CN103917901A - 具有倾斜透射光谱前反射器的照明系统 - Google Patents

具有倾斜透射光谱前反射器的照明系统 Download PDF

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Abstract

一种背光源，所述背光源包括形成光循环腔（16）的前反射器和后反射器（12,14）以及被设置成将光射入所述光循环腔内的一个或多个光源构件（24a,24b,24c）。所述前反射器（12）为部分反射的以提供输出照明区域。所述前反射器（12）在垂直入射角度下具有蓝色倾斜透射光谱，其中频格值间的范围为15%至100%。

Description

具有倾斜透射光谱前反射器的照明系统
技术领域
本发明涉及通常称为背光源的适用于从后方照明显示器或其他图形的扩展区域照明系统，以及有时称为照明设备的类似扩展区域照明装置等。本发明特别适用于包括前反射器和后反射器的照明设备和背光源，在前反射器和后反射器之间形成有中空的光循环腔。
背景技术
根据内部光源相对于背光源输出区域设置的位置，背光源可归为两类中的一类，其中背光源“输出区域”对应于照明设备或背光型显示器装置的可视区域或可视区。本文中背光源的“输出区域”有时称为“输出区”或“输出表面”，以将输出区或输出表面本身与输出区或输出表面的面积（数量单位为平方米、平方毫米、平方英寸等）区别开来。
第一类为“边缘照明式”背光源。在边缘照明式背光源中，从平面透视图来看，一个或多个光源沿着背光源构造的外部边界或周边设置，通常在与输出区域相对应的区域或地带之外。通常，光源因形成背光源输出区域边界的框架或挡板的遮挡而观察不到。光源将光射入称为“光导装置”的元件中，尤其是在需要超薄型背光源的情况下，如在膝上型计算机显示器中。光导装置为相对薄的透光固态板，其长度和宽度尺寸接近于背光源输出区域的尺寸。光导装置利用全内反射(TIR)使从安装在边缘的灯发出的光穿过整个光导装置的长度或宽度传送或引导至背光源的相对边缘，并且在光导装置的表面上设置有不均一的局部提取结构图案，从而将此已引导光的其中一些朝向背光源的输出区域从光导装置中重新导出。此类背光源也可包括光控膜（例如设置在光导装置后方或下方的反射材料、扩散膜、设置在光导装置前方或上方的反射偏振膜和棱柱BEF膜）以增加同轴亮度。
第二类为“直接照明式”背光源。在直接照明式背光源中，从平面透视图来看，一个或多个光源大体上设置在与输出区域相对应的区域或地带内，通常以规则排列的阵列或图案设置于该地带内。或者，可以说直接照明式背光源中的光源是直接设置在背光源的输出区域后方。强扩散板安装在光源的上方以将光散布在输出区域上。另外，光控膜（例如扩散膜、反射偏振膜和棱柱BEF膜）也可设置在扩散板顶部以用于改善同轴亮度和效率。
一种或另一种背光源常常与液晶(LC)类显示器一起使用。由于液晶显示器(LCD)面板的运行原理仅利用光的一个偏振态，从而针对LCD应用，了解背光源的正确或可用偏振态的光的亮度和均匀度可能十分重要，而不只是可能为非偏振光的亮度和均匀度。就这一点而言，在所有其他因素为相等的情况下，主要地或专门地以可用偏振态发出光的背光源在LCD应用中比发出非偏振光的背光源更有效。然而，发出不全为可用偏振态光（甚至达到发出无规偏振光的程度）的背光源在LCD应用中仍然完全可用，因为不可用的偏振态光可通过在LCD面板背部处提供的吸收型偏振器轻易地消除。对于图形显示器和标牌的背光照明而言，发出随机偏振光的此类背光源常常为优选的，其不具有照明光的优选偏振态。现有的直接照明式和边缘照明式背光源的缺点或限制可包括与输出区域（表面）上的亮度的空间均匀度、光准直以及在某些情况下输出光偏振控制所需的光控膜叠堆相关的低效性。本文所述的背光源系统可提供优于先前背光源系统的一个或多个优点。
发明内容
本发明描述了具有前表面输出区域的循环背光源，其包括具有一个或多个不同光学封包的变迹宽带反射器，该背光源另外呈现出平滑以及在某些情况下倾斜的透射光谱。
本专利申请尤其公开了反射和/或透射膜、表面或具有扩散和镜面透射和反射特性的所定义组合的其他元件。当具有高半球反射率（Rf 半球）值的部分反射器（前表面）适当地设置在合适的循环腔背光源内时，其可提高背光源的输出性质并且允许在新设计空间中构造背光源。
在多个实施例中，背光源包括形成光循环腔的前后反射器，所述前反射器为部分透射的、具有平滑和倾斜的可见谱带透射光谱，从而提供输出照明区域，以及被设置成将光射入光循环腔内的一个或多个光源。显著地，背光源可具有带有多种“提取”特征的光导板内的边缘照明式构型，或直接照明式构型，或在某些情况下二者的组合。
在这种情况下，循环腔的前表面部分反射器具有通常随入射角增加而增加的反射率，以及通常随入射角增加而减小的透射率。此类反射率和透射率可用于任何入射平面中的非偏振可见光，或用于可用偏振态的斜光为p-偏振的平面或可用偏振态的斜光为s-偏振的正交平面中的可用偏振态的入射光。
本发明公开了具有倾斜的可见透射光谱的前表面部分反射器在循环背光源中的有利使用。例如，代理人案卷号67820US002中所述的变迹宽带部分反射器(ABPR)为带内透射和反射光提供平滑光谱。倾斜的带内透射和反射光谱可由精心定制的层厚度分布生成。在PCT专利公开WO2008/144636（Weber等人）中对层厚度控制进行了讨论，以为光学膜提供平滑光谱反射率和透射率。
在多个实施例中，希望提供非常高的循环腔，其中前反射器对于可见非偏振光具有半球反射率（整个可见谱带的适当平均值）Rf 半球，后反射器对于可见非偏振光具有半球反射率Rb 半球，并且Rf 半球×Rb 半球的乘积为至少65%。例如，如果后反射器的Rb 半球为98%，那么前反射器的Rf 半球为至少66.3%。如果可任选地将前反射器加工为不同地反射和透射不同的偏振态，那么其对第一偏振态的可见光具有98%的半球反射率，并且对与第一偏振态正交的第二偏振态（例如可用偏振态）的可见光具有33%的半球反射率。在此情况下，尽管与第一偏振态相比，第二或可用偏振态可优先透射，但其主要被前反射器反射。
在多个实施例中，希望确保透射通过前反射器的光量显著大于后反射器透射或以其他方式损耗（例如吸收）的光量。在一些实施例中，后反射器对于可见光具有高半球反射率，该反射率可显著高于前反射器的半球反射率。除了前反射器和后反射器外，还可提供高度反射并且低损耗的侧反射器以获得基本上封闭或密封的反射腔，并且通过例如保持非常小的集合光源区域与背光源输出区域的比率，将与光源相关的损耗保持在最低水平。在某些情况下，高度反射并且低损耗的侧反射器可有助于高度循环腔中光的侧向和横向传送以及混合。
在其他实施例中，可能需要同时从前表面和后表面发出光的循环背光源。在这种情况下，循环背光源可由两个相对的部分反射器形成，每个部分反射器具有部分透射的性质以及平滑和倾斜的可见谱带透射光谱，并且每个部分反射器具有高半球反射率（R半球）值。在使用实心光导装置或中空腔体进行边缘照明时，此类两侧发射表面背光源可提供侧向和横向光传送以及光混合，并且具有实现两侧图形标志或LC显示器的优点。对于此类实施例，希望提供非常高的循环，其中输出表面部分反射器对于可见非偏振光具有半球反射率R1 半球和R2 半球，并且R1 半球×R2 半球的乘积为至少65%。
在一些实施例中，具有蓝色倾斜透射光谱的前反射器在用于循环背光源时，可为优选的视角提供增强的准直和增强的亮度。蓝色倾斜前反射器可为反射镜，或其可为相较于另一轴线而言对于在一条轴线上偏振的光具有较高透射率的不对称反射器。蓝色倾斜前反射器透射光谱可用于平行于任一轴线偏振的光，或用于膜的总透射率。对于照明系统，输出可为偏振或非偏振的。对于LCD显示器或需要大体上偏振输出的任何照明系统，当透射穿过蓝色倾斜光谱的光平行于显示器应用的优选轴线偏振时，达到最高效率。
阅读本文所展示的公开内容时，本文所述的装置和方法的各种实施例的这些和其他优点对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。
附图说明
结合附图，参考以下对本发明的多个实施例的详细说明，可更全面地理解本发明，其中：
图1为示例性广义背光源的示意性剖视图；
图2为反射偏振膜的示意性透视图；
图3为响应于可见波长范围中光的人眼的RGB颜色匹配函数(CIE1931)；
图4a-4e为示出光谱倾斜度的定量定义的曲线图；
图5为示出聚合物多层光学膜效应的曲线图，该聚合物多层光学膜具有由于其组分的折射率而随角度增加的反射率；
图6为示出聚合物多层光学膜效应的曲线图，该聚合物多层光学膜具有随入射角增加而向较短波长移动的倾斜透射光谱；
图7为示出了同时具有由于其组分的折射率而随角度增加的反射率和随入射角增加而向较短波长移动的倾斜透射光谱的聚合物多层光学膜的组合效应的曲线图；
图8为测定的MC-PET后反射器膜的半球反射光谱产生的光谱曲线图；
图9为显示系统的示意性剖视图；
图10a和10b为测定的实例1的两个构型中金-822A的透光状态透射光谱的曲线图；
图11为测定的实例1的背光源的Rb 半球(λ)光谱和示例性前反射器的Rf 半球(λ)光谱以及计算的背光源强度光谱的曲线图；
图12a为实例1的背光源发射的色度数据的曲线图；
图12b为以曲线图绘制于图12a上的线的分解图；
图13a和13b为示出测定的实例2的两个构型中金-822C的透光状态透射光谱的曲线图；
图14为测定的实例2的背光源的Rb 半球(λ)光谱和示例性前反射器的Rf 半球(λ)光谱以及计算的背光源强度光谱的曲线图；
图15a为实例2的背光源发射的色度数据的曲线图；
图15b为以曲线图绘制于图15a上的线的分解图；
图16a和16b为示出测定的实例3的两个构型中金-822F的透光状态透射光谱以及计算的背光源强度光谱的曲线图；
图17为测定的实例3的背光源的Rb 半球(λ)光谱和示例性前反射器的Rf 半球(λ)光谱的曲线图；
图18a为实例3的背光源的色度数据的曲线图；
图18b为以曲线图绘制于图18a上的线的分解图；
图19a和19b为示出测定的实例4的两个构型中金-15922的透光状态透射光谱的曲线图；
图20为测定的实例4的背光源的Rb 半球(λ)光谱和示例性前反射器的Rf 半球(λ)光谱以及计算的背光源强度光谱的曲线图；
图21a为实例4的背光源发射的色度数据的曲线图；并且
图21b为以曲线图绘制于图21a上的线的分解图。
本文中所展示的示意图未必按比例绘制。各图中使用的类似数字指代类似的元件、步骤等。然而，应当理解，使用标号来指代给定附图中的元件并非意图限制在另一附图中以相同标号标记的元件。另外，使用不同数字指代元件并非意图表明不同编号元件不可为相同或类似的。
具体实施方式
在以下的具体实施方式中，参照形成详细描述的一部分并且借助于举例说明而示出装置、系统和方法的若干特定实施例的附图。应当理解，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，设想了其他实施例并可以进行修改。因此，以下的具体实施方式不具有限制性意义。
除非另外指明，否则本文所用的所有科技术语具有本领域中常用的含义。本文给出的定义有利于理解本文中频繁使用的某些术语，且并不意味着限制本发明的范围。
除非本文内容以其他方式明确指出，否则本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一”、“一个”和“所述”涵盖具有复数形式的实施例。
除非本文内容以其他方式明确指出，否则本说明书和所附权利要求书中使用的术语“或”一般以包括“和/或”的意义使用。
如本文所用，“具有”、“包括”、“包含”等以其可扩充意义使用，并且一般来讲表示“包括（但不限于）”。应当理解，术语“由…组成”和“基本上由…组成”归入术语“包含”或类似词中。
为了清楚起见，本文中参照附图描述了本文所提到的诸如“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”的任何方向和其他方向和取向，其并非对实际装置或系统或使用装置或系统的限制。可以多个方向和取向来使用本文所述的多个装置、制品或系统。
另外，本发明描述了照明系统，该照明系统包括形成光循环腔的前反射器和后反射器，前宽带反射器可为具有不同光学封包的变迹宽带部分反射器以提供输出照明区域，以及设置成将光射入光循环腔内的一个或多个光源。此类照明系统可用作照明设备，从而提供工作和生活空间中的目标光分布。示例性照明系统也包括触摸屏显示器、透反显示器，从而用于电话、移动电话、平板电脑、笔记本电脑、监视器等应用。虽然本发明不受此限制，但是通过讨论下面提供的实例，将认识到本发明的各个方面。
LCD面板的背光源（以其最简化形式）由光生成表面（例如LED晶粒的有源发射表面、CCFL灯中的荧光体外层或其他固态荧光体光源（例如量子点））以及几何和光学结构组成，该几何和光学结构以形成扩展的或大面积的照明表面或区域（称为背光源输出区域）的方式分布或散布，该照明表面或区域的发射亮度是空间均匀的。一般来讲，该方法是将亮度非常高的局部光源转换为大面积均匀输出表面，由于与所有背光源腔表面的相互作用和与光发生表面的相互作用，故会导致光的损耗。就第一逼近程度而言，不是通过这种方法穿过与前部分反射器相关的输出区域或表面（可任选地进入所需的应用观察锥（如果有的话），并具有特定（如LCD可用的）偏振态（如果有的话））的任何光都是“损耗”光。
参见图1中示出的广义背光源10，前反射器12和后反射器14形成中空光循环腔16。背光源10在扩展的输出区域或表面18上发出光，在这种情况下，该扩展的输出区域或表面对应于前反射器12的外主表面。前反射器和后反射器显示为平面并且彼此平行，并且在横向尺寸13上共同扩张，该尺寸还对应于输出区域18的横向尺寸，例如长度或宽度。光从腔体内射出时，前反射器会反射大量入射的光，如图所示，初始光束20被反射为相对较强的反射光束20a和相对较弱的透射光束20b。应当注意的是，表示各种光束的箭头实质上是示意性的，如，不同光束的所示传播方向和角分布并非意图为完全准确的。
反射光束20a被后反射器14强反射为光束20c。光束20c被前反射器12部分透射从而产生透射光束20d，并且部分反射从而产生另外的光束（未示出）。在前反射器和后反射器之间的多次反射有助于支持腔体内光的横向传播，如箭头22所示。所有透射光束20b、20d等的总和无序相加在一起以提供背光源的输出。
为了进行示意性的说明，小面积光源24a、24b、24c在图中示于替代位置处，其中光源24a示于边缘照明式位置处并且设有反射结构26，该反射结构可有助于使来自光源24a的光准直（至少部分地准直），或者有助于将光耦合至具有空间分布提取特征的光导结构中，例如光导板21（未示出）。光源24b和24c示于直接照明式位置处，光源24c通常会与后反射器14中所设置的洞或小孔（未示出）对齐使得光注入腔体16中。通常还在尺寸13的端点处设置反射侧表面（未示出，并不是反射结构体26），优选以密封方式连接前反射器12和后反射器14以最小化损耗。在一些直接照明式实施例中，一般来讲，垂直反射侧表面实际上可以为将背光源与相似或相同的相邻背光源隔离的薄隔板，其中每一个这样的背光源实际上都是更大的分区背光源的一部分。各个子背光源中的光源都能按照任何所需的组合打开或关闭，以提供由照亮区和黑暗区组成的图案以用于更大的背光源。在一些LCD应用中，可动态地使用这种分区的背光源以提高对比度并且节约能源。
可通过使用反射性光学元件和透射性光学元件的组合来制备将线光源或点光源转变为均一伸展的面光源的背光源腔体（更一般地说，任何发光腔体）。在许多情况下，所需的腔体与其横向尺寸相比非常薄。在多个实施例中，用于提供均一伸展区域光源的这些腔体是那些形成多次反射的腔体，它们既横向传播光又使光线方向随机化。
实心光导装置通常用于最薄的背光源，并且经由光的全内反射(TIR)现象在光导装置的顶部和底部表面处提供光的低损耗传送和镜面反射。光的镜面反射可提供光在背光源腔体内的有效侧向传送。设置在实心光导装置顶部或底部表面上的提取器使光重新导向，以将光导出光导装置，从而实质上形成部分反射器。
在多个实施例中，循环腔的前反射器的反射率通常随入射角增加而增加，而透射率则通常随入射角增加而减小，其中反射率和透射率是对于非偏振的可见光和任何入射平面而言的，和/或对于平面内具有可用偏振态的入射光而言的，对于该平面而言，可用偏振态的倾斜光对于一个参考平面为p-偏振光，并且对于正交参考平面为s-偏振光。另外，前反射器优选地具有高的半球反射率Rf 半球值，并且同时还具有足够高的应用可用光的透射率。
在多个实施例中，前反射器具有相对高的总反射率，以支持腔体内相对高的循环。以“半球反射率”表征此情形，从而意味着当光（所关注波长范围的光）穿过所有可能方向的分布入射于元件（无论是表面、膜还是膜的集合）上时的元件的总反射率。因此，使入射光从以法向为中心的半球内的所有方向（和所有偏振态，除非另外指明）照射该部件，并收集反射到同一个半球中的所有光。对于所关注的波长范围而言，反射光总通量与入射光总通量的比率为半球反射率R半球。对循环腔而言，以其R半球表征反射器特别方便，因为光通常从跨越所有角度的分布中入射到腔体的内表面（无论是前反射器、后反射器还是侧反射器）上。另外，在离散波长下表征R半球，并且其可进一步被视为跨越所关注波长范围的平均值。此外，不同于法向入射的反射率，R半球对反射率随入射角的变化性不敏感，并且已考虑到该变化性，该变化性对于某些部件（如棱柱膜）可能非常显著。
事实上，前反射器的一些实施例显示具有（特定于方向的）随入射角偏离法线的程度增加而增加的反射率（以及通常随入射角的增加而减小的透射率），至少对于一个平面内的入射光是这样的。这种反射性质使光在更靠近法线的角度处（即更靠近背光源的视轴）优先地从循环腔射出穿过前反射器，这有助于增加在视角处感知的显示器亮度，该视角在显示器行业中十分重要（如果在较高的视角处以降低感知的亮度为代价，此时视角通常不重要）。此效应称为准直。之所以说“至少对于一个平面内的入射光”反射率随角度增加而增加，是因为有时会希望只在一个视平面内具有窄视角（更准直），而又希望在正交平面内具有更广的视角（不太准直）。一个例子是某些液晶电视的应用，其中需要为在水平面内进行观察提供广视角，但又指定在垂直平面内提供较窄的视角。在其他情况下，两个正交平面均需要窄视角以最大化同轴亮度。这样，可以很大程度上将来自循环腔的光准直，并且可提供来自单一膜构造的偏振光输出。
在反射率和透射率特性的以下讨论中，初始可假设将反射率和透射率确定为在波长范围内的广泛平均值。稍后的讨论将集中于整个可见谱带内的倾斜透射和反射光谱，并且反射率和透射率特性为波长相关的，并且需要在特定波长区域内进行表征。
当讨论倾斜角反射率时，牢记图2的几何事项很有帮助。图中可见，表面110位于x-y平面内，该平面具有z轴法向。如果表面为偏振膜或部分偏振的膜（例如代理人案卷号67820US002专利申请中所述的ABPR），则为了本专利申请的目的，我们指定y轴为“透光轴”，x轴为“阻光轴”。换句话说，如果膜为偏振膜，与偏振轴平行于x轴的垂直入射光相比，偏振轴平行于y轴的垂直入射光优先地透过。当然，一般来讲，表面110不必为偏振膜。
光可从任何方向入射到表面110上，但本文集中讨论平行于x-z平面的第一入射平面132和平行于y-z平面的第二入射平面122。“入射平面”是指包含表面法线和光传播特定方向的平面。我们在图2中示出入射到平面132中的一束斜光线130和入射到平面122中另一束斜光线120。假设光线是非偏振的，它们将各自具有位于其各自入射平面的偏振分量（称为“p-偏振”光）和垂直于各自入射平面而取向的正交偏振分量（称为“s-偏振光”并且在图2中标记为“s”）。值得注意的是，对于偏振面而言，根据光线的方向，“s”和“p”可与透光轴或阻光轴对齐。在图2中，光线130的s-偏振分量和光线120的p-偏振分量与透光轴（y轴）对齐，并因而将优先地透射，而相对的偏振分量（光线130的p-偏振和光线120的s-偏振）与阻光轴（x轴）对齐。
据此，在其中前反射器为代理人案卷号67820US002专利申请中所述的ABPR的情况下，让我们考虑指定（如果我们需要）前反射器“具有通常随入射角增加而增加的反射率”的含义。对于需要优选的偏振光的情况而言，ABPR包括多层构造（如共挤出聚合物微层，其已在合适的条件下取向，以产生所需折射率关系和所需反射率特性），该多层构造对阻挡偏振态下的垂直入射光具有非常高的反射率，对透过偏振态下的垂直入射光具有较低但仍然可观的反射率（如20%至90%）。阻光态光（光线130的p-偏振分量和光线120的s-偏振分量）的非常高的反射率对于所有入射角通常保持为非常高的。更有意思的是透光态光（光线130的s-偏振分量和光线120的p-偏振分量），因为其在垂直入射角度处具有中间反射率。入射平面132中的透光态斜光将因s-偏振光反射率的性质而具有随入射角增加而增加的反射率（然而，反射率的相对增加量将取决于在垂直入射角度处的透光态反射率的初始值）。因此，在平行于平面132的视平面中自具有ABPR前膜的循环背光源发出的光将部分地准直或角度受限。然而，另一个入射平面122中的透光态斜光（即光线120的p-偏振分量）可根据微层之间的z轴折射率差值相对于面内折射率差值的大小和偏光性而显示具有三种行为中的任何一者。参见如美国专利No.5,882,774。
在一种情况下，存在布鲁斯特角，并且此光的反射率随入射角的增加而减小。这样会在平行于平面122的视平面中产生明亮的偏轴凸角，该凸角通常是LCD观看应用中不可取的（虽然在其他应用中这种现象是可接受的，甚至就LCD观看应用而言，可使用棱柱膜等将该凸角输出重新导向至观察轴）。
在另一种情况下，布鲁斯特角不存在或非常大，并且p-偏振光的反射率在入射角增加时相对恒定。这样就会在参考视平面内形成相对广的视角。
在第三种情况下，不存在布鲁斯特角，并且p-偏振光的反射率随入射角而显著增加。这样就会在参照视平面内产生相对窄的视角，其中准直度可通过控制ABPR中的微层之间的z轴折射率差值大小来至少部分地调整。
当然，反射表面110不必具有如ABPR那样的不对称同轴偏振性质。例如，对称多层反射器可设计为具有高反射率，但通过适当选择微层数量、层厚度分布、折射率等而具有较大的透射率。在这种情况下，光线130和120两者的s-偏振分量将以彼此相同的方式随入射角的增加而增加。同样，这是由s-偏振光的反射性质决定的，但相对增加量将取决于垂直入射反射率的初始值。光线130和光线120的p-偏振分量将具有彼此相同的角行为，但如在例如美国专利公布No.2010-0165660中所讨论，可通过控制微层之间的z轴折射率差值相对于平面内折射率差值的大小和偏光性来将该行为控制为上面提及的三种情况中的任一者。
因此，前反射器中的反射率随入射角（如果存在）增加而增加可以是指某一平面中的可用偏振态的入射光，对于该平面而言，可用偏振态的斜光对于入射平面为p-偏振的，而对于正交入射平面为s-偏振的。或者，反射率的这种增加可以是指任何入射平面中非偏振光的平均反射率。
在多个实施例中，循环腔的前反射器也具有倾斜透射光谱，并且对于任一可用偏振态的两个入射平面中的入射光或对于任何入射平面中的非偏振光常常具有蓝色倾斜透射光谱。我们对“倾斜”透射光谱的讨论将参照图3和4。
图3示出了广泛接受的用于响应于可见波长范围中光的人眼的RGB颜色匹配函数(CIE1931)。一般来讲，其将可见波长区域隔离成具体的波长区域，从而对应于人类感知的蓝色、绿色和红色。为了便于定义倾斜光谱特性，将半高全宽波长范围用于RGB颜色匹配函数，从而对应于可见波长范围的蓝色、绿色和红色部分。对于蓝色为420nm至475nm、对于绿色为505nm至610nm，并且对于红色为555nm至635nm。给定光谱性质（透射、反射等）的每个波长范围（即，频格）内的平均值（称为频格平均值）的分析提供对光谱斜率的表征。
参见图4a至4e，现在通过比较来自三个可见波长频格中每一者的相对频格值来说明光谱倾斜度（或无倾斜度）的定义。在这种情况下，频格值为每个波长范围的透射率值的平均值。将频格间的范围定义为最大频格值除以3-频格平均值与最小频格值除以3-频格平均值之间的差值。如果频格值间的范围超过15%，则将光谱视为倾斜的，其中光谱的颜色特性由具有频格值除以3-频格平均值的最大值的频格的颜色给定。如果频格值间的范围小于15%，则将光谱视为恒定的（未倾斜），其中颜色特性为中性的。
表I示出了图4a至4e中示出的光谱的此定量定义。
表I
与由中性（未倾斜）多层构造生成的透射光谱相比，具有适当倾斜度和颜色特性的倾斜透射光谱可显著增加准直程度（即，在具体可见波长范围下随入射角增加而增加的可见反射），甚至在共挤出聚合物微层已在合适的条件下取向为产生所需折射率关系和所需反射率特性的情况下。
另外，应当理解，来自多层干涉反射器的光谱反射谱带随入射角增加而向较短波长移动。
图5、6和7示出了同时具有由于其组分的折射率而随角度增加的反射率以及随入射角增加而向较短波长移动的倾斜透射光谱的聚合物多层光学膜的组合效应。应当注意，这些图中的反射率的值仅为示例性的，并且低损耗聚合物允许假设T%=100%-R%。本文中展示了可实现的膜设计的光谱。在图5、6和7中的每一者中，透射光谱可用于沿着优选轴线偏振的光，或用于非偏振光。
图5为两个入射角度下的透射光谱的方框图示。此图示说明了共挤出聚合物微层已在合适的条件下取向为产生折射率关系的情况，其中对于p-偏振光不存在布鲁斯特角，并且因此p-偏振光的反射率随入射角增加而显著增加。或者其可表示s-偏振光反射率随入射角增加而增加的更一般情况。
应当注意，在图5中，光谱的光学厚度（反射谱带的波长位置）随角度改变的蓝移不影响准直度，因为该宽带光谱的侧向偏移不影响可见光的透射（根据系统要求，可将可见光限定为大约400至700nm、或420至680nm或430至650nm）。仅可见光反射率的增加有助于准直过程。
对于具有用于交替聚合物层的匹配的z折射率的聚合物多层光学膜而言，现在考虑图6示出的针对聚合物多层光学膜的p-偏振光的示意性倾斜（蓝色-倾斜）光谱。首先，回忆具有匹配的z折射率的多层干涉反射器针对p-偏振光的反射率基本上不随入射角增加而增加或减小，但谱带将如任何其他多层干涉反射器一样偏移至较短波长。带宽足够广泛，使得对于所有关注的入射角而言，长波谱带边缘超出可见光谱的边缘。尽管反射率的大小针对p-偏振光不随入射角而改变，但光谱的蓝色倾斜度将引起图6中光谱的可见平均透射率随入射角增加而减小。换句话说，蓝色-倾斜光谱的侧向偏移使得具体波长的反射率随角度增加而增加，即使光谱曲线在垂直方向上并未偏移。因此，此类膜可起到使来自循环背光源的光准直的作用。如果图6的光谱为恒定的（未倾斜），则将基本上无准直。
最后，对于被设计和处理以便产生折射率关系的聚合物多层光学膜而言，考虑图7示出的倾斜光谱，其中对于s-偏振光或p-偏振光或对于两者而言折射率随入射角的变化而增加。从图7可以看出，准直现在同时由光谱的角度偏移以及随入射角增加而增加的膜的反射率产生。
用于蓝色-倾斜光谱的图7中示出的放大准直效应从未被视作覆盖循环背光源的宽带前反射器的可用机制，该循环背光源因为蓝光对红光（或一般来讲短波对长波）的较大透射率差值而意图发出白色可见光。然而，由合适的循环背光源已经发现的是，根据背光源的光学特性间的关系，可存在由系统发出的光的颜色在蓝色至绿色、至黄色、至红色的整个颜色空间范围内的受控变化，或不存在变化，从而给出中性白色。
本发明教导具有蓝色-倾斜透射光谱的前反射器在用作宽带循环背光源的前反射器时可提供红光、绿光和蓝光的增强准直。蓝色-倾斜反射器可为反射镜，或其可为相较于另一轴线而言对于在一条轴线上偏振的光具有较高透射率的不对称反射器。倾斜光谱可用于平行于任一轴线而偏振的光或用于非偏振透射光。对于非偏振输出而言，可用光为具有蓝色-倾斜光谱的膜的全透射。对于LCD显示器或需要显著偏振输出的任何照明系统而言，当膜的通光轴光经过透射并具有蓝色-倾斜光谱时，达到最高效率。不管透射率是指全光透射率还是指仅与一条轴线有关的透射率，倾斜度均可为频格值间的范围为15%、或高达30%或100%、或15%至100%、或15%至50%时的倾斜度。蓝色倾斜度透射光谱可处于垂直入射角度，或其可处于倾斜透射角度，例如45度，或50或60度。在倾斜角度下，p-偏振光或s-偏振光或两者的光谱可为蓝色-倾斜的。下文所讨论的例子示出了如何实践减小该蓝色倾斜并且如何使膜最佳化以提供改善的准直。
我们已测定了具有可作为后反射器元件的现有和潜在用途的多种材料的Rb 半球。所采用的测定设备是申请人定制的，并且在设计和操作中是简单明了的。对于前反射器和后反射器样品来说，使用由美国新罕布什尔州北萨顿的蓝菲光学有限公司(Labsphere,North Sutton,NH)制备并由SPECTRALON含氟聚合物制成的、具有三个互相正交口的商用六英寸累计球来照亮样品并确定半球反射光谱R半球(λ)（以及垂直角度透射率T可用（0度））。稳定的光源通过一个口照亮球。使用PR-650SPECTRASCAN色度计（美国加利福尼亚州查兹沃斯的照片研究公司(Photo Research Inc.,Chatworth,CA)）分光光度计通过第二口测定球体内壁辐射率。将样品置于第三口上。通过使用置于第三口上的已知反射率标准完成对累计球壁辐射率的校正，在有校正标准和没有校正标准的情况下测定球壁辐射率。通过将样品置于第三口上测定R半球；通过得到有样品和没有样品的情况下球壁辐射率的比率并采用简单的累计球亮度增益算法得出样品半球反射率R半 球。R半球的此测定与循环背光源腔体性能有密切关系，因为其为以非常类似于实际循环腔体中发生的方式测定的与全角输出反射成比率的全角输入的表征，并且用于对后反射器和前反射器材料两者进行表征。
在多个实施例中，循环腔中的后反射器对于可见光具有高半球反射率（Rb 半球），其可显著高于前反射器对于可见光的半球反射率，因为前反射器（Rf 半球）经故意设计为部分透射的，以提供所需的背光源光输出。
使用上述技术确定表II中以下材料的Rb 半球：
表II
ESR为购自美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)的VikuitiTM增强型镜面反射器多层聚合物膜(VikuitiTM Enhanced Specular Reflector multilayer polymericfilm)。ESR的半球反射率为99.4%。
MC-PET为购自美国乔治亚州桃树市的古河美国公司(Furukawa America,Inc.,PeachtreeCity,GA)的微孔PET反光片材。MC-PET具有漫反射性。图8示出了测定的MC-PET后反射器膜的半球反射光谱。
白色PET为购自美国康涅狄格州埃文的瑞飞公司(Reflexite Corp.Avon,CT)的REFLEXITE反射器膜RRF-1133（REFLEXITE Reflector Film RRF-1133，填充的聚酯膜）。白色PET具有漫反射性。
3M BGD ESR为包括涂布至ESR膜上的多个光学元件的光学膜，如美国专利公布No.2010-0156953中所述。
也可使用与具体ABPR多层反射膜不同或与具体ABPR多层反射膜结合的反射（但部分透射）元件来形成用于循环背光源的前反射器。表III包括替代材料的非限制性列表。
表III
*ULI漫射器为PCT专利公开No.WO2010/120971中所述的漫射涂层。
这些附加膜中的一些膜在与ABPR多层反射膜组合时可产生可为漫射、半镜面反射或镜面反射的反射特性。
为了进行示意性说明，为方便起见，进一步定义形成循环腔的背光源前反射器和后反射器的光学表面。图9为包括背光源710和液晶面板730的显示系统700的示意性剖视图。背光源710被设置为向液晶面板730提供光。背光源710包括形成光循环腔716的前反射器712和后反射器714，该光循环腔具有腔体深度H和面积为A输出的输出区718。前反射器712包括第一反射器膜720、第二反射器膜722和第三前反射器膜724，这些膜形成前反射器膜叠堆。可利用本文所述的任何合适的膜以提供前反射器712。
液晶面板730通常包括设置在面板738之间的液晶层736。面板738通常由玻璃形成，并且可包括其内表面上电极结构和取向层，用于控制液晶层736中液晶的取向。将这些电极结构进行常规排列，从而限定LC屏的像素，即限定LC层区域，使得可在该区域中独立控制液晶的取向，不涉及邻近区域。滤色器740也可包括在一个或多个面板738上，用于在液晶面板730所显示的图像上附加颜色。
液晶面板730布置于上吸收型偏振器732和下吸收型偏振器734之间。在图示实施例中，上吸收型偏振器732和下吸收型偏振器734都位于液晶面板730之外。吸收型偏振器732、734和液晶面板730联合控制来自背光源710的光通过显示系统700到达观察者的透射过程。例如，可将吸收型偏振器732、734排列为其透射轴相互垂直。处于非激活状态的液晶层736的像素可能不会更改所经过光的偏振。因此，穿过下吸收型偏振器734的光由上吸收型偏振器732吸收。当像素被激活时，旋转所经过光的偏振，以使得透射穿过下吸收型偏振器734的至少一部分光也透射穿过上吸收型偏振器732。不同像素液晶层736的选择性激活（例如未示出的通过控制器的活动）使光在某些所需的位置穿出显示系统700，从而形成观察者所见的图像。该控制器可包括（例如）计算机或接收并显示电视图像的电视机控制器。
例如可提供一个或多个任选层（未示出）靠近上吸收型偏振器732从而向显示器表面提供机械和/或环境保护。在一个示例性实施例中，所述层可包括上吸收型偏振器732上面的一层硬质涂膜。
应当理解，一些类型的液晶显示器可能会以与上述不同的方式工作。例如可平行排列吸收型偏振器732、734，并且在非激活状态下时，液晶面板可旋转光的偏振。无论如何，此类显示器的基本结构仍然与上述基本结构类似。
在本发明的一些实施例中，具有倾斜透射光谱的ABPR多层反射膜可与下吸收型偏振器732的某些形式组合（光学耦合），从而形成与LCD下吸收型偏振器组合的循环背光源前反射器712。在这一情况下，吸收型偏振器膜或涂层必须设置在循环背光源前反射器的上侧上，以便保持高的Rf 半球值。在本实施例中，循环背光源710、前反射器712和LC面板730可组合成显示器系统的单一元件。
为了分析，其中我们认为前反射器和后反射器为无限大，我们可以将后反射器对可见非偏振光的有效反射率Rb 半球（有效）定义为包括光循环腔内部除了定义输出表面的小孔之外的所有反射和损耗元件。就这一点而言，具有环绕的高反射率材料的损耗元件（例如LED晶粒、透镜、封装物、电路和外露的电路板）均包含于面积比率意义中，从而确定Rb 半球（有效）。此外，反射表面之间的物理间隙也用于定义此有效反射率。然后可方便地拖曳此Rb 半球（有效）表面的物理位置使其与物理腔体内部的平均表面一致。通常，对于良好构造的循环腔背光源而言，得自测定的后反射器材料的Rb 半球值的Rb 半球（有效）的减小为百分之几或更小，并因此将在此处忽略。
另外，为方便起见，使用简单构造Rf 半球和T偏振(Ω)来定义前反射器的光学性质，其中“偏振”（有时用符号“||”表示）是指与应用LCD面板730（在图9中示为在背光源上方）的底部吸收型偏振器734的透光轴对齐的偏振态，并且Ω表示所关注的立体角度，该立体角度表示观察者相对于背光源输出表面的几何位置。Ω的特定值可由所定义入射平面（22和24）与入射角θ的组合来表示。应当理解，T偏振(Ω)可表示与LCD应用的底部吸收型偏振器734对齐的偏振光的透射，或者作为与背光源应用的非偏振或随意偏振光的透射，该背光源应用并不具有输入光的优选偏振。因此，根据应用语境，可用T(Ω)替换T偏振(Ω)。
此外，为方便起见，将前反射器和后反射器性质Rf 半球、Rb 半球和T偏振(Ω)定义为整个可见谱带的平均值或定义为波长特定(λ)的光谱性质，在后一情况下，将其写为Rf 半球(λ)、Rb 半球(λ)和T偏振(Ω,λ)。
Rf 半球(λ)为可测定的量，其描述了前反射器的半球反射率。该前反射器可被构造成由单一反射膜或反射膜或反射元件（例如表II中列出的那些）的许多组合组成。它们可以是层合的或间隔开的，但是通常它们被定义为与腔体输出表面共同扩展的元件，并且作为一个系统一起运作从而使光源发出的光循环以便在腔体内充分混合光。前反射器元件可包括漫射元件（例如漫射板和表面结构漫射器）以及折射元件（例如透镜膜和/或棱柱膜）。
T偏振(Ω)的值被定义为透射系数：在以所关注的观察者角度Ω为中心的角度（相对于前反射器平面）下使用前反射器和覆盖全角度光源的吸收型偏振器（例如全角度混合的光循环腔）的透射强度与0度下仅使用覆盖全角度光源的吸收型偏振器的强度的比率。对于此测定而言，前反射器的偏振性质与吸收型偏振器的透光轴适当对齐。用二极管阵列光栅分光光度计组成的检测器，使用半球状光源（全角度光源）测定下文实例的T偏振(Ω,λ)光谱。
参考图9，为了更加方便起见，将前反射器712定义为具有性质Rf 半球和T偏振(Ω)的表面，该Rf半球在前反射器膜的最内表面726处或前反射器元件叠堆的最内反射元件处测定，并且该T偏振(Ω)在前反射器膜的最外表面728处或前反射器元件叠堆的最外反射元件处测定。
在许多情况下，希望将Rf 半球×Rb 半球的乘积为至少0.65、或至少0.75、或至少0.85的背光源腔体的高循环性质与足够高的T偏振(Ω)值组合，因为这为应用提供了光在腔体内的角度混合和空间混合以及整个输出区域内的“逸出机制”，从而将空间均匀的亮度递送至所关注的视角中。
对于在腔体内光线具有高度的角度和空间随机化的循环背光源腔体而言，经过输出表面进入任何特定视角Ω的亮度在沿着输出表面的各点处将基本上等同。对于此类循环腔而言，进入任何特定输出角Ω的亮度可通过以下表达式近似为：
L(Ω)=((光源流明)/(2π×A输出))×(T偏振(Ω)/(1-Rf 半球×Rb 半球))。
“光源流明”为通过设置在腔体内或光学耦合到腔体上的光源发出的光进入腔体的部分。表达式T偏振(Ω)/(1-Rf 半球×Rb 半球)表示对于具有前反射器和后反射器的循环腔而言，与单独光源的前半球（相对于输出表面）中的角混合通量相比，进入立体角Ω的偏振“偏振”可见平均强度的增大比率。在整个波长λ范围内进行测定时，表达式T偏振(Ω,λ)/(1-Rf 半球(λ)×Rb 半球(λ))为由于前反射器的存在而产生的背光源强度的增大比率的光谱。
已知多数LCD面板趋于随视角增加而使“白点”朝向黄色或红色移动。对于商用显示器中的VA和TN液晶种类尤其如此。对于能够将白光递送至LCD面板的LCD的循环背光源系统而言，随视角增加补偿本征LC面板颜色变化（处于白色状态）将为有益的。例如，随视角增加而使颜色从垂直角度白点偏移的LC显示器可通过将LC面板与本发明的循环背光源系统组合来进行颜色校正。
实例
以下实例包括各种尺寸的边缘照明式背光源构型。受测试的背光源包括用于前反射器和后反射器（如本文表IV中示出）两者的不同膜。
以下实例的亮度和色度数据使用Autronic锥光镜ConoStage3(AutronicConoScope ConoStage3)（购自德国卡尔斯鲁厄的奥拖力克梅尔彻公司(Autronic-Melchers GmbH,Karlsruhe,Germany)）来测定。颜色数据以CIE1976等色差表色系(Uniform Chromaticity Scale)上的颜色坐标来表达，并且在本文被称为x和y。
通过配置待测试的具有前反射器膜的背光源循环腔并且随后使用色度照相机获得测试系统的锥光图像来进行测定。
除非另有说明，否则通过层合到丙烯酸树脂板的吸收型偏振器（购自美国加利福尼亚州丘拉维斯塔的三立美国公司的HLC2-5618S(HLC2-5618Sfrom Sanritz America,Chula Vista,CA)）来测定前透射光谱和背光源色度。对吸收型偏振器的透光轴进行取向，使其与前反射器膜的透光轴平行。
使用上文参照的技术，对由ABPR膜制品组成的前反射器（如代理人案卷号为67820US002的共同提交的专利申请中所述）结合漫射膜进行表征。ABPR包括对阻光偏振态下的垂直入射光具有非常高的反射率和对透光偏振态下的垂直入射光具有较低但仍然很大的反射率的多层结构（例如已在合适条件下取向从而产生所需折射率关系和所需反射率特性的共挤出聚合物微层）。用作实例1至4中的背光源光循环系统中的元件的前反射器中的每一者均具有针对可用偏振的各种倾斜透射光谱（蓝色、中性或红色）。
第一组表征获得的可见平均值结果列于表IV中：
表IV
实例1-金-822A作为边缘照明式墨点提取器光导背光源上的前反射器
使用2010年5月7日提交的名称为“Feedblock for ManufacturingMultilayer Polymeric Films”（用于制备多层聚合物膜的送料区块）的美国专利申请61/332,401（代理人案卷号64248US002）中所述的送料区块方法来制备实例1的具有不同光学封包的变迹宽带部分反射器(ABPR)（参见代理人案卷号67820US002）。将各自具有交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的275个层的两个封包共挤出作为浇铸料片，并且随后在连续膜生产线上于拉幅机中进行拉伸。高折射率材料为90/10coPEN（90%萘二甲酸酯单元和10%对苯二曱酸酯单元）。低折射率材料在微层的封包1与封包2之间是不同的。封包1的低折射率材料为PETg（来自美国田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(Eastman Chemical,Kingsport,TN)的EASTARGN071共聚酯）和无定形55/45coPEN（55%萘二甲酸酯单元和45%对苯二曱酸酯单元）的共混物。这些coPEN在美国专利No.6,352,761中有所描述。调整共混比以获得折射率1.605。封包2的低折射率材料为来自美国田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(Eastman Chemical,Kingsport,TN)的NEOSTAR FN007共聚酯醚弹性体，并且所测定的折射率为1.505。所有折射率均在633nm下测定。
将每个封包中的275个交替微层以1/4波层对的序列排列，其中层的厚度梯度被设计为用于为一个偏振轴在大约400nm至900nm的波长带宽上提供宽泛而均匀的强效反射共振，并为正交轴提供较弱的反射共振，从而具有平滑的蓝色倾斜透射光谱。PETg的五微米厚表皮层设置在相关交替微层叠堆的外部表面上。膜总厚度（包括交替微层、PBL以及表皮层）为大约75μm。该膜使用本文所述的技术制备。
90/10coPEN层的双折射折射率值（在633nm下测定）为nx1=1.807、ny1=1.623、nz1=1.497。具有相关低折射率光学材料折射率值的这些折射率值使得金-822A对于呈阻光偏振态的光为强烈反射的，并且对于透光偏振态中的光为部分反射的。关于偏振方向细节参见图2。
图10a示出了测定的两个构型中的金-822A的透光态透射光谱。在无其他膜附接的情况下，针对垂直入射角度透光态光（0）（曲线10a）和针对50度角入射的p-偏振透光态光（曲线10b）和s-偏振透光态光（曲线10c）测定样品金822A的透射光谱。图10b中示出了由附接到金-822A膜的ULI漫射器（参见表II）组成的样品的另一组透射率测定值，其中漫射器面向光源。示出了该1侧漫射ABPR的垂直入射角度透光态透光率（曲线10d），以及50度角入射的p-偏振透光态光（曲线10e）和s-偏振透光态光（曲线10f）的透光率。
通过比较来自蓝色、绿色和红色中的三个可见波长谱带的每一者的相对平均值来分析光谱倾斜度（或无倾斜度）。表V示出了该表征的结果。
表V
在该实例中，我们使用商购的LCD背光源，其具有耦合到标准光导板的边缘内的一系列“冷白”LED，该标准光导板被构造为具有散射的墨点提取图案。光导板为具有图8中给出的测定的Rb 半球光谱的白色后反射器。
使用上文所讨论的背光源分析，现在可使用所测定的Rb 半球(λ)、Rf 半球(λ)和T偏振(Ω,λ)光谱来计算背光源强度光谱。随后分析背光源强度光谱以便确定与实例1的前反射器重叠的该背光源的颜色结果。
图11示出了测定的背光源的Rb 半球(λ)光谱（曲线A）以及示例性前反射器的Rf 半球(λ)光谱（曲线B），其中前反射器为具有面向光源的附接ULI漫射器的ABPR金-822A。应当注意，Rf 半球(λ)的光谱强烈倾斜至可见波长区域的红色侧。另外绘制了背光源强度光谱，其针对0度视角（曲线C）、
50度的沿着图2的平面24的P-偏振光（曲线D）和50度的垂直于参见图2的平面22的S-偏振光而计算。
通过比较来自蓝色、绿色和红色中的三个可见波长谱带的每一者的相对平均值来分析背光源强度光谱的光谱倾斜度。表VI示出了该表征的结果。
表VI
倾斜或恒定 颜色特性 频格平均值间的范围
背光源强度0透光 倾斜 红色 44%
背光源强度50P透光 倾斜 蓝色 21%
背光源强度50S透光 倾斜 蓝色 67%
表V和VI中的结果的比较显示了出人意料的指示结果，其表明尽管前反射器在0度（垂直视角）处具有强烈蓝色倾斜的透射光谱，但所得循环背光源强度光谱计算为强烈红色倾斜的。预测沿着正交平面24和22的50度视角背光源强度光谱具有与这些视角下的前反射器透射光谱倾斜度特性相对应的蓝色倾斜特性。
最后，针对p-偏振和s-偏振透光轴中的每一者在0度下、在正负50度视角下针对空间平均背光发出的颜色对具有前反射器金-822A与ULI-漫射器的实例1的背光源进行测定（标记为50S和50P）。背光发射的色度数据示于图12a和图12b中。
以及50度视角（s-偏振和p-偏振）中的每一者的强烈蓝化。除测定的具有示例性前反射器的背光源的颜色坐标之外，图12b还示出了在没有前反射器影响下的背光源的颜色坐标（点A）。
实例2-金-822C作为边缘照明式墨点提取器光导背光源上的前反射器
使用2010年5月7日提交的名称为“Feedblock for ManufacturingMultilayer Polymeric Films”（用于制备多层聚合物膜的送料区块）的美国专利申请61/332,401（代理人案卷号64248US002）中所述的送料区块方法来制备实例2的具有不同光学封包的变迹宽带部分反射器(ABPR)（如代理人案卷号67820US002中所述）。将各自具有交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的275个层的两个封包共挤出作为浇铸料片，并且随后在连续膜生产线上于拉幅机中进行拉伸。高折射率材料为90/10coPEN（90%萘二甲酸酯单元和10%对苯二曱酸酯单元）。低折射率材料在微层的封包1与封包2之间是不同的。封包1的低折射率材料为折射率为1.565的PETg（EASTAR GN071共聚酯，美国田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(Eastman Chemical,Kingsport,TN)）。封包2的低折射率材料为测定的折射率为1.543的共聚酯。所有折射率均在633nm下测定。将每个封包中的275个交替微层以1/4波层对的序列排列，其中层的厚度梯度被设计为用于为一个偏振轴在大约400nm至900nm的波长带宽上提供宽泛而均匀的强效反射共振，并为正交轴提供较弱的反射共振，从而具有平滑的蓝色倾斜透射光谱。PETg的五微米厚表皮层设置在相关交替微层叠堆的外部表面上。膜总厚度（包括交替微层、PBL以及表皮层）为大约75μm。该膜使用本文所述的技术制备。
90/10coPEN层的双折射折射率值（在633nm下测定）为nx1=1.807、ny1=1.623、nz1=1.497。具有相关低折射率光学材料折射率值的这些折射率值使得金-822C对于呈阻光偏振态的光为强烈反射的，并且对于透光偏振态中的光为部分反射的。
图13a示出了测定的两个构型中的金-822A的透光态透射光谱。在无其他膜附接的情况下针对垂直入射角度透光态光（0）（曲线13a）以及针对50度角入射的p-偏振透光态光（曲线13b）和s-偏振透光态光（曲线13c）测定样品金-822C的透射光谱。图13b中示出了由附接到金-822C膜的ULI漫射器膜（参见表II）与附接到相对侧的珠状增益漫射器BGD（如，购自日本东京的惠和株式会社(Keiwa Corp.,Tokyo,JP)的OPALUS BS-702珠状增益漫射器）组成的样品的另一组透射率测定值，其中ULI漫射器面向光源。示出了该2侧漫射ABPR的垂直入射角度透光态透光率（曲线13d），以及50度角入射的p-偏振透光态光（曲线13e）和s-偏振透光态光（曲线13f）的透光率。
通过比较来自蓝色、绿色和红色中的三个可见波长谱带的每一者的相对平均值来分析光谱倾斜度（或无倾斜度）。表VII示出了该表征的结果。
表VII
在该实例中，我们使用商购的LCD背光源，其具有耦合到标准光导板的边缘内的一系列“冷白”LED，该标准光导板被构造为具有散射的墨点提取图案。光导板具有白色后反射器，该后反射器具有图8中给出的测定的Rb 半球光谱。
使用上文所讨论的背光源分析，现在可使用所测定的Rb 半球(λ)、Rf 半球(λ)和T偏振(Ω,λ)光谱来计算背光源强度光谱。随后分析背光源强度光谱以便确定与实例2的前反射器重叠的该背光源的颜色结果。
图14示出了测定的背光源的Rb 半球(λ)光谱（曲线A），以及示例性前反射器的Rf 半球(λ)光谱（曲线B），其中前反射器为具有面向光源的附接ULI漫射器以及背向该光源的附接BGD的ABPR金-822C。应当注意，Rf 半 球(λ)的光谱不具有可见波长区域的显著倾斜度。另外绘制了背光源强度光谱，其针对0度视角（曲线C）、50度的在图2的入射平面122中传播的p-偏振光（曲线D）和50度的在图2的平面22的入射平面132中传播的s-偏振光（曲线E）而计算。
通过比较来自蓝色、绿色和红色中的三个可见波长谱带的每一者的相对平均值来分析背光源强度光谱的光谱倾斜度。表VIII示出了该表征的结果。
表VIII
倾斜或恒定 颜色特性 频格平均值间的范围
背光源强度0透光 恒定 中性 2%
背光源强度50P透光 倾斜 红色 16%
背光源强度50S透光 恒定 中性 3%
表VII和VIII中的结果的比较再次显示了出人意料的指示结果，其表明尽管前反射器在50度p-偏振透光下具有中性透射光谱，但所得循环背光源强度光谱计算为红色倾斜的。预测沿着正交平面24和22的另一50度视角背光源强度光谱具有与这些视角下的前反射器透射光谱倾斜度特性相对应的颜色中性特性。
最后，针对p-偏振和s-偏振透光轴中的每一者在0度下以及在正负50度视角下针对空间平均背光源发出的颜色对具有前反射器金-822C（具有ULI-漫射器并且在相对侧具有BGD）的实例2的背光源进行测定（标记为50S和50P）。背光源发射的色度数据示于图15a和15b中。
从循环背光源发出的颜色的测定值示出了在50度p-偏振视角下的红化，以及另一50度视角（s-偏振）和垂直角度的相对中性颜色。除测定的具有示例性前反射器的背光源的颜色坐标之外，图15b还示出了在没有前反射器影响下的背光源的颜色坐标（点A）。
实例3-金-822F作为边缘照明式墨点提取器光导背光源上的前反射器
使用2010年5月7日提交的名称为“Feedblock for ManufacturingMultilayer Polymeric Films”（用于制备多层聚合物膜的送料区块）的美国专利申请61/332,401（代理人案卷号64248US002）中所述的送料区块方法来制备实例3的具有不同光学封包的变迹宽带部分反射器(ABPR)（参见代理人案卷号67820US002）。将各自具有交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的275个层的两个封包共挤出作为浇铸料片，并且随后在连续膜生产线上于拉幅机中进行拉伸。高折射率材料为90/10coPEN（90%萘二甲酸酯单元和10%对苯二曱酸酯单元）。低折射率材料在微层的封包1与封包2之间是不同的。封包1的低折射率材料为PETg（来自美国田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(Eastman Chemical,Kingsport,TN)的EASTARGN071共聚酯）和无定形55/45coPEN（55%萘二甲酸酯单元和45%对苯二曱酸酯单元）的共混物。调整共混比以获得折射率1.589。封包2的低折射率材料为来自美国田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(Eastman Chemical,Kingsport,TN)的TRITAN FX150共聚酯，并且测定的折射率为1.554。所有折射率均在633nm下测定。将每个封包中的275个交替微层以1/4波层对的序列排列，其中层的厚度梯度被设计为用于为一个偏振轴在大约400nm至1000nm的波长带宽上提供宽泛而均匀的强效反射共振，并为正交轴提供较弱的反射共振，从而具有平滑的蓝色倾斜透射光谱。PETg的五微米厚表皮层设置在相关交替微层叠堆的外部表面上。膜总厚度（包括交替微层、PBL以及表皮层）为大约75μm。该膜使用本文所述的技术制备。
90/10coPEN层的双折射折射率值（在633nm下测定）为nx1=1.807、ny1=1.623、nz1=1.497。具有相关低折射率光学材料折射率值的这些折射率值使得金-822F对于呈阻光偏振态的光为强烈反射的，并且对于透光偏振态中的光为部分反射的。
图16a示出了测定的两个构型中的金-822F的透光态透射光谱。在无其他膜附接的情况下针对垂直入射角度透光态光(0)（曲线16a）以及针对50度角入射的p-偏振透光态光（曲线16b）和s-偏振透光态光（曲线16c）测定样品金822F的透射光谱。图16b中示出了由附接到金-822F膜的ULI漫射器膜（参见表II）与附接到相对侧的珠状增益漫射器BGD组成的样品的另一组透射率测定值，其中ULI漫射器面向光源。示出了2侧漫射ABPR的垂直入射角度透光态透光率（曲线16d），以及50度角入射的p-偏振透光态光（曲线16e）和s-偏振透光态光（曲线16f）的透光率。
通过比较来自蓝色、绿色和红色中的三个可见波长谱带的每一者的相对平均值来分析光谱倾斜度（或无倾斜度）。表IX示出了该表征的结果。
表IX
在该实例中，我们使用商购的LCD背光源，其具有耦合到标准光导板的边缘内的一系列“冷白”LED，该标准光导板被构造为具有散射的墨点提取图案。光导板具有白色后反射器，该后反射器具有图8中给出的测定的Rb 半球光谱。
使用上文所讨论的背光源分析，现在可使用所测定的Rb 半球(λ)、Rf 半球(λ)和T偏振(Ω,λ)光谱来计算背光源强度光谱。随后分析背光源强度光谱以便确定与实例3的前反射器重叠的该背光源的颜色结果。
图17示出了测定的背光源后反射器的Rb 半球(λ)光谱（曲线A），以及示例性前反射器的Rf 半球(λ)光谱（曲线B），其中前反射器为具有面向光源的附接ULI漫射器以及附接到相对侧的BGD的ABPR金-822F。应当注意，Rf 半球(λ)的光谱强烈倾斜至可见波长区域的红色侧。另外绘制了背光源强度光谱，其针对0度视角（曲线C）、50度的在图2的入射平面122中传播的p-偏振光（曲线D）和50度的在图2的平面22的入射平面132中传播的s-偏振光而计算。
通过比较来自蓝色、绿色和红色中的三个可见波长谱带的每一者的相对平均值来分析所计算背光源强度光谱的光谱倾斜度。表X示出了该表征的结果。
表X
倾斜或恒定 颜色特性 频格平均值间的范围
背光源强度0透光 倾斜 红色 15%
背光源强度50P透光 恒定 中性 5%
背光源强度50S透光 恒定 中性 6%
表IX和X中的结果的比较显示了另一出人意料的指示结果，其表明尽管前反射器在0度900F光下具有中性透射光谱，但所得循环背光源强度光谱计算为红色倾斜的。预测沿着正交平面24和22的50度视角背光源强度光谱具有颜色中性特性，尽管在这些视角下的前反射器透射光谱的特性为蓝色倾斜的。
最后，针对p-偏振和s-偏振透光轴中的每一者在0度下以及在正负50度视角下针对空间平均背光源发出的颜色对具有前反射器金-822F（具有ULI-漫射器并且在相对侧具有BGD）的实例3的背光源进行测定（标记为50S和50P）。背光源发射的色度数据示于图18a和18b中。
从循环背光源发出的颜色的测定值示出了在垂直视角下的红化，以及针对两个50度视角（s-偏振和p-偏振）的相对中性颜色。除测定的具有示例性前反射器的背光源的颜色坐标之外，图18b还示出了在没有前反射器影响下的背光源的颜色坐标（点A）。
实例4-金-15922层合至APF作为边缘照明式墨点提取器光导背光源上 的前反射器
实例4考虑了层合材料前反射器，其包括层合至3M先进偏振膜(3MAdvanced Polarizer film,APF)的具有不同光学封包的变迹宽带部分反射器(ABPR)（参见代理人案卷号67820US002）。每一种膜均使用2010年5月7日提交的名称为“Feedblock for Manufacturing Multilayer Polymeric Films”（用于制备多层聚合物膜的送料区块）的美国专利申请61/332,401（代理人案卷号64248US002）中所述的送料区块方法来制备。
考虑膜金-15922：将各自具有交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的275个层的两个封包共挤出作为浇铸料片，并且随后在连续膜生产线上于长度取向机中然后通过拉幅机进行拉伸。高折射率材料为PEN均聚物。对于微层的封包1和封包2来说，低折射率材料是相同的。封包1和2的低折射率材料为PETg（来自美国田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(Eastman Chemical,Kingsport,TN)的EASTAR GN071共聚酯）和无定形55/45coPEN（55%萘二甲酸酯单元和45%对苯二曱酸酯单元）的共混物。调整共混比以获得折射率1.5905。所有折射率均在633nm下测定。
考虑APF膜：将具有交替的低折射率聚合物层和高折射率聚合物层的275个层的单一封包共挤出作为浇铸料片，并且随后在连续膜生产线上于抛物拉伸分布拉幅机中进行拉伸。高折射率材料为90/10coPEN（90%萘二甲酸酯单元和10%对苯二曱酸酯单元）。低折射率材料为来自美国田纳西州金斯波特的伊士曼化工公司(Eastman Chemical,Kingsport,TN)的SA115共聚酯。该无定形聚合物的折射率为1.570。所有折射率均在633nm下测定。
对于实例4的反射偏振膜中的每一者而言，每个光学封包中的275个交替微层以1/4波层对的序列排列，其中层的厚度梯度被设计为用于为一个偏振轴在大约400nm至1100nm的波长带宽上提供宽泛而均匀的强效反射共振，并为正交轴提供较弱的反射共振，从而具有金-15922膜的平滑蓝色倾斜透射光谱。PETg的五微米厚表皮层设置在相关交替微层叠堆的外部表面上。膜总厚度（包括交替微层、PBL以及表皮层）为大约105μm，其不包括用于将两个偏振膜层合在一起的光学粘合剂。该膜使用本文所述的技术制备。
金-15922中的PEN层的双折射折射率值（在633nm下测定）为nx1=1.794、ny1=1.690、nz1=1.495。具有相关低折射率光学材料折射率值的这些折射率值使得金-15922对于呈阻光偏振态的光具有反射性，并且对于透光偏振态中的光具有部分反射性。
APF中的90/10CoPEN层的双折射折射率值（在633nm下测定）为nx1=1.84、ny1=1.570、nz1=1.565。具有相关低折射率光学材料折射率值的这些折射率值使得APF对于呈阻光偏振态的光具有反射性，并且对于透光偏振态中的光不具有任何反射性。有关细节请参见图2。
图19a示出了测定的两个构型中的层合材料金-15922+APF的透光态透射光谱。在无其他膜附接的情况下针对垂直入射角度透光态光(0)（曲线19a）以及针对50度角入射的p-偏振透光态光（曲线19b）和s-偏振透光态光（曲线19c）测定实例4前反射器层合材料的透射光谱。图19b中示出了由附接到前反射器层合材料膜的ULI漫射器膜与附接到相对侧的珠状增益漫射器BGD组成的样品的另一组透射率测定值（参见表II），其中ULI漫射器面向光源。示出了该2侧漫射前反射器层合材料的垂直入射角度透光态透光率（曲线19d），以及50度角入射的p-偏振透光态光（曲线19e）和s-偏振透光态光（曲线19f）的透光率。
通过比较来自蓝色、绿色和红色中的三个可见波长谱带的每一者的相对平均值来分析光谱倾斜度（或无倾斜度）。表XI示出了该表征的结果。
表XI
在该实例4中，我们使用商购的LCD背光源，其具有耦合到标准光导板的边缘内的一系列“冷白”LED，该标准光导板被构造为具有散射的墨点提取图案。光导板具有利用图8中给出的测定的Rb 半球光谱进行表征的白色后反射器。
使用上文所讨论的背光源分析，现在可使用所测定的Rb 半球(λ)、Rf 半球(λ)和T偏振(Ω,λ)光谱来计算背光源强度光谱。随后分析背光源强度光谱以便确定与实例4的前反射器重叠的该背光源的颜色结果。
图20示出了测定的背光源的Rb 半球(λ)光谱（曲线A），以及示例性前反射器的Rf 半球(λ)光谱（曲线B），其中前反射器为具有面向光源的附接ULI漫射器以及在相对侧具有附接BGD的层合材料金-15922+APF。应当注意，Rf 半球(λ)的光谱较弱倾斜至可见波长区域的红色侧。另外绘制了背光源强度光谱，其针对0度视角（曲线C）、50度的在图2的入射平面122中传播的P-偏振光（曲线D）和50度的在图2的入射平面132中传播的S-偏振光而计算。
通过比较来自蓝色、绿色和红色中的三个可见波长谱带的每一者的相对平均值来分析背光源强度光谱的光谱倾斜度。表XII示出了该表征的结果。
表XII
倾斜或恒定 颜色特性 频格平均值间的范围
背光源强度0透光 恒定 中性 6%
背光源强度50P透光 恒定 中性 5%
背光源强度50S透光 恒定 中性 6%
表XI和XII中的结果的比较显示了另一出人意料的指示结果，其表明甚至对于蓝色倾斜的前反射器透射光谱，所得循环背光源强度光谱也全部计算为颜色中性的。
最后，针对p-偏振和s-偏振透光轴中的每一者在0度下以及在正负50度视角下针对空间平均背光源发出的颜色对具有层合材料前反射器（包括ULI-漫射器以及相对侧的BGD）的实例4的背光源进行测定（标记为50S和50P）。背光源发射的色度数据示于图21a和21b中。
从循环背光源发出的颜色的测定值示出了在所有表征视角下的中性颜色。除测定具有示例性前反射器的背光源的颜色坐标之外，图21b还示出了在没有前反射器影响下的背光源的颜色坐标（点A）。
因此，公开了ILLUMINATION SYSTEM WITH SLOPEDTRANSMISSION SPECTRUM FRONT REFLECTOR（具有倾斜透射光谱前反射器的照明系统）的实施例。本领域的技术人员将会知道，可利用不同于本发明所公开的那些实施例的实施例来实践本文所述的光学膜和膜制品。所公开的实施例仅为举例说明而非限制之目的而给出。

Claims (23)

1.一种背光源，其包括：
形成光循环腔的前反射器和后反射器，所述前反射器为部分反射的以提供输出照明区域；和
一个或多个光源，所述一个或多个光源被设置成将光射入所述光循环腔；
其中，所述前反射器对于非偏振可见光具有半球反射率Rf 半球，并且所述后反射器对于非偏振可见光具有半球反射率Rb 半球，并且Rf 半球×Rb 半球为至少0.65；
并且其中所述前反射器在所关注的视角Ω下具有倾斜透射光谱，以及背光源强度光谱：
T(Ω,λ)/{1–Rb 半球(λ)×Rf 半球(λ)}
在整个可见波长谱带内为基本中性的。
2.根据权利要求1所述的背光源，其中Rf 半球×Rb 半球为至少0.75。
3.根据权利要求1所述的背光源，其中Rf 半球×Rb 半球为至少0.85。
4.根据权利要求1所述的背光源，其中所述前反射器包括偏振器。
5.根据权利要求1所述的背光源，其中所述前反射器包括反射型偏振器。
6.根据权利要求1所述的背光源，其中所述背光源照亮液晶显示器面板。
7.根据权利要求5所述的背光源，其中所述前反射器包括吸收型偏振器。
8.一种背光源，其包括：
形成光循环腔的前反射器和后反射器，所述前反射器为部分反射的以提供输出照明区域；
一个或多个光源，所述一个或多个光源被设置成将光射入所述光循环腔；
其中，所述前反射器对于非偏振可见光具有半球反射率Rf 半球，并且所述后反射器对于非偏振可见光具有半球反射率Rb 半球，并且Rf 半球×Rb 半球为至少0.65，
并且其中所述前反射器在所关注的视角Ω下具有倾斜透射光谱，以及背光源强度光谱
T(Ω,λ)/{1–Rb 半球(λ)×Rf 半球(λ)}
在整个可见波长谱带内为蓝色倾斜的。
9.根据权利要求9所述的背光源，其中Rf 半球×Rb 半球为至少0.75。
10.根据权利要求9所述的背光源，其中Rf 半球×Rb 半球为至少0.85。
11.根据权利要求9所述的背光源，其中所述前反射器包括偏振器。
12.根据权利要求9所述的背光源，其中所述前反射器包括反射型偏振器。
13.根据权利要求9所述的背光源，所述背光源照亮液晶显示器面板。
14.根据权利要求12所述的背光源，其中所述前反射器包括吸收型偏振器。
15.一种背光源，其包括：
形成光循环腔的前反射器和后反射器，所述前反射器为部分反射的以提供输出照明区域；
一个或多个光源，所述一个或多个光源被设置成将光射入所述光循环腔；
其中，所述前反射器对于非偏振可见光具有半球反射率Rf 半球，并且所述后反射器对于非偏振可见光具有半球反射率Rb 半球，并且Rf 半球×Rb 半球为至少0.65，
并且其中所述前反射器在所关注的视角Ω下具有倾斜透射光谱，以及背光源强度光谱
T(,Ωλ)/{1–Rb 半球(λ)×Rf 半球(λ)}
在整个可见波长谱带内为红色倾斜的。
16.根据权利要求15所述的背光源，其中Rf 半球×Rb 半球为至少0.75。
17.根据权利要求15所述的背光源，其中Rf 半球×Rb 半球为至少0.85。
18.根据权利要求15所述的背光源，其中所述前反射器包括偏振器。
19.根据权利要求15所述的背光源，其中所述前反射器包括反射型偏振器。
20.根据权利要求15所述的背光源，所述背光源照亮液晶显示器面板。
21.根据权利要求19所述的背光源，其中所述前反射器包括吸收型偏振器。
22.一种背光源，其包括：
形成光循环腔的前反射器和后反射器，所述前反射器为部分反射的以提供输出照明区域；
一个或多个光源，所述一个或多个光源被设置成将光射入所述光循环腔；
其中所述前反射器在垂直入射角度下具有蓝色倾斜透射光谱，并且频格值间的范围为15%至100%。
23.根据权利要求22所述的背光源，其中所述前反射器在垂直入射角度下具有蓝色倾斜透射光谱，并且频格值间的范围为15%至50%。
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