改变光线方向的光学结构及其成形工艺的制作方法

专利名称：改变光线方向的光学结构及其成形工艺的制作方法
技术领域：
这份申请是于2003年12月23日申请的美国专利申请第10/744,916号的部分继续申请，而第10/744,916号申请是2003年5月2日申请的美国专利申请第10/428,318号的部分继续申请，所述第10/428,318号申请是2001年8月10日申请的美国专利申请第09/928,247号的部分继续申请，该申请要求2000年8月18日申请的美国专利临时申请第60/226,697号和2000年12月15日申请的美国专利临时申请第60/256,176号的利益。上述专利申请的全部教导在此通过引证被并入。
背景技术：
许多回射片材、准直膜等等是为获得难以制造而且制造成本高昂的金属模子的精确尺寸而制作的。金属模子是进入高质量光学片材和光学薄膜市场的重要障碍。然而，回射片材和准直膜的假冒商品制造商能用高质量的光学片材和光学薄膜形成便宜的低质量的模子。作为制止这种复制的方法，金属模子往往刻有公司的徽标或商标，这能使该徽标或商标出现在假冒商品的终端产品上。附加徽标的缺点是使按所需公差雕刻变得更困难。
所以，需要更好的有记号的产品和更好的给产品作标记的方法。

发明内容
结构包括有微结构的膜层，该膜层包括用同一种可光固化或辐照固化的材料形成的第一固化部分和第二固化部分。第一固化部分是按照第一时间量或者以第一速率固化的，第二固化部分是按照第二时间量或以第二速率固化的。第一时间量或速率与第二时间量或速率显著不同，以便在该结构的表面上造成不连续。该膜层能与底部连接。所述的膜层和底部能用同一材料制成。第一固化量可以与第二固化量显著不同，以便造成第一部分厚度和第二部分厚度之差。在特定的实施方案中该差值能在大约0.02微米和2.0微米之间变化。在特定的实施方案中，微结构膜层包括直线棱镜、棱镜、金字塔、截头金字塔、双凸透镜、圆锥体、蠹眼结构表面、衍射结构、衍射结构表面、纹理表面、透镜和/或透镜阵列。在其它的实施方案中，微结构的横截面能包括任何多角形的或弯曲的横截面形状。
不连续被看作是所述结构表面中的突起或凹陷，它们能使入射光显示出不同于入射光照射没有突起或凹陷的表面部分时的光的色调。在特定的实施方案中，这种不连续能用裸眼辨别。该膜层可能是棱镜阵列，例如，直线棱镜或立体角棱镜，双凸透镜结构，或子波长结构，或非结构化膜层，例如，涂层。
用来在可辐照固化的材料中形成图案的方法包括在辐射源和可辐照固化的材料之间提供能阻挡一部分来自辐射源的辐射的阻挡图案。所述材料是用来自辐射源而且通过阻挡图案的辐照固化的以在可辐照固化的材料中形成图案。
图案转移结构包括用来发出辐射的辐射源、能借助辐照固化的可辐照固化的材料和用来阻断一部分辐射的图案。该图案在材料固化期间被安排在辐射源和可辐照固化的材料之间，以致图案能在该材料中形成。
用来形成棱镜结构的方法包括提供棱镜模子和把可辐照固化的材料放在模子中。图案是在辐射源和可辐照固化的材料之间提供的，能遮蔽一部分可辐照固化的材料。可辐照固化的材料是用来自辐射源的辐照固化的以便在可辐照固化的材料中形成图案。
棱镜结构包括底部和与底部连接的棱镜阵列。棱镜阵列包括用同一种可辐照固化的材料形成的第一固化部分和第二被固化部分。第一固化部分有第一折射率数值，第二固化部分有第二折射率数值。我们相信该折射率明显不同于第一折射率数值，从而在结构的表面上产生在特定的实施方案中能看得见的不连续。在特定的实施方案中，所述棱镜阵列包括在阵列的刻面上随机差动固化的图案，以便在该阵列毗邻某表面或膜层放置的时候将浸润减到最少。在替代实施方案中，棱镜阵列的窗口面包括在其之上和/或之中形成的规则的或均匀的差动固化的图案。差动固化的图案能使棱镜和/或窗口面的表面的等高线改变形状，例如，连续的凹凸表面、不平滑的表面。在进一步的实施方案中，棱镜阵列的窗口面可以包括一系列基础平面和一系列高台，基础平面和高台沿着第一条轴线延伸。高台和基础平面沿着第二条轴线交替，高台与基础平面不在同一平面上。
背后照明系统包括光源、第一光线变向薄膜、第二光线变向薄膜、差动固化图案和波导。第一光线变向薄膜包括有在其上和/或在其中的差动固化图案的众多的直线棱镜。第二光线变向薄膜包括在第一面上的众多的直线棱镜和在面对第一光线变向薄膜的直线棱镜的第二面之上和/或之中形成的差动固化图案。波导是用来接受来自光源的光线并且改变光线方向使之朝向第一光线变向薄膜。
在其它的实施方案中，包括微结构膜层的光学结构能在不平滑的表面上提供。不平滑的表面可以包括有起伏的图案。在特定的实施方案中，微结构膜层包括在基材薄膜上能差动固化形成不平滑表面的过剩树脂层中形成的蠹眼结构。
用来形成在不平滑的表面上提供的微结构膜层的方法包括在基材薄膜和用来在树脂层中形成微结构表面的工具之间分配树脂层和使穿过掩模的树脂层固化形成不平滑的差动固化结构，微结构膜层在该不平滑的表面上形成的。
改变光线方向的光学结构包括第一面和第二面。第一面包括众多的直线棱镜，在棱镜上有看得见的随机成形的表面。第一面上众多的横切棱镜是以某一角度取向，以致它大于零度但小于180度。在一个实施方案中，横切棱镜是以某一角度取向，以致它大于零度小于180，但是该角度不是90度。在另一个实施方案中，改变光线方向的光学结构有包括用同一种可辐照固化的材料形成的众多的第一固化部分和众多的第二固化部分的第一面。众多的第一固化部分是按照第一时间量或第一速率固化的。众多的第二固化部分是按照第二时间量或第二速率固化的。第一时间量或速率显著不同于第二时间量或速率，以致在该结构的表面之上和/或之内产生连续。
背后照明楔子包括在底面上的阶梯结构，当远离位于末端的光源时，横断楔子的尺寸减小，而且有在所述楔子上看得见的随机成形的表面。在一个实施方案中，楔子的锥形棱镜包括用同一种可辐照固化的材料形成的众多的第一固化部分和众多的第二固化部分。众多的第一固化部分是按照第一时间量或以第一速率固化的。众多的第二固化部分是按照第二时间量或以第二速率固化的。第一时间量或速率显著不同于第二时间量或速率，以致在该结构的表面之上和/或之内有不连续产生。
本发明有许多优势，包括在增加下述优势的同时在材料中形成透明而且不显著地损害其它功能的永久图案。该材料能具有类似于纸张中的水印提供难以伪造的产品来源标识特征的图案。另外，所述图案能通过改变光线通过有该图案的结构的传输路径起管理光的作用。
附图简要说明

图1是可辐照固化的材料和位于其上用来在可固化的材料中形成图案的图案层的透视图。
图2是有图案在其中形成的可辐照固化的材料的透视图。
图3是有在它上面形成的蠹眼结构的光线变向结构的透视图，依照本发明的另一个实施方案，该蠹眼结构有在其中形成的图案。
图4是在基材上形成的并且经过放置在基材上的图案层固化的微结构膜层的透视图。
图5是包括安排在基材每一面上的微结构膜层的光线变向薄膜的透视图。
图6是标准光线变向薄膜的透视图。
图7是用来举例说明浸润怎样发生，例如，在棱镜峰顶和毗邻表面之间的系统的剖视图。
图8举例说明可能发生在棱镜顶端和毗邻表面之间的界面的第一个条纹区域。
图9举例说明可能发生在棱镜顶端和毗邻表面之间的界面的第二个条纹区域。
图10举例说明可能发生在棱镜顶端和毗邻表面之间的界面的第三个条纹区域。
图11举例说明可能发生在棱镜顶端和毗邻表面之间的界面的第四个条纹区域。
图12是差动固化的光线变向薄膜的透视图。
图13是差动固化的直线棱镜的透视图。
图14举例说明用来依照本发明的实施方案形成差动固化光学结构的图案。
图15举例说明用来依照本发明的替代实施方案形成差动固化光学结构的图案的实施方案。
图16是差动固化的光线变向薄膜的形成方法的示意图。
图17是差动固化光学结构的另一个实施方案的剖视图。
图18是图17所示实施方案的透视图。
图19是用来形成差动固化图案的徽标图案的实施方案的透视图。
图20是依照本发明的实施方案的背后照明系统的剖视图。
图21是依照本发明的替代实施方案的背后照明系统的透视图。
图22是依照本发明的替代实施方案的两张薄膜的透视图。
图23是在不平滑的膜层上形成微结构膜层的方法的示意图。
图24是图23中区域A的放大图。
图25展示有在用图案转移程序制作的薄膜表面上制作的干涉显微镜痕迹的表面轮廓的曲线图。
图26是依照本发明的另一个实施方案的差动固化直线棱镜的透视图。
图27是依照本发明的实施方案的光线变向光学结构的部分透视图。
图28是依照本发明的另一个实施方案的光线变向光学结构的部分透视图。
图29是依照本发明进一步的实施方案的光线变向光学结构的部分透视图。
图30是依照本发明的实施方案的升高部分的透视图。
图31类似于图29的结构，但是进一步包括升高部分。
图32是包括在其底面上的阶梯结构的背后照明楔子的透视图。
图33是包括在输出表面上的锥形棱镜的背后照明楔子的透视图。
图34是与图33所示背后照明楔子类似但是进一步包括在锥形棱镜上的差动固化图案的背后照明楔子的透视图。
图35是与图33所示背后照明楔子类似但是进一步包括横切棱镜的背后照明楔子的透视图。
图36是依照本发明的实施方案的背后照明楔子的另一个实施方案的透视图。
图37是包括在底面上的阶梯结构的背后照明楔子的透视图。
图38是在顶面上进一步包括锥形棱镜的图37所示背后照明楔子的透视图。
图39是在顶面上进一步包括直线棱镜的图37所示背后照明楔子的透视图。
图40是在直线棱镜上进一步包括差动固化图案的图39所示背后照明楔子的透视图。
图41是进一步包括横切棱镜的图41所示背后照明楔子的透视图。
图42是进一步包括有不同夹角的棱镜的图37所示背后照明楔子的透视图。
图43是进一步包括横切棱镜的图42所示背后照明楔子的透视图。
图44是在棱镜上进一步包括差动固化图案的图43所示背后照明楔子的透视图。
图45与图44的实施方案类似，但是横切棱镜在有不同夹角的棱镜上方延伸。
图46是依照本发明的另一个实施方案在顶面上进一步包括有不同夹角的棱镜的图37所示背后照明楔子的透视图。
图47是现有技术的阶梯波导的透视图。
图48是在有差动固化图案的顶面上进一步包括直线棱镜和横切棱镜的图47所示波导的透视图。
图49是进一步包括位于所述阶梯波导下面的波导的图48所示波导的透视图。
图50是图49所示波导的透视图，但是横切棱镜在直线棱镜上面延伸。
图51与图50的实施方案类似，但是在波导顶端的棱镜有不同夹角。
图52与图51的实施方案类似，但是进一步包括附加的横切棱镜。
图53是在底面上包括锥形棱镜的波导的透视图。
图54是已被修改而且在棱镜的顶点提供另一个波导的图53所示波导的透视图。
图55是颠倒展示的图38所示背后照明楔子的透视图。
本发明的上述和其它的目的、特征和利益通过下面对用相似的参考符号在不同视图中处处表示同一部份的附图举例说明的本发明的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，而是把重点放在举例说明本发明的原则上。除非另有说明，所有的份数和百分比都是按重量计的。
具体实施例方式
本发明的各种不同实施方案描述如下。通常，本发明指向在可辐照固化的材料中形成图案。在一个实施方案中，所述图案在实质上沿着所述材料的法线方向观察的时候是透明的。然而，在特定的实施方案中，该图案在离开法线大约15度的观察角能被看得更清楚。
通常，术语光学“片材”指的是比较硬的基材，举例来说，可以靠在墙壁上本身不折叠的片材，而术语光学“薄膜”指的是比较柔软的基材，举例来说，可以卷起的基材。然而，依据样品的大小和厚度，薄膜也能充当片材。举例来说，小而薄的聚酯薄膜能具有足以靠在墙壁上本身不折叠的刚性。为了理解本发明的各个方面，术语“片材”和“薄膜”可以被交替使用。本发明的片材和薄膜可以用塑料材料(例如，聚氨酯、聚丙烯、丙烯酸树脂、聚脲、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚酯或聚甲基丙烯酸甲酯)制成。聚脲是在将其全部教导在此通过引证并入的于2003年8月4日申请的美国专利申请第10/634,122号中揭示的。
图1举例说明本发明用来形成图案的实施方案，例如，可仿效的图案“ABC”，该图案是由安排在辐射源14和可辐照固化的材料12之间的掩模或图案层10提供的。在一个实施方案中，掩模层10能包括聚碳酸酯、聚乙烯、聚丁烯之类的材料，而且可能包括低粘性的胶粘剂。可固化的材料12能包括用诸如包括环氧树脂、聚酯、氨基甲酸酯、聚醚和丙烯酸类的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯的单体和/或低聚物或阳离子型单体和低聚物之类的材料配制的涂层和有微结构或有图案的材料。各种不同的添加剂(包括填料、自由基引发剂和阳离子型引发剂)能被包括在材料12之中以改善工艺或性能。举例来说，见在此通过引证将其全部教导并入的Sartomer公司公告第4018或4303号。辐射源14优选提供在可固化的材料12中引起光化活化的光化辐射。举例来说，能使用典型的紫外光。在特定的实施方案中，基于硅树脂的涂层可以在掩模层10上提供，以防止掩模在可辐照固化的材料12固化之后粘附到该材料上。在其它的实施方案中，形成掩模层10的材料和可辐照固化的材料12可以是为防止掩模在材料固化之后粘附在该材料上面而选定的。
图案层10包括能至少阻挡一部分来自辐射源的辐射在固化的材料12中留下类似的图案的任何类型的材料。举例来说，图案可以是用彩色图案形成的，例如，使用通常的印刷墨水印刷在透明的聚合物薄膜上的彩色图案或薄膜的光线变向特性。图案也能通过影响薄膜透明度的压花图案形成。在一个实施方案中，图案能被直接加到携带可固化材料12的基材的任一面之上，而且在固化之后，该图案可能被移开也可能不被移开，在固化的膜层12中留下固化的图案。在替代实施方案中，图案层10能包括模板或类似的东西，例如彩色的或半透明的薄膜材料或其中有阻挡紫外线的化学物质的清澈的树脂。
如图2所示，图案层10已被移开但是图案“ABC”已转移到固化的材料12上。我们相信该图案改变材料12的固化速率，在固化的材料中形成图案。我们相信，在所形成的图案中分子比较密集，因为这些分子有比上面没有掩模的分子长的交联时间。这些较密集的区域似乎有不同的折射率。该图案最好以相对该表面大约15度的角度观看。
图3举例说明用来在材料中形成图案的另一个实施方案。在这个实施方案中，图案层10被放置在举例来说可能包含直线棱镜或方角棱镜的已固化的改变光线方向的或回射的结构16之上。适当的方角棱镜的例子是在将其全部教导在此通过引证并入的于1972年8月15日授权给Rowland的美国专利第3,684,348号中揭示的。
有蠹眼结构的膜层18可以是在图3所示的改变光线方向的结构或回射结构16的对置面上形成的。蠹眼次波长结构是在与2001年5月17日公开的国际专利申请公开第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号中予以更详细的解释。在此将每份专利或专利申请的全部教导并入。蠹眼构成19是用辐射源14透过图案层10和光线变向结构16固化的，以致图案在恰好在蠹眼结构18下面的树脂层中形成，不改变该蠹眼结构或漫射结构或其它适当的结构的形状。膜层18的外表面能包括毗邻差动固化图案形成的压痕或等高线17。
外加的子波长结构可以有大约0.4微米的振幅和小于大约0.3微米的周期。该结构在外观方面是正弦曲线，而且如果周期是大约200纳米或大约0.15微米则在以入射的掠射角观看时能提供从深绿到深蓝的颜色。在特定的实施方案中，为了提供的纵横比为2或大于1，振幅大于两倍周期。
为了形成子波长结构，该结构是使用紫外线激光器借助全息曝光首先在有光刻胶涂层的玻璃基材上生产的。适当的装置是从Holographic Lithography Systems of Bedford，Massachusetts购买的。方法实例是在将其全部教导在此通过引证并入的于1977年3月22日授权给Clapham等人的美国专利第4,013,465号中揭示的。这个方法对诸如温度和灰尘之类环境方面的任何改变是敏感的，因此必须小心。然后，该结构借助电铸程序复制到镍片中。
在其它的实施方案中，如图4所示，图案层10可以被放在基材11的第一面上，而诸如蠹眼结构层18之类的微结构层可以是在基材11的第二面上形成的。蠹眼结构19是借助辐射源14透过图案层10固化的，以致该图案是在正好在蠹眼结构下面的树脂层中形成的，不改变蠹眼结构19或漫射结构或其它适当结构的形状。膜层18的外表面可以包括毗邻差动固化图案形成的压痕或等高线17。如图5所示，掩模10可以被移开，而且诸如直线棱镜32之类的微结构能在基材11的第一面上形成。在特定的实施方案中，基材11可以是用热固性材料或热塑性材料制成的，而膜层18和32可以用热固性材料制成。
在各种不同的实施方案中，James J.Cowan在下述参考文献中描述的光学结构能在此实现Cowan，J.J.，“The HolographicHoneycomb Microlens”，Proc.SPIE-The International Society ofOptical Engineering，523251-259(1985)以及Cowan，J.J.，“AztecSurface-relief Volume Diffractive Structure”，J.Optical Soc.Am.，Vol.7，No.81529-1544(1990)。这些参考文献的全部教导在此通过引证被并入。
在另一个实施方案中，精美的图案能在掩模层10上形成。举例来说，图案可能有十分之几毫米以下的宽度。在固化时可能实质上清澈的可固化材料是在图案掩模层10的背面形成的而且是借助辐射源14固化的。因此，该精美图案被转移到已固化的材料中。移开掩模层10而且把已固化的片材放在诸如液晶显示器之类的显示器的前面。该精美图案把显示器中的图素图案分解成碎片，但没有与漫射片材一样多的光损失。结果类似于为使波前变迹而设计的表面结构。
在希望产生有多种角度的特征的辐照固化浇注程序中，人们通常把多角度特征切割到用于复制这些特征的模子中。这在制造小的角度变化能强烈地影响产品性能的引导光或反射光的产品时通常是真实的。模子的切割和复制是费用高昂的和费时的程序。
采用这项发明的实施方案，人们能在来自单一模子设计的产品中产生多种角度和图案变化。人们在形成和辐照固化模子形成的结构之前把“光掩模”印到载体片材或薄膜的表面上。“光掩模”可以是清澈的或者是彩色的而且被加到载体的任一面上。如果固化辐射是高度准直的，那么考虑到在那个区域中缓慢的固化有半透明的“掩模”是符合需要的。在辐射较少准直的情况下，人们能借助进入被遮蔽区域的散射和反射通过完全不透明的掩模获得固化。
于是，由此产生的产品在已被遮蔽的区域中呈现不同的光学行为，因为收缩率和折射率的变化与被“掩模”改变的固化速度有关。
图6展示典型的准直膜30的透视图，其中直线棱镜32有直线形的峰34和谷36。峰34的第一面38和第二面39的双面夹角通常是90度。然而，它可能不是直角。直线棱镜32能在基础薄膜40上形成。
业已发现，当薄膜30毗邻诸如漫射器或准直膜之类的光学元件放置的时候，诸如棱镜峰34之类的一部分薄膜30能被“浸润”，造成看得见的缺陷。浸湿被认为是棱镜尖的接触点和形状两者的结果。陡峭的棱镜尖与毗连薄膜和光源形成使用于光线反射和折射的光学路径引起产生浸湿外观的条纹的角度。
图7举例说明被称为“劳埃德反射镜”的概念，它解释浸润怎样发生在例如棱镜峰和毗邻表面之间的界面上。劳埃德反射镜是F.A.Jenkins和H.E.White在标题为“Fundamentals of Optics”的书，第三版(New York，McGraw-Hill)(1957)，第241-243页中描述的，在此通过引证将其全部教导并入的当来自点光源S的光从玻璃板的平坦表面132以掠入射方式反射出去的时候，举例来说，在反射光中有半波长相位变化。当反射光束(例如，光束134)与来自光源S未被反射的光束136组合的时候，产生干涉条纹。举例来说，因为光束134和136相位相差180度，所以区域138是一条暗带。沿着区域140产生交替的暗带和明带。如果光在玻璃板内行进，产生同样的结果，因为全部的内反射都是以超过临界角的角度反射的。
图8、9、10和11举例说明产生劳埃德反射镜条纹四个位置，由于在界面的每个陡峭的棱镜尖142位于尖顶和毗邻表面之间，例如，漫射器144。漫射器表面起使条纹看得见的成像屏的作用。光源146被展示在每张图的底部。图8、9、10和11分别举例说明能出现干涉条纹的第一个条纹区域148、第二个条纹区域150、第三个条纹区域152和第四个条纹区域154。
就白光光源而言，结果是在棱镜尖142两侧之一比较宽的灰色条纹带。如果棱镜尖142是平的或以任何方式略微倒圆的，则在棱镜尖142的顶端上也可能有牛顿条纹或牛顿环。人们能使用下列公式计算连续的劳埃德反射镜类型的条纹之间的距离，ΔX，(虽然因为漫射器144与尖端142呈45度角，这些条纹实际上远离计算值)给定光的波长＝[(ΔX)×(真实图像和虚拟图像之间的距离)]/从光源到漫射器表面的距离。举例来说，假定红光波长是大约0.6微米，真实图像和虚拟图像之间的距离是大约10微米，从光源到漫射器表面的距离是大约150.0微米。这些假定给出大约9微米的ΔX，或者考虑到45度的漫射器倾斜，它是大约12微米。因此，就红光而言，暗条纹能发生在恰好毗邻尖顶的位置，而另一个暗条纹能发生在距尖顶大约12微米的位置。
采用白光，在这个区域中有连续的重叠的明条纹和暗条纹，因为波长从大约300纳米到700纳米是连续的。业已发现，通过把棱镜尖142与诸如漫射器之类毗邻表面隔开，劳埃德反射镜子条纹能被显著减到最少，甚至被完全消除。
图12展示差动固化的准直膜50的棱镜阵列52的透视图。许多未被掩模遮挡的棱镜(例如，棱镜54)有呈直线的峰顶56。许多被遮挡的棱镜(例如，棱镜58)被相信有在高度方面有所减少的弯曲的峰顶60。弯曲而且高度有所减少的峰顶是通过相对于周围区域减少或增加固化速率的掩模固化的结果。通常，峰顶60是与棱镜58的直线峰顶56的正常顶点相比较成形的。区域62是相对于另一个区域成形的，这能导致比较宽的光分布。在这个棱镜中已成形的峰顶中心线66相对于正常的中心线64可能偏离中心，取决于所用的固化掩模。这个区域62相对于其它区域还可能有略微不同的折射率。这些棱镜是在诸如聚酯、聚碳酸酯、聚氨酯、丙烯酸树脂和聚氯乙烯之类的基础薄膜68上形成的。在特定的实施方案中，掩模能覆盖将要形成的产品(例如，准直膜)的多达大约50％的区域。差动固化区域的形状本质上可以有任何外形或大小。这允许人们调整特定的片材区域(例如，角落或边缘)而不是片材中心的光线/光分布。另外，如果与暴露在紫外光之下的相比较该结构被阻挡区域的百分比比较大，则暴露部分能造成升高部分或隆起。在与暴露在紫外光之下的相比较该结构被阻挡区域的百分比比较小的结构中，该结构可能有带凹陷的外观。棱镜的谷底似乎不改变其形状。如果树脂相当显著地过量，谷底可能由于多余树脂体积固化而改变形状。
在替代实施方案中，基础薄膜68的一个面或两个面69能具有在其中形成的差动固化图案。通过在薄膜的两个面上提供差动固化图案，薄膜得到增强而且变得更硬。举例来说，薄膜对温度和湿度变化将变得更稳定。在其它的实施方案中，热塑性聚合物膜层是挤塑成形的，而诸如微光学结构之类的光学结构被加到该膜层的两面上形成机械上稳定的复合薄膜。
差动固化程序引起尖端或峰顶60略微倒圆将引起毗邻棱镜面之间的角度和棱镜尖改变，因此减少浸湿效应。
图13过分夸大能借助差动固化程序在棱镜58上形成的看得见的随机成形的表面。在这个实施方案中，结构61的大约0.3微米或半波长深度59连续改变，举例来说，如图8、9、10和11所示，略微随机的倾斜引起光线路径长度在长度方面变成随机的。事实上，在每个棱镜58上都有众多的结构61。所以，在平坦的反射表面上出现的统一的相位变化不发生。干涉条纹不出现而且浸润是看不见的。因此，结构61的微小弯曲减少劳埃德反射镜的条纹效应。结构63可以有大约250微米的随机振动。
在被遮蔽的区域中，棱镜可能有差动固化收缩图案所引起的纳米尺寸的条痕。这些条痕能像垂直的直线蠹眼结构一样完成任务。一些条痕从峰顶延伸到谷底。该条痕在宽度方面能在大约250和770纳米之间变化，取决于掩模图案。这些条痕能引起向上的光隧道效应。
图14是依照本发明的实施方案用于差动固化程序的掩模图案42。众多的至少部份不透明的或黑色的斑点或区域44被随机地放置在透明的膜层46上。不透明可以被定义为有能力阻挡大约50％以上的入射光。掩模图案42能被放置在直线棱镜的峰顶之上，在这种情况下棱镜高度和棱镜面表面的变化发生在黑色斑点44所处位置，而且高度变化和棱镜面表面变化对于所有被遮蔽的区域或地域是不变的或相同的。在没有黑色斑点44的地方，棱镜高度表面形状是不变的。掩模图案42能与包括薄膜或片材的平滑面在内的任何几何结构一起使用。在一个实施方案中，不透明区域包括线条宽度为大约50微米到500微米的字母数字图案或几何图案。有时把控制加到不允许采用通常的随机图案差动固化程序的结构的深度或高度上是符合需要的。通常的随机印刷图案把多个斑点或图素合并建立中间色调，然后那多个斑点在固化程序中充当较大的斑点，借此把多种深度加到成品结构上。
提供一种允许采用差动固化生产光学产品的从业者控制最后得到的结构的形状的程序。此外，人们可能选择在以分步方式维持对每个区域的控制的同时建立两种、三种、或更多种不同的高度和深度。所得到的利益是当表面结构的形状以非随机的可推断的方式改变的时候，该图案在尺寸方面确实是随机的。一种实现途径是制作图案掩模印刷品，其中不透明的图素(例如，斑点、六角形、正方形，等等)有围绕着它们的轮廓线或“光环”。
如图15所示，光环49环绕着每个不透明斑点或图素48。这允许图素48在固化程序期间充当独立的实体，以致当个别图素48彼此相邻的时候图素48不充当比较大的印刷斑点。光环49需要足够大以允许足够的辐射使图素之间的空间以正常速率固化。在特定的实施方案中，不透明的图素48有大约152微米(6密耳)的直径51，而光环49有大约76微米(3密耳)的宽度53。这些图素48能是在光学片材或薄膜的一面或两面上形成的而且能在例如结构化的或非结构化的表面上形成。
在一种用来形成图15所示的图案的方法中，该图案被不透明图素48覆盖的总覆盖率被选定，举例来说，20％的覆盖率。基于给定的图素48和相关光环49的直径，图素48随机地分布在图案各处。在特定的实施方案中，图素48被印到透明的薄膜上，该薄膜随后在固化程序期间被放在可辐照固化的材料上。
许多其它类型的棱镜(包括方角棱镜)能被使用。方角棱镜回射器或棱柱型回射器是在将其全部教导在此通过引证并入的于1973年1月23日授权给Stamm的美国专利第3,712,706号中描述的。通常，棱镜是通过在金属板或其它适当材料的平坦表面上形成主阴模制作的。为了形成方角，三组以60度角相交的平行的等距离的V形凹槽被雕刻在平板上。然后，用该模具在刚性的平坦塑料表面上加工所需要的方角阵列。关于方角微棱镜的结构和操作的进一步的细节能在其全部教导在此通过引证被并入的于1972年8月15日授权给Rowland的美国专利第3,684,348号中找到。另外，图案转移概念可以包括在平滑表面上形成结构化涂层以及在任何类型的微光学阵列(包括亚微米到微米大小的表面)上形成图案结构。此外，图案可以放在平坦表面、棱镜表面、透镜结构和其它表面上。该图案可能是随机的、有序的、或为传达信息而设计的。在替代实施方案中，方角阵列可以如同2000年3月14日颁布的美国专利第6,036,322号和2002年10月1日颁布的美国专利第6,457,835号所揭示的那样沿着两个或多个方向取向。这些专利的全部教导在此通过引证被并入。
业已发现，在方角棱镜的棱镜面上形成的差动固化图案能改善最后得到的光分布，举例来说，通过使光线散开消除衍射图案。包含方角棱镜的回射片材能如同在此通过引证将其全部教导并入的于2003年5月15日申请的美国专利申请第10/438,759号所揭示的那样被切割成或形成薄片、碎片或细丝。至少一些棱镜面的至少有一部分能包括差动固化的表面以减少或消除闪烁或闪光。
参照图16，现在将进一步详细地描述用来形成差动固化的光线变向薄膜或准直膜的方法。模子102是划有本质上平行于模子的旋转轴线的直线凹槽120的。虽然模子102上的直线凹槽被展示成有其垂直于纸面取向的纵轴，但是这些凹槽能沿着任何方向取向。在特定的实施方案中，直线凹槽120是围绕着模子102的圆周划刻的。这些直线凹槽可以有介于大约0.05毫米和0.2毫米(0.002英寸和0.008英寸)之间的节距。基础薄膜104是从卷状物106放卷的。基础薄膜104可能是适当的材料，例如，聚酯。掩模薄膜108是从第二个卷状物110放卷的。掩模薄膜可以用聚酯之类适当的材料制成，在制作时把不透明的设计印到透明的掩模薄膜上。不透明的设计能以与在字幕片上印某种设计相同的方式印在掩模薄膜上。基础薄膜104和掩模薄膜108借助抵住模子/滚筒102的第一个滚筒112被层压在一起。基础薄膜104和掩模薄膜108保持与模子102紧密接触，直到第二个滚筒114。在另一个实施方案中，基础薄膜和掩模薄膜可以被层压在一起作为单一的片材，然后从单一的卷状物放卷。
在又一个实施方案中，可移去的图案可以用适当的遮光材料(例如，水溶性墨水或类似的东西)直接印在基础薄膜的第一面上。可光照固化材料的可固化膜层被放在基础薄膜的第二面上，而可固化的膜层是在有通过图案和基础薄膜指向可固化膜层的光的情况下差动固化的。在该膜层差动固化之后，从基础薄膜上去掉可移去的图案。举例来说，它能用溶剂去除，例如，对于水溶性墨用水去除。然而，可以使用其它的溶剂，例如，醇、碳氢化合物，等等，取决于用来在基础薄膜上形成遮光图案的墨水或其它材料。这个实施方案的优势在于不需要单独的掩模薄膜。
在另一个实施方案中，图案是用有阻挡辐射或光线的颜料或染料的墨水作为包含阻挡紫外线(UV)的化学药品(例如，CibaGeigy公司以商标名“Tinuvin”出售的)的有颜色的或清澈透明的墨水直接印在基础薄膜的第一面上的。该图案在固化步骤之后不需要除去，被保留在产品上。如果该图案留在产品表面上，这将不需要独立的掩蔽薄膜而且能提供附加的装饰型或功能型特征。
棱镜单体材料116被放在靠近滚筒112的点位118上。诸如丙烯酸树脂之类的单体材料流进模子102上的凹槽120。棱镜单体材料116当它经过紫外灯122、124的时候被受到部份阻挡的紫外光差动固化形成差动固化的准直膜126。差动固化的准直或改变光线方向的薄膜126被卷到收卷滚筒128上。掩模薄膜108被卷到第二个收卷滚筒130上。
在某些部分被差动固化的准直或改变光线方向的薄膜中，光线被引导通过准直膜从而造成不同的照明阴影。比较明亮的部分包括有90度直线棱镜的区域。有比较暗的部分的区域包括通过用掩模阻挡被差动固化的棱镜。在这些比较暗的部分中，那些棱镜由于固化速度不同而略微被扭曲，而且因为光线散布在较宽广的范围上所以显得比较暗。
改变光线方向的薄膜片材能在背后照明系统中用于准直或改变光线方向。改变光线方向的薄膜片材200如图17中的剖视图和图18中的透视图所示包括用诸如ICI Dupont 4000PET之类的透明的聚酯薄膜或诸如Rowland Technologies“Rowtec”之类的聚碳酸酯薄膜制成的厚度介于大约50微米和250微米(0.002英寸和0.01英寸)之间的基础薄膜202。在一个实施方案中，该片材可以具有介于大约0.1毫米和0.15毫米(0.004英寸和0.006英寸)之间的厚度和介于大约1.49和1.59之间的折射率231。
一系列有侧面206的透明的直线棱镜204是在基础薄膜202上形成的。侧面206可能是等边的。直线棱镜204在该片材上延伸。棱镜是用透明的树脂(例如，购自Sartomer Chemical Co.的聚合的CN104聚丙烯酸酯的混合物和购自UCB Chemical的RDX51027)形成的。这些直线棱镜之中每个棱镜有距离(p)介于大约25微米和100微米(0.001英寸和0.004英寸)之间，优选大约48微米(0.0019英寸)的节距。这些直线棱镜有介于大约20微米和100微米(0.0008英寸和0.004英寸)之间而在特定的实施方案中大约25微米(0.001英寸)的高度(h)。这些直线棱镜如同预期的那样以峰顶角(α)(其优选数值为88度或90度)在片材中指向峰顶206。底角β1和β2可以是相同的或不同的。这些直线棱镜204可以借助非必选的棱镜胶粘剂层208(例如，购自Bostik Chemical的7650TC丙烯酸树脂胶粘剂)附着到基础薄膜202上。棱镜胶粘剂层208有介于大约2.5微米和12微米(0.0001英寸和0.0005英寸)之间的厚度(a1)。
在基础薄膜202的非棱镜面210上，形成图案结构212，例如，用与棱镜面胶粘剂层类似或相同的树脂组合物。图案结构212可以借助在材料和厚度(a2)方面与棱镜胶粘剂层208类似的图案胶粘剂层214附着到基础薄膜202上。图案结构212有介于大约2.5微米和12微米(0.0001英寸和0.0005英寸)之间的厚度。在替代实施方案中，图案结构212有介于大约0.1微米和400微米(3.94×10-6英寸和0.016英寸)之间的厚度。在特定的实施方案中，先在基础薄膜202上形成并且透过基础薄膜202固化图案结构212。然后，形成直线棱镜204，提供图17所示的薄膜200。在进一步的实施方案中，掩模可以在图案结构212上提供而且差动固化图案可以在那些棱镜204中形成。薄的图案结构212对在那些棱镜204中形成的结构没有不利的影响。如果棱镜204首先在薄膜202上形成而且图案结构212是通过棱镜204固化的，那么结构212能被扭曲，因为在辐射穿过棱镜行进的时候辐射路径被棱镜204改变。此外，把掩模固定在棱镜尖上可能是困难的。
如图19所示，图案结构230包括徽标232，这是四个钝角不等边三角形的排列。徽标可能是公司名称、商标、图形或其它需要的设计。图案结构可以借助激光打印机打印在片材(例如，高射投影机用的聚酯片材)上。在展示的实施方案中，徽标在一行中沿着第一条轴线大约每隔13毫米重复一次。每行中的徽标相对于下一行中的偏移半个徽标，而且这些行在排列/形成网格的方向上沿着与第一条轴线垂直的第二条轴线大约每隔7.5毫米重复一次。徽标的线条宽度是大约0.5毫米。其它类型的设计包括十字形阴影、几何图形、数字、文字等等。
回到图18，那些线在非棱镜一面的表面中是凹陷216或凹进的。凹陷216可以有介于大约0.3微米和2.0微米之间的深度(d)，平均深度为1微米。在替代实施方案中，该深度(d)可以介于大约0.05微米和0.125微米之间。那些凹陷在从边缘218到低点220的倾斜方面是不统一的。那些凹陷对基础薄膜102的表面可以有大约0.1度的平均倾斜，该倾斜能高达1度。
图案结构是通过把掩模薄膜暂时放在基础薄膜的一个面上形成的。掩模薄膜有在它上面形成的能在紫外光从紫外光源经过掩模薄膜到基础薄膜的时候阻挡一部分紫外光的徽标、几何图形(线条、圆、曲线，等等)、字母和数字或任何其它需要的设计。掩模薄膜没印上徽标的部分对紫外光是更透明的。胶粘剂膜层沉积在基础薄膜的另一面上，而未固化的可辐照固化的树脂被放在该胶粘剂膜层上。紫外光是这样定向的，即从紫外光源经过掩模层、基础膜层、胶粘剂层到树脂层。树脂层是差动固化的，因为紫外光强度被印到树脂层上的图案不均匀地阻挡，从而造成图案结构。该图案结构是不平坦的和分段的。树脂层中对紫外光的阻挡作用最大的部分有最深的表面凹陷。没有阻挡直接暴露在紫外光之下的部分造成表面相对平坦的区段。然后，把掩模薄膜从基础薄膜上去除。直线棱镜被浇注在基础薄膜曾经放置掩模薄膜的一面上。直线棱镜是借助通过基础薄膜的紫外光固化的。直线棱镜可能在暴露在经过不平坦的分段的图案结构的紫外光之下的部分被略有差异地固化。
该薄膜可以放在光导和显示屏(例如，液晶显示屏)之间。精美图案把显示屏中的图素图案分解成碎片，没有像采用漫射片材那样多的光损失。薄膜上的图案结构能在整个薄膜上被轻易地看见。
该薄膜能作为单一片材或双片材或多片材系统使用。双片材系统有指向同一方向的峰顶，而且每块片材上的峰顶长度往往是以90度交叉的。
本发明的差动固化程序能用来形成保密涂层，例如，在文件或通货纸张、纤维、细丝、薄膜、身份证、或昂贵产品的包装薄膜上的涂层。
图20举例说明能实现有差动固化结构的片材或薄膜的光学系统。在这个实施方案中，背后照明系统234包括光源236和反光镜238。光源236可能是萤光灯、白热灯或其它适当的光源。用来把光线从背后照明系统里面引出来的波导240能用透明的固体材料制成，而且往往是楔形的。在波导240的一个面上是用诸如铝或涂成白色的表面的镜面材料制成的波导反射镜242，用来把光线反射回波导240。波导反射镜242可以是弯曲的或平坦的。漫射器244是漫射来自波导的光使之实质上均匀分布的薄膜。适当的漫射器的例子是有随机纹理的表面或指数渐变的薄膜或设计的衍射结构。
在漫射器244上方，第一个改变光线方向的薄膜或准直膜246可以如同在此通过引证将其全部教导并入的于2003年7月17日作为美国专利申请公开第2003/0133301号公开的于2002年1月15日申请的美国专利申请第10/046,929号所揭示的那样在毗邻波导240的第一面上有凹槽结构248。该凹槽结构248可以有一系列的基础平面250和沿着第一条轴线从准直膜246的一个面向准直膜246的第二面伸展的高台252以便提供与棱镜表面254对置的不平滑的表面。直线棱镜表面254可以有棱镜表面256和窗口258，而且是用透明的聚合物材料制成的。棱镜260有带峰顶262和谷底264的棱镜面256。棱镜260的节距(p)是从一个谷底264到下一个谷底264测量的。在一个实施方案中，该节距可以介于25微米和76微米(0.001英寸和0.003英寸)之间。直线棱镜260的高度(h)是用从谷底264到峰顶262的垂直距离测量的。高度(h)可以介于7.6微米和38微米(0.0003英寸和0.0015英寸)之间。夹角(β)是在峰顶262相交的两个面256之间测量的。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)介于大约60度和85度之间或介于大约95度和120度之间。在峰顶262两侧的侧面256可以是从谷底264到峰顶262形成等腰三角形的边长(1)。作为替代，这两个边可以有不同的长度，例如，不等边三角形，借此使棱镜倾斜或倾倒。
基础平面250和高台252是用实质上垂直于基础平面250和高台252的壁面266连接的。壁面266可以与基础平面250或高台252的垂线偏离几度。另外，壁面266可能是弯曲的。基础平面250和高台252可以有这样的尺寸，以便在最大限度地减少薄膜或棱镜峰顶的表面对表面的接触并借此减少浸润的同时减少牛顿环和莫尔条纹的能见度。基础平面250的宽度可以介于大约1微米和大约300微米之间。在另一个实施方案中，基础平面250的宽度可以介于大约10微米和大约200微米之间。在特定的实施方案中，高台252的宽度介于大约1微米和50微米之间。在另一个实施方案中，高台252的宽度可以介于大约10微米和大约50微米之间。基础平面250的宽度与高台242的宽度之比可以介于大约1和大约10之间。在一个实施方案中，基础平面有大约150微米(0.006英寸)的宽度，而高台有大约25微米(0.001英寸)的宽度。在另一个实施方案中，基础平面250有大约185微米(0.0073英寸)的宽度，而高台252有大约33微米(0.0013英寸)的宽度。壁面266可以有提供基础平面250和高台252距薄膜基点的海拔高度差的介于大约0.4微米和大约0.8微米之间的高度。在一个实施方案中，壁面266的高度介于大约0.5微米和0.8微米之间。基础平面和高台之间的海拔高度差能小于可见光的波长。高台宽度的尺寸可以每个都小于大约3.175微米(1.25×10-4英寸)。
非必选的减少磨蚀层268可以被放置于第一准直膜246和第二准直膜270之间。减少磨蚀层268可以在一个或两个表面上有凹槽结构以便通过减少浸润或牛顿环来改善性能。在替代实施方案中，漫射层可以与减少磨蚀层268组合或不与减少磨蚀层268组合地位于第一准直膜246上方。
第二光线变向膜或准直膜270可以包括在毗邻第一准直膜246的第一面上的第二凹槽结构272和在对置面上的棱镜结构274。第二准直膜270的棱镜结构274可以沿着与第一准直膜246上的棱镜相同的方向取向。作为替代，它可以被通过旋转棱镜取向达大约180度得到弥补。在一个实施方案中，第二准直膜270相对于第一准直膜旋转大约90度以减少莫尔条纹形成和改善出射光分布的均匀性。另外，峰顶262以最小的接触与凹槽结构272交叉以减少薄膜之间浸润。
在第二准直膜270上面的是液晶显示屏276。漫射层放置在第二准直膜270上方。有用与光源波导和漫射器的特性相匹配的倾斜、尺寸和夹角设计的直线棱镜的准直膜提供改进的性能。使用夹角范围从95度到120度的直线棱镜阵列的好处是提供对计算机荧屏的视角最适宜的光分布。夹角被视为三角形直线棱镜结构的顶角。
可以在其中使用本发明的光学薄膜的某些实施方案的另一个实施方案被展示在图21中。背后照明系统278包括光源280和反光镜282。波导284可以用透明的固体材料制成，而且可能是楔形的和用热固性或热塑性材料制成的。
毗邻波导284的第一面286的是用镜面反射材料制成的波导反射镜288。反射镜288可以与表面286略微隔开，以允许内反射全部发生在表面286。作为替代，反射镜288可以在面对波导284的一面上有凹槽结构。反射镜的凹槽结构可以涂上一层镜面反射材料。作为替代，如果反射镜288是透明的，那么该反射镜可以在远离波导284的一面上有涂层。第一面286在外形上可以是阶梯形的。波导284的第二面290在远离波导反射镜288的对置面上而且可以有凹槽结构292。在其它的实施方案中，蠹眼结构层可以与在第二面290上的起伏表面上的差动固化结构重叠，正如图24中所举例说明的那样。
在波导284上方，第一光线变向或准直膜294有以峰顶298指向波导284的第一棱镜结构296。在替代实施方案中，漫射层位于波导284上方。第一准直膜294可以包括在第一棱镜结构296的窗口面上的第一凹槽结构300。第一准直膜294上的直线棱镜的峰顶可以与光源280平行设置。第一凹槽结构300有基础平面302和平行于峰顶298的高台304，以提供不光滑的结构表面。基础平面302和高台304是借助壁面306连接的。壁面306可以实质上垂直于基础平面302和高台304，这包括壁面306可能与基础平面或高台的垂线偏离几度。另外，壁面可能是弯曲的。基础平面302和高台304实质上是平行的，但是不在同一平面上。
在第一准直膜294上方，第二光线变向或准直膜308可以包括第二凹槽结构310和第二个棱镜结构312。第二棱镜结构312的峰顶313指向远离波导284的点。第二凹槽结构310有平行于峰顶314的基础平面316和高台318以提供不光滑的结构表面。基础平面316和高台318是借助壁面320连接的，而且在特定的实施方案中，实质上是平行但是不在同一平面上。第二棱镜结构312的峰顶314可以沿着不平行于第一棱镜结构296的峰顶298的方向取向。另一种取向是90度。漫射层可以位于第二准直膜308的上方。在替代实施方案中，蠹眼结构可以在任何棱镜结构上提供，举例来说，在棱镜结构296上。
差动固化结构或图案和/或蠹眼结构可以在本文揭示的任何实施方案(包括图20和21的实施方案)中的任何元素或膜层的一个或两个面上提供以减少不理想的光学情况，例如，浸润。举例来说，准直膜246、270、294和/或308的直线棱镜可以包括随机的和/或差动固化的图案以便最大限度地减少毗邻结构之间的浸润。另外，凹槽结构248、272、300和/或310可以为了同样的理由包括差动固化的图案。
图22是包括第一薄膜324和第二薄膜326的光学结构322的透视图。在这个实施方案中，每个薄膜324、326都包括一系列能用来改变光线方向或产生平行光的直线棱镜328、330。薄膜324，326也可以包括凹槽结构332、334以减少看得见的光学缺陷。此外，差动固化图案和/或蠹眼结构可以在每个薄膜324、326的一个或两个面上形成以便进一步改善光学结构322的光学特性。在特定的实施方案中，随机差动固化的图案是在直线棱镜328、330上形成的而规则的或统一的差动固化图案(例如，图案230)是在凹槽结构332、334上形成的。在替代实施方案中，凹槽结构332、334是不存在的，即，面336、338实质上是平面，而且规则的差动固化图案是在它上面形成的。在进一步的实施方案中，在面338上的统一的差动固化图案和在棱镜328的随机的差动固化图案相匹配，以致两个图案的组合提供至少大约0.5微米的空气缝隙以防止浸润，避免莫尔问题，降低耐擦伤性和避免牛顿环。差动固化图案的深度可以调节以避免图案明显度，有时这对于背后照明制造商来说可能是一个问题。在薄膜(例如，薄膜324或薄膜326)的两个面上有差动固化图案将改善薄膜的热稳定性、机械稳定性和水份稳定性。在棱镜面或对置面上的差动固化图案的特征大小、深度和间隔可以与能与棱镜面或非棱镜面相邻使用的特定的漫射器相匹配，取决于应用。
如果蠹眼结构表面是在有凹槽结构334或没有凹槽结构334的面338上提供的，在直线棱镜328上形成的随机的差动固化图案将阻止对蠹眼表面的浸润。面338上的蠹眼结构表面可能是与重叠在蠹眼树脂层中的差动固化图案一起形成(见下面的实施例1)。
在替代实施方案中，微结构可能包括在薄膜324、326的任一面上形成的规则图案和/或随机图案。举例来说，可以面对鼓并且在鼓上形成所需图案的负像。然后用这个鼓来在薄膜上浇注微结构。
在本申请的任何实施方案中直线棱镜都可以如同在此通过引证将其并入全部教导的于2002年7月25日作为美国专利申请公开第2002/0097496号公开的于2001年12月13日申请的美国专利申请第10/023,204号所揭示的那样包括三个或多个平面表面或刻面(不包括底面或窗口面)。
如果薄膜的非棱镜面(例如，有或没有凹槽结构332的面336)是毗邻其它平滑的结构放置的，那么牛顿环或条纹可能出现。规则的或随机的差动固化图案可以是在两个接触表面之一或两者上提供的以便提供至少0.3微米的结构避免牛顿条纹。
在其它的实施方案中，诸如蠹眼结构之类的微结构表面可以在不光滑的或起伏的表面上提供，以提供防眩光、防反射表面和用于阻止或最大限度地减少浸润之类的目的。制造起伏结构的特定方法用图23举例说明，其中浇注鼓340包括在其外表面上的蠹眼加工工具342。虽然蠹眼结构的直线凹槽是用它们垂直于纸面取向的纵轴展示的，但是这些凹槽可以沿着任何方向取向。在特定的实施方案中，蠹眼结构的直线凹槽是围绕着鼓340的圆周划线。
树脂344(例如，可用紫外线固化的树脂)能在加工工具342和卷状物347分发的基材薄膜346之间流动。如图24所示，过量树脂层348可以在薄膜346上提供，举例来说，通过在薄膜346和加工工具342之间提供固定的缝隙。在其它的实施方案中，薄膜346的传送速度和树脂344的粘度能用来控制过量树脂层348的厚度。在特定的实施方案中，膜层348有介于大约0.0127毫米和0.127毫米(0.0005英寸和0.005英寸)之间的厚度。
薄膜350(例如，透明的、有柔性的热塑性薄膜)能包括从卷状物351分发的掩模352或图案层。薄膜350可以被层压到基材薄膜346上，如图所示。在这个制造装置中，滚筒353能用来引导薄膜346、350和掩模352。当掩模352在一个或多个固化灯354旁边经过的时候，在过量树脂层348中发生差动收缩。蠹眼结构356很小，首先固化并且保持保真度，而且重叠在能按照由掩模352的图案决定的不光滑的或波状的图案形成的过量树脂348的差动固化区域上。蠹眼结构356和薄膜346可以卷到收卷滚筒358上，而薄膜350和掩模352可以卷到收卷滚筒360。
光学结构和发明概念是在通过引证在此将其全部教导并入的于2003年5月2日申请的共同拥有的美国专利申请第60/467,494号中揭示的。这些光学结构和概念能连同在此揭示的发明原则一起使用。
实施例1聚碳酸酯基材被印有着蓝色的“PEEL”字样的编号为30LC的掩模薄膜(由Ivex Packaging Corporation制造)覆盖。蠹眼结构被浇注在基材的背面上并且以大约12米/分钟(40英尺/分钟)的传送速度经过两盏Eye Ultraviolet Corporation制造的157-236瓦/延厘米(400-600瓦/延英寸)的紫外灯固化。在除去掩模薄膜之后，固化的蠹眼结构保留以零度观察角可能不容易看的但在大约15度观察角下变明显的“PEEL”图案。
实施例2字母数字图像被手写到在Rowland Technologies Corporated制造的聚碳酸酯薄膜的附着掩模样品上的掩模薄膜的表面上。通常可得的毛毡尖记号笔用来形成该图像。可用紫外线固化的环氧基丙烯酸酯涂层被涂到聚碳酸酯薄膜的另一面上并且在236瓦特/延厘米(600瓦特/延英寸)的灯之下以大约4.6米/分钟(15英尺/分钟)的速度固化。去掉掩模薄膜，在各种不同的角度凭视觉检查固化的涂层。掩模薄膜上的图像以浅的观察角能在固化的涂层中看到。
实施例3图25展示横跨用图案转移程序制作的薄膜的表面完成的有干涉显微镜痕迹的表面轮廓的曲线图。
特征高度略微小于红光的波长。红光波长是632.8nm(2.49×10-5英寸)。特征高度是大约500nm到900nm(1.9685×10-5英寸到3.5433×10-5英寸)。平均高度是大约640nm(2.5197×10-5英寸)。
特征的高度和倾斜在光穿过薄膜的时候引起一些光偏移。然而，对LCD背后照明亮度的影响似乎是积极的，有大约百分之一的增益。此外，这些特征能在薄膜相互重叠的时候充当准直膜棱镜峰顶的搁置点，所以能防止绝大部分棱镜峰的顶受磨损伤害。
图26与图13的实施方案类似而且举例说明能借助差动固化程序在棱镜58上形成的看得见的随机成形的表面。在这个实施方案中，棱镜58的振幅A是大约0.3微米而差动固化结构63可能有大约250微米的随机振动。在这个实施方案中，尽管峰顶362实质上呈直线，但是直线棱镜58的侧面61如图所示是弯曲的。棱镜58的边缘61从代表棱镜58的平坦侧面的虚线366延伸大约0.3微米的距离364。
图27是包括直线棱镜370和“横切”棱镜或反转线372的光线变向光学结构368的局部透视图。在特定的实施方案中，棱镜370有在顶点371大约90度的夹角。横切棱镜372在作为光管道系统使用的时候帮助消除光学输出。如果一组棱镜370、372比其它的高，相对于毗邻的光学结构，浸润能被减少。在特定的实施方案中，鼓可以被划出将形成直线棱镜370的第一组凹槽。然后，鼓可以按较宽的将形成横切棱镜372的节距划线。
图28与图27类似，但是横切棱镜372的夹角为了优化光学性能被改变。如果横切棱镜372的夹角大于或小于90度，则允许较多的光逸出，即，较少的光向光源反射。
图29是包括直线棱镜370、横切棱镜372和在棱镜370，372中形成的差动固化图案374的改变光线方向的光学结构368的局部透视图。差动固化图案374能用来减少浸润和消除被准直的光。
图30举例说明至少在棱镜370、横切棱镜372或两者的一些峰顶上提供的也可能被称为隆起、特征、反射点或高度差定位器的升高部分376。这些升高部分是在此通过引证将其全部教导并入的于2004年4月23日申请的美国专利申请第10/830,701号揭示的。众多的升高部分376能用来有利地把棱镜370、372与毗邻的光学片材、表面、薄膜、基材或其它膜层隔开最大限度地减少浸润、牛顿环、磨损、莫尔条纹或其它不受欢迎的光学条件。在棱镜侧面378形成的微小弯曲减少劳埃德镜条纹效应。在特定的实施方案中，升高部分376是在棱镜峰顶上随机定位的。在另一个实施方案中，升高部分376是在峰顶上按预定的图案定位的。
图31与图29的结构类似，但是进一步包括在棱镜370和/或横切棱镜372的峰顶上的升高部分376。
图32是包括在底面上离位于末端384的光源越远横断楔子的尺寸越小的阶梯结构382的背后照明楔子380的透视图。楔子380能用于背后照明系统(例如，计算机显示装置)沿着输出表面386统一地改变光线方向。在一个实施方案中，该结构382被整体模塑成楔子380。
图33是背后照明楔子380的透视图，包括在输出表面386上的锥形棱镜388以优化离开楔子的光。锥形棱镜388减少远离光源的光管道系统和由楔子380发出的光准直。
图34举例说明与图33所示的类似，但是在锥形棱镜388上进一步包括差动固化图案390的背后照明楔子380。图35举例说明还包括横贯楔子的横切棱镜392的背后照明楔子380。横切棱镜392可以升高到锥形棱镜388上方以避免浸润条件。在其它的实施方案中，横切棱镜392可能有与锥形棱镜388几乎相同的高度。
图36举例说明在输出表面386上包括用来平行校正光线或改变光线方向的直线棱镜394的背后照明楔子380。众多的横切棱镜也可以在输出表面386上提供。由于前面讨论过的理由，差动固化图案390可以在棱镜392、394上提供。
图37举例说明在底面上有阶梯结构382的背后照明楔子380。为了向上朝输出表面386改变光线方向，可以在阶梯结构382的底部提供反射表面396。反射表面可以是用铝、银或黄金制成的反射涂层。图38是与图37类似，但是在输出表面386上包括锥形棱镜388的楔子382。图39与图38的实施方案类似，但是包括代替锥形棱镜的直线棱镜394。如图40所示，直线棱镜394可以包括差动固化图案390。如图41所示，可以进一步提供一个或多个横切棱镜392。
图42举例说明包括夹角沿着顶点400变化的棱镜398的背后照明楔子380。变化的夹角可以沿着棱镜的长度以阶梯方式改变。变化的夹角沿着楔子380提供不同的光准直度，即，棱镜398在离光源最远的末端有比较浅的[较大的？]夹角，借此允许较多的光从那里通过。如图43所示，可以进一步提供一个或多个横切棱镜392。如图44所示，棱镜398、390可以包括差动固化图案390。图45与图44的实施方案类似，但是横切棱镜390在棱镜398上方延伸。
图46举例说明包括夹角沿着顶点404变化的棱镜402的背后照明楔子380。在这个实施方案中，夹角从在第一末端406的预定角度(例如，90度)变化到在第二末端408的零度。
图47是现有技术的阶梯形波导410的透视图。波导410可以包括在顶面上的直线棱镜412和横切棱镜414，如图48所示。棱镜412、414可以包括在它上面的差动固化图案390。如图49所示，为了改变光线方向使之指向波导410，波导416可以放在阶梯形波导410下面。图50中的横切棱镜390可以在棱镜412上方延伸，以避免例如浸润条件。图51与图50的实施方案类似，但是波导410顶面上的棱镜398有变化的夹角。附加的横切棱镜418可以在顶面上提供，如图52所示。
图53是在底面上包括锥形棱镜338的波导420的透视图。棱镜顶端可以被截掉而且可以提供第二个波导420以使光线向波导420变向。图55是颠倒展示的图38的背后照明楔子380。
尽管这项发明已经参照其各种不同的实施方案予以具体地展示和描述，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囊括的本发明的范围的情况下完成。
权利要求
1.一种改变光线方向的光学结构，其中包括a)第一面和第二面，第一面包括众多的在所述棱镜上看得见的随机成形的表面的直线棱镜；以及b)众多的横切棱镜，在第一面上以某种角度取向以致它大于0度但小于180度。
2.根据权利要求1的结构，其中直线棱镜包括实质上呈直线的峰顶。
3.根据权利要求1的结构，其中直线棱镜包括有大约90度的夹角的顶。
4.根据权利要求1的结构，其中横切棱镜包括有大约90度的夹角的顶。
5.根据权利要求1的结构，其中直线棱镜有大于横切棱镜的高度的高度。
6.根据权利要求1的结构，其中直线棱镜有小于横切棱镜的高度的高度。
7.根据权利要求1的结构，其中横切棱镜包括有小于大约90度的夹角的顶。
8.根据权利要求1的结构，其中横切棱镜包括有大于大约90度的夹角的顶。
9.根据权利要求1的结构，其中所述的第一面包括用同一种可辐照固化的材料制成的众多第一固化部分和众多第二固化部分，众多第一固化部分固化到第一时间量或以第一速率固化，而众多第二固化部分固化到第二时间量或以第二速率固化，第一时间量或速率显著不同于第二时间量或速率以造成在该结构的表面之上或之内不连续的结果。
10.根据权利要求1的结构，其中所述的直线棱镜或横切棱镜包括隆起、反射点或高度差。
11.根据权利要求1的结构，其中与没有弯曲的直线棱镜相比，直线棱镜的顶有足够的部分包括足以减少劳埃德反射镜边缘效应的弯曲。
12.根据权利要求1的结构，其中直线棱镜或横切棱镜包括随机地位于棱镜峰顶之上的升高部分。
13.根据权利要求1的结构，其中直线棱镜或横切棱镜包括按照预定的图案位于棱镜峰顶之上的升高部分。
14.一种背后照明楔子，其中包括在底面上的离位于一端的光源越远横断楔子的尺寸越小的阶梯结构，而且有在所述的楔子上看得见的任意成形的表面。
15.根据权利要求14的楔子，其中所述的楔子进一步包括锥形棱镜。
16.根据权利要求14的楔子，其中所述的锥形棱镜包括用同一种可辐照固化的材料制成的众多第一固化部分和众多第二固化部分，众多第一固化部分是按照第一时间量或以第一速率固化的，而众多第二固化部分是按照第二时间量或以第二速率固化的，第一时间量或速率显著不同于第二时间量或速率以便在所述结构的表面之上或之内造成不连续。
17.根据权利要求14的楔子，其中所述的锥形棱镜进一步包括横切棱镜。
18.根据权利要求17的楔子，其中所述的锥形棱镜和所述的横切棱镜有几乎相同的高度。
19.根据权利要求14的楔子，其中所述的阶梯结构包括在它上面的反射涂层。
20.根据权利要求14的楔子，其中所述的棱镜包括沿着所述棱镜的顶改变的夹角。
21.根据权利要求14的楔子，其中所述的有不同夹角的棱镜进一步包括横切棱镜。
22.根据权利要求14的楔子，其中所述横切棱镜顶在锥形棱镜顶上方延伸。
23.根据权利要求14的楔子，其中所述的锥形棱镜有从在第一末端大约90度变化到在第二末端0度的夹角的顶。
24.根据权利要求14的楔子，其中所述的锥形棱镜包括截头峰顶。
全文摘要
改变光线方向的光学结构包括第一面和第二面，第一面包括众多直线棱镜，在棱镜上有看得见的随机成形的表面，和众多横切棱镜，在第一面上以某个角度取向以致大于0度但小于180度。背后照明楔子包括在底面上离位于一端的光源越远横断楔子的尺寸越小的阶梯结构，而且在所述的楔子上有看得见的随机成形的表面。
文档编号B29D11/00GK1894605SQ200480037432
公开日2007年1月10日 申请日期2004年12月22日 优先权日2003年12月23日
发明者帕特瑞克·W·穆莱恩, 罗伯特·B·奈尔森, 威廉·P·罗兰 申请人:瑞弗莱克塞特公司