在宏观尺度特征上具有衍射特征的微复制膜的制作方法

专利名称：在宏观尺度特征上具有衍射特征的微复制膜的制作方法
在宏观尺度特征上具有衍射特征的微复制膜
背景技术：
利用切削加工技术可形成诸如微复制工具的多种工件。微复制工具常常用于挤出 工艺、注模工艺、压印工艺、铸造工艺等，以形成微复制结构。光学膜、研磨膜、粘合膜、具有 自配合外形的机械紧固件、或具有尺寸相对较小(例如小于约1000微米)的微复制特征的 任何模制或挤出部件均可包含微复制结构。微结构也可通过多种其他方法制造。例如，可通过浇铸固化工艺将样板工具的结 构从样板工具转移到其他介质(例如聚合物材料的带材或卷材)上，以形成量产工具；然后 利用该量产工具制作微复制结构。也可用如电铸之类的其他方法来复制样板工具。制作光 导膜的另一种替代方法是直接对透明材料进行切削或切削加工来形成合适的结构。其他技 术包括化学蚀刻、喷丸或其他随机表面修改技术。

发明内容
与本发明相符的光学膜包括基底和基底主表面上的微复制特征。这些微复制特征 包括宏观尺度特征和位于宏观尺度特征上的一个或多个衍射特征。这些膜可由经具有衍射 特征的刀头加工过的工件制成。该刀头在加工工件时同时形成宏观尺度特征和衍射特征。 然后，可用涂布工艺由经加工的工件制作光学膜。


附图包含在本说明书中并构成本说明书的一部分，并且它们结合具体实施方式
阐 明本发明的优点和原理。附图中，图1为用于在工件上制作微结构的刀具系统的示意图
图2是表示刀具坐标系的示意图3为用于刀具的示例性PZT叠堆的示意图4A为刀头座的透视图4B为用于夹持刀头的刀头座的前视图4C为刀头座的侧视图4D为刀头座的俯视图5A为刀头的透视图5B为刀头的前视图5C为刀头的仰视图5D为刀头的侧视图6A为FTS致动器的俯视剖面图6B是表示PZT叠堆在致动器内的布置的前视剖面图
图6C为致动器的前视图6D为致动器的后视图6E为致动器的俯视图6F和6G为致动器的侧视图；图6H为致动器的透视图；图7A为示意图，示出了进入工件的斜入角和离开工件的斜出角基本上相等的断 续切削；图7B为示意图，示出了进入工件的斜入角小于离开工件的斜出角的断续切削；图7C为示意图，示出了进入工件的斜入角大于离开工件的斜出角的断续切削；图8为示意图，概念性地示出了可利用具有断续切削FTS致动器的刀具系统制作 的微结构；图9A为经切削加工的刀头的透视图；图9B为经切削加工的刀头的前视图；图9C为经切削加工的刀头的仰视图；图9D为经切削加工的刀头的侧视图；图IOA为具有经切削加工的刀头和未经切削加工的刀头的多刀头工具的侧视图；图IOB为具有多个经切削加工的刀头的多刀头工具的侧视图；图IlA和IlB分别为侧视图和透视图，概念性地示出了可用具有FTS致动器的带 至少一个经切削加工的刀头的刀具系统制作的微结构；图12A和12B分别为侧视图和透视图，概念性地示出了利用具有断续切削FTS致 动器的带至少一个经切削加工的刀头的刀具系统可制作的微结构；图13A为在两个小面上都具有衍射特征的刀头的侧视图；图13B为在两个小面上都具有衍射特征的另一个刀头的侧视图；图14为在一个小面上有衍射特征的刀头的侧视图；图15A为具有台阶高度变化的衍射特征的刀头的侧视图；图15B为具有台阶高度变化的衍射特征的另一个刀头的侧视图；图16为具有沿90°小面侧面的衍射特征的刀头的侧视图；图17为具有沿平坦顶端的衍射特征的刀头的侧视图；图18为具有沿弯曲顶端的衍射特征的刀头的侧视图；图19为具有以台阶状形成的衍射特征的刀头的侧视图；图20为具有柱面镜状衍射特征的刀头的侧视图；图21为具有沿弯曲小面的衍射特征的刀头的侧视图；图22为具有沿多个直线形小面的衍射特征的刀头的侧视图；图23A为离子铣削前的刀头的侧视图；图23B为图23A的刀头在用离子铣削在刀头上的同一平面内形成衍射特征后的侧 视图；图24A为离子铣削前的刀头的侧视图；图24B为图24A的刀头在用离子铣削在刀头上的不同平面上形成衍射特征后的侧 视图；图25A为非FTS刀架的第一透视图；图25B为非FTS刀架的第二透视图；图25C为非FTS刀架的俯视图26A为用于将刀头固定到非FTS刀架上的刀柄的透视图；图26B为用于固定刀头的刀柄的前视图；图26C为用于固定刀头的刀柄的仰视图；图26D为用于固定刀头的刀柄的侧视图；图27A为透视图，示出了用由与图13A所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的 膜的代表性部分；图27B为透视图，示出了用由与图13B所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的 膜的代表性部分；图28为透视图，示出了用由与图14所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的膜 的代表性部分；图29A为透视图，示出了用由与图15A所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的 膜的代表性部分；图29B为透视图，示出了用由与图15B所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的 膜的代表性部分；图30为透视图， 的代表性部分；图31为透视图， 的代表性部分；图32为透视图， 的代表性部分；图33为透视图， 的代表性部分；图34为透视图， 的代表性部分；图35为透视图， 的代表性部分；以及图36为透视图， 的代表性部分。
具体实施例方式刀具系统普通金刚石车削技术在PCT已公布的专利申请WO 00/48037中有描述，该专利申 请全文以引用方式并入本文中。这类方法以及制作光学膜或其他膜时使用的设备可以包括 快速伺服刀具。如WO 00/48037中所公开的，快速刀具伺服机构(FTS)是一种被称为PZT 叠堆的固态压电(PZT)装置，可以快速调整附接到PZT叠堆上的刀具的位置。FTS允许在坐 标系内的方向上高度精确地高速移动刀具，下文将对此进行详细描述。图1为用于在工件上制作微结构的刀具系统10的示意图。微结构可包括任何类 型、形状和尺寸的位于制品表面、内部或从其上伸出的结构。例如，利用在本说明书中所述 的致动器和系统形成的微结构可以具有1000微米的节距、100微米的节距、1微米的节距，
示出了用由与图16所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的膜 示出了用由与图17所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的膜 示出了用由与图18所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的膜 示出了用由与图19所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的膜 示出了用由与图20所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的膜 示出了用由与图21所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的膜 示出了用由与图22所示刀头相当的刀头加工成的工件制作的膜或甚至约200纳米(nm)的亚光波长节距。或者，在其他实施例中，微结构的节距也可大于 1000微米，不论这些节距微结构如何被切削。这些尺寸仅只是为了说明的目的，利用在本说 明书中所述的致动器和系统形成的微结构可以具有在使用该系统能够加工的范围内的任 何尺寸。系统10由计算机12控制。计算机12具有(例如)下列组成部分用于存储一个 或多个应用程序16的存储器14 ；用于提供非易失性信息存储的辅助存储器18 ；用于接收 信息或命令的输入装置20 ；用于执行存储在存储器14或辅助存储器18内或接收自另一来 源的应用程序的处理器22;用于输出可视显示信息的显示装置24;以及用于输出其他形式 信息的输出装置26，例如，用于输出音频信息的扬声器或用于输出硬拷贝信息的打印机。用刀头44对工件54进行切削。当工件54被驱动器和编码器56 (例如由计算机 12控制的电机)旋转时，致动器38控制刀头44的运动。在本例中，所示工件54为滚轴形 式；然而，也可以采用平面形式。可以使用任何可被切削加工的材料；例如，工件可以采用 铝、镍、铜、黄铜、钢或塑料(如丙烯酸树脂)。所用的具体材料可取决于(例如)具体的所 需应用，例如，用经切削加工的工件制作各种膜。致动器38以及下述的致动器可以采用(例 如)不锈钢或其他材料。致动器38可拆卸地连接到刀架36上，而刀架36则位于轨道32上。刀架36和致 动器38被配置在轨道32上，以便在箭头40和42所示的χ方向和ζ方向上运动。计算机 12经由一个或多个放大器30电连接至刀架36和致动器38。当用作控制器时，计算机12 通过致动器38控制刀架36沿轨道32的运动以及刀头44的运动，以加工工件54。如果致 动器具有多个PZT叠堆，则可用分开的放大器来独立地控制每个PZT叠堆，以用于独立地控 制连接到每个叠堆上的刀头的运动。计算机12可用函数发生器28为致动器38提供波形， 以便在工件54上加工各种微结构，下文将对此进一步说明。通过协调各部件的运动来完成对工件54的加工。具体地讲，在计算机12的控制 下，通过移动刀架36，并在c方向53上移动工件，以及在χ、y和ζ方向中的一个或多个方 向(下文将对这些坐标加以说明)上移动刀头44，系统可以协调并控制致动器38的运动。 系统通常在ζ方向上以恒定速度移动刀架36，然而也可采用变速。刀架36和刀头44的运 动通常与工件54在c方向的运动(线53所示的旋转运动)同步。所有这些运动都可以利 用(例如)数控技术控制，或者利用通过计算机12中的软件和/或固件执行的数字控制器 (NC)进行控制。对工件的切削可以包括连续和不连续的切削运动。对于滚轴型工件，其切削可包 括环绕或围绕滚轴的螺旋型切削(有时也称为螺纹切削)或各个单独的圆切削。对于平面 型工件，其切削可包括在工件上或围绕工件的螺旋型切削或各个单独的圆切削。也可以采 用X切削，这种切削涉及几乎平直的切削模式，该模式下，金刚石刀头可以横向进出工件， 但刀架的总体运动是直线的。切削也可以包括这些运动类型的组合。经切削加工后，工件54可用来制作具有用于多种应用的对应微结构的膜。这些 膜例如包括光学膜、摩擦控制膜和微紧固件或其他微结构化机件。这些膜通常采用涂布工 艺制作，其中将粘稠状态的聚合物材料涂敷到工件上，让其至少部分地固化，然后取下。固 化的聚合物材料通常形成膜的基本上透明的基底，其大致具有与工件上的结构相反的结 构。例如，工件内的凹陷会在所得的膜内形成凸起。经切削加工后，工件54也可用于制作具有与工件上的对应的离散的单元或微结构的其他制品。利用微复制工具或工件制作膜 的一种具体方法被称为连续浇铸固化(3C)法，该方法在下列专利中有描述，这些专利均 以引用方式全文并入本文中美国专利No. 4，374，077,4, 576，850,5, 175，030,5, 271，968、 5，558，740 和 5，995，690。冷却液46用来经由管线48和50控制刀架36和致动器38的温度。温度控制单元 52可以使冷却液在刀架36和致动器38内循环时温度基本保持不变。温度控制单元52可 采用控制流体温度的任何装置。冷却液可采用油产品，例如低粘度油。温度控制单元52和 冷却液贮存器46可以包括用来使流体循环通过刀架36和致动器38的泵，并且通常也可以 包括制冷系统，以带走流体的热量，使其保持基本恒定的温度。用来循环流体和控制其温度 的制冷和泵送系统是本领域已知的。在某些实施例中，也可以将冷却液施加到工件54上， 以使工件上的被加工材料保持基本上恒定的表面温度。图2为表示刀具(例如系统10)的坐标系的示意图。所示坐标系为刀头62相对 于工件64移动的坐标系。刀头62可与刀头44相对应，且通常附接到与致动器相接的刀头 座60上。在此示例性实施例中，该坐标系包括χ方向66、y方向68和ζ方向70。χ方向66 表示在基本上垂直于工件64的方向上的运动。y方向68表示在横跨工件64的方向(例如 在基本上垂直于工件64的旋转轴的方向)上的运动。ζ方向70表示在横向地沿着工件64 的方向(例如在基本上平行于工件64的旋转轴的方向)上的运动。工件的旋转方向称为 c方向(用图1和图2所示的箭头53表示)。当工件采用与滚轴形式相对的平面形式时， y方向和ζ方向表示在基本上垂直于χ方向且互相正交的方向上横跨工件的运动。平面型 工件可包括(例如)旋转盘或平面材料的任何其他构造。系统10可用于高精度的高速切削加工。这种切削加工必须考虑多种参数，例如， 各部件与工件材料的配合速度。通常必须考虑(例如)待加工的给定体积的金属的比能 量，以及工件材料的热稳定性和性质。与加工有关的切削参数记载于下列参考文献，这些参
M1SIffl力^^；^1 入*t巾:Machining Data Handbook, Library of Congress CatalogCard No. 66-60051，Second Edition(1972)(加工数据手册，国会图书馆目录卡 片编号 66-60051，第二版，1972 年)；Edward Trent and Paulffright, Metal Cutting, Fourth Edition, Butterworth-Heinemann, ISBN 0-7506-7069—X(2000)(Edward Trent 禾口 Paul Wright，金属切肖Ij，第四版，Butterworth-Heinemann，ISBN 0-7506-7069-X (2000))； ZhangJin-Hua, Theory and Technique of Precision Cutting, PergamonPress, ISBN 0-08-035891-8 (1991) (Zhang Jin-Hua，精密切削理论与技术，Pergamon Press, ISBN 0-08-035891-8(1991))；以及 Μ· K. Krueger et al. , New Technology in Metalworking Fluids andGrinding Wheels Achieves Tenfold Improvement in GrindingPerformance, Coolant/Lubricants for Metal Cutting and GrindingConference, Chicago, Illinois, U. S. A.，June 7，2000 (M. K. Krueger等人，“金属加工液和砂轮新技术将磨削性能提高了十 倍”，金属切削及磨削用冷却剂/润滑剂会议，2000年6月7日，美国伊利诺伊州芝加哥)。PZT叠堆、刀头座和刀头图3为用于刀具的示例性PZT叠堆72的示意图。PZT叠堆用来使与之相连的刀头 运动，并按照本领域已知的PZT效应工作。按照PZT效应，施加到某些类型材料上的电场会 使材料沿一轴线伸展，并沿另一轴线收缩。PZT叠堆通常包括封闭在壳体84内并安装在底板86上的多种材料74、76和78。此示例性实施例中的材料采用受PZT效应影响的陶瓷材 料。所示三个盘片74、76和78仅用来举例说明，也可根据(例如)具体实施例的要求而采 用任何数量及形状的盘片或其他材料。柱88连接到盘片上并伸出壳体84。这些盘片可用 任何PZT材料例如钛酸钡、锆酸铅或钛酸铅材料混合、压制、作基底以及烧结而成。盘片也 可以采用(例如)磁致伸缩材料。与盘片74、76和78的电连接(如线80和82所示)为其提供电场，使柱88移动。 由于PZT效应，并基于所施加的电场类型，可以实现柱88的精确且微量的移动，例如在几微 米范围内的移动。另外，可将PZT叠堆72具有柱88的一端安装到一个或多个贝氏弹簧垫 圈上，从而为PZT叠堆提供预荷载。贝氏弹簧垫圈具有一定的柔性，以允许柱88和连接到 其上的刀头移动。图4A-4D为示例性刀头座90的视图，该刀头座可以安装到PZT叠堆的柱88上，以 通过致动器进行控制，这将在下文中说明。图4A为刀头座90的透视图。图4B为刀头座90 的前视图。图4C为刀头座90的侧视图。图4D为刀头座90的俯视图。如图4A-4D所示，刀头座90包括平的背表面92、锥形的前表面94和具有成角度 或锥形的侧面的突出表面98。孔96用来将刀头座90安装到PZT叠堆的柱上。锥形的表 面98用来安装用于加工工件的刀头。在此示例性实施例中，刀头座90包括平表面，当安装 到PZT叠堆上时，该表面提供了更大的表面积接触，从而提高了安装稳定性；刀头座还包括 锥形的前表面，以减轻刀头座的质量。刀头座90可通过使用粘合剂、硬钎焊、软钎焊、紧固 件(例如螺栓)或其他方式安装到PZT叠堆的柱88上。刀头座也可根据(例如)具体实施例的要求而采用其他构造。术语“刀头座”在 文中包括用来固定加工工件所用刀头的任何类型的结构。刀头座90可以采用(例如)一 种或多种下列材料烧结碳化物、氮化硅、碳化硅、钢、钛、金刚石或人造金刚石材料。刀头座 90的材料优选为刚性的并具有较低的质量。图5A-5D为示例性刀头100的视图，该刀头可通过粘合剂、硬钎焊、软钎焊或其他 方式固定到刀头座90的表面98上。图5A为刀头100的透视图。图5B为刀头100的前视 图。图5C为刀头100的仰视图。图5D为刀头100的侧视图。如图5A-5D所示，刀头100 包括侧面104、锥形和成角度的前表面106以及用于将刀头固定到刀头座90的表面98上的 底面102。刀头100的前部105用来在致动器控制下加工工件。刀头100可以用(例如) 金刚石块制成。断续切削FTS致动器由于刀头在切削过程中非连续地接触工件，形成不邻接的微结构，因此断续切削 FTS致动器可用来制作小的微结构。利用这些特征可以制作膜光导、微流体结构、分段粘合 剂、磨料制品、光学扩散片、高对比度光学屏幕、光重定向膜、抗反射结构、光混合结构和装 饰膜。致动器可为其他优点之实现提供条件。例如，可使特征小到肉眼无法看见。这种 特征(例如)可减少对用扩散片来隐藏液晶显示器内的光提取特征的需要。另一个优点是 可以将光提取特征制成直线的或圆形的。在直线的情况下，它们可与(例如)常规冷阴极 荧光灯(CCFL)光源一起使用。在圆形情况下，可以将光提取特征制作在圆弧上，使中心位 于LED正常情况下所设的位置。另一个优点涉及到编程和结构布局，其中无需将所有特征沿着像连续凹槽那样的单条线布置。可以通过布置沿特征的间隔、正交于特征的间隔以及 深度，确定性地调整光提取特征的面密度。此外，可以通过选择切削小面的角度和半角度， 获得优选的光提取角度。特征的深度可以在(例如)0至35微米的范围内，更典型地在0至15微米的范围 内。对于滚轴型工件，任何单个特征的长度均受沿c轴旋转工件的每分钟转数(RPM)以及 FTS的响应时间和波形输入的控制。特征长度可控制在(例如)1至200微米的范围内。对 于螺旋型切削，正交于凹槽的间隔(节距)也可以编程为从1至1000微米。如下所示，制作 特征的刀头将斜削地切入、切出材料，从而形成结构，结构的形状受下列因素控制RPM、FTS 的响应时间和波形输入、主轴编码器的分辨率以及金刚石刀头的后角(例如，最大45度)。 后角可以包括刀头的刀面角。这些特征可以具有多种多样的三维形状，例如，对称、非对称、 大致半球状、棱柱和半椭球体。图6A-6H为表示用于实现断续切削微复制系统和方法的示例性致动器110的视 图。术语“致动器”指使刀头基本沿X方向移动以用于加工工件的任何类型的致动器或其 他装置。图6A为致动器110的俯视剖面图。图6B是表示致动器110内的PZT叠堆布置的 前视剖面图。图6C为致动器110的前视图。图6D为致动器110的后视图。图6E为致动 器110的俯视图。图6F和6G为致动器110的侧视图。图6H为致动器110的透视图。为 清楚起见，图6C-6H中省略了致动器110的某些细节。如图6A-6H所示，致动器110包括能够固定χ方向PZT叠堆118的主体112。PZT 叠堆118附接到具有刀头135的刀头座136，用于使刀头在箭头138所示的χ方向上移动。 PZT叠堆118可以采用图3所示的示例性PZT叠堆72。刀头座136以及其上的刀头135可 以采用图4A-4D所示的刀头座和图5A-5D所示的刀头。主体112还包括两个孔114和115， 用于将主体可拆卸地(例如通过螺栓)安装到刀架36上，以在计算机12控制下加工工件 54。PZT叠堆118固定地安装在主体112内，以保证精确控制刀头135的移动所需的 稳定性。在本例中，刀头135上的金刚石为对于竖直小面偏离45度的金刚石，但也可以采 用其他类型的金刚石。例如，刀头可以为V形(对称或非对称)、圆头、平坦或弯曲小面的。 由于不连续的(不相邻)特征在金刚石车床上切削，它们可以是直线的或圆形的。此外，由 于这些特征不是连续的，因而它们不需要沿着单条直线或单个圆。这些特征可以伪随机方 式散布。PZT叠堆118通过轨道(例如轨道120和122)固定在主体112内。PZT叠堆118 最好能够通过沿轨道滑动而从主体112上移除，并且可以通过螺栓或其他紧固件固定在主 体112内。PZT叠堆118包括电连接130，用于从计算机12接收信号。PZT叠堆118的端盖 包含口 128，用来接纳来自贮存器46的冷却液(例如油)，使油在PZT叠堆周围循环，并将 油经口 132送回贮存器46，以保持对其温度的控制。主体112可以包括合适的通道，用于引 导冷却液在PZT叠堆118周围流动，冷却液可以通过泵或其他装置在温度控制单元52内循 环。图6Β为表示主体112内的PZT叠堆118布置的前视剖面图，图中未示出PZT叠堆 118的端盖。主体112在PZT叠堆的每个孔内可以包括多个轨道，以将PZT叠堆固定在适当 的位置。例如，PZT叠堆118被轨道120、122、142和144包围，以便在安装到主体112内时将其牢牢地固定在适当的位置。附接于PZT叠堆118的端盖可以容纳螺栓或其他紧固件， 以将PZT叠堆固定于一个或多个轨道120、122、142和144，并且端盖也可以为主体112内的 PZT叠堆118提供密封，以用于在其周围循环冷却液。PZT叠堆118可以包括一个或多个设 置在叠堆和刀头座136之间的贝氏弹簧垫圈，以对它们预先加载。图7A-7C表示使用上述示例性致动器和系统对工件进行断续切削加工的情形。具 体地讲，图7A-7C示出了刀头的可变斜入角和斜出角的使用，利用(例如)上述参数可以控 制这些角度。图7A-7C还示出了以不同斜入角和斜出角切削工件前后的实例。斜入角表示 为λ λ，斜出角表示为λ ^0术语“斜入角”和“斜出角”分别表示在加工过程中刀头进入工 件和离开工件的角度。斜入角和斜出角不必一定对应于刀头移动而通过工件时的角度；更 确切的说，它们是指刀头接触和离开工件的角度。在图7A-7C中，刀头和工件可以采用(例 如)上述系统和部件。图7Α是表示以基本上相等的斜入角和斜出角进入和离开工件153的断续切削150 的示意图。如图7Α所示，刀头151进入工件153的斜入角152基本上等于斜出角154(λ尺 ^ λ )。刀头151进入工件153的持续时间决定了所得微结构的长度L(156)。使用基本 上相等的斜入角和斜出角会导致通过用刀头从工件上移除材料而形成基本上对称的微结 构158。该过程可以重复进行，以制作由距离D(162)隔开的更多的微结构，例如微结构160。图7B为表示进入工件167的斜入角小于离开工件167的斜出角的断续切削的示 意图。如图7B所示，刀头165进入工件167的斜入角166小于斜出角168(λ λ< λ出)。 刀头165在工件167内的停留时间决定所得微结构的长度170。使用小于斜出角的斜入角 会导致非对称的微结构，例如通过用刀头从工件上移除材料而形成的微结构172。该过程可 以重复进行，以制作由距离176隔开的更多的微结构，例如微结构174。图7C为表示进入工件181的斜入角大于离开工件181的斜出角的断续切削的示 意图。如图7C所示，刀头179进入工件181的斜入角180大于斜出角182(λ λ> λ出)。 刀头179在工件181内的停留时间决定所得微结构的长度184。使用大于斜出角的斜入角 会导致非对称的微结构，例如通过用刀头从工件上移除材料而形成的微结构186。该过程可 以重复进行，以制作由距离190隔开的更多的微结构，例如微结构188。在图7A-7C中，斜入角和斜出角的虚线(152、154、166、168、180和182)用来概念 性地表示刀头进入和离开工件的角度实例。在切削工件时，刀头可以在任何具体类型的路 径内移动，例如，直线路径、弯曲路径、包含直线运动和曲线运动的组合的路径或者由具体 功能限定的路径。可以选择刀头的路径，以优化切削参数，例如完成工件切削所需的总时 间。图8为示意图，概念性地表示可以用具有断续切削FTS致动器的刀具系统制作的 膜上的微结构，具体来讲是利用刀具系统制作经切削加工的工件，然后再利用该工件制作 结构化膜。如图8所示，制品200包括顶部表面202和底部表面204。顶部表面202包括断 续切削的凸形微结构(例如结构206、208和210)，这些微结构可以利用上述致动器和系统 进行制作，即首先加工工件，然后再利用该工件和涂布技术来制作膜或制品。在本例中，每 个微结构都具有长度L，顺序切削的微结构之间由距离D隔开，相邻微结构之间则由节距P 隔开。上文提供了实现这些参数的若干实例。经切削加工的刀头
图9A-9D为示例性经切削加工的刀头220的视图，这些刀头将利用(例如)粘合 剂、硬钎焊、软钎焊或其他方式固定到刀头座90的表面98上。图9A为刀头220的透视图。 图9B为刀头220的前视图。图9C为刀头220的仰视图。图9D为刀头220的侧视图。如 图9A-9D所示，刀头220包括侧面224、锥形和成角度的前表面226以及用于将刀头固定到 刀头座90的表面98的底面222。刀头220的前部225用来在致动器控制下(例如通过使 用上述系统)加工工件。刀头220被加工成使其前部225上也具有微结构(如凹槽)221 和223，微结构221和223也用来加工工件。经切削加工的刀头内的微结构可以具有上述的 一种或多种示例性形状和尺寸。刀头220可以用(例如)金刚石块制成。微结构221和223以及经切削加工的刀 头上的其他微结构可优选地通过离子铣削制作。在刀头上制作微结构或衍射结构的其他技 术包括微细电火花加工、磨削、研磨、刻蚀、激光铣削、光刻后蚀刻，或者赋予刀头划痕或特 征的其他方法。在刀头上制作微结构或衍射结构的另一种技术包括在比金刚石更易加工 的模具内加工与预期结构相反的结构，然后利用等离子体沉积材料填充模具，或者在高压 下利用细粉在模具内形成固体，以形成硬工具加工刀具。作为另一种选择，可以按照传统方式研磨金刚石，然后再精确地粘合在一起，以制 作具有微结构特征的宏观工具组件。只是为了说明的目的，刀头的每个侧面仅示出一个微 结构；而刀头可以具有任何数量的微结构以及它们的任何形状、尺寸和配置。作为凹形微结 构的替代形式，经切削加工的刀头也可以具有凸形微结构，或者具有凹形微结构和凸形微 结构的组合。可以在刀头座(例如刀头座90)上安装不止一个刀头，以用于加工工件。在这些 实施例中，多个刀头加工一个工件，以便在工件内基本同时地制作微结构，例如平行的微结 构化凹槽或其他特征。图IOA为具有经切削加工的刀头和未经切削加工的刀头的示例性多 刀头工具230的侧视图。术语“未经切削加工的”刀头是指在通过加工而形成后未经过用 以在刀头内制作微结构的附加切削加工的刀头。多刀头工具230具有未经切削加工的刀头 234和具有微结构238的经切削加工的刀头236。刀头234和236安装在基座232 (例如刀 头座90的表面98)上，并且可用(例如)粘合剂、硬钎焊、软钎焊或其他方式安装。刀头 234和236之间的距离240决定了用具有与刀头236相对应的微结构的多刀头工具230加 工的对应微结构的节距，其中刀头236内被切削加工出附加微结构。在图10-24中，为了方便而使用术语“侧视图”。虽然称为侧视图，但这些视图示出 了加工过程中向下观察时可以看到的刀头顶部的样子。图IOB为具有多个经切削加工的刀头的多刀头工具242的侧视图。多刀头工具242 具有带微结构248的经切削加工的刀头246和带微结构252的另一个经切削加工的刀头 250。刀头246和250安装在基座244(例如刀头座90的表面98)上，并且可以用(例如) 粘合剂、硬钎焊、软钎焊或其他方式安装。刀头246和250之间的距离254决定了用具有与 刀头246和250相对应的微结构的多刀头工具242加工的对应微结构的节距，其中刀头246 和250内均切削加工有附加微结构，二者的微结构分别对应于微结构248和252。在图IOA和IOB中，只是为了说明的目的，仅示出了两个刀头；但多刀头工具也可 具有任何数量的刀头。多个刀头经切削加工后可以具有相同或不同的微结构，并且这些微 结构可以具有上述的一种或多种示例性形状和尺寸。多刀头工具内刀头之间的距离(节距240和254)可以包括1000微米节距、100微米节距、1微米节距，或甚至约200nm的亚光波 长节距。作为另一种选择，在其他实施例中，多刀头工具内刀头之间的距离也可以大于1000 微米。在具有两个以上刀头的多刀头工具中，相邻刀头之间的节距可以相同或不同。提供 这些尺寸只是为了说明的目的，并且使用本说明书中所述的致动器和系统制作的微结构可 以具有能够使用该系统加工的范围内的任何尺寸。如上所述，工件54可以用任何经切削加工的刀头或多刀头工具进行加工，然后可 用所加工的工件制作上述膜。例如，可以利用上述系统和方法以连续切削或断续切削的方 式加工工件。图IlA和IlB分别为侧视图和透视图，概念性地示出了可利用具有FTS致动 器(带至少一个经切削加工的刀头)的刀具系统制作的微结构。如图IlA和IlB所示，工 件260具有经连续加工的微结构262(如凹槽)，该微结构内部具有由对应的经切削加工的 刀头内的微结构所切出的微结构263和264 (如脊)。图12A和12B分别为侧视图和透视图，概念性地示出了可利用具有断续切削FTS 致动器(带至少一个经切削加工的刀头)的刀具系统制作的微结构。如图12A和12B所示， 工件270具有不连续的(断续切削)被切出微结构272 (例如，不与其他被切出特征邻接的 特征)，该微结构内部具有由对应的经切削加工的刀头内的微结构所切出的微结构273和 274(如脊)。如上文所述及图7A-7C所示，利用一个或多个经切削加工的刀头进行的断续 切削可以改变刀头进入和离开工件的斜入角和斜出角。接着可以将工件260和270用于上述涂布技术中，以制作膜或其他制品，这些膜或 其他制品具有与工件260和270上的对应微结构相反的微结构。具有衍射特征的经切削加工的刀头图13A、13B、14、15A、15B和16-22为具有衍射特征的示例性经切削加工的刀头的 视图，这些刀头将通过(例如)粘合剂、硬钎焊、软钎焊或其他方式固定到刀头座90的表 面98上。图23A、23B、24A和24B为示意图，示出了制造刀头以在其中形成衍射特征的方 法。图13A、13B、14、15A、15B和16-22所示刀头上的特征并未按比例示出。更确切的说，图 13A、13B、14、15A、15B和16-22所示刀头用来表示为产生衍射而提供的特征的形状与配置 的实例，这些特征可以具有任何尺寸和间距，具体取决于(例如)希望从这些特征获得的衍 射量。除了衍射特征之外，图13六、138、14、15六、158和16-22所示刀头可以具有(例如)与 刀头100相同的一般形状和构造，其具有两个小面，即前表面106，任选地具有锥形的前部 105。在一些实施例中，衍射特征是指膜或制品内引起光衍射的特征，或指工具内的特 征，当将工具用于制作膜或制品时，可在膜或制品上产生衍射特征。如上所述，具有衍射特 征的膜或制品用具有对应衍射特征的经切削加工的工具制作。衍射特征可经过调整，以在 用经切削加工的工具制作的膜或制品内获得所需的衍射量。具体地讲，衍射特征的尺寸和 形状以及衍射特征之间的间隔可经过设计，以得到具体应用所需的光衍射量或衍射程度。 例如，当衍射特征之间的间隔减小时，衍射特征会增加光的衍射量。因此，间隔较大的衍射 特征会产生较少的衍射，而间隔较小的衍射特征则会产生较多的衍射。在某些实施例中，例 如，衍射特征(例如凹槽)的间隔可在10微米、5微米、1微米之内或在接近特定光波长的 距离内。在一个实施例中，衍射特征包含多个特征，这些特征具有基本上三角形的截面形 状，并具有650nm的间隔。例如，一个实施例包括28个这样的特征，各自隔开约650nm。在一些实施例中，衍射特征是指纳米级特征。例如，衍射特征可以具有IOOnm量级或甚至小到 IOnm的尺寸。刀头上的衍射特征的大小会在由用衍射刀头加工的工件制作的膜上形成基本 上相同大小的衍射特征，如下所示。在其他实施例中，衍射特征是指尺寸在光学应用所述的范围内或该范围附近的特 征，以及用于非光学应用的膜或制品时的特征，例如疏水性、微流体毛细作用、摩擦控制膜、 微紧固件或其他微结构化机件。在某些实施例中，用按照本说明书所述加工的工具制作的膜将具有特定的标记， 表明它们是由这些工具制作的。具体地讲，在一些实施例中，多刀头工具(例如，工具230和 242)用于围绕工具(工件54)进行一道或多道连续切削。由于刀头被工具基座(如基座 232和244)保持恒定距离，因此由工具上的刀头制作的衍射特征或凹槽之间的距离(例如 距离240和254)也基本上是恒定的。在线性电机的作用下，工具在ζ方向以大致不变的速 度沿工件表面移动。然而，由于伺服系统内的噪音，线性电机偶尔会以略高于标称速度的速 度略微向后或向前移动工具，因此工具的移动速度并非严格保持不变。速度上的这些变化 会导致凹槽间距上的偶然变化。在一个特定应用中，典型变化为约正负0.2微米。反复将 刀头以恒定距离与邻接的先前切削的特征对准是困难的，且对于许多应用也并无必要。用 按这种方式切削出的工具制作的膜将因此具有重复的衍射特征或凹槽组，这些衍射特征或 凹槽具有与多刀头工具上的刀头间距相对应的基本上恒定的距离(例如距离240和254)， 并且该膜在衍射特征或凹槽组之间具有随机重复的可变距离，该可变距离由工具在ζ方向 上的微小速度变化造成。图 13A、13B、14、15A、15B、16_22、23A、23B、24A 和 24B 中所示的刀具可以用(例如) 金刚石块制成。刀头上的衍射特征可以优选地通过离子铣削形成。在刀头上形成衍射特征 的其他技术包括微细电火花加工、磨削、研磨、刻蚀，或在刀头内产生划痕或特征的其他方 法。作为另一种选择，可以按照传统方式研磨金刚石，然后再精确地粘合在一起，以制作具 有衍射特征的宏观工具组件。作为凹形衍射特征的替代形式，经切削加工的刀头也可以具 有凸形衍射特征，或者具有凹形衍射特征和凸形衍射特征的组合。 工件54可用图13A、13B、14、15A、15B、16_22、23B和24B所示的任何示例性刀头切 削加工，经切削加工的工件可用来制作上述膜。可用(例如)上述系统和方法以连续切削 或断续切削方式加工工件，以在工件上切削出衍射特征。接着，可以用所加工的工件或工具 制作如上所述的具有对应衍射特征的膜。这些膜可以被制作成具有独特的衍射和折射光功 率。这些独特的衍射和折射光学形式在增强膜内的示例性目的是为从中央视区移出光线提 供更多的选择，比仅仅在刀头上设置一个圆角更具多变性。 如上述，样板工具可用经离子铣削的金刚石通过全面滚切或螺纹切削得到。全面 滚切和螺纹切削记载于美国专利No. 7，140，812和6，707，611，这些专利以引用方式全文并 入本文中。在使用由这些刀头加工的样板工具制作的膜中，特征不必在膜的每个凹槽上都 存在。例如，可利用多头螺纹切削或全面滚切将用常规金刚石或离子铣削金刚石切出的凹 槽相互交错。经离子铣削切出的衍射特征可以仅存在于典型的对称棱镜角(例如90° )的 两个小面中的一个上。这种刀头可为亮度分布的更细微的光学调整创造条件。经离子铣削 切出的衍射特征便于在光学膜(例如BEF)内产生更平滑的截止特性或亮度分布。经离子 铣削切出的特征也有利于缩短使用多个刀头时的光学膜切削时间。
图13A为在两个小面上都具有衍射特征302和304的刀头300的侧视图。在本例 中，所示衍射特征302和304为V形凹槽或切口。衍射特征之间的光栅间距303可以恒定 或变化，以产生将具有所关注数值的不同性质。例如，与恒定的光栅间距相比，通过改变光 栅间距，可以使对应光学膜上的发散分布更平滑。该间距还可有助于波长相关性并改善色 彩效果。离子铣削光栅的形状不一定是V形，但通常应避免负的拔模角。光栅凹槽或切口 的宽度和深度通常小于一微米，但也可以大于一微米。可以利用许多形状来制作切口或凹 槽。对于可见光应用，光栅凹槽之间的距离303通常在0. 5微米至10微米间距范围内，然 而也可以采用其他范围来实现设计目标。使用此设计制造金刚石刀具，其中衍射特征302和304相隔5微米(距离303)，并 且每个衍射特征都具有横跨凹槽的1微米宽度。在这种情况下，这些衍射凹槽表明可实现 使光线离开折射、透射的最大区的受控散射，该最大区在膜样品上的约31°处截止。利用测 角计进行的光度测量结果表明，该膜的衍射特征平滑地加宽了亮度分布。可通过增大光栅 间距并减少凹槽或特征的数量来调整亮度分布。作为另一种选择，也可通过减小光栅间距 并增加凹槽或特征的数量来微调亮度分布。图13B为在两个小面上都具有衍射特征305和307的刀头301的侧视图。刀头301 是刀头300的构造变型，在该刀头中，衍射特征305和307被弯曲部分(而非平坦部分)隔开。下文对于图14-22描述的离子铣削的金刚石形状的实例给出了调整亮度分布的 其他实施例。图14为刀头306的侧视图，该刀头在一个小面上有衍射特征308，在另一个小面 310上无衍射特征。衍射特征308可以包括V形凹槽或切口，并具有恒定或变化的光栅间距。图15A为刀头312的侧视图，该刀头具有利用台阶高度变化313的衍射特征314， 各特征之间的台阶高度变化可以恒定或变化。图15B为刀头309的侧视图，该刀头具有利用台阶高度变化315的衍射特征311， 各特征之间的台阶高度变化可以恒定或变化。刀头309是刀头312构造的变型，在该刀头 中，衍射特征311具有单个成角度的台阶高度变化，而不是在衍射特征的两侧都具有台阶
高度变化。图16为刀头316的侧视图，该刀头具有沿90° (318)小面侧面317和319的衍射 特征320和322。根据设计情况或需要，衍射特征320和322可以靠近顶端或靠近底端(远 离顶端)。另外，衍射特征320和322可以沿90°小面壁随意分布。图17为具有沿平坦顶端325的衍射特征324的刀头323的侧视图。在一个实例 中，刀头上的衍射特征的这种配置用具有10微米的宽度(325)和11个间隔1微米的V形 凹槽(324)的金刚石构成。图18为具有沿弯曲顶端327的衍射特征328的刀头326的侧视图。图19为刀头330的侧视图，该刀头具有沿(例如)90°小面以台阶形式形成的衍 射特征332，台阶具有高度333。图20为刀头334的侧视图，该刀头具有沿刀头上基本平坦的部分布置的柱面镜状 衍射特征336。
图21为刀头338的侧视图，该刀头具有沿弯曲小面340的衍射特征，这些衍射特 征由沿小面的邻接的凹面部分和凸面部分形成。图22为刀头342的侧视图，该刀头具有沿多个直线形小面344的衍射特征，这些 衍射特征由沿小面的成角度的相邻平坦部分形成。图23A和23B示出了通过离子铣削刀头来形成衍射特征的方法。图23A为刀头 350在离子铣削前的侧视图。刀头350可以用(例如)金刚石块制成，并具有小面352和 354及平坦顶端356。图23B为刀头350通过离子铣削在顶端同一平面上形成衍射特征后 的侧视图。具体地讲，在平坦顶端356中心点处进行离子铣削而产生凹部358，从而形成两 个衍射特征360和362，它们的顶端基本上位于同一平面364上。图24A和24B示出通过离子铣削刀头形成衍射特征的另一种方法。图24A为刀头 370在离子铣削前的侧视图。刀头370可以用(例如)金刚石块制成，并具有小面372和 374及平坦顶端376。图24B为图24A的刀头通过离子铣削在顶端不同平面上形成衍射特 征后的侧视图。具体地讲，在平坦顶端376偏心点处进行离子铣削产生凹部378，从而形成 顶端位于平面386上的第一衍射特征380，以及顶端位于不同于平面386的平面384上的第 二衍射特征382。制作图23B和24B所示衍射特征的过程可以重复进行，以在刀头上制作若 干个衍射特征，并且图23B和24B所示的衍射特征并未按比例示出；更确切的说，这些附图 用来说明在刀头上形成衍射特征的方法。利用具有上述衍射特征的刀头制作微复制制品(例如膜)，可以为形成许多有利 或理想的特征提供条件。例如，可将它们用于光管理应用，进行光导向、使截止角缓和、为光 导装置提取光或在现有特征上产生装饰效果，例如在断续切削小透镜上产生彩虹效果。另 外，在较大微结构上的衍射特征可以为实现光线改向的附加自由度提供条件。上述刀头可用来制作宏观尺度(1微米及以上尺寸)和纳米尺度(1微米以下尺 寸)的特征，并且这些特征可利用一个或多个刀头以连续或断续切削方式制作。此外，用这 些刀头进行的切削可以在X方向、y方向、Z方向或这些方向的组合方向上切入工具。例如， 可以用具有多个致动器的刀头来切削特征。使用多个致动器刀具的系统记载于美国专利申 it No. 11/274723、11/273875、11/273981 和 11/273884，这些专利申请均于 2005 年 11 月 15 日提交，并且均以引用方式全文并入本文中。作为另一种选择，可以在不使用致动器的情况 下在工具内切削衍射特征，这涉及到使用(例如)低频伺服机构通过将刀头保持在工具表 面内基本恒定或非恒定的深度上进行连续切削。用衍射刀头进行非FTS加工作为用FTS致动器加工的一种替代形式，可以用非FTS刀架加工工件，其中刀头以 基本上恒定的深度进入工件并沿工件移动，以加工出大致成螺旋图案的特征。在本实施例 中，刀头具有一个或多个衍射特征，并且在加工工件的过程中，这些特征中至少一个与工件 接触。如上所述，这种加工可以形成具有衍射特征的宏观尺度特征。然后，可以用经切削加 工的工件制作具有对应特征的膜，例如光学膜。图25A-25C为示例性非FTS刀架400的视图。图25A和25B为刀架400的透视 图。图25C为刀架400的俯视图。如图25A-25C所示，刀架400包括基座402、连接到基座 402上的垂直部分404以及连接到垂直部分404与基座402相对的一端的顶部410。顶部 410包括孔416和418，用于通过螺栓或其他紧固件将顶部固定到垂直部分404上。块412位于顶部410上，块上有孔420和422，用于通过螺栓或其他紧固件将块固定到顶部410上。 刀柄414用来固定刀头以加工工件54，刀柄414通过块412和顶部410之间的摩擦力牢牢 固定在顶部410上。通过移动并重新固定块412，可以调整刀柄414在χ方向进入工件54 的位置，如箭头424所示(参见图25C)。基座402具有孔(例如孔406和408)，用于通过 螺栓或其他紧固件将刀架400附装到轨道32上。作为另一种选择，可以在轨道32和刀架 400的基座402之间附装一个或多个其他柱或结构。在加工过程中，刀架400被构造和设 置为使得当刀头进入工件54内时，工件54不会接触基座402。当附装于轨道32上时，刀 架400可以夹持刀柄414上的刀头进入工件54内，并且可在驱动器和编码器56控制下旋 转工件54的同时，在计算机12控制下使刀架400在ζ方向沿轨道32移动，从而沿工件54 移动刀头。刀架400的部件可以采用(例如)不锈钢或其他材料。图26A-26D为示例性刀柄414的视图。图26Α为刀柄414的透视图。图26Β为刀 柄414的前视图。图26C为刀柄414的仰视图。图26D为刀柄414的侧视图。如图26A-26D 所示，刀柄414包括侧面430、位于前部434的锥形和成角度的前表面432、底面438以及用 于安装刀头的具有角形或锥形侧面的凸出表面436。刀头可通过粘合剂、硬钎焊、软钎焊或 其他方式安装到刀柄414的表面436上。固定到刀柄414的刀头优选地包括具有衍射特征 (例如，如图13-22所示的刀头)并采用上述示例性刀头材料的刀头，以用于在工件54内切 削出衍射特征。刀柄414可以采用(例如)下列一种或多种材料烧结碳化物、氮化硅、碳 化硅、钢、钛、金刚石或合成金刚石材料。具有衍射特征的光学膜如上所述，微复制样板工具或工件可用具有衍射特征的刀头通过切削加工加以制 造。这些刀头包括(例如)图13Α、13Β、14、15Α、15Β和16-22所示的刀头。将该刀具加工 能力与上述微复制方法(例如3C)相结合，可以形成光学膜，在该光学膜基底的主表面上具 有微复制宏观尺度特征，在宏观尺度特征上又具有一个或多个微复制衍射特征。术语“宏观 尺度特征”和“衍射特征”的定义见上文。基底通常在3C过程中或利用(例如)热塑性复制与宏观尺度特征整体地或一体 地形成。作为另一种选择，基底可以具有多层，其中的一层与特征整体地形成。膜在固化时 可以为柔性或刚性的。衍射特征为实现膜的光学性能更大的通用性创造了条件。例如，宏观尺度特征可 以回收光而衍射特征可以漫射光，从而在液晶显示器(IXD)装置或其他背光装置内提供同 时充当增亮膜和扩散片的单个膜。膜也可以用来隐藏背光源系统内的提取特征。因此，宏 观尺度特征和衍射特征相结合为实现光学膜中更强大的光管理创造了条件。图27Α、27Β、28、29Α、29Β和30_36示出了采用由刀头加工的工件制作的膜的代表 性部分，这些刀头分别对应于图13Α、13Β、14、15Α、15Β和16-22中所示的刀头。这些膜部 分用来代表宏观尺度特征和衍射特征的一般形状和构造，并且这些膜可以具有在整个膜上 重复的任意数量的基本上相同的微复制宏观尺度特征和衍射特征。膜的尺寸以及主表面的 长度和宽度可以根据(例如)膜的预期用途而变化。宏观尺度特征之间的节距可以恒定或 变化，并且宏观尺度特征之间的深度也可以恒定或变化。利用以引用方式全文并入本文中 的美国专利No. 7，293，487所公开的X-Z致动器进行切削加工，可以实现宏观尺度特征之间 的节距和深度变化，或一个参数变化而另一个参数保持不变。另外，宏观尺度特征可以有随机、伪随机或非随机配置方式。图27A、27B、28、29A、29B和30-36示出的每一个膜都可以与相同的膜或其他膜组 合成双膜构造，其中两个膜的宏观尺度特征被布置成彼此成一定角度，优选为彼此正交。叠 堆构造中其他膜之一可以为具有宏观尺度特征和衍射特征的另一个膜，或者作为另一种选 择，也可以为具有其他类型结构的膜。例如，除摩尔纹、抗湿润棱镜膜记载于2007年9月 21日提交的美国临时专利申请No. 60/974245，该专利申请以引用方式全文并入本文中。在 (例如)显示装置内使用两个膜可以提供更大的光管理通用性。利用上述FTS致动器或非FTS加工方法，可以用衍射刀头切削加工出用于制作膜 的工件。这些膜可由用衍射刀头经切削加工的工件通过连续切削(在膜内形成连续的宏观 尺度特征)或断续切削(在膜内形成不连续的宏观尺度特征)制作而成。连续和断续切削 加工在上文中有描述。如果用断续切削法加工工件，那么图27A、27B、28、29A、29B和30-36 中所示的膜将具有成形为如图8所示小透镜的对应宏观尺度特征，并在宏观尺度小透镜内 加有衍射特征。由用衍射刀头切削加工的工件制作的膜优选用基本上透光(优选基本上透过可 见光)的材料制成。制作膜的材料例如包括聚碳酸酯；丙烯酸树脂；聚对苯二甲酸乙二醇 酯(PET)；聚氯乙烯(PVC)；聚砜；聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或衍生自乙二醇的共聚物；萘 二酸和某些其他酸，例如对苯二甲酸(C0-PEN)；以及其他合适的材料。制作膜的其他材料 包括固化到柔性状态的可用低聚树脂组合物，包括但不限于丙烯酸酯、环氧树脂或氨基甲 酸乙酯类材料，优选地为丙烯酸酯类材料。如本文所用，术语“丙烯酸酯”涵盖了甲基丙烯 酸酯。图27A为表示膜450的代表性部分的透视图，其中膜450用由与图13A所示刀头 300相当的刀头加工成的工件制作。膜450在宏观尺度特征452上有衍射特征454。在膜 450中，宏观尺度特征452包括棱镜，衍射特征454包括位于棱镜的两个小面上的一个或多 个三角形切口。该膜包括为宏观尺度特征提供基座的基底(用膜450内的部分451表示)。基底 451可以具有用距离456表示的任何特定高度，宏观尺度特征也可以具有用距离458表示的 任何特定高度。宏观尺度特征之间的节距(用距离462表示)可以具有任何具体值，衍射 特征之间的节距(用距离460表示)也可以具有任何具体值。下述的膜同样可以具有任何 特定尺寸的基底和特征，并且宏观尺度特征之间的节距和衍射特征之间的节距可以具有任 何具体值。此外，宏观尺度特征和衍射特征可以如图27A、27B、28、29A、29B和30-36所示是变 化的，这些图用来说明在宏观尺度特征上有衍射特征的膜的实例。例如，沿宏观尺度特征的 小面的衍射特征不必是相同的，这些小面也不必是对称的。每个宏观尺度特征和衍射特征 都可以具有独特的形状和尺寸。另外，作为另一种选择，宏观尺度特征的一个或两个小面可 以具有带有或不带有衍射特征的总体弯曲的形状。图27B是表示膜463的代表性部分的透视图，其中膜463用由与图13B所示刀头 301相当的刀头加工成的工件制作。膜463在宏观尺度特征464上有衍射特征466。在膜 463中，宏观尺度特征464包括棱镜，衍射特征466包括位于棱镜的两个小面上的一系列邻 接的小透镜。
图28是表示膜467的代表性部分的透视图，其中膜467用由与图14所示刀头306 相当的刀头加工成的工件制作。膜468在宏观尺度特征468上有衍射特征470。在膜467 中，宏观尺度特征468包括棱镜，衍射特征470包括仅位于棱镜一个小面上的一个或多个三 角形切口。图29A是表示膜472的代表性部分的透视图，其中膜472用由与图15A所示刀头 312相当的刀头加工成的工件制作。膜472在宏观尺度特征474上有衍射特征476。在膜 472中，宏观尺度特征474包括棱镜，衍射特征476包括在棱镜的两个小面上具有一系列凸 起部分的光栅。图29B是表示膜478的代表性部分的透视图，其中膜478用由与图15B所示刀头 309相当的刀头加工成的工件制作。膜478在宏观尺度特征480上有衍射特征482。在膜 478中，宏观尺度特征480包括棱镜，衍射特征482包括在棱镜的两个小面上具有一系列角 形部分的光栅。图30是表示膜484的代表性部分的透视图，其中膜484用由与图16所示刀头316 相当的刀头加工成的工件制作。膜484在宏观尺度特征486上有衍射特征488。在膜484 中，宏观尺度特征486包括棱镜，衍射特征488包括位于棱镜的两个小面上的一个或多个三 角形切口，以及位于切口和棱镜顶端之间的平坦部分。图31是表示膜490的代表性部分的透视图，其中膜490用由与图17所示刀头323 相当的刀头加工成的工件制作。膜490在宏观尺度特征492上有衍射特征494。在膜490 中，宏观尺度特征492包括棱镜，衍射特征494包括位于棱镜的平坦顶部上的一个或多个三 角形切口。图32是表示膜496的代表性部分的透视图，其中膜496用由与图18所示刀头326 相当的刀头加工成的工件制作。膜496在宏观尺度特征498上有衍射特征500。在膜496 中，宏观尺度特征498包括棱镜，衍射特征500包括位于棱镜的弯曲顶部上的一个或多个三 角形切口。图33是表示膜502的代表性部分的透视图，其中膜502用由与图19所示刀头330 相当的刀头加工成的工件制作。膜502在宏观尺度特征504上有衍射特征506。在膜502 中，宏观尺度特征504包括棱镜，衍射特征506包括位于棱镜的两个小面上的一系列邻接的 台阶。图34是表示膜508的代表性部分的透视图，其中膜508用由与图20所示刀头334 相当的刀头加工成的工件制作。膜508在宏观尺度特征510上有衍射特征512。在膜508 中，宏观尺度特征510包括棱镜，衍射特征512包括位于棱镜的平坦顶部上的一系列邻接的
小透镜。图35是表示膜514的代表性部分的透视图，其中膜514用由与图21所示刀头338 相当的刀头加工成的工件制作。膜514在宏观尺度特征516上有衍射特征518。在膜514 中，宏观尺度特征516包括棱镜，衍射特征518包括位于棱镜的两个小面上的一系列邻接的 弯曲部分。图36是表示膜520的代表性部分的透视图，其中膜520用由与图22所示刀头342 相当的刀头加工成的工件制作。膜520在宏观尺度特征522上有衍射特征524。在膜520 中，宏观尺度特征522包括棱镜，衍射特征524包括位于棱镜的两个小面上的一系列邻接的成角度的平坦部分。 虽然本发明已经结合示例性实施例进行了描述，但是应当理解，许多修改形式对 于本领域的技术人员而言将是显而易见的，并且本专利申请旨在涵盖示例性实施例的任何 改型或变型。例如，在不脱离本发明范围的情况下，可以使用多种类型的膜材料，以及多种 宏观尺度特征和衍射特征的尺寸、配置和形状。本发明仅受其权利要求书及其等同物的限 制。
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权利要求
一种光学膜，包括基底；在所述基底的主表面上形成的多个微复制宏观尺度特征；以及在所述宏观尺度特征上形成的一个或多个微复制衍射特征，其中所述基底和所述宏观尺度特征由基本上透光的材料形成。
2.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述宏观尺度特征包括具有对向的小面和顶端 的棱镜。
3.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱镜的至少一个所 述小面上的三角形切口。
4.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱镜的仅一个所述 小面上的三角形切口。
5.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱镜的至少一个所 述小面上的一系列邻接的小透镜。
6.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括在所述棱镜的至少一个所述 小面上的具有一系列凸起部分的光栅。
7.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括在所述棱镜的至少一个所述 小面上的具有一系列角形部分的光栅。
8.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱镜的至少一个所 述小面上的一个或多个三角形切口，以及位于所述切口和所述棱镜的所述顶端之间的平坦 部分。
9.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱镜的所述顶端上 的三角形切口，并且所述顶端是平坦的。
10.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱镜的所述顶端 上的三角形切口，并且所述顶端是弯曲的。
11.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱镜的至少一个 所述小面上的一系列邻接的台阶。
12.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱镜的所述顶端 上的一系列邻接的小透镜，并且所述顶端是平坦的。
13.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱镜的至少一个 所述小面上的一系列邻接的弯曲部分。
14.根据权利要求2所述的光学膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱镜的至少一个 所述小面上的一系列邻接的成角度的平坦部分。
15.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述宏观尺度特征是连续的。
16.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述宏观尺度特征是不连续的。
17.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述宏观尺度特征具有恒定的节距。
18.根据权利要求1所述的光学膜，其中所述宏观尺度特征具有变化的节距。
19.一种光学膜，包括基底；在所述基底的主表面上形成的多个微复制宏观尺度特征，所述宏观尺度特征在所述光学膜置于背光源内时用来回收可见光；以及在所述宏观尺度特征上形成的一个或多个微复制衍射特征，所述衍射特征在所述光学 膜置于背光源内时用来漫射可见光，其中所述基底和所述宏观尺度特征均由基本上透光的材料形成。
20.根据权利要求19所述的光学膜，其中所述宏观尺度特征包括具有对向的小面和顶 端的棱镜，并且所述衍射特征包括位于所述棱镜的至少一个所述小面上的三角形切口。
全文摘要
一种具有基底和位于所述基底主表面上的微复制特征的光学膜。所述特征包括微复制宏观尺度特征和位于所述宏观尺度特征上的一个或多个微复制衍射特征。所述膜可以用由具有衍射特征的刀头经切削加工的工件来制作。所述刀头在加工所述工件的同时形成所述宏观尺度特征和衍射特征。然后可用涂布工艺由所述经切削加工的工件形成所述光学膜。
文档编号G02B5/18GK101889220SQ200880119616
公开日2010年11月17日 申请日期2008年11月10日 优先权日2007年12月7日
发明者戴尔·L·埃内斯, 维维安·W·琼斯, 马克·E·加迪纳 申请人:3M创新有限公司