CN102282014A - 在极角和方位角方向均具有输出限制的反射膜组合及相关构造 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种反射膜，所述反射膜包括布置在光学重复单元内的微层，以在扩展波段内反射光，所述光学重复单元中更薄的和更厚的单元分别设置成大致朝向所述膜的薄侧和厚侧。所述微层受到调控，以便对于入射到第一平面内的p偏振光，为所述膜提供减少至少一半的反射率，所述反射率从垂直入射角度时的初始值减少至入射角θoblique时的R1值。对于入射到第二平面内的p偏振光，所述膜在角度θoblique时的反射率为R2，其中R2＞R1。本发明提供一种偏振器，所述偏振器与所述反射膜组合，所述组合限定了倾斜的透射瓣，并且所述反射膜的所述厚侧和所述薄侧相对于所述偏振器取向，以减小所述透射瓣的方位角宽度
Description
技术领域
本发明整体涉及光学膜，尤其涉及其反射特性很大程度上取决于从该膜的微层之间的界面反射的光的相长干涉和相消干涉的那些膜。本发明还涉及相关系统和方法。
背景技术
已知这样的多层光学膜：其反射和透射特性仅仅或主要地基于从该光学膜内的多个或一堆光学薄层(“微层”)之间的界面反射的光的相长干涉和相消干涉。例如，早已知道通过将诸如二氧化钛(TiO2)和二氧化硅(SiO2)之类无机光学材料的交替的层真空沉积到基底上来制备高反射率镜膜。
此外还知道，通过共挤出多个交替的聚合物层和在适于使浇铸层变薄的条件下拉伸浇铸料片而使多层光学膜具有较大的面内双折射率，并且使所得微层中的一些具有应力诱导双折射率。参见例如美国专利3,610,729(Rogers)、4,446,305(Rogers等人)、和5,486,949(Schrenk等人)。对材料性质和工艺条件进行选择，以使得应力诱导双折射在相邻微层之间沿一个面内轴线提供折射率失配，沿正交的面内轴线提供显著的折射率匹配。折射率失配为沿第一轴线(阻光轴)偏振的光提供高折射率，折射率匹配为沿正交轴线(透光轴)偏振的光提供低反射率和高透射率，从而形成便利的反射型偏振器制品。
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Z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)。Jonza等人提出，除了其他之外，相邻微层之间的Z轴折射率失配(更简洁地称为Z折射率失配或Δnz)可以受到调控，以允许构造布鲁斯特角(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。这又允许构造这样的多层反射镜和偏振器：其p偏振光的界面反射率随着入射角不断增加而缓慢减小，或者与入射角无关，或者随着入射角偏离垂直方向而增大。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
除了其他之外，本文描述了宽带多层光学膜和偏振器的组合，该组合呈现出此类膜以前从未展示的定向透射和反射特性。
例如，本文描述了对垂直入射光呈现出类似反射镜性质，对任何偏振并且在可见光范围或所关注的其他扩展波长范围内维持高反射率(如至少75％、80％、85％、或90％)的多层膜。然而，在某些倾斜角度，这些相同的膜在扩展波长范围内变得对于p偏振光高度透射。对于该倾斜角度漏光(伴有反射率显著降低)，第一入射平面(由于在倾斜角度对p偏振光的弱反射率，指定为弱入射平面)比第二入射平面(由于在相同的倾斜角度对p偏振光的强反射率，指定为强入射平面)发生的更为严重。第二入射平面或强入射平面在相对于垂直入射角度的倾斜角度可呈现出对p偏振光无显著的漏光，或可呈现出虽显著但比弱入射平面更小的漏光。在前一种情况下，多层膜呈现出对p偏振光的基本“蝠翼”透射特性，该特性由第一(弱)入射平面而不是正交的第二(强)入射平面中的偏轴漏光造成；在后一种情况下，多层膜在这两个正交平面都呈现出基本“蝠翼”透射特性。
于是我们将具有这些性质的多层光学膜与具有透光轴和阻光轴的偏振器组合。优选地偏振器为或包括反射偏振膜。我们优选地定位偏振器以使得其阻光轴与多层膜的强轴(与强入射平面平行的面内轴)基本对齐，在这种情况下偏振器的透光轴与多层膜的弱轴(与弱入射平面平行的面内轴)基本对齐。该偏振器/多层光学膜组合在极角和方位角方向均限制光。在极角方向的限制可通过多层光学膜对所有偏振的垂直入射光的高反射率，与在弱入射平面中的强偏轴p偏振漏光组合而提供。在方位角方向的限制可通过多层光学膜在强平面对倾斜p偏振光的高反射率与其在弱平面对倾斜p偏振光的低反射率和强透射组合而提供，或如果多层光学膜在强平面对倾斜p偏振光基本漏光，方位角限制可通过偏振器的阻光轴提供。在任一种情况下，偏振器/多层光学膜组合提供的极角和方位角限制为入射光提供了倾斜的透射瓣。
出乎意料地，我们发现倾斜的透射瓣在方位角方向的角宽度或准直度很大程度上取决于多层光学膜相对于偏振器的取向。具体地讲，多层光学膜的两个对置的主表面中何者面向偏振器的选择，可对方位角方向的倾斜的透射瓣的准直度造成显著影响。我们发现这适用于以下情形，其中多层光学膜具有多个微层，所述多个微层布置成光学重复单元以用于在扩展波段内反射光，并且其中光学重复单元在多层光学膜的整个厚度上具有光学厚度分布，以使得光学重复单元中更薄的单元设置为大致朝向多层膜的一个主表面(“薄侧”)，并且光学重复单元中的更厚的单元设置为大致朝向多层光学膜的另一个主表面(“厚侧”)。例如，如果光学重复单元布置为在整个膜厚度上具有单调递增或单调递减的厚度梯度，那么此类层厚度布置方式也可出现。在一些情况下，偏振器相对于多层光学膜的取向也可对倾斜的透射瓣的方位角准直造成影响。
除了别的以外，本文描述了包括布置在光学重复单元内的微层的多层光学膜，该微层用于在扩展波段(例如从400nm至700nm的人眼可见的光谱)内反射光。相邻微层表现出显著的沿x轴的面内折射率失配Δnx和沿y轴的面内折射率失配Δny。这些失配的量值足够大，以使得对于在扩展波段内的垂直入射光，该膜对沿x轴偏振的光具有反射率Rnormalx，对沿y轴偏振的光具有反射率Rnormaly，Rnormalx和Rnormaly均为至少75％、80％、85％或90％。然而，相邻微层也表现出沿面外z轴的显著的折射率失配Δnz。该失配的量值足够大并且该失配具有合适的极性，以使得对于入射在第一入射(“弱”)平面的膜上的p偏振光，膜的反射率从垂直入射时的初始值至角度θoblique时的R1值减少了至少一半。然而，面内折射率失配Δnx和Δny的差异，足以使得对于入射到垂直于第一入射平面的第二(“强”)入射平面的膜上的p偏振光，膜在角度θoblique时的反射率R2大于R1。在一些情况下，对于入射到第二入射平面中的所有入射角的p偏振光，R2可以为至少75％。因此，取决于多层光学膜设计，在第一入射平面倾斜极角观察到的p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较小的程度上观察到，或者根本不能观察到。
此类膜通常在两个不同的方向表现出低反射率R1，每个方向都位于第一入射平面内并相对于z轴形成极角θoblique，并且这两个方向角度上相隔该极角的二倍，即2×θoblique。通过多层膜与偏振器的组合，与这些唯一的方向中每一个相关的低反射率和高透射率在有限的方向锥内保持，在该方向锥以外则被与垂直入射光或在第二入射平面内入射的光相关的高反射率和低透射率取代，该锥形被称为透射瓣。因此，此类偏振器/多层光学膜组合可通过使光选择性地透射进两个偏轴透射瓣以形成蝠翼分布并且优选地反射任何不透射的光，从而“限制”光。每个蝠翼瓣可以通过极角θ的有限角宽度Δθ和方位角φ的有限角宽度Δφ来表征。通过正确选择多层膜朝偏振器取向的主表面，并且在某些情况下正确选择偏振器朝多层膜取向的主表面，可为倾斜的透射瓣提供不大于120度、或不大于90度、或不大于60度的方位角宽度Δφ。此良好的方位角限制对于倾斜的透射瓣优选地在入射角θoblique实现，例如从50至80度的范围内，另外优选地在入射角θ＝60度处。
偏轴透射瓣或漏光使该组合适合在直接照明式背光源和类似照明系统中使用，在这些照明系统中，可以将组合置于灯前面，并且设有或不设有其他中间光学膜或光学体，以帮助分散由灯发出的光从而增强空间均匀度，并有助于隐藏灯或遮住灯。该组合也可以用于一般照明系统(例如灯具)和工作照明，以实现同轴和偏轴照明的平衡，从而帮助拓宽输出光的角分布，达到减少炫光或其他所需设计目的。还可以加入棱镜膜和类似光控膜来重新导向离开多层光学膜射向系统的观察轴或所需其他方向的高度倾斜的光。
由于漏光的不对称性质以及与透射瓣相关的方位角有限的范围，该组合也很适合与线光源(即沿光源轴线物理延伸且沿垂直于光源轴线的其他轴线短得多或受限制的光源)一起使用。此类光源的一个实例是直管荧光灯，另一个实例是布置成一条直线的多个单独的LED。该组合可以有利地取向为使得第一入射平面或弱入射平面(透射瓣沿该平面对齐)基本垂直于光源轴线。或者，第一入射平面可以平行于光源轴线对齐。在该替代构型中，许多光经过多次反射以便重新导向为沿弱轴射出，导致光在离开该组合之前更均匀地混合。在这种情况下，为了保持高效率的系统，低吸收系统是重要的。
本发明所公开的反射多层光学膜，以及用于与此类膜组合使用的示例性偏振器，可以制备成在可见光区域或其他所关注的波长区域内具有低吸收损耗，以使得几乎所有这种未被膜透射的光都被膜反射，反之亦然，或者Rhemi+Themi≈100％，其中Rhemi是指膜的总半球平均反射率，Themi是指膜的总半球平均透射率。同样，本发明所公开的组合可以有利地用于采用光循环腔的照明系统中。例如，可以将本发明所公开的组合置于具有后反射器或在后反射器和膜之间设置有一个或多个灯的直接照明式系统中。最初未被该组合透射的光可以被后反射器反射回该组合，以使其可进一步透射。
在本文表示与多层光学膜相关的那些反射率和透射率值(以及与示例性偏振器相关的那些，以及与本发明所公开的偏振器/多层光学膜组合相关的那些)可解释为包括两个、或一个、或零个膜/空气界面的影响，除非另外指明。至于包括多少个此类膜/空气界面的问题，则可以取决于本发明所公开的膜的预期应用。例如，如果膜或组合置于现有的背光源、光源、或其他照明系统中，并且如果膜或组合的外部主表面将保持暴露于空气中而非引起与另一个光学元件的紧密光学接触(如通过层合)，则系统设计者可能希望包括两个膜/空气界面在反射率和透射率中的影响，以评估反射膜或组合对系统的影响。另一方面，如果首先将棱镜膜层合到反射膜或组合的一个主表面，然后将所得的结构置于现有照明系统中，则系统设计者可能希望仅包括一个膜/空气界面的影响，即反射膜或组合的未层合主表面的膜/空气界面的影响。最后，如果要把反射膜或组合层合到照明系统的现有元件(现有元件的折射率与膜或组合外表面的折射率相似)，则由于将反射膜加入系统会使系统内的聚合物/空气界面总数基本不变，系统设计者可能希望在反射率和透射率值中不包括膜/空气界面。
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要求保护的主题的限制，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。
附图说明
图1为包括偏振器/多层光学膜组合的照明系统的示意性透视图，该组合具有本文所述的蝠翼透射特性；
图2a和2b为图1的照明系统沿正交的观察方向的示意性侧视图；
图2c为图1的照明系统的示意性俯视图；
图3为多层光学膜的一部分的透视图；
图3a-c示出可用来帮助实现多层光学膜的所需反射和透射特性的示例性折射率关系；
图4为理想偏振膜的透视图，示出了一方面固定的x、y、z笛卡尔坐标系与另一方面s偏振方向和p偏振方向之间的差别，后者由光的入射平面所决定，因而相对于x、y和z轴未指定，除非指定了光的入射平面；
图4a为笛卡尔坐标轴x、y、z的透视图，结合该坐标轴示出了任意点或向量的极角θ和方位角φ；
图5是微层光学膜的典型层厚度分布曲线图；
图6是偏振器/多层光学膜组合的示意性侧视图，示出了膜相对于彼此的一种可能取向；
图7示出了多层光学膜和偏振器相对于彼此的四种可能取向(包括图6的取向)的矩阵；
图7a是第一反射型偏振器的反射率与入射角的曲线图；
图8是第一多层光学膜在空气中反射率与入射角θ的曲线图，其具有两个内部布鲁斯特角，但是其仅在弱入射平面而不是强入射平面具有显著的p偏振漏光；
图8a是图8的多层光学膜在多种入射角θ的透射率与方位角φ的曲线图；
图8b是图8的多层光学膜与图7a的反射型偏振器组合，在特定(厚-薄-厚-薄)相对取向和多种入射角θ的透射率与方位角φ的曲线图；
图8c是类似于图8b的相同偏振器/多层光学膜组合的曲线图，但是两个膜为不同相对取向(薄-厚-薄-厚)；
图8d是类似于图8c的相同偏振器/多层光学膜组合的曲线图，但是两个膜为另一种相对取向(薄-厚-厚-薄)；
图8e是类似于图8d的相同偏振器/多层光学膜组合的曲线图，但是两个膜为另一种相对取向(厚-薄-薄-厚)；
图9是第二多层光学膜在空气中反射率与入射角θ的曲线图，它也具有两个内部布鲁斯特角，并且其在弱入射平面和强入射平面都具有显著的p偏振漏光；
图9a是图9的多层光学膜与图7a的反射型偏振器组合，在特定(薄-厚-薄-厚)相对取向和多种入射角θ的透射率与方位角φ的曲线图；
图9b是图9a的透射率数据的极坐标图；
图9c是类似于图9a的相同偏振器/多层光学膜组合的曲线图，但是两个膜为不同相对取向(厚-薄-薄-厚)；
图9d是图9c的透射率数据的极坐标图；
图10是第二反射型偏振器的反射率与入射角的曲线图；
图10a是第二多层光学膜(见图9)与第二反射型偏振器(见图10)组合，在特定(薄-厚-薄-厚)相对取向的透射率与方位角φ的曲线图；
图10b是图10a的透射率数据的极坐标图；
图10c是类似于图10a的相同偏振器/多层光学膜组合的曲线图，但是两个膜为不同相对取向(薄-厚-厚-薄)；
图10d是与图10c中相同的偏振器/多层光学膜组合的吸收率与方位角φ的曲线图，但是构造中加入了吸收偏振器；
图10e是图10c的透射率数据的极坐标图；
图11a是类似于图9c的相同的第二多层光学膜和第一反射型偏振器组合的曲线图，并且该组合具有相同的(厚-薄-薄-厚)取向，但是构造中加入了吸收偏振器；
图11b是图11a的构造的吸收率与方位角φ的曲线图，示出了随方位角变化的吸收偏振器的吸光量；
图12示出了在空气中对比性第三多层光学膜的反射率与入射角θ的曲线图，该膜是对称的以使得其组成微层具有相同的折射率而不管面内方向如何，即每个组成层的nx＝ny；
图12a是第三多层光学膜与第一反射型偏振器(见图7a)组合，在特定(薄-厚-薄-厚)相对取向的透射率与方位角φ的曲线图；
图13为本文所公开的多层光学膜与线性棱镜膜的组合的示意性侧视图，该棱镜膜取向为将离开多层膜的高度倾斜光重新导向至其他方向；
图14a和15a为包括扩展光源、多层光学膜和不同棱镜膜的不同照明系统的示意性侧视图，图14b和15b示出它们各自产生的输出光的角分布；
图16和17示出可以利用本发明所公开的多层光学膜的不同薄型照明系统的示意性侧视图；
图18为背光源的一个实施例的一部分的示意性剖视图，该背光源包括漫反射前反射器和漫反射后反射器；
图19为背光源的一个实施例的一部分的示意性剖视图，该背光源包括镜面反射前反射器和半镜面后反射器；和
图20为在正交平面内具有不同输出发散度或准直度的灯具的透视图。
在这些附图中，类似的附图标号指示类似的元件。
具体实施方式
图1示出了利用反射多层光学膜112与偏振器113组合的照明系统110的简化透视图，这些元件的组合被指定为附图标号115并且具有蝠翼透射特性。系统110还包括高反射率后反射器114，该反射器与组合115基本上共延且相对，从而在两者间形成光循环腔116。因此，由组合115反射的光可以被后反射器114朝组合115再次反射，以便有机会再次透射，以改善系统效率和降低损耗。
膜112和偏振器113以单独的膜示出，这些膜彼此稍微间隔开以便于说明。在实施过程中，这些元件可根据需要如此分开，或它们可彼此附接(如通过层合或通过一个或多个中间光学膜或光学体进行)，优选地两者间无居间气隙以便降低由聚合物/空气界面引起的反射。另外，这些元件的顺序可变化，以使得偏振器113而不是膜112在顶部上。然而，如下面进一步解释，这些元件的相对取向(从这个视角，膜112的主表面应面向偏振器，并且偏振器113的主表面应面向膜)是复杂的并且应根据本文的教导谨慎选择。
所示组合115仅透射较大倾斜角度的光，参见光线118a、118b。光线118a-118b是对下文进一步描述的实际组合的实际透射的过度简化，但可以用于显示该组合的重要特性。所示光线具有用来表示其各自偏振态的小双向箭头。出于参考目的，还示出了笛卡尔坐标系x-y-z。组合115被示为大致平坦和平面的，其平行于x-y平面延伸，表面法线平行于z轴。还可以想到这样的照明系统，其中组合115可以为曲面的或被弯曲成适形于所需形状，但即使在这些情况下，组合115也可以被视为在小范围内局部平坦和平面的。在这种情况下，图1可被视为表示较大照明系统的较小局部。
组合115的多层光学膜112元件具有两个代表性的面内轴线120、122，我们已将这些轴线分别与坐标系的y轴和x轴对齐，当然也可以采用其他约定。轴线120可被称为“弱”轴，轴线122可被称为“强”轴。弱轴和强轴分别类似于偏振器的“透光”轴和“阻光”轴，但只是针对高度倾斜的光如此，而未必适用于同轴光。不论偏振态如何，入射到膜112上的平行于z轴的同轴光均在扩展波段内被强反射，使得膜112基本上充当高反射率宽带反射镜。沿x轴偏振的此类光的反射率(或Rnormalx)为至少75％，或至少80％、85％或90％，沿y轴偏振的此类光的反射率(或Rnormaly)也为至少75％、80％、85％或90％。在许多实施例中，弱轴120的同轴反射率略小于强轴122的同轴反射率，但并不是所有实施例都会这样，并且在任何情况下，弱轴反射率均如上所述为；至少75％。换句话说，如果Rnormalmin为Rnormalx和Rnormaly中的较小者，则在许多但非所有实施例中，Rnormalmin将对应于弱轴，并且Rnormalmin为至少75％、80％、85％或90％。由于膜112在垂直入射角度的类似反射镜的特性，图1未示出沿z轴透射穿过该组合115的光线。
在较大的倾斜角度下，膜112变得具有强透射性，但基本上仅针对p偏振光，然后对于入射到“弱平面”(包含弱轴120的入射平面)内的此类p偏振光具有优势，而不是针对入射到“强平面”(包含强轴122的入射平面)内的p偏振光。如上所述，膜112可呈现出大量漏光，如倾斜入射到强平面的p偏振光呈现大于10％、15％、20％、或25％的透射率(但是与以角度θoblique入射到弱平面的p偏振光相比，在给定入射角θoblique下的漏光更少)，或不呈现漏光。在任一种情况下，偏振器113(它是具有透光轴和阻光轴的类型)优选地取向，以使得其阻光轴基本上与强轴122对齐。这确保了入射到膜112的强平面的p偏振光的任何漏光被偏振器113阻塞，并且因此也被组合115阻塞。该相同取向也确保了偏振器113的透光轴基本上与膜112的弱轴120对齐，以允许入射到弱平面的强漏光的p偏振光通过组合115。因此，图1所示倾斜光线118a、118b处于弱(y-z)平面，并且以p偏振示出。透射率的增大伴随着相对于垂直入射角度的反射率的减小。入射到弱平面内的p偏振光的膜112反射率，在至少一些入射角θoblique下减小至面内反射率Rnormalmin的最小值的一半，优选地减小至更低。这可以表示为R1≤Rnormalmin/2，其中R1是指以角度θoblique入射到弱平面内的p偏振光的膜112的反射率。在空气中，θoblique通常在50至80度的范围内。在一些实施例中，入射到强平面内的p偏振光的膜112的反射率对于所有入射角也保持很高。这可以表示为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)入射到强平面内的p偏振光的反射率。符合该条件的多层光学膜在提交于2008年11月19日的美国专利申请No.61/116291“Multilayer Optical Film WithOutput Confinement in Both Polar and Azimuthal Directions and RelatedConstructions”(在极角和方位角方向均具有输出限制的多层光学膜及相关构造)中有所描述，并且该专利以引用方式并入本文中。作为另外一种选择，对于所有入射角θ，R2可以大于或等于Rnormalmin。
组合115在介于弱平面和阻光面之间的入射平面(对应于大于0但小于90度的方位角)内的反射和透射性能表征了透射光的准直度或角度限制性，下文将对其进行进一步讨论。
弱平面或y-z平面内的入射光的组合115透射率增大，以及强平面或x-z平面内的入射光的透射率不发生相应增大的事实，可以有利地用于不同照明系统(例如，背光源、灯具等)中，以实现隐藏灯泡的目的或以其他方式将光分布为理想的定向和空间图案。利用这类光学特性，组合115可以仅沿一个方向(弱轴120)提供通量或亮度均匀化，该组合可以有利地用于采用线光源(例如荧光灯或几排紧密间隔的LED或涂荧光体的LED)的照明系统中。在这种情况下，膜的通量均匀化方向优选地取向为大致垂直于线光源的轴线或长度方向。该膜的与角度有关的反射率和透射率可以有助于向例如背光源或灯具的前漫射板更均匀地递送光强度。
组合115的多层光学膜112元件的上述性质可通过下面更详细描述的多个微层的适当选择和设计实现。优选地，膜的微层和其他元件采用低吸收材料(例如低损耗透光性聚合物或其他低损耗材料)制成，以使膜的单程吸收损耗保持在非常低的水平，例如在可见光波长范围内平均小于1％。因此，除非另外指明，对于给定波长、偏振态和入射方向，多层光学膜的百分比反射率和百分比透射率之和可以假设为接近100％或至少99％。换句话讲，反射率(％)+透射率(％)≈100％。因此，膜的反射率降低也可以理解为透射率增大，反之亦然。
熟悉多层光学膜基本特性的读者将会知道，多层光学膜内一对给定的微层会随着光的入射角的变化而反射不同波长的光，对于本文所述多层光学膜同样如此。在一些情况下，利用该性质构造旨在随入射角变化而透射或反射不同波长的“色移”膜。然而，本文所述多层光学膜设计用于在扩展波段(例如从400nm至700nm的人眼可见的光谱)内大致均匀地反射和透射光，并且设计用于在广泛的入射角范围内实现这个目的。如下文所进一步描述的，通过为膜112提供足够多的微层和适当的层厚梯度来提供宽广而基本平坦的反射谱带，可以实现这个目的。反射谱带有利地足够宽和足够平坦，以使得当其随入射角和偏振态变化时，在扩展波段上保持相对平坦或均匀的光谱透射率和反射率。平坦的光谱特性确保白光被均匀反射或透射，以使得所看到的被反射或透射的光的颜色不会过度偏离光源的颜色。当所关注的扩展波段为可见光谱时，假设多层光学膜具有暴露于空气中的平坦主表面，则为多层光学膜提供垂直入射角度下在400nm至900nm的平坦反射谱带常常足以确保在所有可用角度下400-700nm的均匀反射率。
系统110也包括后反射器114，但是读者应理解，组合115也可用于不包括后反射器114和循环腔116的照明系统。然而，当包括时，后反射器114可根据预期应用采取多种形式。就相对低成本的灯具设计而言，后反射器可以为或包括施加到结构构件(例如一块金属片)上的简单白漆涂层。在更苛刻的应用(例如LCD电视或类似显示器的背光源)中，对于任何偏振态的可见光，后反射器114可具有至少90％、95％、98％、99％或以上的同轴平均反射率。这样的反射率值涵盖了反射到半球中的所有可见光，即这样的值同时包括镜面反射和漫反射。就这一点而言，后反射器114可以主要是镜面反射器、漫反射器或镜面反射器与漫反射器的组合，无论其在空间上均匀分布或呈一定的图案。后反射器114也可以为或包括如下列专利中所述的半镜面反射：PCT专利申请公布WO 2008/144644“Recycling Backlights With Semi-Specular Components”(具有半镜面元件的循环背光源)(代理人案卷号63032WO003)，该专利以引用方式入本文中。
在一些情况下，后反射器114可以由具有高反射率涂层的刚性金属基底制成，或者由层压到支承基底上的高反射率膜制成。合适的高反射率材料包括可得自3M公司的VikuitiTM Enhanced Specular Reflector(增强型镜面反射器)(ESR)多层聚合物膜；使用0.4密耳厚的丙烯酸异辛酯-丙烯酸压敏粘合剂将掺有硫酸钡的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜(2密耳厚)层合到VikuitiTM ESR膜上所形成的膜，本文将所得的层合膜称为“EDR II”膜；得自Toray Industries，Inc.的E-60系列LumirrorTM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SpectralonTM反射材料；得自Alanod Aluminum-Veredlung GmbH & Co.的MiroTM阳极氧化铝膜(包括MiroTM 2膜)；得自Furukawa Electric Co.，Ltd.的MCPET高反射率发泡片材；得自Mitsui Chemicals，Inc.的WhiteRefstarTM膜和MT膜；以及使用美国专利5,976,686(Kaytor等人)中所述的热致相分离(“TIPS”)方法制成的一种或多种多孔聚丙烯膜。
后反射器114可大体上为平坦和平滑的，或可以具有与之相关的结构化表面，以增强光的散射或混合。这种结构化表面可被赋予在：(a)后反射器114的表面上，或(b)涂敷到该表面的透明涂层上。在前一种情况下，可以将高反射率膜层合到预先形成结构化表面的基底上，或者将高反射率膜层合到平坦基底(如金属薄片，这与得自3M公司的VikuitiTM耐用增强型镜面反射片-金属(Durable Enhanced Specular Reflector-Metal，DESR-M)反射器类似)上，然后再如采用压印操作形成结构化表面。在后一种情况下，可以将具有结构化表面的透明膜层合到平坦反射面上，或可将透明膜施加到反射器上，然后可以在透明膜顶部形成结构化表面。
对于包括直接照明式构型(即其中一个或多个光源直接设置在照明系统110的输出或发光区域后面的构型)的那些实施例，后反射器可以为上面安装有一个或多个光源的连续的一体式不间断层，或者可以不连续地构造在单独的部件内，或者不连续到使其在本来连续的层内包括光源可以伸出的隔离的小孔。例如，将反射材料带施加到其上装有几行光源的基底上，每条反射材料带都具有足以从一行光源延伸到另一行光源的宽度，并具有足以跨越背光源输出区域相对边界的长度尺寸。
照明系统110还包括被设置成将光发射进循环腔内的一个或多个光源(图1的视图中未示出)。这些光源可以发射所关注的扩展波段(通常为可见光谱)内的光，或者可以例如从LED或激光器发出窄带紫外光、可见彩色光或红外光。例如，冷阴极荧光灯(CCFL)在其窄长发射区域上提供白光发射，那些发射区域也可工作以将入射到CCFL上的一些光散射(例如循环腔中会发生的那样)。CCFL的典型光发射具有为显著朗伯曲线的角分布，这在一些超低损耗背光源设计中可能是低效或者说是不可取的。另外，尽管CCFL的发射表面一定程度上是漫反射的，但是其通常还具有在一些应用中可能过量的吸收损耗。另一方面，荧光光源在诸如吊顶灯具或工作照明之类更高损耗系统中已经足够。
发光二极管(LED)也适合用作光源。LED晶粒以近朗伯曲线方式发射光，但由于其尺寸相对于CCFL而言小得多，所以LED光分布可易于改进，例如用集成密封透镜、反射器、或提取器将所得的封装LED制成前向发光体、侧向发光体、或其他非朗伯曲线分布，这在一些应用中可能是有利的。然而，LED光源相对于CCFL的较小尺寸和较高强度也会使得更难以使用LED来产生空间均匀的背光源输出。在使用单个的彩色LED(例如红/绿/蓝(RGB)LED布置)来产生白光的情况下尤其如此，因为无法提供足够的这种光的侧向传播或混合会导致不可取的颜色带或区域。白光发射LED(其中通过蓝光或紫外光发射LED晶粒来激发荧光粉，从而从近似于LED晶粒的小面积或小空间中发出强烈的白光)可以用于减少此类颜色不均匀。但白光LED目前无法提供与使用单个的彩色LED布置所能达到的相同的LCD色域宽度，因此白光LED不能满足所有最终用途应用的需要。
作为另外一种选择，通过在利用本发明的膜进行定向控光或光混合的光循环腔内部或上面远离LED的位置加入荧光体，可以由蓝光LED或UVLED产生白光，或者通常可由更短波长的光源产生任何波长更长的光。该构造有时称为“远程荧光体”。
无论使用何种光源，都可以将其直接设置在系统110的扩展输出表面之后(即直接位于组合115之后)，或者可以沿输出表面边缘设置。前一种情况称为“直接照明式”系统，后一种情况为“侧光式”系统。在一些情况下，直接照明式系统也可以包括在装置周边处的一个或一些光源，或侧光式系统可以包括输出区域正后方的一个或一些光源。在这样的情况下，如果大部分光来自输出区域的正后方，则该系统可被认为是“直接照明式”，如果大部分光来自输出区域的周边，则该系统被认为是“侧光式”。直接照明式系统易受“穿通”现象的影响，在该现象中每个光源上方的输出区域内会出现亮点。侧光式系统通常包括固体光导装置，其将光从边缘安装的光源传递或导向至输出区域的所有部分，光导装置也具有光提取特征以使光输出光导装置并导向观察者130。如果系统110是液晶显示器(LCD)装置的背光源，则其他元件通常包括于组合115和观察者130之间，例如一个或多个偏振器(包括吸收偏振器和反射偏振器)、漫射器、棱镜膜(包括得自3M公司的任何增亮膜(BEF)并且包括可用的转向膜)、和液晶面板。如果系统较简单，例如为吊顶灯具或工作照明，则其他元件可包括漫射膜或面板，和/或其他刚性透光性面板，在该透光性面板上可以层合本发明所公开的偏振器/多层光学膜组合，或者紧贴其设置本发明所公开的组合。
再次转到图1，观察者132和134也可出于参考目的示出，以进一步显示多层光学膜112的基本光学特性。观察者132沿着强轴122观察，看到照明系统110如图2a的局部示意性侧视图所示。观察者134沿弱轴120观察，看到照明系统110如图2b的局部示意性侧视图所示。
在图2a中，示出以直接照明构型设置在组合115和后反射器114之间的普通光源210，其位于照明系统的输出表面的正后方。所示光源210发出两条非偏振光线：垂直入射光212和斜入射光214，该斜入射光位于y-z(弱)平面内，并且相对于表面法线或z轴形成极角θ。这些光线冲击组合115的背部主表面，其在图2a的构造中对应偏振器113的主表面，但是如果元件112和113重新布置，也可对应多层光学膜112的主表面。图2a示出了多层光学膜及其一些组成元件，包括叠堆微层112a和(可任选的)光学上厚的外表层112b、112c，它们并非旨在按比例绘制。为方便起见，所示的这些组成元件仅位于膜112的一部分上，但是应理解它们沿膜112的整个长度和宽度延伸。由于膜112具有适当设计，该膜可通过强反射两个正交偏振状态的光而作为同轴反射镜工作。在示例性反射型偏振器实施例中，偏振器113也反射部分沿其阻光轴偏振的垂直入射光，所述光优选地基本上与强轴122(图2a中的x轴)对齐。因此，组合115将光线212的两个偏振态强反射回后反射器114，如光线212a。膜112受到调控，以提供y-z或弱平面内偏振的光的选择性偏轴漏光，因而此类垂直冲击膜的光被强反射(参见光线212、212a)，但是此类以高度倾斜的极角θ(参见部分在图形平面内偏振的光线214)冲击的光被强透射，如见于前面图1的光线118b。该偏振的倾斜光也通过偏振器113透射，偏振器113的透光轴优选地基本上与弱轴(图2a中的y轴)对齐。部分沿x或强轴122偏振的倾斜光线214被偏振器113(如果它是反射偏振器)和膜112强反射，产生光线214a。
图2a提供了极角通量包络线220(用其单独的半块或瓣220a、220b表示)，用来定性示出膜112对于入射到y-z平面或弱平面的p偏振光的透射的角度相关性。该包络线可被视为表示组合115透射的光的通量或亮度，或者替代地表示组合115的百分比透射率，对于指定入射平面内指定偏振态的光，该值为极角θ的函数。对于入射到弱平面内的正交偏振状态的光(s偏振光)，类似通量包络线未示出，因为此类光在所有角度上非常少量的透射使得此类包络线不是所关注或所需的。然而，p偏振包络线220显示p偏振光在垂直入射角度具有少量或可忽略不计的透射，该透射在较大的倾斜角度θoblique达到最大。该最大透射角也对应于上述反射率(R1)的最小值。如果透射率和反射率值包括一个或两个膜/空气表面反射的影响，那么在角度θoblique和掠入射角(θ＝90度)之间，p偏振光的透射率通常将迅速下降，如通过通量包络线220所示出。结果是，在弱平面内入射的p偏振光具有蝠翼透射特性而所有偏振光均具有同轴的类似反射镜的特性(高同轴反射)。瓣220a、220b通常显示具有相对于z轴的轴对称性，并且显示具有相对于y-z平面的镜面对称性。
图2b类似于图2a，不同的是观察者134沿y轴或弱轴120观察。该观察者也看到发射垂直入射光线212的光源210，该光线的两种正交偏振状态再次被强反射，以产生如前面所述的反射光线212a。光源210还发出另一条斜光线230，其相对于表面法线或z轴形成角度θ，类似图2a的光线214，不同的是该光线设置在正交的x-z平面(“强”平面)内。在该入射平面内，光线230的两种偏振态均以倾斜角度被组合115强反射，产生反射光线230a。图中未示出极角通量包络线，因为两种正交偏振状态的光和所有角度的透射非常少，使得此类包络线不是所关注或所需的。即使单独的膜112(无偏振器113)可在一些实施例中具有在强(x-z)平面内的p偏振光的偏轴蝠翼型通量包络线(类似于通量包络线220但是量值更小)，情况也是如此的；在此类情况下，偏振器113的阻光轴基本防止此类光的透射(优选地通过反射，或者通过吸收)以使得组合115同样在强平面内无显著极角通量包络线。
图2c是从观察者130视角的照明系统110的顶视图或前视图。添加至该视图的是p偏振光的方位角通量包络线240，通量包络线通过其单独的半块或瓣240a、240b标记。通量包络线240表示对于所有可能的入射平面，p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处，例如θ＝60度或其他所选值。由于此类多层光学膜对于s偏振光的典型光通量或透射量非常小，使得s偏振光的对应的通量包络线不是所关注或所需的，因而没有示出。应当注意，由于组合115对于p偏振光的透射率是入射角的强函数，选择不同的入射角θ(例如θ＝50度或θ＝70度)通常会产生一定程度上不同形状的通量包络线，如下列一些实例中所示。瓣240a、240b通常显示具有相对于z轴的轴对称性，并且显示具有相对于x-z平面的镜面对称性。
量化给定方位角通量包络线或此类包络线的给定瓣的准直度是有用的。我们采用一种方法，其中已知最大通量的主方向(或方位角)，然后确定主方向的相对两侧的次方向(或方位角)，该方向上的通量为最大通量的1/e，其中e为欧拉常数(e≈2.718)。那么，准直度(本文称为Δφ＝Δφe，其中Δφe中的“e”称为1/e条件)就是两个次方向之间形成的方位角φ。在图2c中，瓣240a最大通量的主方向对应点242，并且次方向对应点244、246。因此，使用所描述的1/e通量标准，介于点244、246之间的角Δφe可视为瓣240b的准直度(并且由于对称，也可视为瓣240a的准直度)。
应当注意，可以按照与方位角参数Δφe完全类似的方式计算极角参数Δθe，该参数量化极角通量包络线(参见例如图2a的极角通量包络线220)的准直度。根据反射率与入射角θ的曲线图(例如图8和9所示曲线图)或对应的透射率与入射角θ的曲线图，很容易计算极角准直或角度扩展Δθe。通过找到在该角度处透射率降至倾斜角度θoblique的最大值的1/e的两个θ值，并计算这两个值θ之间的差值，可以得到Δθe。
当然，应当理解，光源210可以在所有方向发光(例如采用CCFL光源)，或者在立体角度的半球上发光(例如，对于安装在后反射器114上的LED)，或者在半球内的一组有限的角度内发光(例如，对于某些“侧发光”封装LED)。还应当理解，只要对组合114照明，以使其在整个表面区域上透射光，就可以将通量包络线220、240视为代表在组合的整个表面区域或其任意部分上发出的光。
现在我们对反射性多层光学膜112进行更详细的描述，并解释如何设计以使得组合115显示具有上述反射和透射特性。
如上所述，多层光学膜包括具有不同折射率特性的各个微层，从而在相邻微层间的界面上反射一些光。所述微层很薄，足以使在多个界面处反射的光经受相长干涉或相消干涉作用，从而赋予多层光学膜以期望的反射或透射特性。对于设计用于反射紫外光、可见光或近红外波长光的多层光学膜而言，各微层的光学厚度(物理厚度乘以折射率)一般小于约1μm。然而，也可以包括更厚的层，例如位于多层光学膜的外表面处的表层或者设置在多层光学膜内用以分隔微层的固有组(称为“叠堆”或“层组”)的保护性边界层(PBL)。如果需要，可以用一个或多个厚的粘合剂层将两个或更多个单独的多层光学膜层合在一起，形成层合物。
在一个简单的实施例中，所述微层的厚度和折射率值可相当于1/4波长叠堆，即，微层被布置成光学重复单元或单位单元的形式，每个光学重复单元或单位单元均具有光学厚度(f-比率＝50％)相同的两个相邻微层，这类光学重复单元可通过相长干涉有效地反射光，被反射光的波长λ是光学重复单元总光学厚度的两倍，其中物体的“光学厚度”是指其物理厚度与其折射率的乘积。利用沿膜的厚度轴线(z轴)的厚度梯度提供加宽的反射谱带，从而得到光在所关注的扩展波段以及所关注的所有角度上大致光谱上平坦的透射和反射。也可使用适于在位于高反射和高透射之间的波长过渡下锐化谱带边缘的厚度梯度，如美国专利6,157,490(Wheatley等人)中所述。就聚合物多层光学膜而言，反射带可以设计成具有锐化的带边缘和“平顶”反射带，其中反射特性在应用的整个波长范围内基本恒定。光谱上平坦的宽反射谱带对于本文所述多层光学膜尤为重要。还可以想到其他层结构，诸如具有2微层光学重复单元的多层光学膜(其f-比率不同于50％)，或光学重复单元包括两个以上微层的膜。这些可供选择的光学重复单元设计可以被构造为减少或激发某些更高阶的反射，当所需扩展波段延伸到近红外波长时，这种反射可能是有用的。请参阅(例如)美国专利No.5,360,659(Arends等人)和No.5,103,337(Schrenk等人)。
合适多层光学膜及其相关设计和构造的详细信息可见于美国专利5,882,774(Jonza等人)、6,531,230(Weber等人)、PCT公开No.WO95/17303(Ouderkirk等人)、WO 99/39224(Ouderkirk等人)、以及“Giant Birefringent Optics in Multilayer Polymer Mirrors”，Science，Vol.287，March 2000(Weber et al.)(“多层聚合物反射镜中的大型双折射光学装置”，Weber等人，2000年3月《科学》，第287卷)。
多层光学膜和膜体可包括附加层和涂层，这些层是根据其光学、机械和/或化学特性进行选择的。例如，UV吸收层可被添加在光学元件的入射侧，以保护元件不发生UV光引起的劣化。附加的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)。
图3示出了两个相邻微层302、304，其构成了多层光学膜300的一个光学重复单元。膜300通常包括数十、数百、或数千个此类微层，以及如上所述的任选表层和保护性边界层，除单对微层之外均未示出于图中。微层足够薄，以使多个界面处反射的光产生相长干涉或相消干涉，从而使膜具有所述反射和透射特性。每个微层(至少在膜的局部位置处)可以通过面内折射率nx、ny和与膜的厚度或z轴相关的折射率nz加以表征。这些折射率分别表示受试材料对沿互相垂直的x轴、y轴和z轴偏振的光的折射率。多层光学膜300的反射特性和透射特性随各个微层的这些折射率的变化而变化。尤其重要的是相邻微层对沿x轴、y轴和z轴偏振的光的折射率差值(Δnx、Δny、Δnz)。另一个重要的设计参数是所用微层的总数，以及微层沿膜的z轴的层厚度分布。
我们发现，利用下列设计准则有助于实现上述多层光学膜的所需反射和透射特性。一般来讲，面内折射率差值Δnx、Δny均应基本失配，也就是说，它们应各自具有相对较大的值，但也应如下所述彼此不同。给定这些面内折射率失配，就可以将微层的总数选择得足够大，从而为沿x轴偏振的垂直入射光以及沿y轴偏振的此类光提供高反射率，例如至少75％、80％、85％或90％。
对于面外折射率差值，我们为本发明的多层光学膜选择较大的Δnz(优选地接近面内折射率差值Δny或比其至少高一个数量级)，这与涉及Δnz的多层光学膜的现有工作的许多重点相反。我们还选择了与Δny具有相同正负号或极性的Δnz。就这一点而言，两个折射率差值Δny、Δnz具有相同的极性或正负号，前提是在z-方向具有较高的折射率nz的微层沿y-方向也具有较高的折射率ny，反之亦然：在z-方向具有较低折射率nz的微层在y-方向也具有较低的折射率ny。通过选择接近或数量级大于Δny并具有相同正负号的面外折射率差值Δnz，我们确保膜具有至少一个内布鲁斯特角(即在称为弱平面的y-z平面内的一个内布鲁斯特角)，并且在一些情况下，该布鲁斯特角甚至可以从空气与平坦膜表面来获得。我们允许该y-z平面布鲁斯特角的影响足够大，以大大减小从空气介质入射到膜上且在y-z平面内的p偏振光的偏轴反射率，从而使y轴变为上述弱轴。
布鲁斯特角为这样的入射角：在该入射角下，对于电场矢量在由传播方向和表面法线限定的平面内的光而言，其在具有不同折射率的两个区域之间的平面边界上入射时的反射率为零。换句话讲，对于在具有不同折射率的两个区域之间的平面边界上入射的光，布鲁斯特角为这样的入射角：在该入射角下的p偏振光的反射率为零。对于从折射率为n1的第一各向同性介质传播至折射率为n2的第二各向同性介质的情况，布鲁斯特角被定义为arc tan(n2/n1)。所谓“内布鲁斯特角”是指在膜内部的界面处而不是与空气或系统内其他元件之间的界面处的布鲁斯特角，而不论是否能从外部空气介质向膜内注入光使得光以内布鲁斯特角传播。当在某光学结构内的两个不同折射率的相邻部分之间存在界面时，该光学结构可能存在内布鲁斯特角。通常，给定多层光学膜可以具有或不具有内布鲁斯特角。例如，如果多层光学镜膜中的交替的层中的一个或两个均为双折射的，并且这些层的z折射率具有相对于面内折射率的特定差值Δnz，则将不存在内布鲁斯特角。然而，作为另外一种选择，可以选择折射率，从而得到与面内折射率差值一起产生内布鲁斯特角的不同的Δnz。应当注意，给定的界面通常可具有两个、一个、或零个内布鲁斯特角：在x-z平面内的入射光的第一内布鲁斯特角、和在y-z平面内的入射光的第二内布鲁斯特角；只在y-z平面内的光的内布鲁斯特角；或在x-z平面或y-z平面内都不存在内布鲁斯特角。
现在回到关于可用于实现所需反射和透射特性的设计准则的讨论中，除了将Δnx和Δny均选择为基本失配，并且除了将Δnz选择为相对于Δny较大且具有相同正负号之外，我们还确保其他的面内折射率值差Δnx与Δny足够不同，使得Δnx和Δnz的组合对于所选总数的微层来说不会导致p偏振光在较高倾斜角度下的任何强透射。通过这种方式，x轴变成上述强轴。实现这一点的一种方式是将Δnx选择为与Δny具有相同的正负号或极性，但具有更大的量级。在这种情况下，Δnx、Δny和Δnz都将具有相同的极性或正负号。Δnx相对于Δny的量级越大(对于给定大小的Δnz和给定数量的微层)，在x-z平面内产生的内布鲁斯特角就比y-z平面内的内布鲁斯特角越倾斜。这使得x-z平面内的p偏振光在空气中所有入射角下保持高反射率(例如高于y-z平面内p偏振光的反射率，在一些情况下至少75％)，即使该反射率由于x-z平面的布鲁斯特角而在相对于法线的某些倾斜角度下减小。
确保Δnx与Δny足够不同以使得Δnx和Δnz的组合不会导致p偏振光在较高倾斜角度下的强透射的另一种方式是，将Δnx选择为具有与Δny(和Δnz)不同的正负号或极性。这可以利用多层叠堆内正双折射材料和负双折射材料的组合实现，但并不是正双折射材料和负双折射材料的每种组合都将满足用于所需反射和透射特性的上述其他准则。该方法导致x-z平面内没有内布鲁斯特角。因此，这种多层膜仅具有y-z平面内的一个内布鲁斯特角。利用该方法，可以让“强轴”折射率差值Δnx的量值比“弱轴”折射率差值Δny的量值更小，并且仍然能保持上述所需的反射和透射特性。
应当注意，在上述讨论中，假设各自面内轴线的标记是任意的，并且可以采用任何约定。例如，可以选择将强轴与y轴相关联，将弱轴与x轴相关联。
图3a-c示出了示例性折射率关系，该关系可以满足上述准则，并且可用现有的共延聚合物材料和已知加工设备通过审慎的材料选择和加工条件实现。在这些图中，与多层光学膜内的两相邻微层相对应的两种材料的相对折射率在与每种材料在x、y和z方向的折射率相对应的三列中示出，其中为一种材料使用实线，为另一种材料使用虚线。每幅图中的竖直轴线都未标记，而是对应于折射率，较高的线与较高的折射率相对应。当然，通过比较适当的列的实线高度与虚线高度，容易确定给定轴线的折射率差值。
图3a表示这样的层对的示例性折射率：其中，折射率较高的材料为正双折射的，折射率较低的材料为各向同性的。在该图中，双折射材料的z折射率显示为一系列实线，以表示Δnz可以接近Δny或更大，并且具有相同正负号。应当注意，Δnz可以在一定程度上小于Δny，并且仍然“接近”Δny，具体取决于Δnx的值和所用微层数量。在适当条件下拉伸正双折射材料使得其在x方向的折射率nx增大，而在y方向的折射率ny和z方向的折射率nz减小。
图3b表示这样的层对的示例性折射率：其中，一种材料为正双折射的(实线)，另一种材料为负双折射的(虚线)。所示折射率在实施例中具有代表性，其中使用间规立构聚苯乙烯(sPS)作为负双折射材料，使用30/70coPEN作为正双折射材料。通过在适当条件下在x方向拉伸(初始各向同性的)共挤出层可以实现所示折射率。相比大多数多层叠堆，图3b的实施例中的任一种材料都不可以看作是“高折射率”层或“低折射率”层，因为在x方向具有较高折射率的材料在y方向具有较低折射率，反之亦然。
图3c表示这样的层对的示例性折射率：其中，折射率较高的材料为负双折射的，折射率较低的材料为各向同性的。所示折射率在实施例中具有代表性，其中使用间规立构聚苯乙烯(sPS)作为负双折射材料，使用低折射率材料例如THV作为各向同性材料。示出了Δnz的一系列实线以表示不同的拉伸条件。应当注意，对于这些材料组合来说，多层光学膜的弱轴对应x轴而不是y轴，同时强轴对应y轴而不是x轴。就那一点而言，应当注意，Δnz甚至低于所示系列线但仍然接近弱轴折射率差值(在这种情况下为Δnx)的材料，仍然可提供足够的反射率特性，只要Δny基本上大于Δnx。
目前存在多种聚合物材料，可以从这些材料中选择成对的材料，这些材料对可以用共挤出和拉幅设备被共挤出和以其他方式加工，以制备所述多层光学膜，并且可以实现以上讨论的所需折射率关系。将来也可能出现另外的合适材料。一种目前可用的示例性负双折射材料为间规立构聚苯乙烯(sPS)。已经发现无规聚苯乙烯(aPS)与sPS的共混物可用于改进sPS的双折射。在不破坏sPS的双折射性的情况下，可以加入大量的aPS。双折射率的减小与所添加的aPS的百分比大致成比例。利用这种方法，具有所选低折射率聚合物的多层sPS-aPS的布鲁斯特角和同轴反射率都可以在sPS单独能够达到的基础上加以改进。
就像聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及其他聚酯和共聚酯一样，基于萘二甲酸的聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)和用于制备聚脂的各种其他单体的某些共聚物或共混物(称为“coPEN”)可用作正双折射聚合物。一种特别合适的coPEN为90％PEN和10％PET的共聚物，其被称为“90/10coPEN”。这种coPEN可以由用于制备单独的聚合物的组分单体的混合物直接共聚而成，或者该共聚物可以通过在挤出机和熔融装置组件内以足够的温度共混足够长的时间来制备。合适的低折射率各向同性材料包括：Neostar Elastomer FN007，可得自Eastman Chemical Company(Kingsport，Tennessee)的共聚酯；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”)；聚乙烯醇缩丁醛(“PVB”)；聚乙烯醇(“PVA”)；乙烯/辛烯共聚物；聚乳酸(“PLA”)；THVTM含氟聚合物，可得自3M Company(St.Paul，Minnesota)；以及有机硅聚草酰胺(SPOx)，或更准确地为共同转让的美国专利申请公布US 2007/0177272(Benson等人)“Multilayer FilmsIncluding Thermoplastic Silicone Block Copolymers”(包括热塑性有机硅嵌段共聚物的多层膜)(代理人案卷号No.61494US007)中所述的“聚二有机硅氧烷-聚乙二酰胺嵌段共聚物”。其他有机硅和含氟聚合物也可用作低折射率材料。一种示例性正双折射材料包含70％PET和30％PE的共聚物，该共聚物被称为“30/70coPEN”。
一些具有上述的所需透射和反射性质的示例性多层光学膜可见于提交于2008年4月15日的共同转让PCT专利申请公布WO 2008/144136“Lamp-Hiding Assembly For a Direct Lit Backlight”(用于直接照明式背光源的隐灯式组件)(代理人案卷号No.60852WO004)。
当如在背光型显示器中那样直接观察透射光，或者当如在普通照明中那样利用透射光观察其他物体时，控制反射性多层光学膜的颜色可能比较重要。该应用与通过反射观察(即只能观察到反射光)的典型反射镜形成对比。对于具有低透射率的部分反射器，不同波长下透射率的较小变化(例如，在一些波长下具有5％的透射率而在其他波长下具有10％透射率的反射镜)可以产生颜色相当丰富的膜。通过反射光谱的形状来控制颜色。已知的方法(例如真空沉积)可以精确控制层叠堆中每个单独层的层厚值，从而控制具有中间反射率的反射镜的颜色。然而，对于几百个单独的聚合物层，利用聚合物共挤出技术更难控制单独的层。
美国专利No.5,126,880(Wheatley等人)和No.5,568,316(Schrenk等人)提出使用薄层和非常厚的层的组合来减少多层干涉反射器的虹色。如果希望在某些角度(如垂直入射角度)有高反射率，则使用该方法需要大量的层，这会导致膜非常厚，从而增加膜内的光损耗。
一种优选方法是使用全波(或更多情况下四分之一波)膜叠堆。在这种情况下，控制光谱需要控制膜叠堆内的层厚度分布。如果层为聚合物层，则由于和无机膜相比聚合物膜可达到的折射率差值相对较小，因此宽带光谱(例如，在空气中较大的角度范围内反射可见光所需要的光谱)仍需要大量的层。通过结合用显微镜技术获得的层轮廓信息使用美国专利6,783,349(Neavin等人)中教导的轴杆设备可以调节此类膜的层厚度分布，从而得到改善的光谱特性。
层数多(多于约250层)的聚合物型多层光学膜常规地已经使用层倍增器来制备，即，聚合物型多层光学膜已经由送料区块中的单组狭槽产生的层产生的多组层构造而成。美国专利6,783,349(Neavin等人)中概括了该方法。此类层倍增装置大大简化了大量光学层的创建，但它们使每一组所得的层的变形对于每一组来说是不同的。因此，对送料区块中产生的层的层厚度分布方面的任何调整对于每一组来说是不同的，这意味着不可同时优化所有组来产生没有光谱干扰的均匀平滑的光谱。因此，难以使用倍增器通过多组膜制备最佳分布和低透射率彩色反射器。如果在送料区块中直接产生的单个层组的层数不能提供足够的反射率，则可以通过层合两个或更多个此类膜来增大反射率，但这样通常会增加反射镜的损耗。
因此，用于提供具有浅色或可控色彩光谱的多层光学膜的理想技术如下：
1)如美国专利6,783,349(Neavin等人)中所教导的，使用轴棒加热器控制共挤出聚合物层的层厚度值。
2)送料区块的设计使得叠堆中所有层在层形成过程中直接受轴棒加热器区的控制，即，没有使用层倍增器。
3)在生产期间来自层厚度测量工具(例如，原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜、或扫描电子显微镜)的及时层厚度分布反馈。
4)光学建模以生成所需层厚度分布。
5)根据所测层特征图与所需层特征图之间的差异进行重复轴杆调节。
尽管通常不如AFM准确，但也可以通过对光谱求积分(对-Log(1-R)与波长光谱求积分)来快速估算层分布。这是根据这样的普遍原理得出，即反射器的光谱形状可以由层厚度分布的导数获得，前提条件是层厚度分布相对于层数目单调递增或单调递减。
层厚度分布控制的基本方法涉及根据目标层厚度分布和所测量层厚度分布的差异来调整轴棒区功率设置。调节给定反馈区域中的层厚度值所需的轴杆功率的增加首先会以该加热器区域中生成的每一层所得厚度变化(纳米)的热输入(瓦特)来校准。使用针对275个层的24个轴棒区可以实现光谱的精密控制。一旦经过校准，就可以在给定目标分布和所测量分布的情况下计算所需的功率调整。重复该步骤直到两种分布一致。
现在返回图4和4a，以提出在结合膜或物体讨论入射与反射光的多个角度和方向时的某些几何形状方面的考虑和约定。图4研究了“理想”偏振膜上的入射光的行为并提出这样的观点：必须在指定s偏振光和p偏振光的入射方向之后，才能得出关于其被膜透射或反射情况的结论。光线410以入射角θ入射到理想偏振膜402上，从而形成入射平面412。膜402包括平行于x轴的透光轴406，和平行于y轴的阻光轴404。光线420的入射平面422平行于阻光轴404。光线420具有在入射平面422内的p偏振元件，和垂直于入射平面422的s偏振元件。光线420的p偏振光至少部分平行于偏振器402的阻光轴404，因此取决于入射角，可被偏振器反射，而光线420的s偏振光平行于偏振器402的透光轴406，并且至少部分被透射。
另外，图4示出了入射到偏振器402上平行于偏振器402透光轴406的入射平面412内的光线410。因此，光线410的p偏振光平行于偏振器402的透光轴406，而光线410的s偏振光平行于偏振器402的阻光轴404。因此，如果偏振器402是“理想”偏振器，即对于在阻光轴偏振的光在所有入射光角度的反射率为100％，并且对于在透光轴偏振的光在所有入射光角度的反射率为0％，那么偏振器透射光线420的s偏振光和光线410的p偏振光，而反射光线420的p偏振光和光线410的s偏振光。换句话讲，偏振器402将透射p和s偏振光的组合。
图4a示出通过x-y-z坐标系原点且通过点p的任意方向向量。点p在x-y平面内的投影为p’。该方向向量可以对应于入射、反射或透射方向，相对于z轴形成极角θ。该向量在x-y平面内的投影形成相对于x轴或相对于x-y平面内的某些其他指定轴线的方位角φ。因此，该方向向量可以唯一地用角度对θ、φ表征，其中(例如)θ在从0度至90度的范围内，φ在从0度至360度或从-180度至+180度的范围内。还应当注意，入射到设置在x-y平面内膜上的光的入射平面可以由方位角φ指定，其中x-z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。
图5-7涉及用于多层光学膜(以及多层反射型偏振器)的层厚度分布问题，以及多层光学膜和偏振器的相对“表面取向”的重要性，该多层光学膜和偏振器用于本文所公开的偏振器/多层光学膜组合。就这一点而言，“表面取向”是指多层光学膜的两个外部主表面之一面向偏振器，并且偏振器的两个外部主表面之一面向多层光学膜。
在图5，我们可看到假设的包含200个微层的多层光学膜的光学厚度与光学重复单元(ORU)数目的曲线图。如上所述，多层光学膜中的微层布置成叠堆，其相邻的微层对形成光学重复单元。因此，200个微层形成100个ORU。每个ORU的光学厚度等于其组成元件光学厚度的总和。因此，d1×n1+d2×n2表示两层光学重复单元的光学厚度，其中一个微层的物理厚度为d1而折射率为n1，并且另一个微层的物理厚度为d2而折射率为n2。ORU沿着膜的厚度或z轴布置成叠堆，在膜的一个外部主表面和相对外部主表面之间延伸。应当注意，如果光学上较厚的表层存在于膜的外表面，微层只延伸至表层的内表面，而不延伸至膜的外表面(对应于表层的外表面)。在任何情况下，ORU具有光学厚度分布，例如示例性单调曲线510，以使得微层叠堆可反射扩展波段的光，如基本上所有可见波长。在所示分布中，1号ORU设置在或邻近多层光学膜的一个主表面，具有最小的光学厚度，同时100号ORU设置在或邻近多层光学膜的相对主表面，具有最大的光学厚度。邻近1号ORU的多层光学膜外部主表面可称为膜的“薄侧”，因为光学重复单元中更薄的单元设置于大致邻近它的位置，或因为多数具有更小光学厚度的ORU与膜的相对外部主表面相比更靠近它。邻近100号ORU的多层光学膜其他主表面可称为膜的“厚侧”，因为光学重复单元中更厚的单元设置于大致邻近它的位置，或因为多数具有更大光学厚度的ORU与膜的其他外部主表面(“薄侧”)相比更靠近它。
如代表性曲线510所示出，层的厚度分布优选地为单调的，但还可以想到其他分布，其中多数具有更大光学厚度的ORU更靠近一个外表面，并且多数具有更小光学厚度的ORU更靠近相对外表面。单调分布一般为宽带反射器提供最高反射率，并且更重要地对于很多照明应用来说是为部分反射膜提供低或控制颜色的示例性方法。本文所述的不对称多层光学膜在垂直入射角度是高度反射的，但是对于接近布鲁斯特角最小值范围的角度来说它们变为显著透射的，并且透射光的颜色对于大多数照明应用来说通常是重要的。对于在或接近布鲁斯特角最小值的中性灰色透射膜来说，反射/透射光谱有利地相对于波长尽可能平坦且无大变化。作为中性灰色透射的替代形式，层分布也可调整成为透射光着上任何颜色。
在一些示例性实施例中，在多层光学膜中表征层的光学厚度的分布的函数可具有局部最小值和最大值，只要多数具有更大光学厚度值的层对于其他表面来说，设置于更靠近一个外部膜表面(厚侧)，则局部最小值和最大值可忽略。如我们下面所显示，偏振器/多层光学膜组合的透射瓣的更优方位角准直度(更小的Δφe)可通过确保多层光学膜的表面取向为使得膜的厚侧面向偏振器而实现，即多数具有更大光学厚度值的层与多数具有更小光学厚度值的层相比，设置于更靠近偏振器。这是累积效应，插入厚层和偏振器之间的薄层越多，方位角准直度越差(更大的Δφe)。如果偏振器是吸收型偏振器，则与厚层面向偏振器的情况相比，当薄层面向偏振器时偏振器吸收更多的光。
图6示出了如本文所述的多层光学膜612(“MOF”)和偏振器614的组合610，其中偏振器也具有多层构造，因此是反射型偏振器(“RP”)。自身的ORU层厚度分布616添加至膜612上，并且自身的ORU层厚度分布618添加至偏振器614上。为了简明，层厚度分布以单调形式示出，但并非必需，如上面所讨论的。然而，膜612具有外部主表面或“薄侧”612a(更薄的组成光学重复单元邻近其设置)以及另一个外部主表面或“厚侧”612b(更厚的组成光学重复单元邻近其设置)。同样，偏振器614具有外部主表面或“薄侧”614a(更薄的组成光学重复单元邻近其设置)以及另一个外部主表面或“厚侧”614b(更厚的组成光学重复单元邻近其设置)。应当注意，虽然为了便于举例说明而将元件612、614彼此单独示出，但是它们可接合在一起(如通过层合)而不丧失一般性。即外表面612a、612b、614a、614b均可暴露于空气中，或只有某些表面可暴露于空气中(如当元件612、614层合在一起时)，或没有一个表面可暴露于空气中(如当元件612、614层合在一起，于是该组合两侧均层合于其他元件时)。
图7示出了膜612和偏振器614可能的表面取向矩阵。在左上象限中，膜的厚侧612b面向偏振器的薄侧614a，正如图6中所示。这可用符号“//”描述并且可称为薄-厚-薄-厚。在右上象限中，偏振器已回转或倒转以使得膜的厚侧612b面向偏振器的厚侧614b。这可用符号“∧”描述并且可称为薄-厚-厚-薄。在左下象限中，膜已相对于其在图6中的取向而倒转，以使得膜的薄侧612a面向偏振器的薄侧614a。这可用符号“∨”描述并且可称为厚-薄-薄-厚。最后，在右下象限中，膜和偏振器都已相对于它们在图6中的取向而倒转，以使得膜的薄侧612a面向偏振器的厚侧614b。
使用该术语描述多层光学膜和偏振器表面取向的组合，我们现在描述某些特定组合，同时展示这些元件的相对表面取向可对构造的倾斜的透射瓣或方位角通量包络线的方位角准直度造成很大影响的方式。具体地讲，我们发现该组合的方位角准直度可通过设置元件以使得多层光学膜的厚侧面向偏振器而大大增加(降低的Δφe)。
我们从定义第一反射型偏振器实施例开始。该偏振器具有多层构造。对于聚合物材料之一，我们选择90/10coPEN。对于其他聚合物材料，我们选择SA-115，它是PETg和聚碳酸酯的共混物，可得自Eastman ChemicalCo。这些聚合物适用于共挤出，并且拉伸时表现出合格的层间粘附力。这些材料的交替的层的挤出物可以在合适的条件下被取向为提供具有以下折射率的反射型偏振器：
| nx | ny | nz | ||
| 90/10coPEN微层 | 1.820 | 1.570 | 1.555 | |
| SA-115微层 | 1.570 | 1.570 | 1.570 | |
| 表层1 | 1.570 | 1.570 | 1.570 | |
| 表层2 | 1.570 | 1.570 | 1.570 | |
| 外部 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
用这些折射率，在x方向的较大折射率差值定义了偏振器的阻光轴，并且在y方向的较小折射率差值(基本上为零)定义了透光轴。该偏振器实施例假设有275个单独的微层布置在单个叠堆或层组内，并且没有居间的保护性边界层，其中在交替构造中大约一半微层由90/10coPEN构成，其余微层由SA-115构成。因此叠堆基本上由约137个光学重复单元构成，每个重复单元包括一个90/10coPEN微层和一个SA-115微层。叠堆还具有在整个膜厚度方向上的单调层厚度梯度，其中，最薄光学重复单元(叠堆一端)的光学厚度为200nm，最厚光学重复单元(叠堆另一端)的光学厚度为450nm。这种层分布提供了从400nm至900nm延伸的基本上平坦的宽反射谱带。最后，该实施例包括在叠堆相对侧的光学上较厚的表层，它们具有如上表所示的各向同性折射率，并且用SA-115材料表示。每个表层的一侧接触微层叠堆，另一侧(上表中的“外部”)接触空气。
这个第一反射型偏振器实施例(可描述为基本上单轴双折射的偏振器)用计算机辅助建模并且其反射率作为在空气中的入射方向、偏振态和波长的函数进行计算。对于每个入射方向和偏振态，将计算出的反射率在所关注的波长范围内(通常从420nm至680nm)取平均值，从而得到光谱平均的反射率值。以此方式获得的并包括在表层外表面两个膜/空气界面的影响的结果，示出于图7a中。
在图7a中，曲线710针对入射到透光平面(即包含透光轴的y-z平面)内的p偏振光。曲线712针对入射到阻光平面(即包含阻光轴的平面)内的s偏振光。曲线714针对入射到阻光平面内的p偏振光。曲线716针对入射到透光平面内的s偏振光。应当注意，偏振器表现出良好的偏振特性。
接着我们定义第一多层光学膜实施例。对于这个膜的材料之一，我们选择90/10coPEN。对于其他聚合物材料，我们选择THV。这些聚合物适于共挤出，并且在被拉伸时表现出合格的层间粘附力。这些材料的交替的层的挤出物可以在合适的条件下被取向为提供具有以下折射率的多层光学膜：
| nx | ny | nz | ||
| 90/10coPEN微层 | 1.820 | 1.570 | 1.555 | |
| THV微层 | 1.353 | 1.353 | 1.353 | |
| 表层1 | 1.820 | 1.570 | 1.555 | |
| 表层2 | 1.820 | 1.570 | 1.555 | |
| 外部 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
这些折射率为每个微层界面提供两个内布鲁斯特角，一个在x-z平面内，一个在y-z平面内。这些折射率还表明y轴为弱轴，x轴为强轴。该实施例假设有275个单独的微层布置在单个叠堆或层组内，并且没有居间的保护性边界层，其中在交替构造中大约一半微层由90/10coPEN构成，其余微层由THV聚合物构成。因此，叠堆基本上由137个光学重复单元组成，每个重复单元包括一个90/10coPEN微层和一个THV聚合物微层。该叠堆还具有在膜厚度方向上的单调层厚度梯度，其中，最薄光学重复单元(叠堆一端)的光学厚度为200nm，最厚光学重复单元(叠堆另一端)的光学厚度为450nm。这种层分布提供了从400nm至900nm延伸的基本上平坦的宽反射谱带。最后，该实施例包括在叠堆相对侧的光学上较厚的表层，它们具有如上表所示的双折射折射率，并且用90/10coPEN表示。每个表层的一侧接触微层叠堆，另一侧(上表中的“外部”)接触空气。
该第一MOF实施例以类似于第一偏振器实施例的方式用计算机辅助建模。再次采用通常从420nm至680nm的波长平均化，并且对于该第一MOF实施例，反射率和透射率计算中包括了两个膜/空气界面(两表层的外表面)的影响。
图8是在空气中第一MOF实施例本身的计算反射率与入射角θ的图线。曲线810针对入射到弱(y-z)平面内的p偏振光。该实施例的其他特征反射率，即入射到强(x-z)平面内的p偏振光、入射到弱平面内的s偏振光、和入射到强平面内的s偏振光，都基本上难以区别于所有入射角度按图比例的R＝100％线，因此未标记。注意曲线810中的特征布鲁斯特相关倾斜，其对应于高倾斜角度θoblique的大量漏光。这产生了一对倾斜的透射瓣，例如图2a中所示，从而提供了一定程度的极角θ的光限制。反射多层膜的布鲁斯特最小值(在空气中用两个光滑平表面测量)优选地在50至80度的极角θ范围内。
图8a是第一MOF膜实施例的计算平均透射率(即s偏振光和p偏振光二者的平均值)作为对于选择的倾斜角度θ下的方位角φ的函数的图线。曲线820、822、824、826、和828分别对应于θ＝0、30、50、60、和70度。应当注意，在高入射角下沿阻光轴(φ＝0、180、和360)接近零的透射率和沿透光轴(φ＝90和270)的高透射率，提供了一定程度的方位角φ的光限制。在各种方位角φ下用于膜的测试和表征的简便极角为约θ＝60度。在该极角下，观察到显著透射的方位角范围用其他极角的方位角透射范围表示。曲线826的方位角限制Δφe(θ＝60)为约144度。
我们现在通过将第一偏振器实施例与第一多层光学膜实施例组合，构建(使用我们的建模工具)第一组合偏振器/多层光学膜。我们取向偏振器以使得其透光轴平行于MOF的弱轴，并且其阻光轴平行于MOF的强轴。
前面已叙述过，第一偏振器实施例和第一MOF实施例都具有单调的ORU厚度分布。因此，两种元件都具有厚侧和薄侧。出于第一组合的目的，我们最初使用在图7的矩阵中称为“\\”的表面取向，即厚-薄-厚-薄，其中MOF的薄侧面向偏振器，并且偏振器的厚侧面向MOF。计算的平均透射率作为方位角φ的函数图线示于图8b中，其中曲线830、832、834、836、838、和840分别对应于θ＝0、30、40、50、60、和70度。曲线再次示出了方位角φ的光限制程度，但是图8b与图8a的比较反映出，在该表面取向添加偏振器事实上对方位角的限制量无影响。曲线838的方位角限制Δφe(θ＝60)为约144度。
我们现在采用相同的第一组合实施例，其由第一偏振器实施例和第一MOF实施例组成，并且在保持偏振器的透光轴与MOF的弱轴对齐的同时改变元件的表面取向。具体地讲，我们同时单独倒转MOF和偏振器，以产生在图7的矩阵中称为“//”的表面取向，即薄-厚-薄-厚，其中MOF的厚侧面向偏振器，并且偏振器的薄侧面向MOF。计算的平均透射率作为方位角φ的函数图线示于图8c中，其中曲线850、852、854、856、858、和860分别对应于θ＝0、30、40、50、60、和70度。曲线示出了在方位角φ的光限制程度，但是限制程度显著高于图8b的限制。图8c与图8d的比较反映出，我们仅仅通过倒转这些元件的表面取向，就显著改善了该组合的方位角光限制。曲线858的方位角限制Δφe(θ＝60)为约62度。
图8d和8e研究了该第一组合实施例的剩下的两个表面取向排列。图8d使用在图7的矩阵中称为“∧”的表面取向，即薄-厚-厚-薄，其中第一MOF实施例的厚侧面向偏振器，并且第一偏振器实施例的厚侧面向MOF。在图8d中，曲线870、872、874、876、878、和880分别对应于θ＝0、30、40、50、60、和70度。应当注意，倾斜角度透射包络线的方位角限制类似于图8c。曲线878的方位角限制Δφe(θ＝60)为约62度。
图8e使用在图7的矩阵中称为“∨”的表面取向，即厚-薄-薄-厚，其中第一MOF实施例的薄侧面向偏振器，并且第一偏振器实施例的薄侧面向MOF。在图8e中，曲线890、892、894、896、898、和899分别对应于θ＝0、30、40、50、60、和70度。应当注意，倾斜角度透射包络线的方位角限制是类似于图8b的较差限制。曲线898的方位角限制Δφe(θ＝60)为约142度。
我们接着定义第二多层光学膜实施例。对于该膜的材料之一，我们选择负双折射材料间规立构聚苯乙烯(sPS)。对于其他聚合物材料，我们选择THV。这些聚合物适于共挤出，并且在被拉伸时表现出合格的层间粘附力。这些材料的交替的层的挤出物可以在合适的条件下被取向为提供具有以下折射率的多层光学膜：
| nx | ny | nz | ||
| sPS微层 | 1.510 | 1.620 | 1.620 | |
| THV微层 | 1.353 | 1.353 | 1.353 | |
| 表层1 | 1.510 | 1.620 | 1.620 | |
| 表层2 | 1.510 | 1.620 | 1.620 | |
| 外部 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
这些折射率为每个微层界面提供两个内布鲁斯特角，一个在x-z平面内，一个在y-z平面内。折射率还反映出，x轴(不是常见的y轴，因为sPS的负双折射)是弱轴，并且y轴(不是常见的x轴)是强轴。该实施例假设有500个单独的微层布置在单个叠堆或层组内，并且没有居间的保护性边界层，其中在交替构造中一半微层由sPS构成，其余微层由THV聚合物构成。因此，叠堆基本上由250个光学重复单元组成，每个重复单元包括一个sPS微层和一个THV聚合物微层。该叠堆还具有在膜厚度方向上的单调层厚度梯度，其中，最薄光学重复单元(叠堆一端)的光学厚度为200nm，最厚光学重复单元(叠堆另一端)的光学厚度为450nm。这种层分布提供了从400nm至900nm延伸的基本上平坦的宽反射谱带。最后，该实施例包括在叠堆相对侧的光学上较厚的表层，它们具有如上表所示的双折射折射率，并且用sPS表示。每个表层的一侧接触微层叠堆，另一侧(上表中的“外部”)接触空气。
该第二MOF实施例以类似于第一MOF实施例的方式用计算机辅助建模。再次采用通常从420nm至680nm的波长平均化，并且对于该第二MOF实施例，反射率和透射率计算中包括了两个膜/空气界面(两表层的外表面)的影响。
图9是在空气中第二MOF实施例本身的计算反射率与入射角θ的图线。曲线910针对入射到弱(x-z)平面内的p偏振光。曲线912针对入射到强(y-z)平面内的p偏振光。该实施例的其他特征反射率，即入射到弱平面内的s偏振光和入射到强平面内的s偏振光，都位于与所有入射角度按图比例的R＝100％线如此接近的位置，以至于它们未标绘或标记。注意曲线910、912二者中的特征布鲁斯特相关倾斜。曲线910的弱轴反射率减小(同时透射率增加)程度大于曲线912的强轴。因此，第二MOF实施例提供弱平面内p偏振光的强蝠翼透射特性，以及强平面内p偏振光的显著但稍弱的蝠翼透射特性(具有的最大透射的入射角θoblique大于强蝠翼特性)。
接着我们通过将第一偏振器实施例与第二多层光学膜实施例组合，构建(使用我们的建模工具)第二组合偏振器/多层光学膜。我们再次取向偏振器以使得其透光轴平行于MOF的弱轴，并且其阻光轴平行于MOF的强轴。为了与前述组合的旋转位置一致，我们还旋转所得的第二组合以使得透光轴与x轴对齐而不是与y轴对齐。
计算并标绘该第二组合偏振器/MOF实施例的平均透射率(即两个垂直偏振状态的平均透射率)作为对于选择的倾斜角度θ下的方位角φ的函数。最初，这是为图7的矩阵中称为“//”的表面取向，即薄-厚-薄-厚而建立，其中MOF的厚侧面向偏振器，并且偏振器的薄侧面向MOF。计算的平均透射率作为方位角φ的函数图线示于图9a中，其中曲线920、922、924、926、928、和930分别对应于θ＝0、30、40、50、60、和70度。曲线示出了在方位角φ的高度光限制。曲线928的方位角限制Δφe(θ＝60)为约46度。
图9b以极坐标形式重新标绘了图9a的平均透射率数据。在图9b中，曲线940、942、944、和946分别对应于θ＝40、50、60、和70度。
图9c研究了第二组合偏振器/MOF实施例的替代表面取向排列。对于图9c，相对于图9a-b的取向，我们倒转了MOF的表面取向同时保留偏振器的表面取向不变，得到“∨”取向，即厚-薄-薄-厚，其中第二MOF实施例的薄侧面向第一偏振器实施例的薄侧。标绘所得组合的平均透射率作为方位角函数的图线，得到图9c，其中曲线950、952、954、956、958、和960分别对应于θ＝0、30、40、50、60、和70度。图9d以极坐标形式重新标绘了图9c的数据，其中曲线970、972、974、和976分别对应于θ＝40、50、60、和70度。注意通过图9d与图9b的比较，或通过图9c与图9a的比较得到的不同表面取向提供的显著不同的方位角限制。在图9c中曲线958的方位角限制Δφe(θ＝60)为约148度。
我们接着定义了第二反射型偏振器实施例。偏振器还具有多层构造。对于该膜的材料之一，我们选择聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)。对于其他材料，我们选择55/45coPEN。这些聚合物适于共挤出，并且在被拉伸时表现出合格的层间粘附力。这些材料的交替的层的挤出物可以在合适的条件下被取向为提供具有以下折射率的反射型偏振器：
| nx | ny | nz | ||
| PEN微层 | 1.830 | 1.620 | 1.520 | |
| 55/45coPEN微层 | 1.620 | 1.620 | 1.620 | |
| 表层1 | 1.830 | 1.620 | 1.520 | |
| 表层2 | 1.830 | 1.620 | 1.520 | |
| 外部 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
用这些折射率，在x方向的较大折射率差值定义了偏振器的阻光轴，并且在y方向的较小折射率差值(基本上为零)定义了透光轴。该偏振器实施例假设有400个单独的微层布置在单个叠堆或层组内，并且没有居间的保护性边界层，其中在交替构造中一半微层由PEN构成，其余微层由55/45coPEN构成。因此，叠堆基本上由200个光学重复单元组成，每个重复单元包括一个PEN微层和一个55/45coPEN微层。该叠堆还具有在膜厚度方向上的单调层厚度梯度，其中，最薄光学重复单元(叠堆一端)的光学厚度为200nm，最厚光学重复单元(叠堆另一端)的光学厚度为450nm。这种层分布提供了从400nm至900nm延伸的基本上平坦的宽反射谱带。最后，该实施例包括在叠堆相对侧的光学上较厚的表层，它们具有如上表所示的双折射折射率，并且用PEN材料表示。每个表层的一侧接触微层叠堆，另一侧(上表中的“外部”)接触空气。
该第二反射型偏振器实施例(可描述为双轴双折射偏振器)如上所述用计算机辅助建模，并且其反射率(通常为420nm至680nm的平均值，并且包括两个膜/空气界面的影响)作为在空气中的入射方向和偏振态的函数进行计算。结果在图10中示出。在图中，曲线1010针对入射到透光平面(即y-z平面)内的p偏振光。曲线1012针对入射到阻光平面(即x-z平面)内的s偏振光。该偏振器的其他特征反射率，即入射到阻光平面内的p偏振光和入射到透光平面内的s偏振光，具有非常高的反射率且几乎彼此一致，并且未标记。应当注意，该第二偏振器表现出良好的偏振特性。
接着我们通过将该第二偏振器实施例与第二多层光学膜实施例(由sPS和THV微层构成)组合，构建(使用我们的建模工具)第三组合偏振器/多层光学膜。我们再次取向偏振器以使得其透光轴平行于MOF的弱轴，并且其阻光轴平行于MOF的强轴。为了与前述组合的旋转位置一致，我们旋转所得的第三组合以使得透光轴与x轴对齐。
计算并标绘该第三组合偏振器/MOF实施例的平均透射率(即两个垂直偏振状态的平均透射率)作为对于选择的倾斜角度θ下的方位角φ的函数。最初，这是为图7的矩阵中称为“//”的表面取向，即薄-厚-薄-厚而建立，其中MOF的厚侧面向偏振器，并且偏振器的薄侧面向MOF。计算的平均透射率作为方位角φ的函数图线示于图10a中，其中曲线1020、1022、1024、1026、1028、和1030分别对应于θ＝0、30、40、50、60、和70度。曲线示出了在方位角φ的高度光限制。曲线1028的方位角限制Δφe(θ＝60)为约46度。
图10b以极坐标形式重新标绘了图10a的平均透射率数据。在图10b中，曲线1040、1042、1044、和1046分别对应于θ＝40、50、60、和70度。
图10c研究了第三组合偏振器/MOF实施例的替代表面取向排列。对于图10c，相对于图10a-b的取向，我们倒转了反射型偏振器的表面取向同时保留MOF的表面取向不变，得到“∧”取向，即薄-厚-厚-薄，其中第二MOF实施例的厚侧面向第二偏振器实施例的厚侧。标绘所得组合的平均透射率作为方位角函数的图线，得到图10c，其中曲线1050、1052、1054、1056、1058、和1060分别对应于θ＝0、30、40、50、60、和70度。注意通过图10c与图10a的比较得到的不同表面取向提供的显著不同的方位角限制。在图10c中曲线1058的方位角限制Δφe(θ＝60)为约50度。然而，应当注意，大量的光以更大的角度透射。
图10d研究了用图10c曲线表示的透射光的线性偏振程度。为此，我们将吸收型偏振器加入(使用我们的建模工具)第三组合(仍然以“∧”取向)，其被布置成使得反射型偏振器在MOF和吸收型偏振器之间，并且我们使吸收型偏振器的透光轴相对于第二反射型偏振器实施例的透光轴取向。于是我们计算作为方位角和入射角的函数的吸收型偏振器吸收的光量。图10d标绘了每个入射角θ＝0、10、20、30、40、50、60、和70度的曲线，但只标记了70度的曲线(曲线1070)。较低量的吸收率表明，射出倾斜通量包络线内的组合的光具有良好的偏振态。
图10e以极坐标形式重新标绘了图10c的平均透射率数据。在图10e中，曲线1080、1082、1084、和1086分别对应于θ＝40、50、60、和70度。
图11a研究了用图9c曲线表示的透射光的线性偏振程度。为此，我们将吸收型偏振器加入(使用我们的建模工具)第二组合(以“∨”取向，正如图9c)，其被布置成使得反射型偏振器在MOF和吸收型偏振器之间，并且我们使吸收型偏振器的透光轴相对于第一反射型偏振器实施例的透光轴取向。图11a标绘了所得的该三元件构造的平均透射率，其中曲线1110、1112、1114、1116、1118、和1120分别对应于θ＝0、30、40、50、60、和70度。注意基本类似于图9c的曲线，表明了加入吸收型偏振器的微小影响。对于该构造，吸收型偏振器吸收的光量标绘于图11b中，对于角度θ＝50、60、和70度分别标记为1030、1032、和1034。小量吸收率确认了射出倾斜通量包络线内的第二组合(以“∨”取向)的光具有良好的偏振态。
出于比较目的，我们接着定义了对比性第三多层光学膜实施例。该膜具有对称设计以使得其组成微层具有相同的折射率而不管面内方向如何，即每个组成层的nx＝ny。因此，膜没有明显的弱轴和强轴，虽然其在x-z平面和y-z平面都具有内布鲁斯特角。对于该膜的材料之一，我们选择间规立构聚苯乙烯(sPS)。对于其他材料，我们选择SPOx。这些聚合物适于共挤出，并且在被拉伸时表现出合格的层间粘附力。这些材料的交替的层的挤出物可以在合适的条件下被取向为提供具有以下折射率的多层光学膜：
| nx | ny | nz | ||
| sPS微层 | 1.570 | 1.570 | 1.620 | |
| SPOx微层 | 1.405 | 1.405 | 1.405 | |
| 表层1 | 1.570 | 1.570 | 1.620 | |
| 表层2 | 1.570 | 1.570 | 1.620 | |
| 外部 | 1.0 | 1.0 | 1.0 |
如上所述，这些折射率提供了在x-z平面的布鲁斯特角和在y-z平面的布鲁斯特角，但是由于旋转对称没有明显的弱轴或强轴。该实施例假设有400个单独的微层布置在单个叠堆或层组内，并且没有居间的保护性边界层，其中在交替构造中一半微层由sPS构成，其余微层由SPOx构成。因此，叠堆基本上由200个光学重复单元组成，每个重复单元包括一个sPS微层和一个SPOx微层。该叠堆还具有在膜厚度方向上的单调层厚度梯度，其中，最薄光学重复单元(叠堆一端)的光学厚度为200nm，最厚光学重复单元(叠堆另一端)的光学厚度为450nm。这种层分布提供了从400nm至900nm延伸的基本上平坦的宽反射谱带。最后，该实施例包括在叠堆相对侧的光学上较厚的表层，它们具有如上表所示的双折射折射率，并且用sPS表示。每个表层的一侧接触微层叠堆，另一侧(上表中的“外部”)接触空气。
该第三MOF实施例以类似于其他MOF实施例的方式用计算机辅助建模。再次采用通常从420nm至680nm的波长平均化，并且对于该第三MOF实施例，反射率和透射率计算中包括了两个膜/空气界面(两表层的外表面)的影响。
图12是在空气中第三MOF实施例本身的计算反射率与入射角θ的图线。由于膜的对称性，曲线1210针对入射到任何入射平面的p偏振光。注意曲线中的特征布鲁斯特相关倾斜，其在极角方向提供了一定程度的限制。然而，由于膜的旋转对称性，在方位角方向未再次提供限制。
接着我们通过将该第三MOF实施例与结合图7a描述的第一偏振器实施例组合，构建(使用我们的建模工具)对比性第四组合偏振器/多层光学膜。由于MOF的旋转对称性，偏振器相对于MOF的旋转取向是无关的。反射型偏振器的透光轴与坐标系的y轴对齐。
计算并标绘该第四组合偏振器/MOF实施例的平均透射率(即两个垂直偏振状态的平均透射率)作为对于选择的倾斜角度θ下的方位角φ的函数。最初，这是为图7的矩阵中称为“//”的表面取向，即薄-厚-薄-厚而建立，其中MOF的厚侧面向偏振器，并且偏振器的薄侧面向MOF。计算的平均透射率作为方位角φ的函数图线示于图12a中，其中曲线1220、1222、1224、和1226分别对应于θ＝0、50、60、和70度。曲线示出了在方位角φ的低度光限制。曲线1224的方位角限制Δφe(θ＝60)为约138度。
然后将该第四组合的元件的表面取向改为对应于图7的矩阵中称为“\\”的取向，即厚-薄-厚-薄，其中MOF的薄侧面向偏振器，并且偏振器的厚侧面向MOF。再次标绘作为方位角φ函数的平均透射率，但是相对于图12a只示出微小变化。数据再次示出在方位角φ的低度光限制，并且θ＝60度的方位角限制Δφe为约148度。使用对称反射镜/RP组合作为基准，不对称多层光学膜/RP组合可表现出大大改善了对膜的大量透射的方位角范围的限制。除非另外指明，否则所有例子列出的透射率值都针对非偏振光。出于这个原因，根据熟知的光学原理，各种膜组合对于入射至任何一个外表面的光的透射率值是相同的。
本发明所公开的偏振器/多层光学膜组合提供的方位角准直度，都可以在有效的光控膜组合的构造中有利地与线性棱镜结构一起使用。例如，可以将线性棱镜膜1310施加到本文所公开的组合1312上以有助于将斜透射光导向至基本上竖直的方向，或根据需要导向至其他方向。此类构造示出于图13中。棱镜膜可将倾斜光线朝向法向折射，同时也可压缩透射角的范围。通过将棱镜膜1310层合到组合1312，可以消除两个聚合物/空气界面。为了达到最佳效率，将组合1312的弱轴取向为垂直于棱镜的长轴。当与棱镜结构组合使用时，保持较窄的方位角准直度可以提供围绕x-z平面内的z轴的准直。
棱镜阵列的形状可以与常规BEF结构有很大不同。利用本发明所公开的多层光学膜，垂直入射光和几乎垂直入射光的反射率水平可以通过多层膜而不是棱镜阵列确定。可以将棱镜阵列仅用于重新导向多层膜在大致从30度至90度的范围内的高入射角下透射的光。如果需要，棱镜顶点处的夹角可以在从约40度至几乎180度的范围内。相比之下，常规BEF膜具有约90度的夹角。对于一些系统，多层膜可以传输从约50度至80度的大多数光。棱镜夹角的选择取决于折射光相对于x-z平面的所需方向。在没有棱镜的情况下(例如，夹角180度)，多层膜和光循环腔形成宽角度蝠翼分布。如果如图8所示在膜上方添加棱镜，则蝠翼瓣朝向竖直方向(z轴方向)。棱镜夹角越小(并且棱镜折射率越大)，蝠翼瓣越折射为靠近x-z平面。对于较大的夹角(如从约90度至180度)，可以对多种照明应用中的灯具的蝠翼分布进行有用的修改。对于较小的夹角(如从约90度至约40度)，蝠翼瓣被折射为更靠近x-z平面，从而产生以小夹角为限的准直输出。最大准直度对应的实际棱镜角度取决于膜的最小布鲁斯特角和棱镜折射率。y-z平面内的准直度取决于透射光的方位角准直度Δφe，该值取决于多层膜设计。
也可以在棱镜的一些或所有小平面上添加附加结构。该附加结构可以为衍射或折射性的。也可以在棱镜膜的本体上添加漫射粒子。作为另外一种选择，可以采用完全衍射膜而不是折射棱镜膜。棱镜膜上的棱镜可以形状和尺寸完全相同，或者可以有序或随机方式因棱镜而异。棱镜平面可以包括亚结构，并且也可以是弯曲的，棱镜顶点可以是倒圆的或平坦的。
图14a示出了照明系统1410的示意性侧视图，该系统包括在所有方向或所选方向发光的扩展光源1412，例如实心或中空光导。本文所公开的偏振器/多层光学膜组合1414以蝠翼分布选择性地透射光，将其他光反射回光源1412以循环利用。棱镜膜1416将倾斜发出的光以狭窄光锥(例如就第二偏振器/MOF组合实施例而言+/-15度)朝向法向导向。如图14b所示，所得发光分布类似于“聚光灯”分布，但使用薄得多的薄型物理结构实现。
图15a示出了类似于图14a的照明系统的照明系统1510，其中类似的附图标号用于类似的元件，但是其中对称棱镜膜1416被不对称棱镜膜1512取代。通过不对称棱镜的适当设计，大多数光可引导至一个侧面，如左或右，具体取决于棱镜的倾斜度。该效果是由入射到棱镜的接近竖直面的光的全内反射(TIR)所导致，如图15a所示。所得光分布图案的大致形状在图15b中示出。
因此，本发明所公开的偏振器/多层光学膜组合可以与棱镜膜或类似的棱镜表面涂层组合，以制备相对良好准直的薄而平坦的照明系统，或者作为另外一种选择，以制备显示具有蝠翼分布，并且蝠翼相对瓣之间相隔的极角可以在从例如160度至0度的较宽范围内选择的照明系统。这类系统可以为具有LED的侧光式或直接照明式，并且仍然可以在膜的表面上方提供相对均匀的输出光。该照明系统可具有类似于常规聚光灯(甚至闪光灯)的定向性质，但又具有类似于平板笔记本或杂志的形状因素。图16示出了该形状和所得的光线图案。
该准直照明系统和常规准直系统的一个主要区别是，可以让从该系统表面发出的光看上去均匀，即使只有几个明亮的内部光源(例如高亮度LED)也如此。这样，可以制成具有令人愉悦的美感和较高流明输出的低炫光、大面积“聚光灯”。
该结构也可以制成弯曲形状，例如图17中所示的凹面形状，或凸面形状(例如，该结构被包裹在圆形横截面柱子周围)。图17的凹型结构可具有聚光特性，这是任何其他设计的薄型侧光式灯具都难以实现的。
附加讨论
上述布鲁斯特角膜也可以用于多种照明系统，而不限于直接照明式LCD背光源。可以想到用于房间和空间照明、路灯、背光标牌和其他照明目的的灯具。本文所述照明系统可以包括这里所列并在下文详述的若干关键元件：
1)一个或多个光源及其布置方式(上述许多实例)；
2)主要由以下元件限定的光循环腔
(2a)高效率后反射器，以及
(2b)部分透射前反射器(例如，本文所述或以引用方式并入本文的膜之一)；
3)位于前反射器和后反射器之间的一个或多个漫射元件(可以是元件2的一部分或单独元件)；和
4)位于前反射器出口侧的光转向层。
循环腔边缘可以设计成前反射器或后反射器的一部分，具体取决于从边缘发出的所需光输出。
循环腔和漫射元件的一个关键功能是为光转向层的输入表面提供均匀或其他设计的光通量。然后光转向层即可为该系统发出的光提供所需的方向性。上述四种元件可具有多种属性，可以选择这些属性使其成为适当组合，以满足照明行业当前对于薄型大面积照明系统在均匀性和方向性方面的多种需求。下面更详细地讨论每个元件的相关方面。
1.光源
光源可以布置在边缘(对于侧光式系统)或布置成上述直接照明式。光源的布置方式、由光源发出的光的方向性、以及布置方式与系统内的反射器和漫射器的角度性能的关系可以对照明系统的效率和均匀性产生很大影响。
这些特性能否成功地整合到背光源中，部分取决于用于照明背光源的光源类型。例如，CCFL在其长且窄的发射面积上提供白光发射，那些发射面积还能散射入射在CCFL上的一些光(如循环腔中会发生的那样)。然而，来自CCFL的典型发射具有基本上朗伯曲线型的角分布，在给定背光源设计中，这可能是低效或换句话讲不理想的。另外，尽管具有一定程度的漫反射性，但CCFL的发射表面通常也具有吸收性损耗，在需要高度循环腔的情况下该吸收性损耗可能是显著的。LED晶粒也以朗伯曲线方式发射光，但是由于其尺寸相对于CCFL小很多，所以LED光分布容易修改，例如用整体封装透镜或反射器或提取器来修改，以使所得到的封装LED成为前向发射器、侧向发射器或其他非朗伯曲线型分布。这样的非朗伯型分布可为本发明所公开的背光源提供重要的优点。然而，LED光源相对于CCFL的较小尺寸和较高强度也可使其更难使用LED产生空间上均匀的背光源输出区域。这在使用各个颜色的LED(例如红色/绿色/蓝色(RGB)的LED的排列)来产生白光的情况下是特别真实的，因为如果不能对这种光提供足够的侧向传播或混合，则可易于导致不期望的色带或区域。发白光的LED(其中荧光体由发蓝光或紫外光的LED晶粒激发，以从接近LED晶粒的小面积或体积产生强白光)可用于减小这种颜色不均匀性，但白色LED目前无法提供像用各个颜色的LED排列所能实现的色域那样宽的LCD色域，因此对于所有终端应用而言，白色LED可能并非理想。基于荧光体的LED通常产生朗伯曲线型定向输出。没有荧光体的LED可提供朗伯曲线型、蝠翼型或可用于优化系统性能的侧发光分布。
作为荧光体LED的替代形式，可以将磷光粉层涂覆或以其他方式附接到循环腔内或的其他元件上或前反射器出口侧。
2.光循环腔和漫射器
高效的光循环腔旨在将射入循环腔内或在腔内循环的光的方向性和偏振方向有效地结合。这需要在前后反射器之间设置低损耗反射器和光转向元件。在循环光学腔体内，大部分光在从前反射器射出之前会在基本上共延的前反射器和后反射器之间经过多次反射，前反射器是部分透射和部分反射的。
前反射器具有足够高的反射率，足以支持此类可用光的侧向传播或根据需要扩散光、以及对于光线角度随机性来说足以实现可接受的背光源输出空间均匀性，但是具有对于相应应用来说可用的角度的、足以确保照明系统应用亮度的高透射率是可接受的。将光循环腔中传播的光的总损耗保持在极低水平，例如通过设置基本上封闭的低吸收损耗的腔体(该腔体包括低损耗的前反射器和后反射器以及侧反射器)并通过将与光源相关的损耗保持在非常低的水平(例如通过确保所有光源的累积发射区域为背光源输出区域的一小部分)来实现。
可能存在这样的情况，鉴于生产成本或效率方面的原因，会在直接照明式背光源中优选使用朗伯曲线发光LED。由于类似的原因，单独的光偏转装置可能不是优选的。利用本文所述膜仍然可以实现良好的均匀性和减少“穿通”。如果前反射器具有高度反射性，例如在垂直入射角度具有小于约10％或小于5％的透射率，则当从垂直入射角度观察系统时，不易看到LED。虽然本文所述膜在倾斜角度可具有较高透射率，但由给定点光源(例如LED)发出的光的强度将降低1/R^2，其中R为从LED到前反射器上某点的距离。因此，当在倾斜角度观察时，穿通在强度上减小该距离因子。当与膜的部分反射率(甚至在倾斜角度下)组合时，穿通甚至会进一步减小。此外，当如下所述被合适的漫射元件散射时，在垂直角度下被拒绝的光被分布为进一步增加系统的均匀性。
3.漫射元件
循环光腔包括能够保持该腔镜面和漫射特性平衡的一个或多个元件，所述元件具有足够的镜面反射性以支持所需程度的侧向光传播，但也具有足够的漫射性以使得腔内稳态光基本获得所需的角分布和空间分布。对于偏振照明系统，腔体内的循环优选包括相对于入射光偏振态的反射光偏振随机程度，这样能够使不可用的偏振光转换为可用的偏振光。前后反射器与漫射元件的组合形成光导，该光导控制光从各个光源向前反射器表面的传播。现在讨论控制该过程的机制。
纯镜面反射器(有时称为反射镜)按照“入射角等于反射角”的光学定律工作。前后反射器均为纯镜面反射器的中空腔体设计在整个腔体上提供最大的侧向光传播，因为循环的光线在腔体的侧向传播中不受阻碍。然而，腔体中不会进行角混合，因为不存在将以给定入射角传播的光转换为以其他入射角传播的光的机制。另一方面，纯朗伯曲线反射器可在所有方向等几率地重新引导光线。这可参见图18的中空腔体设计，其中前反射器和后反射器均为纯朗伯反射器。初始发射的相同斜光线立刻被前反射器以所有方向散射，散射光中的大多数被反射回腔体中，但一些光线透射穿过前反射器。被反射的一些光“向前”(在图中看大致向右)传播，但也有等量的光“向后”(大致向左)传播。我们所说的向前散射是指反射光的侧向或面内(平行于所考虑散射表面的平面内)传播分量。重复传播时，此过程在若干反射之后使向前导向的光线分量大大减少。光束被快速分散，产生相比镜面系统大大减少的侧向传播。
半镜面反射器提供了镜面反射特性与漫射特性的平衡。在图19的中空腔体设计中，前反射器为纯镜面反射器，但后反射器为半镜面反射器。初始发射的相同斜光线的反射部分照射后反射器，并以受控的量被显著向前散射。然后，反射光锥被部分透射，但大部分被(镜面)反射回后反射器，同时所有的光在很大程度上仍以“向前”的方向传播。
因此，可见半镜面反射器提高了整个循环腔体内的侧向光传播，同时仍提供光线方向和偏振态的足够混合。具有部分漫射性但又具有显著向前导向的元件的反射器将可以在整个更长的距离上传播更多的光，使光线的全反射变少。可将半镜面反射器定性地描述为能提供显著多于逆散射的向前散射的反射器。可以将半镜面漫射器定义为不会逆转绝大多数入射光的垂直方向分量的漫射器，即光在向前(z)方向上基本上被透射，而在x和y方向上在一定程度上被散射。关于半镜面的更定量的描述在提交于2008年5月19日的共同转让的PCT专利申请公布No.WO 2008/144644“Recycling Backlights With Semi-Specular Components”(具有半镜面反射元件的循环背光源)(代理人案卷号63032WO003)中给出。
作为图19中二元件系统的替代形式，可以在循环腔体的前反射器和后反射器之间插入额外的光学元件，并且可以对这样的额外光学元件进行调控，以为腔体提供所需程度的半镜面特性。尽管通常有利的是使腔体中元件数目尽可能少，但通过满足前反射器或后反射器的最小损耗设计，有时可以使用第三元件来提供更高效率的腔体。
可以通过多种手段实现光线在具有散射元件的腔体内的混合。这可以通过漫射元件(既可以是前反射器或后反射器的一体部分，也可以层合到前反射器或后反射器)，或通过使用设置在前反射器和后反射器之间任何位置的单独漫射片来实现。也可以通过这些可选方式的任何组合来实现。如何选择取决于问题(例如光学损耗、元件成本、以及加工便利性)的相对重要性。漫射元件可以附接到前反射器或后反射器中任何一个或成为其一体部分，或可以在漫射片和反射器之间形成气隙。
无论漫射器为任一反射器的一体部分，还是层合到任一反射器，或作为单独元件设置于腔体中，总体所需的光学性能是这样一种光学性能，对于完成一次从后反射器到前反射器并回到后反射器的往返行程的光线而言，其可控制角散布函数。半镜面反射器可具有镜面反射器和朗伯曲线反射器两者的特性，或可为关于镜面反射方向的轮廓分明的高斯锥。作为另外一种选择，漫射器可具有显著的(例如回射性膜或涂层的)后向散射性质。应当记住，漫射元件也可以与反射器分离，存在若干可能的构造来形成具有可控漫射程度的后反射器：
(1)在高反射率后漫反射器上的部分透射镜面反射器；
(2)覆盖高反射率镜面后反射器的部分朗伯曲线漫射器；
(3)在高反射率镜面后反射器上的前向散射漫射器；
(4)在镜面后反射器上的部分回射涂层；
(5)波状高反射率镜面反射器；
(6)漫反射器。
对于每种构造，所列出的第一元件被布置用于面向腔体内部。构造(1)至(4)的第一元件在后反射器区域上可以是连续或不连续的。此外，第一元件可具有分级扩散性质，或可被印刷或涂覆分级的其他扩散图案。分级的扩散器为可选的，但可为理想的，以优化各种背光源系统的效率。术语“部分朗伯曲线”是指仅散射入射光中的一些的元件。被这种元件散射的那部分光被几乎均匀地以所有方向导向。在构造(1)中，部分镜面反射器为与用于前反射器的元件不同的元件。在这种情况下，部分反射器可为具有适度反射率的空间均一的膜，或它可为空间不均一的反射器，例如打孔的多层或金属反射器。可通过改变穿孔的尺寸和数量，或通过改变膜的基准反射率，或同时采用这两种方法来调整镜面反射程度。
构造(5)可以通过对多层聚合物镜膜进行热压印来制备，或者通过对这样的膜进行物理起皱来制备。另外，任何具有这些形状的表面都可涂覆金属反射膜或增强金属反射膜。此外，可对(1)至(4)的半镜面构造进行起皱或压印处理，以优化它们的光传播特性。
这些组合中的一些也可能适用于前(部分)反射器，例如，(2)、(3)、(4)和(5)中的漫射元件或具有本发明的任何前反射器的它们中的任何组合。同样，所列出的第一元件被布置用于循环腔体内。所有这三种构造的第一元件在部分反射器区域均可连续或不连续，并且第一元件的扩散性质可以具有梯度，或者可以被印刷或涂覆具有梯度的其他扩散图案。
定量地讲，半镜面程度(给定反射器或其他元件的半镜面特性与朗伯特性与回射特性之比)可通过对向前和向后散射的光分量进行通量对比来表征，这两个分量分别称为F和B。前向散射通量和后向散射通量可通过在所有立体角上对反射强度进行积分(或就透光元件而言，对透射强度进行积分)来获得。然后，可通过“传播率”T来表征半镜面程度，通过下式给定：
T＝(F-B)/(F+B)。
当从纯回射变为纯镜面反射时，T在从-1至1的范围内。使用完美的回射器，所有光都被后向散射，得到F＝0并且B＝1。对于纯朗伯反射器，前向散射通量和后向散射通量是相同的(F＝B)，因此T＝0。对于纯镜面反射器，无后向散射(B＝0)，因此T＝F/F＝1。具有实验测量值的例子在提交于2008年5月19日的共同转让的PCT专利申请公布No.2008/144644“Recycling Backlights With Semi-Specular Components”(具有半镜面元件的循环背光源)(代理人案卷号No.63032WO003)中给出。任何实际反射或透射元件的传播率是入射角的函数。这是符合逻辑的，因为可以估计，例如，就几乎垂直入射的光线与掠入射的光线而言，前向散射的光量是不同的。
漫反射器可以用得自德国autronic-MELCHERS GmbH的Autronics锥光镜以反射模式来表征。将样品置于距离锥光镜透镜约2mm的焦点处。用该仪器以白色准直光并以所选入射角照射样品。样品反射的光被锥光镜透镜采集并成像到二维检测器阵列(CCD照相机)上。利用校准文件将该图像转化为角分布函数。该仪器提供了各种半镜面反射器和漫反射器的角度反射性质的非常有用的比较。反射器的较大镜面分量会导致靠近镜面反射角的检测器饱和，但该值可以在设置为较低灵敏度的设备上单独测量。
对于光线在一个角度与反射器或扩散器发生单次相互作用的情况，传播率是定义明确的。良好的循环腔体使用至少两个反射或扩散元件，而且可能使用三个或更多此类元件，使所有角度的光线产生多次相互作用。由于单次相互作用的传播率是入射角的函数，因此对腔体总传播率的描述比对单个分量的描述更为复杂。“有效腔体传播率”或者更好地描述为“腔体传播值”应为衡量腔体将注入光从注入点散播到腔体内的远端点并使光线足够随机化以使光线均匀地导向使用者的能力的量度。估测相对腔体传播值的简单方法可用于判断镜面元件、半镜面元件和朗伯元件的各种组合的相对利弊。出于该目的，我们定义了各个元件的向前传播数fT，表示为
fT＝F/(F+B)
其中如本文中所述定义和测量F和B，但是现在是对单次相互作用的所有角度取平均值。在从10度至80度的范围内，以约10度的间隔进行测量就足以得出合适的平均值。F和B是前散射光和后散射光的相对比率，并且通过定义F+B＝1，简单地得到fT＝F，F为前散射光的比率。那么，腔体传播CT是腔体前反射器和后反射器的F值的乘积：
CT＝Ffront×Fback
例如，如果前反射器为Ffront＝1的镜面反射器，后反射器为Fback＝0.75的半镜面反射器(传播率T＝0.5)，则腔体总传播值由CT＝1×0.75＝0.75给出。
使用常见的漫射器，T在如上所述的0和1之间的范围内并且fT在0.5至1.0的范围内。然而，如果具有一些回射性质的材料用作漫射器，那么对于此类材料T可以为负值且可在0至-1的范围内并且F在0至0.5的范围内。回射玻璃微珠是一个例子，具有90度或接近90度倾斜平面的棱柱结构同样也是如此。
又如，如果前反射器是朗伯反射器，使得Ffront＝0.5(T＝0)，而后反射器是半镜面反射器，使得Fback＝0.75(T＝0.5)，则腔体总传播值为CT＝0.5×0.75＝0.375。可以预料，与第一个例子的腔体相比，后面一个腔体从注入点传播到给定距离的光要少得多。这预测由本文所述实验证明。
对于一些应用，前反射器可以由一叠若干元件组成，例如镜面或半镜面反射器然后是光转向层或一个或多个可彼此层合或不层合的漫射器。前反射器和后反射器各自可以被定义为按特定顺序组装的元件的集合。构成前反射器或后反射器的所有元件的总体传播性质可通过一次测量确定。单个元件(如膜)对一叠元件的传播性质的影响取决于元件在叠堆中的顺序和取向以及叠堆中其他元件的性质。由于至少这些原因，该叠堆可以作为整体测量。可以将前反射器的元件置于测量装置(例如，由Autronics和Radiant Imaging(Duvall，Washington，USA)制造的测量装置)内，使得腔体内表面面向测量光束。
对半镜面反射器的上述F和B的测量在反射模式下进行，这意味着入射光束的一部分穿过漫射层两次或由漫射层反射一次。如果漫射器为设置在腔体内前反射器和后反射器之间某处的中间元件，则光线在传播过程中穿过该漫射器两次以完成一次前后循环。因此，我们将中间元件的F和B值定义为以与将涂覆到反射镜上的漫射器相同的方式测得的值。该中间元件可以与前反射器或后反射器组合，并且中间元件与所选反射器的组合传播性质可以一起测量。如果大部分光注入腔体内中间元件的上方(或从下方穿过中间元件内的通孔)，则中间元件可以与底部反射器组合。如果大部分光注入中间元件的下方，则中间元件可以与前反射器组合以便于测量传播。
4.光转向层
当本发明所公开的组合用作光腔内的前反射器时，光转向层接纳来自腔体的光通量。入射到光转向层上的光通量将具有以膜的最大透光率的极角θ0和方位角的预定值为中心的角分布。由Δθe和给定的角度范围Δθ和
使得可以设计能将大部分光有效重新导向进入所需角度范围内的微结构。光转向层可以为体漫射器以实现朗伯曲线输出或为棱镜或全息结构以实现特定角度控制。
为了将离开循环腔的光重新导向，可以将某些结构化形状设置在射出光的前反射器表面上或上方。这些结构可以为棱镜，或者可以为球形或部分球形或其他规则或不规则的形状。也可以对这些结构的尺寸进行控制，以便折射和/或衍射光。多层光学膜相对于入射到不同平面内的光的透射的方向对称度可以决定是将一维结构还是二维结构加入多层膜以将透射光重新定向。一些膜基本上仅沿膜的一条轴线透射，也就是说，这些膜形成非常狭窄的定向光锥。这些“一维”反射器可以更有效地利用一维(如线性)表面结构，其中线性结构被布置成与透射主平面成一角度，通常垂直于该透射轴线。其他膜可以在更宽的角度范围内透射，并且可以更好地利用二维结构来将光重新导向。
这些膜与上述微结构的组合可用于照明系统中，以提供各种准直度的基本上随机的定向光。当光源高度随机或为朗伯型(为均匀化而常常要求的条件)时，离开背光源的光的角度范围难以压缩。
二维结构可以为随机或有序阵列。二维结构(例如微珠、球体、棱锥等的阵列)可以用于对称和不对称反射器上。该结构可以为用粘合剂涂覆的预成形结构，或者可以被压印(即通过热压印固体表面层或通过浇铸并固化方法或通过挤出熔融涂布并压印来复制)。该结构可以为紧密堆积的或间隔开的。作为另外一种选择，可将包括此类表面结构的膜层合。
该二维结构可以为倒圆和/或棱锥形的。一种特别可用的结构是类似于“鼻锥”的倒圆的圆锥结构。该结构减小了球形结构顶部出现的平坦区域。单个元件可以为旋转体或多面体。
离开腔体的光的准直度取决于该结构的形状，其形状一般通过表面的表面法向量的分布来表征。
美国专利3,829,680(Jones)中公开的用于形成蝠翼分布的结构可以结合本发明所公开的膜及组合使用，以改变其蝠翼分布。该结构将以近垂直入射角度入射到出射平面的一定范围的光线回射从而形成蝠翼分布。此类结构将与本发明所公开的膜良好配合，因为该膜已经阻挡了大部分近法线光线，并且递送更多的更高角度的光线，这些光线随后被结构化表面弯曲成更靠近法线。这样，可以将膜的最大输出角度(接近60或70度)重新导向成较小角度。然而，由于多层膜可以阻挡近法线光线，因而微结构不再需要是回射性的，并且可以从Jones所公开的结构修改而成，以增大更倾斜光线的折射角。
通常，诸如本文所述多层膜那样在有限的半球角度范围内选择性地透射光的光学元件可用于增强误构的光转向层的性能。结构化表面在控制朗伯光源发出的光的方向性方面实用性有限。然而，本文所述膜仅透射朗伯分布的所选部分，使得可以设计能更有效地重新导向该光的专用表面结构。
一种示例性结构为具有这样的表面法线分布的结构：其将多层膜透射的高角度光线折射至更靠近法线的角度。与只有一个表面法线角度不同，棱镜平面用一系列连续的表面法线表示。该结构既可以是具有弯曲平面的棱镜的线性阵列，也可以是旋转对称结构(例如“鼻锥”结构)，还可以是细长的二维结构。
照明系统
示例性照明系统的示意图示于图20中。使用上述原理，薄的大面积有效照明系统可构造为具有设计的准直光输出角度分布2α和2β。角度α和β可以分别由基本膜特征输出角度Δθe和导出，并且可以利用标准光学设计和光线跟踪工具设计光转向层。光分布2α和2β被定义为光强度下降至中心值的1/e处的角度范围。如果2α为θe和微结构确定的角度范围，则其可以大至180度或小至20度。中间值30度、45度、60度、90度和120度也很容易实现。如果2β为方位角范围
和微结构确定的角度范围，则其可以大至180度或小至45度。中间值60度、90度和120度也很容易实现。多层膜和棱镜的主轴可以被取向为相对于灯具或其他照明装置的边缘成任何角度。在图20中，主轴对齐仅仅是为了进行示意性的说明。照明系统不仅可以具有直线形状，还可以为任何形状。其轮廓可以非常薄，但也容易构造厚(深)的腔体。
照明系统可以为侧光式、直接照明式或它们的组合。
前反射器可以附接到光转向层，或者可以将二者附接到诸如玻璃或刚性聚合物板的板上。该玻璃或板可以为另一系统的元件，该系统通常为要用照明系统照亮的系统。一个实例为LCD面板。
灯泡隐藏和区域控制的直接照明式中空照明系统
为了促进侧光式中空腔照明系统内的光传播，选择腔体传播率CT进而前后反射器的向前传播率fT以实现高的光传播值，以便在腔体内较大距离上有效散播光，从而提高均匀性。然而，就LCD的直接照明分区背光源而言，需要限制从给定小面积光源(例如，从局部照明区域内的一个或多个LED)散播的光的范围。然而，仍然必须通过某些方式在区域内产生均匀度，并且成本和易于制造是主要的考虑因素。由于后面这些原因，希望在系统内的各个区域之间不使用壁或其他反射性屏障的情况下限制来自给定局部光源的光。
为了在开放系统内实现均匀度和有限的光散播，应同时使用若干元件。这些元件是：
(1)前板上的角度选择部分透射反射器；
(2)漫射元件；
(3)前反射器和后反射器，它们共同产生低或负腔体传播率；
(4)局部光源，其发光图案经过选择，以适应前反射器的角度选择；和
(5)光转向层。
此外，前反射器和后反射器应具有高效率，以在高度循环腔体内提供低损耗。
上文讨论了这些元件的一些细节。第一元件可以为本发明的角度选择反射器。对于小面积光源组成的二维(2D)阵列，如果希望在系统的两个面内方向上透射光，则可以选择在空气中沿两个正交的面内轴线均具有小于90度的布鲁斯特角的反射器。对于光源组成的一维阵列(例如，荧光灯，或例如LED组成的线性阵列)，可以选择方位角选择反射器，同样，该反射器的至少一个轴线在空气中具有小于90度的布鲁斯特角。隐藏灯泡是直接照明式系统中的首要关注因素。为了降低或消除明亮的小面积光源的可见性(穿通)，可以将前反射器选择成在垂直入射角度具有高反射率，并且随着入射角的增加，透射率逐渐增大。Rnormal可以大于80％、大于90％或大于95％。如果小面积光源具有大大减少竖直发射光数量的改进的输出分布，则可以将顶部反射器选择成具有平坦或随入射角增加的反射率-角度函数关系，前提条件是其总THemi足够低以使光大量循环。可使用30％、20％、10％、甚至5％的THemi以实现此目的。在布鲁斯特角最小值处具有显著反射的前反射器是有用的，即使该布鲁斯特角在空气中大于90度。然而，该布鲁斯特角最小值处的反射率应为约50％或小于垂直入射角度的反射率。可以将第一元件层合到刚性板上，该刚性板可以为另一个系统(例如LCD面板)的一部分。
上文结合腔体传播讨论了元件(2)和(3)。腔体传播率越低，就需要越多的反射将光散播到远离点光源。当具备有效的漫射机制时，这样的系统将通过多次反射光提供混合，但相当一部分光会在局部几何形状内来回反射，就像光缓慢存在于顶板上。然而，为了改进前反射器镜面性质而设置在前反射器上的任何涂层都不应明显影响其角度选择反射性质。作为另外一种选择，可以将具有所选传播率的光散射层紧贴前反射器放置，并具有空气间隙。如果后反射器具有高度回射性，以至于将所有光直接回射至光源，则可以有利地增加一些漫射，以便散播光，使得大部分光不会返回光源(它们可被光源吸收)。回射器与顶部镜面或半镜面反射器组合将光限制在某个区域内的动作是：将光反复发送至远离腔体内任何局部光源，然后返回这些光源。对于诸如高折射率玻璃微珠之类的普通回射器，将发生大量漫射，从而因反复反射而在光源附近的区域内形成光的更均匀分布。
漫反射器或传播率小于或等于0.25的单独的漫射器可用于这种应用。T小于0.1或小于0的漫射元件是可取的。CT＜0.5的腔体传播值是可取的。为了增加光限制，可以采用CT＜0.3、甚至＜0.2的腔体传播值。
第四元件(小面积光源)应具有受控的发光图案，该图案可任选地经过选择以适应上述前板上的角度选择反射器的角度透射特性。该小面积光源不应具有会将大量光导向为平行于前反射器或后反射器的侧向发光图案。如此发出的光会传播较远距离并离开该局部区域。该光源可以任选地具有不对称方位角输出，例如，仅发向一侧。
为了提高均匀度，可以在单个LED的影响区域内存在一个或多个光源。根据系统的设计准则，可能希望相邻LED的影响区域之间有较小或较大程度的重叠。例如，较低重叠可使显示器的一部分变得很暗。这提供了使分区系统内的对比度和节能最大化的优点，但也会让系统易受单个LED故障的影响。可能的确希望某些系统有意具有重叠的影响区域，以便在仍然有用的节能和对比度水平与系统稳健性之间实现更有益的平衡。
影响区域可以被看作局部光源(即单个LED或局部的LED灯簇)的光强度下降至区域中心处强度的1/e的区域。(灯簇＝安装在相同芯片或散热器上并且彼此相隔几毫米的大量LED。)局部光源的影响区域可以与最近的相邻区或第二近的相邻区重叠，甚至与第三近的相邻区重叠，具体取决于均匀度和所需区域大小。局部光源可以布置成线性、正方形、矩形、六边形或其他图案，包括随机阵列。
期望有一个或多个光学传感器来检测背光源内特定点处的输出，并且通过反馈电路按照控制方案调节各个LED的输出。
虽然优选空间上不变的解决方案，但可以使用空间上变化的解决方案，例如在每个光源正上方具有印刷的漫射或反射点或片以有助于减少“穿通”。
除非另外指示，否则本说明书和权利要求书中用来表示数量、特性量度等的所有数值应当理解为由术语“约”来修饰。因此，除非有相反的指示，否则说明书和权利要求书中列出的数值参数均为近似值，并且根据本领域内的技术人员利用本专利申请的教导内容获得的所需特性而改变。每个数值参数并不旨在限制等同原则在权利要求书保护范围上的应用，至少应该根据所报告数值的有效数位和通过惯常的四舍五入法来解释每一个数值参数。虽然限定本发明大致范围的数值范围和参数是近似值，但就本文所述具体实例中的任何数值而言，都是按尽量合理的精确程度给出。然而，任何数值可以很好地包含与测试或测量限制相关的误差。
在不脱离本发明的范围和精神的前提下对本发明进行的各种修改和更改，对本领域内的技术人员来说将显而易见，并且应当理解，本发明不限于本文示出的示例性实施例。本文提及的所有美国专利、专利申请公布、及其他专利和非专利文献在它们与上述公开一致的程度上以引用方式并入。
Claims (23)
1.一种组合，包括：
多层光学膜，所述多层光学膜具有多个微层，所述多个微层布置成光学重复单元以用于在扩展波段内反射光，相邻的所述微层具有限定第一面内轴和第二面内轴的折射率差值，使得所述多层光学膜的反射率对于垂直入射光的所有偏振态为至少75％，对于在包括所述第一轴的第一入射平面内入射到所述多层光学膜上的p偏振光，所述折射率差值还使得所述多层光学膜的反射率从垂直入射时的初始值到入射角θoblique时的R1值减少至少一半，但是对于在包括所述第二轴的第二入射平面内入射到所述多层光学膜上的p偏振光，所述多层光学膜在所述入射角θoblique时反射率R2＞R1；以及
偏振器，所述偏振器具有透光轴和阻光轴，所述偏振器和所述多层光学膜设置成限定倾斜的透射瓣；
其中所述光学重复单元在所述多层光学膜的整个厚度上具有光学厚度分布，所述光学厚度分布限定了所述多层光学膜的薄侧和厚侧，所述光学重复单元中的更薄的单元设置成大致朝向所述薄侧，并且所述光学重复单元中的更厚的单元设置成大致朝向所述厚侧；并且
其中所述多层光学膜的所述薄侧和所述厚侧相对于所述偏振器取向，以提高所述透射瓣的方位角准直度Δφe。
2.根据权利要求1所述的组合，其中所述反射率R1和R2均包括两个膜/空气界面的影响。
3.根据权利要求1所述的组合，其中所述反射率R1和R2均不包括任何膜/空气界面的影响。
4.根据权利要求1所述的组合，其中所述扩展波段是可见光谱，并且其中所述反射率R1和R2均为整个所述可见光谱的平均值。
5.根据权利要求1所述的组合，其中所述偏振器包括反射型偏振器。
6.根据权利要求1所述的组合，其中所述偏振器的所述透光轴与所述多层光学膜的所述第一轴基本上对齐。
7.根据权利要求1所述的组合，其中所述倾斜的透射瓣是由所述多层光学膜-偏振器组合所限定的两个倾斜的透射瓣之一。
8.根据权利要求1所述的组合，其中所述倾斜的透射瓣在方位角上与所述第一轴基本上对齐。
9.根据权利要求1所述的组合，其中θoblique为至少50度，并且其中所述倾斜的透射瓣与空气中的入射角θ相关，所述入射角θ在50至70度的范围内。
10.根据权利要求9所述的组合，其中所述倾斜的透射瓣与空气中的入射角θ相关，所述入射角θ为60度。
11.根据权利要求1所述的组合，其中Δφe不超过120度。
12.根据权利要求11所述的组合，其中Δφe不超过90度。
13.根据权利要求12所述的组合，其中Δφe不超过60度。
14.根据权利要求1所述的组合，其中所述多层光学膜的所述厚侧面向所述偏振器。
15.根据权利要求1所述的组合，其中每个所述光学重复单元均包括由负双折射材料构成的第一微层。
16.根据权利要求15所述的组合，其中每个所述光学重复单元均包括由各向同性材料构成的第二微层。
17.根据权利要求15所述的组合，其中每个所述光学重复单元均包括由正双折射材料构成的第二微层。
18.根据权利要求1所述的组合，其中所述多层光学膜在所述第一入射平面和所述第二入射平面内均具有内布鲁斯特角。
19.根据权利要求1所述的组合，其中所述多层光学膜在所述第一入射平面内具有内布鲁斯特角，但在所述第二入射平面内不具有内布鲁斯特角。
20.根据权利要求1所述的组合，其中所述多层光学膜和所述偏振器彼此附接，并且在所述多层光学膜和所述偏振器之间没有明显的居间空气间隙。
21.一种照明系统，其包括根据权利要求1所述的组合。
22.根据权利要求21所述的照明系统，还包括：
光源，其沿长度轴延伸并且设置在所述反射膜后面；
其中所述反射膜被取向为使所述长度轴基本垂直于所述第一入射平面。
23.根据权利要求1所述的组合，还包括连接到所述组合的线性棱镜膜，其中棱镜平行于棱镜轴延伸，并且所述棱镜轴大致垂直于所述反射膜的所述第一入射平面。
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