專利名稱：：光學薄膜上的長曲形光楔的制作方法
技術領域：
：本發明涉及包括多個單獨的高分子光學元件的光重新導向高分子薄膜的形成。特別是，所述各個光學元件包括在所述薄膜平面里的、長度在800-4000微米范圍內的彎曲楔形零件。技術背景光重新導向薄膜通常為薄而透明的光學薄膜或基板，它們改變通過薄膜的光的分布，使得從薄膜出射的光的方向較為垂直于薄膜表面。通常，在光重新導向薄膜的出光面配備了有序排列的棱鏡槽、凸透鏡槽、或棱錐體，以改變薄膜/空氣界面處光線從薄膜出射的角度，使得在垂直于各槽溝的折射面的平面內傳播的入射光分布的那些分量重新分布到更接近薄膜表面的法向。這類光重新導向薄膜可用來改進顯示器的亮度，例如用于液晶顯示器(LCD)、手提電腦、文字處理器、航空電子顯示設備、手機、PDA等，使顯示增亮。在用于液晶或別的顯示器時，先前的光重新導向薄膜受到可見的莫爾圖形的限制。光重新導向薄膜的表面零件跟用在背投光組件的別的光學薄膜相互作用，印.出的點的圖形或在光導板背面的三維特征，或在顯示器的液晶部分里的像素圖形，就產生莫爾圖形，這種效應是不希望有的。現有技術里已知的減弱莫爾圖形的辦法是將光重新導向薄膜模切得使其凸透鏡陣列與薄膜的任一邊都不平行，從而讓凸透鏡陣列相對于另一個光重新導向薄膜或相對于顯示器電子設備成一定角度。采用的辦法還包括沿線形陣列各元件的寬度使線形陣列不規則分布，變動線形陣列各槽溝的高度，在薄膜跟線形陣列相對一邊添加漫散射表面，對整個系統添加漫散薄膜，或者磨圓線形陣列的突出邊緣。上述這些減弱莫爾圖形的技術也使得沿軸向光亮度的減小，而且并未恰當地解決莫爾圖形的問題。莫爾圖形和軸向光亮度兩方面傾向于相互關聯，這意味軸向光增益高的薄膜的系統內會有較明顯的莫爾圖形。如果能減弱莫爾圖形同時又維持較高的軸向光增益，就比較有利。美國專利號5919551(Cobb，Jr.等人)披露了一個線形陣列薄膜，其突出邊緣和/或槽溝的間距可變，來減弱莫爾干涉圖形的可見度。這既可為各組相鄰突出邊緣和/或低谷的間距變動，也可是臨近各對突出邊緣和/或低谷之間的間距變動。雖然線形陣列元件間距的這一變化減弱了莫爾圖形，但薄膜上的線形元件仍然與背投光光導上的點圖形和顯示器的液晶區內的電子設備發生相互作用。最好是能破壞各元件的該線形陣列，以便減弱或者消除這種相互作用。美國專利號6354709披露了一種薄膜，它的線形陣列沿突出邊緣線的高度可變，而各突出邊緣線也伴隨著移動。雖然該薄膜可重新導向光而且沿其突出邊緣線的高度變化也略微減弱了莫爾圖形，但最好有一種薄膜用在系統中時能明顯地減弱薄膜的莫爾圖形，還能夠維持相當高的軸向光增益。美國專利號6583936(Kaminsky等人)披露了一種用作高分子光漫射透鏡的微型拷貝的成型的輥子。該成型輥子的制作，先用多種大小的粒子噴丸清理輥子表面，然后用鍍鉻工藝在其面上形成微型瘤結節。這種輥子制造法很適合用來制作光漫射透鏡，以便將入射的光能漫散射出去。發明要解決的技術問題本發明所解決的技術問題存在對于一種將光重新導向的薄膜的需求，這種薄膜讓沿軸向通過的光有高的亮度，同時能減弱莫爾圖形，使得從顯示器件上觀察圖像時看不出干擾的莫爾圖形。此外，還存在對于一種將光重新導向的薄膜的需求，這種薄膜讓可見光有高的透射度
發明內容本發明的目的在于提供一種將光重新導向的薄膜，它可減弱莫爾圖形，又可保持(對軸向光的)高的增益。另一個目的在于提供一種將光重新導向的薄膜，它不容易被曲折或被擦傷。還有一個目的在于提供一種將光重新導向的薄膜，它能夠按照顯示器背投光的配置和輸出的要求來定制。本發明的這些以及其它的目的是通過一種將光重新導向的高分子薄膜來實現的，這種薄膜包括多個處在高分子薄膜或基板的上面或里面的單獨的高分子光學元件，其中各個元件包括在薄膜平面上的各個彎曲楔形零件(光楔)，其長度在800-4000微米范圍內。本發明的有益效果本發明提供一種由各個單獨的楔形光學元件做成的將光重新導向的薄膜，當它用在液晶系統時能明顯減弱莫爾圖形，同時能保持相對較高的軸向光增益。圖1為一個單獨的彎曲楔形光學元件的示意圖，它有一個彎曲面和一個平面。圖2顯示當彎曲為一段圓弧時的曲率半徑。圖3為本發明一個實施方案的SEM成像，其中各個單獨的光學元件彼此相對映射。圖4為本發明一個實施方案的SEM成像，其中各個單獨的光學元件彼此錯開重疊。圖5為兩個單獨的彎曲楔形零件的示意圖，它們有相同的長度和寬度，卻有不同的曲率半徑，導致元件表面為曲面或者平面的百分比不同。圖6為本發明的光操控薄膜的截面的示意圖。圖7為包括了所述光重新導向高分子薄膜的液晶顯示器的示意圖。圖8為包括了兩個所述光重新導向高分子薄膜的液晶顯示器的示意圖。圖9的示意圖中的顯示系統包括顯示器和光重新導向薄膜，后者的楔形元件置于光重新導向薄膜的相對光源較遠的一面。圖10的示意圖中的顯示系統包括顯示器和光重新導向薄膜，后者的楔形元件置于光重新導向薄膜的相對光源較近的一面。圖ll為光學優化曲線。圖12為本發明的實施例中相對照度跟角度的關系曲線。具體實施方式跟現有的光重新導向薄膜相比本發明有許許多多優點。本薄膜的楔形的單獨光學元件(光楔)的大小和在薄膜上的布置在減弱莫爾圖形和軸向光增益兩方面權衡協調，從而在得到相對較高的軸向光增益的同時又明顯減弱了莫爾圖形。當兩個或更多個相同而且重復的直線、點、或圓形排列得不夠完善而重疊時，或者當不相同但相關的圖形重疊時，就會產生莫爾圖形。所生成的莫爾圖形是一種重復光跟暗線或散亂干涉條紋的圖形。這種線條的尺寸和頻率取決于相互作用的兩個圖形。在LCD顯示器之類的顯示器件上，觀看人能觀察到的莫爾圖形是有害的，因為它們干擾了被顯示信息的質量。本發明的光重新導向薄膜，比起現有技術的光重新導向薄膜，不但能減弱莫爾圖形，還能保持軸向光的高的增益。當所述光學元件的長度方向的尺寸加長，該圖形成為一維的，莫爾圖形會增長。當所述光學元件的長度方向的尺寸被縮短，屏幕的增益會降低。因為薄膜是單一整體性的高分子結構，所以它受曲折的可能性小。當薄膜為雙層結構時，它較易曲折，因為對不同的環境條件(例如，熱量和濕度)這兩層通常有不同的反應(脹或縮)。LCD里的光重新導向薄膜是不可有曲折的，因為這會造成顯示器薄膜的皺折，從顯示器上可以看見。此外，光學薄膜的皺折改變了入射光能的角度，導致光學效率損失。跟現有技術采用uv固化了的聚丙烯酸酯做成的光學薄膜相比，本發明采用的高分子薄膜更能抗劃擦，顯示出更強的機械性能。此光重新導向薄膜由于采用的各個單獨的光學元件為彎曲楔形零件(光楔)，可以將平行于各元件的突出邊緣線的平面內傳播的光的一部分重新導向。此外，本發明的光重新導向薄膜還可按照光源和光導板的光輸出的要求來定制，以便更有效地重新導向光。采用單獨的光學元件讓薄膜的設計很靈活，這樣就可在薄膜表面各處采用不同的單獨光學元件或者采用不同的尺寸或取向，以便最有效地處理進入薄膜的光。例如，對于光導板上所有各點如果己知光輸出跟角度的函數關系，就可采用在薄膜上具有不同形狀、尺寸、或取向的彎曲楔形零件的光重新導向薄膜，來有效地處理從光導板出射的光。從以下詳細的描述中將會明了本發明的這些和其它的優點。這里的術語中，"透明"指的是沒有明顯偏轉或吸收的通過輻射的能力。本發明中，"透明"材料定義為具有90%以上的光譜透射度的材料。術語"光"指可見光。術語"高分子薄膜"指包含聚合物的薄膜。術語"高分子材料"指均聚物、共聚物和混聚物。術語"光學增益"、"軸向增益"、或"增益"指輸出光強度除以入射光強度的比值。增益用作重新導向薄膜的效率的量度，可用來比較各種光重新導向薄膜的性能。就光學薄膜的場合，單獨的光學元件指的是在光學薄膜上突起的或凹進的、具有確定形狀的元件。相對于光學薄膜的長度和寬度，單獨的光學元件都是小的。術語"彎曲表面"指的是一種薄膜上的三維特征，該薄膜至少有一個平面有彎曲。"楔形零件(光楔)"用來指一種元件，它包括一個或更多的斜面，而這些面可以是平面和曲面的組合。楔形零件(光楔)可包括至少兩個曲面，也可有平面或者沒有平面。曲面可以是不對稱的或者非圓形的。從圖1可見楔形零件的一個例子。術語"光學薄膜"用來指能夠改變透過的入射光的性質的、薄的高分子薄膜。例如，一種重新導向光學薄膜可提供大于1.0的光學軸向增益(輸出/輸入)。一個實施方案中，所述彎曲楔形零件具有一個彎曲面和一個平面。該曲面可有一個、兩個、或三個軸用來將光線重新導向到多個方向。在圖1中，這個彎曲楔形單獨光學元件1具有一個曲面3和一個平面5。在兩個面接合處形成突出邊緣7。所述突出邊緣是元件的各個邊交會處形成的峰脊。另一個實施方案中，所述彎曲楔形零件具有至少兩個曲面。這使得光重新導向薄膜可以把光重新導向到多個方向。此外，曲面還可為不對稱形狀。一個實施方案中，本發明的彎曲楔形元件可以無規則地放置而且互相平行。這使得突出邊緣一般沿同一方向排列。具有一般取向的突出邊緣線的薄膜相比別的薄膜能將光的更多部分重新導向到一個方向，從而在用于液晶背投光系統時產生較高軸向增益。在圖1中，突出邊緣7是彎曲的。這種彎曲可處于薄膜平面中，可垂直于薄膜平面，或二者兼有之，如在圖1的情況(例如，該薄膜可包含在寬度的方向和在長度的方向有彎曲的元件)。最好是包含在薄膜平面內有彎曲的元件，以使元件可以把光重新導向到多個方向。突出邊緣的彎曲是平滑的弧形曲線，例如為圓或橢圓的一部分。當該曲線為圓的一部分，該彎曲的曲率半徑示于圖2。該單個彎曲楔形元件11如圖示具有曲率半徑13。用一個圓來擬合該元件的彎曲，這個圓的半徑就是該元件的曲率半徑。曲率半徑會影響被重新導向到各個方向的光的多少，以及該薄膜會給出的莫爾圖形的強度和軸向光的亮度。已經發現，當用于相同的顯示系統中時，跟含有順序排列的棱鏡結構的光重新導向薄膜相比，這里所述曲率半徑在0.8-20mm范圍內時能夠提供相對高的軸向光增益同時明顯減弱莫爾圖形。當曲率半徑減小，軸向光增益會降低。彎曲楔形元件在薄膜上的配置可有多種方式，而且可按照光導板的光輸出的要求來定制。一個實施方案中，有一半彎曲楔形零件相互做180。轉動。如果用的是不對稱的元件，這就會在垂直于各元件的突出邊緣并且跟基板表面成法向的平面內產生相等量的重新導向的光。圖3顯示了這種彎曲零件的排列。該彎曲楔形零件可在光重新導向薄膜上有多種方式的取向。一個實施方案中，彎曲楔形零件彼此交錯排列。這種交錯保證了光重新導向薄膜上的各零件的表面彼此覆蓋得很好，從而減弱了系統中的莫爾圖形。圖4顯示了一個這種實施方案的掃描電鏡(SEM)成像。讓各元件(其一顯示為27)彼此交錯并且重疊，就使得各零件能夠緊密堆砌裝填，從而幾乎不存在未包括在圖形里的區域。在另一個實施方案中，彎曲楔形零件彼此相對排列如鏡像配置。在這種鏡子般配置中，各對零件安排成彼此為對方的鏡像。圖3顯示了本發明這個實施方案將彎曲楔形零件相對排列如鏡子配置的掃描電鏡成像SEM。這種鏡像對可跟它們自己或者別的對交叉和重疊。這種對如此排列使得在光重新導向薄膜上沒有不包括在這種圖形里的區域。對于那些具有一個彎曲面和一個平面的零件的情況，將這些零件排列成鏡像對有助于選擇性地調節軸向光增益和莫爾圖形減弱兩方面的數量。其平面一面對軸向光增益有更多貢獻，而彎曲一面則對莫爾圖形的減弱有更多貢獻。圖5示意了兩個具有相同長度和寬度的單獨的彎曲楔形零件，可是它們的曲率半徑的不同導致了元件表面是彎曲還是平面的百分比的不同。兩個零件31和37具有不同的曲率半徑，零件37的曲率半徑比零件31的大。所以，零件37的平的一面39，比起零件31的平的一面35來，占有零件表面積的百分比大。而零件37的彎曲面38，比起零件31的彎曲面33來，占有零件表面積的百分比小。通過調整該曲率半徑也就調整了該零件表面積中平面部分和彎曲部分的百分比，也就能控制系統中軸向光亮度和莫爾圖形強度。這種單獨的光學元件的寬度優選在20-300nm范圍內。當元件寬度大于450pm時，它們就變得足夠大使觀察者能從液晶顯示器上看得見，就損失了顯示器的質量。元件寬度更好在15-60pm范圍內。業已得知這個范圍能給出好的光線成形特性，同時也不會讓觀察者從顯示器上看出來。顯示器件設計中選用的具體寬度，將部分地由液晶顯示器的像素間距來決定。該元件寬度可選得使莫爾圖形的干擾最小化。該彎曲楔形零件的零件突出邊緣的高度的最大值優選在10-150pm。當元件該高度大于190pm，它們變得足夠大使觀察者能從液晶顯示器上看得見，這是不希望有的。當元件該高度小于5薄膜的軸向光增益會下降。業己得知，楔形元件高度的這個范圍提供了能明顯減弱莫爾圖形的設計。該元件高度也取決于薄膜厚度；薄膜的厚度要足夠來支持楔形零件。在一些實施方案中，優選地讓光重新導向薄膜的厚度至少為該楔形零件高度的兩倍。光重新導向薄膜的厚度可根據應用選擇在50-500pm范圍內，尺寸大的LCD顯示器用較厚的薄膜，小的手持顯示器則選用較薄的薄膜。對某些應用，該薄膜厚度可超出這個范圍。相對于薄膜厚度可改變零件形狀尺寸和密度。一個實施方案中，彎曲楔形零件在零件的最高點處具有坡口角度在80-110°的截面。業已得知，這種突出邊緣角度使得光重新導向薄膜給出了高的軸向光亮度。當該突出邊緣角度小于75。或者大于115°時，光重新導向薄膜的軸向光亮度就會下降。這些彎曲楔形零件的平均間距在10-100|Lim范圍。該平均間距是相鄰二零件的最高點之間的距離。該平均間距不同于零件寬度，因為各零件的尺寸在變，它們重疊、交叉，而且無規則地布置在薄膜表面以減弱莫爾圖形，還要保證薄膜上不存在未包括進圖形的區域。在一些實施方案中，優選地讓薄膜上未包括在圖形中的區域小于O.l%，因為未包括在圖形中的區域不具有與楔形元件相同的光學性能，會導致軸向光增益下降。圖6為本發明的光操控薄膜的截面41的示意圖。在薄膜上各零件跟其相鄰零件的間距在變。例如，各間距43、44、45和46的長度不同。各零件的平均間距可以這樣計算選取薄膜截面的一段47，將它的長度除以該段中的突出邊緣個數即可。在一個實施方案中，薄膜的折射率在1.4-2.0之間。業已得知，薄膜的折射率越高，該薄膜具有的使光重新導向的能力越強。薄膜通過將光重新循環和折射光來重新導向光。在重新循環光的過程中，入射到光重新導向薄膜的光的一部分被反射回去通過顯示器模件的較低級元件(例如漫散射片和光導)。這些光然后又被背反射片或者別的顯示器組件反射回光重新導向薄膜。這些光的一部分現在才能被薄膜重新導向并以低損失率通過顯示器，而其余部分的光就得再次重新循環。在一個實施方案中，各單獨的光學元件包括聚碳酸酯。聚碳酸酯具有高的光學投射度，也足夠強而耐磨。聚碳酸酯的耐磨性使得本發明的光重新導向薄膜，相比用諸如uv固化了的聚丙烯酸酯之類較脆而易碎材料制成的其它種類的常見的光重新導向薄膜，較不易擦傷。可以用不同級別的聚碳酸酯來適應不同的應用，其中有一些形成了抗高溫的性質，優良的外形穩定性，增加了的環境穩定性，和較低的融化粘滯性。在一個實施方案中，該高分子薄膜為一整體結構，零件和承載零件的薄膜或基板為一體化結構，在零件和薄膜上沒有零件的部分之間沒有過渡點。讓零件和薄膜本體為一整體有幾個優點。首先，因為薄膜完全是同一高分子材料，不會有折射率的變化，而如果零件是覆蓋或敷貼在基板上就不然。沒有折射率變化意味著不會有內部界面的反射損失，從而有較高的光透射效率。第二，因為薄膜是一體結構，就不容易曲折。當薄膜由兩層做成，因為兩層對不同的環境條件(例如熱量和濕度)通常有不同反應(脹或縮)，就會有曲折的傾向。用在LCD顯示器上的光重新導向薄膜是不應有曲折的，因為它造成顯示器上薄膜的皺折，會被從顯示器上看出來，并且當光能入射角在該彎曲面上改變時會引起光學效率的損失。此外，光重新導向薄膜的或者單獨的光學元件的一個或多個表面可以加以以下的一種或幾種處理一種組織紋理、覆層、染色、光發射層、無光抹光、漫散抹光、鏡面抹光、和光學平滑抹光，以便使薄膜的光輸出的分布產生所需要的效果。此處所謂光學平滑抹光用來描述這種表面抹光，它使得光能夠透過該表面而幾乎沒有散射。在一個實施方案中，優選地要使得薄膜表面上或表面里的單獨的光學元件如此地無規化，來消除跟液晶顯示器的像素間隔的任何干涉。這種無規化可實施于光學元件的尺寸、形狀、位置、深度、取向排列、角度或分布密度。這有可能消除用漫散射層來抑制莫爾圖形或類似效應的需要。而且，至少可將一些單獨的光學元件分組排列到薄膜的出射表面上，在各組里至少有一些光學元件具有不同的尺寸或形狀特征以便集體地產生每個組的平均尺寸或形狀特征，這在整個薄膜上的各組間是不同的，從而得到超過任何單個光學元件的加工精度的平均特征值，并且抑制莫爾圖形和跟液晶顯示器的像素間隔的干涉效應。此外，至少一些單獨的光學元件可相對彼此在不同角度上取向排列，以便裁制薄膜的沿兩個不同的軸重新排列/重新導向光的能力。在將零件無規化時，對于薄膜的增益性能而言，重要的是要避免平坦的、缺乏小側面的表面各區域。有一些算法可用來偽無規化配置這些零件，以便避免將各區域不留小側面或平坦化。各單獨光學元件的光重新導向表面跟薄膜的光出射面之間的角度可在液晶顯示器的整個顯示區域上變化，以便按照光輸入的分布，其在光源的整個表面上是不均勻的，來定制薄膜的光重新導向功能。光重新導向薄膜的各單獨的光學元件也可彼此重疊成交錯、交聯和/或交叉的配置，產生一種優良的表面區域覆蓋的光學結構。此外，各單獨的光學元件可以分組排列，使得一些單獨的光學元件沿一個軸取向排列，而別的單獨的光學元件則沿另一個軸取向排列。也可以，在每個組里使單獨的光學元件的取向排列變化。而且，光重新導向薄膜的各單獨的光學元件的尺寸、形狀、位置和/或取向排列都可變化，來應對光源所發出的光的分布的變化。也可定制光重新導向薄膜的各單獨的光學元件的性質和圖形，來針對發射不同光分布的不同類型的光源而優化光重新導向薄膜，例如，對單管手提式電腦用一種圖形，而對雙管平板顯示器、CCFL光源、LED光源等等則用另一種圖形。而且，可以提供這樣的光重新導向薄膜系統，按照背投光或別的光源的光輸出分布來定制光重新導向薄膜的各單獨的光學元件的取向排列、尺寸、位置和/或形狀，以便在希望的觀察角內得以重新排列或重新導向更多的來自背投光源的入射光。背投光源也可包括將光沿一個軸重新導向的各單獨的光學缺陷，而光重新導向薄膜可包括將光沿跟所述那個軸垂直的另一個軸重新導向的各單獨的光學元件。圖7顯示了顯示器101的一個例子，其中的光重新導向高分子薄膜111是包含在一個液晶顯示器內。光從光源103輸出進入光導107。光源103通常是冷熒光管或LED之類，也可為任何能發光的光源。光導107可為錐臺形或扁平板，且在其一邊有一個背反射片105。光從跟背反射片105相對的一邊射出光導，可以經過漫散射片109。漫散射片109用來使光導107在整個顯示器上的光輸出均勻化，掩飾有時印射到或浮現在光導里的任何特征，并減弱莫爾圖形。下一步光通過光重新導向薄膜lll，跟進入薄膜的光相比，從光重新導向薄膜lll出射的光處于一個較窄的圓錐內。優選地將光重新導向薄膜111如此取向排列使各單獨的光學元件處于它的背向光導107的表面上。光然后進入液晶顯示器模件113。在光重新導向薄膜跟液晶部分之間還可有別的薄膜，例如頂漫射片或者反射偏振片。相對于像素或別的重復元件的尺寸、間距或者角度取向，在光重新導向薄膜lll上的各楔形元件的間距或角度取向可變化或無規化，以便使得莫爾圖形從LCD屏上看不見。圖8所示顯示器121在液晶顯示器里包含兩個光重新導向高分子薄膜131和133。該設置類似圖7，這里由光源123輸出的光進入光導127。光源123通常是冷熒光管或LED之類，也可是任何能發光的源。光導127可為錐臺形或扁平板，且在其一邊有一個背反射片125。光從跟背反射片125相對的一邊射出光導，可以經過漫散射片129。漫散射片129用來使光導127在整個顯示器上的光輸出均勻化，掩飾有時印射到或浮現在光導里的任何特征，并減弱莫爾圖形。下一步光通過光重新導向薄膜131和光重新導向薄膜133。這兩個光重新導向薄膜如此交叉，使得兩個薄膜上的楔形元件的長度方向彼此所成角度在80°-100°之間，優選地讓彼此成90。角。兩個光重新導向薄膜131和133的布置優選地讓它們的單獨楔形光學元件處在背向光導127的一面，但在某些應用中也有讓重新導向薄膜的楔形元件面向光導的。在別的實施方案中，可讓光重新導向薄膜的兩個面上都具有楔形元件，或者讓薄膜的跟楔形元件相反的一面有不同的紋理，例如一種漫散的紋理。光然后進入液晶顯示器模件135。在光重新導向薄膜跟液晶部分之間還可有別的薄膜，例如頂漫射片或者反射偏振片。優選地，相對于像素或別的重復元件的尺寸、間距或者角度取向，在光重新導向薄膜131和133上的各楔形元件的間距或角度取向做變化或無規化，以便使得莫爾圖形從LCD屏上不被看見。圖9所示的顯示系統171包括光源173、光重新導向薄膜175跟楔形元件177、和顯示器179。顯示器179可為任何類型的顯示器，包括液晶顯示器或有機發光二極管顯示器(OLED)。顯示器179可為有源、無源、或靜電式。光重新導向薄膜175的楔形零件177處于光重新導向薄膜175的離光源173遠的表面上。該顯示系統171也可有第二個光重新導向薄膜(未畫出)，它跟光重新導向薄膜175的楔形元件的長度方向之間交叉的角度優選在80°-100°范圍內。圖IO所示的顯示系統181類似顯示系統171，差別僅在光重新導向薄膜185的楔形零件187處于光重新導向薄膜185的離光源183近的表面上。顯示系統181包括光源183、光重新導向薄膜185跟楔形零件187、和顯示器189。顯示器189可為任何類型的顯示器，包括液晶顯示器或有機發光二極管顯示器(OLED)。該顯示系統181也可有第二個光重新導向薄膜(未畫出)，它跟光重新導向薄膜185的楔形元件的長度方向之間交叉的角度較好在80。-1000。優選地，本發明的光重新導向薄膜用在液晶顯示系統中時至少有1.3的軸向光增益。本發明的光重新導向薄膜平衡了高的軸向光增益和減弱的莫爾圖形兩個方面。業已得知，LCD制造商偏愛至少1.3軸向光增益，以便明顯增加顯示器的亮度。就觀察而言，莫爾圖形效應指的是兩個相似的空間圖形的幾何干涉。該干涉在具有相同或接近相同的周期性或諧波的兩個圖形間發生時最為明顯。莫爾圖形是由二屏幕的周期分量的和與差而形成的。這樣生成而觀察到的莫爾圖形，它的頻率比兩個原始圖形的都低，它的振幅取決于發生差拍的兩個諧波分量的強度，而它的取向排列則取決于二原始圖形的相對的取向排列。例如，兩個方波透射光柵具有相同周期為p、在豎直方向彼此成e角排列，所產生的莫爾圖形將取水平方向排列而具有周期近似等于p/e,而其線形為二單獨光柵線形的巻積。顯然當交角e趨于o，形成的周期變成無窮寬。然而，如果該二屏完全順排，當它們的周期接近一致，還是可觀察到莫爾圖形。這樣形成的莫爾圖形的周期等于p"p2/(pl-p2)，其中pl和p2為兩個屏的周期。例如，如果光柵1具有周期pl=0.05mm而光柵2具有周期p2=0.0501mm,則形成的莫爾圖形的周期將是25mm。周期顯然有很大差別的兩個光柵，如果它們的諧波的頻率接近，也可產生莫爾圖形。具有周期為pl的方波屏，具有的n倍頻諧波為1/pl的n倍，就是n/pl。這些諧波跟周期為p2的第二屏的基波的差拍，會產生周期，"p2/(一p2-pl)的拍頻。考慮周期為pl=0.25mm的屏的第五次諧波(n-5)，跟周期為p2=0.0501mm的另一個屏。則它們形成的莫爾圖形的周期為25mm0這樣形成的莫爾圖形實際上是否被觀察到取決于形成的周期和調制情況。這些參數對于觀察的綜合影響被包含在對比調制閾的VanNesBouman曲線里。該曲線表示觀察者要觀察到一個圖形所需的最低對比度，該對比度是用周數/度做單位的圖形的空間頻率的函數。眼睛一般對2-10周/度的頻率特別敏感，峰值在5周/度。在此范圍觀察閾值約為0.1%調制。要把空間周期轉換為以周/度為單位的空間頻率，需要引進觀察者的觀察距離。在18英寸的觀察距離每度約8mm。于是將8mm除以莫爾圖形的以mm為單位的空間周期，就得出它的以周/度為單位的空間頻率。上面的例子中，25mm的莫爾圖形周期對應于約0.32周/度。在這個空間頻率，觀察閾值約為1%調制。根據傅立葉分析，二純粹方波屏大約有1.8%調制，所以上述莫爾圖形勉強可被觀察者看出來。莫爾圖形的可觀察度的關鍵參數為以周/度為單位的空間頻率和它的調制情況。因為這些特性是來自形成莫爾圖形的兩個屏，這兩個屏的結構參數就是關鍵。如在上面的例子中的討論，直線屏或者只在一個方向變化的屏會產生直線的莫爾圖形。如象楔形零件那樣將彎曲結構引進圖形，就使得圖形成為二維的。周期性排布就導致二維諧波分量。正由于這種周期性分量跟薄膜三極管(TFT)黑矩陣結構的周期性發生差拍，就潛在了產生莫爾圖形的可能。這種二維圖形看起來像重疊的鉆石或正弦波。當楔形零件的較長的維度伸長，圖形變成一維，莫爾圖形會如上面描述的那樣演化。當楔形零件的較長維度縮短，屏幕增益降低，那時的情況就沒有意義。楔形零件的這個區間的長度能導致上述的莫爾圖形。這類似于由TFT跟一個線形屏建立的莫爾圖形，差別僅在楔形元件的彎曲結構產生的莫爾圖形的對比度較低。對各楔形零件的安排所引進的無規化也有助于去除周期性，進一步降低莫爾圖形的可觀察度。圖11是一個光學優選法圖。該圖顯示光重新導向薄膜的軸向增益跟莫爾圖形的減弱之間的關系(軸向增益數越高則軸向顯示越亮，莫爾圖形(相對)數越高則系統內莫爾圖形的量越多)。理想地，完善的光重新導向薄膜將處于圖中左上角，即有高的軸向增益而沒有莫爾圖形。現實中，莫爾圖形跟軸向增益是直接相關的，用來減弱莫爾圖形的方法也會對軸向亮度有負面影響。液晶顯示器工業中，清晰度提高時(也使莫爾圖形更明顯)，制造商們期望有一個折中位置，該處莫爾圖形明顯減弱，而軸向亮度的損失則最小。為了發明滿足這一判據的薄膜現有技術的努力都失敗了，所制成的薄膜可以很好地減弱莫爾圖形，但是其軸向亮度對于許多用途而言卻較低。本發明所用的制造光重新導向薄膜的一種工藝將高分子材料融化后從縫隙模子中擠壓出來而成。一般采用T縫模或掛衣架形縫模。該工藝包括將高分子或其混合物(融化后)擠壓出模子的縫隙，讓擠出的箔坯迅速淬冷到一個輥筒表面，該輥筒表面預先已精密加工成所需的幾何圖形，高溫度的箔坯在輥筒面上驟冷到材料的玻璃化溫度之下，從而依照輥筒表面圖形形成了透明膜上的表面特征，留下了所需的光學元件的形狀。本發明的薄膜的制造也可采用按照模型來真空成形，采用可被紫外光固化的材料注塑表面零件，覆蓋到箔坯面上，然后uv固化，浮雕成高分子箔坯上的表面零件。本發明可以用于任何液晶顯示器件，以下描述常用的安排。液晶(LC)廣泛用于各種電子顯示器。在這些顯示器系統中，置于偏振層和分析層之間的LC層具有一種導向器(作用)，相對于其法向軸，在液晶層中展示出方位角的扭轉。分析層的取向排列使得它的吸收軸垂直于偏振層的吸收軸。經過偏振層起偏振的入射光通過液晶室時受到了液晶里的分子取向排列的影響，在液晶室上加電壓可改變液晶分子取向。利用這個原理可以控制從外源，包括周邊光，射入的光的透過。進行這種控制所需的能量一般遠小于其它類型的顯示器，例如陰極射線管，所用發光材料所需的(控制)能量。所以，LC技術就有了這樣一些用途，包括但不限于數字表、計算器、手提電腦、和游戲機等，其中，重量輕、功耗低、使用壽命長是其重要的特征。實施例以下的例子說明本發明的實施。它們并無意于窮舉本發明所有可能的變化。各部件和百分數是就其重量而言，除非另外說明。發明例1按照本發明的發明例1是制成為一體結構(單層)，材料為通用電器公司出品的薄板光學級聚碳酸酯。采用擠壓輥模制成薄膜，其中融化的聚碳酸酯在約為315。C的溫度被擠壓進入兩個輥筒的隙縫，一個輥筒表面是有圖形的，另一個輥筒表面光滑起施壓作用。這樣制成的薄膜厚度約125|nm，一面形成了圖形，另一面平滑。圖形包括彎曲楔形零件。發明例l(薄膜上)的單獨零件平均長1360iam，寬50^im,高24pm，帶90。內夾角。這些零件被無規地、有重疊和交叉地布置在薄膜的整個表面，并且使得兩個相鄰零件的最高點的平均間距約為35pm。發明例2用跟發明例1相同的方式以及相同的材料、工藝和厚度來制備發明例2(的薄膜)。發明例2(薄膜上)的單獨零件平均長950(urn,寬44)iim,高22pm，帶90。內夾角。這些零件被無規地、有重疊和交叉地布置在薄膜的整個表面，并且使得兩個相鄰零件的最高點的平均間距約為22pm。對比例1采用3M公司出品市售的BEFII型光亮度增進的薄膜作為對比例1。該BEFII型是雙層結構(可以有夾在雙層內起粘結作用的第三層)的有取向的聚乙烯(厚度約為100pm)(薄膜)，帶有的光亮度增進的零件是用聚丙烯(厚度約為25pm)材料覆蓋上去然后用UV固化的。這些零件是連續的線形棱柱體，其平均間距50pm，高度25iim，和內夾角90。。對比例2采用3M公司出品市售的BEFIII-T型光亮度增進的薄膜作為對比例2。該BEFIII-T型的結構類似BEFII型，但是表面零件有些不同。其零件為連續的線形棱柱體，具有平均間距50pm，內夾角90°，且可變高度。沿棱柱體長度方向其高度變化使這些棱柱體形成了"波浪形"外觀。這些棱柱體的突出邊緣線高度也在變，但在跟薄膜平面平行的平面內卻不變。這種薄膜設計成減弱系統內的莫爾圖形。對比例3對比例3采用跟發明例1和2相似結構，但帶有不同的零件。這里的單獨的零件平均長400nm，寬58iiim，高29pm，帶90。內夾角。這些零件被無規地、有重疊和交叉地布置在薄膜的整個表面，并且使得兩個相鄰零件的最高點的平均間距約為35^m。對這些薄膜的光重新導向性能的檢驗，將薄膜有圖形的一面遠離光源，采用漫散的Lambertian光源。用相對照度跟角度關系在0。方位角的曲線，來比較光亮度的增加。圖12顯示比較的結果，其中151(曲線)對應于Lambertian光源的相對照度跟角度的關系。將本發明和對比薄膜的相對照度跟角度關系的其它曲線，按軸向光增益遞減順序排列為153-比較例1，155-比較例2，157-發明例1，159-發明例2，161-比較例3。本發明的光重新導向薄膜跟上面列出的各比較例對于莫爾圖形的性能是用觀察來評價的。在高度漫散的Lambertian白光源下檢視各薄膜。每個薄膜放置得使它的各元件在薄膜上的分布讓其長軸平行順排于液晶顯示器的RGB陣列。偏離軸線做觀察，這樣可看見莫爾圖形的最差的情況。用各個光重新導向薄膜來做手提式顯示器的通常清晰度范圍的檢測，用觀察來評估莫爾圖形，然后彼此比較來評級。液晶屏的清晰度(分辨率)為0.3075mm,0.298mm,0.279mm,0.264mm,0.2250mm,0.2175mm,和0.2055mm。將各薄膜評為0-5級，0為沒有莫爾圖形，5指莫爾圖形最強。觀察評級按照下表-<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>對得到的數據作了歸一。下圖顯示評級數據，本發明和對比例的莫爾圖形的相對評級結果<table>tableseeoriginaldocumentpage22</column></row><table>盡管莫爾圖形和軸向光亮度分別都對液晶顯示器系統中薄膜性能很重要，但平衡處理莫爾圖形減弱和軸向光增益對于液晶顯示器的總體性能是關鍵性的。市售的(薄膜)沒能充分滿足既減弱莫爾圖形又不明顯減弱軸向光亮度這種要求的挑戰，現有技術的嘗試也未取得成功。圖11顯示了光重新導向薄膜的軸向光增益跟莫爾圖形減弱的光學優選法圖(軸向增益數越高則軸向顯示越亮，莫爾圖形數越高則系統內莫爾圖形的量越多)。理想地，完善的光重新導向薄膜將處于圖中左上角，即有高的軸向增益而沒有莫爾圖形。現實中，莫爾圖形跟軸向增益是負相關的，用來減弱莫爾圖形的方法也會對軸向亮度有負面影響。液晶顯示器工業中，清晰度提高時(也使莫爾圖形更明顯)，制造商們期望有一個折中位置，該處莫爾圖形明顯減弱，而軸向亮度的損失則最小，該位置示于圖11的包含點145和147的方框內，分別代表發明例1和例2。現有技術沒能得出滿足這一判據的薄膜，所得的薄膜要么減小了光增益卻沒能明顯減弱莫爾圖形，要么很好減弱了莫爾圖形但對許多用途來說光增益較低。對應比較例2的點143減弱了莫爾圖形，但是如圖11所示，它相比點141(對比例l)減弱了軸向光增益，而且減弱莫爾圖形不明顯。另外的嘗試，對比例3的點149，生產的薄膜有很低的莫爾圖形，但是對某些應用，對比例3的薄膜缺乏足夠的軸向光亮度。因為本發明的薄膜用聚碳酸酯高分子材料制成，所得到的光重新導向薄膜，相比用UV固化的較脆弱的棱柱體結構所制成的控制材料，是牢固、抗擦傷和抗磨損的。并且，業已得知聚碳酸酯高分子材料，能夠滿足LCD背投光組件需求的條件，提供可靠的光學性能。以上特別參照幾個較佳的實施方案詳細描述了本發明，但是應該理解，在本發明的精神和范圍內各種變化和修改都是可能的。元件列表1;單個彎曲楔形單獨光學元件3;彎曲表面5;平面表面7;突出邊緣11;單個彎曲楔形單獨光學元件13;曲率半徑23;彎曲光楔元件27;元件31;零件33;彎曲邊35;平直邊37;零件38;彎曲邊39;平直邊41;光操控薄膜的截面43;間距44;間距45;間距46;間距47;薄膜截面的一部分100;顯示器101;光源103;背反射片105;光導107;漫散射片109;光重新導向高分子薄膜llh液晶顯示器模件121;顯示器123;光源125;背反射片[27;光導L29;漫散射片[31;光重新導向薄膜[33;光重新導向薄膜[35;液晶顯示器模件!41;對比例1.43;對比例245;發明例l47;發明例249;對比例351;光源的相對照度跟角度的關系圖53;對比例1的相對照度跟角度的關系圖55;對比例2的相對照度跟角度的關系圖57;發明例1的相對照度跟角度的關系圖59;發明例2的相對照度跟角度的關系圖61;對比例3的相對照度跟角度的關系圖71;顯示器系統73;光源75;光重新導向薄膜77;楔形零件79;顯示器81;顯示器系統83;光源85;光重新導向薄膜87;楔形零件89;顯示器權利要求1、一種將光線重新導向的薄膜，包括在高分子薄膜或基板的至少一個表面的上面或里面的多個單獨的高分子光學元件，其中所述各個光學元件具有至少兩個表面，這兩個表面至少有一個為彎曲的，所述光學元件具有的長度在800-4000微米范圍內。2、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件具有一個彎曲表面和一個平面表面。3、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件具有至少兩個彎曲表面。4、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件具有至少一個形狀不對稱表面。5、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件彼此相對轉動。6、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件中約有一半相對其余的光學元件轉動了180°。7、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件彼此相對錯開，并且彼此交叉。8、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件彼此相對成鏡子配置。9、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件的位置是無規則地布置的。10、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件一般是順排起來的。11、如權利要求l的薄膜，其中所述各個光學元件具有至少一個彎曲表面，其曲率半徑在0.8-20毫米范圍。12、如權利要求l的薄膜，其中所述各個光學元件的寬度在20-300微米范圍內。13、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件的零件突出邊緣的最200580045752.9權利要求書第2/4頁大高度在10-150微米范圍內。14、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件在它們的最高點處具有內夾角在80-110。的截面。15、如權利要求1的薄膜，其中所述各個光學元件中的兩個相鄰光學元件的最高點之間的距離給出的平均間距在10-IOO微米范圍內。16、如權利要求l的薄膜，其中所述光重新導向薄膜為整體結構，其中所述各光學元件和支撐各光學元件的高分子薄膜或基板是一體化結構，在各光學元件跟高分子薄膜或基板的任何其余部分之間沒有過渡點。17、如權利要求1的薄膜，其中所述高分子薄膜或基板是由聚碳酸酯做成的。18、如權利要求1的薄膜，其中所述高分子薄膜或基板具有的折射率在1.40-2.00之間。19、如權利要求l的薄膜，其中所述光重新導向薄膜具有的軸向光增益至少為1.3。20、如權利要求1的薄膜，其中所述高分子薄膜或基板具有第一和第二表面，所述表面中至少一個包含下述的一種或多種一種組織紋理、覆層、染色、光發射層、無光抹光、漫散抹光、鏡面抹光、和光學平滑抹光。21、如權利要求1的薄膜，其中所述高分子薄膜或基板具有第一和第二表面，其中所述表面至少一個包含所述光學元件而另一個表面包含下述的一種或多種一種組織紋理、覆層、染色、光發射層、無光抹光、漫散抹光、鏡面抹光、和光學平滑抹光。22、如權利要求1的薄膜，其中所述高分子薄膜或基板具有第一和第二表面，所述表面中至少一個包括光學元件的表面具有下述的一種或多種一種組織紋理、覆層、染色、光發射層、無光抹光、漫散抹光、鏡面抹光、和光學平滑抹光。23、一個顯示系統，包括一個背投光組件，它含有至少一個光源和至少一個使得從所述背投光組件接收到的光重新導向的光重新導向薄膜，所述的200580045752.9權利要求書第3/4頁光重新導向薄膜包括一個高分子薄膜或基板，在該高分子薄膜或基板的至少一個表面的上面或里面具有多個單獨的高分子光學元件，這些光學元件具有至少兩個表面，這兩個表面至少有一個為彎曲的，所述光學元件具有的長度在800-4000微米范圍內。24、如權利要求23的顯示系統，包括所述一個光重新導向薄膜并且還包括第二個光重新導向薄膜。25、如權利要求24的顯示系統，其中所述第二個光重新導向薄膜，相對于所述第一個光重新導向薄膜上的各個單獨的光學元件的長度的方向，被轉了80-100。。26、如權利要求23的顯示系統，還包括至少一個漫散射膜。27、如權利要求23的顯示系統，其中至少一些所述的光學元件只有兩個表面。28、如權利要求27的顯示系統，其中所述光學元件的所述兩個表面是不對稱的。29、如權利要求23的顯示系統，其中所述的光學元件具有至少一個不對稱形狀的表面。30、如權利要求23的顯示系統，其中所述光學元件處于該光重新導向薄膜的相對光源較遠的表面。31、如權利要求23的顯示系統，其中所述光學元件處于該光重新導向薄膜的相對光源較近的表面。32、如權利要求23的顯示系統，其中所述光學元件處于該光重新導向薄膜的相對光源較遠的表面以及較近的表面。33、如權利要求23的顯示系統，其中至少一些所述光學元件具有一個彎曲表面和一個平面表面。34、如權利要求23的顯示系統，其中所述光學元件的位置是無規則地布置的。4200580045752.9權利要求書第4/4頁35、如權利要求23的顯示系統，其中所述光學元件一般是順排起來的。36、如權利要求23的顯示系統，其中所述光學元件的布置使得該薄膜在任何LC像素區域有至少95%表面被所述光學元件所覆蓋。37、如權利要求23的顯示系統，其中所述各個光學元件具有的曲率半徑在0.8-20毫米范圍內。38、如權利要求23的顯示系統，其中通過所述顯示系統不能看見莫爾圖形。全文摘要本發明涉及一種將光線重新導向的高分子薄膜，包括多個單獨的高分子光學元件，其中各個元件包括在薄膜平面上的各個彎曲楔形零件(光楔)，其長度在800-4000微米范圍內。文檔編號G03H1/28GK101151582SQ200580045752公開日2008年3月26日申請日期2005年11月3日優先權日2004年11月4日發明者克里斯·布羅菲,提摩西·A·麥考卡棱,李純元,杰弗瑞·R·派克,羅伯特·布爾德萊斯,羅納德·J·蘇多爾,謝里爾·布里基申請人:上海向隆電子科技有限公司