具有小透镜和棱镜簇的双面光学膜

摘要

本发明公开了一种光学膜，该光学膜具有其中形成有延伸的小透镜的结构化表面和其中形成有延伸的棱镜的相背对的结构化表面。小透镜平行于彼此并且平行于延伸轴延伸，该延伸轴大致平行于膜表面，并且棱镜也平行于彼此并且平行于延伸轴延伸。棱镜被分组成相邻透镜的多个独立的簇。每个棱镜簇与小透镜中的对应的一个小透镜相关联并且具有至少3个棱镜。每个小透镜限定焦点和焦面。棱镜簇中的棱镜的顶点被设置在相关联的小透镜的焦面处或焦面附近。当被斜光照明时，每个小透镜/棱镜簇对以及任选地作为整体的光学膜能够产生N条成角度分离的光束，N为每个棱镜簇中的棱镜的数量。

权利要求

1.一种具有相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：形成于所述第一结构化表面上的多个延伸的小透镜，所述小透镜沿平行于延伸轴的相应小透镜轴延伸；和形成于所述第二结构化表面上的多个延伸的棱镜，所述棱镜具有同样平行于所述延伸轴的相应延伸的棱镜顶点；

其中所述棱镜被分组成彼此分开的多个棱镜簇，每个棱镜簇具有至少三个所述棱镜，并且每个棱镜簇与所述小透镜中的对应的一个小透镜相关联；

每个小透镜限定焦面，其中对于每个小透镜来说，所述小透镜具有轴向焦距，焦区包含所述焦面并且具有以差分距离DD与所述焦面分开的边界，所述差分距离DD等于所述轴向焦距的20％，并且其中与所述小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在所述小透镜的焦区中。

2.根据权利要求1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，所述焦面在垂直于所述延伸轴的横截面中具有第一弯曲形状。

3.根据权利要求2所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，与所述小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点沿所述横截面中的第二弯曲形状布置。

4.根据权利要求3所述的光学膜，其中所述第一弯曲形状和所述第二弯曲形状均为凹形或均为凸形。

5.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述光学膜限定膜平面，并且厚度轴垂直于所述膜平面，并且其中所述小透镜中的至少一些小透镜在垂直于所述延伸轴的横截面中具有复合曲率，此类小透镜还在所述横截面中具有相应的对称小透镜轴，并且其中所述对称小透镜轴中的至少一些对称小透镜轴相对于所述厚度轴倾斜。

6.一种光学系统，包括：

根据权利要求1所述的光学膜；和

光导，所述光导具有适于优先地以斜角发射光的主表面；

其中所述光学膜被设置成靠近所述光导并被取向成使得从所述光导的所述主表面发射的光穿过所述第二结构化表面进入所述光学膜。

7.根据权利要求6所述的光学系统，还包括被设置成靠近所述光导的相应的相背对的第一端部和第二端部的第一光源和第二光源，所述第一光源和所述第二光源提供从所述光导的所述主表面发射的不同的相应第一斜光束和第二斜光束。

8.根据权利要求6所述的光学系统，其中所述光学膜和所述光导为非平面的。

9.根据权利要求6所述的光学系统，其中所述光学膜和所述光导为柔性的。

说明书

具有小透镜和棱镜簇的双面光学膜

技术领域

[0001] 本发明整体涉及微结构化光学膜，具体涉及其中相背对的主表面均被结构化的此类膜，以及结合有此类膜的制品和系统和有关此类膜的方法。

背景技术

[0002] 在其相背对的主表面上具有结构化表面的光学膜是已知的，在本文中将其称作双面光学膜。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结构，并且另一个结构化表面具有形成于其中的棱镜特征结构。棱镜特征结构与透镜特征结构之间存在一一对应关系，并且单独的棱镜特征结构是延伸的并且平行于彼此且平行于单独的透镜特征结构延伸，该单独的透镜特征结构也是延伸的。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)，以及专利申请公布US 2005/0052750(King等人)、US 2011/0149391(Brott等人)和US 2012/0236403(Sykora等人)。

发明内容

[0003] 已开发出一类新型双面光学膜，其中第一结构化表面具有形成于其中的延伸的小透镜，并且与第一结构化表面相背对的第二结构化表面具有形成于其中的延伸的棱镜。小透镜平行于彼此并平行于大致平行于膜平面的延伸轴进行延伸，并且棱镜也平行于彼此并平行于延伸轴进行延伸。棱镜被分组成相邻透镜的多个独立的簇。每个棱镜簇与小透镜中的对应的一个小透镜相关联并且具有至少3个棱镜。每个小透镜限定焦点和焦面。棱镜簇中的棱镜的顶点被设置在相关联的小透镜的焦面处或焦面附近。例如，焦区可被限定为如下空间，其包含焦面并且具有以差分距离DD与焦面分开的边界，该差分距离DD等于小透镜的轴向焦距的20％，并且与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在小透镜的焦区中。当被斜光照明时，每个小透镜/棱镜簇对以及任选地作为整体的光学膜能够产生N条成角度分离的光束，N为每个棱镜簇中的棱镜的数量。

[0004] 因此，除了其他方面，本申请公布了具有相背对的第一结构化表面和第二结构化表面的光学膜，其中第一结构化表面具有形成于其上的多个延伸的小透镜，并且第二结构化表面具有形成于其上的多个延伸的棱镜。多个小透镜沿平行于延伸轴的相应小透镜轴延伸，并且延伸的棱镜具有同样平行于延伸轴的相应延伸的棱镜顶点。棱镜被分组成彼此分开的多个棱镜簇，每个棱镜簇具有至少三个棱镜，并且每个棱镜簇与小透镜中的对应的一个小透镜相关联；每个小透镜限定焦面，并且对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在小透镜的焦面处或焦面附近。例如，对于每个小透镜来说，小透镜可具有轴向焦距，并且焦区包含焦面并具有以差分距离DD与焦面分开的边界，该差分距离DD等于轴向焦距的20％，并且与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点可被设置在小透镜的焦区中。在一些情况下，对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点可被设置在介于焦面和小透镜之间的焦区的一部分中。

[0005] 对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点可处于平面中。对于每个小透镜来说，焦面在垂直于延伸轴的横截面中可具有第一弯曲形状。与每个小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点可沿横截面中的第二弯曲形状布置，并且第一弯曲形状和第二弯曲形状可具有相同的归向，例如，均可为凹形或均可为凸形。每个棱镜簇可包括5个棱镜或10个棱镜。棱镜簇可各自包含相同数量N的棱镜，其中N为至少3，或至少5，或至少10。

[0006] 对于每个小透镜来说，相关联的棱镜簇可具有N个棱镜，并且小透镜可与其相关联的棱镜簇相结合，以在第二结构化表面被来自第一光源的斜光照明时提供限定N条成角度分离的光束的第一小透镜输出光，并且N可为至少3。该膜可结合设置的漫射膜以接收第一小透镜输出光以将N条成角度分离的光束转换为一条光束。

[0007] 该光学膜可限定膜平面和垂直于该膜平面的厚度轴，并且小透镜中的至少一些小透镜在垂直于延伸轴的横截面中可具有复合曲率。此类小透镜还可在该横截面中具有相应的对称小透镜轴，并且该对称小透镜轴中的至少一些对称小透镜轴可相对于厚度轴倾斜。相似地，棱镜可在该横截面中具有相应的对称棱镜轴，并且该对称棱镜轴中的至少一些对称棱镜轴可相对于厚度轴倾斜。

[0008] 小透镜可按照小透镜间距间隔开，并且棱镜簇可按照簇间距间隔开，并且小透镜间距可以等于簇间距。另选地，小透镜间距可以不等于簇间距。光学膜可以与被设置成靠近第一结构化表面的漫射膜相结合。

[0009] 还公开了光学系统，其中双面光学膜与光导相结合，其中光导具有适于优先地以斜角发射光的主表面，并且该光学膜可被设置成靠近光导并被取向成使得从光导的主表面发射的光穿过光学膜的第二结构化表面进入光学膜。该系统还可包括被设置成靠近光导的相应的相背对的第一端部和第二端部的第一光源和第二光源，第一光源和第二光源提供从光导的主表面发射的不同的相应第一斜光束和第二斜光束。光学膜和光导可为非平面的。光学膜和光导可为柔性的。光学膜可附接到光导。

[0010] 本文还讨论了相关的方法、系统和制品。

[0011] 从下面的详细描述，本申请的这些和其他方面将显而易见。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，该主题仅由如在审查期间可以进行修改的所附权利要求书限定。

附图说明

[0012] 结合附图可有助于更全面地理解本发明的创造性方面，其中：

[0013] 图1A是包括双面光学膜的例示性照明系统的示意性侧视图；

[0014] 图1B是图1A的照明系统的一些部件的示意透视图；

[0015] 图2是光导的示意性透视图，其以放大的方式示出在光导的两个主表面上的示例性表面结构；

[0016] 图2A是与平行光源结合的图2的光导的视图，其示出光导如何能够被有效地细分或划分，其中在光导的给定侧上的光源随所述细分或划分的变化而被打开；

[0017] 图3是图1A的照明系统的示意性侧视图，其中一个光源被通电，该光源产生从双面光学膜发射的第一组输出光束；

[0018] 图4是类似于图3的示意性侧视图，但相对的光源被通电，该光源产生从双面光学膜发射的第二组输出光束；

[0019] 图5是双面光学膜的一部分的示意性侧视图或剖视图；

[0020] 图5A是图5的小透镜中的一个小透镜的示意性侧视图或剖视图，并且图5B是图5的棱镜簇中的一个棱镜簇的示意性侧视图或剖视图，并且图5C是限定N条成角度分离的光束的假想小透镜输出光的理想化图，这些光束可在斜光照明图5中膜的第二结构化表面时产生；

[0021] 图6是类似于图5的双面光学膜的一部分的示意性侧视图或剖视图，但是其中每个棱镜簇中的棱镜顶点是非共面的，并且图6A是图6的棱镜簇中的一个棱镜簇的示意性侧视图或剖视图；

[0022] 图7是类似于图5的双面光学膜的一部分的示意性侧视图或剖视图，但是其中相邻棱镜簇被平坦表面而非深V型槽分开；

[0023] 图8是类似于图6的双面光学膜的一部分的示意性侧视图或剖视图，但是其中相邻棱镜簇被平坦表面而非深V型槽分开；

[0024] 图9是示例性双面光学膜的示意性侧视图或剖视图，其中小透镜与其相应的棱镜簇对准，并且小透镜的间距与棱镜簇的间距相同；

[0025] 图10是示例性双面光学膜的示意性侧视图或剖视图，其中小透镜的间距与棱镜簇的间距不同；

[0026] 图10A是图10的膜的另一个示意性侧视图或剖视图，其中示出了小透镜/棱镜簇对的光轴如何彼此不平行以及它们与膜的光轴的关系；

[0027] 图11是示例性膜的小透镜的示意性侧视图或剖视图，该小透镜具有复合曲率和对称轴或光轴；

[0028] 图12是小透镜/棱镜簇对的示意性侧视图或剖视图，该小透镜/棱镜簇对的光轴相对于膜的厚度轴倾斜，其中小透镜具有相对于厚度轴倾斜的对称小透镜轴，并且其中单个棱镜对称棱镜轴也相对于厚度轴倾斜；

[0029] 图13是双面光学膜的示意透视图；

[0030] 图13A是图13的膜在第二结构化表面被来自第一光源的斜入射光照明时小透镜输出光的模拟亮度的图，而图13B是类似的图，但第二结构化表面被来自与第一光源相对的第二光源的斜入射光照明；

[0031] 图13C是图13A和图13B的迹线叠加到彼此上的图，并且图13D是示出那些迹线的组合的图；

[0032] 图14是双面光学膜的示意性侧视图或剖视图，并且图14A是该膜在第二结构化表面被斜入射光照明时模拟膜输出光的图；

[0033] 图15是另一种双面光学膜的示意性侧视图或剖视图，并且图15A是该膜在第二结构化表面被斜入射光照明时模拟膜输出光的图；

[0034] 图16是另一种双面光学膜的示意性侧视图或剖视图，并且图16A是该膜在第二结构化表面被斜入射光照明时模拟膜输出光的图；

[0035] 图17是另一种双面光学膜的示意性侧视图或剖视图，并且图17A是该膜在第二结构化表面被斜入射光照明时模拟膜输出光的图；

[0036] 图18是图17的膜与漫射膜相结合的示意性侧视图或剖视图，并且图18A是示出漫射体能够如何修改或平滑图17A的膜输出光的图；并且

[0037] 图19A至图19E是光学系统的示意透视图，其中展示了双面光学膜和/或其相关联的光导可能具有的若干平面和非平面形状。

[0038] 本文示出的示意图未必按比例绘制，然而除非另外指明，否则假定本文的图具有准确的尺寸。附图中使用的类似附图标号是指类似等元件。

具体实施方式

[0039] 图1A示出了能够利用本发明所公开的双面光学膜的独特性质的光学系统100。光学系统100可作为显示系统的一部分，但也可以想到其他设备和应用，包括诸如灯具、工作灯和静态背光标牌等环境照明设备。相对于笛卡尔x-y-z坐标系示出系统100，使得可以更容易地讨论所选特征结构的方向和取向。系统100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。系统100还包括双面光学膜140，其更多细节将在下文予以讨论。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。

[0040] 光源132,134被设置在光导的相反的两端上，并且从相反的方向将光注入到光导中。每个光源可以发射名义上的白光以及具有期望的色调或色温的光。另选地，每个光源可以发射有色光，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/或可以发射紫外和/或红外(包括近红外)光。光源还可以是或者包括单独的光发射装置的群集，其中一些或全部群集可以发射非白色的有色光，但来自单独装置的光的组合可以产生标称白色光，例如来自红光、绿光和蓝光的总和。光导的相反的两端处的光源可以发射不同的白光或非白色的光，或者它们可以发射相同颜色的光。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包括冷阴极荧光灯(CCFL)，并且一者或两者可以是或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，或任何其他合适类型的光源。光源132,134优选是可电子控制的，使得任一个光源可被通电至打开状态(产生最大或其他显著的光输出)，同时使另一个光源处于关闭状态(产生很少或没有光输出)，或如果需要，两者可以同时处于打开状态，并且在非使用期间两者均可关闭。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中的任一者或两者可以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，但是此类能力在许多实施例中是不必要的。(对于无闪烁操作，转变速率可以在50Hz至70Hz或更大的范围内；对于两边操作，用于显示面板(如果存在的话)和光源的转变速率可以在100Hz至140Hz(或更大)的范围内。)因此，也可以使用在打开状态和关闭状态之间具有慢的多的特征转变时间的光源。

[0041] 光导150包括与第一光源134相邻的第一光输入侧150c和与第二光源132相邻的相背对的第二光输入侧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相背对的第二光导主表面150a也在第一侧面150c和第二侧面150d之间延伸。光导150的主表面150b,150a可以基本上彼此平行，或者它们可以是非平行的，使得光导150为楔形的。光可以从光导150的表面150b,150a中的任一者反射或发射，但通常光从表面150a发射并从表面150b反射。在一些情况下，可以在第一表面150b上或与第一表面150b相邻地提供高度反射表面，以有助于将光重定向通过第二表面150a离开。光提取特征结构诸如浅棱镜结构152，或其他光提取特征结构诸如透镜特征结构、白点、雾度涂层和/或其他特征结构可被设置在光导150的主表面150b,150a中的一者或两者上。下面结合图2讨论光导的示例性光提取特征结构。光提取特征结构通常被选择为使得从主表面150a发射的光优先地以高度倾斜的角度传播到空气中(如在x-z平面上测量)，而非以平行于或仅略偏离z轴的法线或近法线传播方向(同样在x-z平面上测量)进行传播。例如，从表面150a发射进入到空气中的光可以具有使相对于表面法线(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输出光束在x-z平面中沿其的强度分布是最大的方向。

[0042] 光导150可以具有实心形式，即，其在第一主表面150a和第二主表面150b之间可以具有完全实心的内部。固体材料可以是或包括任何合适的透光性材料，诸如玻璃、丙烯酸类树脂、聚酯或其他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在其相背对的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。中空光导还可以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，并且曲率可以微小的(接近平面的)或极大的，包括其中光导自身向内弯曲以形成完整或部分的管的情况。此类管可以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的一个或多个部件制成，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一个或多个部件提供。曲率可以仅在x-z平面内，或仅在y-z平面内，或在这两个平面内。尽管光导和双面膜可以为非平面的，为简单起见，图中将它们示出为平面的；在前一种情况下，可以将附图解释为示出光导和/或光学膜的足够小的部分，使得其看起来为平面的。无论是实心还是中空的，根据构造的一种或多种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以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。

[0043] 双面光学膜140被假定为位于或限定大致平行于x-y平面的膜平面，该双面光学膜被设置成接收由光导150倾斜发射的光。膜140具有第一结构化表面140a和与第一结构化表面相背对的第二结构化表面140b。延伸的小透镜144形成于结构化表面140a，其大致背离光导150取向。

[0044] 延伸的棱镜(更好地示出于后面的附图中)形成于第二结构化表面140b，其大致朝向光导150取向。在这一取向中，由光导150的主表面150a发射的光入射到棱镜上，这有助于偏转入射光。入射光被膜140偏转并穿过膜140，以提供来自膜140的膜输出光。如下文进一步所述，膜输出光的特性受到光源132,134中的哪个光源处于打开状态的影响，并且受到小透镜和棱镜之间的空间关系的影响。当一个光源打开时，第一膜输出光可包括第一组N条成角度分离的光束。当相对的光源打开时，第二膜输出光可包括第二组N条成角度分离的光束，该光束可基本上与第一组光束对齐或不对齐。如下文其他附图更好地示出，棱镜被分组成相邻棱镜的多个簇，该簇彼此分开，并且每个棱镜簇与小透镜中的对应的一个小透镜相关联。这些棱镜具有尖锐顶点，以便提供光束边缘，该边缘从例如强度对角度曲线图中测量为尖锐的。

[0045] 棱镜和小透镜144两者通常是线性的，或者，在其中一者或两者不是精确线性(例如不直)的情况下，它们以其他方式沿着特定平面内轴延伸或延伸。因此，小透镜144可以沿着彼此平行的小透镜轴延伸。一个此类轴在图1B中被示为轴145，其被假设为平行于y轴。棱镜可以沿着彼此平行的相应棱镜轴延伸。延伸的小透镜轴通常平行于延伸的棱镜轴。不需要完全平行，轻微偏离完全平行状态的轴也可被视作平行；然而，错开将导致沿双面膜的工作面的长度方向的不同位置处，给定小透镜/棱镜簇对之间具有不同的对准量，并且此类对准度之间的差值(无论是否定制对准度以实现相关顶点或其他参考点的精确对齐还是故意错开，如下文所述)期望地为约1微米或更小。在一些情况下，在光导的主表面150b上的提取特征结构诸如棱镜结构152可以是线性的，或沿着平行于膜140的小透镜和棱镜的延伸轴的轴延伸；或者，光导150的此类提取特征结构可取向为其他角度。

[0046] 在膜140或其有关部分中，小透镜144与棱镜簇之间存在一一对应关系。因此，对于每个棱镜簇来说，存在唯一的小透镜144，给定的棱镜簇主要与该小透镜交互，并且反之亦然。小透镜144中的一个、一些或全部可以与它们相应的棱镜簇基本对准。另选地，膜140可以被设计为包括小透镜中的一些或全部相对于它们相应的棱镜簇的故意错开或未对准。与小透镜和棱镜簇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144的间距和棱镜簇的间距(以及棱镜簇中单个棱镜的间距)可以被选择以减小或消除显示面板中相对于周期性特征结构的叠栅图纹。也可以根据可制造性确定或选择这些不同的间距尺寸。光学膜140的相应结构化表面上的小透镜144和棱镜簇的可用间距在例如约10微米至约140微米的范围内，但这一范围不应以不当的限制方式进行解释。

[0047] 系统100可以具有任何可用的形状或构造。在许多实施例中，光导150和/或双面光学膜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以具有四个以上的侧面和/或弯曲形状。

[0048] 可转换驱动元件160电连接到第一光源132和第二光源134。该元件可以包括能够使光源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还可以包括联接到电源并联接到连接到光源的电源线的开关。开关可以是单个晶体管或其他转换元件，转换模块或元件的组或网络。驱动元件160内的开关和电源可以被配置为具有若干可操作模式。这些模式可包括如下两种、三种或全部：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个都不打开(即，均关闭)的模式。

[0049] 我们将在下文更详细地描述双面光学膜140具有单独的相邻棱镜的簇时，如何能够使光学系统具有产生输出光的能力，该输出光的特征在于一组密集但在输出角中彼此分开的光束。光束组在光束的相对的两个边界处具有尖锐边缘，并且单独光束也可以具有锋利边缘。输出光的特性和特征结构由小透镜与棱镜簇的设计细节控制，将在下文中进一步说明。

[0050] 图1B是光学系统100的示意性透视图，示出了光导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的附图标号，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144和朝向光导150取向的具有棱峰的棱镜。小透镜的延伸轴145(其还可以对应于棱镜的延伸轴)被示为平行于y轴。就结构化表面140b的棱镜而言，延伸轴与棱镜的顶点平行。膜140被示出为与光导150相邻但稍微间隔开。膜140还可以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以被保存。另选地，低折射率粘结材料可以用于在棱镜和光导150之间将膜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以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布WO 2010/120864(Hao等人)以及WO 2011/088161(Wolk等人)，这些专利申请公布讨论了其折射率(n)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布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)。也可以使用气隙间隔技术，例如其中微再现型柱子的阵列用于将两个部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布US 2013/0039077(Edmonds等人)。

[0051] 本发明所公开的双面光学膜及相关联的部件可以多种形式和构造提供。在一些情况下，双面光学膜可以例如以成片、片材或辊的形式被包装、销售或单独使用。在其他情况下，双面光学膜可以与光导一起被包装、销售或使用，光导的输出光束特性可定制以与双面膜一起使用。在此类情况下，双面膜可粘结到光导，如上文所述，或者它们可以不粘结到彼此。在一些情况下，双面光学膜可以与光导和一个或多个LED或一个或多个其他光源一起被包装、销售或使用，所述光导被定制以与双面膜一起使用，所述LED或其他光源适于将来自例如相对端的光注入光导，如图1A大体所示。双面膜、光导和一个或多个光源可粘结、附接或其他方式固定到彼此附近以形成照明模块，其可以为大型或小型模块、刚性或柔性模块，并且基本上平坦/平面的或非平坦/非平面的，其可以单独使用或与其他部件结合使用。包括双面光学膜、光导和一个或多个光源的照明系统可适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、静态背光标牌或通用照明模块。

[0052] 图2示出可以适用于本发明所公开的双面光学膜中的一些或全部的示例性光导250。光导250可以取代图1A中的光导150，并且结合光导150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笛卡尔x-y-z坐标。图2中以放大的方式示出在光导250的两个主表面上的示例性表面结构，但可以使用一个或多个结构化表面相对于光导的边缘或边界的其他取向。光导250包括第一主表面
250a，其朝向双面光学膜并从所述第一主表面提取光；第二主表面250b，其与第一主表面相背对；以及侧表面250d,250c，其可以用作第一光源和第二光源的光注入表面，如本文其他地方所述。例如，一个光源可以沿侧表面250c定位，从而提供从光导250发射的第一斜光束，并且类似光源可以沿侧表面250d定位，从而提供从光导250发射的第二斜光束。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。

[0053] 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，以提供浅棱镜结构252的线性阵列。这些棱镜结构沿平行于y轴的轴延伸，并且被设计用于反射沿光导的长度方向(沿x轴)传播的适当部分，使得反射光折射出前部主表面250a并以适当倾斜的角度进入空气(或具有适当较低的折射率的有形物质)并前进到双面光学膜。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可以涂覆有反射膜诸如铝，或者其可以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，使得此类光被反射回到光导中并穿过光导。棱镜结构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。棱镜结构252具有顶角，其通常远大于本发明所公开的双面光学膜中使用的棱镜的顶角。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，光导可以由丙烯酸系材料诸如单元浇铸(cell-cast)型丙烯酸制成，并且可具有1.4mm的总厚度和140mm的沿x轴的长度，并且棱镜可具有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。

[0054] 可以采用机械加工、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结构254的线性阵列，该透镜结构或特征结构彼此平行并且平行于透镜延伸轴。与棱镜结构252的延伸轴相比，透镜延伸轴通常平行于x轴。透镜结构254可被成形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，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，而在其他情况下可较弱地弯曲。在一个实施例中，光导可以由单元浇铸型丙烯酸制成并且可以具有0.76mm的总厚度、141mm的沿x轴的长度和66mm的沿y轴的宽度，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的深度可以为2.9微米，宽度可以为81.6微米，并且棱镜顶角可以为约172度。再次，读者应理解这些实施例仅仅是示例性的，而不应理解为过度限制性的；例如，除透镜结构之外的结构可以用在光导的前主表面上。

[0055] 如上所述，透镜结构254可以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以使用在光导的平面(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可被成形为限制光沿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，并且其他光源关闭。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的相应条纹或条带250-1,250-2,250-3。条带可以是不同的，具有很少或没有重叠，如图中所示，或者它们可以在某种程度上重叠。每个光源可独立地可寻址，使得光导能够被有效地细分或划分，其中在光导的每一侧上的光源随所述细分或划分的变化而被打开。例如，可以照明条带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条带。位于光导相背对侧的光源
234a,234b,234c可以与侧表面250d处的配对光源对齐，使得它们照明相同的相应条带250-
1,250-2,250-3；或者光源234a,234b,234c可以沿y方向相对于侧表面250d上的光源偏移或错列，使得它们照明其他条带，这些条带可能以类似于条带250-1,250-2,250-3的方式彼此重叠，也可能不以类似于条带250-1,250-2,250-3的方式重叠。光源232a,232b,232c,234a,
234b,234c均可发射白光、或非白色或波长的光，或者光源可以发射不同的颜色。光导250的给定部分，诸如条带250-1,250-2,250-3中的任一个，可以因此用作独立的光导，并且可以随以下情况的变化而发射至少两个不同的输出光束，所述情况为：是否仅在一个侧表面(例如表面250d)处的其相关联光源(一个或多个)打开，或是否仅在相背对侧表面(例如表面
250c)处的其相关联的一个或多个光源打开，或是否两个此类光源均打开。当双面光学膜与此类光导一起使用时，光导的空间条状或带状输出能力大体上被传递给双面光学膜，使得通过对适当的一个或多个光源通电，本发明所公开的输出光(包括例如成角度分离的光束组)可来自双面光学膜的输出表面的全部(所有条纹或条带)、或仅一部分(至少一条但少于全部条纹或条带)、或非来自输出表面(无条纹或条带)。

[0056] 现在参见图3，我们看到的是图1A的照明系统100的另一个示意性侧视图。在图3中，仅光源134被通电(打开)，而光源132没有被通电(关闭)。由于光导150的特性、光学膜140的特性以及光导和光学膜之间的交互，来自光源134的光产生从双面光学膜发射的第一膜输出光310。读者应当理解，尽管输出光310从膜140的中心部分上汲取，但我们假设这一具体实施例，这一相同的输出光发射自基本上整个第一结构化表面140a。输出光310在x-z平面上具有角分布，其特征在于一组密集间隔(作为角度θ的函数)但成角度分离的光瓣
310a,310b,…,310h。最外侧光瓣310a,310h限定了大体上呈扇形的输出光310的最外侧相对边缘或侧面上的尖锐过渡特征。在那些外边缘之间，输出310的亮度快速波动并且基本上作为角度的函数以限定八个不同的光瓣310a,310b,310c等。根据光瓣峰顶之间的波动的数量以及光瓣之间的相对最低值，光瓣的一部分或全部可被视作独立的光束，如下文所述。不同光瓣或光束的数量N(在本例中，N＝8)可等于结构化表面140b上的每个棱镜簇中的各个棱镜的数量，在下文中将进一步讨论。

[0057] 来自通电光源134的光穿过第一侧面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被折射或以其他方式提取以提供斜光束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表示。斜光束134-2通常被发射在基本上主表面150a的整个表面区域上，即不仅在主表面150a的几何中心中，而且处于或接近其边缘，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的最大光强的方向可以与正x方向偏转30度或更小、或20度或更小、或15度或更小、或10度或更小。

[0058] 由于斜光束134-2的方向性，来自光源134的光可以主要通过膜140的第二结构化表面140b上每个棱镜的倾斜侧表面而进入双面光学膜140。此类倾斜表面上提供的折射与棱镜的其他倾斜表面上提供的折射相结合，并结合小透镜144提供的折射，使得从膜140发射的光作为第一膜输出光310。第一膜输出光310来源于由每个小透镜144发射并穿过膜140的单个输出光的总和，其单个输出是指小透镜输出光。为简单起见，假设膜140被构造成使得单个小透镜输出光具有彼此相同并且与膜输出光310相同的角分布。在其他实施例中，单个小透镜输出光的角分布可以彼此不同，其然后加到一起以提供总体膜输出光，该总体膜输出光具有不同于小透镜输出光的角分布。

[0059] 如果第一光源134被关闭而第二光源132被打开，则系统100将产生第二膜输出光，其特征也在于在x-z平面上大体上成扇形的角分布，其为或包括一组密集间距(作为角度θ的函数)但成角度分离的光瓣，最外侧光瓣限定了输出光的最外侧相对边缘或侧面的尖锐过渡特征。根据光瓣峰顶之间的波动的数量以及光瓣之间的相对最低值，光瓣的一部分或全部可被视作独立的光束。第二膜输出光通常包含不同于第一膜输出光的角度范围，但这两种膜输出光的角分布通常发生重叠，无论其相应的任何单个光瓣(或光束)是否发生重叠。图4示出采用相同的双面光学膜140可产生的典型第二膜输出光410，该第二膜输出光的产生方式与图3的第一膜输出光310的产生方式相同。

[0060] 因此，在图4中再次示出照明系统100，不同的是，光源134没有被通电(关闭)，而光源132被通电(打开)。由于光导150的特性、双面光学膜140的特性以及光导和光学膜之间的交互，来自光源132的光将产生从光学膜发射的第二膜输出光410，该第二膜输出光410具有通常不同于图3的第一膜输出光310的角分布。

[0061] 来自通电光源132的光穿过第二侧面150d进入光导150。该光通常在负x方向上沿着光导150移动，所述光从主表面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被折射或以其他方式提取以提供斜光束132-2，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表示。斜光束132-2通常被发射在基本上主表面150a的整个表面区域上，即不仅在主表面150a的几何中心中，而且处于或接近其边缘，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132-2具有与负x方向最密切对齐的最大光强度的方向。光束132-2的最大光强度的方向可以与负x方向偏转30度或更小、或20度或更小、或15度或更小、或10度或更小。

[0062] 由于斜光束132-2的方向性，来自光源132的光可以主要仅通过膜140的第二结构化表面140b上每个棱镜的第二倾斜侧表面而进入双面光学膜140，该第二倾斜侧表面背对于结合图3所用的倾斜表面。此类倾斜表面上提供的折射与棱镜的其他倾斜表面上提供的折射相结合，并结合小透镜144提供的折射，使得从膜140发射的光作为第二膜输出光410。第二膜输出光410来源于由每个小透镜144发射并穿过膜140的单个输出光的总和，其单个输出是指小透镜输出光。为简单起见，假设膜140被构造成使得单个小透镜输出光具有彼此相同并且与第二膜输出光410相同的角分布。在其他实施例中，单个小透镜输出光的角分布可以彼此不同，其然后加到一起以提供不同于每个小透镜输出光的总体膜输出光。

[0063] 现在我们将讨论使膜产生输出光的示例性双面光学膜的设计细节，诸如图3和图4所述的那些，其在特定观测平面中的角分布在分布的相对侧面或边缘上具有尖锐的过渡或边缘，并且其快速波动并且基本上为角度的函数，以限定不同的光瓣或光束。一般来讲，此类膜具有相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多个形成于其中的延伸的小透镜，并且第二结构化表面具有多个形成于其中的延伸的棱镜。棱镜被分组成相邻棱镜的多个簇，这些簇彼此分开，并且每个棱镜簇具有至少三个单独的棱镜。小透镜和棱镜簇被布置成小透镜与棱镜簇一一对应的方式。单独棱镜中的大多数或基本上全部均具有尖锐顶点，该顶点由其倾斜侧表面的尖端部分形成。膜被构造成使得给定棱镜簇的棱镜顶点位于相关联的小透镜的焦面处或焦面附近。例如，焦区可被限定为如下空间，其包含焦面并且具有以差分距离DD与焦面分开的边界，该差分距离DD等于小透镜的轴向焦距的20％，并且与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在小透镜的焦区中。

[0064] 膜的结构化表面可使用任何已知的微再现技术(例如，通过压印或热成形聚合物膜)或使用连续浇铸-固化方法制成。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从工具分离以提供结合到载体膜并且具有所需微结构化外形的层。一个该层可以被施加在载体膜的一侧以形成小透镜(参见例如图3中的第一结构化表面140a)，并且另一个该层可以被施加在载体膜的相对侧以形成棱镜和棱镜簇(参见例如图3中的第二结构化表面140b)。至于用于制造该膜的微再现技术，它们预期以这样一种方式应用，即可以控制膜的相对结构化表面上元件(例如，给定小透镜和给定棱镜)的相对位置，并且使得这些元件之间的距离也可得到控制，例如，通过适当地选择膜厚度和涂层厚度来控制。参考专利申请公布US 
2005/0052750(King等人)，其描述微再现结构如何可在制品的相对两侧上对齐等。双面光学膜可使用由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯或任何其他合适的透光性聚合物或其他材料制成的载体膜制成。

[0065] 本发明所公开的双面光学膜的结构化表面以及本发明所公开的光导的结构化表面可另选地或除此之外使用已知的添加剂制造技术(有时也称为三维打印或3D打印)来制成。

[0066] 图5是一种示例性双面光学膜540的一部分的示意图。该膜具有相背对的第一结构化表面540a和第二结构化表面540b。尽管示出的膜540具有单层材料构造，其在应用中通常浸入空气或真空中，或将一个或两个主表面处附接到其他部件，但是也可以设想其他的膜构造。例如，膜540可具有中心载体膜，其他材料层附接到该载体膜，如下文例如图13所示。相对于与前面附图中的坐标系一致的笛卡尔x-y-z坐标系示出膜540。因此，膜540位于或限定大致平行于x-y平面的膜表面，并且具有平行于z轴的厚度轴。

[0067] 第一结构化表面540a具有形成于其中的多个小透镜544。这些小透镜544中的每个沿着平行于y轴的延伸轴延伸。小透镜544可具有单个、一致的曲率，即，每个小透镜的弯曲表面可以为直圆柱体的一部分，或者它们可具有不一致的曲率，例如，具有连续变化的曲率，其中心部分的曲率半径较小，而边缘附近的曲率半径较大，或者反之亦然。具有不一致的曲率的小透镜被称为具有复合曲率。每个小透镜544还可具有顶点，该顶点被标记为V。无论小透镜544具有复合曲率还是具有简单(一致)的曲率，小透镜544在其顶点V处的曲率的特征可在于曲率中心，该曲率中心在图5中被标记为C。需注意，每个小透镜544的顶点V和曲率中心C位于轴525上，如下文所进一步讨论的。因此，可以说每个小透镜544的顶点V和曲率中心C位于沿轴向525方向。在图5的实施例中，轴525平行于z轴和膜540的厚度轴。每个小透镜544的另一个特征在于小透镜的焦点，其也与小透镜的焦面和焦区有关。为避免过度杂乱，图5中略去了小透镜544的这些特征结构，但在下文图5A中示出。小透镜544的共同特征可在于间距P1，如下文图14所示。间距可以从小透镜的中心到中心(例如，顶点到顶点)来测量，如图所示，或从边缘到边缘来测量。间距通常在结构化表面540a的区域内是一致的，但在一些情况下可以不是一致的。

[0068] 第二结构化表面540b具有形成于其中的多个棱镜541。类似于小透镜544，棱镜541各自沿着平行于y轴的延伸轴延伸。每个棱镜541具有两个倾斜侧表面，其在棱镜的尖锐峰顶或顶点处交汇，被标记为V棱镜。每个棱镜541在其顶点处的夹角被称为顶角，其通常在50度至90的范围内，例如63.5度，但这一数值不应理解为过度限制性的。无论顶角多大，顶点均预期为比截顶或倒圆更尖锐，例如，具有不超过3微米、或不超过2微米、或不超过1微米或更小的曲率半径。就这一点而言，棱镜顶点可以被描述为绝对锐缘(dead sharp)。棱镜541不占据整个第二结构化表面540b，但是组成相邻棱镜541的组或簇543，该簇543被不包括延伸的棱镜的一个或多个特征结构分开。在图5的实施例中，簇543在结构化表面540b上被较大的各个V型槽520分开。

[0069] 小透镜544与棱镜簇543之间存在一一对应的关系。对于给定的小透镜544来说，棱镜簇543中的一个主要与小透镜进行光学交互(并且通常最靠近小透镜)，因此，小透镜544以及以这种方式与该小透镜相关联的棱镜簇543可以被称为形成小透镜/棱镜簇对548。两个此类完整对548如图5所示。图5中将相邻对548之间的边界标记为550。通常，边界550不表示任何物理结构、界面或阻隔，因此，穿过膜540的光线可以自由地从一个小透镜/棱镜簇对548传播至另一个。

[0070] 在描述本发明所公开的双面膜的构造和设计时，为每个棱镜簇指定一个代表性特征结构很有用，该特征结构居中位于构成棱镜簇的单个棱镜的组内。最相关的此类代表性特征结构为针对居中位于棱镜簇内(例如，簇中位于中心棱镜相对侧的其余棱镜的数量相等)的棱镜的棱镜顶点V棱镜。如果没有棱镜位于中心，则簇的代表性特征结构可取为最接近居中位于棱镜簇内棱镜的棱镜顶点V棱镜。在图5的实施例中，每个棱镜簇543具有11个棱镜541，因此，存在居中棱镜，并且对于每个棱镜簇543来说，该棱镜的棱镜轴V棱镜还被标记为V簇。其他数量N的棱镜541也可用于另选的实施例中，例如，N＝3或5或10或更大。我们将轴V簇称作棱镜簇的中心顶点，或者简称为簇顶点。在以相同的方式定义膜中的所有棱镜簇时，簇顶点V簇可被用于表征簇相对于其相关联的小透镜以及相对于其他棱镜簇的位置。棱镜簇相对于彼此的位置的特征在于间距P2，如例如下文图14所示。间距可以从相邻棱镜簇543的簇顶点到簇顶点来测量。间距通常在结构化表面540b的区域内是一致的，但在一些情况下可以不是一致的。间距P2可以等于P1，于是小透镜544与棱镜簇543的对准程度在沿x轴的膜540的相关区域上保持不变或基本不变。另选地，P2可以略大于或小于P1，于是小透镜
544与棱镜541的对准程度在沿x轴的膜540的相关区域上改变。相背对的结构化表面540a上的棱镜簇相对于其相关联的小透镜的位置的特征可在于(对于每个小透镜/棱镜簇对548来说)，连接小透镜548的中心特征结构(例如，小透镜顶点V)与其相关联的棱镜簇的中心特征结构(例如，簇顶点V簇)的光轴。此类光轴如上文所介绍并且在图5中被标记为525。

[0071] 现在参见图5A，我们看到图5的结构化表面540a的孤立的一部分，其中示出了代表性小透镜544。小透镜544具有顶点V、曲率中心C和光轴525，如上文所述。小透镜544还具有焦点f。焦点f可根据平行光束511进行定义，该平行光束的传播方向平行于光轴525。特别地，在尽管存在偏离但将其忽略的情况下，小透镜544将此类光线511聚焦于焦点f。然后，如果我们考虑小透镜544和以各种其他方向传播的平行光束之间的交互作用，将会看到焦点f为小透镜544的焦面上的一点。例如，平行光束511’具有平行于轴525’的传播方向，其相对于轴525旋转或倾斜一定的角度θ。小透镜544将此类光线511’聚焦于新的点，该点被标记为f’。通过清除包含小透镜544的极限的范围内的掠角θ，所有点f’的轨迹限定了焦面552。焦面552包括在焦面552与光轴525交汇处的焦点f。

[0072] 对于每个小透镜544来说，限定邻近小透镜的焦面552的空间区域或范围是很有用的，我们将其称作焦区。我们从标识小透镜544的轴向焦距开始，轴向焦距从小透镜的顶点V沿光轴525测量到焦点f。在图5A中，该轴向焦距被标记为D。然后，我们可采用这一距离的分数作为标准，通过该标准来描述焦区相对于焦面552的边界。具体地，我们将差分距离DD定义为等于D的20％，并且我们将表面552a定义为与焦面552相同，但沿光轴525朝向小透镜544平移距离DD，并且我们还将表面552b定义为与焦面552相同，但沿光轴525背离小透镜
544平移距离DD。侧表面550a,550b被定义为小透镜/棱镜簇对548之间的边界550(参见图5)的延伸，其将表面552a连接至表面552b，以便形成封闭空间。所得的小透镜544的焦区555包含小透镜的焦面552，并且由表面552a,552b,550a和550b界定。

[0073] 该焦区555的放大视图如图5B所示，其中连同示出了与小透镜544相关联的棱镜簇543。为了在小透镜和/或膜的输出光的角分布中提供锐边缘或过渡，棱镜簇543中的棱镜
541的顶点V棱镜被设置在小透镜的焦面552处或该焦面附近。设置在焦面附近的一个措施是规定所考虑的一个或多个顶点被设置在上述焦区555中。因此，如图5B所示，簇543中的所有棱镜顶点V棱镜均被设置在焦区555中。在这一具体实施例中，棱镜顶点为共面的，并且由于焦面552为非平面的，因此顶点V棱镜与焦面552相距不同的距离。如果需要，可增加或减小膜540的总体厚度，以使棱镜簇543分别偏移远离小透镜544(并更靠近表面552b)或朝向小透镜544(并且更靠近表面552a)，同时确保顶点V棱镜始终处于焦区555内。为保持输出光的角分布的锐边缘，同时减小输出光瓣之间波动的数量(例如，以试图在强度对角度曲线图中获得最接近平坦“顶帽”分布的角分布，该顶帽分布也将属于更宽泛的扇形分布类别)，并同时保持较小的膜厚度以降低材料成本并提高柔韧性和降低刚度，在某些情况下控制诸如膜厚度、小透镜曲率、折射率等膜的设计参数可能是有利的，使得顶点V棱镜的一部分或全部被设置在介于焦面和小透镜之间的焦区的一部分中，即，设置在介于表面552,552a,550a和550b之间的区域中。

[0074] 由于图5B的放大视图，示出了图5中未示出的棱镜的一些细节。特别地，每个棱镜541具有介于其倾斜侧表面形成顶点V棱镜的夹角θinc，即，顶角。在典型实施例中，簇543中所有棱镜以及第二结构化表面上其他棱镜簇的棱镜的顶角是相同的。如上所述，该角度通常在50度至90度的范围内，例如，为63.5度。棱镜轴PA将每个顶角θinc对分。因此，棱镜轴PA可被视作给定棱镜541的光轴。在图5和图5B的实施例中，棱镜轴PA平行于膜的厚度轴，并且平行于小透镜/棱镜簇对的光轴525。棱镜541可以沿x轴具有一致的间距，该间距符合相邻棱镜顶点V棱镜之间的棱镜间距P3。

[0075] 图5C是限定N条成角度分离的光瓣或光束的假想小透镜输出光510的理想化图，所述光瓣或光束可在斜光照明图5中膜的第二结构化表面时产生。由于我们不规定斜光的性质，因此它可以为单侧斜光，例如，来源于光导一侧的第一光源(例如，图1A中的光源134)或光导相背对侧的第二光源(例如，图1A中的光源132)，但非两者兼有，或者它可以为双侧光，例如，来源于第一光源和第二光源两者。在任何一种情况下，输出510的相对强度作为角度θ(在x-z平面上相对于z轴测得)的函数进行波动，以产生相对最大值Imax和相对最小值Imin的交替序列。这些最大值和最小值限定了11个光瓣510a,510b,…510k。最外侧光瓣510a,510k具有最外侧边缘或过渡，其可以被视作输出光510的外边缘或外侧，其(在x-y平面内绘图时)呈扇形分布。根据相对最大值Imax之间的波动的数量以及相邻最大值之间的相对最小值，光瓣510a,510b等的一部分或全部可被视作独立的光束。出于本专利申请的目的，在下列情况下将输出光的角分布中的两个相邻光瓣视作不同的独立光束，即如果此类光瓣之间的相对最小值Imin小于此类光瓣的两个相对最大值Imax中较小者的一半。如果两个相邻光瓣之间的相对最小值Imin为此类光瓣的两个相对最大值Imax中较小者的50％或更多，则光瓣被视作单一光束的一部分而非独立光束。需注意，该独立光束的条件是参考输出光的角分布而非空间分布给定。为此，使用该测试方法得到的不同光束可能在空间上彼此重叠，特别是在靠近双面光学膜的位置处或观测平面中。特别地，对于图5C所描述的假想输出光
510，示出相对最小值和相对最大值，使得N个光瓣(N＝11)510a,510b等被视作N条独立光束。

[0076] 现在参见图6，我们看到类似于图5的膜540的双面光学膜640的一部分的示意性侧视图或剖视图，但是其中每个棱镜簇的棱镜顶点为非共面的。膜640具有相背对的第一结构化表面640a和第二结构化表面640b。示出的膜640具有单层材料构造，但是也可以设想其他膜构造，如本文中其他地方所述。相对于与前面附图中的坐标系一致的笛卡尔x-y-z坐标系示出膜640。

[0077] 第一结构化表面640a具有形成于其中的多个小透镜644。每个小透镜644沿着平行于y轴的延伸轴延伸。小透镜644可具有单个、一致的曲率，或者它们可具有复合曲率。每个小透镜644还具有顶点V。小透镜644在其顶点V处的曲率的特征在于曲率中心，其标记为C。每个小透镜644的顶点V和曲率中心C位于轴625上，该轴类似于图5的轴525。轴625平行于z轴和膜640的厚度轴。每个小透镜644的另一个特征在于小透镜的焦点，其也与小透镜的焦面和焦区有关，如上文结合图5A所述。小透镜644的共同特征可在于间距P1(参见例如图
14)，其通常在结构化表面640a的范围内为一致的，但是在一些情况下可以是不一致的。

[0078] 第二结构化表面640b具有形成于其中的多个棱镜641。类似于小透镜644，棱镜641各自沿着平行于y轴的延伸轴延伸。每个棱镜641具有两个倾斜侧表面，其在棱镜的锐峰顶或顶点V棱镜处交汇。棱镜顶点的细节在本文的其他地方有所描述。

[0079] 棱镜641组成相邻棱镜641的组或簇643，该组或簇被不包括延伸的棱镜的一个或多个特征结构分开。在图6的实施例中，簇643在结构化表面640b上被较大的各个V型槽620分开。小透镜644与棱镜簇643之间存在一一对应的关系。对于给定的小透镜644来说，棱镜簇643中的一个主要与小透镜进行光学交互并且通常最靠近小透镜，因此，小透镜644以及以这种方式与该小透镜相关联的棱镜簇643可以被称为形成小透镜/棱镜簇对648。两个此类完整对648如图6所示。相邻对648之间的边界650与图5的对应边界相同或相似。

[0080] 膜640和膜540之间的一个差异在于在膜640中，给定棱镜簇643中的棱镜顶点V棱镜并非位于共用平面中，与棱镜簇543中的棱镜顶点不同。在膜640中，给定簇643中的棱镜顶点沿弯曲路径分布，如下文结合图6A所述。

[0081] 棱镜簇643的特征在于居中棱镜顶点，其被称作簇顶点并标记为V簇，与图5中一样。在图6的实施例中，每个棱镜簇643具有11个棱镜641，因此，存在居中棱镜，并且对于每个棱镜簇643来说，该棱镜的棱镜轴V棱镜还被标记为V簇。其他数量N的棱镜641也可用于另选的实施例中，例如，N＝3或5或10或更大。棱镜簇相对于彼此的位置的特征在于间距P2，如例如下文图14所示。间距通常是一致的，但是在一些情况下可以是不一致的。间距P2可以等于P1，或P2可以略大于或小于P1，如上文所述。光轴625将小透镜648的中心特征结构(例如，小透镜顶点V)与其相关联的棱镜簇的中心特征结构(例如，簇顶点V簇)相连接。

[0082] 在图6A中，我们看到图6的棱镜簇643中的一个的放大示意图。示出相对于其相关联的小透镜644的焦区655的棱镜簇643。焦区655的定义方式与上文所述的焦区555的定义方式相同。因此，焦区655包含小透镜644的焦点f和焦面652，并且其由表面652a,652b,650a和650b界定。所有这些元件具有与图5A中对应元件相同或相似的属性和特征。为了在小透镜和/或膜的输出光的角分布中提供锐边缘或过渡，棱镜簇643中的棱镜641的顶点V棱镜被设置在小透镜的焦面652处或该焦面附近。更特别地，簇643中的所有棱镜顶点V棱镜均被设置在焦区655中。本实施例中的棱镜顶点V棱镜为非共面的，其沿图6A中所示的弯曲路径分布。该弯曲路径具有与焦面652的曲率归向相同的曲率，在图6A中均向上弯曲。换句话说，如果焦面652具有第一弯曲形状并且棱镜顶点V棱镜在x-z平面沿第二弯曲形状布置，则从一个视角观察时，第一弯曲形状和第二弯曲形状均为凹形的，而从相反视角观察时，它们均为凸形的。在图6A的实施例中，不仅这些形状的归向(曲率)相同，而且它们的实际曲率也相同或相近，使得对于棱镜簇643中所有的棱镜641，从给定棱镜顶点V棱镜到焦面652的距离均相同或相近。如上文结合图5A所述，可增加或减小膜640的总体厚度，以使棱镜簇643分别偏移远离小透镜644(并更靠近表面652b)或朝向小透镜644(并且更靠近表面652a)，同时确保顶点V棱镜始终处于焦区655内。出于上文所述的理由，在某些情况下控制膜的设计参数可能是有利的，使得顶点V棱镜中的一部分或全部被布置在介于焦面和小透镜之间的焦区的一部分中，即，布置在介于表面652,652a,650a和650b之间的区域内。

[0083] 每个棱镜641具有顶角θinc，该顶角对于簇643中的所有棱镜以及第二结构化表面上其他棱镜簇的棱镜通常是相同的。棱镜轴PA将每个顶角θinc对分，其可被视作给定棱镜641的光轴。在图6和图6A的实施例中，居中棱镜641的棱镜轴PA平行于膜的厚度轴以及光轴
625，但棱镜簇643中的其他棱镜641的棱镜轴PA相对于那些轴倾斜或旋转，倾斜的程度随着与居中棱镜的距离而单调增加，并且倾斜的归向在居中棱镜的一侧与另一侧不同。以特定方式为簇643中的棱镜641提供可变的倾斜，以便这种倾斜有助于由小透镜更密切匹配的焦面652在顶帽分布的两侧维持更尖锐的边缘。它具有通过将光线重定向至成对小透镜而减小相邻小透镜/棱镜簇对之间的串扰的额外有益效果。棱镜641可以沿x轴具有一致的间距，该间距符合相邻棱镜顶点V棱镜之间的棱镜间距P3。另选地，棱镜641可以沿连接顶点V棱镜的弯曲路径一致地间隔开，在这种情况下，沿x轴的棱镜间距P3将是不一致的：在簇643的中心最大，而在簇643的边缘或末端最小。

[0084] 根据构造的细节不同，图6和图6A的膜640可以产生限定N个成角度分离的光瓣或光束的小透镜输出光，所述光瓣或光束在斜光照明膜的第二结构化表面640b时产生，如图5C所示的输出光类似。根据获得的Imax和Imin值不同，光瓣中的一部分或全部可以满足成为上述不同且独立光束的标准，或者没有光瓣可以满足该标准。

[0085] 图7示出了另一种双面光学膜740的一部分的示意性侧视图。膜740类似于图5的膜540，不同的是，相邻棱镜簇被平坦表面721而非深V型槽520分开。读者应当理解，平坦表面和V型槽仅为可用于棱镜簇之间的区域的多种可能的表面构造和形状中的两种。在下文所述的模型考察中，至少在一些实施例中发现平坦表面将减小光学膜的输出光中边带照明的强度。

[0086] 膜740具有相背对的第一结构化表面740a和第二结构化表面740b，并且相对于笛卡尔x-y-z坐标系示出，与先前的附图一致。第一结构化表面740a具有形成于其中的多个小透镜744。每个小透镜744沿着平行于y轴的延伸轴延伸。小透镜744可具有单个、一致的曲率，或者它们可具有复合曲率。每个小透镜744还具有顶点V。小透镜744在其顶点V处的曲率的特征在于曲率中心C。每个小透镜744的顶点V和曲率中心C位于轴725上。小透镜744的共同特征可在于间距P1(参见例如图14)。这些不同的元件可相同与或类似于膜540的相应元件。

[0087] 第二结构化表面740b具有形成于其中的多个棱镜741。棱镜741各自沿着平行于y轴的延伸轴延伸。每个棱镜741具有两个倾斜侧表面，其在棱镜的锐峰顶或顶点V棱镜处交汇。棱镜741组成相邻棱镜741的组或簇743，该组或簇被不包括延伸的棱镜的一个或多个特征结构分开。小透镜744与棱镜簇743之间存在一一对应的关系。对于给定的小透镜744来说，棱镜簇743中的一个主要与小透镜进行光学交互并且通常最靠近小透镜，因此，小透镜744以及以这种方式与该小透镜相关联的棱镜簇743形成小透镜/棱镜簇对748。两个此类完整对748如图7所示。边界750被限定在介于相邻的小透镜/棱镜簇对748之间。这些各种元件可以与膜540的对应元件相同或相似，不同的是簇743在结构化表面640b上被平坦表面721而非较大的各个V型槽彼此分开。

[0088] 本文其他地方所述的膜的设计方面也可应用于图7的膜740，根据构造的细节不同，图7的膜740可以产生限定N个成角度分离的光瓣或光束的小透镜输出光，所述光瓣或光束在斜光照明膜的第二结构化表面740b时产生，如图5C所示的输出光类似。根据获得的Imax和Imin值不同，光瓣中的一部分或全部可以满足成为上述不同且独立光束的标准，或者没有光瓣可以满足该标准。

[0089] 图8示出了另一种双面光学膜840的一部分的示意性侧视图。膜840类似于图6的膜640，不同的是，相邻棱镜簇被平坦表面821而非深V型槽620分开。平坦表面和V型槽仅为可用于棱镜簇之间的区域的多种可能的表面构造和形状中的两种。在下文所述的模型考察中，至少在一些实施例中发现平坦表面将减小光学膜的输出光中边带照明的强度。

[0090] 膜840具有相背对的第一结构化表面840a和第二结构化表面840b，并且相对于笛卡尔x-y-z坐标系示出，与先前的附图一致。第一结构化表面840a具有形成于其中的多个小透镜844。每个小透镜844沿着平行于y轴的延伸轴延伸。小透镜844可具有单个、一致的曲率，或者它们可具有复合曲率。每个小透镜844还具有顶点V。小透镜844在其顶点V处的曲率的特征在于曲率中心C。每个小透镜844的顶点V和曲率中心C位于轴825上。小透镜844的共同特征可在于间距P1(参见例如图14)。这些不同的元件可相同与或类似于膜640的相应元件。

[0091] 第二结构化表面840b具有形成于其中的多个棱镜841。棱镜841各自沿着平行于y轴的延伸轴延伸。每个棱镜841具有两个倾斜侧表面，其在棱镜的锐峰顶或顶点V棱镜处交汇。棱镜841组成相邻棱镜841的组或簇843，该组或簇被不包括延伸的棱镜的一个或多个特征结构分开。小透镜844与棱镜簇843之间存在一一对应的关系。对于给定的小透镜844来说，棱镜簇843中的一个主要与小透镜进行光学交互并且通常最靠近小透镜，因此，小透镜844以及以这种方式与该小透镜相关联的棱镜簇843形成小透镜/棱镜簇对848。两个此类完整对848如图8所示。边界850被限定在介于相邻的小透镜/棱镜簇对848之间。这些各种元件可以与膜640的对应元件相同或相似，不同的是簇843在结构化表面840b上被平坦表面821而非较大的各个V型槽彼此分开。

[0092] 本文其他地方所述的膜的设计方面也可应用于图8的膜840，根据构造的细节不同，图8的膜840可以产生限定N个成角度分离的光瓣或光束的小透镜输出光，所述光瓣或光束在斜光照明膜的第二结构化表面840b时产生，如图5C所示的输出光类似。根据获得的Imax和Imin值不同，光瓣中的一部分或全部可以满足成为上述不同且独立光束的标准，或者没有光瓣可以满足该标准。

[0093] 在图9和图10中，示出了光学膜的相背对的结构化表面上元件的一些可能布局，其参照元素的间距以及这些相背对的结构化表面上元件的对齐或对准(或错开或未对准)。在图9中，双面光学膜940可以与本文所述的任何双面光学膜相同或相似，其具有第一结构化表面940a和相背对的第二结构化表面940b。第一结构化表面940a具有形成于其中的小透镜944，每个小透镜沿平行于y轴的延伸轴延伸。小透镜944具有顶点V、曲率中心和焦点，如本文其他地方所述。小透镜944具有一致的间距P1。

[0094] 膜940的第二结构化表面940b包括多个棱镜(在该示意图中未示出)，每个棱镜沿平行于y轴的延伸轴延伸。这些棱镜中的每个均具有锐峰顶或顶点，这些锐峰顶或顶点在该示意图中也未示出。棱镜组成相邻棱镜的组或簇943，该组或簇被不包括延伸的棱镜的一个或多个特征结构(例如，平坦表面、较大的V型槽或其他合适的表面形状)分开。概括地讲，棱镜簇943在图9中仅示意性地示出。每个棱镜簇943的特征在于居中棱镜顶点，其被称作簇顶点并标记为V簇，与其他附图中一样。每个棱镜簇943包括N个单独的棱镜，其中N为(例如)至少3或5或10或更多。棱镜簇943的特征在于一致的间距P2。假设P2等于P1。小透镜944与棱镜簇943之间存在一一对应的关系，并且小透镜与棱镜簇的关联形成小透镜/棱镜簇对948。在膜940中，示出了九个此类小透镜/棱镜簇对948。在典型的膜中，可能存在数十个、数百个或数千个此类小透镜/棱镜簇对。

[0095] 小透镜944和棱镜簇943不仅具有相同的间距，而且它们沿z轴或膜940的厚度轴彼此对齐。即，对于给定的小透镜/棱镜簇对948来说，小透镜的顶点V和棱镜簇的中心特征结构V簇具有相同的x坐标和不同的z坐标。因此，每个小透镜/棱镜簇对948具有平行于z轴的光轴。假设小透镜944采用相同的设计并且棱镜簇943也采用相同的设计，于是小透镜/棱镜簇对948将基本上彼此相同或相似(区别在于沿z轴平移)，并且将产生其角分布也基本上相同或相似的小透镜输出光。这些小透镜输出光将加在一起以提供膜940的总体膜输出光，其角分布与那些单独小透镜输出光的角分布基本上相同或相似。根据小透镜、棱镜和棱镜簇的设计细节不同，小透镜输出光和膜输出光可以限定N个成角度分离的光瓣或光束的小透镜输出光，所述光瓣或光束在斜光照明膜的第二结构化表面940b时产生，如图5C所示的输出光类似。根据获得的Imax和Imin值不同，光瓣中的一部分或全部可以满足成为上述不同且独立光束的标准，或者没有光瓣可以满足该标准。

[0096] 图10的双面光学膜1040与图9的不同之处在于小透镜具有与棱镜簇不同的间距。双面光学膜1040可以与本文所述的任何双面光学膜相同或相似，其具有第一结构化表面
1040a和相背对的第二结构化表面1040b。第一结构化表面1040a具有形成于其中的小透镜
1044，每个小透镜沿平行于y轴的延伸轴延伸。小透镜1044具有顶点V、曲率中心和焦点，如本文其他地方所述。小透镜1044具有一致的间距P1。

[0097] 膜1040的第二结构化表面1040b包括多个棱镜(在该示意图中未示出)，每个棱镜沿平行于y轴的延伸轴延伸。这些棱镜中的每个均有锐峰顶或顶点，这些锐峰顶或顶点在该示意图中也未示出。棱镜组成相邻棱镜的组或簇1043，该组或簇被不包括延伸的棱镜的一个或多个特征结构(例如，平坦表面、较大的V型槽或其他合适的表面形状)分开。概括地将，棱镜簇1043在图10中仅示意性地示出。每个棱镜簇1043的特征在于居中棱镜顶点，其被称作簇顶点并标记为V簇，与其他附图中一样。每个棱镜簇1043包括N个单独的棱镜，其中N为(例如)至少3或5或10或更多。棱镜簇1043的特征在于一致的间距P2。假设P2不同于P1，并且图10按照P2大于P1的方式进行绘制。小透镜1044与棱镜簇1043之间存在一一对应的关系，并且小透镜与棱镜簇的关联形成小透镜/棱镜簇对1048。在膜1040中，示出了九个此类小透镜/棱镜簇对1048。在典型的膜中，可能存在数十个、数百个或数千个此类小透镜/棱镜簇对。

[0098] 由于小透镜1044和棱镜簇1043具有不同的间距，因此它们中的许多沿z轴或膜1040的厚度轴彼此错开或未对准。即，对于大多数小透镜/棱镜簇对1048来说，小透镜的顶点V和棱镜簇的中心特征结构V簇具有不同的x坐标(以及不同的z坐标)。在所描述的实施例中，位于膜1040中心的小透镜/棱镜簇对1048被假定具有与其相关联的棱镜簇1043未对准的小透镜1044；对于位于逐渐远离膜1040中心(和更靠近膜1040的边缘)的小透镜/棱镜簇对1048来说，小透镜和棱镜簇彼此错开的程度越来越大。因此，居中小透镜/棱镜簇对的光轴平行于z轴，但是其他小透镜/棱镜簇对的光轴并不平行于z轴，并且相对于z轴倾斜一定角度，该角度随着与膜1040中心的距离增加而逐渐增大。如图10A所述，其中示出相同的膜
1040，并且每个小透镜/棱镜簇对的光轴被标记为1025a,1025b,…1025i。居中小透镜/棱镜簇对的光轴1025e平行于z轴，并且它还与膜1040的光轴重合。靠近膜1040的边缘的小透镜/棱镜簇对的光轴1025a,1025i相对于z轴的倾斜角度最大。

[0099] 假设小透镜1044采用相同的设计并且棱镜簇1043也采用相同的设计，于是小透镜/棱镜簇对1048将彼此相似，区别在于如上文所述其逐渐错开，并且将产生其角分布也相对于彼此偏移一定角度的小透镜输出光。这些小透镜输出光将加在一起提供膜1040的总体膜输出光，如图10A所示意性示出的。通过增加或减小间距P2与间距P1之比，光轴1025a,1025b等处彼此相交的点将能够更靠近或更远离膜1040。

[0100] 对于任何给定的小透镜/棱镜簇对来说，但特别是那些光轴相对于z轴发生倾斜的小透镜/棱镜簇对，可能期望小透镜具有相对于z轴同量倾斜的对称轴或光轴，并且棱镜的单独对称轴或棱镜轴PA也相对于z轴同量倾斜。

[0101] 具有复合曲率而非简单曲率的小透镜在设计为对称时，具有单个、良好限定的对称轴或光轴。在图11中示意性示出此类小透镜1112。小透镜1112被假定为线性地延伸到附图的平面内和平面外(即，沿着y轴)，并且被假定为沿着特征结构的长度在x-z平面内的横截面中保持弧形或弯曲表面。(图11的笛卡尔x-y-z基准坐标轴与先前附图中所用的一致。)小透镜1112具有复合曲率，这意味着它的弧形表面在其不同位置处具有不同的曲率。复合曲率可区别于单一曲率，其中弧形表面在其整个表面上具有恒定曲率，等直圆柱体或其部分就是这种情况。小透镜1112的复合弯曲的弧形表面在结构的上部或中部具有顶点V。表面在顶点V附近1112a的形状具有曲率半径Rl，该曲率半径对应于圆心为Cl的圆1116a，如图所示。但是当沿着表面行进到周边部分1112b时，该表面的曲率优选地以连续或渐变的方式变化，使得在周边部分1112b处，该表面具有曲率半径R2，该曲率半径对应于圆心为C2的圆1116b。在示例性实施例中，小透镜的周边部分处的曲率半径大于顶点处的曲率半径，由此使得R2>Rl，以便减小一定的偏离。另外在示例性实施例中，小透镜例如关于穿过顶点V和点Cl的平面或线1114具有镜面对称性。因此，线1114可视为小透镜1112的对称轴和光轴。应当指出的是，表面中与部分1112b相对的周边部分1112c可与部分1112b具有相同的曲率(R2)，其中部分1112c的曲率的中心位于点C3处，如图所示。就其中表面关于线1114具有镜像对称性的情况而言，点C2和C3也为关于线1114对称性设置的。

[0102] 可存在与任何本发明所公开的双面光学膜中的通用小透镜/棱镜簇对1248如图12所示。小透镜/棱镜簇对1248的光轴1225相对于膜的厚度轴(z轴)倾斜，并且小透镜/棱镜簇对1248包括复合曲率小透镜1244，该小透镜具有同量地倾斜的小透镜对称轴，并且棱镜簇1243中的单独棱镜1241具有也发生倾斜的棱镜轴PA。在该小透镜/棱镜簇对1248中，元件以平移和/或旋转方式彼此错开；它们倾斜的量也可以不同。

[0103] 小透镜1244被假定为倾斜的，正因如此，在一些先前附图(例如图9和图10)中示出的简单小透镜顶点V在图12中退化为两个小透镜顶点：峰顶点PV和对称顶点SV。峰顶点PV位于小透镜表面上的最高点处，即，位于z坐标最大的点处。对称顶点SV位于小透镜的对称点处，例如，小透镜端值的一半处，或者如果小透镜的曲率在整个小透镜上不断改变，由此使得在小透镜的中心部分的曲率具有局部最大值或局部最小值，那么所述对称顶点将位于例如此类局部最大值或最小值处。小透镜的光轴和小透镜/棱镜簇对1248的光轴1225均穿过对称顶点SV。对于这一具体实施例，假定小透镜的光轴与小透镜/棱镜簇对1248的光轴1225重合，但在其他情况下，小透镜的光轴可以相对于小透镜/棱镜簇对光轴倾斜。

[0104] 示出的棱镜簇1243具有五个单独的棱镜1241，但读者应当理解，也可以使用其他数量的(至少三个)棱镜。棱镜1241均具有轮廓清晰的顶点V棱镜。位于簇1243的中心的棱镜的顶点被称作簇顶点V簇。每个棱镜1241还具有棱镜轴PA，该棱镜轴将棱镜的顶角θinc对分。在该实施例中，棱镜1241的顶角被假定为相同或相似，但棱镜1241被假定相对于z轴倾斜不同的量，如通过棱镜轴PAa、PAb、PAc、PAd和PAe相对于z轴的不同倾斜角所举例说明的。(在另选的实施例中，给定簇中的棱镜可以均倾斜相同的量，而不同簇中的棱镜可以倾斜不同的量。)棱镜簇1243作为整体的倾斜可以通过居中棱镜的倾斜(即，棱镜轴PAc的倾斜)得到最佳表征。

[0105] 通过膜厚度和/或涂层厚度的适当选择，簇顶点V簇与小透镜对称顶点SV之间的垂直距离Dz可被控制以提供所需的输出光的光学性能，还考虑到光学膜的折射率。小透镜1244与棱镜簇1243平移错开，如其居中棱镜通过沿x轴的位移量Dx所表示的。小透镜1244还与棱镜簇1243旋转错开：小透镜光轴1225在x-z平面内相对于棱镜轴PAc倾斜，此外，小透镜光轴1225和棱镜轴PAc均相对于z轴倾斜。角度α和β可用于指小透镜光轴和中心棱镜轴的倾斜角，如图中所示。本文所公开的双面光学膜可适当地采用参数Dz、Dx、α和β，这些参数可以在膜的区域上是一致的(对于所有小透镜/棱镜簇对来说)或者可以在此类区域上是不一致的。这些参数可用于根据需要定制小透镜输出光和/或膜输出光，此类输出光在两个光源中仅一个光源打开、或在另一个光源打开、或在这两个光源均打开时提供。

[0106] 采用如图12所示的棱镜和/或小透镜的倾斜的双面光学膜可产生这样的效果，所述效果为输出光的中心分布可以指向或定向向内以产生会聚效果，如图10A所示。较大的错开程度将在输出光的角分布之间产生更大程度的重叠。在一些情况下，指向输出光分布的该接近可以被限制于约35度或更小的在膜的法线方向(z轴)与各棱镜/分体式扩散结构对的中心输出角度之间的角度。此偏向角的极限可以取决于膜的几何形状尺寸，例如厚度(参见图12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。

[0107] 图13为双面光学膜1340的示意透视图，其性能得到模型展示。膜1340具有相背对的第一结构化表面1340a和第二结构化表面1340b。膜1340具有3层构造而不是单一构造，其中具有一致的厚度的中心层1347表示载体膜，并且外层1346,1347附接到中心层并具有相关的结构化表面，其表示通过将可固化聚合物组合物浇铸和固化到合适的结构化工具表面所制成的层。中心层1347具有1.67的折射率，以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为代表，并且具有2密耳(50.8微米)的厚度。外层1346,1347具有1.51的折射率，以固化的丙烯酸酯材料为代表。

[0108] 小透镜1344形成于第一结构化表面1340a中，每个小透镜具有顶点V以及焦点、焦面和焦区，如上述大体所述。每个小透镜1344沿y轴直线延伸，并且在x-z平面内具有复合曲率，其平均曲率半径为37.3微米，并且顶点V处的曲率半径为35.4微米。复合曲率受到调控以最小化小透镜焦点处的球面像差。每个小透镜1344的光轴相对于z轴具有零度倾斜。层1346的最大厚度，即在任何小透镜顶点V处测得的层1346的物理厚度，为15微米。小透镜
1344的间距为50微米。

[0109] 多个棱镜1341形成于第二结构化表面1340b中。棱镜1341各自沿着平行于y轴的延伸轴直线延伸。每个棱镜1341具有两个倾斜侧表面，其在棱镜的锐峰顶或顶点V棱镜处交汇，在图13中未标记，但在其他附图中进行了标记。棱镜1341各自具有60度的棱镜角θinc，并且棱镜轴将该角度对分。棱镜1341组成为21个相邻棱镜1341的簇1343，该棱镜簇被较大的V型槽1320彼此分开。小透镜1344与棱镜簇1343之间存在一一对应的关系，其中相关联的小透镜和棱镜簇形成小透镜/棱镜簇对1348。位于每个簇1343的中心的棱镜1341的顶点充当簇顶点V簇。该居中棱镜具有相对于z轴的零度倾斜，但是簇1343中具有非零度倾斜的其他棱镜1341在簇1343的边缘处增加至最大值20度。给定簇1343中的棱镜顶点均位于相关联的小透镜1344的焦区内，其中该焦区以与上述焦区555相同的方式进行限定。给定簇1343中的棱镜顶点也是非共面的，并且沿曲率半径为111微米的弯曲路径分布。该弯曲路径的归向(例如，凹或凸)与小透镜1344的焦面的归向相同。棱镜沿x轴的间距在2微米(在簇1343的中心处)至1.88微米(在簇1343的边缘处)的范围内(每个棱镜1341相对于相邻棱镜1341的特征在于绕小透镜1344的顶点V旋转2度)，并且棱镜簇1343的间距为50微米，即与小透镜1344的间距相同。除具有相同的间距以外，棱镜簇1343和小透镜1344还相对于彼此对齐或对准，使得每个小透镜/棱镜簇对1348的光轴平行于z轴。

[0110] 膜1340的总体厚度或厚度，即，从给定的小透镜顶点V到其对应的簇顶点V簇的物理距离，为111微米。

[0111] 然后，不同类型的斜光将被注入膜1340以模拟光导发射光进入第二结构化表面1340b。第一斜输入光，这里称作左侧输入光分布，具有呈高斯分布的角分布，其最大强度出现在具有正x分量且与z轴呈70度角处，并且具有20度的半峰全宽。图13A示出了膜1340在被该第一斜输入光照明时的模拟输出光的角分布。第二斜输入光，这里称作右侧输入光分布，具有呈高斯分布的角分布，其最大强度出现在具有负x分量且与z轴呈70度角处，并且具有
20度的半峰全宽。图13B示出了膜1340在被该第二斜输入光照明时的模拟输出光的角分布。
为了对照，图13C将图13A和图13B的曲线图叠加。第三斜输入光为第一斜输入光和第二斜输入光之和。图13D示出了膜1340在被该第二斜输入光照明时的模拟输出光的角分布，即，图
13D的角分布是图13A和图13B的角分布之和。

[0112] 还模拟了附加的双面光学膜，并通过光学模拟进行了评估。图14示出了一个此类膜1440。膜1440具有相背对的第一结构化表面1440a和第二结构化表面1440b。膜1440具有3层构造，其中具有一致的厚度的中心层1447表示载体膜，并且外层1445,1446附接到中心层并具有相关的结构化表面，如图所示。中心层1447具有1.67的折射率和2密耳(50.8微米)的厚度。外层1445,1446具有1.51的折射率。

[0113] 小透镜1444形成于第一结构化表面1440a中，每个小透镜具有顶点V以及焦点、焦面和焦区，如上述大体所述。每个小透镜1444沿y轴直线延伸，并且在x-z平面内具有简单曲率，其恒定曲率半径为34.5微米。层1446的最大厚度，即在任何小透镜顶点V处测得的层1446的物理厚度，为15微米。小透镜1444的间距P1为44微米。

[0114] 多个棱镜1441形成于第二结构化表面1440b中。棱镜1441各自沿着平行于y轴的延伸轴直线延伸。m每个棱镜1441具有两个倾斜侧表面，其在棱镜的锐峰顶或顶点处交汇。棱镜1441各自具有60度的棱镜角θinc，并且棱镜轴将该角度对分。棱镜1441组成为7个相邻棱镜1441的簇1443，该棱镜簇被较大的V型槽1420彼此分开。小透镜1444与棱镜簇1443之间存在一一对应的关系，其中相关联的小透镜和棱镜簇形成小透镜/棱镜簇对1448。尽管图中仅示出了5个完整的小透镜/棱镜簇对1448，但模型中的膜1440实际上具有21个此类小透镜/棱镜簇对1448。位于每个簇1443的中心的棱镜1441的顶点充当簇顶点V簇。簇中的该居中棱镜以及六个其他棱镜1441均具有相对于z轴的零度倾斜。给定簇1443中的棱镜顶点均位于相关联的小透镜1444的焦区内，其中该焦区以与上述焦区555相同的方式进行限定。给定簇1443的棱镜顶点为共面的。棱镜1441的间距P3为4微米，并且棱镜簇1443的间距P2为44微米，即与小透镜1344的间距相同。除具有相同的间距以外，棱镜簇1443和小透镜1444还相对于彼此对齐或对准，使得每个小透镜/棱镜簇对1448的光轴平行于z轴。

[0115] 膜1440的总体厚度或厚度D，即，从给定的小透镜顶点V到其对应的簇顶点V簇的物理距离，为101微米。

[0116] 然后，斜输入光被注入膜1440以模拟光导发射光进入第二结构化表面1440b。输入光为两个高斯分布之和，其中一个具有的角分布中，最大强度出现在具有正x分量且与z轴呈70度角处，并且具有20度的半峰全宽；其中另一个具有的角分布中，最大强度出现在具有负x分量且与z轴呈70度角处，并且具有相同的半峰全宽。图14A示出了膜1440在被该斜输入光照明时的模拟输出光的角分布。

[0117] 被模拟并通过光学模拟进行评估的另一种双面光学膜如图15所示。膜1540与膜1440基本上相同，不同的是层1445的厚度被减小以使棱镜和棱镜簇沿z轴朝向小透镜偏移(从而减小了膜的总体厚度)，同时仍确保棱镜顶点全部处于小透镜的焦区内。

[0118] 因此，膜1540具有相背对的第一结构化表面1540a和第二结构化表面1540b，以及3层构造，其中具有一致的厚度的中心层1547表示载体膜，并且外层1545,1546附接到中心层并具有相关的结构化表面，如图所示。层1545,1546和1547具有与膜1440对应的层相同的折射率，并且层1547具有与层1447相同的厚度。

[0119] 小透镜1544形成于第一结构化表面1540a中，每个小透镜具有顶点V以及焦点、焦面和焦区，其与小透镜1444的对应特征结构全部相同，小透镜1544还沿y轴直线延伸，并且在x-z平面内具有简单曲率，且与小透镜1444具有相同的恒定曲率半径。层1546的最大厚度与层1446的最大厚度相同，并且小透镜1544的间距P1与小透镜1444的间距相同。

[0120] 多个棱镜1541形成于第二结构化表面1540b中。棱镜1541各自沿平行于y轴的延伸轴直线延伸，并且每个棱镜的两个倾斜侧表面在锐峰顶或顶点处交汇。棱镜1541具有与棱镜1441相同的棱镜角θinc，并且组成为7个相邻棱镜1541的簇1543，该簇被较大的各个V型槽1520彼此分开。小透镜1544与棱镜簇1543之间存在一一对应的关系，其中相关联的小透镜和棱镜簇形成小透镜/棱镜簇对1548。作为模型的膜1540刚好具有21个完整的小透镜/棱镜簇对1548。位于每个簇1543的中心的棱镜1541的顶点充当簇顶点V簇。簇中的该居中棱镜以及六个其他棱镜1541均具有相对于z轴的零度倾斜。给定簇1543中的棱镜顶点均位于相关联的小透镜1544的焦区内，其中该焦区以与上述焦区555相同的方式进行限定。给定簇1543的棱镜顶点为共面的。棱镜1541的间距P3和棱镜簇1543的间距P2与对应的膜1440的间距相同，并且棱镜簇1543和小透镜1544还相对于彼此对齐或对准。

[0121] 膜1540的总体厚度或厚度D相对于膜1440的对应尺寸减小15微米，其效果是将簇顶点V簇定位在介于焦点和小透镜之间与小透镜1540的焦点相距15微米处。

[0122] 然后将用于结合膜1440的相同斜输出光注入到膜1540的第二结构化表面1540b中。图15A示出了膜1540在被该斜输入光照明时的模拟输出光的角分布。将图15A与图14A进行比较，可以看到减小膜1540的厚度(相对于膜1440)具有这样的效果，即减小Imax和Imin之间的相对差值以形成角度更一致的顶帽或扇形输出分布，同时保持输出光的收尾(左右)边缘，并且同时平滑此类边缘内或边缘之间的包络线。

[0123] 被模拟并通过光学模拟进行评估的另一种双面光学膜如图16所示。膜1640与膜1540基本上相同，不同的是介于棱镜簇之间的表面部分从单个深V型槽1520改变为平坦表面。

[0124] 因此，膜1640具有相背对的第一结构化表面1640a和第二结构化表面1640b，以及3层构造，其中具有一致的厚度的中心层1647表示载体膜，并且外层1645,1646附接到中心层并具有相关的结构化表面，如图所示。层1645.1646和1647具有与膜1540对应的层相同的折射率，并且层1647具有与层1547相同的厚度。

[0125] 小透镜1644形成于第一结构化表面1640a中，每个小透镜具有顶点V以及焦点、焦面和焦区，其与小透镜1544的对应特征结构全部相同，小透镜1644还沿y轴直线延伸，并且在x-z平面内具有简单曲率，并且与小透镜1544具有相同的恒定曲率半径。层1646的最大厚度与层1546的最大厚度相同，并且小透镜1644的间距P1与小透镜1544的间距相同。

[0126] 多个棱镜1641形成于第二结构化表面1640b中。棱镜1641各自沿平行于y轴的延伸轴直线延伸，并且每个棱镜的两个倾斜侧表面在锐峰顶或顶点处交汇。棱镜1641具有与棱镜1541相同的棱镜角θinc，并且组成为7个相邻棱镜1641的簇1643。与被较大的各个V型槽彼此分开相反，簇1643被平坦表面1621分开。小透镜1644与棱镜簇1643之间存在一一对应的关系，其中相关联的小透镜和棱镜簇形成小透镜/棱镜簇对1648。作为模型的膜1640刚好具有21个完整的小透镜/棱镜簇对1648。位于每个簇1643的中心的棱镜1641的顶点充当簇顶点V簇。簇中的该居中棱镜以及六个其他棱镜1641均具有相对于z轴的零度倾斜。给定簇1643中的棱镜顶点均位于相关联的小透镜1644的焦区内，其中该焦区以与上述焦区555相同的方式进行限定。给定簇1643的棱镜顶点为共面的。棱镜1641的间距P3和棱镜簇1643的间距P2与对应的膜1540的间距相同，并且棱镜簇1643和小透镜1644还相对于彼此对齐或对准。

[0127] 膜1640的总体厚度或厚度D与膜1540的对应尺寸相同。

[0128] 然后将用于结合膜1540的相同斜输出光注入到膜1640的第二结构化表面1640b中。图16A示出了膜1640在被该斜输入光照明时的模拟输出光的角分布。将图16A与图15A进行比较，可以看到介于棱镜簇之间的较大V型槽替换为平坦表面，其具有消除图15A中位于约+25度和-25度处的伪峰的效果。

[0129] 被模拟并通过光学模拟进行评估的另一种双面光学膜如图17所示。膜1740与膜1640基本上相同，不同的是每个棱镜簇中的7个单独棱镜被替换为13个较小的棱镜。

[0130] 因此，膜1740具有相背对的第一结构化表面1740a和第二结构化表面1740b，以及3层构造，其中具有一致的厚度的中心层1747表示载体膜，并且外层1745,1746附接到中心层并具有相关的结构化表面，如图所示。层1745,1746和1747具有与膜1640对应的层相同的折射率，并且层1747具有与层1647相同的厚度。

[0131] 小透镜1744形成于第一结构化表面1740a中，每个小透镜具有顶点V以及焦点、焦面和焦区，其与小透镜1644的对应特征结构全部相同，小透镜1744还沿y轴直线延伸，并且在x-z平面内具有简单曲率，且与小透镜1644具有相同的恒定曲率半径。层1746的最大厚度与层1646的最大厚度相同，并且小透镜1744的间距P1与小透镜1644的间距相同。

[0132] 多个棱镜1741形成于第二结构化表面1740b中。棱镜1741各自沿平行于y轴的延伸轴直线延伸，并且每个棱镜的两个倾斜侧表面在锐峰顶或顶点处交汇。棱镜1741具有棱镜1641相同的棱镜角θinc；但是，与组成为7个相邻棱镜的簇相反，棱镜1741组成为13个相邻棱镜1741的簇1743，并且与具有4微米的棱镜间距P3相反，其棱镜间距P3为2微米。簇1743同样被平坦表面1721分开，并且小透镜1744与棱镜簇1743之间存在一一对应的关系，其中相关联的小透镜和棱镜簇形成小透镜/棱镜簇对1748。作为模型的膜1740刚好具有21个完整的小透镜/棱镜簇对1748。位于每个簇1743的中心的棱镜1741的顶点充当簇顶点V簇。簇中的该居中棱镜以及十二个其他棱镜1741均具有相对于z轴的零度倾斜。给定簇1743中的棱镜顶点均位于相关联的小透镜1744的焦区内，其中该焦区采用与上述方式相同的方式进行限定。给定簇1743的棱镜顶点为共面的。棱镜簇1743的间距P2与棱镜簇1643的间距P2相同，并且棱镜簇1743和小透镜1744还相对于彼此对齐或对准。

[0133] 膜1740的总体厚度或厚度D与膜1640的对应尺寸相同。

[0134] 然后将用于结合膜1640的相同斜输出光注入到膜1740的第二结构化表面1740b中。图17A示出了膜1740在被该斜输入光照明时的模拟输出光的角分布。将图17A与图16A进行比较，可以看到减小每个棱镜的尺寸具有这样的效果，即增加顶帽或扇形输出分布内峰顶数量，并通过保持分布的总角宽不变以减小峰的分离度，从而平滑该分布内的包络线。

[0135] 如至少图14A至图17A所示，本发明所公开的双面光学膜能够产生输出光，在强度对角度曲线图中，其角分布近似“顶帽”分布，即该分布具有尖锐的左边缘和右边缘，在两者之间为相对较高的平均强度。强度分布与顶帽有所不同，因为强度在左边缘和右边缘之间作为角度的函数快速波动，而不是平坦的。快速波长通常对应于N个光瓣，其中N还可以等于每个棱镜簇中的单独棱镜的数量。在一些情况下，快速波动对于特定应用可能是可取的，例如，提供沿x方向相对于光学膜快速变化的对象照明，或者为直接观察膜的用户提供具有条纹状外观的膜。

[0136] 在其他情况下，快速波动可能是不可取的，而在尖锐的左边缘和右边缘之间具有平坦或较平坦的强度分布可能是可取的。即，期望的输出在强度对角度曲线图中可以为顶帽分布，其中在尖锐的左边缘和右边缘之间保持变化很小或无变化的高强度。此外，可能期望输出光的左边缘和右边缘之间的角分离度大幅高于单一的峰形光瓣，但仍限于一定范围内，例如，在10度至50度、或20度至40度的范围内。本发明所公开的任何光学膜均可通过加入有限或受控数量的光散射获得诸如此类的顶帽分布。散射可以足够低，由此使得输出光的左边缘和右边缘仍然尖锐，但也足够高以使得边缘之间的波动混合或共混到一起以提供更一致(更平坦)的强度水平。例如，漫射可具有10度或更小的FWHM角度扩展，例如设置有可得自Luminit,LLC的光整形漫射光学膜，该漫射光学膜具有0.5度、1度、5度或10度的FWHM漫射体。左边缘和右边缘的尖锐程度可根据10％和90％强度水平之间的过渡角来定义，如共同转让的于2013年3月25日提交的美国专利申请13/850,276“Dual-Sided Film with Compound Prisms”(具有复合棱镜的双面膜)中所述。采用受控的漫射体时，左边缘和右边缘的10％至90％过渡角可以被保持为不超过10度。

[0137] 图18为一种光学系统的示意图，其中本发明所公开的膜中的一个与受控数量的光散射相结合。在该系统中，双面光学膜为图17的膜1740，并且受控散射由漫射膜1860提供，该漫射膜被设置成靠近膜1740的第一结构化表面1740a。图18中包括的一些参考标号与图17中的参考标号相同，且不需要进一步说明。漫射膜1860可采用不损害双面膜的功能的任何期望的方式与双面光学膜结合，例如，膜1860可以只是位于双面膜顶上，或在较小的隔离区附接到双面膜上，和/或采用超低折射率(ULI)材料以保持第一结构化表面上小透镜的功能。

[0138] 在图18A中，光学膜1740的输出光的角分布被复制(参见图17A)并标记为1802。曲线1804为近似的分布，其将是通过漫射体修改曲线1802后期望的，该漫射体在较小的角度范围内(例如，5度或更小、或4度或更小)散射光，以使共混或平均化快速角度波动。该结果更近似系统的输出光的角分布。

[0139] 如本文所用的术语“强度”可以指光亮度或强度的任何合适的量度，包括标准(经余弦校正)亮度和未经余弦校正的亮度以及辐射率(经余弦校正和未经余弦校正)。

[0140] 可以对本发明所公开的双面光学膜、光导及相关部件进行大量修改并向其中掺入多个特征结构。例如，双面光学膜或光导的任何给定的结构化表面可以为空间上一致的，即，结构化表面的各个元件或结构可形成占据该部件整个主表面的重复图案。参见例如图1B和图2。另选地，任何该结构化表面均可以这样的方式被图案化，所述方式为：结构化表面的一个或多个部分不包含此类单独元件或结构，或者所述一个或多个部分包含此类单独元件或结构，但已提供的此类元件或结构完全或部分不起作用。在结构化表面的一个或多个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，而在所需一个或多个部分中选择性地(图案状的)破坏或以其他方式移除它们。另选地，单独元件或结构的不存在可以通过以下来实现：当在结构化表面的其他区域中形成元件或结构(例如使用合适的图案化工具)时，不在结构化表面的所需部分(一个或多个)中形成它们。在其中所提供的单独元件或结构在结构化表面的所需一个或多个部分中完全或部分地起作用的情况下，结构化表面初始可以是空间均匀的，但可以然后用粘合剂、印刷介质或其他合适的材料以图案状方式来涂覆或以其他方式覆盖单独元件或结构，所述粘合剂、印刷介质或其他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。此类图案状施加材料，其可以在施加到结构化表面后固化或交联，可以使结构化表面的所需一个或多个部分齐平。无论各个元件或结构是否被省略或不起作用，光学系统均可以被设计为使得仅有一个结构化表面(例如，光导的结构化表面或双面膜的结构化表面)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，那么可以对任意两个图案化表面使用相同的图案，或可以使用不同图案。

[0141] 在另选的替代方案中，对于适当设计的光导，两个双面光学膜可用于该光导的相背对侧。光导可以被配置为从其两个相背对的主表面中的每个提供斜光束，并且可在光导的每个主表面上提供一个双面膜以在该光导每一侧将斜光束转换为扇形输出光(包括在一些情况下的顶帽角分布)。例如，在图1B中，作为膜140的镜像(相对于x-y平面)的双面膜可以被布置在光导150的相背对侧，由此使得该光导被设置在两个镜像双面光学膜之间。

[0142] 在其他另选的替代方案中，光学系统还可以包括二级结构以限制或减小由双面光学膜产生的输出光的光扩散程度。例如，常规的百叶窗式私密膜和/或覆盖物(例如，包括一个或多个遮光元件)可以在双面膜的输出中提供。这些二级结构可以通过将给定初始输出光的一部分锢囚在x-z平面内和/或在y-z平面内来操作，以提供修改的输出光束，所述修改的输出光束在咬合平面(一个或多个)内比初始输出光束窄。

[0143] 光导和双面光学膜两者在总体形状上可以为基本上平面的，或其中一者或两者可以为非平面的。在图19A至图19E中示意性地示出示例性照明系统实施例。在这些附图的每个附图中，第一光源1934和第二光源1932沿着延伸本体的对置边缘设置。光源1934,1932可以与上面讨论的光源134,132相同或类似。延伸本体，在图19A中被标记为EBa，在图19B中被标记为EBb，在图19C中被标记为EBc，在图19D中被标记为EBd，而在图19E中被标记为EBe，可以表示光导、双面光学膜或两者。相对于与前面附图一致的笛卡尔x-y-z坐标系示出这些附图的延伸本体。与平面性的偏差可以表示柔性延伸本体或以非平面形式形成的物理刚性延伸本体。延伸本体EBa是基本上平面的，平行于x-y平面延伸。延伸本体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。延伸本体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。另选的实施例可以具有在x-z平面和y-z平面两者内的曲率。延伸本体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平面内的曲率使得本体自身闭合以形成管状结构。该管状结构可以包括纵向狭槽或间隙，如图所示。管状结构可以具有基本上圆形形状的横截面(例如，在y-z平面的横截面)，或另选地为椭圆形或其他非圆形形状。延伸本体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平面内的曲率使得本体自身闭合以形成管状结构。该管状结构可以包括纵向狭槽或间隙，如图所示。该管状结构可以具有基本上圆形形状的横截面(例如，在x-z平面的横截面)，或另选地为椭圆形或其他非圆形形状。具有图19A至图19E的形状中的任何形状的照明系统可以任何所需的形状因数进行构造，所述形状因数包括与常规灯泡类似的形状因数，并且可以取代常规灯泡使用，具有增加的可根据通电的光源转换输出光束分布的功能。

[0144] 除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中用来表示数量、特性量度等的所有数字都应被理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则本说明书和权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可以根据本领域内的技术人员利用本专利申请的教导内容想要获得的所需特性而改变。并且不旨在将等同原则的应用限制在权利要求书范围内，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实例中列出来说，其记录尽可能地精确并且合理。然而，任何数值可以包括与测试或测量限制关联的误差。

[0145] 为了方便起见，参照附图来使用本文提及的诸如“顶部”、“底部”、“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”、“上方”、“下方”的任何方向以及其他方向和取向，但是这些方向和取向并非要对实际的装置、制品或系统或其使用进行限制。本文所述的装置、制品和系统可在各种方向和取向上使用。

[0146] 在不脱离本发明的实质和范围的前提下，对本发明进行的各种修改和更改对于本领域内的技术人员来说将显而易见，并且应当理解，本发明不应当限于本文示出的示例性实施例。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应用于所有其他所公开的实施例。应该理解，所有本文引用的美国专利、专利申请公布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。

[0147] 本文公开了许多实施例，包括但不限于以下实施例：

[0148] 项目1为一种具有相背对的第一结构化表面和第二结构化表面的光学膜，该光学膜包括：

[0149] 形成于第一结构化表面上的多个延伸的小透镜，所述小透镜沿平行于延伸轴的相应小透镜轴延伸；和

[0150] 形成于第二结构化表面上的多个延伸的棱镜，所述棱镜具有同样平行于延伸轴的相应延伸的棱镜顶点；

[0151] 其中棱镜被分组成彼此分开的多个棱镜簇，每个棱镜簇具有至少三个棱镜，并且每个棱镜簇与小透镜中的对应的一个小透镜相关联；

[0152] 其中每个小透镜限定焦面，并且其中对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点设置在小透镜的焦面处或焦面附近。

[0153] 项目2为根据项目1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，所述小透镜具有轴向焦距，并且焦区包含焦面并且具有以差分距离DD与焦面分开的边界，所述差分距离DD等于轴向焦距的20％，并且其中与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在小透镜的焦区中。

[0154] 项目3为根据项目2所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在介于焦面和小透镜之间的焦区的一部分中。

[0155] 项目4为根据项目1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点处于平面中。

[0156] 项目5为根据项目1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，焦面在垂直于延伸轴的横截面中具有第一弯曲形状。

[0157] 项目6为根据项目5所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，与所述小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点沿横截面中的第二弯曲形状布置。

[0158] 项目7为根据项目6所述的光学膜，其中第一弯曲形状和第二弯曲形状均为凹形或均为凸形。

[0159] 项目8为根据项目1所述的光学膜，其中每个棱镜簇包括5个棱镜。

[0160] 项目9为根据项目8所述的光学膜，其中每个棱镜簇包括10个棱镜。

[0161] 项目10为根据项目1所述的光学膜，其中棱镜簇各自包含相同数量N的棱镜，其中N为至少3，或至少5，或至少10。

[0162] 项目11为根据项目1所述的光学膜，其中对于每个小透镜来说，相关联的棱镜簇具有N个棱镜，并且小透镜与其相关联的棱镜簇相结合，以在第二结构化表面被来自第一光源的斜光照明时提供限定N条成角度分离的光束的第一小透镜输出光，并且N为至少3。

[0163] 项目12为根据项目11所述的光学膜，其结合设置的漫射膜以接收第一小透镜输出光并将N条成角度分离的光束转换为一条光束。

[0164] 项目13为根据项目1所述的光学膜，其中光学膜限定膜平面，并且厚度轴垂直于膜平面，并且其中小透镜中的至少一些小透镜在垂直于延伸轴的横截面中具有复合曲率，此类小透镜还在横截面中具有相应的对称小透镜轴，并且其中对称小透镜轴中的至少一些对称小透镜轴相对于厚度轴倾斜。

[0165] 项目14为根据项目1所述的光学膜，其中光学膜限定膜平面，并且厚度轴垂直于膜平面，并且其中棱镜在垂直于延伸轴的横截面中具有相应的对称棱镜轴，并且其中对称棱镜轴中的至少一些对称棱镜轴相对于厚度轴倾斜。

[0166] 项目15为根据项目1所述的光学膜，其中小透镜按照小透镜间距间隔开，并且棱镜簇按照簇间距间隔开，并且其中小透镜间距等于簇间距。

[0167] 项目16为根据项目1所述的光学膜，其中小透镜按照小透镜间距间隔开，并且棱镜簇按照簇间距间隔开，并且其中小透镜间距不等于簇间距。

[0168] 项目17为根据项目1所述的光学膜，其结合被设置成靠近第一结构化表面的漫射膜。

[0169] 项目18为一种光学系统，其包括：

[0170] 根据项目1所述的光学膜；和

[0171] 光导，其具有适于优先地以斜角发射光的主表面；

[0172] 其中光学膜被设置成靠近光导并被取向成使得从光导的主表面发射的光穿过第二结构化表面进入光学膜。

[0173] 项目19为根据项目18所述的光学膜，还包括被设置成靠近光导的相应的相背对的第一端部和第二端部的第一光源和第二光源，第一光源和所述第二光源提供从光导的主表面发射的不同的相应第一斜光束和第二斜光束。

[0174] 项目20为根据项目18所述的光学膜，其中光学膜和光导为非平面的。

[0175] 项目21为根据项目18所述的光学膜，其中光学膜和光导为柔性的。

[0176] 项目22为根据项目18所述的光学膜，其中光学膜附接到光导。