CN113808482A - 用于视窗或电子设备显示器的防眩光隐私屏幕 - Google Patents

Abstract

一种在基板上的用于减少电子设备显示器或视窗的眩光的微结构或截锥体的阵列。微结构被设计成与显示器上的像素几乎完美地对准，以避免不利的观看效果例如莫尔效应。从所有角度照射包含微结构的膜的前侧的基本上所有的来自环境的光不被反射到主观看者(通常以垂直于膜的角度观看)。来自环境的照射微结构的光将以大于主观看者视场之外的定义阈值的角度反射离开微结构。因此，对主观看者的眩光被最小化，而对除主观看者以外的从其他角度观看的其他观看者的眩光增加。对其他观看者的这种增加的眩光给主观看者进行的观看添加了隐私。

Description

用于视窗或电子设备显示器的防眩光隐私屏幕

技术领域

本申请涉及用于视窗或电子设备显示器的防眩光隐私屏幕。特别地，该屏幕被设计成使得选择性地减少对于主观看者的环境眩光，同时增加对主观看者的视场之外的其他人的眩光。因此，该隐私屏幕提高了主观看者的观看质量，并阻止不期望的附近旁观者的观看。

背景技术

老式电视机屏幕在屏幕上使用灰色调，以帮助对抗干扰图片欣赏的环境光。然而，眩光仍可能来自从电视玻璃的光滑表面反射的光源。对抗这种眩光的一种方法是对电视机和照明进行布置以减少电视机屏幕上的眩光。针对更昂贵的电视机屏幕的另一种方法是包括对抗光的直接反射的漫射器表面。然而，这些工具未能解决用户背后的光在屏幕上造成一些雾度的情况。

对于手持式电子设备，除了眩光之外，缺乏隐私也是主要问题，尤其是在拥挤的区域。虽然深色钢化玻璃和塑料膜在市场上可以购得并且可以使用，但这些措施只是减少了所有角度的眩光，而几乎没有提供隐私保护。此外，这些类型的屏幕保护装置对屏幕亮度和清晰度产生不利影响。此外，在手持式设备中，增加设备的屏幕亮度以补偿较暗的屏幕能够快速消耗电池。其他措施例如超微细百叶窗(micro-louver)屏幕保护装置可以使透光率降低、屏幕清晰度降低、色彩对比度减弱、图像失真以及由用户背后的光导致的眩光。

因此，需要一种针对电子设备的屏幕缺乏隐私的问题同时减少对主观看者的眩光并增加对其他人的眩光的有效解决方案，这是本公开内容所要解决的。

发明内容

本公开内容涉及用于电子显示器或视窗的隐私屏幕，该隐私屏幕包括被定位在基板上的截锥体的阵列，其中，基板的折射率与截锥体的折射率相当，其中，截锥体之间的空间的折射率小于截锥体的折射率，并且其中，入射光在至少一个方向上被控制。

在一个实施方式中，基板和截锥体包括相同的材料。

在另一实施方式中，截锥体的顶部的宽度约为8微米至16微米宽，而基底的宽度约为10微米至20微米宽。

在另一实施方式中，截锥体的基底大于截锥体的顶部。

在另一实施方式中，截锥体与设备显示器的像素完美对准。

在另一实施方式中，基板是柔性的、刚性的或其组合。

在另一实施方式中，截锥体包括圆锥形截锥体、方形截锥体、五边形截锥体、六边形截锥体、八边形截锥体、n边形截锥体、不规则多边形截锥体、星形截锥体、圆环截锥体、通过去除特定形状的截锥体的中心区域而中空的截锥体或它们的任意组合。

在另一实施方式中，截锥体的一个或更多个参数被改变以优化光学性能，其中，参数包括高度、尺寸、从一个截锥体的中心到相邻截锥体的中心的间距、布置、截锥体围绕与基板的表面垂直的轴线的旋转、截锥体的侧部与截锥体的基底之间的角度、截锥体的顶表面相对于截锥体的基底的中心度、截锥体的折射率、以及上述参数的组合。

在另一实施方式中，每个截锥体的几何形状是从较大的截锥体减去较小的截锥体得到的，其中，较大的截锥体和较小的截锥体共享相同的顶表面，其中，顶表面与基板的表面的平面平行。

在另一实施方式中，截锥体的顶表面彼此平行并且与基板的表面的平面平行或者与基板的表面不平行。

在另一实施方式中，具有与基板的表面平行的顶部的截锥体包括陡的侧壁，该陡的侧壁具有距基板的表面的平面约80度的陡度，其中，照射基板的光在相对于基板的表面的法线大约+/-30度的主视角范围内不产生反射眩光，但在主视角范围之外产生眩光。

在另一实施方式中，截锥体的侧部到截锥体的基底的内角大于或等于45度。

在另一实施方式中，阵列中的相邻截锥体的基底之间存在间隙或不存在间隙。

在另一实施方式中，相邻截锥体的基底之间的间隙包括截锥体的基底的大约0倍至5倍的尺寸。

在另一实施方式中，每个截锥体最初在与相邻截锥体不交叠的情况下被随机定位在基板的表面上，其中，另外的各种尺寸的不同截锥体被迭代地放置在现有截锥体之间，其中，截锥体之间的初始间隔被另外的各种尺寸的不同截锥体填充，并且其中，所有截锥体都完全保持完整。

在另一实施方式中，每个截锥体最初在与相邻截锥体不交叠的情况下被随机定位在基板上，其中，另外的各种尺寸的不同截锥体被迭代地放置在现有截锥体之间，其中，截锥体之间的初始间隔被另外的除预定边界之外的各种尺寸的不同截锥体填充，其中，截锥体彼此没有交叠，并且其中，所有截锥体完全保持完整。该预定边界提供了截锥体之间的间隙。

在另一实施方式中，基板的表面上的微结构或纳米结构是截锥体的反表面浮雕或是截锥体与截锥体的反表面浮雕的混合物，并且其中，反表面浮雕结构具有比周围材料低的折射率。在另一实施方式中，基板上的微结构或纳米结构是截锥体与反截锥体的组合。

在另一实施方式中，第二基板被接合至截锥体的顶表面，其中，截锥体的顶表面与第二基板的表面接触，其中，第二基板包括与截锥体和第一基板相同的折射率，其中，穿过截锥体的顶表面与第二基板的表面之间的界面的光没有明显的反向散射，并且其中，穿过第一基板、截锥体和第二基板的光的透射没有由于界面而显著劣化。

在另一实施方式中，隐私屏幕包括抗反射涂层、透明介电涂层或反射涂层和透明介电涂层的组合。

本文还公开了一种制造柔性基板或刚性基板的方法，该柔性基板或刚性基板在基板的一侧上包括微结构或纳米结构的阵列，该方法包括使用均匀厚度的光致抗蚀剂聚合物涂覆基板；这包括应用光栅激光束来形成微结构或纳米结构，以制造模具、复制品、最终部件或它们的混合物。

附图说明

图1：方形截锥体。

图2：圆锥形截锥体。

图3：五边形截锥体。

图4：方形截锥体的阵列的顶视图。

图5：方形截锥体的阵列的示例。

图6：矩形截锥体的阵列。

图7：长度显著大于宽度的矩形截锥体的阵列。

图8：在表面上具有围绕周边延伸的唇缘的截锥体的侧视图。

图9：在表面上具有围绕周边延伸的唇缘的截锥体的维度图。

图10：各截锥体之间没有间隙的方形截锥体的网格阵列的侧视图。

图11：各截锥体之间有间隙的方形截锥体的阵列的顶视图。

图12：各截锥体之间有间隙的方形截锥体的网格阵列的侧视图。

图13：长度显著长于宽度和间隙的矩形截锥体的阵列。

图14：六边形截锥体的阵列的顶视图。

图15：两种不同尺寸和特定棋盘格图案的方形截锥体的阵列。

图16：两种不同尺寸和特定图案的方形截锥体的阵列。

图17：矩形截锥体的描绘。

图18：表示遵循同心圆的路径的矩形截锥体。

图19：表示遵循同心方形的路径的矩形截锥体。

图20：表示遵循三角波的路径的矩形截锥体。

图21：表示遵循弯曲波的路径的矩形截锥体。

图22：由基板背表面上的方形截锥体的阵列组成的膜的侧视图。

图23：入射角为0度。

图24：入射角为5度。

图25：入射角为10度。

图26：入射角为15度。

图27：入射角为20度。

图28：入射角为25度。

图29：入射角为30度。

图30：入射角为40度。

图31：入射角为50度。

图32：入射角为60度。

图33：入射角为70度。

图34：具有截锥体的阵列的膜的侧视图，其示出了与膜的第一表面垂直的主视角(未按比例绘制)。

图35：具有截锥体的阵列的膜的侧视图，其示出了与膜的第一表面不垂直的主视角(未按比例绘制)。

图36：两个折射率(n1和n2)之间的界面场的侧视图。

图37：两个折射率(n1和n2)之间的界面场的侧视图。

图38：两个折射率(n1和n2)之间的界面场的侧视图。

图39：两个不同折射率(n1和n2)之间的平面界面场的等距视图，其中n2在每个界面上方，而n1在每个界面下方。

图40：以一定配置布置的两个折射率(n1和n2)之间的界面的侧视图。

图41：基板上的方形截锥体的阵列的侧视图，其中截锥体和基底基板中的折射率为n1，并且截锥体上方的空间中的折射率为n2。

图42：两个不同折射率n1和n2之间的界面场的配置的侧视图。

图43：基板上的方形截锥体的阵列的侧视图，其中截锥体和底部基板中的折射率为n1，并且截锥体上方和截锥体的顶部上的第二基板下方的空间中的折射率为n2。

图44：具有嵌入区域的基板的侧视图，该嵌入区域具有与基板不同的折射率。

图45：具有嵌入区域的基板的侧视图，该嵌入区域具有与基板不同的折射率。

图46：由两个基板之间的方形截锥体的阵列组成的膜的侧视图。

图47：方形截锥体的阵列的侧视图，其中第二基板被接合至截锥体的顶部，其中所有材料具有基本相同的折射率。

图48：在没有屏幕的情况下膜-朗伯(Lambertian)输入光方向上的环境光源。

图49：在没有屏幕的情况下膜-朗伯输入光方向上的环境光源的辐射强度分布图的光线图。

图50：通过膜的辐射强度分布图。

图51：单个光学元件的辐射强度分布。

图52：反射离开膜的光的辐射强度分布图。

图53：反射离开单个光学元件的膜的光的辐射强度分布图。

图54：具有准直输入的朗伯反射器。

图55：具有准直输入的朗伯反射器的辐射强度分布图。

图56：从经组合的膜和朗伯反射器反射的光的辐射强度分布图。

图57：从经组合的膜和朗伯反射器反射的光。

图58：制作具有截锥体的隐私屏幕的方法。

图59：制作具有不均匀的截锥体的隐私屏幕的方法。

图60：三种不同类型的截锥体的侧视图，其中截锥体的顶部全部与基板的表面平行，或者截锥体的顶部都彼此平行但与基板的表面不平行，或者经修改的截锥体的顶表面的倾斜相对于基板的表面发生梯度变化。

图61：其中交替的截锥体被旋转90度的方形截锥体的顶视图的示例。

图62：不直的截锥体的侧视图，其中截锥体的顶部不在每个截锥体的基底上方居中。

具体实施方式

在环境光条件下的笔记本电脑、平板电脑、手机、电子阅读器等的电子屏幕必须调节来自源于光滑光学表面的直接反射图像的眩光以及来自漫反射表面的雾度，以便提供清晰、高对比度的图像。生动的图像对于阅读以获取信息内容、防止分心以及提供舒适的图像视图至关重要。清晰、清楚的图像减少了眼睛疲劳和其他生理问题。此外，当用户处于公共或半公共环境中时，屏幕隐私也是重要的。

本申请涉及具有固体基板的隐私屏幕，该固体基板对紫外光、可见光和红外光光谱中的一些或全部是透明的。来自初始屏幕表面的反射光被散射，以破坏强烈的成像镜面反射并且还减少在预期的主观看者的方向上散射的光线。大多数光必须被允许透射至容纳电子墨并接近表面法线的第二层。以这种方式，当主用户观看时，与来自第一表面的散射光相比，来自电子墨的反射光相对较强，这建立了高的信噪比。目的是减少眼睛疲劳和其他对眼睛的长期生理退化。此外，同样有利的次级效果是使来自第一表面的散射光在主视角之外更强。因此，信噪比朝向不想要的观众反转。当在公共场所使用电子设备时，这为主观看者提供了增强的隐私。

该隐私屏幕包括透明基板，该透明基板包括由光学透明材料制成的表面微结构，该表面微结构用作允许在从视窗或显示屏幕的法线到视窗或显示屏幕的平面的选定的角度范围内的光通过并到达视窗或显示屏幕的光学元件。其他入射光在被反射回观看者之前在微结构内经历全内反射(TIR)。因此，这样的屏幕减少了对在主视角周围的角度范围内观看屏幕的主观看者的环境眩光，同时增加了对观看者的视场之外的其他观看者的眩光，这为观看者提供了隐私并改善了主观看者的屏幕视图。

更具体地，本申请涉及具有如下基板的隐私屏幕，该基板包括在基板表面上的被称为截锥体的纳米结构或微结构。截锥体可以覆盖基板的整个宽度和/或长度或部分地覆盖基板。截锥体通常被定义为两个平行平面之间的几何形状的任何部分。图1是方形截锥体的图。图2是圆锥形截锥体的图。图3是五边形截锥体的图。截锥体被布置成例如图4和图5中所示的阵列，图4和图5中所示的阵列是方形截锥体阵列的顶视图的示例。在这两个示例中，截锥体的基底大于截锥体的顶表面，使得截锥体的侧部以一定角度倾斜。图6是矩形截锥体阵列的图。图7是其中长度显著长于宽度的矩形截锥体阵列的图。截锥体的长度可以延伸到屏幕的整个长度。矩形截锥体可以在整个隐私屏幕上延伸或延伸超过隐私屏幕的边缘。该实施方式可以具有减少一个轴线上的眩光同时不减少垂直轴线上的眩光的效果。

在另一实施方式中，截锥体的顶表面的一部分被抬高到高于截锥体的其余表面(如截锥体的唇缘中)。图8中示出了在表面上具有围绕截锥体的顶表面延伸的唇缘的截锥体的侧视图。图9示出了在顶表面上具有围绕顶表面的周边延伸的唇缘的截锥体的维度视图。一般而言，唇缘的宽度和高度在0.1微米至5微米之间。

在一些实施方式中，截锥体基底在宽度上的范围为约1微米至500微米，而截锥体顶表面在宽度上的范围为约0.5微米至499微米。通常，截锥体的高度在大约1微米至500微米之间。在另一实施方式中，截锥体具有大约1:1的高度与基底的纵横比，使得高度与截锥体的基底近似。对于单个截锥体，截锥体的基底比截锥体的顶部宽。

截锥体的顶表面可以在截锥体的基底上方居中或偏心。图62示出了其中顶部在截锥体的基底上方没有居中的不直的截锥体的侧视图。顶表面可以根据阵列上的梯度偏移偏心或者可以根据恒定偏移偏心。此外，截锥体中的一些截锥体可以居中，而一些截锥体可以以相同的量或变化的量偏心，因此截锥体的侧面的斜率是不同的。如图60中所示，截锥体的顶部可以彼此平行，以及与基板的表面不平行。此外，截锥体的顶部可以以恒定量、变化量、梯度或其组合倾斜。偏心和倾斜这两个参数可以改变隐私屏幕的主视角，这是因为眩光的反射随着截锥体的不同组合和组成而不同。在实施方式中，每个截锥体的几何形状由从较大的截锥体减去较小的截锥体得到，其中，较大的截锥体和较小的截锥体共享相同的顶表面，其中，顶表面与基板表面的平面平行。

图4示出了其中相邻截锥体的基底之间不具有间隙的阵列。图10中示出了不具有间隙的方形截锥体阵列的侧视图。在也是方形截锥体的阵列的顶视图的示例的图11中，相邻截锥体的基底之间存在间隙。相邻截锥体的基底之间的间隙包括为截锥体的基底的宽度大约0至5倍的尺寸。图12中示出了具有间隙的方形截锥体阵列的侧视图。图13示出了如下截锥体的矩形阵列，其中截锥体的长度显著长于每个基底的宽度并且在截锥体之间包括间隙。

在另一实施方式中，截锥体是圆锥形截锥体、方形截锥体、五边形截锥体、六边形截锥体、八边形截锥体、n边形截锥体、矩形截锥体、菱形截锥体、斜方形截锥体、四边形截锥体、星形截锥体、圆环截锥体、不规则多边形截锥体、通过去除特定形状的截锥体的中心区域而中空的截锥体或它们的任意组合。截锥体可以是截锥体的反表面浮雕或者是截锥体与截锥体的反表面浮雕的混合物，其中，反表面浮雕结构具有比周围材料低的折射率。图14示出了六边形截锥体的阵列的顶视图。在一些实施方式中，阵列中的截锥体都是相同的形状和尺寸。然而，如图15和图16中所示，截锥体也可以是不同的形状和/或不同的尺寸，图15和图16示出了截锥体阵列的不同图案的顶视图。每个截锥体最初在与相邻截锥体不交叠的情况下被随机定位在基板的表面上，其中，另外的各种尺寸的不同截锥体被迭代地放置在现有截锥体中间，其中，截锥体之间的初始间隔被另外的各种尺寸的不同截锥体填充，并且其中，所有截锥体都完全保持完整。在另一实施方式中，除了每个截锥体周围的预定边界外，所有截锥体都是完全保持完整的。截锥体也可以相对于彼此旋转。

在另一实施方式中，截锥体可以具有方形或矩形截锥体的截面，但是遵循另一方向上的图案的路径。以该方式，结构形成了经修改的截锥体。例如，图7中的矩形截锥体可以被描述为具有矩形截锥体的截面并如图17中所示遵循其它维度中的平行线的路径的截锥体。同样，图18至图21示出了表示截锥体可以遵循的路径的其它图案。这些是截锥体的中心所遵循的图案的顶视图。在这些情况下，截面是矩形截锥体，但在其他实施方式中，截面可以是具有其他截面的截锥体。图17将平行的矩形截锥体的布置示出为指示基板上每个截锥体的中心的路径的布置的平行线。图18示出了遵循同心圆的路径的矩形截锥体的顶视图的表示。图19示出了遵循同心方形的路径的矩形截锥体的顶视图的表示。图20示出了遵循三角波的路径的矩形截锥体的表示。图21示出了遵循弯曲波的路径的矩形截锥体的顶视图的表示。矩形截锥体可以沿着隐私屏幕的整个长度或屏幕的宽度延伸，或者可以延伸超出屏幕的边缘。

基板在基板的一个表面上具有截锥体，其中，截锥体的基底被附接至基板的背表面。基板和截锥体可以是相同的材料或不同的材料。基板可以是聚合物、玻璃、陶瓷、金属或其组合。在一个实施方式中，基板是热塑性聚合物膜，例如聚碳酸酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。基板可以是柔性的、刚性的或其组合。

基板对紫外光、可见光、红外光或其混合物是透明的。透明度是可调节的，使得基板和截锥体对非常窄范围的光或非常宽范围的光是透明的。在一个实施方式中，基板和截锥体的折射率相同，而在另一实施方式中，基板和截锥体的折射率相似但不完全相同。

如图22中所示，抗反射涂层可以被放置在基板的顶表面上，其中基板被标记为“第一基板”。当来自环境的光入射到基板的前表面上时，抗反射涂层防止光反射离开基板的前表面。因此，环境光透射通过基板并到达截锥体。抗反射涂层可以覆盖整个表面或表面的一部分。抗反射涂层能够覆盖截锥体的顶表面而不是截锥体的侧部。抗反射涂层可以是一个或更多个介电层。基板可以包括抗反射涂层和透明介电涂层二者。

在一个实施方式中，基板和微结构的折射率基本相同，这使得大部分光能够从基板透射至微结构。基板外部空间的折射率和截锥体之间的折射率与具有更高折射率的截锥体的折射率明显不同。如图23至图33的光线追踪(ray tracing)所示，截锥体的侧壁足够陡，以致对于相对于基板平面以特定角度透射通过基板的光发生全内反射。

图23至图33示出了具有方形截锥体的阵列的膜的侧视图，其中照射基板的前侧的入射光相对于基板的法线表面具有特定的入射角。光线追踪示出了每种情况下的光的路径。图23示出了零度的入射角。图24示出了五度的入射角。图25示出了十度的入射角。图26示出了15度的入射角。图27示出了20度的入射角。图28示出了25度的入射角。图29示出了30度的入射角。图30示出了40度的入射角。图31示出了50度的入射角。图32示出了60度的入射角。图33示出了70度的入射角。

进一步详细描述，具有陡壁的截锥体在截锥体的基底与侧壁之间具有大于特定阈值角度的角度。在另一实施方式中，具有与基板的表面平行的顶部的截锥体包括陡的侧壁，该陡的侧壁具有相对于基板的表面的平面约80度的陡度，其中，照射基板的光在相对于基板的表面的法线大约+/-30度的主视角范围内不产生反射眩光，但在主视角之外确实产生眩光。截锥体的一侧到截锥体的基底的内角在大约45到90度的范围内。这种结构导致一定百分比的光在截锥体的侧壁上经历全内反射并完全透射通过膜，而另一百分比的光在截锥体的表面和/或截锥体的顶部可能接合的第二基板的表面上经历多次全内反射事件，其中，光最终被反射到第一基板的前表面。反射的光然后透射通过第一表面并且相对于膜的法线成一定角度并且在主观看者的视角之外。主视角是主观看者观察基板的角度。基板通过使在围绕主视角的角度观察范围内的眩光最小化，来使对主观看者的眩光最小化。同时，在主视角的角度观察范围之外的角度处仍然存在眩光。眩光增加了外部观看者看到基板和基板另一侧上的任何内容(例如文字和图像)的难度。

图34示出了基板的主视角和围绕主视角的其中眩光被最小化的角度范围的二维侧视图。围绕主视角的角度范围在图的平面内。三维截锥体可以具有围绕主视角的其中眩光被减少的三维角度范围。这是通过具有截锥体的侧壁来实现的，这些侧壁垂直于三维空间中的多个轴线。示例包括方形截锥体、六边形截锥体、矩形截锥体和八边形截锥体。以这种方式，由多个截锥体组成的隐私屏幕可以围绕主视角创建其中眩光被最小化的角度范围的三维锥体。该锥体的形状可以通过改变截锥体的侧壁的数目和截锥体的侧壁的三维定位来调节。眩光被减少的三维角度范围可以在不规则的锥体内。二维图例如图34可以用于表示如何在三维空间中创建最小化的眩光或最大化的眩光的角度范围。在主视角范围之外具有存在眩光反射的角度范围。因为在视角范围之外的这个角度范围内存在眩光的反射，所以难以看到隐私屏幕或难以看到在隐私屏幕的另一侧上的任何内容。因此，存在于主视角范围之外的反射的眩光增加了主观看者在通过隐私屏幕观看时的隐私。图35示出了具有截锥体的阵列的基板的侧视图，其中示出了不垂直于基板的第一表面的主视角。此处，对于作为像椎体形状的角度范围的主视角，眩光的反射被最小化。眩光存在于主视角之外的角度范围内。该角度范围在主视角的任何一侧都不同。

图36至图40示出了可以以各种方式布置的两个不同折射率的区域的界面的概念。图36示出了两个折射率(n1和n2)之间的界面场(field of interfaces)的侧视图。图37示出了两个折射率(n1和n2)之间的界面场的侧视图。图38示出了两个折射率(n1和n2)之间的界面场的侧视图。图39示出了两个折射率(n1和n2)之间的平面界面场的等距视图，其中n2在每个界面上方，而n1在每个界面下方。图40是以一定配置布置的两个折射率(n1和n2)之间的界面的侧视图。图40示出了可以如何将两个不同折射率之间的这些界面设计成具有与被布置为基板的背侧上的阵列的方形截锥体相同的图案和效果。图41是基板上的方形截锥体的阵列的侧视图，其中截锥体和基板中的折射率为n1并且截锥体上方的空间中的折射率为n2。

在另一实施方式中，如图42中所示，第一基板的背侧上的全内反射是通过将低折射率的区域嵌入到第一基板内来实现的。图42是两个不同的折射率n1和n2之间的界面场的配置的侧视图。图43是基板上的方形截锥体的阵列的侧视图，其中截锥体和基板中的折射率为n1，并且截锥体上方和截锥体的顶部上的第二基板下方的空间中的折射率为n2。通过比较图43和图42，可以看出这两种不同的方法可以用来创建具有相同几何形状和功能的基板。可以通过嵌入具有比基板的折射率低的折射率的固体、液体或气体或通过创建真空区域来创建低折射率的区域。低折射率的区域具有与截锥体的形状相反的极性。

在另一实施方式中，由真空或具有比周围基板低的折射率的材料组成的各种形状和布置的区域可以被嵌入到基板中。在图44和图45中示出了这方面的两个示例。图44示出了具有折射率n1的基板的侧视图，其中嵌入的区域具有与基板不同的折射率n2。图45示出了具有折射率n1的基板的侧视图，其中嵌入的区域具有与基板不同的折射率n2。

可以改变截锥体的一个或更多个参数以优化光学性能，其中，参数包括高度、尺寸、从一个截锥体的中心到相邻截锥体的中心的间距、布置、截锥体围绕与基板的表面垂直的轴线的旋转、截锥体的侧部与截锥体的基底之间的角度、截锥体的顶表面相对于截锥体的基底的中心度、截锥体的折射率及其组合。图60示出了三种不同类型的截锥体的侧视图，其中，截锥体的顶部全部与基板的表面平行，或者截锥体的顶部全部彼此平行但与基板的表面不平行，或者经修改的截锥体的顶表面的倾斜相对于基板的表面发生梯度变化。

在一个实施方式中，如图61中所示，存在其中交替的截锥体相对于彼此旋转90度的方形截锥体的阵列。在该实施方式中，交替的截锥体的每一行与交替的截锥体的其他行组合，使得每一列中的截锥体也交替旋转90度。在替选实施方式中，交替的截锥体的旋转可以是0到360度之间的任何角度，并且截锥体可以是除方形之外的其他形状，例如六边形或三角形或八边形或其他形状。此外，可以存在如下系列的截锥体，其中该系列中的每个截锥体相继旋转0到360度之间的固定量，并且然后该系列以模式的方式重复。例如，系列中的第一方形截锥体可以旋转0度，第二方形截锥体旋转15度，第三方形截锥体旋转另一15度以使总共旋转30度，系列中的第四方形截锥体旋转45度，系列中的第五方形截锥体旋转60度，系列中的第六截锥体旋转75度。接下来，该系列将在整个膜上反复重复。在该实施方式中这些重复系列的多个行将被组合。将截锥体的倾斜侧布置成面向多个方向增加了如下方向：沿着所述方向，对于主观看者来说眩光减少，而对于主视角范围之外的观看者来说眩光增加。可以通过以如上所述的模式旋转截锥体或通过随机地旋转截锥体来将截锥体的倾斜侧布置成面向多个方向。

在另一实施方式中，如图46和图47所示，隐私屏幕具有两个基板，其中截锥体位于这两个基板之间。如图41中所示，第一基板的折射率、截锥体的折射率和第二基板的折射率基本上相同。由于折射率匹配，透射通过截锥体的光也透射通过第二基板。图46示出了隐私屏幕或膜的侧视图，其中在两个基板之间具有方形截锥体的阵列，并且在第一基板的前表面上具有抗反射涂层。图47示出了方形截锥体的阵列的侧视图，其中第二基板被接合至截锥体的顶部。在该实施方式中，对于截锥体的顶部的所有区域，截锥体的顶部与第二基板的表面完全接触。

在两个基板的实施方式中，基板可以是相同的组成或不同的组成。此外，两个基板可以具有相同的折射率或不同的折射率。在一个实施方式中，第二基板被接合至截锥体的顶表面，其中，截锥体的顶表面与第二基板的表面接触，其中，第二基板包括与截锥体和第一基板相同的折射率，其中，穿过截锥体的顶表面与第二基板的表面之间的界面的光没有明显的反向散射，并且其中，穿过第一基板、截锥体和第二基板的光的透射没有由于界面而显著劣化。将邻近或接合至该第二基板的截锥体的顶部不具有抗反射涂层。

在另一实施方式中，在截锥体的顶部的大部分与第二基板之间保留有小的间隙。该间隙可以由如下截锥体的顶部形成，所述截锥体的顶部不是平的，而是截锥体的顶部的一部分被抬高到高于顶表面的其余部分。图8示出了如下截锥体的侧视图，其中在该截锥体的顶部的表面上具有围绕周边延伸的唇缘。第二基板将与唇缘的顶部完全接触，唇缘的顶部是截锥体的顶部的一部分，其被升高到高于截锥体的顶部的其余部分。然而，在截锥体的没有唇缘的顶部与第二基板的表面之间将存在间隙。该间隙可以填充有空气或真空或其他材料，该间隙具有比截锥体低的折射率并且其在折射率上与截锥体之间的空间中的折射率相当。通常，唇缘具有0.1微米至5微米之间的宽度和高度。可替选地，在另一实施方式中，每个截锥体的顶部将使截锥体的顶部的中心升高到高于截锥体的顶部的其余部分，而不是将截锥体的顶部的周边升高到高于截锥体的顶部的其余部分。将接触第二基板的将是每个截锥体的升高的中心。当第二基板被放置成与第一基板的截锥体的顶部接触时，截锥体的顶部的大部分与第二基板之间保留小的气隙，这可以提高性能。可替选地，每个截锥体的顶部的另一部分可以升高，而不是中心或周边。

图48至图53示出了入射到基板上的光、透射通过基板的光以及反射离开基板的光。图48示出了在没有屏幕的情况下膜基板上具有朗伯(Lambertian)输入光方向的环境光源的曲线图。图49是具有有限数量的光线的光线图，其表示在没有屏幕的情况下膜基板上具有朗伯输入光方向的环境光源的辐射强度分布图。图50示出了隐私屏幕上朗伯输入的结果的辐射强度分布图和透射通过膜的光的分布。图51示出了具有基板、方形截锥体的阵列和截锥体的顶部上的第二基板的隐私屏幕的单个光学元件的辐射强度分布图。图52示出了反射离开具有基板、方形截锥体的阵列和截锥体的顶部上的第二基板的隐私屏幕的膜基板的光的辐射强度分布图。图53示出了反射离开单个光学元件的膜基板的光的辐射强度分布图。

在一个实施方式中，具有截锥体的基板被应用于电子阅读器的显示器，并且所透射的光被用于观看电子阅读器。透射通过具有截锥体的基板的光照亮了电子阅读器的显示器，然后被反射离开该电子阅读器的显示器并穿回基板至主观看者。在该实施方式中，可以将截锥体的尺寸制作成与电子阅读器的显示器的像素的尺寸相匹配，并且基板上的截锥体的阵列可以与电子阅读器中的像素的阵列对准，以避免不利的观看效果例如莫尔效应(Moire effects)。图54至图57示出了入射到电子阅读器表面上的基板上的光，以及反射离开基板的光和在反射离开电子阅读器之后从电子阅读器透射通过基板的光的组合。图54是具有准直输入的朗伯反射器。图55是具有准直输入的朗伯反射器的辐射强度分布图。图56是从经组合的膜基板和朗伯反射器反射的光的辐射强度分布图。图57是从经组合的膜基板和朗伯反射器反射的光。

在另一实施方式中，具有截锥体的基板被应用于显示器(例如LED显示器、LCD显示器、计算机显示器、电话显示器、平板显示器或任何其他类型的电子显示器)的屏幕。在该实施方式中，可以将截锥体的尺寸制作成与显示器的像素的尺寸相匹配，并且基板中的截锥体的阵列可以与显示器中的像素的阵列对准，以避免莫尔效应。在另一实施方式中，截锥体几乎与显示器的像素完美对准，并且在每个像素间距内存在整数数目的一个或更多个截锥体。在一个实施方式中，截锥体是矩形截锥体，并且在一个轴线上可以存在整数数目的截锥体，以及在其他轴线上存在整数数目的截锥体。这两个轴线上的截锥体的数目可以不同，但必须是整数。

在另一实施方式中，具有截锥体的基板被应用于作为隐私屏幕的电子显示器、视窗或其他观看表面。用于显示器或视窗的隐私屏幕包括位于基板上的截锥体的阵列，其中，基板的折射率与截锥体的折射率相当，其中，截锥体之间的空间的折射率低于截锥体的折射率，并且其中，入射光在至少一个方向上被控制。

模制制造工艺允许简单和大面积的制造，使这些阵列适用于小型和大型显示器应用。在制造工艺的一个实施方式中，首先使用直写激光(Direct-Write-Laser，DWL)技术在光致抗蚀剂中对截锥体进行图案化。光致抗蚀剂的厚度被精确且均匀地控制成与一直向下被图案化到基板的截锥体的高度匹配。在一个实施方式中，截锥体的顶部由光聚合物在其上的被暴露的基板限定。这为截锥体提供了平滑且界限清楚的顶部，并且然后所有截锥体彼此共面。DWL工具集使用光栅激光束在一次或多次通过中使抗蚀剂的整个深度曝光。其他传统的光刻技术诸如光掩模对准器和/或步进器和扫描仪也可以用于使用接触或接近光刻来制造这些结构。可以通过灰度成像或通过调整光刻工艺例如曝光条件来实现所需的截锥体角度。然后在抗蚀剂中的截锥体上沉积种子层后，使用电铸工艺制造模具。然后使用模具转移过程将截锥体复制到透明的柔性板或刚性板中。

在另一实施方式中，一种制造柔性基板或刚性基板的方法，该柔性基板或刚性基板在基板的一侧上包括微结构或纳米结构的阵列，该方法包括使用均匀厚度的光致抗蚀剂聚合物涂覆基板；这包括应用光栅激光束以显影和形成一系列相同或不同的微结构或纳米结构，其中，微结构或纳米结构包括截锥体或倒截锥体，并且其中，经显影的光致抗蚀剂能够用于制造模具、复制品、最终部件或其混合物。

在另一实施方式中，如图58中所示，制造母版的方法包括：获得光滑、平坦的基板，例如玻璃；将光致抗蚀剂涂层放置在一个表面上；将光致抗蚀剂涂层曝光成截锥体图案；以及去除被曝光的光致抗蚀剂区域。这可以通过光刻工艺、诸如金刚石车削的机械工艺或电子束蚀刻工艺来完成。图58从图的顶部到图的底部示出了该方法中的5个步骤。然后将玻璃基板上的图案化光致抗蚀剂用作复制截锥体的母版。玻璃基板被暴露在如下区域中：通过完全去除这些区域中的光致抗蚀剂，这些区域将成为截锥体的顶部。母版用于制作光致抗蚀剂的图案的反图案的副本。因为截锥体的顶部是在光滑的玻璃基板的被暴露的表面上形成的，所以这些截锥体的顶部全部是平坦且共面的。因此，如果需要，可以将新部件的截锥体的顶部接合至第二基板。图59示出了与该情况相反的情况。图59从图的顶部到图的底部示出了该方法中的5个步骤，其中对于所有截锥体的顶部，玻璃基板没有被完全暴露，因此，来自光致抗蚀剂母版的复制的部分的截锥体的顶部是不共面的。当将第二基板接合至所有截锥体的顶部并且目标是使截锥体的顶部与第二基板完全接触时，这是不太期望的。然而，当希望在截锥体的大部分与第二基板之间存在小的间隙时，则使少量的截锥体形成为抵靠暴露的玻璃基板，并且其余的截锥体不太深并且没有到达玻璃基板。在该实施方式中，抵靠玻璃基板形成的具有顶部的截锥体可以被接合至第二基板。其余的截锥体将在截锥体的顶部与第二基板之间具有间隙。与第二基板接触的截锥体将提供牢固的接触点并在其余的截锥体与第二基板之间创建固定距离。

在另一实施方式中，隐私屏幕可以由基板上的微结构或纳米结构形成，其中，微结构或纳米结构是截锥体的反表面浮雕。在该实施方式中，反表面浮雕结构被形成在基板上，然后具有更高折射率的另一种材料填充在表面浮雕结构中。反表面浮雕结构的折射率低于填充其的材料的折射率。这两种材料对隐私屏幕的在其中操作的光的波长都是透明的。填充反表面浮雕结构的第二材料的顶表面是光滑的。该实施方式的一个优点是隐私屏幕内不需要空气。图41示出了这样的实施方式的侧视图。绿色区域是具有反截锥体的表面浮雕的基板。绿色区域的折射率为n2，并且蓝色区域的折射率为n1。蓝色区域是被填充到反截锥体表面浮雕结构中的第二材料。在该实施方式中，n2低于n1。

在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本申请的主题的替选实施方式对于本发明所属领域的普通技术人员将变得明显。应当理解，没有意图或推断对关于在此示出的特定实施方式的限制。

Claims (20)

1.一种用于显示器或视窗的隐私屏幕，所述隐私屏幕包括定位在基板上的截锥体的阵列，其中，所述基板的折射率与所述截锥体的折射率相当，其中，所述截锥体之间的空间的折射率小于所述截锥体的折射率，并且其中，入射光在至少一个方向上被控制。

2.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述截锥体的基底大于所述截锥体的顶部。

3.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述基板和所述截锥体包括相同的材料或不同的材料。

4.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述截锥体几乎完美地与显示器的像素对准。

5.根据权利要求1所述的隐私屏幕，所述隐私屏幕包括抗反射涂层、透明介电涂层、或所述抗反射涂层与所述透明介电涂层的组合。

6.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述基板是柔性的、刚性的或柔性和刚性的组合。

7.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述截锥体包括圆锥形截锥体、方形截锥体、五边形截锥体、六边形截锥体、八边形截锥体、n边形截锥体、矩形截锥体、菱形截锥体、斜方形截锥体、四边形截锥体、星形截锥体、圆环截锥体、不规则多边形截锥体、通过去除特定形状的截锥体的中心区域而中空的截锥体或上述截锥体的任意组合。

8.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述截锥体的高度与所述截锥体的宽度相同。

9.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述截锥体的一个或更多个参数被改变以优化光学性能，其中，所述参数包括高度、尺寸、从一个截锥体的中心到相邻截锥体的中心的间距、布置、所述截锥体围绕与所述基板的表面垂直的轴线的旋转、所述截锥体的侧部与所述截锥体的基底之间的角度、所述截锥体的顶表面相对于所述截锥体的基底的中心度、所述截锥体的折射率、以及上述参数的组合。

10.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述截锥体的顶表面的一部分被升高到高于所述截锥体的所述表面的其余部分，或者其中，所述截锥体的所述顶表面的被升高的部分是围绕所述截锥体的所述顶表面的周边的唇缘或所述截锥体的所述顶表面内的区域或其混合。

11.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述截锥体的顶表面彼此共面并与所述基板的表面平行，或者其中，所述截锥体的顶表面彼此平行但与所述基板的表面不平行，或者其中，所述截锥体的顶表面的倾斜相对于所述基板的表面发生梯度变化。

12.根据权利要求1所述的隐私屏，其中，所述截锥体包括陡的侧壁，所述陡的侧壁具有相对于所述基板的表面的平面约80度的陡度，其中，照射所述基板的光在相对于所述基板的表面的法线大约+/-30度的主视角范围内不产生明显的反射眩光，但在所述主视角范围之外产生眩光。

13.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述截锥体的侧部至所述截锥体的基底的内角在大约45度至90度的范围内。

14.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述阵列中的相邻截锥体的基底之间存在间隙或不存在间隙。

15.根据权利要求14所述的隐私屏幕，其中，所述相邻截锥体的基底之间的所述间隙包括所述截锥体的基底的宽度的大约0至5倍的尺寸。

16.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述截锥体是截锥体的反表面浮雕或是截锥体与截锥体的反表面浮雕的混合物，并且其中，反表面浮雕结构具有比周围材料低的折射率。

17.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，第二基板被接合至所述截锥体的顶表面，其中，所述截锥体的所述顶表面与所述第二基板的表面接触，其中，所述第二基板包括与所述截锥体和包括所述截锥体的第一基板相同的折射率，其中，穿过所述截锥体的所述顶表面与所述第二基板的所述表面之间的界面的光没有明显的反向散射，并且其中，穿过所述第一基板、所述截锥体和所述第二基板的光的透射没有由于所述界面而显著劣化。

18.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，第二基板与每个截锥体的顶表面的一部分接触，并且其中，所述第二基板包括与所述截锥体和所述第一基板相同的折射率。

19.根据权利要求1所述的隐私屏幕，其中，所述截锥体是在整个隐私屏幕上延伸或延伸超过所述隐私屏幕的边缘的矩形截锥体。

20.一种制造基板的方法，所述基板在所述基板的一侧上包括微结构或纳米结构的阵列，所述方法包括光刻过程或机械过程；所述方法包括应用光栅激光束来显影和形成一系列相同或不同的微结构或纳米结构，其中，所述微结构或纳米结构包括截锥体或反截锥体，并且其中，经显影的光致抗蚀剂能够用于制造模具、复制品、最终部件或其混合物。

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