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TW201819964A - 具有互補角屏蔽區域之濾光器 - Google Patents

具有互補角屏蔽區域之濾光器 Download PDF

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TW201819964A
TW201819964A TW106135515A TW106135515A TW201819964A TW 201819964 A TW201819964 A TW 201819964A TW 106135515 A TW106135515 A TW 106135515A TW 106135515 A TW106135515 A TW 106135515A TW 201819964 A TW201819964 A TW 201819964A
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TW106135515A
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強 艾倫 惠特立
吉列 強－巴提斯 畢諾
堵光磊
羅夫 維納 畢爾納斯
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美商3M新設資產公司
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Abstract

一種實例濾光器可包括角度屏蔽層，其具有相對於法向軸之第一角光屏蔽範圍θAL，以及與角度屏蔽層相鄰的干涉濾波器，干涉濾波器具有相對於法向軸之第二角光屏蔽範圍θIF。θIF與θAL至少部分重疊。實例濾光器具有預定光透射區域，透射區域包含相對於主要表面的法向軸從0°到最大光透射角θTmax的角度。實例濾光器具有預定角光屏蔽區域θB，其係θIF與θAL的聯集。實例濾光器可包括具有與入射角相關之反射頻帶的干涉濾波器和具有吸收頻帶的吸收層。與入射角相關的反射頻帶及吸收頻帶可在至少一波長在至少一入射角度處重疊。

Description

具有互補角屏蔽區域之濾光器
本揭露係關於濾光器及包括濾光器之感測器。本揭露亦係關於具有互補角屏蔽區域之濾光器。
濾光器係用在廣泛多樣的應用(例如，光學通訊系統、光感測器、成像、科學與工業光學設備、及顯示系統)中。濾光器可包括光學層，其等管控入射電磁輻射(包括光)的透射。濾光器可反射或吸收入射光之一部分並透射入射光之另一部分。一濾光器內的光學層在波長選擇性、光學透射性、光學清晰度、光學霧度、及折射率上可有所不同。
有許多類型的光學感測器可使用於上述應用，包括矽質光感測器及CMOS影像感測器。這些感測器具有橫跨可見光和近紅外光的光譜靈敏度函數，且該光譜靈敏度函數在此光譜範圍內並非均勻(non-uniform)。由於光學感測器具有廣的光譜靈敏度函數，環境光源可能會產生光學雜訊，並干擾感測器的功能。非所要的光可能來自包括日光、白熾燈、LED、OLED等若干環境光源。除了造成問題的環境光源外，含有感測器的光學系統內的光源也可能會造成問題。例如，脈搏血氧計是一種感測血液的氧合與脫氧的裝置。這些裝置可能 具有兩個發出兩種不同波長的光的LED，且具有與各別LED配對的兩個不同感測器。在此種情況下，來自第一LED的光可能干擾第二感測器，因此防止感測器接收到來自錯誤LED之光的濾光器可以降低此種干擾。
在一實例中，本揭露描述一種實例濾光器，其包括一主要表面。該實例濾光器具有一預定光透射區域，該透射區域包含相對於該主要表面的一法向軸從0°到一最大光透射角θTmax的角度。該實例濾光器具有一預定角光屏蔽區域θB，該預定角光屏蔽區域包括從90-θTmax到90°的角度。該實例濾光器包括一角度屏蔽層，其具有相對於該法向軸的一第一角光屏蔽範圍θAL。該實例濾光器包括與該角度屏蔽層相鄰的一干涉濾波器。該干涉濾波器具有相對於該法向軸的一第二角光屏蔽範圍θIF。θB係θIF與θAL的聯集。θIF與θAL至少部分重疊。
在一實例中，本揭露描述一種實例濾光器，其包括一干涉濾波器，該干涉濾波器具有一與入射角相關的反射頻帶。該實例濾光器包含具有一吸收頻帶的一吸收層。該與入射角相關的反射頻帶和該吸收頻帶在至少一波長在至少一入射角度處重疊。
於附圖及以下說明中提出本發明之一或多項態樣的細節。經由說明及圖式，並且經由申請專利範圍，本發明之其他特徵、目標、以及優點將顯而易見。
1a,1b‧‧‧物品
10‧‧‧物品
10a‧‧‧濾光器
10b‧‧‧濾光器
10c‧‧‧濾光器
10d‧‧‧濾光器
12‧‧‧角度屏蔽層
12a‧‧‧角度屏蔽層
12b‧‧‧角度屏蔽層
12c‧‧‧角度屏蔽層
13a‧‧‧凹陷結構壁
13b‧‧‧凹陷結構壁
14a‧‧‧入射光
16‧‧‧光源
17‧‧‧主要表面
18,18a,18b‧‧‧干涉濾波器
19‧‧‧基材
20‧‧‧感測器
20a‧‧‧吸收層
20b‧‧‧吸收層
21‧‧‧角度限制特徵
21a‧‧‧角度限制特徵
22‧‧‧通過區域
23a‧‧‧傾斜軸
23b‧‧‧傾斜軸
30‧‧‧系統
31‧‧‧反射器
AB‧‧‧線段
ABC‧‧‧區域
ABN‧‧‧區域
AC‧‧‧線段
AD‧‧‧線段
CBD‧‧‧區域
C1B1A1‧‧‧區域
DAB‧‧‧角區域
D1B1C1‧‧‧區域
L1‧‧‧特性尺寸
L2‧‧‧特性尺寸
α1‧‧‧透射角
α2‧‧‧透射角
前述者及本發明之其他態樣在下列【實施方式】中與隨附圖式合併閱讀時將更為顯而易見。
圖1A和圖1B係說明實例角度屏蔽層的角透射的圖表。
圖1C係實例干涉濾波器在入射角度改變時的頻帶偏移的示意圖。
圖2A和圖2B係包括凹陷結構之實例物品的概念示意側向截面圖。
圖2C係包括凹陷結構和干涉濾波器之實例物品的概念示意側向截面圖。
圖2D係說明包括凹陷結構和干涉濾波器的物品相較於僅包括凹陷結構之物品的厚度縮減之概念示意側向橫截面圖。
圖3A、圖3B和圖3C係說明實例吸收層之透射光譜的圖表。
圖4A和圖4B係包括角度屏蔽層、干涉濾波器和吸收層之實例濾光器的示意概念分解截面圖。
圖4C係包括角度屏蔽層且具有傾斜通過區域之實例濾光器的示意概念分解截面圖。
圖4D係實例濾光器的示意概念分解截面圖，該實例濾光器包括角度屏蔽層和干涉濾波器，且具有由延伸屏蔽區域界定的傾斜通過區域。
圖5A係說明藉由4A的實例濾光器的角透射與屏蔽之示意概念圖。
圖5B係說明藉由圖5A的實例濾光器的角透射與屏蔽之示意概念圖。
圖5C係說明藉由實例濾光器的角透射與屏蔽之示意概念圖。
圖6A係說明實例濾光器隨入射角度改變之頻帶偏移之概念示意圖，該實例濾光器包括干涉濾波器和吸收層。
圖6B係比較藉由多層光學膜干涉濾波器、藉由染料濾波器、以及藉由包括多層光學膜干涉濾波器與染料濾波器之組合的物品的光透射與屏蔽之照片。
圖7A係說明圖6B的實例多層光學膜干涉濾波器之透射光譜的圖表。
圖7B係說明圖6B的吸收層之透射光譜的圖表。
圖7C係說明包括圖7A的干涉濾波器和圖7B的吸收層之實例濾光器的透射光譜的圖表。
圖8A係說明實例光學多層膜干涉濾波器之透射光譜的圖表。
圖8B係說明實例吸收層之透射光譜的圖表。
圖8C係說明包括圖8A的干涉濾波器和圖8B的吸收層之實例濾光器的透射光譜的圖表。
圖9係說明包括濾光器、光源、感測器、及反射器的實例系統的示意概念圖。
應理解本揭露之某些圖式的特徵可不必依比例繪製，且圖式呈現本文所提出之技術的非排他性實例。
濾光器可用以改變經反射或透射光之光譜。例如，多層光學膜(MOF)可用於濾光器中。MOF可使用多層薄膜技術製成，並 且，MOF之波長範圍及其他光學性質可隨著層之厚度範圍及折射率變化。濾光器亦可用於控制預定波長的光被透射或反射所沿著的角度。
隨著入射角或觀看角改變，例如MOF干涉濾波器之MOF反射頻帶的頻帶邊緣之位置處之波長變化可造成視覺上可偵測的光學假影。例如，在包括干涉濾波器之濾光器的通過區域和消光區域之間的轉變角度處的微小厚度變化可係可偵測到的，從而有損於在屏蔽角與透射角之間之視覺上均勻轉變。
藉由組合角度限制元件(例如結構化的表面膜)，或許可減緩此種變化。結構化的表面(例如稜鏡膜)可達成由通過至屏蔽的清晰轉變(sharp transition)，但可能在其他角度(可能在屏蔽區域的另一側)漏光。即使在高入射角具有最少漏光量的稜鏡膜也可能展現出可見光洩漏。再者，具有最小的高角度光發射的稜鏡膜可能必須將由通過至屏蔽的轉變角度設計成比一特定應用所欲更為偏離法線入射。此外，稜鏡膜沿著橫向於稜鏡之軸的角度時可最佳地運作，而沿著正交平面時則無法很好地運作。當單獨使用稜鏡膜時，稜鏡膜可能在某些情況下會展現出金屬般的外觀。因此，雖然稜鏡膜由通過角至屏蔽角可能呈現相當清晰的轉變，但它們可能無法屏蔽涵蓋高角度的單一連續區域。
將干涉濾波器與角度限制元件組合於濾光器中，可克服它們各別的限制。例如，干涉濾波器可有效地屏蔽角度限制元件可能無法屏蔽的高角度光透射，而角度限制元件可減緩干涉濾波器展現出的頻帶邊緣變化。
根據本揭露的實例濾光器可限制自窄波長光源至偵測器之光的角度範圍。在一些實例中，實例濾光器可控制預定波長頻帶內的光之角強度分布。在一些實例中，實例濾光器可包括干涉濾波器(例如MOF干涉濾波器)和角度限制元件(例如角度屏蔽層)。角度屏蔽層可能係具有折射性，或藉由光學現象(例如吸收)以預定角度來物理屏蔽光線。干涉濾波器與角度屏蔽層可具有互補的角屏蔽區域。例如，干涉濾波器可屏蔽在相對於法線之第一入射角範圍內的光透射，而角度屏蔽層可屏蔽在相對於法線之第二入射角範圍內的光透射。至少一些未被干涉濾波器及角度屏蔽層其中一者屏蔽的角度可被干涉濾波器及角度屏蔽層中另一者所屏蔽。在一些實例中，藉由干涉濾波器屏蔽的至少一角度也可藉由角度屏蔽層屏蔽。在一些實例中，藉由干涉濾波器屏蔽的第一角度範圍和藉由角度屏蔽元件屏蔽的第二角度範圍其中之一或兩者可取決於光的波長。
根據本揭露的實例濾光器所使用的角度屏蔽層和干涉濾波器的光學性質係參照圖1A至圖1C進行以下討論。
圖1A和圖1B係說明實例角度屏蔽層的角透射的圖表。圖1A係說明實例角度屏蔽層的透射光分布圖案的圖表，該實例角度屏蔽層包括3M Optical Lightning Film(3M,Saint Paul,MN)，其於一側包括預定的稜鏡結構，於另一側則包括光滑表面。圖1A的實例角度屏蔽層具有繞法線的光發射或透射區域ABN，由法線延伸至大約30°，其在超過大約30°截止以在超過大約35°屏蔽光的透射。截止角度以線段AB表示。然而，在角度大於大約60度，光又再度透射。 消光或屏蔽的角度範圍係包含於區域ABC，或由大約35°至60°。因此，圖1A的實例角度屏蔽層在區域CBD內展現出漏光。
圖1B係說明實例角度屏蔽層的透射光分布圖案的圖表，該實例角度屏蔽層包括3M Transmissive Right Angle Film(TRAF)(3M,Saint Paul,MN)。圖1B的實例角度屏蔽層呈現類似圖1A的屏蔽區域，在A1B1N區域內的光透射，然後在C1B1A1區域內的屏蔽，接著則是D1B1C1區域內的高角度漏光。
如同參照實例光學物品的討論，干涉濾波器可用於屏蔽由角度屏蔽層展現出的漏光，例如在高角度的漏光。
圖1C係實例干涉濾波器在入射角改變時所展現出的頻帶偏移的示意圖。干涉濾波器可係具有光譜選擇性，其具有透射波長範圍和反射(或屏蔽)波長範圍。兩範圍之間的轉變係「頻帶邊緣(band edge)」。隨著光的入射角由法線變成傾斜，反射頻帶會向較短的波長偏移。干涉濾波器的此種性質可用於限制從光源發出、或被感測器接收的預定波長光的角範圍。於法線入射，干涉濾波器之透射光譜中反射頻帶的頻帶邊緣係位於較預定通訊波長更長的波長處，但足夠靠近使其會遮蓋在意欲的傾斜入射角的通訊波長。例如，於法線入射，干涉濾波器可具有定位在高於LED通訊波長10至100nm的頻帶邊緣。於傾斜入射角度，反射頻帶偏移到較短的波長，並屏蔽該通訊波長。該結果是錐形的接收角度。
根據本揭露的實例光學物品可以各屏蔽互補的角區域並結合角度選擇性元件的角度屏蔽區域來運用干涉濾波器的此種角度偏移。
可利用根據本揭露的實例光學物品來達成可屏蔽通常需要較厚的系統才能屏蔽的角範圍之較薄的系統。例如，如參照圖2A與圖2B所描述，可使用基於凹陷的角度限制元件，其中實體壁以幾何方式限制透射角度。
圖2A和圖2B係包括凹陷結構壁之實例物品的概念示意側向截面圖。圖2A所示的實例物品1a包括具有凹陷結構壁13a的角度屏蔽層12a，該凹陷結構壁具有特性尺寸L1。凹陷結構壁13a可係具有多邊形、圓形、橢圓形或其他截面之凹陷結構(例如凹陷圓柱形壁狀結構)的壁。凹陷結構壁13a允許透射在透射角α1以內來自光源16的入射光14a，並實體地或光學地屏蔽透射角α1以外的光。光源16可包括諸如引導光或環境光、日光、LED、雷射、白熾燈、螢光燈、輕便型螢光燈、或其他直接或間接光源等光源。透射角α1的量值與特性尺寸L1相關。當L1減少時，α1增加。例如，圖2B所示的實例物品1b包括具有凹陷壁13b的角度屏蔽層12b，該凹陷壁具有小於L1的特性尺寸L2。結果，實例物品1b展現出的透射角α2比α1寬廣。因此，為了達到相對較窄的透射角度(例如α1)，可能需要凹陷結構壁之相對較高的特性尺寸(例如凹陷結構壁13a的L1)。然而，增加凹陷結構的特性尺寸會導致物品1a的厚度增加，此可能並非所欲的。
圖2C係包括具有凹陷結構壁13b的角度屏蔽層12b和干涉濾波器18之實例物品10的概念示意側向截面圖。具有較短特性尺寸L2(相較於凹陷結構壁13a的L1)的凹陷結構壁13b屏蔽較高光角度(超過α2)，而干涉濾波器18則屏蔽較低透射角(例如介於α1和α2)，從而有效地將透射角縮小到α1。因此，實例物品10可和物品1b一樣薄，同時提供相關於較厚的物品1a而言較窄的透射角α1，而非相關於物品1b而言較寬的透射角α2。
圖2D係說明包括具有較低特性尺寸L2的凹陷結構壁13b和干涉濾波器18的物品的厚度縮減之概念示意側向截面圖。相較之下，為了達到類似於基材19上的感測器20的光透射角，僅包括凹陷結構壁13a的物品具有較高的特性尺寸L1。
在一些實例中，實例濾光器可包括光譜選擇性吸收器，該光譜選擇性吸收器具有對干涉濾波器互補的波長屏蔽範圍。例如，未被光譜選擇性吸收器及干涉濾波器其中之一者屏蔽的波長可被干涉濾波器及光譜選擇性吸收器中之另一者所屏蔽。光譜選擇性吸收器可包括染色PET膜，或可具有尖銳吸收光譜的「凝膠濾光器」。
圖3A、圖3B和圖3C係說明實例吸收層之透射光譜的圖表。圖3A係說明包括染成紅色之PET膜的實例吸收層之透射光譜的圖表。此膜展現出介於500與600nm之間的光譜清晰截止。圖3B係說明包括染成深黃綠色的PET膜的實例吸收層之透射光譜的圖表形。圖3C係說明包括染成藍色的PET膜的實例吸收層之透射光譜的 圖表。圖3B和圖3C的膜展現出光譜洩漏，其透射強度可能在20至60%之間變化，且可能位於可見光頻譜的不同波長處。
如參照圖4A和圖4B的實例濾光器所描述，根據本揭露的實例濾光器除了干涉濾波器和角度屏蔽層之外，可選擇性地包括吸收層。圖4A和圖4B係包括角度屏蔽層、干涉濾波器和吸收層之實例濾光器的示意概念分解截面圖。
圖4A的實例濾光器10a包括角度屏蔽層12和用於選擇性透射來自光源16之光的干涉濾波器18a。角度屏蔽層12可包括角度限制元件或角度選擇性元件或其他角度限制特徵，例如複數個角度限制特徵21，其包括凹陷壁、稜鏡、菲涅耳結構、菲涅耳環、凹陷、遮光體(louver)、通道或微複製特徵中的一或多者。在一些實例中，遮光體可包括法向於或實質垂直於角度屏蔽層12的主要表面的面。複數個角度限制特徵21可包括實質均勻的特徵、對稱特徵、非對稱特徵、特徵之線段或凹槽、或特徵之陣列中的一或多者。在一些實例中，角度屏蔽層12可包括設置於折射性基材上的複數個角度限制特徵21。在一些實例中，該折射性基材可包括轉向膜、增亮膜、或微結構光學膜。在一些實例中，複數個角度限制特徵21可包括在第一平面限制光角度的該等角度限制特徵之第一子集，以及在第二平面限制光線角度的該等角度限制特徵之第二子集。例如，第二平面可正交於第一平面。在一些實例中，該等角度限制特徵之第一子集和第二子集可有效地作用於將光限制於非對稱的光分布內，例如橢圓形光圖案。在一些實例中，角度屏蔽層12可包括稜鏡膜，如圖4A所示。例如，角 度屏蔽層12可展現出圍繞法線入射為中心的透射區域，以及離軸屏蔽區域，隨後則是高角度透射區域，如參照圖1A和1B所描述。所有可見光的波長可透射在透射區域中。
在一些實例中，濾光器18a可包括MOF，例如雙折射MOF。在一些實例中，濾光器18a可包括等向性膜，例如3M Condor Film(3M,Saint Paul,MN)、或以氣相沉積或濺鍍形成的膜。在一些實例中，MOF可作為著色鏡，其反射選定的波長，並透射選定的波長。在一些實例中，干涉濾波器18a可反射介於600至900nm頻帶且法線入射的光，如同參照圖1C的討論，此頻帶在離軸或傾斜角度的情況下偏移到較短的波長。例如，在大約60度角的情況下，頻帶邊緣位置可偏移到其法線入射數值的大約80%。
在一些實例中，濾光器10a可選擇性地包括吸收層20a。在一些實例中，吸收層20a可包括光譜選擇性吸收器。如圖4A所示，在一些實例中，干涉濾波器18a可係設置於吸收層20a和角度屏蔽層12之間。在一些實例中，吸收層20a可僅允許預定波長頻帶的透射(例如525至575nm的透射)，並吸收或以其他方式屏蔽其他波長。在一些實例中，吸收層20a的透射頻帶可不有角度地偏移或以其他方式與角度相依。例如，於透射頻帶內唯一到達吸收層20a的光可位於繞法線入射為中心的一個有限的錐角內，且唯一從吸收層20a發射的光線可係綠光(或與預定波長頻帶相關的另一預定色彩)，並且具有有限的角度範圍。在此波長範圍以外的光係被吸收。
在一些實例中，濾光器10a可係於預定波長頻帶中操作，例如包括可見光波長(例如介於大約400與大約700nm之間)、紫外光波長(例如小於大約400nm)，以及紅外與近紅外光波長(例如介於大約700與大約2000nm之間)。
可藉由改變干涉濾波器18a與吸收層20a其中之一或兩者的性質來調整濾光器10a的光學性質，而無需改變角度屏蔽層12。例如，圖4B的濾光器10b包括角度屏蔽層12和干涉濾波器18b。干涉濾波器18b可讓以法線入射並介於400至700nm頻帶的光通過，讓以傾斜角度並介於400至630nm的光通過，且反射以傾斜角度並介於630至700nm頻帶的光。吸收層20b可讓介於630至700nm之與角度不相依的頻帶內的光通過。因此，圖4A的實例濾光器10a可係綠光透射堆疊，圖4B的實例濾光器10b則可係紅光透射堆疊。因此，藉由替代地以相對不昂貴的方式改變干涉濾波器或吸收層，可改變根據本揭露的實例濾光器的光學性質，而不需要重新製造或購得新批次的角度屏蔽層12(其可能很昂貴)。
在一些實例中，通過區域可繞法向於或實質垂直於光學物品的主要表面的軸而界定，如圖4A與圖4B所示。然而，在其他實例中，通過區域可繞非垂直軸而界定，例如介於大約1度與小於大約90度之間的傾斜軸。圖4C係實例濾光器10c的示意概念分解截面圖，該實例濾光器包括角度屏蔽層12a，且具有傾斜的通過區域。例如，通過區域可繞傾斜軸23a而界定，如圖4C所示。角度屏蔽層12a可包括經組態以界定傾斜通過區域(例如傾斜的通過或透射區域)的 複數個角度限制特徵21a。在一些實例中，複數個角度限制特徵21a可包括參照圖4A的複數個角度限制特徵21描述的特徵。在一些實例中，複數個角度限制特徵21a可包括非垂直、傾斜或歪斜的遮光體，使透射或通過區域係繞傾斜軸23a而界定，如圖4C所示。
圖4D係實例濾光器10d的示意概念分解截面圖，該實例濾光器包括角度屏蔽層12c和干涉濾波器18a，且具有繞傾斜軸23b並藉由延伸屏蔽區域而界定的傾斜通過區域。除了起因於複數個角度限制特徵21(例如，包括類似於圖$c的歪斜遮光體)的屏蔽區域之外，延伸屏蔽區域包括起因於干涉濾波器18a的屏蔽區域。
圖4A的濾光器10a的光透射與屏蔽性質可參照圖5A理解。圖5A係來自光源16的光藉由4A的實例濾光器10a的角透射與屏蔽之示意概念圖。光分布圖案示於圖式的上方部分。有可透射綠光的中央區域或通過區域22。線段AB代表由角度屏蔽層12提供之由通過至屏蔽的轉變角度。線段AC代表干涉濾波器18a的反射頻帶已經偏移到足以(與吸收層20a結合)屏蔽光的角度。線段AD代表角度屏蔽層12再度開始透射光的角度，該光接著藉由干涉濾波器18a與吸收層20a的組合所屏蔽。藉由DAB表示的角區域可提供緩衝區，用於干涉濾波器18a(包括具有製造厚度變化的區域)以移動進入可能不是視覺上可偵測的位置。因此當頻帶邊緣侵入透射區域時，此緩衝區域可避免察覺到因干涉濾波器18a造成的不均勻性。圖5B係說明藉由圖5A的實例濾光器10a的角透射與屏蔽之示意概念圖。θIF是藉由干涉濾波器18a屏蔽的角度範圍。θAL是藉由角度屏蔽層12屏蔽的 角度範圍。θTrans是相對於濾光器10a主要表面的法向軸的半角角度透射範圍。因此，通過區域22於藉由半角θTrans界定的圓錐體內繞法向軸延伸。半角θTrans可延伸到相對於濾光器10a主要表面17的法向軸之最大透射角度θTmax。
雖然濾光器10a在干涉濾波器18a和光源16之間包括角度屏蔽層12，在一些實例中，干涉濾波器18a可面向光源16，且角度屏蔽層12可設置於遠離光源16之處。圖5C係藉由實例濾光器10d的角透射與屏蔽之示意概念圖，其中干涉濾波器18a係面向光源16。
在一些實例中，濾光器10a包括主要表面17。濾光器10a可具有預定光透射區域，該預定光透射區域包括相對於主要表面17的法向軸之從0°到最大光透射角θTmax的角度。濾光器10a可具有預定角光屏蔽區域θB，該預定角光屏蔽區域包括從90-θTmax到90°的角度。在一些實例中，濾光器10a包括角度屏蔽層12，該角度屏蔽層具有相對於法向軸的第一角光屏蔽範圍θAL。在一些實例中，濾光器10a包括與角度屏蔽層12相鄰的干涉濾波器18a。干涉濾波器可具有相對於法向軸的第二角光屏蔽範圍θIF。θB是θIF和θAL的聯集。例如，θB包括屬於θIF或θAL的所有角度。在一些實例中，θIF與θAL至少部分重疊。例如，至少一角度或一角度範圍可屬於θIF和θAL兩者。在一些實例中，θAL中的至少一角度大於θIF中的一角度。在一些實例中，θIF中的至少一角度大於θAL中的一角度。在一些實例中，θIF與θAL其中之一或兩者係與波長相關的。例如，當入射光的波長增加或減少時，θIF與θAL其中之一或兩者中之至少一角度可增加或減少。在一 些實例中，干涉濾波器18a可包括雙折射多層光學膜或等向性膜其中之一或兩者。在一些實例中，角度屏蔽層12可包括複數個角度限制特徵21。在一些實例中，複數個角度限制特徵21可包括稜鏡、菲涅耳結構、菲涅耳環、凹陷、遮光體、通道或微複製特徵中的一或多者。
在一些實例中，複數個角度限制特徵21可具有特性尺寸，且θAL可與特性尺寸有預定關係。例如，當特性尺寸增加時，θAL可變窄，而當特性尺寸減少時，θAL則可變寬。例如，當特性尺寸較小時，θAL可係較窄的。在一些實例中，角度屏蔽層12可包括轉向膜或增亮膜其中之一或兩者。在一些實例中，角度屏蔽層12可具有一預定漏光角透射區域。在一些實例中，干涉濾波器18a可具有包含反射頻帶的特性透射光譜，其中該反射頻帶具有當入射角減小時偏移成較低的頻帶邊緣。在一些實例中，干涉濾波器18a的反射頻帶可包括透射穿過角度屏蔽層12的預定漏光角透射區域的波長。
在一些實例中，濾光器18a可能包括波長選擇性或光譜選擇性吸收器。在一些實例中，光譜選擇性吸收器可包括吸收預定波長的染料或顏料。在一些實例中，干涉濾波器18a可包括波長選擇性吸收器。在一些實例中，角度屏蔽層12包括波長選擇性吸收器。
在一些實例中，濾光器18a可包括吸收層20a，該吸收層包括波長選擇性吸收器。在一些實例中，吸收層20a可介於干涉濾波器18a和角度屏蔽層12之間。在一些實例中，干涉濾波器18a可介於吸收層20a和角度屏蔽層12之間。在一些實例中，角度屏蔽層12可介於吸收層和干涉濾波器之間。
在一些實例中，濾光器10a可不包括分開的角度屏蔽層12，而可替代地包括干涉濾波器18a和吸收層20a。圖6A係說明實例濾光器隨入射角度改變之頻帶偏移之概念示意圖，該實例濾光器包括干涉濾波器和吸收層。如圖6A所示，介於吸收層20a的吸收頻帶與干涉濾波器18a的反射頻帶之間的透射式帶通可在法線入射情況下具有寬度Δλ。隨著入射角增加，各別頻帶其中之一或兩者可偏移，例如干涉濾波器18a的反射頻帶向下偏移，最終閉合頻帶間隙。圖6B係比較藉由包括MOF的干涉濾波器、藉由包括染料吸收層的吸收層，以及藉由包括干涉濾波器與吸收層組合的物品的光透射與屏蔽之照片。如圖6B所示，雖然吸收層和干涉濾波器個別透射至少一些光，但其組合則實質上屏蔽了光的透射。
圖6B之實例物品的光譜性質係可參照圖7A至圖7C理解。圖7A係說明圖6B的實例多層光學膜干涉濾波器之透射光譜的圖表。圖7B係說明圖6B的吸收層之透射光譜的圖表。圖7C係說明包括圖7A的干涉濾波器和圖7B的吸收層之實例濾光器的透射光譜的圖表。如圖7C所示，將干涉濾波器和吸收層組合，而在法線入射的情況下在大約640nm處產生陷波濾波器。作為另一實例，圖8A至圖8C說明綠光角度選擇性實例濾光器的光譜性質。圖8A係說明實例多層光學膜干涉濾波器在不同入射角時的透射光譜的圖表，其顯示出角偏移。圖8B係說明實例吸收層之透射光譜的圖表。圖8C係說明包括圖8A的干涉濾波器和圖8B的吸收層之實例濾光器的透射光譜的圖 表。如圖8C所示，組合圖8A的干涉濾波器和圖8B的吸收層，而造成綠光在法線入射的情況下透射，在傾斜角度的情況下消光。
在一些實例中，角度屏蔽層12可包括複數個角度屏蔽特徵及一個光譜選擇性吸收器兩者。在一些實例中，角度屏蔽層12可僅包括該複數個角度屏蔽特徵或光譜選擇性吸收器其中一者。例如，吸收層20a可取代角度屏蔽層12。
在一些實例中，濾光器18a可包括具有與入射角相關之反射頻帶的干涉濾波器12，以及具有吸收頻帶的吸收層20a，其中該與入射角相關的反射頻帶及該吸收頻帶在至少一波長在至少一入射角度處重疊。在一些實例中，干涉濾波器18a可具有特性透射光譜，該特性透射光譜包括與入射角相關的反射頻帶。例如，與角度相依的反射頻帶可具有當入射角減小時偏移成較低的頻帶邊緣。在一些實例中，干涉濾波器18a的與角度相依的反射頻帶包括由吸收層20a透射的波長。在一些實例中，干涉濾波器18a可包括波長選擇性吸收器。在一些實例中，吸收層18a可包括波長選擇性吸收器。
根據本揭露的實例濾光器可使用於其中意欲限制光角度的系統中。圖9係說明包括濾光器10a、光源16、感測器20和反射器31的實例系統30之示意概念圖。在一些實例中，系統30可包括光源16、感測器20和反射器31之全部，如圖9所示，在其他實例中，系統30則可只包括光源16、感測器20或反射器31之中的一者或兩者。
系統30可包括濾光器10a、光源16或感測器20當中之一或多者，但根據本揭露，在一些實例中，系統30則可包括任何濾光器、光源或感測器。例如，系統30可包括窄波長光源、可見光光源、紫外光光源，或近紅外光或紅外光源、LED、雷射或其他適當波長的光源當中之一或多者。在一些實例中，光源可展現出FWHM<40nm的光譜尖脈。用於感測及通訊的一種特殊系統可包括特定通訊波長。例如，光源可包括單一波長LED，諸如綠光、紅光或近紅外光LED，其能具有約為20nm之半高全寬的發射光。在一些實例中，系統30可包括多於一種的以多於一種波長發光之LED。
系統30可包括可見光感測器、紫外光感測器、近紅外光或紅外光感測器、寬頻帶感測器、窄頻帶感測器、LIDAR感測器、CMOS感測器、接近感測器、手勢感測器、相機感測器、影像感測器、CCD感測器、飛行時間感測器、虹膜掃描器、或其他感測器當中的一或多者。
在一些實例中，系統30可包括感測器20和濾光器10a。濾光器10a可限制藉由感測器20接收到的光角度。例如，濾光器10a可阻擋來自雜訊光源之光，該等雜訊光源可在超過通過區域或透射區域的角度透射光。在一些實例中，系統30可包括感測器20、濾光器10a和光源16。
在一些實例中，系統30可包括反射器31。反射器31可界定鏡面反射表面、漫反射表面、或復歸反射表面之一或多者。例如，反射器31可包括反射層，或反射本體或反射物體。於圖9所示的 系統30實例組態中，反射器31係設置與感測器20相鄰，且與光源16相對，在其他實例中，反射器31則可位於任何適當位置。例如，感測器20和光源可兩者皆經設置跨過濾光器10a而與反射器31相對，使得反射器31將來自光源16的光反射到感測器20。在一些實例中，系統30可不包括感測器20，且反射器31可將來自光源16的光反射跨過濾光器10a。在一些實例中，系統30可不包括反射器31也不包括濾光器10a，且反射器31可將環境光反射跨過濾光器10a。
在一些實例中，系統30可包括光源16和濾光器10a。在一些實例中，為了隱私或人體工學的原因，系統30可限制由光源16發射的發射角。例如，系統30可降低來自停車燈或剎車燈導向汽車駕駛的眩光。實例光學物品(例如濾光器10a)可作為用於諸如自動櫃員機的顯示器的隱私特徵、作為用於交通號誌的交通控制膜、或於中央高位剎車燈(center high mounted stop lamp,CHIMSL)內而使用於實例系統30中，該實例系統例如包括需要內部眩光控制的車輛顯示系統。
因此，根據本揭露的實例濾光器可用於達到具有隨角度而變化之由一色彩(諸如紅光或綠光)至黑色的清晰轉變的光分布圖案，並即使在高入射角及所有方位角的情況下仍可維持消光。只使用結構化表面或其他物品可能無法獲得此種光分布圖案。根據本揭露的實例濾光器可展現出下列性質當中一或多者：1)對於預定波長的光的單一連續通過區域和單一連續屏蔽區域；2)預定錐角的錐形透射圖案；3)在高入射角的消光或屏蔽；4)從通過到屏蔽區域的清晰轉變；5) 即使在轉變角度，大面積的外觀均勻性；6)在通過到屏蔽的轉變內，觀察到的色調之不偏移或低偏移；7)在橫向於稜鏡軸的平面上效能佳。根據本揭露的實例濾光器可藉由組合現存市售產品以調整光學性質來製備，從而造成降低的製造成本。
已描述了本發明的多種實施例。這些及其他實例係在以下申請專利範圍的範疇內。

Claims (33)

  1. 一種濾光器，其包含：一主要表面，其中該濾光器具有一預定光透射區域，該預定光透射區域包含相對於該主要表面的一法向軸之從0°到一最大光透射角θ Tmax的角度，其中該濾光器具有一預定的角光屏蔽區域θ B，該預定的角光屏蔽區域θ B包含從90-θ Tmax到90°的角度；一角度屏蔽層，其具有相對於該法向軸的一第一角光屏蔽範圍θ AL；及一干涉濾波器，其與該角度屏蔽層相鄰，其中該干涉濾波器具有相對於該法向軸的一第二角光屏蔽範圍θ IF，其中θ B係θ IF與θ AL的聯集，其中θ IF與θ AL至少部分重疊。
  2. 如請求項1之濾光器，其中θ AL中的至少一角度大於θ IF中的一角度。
  3. 如請求項1或2之濾光器，其中θ IF中的至少一角度大於θ AL中的一角度。
  4. 如請求項1至3中任一項之濾光器，其中θ IF與θ AL中之一或兩者係與波長相關的。
  5. 如請求項1至4中任一項之濾光器，其中該干涉濾波器包含一雙折射多層光學膜或一等向性膜中之一或兩者。
  6. 如請求項1至5中任一項之濾光器，其中該角度屏蔽層包含複數 個角度限制特徵。
  7. 如請求項6之濾光器，其中該複數個角度限制特徵包含稜鏡、菲涅耳結構、菲涅耳環、凹陷、遮光體(louver)、通道、或微複製特徵中的一或多者。
  8. 如請求項6或7之濾光器，其中該複數個角度限制特徵具有一特性尺寸，且其中θ AL具有與該特性尺寸之一預定關係。
  9. 如請求項8之濾光器，其中當該特性尺寸較小時，θ AL較窄。
  10. 如請求項6至9中任一項之濾光器，其中該角度屏蔽層包含一轉向膜或一增亮膜中之一或兩者。
  11. 如請求項1至10中任一項之濾光器，其中該角度屏蔽層具有一預定漏光角透射區域。
  12. 如請求項1至10中任一項之濾光器，其中該干涉濾波器具有一特性透射光譜，該特性透射光譜包含一反射頻帶，其中該反射頻帶具有當一入射角減小時偏移至較短波長的一頻帶邊緣。
  13. 如請求項12之濾光器，其中該干涉濾波器的該反射頻帶包括透射穿過該角度屏蔽層之一預定漏光角透射區域的一波長。
  14. 如請求項1至13中任一項之濾光器，其進一步包含一波長選擇性吸收器。
  15. 如請求項14之濾光器，其中該干涉濾波器包含該波長選擇性吸收器。
  16. 如請求項14之濾光器，其中該角度屏蔽層包含該波長選擇性吸收器。
  17. 如請求項14之濾光器，其進一步包含一吸收層，該吸收層包含該波長選擇性吸收器。
  18. 如請求項17之濾光器，其中該吸收層係介於該干涉濾波器與該角度屏蔽層之間。
  19. 如請求項17之濾光器，其中該干涉濾波器係介於該吸收層與該角度屏蔽層之間。
  20. 如請求項17之濾光器，其中該角度屏蔽層係介於該吸收層與該干涉濾波器之間。
  21. 一種濾光器，其包含：一干涉濾波器，其具有一與入射角相關的反射頻帶；及一吸收層，其具有一吸收頻帶，其中該與入射角相關的反射頻帶及該吸收頻帶在至少一波長在至少一入射角度處重疊。
  22. 如請求項21之濾光器，其中該干涉濾波器包含一雙折射多層光學膜或一等向性膜中之一或兩者。
  23. 如請求項21或22之濾光器，其中該干涉濾波器具有一特性透射光譜，該特性透射光譜包含該與入射角相關的反射頻帶，其中該與角度相依的反射頻帶具有當入射角減小時偏移成較低的一頻帶邊緣。
  24. 如請求項23之濾光器，其中該干涉濾波器的該與角度相依的反射頻帶包括由該吸收層透射的一波長。
  25. 如請求項21至24中任一項之濾光器，其中該干涉濾波器包含一波長選擇性吸收器。
  26. 如請求項21至25中任一項之濾光器，其中該吸收層包含一波長選擇性吸收器。
  27. 如請求項21至26中任一項之濾光器，其進一步包含一角度屏蔽層。
  28. 一種系統，其包含：一感測器；及如請求項1至27中任一項之一濾光器。
  29. 如請求項28之系統，其進一步包含一光源。
  30. 如請求項28及29中任一項之系統，其進一步包含一反射器，其中該反射器界定一鏡面反射表面、一漫反射表面、或一復歸反射表面中之一或多者。
  31. 一種系統，其包含：一光源；及如請求項1至27中任一項之一濾光器。
  32. 如請求項31之系統，其進一步包含一反射器，其中該反射器界定一鏡面反射表面、一漫反射表面、或一復歸反射表面中之一或多者。
  33. 一種系統，其包含：一反射器，其中該反射器界定一鏡面反射表面、一漫反射表面、或一復歸反射表面中之一或多者；及如請求項1至27中任一項之一濾光器。
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