CN101835597A - 光学膜 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了具有抗摩尔纹和抗浸润特征的光学膜，以及制备这些光学膜的系统和方法。用于制备所述光学膜的母板是通过使用单轴致动器沿着在所述母板表面平面外的轨线切削而形成的。沿着所述轨线的切削工具的移动在所述表面内切削出具有可变深度和可变间距的多个凹槽。由所述母板形成的多个棱镜具有可变深度、可变高度棱镜，所述棱镜提供抗浸润和抗摩尔纹特征。

Description

光学膜
技术领域
本发明涉及具有抗摩尔纹(anti-Moiré)和抗浸润(anti-wetout)特征的光学膜以及制备具有抗摩尔纹和抗浸润特征的光学膜的系统和方法。
背景技术
具有棱镜结构的光学膜被用来改善显示外观。显示设备可以用几种不同类型的膜通过指引来自显示器光源的光沿着优选的视角来提高显示亮度。
光学膜增加了诸如亮度和对比度期望的显示特性，但是也可以引入不期望的特性。例如，在显示器中重叠多层光学膜可以导致由浸润和/或摩尔效应引起的可见缺陷。
需要这样的光学膜，其增加诸如亮度和对比度这种期望的特性同时减少分散观察者注意力的缺陷。本发明可满足这些和其他需要，并提供优于现有技术的其他优点。
发明内容
本发明的实施例涉及具有抗摩尔纹和抗浸润特征的光学膜以及制备具有抗摩尔纹和抗浸润特征的光学膜的系统和方法。
本发明的一个实施例是对表面改性从而生产用于制备光学膜的母板的系统。该系统包括用来在母板表面内切削凹槽的切削工具。一个驱动装置提供切削工具和表面之间的相对运动。一个单轴致动器被连接用来沿着所述表面面外的轨线移动切削工具。该轨线具有垂直于该表面的非零x分量和平行于该表面的非零z分量。在切削工具和表面之间的相对运动期间，切削工具沿着轨线移动从而在表面内切削出具有可变深度和可变间距的多个凹槽。在一些构造中，表面是圆柱形表面。在这些构造中，驱动装置被构造用于通过旋转圆柱形表面来提供切削工具和表面之间的相对运动。
根据一个方面，系统包括控制器，该控制器被构造用于生成信号以产生切削工具非随机的、随机的或伪随机的移动。
致动器可以是单轴压电致动器，相对于表面定向使得致动器的操作方向沿着轨线进行。该轨线可以具有相对于表面平面的范围为约1度到约89度或范围为约91度到约179度的角度。间距的变化和/或深度的变化可以在约0.5微米到约50微米的范围，波长为约5微米到约500微米。轨线的x和z分量可以调节以实现膜中抗浸润和抗摩尔纹特征所需的量。
驱动装置被布置用于移动切削工具从而产生约0.5微米到约50微米的、波长约500,000微米的凹槽间距的低频变化。在这种设置中，间距的低频变化被叠加至由切削工具沿着轨线的移动引起的变化上。另外或者可选地，驱动装置可以被布置用于移动切削工具从而产生约0.5微米到约50微米的、波长约2,000,000微米的凹槽深度的低频变化。深度的低频变化被叠加至由切削工具沿着轨线的移动引起的变化上。
根据本发明的一个方面，该系统可包括被构造用来使切削工具尖端几何形状相对于表面成一角度定向的机构。例如，切削工具尖端几何形状可以定向为基本上垂直于表面。在一个构造中，垫片被配置在致动器和切削工具之间以提供所需的方向。
本发明的另一个实施例包括对表面改性从而生产用于制备光学膜的母板的方法。当切削工具在整个表面移动时，切削工具也沿着轨线来回移动，该轨线具有垂直于表面的非零x分量和平行于表面的非零z分量。切削工具相对于表面移动从而在表面内切削具有可变间距和可变深度的多个凹槽。在一个实施方式中，表面是圆柱形表面，并且在整个表面移动工具包括在圆柱形表面内螺纹切削凹槽。
在一些具体实施中，切削工具移动切削凹槽间距和/或凹槽深度的低频变化，这些低频变化被叠加至切削工具沿着轨线移动产生的变化上。
本发明的另一个实施例涉及制备光学膜的母板。母板包括表面上具有多个凹槽的表面。凹槽具有变化的间距和变化的深度。间距的变化的范围为约0.5微米到50微米，波长为约5微米到约500微米，和以及深度的变化的范围为约0.5微米到约50微米，波长为约5微米到约500微米。间距的变化取决于深度的变化。
间距和深度的变化可被叠加至间距的相对较低频变化和深度的相对较低频变化二者之一上或二者上。
本发明的另一个实施例涉及棱镜光学膜，该膜的每个棱镜均具有间距的变化和高度的变化。间距的变化和高度的变化在约0.5微米到约50微米的范围内，波长为约5微米到约500微米。间距的变化取决于高度的变化。棱镜间距和高度的变化可被叠加至棱镜高度的相对较低频变化和棱镜间距的相对较低频变化二者之一上或二者上。
在某些构造中，棱镜可以基本上是线性和/或基本上是平行的，或者棱镜可以相交。第一组棱镜可以与第二组棱镜交错，第一组棱镜具有比第二组棱镜标称更大的高度。具有标称更大间距的第一组棱镜可以与第二组棱镜交错。例如，交错可以是1对1的，或者可以依据其他模式。
本发明的另一个实施例涉及光学膜，该光学膜包括基本上平坦的表面和具有棱镜阵列的第二表面，所述棱镜阵列包括与第二组交错的第一组棱镜。第一组的每个棱镜高度基本上相同，间距的变化在约0.5微米到约50微米的范围，波长为约5微米到约50微米。第二组的棱镜比第一组的棱镜具有相对更大的高度。棱镜可以以一对一的模式交错或者可以以任何其他的模式交错。第一组棱镜间距的变化可以是随机的、伪随机的或非随机的。第二组棱镜也可以具有间距和/或高度变化。
本发明的另一个实施例涉及对表面改性来生产用于制备光学膜的母板的系统。一个机械驱动装置被构造用于提供切削工具和表面之间的相对运动。机械驱动装置也被构造用于垂直于表面移动切削工具以在表面内切削凹槽，所述凹槽具有约0.5微米到约50微米的深度的低频变化。系统包括一个致动器，被构造用于平行于表面移动切削工具以切削凹槽上高频间距变化。该高频间距变化的范围为约0.5微米到约50微米，波长为约5微米到约500微米。间距的变化可以是随机的、伪随机的或非随机的。
本发明的另一个实施例涉及变性表面以形成制备光学膜的母板的方法。以低频移动切削工具来在表面内切削凹槽。切削凹槽在深度的低频变化，范围为约0.5微米到约50微米。以高频移动切削工具来切削凹槽上的间距变化。高频间距变化的范围为0.5微米到50微米，波长为约5微米到约500微米。间距的高频变化可以是随机的、伪随机的或者非随机的。母板可以用来在膜上形成棱镜。
在本发明的另一个实施例中，用来制备光学膜的母板包括在表面内具有多个凹槽的表面。每个凹槽均具有间距的高频变化，范围为0.5微米到50微米，波长为约5微米到约500微米，而深度的低频变化的范围为0.5微米到50微米。
另一个实施例涉及光学膜，该光学膜具有基本上平坦的表面和第二棱镜表面。第二表面的棱镜具有位于基本上平行于平坦表面的平面上的棱镜峰。第一组棱镜的每个棱镜具有间距的高频变化，范围为约0.5微米到约50微米，波长为约5微米到约500微米。第二组棱镜的每个棱镜具有高度的高频变化，范围为0.5微米到50微米的范围，波长为约5微米到约500微米。根据一个方面，第一组棱镜与第二组棱镜交错，交错模式可以是一对一或者其他模式。
本发明的上述发明内容并非意图描述本发明的每个实施例或每种实施方式。通过结合附图参考以下具体实施方式和权利要求书，可更完整地了解本发明，本发明的优点和成就也将变得显而易见并被领会。
附图说明
图1示出金刚石车削机系统被构造用于制造母板辊，该母板辊用来制作根据本发明的具有抗摩尔纹和抗浸润特征的棱镜膜；
图2提供工具安装座组件的一部分的俯视图，该工具安装座组件构造用来把切削工具和双单轴致动器安装到用于生产母板辊的金刚石车削机上；
图3A示出工具安装座的一部分，根据本发明的实施例工具安装座构造用来把切削工具和单轴致动器安装到金刚石车削机上；
图3B示出针对如图3A所示的单轴致动器设置的X-Z平面上切削工具的轨线；
图3C示出安装在致动器和切削工具之间的垫片，根据本发明的实施例所述垫片用来使切削工具尖端的角度保持基本上垂直于母板辊表面；
图3D示出根据本发明的实施例为使切削工具尖端的角度保持基本上垂直于母板辊表面而安装切削工具的刀柄；
图3E示出切削工具搭接用来提供切削工具尖端，所述切削工具尖端根据本发明的实施例基本上垂直于母板辊表面；
图4示出根据本发明的实施例切削用于制作抗摩尔纹抗浸润棱镜膜的母板的方法的流程图；
图5示出根据本发明的实施例使用母板辊制作具有抗摩尔纹和抗浸润特征的棱镜膜的系统；
图6A和6B分别示出根据本发明的实施例使用母板辊制作的棱镜膜的透视图和剖视图，该母板辊具有通过沿着面外轨线切削而形成的x和z轴偏移；
图6C是只有间距变化没有高度变化的棱镜膜的剖视图；
图7A和7B是根据本发明的实施例具有多个棱镜的棱镜膜的透视图和剖视图，所述棱镜具有间距的高频变化以提供抗摩尔纹特征，其中的一些棱镜具有比相邻棱镜更大的标称高度以提供抗浸润特征；
图8示出根据本发明的实施例具有多个棱镜的棱镜膜，所述棱镜具有高度的高频变化以提供抗浸润，并且与具有间距的高频变化以提供抗摩尔纹特征的棱镜交错；
图9示出根据本发明的实施例具有棱镜标称间距的逐渐变化连同棱镜高度和间距的高频变化的棱镜膜；
图10示出根据本发明的实施例使用具有抗浸润抗摩尔纹表面的设备的实例；以及
图11A-11B示出具有基本上平行的棱镜的棱镜膜的扫描电子显微照片，所述棱镜具有棱镜间距和棱镜深度的变化，是根据本发明的实施例使用通过轨线切削方法形成的母板制作的；以及
图11C和11D示出具有相交棱镜的棱镜膜的扫描电子显微照片，所述棱镜具有棱镜间距和棱镜深度的变化，是根据本发明的实施例使用通过轨线切削方法形成的母板制作的。
虽然本发明可有各种修改形式和替代形式，但是已经以实例的方式在附图中示出了其具体形式，并且将详细描述这些具体形式。然而，应当理解，本发明并不局限于所描述的具体实施例。相反，其目的在于涵盖所附权利要求书所限定的本发明范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
具体实施方式
在以下所示实施例的描述中，参考了形成其一部分的附图，并且其中以举例说明的方式示出其中可以实践本发明的多种实施例。应当理解：在不脱离本发明范围的前提下，可以利用其他实施例，并且可以进行结构性或功能性的修改。
在显示器中使用膜是熟知的。例如，在背光显示器中，亮度增强膜使用棱镜结构来指引光沿着视轴从而提高观察者感知的光的亮度。又如另一个实例，背光计算机显示屏幕为了产生具有高对比度和高总体亮度同时在某些选定的方向保持高的均一的亮度而在其他方向保持较低的亮度的屏幕可以使用许多不同的膜。这样的屏幕可以使用若干类型的膜，包括结合棱镜膜或透镜膜的漫散膜。
在显示器中使用膜的一个问题是对于为近观准备的显示器，例如计算机显示器，外观要求是很高的。这是因为这样的显示器被长期近观，所以即使很小的缺陷可能被察觉并且引起观察者注意力分散。消除这样的缺陷可能在检测时间和材料上都是昂贵的。
缺陷表现为若干不同的方式。有诸如斑点、棉绒、划痕、内含物等物理缺陷，也有表现为光学现象的缺陷。其中的大部分普通光学现象是“浸润”和牛顿环。“浸润”发生在两个表面彼此光学接触时，这样就有效地清除了光从一个膜传播到下一个时折射率的改变。对于使用结构化表面达到其光学效果的膜，这是尤其成问题的，因为结构化表面的折射性是无效的。“浸润”效应是使屏幕产生斑驳的改变的外观。牛顿环是两个膜之间空气间隙缓慢改变的结果，正如两个膜之间的尘粒可以引起的那样。牛顿环可以在透射或反射中形成。牛顿环的结果是观察者在屏幕上察觉一个轮廓图案，而这可能使其分散注意力。摩尔效应由光学干涉条纹引起，光学干涉条纹可以出现在两个或更多具有基本上相等间距的线性棱镜的膜重叠的时候。以上描述的缺陷使显示器呈现不均一的斑驳的或者不平的外观，这是观察者不的也是使其分散注意力的。
为克服多层膜显示器组件上的缺陷问题，已经采取了若干方法。一个方法是简单地接受通过常规制造工艺生产合格显示器组件的低产出率。这在竞争市场中是明显不可接受的。第二个方法是采用很清洁仔细的制造程序，并且施加严格的质量控制标准。虽然这可以提高产出率，但是为弥补清洁设备和检测的费用，生产成本增加了。
减少缺陷的另一个方法是向显示器引入漫散器，表面漫散器或者整体漫散器。这样的漫散器可以掩盖很多缺陷，并且以低附加成本提高制造产率。然而，漫散器散射光并且降低观察者察觉的光的同轴亮度，因而降低了性能。仍然有减少显示器缺陷发生的需求，从而使制造产率可以在小附加成本下提高，同时保持性能。
本发明的实施例涉及减少结合有膜的显示器的可见缺陷发生的棱镜膜，以及制备这样的膜的方法和系统。根据本文描述的方法所形成的棱镜膜通过改变棱镜高度和间距提供抗摩尔纹和抗浸润特征。棱镜间距的变化减少摩尔干涉条纹的显现。棱镜高度的变化减少浸润区域的出现。
本文描述的棱镜膜在液晶显示器中尤其有用，并且在各种各样类型的投影屏包括高架投影屏和背投屏也是有用的。根据本文描述的构造，具有抗摩尔纹和抗浸润特征的棱镜膜产生许多意想不到的有利的结果。例如，在最大偏移下发生的抗浸润特征可以有利地彼此等距定位，这为膜提供更均一的支持。因为在收缩峰中保留了棱镜间距的变化，减少缺陷和摩尔纹对比度的能力得以保留。
在一些实施例中，单轴面外运动被用来同时形成标称在平面的表面上的棱镜母板在峰值和深度的变化。由具有这些特征的母板制作的膜在抗浸润性能上得到显著的结果。
用来制造棱镜膜的母板具有以负形貌在母板表面内切削成的棱镜特征。母板制成后，该母板可以通过例如压印、挤出、浇铸和固化和/或其他工艺来制造棱镜膜。
棱镜膜母板通常是具有凹槽的圆柱形辊，与所需的棱镜形状是相反的。凹槽可以用金刚石车削在母板内切削。母板表面通常使用硬铜，虽然其他材料诸如铝、镍、钢或者塑料(例如丙烯酸树脂)也可以使用。围绕母板辊周围可以切削许多同心凹槽。母板辊可以通过如螺纹切削这样的熟知的技术机械加工，其中当金刚石工具以平行于旋转母板辊表面的方向移动，或者在工件上单独形成许多同心凹槽的地方横向进给切削时单个连续切口在辊内完成。
金刚石车削机通常包括控制用来在母板上切削凹槽的切削工具移动的控制器。金刚石车削机可以独立地控制切削工具穿透母板的深度和工具沿着母板表面的侧向运动。另外，金刚石车削机可以独立地控制圆柱形母板的转速。
图1示出了被构造用于使用制造的棱镜膜来制造母板辊的金刚石车削系统。圆柱形母板100通过转筒驱动104围绕轴102旋转。虽然，在这个实例中，母板100显示为圆柱形的形式，在替代构造中，母板可以是平面的。抗浸润，抗摩尔纹表面图案可以通过在母板100上横向进给切削同心凹槽或者螺纹切削浅凹槽110在母板内切削，即在母板100的表面内切削的同时在z方向转变切削工具108。因为母板100的表面形成膜的互补表面，所以制作膜时母板表面上的局部最小值对应膜表面上的局部最大值。
通常，控制器106在z方向横向地驱动切削工具安装座109用来沿着旋转母板100移动切削工具108以制造连续的螺纹切口或者不连续的同心切口。控制器106控制转筒驱动104的速度并且可以监控母板100的角度位置，Ψ。
控制器106控制切削工具安装座109的移动用来产生在z方向上平行于母板表面的切削工具的低频偏移，并且产生在x方向母板表面法向上的切削工具的低频偏移。控制器106也可以通过一个或多个快速伺服致动器138控制切削工具108的移动以产生切削工具的高频偏移。切削工具108和母板表面100之间的角度θ也可控制。切削工具108的尺寸和形状的选择取决于要母板100所制造的特殊类型的膜。
一个或多个致动器138的移动用来产生切削工具108短而快的偏移，而切削工具安装座109的移动用来产生切削工具108长而慢的偏移。安装座的低频运动可以用来以大于快速伺服致动器138冲程长度的量来改变在母板100上的表面切口。控制器106产生控制信号，控制切削工具108的高低频移动。控制信号可以包括指引切削工具安装座109的低频分量和指引致动器138的高频分量。
控制信号的高和/或低频分量可以与母板100的旋转同步，并且可以是周期性的、随机的、非随机的或者伪随机的。例如，可以控制一个或多个致动器138的移动从而在安装座109的移动期间制造切削工具108小而迅速的移动，控制安装座109的移动从而制造切削工具108更大更慢的移动。同样地，由致动器138产生的切削工具108的更高频的移动被叠加至由安装座109产生的切削工具108的低频移动。安装座109和/或致动器138的移动可以是随机的、伪随机的或者非随机的。伪随机的移动可以通过产生随机性的计算机来实现。可以优选对每个辊工具重复相同的随机信号，使得它们包含相同记录的随机性并且辊与辊所得的结构相同。在一些实施例中，致动器138和/或工具安装座109的移动可通常是非随机的，诸如周期性的或者正弦模式，所述移动可以被不定时发生的随机移动而随机化，引起凹槽110间距或深度模式上的相移。
操作一个或多个致动器138用来以切削工具安装座107正常难以得到的高频来移动切削工具108。每个致动器138包括具有例如压电换能器(PZT)或者其他把电信号从控制器106转换成致动器138的移动的换能器的单轴快速工具伺服，所述致动器138的移动最终控制切削工具108的运动。快速伺服致动器的响应的频率上限可以在几千赫到数十千赫的范围，但是切削工具安装座的频率响应通常不大于5Hz。例如，工具安装座109的移动可以在约500,000微米的距离(波长)实现约0.5微米到约50微米的凹槽间距的低频变化。工具安装座109的移动可以以约2,000,000微米的波长实现约0.5微米到约50微米的凹槽深度的低频变化。
致动器138产生的冲程长度可以是，例如小于50微米，或者在约0.5微米到约50微米的范围，波长为约5微米到约500微米。可以采用更高频变化的这个范围提供增强的缺陷隐藏和光散射。例如，在宽视角的实施例中，更细的间距使显示器的遮光角柔和且平滑。应当理解，在冲程长度和上频响应之间可以平衡。
在母板100表面上得到的凹槽110切口具有围绕辊的局部x和/或z偏移之间的平均间隔，所述平均间隔取决于辊相对于切削工具108的表面速度以及切削工具108的偏移之间的平均时间周期。例如，具有直径30.48cm(12英寸)的转筒可以以200转每分的速度旋转，而致动器138以约20Khz正弦型来驱动工具。所得的波长在致动矢量平面上会是160微米。
图2提供工具安装座组件200的一部分的俯视图，所述工具安装座组件200用于把切削工具236和致动器218、216安装到金刚石车削机。工具安装座组件200包括能固定单轴x方向致动器218、单轴z方向致动器216和切削工具236的主体212。在这个实例中，致动器216和218是PZT叠堆。设置PZT叠堆218和216分别在x方向和z方向移动切削工具236。为了精确控制切削工具236的移动所要求的稳定性，PZT叠堆218和216被牢固地安装在工具安装座组件212上。为了接收来自控制器的信号，PZT叠堆218和216包括电连接230和234。
切削工具尖端235可以垂直于母板辊表面定向。在x轴致动器218控制下，当母板旋转时切削工具的移动在母板内切削可变深度的平行凹槽。在z轴致动器216控制下，当母板旋转时切削工具的移动将在母板辊内切削可变间距的凹槽。在一些构造中，凹槽可以基本上是线性并且至少在某段距离基本上是平行的。在一些实施例中，凹槽可以相交。
共同享有美国专利申请公开2007/0107568描述的用于制备棱镜膜的具有独立的x和z移动的切削工具组件，该专利申请公开以引用方式并入本文。
本发明的一个实施例涉及只用一个单轴致动器控制切削工具的移动从而制备棱镜膜母板的系统和方法。单轴致动器可用来切削具有彼此相关x和z分量的凹槽。
切削工具相对于母板定向以便操作单轴致动器使得切削工具沿着具有x分量和z分量的轨线移动，从而产生切削工具在母板表面平面外的运动。切削工具的面外移动切削母板辊上的具有在凹槽深度和间距的变化的凹槽。当使用母板辊制备棱镜膜时，母板上可变间距，可变深度凹槽转到可变间距，可变高度棱镜。如此前所讨论，可变间距，可变高度棱镜提供在棱镜膜的抗摩尔纹和抗浸润特征。
操作单轴致动器可以产生切削工具的线性运动来切削具有深度和间距变化的凹槽。单轴致动器的使用减少了所需元件的数量，简化了工具安装座的构造，简化了控制器电子器件，增加了可以生产结构化膜的速度，并且制作了具有抗摩尔纹和抗浸润棱镜特征的母板工具。使用单轴致动器可实现间距的变化小于约0.5到约50微米(波长约5到约500微米)间距的变化。使用单轴致动器可实现深度的变化小于约0.5到约50微米(波长约5到约500微米)深度的变化。
图3A显示工具安装座300的一部分，工具安装座300构造用来把切削工具310和单轴致动器320安装到金刚石车削机上。切削工具310和单轴致动器320定向使得操作致动器320(例如PZT致动器)产生切削工具310的偏轴运动。操作PZT致动器320沿着具有x和z分量的与母板325表面偏轴的轨线移动切削工具310。
图3B示出针对如图3A所示的单轴致动器设置的X-Z平面上切削工具310的轨线350。切削工具310沿着轨线350来回移动用来在母板内切削可变深度和可变间距的多个凹槽。轨线350可以针对单轴致动器视所需的x分量和z分量的量来调节。单轴致动器的行进能力限定最大斜边长度。
例如，具有20微米行进能力的PZT叠堆，可以旋转致动器得到3微米的抗浸润变化(x轴分量)。x轴分量等于3微米且斜边等于20微米，那么致动器相对于母板表面以8.6度的角Γ来定向。应用勾股定理，计算沿着z轴的抗摩尔纹分量为19.7微米。
切削工具310尖端可以垂直于母板表面定向或者可以与母板表面成一个角度定向。可以通过很多途径实现工具尖端定向。如图3C所示，可在PZT致动器320和刀柄360之间使用定向垫片370。如图3D所示，刀柄365可以直接包括所需的几何形状。如图3A所示，工具310可以所需的角度在刀柄366上定向。如图3E所示，工具尖端305可以搭接或形成用来容纳所需的方向。
图4是示出根据本发明的实施例切削用于制作抗摩尔纹抗浸润棱镜膜的母板的方法的流程图。切削工具相对于母板表面移动410从而在表面内切削凹槽。切削工具相对于表面的移动可在母板表面上的凹槽产生螺纹切削或者同心凹槽切削。当切削工具相对于表面移动时，切削工具也通过单轴快速伺服致动器沿着具有非零x和z分量且在表面平面外的轨线来回移动420。切削工具沿着轨线的移动引起在表面内切削的凹槽使其具有可变间距和深度。
如图5所示，具有抗摩尔纹和抗浸润特征的棱镜膜可以通过在一对以指定距离间隔开的辊之间浇铸而形成。在图5中，从贮存器501穿过模具500拉出膜502。膜502夹在轧辊504和母板辊506之间，母板辊506具有与所需的棱镜结构相反的凹槽507。母板辊506在膜502上表面形成棱镜图案508。从辊504和506之间经过后，膜502在例如冷却器520中冷却，并且保持由辊504和506在其上压印的图案。
在一个棱镜膜的实施例中，母板辊506具有凹槽507，凹槽507以切削工具的高频偏移沿着具有非零x和z分量且在母板辊表面平面外的轨线切削而成。由母板辊506形成的棱镜可以具有间距的随机的、伪随机的或者非随机的变化以提供抗摩尔纹特征和/或可以具有对应的高度的随机的、伪随机的或者非随机的变化以提供抗浸润特征。例如，棱镜高度和间距的变化可以具有约0.5微米到约50微米的范围，波长约500微米。
图6A示出使用母板辊制作的棱镜膜600，所述母板辊具有通过沿着面外轨线切削而形成的x和z轴偏移。在图6A-6C的棱镜膜中描述描绘的细纹旨在更清晰地示出棱镜的高度变化。棱镜膜600包括具有棱镜间距的抗摩尔纹变化p和棱镜高度的抗浸润变化h的棱镜610。图6B是示出棱镜高度和间距的变化的图6A的棱镜膜600的棱镜峰610剖视图。为了比较，图6C是具有只有间距变化没有高度变化的棱镜的棱镜膜650的剖视图。
在另一个棱镜膜实施例中，母板辊具有凹槽，该凹槽通过由一个单轴快速伺服致动器结合以切削工具的低频x轴运动控制的切削工具的高频运动切削而成。单轴致动器可以是z轴致动器或者图3A所示的提供面外x和z运动的单轴致动器。棱镜膜包括具有间距的高频变化以提供抗摩尔纹特征的棱镜，其中一些棱镜具有比相邻棱镜更大的标称高度以提供抗浸润特征。这种类型的棱镜膜的一个实施例分别由图7A和7B的俯视图和剖视图所示出。在图7A中，棱镜701-708展示了棱镜间距的变化。棱镜702和706的标称高度比棱镜701、703-705、707以及708的标称高度更大。在图7A和7B的棱镜膜中描绘的细纹意在更清晰地示出棱镜的高度变化。
在另一个棱镜膜的实施例中，母板辊具有第一组凹槽，第一组凹槽通过由z轴致动器控制的切削工具的高频z轴运动切削而成。第一组凹槽与第二组凹槽交错，第二组凹槽通过由x轴致动器控制的切削工具的高频运动切削而成。例如，母板辊可以具有z轴变化的m凹槽，与具有x轴变化的n凹槽。图8示出用这样的母板辊形成的棱镜膜，其中m和n＝1。棱镜801、803、805和807具有高度的高频变化以提供抗浸润。抗浸润棱镜801、803、805和807与具有间距的高频变化以提供抗摩尔纹特征的棱镜802、804、806和808交错。
在另一个棱镜膜的实施例中，在母板辊内切削的凹槽包括低频棱镜对棱镜间距变化，被叠加至由单轴致动器形成的提供沿着母板辊表面平面外的轨线的切削工具移动的高频间距和深度变化上。图9示出使用这种类型的母板辊形成的棱镜膜900。棱镜910的标称间距在棱镜中逐渐变化，使得一些棱镜之间的间距P1比其他棱镜之间的间距P2小。每个棱镜910也包括高度和间距的高频变化，与以上讨论的通过沿着母板表面平面外的轨线切削的快速运动在间距和深度的变化相对应。共同享有美国专利5,919,551中描述了关于可变间距棱镜膜以及制备这样的膜的方法和系统的附加细节，该专利以引用方式并入本文。
根据本发明制作的膜优选用基本上透明的材料制备。根据本发明大量漫散材料可以结合到膜中，虽然在很多情况下这可能降低光学膜的性能。此外，为了产生特定的光学效果例如反射偏振，单个膜可包括多层膜和材料。丙烯酸树脂和聚碳酸酯是膜材料很好的选择。膜也可以是两部分构成，其中结构化表面浇铸并固化在基底上。例如，可以使用紫外固化丙烯酸树脂浇铸在聚酯基底上。聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜作为基底供结构体浇铸其上已经显示出良好的效果。聚邻苯二甲酸酯(PEN)作为制造光学膜聚合物材料也已经显示出良好的效果。
使用具有抗浸润、抗摩尔纹表面的膜的一个实施例在图10的分解图中示出。液晶显示器(LCD)照明模块1000使用荧光灯1002和反射器1003作为光源，指引光进入光导1004。光导1004可以在下表面1007上具有漫反射提取点1006。宽带、漫反射器1008定位在光导1004之下以反射从光导1004之上任何元件回收的任何光。来自荧光灯1002的光进入光导1004的一边，并且被引导沿着光导1004经过光导1004表面的内反射。在提取点1006的其中一个入射的光线1010漫反射产生许多扩散光线1012。
从提取点1006向上传播的光经过光导1004的上表面1013。漫射器1014可以定位在光导1004之上以进一步漫射从光导1004提取的光，并且这样使得LCD显示器1024的后续照明更加均一。
向上方向连续的光于是可以经过上下棱镜膜1018和1016，上下棱镜膜1018和1016在上表面上均具有与本文所描述的棱镜结构相似的棱镜结构。设置膜1018和1016使得上膜1018的棱镜轴相对于下膜1016的棱镜轴以一个角度定向，例如约90度。由上棱镜膜1018或者下棱镜膜1016回收的光被反射器1008反射。交叉膜对1016和1018用来指引光沿着优选的视轴输出。
反射偏振膜1020定位在上膜1018之上。反射偏振膜1020传输一个方向的偏振光并且反射正交方向偏振光。因此，经过偏振膜1020的光起偏。被偏振膜1020反射的光可以被反射器1008再循环。
LCD矩阵1024被定位在偏振膜1020之上。经过LCD矩阵的偏振光通过而后传输的信息，例如图像，来空间调制。模块1000可以包括其他元件，诸如上膜1018和偏振膜1020之间的盖板。
如图10所示的背光LCD显示器可以结合不同的装置，包括例如电视机，计算机监控器，便携式游戏装置和手机。
图11A-11C提供根据本文所描述的工艺形成的棱镜膜的显微照片。图11A和11B分别示出棱镜膜的俯视图和剖视图，棱镜膜由通过连同图3和4所描述的轨线切削工艺生产的母板形成。图11A和11B显示具有高度和间距的变化的基本上线性基本上平行的棱镜。图11C显示通过轨线切削工艺形成的相交棱镜。图11D显示通过轨线切削工艺制备的另一构造的相交棱镜膜。
以上已经示出具有棱镜的膜的各种构造，所述棱镜具有抗摩尔纹间距变化和抗浸润高度变化。可以理解所描述的各种棱镜结构可以以任何组合形式使用以提供缺陷减少膜。例如，高频x和/或z变化可以任意组合低频x和/或z变化使用以提供能够提供抗摩尔纹、抗浸润膜的棱镜膜。
本发明的各个实施例的上述说明是为了举例说明和描述的目的而呈现。这些描述并非意图详尽列举本发明或将本发明限定为本发明所公开的精确形式。按照上述教导，可以使用许多修改形式和变型形式。本发明的范围旨在不受此详细说明的限制，而是受本文所附权利要求书的限制。

Claims (53)

1.一种对表面改性来生产用于制备光学膜的母板的系统，所述系统包括：
切削工具；
驱动装置，该驱动装置被构造用来提供所述切削工具和所述表面之间的相对运动；以及
单轴致动器，该单轴致动器被连接来沿着所述表面面外的轨线移动所述切削工具，所述轨线具有垂直于所述表面的非零x分量和平行于所述表面的非零z分量，其中在所述切削工具和所述表面之间的相对运动期间所述切削工具的沿着所述轨线的移动被构造用于在所述表面内切削出具有可变深度和可变间距的多个凹槽。
2.根据权利要求1所述的系统，其中：
所述表面是圆柱形表面；以及
所述驱动装置被构造用于通过旋转所述圆柱形表面来提供所述切削工具和所述表面之间的相对运动。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括控制器，该控制器被构造用来产生所述切削工具的非随机的、随机的或者伪随机的移动。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述轨线具有相对于所述表面平面的范围为约1度到约89度或者范围为约91度到约179度的角度。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述间距的变化是约0.5微米到约50微米，波长为约5微米到约500微米。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述深度的变化是约0.5微米到约50微米，波长为约5微米到约500微米。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动装置被构造用于移动所述切削工具以产生约0.5微米到约50微米的、波长约500,000微米的凹槽间距的低频变化，所述间距的低频变化被叠加至由所述切削工具沿着所述轨线的移动引起的变化上。
8.根据权利要求1所述的系统，其中所述驱动装置被构造用于移动所述切削工具以产生约0.5微米到约50微米的、波长约2,000,000微米的凹槽深度的低频变化，所述深度的低频变化被叠加至由所述切削工具沿着所述轨线的移动引起的变化上。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述致动器包括一个单轴压电致动器，所述单轴压电致动器相对于所述表面定向使得所述致动器的操作方向沿着所述轨线。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述轨线的x和z分量是可调的。
11.根据权利要求1所述的系统，还包括一个机构，该机构被构造用来将所述切削工具的尖端的几何形状定向为基本上垂直于所述表面。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述机构包括配置在所述致动器和所述切削工具之间的垫片。
13.根据权利要求1所述的系统，其中所述切削工具被定向成具有相对于所述表面的角度θ。
14.一种对表面改性来生产用于制备光学膜的母板的方法，包括：
在整个所述表面移动切削工具；以及
当所述切削工具在整个所述表面移动时，所述切削工具也沿着轨线来回移动，用来在所述表面内切削出具有可变间距和可变深度的多个凹槽，所述轨线具有垂直于所述表面的非零x分量和平行于所述表面的非零z分量。
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
所述表面是圆柱形表面；以及
在整个所述表面移动所述工具的步骤包括螺纹切削所述圆柱形表面。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括移动所述切削工具用来切削出凹槽间距的低频变化，所述凹槽间距的低频变化被叠加至由所述切削工具沿着所述轨线的移动产生的变化上。
17.根据权利要求14所述的方法，还包括移动所述切削工具用来切削出凹槽深度的低频变化，所述凹槽深度的低频变化被叠加至由所述切削工具沿着所述轨线的移动产生的变化上。
18.一种用于制备光学膜的母板，包括：
表面；以及
所述表面上的多个凹槽，所述多个凹槽具有变化的间距和变化的深度，其中所述间距的变化取决于所述深度的变化。
19.根据权利要求18所述的母板，其中所述间距的变化具有约0.5微米到50微米的范围，波长为约5微米到约500微米；而所述深度的变化具有约0.5微米到约50微米的范围，波长为约5微米到约500微米。
20.根据权利要求18所述的母板，其中所述间距的变化和所述深度的变化被叠加至间距的相对较低频变化和深度的相对较低频变化二者之一上或二者上。
21.一种光学膜，包括多个棱镜，所述棱镜的每一个均具有间距的变化和高度的变化，其中所述间距的变化取决于所述高度的变化。
22.根据权利要求21所述的光学膜，其中所述间距的变化和所述高度的变化为约0.5微米到约50微米，波长为约5微米到约500微米。
23.根据权利要求21所述的光学膜，其中所述多个棱镜基本上是平行的。
24.根据权利要求21所述的光学膜，其中所述多个棱镜是相交的。
25.根据权利要求21所述的光学膜，其中第一组棱镜与第二组棱镜交错，所述第一组棱镜具有比所述第二组棱镜标称更大的高度。
26.根据权利要求25所述的光学膜，其中所述交错是一对一的。
27.根据权利要求21所述的光学膜，其中第一组棱镜与第二组棱镜交错，所述第一组棱镜具有比所述第二组棱镜标称更大的间距。
28.根据权利要求27所述的光学膜，其中所述交错不是一对一的。
29.根据权利要求21所述的光学膜，其中所述棱镜间距和高度的变化被叠加至棱镜高度的相对较低频变化和棱镜间距的相对较低频变化二者之一上或二者上。
30.一种光学膜，包括：
基本上平坦的表面；以及
第二表面，包括与第二组棱镜交错的第一组棱镜，所述第一组棱镜的每个棱镜具有位于基本上平行于所述平坦表面的平面上的棱镜峰以及间距的变化，所述第二组棱镜的每个棱镜具有比所述第一组棱镜相对更大的高度。
31.根据权利要求30所述的光学膜，其中所述间距的变化的范围为约0.5微米到约50微米，波长约5到约50微米。
32.根据权利要求30所述的光学膜，其中所述交错是一对一的。
33.根据权利要求30所述的光学膜，其中所述交错不是一对一的。
34.根据权利要求30所述的光学膜，其中所述间距的变化是随机的或者伪随机的。
35.根据权利要求30所述的光学膜，其中所述间距的变化是非随机的。
36.根据权利要求30所述的光学膜，其中所述第二组棱镜具有间距的变化。
37.一种对表面进行改性来生产用于制备光学膜的母板的系统，所述系统包括：
切削工具；
机械驱动装置，该机械驱动装置被构造用来提供所述切削工具和所述表面之间的相对运动，所述机械驱动装置也被构造用来垂直于所述表面移动所述切削工具以在所述表面内切削出多个凹槽，所述多个凹槽具有约0.5微米到约50微米的深度低频变化；以及
致动器，该致动器被构造用来平行于所述表面移动所述切削工具以切削出所述凹槽中的高频间距变化，所述高频间距变化具有约0.5微米到约50微米的范围，波长为约5微米到约500微米。
38.根据权利要求37所述的系统，其中所述间距的变化是随机的或者伪随机的。
39.根据权利要求37所述的系统，其中所述深度的变化是非随机的。
40.一种对表面进行改性来生产用于制备光学膜的母板的方法，包括：
移动切削工具以在所述表面内切削出多个凹槽，所述多个凹槽具有范围为约0.5微米到约50微米的深度低频变化；以及
移动所述切削工具来切削出所述凹槽内的高频间距变化，所述高频间距变化具有0.5微米到50微米的范围，波长为约5微米到约500微米。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述间距的高频变化是随机的、伪随机的或者非随机的。
42.根据权利要求40所述的方法，还包括使用所述母板来在膜上形成多个棱镜。
43.一种用于制备光学膜的母板，包括：
表面；以及
所述表面内的多个凹槽，每个所述凹槽具有间距的变化和深度的变化，所述间距的变化具有比所述深度的变化更高的频率。
44.根据权利要求43所述的母板，其中所述间距的变化具有0.5微米到50微米的范围，波长约5微米到约500微米，而所述深度的变化的范围为0.5微米到50微米。
45.根据权利要求43所述的母板，其中所述间距的高频变化是随机的或者伪随机的。
46.根据权利要求43所述的母板，其中所述深度的低频变化是非随机的。
47.一种光学膜，包括：
基本上平坦的表面；以及
第二表面，所述第二表面包括棱镜阵列，第一组棱镜的每个棱镜均具有位于基本上平行于所述平坦表面的平面上的棱镜峰以及间距的变化，而第二组棱镜的每个棱镜均具有高度的变化。
48.根据权利要求47所述的光学膜，其中所述间距的变化的范围为约0.5微米到约50微米，波长为约5微米到约500微米；而所述高度的变化的范围为约0.5微米到约50微米，波长为约5微米到约500微米。
49.根据权利要求47所述的光学膜，其中所述第一组棱镜与所述第二组棱镜交错。
50.根据权利要求49所述的光学膜，其中所述交错是一对一的。
51.根据权利要求49所述的光学膜，其中所述交错不是一对一的。
52.根据权利要求47所述的光学膜，其中所述间距的变化是非随机的。
53.根据权利要求47所述的光学膜，其中所述高度的变化是非随机的、随机的或者伪随机的。
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