CN109477924B - 光学膜 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了包括交替的聚合物层并具有不同的第一反射带、第二反射带和第三反射带的光学膜。该第一反射带、第二反射带和第三反射带各自在垂直入射下对于至少一个偏振状态为可见反射带。该第一反射带、第二反射带和第三反射带中的至少两个反射带为第三阶谐波或更高阶谐波。

Description

光学膜
背景技术
多层光学膜是已知的。此类膜可结合有由不同的透光材料形成的大量薄层，该层称为微层，这是因为它们足够薄使得光学膜的反射和透射特性在很大程度上取决于从层界面反射的光的相长干涉和相消干涉。根据各个微层所具有的双折射(如果有的话)的值和相邻微层的相对折射率差值并且另外根据其他设计特性，可将多层光学膜制备成具有这样的反射和透射特性：其可(例如)在一些情况下被表征为反射型偏振器，而在其他情况下被表征为反射镜。
由多个微层构成的反射偏振器为人们所知，所述多个微层的平面内折射率被选择成提供沿着平面内阻光轴的相邻微层之间的显著折射率失配和沿着平面内透光轴的相邻微层之间的显著折射率匹配，其中足够数量的层以确保对于沿一个主方向(称为阻光轴)偏振的垂直入射光具有高反射率，同时对于沿正交主方向(称为透光轴)偏振的垂直入射光保持低反射率和高透射率。参见例如以下美国专利：3,610,729(Rogers)、4,446,305(Rogers等人)和5,486,949(Schrenk等人)。
发明内容
在本说明书的一些方面，提供了包括交替的聚合物层并且具有不同的第一反射带、第二反射带和第三反射带的光学膜。第一反射带、第二反射带和第三反射带中的每个反射带在垂直入射下对于至少一种偏振状态为可见反射带。第一反射带、第二反射带和第三反射带中的至少两个反射带为第三阶谐波或更高阶谐波。
附图说明
图1是多层光学膜的示例性光学重复单元(ORU)的示意性透视图；
图2是多层光学膜的一部分的示意性透视图，该视图示出微层和多个ORU的分组或叠堆；
图3A至图3C是层厚度分布的表示；
图4A至图5B是各种谐波反射带的理想化示意图；
图6是作为微层叠堆的f比率的函数的高阶谐波中的相对反射能力的图示；
图7是包括反射光学膜的显示器的示意性剖视图；
图8是反射光学膜的示意透视图；
图9是反射光学膜的反射率对波长的图示；
图10是再循环背光源对极角的强度分配的图示；
图11是光学膜对波长的半球反射率的图示；
图12是光学膜对波长的透射系数的图示；
图13示出了通过滤色器透射的白光的强度和透射光谱；
图14A示出了通过滤色器透射的白光的强度光谱，以及当在再循环背光源中使用时由光学膜提供的强度增益；
图14B示出了当光学膜用作前反射器时来自再循环背光源的强度光谱；
图15是利用CIE x-y色度坐标的色度图；并且
图16是光学膜对波长的透射系数的图示。
具体实施方式
在以下说明中参考附图，该附图形成本发明的一部分并且其中通过举例说明的方式示出各种实施方案。附图未必按比例绘制。应当理解，在不脱离本公开的范围或实质的情况下，能够设想并做出其它实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。
多层光学膜可用于在可见光谱中提供多个反射带。US 7,138,173(Wheatley等人)(该专利据此以不与本说明书矛盾的程度下以引用方式并入本文)描述了一种多层光学膜，该多层光学膜包括被构造用于在1300nm的波长处产生一阶反射带的光学重复单元的第一叠堆，使得第二阶反射带和第三阶反射带分别在大约650nm和450nm的波长下发生。多层光学膜包括光学重复单元的第二叠堆，该第二叠堆在约550nm处产生一阶反射峰。通过组合光学重复单元的两个叠堆，提供了三个不同的可见光反射带。例如，适用于显示器应用的多层聚合物光学膜的反射带具有通常利用的相对低阶谐波反射带，因为较高阶反射带的反射能力被认为太低。根据本说明书，已发现在可见范围内提供较高阶反射带的光学膜是有用的。例如，三个可见反射带可以被设置为其中反射带中的两个或三个反射带是第三阶或更高阶谐波。例如，这可通过使用光学重复单元的三个不同的叠堆来实现，其中三个叠堆中的至少两个叠堆提供第三或更多阶反射带。例如，这还可通过使用提供第4、第5和第6阶或第5、第6和第7阶可见反射带的光学重复单元的单个叠堆来实现。此类光学膜可被构造用于提供具有窄带边缘的窄带宽的三个反射带。已发现具有为第三或更高阶的反射带的光学膜尤其可用作具有滤色器的液晶显示器(LCD)的前反射器。利用本说明书的光学膜作为前反射器的LCD与利用常规反射偏振器的LCD相比具有显著改善的色域。
如本文所用，除非另外指明，否则蓝光是指具有至少400nm并且小于500nm的波长的光，绿光是指具有在500nm至600nm的范围内的波长的光，红光是指具有大于600nm且不超过700nm的波长的光，并且可见光是指波长在400nm至700nm的范围内的光。
图1是多层光学膜100的示例性光学重复单元(ORU)的示意性透视图。图1仅示出多层光学膜100的两个层，该光学膜可包括几十或几百个以一个或多个邻接分组或叠堆布置的此类层。膜100包括单独的微层102、104，其中“微层”是指这样的层，该层足够薄，使得在此类层之间的多个界面处反射的光发生相长干涉或相消干涉，以赋予多层光学膜所需的反射或透射性质。微层102、104可以一起表示多层叠堆的一个光学重复单元(ORU)，ORU是在整个叠堆厚度中以重复图案重现的最小层组。这些微层具有不同的折射率特性，使得一些光在相邻微层间的界面处被反射。对于设计用于反射紫外波长光、可见波长光或近红外波长光的光学膜而言，每个微层的光学厚度(即物理厚度乘以相关折射率)通常小于约1微米。然而，根据需要其中也可以包括更厚的层，诸如膜的外表面处的表层或设置在膜内的隔开微层的分组的保护性边界层(PBL)。在许多实施方案中，仅微层的单个分组或叠堆包括在本说明书的光学膜中。
微层之一(例如图1的层102，或下图2的“A”层)对沿主x轴、y轴和z轴偏振的光的折射率分别为n1x、n1y和n1z。互相正交的x轴、y轴和z轴可例如对应于材料的介电张量的主方向。在许多实施方案中并且出于讨论的目的，不同材料的主方向是一致的，但一般不必如此。相邻微层(例如图1中的层104，或图2中的“B”层)沿同一轴的折射率分别为n2x、n2y、n2z。这些层之间的折射率的差值沿x方向为Δnx(＝n1x–n2x)，沿y方向为Δny(＝n1y–n2y)，并且沿z方向为Δnz(＝n1z–n2z)。这些折射率差异的性质连同膜中(或膜的给定叠堆中)的微层数量及其厚度分配一起控制膜(或膜的给定叠堆)的反射和透射特性。例如，如果相邻微层沿一个平面内方向具有大的折射率失配(Δnx大)，并且沿正交的平面内方向具有小的折射率失配(Δny≈0)，则膜或分组对于垂直入射光而言可以起到反射偏振器的作用。反射偏振器可被视为这样的光学主体：如果波长在分组的反射带内，其会强烈反射沿一条面内轴(称为“阻光轴”)偏振的垂直入射光，并且强烈透射沿正交的面内轴(称为“透光轴”)偏振的此类光。
如果需要，还可以定制针对沿z轴偏振的光的相邻微层间的折射率差值(Δnz)，以得到斜入射光的p偏振分量的期望反射性质。为了保持对以倾斜角度入射的p偏振光的近轴向反射率，微层之间的z轴折射率失配Δnz可以控制为显著小于平面内折射率最大差值Δnx，使得Δnz≤0.5*Δnx。另选地，Δnz≤0.25*Δnx。量值为零或几乎为零的z轴折射率失配产生了微层之间的这样的界面，该界面对p偏振光的反射率为作为入射角的函数的常数或几乎为常数。此外，z轴折射率失配Δnz可以控制为与平面内折射率差值Δnx相比具有相反的极性，即，Δnz<0。此条件会产生其反射率对于p偏振光随入射角增加而增大的界面，对于s偏振光的情形也一样。如果Δnz>0，则对p偏振光的反射率随入射角而减小。上述关系当然也适用于涉及Δnz和Δny的关系，例如，在其中期望沿两个主平面内轴线具有显著反射率和透射率的情况下(诸如均衡的或部分对称的反射镜膜、或者透光轴在垂直入射处具有显著反射率的部分偏振膜)。
在图2的示意性侧视图中，示出了多层膜110的更多内层，使得可观察到多个ORU。在局部x-y-z笛卡尔坐标系示出了该膜，其中膜平行于x轴和y轴延伸，并且z轴垂直于膜及其组成层且平行于膜的厚度轴。
在图2中，将微层标记为“A”或“B”，“A”层由一种材料构成，并且“B”层由不同的材料构成，这些层以交替布置的方式叠堆，以形成光学重复单元或单位单元ORU 1、ORU 2、…ORU 6，如图所示。在许多实施方案中，如果期望高反射率，则完全由聚合物材料构成的多层光学膜将包括多于6个的光学重复单元。多层光学膜110显示为具有显著较厚的层112，该层112可表示可将图中所示的微层的叠堆与微层的另一个叠堆或分组(如果存在的话)隔开的外表层或保护性边界层(“PBL”，参见美国专利6,783,349(Neavin等人))。多层膜110包括具有相反的第一侧面115和第二侧面117的单个叠堆113。
一般来讲，微层的边界既可是突变的也可是渐变的。对于后一个情况，折射率可例如从高折射率区域沿着1/2波长厚度方向的距离逐渐改变到低折射率区域。这里所描述的每个微层可以是两种或多种材料的共混物。例如每个微层可包括不同比例的材料A和材料B两者，以便于提供折射率从低到高的空间变化。术语诸如“微层的叠堆”、“微层的分组”等是指膜中的一个区域，该区域具有以重复形式从高到低再回到高的连续变化折射率，以便形成不具有居间光学厚层或区域的ORU的连续组。无论折射率是逐渐改变还是突然改变，ORU的光学厚度都应理解为是波长的1/2。
在一些情况下，给定叠堆或分组的微层的厚度和折射率值相当于1/4波长的叠堆，即微层被布置成ORU形式，每个ORU均具有两个光学厚度相同的邻近微层，这类ORU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。主体的“光学厚度”是指物理厚度乘以折射率。每个ORU中两个临近微层具有相等光学厚度的1/4波长叠堆据说具有0.5或50％的f比率。“F比率”在这方面是指组成层“A”的光学厚度与整个光学重复单元的光学厚度之比，其中假设组成层“A”具有比组成层“B”高的折射率；如果层“B”具有更高的折射率，则f比为组成层“B”的光学厚度与整个光学重复单元的光学厚度之比。使用50％的f比率是可取的，因为它能最大化微层的叠堆的第1阶反射带的反射能力。然而，50％的f比率抑制或消除第2阶反射带(以及甚至更高阶)。这也通常被认为在许多应用中可取；然而，如本文别处进一步所述，为了在可见范围内提供三个窄反射带，不期望利用单个反射带的更高阶谐波。为了本专利申请的目的，设想了包含微层叠堆的多层光学膜，其f比率可根据本文的教导内容为任何合适的值，特别注意f比率较小(例如，小于0.15、或小于0.12、或小于0.1)或较大(例如，大于0.85、或大于0.88、或大于0.9)的叠堆。因此，在图2的实施方案中，将“A”层笼统地描绘为比“B”层薄。每个描绘出的光学重复单元(ORU 1、ORU 2等)的光学厚度(OT1、OT2等)都等于其组成层“A”和“B”的光学厚度之和，并且每个光学重复单元都提供波长λ为ORU的总光学厚度的两倍的光的第1阶反射。
为了用适当数量的层来实现反射率，相邻微层针对沿x轴偏振的光可呈现出例如至少0.03的折射率差值(Δnx)。如果期望对两个正交偏振的高反射率，那么相邻微层对于沿y轴偏振的光也可呈现出例如至少0.03的折射率差值(Δny)。在一些情况下，相邻微层可以沿两条主平面内轴线(Δnx和Δny)具有量级相近的折射率失配，在这种情况下，膜或分组可以用作轴向镜或部分镜。另选地，对于被设计为对于透光轴偏振为部分反射的反射偏振器而言，相邻微层可对于沿x轴偏振的光呈现出大的折射率差值(Δnx)并且对于沿y轴偏振的光呈现出较小但仍显著的折射率差值(Δny)。在此类实施方案的变型中，相邻微层可以沿z轴呈现出折射率匹配或失配(Δnz＝0或Δnz大)，并且该失配可以具有与(一个或多个)平面内折射率失配相同或相反的极性或符号。倾斜地入射光的p偏振分量的反射率随着入射角的增加而增加、减小或是保持不变可通过Δnz的此类定制来控制。
所公开的多层光学膜的至少一个微层分组中的至少一个分层可根据需要为双折射的，例如，单轴双折射的或双轴双折射的，但在一些实施方案中，也可使用均为各向同性的微层。在一些情况下，每个ORU可包括一个双折射微层，以及第二微层，该第二微层为各向同性的或者相对于另一个微层具有少量的双折射。在其它情况下，每个ORU可包括两个双折射微层。
所公开的多层光学膜可使用任何合适的透光性材料制备，但在许多情况下用低吸收聚合物材料较为有益。使用此类材料时，微层叠堆在可见波长和红外波长上的吸收就可变小或忽略不计，使得在任何给定波长以及对于任意指定的入射角和极化状态，叠堆(或它所属的光学膜)的反射率和透射率的和大约为1，即R+T≈1或R≈1–T。示例性的多层光学膜由聚合物材料构成，并且可以利用共挤出、浇铸和取向工艺来制造。参考了美国专利5,882,774(Jonza等人)“光学膜”(“Optical Film”)、美国专利6,179,948(Merrill等人)、“Optical Film and Process for Manufacture Thereof”(光学膜及其制备方法)、美国专利6,783,349(Neavin等人)“Apparatus for Making Multilayer Optical Films”(用于制作多层光学膜的设备)，以及专利申请公布US 2011/0272849(Neavin等人)“Feedblock forManufacturing Multilayer Polymeric Films”(用于制造多层聚合物薄膜的进料区块)。多层光学膜可以通过上述参考文献的任何一篇中所述的聚合物共挤出法来形成。可以选择各种层的聚合物使之具有相似的流变性(如熔体粘度)，使得它们可进行共挤出而没有显著的流体扰动。选择挤出条件以便以连续稳定的方式将有关聚合物充分地给料、熔融、混合并作为进料流或熔融流泵送。用于形成和保持每一熔融流的温度可以选定为在下述范围内，所述范围能避免在该温度范围的低端处出现冻结、结晶、或不当的高压下降、并且能避免在该范围的高端处出现材料降解。
简而言之，制造方法可包括：(a)提供至少第一树脂流和第二树脂流，该至少第一树脂流和第二树脂流与待用于成品膜中的第一聚合物和第二聚合物对应；(b)使用合适的送料区块将第一流和第二流分成多个层，诸如这样的一个进料区块，该进料区块包括(i)梯度板，该梯度板具有第一流动通道和第二流动通道，其中第一通道的横截区沿该流动通道从第一位置变化到第二位置，(ii)进料管板，该进料管板具有与第一流动通道流体连通的第一多个导管和与第二流动通道流体连通的第二多个导管，每个导管向其自身的相应狭槽模具进料，每个导管具有第一端部第二端部，导管的第一端部与流动通道流体连通，并且导管的第二端部与狭槽模具流体连通，以及(iii)任选的被定位为邻近导管的轴向棒形加热器；(c)使复合材料流穿过挤出模具以形成多层辐材，其中每个层通常平行于相邻层的主表面；以及(d)将多层辐材浇注到冷却辊(有时称为浇注轮或浇注鼓)上，以形成浇注的多层膜。该浇注膜可具有与成品膜相同数量的层，但是浇注膜的层通常比成品膜的那些厚很多。此外，浇注膜的层通常全部为各向同性的。可通过轴向棒形加热器的热区控制来实现多层光学膜，该多层光学膜在宽波长范围内具有反射率和透射率的受控低频变化，参见例如美国专利6,783,349(Neavin等人)。
在冷却辊上冷却多层辐材后，可将其拉延或拉伸，以制备成品或接近成品的多层光学膜。拉延或拉伸实现两个目标：其使层薄化到其所需的最终厚度；并且其可使层取向，使得层中的至少一些变成双折射的层。取向或拉伸可沿横维方向(例如，经由拉幅机)、沿纵维方向(例如，经由长度取向机)或它们的任何组合(无论同时还是依次进行)而实现。如果仅沿一个方向拉伸，则该拉伸可为“无约束的”(其中允许膜在垂直于拉伸方向的面内方向在尺寸上松弛)或“受约束的”(其中膜受到约束并因而不允许在垂直于拉伸方向的面内方向在尺寸上松弛)。如果沿两个平面内方向拉伸，则该拉伸可为对称的(即沿正交的平面内方向相等)或非对称的拉伸。或者，膜可以通过批量方法进行拉伸。在任何情况下，也都可将后续或同时发生的拉延减小、应力或应变平衡、热定形、和其它处理操作应用至膜。
真空沉积的叠堆设计与共挤出的聚合物多层叠堆设计之间的至少一种差异为层分布分配的形状。利用真空沉积膜，所需的光谱通过单独地调整叠堆中每个层的厚度使得其符合计算机优化的叠堆设计来实现。以此方式，通常使问题诸如光谱波纹最小化。相邻层的厚度有时会相差10倍，厚度值通常在约0.05λ至1.0λ的范围内。对于共挤出聚合物膜叠堆，以这种方式对各个层进行在线监视和控制仍非这种技术下的可行选择。因此，光谱形状主要通过连续平滑变化的层厚度分布来控制。然而，这种分布并不限于聚合物膜叠堆。
本说明书的光学膜通常具有红外中的一阶反射带和可见波长范围(400nm至700nm)中的三个不同的较高阶反射带(例如，每个带是第三阶或第四阶、第五阶和第六阶，或第五阶、第六阶和第七阶)。第m阶带中的每种波长为一阶带中的波长的1/m倍。因此，较高阶带的位置和带宽由一阶带的位置和带宽来确定。通常期望可见反射带具有小于50纳米、或小于45纳米，并且大于5纳米或大于10纳米的带宽，并且通常期望带是不同的(没有重叠的波长)。为了实现较高阶反射带的所需波长范围，一阶反射带应位于合适的波长范围(例如，具有适当宽的带宽的红外反射带)中。这可通过定制厚度分布来实现；即，通过根据沿z轴或膜的厚度方向的厚度梯度来定制ORU的光学厚度，由此光学重复单元的光学厚度随着从叠堆的一侧(例如，顶部)前进到叠堆的另一侧(例如，底部)而增大、减小或遵循某种其它函数关系。例如，三个较高阶反射带可为红色反射带、绿色反射带和蓝色反射带。
图3A是光学膜的层厚度分布的示意图，该光学膜具有光学重复单元的单个叠堆。在这种情况下，包括了40个光学重复单元，并且厚度在层上线性变化。在一些实施方案中，层厚度分布为实质上连续的。如果接近良好的近似值(例如，误差在10％以内，或者误差在5％以内，或者误差在3％以内)，任何内部光学重复单元的光学厚度可以通过从内部光学重复单元的任一侧上的光学重复单元的光学厚度线性外推来确定，则层厚度分布可以被描述为基本连续的。
在一些实施方案中，光学重复单元的光学厚度从单个叠堆的第一侧到单个叠堆的相反的第二侧基本连续地变化。例如，厚度变化可被选择为提供如在US 6,157,490(Wheatley等人)中所描述的锐化带边缘。在一些实施方案中，光学重复单元的光学厚度在最小值和最大值之间变化，最大值减去最小值不大于最大值的20。在一些实施方案中，光学厚度从单个叠堆的第一侧向单个叠堆的相反的第二侧单调增加。如图3C所示，图3C是单个叠堆中的光学重复单元的光学厚度作为单个叠堆中的垂直(图2的z坐标)位置的函数的曲线图，在一些实施方案中，光学厚度从单个叠堆的位置S1处的第一侧处的光学重复单元381向位置P1处的单个叠堆内的光学重复单元383(该光学重复单元383具有最小光学厚度值)单调减小，从光学重复单元383向设置在单个叠堆的位置S2处的第二侧与光学重复单元383之间的位置P2处的单个叠堆内的光学重复单元385单调增加，并且从光学重复单元385向单个叠堆的位置S2处的第二侧单调减小。在一些实施方案中，第一光学重复单元和第二光学重复单元之间的间隔(P2-P1)是单个叠堆的厚度(S2-S1)的至少一半或至少70％。其它可能的层分布包括微笑分布(叠堆的中部比边缘更薄)和皱眉轮廓(叠堆的中部比边缘更厚)。
在一些实施方案中，光学膜具有不同的第一反射带、第二反射带和第三反射带，其中第一反射带、第二反射带和第三反射带各自在垂直入射下对于至少一个偏振态为可见反射带，并且第一反射带、第二反射带和第三反射带中的两个反射带是单个一阶带的第五阶谐波和第六阶谐波，而第一反射带、第二反射带和第三反射带中的另一个反射带是单个一带的第四阶谐波或第七阶谐波。
图4A示出了各种谐波反射带的理想化示意图，根据叠堆的设计细节，微层叠堆诸如图2的微层叠堆可以产生这些谐波反射带；就这一点而言，为了本申请的目的，反射带是指在反射率对波长的曲线图上反射率增大的单个限定区域，其中反射率在这个区域内达到至少80％的值，并且其中在该区域的任一侧上的相邻波长范围中反射率小于50％。每个谐波阶的反射带都以简化形式或理想化形式表示，以使带内具有两个竖直的相反直带边缘、平坦或均一的反射率，而且没有波纹或振铃。尽管在现实的膜中找不到这种矩形反射带，但是这种理想化的矩形反射带可用于模拟或代表具有更复杂形状的实际反射带。为了说明性目的，第1阶、第2阶、第3阶、第4阶、第5阶和第6阶反射带均在同一图示上示出，但是在实施过程中，根据叠堆所用的f比率，一些反射带在反射率光谱中不存在或者基本不存在。并且，谐波的反射率被示意性地示出为独立于阶数，但反射率通常更取决于阶数。例如，在一些情况下，较高阶反射带可具有比较低阶反射带低的反射率，并且在一些情况下，具有比另一个反射带更大的反射率的反射带也可具有更高的阶数。第4阶、第5阶和第6阶反射带中的每个均在可见波长范围(波长为400nm至700nm)中。这可在图4B中最清楚地看到，图4B示出针对400和700nm之间的波长的图4A的叠堆的反射率。图4B可见，第4阶、第5阶和第6阶反射带中的每个均在可见范围中，并且具有小于50nm的带宽。
类似地，图5A示出了示出各种谐波反射带的理想化示意图。示出了第1阶、第2阶、第3阶、第4阶、第5阶、第6阶和第7阶反射带。第5阶、第6阶和第7阶反射带中的每个均在可见波长光谱中。这可在图5B中最清楚地看到，图5B示出针对400和700nm之间的波长的图5A的叠堆的反射率。图5B可见，第5阶、第6阶和第7阶反射带中的每个均在可见范围中，并且具有小于50nm的带宽。
图6中示出作为微层叠堆的f比率的函数的第3阶、第4阶、第5阶、第6阶和第7阶反射带的相对反射能力。就这一点而言，微层叠堆的“反射能力”是指Log(1-R)光谱的负值下的区域(光密度)，通过按波长划分归一化。通过数值的整合，反射能力光谱的每个增加区域都可按照局部波长划分：(Log(1-R(λn)))×(λn+1-λn)/λn。(这里的参数“R”是指叠堆的反射率，它是波长的函数。R的值＝1对应于反射率1.0或者100％，R的值＝0.5对应于反射率0.5或100％，以此类推。)由叠堆产生的单个谐波带的反射能力可通过这种方式测定，前提是谐波带没有彼此重叠。通过光学建模或实验，可示出具有较小折射率差值的交替高折射率层和低折射率层的叠堆的反射能力，诸如那些在聚合物的多层光学叠堆中发现的反射能力，与折射率差值的平方成比例。该反射能力的f比率的效果可使用给定m阶谐波带的有效折射率微分如下表示：
Figure BDA0001942747290000111
其中，Δn是实际折射率差值，并且cm是叠堆的不对称方波折射率波形的傅立叶表示的第m阶项的傅立叶系数。给定谐波反射带中的反射能力(RP)可表示为与这个有效反射率差值的平方成比例：
RP∝(Δn有效)2。
不对称方波的每阶m的傅立叶系数如下：
Figure BDA0001942747290000112
其中f是f比率。从这些方程可知，反射能力RP与以下简单公式成比例：
Figure BDA0001942747290000113
图6中示出了这个函数在将第1阶反射带的最大反射能力(这在f比率等于0.5时发生)设定为1.0而归一化后在几个谐波阶的情况(m＝3、4、5、6和7)。从该曲线图中可以看出，通过选择相对较低(小于0.1)或相对高(大于0.9)的f比率，可以使第4阶、第5阶、第6阶和第7阶反射带近似相等。在一些实施方案中，f比率可在0.03或0.04至0.09或0.10或0.12的范围内，或者在0.88或0.90或0.91至0.96或0.97的范围内。在较低阶谐波下的反射能力的讨论可见于US 2014/0313572(Kivel等人)中，该专利据此以引用方式并入本文，除非其可与本说明书相矛盾。
在一些实施方案中，反射膜包括第四阶、第五阶和第六阶可见反射带。在其它实施方案中，反射膜包括第五阶、第六阶和第七阶可见反射带。在这些实施方案中，反射带可各自由光学重复单元的单个叠堆产生。在其它实施方案中，反射膜可包括光学重复单元的多于一个叠堆。在一些实施方案中，反射膜包括不同的第一反射带、第二反射带和第三反带，其中第一反射带、第二反射带和第三反射带中的一个由光学重复单元的第一叠堆产生，并且第一反射带、第二反射带和第三反射带中的不同的一个由光学重复单元的不同的第二叠堆产生。在一些实施方案中，第一反射带、第二反射带和第三反射带由光学重复单元的不同的第一反射带、第二反射带和第三叠堆产生。例如，在一些实施方案中，第一反射带、第二反射带和第三反射带中的每个是由光学重复单元的三个不同叠堆提供的上不同的一阶反射带的第三阶谐波。图16中示出具有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)的150个交替层的三个分组反射膜的建模的透射光谱的示例，其中每个分组产生不同的可见反射带。
在一些情况下可以期望使用低f比率，以便减少光学膜中所使用的应变硬化材料的量。光学重复单元中的较高折射率层通常由通常比可用于低折射率的非应变硬化材料昂贵的应变硬化聚合物形成。例如，高折射率层可由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)制备，其为应变硬化材料，而低折射率层可由不是应变硬化的(PMMA)制备。PEN明显比PMMA更昂贵，因此可期望低f比率以便降低光学膜的成本。在一些实施方案中，光学膜包含按体积计不超过约15％或不超过约10％的应变硬化材料。
已发现具有高阶谐波反射带结构的反射光学膜尤其可用于显示器应用中，其中光学膜可增加色域，如下文进一步解释。图7为显示器700的示意性剖视图，该显示器700包括显示面板760、具有光导770和后反射器775的背光源、以及设置在显示面板760和后反射器775之间的本说明书的反射光学膜740。反射光学膜740可为反射偏振器(例如，反射光学膜740可具有不同的第一反射带、第二反射带和第三反射带，这些反射带在垂直入射下对于第一偏振态为可见反射带，并且光学膜740在垂直入射下对于正交的第二偏振态可以是基本透射的)，并且可被认为是包括光导770和后反射器775的背光源系统的一部分。背光源系统可进一步包括交叉棱镜膜(例如，可得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)的增亮膜(BEF))，该交叉棱镜膜可设置在反射光学膜740和光导770之间。由于光学膜740可定位在背光源系统的前表面上，并且仅可反射沿阻光轴具有偏振并且在某些波长带中具有波长的光，所以反射光学膜740可被称为前反射器或前表面部分反射器。反射光学膜740可在400nm至700nm的可见波长范围内对于沿透光轴偏振的垂直入射光具有至少约80％的透射率。
显示面板760包括适于在不同的第一反射带、第二反射带和第三波长范围内透射光的多个滤色器765。第一反射带、第二反射带和第三波长范围限定第一重叠范围和第二重叠范围，如本文别处所述。在一些实施方案中，光学膜的第一反射带、第二反射带和第三反射带不包括第一重叠范围和第二重叠范围内的波长。已发现这种配置以提供与利用常规宽带反射偏振器代替光学膜740而其它地方与显示器700相同的基准显示器相比提供较高的色域。对于沿反射偏振器的通光轴偏振的光，传统的宽带反射偏振器在400nm至700nm的整个波长范围内的反射率至少为80％，而对于沿反射偏振器的阻光轴偏振的光，反射率小于20％。传统的宽带反射偏振器可以是可得自明尼苏达州圣保罗市的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)的双亮度增强膜(DBEF)。
在一些实施方案中，显示器700与基准显示器的色域之间的差值为至少3％NTSC或至少5％NTSC。NTSC是指美国国家电视系统委员会在1953年推出的色域。色域可使用由国际照明委员会(国际照明委员会(International Commission on Lighting))或“CIE”发布的熟知的1931CIE x-y色度图来描绘。NTSC标准限定CIE x-y色度图上的三角形。显示器的色域可被描述为CIE x-y色度图上的面积，并且该色域可表示为由NTSC标准限定的三角形面积的百分比。因此，例如，色域比基准显示器高3％NTSC的显示器意味着，用于显示器的光输出的CIE x-y色度图上的面积比基准显示器高CIE x-y色度图上NTSC标准三角形面积的3％。
在许多应用中，膜的反射性质可以用“半球反射率”Rhemi(λ)来表征，Rhemi(λ)意指当光(感兴趣的某些波长或波长范围)从所有可能的方向入射在部件(无论是表面、膜还是膜的集合)上时该部件的总反射率。因此，用以法向为中心的半球内的所有方向(以及所有偏振态，除非另外指明)上入射的光来照射部件，并且收集反射到同一半球内的所有光。对于感兴趣的波长范围而言，反射光总通量与入射光总通量之比产生半球反射率Rhemi(λ)。对于背光再循环腔而言，用其Rhemi(λ)来表征反射器特别方便，因为光通常以所有角度入射在腔的内表面上(无论是前反射器、后反射器还是侧反射器)。此外，与垂直入射光的反射率不同，Rhemi(λ)对反射率随入射角的变化不敏感并且已考虑到该变化，这对于在再循环背光源内的一些部件(例如，棱镜膜)来说非常重要。
应该理解，对于使用背光源的大量电子显示应用而言，以及对于用于一般和特定光应用的背光源而言，可以期望形成背光背板以具有高反射率特性的反射器膜。事实上，应进一步理解，后反射器的半球反射率光谱Rb hemi(λ)与背光源的光输出效率强烈关联；跨可见光谱的Rb hemi(λ)值越高，背光源的输出效率越高。这对于再循环背光源而言尤其如此，其中其它光学膜可被构造在背光源出口上方以从背光源提供准直或偏振光输出。
进一步地，使用前反射器的半球形反射率Rf hemi(λ)和透射率Tpol(Ω,λ)来定义前反射器的光学性质是方便的，其中“pol”(有时用符号“║”表示)是指与LCD面板的底部吸收偏振器的通光轴对准的偏振状态，并且Ω表示观看者相对于背光源输出表面的几何位置的感兴趣的立体角。Ω的特定值可由入射角θ和方位角
Figure BDA0001942747290000141
的组合来表示。也可写为
Figure BDA0001942747290000142
的Tpol(Ω,λ)表示可用光(具有偏振的光，使得其可穿过LCD面板的底部吸收偏振器)的透射率。Tpol(Ω,λ)的值被定义为透射系数：相对于前反射器平面，在前反射器和吸收偏振器覆盖全角度光源(例如，混合角度的再循环腔)的情况下，以感兴趣的观看者角度Ω为中心的角度处的透射强度与仅吸收偏振器覆盖全角度光源的0度处的强度之比。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。
由前反射器产生的强度增益G可以用Tpol(Ω,λ)、前反射器的半球形反射率Rf hemi(λ)和后反射器的半球形反射率Rb hemi表示为
公式1：
G＝Tpol(Ω,λ)/(1-Rf hemi(λ)×Rb hemi(λ))。
强度增益G为由于前反射器的存在导致背光强度分数增加的光谱。
前反射器或后反射器的Rhemi(λ)(即，Rf hemi(λ)或Rb hemi(λ))可使用美国专利申请公布No.2013/0215512(Coggio等人)中所述的设备进行测量。由蓝菲光学(Labsphere)(新罕布什尔州北萨顿的蓝菲光学公司(Labsphere,Inc.,North Sutton,NH))制造并具有
Figure BDA0001942747290000151
反射涂层的商用六英寸积分球(具有三个相互正交端口)用于照射样品并确定半球反射光谱Rhemi(λ)。稳定的光源通过一个端口照射球。Photo
Figure BDA0001942747290000152
PR650分光光度计(可购自加利福尼亚州查兹沃斯的照片研究公司(Photo Research Inc.,Chatsworth,CA))用于通过第二端口来测量球体内壁辐射率。将样品置于第三端口上。积分球壁辐射率的校准通过使用放置在第三端口上的已知反射率标准(可购自新罕布什尔州北萨顿的蓝菲光学公司(Labsphere,Inc.,North Sutton,NH)的
Figure BDA0001942747290000153
Reference Target SRT-99-050)而完成，并且球体壁辐射率的测量可以使用校准基准，也可以不使用。通过将样品放置于第三端口上来测量Rhemi(λ)；样品半球反射率Rhemi(λ)可以通过取有样品和无样品的球壁辐射率之比并采用简单的积分球强度增益算法来获得。
可以预期，在积分球内的平衡强度分配近似于朗伯(Lambertian)分配，这意指相对于在样本上入射角度的强度概率分配将随着cos(θ)而下降，其中θ＝0为垂直于样本。
图8是反射膜的示意性透视图。图8示出了光线130，该光线130以入射角θ入射到反射膜140上，从而形成入射平面132。反射膜140包括平行于x轴的第一反射轴线116和平行于y轴的第二反射轴线114。光线130的入射平面132平行于第一反射轴线116。光线130具有位于入射平面132中的p偏振分量以及与入射平面132正交的s偏振分量。光线130的p偏振光将被具有Rpp-x反射率的反射膜反射(光线130的p偏振光的电场到反射膜140的平面的投影平行于x方向)，同时光线130的s偏振光被具有Rss-y反射率的反射膜反射(光线130的s偏振光的电场平行于y方向)。
此外，图8示出了在平行于膜140的第二反射轴线114的入射平面122中入射到反射膜上的光线120。光线120具有位于入射平面122内的p偏振分量以及与入射平面122正交的s偏振分量。光线120的p偏振光将被具有Rpp-y反射率的反射膜反射，同时光线120的s偏振光被具有Rss-x反射率的反射膜反射。如本文进一步所描述的，对于任何入射平面而言，p偏振光和s偏振光的透射和反射量将取决于反射膜的特性。
可以由有关微层的层厚度分布与光学膜的其它层元件的信息，并且由与膜内的微层和其它层中的每个相关联的折射率值中计算Rhemi(λ)。通过使用用于多层膜光学响应4x4矩阵求解软件应用程序，反射和透射光谱均可以从已知的层厚度曲线和用于x轴入射平面、y轴入射平面以及每个p偏振与s偏振的入射光的折射率特性中计算。据此，Rhemi(λ)可以通过使用以下列出的公式而计算：
公式2：
Figure BDA0001942747290000161
其中
公式3：
Figure BDA0001942747290000162
公式4：
Figure BDA0001942747290000163
并且
公式5：
Figure BDA0001942747290000164
其中E(θ)为强度分配。
从公式1可以看出，Rf hemi(λ)光谱的特性强烈地影响强度增益光谱。继而，Rf hemi(λ)的光谱形式取决于腔平衡强度分配E(θ)的形式，以及其与前反射器的光谱特征的产物；Rpp-x(θ,λ)、Rss-x(θ,λ)、Rpp-y(θ,λ)和Rss-y(θ,λ)。
例如，如果再循环腔内的平衡强度分配E(θ)强烈地达到法线(θ＝0)，则Rf hemi(λ)光谱将受到前反射器的法向角(θ＝0)反射特性的强烈加权。如果前反射器被构造用于具有布置在可见光谱上的窄的、更高阶的谐波反射带，则所得的Rf hemi(λ)光谱将具有类似的、尖锐的反射带特性。
另一方面，如果循环腔内的平衡强度分配E(θ)广泛分布在宽的角度范围内，则所得Rf hemi(λ)光谱将在宽入射角范围上受到强烈加权。此类广角加权前表面反射特性将趋于“抹除”任何光谱反射特性。如上文所讨论，如果前反射器被构造用于具有如上文所讨论的窄的、更高阶谐波反射带，则所得Rf hemi(λ)光谱不再具有前反射器的尖锐反射带特性。
对于上文所讨论的任一种情况，强度增益光谱将由横跨可见波长带的Rf hemi(λ)的上升和下降驱动，并且同时，通过横跨可见波长带的
Figure BDA0001942747290000171
的下降和上升驱动。
用于显示器应用的商业化的LCD背光源是针对从多观看者应用(诸如电视)的广角视场到监视器、膝上型计算机、平板电脑和智能电话等应用的相对窄的视场的一系列光管理配置而设计的。通常，窄视场的应用采用两个或多棱柱或以其他方式校准膜，并且因此具有具有朝向法线强烈达到峰值的平衡腔强度分配E(θ)。
图9示出了针对部分反射器的测量的Rf hemi(λ)光谱972，该部分反射器膜被构造用于具有在可见—红色、绿色、蓝色(RGB)镜中的高阶谐波反射带阵列。针对该RGB反射镜的法向角反射光谱974(来自测量的透射光谱)也在图9中示出。曲线976是使用公式2至公式5计算Rf hemi的结果，其中Rpp-x(θ,λ)、Rss-x(θ,λ)、Rpp-y(θ,λ)和Rss-y(θ,λ)是由使用原子力显微镜(AFM)确定的厚度和RGB镜样品的折射率分析计算的，并且E(θ)为朗伯强度分配。非常宽角度的朗伯强度分配用于“覆盖”测量和计算的Rf hemi(λ)光谱的反射带特征。测量和计算的Rf hemi(λ)光谱之间一致表明公式2至公式5可用于可靠地确定Rf hemi(λ)。
图10描绘了可在再循环背光腔中进行的多种可能的腔强度分配E(θ)。更窄的分配示例代表当棱镜折射膜(例如，交叉BEF膜)或具有其它准直表面结构的膜布置在再循环腔内时形成的再循环腔强度分配。该曲线包括朗伯情况下的强度分配，对于具有背光源(该背光源具有印刷光导板)的传统电视，对于利用交叉BEF膜的背光源，以及对于“超准直”背光源，其是比低扩展变形(LEA)背光源更准直的假设背光源。图10中所示的强度分配E(θ)用于使用公式2至公式5计算Rf hemi(λ)光谱，其中Rpp-x(θ,λ)、Rss-x(θ,λ)、Rpp-y(θ,λ)和Rss-y(θ,λ)是根据使用AFM确定的层厚度和RGB镜样品的折射率分析来计算的。所得光谱显示在图11中提供的广泛范围的结果。从图11可以看出，宽角度概率分配，诸如在宽视角LCD(诸如电视或朗伯分配)中发现的那些，实质上覆盖了可见光的反射带，而更紧密的角度分配(诸如具有交叉BEF膜的背光源)保持了较大程度的反射带特征。使用“超准直”强度分配产生的Rf hemi(λ)光谱显示，当强度分配朝向法线变窄时，Rf hemi(λ)返回到测量的法向角反射光谱特征。
如果前反射器被构造用于高阶谐波反射偏振器，其中反射带用于与底部LCD吸收偏振器的吸收轴对准的偏振状态，那么图11所示的Rf hemi(λ)光谱曲线将作为强度增益式分母中的Rf hemi(λ)分量操作(公式1)。如果背光的再循环腔平衡强度分配窄(紧紧围绕法线达到峰值)，则强度增益光谱可以具有较强的光谱选择性：强度增益相对高(因为Rf hemi(λ)较高)可见波长范围的区域，以及强度增益相对较低(因为Rf hemi(λ)相对较低)的相邻的波长区域。进一步地，如果对于与LCD的底部吸收偏振器的透光轴对准的光的偏振，前反射器具有相对平滑透射光谱，则强度增益光谱的波长依赖性将在期望观看者角度的整个范围内保持相对恒定。在一些情况下，这可以是重要的考虑因素，因为通常期望LCD显示器的颜色饱和度以不产生观看者相对于LCD法线取向的颜色变化的视角伪像的方式得到增强。
针对示例前反射器膜的法向角透射光谱在图12中示出。通过4x4矩阵解软件计算图12中的透光状态和阻光状态光谱。用于计算的两种材料的色散双轴折射率组基于与无定形75/25/HD coPEN(由75摩尔％的2,6-萘二甲酸甲酯和25摩尔％的对苯二甲酸二甲酯以及95摩尔％的乙二醇和5摩尔％的己二醇的二醇制成的共聚物)共挤出的标准拉幅机拉伸的PEN。图3B所示的用于计算的层分布是具有约1.09的单个分组块因子的69单位单元馈送块的层分布。单位单元被构造用于具有0.92的f比率。具有典型表层和PBL的膜的厚度将为约2.3密耳(60微米)。
反射偏振器的总厚度与设定为0.92的f比率组合将较高阶谐波反射带放置在可见波长区域内。如在图12中可以看到，第4阶、第5阶和第6阶带完全在400nm至700nm的波长范围内，而第7阶带的一部分在该波长范围内。图12中还示出了来自分别透射透彻的红色、绿色和蓝色LCD滤色器的R-G磷光体显示LED(例如SEMCO 6046)的照明的强度光谱1241、1243和1245。在这种情况下，滤色器在SEC46英寸(约117cm)LCD TV LN4081中发现的滤色器做出测量之后进行建模。分别穿过红色、绿色和蓝色滤色器的强度光谱1241、1243和1245分别限定第一波长范围、第二波长范围和第三波长范围(例如，强度比相应的滤光光谱的最大值大5％或大10％的范围)。例如，光谱1241限定约580nm至约750nm的波长范围。光谱1243限定约480nm至约610nm的波长范围。光谱1245限定约420nm至约520nm的波长范围。第一波长范围、第二波长范围和第三波长范围限定第一重叠范围1252和第二重叠范围1254。重叠范围1552为约580nm至约610nm，并且重叠范围1254从约480nm至约520nm。为了通过再循环增强颜色饱和度的目的，反射偏振片反射带被设计为位于有助于颜色饱和度的波长区域上，而不存在于有助于颜色去饱和度的波长区域中。换句话讲，光学膜被设计成使得光学膜的可见反射带不包括第一重叠范围1252和第二重叠范围1254中的波长。在一些实施方案中，第一光谱1241和第二光谱1243在波长(图12中约590nm)处交叉，其中通过光学膜的垂直入射阻光状态透射率为至少70％。并且第二光谱1243和第三光谱1245在波长处(图12中约490nm)处交叉，其中通过光学膜的垂直入射阻光状态透射率为至少70％。
图13中示出通过来自SEC46英寸LCD TV LN4081滤色器透射的白色显示LED(SEMCO6046，其为R-G磷光体)的强度和透射光谱的详细视图。对于这组滤色器，并且对于本文其它地方所描述的所有滤色器，除非有相反指示，否则蓝-绿-红组中每个滤光器的透射水平被标准化为630nm处红色滤光器的95％透射水平。通过采用公式1至公式5，以及强度谱输入(LED强度光谱)和通过再循环腔顶部的LCD可用强度光谱的滤色器(LCD面板白色状态光)的光谱过滤，可以计算当前反射器用于再循环腔时发生的相对亮度增加或减少以及色域增加或减少。图12的前反射器膜和图13的输入白色LED光谱和LCD面板颜色滤光器组的该计算评估的示例在图14A至图14B中示出。在该示例中，将再循环腔后反射器视为具有97％的可见平均反射率的近镜面银反射器。图14A示出了白色LED的强度光谱1447和来自白色LED的光分别通过红色滤光器、绿色滤光器和蓝色滤色器的强度光谱1441、1445和1443。由公式1确定的强度增益1449也在图14A中示出。再循环背光源的所得的红色强度光谱1491、绿色强度光谱1493和蓝色强度光谱1495分别在图14B中示出。这些曲线可作为强度增益1449的产物和强度光谱1441、1445和1443的产物获得。
所得色域在图15中使用CIE x-y色度坐标示出，其中波长在曲线图上用nm标记。利用宽带反射偏振器(DBEF)代替本发明的光学膜的基准显示器的色度坐标由点1561a、1561b和1561c指示。利用图12至图14B中所述的光学膜的色域增强显示器的对应色度坐标由点1563a、1563b和1563c指示。增强显示器的色域为86.1％NTSC，而基准显示器的色域为79.7％NTSC。因此，增强的色域和基准色域之间的差为6.4％NTSC。整体强度增益为1.359。
以下为本说明书的示例性实施方案的列表。
实施方案1为一种光学膜，所述光学膜具有不同的第一反射带、第二反射带和第三反射带；所述第一反射带、第二反射带和第三反射带各自在垂直入射下对于至少一个偏振状态为可见反射带；所述第一反射带、第二反射带和第三反射带中的至少两个反射带为第三阶或更高阶谐波；所述光学膜包括交替的聚合物层。
实施方案2为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带中的每个反射带为第三阶或更高阶谐波。
实施方案3为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带分别为单个一阶带的第四阶谐波、第五阶谐波和第六阶谐波。
实施方案4为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带分别为单个一阶带的第五阶谐波、第六阶谐波和第七阶谐波。
实施方案5为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带中的一个反射带为一阶带的第三阶谐波，并且所述第一反射带、第二反射带和第三反射带中的不同的一个反射带为不同的一阶带的第三阶谐波。
实施方案6为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带中的每个反射带为不同的一阶带的第三阶谐波。
实施方案7为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带分别为红色反射带、绿色反射带和蓝色反射带。
实施方案8为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带在垂直入射下对于第一偏振状态为可见反射带，并且所述光学膜在垂直入射下对于正交的第二偏振状态为实质上透射的。
实施方案9为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带中的一个反射带由光学重复单元的第一叠堆产生，并且所述第一反射带、第二反射带和第三反射带中的不同的一个反射带由光学重复单元的不同的第二叠堆产生。
实施方案10为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带来自光学重复单元的不同的第一反射带、第二反射带和第三叠堆。
实施方案11为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带各自由光学重复单元的单个叠堆产生，所述光学重复单元的所述单个叠堆被构造用于提供单个一阶带，每个光学重复单元包括第一聚合物层和不同的第二聚合物层，所述第一反射带、第二反射带和第三反射带中的每个为所述单个一阶带的至少第四阶谐波。
实施方案12为根据实施方案11所述的光学膜，其中所述光学重复单元具有从所述单个叠堆的第一侧到所述单个叠堆的相反的第二侧实质上连续变化的光学厚度。
实施方案13为根据实施方案12所述的光学膜，其中所述光学重复单元的所述光学厚度在最小值和最大值之间变化，所述最大值减去所述最小值不大于所述最大值的20％。
实施方案14为根据实施方案12所述的光学膜，其中所述光学厚度从所述单个叠堆的第一侧向所述单个叠堆的相反的第二侧单调增加。
实施方案15为根据实施方案12所述的光学膜，其中所述光学厚度从所述单个叠堆的所述第一侧向所述单个叠堆内的第一光学重复单元单调减小，从所述第一光学重复单元向所述单个叠堆内的第二光学重复单元单调增加，并且从所述第二光学重复单元向所述单个叠堆的所述第二侧单调减小，所述第二光学重复单元设置在所述单个叠堆的所述第二侧与所述第一光学重复单元之间。
实施方案16为根据实施方案15所述的光学膜，其中所述第一光学重复单元和第二光学重复单元之间的间隔为所述单个叠堆的厚度的至少一半。
实施方案17为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述第一反射带、第二反射带和第三反射带中的至少一个反射带具有50nm或更小的带宽。
实施方案18为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述光学膜包含不大于15％体积百分比的应变硬化材料。
实施方案19为根据实施方案1所述的光学膜，其中所述光学膜包含不大于10％体积百分比的应变硬化材料。
实施方案20为根据实施方案1所述的光学膜，所述光学膜具有小于0.15或大于0.85的f比率。
实施方案21为根据实施方案1所述的光学膜，所述光学膜具有小于0.10或大于0.90的f比率。
实施方案22为一种显示器，所述显示器包括显示面板、背光反射器以及根据实施方案1至实施方案21中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述显示面板和所述背光反射器之间，所述光学膜为反射偏振器。
实施方案23为根据实施方案22所述的显示器，其中所述显示面板包括多个滤色器，所述滤色器适于在不同的第一反射带、第二反射带和第三波长范围内透射光；所述第一反射带、第二反射带和第三波长范围限定第一重叠范围和第二重叠范围；所述光学膜的所述第一反射带、第二反射带和第三反射带不包括所述第一重叠范围和所述第二重叠范围内的波长。
实施方案24为根据实施方案22所述的显示器，所述显示器具有第一色域，所述第一色域高于另外的等效基准显示器的第二色域，所述等效基准显示器具有代替所述光学膜的宽带反射偏振器。
实施方案25为根据实施方案24所述的显示器，其中所述第一色域和所述第二色域之间的差为至少3％NTSC。
实施方案26为根据实施方案24所述的显示器，其中所述第一色域和所述第二色域之间的差为至少5％NTSC。
除非另外指明，否则针对附图中元件的描述应被理解为同样应用于其它附图中的对应元件。虽然本文已经例示并描述了具体实施方案，但本领域的普通技术人员将会知道，在不脱离本公开范围的情况下，可用多种另选的和/或等同形式的具体实施来代替所示出和所描述的具体实施方案。本申请旨在涵盖本文所讨论的具体实施方案的任何改型或变型。因此，本公开旨在仅受权利要求及其等同形式的限制。

Claims (26)

1.一种光学膜，所述光学膜具有不同的第一反射带、第二反射带和第三反射带；所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带各自在垂直入射下对于至少一个偏振状态为可见反射带；所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带中的每一者包括在反射率对波长的曲线图上反射率增大的单个限定区域，其中反射率在所述单个限定区域内达到至少80％的值，并且在所述单个限定区域的任一侧上的相邻波长范围中反射率小于50％；所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带中的至少两个反射带为第三阶谐波或更高阶谐波；所述光学膜包括交替的聚合物层。
2.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带中的每个反射带为第三阶谐波或更高阶谐波。
3.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带分别为单个一阶带的第四阶谐波、第五阶谐波和第六阶谐波。
4.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带分别为单个一阶带的第五阶谐波、第六阶谐波和第七阶谐波。
5.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带中的一个反射带为一阶带的第三阶谐波，并且所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带中的不同的一个反射带为不同的一阶带的第三阶谐波。
6.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带中的每个反射带为不同的一阶带的第三阶谐波。
7.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带分别为红色反射带、绿色反射带和蓝色反射带。
8.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带在垂直入射下对于第一偏振状态为可见反射带，并且所述光学膜在垂直入射下对于正交的第二偏振状态为实质上透射的。
9.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带中的一个反射带由光学重复单元的第一叠堆产生，并且所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带中的不同的一个反射带由光学重复单元的不同的第二叠堆产生。
10.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带由光学重复单元的不同的第一叠堆、第二叠堆和第三叠堆产生。
11.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带各自由光学重复单元的单个叠堆产生，所述光学重复单元的所述单个叠堆被构造用于提供单个一阶带，每个光学重复单元包括第一聚合物层和不同的第二聚合物层，所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带中的每个反射带为所述单个一阶带的至少第四阶谐波。
12.根据权利要求11所述的光学膜，其中所述光学重复单元具有从所述单个叠堆的第一侧到所述单个叠堆的相反的第二侧的实质上连续变化的光学厚度。
13.根据权利要求12所述的光学膜，其中所述光学重复单元的所述光学厚度在最小值和最大值之间变化，所述最大值减去所述最小值不大于所述最大值的20％。
14.根据权利要求12所述的光学膜，其中所述光学厚度从所述单个叠堆的第一侧向所述单个叠堆的相反的第二侧单调增加。
15.根据权利要求12所述的光学膜，其中所述光学厚度从所述单个叠堆的所述第一侧向所述单个叠堆内的第一光学重复单元单调减小，从所述第一光学重复单元向所述单个叠堆内的第二光学重复单元单调增加，并且从所述第二光学重复单元向所述单个叠堆的所述第二侧单调减小，所述第二光学重复单元设置在所述单个叠堆的所述第二侧与所述第一光学重复单元之间。
16.根据权利要求15所述的光学膜，其中所述第一光学重复单元和所述第二光学重复单元之间的间隔为所述单个叠堆的厚度的至少一半。
17.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带中的至少一个反射带具有50nm或更小的带宽。
18.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述光学膜包含不大于15％体积百分比的应变硬化材料。
19.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述光学膜包含不大于10％体积百分比的应变硬化材料。
20.根据权利要求1所述的光学膜，所述光学膜具有小于0.15或大于0.85的f比率。
21.根据权利要求1所述的光学膜，所述光学膜具有小于0.10或大于0.90的f比率。
22.一种显示器，所述显示器包括显示面板、背光反射器以及根据权利要求1至21中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述显示面板和所述背光反射器之间，所述光学膜为反射偏振器。
23.根据权利要求22所述的显示器，其中所述显示面板包括多个滤色器，所述多个滤色器适于在不同的第一波长范围、第二波长范围和第三波长范围内透射光；所述第一波长范围、所述第二波长范围和所述第三波长范围限定第一重叠范围和第二重叠范围；所述光学膜的所述第一反射带、所述第二反射带和所述第三反射带不包括所述第一重叠范围和所述第二重叠范围内的波长。
24.根据权利要求22所述的显示器，所述显示器具有第一色域，所述第一色域高于另外的等效基准显示器的第二色域，所述等效基准显示器具有代替所述光学膜的宽带反射偏振器。
25.根据权利要求24所述的显示器，其中所述第一色域和所述第二色域之间的差为至少3％NTSC。
26.根据权利要求24所述的显示器，其中所述第一色域和所述第二色域之间的差为至少5％NTSC。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021504761A (ja) * 2017-12-01 2021-02-15 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 均一な左帯域端を有する薄い多層反射体
WO2019145860A1 (en) * 2018-01-26 2019-08-01 3M Innovative Properties Company Multilayer reflective polarizer with crystalline low index layers
US10367173B1 (en) * 2018-03-15 2019-07-30 Innolux Corporation Display device
US12019258B2 (en) 2018-09-06 2024-06-25 3M Innovative Properties Company Multilayer reflective polarizer with crystalline low index layers
CN112673308A (zh) * 2018-09-14 2021-04-16 3M创新有限公司 偏振器和包括偏振器的显示器
US12001040B2 (en) 2018-09-27 2024-06-04 Toyobo Co., Ltd Multilayer laminate film
WO2020066667A1 (ja) * 2018-09-27 2020-04-02 東洋紡フイルムソリューション株式会社 多層積層フィルム
JP7400725B2 (ja) * 2018-09-27 2023-12-19 東洋紡株式会社 多層積層フィルム
WO2020183260A1 (en) * 2019-03-08 2020-09-17 3M Innovative Properties Company Display optical film and backlight unit
CN114365030B (zh) * 2019-09-13 2024-08-16 3M创新有限公司 光学系统
JP7402975B2 (ja) * 2019-09-27 2023-12-21 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー 反射偏光子および光学システム
CN113156642B (zh) * 2021-04-14 2022-07-05 清华大学 一种透射式图像微分器件及其构成的图像边缘提取系统
WO2024091679A1 (en) * 2022-10-29 2024-05-02 Meta Platforms Technologies, Llc Light-emitting array with reflective polarizer for photon recycling
WO2024154019A1 (en) * 2023-01-20 2024-07-25 3M Innovative Properties Company Display system with reduced crosstalk contamination

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101493541A (zh) * 2008-01-23 2009-07-29 住友化学株式会社 光学膜及该光学膜的制造方法
CN101842422A (zh) * 2007-09-17 2010-09-22 Lg化学株式会社 光学膜及制备该光学膜的方法
WO2016061192A1 (en) * 2014-10-17 2016-04-21 3M Innovative Properties Company Multilayer optical film having overlapping harmonics

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3610729A (en) 1969-06-18 1971-10-05 Polaroid Corp Multilayered light polarizer
US4446305A (en) 1981-03-02 1984-05-01 Polaroid Corporation Optical device including birefringent polymer
US5486949A (en) 1989-06-20 1996-01-23 The Dow Chemical Company Birefringent interference polarizer
US5882774A (en) 1993-12-21 1999-03-16 Minnesota Mining And Manufacturing Company Optical film
US6531230B1 (en) * 1998-01-13 2003-03-11 3M Innovative Properties Company Color shifting film
US6157490A (en) 1998-01-13 2000-12-05 3M Innovative Properties Company Optical film with sharpened bandedge
US6808658B2 (en) 1998-01-13 2004-10-26 3M Innovative Properties Company Method for making texture multilayer optical films
US6207260B1 (en) * 1998-01-13 2001-03-27 3M Innovative Properties Company Multicomponent optical body
US6179948B1 (en) 1998-01-13 2001-01-30 3M Innovative Properties Company Optical film and process for manufacture thereof
US6049419A (en) * 1998-01-13 2000-04-11 3M Innovative Properties Co Multilayer infrared reflecting optical body
US7019905B2 (en) * 2003-12-30 2006-03-28 3M Innovative Properties Company Multilayer reflector with suppression of high order reflections
US20070097509A1 (en) * 2005-10-31 2007-05-03 Nevitt Timothy J Optical elements for high contrast applications
US9162406B2 (en) 2010-05-07 2015-10-20 3M Innovative Properties Company Feedblock for manufacturing multilayer polymeric films
JP6001545B2 (ja) 2010-10-20 2016-10-05 スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー ナノ空隙ポリマー層を組み込んだ広帯域半鏡面ミラーフィルム
US20120287117A1 (en) 2011-05-13 2012-11-15 3M Innovative Properties Company Four-color 3d lcd device
US9441809B2 (en) 2011-10-20 2016-09-13 3M Innovative Properties Company Illumination systems with sloped transmission spectrum front reflector
US9279921B2 (en) 2013-04-19 2016-03-08 3M Innovative Properties Company Multilayer stack with overlapping harmonics for wide visible-infrared coverage
US9885885B2 (en) * 2013-11-27 2018-02-06 3M Innovative Properties Company Blue edge filter optical lens

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101842422A (zh) * 2007-09-17 2010-09-22 Lg化学株式会社 光学膜及制备该光学膜的方法
CN101493541A (zh) * 2008-01-23 2009-07-29 住友化学株式会社 光学膜及该光学膜的制造方法
WO2016061192A1 (en) * 2014-10-17 2016-04-21 3M Innovative Properties Company Multilayer optical film having overlapping harmonics

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