專利名稱：有可變角棱鏡的光學(xué)薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及透光光學(xué)薄膜，更為具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種有一可變角棱鏡陣列的光學(xué)薄膜。
背景技術(shù)：
背投顯示設(shè)備，比如液晶顯示(LCD)裝置，通常使用楔型光導(dǎo)向裝置將基本線性的光源，如冷陰極熒光燈(CCFL)，聯(lián)接到基本平面的輸出。該平面的輸出然后聯(lián)接到LCD。
判斷顯示設(shè)備的性能通常是它的亮度。從主觀上來(lái)講，總體亮度的相當(dāng)小的增加不易被顯示設(shè)備的最終用戶所察覺(jué)，但有可能客觀地測(cè)量這種亮度的相當(dāng)小的增加。盡管不直接受到最終用戶的評(píng)判，但是，客觀測(cè)量的僅很小百分比的總體亮度增加的顯示，例如，也許小如1％，使用這種顯示的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師已感到十分明顯的良好。這是因?yàn)?，設(shè)計(jì)師只需配置較小的能量給顯示設(shè)備，就仍然能達(dá)到一可接受的亮度水平。對(duì)電池供電的便攜式裝置，這就轉(zhuǎn)變成較長(zhǎng)的供電時(shí)間。
增加顯示亮度的可供選擇的方案包括采用更多或更亮的光源。與能降低對(duì)顯示設(shè)備能量配置的能力相反，附加的光源和/或更亮的光源會(huì)消耗更多的能量，對(duì)便攜式設(shè)備來(lái)講，這關(guān)聯(lián)到減少電池的壽命。增加設(shè)備的光源還會(huì)增加產(chǎn)品的成本，導(dǎo)致設(shè)備可靠性的降低。
提高亮度還可通過(guò)更有效地利用顯示設(shè)備內(nèi)可供的光來(lái)實(shí)現(xiàn)，即引導(dǎo)顯示器內(nèi)更多的可利用光沿優(yōu)選的觀看軸線。許多原理被應(yīng)用在顯示設(shè)備中以改進(jìn)顯示設(shè)備的效率。例如，具有棱鏡結(jié)構(gòu)的亮度加強(qiáng)膜常常用來(lái)引導(dǎo)那些否則沿觀察軸線不被看見的光。一典型的平面顯示設(shè)備可利用不同的薄膜來(lái)提供總亮度，高對(duì)比度的顯示，這種顯示沿優(yōu)選的觀察方向有基本均勻的輸出。表面漫射體或主體漫射體有時(shí)用來(lái)遮掩光導(dǎo)向裝置輸出的缺陷，但是大部分漫射體使光從觀察軸線上擴(kuò)散，因而減小了軸線上的亮度。
光導(dǎo)向裝置的改進(jìn)也對(duì)改善顯示設(shè)備的亮度作出了貢獻(xiàn)。典型的光導(dǎo)向裝置通過(guò)漫射抽取光，并通過(guò)幾何再循環(huán)得以提高。進(jìn)入光導(dǎo)向裝置的光線遇到漫射元件，通常有一種白點(diǎn)圖形施加在光導(dǎo)向裝置的表面，通過(guò)從光導(dǎo)向裝置擴(kuò)散而被漫射地抽取。其它光線在光導(dǎo)向裝置內(nèi)全部?jī)?nèi)反射，直到遇見一漫射元件。在這些過(guò)程中，遭到衰減，因?yàn)楣馐锹涞乇怀槿?，未?jīng)任何平行(于軸線)的校正，因而軸線上亮度較低。通過(guò)加強(qiáng)，在一準(zhǔn)平行性過(guò)程中，漫射光線更多地被導(dǎo)向軸線上，結(jié)果提高了軸線上亮度。
另一種從光導(dǎo)向裝置抽取光的方法是應(yīng)用受抑全內(nèi)反射(TIR)。在受抑TIR的一種型式中，光導(dǎo)向裝置有一楔形，光導(dǎo)向裝置厚邊緣上的光線入射是全內(nèi)反射，直至達(dá)到相對(duì)于光導(dǎo)向裝置頂面和底面而言的臨界角。這些次臨界角光線然后被抽取，或更緊貼地以相對(duì)于輸出表面的掠射角從光導(dǎo)向裝置折射。為了有益于照亮一顯示設(shè)備，這些光線然后必須轉(zhuǎn)向基本平行于顯示設(shè)備的觀察軸線或輸出軸線。通常利用一轉(zhuǎn)向鏡或一轉(zhuǎn)向薄膜來(lái)實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)向。
一轉(zhuǎn)向鏡或轉(zhuǎn)向薄膜通常包括形成于輸入表面上的棱鏡結(jié)構(gòu)，輸入表面布置成鄰近光導(dǎo)向裝置。光線以一掠射角(通常與輸出表面交角小于30°)從光導(dǎo)向裝置發(fā)出，并與棱鏡結(jié)構(gòu)相遇。光線在棱鏡結(jié)構(gòu)的第一表面折射，在棱鏡結(jié)構(gòu)的第二表面折射，這樣光線經(jīng)轉(zhuǎn)向鏡或轉(zhuǎn)向薄膜導(dǎo)向到所要的方向，例如，基本平行于顯示器的觀察軸線。
起因于受抑TIR的光導(dǎo)在目前所知的顯示設(shè)備中尚未得到足夠補(bǔ)償?shù)墓鈱W(xué)效果可被看作是波紋(ripple)。波紋是楔形光輸出亮度的周期性波動(dòng)。波紋的幅值、空間頻率和相位主要由楔角、輸入口和燈與輸入口的聯(lián)接來(lái)確定。出射角和離開楔的出射位置直接映射到輸入口的一位置上和一離開輸入口的發(fā)射角上。因此，從輸入口發(fā)出的空間分量和角度分量的不均勻性映入楔形輸出亮度的對(duì)應(yīng)變化上。結(jié)果造成這樣一種效應(yīng)，其中，顯示屏具有平行于光源的亮帶和暗帶的出現(xiàn)。這種效應(yīng)最明顯的是在靠近光導(dǎo)向裝置的入口處，但可在整個(gè)輸出表面上被觀察到。
糾正波紋或主要遮掩波紋出現(xiàn)的種種努力包括添加某種形式的光能或擴(kuò)散到楔結(jié)構(gòu)以努力提供更多的均勻光的抽取。然而，這些努力被證明未達(dá)到讓人完全滿意的程度。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明，一種有益于減少或消除波紋(亮度的不均勻性)的光學(xué)薄膜形成有一形成于輸入表面上的轉(zhuǎn)向棱鏡陣列。陣列中的棱鏡是組群的棱鏡，其包括兩個(gè)或多于兩個(gè)的棱鏡結(jié)構(gòu)的棱鏡。
在本發(fā)明的第一方面，光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜有一第一表面，其包括一棱鏡陣列。該陣列有多個(gè)第一棱鏡和多個(gè)第二棱鏡，每個(gè)第一棱鏡有一第一棱鏡結(jié)構(gòu)，每個(gè)第二棱鏡有一不同于第一棱鏡結(jié)構(gòu)的第二棱鏡結(jié)構(gòu)。該光學(xué)薄膜還有相對(duì)于第一表面的第二表面，以一掠射角導(dǎo)向到第一表面的光線通過(guò)光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜被多個(gè)第一棱鏡和多個(gè)第二棱鏡所導(dǎo)向，并以基本平行于顯示器觀察方向的角度從第二表面發(fā)出。
在本發(fā)明的另一方面，光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜是一具有第一表面和第二表面的透光光學(xué)薄膜片。在第一表面上形成有多個(gè)第一光改向棱鏡和多個(gè)第二光改向棱鏡。多個(gè)第一光改向棱鏡和多個(gè)第二光改向棱鏡布置在第一表面上的一棱鏡陣列中。第一光改向棱鏡有一第一棱鏡結(jié)構(gòu)，第二光改向棱鏡有一不同于第一棱鏡結(jié)構(gòu)的第二棱鏡結(jié)構(gòu)。該多個(gè)第一光改向棱鏡和第二多個(gè)光改向棱鏡被組織成多個(gè)第一棱鏡組和多個(gè)第二棱鏡組。第一棱鏡組和第二棱鏡組被布置在第一棱鏡和第二棱鏡的圖案中。
在本發(fā)明的另一方面，照明裝置有一具有一輸入表面和一輸出表面的光導(dǎo)向裝置。入射到輸入表面的光線折射進(jìn)入光導(dǎo)向裝置并通過(guò)TIR在光導(dǎo)向裝置內(nèi)傳播。然后這些光線通過(guò)受抑的TIR以相對(duì)于輸出表面的掠射角離開輸出表面。一光源與輸入表面相聯(lián)接以將光線投射在輸入表面上，一轉(zhuǎn)向薄膜靠近輸出表面設(shè)置。轉(zhuǎn)向薄膜有一第一表面和相對(duì)于第一表面的第二表面。一棱鏡陣列形成于轉(zhuǎn)向薄膜的第一表面，該棱鏡陣列有多個(gè)第一棱鏡和多個(gè)第二棱鏡，其中第一棱鏡有第一棱鏡結(jié)構(gòu)，第二棱鏡有不同于第一棱鏡結(jié)構(gòu)的第二棱鏡機(jī)構(gòu)。該陣列是布置成能使光線從掠射角改向到基本上與照明裝置的觀察軸線對(duì)齊的角度。


參照附圖，下面詳細(xì)描述本發(fā)明的幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解本發(fā)明的諸多優(yōu)點(diǎn)和特性，在本說(shuō)明書上，相同的標(biāo)號(hào)代表相同的元件。其中圖1是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的一照明裝置的示意圖；圖2是按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的一轉(zhuǎn)向薄膜的示意圖；
圖3是按照本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的一轉(zhuǎn)向薄膜的示意圖；圖4是顯示光線在一展開的TIR光導(dǎo)向裝置中傳播的示意圖；圖4a是光線離開一光導(dǎo)向裝置并通過(guò)一轉(zhuǎn)向透鏡被轉(zhuǎn)向的示意圖；圖5是進(jìn)一步圖示本發(fā)明原理的一與圖4相似的示意圖；圖6是是按照本發(fā)明的又一優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的轉(zhuǎn)向薄膜的示意圖；以及圖7是按照本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例構(gòu)造的照明裝置的示意圖；具體實(shí)施方式
本發(fā)明利用幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例來(lái)進(jìn)行描述，特別是選用適宜用于背投系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向薄膜，背投系統(tǒng)通常用于平面顯示設(shè)備，例如膝上輕便型電腦顯示器或臺(tái)式屏幕顯示器。然而，本發(fā)明不只限于一種應(yīng)用，本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)作出評(píng)價(jià)，本發(fā)明實(shí)際上可應(yīng)用于任何的光學(xué)系統(tǒng)，例如，應(yīng)用于投影屏幕設(shè)備和平面電視機(jī)。因此，在此所述的優(yōu)選實(shí)施例不應(yīng)看作本發(fā)明廣泛范圍內(nèi)限定的應(yīng)用。
參照?qǐng)D1，一照明系統(tǒng)10包括光學(xué)上相連的一光源12；一光源反射器14；一光導(dǎo)向裝置16，該光導(dǎo)向裝置16具有一輸出表面18、一背表面20、一輸入表面21和一端表面22；一靠近背表面20的反射器24；一有輸入表面28和輸出表面30的第一光線改向元件26；一第二光線改向元件32；和一反射式偏振鏡34。光導(dǎo)向裝置16可以是一楔型或其改型。眾所周知，光導(dǎo)向裝置的目的是保證從光源12發(fā)出的光在遠(yuǎn)大于光源的面積上均勻分布，具體地說(shuō)，在由輸出表面18所形成的大體上整個(gè)面積上均勻分布。光導(dǎo)向裝置16最好能在一緊湊而薄的封殼內(nèi)實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)。
光源12可以是一CCFL，其邊緣聯(lián)接于光導(dǎo)向裝置16的輸入表面21，燈反射器14可以是一反射薄膜，其包住光源12形成一燈室。反射器24背襯光導(dǎo)向裝置且成為有效的背反射器，例如，朗伯(lambertian)薄膜或鏡薄膜或兩者的組合。
邊緣聯(lián)接的光從輸入表面21向端表面22傳輸，并受TIR的限制。光線通過(guò)TIR的限制從光導(dǎo)向裝置16抽取。約束在光導(dǎo)向裝置16內(nèi)的光束，由于楔角以及每次TIR的反射，增加了光束相對(duì)于頂壁和底壁平面的入射角。因此，光線最終折射出每個(gè)輸出表面18和背表面20，因?yàn)楣饩€已不再被TIR所容納。從背表面20折射出的光線通過(guò)反射器24以鏡面方式或漫反射方式反射回光導(dǎo)向裝置16并大部分通過(guò)光導(dǎo)向裝置16。第一光改向元件26布置成使從輸出表面18發(fā)出的光線改向到基本上沿平行于優(yōu)選的觀察方向。該優(yōu)選的觀察方向可以是輸出表面18的法線方向，但更為常見的是與輸出表面18成某個(gè)角度。
如圖2所示，第一光改向元件26是一透光光學(xué)薄膜，其中，輸出表面30基本上是平面的，而輸入表面28形成有由棱鏡38，40和42組成的陣列36。第二光改向元件32也可是透光薄膜，例如諸如3M亮度加強(qiáng)膜產(chǎn)品(以牌號(hào)BEFIII銷售)的亮度加強(qiáng)膜，該產(chǎn)品由明尼蘇達(dá)·圣·保羅的3M公司出品。反射式偏振鏡34可以是一無(wú)機(jī)的、聚合物的、膽甾醇(cholesteric)的液晶反射式偏振鏡或薄膜。合適的薄膜是3M漫射反射式偏振鏡薄膜產(chǎn)品(以牌號(hào)DRF銷售)或鏡面反射式偏振鏡薄膜產(chǎn)品(以牌號(hào)DBEF銷售)，兩者均由3M公司出品。
更為具體地參見圖2，在陣列36內(nèi)，每個(gè)棱鏡38，40和42與其各個(gè)相鄰的棱鏡相比，形成有不相同的邊角。這就是說(shuō)，棱鏡38由不同于棱鏡40(角C和D)和棱鏡42(角E和F)的邊角(角A和B)組成。如圖所示，棱鏡38有一棱鏡角，即，該夾角等于角A和B之和。同樣的，棱鏡40有一棱鏡角等于角C和B之和，而棱鏡42有一棱鏡角等于角E和F之和。盡管陣列36如圖所示包括基于不同棱鏡角的三個(gè)不同棱鏡結(jié)構(gòu)，但應(yīng)該理解，實(shí)際上可使用任何數(shù)量的不同的棱鏡。
棱鏡38，40和42也能以共有棱鏡角但棱鏡取向有變化的方式來(lái)形成。在圖2中，用“l(fā)”表示棱鏡38的棱鏡軸線。如圖所示的棱鏡38，棱鏡軸線l可設(shè)置成垂直于輸出表面30，也可設(shè)置成與輸出表面有交角，對(duì)棱鏡40，角度偏向光源的圖示為假想軸線“l(fā)+”，對(duì)棱鏡42，角度偏離光源的圖示為假想軸線“l(fā)-”。
如圖2所示棱鏡38，40和42在陣列36內(nèi)以有規(guī)律的重復(fù)棱鏡圖案或組群43來(lái)進(jìn)行布置，而陣列36未被圖示為相同的棱鏡鄰接相同的棱鏡，這種結(jié)構(gòu)也是可被使用的。而且，在陣列36內(nèi)，棱鏡38，40和42可連續(xù)地變化，從例如棱鏡結(jié)構(gòu)38的第一棱鏡結(jié)構(gòu)，到例如棱鏡結(jié)構(gòu)40的第二棱鏡結(jié)構(gòu)，依此類推。例如，棱鏡結(jié)構(gòu)可以梯度的方式變化，從第一棱鏡結(jié)構(gòu)到第二棱鏡結(jié)構(gòu)。或者，棱鏡以逐級(jí)的方式變化，類似于圖2所示的結(jié)構(gòu)。在每個(gè)組群43中，棱鏡有一棱鏡間距，其選取為小于空間波紋頻率。同樣地，各組群之間應(yīng)有一規(guī)則的組群間距。
盡管如圖2所示的陣列36有具對(duì)稱結(jié)構(gòu)的棱鏡，但例如如圖3所示，在光改向元件26’上形成的陣列36’，也可被采用。然后參照?qǐng)D3，在陣列36’中，例如，棱鏡38’的角A’不等于角B’。類似地，對(duì)于棱鏡40’和42’，角C’不等于角A’和角D’，角E’不等于角A’、角C’或角F’中的任一個(gè)。使用一具有預(yù)定角度的單一鉆石切削刀具，使之在每次切割時(shí)傾斜，就可以獲得具有不同棱鏡角度和對(duì)稱性的棱鏡，從而可便利地形成陣列36’。然而，有一點(diǎn)要理解的是，采用單一切削刀具，棱鏡角度將是相同的，即A+B＝C+D＝E+F。
盡管可以采用多種棱鏡的尺寸以實(shí)現(xiàn)光導(dǎo)向裝置16的輸出形狀的改型，但也可設(shè)想采用少至兩個(gè)的不同棱鏡結(jié)構(gòu)，并布置在陣列36內(nèi)的各組群里。棱鏡邊角變化的一個(gè)目的是散布和添加光能的變化量到第一光改向元件26中去。棱鏡38，40和42的變化的結(jié)構(gòu)可用來(lái)提供對(duì)光導(dǎo)向裝置輸入口的基本均勻的取樣，其使從光導(dǎo)向裝置16中抽取的光中的不均勻性減到最小程度。最終結(jié)果是能有效地將波紋效應(yīng)減小到最低程度，尤其是在靠近光導(dǎo)向裝置16的入口端21處。
參見附圖4，圖中示出了約束在兩個(gè)非平行鏡表面，例如，在楔形光導(dǎo)向裝置中的TIR鏡表面之間的光路的展開圖。其中一個(gè)代表一經(jīng)歷多次TIR反射的光線，它作為穿過(guò)光導(dǎo)向裝置表面的多個(gè)圖像的一直線。因此，由一系列楔橫截面堆積在一起而構(gòu)造成扇形結(jié)構(gòu)，其中，左邊界構(gòu)成了光導(dǎo)向裝置的輸入表面和它的反射圖像。隨著光線從輸入表面移開，對(duì)著每個(gè)鏡面平面的約束角增加一與楔角相等的量。頂邊界代表一光抽出表面，不論是光導(dǎo)向裝置的頂還是光導(dǎo)向裝置的底，在那里光線通過(guò)TIR的抑制，從光導(dǎo)向裝置中出射而進(jìn)入到空氣。以這種方式觀察光導(dǎo)向裝置，光路是直線的且TIR的反射次數(shù)容易計(jì)數(shù)。亦可尋跡使抽出的光線回到它在輸入孔上的起始點(diǎn)。
光線在角度范圍大約5°至23°內(nèi)從楔發(fā)出。該下限值是受抑TIR透射的起動(dòng)值，剛巧在約束角超過(guò)TIR的限值之后。較大的角度代表截止強(qiáng)度，這是由于在遞增的約束角內(nèi)多次反射行為耗盡的結(jié)果。精確的光抽出范圍取決于楔角和光學(xué)系數(shù)。
在圖4a中，光線403和404被抽出，然后通過(guò)一具有相同的鄰接棱鏡401的轉(zhuǎn)向透鏡轉(zhuǎn)向一觀察者。光線403以相對(duì)于該平面大約5°角出射(相對(duì)于法線85°)，大約是出射光線圖紋的下限值，然而被棱鏡401轉(zhuǎn)向到光路405，大約與法向交角為-7.5°。光線404以大約23°角出射(相對(duì)于法線67°)，是出射光線圖紋的上限值，然后被棱鏡401轉(zhuǎn)向到光路406，大約與法向交角為10°。
如果光線403和405分別從發(fā)射表面上的點(diǎn)B和點(diǎn)A發(fā)出，則一位于光線405和406的頂角的觀察者407能看到點(diǎn)A和點(diǎn)B之間的全范圍的發(fā)射光線圖紋。光線401和402，在光導(dǎo)向裝置之內(nèi)，指回向楔的輸入表面。我們看到這些外部光線的起始點(diǎn)被扇形左邊界上20個(gè)輸入孔的寬度所分隔。因此，當(dāng)觀察者407從點(diǎn)A掃描到點(diǎn)B時(shí)，他看到楔輸入孔的20倍的成像。如果從燈到輸入孔之間的光連接無(wú)論是空間的還是角度的都是非均勻的，則觀察到的非均勻性是波紋型的。
本發(fā)明考慮的是鄰接的轉(zhuǎn)向透鏡中的多棱鏡結(jié)構(gòu)以及這種結(jié)構(gòu)在光輸出均勻性上的效果。例如，轉(zhuǎn)向薄膜有三棱鏡結(jié)構(gòu)的組群，每個(gè)棱鏡角為68.88°，但可相對(duì)于轉(zhuǎn)向透鏡的法線具有不同的棱鏡軸線取向，角度為-1.5°，0°和1.5°。從觀察者引出的三條光線，每條進(jìn)入一組群中的一個(gè)棱鏡，這三條光線將通過(guò)展開的光路圖尋跡回到輸入表面的不同位置處。參照?qǐng)D5，在楔的輸出表面上示明了三個(gè)位置“A”，“B”和“C”。在每個(gè)位置上，3條光線的光線錐從輸出表面引伸到輸入表面光瞳的扇形內(nèi)。如圖5所看到的，即使從最靠近燈一端的位置“A”出發(fā)，光線錐也能覆蓋整個(gè)光瞳的寬度。因此，提供了密堆積的光瞳的取樣，其造成局部顯示亮度的柔和性。棱鏡結(jié)構(gòu)的光學(xué)設(shè)計(jì)取決于楔幾何形狀的細(xì)節(jié)和光學(xué)指數(shù)。
至此討論的棱鏡組群43都有基本相似的結(jié)構(gòu)。也就是說(shuō)，同樣數(shù)目的棱鏡具有同樣的棱鏡結(jié)構(gòu)的分布。這并不是一種要求，組群43可在結(jié)構(gòu)上變化。這種布置可減小這種可能性，即，盡管輸入角度的差別很小，但在某個(gè)位置，對(duì)某個(gè)角度，小孔取樣會(huì)發(fā)生在幾乎同一個(gè)小孔位置。這會(huì)導(dǎo)致與波紋相似的局部干擾型式的圖紋。
棱鏡角范圍是從30°-120°，但可以是40°-75°，還可以是60°-75°。在組群中的棱鏡間的角度差可大約為1 °-10°，還可進(jìn)一步大約為1°-5°。棱鏡的間距，即棱鏡距，如上所討論的應(yīng)小于波紋空間頻率，不管怎樣可以從1μm-1000μm，還可從20μm-100μm，進(jìn)一步可為30μm-50μm。棱鏡距為50μm的陣列36的陣列距也可近似為150μm。由于折射面的效應(yīng)和在反射面的TIR，棱鏡結(jié)構(gòu)也受光學(xué)透射薄膜的折射率的影響。典型的薄膜材料的折射率范圍是1.35-1.75。例如對(duì)折射率為1.586的聚碳酸酯材料，以及標(biāo)稱的光發(fā)出(掠射)角為13°的光導(dǎo)向裝置而言，可采用標(biāo)稱夾角為68.9°的棱鏡結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)參照?qǐng)D6，按本發(fā)明的另一實(shí)施例而形成的轉(zhuǎn)向薄膜44，包括在一輸入表面46上的棱鏡陣列45。該棱鏡陣列45具有至少有第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)的棱鏡47，上述兩種結(jié)構(gòu)旨在減小波紋效應(yīng)。而且，棱鏡47形成有一弧形的反射面48。棱鏡角確定為反射面48的切線和折射面49之間的夾角。如上所述，相對(duì)于陣列36而言，為減小波紋效應(yīng)，棱鏡被成組群地布置在陣列44內(nèi)。在各組群中，棱鏡角可以變化和/或棱鏡的取向(即棱鏡軸線與法線的夾角)可以變化。應(yīng)該給予理解的是形成的兩種表面應(yīng)是弧形面結(jié)構(gòu)。
包括一棱鏡陣列的薄膜(例如陣列36，36’或44)可通過(guò)擠壓或澆注和固化工藝形成。通過(guò)鉆石將陣列結(jié)構(gòu)加工成圓柱形坯料或輥?zhàn)?，以首先形成母模。在該表面形成陣列結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)是眾所周知的螺紋切削。第一螺紋切削出滾軸的長(zhǎng)度，第一螺紋相應(yīng)于第一棱鏡結(jié)構(gòu)。從鄰近于第一螺紋的位置出發(fā)，切削第二螺紋。切削第二螺紋時(shí)，使用不同的切削刀具或者為產(chǎn)生第二棱鏡結(jié)構(gòu)調(diào)整切削刀具。反復(fù)這種過(guò)程，改變切削刀具和/或采用多種刀具，直到所有理想的棱鏡結(jié)構(gòu)形成為止。
或者，使用一種可調(diào)整的切削刀具，該刀具在切削螺紋的過(guò)程中可加以調(diào)整。切削出單個(gè)螺紋，在切削過(guò)程中刀具連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，從而連續(xù)地改變棱鏡結(jié)構(gòu)，這樣就在具有不同棱鏡結(jié)構(gòu)的陣列中形成了諸棱鏡。
還有另一種加工方法是橫向進(jìn)給地切削棱鏡結(jié)構(gòu)。橫向進(jìn)給切削法可使用多種切削刀具來(lái)實(shí)現(xiàn)，一種對(duì)應(yīng)于一種棱鏡結(jié)構(gòu)。一種可調(diào)整的切削刀具可被采用，對(duì)為切削每種棱鏡結(jié)構(gòu)，不斷調(diào)整刀具。
另一種加工成形的可能性包括使用一種快速刀具伺服(FTS)致動(dòng)器。一種FTS致動(dòng)器的圖示和描述，可參見共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朜o.( )中，題為“光學(xué)薄膜”(代理人檔案號(hào)No.53772USA6A)以及美國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)朜o.( )題為“表面缺陷減少的光學(xué)薄膜及其制作方法”(代理人檔案號(hào)No.7780374US01)，為參考起見，這里特地引入了上述的公開技術(shù)。
如前面提及的美國(guó)專利應(yīng)用所述，F(xiàn)TS可有利地將抗?jié)窈?或其它性質(zhì)融入到陣列36中。潮濕(wet-out)是當(dāng)顯示裝置內(nèi)兩個(gè)相鄰的光學(xué)表面互相接觸時(shí)出現(xiàn)的光學(xué)缺陷。為了防止潮濕，如前面提及的美國(guó)專利應(yīng)用所述，可在兩個(gè)相鄰表面中的一個(gè)或兩個(gè)表面上形成隨機(jī)分布的峰和谷，即局部最大和最小，以最低程度減少相鄰表面之間的接觸面積和規(guī)律性。這樣，第一光改向元件26的輸入表面可以形成如包括抗潮濕結(jié)構(gòu)，輸出表面也同樣如此。
現(xiàn)參照?qǐng)D7所示的照明裝置50，一光導(dǎo)向裝置52組成照明裝置50的一部分，其包括一第一進(jìn)入表面54、一第二進(jìn)入表面56、一輸出表面58和一背表面60。第一光源62包括一第一光源反射器64并與第一進(jìn)入表面54相連接。第二光源66包括一第二光源反射器68并與第二進(jìn)入表面相連接。第一光改向元件70設(shè)置在鄰近輸出表面58處。第一光改向元件70包括一輸入表面72和一輸出表面74。該照明裝置50還包括一與背表面60鄰接的反射器76、一第二光改向元件78和一反射式偏振鏡80。光導(dǎo)向裝置52可以是楔型或其改型。眾所周知，光導(dǎo)向裝置50的目的是從兩個(gè)光源62和66向遠(yuǎn)比光源本身面積大許多的面積有效地傳播光線，更具體地來(lái)說(shuō)，基本上是輸出表面58形成的整個(gè)面積。
第一光改向元件70較佳地是一透光薄膜，其輸入表面72以與上述第一光改向元件26的陣列36相似的方式形成有棱鏡陣列。由于照明裝置50有一設(shè)置在兩端的光源，因而形成棱鏡陣列的結(jié)構(gòu)可以是對(duì)稱的也可以是非對(duì)稱的并具有不同的棱鏡角。這可保證從進(jìn)入表面54和56進(jìn)入光導(dǎo)向裝置52的光線沿著所需的觀察軸線轉(zhuǎn)向。該棱鏡陣列起到將從光導(dǎo)向裝置52中出來(lái)的光沿一優(yōu)選的觀察方向改向的作用，還起到減少波紋感覺(jué)的作用。
從兩邊照亮光導(dǎo)向裝置的結(jié)果是，光線從兩個(gè)相對(duì)的進(jìn)入表面54和56進(jìn)入，可在光導(dǎo)向裝置52的中心部分82產(chǎn)生一種光的缺陷。在光改向結(jié)構(gòu)70的輸入表面72上形成的棱鏡陣列可以在相應(yīng)的中心部分84變化，以與陣列減少感覺(jué)波紋同樣的方式來(lái)減少這種可感覺(jué)的光缺陷。
鑒于上述的描述，本發(fā)明的修改和變更的實(shí)施例，對(duì)本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員是很顯然明白的。本描述僅為了說(shuō)明而已，其目的是教會(huì)本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員以最佳的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。在基本不脫離本發(fā)明的精神的前提下，結(jié)構(gòu)和方法的細(xì)節(jié)可以變化，并保留在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)所有修改的專有應(yīng)用權(quán)。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜包括一第一表面；在第一表面上形成的一棱鏡陣列，其中棱鏡陣列包括多個(gè)第一棱鏡，每個(gè)第一棱鏡具有一第一棱鏡結(jié)構(gòu)，以及多個(gè)第二棱鏡，每個(gè)第二棱鏡具有一與第一棱鏡結(jié)構(gòu)不同的第二棱鏡結(jié)構(gòu)；一與第一表面相對(duì)的一第二表面；以及其中入射到所述的第一表面的光線沿一優(yōu)選的觀察軸線被多個(gè)第一棱鏡和多個(gè)第二棱鏡所折射和反射。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，多個(gè)第一棱鏡和多個(gè)第二棱鏡布置在陣列內(nèi)的各組群中。
3.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，多個(gè)第一棱鏡包括至少一組具有第一棱鏡結(jié)構(gòu)的第一棱鏡，多個(gè)第二棱鏡包括至少一組具有第二棱鏡結(jié)構(gòu)的第二棱鏡，其形成在鄰近至少一組第一棱鏡的第一表面上。
4.如權(quán)利要求3所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，多個(gè)第一棱鏡包括至少另一組具有第一棱鏡結(jié)構(gòu)的第一棱鏡，其形成在鄰近至少一組第二棱鏡的第一表面上。
5.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一多個(gè)棱鏡插入在第二多個(gè)棱鏡中。
6.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一棱鏡具有一第一不對(duì)稱結(jié)構(gòu)以及第二棱鏡具有一與第一不對(duì)稱結(jié)構(gòu)不同的第二不對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
7.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一棱鏡具有一第一棱鏡角以及第二棱鏡具有一與第一棱鏡角不同的第二棱鏡角。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一棱鏡角和第二棱鏡角均在30°-120°的范圍內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一多個(gè)棱鏡和第二多個(gè)棱鏡被棱鏡距所隔開，其中棱鏡距的范圍在1μ-1000μ。
10.如權(quán)利要求9所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一多個(gè)棱鏡和第二多個(gè)棱鏡以組群的形式布置，其中組群間有組群間距。
11.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，陣列包括多個(gè)第一棱鏡中的一個(gè)和多個(gè)第二棱鏡中的一個(gè)之間的過(guò)渡部分，這種過(guò)渡部分包括從第一棱鏡結(jié)構(gòu)向第二棱鏡結(jié)構(gòu)的基本連續(xù)的再配置結(jié)構(gòu)。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，多個(gè)第一棱鏡和多個(gè)第二棱鏡以組群的形式布置，其中每個(gè)組群包括至少一個(gè)所述的過(guò)渡部分。
13.權(quán)利要求1所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一棱鏡結(jié)構(gòu)和第二棱鏡結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)包括一弧形面。
14.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，每個(gè)第一棱鏡結(jié)構(gòu)和第二棱鏡結(jié)構(gòu)包括隨機(jī)分布的峰和谷。
15.一種光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜包括一具有第一表面和第二表面的透光的光學(xué)薄膜片；在第一表面形成的多個(gè)第一光改向棱鏡；在第一表面形成的多個(gè)第二光改向棱鏡；多個(gè)第一光改向棱鏡和多個(gè)第二光改向棱鏡布置在第一表面的棱鏡陣列中；第一光改向棱鏡具有一第一棱鏡結(jié)構(gòu)；第二光改向棱鏡具有一與第一棱鏡結(jié)構(gòu)不同的第二棱鏡結(jié)構(gòu)；多個(gè)第一光改向棱鏡和多個(gè)第二光改向棱鏡被排列成多個(gè)第一棱鏡組和多個(gè)第二棱鏡組；且其中，第一棱鏡組和第二棱鏡組按第一棱鏡和第二棱鏡的圖案布置在陣列中。
16.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，多個(gè)第一棱鏡和多個(gè)第二棱鏡分別有棱鏡峰，其中棱鏡峰與薄膜片的縱向軸線對(duì)齊。
17.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一棱鏡組和第二棱鏡組被穿插開。
18.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一棱鏡具有一第一不對(duì)稱結(jié)構(gòu)以及與第一不對(duì)稱結(jié)構(gòu)不同的第二棱鏡結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一棱鏡具有一第一棱鏡角以及第二棱鏡具有一與第一棱鏡角不同的第二棱鏡角。
20.如權(quán)利要求19所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一棱鏡角和第二棱鏡角均在30°-120°范圍之內(nèi)。
21.如權(quán)利要求15所述的光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜，其特征在于，第一棱鏡和第二棱鏡被棱鏡距所隔開，且其中棱鏡距的范圍在1μ-1000μ。
22.一照明裝置包括一光導(dǎo)向裝置，該光導(dǎo)向裝置具有一輸入表面和一輸出表面，其中投射在輸入表面上的光線，通過(guò)受抑的全內(nèi)反射以相對(duì)于輸出表面的一掠射角在輸出表面抽出；一聯(lián)接于所述輸入表面以將光線投射到輸入表面上的光源；一轉(zhuǎn)向薄膜，該轉(zhuǎn)向薄膜包括一第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面，其中，第一表面與光導(dǎo)向裝置的輸出表面光學(xué)地相連接；以及在轉(zhuǎn)向薄膜的第一表面形成的一棱鏡陣列，該棱鏡陣列包括具有一第一棱鏡結(jié)構(gòu)的多個(gè)第一棱鏡，以及具有一與第一棱鏡結(jié)構(gòu)不同的第二棱鏡結(jié)構(gòu)的多個(gè)第二棱鏡，該棱鏡陣列是布置成能使光線從掠射角向與照明裝置的觀察軸線基本對(duì)齊的角度改向。
23.如權(quán)利要求22所述的照明裝置，其特征在于，該第二表面與顯示裝置光學(xué)地相連接。
24.如權(quán)利要求22所述的照明裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括一設(shè)置在轉(zhuǎn)向薄膜和顯示裝置之間的光改向結(jié)構(gòu)。
25.如權(quán)利要求22所述的照明裝置，其特征在于，轉(zhuǎn)向薄膜包括一光學(xué)投射薄膜片。
26.如權(quán)利要求22所述的照明裝置，其特征在于，第一棱鏡和第二棱鏡布置在該陣列內(nèi)的棱鏡圖案中。
27.如權(quán)利要求22所述的照明裝置，其特征在于，第一棱鏡和第二棱鏡基本上與轉(zhuǎn)向薄膜的縱軸線對(duì)齊。
全文摘要
一種光學(xué)轉(zhuǎn)向薄膜具有一包括一棱鏡陣列的第一表面。所述陣列具有多個(gè)第一棱鏡和多個(gè)第二棱鏡,每個(gè)第一棱鏡均具有一第一棱鏡結(jié)構(gòu),每個(gè)第二棱鏡均具有一不同于第一棱鏡結(jié)構(gòu)的第二棱鏡結(jié)構(gòu)。該光學(xué)薄膜還具有一與所述第一表面相對(duì)的第二表面,入射到第一表面的光線被多個(gè)第一棱鏡和多個(gè)第二棱鏡引導(dǎo)成沿著一基本平行于一觀察軸線的方向。
文檔編號(hào)G02F1/13357GK1378653SQ00813969
公開日2002年11月6日 申請(qǐng)日期2000年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年10月8日
發(fā)明者M·E·加德納, S·科布, K·A·愛潑斯坦, W·D·科雷特曼 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司