[发明专利]结构化光学膜

说明书

技术领域

本发明涉及结构化光学膜的领域，以及结合有所述结构化光学膜的光学显示器。

背景技术

结构化光学膜被用于光学显示系统以及对被传导和/或反射的光的方向进行的控制以期望增大亮度、降低闪光等等的其它应用中。结构化光学膜在美国专利No.4,906,070(Cobb)中进行了描述。基本上，所述结构化光学膜包括由可传导光的材料制成的膜，所述膜上设置有一系列棱镜，从而所述膜可被用于通过反射和折射对光进行重定向。当被用于诸如便携式计算机、手表等之类的光学显示器中时，所述结构化光学膜可以通过将从显示器逃逸出的光限制于期望的观察范围内而增大光学显示器的亮度，所述观察范围例如由设置成与延伸通过光学显示器的法向轴线成期望角度的一对平面所限定。这样，否则将要在允许范围外离开显示器的光被反射回显示器中，在显示器处，一部分光能被“回收”并使所述光以允许其从显示器逃逸的角度返回至结构化膜。因为这种回收可以减小提供具有期望亮度水平的显示器所需要的能耗，所以这种回收是有用的。

图1和图2大体上示出了结构化光学膜的概念。图1描绘了一种规则的、简单的重复图案的结构化光学膜10的一部分，所述光学膜10包括结构化表面12和平表面14。所述结构化表面包括限定棱镜20的一系列规则间隔开的谷部16和峰部18。所述棱镜20由形成在谷部16和峰部18之间的小平面所限定。所述结构化表面12的几何形状和用于制造所述膜10的材料促进了进入膜10平面侧14的光的全内反射和折射，从而使得通过结构化表面在期望角度范围外逃逸的光最少。

一些光学显示器结合有第二结构化光学膜，在该第二结构化光学膜中，棱镜取向为相对于第一光学膜中的棱镜成一定角度。所述角度可以是大于零而直到90°的任意值，但所述角度通常为大约90°。图2示出了一对结构化光学膜22和24，其中棱镜26和28分别被取向为相对彼此呈大约90°的角。在使用中，优选的是，所述结构化表面28接触或几乎接触上部膜22的平表面27。

在光学显示器中使用结构化光学膜造成的非期望后果是由两个叠加的重复图案的干涉引起的反射莫阿效应的出现。在“The Theory of theMoiréPhenomenon”(by Isaac Amidror，Kluwer Academic Publishers，Dordrecht，The Netherlands(2000))中讨论了莫阿效应。在结合有单层结构化光学膜的光学显示器中，引起莫阿效应的重复图案是膜图案本身和膜图案的由光学显示器中的其它表面反射的反射图像。

尽管使用两个结构化光学膜可以在缩小的观察范围内增大显示器的亮度，然而这也会由于设置第二平表面而增加莫阿效应在下部结构化膜上的出现，其中第二平表面将更多的光通过第一或上部结构化膜中的重复图案反射回去。

美国专利No.5,919,551(Cobb)涉及到亮度增强膜中的莫阿效应，其描述了使用这样一种结构化光学膜，其中峰部和/或谷部的间距对于连续组的峰部和/或谷部是不同的。但是，尽管这样的膜明显降低了莫阿效应的可见性，然而相对使用如现有技术图2示出的膜的LCD显示器而言，采用这种膜的LCD显示器的亮度会降低大约6％或更多。

图3A示意性地描绘了一个这种结构化光学膜30的与平表面32垂直的横截面。所述膜30包括由峰部36和谷部38限定的一组棱镜。限定所述棱镜的峰部36和谷部38基本彼此平行。光学膜30的相邻峰部36之间的间距、即峰间距基本上恒定。然而，相邻谷部38之间的间距在任何成组的三个连续谷部38上改变。谷部38之间的间距还可以称为谷间距、Pv。通过改变谷间距，当在光学显示器中使用膜30时，莫阿干涉图案的可见性会显著地降低。

在图3A描绘的膜30中，峰间距保持恒定，而谷间距变化。然而，用于制造膜30的工具可以通过电铸处理或其它适当的处理而被复制，从而在基础工具上形成图案的“负像”。当随后使用这种复制工具以形成膜时，其结果是产生现有技术图3B描绘的膜130，所述膜130是图3A描绘的膜30的“负像”。因此，膜130在谷部136之间具有恒定的谷间距，Pv，而峰部138之间的峰间距，Pp在整个膜130上变化。这恰好是与膜30相反的间距特征。与膜30类似，当图3B中的膜130用于光学显示器时，膜130也显然可以用于降低莫阿干涉图案的可见性。

然而，即使具有上述‘成组’的结构，也应当理解莫阿干涉效应在某些情况下仍将被观察到。这是因为上述膜的结构设置仍然保留了产生莫阿干涉效应的能力。