專利名稱：在極角和方位角方向均具有輸出限制的反射膜組合及相關(guān)構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及光學(xué)膜，尤其涉及其反射特性很大程度上取決于從該膜的微層之間的界面反射的光的相長干涉和相消干涉的那些膜。本發(fā)明還涉及相關(guān)系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
已知這樣的多層光學(xué)膜其反射和透射特性僅僅或主要地基于從該光學(xué)膜內(nèi)的多個(gè)或一堆光學(xué)薄層(“微層”)之間的界面反射的光的相長干涉和相消干涉。例如，早已知道通過將諸如二氧化鈦(TiO2)和二氧化硅(SiO2)之類無機(jī)光學(xué)材料的交替的層真空沉積到基底上來制備高反射率鏡膜。此外還知道，通過共擠出多個(gè)交替的聚合物層和在適于使?jié)茶T層變薄的條件下拉伸澆鑄料片而使多層光學(xué)膜具有較大的面內(nèi)雙折射率，并且使所得微層中的一些具有應(yīng)力誘導(dǎo)雙折射率。參見例如美國專利3，610，729 (Rogers)、4，446，305 (Rogers等人)、 和5，486，949 (Schrenk等人)。對(duì)材料性質(zhì)和工藝條件進(jìn)行選擇，以使得應(yīng)力誘導(dǎo)雙折射在相鄰微層之間沿一個(gè)面內(nèi)軸線提供折射率失配，沿正交的面內(nèi)軸線提供顯著的折射率匹配。折射率失配為沿第一軸線(阻光軸)偏振的光提供高折射率，折射率匹配為沿正交軸線(透光軸)偏振的光提供低反射率和高透射率，從而形成便利的反射型偏振器制品。近來，3M公司的研究人員已經(jīng)指出此類膜沿垂直于膜的方向(即Z軸)的層對(duì)層折射率特性的重要性，并且顯示出這些特性如何對(duì)膜在斜入射角下的反射率和透射率起重要作用。參見例如美國專利5，882，774 (Jonza等人)。Jonza等人提出，除了其他之外，相鄰微層之間的Z軸折射率失配(更簡(jiǎn)潔地稱為Z折射率失配或Δηζ)可以受到調(diào)控，以允許構(gòu)造布魯斯特角(P偏振光在界面處的反射率變?yōu)榱愕慕嵌?非常大或不存在的多層疊堆。 這又允許構(gòu)造這樣的多層反射鏡和偏振器其P偏振光的界面反射率隨著入射角不斷增加而緩慢減小，或者與入射角無關(guān)，或者隨著入射角偏離垂直方向而增大。因此，可以獲得在寬帶寬對(duì)s偏振光和ρ偏振光均具有高反射率的多層膜(對(duì)于反射鏡以任何入射方向，對(duì)于偏振片以選定的方向)。

發(fā)明內(nèi)容
除了其他之外，本文描述了寬帶多層光學(xué)膜和偏振器的組合，該組合呈現(xiàn)出此類膜以前從未展示的定向透射和反射特性。例如，本文描述了對(duì)垂直入射光呈現(xiàn)出類似反射鏡性質(zhì)，對(duì)任何偏振并且在可見光范圍或所關(guān)注的其他擴(kuò)展波長范圍內(nèi)維持高反射率(如至少75^^80^^85%,或90%) 的多層膜。然而，在某些傾斜角度，這些相同的膜在擴(kuò)展波長范圍內(nèi)變得對(duì)于P偏振光高度透射。對(duì)于該傾斜角度漏光(伴有反射率顯著降低)，第一入射平面(由于在傾斜角度對(duì)P 偏振光的弱反射率，指定為弱入射平面)比第二入射平面(由于在相同的傾斜角度對(duì)P偏振光的強(qiáng)反射率，指定為強(qiáng)入射平面)發(fā)生的更為嚴(yán)重。第二入射平面或強(qiáng)入射平面在相對(duì)于垂直入射角度的傾斜角度可呈現(xiàn)出對(duì)P偏振光無顯著的漏光，或可呈現(xiàn)出雖顯著但比弱入射平面更小的漏光。在前一種情況下，多層膜呈現(xiàn)出對(duì)P偏振光的基本“蝠翼”透射特性，該特性由第一(弱)入射平面而不是正交的第二(強(qiáng))入射平面中的偏軸漏光造成；在后一種情況下，多層膜在這兩個(gè)正交平面都呈現(xiàn)出基本“蝠翼”透射特性。于是我們將具有這些性質(zhì)的多層光學(xué)膜與具有透光軸和阻光軸的偏振器組合。優(yōu)選地偏振器為或包括反射偏振膜。我們優(yōu)選地定位偏振器以使得其阻光軸與多層膜的強(qiáng)軸 (與強(qiáng)入射平面平行的面內(nèi)軸)基本對(duì)齊，在這種情況下偏振器的透光軸與多層膜的弱軸 (與弱入射平面平行的面內(nèi)軸)基本對(duì)齊。該偏振器/多層光學(xué)膜組合在極角和方位角方向均限制光。在極角方向的限制可通過多層光學(xué)膜對(duì)所有偏振的垂直入射光的高反射率， 與在弱入射平面中的強(qiáng)偏軸P偏振漏光組合而提供。在方位角方向的限制可通過多層光學(xué)膜在強(qiáng)平面對(duì)傾斜P偏振光的高反射率與其在弱平面對(duì)傾斜P偏振光的低反射率和強(qiáng)透射組合而提供，或如果多層光學(xué)膜在強(qiáng)平面對(duì)傾斜P偏振光基本漏光，方位角限制可通過偏振器的阻光軸提供。在任一種情況下，偏振器/多層光學(xué)膜組合提供的極角和方位角限制為入射光提供了傾斜的透射瓣。出乎意料地，我們發(fā)現(xiàn)傾斜的透射瓣在方位角方向的角寬度或準(zhǔn)直度很大程度上取決于多層光學(xué)膜相對(duì)于偏振器的取向。具體地講，多層光學(xué)膜的兩個(gè)對(duì)置的主表面中何者面向偏振器的選擇，可對(duì)方位角方向的傾斜的透射瓣的準(zhǔn)直度造成顯著影響。我們發(fā)現(xiàn)這適用于以下情形，其中多層光學(xué)膜具有多個(gè)微層，所述多個(gè)微層布置成光學(xué)重復(fù)單元以用于在擴(kuò)展波段內(nèi)反射光，并且其中光學(xué)重復(fù)單元在多層光學(xué)膜的整個(gè)厚度上具有光學(xué)厚度分布，以使得光學(xué)重復(fù)單元中更薄的單元設(shè)置為大致朝向多層膜的一個(gè)主表面(“薄側(cè)”)，并且光學(xué)重復(fù)單元中的更厚的單元設(shè)置為大致朝向多層光學(xué)膜的另一個(gè)主表面(“厚側(cè)”)。例如，如果光學(xué)重復(fù)單元布置為在整個(gè)膜厚度上具有單調(diào)遞增或單調(diào)遞減的厚度梯度，那么此類層厚度布置方式也可出現(xiàn)。在一些情況下，偏振器相對(duì)于多層光學(xué)膜的取向也可對(duì)傾斜的透射瓣的方位角準(zhǔn)直造成影響。除了別的以外，本文描述了包括布置在光學(xué)重復(fù)單元內(nèi)的微層的多層光學(xué)膜，該微層用于在擴(kuò)展波段(例如從400nm至700nm的人眼可見的光譜)內(nèi)反射光。相鄰微層表現(xiàn)出顯著的沿χ軸的面內(nèi)折射率失配Δηχ和沿y軸的面內(nèi)折射率失配Any。這些失配的量值足夠大，以使得對(duì)于在擴(kuò)展波段內(nèi)的垂直入射光，該膜對(duì)沿χ軸偏振的光具有反射率 foiormalx，對(duì)沿y軸偏振的光具有反射率foiormaly，foiormalx和Rnormaly均為至少75%、 80%、85%或90%。然而，相鄰微層也表現(xiàn)出沿面外ζ軸的顯著的折射率失配Δηζ。該失配的量值足夠大并且該失配具有合適的極性，以使得對(duì)于入射在第一入射(“弱”)平面的膜上的P偏振光，膜的反射率從垂直入射時(shí)的初始值至角度θ oblique時(shí)的Rl值減少了至少一半。然而，面內(nèi)折射率失配Δηχ和Any的差異，足以使得對(duì)于入射到垂直于第一入射平面的第二( “強(qiáng)”)入射平面的膜上的P偏振光，膜在角度θ oblique時(shí)的反射率R2大于 Rl。在一些情況下，對(duì)于入射到第二入射平面中的所有入射角的ρ偏振光，R2可以為至少 75%。因此，取決于多層光學(xué)膜設(shè)計(jì)，在第一入射平面傾斜極角觀察到的ρ偏振反射率的大幅降低(并且伴有透射的大幅增加)，在第二入射平面可在較小的程度上觀察到，或者根本不能觀察到。此類膜通常在兩個(gè)不同的方向表現(xiàn)出低反射率R1，每個(gè)方向都位于第一入射平
5面內(nèi)并相對(duì)于ζ軸形成極角θ oblique，并且這兩個(gè)方向角度上相隔該極角的二倍，即 2X θ oblique。通過多層膜與偏振器的組合，與這些唯一的方向中每一個(gè)相關(guān)的低反射率和高透射率在有限的方向錐內(nèi)保持，在該方向錐以外則被與垂直入射光或在第二入射平面內(nèi)入射的光相關(guān)的高反射率和低透射率取代，該錐形被稱為透射瓣。因此，此類偏振器/多層光學(xué)膜組合可通過使光選擇性地透射進(jìn)兩個(gè)偏軸透射瓣以形成蝠翼分布并且優(yōu)選地反射任何不透射的光，從而“限制”光。每個(gè)蝠翼瓣可以通過極角θ的有限角寬度Δ θ和方位角Φ的有限角寬度Δ φ來表征。通過正確選擇多層膜朝偏振器取向的主表面，并且在某些情況下正確選擇偏振器朝多層膜取向的主表面，可為傾斜的透射瓣提供不大于120度、 或不大于90度、或不大于60度的方位角寬度△ Φ。此良好的方位角限制對(duì)于傾斜的透射瓣優(yōu)選地在入射角θ oblique實(shí)現(xiàn)，例如從50至80度的范圍內(nèi)，另外優(yōu)選地在入射角θ =60度處。偏軸透射瓣或漏光使該組合適合在直接照明式背光源和類似照明系統(tǒng)中使用，在這些照明系統(tǒng)中，可以將組合置于燈前面，并且設(shè)有或不設(shè)有其他中間光學(xué)膜或光學(xué)體，以幫助分散由燈發(fā)出的光從而增強(qiáng)空間均勻度，并有助于隱藏?zé)艋蛘谧?。該組合也可以用于一般照明系統(tǒng)(例如燈具)和工作照明，以實(shí)現(xiàn)同軸和偏軸照明的平衡，從而幫助拓寬輸出光的角分布，達(dá)到減少炫光或其他所需設(shè)計(jì)目的。還可以加入棱鏡膜和類似光控膜來重新導(dǎo)向離開多層光學(xué)膜射向系統(tǒng)的觀察軸或所需其他方向的高度傾斜的光。由于漏光的不對(duì)稱性質(zhì)以及與透射瓣相關(guān)的方位角有限的范圍，該組合也很適合與線光源(即沿光源軸線物理延伸且沿垂直于光源軸線的其他軸線短得多或受限制的光源)一起使用。此類光源的一個(gè)實(shí)例是直管熒光燈，另一個(gè)實(shí)例是布置成一條直線的多個(gè)單獨(dú)的LED。該組合可以有利地取向?yàn)槭沟玫谝蝗肷淦矫婊蛉跞肷淦矫?透射瓣沿該平面對(duì)齊)基本垂直于光源軸線。或者，第一入射平面可以平行于光源軸線對(duì)齊。在該替代構(gòu)型中，許多光經(jīng)過多次反射以便重新導(dǎo)向?yàn)檠厝踺S射出，導(dǎo)致光在離開該組合之前更均勻地混合。在這種情況下，為了保持高效率的系統(tǒng)，低吸收系統(tǒng)是重要的。本發(fā)明所公開的反射多層光學(xué)膜，以及用于與此類膜組合使用的示例性偏振器， 可以制備成在可見光區(qū)域或其他所關(guān)注的波長區(qū)域內(nèi)具有低吸收損耗，以使得幾乎所有這種未被膜透射的光都被膜反射，反之亦然，或者M(jìn)iemi+Themi ^ 100%，其中I^hemi是指膜的總半球平均反射率，Themi是指膜的總半球平均透射率。同樣，本發(fā)明所公開的組合可以有利地用于采用光循環(huán)腔的照明系統(tǒng)中。例如，可以將本發(fā)明所公開的組合置于具有后反射器或在后反射器和膜之間設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)燈的直接照明式系統(tǒng)中。最初未被該組合透射的光可以被后反射器反射回該組合，以使其可進(jìn)一步透射。在本文表示與多層光學(xué)膜相關(guān)的那些反射率和透射率值(以及與示例性偏振器相關(guān)的那些，以及與本發(fā)明所公開的偏振器/多層光學(xué)膜組合相關(guān)的那些)可解釋為包括兩個(gè)、或一個(gè)、或零個(gè)膜/空氣界面的影響，除非另外指明。至于包括多少個(gè)此類膜/空氣界面的問題，則可以取決于本發(fā)明所公開的膜的預(yù)期應(yīng)用。例如，如果膜或組合置于現(xiàn)有的背光源、光源、或其他照明系統(tǒng)中，并且如果膜或組合的外部主表面將保持暴露于空氣中而非引起與另一個(gè)光學(xué)元件的緊密光學(xué)接觸(如通過層合)，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可能希望包括兩個(gè)膜/空氣界面在反射率和透射率中的影響，以評(píng)估反射膜或組合對(duì)系統(tǒng)的影響。另一方面，如果首先將棱鏡膜層合到反射膜或組合的一個(gè)主表面，然后將所得的結(jié)構(gòu)置于現(xiàn)有照明系統(tǒng)中，則系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可能希望僅包括一個(gè)膜/空氣界面的影響，即反射膜或組合的未層合主表面的膜/空氣界面的影響。最后，如果要把反射膜或組合層合到照明系統(tǒng)的現(xiàn)有元件(現(xiàn)有元件的折射率與膜或組合外表面的折射率相似)，則由于將反射膜加入系統(tǒng)會(huì)使系統(tǒng)內(nèi)的聚合物/空氣界面總數(shù)基本不變，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者可能希望在反射率和透射率值中不包括膜/空氣界面。本文還討論了相關(guān)方法、系統(tǒng)和制品。本專利申請(qǐng)的這些方面和其他方面通過下文的具體描述將顯而易見。然而，在任何情況下都不應(yīng)將上述發(fā)明內(nèi)容理解為是對(duì)要求保護(hù)的主題的限制，該主題僅受所附權(quán)利要求書的限定，并且在審查期間可以進(jìn)行修改。


圖1為包括偏振器/多層光學(xué)膜組合的照明系統(tǒng)的示意性透視圖，該組合具有本文所述的蝠翼透射特性；圖加和2b為圖1的照明系統(tǒng)沿正交的觀察方向的示意性側(cè)視圖；圖2c為圖1的照明系統(tǒng)的示意性俯視圖；圖3為多層光學(xué)膜的一部分的透視圖；圖3a_c示出可用來幫助實(shí)現(xiàn)多層光學(xué)膜的所需反射和透射特性的示例性折射率關(guān)系；圖4為理想偏振膜的透視圖，示出了一方面固定的x、y、Z笛卡爾坐標(biāo)系與另一方面S偏振方向和P偏振方向之間的差別，后者由光的入射平面所決定，因而相對(duì)于x、y和Z 軸未指定，除非指定了光的入射平面；圖如為笛卡爾坐標(biāo)軸x、y、z的透視圖，結(jié)合該坐標(biāo)軸示出了任意點(diǎn)或向量的極角 θ和方位角Φ ；圖5是微層光學(xué)膜的典型層厚度分布曲線圖；圖6是偏振器/多層光學(xué)膜組合的示意性側(cè)視圖，示出了膜相對(duì)于彼此的一種可能取向；圖7示出了多層光學(xué)膜和偏振器相對(duì)于彼此的四種可能取向(包括圖6的取向) 的矩陣；圖7a是第一反射型偏振器的反射率與入射角的曲線圖；圖8是第一多層光學(xué)膜在空氣中反射率與入射角θ的曲線圖，其具有兩個(gè)內(nèi)部布魯斯特角，但是其僅在弱入射平面而不是強(qiáng)入射平面具有顯著的P偏振漏光；圖8a是圖8的多層光學(xué)膜在多種入射角θ的透射率與方位角Φ的曲線圖；圖8b是圖8的多層光學(xué)膜與圖7a的反射型偏振器組合，在特定(厚-薄-厚-薄) 相對(duì)取向和多種入射角θ的透射率與方位角Φ的曲線圖；圖8c是類似于圖8b的相同偏振器/多層光學(xué)膜組合的曲線圖，但是兩個(gè)膜為不同相對(duì)取向(薄-厚-薄-厚)；圖8d是類似于圖8c的相同偏振器/多層光學(xué)膜組合的曲線圖，但是兩個(gè)膜為另一種相對(duì)取向(薄-厚-厚-薄)；圖8e是類似于圖8d的相同偏振器/多層光學(xué)膜組合的曲線圖，但是兩個(gè)膜為另一種相對(duì)取向(厚-薄-薄-厚)；圖9是第二多層光學(xué)膜在空氣中反射率與入射角θ的曲線圖，它也具有兩個(gè)內(nèi)部布魯斯特角，并且其在弱入射平面和強(qiáng)入射平面都具有顯著的P偏振漏光；圖9a是圖9的多層光學(xué)膜與圖7a的反射型偏振器組合，在特定(薄-厚-薄-厚) 相對(duì)取向和多種入射角θ的透射率與方位角Φ的曲線圖；圖9b是圖9a的透射率數(shù)據(jù)的極坐標(biāo)圖；圖9c是類似于圖9a的相同偏振器/多層光學(xué)膜組合的曲線圖，但是兩個(gè)膜為不同相對(duì)取向(厚-薄-薄-厚)；圖9d是圖9c的透射率數(shù)據(jù)的極坐標(biāo)圖；圖10是第二反射型偏振器的反射率與入射角的曲線圖；圖IOa是第二多層光學(xué)膜(見圖9)與第二反射型偏振器(見圖10)組合，在特定 (薄-厚-薄-厚)相對(duì)取向的透射率與方位角φ的曲線圖；圖IOb是圖IOa的透射率數(shù)據(jù)的極坐標(biāo)圖；圖IOc是類似于圖IOa的相同偏振器/多層光學(xué)膜組合的曲線圖，但是兩個(gè)膜為不同相對(duì)取向(薄-厚-厚-薄)；圖IOd是與圖IOc中相同的偏振器/多層光學(xué)膜組合的吸收率與方位角Φ的曲線圖，但是構(gòu)造中加入了吸收偏振器；圖IOe是圖IOc的透射率數(shù)據(jù)的極坐標(biāo)圖；圖Ila是類似于圖9c的相同的第二多層光學(xué)膜和第一反射型偏振器組合的曲線圖，并且該組合具有相同的(厚-薄-薄-厚)取向，但是構(gòu)造中加入了吸收偏振器；圖lib是圖Ila的構(gòu)造的吸收率與方位角Φ的曲線圖，示出了隨方位角變化的吸收偏振器的吸光量；圖12示出了在空氣中對(duì)比性第三多層光學(xué)膜的反射率與入射角θ的曲線圖，該膜是對(duì)稱的以使得其組成微層具有相同的折射率而不管面內(nèi)方向如何，即每個(gè)組成層的ηχ =ny ；圖12a是第三多層光學(xué)膜與第一反射型偏振器(見圖7a)組合，在特定 (薄-厚-薄-厚)相對(duì)取向的透射率與方位角Φ的曲線圖；圖13為本文所公開的多層光學(xué)膜與線性棱鏡膜的組合的示意性側(cè)視圖，該棱鏡膜取向?yàn)閷㈦x開多層膜的高度傾斜光重新導(dǎo)向至其他方向；圖14a和1 為包括擴(kuò)展光源、多層光學(xué)膜和不同棱鏡膜的不同照明系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖，圖14b和1 示出它們各自產(chǎn)生的輸出光的角分布；圖16和17示出可以利用本發(fā)明所公開的多層光學(xué)膜的不同薄型照明系統(tǒng)的示意性側(cè)視圖；圖18為背光源的一個(gè)實(shí)施例的一部分的示意性剖視圖，該背光源包括漫反射前反射器和漫反射后反射器；圖19為背光源的一個(gè)實(shí)施例的一部分的示意性剖視圖，該背光源包括鏡面反射前反射器和半鏡面后反射器；和圖20為在正交平面內(nèi)具有不同輸出發(fā)散度或準(zhǔn)直度的燈具的透視圖。在這些附圖中，類似的附圖標(biāo)號(hào)指示類似的元件。
具體實(shí)施例方式圖1示出了利用反射多層光學(xué)膜112與偏振器113組合的照明系統(tǒng)110的簡(jiǎn)化透視圖，這些元件的組合被指定為附圖標(biāo)號(hào)115并且具有蝠翼透射特性。系統(tǒng)110還包括高反射率后反射器114，該反射器與組合115基本上共延且相對(duì)，從而在兩者間形成光循環(huán)腔 116。因此，由組合115反射的光可以被后反射器114朝組合115再次反射，以便有機(jī)會(huì)再次透射，以改善系統(tǒng)效率和降低損耗。膜112和偏振器113以單獨(dú)的膜示出，這些膜彼此稍微間隔開以便于說明。在實(shí)施過程中，這些元件可根據(jù)需要如此分開，或它們可彼此附接(如通過層合或通過一個(gè)或多個(gè)中間光學(xué)膜或光學(xué)體進(jìn)行)，優(yōu)選地兩者間無居間氣隙以便降低由聚合物/空氣界面引起的反射。另外，這些元件的順序可變化，以使得偏振器113而不是膜112在頂部上。然而，如下面進(jìn)一步解釋，這些元件的相對(duì)取向(從這個(gè)視角，膜112的主表面應(yīng)面向偏振器， 并且偏振器113的主表面應(yīng)面向膜)是復(fù)雜的并且應(yīng)根據(jù)本文的教導(dǎo)謹(jǐn)慎選擇。所示組合115僅透射較大傾斜角度的光，參見光線118a、118b。光線118^11 是對(duì)下文進(jìn)一步描述的實(shí)際組合的實(shí)際透射的過度簡(jiǎn)化，但可以用于顯示該組合的重要特性。所示光線具有用來表示其各自偏振態(tài)的小雙向箭頭。出于參考目的，還示出了笛卡爾坐標(biāo)系x-y-z。組合115被示為大致平坦和平面的，其平行于x-y平面延伸，表面法線平行于ζ軸。還可以想到這樣的照明系統(tǒng)，其中組合115可以為曲面的或被彎曲成適形于所需形狀，但即使在這些情況下，組合115也可以被視為在小范圍內(nèi)局部平坦和平面的。在這種情況下，圖1可被視為表示較大照明系統(tǒng)的較小局部。組合115的多層光學(xué)膜112元件具有兩個(gè)代表性的面內(nèi)軸線120、122，我們已將這些軸線分別與坐標(biāo)系的y軸和χ軸對(duì)齊，當(dāng)然也可以采用其他約定。軸線120可被稱為“弱” 軸，軸線122可被稱為“強(qiáng)”軸。弱軸和強(qiáng)軸分別類似于偏振器的“透光”軸和“阻光”軸，但只是針對(duì)高度傾斜的光如此，而未必適用于同軸光。不論偏振態(tài)如何，入射到膜112上的平行于ζ軸的同軸光均在擴(kuò)展波段內(nèi)被強(qiáng)反射，使得膜112基本上充當(dāng)高反射率寬帶反射鏡。 沿χ軸偏振的此類光的反射率(或foiormalx)為至少75%，或至少80^^85%或90%，沿 y軸偏振的此類光的反射率(或foiormaly)也為至少75%、80%、85%或90%。在許多實(shí)施例中，弱軸120的同軸反射率略小于強(qiáng)軸122的同軸反射率，但并不是所有實(shí)施例都會(huì)這樣，并且在任何情況下，弱軸反射率均如上所述為；至少75%。換句話說，如果foiormalmin 為foiormalx和foiormaly中的較小者，則在許多但非所有實(shí)施例中，Rnormalmin將對(duì)應(yīng)于弱軸，并且foiormalmin為至少75 %、80 %、85 %或90 %。由于膜112在垂直入射角度的類似反射鏡的特性，圖1未示出沿ζ軸透射穿過該組合115的光線。在較大的傾斜角度下，膜112變得具有強(qiáng)透射性，但基本上僅針對(duì)ρ偏振光，然后對(duì)于入射到“弱平面”(包含弱軸120的入射平面)內(nèi)的此類ρ偏振光具有優(yōu)勢(shì)，而不是針對(duì)入射到“強(qiáng)平面”(包含強(qiáng)軸122的入射平面)內(nèi)的ρ偏振光。如上所述，膜112可呈現(xiàn)出大量漏光，如傾斜入射到強(qiáng)平面的P偏振光呈現(xiàn)大于10 %、15 %、20 %、或25 %的透射率 (但是與以角度θ oblique入射到弱平面的ρ偏振光相比，在給定入射角θ oblique下的漏光更少)，或不呈現(xiàn)漏光。在任一種情況下，偏振器113 (它是具有透光軸和阻光軸的類型) 優(yōu)選地取向，以使得其阻光軸基本上與強(qiáng)軸122對(duì)齊。這確保了入射到膜112的強(qiáng)平面的ρ偏振光的任何漏光被偏振器113阻塞，并且因此也被組合115阻塞。該相同取向也確保了偏振器113的透光軸基本上與膜112的弱軸120對(duì)齊，以允許入射到弱平面的強(qiáng)漏光的ρ 偏振光通過組合115。因此，圖1所示傾斜光線118a、118b處于弱(y-ζ)平面，并且以ρ偏振示出。透射率的增大伴隨著相對(duì)于垂直入射角度的反射率的減小。入射到弱平面內(nèi)的P 偏振光的膜112反射率，在至少一些入射角θ oblique下減小至面內(nèi)反射率foiormalmin的最小值的一半，優(yōu)選地減小至更低。這可以表示為Rl ^ foiormalmin/2，其中Rl是指以角度 θ oblique入射到弱平面內(nèi)的ρ偏振光的膜112的反射率。在空氣中，θ oblique通常在50 至80度的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，入射到強(qiáng)平面內(nèi)的ρ偏振光的膜112的反射率對(duì)于所有入射角也保持很高。這可以表示為R2 > 75% (或80^^85%或90% )，其中R2是指以任意角度(所有可能的入射角)入射到強(qiáng)平面內(nèi)的P偏振光的反射率。符合該條件的多層光學(xué)膜在提交于2008年11月19日的美國專利申請(qǐng)No. 61/116291 "Multilayer Optical Film With Output Confinement in Both Polar and Azimuthal Directions and Related Constructions”(在極角和方位角方向均具有輸出限制的多層光學(xué)膜及相關(guān)構(gòu)造)中有所描述，并且該專利以引用方式并入本文中。作為另外一種選擇，對(duì)于所有入射角e，R2可以大于或等于Rnormalmin0組合115在介于弱平面和阻光面之間的入射平面(對(duì)應(yīng)于大于0但小于90度的方位角)內(nèi)的反射和透射性能表征了透射光的準(zhǔn)直度或角度限制性，下文將對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。弱平面或y-z平面內(nèi)的入射光的組合115透射率增大，以及強(qiáng)平面或x_z平面內(nèi)的入射光的透射率不發(fā)生相應(yīng)增大的事實(shí)，可以有利地用于不同照明系統(tǒng)(例如，背光源、 燈具等)中，以實(shí)現(xiàn)隱藏?zé)襞莸哪康幕蛞云渌绞綄⒐夥植紴槔硐氲亩ㄏ蚝涂臻g圖案。利用這類光學(xué)特性，組合115可以僅沿一個(gè)方向(弱軸120)提供通量或亮度均勻化，該組合可以有利地用于采用線光源(例如熒光燈或幾排緊密間隔的LED或涂熒光體的LED)的照明系統(tǒng)中。在這種情況下，膜的通量均勻化方向優(yōu)選地取向?yàn)榇笾麓怪庇诰€光源的軸線或長度方向。該膜的與角度有關(guān)的反射率和透射率可以有助于向例如背光源或燈具的前漫射板更均勻地遞送光強(qiáng)度。組合115的多層光學(xué)膜112元件的上述性質(zhì)可通過下面更詳細(xì)描述的多個(gè)微層的適當(dāng)選擇和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，膜的微層和其他元件采用低吸收材料(例如低損耗透光性聚合物或其他低損耗材料)制成，以使膜的單程吸收損耗保持在非常低的水平，例如在可見光波長范圍內(nèi)平均小于1%。因此，除非另外指明，對(duì)于給定波長、偏振態(tài)和入射方向，多層光學(xué)膜的百分比反射率和百分比透射率之和可以假設(shè)為接近100%或至少99%。換句話講，反射率(％) +透射率(％) ^ 100%。因此，膜的反射率降低也可以理解為透射率增大， 反之亦然。熟悉多層光學(xué)膜基本特性的讀者將會(huì)知道，多層光學(xué)膜內(nèi)一對(duì)給定的微層會(huì)隨著光的入射角的變化而反射不同波長的光，對(duì)于本文所述多層光學(xué)膜同樣如此。在一些情況下，利用該性質(zhì)構(gòu)造旨在隨入射角變化而透射或反射不同波長的“色移”膜。然而，本文所述多層光學(xué)膜設(shè)計(jì)用于在擴(kuò)展波段(例如從400nm至700nm的人眼可見的光譜)內(nèi)大致均勻地反射和透射光，并且設(shè)計(jì)用于在廣泛的入射角范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。如下文所進(jìn)一步描述的，通過為膜112提供足夠多的微層和適當(dāng)?shù)膶雍裉荻葋硖峁拸V而基本平坦的反射譜帶，可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。反射譜帶有利地足夠?qū)捄妥銐蚱教梗允沟卯?dāng)其隨入射角和偏振態(tài)變化時(shí)，在擴(kuò)展波段上保持相對(duì)平坦或均勻的光譜透射率和反射率。平坦的光譜特性確保白光被均勻反射或透射，以使得所看到的被反射或透射的光的顏色不會(huì)過度偏離光源的顏色。當(dāng)所關(guān)注的擴(kuò)展波段為可見光譜時(shí)，假設(shè)多層光學(xué)膜具有暴露于空氣中的平坦主表面，則為多層光學(xué)膜提供垂直入射角度下在400nm至900nm的平坦反射譜帶常常足以確保在所有可用角度下400-700nm的均勻反射率。系統(tǒng)110也包括后反射器114，但是讀者應(yīng)理解，組合115也可用于不包括后反射器114和循環(huán)腔116的照明系統(tǒng)。然而，當(dāng)包括時(shí)，后反射器114可根據(jù)預(yù)期應(yīng)用采取多種形式。就相對(duì)低成本的燈具設(shè)計(jì)而言，后反射器可以為或包括施加到結(jié)構(gòu)構(gòu)件(例如一塊金屬片)上的簡(jiǎn)單白漆涂層。在更苛刻的應(yīng)用(例如LCD電視或類似顯示器的背光源)中， 對(duì)于任何偏振態(tài)的可見光，后反射器114可具有至少90 ^^95%,98^^99%或以上的同軸平均反射率。這樣的反射率值涵蓋了反射到半球中的所有可見光，即這樣的值同時(shí)包括鏡面反射和漫反射。就這一點(diǎn)而言，后反射器114可以主要是鏡面反射器、漫反射器或鏡面反射器與漫反射器的組合，無論其在空間上均勻分布或呈一定的圖案。后反射器114也可以為或包括如下列專利中所述的半鏡面反射PCT專利申請(qǐng)公布WO 2008/144644"Recycling Backlights With Semi-Specular Components，，(具有半鏡面元件的循環(huán)背光源)(代理人案卷號(hào)63032W0003)，該專利以引用方式入本文中。在一些情況下，后反射器114可以由具有高反射率涂層的剛性金屬基底制成，或者由層壓到支承基底上的高反射率膜制成。合適的高反射率材料包括可得自3M公司的 Vikuiti Enhanced Specular Reflector (增強(qiáng)型鏡面反射器)(ESR)多層聚合物膜；使用0. 4密耳厚的丙烯酸異辛酯-丙烯酸壓敏粘合劑將摻有硫酸鋇的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯膜O密耳厚)層合到Vikuiti ESR膜上所形成的膜，本文將所得的層合膜稱為“EDR II” 膜；得自iToray Industries, Inc.的E-60系列Lumirror 聚酯膜；多孔聚四氟乙烯(PTFE) 膜，如得自 W. L. Gore & Associates，Inc.的那些；得自 Labsphere，Inc.的 Spectralon 反射材料；得自Alanod Aluminum-Veredlung GmbH & Co.的Miro 陽極氧化鋁膜(包括 Miro 2膜)；得自 Furukawa Electric Co. ,Ltd.的MCPET高反射率發(fā)泡片材；得自 Mitsui Chemicals, Inc.的 White Refstar 膜和 MT 膜；以及使用美國專利 5，976，686 (Kaytor 等人)中所述的熱致相分離(“TIPS”)方法制成的一種或多種多孔聚丙烯膜。后反射器114可大體上為平坦和平滑的，或可以具有與之相關(guān)的結(jié)構(gòu)化表面，以增強(qiáng)光的散射或混合。這種結(jié)構(gòu)化表面可被賦予在(a)后反射器114的表面上，或(b) 涂敷到該表面的透明涂層上。在前一種情況下，可以將高反射率膜層合到預(yù)先形成結(jié)構(gòu)化表面的基底上，或者將高反射率膜層合到平坦基底(如金屬薄片，這與得自3M公司的 Vikuiti 耐用增強(qiáng)型鏡面反射片-金屬(Durable Enhanced Specular Reflector-Metal, DESR-M)反射器類似)上，然后再如采用壓印操作形成結(jié)構(gòu)化表面。在后一種情況下，可以將具有結(jié)構(gòu)化表面的透明膜層合到平坦反射面上，或可將透明膜施加到反射器上，然后可以在透明膜頂部形成結(jié)構(gòu)化表面。對(duì)于包括直接照明式構(gòu)型(即其中一個(gè)或多個(gè)光源直接設(shè)置在照明系統(tǒng)110的輸出或發(fā)光區(qū)域后面的構(gòu)型)的那些實(shí)施例，后反射器可以為上面安裝有一個(gè)或多個(gè)光源的連續(xù)的一體式不間斷層，或者可以不連續(xù)地構(gòu)造在單獨(dú)的部件內(nèi)，或者不連續(xù)到使其在本
11來連續(xù)的層內(nèi)包括光源可以伸出的隔離的小孔。例如，將反射材料帶施加到其上裝有幾行光源的基底上，每條反射材料帶都具有足以從一行光源延伸到另一行光源的寬度，并具有足以跨越背光源輸出區(qū)域相對(duì)邊界的長度尺寸。照明系統(tǒng)110還包括被設(shè)置成將光發(fā)射進(jìn)循環(huán)腔內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)光源(圖1的視圖中未示出)。這些光源可以發(fā)射所關(guān)注的擴(kuò)展波段(通常為可見光譜)內(nèi)的光，或者可以例如從LED或激光器發(fā)出窄帶紫外光、可見彩色光或紅外光。例如，冷陰極熒光燈(CCFL) 在其窄長發(fā)射區(qū)域上提供白光發(fā)射，那些發(fā)射區(qū)域也可工作以將入射到CCFL上的一些光散射(例如循環(huán)腔中會(huì)發(fā)生的那樣)。CCFL的典型光發(fā)射具有為顯著朗伯曲線的角分布， 這在一些超低損耗背光源設(shè)計(jì)中可能是低效或者說是不可取的。另外，盡管CCFL的發(fā)射表面一定程度上是漫反射的，但是其通常還具有在一些應(yīng)用中可能過量的吸收損耗。另一方面，熒光光源在諸如吊頂燈具或工作照明之類更高損耗系統(tǒng)中已經(jīng)足夠。發(fā)光二極管(LED)也適合用作光源。LED晶粒以近朗伯曲線方式發(fā)射光，但由于其尺寸相對(duì)于CCFL而言小得多，所以LED光分布可易于改進(jìn)，例如用集成密封透鏡、反射器、 或提取器將所得的封裝LED制成前向發(fā)光體、側(cè)向發(fā)光體、或其他非朗伯曲線分布，這在一些應(yīng)用中可能是有利的。然而，LED光源相對(duì)于CCFL的較小尺寸和較高強(qiáng)度也會(huì)使得更難以使用LED來產(chǎn)生空間均勻的背光源輸出。在使用單個(gè)的彩色LED (例如紅/綠/藍(lán)(RGB) LED布置)來產(chǎn)生白光的情況下尤其如此，因?yàn)闊o法提供足夠的這種光的側(cè)向傳播或混合會(huì)導(dǎo)致不可取的顏色帶或區(qū)域。白光發(fā)射LED (其中通過藍(lán)光或紫外光發(fā)射LED晶粒來激發(fā)熒光粉，從而從近似于LED晶粒的小面積或小空間中發(fā)出強(qiáng)烈的白光)可以用于減少此類顏色不均勻。但白光LED目前無法提供與使用單個(gè)的彩色LED布置所能達(dá)到的相同的LCD 色域?qū)挾?，因此白光LED不能滿足所有最終用途應(yīng)用的需要。作為另外一種選擇，通過在利用本發(fā)明的膜進(jìn)行定向控光或光混合的光循環(huán)腔內(nèi)部或上面遠(yuǎn)離LED的位置加入熒光體，可以由藍(lán)光LED或UVLED產(chǎn)生白光，或者通常可由更短波長的光源產(chǎn)生任何波長更長的光。該構(gòu)造有時(shí)稱為“遠(yuǎn)程熒光體”。無論使用何種光源，都可以將其直接設(shè)置在系統(tǒng)110的擴(kuò)展輸出表面之后(即直接位于組合115之后)，或者可以沿輸出表面邊緣設(shè)置。前一種情況稱為“直接照明式”系統(tǒng)，后一種情況為“側(cè)光式”系統(tǒng)。在一些情況下，直接照明式系統(tǒng)也可以包括在裝置周邊處的一個(gè)或一些光源，或側(cè)光式系統(tǒng)可以包括輸出區(qū)域正后方的一個(gè)或一些光源。在這樣的情況下，如果大部分光來自輸出區(qū)域的正后方，則該系統(tǒng)可被認(rèn)為是“直接照明式”，如果大部分光來自輸出區(qū)域的周邊，則該系統(tǒng)被認(rèn)為是“側(cè)光式”。直接照明式系統(tǒng)易受“穿通” 現(xiàn)象的影響，在該現(xiàn)象中每個(gè)光源上方的輸出區(qū)域內(nèi)會(huì)出現(xiàn)亮點(diǎn)。側(cè)光式系統(tǒng)通常包括固體光導(dǎo)裝置，其將光從邊緣安裝的光源傳遞或?qū)蛑凛敵鰠^(qū)域的所有部分，光導(dǎo)裝置也具有光提取特征以使光輸出光導(dǎo)裝置并導(dǎo)向觀察者130。如果系統(tǒng)110是液晶顯示器(LCD) 裝置的背光源，則其他元件通常包括于組合115和觀察者130之間，例如一個(gè)或多個(gè)偏振器 (包括吸收偏振器和反射偏振器)、漫射器、棱鏡膜(包括得自3M公司的任何增亮膜(BEF) 并且包括可用的轉(zhuǎn)向膜)、和液晶面板。如果系統(tǒng)較簡(jiǎn)單，例如為吊頂燈具或工作照明，則其他元件可包括漫射膜或面板，和/或其他剛性透光性面板，在該透光性面板上可以層合本發(fā)明所公開的偏振器/多層光學(xué)膜組合，或者緊貼其設(shè)置本發(fā)明所公開的組合。再次轉(zhuǎn)到圖1，觀察者132和134也可出于參考目的示出，以進(jìn)一步顯示多層光學(xué)
12膜112的基本光學(xué)特性。觀察者132沿著強(qiáng)軸122觀察，看到照明系統(tǒng)110如圖加的局部示意性側(cè)視圖所示。觀察者134沿弱軸120觀察，看到照明系統(tǒng)110如圖2b的局部示意性側(cè)視圖所示。在圖加中，示出以直接照明構(gòu)型設(shè)置在組合115和后反射器114之間的普通光源 210，其位于照明系統(tǒng)的輸出表面的正后方。所示光源210發(fā)出兩條非偏振光線垂直入射光212和斜入射光214，該斜入射光位于y-z (弱)平面內(nèi)，并且相對(duì)于表面法線或ζ軸形成極角Θ。這些光線沖擊組合115的背部主表面，其在圖加的構(gòu)造中對(duì)應(yīng)偏振器113的主表面，但是如果元件112和113重新布置，也可對(duì)應(yīng)多層光學(xué)膜112的主表面。圖加示出了多層光學(xué)膜及其一些組成元件，包括疊堆微層11 和(可任選的)光學(xué)上厚的外表層 112b、112c，它們并非旨在按比例繪制。為方便起見，所示的這些組成元件僅位于膜112的一部分上，但是應(yīng)理解它們沿膜112的整個(gè)長度和寬度延伸。由于膜112具有適當(dāng)設(shè)計(jì)，該膜可通過強(qiáng)反射兩個(gè)正交偏振狀態(tài)的光而作為同軸反射鏡工作。在示例性反射型偏振器實(shí)施例中，偏振器113也反射部分沿其阻光軸偏振的垂直入射光，所述光優(yōu)選地基本上與強(qiáng)軸122 (圖加中的χ軸)對(duì)齊。因此，組合115將光線212的兩個(gè)偏振態(tài)強(qiáng)反射回后反射器 114，如光線212a。膜112受到調(diào)控，以提供y_z或弱平面內(nèi)偏振的光的選擇性偏軸漏光，因而此類垂直沖擊膜的光被強(qiáng)反射(參見光線212、21加)，但是此類以高度傾斜的極角θ (參見部分在圖形平面內(nèi)偏振的光線214)沖擊的光被強(qiáng)透射，如見于前面圖1的光線118b。該偏振的傾斜光也通過偏振器113透射，偏振器113的透光軸優(yōu)選地基本上與弱軸(圖加中的y軸)對(duì)齊。部分沿χ或強(qiáng)軸122偏振的傾斜光線214被偏振器113(如果它是反射偏振器)和膜112強(qiáng)反射，產(chǎn)生光線2Ha。圖加提供了極角通量包絡(luò)線220 (用其單獨(dú)的半塊或瓣220a、220b表示)，用來定性示出膜112對(duì)于入射到y(tǒng)-z平面或弱平面的ρ偏振光的透射的角度相關(guān)性。該包絡(luò)線可被視為表示組合115透射的光的通量或亮度，或者替代地表示組合115的百分比透射率，對(duì)于指定入射平面內(nèi)指定偏振態(tài)的光，該值為極角θ的函數(shù)。對(duì)于入射到弱平面內(nèi)的正交偏振狀態(tài)的光(s偏振光)，類似通量包絡(luò)線未示出，因?yàn)榇祟惞庠谒薪嵌壬戏浅Ｉ倭康耐干涫沟么祟惏j(luò)線不是所關(guān)注或所需的。然而，P偏振包絡(luò)線220顯示ρ偏振光在垂直入射角度具有少量或可忽略不計(jì)的透射，該透射在較大的傾斜角度θ oblique達(dá)到最大。該最大透射角也對(duì)應(yīng)于上述反射率(Rl)的最小值。如果透射率和反射率值包括一個(gè)或兩個(gè)膜/空氣表面反射的影響，那么在角度θ oblique和掠入射角(θ = 90度)之間，ρ偏振光的透射率通常將迅速下降，如通過通量包絡(luò)線220所示出。結(jié)果是，在弱平面內(nèi)入射的ρ 偏振光具有蝠翼透射特性而所有偏振光均具有同軸的類似反射鏡的特性(高同軸反射)。 瓣220a、220b通常顯示具有相對(duì)于ζ軸的軸對(duì)稱性，并且顯示具有相對(duì)于y_z平面的鏡面對(duì)稱性。圖2b類似于圖2a，不同的是觀察者134沿y軸或弱軸120觀察。該觀察者也看到發(fā)射垂直入射光線212的光源210，該光線的兩種正交偏振狀態(tài)再次被強(qiáng)反射，以產(chǎn)生如前面所述的反射光線212a。光源210還發(fā)出另一條斜光線230，其相對(duì)于表面法線或ζ軸形成角度θ，類似圖加的光線214，不同的是該光線設(shè)置在正交的χ-ζ平面(“強(qiáng)”平面) 內(nèi)。在該入射平面內(nèi)，光線230的兩種偏振態(tài)均以傾斜角度被組合115強(qiáng)反射，產(chǎn)生反射光線230a。圖中未示出極角通量包絡(luò)線，因?yàn)閮煞N正交偏振狀態(tài)的光和所有角度的透射非常少，使得此類包絡(luò)線不是所關(guān)注或所需的。即使單獨(dú)的膜112(無偏振器11 可在一些實(shí)施例中具有在強(qiáng)(x-z)平面內(nèi)的P偏振光的偏軸蝠翼型通量包絡(luò)線(類似于通量包絡(luò)線220 但是量值更小)，情況也是如此的；在此類情況下，偏振器113的阻光軸基本防止此類光的透射(優(yōu)選地通過反射，或者通過吸收)以使得組合115同樣在強(qiáng)平面內(nèi)無顯著極角通量包絡(luò)線。圖2c是從觀察者130視角的照明系統(tǒng)110的頂視圖或前視圖。添加至該視圖的是P偏振光的方位角通量包絡(luò)線對(duì)0，通量包絡(luò)線通過其單獨(dú)的半塊或瓣240a、M0b標(biāo)記。 通量包絡(luò)線240表示對(duì)于所有可能的入射平面，ρ偏振入射光的亮度或通量(甚至百分比透射率)，但在特定的入射角θ處，例如θ =60度或其他所選值。由于此類多層光學(xué)膜對(duì)于s偏振光的典型光通量或透射量非常小，使得s偏振光的對(duì)應(yīng)的通量包絡(luò)線不是所關(guān)注或所需的，因而沒有示出。應(yīng)當(dāng)注意，由于組合115對(duì)于ρ偏振光的透射率是入射角的強(qiáng)函數(shù)，選擇不同的入射角θ (例如θ =50度或θ = 70度)通常會(huì)產(chǎn)生一定程度上不同形狀的通量包絡(luò)線，如下列一些實(shí)例中所示。瓣240a、MOb通常顯示具有相對(duì)于ζ軸的軸對(duì)稱性，并且顯示具有相對(duì)于x-z平面的鏡面對(duì)稱性。量化給定方位角通量包絡(luò)線或此類包絡(luò)線的給定瓣的準(zhǔn)直度是有用的。我們采用一種方法，其中已知最大通量的主方向(或方位角)，然后確定主方向的相對(duì)兩側(cè)的次方向 (或方位角)，該方向上的通量為最大通量的Ι/e，其中e為歐拉常數(shù)(e ^ 2. 718)。那么， 準(zhǔn)直度(本文稱為Δφ = Δφβ，其中Δ φβ中的“e”稱為Ι/e條件)就是兩個(gè)次方向之間形成的方位角Φ。在圖2c中，瓣MOa最大通量的主方向?qū)?yīng)點(diǎn)M2，并且次方向?qū)?yīng)點(diǎn)M4J46。因此，使用所描述的Ι/e通量標(biāo)準(zhǔn)，介于點(diǎn)244、246之間的角Δ Φ e可視為瓣 240b的準(zhǔn)直度(并且由于對(duì)稱，也可視為瓣MOa的準(zhǔn)直度)。應(yīng)當(dāng)注意，可以按照與方位角參數(shù)Δ Φ e完全類似的方式計(jì)算極角參數(shù)Δ θ e，該參數(shù)量化極角通量包絡(luò)線(參見例如圖加的極角通量包絡(luò)線220)的準(zhǔn)直度。根據(jù)反射率與入射角θ的曲線圖(例如圖8和9所示曲線圖)或?qū)?yīng)的透射率與入射角θ的曲線圖，很容易計(jì)算極角準(zhǔn)直或角度擴(kuò)展Δ θθο通過找到在該角度處透射率降至傾斜角度 θ oblique的最大值的Ι/e的兩個(gè)θ值，并計(jì)算這兩個(gè)值θ之間的差值，可以得到Δ θ e。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，光源210可以在所有方向發(fā)光(例如采用CCFL光源)，或者在立體角度的半球上發(fā)光(例如，對(duì)于安裝在后反射器114上的LED)，或者在半球內(nèi)的一組有限的角度內(nèi)發(fā)光(例如，對(duì)于某些“側(cè)發(fā)光”封裝LED)。還應(yīng)當(dāng)理解，只要對(duì)組合114照明，以使其在整個(gè)表面區(qū)域上透射光，就可以將通量包絡(luò)線220、240視為代表在組合的整個(gè)表面區(qū)域或其任意部分上發(fā)出的光?，F(xiàn)在我們對(duì)反射性多層光學(xué)膜112進(jìn)行更詳細(xì)的描述，并解釋如何設(shè)計(jì)以使得組合115顯示具有上述反射和透射特性。如上所述，多層光學(xué)膜包括具有不同折射率特性的各個(gè)微層，從而在相鄰微層間的界面上反射一些光。所述微層很薄，足以使在多個(gè)界面處反射的光經(jīng)受相長干涉或相消干涉作用，從而賦予多層光學(xué)膜以期望的反射或透射特性。對(duì)于設(shè)計(jì)用于反射紫外光、可見光或近紅外波長光的多層光學(xué)膜而言，各微層的光學(xué)厚度(物理厚度乘以折射率)一般小于約1 μ m。然而，也可以包括更厚的層，例如位于多層光學(xué)膜的外表面處的表層或者設(shè)置在多層光學(xué)膜內(nèi)用以分隔微層的固有組(稱為“疊堆”或“層組”)的保護(hù)性邊界層(PBL)。如果需要，可以用一個(gè)或多個(gè)厚的粘合劑層將兩個(gè)或更多個(gè)單獨(dú)的多層光學(xué)膜層合在一起， 形成層合物。在一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)施例中，所述微層的厚度和折射率值可相當(dāng)于1/4波長疊堆，即， 微層被布置成光學(xué)重復(fù)單元或單位單元的形式，每個(gè)光學(xué)重復(fù)單元或單位單元均具有光學(xué)厚度(f_比率=50% )相同的兩個(gè)相鄰微層，這類光學(xué)重復(fù)單元可通過相長干涉有效地反射光，被反射光的波長λ是光學(xué)重復(fù)單元總光學(xué)厚度的兩倍，其中物體的“光學(xué)厚度”是指其物理厚度與其折射率的乘積。利用沿膜的厚度軸線(ζ軸)的厚度梯度提供加寬的反射譜帶，從而得到光在所關(guān)注的擴(kuò)展波段以及所關(guān)注的所有角度上大致光譜上平坦的透射和反射。也可使用適于在位于高反射和高透射之間的波長過渡下銳化譜帶邊緣的厚度梯度，如美國專利6，157，490 (Wheatley等人)中所述。就聚合物多層光學(xué)膜而言，反射帶可以設(shè)計(jì)成具有銳化的帶邊緣和“平頂”反射帶，其中反射特性在應(yīng)用的整個(gè)波長范圍內(nèi)基本恒定。 光譜上平坦的寬反射譜帶對(duì)于本文所述多層光學(xué)膜尤為重要。還可以想到其他層結(jié)構(gòu)，諸如具有2微層光學(xué)重復(fù)單元的多層光學(xué)膜(其f_比率不同于50% )，或光學(xué)重復(fù)單元包括兩個(gè)以上微層的膜。這些可供選擇的光學(xué)重復(fù)單元設(shè)計(jì)可以被構(gòu)造為減少或激發(fā)某些更高階的反射，當(dāng)所需擴(kuò)展波段延伸到近紅外波長時(shí)，這種反射可能是有用的。請(qǐng)參閱(例如) 美國專利 No. 5, 360, 659 (Arends 等人)和 No. 5, 103, 337 (Schrenk 等人)。合適多層光學(xué)膜及其相關(guān)設(shè)計(jì)和構(gòu)造的詳細(xì)信息可見于美國專利 5，882，774 (Jonza 等人)、6，531，230 (Weber 等人)、PCT 公開 No. WO 95/17303 (Ouderkirk 等人)、W0 99/39224 (Ouderkirk 等人)、以及 “Giant Birefringent Optics in Multilayer Polymer Mirrors，，，Science, Vol. 287, March 2000 (Weber et al.)( “多層聚合物反射鏡中的大型雙折射光學(xué)裝置”，Weber等人，2000年3月《科學(xué)》，第287卷)。多層光學(xué)膜和膜體可包括附加層和涂層，這些層是根據(jù)其光學(xué)、機(jī)械和/或化學(xué)特性進(jìn)行選擇的。例如，UV吸收層可被添加在光學(xué)元件的入射側(cè)，以保護(hù)元件不發(fā)生UV 光引起的劣化。附加的層和涂層也可包括抗刮涂層、抗撕層和硬化劑。參見例如美國專利 6，368，699 (Gilbert 等人)。圖3示出了兩個(gè)相鄰微層302、304，其構(gòu)成了多層光學(xué)膜300的一個(gè)光學(xué)重復(fù)單元。膜300通常包括數(shù)十、數(shù)百、或數(shù)千個(gè)此類微層，以及如上所述的任選表層和保護(hù)性邊界層，除單對(duì)微層之外均未示出于圖中。微層足夠薄，以使多個(gè)界面處反射的光產(chǎn)生相長干涉或相消干涉，從而使膜具有所述反射和透射特性。每個(gè)微層(至少在膜的局部位置處) 可以通過面內(nèi)折射率nx、ny*與膜的厚度或ζ軸相關(guān)的折射率~加以表征。這些折射率分別表示受試材料對(duì)沿互相垂直的χ軸、y軸和ζ軸偏振的光的折射率。多層光學(xué)膜300的反射特性和透射特性隨各個(gè)微層的這些折射率的變化而變化。尤其重要的是相鄰微層對(duì)沿 X軸、y軸和Z軸偏振的光的折射率差值(Anx、Any、Anz)。另一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)是所用微層的總數(shù)，以及微層沿膜的ζ軸的層厚度分布。我們發(fā)現(xiàn)，利用下列設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有助于實(shí)現(xiàn)上述多層光學(xué)膜的所需反射和透射特性。一般來講，面內(nèi)折射率差值Δηχ、Any均應(yīng)基本失配，也就是說，它們應(yīng)各自具有相對(duì)較大的值，但也應(yīng)如下所述彼此不同。給定這些面內(nèi)折射率失配，就可以將微層的總數(shù)選擇得足夠大，從而為沿χ軸偏振的垂直入射光以及沿y軸偏振的此類光提供高反射率，例如至少 75%、80%、85%或 90%。
對(duì)于面外折射率差值，我們?yōu)楸景l(fā)明的多層光學(xué)膜選擇較大的Δηζ(優(yōu)選地接近面內(nèi)折射率差值A(chǔ)ny或比其至少高一個(gè)數(shù)量級(jí))，這與涉及Δ ηζ的多層光學(xué)膜的現(xiàn)有工作的許多重點(diǎn)相反。我們還選擇了與Any具有相同正負(fù)號(hào)或極性的Δηζ。就這一點(diǎn)而言，兩個(gè)折射率差值A(chǔ)rv八\具有相同的極性或正負(fù)號(hào)，前提是在ζ-方向具有較高的折射率\ 的微層沿y_方向也具有較高的折射率ny，反之亦然在ζ-方向具有較低折射率nz的微層在y-方向也具有較低的折射率ny。通過選擇接近或數(shù)量級(jí)大于Any并具有相同正負(fù)號(hào)的面外折射率差值Δηζ，我們確保膜具有至少一個(gè)內(nèi)布魯斯特角(即在稱為弱平面的平面內(nèi)的一個(gè)內(nèi)布魯斯特角)，并且在一些情況下，該布魯斯特角甚至可以從空氣與平坦膜表面來獲得。我們?cè)试S該平面布魯斯特角的影響足夠大，以大大減小從空氣介質(zhì)入射到膜上且在y-ζ平面內(nèi)的P偏振光的偏軸反射率，從而使y軸變?yōu)樯鲜鋈踺S。布魯斯特角為這樣的入射角在該入射角下，對(duì)于電場(chǎng)矢量在由傳播方向和表面法線限定的平面內(nèi)的光而言，其在具有不同折射率的兩個(gè)區(qū)域之間的平面邊界上入射時(shí)的反射率為零。換句話講，對(duì)于在具有不同折射率的兩個(gè)區(qū)域之間的平面邊界上入射的光， 布魯斯特角為這樣的入射角在該入射角下的P偏振光的反射率為零。對(duì)于從折射率為Il1 的第一各向同性介質(zhì)傳播至折射率為n2的第二各向同性介質(zhì)的情況，布魯斯特角被定義為 arc tan(Ii2Ai1)。所謂“內(nèi)布魯斯特角”是指在膜內(nèi)部的界面處而不是與空氣或系統(tǒng)內(nèi)其他元件之間的界面處的布魯斯特角，而不論是否能從外部空氣介質(zhì)向膜內(nèi)注入光使得光以內(nèi)布魯斯特角傳播。當(dāng)在某光學(xué)結(jié)構(gòu)內(nèi)的兩個(gè)不同折射率的相鄰部分之間存在界面時(shí)，該光學(xué)結(jié)構(gòu)可能存在內(nèi)布魯斯特角。通常，給定多層光學(xué)膜可以具有或不具有內(nèi)布魯斯特角。例如，如果多層光學(xué)鏡膜中的交替的層中的一個(gè)或兩個(gè)均為雙折射的，并且這些層的ζ折射率具有相對(duì)于面內(nèi)折射率的特定差值Δηζ，則將不存在內(nèi)布魯斯特角。然而，作為另外一種選擇，可以選擇折射率，從而得到與面內(nèi)折射率差值一起產(chǎn)生內(nèi)布魯斯特角的不同的Δηζ。 應(yīng)當(dāng)注意，給定的界面通常可具有兩個(gè)、一個(gè)、或零個(gè)內(nèi)布魯斯特角在x-z平面內(nèi)的入射光的第一內(nèi)布魯斯特角、和在y-z平面內(nèi)的入射光的第二內(nèi)布魯斯特角；只在y_z平面內(nèi)的光的內(nèi)布魯斯特角；或在χ-ζ平面或y-ζ平面內(nèi)都不存在內(nèi)布魯斯特角?，F(xiàn)在回到關(guān)于可用于實(shí)現(xiàn)所需反射和透射特性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的討論中，除了將Δηχ 和Any均選擇為基本失配，并且除了將Δηζ選擇為相對(duì)于Δny較大且具有相同正負(fù)號(hào)之外，我們還確保其他的面內(nèi)折射率值差八~與AnyS夠不同，使得八~和Δηζ的組合對(duì)于所選總數(shù)的微層來說不會(huì)導(dǎo)致P偏振光在較高傾斜角度下的任何強(qiáng)透射。通過這種方式，χ 軸變成上述強(qiáng)軸。實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的一種方式是將八！^選擇為與Any具有相同的正負(fù)號(hào)或極性，但具有更大的量級(jí)。在這種情況下，Δηχ、Any和Δηζ都將具有相同的極性或正負(fù)號(hào)。 Δηχ相對(duì)于Any的量級(jí)越大(對(duì)于給定大小的Δηζ和給定數(shù)量的微層)，在χ-ζ平面內(nèi)產(chǎn)生的內(nèi)布魯斯特角就比y_z平面內(nèi)的內(nèi)布魯斯特角越傾斜。這使得x-z平面內(nèi)的P偏振光在空氣中所有入射角下保持高反射率(例如高于y_z平面內(nèi)P偏振光的反射率，在一些情況下至少75% )，即使該反射率由于χ-ζ平面的布魯斯特角而在相對(duì)于法線的某些傾斜角度下減小。 確保Δ ηχ與Δ ny足夠不同以使得Δ nx和Δ ηζ的組合不會(huì)導(dǎo)致ρ偏振光在較高傾斜角度下的強(qiáng)透射的另一種方式是，將Δηχ選擇為具有與Any(和Δηζ)不同的正負(fù)號(hào)或極性。這可以利用多層疊堆內(nèi)正雙折射材料和負(fù)雙折射材料的組合實(shí)現(xiàn)，但并不是正雙折射材料和負(fù)雙折射材料的每種組合都將滿足用于所需反射和透射特性的上述其他準(zhǔn)則。該方法導(dǎo)致x-z平面內(nèi)沒有內(nèi)布魯斯特角。因此，這種多層膜僅具有y-ζ平面內(nèi)的一個(gè)內(nèi)布魯斯特角。利用該方法，可以讓“強(qiáng)軸”折射率差值Δ ~的量值比“弱軸”折射率差值A(chǔ)ny 的量值更小，并且仍然能保持上述所需的反射和透射特性。應(yīng)當(dāng)注意，在上述討論中，假設(shè)各自面內(nèi)軸線的標(biāo)記是任意的，并且可以采用任何約定。例如，可以選擇將強(qiáng)軸與y軸相關(guān)聯(lián)，將弱軸與χ軸相關(guān)聯(lián)。圖3a_c示出了示例性折射率關(guān)系，該關(guān)系可以滿足上述準(zhǔn)則，并且可用現(xiàn)有的共延聚合物材料和已知加工設(shè)備通過審慎的材料選擇和加工條件實(shí)現(xiàn)。在這些圖中，與多層光學(xué)膜內(nèi)的兩相鄰微層相對(duì)應(yīng)的兩種材料的相對(duì)折射率在與每種材料在x、y和ζ方向的折射率相對(duì)應(yīng)的三列中示出，其中為一種材料使用實(shí)線，為另一種材料使用虛線。每幅圖中的豎直軸線都未標(biāo)記，而是對(duì)應(yīng)于折射率，較高的線與較高的折射率相對(duì)應(yīng)。當(dāng)然，通過比較適當(dāng)?shù)牧械膶?shí)線高度與虛線高度，容易確定給定軸線的折射率差值。圖3a表示這樣的層對(duì)的示例性折射率其中，折射率較高的材料為正雙折射的， 折射率較低的材料為各向同性的。在該圖中，雙折射材料的ζ折射率顯示為一系列實(shí)線，以表示八 可以接近Any或更大，并且具有相同正負(fù)號(hào)。應(yīng)當(dāng)注意，Δηζ可以在一定程度上小于Any，并且仍然“接近” Any，具體取決于Δηχ的值和所用微層數(shù)量。在適當(dāng)條件下拉伸正雙折射材料使得其在χ方向的折射率ηχ增大，而在y方向的折射率ny和ζ方向的折射率112減小。圖北表示這樣的層對(duì)的示例性折射率其中，一種材料為正雙折射的(實(shí)線)，另一種材料為負(fù)雙折射的(虛線)。所示折射率在實(shí)施例中具有代表性，其中使用間規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯(sPQ作為負(fù)雙折射材料，使用30/70coPEN作為正雙折射材料。通過在適當(dāng)條件下在χ方向拉伸(初始各向同性的)共擠出層可以實(shí)現(xiàn)所示折射率。相比大多數(shù)多層疊堆， 圖北的實(shí)施例中的任一種材料都不可以看作是“高折射率”層或“低折射率”層，因?yàn)樵讦?方向具有較高折射率的材料在y方向具有較低折射率，反之亦然。圖3c表示這樣的層對(duì)的示例性折射率其中，折射率較高的材料為負(fù)雙折射的， 折射率較低的材料為各向同性的。所示折射率在實(shí)施例中具有代表性，其中使用間規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯(sPS)作為負(fù)雙折射材料，使用低折射率材料例如THV作為各向同性材料。示出了八~的一系列實(shí)線以表示不同的拉伸條件。應(yīng)當(dāng)注意，對(duì)于這些材料組合來說，多層光學(xué)膜的弱軸對(duì)應(yīng)χ軸而不是1軸，同時(shí)強(qiáng)軸對(duì)應(yīng)1軸而不是Χ軸。就那一點(diǎn)而言，應(yīng)當(dāng)注意， Δnz甚至低于所示系列線但仍然接近弱軸折射率差值(在這種情況下為Δηχ)的材料，仍然可提供足夠的反射率特性，只要Any基本上大于Δηχ。目前存在多種聚合物材料，可以從這些材料中選擇成對(duì)的材料，這些材料對(duì)可以用共擠出和拉幅設(shè)備被共擠出和以其他方式加工，以制備所述多層光學(xué)膜，并且可以實(shí)現(xiàn)以上討論的所需折射率關(guān)系。將來也可能出現(xiàn)另外的合適材料。一種目前可用的示例性負(fù)雙折射材料為間規(guī)立構(gòu)聚苯乙烯(sPQ。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)無規(guī)聚苯乙烯(aPQ與sPS的共混物可用于改進(jìn)sPS的雙折射。在不破壞sPS的雙折射性的情況下，可以加入大量的aPS。雙折射率的減小與所添加的aPS的百分比大致成比例。利用這種方法，具有所選低折射率聚合物的多層sPS-aPS的布魯斯特角和同軸反射率都可以在sPS單獨(dú)能夠達(dá)到的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。
就像聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及其他聚酯和共聚酯一樣，基于萘二甲酸的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和用于制備聚脂的各種其他單體的某些共聚物或共混物(稱為“coPEN”)可用作正雙折射聚合物。一種特別合適的coPEN為90% PEN和10% PET的共聚物，其被稱為“90/10coPEN”。這種coPEN可以由用于制備單獨(dú)的聚合物的組分單體的混合物直接共聚而成，或者該共聚物可以通過在擠出機(jī)和熔融裝置組件內(nèi)以足夠的溫度共混足夠長的時(shí)間來制備。合適的低折射率各向同性材料包括Neostar Elastomer FN007, 可得自 Eastman Chemical Company(Kingsport, Tennessee)的共聚酉旨；Kraton G1657, 可得自Kraton Polymers的苯乙烯乙烯/ 丁二烯苯乙烯嵌段共聚物；聚丙烯和聚乙烯的共聚物；聚甲基丙烯酸甲酯(“PMMA”)；PMMA的共聚物(“coPMMA”)；聚乙烯醇縮丁醛 (“PVB”)；聚乙烯醇(“PVA”)；乙烯/辛烯共聚物；聚乳酸(“PLA”)；THV 含氟聚合物，可得自3M Company (St. Paul, Minnesota)；以及有機(jī)硅聚草酰胺(SPOx)，或更準(zhǔn)確地為共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)公布 US 2007/0177272 (Benson 等人)“Multilayer Films Including Thermoplastic Silicone Block Copolymers”(包括熱塑性有機(jī)硅嵌段共聚物的多層膜) (代理人案卷號(hào)NO.61494US007)中所述的“聚二有機(jī)硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物”。其他有機(jī)硅和含氟聚合物也可用作低折射率材料。一種示例性正雙折射材料包含70% PET和 30% PE的共聚物，該共聚物被稱為“30/70coPEN”。一些具有上述的所需透射和反射性質(zhì)的示例性多層光學(xué)膜可見于提交于2008 年4月15日的共同轉(zhuǎn)讓PCT專利申請(qǐng)公布WO 2008/144136 "Lamp-Hiding Assembly For a Direct Lit Backlight”(用于直接照明式背光源的隱燈式組件)(代理人案卷號(hào) No.60852W0004)。當(dāng)如在背光型顯示器中那樣直接觀察透射光，或者當(dāng)如在普通照明中那樣利用透射光觀察其他物體時(shí)，控制反射性多層光學(xué)膜的顏色可能比較重要。該應(yīng)用與通過反射觀察(即只能觀察到反射光)的典型反射鏡形成對(duì)比。對(duì)于具有低透射率的部分反射器，不同波長下透射率的較小變化(例如，在一些波長下具有5%的透射率而在其他波長下具有 10%透射率的反射鏡)可以產(chǎn)生顏色相當(dāng)豐富的膜。通過反射光譜的形狀來控制顏色。已知的方法(例如真空沉積)可以精確控制層疊堆中每個(gè)單獨(dú)層的層厚值，從而控制具有中間反射率的反射鏡的顏色。然而，對(duì)于幾百個(gè)單獨(dú)的聚合物層，利用聚合物共擠出技術(shù)更難控制單獨(dú)的層。美國專利No. 5，1 , 880 (Wheatley 等人)和 No. 5，568，316 (Schrenk 等人)提出使用薄層和非常厚的層的組合來減少多層干涉反射器的虹色。如果希望在某些角度(如垂直入射角度)有高反射率，則使用該方法需要大量的層，這會(huì)導(dǎo)致膜非常厚，從而增加膜內(nèi)的光損耗。一種優(yōu)選方法是使用全波(或更多情況下四分之一波)膜疊堆。在這種情況下， 控制光譜需要控制膜疊堆內(nèi)的層厚度分布。如果層為聚合物層，則由于和無機(jī)膜相比聚合物膜可達(dá)到的折射率差值相對(duì)較小，因此寬帶光譜(例如，在空氣中較大的角度范圍內(nèi)反射可見光所需要的光譜)仍需要大量的層。通過結(jié)合用顯微鏡技術(shù)獲得的層輪廓信息使用美國專利6，783，349 (Neavin等人)中教導(dǎo)的軸桿設(shè)備可以調(diào)節(jié)此類膜的層厚度分布，從而得到改善的光譜特性。層數(shù)多(多于約250層)的聚合物型多層光學(xué)膜常規(guī)地已經(jīng)使用層倍增器來制
18備，即，聚合物型多層光學(xué)膜已經(jīng)由送料區(qū)塊中的單組狹槽產(chǎn)生的層產(chǎn)生的多組層構(gòu)造而成。美國專利6，783，349 (Neavin等人)中概括了該方法。此類層倍增裝置大大簡(jiǎn)化了大量光學(xué)層的創(chuàng)建，但它們使每一組所得的層的變形對(duì)于每一組來說是不同的。因此，對(duì)送料區(qū)塊中產(chǎn)生的層的層厚度分布方面的任何調(diào)整對(duì)于每一組來說是不同的，這意味著不可同時(shí)優(yōu)化所有組來產(chǎn)生沒有光譜干擾的均勻平滑的光譜。因此，難以使用倍增器通過多組膜制備最佳分布和低透射率彩色反射器。如果在送料區(qū)塊中直接產(chǎn)生的單個(gè)層組的層數(shù)不能提供足夠的反射率，則可以通過層合兩個(gè)或更多個(gè)此類膜來增大反射率，但這樣通常會(huì)增加反射鏡的損耗。因此，用于提供具有淺色或可控色彩光譜的多層光學(xué)膜的理想技術(shù)如下1)如美國專利6，783，349 (Neavin等人)中所教導(dǎo)的，使用軸棒加熱器控制共擠出聚合物層的層厚度值。2)送料區(qū)塊的設(shè)計(jì)使得疊堆中所有層在層形成過程中直接受軸棒加熱器區(qū)的控制，即，沒有使用層倍增器。3)在生產(chǎn)期間來自層厚度測(cè)量工具(例如，原子力顯微鏡(AFM)、透射電子顯微鏡、或掃描電子顯微鏡)的及時(shí)層厚度分布反饋。4)光學(xué)建模以生成所需層厚度分布。5)根據(jù)所測(cè)層特征圖與所需層特征圖之間的差異進(jìn)行重復(fù)軸桿調(diào)節(jié)。盡管通常不如AFM準(zhǔn)確，但也可以通過對(duì)光譜求積分(對(duì)-Log(I-R)與波長光譜求積分)來快速估算層分布。這是根據(jù)這樣的普遍原理得出，即反射器的光譜形狀可以由層厚度分布的導(dǎo)數(shù)獲得，前提條件是層厚度分布相對(duì)于層數(shù)目單調(diào)遞增或單調(diào)遞減。層厚度分布控制的基本方法涉及根據(jù)目標(biāo)層厚度分布和所測(cè)量層厚度分布的差異來調(diào)整軸棒區(qū)功率設(shè)置。調(diào)節(jié)給定反饋區(qū)域中的層厚度值所需的軸桿功率的增加首先會(huì)以該加熱器區(qū)域中生成的每一層所得厚度變化(納米)的熱輸入(瓦特)來校準(zhǔn)。使用針對(duì)275個(gè)層的M個(gè)軸棒區(qū)可以實(shí)現(xiàn)光譜的精密控制。一旦經(jīng)過校準(zhǔn)，就可以在給定目標(biāo)分布和所測(cè)量分布的情況下計(jì)算所需的功率調(diào)整。重復(fù)該步驟直到兩種分布一致?，F(xiàn)在返回圖4和4a，以提出在結(jié)合膜或物體討論入射與反射光的多個(gè)角度和方向時(shí)的某些幾何形狀方面的考慮和約定。圖4研究了“理想”偏振膜上的入射光的行為并提出這樣的觀點(diǎn)必須在指定s偏振光和P偏振光的入射方向之后，才能得出關(guān)于其被膜透射或反射情況的結(jié)論。光線410以入射角θ入射到理想偏振膜402上，從而形成入射平面 412。膜402包括平行于χ軸的透光軸406，和平行于y軸的阻光軸404。光線420的入射平面422平行于阻光軸404。光線420具有在入射平面422內(nèi)的ρ偏振元件，和垂直于入射平面422的s偏振元件。光線420的ρ偏振光至少部分平行于偏振器402的阻光軸404，因此取決于入射角，可被偏振器反射，而光線420的s偏振光平行于偏振器402的透光軸406， 并且至少部分被透射。另外，圖4示出了入射到偏振器402上平行于偏振器402透光軸406的入射平面 412內(nèi)的光線410。因此，光線410的ρ偏振光平行于偏振器402的透光軸406，而光線410 的s偏振光平行于偏振器402的阻光軸404。因此，如果偏振器402是“理想”偏振器，即對(duì)于在阻光軸偏振的光在所有入射光角度的反射率為100%，并且對(duì)于在透光軸偏振的光在所有入射光角度的反射率為0%，那么偏振器透射光線420的s偏振光和光線410的ρ偏振光，而反射光線420的ρ偏振光和光線410的s偏振光。換句話講，偏振器402將透射ρ和 s偏振光的組合。圖如示出通過x-y-z坐標(biāo)系原點(diǎn)且通過點(diǎn)ρ的任意方向向量。點(diǎn)ρ在χ-y平面內(nèi)的投影為P’。該方向向量可以對(duì)應(yīng)于入射、反射或透射方向，相對(duì)于Z軸形成極角Θ。該向量在χ-y平面內(nèi)的投影形成相對(duì)于χ軸或相對(duì)于χ-y平面內(nèi)的某些其他指定軸線的方位角Φ。因此，該方向向量可以唯一地用角度對(duì)θ、Φ表征，其中(例如)θ在從0度至90 度的范圍內(nèi)，Φ在從0度至360度或從-180度至+180度的范圍內(nèi)。還應(yīng)當(dāng)注意，入射到設(shè)置在x-y平面內(nèi)膜上的光的入射平面可以由方位角Φ指定，其中χ-ζ平面由Φ =0度或180度指定，y-z平面由φ = 90度或-90度或270度指定。圖5-7涉及用于多層光學(xué)膜(以及多層反射型偏振器)的層厚度分布問題，以及多層光學(xué)膜和偏振器的相對(duì)“表面取向”的重要性，該多層光學(xué)膜和偏振器用于本文所公開的偏振器/多層光學(xué)膜組合。就這一點(diǎn)而言，“表面取向”是指多層光學(xué)膜的兩個(gè)外部主表面之一面向偏振器，并且偏振器的兩個(gè)外部主表面之一面向多層光學(xué)膜。在圖5，我們可看到假設(shè)的包含200個(gè)微層的多層光學(xué)膜的光學(xué)厚度與光學(xué)重復(fù)單元(ORU)數(shù)目的曲線圖。如上所述，多層光學(xué)膜中的微層布置成疊堆，其相鄰的微層對(duì)形成光學(xué)重復(fù)單元。因此，200個(gè)微層形成100個(gè)0RU。每個(gè)ORU的光學(xué)厚度等于其組成元件光學(xué)厚度的總和。因此，Cl1XnJd2Xn2表示兩層光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué)厚度，其中一個(gè)微層的物理厚度為Cl1而折射率為η”并且另一個(gè)微層的物理厚度為d2而折射率為n2。ORU沿著膜的厚度或ζ軸布置成疊堆，在膜的一個(gè)外部主表面和相對(duì)外部主表面之間延伸。應(yīng)當(dāng)注意， 如果光學(xué)上較厚的表層存在于膜的外表面，微層只延伸至表層的內(nèi)表面，而不延伸至膜的外表面(對(duì)應(yīng)于表層的外表面)。在任何情況下，ORU具有光學(xué)厚度分布，例如示例性單調(diào)曲線510，以使得微層疊堆可反射擴(kuò)展波段的光，如基本上所有可見波長。在所示分布中，1 號(hào)ORU設(shè)置在或鄰近多層光學(xué)膜的一個(gè)主表面，具有最小的光學(xué)厚度，同時(shí)100號(hào)ORU設(shè)置在或鄰近多層光學(xué)膜的相對(duì)主表面，具有最大的光學(xué)厚度。鄰近1號(hào)ORU的多層光學(xué)膜外部主表面可稱為膜的“薄側(cè)”，因?yàn)楣鈱W(xué)重復(fù)單元中更薄的單元設(shè)置于大致鄰近它的位置，或因?yàn)槎鄶?shù)具有更小光學(xué)厚度的ORU與膜的相對(duì)外部主表面相比更靠近它。鄰近100號(hào)ORU 的多層光學(xué)膜其他主表面可稱為膜的“厚側(cè)”，因?yàn)楣鈱W(xué)重復(fù)單元中更厚的單元設(shè)置于大致鄰近它的位置，或因?yàn)槎鄶?shù)具有更大光學(xué)厚度的ORU與膜的其他外部主表面(“薄側(cè)”)相比更靠近它。如代表性曲線510所示出，層的厚度分布優(yōu)選地為單調(diào)的，但還可以想到其他分布，其中多數(shù)具有更大光學(xué)厚度的ORU更靠近一個(gè)外表面，并且多數(shù)具有更小光學(xué)厚度的 ORU更靠近相對(duì)外表面。單調(diào)分布一般為寬帶反射器提供最高反射率，并且更重要地對(duì)于很多照明應(yīng)用來說是為部分反射膜提供低或控制顏色的示例性方法。本文所述的不對(duì)稱多層光學(xué)膜在垂直入射角度是高度反射的，但是對(duì)于接近布魯斯特角最小值范圍的角度來說它們變?yōu)轱@著透射的，并且透射光的顏色對(duì)于大多數(shù)照明應(yīng)用來說通常是重要的。對(duì)于在或接近布魯斯特角最小值的中性灰色透射膜來說，反射/透射光譜有利地相對(duì)于波長盡可能平坦且無大變化。作為中性灰色透射的替代形式，層分布也可調(diào)整成為透射光著上任何顏色。在一些示例性實(shí)施例中，在多層光學(xué)膜中表征層的光學(xué)厚度的分布的函數(shù)可具有局部最小值和最大值，只要多數(shù)具有更大光學(xué)厚度值的層對(duì)于其他表面來說，設(shè)置于更靠近一個(gè)外部膜表面(厚側(cè))，則局部最小值和最大值可忽略。如我們下面所顯示，偏振器/ 多層光學(xué)膜組合的透射瓣的更優(yōu)方位角準(zhǔn)直度(更小的Δ φθ)可通過確保多層光學(xué)膜的表面取向?yàn)槭沟媚さ暮駛?cè)面向偏振器而實(shí)現(xiàn)，即多數(shù)具有更大光學(xué)厚度值的層與多數(shù)具有更小光學(xué)厚度值的層相比，設(shè)置于更靠近偏振器。這是累積效應(yīng)，插入厚層和偏振器之間的薄層越多，方位角準(zhǔn)直度越差(更大的△ Φβ)。如果偏振器是吸收型偏振器，則與厚層面向偏振器的情況相比，當(dāng)薄層面向偏振器時(shí)偏振器吸收更多的光。圖6示出了如本文所述的多層光學(xué)膜612( “M0F”)和偏振器614的組合610，其中偏振器也具有多層構(gòu)造，因此是反射型偏振器(“RP”)。自身的ORU層厚度分布616添加至膜612上，并且自身的ORU層厚度分布618添加至偏振器614上。為了簡(jiǎn)明，層厚度分布以單調(diào)形式示出，但并非必需，如上面所討論的。然而，膜612具有外部主表面或“薄側(cè)”61 (更薄的組成光學(xué)重復(fù)單元鄰近其設(shè)置)以及另一個(gè)外部主表面或“厚側(cè)”612b (更厚的組成光學(xué)重復(fù)單元鄰近其設(shè)置)。同樣，偏振器614具有外部主表面或“薄側(cè)”614a (更薄的組成光學(xué)重復(fù)單元鄰近其設(shè)置)以及另一個(gè)外部主表面或“厚側(cè)”614b (更厚的組成光學(xué)重復(fù)單元鄰近其設(shè)置)。應(yīng)當(dāng)注意，雖然為了便于舉例說明而將元件612、614彼此單獨(dú)示出，但是它們可接合在一起(如通過層合)而不喪失一般性。即外表面612a、612b、614a、 614b均可暴露于空氣中，或只有某些表面可暴露于空氣中(如當(dāng)元件612、614層合在一起時(shí))，或沒有一個(gè)表面可暴露于空氣中(如當(dāng)元件612、614層合在一起，于是該組合兩側(cè)均層合于其他元件時(shí))。圖7示出了膜612和偏振器614可能的表面取向矩陣。在左上象限中，膜的厚側(cè)612b面向偏振器的薄側(cè)614a，正如圖6中所示。這可用符號(hào)“//”描述并且可稱為薄-厚-薄-厚。在右上象限中，偏振器已回轉(zhuǎn)或倒轉(zhuǎn)以使得膜的厚側(cè)612b面向偏振器的厚側(cè)614b。這可用符號(hào)“Λ”描述并且可稱為薄-厚-厚-薄。在左下象限中，膜已相對(duì)于其在圖6中的取向而倒轉(zhuǎn)，以使得膜的薄側(cè)61 面向偏振器的薄側(cè)614a。這可用符號(hào)“V” 描述并且可稱為厚-薄-薄-厚。最后，在右下象限中，膜和偏振器都已相對(duì)于它們?cè)趫D6 中的取向而倒轉(zhuǎn)，以使得膜的薄側(cè)61 面向偏振器的厚側(cè)614b。使用該術(shù)語描述多層光學(xué)膜和偏振器表面取向的組合，我們現(xiàn)在描述某些特定組合，同時(shí)展示這些元件的相對(duì)表面取向可對(duì)構(gòu)造的傾斜的透射瓣或方位角通量包絡(luò)線的方位角準(zhǔn)直度造成很大影響的方式。具體地講，我們發(fā)現(xiàn)該組合的方位角準(zhǔn)直度可通過設(shè)置元件以使得多層光學(xué)膜的厚側(cè)面向偏振器而大大增加(降低的△ Φβ)。我們從定義第一反射型偏振器實(shí)施例開始。該偏振器具有多層構(gòu)造。對(duì)于聚合物材料之一，我們選擇90/10coPEN。對(duì)于其他聚合物材料，我們選擇SA-115，它是PETg和聚碳酸酯的共混物，可得自festman Chemical Co。這些聚合物適用于共擠出，并且拉伸時(shí)表現(xiàn)出合格的層間粘附力。這些材料的交替的層的擠出物可以在合適的條件下被取向?yàn)樘峁┚哂幸韵抡凵渎实姆瓷湫推衿?br> 權(quán)利要求
1.一種組合，包括多層光學(xué)膜，所述多層光學(xué)膜具有多個(gè)微層，所述多個(gè)微層布置成光學(xué)重復(fù)單元以用于在擴(kuò)展波段內(nèi)反射光，相鄰的所述微層具有限定第一面內(nèi)軸和第二面內(nèi)軸的折射率差值，使得所述多層光學(xué)膜的反射率對(duì)于垂直入射光的所有偏振態(tài)為至少75%，對(duì)于在包括所述第一軸的第一入射平面內(nèi)入射到所述多層光學(xué)膜上的P偏振光，所述折射率差值還使得所述多層光學(xué)膜的反射率從垂直入射時(shí)的初始值到入射角θ oblique時(shí)的Rl值減少至少一半，但是對(duì)于在包括所述第二軸的第二入射平面內(nèi)入射到所述多層光學(xué)膜上的P偏振光，所述多層光學(xué)膜在所述入射角θ oblique時(shí)反射率R2 > Rl ；以及偏振器，所述偏振器具有透光軸和阻光軸，所述偏振器和所述多層光學(xué)膜設(shè)置成限定傾斜的透射瓣；其中所述光學(xué)重復(fù)單元在所述多層光學(xué)膜的整個(gè)厚度上具有光學(xué)厚度分布，所述光學(xué)厚度分布限定了所述多層光學(xué)膜的薄側(cè)和厚側(cè)，所述光學(xué)重復(fù)單元中的更薄的單元設(shè)置成大致朝向所述薄側(cè)，并且所述光學(xué)重復(fù)單元中的更厚的單元設(shè)置成大致朝向所述厚側(cè)；并且其中所述多層光學(xué)膜的所述薄側(cè)和所述厚側(cè)相對(duì)于所述偏振器取向，以提高所述透射瓣的方位角準(zhǔn)直度Δ φθ。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述反射率Rl和R2均包括兩個(gè)膜/空氣界面的影響。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述反射率Rl和R2均不包括任何膜/空氣界面的影響。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述擴(kuò)展波段是可見光譜，并且其中所述反射率 Rl和R2均為整個(gè)所述可見光譜的平均值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述偏振器包括反射型偏振器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述偏振器的所述透光軸與所述多層光學(xué)膜的所述第一軸基本上對(duì)齊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述傾斜的透射瓣是由所述多層光學(xué)膜-偏振器組合所限定的兩個(gè)傾斜的透射瓣之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述傾斜的透射瓣在方位角上與所述第一軸基本上對(duì)齊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中θoblique為至少50度，并且其中所述傾斜的透射瓣與空氣中的入射角θ相關(guān)，所述入射角θ在50至70度的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組合，其中所述傾斜的透射瓣與空氣中的入射角θ相關(guān)，所述入射角θ為60度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中Δ不超過120度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的組合，其中Δ不超過90度。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的組合，其中Δ不超過60度。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述多層光學(xué)膜的所述厚側(cè)面向所述偏振器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中每個(gè)所述光學(xué)重復(fù)單元均包括由負(fù)雙折射材料構(gòu)成的第一微層。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組合，其中每個(gè)所述光學(xué)重復(fù)單元均包括由各向同性材料構(gòu)成的第二微層。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的組合，其中每個(gè)所述光學(xué)重復(fù)單元均包括由正雙折射材料構(gòu)成的第二微層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述多層光學(xué)膜在所述第一入射平面和所述第二入射平面內(nèi)均具有內(nèi)布魯斯特角。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述多層光學(xué)膜在所述第一入射平面內(nèi)具有內(nèi)布魯斯特角，但在所述第二入射平面內(nèi)不具有內(nèi)布魯斯特角。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，其中所述多層光學(xué)膜和所述偏振器彼此附接，并且在所述多層光學(xué)膜和所述偏振器之間沒有明顯的居間空氣間隙。
21.一種照明系統(tǒng)，其包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的照明系統(tǒng)，還包括光源，其沿長度軸延伸并且設(shè)置在所述反射膜后面；其中所述反射膜被取向?yàn)槭顾鲩L度軸基本垂直于所述第一入射平面。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合，還包括連接到所述組合的線性棱鏡膜，其中棱鏡平行于棱鏡軸延伸，并且所述棱鏡軸大致垂直于所述反射膜的所述第一入射平面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種反射膜，所述反射膜包括布置在光學(xué)重復(fù)單元內(nèi)的微層，以在擴(kuò)展波段內(nèi)反射光，所述光學(xué)重復(fù)單元中更薄的和更厚的單元分別設(shè)置成大致朝向所述膜的薄側(cè)和厚側(cè)。所述微層受到調(diào)控，以便對(duì)于入射到第一平面內(nèi)的p偏振光，為所述膜提供減少至少一半的反射率，所述反射率從垂直入射角度時(shí)的初始值減少至入射角θoblique時(shí)的R1值。對(duì)于入射到第二平面內(nèi)的p偏振光，所述膜在角度θoblique時(shí)的反射率為R2，其中R2＞R1。本發(fā)明提供一種偏振器，所述偏振器與所述反射膜組合，所述組合限定了傾斜的透射瓣，并且所述反射膜的所述厚側(cè)和所述薄側(cè)相對(duì)于所述偏振器取向，以減小所述透射瓣的方位角寬度
文檔編號(hào)G02F1/13357GK102282014SQ200980154616
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月19日
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