專利名稱：具有球形結(jié)構(gòu)表面的光學(xué)薄膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括基本為半球形表面結(jié)構(gòu)的光學(xué)薄膜，以及結(jié)合有該光學(xué)薄膜的光學(xué)裝置。
背景技術(shù)：
諸如液晶顯示(“LCD”)裝置等的顯示裝置已經(jīng)用于各種應(yīng)用中，包括，例如電視機(jī)、手持式裝置、數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)以及計算機(jī)顯示器。與傳統(tǒng)的陰極射線管(“CRT”)顯示器相比，LCD提供下述一些優(yōu)點，諸如減輕的重量、減小的單位體積、低功耗、以及增加的亮度。但是，LCD面板不是自照明的，因此，有時需要背光組件或者“背光源”。背光源一般將來自一個或多個光源(例如冷陰極熒光管(“CCFT”)或者發(fā)光二極管(“LED”))的光耦合成基本上為平面的光輸出。該基本上為平面的光輸出隨后耦合到LCD面板。
通常通過LCD的亮度評價LCD的性能?？梢酝ㄟ^使用大量的光源或者更亮的光源來增強(qiáng)LCD的亮度。在大面積顯示器中，通常需要使用直接照明式LCD背光源以保持亮度，這是因為下述緣故即，光源的可利用空間隨著周長線性增長，而照明面積隨著周長的平方增長。因此，LCD電視機(jī)一般使用直接照明式背光源而不是使用光導(dǎo)邊緣照明式LCD背光源。附加光源和/或更亮的光源可能會消耗更多的能量，這與降低分配給顯示裝置的能量的能力相違背。對于便攜式裝置，這可能與減少電池壽命相關(guān)。此外，給顯示裝置附加光源可能增加制造成本和重量，并且有時會導(dǎo)致降低顯示裝置的可靠性。
還可以通過有效地利用LCD裝置中的可利用光而提高LCD的亮度(例如，沿優(yōu)選觀察軸引導(dǎo)更多的顯示裝置內(nèi)的可利用光)。例如，可以從3M公司得到的VikuitiTM增亮膜(“BEF”)具有棱柱表面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使一些在觀察范圍之外射出背光源的光改向為基本上沿著觀察軸。通過使一些光在BEF和背光源的反射部件(例如其背反射器)之間進(jìn)行多次反射，來回收至少一些剩余光。這導(dǎo)致基本上沿觀察軸的光學(xué)增益，并且還導(dǎo)致LCD的照明的空間均勻度的改進(jìn)。從而，BEF是有利的，例如，這是因為其提高了亮度并且改進(jìn)了空間均勻度的緣故。對于用電池供電的便攜式裝置，這可以獲得更長的運行時間或者更小的電池尺寸，和提供更好的視覺感受的顯示器。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置，包括光源；以及光學(xué)薄膜，其具有第一表面，其設(shè)置成接收來自所述光源的光；以及第二表面，其背向所述光源，所述第二表面包括密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)的二維陣列。在一些示例性實施例中，所述光學(xué)薄膜還包括偏振器。
在另一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置，包括光源；以及光學(xué)薄膜，其具有第一表面，其設(shè)置成接收來自所述光源的光；以及第二表面，其背向所述光源，所述第二表面包括二維陣列，所述二維陣列具有具有第一半徑的第一多個基本為半球形結(jié)構(gòu)；以及具有第二半徑的第二多個基本為半球形結(jié)構(gòu)。所述第二半徑不同于所述第一半徑。所述第一和第二多個基本為半球形結(jié)構(gòu)是密排的。
在又一個實施方案中，本發(fā)明涉及一種光學(xué)裝置，包括光源；以及光學(xué)薄膜，其具有第一表面，其設(shè)置成接收來自所述光源的光；以及第二表面，其背向所述光源，所述第二表面包括二維陣列，所述二維陣列包括具有基本上相同半徑的密排的多個基本為半球形結(jié)構(gòu)；在一些示例性實施例中，所述光學(xué)薄膜還包括基底部分，所述基底部分的光學(xué)特性不同于包括所述二維陣列的第二表面的光學(xué)特性。
通過下列結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將更容易理解本發(fā)明的光學(xué)薄膜和光學(xué)裝置的這些和其它方面。


為使本發(fā)明所述領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以更容易地理解如何制造和使用本發(fā)明，以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明示例性實施例，其中圖1A示意地示出平面光導(dǎo)邊緣照明式背光源；圖1B示意地示出楔形光導(dǎo)邊緣照明式背光源；圖1C示意地示出使用擴(kuò)展光源的背光源；圖1D示意地示出直接照明式背光源；圖2示意地示出設(shè)置在背光源上的根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)薄膜的示例性實施例；圖3A是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性光學(xué)薄膜的局部透視示意圖；圖3B是圖3A所示的示例性光學(xué)薄膜的極坐標(biāo)坎德拉圖；圖3C包含直角坐標(biāo)分布圖，代表圖3B所示的數(shù)據(jù)在0度、45度、90度和135度角的橫截面；圖4A是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的另一示意性光學(xué)薄膜的局部透視示意圖；圖4B是圖4A所示的示例性光學(xué)薄膜的極坐標(biāo)坎德拉圖；圖4C包含直角坐標(biāo)分布圖，代表圖4B所示的數(shù)據(jù)在0度、45度、90度和135度角的橫截面；圖5A是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的另一示意性光學(xué)薄膜的局部透視示意圖；圖5B是圖5A所示的示例性光學(xué)薄膜的極坐標(biāo)坎德拉圖；以及圖5C包含直角坐標(biāo)分布圖，代表圖5B所示的數(shù)據(jù)在0度、45度、90度和135度角的橫截面。
具體實施例方式
本發(fā)明涉及能夠控制光的角分布的光學(xué)薄膜以及結(jié)合有該光學(xué)薄膜的光學(xué)裝置。特別地，根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)薄膜能夠控制來自背光源(例如LCD背光源)的光的角輸出分布。
圖1A到圖1D示出了光學(xué)裝置的幾個實例，例如與LCD面板一起使用的背光源。圖1A示出背光源2a。該背光源2a包括光導(dǎo)3a，其示出為基本為平面的光導(dǎo)；光源4a，其設(shè)置在光導(dǎo)3a的一側(cè)、兩側(cè)或者多側(cè)，例如CCFT或者LED陣列；燈光反射器4a′，其設(shè)置成圍繞光源4a；背反射器3a′；以及一個或多個光學(xué)薄膜3a″，其可以是任意適合的薄膜。圖1B示出背光源2b，包括光導(dǎo)3b，其示出為楔形光導(dǎo)；光源4b，其設(shè)置在光導(dǎo)3b的一側(cè)，例如一個或多個CCFT或者LED陣列；燈光反射器4b′，其設(shè)置成圍繞光源4b；背反射器3b′；以及一個或多個光學(xué)薄膜3b″，其可以是任意適合的薄膜。圖1C示出背光源2c，該背光源2c包括擴(kuò)展光源4c，其可以是表面發(fā)光型光源；以及一個或多個光學(xué)薄膜4c″，其設(shè)置在擴(kuò)展光源4c上方。圖1D示意地示出直接照明式背光源2d的局部視圖，該背光源2d包括三個或更多個諸如CCFT或者LED陣列等的光源4d；背反射器5a；擴(kuò)散板4d′；以及一個或多個光學(xué)薄膜4d″，其可以是任意適合的薄膜。
這些背光源可以用于各種其他光學(xué)裝置，例如使用LCD的顯示裝置(例如電視機(jī)、監(jiān)控器等)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的，顯示裝置可以包括殼體，該殼體具有窗口；可以包括至少一個光源的背光源；諸如光導(dǎo)等的光分布元件；根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)薄膜；其它適合的光學(xué)薄膜以及光選通裝置，諸如LCD面板，其位于光學(xué)薄膜和光學(xué)窗口之間并設(shè)置成接收通過光學(xué)薄膜透射的光。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)薄膜可以與本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的任何適合的光源一起使用，并且該顯示裝置可以包括其它任何適合的元件。
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的背光源20和光學(xué)薄膜6的橫截面圖，該光學(xué)薄膜6設(shè)置在背光源20上方，以使光學(xué)薄膜6的表面14(例如，第一表面)接收來自背光源的光。背光源20可以包括光源24；諸如光導(dǎo)等的光分布元件23以及背反射器25。根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)薄膜6具有結(jié)構(gòu)化表面10(例如，第二表面)，該表面承載密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)8的二維陣列。在本發(fā)明的典型實施例中，結(jié)構(gòu)化表面10背向背光源20。光學(xué)薄膜6還可以包括基底部分12。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解的，密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)8的二維陣列和基底部分12可以形成為單個部件，并且在一些情況下可以用同樣的材料形成，以制造光學(xué)薄膜6，或者可以分別制造然后使用例如適合的粘結(jié)劑將它們結(jié)合在一起以制造成單個部件。在一些示例性實施例中，密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)8的陣列可以形成在基底部分12上。
光學(xué)薄膜6的密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)8的二維陣列可以用于控制通過光學(xué)薄膜6透射的光的方向，特別是輸出光的角展度。密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)8可以并排地并且彼此接近地布置在表面10上，并且，在一些示例性實施例中，這些結(jié)構(gòu)8是基本上接觸或者彼此直接鄰接的。在其它實施例中，基本為半球形結(jié)構(gòu)8可以彼此間隔開，只要光學(xué)薄膜6的增益為至少約1.1即可。例如，結(jié)構(gòu)8可以這樣間隔即，使該結(jié)構(gòu)占據(jù)結(jié)構(gòu)化表面10的給定有用面積的至少約50％，或者，在其它示例性實施例中，該結(jié)構(gòu)8可以間隔更大的距離，以使該結(jié)構(gòu)占據(jù)結(jié)構(gòu)化表面10的給定有用面積的不少于約20％。
根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的典型示例性光學(xué)薄膜通常能夠提供至少約1.1到約1.5的光學(xué)增益。一些示例性的光學(xué)增益值包括約1.2、1.4和1.5。為本發(fā)明的目的，將“增益”定義為具有根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的光學(xué)薄膜的光學(xué)系統(tǒng)的軸向輸出亮度和不具有該光學(xué)薄膜的同樣的光學(xué)系統(tǒng)的軸向輸出亮度的比值。在本發(fā)明的典型實施例中，選擇基本為半球形結(jié)構(gòu)8的尺寸、形狀和間隔(或者由該結(jié)構(gòu)覆蓋的給定的有用面積)以提供至少為大約1.1的光學(xué)增益。
一般而言，由于具有密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)的二維陣列的結(jié)構(gòu)化表面的示例性光學(xué)薄膜而提供的光學(xué)增益將隨著球形結(jié)構(gòu)的形狀(如凸起和凹陷)偏離半球形而減小。本發(fā)明的典型實施例包括高度或深度在該結(jié)構(gòu)的半徑的約60％之內(nèi)的凸起或凹陷。更優(yōu)選的是，本發(fā)明的實施例包括高度或深度在該結(jié)構(gòu)的半徑的約40％之內(nèi)的凸起或凹陷，并且最優(yōu)選的是，本發(fā)明的實施例包括高度或深度在該結(jié)構(gòu)的半徑的約20％之內(nèi)的凸起或凹陷。具有高度或深度至少在該結(jié)構(gòu)的半徑的60％之內(nèi)的這些凸起或凹陷被稱作“基本為半球形”。結(jié)構(gòu)間更大的間隔(更小的表面覆蓋率)也可能導(dǎo)致增益的減小。
基本為半球形結(jié)構(gòu)8的合適的示例性半徑包括大約5、8、10、12.5、15、17.5、20、25、37.5、45、50、60、70和80微米，并且該半徑包括這些示例值之間的任意范圍。在一些示例性實施例中，基本為半球形結(jié)構(gòu)8可以更小，但不能太小以導(dǎo)致衍射效應(yīng)，或者可以更大，例如半徑為約100μm或者150μm?；緸榘肭蛐谓Y(jié)構(gòu)8的尺寸一般應(yīng)足夠小，以便不容易被包含該光學(xué)薄膜的顯示裝置的觀看者察覺。在一些特別適用于直接照明式背光源的示例性實施例中，可以選擇基本為半球形結(jié)構(gòu)8的間距、尺寸和外形，以使本發(fā)明的光學(xué)薄膜有助于向觀看者隱藏在背光源中所使用的光源。
根據(jù)光學(xué)薄膜6所需的特性，基本為半球形結(jié)構(gòu)8可以是相同的形狀和/或尺寸，或者其可以具有至少兩種或更多種的明顯不同的形狀和尺寸。例如，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的光學(xué)薄膜可以包括較大尺寸的基本為半球形結(jié)構(gòu)以及設(shè)置在較大尺寸的結(jié)構(gòu)之間的較小尺寸的基本為半球形結(jié)構(gòu)，以覆蓋表面10的大部分。在該示例性實施例中，較小結(jié)構(gòu)的半徑可以是相鄰的較大結(jié)構(gòu)半徑的大約40％，或者可以是另一個適合的半徑，該半徑對于較小結(jié)構(gòu)足夠小，以使其可以密排在較大結(jié)構(gòu)的二維陣列中。在其它示例性實施例中，基本為半球形結(jié)構(gòu)8可以具有至少三種基本上不同的半徑。
基本為半球形結(jié)構(gòu)8可以用諸如低折射率或者高折射率等透明可固化材料制成，在一些實施例中，至少基底部分12(包括表面10)的相鄰部分也可以用該透明可固化材料制成。用高折射率材料，以較窄的視角為代價可以獲得高光學(xué)增益，而用低折射率材料，以低光學(xué)增益為代價可以獲得較寬的視角。示例性的適合的高折射率樹脂包括諸如美國專利No.5,254,390和No.4,576,850所公開的電離輻射可固化樹脂，這些專利的內(nèi)容以引用的方式并入本文中。
在一些示例性實施例中，基本為半球形結(jié)構(gòu)8的折射率高于基底部分的至少一層的折射率。適合形成該基本為半球形結(jié)構(gòu)8的材料具有大約1.6、1.65、1.7或更高的折射率。在另一些示例性實施例中，基本為半球形結(jié)構(gòu)8可以由低折射率材料制成，例如折射率為大約1.58的丙烯酸樹脂。在一些這樣的示例性實施例中，對于具有折射率為約1.66的聚對苯二甲酸乙二醇酯基底，結(jié)構(gòu)8(可能還包括薄膜的相鄰部分)的折射率的優(yōu)選范圍是從大約1.55到大約1.65。
基底部分12可以具有不同于密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)8的二維陣列的光學(xué)特性的附加光學(xué)特性，使得該基底部分可以以與設(shè)置在表面10上的二維陣列對光進(jìn)行控制的方式不同的方式控制光。這樣的控制包括使通過本發(fā)明的光學(xué)薄膜傳輸?shù)墓馄?、擴(kuò)散或者附加的改向?？梢酝ㄟ^這樣的方法來實現(xiàn)上述控制例如，通過使基底部分包含具有這種附加光學(xué)特性的光學(xué)薄膜，或者通過構(gòu)造基底部分本身以賦予這種附加光學(xué)特性。具有這種附加光學(xué)特性的示例性的適合的薄膜包括但不限于偏振膜、擴(kuò)散膜、諸如BEF等的增亮膜、轉(zhuǎn)向薄膜及其任意組合。轉(zhuǎn)向薄膜可以是，例如逆棱鏡膜(例如，反向BEF)或者以基本上類似于逆棱鏡膜的方式使光改向的另一種結(jié)構(gòu)。在一些示例性實施例中，基底部分12可以包括線性反射偏振器(例如多層反射偏振器)，例如可以從3M公司獲得的VikuitiTM雙重增亮膜(“DBEF”)；或者具有連續(xù)相和分散相的漫反射偏振器，例如，可以從3M公司獲得的VikuitiTM漫反射偏振膜(“DRPF”)。另外/或者，基底部分可以包括聚碳酸酯(“PC”)層、聚甲基丙烯酸甲酯(“PMMA”)層、聚對苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)層或者本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的任意其它的適合薄膜或者材料。示例性的適合的基底部分的厚度包括對于PET為大約125μm，對于PC為大約130μm。
一些顯示裝置應(yīng)用可以受益于獲得更為圓柱對稱的輸出，和/或獲得具有更寬視角的輸出，該更為圓柱對稱的輸出可以用更為圓柱對稱的極坐標(biāo)坎德拉圖表示，該具有更寬視角的輸出可以用相應(yīng)直角坐標(biāo)分布圖的相對較大的半峰半寬度來表示。本發(fā)明的典型實施例可以具有大于大約33度(例如從35度到大約40度或者更大的角度)的直角坐標(biāo)分布圖的半峰半寬度。
擴(kuò)散片在傳統(tǒng)上用于擴(kuò)寬顯示裝置的視野。與大多數(shù)傳統(tǒng)的擴(kuò)散片不同，本發(fā)明的光學(xué)薄膜不是主要依靠散射入射光或者由于擴(kuò)散片的本體內(nèi)折射率的不同而使該散射入射光改向。本發(fā)明而是提供這樣一種光學(xué)薄膜該光學(xué)薄膜可以由于其結(jié)構(gòu)化表面的幾何構(gòu)造而產(chǎn)生入射光的角展度，并且還提供至少大約1.1的增益。
實例本發(fā)明將參照下列實例進(jìn)一步說明，這些實例代表根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性光學(xué)薄膜的典型特性。
實例1圖3A示出根據(jù)本發(fā)明的示例性典型光學(xué)薄膜106的示意性局部透視圖。該示例性光學(xué)薄膜106包括基底部分112；以及結(jié)構(gòu)化表面110，其承載密排的基本為半球形凸起108的二維陣列。在該示例性實施例中，凸起108彼此直接地相鄰。該示例性實施例的各凸起具有大約25微米的半徑和大約1.58的折射率?；撞糠直荒Ｖ瞥烧凵渎蕿榇蠹s1.66的基本上為平面的薄膜。
圖3B代表計算出的從具有基本上如圖3A所示的結(jié)構(gòu)的光學(xué)薄膜中出射的光的極坐標(biāo)坎德拉分布圖，其中該薄膜放置在背光源上方，密排的基本為半球形凸起108的二維陣列背向光源。所有實例的分布圖均使用下列模型計算在光第一次通過光學(xué)薄膜時使用朗伯?dāng)U展光源，并且使用反射率為大約77.4％的朗伯反射器回收剩余的光。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的，該極坐標(biāo)坎德拉分布圖示出所檢測到的已通過光學(xué)薄膜的入射光線的三百六十度的圖案。如可以從圖3B中明顯看出的，該示例性實施例的輸出光分布具有相對高的圓柱對稱度，并且光強(qiáng)度相對地單調(diào)遞減，而不在大角度處形成第二個峰值。
圖3C示出直角坐標(biāo)坎德拉分布圖。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的，在該直角坐標(biāo)坎德拉分布圖上的各段曲線對應(yīng)于極坐標(biāo)圖中的不同的橫截面。例如，標(biāo)示為0度的曲線代表極坐標(biāo)圖中沿穿過中心的連接0度和180度的線的橫截面，標(biāo)示為45度的曲線代表極坐標(biāo)圖中沿穿過中心的連接45度和225度的線的橫截面，標(biāo)示為90度的曲線代表極坐標(biāo)圖中沿穿過中心的連接90度和270度的線的橫截面，標(biāo)示為135度的曲線代表極坐標(biāo)圖中沿穿過中心的連接135度和315度的線的橫截面。圖3C還示出該示例性實施例的輸出光分布的相對高的圓柱對稱度，以及沒有在大角度處出現(xiàn)第二個峰值的相對地單調(diào)遞減的光強(qiáng)度。該結(jié)論可以由不同角度的直角坐標(biāo)光強(qiáng)度圖之間的相對小的差別來說明。直角坐標(biāo)圖還示出在大約40度的平均半峰半寬度的曲線的明顯的寬度，其指示出擴(kuò)散的增量和加寬的視角。根據(jù)圖3A構(gòu)造的示例性增益擴(kuò)散片的典型光學(xué)增益是大約1.48。
實例2圖4A示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性光學(xué)薄膜206的示意性局部透視圖。該示例性光學(xué)薄膜206包括基底部分212；以及結(jié)構(gòu)化表面210，其承載密排的基本為半球形凸起208a和208b的二維陣列。該示例性實施例的密排的基本為半球形凸起的二維陣列包括較大凸起208a，其具有大致相同的尺寸；以及較小凸起208b，其具有大致相同的尺寸，該較大凸起和較小凸起彼此直接相鄰，使得較小凸起208b位于較大凸起208a空出的區(qū)域中。該構(gòu)造有助于高密度地填充表面210。較大凸起208a模制成半徑大約是25微米的半球，并且各較小凸起208b的尺寸構(gòu)造成適合于設(shè)置在其周圍的較大凸起208a之間并且直接與這些較大凸起208a相鄰，并且半徑是大約10微米。本示例性實施例的各凸起的折射率是大約1.58?；撞糠帜Ｖ瞥烧凵渎适谴蠹s1.66的基本為平面的薄膜。
圖4B代表計算出的從具有基本上如圖4A所示的結(jié)構(gòu)的光學(xué)薄膜中出射的光的極坐標(biāo)坎德拉分布圖，其中該薄膜放置在背光源上方，密排的基本為半球形凸起208a和208b的二維陣列背向光源。如可以從圖4B中清楚看出的，該示例性實施例的輸出光分布具有相對高的圓柱對稱度，并且光強(qiáng)度相對地單調(diào)遞減，而不在大角度處形成第二個峰值。
圖4C示出對應(yīng)于極坐標(biāo)圖中0度、45度、90度和135度的不同橫截面的直角坐標(biāo)坎德拉分布圖。圖4C還示出該示例性實施例的輸出光分布的相對高的圓柱對稱度，以及沒有在大角度處出現(xiàn)第二個峰值的相對地單調(diào)遞減的光強(qiáng)度。該結(jié)論可以由不同角度的直角坐標(biāo)坎德拉圖之間的小差別來說明。直角坐標(biāo)圖還示出在大約37度的平均半峰半寬度的曲線的明顯的寬度，其指示出加寬的視角。根據(jù)圖4A構(gòu)造的示例性光學(xué)薄膜的典型光學(xué)增益是大約1.50。
實例3圖5A示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的示例性光學(xué)薄膜306的示意性局部透視圖。該示例性光學(xué)薄膜306包括基底部分312；以及結(jié)構(gòu)化表面310，其承載密排的基本為半球形凹陷308的二維陣列。在該示例性實施例中，凹陷308彼此直接相鄰。該示例性實施例的各凹陷的半徑大約是25微米，并且設(shè)置在折射率為大約1.58的薄膜部分中?；撞糠帜Ｖ瞥烧凵渎适谴蠹s1.66的基本為平面的薄膜。
圖5B代表計算出的從具有基本上如圖5A所示的結(jié)構(gòu)的光學(xué)薄膜中出射的光的極坐標(biāo)坎德拉分布圖，其中該薄膜放置在背光源上方，密排的基本為半球形凹陷308的二維陣列背向光源。如可以從圖5B中清楚看出的，該示例性實施例的輸出光分布具有相對高的圓柱對稱度，并且光強(qiáng)度相對地單調(diào)遞減，而不在大角度處形成第二個峰值。
圖5C示出對應(yīng)于極坐標(biāo)圖中0度、45度、90度和135度的不同橫截面的直角坐標(biāo)坎德拉分布圖。圖5C還示出該示例性實施例的輸出光分布的相對高的圓柱對稱度，以及沒有在大角度處出現(xiàn)第二個峰值的相對地單調(diào)遞減的光強(qiáng)度。該結(jié)論可以由不同角度的直角坐標(biāo)坎德拉圖之間的可忽略的差別來說明。直角坐標(biāo)圖還示出在大約43度的平均半峰半寬度的曲線的明顯的寬度，其指示出擴(kuò)散的增量和加寬的視角。根據(jù)圖5A構(gòu)造的示例性光學(xué)薄膜的典型光學(xué)增益是大約1.21。
根據(jù)本發(fā)明的示例性光學(xué)薄膜可以通過模具的微復(fù)制、噴涂、噴墨印刷或者本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的其它方法來制造。
從而，本發(fā)明提供這樣一種光學(xué)薄膜其可以構(gòu)造成表現(xiàn)出在觀看側(cè)的光的特定可控制的角展度和光的更加圓柱對稱的輸出分布，而沒有透射損失。另外，本發(fā)明的光學(xué)薄膜表現(xiàn)出光學(xué)增益。增益和角展度的量取決于表面結(jié)構(gòu)的具體構(gòu)造，并且可以改變以獲得特定應(yīng)用所需的性能。另外，本發(fā)明的實施例的結(jié)構(gòu)可以具有增強(qiáng)的堅固性，因為其表面特征是球形的。
盡管已經(jīng)參照具體的示例性實施例描述了本發(fā)明的光學(xué)薄膜和裝置，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以做出變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)裝置，包括光源；以及光學(xué)薄膜，其具有第一表面，所述第一表面設(shè)置成接收來自所述光源的光，所述光學(xué)薄膜還包括偏振器和背向所述光源的第二表面，所述第二表面包括密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)的二維陣列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述光學(xué)薄膜包括線性反射偏振器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述光學(xué)薄膜還包括基底部分，并且所述密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)的折射率小于所述基底部分的折射率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述第二表面包括多個密排的基本為半球形凹陷。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述第二表面包括多個密排的基本為半球形凸起。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述第二表面包括半徑為至少大約5μm的多個密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述第二表面包括半徑為至少10μm到50μm的多個密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，其中，所述第二表面包括至少兩種不同半徑的多個密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，還包括光分布元件，其與所述光源光學(xué)耦合，并且設(shè)置成向所述光學(xué)薄膜提供光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)裝置，其中，所述光分布元件是光導(dǎo)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)裝置，還包括LCD面板，其設(shè)置成接收由所述光學(xué)薄膜透射的光。
12.一種光學(xué)裝置，包括光源；以及光學(xué)薄膜，其具有第一表面，其設(shè)置成接收來自所述光源的光；以及第二表面，其背向所述光源，所述第二表面包括二維陣列，所述二維陣列包括具有第一半徑的第一多個基本為半球形結(jié)構(gòu)；以及具有第二半徑的第二多個基本為半球形結(jié)構(gòu)，所述第二半徑不同于所述第一半徑，其中，所述第一和第二多個基本為半球形結(jié)構(gòu)是密排的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)裝置，其中，所述光學(xué)薄膜還包括基底部分，所述基底部分的光學(xué)特性不同于包括所述二維陣列的第二表面的光學(xué)特性。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的光學(xué)裝置，其中，所述基底部分包括下述薄膜中至少一個偏振膜、擴(kuò)散膜、增亮膜、轉(zhuǎn)向薄膜或其組合。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)裝置，其中，所述光學(xué)薄膜還包括基底部分，并且所述密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)的折射率小于所述基底部分的折射率。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)裝置，其中，所述密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)的平均半徑是至少大約5μm。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)裝置，還包括光分布元件，其與所述光源光學(xué)耦合，并且設(shè)置成向所述光學(xué)薄膜提供光。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的光學(xué)裝置，其中，所述光分布元件是光導(dǎo)。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)裝置，還包括LCD面板，其設(shè)置成接收由所述光學(xué)薄膜透射的光。
20.一種光學(xué)裝置，包括光源；以及光學(xué)薄膜，其具有第一表面，其設(shè)置成接收來自所述光源的光；以及第二表面，其背向所述光源，所述第二表面包括二維陣列，所述二維陣列包括具有基本上相同半徑的多個密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)；其中，所述光學(xué)薄膜還包括基底部分，所述基底部分的光學(xué)特性不同于包括所述二維陣列的第二表面的光學(xué)特性。
全文摘要
本發(fā)明公開一種光學(xué)裝置，該光學(xué)裝置包括光源；以及光學(xué)薄膜，其具有第一表面以及背向所述光源的第二表面，所述第一表面設(shè)置成接收來自所述光源的光。所述第二表面包括密排的基本為半球形結(jié)構(gòu)的二維陣列。在本發(fā)明的一些實施例中，所述光學(xué)薄膜還包括基底部分，所述基底部分的光學(xué)特性不同于包括所述二維陣列的所述第二表面的光學(xué)特性。
文檔編號G02B6/00GK101095071SQ200580045637
公開日2007年12月26日 申請日期2005年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者高秉秀, 利蘭·R·惠特尼, 蔡東沅 申請人:3M創(chuàng)新有限公司