CN114217373A - 光学膜和偏振分束器 - Google Patents

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约翰·D·李
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Abstract

本发明描述了光学膜和包括光学膜的偏振分束器。光学膜包括设置在多个堆叠的第二聚合物干涉层上的多个堆叠的第一聚合物干涉层，每个第一干涉层和第二干涉层主要通过针对相同预定波长范围内的至少一个波长的光学干涉来反射或透射光，最外面的第一干涉层是距离多个堆叠的第二干涉层最远的第一干涉层，最外面的第二干涉层是距离多个堆叠的第一干涉层最远的第二干涉层，最外面的第一干涉层和最外面的第二干涉层的光学厚度等于预定波长范围内的相应第一波长和第二波长的四分之一，第一波长和第二波长之间的差值小于约40nm。

Description

光学膜和偏振分束器
本申请是2020年4月20日(国际申请日：2018年10月18日)提交、发明名称为“光学膜和偏振分束器”、申请号为201880068295.2(国际申请号：PCT/IB2018/058100)的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及光学膜和偏振分束器。
背景技术
偏振分束器可以包括设置在相邻棱镜的斜边之间的反射偏振器。反射偏振器可为多层聚合物膜。
发明内容
在本说明书的一些方面，提供了包括多个聚合物干涉层的光学膜。每个聚合物干涉层主要通过针对在至少从450nm延伸至1000nm的预定波长范围内的至少一个波长的光学干涉来反射或透射光。干涉层的总数大于约100且小于约300。对于预定波长范围内并且基本上垂直入射在光学膜上的光而言，对于第一偏振态，多个聚合物干涉层的平均光学透射率大于约85％，对于正交的第二偏振态，平均光学反射率大于约95％，并且对于第二偏振态，平均光学透射率小于约5％。
在本说明书的一些方面，提供了一种光学膜，该光学膜包括设置在多个堆叠的第二聚合物干涉层上的多个堆叠的第一聚合物干涉层。每个第一干涉层和第二干涉层主要通过针对相同预定波长范围内的至少一个波长的光学干涉来反射或透射光。对于最外面的第一干涉层是距离多个堆叠的第二干涉层最远的第一干涉层，并且最外面的第二干涉层是距离多个堆叠的第一干涉层最远的第二干涉层，最外面的第一干涉层和最外面的第二干涉层的光学厚度等于预定波长范围内的相应第一波长和第二波长的四分之一。第一波长和第二波长之间的差值小于约40nm。
在本说明书的一些方面，提供了一种光学膜，该光学膜包括第一光学叠堆，该第一光学叠堆设置在第二光学叠堆上并且借助一个或多个间隔层与第二光学叠堆间隔开。每个光学叠堆包括多个聚合物干涉层，这些聚合物干涉层主要通过针对在至少从450nm延伸至600nm的相同预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光，使得对于预定波长范围内并且基本上垂直入射在光学膜上的光，每个光学叠堆中的多个聚合物干涉层透射至少80％的具有第一偏振态的光，反射至少90％的具有正交的第二偏振态的光，并且透射小于5％的具有第二偏振态的光。一个或多个间隔层中的每个间隔层都不主要通过光学干涉来反射或透射光。每个光学叠堆具有更靠近一个或多个间隔层的反射较长波长的干涉层，以及更远离一个或多个间隔层的反射较短波长的干涉层。第一光学叠堆和第二光学叠堆以及一个或多个间隔层彼此一体形成。
在本说明书的一些方面，提供了一种光学膜，该光学膜透射至少80％的在预定波长范围内具有第一偏振态的垂直入射光，并且反射至少95％的在预定波长范围内具有正交的第二偏振态的垂直入射光。光学膜包括多个聚合物层，其中每个聚合物层的平均厚度小于约200nm。该多个聚合物层包括第一聚合物层和第二聚合物层作为多个聚合物层中彼此最远离的两个聚合物层，该第一聚合物层和该第二聚合物层具有相应的第一厚度和第二厚度，该第一厚度和该第二厚度之间的差值小于约10nm。
在本说明书的一些方面，提供了一种光学膜，该光学膜具有相对的第一主表面和第二主表面，并且包括设置在该第一主表面和该第二主表面间的相邻的不重叠的第一光学叠堆和第二光学叠堆。第一光学叠堆设置成更靠近第一主表面并且更远离第二主表面，并且第二光学叠堆设置成更靠近第二主表面并且更远离第一主表面。对于每个光学叠堆和最靠近光学叠堆的主表面：光学叠堆包括数量在50和300之间的多个第一干涉层；每个第一干涉层主要通过光学干涉来反射或透射光；更靠近主表面的每个第一干涉层比更远离主表面的每个第一干涉层更薄，每个第一干涉层具有正交的平面内折射率nx和ny与在第一干涉层的厚度方向上的折射率nz，ny和nz之间的差值小于0.008，并且nx和ny之间的差值大于0.2。第一光学叠堆与第二光学叠堆一体形成。
在本说明书的一些方面，提供了一种偏振分束器(PBS)，包括具有第一斜边的第一棱镜；具有面对第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及设置在第一斜边和第二斜边之间并粘附到第一斜边和第二斜边的光学膜。光学膜包括设置在光学膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的多个交替的较高折射率层和较低折射率层。光学膜在从400nm延伸至700nm的预定波长范围内基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。对于准直光，该准直光具有第二偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在PBS内的光学膜上，当光首先入射在光学膜的第一主表面上时，光学膜具有总透射率T1，并且当光首先入射在光学膜的第二主表面上时，光学膜具有总透射率T2，其中作为预定波长范围内入射光的波长的函数，T1和T2之间的最大差值小于0.02％。
在本说明书的一些方面，提供了一种偏振分束器(PBS)，包括具有第一斜边的第一棱镜；具有面对第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及设置在第一斜边和第二斜边之间并粘附到第一斜边和第二斜边的光学膜。光学膜包括设置在光学膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的多个交替的较高折射率层和较低折射率层。光学膜在从400nm延伸至700nm的预定波长范围内基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。当PBS被结合在包括点光源、用于准直由点光源发射的光的准直光学透镜和具有在4.5至5.5范围内的光圈数的成像光学透镜的成像系统中时，其中PBS中的光学膜从成像光学透镜接收光并将接收到的光反射向图像表面，该成像系统的点扩散函数的20％最大值全宽度小于33微米。
在本说明书的一些方面，提供了一种偏振分束器(PBS)，包括具有第一斜边的第一棱镜；具有面对第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及设置在第一斜边和第二斜边之间并粘附到第一斜边和第二斜边的光学膜。光学膜包括设置在光学膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的多个交替的较高折射率层和较低折射率层。光学膜在从400nm延伸至700nm的预定波长范围内基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。当PBS被结合在包括点光源、用于准直由点光源发射的光的准直光学透镜和具有在4.5至5.5范围内的光圈数的成像光学透镜的成像系统中时，其中PBS中的光学膜从成像光学透镜接收光并将接收到的光反射向图像表面，该成像系统的点扩散函数的15％最大值全宽度小于60微米。
在本说明书的一些方面，提供了一种偏振分束器(PBS)，包括具有第一斜边的第一棱镜；具有面对第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及设置在第一斜边和第二斜边之间并粘附到第一斜边和第二斜边的光学膜。光学膜包括第一光学叠堆，该第一光学叠堆设置在第二光学叠堆上并且通过光吸收线性偏振器与第二光学叠堆间隔开。第一光学叠堆更靠近第一斜边并且更远离第二斜边，并且第二光学叠堆更靠近第二斜边并且更远离第一斜边。对于每个光学叠堆和最靠近光学叠堆的斜边：光学叠堆包括多个聚合物干涉层，该干涉层的数量在50和300之间，并且主要通过在至少从400nm延伸至600nm的相同预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光，更靠近斜边的干涉层被配置为主要反射预定波长范围内的较短波长，并且更远离斜边的干涉层被配置为主要反射预定波长范围内的较长波长。当PBS被结合在成像系统中时，进入PBS的图像光在依次被第一光学叠堆反射、被光学膜透射以及被第二光学叠堆反射之后离开PBS，光吸收线性偏振器吸收由第一光学叠堆和第二光学叠堆中的至少一者散射的至少50％的图像光，同时吸收少于2％的图像光。
在本说明书的一些方面，提供了一种偏振分束器(PBS)。包括具有第一斜边的第一棱镜；具有面对第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及设置在第一斜边和第二斜边之间并粘附到第一斜边和第二斜边的光学膜。光学膜包括设置在光学膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的多个交替的较高折射率层和较低折射率层。光学膜在至少从430nm延伸至630nm的预定波长范围内基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。对于准直光，该准直光具有第一偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与光学膜形成约30到60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在PBS内的光学膜上，当光首先入射在光学膜的第一主表面上时，光学膜具有总透射率T3，并且当光首先入射在光学膜的第二主表面上时，光学膜具有总透射率T4。T3和T4中的每个的预定波长范围内的平均值为至少92％。
附图说明
图1A是多层光学膜的示意性透视图；
图1B是图1A的多层光学膜的一部分的示意性透视图；
图2是包括第一光学叠堆和第二光学叠堆的光学膜的示意性侧视图；
图3是光学膜的层厚度分布的示意图；
图4至图5是偏振分束器的示意性侧视图；
图6至图8是光学系统的示意性剖视图；
图9是成像系统的点扩散函数的示意图；
图10是s偏振光的偏振分束器中的光学膜的透射率与波长的函数关系的示意曲线图；
图11是p偏振光的偏振分束器中的光学膜的透射率与波长的函数关系的示意曲线图；
图12是反射偏振膜中的顺序光学重复单元(ORU)的厚度与膜中的ORU数的函数关系的曲线图；
图13是s偏振光的偏振分束器中的光学膜的透射率与波长的函数关系的曲线图；
图14是p偏振光的偏振分束器中的光学膜的透射率与波长的函数关系的曲线图；
图15至图18是s偏振光的偏振分束器中的光学膜的透射率与波长的函数关系的曲线图；
图19是p偏振光的偏振分束器中的光学膜的透射率与波长的函数关系的曲线图；
图20是利用包括反射偏振膜的偏振分束器的成像系统的点扩散函数的曲线图；并且
图21至图22是反射偏振膜的透射系数的曲线图。
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以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，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其他实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。
根据本说明书的一些实施方案，提供了具有比常规膜改善的光学性质的光学膜。在一些实施方案中，光学膜是适用于偏振分束器的反射偏振膜，该偏振分束器适用于包括头戴式虚拟现实或增强现实显示器的各种光学系统。在一些实施方案中，光学膜包括交替的聚合物干涉层的封包，其在预定的波长范围(例如，400nm至600nm，或450nm至600nm或430nm至680nm，或430至630nm，或450nm至1000nm)内利用有限总数的干涉层(例如，小于约300)具有高反射率(例如，大于约95％、96％或97％)。在一些实施方案中，利用有限总数的干涉层(例如，小于约300)实现了在宽带上(例如，在至少400nm或450nm至至少1000nm或1050nm上)的高反射率。在一些情况下，当将膜用于偏振分束器中时，为了改善性能，需要更高的长波长带边缘(例如，至少1000nm或至少1050nm)。在一些实施方案中，光学膜包括交替的聚合物干涉层的两个(或更多个)封包，其中第一封包的较厚干涉层更靠近第二封包的较厚干涉层，而第一封包的较薄干涉层更远离第二封包的较薄干涉层。已经发现，此类光学膜可以同时提供高质量的图像反射和非常低的透射泄漏(例如，在小于0.05％的阻挡状态下的透射)。在一些实施方案中，在两个封包之间包括二向色偏振器(光吸收线性偏振器)。已经发现，这可以减少来自两个封包之间的多次反射的图像污染和/或可以减轻光学膜内的去偏振散射的影响。在一些实施方案中，与利用常规光学膜的以其他方式等效的成像系统相比，当本说明书的光学膜在成像系统的偏振分束器中使用时，提供了改进的点扩散函数(例如，较窄的20％最大值全宽度)。
本文所述的光学膜可以表征为具有多个光学层(例如，聚合物干涉层)的多层光学膜，该多个光学层被配置为选择性地透射和反射预定波长范围内的光。在一些此类实施方案中，光学膜用作反射偏振器，该反射偏振器选择性地透射和反射不同偏振态的光。例如，图1A是多层光学膜100的示例的示意性透视图，该多层光学膜100包括沿中心轴定位以形成具有总共(N)个聚合物干涉层102的光学膜100的多个聚合物干涉层102。图1B是光学膜100的区段的示意性透视图，示出了交替的干涉层102a和102b。图1A至图1B包括限定x、y和z方向的坐标系。
在使用期间，由入射光110描绘的入射在光学膜100的主表面(例如，膜表面104)上的光可以进入光学膜100的第一层并且传播通过多个聚合物干涉层102，经历通过取决于入射光110的偏振态的光学干涉来选择反射或透射。入射光110可以包括彼此相互正交的第一偏振态(a)和第二偏振态(b)。第一偏振态(a)可以被认为是“通过”状态，而第二偏振态(b)可以被认为是“反射”或“阻挡”状态。当入射光110传播通过多个聚合物干涉层102时，处于第二偏振态(b)的光的一部分将被相邻的干涉层反射，从而导致第二偏振态(b)被光学膜100反射，而处于第一偏振态(a)的光的一部分全部通过光学膜100。
在一些实施方案中，光学膜100可以按照入射光110的第一偏振态(a)和第二偏振态(b)的其反射率和透射率来表征。例如，透射通过光学膜100的预定波长的入射光110的量可以表示为第一偏振态(a)的光透射率的百分比(Ta)和第二偏振态(b)的光透射率的百分比(Tb)。光学膜100反射的预定波长范围的入射光110的量可以表示为第一偏振态(a)的光反射率的百分比(Ra)和第二偏振态(b)的光反射率的百分比(Rb)。对于给定的光学膜，对于预定波长范围内的光，透射率、反射率和例如由于吸收引起的损耗之和将总计为100％。在一些实施方案中，光学膜100对于预定波长范围内的光具有相对低的吸收率。在一些实施方案中，光学膜100对入射光110的相对低的吸收率可以引起光学膜100内生成的热量更少并且导致整体上更有效的反射膜。在其他实施方案中，光学膜100可以包括二向色吸收层，如本文中其他地方进一步描述的。
预定波长范围可以是任何合适的波长范围，包括例如可见光(例如，约400nm-700nm)、可见光的范围(例如，约400nm或约420nm或约430nm，或约450nm至约600nm，或约630nm，或约635nm，或约650nm，或约680nm，或约700nm)、近红外光(例如，约800nm-1300nm)、基于光源诸如液晶显示器背光的输出的范围(例如，425nm-675nm)，以及基于在偏离法向入射时提供所期望带宽的范围(例如，400nm或450nm至1000nm或至1050nm)。在一些实施方案中，光学膜100可以被配置为在多于一个的预定波长范围内透射和反射具有不同偏振态的光，例如可见光和近红外光。例如，预定波长范围可以包括从约430nm至约465nm的第一范围、从约490nm至约555nm的第二范围以及从约600nm至约665nm的第三范围。在一些实施方案中，光学膜100可以包括多个叠堆/封包，如本文中其他地方进一步描述的，每个叠堆/封包都包括多个聚合物干涉层，其中每个叠堆/封包可以被指向到不同的预定波长范围或可以被指向到相同的预定波长范围。在优选实施方案中，每个叠堆/封包被配置为反射基本上相同的预定波长范围。
在一些实施方案中，聚合物干涉层可以表征为一系列的两层单元体或光学重复单元。每个单元体的厚度可以被配置为反射预定波长范围内的目标波长。在一些示例中，单元体的反射率的中心波长对应于两层单元体的光学厚度的两倍。因此，为了反射预定波长范围(例如420nm至635nm)，叠堆/封包内的单元体将具有不同的厚度以覆盖从左带边缘到右带边缘的波长。层的光学厚度是指该层的折射率乘以该层的物理厚度。在光学膜被配置为反射沿阻挡轴偏振的光并且透射沿正交通过轴偏振的光的情况下，用于确定光学厚度的折射率是沿阻挡轴的折射率。光学重复单元中的两层可以具有相等或近似相等的光学厚度。在一些情况下，用“f比率”来表征光学重复单元是有用的，“f比率”是成对的层中较高折射率层的光学厚度除以层对的总光学厚度。在一些实施方案中，f比率为约0.5。f比率为0.5可能是优选的，因为这会使干涉层的光学叠堆或封包的1阶(主)反射带的反射功率最大化。
在一些实施方案中，光学膜100包括小于约1200(N)个聚合物干涉层102，其中每个聚合物干涉层102主要通过光学干涉来反射或透射入射光110。在一些实施方案中，光学膜100包括小于约1000，或小于约800，或小于约600，或小于约300个聚合物干涉层102。尽管光学膜100中可以包括1200个或更多的干涉层102，但是在一些情况下，可能希望使用较少的总层数来实现所需的光学性能，以便减小膜的总厚度，因为减小了膜的总厚度。在许多应用中，显示器组件(例如，LCD显示器)是优选的。附加地或另选地，更少总数的干涉层102可以降低制造过程的复杂性，以及降低在最终光学膜中引入可变性(例如，阻挡或通过状态下的光谱可变性)或生产误差(例如，由于层之间的去偏振而导致的增加的阻挡态，降低通过态透射)的可能性。在一些实施方案中，聚合物干涉层102的总数N大于约50，或大于约100，或大于约150，或大于约200。
在一些实施方案中，光学膜100或光学膜100中包括的光学叠堆对于预定波长范围内的基本上垂直入射的光110，对于第一偏振态(a)具有大于约85％的平均光学透射率(Ta)，对于正交的第二偏振态(b)具有大于95％的平均光学反射率(Rb)，并且对于第二偏振态(b)具有小于约5％的平均光学透射率(Tb)。在一些实施方案中，Ta大于约80％，或大于约85％，或大于约87％或大于约89％。在一些实施方案中，Rb大于约90％，或大于约95％，或大于约96％，或大于约97％，或大于约98％。在一些实施方案中，Tb小于约5％，或小于约4％，或小于约3％，或小于约2％，或小于约1％，或小于约0.5％，或小于约0.3％，或小于约0.2％，或小于约0.1％，或小于约0.05％，或小于约0.04％，或小于约0.03％，或小于约0.02％，或小于约0.01％。在一些实施方案中，使用光学膜100中或光学膜100中包括的光学叠堆中的大于约50，或大于约100且小于约1200，或小于约600或小于约300个的总干涉层102，来获得所期望的Ta、Tb和Rb。通过为干涉层选择材料并控制膜的拉伸比，可以实现相对较小层数情况下的高Rb(例如，大于约95％)和低Tb(例如，小于约5％)，使得具有第二偏振态的光的相邻干涉层之间的折射率差值较小(例如，小于0.008)，并且具有第一偏振态的光的相邻干涉层之间的折射率差值较大(例如，大于约0.2)。如果未指定波长，则可以将折射率或折射率视为在550nm的波长下的折射率。
光学膜的透射率一般是指透射光强度除以入射光强度(对于给定波长、入射方向等的光而言)，但可用术语“外部透射率”或“内部透射率”来表示。光学膜的外部透射率为光学膜当浸没在空气中时的透射率，并且无需对元件前方的空气/元件界面处的菲涅尔反射、或者元件后方的元件/空气界面处的菲涅耳反射进行任何修正。光学膜的内部透射率为当该光学膜的前表面和后表面处的菲涅耳反射已被去除时的膜的透射率。去除前表面和后表面处的菲涅耳反射可通过计算完成(例如，从外部透射光谱减去适当函数)，或通过实验完成。对于许多类型的聚合物和玻璃材料，在两个外表面中的每个外表面处，菲涅耳反射为约4％至6％(对于垂直入射角或近垂直入射角)，这导致外部透射率相对于内部透射率下移约10％。如果本文提及透射率没有指明是内部透射率或外部透射率，那么，除非上下文另外指明，否则可假设此透射率是指外部透射率。
例如，当在偏振分束器(PBS)中的两个棱镜之间使用光学膜时，光学膜的反射率和透射率可以分别用在PBS中使用的光学膜的总反射率和总透射率来表示。总透射率是给定波长下的透射功率除以棱镜内入射给定波长的光的入射功率。类似地，总反射率是给定波长的反射功率除以棱镜内入射给定波长的光的入射功率。
在一些实施方案中，光学膜100的干涉层102包括两种表现出不同折射率特性的不同聚合物材料的交替层(例如，图1B中描绘的A和B)。如图1B所示，光学膜100包括不同光学材料的交替层(例如ABABA...)，该光学材料被称为材料“(A)”和材料“(B)”。如本文中其他地方进一步描述的，可以通过挤出/层压工艺形成两种不同材料的各个层，其中将这些层一起挤出以形成多个光学层102(ABABA...)粘合在一起。
在一些实施方案中，在挤出过程期间，光学层102可以被拉伸以赋予膜各种干涉特性。例如，A和B光学材料的层可以沿一个轴(例如，X轴)被拉伸(例如，以5:1比例或6:1比例)，而没有沿正交轴(例如，Y轴)被明显地拉伸。对于A层或B层，沿X、Y和Z轴的折射率分别表示为nx、ny、nz。分别对于A层和B层，沿X、Y和Z轴，折射率也可以分别表示为n1x、n1y、n1z和n2x、n2y、n2z。
作为拉伸过程的结果，可以选择用于形成A和B层的光学材料的选择以赋予膜特定的光学特性。例如，形成光学层102b的(B)材料可以具有标称折射率(例如，n2在1.5和1.6之间)，该标称折射率基本上没有被拉伸过程改变。这样，在拉伸过程之后，“B”层102b在x和y方向(n2x和n2y)上的折射率在两个方向上可以基本相同，并且可以与厚度方向(n2z)上的折射率基本相同。相比之下，形成光学层102a的(A)材料可以具有通过拉伸过程而改变的折射率。例如，(A)材料的单轴拉伸层102a可以在X轴或拉伸方向120上具有较高的折射率(例如1.8≤n1x≤1.9)，并且具有与Y轴或非拉伸方向122相关联的不同折射率(例如1.5≤n1y≤1.6)，其可以基本等于在厚度方向上的折射率(例如1.5≤n1z≤1.6)。在一些实施方案中，n1y与n1z之间的差值的绝对值小于0.008，并且n1x与n1y之间的差值的绝对值大于约0.2。由于在拉伸方向上折射率的增加，包括材料(A)的层102a可以被认为是高折射率(HIR)层102a，而包括材料(B)的干涉层102b可以被认为是低折射率(LIR)层102b。在一些实施方案中，n2y与n2z之间的差值的绝对值小于0.005。在一些实施方案中，n2x、n2y和n2z中的每个在1.5与1.6之间。在一些实施方案中，可以通过明智的材料选择和加工条件来控制交替AB层的折射率。在一些实施方案中，层102的光学特性使光学膜100充当反射偏振器，其将在相对于非拉伸轴122取向的预定波长范围内基本上透射入射光110的第一偏振态(a)分量，而拉伸轴120将对应于反射轴，对于该反射轴，在预定波长范围内的第二偏振态(b)下的入射光110的分量将通过光学干涉而被基本上反射。
在一些实施方案中，光学膜100可以通过沿拉伸轴120的交替的HIR层102a和LIR层102b之间的折射率之间的差值来表征(即，Δnx＝n1x-n2x)。在一些此类实施方案中，交替的HIR层102a和LIR层102b之间沿非拉伸轴方向122的折射率可以基本相同，使得在非拉伸轴方向122上的折射率之间的差值(即，Δny＝n1y-n2y)约为0.0(例如，|Δny|小于约0.02，或小于约0.01，或小于约0.005)。在一些示例中，增加HIR层102a和LIR层102b之间的Δnx(例如，经由选择材料和/或控制膜的单轴取向)可以允许对于给定波长范围的偏振光充分透射/反射，与具有相同光功率的Δnx较低的光学膜相比，聚合物干涉层的总数更少。例如，实施例1的反射偏振膜的每个封包包含276个聚合物干涉层(138个光学重复单元)，并且对于通过态下的空气中的垂直入射光，每个封包的平均光学透射率均大于85％，并且对于阻态下的空气中的垂直入射光，平均光学反射率大于约95％并且平均光学透射率小于5％，其中该平均在约400nm或约450nm至约1000nm或约1050nm的波长范围上。(图21中所示的数据是针对两封包偏振器的，但是由于大部分反射是由面对入射光的封包引起的，因此对于仅具有这两个封包中的一个的反射偏振器而言，具有类似的结果)。因此，以与一些常规反射偏振膜类似的层数但在明显更大的带宽上获得了合适的反射率和透射率。
优选地，聚合物干涉层102中的每个的拉伸轴方向将基本对准(例如，对准或近乎对准)，使得每个相应层102的X轴表示用于获得每层的X-Y平面内最大折射率的方向。然而，由于干涉层102的机器公差和数量，聚合物干涉层中的每个的拉伸轴120(例如，表示获得该层的最大折射率或折射的方向)可以对准在约±2°的方差内。
在一些实施方案中，光学膜100或光学膜100中包括的光学叠堆可包括总共大于100(N)或小于600(N)或小于300(N)个的第一层102a和第二层102b，其主要通过光学干涉来反射或透射光。例如，光学膜100可包括小于300且大于100个的第一层102a以及小于300且大于100个的第二层102b。作为另一示例，光学膜100可以包括在50与300个之间的第一层102a，并且还可以包括在50与300个之间的第二层102b。在一些实施方案中，对于每对相邻的第一层102a和第二层102b，层可以限定拉伸轴，该拉伸轴表示相应层获得的最大折射率的方向(例如，对应于两层的折射率n1x和n2x的X轴/方向120)。主轴的第一层102a和第二层102b之间的折射率差值(例如，Δnx＝n1x-n2x)可以大于约0.2或大于约0.24。在一些此类实施方案中，第一光学层102a和第二光学层102b中的每个的相应拉伸轴方向可以基本对准，使得干涉层102限定了相应拉伸轴方向的最大角度范围小于约2度。
可以使用任何合适的技术来形成包括多个聚合物干涉层102的光学膜100。在美国专利5,882,774(Jonza等人)中描述了用于形成多层光学膜的通用技术。“Optical Film”(光学膜)、美国专利6,179,948(Merrill等人)、“Optical Film and Process forManufacture 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 for ManufacturingMultilayer Polymeric Films”(用于制造多层聚合物薄膜的进料区块)。例如，分别包括光学材料A和B的层102a和102b可以使用共挤出、浇铸和取向工艺来制造，以形成数十到数百个聚合物干涉层102的叠堆/封包，然后拉伸或以其他方式取向该挤出层以形成干涉层102的叠堆/封包。取决于光学膜100的期望特性，每个叠堆/封包可以包括约200和1000个之间的总干涉层。如本文中所使用的，“叠堆/封包”用于指代一组连续干涉层102a、102b，其不存在在叠堆/封包内形成的任何间隔物或非干涉层(例如，顺序地布置)。在一些实施方案中，可将间隔物、非干涉层或其他层添加到给定叠堆/封包的外部，从而形成膜的外层而不破坏叠堆/封包内的干涉层102的交替图案。
在一些实施方案中，可通过共挤出来制造光学膜100。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，该梯度板包括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所述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。
在冷却后，可将多层幅材再加热并拉延或拉伸以制备接近完成的多层光学膜。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分布；其使层取向，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。另选地，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、和其他处理操作应用至膜。
优选的是，选择各种层的聚合物，使之具有类似的流变性(例如熔融粘度)，使得它们可共挤出而无显著的流体扰动。可选择挤出条件以便以连续稳定的方式将相应聚合物充分地给料、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。
适用于光学膜100的示例(A)材料可以包括例如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、含PEN和聚酯的共聚物(例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或二苯甲酸)、乙二醇改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯。适用于光学膜100的示例(B)材料可包括例如基于PEN的共聚酯、基于PET的共聚酯、聚碳酸酯(PC)或这三类材料的混合物。为了通过适当数量的层来获得高的反射率，相邻微层针对沿x轴偏振的光的折射率差值(Δnx)可为例如至少0.2。
尽管在一些实施方案中光学膜100可以被描述为具有大于(约100)个且小于约600个或小于约300个的总(N)干涉层102，但是应当理解，总层数(N)可以是配置成获得所述光学性质的任何合适的量。在一些实施方案中，在获得的光学性质和所得膜的总层数(N)/厚度之间可能存在折衷。例如，尽管在一些实施方案中，膜的对比度(Ta/Tb)通常可以通过增加光学膜100中包括的干涉层102的总数而增加，而没有先前讨论的任何制造复杂性，但是膜的厚度也将随着层数的增加而增加。在一些实施方案中，诸如在现代的薄型光学显示装置中，膜的总厚度可能是限制因素，因为此类光学显示单元中的空间可用性受到限制。在一些实施方案中，光学膜100可以提供一种或多种光学性质(例如，对比度)的显著增加，同时与其他膜构造(例如，在一些常规显示单元中使用的组合的吸收偏振器和反射偏振器)相比具有显著减小的膜厚度(例如，一半)。另外，由于穿过膜传播的通过态光的消偏振，膜的厚度过大可能会带来降低总体对比度的风险。
在一些实施方案中，光学膜100可具有约100至约1200个之间的总干涉层102，其中光学膜100的总厚度小于约100μm，包括任何可选的非干涉或保护层。在一些实施方案中，光学膜100在光学膜100的所有层上的总厚度小于约100μm(例如，小于80μm或在50μm至80μm的范围内)。
在一些实施方案中，各个聚合物干涉层102的厚度可以相对薄，使得少于30％的干涉层102具有大于约200nm的厚度(例如，少于5％的干涉层102具有大于200nm的厚度，或所有干涉层102具有小于约200nm的厚度)，但可能会随光学膜100内的位置而变化。在一些示例中，光学膜100可以根据膜的厚度分布来表征。例如，各个聚合物干涉层102的厚度可以变化，使得各个聚合物干涉层102的厚度通常从最外面的干涉层移动到接近光学膜100中心的干涉层增加(例如，除了局部波动之外，厚度增加)。
在一些实施方案中，光学膜包括干涉层的多于一个的叠堆或封包。图2是光学膜200的示意性侧视图，其包括设置在光学膜200的相对的第一主表面204和第二主表面214之间的第一光学叠堆202-1和第二光学叠堆202-2。第一光学叠堆202-1和第二光学叠堆202-2中的每个包括多个聚合物干涉层，并且可以如针对多个聚合物干涉层102所描述的。光学膜200中包括的干涉层的数量可以显著大于图2中示意性示出的数量，并且可以在本文其他地方描述的范围中的任一个内。第一光学叠堆202-1和第二光学叠堆202-2是不重叠的，因为它们不共享任何层，并且一个光学叠堆的各层都不与其他光学叠堆的各层散布。第一保护边界层(PBL)205a和第二保护边界层205b被包括在第一光学叠堆202-1的相对侧，并且第一保护边界层207a和第二保护边界层207b被包括在第二光学叠堆202-2的相对侧。在所示的实施方案中，PBL 205a和207a是光学膜200的最外层。在PBL 205b和207b之间包括中间层209。中间层209与PBL 205b和207b一起可以被描述为在第一光学叠堆202-1和第二光学叠堆202-2之间的间隔层。另选地，第一光学叠堆202-1和第二光学叠堆202-2可以被描述为包括它们各自的PBL，并且中间层209可以被描述为间隔层。在一些实施方案中，PBL 205a、205b、207a和207b中的每个在光学上是厚的(即，厚度基本上大于预定波长范围内的波长)。在一些实施方案中，光学厚层的厚度大于约1微米，或者大于预定波长范围内的最大波长的2倍，或者大于预定波长范围内的最大波长的3倍。在一些实施方案中，中间层209在光学上是厚的。
在一些实施方案中，中间层209是光吸收线性偏振器。在一些实施方案中，光吸收线性偏振器具有与第一光学叠堆202-1和第二光学叠堆202-2的每个阻挡轴(第二偏振态)基本对准(例如，在5度内或在2度内)的阻挡轴。在一些实施方案中，中间层209是二向色偏振器，其透射至少80％的具有第一偏振态的光并且吸收至少50％的具有第二偏振态的光。在一些实施方案中，通过以下步骤制造光学膜200：形成包括光学膜200的每个层的熔融流，该熔融流在中间层209中是二色性染料，然后将熔融流浇铸到冷却辊上，并然后使浇铸膜基本上单轴取向。因此，第一光学叠堆202-1和第二光学叠堆202-2的高折射率层以及中间层中的二色性染料可以沿基本相同的方向取向。
在一些实施方案中，光学膜200被一体形成。如本文中所使用的，第一元件与第二元件“一体形成”是指第一元件和第二元件被制造在一起而不是分开地制造并随后接合。一体形成包括制造第一元件，然后在第一元件上制造第二元件。如果将各层一起制造(例如，通过从共同的熔融流浇铸并然后对浇铸层进行取向)，而不是分开地制造并随后接合，则一体形成包括多层的光学膜。例如，可以通过以下方法制成具有多于一个的封包的一体形成的光学膜：在单独的封包生成器中形成熔融流，并将封包合并为共同熔融流，并然后浇铸共同熔融流以形成浇铸膜，并然后对浇铸膜进行取向(例如，通过基本上单轴拉伸)。
在一些实施方案中，第一光学叠堆202-1和第二光学叠堆202-2中的每个包括多个聚合物干涉层(例如，聚合物干涉层)，该多个聚合物干涉层主要通过在至少从450nm延伸至600nm(例如400nm延伸至700nm)，或至少从400nm延伸至600nm，或至少从450nm延伸至650nm，或至少从400nm延伸至700nm的相同预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光。
在一些实施方案中，光学膜200透射在预定波长范围内具有第一偏振态的至少80％的垂直入射光，并且反射在预定波长范围内具有正交的第二偏振态的至少95％的垂直入射光。光学膜200可以包括多个聚合物层(第一光学叠堆202-1和第二光学叠堆202-2的干涉层)，其中每个聚合物层的平均厚度小于约200nm。多个聚合物层可包括第一聚合物层203a和第二聚合物层203b，作为多个聚合物层中彼此最远离的两个聚合物层。第一层203a和第二层203b具有相应的第一厚度和第二厚度(例如，图3所描绘的厚度t1和tN)。在一些实施方案中，第一厚度与第二厚度之间的差值的绝对值小于约20nm，或小于约10nm，或小于约8nm，或小于约7nm。
在一些实施方案中，光学膜200包括设置在多个堆叠的第二干涉层(第二光学叠堆202-2的干涉层)上的多个堆叠的第一聚合物干涉层(第一光学叠堆202-1的干涉层)，每个第一干涉层和第二干涉层主要通过在相同预定波长范围内的至少一个波长的光学干涉来反射或透射光。在一些实施方案中，最外面的第一干涉层(第一层203a)是距多个堆叠的第二干涉层最远的第一干涉层，最外面的第二干涉层(第二层203b)是距多个堆叠的第一干涉层最远的第二干涉层。在一些实施方案中，最外面的第一干涉层和最外面的第二干涉层的光学厚度等于预定波长范围内的相应第一波长和第二波长的四分之一。在一些实施方案中，第一波长和第二波长之间的差值小于约80nm，或小于约60nm，或小于约40nm，或小于约30nm，或小于约20nm，或小于约10nm。在一些实施方案中，第一波长和第二波长中的每个在从约420nm至约480nm的范围内。
在一些实施方案中，最里面的第一干涉层206a是最靠近多个堆叠的第二干涉层的第一干涉层，最里面的第二干涉层206b是最靠近多个堆叠的第一干涉层的第二干涉层，并且最里面的第一干涉层206a和第二干涉层206b的光学厚度等于预定波长范围内的相应第三波长和第四波长的四分之一。在一些实施方案中，第三波长和第四波长之间的差值小于约120nm，或小于约100nm，或小于约80nm，或小于约60nm，或小于约40nm，或小于约30nm，或小于约20nm，或小于约10nm。在一些实施方案中，第三波长和第四波长中的每个在从约600nm至约635nm的范围内。
示出了从第二光学叠堆202-2反射的光线213。其他光线可以穿过第二光学叠堆202-2并被第一叠堆202-1反射。被第一叠堆202-1反射的光中的一些可以被中间层209吸收，并且该光中的一些可以被第二光学叠堆202-2反射或透射通过第二光学叠堆202-2。在一些情况下，光将被第一光学叠堆和第二光学叠堆中的至少一者散射。散射光通常在镜面反射方向以外的方向上传播，并且例如可以由光学膜中的杂质或缺陷引起。较高入射角的光线215穿过第二光学叠堆202-2并从第一光学叠堆202-1散射并被中间层209吸收。更一般地，一些光，特别是高入射角的光，可以被第一光学叠堆202-1和第二光学叠堆202-2中的至少一者散射，并且中间层209可以吸收散射光中的至少一部分。
在本说明书的光学膜中可以使用各种层厚度分布。在一些实施方案中，光学膜包括两个光学叠堆/封包，其中每个叠堆/封包具有基本重叠的厚度分布，使得两个光学叠堆/封包反射相同的预定波长范围。已经发现，布置光学封包使得较薄干涉层更靠近光学膜的最外表面并且较厚干涉层更远离任一最外表面，这改善了各种应用中(例如，在利用偏振分束器的显示应用中)的光学性质，并因此通常是优选的，尽管其他配置也是可能的。当例如用于光学系统的偏振分束器中时，与常规反射偏振膜相比，光学膜在较宽的入射角范围内可以提供s偏振光的更高反射率、p偏振光的更高透射率以及s偏振光的更低透射率中的一种或多种。
图3是包括两个光学叠堆或封包的光学膜诸如光学膜200的层厚度分布的示意图。第一光学叠堆302-1包括多个聚合物干涉层，该多个聚合物干涉层的厚度范围从光学膜的最外面的干涉层处的t1到第一光学叠堆302-1的最外面的干涉层处的tm，第一光学叠堆302-1的最外面的干涉层是最靠近第二光学叠堆302-2的光学膜的内部干涉层。第二光学叠堆302-2在第二光学叠堆302-2的最外面的干涉层处包括多个聚合物干涉层，该多个聚合物干涉层的厚度范围从在第二光学叠堆302-2的最外面的干涉层(其为最靠近第一光学叠堆302-1的光学膜的内部干涉层)处的tm+1到在光学膜的最外面的干涉层处的tN。在一些实施方案中，|t1–tN|小于约20nm，或小于约15nm，或小于约12nm，或小于约10nm，或小于约8nm，或小于约7nm，或小于约6nm。在一些实施方案中，|tm–tm+1|小于约40nm，或小于约30nm，或小于约20nm，或小于约15nm，或小于约12nm，或小于约10nm。
在一些实施方案中，光学膜包括多个聚合物层，每个聚合物层的平均厚度小于约200nm，该多个聚合物层包括第一聚合物层和第二聚合物层，作为该多个聚合物层中最远离彼此的两个聚合物层(例如，层203a和203b)，其中第一聚合物层和第二聚合物层具有相应的第一厚度t1和第二厚度tN，并且第一厚度和第二厚度之间的差值(厚度之间的差值在本文中定义为非负)小于约20nm或在针对|t1–tN|描述的范围中的任一个内。在一些实施方案中，光学膜包括由一个或多个间隔层间隔开的第一光学叠堆和第二光学叠堆，其中第一光学叠堆包括多个聚合物层中的第一多个层，第二光学叠堆包括多个聚合物层中的第二多个层，第一光学叠堆包括第一聚合物层，并且第二光学叠堆包括第二聚合物层。在一些实施方案中，光学膜包括在第一多个层中的第三聚合物层(例如，第一光学叠堆202-1中的层206a)和在第二多个层中的第四聚合物层(例如，第二光学叠堆202-2中的层206b)作为彼此最靠近的相应的第一多个层和第二多个层中的两个聚合物层，其中第三层和第四层具有相应的第三厚度和第四厚度，并且第三厚度和第四厚度之间的差值为小于约40nm或在针对|tm–tm+1|描述的范围中的任一个内。
本说明书的光学膜可以用于多种应用中。例如，可以使用光学膜代替在显示应用中通常使用的反射偏振器。在一些实施方案中，本说明书的光学膜被并入偏振分束器(PBS)中。
图4是包括第一棱镜430和第二棱镜440的偏振分束器(PBS)450的示意性侧视图。第一棱镜430包括第一斜边432，并且第二棱镜440包括第二斜边442。光学膜400设置在第一斜边432和第二斜边442之间并粘附到第一斜边432和第二斜边442。光学膜400可以通过相应的光学透明的粘合剂层(图4中未示出)粘附到第一斜边432和第二斜边442。光学膜400可以是本文描述的光学膜中的任一种。例如，光学膜400可以对应于光学膜100或200，并且可以包括设置在光学膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的多个交替的较高折射率层和较低折射率层。在一些实施方案中，光学膜400对应于光学膜200，其中第一光学叠堆202-1更靠近第一斜边432并且更远离第二斜边442，并且第二光学叠堆202-2更靠近第二斜边442并且更远离第一斜边432。在这种情况下，层203a是最靠近第一斜边432的干涉层，并且层203b是最靠近第二斜边442的干涉层。
棱镜可以具有如图4中示意性示出的等腰三角形的横截面，或者可以具有其他横截面。例如，棱镜的侧面中的一个可以是弯曲的，或者横截面可以是非等腰三角形。棱镜可具有与横向尺寸大致相同或与横向尺寸基本不同的长度(进入页面中)。例如，长度可以基本上大于横向尺寸，使得棱镜基本上是杆形的。杆随后可以被切割成多个棱镜，其可以是基本上立方棱镜。
图5是偏振分束器(PBS)550的示意性侧视图，其在许多方面类似于PBS 450。PBS550包括具有第一斜边532的第一棱镜530和具有面对第一斜边532的第二斜边542的第二棱镜540。光学膜500分别通过第一光学透明粘合剂层534和第二光学透明粘合剂层544设置在第一斜边532和第二斜边542之间并粘附到第一斜边532和第二斜边542。光学膜500包括第一光学叠堆502-1，该第一光学叠堆502-1设置在第二光学叠堆502-2上并且借助光吸收线性偏振器509与第二光学叠堆502-2间隔开。第一光学叠堆502-1更靠近第一斜边532并且更远离第二斜边542，并且第二光学叠堆502-2更靠近第二斜边542并且更远离第一斜边534。在一些实施方案中，对于每个光学叠堆和最靠近光学叠堆的斜边：光学叠堆包括多个聚合物干涉层，该干涉层的数量在50和300之间，并且主要通过在相同预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光，该相同波长范围至少从400nm至600nm(例如从400nm至600nm或从400nm至700nm)延伸，或至少从450nm至600nm延伸，或至少从450nm至650nm延伸，或至少从450nm至1000nm(例如从450nm至1000nm或从450nm至1050nm)延伸。在一些实施方案中，对于每个光学叠堆和最靠近光学叠堆的斜边：更靠近斜边的干涉层被配置为主要反射预定波长范围内的较短波长，并且更远离斜边的干涉层被配置为主要反射预定波长范围内的较长波长。例如，光学膜500中的干涉层的厚度分布可以如图3所示，其中较薄的层(其反射较短的波长)更靠近光学膜的外表面，并且较厚的层(其反射较长的波长)更远离光学膜的外表面。在一些实施方案中，PBS 550具有光轴555或在具有光轴555的光学系统中使用。在一些实施方案中，光轴555与光学膜500成约30至60度，或约35至55度，或约40至50度的角度α。
本说明书的PBS中使用的棱镜可以由任何合适的材料制成。例如，第一棱镜和第二棱镜可以独立地由玻璃(例如，BK7玻璃)或诸如聚碳酸酯或聚丙烯酸酯的聚合材料制成。
本说明书的偏振分束器可以用于多种应用中。例如，PBS可用于成像或显示系统中。显示系统可以是头戴式显示器，诸如虚拟现实显示器或增强现实显示器。PBS在各种显示应用中的使用例如在美国专利8,382,293(Phillips，III等)和9,535,256(Carls等)中论述。本说明书的PBS可以代替这些参考文献中描述的光学系统中任一种的PBS使用。本说明书的PBS特别有利地用于光学系统中，其中来自光源的非调制光从光学膜的一侧反射，并且来自成像器的空间调制光从光学膜的相反侧反射。此类光学系统的例示性实施方案在图6至图7中示出。
图6是光学系统675的示意性截面图，该光学系统675包括PBS 650、光源670、像素化空间光调制器672和反射部件673。PBS 650可以是本说明书的任何PBS，并且包括设置在第一棱镜630和第二棱镜640之间的光学膜600。光源670产生在光学膜600的阻挡态下基本上偏振的光输出676。例如，参考图6中描绘的x′，y′，z′坐标系，光源670可以包括非偏振光源和被设置为透射沿y′轴偏振的光的线性偏振器，这可以描述为光学膜600的阻挡态。像素化空间光调制器672可以是任何合适的空间光调制器。例如，像素化空间光调制器672可以是硅上液晶(LCoS)面板，在LCoS面板和PBS 650之间具有四分之一波长延迟器。反射部件673优选是偏振改变反射器。例如，反射部件673可以包括反射镜和设置在反射镜与PBS 650之间的四分之一波长延迟器。来自光源670的光输出676从光学膜600反射，并然后从像素化空间光调制器672反射为具有通过偏振态的调制光678，并且该调制光通过光学膜600透射，然后从处于阻挡偏振态的反射部件673反射，并然后从光学膜600反射。在一些实施方案中，光676首先以作为光学膜600的阻挡偏振态的s偏振态入射在光学膜600上，然后在从像素化的空间光调制器672反射之后以作为通过偏振态的p偏振态入射在光学膜上，并然后在从反射部件673反射之后再次以s偏振偏振态入射在光学膜600上。
在一些实施方案中，光学膜600包括第一光学叠堆和第二光学叠堆以及可选地包括设置在该第一光学叠堆和第二光学叠堆之间的光吸收线性偏振器。在一些实施方案中，第一光学叠堆面对第一棱镜630并且基本上反射来自光源670的光输出676，并且第二光学叠堆面对第二棱镜640并且基本上反射从反射部件673入射在光学膜600上的光678。
图7是光学系统775的示意性截面图，该光学系统775包括PBS 750、光源770、像素化空间光调制器772和反射部件773。PBS 750可以是本说明书的任何PBS，并且包括设置在第一棱镜730和第二棱镜740之间的光学膜700。光源770产生光输出776，该光输出在光学膜700的阻挡态下基本偏振，并且可以如针对光源670所述。像素化空间光调制器772可以是任何合适的空间光调制器，并且可以如针对像素化空间光调制器672所述。反射部件773优选地是如针对反射部件673所述的偏振改变反射器。在一些实施方案中，反射部件773包括四分之一波长延迟器和设置在透镜的表面上的反射镜，该透镜可以结合到第一棱镜730或可以与第一棱镜730间隔开。在其他实施方案中，第一棱镜730包括弯曲的外表面，并且反射部件773设置在第一棱镜730的弯曲的外表面上。来自光源770的光输出776从光学膜700反射，并然后以通过偏振态从反射部件773反射，然后透射通过光学膜700，然后从像素化空间光调制器772反射为具有阻挡偏振态的图案光778，该图案光然后从光学膜700反射。
光学系统675或775中的任一个都可以包括另外的部件(例如，放大光学器件和/或波导)，并且可以用在例如头戴式显示器中。光学系统675和/或光学系统775可以被描述为成像系统。
在一些实施方案中，光学膜700包括第一光学叠堆，该第一光学叠堆设置在第二光学叠堆上并且借助光吸收线性偏振器与第二光学叠堆间隔开，如本文中其他地方进一步描述的。由于光输出776可以由像素化空间光调制器772构图以形成图像，因此可以将光输出776称为图像光。在一些实施方案中，图像光进入PBS，并且在依次被第一光学叠堆反射、被光学膜700透射以及被第二光学叠堆反射之后离开PBS，其中光吸收线性偏振器吸收由第一光学叠堆和第二光学叠堆中至少一者散射的至少50％或至少60％或至少70％的图像光，同时吸收少于2％，或少于1.5％，或少于1％的图像光。当确定吸收线性偏振器的吸收时，像素化空间光调制器772可以完全打开，使得光输出776近似地是图像光减去借助光吸收线性偏振器吸收的光。
图8是可用于确定本文所述的PBS和光学膜的各种性质的光学系统875的示意性截面图。光学系统875包括非偏振点光源870、线性吸收偏振器881、用于使由点光源870发射的光准直的准直光学透镜883、光学透镜885、包括第一棱镜830和第二棱镜840的PBS 850，以及光学膜800，其设置在第一棱镜830和第二棱镜840之间并接收来自光学透镜885的光876。点光源870可以包括在具有针孔(例如，具有小直径的孔，例如30微米)的屏幕后面的光。光876的一部分从光学膜800反射到检测器888，其被配置为确定该反射光的强度并从而确定反射率R。在图8中示出了x',y',z'坐标系。线性吸收偏振器881可以被取向为沿y'-z'平面中的特定方向(例如，沿y'轴或沿z'轴)透射具有电场的光。
在一些实施方案中，光学透镜885是成像光学透镜。在此类实施方案中，光学系统875可以被称为成像系统。在一些实施方案中，检测器888设置在图像表面890(其中光学系统形成图像的表面)处，并且类似地，在一些实施方案中，检测器889设置在图像表面892处。在一些实施方案中，光学透镜885具有在4.5至5.5的范围内，或在4.9至5.1的范围内的光圈数，或者该光圈数可以名义上为5.0，但是可以与5.0相差(例如，小于约1％)，例如由于普通的制造变化而引起。在一些实施方案中，检测器888被配置为确定成像系统的点扩散函数(PSF)。成像系统的PSF描述了成像系统对点源的响应(例如，在图像表面890处的光输出的扩散)。图9示意性地示出了用于成像系统的PSF。PSF的最大值为Max，并具有半最大值全宽度(FWHM)991、30％最大值全宽度(FW30％Max)993和20％最大值全宽度(FW20％Max)995。可以对PSF进行归一化，使得Max等于1，而不会影响各种宽度的值。在一些实施方案中，成像系统的点扩散函数的20％最大值全宽度小于33微米，或小于32微米，或小于31微米，或小于30.5微米，或小于30微米。在一些实施方案中，成像系统的点扩散函数的20％最大值全宽度大于15微米或大于20微米。在一些实施方案中，成像系统的点扩散函数的15％最大值全宽度小于62微米，或小于60微米，或小于58微米，或小于56微米，或小于54微米，或小于52微米。在一些实施方案中，成像系统的点扩散函数的15％最大值全宽度大于35微米或大于40微米。在一些实施方案中，成像系统的点扩散函数的30％最大值全宽度小于21微米，或小于20微米，或小于19.5微米，或小于19.1微米。在一些实施方案中，成像系统的点扩散函数的30％最大值全宽度大于10微米或大于15微米。
在一些实施方案中，光学膜800在从400nm延伸至700nm，或从430nm延伸至630nm或从450nm延伸至1000nm的预定波长范围内基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光。基本上反射可以理解为至少60％的反射率，并且基本上透射可以理解为至少60％的透射率。具有第一偏振态的光可以是在z′方向上具有电场的p偏振光，并且具有第二偏振态的光可以是在y′方向上具有电场的s偏振光。在一些实施方案中，偏振器881被取向成使得来自准直透镜883的准直光具有第二偏振态。在一些实施方案中，光学透镜885具有在1.8至2.2，或1.9至2.1，或2.0至2.1的范围内的光圈数。在一些实施方案中，光学透镜885在光轴855上居中，该光轴855与光学膜800形成约30至60度，或约35至55度，或约40至50度的角度。在一些实施方案中，当光876首先入射在光学膜800的第一主表面(面对第一棱镜830)上时，光学膜800具有总透射率T＝T1。在一些实施方案中，PBS 850被定位成使得当光876首先入射在光学膜800的第二主表面(面对第二棱镜840)上时，第二棱镜840面对光学透镜885并且光学膜800具有总透射率T＝T2。当来自准直透镜883的准直光具有第二偏振态时，透射率作为波长的函数的示意图示于图10中。预定波长范围是从λ1到λ2。在一些实施方案中，作为在预定波长范围内的光876的波长的函数，在T1和T2之间的最大差值Δsmax小于0.02％，或小于0.015％，或小于0.01％，或小于约0.008％，或小于约0.006％。Δsmax是在|T1-T2|的预定波长范围内的最大值。例如，T1和T2之间的最大差值可能发生在T1为0.01％(或10-4)且T2为0.006％的波长处，因此最大差值为0.004％。在一些实施方案中，对于预定波长范围内的每个波长，T1和T2各自小于约0.05％(或5×10-4)，或小于约0.04％，或小于约0.03％，或小于约0.02％，或小于约0.015％。
在一些实施方案中，偏振器881被取向成使得来自准直透镜883的准直光具有第一偏振态。在此类实施方案中，当光876首先入射在光学膜800的第一主表面上时，光学膜800可以具有总透射率T＝T3，而当光首先入射在光学膜800的第二主表面上时(例如，当PBS850被定位成使得第二棱镜840面对光学透镜885时)，光学膜800可以具有总透射率T＝T4。当来自准直透镜883的准直光具有第一偏振态时，透射率作为波长的函数的示意图示于图11中。在一些实施方案中，作为预定波长范围内的入射光波长的函数，T3和T4之间的平均差值Δavg小于3％，或小于2％，或小于1％，或小于0.5％。Δavg是在|T3-T4|的预定波长范围内的未加权平均值。在一些实施方案中，作为预定波长范围内的光876的波长的函数，T3和T4之间的最大差值Δpmax小于5％，或小于4％，或小于3％。Δpmax是在|T3-T4|的预定波长范围内的最大值。在一些实施方案中，T3和T4中的每个的预定波长范围内的平均值为至少92％，或至少93％，或至少94％，或至少95％。
本领域普通技术人员将在本说明书中使用和描述的上下文中理解术语诸如“约”和“基本上”。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“约”应用于表达特征尺寸、数量和物理性质的量的使用不清楚，则“约”将被理解为指定值的5％以内的平均值。给定为约指定值的量可精确地为指定值。例如，如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对其不清楚，则具有约1的值的量是指该量具有介于0.95和1.05之间的值，并且该值可为1。如果本领域普通技术人员在本说明书中使用和描述的上下文中对“基本上垂直”的使用不清楚，则“基本上垂直”将指在垂直的30度内。在一些实施方案中，描述为基本上垂直的方向可以在垂直的20度内、或在垂直的10度内，或者可以是垂直的或名义上垂直的。
以下为本说明书的示例性实施方案的列表。
实施方案1是一种光学膜，所述光学膜包括多个聚合物干涉层，每个聚合物干涉层主要通过针对在至少从450nm延伸至1000nm的预定波长范围内的至少一个波长的光学干涉来反射或透射光，所述干涉层的总数大于约100且小于约300，使得对于所述预定波长范围内并且基本上垂直入射在所述光学膜上的光而言，对于第一偏振态，所述多个聚合物干涉层的平均光学透射率大于约85％，对于正交的第二偏振态，平均光学反射率大于约95％，并且对于所述第二偏振态，平均光学透射率小于约5％。
实施方案2是实施方案1所述的光学膜，所述光学膜限定沿所述第二偏振态的x轴、与所述x轴垂直的沿所述第一偏振态的y轴，和与所述x轴和所述y轴正交的沿所述光学膜的厚度方向的z轴，所述多个聚合物干涉层包括多个交替的第一层聚合物和第二层聚合物，每个第一层聚合物和第二聚合物层沿所述x轴的折射率为nx，沿所述y轴的折射率为ny，并且沿所述z轴的折射率为nz，对于每个第一层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.008，并且nx和ny之间的差值大于0.2，对于每个第二层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.005，并且所述第一层的nx和所述第二层的nx之间的差值大于0.2。
实施方案3是实施方案2所述的光学膜，其中对于每个第一层，1.8≤nx≤1.9，1.5≤ny≤1.6，并且1.5≤nz≤1.6，并且对于每个第二层，nx、ny和nz中的每个在1.5和1.6之间。
实施方案4是实施方案1所述的光学膜，还包括与所述多个聚合物干涉层一体形成的二向色偏振器，其中所述二向色偏振器透射至少80％的具有所述第一偏振态的光并且吸收至少50％的具有所述第二偏振态的光。
实施方案5是实施方案1所述的光学膜，其中第一光学叠堆包括所述多个聚合物干涉层，所述光学膜还包括设置在所述第一光学叠堆上的第二光学叠堆，所述第二光学叠堆包括第二多个聚合物干涉层，所述第二光学叠堆中的每个聚合物干涉层主要通过针对在所述预定波长范围内的至少一个波长的光学干涉来反射或透射光，所述第二光学叠堆中的所述干涉层的总数大于约100且小于约300，使得对于所述预定波长范围内并且基本上垂直入射在所述光学膜上的光而言，对于所述第一偏振态，所述第二多个聚合物干涉层的平均光学透射率大于约85％，对于所述正交的第二偏振态，平均光学反射率大于约95％，并且对于所述第二偏振态，平均光学透射率小于约5％。
实施方案6是实施方案5所述的光学膜，其中所述第一光学叠堆和所述第二光学叠堆被一个或多个间隔层间隔开。
实施方案7是实施方案6所述的光学膜，其中所述第一光学叠堆和所述第二光学叠堆中的每个均包括更靠近所述一个或多个间隔层的反射较长波长的干涉层，以及更远离所述一个或多个间隔层的反射较短波长的干涉层。
实施方案8是实施方案6的光学膜，其中所述一个或多个间隔层包括二向色偏振器，所述二向色偏振器透射至少80％的在所述预定波长范围内的具有所述第一偏振态的光并且吸收至少50％的在所述预定波长范围内的具有所述第二偏振态的光。
实施方案9是实施方案5所述的光学膜，其中对于第一最外面的干涉层，所述第一最外面的干涉层是所述第一光学叠堆中最远离所述第二光学叠堆的干涉层，并且第二最外面的干涉层是所述第二光学叠堆中最远离所述第一光学叠堆的干涉层，所述第一最外面的干涉层和所述第二最外面的干涉层的光学厚度等于所述预定波长范围内相应的第一波长和第二波长的四分之一，所述第一波长和第二波长之间的差值小于约40nm。
实施方案10是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
实施方案1至实施方案9中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边。
实施方案11是实施方案10所述的PBS，其中当所述PBS被结合在包括点光源、用于准直由所述点光源发射的光的准直光学透镜和具有在4.5至5.5范围内的光圈数的成像光学透镜的成像系统中时，其中所述PBS中的所述光学膜从所述成像光学透镜接收光并将所述接收到的光反射向图像表面，所述成像系统的点扩散函数的20％最大值全宽度小于33微米，或15％最大值全宽度小于60微米。
实施方案12是实施方案11所述的PBS，其中所述20％最大值全宽度小于33微米，并且所述15％最大值全宽度小于60微米。
实施方案13是实施方案11所述的PBS，其中所述20％最大值全宽度小于32微米，并且所述15％最大值全宽度小于56微米。
实施方案14是实施方案10所述的PBS，其中对于准直光，所述准直光具有所述第二偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T1，并且当所述光首先入射在所述光学膜的相对的第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T2，其中作为在430nm至630nm的波长范围内的所述入射光的波长的函数，T1和T2之间的最大差值小于0.02％。
实施方案15是实施方案10所述的PBS，其中对于准直光，所述准直光具有所述第一偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T3，并且当所述光首先入射在所述光学膜的相对的第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T4，其中在430nm至630nm的波长范围内的T3和T4中的每个的平均值为至少92％。
实施方案16是一种光学膜，所述光学膜包括设置在多个堆叠的第二聚合物干涉层上的多个堆叠的第一聚合物干涉层，每个第一干涉层和第二干涉层主要通过针对相同预定波长范围内的至少一个波长的光学干涉来反射或透射光，最外面的第一干涉层是距离所述多个堆叠的第二干涉层最远的所述第一干涉层，最外面的第二干涉层是距离所述多个堆叠的第一干涉层最远的所述第二干涉层，所述最外面的第一干涉层和所述最外面的第二干涉层的光学厚度等于所述预定波长范围内的相应第一波长和第二波长的四分之一，所述第一波长和所述第二波长之间的差值小于约40nm。
实施方案17是实施方案16所述的光学膜，最里面的第一干涉层是最靠近所述多个堆叠的第二干涉层的所述第一干涉层，最里面的第二干涉层是最靠近所述多个堆叠的第一干涉层的所述第二干涉层，所述最里面的第一干涉层和所述最里面的第二干涉层的光学厚度等于所述预定波长范围内的相应第三波长和第四波长的四分之一，所述第三波长和所述第四波长之间的差值小于约80nm。
实施方案18是实施方案16所述的光学膜，其中对于在所述预定波长范围内并且基本上垂直入射在所述光学膜上的光而言，对于第一偏振态，所述多个堆叠的第一聚合物干涉层和所述多个堆叠的第二聚合物干涉层的平均光学透射率大于约85％，对于正交的第二偏振态，平均光学反射率大于约95％，并且对于所述第二偏振态，平均光学透射率小于约5％。
实施方案19是实施方案18所述的光学膜，所述光学膜限定沿所述第二偏振态的x轴、与所述x轴垂直的沿所述第一偏振态的y轴，和与所述x轴和所述y轴正交的沿所述光学膜的厚度方向的z轴，所述多个堆叠的第一聚合物干涉层和所述多个堆叠的第二干涉层中的每个包括多个交替的第一层和第二层，每个第一层和第二层沿所述x轴的折射率为nx，沿所述y轴的折射率为ny，并且沿所述z轴的折射率为nz，
其中对于每个第一层，ny和nz之间的差的绝对值小于0.008，并且nx和ny之间的差值大于0.2；对于每个第二层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.005；并且所述第一层的nx与所述第二层的nx之间的差值大于0.2。
实施方案20是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
实施方案16至实施方案19中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边。
实施方案21是实施方案20所述的PBS，其中当所述PBS被结合在包括点光源、用于准直由所述点光源发射的光的准直光学透镜和具有在4.5至5.5范围内的光圈数的成像光学透镜的成像系统中时，其中所述PBS中的所述光学膜从所述成像光学透镜接收光并将所述接收到的光反射向图像表面，所述成像系统的点扩散函数的20％最大值全宽度小于33微米，或15％最大值全宽度小于60微米。
实施方案22是实施方案20所述的PBS，其中对于准直光，所述准直光具有所述第二偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T1，并且当所述光首先入射在所述光学膜的相对的第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T2，其中作为在所述预定波长范围内的所述入射光的波长的函数，T1和T2之间的最大差值小于0.02％。
实施方案23是实施方案20所述的PBS，其中对于准直光，所述准直光具有所述第一偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T3，并且当所述光首先入射在所述光学膜的相对的第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T4，其中在从430nm至630nm的波长范围内的T3和T4中的每个的平均值为至少92％。
实施方案24是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
实施方案16至19中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，所述光学膜还包括第一光学叠堆和第二光学叠堆，所述第一光学叠堆面对所述第一棱镜并包括所述多个堆叠的第一聚合物干涉层，所述第二光学叠堆面对所述第二棱镜并包括多个堆叠的第一聚合物干涉层，所述第一光学叠堆设置在第二光学叠堆上并借助光吸收线性偏振器与所述第二光学叠堆间隔开，使得当所述PBS被结合在成像系统中时，进入所述PBS的图像光在依次被所述第一光学叠堆反射、被所述光学膜透射以及被所述第二光学叠堆反射之后离开所述PBS，所述光吸收线性偏振器吸收由所述第一光学叠堆和所述第二光学叠堆中的至少一者散射的至少50％的图像光，同时吸收少于2％的所述图像光。
实施方案25是一种光学膜，所述光学膜包括第一光学叠堆，所述第一光学叠堆设置在第二光学叠堆上并借助一个或多个间隔层与所述第二光学叠堆间隔开，每个光学叠堆包括主要通过针对在至少从450nm延伸至600nm的相同预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光的多个聚合物干涉层，使得对于所述预定波长范围内并且基本上垂直入射在所述光学膜上的光，每个光学叠堆中的所述多个聚合物干涉层透射至少80％的具有第一偏振态的光，反射至少90％的具有正交的第二偏振态的光，并且透射小于5％的具有所述第二偏振态的光,所述一个或多个间隔层中的每个间隔层都不主要通过光学干涉来反射或透射光，每个光学叠堆具有更靠近所述一个或多个间隔层的反射较长波长的干涉层，和更远离所述一个或多个间隔层的反射较短波长的干涉层，其中所述第一光学叠堆和所述第二光学叠堆与所述一个或多个间隔层彼此一体形成。
实施方案26是实施方案25所述的光学膜，最外面的第一干涉层是距离所述第二光学叠堆最远的所述第一光学叠堆中的所述聚合物干涉层，最外面的第二干涉层是距离所述第一光学叠堆最远的所述第二光学叠堆中的所述聚合物干涉层，所述最外面的第一干涉层和所述最外面的第二干涉层的光学厚度等于所述预定波长范围内的相应第一波长和第二波长的四分之一，所述第一波长和所述第二波长之间的差值小于约40nm。
实施方案27是实施方案25所述的光学膜，所述光学膜限定沿所述第二偏振态的x轴、与所述x轴垂直的沿所述第一偏振态的y轴，和与所述x轴和所述y轴正交的沿所述光学膜的厚度方向的z轴，其中对于每个光学叠堆，所述多个聚合物干涉层包括多个交替的第一层和第二层，每个第一层和第二层沿所述x轴的折射率为nx，沿所述y轴的折射率为ny，并且沿所述z轴的折射率为nz，对于每个第一层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.008，并且nx和ny之间的差值大于0.2，对于每个第二层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.005，并且所述第一层的nx和所述第二层的nx之间的差值大于0.2。
实施方案28是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
实施方案25至27中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，
其中当所述PBS被结合在包括点光源、用于准直由所述点光源发射的光的准直光学透镜和具有在4.5至5.5范围内的光圈数的成像光学透镜的成像系统中时，其中所述PBS中的所述光学膜从所述成像光学透镜接收光并将所述接收到的光反射向图像表面，所述成像系统的点扩散函数的20％最大值全宽度小于33微米，或15％最大值全宽度小于60微米。
实施方案29是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
根据实施方案25至27中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，所述第一光学叠堆面对所述第一棱镜，所述第二光学叠堆面对所述第二棱镜，所述一个或多个间隔层包括光吸收线性偏振器，使得当所述PBS被结合在成像系统中时，进入所述PBS的图像光在依次被所述第一光学叠堆反射、被所述光学膜透射以及被所述第二光学叠堆反射之后离开所述PBS，所述光吸收线性偏振器吸收由所述第一光学叠堆和所述第二光学叠堆中的至少一者散射的至少50％的图像光，
同时吸收少于2％的所述图像光。
实施方案30是一种光学膜，所述光学膜透射至少80％的在预定波长范围内具有第一偏振态的垂直入射光，并且反射至少95％的在所述预定波长范围内具有正交的第二偏振态的垂直入射光，所述光学膜包括多个聚合物层，每个聚合物层的平均厚度小于约200nm，所述多个聚合物层包括第一聚合物层和第二聚合物层作为所述多个聚合物层中彼此最远离的两个聚合物层，所述第一聚合物层和所述第二聚合物层具有相应的第一厚度和第二厚度，所述第一厚度和所述第二厚度之间的差值小于约10nm。
实施方案31是实施方案30所述的光学膜，包括由一个或多个间隔层间隔开的第一光学叠堆和第二光学叠堆，所述第一光学叠堆包括在所述多个聚合物层中的第一多个层，所述第二光学叠堆包括在所述多个聚合物层中的第二多个层，所述第一光学叠堆包括所述第一聚合物层，所述第二光学叠堆包括所述第二聚合物层。
实施方案32是实施方案31所述的光学膜，其中所述一个或多个间隔层包括二向色偏振器，所述二向色偏振器透射至少80％的具有所述第一偏振态的光并且吸收至少50％的具有所述第二偏振态的光。
实施方案33是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
实施方案32所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，所述第一光学叠堆面对所述第一棱镜，所述第二光学叠堆面对所述第二棱镜，使得当所述PBS被结合在成像系统中时，进入所述PBS的图像光在依次被所述第一光学叠堆反射、被所述光学膜透射以及被所述第二光学叠堆反射之后离开所述PBS，所述二向色偏振器吸收由所述第一光学叠堆和第二光学叠堆中的至少一者散射的至少50％的图像光，同时吸收少于2％的所述图像光。
实施方案34是实施方案30所述的光学膜，所述光学膜限定沿所述第二偏振态的x轴、与所述x轴垂直的沿所述第一偏振态的y轴，和与所述x轴和所述y轴正交的沿所述光学膜的厚度方向的z轴，其中所述多个聚合物层包括多个交替的第一干涉层和第二干涉层，每个第一干涉层和第二干涉层沿所述x轴的折射率为nx，沿所述y轴的折射率为ny，并且沿所述z轴的折射率为nz，对于每个第一干涉层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.008，并且nx和ny之间的差值大于0.2，对于每个第二层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.005，并且所述第一层的nx和所述第二层的nx之间的差值大于0.2。
实施方案35是一种光学膜，所述光学膜包括相对的第一主表面和第二主表面与设置在该第一主表面和该第二主表面间的相邻的不重叠的第一光学叠堆和第二光学叠堆，所述第一光学叠堆设置成更靠近所述第一主表面并且更远离所述第二主表面，并且所述第二光学叠堆设置成更靠近所述第二主表面并且更远离所述第一主表面，对于每个光学叠堆和最靠近所述光学叠堆的所述主表面：所述光学叠堆包括数量在50和300之间的多个第一干涉层，每个第一干涉层主要通过光学干涉来反射或透射光，更靠近所述主表面的每个第一干涉层比更远离所述主表面的每个第一干涉层更薄，每个第一干涉层具有正交的平面内折射率nx和ny与在所述第一干涉层的厚度方向上的折射率nz，ny和nz之间的差值小于0.008，并且nx和ny之间的差值大于0.2，其中所述第一光学叠堆与所述第二光学叠堆一体形成。
实施方案36是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，并且包括设置在所述光学膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的多个交替的较高折射率层和较低折射率层，所述光学膜在从400nm延伸至700nm的预定波长范围内基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，使得对于准直光，所述准直光具有所述第二偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的所述第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T1，并且当所述光首先入射在所述光学膜的所述第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T2，其中作为所述预定波长范围内所述入射光的波长的函数，T1和T2之间的最大差值小于0.02％。
实施方案37是实施方案36所述的PBS，其中对于所述预定波长范围内的每个波长，T1和T2各自小于约0.05％。
实施方案38是实施方案36所述的PBS，使得对于准直光，所述准直光具有所述第一偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的所述第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T3，并且当所述光首先入射在所述光学膜的所述第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T4，其中所述预定波长范围内的T3和T4之间的平均差值小于3％。
实施方案39是实施方案36所述的PBS，使得对于准直光，所述准直光具有所述第一偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的所述第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T3，并且当所述光首先入射在所述光学膜的所述第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T4，其中作为所述预定波长范围内所述入射光的所述波长的函数，T3和T4之间的最大差值小于5％。
实施方案40是实施方案36所述的PBS，其中对于准直光，所述准直光具有所述第一偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T3，并且当所述光首先入射在所述光学膜的第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T4，其中在从430nm至630nm的波长范围内的T3和T4中的每个的平均值为至少92％。
实施方案41是实施方案36所述的PBS，其中所述光学膜限定沿所述第二偏振态的x轴、与所述x轴垂直的沿所述第一偏振态的y轴，和与所述x轴和所述y轴正交的沿所述光学膜的厚度方向的z轴，所述交替的较高折射率层和较低折射率层中的每个沿所述x轴的折射率为nx，沿所述y轴的折射率为ny，并且沿所述z轴的折射率为nz，对于每个较高折射率层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.008，并且nx和ny之间的差值大于0.2，对于每个较低层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.005，并且所述较高折射率层的nx和所述较低层的nx之间的差值大于0.2。
实施方案42是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，并且包括设置在所述光学膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的多个交替的较高折射率层和较低折射率层，所述光学膜在从400nm延伸至700nm的预定波长范围内基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，使得当所述PBS被结合在包括点光源、用于准直由所述点光源发射的光的准直光学透镜和具有在4.5至5.5范围内的光圈数的成像光学透镜的成像系统中时，其中所述PBS中的所述光学膜从所述成像光学透镜接收光并将所述接收到的光反射向图像表面，所述成像系统的点扩散函数的20％最大值全宽度小于33微米。
实施方案43是实施方案42所述的PBS，其中所述点扩散函数的15％最大值全宽度小于60微米。
实施方案44是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，并且包括设置在所述光学膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的多个交替的较高折射率层和较低折射率层，所述光学膜在从400nm延伸至700nm的预定波长范围内基本上透射具有第一偏振态的光并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，使得当所述PBS被结合在包括点光源、用于准直由所述点光源发射的光的准直光学透镜和具有在4.5至5.5范围内的光圈数的成像光学透镜的成像系统中时，其中所述PBS中的所述光学膜从所述成像光学透镜接收光并将所述接收到的光反射向图像表面，所述成像系统的点扩散函数的15％最大值全宽度小于60微米。
实施方案45是实施方案44所述的PBS，其中所述点扩散函数的20％最大值全宽度小于33微米，
实施方案46是实施方案42至45中任一项所述的PBS，其中所述点扩散函数的30％最大值全宽度小于20微米。
实施方案47是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，并且包括第一光学叠堆，所述第一光学叠堆设置在第二光学叠堆上并且通过光吸收线性偏振器与所述第二光学叠堆间隔开，所述第一光学叠堆更靠近所述第一斜边并且更远离所述第二斜边，所述第二光学叠堆更靠近所述第二斜边并且更远离所述第一斜边，对于每个光学叠堆和最靠近所述光学叠堆的斜边：所述光学叠堆包括多个聚合物干涉层，所述干涉层的数量在50和300之间，并且主要通过在至少从450nm延伸至600nm的相同预定波长范围内的光学干涉来反射和透射光，更靠近所述斜边的所述干涉层被配置为主要反射所述预定波长范围内的较短波长，并且更远离所述斜边的所述干涉层被配置为主要反射所述预定波长范围内的较长波长，使得当所述PBS被结合在成像系统中时，进入所述PBS的图像光在依次被所述第一光学叠堆反射、被所述光学膜透射以及被所述第二光学叠堆反射之后离开所述PBS，所述光吸收线性偏振器吸收由所述第一光学叠堆和所述第二光学叠堆中的至少一者散射的至少50％的图像光，同时吸收少于2％的所述图像光。
实施方案48是实施方案47所述的PBS，其中所述第一光学叠堆的所述多个聚合物干涉层包括最靠近所述第一斜边的第一层，并且所述第二光学叠堆的所述多个聚合物干涉层包括最靠近所述第二斜边的第二层，所述第一聚合物层和第二聚合物层具有相应的第一厚度和第二厚度，所述第一厚度和所述第二厚度之间的差值小于约10nm。
实施方案49是一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，并且包括设置在所述光学膜的相对的第一主表面和第二主表面之间的多个交替的较高折射率层和较低折射率层，所述光学膜在至少从430nm延伸至630nm的预定波长范围内基本上透射具有第一偏振态的光，并且基本上反射具有正交的第二偏振态的光，使得对于准直光，所述准直光具有所述第一偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的所述第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T3，并且当所述光首先入射在所述光学膜的所述第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T4，其中T3和T4中的每个在预定波长范围内的平均值为至少92％。
实施方案50是实施方案49所述的PBS，其中对于准直光，所述准直光具有所述第二偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的所述第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T1，并且当所述光首先入射在所述光学膜的所述第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T2，其中作为所述预定波长范围内所述入射光的波长的函数，T1和T2之间的最大差值小于0.02％。
实施例
实施例1
大体上如图2所描绘制作光学膜。光学膜包括两个封包的光学重复单元(ORU)，其中每个封包包括138个ORU。每个ORU都包括一个高折射率的低熔点PEN层(90％PEN和10％PET的共聚物)和一个低折射率，近似各向同性的层，该层由85wt％聚碳酸酯/15wt％PCTg材料组成，以85wt％和15wt％的PETg共混。光学膜通过使用如以下专利中所述的常规多层光学膜工艺进行制备：美国专利申请公布2007/0047080(Stover等人)。形成具有所期望层的熔融流，并然后在浇铸轮上浇铸以形成浇铸膜。然后使用抛物线拉幅机在横向方向上以约6:1的拉伸比对浇铸膜进行单轴取向，以提供光学膜。整个光学膜上的ORU顺序编号为1至276。ORU的所得厚度作为ORU数量的函数如图12所示。表1中给出了高折射率层和低折射率层的所得折射率。
表1
Figure BDA0003488414500000371
为通过和阻挡偏振态测量了空气中的垂直入射光的透射系数，如图21所示。
制备偏振分束器(PBS)，其中将光学膜设置在BK7玻璃棱镜之间。对于准直光，其具有特定偏振态并在经过光圈数为2.04并以与光学膜形成45度角的光轴为中心的光学透镜之后入射在PBS内的光学膜上，测量了作为入射在PBS中的光学膜上的光的波长的函数的总透射率。特定偏振态是竖直偏振或水平偏振的，并且将PBS定位，使得竖直偏振光作为s偏振光入射在光学膜上，并且水平偏振光作为p偏振光入射在光学膜上。光学膜的通过轴是水平的。透射率是以光学膜确定的，该光学膜取向为其中膜的轮侧(在浇铸轮上浇铸的侧面)朝向光源(表示为WTS)，并且其中膜的空气侧(与轮侧相对的侧面)朝向光源(表示为ATS)。图13和图14分别示出了s偏振光和p偏振光的透射系数(总透射率)对波长，它们首先从膜的每一侧入射在光学膜上。
比较例C1-C4
如实施例1中那样制备和测量PBS中的光学膜。比较例C1的光学膜包括两个封包，其中第二封包相对于实施例1的第二封包被翻转，使得最靠近一个主表面的ORU是反射红色波长的较厚层，并且更靠近相对的主表面的ORU是反射蓝色波长的较薄层。C1的光学膜包括约750个聚合物干涉层。比较例C2的光学膜具有单个封包，其层厚度在整个光学膜上单调变化并且具有325个聚合物干涉层。比较例C3的光学膜包括具有基本上不重叠的厚度范围的两个封包，使得一个封包反射较短波长并且另一个封包反射较长波长。C3的光学膜包括约750个聚合物干涉层。比较例C4的膜与比较例C2的膜类似，除了干涉层的总数为275，并且使用较大的折射率差值来获得类似的反射率之外。
对于比较例C1-C4中的每个，除了如上所述的干涉层的总数及其配置之外，用于制造这些膜的材料和工艺与针对实施例1所述大体相同。
图15至图17分别示出了在为准直光确定的BK7棱镜立方体中首先入射在比较例C1-C3的光学膜的每侧上的s偏振光的总透射率，该准直光具有s偏振态，并且在经过光圈数为2.04并以与光学膜形成45度角的光轴为中心的光学透镜之后入射在PBS内的光学膜上。RTS和BTS分别表示光学膜的具有红色反射层的一侧面向光源，或者光学膜的具有蓝色反射层的一侧面向光源。
实施例2
制备光学膜，并且与实施例1中相同，除了两个ORU封包之间的中心间隔层包括表2中列出的4种不同的偏振二色性染料的组合之外。
表2
Figure BDA0003488414500000381
在表3所示的组合中，将实施例2的二色性染料添加到两个ORU封包之间的中间间隔层中，其中二色性染料以每小时指示的磅数(pph)在PEN树脂中进行母炼。
表3
黄pph 红pph 蓝pph 青pph LmPEN/PEN pph
0.19 0.36 0.73 0.90 67.84
为通过和阻挡偏振态测量了空气中的垂直入射光的透射系数，并在图22中示出。
如实施例1中一样在PBS中测试膜。图18和图19分别示出了从实施例2的膜的每侧首先入射在光学膜上的s偏振光和p偏振光的透射系数(总透射率)对波长。
实施例3
如实施例1中一样制备PBS。PBS被结合在具有点光源(建模为直径为30微米的针孔)、用于准直由点光源发射的光的准直光学透镜，以及光圈数为5.0的成像光学透镜的成像系统(见图8)中，其中PBS中的光学膜从成像光学透镜接收光并将所接收的光反射向图像表面。确定点扩散函数，并在图20中示出。确定半最大值全宽度(FWHM)、30％最大值全宽度(FW30％Max)、20％最大值全宽度(FW20％Max)和20％最大值全宽度(FW20％Max)并报告在表4中。使用比较例C3和C4的光学膜代替实施例1的光学膜，重复测量。
表4
FWHM(μm) FW30％Max(μm) FW20％Max(μm) FW15％Max(μm)
C4 11.4 19.5 35.3 64
C3 8.0 23.1 49.7 80
Ex1 12.0 18.9 29.8 50
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他附图中的对应元件。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。
上述所有引用的参考文献、专利或专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。

Claims (8)

1.一种光学膜，所述光学膜包括设置在多个堆叠的第二聚合物干涉层上的多个堆叠的第一聚合物干涉层，每个第一干涉层和第二干涉层主要通过针对相同预定波长范围内的至少一个波长的光学干涉来反射或透射光，最外面的第一干涉层是距离所述多个堆叠的第二干涉层最远的所述第一干涉层，最外面的第二干涉层是距离所述多个堆叠的第一干涉层最远的所述第二干涉层，所述最外面的第一干涉层和所述最外面的第二干涉层的光学厚度等于所述预定波长范围内的相应第一波长和第二波长的四分之一，所述第一波长和所述第二波长之间的差值小于约40nm。
2.一种光学膜，所述光学膜透射至少80％的在预定波长范围内具有第一偏振态的垂直入射光，并且反射至少95％的在所述预定波长范围内具有正交的第二偏振态的垂直入射光，所述光学膜包括多个聚合物层，每个聚合物层的平均厚度小于约200nm，所述多个聚合物层包括第一聚合物层和第二聚合物层作为所述多个聚合物层中彼此最远离的两个聚合物层，所述第一聚合物层和所述第二聚合物层具有相应的第一厚度和第二厚度，所述第一厚度和所述第二厚度之间的差值小于约10nm。
3.根据权利要求2所述的光学膜，所述光学膜限定沿所述第二偏振态的x轴、与所述x轴垂直的沿所述第一偏振态的y轴，和与所述x轴和所述y轴正交的沿所述光学膜的厚度方向的z轴，其中所述多个聚合物层包括多个交替的第一干涉层和第二干涉层，每个第一干涉层和第二干涉层沿所述x轴的折射率为nx，沿所述y轴的折射率为ny，并且沿所述z轴的折射率为nz，对于每个第一干涉层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.008，并且nx和ny之间的差值大于0.2，对于每个第二层，ny和nz之间的差值的绝对值小于0.005，并且所述第一层的nx和所述第二层的nx之间的差值大于0.2。
4.一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
根据权利要求1至3中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，所述光学膜还包括第一光学叠堆和第二光学叠堆，所述第一光学叠堆面对所述第一棱镜并包括所述多个堆叠的第一聚合物干涉层，所述第二光学叠堆面对所述第二棱镜并包括多个堆叠的第一聚合物干涉层，所述第一光学叠堆设置在第二光学叠堆上并借助光吸收线性偏振器与所述第二光学叠堆间隔开，使得当所述PBS被结合在成像系统中时，进入所述PBS的图像光在依次被所述第一光学叠堆反射、被所述光学膜透射以及被所述第二光学叠堆反射之后离开所述PBS，所述光吸收线性偏振器吸收由所述第一光学叠堆和所述第二光学叠堆中的至少一者散射的至少50％的图像光，同时吸收少于2％的所述图像光。
5.一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
根据权利要求1至3中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，所述预定波长范围从400nm延伸至700nm，使得对于准直光，所述准直光具有所述第二偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的所述第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T1，并且当所述光首先入射在所述光学膜的所述第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T2，其中作为所述预定波长范围内所述入射光的波长的函数，T1和T2之间的最大差值小于0.02％。
6.一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
根据权利要求1至3中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，所述预定波长范围从400nm延伸至700nm，使得当所述PBS被结合在包括点光源、用于准直由所述点光源发射的光的准直光学透镜和具有在4.5至5.5范围内的光圈数的成像光学透镜的成像系统中时，所述PBS中的所述光学膜从所述成像光学透镜接收光并将所述接收到的光反射向图像表面，所述成像系统的点扩散函数的20％最大值全宽度小于33微米。
7.一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
根据权利要求1至3中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，所述预定波长范围从400nm延伸至700nm，使得当所述PBS被结合在包括点光源、用于准直由所述点光源发射的光的准直光学透镜和具有在4.5至5.5范围内的光圈数的成像光学透镜的成像系统中时，所述PBS中的所述光学膜从所述成像光学透镜接收光并将所述接收到的光反射向图像表面，所述成像系统的点扩散函数的15％最大值全宽度小于60微米。
8.一种偏振分束器(PBS)，包括：
包括第一斜边的第一棱镜；
包括面对所述第一斜边的第二斜边的第二棱镜；以及
根据权利要求1至3中任一项所述的光学膜，所述光学膜设置在所述第一斜边和所述第二斜边之间并粘附到所述第一斜边和所述第二斜边，所述预定波长范围至少从430nm延伸至630nm，使得对于准直光，所述准直光具有所述第一偏振态，并且在经过光圈数在1.8至2.2之间且以与所述光学膜形成约30至60度的角度的光轴为中心的光学透镜之后入射在所述PBS内的所述光学膜上，当所述光首先入射在所述光学膜的所述第一主表面上时，所述光学膜具有总透射率T3，并且当所述光首先入射在所述光学膜的所述第二主表面上时，所述光学膜具有总透射率T4，其中T3和T4中的每个在预定波长范围内的平均值为至少92％。
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