[发明专利]具有小透镜和棱镜簇的双面光学膜

说明书

技术领域

本发明整体涉及微结构化光学膜，具体涉及其中相背对的主表面均被结构化的此类膜，以及结合有此类膜的制品和系统和有关此类膜的方法。

背景技术

在其相背对的主表面上具有结构化表面的光学膜是已知的，在本文中将其称作双面光学膜。在一些此类膜中，一个结构化表面具有形成于其中的透镜特征结构，并且另一个结构化表面具有形成于其中的棱镜特征结构。棱镜特征结构与透镜特征结构之间存在一一对应关系，并且单独的棱镜特征结构是延伸的并且平行于彼此且平行于单独的透镜特征结构延伸，该单独的透镜特征结构也是延伸的。已公开此类膜在三维自动立体显示系统中用作光学光重定向膜。参见例如美国专利8,035,771(Brott等人)和8,068,187(Huizinga等人)，以及专利申请公布US 2005/0052750(King等人)、US 2011/0149391(Brott等人)和US 2012/0236403(Sykora等人)。

发明内容

已开发出一类新型双面光学膜，其中第一结构化表面具有形成于其中的延伸的小透镜，并且与第一结构化表面相背对的第二结构化表面具有形成于其中的延伸的棱镜。小透镜平行于彼此并平行于大致平行于膜平面的延伸轴进行延伸，并且棱镜也平行于彼此并平行于延伸轴进行延伸。棱镜被分组成相邻透镜的多个独立的簇。每个棱镜簇与小透镜中的对应的一个小透镜相关联并且具有至少3个棱镜。每个小透镜限定焦点和焦面。棱镜簇中的棱镜的顶点被设置在相关联的小透镜的焦面处或焦面附近。例如，焦区可被限定为如下空间，其包含焦面并且具有以差分距离DD与焦面分开的边界，该差分距离DD等于小透镜的轴向焦距的20％，并且与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在小透镜的焦区中。当被斜光照明时，每个小透镜/棱镜簇对以及任选地作为整体的光学膜能够产生N条成角度分离的光束，N为每个棱镜簇中的棱镜的数量。

因此，除了其他方面，本申请公布了具有相背对的第一结构化表面和第二结构化表面的光学膜，其中第一结构化表面具有形成于其上的多个延伸的小透镜，并且第二结构化表面具有形成于其上的多个延伸的棱镜。多个小透镜沿平行于延伸轴的相应小透镜轴延伸，并且延伸的棱镜具有同样平行于延伸轴的相应延伸的棱镜顶点。棱镜被分组成彼此分开的多个棱镜簇，每个棱镜簇具有至少三个棱镜，并且每个棱镜簇与小透镜中的对应的一个小透镜相关联；每个小透镜限定焦面，并且对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点被设置在小透镜的焦面处或焦面附近。例如，对于每个小透镜来说，小透镜可具有轴向焦距，并且焦区包含焦面并具有以差分距离DD与焦面分开的边界，该差分距离DD等于轴向焦距的20％，并且与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点可被设置在小透镜的焦区中。在一些情况下，对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点可被设置在介于焦面和小透镜之间的焦区的一部分中。

对于每个小透镜来说，与小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点可处于平面中。对于每个小透镜来说，焦面在垂直于延伸轴的横截面中可具有第一弯曲形状。与每个小透镜相关联的棱镜簇中的棱镜的棱镜顶点可沿横截面中的第二弯曲形状布置，并且第一弯曲形状和第二弯曲形状可具有相同的归向，例如，均可为凹形或均可为凸形。每个棱镜簇可包括5个棱镜或10个棱镜。棱镜簇可各自包含相同数量N的棱镜，其中N为至少3，或至少5，或至少10。

对于每个小透镜来说，相关联的棱镜簇可具有N个棱镜，并且小透镜可与其相关联的棱镜簇相结合，以在第二结构化表面被来自第一光源的斜光照明时提供限定N条成角度分离的光束的第一小透镜输出光，并且N可为至少3。该膜可结合设置的漫射膜以接收第一小透镜输出光以将N条成角度分离的光束转换为一条光束。

该光学膜可限定膜平面和垂直于该膜平面的厚度轴，并且小透镜中的至少一些小透镜在垂直于延伸轴的横截面中可具有复合曲率。此类小透镜还可在该横截面中具有相应的对称小透镜轴，并且该对称小透镜轴中的至少一些对称小透镜轴可相对于厚度轴倾斜。相似地，棱镜可在该横截面中具有相应的对称棱镜轴，并且该对称棱镜轴中的至少一些对称棱镜轴可相对于厚度轴倾斜。

小透镜可按照小透镜间距间隔开，并且棱镜簇可按照簇间距间隔开，并且小透镜间距可以等于簇间距。另选地，小透镜间距可以不等于簇间距。光学膜可以与被设置成靠近第一结构化表面的漫射膜相结合。