CN101137930A - 不同折射率的光学膜 - Google Patents

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Abstract

光学层(101)包括具有第一折射率(n1)的第一光学膜(107)以及具有第二折射率(n2)的第二光学膜(108)。第一折射率和第二折射率不相同，并且在每个光学膜上设置多个光学特征。还揭示了一种光管理膜。

Description

不同折射率的光学膜
背景技术
光阀实现于许多种显示技术中。例如，微显示板在许多应用中越来越流行，比如电视机、计算机监视器、销售点显示器、个人数字助理和电子影院，所提及的仅是一些应用。
许多光阀基于液晶(LC)技术。一些LC技术始于光线透射过LC器件(板)，而其它LC技术始于光线横穿该面板两次，即在该面板较远的表面处被反射。
使用外场或电压选择性地使液晶分子的轴旋转。众所周知，通过在LC面板两侧加电压，LC分子的方向可以得到控制并且可以选择性地改变透射光的偏振态。这样，通过阵列中晶体管的选择切换，可以使用LC介质来调制带有图像信息的光。通常，这种调制提供了位于某些图片元素(像素)处的暗态光以及位于其它像素处的亮态光，此处偏振态控制光线的状态。由此，通过LC面板和光学系统的选择性偏振变换以形成图像或“图片”，便在屏幕上产生了图像。
我们知道，用于显示器的光源(常常被称为背光源单元)是大致为白光的光源。来自光源的光可以入射到光管理膜上。光管理膜常常用在基于光阀的显示器中，以修改并控制背光源单元所发出的光线的角度分布。这种光管理膜常常包括棱柱形特征或分立的光学元件，它们用于将来自背光源单元的光引导至显示器的光阀和其它组件。
尽管已知的光管理膜在显示器应用中提供了某些益处，但是也有已知的缺点和不足。这些缺点包括较弱的光效率、有限的轴向增益以及不灵活的角度光分布控制，所提及的仅是一些。
因此，所需的是一种能至少解决上述已知结构的缺点和不足的光管理膜。
发明内容
根据示例实施方式，光学层包括具有第一折射率(n1)的第一光学膜以及具有第二折射率(n2)的第二光学膜。第一折射率和第二折射率并不相同。在每个光学膜上都设置了多个光学特征。
根据另一个示例实施方式，显示器包括一种光管理层(light managementlayer)，该光管理层包括具有第一折射率(n1)的第一光学膜以及具有第二折射率(n2)的第二光学膜。第一折射率和第二折射率并不相同。在每个光学膜上都设置了多个光学特征。
附图说明
图1a1-1a2是显示系统的横截面图，其中包括了根据示例实施方式的光阀。
图1b-1k是根据示例实施方式的光管理层的横截面图。
图11是可应用于辐射强度曲线图的xyz坐标系，其中表示了极角θ和方位角φ。
图2a-2h是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图3a-3f是根据示例实施方式的光管理层的反向光线轨迹。
图4a-41是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图5a-5h是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图6a-6b是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图7a-7d是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图8a-8b是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图9a-9b是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图10a-10b是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图11a-11b是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图12a-12b是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图13a-13b是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图14a-14b是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图15a-15b是根据示例实施方式的光管理层的辐射光强对角度的曲线图示。
图16a是利用示例实施方式的光管理层获得的数据的列表表示(表格1)。
图16b是利用示例实施方式的光管理层获得的数据的列表表示(表格2)。
图16c是利用示例实施方式的光管理层获得的数据的列表表示(表格3)。
图16d是利用示例实施方式的光管理层获得的数据的列表表示(表格4)。
图16e是利用示例实施方式的光管理层获得的数据的列表表示(表格5)。
图16f是利用示例实施方式的光管理层获得的数据的列表表示(表格6)。
定义的术语
除了其普通意义以外并且在本文所描述的示例实施方式的上下文中，下列术语定义如下。需要强调的是，所提供的术语仅仅旨在补充其普通意义，因此不具限制性。
1.在本文中，“透明”包括在材料内没有显著散射或吸收的情况下透射辐射的能力。根据说明性的实施方式，定义“透明”材料被其可见光谱透射率大于90％的材料。
2.在本文中，术语“光”是指可见光。
3.在本文中，术语“聚合膜”是指包括聚合物的膜；此处术语“聚合物”是指均聚物、共聚物、共混聚合物和有机/无机材料。
4.在本文中，术语“光学增益”、“轴向增益”或“增益”是指给定方向上的输出光强除以输入光强的比值，该给定方向常常与该膜的平面正交。即，光学增益、轴向增益和增益用作重新定向膜的性能测量，并且可以被用于比较光重新定向膜的性能。
5.在本文中，术语“曲面”是指膜上的三维特征，它在至少一个平面中具有曲率。
6.在本文中，术语“楔形特征”是指包括一个或多个倾斜面的元件，并且这些面可以是平面和曲面的组合。
7.在本文中，术语“光学膜”是指一种相对薄的聚合物膜，用于改变透射的入射光的本性。例如，一示例实施方式的重新定向光学膜提供大于1.0的光学增益(输出/输入)。
8.在本文中，术语“有效折射率”是指等于两个折射率n1和n2的几何平均值的折射率，其中n1和n2不相等。具体来讲，有效折射率由下式给出：(n1*n2)1/2。
9.在本文中，术语0度或辐射强度分布的垂直横截面是指沿等于0的方位角φ和范围从-90到+90的极角θ而截取的截面。
10.在本文中，术语辐射强度分布的90度或水平横截面是指沿等于90的方位角φ和范围从-90到+90的极角θ而截取的截面。参照用于坐标系的图11。
再次强调，上述术语包括在此是为了补充每个术语的寻常的意义；并且决不限制任何包括用一个或多个上述术语来描述特征的示例实施方式。
具体实施方式
在下面的详细描述中，为了解释而非限制，阐明了揭示特定细节的示例实施方式。然而，对于从本发明中获益的本领域技术人员而言，很明显，在不背离本文所揭示的具体细节的情况下可以实现其它实施方式。这些实施方式处于所附的范围中。此外，可能省略了关于公知装置和方法的描述，以便不会不清楚地表达关于本发明的描述。这些方法和装置清晰地处于发明人在实现示例实施方式的思考中。
简单地讲，本文所描述的示例实施方式涉及具有至少两个层的光管理膜。第一膜具有第一折射率，第二膜具有第二折射率，第一和第二折射率不相同。即，在某些示例实施方式中，第一折射率大于第二折射率；在其它示例实施方式中，第二折射率大于第一折射率。
使用不同的折射率是为了保存高轴向增益。此外，这两层膜包括位于至少一个表面上的光学特征。
通过示例实施方式显示出，折射率不同的膜的使用顺序可以产生角视场方面的变化。这是之前没有文献描述过的一个意外的结果；折射率不同的两个光管理膜在顺序方面简单改变一下，就足以在不显著改变效率的情况下改变显示的角视场。这有益于显示装配室，因为它能够购买具有两种折射率的膜(折射率H(高)和折射率L(低))并且制造至少四种性能不同的显示。
如结合本文某些示例实施方式更完整地描述的那样，选择第一折射率、第二折射率和这些膜的顺序，以调整出期望的光线角度分布。可以选择这些膜的排序及其折射率，以提供期望的轴向增益并使从管理膜中出射的光线具有期望的角度分布。在显示应用中，这些特征分别有益于图像的亮度和对比度以及显示的角视场。或者，可以选择这些膜的排序及其折射率，以减小轴向增益并提供显著光强的波瓣，这些波瓣大致绕着穿过中心角的对称线。
结合显示器，描述了示例实施方式的光管理膜。这种器件常常包括光阀，比如LCD光阀、硅上液晶(LCOS)光阀、或数字光处理(DLP)光阀。要强调的是，示例实施方式的光管理膜在许多其它应用中都有用处。例如，示例实施方式的光管理膜在照明应用中有用处，其中它用于以半定制方式来引导光线(半定制可以是指：始于“一般的”光源，通过使用光管理膜来改变光线的方向)。示例实施方式的光管理膜可用于包括室内照明用照明格板的照明应用；相似的是，还可以用于固态照明格板。例如，在多种应用中，光管理膜可以与LED光源结合使用，这些应用包括汽车和交通照明。要强调的是，所提到的关于示例实施方式的光管理膜的应用都只是示例性的，而非限制性的。
现在将结合附图所描述的示例实施方式来描述特定的细节。注意到，相同的标号指代相同的元件。
图1a1-1a2描绘了根据示例实施方式的显示器100，该显示器100包括光管理层101。在本示例实施方式中，光源102和反射元件103将光耦合到光引导装置104中，光引导装置104包括如图所示设置在至少一侧上的反射层105。随着描述的继续，变得更清晰的是，层101包括至少两个膜。作为示例，层101包括第一膜107和第二膜108。有益的是，第一和第二膜107和108分别包括光学特征109，光学特征109用于将来自光源102的光线引导至光阀110。随着描述的继续，变得更清晰的是，本示例实施方式的光学特征109基本上彼此平行地定向。在其它示例实施方式中，第一膜107的光学特征109的定向与第二膜108的特征109大致成90度。
光源102通常是冷阴极荧光灯(CCFL)、超高压(UHP)煤气灯、发光二极管(LED)阵列、或有机发光二极管阵列。注意到，这仅是说明性的并且适于在显示器中提供光线的其它光源也是可以使用的。图1a1和1a2的不同在于显示器100中所使用的光源102的定向不同；图1a1示出了边照明波导，而图1a2示出了直接照明波导。
光引导装置104可以是结合一个或多个下列美国专利申请所描述的那些类型：2004年5月28日提交的题为“DIFFUSIVE REFLECTIVE FILMS FORENHANCED LIQUID CRYSTAL DISPLAY EFFICIENCY”且序列号为10/857,515的美国专利申请；以及2004年5月28日提交的题为“MPROVEDCURL AND THICKNESS CONTROL FOR WHITE REFLECTOR FILM”且序列号为10/857,517的美国专利申请。这些美国专利申请引用在此作为参考。此外，反射层105可以是结合下列专利申请所描述的那种：2004年5月28日提交的题为“Diffusive Reflective Films for ENHANCED LIQUID CRYSTAL DISPLAYEFFICIENCY”且序列号为10/857,515的美国专利申请。最后，在光引导装置104上可以设置漫射点(未示出)。漫射点的一种排列方式在下列美国专利申请中描述过：2004年5月28日提交的题为“Diffusive Reflective Films forENHANCED LIQUID CRYSTAL DISPLAY EFFICIENCY”且序列号为10/857,515的美国专利申请。
来自光引导装置104的光透射到任选的漫射体112，该漫射体112用于使光线漫射，从而有利地提供穿过显示表面(未示出)的更均匀的照明，进而基本上隐藏了有时候印到或嵌到光引导装置上的任何特征并且显著地减小(若非基本上消除的话)波纹干涉。注意到，对于本领域技术人员而言，漫射体112是已知的。在光管理层101和LC面板110之间，可以设置其它器件，比如另一个漫射体或反射偏振片(未示出)。此外，在LC显示100的结构中，可以包括另一个偏振片(常常被称为检偏器)。因为对于LC显示领域的一般技术人员而言显示100的许多器件都是公知的，所以许多细节都省略了以便突出本示例实施方式的描述。
图1b是根据一示例实施方式的光管理层101的横截面图。第一膜107具有第一折射率，第二膜108具有第二折射率。如本文更完整的描述，光管理层101的光引导属性受下列因素影响：折射率的大小；第一和第二折射率的乘积的平方根；以及第一和第二膜的顺序。
在结合图1b所描述的示例实施方式中，第一膜107包括光学特征109，第二膜108包括光学特征109′，它们都是90°棱镜形特征。特征109和109′还可以分别包括第一凸纹(ridge)111和第二凸纹111′，这些凸纹是通过用于构成光学特征的两个或更多个面的相交而构成的。光学特征109和109′用于在光线从各层中出射时引导该光线。在本文所描述的示例实施方式中，第一膜107的光学特征109基本上平行于第一凸纹111，第二膜109的光学特征109′基本上平行于第二凸纹111′。在某些示例实施方式中，第一凸纹111基本上平行于第二凸纹111′。在其它示例实施方式中，第一凸纹111基本上垂直于第二凸纹111＇。
注意到，特征109和109′可以是除90°棱镜以外的其它形状。例如，这些特征可以是结合下列美国专利申请所描述的楔形：2004年6月15日提交的题为“OPTICAL FILM AND METHOD OF MANUFACTURE”且序列号为10/868,689的美国专利申请；2004年6月15日提交的题为“THERMOPLASTICOPTICAL FEATURES WITH HIGH APEX SHARPNESS”且序列号为10/868,083的美国专利申请；以及2004年9月10日提交的题为“RANDOMIZEDPATTERNS OF INDIVIDUAL OPTICAL ELEMENTS”且序列号为10/93 9,769的美国专利申请。这些申请引用在此作为参考。此外，这些特征可以通过多种已知的方法来制造和排列，比如UV铸塑和固化处理、或模塑处理、或压纹处理。注意到，这些特征可以通过所引用的美国专利申请中所描述的方法来制造和排列。
第一膜107或第二膜108或两者都可以由亮度增强膜(BEF)通常所用的材料制成。这些材料包括但不限于丙烯酸酯、聚碳酸酯和其它聚合膜。另外，这两个膜之一或两者还可以由其它基本上透明的光学膜(其中包括但不限于纳米复合材料)以及可通过模塑、压纹、蚀刻或其它处理而图形化的光学玻璃制成。例如，Kaminsky等人的题为“OPTICAL ELEMENT WITH NANOPARTICLES”的美国申请公报2004-0233526中所描述的纳米复合材料可以用作本示例实施方式中的一个或多个光学膜。根据所期望的结果，第一膜107和第二膜108的折射率可以介于大约1.3到约2.0的范围中或更大些。
图1c示出了根据另一示例实施方式的光管理层101。在本示例实施方式中，第一膜107和第二膜108的顺序相反。随着描述的继续，变得更清晰的是，可以选择这些膜的顺序，以实现期望的光效率或期望的轴向强度或轴外强度或两者的组合。
图1b和1c都描述了包括2层的膜107和108；这2层分别是底部基板层和表面特征层109和109′。在最一般的情况下，底部基板层和表面特征层可以包括具有两种折射率的材料，或者可以包括折射率大致相同的材料。此处关于双层膜结构的描述仅是说明性的；可以预想，这种膜结构可以通过公知的模塑或压纹技术由单种材料构成。另外，尽管光学特征被描绘成仅处于一个表面上，但是这仅是说明性的，因为可以预想光学特征可以形成于膜107和108的相反表面上。可形成于膜107和108表面上的光学特征可以与光学特征109和109′所表示的特征相同，或者可以包括微透镜元件、用于提供光散射的粗糙化表面特征、防反射表面特征以及本领域已知的其它表面特征，这些表面特征产生光线重新定向的功能。
图1d-1k是第一和第二光学膜107和108的三维视图，它们分别具有设置于其上的光学特征并且具有彼此相关的某些定向。
在结合图1d所描述的示例实施方式中，第一光学膜107包括楔形的光学特征109；而第二光学膜108包括棱镜形的光学特征109′。在本示例实施方式中，特征109和109′定向成彼此基本上垂直。即，第二膜108的凸纹111′(凸纹111′定向成基本上平行于z轴)基本上垂直于第一膜107的凸纹111(凸纹111定向成基本上平行于x轴)。
在结合图1e所描述的示例实施方式中，这些膜的顺序与图1d的实施方式的顺序相比颠倒了。凸纹111和111′的定向仍然如图所示那样基本上正交。
在结合图1f所描述的示例实施方式中，第一膜107具有如上所述的楔形的光学特征109。第二膜108也具有楔形的特征109′。第一膜107的特征109的凸纹111基本上平行于x轴；而第二膜108的特征109′的凸纹111′基本上平行于z轴。因此，第一膜107的特征109和凸纹111基本上正交于第二膜108的特征109′和凸纹111′。
在结合图1g所描述的示例实施方式中，第一膜107和第二膜108具有棱镜形的光学特征109和109′。第一膜107的特征109定向成基本上正交于第二膜108的特征109′。
在结合图1h所描述的示例实施方式中，第一膜107和第二膜108具有棱镜形的特征109和109′。第一膜107的特征109和第二膜108的特征109′定向成如图所示基本上平行。
在结合图1i所描述的示例实施方式中，第一膜107具有棱镜形的特征109，而第二膜108具有楔形的特征109′。在本实施方式中，特征109基本上平行于第二膜108的特征109′。
在结合图1j所描述的示例实施方式中，第一膜107和第二膜108的顺序相对于图1h的实施方式而言颠倒了。然而，各个膜的特征109和109′定向成彼此基本上平行。
在结合图1k所描述的示例实施方式中，第一膜107和第二膜108分别具有楔形的特征109和109′，这些特征定向成彼此基本上平行。
注意到，可以选择第一和第二膜的顺序、第一和第二膜的折射率以及光学特征的类型和定向，以便在双膜光管理层的输出处提供各种辐射强度分布。这种分布的示例在下文中得到描述。
示例
示例I.折射率大致相同的交叉的膜
图2a-2h是在双膜光管理层约0.0度(垂直方向)以及约90.0度(水平方向)处所得到的等发光强度图的横截面，该双膜光管理层在其每一个膜的至少一个表面上设置了光学特征。注意到，图11示出了为这些图的定向提供参照的坐标系。
获得图2a-2h的数据所用的光管理层是结合图1a-1g所描述的示例实施方式中的光管理层101。此外，该光管理层包括结合图1d-1k所描述的示例实施方式中的第一膜107和第二膜108。注意到，图2a-2h的强度水平是在光管理层的输出处测得的(即在光线到达图1a的层101后面的元件之前)
在图16a的表格1中，总结了图2a-2h中每一个所描绘的数据。该表格标识了图2a-2h中的每条曲线、每个膜所用的光学特征的类型(棱镜或楔形)、每个膜的折射率、针对每对膜预计的轴向增益、辐射强度分布的RMS、辐射强度分布的FWHM以及辐射强度最大值的位置(若位于轴外的话，即有偏离)。本文进一步描述了这些数据。
示例Ia.每个都具有如图1g所示那样正交对准的棱镜形光学特征的两个膜
图2a是折射率相同的两个光管理膜在约0.0度处的等发光强度图的横截面，示出了辐射强度和角度位置的函数关系。引起图2a所示数据上升的光管理层由具有棱镜形光学特征的第一膜107和第二膜108构成。这些光学特征像图1g所描绘的那样定向成彼此基本上正交。
曲线204示出了辐射强度分布，其中这两个膜具有约为1.70的折射率。曲线203示出了辐射强度分布，其中这两个膜具有约为1.65的折射率。曲线202示出了辐射强度分布，其中这两个膜具有约为1.59的折射率。曲线201示出了辐射强度分布，其中这两个膜具有约为1.49的折射率。可以理解，轴向数值随每个膜的折射率增大而增大，而半高全宽随每个膜的折射率增大而减小。在此处所示的示例中，半高全宽介于从曲线201的约55度到曲线204的约30度的范围中。因此，对于各自具有约为1.70的折射率的两个光学膜而言，轴向亮度是最高的。此外，旁瓣的强度(例如，在约50度处)随着折射率的增大而减小。
图2b是在约90.0度处的等发光强度图的横截面，示出了辐射强度与角度的函数关系。如图2b所示并如表格1所总结的那样，轴向辐射强度随折射率增大而增大，而半高全宽介于从曲线205的约52度到曲线208的约29度的范围中。因此，对于各自的折射率都约为1.70的两个光学膜而言，轴向亮度是最大的。此外，旁瓣的强度随折射率增大而减小。
图2c是在约0.0度处的等发光强度图的横截面，示出了辐射强度与角度位置的函数关系，其中曲线209示出了辐射强度对角度，其中第一和第二膜都具有1.75的折射率。曲线210示出了辐射强度对角度，其中第一和第二膜分别具有1.796的折射率。曲线211示出了辐射强度对角度，其中第一和第二膜分别具有1.85的折射率。
图2d是图2c的膜结构在约90.0度处的等发光强度图的横截面。曲线212示出了辐射强度对角度，其中第一和第二膜都具有1.75的折射率。曲线213示出了辐射强度对角度，其中第一和第二膜分别具有1.796的折射率。曲线214示出了辐射强度对角度，其中第一和第二膜分别具有1.85的折射率。
与图2a-2b的数据相比，图2c-2d的数据显著不同。为此，不再显示出轴向增益的连续增大，实际上轴向增益随折射率增大而减小。例如，与折射率1.70那一对膜相比，1.75那一对的轴向增益显示出减小，并且90度半高全宽从约29度相应地增大到约35度。垂直横截面(约0.0度)的半高全宽仍然在约30度处。在折射率1.796处，该横截面显示出轴向增益的进一步减小，而FWHM继续增大。折射率进一步增大到1.85会显示出0.0度和90度横截面(曲线211和214)的显著轴向下降，并且相应地出现了轴外峰值。另外，随着折射率增大，辐射强度有整体减小。
图2e示出了当第一膜和第二膜的折射率都约为1.85时图1g所示膜层叠的辐射强度对角度。曲线215是在垂直横截面处的辐射强度分布，而曲线216是水平横截面处的辐射分布。
示例Ib.具有棱镜形光学特征的一层膜以及具有楔形特征的第二光学膜，这两个膜像图1d-e所示那样正交对准。
图2f示出了在第一膜和第二膜的折射率都约为1.85时的辐射强度对角度。注意到，引起图2f所示数据的光管理层的第一膜107具有棱镜形的光学特征；而光管理层的第二膜108包括如图1e所示的楔形光学特征。进一步注意到，第一膜的光学特征定向成基本上正交于第二膜。曲线217是在垂直横截面处的辐射强度分布，而曲线218是在水平横截面处的辐射分布。
图2g示出了在第一膜和第二膜的折射率都约为1.85时的辐射强度对角度。在本示例中，这两个膜107和108的顺序相对于之前的示例颠倒了，本示例的膜层叠像图1d所示那样。曲线219是垂直横截面处的辐射强度分布，并且曲线220是水平横截面处的辐射分布。
很容易理解，与曲线217的峰值相比，曲线219的峰值强度更大，并且局部最小值221(轴向)具有比局部最小值222(轴向)更高的强度。相似的是，曲线220的轴向强度大于曲线218的轴向强度。
此外，曲线220不包括轴向的局部最小值。因此，光学膜的顺序可以影响光线的辐射分布对角度。
示例Ic.各自具有楔形光学特征的两个膜，它们像图1f所示那样正交对准。
图2h示出了在第一膜和第二膜的折射率都约为1.85时的辐射强度对角度。注意到，引起图2h所示数据的光管理层的第一膜和第二膜(例如，图1a的示例实施方式中的第一膜107和第二膜108)都具有楔形的光学特征。还注意到，第一膜的光学特征如图1f所示那样定位成基本上正交于第二膜。曲线223是垂直横截面处的辐射强度分布，而曲线224是水平横截面处的辐射分布。很清楚，垂直横截面的数据导致轴向的局部最小值，而水平横截面的数据基本上是轴向恒定的。
示例Ia-Ic.讨论
根据本文至此所描述的示例实施方式，很清楚，随着光管理层101的第一和第二膜的折射率增大到约为1.70的折射率极限，光管理层101提供了轴向增益的增大。此外，当第一和第二膜的折射率增大到超越约1.8时，轴向增益减小了，并且局部最大值出现在约±15°处。进一步增大第一和第二膜的折射率(例如，增大到约1.85)将导致相当显著的局部最小值，比如图2e-2h所示的那样。
回顾图2a-2h及其相关描述，可以理解，在光管理应用中，针对特定折射率的光管理层101的光学特征是有用的。例如，在许多显示应用中，期望增大轴向增益并抑制轴外增益(例如，更大角度处的旁瓣)。在这种情况下，图2c或图2d的示例实施方式的层101可以证明是有优点的。下列发现也是有用的：当第一和第二膜具有1.796的折射率时，轴向增益减小而约±15°处的增益增大。例如，相对最小值(轴向增益的下降)是指少量或不显著的光量将到达沿轴向观看显示的观察者。这意味着，若观察者沿轴向观看将无法看到光源。或者，如果定位在轴外，即以约15度角度进行观看，则观察者将看到光。在某些应用中，可能有用的是，提供这种相对高的轴外增益和相对低的轴向增益。例如，针对定位于约±15°的观察者的显示将得益于结合图2e和2f所描述的光管理层。
通过分析穿过膜107和108的光线的轨迹，便理解了包括第一膜107和第二膜108的光管理层101的某些方面。结合图3a-3f描述了这些方面中的一些方面。
图3a-3f是穿过光管理层101的光线的局部横截面图，该光管理层101包括如图1a-1k所示的示例实施方式的第一和第二膜107和108。图3a-3f示出了光线按与图1a所示示例实施方式相反的方向穿过层101的轨迹(即，光线从光阀110到光源102横穿层101的轨迹)。为了简单描述，使用了相反方向。即，光线的轨迹是从观察者朝着光源。因为光线具有公知的可逆性，所以对于光学领域的普通技术人员而言，很清楚，光线穿过从观察者到光源的光路，与光线穿过从光源到观察者的光路是一样的。相反，穿过从观察者起的光路但并不照射到光源的光线不代表从光源发出且被引导至观察者的光线。在图3a中，第一和第二膜107和108分别具有大小为1.49的折射率。本实施方式中的轴向光线301具有将到达光源102的轨迹。在图3b中，膜107、108分别具有大小约为1.796的折射率，这是上文讨论过的阈值。注意到，该折射率阈值可以约为1.80。
在本示例中，轴向光线301具有将不会到达光源102的轨迹。相似的是，在图3c的示例中，第一和第二膜都具有大小为1.85的折射率。在本实施方式中，轴向光也不到达光源。事实上，该光线有效地再循环到观察者。图3b和3c的实施方式示出了轴向光无法来自光源。通过相同的记号，来自光源102的光线将不会轴向透射。然而，在图3a的示例实施方式中，轴向光到达并来自光源102。
图3d-3f示出了来自轴外15度位置的光线的轨迹。即，图3d示出了折射率都是1.49的膜107、108；图3e示出了折射率都是1.796的膜107、108；而图3f示出了折射率都是1.85的膜107、108。在某一种情况下，轴外光线302按到达光源102的轨迹穿过层101。这样，来自光源的光将轴外透射。如上所述，图3e和3f的示例实施方式将提供更大的轴外光强。
本文至此所描述的某些示例实施方式都包括至少两个具有相同折射率的层。使用增大的折射率显示出使高轴向增益维持到阈值。当相同的折射率超越阈值时，为了有利于轴外增益，可以减小轴向增益。然而，如结合其它示例实施方式所描述的那样，第一膜和第二膜可以具有不同的折射率。在其它示例实施方式中，具有不同折射率的第一和第二膜的顺序可以使穿过光管理层101的光线的角视场发生变化。这是本领域尚不知道的意外结果；折射率不同的两个光管理膜的顺序发生简单变化，就足以在不显著改变效率的情况下改变显示的角视场。最后，如结合本文的示例实施方式所描述的那样，在双膜光管理层中，已发现，折射率乘积的平方根是光管理层的辐射强度分布(光分布)的控制因素。
示例II.具有不同折射率的交叉的膜(图4和5，表格2和3)
图4a-5h是穿过各种光管理层(例如，层101)的光线辐射强度的曲线图示，这些光管理层包括具有不同折射率n1和n2的两个光学膜(例如，第一膜107和第二膜108)。图16b的表格2总结了图4a-41所描绘的数据；而图16c的表格3描绘了图5a-5h中的数据。注意到，光管理层中的光学膜的个数以及这些膜的折射率仅是示例性的。很清楚，可以选择附加的光学膜以及具有不同折射率的膜。有益的是，第一和第二折射率的几何平均((n1*n2)1/2)小于约1.80，并且可以小于约1.796。在某些示例实施方式中，第一和第二折射率的几何平均((n1*n2)1/2)小于或等于约1.635。
注意到，图4a-5h中的每一幅还包括由两个折射率相同的光学膜构成光管理层的情况，其中将折射率选成n1和n2的几何平均。通过下面的示例和讨论，这样选择的原因将变得很清楚。
示例IIa.具有棱镜形光学特征的两个膜，它们像图1g所示那样正交对准。
图4a示出了在垂直(0度)横截面处双膜光管理层的辐射强度；而图4b示出了在90度横截面处该层的辐射强度。示意性地，第一光学膜107具有约为1.49的折射率(n1)，第二膜108具有约为1.70的折射率(n2)。此外，引起图4a和4b所示数据的第一和第二膜包括彼此正交定向的棱镜形光学特征。例如，结合图1g示出并描述了第一和第二膜。
曲线401示出了在显示应用中当第一膜107(折射率1.49)设置成最接近光波导层104和光源时的强度分布。曲线402示出了当第一和第二膜的顺序交换时的强度分布。即，第二光学膜108(折射率1.70)设置成更接近光引导装置104。
曲线403示出了在垂直横截面处强度横截面的辐射，其中第一膜107和第二膜108具有相同的折射率1.592，该折射率是曲线401和402的第一和第二膜的折射率的几何平均(即(n1*n2)1/2＝1.592)。
回到图4b，曲线404是在第一膜(n1＝1.49)最接近光引导层104的情况下两个膜层的辐射强度。曲线405显示了在第二膜(n2＝1.70)最接近光波导层104的情况下光线的辐射强度。最后，曲线406显示了沿双膜光管理层101的水平横截面的辐射强度，这些膜具有相同的折射率，即等于n1和n2的几何平均(即，neff＝1.592)。
注意到，曲线401的轴向增益大于曲线402的轴向增益，并且曲线404的轴向增益大于曲线405的轴向增益。因此，这些膜的顺序对轴向增益有影响。此外，尽管曲线401和402的半高全宽几乎相同，但是据观察，曲线405的半高全宽大约比曲线404的半高全宽大6.0度。此外，曲线405的轴向增益大约比曲线404的小8.0个百分比。因此，光管理层101的第一和第二膜的顺序置换可以影响辐射分布。随着描述的继续，变得更清楚的是，这种结果在下文要描述的示例实施方式中更显著。最后，据观察，如果膜107和108并不具有不同的折射率，而是实际上具有等于1.49和1.70的几何平均的相同折射率，则所得的辐射强度分布将与第一膜折射率为1.70且第二膜折射率为1.49这种情况所产生的分布几乎一样。图4a和4b中的曲线403和406示出了这种结果。
图4c和4d示出了针对光管理层的0度和90度横截面的辐射强度对角度，该光管理层包括折射率(n1)约为1.49的第一光学膜以及折射率(n2)约为1.85的第二光学膜，其中这对膜的折射率的几何平均是1.66。引起图4c和4d所示数据的第一和第二膜包括彼此正交定向的棱镜形光学特征。例如，第一和第二膜可以像图1g所显示和描述的那样。
在图4c中，曲线407示出了在第一膜107最接近光引导层104的情况下的辐射强度分布；曲线408示出了在第二膜108最接近光引导层104的情况下的辐射强度分布；而曲线409示出了在第一膜和第二膜的折射率大小等于上述几何平均(neff＝1.66)时的辐射强度分布。
在图4d中，曲线410示出了在第一膜107最接近光引导层104时的辐射强度分布；曲线411示出了在第二膜108最接近光引导层104时的辐射分布；而曲线412示出了在第一膜和第二膜的折射率大小等于上述几何平均(neff＝1.66)时的辐射强度分布。
根据图4c和4d，很清楚，曲线407的轴向增益大于曲线408的轴向增益；并且曲线410的轴向增益大于曲线411的轴向增益。在本示例中，曲线407的轴向增益大约比曲线408的大10％。另外，曲线410的90度半高全宽大约比曲线411的小6.0度。然而，与上文结合图4a和4b所描述的示例相比，曲线407的0度半高全宽大约比曲线408的小3.0度。
图4e示出了在垂直(0度)横截面处双膜光管理层的辐射强度；而图4f示出了在水平(90度)横截面处该层的辐射强度。示意性地，第一光学膜具有约为1.59的折射率(n1)，第二膜具有约为1.85的折射率(n2)。另外，图4e和4f包括双膜光管理层，其第一和第二光学膜的折射率都等于n1和n2的几何平均，即1.71。引起图4e和4f所示数据的第一和第二膜包括彼此正交定向的棱镜形光学特征，就像图1g所示和所描述的那样。
在图4e中，曲线413示出了在第一膜107最接近光引导层104时的辐射强度分布；曲线414示出了在第二膜108最接近光引导层104时的辐射分布；曲线415示出了在第一膜和第二膜的折射率都是上述几何平均1.71时的辐射分布。
在图4f中，曲线416示出了在第一膜107最接近光引导层104时的辐射分布；曲线417示出了在第二膜108最接近光引导层104时的辐射分布；以及曲线418示出了在第一膜和第二膜的折射率都是上述几何平均1.71时的辐射分布。
回顾图4e，揭示了膜顺序对轴向增益和FWHM只有非常小的影响；曲线413、414和415的轴向增益基本上与曲线416、417和418的轴向增益相同。此外，对于曲线413-415而言，辐射分布的半高全宽介于约30度的±2度之内。
示例IIb.具有棱镜形光学特征的一个膜以及具有楔形特征的第二光学膜。
图4g示出了在垂直(0度)横截面处的双膜光管理层的辐射强度；而图4h示出了在90度横截面处该层的辐射强度。引起图4g和4h所示数据的第一光学膜107包括棱镜形光学特征，并且第二光学膜108包括楔形光学特征，这些特征与第一光学膜的特征大致正交。例如，第一和第二膜可以是像图1d和1e所示和所描述的那样。
转到图4g，曲线419示出了当第一膜107最接近光引导层104且其第一折射率(n1)为1.49而第二膜108的第二折射率(n2)为1.70时的辐射强度分布。曲线420示出了当第二膜108的第二折射率(n2)为1.49且第一膜107的第一折射率(n1)为1.49时的辐射强度分布。最后，曲线421示出了当第一膜107和第二膜108的折射率为1.49和1.70的几何平均(即neff＝1.592)时的辐射强度分布。
在图4h中，曲线422示出了在第一膜107最接近光引导层104时的辐射强度分布。第一膜107具有大小为1.49的第一折射率(n1)，第二膜108具有大小为1.70的第二折射率(n2)。曲线423示出了在第二膜108具有大小为1.70的折射率且第一膜107具有大小为1.49的折射率时的辐射强度分布；并且曲线424示出了在第一膜和第二膜的折射率是上述几何平均(neff＝1.592)时的辐射分布。
根据曲线419和422，观察到，当光线首先照射到折射率较低的膜时增益稍微高一些。相应地，尽管对于所有这三种配置而言沿0度横截面的FWHM约为43度，但是对于低-高折射率顺序而言其90度横截面的FWHM大约窄5度。
参照表格2，还注意到，楔形特征的第二膜与棱镜形特征的第一膜组合使用，会减小轴向增益和轴向增益差，因为当与全是棱镜膜系统相比时折射率发生了变化。另外，辐射强度分布的0度横截面已增大了几度。
图4i-4j示出了用于三种实施方式的双膜光管理层的辐射强度分布，这三种实施方式涉及的折射率约等于1.49、1.70及其几何范数neff＝1.592。在这种情况下，虽然第一膜107离光引导装置更近并且是楔形特征膜，但是第二膜108是棱镜形特征膜。表格2记录了辐射强度参数。
图4i示出了在垂直(0度)横截面处的双膜光管理层的辐射强度，并且图4j示出了在90度横截面处该层的辐射强度。另外，图4i和4j包括双膜光管理层的数据，其中第一和第二光学膜的折射率等于n1和n2的几何范数，即1.592。
回到图4i，曲线425示出了当第一膜107最接近光引导层104且其具有的第一折射率(n1)约为1.49时的辐射强度分布。第二膜108具有大小约为1.70的折射率(n2)。曲线426示出了当第一膜107最接近光引导层104时的辐射强度分布。曲线426的数据反映了这样的情况，即第一膜具有大小约为1.70的第一折射率(n1)，而第二膜108具有大小约为1.49的折射率(n2)。曲线427示出了当第一和第二膜的折射率是上述几何平均neff＝1.592时的辐射强度分布。
相似的是，在图4j中，曲线428示出了当第一膜107最接近光引导层104时的辐射强度分布。第一膜具有大小约为1.49的折射率，而第二膜具有大小约为1.70的折射率。曲线429示出了当第二膜108的折射率为1.49而第一膜又最接近光引导层104且折射率为1.70时的辐射强度分布。曲线430示出了当第一膜和第二膜的折射率为上述几何平均neff＝1.592时的辐射强度分布。
再次观察到，如曲线425和428所示，当折射率较低的膜最接近光引导层104时，获得了更高的增益。这种安排方式的辐射强度分布同样沿90度横截面大约窄4度。除了具有用于这种配置的更高轴向增益，还观察到，与先是棱镜形特征膜接着是楔形特征膜的相应配置相比，先是楔形特征膜再是棱镜形特征膜这样一种组合产生了稍微更高的增益。
示例IIc.各自具有楔形光学特征的两个膜。
图4k示出了在垂直(0度)横截面处双膜光管理层的辐射强度；并且图4h示出了在90度横截面处该层的辐射强度。示意性地，第一光学膜107具有大小为1.49的折射率(n1)，第二膜108具有大小为1.70的折射率(n2)。另外，图4g和4h包括双膜光管理层，其中第一和第二光学膜的折射率等于n1和n2的几何范数，即1.592。此外，引起该数据的第一和第二光学膜包括定位成基本上彼此正交的楔形光学特征。例如，第一和第二膜可以像图1f所示和结合图1f所描述的那样。
回到图4k，曲线431示出了在第一膜107最接近光引导层104时的辐射强度分布；曲线432示出了在第二膜108最接近光引导层104时的辐射强度分布；并且曲线433示出了当第一膜和第二膜的折射率是上述几何平均1.592时的辐射强度分布。
在图4l中，曲线434示出了在第一膜107最接近光引导层104时的辐射强度分布；曲线435示出了在第二膜108最接近光引导层104时的辐射强度分布；并且曲线436示出了当第一膜和第二膜的折射率是上述几何平均1.592时的辐射强度分布。
对于两个楔形特征膜的情形，曲线431和434示出了轴向增益与先前的情形相比进一步减小了，甚至更少依赖于因膜的顺序而导致的光学特性。具有较低折射率且最接近光引导装置的膜对产生了更高的增益。FWHM沿0度横截面介于42到45度的范围中，并且沿90度辐射强度横截面介于41到45度的范围中。
示例IIa-IIc.讨论
根据图4a-4l的数据，在示例实施方式的双膜光管理层中使用折射率相对高的光学膜和折射率相对低的光学膜，便可以获得某些益处。现在将提及这些益处中的一些。
图4a-4f的数据示出了高折射率膜可以成功地与低折射率膜一起使用，同时双膜系统的轴向增益没有急剧“下降”，其中第一和第二光学膜的折射率相对较高(例如，如图2g所示)。此外，图4c-4f的数据表示，折射率相对较高的光学膜可以与折射率相对较低的光学膜配对，以增大该膜对的轴向增益。为此，可能有这样的情形，即期望双膜光管理层具有折射率为1.85的一层膜，比如出于机械原因。然而，与折射率均为1.85的两个膜相关的轴向下降是不可接受的。例如，可接受的增益将是由折射率均为1.66的两个光学膜所产生的增益。为了获得这种增益，使用双膜光管理层，在仍然使用一层具有期望的更高折射率1.85的膜的同时，还包括了其折射率等于1.49的第二膜。应该认识到1.66是1.49和1.85的几何范数。
如结合图4c-4d的数据所描述的那样，其折射率分别为1.85和1.49的双膜光管理层不再显示出轴向增益的下降。另外，这种光管理层的轴向特性与折射率均为1.66的一对膜构成的光管理层的特性大致相同。这不是折射率的任意选择，而是基于有效折射率的概念。如上所述，已发现，如果完全相同的一对膜的折射率等于的高(H)折射率和低(L)折射率的乘积的平方根，则该折射率不相同的两个膜的轴向特性将接近这对完全一样的膜的特性。例如，与折射率均为1.66的双膜光管理层相比，由第一膜(折射率为1.49)和第二膜(折射率为1.85)构成的光管理层(其中第一膜最接近光引导层)具有高出大约8％的轴向增益。当第二层设置得更接近光引导层时，轴向增益与折射率均为1.66的两个膜的情形大致相同。另外，折射率相异的膜的排列顺序可以产生不同的轴向增益和角度光分布，结果便可以用于调整显示的角度特性。观察表格2所总结的数据，注意到，光管理层中两个膜的折射率差异越大，则膜的顺序对观看角度的影响就越大。
示例IId.有效折射率为1.673的交叉的膜
图5a-5f和表格3进一步证明了具有示例实施方式的不同光学膜的光管理层如何提供各种光分布。图5a-5b示出了两个光学膜的光管理层的辐射强度，该光管理层包括折射率为n1的第一光学膜和折射率为n2的第二光学膜。假定光管理层中的第一和第二膜都具有定向成彼此基本上正交的类似棱镜的特征，计算图5a-5b的数据。例如，第一和第二光学膜可以像是图1g的示例实施方式所示的那样。
图5a示出了在垂直(0度)横截面处光管理层的辐射强度对角度，而图5b示出了在90度横截面处该层的辐射强度。第一光学膜107具有大小约为1.40的折射率(n1)，第二膜108具有大小约为2.00的折射率(n2)。此外，在图5a和5b中给出数据其中n1＝n2＝1.673是1.40和2.00的几何范数。
回到图5a，曲线501示出了在第一膜107设置成最接近光引导层104时的强度分布，曲线502示出了在第一膜和第二膜的顺序交换时的强度分布。曲线503示出了在第一和第二膜具有大小约为1.673的相同折射率时的强度分布。
相似的是，在图5b中，曲线504示出了在第一膜107最接近光引导层104时的强度分布，曲线505示出了在第一膜和第二膜的顺序交换时的强度分布。曲线506示出了在第一和第二膜具有大小约为1.673的相同折射率时的强度分布。
从这些图中可以理解，当这些膜交换顺序时的轴向增益差异约为5％。在曲线504以及曲线505和506之间也观察到了相似的差异。0度半高全宽介于约26度到约34度的范围中；而90度半高全宽介于约31到约34度的范围中，这取决于第一和第二光学膜的顺序。
图5c示出了在垂直(0度)横截面处双光学膜光管理层的辐射强度对角度；并且图5d示出了在90度横截面处该层的辐射强度。假定光管理层中的第一膜具有棱镜形的光学特征而第二膜具有楔形光学特征且这些楔形光学特征定向成与第一膜的棱镜形特征大致正交，计算出图5c-5d的数据。例如，第一和第二光学膜可以像图1e的示例实施方式所示那样。
更详细地讲，曲线507和510示出了在第一膜107具有大小约为1.40的折射率(n1)且第二膜具有大小约为2.00的折射率(n2)时两个正交的横截面的强度分布。曲线508和511示出了在第一膜具有大小约为2.00的折射率而第二膜具有大小约为1.40的折射率时的强度分布。曲线509和512示出了当第一膜和第二膜都具有大小约为n1＝n2＝1.673的折射率时的强度分布，1.673是1.40和2.00的几何范数。
从图中可以理解，曲线507与曲线508和509之间的差异约为10％。在曲线510以及曲线511和512之间也观察到了相似的差异。0度半高全宽具有约6.0度的范围。而90度半高全宽约为9.0度的范围，这取决于第一和第二光学膜的顺序。
图5e和5f分别示出了光管理层的0度和90度横截面，该光管理层由一层楔形特征膜和一层棱镜形特征膜组成，其中楔形特征膜离光引导层更近。图1d是该光管理层结构的示例。曲线513和516示出了在第一膜107具有大小约为1.40的折射率(n1)且第二膜具有大小约为2.00的折射率(n2)时的强度分布。曲线514和517示出了在第一膜具有约为2.00的折射率且第二膜具有约为1.40的折射率时的强度分布。曲线514和517示出了当第一膜和第二膜都具有大小约为n1＝n2＝1.673的折射率时的强度分布，1.673是1.40和2.00的几何范数。
观察图5e-5F和表格3，揭示了轴向增益具有15％的范围。此外，FWHM在0度定向中变化7度，而在90度定向中变化2度。
表格3中总结的数据组以图5g-5h的检查作为结束，而图5g-5h描绘了在垂直(0度)和水平(90度)横截面处双光学膜光管理层的辐射强度对角度。图5g-5h的数据是在下列假定情况下计算出的：光管理层中的第一和第二光学膜具有定向成彼此基本上正交的楔形光学特征。例如，第一和第二光学膜可以是像图1f的示例实施方式所示的那样。
在图5g和5h中，曲线519和522示出了在第一膜107具有大小约为1.40的折射率(n1)且第二膜具有大小约为2.00的折射率(n2)时的强度分布。曲线520和532示出了在第一膜具有大小约为2.00的折射率且第二膜具有大小约为1.40的折射率时的强度分布。曲线521和524示出了当第一和第二膜具有折射率n1＝n2＝1.673时的强度分布，1.673是1.40和2.00的几何范数。
对于具有两层楔形特征膜的那些示例而言，轴向增益具有约为9％的范围。沿0度辐射强度横截面的FWHM具有大约的范围，而在正交横截面中则有大约1度的范围。同样，该数据支持这样的结论，光管理膜的折射率的顺序影响轴向增益和FWHM辐射强度。
示例I-II：讨论
在本文所描述的许多示例实施方式中，光管理层包括两个具有光学特征(比如棱镜或楔形)的光学膜。另外，这些膜彼此相对地定向，使得光学特征彼此基本上正交。要强调的是，这仅是说明性的，并且这些膜可以定向成使得光学特征彼此呈许多角度之一。例如，光学膜可以定向成使得这些特征彼此基本上平行。这是针对图1h-1k中的双膜层进行描述的，这显示出棱镜和楔形特征膜的各种组合。这些排列方式特别令人感兴趣，因为光学特征的平行定向增强了用单层膜或交叉膜可获得的棱镜弯曲。
示例III.具有相同折射率的平行膜。
图6a-15b是穿过各种光管理层(例如，层101)的光线的辐射强度曲线图示，这些光管理层由两层具有不同折射率的光学膜(例如，第一膜107和第二膜108)构成。图16d-16f分别包括表格4-6，这些表格总结了通过模拟这些光管理层的光学特性而计算出的某些数据。即，图16d描绘了图6a-7d的数据；图16e描绘了图8a-11b的数据；以及图16e描绘了图12a-15b的数据。注意到，光管理层中光学膜的个数和这些膜的折射率都仅是说明性的。很清楚，附加光学膜和具有不同折射率的膜也是可以选择的。
图6a示出了在垂直(0度)横截面处双膜光管理层的辐射强度，图6b示出了在90度横截面处该层的辐射强度。在本示例实施方式中，第一光学膜的折射率(n1)与第二光学膜的折射率(n2)基本上相同。此外，引起图6a和6b所示数据的第一和第二膜包括定向成彼此基本上平行的棱镜形光学特征。例如，第一和第二膜可以像图1h所示和结合图1h所描述的那样。
具体来讲，在图6a和6b中，曲线601和605示出了在第一膜107和第二膜108分别具有大小约为1.49的折射率(n1)时的强度分布。曲线602和606示出了在第一膜和第二膜分别具有大小约为1.59的折射率时的强度分布。曲线603和607示出了在第一膜和第二膜分别具有大小约为1.635的折射率时的强度分布；曲线604和608示出了在第一膜和第二膜分别具有大小约为1.70的折射率时的强度分布。
与具有交叉膜的先前示例相似(例如，如结合图2a和2b所描述那样)，随着折射率从1.49增大到1.59，轴向增益增大了。然而，该增大是轻微的，并与另一观察现象一致，即0度半高全宽从约59度急剧减小到约38度，90度半高全宽从约35度增大到约67度。尽管在增大折射率时垂直FWHM有压缩，但是在水平横截面中FWHM有相应的扩展。这两个效果相互补偿，从而导致在膜折射率增大时轴向增益仅仅稍微变化。
回顾图6a和6b所示数据，可以理解，当折射率增大到超过约1.59时，轴向增益呈现出基本上不增大。就像当第一膜的特征定向成基本上与第二膜的特征正交那种情形那样，轴向增益实际上减小了。当这两个膜的折射率等于约1.635时，便观察到了该减小。这与交叉膜的阈值折射率1.796形成对比。通过棱镜特征的增强的折射，便可以解释用于其特征平行定向的膜的较低阈值折射率。对于平行的膜，它们的棱镜或楔形特征处于相同的方向上，从而引起了光线在相同方向上的附加弯曲。对于交叉的膜，棱镜或楔形特征是垂直的，由此通过比较产生了较少的弯曲。折射率进一步增大到数值1.70，便实际上产生了90度横截面中的下降，如曲线608所示。
图7a-7d示出了具有光学特征的多对膜的辐射强度，这些膜定向成使得这些特征基本上平行。引起图7a-7d所示数据的光学膜具有大小约为1.85的折射率。该数据包括具有楔形和棱镜特征的各种成对的膜的示例。在图7a中，数据显示成用于其中光学膜具有棱镜形特征的示例实施方式，曲线701和702示出了针对垂直和水平横截面预计的辐射强度。两个曲线表示轴向增益的急剧减小(下降)，轴外峰值出现在沿垂直方向约±33度处和沿水平方向约±18度处。
在图7b中，对于第一光学膜具有棱镜形特征而第二光学膜具有楔形特征的示例实施方式，显示了相似的数据。第一膜107最接近光引导层。曲线703显示出垂直横截面处的数据，而曲线704显示出水平横截面处的数据。同样，观察到了轴向增益有显著的下降，同时出现在轴外的峰值位于约±33度和约±18度处。
图7c示出了用于第一光学膜107具有楔形光学特征且最接近光引导层这种示例实施方式的数据。第二光学膜108具有棱镜形光学特征。曲线705显示出垂直横截面处的数据；曲线706显示出水平横截面处的数据。同样，观察到了轴向增益的显著下降以及轴外峰值的出现。
最后，在图7d中，针对第一光学膜107和第二光学膜108都具有楔形特征这种示例实施方式，显示了数据。曲线707显示了用于垂直横截面的数据，而曲线706示出了用于水平横截面的数据。同样，观察到了轴向增益的显著下降和轴外峰值。在图7a-7d中，注意到，双膜光管理层的所有实施方式都产生相当相似的辐射强度图形。因为折射率是在阈值折射率1.635之上，所以全部都包含轴向下降。然而，在0度横截面的大约±33度和90度横截面的大约±18处，有强烈的轴外峰值。可以理解，在某些显示应用中，这种示例实施方式的光管理层将促进双重轴外观看应用。最终，注意到，当第一膜(即，最接近光引导层)具有楔形光学特征时，该轴外观看得到增强。
示例IV.具有不同折射率的平行膜。
图8a和8b分别示出了双膜光管理层垂直(0度)和水平(90度)横截面的计算出的辐射强度。图16e的表格5列出了这些膜的折射率和所得的轴向增益以及FWHM光分布。当前示例的光管理层包括图1h所示的两个光管理膜。
在图8a和8b中，曲线801和804示出了在第一膜107具有大小约为1.49的折射率且第二光学膜108具有大小约为1.70的折射率时的数据。另外，第一光学膜107设置成最接近光引导层。曲线802和805示出了当第二膜和第一膜的位置发生交换时计算出的数据。即，第二膜108设置成最接近光引导层。最后，曲线803和806示出了当这两个膜的折射率都约为1.592时的数据，1.592是1.49和1.70的几何范数。
在这些示例中，观察到增益具有大约8％的范围。这种增益的变化是通过辐射强度分布形状的更剧烈变化而实现的。0度横截面更平滑一些，并且具有在37度附近几度范围中的FWHM。90度横截面具有更多的变化。FWHM的范围超过25度，并且显示出存在轴外峰值，其强度和位置取决于这些膜的顺序。如曲线804和805以及表格5所示，峰值位置从大约±21度移至大约±35度。
图9a和9b分别描绘了在垂直(0度)和水平横截面处双膜光管理层的相似的数据。在本示例实施方式中，第一光学膜107具有第一折射率(n1)，第二光学膜108具有第二折射率(n2)。此外，第一膜包括棱镜形光学特征，而第二膜包括楔形光学特征。例如，第一膜和第二膜可以是像图1i所示和结合图1i所描述的那样。
在图9a和9b中，曲线901和904描绘了当第一膜107具有大小约为1.49的折射率且第二光学膜108具有大小约为1.70的折射率时计算出的数据。
另外，第一光学膜107设置成最接近光引导层。曲线902和905显示出当第一膜具有大小约为1.70的折射率且第二光学膜具有大小约为1.49的折射率时的数据。最后，曲线903和906显示出当这两个膜都具有大小约为1.592的折射率时的数据，1.592是1.49和1.70的几何范数。
辐射强度的变化与先有棱镜特征膜再加上楔形特征膜从而获得的辐射强度相似。该增益稍微低一些，并且轴外峰值移至稍微不同的位置。这可以在曲线904、905和906中观察到，并且通过表格5中的数据得到总结。
在继续的示例中，图10a和10b示出了在垂直(0度)和水平(90度)横截面处双膜光管理层的辐射强度分布。在本示例实施方式中，第一光学膜107具有第一折射率(n1)，第二光学膜108具有第二折射率(n2)。此外，第一膜具有楔形光学特征，第二膜具有棱镜形光学特征。例如，第一和第二膜可以像图1j所示和结合图1j所描述的那样。
图10a和10b显示出来自这些示例的数据，其中曲线1001和1004示出了当第一膜107的折射率约为1.49而第二光学膜108的折射率约为1.70时计算出的数据。另外，第一光学膜107具有楔形光学特征并设置成最接近光引导层。第二光学膜108具有棱镜形光学特征。曲线1002和1005显示出当第一和第二膜顺序颠倒时的数据。最后，曲线1003和1006显示出当这些膜的折射率约为1.592时的数据，1.592是1.49和1.70的几何范数。
在这些示例中，0度和90度横截面的一般形状与之前的情形相似，尽管光线有重新分布，同时FWHM有变化且导致稍微高一些的轴向增益。
针对垂直(0度)和水平(90度)横截面，图11a和11b示出了针对本示例计算出的数据。在本示例实施方式中，第一光学膜107具有第一折射率(n1)，第二光学膜108具有第二折射率(n2)。此外，引起图11a和11b所示数据的第一和第二膜具有定向成彼此基本上平行的楔形光学特征。例如，第一和第二膜可以像图1k所示和结合图1k所描述的那样。
回到图11a和11b，曲线1101和1104示出了当第一膜107的折射率约为1.49而第二光学膜108的折射率约为1.70时计算出的数据。另外，第一光学膜107设置成最接近光引导层。曲线1102和1105示出了这两个膜顺序颠倒的情形，即，第二膜108设置成最接近光引导层。最后，曲线1103和1106示出了当这两个膜的折射率都约为1.592时的数据，1.592是1.49和1.70的几何范数。
参照曲线1101到1106，再次观察到，与棱镜膜更接近光引导装置的配置相比，楔形特征膜最接近光引导装置的那些光管理层配置产生了稍微更高的辐射强度。
可以理解，图8a-11b是从包括各种光管理层的示例实施方式中计算出的，这些光管理层包括光学膜，这些光学膜具有基本上平行的特征并且具有不同的折射率。在所提供的示例中，折射率包括约1.49和约1.70。此外，还包括从两个具有相同折射率的膜中获得的数据，该“相同”折射率等于1.49和1.70的几何平均，即约为1.635。当然，折射率1.70在结合图6a和6b所示数据观察到的阈值折射率1.635之上。然而，与示例实施方式一致的是，1.70/1.49膜所构成的光管理层结构使辐射强度分布的效果与每层膜的折射率都是1.592的双膜光管理层所产生的效果相似。因此，一对膜的折射率的几何平均被视为它们的有效折射率。当该有效折射率在上述阈值之下时，光管理层按照与每层膜的折射率都是1.592的双膜层相似的方式起作用。
图12a到15b描绘了最后一组示例，其中光管理层包括楔形和棱镜形光学特征、不同的折射率和不同的膜顺序。在每种情况下，每层膜的光学特征都定向成彼此平行。图12a和12b所示的数据对应于图1h所示和所描述的光管理层。此外，图13、14和15所示的数据分别是针对图1i、1j和1k所描绘的光管理层计算出的。图16f的表格6总结了图12a到15b的数据，其中横截面、膜折射率、光学特征、轴向增益和FWHM都被制成表格。另外，示出了轴向增益减小且出现轴外峰值的特殊情况。图12a-15b证明了具有平行特征但折射率不同的膜是如何产生不同的光分布的。这些图的数据是在使用棱镜特征膜和楔形特征膜的组合的情况下计算出的，其中折射率采用1.40/2.00、2.00/1.40的组合且其几何范数是1.673。这样，每对的有效折射率在上文提及的阈值折射率1.635之上。同样，所有膜组合显示出在辐射强度分布方面具有相似的行为。关于辐射强度的轴向值，当折射率较低的膜最接近光引导装置时，便获得了最高的值。当具有较高折射率的膜最接近光引导装置时产生下一个最高的轴向值。最后，每层膜的折射率都等于上述有效值1.673的双膜配置产生了最低的轴向值。
先具有楔形特征膜的组合方式还显示出稍微更高的轴向辐射强度。因为这种配置的大多数对于上述两种横截面都导致轴向局部最小值，所以它们无法用FWHM来描述其特征。用于2.0/1.40排序的0度横截面表示单独的例外。此处，FWHM是约62度的邻域。其它配置用其辐射强度横截面中出现的轴外峰值来描述其特征更好。根据曲线1201到1506及其在表格6中相应的数值，这些峰值是在沿0度方向上约±43度和约±8度处以及沿90度横截面约±12度和约±25度处观察到的。这些效果进一步证明了，通过选择构成光管理层的两个或更多个膜的折射率、折射率顺序和特征定向有影响观察角特征的能力。
根据示例实施方式，可用在照明和显示应用中的光管理层提供了各种角度强度分布。光学膜及其定向的选择提供了各种调整好的光线角度分布。要强调的是，各种方法、材料、组件和参数都仅是示例性的而没有任何限制意义。因此，所描述的实施方式在提供有益的光分布这一方面是示意性的。
部件列表
100.显示器
101.  光管理层
102.  光源
103.  反射元件
104.  光引导装置
105.  反射层
107.  第一膜
108.  第二膜
109.  光学特征
109′.光学特征
110.  光阀
111.  第一凸纹
111′.第二凸纹
112.  漫射体
301.  轴向光
302.  轴外光

Claims (31)

1.一种光学层，包括：
具有第一折射率(n1)的第一光学膜；
具有第二折射率(n2)的第二光学膜，其中所述第一折射率和所述第二折射率不相同；以及
在所述每层光学膜上的多个光学特征。
2.如权利要求1所述的光学层，其特征在于，所述第一光学膜和所述第二光学膜各自包括多个光学特征。
3.如权利要求2所述的光学层，其特征在于，所述第一膜包括第一侧，所述第二膜包括第二侧，并且所述光学特征被设置在所述第一侧和第二侧上。
4.如权利要求2所述的光学层，其特征在于，所述多个特征基本上都是棱镜形的。
5.如权利要求2所述的光学层，其特征在于，所述多个特征基本上都是楔形的。
6.如权利要求5所述的光学层，其特征在于，所述楔形特征包括至少一个曲面。
7.如权利要求1所述的光学层，其特征在于，所述第一折射率大于所述第二折射率。
8.如权利要求1所述的光学层，其特征在于，所述第二折射率大于所述第一折射率。
9.如权利要求1所述的光学层，其特征在于，所述第一光学膜或所述第二光学膜或两者都是纳米复合材料。
10.如权利要求1所述的光学层，其特征在于，(n1×n2)1/2小于或等于约1.80。
11.如权利要求2所述的光学层，其特征在于，所述第一光学膜包括第一凸纹，所述第二光学膜包括第二凸纹；所述第一膜的光学特征基本上平行于所述第一凸纹，所述第二膜的光学特征基本上平行于所述第二凸纹；以及所述第一凸纹基本上平行于所述第二凸纹。
12.如权利要求2所述的光学层，其特征在于，所述第一光学膜包括第一凸纹，所述第二光学膜包括第二凸纹；所述第一膜的光学特征基本上平行于所述第一凸纹，所述第二膜的光学特征基本上平行于所述第二凸纹；以及所述第一凸纹基本上垂直于所述第二凸纹。
13.如权利要求1所述的光学层，其特征在于，(n1×n2)1/2小于或等于约1.635。
14.一种显示器件，包括：
光管理层，它包括：
具有第一折射率(n1)的第一光学膜；
具有第二折射率(n2)的第二光学膜，其中所述第一折射率和所述第二折射率不相同；以及
在所述每层光学膜上的多个光学特征。
15.如权利要求14所述的显示器件，还包括一个或多个光源。
16.如权利要求14所述的显示器件，还包括光阀。
17.如权利要求16所述的显示器件，其特征在于，所述光阀是下列之一：液晶器件(LCD)；硅上液晶(LCOS)器件；或数字光处理(DLP)光阀。
18.如权利要求14所述的显示器件，其特征在于，所述第一膜包括第一侧，所述第二膜包括第二侧，并且光学特征被设置在所述第一侧和第二侧上。
19.如权利要求18所述的显示器件，其特征在于，所述光学特征是棱镜形的。
20.如权利要求19所述的显示器件，其特征在于，所述光学特征是楔形的。
21.如权利要求18所述的显示器件，其特征在于，所述第一折射率大于所述第二折射率。
22.如权利要求18所述的显示器件，其特征在于，所述第二折射率大于所述第一折射率。
23.如权利要求14所述的显示器件，其特征在于，所述显示器件是边-照明的器件。
24.如权利要求14所述的显示器件，其特征在于，所述显示器件是直接-照明的器件。
25.如权利要求15所述的显示器件，还包括设置在所述光源和所述光管理层之间的光引导装置。
26.如权利要求25所述的显示器件，其特征在于，所述第二折射率大于所述第一折射率，并且所述第二膜设置在所述第一膜和所述光引导装置之间。
27.如权利要求25所述的显示器件，其特征在于，所述第二折射率小于所述第一折射率，并且所述第二膜设置在所述第一膜和所述光引导装置之间。
28.如权利要求14所述的显示器件，其特征在于，(n1×n2)1/2小于或等于约1.80。
29.如权利要求14所述的显示器件，其特征在于，(n1×n2)1/2小于约1.635。
30.如权利要求18所述的显示器件，其特征在于，所述第一光学膜包括第一凸纹，所述第二光学膜包括第二凸纹；所述第一膜的光学特征基本上平行于所述第一凸纹，所述第二膜的光学特征基本上平行于所述第二凸纹；以及所述第一凸纹基本上平行于所述第二凸纹。
31.如权利要求18所述的显示器件，其特征在于，所述第一光学膜包括第一凸纹，所述第二光学膜包括第二凸纹；所述第一膜的光学特征基本上平行于所述第一凸纹，所述第二膜的光学特征基本上平行于所述第二凸纹；以及所述第一凸纹基本上垂直于所述第二凸纹。
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