光学叠堆

摘要

本发明公开了光学叠堆，这些光学叠堆包括第一反射型偏振器和部分反射型部件。部分反射型部件可以是第二反射型偏振器或准直反射器。第一反射型偏振器对于垂直入射的沿第一阻光轴偏振的光而言具有至少90％的第一平均可见光反射率，而对于垂直入射的沿第一透光轴偏振的光而言具有至少85％的第一平均可见光透射率。第二反射型偏振器具有第二阻光轴，并且对于垂直入射的沿第二阻光轴偏振的光而言具有第二平均可见光反射率，该第二平均可见光反射率不大于第一平均可见光反射率减去10％。第一阻光轴和第二阻光轴不平行，并且第一反射型偏振器和第二反射型偏振器具有不同的f比率。

权利要求

1.一种光学叠堆，所述光学叠堆包括：

第一反射型偏振器，所述第一反射型偏振器具有第一透光轴和正交的第一阻光轴，并且包括具有第一f比率的第一多个交替聚合物层，所述第一反射型偏振器对于垂直入射的沿所述第一阻光轴偏振的光而言具有至少90％的第一平均可见光反射率，而对于垂直入射的沿所述第一透光轴偏振的光而言具有至少85％的第一平均可见光透射率；以及在光学叠堆中邻近所述第一反射型偏振器的第二反射型偏振器，所述第二反射型偏振器具有第二透光轴和正交的第二阻光轴，并且包括具有第二f比率的第二多个交替聚合物层，所述第二反射型偏振器对于垂直入射的沿所述第二阻光轴偏振的光而言具有第二平均可见光反射率，所述第二平均可见光反射率不大于所述第一平均可见光反射率减去10％，其中所述第二f比率不同于所述第一f比率，并且所述第二透光轴不平行于所述第一透光轴。

2.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第一透光轴和所述第二透光轴之间的角度在10至90度的范围内。

3.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第一f比率在0.4至0.6的范围内，并且所述第二f比率小于0.2或大于0.8。

4.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第二反射型偏振器为准直反射型偏振器。

5.根据权利要求4所述的光学叠堆，其中所述准直反射型偏振器对于p偏振光而言垂直入射时沿所述第二透光轴的平均可见光透射率为Tpassnormal，且对于p偏振光而言60度入射时沿所述第二透光轴的平均可见光透射率为Tpass60，并且Tpass60与Tpassnormal的比率小于0.75。

6.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第二平均可见光反射率不大于所述第一平均可见光反射率减去20％。

7.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第二平均可见光反射率不大于50％。

8.根据权利要求1所述的光学叠堆，所述光学叠堆还包括吸收型偏振器，所述吸收型偏振器具有与所述第一透光轴对准的第三透光轴，所述吸收型偏振器与所述第二反射型偏振器相反地附接到所述第一反射型偏振器。

9.根据权利要求1所述的光学叠堆，其中所述第一反射型偏振器是单轴拉伸的，对于U＝(1/MDDR-1)/(TDDR1/2-1)，U为至少0.85，MDDR被定义为纵向拉伸比，并且TDDR被定义为横向拉伸比。

10.一种光学叠堆，所述光学叠堆包括：

第一反射型偏振器，所述第一反射型偏振器具有第一透光轴和正交的第一阻光轴，并且包括具有第一f比率的第一多个交替聚合物层，所述第一反射型偏振器对于垂直入射的沿所述第一阻光轴偏振的光而言具有至少90％的第一平均可见光反射率，而对于垂直入射的沿所述第一透光轴偏振的光而言具有至少85％的第一平均可见光透射率；以及准直反射器，所述准直反射器在光学叠堆中邻近所述第一反射型偏振器并且包括具有与所述第一f比率不同的第二f比率的第二多个交替聚合物层，所述准直反射器对于垂直入射的非偏振光而言具有在20％至80％范围内的第二平均可见光反射率。

11.根据权利要求10所述的光学叠堆，其中所述准直反射器对于非偏振光而言垂直入射时的平均可见光透射率为Tnormal，且对于非偏振光而言60度入射时的平均可见光透射率为T60，并且T60与Tnormal的比率小于0.75。

12.根据权利要求10所述的光学叠堆，其中所述准直反射器为不对称反射器。

13.根据权利要求12所述的光学叠堆，其中所述不对称反射器为第二反射型偏振器，所述第二反射型偏振器具有第二透光轴和正交的第二阻光轴，所述第二透光轴不平行于所述第一透光轴。

14.根据权利要求13所述的光学叠堆，其中所述准直反射器对于p偏振光而言垂直入射时沿所述第二透光轴的平均可见光透射率为Tpassnormal，且对于p偏振光而言60度入射时沿所述第二透光轴的平均可见光透射率为Tpass60，并且Tpass60与Tpassnormal的比率小于0.75。

15.根据权利要求13所述的光学叠堆，其中所述第一透光轴和所述第二透光轴之间的角度在10至90度的范围内。

16.根据权利要求10所述的光学叠堆，其中所述第二平均可见光反射率不大于所述第一平均可见光反射率减去20％。

17.根据权利要求10所述的光学叠堆，其中所述第一反射型偏振器为单轴取向的，并且所述准直反射器为双轴取向的。

18.根据权利要求10所述的光学叠堆，所述光学叠堆还包括吸收型偏振器，所述吸收型偏振器具有与所述第一透光轴对准的第三透光轴，所述吸收型偏振器与所述准直反射器相反地附接到所述第一反射型偏振器。

19.根据权利要求10所述的光学叠堆，其中所述第一反射型偏振器是单轴拉伸的，对于U＝(1/MDDR-1)/(TDDR1/2-1)，U为至少0.85，MDDR被定义为纵向拉伸比，并且TDDR被定义为横向拉伸比。

20.一种显示器，所述显示器包括根据权利要求1至19中任一项所述的光学叠堆。

说明书

光学叠堆

背景技术

[0001] 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它设计特性，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，而在其它情况下被表征为反射镜。

[0002] 由多个微层构成的反射型偏振器为人们所知已有一段时间，所述多个微层的面内折射率被选择成提供沿着面内阻光轴的相邻微层之间的显著折射率失配和沿着面内透光轴的相邻微层之间的显著折射率匹配，并且具有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

[0003] 在本说明书的一些方面，提供了一种光学叠堆，该光学叠堆包括第一反射型偏振器和邻近第一反射型偏振器设置的另外的部分反射型部件。在一些实施方案中，另外的部分反射型部件为第二反射型偏振器。在一些实施方案中，另外的部分反射型部件为准直反射器。

[0004] 在本说明书的一些方面，提供了一种光学叠堆，该光学叠堆包括第一反射型偏振器和邻近第一反射型偏振器设置的第二反射型偏振器。第一反射型偏振器具有第一透光轴和正交的第一阻光轴，并且包括具有第一f比率的第一多个交替聚合物层。第一反射型偏振器对于垂直入射的沿第一阻光轴偏振的光而言具有至少90％的第一平均可见光反射率，而对于垂直入射的沿第一透光轴偏振的光而言具有至少85％的第一平均可见光透射率。第二反射型偏振器具有第二透光轴和正交的第二阻光轴，并且包括具有第二f比率的第二多个交替聚合物层。第二反射型偏振器对于垂直入射的沿第二阻光轴偏振的光而言具有第二平均可见光反射率，其中第二平均可见光反射率不大于第一平均可见光反射率减去10％。第二f比率不同于第一f比率，并且第二透光轴不平行于第一透光轴。

[0005] 在本说明书的一些方面，提供了一种光学叠堆，该光学叠堆包括第一反射型偏振器和邻近第一反射型偏振器设置的准直反射器。第一反射型偏振器具有第一透光轴和正交的第一阻光轴，并且包括具有第一f比率的第一多个交替聚合物层。第一反射型偏振器对于垂直入射的沿第一阻光轴偏振的光而言具有至少90％的第一平均可见光反射率，而对于垂直入射的沿第一透光轴偏振的光而言具有至少85％的第一平均可见光透射率。准直反射器包括第二多个交替聚合物层，并且对于垂直入射的非偏振光而言具有在20％至80％范围内的第二平均可见光反射率。

附图说明

[0006] 图1A为光学叠堆的示意性剖视图；

[0007] 图1B为图1A的光学叠堆的示意性顶视图；

[0008] 图2A为光学叠堆的示意性剖视图；

[0009] 图2B为图2A的光学叠堆的示意性顶视图；

[0010] 图3为光学重复单元的示意性透视图；

[0011] 图4为多层光学膜的示意性剖视图；

[0012] 图5为反射膜的示意性透视图；

[0013] 图6-7为显示器的示意性剖视图；

[0014] 图8A为光学系统的示意性剖视图；并且

[0015] 图8B为头戴式显示器的示意性顶视图。

具体实施方式

[0016] 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，在不脱离本说明书的范围或实质的情况下，可设想并进行其它实施方案。因而，以下详细描述不被视为具有限制意义。

[0017] 根据本说明书，已发现包括第一反射型偏振器和另外的部分反射型部件的光学叠堆可用于多种光学应用，诸如显示器应用。具体地说，在一些实施方案中，可调节另外的部分反射型部件的反射特性(例如，非偏振光的反射率、沿阻光轴的反射率，和/或部分反射型部件相对于第一反射型偏振器的阻光轴的低透射率轴(例如，阻光轴)的取向)，以提供光学叠堆的总体所需反射和/或透射特性。部分反射型部件可为弱于第一反射型偏振器的第二反射型偏振器，或部分反射型部件可为例如准直反射器。在一些实施方案中，光学叠堆可用于显示器应用，并且可提供具有改善的颜色特性的光输出(例如，与利用常规部分反射型偏振器而不是光学叠堆的比较显示器相比，在高视角角度下颜色降低)。

[0018] 在一些实施方案中，第一反射型偏振器具有第一透光轴和正交的第一阻光轴，并且对于垂直入射的沿第一阻光轴偏振的光而言具有至少90％的第一平均可见光反射率，而对于垂直入射的沿第一透光轴偏振的光而言具有至少85％的第一平均可见光透射率。在一些实施方案中，部分反射型部件为具有第二透光轴和正交的第二阻光轴的第二反射型偏振器，该第二透光轴不平行于第一透光轴。第二反射型偏振器对于垂直入射的沿第二阻光轴偏振的光而言具有不大于50％的第二平均可见光反射率，并且/或者不大于第一平均可见光反射率减去10％、或减去20％、或减去30％。在一些实施方案中，第二反射型偏振器对于垂直入射的沿第二透光轴偏振的光而言具有至少85％的第二平均可见光透射率。在一些实施方案中，部分反射型部件为准直反射器(即，在第一较低入射角下的透射率高于第二较高入射角下的透射率的反射器)，该准直反射器对于垂直入射的非偏振光而言具有在20％至80％范围内的第二平均可见光反射率。在一些实施方案中，对于垂直入射的非偏振光而言的这个第二平均可见光反射率不大于50％，并且/或者不大于第一反射型偏振器对于垂直入射的沿第二阻光轴偏振的光而言的第一平均可见光反射率减去10％、或减去20％、或减去30％。

[0019] 如本文所用，除非另外指明，膜、层或部件(例如，偏振器或反射器)的透射率和反射率值是指通过存在于膜、层或部件的主表面上的空气界面确定的透射率和反射率值。除非另外指明，平均可见光透射率和反射率是指在400nm至700nm范围内的波长上的未加权平均值。可指定特定偏振，或可针对平均可见光透射率或反射率指定非偏振光。也可指定入射角，其是指光线与表面法线之间的角度。第一反射型偏振器和另外的部分反射型部件可为多层光学膜，其由于交替聚合物层中的不同折射率而提供期望的反射率。除非另外指明，折射率是指在550nm的波长下确定的折射率。本说明书的光学叠堆除了第一反射型偏振器和部分反射型部件之外，可包括一个或多个部件(例如，吸收型偏振器和/或四分之一波延迟器或其它延迟器)。

[0020] 图1A为光学叠堆100的示意性剖视图，光学叠堆100包括第一反射型偏振器110和部分反射型部件120。在一些实施方案中，部分反射型部件120为第二反射型偏振器。在一些实施方案中，第二反射型偏振器为如本文别处进一步描述的准直反射型偏振器。在一些实施方案中，部分反射型部件120为准直反射器。在一些实施方案中，准直反射器是如本文别处进一步描述的不对称反射器和/或第二反射型偏振器。

[0021] 第一偏振器具有第一透光轴和正交的第一阻光轴。在部分反射型部件120为第二反射型偏振器的实施方案中，第二反射型偏振器具有第二透光轴和正交的第二阻光轴。光学叠堆100在z方向上具有厚度并且大致在x方向和y方向上延伸。透光轴和阻光轴是x-y平面内的轴。图1B为光学叠堆100的示意性顶视图，其示出了第一反射型偏振器110的第一透光轴112和第一阻光轴114并且示出了第二反射型偏振器的第二透光轴122和第二阻光轴124。示出了第一透光轴112和第二透光轴122之间的角度θ。第一透光轴112和第二透光轴
122之间的角度θ可例如在10至90度的范围内、或在45至90度的范围内、或在60至90度的范围内、或在80至90度的范围内。针对角度θ所选择的范围可取决于预期应用，并且可取决于第二反射型偏振器的相对强度。第二反射型偏振器的强度可通过对于垂直入射的沿阻光轴偏振的光而言的平均可见光反射率来表征。在期望通过光学叠堆产生较低透射率的应用中，可选择接近90度的角度θ。

[0022] 在一些实施方案中，第三光学层诸如吸收型偏振器被包括在光学叠堆中。图3A为光学叠堆200的示意性剖视图，光学叠堆200包括第一反射型偏振器210、部分反射型部件220和吸收型偏振器230。第一反射型偏振器210可对应于第一反射型偏振器110，并且部分反射型部件220可对应于部分反射型部件120。部分反射型部件220可以是如本文别处进一步描述的第二反射型偏振器和/或准直反射器。在图示实施方案中，第一反射型偏振器210和部分反射型部件220通过任选的光学透明粘合剂215附接，并且第一反射型偏振器和吸收型偏振器230通过任选的光学透明粘合剂225附接。在其它实施方案中，省略光学透明粘合剂215和光学透明粘合剂225中的一者或两者。第一反射型偏振器210和部分反射型部件220可具有针对光学叠堆100所描述的相应的第一透光轴和阻光轴以及第二透光轴和阻光轴。
吸收型偏振器230可具有第三透光轴和阻光轴，其中第三透光轴与第一反射型偏振器210的第一透光轴对准。图2B为光学叠堆200的示意性顶视图，其示出了第一反射型偏振器210的第一透光轴212和第一阻光轴214并且示出了吸收型偏振器230的第三透光轴232和第三阻光轴234。示出了第一透光轴212和第三透光轴232之间的角度 在一些实施方案中，第三透光轴232与第一透光轴212对准，使得第一透光轴212和第三透光轴232之间的角度 小于10度或小于5度。

[0023] 对于沿一个轴偏振的光比对于沿正交轴偏振的光反射更强烈的反射器可被称为不对称反射器。例如，不对称反射器可具有对于垂直入射的沿一个轴偏振的光而言的反射率比对于垂直入射的沿正交轴偏振的光而言的反射率高至少5％、或至少10％、或至少20％、或至少50％。不对称反射器的一个示例为反射型偏振器。另一个示例为四分之三偏振器，其反射沿透光轴偏振的约一半的垂直入射光以及沿阻光轴偏振的大部分垂直入射光。
反射型偏振器可被描述为针对沿透光轴偏振并在垂直入射下入射到反射型偏振器上的光具有高透射率(例如，至少80％、或至少85％、或至少86％的平均可见光透射率)的不对称反射器。反射型偏振器也可针对沿阻光轴偏振并在垂直入射下入射到反射型偏振器上的光具有高反射率(例如，至少80％、或至少85％、或至少90％、或至少95％的平均可见光反射率)。
在一些情况下，反射型偏振器也可为沿阻光轴具有较低反射率的弱偏振器(例如，针对沿阻光轴偏振并在垂直入射下入射到反射型偏振器上的光，平均可见光反射率为至少10％、或至少20％、或至少25％但小于85％、或小于75％或小于60％)。在一些情况下，准直反射器可以是不对称反射器，并且准直反射器可具有对于垂直入射的沿第一轴线偏振的光而言的反射率高于对于垂直入射的沿正交第二轴线偏振的光而言的反射率。在一些情况下，准直反射器可具有对于垂直入射的沿第一轴线偏振的光而言的反射率等于或基本上等于(例如，差值小于5％或差值小于2％)对于垂直入射的沿正交第二轴线偏振的光而言的反射率。

[0024] 在一些实施方案中，第一反射型偏振器包括第一多个交替的聚合物层，并且在一些实施方案中，部分反射型部件包括第二多个交替层。在交替的聚合物层叠堆中紧邻的一对聚合物层可被称为多层光学膜的光学重复单元(ORU)。图3为多层光学膜301的示例性光学重复单元的示意性透视图。图3仅描绘了多层光学膜301的两个层，多层光学膜301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301包括单独的微层302、304，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特性。微层302、304可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、可见或近红外波长光的光学膜而言，每一微层的光学厚度(即物理厚度乘以折射率)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)。

[0025] 微层之一(例如图3的层302，或下图4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3中的层304，或图4中的“B”层)沿同一轴线的折射率分别为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。

[0026] 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。为了方便解释，在多层光学膜的任何相关点上，x轴被视为在膜的平面内取向，以使Δnx的量值最大。因此，Δny的量值可以等于或小于(但不大于)Δnx的量值。此外，在计算差值Δnx、Δny、Δnz时开始选择哪个材料层是由Δnx为非负值来决定的。换句话说，形成界面的两层之间的折射率差值为Δnj＝n1j–n2j，其中j＝x、y或z，并且其中选择层标号1、2以使n1x≥n2x，即Δnx≥0。

[0027] 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、或透光轴在垂直入射处具有显著反射率的部分偏振膜)。

[0028] 在图4的示意性侧视图中，示出了多层膜422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。

[0029] 在图4中，如图所示，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。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422显示为具有显著较厚的层442，层442可表示将图中所示的微层叠堆与另一个微层叠堆或分组(未示出)分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))。

[0030] 在一些情况下，微层的厚度和折射率值可对应于1/4波长叠堆，即微层被布置成ORU，每一个ORU均具有两个等光学厚度(f比率＝0.5，f比率为组成层“A”的光学厚度对完整光学重复单元的光学厚度的比率，其中组成层“A”假设具有比组成层“B”更高的折射率-如果层“B”具有较高的折射率，则f比率为组成层“B”的光学厚度与完整光学重复单元的光学厚度的比率)的相邻微层，此类ORU通过相长干涉而有效地反射光，被反射光的波长λ为光学重复单元总光学厚度的两倍，其中主体的“光学厚度”是指其物理厚度与其折射率的乘积。对于反射型偏振器，用于确定f比率的折射率为沿阻光轴的折射率。对于不对称反射器，用于确定f比率的折射率为沿给予最高轴上反射率的轴线的折射率。对于强的反射镜或偏振器使用0.5的f比率通常是可取的，因为它能最大化微层的叠堆的第1阶反射带的反射能力。

[0031] 在一些实施方案中，本说明书的光学叠堆的第一反射型偏振器包括具有第一f比率的第一多个交替聚合物层，并且在一些实施方案中，部分反射型部件(例如，第二反射型偏振器或准直反射器)包括具有第二f比率的第二多个交替聚合物层。在一些实施方案中，第一f比率接近0.5。例如，第二f比率可在0.4至0.6的范围内、或在0.45至0.55的范围内。在一些实施方案中，第二f比率还比第一f比率多或少0.5。例如，在一些实施方案中，第二f比率小于0.2或小于0.15，并且在一些实施方案中，第二f比率大于0.8或大于0.85。低(或高)f比率可用于降低部分反射型组分的反射率。已经发现的是，针对第一反射型偏振器使用接近0.5的f比率和针对第二偏振器或准直反射器使用小于0.2或大于0.8的f比率提供了当光学叠堆用作液晶显示器的再循环背光中的前反射器时，例如与使用常规的部分反射型偏振器作为前反射器相比，具有改善的颜色的高光输出(例如，在较高视角下的较低颜色或白光输出)。这至少部分是由于常规部分反射型偏振器的制造变化，其可导致不期望的离轴颜色。在一些情况下，部分反射型偏振器诸如反射沿透光轴偏振的约一半垂直入射光以及沿阻光轴偏振的大部分垂直入射光的四分之三偏振器为多层光学膜，该多层光学膜包括多个光学重复单元，其中在光学重复单元中的层之间具有折射率差值、和/或选择用于给予期望的反射率和透射率特性的光学重复单元的数目、和/或光学重复单元的f比率。此类部分反射型偏振器可用于再循环背光以增加再循环，这继而可改善均匀度和/或亮度。然而，当选择多层光学膜以针对沿透光轴偏振的光给予部分透射和部分反射时，例如厚度的横向变化可导致光学伪影诸如离轴颜色，该光学伪影不会出现在针对沿透光轴偏振的光提供高透射率的反射型偏振器中。本发明的光学叠堆可用于提供与常规部分反射型偏振器相似的均匀度和/或亮度有益效果，但具有由于例如显著减少或消除的制造变化而在常规部分反射型偏振器中可出现的离轴颜色变化。

[0032] 在示例性实施方案中，ORU的光学厚度根据沿z轴或膜厚度方向的厚度梯度而不同，由此光学重复单元的光学厚度随着从叠堆的一侧(如顶部)到叠堆的另一侧(如底部)而增大、减小或遵循某种其它函数关系。可使用这种厚度梯度，从而得到加宽的反射带，以在所关注的扩展波长谱带以及所关注的所有角度上得到光的大致光谱上平坦的透射和反射。作为另外一种选择，本发明所公开的微层微层分组的层厚梯度可得到有意的定制以提供在所关注的波长范围上显著变化的反射和透射光谱。例如，可为有利的是使多层光学膜主体透射(或反射)相比红光更多的蓝光或反之，或透射(或反射)相比蓝光和红光更多的绿光。
尽管这种所需的光谱不均一性可使得多层光学膜主体表现出着色(非透明或彩色)外观，但是这种所需颜色通常有别于非期望颜色，因为所需颜色与光谱反射或透射的相对缓慢变化相关联，而非期望的颜色则与那些作为波长函数的参数的较快变化相关联。例如，与所需颜色相关联的反射或透射的光谱不均一性可作为具有约100nm或更大的特征性周期的波长的函数而变化，而与非期望的颜色相关联的反射或透射的光谱不均一性可随着具有小于约
50nm的特征性周期的波长变化而变化，但此数值在一定程度上取决于层厚度分布中的局部中断的量级。

[0033] 第一反射型偏振器可在偏振器的一侧处包括适于反射蓝色或较短波长的ORU和在偏振器的相对侧处包括适于反射红色或较长波长的ORU。相似地，部分反射型部件可在偏振器的一侧处包括适于反射蓝色或较短波长的ORU和在偏振器的相对侧处包括适于反射红色或较长波长的ORU。第一反射型偏振器和部分反射型部件可相对于彼此以任何方式取向。例如，适于反射蓝光的第一反射型偏振器的ORU可面向适于反射蓝光的部分反射型部件的ORU或适于反射红光的部分反射型部件的ORU。相似地，适于反射红光的第一反射型偏振器的ORU可面向适于反射蓝光的部分反射型部件的ORU或适于反射红光的部分反射型部件的ORU。

[0034] 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。Δnz的这种定制在倾斜入射光的p偏振分量的反射无论是随着入射角增大而增大、减小、还是保持不变都起关键作用。例如，可利用Δnz的定制来制备当包括在例如再循环背光中时提供准直效果的反射器。准直多层光学膜进一步描述于美国专利申请公布2014/0268346(Weber等人)中，该申请以不与本说明书矛盾的程度据此以引用方式并入本文。准直反射型偏振器和包括准直反射型偏振器的光学膜进一步描述于PCT公布WO 2015/102961(Shin)中，该专利以不与本说明书矛盾的程度据此以引用方式并入本文。

[0035] 示例性多层光学膜由聚合物材料构成，并且可利用共挤出、浇铸和取向工艺来制备。参考了美国专利5,882,774(Jonza等人)“Optical Film”(光学膜)、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 for Manufacturing 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。

[0036] 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如下多层光学膜，所述多层光学膜在宽波长范围内具有反射率和透射率的可控低频波动，参见例如美国专利6,783,349(Neavin等人)。在一些情况下，制造设备可以采用一个或多个层倍增器，用于倍增成品膜中的层数。在其它实施方案中，可以在不使用任何层倍增器的情况下制造膜。

[0037] 对于传统的偏振膜，可认为光是在两个正交平面内偏振，其中光的电场矢量(其横向于光的传播方向)位于特定偏振平面内。继而，可以将给定偏振态的光线分解为两个不同的偏振态的光：p偏振(p-pol)和s偏振(s-pol)光。P偏振光在光线入射平面和给定表面内偏振，其中入射平面为包含局部表面法向矢量和光线传播方向或矢量的平面。

[0038] 图5为反射膜560的示意性透视图，反射膜560可以是反射型偏振器或准直反射器。图5示出了光线580，光线580以入射角θ入射到膜560上，从而形成入射平面582。膜560包括轴线564和轴线566，轴线564可以是平行于y轴的透光轴，轴线566可以是平行于x轴的阻光轴。光线580的入射平面582平行于阻光轴566。光线580具有位于入射平面582内的p偏振分量以及与入射平面582正交的s偏振分量。在膜560为具有透光轴564和阻光轴566的反射型偏振器的实施方案中，光线580的p偏振光将至少部分地被膜560反射，而光线580的s偏振光至少部分地被透射。

[0039] 此外，图5示出了在平行于轴线564的入射平面572内入射到膜560上的光线570。在膜560为理想反射型偏振器的情况下，该理想反射型偏振器针对在阻光轴中偏振的光在所有入射光角度下反射率为100％，并且针对在透光轴中偏振的光在所有入射光角度下反射率为0％，偏振器透射光线580的s偏振光和光线570的p偏振光，而反射光线580的p偏振光和光线570的s偏振光。换句话讲，膜560将透射p偏振光和s偏振光的组合。如本文别处进一步描述的，p偏振光和s偏振光的透射和反射量将取决于膜的特性。

[0040] 膜或光学叠堆的准直效果的指示为在垂直入射下和在60度入射角下透射的可见光的比率。在一些实施方案中，膜560为准直反射型偏振器，该准直反射型偏振器对于p偏振光而言垂直入射时沿透光轴的平均可见光透射率为Tpassnormal，且对于p偏振光而言60度入射时沿透光轴的平均可见光透射率为Tpass60，并且Tpass60与Tpassnormal的比率小于0.75或小于0.6。在一些实施方案中，膜560为准直反射型偏振器，该准直反射型偏振器具有对于非偏振光而言垂直入射时的平均可见光透射率为Tnormal，且对于非偏振光而言60度入射时的平均可见光透射率为T60，并且T60与Tnormal的比率小于0.75或小于0.6。

[0041] 在一些实施方案中，第一反射型偏振器为单轴取向的。部分反射型部件可以是第二反射型偏振器，并且也可以是单轴取向的。部分反射型部件可以是准直反射器，该准直反射器可以单轴取向或双轴取向的，或沿正交的第一轴线和第二轴线部分地取向成不同的角度。在一些实施方案中，第一反射型偏振器以及任选地第二反射型偏振器已是大致单轴拉伸的，对于U＝(1/MDDR-1)/(TDDR1/2-1)，U为至少0.85，MDDR被定义为纵向拉伸比，并且TDDR被定义为横向拉伸比。此类基本上单轴拉伸的反射型偏振器可利用抛物面拉幅机(parabolic tenter)来实现，如美国专利申请公布2010/0254002(Merrill等人)中所述，该申请以不与本说明书矛盾的程度据此以引用方式并入本文。合适的单轴拉伸反射型偏振器为获自明尼苏达州圣保罗市3M公司(3M Company,St.Paul,MN)的高级偏振膜(APF)。例如，在一些实施方案中，第一反射型偏振器为APFv3(APF膜具有约0.5的f比率)。

[0042] 本申请的光学叠堆可用于多种应用。光学叠堆尤其可用于显示器应用，诸如电致发光显示器、液晶显示器和头戴式显示器。

[0043] 图6为显示器690的示意性侧视图，显示器690包括设置在显示面板670的输出侧处的本说明书的光学叠堆600。光学叠堆600可用于透射显示面板670的偏振光输出并且反射入射到显示器外部的光学叠堆600上的一部分光。光学叠堆600可被取向成使得第一反射型偏振器面向或背离显示面板670。显示面板670可为电致发光显示面板(例如，有机发光显示器(OLED)面板)或液晶显示器(LCD)面板(背光(图6中未示出)可包括在与光学叠堆600相对的液晶显示面板附近)。在一些实施方案中，光学叠堆600包括四分之一波延迟器并且用作例如OLED显示器的前圆偏振器。

[0044] 在其它实施方案中，光学叠堆用于LCD显示器的背光中。图7为显示器790的示意性侧视图，显示器790包括液晶显示面板770和设置用于照明液晶显示面板770的背光777。背光777包括面向液晶显示面板770的本说明书的光学叠堆700，并且还包括与液晶显示面板770相对的邻近光学叠堆700的导光板780。已发现，本说明书的光学叠堆可用于利用光再循环的液晶显示器，因为可调节部分反射型部件(例如，第二反射型偏振器或准直反射器)以提供光学叠堆的所需反射和透射特性。例如，可期望降低透射率并增加反射率以便提高再循环背光应用中的亮度和均匀度。此类反射特性在半球反射率Rhemi方面是有用的特征，该半球反射率Rhemi是指反射器对从反射器法线周围的半球内所有方向入射到反射器上的可见光的总反射率，并假设为朗伯强度分布。Rhemi可使用如在美国专利8,469,575(Weber等人)中所描述的积分球来测量，该专利以不与本说明书矛盾的程度据此以引用方式并入本文。可通过调节部分反射型部件相对于第一反射型偏振器的f比率和/或取向来选择Rhemi值。例如，在部分反射型部件为第二反射型偏振器的实施方案中，可调节第一反射型偏振器的透光轴和第二反射型偏振器的透光轴之间的角度以修改Rhemi。光学叠堆可具有可根据预期应用选择的任何可用的Rhemi。在一些实施方案中，光学叠堆的Rhemi例如在50％和
90％之间。

[0045] 光学叠堆700可被取向成使得第一反射型偏振器面向或背离液晶显示面板770。在一些实施方案中，光学叠堆700包括第一反射型偏振器和部分反射型部件，其中部分反射型部件设置在第一反射型偏振器和导光板780之间。在一些实施方案中，光学叠堆还包括面向液晶显示面板770的吸收型偏振器。

[0046] 在一些实施方案中，使用本说明书的光学叠堆代替头戴式显示器中的常规反射型偏振器允许通过合适地选择光学叠堆的反射和透射特性来平衡虚拟图像亮度和真实世界亮度。如本文别处进一步描述的，光学叠堆的此类反射和透射特性可通过改变光学叠堆的第二反射型偏振器或准直反射器的f比和/或取向来选择。

[0047] 图8A为头戴式显示器890(图8B中示出)的光学系统891的示意性剖视图，光学系统891包括邻近光学叠堆800的显示面板870，以及设置在显示面板870和光学叠堆800之间的部分反射器817。图8B为头戴式显示器890的示意性顶视图，头戴式显示器890包括框架892以及第一眼睛部分894a和第二眼睛部分894b。第一眼睛部分894a和第二眼睛部分994b中的每一个可包括光学系统891。在图示实施方案中，光学叠堆800设置在透镜863的主表面上，部分反射器817设置在透镜867的主表面上，并且四分之一波延迟器865设置在与透镜863相对的光学叠堆800的主表面上。光学叠堆800和四分之一波延迟器865的组合可被认为是本说明书的光学叠堆。在其它实施方案中，四分之一波延迟器865设置在单独的基板上，该基板设置在透镜863和透镜867之间。在一些实施方案中，部分反射器817设置在与图8A所示的主表面相对的透镜867的主表面上。在一些实施方案中，光学叠堆800设置在与图8A所示的主表面相对的透镜863的主表面上。在还其它实施方案中，单个透镜与光学叠堆800使用并且部分反射器817设置在透镜的相对侧上。光学叠堆800可被设置成使得第一偏振器面向或背离显示面板870。在一些实施方案中，部分反射器817具有在30％至70％范围内的平均可见反射率(在400nm至700nm的可见波长范围内的垂直入射下非偏振光的未加权平均值)。例如，部分反射器817可为部分金属化膜。光学系统891适于提供从显示面板870到观察者的眼睛893的图像。

[0048] 光学叠堆600、700或800中的任一个可对应于本文别处描述的任何其它光学叠堆(例如，光学叠堆100或200)。光学叠堆600、700或800中的每一个包括第一反射型偏振器和另外的部分反射型部件，该部分反射型部件可为第二反射型偏振器或准直反射器。光学叠堆600、700或800中的任一个还可包括如本文别处进一步描述的吸收型偏振器。光学叠堆600、700或800的层可以任何任一方向取向。在一些实施方案中，光学叠堆600、700或800的第一反射型偏振器可取向成面向显示器的输出方向；而在其它实施方案中，光学叠堆600、
700或800的部分反射型部件可取向成面向显示器的输出方向。

[0049] 以下为本说明书的示例性实施方案的列表。

[0050] 实施方案1为一种光学叠堆，所述光学叠堆包括：

[0051] 第一反射型偏振器，该第一反射型偏振器具有第一透光轴和正交的第一阻光轴，并且包括具有第一f比率的第一多个交替聚合物层，第一反射型偏振器对于垂直入射的沿第一阻光轴偏振的光而言具有至少90％的第一平均可见光反射率，而对于垂直入射的沿第一透光轴偏振的光而言具有至少85％的第一平均可见光透射率；以及

[0052] 邻近第一反射型偏振器的第二反射型偏振器，第二反射型偏振器具有第二透光轴和正交的第二阻光轴，并且包括具有第二f比率的第二多个交替聚合物层，第二反射型偏振器对于垂直入射的沿第二阻光轴偏振的光而言具有第二平均可见光反射率，第二平均可见光反射率不大于第一平均可见光反射率减去10％，

[0053] 其中第二f比率不同于第一f比率，并且第二透光轴不平行于第一透光轴。

[0054] 实施方案2为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第一透光轴和第二透光轴之间的角度在10至90度的范围内。

[0055] 实施方案3为根据实施方案2所述的光学叠堆，其中该角度在45至90度的范围内。

[0056] 实施方案4为根据实施方案3所述的光学叠堆，其中该角度在60至90度的范围内。

[0057] 实施方案5为根据实施方案4所述的光学叠堆，其中该角度在80至90度的范围内。

[0058] 实施方案6为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第一f比率在0.4至0.6的范围内，并且第二f比率小于0.2或大于0.8。

[0059] 实施方案7为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第一f比率在0.45至0.55的范围内，并且第二f比率小于0.15或大于0.85。

[0060] 实施方案8为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第二反射型偏振器为准直反射型偏振器。

[0061] 实施方案9为根据实施方案8所述的光学叠堆，其中准直反射型偏振器对于p偏振光而言垂直入射时沿第二透光轴的平均可见光透射率为Tpassnormal，且对于p偏振光而言60度入射时沿第二透光轴的平均可见光透射率为Tpass60，并且Tpass60与Tpassnormal的比率小于0.75。

[0062] 实施方案10为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第二平均可见光反射率不大于第一平均可见光反射率减去20％。

[0063] 实施方案11为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第二平均可见光反射率不大于第一平均可见光反射率减去30％。

[0064] 实施方案12为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第二平均可见光反射率不大于50％。

[0065] 实施方案13为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第二反射型偏振器对于垂直入射的沿第二透光轴偏振的光而言具有至少85％的第二平均可见光透射率。

[0066] 实施方案14为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第一反射型偏振器和第二反射型偏振器通过光学透明的粘合剂彼此附接。

[0067] 实施方案15为根据实施方案1所述的光学叠堆，所述光学叠堆还包括吸收型偏振器，该吸收型偏振器具有与第一透光轴对准的第三透光轴，吸收型偏振器与第二偏振器相反地附接到第一偏振器。

[0068] 实施方案16为根据实施方案1所述的光学叠堆，其中第一反射型偏振器已是大致单轴拉伸的，对于U＝(1/MDDR-1)/(TDDR1/2-1)，U为至少0.85，MDDR被定义为纵向拉伸比，并且TDDR被定义为横向拉伸比。

[0069] 实施方案17为一种光学叠堆，所述光学叠堆包括：

[0070] 第一反射型偏振器，该第一反射型偏振器具有第一透光轴和正交的第一阻光轴，并且包括具有第一f比率的第一多个交替聚合物层，第一反射型偏振器对于垂直入射的沿第一阻光轴偏振的光而言具有至少90％的第一平均可见光反射率，而对于垂直入射的沿第一透光轴偏振的光而言具有至少85％的第一平均可见光透射率；以及

[0071] 准直反射器，该准直反射器邻近第一反射型偏振器并且包括第二多个交替聚合物层，准直反射器对于垂直入射的非偏振光而言具有在20％至80％范围内的第二平均可见光反射率。

[0072] 实施方案18为根据实施方案17所述的光学叠堆，其中准直反射器对于非偏振光而言垂直入射时的平均可见光透射率为Tnormal，且对于非偏振光而言60度入射时的平均可见光透射率为T60，并且T60与Tnormal的比率小于0.75。

[0073] 实施方案19为根据实施方案17所述的光学叠堆，其中准直反射器为不对称反射器。

[0074] 实施方案20为根据实施方案19所述的光学叠堆，其中不对称反射器为第二反射型偏振器，该第二反射型偏振器具有第二透光轴和正交的第二阻光轴，第二透光轴不平行于第一透光轴。

[0075] 实施方案21为根据实施方案20所述的光学叠堆，其中准直反射器对于p偏振光而言垂直入射时沿第二透光轴的平均可见光透射率为Tpassnormal，且对于p偏振光而言60度入射时沿第二透光轴的平均可见光透射率为Tpass60，并且Tpass60与Tpassnormal的比率小于0.75。

[0076] 实施方案22为根据实施方案20所述的光学叠堆，其中第一透光轴和第二透光轴之间的角度在10至90度的范围内。

[0077] 实施方案23为根据实施方案20所述的光学叠堆，其中第一f比率在0.4至0.6的范围内，并且第二多个交替聚合物层具有小于0.2或大于0.8的第二f比率。

[0078] 实施方案24为根据实施方案17所述的光学叠堆，其中第一f比率在0.4至0.6的范围内。

[0079] 实施方案25为根据实施方案17所述的光学叠堆，其中第二平均可见光反射率不大于第一平均可见光反射率减去20％。

[0080] 实施方案26为根据实施方案17所述的光学叠堆，其中第二平均可见光反射率不大于第一平均可见光反射率减去30％。

[0081] 实施方案27为根据实施方案17所述的光学叠堆，其中第一反射型偏振器为单轴取向的，并且准直反射器为双轴取向的。

[0082] 实施方案28为根据实施方案17所述的光学叠堆，所述光学叠堆还包括吸收型偏振器，该吸收型偏振器具有与第一透光轴对准的第三透光轴，吸收型偏振器与准直反射器相反地附接到第一偏振器。

[0083] 实施方案29为根据实施方案17所述的光学叠堆，其中第一反射型偏振器已是大致1/2
单轴拉伸的，对于U＝(1/MDDR-1)/(TDDR -1)，U为至少0.85，MDDR被定义为纵向拉伸比，并且TDDR被定义为横向拉伸比。

[0084] 实施方案30为包括根据实施方案1至29中任一项所述的光学叠堆的显示器。

[0085] 实施方案31为根据实施方案30所述的显示器，所述显示器包括液晶显示面板和设置用于照明液晶显示面板的背光，其中背光包括光学叠堆，该光学叠堆面向液晶显示面板。

[0086] 实施方案32为根据实施方案30所述的显示器，该显示器为电致发光显示器。

[0087] 实施方案33为根据实施方案30所述的显示器，该显示器为头戴式显示器。

[0088] 实施方案34为根据实施方案33所述的显示器，其中头戴式显示器包括邻近光学叠堆的显示面板和设置在显示面板和光学叠堆之间的部分反射器，部分反射器具有在30％至70％范围内的平均垂直入射可见光反射率。

[0089] 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。