它包括连续相，分散相和一种二向色性染料，所述分散相的折射率与所述连续相不同，它们间的差在第一轴向上大于约0.05，在正交于所述第一轴向的第二轴向上小于约0.05。所述光学体最好沿至少一个轴向取向。所述二向色性染料除了散射以外还通过吸收沿平行于取向轴方向偏振的光线来改进光学体的消光系数。
本发明另一方面提供一种至少具有第一相和第二相的光学体，所述两相在至少一个轴向共连续。沿第一轴向所述第一相的折射率与所述第二相的折射率之差大于约0.05，沿与所述第一轴向正交的第二轴向所述第一相的折射率与所述第二相的折射率之差小于约0.05。在其它实例中，可使用三个或多个共连续相以便沿相互正交的轴向获得相同或相似的匹配和不匹配。
本发明的另一方面提供一种光学体，它包括具有连续相和分散相的膜，上面置有防反射层。这种膜显示出平的透射-光波长曲线，能将装有该种反射偏振器的显示器件的颜色变化减至最小。
在本发明的各个方面中，可通过选择或控制各种参数(包括连续相和分散相的光学折射率、分散相颗粒的大小和形状、分散相的体积分数、部分入射光穿过的光学体的厚度、和感兴趣的电磁辐射波长或波段)决定对至少两个正交偏振方向的入射光的反射和透射性能。
沿特定轴向的折射率匹配或不匹配的程度将直接影响沿该轴偏振的光线的散射程度。一般来说，散射能力与折射率不匹配的平方成正比。因此，沿特定轴向的折射率不匹配程度越大，沿该轴偏振的光线的散射就越强。相反，当沿特定轴向的不匹配较小时，沿该轴偏振的光线的散射程度就较小，从而镜面地透过该光学体。
分散相颗粒的大小对散射也有显著影响。如果分散相颗粒太小(即，小于基质中感兴趣光波长的约1/30)，且每立方波长内有许多颗粒的话，光学体就相当于沿任何给定轴向的有效折射率在两相折射率之间的媒质。在这种情况下，很少有光散射。如果颗粒太大，则光从颗粒表面镜面散射，很少有光漫射至其它方向。当颗粒在至少两个正交方向上太大时，也会发生不合需求的虹彩效应。当颗粒变大导致光学体的厚度增加并且丧失所需的机械性能时，也会达到实际的极限。
分散相颗粒的形状也会影响光的散射。在折射率匹配和不匹配方向上颗粒对于电场的退极化因子会减少或增加给定方向上的散射量。结果会增加或降低折射率不匹配产生的散射量，但是在本发明较好的性能范围内，其对散射的影响通常很小。
颗粒的形状也会影响从颗粒上散射出来的光的漫射程度。这种形状效应一般较小，但是随着垂直于光入射方向的平面中颗粒几何截面的纵横比增加，以及颗粒变得相对较大，这种效应会增大。一般来说，在实施本发明时，如果希望得到漫反射而不是镜面反射，那么在一个或两个互相正交方向上分散相颗粒的尺寸应小于数个光波长。
还发现分散相的空间排列对散射性能也有影响。具体地说，在本发明光学体中观察到，经排列的散射体不会象随机排列的散射体那样绕镜面透射或反射方向对称地散射光线。更具体地说，通过取向被拉成杆状的掺杂物基本上沿着(或接近)一圆锥体散射光线，所述圆锥体以取向方向为中心且其边缘沿镜面透射方向。例如，对于从与取向方向垂直的方向入射到这种拉长杆上的光线，散射光呈现为在垂直于取向方向的平面上的光带，其强度随着离开镜面方向的角度增加而减弱。通过调节掺杂物的几何形状，可在某种程度上控制散射光在透射半球和反射半球中的分布。
分散相的体积分数也对本发明光学体中的光散射有影响。在一定的范围内，增加分散相的体积分数会增加在匹配和不匹配方向的偏振光进入光学体后发生的散射的量。对于一定的用途，这一因素对于控制反射和透射性能是重要的。然而，如果分散相的体积分数太大，则光散射会减小。不拟受理论束缚，这看来是由于分散相颗粒相对于光波长来说彼此靠得太近，使得颗粒的共同作用相当于较少量的等效大颗粒。
光学体的厚度也是一个重要的控制参数，可利用它来影响本发明的反射和透射性能。随着光学体厚度的增加，漫反射也会增加，而镜面透射和漫透射会减弱。
尽管本文中通常参照光谱的可见区来描述本发明，但是通过适当地按比例改变光学体的组成，可在电磁辐射的不同波长(以及频率)下实施本发明的各种实例。因此，随着波长的增加，光学体各组成部分的线度应增加，使得以波长为单位的尺寸基本保持恒定。对于大多数感兴趣的材料来说，改变波长的另一个主要影响是折射率和吸收系数的变化。然而，折射率匹配和不匹配的原理仍适用于每一种感兴趣的波长。
发明的详细描述
导论
在本文中，术语“镜面反射”指将光线反射至以镜面角为中心、顶角为16°的出射圆锥体内。术语“漫反射”指光线反射至上述镜面反射圆锥体外。术语“总反射”指表面上所有反射光线的总和。因此，总反射是镜面反射和漫反射之和。
同样，本文中术语“镜面透射”指将光线透射人以镜面方向为中心、顶角为16°的出射圆锥体内。术语“漫透射”指超出了上述镜面透射圆锥体的所有光线透射。术语“总透射”指透射通过光学体的所有光线的总和。因此，总透射是镜面透射和漫透射之和。
本文中术语“消光比”定义为在一种偏振态下透过的全部光线与在正交偏振态下透过的光线之比。
图1-2描述了本发明的第一个实例。根据本发明制得漫反射光学膜10或其它光学体，它包括一个双折射性基质即连续相12和一个非连续或分散相14。连续相的双折射通常至少约为0.05，较好至少约为0.1，更好至少为约0.15，最好至少约为0.2。
沿三个互相正交轴中第一个轴向，连续相和分散相的折射率是基本匹配的(即，相差小于约0.05)，沿三个互相正交轴中第二个轴向它们是基本上不匹配的(即，相差大于约0.05)。较好的是，在匹配方向上连续相和分散相的折射率差小于约0.03，更好小于约0.02，最好小于约0.01。在不匹配方向上连续相和分散相的折射率差宜至少约为0.07，较好至少约为0.1，最好至少约为0.2。
沿一特定轴向的折射率不匹配的后果是，沿该轴偏振的入射光基本上被散射，从而形成大量的反射。相反，沿折射率匹配的轴方向偏振的入射光会镜面透射或镜面反射，而只有很少程度的散射。这个效果可用来制备各种光学器件，包括反射偏振器和反射器。
本发明提供一种实用而简单的光学体，以及制备反射偏振器的方法，还根据本文所述原理提供一种获得连续的光学性能范围的方法。同样，也可获得非常有效的低损耗高消光比偏振器。其它优点是有广泛的用于分散相和连续相的实用材料，以及在提供有稳定而可预测的高质量性能的光学体时的高度可控性。
折射率匹配/不匹配的效果
在较好的实例中，连续相和分散相中至少有一种材料是一种经取向其折射率会发生改变的材料。所以，当膜在一个或多个方向上取向时，就沿一个或多个轴方向产生了折射率匹配或不匹配。通过仔细控制取向参数和其它加工条件，可利用基质正的或负的双折射性使一个给定轴向的一个或两个光偏振态产生漫反射或透射。透射和漫反射间的相对比例取决于分散相掺杂物的浓度、膜厚度、连续相和分散相间的折射率差的平方、分散相掺杂物的大小和几何形状以及入射光的波长或波段。
沿一特定轴的折射率匹配或不匹配的量值直接影响沿该轴偏振的光线的散射程度。一般来说，散射能力与折射率不匹配的平方成正比。因此，沿一特定轴的折射率不匹配越大，沿该轴偏振的光线的散射就越强烈。相反，当沿一特定轴的不匹配较小时，沿该轴偏振的光线散射的程度就较小，从而使光线镜面透射通过光学体。
图4a-b说明了本发明取向膜中的这个效果。图中显示了632.8nm的法向入射的光线的典型的双向散射分布函数(BSDF)的测定结果。BSDF描述在J.Stover的“光散射的测量和分析”("Optical Scattering Measurement and Analysis")(1990)中。图中显示对于垂直和平行于取向轴的偏振光，BSDF与散射角的关系。0°散射角与未散射(分谱透射)光对应。如图4a所示对于沿折射率匹配方向(即，与取向方向垂直的方向)偏振的光线来说，有一个明显的镜面透射峰，并有相当多的漫透射光(散射角在8至80°间)，和少量漫反射光(散射角大于100°)。如图4b所示对于在折射率不匹配方向(即，与取向方向平行的方向)上偏振的光线来说，有可忽略的镜面透射光和数量大大减少的漫透射光，以及相当多的漫反射光。应当注意的是，这些曲线表示的散射平面是与这些伸长掺杂物的取向方向垂直的平面(大多数散射光在该平面内)。在该平面外散射光的贡献则大大降低。
如果沿某一轴掺杂物(即分散相)的折射率与连续的主体介质相匹配，那么电场平行于该轴的入射偏振光将穿过而不发生散射，不论掺杂物的大小、形状和密度如何。如果沿某一轴的折射率不匹配，那么掺杂物将散射沿该轴偏振的光线。对于有给定横截面积，其线度约大于λ/30(λ是介质中光的波长)的散射体，散射强度在很大程度上由折射率不匹配值来决定。不匹配掺杂物的具体大小、形状和排列方式将决定从该掺杂物散射到各方向上的光线的量。如果散射层具有足够的密度和厚度，根据多重散射理论，入射光会被反射或吸收，但不会透射，不论散射体的具体大小和形状如何。
如果要将该材料用作偏振器，最好对其进行加工，例如拉伸并在平面内与拉伸交叉的方向上允许一定程度的尺寸松弛，使得沿与材料表面平行的平面内的第一轴连续相和分散相之间折射率相差较大，沿其它两个垂直的轴向折射率相差较小。这就导致了对不同偏振方向的电磁辐射有较大的光学各向异性。
本发明范围内的一些偏振器是椭圆偏振器。一般来说，椭圆偏振器在拉伸方向和与拉伸方向交叉的方向上均存在分散相和连续相间的折射率差。前向散射和反向散射之比依赖于分散相和连续相间的折射率差、分散相的浓度、分散相的大小和形状以及膜的总厚度。一般来说，椭圆漫射体中分散相颗粒和连续相间的折射率差相对较小。通过使用以双折射性聚合物为基的漫射体，可获得高度的椭圆偏振灵敏度(即，漫反射率依赖于光的偏振态)。在极端情况下，当聚合物的折射率在一个轴向匹配时，椭圆偏振器将是一种漫反射偏振器。
获得折射率匹配/不匹配的方法
最好挑选用于本发明的偏振器的材料，以及这些材料的取向程度，使得在最终偏振器中两个相至少在一个轴向上其相关折射率是基本相等的。该轴(它通常是，但不必须是，取向方向的横向)上的折射率匹配会导致在该偏振平面内基本没有光反射。
在拉伸后，分散相在取向方向上的折射率也会下降。如果主体基质的双折射性是正型(positive)的，则具有负型(negative)应变诱导双折射性的分散相能更好地增加取向轴上邻接相之间折射率之差，同时偏振平面与取向方向垂直的光的反射仍可忽略。在取向后，取向方向的正交方向上邻接相间的折射率差应小于约0.05，最好小于约0.02。
分散相也可表现出正型应变诱导双折射性。然而，这可通过热处理来改变，使垂直于连续相取向方向的轴上的折射率匹配。热处理的温度不应过高而造成连续相中的双折射性松弛(relax)。
分散相的大小
分散相的大小对散射也有显著影响。如果分散相颗粒太小(即，小于介质中感兴趣光波长的约1/30)，且如果每立方波长内有许多颗粒的话，光学体就相当于一个沿任何给定轴的有效折射率在两个相的折射率之间的媒质。在这种情况下，很少有光散射。如果颗粒太大，则光从颗粒表面镜面反射，很少有光漫射至其它方向。当颗粒在至少两个正交方向上太大时，还会发生不合要求的虹彩效应。当颗粒变大导致光学体的厚度增加并且所需的机械性能丧失时，也会达到实际的极限。
分散相颗粒在排列后的尺寸可根据光学材料要求的用途而变。因此，例如，颗粒的尺寸可根据具体应用中感兴趣的电磁辐射波长而改变，对于反射或透射可见光、紫外线、红外线和微波辐射需要有不同的尺寸。然而，一般来说颗粒应具有这样的长度即大致大于介质中感兴趣的电磁辐射波长的1/30。
较佳地是，在将光学体用作低损耗反射偏振器的应用中，颗粒的长度约大于感兴趣波长范围内电磁辐射波长的2倍，最好大于该波长的4倍。颗粒的平均直径宜等于或小于感兴趣波长范围内的电磁辐射波长，最好小于所需波长的0.5倍。尽管分散相的尺寸在许多应用中是次要的考虑因素，但是在漫反射相对较少的薄膜应用中，它变得较为重要。
分散相的几何形状
尽管折射率不匹配是本发明膜中赖以促进散射的主要因素(即，本发明漫射镜或偏振器的连续相和分散相在至少一个轴向上的折射率有显著的不匹配)，但是分散相颗粒的几何形状对于散射可以有次要的影响。因此，颗粒对于折射率匹配和不匹配方向上的电场的退极化因子可减少或增加给定方向上的散射量。例如，当分散相在沿垂直于取向轴的平面上截取的截面是椭圆形时，分散相的椭圆形截面形状在反向散射光和前向反射光中都产生不对称漫射。结果可增加或减少(detract)由折射率不匹配产生的散射量，但是一般来说在本发明较佳的性能范围内，其对散射的影响较小。
分散相颗粒的形状也会影响从颗粒上散射的光线的漫射的程度。这种形状效应通常是很小的，但是随着垂直于入射光方向的平面中颗粒几何截面的纵横比增加和颗粒变得相对较大，这种影响会增加。一般来说，在实施本发明时，如果希望得到漫反射而不是镜面反射，那么分散相颗粒在一个或两个互相正交方向上的大小应小于数个光波长。
较佳地，对于低损耗反射偏振器来说，较佳的实例包括位于连续相中的一系列杆状结构的分散相，取向后这些结构物具有大的纵横比，对于平行于取向方向的偏振光，可通过提高该偏振光相对于垂直于取向方向的偏振光的散射强度和色散，而增加反射。然而，如图3a-e所示，分散相可以有许多不同的几何形状。因此，分散相可以是圆盘状或伸长的圆盘状的(如图3a-c所示)、杆状(如图3d-e所示)或球状的。其它可考虑的实例是，其中分散相截面大致呈椭圆形(包括圆形)、多边形、不规则形状或一种或多种这些形状的组合。分散相颗粒的截面形状和大小可以随不同颗粒而不同、或随不同薄膜区域(即，从表面到内芯)而不同。
在一些实例中，分散相可以有一种芯和壳的结构，其中芯和壳可用相同或不同的材料制成，或者芯是中空的。因此，例如，分散相可包含长度相等或无规的、截面均一或不均一的中空纤维。纤维的内部空间可以是空的，或可被固体、液体或气体、或者有机或无机的合适介质所占据。可根据分散相和连续相的折射率来选择该介质的折射率，以获得所需的光学效应(即，沿一给定轴的反射或偏振)。
通过适当地对光学材料进行取向或加工、通过采用特定几何形状的颗粒或通过组合使用这两种方法，可获得分散相所需的几何形状。因此，例如，可通过沿一个轴向对由大致呈球状的分散相颗粒组成的膜进行取向，制备基本呈杆状结构的分散相。通过在垂直于第一方向的第二方向上对膜进行取向，可使杆状结构物形成椭圆形截面。在另一个实例中，通过在一个方向使分散相由一系列基本上为矩形的薄片组成的膜取向，可制得杆的横截面是矩形的基本为杆状的分散相。
拉伸是一种获得所需几何形状的简便方法，因为拉伸也可用来使材料的折射率产生差异。如上所述，可以在多个方向上对本发明膜进行取向，所述取向可以相继或同时进行。
在另一个实施例中，可将连续相和分散相的成分进行挤塑，使得在未取向膜中分散相在一个轴向上呈杆状。通过在挤出膜中杆主轴方向上取向，可获得有较大纵横比的杆。通过在挤出膜中杆主轴的正交方向上取向，可获得片状结构。
可通过对连续基质中基本呈球形的颗粒混合物进行不对称双轴取向来制得图2中的结构。或者，可通过将许多纤维状结构物加入基质材料中，使结构物仅沿一个轴向排列并在该轴横向上取向该混合物来制得所述结构。获得这种结构的还有一种方法是，控制聚合物混合物中组分的相对粘度、剪力或表面张力，以在混合物挤出成膜时产生纤维状分散相。一般来说，发现在挤出方向上施加剪切力时可获得最好的效果。
分散相的空间排列
还发现空间排列对分散相的散射性能产生影响。具体地说，在本发明光学体中观察到经排列的散射体不会象无规排列的散射体那样绕镜面透射或反射方向对称地散射光线。更具体地说，通过取向被拉成杆状的掺杂物主要沿以取向方向为中心的圆锥表面(或附近)和沿镜面透射方向散射光线。这会导致散射光绕镜面反射和镜面透射方向的各向异性分布。例如，对于垂直于取向方向入射到这种拉长杆上的光线，散射光表现为在垂直于取向方向的平面上的一条光带，其强度随着离开镜面方向的角度增加而减弱。通过改变掺杂物的几何形状，可对散射光在透射半球和反射半球中的分布进行一定的控制。
分散相的尺寸
在将光学体用作低损耗反射偏振器的应用中，分散相结构最好有高的纵横比，即结构在一个方向上的尺寸比其它所有方向上的尺寸大得多。纵横比宜至少为2，更佳地至少为5。最大线度(即长度)宜至少为感兴趣波长范围内电磁辐射波长的2倍，更佳的至少为所需波长的4倍。另一方面，分散相结构(structures)的较小线度(即截面线度)宜小于或等于感兴趣的波长，更佳的应小于感兴趣波长的0.5倍。
分散相的体积分数
分散相的体积分数也对本发明光学体中的光散射有影响。在一定的范围内，增加分散相的体积分数会增加匹配和不匹配方向的偏振光进入光学体后发生的散射量。这一因素对于控制给定应用场合下的反射和透射性能是重要的。
所需的分散相体积分数依赖于多种因素，包括连续相和分散相材料的具体选择。然而，通常分散相的体积分数至少约为连续相的1％(体积)，更佳的在约5至15％范围内，最佳的在15至30％范围内。
共连续相
如果粘度基本相等的高分子聚合物的二元混合物的体积分数达到50％，将难以区分连续相和分散相，因为各个相在空间上变得连续了。根据所选择的材料，也存在看来好象第一相分散在第二相中以及相反的区域。对于各种共连续形态的说明以及对于评价、分析和表征这些形态的方法，可参见Sperling和该文引用的参考文献(L.H.Sperling,"Microphase Structure"Encyclopedia of PolymerScience and Engineering,2nd.,Vo1.9,760-788和L.H.Sperling,Chapter 1"Interpenetrating Polymer Networks:An Overview",Interpenetrating PolymerNetworks,edited by D.Klempner,L.H.Sperling,and L.A.Utracki,Advances inChemistry Series#239,3-38,1994)。
可根据许多方法制得具有共连续相的本发明材料。例如，将第一相聚合物材料与第二相聚合物材料机械掺混形成共连续体系。由掺混形成的共连续形态的例子描述在，例如D.Bourry和B.D.Favis"Co-Continuity and Phase Inversion inHDPE/PS Blends:The Role of Interfacial Modification",1995 Annual TechnicalCoference ofthe Society of Plastics Engineers ANTEC,Vol.53,No.2,2001-2009(聚苯乙烯/聚乙烯掺混物)，以及A.Leclair和B.D.Favis"The role of interfacialcontact in immiscible binary polymer blends and its influence on mechanicalproperties"Polymer,Vol.37,No.21,4723-4728,1996(聚碳酸酯/聚乙烯掺混物)。
还可按下述方法制得本发明共连续相：首先如美国专利4,281,084公开的用于聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯掺混物那样使其在超临界的提取液中溶出，随后如N.Mekhilef,B.D.Favis和P.J.Carreau"Morphological Stability of PolystyrenePolyethylene Blaens".1995 Annual Technical Conference ofthe Society of PlasticsEngineers ANTEC,Vol.53,No.2,1572-1579)所述在加热和/或施加机械剪力后使之分相。
制备本发明共连续相的另一种方法是通过形成互相渗透的聚合物网络(IPN)，较重要的一些IPN包括同步IPN、依次IPN、梯度IPN、胶乳IPN、热塑性IPN和半IPN。这些和其它类型的IPN，其物理性能(如相图)及其制备和表征方法可参见，例如L.H.Sperling和V.Mishra,"Current Status ofInterpenetrating Polymer Network",Polymerfor Advanced Technologies,Vol.7,No.4,197-208,April 1996，以及L.H.Sperling,"Interpenetrating Polymer Networks:An Overview",Interpenetrating Polymer Networks,edited by D.Klempner,L.H.Sperling，和L.A.Utracki,Advances in Chemistry Series#239,3-38,1994)。制备这些体系的一些重要方法综述如下。
制备同步IPN：将两种或多种聚合物网络的各种单体或预聚物加上交联剂和活化剂混合在一起，随后使各种单体或预聚物以互不干扰的方式同时进行反应。例如，可利用链聚合动力学进行一种反应，利用逐步聚合动力学进行另一种反应。
制备依次IPN：首先形成初始的聚合物网络。随后将一种或多种其它网络的单体、交联剂和活化剂溶胀在该初始聚合物网络中，在该网络中它们原位反应，形成其它聚合物网络。
合成梯度IPN：这种IPN材料中一处和另一处的总组成或交联密度在宏观上看来是不同的。这种体系可通过，例如形成主要在膜一个表面上的第一聚合物网络以及主要在膜另一表面上的第二聚合物网络，并在整个膜的内部形成组成梯度而制得。
制得的胶乳IPN是胶乳状的(如具有内芯和外壳的结构)。在某些变化方式中，可混合两种或多种胶乳并形成一种将聚合物交联的膜。
热塑性IPN是用物理交联代替化学交联的聚合物掺混物和IPN的混合物。结果，在提高的温度下这些材料能像热塑性弹性体那样流动，但是在正常使用温度下它们交联并具有IPN那样的性能。
半IPNs是两种或多种聚合物的组合物，其中一种或多种聚合物是交联的，一种或多种聚合物是线型的或带支链的。
如上所述，在多组分体系中和在双组分体系中都可获得共连续性。例如可将三种或多种材料组合在一起以得到要求的光学性能(如透射率和反射率)和/或改进的物理性能。所有组分可以是互不混溶的，或者两种或多种组分是可混溶的。具有共连续性的许多三元体系描述在例如L.H.Sperling,Chapter 1"Interpenerating Polymer Networks:An Overview",Interpenetrating PolymerNetworks,edited by D.Klempner,L.H.Sperling,and L.A.Utracki,Advances inChemistry Series #239,3-38,1994)。
相结构的特性尺寸、可观察到共连续性的体积分数范围、以及形态稳定性均会受到添加剂(如相容剂)、接枝或嵌段共聚物、或活性组分(如马来酸酐或甲基丙烯酸缩水甘油酯)的影响。这种影响可参见例如H.Y.Tsai和K.Min"ReactiveBlends of Functionalized Polystyrene and Polyethylene Terephthalate",1995 AnnualTechnical Conference of the Society of Plastics Engineers ANTEC,Vol.53,No.2,1858-1865中对聚苯乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯掺混物的描述。但是，对于具体的体系，可通过常规实验建立相图并用以制造本发明的共连续体系。
根据制造方法、相的混溶性、存在的添加剂以及本领域中已知的其它因素，本发明共连续体系的显微结构可明显不同。例如，共连续体系中的一个或多个相可以是纤丝状的，所述纤维可无规取向或沿同一轴取向。其它共连续体系可包括第一相的开口泡孔基质，第二相以共连续的方式被置于该基质的泡孔中。这些体系中的各相可仅沿一个轴向、沿二个轴向或沿三个轴向共连续。
在许多情况下，具有共连续相(特别是IPN)的本发明光学体的性能优于仅有一个连续相的相似光学体的性能，当然，这取决于各种聚合物的单独的性能和这些聚合物的结合方式。例如，本发明共连续体系允许结构不相似的聚合物化学和物理地结合，从而提供了一种方便的改进光学体的性能使之满足特殊需要的途径。另外，共连续体系通常较容易加工，并具有如耐天候性、低可燃性、高的耐冲击性和拉伸强度、改进的挠性和优良的化学品耐受性等性能。IPN特别适用于某些用途，因为它们常在溶剂中溶胀(但不溶解)，并且与类似的非IPN体系相比，显示出受抑制的蠕变和流动性(参见如D.Klempner和L.Berkowski“Interpenetrating Polymer Networks”,Encyclopedia of Polymer Science andEngineering,2nd EdVol.9,489-492)。
本领域的熟练技术人员可将本领域已知的共连续体系的原理和本文所述的内容结合起来制造具有独特光学性能的共连续形态。例如，可根据本文公开的内容控制已知共连续形态的折射率，以制备新的本发明光学膜。同样，可将本发明公开的原理用于已知的光学体系中制造共连续形态。
光学体的厚度
光学体的厚度也是一个重要的参数，在本发明中可通过控制该参数来影响反射和透射性能。当光学体厚度增加时，漫反射也会增加，而透射(镜面透射和漫透射)会减弱。因此，尽管常选择光学体的厚度使最终产物具有所需的机械强度，但是它也可用来直接控制反射和透射性能。
也可用厚度来最终调节光学体的反射和透射性能。例如，在膜涂布中，可用后续光学装置来控制膜挤出装置，所述后续光学装置测定挤出膜中的透射和反射量，并改变膜的厚度(即通过调节挤出速率或改变流延滚筒速度)，从而使反射和透射量保持在预定的范围内。
用作连续相/分散相的材料
根据光学体涉及的具体应用，可将许多不同的材料用作本发明光学体的连续相或分散相。这些材料包括无机材料如二氧化硅基聚合物，有机材料如液晶，以及聚合材料，如单体、共聚物、接枝聚合物及其混合物或掺混物。给定应用中材料的具体选择取决于所需的特定轴上连续相和分散相的折射率匹配和不匹配，以及获得产品中所需的物理性能。然而，连续相材料的特征通常是在所需光谱区域中它是基本上透明的。
在选择材料时另一个考虑因素是，得到的产品必须含有至少两个不同的相。这可通过用两种或多种互不混溶的材料铸塑光学材料来实现。或者，如果需要用相互混溶的第一和第二种材料制备光学材料，且第一种材料的熔点比第二种材料高的话，在某些情况下可以在低于第一种材料熔点的温度下将适当尺寸的第一种材料颗粒包封在第二种材料的熔融基质中。然后将得到的混合物流延成膜，随后取向或不取向，制成光学器件。
适于用作本发明中的连续相或分散相的聚合材料可以是无定形的、半结晶的、或者是结晶的聚合材料，包括由基于羧酸(如间苯二酸、壬二酸、己二酸、癸二酸、二苯甲酸(dibenzoic acid)、对苯二甲酸、2,7-萘二甲酸、2,6-萘二甲酸、环己烷二羧酸和联苯甲酸(包括4,4′-联苯甲酸))的单体制得的材料，或由上述酸的相应酯(即，对苯二甲酸二甲酯)制得的材料。其中，由于其应变诱导双折射性和在拉伸后持久保持双折射性的能力，聚-2,6-萘二甲酸乙二醇酯(PEN)是特别佳的。当偏振平面与拉伸轴平行时，拉伸后PEN对于波长为550nm的偏振的入射光的折射率由约1.64增加至高达约1.9，而对于垂直于拉伸轴偏振的光线折射率则下降。PEN在可见光谱内表现出的双折射性(在这种情况下，是沿拉伸方向的折射率和垂直于拉伸方向折射率之差)为0.25至0.40。通过提高分子取向可增加该双折射率。根据制备膜时所用的加工条件，PEN可以在约155℃至高达约230℃下基本上是热稳定的。
聚萘二甲酸丁二醇酯以及其它结晶萘二甲酸聚酯也是合适的材料。结晶萘二甲酸聚酯在平面内不同轴上的折射率差至少为0.05，最好大于0.20。
当用PEN作为本发明光学材料中的一个相时，另一个相宜为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或间同乙烯基芳族聚合物如聚苯乙烯(sPS)。其它与PEN一起使用的较佳聚合物是基于对苯二甲酸、间苯二酸、癸二酸、壬二酸或环己烷二羧酸或这些物质相应的烷基酯的聚合物。也可用少量的萘二甲酸来改善相间的粘性。二醇组分可以是乙二醇或相应的二元醇。较佳的，所选聚合物的折射率小于约1.65，更佳的小于约1.55，尽管(如果有相同的折射率差的话)使用有更高折射率的聚合物也可获得相同的结果。
适用于本发明的间规乙烯基芳族聚合物包括聚苯乙烯、聚(烷基苯乙烯)、聚(卤代苯乙烯)、聚(烷基苯乙烯)、聚(苯甲酸乙烯酯)及其氢化的聚合物和混合物，或含有这些结构单元的共聚物。聚(烷基苯乙烯)的例子包括：聚(甲基苯乙烯)、聚(乙基苯乙烯)、聚(丙基苯乙烯)、聚(丁基苯乙烯)、聚(苯基苯乙烯)、聚(乙烯基萘)、聚(乙烯基苯乙烯)和聚(苊)。聚(卤代苯乙烯)的例子包括：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：聚(甲氧基苯乙烯)和聚(乙氧基苯乙烯)。在这些例子中，特别佳的苯乙烯基团聚合物是：聚苯乙烯、聚(对甲苯乙烯)、聚(间甲苯乙烯)、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)，以及苯乙烯和对甲苯乙烯的共聚物。
另外，除了上述苯乙烯基团聚合物的单体外，作为间规乙烯基芳族基团共聚物的共聚单体还包括烯烃单体如乙烯、丙烯、丁烯、己烯或辛烯；二元烯烃单体如丁二烯、异戊二烯；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。
本发明的间规乙烯基芳族聚合物可以是嵌段共聚物、无规共聚物或交替共聚物。
本发明中所指的有高水平间规结构的乙烯基芳族聚合物通常包括间同规正度高于75％(用C-13核磁共振测得)的聚苯乙烯。较佳的是，间同规正度应高于85％外消旋二元体(racemic diad)，或高于30％外消旋五元体(pentad)，较佳的应高于50％外消旋五元体。
另外，尽管没有具体限制这些间规乙烯基芳族基团聚合物的分子量，但是其重均分子量宜大于10,000而小于1,000,000，更佳的应大于50,000而小于800,000。
关于所述的其它树脂，可提到各种类型，包括例如无规立构的乙烯基芳族基团聚合物、全同立构的乙烯基芳族基团聚合物，以及所有可混溶的聚合物。例如，聚亚苯基醚表现出良好的与前述乙烯基芳族基团聚合物的混溶性。另外，这些可混溶的树脂组分的组成宜占70至1重量％，或更佳的占50至2重量％。当可混溶树脂组分的组成超过70重量％时，耐热性就会变差，而这通常是不希望的。
某一特定相所选择的聚合物不必是共聚多酯或共聚碳酸酯。也可采用由单体(如乙烯基萘、苯乙烯、乙烯、马来酐、丙烯酸酯类和甲基丙烯酸酯类)制得的乙烯基聚合物和共聚物。也可用聚酯和聚碳酸酯以外的缩聚物。合适的缩聚物包括聚砜、聚酰胺、聚氨酯、聚酰胺酸(polyamic acid)和聚酰亚胺。如果需要使折射率大致匹配，且PEN是主体的话，可用萘基团和卤素(如氯、溴和碘)来使所选聚合物的折射率升高到所需水平(1.59至1.69)。丙烯酸酯基团和氟对降低折射率特别有用。
可用少量的共聚单体代入萘二甲酸聚酯，只要基本上不损害取向方向上的大折射率差即可。较小的折射率(因此较小的反射率)可由下列任何优点弥补：连续相和分散相间的改善的粘性、低挤出温度和熔融粘度较好的匹配。
光谱区域
尽管通常是参照光谱的可见区来描述本发明的，但是通过适当地按比例改变光学体的各组成部分可将本发明的各个实例用于电磁辐射的不同波长(以及频率)。因此，当波长增大时，可增加光学体各组成部分的线性尺寸，使得这些组分以波长单位计的尺寸大致保持恒定。
当然，对于大多数感兴趣的材料来说，改变波长的一个主要影响是折射率和吸收系数的变化。然而，折射率匹配和不匹配的原理仍适用于每一种感兴趣的波长，并可用来选择用于特定光谱区的光学器件的材料。例如，适当地按比例改变尺寸即可用于光谱的红外、近紫外和紫外区。在这些情况下，折射率指的是在这些操作波长下的数值，光学体厚度和分散相散射组分的大小也应大致根据波长来改变。可采用甚至更宽的电磁波谱，包括甚高频、超高频、微波和毫米波频率。在根据波长适当按比例改变后时，仍存在偏振和漫射效应，折射率可从介电函数(dielectric function)(包括实部和虚部)的平方根获得。在这些较长波段中使用的产品可以是漫反射偏振器和部分偏振器。
在本发明的一些实例中，光学体的光学性能在感兴趣的波段内是不同的。在这些实例中，可使用在一个或多个轴上的折射率在一个波段与另一波段不相同的材料作为连续相和/或分散相。连续相和分散相材料的选择，选择特定材料后得到的光学性能(即，漫射和分散体反射或镜面透射)将依赖于感兴趣的波段。
表层
可将一层基本无分散相的材料共延伸地置于所述膜(即分散相和连续相的挤出混合物)的一个或两个主表面上。可选择该层(也称作“表层”)的组分，例如，来保护分散相在挤出混合物中的完整性，赋予最终膜以机械或物理性能，或赋予最终膜以光学功能。所选的合适材料包括用作连续相的材料或用作分散相的材料。也可使用熔融粘度与挤出的混合物相仿的材料。
一层或多层表层将使挤出混合物在挤出过程中，尤其是在挤出模头中可能会遇到的较宽的剪切应力范围变窄。高的剪切环境会引起不利的表面空隙并产生有纹理的表面。在膜厚度内有较宽范围的剪力也会阻碍分散相在混合物中形成所需的颗粒大小。
一层或多层表层也会增加最终复合体的物理强度，或减少加工中的问题，例如减少膜在取向过程中撕裂的趋势。保持无定形的表层材料会使膜具有较高的韧性，而半晶形的表层材料会使膜具有较高的拉伸模量。可向表层中加入其它功能性组分，如抗静电剂、紫外线吸收剂、染料、抗氧化剂和颜料，只要它们基本上不影响制得产品所需的光学性能即可。
还可施加表层或涂层以赋予最终的膜或器件以防渗性能。例如，可施加防渗膜或涂层作为表层或表层中的组分，以改变膜或器件对液体(如水或有机溶剂)或气体(如氧或二氧化碳)的渗透性能。
还可施加表层或涂层以赋予或改进最终制品的耐磨性。例如，可向本发明光学膜上施加含有嵌入聚合物基质中的二氧化硅颗粒的表层，以使该膜具有耐磨性，当然前提是这种层不能损害膜在特定应用中所需的光学性能。
还可施加表层或涂层以赋予或改进最终制品的耐刺穿性和/或抗撕裂性。例如，在光学膜外层含有coPEN作为主要相的实例中，可使单片coPEN的表层与光学层一起挤出，使形成的膜具有良好的抗撕裂性。选择用作抗撕裂层的材料时要考虑的因素包括断裂伸长率，杨氏模量，撕裂强度，与内层的粘性，在感兴趣的电磁波段的透射率和吸收率，光学透明度或雾度，与频率有关的折射率，结构和粗糙度，熔体热稳定性，分子量分布，熔体流变性和共挤出性，表层和光学层材料之间的互溶性和互扩散速率，粘弹响应，在拉伸状态下的松弛和结晶性能，在使用温度的热稳定性，耐天侯性，与涂层的粘合性能和对各种溶剂和气体的渗透性能。可在制造过程中将耐刺穿或抗撕裂表层施加至光学膜上，或者在制造过程以后将其涂覆在或层压在该光学膜上。在制造过程中将这些层粘合(如用共挤出方法)在光学膜上的优点在于在制造过程中光学膜就受到保护。在某些实例中，可以单独或与耐刺穿或抗撕裂表层相结合地在光学膜内施加一层或多层耐刺穿或抗撕裂层。
可在挤出过程中的某一时刻，即挤出混合物和表层离开挤出模头之前，将表层施加在挤出混合物的一个或两个侧面上。这可采用常规的共挤出方法来实现，该方法包括采用三层共挤出模头。也可以将一层或多层表层层压到预先形成的挤出混合物膜上。表层总厚度可为全部混合物/表层厚度的约2％至约50％。
在某些应用中，可在光学膜的制造过程中将附加层共挤出或粘合在表层的外面。这种附加层也可在独立的涂覆操作中挤出或涂覆在光学膜上，或作为独立的膜，箔或刚性或半刚性基片(如聚酯(PET)、丙烯酸(PMMA)、聚碳酸酯、金属或玻璃)层压在光学膜上。
很多聚合物适于用作表层。主要是无定形的聚合物中，合适的例子包括基于对苯二甲酸、2,6-萘二甲酸、间苯二酸、苯二酸、或它们的烷基酯对应物以及亚烷基二醇(如乙二醇)中的一种或多种的共聚多酯。适合于用作表层的半结晶聚合物的例子包括聚-2,6-萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和尼龙材料。可用于增加光学膜坚韧性的表层包括高伸长率的聚酯，如EcdelTM和PCTG 5445(购自Eastman Chemical Co.,Rochester,N.Y.)和聚碳酸酯。聚烯烃(如聚丙烯和聚乙烯)也可用于该目的，特别是用相容剂将其粘合在光学膜上时。
功能层
可向本发明光学膜或器件上施加各种功能层或涂层，以改变或改进其物理性能或化学性能，特别是该光学膜或器件表面的物理或化学性能。这些层或涂层可包括，例如滑爽剂，低粘性背衬材料，导电层，抗静电涂层或膜，防渗透层，阻燃剂，UV稳定剂，耐磨材料，光学涂层和用于改进膜或器件的机械完整性或强度的基片。
通过用低摩擦系数的涂层或滑爽剂(如涂覆在表面上的聚合物小珠)对本发明膜和光学器件进行处理，可使之具有良好的滑爽性能。或者，例如通过控制挤出条件可改进这些材料表面的形态，使膜具有滑爽的表面。如此改变表面形态的方法公开在美国专利申请08/612,710中。
在某些应用中(如将本发明光学膜用作粘合带的组分时)，需要用低粘性背胶(LAB)涂料或膜(如那些基于聚氨酯、硅氧烷或含氟烃化学物的膜)处理光学膜。经这种方法处理后的膜对压敏粘合剂(PSA)具有适当的剥离性能，从而使之能用粘合剂处理并缠绕成卷。用这种方式制得的粘合带可用于装饰，或用于要求粘合带具有漫反射或漫透射表面的任何用途中。
本发明膜和光学器件还可带有一层或多层导电层。这种导电层可含有金属如银、金、铜、铝、铬、镍、锡和钛，金属合金如银合金、不锈钢和铬镍铁合金，以及半导体金属氧化物如掺杂或未掺杂的氧化锡、氧化锌和氧化锡铟(ITO)。
本发明膜和光学器件还可带有抗静电涂层或膜。这种涂层或膜包括，例如V2O5和磺酸盐聚合物、碳或其它导电金属层。
本发明膜和光学器件还可带有一层或多层改善光学膜防止某些液体或气体渗透的性能的膜或涂层。例如，本发明器件或膜可带有抑制水汽、有机溶剂、氧气或二氧化碳透过所述膜的膜或涂层。在水分渗透会损害所述膜或器件组分的高湿度环境下，尤其需要防渗透层。
还可用阻燃剂处理本发明光学膜和器件，尤其在将其用于如飞机这样的严格执行防火标准的环境的情况下。合适的阻燃剂包括铝三水合物、三氧化锑、五氧化锑和阻燃的有机磷酸盐。
本发明光学膜和器件还可带有常施涂成表层的耐磨或硬质涂层。这些涂层包括丙烯酸硬质涂层，如购自Rohm & Haas,Philadelphia,PA的Acryloid A-11和Paraloid K-120N；聚氨酯丙烯酸酯(urethane acrylates)，如美国专利4,249,011公开的和购自Sartomer Corp.,Westchester,PA的物料；以及由脂族聚异氰酸酯(如Desmodur N-3300，购自Miles,Inc.,Pittsburgh,PA)和聚酯(如Tone Polyol 0305,购自Union Carbide,Houston,TX)反应制得的聚氨酯硬质涂层。
还可将本发明光学膜或器件层压在刚性或半刚性基片(例如玻璃、金属、丙烯酸、聚酯和其它聚合物背衬)上以得到刚性的结构，耐天候性或更容易操作。例如，可将本发明光学膜层压在薄丙烯酸或金属背衬上，使之能冲压或用其它方式形成并保持要求的形状。对于某些应用(如将所述光学膜施加至其它可断裂的背衬上)，可使用包括PET膜或耐刺穿膜的附加层。
本发明光学膜和器件还可装有抗粉碎膜或涂层。适合于这种用途的膜和涂层公开在专利公告EP592284和EP591055，并可购自美国3M公司。
可将各种光学层、材料和器件施加在本发明膜和器件上或与之一起用于特定的用途中。它们包括，但不限于磁性或磁-光涂层或膜；液晶板如用于显示板和保密窗的液晶板；感光乳剂；织物；分光膜如线型Fresnel透镜；增亮膜；全息照相膜或影像；可浮雕的膜；抗干扰(anti-tamper)膜或涂层；用于低发射率用途的IR透明膜；剥离膜或剥离层涂覆纸以及偏振器或反射器。
也可设想在光学膜的一个或两个主表面上有多层附加层，它们可以是上述各种涂层或膜的任意组合。例如，当将粘合剂施涂在光学膜上，该粘合剂可含有白色颜料(如二氧化钛)以增加总反射率，或者它可以是光学透明的以便将基片的反射性合并入光学膜的反射性中。
为了改进膜的成卷和转制性能，本发明光学膜还可含有滑爽剂，所述滑爽剂可混入膜中或作为单独的涂层。在许多情况下，仅向所述膜的一侧，最好是朝刚性基片的那侧施加滑爽剂以减少膜的浑浊。
微空隙
在一些实例中，选择连续相和分散相材料使两相间的界面足够弱以便在膜取向时形成空隙。通过仔细控制加工参数和拉伸比、或选择性地使用相容剂，可以控制空隙的平均尺寸。最终产品中的空隙可用液体、气体或固体回填。空隙可与纵横比以及分散相和连续相的折射率结合起来产生作用，从而在制得的膜中获得所需的光学性能。
两个以上的相
本发明光学体也可包括两个以上的相。例如，本发明光学材料的连续相中可包括两个不同的分散相。第二分散相可以无规地或非无规地分散在整个连续相中，并可无规地排列或是沿共同的轴排列。
本发明光学体也可包括不止一个连续相。因此，在一些实例中，除了第一连续相以及分散相外，光学体还可包括至少在一个方向上与第一连续相共同连续的第二相。在一个具体的实例中，第二连续相是一种与第一连续相共同延伸(即，第一连续相通过在第二连续相中延伸的管道或孔隙网络延伸，就如水在湿海绵的管状网络中延伸那样)的海绵状的多孔材料。在一个相关的实例中，第二连续相具有枝状结构的形式，该结构在至少一个方向上与第一连续相共延伸。
多层组合
如果需要，可将一层或多层本发明连续相/分散相膜与一多层膜组合使用，或是作为该多层膜的组分(以增加反射率)。合适的多层膜包括WO95/17303(Ouderkirk等)中所述的那些膜。在这样的结构中，可将单独的片材层压或用其它方式粘合在一起，或者可以是隔开的。如果片材内相的光学厚度基本相同(就是说，如果两片材沿一给定的轴对入射光表现出基本相等的大量散射体的话)，复合体将会更有效地反射与单独的片材基本相同的波段宽度和反射光谱范围(即，“波段”)内的光。如果片材内相的光学厚度并不基本相等，那么复合体将会比单独相在更宽的波段宽度反射。将镜面片材与偏振器片材组合在一起的复合体可用来增加总反射率并仍能使透过的光线偏振。或者，可对单层片材非对称地双轴取向，以制成选择性反射和偏振的膜。
图5描述了本发明这种实例的一个例子。其中，光学体包括多层膜20，多层膜20中PEN层22和co-PEN层24交替叠合。每一PEN层包括一个在PEN基质中的间同聚苯乙烯(sPS)分散相。这类结构是所需的，因为它产生较低的偏离角色彩(off-angle color)。另外，由于层叠或掺入散射体使漏光达到平均水平，因此对于层厚度的控制就不那么关键，使得膜更能承受加工参数的变化。
前述的任何材料均可用作本实例中的任何一层，或用作特定层中的连续相或分散相。然而，特别希望PEN和co-PEN作为相邻层的主要组分，因为这些材料提供了良好的层压粘性。
同样，各层的排列可有多种变化。例如，光学体的部分或整个结构可按照重复顺序制成。其中一个例子是有…ABCABC…层模式的结构，其中A、B和C是不同的材料、或是相同或不同材料的不同掺混物或混合物，并且A、B或C中的一种或多种含有至少一个分散相和至少一个连续相。表层最好是相同的或化学上相近的材料。
抗反射层
本发明的膜和其它光学器件还可含有一层或多层抗反射层或涂层，例如常规真空涂覆的介电金属氧化物或金属/金属氧化物光学膜，二氧化硅溶胶-凝胶涂层以及涂覆或共挤出的抗反射层，如由低折射率含氟聚合物(如THV)制得的抗反射层，所述THV是购自美国3M公司的可挤塑的含氟聚合物。这些层或涂层可以是偏振敏感或不敏感的，它们的作用是增加透射和减少反射光泽。可通过对本发明膜和光学器件进行适当的表面处理(例如涂覆或溅蚀(sputter-ething))而将抗反射层施加于其上。抗反射涂层的具体例子将在实施例132-133详细说明。
在本发明一些实例中，希望使某些偏振态的透射最大和/或镜面反射最小。在这些实例中，光学体可含有两层或多层，其中至少一层包括抗反射体系，它与具有连续相和分散相的层紧密接触。这种抗反射体系的作用是减少入射光的镜面反射，增加进入含有连续层和分散层的光学体部分的入射光量。这种作用可通过本领域熟知的各种方法来实现。例子是四分之一波长抗反射层、两层或多层抗反射叠层(stack)、折射率渐变层和密度渐变层(graded density layer)。如有必要，还可将这种抗反射功能用于光学体的透射光线的那一侧，以增强透射光。
抗雾翳层
本发明膜和光学器件还可装有赋予抗雾翳性能的膜或涂层。在某些情况下，上述抗反射层可同时起两种作用：使膜或器件具有抗反射性和抗雾翳性能。适用于本发明的各种抗雾翳剂是本领域中众所周知的。但是，这些材料通常是，例如脂肪酸酯，它使膜表面具有疏水性，并促进形成连续的不透明性较低的水膜。
有数位发明人报导了降低表面“起翳”倾向的涂层。例如，Leigh的美国专利3,212,909公开了将铵皂(如羧酸烷基铵)与表面活性剂(硫酸化或磺酸化的脂肪物质)混合在一起制造抗雾翳组合物。Elias的美国专利3,075,228公开了使用硫酸化的烷基芳氧基聚烷氧基醇盐以及烷基苯磺酸盐，制造适用于清洗各种表面和使其具有抗雾翳性能的抗雾翳制品。Zmoda的美国专利3,819,522公开了含有癸炔二醇衍生物和包括乙氧基化的硫酸烷基酯的表面活性剂混合物的表面活性剂组合物在抗雾翳的窗清洗剂表面活性剂混合物中的应用。日本专利公开1994-41,335公开了一种防止起雾和液滴的组合物，它包括胶体氧化铝、胶体二氧化硅和阴离子表面活性剂。Taniguchi等的美国专利4,478,909公开了一种固化的抗雾翳涂层膜，它包括聚乙烯醇、细分的二氧化硅和有机硅化合物，显然碳/硅重量比对于报导的膜的抗雾翳性能是重要的。可使用各种表面活性剂(包括含氟表面活性剂)来改进涂层的表面光滑性。其它混有表面活性剂的抗雾翳涂层公开在美国专利2,803,552、3,022,178和3,897,256中。Scholtz等的世界专利PCT 96/18,691公开了使涂层同时具有抗雾翳性能和抗反射性能的方法。
UV保护层
使用UV稳定的膜或涂层可保护本发明膜和光学器件免遭UV光的影响。合适的UV稳定的膜或涂层包括那些混有苯并三唑或位阻胺光稳定剂(HALS)，如TinuvinTM292(均购自Ciba Geigy Corp,Hawthorne,NY)的膜或涂层。其它合适的UV稳定的膜和涂层包括那些含有二苯酮或丙烯酸二苯基酯(diphenylacrylates)(购自BASF Corp.,Parsippany,NJ.)的膜或涂层。当将本发明光学膜和器件用于户外用途或用于其中光源放射大量UV区光线的照明设备时，这种膜或涂层特别重要。
表面处理
可对本发明膜和其它光学器件进行各种处理，这种处理对这些材料表面或其任何部分进行改性以便有助于随后的处理(如涂覆、着色、金属化或层压)。这种处理可使用底涂料(如PVDC、PMMA、环氧树脂和氮丙啶)或通过物理表面处理(如电晕、火焰、等离子体、闪光灯、溅蚀、电子束处理)来实现或使表面层无定形化(如使用热罐)以除去结晶性。
润滑剂
在本发明膜的加工(如挤出)过程中可使用各种润滑剂。适用于本发明的合适的润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铜、硬脂酸钴、新十二碳酸(neodocanoate)钼和乙酰丙酮钌(Ⅲ)。
抗氧剂
适用于本发明的抗氧剂包括4,4′-硫代二-(6-叔丁基间甲酚)、2,2′-亚甲基二-(4-甲基-6-叔丁基丁基酚)、3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸十八烷酯、双-(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯(diphosphite)、IrganoxTM1093(1979)(膦酸((3,5-二(1,1-二甲基乙基)-4-羟基苯基)甲基)-二(十八烷基)酯)、IrganoxTM1098(N,N′-1,6-已二基双(3,5-二(1,1-二甲基)-4-羟基-苯丙酰胺)、NaugaardTM 445(芳胺)、IrganoxTM L57(烷基化的二苯胺)、IrganoxTM L 115(含硫双酚)、IrganoxTM LO 6(烷基化的苯基-δ-萘胺)、Ethanox 398(氟代亚膦酸酯(flourophosphonite))、和2,2′-亚乙基二(4,6-二叔丁基苯基)氟代亚膦酸酯(fluorophosnite)。
较好的抗氧剂是位阻酚类，包括丁基化的羟基甲苯(BHT)、维生素E(二-α-生育酚)、IrganoxTM 1425WL(二(O-乙基(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基))磷酸钙)、IrganoxTM 1010(四(亚甲基(3,5，二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸酯))甲烷)、IrganoxTM1076(3,5-二叔丁基-4-羟基氢化肉桂酸十八烷酯)、EthanoxTM 702(位阻双酚)、Etanox 330(高分子量位阻酚)、和EthanoxTM703(位阻酚胺)。
染料、颜料、油墨和影像层
可使用油墨、染料或颜料处理本发明膜和光学器件以改变其外观或将其定制成特定的用途。例如，可用油墨或其它印刷标记(如用于显示产品标记、广告、警示、装饰或其它信息的印刷符号)处理膜。可使用各种技术在膜上印刷，如网印、凸版印刷、胶印、橡皮版印刷、点刻印花(stipple printing)、激光印刷等，并可使用各种油墨，包括单组分和双组分油墨、氧化干燥和UV-干燥的油墨、溶解的油墨、分散的油墨和100％油墨体系。
还可通过对膜着色来改变光学膜的外观，如在该光学膜上层压染色的膜、向光学膜的表面施涂有颜料的涂层、或者向一种或多种用于制造光学膜的材料(如连续相或分散相)中添加颜料。
在本发明中可采用可见和近红外染料和颜料，包括，例如光学增亮剂如吸收UV光而在彩色光谱的可见区中发荧光的染料。加入以改变光学膜外观的其它附加层包括，例如遮光(黑色)层、漫射层、全息影像或全息漫射体层以及金属层。这些层中的每一层均可直接施加至光学膜的一个表面或两个表面上，或可以作为层压在光学膜上的第二膜或箔结构的组分。或者，可将某些组分(如遮光剂或漫射剂，或者着色颜料)置于用来将光学膜层压在其它表面上的粘合剂层中。
本发明膜和器件还可带有金属涂层。例如，可通过热解、粉末涂覆、蒸气沉积、阴极溅涂、离子镀覆等直接将金属层施涂在光学膜上。也可将金属箔或刚性金属板层压在光学膜上，或用上述技术先将单独的聚合物膜或者玻璃或塑料片金属化，随后将其层压在本发明光学膜和器件上。
对于许多本发明膜和光学器件的用途，二向色性染料是特别有用的添加剂，因为当它们按分子排列在材料中时，它们可吸收具有特定偏振方向的光线。当将其用于主要仅散射一个偏振方向的光线的膜或其它材料中时，二向色性染料可使该材料对一个偏振态光线的吸收大于对另一个偏振态的吸收。用于本发明的合适的二向色性染料包括刚果红(二苯基-双-α-萘胺磺酸钠)、亚甲基蓝、二苯乙烯染料(比色指数(CI)=620)、和氯化1,1′-二乙基-2,2′-花青(CI=374(橙色)或CI=518(蓝色))。这些染料的性能及其制备方法公开在E.H.Land的Colloid Chemistry(1946)中。这些染料在聚乙烯醇中有显著的二向色性，在纤维素中有较小的二向色性。发现刚果红在PEN中稍有二向色性。
其它合适的染料包括下列材料：(1) 其中R是
Figure A9719416200322
(2) (3) (4)
Figure A9719416200325
这些染料的性能及其制备方法公开在Kirk Othmer Encyclopedia of ChemicalTechnology,Vol.8,pp.652-661(4th Ed.1993)，以及其引用的文献中。
当二向色性染料用于本发明的光学体中时，可将其混入连续相或分散相中。然而，二向色性染料最好加入分散相中。
与某种聚合物体系结合的二向色性染料能使光线产生不同程度的偏振。可使用聚乙烯醇和某些二向色性染料制造具有使光线偏振能力的膜。其它聚合物(如聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰胺，如尼龙-6)在与二向色性染料组合时并没有表现出那么强的使光线偏振的能力。据说聚乙烯醇和二向色性染料的组合比相同染料在其它成膜聚合物系统中的二向色性比要高。较高的二向色性比表明有较高的使光线偏振的能力。
二向色性染料在本发明光学体中的分子排列最好在将染料加入光学体中后通过拉伸光学体来实现。然而，也可用其它方法来实现分子排列。因此，在一种方法中，在光学体取向前或取向后，使二向色性染料在一系列长形的刻痕中结晶(如升华或溶液结晶)，所述刻痕是通过切割、蚀刻或用其它方法形成于膜或其它光学体的表面上的。然后，经处理的表面可涂覆一层或多层表面层、可混入聚合物基质中或用于多层结构中，或作为组分用于另一光学体中。所述刻痕可根据预先确定的图形或图案并使用预定的刻痕间距制得，以获得所需的光学性能。
在一个相关的实例中，可在将中空纤维或导管置于光学体中之前或之后，将二向色性染料置于一种或多种中空纤维或其它导管中。中空纤维或导管可用与周围的光学体材料相同或不同的材料制成。
在另一个实例中，在某一层混人多层结构中之前，通过将二向色性染料升华到该层表面上而使二向色性颜料沿多层结构的层界面放置。在再一个实例中，使用二向色性染料至少部分回填本发明微空隙膜中的空隙。
粘合剂
可使用粘合剂将本发明光学膜和器件层压在其它膜、表面或基材上。这种粘合剂包括具有光学透明性和具有漫射性的粘合剂，以及压敏粘合剂和非压敏粘合剂。压敏粘合剂通常在室温具有粘性并通常最多使用轻微的指压就可将其粘结在表面上。而非压敏粘合剂包括溶剂、加热或辐照活化的粘合剂体系。适用于本发明的粘合剂体系包括基于下列常见组分的粘合剂：聚丙烯酸酯；聚乙烯基醚；含二烯的橡胶，如天然橡胶、聚异戊二烯和聚异丁烯；聚氯丁二烯；丁基橡胶；丁二烯-丙烯腈共聚物；热塑性弹性体；嵌段共聚物，如苯乙烯-异戊二烯和苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物、乙烯-丙烯-二烯共聚物、和苯乙烯-丁二烯共聚物；聚α-烯烃；无定形聚烯烃；硅氧烷；含乙烯的共聚物，如乙烯-乙酸乙烯酯、丙烯酸乙酯、和甲基丙烯酸乙酯；聚氨酯；聚酰胺；聚酯；环氧树脂；聚乙烯基吡咯烷酮和乙烯基吡咯烷酮共聚物；及其混合物。
另外，所述粘合剂可含有添加剂，如增粘剂、增塑剂、填料、抗氧剂、稳定剂、颜料、漫射颗粒、固化剂和溶剂。当使用层压粘合剂将本发明光学膜粘合至另一个表面上时，最好选择粘合剂组合物和厚度使其不影响光学膜的光学性能。例如，当将附加层层压至需要有高度透射率的光学偏振器或反射器上时，在设计的偏振器或反射器透明的波长区层压粘合剂也应是透明的。
其它添加剂
除了上述膜、涂层和添加剂以外，本发明的光学材料中还可含有本领域已知的其它材料或添加剂。这些材料包括粘合剂、涂料、填料、相容剂、表面活性剂、灭微生物剂、发泡剂、增强剂、热稳定剂、抗冲击改性剂、增塑剂、粘度调节剂和其它材料。
本发明的应用
本发明的光学体特别适合于用作漫射偏振器。然而，本发明光学体也可用作反射偏振器或漫射镜。在这些应用中，光学材料的结构与上述漫射体应用中的结构相同。然而，这些反射器通常在至少一个轴上有很大的折射率差。该折射率差通常至少约为0.1、更佳的约为0.15、最佳的约为0.2。
反射偏振器在一个轴上存在折射率差，并在另一个轴上具有基本匹配的折射率。另一方面，反射膜在至少两个膜平面内的正交轴上的折射率不同。然而，这些实例中的反射性能并不只靠折射率不匹配来获得。例如，可调节膜的厚度来获得所需的反射度。在某些情况下，调节膜厚度可使膜由透射漫射器变成漫反射器。
本发明反射偏振器具有许多不同的用途，特别适用于液晶显示板。另外，偏振器可用PEN或类似材料(它应是良好的紫外线滤光器，可有效吸收直至可见光区边缘的紫外光)制成。反射偏振器也可用作红外薄片偏振器。
窗户
本发明光学膜和器件适用于需要漫透射光线并且不需要或不要求透明性或清澈度的窗户，如天窗或保密窗。在这种应用中，可将本发明光学膜与常规的砑光材料(glazing material)(如塑料或玻璃)一起使用或作为该砑光材料的一个组分。用这种方法获得的砑光材料可制成对特定偏振态起作用，使得该窗户对光线的第一种偏振态基本透明，但对光线的第二种偏振态基本反射，从而消除或减少了眩光。还可根据本文的描述改进光学膜的物理性能，使得砑光材料能反射某些光谱区(如UV区)中一个或两个偏振态的光线，而透过另一个光谱区(如可见区)中一个或两个偏振态的光线。
本发明光学膜还可用于透射特定波长光线的装饰窗。例如可使用这种窗户使室内具有一种或多种特定的色彩(如蓝色或金色)，或可用于强调其装饰格调，如使用特定波长照明板。
可使用本领域已知的各种方法(如涂覆或挤出)将本发明光学膜混入砑光材料中。因此，在一个实例中，通过层压或使用光学粘合剂将该光学膜粘合在砑光材料的整个或部分外表面上。在另一个实例中，将本发明光学膜夹在两片玻璃或塑料板之间，并将形成的复合物装在窗户中。当然如本文所述的那样该光学膜可以有附加层或涂层(如UV吸收层、抗雾翳层或抗反射层)，使之更适合其特定用途。
灯具
可将本发明光学膜用于各种灯具，特别是那些希望得到偏振的发射光的用途。典型的灯具含有光源和其它各种元件，包括反射元件(常置于光源后面)、偏振元件(常位于灯具的输出端)以及挡住光源使它不能被直接看见的漫射元件。可根据美学和/或功能的考虑将这些元件在外罩内以各种结构排列。
适合与本发明光学膜一起使用的光源是漫射光源，在偏振方式和方向两方面它发射的光线都具有高度的分散性和无规性。这种漫射光源最好包括光发射区和光反射、散射和/或去偏振区。根据灯具涉及的特定用途，漫射光源可以是荧光灯、白炽灯、固体光源或场致发光(EL)光源或金属卤化物灯。该光源还可以是与点光源、远距离(distant)光源或甚至太阳光照一起使用的无规化的去偏振表面，前者通过自由空间传播、透镜体系、光导向装置、保持偏振的光波导或通过本领域中已知的其它方法传输至漫射偏振器中。
在荧光灯(如用于典型背后照明的LCD中的那种热阴极或冷阴极灯)中，光发射区和光反射、散射和去偏振区都结合在荧光体中，该荧光体具有所有这些功能。在需要高度准直光线的情况下，反射偏振元件的光学结构可使被阻拒的偏振光镜象反射回至光发射区(通常是灯丝或电弧)。光发射区同时起光源和去偏振区的作用。或者，光源可包括光发射区和单独的无规化反射器。
如上所述，本发明光学膜可以是使具有某一个偏振平面的光线透射而使具有另一个偏振平面的光线漫反射的漫反射偏振膜(DRPF)，或者是两个偏振平面上的光线均从膜上漫反射的漫反射膜(DRMF)。因此，本发明光学膜可用于灯具作为反射元件和/或偏振元件。由于该膜是漫反射的并是光学上半透明的，所以无需单独的漫射元件，该光学元件可以同时起漫射元件和偏振元件的作用。
可将本发明光学膜用于使用防直射灯罩的常规照明设备上，所述防直射灯罩的作用是引导光线以及挡住光源使它不能被直接看到。如果将本发明膜层压或用其它方法并置在常规带反射镜的防直射灯罩上，那么一种偏振光会漫反射，而第二种偏振光会被转向(如接近垂直)以将整个照明区的眩光减至最小。
可以想象在灯具中使用至少两片本发明光学膜，其中一片膜可相对另一片膜转动，以便控制或调节偏振光的强度和/或程度以满足现场的特殊需要。
对于无需偏振光的用途(如典型的用于办公室照明的照明设备)，灯具一般包括一个外罩，它含有光源(如荧光灯)、在光源后面的反射元件、和漫射元件。所述光源可以是任何上面所述的光源(如荧光灯)。反射元件可以是任何反射表面，包括，例如涂漆的白色反射器、金属化的膜(如购自美国3M公司的SilverluxTM牌反射膜)、反射金属表面(如抛光的铝)或者反射性的多层双折射反射膜(参见WO95/17303和WO96/19374，在此引为参考)。在一个实例中。将本文所述的本发明膜的DRMF用于非偏振灯具中作为反射元件。还可通过蒸气涂覆或在DRMF背面层压反射金属对DRMF进行金属化，以改进其总反射率。
许多用途需要偏振光以正常地发挥功能。这种用途的例子包括光学显示器，如液晶显示器(LCD)(它广泛地用于便携式计算机、手持计算器、数字式手表、汽车仪表板显示器等)以及利用偏振光增加对比度并减少眩光的偏振照明设备和工作照明用具。在需要偏振光的用途中，灯具一般包括含有光源和偏振元件的外罩，外罩内还可含有反射元件和/或漫射元件。所述光源可以是任何上述光源(如荧光灯)，但最好是漫射光源，它发射出在偏振方式和发射方向两个方面都具有高度分散性或无规性的光线。反射元件(如有的话)可以是任何上述反射元件，或者也可以是本发明BRMF。所述偏振元件可是任何偏振器，包括吸收二向色性偏振器、薄膜介电偏振器、或胆甾型偏振器，但是最好是WO 95/17303和WO96/19347中描述的多层双折射反射偏振器。
吸收偏振器常使用二向色性染料，它对某一偏振取向的光线的透射比与之正交的方向上偏振的光线要强得多。例如将吸收偏振器用于显示器或偏振灯具时，被吸收的光线不会增加LCD或照明设备的光照度，因此不会增加其总亮度。这种偏振器的照明应用公开在美国专利3,124,639(Kahn)、3,772,128(Kahn)、和4,796,160(Kahn)以及美国专利5,184,881(Karpen)和5,359,498(Karpen)中。真空沉积的薄膜介电偏振器不象二向色性偏振器那样是吸收型的，但是也有其它缺点，如差的角响应和对于非设计波长的分谱透射率差。另外，它们通常涂覆在稳定的基材(如大块光学玻璃或聚合物基材)上，这会使其体积太大并太笨重，难以用于需要轻重量和小体积的照明用途。对于某些照明用途，这些偏振器可与适当的光源和本发明的DRMF组合在一起，形成偏振的灯具。
较好的反射偏振器镜面地透射所要求的偏振态的光线并反射另一个偏振态的光线。由漫射光源产生的光线是无规地偏振的，因此存在有偏振组分(a)和(b)。这种光线入射在反射偏振元件上。该反射偏振元件适合于透过具有第一偏振组分(在本例中为偏振组分(a))的光线，并反射具有正交的偏振组分(在本例中为偏振组分(b))的光线。结果，偏振组分(a)的光线透过反射偏振元件，而偏振组分(b)的光线反射回灯具并在该处无规化。某些初始被阻拒的光线被如此转换成所要求的偏振态并镜面透射通过反射偏振元件。这个过程连续进行，不合要求的偏振光线重复地反射及随后的无规化增加了从漫射偏振灯具发射的具有要求的偏振方向的光线的量。结果形成很有效的产生所要求的偏振光的体系。由漫射光源和反射偏振元件组合进行的重复反射和无规化形成了一种将光线由状态(b)转化成状态(a)的有效的机制。该体系是有效的，是因为它将本来被吸收从而不能利用的光线转化成要求的偏振态。因此利用这种偏振元件的灯具能更有效地利用光源发射的光线，因为被阻拒的偏振光被反射回光源并无规化。结果，增加了从灯具发出的具有所要求偏振方向的光线的总量。多层双折射性反射偏振膜(RPF)在照明用途上的应用可参见申请人共同受让的美国专利申请08/418,009和08/479,319(在此引为参考)。这些申请描述了多层RPF在照明用途，特别是LCD显示器和偏振的照明设备上的应用。这些申请中的反射偏振元件让所要求偏振方向的光线透射并将另一偏振方向的光线镜面反射回漫射光源并在该处无规化。当用这种方法使用多层RPF时，在照明设备或工作照明用途中通常使用单独的漫射膜，以便不能直接看到光源。在这种偏振灯具中最好还包括反射元件，并且所述反射元件可包括本发明的BRMF或任何其它合适的反射表面，该反射表面能将由RPF反射的光线无规化或者将反射的光线反射回漫射光源，在该处所述光线能无规化并部分转化成能透过偏振元件的正确的偏振态。
本发明DRPF的作用与多层RPF相似，是用于增加偏振灯具发射的具有要求偏振方向的光线的量，但是，初始被阻拒的偏振方向错误的光线被漫射地反射回灯具，并在该处无规化，部分转化成正确偏振方向的光线，并镜面透射通过偏振元件。本发明漫反射偏振膜(DRPF)是半透明的，从而无需单独的漫射器。当与光源组合在一起形成漫反射偏振灯具时，组合时最好还包括反射元件，以将反射光线引回光源和/或帮助无规化及将反射的光线部分转化成能被偏振元件透过的具有正确偏振方向的光线。如上所述，反射元件可以是任何合适的反射材料，特别是本发明的DRMF。因此在一个实例中，将本发明DRMF用作反射元件并将本发明DRPF用作偏振元件和/或漫射元件。
在本文所述的灯具中，光源可以以各种结构形式与偏振元件和反射元件连接在一起。下面将描述使用本发明漫反射偏振膜(DRPF)作为偏振元件以及使用本发明漫反射反射膜(DRMF)作为反射膜的某些结构，但是应理解也可以设想DRPF与其它材料作为反射元件的各种组合，以及DRMF与其它材料作为偏振元件的各种组合。在一个结构中，将DRPF卷成卷使之完全包围漫射光源。除了光源和DRPF以外还可使用单独的反射器。该反射器可以是漫反射膜(DRMF)，它使从DRPF反射的偏振态(b)的光线无规化；或者该反射器可以是镜面反射器，它将光线再引导至无规的漫射光源的光发射区。可将DRMF沿光源的一侧取向并将其层压或用其它方法附着在光源上。在这种结构中，也可通过层压或其它方法附着DRPF，使之部分包围光源的另一侧。
使用DRPF的这些偏振光源实例具有一些优点。由光源和DRPF形成的反射和无规化过程产生了非常有效的偏振灯具。DRPF提供的宽波段反射性意味着在宽的光谱范围获得了这样的效率。另外，DRPF对被阻拒的偏振光提供高的偏离角(off-angle)反射性。与装有大体积光学部件的实例相比，这些特征使得DRPF/漫射光源组合能适用于更宽的光谱范围，并适用于更宽的角度范围。此外，DRPF重量轻、薄且具有挠性，使之能很好地适用于要求体积小和重量轻的用途。DRPF还能很好地适配于灯表面并能引入灯的生产中。另外，由于DRPF是漫反射器，其不透明的外观消除了对独立的漫射膜的需求，而这种膜通常用于偏振照明设备和工作照明灯具中以挡住光源使它不能被直接看到。
在另一个实例中，可使用本发明光学膜产生用于烟雾探测体系的偏振光或用于分析由烟雾粒子散射的光线的偏振方向，包括Nagashima等的美国专利5,576,697公开的试图确定燃烧的性质或起源的烟雾探测体系。
光引出器
可在各种光学器件中将本发明光学膜用作光引出器，所述光学器件包括光波导如图8所示的大内芯光纤(Large Core Optical Fiber,LCOF)。LCOF50利用非常有效的全内反射(TIR)将光从照明装置或光源52引至显著的距离外。但是，当将本发明光学膜用作外包层时，它们会干扰在光纤-空气界面上的光线引导作用，从而将光线射人周围环境中。这种特性可有利地用于各种远距离光源照明用途中，如建筑物重点照明、装饰照明、医用照明、信号灯、视觉引导(如着陆引导条或者飞机上或剧院中的走道引导)、显示器(如仪器显示器，特别是过度加热会发生问题的仪器显示器)以及展览品照明、道路照明、汽车照明、下位照明(downlighting)、工作照明、重点照明和环境照明。在某些应用中，可沿光纤长度的多个位置上将本发明膜用作包层，从而用单个光源照明多个场所。另外，由于这种体系通常装备UV和IR滤光器，因此由这种体系产生的光照既不会降解对UV敏感的材料，也不会使光波导由于应用而发热。
还可制造本发明膜使之仅引出一种偏振的光，从而形成具有特定偏振方向的光源。适当地构造光纤体系，可使基本上所有射入光纤的光线最终以要求的偏振态穿过引出器。可以例如通过使用本发明光学膜来制得特定偏振的光源，所述光学膜对第一偏振态的光线是强漫散射的，而对第二偏振态的光线是保持全内反射(TIR)包层-表面界面的不散射的镜面材料。这种体系可参见实施例134。
用于本发明的合适的光波导包括侧面发射和末端发射的光纤。根据下列因素即要求的集光效率、要求的挠性以及光波导是单独使用还是成束使用，光波导本身可以是玻璃或塑料的，并可以具有各种直径。所述光波导还可以是光纤光波导或棱镜光波导，后者更适合大规模应用，前者更适合于每流明成本不太重要的较小规模的应用。
适用于本发明的市售光波导包括那些由低Tg丙烯酸聚合物膜制得的光波导，如购自美国3M公司商品名为Scotch Optical Lighting Film(SOLF)的光学照明膜。这种膜对以某些角度入射于其上的光线的作用就如反射器，它是透明的塑料膜，其一侧具有棱镜的表面(通常是微结构复制的)，另一侧具有光滑的表面。这种膜通常与透明或不透明塑料或金属导管或背衬一起使用。其它合适的光波导包括购自Lumenyte商品名为FiberescentTM的线型照明光纤，以及购自Fiberstars商品名为FiberSpotsTM的末端发射的光纤。
根据光波导的用途，可将各种光源与本发明光波导一起组合使用。这些光源描述在例如由Lighting Research Center,Rensselaer Polytechnic Institute,Troy,N.Y.出版的Lighting Futures,Vol.1,No.3(1995)中。一般来说，将20-75瓦MR16低压灯与光纤体系组合在一起可适用于博物馆、显示器和重点照明这类用途，而70-250瓦金属卤化物灯与光纤波导或棱镜光波导体系组合适用于例如建筑照明或户外照明。对于需要250瓦或更高功率的用途，可将金属卤化物灯或高压钠灯与棱镜光波导体系一起组合使用。其它合适的光源包括60瓦氙金属卤化物灯(购自General Electric Company,Danbury,Connecticut)，它特别适用于汽车照明，以及硫灯(购自Fusion Lighting,Rockville,MD)，它已在实验中成功地用于棱镜光波导体系。在需要较大的漫射光源的场合，也可使用小型管状荧光灯。还可将太阳光与光纤波导或棱镜光波导体系一起使用，并与反射器或透镜一起组成太阳光收获体系的一部分。
在某些背后照明的显示器件(如用于航空电子设备中的显示器件，所述器件的正表面照射有大量环境光)中，所述显示器需要发出高强度光线以使显示器件有足够的对比度。结果，除非使用散热装置，在这种体系中的背射光装置会产生过量的热量。在本领域中采用了各种方法以消除热量，如使用冷的反射器和滤光器及其它方法。
在大多数新型飞机中，环境太阳光会降低所使用的平板显示器的对比度，并且显示器集合所需要的空间是关键的设计参数。因此，在本发明一种实施方式中，用光纤将位于远距离但高强度的光源发出的光线传输至显示器，从而能有效地冷却显示器，并且不合要求的热量不会影响显示器件的运行。由于这些显示器通常是在以偏振光传输通过液晶显示器的基础上工作的，可将本发明光学膜用于这种体系中作为基本只引出一种偏振光的光引出器。第二种偏振光将在光纤内连续反射，直至其偏振方向被转化成第一偏振方向，并在需要光线的位置由光引出器射出。
实施例综述
下列实施例描述了本发明各种光学材料的制备，以及这些材料的光学性能。除非另有说明，组成百分比指重量组成百分比。这些试样中使用的聚萘二甲酸乙二醇酯树脂是用乙二醇和2,6-萘二甲酸二甲酯(购自Amoco CorpChicago,Illinois)制成的。这些试剂用常规的聚酯树脂聚合方法聚合成各种特性粘度(Ⅳ)。间同聚苯乙烯(sPS)可根据美国专利4,680,353(Ishihara等)公开的方法制得。实施例包括下面讨论的各种聚合物对、各种连续相和分散相分数以及其它添加剂或加工变化。
试样的拉伸或取向可用常规的用来制备聚酯膜的取向设备或实验室分批取向机来实现。所用的实验室分批取向机被设计成使用小片流延材料(7.5cm×7.5cm)并将其用列成方阵的24个夹持器(每侧6个)夹持，所述小片流延材料是从挤出的流延卷材上切下的。试样的取向温度用热空气鼓风机来控制，膜试样通过一个以受控的速度在一个或两个方向上增加夹持器间距离的机械系统进行取向。在两个方向上拉伸的试样可以依次或同时取向。对于以受约束模式(C)取向的试样，所有夹持器均夹持卷材，且夹持器只在一个方向上移动。而在非约束模式(U)中，在与拉伸方向垂直的方向上使膜保持固定尺寸的夹持器并没有夹住，从而使膜可在该方向上松弛或颈缩。
偏振漫透射和反射用装有Perkin Elmer Labsphere S900-1000 150毫米积分球附件和Glan-Thompson立方体偏振器的Perkin Elmer Lambda 19紫外/可见/近红外分光光度计来测定。平行和交叉的透射和反射值分别用电场矢量平行或垂直于膜拉伸方向的偏振光来测定。所有扫描均是连续的，扫描速率为480纳米/分钟，狭缝宽度为2纳米。反射以“V-反射”方式进行。透射和反射值是对400至700纳米范围内所有波长的平均值。
对最终膜的与纵向垂直的剖面拍摄透射电子显微照片以测定分散相的性质。从三层结构的取向膜上除去外层，仅留下掺混层用于包埋。将试样包封在室温中固化的3M ScotchcastTM 5 Electrical Resin中。在室温下在Reichert UltracutTMS切片机上用金刚石刀片将该包封的试样切成约90nm厚的薄片，使用的切割速率为每秒0.2mm。将得到的薄片飘浮在经蒸馏的去离子水中，用炭/聚乙酸甲基乙烯酯(formvor)增固的200目铜筛网收集之以进行透射电子显微照相评价。使用JEOL 200CX透射电子显微镜拍摄照片。
在膜取向前对流延卷材进行扫描电子显微评价以测定分散相的性质。在浸入液氮中时折断卷材片，露出与纵向垂直的截面。在溅涂金-钯以前修整试样并将其固定在铝柱上。使用Hitachi S530扫描电子显微镜拍摄照片。
实施例1
在实施例1中，用常规挤出和流延方法将一混合物挤塑成约380微米厚的流延(cast)膜或片来制备本发明光学膜，所述混合物包括75％聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)作为连续相或主要相，25％聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为分散相或次要相。PEN的特性粘度(Ⅳ)为0.52(在60％苯酚/40％二氯苯中测定)。PMMA购自ICI Americas,Inc.,Wilmington,Delaware,产品名为CP82中。所用的挤出机是有单管60μm Tegra过滤器的3.15cm(1.24″)Brabender挤出机。模头是30.4cm(12”)EDI UltrafiexTM 40。
在膜挤出24小时后，在聚酯膜拉幅装置上在宽度方向或横向(TD)上使流延膜进行取向。在约9.1米/分钟(30英尺/分钟)速率和约140cm(55英寸)出料宽度下，在约160℃(320°F)拉伸温度下进行拉伸。经拉伸的试样的总反射率用Lambda19分光光度计上的积分球来测定，试样光束用Glan-Thompson立方体偏振器来使其偏振。试样有75％的平行反射率(即，用电场矢量平行于膜拉伸方向的偏振光测得的反射率)和52％正交反射率(即，用电场矢量与拉伸方向垂直的偏振光测得的反射率)。
实施例2
在实施例2中，按实施例l中的方法制备并评价光学膜，只是采用的混合物含有75％PEN、25％间同聚苯乙烯(sPS)、0.2％聚苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯相容剂和分别为0.25％的IrganoxTM1010和UltranoxTM626。聚苯乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯的合成可参见“塑料、树脂、橡胶、粘合剂和纤维的化学技术(Chemical Technology of Plastics,Resins,Rubbers,Adhensives and Fibers)”(Vol.10,chap.3,pp.69-109(1956),Calvin E.Schildmecht编辑)中的《聚合物加工》(Polymer Processes)。
PEN在60％苯酚/40％二氯苯中测得的特性粘度为0.52.sPS购自DowChemical Co.,其重均分子量约为200,000(下面称之为sPS-200-0)。测得经拉伸的膜试样的平行反射率为73.3％，正交反射率为35％。
实施例3
在实施例3中，按实施例2的方法制备和评价光学膜，只是将相容剂的含量增加到0.6％。测得平行反射率为81％，正交反射率为35.6％。
实施例4
在实施例4中，用常规的三层共挤出方法制备本发明的三层光学膜。膜有一个芯层，芯层两侧各有一表层。芯层包括75％PEN和25％sPS 200-4(名称sPS-200-4指含有4％(摩尔)对甲基苯乙烯的间同聚苯乙烯共聚物)，每一表层包括100％PEN(在60％苯酚/40％二氯苯中测得的特性粘度为0.56)。
得到的三层流延膜中芯层的厚度约为415微米，两个表层各约为110微米厚，总的厚度约为635微米。在约129℃的温度下，用实验室分批拉伸机在纵向(MD)上以约6比1拉伸得到的三层流延膜。由于实验室拉伸机没有夹持平行于拉伸方向的膜试样边缘，因此试样在横向(TD)没有受约束，试样由于拉伸而在TD颈缩约50％。
用相似于实施例1的方法评价光学性能。测得平行反射率为80.1％，正交反射率为15％。这些结果表明，该膜是低吸收、节约能量的体系。
实施例5-29
在实施例5-29中，用相同于实施例4的方法制备和评价一系列的光学膜，只是所用的芯层中sPS分数和PEN树脂的Ⅳ不同(如表1所示)。对于一给定的试样，芯层中PEN树脂的Ⅳ与表层中的Ⅳ相同。流延片的总厚度约为625微米，其中总厚度的约三分之二为芯层，其余为厚度大致相等的两个表层。如表1所示制备芯层中的各种PEN和sPS混合物。如表1所示在不同温度下，以约6∶1的拉伸比在纵向(MD)或横向(TD)拉伸膜。一些试样在垂直于拉伸方向的方向上受到约束(C)，以防止试样在拉伸时颈缩。表1中用“U”标记的试样没有受约束，它可在未受约束方向上颈缩。沿平行和交叉(即垂直)于拉伸方向的方向测定经拉伸的试样的某些光学性能，包括透射、反射和吸收百分数。结果列于表1。
如实施例24-27所示，通过人工约束拉伸后试样的两个垂直于拉伸方向的边缘，即将其夹固在适当尺寸的刚性框架上，并将夹固的试样在指定温度的烘箱内放置1分钟来进行热定形。平行于拉伸方向的试样两侧没有受约束(U)，或者没有被夹固，可以颈缩。实施例29中的热定形采用相同的方法，只是拉伸试样的所有四个边缘均是受约束(C)的，即夹固的。实施例28没有进行热定形。表Ⅰ
实施例 拉伸温度(℃) 拉伸方向(MD/TD) 拉伸约束(C/U)   PEN的Ⅳ 分数(sPS) 热定形温度 受约束的热定形 透射率(垂直) 透射率(平行) 反射率(垂直) 反射率(平行)
 5  135  TD  C   0.53   0.25   76.2   20.4   22.6   75.3
 6  135  TD  C   0.47   0.75   80.2   58.4   19.4    40
 7  142  TD  C   0.53   0.25   74.2   21.8   25.3   77.3
 8  142  TD  C   0.47   0.75   76.0   41.0   23.8   55.6
 9  129  TD  C   0.53   0.25   71.2   21.2   26.5   76.2
 10  129  TD  C   0.47   0.75   76.8   48.9   22.4   49.6
 11  129  MD  U   0.53   0.25   81.5   27.6   17.2     67
 12  129  TD  U   0.53   0.25   66.8   22.1     25   71.9
 13  129  MD  U   0.47   0.25   79.5   20.3   19.3   73.7
 14  129  TD  U   0.47   0.25   66.3   26.2   32.5   69.4
 15  129  TD  U   0.47   0.5   73.0   26.2   24.7   68.7
 16  129  MD  U   0.47   0.5   75.4   20.6   23.2   76.1
 17  129  MD  U   0.47   0.1   82.1   27.3   16.9     67
 18  129  MD  U   0.56   0.25   80.1   15.0     18   80.3
 19  129  TD  U   0.56   0.25   70.2   21.6   25.2   70.7
 20  129  MD  C   0.47   0.25   75.8   28.7   23.4   70.1
 21  129  MD  C   0.47   0.5   79.8   27.8   19.7   70.8
 22  135  MD  C   0.47   0.1   80.5   36.7   19.2   62.6
 23  135  MD  C   0.53   0.25   77.2   21.1   21.8   76.6
 24  129  MD  U   0.56   0.25  150     U   83.7   17.3   17.3     74
 25  129  MD  U   0.56   0.25  220     U   82.1     16     18   75.8
 26  129  MD  U   0.56   0.25  135     U   84.7     17     18   75.3
 27  129  MD  U   0.56   0.25  165     U     83     16   16.5   76.3
 28  129  MD  U   0.56   0.25 对照   83.7     17   17.5     76
 29  129  MD  U   0.56   0.25  230     C
 29  129  MD  U   0.56   0.25  230     C
观察到所有上述试样的分散相形状随分散相在膜试样体内的位置而变。观察到接近试样表面的分散相掺杂物是伸长的形状，而不是更接近球形的。较靠近试样两个表面之间中心部分的掺杂物更接近球形。甚至是带表层的试样也是如此，只是这种效应的程度被表层削弱。加入表层能减少拉伸操作中产生破裂的趋势，从而而改善了膜的加工。
不拟受理论束缚，认为流延膜芯层中掺杂物(分散相)的伸长是混合物通过模头时受剪力的结果。这一伸长特征可通过改变模头的物理尺寸、挤出温度、挤出物的流速、以及连续相和分散相的化学性能(它们可改变其相对熔体粘度)来改变。在某些应用或用途中在挤出时使分散相适当伸长是有益的。对于那些随后在纵向拉伸的用途，开始时就有一个挤出时伸长的分散相可使最后得到的分散相有较高的纵横比。
另一值得注意的特点是，当同一试样不受约束地拉伸时，发现其性能有显著改善。例如，在实施例9中，在平行和垂直方向上透射百分数分别为79.5％和20.3％。相反，实施例16在平行和垂直方向上的透射百分数分别只有75.8％和28.7％。试样在非约束拉伸时，与受约束拉伸相比其厚度增加，但是由于透射率和消光比均有改善，因此折射率匹配可能得到了改善。
另一种控制折射率的方法是改变材料的化学性能。例如，30％重量衍生自对苯二酸的共聚单元与70％重量衍生自2,6-萘二甲酸的单元的共聚物的折射率比100％PEN聚合物低0.02个单位。其它单体或比例有稍稍不同的结果。这种变化可用来使一个轴上的折射率更匹配，而只使希望有较大差异的轴上的折射率差稍有下降。换句话说，一个轴上折射率值更匹配所获得的好处足以补偿在希望有较大差别的正交轴上折射率差下降所付出的代价而有余。其次，可用化学性能变化来改变进行拉伸的温度范围。sPS和各种比例的对甲苯乙烯单体的共聚物可改变最适宜的拉伸温度范围。为了最有效地优化整个系统的加工以及形成折射率匹配和差异，可能需要将这些方法结合起来。因此，通过优化与拉伸条件有关的加工和化学性能，以及进一步调节材料的化学性能以便使至少一个轴上的折射率差尽量增大而至少一个轴上的折射率差尽量减小，就可改善对最终性能的控制。
如果这些试样在MD上取向，而不是在TD上取向(比较实施例14-15)，那么它们可表现出更好的光学性能。不受理论的束缚，据信采用MD取向比TD取向更能产生不同几何形状的掺杂物，这些掺杂物有较高的纵横比，从而使非理想的末端效应变得不重要。非理想末端效应是指在伸长颗粒的每端顶部的几何结构和折射率之间的复杂关系。颗粒的内部或非顶端被认为有相同的几何形状和折射率，这是所希望的。因此，相同伸长颗粒的百分数越高，光学性能就越好。
这些材料的消光比是垂直于拉伸方向的偏振态透射率与平行于拉伸方向的偏振态透射率之比。对于表1中的实施例，消光比在约2至5的范围内，尽管未对消光比进行优化就曾观察到本发明光学体有高达7的消光比。预计通过调节膜厚度、掺杂物体积分数、颗粒粒径和折射率匹配和不匹配程度、或者通过使用碘或其它染料可获得更高的消光比(如大于100)。
实施例30-100
在实施例30-100中，用表2所列材料制备本发明试样。PEN42、PEN47、PEN53、PEN56和PEN60分别指在60％苯酚/40％二氯苯中测得的特性粘度(Ⅳ)分别为0.42、0.47、0.53、0.56、和0.60的聚萘二甲酸乙二醇酯。所用的特定sPS-200-4是从Dow Chemical Co.购得。EcdelTM9967和EastarTM是共聚酯，它们是从Eastman chemical Co.,Rochester,New York购得的。SurlynTM 1706是离子键树脂，从E.I.du Pont de Nemours & Co.,Wilmington,Delaware购得。所列的作为添加剂1或2的材料包括聚苯乙烯甲基丙烯酸缩水甘油酯。名称GMAPS2、GMAPS5和GMAPS8分别指共聚物总量中有2重量％、5重量％和8％重量的甲基丙烯酸缩水甘油酯。ETPB指交联剂乙基三苯基溴化鏻。PMMA VO44指购自Atohaas North America,Inc．的聚甲基丙烯酸甲酯。
除了表2所示的及下面所述的不同外，光学膜试样按实施例4的方法制备。将连续相及其与总量之比称为主要相。将分散相及其与总量之比称为次要相。混合物厚度值表示芯层的大致厚度(微米)。表层厚度随芯层厚度而改变，但是始终保持恒定的比例，即两个表层厚度大致相等，两个表层厚度之和约为总厚度的三分之一。用扫描电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)来测定一些试样中分散相的大小。随后用实验室分批取向机进行拉伸的那些实施例在分批拉伸栏内用“X”表示。
                             表    2
实施例 主要相 主要相(％) 次要相 次要相(％)   芯层(微米)   添加剂1 添加剂2 SEM值 TEM(微米) 分批拉伸
 30  PEN.42  75  sPS-200-4  25   9.8     -     -   -     -  -
 31  PEN.42  75  sPS-200-4  25   16.3     -     -  10     -  -
 32  PEN.47  75  sPS-200-4  25   9.8     -     -   -     -  X
 33  PEN.47  75  sPS-200-4  25   16.3     -     -   8     -  X
 34  PEN.47  50  sPS-200-4  50   9.8     -     -   -     -  -
 35  PEN.47  50  sPS-200-4  50   16.3     -     -   5     -  X
 36  PEN.47  90  sPS-200-4  10   9.8     -     -   -     -  -
 37  PEN.47  90  sPS-200-4  10   16.3     -     -   3     -  X
 38  PEN.53  75  sPS-200-4  25   9.8     -     -   -     -  -
 39  PEN.53  75  sPS-200-4  25   16.3     -     -   7     -  X
 40  PEN.56  75  sPS-200-4  25   9.8     -     -   -     -  -
 41  PEN.56  75  sPS-200-4  25   16.3     -     -   6     -  X
 42  sPS-200-4  75  PEN.42  25   9.8     -     -   -     -  -
 43  sPS-200-4  75  PEN.42  25   16.3     -     -   -     -  -
 44  sPS-200-4  75  PEN.47  25   9.8     -     -   -     -  -
 45   sPS-200-4  75   PEN.47  25   16.3 - -   - -   X
 46   sPS-200-4  75   PEN.53  25   16.3 - -   - -   -
 47   sPS-200-4  75   PEN-53  25   9.8 - -   - -   -
 48   sPS-200-4  75   PEN.56  25   9.8 - -   - -   -
 49   sPS-200-4  75   PEN.56  25   16.3 - -   - -   -
 50  PET.60  75   EcdelTM9967  25   16.3 - -   - -   -
 51  PET.60  75   SurlynTM1706  25   16.3 - -   2 -   -
 52  PEN.47  75   EcdelTM9967  25   16.3 - -   2 -   X
 53  PEN.47  100      -  -   16.3 - -   - -   -
 54  PEN.47  75   sPS-200  25   16.3 - -   - -   -
 55  PEN.47  75   sPS-200  25   9.8 - -  10 -   -
 56  PEN.47  75   sPS-320  25   9.8 - -  12 -   -
 57  PEN.47  75   sPS-320  25   16.3 - -   - -   -
 58  PEN.47  95   sPS-320  5   9.8 - -   - -   -
 59  PEN.47  95   sPS-320  5   16.3 - -   - -   -
 60  PEN.56  100      -  -   16.3,9.8 - -   - -   X
 61  PEN.56  75   sPS-200  25   9.8 - -  10 -   -
 62  PEN.56  75   sPS-200  25   16.3 - -   - -   X
 63  PEN.56  95   sPS-200  5   9.8 - -   - -   -
 64  PEN.56  95   sPS-200  5   16.3 - -   - -   X
 65  PEN.56  75   sPS-320  25   9.8 - -  10 -   -
 66  PEN.56  75   sPS-320  25   16.3 - -   - -   -
 67   PEN.47  95  sPS-200  5   16.3  2％GMAPS2  0.25％ETPB   1  0.3   X
 68   PEN.47  95  sPS-200  5   9.8  2％GMAPS2  0.25％ETPB   -   -   -
 69   PEN.56  75  sPS-200  25   9.8  6％GMAPS2  0.25％ETPB   -   -   -
 70   PEN.56  75  sPS-200  25   16.3  6％GMAPS2  0.25％ETPB  0.5  2.5   X
 71   PEN.56  75  sPS-200  25   9.8  2％GMAPS2  0.25％ETPB   -  0.8   -
 72   PEN.56  75  sPS-200  25   16.3  2％GMAPS2  0.25％ETPB   1   -   -
 73   PEN.56  95  sPS-200  5   9.8  2％GMAPS2  0.25％ETPB   -   -   -
 74   PEN.56  95  sPS-200  5   16.3  2％GMAPS2  0.25％ETPB   -   -   -
 75   PEN.56  75  sPS-200  25   9.8  6％GMAPS2  0.25％ETPB   -   -   -
 76   PEN.56  75  sPS-200  25   16.3  6％GMAPS2  0.25％ETPB  0.8   1   X
 77   PEN.56  75  sPS-200  25   9.8  2％GMAPS2  0.25％ETPB   -   -   -
 78   PEN.56  75  sPS-200  25   16.3  2％GMAPS2  0.25％ETPB   -   -   -
 79   PEN.56  75  sPS-200  25   9.8  6％GMAPS2  0.25％ETPB   -   -   -
 80   PEN.56  75  sPS-200  25   16.3  6％GMAPS2  0.25％ETPB   -   -   X
 81   PEN.56  75  sPS-200  25   9.8  6％GMAPS2   0.25％ETPB   -   -   -
 82   PEN.56  75  sPS-200  25   16.3  6％GMAPS2   0.25％ETPB  0.5   -   -
 83   PEN.56  95  sPS-200  5   9.8  2％GMAPS2   0.25％ETPB   -   -   -
 84   PEN.56  95  sPS-200  5   16.3  2％GMAPS2   0.25％ETPB   -   -   -
 85   PEN.56  75  sPS-200  25   9.8  0.5％GMAPS2   0.25％ETPB   -   -   -
 86   PEN.56  75  sPS-200  25   9.8  0.5％GMAPS2   0.25％ETPB   -   -   -
 87   PEN.47  75  Eastar  25   16.3       -       -   -   -   X
 88   PEN.47  75  Eastar  25   9.8       -       -   -   -   -
 89   PEN.47  75  Eastar  25   16.3       -       -   -   -   -
 90   PEN.47  75  Eastar  25   9.8       -       -   -   -   -
 91   PEN.47  75  PMMAVO44  25   9.8       -       -   -   -   -
 92   PEN.47  75  PMMAVO44  25   16.3       -       -  10   -   -
 93   PEN.47  75  PMMAVO44  25   16.3  6％MMA/GMA       -   -  0.7   -
 94   PEN.47  75  PMMAVO44  25   9.8   6％MMA/GMA - -   - -
 95   PEN.47  75  PMMAVO44  25   9.8   2％MMA/GMA - -  1.2 -
 96   PEN.47  75  PMMA  25   16.3   2％MMA/GMA - -   - X
 97   PEN.47  75  sPS-200-4VO44  25  916.3   0.5％刚果红 - -   - X
 98   PEN.47  75  sPS-200-4  25   16.3   0.15％刚果红 - -   - X
 99   PEN.47  75  sPS-200-4  25   9.8   0.25％亚甲基蓝 - -   - -
100   PEN.47  75  sPS-200-4  25   9.8   0-0.25％亚甲基蓝 - -   - -
发现各种相容剂的存在可降低掺杂物或分散相的大小。
实施例101
在实施例101中，用与实施例4相同的方法制备光学膜，只是芯层厚度约为420微米，各层表层厚度约为105微米。PEN的Ⅳ为0.56。流延膜如实施例1那样取向，只是拉伸温度为165℃，流延和拉伸间隔15天。对平行和垂直偏振光的透射率分别为87.1％和39.7％。
实施例102-121
在实施例102-121中，光学膜如实施例101那样制备，只是取向条件不同和/或如表3所示用含有4摩尔％或8摩尔％对甲基苯乙烯的sPS共聚物，或者无规立构的苯乙烯(Styron 663，购自Dow Chemical Company,Midland,Michigan)代替sPS-200-0。表3中还列出了透射性能的评价结果。透射率值是450-700nm范围内所有波长的平均值。                                 表    3
实施例 ％sPS  PS  PEN的Ⅳ 拉伸温度(℃) 滑轨设定值(cm) 垂直透射率(％) 平行透射率(％)
 101  25  200-0   0.56     165     152     87.1     39.7
 102  35  200-0   0.56     165     152     87.8     44.4
 103  15  200-4   0.56     165     152     86.1     43.5
 104  25  200-4   0.56     165     152     86.5     43.6
 105  35  200-4   0.56     165     152     88.2     50.7
 106  15  200-8   0.56     165     152     89.3     40.7
 107  25  200-8   0.56     165     152     88.5     42.8
 108  35  200-8   0.56     165     152     88.6     43.3
 109  15  Styron663   0.56     165     152     89.3     45.7
 110  25  Styron663   0.56     165     152     87.8     41.6
 111  35  Styron663   0.56     165     152     88.8     48.2
 112  15  Styron663   0.48     165     152     88.5     62.8
 113  25  Styron663   0.48     165     152     87.1     59.6
 114  35  Styron663   0.48     165     152     86.8     59.6
 115  15  200-0   0.48     165     152     88.0     58.3
 116  25  200-0   0.48     165     152     88.0     58.7
 117  35  200-0   0.48     165     152     88.5     60.6
 118  15  200-4   0.48     165     152     89.0     57.4
 119  35  200-4   0.48     165     152     87.3     64.0
 120  35  200-0   0.56     171     127     86.5     65.1
 121  35  200-0   0.56     171     152     88.1     61.5
这些实施例表明，在纵向，在高Ⅳ的PEN中掺杂相颗粒比在低Ⅳ的PEN中伸得更长。这与在低Ⅳ的PEN中发现在靠近膜表面处的拉伸程度比在膜内部拉伸程度更高是一致的，其结果是在靠近表面处形成纤丝状结构，在接近中央处形成球形结构。
这些实施例中的一些表明，取向温度和取向程度是实现所需效果的重要变量。实施例109至114表明，静止结晶并不一定是所需的偏振光缺乏透射的唯一原因。
实施例122-124
在实施例122中，用209层进料头制备本发明的多层光学膜。用两种材料向进料头进料：(1)以38.6kg/小时的速率输入的PEN(特性粘度为0.48)；和(2)95％coPEN和5％(重量)sPS均聚物(分子量为200000)的混合物。所述coPEN是基于70％(摩尔)萘二甲酸酯和30％(摩尔)间苯二酸二甲酯与乙二醇聚合至特性粘度为0.59的共聚物。coPEN/sPS混合物以34.1千克/小时的速度加入进料头中。
coPEN混合材料是在挤出物的外侧，得到的叠层的层组分在两种材料间交替变化。设计层厚度使得1/4波长叠层中的各层厚度具有线性梯度，最薄层与最厚层间的比例为1.3。然后将较厚的不含sPS的coPEN表层(根据上述制备coPEN/sPS混合物的方法制备，只是萘二羧酸酯/对苯二甲酸二甲酯/间苯二酸二甲酯的摩尔比是70/15/15)施加到209层复合体的每一侧。总的表层以29.5千克/小时的速度施加，叠层每一侧或每一表面上约是此量的一半。
将得到的有表层覆盖的多层复合体通过一个倍增器挤出，以得到421层的多层复合体。然后，得到的多层复合体用70/15/15coPEN以29.5千克/小时的总速度在每一表面上包覆另一表层，每一侧上约为此量的一半。由于这第二表层不能与存在的表层分别开来(因为材料是相同的)，为了本文描述起见，得到的加厚的表层将以一层来计算。
得到的421层复合体再一次通过比例为1.40的不对称倍增器挤出，以获得841层的膜，然后使膜通过模头挤出成片并骤冷成约30mils厚的片材。然后，用常规的制膜拉幅装置对最终铸塑片在宽度方向上进行取向。在约300°F(149℃)将片材拉伸至拉伸比约为6∶1，拉伸速度约为20％/秒。得到的拉伸膜约5mils厚。
在实施例123中，按实施例122的方法制备多层光学膜，只是coPEN/sPS中sPS混合物的量为20％，而不是5％。
在实施例124中，按实施例122的方法制备多层光学膜，只是膜中不加入sPS。
表4中的结果包括了膜的光增益测定结果。膜的光增益是背光源发出的光在LCD板和背光源之间插有光学膜时穿过LCD板的透射量与不插有光学膜时的透射量之比。关于光学膜的光增益的意义可参见WO 95/17692中参照附图2的描述。通常希望有较高的增益值。表中的透射率包括当光源在平行于拉伸方向(TM)偏振和垂直于拉伸方向(T)偏振时得到的数值。偏离角色彩(OAC)是用Oriel分光光度计测得的波长为400至700nm的50°入射光的p-偏振透射的均方根偏差(root mean square deviation)来量度。表4
 实施例 sPS％(摩尔)    光增益 T(％)   TM(％)   OAC(％)
    122     5     1.5     83     2     1.5
    123     20     1.45     81     1.5     1.2
    124     0     1.6     87     5     3.5
偏离角色彩(OAC)的数值证明了使用本发明多层结构的优点。具体地说，这种结构可用来大大降低OAC，而光增益只略有减少。这一折衷在某些应用中是有利的。本发明实施例的TM数值比预计的要低，因为sPS分散相散射的光线可能未被检测器接收。
实施例125
用实施例4的方法制得三层膜。内芯层包括70％在60％苯酚/40％二氯苯中测得的特性粘度为0.55的coPEN、70％sPS 200-7加上附加的2％Dylark332-80(购自NOVA Chemical)。每一表层包括100％在二氯甲烷中测得的特性粘度为0.65的coPET。
所述coPEN是基于62摩尔％萘二甲酸酯和38摩尔％对苯二甲酸二甲酯的共聚物。coPET是基于80摩尔％羧酸二甲酯和20摩尔％间苯二甲酸二甲酯的共聚物。
用实施例1的方法使流延膜取向。拉伸是以5.8m/分(19英尺/分钟)的速率在147cm(58英寸)出料宽度下进行的。拉伸温度为124℃。热定形温度为163℃。正交透射率为85.3％，平行透射率为21.7％。
实施例126-130
下列实施例说明本发明光学体系中共连续形态的产生。
在实施例126-130中，制得一系列光学膜并用实施例125的方法对其进行评价，但是在内芯层中sPS分数和拉伸温度如表5所示进行变化。
                                表5
实施例   sPS分数 分散(D)或共连续(C) 拉伸温度(℃) 正交透射率 平行透射率
  125     0.30     D     124     85.3     21.7
  126     0.35     D     135     86.3     21.1
  127     0.40     D     129     86.4     21.9
  128     0.44     -     124     85.8     25.9
  129     0.53     C     129     86.6     33.6
  130     0.81     D     135     88.1     69
实施例125-130的平行和正交透射率表明其具有良好的光学性能。实施例130的高正交透射率值表明，对于沿垂直拉伸方向的偏振光两个相的折射率有效地匹配。
对实施例126和127的流延卷材的断面拍摄了扫描电子显微照片。如实施例125那样，有清楚的证据表明球形或椭球形颗粒分散在连续的基质中。对实施例129和130拍摄了透射电子显微照片，这些照片分别列于附图6a和6b。图6a说明共连续相的形态。从该显微照片可看到，coPEN和sPS的掺杂相以及两相均为连续相的区域。相反，图6b显示coPEN分散在sPS基质中。
实施例131
按实施例4的方法制得三层膜。内芯层包括85％在60％苯酚和40％二氯苯溶液中测得的特性粘度为0.51的coPEN，以及15％250k-7加上附加的2％DylarkTM332-80。各层表层包括100％coPEN.
用作内芯层一部分的coPEN是基于70摩尔％萘二甲酸酯和30摩尔％对苯二甲酸二甲酯的共聚物。用作表层的coPEN是基于70摩尔％萘二甲酸酯和30摩尔％间苯二甲酸二甲酯的共聚物。
用实施例1的方法使流延膜取向。拉伸是以5.3m/分(17.4英尺/分钟)的速率在124.5cm(49英寸)出料宽度下进行的。拉伸温度为118℃。热定形温度为141℃。正交透射率为81.9％，平行透射率为32.7％。正交透射光谱示于附图7。
实施例132
按以下方法制得带有抗反射层的膜：先将10g RemetTMSP-30(RemetCoporation,Chadwicks,NY)和1g TritoxTM X-100(Rohm and Haas,Philadephia,PA)加入89g去离子水中。使用#3金属线缠绕的棒将所述溶液涂覆在实施例131制得的薄膜上，形成的干涂层约200nm厚。其正交透射率为83.8％，平行透射率为33.3％。
实施例133
重复实施例131，但是在膜的两侧涂覆抗反射层。正交透射率为86.2％，平行透射率为33.8％。
实施例131-133的正交透射光谱示于图7。由图7可见，与实施例131相比，尤其在所示波长范围内实施例132-133的正交透射率-波长的斜率较低。本领域的熟练技术人员应能理解，具有平的透射率-光波长函数曲线的膜将会使装有该反射偏振器的显示器件的色彩变化降至最小
实施例134-135
这些实施例说明将本发明膜用作导光结构的高效光引出器。
在实施例134中，通过挤出在70/30/0 coPEN基质中含有30％sPS的组合物制得本发明光学膜。将该挤出的膜在纵向取向至2.5∶1的拉伸比。
在实施例135中，使用与实施例134相同的组合物和相似的方法制得第二种膜。但是，在与纵向垂直的横向使用扩幅器将该膜单轴取向至4.8∶1的拉伸比，以代替膜的纵向取向。
将实施例134和135的膜作为包层用机械方法固定在单独的光纤上，使用硅脂(silica grease)消除光纤-空气界面。实验装置如图8所示。随后将光纤连接在购自General Electric Company,Danbury,CT的60瓦氙金属卤化物短弧灯上。光纤的粗细为1.2cm，由低Tg丙烯酸聚合物制成。
当开启该灯时，该两个试样被照亮并产生漫散射光线。如果透过按垂直于偏振平面的方向取向的偏振膜观看这两个膜试样时，这两个试样基本是暗的。但是，如果将所述偏振膜在同一平面上旋转90°，两个试样显示出漫射的亮度，表明透过膜的光线具有特定的偏振方式。
还对覆盖光纤端部的效果进行了试验。当以反射方式覆盖端部以将一部分从光纤顶端逸出的光线反射回光纤时，膜产生的光强度增加了。这相当于产生光空腔，在该空腔中未引出的偏振光在光纤中被进一步反射，直至其逐步地转化成被引出的偏振态。除非透过引出器，否则光纤内的光线不能逸出光纤，从而增加了引出效率。另外，光线与光纤/空气界面相互作用产生的偏振方向转化，会使更多的具有要求的偏振方向的光被从光纤中引出。
实施例136
下列实施例说明在非法向入射角本发明光学膜可增加增益。
按照实施例4的方法制得三层膜。内芯层含有70％特性粘度(在60％苯酚和40％二氯苯中测得)为0.48的PEN和30％sPS 200*8。每一表层含有100％coPEN并占流延膜总厚度的约17％。
所述coPEN是70摩尔％萘二甲酸酯和30摩尔％间苯二甲酸二甲酯的共聚物。未测定coPEN的粘度。
用实施例1的方法使该流延膜取向。拉伸是以5.5m/分(18英尺/分钟)的速率在141cm(55.5英寸)出料宽度下进行的。拉伸温度为154℃。热定形温度为164℃。形成的膜厚为128微米。
将Sharp C12P背光源紧贴于标准二向色性偏振器的一面上。使用PhotoResearch PR650光谱色度计测定背光源/偏振器组件发出的光强度。在开始测量前将背光源/偏振器组件相对于PR650的探测器进行定向，使含有探测器臂扫描弧的平面也包括偏振器高透射率的轴。探测器臂以垂直背光源/偏振器组件的方向为轴进行±60°扫描。将23cm2的膜置于背光源和偏振器之间使膜的正交透射轴与偏振器高透射率方向相一致，随后进行第二次光强度测定。将如上所述测定的加有光学膜和无光学膜时各角度的两种光强度之比定义为相对增益。
实施例136的数据列于图9A。在与法线成±60°的角度的平均相对增益为1.45。该数据表明，在非法向入射时，特别是与法线成30-60°夹角入射时，实施例136的相对增益增大。
比较例1
下列实施例说明对于市售的常规光学膜，在非法向入射角其增益下降。
如实施例136所述使用Eldim120D测定购自Sekisui W518(日本大阪)的一片微结构复制(micro-replicated)的增亮膜。置有或不置有Sekisui W518膜时各个角度的光强度之比列于图9B。在与法向成±60°的角度的平均相对增益为0.65,表明在法向入射时膜的增益最高，与法向呈夹角的所有入射角增益均下降。
如实施例136和比较例1所证实的那样，可按本发明制得在非法向入射，尤其在与法向成30-60°夹角入射时相对增益增加的膜。相反，市售光学膜一般在法向入射时的增益最大，与法向成夹角的所有入射方向增益均下降。本发明膜的这种特性使之能特别有利地用作如大显示器(人们会从宽的角度范围观看该大显示器)的增亮膜这种用途。
实施例137-150
下列实施例进一步说明本发明膜在非法向入射时增益增加。
用与实施例136相同的方法制备一系列试样，但是如下面所述对材料和方法进行改变。在某些实施例中，加入IrganoxTM1425抗氧剂(购自Ciba Geigy)和/或DylarkTM332*80(购自NOVA Chemicals)。与法向成+60°夹角入射时的平均相对增益和法向(0°)入射时的相对增益列于表6。                                             表    6
实施例     sPS     ％Irganox 1425    ％Dylark 拉伸温度 热定形温度   相对增益(0°) 相对增益(±60°)
 137  30％200-8     0     0  160  164   1.18   1.40
 138  30％200-8     0     0  154  199   1.21   1.48
 139  30％200-8     0.5     2  154  199   1.20   1.46
 140  30％200-8     0     2  154  199   1.18   1.47
 141  15％200-8     0.5     0  154  199   1.15   1.48
 142  15％200-8     0.5     0  154  199   1.21   1.47
 143  30％200-4     0     0  154  199   1.16   1.47
 144  30％200-4     0.5     0  154  199   1.29   1.47
 145  30％290-8     0.5     0  154  199   1.06   1.35
 146  30％290-8     0.5     2  154  199   1.13   1.43
 147  30％200-8     0.5     2  154  164   1.21   1.47
 148  30％200-8     0     2  154  164   1.17   1.47
 149  15％200-8     0.5     0  154  164   1.21   1.47
 150  30％200-4     0     0  154  164   1.23   1.38
本发明的以上描述只是说明性的，而非限制性的。因此，应当理解本发明的范围只参照所附权利要求来限定。

Claims (66)

1．一种灯具，它包括：
光源；以及
光学元件，该元件包括聚合物第一相和置于所述第一相中的第二相；沿任何三根相互正交的轴中的至少两根轴所述第二相是不连续的；
其中所述第一相和第二相沿第一轴的折射率差约大于0.05，沿与所述第一轴正交的第二轴的折射率差约小于0.05。
2．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学元件是反射元件。
3．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学元件是偏振元件。
4．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学元件既是反射元件又是偏振元件。
5．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述灯具还包括用于包容所述光源和所述光学元件的外壳装置，其中所述光学元件是置于所述外壳装置内表面上的反射膜。
6．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述灯具还包括用于包容所述光源和所述光学元件的外壳装置，所述外壳装置装有至少一个用于使光线射出所述外壳装置的小孔，所述光学元件置于所述光源和所述小孔之间。
7．如权利要求6所述的灯具，其特征在于所述光学元件是偏振器。
8．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光源是漫射光源。
9．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第一相的双折射至少约0.1。
10．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第一相的双折射至少约为0.15。
12．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第二相的双折射小于约0.02。
13．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第二相的双折射小于约0.01。
14．如权利要求1所述的灯具，其特征在于沿所述第一轴所述第二相的折射率与所述连续相的折射率之差约大于0.1。
15．如权利要求1所述的灯具，其特征在于沿所述第一轴所述第二相的折射率与所述连续相的折射率之差约大于0.15。
16．如权利要求1所述的灯具，其特征在于沿所述第一轴所述第二相的折射率与所述连续相的折射率之差约大于0.2。
17．如权利要求1所述的灯具，其特征在于沿所述第二轴所述第二相的折射率与所述第一相的折射率之差约小于0.03。
18．如权利要求1所述的灯具，其特征在于沿所述第二轴所述第二相的折射率与所述第一相的折射率之差约小于0.01。
19．如权利要求1所述的灯具，其特征在于沿所述至少一根轴对电磁辐射的两种偏振态所述第一和第二相加在一起的漫反射率至少约为50％。
20．如权利要求1所述的灯具，其特征在于对电磁辐射的第一种偏振态所述光学体的总反射率约大于50％，对垂直于所述电磁辐射的第一种偏振态的第二种偏振态，它的总透射率约大于50％。
21．如权利要求20所述的灯具，其特征在于对于电磁辐射的所述第一偏振态，所述光学体的总反射率约大于60％。
22．如权利要求20所述的灯具，其特征在于对于电磁辐射的所述第一偏振态，所述光学体的总反射率约大于70％。
23．如权利要求20所述的灯具，其特征在于对于电磁辐射的所述第二偏振态，所述光学体的总透射率约大于60％。
24．如权利要求20所述的灯具，其特征在于对于电磁辐射的所述第二偏振态，所述光学体的总透射率约大于70％。
25．如权利要求1所述的灯具，其特征在于至少约40％沿与所述第一偏振态垂直的方向偏振的光线以小于8°的偏转角透过所述光学体。
26．如权利要求1所述的灯具，其特征在于至少约60％沿与所述第一偏振态垂直的方向偏振的光线以小于8°的偏转角透过所述光学体。
27．如权利要求1所述的灯具，其特征在于至少约70％沿与所述第一偏振态垂直的方向偏振的光线以小于8°的偏转角透过所述光学体。
28．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第一相包括热塑性树脂。
29．如权利要求28所述的灯具，其特征在于所述热塑性树脂是衍生自乙烯基芳族单体的间同立构乙烯基芳族聚合物。
30．如权利要求28所述的灯具，其特征在于所述热塑性树脂包括间同立构聚苯乙烯共聚单元。
31．如权利要求28所述的灯具，其特征在于所述热塑性树脂包括聚萘二甲酸乙二醇酯。
32．如权利要求31所述的灯具，其特征在于所述第二相包括间同立构的聚苯乙烯。
33．如权利要求28所述的灯具，其特征在于所述第二相还包括至少一种热塑性聚合物。
34．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学体被拉伸至拉伸比至少约为2。
35．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学体被拉伸至拉伸比至少约为4。
36．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学体被拉伸至拉伸比至少约为6。
37．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第一相和第二相是不混溶的。
38．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第二相包括许多细长的物质，它们的长轴基本沿共同轴排齐。
39．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述细长的物质的纵横比至少约为2。
40．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述细长的物质的纵横比至少约为5。
41．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第二相包括许多杆状结构物。
42．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学体在至少两个方向上被取向。
43．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第二相的量至少约占所述第一相体积的1％。
44．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第二相的量约占所述第一相体积的5-50％。
45．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第二相的量约占所述第一相体积的15-30％。
46．如权利要求1所述的灯具，其特征在于沿任何三根相互正交的轴中的至少两根，所述第二相是不连续的。
47．如权利要求1所述的灯具，其特征在于沿任何三根相互正交的轴，所述分散相是不连续的。
48．如权利要求1所述的灯具，其特征在于沿至少一根轴所述第一相和第二相加在一起对可见、紫外或红外电磁辐射的至少一种偏振态的漫反射率至少约为30％。
49．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学体的消光比约大于3。
50．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学体的消光比约大于5。
51．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学体的消光比约大于10。
52．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学体是膜，并且沿与所述膜表面垂直的轴的方向，所述第一相和第二相之间的折射率差约小于0.05。
53．如权利要求52所述的灯具，其特征在于电磁辐射绕镜面反射轴各向异性地分布。
54．如权利要求53所述的灯具，其特征在于所述光学体在至少一个方向被拉伸，电磁辐射的所述至少一个偏振态的漫反射部分主要沿或接近一个圆锥体的表面分布，所述圆锥体以拉伸方向为中心轴且其表面包含镜面反射方向。
55．如权利要求53所述的灯具，其特征在于所述第二相包括细长的掺杂物，这些掺杂物的长轴按共同的方向排齐，所述光学体在至少一个方向上被拉伸，电磁辐射的所述至少一个偏振态的漫反射部分主要沿或接近一个圆锥体的表面分布，所述圆锥体以伸长方向为中心轴且其表面包含镜面反射方向。
56．如权利要求52所述的灯具，其特征在于电磁辐射绕镜面透射轴各向异性地分布。
57．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学体在至少一个方向被拉伸，至少约40％沿与第一偏振态垂直的方向偏振的光线漫射地透过所述光学体，所述漫透射光线主要沿或接近一个圆锥体的表面分布，所述圆锥体的表面包含镜面透射方向并且它以拉伸方向为中心轴。
58．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述第二相包括细长的掺杂物，这些掺杂物的长轴沿共同的方向排齐，所述光学体在至少一个方向上被拉伸，电磁辐射的所述至少一个偏振态的漫透射部分主要沿或接近一个圆锥体的表面分布，所述圆锥体以伸长方向为中心轴且其表面包含漫透射方向。
59．如权利要求1所述的灯具，其特征在于所述光学体是膜，沿与所述膜表面垂直的轴所述第一相和第二相之间的折射率差小于约0.02。
60．光源和光学体的复合体，所述光学体包括：
双折射率至少约为0.05的第一相；和
置于所述第一相中的第二相；
其特征在于沿第一轴所述第一相和第二相的折射率差的绝对值为△n1，沿与所述第一轴垂直的第二轴折射率差的绝对值为△n2,△n1和△n2之差的绝对值至少约为0.05，沿至少一根轴对于电磁辐射的至少一个偏振态所述第一相和第二相加在一起的漫反射率至少约为30％。
61．如权利要求60所述的光学体，其特征在于△n1与△n2之差的绝对值至少约为0.1。
62．如权利要求60所述的光学体，其特征在于所述第一相的双折射大于所述第二相。
63．如权利要求62所述的光学体，其特征在于所述第一相的双折射比所述第二相的双折射至少大0.02。
64．如权利要求62所述的光学体，其特征在于所述第一相的双折射比所述第二相的双折射至少大0.05。
65．一种具有许多层的光学体，其特征在于所述许多层中的至少一层包括：
双折射至少约为0.05的第一相；和
第二相，沿任何三根相互垂直的轴中的至少两根所述第二相是不连续的；
其特征在于沿第一轴所述第一相和第二相的折射率差的绝对值为△n1，沿与所述第一轴垂直的第二轴折射率差的绝对值为△n2，△n1和△n2之差的绝对值至少约为0.05，沿至少一根轴对于电磁辐射的至少一个偏振态所述第一相和第二相加在一起的漫反射率至少约为30％。
66．一种灯具，它包括：
光源；和
光学膜；
其中所述光学膜包括聚合物第一相和置于所述第一相中的第二相，沿任何三根相互正交的轴中的至少两根轴所述第二相是不连续的；
其中所述第一相和第二相沿第一轴的折射率差约大于0.05，沿与所述第一轴正交的第二轴的折射率差约小于0.05。
67．一种灯具，它包括：
光源；
用于反射所述光源产生的光线的反射装置；和
用于偏振所述光源产生的光线的偏振装置；
其中所述反射装置和所述偏振装置中至少有一种包括聚合物第一相和置于所述第一相中的第二相；沿任何三根相互垂直的轴中的至少两根轴所述第二相是不连续的，所述第一相和第二相沿第一轴的折射率差约大于0.05，沿与所述第一轴正交的第二轴的折射率差约小于0.05。
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