CN1637494A - 多面光学衬底及其制作方法和包括该多面光学衬底的背光显示器 - Google Patents

Abstract

提供一种光学衬底。该光学衬底包括至少一个棱镜结构。该至少一个棱镜结构中的每个具有特征为由第二表面结构函数调制的第一表面结构函数的第一表面，该第一表面结构函数的特征是使得该至少一个棱镜结构中的每个具有这样的横截面，该横截面具有至少一个弯曲侧面以使入射到该衬底上的光散焦漫射。该第二表面结构函数的特征是为入射到该衬底上的光提供额外的漫射。

Description

多面光学衬底及其制作方法和包括该多面光学衬底的背光显示器

技术领域

本发明涉及多面光学衬底、制作多面光学衬底的方法以及包括该多面光学衬底的背光显示器。

背景技术

背光计算机显示器和其它光学系统通常使用堆叠且相互垂直排列的棱镜结构的层。这种结构通常夹在已知为漫射体的其它光学衬底之间。例如，在背光显示器中，亮度增强衬底使用棱镜结构以沿视轴(即，垂直于显示器的轴，或者“在轴上”)引导光。这增强了显示器的用户所观察到的光的亮度，从而允许系统使用更少的功率来产生理想级别的轴上亮度。用于转向光的衬底也可以用在各种各样的其它光学设计中，诸如用于投影显示器、交通信号灯和照明标志。

当前商业上可获得的亮度增强衬底特征在于，在离轴约40-50度之间亮度剧减。在超过该剧减的角度，角亮度分布有旁瓣。这些旁瓣可导致能量的浪费。在安全应用中旁瓣也是有害的，因为它们允许光到达未指定的观察者。

美国专利申请No.10/065981的全部内容在此引入作为参考，其中公开了光学衬底表面的一种结构形状，该形状使得离开该光学衬底表面的漫射光的亮度在某一离轴角度处减小，代价是靠近视轴测得的峰值亮度少量减小。最终结果是总的有用亮度增加。这种光学衬底的表面特征为至少一个棱镜的横截面具有弯曲侧壁或小面。

然而，有时候，这些衬底具有制作缺陷。由于光学耦合，显示器有时也会亮度不足。存在使制作缺陷不明显，并且减小这些光学器件的衬底的光学耦合的需要。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供了一种光学衬底。该光学衬底包括：至少一个棱镜结构，该至少一个棱镜结构中的每个具有特征为由第二表面结构函数调制的第一表面结构函数的第一表面，该第一表面结构函数的特征是使得该至少一个棱镜结构中的每个具有这样的横截面，该横截面具有至少一个弯曲侧面以使入射到该衬底上的光散焦漫射，该第二表面结构函数的特征是为入射到该衬底上的该光提供额外的漫射。

根据本实施例的一个方面，该至少一个弯曲侧面由下面的方程定义：

$z=\frac{c{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2}{r}^2}+d{r}^2+e{r}^4+f{r}^6,$

其中z是该弯曲侧面的表面相对于始于第一参考点且终止于第二参考点的直线的垂直偏移，且该方程式的系数在下面的近似范围内：-20＜c＜20；-10＜d＜10；-10＜e＜10；-10＜f＜10以及-1＜k或小于或等于0，且其中r是从该第一参考点沿该直线的距离。

根据本实施例的另一方面，该至少一个弯曲侧面由以下方程定义：

$z=\frac{c{r}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{r}^i$

其中a_i是系数且N是大于1的正整数，z是该弯曲侧面的表面相对于始于第一参考点且终止于第二参考点的直线的垂直偏移，且其中r是从该第一参考点沿该直线的距离。

根据本发明的另一实施例，提供了制作该光学衬底的方法。该方法包括：使切削工具与工件的表面接触；对于至少一个切槽(cuttingpass)，使得切削工具与工件的表面之间沿该工件的表面中的路径相对运动；在该工件的表面上形成正的或负的电铸以提供该光学衬底。

根据本发明的另一实施例，提供了制作该光学衬底的方法。该方法包括：使切削工具与工件的表面接触；对于至少一个切槽，使得切削工具与工件的表面之间沿该工件的表面中的路径相对运动；在该工件的表面上形成正的或负的电铸；形成该电铸的复制品以提供该光学衬底。

根据本发明的另一实施例，提供用于制作光学衬底的工件。该工件包括至少一个棱镜结构，该至少一个棱镜结构中的每个具有特征为由第二表面结构函数调制的第一表面结构函数的第一表面，该第一表面结构函数的特征是使得该至少一个棱镜结构中的每个具有这样的横截面，该横截面具有至少一个弯曲侧面以使入射到该衬底上的光散焦漫射，该第二表面结构函数的特征是为入射到该衬底上的光提供额外的漫射。

根据本发明的另一个实施例，提供背光显示器器件。该显示器件包括：产生光的光源；用于引导光的光导，其包括沿该光导放置的反射器件用于反射离开该光导的光；以及上述光学衬底，其中光学衬底从该反射器件接收光。

附图说明

图1是背光显示器件的三维视图。

图2是一个光学衬底的透视图，该光学衬底的表面以棱镜结构的横截面具有弯曲侧壁或小面为特征。

图3是一个光学衬底第一横截面视图，该光学衬底的表面以棱镜结构的横截面具有弯曲侧壁或小面为特征。

图4是一个光学衬底第一横截面视图，该光学衬底的表面以棱镜结构的横截面具有弯曲侧壁或小面为特征。

图5的曲线图描述了对于光学衬底来讲亮度与水平视角的函数关系，光学衬底具有一种表面，其特征在于第一是直角棱镜的横截面，第二是图3的弯曲侧壁或小面，第三是图4的弯曲侧壁或小面。

图6A是如多项式函数的片段所描述的图3和4的弯曲侧壁或小面的几何参数和复合角棱镜结构的横截面视图。

图6B是具有弯曲侧壁的棱镜结构的横截面视图。

图7是交叉结构放置的两个光学衬底的透视图，其中以相互成一角度(例如90度)放置棱镜结构。

图8是交叉光学衬底的中心亮度与棱镜顶角和衬底的反射率之间的函数关系的分布图。

图9的曲线图描述了交叉光学衬底的远场水平亮度与水平视角之间的函数关系。

图10的曲线图描述了交叉光学衬底的远场垂直亮度与垂直视角之间的函数关系。

图11的流程图示出了机械加工工件表面的方法，其中该工件是控制筒(master drum)。

图12的流程图示出了机械加工工件表面的方法，其中该工件是模板。

图13是控制筒的图示，其中具有遵循通常的螺旋形或螺纹形路径的随机或伪随机图案。

图14是控制筒的图示，其中具有在通常的同心圆环上的随机或伪随机图案。

图15是模板的图示，其中具有遵循通常的锯齿或三角形路径的随机或伪随机图案。

图16是模板的图示，其中具有沿一系列路径的随机或伪随机图案。

图17是具有棱镜结构性质的切削工具的横截面视图。

图18是具有复合角度面的图6的棱镜切削工具的图示。

图19示出了具有“弓形”路径的棱镜结构的图示。

图20示出了小面具有弯曲横截面的棱镜结构的图示。

图21示出了小面具有“弓形”路径和弯曲横截面的棱镜结构的图示。

图22示意性描述了用于机械加工工件表面的系统和装置通过通信或数据网络与远处位置进行通信。

图23是母片机械加工系统的示意性框图，其具有用于在工件表面内切削侧向变化的凹槽的快速工具伺服系统。

图24示出了在工件的被机械加工表面的表面内引入的切削梯度。

具体实施方式

从附图和下面的详细讨论中，本发明的特征将变得明显，这些附图和讨论通过实例的方式非限制地描述本发明的优选实施方式。

根据2002年12月6日提交的共同悬而未决的专利申请No.10/065981，可以使用弯曲的横截面小面通过减少离轴角度漫射光的亮度来修正LCD显示器的亮度分布。本发明为这些器件提供另外的漫射。

根据本发明的一个实施例，有利的是在衬底的同一结构中提供由弯曲的横截面小面引起的散焦导致的漫射，以及由在该小面表面上提供调制(诸如通过“弓形弯曲”所述小面使得小面的路径具有弓形)引起的漫射。小面的这些弯曲侧壁充当散焦微透镜。通过在光学衬底上引入横截面弯曲的小面提供散焦漫射。通过调制衬底上的小面的表面，例如通过使用诸如随机或伪随机函数的表面函数来调制该表面，从而引入调制漫射。

图19和20分别示出了具有“弓”形的小面100以及具有弯曲横截面的棱镜结构的小面100。图21示出了同时具有“弓”形和弯曲横截面的棱镜结构的小面100。在所有的图19-21中，小面是棱镜结构102的一部分。

本发明人已经实现了可以独立调整由调制表面引起的漫射以及由弯曲小面横截面引起的漫射，因为这两种类型的漫射是正交的。因此本发明的实施例允许灵活设计衬底，其中所形成的单个光学衬底可以包括由调制引起的漫射和由弯曲小面横截面引起的漫射。可以按需要将该漫射设计到衬底中。

图1是背光显示器件10的透视图。背光显示器件10包括产生光16的光源12。光导14引导来自光源12的光16沿其主体传播。光导14包含允许光16逃逸出光导14的分裂细节特征(disruptivefeature)。这种分裂细节特征可以包括由具有机械切削梯度的模板(master)制成的表面。沿光导14底表面放置的反射衬底18将从光导14的下表面逃逸的光16通过光导14并向着光学衬底24反射回来。光学衬底24可以由正的或负的模板制成并具有表面22。

至少一个光学衬底24接收来自光导14的光16。光学衬底24包括在一侧的平坦表面20和在相反的另一侧的表面22。如图所示，光学衬底24接收光16且将光16转向并漫射到基本垂至于光学衬底24的方向上。漫射体28位于光学衬底24上以使光16漫射。例如，漫射体28可以是延迟膜，其旋转从光学衬底24出射的光的偏振平面以使该光与LCD的输入偏振轴匹配。该延迟膜可以在衬底24的平面内沿着轴通过拉伸构造成的或未构造成的聚合物衬底形成。

图1示出了单个衬底24。然而，背光显示器件可以包括多个衬底24(一个在另一个上面交叉放置)，其中相互成一角度放置棱镜结构26。此外，衬底24的一侧或两侧可以包含棱镜结构26。光学衬底24可以通过处理如下所述制作的工件模板的电铸而形成。

在图1中，光学衬底24包括由棱镜结构26(见图2、3、4)定义的表面22。光学衬底24可以包括多个衬底(一个在另一个上面交叉放置)，其中相互成一角度(例如90度)放置棱镜结构26，如图7所示。棱镜26可以具有预定义的顶角α、高度h、长度l和间距p，并且棱镜表面的顶角α、高度h、长度l和间距p可以是随机的。此外，衬底24的一侧或两侧可以具有棱镜26。在图2、3和4中，在本发明的第一实施例中，棱镜26的侧壁或小面32是弯曲的。因此，光学衬底24包括至少一个棱镜结构26，其中该棱镜结构具有第一表面结构函数f₁(x，y)，该函数的特征为使棱镜结构26的横截面具有至少一个弯曲侧面。此处用衬底平面内的直角坐标x和y描述f₁(x，y)，且f₁(x，y)是该平面上的高度。当然，可以选择用除直角坐标之外的坐标描述第一表面结构函数，例如，诸如极坐标。

该至少一个弯曲侧面使入射到衬底24上的光散焦漫射。在一个实施例中，第一表面函数f₁(x，y)使得棱镜的曲率可以描述为抛物线片段，或者更普通地描述为由垂度(sag)方程给出的多项式表面：

其中z是以微米为单位的棱镜26的侧壁或小面32相对于参考直线40的垂直偏离(或者“垂度”)，参考直线40从棱镜底部的第一参考点(b)开始到靠近棱镜的顶的第二参考点(a)为止(参见图6B)，且c^-1是小面的曲率半径。沿参考线40的距离用r表示。此处多项式的系数的范围大致如下：-20＜c＜20；-10＜d＜10；-10＜e＜10；-10＜f＜10以及-1＜k或小于或等于0。注意c²r²大于或等于0且小于或等于1。具有适当选择系数的r的奇数次项(例如，r¹、r³、r⁵、r⁷等)也可以用于方程式1。偶数和奇数次项的更高次项具有适当选择的系数。除了第一r²项之外的项可以写为：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{r}^i$

在可供选择的实施方式中，如图6A所示，也可以使用线性部分36、38或由方程式1描述的多项式的其它近似。线性部分36、38产生复合角棱镜，该棱镜具有角度为θ的第一部分和角度为β的第二部分。如从图6A可以很好理解的，棱镜26的侧壁或小面32的弯曲既可以是凸的也可以是凹的。在图6A中，将棱镜的侧小面定位使得形成一个或更多复合小面32，其中线段36、38分别对应着相对于棱镜的β角或θ角。

在图2、3和4中示出了(多个)棱镜26在宽度w的母片横截面。图5的曲线图描述了对于包括一种表面的光学衬底的亮度与水平视角之间的函数关系，其特征是，第一条曲线48表示的是直角、直侧面棱镜的横截面；第二条曲线50对应的是图3的弯曲侧壁或小面；第三条曲线52对应的是图4的弯曲侧壁或小面。从图5中可以看出，对于直角、直侧面棱镜48，亮度在水平视角大约为+/-50度处表现出显著的旁瓣58、60。在图3和图4的弯曲小面棱镜中没有看到旁瓣58、60。然而，对于弯曲棱镜，总亮度略微减小。在图5中比较线52和线50可以看出，对于折射率大约为1.6的光学衬底，侧壁的曲率越陡，总亮度的减小越大。同样，在图5中看到，随着远离90度棱镜的直壁的小面曲率增加，中心瓣越宽，中心亮度和旁瓣越低。

在第二实施例中，光学衬底24的相对高的折射率与改进的棱镜几何结构的结合产生了增强的亮度。尤其是，图8示出了交叉光学衬底的百分比中心亮度与棱镜顶角和衬底的反射率之间的函数关系的分布图，其中折射率1.6和90度顶角被认为是100％。通过将顶角增加到100度，以及将光学衬底的折射率增加到通常大于大约1.65并尤其增加为大约1.7～1.8之间，亮度至少为102％。

图9的曲线图描述了交叉光学衬底的远场水平亮度与水平视角之间的函数关系。在图9中，70示出了基于折射率1.65和90度棱镜顶角的现有技术的亮度曲线。从图9中可以看出，现有技术在72处表现出旁瓣。通过将衬底的折射率增加到约1.75以及将棱镜顶角增加到约100度，如74所示，亮度曲线的中心部分(例如+/-30度)表现出更高的峰值亮度(大约118)并且基本没有旁瓣76。

类似，图10的曲线图描述了交叉光学衬底的远场垂直亮度与垂直视角之间的函数关系。在图10中，78示出了基于折射率1.65和90度棱镜顶角的现有技术的亮度曲线。从图10中可以看出，现有技术在80处表现出旁瓣。通过将衬底的折射率增加到约1.75以及将棱镜顶角增加到约100度，如82所示，亮度曲线的中心部分(例如+/-30度)表现出更高的峰值亮度(大约118)并且基本没有旁瓣84。

图8-10示出了通过增加衬底24的折射率和/或通过增加棱镜结构26的顶角α，实现了这样的改善：光学衬底24的轴上亮度增加，并且水平和垂直亮度曲线的能量旁瓣减小。

2002年12月18日提交的专利申请No.10/248099中公开的内容在此引用作为参考，其中公开了制备工件、在工件表面上形成正的或负的电铸、形成该电铸的复制品并将该电铸的复制品转移到光学衬底的表面上的方法。下面说明在制备根据本发明实施例的多面光学衬底24的模制表面(modeled surface)中所应用的申请No.10/248099的方法。

图11在100中大致示出了申请No.10/248099的机械加工工件表面的方法。该工件是一个模板，用于通过根据本发明将非随机、随机或伪随机调制引入表面22来模制多面光学衬底24。在图11中，噪声信号102被104带通滤波并且提供为函数发生器106的输入。由函数发生器106提供诸如正弦波形的调制数学函数作为伺服机制108的输入。可以用配备适当信号处理软件和数模转换板的计算机系统代替噪声信号102、带通滤波器104和函数发生器106，以便产生输入信号到伺服机制108。

伺服机制108指导切削工具110和筒112的表面之间的相对运动，筒112在柱坐标系统(r，θ，z)中以角速度ω转动。由于筒112以角速度ω转动，切削工具110沿筒轴z相对于筒112运动，且被驱动成以随机的方式平行于筒112的z轴(沿工具的y轴)以高达约10000Hz的频率来回运动。切削工具110与转动的筒110的表面连续接触以切削或机械加工间距为P的随机螺旋形或螺纹图形116(图13)。切削工具110的两个轴可以平行于筒轴112并垂至于筒表面来回运动。

或者，切削工具110可以与平板114的表面接触，如图12所示，在直角坐标系统(x，y，z)中以速度v运动。由于板114以速度v运动，切削工具110在该板上随机来回运动以在板114的表面内切削或机械加工随机三角图形122(图15)。

在本发明的另一个可供选择的实施例中，如图14所示，筒112不需要象筒112转动一样沿z轴运动。因此，切削工具在筒112的表面内沿一系列同心圆环118加工随机或伪随机图形，其中对于每个切槽来讲切削工具回到起点122。为了获得良好的切削质量，根据所需的最终切削深度和切入率，控制系统可以允许切削工具110根据所旋转的次数来重复任何第i个切槽的图形。当切削工具110在第i个切槽之前完成了旋转的次数并回到起点122时，切削工具110移动或步进到第i个切槽的位置S_i。

切削工具110可以有不止一个移动轴。例如，其可以具有柱坐标中的三个移动轴r、θ、z以及直角坐标中的x、y、z。例如，当使用径向切削工具110时，这些额外的轴允许切削环形透镜型结构；或者允许切削沿切削长度的梯度。平移轴r、θ、z和x、y、z也将允许对于接下来的切槽，在加工到工件112、114的表面内的图案中引入切削梯度。参照图24能最好地看到这种切削梯度。在图24中，第i个切槽的厚度或宽度为w_i，第i+1个切槽的厚度为w_i+1，其中w_i大于或小于w_i+1。此外，第n个切槽的宽度为w_n，其中w_n大于或小于w_i+1。可以理解，在接下来的切槽中切削图形的厚度变化可以是非随机的、随机的或伪随机的。可以使用额外的旋转自由度(例如倾斜(pitch)152、偏航(yaw)150和滚动154，图11、12、15和16)来改变切削工具110相对于工件112、114的表面的角方向，因此改变加工成母片表面的小面的几何形状。

调制漫射

该至少一个棱镜结构使入射到衬底24上的光由于该至少一个棱镜结构的弓形而散焦漫射。此外，该至少一个棱镜结构提供调制漫射，因为该至少一个棱镜结构的表面通过用第二表面结构函数调制第一表面结构函数来定义。

第二表面结构函数f₂(x，y)调制第一表面结构函数f₁(x，y)以产生定义光学衬底24的表面的总表面函数f(x，y)。第一表面结构函数f₁(x，y)、第二表面结构函数f₂(x，y)不需要用直角坐标表示，可以用其它坐标系表示，例如极坐标系表示。第二表面结构函数可以是例如棱镜结构的高度、相位或频率的伪随机或随机函数。此外，可以通过用第二函数调制第一函数的方式来实现第一和第二表面结构函数的结合，以便最终的函数f(x，y)沿光学衬底24的一个方向具有伪随机变化的高度、相位或频率。例如在Olczak的美国专利申请No.10/150958中提供了具体的表面结构函数的例子。

作为第二表面结构函数的一个例子，可以沿垂直于光学衬底24的棱镜结构的长轴方向或沿平行于该轴的方向，以随机或固定间隔在一定的限度之间随机或伪随机调制该棱镜结构高度。作为最好的理解，术语随机意味着真正的随机性或者当由人类方法(例如，伪随机性)产生时可能到达的随机性程度。在另一例子中，可以在一定限度之间至少伪随机地调制相位，所述相位对应于沿垂直长轴方向的棱镜顶的位置。此外，可以组合使用调制技术来定义光学衬底24的表面，以便第一表面由于具有弯曲侧面的棱镜结构以散焦方式来重定向光，而同时提供额外的漫射光。

甚至在第一表面结构函数被调制以产生光学衬底24的表面后，产生光重定向的第一表面结构函数的特征大量地保留在最终表面中。通过改变由第二表面结构函数施加到第一表面结构函数的调制，可以调整额外漫射的量。例如，增加施加到第一表面结构函数的调制量增加了额外漫射。

调制的量不仅增加额外的漫射，也可用于调整薄膜的外表。由调制提供的漫射量也取决于第二表面结构函数的空间波长成分。通常，当调制的波长减小时，纹理变得更精细并且漫射增加。

有利的是，由第一表面函数的任何周期性导致的Moiré效应可以因为第二表面函数的伪随机或随机性而减小。Moiré效应可以由光学结构的不同层中的规则性导致的干涉引起。当光学衬底24结合在光学结构中时，光学衬底24还可以提供漫射光，这将趋向于减少该光学结构的其它结构(除了该薄膜本身)中的干涉Moiré效应。

自动校正函数R(x，y)是用在表面测量学中的表面随机性的度量。然而，在一定校正长度l_c上，自动校正函数R(x，y)的值减小到其初始值的几分之一部分。例如，1.0的自动校正值将被认为是高度或完美校正的表面。例如，如果第一表面结构函数f₁(x，y)定义重复的棱镜结构，其将具有1.0的自动校正值。校正长度l_c是这样的长度，在该长度自动校正函数的值是其初始值的几分之一。通常，校正长度是基于值1/e，或者大约为校正函数的初始值的37％。较大的校正长度意味着该表面比具有较小校正长度的表面更不随机。在DavidJ.Whitehouse的Hand book of Surface Metrology(IOP PublishingLtd.(1994))的第49-58页中提供了自动校正函数的更详细讨论。

在图22中示出了机械加工本发明中的工件112、114的表面所需要的示例性设备。可以通过计算机数控(CNC)铣床或切削机202实现对工件112、114表面的机械加工。机器202包括由安装在计算机204中的软件程序208控制的切削工具110。软件程序208控制切削工具110的运动。计算机204与CNC铣床202通过适当的电缆系统206互连。计算机204包括用于存储软件程序208的存储媒质212、用于执行程序208的处理器、用于向处理器提供手动输入的键盘210、显示器218、以及用于通过互联网214或局域网与远程计算机216通信的调制解调器或网卡。

图23示出了具有快速工具伺服系统的母片机械加工系统400，该快速工具伺服系统用于切削具有横向变化的工件凹槽。输入/输出数据处理器402为数字信号处理(DSP)单元404提供切削命令，该单元404为数模(DA)转换器406提供信号。电压放大器408接收来自DA转换器406的信号并且驱动快速工具伺服机制410以指导切削工具110的运动。切削工具位置探针412感测切削工具110的位置并且向传感器放大器418提供表示该位置的信号。放大器418放大该信号。放大后的信号送入模拟-数字(A/D)转换器420。车床编码器414确定工件的位置(例如筒112)并且提供反馈信号到A/D转换器420。该A/D转换器因此提供表示切削工具110的位置和工件112、114的位置的反馈信号作为输出到数字信号处理单元404。DSP单元404将处理过的信号提供给输入/输出处理器402。

系统400可以提供随机或伪随机机械加工的工件表面。在工作中，装有软件程序208的计算机204与CNC铣床202通信。数学控制(多个)函数可以存储在该计算机的存储器中，或者可以存储在远程计算机216中并通过互联网214或通过局域网而被访问。

CNC铣床202的切削元件110根据软件程序208提供的命令开始铣工件112、114，程序208提供坐标以指导切削工具110的运动。此外，程序208控制铣处理的深度。该处理提供非随机的、随机的或伪随机的工件，所述工件能够用作制作光学衬底的“正的”或“负的”母片。例如，可以通过在工件112、114的表面上形成负的或正的电铸产生图1的光学衬底24。或者，可以使用成型材料(例如，紫外(UV)或热固环氧树脂材料或硅材料)形成原始正或负母片的复制品。这些复制品中的任何复制品均可用作塑料部件的模具。可以使用压花、注(射)模(塑)法或其它方法形成这些部件。

自动校正函数R(x，y)是电测量学中表面随机性的度量。然而，在一定的校正长度l_c上，自动校正函数R(x，y)的值减小到其初始值的几分之一。例如，1.0的自动校正值将被认为是高度或完美校正的表面。校正长度l_c是这样的长度，在该长度自动校正函数的值是其初始值的几分之一。通常，校正长度是基于值1/e，或者大约为校正函数的初始值的37％。较大的校正长度意味着该表面比具有较小校正长度的表面更不随机。

在本发明的一些实施例中，在大约1cm或更小的校正长度，光学衬底24的三维表面的自动校准函数值降低到小于或等于其初始值的1/e。在另一些实施例中，在大约0.5cm或更小的校正长度，自动校正函数的值降低到其初始值的1/e。对于衬底的其它实施例，在大约200微米或更小的校正长度，沿长度l的自动校正函数值降低到小于或等于其初始值的1/e。对于其它实施例，在大约11微米或更小的校正长度，沿宽度w的自动校正函数值降低到小于或等于其初始值的1/e。

除了在背光显示器中使用上述的光学衬底24增加亮度外，该衬底也可以用在各种其它用途中。衬底24的实施例可以用在菲涅耳透镜、混合玻璃/塑料透镜、光盘、漫射膜、全息衬底中，或者与传统的透镜、棱镜、反射镜相结合。可以通过调制具有固定特征的同心圆或椭圆来形成这些实施例。该光学衬底也可用在吸收光或不吸收光的单或多阶反射、透射或部分透射器件中；用在棱镜、全息光学元件或衍射光栅中。这些衬底可以用在其它应用中，诸如投影显示器、交通信号灯和照明标志中。

虽然已经描述了本发明的优选实施例，但是本发明能够变化和修改，因此本发明不应当限于对上述实例的确切描述。本发明包括落入下述权利要求范围内的变化或改变。

Claims (10)

1.一种光学衬底，包括：

至少一个棱镜结构，该至少一个棱镜结构中的每个具有特征为由第二表面结构函数调制的第一表面结构函数的第一表面，该第一表面结构函数的特征是使得该至少一个棱镜结构中的每个具有这样的横截面，该横截面具有至少一个弯曲侧面以使入射到该衬底上的光散焦漫射，该第二表面结构函数的特征是为入射到该衬底上的光提供额外的漫射。

2.权利要求1的光学衬底，其中该至少一个弯曲侧面由方程：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{dr}}^2+{\mathrm{er}}^4+{\mathrm{fr}}^6,$

定义，其中z是该弯曲侧面的表面相对于始于第一参考点且终止于第二参考点的直线的垂直偏移，且该方程式的系数在下面的近似范围内：-20＜c＜20；-10＜d＜10；-10＜e＜10；-10＜f＜10以及-1＜k或小于或等于0，且其中r是从该第一参考点沿该直线的距离。

3.权利要求1的光学衬底，其中该至少一个弯曲侧面由方程：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{r}^i$

定义，其中a_i是系数，且N是大于1的整数，z是该弯曲侧面的表面相对于始于第一参考点且终止于第二参考点的直线的垂直偏移，且其中r是从该第一参考点沿该直线的距离。

4.一种制作权利要求1的光学衬底的方法，包括：

使切削工具与工件的表面接触；

对于至少一个切槽，使得切削工具与工件表面之间沿该工件的表面中的路径相对运动；

在该工件的表面上形成正的或负的电铸以提供权利要求1的光学衬底。

5.权利要求4的方法，其中该至少一个弯曲侧面由方程：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{dr}}^2+{\mathrm{er}}^4+{\mathrm{fr}}^6,$

定义，其中z是该弯曲侧面的表面相对于始于第一参考点且终止于第二参考点的直线的垂直偏移，且该方程式的系数在下面的近似范围内：-20＜c＜20；-10＜d＜10；-10＜e＜10；-10＜f＜10以及-1＜k或小于或等于0，且其中r是从该第一参考点沿该直线的距离。

6.权利要求4的方法，其中该至少一个弯曲侧面由方程：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{dr}}^2+{\mathrm{er}}^4+{\mathrm{fr}}^6,$

定义，其中z是该弯曲侧面的表面相对于始于第一参考点且终止于第二参考点的直线的垂直偏移，且该方程式的系数在下面的近似范围内：-20＜c＜20；-10＜d＜10；-10＜e＜10；-10＜f＜10以及-1＜k或小于或等于0，且其中r是从该第一参考点沿该直线的距离。

7.一种用于制作光学衬底的工件，该工件包括：

至少一个棱镜结构，该至少一个棱镜结构中的每个具有特征为由第二表面结构函数调制的第一表面结构函数的第一表面，该第一表面函数的特征是使得该至少一个棱镜结构中的每个具有这样的横截面，该横截面具有至少一个弯曲侧面以使入射到该衬底上的光散焦漫射，该第二表面结构函数的特征是为入射到该衬底上的该光提供额外的漫射。

8.权利要求7的工件，其中该至少一个弯曲侧面由方程：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{dr}}^2+{\mathrm{er}}^4+{\mathrm{fr}}^6,$

定义，其中z是该弯曲侧面的表面相对于始于第一参考点且终止于第二参考点的直线的垂直偏移，且该方程式的系数在下面的近似范围内：-20＜c＜20；-10＜d＜10；-10＜e＜10；-10＜f＜10以及-1＜k或小于或等于0，且其中r是从该第一参考点沿该直线的距离。

9.一种背光显示器件，包括：

用于产生光的光源；

用于引导光的光导，其包括沿该光导放置的反射器件用于反射离开该光导的光；以及

权利要求1的光学衬底，其中光学衬底从该反射器件接收光。

10.权利要求9的背光显示器件，其中该至少一个弯曲侧面由方程：

$z=\frac{{\mathrm{cr}}^2}{1+\sqrt{1-(1+k)c^2{r}^2}}+{\mathrm{dr}}^2+{\mathrm{er}}^4+{\mathrm{fr}}^6,$

定义，其中z是该弯曲侧面的表面相对于始于第一参考点且终止于第二参考点的直线的垂直偏移，且该方程式的系数在下面的近似范围内：-20＜c＜20；-10＜d＜10；-10＜e＜10；-10＜f＜10以及-1＜k或小于或等于0，且其中r是从该第一参考点沿该直线的距离。

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