阅读说明：本技术 光学膜和光学系统 (Optical film and optical system ) 是由 杨朝晖 布雷特·J·西特尔 詹姆斯·A·蒂伦 纳撒尼尔·K·奈史密斯 于 2018-05-22 设计创作，主要内容包括：本发明描述了一种多层光学膜,该多层光学膜包括第一层,该第一层在约580nm至约650nm范围内的波长λ下具有折射率n1；以及第二层,该第二层在λ下具有折射率n2。第一层和第二层在其间限定包括二维光栅的界面。光栅可具有平均高度H,使得|n1-n2|*H在0.24微米至0.3微米的范围内。描述了包括多层光学膜的光学系统。光学系统的显示表面中的子像素可衍射成零衍射级和多个第一衍射级,其中零衍射级和第一衍射级的强度在λ下在彼此的10％以内。光学系统在10线对/毫米下可具有大于0.4的调制传递函数。(A multilayer optical film is described that includes a first layer having a refractive index n1 at a wavelength λ in a range from about 580nm to about 650 nm; and a second layer having a refractive index n2 at λ. The first layer and the second layer define an interface therebetween that includes a two-dimensional grating. The grating may have an average height H such that | n1-n2| H is in the range of 0.24 microns to 0.3 microns. Optical systems including multilayer optical films are described. The sub-pixels in the display surface of the optical system may diffract into a zero diffraction order and a plurality of first diffraction orders, wherein the intensities of the zero diffraction order and the first diffraction orders are within 10% of each other at λ. The optical system may have a modulation transfer function greater than 0.4 at 10 line pairs/mm.)

光学膜和光学系统

背景技术

像素化显示器通常在相邻像素和子像素之间具有间隙。在一些情况下，这些间隙导致被称为纱窗效应的光学伪影，该光学伪影可以令观察者感到反感。

发明内容

在本说明书的一些方面，提供了一种多层光学膜，该多层光学膜包括第一光学层和设置在第一光学层上的第二光学层。第一光学层在约580nm至约650nm范围内的波长λ下具有折射率n1，并且第二光学层在λ下具有折射率n2。第一光学层和第二光学层在其间限定结构化界面，该结构化界面包括沿互相正交的第一方向和第二方向延伸的二维基本正弦光栅。光栅具有平均高度H且沿第一方向和第二方向中的每个方向具有在约7.5微米至约10微米范围内的周期T，使得|n1-n2|*H在约0.24微米至约0.3微米的范围内。多层光学膜可以是用于降低显示器的纱窗效应的纱窗效应减轻膜。

在本说明书的一些方面中，提供了一种显示器，该显示器包括：光源；二维像素化的显示表面，该显示表面用于显示图像，每个像素包括至少三个间隔开的子像素；以及多层光学膜，该多层光学膜设置在显示表面上。多层光学膜包括第一光学层和第二光学层，该第一光学层和第二光学层在其间限定沿互相正交的第一方向和第二方向延伸的二维光栅界面。第一方向和第二方向在其间限定互相正交的第一对角线方向和第二对角线方向。光栅沿第一方向、第二方向、第一对角线方向和第二对角线方向中的每个方向在约580nm至约650nm范围内的波长λ下将每个像素中的至少一个子像素衍射成零衍射级和多个第一衍射级，使得零衍射级和第一衍射级的强度在彼此的10％以内。

在本说明书的一些方面中，提供了一种光学系统，该光学系统包括：光源；二维像素化的显示表面，该显示表面用于显示图像；以及第一光学层和第二光学层，该第一光学层和该第二光学层设置在显示表面上并在其间限定二维光栅界面。在约580nm至约650nm范围内的波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.10至约0.25的范围内。光栅界面具有在约7.5微米至约10微米范围内的周期T以及在约1.1微米至约2.4微米范围内的平均高度H。当显示表面显示具有约10线对/毫米的空间频率的图像时，光学系统通过光栅界面将显示的图像放大为虚拟图像以便由观察者观察。虚拟图像的调制传递函数(MTF)大于约0.4。

附图说明

图1A是光学层的透视图；

图1B是包括图1A的光学层的多层光学膜的示意性剖视图；

图2是像素化显示表面的示意性俯视图；

图3是由显示表面所产生的发射光谱的示意图；

图4是光学系统的示意性剖视图；

图5是由衍射子像素的光栅产生的衍射图案的示意性俯视图；

图6是衍射图案中强度分布的示意性前视图；

图7是头戴式显示器的示意性俯视图；并且

图8A-8D是多层光学膜的示意性剖视图；并且

图9是光学层的示意性俯视图。

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，可设想并进行其它实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为具有限制意义。

显示器通常包括二维像素化的显示表面。在一些情况下，像素或子像素之间的空间对于观察者是可见的，并且这可能是令人反感的，特别是在头戴式显示器中，其中光学系统放大所显示图像以便由观察者观察。这称为纱窗效应或固定模式噪声。根据本说明书的一些实施方案，提供了用于降低显示器的纱窗效应的多层光学膜。多层光学膜可被称为纱窗效应减轻膜。根据本说明书的一些实施方案，已经发现，本文所述的具有高度、周期和折射率对比(光栅的相对侧上的折射率的差值)的衍射光栅可在光学系统中使用以在保留期望的感觉到的图像分辨率的同时显著降低纱窗效应。光栅可作为多层光学膜的第一光学层和第二光学层之间的结构化界面提供。

图1A示出了具有第一主表面178的第一光学层125，第一主表面178具有二维结构，该二维结构具有沿第一方向(x方向)的第一周期Tx和沿正交的第二方向(y方向)的第二周期Ty。在一些实施方案中，Tx和Ty中的一者或两者在约1微米、或约5微米、或约7.5微米、或约8微米，至约30微米、或约20微米、或约15微米、或约10微米、或约9.5微米的范围内。在一些实施方案中，Tx和Ty在彼此的约10％以内。

图1B示出了多层光学膜100，该多层光学膜100包括图1A的第一光学层125和设置在第一光学层125上的第二光学层145。第一光学层125和第二光学层145在其间限定结构化界面180，该结构化界面180包括沿互相正交的第一方向和第二方向(x方向和y方向)延伸的二维光栅182。在一些实施方案中，结构化界面180在多层光学膜100的宽度和长度上是连续的。在一些实施方案中，二维光栅182在多层光学膜100的宽度和长度上是连续的。在一些实施方案中，二维光栅182为基本正弦光栅。正弦光栅具有相对于中心平面的高度(在z方向上)，该高度随沿中心平面的位置(x位置和y位置)呈正弦变化。基本正弦光栅是给出由入射可见光产生的衍射图案与由正弦光栅产生的衍射图案之间忽略不计的差异的光栅。基本正弦光栅可以是标称正弦的，但是由于例如普通制造变化而不同于正弦。光栅182具有平均高度H。

在其它实施方案中，使用其它光栅图案。图8A-8D示意性地示出多层光学膜700a-700d，多层光学膜700a-700d包括分别在它们之间具有二维光栅782a-782d的第一光学层725a-725d和第二光学层745a-745d。光栅782a为矩形光栅，光栅782b为可被理解为矩形光栅的特殊情况的正方形光栅，光栅782c为三角形光栅，并且光栅782d为锯齿形光栅。在这些情况的任一种中，光栅元件(矩形、正方形、三角形或锯齿形)可在两个平面内方向中的每个方向上延伸相等或近似相等的距离。例如，光栅元件可以是柱形件、棱锥体或锥体。图9为具有包括多个柱形件882的结构化表面的第一光学层825的示意性俯视图。第一光学层825可被第二光学层涂覆以形成包括柱形图案的光栅界面。柱形件可具有例如圆形、椭圆形、正方形、矩形或三角形横截面。柱形件可具有均匀的横截面或可以是锥形的。例如，柱形件可如图所示被布置在正方形格子上，或者可被布置在其它格子(诸如三角形格子)上。

在一些实施方案中，二维光栅182具有在本文别处描述的任何范围内的可对应于Tx和Ty中的任一者或两者的周期T。例如，在一些实施方案中，周期T沿第一方向和第二方向中的每个方向在1微米至30微米的范围内或在7.5微米至10微米的范围内。在一些实施方案中，沿第一方向和第二方向的周期相等或大约相等。在其它实施方案中，周期T可在不同的方向上不同。例如，在一些实施方案中，周期T沿第一方向为约8微米并且周期T沿第二方向为约9微米。

第一光学层125包括第一外主表面181，并且第二光学层145包括第二外主表面191。在一些实施方案中，第一外主表面181是基本上平的表面。在一些实施方案中，第二外主表面191是基本上平的表面。附加层(例如，硬质涂层或剥离衬垫)可设置在第一外主表面181和第二外主表面191中的一者或两者上。用作第一光学层125或第二光学层145的合适材料包括聚合物、可交联或交联树脂，以及光学透明粘合剂。在一些实施方案中，第一光学层125和第二光学层145中的至少一个包含交联树脂。合适的树脂进一步在本文别处有所描述。在一些实施方案中，第一光学层125和第二光学层145中的至少一个包含光学透明粘合剂。合适的粘合剂进一步在本文别处有所描述。在一些实施方案中，第一光学层125包含交联树脂，并且第二光学层145包含光学透明粘合剂。在一些实施方案中，第二光学层145为光学透明粘合剂，该光学透明粘合剂被施加到第一光学层125，从而形成平面化层。

在一些实施方案中，多层光学膜100是用于降低显示器的纱窗效应的纱窗效应减轻膜。如本文别处进一步所描述，光学系统可包括多层光学膜100，该多层光学膜100靠近二维像素化的显示表面，以便在保留期望分辨度的同时减少由显示表面的像素和/或子像素之间的间隙引起的纱窗效应外观。根据一些实施方案，已经发现，选择多层光学膜的光栅以将指定波长λ衍射成近似相等强度的零衍射级和第一衍射级是特别有利的，其中λ是例如由显示器所发射的峰值绿色波长和峰值红色波长之间的波长。

在波长λ下，第一光学层125具有第一折射率n1，并且第二光学层145具有第二折射率n2。在一些实施方案中，第一折射率和第二折射率的差值的绝对值|n1-n2|为至少约0.05、或至少约0.08、或至少约0.1、或至少约0.12、或至少约0.14。在一些实施方案中，第一折射率和第二折射率的差值的绝对值|n1-n2|不超过约0.3、或不超过约0.26、或不超过0.25、不超过约0.24、或不超过约0.22、或不超过约0.2、或不超过约0.19、不超过约0.18。例如，在一些实施方案中，|n1-n2|在约0.08至约0.25的范围内、或在约0.1至约0.25的范围内、或在约0.1至约0.2的范围内、或在约0.14至约0.18的范围内。在一些实施方案中，波长λ为至少约550nm、或至少约580nm、或至少约590nm、或至少约595nm。在一些实施方案中，波长λ不超过约650nm、或不超过约633nm、或不超过约620nm、或不超过约610nm、或不超过约605nm。例如，在一些实施方案中，λ在约580nm至约650nm的范围内。在一些实施方案中，λ为约600nm。在一些实施方案中，代替指定绝对波长范围或除指定绝对波长范围之外，相对于显示表面的发射光谱的峰值波长来指定波长λ。

在一些实施方案中，光栅由以下形式的公式描述：

h＝1/2 A[f1(x)+f2(y)] (公式1)

其中x和y为平面内坐标，h为来自参考平面的z方向上的位移，f1(x)和f2(y)分别为归一化以在-1和1之间变化的x和y的周期性函数，并且A为表征光栅的峰到谷高度的参数。对于固定的x，当y变化时，A为光栅的峰到谷高度。相似地，对于固定的y，当x变化时，A为光栅的峰到谷高度。在这种情况下，参数A为可表示为H的光栅的平均高度。在一些实施方案中，f1(x)和f2(y)为正弦函数。例如，在一些实施方案中，正弦光栅由以下描述：

h＝1/2 A[sin(2πx/Tx)+sin(2πy/Ty)] (公式2)

其中Tx和Ty分别为x方向和y方向上的周期。在一些实施方案中，光栅由公式1或由公式2描述，并且光栅的平均高度H等于参数A。在一些实施方案中，光栅具有均匀的峰高度和均匀的谷高度，并且平均高度H为峰到谷高度。在一些实施方案中，峰高度和谷高度是标称均匀的，但可由于例如普通制造变化而变化。在这种情况下，平均高度H可取为平均峰高度减去平均谷高度。在一些实施方案中，光栅的平均高度H取为高度h相对于中心或平均高度的均方根平均值的2倍。这能够表示为高度的标准偏差的两倍或H＝2<(h-<h>)²>^1/2。对于由公式2描述的正弦光栅，这给出<h>＝0、<h²>＝A²/4以及H＝A。

在一些实施方案中，H为至少约0.8微米、或至少约1微米、或至少约1.1微米、或至少约1.2微米、或至少约1.3微米、或至少约1.4微米。在一些实施方案中，H不超过约6微米、或不超过约4微米、或不超过约3微米、或不超过约2.5微米、或不超过约2.4微米、或不超过约2.3微米、或不超过约2.1微米、或不超过约1.9微米。例如，在一些实施方案中，H在约1.1微米至约2.4微米的范围内。

在一些实施方案中，|n1-n2|*H为至少约0.21微米、或至少约0.22微米、或至少约0.23微米、或至少约0.24微米、或至少约0.25微米、或至少约0.255微米、或至少约0.26微米。在一些实施方案中，|n1-n2|*H不超过约0.3微米、或不超过约0.29微米、或不超过约0.28微米、或不超过约0.275微米、或不超过约0.27微米。例如，在一些实施方案中，|n1-n2|*H在约0.22微米至约0.3微米的范围内、或在约0.24微米至约0.3微米的范围内、或在约0.24微米至约0.29微米的范围内、或在约0.25微米至约0.28微米的范围内、或在约0.255微米至约0.275微米的范围内。

多层光学膜100可以多种方式产生。在一些实施方案中，通过首先产生剥离工具来制备光学层。可通过对在膜(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜)上具有结构化表面的层进行浇铸和固化(例如，在连续浇铸和固化工艺中)来制备剥离工具。在连续浇铸和固化工艺中，可以使用金刚石工具将倒置图案切割成铜辊来制备微型复制辊，其中铜辊可以被用来通过使用连续浇铸和固化工艺利用可聚合树脂在基底上制备图案。合适的金刚石模具在本领域中是已知的并且包括在美国专利7,140,812(Bryan等人)中描述的金刚石模具。连续浇铸和固化工艺在本领域中是已知的并且在以下专利中进行了描述：美国专利4,374,077(Kerfeld)、4,576,850(Martens)、5,175,030(Lu等人)、5,271,968(Coyle等人)、5,558,740(Bernard等人)和5,995,690(Kotz等人)。然后可使用常规的表面处理技术来处理所得的结构以产生结构化剥离工具。例如，表面处理可以包括氧等离子体处理，然后是四甲基硅烷(TMS)等离子体处理。然后例如可将可交联树脂涂覆到剥离工具的经处理的表面上并固化。然后可移除剥离工具以产生第一光学层125，该第一光学层125可被第二光学层145涂覆以提供多层光学膜100。可用于制备多层光学膜100的附加工艺包括在美国专利申请公布2016/0016338(Radcliffe等人)、2017/0131559(Sitter等人)和2017/0115498(Sitter等人)中描述的那些，这些专利中的每个在不与本说明书矛盾的情况下据此以引用方式并入本文。

在其它实施方案中，将第一光学层125浇铸并固化到聚合物基底上，然后将第二光学层145涂覆到第一光学层125上。在这种情况下，聚合物基底为在多层光学膜100中的附加层。在其它实施方案中，第一主表面178通过例如将结构机加工成膜的外表面来结构化，并且第二光学层145通过涂覆到所得的机加工表面上而形成。

在一些实施方案中，第一光学层和第二光学层中的一者或两者为交联树脂层。可交联或可固化树脂可以液体形式沉积或涂覆到表面上，然后(例如)通过施加光化辐射或加热固化涂层以形成交联树脂层。用于固化可固化树脂的涂层的光化辐射可为电子束辐射或紫外线(UV)辐射。以这种方式使涂覆的树脂交联可产生带有低双折射或基本上无双折射的层。

可用于形成第一光学层和第二光学层中的一者或两者的合适的可固化树脂包括UV可固化的丙烯酸酯，诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、脂族聚氨酯丙烯酸酯(诸如购自宾夕法尼亚州埃克斯顿的沙多玛美国公司(Sartomer Americas,Exton,PA)的Photomer 6210)、环氧丙烯酸酯(诸如同样购自沙多玛美国公司(Sartomer Americas)的CN-120)和苯氧乙基丙烯酸酯(购自威斯康辛州密尔沃基的西格玛奥德里奇化学公司(Sigma-AldrichChemical Company,Milwaukee,WI))。其它合适的可固化树脂包括湿固化树脂，诸如可得自佛罗里达州迪尔菲尔德海滩的美洲马贝公司(MAPEI Americas,Deerfield Beach,FL)的Primer M。

在一些实施方案中，第一光学层和第二光学层中的一者或两者是粘合剂层，诸如光学透明粘合剂层。光学透明粘合剂具有高透射率和低雾度。例如，在一些实施方案中，光学透明粘合剂层具有至少95％、或至少98％或至少99％的透射率，以及小于约5％、或小于约2％或小于约1％的雾度。非粘合剂(例如，交联树脂)层也可以是光学透明的，其中透射率和雾度在这些范围中的任一个内。合适的粘合剂包括可以是压敏粘合剂(PSA)、橡胶类粘合剂(例如橡胶、聚氨酯)和有机硅类粘合剂的粘弹性或弹性体粘合剂。粘弹性或弹性体粘合剂还包括热活化粘合剂，其在室温下不发粘，但在高温下变得暂时发粘并且能够粘结到基材。热活化粘合剂在活化温度下被活化，并且在温度高于活化温度时具有与PSA相似的粘弹性特征。粘弹性或弹性体粘合剂可为基本上透明的和光学透明的。本说明书所述的任何粘弹性或弹性体粘合剂可以是粘弹性光学透明的粘合剂。弹性体材料可具有大于约20％、或大于约50％、或大于约100％的断裂伸长率。粘弹性或弹性体粘合剂层可作为基本上100％的固体粘合剂直接应用，或者可以通过涂覆溶剂型粘合剂并蒸发溶剂而形成。粘弹性或弹性体粘合剂可为热熔融粘合剂，该热熔融粘合剂可被熔融、以熔融形式施加并且然后被冷却以形成粘弹性或弹性体粘合剂层。

合适的粘合剂包括弹性体聚氨酯或有机硅粘合剂以及均购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company,St.Paul,MN)的粘弹性光学透明粘合剂CEF22、817x和818x。其它有用的粘弹性或弹性体粘合剂包括基于苯乙烯嵌段共聚物、(甲基)丙烯酸嵌段共聚物、聚乙烯醚、聚烯烃和聚(甲基)丙烯酸酯的PSA。

图2是用于显示图像的二维像素化的显示表面900的示意图。显示表面900包括多个像素945。像素945中的每个像素通常包括三个或更多个子像素，所述三个或更多个子像素允许每个像素945产生期望的颜色。例如，所示子像素945a、945b和945c可以为蓝色、绿色和红色的子像素，其可具有可调整的输出水平以提供期望的颜色和期望的强度。在一些实施方案中可包括附加子像素(例如，黄色)。像素和子像素布置可与图2中示意性地示出的布置相似或不同。例如，三角形图案、条纹图案、对角线图案或PENTILE矩阵可如本领域已知的那样使用。例如，就包括红色和绿色子像素对以及绿色和蓝色子像素对的PENTILE矩阵而言，每个像素可被理解为包括红色和绿色对以及绿色和蓝色对，使得每个像素包括四个子像素。在一些实施方案中，使用有机发光二极管(OLED)显示器，并且子像素945a、945b和945c包括用作用于显示器的光源的发射层。在一些实施方案中，使用液晶显示器(LCD)，并且使用单独的光源以提供进入LCD显示器的背光源中的光输入，并且像素和子像素由LCD面板形成。

图3是由显示表面所产生的发射光谱的曲线图。三个峰对应于子像素945a、945b和945c的颜色呈现。最短峰值波长表示为λa，最长峰值波长表示为λc，并且中间峰值波长表示为λb。例如，就OLED显示器而言，波长依赖性可由像素化发射层提供。例如，就LCD显示器而言，波长依赖性可由滤色器提供。在一些实施方案中，λa在约400nm至约500nm的范围内，λc在约580nm至700nm的范围内，并且λb大于λa且小于λc。在一些实施方案中，λa在约440nm至约480nm的范围内，λb在约510nm至约550nm的范围内，并且λc在约600nm至约640nm的范围内。在一些实施方案中，如图3所示，指定第一光学层的折射率和第二光学层的折射率并且选择|n1-n2|*H以产生如本文别处进一步描述的近似等于零衍射级和第一衍射级的波长λ在λb和λc之间。在一些实施方案中，λ等于(1-α)*λb+α*λc，其中α为至少0.5、或至少0.6、或至少0.7，并且不超过0.95、或不超过0.92、或不超过0.9、或不超过0.88。例如，在一些实施方案中，α在0.7至0.9的范围内。

图4为包括多层光学膜300的光学系统450的示意性剖视图，多层光学膜300可对应于例如多层光学膜100，设置为靠近具有显示表面352的显示器组件350。多层光学膜300包括如在本文别处进一步所描述(例如参见图1B)的在其间设置有光栅界面的第一光学层和第二光学层(图4中未示出)。第一光学层或第二光学层可设置成面向显示表面352。该显示表面352可以是二维像素化的显示表面，如在本文别处进一步所描述。在一些实施方案中，显示器组件350为LCD显示器，并且可包括光源351以向液晶显示器的背光源提供光输入。例如，光源351可以为白光或可包括多个彩色发光二极管(LED)。在一些实施方案中，显示器组件350为OLED显示器。在这种情况下，可省略单独的光源351，并且用于显示器的光源为显示器的像素或子像素的发射层。在一些实施方案中，显示表面352显示图像354，并且光学系统450通过多层光学膜300中的光栅界面将所显示图像354放大为虚拟图像358以便由观察者410观察。在一些实施方案中，将至少一个附加层370设置在多层光学膜300和显示表面352之间。在其它实施方案中，省略至少一个附加层370并且将多层光学膜300直接设置在显示表面352上。

如本领域中已知的，调制传递函数(MTF)可以是表征显示器分辨率的可用量。可通过在给定空间频率下显示线图表的图像并确定所显示图像中的最大强度和最小强度来确定MTF。通过最大强度和最小强度的差值除以最大强度和最小强度的和的比率来给定MTF。在一些实施方案中，所显示图像354具有约10线对/毫米的空间频率，并且虚拟图像358的调制传递函数(MTF)大于约0.4、或大于约0.45、或大于约0.5。已经发现，在10线对/毫米的空间频率下的MTF给出对显示器分辨率的可用表征。除非另有指示，否则MTF在本文中将称为在10线对/毫米下的MTF。

光学系统450也可称为显示器、或显示系统、或显示器或显示系统的组件。光学系统450还可包括附加的光学元件430，该附加的光学元件430可包括折射光学元件和/或被配置为提供折叠光学路径的组件，如在美国专利9,557,568(Ouderkirk等人)中所描述，该专利在不与本说明书矛盾的情况下据此以引用方式并入本文。

在一些实施方案中，显示器包括光源，用于显示图像的二维像素化的显示表面(例如参见图2)，以及设置为靠近显示表面的本说明书的多层光学膜(例如参见图4)。多层光学膜包括光栅，该光栅包括第一光学层和第二光学层，第一光学层和第二光学层在其间限定沿互相正交的第一方向和第二方向延伸的二维光栅界面，如在本文别处进一步所描述(例如参见图1A-1B)。图5是由衍射子像素的光栅产生的衍射图案的示意性俯视图。示出了互相正交的第一轴线或方向412和第二轴线或方向414。第一轴线或方向412和第二轴线或方向414在其间限定互相正交的第一对角线轴线或方向416和第二对角线轴线或方向418。例如，第一方向412和第二方向414可相对于像素化显示器的主轴成斜角以便减少摩尔纹。光栅沿第一方向、第二方向、第一对角线方向和第二对角线方向中的每个方向在波长λ下将每个像素中的至少一个子像素衍射成零衍射级480和多个第一衍射级483，使得零衍射级和第一衍射级的强度在彼此的10％以内，或者使得零衍射级和所有第一衍射级的平均值的强度在彼此的10％以内。

在一些实施方案中，零衍射级和第一衍射级或零衍射级和第一衍射级的平均值在彼此的10％以内的波长λ在约550nm、或约580nm、或约590nm、或约595nm，至约650nm、或约620nm、或约610nm、或约605nm的范围内。在一些实施方案中，λ为约600nm。在一些实施方案中，如在本文别处进一步所描述，相对于显示表面的发射光谱的峰值波长(例如，λ＝(1-α)*λb+α*λc)指定零衍射级和第一衍射级或零衍射级和第一衍射级的平均值在彼此的10％以内的波长λ。

可存在图5中未示出的更高衍射级。对于给定波长，零衍射级和第一衍射级的相对强度随|n1-n2|*H而变化。通常，在感兴趣的|n1-n2|*H的一定范围内，零衍射级的强度随|n1-n2|*H的增大而降低，并且第一衍射级的强度随|n1-n2|*H的增大而增加，使得对于给定波长λ，光栅可被选择用于通过合适地选择|n1-n2|*H来提供在彼此的10％以内的零衍射级和第一衍射级的强度、或零衍射级和所有第一衍射级的平均值的强度。在一些实施方案中，当选择|n1-n2|*H使得零衍射级和第一衍射级在一个波长下具有相等强度时，该强度将不会在不同波长下匹配。

图5中示出存在单个零衍射级480和八个第一衍射级483。由二维光栅产生的衍射峰值可由表征在两个正交方向中的每个方向上的衍射的一对整数(q1,q2)来表示。在该表示中，零衍射级可由(0,0)表示，并且如本文所用，第一衍射级可由(±1,0)、(0,±1)或(±1,±1)表示。第一衍射级(±1,0)沿第一方向412，第一衍射级(0,±1)沿第二方向414，第一衍射级(+1,+1)和(-1,-1)沿第一对角线方向416，并且第一衍射级(+1,-1)和(-1,+1)沿第二对角线方向418。

图6为衍射图案的示意性前视图，该衍射图案示出由本说明书的多层光学膜的光栅所生成的子像素的衍射图案的零衍射级580、第一衍射级583和更高衍射级585的强度。存在八个第一衍射级583，两个沿正交的第一方向和第二方向中的每个方向，并且两个沿第一对角线方向和第二对角线方向中的每个方向。示出十六个更高衍射级585。更高衍射级的强度通常显著小于零衍射级和第一衍射级的强度。零衍射级580和第一衍射级583的强度在彼此的10％以内或5％以内。

纱窗效应可通过纱窗效应指数(SDEI)来表征，该纱窗效应指数(SDEI)可在每个基色的子像素中的每个子像素受照时通过计算来自像素化显示表面的光输出的傅里叶变换来确定。对于每个受照颜色，用具有被认为是噪声并被移除的小于总功率的0.5％的任何组件来确定傅里叶变换的最大更高级空间频率功率与第零级空间频率功率的比率。SDEI计算为针对每种颜色所确定的比率的加权平均数的100倍，其中加权由颜色的分级功率输出确定。通常期望SDEI较低(例如，小于约0.3、或小于约0.25、或小于约0.2、或小于约0.15、或小于约0.1、或小于约0.05)，并且期望在10线对/毫米下的MTF较高(例如，大于约0.4、或大于约0.45、或大于约0.5)。在一些实施方案中，纱窗效应基本上被消除，使得任何更高级空间频率低于噪声阈值。在这种情况下，SDEI可以为零。

已经发现，MTF和SDEI通常随|n1-n2|*H的增大而降低。因此，从最小化SDEI的观点来看，可能期望具有相对高的|n1-n2|*H，但从最大化MTF的观点来看，可能期望具有相对低的|n1-n2|*H。已经发现，MTF和SDEI两者的期望值可使用具有在约0.24微米至约0.3微米范围内、或在约0.24微米至约0.29微米范围内、或在约0.25微米至约0.28微米范围内、或在约0.255微米至约0.275微米范围内的|n1-n2|*H的光栅来实现，其中在波长λ下确定的折射率在约580nm至约650nm的范围内或在本文别处所描述的任何其它范围内。在一些实施方案中，光栅的最佳几何结构取决于显示表面的发射光谱。在一些实施方案中，在确定|n1-n2|*H的适当值时使用的波长λ(其可以为零衍射级和第一衍射级在彼此的10％以内的波长)等于(1-α)*λb+α*λc，其中α在0.5至0.95的范围内、或在0.7至0.9的范围内或在本文别处进一步所描述的任何范围内。已经发现，根据一些实施方案，至少0.5、或优选至少0.6、或更优选至少0.7的α足以提供期望的纱窗效应的降低。已经发现，根据一些实施方案，不超过0.95、或优选不超过0.92、或更优选不超过0.9、或甚至更优选不超过0.88的α足够小以提供期望的MTF。

光栅的期望周期可取决于显示器的像素密度和/或显示器的像素化显示表面和光栅之间的距离。已经发现，增加光栅的周期通常增加MTF，但通常也增加SDEI。在一些实施方案中，取决于显示器的设计，MTF和SEDI的优选平衡可使用在约1微米至约30微米范围内的周期来实现。已经发现，在一些显示器配置中MTF和SDEI两者的期望值可使用具有沿第一正交方向和第二正交方向在约7.5微米至约10微米范围内的周期T的光栅来实现。

本说明书的多层光学膜、光学系统或显示器中的任一者可在诸如虚拟现实显示器或头戴式显示器(例如，虚拟现实头戴式耳机或增强现实头戴式耳机)的装置中使用。图7是包括框架1792以及第一显示部分1794a和第二显示部分1794b的头戴式显示器1790的示意性俯视图。第一显示部分1794a和第二显示部分1794b分别包括外表面1782a和外表面1782b，并且分别包括内表面1784a和内表面1784b。第一显示部分1794a和第二显示部分1794b中的每一者可包括光学系统，该光学系统包括本说明书的多层光学膜。例如，第一显示部分1794a(并且类似地第二显示部分1794b)可包括光学系统450，其中显示器组件350与外表面1782a相邻，并且多层光学膜300设置在显示器组件350和内表面1784a之间。在一些实施方案中，可使用单个显示面板跨越部分1794a和1794b代替单独的显示面板。头戴式显示器1790还可包括相机和/或眼睛跟踪系统，如先前以引用方式并入本文的美国专利9,557,568(Ouderkirk等人)中进一步所描述。在一些实施方案中，头戴式显示器1790为虚拟现实显示器。

诸如“约”的术语将在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理解。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。

以下为本说明书的示例性实施方案的列表。

实施方案1为一种多层光学膜，包括：

第一光学层，该第一光学层在约580nm至约650nm范围内的波长λ下具有折射率n1；和

第二光学层，该第二光学层设置在该第一光学层上并且在λ下具有折射率n2，该第一光学层和该第二光学层在其间限定结构化界面，该结构化界面包括沿互相正交的第一方向和第二方向延伸的二维基本正弦光栅，该光栅具有平均高度H且沿该第一方向和该第二方向中的每个方向具有在约7.5微米至约10微米范围内的周期T，使得|n1-n2|*H在约0.24微米至约0.3微米的范围内。

实施方案2为根据实施方案1所述的多层光学膜，其中|n1-n2|*H在约0.24微米至约0.29微米的范围内。

实施方案3为根据实施方案1所述的多层光学膜，其中|n1-n2|*H在约0.25微米至约0.28微米的范围内。

实施方案4为根据实施方案1所述的多层光学膜，其中|n1-n2|*H在约0.255微米至约0.275微米的范围内。

实施方案5为根据实施方案1至4中任一项所述的多层光学膜，其中λ在约590nm至约620nm的范围内。

实施方案6为根据实施方案1至4中任一项所述的多层光学膜，其中λ在约590nm至约610nm的范围内。

实施方案7为根据实施方案1至4中任一项所述的多层光学膜，其中λ在约595nm至约605nm的范围内。

实施方案8为根据实施方案1至4中任一项所述的多层光学膜，其中λ为约600nm。

实施方案9为根据实施方案1至8中任一项所述的多层光学膜，其中H在约1.1微米至约2.4微米的范围内。

实施方案10为根据实施方案1至9中任一项所述的多层光学膜，其中|n1-n2|在约0.08至约0.25的范围内。

实施方案11为实施方案1至10中任一项的多层光学膜，其中第一光学层和第二光学层中的至少一者包含交联树脂。

实施方案12为实施方案1至10中任一项的多层光学膜，其中第一光学层和第二光学层中的至少一者包含光学透明粘合剂。

实施方案13为实施方案1至10中任一项的多层光学膜，其中第一光学层包含交联树脂并且第二光学层包含光学透明粘合剂。

根据实施方案1至13中任一项所述的多层光学膜，其可为用于降低显示器的纱窗效应的纱窗效应减轻膜。

实施方案14为一种光学系统，包括：

光源；

二维像素化的显示表面，该显示表面用于显示图像；和

根据实施方案1至13中任一项所述的多层光学膜，该多层光学膜设置在该显示表面上，使得当该显示表面显示具有约10线对/毫米的空间频率的图像时，该光学系统通过该光栅界面将该显示的图像放大为虚拟图像以便由观察者观察，该虚拟图像的调制传递函数(MTF)大于约0.4。

实施方案15为一种包括根据实施方案14所述的光学系统的显示器。

实施方案16为一种包括二维像素化的显示表面和设置为靠近该显示表面的根据实施方案1至13中任一项所述的多层光学膜的显示器。

实施方案17为根据实施方案15或16所述的显示器，该显示器为头戴式显示器。

实施方案18为根据实施方案15至17中任一项所述的显示器，该显示器为虚拟现实显示器。

实施方案19为一种显示器，包括：

光源；

二维像素化的显示表面，该显示表面用于显示图像，每个像素包括至少三个间隔开的子像素；和

多层光学膜，该多层光学膜设置在该显示表面上并且包括第一光学层和第二光学层，该第一光学层和该第二光学层在其间限定沿互相正交的第一方向和第二方向延伸的二维光栅界面，该第一方向和该第二方向在其间限定互相正交的第一对角线方向和第二对角线方向，该光栅沿第一方向、第二方向、第一对角线方向和第二对角线方向中的每个方向在约580nm至约650nm范围内的波长λ下将每个像素中的至少一个子像素衍射成零衍射级和多个第一衍射级，使得零衍射级和第一衍射级的强度在彼此的10％以内。

实施方案20为根据实施方案19所述的显示器，其中该显示表面的发射光谱包括第一峰值波长λa、第二峰值波长λb和第三峰值波长λc，其中λc>λ>λb>λa。

实施方案21为根据实施方案20所述的显示器，其中λ＝(1-α)*λb+α*λc，α在0.5至0.95的范围内。

实施方案22为根据实施方案21所述的显示器，其中α在0.6至0.92的范围内。

实施方案23为根据实施方案21所述的显示器，其中α在0.7至0.9的范围内。

实施方案24为根据实施方案21所述的显示器，其中α在0.7至0.88的范围内。

实施方案25为根据实施方案19至24中任一项所述的显示器，其中λ在约590nm至约620nm的范围内。

实施方案26为根据实施方案19至24中任一项所述的显示器，其中λ在约590nm至约610nm的范围内。

实施方案27为根据实施方案19至24中任一项所述的显示器，其中λ在约595nm至约605nm的范围内。

实施方案28为根据实施方案19至24中任一项所述的显示器，其中λ为约600nm。

实施方案29为根据实施方案19至28中任一项所述的显示器，其中多层光学膜直接设置在显示表面上。

实施方案30为根据实施方案19至28中任一项所述的显示器，其中至少一个附加层设置在多层光学膜和显示表面之间。

实施方案31为根据实施方案19至30中任一项所述的显示器，其中二维光栅界面为基本正弦的。

实施方案32为根据实施方案19至30中任一项所述的显示器，其中二维光栅界面包括正方形光栅、矩形光栅、三角形光栅、锯齿形光栅和柱形图案中的至少一者。

实施方案33为根据实施方案19至32中任一项所述的显示器，其中在波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.08至约0.25的范围内。

实施方案34为根据实施方案19至33中任一项所述的显示器，其中光栅界面具有在约7.5微米至约10微米范围内的周期T。

实施方案35为根据实施方案19至33中任一项所述的显示器，其中光栅界面具有在约1.1微米至约2.4微米范围内的平均高度H。

实施方案36为根据实施方案19至35中任一项所述的显示器，其中光栅界面的平均高度H乘以在波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.24微米至约0.3微米的范围内。

实施方案37为根据实施方案19至35中任一项所述的显示器，其中光栅界面的平均高度H乘以在波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.24微米至约0.29微米的范围内。

实施方案38为根据实施方案19至35中任一项所述的显示器，其中光栅界面的平均高度H乘以在波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.25微米至约0.28微米的范围内。

实施方案39为根据实施方案19至35中任一项所述的显示器，其中光栅界面的平均高度H乘以在波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.255微米至约0.275微米的范围内。

实施方案40为根据实施方案19至39中任一项所述的显示器，该显示器为头戴式显示器。

实施方案41为根据实施方案19至40中任一项所述的显示器，该显示器为虚拟现实显示器。

实施方案42为一种光学系统，包括：

光源；

二维像素化的显示表面，该显示表面用于显示图像；和

第一光学层和第二光学层，该第一光学层和该第二光学层设置在显示表面上并且在其间限定二维光栅界面，在约580nm至约650nm范围内的波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.10至约0.25的范围内，该光栅界面具有在约7.5微米至约10微米范围内的周期T以及在约1.1微米至约2.4微米范围内的平均高度H，使得当显示表面显示具有约10线对/毫米的空间频率的图像时，光学系统通过光栅界面将所显示的图像放大为虚拟图像以便由观察者观察，该虚拟图像的调制传递函数(MTF)大于约0.4。

实施方案43为根据实施方案42所述的光学系统，其中H乘以在波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.24微米至约0.3微米的范围内。

实施方案44为根据实施方案42所述的光学系统，其中H乘以在波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.24微米至约0.29微米的范围内。

实施方案45为根据实施方案42所述的光学系统，其中H乘以在波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.25微米至约0.28微米的范围内。

实施方案46为根据实施方案42所述的光学系统，其中H乘以在波长λ下第一光学层的折射率和第二光学层的折射率之间的差值的绝对值在约0.255微米至约0.275微米的范围内。

实施方案47为根据实施方案42至46中任一项所述的光学系统，其中显示表面的发射光谱包括第一峰值波长λa、第二峰值波长λb和第三峰值波长λc，其中λc>λ>λb>λa。

实施方案48为根据实施方案42至47中任一项所述的光学系统，其中λ＝(1-α)*λb+α*λc，α在0.5至0.95的范围内。

实施方案49为根据实施方案48所述的光学系统，其中α在0.6至0.92的范围内。

实施方案50为根据实施方案48所述的光学系统，其中α在0.7至0.9的范围内。

实施方案51为根据实施方案48所述的光学系统，其中α在0.7至0.88的范围内。

实施方案52为根据实施方案42至51中任一项所述的光学系统，其中λ在约590nm至约620nm的范围内。

实施方案53为根据实施方案42至51中任一项所述的光学系统，其中λ在约590nm至约610nm的范围内。

实施方案54为根据实施方案42至51中任一项所述的光学系统，其中λ在约595nm至约605nm的范围内。

实施方案55为根据实施方案42至51中任一项所述的光学系统，其中λ为约600nm。

实施方案56为根据实施方案42至55中任一项所述的光学系统，其中多层光学膜包括第一光学层和第二光学层，多层光学膜直接设置在显示表面上。

实施方案57为根据实施方案42至55中任一项所述的光学系统，其中多层光学膜包括第一光学层和第二光学层，至少一个附加层设置在多层光学膜和显示表面之间。

实施方案58为根据实施方案42至57中任一项所述的光学系统，其中该二维光栅界面为基本正弦的。

实施方案59为根据实施方案42至57中任一项所述的光学系统，其中二维光栅界面包括正方形光栅、矩形光栅、三角形光栅、锯齿形光栅和柱形图案中的至少一者。

实施方案60为根据实施方案42至59中任一项所述的光学系统，其中MTF大于约0.45。

实施方案61为根据实施方案42至59中任一项所述的光学系统，其中MTF大于约0.5。

实施方案62为包括根据实施方案42至61中任一项所述的光学系统的显示器。

实施方案63为根据实施方案62所述的显示器，该显示器为头戴式显示器。

实施方案64为根据实施方案62或63所述的显示器，该显示器为虚拟现实显示器。

实施例

材料

实施例1-5以及比较例A和B

根据下面的过程利用光栅制备膜样品。使用在例如PCT已公布的申请WO 00/48037(Campbell等人)以及美国专利7,350,442(Ehnes等人)和7,328,638(Gardiner等人)中所述的利用快速刀具伺服(FTS)的金刚石车削方法来制造工具。该工具在例如美国专利5,175,030(Lu等人)和5,183,597(Lu)中所描述的浇铸和固化工艺中使用，以在3密耳(0.075mm)厚的PET膜的涂底漆侧上产生双向正弦结构。使用具有如表1所指出的在633nm下的折射率的丙烯酸酯树脂(R1或R2)来形成正弦结构。如表1所指出的那样，制备在两个正交方向中的每个方向上具有峰至谷高度H和相同周期T的样本。然后如表1所指出的那样，用具有在633nm下的折射率的粘合剂(ADH1、ADH2、ADH3或ADH4)来外涂覆光栅结构。然后对使用ADH1或ADH2的样本进行UV固化。然后将使用ADH3和ADH4的样本在100℃的烘箱中干燥5分钟。

实施例1、实施例2和实施例5利用R2树脂，并且比较例A和比较例B以及实施例3和比较例4利用R1树脂。实施例1利用ADH2粘合剂，比较例A和比较例B利用ADH1粘合剂，实施例2和实施例3利用ADH3粘合剂，并且实施例3和实施例5利用ADH4粘合剂。

表2中记录了膜中的一些在各种波长下的参数|n1-n2|*H。通过对在532nm和633nm处的值进行内推来确定600nm处的值。

使用膜的粘合剂层来将多层光学膜中的每个光学膜层压到具有约450像素/英寸(PPI)的索尼Playstation VR头戴式耳机的面板，以将膜附接到面板。以15度的偏差将膜层压到面板。使用

I相机(购自华盛顿州雷德蒙市的瑞淀光学系统有限公司(Radiant Vision Systems,LLC,Redmond,WA))通过2.5X显微镜物镜来拍摄面板的图片。分析了3种不同颜色平面中的显示图像的傅立叶变换，并且在表1中记录样本的计算的纱窗效应指数(SDEI)。相似地，使用相同测量系统拍摄分辨率线图表图像，并且计算10线对/毫米下的调制传递函数(MTF)并将其记录在表1中。在提供在一些情况下与比较例A-B相比改善的可接受的MTF的同时，实施例1-5中的每个实施例给出与比较例A-B相比降低的SDEI。

表1

表2

表3中示出实施例2的在λ＝600nm下的衍射功率分布。表中心的数字8.5760％对应于零衍射级并且剩余的数字为第一衍射级。表中数字的布置对应于图5中所示的衍射图案。

表3

9.1489％	8.8573％	9.1489％
			8.8573％	8.5750％	8.8573％
9.1489％	8.8573％	9.1489％

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。