CN1833183A - 改变光线方向的光学结构 - Google Patents

Abstract

这项发明提供众多的显微结构，每种显微结构都有止于峰顶的至少第一侧面和至少第二侧面。至少若干峰顶可以包括升高部分，以便把所述峰顶与毗邻的光学薄片、表面、薄膜、基体或其它层隔开，将浸湿、牛顿环、磨损、莫阿干涉条纹或其它不理想的光学条件减到最少。在其它的实施方案中，还提供光学薄膜，该光学薄膜包括第一组众多的有底面、第一侧面和第二侧面的显微结构和第二组众多的有底面、第一侧面和第二侧面的显微结构，其中所述第一侧面包括第一平面表面，而所述第二侧面包括第二平面表面和第三平面表面。

Description

改变光线方向的光学结构

相关的专利申请

这份申请要求在此通过引证将其教导全部并入的2003年5月2日提交的美国专利临时申请第60/467,494号的利益。

背景技术

增亮薄膜(BEF)已经在用来引导来自照明装置的光线通过发光体、笔记本电脑显示器和桌面平板监视器或显示器的照明板中使用。有线形棱镜的增亮薄膜能以预期的方向性漫射光线。这种薄膜往往与荧光光源结合起来使用。这种薄膜已通过控制光线射出的角度在改善发光体或显示器方面取得部分的成功。

光学薄膜时常与其它的薄膜或薄片结合起来使用。例如，两个漫射薄膜和两个改变光线方向或准直的薄膜作为叠层被用在液晶显示器后面的光导上。当光学薄膜毗邻诸如漫射体或另一种光学薄膜之类的另一个膜层放置的时候，照明板中的缺陷时常能引起观看者注意。这种缺陷是由在所述薄膜接触毗邻薄膜的时候能发生的光学薄膜“浸湿”引起的。在接触点，就通过两个薄膜的光线而言，折射指数的改变被消除或实质上被削弱。由于两个薄膜彼此有变化地接触，所以缺陷能引起观看者的注意。

可能出现的另一种缺陷被称为“牛顿环”，这发生在两个薄膜彼此被逐渐分开(例如，被灰尘之类的颗粒逐渐分开)的时候。

发明内容

在本发明特定的实施方案中，提供众多或一系列显微结构，其中每个显微结构有止于峰顶的至少第一侧面和至少第二侧面。至少若干峰顶可以包括升高部分，以便把所述的峰顶与毗邻的光学薄片、表面、薄膜、基体或其它膜层隔开使浸湿、牛顿环、磨损、莫阿干涉条纹或其它不理想的光学条件减到最少。

所述的显微结构可以是为改变光线方向或准直光线而设计的。在特定的实施方案中，所述显微结构可以包括线形棱镜、棱镜、棱锥、截头棱锥、双凸透镜、圆锥体、虫眼结构表面、衍射结构、衍射结构表面、网纹表面、底平面和平台、透镜和/或透镜阵。所述的升高部分把所述的毗邻表面与所述的峰顶隔开至少大约0.3微米。在本发明的实施方案中，所述的显微结构构成背投屏、计算机显示器或监视器、高架投影显示器或液晶显示器的组成部份。

在本发明其它的实施方案中，所述的显微结构在所述显微结构的窗口面有一系列底平面和一系列平台。所述的底平面和平台沿着第一条轴线展开，而且所述的平台和底平面沿着第二条轴线交替排列。在本发明的一个实施方案中，所述的平台与所述的底平面不在同一平面上。至少若干所述平台可以包括在所述平台上方延伸的升高部分。在进一步的实施方案中，虫眼结构或差动固化的图案也能在所述棱镜群的窗口面上提供。在特定的实施方案中，所述窗口面的至少若干区域可以包括在窗口面上方延伸的升高部分。

在一个实施方案中，裸眼能看见的图案能在所述棱镜群的窗口面中形成。在特定的实施方案中，所述的图案是通过把包括不透明区域和透明区域的掩模放在所述的棱镜群的窗口面上形成的。所述的显微结构是用辐射源固化的，其中不透明区域阻挡辐射使在不透明区域下面的窗口区域以不同于透明区域下面的区域的固化时间或固化速率固化，从而导致在所述的窗口中有看得见的图案。

还提供包括第一组众多的有底面、第一侧面和第二侧面的显微结构和第二组众多的有底面、第一侧面和第二侧面的显微结构的光学薄膜，其中第一侧面包括第一平面表面，而第二侧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个包括第一组众多的显微结构的第一区域和至少一个包括第二组众多的显微结构的第二区域。第一区域和第二区域能沿着薄膜交替排列。

在特定的实施方案中，第一组众多的显微结构的峰顶在第二组众多的显微结构的峰顶上方延伸把所述的峰顶与毗邻的光学薄片、表面、薄膜、基体或其它膜层隔开以使浸湿、牛顿环、磨损、莫阿干涉条纹或其它的不理想的光学条件减到最少。第一组众多的显微结构的峰顶能在第二组众多的显微结构的峰顶上方延伸至少大约0.3微米。

在特定的实施方案中，所述的第一、第二和第三平面表面每个都有不同的截面长度。所述的第二组众多的显微结构包括底面，而所述的第一侧面包括从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显微结构的顶点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辐射固化的材料制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时间或以第一固化速率固化的而第二固化部分是按第二固化时间或以第二固化速率固化的，其中所述的第一固化时间或速率完全不同于第二固化时间或速率，从而导致在所述结构的表面上的不连续点。

在其它的实施方案中，提供有止于线形顶点的第一侧面和第二侧面的显微结构，其中至少一个区段的顶点在线形顶点上方延伸。所述的至少一个区段在特定的实施方案中可以是圆形的或细长的。

在另外其他的实施方案中，提供的光学结构包括光学层和众多显微结构，每个显微结构都至少有止于峰顶的第一侧面和第二侧面，其中所述棱镜的峰顶与所述的光学层充分地隔开，以避免或最大限度地减少浸湿之类的不理想的光学条件。所述的光学层可以包括漫射体。

在一个实施方案中，众多的显微结构是第一组众多的显微结构，而且所述的光学结构进一步包括放置在第一组众多的显微结构下面的第二组众多的显微结构。第二组众多的显微结构可以相对于第一组众多的显微结构偏置。

漫射体和/或波导可以放置在第二组众多的显微结构下面。至少若干所述的峰顶包括用来把所述的光学层与所述的峰顶隔开的升高部分。

所述的光学结构可以更进一步包括第二组众多的有底面、第一侧面和第二侧面的显微结构，其中所述的第一侧面包括第一平面表面，而所述的第二侧面包括第二平面表面和第三平面表面。所述的第一组众多的显微结构的峰顶在所述的第二组众多的显微结构的峰顶上方延伸，以便把所述的第二组众多的显微结构的峰顶与所述的光学层隔开以避免或最大限度地减少诸如浸湿之类不理想的光学条件。

附图说明

本发明上述的和其它的目的、特征和优点从下面在用相似的参考符号在不同的视图中处处代表相同的部份的附图中举例说明的本发明各种不同的实施方案的更具体的描述将变得明显。这些图画不必依比例绘制，而是强调举例说明本发明的原则。

图1是背后照明系统的剖视图。

图2是背后照明系统的另一个实施方案的透视图。

图3是用来举例说明“洛埃镜”的系统的剖视图。

图4是举例说明能影响浸湿条件的光路的图表。

图5是举例说明能在棱镜尖和毗邻表面之间的界面出现的第一干涉区域的图表。

图6是举例说明能在棱镜尖和毗邻表面之间的界面出现的第二干涉区域的图表。

图7是举例说明能在棱镜尖和毗邻表面之间的界面出现的第三干涉区域的图表。

图8是举例说明能在棱镜尖和毗邻表面之间的界面出现的第四干涉区域的图表。

图9是包括升高部分的线形棱镜的局部透视图。

图10是包括升高部分的线形棱镜的放大透视图。

图11是用来形成图9和图10所示的升高部分的工具的俯视图。

图12是能用来在薄膜上形成差动固化图案部分的图案的平面图。

图13是依照本发明其它的实施方案改变光线方向的薄膜的局部剖视图。

图14是依照本发明进一步的实施方案改变光线方向的薄膜的局部剖视图。

本发明的详细描述

本发明的各种不同的实施方案描述如下。通常，术语光学“薄片”指的是比较硬的基体，例如，一种可以靠在墙上本身不折叠起来的基体，而术语光学“薄膜”指的是更柔软的基体，例如，一种能卷起来的基体。然而，根据样品的大小和厚度，薄膜能充当薄片。例如，又小又薄的聚酯薄膜能足够硬，足以靠在墙上本身不折叠。为了理解本发明的各个方面，术语“薄片”和“薄膜”可以交替使用。本发明的薄片和薄膜能用诸如聚氨酯、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类的塑料材料制成。聚脲是在2002年8月8日提交的美国专利临时申请第60/402,484号和2003年8月3日提交的美国专利申请第10/634,122号中公开的，在此通过引证将每个申请的全部教导并入。

关于变向或准直薄膜的光学性能，人们已经发现，就个别有源点阵式液晶显示器的背后照明系统设计而言，具有特定的灯、波导和漫射体系统的光学效率能通过设计准直薄膜最大限度地利用衍射和和折射效应得到提高。例如，如图1所示，背后照明系统10包括光源12和反光镜14。光源12可能是荧光光源、LED光源、白炽光源或其它适当的光源。用来把光线引出背后照明系统的波导16可以是用透明的固体材料制成的并且可以是楔形的。在波导16的一个侧面上是用诸如铝或白色表面涂层之类的反射材料形成的用来把光线反射回波导16的波导反射镜18。

波导反射镜18可以是弯曲的或平坦的或它们的组合。漫射体20是把来自波导16的光线漫反射成实质上均匀分布的光线的薄膜。适当的漫射体的例子是有随机的网纹的表面或梯度指数薄膜或者设计好的衍射结构。

在漫射体20上方，第一光线变向或准直薄膜22可以如同将它们的教导在此通过引证全部并入的于2002年1月15日提交的美国专利申请第10/046,929号所揭示的和于2003年7月17日公开的美国专利申请公开第US2003/0133301号所公开的那样在毗邻波导16的第一侧面上有沟槽结构24。沟槽结构24可以有沿着第一条轴线从准直薄膜22的一个侧面向准直薄膜22的第二侧面展开的提供与棱镜表面32相对的不平滑的表面的一系列底平面26和平台28。线形棱镜表面32可以有棱镜表面33和窗口35而且是用透明的聚合物材料制成的。棱镜37有带峰顶39和谷底41的侧面33。棱镜37的跨距(p)是从一个谷底41到下一个谷底41测量的。在一个实施方案中，跨距可以在介于25微米和76微米(0.001英寸和0.003英寸)之间的范围中。线形棱镜37的高度(h)是用从底谷41到峰顶39的垂直距离测量的。高度(h)可以在介于7.6微米和38微米(0.0003英寸和0.0015英寸)之间的范围中。在峰顶39相遇的两个侧面33的夹角(β)被测量。角度(β)可以从大约60度变化到120度。在一个实施方案中，角度(β)在介于大约60度和85度之间或介于大约95度和120度之间的范围中。在峰顶39两侧的侧面33可以是从谷底41到峰顶39形成等边三角形的边长(1)。在特定的实施方案中，侧面可以有不同的长度，例如在不等边三角形的情况下，借此使棱镜倾斜。

底平面26和平台28是用实质上垂直于底平面26和平台28的壁面30连接起来的。壁面30可能相对于底平面26和平台28之一的垂线偏斜几度。另外，所述壁面可能是弯曲的。底平面26和平台28有这样的大小和间隔，以便减少牛顿环和莫阿干涉条纹的明显度，同时最大限度地减少与薄膜或棱镜峰顶的表面到表面的接触，借此减少浸湿。底平面26的宽度可以在介于大约1微米和大约300微米之间的范围中。在另一个实施方案中，底平面26的宽度可以在介于大约10微米和大约200微米之间的范围中。平台28的宽度可以在介于大约1微米和50微米之间的范围中。在另一个实施方案中，平台28的宽度可以介于大约10微米和大约50微米之间。平台28的宽度与底平面26的宽度之比可以在介于大约1到大约10的范围中。在一个实施方案中，底平面有大约150微米(0.006英寸)的宽度，而平台有大约25微米的宽度(0.001英寸)。在另一个实施方案中，底平面有大约185微米(0.0073英寸)的宽度，而平台有大约33微米(0.0013英寸)的宽度。壁面30可以有介于大约0.4微米和大约0.8微米之间的高度以便提供底平面26和平台28距所述薄膜的基点的绝对高度差。在一个实施方案中，壁面30的高度在介于大约0.5微米和0.8微米之间的范围中。底平面和平台之间的高度差可以几乎小于可见光的波长。平台的宽度尺寸可以每个都小于大约3.175微米(1.25×10^-4英寸)。

可选择的减少磨损层34可以放置在第一准直薄膜22和第二准直薄膜36之间。减少磨损层34可以在一个或两个表面上有沟槽结构以便通过减少浸湿或牛顿环来改善性能。在进一步的实施方案中，漫射层可以与减少磨损层34结合地或不与减少磨损层34结合地放置在第一准直薄膜22上面。

第二光线变向或准直薄膜36可以包括在毗邻第一准直薄膜22的第一侧面上的第二凹槽结构38和在对置侧面上的棱镜结构40。第二准直薄膜36的棱镜结构40可以按与第一准直薄膜22上的棱镜相同的方向取向。在特定的实施方案中，它可以通过把棱镜取向旋转大约180度被偏置。在一个实施方案中，第二准直薄膜36被相对于第一准直薄膜旋转大约九十度以减少莫阿干涉条纹形成和改善现有光线分布的均匀一致性。另外，如果减少磨损层34不存在，峰顶39以最小的接触与沟槽结构38交叉以减少薄膜之间的浸湿。

在第二准直薄膜36的上方是液晶显示器42。漫射层可以放置在第二准直薄膜36上面。有被设计成有与光源、波导和漫射体的性质相匹配的倾斜、尺寸和夹角的线形棱镜的准直薄膜提供得到改善的性能。使用夹角变动范围从95度到120度的线形棱镜的好处是提供能就计算机荧屏的观察角优化的光线分布。夹角被看作是三角形的线形棱镜结构的顶角。

能使用本发明的光学薄膜的实施方案的另一个实施方案被展示在图2。背后照明系统100包括光源102和反光镜104。波导106可以用透明的固体材料制成而且可以是楔形的。毗邻波导106的第一侧面108是用镜面反射材料制成的波导反射镜110。反射镜110可以与表面108略微隔开以允许全内反射在表面108发生。在其它的实施方案中，反射镜110可以在面对波导106的侧面上有沟槽结构。反射镜的沟槽结构可以涂抹镜面反射材料。在特定的实施方案中，如果反射镜110是透明的，反射镜可以在远离波导106的侧面上有涂层。第一侧面108在形状方面可以是成梯状的。波导106的第二侧面112在远离波导反射镜110的对面而且可以有沟槽结构114。

在波导106上方，第一准直薄膜116有峰顶120指向波导106的第一棱镜结构118。在进一步的实施方案中，漫射层被放置在波导106上面。第一准直薄膜116可以包括在第一棱镜结构118的窗口面上的第一沟槽结构122。在第一准直薄膜116上的线形棱镜的峰顶可以平行于光源102排列。第一沟槽结构122有与峰顶120平行的底平面124和平台126以便提供不平滑的结构表面。底平面124和平台126借助壁面128连接起来。壁面128可以实质上垂直于底平面124和平台126，包括偏离底平面和平台之一的垂线几度的壁面128。另外，壁面可以是弯曲的。底平面124和平台126可以是实质上平行的但不在同一平面上。

在第一准直薄膜116上面，第二准直薄膜130可以包括第二沟槽结构132和第二棱镜结构134。第二棱镜结构134的峰顶136指向远离波导106的方向。第二沟槽结构132有平行于峰顶136的底平面138和平台140以提供不平滑的结构表面。底平面138和平台140借助壁面142连接起来，而且在一个特定的实施方案中是实质上平行的但是不在同一平面上。

第二棱镜结构134的峰顶136可以按不平行于第一棱镜结构118的峰顶120的方向取向。另一种取向是90度。漫射层可以放置在第二准直薄膜130上面。

图3举例说明叫做“洛埃镜”的概念，它解释浸湿怎样才会发生，例如，在棱镜峰顶和毗邻表面之间的界面。洛埃镜是在标题为“Fundamentals of Optics(光学原理)”的一本书(Jenkins andH.E.White出版社(New York，McGraw-Hill)，第三版，第241-243页(1957))中描述的，在此通过引证将其教导全部并入。

例如，当来自点光源S的光线以切线入射并从玻璃板的平直表面220反射出去的时候，在反射光线中存在二分之一波长的相位变化。当反射光束(例如，光束222)与来自光源S未被反射的光束224结合的时候，干涉条纹产生。例如，区域226是暗带，因为光束222和224是相位相差180度。暗带和亮带交替排列是沿着区域228产生的。因为全内反射在超过临界角度的某个角度下发生，所以如果光线穿过玻璃板，同样的结果也能发生。

图4举例说明能影响浸湿条件的其它光路。在这个实施方案中，棱镜37毗邻薄片或薄膜402放置，薄片或薄膜402有第一表面404和第二个表面406。。在特定的实施方案中，表面404和406可能是实质上光学透明的。人们能看到在棱镜37的峰顶39大约±1微米的空间408之外的光线R在表面404和406被折射。在空间408里面的光线R仅仅在表面406被折射。结果是在表面406上光线图案的均匀一致性改变。这种表面特性与洛埃镜条纹结合形成浸湿条件。

图5-8举例说明对于每个锐利的棱镜尖230在所述的尖和毗邻的表面(例如漫射体232)之间的界面能发生洛埃镜条纹的四个位置。漫射体表面充当成像屏从而使条纹变成看得见的。光源234被展示在每幅图的底部。图5-8分别举例说明能出现干涉条纹的第一个条纹区域236、第二个条纹区域238、第三个条纹区域240和第四个条纹区域242。

白色光源的结果是在棱镜尖230的两侧比较宽的灰色条纹带。如果棱镜尖230是平的或以任何方式略微弄圆的，那么在棱镜尖230的峰顶上也可能存在牛顿条纹。人们能使用下面的公式计算连续的洛埃镜型条纹之间的距离ΔX，(虽然所述条纹因为漫射体232向尖顶230倾斜四十五度的角度实际上将会比计算结果分开得更宽)：给定光线的波长＝[(ΔX)×(实像和虚像之间的距离)]/从光源到漫射体表面的距离。例如，假定红光的波长是大约0.6微米，实像和虚像之间的距离是大约十微米，而从光源到漫射体表面的距离是大约150.0微米。上述假定给出大约九微米的ΔX，或考虑到四十五度的漫射体倾斜，它是大约十二微米。因此，对于红光，暗条纹能恰好毗邻尖顶发生，而另一个暗条纹能发生在距尖顶大约十二微米的地方。

采用白光，因为波长是从大约300纳米到700纳米的连续光谱，在所述区域中存在明暗条纹交叠的连续谱。业已发现通过把棱镜尖230与毗邻表面(例如，漫射体)隔开，洛埃镜条纹实质上能被减到最少，甚至完全消除。

图9和图10举例说明已经依照本发明原则构成的光学薄膜144的一个实施方案。所述薄膜144可以用于在此揭示的任何实施方案，例如，图1和图2的照明系统。众多的线形棱镜146每个都包括在峰顶152相交的第一侧面148和第二侧面150。底154是在每个棱镜146的窗口面提供的。虽然线形棱镜已被举例说明，但是薄膜144可以包括诸如棱镜、棱锥、截头棱锥、双凸透镜、圆锥体、虫眼结构表面、网纹表面、底平面和平台、和/或透镜阵之类的显微结构。

众多的也可以称之为隆起、特征、尖头或高度差定位器的升高部分156可以在至少若干峰顶152上提供。在进一步的实施方案中，升高部分156可以在底部表面或窗口面158上和/或在平台28上提供。升高部分156有利于把薄膜144与毗邻的光学薄片、表面、薄膜、基体或其它膜层隔开，使浸湿、牛顿环、磨损、莫阿干涉条纹或其它不理想的光学条件减到最少。在棱镜侧面146中形成的微小弯曲(例如，表面147)将减少劳埃德镜条纹效应。

在特定的实施方案中，升高部分156随机地在薄膜144上定位。在另一个实施方案中，升高部分156在薄膜144上按预定的图案定位。在图9和图10的实施方案中，每个升高部分156都是细长的，有介于大约一微米和十微米之间的长度160。升高部分156可以有介于大约0.3微米和20微米之间高度162，即，部分156在峰顶152上方伸出的距离。升高部分156的壁面可以是任何形状，包括直的、凸起的或凹进的。

在其它的实施方案中，线形棱镜146的跨距164可以有介于大约10微米和100微米之间的范围，而且在特定的实施方案中，该跨距可以是大约49微米。在升高部分156之间的距离168(即，升高部分156之间垂直于线形峰顶152的纵轴的距离)可以有介于大约2540微米和5080微米(0.1英寸和0.2英寸)之间的范围。距离170(即，部分156之间平行于线形峰顶152的纵轴的距离)可以有介于大约2540微米和5080微米(0.1英寸和0.2英寸)之间的范围。在特定的实施方案中，随机隆起非常密集的表面在线形棱镜146上形成。

升高部分156的特定形状和尺寸可以改变。在一个实施方案中，特征是在加工时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线折射但不引起光线散射的部分156。图11是能用来形成升高部分156的工具的放大500倍的俯视图。

在形成升高部分156的方法的一个实施方案中，镀铜或镀镍的滚筒被磨成非常平滑的表面。然后，顶点高度(滚筒上的深度)恒定的线形棱镜沟槽被划到滚筒之中。升高部分156可以用有菱形切削刀片的动态伺服系统和用沟槽或用线性编码器引导的追踪系统在滚筒上形成。微米深度水平恒定的升高部分156可以以随机的间隔加到棱镜146的峰顶152上，即，在滚筒上切割出棱镜的谷底。随机的间隔在特定的实施方案中是使用随机数发生器控制的，该随机数发生器是用升高部分156的最小间隔判据设定的。

当升高部分156被切削成平滑的滚筒表面的时候，镀铜或镀镍的滚筒首先被磨平，然后升高部分156被加到不论什么都需要的恒定的微米级深度上。在特定的实施方案中，所述深度比预期的更深，以致滚筒可以被再次磨平或弄平滑，直到所述的升高部分156在预期的深度。滚筒可能是镀铬的以便增加对制造工艺的耐用性。在进一步的实施方案中，所述滚筒能用来在薄膜的窗口面上浇注显微结构图案。该图案可能是随机的、规则的或两者的组合。因此，在一个实施方案中，在薄膜上形成图案的方法包括磨平滚筒的表面，直到该表面是实质上平滑的，在所述的滚筒表面上雕刻图案的负像，如果需要，再次磨平和再次雕刻滚筒的表面，直到图案的负像在滚筒的表面上达到预期的深度，然后在薄膜上用所述的滚筒表面浇注图案。所述图案可以浇注在薄膜的窗口面上。在一个实施方案中，图案中的结构有在介于大约0.010微米和3.00微米之间的范围中的高度。

例如，导致完成部份或薄膜的升高部分156的高度162是这样定尺寸的，以致在峰顶152的顶部和用来减少薄膜之间的浸湿条件、牛顿环和磨损的毗邻部份之间存在最小半微米的空间。在进一步的实施方案中，如果毗邻部份是玻璃珠漫射体，例如，提供所需要的两微米空间的一半的玻璃珠漫射体，那么升高部分156只需要组成所需要的总空气间隙的一半。

在任何公开的实施方案中，薄膜的一个或两个侧面(例如，棱镜146或底部表面158)可以包括用相同的可光固化或辐射固化的材料制成的第一固化部分和第二固化部分，如同在此通过引证将其教导全部并入的于2001年8月10日提交的美国专利申请第09/928,247号所揭示的和于2002年5月2日美国专利申请公开第US2002/0051866号所公开的那样。换言之，在用辐射源固化的时候，把掩模层或阻挡辐射层放在棱镜146或底部表面158上，从而导致在被固化的结构表面上看得见的不连续。图12举例说明能在掩模层上提供的可仿效的图案172。在这个实施方案中，所述图案包括由四个钝角不等边三角形组成的图形174。在其它的实施方案中，所述图案可能是实质上随机的而且可以包括任何几何形状。可辐射固化的材料是借助可被定义为能引起光化学反应的电磁辐射的光化辐射固化的。如果差动固化图案是在棱镜的窗口面上形成的，那么在对置面上的升高部分的形状可能扭曲或改变升高部分的形状。

众所周知，人类的眼睛在大约0.31米(1.0英尺)的正常阅读或观看距离下不能分辩大约200微米(0.008英寸)以下的东西。另外，在薄膜之间大约2.0微米的间隙是实质上减少或消除引起问题的光学效应所必需的。因此，如果差动固化的结构或升高部分156在尺寸方面小于200微米而且它们被随机地或非随机地隔开1,000微米的距离以致不足大约10％的表面接触毗邻的表面，那么看得见的缺陷将不出现。升高部分156或差动固化结构足够宽，以致如果棱镜薄膜是配对部份，那么棱镜的顶点将与部分156相匹配并且停留在部分156上，例如，形成预期的空气间隙。

在进一步的实施方案中，虫眼结构或虫眼结构表面能在窗口面或底部表面158上形成以提高光线通过薄膜144的通过量。虫眼结构在通过引证在此将它们的教导全部并入的与2001年5月17日公开的国际专利公开第WO 01/35128号相对应的于2002年3月12日授权给Nilsen等人的美国专利第6,356,389号中给出更详尽的解释。

图13是依照本发明其它的实施方案的光线变向薄膜176的局部剖视图。薄膜176包括第一组众多的有第一统一尺寸的线形棱镜178和第二组众多的有第二统一尺寸的线形棱镜180。第一组众多的线形棱镜178包括第一侧面182、第二侧面184和底或窗口面186。在一个实施方案中，第一侧面182和第二侧面184以90度角在顶点或峰顶186相交。第二组众多的线形棱镜180包括第一侧面188、第二侧面190和底或窗口面192。在这个实施方案中，如同在此通过引证将其教导全部并入的2001年12月13日申请的美国专利申请第10/023,204号和2002年7月25日公开的美国专利申请第2002/0097496号所揭示的那样，第二侧面190包括在点198相交的第一平面表面194和第二平面表面196。

在一个实施方案中，第一侧面188实质上是平面的并且在顶点或峰顶200与第一平面表面194相交。夹角α₁可以有介于大约60度和120度之间的范围而且在特定的实施方案中是大约93度。平面表面194和196之间的夹角α₂可以有介于大约160度和180度之间的范围而且在特定的实施方案中是大约171度。峰顶186如同箭头202指出的那样在峰顶200上方延伸把毗邻的膜层与薄膜176隔开。在特定的实施方案中，峰顶186在峰顶200上方延伸大约0.5到20微米的范围。在其它的实施方案中，两个或多个平面表面可以在棱镜178、180的一个或多个侧面上提供。

在特定的实施方案中，棱镜178和180可以在沿着薄膜176周期性地交替的区域中分组。预定数目的一组棱镜178被这样毗邻预定数目的一组棱镜180放置，以致毗邻的结构被充分地与薄膜176隔开以减少看得见的光学缺陷。在其他的实施方案中，棱镜178和180可以随机地放置在薄膜176上。在特定的形成薄膜176的方法中，与棱镜180相对应的模具部分可以先被切割，然后切割与棱镜178相对应的模具部分。

图14举例说明有第一组众多的线形棱镜206和第二组众多的线形棱镜208的薄膜204的另一个实施方案。在所述实施方案中，棱镜208有侧面210，该侧面有两个形成大于180度的角度α₃的平面表面212、214。在特定的实施方案中，夹角α₄可以有介于大约60度和120度之间的范围而且在特定的实施方案中是大约87度。棱镜206、208可以类似于薄膜176的棱镜178、180被放置在薄膜204上。在上述实施方案中，与棱镜206相对应的模具部分可以被首先切割，然后切割模具中与棱镜212相对应的模具部分。

若干光学结构和创造性的概念是在共同拥有的于2003年5月2日提交的美国专利申请第10/428,318号中公开的，在此将其教导通过引证全部并入。这些光学结构和概念可以与本文公开的创造性原则一起使用。

尽管这项发明已参照其各种不同的实施方案被具体地展示和描述，但是熟悉这项技术的人将理解在形式和细节方面各种不同的改变可以在不脱离权利要求书所包含的本发明的范围情况下得以实现。

Claims (54)

1.众多的显微结构，每个显微结构都有止于峰顶的至少第一侧面和至少第二侧面，至少若干峰顶包括在所述峰顶上方延伸的升高部分。

2.根据权利要求1的显微结构，其中所述的众多显微结构是为以准直方式改变光线方向而设计的。

3.根据权利要求1的显微结构，其中所述的升高部分在峰顶上方延伸把所述峰顶与毗邻表面隔开以减少看得见的缺陷。

4.根据权利要求3的显微结构，其中所述的升高部分把毗邻表面与所述峰顶隔开至少大约0.3微米。

5.根据权利要求1的显微结构，其中所述显微结构构成背投屏、计算机显示器或监视器、高架投影显示器或液晶显示器的组成部份。

6.根据权利要求1的显微结构，其中所述的显微结构有在所述显微结构的窗口面的一系列底平面和一系列平台，所述的底平面和平台沿着第一条轴线展开，所述的平台和底平面沿着第二条轴线交替排列，所述的平台与所述的底平面不在同一平面上。

7.根据权利要求6的显微结构，其中至少若干平台包括升高部分扩充在平台上面。

8.根据权利要求1的显微结构，其中所述的显微结构包括线形棱镜、棱镜、棱锥、截头棱锥、双凸透镜、圆锥体、虫眼结构表面、衍射结构、衍射结构表面、网纹表面、透镜、底平面和平台、和/或透镜阵。

9.根据权利要求1的显微结构，进一步包括在所述显微结构的窗口面上提供的显微结构图案。

10.根据权利要求9的显微结构，其中至少所述窗口面的若干区域包括在窗口面上方延伸的升高部分。

11.根据权利要求1的显微结构，其中差动固化图案是在所述显微结构的窗口面之上和/或之内形成的。

12.根据权利要求11的显微结构，其中所述图案是通过把掩模放置在所述显微结构的所述窗口面之上，然后用辐射源固化所述棱镜形成的，所述掩模包括不透明的区域和透明的区域，其中所述的不透明区域阻挡辐射使所述不透明区域下面的窗口区域以不同于透明区域下面的区域的时间或速率固化，从而导致所述的图案。

13.根据权利要求1的显微结构，进一步包括在所述显微结构的窗口面上提供的虫眼结构表面。

14.根据权利要求13的显微结构，其中所述窗口面的至少若干区域包括在所述窗口面上方延伸的升高部分。

15.根据权利要求1的显微结构，其中所述显微结构有介于大约60度和120度之间的夹角。

16.一种包括众多显微结构的光学薄膜，其中至少若干所述的显微结构包括高度差定位器。

17.根据权利要求16的光学薄膜，其中所述薄膜是为以准直方式改变光线方向而配置的。

18.根据权利要求16的光学薄膜，其中所述的高度差定位器把所述的光学薄膜与毗邻的薄膜、表面或结构隔开。

19.根据权利要求18的光学薄膜，其中所述的毗邻的薄膜、表面或结构至少包括光线变向薄膜、准直薄膜、减少磨损层、光导、偏振结构或漫射体之一。

20.根据权利要求16的光学薄膜，其中所述显微结构是用来准直光线的。

21.根据权利要求16的光学薄膜，其中所述的显微结构构成背投屏，计算机显示器或监视器，高架投影显示器或液晶显示器的组成部份。

22.根据权利要求16的光学薄膜，其中所述的显微结构有在所述显微结构窗口面的一系列底平面和一系列平台，所述的底平面和平台沿着第一条轴线展开，所述的平台和底平面沿着第二条轴线交替排列，所述的平台与所述的底平面不在同一平面上。

23.根据权利要求16的光学薄膜，进一步包括在所述显微结构的窗口面上提供的差动固化图案。

24.根据权利要求16的光学薄膜，其中所述的显微结构包括线形棱镜、棱镜、棱锥、截头棱锥、双凸透镜、圆锥体、虫眼结构表面、衍射结构、衍射结构表面、网纹表面、透镜、偏振表面、底平面和平台、和/或透镜阵。

25.根据权利要求16的光学薄膜，其中显微结构图案是在所述的显微结构的窗口面上提供的。

26.根据权利要求16的光学薄膜，其中差动固化图案是在所述显微结构的窗口面之上和/或之内形成的。

27.一种光学薄膜，其中包括：

第一组众多的有底面、第一侧面和第二侧面的显微结构；以及

不同于第一组众多显微结构的第二组众多的有底面、第一侧面和第二侧面的显微结构，所述的第一侧面包括第一平面表面，而所述的第二侧面包括第二平面表面和第三平面表面。

28.根据权利要求27的光学薄膜，其中所述薄膜包括至少包含第一组众多的显微结构的第一区域和至少包含第二组众多的显微结构的第二区域。

29.根据权利要求28的光学薄膜，其中所述的第一区域和第二区域沿着所述薄膜交替排列。

30.根据权利要求27的光学薄膜，其中所述的第一组众多的显微结构的峰顶在所述的第二组众多的显微结构的峰顶上方延伸。

31.根据权利要求30的光学薄膜，其中所述的第一组众多的显微结构的峰顶在所述的第二组众多的显微结构的峰顶上方延伸至少大约0.3微米。

32.根据权利要求27的光学薄膜，其中所述的第一、第二和第三平面表面每个都有不同的截面长度。

33.根据权利要求32的光学薄膜，其中所述的第二组众多的显微结构包括一个底，而且其中所述的第一侧面包括从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显微结构的峰顶延伸到所述的第二平面表面。

34.根据权利要求27的光学薄膜，其中所述的第一组众多的显微结构有大约90度的第一侧面和第二侧面的夹角。

35.根据权利要求27的光学薄膜，其中所述的第二组众多的显微结构有介于大约60度和120度之间的第一平面表面和第二平面表面的夹角。

36.根据权利要求27的光学薄膜，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.根据权利要求27的光学薄膜，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.根据权利要求27的光学薄膜，其中所述薄膜包括用相同的可辐射固化的材料制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时间或速率固化的，而所述的第二固化部分是按第二固化时间或速率固化的，所述的第一固化时间或速率不同于第二固化时间或速率，足以在所述结构的表面上造成间断点。

39.一种有止于直线顶点的第一侧面和第二侧面的显微结构，其中至少一个区段的顶点在所述直线顶点上方延伸。

40.根据权利要求39的显微结构，其中所述至少一个区段是圆形的。

41.根据权利要求39的显微结构，其中所述至少一个区段是细长的。

42.一种光学薄膜，其中包括：

沿着第一方向取向的众多显微结构；以及

至少一个在所述显微结构的峰顶上方延伸的结构，所述的至少一个结构是随机地在所述薄膜上定位的。

43.根据权利要求42的光学薄膜，进一步包括在所述薄膜的窗口面上提供的差动固化图案。

44.一种光学结构，其中包括：

光学层；以及

众多的显微结构，每个显微结构都至少有止于峰顶的第一侧面和第二侧面，所述显微结构的峰顶借助在至少若干峰顶上的间隔要素与光学层充分地隔开以避免或最大限度地减少不理想的光学条件。

45.根据权利要求44的光学结构，其中所述的光学层包括漫射体。

46.根据权利要求44的光学结构，其中所述的众多显微结构是第一组众多的显微结构，所述的光学结构进一步包括放置在所述的第一组众多显微结构下面的第二组众多的显微结构。

47.根据权利要求46的光学结构，其中所述的第二组众多显微结构相对于所述的第一组众多显微结构是偏置的。

48.根据权利要求46的光学结构，进一步包括放置在所述的第二组众多显微结构下面的漫射体。

49.根据权利要求48的光学结构，进一步包括放置在所述漫射体下面的波导。

50.根据权利要求44的光学结构，其中所述的众多显微结构是第一组众多的显微结构，而且进一步包括第二组众多的显微结构，第二组众多的有底面、第一侧面和第二侧面的显微结构，第一侧面包括第一平面表面，而第二侧面包括第二平面表面和第三个平面表面。

51.根据权利要求50的光学结构，其中所述的第一组众多的显微结构的峰顶在所述的第二组众多的显微结构的峰顶上方延伸把所述的第二组众多的显微结构的峰顶与所述的光学层隔开以避免或最大限度地减少不理想的光学条件。

52.一种在薄膜上形成图案的方法，该方法包括：

(a)磨平滚筒的表面，直到所述表面变成实质平滑；

(b)在所述滚筒的所述表面雕刻所述图案的负像；

(c)如果需要，再次磨平并再次雕刻所述滚筒的所述表面，直到所述图案的负像在所述滚筒的所述表面上达到预期的深度；以及

(d)用所述滚筒的所述表面在所述薄膜上浇注所述图案。

53.根据权利要求52的方法，进一步包括在薄膜的窗口面上浇注所述图案。

54.根据权利要求52的方法，其中所述图案中的结构有介于大约0.010微米和3.00微米之间的高度。

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