具有减少色彩的浸没式不对称反射器的制作方法
专利名称：具有减少色彩的浸没式不对称反射器的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及光学膜，其反射和透射特性在很大程度上由通过该膜内的微层之间的界面所反射的光的相长干涉和相消干涉所确定，并且特定应用于此类膜与其他部件的组合，如适用于例如显示系统或其他照明系统的部件。本发明还涉及相关的制品、系统和方法。
背景技术：
由多个微层构成的反射偏振片为人们所知已经有一段时间了，其面内折射率被选择为提供沿着面内阻光轴的相邻微层之间的显著折射率失配和沿着面内透光轴的相邻微层之间的显著折射率匹配，并且具有足够多的层以确保对于沿着阻光轴偏振的垂直入射光有高反射率，同时对于沿透光轴偏振的垂直入射光保持低反射率和高透射率。参见例如美国专利 No. 3，610, 729 (Rogers)、No. 4，446，305 (Rogers 等人)和 No. 5，486，949 (Schrenk 等人)。近来，3M公司的研究人员已经指出此类膜沿垂直于膜的方向(即ζ轴)的层对层折射率特性的重要性，并且显示出这些特性如何对膜在斜入射角下的反射率和透射率起重要作用。参见例如美国专利5，882，774(Jonza等人)。除了别的以外，Jonza等人教导了 如何调整相邻微层之间的ζ轴折射率失配(简称为ζ折射率失配或Δηζ)以便于构造布鲁斯特角(P偏振光在界面处的反射率变为零的角度)非常大或不存在的多层叠堆。这又便于构造这样的多层反射镜和偏振片其对P偏振光的界面反射率随着入射角增加而缓慢减小，或者与入射角无关，或者随着入射角偏离法向而增大。因此，可以获得在宽带宽对s偏振光和P偏振光均具有高反射率的多层膜(对于反射镜以任何入射方向，对于偏振片以选定的方向)。
发明内容
由于制造商持续地将光学膜和其他光学部件的功能合并到越来越少的零部件中， 以降低成本并改善性能，所以此前作为独立式膜置于产品中且在膜的两个主表面均具有空气间隙的多层光学膜，现在可以粘结到或换句话讲接合到其他膜或光学部件，使得多层光
4学膜的外表面处不再存在空气间隙。根据接合到多层光学膜的光学部件的性质，此类膜构造中的多层光学膜可以“光学浸入”折射率大于空气的材料中，使得光能够以“超临界”角 (艮P，比空气的临界角更斜的角度)透过膜传播。我们发现，其中多层光学膜以这种方式光学浸入的某些多层光学膜构造具有意想不到的特性。当多层光学膜被设计为谱带相对较宽的部分反射器，如部分透射并部分反射可见波长范围内的标称均勻的光，并且当多层光学膜具有不对称的垂直入射反射率或透射率使得沿第一轴线偏振的垂直入射光比沿垂直于第一轴线的第二轴线偏振的垂直入射光反射更多(或透射更少)时，我们发现，多层光学膜相对于观察者或相对于膜构造的输入表面或输出表面的取向或“面向”，可对系统的外观颜色和/或空间颜色均勻度具有重大和显著的影响。例如，如果构成多层光学膜的微层排列为光学重复单元(ORU)，所述光学重复单元的光学厚度根据层厚度分布排列，同时较薄的ORU大体更靠近膜的第一表面设置，而较厚的ORU大体更靠近膜的第二表面设置，那么根据多层光学膜的取向(在膜构造背景中) 是第一表面朝向膜构造的输出表面(或观察者)还是第二表面朝向此类输出表面，系统的外观颜色和/或空间颜色均勻度可具有显著差异。可开发该有趣的并出乎意料的特性，从而制造被定制用于在(例如)预期应用中提供低可感知色差的多层光学膜构造。因此，如果需要减少色彩，那么多层光学膜可取向为使得较薄的ORU比较厚的ORU大体更接近膜构造的输出表面。因此，除了别的以外，我们还公开了包括一组微层的膜构造，所述微层反射沿第一轴线偏振的垂直入射光多于沿第二轴线偏振的垂直入射光。微层排列为光学重复单元 (ORU)，该光学重复单元具有沿垂直于第一和第二轴线的厚度轴的厚度分布，所述厚度分布使得微层组对于给定入射条件在延伸的反射谱带上具有中间反射率。ORU包括厚度小于平均厚度的较薄的0RU，和厚度大于平均厚度的较厚的0RU。微层组光学浸入折射率大于空气的介质中，使得超临界光可透过微层传播。微层取向为使得，平均来说，较薄的ORU比较厚的ORU更接近于构造的输出表面。该取向可称为“薄侧向外”。我们还公开了具有输入表面和输出表面的膜构造。该构造包括多个排列为光学重复单元(ORU)的微层，以通过相长干涉或相消干涉选择性地反射光，所述微层对于沿第一轴线偏振的垂直入射光比对于沿第二轴线偏振的垂直入射光具有更大的反射率，所述第一轴线和第二轴线限定膜平面。微层光学浸入折射率大于空气的介质中，使得超临界光可透过多个微层传播。ORU具有沿垂直于膜平面的厚度轴的层厚度分布，所述层厚度分布具有平均厚度，并且对于给定入射条件为多个微层有效提供在延伸的反射谱带上的中间反射率。基于厚度分布，ORU包括厚度小于平均厚度的较薄的0RU，和厚度大于平均厚度的较厚的0RU。微层优选地取向为使得，平均来说，较薄的ORU比较厚的ORU更接近于输出表面。微层在延伸的谱带上提供的中间反射率使得能够在该谱带上进行部分反射和部分透射。根据多层光学膜为其一部分的系统设计，此类中间反射率可以设计为针对多种所需的入射条件出现。在一种情况下，例如，入射条件可以针对沿第二轴线偏振的垂直入射光，在这种情况下宽带部分反射和透射与“透过状态”的光相关。在另一种情况下，入射条件可以针对沿第一轴线偏振的垂直入射光，在这种情况下宽带部分反射和透射与“阻塞状态” 的光相关。在其他情况下，入射条件可以针对在选定入射平面内倾斜入射的光。例如，可以指定S偏振光或P偏振光，或s偏振光和ρ偏振光的平均(非偏振光)。选定入射平面可以为包含第一轴线和厚度轴的平面，或包含第二轴线和厚度轴的平面，或在相对于以上平面的中间位置旋转的平面。例如，入射平面可以为包含厚度轴并相对于第一轴线旋转10度、 或20度、或45度的平面。还可以根据需要进一步指定此类平面中的入射角，例如，在折射率1. 494的介质中为49度，或在此类介质中为38度角，或为其他角度以及在其他介质中。微层可以排列为单个光学组，并且较薄的ORU可以主要设置在光学组的第一侧面上，以及较厚的ORU可以主要设置在光学组的第二侧面上，所述第一侧面面向膜构造的输出表面。或者，微层可以排列为至少两个不同的光学组。多个微层可以包括第一组微层和第二组微层，第一组微层包含第一材料，第二组微层包含不同于第一材料的第二材料。ORU的每一个可以包括来自第一组微层的第一微层和来自第二组微层的第二微层，或者基本上由它们组成。在一些情况下，第一材料可以为双轴双折射的，并且在其他情况下，第一材料可以为单轴双折射的。在任一种情况下，第二材料可以为基本上各向同性的，或者其可以为双折射的。膜构造可以具有暴露于空气中的第一和第二相对主表面，并且输入表面可以为或包括第一主表面，并且输出表面可以为或包括第二主表面。多个微层可以包含低吸收材料，使得多个微层的透射率百分比加上反射率百分比为约100%。那么中间反射率可以根据需要在400至700nm的可见波长范围内(例如)包括针对给定入射条件的至少10%但小于90%、或至少20%但小于80%的平均反射率。膜构造还可以包括无空气间隙地连接到多个微层的第一光学元件。此类第一光学元件可以包括微结构化表面，该表面可以具有任何数量的不同形状。微结构化表面可以具有规则的重复图案、无规图案、或它们的组合。微结构化表面可以为小平面化的，相邻小平面或其他特征之间具有可识别边缘或边界，或者其可以为波状的，不具有此类边缘或边界。 微结构化表面可以通过包括模塑的微复制技术形成、浇注、涂覆、制成，或通过任何其他合适的技术(例如在其他平滑层中掺入小珠或其他颗粒)制成。在一些情况下，微结构化表面可以包括多个线性棱镜，每一个棱镜平行于棱镜轴线延伸。棱镜轴线可以(例如)基本上平行于膜构造的第二轴线，但也可根据需要使用其他棱镜轴线取向。还可以使用其他棱镜类型，包括(但不限于)三面棱镜或四面棱镜。在一些情况下，微结构化表面可以包括规则或不规则的透镜状结构阵列。在可见波长范围内沿第一轴线偏振的垂直入射光的反射率可以为R1，并且在可见波长范围内沿第二轴线偏振的垂直入射光的反射率可以为R2，并且Rl可以为至少50%，R2 可以为至少10%，但这些值不应理解为限制性的。在一些情况下，Rl可以为50%或更小， R2可以为10%或更小。还可以包括膜构造作为光学系统的一部分，该系统还包括设置为透过输入表面将光引入到膜构造中的光源。该系统还可以包括邻近膜构造的输出表面设置的显示面板。膜构造可以包括无空气间隙地连接到多个微层的第一光学元件。第一光学元件可以(例如) 为或包括光导，并且输入表面可以为光导的侧面。光学系统可以包括光学厚层，并且输入表面可以为光学厚层的主表面。在一些情况下，主表面包括微结构化表面。在一些情况下，光学厚层可以包括设置在其内部的光漫射元件。本文还讨论了相关方法、系统和制品。
本专利申请的这些方面和其他方面通过下文的具体描述将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对受权利要求书保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。
图1为显示系统的示意性侧视图；图2为图1的系统的示意性侧视图，该系统已通过添加本文所公开的层合物和/ 或膜进行了修改。图3a_c为在其中涂敷了其他层的简化分层膜的一系列示意性侧视图，演示了在给定光学介质中浸入膜的概念；图4为给定层中光传播的角范围或锥形的透视图，示出了将该层浸入除空气之外的介质时锥形的扩展；图5为多层光学膜的示例性光学重复单元(ORU)的示意性透视图；图6为多层光学膜的一部分的示意性透视图，该视图显示了一组微层与多个ORU ；图7为多层光学膜的示意性透视图，该多层光学膜可以为不对称反射膜；图8为多层光学膜的另一个示意性透视图，该多层光学膜可以为不对称反射膜例如反射偏振膜；图9a和9b为描绘可用于多层光学膜设计中的示例性层厚度分布的曲线图；图IOa为包括光学浸没式多层光学膜的膜构造的示意性剖视图或侧视图；图IOb为包括光学浸没式多层光学膜的较简单膜构造的示意性剖视图或侧视图；图IOc为包括光学浸没式多层光学膜的另一种简单膜构造的示意性剖视图或侧视图；图Ila为示例性浸没式多层光学膜的透射率对波长(即光谱透射率)模式化曲线图，其中透射率针对以入射角θ =49度入射到χ-ζ平面(φ =0)的超临界光计算，所述入射角在折射率为1.494的介质中测量，该曲线图适用于膜的厚侧向外和薄侧向外取向两者；图lib为类似于图Ila的光谱透射率的模式化曲线图，但其中入射平面绕ζ轴旋转10度(Φ = 10)，并且多层光学膜的取向为厚侧向外；图Ilc为类似于图lib的光谱透射率的模式化曲线图，但其中多层光学膜的取向为薄侧向外；图1 为类似于图lib的光谱透射率的模式化曲线图，但其中吸收型偏振片设置为与多层光学膜的输出表面光学接触；图12b为类似于图Ilc的光谱透射率的模式化曲线图，但其中吸收型偏振片设置为与多层光学膜的输出表面光学接触；图13为类似于图12b的光谱透射率的模式化曲线图，但其中光的方向相反，使得吸收型偏振片与多层光学膜的输入表面光学接触；图14a为类似于图lib的光谱透射率的模式化曲线图，但其中多层光学膜的微层分为两个不同叠堆或组，厚度分布仍然为厚侧向外；图14b为类似于图Ilc的光谱透射率的模式化曲线图，但其中多层光学膜的微层分为两个不同叠堆或组，厚度分布仍然为薄侧向外；图15a和15b为图Ha_b的两组式多层光学膜的模式化曲线图，但其中膜不再光学浸入1. 494折射率的介质中(即，现在假定其浸入空气中)，其中假定膜设置在吸收型偏振片前方，并且其中入射平面具有Φ = 20度的方位角，图1 具有薄侧向外取向的多层光学膜，而图1 具有厚侧向外取向的多层光学膜；图16为膜构造的示意性侧视图或剖视图，该膜构造在一个实施例中被制造为多层光学膜薄侧向外取向，并且在另一个实施例中被制造为多层光学膜厚侧向外取向；图17a和17b为显示测得颜色随着沿图16实施例的水平轴线的位置而变化的曲线图，图17a对应于厚侧向外，并且图17b对应于薄侧向外；图18a和18b为显示测得颜色随着沿图16实施例的垂直轴线的位置而变化的曲线图，图18a对应于厚侧向外，并且图18b对应于薄侧向外；图19a为浸入1. 494折射率介质中的多层光学膜的光谱透射率的模式化曲线图， 该多层光学膜具有沿着一条面内轴相匹配的层对层折射率，该多层光学膜的取向为厚侧向外；图19b为浸入类似于图19a的1. 494折射率介质中的多层光学膜的光谱透射率的模式化曲线图，但其中各向同性微层的折射率降低，使得层对层折射率沿厚度或ζ轴匹配， 并且叠堆中的微层数目从551减少至221 ；图19c为类似于图19b实施例的光谱透射率的模式化曲线图，但其中光谱透射率针对不同入射平面计算，也就是说，入射平面以角度Φ =45设置，而非Φ = 10；图20a为具有551个微层的浸没式多层光学膜的光谱透射率的模式化曲线图，其中每个ORU中的一个微层为单轴双折射的，并且每个ORU中的另一个微层为各向同性的，沿 y轴和ζ轴的层对层折射率差值为正但比沿χ轴的层对层折射率差值小得多，多层光学膜的取向为厚侧向外；图20b为类似于图20b的模式化曲线图，但其中各向同性微层的折射率已改变，以使得沿y轴和ζ轴的层对层折射率差值为零；图20c为类似于图20a和20b的模式化曲线图，但其中各向同性微层的折射率已改变，以使得沿y轴和ζ轴的层对层折射率差值为负；图21为浸没式多层光学膜的模式化曲线图，该多层光学膜沿一条面内轴(χ轴) 的层对层折射率差值调整为相对接近于沿另一条面内轴(y轴)的层对层折射率差值，使得该多层光学膜的作用更像反射镜而非反射型偏振片，多层光学膜的取向为厚侧向外；图22、2^i、23、23a、23b、M、2^、25J6和^a为各种示例性膜构造的示意性侧视图或剖视图，其中多层光学膜为光学浸没式；图27为另一个示例性膜构造的示意性侧视图或剖视图，其中多层光学膜为光学浸没式；以及图观为其中发光体包括膜构造的装置的示意性侧视图，其中多层光学膜为光学浸没式。在这些附图中，相同的附图标号指示类似的元件。
具体实施方式
适用于显示器、背光源、发光体等的大多数光学膜具有光学透射和反射特性，其随着光的入射角的变化而变化。例如特别为特定介质(通常为空气)中特定范围的入射角和 /或出射角设计了多层光学膜，其包括多个足够薄的微层，以使得从多个微层界面反射一些光以发生相长干涉或相消干涉，从而得到所需的反射或透射特性。相似地，也特别为空气中特定范围的入射角和/或出射角设计了表面结构化膜，例如棱镜增亮膜。对于空气中的给定入射角而言，此类光学膜的传播角和出射角通过熟知的方程式(例如用于折射的斯涅耳定律)或其他方程式(例如用于衍射光栅的那些方程式)确定。用于液晶显示器(IXD)应用中的许多光学膜被设计用于空气中，即光在一系列入射角下从空气照射膜的第一主表面，并且光在一系列出射角下脱离膜的第二主表面进入空气中，并且入射角或出射角中的一者或两者均在空气中涵盖0°至90°的范围。此类膜可说成“光学浸入”空气中。即使肉眼难以观察到任何空气层，事实也可能如此。例如，如果将一种光学膜放在另一种光学膜上，在肉眼看起来两种膜可能在其整个主表面上基本接触。 然而，此类膜通常只在有限数量的点处相互接触，并且基本上在膜的主表面之间维持光厚空气间隙，即，厚度显著大于所关注光波长的空气间隙。降低LCD显示器和其他产品成本和/或设计改进(例如减小的产品厚度)的市场需求可形成这样一种期望，即辨识和消除不必要的部件以及将各个部件组合为一个或多个封装组。就光学膜而言，这种期望可导致这样一种尝试将光学膜固定或附连到一种或多种其他膜或系统部件上以形成层合构造，其中层合物的元件之间基本上不存在空气间隙。图1示出了包括显示组件112和背光源114的典型显示系统110的示意性侧视图，该显示系统位于笛卡尔x-y-z坐标系背景内以便于参考。如果系统110为IXD，则显示组件112可包括夹在正面和背面吸收型偏振片之间的液晶(LC)显示面板，所述LC显示面板还包括玻璃面板平板，在该玻璃面板平板之间设置有液晶材料，该液晶材料具有电极结构阵列和色彩过滤器格栅以形成各个可寻址图形元件(像素)。控制器116通过连接116a 连接到显示组件112以适当驱动电极结构，从而生成观察者118可察觉到的合适图像。背光源114的类型可为“侧光式”，这种情况下在其观察区域外沿背光源的一个或多个边缘或边界布置一个或多个LED、冷阴极荧光灯管(CCFL)或其他合适的光源120a、120b。或者，背光源的类型可为“直接照明式”，这种情况下可在扩散板或其他合适元件后的观察区域中布置一个或多个此类光源120c、120d、120e。在任何情况下，背光源114都会对应于显示组件 112的观察区域在大型输出区域IHa提供光。背光源提供的光通常为白光，即它包括红色、 绿色和蓝色光谱分量(或光谱分量的其他合适混合)的适当平衡，以使得光在观察者看来至少为标称白色。显示系统110通常也在显示组件112和背光源114之间或系统内的其他位置包括一种或多种光学膜或其他部件。根据显示系统的类型，此类部件可以包括例如一个或多个偏振片(包括如吸收型偏振片和/或反射偏振片)、扩散片(包括如扩散板、增益扩散片、体积扩散片和/或表面扩散片)和/或棱镜增亮膜(包括如3M公司(St. Paul, Minnesota, USA)所提供的多种Vikuiti BEF产品中的任何一种)。此类膜通常用于通过以下方法来增强显示系统的效率和/或亮度反射远离显示组件的“不可用光”(即不会有助于所需系统输出的光，不管是因为它属于将被显示组件112中的后部吸收型偏振片所吸收的偏振还是因为它在不合适的角度下传播)，然后通过例如漫射、镜面或半镜面反射器将该反射光的一部分作为“可用光”(即可有助于系统输出的光)重新导向回显示组件。光的此类反射和重新导向在显示系统中提供至少一定程度的光循环利用，该光循环利用一般通过箭头122a、 122b指示。通常布置在显示组件112和背光源114之间或设置在其他位置的膜和部件可在没有空气间隙的上述层合构造中备用。此类层合构造在图2的显示系统210中总体示出。除了层合构造之外，系统210可与图1的系统110大体上相同，包括其上述多种变换，并且类似的附图标号用于指示类似的元件，为了简便起见，未提供进一步的说明。然而，图2的显示系统将一种或多种光学膜无空气间隙地接合至其他膜或部件，从而得到所示的一种或多种层合物212a、212b、212c。在该图中，层合物21 无空气间隙地附接到显示组件112 (或其部件)，层合物212c无空气间隙地附接到背光源114(或其部件)。在一些情况下，可提供这样的层合物212b，其将一种或多种光学膜附接到其他膜或部件，并且两者间不带空气间隙，但可通过空气间隙将其与显示组件和背光源间隔开。根据要包括在层合物中的光学膜类型，消除空气界面或空气间隙可能会带来光学膜操作问题，也可能不会带来这样的问题。在以下情况下膜可继续按其在层合之前(即消除空气间隙之前)的方式工作在光进入过程中或者光进入一个主表面并退出膜的另一个主表面之前，要接合的每个膜或部件不大量散射或以其他方式重新导向光。然而，当光透过不平坦表面或透过与膜不平行的表面进入膜时，膜可能不会正常工作。此情况的一个实例为涂敷到Vikuiti DBEF多层反射偏振膜上的BEF棱镜。BEF棱镜膜和DBEF膜均设计用于空气中，但当通过利用如光学粘合剂连接两种膜的平坦表面来消除空气间隙时，不会发生功能缺失。另一个实例为层合至吸收型偏振膜的Vikuti DBEF膜。在上述两个实例中， 消除空气间隙不会对透过受影响膜传播的光的角分布产生显著影响。换句话说，可以说层合构造中的各种光学膜均光学浸入空气中，即使其主表面可能与空气不接触亦如此。下面结合图3a-c对此进行了进一步说明。在其他情况下，层合物中提供至少一种生成高度倾斜光的膜或部件，并且与此类高度倾斜光结合消除空气间隙会产生以下影响导致“超临界”光透过所关注的光学膜传播，并以某种方式退出层合物，从而降低系统性能。所谓“超临界”光是指以某一角度透过膜传播的光，与使用平坦、平滑空气/膜界面从空气照明所达到的角度相比，该角度倾斜度更高。这样，当膜光学浸入空气中时，从空气照射膜主表面的光的最大入射角为90度。此类掠入射光以临界角θ。折射到膜内，该临界角取决于膜的折射率。临界角通常为最倾斜的角，光将以该角度在膜内传播。对于允许超临界光透过光学膜传播并最终从层合构造射出的层合构造，可以说光学膜光学浸入折射率比空气高的介质中。下面结合图3c对此进行了进一步说明。在本专利申请的上下文中，除非另外指明，否则描述为“光学浸入”的膜或部件被假定为光学浸入折射率大于空气折射率的介质中。使用折射率接近1. 5的常规光学粘合剂将BEF棱镜膜层合至例如背光源的扩散板或LCD面板时，可出现此种情况。在上述两种情况下，BEF膜的入射角和出射角均会受到层合粘合剂折射率的很大影响，该折射率与空气折射率显著不同。当使用常规光学粘合剂将扩散片层合至反射偏振片的一侧，然后将其另一侧层合至LCD面板时，也可能会出现这种情况。在这种情况下，光学粘合剂将扩散片内生成的高度倾斜光作为超临界光透射到反射偏振片内，其可进一步透射到LCD面板内。由于反射偏振片和LCD面板通常均未设计成可适应此类高度倾斜光，因此这可导致偏振片和LCD面板内的大量内部散射光引起的性能降低，继而又可导致更低的显示器对比度和亮度。即使重新设计反射偏振膜来处理较大范围内的入射角，例如通过显著扩展已经较宽的多层叠堆反射偏振片的反射谱带(如，通过增加微层数量并延伸表征微层的厚度梯度的上限)，此类经重新设计的膜仍将继续通过较大范围的角透射光的透光轴偏振，并且举出的问题仍不会得到解决。为了使与层合构造中超临界光传播的相关问题减至最少，在一些情况下，可能期望并且可以利用某材料层，从光学设计观点来看，该材料层尽可能接近空气间隙，如，对于光厚光路的光具有高度透射性并且其折射率接近1.0的材料层。换句话说，有时需要这样一种装置，该装置可采用表面对表面模式物理附连透射光学部件，同时仍将入射角和出射角限制为相当于空气的那些角度。最近已经开发出了具有良好机械完整性和低雾度的超低折射率(“ULI”)膜。此类膜可涂敷到几乎任何光学膜上，以便接近空气间隙，然后可应用任何常规光学粘合剂将被涂敷膜与系统内的另一个部件接合在一起。合适的超低折射率材料在例如以下美国专利申请中有所描述提交于2009年4月15日并具有序列号61/169466 的“Optical Film” (光学膜)(代理人案卷号No. 65062US002)；提交于2OO9年4月日并具有序歹Il号61/169521 白勺"Optical Construction and Display System Incorporating Same”(光学构造和采用该光学构造的显示系统)(代理人案卷号No.653MUS002)； 提交于2009年4月15日并具有序列号61/169532的“Retroref lecting Optical Construction” (回射光学构造)(代理人案卷号No. 65355US002)；提交于2009年4月15 日并具有序列号 61/169549 的“Optical Film for Preventing Optical Coupling”(用于抑制光学耦合的光学膜)(代理人案卷号No.65356US0(^)；提交于2009年4月15日并具有序列号61/169555 的“Backlight and Display System Incorporating Same”(背光源和采用该背光源的显示系统)(代理人案卷号No.65357US0(^)；提交于2009年4月15日并具有 歹Ι 61/169427 的“Process and Apparatus for Coating with Reduced Defects'^ M 于缺陷减少的涂层的方法和设备)(代理人案卷号No.65185US0(^)；提交于2009年4月15 日并具有序列号 61/169429 的“Process and Apparatus for A Nanovoided Article”(用于中空纳米制品的方法和设备)(代理人案卷号No. 65046US002)；以及提交于2009年10 月 22 日并具有序列号 61/254，243 的“Optical Construction and Method of Making the Same”(光学构造及其制备方法)(代理人案卷号No. 65619US002)，上述专利申请全文以引用的方式并入本文。超低折射率材料也可使用凝胶型热解法二氧化硅制备。超低折射率材料在可见波长范围内可具有例如从1. 1至1. 3或从1. 15至1. 25的折射率。在许多情况下，ULI材料可以为多孔的，并且在一些情况下，可采用技术来密封ULI材料层的外表面，使得相邻层(如粘合剂层)的液态材料不会完全迁移至ULI层的孔中。此类技术在一个或多个引用的专利申请中有所公开。超低折射率材料还可呈现出折射率中的梯度。例如，该材料的形式可以是包含粘结剂和多个粒子的梯度膜或层，其中粘结剂与多个粒子的重量比不小于约1 2。梯度光学膜还可包括具有局部体积分率的多个互连孔隙，其中多个互连孔隙的局部体积分率沿着膜的厚度方向变化，从而得到沿着此类厚度方向变化的膜内的局部折射率。参考了美国专利申请 No. 61/254，673，“GRADIENT LOW INDEX ARTICLE AND METHOD”(梯度低折射率制品和方法)(代理人案卷号65716US002)，以及美国专利申请No. 61/254，674，"PROCESS FORGRADIENT NAN0V0IDED ARTICLE”(梯度中空纳米制品的方法)(代理人案卷65766US002)， 两者皆提交于2009年10月M日并以引用的方式并入本文。此类超低折射率材料可用于层合物中，该层合物包括角敏光学膜，从而可将此类膜以机械和光学方式耦合到其他膜或部件，同时将超临界光传播的有害效应降到最小。然而，即使当在层合构造中使用一种或多种此类超低折射率材料层时，超临界光传播的效应仍可在系统性能中起重要作用，并且实际上可显著降低系统性能，除非适当处理多层光学膜和/或其他角敏光学膜的设计方面。对用于支持超临界光传播的层合物中的多层反射偏振膜具体设计考虑事项进行讨论之前，我们参见图3a_c以示出将膜光学浸入除空气之外的介质中的概念。图3a_c为在其中涂敷了其他层的简化分层膜的一系列示意性侧视图，演示了在光学介质中浸入膜的概念。在图3a中，基础膜构造310基本由分层膜312组成，该分层膜两侧均暴露于折射率为no的介质，该介质被假定为空气( = 1.0)。为方便讨论，Iitl以及这些图3a-c中示出的其他折射率被假定为具有各向同性。此外，膜312示出为仅具有两层 常规低折射率光学材料的第一层，例如折射率Ii1为约1. 5或更高的聚合物；以及常规较高折射率光学材料的第二层，例如折射率n2也为约1. 5或更高的其他聚合物，但n2基本上大于叫。膜312具有第一主表面312a、将第一层和第二层分开的表面或界面312b、以及第二主表面312c。表面31 暴露于厚空气层314，而表面312c暴露于另一个厚空气层316。再次参见图3a，光从下方，即从空气层314入射在膜312上。入射光大体上沿着示出的ζ轴行进，其可与膜312的厚度维度垂直，但入射光包括最大可能范围内的光线传播方向，包括被导向为与ζ轴平行的光线、被导向为与ζ轴成适度倾斜角的光线、以及被导向为与ζ轴成极端倾斜角的光线，后者事实上与ζ轴垂直，使得它们以掠入角照射表面312a。 这一入射角的最大可能范围以5向箭头符号305表示。在一些情况下，与符号305相关的光分布可为准朗伯曲线，而在其他情况下它可具有差异非常大的分布。在任何情况下，符号 305的光分布均包括在半球上沿可能路径的所有方向(或2p立体角度)行进的一定量的光。现在跟随该入射光的传输路线从空气层314穿过膜312到达相对空气层316。在此过程中，我们集中于多个界面处的折射，并且为简单起见而忽略反射。表面31h、312b、312c均被假定为是平坦而光滑的，并且与ζ轴垂直。这样，当来自空气层314的入射光照射在主表面31 上时，根据斯涅耳定律，即IitlSin θ Q = nlSin θ 该入射光会折射到膜312的第一层内。由于入射光包含入射角在= 0至度范围内变化的光线，因此折射的光将包含折射角(或传播角)在θ工=0至θ工=θ。i范围内变化的折射光线，其中θ。i为第一层材料的临界角，g卩euzarcsind/nl)，因为Sin(90) =1并且 =1。第一层中所有折射光线的集合由半角为θ cl的锥形表示。折射光通常沿着ζ轴前进并遇到表面或界面312b，此时光进入第二层时会发生第二折射，所述第二层的折射率为n2。第二折射再次遵从斯涅耳定律，并在一系列传播方向或角度θ 2范围内在第二层内生成折射光，其中θ2在从02 = 0至θ2= θ。2范围内变化。 角度θ。2为第二层材料的临界角，即θ。2 = arcsin(l/n2)。第二层中所有折射光线的集合由半角为θ。2的锥形表示。由于折射率η2被假定为大于折射率ηι，因此角度0。2显示为小于I。第二层中的折射光进一步前进，直至遇到主表面312c为止。这时，当光从第二层进入空气层316时，会发生另一折射。再次根据斯涅耳定律，第二层中光的传播角θ2范围随折射成的空气层316的传播角范围而变换，其在0至基本90度的范围内，再次由符号305 指示。因此，在穿过膜312的过程中，来自空气的半球状入射光在膜的不同材料层中被转换为光的锥形分布，然后在另一空气层中恢复为半球状传播光。材料层中锥形分布的半角与各自材料的临界角相等。现在参见图北，我们看到的是另一个膜构造320的示意性侧视图。膜构造320包括图3a的双层膜312，但在膜312的每一侧添加了一层超低折射率材料，其具有折射率η。’， 以生成构造320。折射率η。’大于空气折射率，但显著小于低折射率ηι。折射率为η。’的材料的第一层322涂敷到膜312的表面312a，折射率为η。’的材料的第二层3Μ涂敷到膜312 的表面312c。与层322、3M结合的初始膜312现在形成新的膜，该膜具有暴露于空气的平坦、平滑主表面322a、3Ma，表面322a、324a与表面312a_c平行。仍然参见图北，光从下方，即从空气层314，入射在构造320上。如图3a中，入射光大体上沿着ζ轴行进，但随着光线穿越入射角的最大可能范围，再次由5向箭头符号305 表示。我们跟随该入射光的传输路线从空气层314穿过构造320的不同层进入相对的空气层 316。当来自空气层314的入射光照射在主表面32 时，根据斯涅耳定律，即npin θ 0 =Iitl ’ sin θ ^ ’，其会折射到超低折射率材料层322中。由于入射光包含入射角在= 0 至θ ^ 90度范围内变化的光线，因此折射光包含折射角(或传播角)在QcZ=O至Qtl ’ =θ μ范围内变化的折射光线，其中θ Μ为超低折射率材料的临界角，8卩e^zarcsind/ ’)。层322中所有折射光线的集合由半角为θ μ的锥形表示。此折射光随后前进穿过构造320的其余部分。在此过程中，每个不同层中表示传播方向范围的角度锥形由斯涅耳定律确定。可采用直截了当的方式很容易地推断出光从层 322前进到层324时，传播方向锥形的半角在Θ。。至0。1至0。2至Θ。。之间变化，如图北所示。从层3Μ折射入空气层316的光再次被折射入传播角305的最大可能范围。将图3a和北进行比较，发现向膜312中添加层322、3M对改变膜312内部的传播方向范围没有任何影响。对于膜312的两个层中的每一个而言，传播锥形的半角均保持相同。值得注意的是，不管用于层322、324的折射率为何，此结果都将相同。因此，尽管膜 312和空气之间存在层322、324，我们还是将膜312表征为仍光学浸入空气中。现在参见图3c，此处我们具有与构造330基本相同的膜构造330，不同的是层322、 3M被层332、334替代。层332、334具有与层322、3M相同的超低折射率。然而，图北的平坦、平滑主表面32h、3Ma被粗糙主表面33加、33如替代，这会形成显著扩散效应。因此， 从空气层314照射在主表面33 的半球状分布入射光线在层332中以所有传播角(参见符号30 折射和扩散，而不会如同图北中的情形一样局限于半角θ c0的锥形。层332中传播角的此扩展范围通过斯涅耳定律在界面31 处形成膜312第一层中的传播方向锥形， 其半角θ。/显著大于图北中的对应半角θ clo具体地讲，θ。/ = arcsin(n0' Ai1)。当此光进入膜312的第二层时，其会在表面312b处折射以在第二层中生成传播方向锥形，该锥形还相对于图北中的对应锥形进行扩展。半角θ。2’按照θ。2’ = arcsin(n0' /n2)进行计算。根据斯涅耳定律，此光在表面312c处以所有角折射到超低折射率层334，并且此光又借助粗糙主表面33 以所有角折射和扩散到空气层316内。
将图3c与图3a和图北进行比较，发现与构造320、310相比，在构造330中光能够以更倾斜的角度在膜312的层中传播。由于光能够从超低折射率层332以所有角度照射在膜312上，并且由于以任何此类角度进入膜312的光能够通过层334、316离开膜，因此图 3c中的膜312可以说成是光学浸入折射率为η:的超低折射率材料中。图4为给定层中光传播的角范围或锥形的透视图，示出了将该层光学浸入除空气之外的介质中时锥形的扩展。因此，锥形410的半角为层材料的临界角Θ。。这是当层光学浸入空气中时可能的光传播方向范围。如果层光学浸入折射率大于空气的介质中，则光传播方向的范围扩展至较宽锥形412，半角为Θ。’。这两个锥形(或立体角度)之间的差值在图4中由差角egap表示。传播方向位于该间隙中的光表示这样的光，可能不会针对它设计层或层所属膜以进行处理。现在我们将注意力转到多层光学膜，其可用于本发明所公开的层合膜构造，使得多层光学膜可被视为光学浸入超低折射率材料中，或折射率大于空气折射率的任何其他材料中。我们首先对多层光学膜的性能进行了总体概述，然后讨论了允许膜在更广的光谱区域上发挥作用的层厚度分布，所述层厚度分布的取向对于可感知的颜色具有重大影响。图5仅示出多层光学膜500的两层，该光学膜通常将包括几十或几百个以一个或多个邻接组或叠堆排列的此类层。膜500包括单个微层502、504，其中“微层”是指这样的层，其足够薄，以使得在此类层之间的多个界面处反射的光发生相长干涉或相消干涉，以赋予多层光学膜所需的反射或透射特性。微层502、504可以一起表示多层叠堆的一个光学重复单元(ORU)，ORU是在整个叠堆厚度中以重复图案重现的最小层组。可供选择的ORU设计在下面有进一步讨论。这些微层具有不同的折射率特性，以使得一些光在相邻微层间的界面处被反射。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光学膜，每个微层的光学厚度(即，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，例如膜外部表面的表层，或设置在膜内用以将微层组分开的保护界面层。可将微层中的一个(如图5的层502、或下图6的“Α”层)对沿主χ轴、y轴和ζ 轴偏振的光的折射率分别称为nix、nly和nlz。互相正交的χ轴、y轴、和ζ轴可例如对应于材料的介电张量的主方向。通常并且为了论述目的，不同材料的主方向为一致的方向，但一般不必如此。将相邻微层(如图5中的层504、或图6中的“B”层)沿相同轴的折射率分别称为n2x、n2y、n2z。将这些层之间沿χ方向、沿y方向和沿ζ方向的折射率差值分别称为 Δηχ( = nlx-n2x), Δηγ( = nly-n2y)和 Δ nz ( = nlz-n2z) 这些折射率差异的性质连同膜中(或膜的给定叠堆中)的微层数量及其厚度分布，一起控制膜(或膜的给定叠堆) 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(Δηχ大)， 并且沿正交面内方向具有小的折射率失配(Any ^ 0)，则膜或组就垂直入射光而言可以起到反射型偏振片的作用。就这一点而言，出于本专利申请的目的，反射型偏振片可被视作这样的光学主体如果波长在组的反射谱带内，其会强反射沿一条面内轴(称为“阻光轴”)偏振的垂直入射光，并且强透射沿正交的面内轴(称为“透光轴”)偏振的此类光。根据预期应用或应用领域，“强反射”和“强透射”可以具有不同含义，但在许多情况下，反射型偏振片对于阻光轴将具有至少50 %、60 %、70 %、80 %、或90 %的反射率，并且对于透光轴将具有至少50%、60%、70%、80%、或90%的透射率。然而，这些值不应理解为限制性的。如果需要，还可以调整针对沿ζ轴偏振的光的相邻微层间的折射率差值(Δηζ)，以便得到斜入射光的P偏振分量的期望反射特性。为了方便解释，在多层光学膜的任何关注的点处，χ轴都可视为在膜的平面内取向，使得面内Δη的量级为最大。因此，Any的量级可以等于或小于(但不大于)八~的量级。此外，在计算差值Δηχ、Any、Anz时，对开始材料层的选择可以由非负值这样的要求来确定。换句话讲，形成界面的两层之间的折射率差值为Δη」=nij-ri2j，其中j = χ、y或ζ并且其中选择层标号1，2，以使得nlx彡n2x, 即 Δηχ > 0。为了保持对以倾斜角度入射的ρ偏振光的近轴向反射率，各微层之间的ζ轴折射率失配Δηζ可以控制为显著小于面内折射率最大差值Δηχ，使得Δηζ<0.5*Δηχ。或者， Δηζ^0. 25*Δηχ。量级为零或几乎为零的ζ轴折射率失配产生了微层之间的这样的界面 取决于入射角，该界面对P偏振光的反射率为常数或几乎为常数。此外，ζ轴折射率失配八~可以控制为与面内折射率差值Anj^g比具有相反的极性，g卩，Δηζ<0。此条件会产生这样的界面，该界面对P偏振光的反射率随入射角的增加而增大，如同对s偏振光的情形一样。在图6的示意性侧视图中，示出了多层膜610的更多内部层，从而可观察到多个 0RU。膜相对于局部x-y-z笛卡尔坐标系示出，其中膜平行于χ轴和y轴延伸，并且ζ轴垂直于膜及其组成层且平行于膜的厚度轴。膜610不必是完全平坦的，而是可弯曲或以其他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。在图6中，微层标记为“Α”或“B”，“Α”层由一种材料构成，“B”层由不同的材料构成，这些层以交替排列的方式层叠，从而形成光学重复单元或单位单元0RU1、0RU2、0RU6，如图所示。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不止6个光学重复单元。多层光学膜610被显示为具有明显更厚的层612，该层可以代表外表层、或将图中所示微层叠堆与另一个微层叠堆或组(未示出)分开的PBL。如果需要，可(如)利用一层或多层厚粘合剂层或利用压力、热或其他方法将两种或更多种单独的多层光学膜层合在一起，以形成层合膜或复合膜。在一些情况下，微层的厚度和折射率值可对应于％波长叠堆，即微层被布置成 0RU，每一个ORU均具有两个等光学厚度(f-比率=50%, f-比率为组成层“A”的光学厚度与完整光学重复单元的光学厚度的比率)的相邻微层，此类ORU通过相长干涉有效地反射光，被反射光的波长λ为光学重复单元总光学厚度的两倍，其中主体的“光学厚度”是指其物理厚度与其折射率的乘积。在其他情况下，光学重复单元中微层的光学厚度可彼此不同， 由此f_比率大于或小于50%。出于本专利申请的目的，我们设想出f_比率可为任何合适值的多层光学膜，并且不局限在f_比率为50%的膜。因此，在图6的实施例中，“A”层一般描绘为比“B”层更薄。每一示出的光学重复单元(ORU UORU 2等)的光学厚度(0 \、0Τ2 等)等于其组成层“Α”和“B”的光学厚度之和，并且每一光学重复单元反射波长λ为其总光学厚度两倍的光。在示例性实施例中，ORU的光学厚度可根据沿ζ轴或膜厚度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(如顶部)到叠堆的另一侧(如底部)而增大、减小或遵循某些其他函数关系。可使用这种厚度梯度，从而得到加宽的反射谱带，从而在所关注的扩展波长谱带以及所关注的所有角度上得到光的大致光谱上平
15坦的透射和反射。也可使用设计成可在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，如美国专利 6，157，490 (Wheatley 等人)"Optical Film With Sharpened Bandedge”(具有锐化谱带边缘的光学膜)中所述。对于聚合物多层光学薄膜，反射谱带可被设计成具有锐化的谱带边缘以及“平顶”的反射谱带，其中所述反射特性基本上在应用的整个波长范围内都是恒定的。还可以想到其他层布置方式，例如具有2微层光学重复单元的多层光学膜(其f_比率为不同于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配置成减少或激发某些更高阶的反射，当所需扩展波长谱带位于近红外波长内或延伸到近红外波长时，这样做可能是可用的。参见例如美国专利 5，103，337 (Schrenk 等人)“Infrared Reflective Optical Interference Film”(红外反射光学干涉膜)、5，360，659(Arends 等人)"Two Component Infrared Reflecting Film” (双组分红外反射膜)、6，207, 260 (Wheatley 等人)“Multicomponent Optical Body”(多组分光学主体)、和 7，019，905 (Weber) "Multi-layer Reflector With Suppression of High Order Reflections”(抑制高阶反射的多层反射器)。就本专利申请的目的而言，如果材料在所关注的波长范围(如光谱的UV部分、可见部分和/或红外部分中的选定波长或谱带)上具有各向异性的介电张量，则将该材料视为“双折射的”材料。换句话说，如果材料的主折射率(如nlX、nly、nlZ)并非全部相同， 则将该材料视为“双折射的”材料。此外，如果材料的主折射率的任何两个均不相同(如， η χ Φ nly Φ nlz Φ nix)，则将该材料描述为“双轴双折射的”。相比之下，如果材料的主折射率只有两个相同(如，η χ Φ nly = nlz，或nix = nly Φ nlz)，则将该材料描述为“单轴双折射的”。为了通过适当数量的层来获得高的反射率，相邻微层针对沿χ轴偏振的光的折射率差值(Δηχ)可以为例如至少0. 05。如果希望对两个正交偏振状态的光具有高的反射率， 那么相邻微层对于沿y轴偏振的光也可以具有例如至少0.05的折射率差值(Any)。在一些情况下，相邻微层可以沿两条主面内轴(Δηχ和Any)具有量级相近的折射率失配，在这种情况下，膜或组可以用作轴向反射镜或部分反射镜。在此类实施例的变型中，相邻微层可以沿ζ轴具有折射率匹配或失配(Δηζ 0或Δηζ大)，并且该失配可以具有与面内折射率失配相同或相反的极性或标记。对Δηζ的这种定制在斜入射光的ρ偏振分量的反射率无论是随入射角增大而增大、减小、还是保持不变都起关键作用。本发明所公开的多层光学膜的至少一个组中的至少一些微层为双折射的，要么是单轴双折射的，要么是双轴双折射的。在一些情况下，每个ORU可以包括一个此类双折射微层，和第二微层，该第二微层为各向同性的，或相对于另一个微层具有少量的双折射。就这一点而言，“各向同性的”应被理解为涵盖其双折射率小至使其在预期应用中基本上各向同性的材料。如果第二微层为双折射的，则其双折射率可以与第一微层具有相同符号(如正双折射)，或具有不同符号(如负双折射)。换句话说，如果第一微层具有正应力光学系数， 则第二微层的应力光学系数可以为正、负、或零。示例性多层光学膜由聚合物材料构成，并且可利用共挤出、浇铸和取向工艺来制备。参考了美国专利5，882，774(J0nza等人)“Optical Film”(光学膜)、美国专利 6, 179, 949 (Merrill ^A ) "Optical Film and Process for Manufacture Thereof"( 7 学膜及其制造方法)、和美国专利6，783，349(Neavin等人)"Apparatus for MakingMultilayer Optical Films”(制备多层光学膜的装置)。多层光学膜可以如上述参考文献中任何一项所述共挤出聚合物而形成。可以选择各种层的聚合物使之具有相似的流变性 (如熔体粘度)，以使得它们可进行共挤出而没有显著的流体扰动。选择挤出条件，以便以连续稳定的方式将各自的聚合物充分地进料、熔融、混合并作为进料流或熔融流泵送。用于形成和保持熔融流中的每一股的温度可以选定为在下述范围内，所述范围避免冻结、结晶、 或该温度范围的低端处的不当高压下降、并且避免该范围的高端处的材料降解。简单概括来讲，制造方法可包括(a)提供至少第一和第二树脂流，其对应于成品膜中将使用的第一和第二聚合物；(b)利用合适的供料头将第一和第二流分成多个层，所述合适的供料头例如包括下述的供料头(i)包括第一和第二流动通道的梯度板，其中第一通道具有沿流动通道从第一位置变化至第二位置的横截面面积；(ii)进料管板，其具有与第一流动通道流体连通的第一多个导管以及与第二流动通道流体连通的第二多个导管， 各导管向其各自相应的缝型模头进料，各导管具有第一端部和第二端部，导管的第一端部与流动通道流体连通，导管的第二端部与缝型模头流体连通；以及(iii)可选地，轴向棒加热器，其邻近所述导管设置；(c)使复合流流过挤出模头以形成多层料片，其中各层大致平行于相邻层的主表面；以及(d)将多层料片浇铸到冷却辊(有时也称为浇铸轮或浇铸鼓) 上，以形成铸造多层膜。该浇铸膜可以与成品膜具有相同的层数，但该浇铸膜的层通常比成品膜的层厚得多。此外，浇铸膜的层通常都是各向同性的层。在一些情况下，制造设备可以采用一个或多个层倍增器，用于倍增成品膜中的层数。在其他实施例中，可以在不使用任何层倍增器的情况下制造膜。尽管层倍增器极大地简化了生成大量光学层的过程，但倍增器可能会使各个所得的层组产生对于各层组而言不相同的畸变。因此，对于各层组而言，任何对供料头中所产生层的层厚度分布的调整均不相同，即，不能同时对所有层组进行优化以产生无光谱畸变的均勻平滑的光谱。从而，对于低透射和反射色彩，使用通过倍增器制备的多层组膜可能难以形成最佳分布。如果在供料头中直接生成的单一层组中的层数目不能提供足够的反射率，则可以将两个或更多个此类膜附接到一起来增加反射率。在PCT专利公开WO 2008/144656 (Weberness等人)中对层厚度控制进行了进一步讨论，以对低色彩膜提供光滑光谱反射率和透射率。在冷却辊上冷却多层料片后，可将其拉延或拉伸，以制备成品或接近成品的多层光学膜。拉延或拉伸实现两个目标其使层变薄至其所需的最终厚度；其使层取向，以使得层中的至少一些变成双折射的。取向或拉伸可沿横维方向(如经由拉幅机)、沿纵维方向 (如经由长度取向机)、或其任何组合(无论同时还是依次进行)而实现。如果仅沿一个方向拉伸，则该拉伸可为“无约束的”(其中膜允许在垂直于拉伸方向的面内方向在尺寸上松弛)或“受约束的”(其中膜为受约束的并因而不允许在垂直于拉伸方向的面内方向在尺寸上松弛)。如果沿两个面内方向拉伸，则该拉伸可为对称的(即沿正交的面内方向相等)或非对称的拉伸。或者，膜可以通过间歇工艺进行拉伸。在任何情况下，也都可将后续或共存拉延减小、应力或应变平衡、热定形、和其他处理操作应用至膜。多层光学膜和膜构造也可包括附加层和涂层，该层根据其光学、机械、和/或化学性质进行选择。例如，可在膜的一个或两个主表面上添加UV吸收层，以保护膜不会发生由 UV光引起的长期降解。附加层和涂层也可包括抗刮涂层、抗撕层和硬化剂。参见例如美国专利 6，368，699 (Gilbert 等人)。
如果给定多层膜中所有微层的光学厚度被设计为相同厚度，则膜将会只在狭窄的波长带内提供高反射率。如果该波长带位于可见光谱中的某个位置，那么此类膜看起来将高度着色，并且色彩将随角度的变化而变化。在显示器和照明应用背景中，通常会避免呈现显著色彩的膜，但在一些情况下，给定光学膜引入少量色彩以校正系统中其他位置的色彩不平衡也许会有助益。多层膜可通过以下方式在例如整个可见光谱内提供宽谱带反射率和透射率对微层(或更精确地，光学重复单元(0RU)，其在许多(但并非全部)实施例中对应相邻微层对)进行调整以具有光学厚度范围。通常，微层沿着ζ轴或膜的厚度方向排列，在膜或组的一侧排列一个最薄的0RU，在另一侧排列一个最厚的0RU，其中最薄的ORU反射反射谱带中的最短波长，最厚的ORU反射最长波长。对多层光学膜的厚度梯度的进一步讨论、包括调整厚度梯度以提供锐化的谱带边缘，可见于美国专利6，157，490 (Wheatley等人)中，并且在下文有进一步讨论。用于多层光学膜制备的材料通常为聚合物材料，该材料至少在可见和几乎可见波长以及对膜内的典型光路距离吸收率非常低。因此，多层膜对给定光线的反射百分比R和透射百分比T通常基本互补，即，R+T ^ 100%,通常精确性在约1 %内。因此，除非另外指明，否则本文所公开的具有高反射率的多层光学膜可被假定为具有低透射率，并且反之亦然，同时本文所公开的具有低反射率的多层光学膜可被假定为具有高透射率，并且反之亦然，并且所报告的反射率或透射率值可被假定为也通过关系R+T 100%各自对反射率或透射率做出报告。不管处理的是计算机建模光学膜还是特性在实验室中测量的实际膜，反射和透射特征均可容易地确定。反射光谱及其所有特征，例如任何角度下的反射率以及用于双折射多层膜的谱带边缘,均可使用Berremen和kheffer的Phys. Rev. Lett. 25,577(1970)(《物理评论快报》第25卷，第577页，1970年)中的4X4栈代码计算。在由^Vzzam和Bashara 编写、Elsevier Science,Holland 出版的著作"Ellipsometry and Polarized Light，，(椭圆光度法和偏振光)中对该方法进行了说明。多层光学膜在高度倾斜角(例如，在空气中90度或接近90度的角)或甚至在超临界角下的反射率或透射率可通过以下方式直接测量将已知折射率的玻璃棱镜光学耦合到膜的两面，然后测量合适角度下的反射率，该合适角度可根据斯涅耳定律容易地测定。折射率为约1. 5至1. 7的玻璃棱镜适用于这些测量。准确测量膜的透射而不是反射通常更加容易，特别是在非零度角处。由于在所关注的膜中光的吸收率相对很小(对于垂直入射光通常小于)，因此可以只测量透射率值 T并假定R= 1-T。如果吸收率大于约若干百分比，则可在垂直入射角度下通过单独测量R 和T进行测量。然后可以容易地估算更高角度下的吸光度，此时反射率可计算为R=I-A-T, 其中R、A和T通常以百分比表示并且1 = 100%。本文所公开的多层光学膜对于垂直入射光具有随偏振而变化的不对称的反射和透射特性。因此，我们可以将与针对垂直入射光具有最高反射或最低透射相关的面内轴(X 轴)称为“阻光”轴，并将与针对垂直入射光具有最低反射或最高透射相关的另一条面内轴 (y轴)称为“透光”轴。在垂直入射阻光轴反射和垂直入射透光轴反射之间的差值较大的情况下(如就反射型偏振片型多层光学膜而言)，我们可以使用这些术语。但出于本专利申请的目的，在垂直入射阻光轴反射和垂直入射透光轴反射之间的差值较小的情况下(如就几乎对称的类似反射镜的多层光学膜而言)，我们也可以使用术语“透光轴”和“阻光轴”。本文所公开的多层光学膜还具有中间量的反射率，即，在一个或多个指定入射条件下的延伸谱带上部分反射和部分透射。微层在延伸谱带(如就许多显示器和光照应用而言，为可见波长范围)上提供的部分反射和部分透射，使得如果反射或透射特性不随波长的变化而充分均勻或平滑，则膜会很容易地将不期望的颜色引入系统中。根据其中多层光学膜为其一部分的系统设计，该中间反射率/透射率可以被设计为在多种所需的入射条件下出现。在一种情况下，例如，入射条件可以针对沿膜的透光轴偏振的垂直入射光，在这种情况下宽带部分反射和透射与透过状态的光相关。在另一种情况下，入射条件可以针对沿膜的阻光轴偏振的垂直入射光，在这种情况下宽带部分反射和透射与阻塞状态的光相关。 在其他情况下，入射条件可以针对倾斜入射到选定入射平面的光。例如，可以指定s偏振光或P偏振光，或S偏振光和P偏振光的平均(非偏振光)。选定入射平面可以为包含阻光轴和Z轴的平面，或包含透光轴和Z轴的平面，或在相对于以上平面的中间位置旋转的平面。 例如，入射平面可以为包含Z轴并旋转至例如10度、或20度或45度方位角φ的平面。还可以指定此类平面中入射光的极角θ，例如，在折射率为1.494的介质中θ =49度，或在此类介质中θ =38度，或可以根据需要指定其他角度和其他介质。提供图7和8的目的是提示读者与“S偏振”和“P偏振”光的概念相关的几何形状，并表明这些偏振状态是相对于特定光线的入射平面定义、并且通常不与多层光学膜的面内轴(X轴和y轴)具有任何固定关系。因此，图7显示了以特定方向入射到多层光学膜710或其他光学主体上或从其发出的光线。在特定光学介质(如与膜710的表面接触的介质)中指定光线的方向，不管该介质是空气、或是超低折射率(ULI)材料、或是另一种折射率大于空气折射率的材料。还可以通过两个角度指定光线的方向从膜710的厚度轴或ζ轴测得的极角θ，和从特定面内轴(通常为膜710的χ轴)测得的方位角Φ。光线的入射平面为包含ζ轴和光线传播方向的平面。该平面以相对于x-z平面成角度Φ取向。S偏振光为其电场垂直于入射平面振动的光线分量。P偏振光为其电场在入射平面内振动的分量。根据光线的传播方向，在一些情况下，光的s偏振分量可与膜的χ轴更接近于对齐 (并且ρ偏振分量可与y轴对齐，或更一般地与y-z平面对齐)，而在其他情况下，S偏振分量可与膜的y轴更接近于对齐(并且P偏振分量可与χ轴对齐，或更一般地与χ-ζ平面对齐)。这在图8中有更清晰的显示。在该图中，光线810以入射角θ入射到常规偏振膜802 上(或从其发出)，从而形成入射平面812。偏振片802(其可为标准吸收型偏振片或反射型偏振片)包括平行于y轴的透光轴804、和平行于χ轴的阻光轴806。光线810的入射平面812平行于阻光轴806，并且以0度的方位角Φ取向。光线810具有位于入射平面812 内的P偏振分量和与入射平面812正交的s偏振分量。光线810的ρ偏振光具有平行于偏振片802的阻光轴806的矢量分量，并且因此将基本上被偏振片阻塞(如吸收或反射)，而光线810的s偏振光平行于偏振片802的透光轴804并且将由偏振片至少部分地透射。此外，图8示出了在入射平面822内入射到偏振片802上的光线820，其具有平行于偏振片802的透光轴804的矢量分量。光线820的入射平面822平行于透光轴804，并且以90度的方位角Φ取向。光线820的ρ偏振光平行于偏振片802的透光轴804，而光线820的s偏振光平行于偏振片802的阻光轴806。因此，如果偏振片802为“理想的”反射型偏振片，其对于阻光轴上偏振的光在所有入射光角度处反射率为100%，并且对于在透光轴上偏振的光在所有入射光角度处反射率为0 %，则该偏振片将透射光线810的s偏振光和光线820的ρ偏振光，同时反射光线810的ρ偏振光和光线820的s偏振光。换句话讲， 此类偏振片802将透射ρ偏振光和s偏振光的组合。ρ偏振光和s偏振光的透射和反射量将取决于偏振片的特性。我们已发现，在厚度梯度针对光的宽带反射和透射进行调整的光学浸没式不对称多层光学膜背景中，根据多层光学膜的取向或“面向”，某些光线与不期望的色彩效应的联系较之其他光线更为紧密。具体地讲，在本文所述浸没式膜构造中，如果多层光学膜的取向为“厚侧向外”，则极角θ为超临界角并且方位角Φ接近X轴(但两者不一致)(如，O < φ < 30度)的光线往往与不期望的色彩效应密切相关。现在从膜的层厚度梯度的角度来考虑本发明所公开的多层光学膜的“面向”。图 9a和9b为描绘示例性层厚度分布的曲线图，该曲线图可用于设计多层光学膜，以提供宽波长范围(如特定入射角范围内的可见波长区域)内的反射谱带。此类“宽带”行为是指显著大于光学重复单元中层对的低和高折射率材料组合的本征带宽的任何带宽。在图9a和 9b中，膜中约550个微层的每一个均沿水平轴指定了“层号”，其中第一层号1设置在膜的第一主表面处或附近(如，可能通过光学厚度保护界面层和/或表层分隔)，并且最后层号 550(图9a)或551(图9b)设置在与膜的第一主表面相对的第二主表面处或附近。曲线图的垂直轴表示每个微层的物理厚度。在示例性实施例中，图9a和9b表示的微层可以基本上由两组微层构成，这两组微层由两种不同的材料构成并且以类似于上图6所示“A”和“B”层的交替重叠方式排列。因此，在每个图中，层号1、3、5、M9(以及就图9b而言551)可由第一光透射材料“A”构成，并且层号2、4、6、550可由不同的第二光透射材料“B”构成。在这种情况下，微层可视作排列为大约275个光学重复单元(ORU)，每个ORU基本上由两个相邻微层组成。例如，层号1(材料A)和2 (材料B)可定义第一 0RU，层号3 (材料A)和4 (材料B)可定义第二 0RU，等等。ORU的光学厚度可由图9a和9b的曲线图结合材料的折射率知识一起确定。出于粗略计算的目的，如果假定A和B材料的折射率接近1. 7 (出于此粗略计算的目的，忽略A和B 材料的折射率差值)，可观察到，这两个图形的ORU的光学厚度在约200nm(第一主表面处或附近)(=(65nm+65nm)*l. 7)至约 600nm(第二主表面处或附近)(=(175nm+175nm) *1· 7) 的范围内。回想ORU (在垂直入射角度下的)的峰值反射率通常在等于ORU光学厚度两倍的波长λ处出现，该ORU光学厚度范围对应于从约400nm连续延伸至1200nm的垂直入射反射谱带(假定沿膜的至少一条面内轴“A”材料和“B”材料之间存在合适的折射率差值)。 由于任何给定ORU中两个微层的物理厚度只有很小的差别，并且此类微层的折射率通常与假定标称值1. 7存在较小的差异，所以图9a和9b表示的ORU的f-比率可以接近于50%。图9a和图9b中所示多个微层之间的最引人注目的差别在于，在前一种情况下，假定微层被分为两个单独的微层叠堆或组，而在后一种情况下，假定微层被划分为单个叠堆或组。就这一点而言，叠堆或组是指微层之间通常不包含光学厚层的一组微层，其中光学厚层通常为光学厚度大于约λ/2的层，其中λ为调整相邻微层(或对应光学重复单元)的大部分所对应的波长。因此，图9a的层厚度分布分为两个部分910a、910b，每个部分为单调曲线，而图9b的层厚度分布为单条连续单调曲线912。在图9a中，假定光学厚层存在于曲线910a表示的微层组和曲线910b表示的微层组之间。出于下文论述的建模目的，假定该光学厚层的光学厚度值为15微米。尽管图9a和9b的层分布之间存在差异，但这两种分布均可用于在垂直入射角度下反射约400至1200nm的连续光谱。此外，这两种分布的“面向”的特征在于“薄侧”靠近层号1并且“厚侧”靠近层号550或551。就这一点而言，可计算层厚度分布中光学重复单元的平均光学厚度。在图9a和9b的每一个中，该平均值为大约400nm( = (120nm+120nm) 7)， 假定A和B微层的标称折射率接近1. 7。平均来说，光学厚度小于该平均值的ORU比光学厚度大于该平均值的ORU更靠近第一主表面，所述第一主表面在层号1处或附近。因此，该多层光学膜的第一主表面可称为“薄侧”。相比之下，光学厚度大于平均值的ORU比光学厚度小于平均值的ORU更靠近第二主表面，所述第二主表面在层号550或551处或附近。因此，该第二主表面可称为“厚侧”。观察显示，并且建模已确认，在多层光学膜为其一部分的膜构造的输入和输出表面背景中，光学浸没式多层光学膜的面向可使观察者感知的色彩产生显著的差异。建模显示，无论是使用一组(图％)还是两组(图9a)，薄侧向外取向均实现了显著低于厚侧向外取向的色彩。图9a和9b不应理解为限制性的。例如，本发明可施用到可具有任何数量微层组的浸没式多层光学膜，并且不限于一组(图9)或两组(图9a)设计。例如，在图9a和9b的可供选择的微层组设计中，还可由两个或更多个组制成假连续单组，其在每个微层组之间具有一个或多个光学厚层。然而，连续％波长级叠堆中一个或多个光学厚层的存在可导致显著的光谱振动，这也可产生显著的色彩。然而，任何可由此类布置方式形成的成功的浅色彩设计，将仍然获益于以如本文所述相同顺序(即，薄侧向外取向，其中，平均来说，分布的最薄％波长层面向系统的出口侧)对层进行排列。任何光学厚层优选地由具有低双折射率的材料制成。如上所述，单独的微层不必各自具有确切的％ 波长的光学厚度。相反，光学重复单元中微层的光学厚度总和应为λ/2，然后根据合适的层厚度分布对λ/2 ORU进行连续分级，从而得到宽带反射器。另外，在一些情况下，ORU可比1/2厚得多，例如3 λ /4、λ、或甚至更大，并且具有各种f-比率，以使用具有合适f_比率的二阶、三阶、或更高阶谐波反射谱带得到均勻的透射，从而得到色彩减少的均勻透射光谱。同样在这些情况下，平均来说，较薄的ORU有利地面向构造的输出表面，以使色彩变浅。现在转到图10a，我们观察到包括光学浸没式多层光学膜的膜构造的示意性剖视图或侧视图。膜构造为层合物-光导装置构造1010。在该系统中，将如得自3M公司(St. Paul,Minnesota)的Vikuiti BEF型棱镜膜中所用的那些棱镜结构1012施用到本文所公开的多层反射偏振膜1014。棱镜暴露于空气中并会透射已穿过偏振膜1014通常向上朝向显示面板或观察者行进的光。此类光来源于光源1030a、1030b，它们在固体光导装置IOM 边缘处的侧光式构造中示出。光导装置IOM设有常规提取器10 的图案。从光导装置 1024的底部漏出的光被白色后反射器10 反射。压敏粘合剂层1022将光导装置IOM粘结到上方的其他部件上，包括分级折射率ULI层1020、高雾度ULI层1018 (其也可为体积扩散片)以及低雾度ULI层1016。因此，构造1010将反射偏振膜1014以消除空气间隙并减少膜基底和其他独立部件(如反射预偏器、光导装置、扩散片、延迟膜、微透镜片或棱镜片)的数量的方式结合到背光源中。于此，反射偏振膜1014光学浸入折射率高于空气的介质中，具体地讲，浸入光
21学厚超低折射率(ULI)层中。ULI层允许超临界光在膜1014中传播，但限制此类超临界光的角范围。有限范围降低了多层反射器相对于其中膜1014光学浸入甚至更高折射率介质的实施例的角带宽要求。然而，该传播角范围仍大于多层光学膜1014不为光学浸没式时的角范围。图IOa的构造基本上代表其中观察到不期望的色彩与本文所讨论的面向效应相关的实施例。有关图IOa实施例的更多信息，和其他信息，参见提交于2009年10月M日的美国专利申请 No. 61/254，691 "Immersed Reflective Polarizer with High Off-Axis Ref leCtivity”(具有高离轴反射率的浸没式反射型偏振片)(代理人案卷号65809US002)。扩散片层1016或光导装置IOM可将光射入偏振膜1014中，其入射角度大于可从空气入射的角度。虽然这里使用了两者，但可单独使用两者之一、或微结构化表面膜将超临界光射入膜中。一般来讲，任何光学耦合到多层光学膜的光偏转层可用作光入射层(如层 1024)或用作光提取层(如层1012)。在图IOa中，这些部件分别为光导装置和棱镜阵列。 可进入反射型偏振片的光的角范围通过斯涅耳定律受到ULI层1016的折射率的限制。如果合适的提取层1012光学耦合到膜的出射面，则ULI层透射的这些光线的任何光线可离开偏振膜1014进入空气。此类构造为如上所述的光学浸没式光学膜的例子。光学浸没式膜通常具有光入射层和光提取层，它们分别光学耦合到膜的入射面和出射面。这样，光线可进入膜并在膜中传播，其角度大于光在空气中透过平滑的共面表面入射到膜的角度，此类光称为如上所述的超临界光。提取层可为如针对入射层所述的任何部件。将膜和光源浸入液体、或随后固化或干燥为固体的液体可得到相同结果。可导致偏振片中生成显著色彩的特定光线为从较大(超临界)入射角进入的光，例如图IOb中所示光线1049a。图IOb为包括光学浸没式多层光学膜1044(其可为反射偏振膜)的更简单或更普遍的膜构造1040的示意性剖视图或侧视图。构造1040包括附接到膜1044的输出表面 1044b的光提取层1042、附接到膜1044的输入表面1044a的ULI层1046、和附接到ULI层 1046的光入射层1048。光线1049a接近或大于临界角，以透射出多层光学膜1044进入空气。然而，虽然可以使用其他替代结构，但如图IOb中棱镜所示光提取层1042允许光线以可被观察者轻易观察到的角度离开膜(参见光线1049b)。读者将理解到，光线路径为可逆的，即，光可以入射到棱镜表面(参见104 并通过光导装置(参见1048)提取。通常，最终用途采用偏振光输出，但系统原则上可为可逆的。因此，用最普通的术语，可能希望规定，多层光学膜的最薄层(即，“薄侧”)应该最靠近系统透射更多高度偏振光的侧面。在光提取层1042包括线性棱镜阵列(如多个Vikuiti BEF型膜的那些，其中每个棱镜沿平行于膜平面的棱镜轴延伸)的情况下，棱镜阵列可以相对于多层光学膜1044取向，使得棱镜轴基本上平行于膜1044的透光轴，但可以使用其他棱镜轴与透光轴之间的相对取向角。光学建模采用浸没式多层光学膜的光学建模，以更好地理解观察到的现象，并更好地认识设计参数对所观察到的现象的显著影响。浸没式多层光学膜可采用标准多层干涉叠堆代码进行建模。为简便起见，膜叠堆模式化为光从给定折射率大于空气的半无限介质入射并提取到平面平行界面，以及从平面平行界面入射并提取到所述半无限介质。就这一点而言，参考了图10c，其显示了包括光学浸没式多层光学膜IOM的简单膜构造1050的示意性剖视图或侧视图。该构造包括半无限层1058、1052，光分别从这两个半无限层进入和离开膜1054。 可在层1058和膜IOM之间提供任选层1056，以限制可射入膜IOM中的超临界光的倾斜度。例如，层1056可为折射率小于半无限层1058的ULI材料的光学厚层。就下面的模式化结果而言，除非另外指明，否则假定多层光学膜每一面上的半无限介质的折射率为1.494， 其对应于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在633nm处的折射率。在一些情况下，如下文进一步所述，吸收型偏振片也假定为包含在模式化膜构造中，此类吸收型偏振片也以平面平行方式与膜IOM —起浸没。除非提取结构(如棱镜)耦合到膜表面，否则产生显著色彩的光线不能透射到空气中供观察者测量。对使用非平面表面(如图IOb的棱镜)提取偏振光进行建模要求额外的分析。由于存在多种可用的提取结构，此处不进行分析。相反，我们只希望示出可相对于薄光学层的层布置方式的效应提高或减弱色彩的基础光学效应。实验观察为清楚明白的， 并且进行建模以帮助理解色彩的来源。以下不同微层中所用材料的折射率值为不对称多层光学膜的示例，该多层光学膜可被加工，然后浸入并用于本发明所公开的膜构造折射率组1
权利要求
1.一种具有输入表面和输出表面的膜构造，包括多个微层，所述微层排列为光学重复单元(ORU)，以通过相长干涉或相消干涉选择性地反射光，所述微层对于沿第一轴线偏振的垂直入射光比对于沿第二轴线偏振的垂直入射光具有更大的反射率，所述第一和第二轴线限定膜平面；其中所述微层光学浸入折射率大于空气的介质中，使得超临界光可透过所述多个微层传播；其中所述光学重复单元具有沿垂直于所述膜平面的厚度轴的层厚度分布，所述层厚度分布具有平均厚度，并且在给定入射条件下在延伸的反射谱带上为所述多个微层有效提供中间反射率，所述光学重复单元包括厚度小于所述平均厚度的较薄光学重复单元、和厚度大于所述平均厚度的较厚光学重复单元；并且其中所述微层取向为使得，平均来说，所述较薄光学重复单元比所述较厚光学重复单元更靠近所述输出表面。
2.根据权利要求1所述的构造，其中所述微层排列为单个光学组，并且所述较薄光学重复单元主要设置在所述光学组的第一侧面上，以及所述较厚光学重复单元主要设置在所述光学组的第二侧面上，所述第一侧面面向所述膜构造的所述输出表面。
3.根据权利要求1所述的构造，其中所述微层排列为至少两个不同的光学组。
4.根据权利要求1所述的构造，其中所述多个微层包括第一组微层和第二组微层，所述第一组微层包含第一材料，所述第二组微层包含不同于所述第一材料的第二材料。
5.根据权利要求4所述的构造，其中所述光学重复单元的每一个包括来自所述第一组微层的第一微层和来自所述第二组微层的第二微层。
6.根据权利要求5所述的构造，其中所述第一材料为双轴双折射的。
7.根据权利要求5所述的构造，其中所述第一材料为单轴双折射的。
8.根据权利要求5所述的构造，其中所述第二材料为各向同性的。
9.根据权利要求1所述的构造，其中所述构造包括暴露于空气中的第一和第二相对主表面，并且其中所述输入表面为所述第一主表面，以及所述输出表面为所述第二主表面。
10.根据权利要求1所述的构造，其中所述多个微层包含低吸收材料，使得所述多个微层的透射率百分比加上反射率百分比为约100%，并且其中所述中间反射率在400至700nm 的可见波长范围内包括针对所述给定入射条件的至少10%但小于90%的平均反射率。
11.根据权利要求10所述的构造，其中所述给定入射条件针对沿所述第二轴线偏振的所述垂直入射光。
12.根据权利要求1所述的构造，还包括无空气间隙地连接到所述多个微层的第一光学元件。
13.根据权利要求12所述的构造，其中所述第一光学元件包括微结构化表面。
14.根据权利要求13所述的构造，其中所述微结构化表面包括多个线性棱镜。
15.根据权利要求1所述的构造，其中沿所述第一轴线偏振的垂直入射光在可见波长范围内的所述反射率为Rl，并且沿所述第二轴线偏振的垂直入射光在可见波长范围内的所述反射率为R2，并且其中Rl为至少50%，以及R2为至少10%。
16.一种光学系统，包括根据权利要求1所述的构造；和光源，所述光源设置为透过所述输入表面将光引入所述构造。
17.根据权利要求16所述的系统，还包括靠近所述输出表面设置的显示面板。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述构造包括无空气间隙地连接到所述多个微层的第一光学元件。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述第一光学元件包括光导装置，并且所述输入表面包括所述光导装置的侧面。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述第一光学元件包括光学厚层，并且所述输入表面包括所述光学厚层的主表面。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述主表面包括微结构化表面。
22.根据权利要求20所述的系统，其中所述光学厚层包括设置在其中的光漫射元件。
23.根据权利要求20所述的系统，还包括IXD面板，所述IXD面板无空气间隙地连接到所述膜构造。
24.根据权利要求12所述的构造，其中所述第一光学元件包括超低折射率(ULI)材料层，所述层的折射率在1. 1至1. 3的范围内。
全文摘要
本发明公开了一种膜构造(610)，所述膜构造包括一组微层，所述微层反射沿第一轴线偏振的垂直入射光多于沿第二轴线偏振的垂直入射光。所述微层排列为光学重复单元(ORU)，所述光学重复单元具有沿垂直于所述第一和第二轴线的厚度轴的层厚度分布，所述层厚度分布使得所述微层组对于给定入射条件在延伸的反射谱带上具有中间反射率。所述ORU包括厚度小于平均厚度的较薄的ORU，和厚度大于所述平均厚度的较厚的ORU。所述微层组光学浸入具有折射率大于空气的介质中，使得超临界光可透过所述微层传播。所述微层取向为使得，平均来说，所述较薄的ORU比所述较厚的ORU更接近于所述构造的输出表面。所谓“超临界光”，是指以某一角度透过所述膜传播的光，与使用平坦、平滑空气/膜界面从空气照明可达到的角度相比，该角度倾斜度更高。
文档编号G02F1/1335GK102576113SQ201080048047
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月22日 优先权日2009年10月24日
发明者刘涛, 约翰·A·惠特利, 蒂莫西·J·内维特, 迈克尔·F·韦伯 申请人:3M创新有限公司
技术领域：
本发明整体涉及光学膜，其反射和透射特性在很大程度上由通过该膜内的微层之间的界面所反射的光的相长干涉和相消干涉所确定，并且特定应用于此类膜与其他部件的组合，如适用于例如显示系统或其他照明系统的部件。本发明还涉及相关的制品、系统和方法。
背景技术：
由多个微层构成的反射偏振片为人们所知已经有一段时间了，其面内折射率被选择为提供沿着面内阻光轴的相邻微层之间的显著折射率失配和沿着面内透光轴的相邻微层之间的显著折射率匹配，并且具有足够多的层以确保对于沿着阻光轴偏振的垂直入射光有高反射率，同时对于沿透光轴偏振的垂直入射光保持低反射率和高透射率。参见例如美国专利 No. 3，610, 729 (Rogers)、No. 4，446，305 (Rogers 等人)和 No. 5，486，949 (Schrenk 等人)。近来，3M公司的研究人员已经指出此类膜沿垂直于膜的方向(即ζ轴)的层对层折射率特性的重要性，并且显示出这些特性如何对膜在斜入射角下的反射率和透射率起重要作用。参见例如美国专利5，882，774(Jonza等人)。除了别的以外，Jonza等人教导了 如何调整相邻微层之间的ζ轴折射率失配(简称为ζ折射率失配或Δηζ)以便于构造布鲁斯特角(P偏振光在界面处的反射率变为零的角度)非常大或不存在的多层叠堆。这又便于构造这样的多层反射镜和偏振片其对P偏振光的界面反射率随着入射角增加而缓慢减小，或者与入射角无关，或者随着入射角偏离法向而增大。因此，可以获得在宽带宽对s偏振光和P偏振光均具有高反射率的多层膜(对于反射镜以任何入射方向，对于偏振片以选定的方向)。
发明内容
由于制造商持续地将光学膜和其他光学部件的功能合并到越来越少的零部件中， 以降低成本并改善性能，所以此前作为独立式膜置于产品中且在膜的两个主表面均具有空气间隙的多层光学膜，现在可以粘结到或换句话讲接合到其他膜或光学部件，使得多层光
4学膜的外表面处不再存在空气间隙。根据接合到多层光学膜的光学部件的性质，此类膜构造中的多层光学膜可以“光学浸入”折射率大于空气的材料中，使得光能够以“超临界”角 (艮P，比空气的临界角更斜的角度)透过膜传播。我们发现，其中多层光学膜以这种方式光学浸入的某些多层光学膜构造具有意想不到的特性。当多层光学膜被设计为谱带相对较宽的部分反射器，如部分透射并部分反射可见波长范围内的标称均勻的光，并且当多层光学膜具有不对称的垂直入射反射率或透射率使得沿第一轴线偏振的垂直入射光比沿垂直于第一轴线的第二轴线偏振的垂直入射光反射更多(或透射更少)时，我们发现，多层光学膜相对于观察者或相对于膜构造的输入表面或输出表面的取向或“面向”，可对系统的外观颜色和/或空间颜色均勻度具有重大和显著的影响。例如，如果构成多层光学膜的微层排列为光学重复单元(ORU)，所述光学重复单元的光学厚度根据层厚度分布排列，同时较薄的ORU大体更靠近膜的第一表面设置，而较厚的ORU大体更靠近膜的第二表面设置，那么根据多层光学膜的取向(在膜构造背景中) 是第一表面朝向膜构造的输出表面(或观察者)还是第二表面朝向此类输出表面，系统的外观颜色和/或空间颜色均勻度可具有显著差异。可开发该有趣的并出乎意料的特性，从而制造被定制用于在(例如)预期应用中提供低可感知色差的多层光学膜构造。因此，如果需要减少色彩，那么多层光学膜可取向为使得较薄的ORU比较厚的ORU大体更接近膜构造的输出表面。因此，除了别的以外，我们还公开了包括一组微层的膜构造，所述微层反射沿第一轴线偏振的垂直入射光多于沿第二轴线偏振的垂直入射光。微层排列为光学重复单元 (ORU)，该光学重复单元具有沿垂直于第一和第二轴线的厚度轴的厚度分布，所述厚度分布使得微层组对于给定入射条件在延伸的反射谱带上具有中间反射率。ORU包括厚度小于平均厚度的较薄的0RU，和厚度大于平均厚度的较厚的0RU。微层组光学浸入折射率大于空气的介质中，使得超临界光可透过微层传播。微层取向为使得，平均来说，较薄的ORU比较厚的ORU更接近于构造的输出表面。该取向可称为“薄侧向外”。我们还公开了具有输入表面和输出表面的膜构造。该构造包括多个排列为光学重复单元(ORU)的微层，以通过相长干涉或相消干涉选择性地反射光，所述微层对于沿第一轴线偏振的垂直入射光比对于沿第二轴线偏振的垂直入射光具有更大的反射率，所述第一轴线和第二轴线限定膜平面。微层光学浸入折射率大于空气的介质中，使得超临界光可透过多个微层传播。ORU具有沿垂直于膜平面的厚度轴的层厚度分布，所述层厚度分布具有平均厚度，并且对于给定入射条件为多个微层有效提供在延伸的反射谱带上的中间反射率。基于厚度分布，ORU包括厚度小于平均厚度的较薄的0RU，和厚度大于平均厚度的较厚的0RU。微层优选地取向为使得，平均来说，较薄的ORU比较厚的ORU更接近于输出表面。微层在延伸的谱带上提供的中间反射率使得能够在该谱带上进行部分反射和部分透射。根据多层光学膜为其一部分的系统设计，此类中间反射率可以设计为针对多种所需的入射条件出现。在一种情况下，例如，入射条件可以针对沿第二轴线偏振的垂直入射光，在这种情况下宽带部分反射和透射与“透过状态”的光相关。在另一种情况下，入射条件可以针对沿第一轴线偏振的垂直入射光，在这种情况下宽带部分反射和透射与“阻塞状态” 的光相关。在其他情况下，入射条件可以针对在选定入射平面内倾斜入射的光。例如，可以指定S偏振光或P偏振光，或s偏振光和ρ偏振光的平均(非偏振光)。选定入射平面可以为包含第一轴线和厚度轴的平面，或包含第二轴线和厚度轴的平面，或在相对于以上平面的中间位置旋转的平面。例如，入射平面可以为包含厚度轴并相对于第一轴线旋转10度、 或20度、或45度的平面。还可以根据需要进一步指定此类平面中的入射角，例如，在折射率1. 494的介质中为49度，或在此类介质中为38度角，或为其他角度以及在其他介质中。微层可以排列为单个光学组，并且较薄的ORU可以主要设置在光学组的第一侧面上，以及较厚的ORU可以主要设置在光学组的第二侧面上，所述第一侧面面向膜构造的输出表面。或者，微层可以排列为至少两个不同的光学组。多个微层可以包括第一组微层和第二组微层，第一组微层包含第一材料，第二组微层包含不同于第一材料的第二材料。ORU的每一个可以包括来自第一组微层的第一微层和来自第二组微层的第二微层，或者基本上由它们组成。在一些情况下，第一材料可以为双轴双折射的，并且在其他情况下，第一材料可以为单轴双折射的。在任一种情况下，第二材料可以为基本上各向同性的，或者其可以为双折射的。膜构造可以具有暴露于空气中的第一和第二相对主表面，并且输入表面可以为或包括第一主表面，并且输出表面可以为或包括第二主表面。多个微层可以包含低吸收材料，使得多个微层的透射率百分比加上反射率百分比为约100%。那么中间反射率可以根据需要在400至700nm的可见波长范围内(例如)包括针对给定入射条件的至少10%但小于90%、或至少20%但小于80%的平均反射率。膜构造还可以包括无空气间隙地连接到多个微层的第一光学元件。此类第一光学元件可以包括微结构化表面，该表面可以具有任何数量的不同形状。微结构化表面可以具有规则的重复图案、无规图案、或它们的组合。微结构化表面可以为小平面化的，相邻小平面或其他特征之间具有可识别边缘或边界，或者其可以为波状的，不具有此类边缘或边界。 微结构化表面可以通过包括模塑的微复制技术形成、浇注、涂覆、制成，或通过任何其他合适的技术(例如在其他平滑层中掺入小珠或其他颗粒)制成。在一些情况下，微结构化表面可以包括多个线性棱镜，每一个棱镜平行于棱镜轴线延伸。棱镜轴线可以(例如)基本上平行于膜构造的第二轴线，但也可根据需要使用其他棱镜轴线取向。还可以使用其他棱镜类型，包括(但不限于)三面棱镜或四面棱镜。在一些情况下，微结构化表面可以包括规则或不规则的透镜状结构阵列。在可见波长范围内沿第一轴线偏振的垂直入射光的反射率可以为R1，并且在可见波长范围内沿第二轴线偏振的垂直入射光的反射率可以为R2，并且Rl可以为至少50%，R2 可以为至少10%，但这些值不应理解为限制性的。在一些情况下，Rl可以为50%或更小， R2可以为10%或更小。还可以包括膜构造作为光学系统的一部分，该系统还包括设置为透过输入表面将光引入到膜构造中的光源。该系统还可以包括邻近膜构造的输出表面设置的显示面板。膜构造可以包括无空气间隙地连接到多个微层的第一光学元件。第一光学元件可以(例如) 为或包括光导，并且输入表面可以为光导的侧面。光学系统可以包括光学厚层，并且输入表面可以为光学厚层的主表面。在一些情况下，主表面包括微结构化表面。在一些情况下，光学厚层可以包括设置在其内部的光漫射元件。本文还讨论了相关方法、系统和制品。
本专利申请的这些方面和其他方面通过下文的具体描述将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对受权利要求书保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。
图1为显示系统的示意性侧视图；图2为图1的系统的示意性侧视图，该系统已通过添加本文所公开的层合物和/ 或膜进行了修改。图3a_c为在其中涂敷了其他层的简化分层膜的一系列示意性侧视图，演示了在给定光学介质中浸入膜的概念；图4为给定层中光传播的角范围或锥形的透视图，示出了将该层浸入除空气之外的介质时锥形的扩展；图5为多层光学膜的示例性光学重复单元(ORU)的示意性透视图；图6为多层光学膜的一部分的示意性透视图，该视图显示了一组微层与多个ORU ；图7为多层光学膜的示意性透视图，该多层光学膜可以为不对称反射膜；图8为多层光学膜的另一个示意性透视图，该多层光学膜可以为不对称反射膜例如反射偏振膜；图9a和9b为描绘可用于多层光学膜设计中的示例性层厚度分布的曲线图；图IOa为包括光学浸没式多层光学膜的膜构造的示意性剖视图或侧视图；图IOb为包括光学浸没式多层光学膜的较简单膜构造的示意性剖视图或侧视图；图IOc为包括光学浸没式多层光学膜的另一种简单膜构造的示意性剖视图或侧视图；图Ila为示例性浸没式多层光学膜的透射率对波长(即光谱透射率)模式化曲线图，其中透射率针对以入射角θ =49度入射到χ-ζ平面(φ =0)的超临界光计算，所述入射角在折射率为1.494的介质中测量，该曲线图适用于膜的厚侧向外和薄侧向外取向两者；图lib为类似于图Ila的光谱透射率的模式化曲线图，但其中入射平面绕ζ轴旋转10度(Φ = 10)，并且多层光学膜的取向为厚侧向外；图Ilc为类似于图lib的光谱透射率的模式化曲线图，但其中多层光学膜的取向为薄侧向外；图1 为类似于图lib的光谱透射率的模式化曲线图，但其中吸收型偏振片设置为与多层光学膜的输出表面光学接触；图12b为类似于图Ilc的光谱透射率的模式化曲线图，但其中吸收型偏振片设置为与多层光学膜的输出表面光学接触；图13为类似于图12b的光谱透射率的模式化曲线图，但其中光的方向相反，使得吸收型偏振片与多层光学膜的输入表面光学接触；图14a为类似于图lib的光谱透射率的模式化曲线图，但其中多层光学膜的微层分为两个不同叠堆或组，厚度分布仍然为厚侧向外；图14b为类似于图Ilc的光谱透射率的模式化曲线图，但其中多层光学膜的微层分为两个不同叠堆或组，厚度分布仍然为薄侧向外；图15a和15b为图Ha_b的两组式多层光学膜的模式化曲线图，但其中膜不再光学浸入1. 494折射率的介质中(即，现在假定其浸入空气中)，其中假定膜设置在吸收型偏振片前方，并且其中入射平面具有Φ = 20度的方位角，图1 具有薄侧向外取向的多层光学膜，而图1 具有厚侧向外取向的多层光学膜；图16为膜构造的示意性侧视图或剖视图，该膜构造在一个实施例中被制造为多层光学膜薄侧向外取向，并且在另一个实施例中被制造为多层光学膜厚侧向外取向；图17a和17b为显示测得颜色随着沿图16实施例的水平轴线的位置而变化的曲线图，图17a对应于厚侧向外，并且图17b对应于薄侧向外；图18a和18b为显示测得颜色随着沿图16实施例的垂直轴线的位置而变化的曲线图，图18a对应于厚侧向外，并且图18b对应于薄侧向外；图19a为浸入1. 494折射率介质中的多层光学膜的光谱透射率的模式化曲线图， 该多层光学膜具有沿着一条面内轴相匹配的层对层折射率，该多层光学膜的取向为厚侧向外；图19b为浸入类似于图19a的1. 494折射率介质中的多层光学膜的光谱透射率的模式化曲线图，但其中各向同性微层的折射率降低，使得层对层折射率沿厚度或ζ轴匹配， 并且叠堆中的微层数目从551减少至221 ；图19c为类似于图19b实施例的光谱透射率的模式化曲线图，但其中光谱透射率针对不同入射平面计算，也就是说，入射平面以角度Φ =45设置，而非Φ = 10；图20a为具有551个微层的浸没式多层光学膜的光谱透射率的模式化曲线图，其中每个ORU中的一个微层为单轴双折射的，并且每个ORU中的另一个微层为各向同性的，沿 y轴和ζ轴的层对层折射率差值为正但比沿χ轴的层对层折射率差值小得多，多层光学膜的取向为厚侧向外；图20b为类似于图20b的模式化曲线图，但其中各向同性微层的折射率已改变，以使得沿y轴和ζ轴的层对层折射率差值为零；图20c为类似于图20a和20b的模式化曲线图，但其中各向同性微层的折射率已改变，以使得沿y轴和ζ轴的层对层折射率差值为负；图21为浸没式多层光学膜的模式化曲线图，该多层光学膜沿一条面内轴(χ轴) 的层对层折射率差值调整为相对接近于沿另一条面内轴(y轴)的层对层折射率差值，使得该多层光学膜的作用更像反射镜而非反射型偏振片，多层光学膜的取向为厚侧向外；图22、2^i、23、23a、23b、M、2^、25J6和^a为各种示例性膜构造的示意性侧视图或剖视图，其中多层光学膜为光学浸没式；图27为另一个示例性膜构造的示意性侧视图或剖视图，其中多层光学膜为光学浸没式；以及图观为其中发光体包括膜构造的装置的示意性侧视图，其中多层光学膜为光学浸没式。在这些附图中，相同的附图标号指示类似的元件。
具体实施方式
适用于显示器、背光源、发光体等的大多数光学膜具有光学透射和反射特性，其随着光的入射角的变化而变化。例如特别为特定介质(通常为空气)中特定范围的入射角和 /或出射角设计了多层光学膜，其包括多个足够薄的微层，以使得从多个微层界面反射一些光以发生相长干涉或相消干涉，从而得到所需的反射或透射特性。相似地，也特别为空气中特定范围的入射角和/或出射角设计了表面结构化膜，例如棱镜增亮膜。对于空气中的给定入射角而言，此类光学膜的传播角和出射角通过熟知的方程式(例如用于折射的斯涅耳定律)或其他方程式(例如用于衍射光栅的那些方程式)确定。用于液晶显示器(IXD)应用中的许多光学膜被设计用于空气中，即光在一系列入射角下从空气照射膜的第一主表面，并且光在一系列出射角下脱离膜的第二主表面进入空气中，并且入射角或出射角中的一者或两者均在空气中涵盖0°至90°的范围。此类膜可说成“光学浸入”空气中。即使肉眼难以观察到任何空气层，事实也可能如此。例如，如果将一种光学膜放在另一种光学膜上，在肉眼看起来两种膜可能在其整个主表面上基本接触。 然而，此类膜通常只在有限数量的点处相互接触，并且基本上在膜的主表面之间维持光厚空气间隙，即，厚度显著大于所关注光波长的空气间隙。降低LCD显示器和其他产品成本和/或设计改进(例如减小的产品厚度)的市场需求可形成这样一种期望，即辨识和消除不必要的部件以及将各个部件组合为一个或多个封装组。就光学膜而言，这种期望可导致这样一种尝试将光学膜固定或附连到一种或多种其他膜或系统部件上以形成层合构造，其中层合物的元件之间基本上不存在空气间隙。图1示出了包括显示组件112和背光源114的典型显示系统110的示意性侧视图，该显示系统位于笛卡尔x-y-z坐标系背景内以便于参考。如果系统110为IXD，则显示组件112可包括夹在正面和背面吸收型偏振片之间的液晶(LC)显示面板，所述LC显示面板还包括玻璃面板平板，在该玻璃面板平板之间设置有液晶材料，该液晶材料具有电极结构阵列和色彩过滤器格栅以形成各个可寻址图形元件(像素)。控制器116通过连接116a 连接到显示组件112以适当驱动电极结构，从而生成观察者118可察觉到的合适图像。背光源114的类型可为“侧光式”，这种情况下在其观察区域外沿背光源的一个或多个边缘或边界布置一个或多个LED、冷阴极荧光灯管(CCFL)或其他合适的光源120a、120b。或者，背光源的类型可为“直接照明式”，这种情况下可在扩散板或其他合适元件后的观察区域中布置一个或多个此类光源120c、120d、120e。在任何情况下，背光源114都会对应于显示组件 112的观察区域在大型输出区域IHa提供光。背光源提供的光通常为白光，即它包括红色、 绿色和蓝色光谱分量(或光谱分量的其他合适混合)的适当平衡，以使得光在观察者看来至少为标称白色。显示系统110通常也在显示组件112和背光源114之间或系统内的其他位置包括一种或多种光学膜或其他部件。根据显示系统的类型，此类部件可以包括例如一个或多个偏振片(包括如吸收型偏振片和/或反射偏振片)、扩散片(包括如扩散板、增益扩散片、体积扩散片和/或表面扩散片)和/或棱镜增亮膜(包括如3M公司(St. Paul, Minnesota, USA)所提供的多种Vikuiti BEF产品中的任何一种)。此类膜通常用于通过以下方法来增强显示系统的效率和/或亮度反射远离显示组件的“不可用光”(即不会有助于所需系统输出的光，不管是因为它属于将被显示组件112中的后部吸收型偏振片所吸收的偏振还是因为它在不合适的角度下传播)，然后通过例如漫射、镜面或半镜面反射器将该反射光的一部分作为“可用光”(即可有助于系统输出的光)重新导向回显示组件。光的此类反射和重新导向在显示系统中提供至少一定程度的光循环利用，该光循环利用一般通过箭头122a、 122b指示。通常布置在显示组件112和背光源114之间或设置在其他位置的膜和部件可在没有空气间隙的上述层合构造中备用。此类层合构造在图2的显示系统210中总体示出。除了层合构造之外，系统210可与图1的系统110大体上相同，包括其上述多种变换，并且类似的附图标号用于指示类似的元件，为了简便起见，未提供进一步的说明。然而，图2的显示系统将一种或多种光学膜无空气间隙地接合至其他膜或部件，从而得到所示的一种或多种层合物212a、212b、212c。在该图中，层合物21 无空气间隙地附接到显示组件112 (或其部件)，层合物212c无空气间隙地附接到背光源114(或其部件)。在一些情况下，可提供这样的层合物212b，其将一种或多种光学膜附接到其他膜或部件，并且两者间不带空气间隙，但可通过空气间隙将其与显示组件和背光源间隔开。根据要包括在层合物中的光学膜类型，消除空气界面或空气间隙可能会带来光学膜操作问题，也可能不会带来这样的问题。在以下情况下膜可继续按其在层合之前(即消除空气间隙之前)的方式工作在光进入过程中或者光进入一个主表面并退出膜的另一个主表面之前，要接合的每个膜或部件不大量散射或以其他方式重新导向光。然而，当光透过不平坦表面或透过与膜不平行的表面进入膜时，膜可能不会正常工作。此情况的一个实例为涂敷到Vikuiti DBEF多层反射偏振膜上的BEF棱镜。BEF棱镜膜和DBEF膜均设计用于空气中，但当通过利用如光学粘合剂连接两种膜的平坦表面来消除空气间隙时，不会发生功能缺失。另一个实例为层合至吸收型偏振膜的Vikuti DBEF膜。在上述两个实例中， 消除空气间隙不会对透过受影响膜传播的光的角分布产生显著影响。换句话说，可以说层合构造中的各种光学膜均光学浸入空气中，即使其主表面可能与空气不接触亦如此。下面结合图3a-c对此进行了进一步说明。在其他情况下，层合物中提供至少一种生成高度倾斜光的膜或部件，并且与此类高度倾斜光结合消除空气间隙会产生以下影响导致“超临界”光透过所关注的光学膜传播，并以某种方式退出层合物，从而降低系统性能。所谓“超临界”光是指以某一角度透过膜传播的光，与使用平坦、平滑空气/膜界面从空气照明所达到的角度相比，该角度倾斜度更高。这样，当膜光学浸入空气中时，从空气照射膜主表面的光的最大入射角为90度。此类掠入射光以临界角θ。折射到膜内，该临界角取决于膜的折射率。临界角通常为最倾斜的角，光将以该角度在膜内传播。对于允许超临界光透过光学膜传播并最终从层合构造射出的层合构造，可以说光学膜光学浸入折射率比空气高的介质中。下面结合图3c对此进行了进一步说明。在本专利申请的上下文中，除非另外指明，否则描述为“光学浸入”的膜或部件被假定为光学浸入折射率大于空气折射率的介质中。使用折射率接近1. 5的常规光学粘合剂将BEF棱镜膜层合至例如背光源的扩散板或LCD面板时，可出现此种情况。在上述两种情况下，BEF膜的入射角和出射角均会受到层合粘合剂折射率的很大影响，该折射率与空气折射率显著不同。当使用常规光学粘合剂将扩散片层合至反射偏振片的一侧，然后将其另一侧层合至LCD面板时，也可能会出现这种情况。在这种情况下，光学粘合剂将扩散片内生成的高度倾斜光作为超临界光透射到反射偏振片内，其可进一步透射到LCD面板内。由于反射偏振片和LCD面板通常均未设计成可适应此类高度倾斜光，因此这可导致偏振片和LCD面板内的大量内部散射光引起的性能降低，继而又可导致更低的显示器对比度和亮度。即使重新设计反射偏振膜来处理较大范围内的入射角，例如通过显著扩展已经较宽的多层叠堆反射偏振片的反射谱带(如，通过增加微层数量并延伸表征微层的厚度梯度的上限)，此类经重新设计的膜仍将继续通过较大范围的角透射光的透光轴偏振，并且举出的问题仍不会得到解决。为了使与层合构造中超临界光传播的相关问题减至最少，在一些情况下，可能期望并且可以利用某材料层，从光学设计观点来看，该材料层尽可能接近空气间隙，如，对于光厚光路的光具有高度透射性并且其折射率接近1.0的材料层。换句话说，有时需要这样一种装置，该装置可采用表面对表面模式物理附连透射光学部件，同时仍将入射角和出射角限制为相当于空气的那些角度。最近已经开发出了具有良好机械完整性和低雾度的超低折射率(“ULI”)膜。此类膜可涂敷到几乎任何光学膜上，以便接近空气间隙，然后可应用任何常规光学粘合剂将被涂敷膜与系统内的另一个部件接合在一起。合适的超低折射率材料在例如以下美国专利申请中有所描述提交于2009年4月15日并具有序列号61/169466 的“Optical Film” (光学膜)(代理人案卷号No. 65062US002)；提交于2OO9年4月日并具有序歹Il号61/169521 白勺"Optical Construction and Display System Incorporating Same”(光学构造和采用该光学构造的显示系统)(代理人案卷号No.653MUS002)； 提交于2009年4月15日并具有序列号61/169532的“Retroref lecting Optical Construction” (回射光学构造)(代理人案卷号No. 65355US002)；提交于2009年4月15 日并具有序列号 61/169549 的“Optical Film for Preventing Optical Coupling”(用于抑制光学耦合的光学膜)(代理人案卷号No.65356US0(^)；提交于2009年4月15日并具有序列号61/169555 的“Backlight and Display System Incorporating Same”(背光源和采用该背光源的显示系统)(代理人案卷号No.65357US0(^)；提交于2009年4月15日并具有 歹Ι 61/169427 的“Process and Apparatus for Coating with Reduced Defects'^ M 于缺陷减少的涂层的方法和设备)(代理人案卷号No.65185US0(^)；提交于2009年4月15 日并具有序列号 61/169429 的“Process and Apparatus for A Nanovoided Article”(用于中空纳米制品的方法和设备)(代理人案卷号No. 65046US002)；以及提交于2009年10 月 22 日并具有序列号 61/254，243 的“Optical Construction and Method of Making the Same”(光学构造及其制备方法)(代理人案卷号No. 65619US002)，上述专利申请全文以引用的方式并入本文。超低折射率材料也可使用凝胶型热解法二氧化硅制备。超低折射率材料在可见波长范围内可具有例如从1. 1至1. 3或从1. 15至1. 25的折射率。在许多情况下，ULI材料可以为多孔的，并且在一些情况下，可采用技术来密封ULI材料层的外表面，使得相邻层(如粘合剂层)的液态材料不会完全迁移至ULI层的孔中。此类技术在一个或多个引用的专利申请中有所公开。超低折射率材料还可呈现出折射率中的梯度。例如，该材料的形式可以是包含粘结剂和多个粒子的梯度膜或层，其中粘结剂与多个粒子的重量比不小于约1 2。梯度光学膜还可包括具有局部体积分率的多个互连孔隙，其中多个互连孔隙的局部体积分率沿着膜的厚度方向变化，从而得到沿着此类厚度方向变化的膜内的局部折射率。参考了美国专利申请 No. 61/254，673，“GRADIENT LOW INDEX ARTICLE AND METHOD”(梯度低折射率制品和方法)(代理人案卷号65716US002)，以及美国专利申请No. 61/254，674，"PROCESS FORGRADIENT NAN0V0IDED ARTICLE”(梯度中空纳米制品的方法)(代理人案卷65766US002)， 两者皆提交于2009年10月M日并以引用的方式并入本文。此类超低折射率材料可用于层合物中，该层合物包括角敏光学膜，从而可将此类膜以机械和光学方式耦合到其他膜或部件，同时将超临界光传播的有害效应降到最小。然而，即使当在层合构造中使用一种或多种此类超低折射率材料层时，超临界光传播的效应仍可在系统性能中起重要作用，并且实际上可显著降低系统性能，除非适当处理多层光学膜和/或其他角敏光学膜的设计方面。对用于支持超临界光传播的层合物中的多层反射偏振膜具体设计考虑事项进行讨论之前，我们参见图3a_c以示出将膜光学浸入除空气之外的介质中的概念。图3a_c为在其中涂敷了其他层的简化分层膜的一系列示意性侧视图，演示了在光学介质中浸入膜的概念。在图3a中，基础膜构造310基本由分层膜312组成，该分层膜两侧均暴露于折射率为no的介质，该介质被假定为空气( = 1.0)。为方便讨论，Iitl以及这些图3a-c中示出的其他折射率被假定为具有各向同性。此外，膜312示出为仅具有两层 常规低折射率光学材料的第一层，例如折射率Ii1为约1. 5或更高的聚合物；以及常规较高折射率光学材料的第二层，例如折射率n2也为约1. 5或更高的其他聚合物，但n2基本上大于叫。膜312具有第一主表面312a、将第一层和第二层分开的表面或界面312b、以及第二主表面312c。表面31 暴露于厚空气层314，而表面312c暴露于另一个厚空气层316。再次参见图3a，光从下方，即从空气层314入射在膜312上。入射光大体上沿着示出的ζ轴行进，其可与膜312的厚度维度垂直，但入射光包括最大可能范围内的光线传播方向，包括被导向为与ζ轴平行的光线、被导向为与ζ轴成适度倾斜角的光线、以及被导向为与ζ轴成极端倾斜角的光线，后者事实上与ζ轴垂直，使得它们以掠入角照射表面312a。 这一入射角的最大可能范围以5向箭头符号305表示。在一些情况下，与符号305相关的光分布可为准朗伯曲线，而在其他情况下它可具有差异非常大的分布。在任何情况下，符号 305的光分布均包括在半球上沿可能路径的所有方向(或2p立体角度)行进的一定量的光。现在跟随该入射光的传输路线从空气层314穿过膜312到达相对空气层316。在此过程中，我们集中于多个界面处的折射，并且为简单起见而忽略反射。表面31h、312b、312c均被假定为是平坦而光滑的，并且与ζ轴垂直。这样，当来自空气层314的入射光照射在主表面31 上时，根据斯涅耳定律，即IitlSin θ Q = nlSin θ 该入射光会折射到膜312的第一层内。由于入射光包含入射角在= 0至度范围内变化的光线，因此折射的光将包含折射角(或传播角)在θ工=0至θ工=θ。i范围内变化的折射光线，其中θ。i为第一层材料的临界角，g卩euzarcsind/nl)，因为Sin(90) =1并且 =1。第一层中所有折射光线的集合由半角为θ cl的锥形表示。折射光通常沿着ζ轴前进并遇到表面或界面312b，此时光进入第二层时会发生第二折射，所述第二层的折射率为n2。第二折射再次遵从斯涅耳定律，并在一系列传播方向或角度θ 2范围内在第二层内生成折射光，其中θ2在从02 = 0至θ2= θ。2范围内变化。 角度θ。2为第二层材料的临界角，即θ。2 = arcsin(l/n2)。第二层中所有折射光线的集合由半角为θ。2的锥形表示。由于折射率η2被假定为大于折射率ηι，因此角度0。2显示为小于I。第二层中的折射光进一步前进，直至遇到主表面312c为止。这时，当光从第二层进入空气层316时，会发生另一折射。再次根据斯涅耳定律，第二层中光的传播角θ2范围随折射成的空气层316的传播角范围而变换，其在0至基本90度的范围内，再次由符号305 指示。因此，在穿过膜312的过程中，来自空气的半球状入射光在膜的不同材料层中被转换为光的锥形分布，然后在另一空气层中恢复为半球状传播光。材料层中锥形分布的半角与各自材料的临界角相等。现在参见图北，我们看到的是另一个膜构造320的示意性侧视图。膜构造320包括图3a的双层膜312，但在膜312的每一侧添加了一层超低折射率材料，其具有折射率η。’， 以生成构造320。折射率η。’大于空气折射率，但显著小于低折射率ηι。折射率为η。’的材料的第一层322涂敷到膜312的表面312a，折射率为η。’的材料的第二层3Μ涂敷到膜312 的表面312c。与层322、3M结合的初始膜312现在形成新的膜，该膜具有暴露于空气的平坦、平滑主表面322a、3Ma，表面322a、324a与表面312a_c平行。仍然参见图北，光从下方，即从空气层314，入射在构造320上。如图3a中，入射光大体上沿着ζ轴行进，但随着光线穿越入射角的最大可能范围，再次由5向箭头符号305 表示。我们跟随该入射光的传输路线从空气层314穿过构造320的不同层进入相对的空气层 316。当来自空气层314的入射光照射在主表面32 时，根据斯涅耳定律，即npin θ 0 =Iitl ’ sin θ ^ ’，其会折射到超低折射率材料层322中。由于入射光包含入射角在= 0 至θ ^ 90度范围内变化的光线，因此折射光包含折射角(或传播角)在QcZ=O至Qtl ’ =θ μ范围内变化的折射光线，其中θ Μ为超低折射率材料的临界角，8卩e^zarcsind/ ’)。层322中所有折射光线的集合由半角为θ μ的锥形表示。此折射光随后前进穿过构造320的其余部分。在此过程中，每个不同层中表示传播方向范围的角度锥形由斯涅耳定律确定。可采用直截了当的方式很容易地推断出光从层 322前进到层324时，传播方向锥形的半角在Θ。。至0。1至0。2至Θ。。之间变化，如图北所示。从层3Μ折射入空气层316的光再次被折射入传播角305的最大可能范围。将图3a和北进行比较，发现向膜312中添加层322、3M对改变膜312内部的传播方向范围没有任何影响。对于膜312的两个层中的每一个而言，传播锥形的半角均保持相同。值得注意的是，不管用于层322、324的折射率为何，此结果都将相同。因此，尽管膜 312和空气之间存在层322、324，我们还是将膜312表征为仍光学浸入空气中。现在参见图3c，此处我们具有与构造330基本相同的膜构造330，不同的是层322、 3M被层332、334替代。层332、334具有与层322、3M相同的超低折射率。然而，图北的平坦、平滑主表面32h、3Ma被粗糙主表面33加、33如替代，这会形成显著扩散效应。因此， 从空气层314照射在主表面33 的半球状分布入射光线在层332中以所有传播角(参见符号30 折射和扩散，而不会如同图北中的情形一样局限于半角θ c0的锥形。层332中传播角的此扩展范围通过斯涅耳定律在界面31 处形成膜312第一层中的传播方向锥形， 其半角θ。/显著大于图北中的对应半角θ clo具体地讲，θ。/ = arcsin(n0' Ai1)。当此光进入膜312的第二层时，其会在表面312b处折射以在第二层中生成传播方向锥形，该锥形还相对于图北中的对应锥形进行扩展。半角θ。2’按照θ。2’ = arcsin(n0' /n2)进行计算。根据斯涅耳定律，此光在表面312c处以所有角折射到超低折射率层334，并且此光又借助粗糙主表面33 以所有角折射和扩散到空气层316内。
将图3c与图3a和图北进行比较，发现与构造320、310相比，在构造330中光能够以更倾斜的角度在膜312的层中传播。由于光能够从超低折射率层332以所有角度照射在膜312上，并且由于以任何此类角度进入膜312的光能够通过层334、316离开膜，因此图 3c中的膜312可以说成是光学浸入折射率为η:的超低折射率材料中。图4为给定层中光传播的角范围或锥形的透视图，示出了将该层光学浸入除空气之外的介质中时锥形的扩展。因此，锥形410的半角为层材料的临界角Θ。。这是当层光学浸入空气中时可能的光传播方向范围。如果层光学浸入折射率大于空气的介质中，则光传播方向的范围扩展至较宽锥形412，半角为Θ。’。这两个锥形(或立体角度)之间的差值在图4中由差角egap表示。传播方向位于该间隙中的光表示这样的光，可能不会针对它设计层或层所属膜以进行处理。现在我们将注意力转到多层光学膜，其可用于本发明所公开的层合膜构造，使得多层光学膜可被视为光学浸入超低折射率材料中，或折射率大于空气折射率的任何其他材料中。我们首先对多层光学膜的性能进行了总体概述，然后讨论了允许膜在更广的光谱区域上发挥作用的层厚度分布，所述层厚度分布的取向对于可感知的颜色具有重大影响。图5仅示出多层光学膜500的两层，该光学膜通常将包括几十或几百个以一个或多个邻接组或叠堆排列的此类层。膜500包括单个微层502、504，其中“微层”是指这样的层，其足够薄，以使得在此类层之间的多个界面处反射的光发生相长干涉或相消干涉，以赋予多层光学膜所需的反射或透射特性。微层502、504可以一起表示多层叠堆的一个光学重复单元(ORU)，ORU是在整个叠堆厚度中以重复图案重现的最小层组。可供选择的ORU设计在下面有进一步讨论。这些微层具有不同的折射率特性，以使得一些光在相邻微层间的界面处被反射。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光学膜，每个微层的光学厚度(即，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，例如膜外部表面的表层，或设置在膜内用以将微层组分开的保护界面层。可将微层中的一个(如图5的层502、或下图6的“Α”层)对沿主χ轴、y轴和ζ 轴偏振的光的折射率分别称为nix、nly和nlz。互相正交的χ轴、y轴、和ζ轴可例如对应于材料的介电张量的主方向。通常并且为了论述目的，不同材料的主方向为一致的方向，但一般不必如此。将相邻微层(如图5中的层504、或图6中的“B”层)沿相同轴的折射率分别称为n2x、n2y、n2z。将这些层之间沿χ方向、沿y方向和沿ζ方向的折射率差值分别称为 Δηχ( = nlx-n2x), Δηγ( = nly-n2y)和 Δ nz ( = nlz-n2z) 这些折射率差异的性质连同膜中(或膜的给定叠堆中)的微层数量及其厚度分布，一起控制膜(或膜的给定叠堆) 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(Δηχ大)， 并且沿正交面内方向具有小的折射率失配(Any ^ 0)，则膜或组就垂直入射光而言可以起到反射型偏振片的作用。就这一点而言，出于本专利申请的目的，反射型偏振片可被视作这样的光学主体如果波长在组的反射谱带内，其会强反射沿一条面内轴(称为“阻光轴”)偏振的垂直入射光，并且强透射沿正交的面内轴(称为“透光轴”)偏振的此类光。根据预期应用或应用领域，“强反射”和“强透射”可以具有不同含义，但在许多情况下，反射型偏振片对于阻光轴将具有至少50 %、60 %、70 %、80 %、或90 %的反射率，并且对于透光轴将具有至少50%、60%、70%、80%、或90%的透射率。然而，这些值不应理解为限制性的。如果需要，还可以调整针对沿ζ轴偏振的光的相邻微层间的折射率差值(Δηζ)，以便得到斜入射光的P偏振分量的期望反射特性。为了方便解释，在多层光学膜的任何关注的点处，χ轴都可视为在膜的平面内取向，使得面内Δη的量级为最大。因此，Any的量级可以等于或小于(但不大于)八~的量级。此外，在计算差值Δηχ、Any、Anz时，对开始材料层的选择可以由非负值这样的要求来确定。换句话讲，形成界面的两层之间的折射率差值为Δη」=nij-ri2j，其中j = χ、y或ζ并且其中选择层标号1，2，以使得nlx彡n2x, 即 Δηχ > 0。为了保持对以倾斜角度入射的ρ偏振光的近轴向反射率，各微层之间的ζ轴折射率失配Δηζ可以控制为显著小于面内折射率最大差值Δηχ，使得Δηζ<0.5*Δηχ。或者， Δηζ^0. 25*Δηχ。量级为零或几乎为零的ζ轴折射率失配产生了微层之间的这样的界面 取决于入射角，该界面对P偏振光的反射率为常数或几乎为常数。此外，ζ轴折射率失配八~可以控制为与面内折射率差值Anj^g比具有相反的极性，g卩，Δηζ<0。此条件会产生这样的界面，该界面对P偏振光的反射率随入射角的增加而增大，如同对s偏振光的情形一样。在图6的示意性侧视图中，示出了多层膜610的更多内部层，从而可观察到多个 0RU。膜相对于局部x-y-z笛卡尔坐标系示出，其中膜平行于χ轴和y轴延伸，并且ζ轴垂直于膜及其组成层且平行于膜的厚度轴。膜610不必是完全平坦的，而是可弯曲或以其他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。在图6中，微层标记为“Α”或“B”，“Α”层由一种材料构成，“B”层由不同的材料构成，这些层以交替排列的方式层叠，从而形成光学重复单元或单位单元0RU1、0RU2、0RU6，如图所示。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不止6个光学重复单元。多层光学膜610被显示为具有明显更厚的层612，该层可以代表外表层、或将图中所示微层叠堆与另一个微层叠堆或组(未示出)分开的PBL。如果需要，可(如)利用一层或多层厚粘合剂层或利用压力、热或其他方法将两种或更多种单独的多层光学膜层合在一起，以形成层合膜或复合膜。在一些情况下，微层的厚度和折射率值可对应于％波长叠堆，即微层被布置成 0RU，每一个ORU均具有两个等光学厚度(f-比率=50%, f-比率为组成层“A”的光学厚度与完整光学重复单元的光学厚度的比率)的相邻微层，此类ORU通过相长干涉有效地反射光，被反射光的波长λ为光学重复单元总光学厚度的两倍，其中主体的“光学厚度”是指其物理厚度与其折射率的乘积。在其他情况下，光学重复单元中微层的光学厚度可彼此不同， 由此f_比率大于或小于50%。出于本专利申请的目的，我们设想出f_比率可为任何合适值的多层光学膜，并且不局限在f_比率为50%的膜。因此，在图6的实施例中，“A”层一般描绘为比“B”层更薄。每一示出的光学重复单元(ORU UORU 2等)的光学厚度(0 \、0Τ2 等)等于其组成层“Α”和“B”的光学厚度之和，并且每一光学重复单元反射波长λ为其总光学厚度两倍的光。在示例性实施例中，ORU的光学厚度可根据沿ζ轴或膜厚度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(如顶部)到叠堆的另一侧(如底部)而增大、减小或遵循某些其他函数关系。可使用这种厚度梯度，从而得到加宽的反射谱带，从而在所关注的扩展波长谱带以及所关注的所有角度上得到光的大致光谱上平
15坦的透射和反射。也可使用设计成可在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，如美国专利 6，157，490 (Wheatley 等人)"Optical Film With Sharpened Bandedge”(具有锐化谱带边缘的光学膜)中所述。对于聚合物多层光学薄膜，反射谱带可被设计成具有锐化的谱带边缘以及“平顶”的反射谱带，其中所述反射特性基本上在应用的整个波长范围内都是恒定的。还可以想到其他层布置方式，例如具有2微层光学重复单元的多层光学膜(其f_比率为不同于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配置成减少或激发某些更高阶的反射，当所需扩展波长谱带位于近红外波长内或延伸到近红外波长时，这样做可能是可用的。参见例如美国专利 5，103，337 (Schrenk 等人)“Infrared Reflective Optical Interference Film”(红外反射光学干涉膜)、5，360，659(Arends 等人)"Two Component Infrared Reflecting Film” (双组分红外反射膜)、6，207, 260 (Wheatley 等人)“Multicomponent Optical Body”(多组分光学主体)、和 7，019，905 (Weber) "Multi-layer Reflector With Suppression of High Order Reflections”(抑制高阶反射的多层反射器)。就本专利申请的目的而言，如果材料在所关注的波长范围(如光谱的UV部分、可见部分和/或红外部分中的选定波长或谱带)上具有各向异性的介电张量，则将该材料视为“双折射的”材料。换句话说，如果材料的主折射率(如nlX、nly、nlZ)并非全部相同， 则将该材料视为“双折射的”材料。此外，如果材料的主折射率的任何两个均不相同(如， η χ Φ nly Φ nlz Φ nix)，则将该材料描述为“双轴双折射的”。相比之下，如果材料的主折射率只有两个相同(如，η χ Φ nly = nlz，或nix = nly Φ nlz)，则将该材料描述为“单轴双折射的”。为了通过适当数量的层来获得高的反射率，相邻微层针对沿χ轴偏振的光的折射率差值(Δηχ)可以为例如至少0. 05。如果希望对两个正交偏振状态的光具有高的反射率， 那么相邻微层对于沿y轴偏振的光也可以具有例如至少0.05的折射率差值(Any)。在一些情况下，相邻微层可以沿两条主面内轴(Δηχ和Any)具有量级相近的折射率失配，在这种情况下，膜或组可以用作轴向反射镜或部分反射镜。在此类实施例的变型中，相邻微层可以沿ζ轴具有折射率匹配或失配(Δηζ 0或Δηζ大)，并且该失配可以具有与面内折射率失配相同或相反的极性或标记。对Δηζ的这种定制在斜入射光的ρ偏振分量的反射率无论是随入射角增大而增大、减小、还是保持不变都起关键作用。本发明所公开的多层光学膜的至少一个组中的至少一些微层为双折射的，要么是单轴双折射的，要么是双轴双折射的。在一些情况下，每个ORU可以包括一个此类双折射微层，和第二微层，该第二微层为各向同性的，或相对于另一个微层具有少量的双折射。就这一点而言，“各向同性的”应被理解为涵盖其双折射率小至使其在预期应用中基本上各向同性的材料。如果第二微层为双折射的，则其双折射率可以与第一微层具有相同符号(如正双折射)，或具有不同符号(如负双折射)。换句话说，如果第一微层具有正应力光学系数， 则第二微层的应力光学系数可以为正、负、或零。示例性多层光学膜由聚合物材料构成，并且可利用共挤出、浇铸和取向工艺来制备。参考了美国专利5，882，774(J0nza等人)“Optical Film”(光学膜)、美国专利 6, 179, 949 (Merrill ^A ) "Optical Film and Process for Manufacture Thereof"( 7 学膜及其制造方法)、和美国专利6，783，349(Neavin等人)"Apparatus for MakingMultilayer Optical Films”(制备多层光学膜的装置)。多层光学膜可以如上述参考文献中任何一项所述共挤出聚合物而形成。可以选择各种层的聚合物使之具有相似的流变性 (如熔体粘度)，以使得它们可进行共挤出而没有显著的流体扰动。选择挤出条件，以便以连续稳定的方式将各自的聚合物充分地进料、熔融、混合并作为进料流或熔融流泵送。用于形成和保持熔融流中的每一股的温度可以选定为在下述范围内，所述范围避免冻结、结晶、 或该温度范围的低端处的不当高压下降、并且避免该范围的高端处的材料降解。简单概括来讲，制造方法可包括(a)提供至少第一和第二树脂流，其对应于成品膜中将使用的第一和第二聚合物；(b)利用合适的供料头将第一和第二流分成多个层，所述合适的供料头例如包括下述的供料头(i)包括第一和第二流动通道的梯度板，其中第一通道具有沿流动通道从第一位置变化至第二位置的横截面面积；(ii)进料管板，其具有与第一流动通道流体连通的第一多个导管以及与第二流动通道流体连通的第二多个导管， 各导管向其各自相应的缝型模头进料，各导管具有第一端部和第二端部，导管的第一端部与流动通道流体连通，导管的第二端部与缝型模头流体连通；以及(iii)可选地，轴向棒加热器，其邻近所述导管设置；(c)使复合流流过挤出模头以形成多层料片，其中各层大致平行于相邻层的主表面；以及(d)将多层料片浇铸到冷却辊(有时也称为浇铸轮或浇铸鼓) 上，以形成铸造多层膜。该浇铸膜可以与成品膜具有相同的层数，但该浇铸膜的层通常比成品膜的层厚得多。此外，浇铸膜的层通常都是各向同性的层。在一些情况下，制造设备可以采用一个或多个层倍增器，用于倍增成品膜中的层数。在其他实施例中，可以在不使用任何层倍增器的情况下制造膜。尽管层倍增器极大地简化了生成大量光学层的过程，但倍增器可能会使各个所得的层组产生对于各层组而言不相同的畸变。因此，对于各层组而言，任何对供料头中所产生层的层厚度分布的调整均不相同，即，不能同时对所有层组进行优化以产生无光谱畸变的均勻平滑的光谱。从而，对于低透射和反射色彩，使用通过倍增器制备的多层组膜可能难以形成最佳分布。如果在供料头中直接生成的单一层组中的层数目不能提供足够的反射率，则可以将两个或更多个此类膜附接到一起来增加反射率。在PCT专利公开WO 2008/144656 (Weberness等人)中对层厚度控制进行了进一步讨论，以对低色彩膜提供光滑光谱反射率和透射率。在冷却辊上冷却多层料片后，可将其拉延或拉伸，以制备成品或接近成品的多层光学膜。拉延或拉伸实现两个目标其使层变薄至其所需的最终厚度；其使层取向，以使得层中的至少一些变成双折射的。取向或拉伸可沿横维方向(如经由拉幅机)、沿纵维方向 (如经由长度取向机)、或其任何组合(无论同时还是依次进行)而实现。如果仅沿一个方向拉伸，则该拉伸可为“无约束的”(其中膜允许在垂直于拉伸方向的面内方向在尺寸上松弛)或“受约束的”(其中膜为受约束的并因而不允许在垂直于拉伸方向的面内方向在尺寸上松弛)。如果沿两个面内方向拉伸，则该拉伸可为对称的(即沿正交的面内方向相等)或非对称的拉伸。或者，膜可以通过间歇工艺进行拉伸。在任何情况下，也都可将后续或共存拉延减小、应力或应变平衡、热定形、和其他处理操作应用至膜。多层光学膜和膜构造也可包括附加层和涂层，该层根据其光学、机械、和/或化学性质进行选择。例如，可在膜的一个或两个主表面上添加UV吸收层，以保护膜不会发生由 UV光引起的长期降解。附加层和涂层也可包括抗刮涂层、抗撕层和硬化剂。参见例如美国专利 6，368，699 (Gilbert 等人)。
如果给定多层膜中所有微层的光学厚度被设计为相同厚度，则膜将会只在狭窄的波长带内提供高反射率。如果该波长带位于可见光谱中的某个位置，那么此类膜看起来将高度着色，并且色彩将随角度的变化而变化。在显示器和照明应用背景中，通常会避免呈现显著色彩的膜，但在一些情况下，给定光学膜引入少量色彩以校正系统中其他位置的色彩不平衡也许会有助益。多层膜可通过以下方式在例如整个可见光谱内提供宽谱带反射率和透射率对微层(或更精确地，光学重复单元(0RU)，其在许多(但并非全部)实施例中对应相邻微层对)进行调整以具有光学厚度范围。通常，微层沿着ζ轴或膜的厚度方向排列，在膜或组的一侧排列一个最薄的0RU，在另一侧排列一个最厚的0RU，其中最薄的ORU反射反射谱带中的最短波长，最厚的ORU反射最长波长。对多层光学膜的厚度梯度的进一步讨论、包括调整厚度梯度以提供锐化的谱带边缘，可见于美国专利6，157，490 (Wheatley等人)中，并且在下文有进一步讨论。用于多层光学膜制备的材料通常为聚合物材料，该材料至少在可见和几乎可见波长以及对膜内的典型光路距离吸收率非常低。因此，多层膜对给定光线的反射百分比R和透射百分比T通常基本互补，即，R+T ^ 100%,通常精确性在约1 %内。因此，除非另外指明，否则本文所公开的具有高反射率的多层光学膜可被假定为具有低透射率，并且反之亦然，同时本文所公开的具有低反射率的多层光学膜可被假定为具有高透射率，并且反之亦然，并且所报告的反射率或透射率值可被假定为也通过关系R+T 100%各自对反射率或透射率做出报告。不管处理的是计算机建模光学膜还是特性在实验室中测量的实际膜，反射和透射特征均可容易地确定。反射光谱及其所有特征，例如任何角度下的反射率以及用于双折射多层膜的谱带边缘,均可使用Berremen和kheffer的Phys. Rev. Lett. 25,577(1970)(《物理评论快报》第25卷，第577页，1970年)中的4X4栈代码计算。在由^Vzzam和Bashara 编写、Elsevier Science,Holland 出版的著作"Ellipsometry and Polarized Light，，(椭圆光度法和偏振光)中对该方法进行了说明。多层光学膜在高度倾斜角(例如，在空气中90度或接近90度的角)或甚至在超临界角下的反射率或透射率可通过以下方式直接测量将已知折射率的玻璃棱镜光学耦合到膜的两面，然后测量合适角度下的反射率，该合适角度可根据斯涅耳定律容易地测定。折射率为约1. 5至1. 7的玻璃棱镜适用于这些测量。准确测量膜的透射而不是反射通常更加容易，特别是在非零度角处。由于在所关注的膜中光的吸收率相对很小(对于垂直入射光通常小于)，因此可以只测量透射率值 T并假定R= 1-T。如果吸收率大于约若干百分比，则可在垂直入射角度下通过单独测量R 和T进行测量。然后可以容易地估算更高角度下的吸光度，此时反射率可计算为R=I-A-T, 其中R、A和T通常以百分比表示并且1 = 100%。本文所公开的多层光学膜对于垂直入射光具有随偏振而变化的不对称的反射和透射特性。因此，我们可以将与针对垂直入射光具有最高反射或最低透射相关的面内轴(X 轴)称为“阻光”轴，并将与针对垂直入射光具有最低反射或最高透射相关的另一条面内轴 (y轴)称为“透光”轴。在垂直入射阻光轴反射和垂直入射透光轴反射之间的差值较大的情况下(如就反射型偏振片型多层光学膜而言)，我们可以使用这些术语。但出于本专利申请的目的，在垂直入射阻光轴反射和垂直入射透光轴反射之间的差值较小的情况下(如就几乎对称的类似反射镜的多层光学膜而言)，我们也可以使用术语“透光轴”和“阻光轴”。本文所公开的多层光学膜还具有中间量的反射率，即，在一个或多个指定入射条件下的延伸谱带上部分反射和部分透射。微层在延伸谱带(如就许多显示器和光照应用而言，为可见波长范围)上提供的部分反射和部分透射，使得如果反射或透射特性不随波长的变化而充分均勻或平滑，则膜会很容易地将不期望的颜色引入系统中。根据其中多层光学膜为其一部分的系统设计，该中间反射率/透射率可以被设计为在多种所需的入射条件下出现。在一种情况下，例如，入射条件可以针对沿膜的透光轴偏振的垂直入射光，在这种情况下宽带部分反射和透射与透过状态的光相关。在另一种情况下，入射条件可以针对沿膜的阻光轴偏振的垂直入射光，在这种情况下宽带部分反射和透射与阻塞状态的光相关。 在其他情况下，入射条件可以针对倾斜入射到选定入射平面的光。例如，可以指定s偏振光或P偏振光，或S偏振光和P偏振光的平均(非偏振光)。选定入射平面可以为包含阻光轴和Z轴的平面，或包含透光轴和Z轴的平面，或在相对于以上平面的中间位置旋转的平面。 例如，入射平面可以为包含Z轴并旋转至例如10度、或20度或45度方位角φ的平面。还可以指定此类平面中入射光的极角θ，例如，在折射率为1.494的介质中θ =49度，或在此类介质中θ =38度，或可以根据需要指定其他角度和其他介质。提供图7和8的目的是提示读者与“S偏振”和“P偏振”光的概念相关的几何形状，并表明这些偏振状态是相对于特定光线的入射平面定义、并且通常不与多层光学膜的面内轴(X轴和y轴)具有任何固定关系。因此，图7显示了以特定方向入射到多层光学膜710或其他光学主体上或从其发出的光线。在特定光学介质(如与膜710的表面接触的介质)中指定光线的方向，不管该介质是空气、或是超低折射率(ULI)材料、或是另一种折射率大于空气折射率的材料。还可以通过两个角度指定光线的方向从膜710的厚度轴或ζ轴测得的极角θ，和从特定面内轴(通常为膜710的χ轴)测得的方位角Φ。光线的入射平面为包含ζ轴和光线传播方向的平面。该平面以相对于x-z平面成角度Φ取向。S偏振光为其电场垂直于入射平面振动的光线分量。P偏振光为其电场在入射平面内振动的分量。根据光线的传播方向，在一些情况下，光的s偏振分量可与膜的χ轴更接近于对齐 (并且ρ偏振分量可与y轴对齐，或更一般地与y-z平面对齐)，而在其他情况下，S偏振分量可与膜的y轴更接近于对齐(并且P偏振分量可与χ轴对齐，或更一般地与χ-ζ平面对齐)。这在图8中有更清晰的显示。在该图中，光线810以入射角θ入射到常规偏振膜802 上(或从其发出)，从而形成入射平面812。偏振片802(其可为标准吸收型偏振片或反射型偏振片)包括平行于y轴的透光轴804、和平行于χ轴的阻光轴806。光线810的入射平面812平行于阻光轴806，并且以0度的方位角Φ取向。光线810具有位于入射平面812 内的P偏振分量和与入射平面812正交的s偏振分量。光线810的ρ偏振光具有平行于偏振片802的阻光轴806的矢量分量，并且因此将基本上被偏振片阻塞(如吸收或反射)，而光线810的s偏振光平行于偏振片802的透光轴804并且将由偏振片至少部分地透射。此外，图8示出了在入射平面822内入射到偏振片802上的光线820，其具有平行于偏振片802的透光轴804的矢量分量。光线820的入射平面822平行于透光轴804，并且以90度的方位角Φ取向。光线820的ρ偏振光平行于偏振片802的透光轴804，而光线820的s偏振光平行于偏振片802的阻光轴806。因此，如果偏振片802为“理想的”反射型偏振片，其对于阻光轴上偏振的光在所有入射光角度处反射率为100%，并且对于在透光轴上偏振的光在所有入射光角度处反射率为0 %，则该偏振片将透射光线810的s偏振光和光线820的ρ偏振光，同时反射光线810的ρ偏振光和光线820的s偏振光。换句话讲， 此类偏振片802将透射ρ偏振光和s偏振光的组合。ρ偏振光和s偏振光的透射和反射量将取决于偏振片的特性。我们已发现，在厚度梯度针对光的宽带反射和透射进行调整的光学浸没式不对称多层光学膜背景中，根据多层光学膜的取向或“面向”，某些光线与不期望的色彩效应的联系较之其他光线更为紧密。具体地讲，在本文所述浸没式膜构造中，如果多层光学膜的取向为“厚侧向外”，则极角θ为超临界角并且方位角Φ接近X轴(但两者不一致)(如，O < φ < 30度)的光线往往与不期望的色彩效应密切相关。现在从膜的层厚度梯度的角度来考虑本发明所公开的多层光学膜的“面向”。图 9a和9b为描绘示例性层厚度分布的曲线图，该曲线图可用于设计多层光学膜，以提供宽波长范围(如特定入射角范围内的可见波长区域)内的反射谱带。此类“宽带”行为是指显著大于光学重复单元中层对的低和高折射率材料组合的本征带宽的任何带宽。在图9a和 9b中，膜中约550个微层的每一个均沿水平轴指定了“层号”，其中第一层号1设置在膜的第一主表面处或附近(如，可能通过光学厚度保护界面层和/或表层分隔)，并且最后层号 550(图9a)或551(图9b)设置在与膜的第一主表面相对的第二主表面处或附近。曲线图的垂直轴表示每个微层的物理厚度。在示例性实施例中，图9a和9b表示的微层可以基本上由两组微层构成，这两组微层由两种不同的材料构成并且以类似于上图6所示“A”和“B”层的交替重叠方式排列。因此，在每个图中，层号1、3、5、M9(以及就图9b而言551)可由第一光透射材料“A”构成，并且层号2、4、6、550可由不同的第二光透射材料“B”构成。在这种情况下，微层可视作排列为大约275个光学重复单元(ORU)，每个ORU基本上由两个相邻微层组成。例如，层号1(材料A)和2 (材料B)可定义第一 0RU，层号3 (材料A)和4 (材料B)可定义第二 0RU，等等。ORU的光学厚度可由图9a和9b的曲线图结合材料的折射率知识一起确定。出于粗略计算的目的，如果假定A和B材料的折射率接近1. 7 (出于此粗略计算的目的，忽略A和B 材料的折射率差值)，可观察到，这两个图形的ORU的光学厚度在约200nm(第一主表面处或附近)(=(65nm+65nm)*l. 7)至约 600nm(第二主表面处或附近)(=(175nm+175nm) *1· 7) 的范围内。回想ORU (在垂直入射角度下的)的峰值反射率通常在等于ORU光学厚度两倍的波长λ处出现，该ORU光学厚度范围对应于从约400nm连续延伸至1200nm的垂直入射反射谱带(假定沿膜的至少一条面内轴“A”材料和“B”材料之间存在合适的折射率差值)。 由于任何给定ORU中两个微层的物理厚度只有很小的差别，并且此类微层的折射率通常与假定标称值1. 7存在较小的差异，所以图9a和9b表示的ORU的f-比率可以接近于50%。图9a和图9b中所示多个微层之间的最引人注目的差别在于，在前一种情况下，假定微层被分为两个单独的微层叠堆或组，而在后一种情况下，假定微层被划分为单个叠堆或组。就这一点而言，叠堆或组是指微层之间通常不包含光学厚层的一组微层，其中光学厚层通常为光学厚度大于约λ/2的层，其中λ为调整相邻微层(或对应光学重复单元)的大部分所对应的波长。因此，图9a的层厚度分布分为两个部分910a、910b，每个部分为单调曲线，而图9b的层厚度分布为单条连续单调曲线912。在图9a中，假定光学厚层存在于曲线910a表示的微层组和曲线910b表示的微层组之间。出于下文论述的建模目的，假定该光学厚层的光学厚度值为15微米。尽管图9a和9b的层分布之间存在差异，但这两种分布均可用于在垂直入射角度下反射约400至1200nm的连续光谱。此外，这两种分布的“面向”的特征在于“薄侧”靠近层号1并且“厚侧”靠近层号550或551。就这一点而言，可计算层厚度分布中光学重复单元的平均光学厚度。在图9a和9b的每一个中，该平均值为大约400nm( = (120nm+120nm) 7)， 假定A和B微层的标称折射率接近1. 7。平均来说，光学厚度小于该平均值的ORU比光学厚度大于该平均值的ORU更靠近第一主表面，所述第一主表面在层号1处或附近。因此，该多层光学膜的第一主表面可称为“薄侧”。相比之下，光学厚度大于平均值的ORU比光学厚度小于平均值的ORU更靠近第二主表面，所述第二主表面在层号550或551处或附近。因此，该第二主表面可称为“厚侧”。观察显示，并且建模已确认，在多层光学膜为其一部分的膜构造的输入和输出表面背景中，光学浸没式多层光学膜的面向可使观察者感知的色彩产生显著的差异。建模显示，无论是使用一组(图％)还是两组(图9a)，薄侧向外取向均实现了显著低于厚侧向外取向的色彩。图9a和9b不应理解为限制性的。例如，本发明可施用到可具有任何数量微层组的浸没式多层光学膜，并且不限于一组(图9)或两组(图9a)设计。例如，在图9a和9b的可供选择的微层组设计中，还可由两个或更多个组制成假连续单组，其在每个微层组之间具有一个或多个光学厚层。然而，连续％波长级叠堆中一个或多个光学厚层的存在可导致显著的光谱振动，这也可产生显著的色彩。然而，任何可由此类布置方式形成的成功的浅色彩设计，将仍然获益于以如本文所述相同顺序(即，薄侧向外取向，其中，平均来说，分布的最薄％波长层面向系统的出口侧)对层进行排列。任何光学厚层优选地由具有低双折射率的材料制成。如上所述，单独的微层不必各自具有确切的％ 波长的光学厚度。相反，光学重复单元中微层的光学厚度总和应为λ/2，然后根据合适的层厚度分布对λ/2 ORU进行连续分级，从而得到宽带反射器。另外，在一些情况下，ORU可比1/2厚得多，例如3 λ /4、λ、或甚至更大，并且具有各种f-比率，以使用具有合适f_比率的二阶、三阶、或更高阶谐波反射谱带得到均勻的透射，从而得到色彩减少的均勻透射光谱。同样在这些情况下，平均来说，较薄的ORU有利地面向构造的输出表面，以使色彩变浅。现在转到图10a，我们观察到包括光学浸没式多层光学膜的膜构造的示意性剖视图或侧视图。膜构造为层合物-光导装置构造1010。在该系统中，将如得自3M公司(St. Paul,Minnesota)的Vikuiti BEF型棱镜膜中所用的那些棱镜结构1012施用到本文所公开的多层反射偏振膜1014。棱镜暴露于空气中并会透射已穿过偏振膜1014通常向上朝向显示面板或观察者行进的光。此类光来源于光源1030a、1030b，它们在固体光导装置IOM 边缘处的侧光式构造中示出。光导装置IOM设有常规提取器10 的图案。从光导装置 1024的底部漏出的光被白色后反射器10 反射。压敏粘合剂层1022将光导装置IOM粘结到上方的其他部件上，包括分级折射率ULI层1020、高雾度ULI层1018 (其也可为体积扩散片)以及低雾度ULI层1016。因此，构造1010将反射偏振膜1014以消除空气间隙并减少膜基底和其他独立部件(如反射预偏器、光导装置、扩散片、延迟膜、微透镜片或棱镜片)的数量的方式结合到背光源中。于此，反射偏振膜1014光学浸入折射率高于空气的介质中，具体地讲，浸入光
21学厚超低折射率(ULI)层中。ULI层允许超临界光在膜1014中传播，但限制此类超临界光的角范围。有限范围降低了多层反射器相对于其中膜1014光学浸入甚至更高折射率介质的实施例的角带宽要求。然而，该传播角范围仍大于多层光学膜1014不为光学浸没式时的角范围。图IOa的构造基本上代表其中观察到不期望的色彩与本文所讨论的面向效应相关的实施例。有关图IOa实施例的更多信息，和其他信息，参见提交于2009年10月M日的美国专利申请 No. 61/254，691 "Immersed Reflective Polarizer with High Off-Axis Ref leCtivity”(具有高离轴反射率的浸没式反射型偏振片)(代理人案卷号65809US002)。扩散片层1016或光导装置IOM可将光射入偏振膜1014中，其入射角度大于可从空气入射的角度。虽然这里使用了两者，但可单独使用两者之一、或微结构化表面膜将超临界光射入膜中。一般来讲，任何光学耦合到多层光学膜的光偏转层可用作光入射层(如层 1024)或用作光提取层(如层1012)。在图IOa中，这些部件分别为光导装置和棱镜阵列。 可进入反射型偏振片的光的角范围通过斯涅耳定律受到ULI层1016的折射率的限制。如果合适的提取层1012光学耦合到膜的出射面，则ULI层透射的这些光线的任何光线可离开偏振膜1014进入空气。此类构造为如上所述的光学浸没式光学膜的例子。光学浸没式膜通常具有光入射层和光提取层，它们分别光学耦合到膜的入射面和出射面。这样，光线可进入膜并在膜中传播，其角度大于光在空气中透过平滑的共面表面入射到膜的角度，此类光称为如上所述的超临界光。提取层可为如针对入射层所述的任何部件。将膜和光源浸入液体、或随后固化或干燥为固体的液体可得到相同结果。可导致偏振片中生成显著色彩的特定光线为从较大(超临界)入射角进入的光，例如图IOb中所示光线1049a。图IOb为包括光学浸没式多层光学膜1044(其可为反射偏振膜)的更简单或更普遍的膜构造1040的示意性剖视图或侧视图。构造1040包括附接到膜1044的输出表面 1044b的光提取层1042、附接到膜1044的输入表面1044a的ULI层1046、和附接到ULI层 1046的光入射层1048。光线1049a接近或大于临界角，以透射出多层光学膜1044进入空气。然而，虽然可以使用其他替代结构，但如图IOb中棱镜所示光提取层1042允许光线以可被观察者轻易观察到的角度离开膜(参见光线1049b)。读者将理解到，光线路径为可逆的，即，光可以入射到棱镜表面(参见104 并通过光导装置(参见1048)提取。通常，最终用途采用偏振光输出，但系统原则上可为可逆的。因此，用最普通的术语，可能希望规定，多层光学膜的最薄层(即，“薄侧”)应该最靠近系统透射更多高度偏振光的侧面。在光提取层1042包括线性棱镜阵列(如多个Vikuiti BEF型膜的那些，其中每个棱镜沿平行于膜平面的棱镜轴延伸)的情况下，棱镜阵列可以相对于多层光学膜1044取向，使得棱镜轴基本上平行于膜1044的透光轴，但可以使用其他棱镜轴与透光轴之间的相对取向角。光学建模采用浸没式多层光学膜的光学建模，以更好地理解观察到的现象，并更好地认识设计参数对所观察到的现象的显著影响。浸没式多层光学膜可采用标准多层干涉叠堆代码进行建模。为简便起见，膜叠堆模式化为光从给定折射率大于空气的半无限介质入射并提取到平面平行界面，以及从平面平行界面入射并提取到所述半无限介质。就这一点而言，参考了图10c，其显示了包括光学浸没式多层光学膜IOM的简单膜构造1050的示意性剖视图或侧视图。该构造包括半无限层1058、1052，光分别从这两个半无限层进入和离开膜1054。 可在层1058和膜IOM之间提供任选层1056，以限制可射入膜IOM中的超临界光的倾斜度。例如，层1056可为折射率小于半无限层1058的ULI材料的光学厚层。就下面的模式化结果而言，除非另外指明，否则假定多层光学膜每一面上的半无限介质的折射率为1.494， 其对应于聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在633nm处的折射率。在一些情况下，如下文进一步所述，吸收型偏振片也假定为包含在模式化膜构造中，此类吸收型偏振片也以平面平行方式与膜IOM —起浸没。除非提取结构(如棱镜)耦合到膜表面，否则产生显著色彩的光线不能透射到空气中供观察者测量。对使用非平面表面(如图IOb的棱镜)提取偏振光进行建模要求额外的分析。由于存在多种可用的提取结构，此处不进行分析。相反，我们只希望示出可相对于薄光学层的层布置方式的效应提高或减弱色彩的基础光学效应。实验观察为清楚明白的， 并且进行建模以帮助理解色彩的来源。以下不同微层中所用材料的折射率值为不对称多层光学膜的示例，该多层光学膜可被加工，然后浸入并用于本发明所公开的膜构造折射率组1
权利要求
1.一种具有输入表面和输出表面的膜构造，包括多个微层，所述微层排列为光学重复单元(ORU)，以通过相长干涉或相消干涉选择性地反射光，所述微层对于沿第一轴线偏振的垂直入射光比对于沿第二轴线偏振的垂直入射光具有更大的反射率，所述第一和第二轴线限定膜平面；其中所述微层光学浸入折射率大于空气的介质中，使得超临界光可透过所述多个微层传播；其中所述光学重复单元具有沿垂直于所述膜平面的厚度轴的层厚度分布，所述层厚度分布具有平均厚度，并且在给定入射条件下在延伸的反射谱带上为所述多个微层有效提供中间反射率，所述光学重复单元包括厚度小于所述平均厚度的较薄光学重复单元、和厚度大于所述平均厚度的较厚光学重复单元；并且其中所述微层取向为使得，平均来说，所述较薄光学重复单元比所述较厚光学重复单元更靠近所述输出表面。
2.根据权利要求1所述的构造，其中所述微层排列为单个光学组，并且所述较薄光学重复单元主要设置在所述光学组的第一侧面上，以及所述较厚光学重复单元主要设置在所述光学组的第二侧面上，所述第一侧面面向所述膜构造的所述输出表面。
3.根据权利要求1所述的构造，其中所述微层排列为至少两个不同的光学组。
4.根据权利要求1所述的构造，其中所述多个微层包括第一组微层和第二组微层，所述第一组微层包含第一材料，所述第二组微层包含不同于所述第一材料的第二材料。
5.根据权利要求4所述的构造，其中所述光学重复单元的每一个包括来自所述第一组微层的第一微层和来自所述第二组微层的第二微层。
6.根据权利要求5所述的构造，其中所述第一材料为双轴双折射的。
7.根据权利要求5所述的构造，其中所述第一材料为单轴双折射的。
8.根据权利要求5所述的构造，其中所述第二材料为各向同性的。
9.根据权利要求1所述的构造，其中所述构造包括暴露于空气中的第一和第二相对主表面，并且其中所述输入表面为所述第一主表面，以及所述输出表面为所述第二主表面。
10.根据权利要求1所述的构造，其中所述多个微层包含低吸收材料，使得所述多个微层的透射率百分比加上反射率百分比为约100%，并且其中所述中间反射率在400至700nm 的可见波长范围内包括针对所述给定入射条件的至少10%但小于90%的平均反射率。
11.根据权利要求10所述的构造，其中所述给定入射条件针对沿所述第二轴线偏振的所述垂直入射光。
12.根据权利要求1所述的构造，还包括无空气间隙地连接到所述多个微层的第一光学元件。
13.根据权利要求12所述的构造，其中所述第一光学元件包括微结构化表面。
14.根据权利要求13所述的构造，其中所述微结构化表面包括多个线性棱镜。
15.根据权利要求1所述的构造，其中沿所述第一轴线偏振的垂直入射光在可见波长范围内的所述反射率为Rl，并且沿所述第二轴线偏振的垂直入射光在可见波长范围内的所述反射率为R2，并且其中Rl为至少50%，以及R2为至少10%。
16.一种光学系统，包括根据权利要求1所述的构造；和光源，所述光源设置为透过所述输入表面将光引入所述构造。
17.根据权利要求16所述的系统，还包括靠近所述输出表面设置的显示面板。
18.根据权利要求16所述的系统，其中所述构造包括无空气间隙地连接到所述多个微层的第一光学元件。
19.根据权利要求18所述的系统，其中所述第一光学元件包括光导装置，并且所述输入表面包括所述光导装置的侧面。
20.根据权利要求18所述的系统，其中所述第一光学元件包括光学厚层，并且所述输入表面包括所述光学厚层的主表面。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述主表面包括微结构化表面。
22.根据权利要求20所述的系统，其中所述光学厚层包括设置在其中的光漫射元件。
23.根据权利要求20所述的系统，还包括IXD面板，所述IXD面板无空气间隙地连接到所述膜构造。
24.根据权利要求12所述的构造，其中所述第一光学元件包括超低折射率(ULI)材料层，所述层的折射率在1. 1至1. 3的范围内。
全文摘要
本发明公开了一种膜构造(610)，所述膜构造包括一组微层，所述微层反射沿第一轴线偏振的垂直入射光多于沿第二轴线偏振的垂直入射光。所述微层排列为光学重复单元(ORU)，所述光学重复单元具有沿垂直于所述第一和第二轴线的厚度轴的层厚度分布，所述层厚度分布使得所述微层组对于给定入射条件在延伸的反射谱带上具有中间反射率。所述ORU包括厚度小于平均厚度的较薄的ORU，和厚度大于所述平均厚度的较厚的ORU。所述微层组光学浸入具有折射率大于空气的介质中，使得超临界光可透过所述微层传播。所述微层取向为使得，平均来说，所述较薄的ORU比所述较厚的ORU更接近于所述构造的输出表面。所谓“超临界光”，是指以某一角度透过所述膜传播的光，与使用平坦、平滑空气/膜界面从空气照明可达到的角度相比，该角度倾斜度更高。
文档编号G02F1/1335GK102576113SQ201080048047
公开日2012年7月11日 申请日期2010年10月22日 优先权日2009年10月24日
发明者刘涛, 约翰·A·惠特利, 蒂莫西·J·内维特, 迈克尔·F·韦伯 申请人:3M创新有限公司
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