改變光線方向的光學結構的製作方法
2023-05-30 01:01:56 2
專利名稱：改變光線方向的光學結構的製作方法
相關的專利申請這份申請要求在此通過引證將其教導全部併入的2003年5月2日提交的美國專利臨時申請第60/467,494號的利益。
背景技術：
增亮薄膜(BEF)已經在用來引導來自照明裝置的光線通過發光體、筆記本電腦顯示器和桌面平板監視器或顯示器的照明板中使用。有線形稜鏡的增亮薄膜能以預期的方向性漫射光線。這種薄膜往往與螢光光源結合起來使用。這種薄膜已通過控制光線射出的角度在改善發光體或顯示器方面取得部分的成功。
光學薄膜時常與其它的薄膜或薄片結合起來使用。例如，兩個漫射薄膜和兩個改變光線方向或準直的薄膜作為疊層被用在液晶顯示器後面的光導上。當光學薄膜毗鄰諸如漫射體或另一種光學薄膜之類的另一個膜層放置的時候，照明板中的缺陷時常能引起觀看者注意。這種缺陷是由在所述薄膜接觸毗鄰薄膜的時候能發生的光學薄膜「浸溼」引起的。在接觸點，就通過兩個薄膜的光線而言，折射指數的改變被消除或實質上被削弱。由於兩個薄膜彼此有變化地接觸，所以缺陷能引起觀看者的注意。
可能出現的另一種缺陷被稱為「牛頓環」，這發生在兩個薄膜彼此被逐漸分開(例如，被灰塵之類的顆粒逐漸分開)的時候。
發明內容
在本發明特定的實施方案中，提供眾多或一系列顯微結構，其中每個顯微結構有止於峰頂的至少第一側面和至少第二側面。至少若干峰頂可以包括升高部分，以便把所述的峰頂與毗鄰的光學薄片、表面、薄膜、基體或其它膜層隔開使浸溼、牛頓環、磨損、莫阿幹涉條紋或其它不理想的光學條件減到最少。
所述的顯微結構可以是為改變光線方向或準直光線而設計的。在特定的實施方案中，所述顯微結構可以包括線形稜鏡、稜鏡、稜錐、截頭稜錐、雙凸透鏡、圓錐體、蟲眼結構表面、衍射結構、衍射結構表面、網紋表面、底平面和平臺、透鏡和/或透鏡陣。所述的升高部分把所述的毗鄰表面與所述的峰頂隔開至少大約0.3微米。在本發明的實施方案中，所述的顯微結構構成背投屏、計算機顯示器或監視器、高架投影顯示器或液晶顯示器的組成部份。
在本發明其它的實施方案中，所述的顯微結構在所述顯微結構的窗口面有一系列底平面和一系列平臺。所述的底平面和平臺沿著第一條軸線展開，而且所述的平臺和底平面沿著第二條軸線交替排列。在本發明的一個實施方案中，所述的平臺與所述的底平面不在同一平面上。至少若干所述平臺可以包括在所述平臺上方延伸的升高部分。在進一步的實施方案中，蟲眼結構或差動固化的圖案也能在所述稜鏡群的窗口面上提供。在特定的實施方案中，所述窗口面的至少若干區域可以包括在窗口面上方延伸的升高部分。
在一個實施方案中，裸眼能看見的圖案能在所述稜鏡群的窗口面中形成。在特定的實施方案中，所述的圖案是通過把包括不透明區域和透明區域的掩模放在所述的稜鏡群的窗口面上形成的。所述的顯微結構是用輻射源固化的，其中不透明區域阻擋輻射使在不透明區域下面的窗口區域以不同於透明區域下面的區域的固化時間或固化速率固化，從而導致在所述的窗口中有看得見的圖案。
還提供包括第一組眾多的有底面、第一側面和第二側面的顯微結構和第二組眾多的有底面、第一側面和第二側面的顯微結構的光學薄膜，其中第一側面包括第一平面表面，而第二側面包括第二平面表面和第三平面表面。所述薄膜可以包括至少一個包括第一組眾多的顯微結構的第一區域和至少一個包括第二組眾多的顯微結構的第二區域。第一區域和第二區域能沿著薄膜交替排列。
在特定的實施方案中，第一組眾多的顯微結構的峰頂在第二組眾多的顯微結構的峰頂上方延伸把所述的峰頂與毗鄰的光學薄片、表面、薄膜、基體或其它膜層隔開以使浸溼、牛頓環、磨損、莫阿幹涉條紋或其它的不理想的光學條件減到最少。第一組眾多的顯微結構的峰頂能在第二組眾多的顯微結構的峰頂上方延伸至少大約0.3微米。
在特定的實施方案中，所述的第一、第二和第三平面表面每個都有不同的截面長度。所述的第二組眾多的顯微結構包括底面，而所述的第一側面包括從底面向第四平面表面延伸的第一平面表面。所述的第四平面表面在所述顯微結構的頂點向第二平面表面延伸。
所述的第二平面表面和第三平面表面在截面上看可以是凹形的或凸形的。所述薄膜可以包括用相同的可輻射固化的材料製成的第一固化部分和第二固化部分，第一固化部分是按第一固化時間或以第一固化速率固化的而第二固化部分是按第二固化時間或以第二固化速率固化的，其中所述的第一固化時間或速率完全不同於第二固化時間或速率，從而導致在所述結構的表面上的不連續點。
在其它的實施方案中，提供有止於線形頂點的第一側面和第二側面的顯微結構，其中至少一個區段的頂點在線形頂點上方延伸。所述的至少一個區段在特定的實施方案中可以是圓形的或細長的。
在另外其他的實施方案中，提供的光學結構包括光學層和眾多顯微結構，每個顯微結構都至少有止於峰頂的第一側面和第二側面，其中所述稜鏡的峰頂與所述的光學層充分地隔開，以避免或最大限度地減少浸溼之類的不理想的光學條件。所述的光學層可以包括漫射體。
在一個實施方案中，眾多的顯微結構是第一組眾多的顯微結構，而且所述的光學結構進一步包括放置在第一組眾多的顯微結構下面的第二組眾多的顯微結構。第二組眾多的顯微結構可以相對於第一組眾多的顯微結構偏置。
漫射體和/或波導可以放置在第二組眾多的顯微結構下面。至少若干所述的峰頂包括用來把所述的光學層與所述的峰頂隔開的升高部分。
所述的光學結構可以更進一步包括第二組眾多的有底面、第一側面和第二側面的顯微結構，其中所述的第一側面包括第一平面表面，而所述的第二側面包括第二平面表面和第三平面表面。所述的第一組眾多的顯微結構的峰頂在所述的第二組眾多的顯微結構的峰頂上方延伸，以便把所述的第二組眾多的顯微結構的峰頂與所述的光學層隔開以避免或最大限度地減少諸如浸溼之類不理想的光學條件。
本發明上述的和其它的目的、特徵和優點從下面在用相似的參考符號在不同的視圖中處處代表相同的部份的附圖中舉例說明的本發明各種不同的實施方案的更具體的描述將變得明顯。這些圖畫不必依比例繪製，而是強調舉例說明本發明的原則。
圖1是背後照明系統的剖視圖。
圖2是背後照明系統的另一個實施方案的透視圖。
圖3是用來舉例說明「洛埃鏡」的系統的剖視圖。
圖4是舉例說明能影響浸溼條件的光路的圖表。
圖5是舉例說明能在稜鏡尖和毗鄰表面之間的界面出現的第一幹涉區域的圖表。
圖6是舉例說明能在稜鏡尖和毗鄰表面之間的界面出現的第二幹涉區域的圖表。
圖7是舉例說明能在稜鏡尖和毗鄰表面之間的界面出現的第三幹涉區域的圖表。
圖8是舉例說明能在稜鏡尖和毗鄰表面之間的界面出現的第四幹涉區域的圖表。
圖9是包括升高部分的線形稜鏡的局部透視圖。
圖10是包括升高部分的線形稜鏡的放大透視圖。
圖11是用來形成圖9和圖10所示的升高部分的工具的俯視圖。
圖12是能用來在薄膜上形成差動固化圖案部分的圖案的平面圖。
圖13是依照本發明其它的實施方案改變光線方向的薄膜的局部剖視圖。
圖14是依照本發明進一步的實施方案改變光線方向的薄膜的局部剖視圖。
本發明的詳細描述本發明的各種不同的實施方案描述如下。通常，術語光學「薄片」指的是比較硬的基體，例如，一種可以靠在牆上本身不摺疊起來的基體，而術語光學「薄膜」指的是更柔軟的基體，例如，一種能捲起來的基體。然而，根據樣品的大小和厚度，薄膜能充當薄片。例如，又小又薄的聚酯薄膜能足夠硬，足以靠在牆上本身不摺疊。為了理解本發明的各個方面，術語「薄片」和「薄膜」可以交替使用。本發明的薄片和薄膜能用諸如聚氨酯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酯、聚脲或聚甲基丙烯酸甲酯之類的塑料材料製成。聚脲是在2002年8月8日提交的美國專利臨時申請第60/402,484號和2003年8月3日提交的美國專利申請第10/634,122號中公開的，在此通過引證將每個申請的全部教導併入。
關於變向或準直薄膜的光學性能，人們已經發現，就個別有源點陣式液晶顯示器的背後照明系統設計而言，具有特定的燈、波導和漫射體系統的光學效率能通過設計準直薄膜最大限度地利用衍射和和折射效應得到提高。例如，如圖1所示，背後照明系統10包括光源12和反光鏡14。光源12可能是螢光光源、LED光源、白熾光源或其它適當的光源。用來把光線引出背後照明系統的波導16可以是用透明的固體材料製成的並且可以是楔形的。在波導16的一個側面上是用諸如鋁或白色表面塗層之類的反射材料形成的用來把光線反射回波導16的波導反射鏡18。
波導反射鏡18可以是彎曲的或平坦的或它們的組合。漫射體20是把來自波導16的光線漫反射成實質上均勻分布的光線的薄膜。適當的漫射體的例子是有隨機的網紋的表面或梯度指數薄膜或者設計好的衍射結構。
在漫射體20上方，第一光線變向或準直薄膜22可以如同將它們的教導在此通過引證全部併入的於2002年1月15日提交的美國專利申請第10/046,929號所揭示的和於2003年7月17日公開的美國專利申請公開第US2003/0133301號所公開的那樣在毗鄰波導16的第一側面上有溝槽結構24。溝槽結構24可以有沿著第一條軸線從準直薄膜22的一個側面向準直薄膜22的第二側面展開的提供與稜鏡表面32相對的不平滑的表面的一系列底平面26和平臺28。線形稜鏡表面32可以有稜鏡表面33和窗口35而且是用透明的聚合物材料製成的。稜鏡37有帶峰頂39和谷底41的側面33。稜鏡37的跨距(p)是從一個谷底41到下一個谷底41測量的。在一個實施方案中，跨距可以在介於25微米和76微米(0.001英寸和0.003英寸)之間的範圍中。線形稜鏡37的高度(h)是用從底谷41到峰頂39的垂直距離測量的。高度(h)可以在介於7.6微米和38微米(0.0003英寸和0.0015英寸)之間的範圍中。在峰頂39相遇的兩個側面33的夾角(β)被測量。角度(β)可以從大約60度變化到120度。在一個實施方案中，角度(β)在介於大約60度和85度之間或介於大約95度和120度之間的範圍中。在峰頂39兩側的側面33可以是從谷底41到峰頂39形成等邊三角形的邊長(1)。在特定的實施方案中，側面可以有不同的長度，例如在不等邊三角形的情況下，藉此使稜鏡傾斜。
底平面26和平臺28是用實質上垂直於底平面26和平臺28的壁面30連接起來的。壁面30可能相對於底平面26和平臺28之一的垂線偏斜幾度。另外，所述壁面可能是彎曲的。底平面26和平臺28有這樣的大小和間隔，以便減少牛頓環和莫阿幹涉條紋的明顯度，同時最大限度地減少與薄膜或稜鏡峰頂的表面到表面的接觸，藉此減少浸溼。底平面26的寬度可以在介於大約1微米和大約300微米之間的範圍中。在另一個實施方案中，底平面26的寬度可以在介於大約10微米和大約200微米之間的範圍中。平臺28的寬度可以在介於大約1微米和50微米之間的範圍中。在另一個實施方案中，平臺28的寬度可以介於大約10微米和大約50微米之間。平臺28的寬度與底平面26的寬度之比可以在介於大約1到大約10的範圍中。在一個實施方案中，底平面有大約150微米(0.006英寸)的寬度，而平臺有大約25微米的寬度(0.001英寸)。在另一個實施方案中，底平面有大約185微米(0.0073英寸)的寬度，而平臺有大約33微米(0.0013英寸)的寬度。壁面30可以有介於大約0.4微米和大約0.8微米之間的高度以便提供底平面26和平臺28距所述薄膜的基點的絕對高度差。在一個實施方案中，壁面30的高度在介於大約0.5微米和0.8微米之間的範圍中。底平面和平臺之間的高度差可以幾乎小於可見光的波長。平臺的寬度尺寸可以每個都小於大約3.175微米(1.25×10-4英寸)。
可選擇的減少磨損層34可以放置在第一準直薄膜22和第二準直薄膜36之間。減少磨損層34可以在一個或兩個表面上有溝槽結構以便通過減少浸溼或牛頓環來改善性能。在進一步的實施方案中，漫射層可以與減少磨損層34結合地或不與減少磨損層34結合地放置在第一準直薄膜22上面。
第二光線變向或準直薄膜36可以包括在毗鄰第一準直薄膜22的第一側面上的第二凹槽結構38和在對置側面上的稜鏡結構40。第二準直薄膜36的稜鏡結構40可以按與第一準直薄膜22上的稜鏡相同的方向取向。在特定的實施方案中，它可以通過把稜鏡取向旋轉大約180度被偏置。在一個實施方案中，第二準直薄膜36被相對於第一準直薄膜旋轉大約九十度以減少莫阿幹涉條紋形成和改善現有光線分布的均勻一致性。另外，如果減少磨損層34不存在，峰頂39以最小的接觸與溝槽結構38交叉以減少薄膜之間的浸溼。
在第二準直薄膜36的上方是液晶顯示器42。漫射層可以放置在第二準直薄膜36上面。有被設計成有與光源、波導和漫射體的性質相匹配的傾斜、尺寸和夾角的線形稜鏡的準直薄膜提供得到改善的性能。使用夾角變動範圍從95度到120度的線形稜鏡的好處是提供能就計算機螢屏的觀察角優化的光線分布。夾角被看作是三角形的線形稜鏡結構的頂角。
能使用本發明的光學薄膜的實施方案的另一個實施方案被展示在圖2。背後照明系統100包括光源102和反光鏡104。波導106可以用透明的固體材料製成而且可以是楔形的。毗鄰波導106的第一側面108是用鏡面反射材料製成的波導反射鏡110。反射鏡110可以與表面108略微隔開以允許全內反射在表面108發生。在其它的實施方案中，反射鏡110可以在面對波導106的側面上有溝槽結構。反射鏡的溝槽結構可以塗抹鏡面反射材料。在特定的實施方案中，如果反射鏡110是透明的，反射鏡可以在遠離波導106的側面上有塗層。第一側面108在形狀方面可以是成梯狀的。波導106的第二側面112在遠離波導反射鏡110的對面而且可以有溝槽結構114。
在波導106上方，第一準直薄膜116有峰頂120指向波導106的第一稜鏡結構118。在進一步的實施方案中，漫射層被放置在波導106上面。第一準直薄膜116可以包括在第一稜鏡結構118的窗口面上的第一溝槽結構122。在第一準直薄膜116上的線形稜鏡的峰頂可以平行於光源102排列。第一溝槽結構122有與峰頂120平行的底平面124和平臺126以便提供不平滑的結構表面。底平面124和平臺126藉助壁面128連接起來。壁面128可以實質上垂直於底平面124和平臺126，包括偏離底平面和平臺之一的垂線幾度的壁面128。另外，壁面可以是彎曲的。底平面124和平臺126可以是實質上平行的但不在同一平面上。
在第一準直薄膜116上面，第二準直薄膜130可以包括第二溝槽結構132和第二稜鏡結構134。第二稜鏡結構134的峰頂136指向遠離波導106的方向。第二溝槽結構132有平行於峰頂136的底平面138和平臺140以提供不平滑的結構表面。底平面138和平臺140藉助壁面142連接起來，而且在一個特定的實施方案中是實質上平行的但是不在同一平面上。
第二稜鏡結構134的峰頂136可以按不平行於第一稜鏡結構118的峰頂120的方向取向。另一種取向是90度。漫射層可以放置在第二準直薄膜130上面。
圖3舉例說明叫做「洛埃鏡」的概念，它解釋浸溼怎樣才會發生，例如，在稜鏡峰頂和毗鄰表面之間的界面。洛埃鏡是在標題為「Fundamentals of Optics(光學原理)」的一本書(Jenkins andH.E.White出版社(New York，McGraw-Hill)，第三版，第241-243頁(1957))中描述的，在此通過引證將其教導全部併入。
例如，當來自點光源S的光線以切線入射並從玻璃板的平直表面220反射出去的時候，在反射光線中存在二分之一波長的相位變化。當反射光束(例如，光束222)與來自光源S未被反射的光束224結合的時候，幹涉條紋產生。例如，區域226是暗帶，因為光束222和224是相位相差180度。暗帶和亮帶交替排列是沿著區域228產生的。因為全內反射在超過臨界角度的某個角度下發生，所以如果光線穿過玻璃板，同樣的結果也能發生。
圖4舉例說明能影響浸溼條件的其它光路。在這個實施方案中，稜鏡37毗鄰薄片或薄膜402放置，薄片或薄膜402有第一表面404和第二個表面406。。在特定的實施方案中，表面404和406可能是實質上光學透明的。人們能看到在稜鏡37的峰頂39大約±1微米的空間408之外的光線R在表面404和406被折射。在空間408裡面的光線R僅僅在表面406被折射。結果是在表面406上光線圖案的均勻一致性改變。這種表面特性與洛埃鏡條紋結合形成浸溼條件。
圖5-8舉例說明對於每個銳利的稜鏡尖230在所述的尖和毗鄰的表面(例如漫射體232)之間的界面能發生洛埃鏡條紋的四個位置。漫射體表面充當成像屏從而使條紋變成看得見的。光源234被展示在每幅圖的底部。圖5-8分別舉例說明能出現幹涉條紋的第一個條紋區域236、第二個條紋區域238、第三個條紋區域240和第四個條紋區域242。
白色光源的結果是在稜鏡尖230的兩側比較寬的灰色條紋帶。如果稜鏡尖230是平的或以任何方式略微弄圓的，那麼在稜鏡尖230的峰頂上也可能存在牛頓條紋。人們能使用下面的公式計算連續的洛埃鏡型條紋之間的距離ΔX，(雖然所述條紋因為漫射體232向尖頂230傾斜四十五度的角度實際上將會比計算結果分開得更寬)給定光線的波長＝[(ΔX)×(實像和虛像之間的距離)]/從光源到漫射體表面的距離。例如，假定紅光的波長是大約0.6微米，實像和虛像之間的距離是大約十微米，而從光源到漫射體表面的距離是大約150.0微米。上述假定給出大約九微米的ΔX，或考慮到四十五度的漫射體傾斜，它是大約十二微米。因此，對於紅光，暗條紋能恰好毗鄰尖頂發生，而另一個暗條紋能發生在距尖頂大約十二微米的地方。
採用白光，因為波長是從大約300納米到700納米的連續光譜，在所述區域中存在明暗條紋交疊的連續譜。業已發現通過把稜鏡尖230與毗鄰表面(例如，漫射體)隔開，洛埃鏡條紋實質上能被減到最少，甚至完全消除。
圖9和圖10舉例說明已經依照本發明原則構成的光學薄膜144的一個實施方案。所述薄膜144可以用於在此揭示的任何實施方案，例如，圖1和圖2的照明系統。眾多的線形稜鏡146每個都包括在峰頂152相交的第一側面148和第二側面150。底154是在每個稜鏡146的窗口面提供的。雖然線形稜鏡已被舉例說明，但是薄膜144可以包括諸如稜鏡、稜錐、截頭稜錐、雙凸透鏡、圓錐體、蟲眼結構表面、網紋表面、底平面和平臺、和/或透鏡陣之類的顯微結構。
眾多的也可以稱之為隆起、特徵、尖頭或高度差定位器的升高部分156可以在至少若干峰頂152上提供。在進一步的實施方案中，升高部分156可以在底部表面或窗口面158上和/或在平臺28上提供。升高部分156有利於把薄膜144與毗鄰的光學薄片、表面、薄膜、基體或其它膜層隔開，使浸溼、牛頓環、磨損、莫阿幹涉條紋或其它不理想的光學條件減到最少。在稜鏡側面146中形成的微小彎曲(例如，表面147)將減少勞埃德鏡條紋效應。
在特定的實施方案中，升高部分156隨機地在薄膜144上定位。在另一個實施方案中，升高部分156在薄膜144上按預定的圖案定位。在圖9和圖10的實施方案中，每個升高部分156都是細長的，有介於大約一微米和十微米之間的長度160。升高部分156可以有介於大約0.3微米和20微米之間高度162，即，部分156在峰頂152上方伸出的距離。升高部分156的壁面可以是任何形狀，包括直的、凸起的或凹進的。
在其它的實施方案中，線形稜鏡146的跨距164可以有介於大約10微米和100微米之間的範圍，而且在特定的實施方案中，該跨距可以是大約49微米。在升高部分156之間的距離168(即，升高部分156之間垂直於線形峰頂152的縱軸的距離)可以有介於大約2540微米和5080微米(0.1英寸和0.2英寸)之間的範圍。距離170(即，部分156之間平行於線形峰頂152的縱軸的距離)可以有介於大約2540微米和5080微米(0.1英寸和0.2英寸)之間的範圍。在特定的實施方案中，隨機隆起非常密集的表面在線形稜鏡146上形成。
升高部分156的特定形狀和尺寸可以改變。在一個實施方案中，特徵是在加工時削出菱形以致加工形成的部份有清楚的、平滑的透明的引起光線折射但不引起光線散射的部分156。圖11是能用來形成升高部分156的工具的放大500倍的俯視圖。
在形成升高部分156的方法的一個實施方案中，鍍銅或鍍鎳的滾筒被磨成非常平滑的表面。然後，頂點高度(滾筒上的深度)恆定的線形稜鏡溝槽被劃到滾筒之中。升高部分156可以用有菱形切削刀片的動態伺服系統和用溝槽或用線性編碼器引導的追蹤系統在滾筒上形成。微米深度水平恆定的升高部分156可以以隨機的間隔加到稜鏡146的峰頂152上，即，在滾筒上切割出稜鏡的谷底。隨機的間隔在特定的實施方案中是使用隨機數發生器控制的，該隨機數發生器是用升高部分156的最小間隔判據設定的。
當升高部分156被切削成平滑的滾筒表面的時候，鍍銅或鍍鎳的滾筒首先被磨平，然後升高部分156被加到不論什麼都需要的恆定的微米級深度上。在特定的實施方案中，所述深度比預期的更深，以致滾筒可以被再次磨平或弄平滑，直到所述的升高部分156在預期的深度。滾筒可能是鍍鉻的以便增加對製造工藝的耐用性。在進一步的實施方案中，所述滾筒能用來在薄膜的窗口面上澆注顯微結構圖案。該圖案可能是隨機的、規則的或兩者的組合。因此，在一個實施方案中，在薄膜上形成圖案的方法包括磨平滾筒的表面，直到該表面是實質上平滑的，在所述的滾筒表面上雕刻圖案的負像，如果需要，再次磨平和再次雕刻滾筒的表面，直到圖案的負像在滾筒的表面上達到預期的深度，然後在薄膜上用所述的滾筒表面澆注圖案。所述圖案可以澆注在薄膜的窗口面上。在一個實施方案中，圖案中的結構有在介於大約0.010微米和3.00微米之間的範圍中的高度。
例如，導致完成部份或薄膜的升高部分156的高度162是這樣定尺寸的，以致在峰頂152的頂部和用來減少薄膜之間的浸溼條件、牛頓環和磨損的毗鄰部份之間存在最小半微米的空間。在進一步的實施方案中，如果毗鄰部份是玻璃珠漫射體，例如，提供所需要的兩微米空間的一半的玻璃珠漫射體，那麼升高部分156隻需要組成所需要的總空氣間隙的一半。
在任何公開的實施方案中，薄膜的一個或兩個側面(例如，稜鏡146或底部表面158)可以包括用相同的可光固化或輻射固化的材料製成的第一固化部分和第二固化部分，如同在此通過引證將其教導全部併入的於2001年8月10日提交的美國專利申請第09/928,247號所揭示的和於2002年5月2日美國專利申請公開第US2002/0051866號所公開的那樣。換言之，在用輻射源固化的時候，把掩模層或阻擋輻射層放在稜鏡146或底部表面158上，從而導致在被固化的結構表面上看得見的不連續。圖12舉例說明能在掩模層上提供的可仿效的圖案172。在這個實施方案中，所述圖案包括由四個鈍角不等邊三角形組成的圖形174。在其它的實施方案中，所述圖案可能是實質上隨機的而且可以包括任何幾何形狀。可輻射固化的材料是藉助可被定義為能引起光化學反應的電磁輻射的光化輻射固化的。如果差動固化圖案是在稜鏡的窗口面上形成的，那麼在對置面上的升高部分的形狀可能扭曲或改變升高部分的形狀。
眾所周知，人類的眼睛在大約0.31米(1.0英尺)的正常閱讀或觀看距離下不能分辯大約200微米(0.008英寸)以下的東西。另外，在薄膜之間大約2.0微米的間隙是實質上減少或消除引起問題的光學效應所必需的。因此，如果差動固化的結構或升高部分156在尺寸方面小於200微米而且它們被隨機地或非隨機地隔開1,000微米的距離以致不足大約10％的表面接觸毗鄰的表面，那麼看得見的缺陷將不出現。升高部分156或差動固化結構足夠寬，以致如果稜鏡薄膜是配對部份，那麼稜鏡的頂點將與部分156相匹配並且停留在部分156上，例如，形成預期的空氣間隙。
在進一步的實施方案中，蟲眼結構或蟲眼結構表面能在窗口面或底部表面158上形成以提高光線通過薄膜144的通過量。蟲眼結構在通過引證在此將它們的教導全部併入的與2001年5月17日公開的國際專利公開第WO 01/35128號相對應的於2002年3月12日授權給Nilsen等人的美國專利第6,356,389號中給出更詳盡的解釋。
圖13是依照本發明其它的實施方案的光線變向薄膜176的局部剖視圖。薄膜176包括第一組眾多的有第一統一尺寸的線形稜鏡178和第二組眾多的有第二統一尺寸的線形稜鏡180。第一組眾多的線形稜鏡178包括第一側面182、第二側面184和底或窗口面186。在一個實施方案中，第一側面182和第二側面184以90度角在頂點或峰頂186相交。第二組眾多的線形稜鏡180包括第一側面188、第二側面190和底或窗口面192。在這個實施方案中，如同在此通過引證將其教導全部併入的2001年12月13日申請的美國專利申請第10/023,204號和2002年7月25日公開的美國專利申請第2002/0097496號所揭示的那樣，第二側面190包括在點198相交的第一平面表面194和第二平面表面196。
在一個實施方案中，第一側面188實質上是平面的並且在頂點或峰頂200與第一平面表面194相交。夾角α1可以有介於大約60度和120度之間的範圍而且在特定的實施方案中是大約93度。平面表面194和196之間的夾角α2可以有介於大約160度和180度之間的範圍而且在特定的實施方案中是大約171度。峰頂186如同箭頭202指出的那樣在峰頂200上方延伸把毗鄰的膜層與薄膜176隔開。在特定的實施方案中，峰頂186在峰頂200上方延伸大約0.5到20微米的範圍。在其它的實施方案中，兩個或多個平面表面可以在稜鏡178、180的一個或多個側面上提供。
在特定的實施方案中，稜鏡178和180可以在沿著薄膜176周期性地交替的區域中分組。預定數目的一組稜鏡178被這樣毗鄰預定數目的一組稜鏡180放置，以致毗鄰的結構被充分地與薄膜176隔開以減少看得見的光學缺陷。在其他的實施方案中，稜鏡178和180可以隨機地放置在薄膜176上。在特定的形成薄膜176的方法中，與稜鏡180相對應的模具部分可以先被切割，然後切割與稜鏡178相對應的模具部分。
圖14舉例說明有第一組眾多的線形稜鏡206和第二組眾多的線形稜鏡208的薄膜204的另一個實施方案。在所述實施方案中，稜鏡208有側面210，該側面有兩個形成大於180度的角度α3的平面表面212、214。在特定的實施方案中，夾角α4可以有介於大約60度和120度之間的範圍而且在特定的實施方案中是大約87度。稜鏡206、208可以類似於薄膜176的稜鏡178、180被放置在薄膜204上。在上述實施方案中，與稜鏡206相對應的模具部分可以被首先切割，然後切割模具中與稜鏡212相對應的模具部分。
若干光學結構和創造性的概念是在共同擁有的於2003年5月2日提交的美國專利申請第10/428,318號中公開的，在此將其教導通過引證全部併入。這些光學結構和概念可以與本文公開的創造性原則一起使用。
儘管這項發明已參照其各種不同的實施方案被具體地展示和描述，但是熟悉這項技術的人將理解在形式和細節方面各種不同的改變可以在不脫離權利要求書所包含的本發明的範圍情況下得以實現。
權利要求
1.眾多的顯微結構，每個顯微結構都有止於峰頂的至少第一側面和至少第二側面，至少若干峰頂包括在所述峰頂上方延伸的升高部分。
2.根據權利要求1的顯微結構，其中所述的眾多顯微結構是為以準直方式改變光線方向而設計的。
3.根據權利要求1的顯微結構，其中所述的升高部分在峰頂上方延伸把所述峰頂與毗鄰表面隔開以減少看得見的缺陷。
4.根據權利要求3的顯微結構，其中所述的升高部分把毗鄰表面與所述峰頂隔開至少大約0.3微米。
5.根據權利要求1的顯微結構，其中所述顯微結構構成背投屏、計算機顯示器或監視器、高架投影顯示器或液晶顯示器的組成部份。
6.根據權利要求1的顯微結構，其中所述的顯微結構有在所述顯微結構的窗口面的一系列底平面和一系列平臺，所述的底平面和平臺沿著第一條軸線展開，所述的平臺和底平面沿著第二條軸線交替排列，所述的平臺與所述的底平面不在同一平面上。
7.根據權利要求6的顯微結構，其中至少若干平臺包括升高部分擴充在平臺上面。
8.根據權利要求1的顯微結構，其中所述的顯微結構包括線形稜鏡、稜鏡、稜錐、截頭稜錐、雙凸透鏡、圓錐體、蟲眼結構表面、衍射結構、衍射結構表面、網紋表面、透鏡、底平面和平臺、和/或透鏡陣。
9.根據權利要求1的顯微結構，進一步包括在所述顯微結構的窗口面上提供的顯微結構圖案。
10.根據權利要求9的顯微結構，其中至少所述窗口面的若干區域包括在窗口面上方延伸的升高部分。
11.根據權利要求1的顯微結構，其中差動固化圖案是在所述顯微結構的窗口面之上和/或之內形成的。
12.根據權利要求11的顯微結構，其中所述圖案是通過把掩模放置在所述顯微結構的所述窗口面之上，然後用輻射源固化所述稜鏡形成的，所述掩模包括不透明的區域和透明的區域，其中所述的不透明區域阻擋輻射使所述不透明區域下面的窗口區域以不同於透明區域下面的區域的時間或速率固化，從而導致所述的圖案。
13.根據權利要求1的顯微結構，進一步包括在所述顯微結構的窗口面上提供的蟲眼結構表面。
14.根據權利要求13的顯微結構，其中所述窗口面的至少若干區域包括在所述窗口面上方延伸的升高部分。
15.根據權利要求1的顯微結構，其中所述顯微結構有介於大約60度和120度之間的夾角。
16.一種包括眾多顯微結構的光學薄膜，其中至少若干所述的顯微結構包括高度差定位器。
17.根據權利要求16的光學薄膜，其中所述薄膜是為以準直方式改變光線方向而配置的。
18.根據權利要求16的光學薄膜，其中所述的高度差定位器把所述的光學薄膜與毗鄰的薄膜、表面或結構隔開。
19.根據權利要求18的光學薄膜，其中所述的毗鄰的薄膜、表面或結構至少包括光線變向薄膜、準直薄膜、減少磨損層、光導、偏振結構或漫射體之一。
20.根據權利要求16的光學薄膜，其中所述顯微結構是用來準直光線的。
21.根據權利要求16的光學薄膜，其中所述的顯微結構構成背投屏，計算機顯示器或監視器，高架投影顯示器或液晶顯示器的組成部份。
22.根據權利要求16的光學薄膜，其中所述的顯微結構有在所述顯微結構窗口面的一系列底平面和一系列平臺，所述的底平面和平臺沿著第一條軸線展開，所述的平臺和底平面沿著第二條軸線交替排列，所述的平臺與所述的底平面不在同一平面上。
23.根據權利要求16的光學薄膜，進一步包括在所述顯微結構的窗口面上提供的差動固化圖案。
24.根據權利要求16的光學薄膜，其中所述的顯微結構包括線形稜鏡、稜鏡、稜錐、截頭稜錐、雙凸透鏡、圓錐體、蟲眼結構表面、衍射結構、衍射結構表面、網紋表面、透鏡、偏振表面、底平面和平臺、和/或透鏡陣。
25.根據權利要求16的光學薄膜，其中顯微結構圖案是在所述的顯微結構的窗口面上提供的。
26.根據權利要求16的光學薄膜，其中差動固化圖案是在所述顯微結構的窗口面之上和/或之內形成的。
27.一種光學薄膜，其中包括第一組眾多的有底面、第一側面和第二側面的顯微結構；以及不同於第一組眾多顯微結構的第二組眾多的有底面、第一側面和第二側面的顯微結構，所述的第一側面包括第一平面表面，而所述的第二側面包括第二平面表面和第三平面表面。
28.根據權利要求27的光學薄膜，其中所述薄膜包括至少包含第一組眾多的顯微結構的第一區域和至少包含第二組眾多的顯微結構的第二區域。
29.根據權利要求28的光學薄膜，其中所述的第一區域和第二區域沿著所述薄膜交替排列。
30.根據權利要求27的光學薄膜，其中所述的第一組眾多的顯微結構的峰頂在所述的第二組眾多的顯微結構的峰頂上方延伸。
31.根據權利要求30的光學薄膜，其中所述的第一組眾多的顯微結構的峰頂在所述的第二組眾多的顯微結構的峰頂上方延伸至少大約0.3微米。
32.根據權利要求27的光學薄膜，其中所述的第一、第二和第三平面表面每個都有不同的截面長度。
33.根據權利要求32的光學薄膜，其中所述的第二組眾多的顯微結構包括一個底，而且其中所述的第一側面包括從所述的底向第四平面表面延伸的所述第一平面表面，所述的第四平面表面在所述顯微結構的峰頂延伸到所述的第二平面表面。
34.根據權利要求27的光學薄膜，其中所述的第一組眾多的顯微結構有大約90度的第一側面和第二側面的夾角。
35.根據權利要求27的光學薄膜，其中所述的第二組眾多的顯微結構有介於大約60度和120度之間的第一平面表面和第二平面表面的夾角。
36.根據權利要求27的光學薄膜，其中所述的第二平面表面和第三平面表面在截面上看是凹形的。
37.根據權利要求27的光學薄膜，其中所述的第二平面表面和第三平面表面在截面上看是凸形的。
38.根據權利要求27的光學薄膜，其中所述薄膜包括用相同的可輻射固化的材料製成的第一固化部分和第二固化部分，所述的第一固化部分是按第一固化時間或速率固化的，而所述的第二固化部分是按第二固化時間或速率固化的，所述的第一固化時間或速率不同於第二固化時間或速率，足以在所述結構的表面上造成間斷點。
39.一種有止於直線頂點的第一側面和第二側面的顯微結構，其中至少一個區段的頂點在所述直線頂點上方延伸。
40.根據權利要求39的顯微結構，其中所述至少一個區段是圓形的。
41.根據權利要求39的顯微結構，其中所述至少一個區段是細長的。
42.一種光學薄膜，其中包括沿著第一方向取向的眾多顯微結構；以及至少一個在所述顯微結構的峰頂上方延伸的結構，所述的至少一個結構是隨機地在所述薄膜上定位的。
43.根據權利要求42的光學薄膜，進一步包括在所述薄膜的窗口面上提供的差動固化圖案。
44.一種光學結構，其中包括光學層；以及眾多的顯微結構，每個顯微結構都至少有止於峰頂的第一側面和第二側面，所述顯微結構的峰頂藉助在至少若干峰頂上的間隔要素與光學層充分地隔開以避免或最大限度地減少不理想的光學條件。
45.根據權利要求44的光學結構，其中所述的光學層包括漫射體。
46.根據權利要求44的光學結構，其中所述的眾多顯微結構是第一組眾多的顯微結構，所述的光學結構進一步包括放置在所述的第一組眾多顯微結構下面的第二組眾多的顯微結構。
47.根據權利要求46的光學結構，其中所述的第二組眾多顯微結構相對於所述的第一組眾多顯微結構是偏置的。
48.根據權利要求46的光學結構，進一步包括放置在所述的第二組眾多顯微結構下面的漫射體。
49.根據權利要求48的光學結構，進一步包括放置在所述漫射體下面的波導。
50.根據權利要求44的光學結構，其中所述的眾多顯微結構是第一組眾多的顯微結構，而且進一步包括第二組眾多的顯微結構，第二組眾多的有底面、第一側面和第二側面的顯微結構，第一側面包括第一平面表面，而第二側面包括第二平面表面和第三個平面表面。
51.根據權利要求50的光學結構，其中所述的第一組眾多的顯微結構的峰頂在所述的第二組眾多的顯微結構的峰頂上方延伸把所述的第二組眾多的顯微結構的峰頂與所述的光學層隔開以避免或最大限度地減少不理想的光學條件。
52.一種在薄膜上形成圖案的方法，該方法包括(a)磨平滾筒的表面，直到所述表面變成實質平滑；(b)在所述滾筒的所述表面雕刻所述圖案的負像；(c)如果需要，再次磨平並再次雕刻所述滾筒的所述表面，直到所述圖案的負像在所述滾筒的所述表面上達到預期的深度；以及(d)用所述滾筒的所述表面在所述薄膜上澆注所述圖案。
53.根據權利要求52的方法，進一步包括在薄膜的窗口面上澆注所述圖案。
54.根據權利要求52的方法，其中所述圖案中的結構有介於大約0.010微米和3.00微米之間的高度。
全文摘要
這項發明提供眾多的顯微結構，每種顯微結構都有止於峰頂的至少第一側面和至少第二側面。至少若干峰頂可以包括升高部分，以便把所述峰頂與毗鄰的光學薄片、表面、薄膜、基體或其它層隔開，將浸溼、牛頓環、磨損、莫阿幹涉條紋或其它不理想的光學條件減到最少。在其它的實施方案中，還提供光學薄膜，該光學薄膜包括第一組眾多的有底面、第一側面和第二側面的顯微結構和第二組眾多的有底面、第一側面和第二側面的顯微結構，其中所述第一側面包括第一平面表面，而所述第二側面包括第二平面表面和第三平面表面。
文檔編號G02B6/00GK1833183SQ200480015087
公開日2006年9月13日 申請日期2004年4月23日 優先權日2003年5月2日
發明者羅伯特·B·奈爾森 申請人:瑞弗萊克塞特公司