專利名稱：減少莫爾效應(yīng)的具有不規(guī)則棱形結(jié)構(gòu)的光學(xué)基板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有結(jié)構(gòu)化表面(structured surface)的光學(xué)基板，特別涉 及能增強(qiáng)亮度的光學(xué)基板，更特別地，涉及用于具有平面光源的平面顯示 器的能增強(qiáng)亮度的光學(xué)基板。
背景技術(shù)：
所有提及的公開參考文獻(xiàn)在此全文引作結(jié)合。
平面顯示科技廣泛應(yīng)用于電視顯示器、電腦顯示器及掌上型電子產(chǎn)品 (如手機(jī)、個人數(shù)位助理(PDA)等)。液晶顯示器(LCD)是平面顯示器中的 一種， 它配置有一具有像素陣列以表現(xiàn)出圖像的液晶(LC)模塊。在背光LCD中， 亮度增強(qiáng)膜使用棱形體形的結(jié)構(gòu)沿著視線軸(即與顯示器垂直)引導(dǎo)光線，以 增強(qiáng)由顯示器使用者所看到的光的亮度，因而可使這個系統(tǒng)用較少的能量 來產(chǎn)生所需要的軸上照明。
現(xiàn)有的亮度增強(qiáng)膜中，在膜的光線發(fā)射表面上設(shè)置有平行的棱形體形 溝槽、透鏡狀溝槽或金字塔形結(jié)構(gòu)，用以改變薄膜與空氣界面的角度，使 光線能從薄膜發(fā)出，并使光線能傾斜入射在薄膜的其他表面，以在更垂直 于薄膜的光輸出面的方向上重新分配光線。亮度增強(qiáng)膜具有平滑的光入射 面，經(jīng)由此面使光由背光模塊進(jìn)入。迄今，許多應(yīng)用使用兩個彼此相對轉(zhuǎn) 動的亮度增強(qiáng)膜層，各膜層的溝槽彼此成90度角。
在平面顯示器中使用兩個亮度增強(qiáng)膜時，可能產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象， 即由于兩個亮度增強(qiáng)膜的表面上的兩個棱形體形的周期圖案之間相干造成 出現(xiàn)莫爾圖案。至今為止，亮度增強(qiáng)膜已經(jīng)發(fā)展出各種不同的結(jié)構(gòu)化表面 以避免形成莫爾圖案。在采用單層亮度增強(qiáng)膜的平面顯示器中，形成莫爾 圖案的周期圖案包括在薄膜上的棱形體形結(jié)構(gòu)的圖案及這些圖案的反射圖 像(當(dāng)被平面顯示器中的其他表面反射)所造成。另外，亮度增強(qiáng)膜的結(jié)構(gòu)及 LC模塊上的像素陣列也會形成莫爾圖案。
例如，美國專利號碼5，280,371公開了使用兩層亮度增強(qiáng)膜的不同的空間頻率或平行間距。它更進(jìn)一步公開了相對于LC模塊的像素陣列旋轉(zhuǎn)至少 一個亮度增強(qiáng)膜，使得薄膜上的縱向結(jié)構(gòu)與像素陣列形成一角度，進(jìn)而減 少莫爾效應(yīng)。然而，由于傳統(tǒng)的亮度薄膜的制造工藝，需要明顯的剪切(trimming)以得到一矩形的亮度增強(qiáng)膜，以與矩形的平面顯示器一起使用， 如此相對于LC模塊的像素陣列而言，棱形結(jié)構(gòu)形被旋轉(zhuǎn)一角度。這方法大 大地增加了生產(chǎn)的成本。美國專利號5，919，551公開一種結(jié)構(gòu)化的光學(xué)薄膜以及釆用 一層或多層 所述薄膜的光學(xué)顯示器，所述光學(xué)薄膜具有平行的可變間距的峰和/或溝槽 以減少可見的莫爾干涉圖案。間距變化可以在相鄰的峰和/或谷之間或是介 于相鄰的成對的峰和/或谷之間。光學(xué)薄膜的截面視圖沿著峰及谷的方向保 持不變。美國專利號6,862,141公開一種光學(xué)基板，其具有三維的表面且具有約 l厘米或更少的相關(guān)長度(correlation length )。此光學(xué)基板限定有被第二個 表面結(jié)構(gòu)功能所調(diào)整的第一表面結(jié)構(gòu)功能，所述第一表面結(jié)構(gòu)功能從第一 束進(jìn)入的光線產(chǎn)生至少一個反射分量。三維表面的各峰位于相同的平面上。 這光學(xué)基板適用于各種不同的應(yīng)用，包括亮度增強(qiáng)。這份專利提供相當(dāng)復(fù) 雜的方法來獲得光學(xué)基板的表面結(jié)構(gòu)。從這份專利無法清楚地知道光學(xué)基 板實際上是如何被實現(xiàn)。更進(jìn)一步的說，懷疑所公開的結(jié)構(gòu)其亮度增強(qiáng)的 程度是否能達(dá)到與棱形體形薄膜相當(dāng)?shù)某潭?。我們所需要的是一種成本低的光學(xué)基板，其能提供在單層基板中具有 亮度增強(qiáng)與減少莫爾效應(yīng)兩者的表面結(jié)構(gòu)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種光學(xué)基板，其具有一種在單層基板中的可增強(qiáng)照明或 亮度及減少莫爾效應(yīng)的結(jié)構(gòu)化表面。本發(fā)明的一方面中，光學(xué)基板可以是 膜狀、片狀、碟狀及其他形狀類似的形式，可以是柔性的或剛性的，具有 三維變化的結(jié)構(gòu)化的光輸出表面，包括一組不規(guī)則的棱形結(jié)構(gòu)及一組非結(jié) 構(gòu)化的光滑且平的光輸入面。在本發(fā)明的一具體實例中，在整個光學(xué)基板結(jié)構(gòu)中，光輸出面與光輸 入面通常是互相平行的(即并不形成大體呈錐形、凹狀或凸?fàn)畹恼麄€基板 結(jié)構(gòu))。在本發(fā)明的另 一具體實例中，光輸出面的不規(guī)則的棱形結(jié)構(gòu)可視為包 括橫向地(并排地)布置的縱向不規(guī)則棱形塊，限定出峰及谷?？v向不規(guī)則棱形塊的小面(facet)則被限定于每一個相鄰的峰與谷間?？v向變化的棱形結(jié)構(gòu) 有一個或多個如下的結(jié)構(gòu)特性。至少多個不規(guī)則棱形塊具有由 一大端呈錐 形延伸到一小端的形式，或從較寬的寬度到較窄的寬度的形式，或從高的 峰高度到低的峰高度的形式。相鄰的峰、相鄰的谷、和/或相鄰的峰與谷在 至少一定范圍的橫向棱形塊中是不平行的。相鄰的峰、相鄰的谷、和/或相 鄰的峰與谷可以規(guī)則地、半規(guī)則地、隨機(jī)地、或擬隨機(jī)地方式交替地從平 行變化為非平行。類似的，相對于一特定的縱向方向，非平行的峰、谷和/ 或峰與谷可以規(guī)則地、半規(guī)則地、隨機(jī)地、或擬隨機(jī)地在收斂至發(fā)散間交替。所有的峰并不位于相同的平面上，而所有的谷可或不可位于相同的平 面上。橫截峰及谷的縱向截面不是恒定的。橫跨棱形塊橫向相鄰的峰、相 鄰的谷和/或相鄰的峰及谷的間距以規(guī)則地、半規(guī)則地、隨機(jī)地、或擬隨機(jī)的方式改變。在本發(fā)明的另 一具體實例中，光輸出表面的不規(guī)則棱形結(jié)構(gòu)可視為包 括并排或橫向多行布置的不規(guī)則棱形塊，其中每一個不規(guī)則棱形塊的縱行 可視為包括以連續(xù)的方式端部與端部連接的多個不規(guī)則棱形塊。在一具體 實例中，相同的行中 一個棱形塊的小端部連接到另外一個棱形塊的小端部， 而一個棱形塊的大端部連接到另外一個棱形塊的大端部。橫向相鄰的峰、 相鄰的谷和/或相鄰的峰及谷是不平行的。橫跨棱形塊的多個峰與谷結(jié)構(gòu)可 具有與先前的具體實例相似的結(jié)構(gòu)特性。相鄰的不規(guī)則棱形塊可以是具有 相同長度的不規(guī)則的縱向段，或是具有不同長度的隨機(jī)或擬隨機(jī)的不規(guī)則 段。在本發(fā)明更進(jìn)一步的具體實例中，相鄰行的棱形塊的峰或谷都是平行 的，且一行的不規(guī)則棱形塊與另 一行的不規(guī)則棱形塊相交。在本發(fā)明另外一具體實例中，每個棱形塊的一個或多個小面可能是大 體平的或彎曲的(凸的和/或凹的)。


為了能完全了解本發(fā)明的特性及優(yōu)點以及較佳的使用模式，可參考如 下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明。在以下的附圖中，相似的參考符號指代相似的部件。圖1概要說明根據(jù)本發(fā)明的一具體實例的具有光學(xué)基板的LCD結(jié)構(gòu)。 圖2根據(jù)本發(fā)明的一具體實例是光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化光輸出面的透視圖。 圖3是圖2的結(jié)構(gòu)化光輸出面的俯視圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一具體實例的不規(guī)則棱形塊的透視圖，其可被視 為光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化光輸出面的結(jié)構(gòu)單元。圖5根據(jù)本發(fā)明的另一具體實例的光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化光輸出面的概要 透視圖。圖6根據(jù)本發(fā)明的一具體實例的排列成行的多個不規(guī)則棱形塊的概要透視圖。圖7根據(jù)本發(fā)明的一更進(jìn)一步的具體實例的光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化光輸出 面的概要透視圖。圖8是圖7的結(jié)構(gòu)化光輸出面的俯視圖。圖9A根據(jù)本發(fā)明的一具體實例的排列成行的多個塊的概要透視圖，包 括不規(guī)則與規(guī)則棱形塊的混合。圖9B根據(jù)本發(fā)明的另一具體實例的圖9A的成行的棱形塊的另一實例 的概要透視圖，其中以平面來看棱形塊斜彎一角度。圖10根據(jù)本發(fā)明的另 一 具體實例的光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化光輸出面的透視圖。圖11根據(jù)本發(fā)明的更進(jìn)一步的具體實例的光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化光輸出面 的透視圖。圖12是圖11的結(jié)構(gòu)化光輸出面的俯視圖。圖13根據(jù)本發(fā)明的更進(jìn)一 步的具體實例的光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化光輸出面的透視圖。圖14是圖13的結(jié)構(gòu)化光輸出面的俯視圖。圖16根據(jù)本發(fā)明的一具體實例的電子裝置的概要圖，包括一具有本發(fā) 明的光學(xué)基板的LCD面板。
具體實施方式
本描述是目前實現(xiàn)本發(fā)明的最好的形態(tài)。本發(fā)明在此所描述參照了各種不同的具體實例及附圖。本描述是為了闡明本發(fā)明的 一般性原理因此不 該視為限制的觀點。在不悖離本發(fā)明的范圍與精神下，以本發(fā)明所提及的 方式加以變化及增進(jìn)并且完成的技術(shù)是被贊許的。而本發(fā)明的范圍最好是 參考所附的權(quán)利要求來決定。本發(fā)明涉及一種具有結(jié)構(gòu)化表面以增強(qiáng)亮度及減少莫爾效應(yīng)(moir6 effect)的光學(xué)基板。根據(jù)本發(fā)明的一方面，光學(xué)基板是膜形、片形、板形等 形狀，可以是柔性的或剛性的，并且具有三維變化的結(jié)構(gòu)化的光輸出面，說明性的但不限于此，本發(fā)明將描述LCD中使用的光學(xué)基板，此LCD具有 包括大體長方形的顯示區(qū)域以顯示圖像的LC面板。圖1圖示一平面顯示器的例子。依據(jù)本發(fā)明的其中一具體實例的背光 LCD 10包括液晶(LC)顯示器模塊12;背光模塊14形式的平面光源；及 幾個插入LC模塊12與背光模塊14間的光學(xué)薄膜。LC模塊12包括夾在兩 個透明基板之間的液晶，以及限定二維像素陣列的控制線路。背光模塊14 提供平面光分布，可以是光源于平面上延展的背光形態(tài)，也可以是如圖1 所示的邊緣光源形態(tài)，在光導(dǎo)器18的邊緣設(shè)置線性光源16。提供反射器 20以導(dǎo)引光線由線性光源16經(jīng)由光導(dǎo)器18邊緣進(jìn)入光導(dǎo)器18中。此光導(dǎo) 器是結(jié)構(gòu)化的(例如具有逐漸變窄的板，并且在背對IC模塊12的底面具有 光反射和/或散射表面的結(jié)構(gòu))，以便經(jīng)由面朝LC模塊12的頂平面分散和引 導(dǎo)光。此光學(xué)薄膜可包括上下散射膜22及24，以散射從光導(dǎo)器18的平面 來的光線。光學(xué)薄膜更進(jìn)一步包括上下結(jié)構(gòu)化表面，及依據(jù)本發(fā)明的光學(xué) 基板26和28，用以重新分布經(jīng)過的光，以使從薄膜發(fā)出的光線的分布沿著 更垂直于薄膜表面的方向。光學(xué)基板26和28常在本領(lǐng)域中作為如照明或 亮度增強(qiáng)膜、光引導(dǎo)膜(light redirecting film)及方向性散射膜等。光線從 上述光學(xué)薄膜組合進(jìn)入LC模塊12,空間均勻地分布于LC模塊12的平面 上，并且具有相對強(qiáng)的垂直光強(qiáng)度。依據(jù)本發(fā)明的光學(xué)基板可與LCD—起 用以各種顯示器，例如電視、筆記型電腦、螢?zāi)?、可攜式裝置(如手機(jī)、 PDA及相關(guān)產(chǎn)品)，以增強(qiáng)顯示器亮度。在本發(fā)明的一具體實例中，在整個光學(xué)基板結(jié)構(gòu)中， 一般而言，光輸 出面與光輸入面是彼此平行的(即，通常并不形成整個基板結(jié)構(gòu)如同背光模 塊的光導(dǎo)板一樣呈錐形的形狀，或者凹的形狀或是凸的形狀)。參照圖2，光學(xué)基板30具有一平坦光滑的光輸入面32，并且有一具有不規(guī)則棱形結(jié)構(gòu) 的光輸出面34，此不規(guī)則棱形結(jié)構(gòu)可視為包括布置成在橫向行(即并排排列) 的縱向不規(guī)則棱形塊。為了容易參考，在此將采用如下的正交x、 y、 z軸系統(tǒng)用以解釋各種 不同的方向。如圖2所示，x軸是橫跨峰、谷的方向，也被稱為橫向的方向。 棱形塊的縱向方向參照俯視圖中棱形塊35的峰36。 y軸與x軸正交，大致 沿棱形塊35的縱向方向。棱形塊35為不規(guī)則的幾何形狀時，y軸可以不必 位于縱向方向或是俯一見圖中沿著峰(例如，圖3)。光輸入面32位于x-y平面 上。對長方形的光學(xué)基板來說，x及y軸可沿著基板的正交邊緣。z軸正交 于x及y軸。表示棱形塊的橫向行的端部的邊緣位于x-z平面上，如圖2所 示。棱形塊35的橫截面是指沿著y軸的不同位置的x-z截面。進(jìn)一步來說， 水平方向是指在x-y平面中，而垂直方向是指z方向。圖4說明單個縱向、不規(guī)則的棱形塊35。棱形塊35可視為依據(jù)本發(fā)明 的一具體實例中的光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)單元。須注意的是，在此以下顯然，各個棱形塊連接從而沿縱向和/或橫向相鄰各個棱形塊。因為棱形塊事實上并 非由單獨分離的塊組合在一起，棱形塊的材料是連續(xù)不斷的單體結(jié)構(gòu)，本 質(zhì)上沒有實際的接觸或相鄰面。然而，為了易于說明本發(fā)明，光學(xué)基板的 結(jié)構(gòu)化表面可視為由多個棱形塊所組成。然而，棱形塊的小面結(jié)構(gòu)外觀很 明顯的是來自于此結(jié)構(gòu)面。棱形塊的端面或谷由位于縱向相鄰的塊之間的 過渡部分(如示意圖所示的過渡線)所限定的。更進(jìn)一步的，在棱形塊內(nèi)的小 面間的過渡部分(例如在峰上)及位于不同棱形塊間的小面間的過渡部分可 是切出圓弧的或倒圓的，但是這樣的過渡部分仍然是由小面方位的改變來 決定。用圖4的端部40作參考，棱形塊35的橫截面在圖4通常是三角形的， 在三角形29a下方設(shè)有一薄層的基板或長方形基座31a(即，三角形的底部 往下延伸)。注意的是，基座31a及三角形29a都是整合體或單體結(jié)構(gòu)的一 部分。棱形塊35包4舌一大端部39及一'J、端部40，以及以直線方式乂人大端 部39到小端部40傾^f的一峰36。在圖2和3的具體實例中，在棱形塊的 端部39和40的小面是平行的，峰36與端部小面(從上方以平面視之)偏斜 一角度。(以下所討論的其他具體實例，棱形塊的端面可能是平行的，峰36 垂直于至少一端或者與至少一個端面偏斜一角度，或是小面可能是非平行的。例如參看圖15不規(guī)則棱形體的端面的幾何形狀，以及相對于端部的峰。)在峰36的每個橫側(cè)是棱形塊的平小面38。由沿著整個棱形塊35長度的不 同x-z截面來看，峰36的頂角保持恒定(例如，介于70度至110度，以90 度較佳)。當(dāng)參考例如圖2的光學(xué)基板30討論峰頂角時，這將會更加明顯。 須注意的是頂角在此是指沿著y方向各個位置的x-z截面的峰36的角度， 如上所限定出。圖4表示基座31a具有均勻厚度，也可以具有不均勻厚度， 因為谷37的高度(在z-方向)可能沿著各個谷37的縱向方向和橫向方向改 變，如以下更進(jìn)一步解釋。下文中，峰與谷的高度是自z方向相對于光輸入 平面32量測的。注意的是，由于制造所限，從x-z截面來看，峰36的頂角 及谷37的底角(在此稱為谷頂角)可能被倒圓，而非尖銳的。特別說明的是，多個縱向棱形塊35布置成橫向行，如圖2所示。當(dāng)由 垂直于x-y平面及棱形體縱向方向的截面來看時，峰36的頂角是變化的， 但是由沿著棱形塊的不同的y位置的x-z截面(例如，參見圖3中的平行截 面A-A、 B-B、 C-C、 D-D)來看，峰36的頂角保持不變。峰36頂角直接或 間接地由加工模子以制造峰36的工具的角度確定，取決于制造工藝。例如， 該工具可被工作臺支撐以多自由度(包括x、 y及z方向)地移動，以三維 變化光學(xué)基板30的結(jié)構(gòu)化表面的不規(guī)則棱形塊，其在沿y方向上的不同位 置的x-z平面上保持不變的峰頂角。更復(fù)雜的支撐裝置可用來提供更多的自 由度，x、 y及z方向的運(yùn)動及繞x、 y、 z軸的轉(zhuǎn)動，使得棱形塊具有更復(fù) 雜的三維變化結(jié)構(gòu)。相鄰棱形塊35的小面38彼此相交而限定出一谷37。橫跨橫向相鄰的 列來看，谷37的頂角可能是變化的也可能是沒有變化的。這些棱形塊內(nèi)的 每一個棱形塊可關(guān)于x-y、 x-z和/或y-z平面非對稱，或可關(guān)于某些平面對 稱(例如在圖3中，棱形塊35c及35h分別關(guān)于經(jīng)由峰36c及36h的垂直 y-z平面對稱。)棱形塊35的組合可橫跨整個光學(xué)基板30的平面區(qū)域非對稱， 或者可沿某些平面對稱(例如圖3中的光學(xué)基板30中，相對于經(jīng)由介于 棱形塊35e及35f間的谷37e的y-z平面，其左半截面與右半截面是互相對 稱的)。注意，在光學(xué)基板30中，不同的棱形塊35的幾何形狀(例如整體 的尺寸、大小端部對峰36的角度、峰與谷的高度等)可能是不同的。如圖2所示，不規(guī)則棱形結(jié)構(gòu)的光輸出面34包括以橫向行方式布置(即 并排排列)的縱向的不規(guī)則棱形塊35a到35j,限定出峰36a到36j及谷37a到37i。圖3的俯視圖更清楚的說明了光學(xué)基板30，除了已于上述所強(qiáng)調(diào)過 的，縱向變化的棱形塊有如下的結(jié)構(gòu)特性。至少多個棱形塊每一個具有大 端部39(有較大的寬度及峰高度)，上述大端部39呈錐形為小端部40(具有 較小的寬度及峰高度)。例如，棱形塊35a、 35b、 35d、 35e、 35f、 35g、 35i 及35j。參考圖2，在光學(xué)基板30內(nèi)，至少部分峰36不在相同的x-y水平 面上，并且在光學(xué)基^反30內(nèi)，至少部分谷37a到37i在相同的x-y水平面 上(即，對某些谷來說，谷的高度，或介于谷37a到37i與光輸入面32之間 的基座材料的厚度是不變的)?；蛘撸词境?，至少部分谷37a到37i不在 相同的x-y水平面上。更進(jìn)一步的說，谷37的高度(即谷與光輸入面32之 間的厚度)可以沿著谷37變化。更進(jìn)一步的，沿著x方向的光學(xué)基板30的 相對邊緣，至少在橫向布置的不規(guī)則棱形塊的范圍內(nèi)，大端部39與小端部 40是以隨機(jī)、擬隨機(jī)、規(guī)則、半規(guī)則的形式混合(例如，交替著從大的寬度 到窄的寬度，或是從較大的峰高度到較小的峰高度)。橫向相鄰棱形塊之間 的過渡部分(即谷37)是連續(xù)的(即，沒有落差)，即使此過渡部分是在各個平 的小面38之間也是如此。或者，通過在相鄰棱形塊間的過渡部分或連接點 上提供圓角(未示出)，橫向相鄰棱形塊之間的過渡部分可為光滑的或圓的。 這種倒圓的圓角可能是由制造的限制所形成，但所述結(jié)構(gòu)化表面特征的整 體具有輪廓分明的平小面，除了也許介于相鄰棱形塊的過渡部分點和/或沿 著峰之外。相鄰峰36、相鄰谷37、和/或相鄰峰36與谷37的間距是以規(guī)則地、半 規(guī)則地、隨機(jī)地、或擬隨機(jī)的形式改變著。要注意的是一組隨機(jī)不規(guī)則的 棱形塊形成的陣列、圖案或構(gòu)造可能在一定范圍的面積或長度中重復(fù)分布 于整個光學(xué)基板30的結(jié)構(gòu)化光輸出面上，導(dǎo)致整體地規(guī)則地、半規(guī)則地、 或擬隨機(jī)的圖案或安排于整個光學(xué)基板上，如圖10所示，并討論如下。相 鄰的峰、相鄰的谷和/或相鄰的峰與谷在至少一段范圍的橫向棱形塊中都不 是平行的。相鄰的峰36、相鄰的谷37和/或相鄰的峰36與谷37可能以規(guī) 則地、半規(guī)則地、隨機(jī)地、或擬隨機(jī)地形式由平行到非平行交替著。同樣 的，相鄰但不平行的峰36、相鄰的谷37和/或相鄰的峰36與谷37可能以 規(guī)則地、半規(guī)則地、隨機(jī)地、或擬隨機(jī)地形式交替著從收斂到發(fā)散(相對于 相同的大體棱形塊的縱向方向)。只要不悖離本發(fā)明的范圍與精神，大端部 39和/或小端部40可以是相同的大小及形狀，但也可以是不同的。光學(xué)基板30在不同的y-方向位置上和/或在特定峰與谷的大體縱向上沿x-z平面橫 截峰36與谷37的截面并非不變的。在圖2及圖3所示的具體實例中，有 許多縱向的棱形塊3 5c及3 5h在沿著它們的縱向方向來看，可能具有均勻的 寬度、端部及或峰與谷。即使這些特別的個別棱形塊具有規(guī)則的幾何形狀， 然而參照其他的棱形塊，以整體來看，它們?nèi)匀粚Y(jié)構(gòu)化表面的不規(guī)則性 有所貢獻(xiàn)。在本發(fā)明的其他具體實例中，在光輸出面的不規(guī)則棱形結(jié)構(gòu)可視為包 括并排或橫向成行的不規(guī)則棱形結(jié)構(gòu)，其中每個不規(guī)則棱形結(jié)構(gòu)的縱向列 可被視為包括多個不規(guī)則棱形塊，彼此交叉或是以連續(xù)地端部與端部連接。 在圖5所示的具體實例中，在光輸出面43， 一個棱形塊的小端部在光學(xué)基 板31內(nèi)沿著相同的列連接到另一棱形塊較小端部上，而一個棱形塊大端部 沿著相同的列連接到另一棱形塊大端部。圖6示出兩個縱向棱形塊35m及 35n，每一個都相似于圖4中的棱形塊35，兩者的小端部處端部與端部相連。 當(dāng)由薄膜31的結(jié)構(gòu)化基板上面看， 一個或多個縱向棱形塊的兩個端部可能 是平行的，同時峰垂直于端部或橫向地與端部偏斜一角度，或此端部可能 是非平行的。(注意，棱形塊的端部可能是也可能不是位于x-z平面上，參考圖5的光學(xué)基板31)。圖15表示各種不規(guī)則棱形體例子的俯視圖，特別 是端部39和40與峰36的關(guān)系及各棱形體的縱向呈錐形的側(cè)部。特別說明 的，在A的棱形塊35中，端面39和40是互相平行的，而峰36則垂直于 這兩個端面；在B的棱形塊35中，端面39和40是不平行的，而峰36只 與端面39垂直；在C的棱形塊35中，端面39和40是不平行的，而峰36 不垂直于任一端面；在D的棱形塊35中，端面39和40是互相平行的，而 峰36不垂直于任一端面。縱向棱形塊也可能彼此相交或端對端地于大端部處連接，如圖5所示 (例如35p及35q)。通過在介于相鄰棱形塊間的過渡部分或連接點上提供 一圓角(未示出)，介于縱向相鄰的棱形塊間的過渡部分27可能是光滑或倒 圓的。特定行的不規(guī)則棱形塊35可能有不同或相似的大小及幾何形狀(例 如不同的長度、呈錐形的錐角、端面的大小等等)。舉例來說，代替如圖 5中所示的成行的大體相似長度的不規(guī)則棱形塊交替，不同幾何形狀與大小 的不規(guī)則棱形塊也可能成行地規(guī)則地、半規(guī)則地、隨機(jī)或擬隨機(jī)地混合連 接，以形成圖7及圖8的結(jié)構(gòu)化的光輸出面45(以下將會討論，在另一具體實例中圖7及圖8所示的薄膜41也可包括規(guī)則的棱形塊)。舉例來說，第一 不規(guī)則棱形塊35r的一端可以連接到不同長度的第二不規(guī)則棱形塊35s的一 端。多行不規(guī)則棱形塊并排或橫向布置，以形成光學(xué)基板41。(即，谷37)是連續(xù)的，相鄰棱形塊之間無臺階，即使這過渡部分是介于平坦 的小面之間也是如此(在同 一行以及行與行之間都是如此)。相同行上縱向相 鄰的棱形塊的直峰的過渡部分也是連續(xù)的無臺階的。所述過渡部分通過在 過渡部分提供曲度而可以被作得光滑或倒圓，但是棱形塊的結(jié)構(gòu)化表面的 整體仍是平坦的小面。換句話說，過渡部分被倒圓到一定程度。這種倒圓 的彎曲可能源自于通過使用特殊的工具及這種工具在基板上移動以形成結(jié) 構(gòu)化表面的制造限制所形成的。 一般而言，當(dāng)與棱形塊的平坦小面的特性 尺寸(長和/或?qū)?來比較時，彎曲截面的長度(以彎曲所在平面來看)是非常小 的(例如為了說明倒圓與小面的相對性，彎曲可能是平坦小面截面的特性 尺寸的小于15%、以小于10%較佳、更佳的為小于5%的程度)。圖9A表示一行棱形塊相交或連接的另一具體實例。棱形塊行包括縱向 不規(guī)則棱形塊35(與圖4相似)，及不同大小的規(guī)則棱形塊33(例如不規(guī)則 棱形塊35t及35u,及規(guī)則棱形塊33a及33b),依據(jù)不規(guī)則棱形塊35的相 鄰端部的尺寸而定。圖9A表示兩個不規(guī)則棱形塊35及規(guī)則棱形塊33布置 在一行的例子。更多的棱形塊33及35也可能提供在此行上。不規(guī)則棱形 塊35及規(guī)則棱形塊33在特定的行各自有不同的大小和/或幾何形狀，或相 似的大小和/或幾何形狀(例如，不規(guī)則棱形塊35及規(guī)則棱形塊33的長度不 同，不規(guī)則棱形塊35呈錐形的錐角，不規(guī)則棱形塊35及規(guī)則棱形塊33的 端部尺寸等)。另外，除了在一行上不規(guī)則棱形塊35及規(guī)則棱形塊33交替， 規(guī)則棱形塊33及不規(guī)則棱形塊35可能以任何或隨機(jī)方式在一行混合連接。 例如，第一個不規(guī)則棱形塊35的一端可連接到第二個不規(guī)則棱形塊35的 一端上，而第一個不規(guī)則棱形塊35的另一端可連接到規(guī)則棱形塊33。當(dāng)俯 視時，圖9A的一個或多個棱形塊的兩端面可能平行，其中棱形塊的峰36 垂直于端面或相對端部橫向偏斜一角度，或端面是不平行的。過渡部分27 是連續(xù)的，且可能光滑的或倒圓以具有彎曲，如前述具體實例所示。圖9B表示圖9A的另一具體實例，其中不規(guī)則棱形塊35w及35x是以 端對端的形式彼此相交或連接到規(guī)則棱形塊33c及33d，使得俯視看時棱形塊的峰彼此偏斜一角度(例如0到45度)。在此具體實例中，每個或兩個不 規(guī)則棱形塊35w及35x的端面是不平行的，和/或每個或兩個規(guī)則棱形塊33c 及33d的端面是不平行的，或另一種形式則是如果端面是平行的，而棱形 塊的峰不垂直于它的端面。如早先的具體實例，過渡部分27是連續(xù)的，并 且可能被倒圓。多行不規(guī)則及規(guī)則棱形塊可能并排或橫向地布置，以形成光學(xué)基板的 結(jié)構(gòu)化光輸出面。圖7和8所示的薄膜41可包括不規(guī)則及規(guī)則棱形塊的混 合(即，圖6、圖9A和/或圖9B中所示的結(jié)構(gòu)單元的組合)。在圖7具體實例中橫跨整個棱形塊的峰與谷結(jié)構(gòu)可以具有與早先關(guān)于 圖2描述的具體實例相似的結(jié)構(gòu)特性。例如，在橫向和/或縱向相鄰棱形塊 的范圍上，棱形塊的峰與谷在俯視圖中是不平行的(即，在橫向方向)。然而 與圖2的具體實例不同，在圖7的具體實例中，大部分谷并不在膜內(nèi)的同 一水平面上，因為一行棱形塊的小面相交于另一行的棱形塊小面，并且小 面的相交線(即，谷)與光輸入面32相距不同的高度，部分取決于棱形塊的 寬度。圖10示出光學(xué)基板49的結(jié)構(gòu)化的光輸出面46的具體實例，其中更清 楚的示出在整個薄膜平面上隨機(jī)結(jié)構(gòu)面陣列的特性在 一 定長度或面積之后 重復(fù)出現(xiàn)，如此在整個光學(xué)基板49的結(jié)構(gòu)化表面上形成規(guī)則的、半規(guī)則的、 或擬隨機(jī)的不規(guī)則棱形塊結(jié)構(gòu)。重復(fù)性陣列的特性尺寸是以每2列到50列， 較佳以每2列到35列，更佳地每2列到20列或甚至更佳地每2列到10列 的方式出現(xiàn)。在本發(fā)明的更進(jìn)一步具體實例，在光學(xué)基板47平面的橫向方向上(即， 俯視)，相鄰行的棱形塊的峰是平行的，如圖11和12所示。光學(xué)基板47的 結(jié)構(gòu)化光輸出面48可視為包括圖6和9中的塊結(jié)構(gòu)，但是與先前圖7的具 體實例不同， 一行的棱形塊的峰36布置成一直線，而相鄰行之間的相鄰峰 36在薄膜47的平面內(nèi)是平行的，至少在一定的橫向行范圍來看。每個棱形 塊的兩端面是平行的，且其棱形塊的峰垂直于端部。與圖7具體實例相似， 圖11的具體實例中的大部分谷并不位于薄膜47內(nèi)相同的水平面上，因為 一行的棱形塊的小面相交于另一行的棱形塊小面，使相交線(即，谷)相距 光輸入面32的高度不同，部分取決于棱形塊的寬度。值得注意的是，在圖7和8以及圖11和12的具體實例中， 一個棱形塊35與另一個棱形塊在縱向與橫向的方向彼此相交。更進(jìn)一步來說，參考 圖12的光學(xué)基板47的左側(cè)，棱形塊53與相鄰棱形塊相交使得它在縱向方 向終止。在此特殊的例子，棱形塊53的峰終止，且棱形塊53任一側(cè)的谷 相會而沿縱向方向形成單一谷。進(jìn)一步參考圖11，相鄰棱形塊相交而使得 在某些相鄰小面之間無過渡部分。例如，參考圖11和12，在光學(xué)基板47 的左邊角落位置， 一個棱形塊的小面61可以連續(xù)地連到相鄰的棱形塊小面 而無任何過渡部分。在本發(fā)明另 一具體實例中， 一個或多個小面50和/或一個或多個棱形塊 峰55可能大致彎曲(凸或凹的)，如圖13及14所示的結(jié)構(gòu)化表面54。峰55 可能沿著波狀起伏的線，而小面50可能有或者可能沒有波狀起伏的表面， 包括凹或凸兩者的表面。在沿著y-方向的各個x-z平面截面來看，波狀起伏 的棱形塊的峰55的頂角可以有或者沒有固定的角度。須注意的是，除了兩 側(cè)都有彎曲小面的情形外，峰55的任一側(cè)上， 一面可能彎曲而另一面可能 是平的。不同的峰55依循不同的曲線，可能包括只有一個曲率的截面，或 者許多不同曲率的截面以隨機(jī)地、規(guī)則地、或半規(guī)則地方式沿著特定的峰 分布。圖13及14清楚的顯示了橫跨結(jié)構(gòu)化表面54的相鄰的棱形塊可能具 有不同的曲線或波狀的峰和/或小面，具有不同彎曲度并以隨機(jī)地、擬隨機(jī) 地、^見則地、或半規(guī)則地方式分布著。這些附加的具體實例具有先前描述的具體實例類似的結(jié)構(gòu)化表面的更進(jìn)一步的特性與特色。當(dāng)應(yīng)用于例如LCD時，依據(jù)本發(fā)明的光學(xué)基板包括不規(guī)則的、棱形體 形的、結(jié)構(gòu)化的光輸出面，其具有增強(qiáng)亮度及減少干涉的形態(tài)。結(jié)構(gòu)化光 輸出面的各種具體實例已經(jīng)如上所描述的，然而不同的具體實例組合到單 一的光學(xué)基板的做法在無悖離本發(fā)明的范圍與精神原則下是可取的。作為根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)基板的相對尺寸的一個范例說明，在不同x-y 位置的峰高度，其變化可小至1到10um,大至100到200um的程度。峰之 間的相對高度差異(沿著一特定峰或橫向峰之間)可以有1到100um的程度變 化，谷之間的相對高度差異也可能有2到200um的變化程度。棱形塊的長 度可能有100um到500mm的變化程度。前述的大小是意圖說明結(jié)構(gòu)化表面 特征是um量級的微觀結(jié)構(gòu)。作為示例，光學(xué)基板的面積的整個尺寸的寬度 與長度可以有2mm到10m的變化(甚至于可能更大的尺寸變化)，依據(jù)特別的應(yīng)用而定(例如手機(jī)的平板顯示器，或超大的電視屏幕平板顯示器)。光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化表面上的棱形塊的特征尺寸不需隨整體光學(xué)基板尺寸顯著改變。上述所討論的不同的具體實例的光學(xué)基板可能被基座所支撐，如圖2 所示的基座51。光學(xué)基板由光學(xué)透明材料制成。例如，基座51可能由與光 學(xué)基板30相同的透明材料所構(gòu)成，提供額外的結(jié)構(gòu)支持相對薄的光學(xué)基板 30。光學(xué)基板可以具有相當(dāng)?shù)膹椥砸猿蓭喼圃?，放置并粘接到單獨的基?51上。另外一種方式，基座51可能與光學(xué)基板30的單體結(jié)構(gòu)形成整體。 基座厚度可以是25到300um的程度。基座厚度可能較此厚度厚或薄，視特 殊應(yīng)用而定。 一般而言，較大尺寸的光學(xué)基板可能需要較厚的基座以得到 較好的支撐，而小規(guī)模應(yīng)用中較小尺寸的光學(xué)基板則可能需要較薄的基座。 本發(fā)明的光學(xué)基板的結(jié)構(gòu)化表面可能依據(jù)許多制造技術(shù)而產(chǎn)生，包括 使用硬工具孩i加工以形成用以制作前述的不規(guī)則棱形體外觀的模具或相似 物。硬工具可能是非常小尺寸并安裝在CNC(電腦數(shù)碼控制)的機(jī)器上的工 具(例車削、研磨及刻線/塑造機(jī)器)。這些機(jī)器加上一些振動裝置以協(xié)助 此工具微小移動，以制造不同程度的不規(guī)則的棱形體。已知的STS(SlowTool Server), FTS(FastTool Server)及某些超音波振動的器具是這些裝置的例子。 以美國專利號6581286為例，7>開FTS的一種應(yīng)用，通過螺紋加工的方式 制作光學(xué)薄膜上的溝槽。這工具安裝在機(jī)器上，用以在棱形體內(nèi)產(chǎn)生相對 于沿y方向的x-z平面上的恒定的峰頂角。使用此裝置以在模具中形成表面 且相關(guān)增加自由度，可得到上述的光學(xué)基板的不規(guī)則棱形塊的三維可變的 結(jié)構(gòu)化表面。母板(master)可直接被用于模制光學(xué)基板，或是用于電成形母板的復(fù)本， 這種復(fù)本用于模制光學(xué)基板。所述模具可以為帶狀、鼓狀、盤狀、或腔狀 的形態(tài)出現(xiàn)。通過對基^1的熱壓印(hot embossing)和/或在形成結(jié)構(gòu)的材 料中添加紫外線硬化或熱固化材料，所述模具可被用來形成基板上的棱形 結(jié)構(gòu)。此模具通過噴射注模的方式可被用來形成光學(xué)基板。基板或是覆蓋 的材質(zhì)可能是有機(jī)的、無機(jī)的、或是混合的光學(xué)的透明物質(zhì)，也可能包括 懸浮的散射、雙折射或折射率變更微粒。結(jié)合此發(fā)明的光學(xué)基板的LCD可應(yīng)用在電子裝置上。如圖16所示， 電子裝置110(可能是PDA、手機(jī)、電視、顯示器屏幕、手提電腦、冰箱等 的其中一種)包括根據(jù)本發(fā)明的具體實例的LCD 10(圖1)。 LCD 10包括上述的光學(xué)基板。在適合的機(jī)殼內(nèi)，電子裝置110可進(jìn)一步地包括按鍵及按鈕等的使用者輸入界面(概要地表示為功能塊116)、如控制器等的用以管理輸 入到LCD面板10的圖像數(shù)據(jù)的圖像數(shù)據(jù)控制電路(概要地表示為功能塊 112),可能包括處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、存儲裝置、數(shù)據(jù)儲存裝置等的電子裝 置110專有的電子器件(整體概要地由功能塊118所示)，以及供應(yīng)外部電 源的如電源供應(yīng)器、電池或插座(jack)等的電源(由功能塊114概要地表示)， 在本領(lǐng)域中這些都是習(xí)知的。果這些部件的細(xì)節(jié)、材料以及布置變化而不悖離如在所附權(quán)利要求中限定 的本發(fā)明的范圍，則可取。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)基板，包括基座；位于基座一側(cè)的平的光輸入面；及自基座的另一側(cè)延伸的光輸出面，所述光輸出面為具有多個不規(guī)則棱形體的三維變化的結(jié)構(gòu)化表面，每個所述不規(guī)則棱形體限定出一峰，其中所述多個不規(guī)則棱形體被布置成并排的多行，在相鄰峰之間形成谷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板，其中，每一不規(guī)則棱形體包括具 有第一端及第二端的大體縱向呈錐形的本體，以及從所述第一端向所述第 二端延伸的峰。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)基板，其中，所述第一端與所述第二端 尺寸不同。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)基板，其中，所述峰與所述第一端和第 二端中的至少一個相垂直，或者相對于所述第一端和第二端中的至少一個 偏斜一角度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)基板，其中，所述第一端與所述第二端 面是平行的或是非平行的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板，其中，至少在多個相鄰行的范圍 內(nèi)，相鄰的谷、相鄰的峰、和/或相鄰的峰與谷是平行的或是非平行的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板，其中，多行中每一行包括布置在 一縱向行中的多個不規(guī)則棱形體。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)基板，其中，由一個不規(guī)則棱形體到另 一縱向相鄰的不規(guī)則棱形體的過渡部分是連續(xù)無臺階的。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板，其中，每一不規(guī)則棱形體包括具 有小端及大端的大體縱向呈錐形的本體，以及從所述小端向所述大端延伸 的峰，且其中滿足以下至少一個其中，相鄰不規(guī)則棱形體的大端的大小與形狀是相似的，和(b) —個不規(guī)則棱形體的小端與另一縱向相鄰的不規(guī)則棱形體的小端聯(lián)接，其中，相鄰的不規(guī)則棱形體的小端的大小與形狀是相似的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)基板，其中，所述多行每一行還包括布置在兩個不規(guī)則棱形體之間的至少 一個規(guī)則棱形體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的光學(xué)基板，其中， 一行中相鄰的不規(guī)則和/或規(guī)則棱形體具有彼此偏斜一角度的峰。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板，其中，每一峰具有70度到110 度的頂角。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)基板，其中，棱形體的頂角在垂直于 光輸入面且與橫斷峰及谷的邊緣平行的平面內(nèi)相似。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板，其中，至少在結(jié)構(gòu)化表面的一區(qū) 域內(nèi)，所述多個棱形體具有以隨機(jī)方式變化的物理幾何形狀和尺寸。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的光學(xué)基板，其中，多個棱形體以隨機(jī)方式 變化，以得到整體規(guī)則的、半規(guī)則的、或擬隨機(jī)的結(jié)構(gòu)化表面。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板，其中，多個棱形塊的峰不在相同 平面上。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板，其中，所述峰分隔不規(guī)則棱形體 的第一和第二小面，其中，至少第一和第二小面中的一個小面包括平的或彎曲的表面，而所述第一和第二小面中的另一個小面包括平坦的或彎曲的表面。
18. —種平面顯示器，包括 依據(jù)圖像來發(fā)光的顯示器模塊；以及如權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板，在一特別的視角上增強(qiáng)圖像亮度。
19. 一種電子裝置，包括 如權(quán)利要求18所述的平面顯示器；以及將圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)向平面顯示器以根據(jù)圖像數(shù)據(jù)產(chǎn)生圖像的控制電子部件。
20. —種增強(qiáng)平面顯示器所產(chǎn)生的圖像的亮度的方法，包括 提供依據(jù)圖像來發(fā)光的顯示器模塊；及提供如權(quán)利要求1所述的光學(xué)基板，從光輸入面接受光線并且從光輸 出面發(fā)射光線，通過結(jié)構(gòu)化表面提高圖像亮度。
全文摘要
一種光學(xué)基板，具有能增強(qiáng)亮度并減少莫爾效應(yīng)的結(jié)構(gòu)化表面。光學(xué)基板具有三維的變化的結(jié)構(gòu)化的光輸出面，所述光輸出面包括不規(guī)則的棱形結(jié)構(gòu)。此不規(guī)則棱形結(jié)構(gòu)可包括橫向布置而限定出峰與谷的縱向棱形塊或由其形成的棱形塊行。相鄰的峰、相鄰的谷、和/或相鄰的峰與谷可以是平行或不平行，以規(guī)則地、半規(guī)則地、隨機(jī)地、或擬隨機(jī)的方式。橫向相鄰的峰、相鄰的谷、和/或相鄰的峰與谷則是不平行的。相鄰的不規(guī)則棱形塊可以是具有相同長度的不規(guī)則縱向段，或是具有不同長度的隨機(jī)或擬隨機(jī)的不規(guī)則段。每一棱形塊的小面可以是平坦的或是彎曲的，即為凹的和/或凸的。
文檔編號G02B5/04GK101218519SQ200680020608
公開日2008年7月9日 申請日期2006年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月9日
發(fā)明者丹尼爾·Y-C·柯, 克雷格·林, 王康華 申請人:友輝光電股份有限公司