以压电层改性的微-共挤塑薄膜制造技术

公开了一种分层薄膜，它具有随外加电压改变尺寸的压电层（１）和非压电层（２）的组合。该分层结构可形成多种多样可电切换的光学薄膜。这些薄膜可应用于显示器、起偏振器、光学补偿器、美学薄膜和选择性反射（ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）仅某些波长的“热”和“冷”反射镜。还公开了采用这些薄膜的单色和多色显示器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及具有约五层或更多总层并具有至少三个压电层的多层薄膜，其中薄膜的反射率(reflectivity)及其它光学性质可通过 电场的施加而动态地改变。压电层优选为聚合物本性的并且被居间的非 压电层隔开。
技术介绍
微共挤塑及其它光控或"虹彩"薄膜具有广泛用途，包括美学/多彩包 装、用于液晶显示器(LCD)领域的增亮和反光薄膜、介电起偏振器、补 偿薄膜、反射镜(包括让可见光透射但不让红外线透射，或相反情况，的 "冷"或"热"反射镜)等。这些薄膜一般通过共挤塑许多不同聚合物的薄层 而制成，随后可直接使用，或者被层合/涂布而用于各种各样的应用。为 让这些虹彩薄膜恰当地工作，这些不同层一般具有不同的折射率，在文 献中有时被称作"失配"的折射率，以便优化每个界面处的反射。也有利 的是，让每个层的厚度处于光波长的数量级或更小(即，小于几个微米) 以便使反射后的相消干涉最大化。操纵实际厚度、层的重排、折射率等 等，就能根据波长、偏振、视角以及诸如此类的因素来微调反射率和/ 或光延迟。这些不同的组合，又能为上述不同领域提供各式各样的光控 制。典型的微-共挤塑结构，例如，可以是包含聚酯(例如，聚对苯二曱 酸乙二醇酯(PET)或萘二曱酸乙二醇酯(PEN))和聚曱基丙烯酸甲酯 (PMMA)的交替层的薄膜。聚酯具有相当高的折射率(n〉1.57)和高的双折 射， 一般大于约0.05,取向后。相比之下，PMMA具有非常低的折射率 (n —般小于或等于1.50)和非常小的取向诱导的双折射，从而使反射比 (reflectance)最大化。整个结构可包含50-100个通过特殊共挤塑进料头 (feedblock)产生的这些交替薄膜的总层。就典型而言，将薄膜单轴或双 轴取向处理，以便将共挤塑的薄膜减薄到要求的厚度范围，同时也为类 似于起偏振器的应用而诱导双折射。虹彩薄膜可由多种多样不同聚合物 制成，不光是聚酯/PMMA，唯一的要求是，对于给定的用途来说，薄膜 具有合适的折射率和厚度。加工过程也可能在选择中起一定作用，因为 聚合物的加工温度、共挤塑性、附着力、拉伸行为等应当通常是相容的。 以上虹彩结构和薄膜的缺点之一是它们的"静态"、不可改变的光学 性质。就是说， 一旦制成，这些薄膜的反射率就无法轻易地改变。相比 之下，如果薄膜的反射率可通过例如施加的电压而轻易地改变，正像作为本专利技术的基础那样，则相应的应用将不可限量。此种电压改变的光学 结构可被称作"动态"光控薄膜或"光调制"薄膜。作为例子，凭借适当施 加的电极，该薄膜可起到某种显示器元件的作用。电压的施加将使动态薄膜从透射转换到反射，或反过来，就如同液晶显示器薄膜(LCD)那样 工作。然而，此种动态薄膜却具有额外的优点，它可围绕任何曲面弯曲 /挠曲，不像大多数刚性LCD似的。其它用途可包括动态变化的信号/广 告牌、有源包装/标签、用于例如汽车涂漆膜、温室的可电切换偏振薄膜、 用于开关和波导的光学调制薄膜等等。此类动态光控薄膜将对于多种多 样的领域具有巨大机会。与本专利技术有关的另 一种薄膜技术是压电薄膜技术。压电性能是指一 种材料，当受到应力时产生一定电压，或替代地，当施加电压时发生变 形。压电材料/薄膜应用于多种多样领域，包括电晶体、变换器 (transducer),触摸垫和屏幕、扬声器、超声波元件、传感器(sensor)等。 有许多种压电材料，而最常见的是石英、各种陶乾例如钛酸锆和钛酸钡 以及基于聚偏二氟乙烯(PVDF)的聚合物薄膜。PVDF通常以商品名 Kynar 由Total Atofina销售并且比脆性陶资更柔韧和富有回弹性。PVDF只有在经过恰当地取向和电极化之后以恰当地将其偶极子排 列才获得其压电性能。未取向的PVDF处于无极性"ct"相，此时氢原子 和氟原子处于随机排列。相反，取向造成一种第二随机取向的晶体形 式，被称作"(3，，相，此时氬原子和氟原子排列在链的相对两侧，从而形 成电偶极子。为产生压电活性，所有这些偶极子必须沿着同一总方向排 列。这是这样实现的高温和高电场的作用使薄膜电"极化"，从而诱导 所有偶极子沿同一方向取向。随后，将样品骤冷以锁定此种排列。在随 后施加的电压或电场作用下，这些排列的偶极子将力图沿电场方向重 排，从而引起所谓压电效应的变形。类似地，如果薄膜受到应力或变形， 致使偶极子发生4几械重排，则将在薄膜两侧造成电压，该电压可测量出 来，正如在许多压电传感器中的情况那样。虽然有许多有关PVDF薄膜的应用，但大多是非压电本性的，因为 薄膜从未取向或电极化处理过。类似地，此类薄膜在微-共挤塑结构中以 压电形式(即，取向并极化)的应用也是未知的。因而，若将压电活性薄 膜作为光控多层"虹彩"结构的 一部分结合进去将是可心的。此种结构将 能通过施加电压而改变其反射率和光控性能。制成的动态薄膜将以比， 例如，传统刚性LCD,更柔韧、灵活多样的形式提供光调制。如上所述， 此种光控薄膜将可应用于光学器件如起偏振器、光学补偿器、增亮和反 射薄膜、美学薄膜如装饰包装薄膜，以及选择性反射仅某些波长的"热" 和"冷"反射镜以及液晶显示器。
技术实现思路
扼要地，本专利技术提供一种包含五层或更多层的多层薄膜，其中至少 3层为压电活性的，其中薄膜的反射率和其它光学性质可通过施加电场 开: 、一 「 Z ," 日、、一附图简述附图说明图1是包括压电层的多层薄膜的示意图。图2是，对于基于PVDF的20层结构、施加不同电压(Es波)时，反 射比(R)对入射角e的曲线图。图3是，对于基于PVF/TrFE共聚物的15层结构、施加不同电压(Es 波)时，反射比(R)对入射角e的曲线图。图4是，对于在不加电压时通常为透射性的薄膜、施加不同电压时， 反射比(R)对入射角e的曲线图。图5是显示波长对反射(Es波)的影响的曲线图。具体实施方案本专利技术提供一种具有约五或更多总层，其中至少3层为压电活性的 多层光控薄膜，其中反射率和其它光学性质可通过电场的施加而动态地 改变或调制。压电层优选为聚合物本性的并且由聚偏二氟乙烯或偏二氟 乙烯的共聚物制成。另外，这些压电层优选被居间的非压电层隔开。此 种光学薄膜包括但不限于，干涉起偏振器、反射镜、彩色薄膜、显示器及其组合，其中光学性质可通过外加电压而迅速和轻易地改变。该薄膜 在取决于设计的紫外、可见和红外光谱的宽范围内呈光学活性。特别有 趣的是这样的共挤塑聚合物多层光学薄膜，它具有 一个或多个双折射性质的层，其中至少3层是压电活性的。除非另行指出，在本说明书和权利要求中使用的所有代表组分的数 量、性质如分子量，反应条件等等的数字在所有情况下均应理解为带有 修饰语"约"。因此，除非另行指出，在下面的说明书和所附权利要求 中给出的数值参数都是近似值，它们可随着要通过本专利技术达到的性能而 变化。最起码，每个数值参数应至少根据所给出的有效数字并通过应用 常规的四舍五入方法来进行理解。另外，本说明书和权利要求中所公开的范围意在具体地包括整个范围，而不仅仅是端值。例如，当指出O-IO 的范围时，意在公开0和IO之间的所有整数，例如，1、 2、 3、 4等，0 和10之间的所有分数，例如，1.5、 2.3、 4.57、 6.1113等，以及端值0 和io。同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括五层或更多总层并且至少三个压电层的多层薄膜，其中每个所述压电层被一个或多个基本上透明的居间层隔开。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：MD谢尔比，
申请(专利权)人：伊士曼化工公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]