CN104428694A - 利用菲涅尔透镜膜的装饰性膜制品 - Google Patents

Abstract

在叠堆中的第一光学膜和第二光学膜各自具有限定延伸的菲涅尔透镜的结构化表面。相应的第一膜和第二膜的第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜分别大致平行于不同的第一平面内轴和第二平面内轴。该膜可附接在一起，使得由一个膜透射的光被另一个膜拦截。膜叠堆也可包括被设置成散射由一个或多个光学膜透射的光的漫射器。其他所公开的装饰性制品包括单独的光学膜，该光学膜具有带透射式小平面的结构化表面，该透射式小平面以周期斜率序列布置，该周期斜率序列为从基本上零斜率到最大正斜率，到基本上零斜率到最大负斜率并且回到基本上零斜率，该序列在结构化表面中的一些或全部的上方重复。斜率序列可限定交替的聚焦菲涅尔透镜和离焦菲涅尔透镜，并且菲涅尔透镜可以是延伸的和线性的。

Description

利用菲涅尔透镜膜的装饰性膜制品

技术领域

本发明整体涉及具有独特外观的装饰性膜，特别应用于结合菲涅尔透镜的此类膜。本发明还涉及相关的制品、系统和方法。

背景技术

大约200年前，据说法国物理学家奥古斯汀·简·菲涅尔已经开发出更薄、更轻的透镜用于在19世纪早期的灯塔中使用。今天，我们把这些透镜称作菲涅尔透镜。自那时以来，菲涅尔透镜已经在多个应用中用来以比可由大块光学透镜所提供的更薄且更轻的形式提供光的聚焦。

发明内容

我们已经开发出一系列装饰性制品，其中至少两个光学膜在叠堆中组合，每个膜具有带小平面的结构化表面，该小平面限定平行于平面内轴延伸的多个菲涅尔透镜。光学膜相对于彼此旋转，使得相应的第一光学膜和第二光学膜的第一平面内轴和第二平面内轴彼此不平行。叠堆也可包括一个或多个漫射器和/或标记。菲涅尔透镜提供了具有三维外观的制品。不同取向的菲涅尔透镜膜的组合产生视觉上不同的装饰性图案。

除堆叠构造之外，具有延伸的菲涅尔透镜的光学膜可单个使用，并且任选地与可以不是或可以不包括另一个菲涅尔透镜膜的一个或多个其他部件组合使用。在光学膜中的延伸的菲涅尔透镜可以彼此邻接的交替的聚焦菲涅尔透镜和离焦菲涅尔透镜的图案布置。限定菲涅尔透镜的结构化表面可具有以周期(例如，正弦)斜率序列布置的透射式小平面，该序列为从基本上零斜率到最大正斜率到基本上零斜率到最大负斜率并且回到基本上零斜率，该序列在结构化表面的一些或全部的上方重复。通过将光学膜与标记组合可获得不同的装饰性图案，其中标记可相对于具有光透射板或窗口的光学膜固定在适当的位置。该板可具有经定制使得自菲涅尔透镜到标记的轴向距离相对于菲涅尔透镜的焦距或焦距离满足给定关系的厚度。

我们在本文中描述了特别是膜叠堆，该膜叠堆包括具有在其上形成的第一透射式小平面的第一膜和具有在其上形成的第二透射式小平面的第二膜，其中第一透射式小平面限定第一菲涅尔透镜，第二透射式小平面限定第二菲涅尔透镜，第二膜被设置成拦截由第一菲涅尔透镜透射的光。第一菲涅尔透镜中的每一个大致平行于第一平面内轴延伸，并且第二菲涅尔透镜中的每一个大致平行于第二平面内轴延伸，其中第二平面内轴与第一平面内轴不平行。叠堆也可包括被设置成散射由第一菲涅尔透镜和/或第二菲涅尔透镜透射的光的漫射器。与标记层类似，漫射器可以空间上均匀的方式或根据期望的空间图案印刷在另一层上。

漫射器可具有在10％到90％范围内的雾度。在一些情况下，漫射器可优先沿着第三平面内轴散射光，并且漫射器可被取向成使得第三平面内轴设置在第一平面内轴和第二平面内轴的小于60度内。漫射器可结合到第一膜和/或第二膜。

第一平面内轴和第二平面内轴可形成2度到90度范围内的角度。第一菲涅尔透镜可通过第一平均宽度来表征，并且第二菲涅尔透镜可通过不同于第一平均宽度的第二平均宽度来表征。第一菲涅尔透镜可通过第一平均节距来表征，并且多个第二菲涅尔透镜通过不同于第一平均节距的第二平均节距来表征。第一菲涅尔透镜中的至少一些和第二菲涅尔透镜中的至少一些可被构造成聚焦入射平行光。第一菲涅尔透镜中的至少一些和第二菲涅尔透镜中的至少一些可被构造成离焦入射平行光。第一菲涅尔透镜可被布置成其中被构造成正菲涅尔透镜与负菲涅尔透镜交替，该正菲涅尔透镜被构造成聚焦入射平行光，该负菲涅尔透镜被构造成离焦入射平行光。正菲涅尔透镜和负菲涅尔透镜可彼此邻接。第一菲涅尔透镜可各自具有大于10的长度比宽度的长宽比。在平面图中，第一菲涅尔透镜中的每一个可以是直的，在平面图中，第二菲涅尔透镜中的每一个也可以是直的，并且在平面图中，第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜可组合产生波状图案。

本发明还公开了装饰性膜制品，其包括具有在其上形成的透射式小平面的结构化表面，该透射式小平面以斜率序列布置，该斜率序列为从第一基本上零斜率到渐增的正斜率到最大正斜率到减小的正斜率到第二基本上零斜率到渐增的负斜率到最大负斜率到减小的负斜率到第一基本上零斜率。该斜率序列可基本上为正弦的，并且可横跨结构化表面中的一些或全部以基本上不间断的样式重复，并且透射式小平面可限定与离焦菲涅尔透镜交替的多个聚焦菲涅尔透镜。小平面、聚焦菲涅尔透镜和离焦菲涅尔透镜中的每一个可大致平行于平面内轴延伸。

在平面图中，菲涅尔透镜中的每一个可以是直的，或它们可在平面图中各自偏离直线。每个菲涅尔透镜可限定波状路径。装饰性膜制品可包括覆盖透射式小平面的低折射率平面化层。

例如，膜制品可与设置在制品给定表面上的标记组合，以产生不同的视觉效应。标记可包括大致平行于第二平面内轴延伸的一个或多个特征结构，第二平面内轴相对于第一平面内轴成角度Φ设置，角度Φ在2度到88度的范围内。标记可被设置在距聚焦菲涅尔透镜的轴向距离D1处，并且聚焦菲涅尔透镜中的至少一些可具有设置在距聚焦菲涅尔透镜的轴向距离D2处的焦点，D1可大于(D2)/10，或在从(D2)/3到D2的范围内，或可大于D2。在其他情况下，标记可设置在菲涅尔透镜的结构化表面上并与其接触。

膜制品可包括被设置成散射由聚焦菲涅尔透镜和离焦菲涅尔透镜透射的光的漫射器。膜制品可包括可见光衍射元件，其调制为将由装饰性膜透射的可见光分成其组分颜色，从而产生多色视觉效应，并且可见光衍射元件可大致平行于第二平面内轴延伸，该第二平面内轴大致平行于第一平面内轴。

还讨论了相关的方法、系统和制品。

本专利申请的这些和其他方面从下文的具体实施方式中将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对受权利要求书保护的主题的限制，该主题仅受所附权利要求书的限定，并且在审查期间可以进行修改。

附图说明

图1为适合于在膜叠堆中使用并且适合于应用到工件的两个菲涅尔透镜膜的示意性侧视图或剖面图；

图2为膜叠堆的示意性前视图或平面图，其中菲涅尔透镜膜设置在另一个菲涅尔透镜膜的下方或后面；

图3为当第一组菲涅尔透镜和第二组菲涅尔透镜可布置在膜叠堆诸如图1或图2的膜叠堆中时，这些菲涅尔透镜的示意性表示的前视图或平面图；

图4为可单个使用或在膜叠堆诸如图1或图2的膜叠堆中使用的光学膜的示意性侧视图或剖面图；

图4a为包括图4的菲涅尔透镜的结构化表面的平面图；

图5为可单个使用或在膜叠堆中使用的另一个光学膜的示意性侧视图或剖面图；

图6为可单个使用或在膜叠堆中使用的另一个光学膜的示意性侧视图或剖面图，并且图6a为包括图6的菲涅尔透镜的结构化表面的平面图；

图7为小平面角度对位置的图表，其示出了能够产生交替邻接聚焦菲涅尔透镜和离焦菲涅尔透镜图案的示例性正弦斜率序列；

图8为与第二系列的平行线性正弦结构组合的第一系列的平行线性正弦结构的模拟表示，第一系列的结构和第二系列的结构具有约6度的有效交角；

图9为包括漫射器和两个菲涅尔透镜膜的膜叠堆的照片，该菲涅尔透镜膜取向成约30度的交角；

图10为包括取向成约90度的交角的两个菲涅尔透镜膜的另一个膜叠堆的照片；

图11为如通过具有正弦斜率序列的菲涅尔透镜观看的办公环境的照片；

图12为与标记组合的另一个光学膜的示意性侧视图或剖面图，光学膜和标记设置在厚透明板的相对侧上；并且

图13为如通过具有正弦斜率序列的菲涅尔透镜膜观看的线性标记的照片。

在这些附图中，类似的附图标号指示类似的元件。

具体实施方式

我们已经发现具有菲涅尔透镜的某些构造的某些光学膜可以新的并且不同的方式组合，以产生不同的装饰性图案和视觉效应。在图1的侧视图或剖面图中示意性地示出了两个此类光学膜112、162。在膜中使用的菲涅尔透镜可产生具有三维外观的膜制品。

因为膜112、162结合结构化表面，所以它们均是菲涅尔透镜膜，其中结构化表面的透射式小平面116、166以限定聚焦和/或离焦入射平行光的透镜的斜率序列布置，此类透镜有时分别被称为正透镜和负透镜。图1仅示意性地示出了小平面116、166，其中对于小平面具有均匀的斜率，并且无可识别的斜率序列，但是读者将理解，它们优选地以取向或斜率的序列布置，该取向或斜率限定多个邻接或非邻接的聚焦和/或离焦的菲涅尔透镜，如下文所详述。如以下图3所示，菲涅尔透镜可以为线性的，或换句话讲可沿着特定的平面内方向延伸。

光学膜162被设置成拦截由光学膜112透射的光尽管膜112、162被单独地示出，但它们可使用光透射粘合剂或其他合适的粘结剂容易地组合以形成叠堆。此类叠堆也可应用到工件105，诸如窗口、壁或分区。优选地，工件105为透明的或换句话讲为透光的，使得在膜112、162中的菲涅尔透镜的视觉效应对用户或观察者139更显著。

膜112包括第一层113、第二层114、粘合剂层109和隔离衬片108，该隔离衬片108允许膜112在附着到工件105之前被处理。具有透射式小平面116并且基本上无球面部分的棱镜的薄层(未在图1中标记)被示出为在第二层114上浇铸并固化，其中第一层113充当平面化层；在另选的实施例中，薄型棱镜层可在层113的平膜型式上浇铸并固化，并且然后层114可充当平面化层；在另一个实施例中，层114的表面(或层113的表面)可自身被压印，使得薄型棱镜层基本上变成层114的一部分(或层113的一部分)，其中然后层113(或层114)充当平面化层。平面化层可由透明粘合剂或其他合适的透明聚合物(例如，以下所讨论的ULI材料)制成，但优选地，平面化层比其用例如大于约0.1的折射率差来平整化的层具有显著较低的折射率。对于本讨论的其余部分，为简单起见，我们将忽略在薄型棱镜层与层114之间的边界，并且假设薄型棱镜层为层114的一部分，使得在层114与113之间的界面为具有小平面116的结构化表面或带小平面的表面。至少层113、114和109为透明的和/或透光的，并且层113、114具有不同的折射率，使得光的折射可在两者间形成的带小平面的表面处发生。在一些情况下，例如诸如当膜112独自应用在窗口上时，具有应用到粘合剂平面化层113，以及其他粘合剂层109的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或其他合适的聚合物的层可以是期望的。在此构造中，根据其他层的界面粘附性，在菲涅尔棱镜的两侧上均提供了坚韧的聚合物膜层，并且可有利于整个膜构造从壁或窗口移除。另选地，粘合剂层108和衬片层109可应用到非粘合剂层113的平坦表面。

类似于膜112，膜162包括第一层163、第二层164和具有透射式小平面166的结构化表面或带小平面的表面，其中透射式小平面166在第一层和第二层之间形成。也类似于膜112，具有透射式小平面166并且基本上无球面部分的棱镜的薄层(未在图1中标记)被示出为在第一层163上浇铸并固化，其中第二层164充当平面化层；在另选的实施例中，薄型棱镜层可在层164的平膜型式上浇铸并固化，并且然后层163可充当平面化层；在其他实施例中，层163的表面(或层164的表面)可自身被压印，使得薄型棱镜层基本上变成层163的一部分(或层164的一部分)，其中然后层164(或层163)充当平面化层。平面化层可由透明粘合剂或其他合适的透明聚合物(例如，以下所讨论的ULI材料)制成，但优选地，平面化层比其用具有大于约0.1的折射率差来平整化的层具有显著较低的折射率。对于本讨论的其余部分，为简单起见，我们将忽略在薄型棱镜层与层163之间的边界，并且假设薄型棱镜层为层163的一部分，使得在层163与层164之间的界面为具有小平面166的结构化表面或带小平面的表面。层163、164均为透明的或换句话讲均为透光的，并且具有不同的折射率。如以下另外描述，小平面166限定多个邻接或非邻接的聚焦和/或离焦菲涅尔透镜。膜162也包括透明粘合剂层159和隔离衬片158，以允许膜162在附着到膜112的前表面之前被处理。粘合剂层和衬片层可以另选地应用到层163的平坦表面，并且具有衬片的第二粘合剂层可任选地经应用使棱镜结构平整化，或应用到平面化层，并且有利于到镜像菲涅尔膜或透明基板诸如窗口的层合。可用以下功能性涂层中的一种或多种增强暴露于环境中的表面：减反射涂层、防炫光涂层、硬涂层、或碳氟化合物“易清洁”涂层。

在实施过程中，膜112、162可单独地制造并且可单独地售卖给顾客或其他用户。用户可初始将隔离衬片108移除，并且以特定的取向将光学膜112应用到工件。接下来，用户可想要评估两个膜的不同相对旋转角度(指的是在下面图2和图3中的角度Φ)的范围，以确定其对组合外观的影响。就这一点而言，用透明材料诸如PET制作隔离衬片158是有益的，使得为了探知最佳取向，在观察由通过膜162和膜112透射的光造成的膜组合的外观时，用户可将膜162靠着膜112放置，并且仍然具有使膜162相对于膜112滑动、旋转或偏移的能力。就这一点而言指的是位于膜前面的用户139。在选择期望取向之后，可将隔离衬片158移除并且将前膜162应用到后膜112，以提供完成的层合膜叠堆。

膜叠堆也可包括其他部件或元件，诸如被设置成散射由菲涅尔透镜透射的光的漫射器。漫射器可采取添加到膜112、162的不同漫射器层的形式，或者其可结合到这些膜中的一个或两个的一个或多个现有的层。漫射器可以为或可包括体漫射器，例如，颗粒、孔洞或其他散射元件在其内分配或遍及其分配的聚合物层，和/或其可以为或可包括表面漫射器，诸如纹理表面或换句话讲非光滑表面。

如果包括在构造中，则漫射器优选地在不是太大的程度上散射光。如果漫射器散射光太强，则其可除去菲涅尔透镜的聚焦或离焦特性，并且因此消除由透镜提供的制品的三维外观。然而，在一些情况下，可期望一些最小量的漫射，以避免过度刺目的外观。光散射可通过被称为雾度、透射和清晰度的量来表征。除非另外指明，否则对于垂直入射在制品、膜或层上的光，雾度可以是指偏离法向多于4度的透射光比总透射光的比率。光学雾度值可通过任何合适的方法来测量，例如，使用购自马里兰州哥伦比亚的毕克-加特纳公司(BYK-Gardner,Columbia,MD)的Haze-Gard Plus雾度计。

漫射器可以分类为对称(或各向同性的)漫射器或非对称(或各向异性的)漫射器。对称漫射器将垂直入射平行光束散射到散射束，其中散射束的扩散角沿着所有平面内方向基本上均相同。我们已经发现，在典型的情况下，对于对称漫射器，在0％到90％的范围内，更优选地在20％到80％范围内的雾度水平提供了适当的光漫射量。非对称漫射器将垂直入射光优先沿着被称为散射轴的特定的平面内方向散射。此类漫射器可经取向使得散射轴不垂直于在叠堆中的任何光学膜中的任何菲涅尔透镜伸长方向。优选地，散射轴被取向成与在一个或两个光学膜中的菲涅尔透镜的伸长方向平行，或至少大概对齐(例如，成小于60度、45度、30度或20度的角度)。这样，在较少破坏菲涅尔透镜的聚焦或离焦特性，菲涅尔透镜聚焦或离焦在垂直于透镜的伸长轴的平面内发生的情况下，非对称漫射器就可提供具有较柔和的(较模糊的)外观的制品。我们已经发现，在典型情况下，对于非对称漫射器，在0％到99％范围内的雾度水平可提供适当的光漫射量。如果光漫射以独立漫射器层的形式提供，则在可见光光谱的一些或全部范围内，此类层的透射优选地大于50％。对于彼此接触或彼此极为接近的膜或层，漫射器的清晰度往往并不关键，并且因此可根据需要调制，或没有指定。当非对称漫射器与其棱镜伸长的轴彼此不平行的两个菲涅尔透镜膜一起使用时，非对称漫射器的散射轴的优选取向在两个菲涅尔透镜膜的棱镜伸长轴之间，并且优选地在两个棱镜伸长轴之间的中间。

图2为膜叠堆205的示意性前视图或平面图，膜叠堆205包括设置在第二菲涅尔透镜膜262的下方或后面的第一菲涅尔透镜膜212。可与上述的膜112相同或类似的后膜212被示为具有基准轴212a，并且可与膜162类似或相同的前膜262被示为具有基准轴262a。对于目前的讨论，我们假设后膜212包括大致平行于轴212a各自伸长的聚焦和/或离焦菲涅尔透镜的布置。我们类似地假设前膜262包括大致平行于轴212a各自伸长的聚焦和/或离焦菲涅尔透镜的布置。膜相对于彼此旋转，即，它们的轴212a、262a不平行。在轴212a、262a之间形成非零角度Φ(希腊字母phi)。我们已经发现，唯一的美观视觉效应可由膜的此类组合引起。例如，角度Φ可在5度到90度的范围内。

影响此类膜叠堆外观的另一个因素是不同菲涅尔透镜组的相对间距或节距。图3为当两组菲涅尔透镜可在膜叠堆诸如图1和图2的膜叠堆中布置时，它们的示意性表示的前视图或平面图。在本文中，直线308表示在一个膜中的相邻菲涅尔透镜的中心，例如，在后膜212中的菲涅尔透镜，并且直线358表示在另一个膜中的相邻菲涅尔透镜的中心，例如，在前膜262中的菲涅尔透镜。膜经取向使得各组透镜相对于彼此以角度Φ倾斜。

为简单起见，我们假设在后膜中的菲涅尔透镜具有均匀的中心至中心的间距或节距p1。为简单起见，我们也假设在前膜中的菲涅尔透镜具有均匀的中心至中心的间距或节距p2。具有均匀间距的菲涅尔膜便于工作，因为它们可在无需担心应在膜上的何处作出切削的情况下被切削，或换句话讲可被转变成任何期望的尺寸或形状。(然而，也可使用具有不均匀间距的菲涅尔透镜膜。)p1和p2的值可根据需要选择，以产生满意的视觉效应。在一些情况下，在制造公差内，p1可等于p2。例如，(p2-p1)/p1的量值可小于1％。我们已经发现，当p1和p2适度地彼此不同时，例如，p1/p2或其倒数可在1.5到3的范围内时，就产生有趣的视觉效应。

无论菲涅尔透镜的任一组是否具有均匀的中心到中心的间距，节距p1、p2可另选地是指平均值。因此，p1可以为在后膜中的菲涅尔透镜的平均节距，并且p2可以为在前膜中的菲涅尔透镜的平均节距，并且如前所述，p1和p2可以相同或不同。菲涅尔透镜还可通过它们的平面图宽度表征。下面结合图4a进一步讨论此类宽度。在不同光学膜中的菲涅尔透镜可通过彼此不同的平均菲涅尔透镜宽度来表征。

如果需要，膜叠堆的菲涅尔膜可具体适于在层合体中彼此附着。在一些情况下，叠堆的菲涅尔膜可单独地售卖，并且可由承包商、顾客或其他最终用户以任何期望的取向(旋转角度)应用于彼此。

现在转向图4，在那里我们看到，由可调制为提供具有三维外观的制品410的组分部件制成的光学膜或膜制品410，或结合制品410的系统。制品410可对应于以上讨论的膜112、162、212、262中的任何一个。制品包括第一膜412，其包括应用到基底层420的第一层413和第二层414。这些层中的一些或全部可以是基于聚合物的，使得制品，或其一个或多个部件可用基于常规聚合物的材料在常规的膜生产线上制造。另选地或另外地，制品可使用其他已知的工艺和设备来制造，并且可包括非聚合材料，诸如玻璃、陶瓷、金属和/或其他合适的材料。以下提供了材料的进一步讨论。

制品410具有可对应于前主表面和后主表面的对置的主表面410a、410b，或反之亦然。第一膜412位于或靠近表面410b，并且包括第一层413和第二层414。在这些层之间的界面415被构造为具有单独小平面416、418的带小平面的表面。带小平面的表面可被认为是一种类型的结构化表面。由于在层413、414之间的折射率的差值，所以小平面416、418均是透射的和折射的。至少小平面416通常是基本上平坦的或平面的，并且成多种角度取向且以被称为斜率序列的特定序列布置，使得它们共同形成菲涅尔透镜417。示出透镜417全部具有相同的小平面布置，并且因此被假设为全部相同的类型，例如，它们全部是聚焦类型的透镜或离焦类型的透镜。鉴于本讨论的目的，我们假定层413具有比层414更大的折射率，在该情况下，由于图4所示的小平面416的构造，所以透镜417将是离焦类型的透镜，但如果折射率关系相反则相对的情况也是可能的。在图4中，因为菲涅尔透镜417被小平面418提供的分离区域所分离，所以它们彼此不邻接，但如以下的进一步解释，还可以想到其他的透镜构造。

层413、414中的任何一个均可靠着合适的结构化工具来压印或浇铸，以赋予带小平面的界面415的期望几何形状，并且稍后，可添加或涂覆其他层(413或414)作为平面化层。例如，在一些情况下，可首先通过靠着结构化工具来压印或浇铸层来形成层414，以提供结构化表面，之后是使用层413来平整化层414，使得结构化表面变成带小平面的界面415。另选地，可首先压印或浇铸层413以提供结构化表面，并且随后可添加层414作为平面化层，使得结构化表面再次变成带小平面的界面415。在任一种情况下，层413、414优选地是透光的或换句话讲是适当透光性的，并且有充分不同的折射率，使得入射光可在界面415处折射，并且穿过制品410到观察者的眼睛。

一般来讲，对于给定的小平面几何形状，如果在层之间的折射率差值增大，则无论是聚焦还是离焦菲涅尔透镜的强度或光焦度均被增大，并且如果在层之间的折射率差值减小，则无论是聚焦还是离焦菲涅尔透镜的强度或光焦度均被减小。在一些情况下，通过选择具有在值上接近的折射率的用于第一层和第二层的材料，可希望设计具有相对弱的光焦度的菲涅尔透镜膜。在其他情况下，通过选择具有广泛分离的折射率的材料，希望设计具有较强光焦度的菲涅尔透镜膜。从设计的角度来看，增大折射率差值也允许具有指定焦距或光焦度的菲涅尔透镜采用具有减小的取向或斜率的小平面。可用于透光性的第一层和/或第二层的聚合物材料的示例包括但不限于：高折射率树脂，诸如那些用在供液晶显示器使用的棱镜亮度增强膜中的树脂，此类树脂具有在约n≈1.55到n≈1.70范围内的折射率；在专利申请公开案WO 2010/120864(Hao等人)和WO 2011/088161(Wolk等人)中所讨论的超低折射率(ULI)的纳米孔洞材料，其具有在约n≈1.15到n≈1.35范围内的折射率；PMMA(n≈1.49)；聚碳酸酯(n≈1.59)；包括硅氧烷粘合剂的硅氧烷(n≈1.4)；和碳氟化合物材料(n≈1.35)。

也要注意，在可见光谱范围内，真实材料在其折射率方面可表现出不可忽略的分散性。在一些情况下，形成菲涅尔棱镜界面的相邻层(例如，图1中的层113和114)在全部可见光波长可有利地具有相同的折射率差值，或尽可能接近相同差值。在其中折射率差值相对于在可见光谱范围内的波长不基本上恒定的其他情况下，由单独菲涅尔棱镜引起的狭窄的彩虹着色的条纹可在膜中可见。根据期望的膜外观，该颜色可增强或其可被削弱。如果其被削弱，可选择两个层的材料以赋予较好的分散性匹配。通常，任何给定的材料均表现出某种程度的折射率分散性，其一般来讲不同于在另一种材料中的分散性的量，所以在许多情况下，均不可以达到精确的较少分散性折射率差值；然而，在实施过程中，在可见光谱范围内的折射率差值的小的变化产生很少的视觉伪影或没有视觉伪影，并且可被忽略。如果观察到彩色条纹，并且如果人想要将它们减少，则可用较小的尺寸来制作棱镜。另一方面，如果人想要增强可观察的彩色条纹，则可选择具有较大分散性差值的材料，和/或可制作具有较大的尺寸的棱镜。

制品410在笛卡尔x,y,z坐标系统的背景下示出。优选地，小平面416和菲涅尔透镜417为线性的，或换句话讲沿着y方向伸长，即，它们沿垂直于附图平面的轴延伸。这在图4a中提供的制品410的平面图中示出。可以看到通过由小平面418所提供的分离区域彼此分离的小平面416、418和菲涅尔透镜417各自沿着y轴延伸。菲涅尔透镜可各自通过如图4a所示的平面图宽度“w1”来表征，并且分离区域可通过平面图宽度“w2”来表征。w1和w2的值可由膜设计者选择，以在最终制品中提供合适的视觉外观。在一些情况下，w1可小于w2。在其他情况下，w1可基本上等于w2。在其他情况下，w1可大于w2。菲涅尔透镜的图案也可通过平面图中心到中心的节距“p”来表征，该节距也在图4a中示出。对于这些具有均匀宽度的非邻接菲涅尔透镜，p＝w1+w2。小平面418可以是平滑且高度透明的，或者它们可以是粗糙的或涂覆的，以在膜中提供漫射条纹，或者它们可涂覆有或印有着色墨或染色的有色墨。单独小平面沿着膜的长度可以是连续的或不连续的，并且在小平面上的漫射器或印刷且着色的涂层可以是连续的或不连续的。小平面418中的一些或全部可以这种方式来处理。

如果需要，制品410也可包括被设置成散射由菲涅尔透镜透射的光的漫射器。从视觉的角度来看，漫射器具有软化或钝化来自菲涅尔透镜的折射的效应以避免过度刺目的外观。漫射器可结合到层413、414、420中的任何一个或多个，或者其可附接到或包括在制品410内，作为另外的、不同的漫射器层。漫射器层可以为或可包括例如一层透光性基质材料，在该层内分散有颗粒和/或孔洞以促进可见光的散射。合适的颗粒可包括具有合适粒度分布的透明微珠，并且该透明微珠在可见光波长方面具有比基质材料更高或更低的折射率。漫射器可以是对称或非对称的。如以上所讨论，如果是非对称的，则漫射器的散射轴优选地至少与菲涅尔透镜的伸长轴大概对齐。例如，在图4中，菲涅尔透镜417中的每一个均沿着平行于y轴的方向延伸。在这种情况下，希望非对称漫射器漫射垂直入射光，该垂直入射光可沿着负的z方向传播，优先地沿着y轴传播。即，对于垂直入射在表面410a上的光，非对称漫射器在y-z平面比x-z平面更大程度上优先地散射那种光。其基本原理在于伸长的菲涅尔透镜417的离焦作用(或聚焦作用，如果层414具有比层413更大的折射率)主要地或唯一地在x-z平面中发生，而不是在y-z平面发生，并且因此，尽管仍然保持提供三维外观的离焦(或聚焦)特性，但在y-z平面比在x-z平面可接受多得多的散射。

制品410也可包括其他层或部件，诸如标记层。标记层可以为或可包括基膜，其中墨涂层或其他合适的材料已经印刷到或换句话讲被应用到基膜上以形成标记。标记层可包括在制品410中，以便拦截由菲涅尔透镜417透射的光。

由于本文所述的菲涅尔结构可用于装饰性应用，所以在增强用于美观目的的膜、膜叠堆和模制品方面，标记可发挥重要且协同的作用。菲涅尔结构提供了有趣的及装饰性的光学效应的基础，并且可添加标记以补充菲涅尔阵列的周期性结构，或另选地可应用标记以打破周期性透镜阵列的重复。标记也提供了便利的方法，可用该方法定制菲涅尔透镜的给定阵列。如本文别处所述，标记可使用多种不同的技术来形成，并且可结合到制品的一个或多个组分层或表面中或其上。

参考内容和样式，术语标记可包括宽泛的可应用到在本文所述的装饰性膜的图案类型的范围。标记可以为实物或抽象设计的图像。为了补充或打破菲涅尔透镜阵列的周期性外观，标记可另选地为，例如由印刷墨或颜料、漫射器，或菲涅尔棱镜的消除或不存在的非连续分布区应用所形成的已知几何形状，诸如直线、矩形、正方形、圆形等，其中菲涅尔棱镜经应用与透镜或反射镜阵列对准。对准可根据沿着x轴的距离，并且标记也可以沿着y轴不连续。在此类情况下，标记可调制为覆盖在平面图中的少于10％或少于25％或少于50％的膜的总面积。

在图5中，我们示意性地示出了另一个膜制品510，其组分部件可调制为提供具有三维外观的制品510。除了菲涅尔透镜的布置不同之外，制品510具有类似于制品410的构造。具体地，通过消除在透镜之间的分离区域，制品510使用邻接地布置的菲涅尔透镜，而不是如在制品410中使用的非邻接菲涅尔透镜的布置。

除了菲涅尔透镜设计的变化，制品510的部件可与制品410的对应部件类似或相同。因此，例如，具有对置的主表面510a、510b的制品510包括位于或接近表面510b的第一膜512，第一膜512包括第一层513和第二层514，在第一层513与第二层514之间，界面515被构造成具有单独小平面516的带小平面的表面。第一膜512、第一层513与第二层514和小平面516可与第一膜412、第一层413与第二层414和小平面416分别相同或类似，并且小平面516的取向或斜率序列可以与小平面416的取向或斜率序列相同，以便形成离焦菲涅尔透镜517，其中假设层513的折射率大于层514的折射率。类似于图4a的视图，小平面516和菲涅尔透镜517优选地是基本线性的，并且沿着y轴伸长。

如本文别处所讨论，类似于制品410，制品510也可包括附加层或元件，诸如漫射器和/或标记。

在图6中，我们示意性示出了另一个膜制品610，其组分部件可调制为提供具有三维外观的制品610。除了菲涅尔透镜的布置不同之外，制品610具有类似于制品510的构造。具体地，制品610具有邻接的聚焦菲涅尔透镜617a和离焦菲涅尔透镜617b的交替布置，而不是如在制品510中使用的邻接的离焦菲涅尔透镜的布置。

除了菲涅尔透镜布置的变化，制品610的部件可与制品510的对应部件类似或相同。因此，例如，具有对置的主表面610a、610b的制品610包括位于或接近表面610b的第一膜612，第一膜612包括第一层613和第二层614，第一层613与第二层614之间的界面615被构造成具有单独小平面616的带小平面的表面。除了小平面616的取向或斜率序列不同之外，第一膜612、第一层613与第二层614和小平面616可与第一膜512、第一层513与第二层514和小平面516分别相同或类似。

小平面616的斜率序列为周期的，例如，正弦的，使得小平面形成与离焦透镜617b交替的聚焦透镜617a。(如果层614的折射率大于层613的折射率，则透镜617a为离焦透镜，并且透镜617b为聚焦透镜。)沿着界面615评估小平面616的斜率序列，我们看到斜率的范围从零斜率(例如，在透镜617b的中心)到渐增的负斜率，到最大负斜率(例如，在透镜617b与617a之间的边界处)，到减小的负斜率，到零斜率(例如，在透镜617a的中心)，到渐增的正斜率，到最大正斜率(例如，在透镜617a与617b之间的边界处)，到减小的正斜率，到零斜率(例如，在透镜617b的中心)。(需注意，通过偏移评估区域，该斜率序列的其他描述也是可能的，例如，斜率序列可描述为范围从第一零斜率到渐增的正斜率到最大正斜率到减小的正斜率到第二零斜率到渐增的负斜率到最大负斜率到减小的负斜率到第一零斜率。“零斜率”无需精确地水平，但可以在与水平成几度的范围内。)由于界面615的形状的重复实质，所以该斜率序列可以基本上不间断的样式横跨界面615重复。

就这一点而言，图7示出了描绘示例性正弦斜率序列的图表，其中正弦斜率序列可产生交替邻接的聚焦菲涅尔透镜和离焦菲涅尔透镜。平滑的正弦曲线表示小平面角度如何根据位置改变，其中位置沿着垂直于透镜的伸长方向的平面内方向(例如，在图6a中的x轴)被测量。在该示例中，小平面角度范围在约+14.3度的最大值到约-14.3的最小值之间。由于菲涅尔透镜被分割成许多单独的小平面，小平面中的每一个通常均为平坦的并且具有单一的斜率，所以平滑的正弦曲线并未确切代表斜率序列。因此，将圆点叠加在平滑的曲线上，以表示结构化表面的单独小平面的斜率。

再次参考图6和图6a，小平面616和菲涅尔透镜617a、617b为线性的，或换句话讲沿着y轴伸长，即，它们沿着垂直于附图平面的轴延伸。这在图6a中提供的菲涅尔透镜617a、617b的平面图中被示出。可以看到彼此邻接，在中间基本上没有居间的空间或接触面的小平面616和菲涅尔透镜各自均沿着y轴延伸。菲涅尔透镜可各自通过如在图6a中所示的平面图宽度“w”来表征。菲涅尔透镜的图案也可通过也在图6a中所示的平面图中心到中心节距“p”来表征。对于具有均匀宽度的邻接的菲涅尔透镜，w＝p。

如本文别处所讨论，类似于制品510，制品610也可包括附加层或元件，诸如漫射器和/或标记。

也可对本文所述的制品做出许多修改。例如，漫射器可包括多个不同的层而不是只有一个层。标记层可同样包括多个不同的层。另选地，漫射器和标记层可组合成仅单一层。如果提供了不同的漫射器和标记层，它们就可相对于菲涅尔透镜以任何顺序来布置。通过沿着每个棱镜或棱镜的一部分的长度轴创建棱镜高度的低振幅、高频率的波动，非对称漫射器可被切削成压印或浇铸工具。

在给定的实施例中，给定类型的菲涅尔透镜可一致相同，或者它们可以彼此不同，或者它们可以为其一些组合。例如，在图4中的菲涅尔透镜417，或在图5中的菲涅尔透镜517可均具有相同的有效曲率，和/或相同的宽度w，或者菲涅尔透镜曲率和/或宽度可根据规则的或不规则的图案而相异。聚焦菲涅尔透镜和/或离焦菲涅尔透镜的许多组合被设想，包括仅具有聚焦菲涅尔透镜的实施例、仅具有离焦菲涅尔透镜的实施例、具有以离焦菲涅尔透镜点缀的聚焦菲涅尔透镜的实施例、和具有以邻接样式布置的菲涅尔透镜的所有前述实施例，以及具有以在透镜之间有分离区域的非邻接样式布置的菲涅尔透镜的所有前述实施例。

在平面图中，菲涅尔透镜无需是精确地线性的。例如，菲涅尔透镜(和构成透镜的棱镜或小平面)可沿循着弯曲的路径，和/或沿循着大致沿着特定的平面内方向延伸但却相对于那个方向摆动(例如，正弦地或以任何其他的周期性或近周期性样式)或蜿蜒(例如，通过低频率、小振幅并且非周期性的偏差来表征)的路径。用于压印或浇铸/固化的工具(例如，压印转筒或浇铸轮)可被制成具有非线性图案，诸如蜿蜒的沙丘外观。尽管这可借助快速进刀工具使用多次通过用在转筒上的金刚石模具来完成，但另选的方法是使用灰度平版印刷，其中棱镜通过用光栅激光束将光致抗蚀剂可变深度曝光来创建。通过在弹性基板上形成柔韧的棱镜，也可实现非线性图案，然后弹性基板可横跨表面在不同的区域中不一致地伸展。通过将柔韧树脂的棱镜浇铸到柔韧基板上，诸如，例如，乙烯基膜、聚氨基甲酸酯膜或硅氧烷膜，可制作此类构造。当将膜应用到沿着两个平面内轴弯曲的非平面表面，即混合曲面时，柔韧菲涅尔透镜也是可用的。一些示例为照明器材、照明设备、汽车外部或内部表面、计算机鼠标表面和移动手持电子设备，诸如一些电话、记事本或笔记本计算机。

菲涅尔透镜可具有仅由制品的外部物理边界或边缘限定的平面图长宽比，即，菲涅尔透镜中的每一个可从一个此类边界或边缘延伸到相对的边界或边缘。另选地，菲涅尔透镜中的每一个可沿着特定的方向延伸，但是相对于制品的物理边界具有截短的长度。当使用截短的菲涅尔透镜时，可希望鉴于美观目的来布置它们，使得小的空白区域(例如，通过不存在任何倾斜的或成角度的棱镜小平面来表征的小的平坦窗口区域)将相邻的菲涅尔透镜分离，其中小的空白区域可沿着给定的截短的菲涅尔透镜行有规则地或随机地隔开。小的空白区域可至少以两种方式来实现。在一种情况下，金属工具可经切削使得切削工具收缩，并且不在工具上为预先确定的长度来切削一组相邻的棱镜，或者该棱镜稍后可在金属工具上以预先确定的长度经机械加工成平坦的。另选地，如果棱镜在工具上被连续切削，则通过在那些所选的区域用第二膜涂覆(平整化)棱镜，可在局部区域(对应于小的空白区域)中平整化所得的工具的浇铸聚合物复制品。对于菲涅尔透镜，如果使用了平整化聚合物涂层，则其应该是透明的并且相对接近(与空气或ULI材料相比)棱镜的折射率，例如Δn<0.2。通过在局部区域中有效地消除棱镜的任何一种方法，经由棱镜结构在膜上的不存在，可制作随机形成的图案或图像形成的图案。此类空间图案可被认为是用于菲涅尔膜的标记。

沿着特定方向伸长的菲涅尔透镜可具有例如至少2、5、10、20或50的平面图长宽比。在一些情况下，在平面图中菲涅尔透镜可具有圆形、正方形或其他非伸长形状。

本发明所公开的制品的示例性实施例包括层合的、复合的和/或涂覆的薄型基于聚合物的膜，使得制品为自支承的、柔性的并且可适形到目标表面或对象。就这一点而言，本发明所公开的制品可被构造成使得制品的后表面附接到窗口、壁或其他感兴趣的对象上，并且光可通过后表面进入制品，并且通过前表面离开，但光也可以或另选地通过前表面进入和离开。本发明所公开的制品可包括附加层和涂层，以有利于此类应用，其中附加层和涂层包括例如一个或多个平面化层、一个或多个粘合剂层、一个或多个隔离衬片、一个或多个硬涂层等。着色的和/或中性的灰色染料、颜料等可为另外的视觉效应添加到组分层中的一个或多个。当反射的彩色膜诸如多层干涉膜与菲涅尔透镜膜组合时可提供醒目的视觉效应。已经发现，其示例可见于美国专利6,531,230(Weber等人)的“色移膜”(“ColorShifting Film”)中的窄带彩色镜膜在该构造中特别地吸引人。在可见光谱范围内平均时，窄带反射镜具有高的(例如，大于50％)透射，但在可见的窄光谱带范围内，窄带反射镜具有低透射和高反射率(例如，至少30％、50％、60％、70％、80％、90％或95％的反射率)，其中窄光谱带可具有小于150nm，或小于100nm，或小于70nm，或小于50nm，或在从这些值中的任何一个到10nm的范围内的半最大值全宽度(FWHM)。当层合到或换句话讲组合到本文所公开的菲涅尔透镜膜时，此类窄带反射镜可在给定的观察角度产生着色的闪光，例如，蓝色、绿色或红色的闪光。此外，由于根据窄带反射镜是否在菲涅尔透镜膜的前面或后面，或者，光是否在穿过窄带反射镜之前或之后穿过菲涅尔透镜，反射镜膜的光的入射角和透射角相异，所以当从层合体的相对侧观察时，外观是不同的。本发明所公开的制品可用现在已知的或稍后开发的任何合适的材料制成，包括除基于聚合物的膜之外的材料。制品可包括一个或多个厚的和/或刚性的和/或易碎的部件，使得所得的制品是刚性的而不是柔性的。

在反射层在可见光谱一部分的范围内具有高反射率，并且在可见光谱另一部分的范围内具有低反射率和高透射的情况下，可被称为二向色菲涅尔反射镜的所得的构造对于那些具有高反射率的可见波长用作菲涅尔反射镜，并且对于那些具有低反射率的可见波长用作菲涅尔透镜。因此，二向色菲涅尔反射镜为较大菲涅尔反射镜组的类或子组。

模拟

具有未对齐的线性菲涅尔透镜组的膜叠堆的外观可被模仿或模拟。图8中提供了一个此类模拟的结果。鉴于该图的目的，我们假设多个第一菲涅尔透镜均为严格线性、平行并且邻接的，例如，具有类似于在图6a中所示的平面图。我们同样假设多个第二菲涅尔透镜为线性、平行并且邻接的。因为在通过在圆柱形工具中的金刚石车削槽制造压印工具的背景下，用直槽比用在横向以一些样式偏离的槽来制造此类压印工具更容易，所以线性菲涅尔部件是有利的。

鉴于图8的目的，我们也假设每组菲涅尔透镜均使用正弦斜率序列，诸如在图6和图7中所描绘。在两个菲涅尔透镜膜中的每一个中，这均提供了交替邻接的聚焦透镜和离焦透镜。

对于该模拟，第一菲涅尔透镜膜由sin(t+2πx)形式的第一正弦波来表示。

其中

t＝3sin(x²)，

并且x为沿着(平面内)x轴的位置，我们可假设x轴为聚合物膜的横维方向。第二菲涅尔透镜膜由sin(2πx')形式的第二正弦波来表示。

在本文中，x’为沿着(平面内)x’轴的位置，x’轴相对于x轴旋转角度Φ，因此：

x'＝xcos(φ)+ysin(φ)，以及

y'＝-xsin(φ)+ycos(φ)。

这两个函数的和可用于模拟这两个函数的组合外观，即，第一菲涅尔透镜膜和以角度Φ：z＝0.2sin(t+2πx)+0.2sin(2πx')旋转的第二菲涅尔透镜膜的组合外观，

其中在该公式中，z为三维表面的外观上高度的测量，但鉴于模拟的目的，我们也可将z解释为表示亮度。如果我们将角度Φ选择为约6度，则来自以上公式的模拟亮度正如图8所示。

再次提醒读者，鉴于该模拟的目的，在图8中的z轴表示亮度，而不是位置。然而，在图8中的x轴和y轴确实表示在膜组合的输出表面处的位置。如果线性函数中的其中一个相对于另一个旋转，则图8的检测揭示出，在两个正交的平面内方向，即x方向和y方向上变化的强度图案可从两个完全线性函数的组合中产生。强度图案具有美观的沙丘样外观或温和的波浪样的外观。

示例及进一步的讨论

具有装饰性外观的一些制品被制作并且评估。这些制品中的每一个均结合至少一个线性菲涅尔透镜膜。

在第一个示例中，膜叠堆使用两个不同的菲涅尔透镜膜和漫射器来制作。

菲涅尔透镜膜通过使用已经被金刚石车削的金属辊工具的浇铸和UV固化过程来制作。在金属工具中的槽限定具有不同的正弦槽图案的两个相邻区域：短周期性图案和长周期性图案。当该工具用于在膜基板上浇铸并固化棱镜层时，该槽就产生限定棱镜层的两个相邻区域的小的线性棱镜，每个区域均具有平行线性棱镜，该平行线性棱镜的单独棱镜斜率以正弦样式沿着横维方向改变。在该区域的每个中，棱镜具有75微米的恒定节距(中心到中心的棱镜距离)和以正弦方式随横维方向变化的斜率，每个正弦图案的一个循环具有从+14.3度的最大值，然后减小到基本上零度，然后还减小到-14.3度的最小值，然后增大到基本上零度，并且然后还回到+14.3度的最大值的范围的斜率。在这些区域中的任何一个中的任何给定正弦循环均限定一组邻接到一个离焦菲涅尔透镜的一个聚焦菲涅尔透镜。在短周期性区域中正弦曲线中的每一个的周期均为20mm，并且在长周期性区域中正弦曲线中的每一个的周期均为40mm。短周期性区域的横维宽度约为23cm，即，11.5对较窄的聚焦/离焦线性菲涅尔透镜。长周期性区域的横维宽度也约为23cm，即，几乎6对较宽的聚焦/离焦线性菲涅尔透镜。除在每个区域内彼此邻接的聚焦菲涅尔透镜和离焦菲涅尔透镜之外，这两个区域沿着共享的线性边界也彼此邻接。在短周期性区域中的菲涅尔透镜具有第一均匀的焦距(量值)，并且那些在长周期性区域中的菲涅尔透镜具有第二均匀的焦距(量值)，第一焦距约为16mm并且第二焦距约为35mm。

具有这些在棱镜层中形成的菲涅尔结构的若干光学膜被制作，其中棱镜层在平坦的2密耳(50微米)厚的PET基膜的顶上，该棱镜层由折射率n≈1.65的UV固化树脂制成。将树脂用纳米氧化锆颗粒填充以便实现高折射率。例如，在美国专利7,264,872(Walker,Jr.等人)中描述了此类树脂。光学膜经切削或切开以产生：第一菲涅尔透镜膜，其结构化表面基本上完全通过40mm周期的正弦曲线和焦距约为35mm的较宽的聚焦/离焦线性菲涅尔透镜来表征；以及第二菲涅尔透镜膜，其结构化表面基本上完全通过20mm周期的正弦曲线和焦距约为16mm的较窄的聚焦/离焦线性菲涅尔透镜来表征。也获得了具有柔软漫射表面的丙烯酸板。丙烯酸板具有3mm的厚度和46％的雾度，雾度是基本上对称的。

对于该第一示例，通过将第一菲涅尔透镜膜、第二菲涅尔透镜膜和丙烯酸漫射器板一起放置在叠堆中来制作膜叠堆，其中在这三个部件之间无粘合剂，并且其中两个光学膜的菲涅尔透镜均暴露于空气。通过相对于另一个光学膜旋转一个光学膜，在两个光学膜中的菲涅尔透镜的相对取向可改变，并且在宽泛的相对旋转角度范围内获得有趣的视觉图案。图9为在白天期间被保持在办公室窗口前面时的该第一示例的膜叠堆的照片，其中在第一光学膜和第二光学膜之间的相对旋转角度约为30度。由于叠堆的不同部件的各种尺寸与形状和在光学膜之间的相对旋转，所以仅在图9中标记910的区域中才获得在叠堆的全部三个部件(第一菲涅尔透镜膜、第二菲涅尔透镜膜和丙烯酸漫射器板)之间的重叠。图9的检测揭示出，在重叠区域910中，人可以看到类似于图8的沙丘样或温和的波浪样的图案。(稍后制作了类似的构造，其中两个菲涅尔透镜膜均用折射率为1.17的ULI材料平整化，并且使用3M^TM光学透明粘合剂8171与面向内的两个膜的棱镜层合在一起。该层合体的外观基本上与第一示例基本相同。)

在第二示例中，膜叠堆使用两个类似的菲涅尔透镜膜制作。

对于该第二示例，菲涅尔透镜膜以与第一示例基本上相同的方式制作，除光学膜经切削或切开以产生：第一菲涅尔透镜膜，其结构化表面基本上完全通过20mm周期的正弦曲线和焦距约为16mm的较窄的聚焦/离焦线性菲涅尔透镜来表征；以及第二菲涅尔透镜膜，其结构化表面与第一菲涅尔透镜膜基本上相同。在这两个膜上的菲涅尔透镜均用折射率为1.17的ULI材料平整化，并且然后使用3M^TM光学透明粘合剂8171将平整化的膜与面向内的两个膜的棱镜层合在一起。在用ULI涂层平整化之后，透镜的焦距约为30mm。

在层合之前，通过相对于另一个光学膜旋转一个光学膜，可改变在两个光学膜中的菲涅尔透镜的相对取向，并且在宽泛的相对旋转角度范围内获得有趣的视觉图案。类似于图8和图9，对于在棱镜膜之间的小的旋转角度，叠堆产生温和的波浪样图案。图10为在白天期间被保持在办公室窗口前面时的该第二示例的层合膜叠堆的照片，其中在第一光学膜和第二光学膜之间的相对旋转角度为约90度，即，两个膜的棱镜轴约是正交的。图10的检测揭示出包括圆形、正方形和其他变化的形状的复杂图案。

在第三示例中，仅评估了一个菲涅尔透镜膜的视觉外观。

对于该第三示例，除了光学膜经切削或切开，以产生其结构化表面基本上完全通过40mm周期的正弦曲线和较宽的聚焦/离焦线性菲涅尔透镜来表征的菲涅尔透镜膜之外，菲涅尔透镜膜以与在第一示例和第二示例中的菲涅尔透镜膜基本上相同的方式制作；此外，结构化表面用折射率为1.17的超低折射率(ULI)涂层来平整化，而不是暴露于空气。ULI平面化层使聚焦/离焦透镜的焦距增至约60mm。

图11为当在办公室场景中被举起时的该第三示例的该菲涅尔透镜的照片，其中菲涅尔透镜的伸长轴垂直取向。图11的检测揭示出，根据一维的波浪样转化，膜使位于该膜后面的对象失真，在外观上类似于波纹形“锡制屋顶”。诸如这样的光学膜可应用到窗口或其他透明基板，以允许高透射或环境照明，同时也提供一些程度的隐私。需注意，失真仍然允许在膜后面的对象一定程度地可识别。低折射率ULI平面化层是可用的，使得结构化(菲涅尔)表面可内埋或嵌入在膜或产品内，在其中结构化(菲涅尔)表面可受到保护而免于被灰尘或碎片造成的划痕或污染。光学膜诸如这种可与具有高透光率的漫射器组合。在该示例和其他所公开的实施例中，漫射器可经图案化以提供具有高雾度和低雾度的规则图案、不规则图案或随机图案用于另外的视觉效应。此类空间图案化的漫射器可应用到一个或多个合适的光学膜表面，并且可被认为是用于该膜的标记。

例如，通过利用用于棱镜小平面的正弦斜率序列，具有交替的聚焦线性菲涅尔透镜和离焦线性菲涅尔透镜的光学膜也可与标记组合，以提供视觉上更加有趣的产品。已经发现，当标记相对于菲涅尔透镜位于特定的距离或距离范围时，就出现更有趣的视觉效应，其中距离范围与透镜焦距或焦距离有关。图12中示出了示例性布置。

在图12中，标记层1226相对于菲涅尔透镜1217a、1217b保持在固定的轴向距离D1处，其中透镜由具有结构化表面1215的小平面1216形成。如图所示，菲涅尔透镜1217a为聚焦透镜，并且菲涅尔透镜1217b为离焦透镜，每个透镜优选地沿着平行于y轴的棱镜轴延伸。就这一点而言，透镜1217a、1217b可与图6的菲涅尔透镜617a、617b相同或类似，或与本文所公开的其他菲涅尔透镜相同或类似。结构化表面1215为棱镜层1213的一个主表面，其中棱镜层1213可例如浇铸并固化在透明基膜1220上。如本文别处所讨论，所示结构化表面1215暴露于空气，但其可另选地用ULI材料或其他低折射率材料平整化，并且附接到其他膜或层。基膜1220和棱镜层1213可一起形成光学膜1210。

为了保持在菲涅尔透镜(例如，结构化表面1215)和标记层1226之间的期望距离，光学膜1210和标记层1226可粘附到或换句话讲附接到具有合适厚度的光透射板1225的相对的主表面。板1225可以为窗玻璃、丙烯酸分区或另一个合适的光透射实心结构。另选地，标记可以大得多的空间与菲涅尔透镜物理分开，例如，标记可放置在物理远离菲涅尔透镜的壁或其他对象上，例如距离菲涅尔透镜至少1米。

标记层1226优选地至少部分地为透光性的，并且在一些情况下，其在可见光光谱中的一些或全部范围内具有高的光学透射。标记层可用黑色墨和白色墨的灰度制成，并且其也可以或另选地用着色墨制成，诸如蓝色、绿色、黄色和/或红色等等。然而，在其他情况下，其可具有低光学透射，并且其甚至可以是不透明的。我们已经发现标记层1226的若干特征结构对于构造的外观可具有显著的影响。一个特征结构为从标记层1226到菲涅尔透镜的轴向距离。其他特征结构为标记层相对于菲涅尔透镜的取向，特别是当透镜沿着第一平面内轴伸长并且标记包括平行于第二平面内轴伸长的标记特征结构时。

参照从标记层到菲涅尔透镜的距离，我们已经观察到，如果标记层太接近棱镜膜放置，特别是相对于菲涅尔透镜的焦距或焦距离，菲涅尔透镜就提供很少的标记视觉失真或没有标记视觉失真。在装饰性膜制品背景下的很少失真或没有失真可以被认为是无趣且不利的。例如，如果透镜的焦距比光学膜1210的厚度大得多，其通常是这种情况，并且厚板1225从图12的构造中省略，使得标记层直接靠着膜1210定位，则菲涅尔透镜1217a、1217b就将提供很少的标记视觉失真或没有标记视觉失真。

通过将从菲涅尔透镜到标记层的轴向距离D1和与菲涅尔透镜的焦距相关联的距离比较，可以量化标记相对于菲涅尔透镜的相对位置。后面的与焦距相关的距离可被复杂化，因为给定菲涅尔透镜的实际聚焦点或焦点受到其附接的一个或多个层的光学厚度(乘以折射率的物理厚度)影响的事实。就图12的实施例而言，最显著的光学厚度为与厚板1225相关联的光学厚度。在该图中，示出了聚焦菲涅尔透镜中的一个1217a的焦点F(由于透镜1217a和小平面1216也平行于y轴延伸，所以焦点F实际上为平行于y轴延伸的直线)。点F表示垂直入射在透镜1217a上的平行光束实际上在通过该构造的其他光学层，诸如基膜1220和板1225传播之后被聚焦的点。点F被设置在相对于菲涅尔透镜1217a的轴向距离D2处。如果将厚板1225和标记层1226移除，使得光学膜1210被隔离并且完全浸入空气或真空中，则点F将移动更接近透镜1217a(到我们可在该讨论中将其称为F’的点)，并且距离D2将更短(我们可在该讨论中将其成为D2’)。当光学膜1210被认为是处于隔离中时，例如，在其被应用到板1225之前，偏移的焦点F’和缩短的距离D2’基本上对应于透镜1217a的焦点和焦距。

在这样的背景下，我们可将我们已经发现菲涅尔透镜提供显著标记失真的距离关系量化。当D1在从约D2’/3到约D2’/10的范围内时，观察到明显的视觉效应。当D1大于D2’/3时，观察到更有趣的视觉效应。当D1大于D2’/1.5时，观察到醒目的视觉效应。因此，D1优选地大于约D2’/10，或者在(D2’)/3到D2’的范围内，或者在一些情况下大于D2’。在许多实际的实施例中，在D2’和D2之间的差值，以及在F’和F之间的差值相对小。因此，前述关系在D2取代D2’的情况下也可满足。

可对构造的外观具有显著影响的标记层1226的另一个特征结构为标记层相对于菲涅尔透镜的取向，特别是当透镜沿着第一平面内轴伸长并且标记包括平行于第二平面内轴伸长的标记特征结构时。在此类情况下，通过使第二平面内轴既不平行于也不垂直于第一平面内轴取向，而是取向成倾斜的角度Φ，可实质上增强视觉外观。例如，Φ可被选为在45度到89度的范围内，或在30度到89度的范围内。Φ的期望值可取决于上述的距离D1，但在许多情况下，如果Φ在60度和90度之间，则效应是有吸引力的，并且在小于45度但至少约30度的角度下引起仍然吸引人的失真。

标记层的相对取向角度Φ和相对位置的效应结合第四示例来评估。在第四示例中，线性菲涅尔透镜膜与具有线性标记特征结构的标记层组合。

对于该第四示例，菲涅尔透镜膜以与在第三示例中的菲涅尔透镜膜基本上相同的方式制作，除光学膜的结构化表面不用ULI涂层来平整化以外。因此，该菲涅尔透镜膜具有基本上完全通过40mm周期的正弦曲线和较宽的聚焦/离焦线性菲涅尔透镜来表征的结构化表面，其中聚焦/离焦线性菲涅尔透镜中的每一个的焦距均约为35mm。然后获得标记膜。标记膜为80微米厚的在其上印有模拟木纹标记的乙烯基膜，乙烯基膜也在具有类似于木材纹理的小的伸长凹陷处的一侧上被压印。该标记膜与在模拟木纹膜产品中用作部件的标记膜基本上相同，其中模拟木纹膜产品在一年多前由3M公司(3M Company)作为3M^TMDI-NOC^TM膜在美国售卖。木纹标记特征结构基本上沿着特定的平面内轴伸长。

将菲涅尔透镜膜保持在标记膜前面，并且该组合被观察到。如果膜取向成使得木纹轴平行或垂直于透镜轴，就观察到很少的木纹图案失真。而且，如果菲涅尔透镜膜被保持太接近标记膜，就观察到很少的木纹图案失真。当取向角度Φ倾斜并且当菲涅尔透镜膜被保持在距离标记膜(被厚的气隙分离的膜)基本的距离处时，就观察到产生视觉上有趣的波浪形外观的更多的失真。图13为具有约60度的取向角度Φ和约40mm的分离(D1)的结果的照片。

在第五示例中，研究了附接到厚丙烯酸板的相对侧的菲涅尔透镜膜和标记膜的另外组合。

对于该第五示例，菲涅尔透镜膜以与在第二示例中的菲涅尔透镜膜基本上相同的方式制作，使得光学膜具有基本上完全通过20mm周期的正弦曲线和较窄的聚焦/离焦线性菲涅尔透镜来表征的结构化表面。聚焦/离焦透镜的焦距约为16mm。由在透明膜上的直平行线组成的3M^TMFasara^TM装饰性窗口膜的样本被用作标记层。然后获得12mm厚的丙烯酸板，并且菲涅尔透镜膜和标记层被层合到板的对置主表面。菲涅尔透镜膜取向成使得菲涅尔透镜的小平面暴露于空气。另外，膜取向成使得标记的伸长轴相对于透镜轴做出约45度的角度Φ。对于6mm厚的丙烯酸板并对于3mm厚的丙烯酸板重复这种相同的构造。在全部三种情况下均观察到波浪形外观，但当板的厚度从12mm到6mm到3mm减小时具有减小的振幅。3mm板的波幅是相当小的。

在第六示例中，研究了类似于第五示例那些的菲涅尔透镜膜、标记膜和丙烯酸板的另外组合。

对于该第六示例，除了菲涅尔透镜膜的结构化表面用具有约1.18折射率的超低折射率(ULI)涂层来平整化之外，相同的菲涅尔透镜膜、标记膜和丙烯酸板被用作第五示例中的那些。这将菲涅尔透镜的焦距从初始的16mm增大到约30mm。再次评估三个样本，其中菲涅尔透镜膜和标记膜附接到丙烯酸板的相对侧并且相对于彼此取向成约45度的角度Φ，并且再次使用了12mm、6mm和3mm的丙烯酸板。在全部三种情况下均再次观察到波浪形外观，但相对于第五示例的那些具有减少的振幅。例如，使用6mm板的在该第六示例中的实施例具有与在第五示例中的3mm板实施例的波幅大致相同的波幅。对于使用3mm板的在该第六示例中的实施例，效应相当小。

在第七示例中，研究了与第五示例中的那些类似的菲涅尔透镜膜、标记膜和丙烯酸板的另外组合。

对于该第七示例，除了使用在菲涅尔透镜膜中产生不同几何形状的线性菲涅尔透镜的不同工具之外，菲涅尔透镜膜以与在第五示例中的菲涅尔透镜膜类似的方式制作。在这种情况下，菲涅尔透镜再次由在相同的50微米PET基膜上的具有相同高折射率(n＝1.65)材料的线性平行棱镜构成，并且棱镜再次具有以正弦方式随横维方向改变的斜率序列，每个正弦周期限定一组邻接到一个离焦菲涅尔透镜的一个聚焦菲涅尔透镜，并且正弦曲线的周期性再次为20mm。然而，对于该菲涅尔透镜膜，棱镜小平面更严重地倾斜，使得斜率序列从+26度的最大值，然后减小到基本上零度，然后还减小到-26度的最小值，然后增大到基本上零度，并且然后还回到+26度的最大值。这些菲涅尔透镜具有约10mm的焦距。

类似于第五示例和第六示例，然后菲涅尔透镜膜被附接到丙烯酸板的一个主表面(其中棱镜小平面暴露于空气)，并且具有线性标志的标记膜附接到板的相对主表面，标记膜的线性标志相对于菲涅尔透镜轴取向成约45度的角度Φ。再次使用了12mm、6mm和3mm厚的丙烯酸板。在全部三种情况下均观察到显著的波浪形外观，并且相对于对应板厚度的第五示例的那些，波幅更大且更明显。

本文所述的菲涅尔透镜及其组合也可包括可见光衍射元件，该元件调制为将可见光分成其组分波长或颜色，以产生多色或彩虹样的视觉效应。可见光衍射元件可包括凹槽、脊、棱镜或尺寸设定成提供一个或多个衍射光栅的其他特征结构。当与具有直线延伸的菲涅尔结构的菲涅尔反射镜膜和/或菲涅尔透镜膜(分别为反射镜或透镜)一起使用时，一个或多个衍射光栅也可以例如使用直的线性凹槽或其他衍射特征结构来直线延伸。一个或多个衍射光栅的伸长轴可相对于菲涅尔反射镜膜和/或菲涅尔透镜膜的菲涅尔结构的伸长轴根据需要取向。在一些情况下，衍射光栅轴可基本上平行于菲涅尔结构的轴。在一些情况下，衍射光栅轴可基本上垂直于菲涅尔结构的轴。在一些情况下，衍射光栅轴可相对于菲涅尔结构的轴取向成倾斜的角度。

如果包括衍射光栅，则其可层合到菲涅尔膜，或者在衍射凹槽平行于菲涅尔棱镜凹槽的情况下，衍射凹槽可直接切削成在压印/浇铸工具上的较大凹槽中的一些或全部的表面。在一个示例中，具有600nm重复距离和宽度的等边三角形棱镜(60度顶角)被切削成在铜制工具上的每个凹槽的表面，铜制工具在其他方面与以上用于第一示例的铜制工具基本上相同。因此，铜制工具具有75微米宽的凹槽，其凹槽角度以具有40mm周期的正弦斜率序列布置，并且每个凹槽也包括较小的600nm衍射凹槽。衍射凹槽在复制的聚合物膜中的菲涅尔棱镜上产生衍射子结构。在两个铜制工具上并且在用该工具制作的浇铸且固化的聚合物膜上均观察到闪亮的彩虹图案。衍射菲涅尔透镜膜可以如上所述的方式相同的方式与其他部件诸如另一个菲涅尔透镜膜(其具有衍射特征结构或者不具有衍射特征结构)组合。

在一些情况下，带小平面的表面或结构化表面的图案化的平面化可经实施以向本发明所公开的膜及组合提供另外的在视觉上不同的特征结构。例如，结构化表面的所选择的部分可以成像方式来涂覆聚合物材料或其厚度足够大以将结构化表面平整化的其他合适的材料。在所得的产品中，除了已经由成像式涂层平整化的所选择的部分之外，菲涅尔透镜可在结构化表面上的各处形成，或者菲涅尔透镜可在所选择的部分中形成，但是由于折射率差值在结构化表面的相对侧上基本上减小，所以与结构化表面的剩余部分(非成像式涂覆的部分)的折射率差值相比，在所选择部分中的菲涅尔透镜具有基本上减小的光焦度。菲涅尔透镜在所选择部分中的不存在(或减小的菲涅尔透镜光学能力)提供了可添加到制品的视觉不同性的明显的图像。成像式的涂层可具有任何期望的图像或图案。通过在所选择的区域中用折射率匹配或近匹配的材料平整化棱镜所形成的此类空间图案可以被认为是用于菲涅尔膜的标记。

我们已经观察到，鉴于形成图像的目的，形成平整化材料的图像可以但无需精确匹配棱镜的折射率。相反，其可仅具有显著不同于与棱镜表面的剩余部分接触的材料(或空气)的折射率。例如，折射率1.49的粘合剂在正弦波菲涅尔透镜表面上的小的圆形区域中被层合，其中正弦波菲涅尔透镜表面的棱镜具有n＝1.65的折射率。棱镜表面的剩余部分与空气接触。即使粘合剂未匹配菲涅尔棱镜的折射率，但在粘合剂与棱镜之间的折射率的失配或差值比在空气与结构化表面的剩余部分的棱镜之间的折射率的失配或差值小得多，其足以清楚可见地再现圆形图案。当在层合体中使用时，通过涂覆ULI材料或具有显著不同于形成平整层的图像的折射率的其他材料，可将棱镜表面的剩余部分平整化。成像式涂层可以为图案化的粘合剂层，该粘合剂层用于在不存在低折射率平面化层的情况下，将菲涅尔膜粘结到表面或粘结到另一个菲涅尔膜。这样，在层合之后，菲涅尔棱镜表面的剩余部分就保持与空气接触。

使用任何合适的印刷技术，诸如柔性版印刷、凹版印刷、丝网印刷或喷墨印刷，可用澄清的或着色的粘合剂、后期可固化的聚合物层、环氧化物或印刷墨来形成透明的成像式平面化图案。

除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中用来表示数量、特性量度等的所有数值都应当理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则本说明书和权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域内的技术人员利用本专利申请的教导内容想要获得的所需特性而改变。并不旨在将等同原则的应用限制在权利要求书范围内，至少应该根据所记录的有效数位的数目并通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。虽然给出本发明宽范围的数值范围和参数是近似值，但就本文所述具体例子中列出的任何数值来说，其记录尽可能合理地精确。然而，任何数值可适当地含有与测试或测量限制相关的误差。

在不脱离本发明的实质和范围的前提下，对本发明的各种修改和更改对于本领域内的技术人员将显而易见，而且应当理解，本发明不限于本文所列出的示例性实施例。例如，所公开的透明导电制品也可包含减反射涂层和/或保护性硬涂层。除非另外指出，读者应该假设一个所公开的实施例的特征也可以应用于所有其他所公开的实施例。还应当理解，本文引用的所有美国专利、专利申请公开案和其他专利和非专利文献均在不与上述公开内容相抵触的情况下以引用方式并入。

Claims (25)

1.一种膜叠堆，包括：

具有在其上形成的第一透射式小平面的第一膜，所述第一透射式小平面限定多个第一菲涅尔透镜，所述第一菲涅尔透镜中的每一个平行于第一平面内轴延伸；和

具有在其上形成的第二透射式小平面的第二膜，所述第二透射式小平面限定多个第二菲涅尔透镜，所述第二菲涅尔透镜中的每一个平行于第二平面内轴延伸，所述第二膜被设置成拦截由所述第一菲涅尔透镜透射的光；

其中所述第二平面内轴被设置成与所述第一平面内轴不平行。

2.根据权利要求1所述的膜叠堆，还包括：

被设置成散射由所述第一菲涅尔透镜和/或第二菲涅尔透镜透射的光的漫射器。

3.根据权利要求2所述的膜叠堆，其中所述漫射器具有在10％到90％范围内的雾度。

4.根据权利要求2所述的膜叠堆，其中所述漫射器被结合到所述第一膜和/或所述第二膜中。

5.根据权利要求1所述的膜叠堆，其中所述第一平面内轴和第二平面内轴形成在2度到90度范围内的角度。

6.根据权利要求1所述的膜叠堆，其中所述多个第一菲涅尔透镜通过第一平均宽度来表征，并且所述多个第二菲涅尔透镜通过不同于所述第一平均宽度的第二平均宽度来表征。

7.根据权利要求1所述的膜叠堆，其中所述多个第一菲涅尔透镜通过第一平均节距来表征，并且所述多个第二菲涅尔透镜通过不同于所述第一平均节距的第二平均节距来表征。

8.根据权利要求1所述的膜叠堆，其中所述第一菲涅尔透镜中的至少一些和所述第二菲涅尔透镜中的至少一些被构造成聚焦入射平行光。

9.根据权利要求1所述的膜叠堆，其中所述第一菲涅尔透镜中的至少一些和所述第二菲涅尔透镜中的至少一些被构造成离焦入射平行光。

10.根据权利要求1所述的膜叠堆，其中所述第一菲涅尔透镜被布置成其中正菲涅尔透镜与负菲涅尔透镜交替，所述正菲涅尔透镜被构造成聚焦入射平行光，所述负菲涅尔透镜被构造成离焦入射平行光。

11.根据权利要求10所述的膜叠堆，其中所述正菲涅尔透镜和所述负菲涅尔透镜彼此邻接。

12.根据权利要求1所述的膜叠堆，其中所述第一菲涅尔透镜各自具有长度比宽度的长宽比，并且所述多个第一菲涅尔透镜中的每一个的长宽比大于10。

13.根据权利要求1所述的膜叠堆，其中在平面图中所述第一菲涅尔透镜中的每一个是直的，在平面图中所述第二菲涅尔透镜中的每一个是直的，并且在平面图中，所述第一菲涅尔透镜和第二菲涅尔透镜组合产生波状图案。

14.一种装饰性膜制品，包括具有在其上形成的透射式小平面的结构化表面，所述透射式小平面以斜率序列布置，所述斜率序列为从第一零斜率到渐增的正斜率到最大正斜率到减小的正斜率到第二零斜率到渐增的负斜率到最大负斜率到减小的负斜率到所述第一零斜率，所述序列横跨所述结构化表面的至少一部分以不间断的样式重复，所述透射式小平面限定与离焦菲涅尔透镜交替的多个聚焦菲涅尔透镜。

15.根据权利要求14所述的制品，其中所述小平面、所述聚焦菲涅尔透镜和所述离焦菲涅尔透镜中的每一个平行于第一平面内轴延伸。

16.根据权利要求14所述的制品，所述制品与设置在所述制品的给定表面上的标记组合。

17.根据权利要求16所述的制品，其中所述小平面、所述聚焦菲涅尔透镜和所述离焦菲涅尔透镜中的每一个平行于第一平面内轴延伸，其中所述标记包括平行于第二平面内轴延伸的一个或多个特征结构，所述第二平面内轴相对于所述第一平面内轴成角度Φ设置，所述角度Φ在2度到88度的范围内，并且其中所述标记被设置在距所述聚焦菲涅尔透镜的轴向距离D1处，其中所述聚焦菲涅尔透镜中的至少一些具有设置在距所述聚焦菲涅尔透镜的轴向距离D2处的焦点，并且其中D1>(D2)/10。

18.根据权利要求16所述的制品，其中所述给定表面是所述结构化表面。

19.根据权利要求14所述的制品，其中所述斜率序列是正弦的。

20.根据权利要求14所述的制品，还包括覆盖所述透射式小平面的低折射率平面化层。

21.根据权利要求15所述的制品，其中在平面图中所述菲涅尔透镜中的每一个是直的。

22.根据权利要求15所述的制品，其中所述菲涅尔透镜中的每一个限定波状路径。

23.根据权利要求14所述的制品，还包括：

被设置成散射由所述聚焦菲涅尔透镜和离焦菲涅尔透镜透射的光的漫射器。

24.根据权利要求14所述的制品，还包括：

可见光衍射元件，所述可见光衍射元件调制为将由所述装饰性膜制品透射的可见光分成其组分颜色，以产生多色视觉效应。

25.根据权利要求15所述的制品，还包括：

可见光衍射元件，所述可见光衍射元件调制为将由所述装饰性膜制品透射的可见光分成其组分颜色，以产生多色视觉效应；

其中所述可见光衍射元件平行于第二平面内轴延伸，所述第二平面内轴平行于所述第一平面内轴。