具有光学活性呼气阀的呼吸器的制造方法_3

文档序号:9712709阅读:来源:国知局
于0.015千兆帕斯卡 (GPa),或更通常地小于0.013GPa的硬度。在一个或多个实施例中,可以通过使用谱带偏移 膜使阀瓣在打开和闭合期间闪烁。
[0062] 谱带偏移膜可包括充当着色的反射镜或偏振片的多层聚合物膜。该膜的层可包括 交替的第一聚合物层和第二聚合物层,从而提供多层双折射的谱带偏移膜。可以使用这样 的多层双折射的谱带偏移膜:其具有连续层针对沿互相正交的面内轴(X轴和y轴)偏振的光 的折射率和连续层针对沿垂直于面内轴的轴(z轴)偏振的光的折射率之间的特定关系。在 一个或多个实施例中,沿X轴、y轴和z轴的折射率的差值(分别为△ X、△ y、和△ z)为使得Δ z 的绝对值小于Δ X或Δ y中至少一者的绝对值的约十分之一(例如,I Δ z I〈0. lk,k=max{ I Δ X I,I A y I })。可将具有此特性的膜制成为表现出这样的透射光谱:其中针对p偏振光的透射 峰或反射峰(当绘制为频率或l/λ的函数时)的宽度和强度在宽泛的视角范围内保持基本恒 定。另外针对P偏振光,在角度变化情况下,光谱特征朝光谱的蓝色区域偏移的速率高于各 向同性的薄膜叠堆的光谱特征。
[0063]适用于本公开的谱带偏移膜可为光学各向异性的多层聚合物膜,该膜根据视角而 变色。这些可以设计成在至少一个带宽反射一个或全部两个光偏振的膜可设计为在至少一 个反射带宽的一侧或全部两侧具有锋利带缘。本公开的谱带偏移膜内的层厚度和光学叠堆 的折射率可被控制,以(在特定的入射角下)反射至少一个特定波长光的偏振,同时在其它 波长上为透明的。通过谨慎操纵这些层沿不同膜轴的厚度和折射率,膜在一个或多个光谱 区上可以制成起到反射镜或偏振片的作用。因此,例如膜可以被调成在光谱的IR区域或可 见光部分中反射全部两个光偏振,而在光谱的其它部分内是透明的。除了高反射率之外,膜 还可以具有用于偏振光的多层膜的光透射/反射光谱的形状(例如,带宽值和反射率值),该 形状在宽泛的入射角范围内保持基本不变。由于此特征,具有例如6 50nm的窄透射谱带的反 射镜膜在垂直入射角下的透射中看起来将为深红色,然后在连续的较高入射角下为红色、 黄色、绿色和蓝色。这种行为类似于将光的色彩分散的光束在分光光度计中的整个狭缝上 移动。
[0064]任何合适的光学膜可与本公开的阀一起使用。例如,图8-图9示出了包含双折射基 质或连续相52和非连续相或分散相54的漫反射光学膜50或其它光学体。连续相的双折射率 通常为至少约0.05、更通常地至少约0.1、还更通常地至少约0.15、且还更通常地至少约 0.2。
[0065]对于偏振光学膜,连续相和分散相沿三个互相正交的轴中的第一个轴的折射率基 本上匹配(即,相差小于约0.05),而沿三个互相正交的轴中的第二个轴的折射率基本上失 配(即,相差超过约0.05)。通常,连续相和分散相在匹配方向的折射率相差小于约0.3、更优 选小于约0.02、并且最优选小于约0.01。连续相和分散相在失配方向的折射率通常相差至 少约0.07、更通常地至少约0.1、并且最优选至少约0.2。
[0066] 沿特定轴的折射率失配具有使沿该轴偏振的入射光基本上被散射从而导致大量 反射的效应。相反,沿其中折射率匹配的轴偏振的入射光将以低得多的散射程度镜面透射 或反射。利用此效应可制成多种光学设备,包括反射偏振片和反射镜。
[0067] 本公开提供一种实用且简单的光学体和用于制备反射偏振片的方法,并且还提供 一种根据本文所述的原理获得连续范围的光学特性的装置。而且,可以获得具有高消光比 的非常高效的低损耗偏振片。其它优点是宽泛的用于分散相和连续相的实用材料范围,和 在提供一致且可预测的高品质性能的光学体中的高度控制。连续相和分散相中至少一者的 材料是在取向时发生折射率变化的类型。因此,随着膜在一个或多个方向被取向,将沿一个 或多个轴产生折射率匹配或失配。通过谨慎操纵取向参数和其它加工条件,基质的正双折 射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漫反射或透射。透射与漫 反射之间的相对比取决于分散相内含物的浓度、膜的厚度、连续相和分散相之间折射率差 值的平方、分散相内含物的大小和几何形状以及入射辐射的波长或波长谱带。沿特定轴的 折射率匹配或失配的量值会直接影响沿该轴偏振的光的散射程度。一般来讲,散射能力随 折射率失配的平方来变化。因此,沿特定轴的折射率失配越大,则沿该轴偏振的光的散射就 越强。相反,当沿特定轴的失配较小时,沿该轴偏振的光的散射程度也较小,并且因此镜面 透射穿过主体的体积。
[0068]图10示出了示意性侧视图中多层光学膜60的一个实施例的一部分,以显示包括其 内层的膜的结构。膜基于局部x-y-z笛卡尔坐标系示出,其中膜平行于X轴和y轴延伸,并且z 轴垂直于膜及其组成层且平行于膜的厚度轴。注意,膜60不必是完全平坦的,而是可弯曲或 以其它方式成形以偏离平面,并且即使在那些情况下,膜的任意小的部分或区域也可如图 示与局部笛卡尔坐标系相关。
[0069]多层光学膜可包括各个层,该各个层具有不同折射率,使得一些光在相邻层之间 的界面处被反射。这些层(有时称为"微层")很薄,足以使在多个界面处反射的光发生相长 干涉或相消干涉,从而赋予多层光学膜以期望的反射或透射特性。对于设计成在紫外线波 长、可见波长或近红外波长反射光的多层光学膜,每个微层的光学厚度(物理厚度乘以折射 率)通常小于约Ιμπι。然而,也可以包括更厚的层,诸如多层光学膜的外部表面的表层,或设 置在多层光学膜内用以将微层相干组(称为"叠堆"或"层组")分离的保护边界层(PBL)。在 图10中,将微层标记为"Α"或"Β","Α"层由一种材料构成,并且"Β"层由不同的材料构成,这 些层以交替排列的方式堆叠,以形成如图所示的光学重复单元(ORU)或单位单元ORU UORU 2、-"0RU 6。通常,如果需要高反射率,则完全由聚合物材料构成的多层光学膜将包括远多 于6个光学重复单元。应当注意,除了最上面的"A"层之外,所有"A"和"B"微层均为膜60的内 层,该最上面的"A"层的上表面在此示例性实例中与膜60的外表面62-致。位于该图底部的 显著较厚的层64可表示外表层或PBL,该PBL将图中所示的微层叠堆从另一微层叠堆或微层 层组(未示出)分离开来。如果需要,可例如利用一层或多层厚粘合剂层或利用压力、热或其 它技术将两个或更多个单独的多层光学膜层压在一起,以形成层压膜或复合膜。
[0070] 在一些情况下,微层的厚度和折射率值可相当于1/4波长叠堆,即微层被布置成光 学重复单元的形式,每个光学重复单元具有光学厚度(f比= 50%,f比是组成层"A"的光学 厚度与整个光学重复单元的光学厚度之比)相等的两个相邻微层,这类光学重复单元通过 相长干涉有效地反射光,被反射光的波长λ是光学重复单元总光学厚度的两倍,其中物体的 "光学厚度"是指其物理厚度乘以其折射率。在其它情况下,光学重复单元中微层的光学厚 度可彼此不同,由此f比大于或小于50%。在图10的实施例中,"Α"层一般被示出为比"Β"层 薄。每一示出的光学重复单元(ORU UORU 2等)的光学厚度(OThOT2等)都等于其组成层"A" 和"B"的光学厚度之和,每一光学重复单元都反射波长λ为其总光学厚度两倍的光。一般的 多层光学膜以及本文特别讨论的内部图案化的多层膜中使用的微层叠堆或层组所具备的 反射率,通常基本上是基本镜面的而不是漫射的,这是微层之间基本光滑的清晰限定的界 面以及典型构造中使用的低雾度材料的结果。然而,在一些情况下,通过例如在表层和/或 PBL层中使用漫射材料,和/或使用一种或多种表面漫射结构或纹理化表面,成品可设计为 具有任何期望程度的散射。
[0071] 在一些实施例中,层叠堆中的光学重复单元的光学厚度可彼此全部相等,从而得 到高反射率的窄反射谱带,其中心波长等于每一个光学重复单元的光学厚度的两倍。在其 它实施例中,光学重复单元的光学厚度可根据沿ζ轴或膜厚方向的厚度梯度而不同,从而光 学重复单元的光学厚度随着从叠堆的一侧(例如顶部)到叠堆的另一侧(例如底部)而增大、 减小或遵循某些其它函数关系。可使用此类厚度梯度,以提供扩宽的反射谱带,以在所关注 的扩展波长谱带以及所关注的所有角度上提供光的大致光谱上平坦的透射和反射。也可使 用被设计为可在位于高反射和高透射之间的波长过渡区锐化谱带边缘的厚度梯度,例如如 标题为OPTICAL FILM WITH SHARPENED BANDEDGE(具有锐化谱带边缘的光学膜)的美国专 利6,157,490(Wheatley等人)中所讨论的。就聚合物多层光学膜而言,反射谱带可以设计成 具有锐化的谱带边缘和"平顶"反射谱带,其中反射特性在应用的整个波长范围内基本恒 定。还可以想到其它层布置方式,诸如具有2微层光学重复单元的多层光学膜(其f比为不同 于50%),或光学重复单元包括不止两层微层的膜。这些可供选择的光学重复单元设计可被 构造成减少或激发某些更高阶的反射,当期望的反射谱带存在于或延伸到近红外波长时, 这样做可能是有用的。参见例如标题为INFRARED REFLECTIVE OPTICAL INTERFERENCE FILM(红外反射光学干涉膜)的美国专利5,103,337(Schrenk等人);标题为TWO COMPONENT INFRARED REFLECTING FILM(两组分红外反射膜)的美国专利5,360,659(Arends等人);标 题为MULTICOMPONENT OPTICAL BODY(多组分光学体)的美国专利6,207,260(Wheatley等 人);以及标题为MULTI-LAYER REFLECTOR WITH SUPPRESSION OF HIGH ORDER REFLECTIONS(抑制高阶反射的多层反射器)的美国专利7,019,905(Weber)。
[0072] 如本文所述,多层光学膜的相邻微层具有不同的折射率,使得一些光在相邻层之 间的界面处被反射。将微层中的一个微层(例如,图10中的"A"层)的针对沿主轴X轴、y轴和z 轴偏振的光的折射率分别称为n IX、n I y和n I z。X轴、y轴、和z轴可例如对应于材料的介电张 量的主方向。通常,并且出于讨论目的,不同材料的主方向是一致的,但是这无需为一般情 况。将沿相同轴的相邻微层(如图10中的"B"层)的折射率分别称为1^、1127、1122。将这些层 之间的折射率差值称作沿X方向的Δ nx( =nlx-n2x)、沿y方向的Δ ny( =nly-n2y)、以及沿z 方向的△ nz( =nlz-n2z)。这些折射率差值的性质与膜中(或膜的给定叠堆中)的微层数量 及其厚度分布相结合来控制膜(或膜的给定叠堆)在给定区中的反射和透射特性。例如,如 果相邻微层沿一个面内方向具有大的折射率失配(Anx大),并且沿正交的面内方向具有小 的折射率失配(△ ny ? 〇),则膜或层组对于垂直入射光而言可以起到反射偏振片的作用。就 这一点而言,出于本公开的目的,反射偏振片可被视作这样的光学体:如果波长在层组的反 射谱带内,其会强烈地反射沿一条面内轴(称为"阻光轴")偏振的垂直入射光,并且强烈地 透射沿正交的面内轴(称为"透光轴")偏振的此类光。取决于预期的应用或使用领域,"强烈 地反射"和"强烈地透射"可具有不同的含义,但在许多情况下,反射偏振片对于阻光轴将具 有至少70%、80 %或9
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