專利名稱：偏振板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及光偏振板和制造該板中一偏振層的方法。
光偏振現象是公知的。Christian Huggens在18世紀初用實驗證明方解石晶體吸收大部分水平偏振光粒子。
盡管這構成太陽鏡和照相機鏡頭直線偏振的基礎，但方解石晶體在照明裝置中的實用價值并不大，原因是水平偏振粒子約占發射光的50％，因此這一吸收造成光的50％的損耗。
本發明的目的是盡可能防止水平偏振粒子離開照明裝置，為此，在照明裝置裂縫中放置一多層透鏡板；反射和折射相結合而造成回流偏振并垂直偏振光線。
18世紀中葉Dominique Arago讓光通過一堆玻璃片。這些玻璃片的折射率使得穿過第一塊玻璃片的部分垂直偏振光以不同臨界角照射到第二塊玻璃片上而更多反射水平偏振粒子。只要把從每一表面反射的光收集在該結構中，用一反射背面消偏振后回收以便重新通過，從最后一塊玻璃片發出的光就大都在垂直平面中偏振。
美國專利2,402,176所公開的一種偏振器由其表面永久貼緊的15-30塊塑料片構成，它較之Arago方法具有若干優點，特別是較之厚玻璃片光的吸收低。
美國專利2,983,178公開了一由2-20層玻璃片與低熔點玻璃構成的板，然后加熱該板，其中的低熔點玻璃熔化而生成氣隙，玻璃片與所含空氣的折射率顯著不同。
美國專利3,124,639用擠壓成形的半透明聚苯乙烯泡沫材料取代該玻璃復合物，因為他看出，在這種擠壓成形薄片中，擠壓機在塑料片的正反兩面上壓扁泡沫復合物中的圓柱形空氣單元。應該看到，當壓扁的單元大致對齊時，它們用作極好的偏振器，壁的光線損耗很小。應有保護層保持該載體基片處于扁平狀態，一頂層貼面保護易損壞泡沫材料不受損壞和污染。
已知有按照上述原理連續生產偏振板的一種方法。還已知一種改進的載體片，它的偏振性并不提高，但據說可更有效地分配光線。
上述最后一個專利的偏振板有如下若干缺點1、用泡沫材料實現的偏振程度雖然很高從而在商業上很成功，但如美國專利3,124,639所述，受限于在泡沫塑料生產工藝中壓扁多層橢圓形泡沫單元的生成效率。
2、任何進一步的改變(如果有的話)，只限于美國專利3,772,128所述的粘結工藝。此外還有材料改變，該發明的唯一目的是把三種材料熱粘結在一起，從而節省粘結劑的費用。把三種材料粘結成一復合件，偏振板并不具有填隙件中一層或多層之間的氣隙增加、從而提高折射性能的優點。
3、用擠壓基層的剩余熱熱粘結貼面的工藝限制了該貼面的保護性，因為它必須很薄、熔點很低。因此偏振板在運輸過程中、裝配和其后維修時極易損壞。即使有微小的人為損壞，偏振板也無法修復，燈發出的光就有毛病。
4、該整體板方法使得偏振板無法構作成符合英國和其他許多國家的建筑規程，因為用作熱熔在棱柱層上的貼面的泡沫材料在建筑規程的起火測試溫度下就會熔化。
本發明光偏振板包括多層半透明材料，一對相鄰層之間有至少一個流體間隙，至少一層偏振層為具有多層橢圓形泡沫的泡沫材料。
本發明還包括制造具有橢圓形泡沫的泡沫材料偏振層的一種方法，包括熱輥壓延工藝，在此工藝中，通過提高壓輥溫度和材料拉力生成其泡沫明顯呈橢圓形、其厚度從通常的1mm減小成0.8mm的連續片材，然后把該片材傳送到一放置在離一層壓輥一定距離處的送料輥，在材料從送料輥傳送到層壓輥的過程中，在稍低于材料斷裂點受控拉力下對之預熱，層壓輥加熱到90-110℃ ，輥的壓縮對材料造成玻璃化效果。
本發明是一種靈活、有效的垂直偏振光線的方法，該方法基于公知的回流偏振原理，光線射到一多透鏡填隙板上時按照其入射角折射反射的電磁光波，透明透鏡之間的空氣或氣體的折射率與透鏡材料截然不同，其比例一般為1∶1.6。
該偏振板中的各材料層的折射率可相同，但最好不同。
下面結合附圖用實施例說明本發明，附圖中

圖1為本發明偏振板一優選實施例的剖面圖；圖2為泡沫材料偏振層的放大剖面圖；圖3為該偏振板的剖面圖，示出它與一光源的相對位置。
圖1所述復合板包括一棱柱形聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)片11；一雙面膠聚酯片12；其中有橢圓形泡沫、下文稱為“發泡塑料”的一偏振層13；一氣隙14；一聚酯片15；一氣隙16；一純PMMA蓋片17。這些層可封在一泡沫塑料墊片18中。
圖2為具有一由重疊橢圓形泡沫構成的泡沫芯和兩反射外表面19和20的發泡塑料層13的剖面圖。
圖3詳細示出偏振板與光源的相對位置，該光源可為任何光源，包括陽光、電燈光或氣體發光。在該圖中，棱柱片11的不規則面不與光源正對，但其也被倒置。
該基片11也可呈平面或用半透明面層做出圖案，但具有正規棱柱的棱柱設計可更好折射光線，從而偏振效果最佳。
基片材料最好為棱柱形聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，盡管也可使用其他材料，例如丙烯酸、聚碳酸酯或PVC，只要它們充分聚合，從而光在其中散射最少、光的傳輸值盡可能高。
光波然后穿過一層發泡塑料13，該高效偏振泡沫材料的光傳輸性能也很高。它用高度半透明粘合劑或壓裝薄膜層壓到基片11上。
可用靈活的兩步工藝制成具有不同特性的發泡塑料。它是密度極低閉合泡沫聚乙烯(一種較厚的泡沫材料)的一種兩級改性，從而非常有利于控制泡沫結構中從圓形向橢圓形的變化。
第一步是熱輥壓延工藝，在此工藝中，通過提高熱輥溫度和材料拉力生成其泡沫明顯呈橢圓形、其厚度從通常1mm減小到0.8mm的連續片材。由于該材料為熱塑材料，因此經處理后泡沫保持橢圓形。
第二步進一步改善橢圓形泡沫的光學效率并玻璃化偏振板的兩表面，從而提高該泡沫結構中的內部反射。這進一步把材料厚度從0.8mm減小到0.6mm。
一輥架放置在離層壓輥合適距離處。材料在從送料輥傳送到層壓輥的過程中在稍低于材料斷裂點的精細控制的拉力下預熱。層壓輥加熱到90-110℃，溫度越高、效果越佳。輥的壓縮生成玻璃化效果，材料外觀發生顯著變化，其組織呈密封表面。
經發泡塑料層折射的光線通過一個或多個氣隙和一層或多層光傳輸性很強的透明材料時進一步折射或受該密封偏振板框中的鏡面拋光柵片的反射和導向。至關重要的是，從這類柵片反射的漫射盡可能低，最好低于5％。
偏振板的最后貼面最好為光傳輸性很強的純PMMA，厚度在1mm-2mm時光的散射最少。該貼面材料也可使用符合防火要求的PVC或聚碳酸酯。所有貼面材料都得有很好的防劃傷和防沖擊性能。
偏振板的有些層之間用該層周邊上的粘結隔片隔開。氣隙的深度決定于若干因素，但不得小于5微米。
該粘結隔片防止灰塵、細菌或其他污染物進入偏振板內部，由于該框的固定裝置可能需要穿過偏振板的周邊，因此該粘結隔片一般需要有自密封性。
偏振板可用任何合適材料、例如鋼、鋁、PVC(或類似的熱塑材料)的擠壓成形條(圖7)作框。該框通常與該偏振板斜接并用從一針管中擠出的聚丙烯粘合劑直接粘到該偏振板上。
該框的強度和大小足以承受其他固定裝置的彈簧夾。該框兩面或四面的周邊上可有導軌，以便裝入天花板網格中。該細長導軌中可打孔，以便用作空調氣流路徑中的空氣處理件。
該偏振板可傳導290-780Nm完全可見光譜范圍內的偏振光。這在范圍390-430Nm中特別重要，因為眾所周知，短波長的紫外線比長波長紫外線更容易偏振。因此本發明偏振板比現有偏振板生成多得多的偏振，因為大多數紫外線被當前使用的熱塑偏振板阻擋。
這些密封和防損壞偏振板的另一個顯著優點是維護費用低，因為它們使用普通清潔材料即可清掃或除塵。
權利要求
1.一種光偏振板，包括多層半透明材料，一對相鄰層之間有至少一個流體間隙，至少一層偏振層，其為具有多層橢圓形泡沫的泡沫材料。
2.按權利要求1所述的偏振板，其特征在于，每一層用一粘性泡沫塑料墊片密封。
3.按權利要求1或2所述的偏振板，其特征在于，偏振板的正反兩表面層為防劃傷、防水、防紫外線照射、容易清洗、有自阻燃功能的抗沖擊材料。
4.按權利要求1、2或3所述的偏振板，其特征在于，該泡沫材料層包括一用很大拉力壓延而成的閉合聚乙烯，橢圓形泡沫上下相疊而呈細長形，表面用熱層壓工藝熔化表面泡沫而密封。
5.按權利要求1-4中任一權利要求所述的偏振板，其特征在于，用一密封偏振板封裝導向柵片。
6.按上述任一權利要求所述的偏振板，其特征在于，該偏振板的所有元件傳導頻率范圍為290-780Nm的光。
7.一種制造具有橢圓形泡沫的泡沫材料偏振層的方法，包括熱輥壓延工藝，在此工藝中，通過提高壓輥溫度和材料拉力生成其泡沫明顯呈橢圓形、其厚度從通常的1mm減小成0.8mm的連續片材，然后把該片材傳送到一放置在離一層壓輥一定距離處的送料輥，在材料從送料輥傳送到層壓輥的過程中，在稍低于材料斷裂點受控拉力下對之預熱，層壓輥加熱到90-110℃，輥的壓縮對材料造成玻璃化效果。
8.一種參照附圖示出和描述布置和構造的光偏振板。
9.一種如所述制造具有橢圓形泡沫的泡沫材料偏振層的方法。
10.一種制造泡沫材料偏振層的方法，包括下列步驟熱輥壓延閉合泡沫材料片而使該泡沫材料片的泡沫結構變成橢圓形，張緊并加熱經如此處理的片材，在加熱層壓輥之間傳送該片材。
11.按權利要求10所述的制造泡沫材料偏振層的方法，其特征在于，張緊片材的步驟包括把它張緊到接近其斷裂點。
12.按權利要求10所述的制造泡沫材料偏振層的方法，其特征在于，把層壓輥加熱到90-100℃。
全文摘要
一種光偏振板,包括多層半透明材料。在一對相鄰層之間有至少一個間隙(14、16),至少一層為由具有多層橢圓形泡沫的泡沫材料制成的偏振層(13)。該偏振層(13)首先用熱輥壓延工藝使得泡沫變成橢圓形。該材料然后在拉力下加熱后傳送到一對被加熱的層壓輥。結果生成其外表面玻璃化的材料。
文檔編號F21V9/00GK1222234SQ96180328
公開日1999年7月7日 申請日期1996年6月14日 優先權日1994年5月28日
發明者約翰·理查德·斯蒂芬森 申請人:梅達利亞有限公司