CN105074553B - 具有复合棱镜的双面的膜 - Google Patents

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Abstract

双面的光学膜具有在一个主表面中形成的延伸的棱镜，和在背对的主表面中形成的延伸的小透镜。棱镜中的一些或全部是复合棱镜，其中每个复合棱镜的两个倾斜表面各自包括顶端部分、基部部分、以及设置在顶端部分和基部部分之间的中间部分，中间部分和顶端部分形成凹形，并且中间部分和基部部分形成凸形，或反之亦然。当倾斜入射的光(例如来自光导)入射在所述膜的棱镜侧时，输出光束从所述膜的小透镜侧出现。输出光束的强度分布具有尖锐的左光束边缘和尖锐的右光束边缘，这些光束边缘具有不超过7度、6度、5度、4度、3度或2度的10％到90％的过渡角。

Description

具有复合棱镜的双面的膜
技术领域
本发明整体涉及微结构化光学膜，具体涉及其中背对的主表面均为结构化的此类膜，以及包含此类膜的制品与系统和有关此类膜的方法。
背景技术
已知的是在背对的主表面上具有结构化表面的光学膜，其在本文中称为双面的光学膜。在一些此类膜中，一个结构化表面具有形成于其中的透镜特征部，并且另一个结构化表面具有形成于其中的棱镜特征部。棱镜特征部与透镜特征部之间存在一一对应关系，并且各个棱镜特征部是伸长的，并且彼此平行并平行于各个透镜特征部延伸，所述各个透镜特征部也是伸长的。已公开此类膜在三维自动立体显示系统中用作光学光重定向膜。参见例如美国专利8,035,771(Brott等人)和8,068,187(Huizinga等人)，以及专利申请公开US2005/0052750(King等人)、US 2011/0149391(Brott等人)和US 2012/0236403(Sykora等人)。
发明内容
我们已经研发出新型双面的光学膜，在这种新型双面的光学膜中，延伸的棱镜和延伸的小透镜在膜的背对主表面中形成并且彼此处于一一对应关系中，并且这些元件被构造成产生输出光束，所述输出光束通过观察平面来表征，所述观察平面通过在光束的两侧的尖锐过渡或边缘并且通过有限的角扩展或宽度而垂直于棱镜。所述膜可由具有适于优先在斜角处发出光的至少一个主表面的光导来操作，并且双面的膜设置在光导近侧并取向成使得从光导的主表面发出的斜光透过棱镜进入光学膜，并且双面的膜将斜光转换为具有尖锐边缘的输出光束。光源可以设置在光导的相对两端处，以在两个不同方向上发出斜光，使得在一个方向上的斜光(源自一个光源)通过双面的膜转换为第一此类锐缘输出光束，并且在另一个方向上的斜光(源自另一个光源)通过双面的膜转换为第二此类锐缘输出光束。第一锐缘输出光束和第二锐缘输出光束可以重叠(包括其中第一输出光束和第二输出光束的最近光束边缘重合的极限情况)，或者可以不重叠。所述新型双面的膜可在系统中用于提供薄型(薄的)照明装置，所述照明装置的输出光束具有清晰、尖锐的光束边缘，例如将通过常规的聚光灯提供的，但其侧面更薄，而无需笨重的透镜或挡板诸如在聚光灯中使用的透镜或挡板，并且具有(通常)较大且在平面内更为延伸的发光表面。
在双面的膜上的棱镜中的一些或全部是复合棱镜，其中每个复合棱镜的两个倾斜表面各自包括顶端部分、基部部分、以及设置在顶端部分和基部部分之间的中间部分。每个复合棱镜还具有尖锐顶点。给定复合棱镜的每个倾斜表面的中间部分与顶端部分形成第一侧面形状并与基部部分形成第二侧面形状。第一侧面形状是凹形并且第二侧面形状是凸形，或者第一侧面形状是凸形并且第二侧面形状是凹形。在一些情况下，中间部分具有比顶端部分和基部部分的倾斜角小的倾斜角，使得第一侧面形状是凹形并且第二侧面形状是凸形。在其它情况下，中间部分具有比顶端部分和基部部分的倾斜角大的倾斜角，使得第一侧面形状是凸形并且第二侧面形状是凹形。当倾斜入射的光入射在膜的棱镜侧时，输出光束从膜的小透镜侧出现。在垂直于棱镜的伸长轴的观察平面内，输出光束的强度分布具有尖锐的左光束边缘和尖锐的右光束边缘，这些光束边缘具有不超过7度、或6度、或5度、或4度、或3度、或2度的10％到90％的过渡角。
本申请进一步公开特别是具有背对的第一结构化表面和第二结构化表面的光学膜，所述光学膜包括在第一结构化表面中形成的多个延伸的棱镜，以及在第二结构化表面中形成的多个延伸的小透镜，棱镜和小透镜被布置成处于小透镜与棱镜的一一对应关系中。至少一些棱镜是复合棱镜，每个复合棱镜具有复合的两个倾斜表面，每个复合棱镜的每个此类复合倾斜表面具有顶端部分、基部部分、以及设置在顶端部分和基部部分之间的中间部分。复合棱镜还各自具有尖锐顶点。中间部分与顶端部分形成第一侧面形状并与基部部分形成第二侧面形状。第一侧面形状是凹形并且第二侧面形状是凸形，或者第一侧面形状是凸形并且第二侧面形状是凹形。
对于每个复合棱镜的每个复合倾斜表面，顶端部分、基部部分和中间部分中的至少一者可以是平面的。此外，顶端部分、基部部分和中间部分可以都是平面的。对于每个复合棱镜的每个复合倾斜表面，顶端部分、基部部分和中间部分中的至少一者可以是弯曲的。此外，顶端部分、基部部分和中间部分可以都是弯曲的。每个复合棱镜的复合倾斜表面可以是连续弯曲的。
对于每个复合棱镜，其两个倾斜表面的顶端部分可以相交以形成尖锐顶点，并且顶点可以具有不超过3微米、或不超过2微米、或不超过1微米的曲率半径。
棱镜可以沿彼此平行的各自的第一伸长轴延伸，并且小透镜可以沿彼此平行的各自的第二伸长轴延伸。第一轴可以平行于第二轴。
棱镜可以具有各自的棱镜光轴，并且至少一些复合棱镜相对于棱镜光轴可以是对称成形的。然而，至少一些复合棱镜相对于它们各自的棱镜光轴可以不是对称成形的。对于每个棱镜-小透镜对，小透镜可以具有焦点，并且棱镜可以具有设置在所述焦点处或所述焦点附近的顶点。
中间部分可以具有比顶端部分和基部部分的倾斜角小的倾斜角，使得第一侧面形状是凹形，并且第二廓形状是凸形。另选地，中间部分可以具有比顶端部分和基部部分的倾斜角大的倾斜角，使得第一侧面形状是凸形并且第二侧面形状是凹形。
我们还公开了光学系统，所述光学系统包括与光导结合的此类光学膜，所述光导具有适于优先在斜角处发出光的主表面，并且光学膜可以设置在光导近侧并取向成使得从光导的主表面发出的光透过第一结构化表面进入光学膜。在一些情况下，光学膜和光导可以是非平面的。在一些情况下，光学膜和光导可以是柔性的。在一些情况下，系统还可以包括附接到光导的一个或多个光源。在一些情况下，系统可以是或可包括显示器、背光源、照明设备、工作灯或通用照明模块。
我们还公开了包括光导、第一光源和光学膜的光学系统。光导具有适于发出光的主表面。第一光源被构造成沿第一方向将光注入到光导中。光学膜具有背对的第一结构化表面和第二结构化表面，所述第一结构化表面具有形成于其中的多个延伸的棱镜，并且所述第二结构化表面具有形成于其中的多个延伸的小透镜，并且棱镜和小透镜被布置成处于小透镜与棱镜的一一对应关系中。光学膜设置在光导近侧并取向成使得从光导的主表面发出的光透过第一结构化表面进入光学膜并离开光学膜的第二结构化表面，当第一光源被通电时离开光学膜的光形成第一输出光束。第一输出光束具有作为角度θ的函数的第一强度分布，该第一强度分布通过在角度θLE1处的第一左光束边缘、在角度θRE1处的第一右光束边缘、第一基线强度Ibaseline1、以及在第一左光束边缘和第一右光束边缘之间的第一最大强度Imax1和第一最小强度Imin1来表征。第一左光束边缘具有通过过渡角ΔθLE1来表征的锐度，并且第一右光束边缘具有通过过渡角ΔθRE1来表征的锐度，其中ΔθLE1和ΔθRE1根据介于Imax1和Ibaseline1之间的10％到90％的强度水平来测量。过渡角ΔθLE1不超过7度(或不超过6度、或5度、或5度、或4度、或3度、或2度)，过渡角ΔθRE1不超过7度(或不超过6度、或5度、或4度、或3度、或2度)，Imin1为至少Ibaseline1+20％*(Imax1–Ibaseline1)，并且等于θRE1-θLE1的第一光束宽度为至少10度。
在光学膜中的至少一些棱镜可以是复合棱镜，所述复合棱镜的两个倾斜表面是复合的并且它们的顶点是尖锐的。每个此类复合棱镜的每个复合倾斜表面具有顶端部分、基部部分、以及设置在顶端部分和基部部分之间的中间部分。中间部分与顶端部分形成第一侧面形状并与基部部分形成第二侧面形状，并且第一侧面形状是凹形且第二侧面形状是凸形，或者第一侧面形状是凸形且第二侧面形状是凹形。系统还可包括第二光源，其被构造成沿与第一方向不同的第二方向将光注入到光导中，并且当第二光源被通电时离开光学膜的光形成第二输出光束。第二输出光束具有作为角度θ的函数的第二强度分布，该第二强度分布通过在角度θLE2处的第二左光束边缘、在角度θRE2处的第二右光束边缘、第二基线强度Ibaseline2，以及在第二左光束边缘和第二右光束边缘之间的第二最大强度Imax2和第二最小强度Imin2来表征。第二左光束边缘具有通过过渡角ΔθLE2来表征的锐度，并且第二右光束边缘具有通过过渡角ΔθRE2来表征的锐度，其中ΔθLE2和ΔθRE2根据介于Imax2和Ibaseline2之间的10％到90％的强度水平来测量。过渡角ΔθLE2不超过7度(或不超过6度、或5度、或4度、或3度、或2度)，过渡角ΔθRE2不超过7度(或不超过6度、或5度、或4度、或3度、或2度)，Imin2为至少Ibaseline2+20％*(Imax2–Ibaseline2)，并且等于θRE2-θLE2的第二光束宽度为至少10度。
过渡角ΔθLE1、ΔθRE1、ΔθLE2和ΔθRE2可各自不超过5度、或不超过4度、或不超过3度、或不超过2度，并且它们可各自为至少1度或2度。第一最小强度Imin1可为至少Ibaseline1+30％*(Imax1–Ibaseline1)，或至少Ibaseline1+40％*(Imax1-Ibaseline1)，并且第二最小强度Imin2可为至少Ibaseline2+30％*(Imax2-Ibaseline2)，或至少Ibaseline2+40％*(Imax2-Ibaseline2)。第一光束宽度和第二光束宽度可各自为至少20度、或至少30度、或在10度到40度的范围内。角度θLE2可在θLE1到θRE1的范围内，使得第一输出光束和第二输出光束重叠。第一输出光束和第二输出光束可彼此间隔开，并且可具有相距至少3度的最近光束边缘。
光学膜和光导可以是非平面的。光学膜和光导可以是柔性的。第一光源可附接到光导。光学膜可附接到光导。系统可以是或可包括显示器、背光源、照明设备、工作灯或通用照明模块。
本文还讨论了相关方法、系统和制品。
通过下面的详细描述，本申请的这些方面和其它方面将显而易见。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，该主题仅由所附权利要求限定，并且在审查期间可进行修改。
附图简述
图1A是包括双面的光学膜的例示性显示系统的示意性侧视图；
图1B是可在图1A的显示系统中充当背光源或者可用于其它应用的照明系统的示意性透视图；
图2是光导的示意性透视图，该视图以夸张的方式示出在光导两个主表面上的示例性表面结构；
图2A是图2的光导与平行光源结合的视图，其示出光导如何能够根据光导的给定侧上的哪个光源被打开而被有效地细分或划分；
图3是照明系统诸如图1B的照明系统的示意性侧视图，其中一个光源被通电，该光源产生从双面的光学膜出现的具有两个尖锐过渡或边缘的第一输出光束；
图4A是图3的照明系统的示意性侧视图，但其中相对的光源被通电，该光源产生从双面的光学膜出现的同样具有两个尖锐过渡或边缘的第二输出光束；
图4B是类似于图4A的照明系统的示意性侧视图，但在该系统中，双面的光学膜被修改为产生除尖锐边缘之外还具有光束腰的经修改的第二输出光束；
图5是已知3D光重定向膜的示意性侧视图或剖面图；
图5A是模拟辐射率对观察角的曲线图，该观察角用于从已知光重定向膜部分的一部分发出的光，所述光重定向膜部分包括具有复合曲率的相同透镜特征部并且还具有对应的相同棱镜特征部，所述透镜特征部不具有倾斜(α＝0)并且棱镜特征部也不具有倾斜(β＝0)；
图6是包括伸长小透镜和伸长复合棱镜的双面的光学膜的一部分的示意性侧视图或剖面图；
图6A是可由光学膜诸如图6的光学膜产生的两个假设输出光束的角分布图，所述角分布与特定的观察平面相关联；
图7是类似于图6的角分布图但针对可由所公开的光学膜中的任一个产生的一个假设输出光束的角分布图，该图示出角度相关的光束特征诸如光束边缘锐度和光束(角)宽度；
图8是具有与图6相同或类似的设计的双面的光学膜的一部分的示意性侧视图或剖面图，该视图示出一个复合棱镜/小透镜对；
图9是类似于图8的复合棱镜/小透镜对的示意性侧视图或剖面图，但其中添加光线以示出进入棱镜的第一倾斜表面的一些斜光线如何由膜改变方向以提供具有两个尖锐边缘的输出光束；
图10是适用于所公开的双面的光学膜的另一个复合棱镜/小透镜对的示意性侧视图或剖面图；
图11是具有复合棱镜/小透镜对的另一个双面的光学膜的一部分的示意性侧视图或剖面图；
图12A是绘出图11的复合棱镜的复合倾斜表面中的一个的形状或侧面的图；
图12B是图12A的函数的一阶导数图，即作为图11的复合棱镜的复合倾斜表面中的一个倾斜表面的位置的函数的斜率的图；
图12C是图12A的函数的二阶导数图；
图13A是由系统产生的输出光束的模拟或计算亮度的极性等光强图(类似于锥光图)，其中图11的双面的膜用第一方向的斜光(例如来自光导诸如图2的光导，其中一个光源被打开)照明，并且图13B是沿特定观察平面的图13A的亮度的图；
图14A是由系统产生的输出光束的模拟或计算亮度的极性等光强图，其中图11的双面的膜用第一方向和第二方向两者的斜光(例如来自光导诸如图2的光导，其中在其相对的两侧的光源被打开)照明，并且图14B是沿特定观察平面的图14A的亮度的图；
图15是示例性双面的光学膜或其部分的示意性侧视图，其中小透镜与它们各自的棱镜对齐并且小透镜的间距与棱镜的间距相同；
图16是示例性双面的光学膜或其部分的示意性侧视图，其中小透镜的间距与棱镜的间距不同；
图17是棱镜/小透镜对的示意性侧视图，其中元件互相平移地且旋转地错开并以不同的量倾斜；
图18A是光学系统的示意性侧视图或剖面图，其中提供了两个不同的输出光束，每个具有尖锐光束边缘，第一光源和第二光源根据尖锐光束边缘而被通电，光学系统包括所公开的双面的光学膜，并且图18B是以简化形式示出的两个输出光束的角分布图；
图19、图20和图21是其它光学系统的示意图，其中提供了两个不同的输出光束，每个具有尖锐光束边缘，第一光源和第二光源根据尖锐光束边缘而被通电，每个光学系统包括所公开的双面的光学膜；
图22是薄型照明组件耦接到延伸的安装构件的光学系统的示意性透视图，照明组件包括所公开的双面的光学膜；并且
图23A至23E是展示双面的光学膜和/或光导可具有的一些平面形状和非平面形状的光学系统的示意性透视图。
在附图中，类似的附图标号指示类似的元件。
示例性实施例的具体实施方式
在图1A中示出能够利用所公开的双面的光学膜的独特属性的光学系统100。在这种情况下，光学系统100是显示系统，但是也可想到其它装置和应用，包括环境照明装置诸如照明设备或工作灯。相对于Cartesian x-y-z坐标系示出系统100，使得可更容易地进行讨论所选择的特征部的方向和取向。系统100包括显示面板120例如液晶显示(LCD)面板和被定位成为显示面板120提供光的背光源130。背光源130包括一个或多个光导150、一个或多个第一光源134以及一个或多个第二光源132。背光源130还包括双面的光学膜140，其细节在下面进一步讨论。坐标系的X-Y平面被假设为平行于膜140的平面，其通常还平行于光导150的平面和显示面板120。
光源132、134被设置在光导的相对两端上，并且从相反方向将光注入到光导中。光源中的每个可发出标称白色的且是期望色调或色温的光。另选地，每个光源可发出有色光，例如被认为是红色、绿色、蓝色或另一种已知的非白色的光，和/或可发出紫外和/或红外(包括近红外)光。光源还可以是或者可包括单独的光发射装置的群集，其中一些或全部群集可发出非白色的有色光，但来自单独装置的光的组合可产生标称白光，例如来自红光、绿光和蓝光的总和。在光导的相对两端上的光源可发出不同的白色或非白色的光，或者它们发出相同颜色的光。光源132、134可以是任何已知设计或类型的，例如，一者或两者可以是或可包括冷阴极荧光灯(CCFL)，并且一者或两者可以是或可包括一种或多种无机固态光源诸如发光二极管(LED)或激光二极管，并且一者或两者可以是或可包括一种或多种有机固态光源诸如有机发光二极管(OLED)。用于在附图中表示光源的圆形形状仅仅是示意性的，而不应理解为排除LED，或任何其它合适类型的光源。光源132、134优选是电子可控制的，使得任一个所述光源均可被通电至打开状态(产生最大或其它显著的光输出)，同时使另一个所述光源处于关闭状态(产生很少或没有光输出)，或如果需要，那么两者可同时处于打开状态，并且在非使用期间两者都可关闭。在许多情况下，光源132、134不必满足关于切换速度的任何特定要求。例如，尽管光源132、134中的任何一者或两者均能够在关闭状态和打开状态之间以人眼难以察觉的速率(例如，至少30Hz或60Hz)重复转变，但是这样的能力在许多实施例中是不必要的。(对于无闪烁操作，转变速率可在50Hz至70Hz或更大的范围内；对于两侧操作，用于显示面板(如果有的话)和光源的转变速率可在100Hz至140Hz(或更大)的范围内。)因此，还可使用在打开状态和关闭状态之间具有慢得多的特征转变时间的光源。
光导150包括与第一像光源134相邻的第一光输入侧150c和与第二光源132相邻的相对的第二光输入侧150d。第一光导主表面150b在第一侧面150c和第二侧面150d之间延伸。与第一主表面150b背对的第二光导主表面150a在第一侧面150c和第二侧面150d之间延伸。光导150的主表面150b、150a可基本上彼此平行，或者它们可以是非平行的，使得光导150是楔形的。光可从光导150的表面150b、150a中的任一个反射或发出，但通常光从表面150a发出并从表面150b反射。在一些情况下，可在第一表面150b上或与之相邻地提供高度反射表面，以便有助于将光重新引导通过第二表面150a射出。光提取特征部153(例如浅棱镜、透镜特征部、白点、雾度涂层和/或其它特征部)可被设置在光导150的主表面150b、150a中的一者或两者上。下面结合图2讨论用于光导的示例性光提取特征部。光提取特征部153通常被选择为使得从主表面150a发出的光优先地以高度倾斜的角度在空气中传播(如在x-z平面内所测量的)，而不是在平行于或仅稍微偏离于z轴的垂直或接近垂直的传播方向上传播(如在x-z平面内再次测量)。例如，从表面150a发出进入到空气中的光可具有使得相对于表面法线(z轴)的角度为60度或更大、或者70度或更大、或者80度或更大的峰强度方向，其中峰强度方向是指这样的方向：输出光束在x-z平面内沿着所述方向的强度分布是最大的。
光导150可具有实心形式，即，其在第一主表面150a和第二主表面150b之间可具有完全实心的内部。固体材料可以是或可包括任何合适的透光材料，诸如玻璃、丙烯酸类树脂、聚酯或其它合适的聚合物或非聚合物材料。另选地，光导150可以是中空的，即，其内部可以是空气或另一种气体或真空。如果是中空的，则光导150在其相对两侧上具有光学膜或类似组件，以提供第一主表面150a和第二主表面150b。中空光导还可被划分或细分为多个光导。无论是实心还是中空的，光导150可以是基本上平面的，或者其可以是非平面的，例如波浪形的或弯曲的，并且曲率可稍小(接近平面的)或极大，包括光导自身向内弯曲以形成完整或部分的管的情况。此类管可具有任何所需的横截面形状，包括弯曲形状诸如圆形或椭圆形，或多边形形状诸如正方形、矩形或三角形，或任何此类形状的组合。就这一点而言，中空管状光导可由自身向内弯曲以形成中空管的单块光学膜或类似组件制成，在这种情况下，光导的第一主表面和第二主表面均可理解为由此类光学膜或组件提供。曲率可仅在x-z平面内，或仅在y-z平面内，或在这两个平面内。尽管光导和双面的膜可以是非平面的，但是为了简单起见，在附图中将它们示为平面；在前一种情况下，人们可将附图解释为示出光导和/或光学膜的足够小的部分，使得其看起来是平面的。无论是实心还是中空的，根据构造的材料和它们各自的厚度，光导可以是在物理上刚性的，或者其可以是柔性的。柔性光导或光学膜可被弯曲或以其他方式操纵以将其形状从平面形状改为弯曲形状或者反之亦然，或者从在一个平面内弯曲改变为在正交平面内弯曲。
双面的光学膜140被设置在显示面板120和光导150之间。该膜140具有相对的结构化表面。在背离光导150取向的结构化表面上形成小透镜142。
棱镜141在膜140的背对的结构化表面上形成，该膜140朝向光导150取向。在该取向中，从光导150的主表面150a发出的光入射到棱镜141上，这有助于使入射光偏离。入射光通过膜140偏离并穿过膜140，以提供从膜140出现的输出光束。如下面进一步所描述，输出光束的属性强烈地受光源132、134中的哪个处于打开状态的影响。当一个光源打开时，输出光束可对向第一角范围。当相对的光源打开时，输出光束可对向第二角范围，该第二角范围可与或可不与第一角范围重叠。在图1A和图1B中，棱镜141被示意性地示为具有单个V形侧面；然而，棱镜141中的一些、大多数或全部可以是复合棱镜，其更细微的细节在下面进一步示出并描述。更复杂的棱镜形状可用于提供在其两侧具有尖锐光束边缘的输出光束。
棱镜141和小透镜142通常均为线性的，或在其中一者或两者均不是精确线性(例如不直)的情况下，它们以其他方式沿特定平面内轴延伸或伸长。因此，小透镜142可沿彼此平行的小透镜轴延伸。在图1B中，一个此类轴被示为轴144，其被假设为平行于y轴。棱镜141可沿彼此平行的各自的棱镜轴延伸。小透镜伸长轴通常平行于棱镜伸长轴。完全平行是不需要的，并且稍微偏离完全平行的轴也可认为是平行的；然而，错开在双面的膜的工作表面上的沿着给定棱镜/小透镜对的长度的不同位置处产生所述给定棱镜/小透镜对之间的不同对准量-并且在对准程度方面(无论对准程度是否被调节以具有相关顶点或其它基准点的精确对齐或有意错开，如下面所讨论)的此类差值期望为约1微米或更小。在一些情况下，在光导的主表面150b上的提取特征部153可以是线性的，或沿着平行于膜140的小透镜和棱镜的伸长轴的轴伸长；另选地，此类伸长的提取特征部153可以其它角度取向。
在膜140或其有关部分中，棱镜141与小透镜142之间存在一一对应关系。因此，对于每个棱镜141存在独特的小透镜142，给定的棱镜主要与该小透镜142交互，并且反之亦然。小透镜142中的一个、一些或全部可与它们各自的棱镜141基本对准。另选地，膜40可被设计为包含小透镜中的一些或全部相对于它们各自的棱镜故意错开或未对准。与棱镜和小透镜的对齐或错开有关的是这些元件的中心至中心间隔或间距。就显示系统而言，小透镜142的间距和棱镜141的间距可被选择以减小或消除显示面板120中相对于周期性特征部的叠栅图案。小透镜142的间距和棱镜141的间距还可基于可制造性来确定。因为LCD面板被制造为具有不同的像素间距，所以期望改变光学膜的间距来适应LCD面板的不同的像素间距。用于光学膜140的结构化表面上的各自的元件的可用间距范围为例如约10微米到约140微米，但这不应以过度限制的方式来解释。
系统100可具有任何可用的形状或构造。在许多实施例中，显示面板120、光导150和/或双面的光学膜140可具有正方形或矩形形状。然而，在一些实施例中，这些元件中的任一个或全部可具有四个以上的侧面和/或弯曲形状。
可转换驱动元件160电连接到第一光源132和第二光源134。该元件可包含能够对光源132、134中的一者或两者通电的合适电源，例如，一个或多个电压源和/或电流源。电源可以是单个电源模块或元件，或电源元件的组或网络，例如，用于每个光源的一个电源元件。驱动元件160还可包含耦接到电源并耦接到供电线路的开关，所述供电线路连接到光源。开关可以是单个晶体管或其它开关元件，或者是开关模块或元件的组或网络。在驱动元件160内的开关和电源可被构造成具有若干操作模式。这些模式可包括下列各项中的两个、三个或全部：其中仅第一光源134打开的模式；其中仅第二光源132打开的模式；其中第一光源和第二光源均打开的模式；以及其中第一光源和第二光源两者都不打开(即，均关闭)的模式。
控制器170耦接到可转换驱动元件160并且耦接到显示面板120。控制器170可控制或引导驱动元件进入其操作模式中的一个，以便选择性地对光源通电。在控制器170和驱动元件160之间的耦接可以是有线的、或无线的、或有线的和无线的某组合。例如，用户可采用移动电话或其它移动无线装置以启动驱动元件160，并且移动电话或其它无线装置可被认为是控制器170的一部分。控制器170还可控制显示面板120，使得显示面板120显示所需的图像或一系列图像。可以任何已知方式将图像信息从控制器170提供到显示面板120。图像可以是例如静止图像、图像的序列、视频流和/或经渲染的计算机图形。
下面我们更详细地描述设有复合棱镜的双面的光学膜140可如何提供具有产生至少两个不同输出光束的能力的背光源(或其它光学系统)，每个此类光束具有在光束的两侧具有尖锐边缘的角分布。由背光源或系统提供的输出光束的数目取决于驱动元件160对哪个光源通电，并且输出光束的特性或特征通过小透镜和复合棱镜的设计细节进行控制。
图1B是背光源130的示意性透视图，图中示出光导150、光学膜140和第二光源132。图1A和图1B之间的类似元件具有类似附图标号，并且不需要进一步讨论。光学膜140包括背离光导150取向的小透镜142以及棱镜141，其中棱镜峰朝向光导150取向。小透镜的伸长轴144(其也可对应于棱镜141的伸长轴)被示为平行于y轴。就棱镜141而言，伸长轴平行于棱镜的顶点分布。膜140被示为与光导150相邻但稍微间隔开。膜140还可被安装或保持为使得其与光导150接触，例如膜140可置于光导150上，同时仍基本维持在棱镜141的小平面或倾斜侧表面处的空气/聚合物界面(具有物理上薄的但光学上厚的空气层)，使得它们的折射特性可被保存。另选地，低折射率的粘结材料可在棱镜141和光导150之间用于将膜140粘结到光导。就这一点而言，众所周知具有超低折射指数(ULI)的纳米空隙材料的折射率可一定程度地接近空气并且可用于该目的。参见例如专利申请公开WO 2010/120864(Hao等人)以及WO 2011/088161(Wolk等人)，这些专利申请公开讨论了其折射率在约n≈1.15到n≈1.35的范围内的ULI材料。还可参见专利申请公开WO 2010/120422(Kolb等人)、WO 2010/120468(Kolb等人)、WO 2012/054320(Coggio等人)以及US 2010/0208349(Beer等人)。还可使用气隙间隔技术，例如其中微复制柱阵列用于将两个组件粘结在一起同时基本上维持它们之间的气隙。参见例如专利申请公开US 2013/0039077(Edmonds等人)。
所公开的双面的光学膜和相关联的组件可以多种形式和构造来提供。在一些情况下，双面的光学膜可例如单独以块、片或卷形式被包装、出售或使用。在其它情况下，双面的光学膜可与光导一起被包装、出售或使用，所述光导的输出光束特性被调节为用于与双面的膜一起使用。在这种情况下，如上所讨论的双面的膜可粘结到光导，或者它们可不粘结到彼此。在一些情况下，双面的光学膜可同时与光导和一个或多个LED或其它光源一起被包装、出售或使用，其中所述光导被调节为用于与双面的膜一起使用，所述LED或其它光源适于将光注入到光导中，例如通常从其相对的两侧，如图1A所示。双面的膜、光导、和光源可被粘结、附接或以其他方式保持接近彼此以形成照明模块，所述照明模块可为大或小的、刚性的或柔性的、并且基本上平坦/平面的或非平坦/非平面的，并且所述照明模块可单独使用或与其它组件组合使用。包括双面的光学膜、光导和一个或多个光源的照明系统可适用于任何期望的最终用途，例如显示器、背光源、照明设备、工作灯或通用照明模块。
图2示出可适于与本公开的双面的光学膜中的一些或全部一起使用的示例性光导250的示意性透视图。光导250可取代图1A中的光导150，并且结合光导150所讨论的属性、选项和替代形式应理解为等同地适用于光导250。在图2中按照与图1A和图1B的坐标一致的方式提供Cartesian x-y-z坐标。图2以夸张的方式示出在光导250的两个主表面上的示例性表面结构，但可使用结构化表面相对于光导的边缘或边界的其它取向。光导250包括：第一主表面250a，从所述第一主表面250a朝向双面的光学膜提取光；第二主表面250b，其与第一主表面相对；以及侧表面250d、250c，所述侧表面可充当用于第一光源和第二光源的光注入表面，如本文其它地方所讨论。例如，一个光源可沿侧表面250定位，从而提供从光导250发出的第一斜光束，并且类似光源可沿侧表面250d定位，从而提供从光导250发出的第二斜光束。就这一点而言，斜光束是指其强度分布在x-z平面内具有相对于表面法线(z轴的)的60度或更大、或者70度或更大、或者80度或更大的峰强度方向的光束，如以上所讨论。
优选采用机器加工、模制或以其他方式形成光导的后主表面250b，以提供具有浅棱镜结构252的线性阵列。这些棱镜结构沿着平行于y轴的轴伸长，并且被设计成反射沿着光导的长度(沿着x轴)传播的光的适当部分，以使得反射光可在合适的斜角处折射离开前主表面250a进入到空气中(或适当低折射率的有形材料)，并向前到达双面的光学膜。在许多情况下，期望的是反射光沿着光导250的长度从前主表面250a被相对均匀地提取。表面250b可涂覆有反射膜诸如铝，或者其可不具有此类反射涂层。在不存在任何此类反射涂层的情况下，可靠近表面250b提供单独的后反射器，以反射经过光导向下传播的任何光，以使得此类光被反射回到光导中并穿过光导。透镜结构252通常具有相对于光导的总厚度较浅的深度和相对于光导的长度较小的宽度或间距。透镜结构252具有通常比在本公开双面的光学膜中使用的棱镜的顶角大得多的顶角。光导可由任何透明的光学材料制成，通常具有低散射光学材料诸如聚碳酸酯或丙烯酸类聚合物诸如Spartech Polycast材料。在一个示例性实施例中，光导可由丙烯酸系材料诸如单元浇铸(cell-cast)型丙烯酸制成，而且可具有1.4mm的总厚度和沿x轴的140m的长度，而且棱镜可具有2.9微米的深度和81.6微米的宽度，对应于约172度的棱镜顶角。读者应理解这些值仅仅是示例性的，而不应理解为过度限制性的。
可采用机械加工、模制或其他方式形成光导的前主表面250a，以提供透镜结构或特征部254的线性阵列，所述透镜结构或特征部彼此平行并且平行于透镜伸长轴。与棱镜结构252的伸长轴相比，透镜伸长轴通常平行于x轴。透镜结构254可被成形用于并取向以增强通过前主表面离开光导的光在y-z平面内的角扩散，并且如果需要，则限制由于从前主表面反射而保留在光导中的光沿y轴的空间扩散。在一些情况下，透镜结构254可具有相对于光导的总厚度较浅的深度和相对于光导的宽度较小的宽度或间距。在一些情况下，透镜结构可相对较强地弯曲，而在其它情况下可较弱地弯曲。在一个实施例中，光导可由单元浇铸型丙烯酸制成并且可具有0.76mm的总厚度、沿x轴的141mm的长度和沿y轴的66mm的宽度，并且例如，透镜结构254可各自具有35.6微米的半径、32.8微米的深度和72.6mm的宽度323。在该实施例中，棱镜结构252的深度可为2.9微米，宽度可为81.6微米，并且棱镜顶角可为约172度。再次，读者应理解这些实施例仅仅是示例性的，而不应理解为不当限制性的；例如，除透镜结构之外的结构可用在光导的前主表面上。
如上所述，透镜结构254可被成形并取向成限制由于从前主表面反射而保留在光导中的光沿y轴的空间扩散。沿着y轴的有限空间扩散还可使用在光导的平面(即x-y平面)内准直的(包括基本上准直的)光源来实现或增强。该光源可以是与一个或多个准直透镜、反射镜等结合的相对小面积的一个或多个LED管芯。图2A示出图2的光导250，其与沿着侧表面250d布置的光源232a、232b、232c和沿着侧表面250c布置的光源234a、234b、234c结合。这些光源可以是基本上准直的，或透镜结构254可被成形用于限制光沿y轴的空间扩散，或两者兼有。在附图中，光源232a、232b、232c被示为打开，并且其它光源关闭。由于光源的准直、透镜结构254的形状或两者，光源232a、232b、232c照明光导250的各条或带250-1、250-2、250-3。所述带可以是不同的，具有很少或没有重叠，如图中所示，或者它们可在某种程度上重叠。光源中的每个可以是独立地可寻址的，使得光导可以根据光导的每个侧面上的哪个光源被打开而被有效地细分或划分。例如，可以照明带250-1、250-2、250-3中的仅一个，或者可以照明仅两个或可以照明全部的带。位于光导的相对侧的光源234a、234b、234c可以在侧表面250d处与它们的对应光源对齐，使得它们照明相同的各自的带250-1、250-2、250-3；另选地，光源234a、234b、234c可以在侧表面250d处沿着相对于光源的y方向进行移位或交错，使得它们照明其它带，所述其它带能够以或能够不以类似于带250-1，250-2，250-3的方式彼此重叠。光源232a、232b、232c、234a、234b、234c均可发出白光、或非白色或波长的光，或者光源可以发出不同的颜色。光导250的给定部分，诸如带250-1、250-2、250-3中的任一个，可因此用作独立的光导，并且可根据以下情况而发出至少两个不同的输出光束，所述情况为：是否只有在一个侧表面(例如表面250d)处的其相关联的光源打开，或是否仅在相对侧表面(例如表面250c)处的其相关联的光源打开、或是否两个此类光源均打开。当双面的光学膜与此类光源一起使用时，光导的空间带或条输出能力基本上转移到双面的光学膜，使得通过对适当的光源通电，可以从双面的光学膜出现在其输出表面的全部(全部条或带)、或仅一部分(至少一个但少于全部的条或带)上面的本公开锐缘输出光束或者没有(没有条纹或条带)其输出表面的输出光束。
现在转到图3，我们看到在与图1A、图1B和图2的坐标系一致的坐标系的背景下的照明系统300的示意性侧视图。系统300可与图1A和图1B的背光源130相同或类似，不同的是图3中控制器170未耦接到任何显示面板，并且图3的光导150可以具有基本上如结合图2的光导250所描述的设计。除此之外，类似元件用类似的参考标号标记，并且没有必要进一步讨论。此外，在图3中，仅光源134被通电(打开)，而光源132未被通电(关闭)。由于光导150的特性、光学膜140的特性以及光导与光学膜之间的交互作用，来自光源134的光产生从双面的光学膜出现的第一输出光束310，该第一输出光束310在x-z平面内具有通过在其两侧的尖锐过度或边缘来表征的角分布。
来自通电光源134的光透过第一侧面150c进入光导150。该光大体在正x方向上沿着光导150行进，所述光从主表面150a、150b反射以提供第一引导光束134-1。随着光束134-1传播，所述光中的一些从主表面150a折射或以其他方式被提取以提供斜光束134-2，在x-z平面内通过表示最大光强度方向的倾斜取向的箭头来表示。斜光束134-2通常在主表面150a的基本上整个表面区域上被发出，即不仅在主表面150a的几何中心中，还在其边缘或接近其边缘，并在两者之间的中间位置处，如通过多个斜箭头所示。斜光束134-2具有与正x方向最紧密对齐的最大光强度方向。光束134-2的最大光强度方向可以例如30度或更小、或者20度或更小、或者15度或更小、或者10度或更小的角度偏离正x方向。
由于斜光束134-2的方向性，来自光源134的光主要穿过在膜140的较低结构化表面上的每个棱镜141的仅一个倾斜侧表面进入双面的光学膜140。然而，该倾斜侧表面可以是具有至少不同顶端部分、基部部分以及中间部分的复合表面，如下所述。由此类复合表面提供的折射与在棱镜的另一个倾斜表面处提供的反射配合并与由小透镜提供的折射配合，使得光从膜140出现作为第一输出光束310。输出光束310来源于从跨越膜140的每个小透镜142发出的单独输出光束或“小光束(beamlet)”的总和。在图3中示出三个此类代表性的小光束：在140的几何中心处发出或靠近该几何中心发出的小光束310-0，在膜140的第一末端或边缘处发出或靠近该第一末端或边缘发出的小光束310-1，以及在膜140的第二末端或边缘处发出或靠近该第二末端或边缘发出的小光束310-2。在例示的实施例中，单独光束或小光束的角扩展或宽度标称地与总输出光束310的角扩展或宽度相同，因为小光束的角分布可以都是基本上相同的。在其它实施例中，单独光束或小光束的角扩展可一定程度地不同于总输出光束310的角扩展。
如果第一光源134关闭，并且第二光源132打开，那么系统300产生第二输出光束，其通过带有两个尖锐边缘的角分布来表征。第二输出光束通常覆盖与第一输出光束不同的角范围，并且两个输出光束的角分布可以重叠或者可以不重叠。图4A示出可使用相同的双面的光学膜按照与图3的第一输出光束一致的方式产生的典型的第二输出光束。图4B示出可以通过修改双面的光学膜的设计产生的替代的第二输出光束。
因此，在图4A中，在与图3坐标系一致的坐标系的背景下示出照明系统400a。系统400a可与照明系统300相同或类似，不同的是光源134未被通电(关闭)，并且光源132被通电(打开)。由于光导150的特性、双面的光学膜140的特性以及光导与光学膜之间的交互作用，来自光源132的光产生从光学膜出现的第二输出光束410a，该第二输出光束410a在x-z平面内具有不同的角分布并且在与图3的第一输出光束310不同的方向上传播。
来自通电光源132的光透过第二侧面150d进入光导150。该光大体在负x方向上沿光导150移动，该光从主表面150a、150b反射以提供第一引导光束132-1。随着光束132-1传播，所述光中的一些从主表面150a折射或以其他方式被提取以提供斜光束132-2，通过在x-z平面内的表示最大光强度方向的倾斜取向的箭头来表示。斜光束132-2通常在主表面150a的基本上整个表面区域上发出，即不仅在主表面150a的几何中心，还在其边缘或接近其边缘处，并在两者之间的中间位置处，如通过多个斜箭头所示。斜光束132-2具有与负x方向最密切对齐的最大光强度方向。光束132-2的最大光强度的方向可以按例如30度或更小、或者20度或更小、或者15度或更小、或者10度或更小的角度偏离负x方向。
由于斜光束132-2的方向性，来自光源132的光主要穿过在膜140的较低结构化表面上的每个棱镜141的仅第二倾斜侧表面进入双面的光学膜140，该第二倾斜表面与结合图3所使用的倾斜表面相对。第二倾斜侧表面也可以是具有至少不同顶端部分、基部部分以及中间部分的复合表面，如下所述。由复合第二倾斜表面提供的折射与在棱镜的另一个倾斜表面处提供的反射配合并与由小透镜提供的折射配合，使得光从膜140出现作为第二输出光束410a。输出光束410a来源于从跨越膜140的每个小透镜142发出的单独输出光束或“小光束”的总和。在图4A中示出三个此类代表性的小光束：在膜140的几何中心处发出或靠近该几何中心发出的小光束410-0a，在膜140的第一末端或边缘发出或靠近该第一末端或边缘发出的小光束410-1a，以及在膜140的第二末端或边缘处发出或靠近该第二末端或边缘发出的小光束410-2a。在例示的实施例中，单独光束或小光束的角扩展或宽度标称地与总输出光束310的角扩展或宽度相同，因为小光束的角分布可以都基本上相同。
在图4B的另选实施例中，单独光束或小光束的角扩展与总输出光束的角扩展不同，因为小光束的角分布在双面的膜表面上变化。即，在膜中心处的小光束角分布与在膜的一个末端或端点处的小光束的角分布不同，其继而与在膜的一个末端或端点处的小光束的角分布不同。该小光束方向的非一致性可以通过用经修改的光学膜140b替换图3和图4a的光学膜140来实现。膜140b可以通过再次具有在第一结构化表面中形成的延伸的复合棱镜140b和在第二结构化表面中形成的延伸的小透镜142b而类似于膜140，但可以通过将棱镜间距和/或小透镜间距修改为彼此不同和/或通过将棱镜140b和/或小透镜142b调节为具有在膜表面上改变的斜率或旋转度而与膜140不同。作为位置的函数的非均匀小光束方向也产生具有会聚特性的总输出光束，其中光束腰或最小光束直径或尺寸位于远离光学膜的有限距离处。(应注意，通过修改的膜140b，通过将光源132关闭并将光源134打开而产生的输出光束通常也将具有会聚特性，或至少也将具有作为在膜上位置的函数的非均匀小光束方向。)
因此，在图4B中，在与先前附图的坐标系一致的坐标系的背景下示出照明系统400b。系统400b可与照明系统300类似，不同的是双面的光学膜140被替换为经修改的光学膜140b，并且光源134未被通电(关闭)而光源132被通电(打开)。由于光导150的特性、光学膜140的特性以及光导与光学膜之间的交互作用，来自光源132的光产生从双面的光学膜出现的第二输出光束410b，该第二输出光束410b在x-z平面内也具有通过在其两侧上的尖锐过渡或边缘来表征的角分布。
正如图4A所示，来自通电光源132的光透过第二侧面150d进入光导150。该光通常在负x方向上沿光导150移动，该光从主表面150a、150b反射以提供第一引导光束132-1。随着光束132-1传播，所述光中的一些从主表面150a折射或以其他方式被提取以提供斜光束132-2，该斜光束132-2可与上面描述的图4A的斜光束132-2相同或类似。
由于斜光束132-2的方向性，来自光源132的光主要透过在膜140较低的结构化表面上的棱镜141b中的每个棱镜的仅第二倾斜侧表面而进入双面的光学膜140，该第二倾斜表面与结合图3所使用的倾斜表面相对。第二倾斜侧表面也可以是具有至少不同的顶端部分、基部部分以及中间部分的复合表面，如下所述。由复合第二倾斜表面提供的折射与在棱镜的另一个倾斜表面处提供的反射配合并与由小透镜提供的折射配合，使得光从膜140出现作为第二输出光束410b。输出光束410b来源于从跨越膜140b的每个小透镜142发出的单独输出光束或“小光束”的总和。在图4B中示出三个此类代表性的小光束：在膜140b的几何中心处发出或靠近该几何中心发出的小光束410-0b，在膜140b的第一末端或边缘处发出或靠近该第一末端或边缘发出的小光束410-1b，以及在膜140b的第二末端或边缘处发出或靠近该第二末端或边缘发出的小光束410-2b。在例示的实施例中，小光束410-0b、410-1b、410-2b在不同的方向上进行取向，如图所示，这导致第二输出光束410b在其从膜140出现时会聚。第二光束410b在光束腰410b'处实现最小光束宽度(对于在x-z平面内的光分布)，光束410b越过该光束腰410b'发散。光束腰410b'可以比作透镜的焦点，并且我们开可以将距离f限定为从膜140到光束腰410b'或到中心位于光束腰410b'内的点415的轴向距离。我们可以通过控制扩展角和由复合棱镜/小透镜对产生的小光束的倾斜角、通过继而控制跨越膜140b的棱镜141b和小透镜142b的相对间距和/或倾斜角分布来调节距离f。
为了理解由所公开双面的膜产生的输出光束(即在其两侧上具有尖锐角过渡或边缘的输出光束)的独特特性中的一些，我们在这里包括图5和图5A以用于比较目的。图5是已知3D光重定向膜的示意图，并且图5A是模拟辐射率相对观察角的图，该观察角用于从已知光重定向膜部分的一部分发出的光，所述光重定向膜部分包括具有复合曲率的相同透镜特征部并且还具有对应的相同棱镜特征部，所述透镜特征部不具有倾斜(α＝0)并且棱镜特征部也不具有倾斜(β＝0)；基本上从专利申请公开US 2012/0236403(Sykora等人)摘录这些附图。其棱镜特征部不具有复合倾斜表面。
在图5中，示出了用于自动立体显示系统的三维(3D)光重定向膜500。膜500包括幅材510基底，幅材510基底具有相对的第一表面520和第二表面530。第一微复制结构525和第二微复制结构535分别施用到这些第一表面520和第二表面530。第一微复制结构525包括可为柱面透镜的多个弧形或透镜特征部526。第二微复制结构535包括多个锯齿形或锥形棱镜特征部536。这些棱镜特征部不具有复合倾斜表面。
第一特征部526和第二特征部536具有相同的间距或重复周期P。所示出的特征部具有沿平面内x轴的无限长度。(就这一点而言，在图5中所示的Cartesian x-y-z坐标系与本文其它地方所示的坐标系取向不同，由于在图5中，是x轴而不是y轴平行于棱镜和小透镜的伸长轴。)相对的微复制特征部526、536为成对的或匹配的，以形成多个光学元件540。每个光学元件540的性能取决于各自的相对特征部529、539的对齐。膜500在一些情况下可包括第一基体部分527和第二基体部分537。膜500的进一步的细节可见于‘403Sykora等人公开。
图5A是图5所示类型的双面的光学膜的模拟性能的图。光学膜的透镜特征部和棱镜特征部均被假设为不具有旋转或倾斜，即α＝β＝0。建模生成了斜入射在光学膜的棱镜侧上的两个不同的输入光束，并计算出由光学膜产生的对应输出光束的角分布。光学膜的进一步细节以及由模型使用的斜光注入的细节可见于‘403Sykora等人公开。建模结果示于图5A中，其中“L”标示从3D膜发出的“左眼光束”，并且“R”标示从3D膜发出的“右眼光束”。需注意，这些输出光束中的每个不具有两个尖锐过渡，即无输出光束在光束的两侧具有尖锐过渡。
我们现在讨论示例性双面的光学膜的设计细节，所述双面的光学膜允许膜产生输出光束，诸如图3至图4B中所示出的那些输出光束，这些输出光束的角分布在特定观察平面内具有在输出光束两侧的尖锐过渡或边缘。一般来讲，此类膜具有背对的第一结构化表面和第二结构化表面，第一结构化表面具有形成于其中的多个延伸的棱镜，并且第二结构化表面具有形成于其中的多个延伸的小透镜。棱镜和小透镜被布置成棱镜与小透镜处于一一对应关系中。值得注意的是，在第一结构化表面中形成的棱镜中的全部或大多数或至少一些是复合棱镜。复合棱镜是其相对的倾斜表面是复合的棱镜，即每个此类倾斜表面具有不同顶端部分、基部部分以及设置在顶端部分和基部部分之间的中间部分。复合棱镜也具有通过其两个倾斜表面的顶端部分形成的尖锐顶点。对于复合棱镜的给定倾斜表面，中间部分与顶端部分形成第一侧面形状并与基部部分形成第二侧面形状。为了实现带有两个尖锐边缘的期望输出光束，各个部分的斜率或倾角被选定成使得第一侧面形状是凹形并且第二侧面形状是凸形，或者第一侧面形状是凸形并且第二侧面形状是凹形。
膜的结构化表面可使用任何已知的微复制技术(例如，通过压印或热成形聚合物膜)或使用连续浇铸-固化方法来制备。在后一种情况下，可固化的聚合物材料或聚合物前体材料可以被施加在透明载体膜和适当配置的结构化表面工具之间。该材料然后被固化并与工具分开以提供粘结到载体膜并且具有期望的微结构外形的层。一个该层可以被施加在载体膜的一侧以形成复合棱镜(参见例如图3中的棱镜141)，并且另一个该层可以被施加在载体膜的相对侧以形成小透镜(参见例如图3中的小透镜142)。在某种程度上微复制技术用于膜的制造，它们期望以这样的方式被采用，从而使得在膜的背对的结构化表面上的元件(例如给定小透镜和给定棱镜)的相对位置可以被控制，并且使得它们之间的轴向距离也可被控制，例如通过适当地选择膜厚度和涂层厚度。参考专利申请公开US 2005/0052750(King等人)，其描述除了其中微复制结构可如何在制品的相对两侧上对齐。双面的光学膜可以使用载体膜来制备，所述载体膜由聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚碳酸酯或任何其它合适的透光性聚合物或其它材料制成。
另选地或除此之外，所公开的双面的光学膜的结构化表面以及所公开的光导的结构化表面可以使用已知的增材制造技术制成，有时称为三维打印或3D打印。
图6是一个示例性双面的光学膜640的一部分的示意图。该膜具有相对的第一结构化表面640a和第二结构化表面640b。相对于与除图5之外的先前附图中的坐标一致的Cartesian x-y-z坐标系示出膜640。第一结构化表面640a具有形成于其中的多个棱镜641。棱镜641各自沿平行于y轴的伸长轴延伸。每个棱镜641具有两个倾斜侧表面642、643，所述两个倾斜侧表面在被标记为Vprism的棱镜的峰或顶点处相交。相邻棱镜641的倾斜表面在被标记为Bprism的棱镜的基部处相交。因此，每个倾斜表面从一个基准点Bprism向一个顶点Vprism延伸。在图6中棱镜的基部示为尖的或V形；然而，也可以使用非尖的和非V形侧面，例如截顶侧面。每个棱镜641具有通过顶点角来表征的尖锐顶点。典型的顶点角在50度到90度的范围内，例如63.5度，但这不应理解为不当地限制。无论顶点角如何，顶点是尖锐的而不是截顶的或倒圆的，例如，具有不超过3微米、或不超过2微米、或不超过1微米的曲率半径。在图6中的倾斜侧表面642、643都被示为具有复合构造，即每个此类表面具有可分辨的具有明显不同斜率或倾角的顶端部分、基部部分和中间部分，其中中间部分具有与顶端部分和基部部分的斜率或倾角不同的斜率或倾角，以便形成带有那两个部分的独立凹形侧面形状和凸形侧面形状。在分离的情况下，倾斜表面642、643的不同部分(例如顶端、基部、中间)可以各自为平坦的或不平坦的，例如一定程度上弯曲的。棱镜641可共同地通过间距p1(参见例如下面的图15或16)来表征。该间距可从相邻棱镜的中心至中心、或从边缘到边缘进行测量。间距在结构化表面640a的范围上通常是均匀的，但在一些情况下其可以不是均匀的。下面结合图8和下文讨论复合棱镜的进一步细节。
第二结构化表面640b具有形成于其中的多个小透镜644。这些小透镜644也沿平行于y轴的伸长轴延伸。小透镜644可以具有单个均匀的曲率，即每个小透镜的曲面可以是直立圆柱的一部分，或者它们可以具有非均匀曲率，例如在中心部分中具有较小曲率半径并在靠近边缘处具有较大曲率半径的连续可变曲率，或反之亦然。具有非均匀曲率的小透镜被认为具有复合曲率。小透镜644可共同地通过间距p2(参见例如下面的图15或16)来表征。该间距可从相邻棱镜的中心至中心或边缘到边缘进行测量。该间距在结构化表面640b的范围上通常是均匀的，但在一些情况下，它可以不是均匀的。间距p2可以等于p1，于是小透镜644与棱镜641的对准程度在沿x轴的膜640的相关区域上方是保持恒定的或基本上恒定的。另选地，p2可以略大于或小于p1，于是小透镜644与棱镜641的对准程度在沿x轴的膜640的相关区域上改变。
膜640被示为包括三个组成层或元件645、646、647，但也可以想到更多或更少的层。层647可以是载体膜，并且层645、647可以是(例如使用浇铸-固化过程或其它合适的过程)粘结到载体膜的层。膜640及其组成层被假设为包括整个可见光谱内的高光学透射和低吸收的基本上透明的材料，但在一些情况下，膜640或其组成层中的一个或多个可以包含染料、颜料和/或其它吸收剂，以向膜640提供有色和/或灰度色调。用于膜的示例性材料是透光性聚合物材料，然而，也可使用其它合适的透光性材料。膜和/或其组成组件中的一些或全部可具有在1.4到1.7、或1.5到1.7的范围内的可见波长的折射率(例如对于载体膜为1.67的折射率，并且对于形成层646和/或645的树脂为1.51的折射率)，但这些范围应当被认为是示例性的而不是不当限制的。
图6A是可由双面的光学膜诸如图6的双面的光学膜产生的两个假设输出光束的角分布图。该图表示由膜640发出的光在x-z观察平面内的作为极角θ的函数的角分布，所述极角是相对于正交于膜平面的轴即相对于z轴，并且相对于在膜的相关部分上的合适参考点(例如中心位于结构化表面640b上的点)进行测量的。实曲线表示当膜耦接到沿第一方向行进的斜光源时例如当耦接到图2的光导250(其中光源设置在其相对两端，并且第一光源打开且第二光源关闭)时由膜640发出的光。虚曲线表示当膜耦接到沿第二方向(例如与第一方向相反)行进的斜光源时例如当耦接到图2的光导250(其中第一光源关闭并且第二光源打开)时由膜640发出的光。如可容易地从附图中看出，实曲线限定第一输出光束610并且虚曲线限定第二输出光束612。这些光束中的每个具有两个尖锐过渡或边缘，为方便起见将这两个尖锐过渡或边缘称为左光束边缘和右光束边缘。因此，光束610具有左光束边缘610L和右光束边缘610R，并且光束612具有左光束边缘612L和右光束边缘612R。在每个输出光束的两侧上的光束边缘是作为在x-z平面内的角θ的函数的锐缘。
出于本申请的目的，为了量化光束边缘的“锐度”的概念，并且为了阐明与输出光束相关的其它概念，我们转向图7。该图示出了如本文所公开的由假设的双面的光学膜发出的光在垂直于棱镜641的伸长轴的观察平面内(即在x-z平面内)的角强度分布(强度对极角θ)。光强度限定具有左光束边缘710L和右光束边缘710R的输出光束710。输出光束710通过单个连续的频带(沿极角轴)来表征，该频带具有相对于背景或基线强度的增强强度。在附图中被标记为Ibaseline的基线强度可以是或可以不是零强度。输出光束710具有最大带内强度Imax和最小带内强度Imin。输出光束710的左边缘被认为在左边缘极角θLE处出现，并且输出光束710的右边缘被认为在右边缘极角θRE处出现。下面进一步描述这些边缘角θLE和θRE。边缘角可以用于限定光束710的中心或中心角θCENTER，以及光束710的角扩展或宽度ΔθB。左光束边缘和右光束边缘的锐度分别由差分值ΔθLE和ΔθRE限定。
为了限定这些各种角参数，我们对图7的强度分布执行以下分析。我们识别基线强度Ibaseline和最大强度Imax。然后我们确定在Ibaseline和Imax之间的10％和90％的强度值，并且我们分别参考并标记这些值I10和I90。因此，I10＝Ibaseline+0.1*(Imax-Ibaseline)，并且I90＝Ibaseline+0.9*(Imax-Ibaseline)。在图7的图上绘制这些值。图7中还包括在强度分布曲线上的与本公开的输出光束的表征有关的六个点：点P1是在光束的左侧的点，其中强度等于I10；点P2是在曲线的左侧的点，其中强度等于I90；点P3是光束的最大强度(Imax)的点；点P4是在左光束边缘和右光束边缘之间的最小强度(Imin)的点；点P5是在光束的右侧的点，其中强度等于I90；点P6是在光束的右侧的点，其中强度等于I10。随着这些强度分布的点被识别，我们可以限定光束边缘的锐度。左光束边缘的锐度由差分值ΔθLE提供，我们将该差分值设定为等于点P1和点P2之间的角度θ的差值。参数ΔθLE因此本质上是对左光束边缘处的10％到90％的强度水平之间隔开多远极角的度量。另外，我们设定左光束边缘的角坐标θLE等于点P1的角坐标和点P2的角坐标之间一半处的角。右光束的锐度由差分值ΔθRE提供，我们将该差分值设定为等于点P5与点P6之间的角度θ的差值。参数ΔθRE因此本质上是对在右光束边缘处的10％到90％强度水平之间相隔多远极角的度量。我们设定右光束边缘的角坐标θRE等于在点P5的角坐标和点P6的角坐标之间一半处的角。我们设定中心角θCENTER等于在左光束边缘角θLE和右光束边缘角θRE之间一半处的角，并且我们设定光束宽度ΔθB等于θLE和θRE之间的差值。
通过如此限定这些参数，我们可以通过指定ΔθLE和ΔθRE中的每个为7度或更小、或6度或更小、或5度或更小、或4度或更小、或3度或更小、或2度或更小，或在7度到1度、或6度到1度、或5度到1度、或4度到1度、或3度到1度、或2度到1度、或7度到2度、或6度到2度、或5度到2度、或4度到2度、或3度到2度的范围内来量化“尖锐”光束边缘的概念。另外，为了避免将独立有角度地分开的光束误解为单个光束，我们可以规定最小带内强度Imin为至少等于Ibaseline+20％*(Imax–Ibaseline)、或至少Ibaseline+30％*(Imax–Ibaseline)、或至少Ibaseline+40％*(Imax–Ibaseline)。我们进一步规定光束宽度ΔθB为至少10度、或20度、或30度，或在10度到40度的范围内。
在图8中，我们示出双面的光学膜840的一部分的示意图，所述双面的光学膜可与图6的膜640相同或类似。图8的视图与图6的视图相比被放大，以允许更仔细地观测被假设为浸入空气中并被标记为848的单个棱镜/小透镜对。图8的Cartesian坐标系与除图5之外的先前附图的坐标系一致。膜840被示为是一体的，但其可以另选地具有图6的分层结构或不同的分层结构。膜840具有第一结构化表面840a，所述第一结构化表面具有形成于其中的多个棱镜841。表面840a和棱镜841可与上面讨论的各自的结构化表面640a和棱镜6541相同。就那一点而言，棱镜841具有两个倾斜侧表面或小平面842、843，它们可与上面讨论的各自的倾斜表面642、643相同。表面842、843相交以形成尖锐棱镜顶点Vprism，该顶点可以是平行于y轴延伸的线或脊。表面842、843也与相邻棱镜的其它倾斜表面相交以形成基准点，其被标记为Bprism。倾斜表面842、843因此各自从基准点Bprism中的一个向顶点Vprism延伸。
此外，倾斜侧表面842、843具有复合构造，即这些表面具有可分辨的顶端部分842a、832a，基部部分842c、843c以及中间部分842b、843b，如图所示。对于每个倾斜表面，这些不同部分具有明显不同的斜率或倾角，并且在不同情况下中间部分具有比其相邻的顶端部分和基部部分更小或更大的斜率或倾角。通过“较小”斜率或倾角，我们的意思是，中间部分比其相邻的顶端部分和基部部分更接近平行于膜的平面(x-y平面)，或在中间部分和膜的平面之间的夹角小于顶端部分和膜的平面之间的夹角，并且小于基部部分和膜的平面之间的夹角。“较大”斜率或倾角是指相反的情况。在分离的情况下，在图8中示出的不同顶端部分、基部部分以及中间部分各自为基本上平坦的。棱镜841的特征顶点角因此由顶端部分842a、832a的相交来限定。该顶点是尖锐的，例如具有不超过3微米、或不超过2微米、或不超过1微米的曲率半径。
通过具有与其相邻的顶端部分和基部部分不同的斜率，中间部分形成两个不同侧面形状：第一侧面形状由中间部分及其相邻的顶端部分限定，并且第二侧面形状由中间部分及其相邻的基部部分限定。此外，通过使中间部分的斜率比顶端部分和基部部分两者的斜率小或者比顶端部分和基部部分两者的斜率大，可使得第一侧面形状和第二侧面形状从凸形或凹形的角度来看是相反的。因此，从图8的角度来看，由中间部分842b和顶端部分842a限定的第一侧面形状是凹形，而由中间部分842b和基部部分842c限定的第二侧面形状是凸形。(相似地，由中间部分843b和顶端部分843a限定的第一侧面形状是凹形，并且由中间部分843b和基部部分843c限定的第二侧面形状是凸形。)在本文中，我们将由棱镜的倾斜表面的两个相邻部分限定的侧面形状(如果该形状远离于棱镜打开)称为“凹形”，并且如果该形状朝向棱镜打开则将其称为“凸形”。就图8而言，在中间部分具有比其相邻的顶端部分和基部部分的斜率小的斜率的情况下，第一侧面形状为凹形并且第二侧面形状为凸形。在其它情况下，在中间部分具有比其相邻的顶端部分和基部部分的斜率大的斜率的情况下(参见下面的图11)，第一侧面形状为凸形并且第二侧面形状为凹形。
膜840也具有第二结构化表面840b，其具有形成于其中的多个小透镜844。表面840b和小透镜844可与上面讨论的各自的结构化表面640b和小透镜644相同。小透镜844的外边缘和棱镜841的外边缘被示为通过竖直虚线段连接，其可以被认为是标记棱镜/小透镜对848的边界。小透镜的顶点被标记为V。小透镜顶点V和棱镜顶点Vprism可用作参考点，用该参考点来表征棱镜841相对于小透镜844的对齐(或错开)程度。在许多情况下，期望调节小透镜的曲率和其相对于棱镜841的取向和间距，而使得棱镜顶点Vprism设置在小透镜的焦点处或其附近。
图9是类似于图8的复合棱镜/小透镜对948的示意图，但其中添加光线以示出进入棱镜的第一倾斜表面的一些斜光线如何由膜改变方向以提供具有两个尖锐边缘的输出光束。可与图8的棱镜841相同或类似的棱镜941具有第一倾斜表面942和第二倾斜表面943，这些倾斜表面具有顶端部分942a、932a，基部部分942c、943c以及中间部分942b、943b，如图所示。顶端部分942a、932a在顶点Vprism处相交并且限定棱镜的顶点角。所述对948还包括小透镜944，其可与图8的小透镜844相同或类似。通过棱镜941的倾斜侧表面折射和/或反射的光通过小透镜944聚焦或以其他方式折射以产生输出光束，大致在910处示出。
通过分析如何透过所述对948来追踪斜光线，我们可以获得对于哪些光线有助于输出光束941的哪些部分的理解。我们也可以获得对于所述对948的设计细节，诸如复合倾斜表面的不同部分的相对长度或倾斜角、小透镜的曲率、以及棱镜顶点Vprism相对于小透镜944的焦点的位置，对所得输出光束910具有什么影响的理解。在图9中示出一些此类代表性的斜光线。输出光束特性诸如左光束边缘和右光束边缘两者的锐度的优化可以通过控制从棱镜峰到小透镜的捕获角的范围来实现，该控制通过明智地选择小透镜焦距、暴露的小透镜的数量(间距)、以及复合棱镜的倾斜表面的不同部分的小平面角度来实现。例如，通过在小透镜944的焦点处或在其附近放置尖锐棱镜顶点Vprism，从棱镜顶点散发的基本上全部的光(参见例如被示为投射在棱镜顶点Vprism上的两条斜光线)从沿正z轴的小透镜平行发送，以提供前沿光线束910a并且继而形成输出光束的第一尖锐角切口或边缘。在棱镜顶点Vprism处或其附近入射在棱镜941上的斜光的量确定与光束的该第一边缘相邻的亮度，并且通过棱镜顶点的夹角和投射在棱镜941上的来自光导的斜光的分布进行控制。
棱镜和其侧表面的复合设计可用于引导更多的入射斜光从一个倾斜表面沿棱镜的相对倾斜表面向上。在图9中，倾斜表面942的中间部分942b具有沿倾斜表面943的基部部分943c将光折射得更高的效果。这样做是为了引导入射斜光中的一些远离小透镜944的焦点，因为在小透镜的焦点附近的光离开小透镜944更接近于竖直方向，即更接近于z轴，因此有助于前沿光线束910。对于从棱镜顶点Vprism更远处行进到小透镜的光，该光以相对于垂直于膜平面(即相对于图9中的z轴)法线的增大的出射角而离开小透镜。通过该控制，可对于已知光导输出分布选择特定的最大出射角。在最大出射角处或在其附近离开小透镜944的光线提供尾缘光线束910b，并且继而形成与第一尖锐光束边缘相对的输出光束901的第二尖锐角切口或边缘。在第一尖锐光束边缘和第二尖锐光束边缘之间，其它斜光线通过复合倾斜表面942、943的不同部分折射和反射以提供填充光线束910c。光线束910a、910b和910c共同形成具有两个尖锐光束边缘的单个输出光束910。
上面概述的对于图9的复合棱镜/小透镜对948的操作原理也可用于其中复合棱镜的复合倾斜表面是连续弯曲的或甚至分段弯曲的实施例。在图10中示出此实施例。在该图中，双面的光学膜1040具有在其中形成复合棱镜1041的第一结构化表面1040a，以及在其中形成小透镜1044的第二结构化表面1040b。小透镜与棱镜的一一对应关系形成棱镜/小透镜对诸如对1048。小透镜1044可与图9的小透镜944或图8的小透镜844相同或类似。棱镜1041在一些方面与棱镜941、841类似，但在其它方面与棱镜941、841不同。棱镜1041由于其倾斜侧表面1042、1043的设计均为复合的而相似，这些表面在基部部分Bprism和棱镜顶点Vprism之间延伸。因此，倾斜表面1042具有顶端部分1042a、中间部分1042b以及基部部分1042c，并且中间部分1042b具有比部分1042a、1042c小或大(在这种情况下，较小)的斜率或倾角。同样，倾斜表面1043具有顶端部分1043a、中间部分1043b以及基部部分1043c，并且中间部分1043b也具有比部分1043a、1043c小或大(这里同样，在该实施例中较小)的斜率或倾角。由中间部分(1042b或1043b)和其相邻顶端部分(1042a或1043a，分别地)形成的第一侧面形状是凹形，并且由中间部分(1042b或1043b)和其相邻基部部分(1042c或1043c，分别地)形成的第二侧面形状是凸形。然而棱镜1041与棱镜941、841不同，因为棱镜1041的各个顶端部分、基部部分和中间部分不是独立平坦的。相反，它们是弯曲的，并且它们形成连续弯曲的倾斜侧表面1042、1043。在图10中，通过将来自图8的分段-平坦结构化表面840(以虚线)叠加在弯曲结构化表面1040a上，来强调弯曲侧表面1042、1043与图8的分段-平坦侧表面842、843之间的差异。
在图11中示出具有复合棱镜的另一个双面的光学膜，其中复合棱镜具有弯曲的侧表面。在该图中，双面的光学膜1140具有在其中形成复合棱镜1141的第一结构化表面1140a，以及在其中形成小透镜1144的第二结构化表面1140b。小透镜与棱镜的一一对应关系形成棱镜/小透镜对诸如对1148。小透镜1144可与图8-10的小透镜844、944和1044相同或类似。棱镜1141由于其倾斜侧表面1142、1143的设计为复合的而与棱镜1041类似，这些表面在基部部分Bprism和棱镜顶点Vprism之间延伸。倾斜表面1142具有顶端部分1142a、中间部分1142b以及基部部分1142c，并且倾斜表面1143具有顶端部分1143a、中间部分1143b以及基部部分1143c。需注意，与图10的实施例相比，图11的中间部分(1142b、1143b)具有比其相邻的顶端部分(1142a、1143a，分别地)和基部部分(1142c、1143c，分别地)的斜率或倾角大的斜率或倾角。因此，由中间部分(1142b或1143b)和其相邻顶端部分(1142a或1143a，分别地)形成的第一侧面形状是凸形，并且由中间部分(1142b或1143b)和其相邻基部部分(1142c或1143c，分别地)形成的第二侧面形状是凹形。倾斜侧表面1142、1143由于它们是连续弯曲的而与棱镜1041的那些倾斜侧表面类似。在图11中，基部部分1142c、1143c通过各自的侧表面的其它部分1142d、1143d而与基准点Bprism分开。在这种特定情况下，其它部分1142d、1143d具有比相邻(各自的)基部部分1142c、1143c大的斜率或倾角。因而，图11的实施例也展示了在本文其他地方所讨论的基部部分不需要(但在一些情况下可以或是)设置在棱镜的基准点处；相反，基部部分仅需要设置成比顶端部分和中间部分靠近基准点。
图11的双面的光学膜是使用光学设计软件模拟的。为了建模，膜结构的细节如下：对于具有50um近似厚度的中心载体膜部分，膜的折射率为1.67，并且对于棱镜和分体式扩散结构部分，折射率为1.51；棱镜顶角为约63.5度；小透镜具有可变曲率半径(非球面或圆柱状)但小透镜的标称曲率半径约41微米；棱镜间距为50微米；小透镜间距也为50微米，并且每个棱镜/小透镜对的小透镜顶点与其相关联的棱镜顶点竖直对齐；从小透镜顶点到棱镜顶点的物理(竖直)距离为111微米；并且假设没有小透镜倾斜且没有棱镜倾斜。此外，模拟棱镜1141被假设为相对于穿过棱镜顶点的竖直轴即相对于棱镜的光轴对称。参照用于倾斜侧表面1142、1143的精确形状，在图12A、图12B和图12C中最好地描述了该形状。
图12A绘出侧表面1143的实际侧面。即，图12A假设x-y-z坐标系的起点被放置在棱镜顶点Vprism处，并且其通过绘出表面1143上的全部点的作为x坐标或位置的函数的z坐标或位置来绘出表面1143的侧面。图12A中的所得曲线因而显示出模拟侧表面1143的实际侧面。在附图中，0微米的x位置对应于棱镜顶点(Vprism)，并且25微米的x位置对应于棱镜基准点Bprism。如果采用图12A所示曲线相对于x坐标或位置的一阶导数，则可确定沿倾斜表面1143的每个点处的瞬间斜率。此类一阶导数在图12B中被作为相同x坐标或位置的函数进行绘制。因此，在图12B中，0微米的x位置同样对应于棱镜顶点(Vprism)，并且25微米的x位置同样对应于棱镜基准点Bprism。可进一步采用图12A所示曲线相对于x坐标或位置的二阶导数(或图12B中示出的曲线的一阶导数)。该二阶导数在图12C中同样被作为相同x坐标或位置的函数进行绘制。
图12A至图12C的曲线确认在倾斜表面的中间部分处存在斜率或倾角(参见例如图12B在约12微米的x位置处的一阶导数)，其大于在顶端部分处的斜率(参见例如图12B在约5微米的x位置处的一阶导数)并且大于在基部部分处的斜率(参见例如图12B在约20微米的x位置处的一阶导数)。对图12C的观测也显示出拐点(在曲线等于零的情况下)指示倾斜表面侧面的相对弯曲的段(凹形或凸形)。
通过如此限定双面的光学膜，光学建模软件用于确定当膜的棱镜侧暴露于斜光时所述膜产生什么输出光束，诸如将从适当设计的光导的主表面发出的。在一种情况下，模拟沿第一方向的斜光。参考图11，该第一情况的斜光具有以下角分布：x-z平面内的分布为高斯分布，在离z轴70度(并且离x轴20度)处具有最大强度方向，在x-z平面内具有约23度的半峰全宽(FWHM)角宽度，并且在y-z平面内具有约48度的FWHM角宽度。该第一情况对应于其中光被注入到光导的仅一个侧面中的系统，例如如图3所示。在第二情况下，模型假设斜光沿第一方向，但添加至该光的是沿相反的第二方向传播的斜光的另一个输入光束。该第二斜输入光束相对于y-z平面与第一斜输入光束对称。该第二情况因此对应于其中光被注入到光导的两侧中的系统，例如图3和图4的组合。因此也期望该光注入将生成两个光束-一个与第一光源相关联，另一个与第二光源相关联。
锥光图便于示出光如何同时作为极角的函数且作为方位角的函数而通过双面的膜发出。与锥光图密切相关的是极性等光强图，其提供类似的便利的角信息，不同的是在极性等光强图中强度值未被余弦校正；然而，通过用极角的余弦除以强度值，可获得相对亮度数据。图13A是针对第一情况的模拟输出光的极性等光强图，并且图14A是针对第二情况的模拟输出光的极性等光强图。在这些图中，0度到180度的方位角对应于图11中的x-z平面，并且90度到279度的方位角对应于y-z平面。在图13B中示出针对第一情况的在x-z平面内即在垂直于棱镜的伸长轴的观察平面内的归一化亮度的角分布，并在14B中示出第二种情况。图13B和图14B两者都示出在左侧和右侧均具有尖锐光束边缘的强度分布。
在图13B中，由来自一个光源的光产生单个第一输出光束1310。输出光束1310具有左光束边缘1310L和右输出光束1310R，它们中的每个是尖锐的。我们使用上面结合图7所讨论的方法，通过用于左光束边缘的参数ΔθLE(在这种情况下所述参数等于约3.4度)并且通过用于右光束边缘的参数ΔθRE(其等于约1.2度)来量化锐度，
由于第二情况本质上是第一情况加上由来自第二斜光源的光产生的第二光束，因此我们在图14B中将光输出分布标记为第一光束1410和第二光束1412，即使其看上去仅仅是单个光束。第一光束1410可与图13B的第一光束1310相同或类似。光束1410、1412的最近光束边缘在约0度的极角处基本上重合，使得通过第一光束和第二光束的重叠而产生单个宽光束。该单个宽光束具有与第一光束1410的左边缘1410L对应的左边缘，和与第二光束1412的右边缘1412R对应的右边缘。使用图7的方法，我们计算边缘1410L的锐度为ΔθLE＝约3.4度，并且边缘1412R的锐度为ΔθRE＝约3.4度。
现在已经描述了若干包含小透镜和复合棱镜的双面的光学膜，我们现在更详细讨论各种方式，其中这些元件可以结合在膜中以在照明系统中产生期望的输出光束。膜中每个棱镜/小透镜对的设计细节，包括棱镜和小透镜的竖直间距、这些元件的相对横向位置(它们是否横向对齐)、棱镜的倾斜量(如果有的话)以及小透镜的倾斜量(如果有的话)，确定对于给定输入光束的由给定棱镜/小透镜对产生的输出光束或小光束的形状和其它属性。在一些情况下，设计参数诸如相对横向位置和/或倾斜量在膜表面上变化，所述设计参数具有在膜中心的一个值并且朝向膜的外边缘或端点单调地增大或减小。此类空间变化可用于产生输出光束，诸如图4B的输出光束410b。在其它情况下，相关的设计参数在膜表面上可以全部是基本上相同的，使得由全部棱镜/小透镜对所产生的光束或小光束是基本上相同的。此类空间均匀度可用于产生输出光束，诸如在图4A中的输出光束410a。
在图15中示意性地示出双面的光学膜1540。膜1540具有第一结构化表面1540a和第二结构化表面1540b，第一结构化表面1540a具有形成于其中的多个伸长复合棱镜1541，并且第二结构化表面1540b具有形成于其中的多个伸长小透镜1544。相对于与除图5之外的先前附图一致的Cartesian x-y-z坐标系示出膜1540。
每个复合棱镜1541包括在顶点Vprism处相交的两个倾斜侧表面，并且倾斜表面各自具有如上所述的复合构造。每个棱镜1541还具有棱镜光轴1549-1。棱镜光轴1549-1位于x-z平面中，穿过棱镜顶点，并且对分棱镜顶点角。棱镜1541通过沿x轴从中心至中心(例如棱镜顶点到棱镜顶点)的棱镜间距p1来表征。
每个小透镜1544具有顶点V和曲率，所述曲率从小透镜的顶点到边缘可以是均匀或非均匀的。每个小透镜还具有光轴1549-2。小透镜光轴1549-2穿过顶点V，并且在顶点V处局部垂直于小透镜表面。如果小透镜是基本上对称的，则小透镜光轴1549-2是小透镜1544的对称轴。小透镜1544通过沿x轴从中心至中心(例如V到V)的小透镜间距p2来表征。
在膜1540中，结构化表面1540a、1540b被构造成使得p1＝p2，并且棱镜顶点Vprism中的每个与其各自的小透镜的顶点V竖直对齐，并且棱镜光轴1549-1彼此平行并平行于z轴，小透镜光轴1549-2也彼此平行并平行于z轴。膜1540中的全部棱镜光轴1549-1和全部小透镜光轴1549-2因此具有零倾斜。在另选实施例中，p1可以再次等于p2，但棱镜顶点Vprism可以从其各自的小透镜顶点按期望量错开，以便沿特定的方向控制输出光束。因此，当通过来自光导诸如图2的光导的斜光进行照明时，可以产生输出光束诸如图3或图4a的输出光束。
在图16中以与图15类似的形式示出另一个双面的光学膜1640。膜1640具有第一结构化表面1640a和第二结构化表面1640b，第一结构化表面1640a具有形成于其中的多个复合棱镜1641，并且第二结构化表面1640b具有形成于其中的多个小透镜1644。相对于与除图5之外的先前附图一致的Cartesian x-y-z坐标系示出膜1640。
每个复合棱镜1641包括在顶点Vprism处相交的两个倾斜侧表面，倾斜表面各自具有复合构造。复合棱镜1641还各自具有如上所述的棱镜光轴1649-1。棱镜1641通过棱镜间距p1来表征。
每个小透镜具有顶点V和可以是均匀或非均匀的曲率。每个小透镜还具有如上所述的光轴1549-2。小透镜1644通过沿x轴从中心至中心(例如V到V)的小透镜间距p2来表征。
在膜1640中，结构化表面1640a、1640b被构造成使得p1>p2，并且棱镜光轴1649-1彼此平行并平行于z轴，小透镜光轴1649-2也彼此平行并平行于z轴。膜1640中的全部棱镜光轴1649-1和全部小透镜光轴1649-2因此具有零倾斜。对于位于膜中心(离膜左端点的第四顶点和离膜右端点的第四顶点)的棱镜/小透镜对，棱镜顶点Vprism与其各自的小透镜的顶点V竖直对齐。然而，对于膜上的剩余棱镜/小透镜对，没有发生此类竖直对齐，并且错开量随着离膜1640中心的距离的增加而单调地增加。使用图16所示技术或更一般地在p1≠p2的情况下制成的膜可产生这样的效应，所述效应为输出光的中心分布可向内指出或指向以产生会聚效应，例如如图4B所示。更大的错开程度产生更高电平的串扰，并且针对特定的应用，最大可接受错开程度可通过最大可接受串扰电平来限制。当标称对齐的特征部对(棱镜/小透镜对)开始与它们最近的邻对重叠时产生串扰。在一些情况下，指向光的该方法可限制于在膜的法向(z轴)和各种棱镜/小透镜对的中心输出角之间的约10度或更小的角。对该偏离角的限制可取决于膜的几何形状尺寸，诸如厚度(参见图17中的Dz)、间距、基底、棱镜夹角等，并且受光导的输出分布的影响。
在其它另选设计中，在图15或图16中的任一个中的小透镜可以任何期望的方式倾斜，例如以作为在薄膜上的位置的函数而改变的方式，例如在膜的中心具有零倾斜，从膜的中心到左边缘渐增地正倾斜，以及从膜的中心到右边缘渐增地负倾斜。类似地，在图15或图16中的任一个中的复合棱镜可以任何期望的方式倾斜，例如以作为在薄膜上的位置的函数而改变的方式，例如在膜的中心具有零倾斜，从膜的中心到左边缘渐增地正倾斜，以及从膜的中心到右边缘渐增地负倾斜。
图17示出可以存在于所公开双面的光学膜中的一般化棱镜/小透镜对的放大描绘。在该一般化对中，元件彼此间同时平移地和/或旋转地错开，它们也可按不同的量倾斜。棱镜/小透镜对1748具有一个复合棱镜1741和一个小透镜1744。复合棱镜1741具有在顶点Vprism处相交的倾斜侧表面1742、1743。每个倾斜侧表面具有如上所述的复合构造。棱镜1741还具有如上所述穿过棱镜顶点的棱镜光轴1749-1。
棱镜1744被假设为倾斜的，同样地，在先前附图中的单一小透镜顶点V在图17中简化成两个小透镜顶点：峰顶点PV和对称顶点SV。峰顶点位于在小透镜的表面上的最高点，即在该点处z坐标最大的点。对称顶点SV位于小透镜的对称点，即在小透镜的端值之间的一半处，或者如果小透镜的曲率横跨小透镜而变化，使得小透镜的中心部分的曲率存在局部最大值或局部最小值，则例如在该局部最大值或局部最小值的点处。小透镜的光轴1749-2穿过对称顶点SV。
通过适当地选择膜厚度和/或涂层厚度，可控制棱镜顶点Vprism和小透镜对称顶点SV之间的竖直距离Dz以提供输出光束的期望光线性能，还考虑到光学膜的折射率。通过沿z轴的位移量Dx，小透镜1744与复合棱镜1741平移地错开。小透镜1744也与复合棱镜1741旋转地错开：小透镜光轴1749-2在x-z平面内相对于棱镜光轴1749-1倾斜，并且此外，小透镜光轴1749-2和棱镜光轴1749-1两者都相对于z轴倾斜。角度α和β可用于指小透镜光轴和棱镜光轴的倾斜角，如附图所示。本文所公开的双面的光学膜可适当地利用设计参数Dz、Dx、α和β，所述设计参数在膜(对于全部棱镜/小透镜对)的区域上可以是均匀的或在此类区域上可以是非均匀的。这些参数可根据需要用于调节第一输出光束和第二输出光束，当光源中的仅一个或两个打开时产生第一输出光束，当仅另一个光源打开时产生第二输出光束。
如图17所示，采用倾斜棱镜/小透镜的双面的光学膜可以产生这样的效应，所述效应为输出光的中心分布可以向内指出或指向以产生会聚效应，例如如图4B所示。更大的错开程度产生更高电平的串扰，并且针对特定的应用，最大可接受错开程度可通过最大可接受串扰电平来限制，如上面所讨论。在一些情况下，指向光的该接近可以限制于约35度或更小的在膜的法向(z轴)和各种棱镜/分体式扩散结构对的中心输出角之间的角度。对该偏离角的限制可以取决于膜的几何形状尺寸，诸如厚度(参见图17中的Dz)、间距、基底、棱镜夹角等，并且受光导的输出分布的影响。针对类似对齐技术的进一步细节也参考专利申请公开US 2012/0236403(Sykora等人)。
图18A示出一般化光学膜1800，其中通过选择性地分别对第一光源1834和第二光源1832通电而产生两个不同输出光束1810、1812。来自光源的光通过光学装置1820转换成各自的输出光束，所述光学装置包括如本文所述的带有小透镜和复合棱镜的双面的光学膜，并且也可包括如本文所述的光导。每个输出光束1810、1812在垂直于复合棱镜的伸长轴的观察平面内具有两个尖锐光束边缘。光束1810、1812被示为具有不重叠的角分布，并且在它们之间具有可测量的角间隙，但在其它实施例中，该角间隙可以较小或较大，或者光束可彼此重叠。可以任何期望方式控制光源，使得仅产生光束1810或仅产生光束1812，或产生光束1810、1812两者。
在图18B的角分布图中示出输出光束1810、1812的简化表示，其中在x-z平面内的光强度作为极角θ的函数而被绘出。第一输出光束1810通过左光束边缘1810L(其在角度θLE1处出现)和右光束边缘1810R(其在角度θRE1处出现)来表征，如上面结合图7所述。光束1810还具有被标记为θCENTER1的中心角，和未被标记的光束宽度ΔθB1，它们全部与如图7的描述一致。类似地，第二输出光束1812通过左光束边缘1812L(其在角度θLE2处出现)和右光束边缘1812R(其在角度θRE2处出现)来表征。输出光束1812还具有被标记为θCENTER2的中心角，和未被标记的光束宽度ΔθB2。最后，两个输出光束1810、1812具有以间隙角度θga分开的最近光束边缘(θRE1和θLE2)。
输出分布1810和1812的形状和其它设计细节是双面的光学膜设计和光导输出分布的函数。对于由光导发出的斜光的给定分布，复合棱镜的形状的设计细节和小透镜的特征部控制光束1810、1812的特性，诸如总体分布宽度θRE2-θLE1、强度以及光束的左边缘1810L、1812L的锐度。可以通过增大或减小尾缘光束(参见在图9中的尾缘光束910b)与小透镜焦点相距的表观距离来改变总体宽度θRE2-θLE1。表观尾缘光束910b越靠近小透镜的焦点，光束1810、1812的光束宽度(ΔθB1和ΔθB2)变得越窄。相反地，表观尾缘光束910b越远离小透镜的焦点，光束1810、1812的光束宽度(ΔθB1和ΔθB2)就变得越宽。从尾缘束910b到小透镜交点的表观距离是由对于给定光导输入分布的复合棱镜的设计来控制的。这可通过改变倾斜侧表面的各个部分的斜率和长度来修改，例如图9中的部分942a、942b、942c、943a、943b、和943c。光束的中心角θcenter1和θcenter2(它们是相对于膜的法向轴(即，相对于z轴)测量的)通过复合棱镜相对于小透镜的对齐或错开的程度来控制，如结合图15、图16和图17所讨论。光束的内缘(即光束边缘1810R和1812L)的锐度通过相对于小透镜的焦点放置棱镜的顶点(Vprism)的精确程度进行控制。通过使用可变形小透镜(即曲率在x-z平面不均匀，而是在小透镜的表面上的不同点处不同的小透镜，例如，从小透镜的中心到边缘单调地增大或单调地减小)，模糊圆可被最小化。参见例如专利申请公开US 2011/0149391(Brott等人)。通过精确地控制膜厚度，内缘的锐度诸如光束边缘710R(图7)可被最大化，因此最小化差分角度ΔθRE(图7)。再次参考图18B，光束1810和1812的间距(被称为θgap)可通过控制复合棱镜顶点相对于小透镜焦点的离焦量而增大或减小。通过使双面的膜的厚度薄于小透镜的焦距，可使θgap增大到例如5度、10度或15度的值。通过使双面的膜的厚度大于小透镜的焦距，可以使θgap减小到例如基本上变为零或负值，使得光束1810、1812重叠，例如，θRE1可基本上等于θLE2，或者θLE2可介于θLE1和θRE1之间(并且θRE1可介于θLE2和θRE2之间)，角重叠量为例如5度、或10度、或15度。小透镜形状也可具有经调节的非均匀或可变的曲率以提供可变聚焦，使得光束边缘1810L、1810R、1812L和1812R的锐度可最大化。
图19、图20和图21是光学系统的示意图，所述光学系统包含所公开的双面的光学膜以便提供两个不同的输出光束，每个具有尖锐光束边缘，第一光源和第二光源根据所述尖锐光束边缘的变化而被通电。在图19中，光学系统1900包括耦接到第一光源1934和第二光源1932的光学装置1920。可与光学装置1820相同或类似的光学装置1920包括如上面所讨论的带有复合棱镜的双面的光学膜，并且可包括同样如上面所讨论的光导，所述光导被调节以用倾斜入射的光照明光学膜的棱镜侧。当第一光源1934被通电时，光学装置产生第一输出光束1910。当第二光源1932被通电时，光学装置产生第二输出光束1912。这些光束均具有带有两个相对的尖锐光束边缘的角分布。光学系统1900可以是或可包括任何合适的系统，包括但不限于显示器、背光源、照明设备、工作灯或通用照明模块。就显示器而言，与光源1934、1932的调节同步地将适当控制的图像信息提供给显示面板(未示出)，不同的、不相关的图像可被呈现给设置在相对于装置1920的不同位置处的观察者。例如，第一观察者1902可感知与第一输出光束1910相关联但不与第二输出光束1912相关联的图像，并且第二观察者1903可感知与第二输出光束1912相关联但不与第一输出光束1910相关联的图像。
在图20中，光学系统2000包括耦接到第一光源和第二光源(未示出)的光学装置2020。光学装置2020可与光学装置1820和1920相同或类似，并且包括带有复合棱镜和光导的双面的光学膜，如上面所讨论。装置2020可被安装在杆或其它支撑体2021上。当第一光源被通电时，光学装置2020产生第一输出光束2010。当第二光源被通电时，光学装置产生第二输出光束2012。这些光束均具有带有两个相对的尖锐光束边缘的角分布。光学系统2000可以是或可包括任何合适的系统，包括但不限于显示器、背光源、照明设备、工作灯或通用照明模块。系统2000可以例如用于通信控制目的，例如以将显示信息提供给第一观察者2002但不提供给第二观察者2003或者反之亦然，或将给定颜色的光(例如红光为“停止”或绿光为“前进”)仅投射到第一观察者2002，并且将相同或不同颜色的光投射给第二观察者2003。
在图21中，光学系统2100包括耦接到第一光源和第二光源(未示出)的光学装置2120。光学装置2120可与光学装置1820、1920和2020相同或类似，并且包括带有复合棱镜和光导的双面的光学膜，如上面所讨论。装置2120可被安装在顶篷或其它支撑体(未示出)上或其中。当第一光源被通电时，光学装置2120产生第一输出光束2110。当第二光源被通电时，光学装置产生第二输出光束2112。这些光束均具有带有两个相对的尖锐光束边缘的角分布。光学系统2100可以是或可包括任何合适的系统，包括但不限于显示器、背光源、照明设备、工作灯或通用照明模块。系统2000可例如用作照明设备以照明其中一个或多个居住者2102生活或工作的房间或空间。在第一光束2110和第二光束2112之间切换的能力可用于美观目的或实用性目的。此类系统的实用性示例是嵌入式(并且电子可转换)聚光灯。此外，通过调节输出光束2110或2112以具有诸如图4B的会聚输出分布，系统2100可充当线性聚光灯以照明感兴趣的一个或多个特定区域。系统2100也可用作提供对比增强照明的照明设备。
在图22的光学系统2200中，薄型照明组件2220耦接到延伸安装构件2221。组件2220，另选地在本文被称为光学装置2220，耦接到第一光源和第二光源(未示出)，并且可与光学装置1820、1920、2020和2120相同或类似。组件2220因此包括带有复合棱镜和光导的双面的光学膜，如本文所讨论。第一光源和/或第二光源可粘结到组件2220以提供独立成套的照明模块。组件2220适于经由沟槽2221a或通过其它合适的装置耦接到安装构件2221。安装构件2221可以机械方式和/或电方式耦接到组件2220，例如其可将组件保持在适当位置和/或对组件供应电力。安装构件本身可被安装到顶篷、墙壁或其它表面，例如作为常规轨道灯的替代。由组件2220提供的边界清楚的输出光束可被认为适于替代由常规聚光灯提供的光，并且处于引人注目的薄型(薄的)产品构造。
在包括图19至图22的那些实施例的前述实施例中的任一个中，双面的光学膜可被调节以提供会聚输出光束，诸如图4B中所示。例如，就图21而言，由照明设备提供的给定输出光束可会聚以限定光束腰，并且光束腰可设计成位于任何期望的位置，例如，在底板水平或在房间内的工作台水平。
如本文所用的术语“强度”，包括但不限于图6A和图7以及它们的相关描述，可以指光的亮度或强度的任何合适的度量，包括标准(余弦校正)亮度和非余弦校正亮度两者，以及辐射率(余弦校正和非余弦校正)。
可对所公开的双面的光学膜、光导和相关组件进行多个修改并且将多个特征结合到其中。例如，双面的光学膜或光导的任何给定结构化表面可以是在空间上均匀的，即结构化表面的单独元件或结构可形成占据组件的整个主表面的重复图案。参见例如图1B和图2。另选地，任何此类结构化表面可以这样的方式被图案化，所述方式为：结构化表面的部分不包含此类单独元件或结构，或所述部分包含此类单独元件或结构，但已使得此类元件或结构完全或部分不起作用。在结构化表面的部分上不存在此类单独元件或结构可以通过以下实现：在整个主表面上形成元件或结构，并且然后通过任何合适的技术，例如施加足够的热和/或压力以使元件或结构平坦，但在一个或多个期望部分中选择性地(图案状的)进行来破坏或以其他方式移除它们。另选地，单独元件或结构的缺失可通过以下来实现：当例如使用合适图案化工具在结构化表面的其它区域中形成元件或结构时，在结构化表面的一个或多个期望部分中不形成它们。在其中使得单独元件或结构在结构化表面的期望部分中完全或部分不起作用的情况下，结构化表面最初可以是在空间上均匀的，但随后单独元件或结构可以用粘合剂、印刷介质或其它合适的材料以图案状方式被涂覆或以其他方式覆盖，所述合适的材料的折射率匹配(包括基本上匹配)元件或结构的折射率，或至少具有不同于空气或真空的折射率。可在施用到结构化表面后固化或交联的此类图案状施加材料可使结构化表面的一个或多个期望部分平整。是否省略单独元件或结构或使所述单独元件或结构不起作用，光学系统可被设计成使得仅一个结构化表面(例如，光导的结构化表面，或双面的膜的结构化表面)被图案化，或仅两个结构化表面被图案化，或仅三个结构化表面被图案化，或四个结构化表面被图案化。如果多于两个结构化表面被图案化，那么相同的图案可用于任何两个图案化表面，或者可使用不同图案。
在其它可选形式中，带有适当设计的光导的两个双面的光学膜可在光导的相对侧使用。光导可被构造成提供来自其两个背对主表面中的每个的斜光束，并且在光导的每个主表面处可提供一个双面的膜以将斜光束转换为第一锐缘输出光束或第二锐缘输出光束，如上面所讨论，这取决于哪个或哪些光源打开。例如，在图1B中，双面的膜(其是膜140的镜像(相对于x-y平面))可放置在光导150的相对侧，使得光导设置在两个镜像双面的光学膜之间。
在其它另选形式中，光学系统还可包括辅助结构以限制或降低由双面的光学膜产生的一个或多个输出光束的光扩散程度。例如，在双面的膜的输出处可提供常规的百叶窗式隐私膜和/或罩(例如，包括一个或多个遮光构件)。这些辅助结构可通过将给定最初输出光束的一部分封闭在x-z平面内和/或在y-z平面内(指例如图3、图4A、图4B的x-y-z坐标取向)来操作，以提供经修改的输出光束，所述经修改的输出光束比在封闭平面内的最初输出光束窄。
光导和双面的光学膜两者在总体形状上可以是基本上平面的，或者一者或两者可以是非平面的。在图23A至图23E中示意性地示出示例性照明系统实施例。在这些附图中的每个中，沿延伸的主体的相对边缘提供第一光源2334和第二光源2332。光源2334、2332可与上面讨论的光源134、132相同或类似。延伸的主体，其在图23A中被标记为EBa、在图23B中被标记为EBb、在图23C中被标记为EBc、在图23D中被标记为EBd以及在图23E中被标记为EBe，可以表示光导、双面的光学膜或两者。相对于与除图5之外的前面附图一致的Cartesian x-y-z坐标系示出这些图的延伸的主体。与平面化的偏离可指示灵活的延伸的主体，或者以非平面方式形成的物理上刚性的延伸的主体。延伸的主体EBa是基本上平面的，平行于x-y平面延伸。延伸的主体EBb是非平面的，具有在y-z平面内但不在x-z平面内的曲率。延伸的主体EBc也是非平面的，但具有在x-z平面内而不在y-z平面内的曲率。另选实施例可具有在x-z平面和y-z平面两者内的曲率。延伸的主体EBd是非平面的，具有在y-z平面内但不在x-z平面内的曲率，并且在y-z平面内的曲率使得主体其自身闭合以形成管状结构。管状结构可包括如图所示的纵向狭槽或间隙。管状结构可具有基本上圆形形状的横向横截面(例如，在y-z平面内的横截面)，或另选地具有椭圆或其它非圆形形状。延伸的主体EBd是非平面的，但具有在x-z平面内而不在y-z平面内的曲率，并且在x-z平面内的曲率使得主体其自身闭合以形成管状结构。管状结构可包括如图所示的纵向狭槽或间隙。管状结构可具有基本上圆形形状的横向横截面(例如，在x-z平面的横截面)，或另选地具有椭圆或其它非圆形形状。具有图23A至图23E的形状中的任一个的照明系统可以任何期望的形状因数来构造，所述形状因数包括与常规灯泡类似的形状因数，并且可用于取代常规灯泡，具有可转换的输出光束分布的附加能力。
除非另外指明，否则本说明书和权利要求中用来表示数量、属性度量等的全部数值都应当理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则本说明书和权利要求中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域技术人员利用本专利申请的教导内容想要获得的期望属性而改变。并且不旨在将等同原则的应用限制在权利要求范围内，至少应该根据所记录的有效数位的数目和通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。虽然给出本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但就任何数值均在本文所述具体示例中列出来说，其记录尽可能地精确并且合理。然而，任何数值都可能包含与测试或测量限制相关联的误差。
在不脱离本发明的精神和范围的前提下，对本发明进行的各种修改和更改对于本领域技术人员来说将显而易见，并且应当理解，本发明不限于本文所列出的示例性实施例。除非另外指明，否则读者应该假设一个所公开的实施例的特征也可以施加到全部其它所公开的实施例。应该理解，全部本文引用的美国专利、专利申请公开及其他专利和非专利文档都以其不与上述公开抵触的程度通过引用的方式并入。
该文档公开了多个实施例，包括但不限于以下实施例：
项1是具有背对的第一结构化表面和第二结构化表面的光学膜，所述光学膜包括：
在第一结构化表面中形成的多个延伸的棱镜；
在第二结构化表面中形成的多个延伸的小透镜；并且
其中棱镜和小透镜被布置成处于小透镜与棱镜的一一对应关系中；并且
其中至少一些棱镜是复合棱镜，每个复合棱镜具有复合的两个倾斜表面和尖锐顶点，每个复合棱镜的每个此类复合倾斜表面具有顶端部分、基部部分、以及设置在顶端部分和基部部分之间的中间部分，中间部分与顶端部分形成第一侧面形状并与基部部分形成第二侧面形状，并且其中第一侧面形状是凹形并且第二侧面形状是凸形，或第一侧面形状是凸形并且第二侧面形状是凹形。
项2是根据项1所述的膜，其中对于每个复合棱镜的每个复合倾斜表面，顶端部分、基部部分和中间部分中的至少一者是平面的。
项3是根据项1所述的膜，其中对于每个复合棱镜的每个复合倾斜表面，顶端部分、基部部分和中间部分中的至少一者是弯曲的。
项4是根据项3所述的膜，其中对于每个复合棱镜的每个复合倾斜表面，所述复合倾斜表面是连续弯曲的。
项5是根据项1所述的膜，其中对于每个复合棱镜，其两个倾斜表面的顶端部分相交以形成尖锐顶点，并且顶点具有不超过3微米、或不超过2微米、或不超过1微米的曲率半径。
项6是根据项1所述的膜，其中棱镜沿彼此平行的各自的第一伸长轴延伸，并且小透镜沿相彼此平行的应的第二伸长轴延伸。
项7是根据项6所述的膜，其中第一轴平行于第二轴。
项8是根据项1所述的膜，其中棱镜具有各自的棱镜光轴，并且其中至少一些复合棱镜相对于棱镜光轴是对称成形的。
项9是根据项1所述的膜，其中棱镜具有各自的棱镜光轴，并且其中至少一些复合棱镜相对于它们各自的棱镜光轴不是对称成形的。
项10是根据项1所述的膜，其中对于每个棱镜-小透镜对，小透镜具有焦点，并且棱镜具有设置在焦点处或其附近的顶点。
项11是根据项1所述的膜，其中中间部分具有比顶端部分和基部部分的倾斜角小的倾斜角，并且第一侧面形状是凹形，并且第二廓形状是凸形。
项12是根据项1所述的膜，其中中间部分具有比顶端部分和基部部分的倾斜角大的倾斜角，并且第一侧面形状是凸形，并且第二廓形状是凹形。
项13是光学系统，包括：
根据项1所述的光学膜；和
光导，其具有适于优先在斜角处发出光的主表面；
其中光学膜设置在光导近侧并取向成使得从光导的主表面发出的光透过第一结构化表面进入光学膜。
项14是根据项13所述的系统，其中光学膜和光导是非平面的。
项15是根据项13所述的系统，其中光学膜和光导是柔性的。
项16是根据项13所述的系统，还包括附接到光导的一个或多个光源。
项17是根据项13所述的系统，其中系统包括显示器、背光源、照明设备、工作灯或通用照明模块。
项18是光学系统，包括：
光导，其具有适于发出光的主表面；
第一光源，其被构造成沿第一方向将光注入到光导中；以及
光学膜，其具有背对的第一结构化表面和第二结构化表面，所述第一结构化表面具有形成于其中的多个延伸的棱镜，并且所述第二结构化表面具有形成于其中的多个延伸的小透镜，所述棱镜和所述小透镜被布置成处于小透镜与棱镜的一一对应关系中；并且
其中光学膜设置在光导近侧并取向成使得从光导的主表面发出的光透过第一结构化表面进入光学膜并离开光学膜的第二结构化表面，当第一光源被通电时离开光学膜的光形成第一输出光束；并且
其中第一输出光束具有作为角度θ的函数的第一强度分布，第一强度分布通过在角度θLE1处的第一左光束边缘、在角度θRE1处的第一右光束边缘、第一基线强度Ibaseline1，以及在第一左光束边缘和第一右光束边缘之间的第一最大强度Imax1和第一最小强度Imin1来表征；
其中第一左光束边缘具有通过过渡角ΔθLE1来表征的锐度，并且第一右光束边缘具有通过过渡角ΔθRE1来表征的锐度，其中ΔθLE1和ΔθRE1根据介于Imax1和Ibaseline1之间的10％到90％的强度水平来测量；以及
其中ΔθLE1不超过7度，ΔθRE1不超过7度，Imin1为至少Ibaseline1+20％*(Imax1-Ibaseline1)，并且等于θRE1-θLE1的第一光束宽度为至少10度。
项19是根据项18所述的系统，其中在光学膜中的至少一些棱镜是复合棱镜，所述复合棱镜的两个倾斜表面是复合的，每个此类复合棱镜的每个此类复合倾斜表面具有顶端部分、基部部分，以及设置在顶端部分和基部部分之间的中间部分，中间部分与顶端部分形成第一侧面形状并与基部部分形成第二侧面形状，并且其中第一侧面形状是凹形并且第二侧面形状是凸形，或第一侧面形状是凸形并且第二侧面形状是凹形。
项20是根据项18所述的系统，还包括：
第二光源，其配置成沿与第一方向不同的第二方向将光注入到光导中；
其中当第二光源被通电时离开光学膜的光形成第二输出光束；并且
其中第二输出光束具有作为角度θ的函数的第二强度分布，第二强度分布通过在角度θLE2处的第二左光束边缘、在角度θRE2处的第二右光束边缘、第二基线强度Ibaseline2，以及在第二左光束边缘和第二右光束边缘之间的第二最大强度Imax2和第二最小强度Imin2来表征；
其中第二左光束边缘具有通过过渡角ΔθLE2来表征的锐度，并且第二右光束边缘具有通过过渡角ΔθRE2来表征的锐度，其中ΔθLE2和ΔθRE2根据介于Imax2和Ibaseline2之间的10％到90％的强度水平来测量；并且
其中ΔθLE2不超过7度，ΔθRE2不超过7度，Imin2为至少Ibaseline2+20％*(Imax2-Ibaseline2)，并且等于θRE2-θLE2的第二光束宽度为至少10度。
项21是根据项20所述的系统，其中ΔθLE1、ΔθRE1、ΔθLE2和ΔθRE2各自不超过5度、或不超过3度、或不超过2度。
项22是根据项20所述的系统，其中Imin1为至少Ibaseline1+30％*(Imax1-Ibaseline1)，或至少Ibaseline1+40％*(Imax1-Ibaseline1)，并且Imin2为至少Ibaseline2+30％*(Imax2-Ibaseline2)，或至少Ibaseline2+40％*(Imax2-Ibaseline2)。
项23是根据项20所述的系统，其中第一光束宽度和第二光束宽度各自为至少20度、或至少30度、或在10度到40度的范围内。
项24是根据项20所述的系统，其中θLE2在θLE1到θRE1的范围内，由此第一输出光束和第二输出光束重叠。
项25是根据项20所述的系统，其中第一输出光束和第二输出光束彼此间隔开，并且具有相距至少3度的最近光束边缘。
项26是根据项18所述的系统，其中光学膜和光导是非平面的。
项27是根据项18所述的系统，其中光学膜和光导是柔性的。
项28是根据项18所述的系统，其中第一光源附接到光导。
项29是根据项18所述的系统，其中光学膜附接到光导。
项30是根据项18所述的系统，其中系统包括显示器、背光源、照明设备、工作灯或通用照明模块。

Claims (9)

1.一种具有背对的第一结构化表面和第二结构化表面的光学膜，所述光学膜包括：
在所述第一结构化表面中形成的多个延伸的棱镜；
在所述第二结构化表面中形成的多个延伸的小透镜；并且
其中所述棱镜和所述小透镜被布置成处于小透镜与棱镜的一一对应关系中；并且
其中至少一些所述棱镜是复合棱镜，每个复合棱镜具有复合的两个倾斜表面和尖锐顶点，每个复合棱镜的每个此类复合倾斜表面具有顶端部分、基部部分、以及设置在所述顶端部分和所述基部部分之间的中间部分，所述中间部分与所述顶端部分形成第一侧面形状并与所述基部部分形成第二侧面形状，并且其中所述第一侧面形状是凹形并且所述第二侧面形状是凸形，或者所述第一侧面形状是凸形并且所述第二侧面形状是凹形。
2.根据权利要求1所述的光学膜，其中对于每个复合棱镜的每个复合倾斜表面，所述顶端部分、所述基部部分和所述中间部分中的至少一者是平面的。
3.根据权利要求1所述的光学膜，其中对于每个复合棱镜的每个复合倾斜表面，所述顶端部分、所述基部部分和所述中间部分中的至少一者是弯曲的。
4.根据权利要求3所述的光学膜，其中对于每个复合棱镜的每个复合倾斜表面，所述复合倾斜表面是连续弯曲的。
5.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述棱镜具有各自的棱镜光轴，并且其中至少一些所述复合棱镜相对于所述棱镜光轴是对称成形的。
6.一种光学系统，包括：
光导，所述光导具有适于发出光的主表面；
第一光源，所述第一光源被构造成沿第一方向将光注入到所述光导中；和
光学膜，所述光学膜具有背对的第一结构化表面和第二结构化表面，所述第一结构化表面具有形成于其中的多个延伸的棱镜，并且所述第二结构化表面具有形成于其中的多个延伸的小透镜，所述棱镜和所述小透镜被布置成处于小透镜与棱镜的一一对应关系中；并且
其中所述光学膜设置在所述光导近侧，并取向成使得从所述光导的所述主表面发出的光透过所述第一结构化表面进入所述光学膜并且离开所述光学膜的所述第二结构化表面，当所述第一光源被通电时离开所述光学膜的所述光形成第一输出光束；并且
其中所述第一输出光束具有作为角度θ的函数的第一强度分布，所述第一强度分布通过在角度θLE1处的第一左光束边缘、在角度θRE1处的第一右光束边缘、第一基线强度Ibaseline1，以及在所述第一左光束边缘和所述第一右光束边缘之间的第一最大强度Imax1和第一最小强度Imin1来表征；
其中所述第一左光束边缘具有通过过渡角ΔθLE1来表征的锐度，并且所述第一右光束边缘具有通过过渡角ΔθRE1来表征的锐度，其中ΔθLE1和ΔθRE1根据介于Imax1和Ibaseline1之间的10％到90％的强度水平来测量；并且
其中ΔθLE1不超过7度，ΔθRE1不超过7度，Imin1为至少Ibaseline1+20％*(Imax1–Ibaseline1)，并且等于θRE1-θLE1的第一光束宽度为至少10度，
其中所述光学膜中的至少一些所述棱镜是复合棱镜，所述复合棱镜的两个倾斜表面是复合的，每个此类复合棱镜的每个此类复合倾斜表面具有顶端部分、基部部分、以及设置在所述顶端部分和所述基部部分之间的中间部分，所述中间部分与所述顶端部分形成第一侧面形状并与所述基部部分形成第二侧面形状，并且其中所述第一侧面形状是凹形并且所述第二侧面形状是凸形，或者所述第一侧面形状是凸形并且所述第二侧面形状是凹形。
7.根据权利要求6所述的光学系统，还包括：
第二光源，所述第二光源被构造成沿与所述第一方向不同的第二方向将光注入到所述光导中；
其中当所述第二光源被通电时，离开所述光学膜的所述光形成第二输出光束；并且
其中所述第二输出光束具有作为角度θ的函数的第二强度分布，所述第二强度分布通过在角度θLE2处的第二左光束边缘、在角度θRE2处的第二右光束边缘、第二基线强度Ibaseline2、以及在所述第二左光束边缘和所述第二右光束边缘之间的第二最大强度Imax2和第二最小强度Imin2来表征；
其中所述第二左光束边缘具有通过过渡角ΔθLE2来表征的锐度，并且所述第二右光束边缘具有通过过渡角ΔθRE2来表征的锐度，其中ΔθLE2和ΔθRE2根据介于Imax2和Ibaseline2之间的10％到90％的强度水平来测量；并且
其中ΔθLE2不超过7度，ΔθRE2不超过7度，Imin2为至少Ibaseline2+20％*(Imax2–Ibaseline2)，并且等于θRE2-θLE2的第二光束宽度为至少10度。
8.根据权利要求7所述的光学系统，其中θLE2在θLE1到θRE1的范围内，由此所述第一输出光束和所述第二输出光束重叠。
9.根据权利要求7所述的光学系统，其中所述第一输出光束和所述第二输出光束彼此间隔开，并且具有相距至少3度的最近光束边缘。
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