在基板上形成凹凸结构的方法与形成光学膜的方法与流程

技术领域

本发明涉及具有结构化表面的光学基板，特别涉及用于亮度增强与扩散的光学基板，且更特别地涉及使用于具有平面光源的平面板显示器的亮度增强与扩散基板。

背景技术：

平面板显示技术通常被使用于电视显示器、计算机显示器与手提电子显示器(例如移动电话、个人数字助理(PDA)、数字照相机、数字板等等)。液晶显示器(LCD)为一种平面板显示器，其显示具有像素阵列的液晶(LC)模块，以使影像成像。

图1显示LCD显示器的实例。背光LCD 10包含液晶(LC)显示模块12、呈背光模块14形式的平面光源以及夹于LC模块12与背光模块14之间的许多光学薄膜。LC模块12包含夹于两个透明基板之间的液晶，以及定义二维像素阵列的控制电路。背光模块14提供平面光分布，其中光源在一平面上延伸的背入式型态，或者如图1所示，其中线性光源16被设置在导光板18边缘上的侧入式型态。反射片20被提供以引导光线从线性光源16经由导光板18边缘进入导光板18。导光板18的结构(例如，具有锥形面板与光反射与/或散射表面30被定义在面远离LC模块12的底表面上)，以分布并引导光线经过面向LC模块12的顶部平面表面。光学薄膜包括上与下扩散薄膜22与24，其将来自导光板18的平面表面的光线扩散。光学薄膜进一步包括上与下结构表面、光学基板26与28，其将通过的光线重新分配，以致于离开薄膜的光线分布能够沿着薄膜表面的法线而更被引导。在该技术中，光学基板26与28经常被视为亮度或亮度增强薄膜、光线复位向薄膜与方向性扩散薄膜。进入LC模块12、经过此光学薄膜组合的光线，其在LC模块12的平面区域上的空间分布是均匀的，并且其具有相当强的垂直光线强度。

亮度增强薄膜26与28的主要功能为改善整个背光模块的亮度。亮度增强薄膜的效果为通过减少以更大角度发出的光量来增加以小角度发射到显示轴的光量。因此，当人们以相关于该轴的角度的增加来注视一显示器时，所得到的亮度将是衰减的。在35与45度之间，所得到的亮度将衰减非常快。这效果被称为锐截止(Sharp Cut-off)。

在背光LCD 10中，亮度增加薄膜26与28会使用纵向棱形结构来引导光线沿着观看轴(亦即，垂直该显示器)，其增加该显示器使用者所看到光线的亮度，并且允许该系统使用较小的功率来产生希望位准的同轴照明。亮度增强薄膜26与28具有平滑或光面的光输入表面，经由此，光线可从背光模块进入。因此，许多LCD则会使用两亮度增强薄膜层(如在图的LCD)，其绕着垂直薄膜平面的轴而彼此相关地转动，以致于在个别薄膜层中的纵向尖峰或凹底会彼此成90度，从而沿着垂直光输出表面的两平面来准直光线。

当亮度增强薄膜26的光面底表面在其他亮度增强薄膜28的结构化表面以上的时候，在顶部亮度增强薄膜26的光面表面与底部亮度增强薄膜28的结构化表面与/或光面表面之间的光学互动，其会产生不希望的可见人工假影于显示影像中，其呈在显示影像中可观察到的干涉光栅形式(亦即，亮与暗重复图案)。这些亮与暗图案亦可被产生于上亮度增强薄膜26与不存在上扩散薄膜22的LC模块12相邻表面之间(图1)。起因于缺陷与非均匀性的不希望影像影响效果，譬如干涉光栅、截断效应(彩虹纹)、物理缺陷、流体、应力等等，其系可藉由使用上扩散膜来遮蔽(例如，在图1的亮度增强薄膜26以上的扩散薄膜22)。

在无需补偿LCD的显示质量之下，用来减少LCD功率耗损、厚度与重量的需要则会增加。于是则必须减少背光模块的功率耗损、重量与厚度以及种种光膜的厚度。在此方面，许多光线引导技术会被研发，以在没有折衷显示亮度的下减少功率耗损。一些研发则可被引导到背光膜组的设计(亦即，在图1背光膜组14组件的设计结构，包含光源16与反射片20与导光板18)，以改善整个光输出性能。此外，其他发展则可被引导到扩散薄膜22与24以及明度/亮度增强薄膜26与28。

至今为止，为了减少在LCD的光学薄膜的整个厚度，可实施许多努力以减少光学薄膜的数目，从四薄膜(例如，在图1中的光学薄膜22、24、26与28)到三薄膜。在此方面，一种方式为将低扩散薄膜24与低亮度增强薄膜28维持为个别结构，但是顶部扩散薄膜22与顶部亮度增强薄膜26的功能则会被结合与合并为单一混合薄膜结构。该三膜型态显示器会被广泛地采纳于手提电子装置与笔记本电脑，在此，推动该外壳减少此些装置的总尺寸是特别令人希望的。

种种努力亦可被进行，以研发混合式亮度增强薄膜。参考图2，美国专利案第5,995,288号公开了一颗粒涂层，其相关于该顶侧上的结构化表面而被提供在该光学基板的底侧上、该基板的相反侧上。光面表面不再存在于光学基板的底侧上。所添加的颗粒会得到使光线散射的效果，以用于光线扩散。参考图3，美国专利案第5,598,280号公开了一种通过光学扩散而在光学基板底侧上形成小投射以改善亮度的不均匀性的方法。此些扩散处理将隐藏许多干涉光栅，以令使用者看不到他们。这些方法的其中一缺点为光散射能够减少同轴增益。另外，在希望的观看角度内引导光在线，混合亮度增强薄膜亦会比较无效。

其他人已经调查修改光学基板的结构化表面的棱镜表面的结构。例如，参考图4A与4B，美国专利案第6,798,574号提供细微的突出物于光学基板的结构化表面的棱镜表面上，其假设可以较宽的角度在特定方向上传播光线。

于是，所有前述的混合亮度增强薄膜包含被弱化的光输出方向性。另外，先前薄膜的整个亮度或亮度则会明显减少。再者，所有上述的混合亮度增强薄膜包含需要相当更高制造成本的相当复杂结构。

由于使用在手提电子装置的复合膜较薄，产品具有不佳的刚性且一些不希望的现象(例如牛顿环、吸附)容易发生。此外，人们在近距离行为使用手提电子装置，且彩虹纹现象容易影响显示质量。传统上，基板的背面设计成具有高雾度以降低上述的光学缺陷，但辉度也随之衰退。

故目前仍旧需要一种具有增强亮度并提供有效扩散的结构、以及克服现有多功能光学薄膜的缺点的光学基板。

技术实现要素：

本发明涉及具有光准直与光扩散功能的扩散棱镜基板。更特别地，本发明针对拥有一结构化表面的一光学基板，其通过准直光线来增强亮度或亮度以及增强光线的扩散。

在本发明的一实施例中，光学基板呈薄膜、薄层、面板与类似物的形式，其为弹性或硬性，其具有结构化棱柱形表面与相对的结构化双凸表面。在一种实施例中，结构化双凸表面包括浅曲面透镜结构(例如凸透镜)。相邻的浅曲面透镜结构为连续或不连续，或由一固定或可变间隔所分隔。该透镜结构具有拥有均匀或可变截面的纵向结构。该双凸透镜可具有横向蜿蜒结构。相邻笔直或蜿蜒的双凸透镜片段，其可彼此相交或部分或完全重迭。在进一步实施例中，该双凸透镜呈双凸片段而非光学基板的相对边缘之间连续结构的形式。该双凸片段可具有规律、对称形状、或不规律、不对称形状，其可相交或重迭。双凸透镜的表面包括双凸段，其可被结构化，以进一步影响扩散。

在本发明的进一步态样中，浅曲面透镜结构可提供具有独立涟波，其呈单一节点或一系列节点的形式。

根据本发明，该结构化表面提供光学准直与光学扩散特征，其可在没有明确减少整个亮度之下，减少特定不希望的光学校果，譬如吸附(wet-out)、牛顿环、干涉光栅以及截断效应(彩虹纹)等等。

本发明的另一目的公开了一种在基板上形成凹凸结构的方法，该方法包含以下步骤：通过一控制系统使用一坚硬工具刺入(penetrate)一模具，以在该模具的一表面上依序刻划出多个沟槽，其中该坚硬工具具有一形状使得各个该沟槽的横向(transverse)宽度随着该坚硬工具刺入深度的增加而增加，其中通过以下步骤刻划出该多个沟槽：维持该坚硬工具沿着在一第一方向上的一第一直线以沿着该第一方向刻划一第一沟槽；以及维持该坚硬工具沿着一第二直线以沿着该第一方向刻划一第二沟槽，其中该第二直线平行在该第一方向上的该第一直线，其中通过该坚硬工具的刺入深度所控制的该第二沟槽的横向宽度增加足以沿着该第二沟槽的横向方向截断该第一沟槽，使得该第一沟槽被该第二沟槽分离(separate)成多个凹槽(notch)；以及使用该模具的该表面压印在该基板上的一薄膜，以在该基板上形成该凹凸结构。

在本发明的一实施例中，该基板为一光学基板，其中该光学基板具有一光输入面和一光输出面，且该凹凸结构形成在该基板的该光输入面上。

在本发明的一实施例中，该凹凸结构为一透镜结构。

在本发明的一实施例中，该凹凸结构为一棱镜结构。

本发明还公开了另一种在一基板上形成一凹凸结构的方法，包含以下步骤：

通过一控制系统使用一坚硬工具刺入一模具，以在该模具的一表面上依序刻划出多个沟槽，其中该坚硬工具具有一形状使得各个该沟槽的横向宽度随着该坚硬工具刺入深度的增加而增加，其中，通过以下步骤刻划出该多个沟槽中的一第一沟槽和一第二沟槽：

维持该坚硬工具沿着在一第一方向上的一第一直线以沿着该第一方向刻划一第一沟槽；以及维持该坚硬工具沿着一第二直线以沿着该第一方向刻划一第二沟槽，其中该第二沟槽接着该第一沟槽刻划，且该第二直线平行于该第一方向上的该第一直线，其中通过该坚硬工具的刺入深度所控制的该第二沟槽的横向宽度增加足以沿着该第二沟槽的横向方向截断该第一沟槽，使得该第一沟槽被该第二沟槽分离成多个凹槽；以及使用该模具的该表面的一部分压印在该基板上的一薄膜，以在该基板上形成该凹凸结构，其中该模具的该表面的该部分不包括该多个沟槽中的最后一个沟槽。

在本发明的一实施例中，该多个第一沟槽未被截断的部分对应该凹凸结构的多个片段。

在本发明的一实施例中，该凹凸结构包含在该多个片段之间的空间或平板，该空间或平板对应在该模具的该表面上未刻划该多个沟槽的区域。

在本发明的一实施例中，至少一个片段为双凸片段。

本发明还公开了一种模具制作的方法，包含以下步骤：

通过一控制系统使用一坚硬工具刺入一模具，以在该模具的一表面上依序刻划出多个沟槽，其中该坚硬工具具有一形状使得各个该沟槽的横向宽度随着该坚硬工具刺入深度的增加而增加，其中，通过以下步骤刻划出该多个沟槽：

维持该坚硬工具沿着在一第一方向上的一第一直线以沿着该第一方向刻划一第一沟槽；以及维持该坚硬工具沿着一第二直线以沿着该第一方向刻划一第二沟槽，其中该第二直线平行于该第一方向上的该第一直线，其中通过该坚硬工具的刺入深度所控制的该第二沟槽的横向宽度增加足以沿着该第二沟槽的横向方向截断该第一沟槽，使得该第一沟槽被该第二沟槽分离成多个凹槽。

本发明还公开了一种形成一光学膜的方法，包含以下步骤：

提供具有一光输入面和一光输出面的一基板；

在该基板的该光输入面上形成一凹凸结构，该凹凸结构用以扩散进入该光学膜的光，其中通过以下步骤形成该凹凸结构：通过一计算机数值控制系统使用一坚硬工具刺入一滚轮，以在该滚轮的一表面上依序刻划出多个沟槽，其中各个该沟槽沿着一第一方向刻划，其中当各个该沟槽在刻划时，该坚硬工具未抽出而远离该滚轮，其中该坚硬工具具有一形状使得各个该沟槽的横向宽度随着该坚硬工具刺入深度的增加而增加，其中，通过以下步骤刻划该多个沟槽中的一第一沟槽和一第二沟槽：维持该坚硬工具沿着在该第一方向上的一第一直线以沿着该第一方向刻划一第一沟槽；以及维持该坚硬工具沿着一第二直线以沿着该第一方向刻划一第二沟槽，其中该第二沟槽接着该第一沟槽刻划，且该第二直线平行于该第一方向上的该第一直线，其中通过该坚硬工具的刺入深度所控制的该第二沟槽的横向宽度增加足以沿着该第二沟槽的横向方向截断该第一沟槽，使得该第一沟槽被该第二沟槽分离成多个凹槽；以及使用该模具的该表面的一部分压印在该基板上的一薄膜以在该基板上形成该凹凸结构，其中该模具的该表面的该部分不包括该多个沟槽中的最后一个沟槽；以及，

在该基板的该光输出面上形成一棱镜结构。

凹凸结构具有下列的优点：(a)背光可有效地穿过凹凸结构而不会衰退以达到最适化的辉度增益；(b)可避免由规则的棱镜结构导致的穆尔纹；(c)由一维的透镜结构改变成二维的曲面结构以有效地增加光学膜的扩散范围和屏蔽(screening)性质。

附图说明

图1为现有技术中的LCD结构；

图2至4为现有技术中的混合亮度增强光学与扩散基板；

图5为LCD的结构，其根据本发明的一种实施例来合并该光学基板；

图6a为根据本发明一种实施例所设计的具有结构化光输入与输出表面的光学基板的概要透视图；

图6b至图6d为图6a的光学基板的一截面图；

图7a至图7f显示入射在具有不同光输入与输出表面的光学基板上的朗伯光源的烛光分布曲线的比较性参数研究；

图8为双凸表面结构的截面图；

图9a与图9b为根据本发明实施例所设计的双凸表面结构；

图10a与图10b为根据本发明另一实施例所设计的双凸表面结构；

图11a与图11b为根据本发明另一实施例所设计的双凸表面结构；

图12a与图12b为根据本发明另一实施例所设计的双凸表面结构；

图13a与图13b为根据本发明进一步实施例所设计的双凸表面结构；

图14a至图14f为根据本发明另一进一步实施例所设计的双凸表面结构；

图15a至图15f为根据本发明进一步实施例所设计的双凸表面结构；

图16a与图16b根据本发明另一实施例所设计的双凸表面结构；

图17为根据本发明一实施例所设计的双凸片段的概要图；

图18a至图18d为根据本发明另一实施例所设计的双凸片段的概要图；

图19a至图19d为根据本发明进一步实施例所设计的双凸片段的概要图；

图20a至图20d为根据本发明仍另一实施例所设计的双凸片段的概要图；

图21a为根据本发明进一步实施例所设计的双凸片段的概要图；

图21b为图21的双凸片段的SEM照片；

图22a至图22d为根据本发明实施例所设计的节点双凸结构；

图23a至图23c为根据本发明一实施例所设计的涟波双凸结构；

图24a与图24b为光学基板比较截断效应的照片；

图25为根据本发明一个实施例所设计的包含合并本发明光学基板的LCD面板的电子装置；

图26至图30说明在本发明不同实施例中形成在模具表面上的一部分沟槽的上视图，其中为了方便起见而显示各个沟槽的相对边缘；

图31a为图26至图29的沟槽的上视图，其中该沟槽具有不落于其相对边缘之间的第一纵轴；

图31b为图30的沟槽的上视图，其中该沟槽具有落于其相对边缘之间的第一纵轴；

图32a为模具的三维空间示意图，其中该模具具有遍及其表面上的多个沟槽；

图32b为图32a的上视图；

图32c为基板的三维空间示意图，其中该基板具有通过压印在其上的一薄膜形成的在其上的一凹凸结构；

图32d为图32c的上视图。

附图标记说明：10-背光液晶显示器；12-液晶显示模块；14-背光模块；16-线性光源；18-导光板；20-反射片；22-上扩散薄膜；24-下扩散薄膜；26-光学基板；28-光学基板；30-光反射与/或散射表面；50-光学基板；51-沟渠；52-结构化双凸表面；53-基底层；54-结构化棱柱形表面；55-双凸层；56-双凸透镜；57-棱镜层；58-纵向棱镜；59-冠顶；60-尖峰；62-谷底；70-光学基板；72-双凸结构化表面；74-结构化棱柱形表面；76-浅曲面凸透镜；78-棱镜；86-隔离节点；100-液晶显示器；110-液晶显示器；112-液晶显示模块；114-背光模块；116-线性光源；118-导光板；120-反射片；126-结构化光学基板；128-结构化光学基板；170-光学基板；172-结构化双凸光输入表面；176-浅曲面凸透镜；185-涟波；186-节点；510-基底层；510’-基底层；512-纵向棱镜；520-双凸透镜；520’-双凸透镜；520”-双凸透镜；522-圆圈；524-凸弯曲表面；524’-表面；524”-结构化双凸表面；525-双凸透镜；526-双凸透镜；527-双凸透镜；528-双凸透镜；528’-双凸透镜；529-双凸透镜；529’-双凸透镜；530-双凸片段；532-双凸片段；534-双凸片段；535-双凸片段；536-双凸片段；550-光学基板；551-光学基板；552-光学基板；553-光学基板；554-光学基板；555-光学基板；556-光学基板；556’-光学基板；557-光学基板；557’-光学基板；558-光学基板；559-光学基板；560-光学基板；561-光学基板；2001-沟槽；2002-沟槽；2003-沟槽；2004-沟槽；2005-沟槽；2006-沟槽；2006A-位置；2006B-位置；2007-沟槽；2008-沟槽；2009-沟槽；2009A-位置；2010-沟槽；2011-沟槽；2013-沟槽；2014-沟槽；2051-第一纵轴；2055-模具；2061-部分；2062-间隔；2063-第一线；2056-基板；2066-片段。

具体实施方式

本说明为实施本发明的目前最佳考虑模式。本发明参考种种实施例与图式而被说明于此。本说明的产生为了显示本发明的一般原理，其并且不应该以限制意义来执行。熟习该技术者将理解到，在不偏离本发明范围与精神下，变化与改善可由于这些学说来完成。本发明的保护范围参考权利要求范围而被最佳理解。

本发明涉及具有光准直与光扩散功能的扩散棱镜基板。更特别地，本发明针对拥有通过准直光线来增强亮度或亮度以及增强光线扩散的结构化表面的光学基板。在本发明的一个态样中，该光学基板呈光学基板呈薄膜、薄层、面板与类似物的形式，其为弹性或硬性，其具有结构化棱柱形表面与相对的结构化双凸表面。根据本发明，该结构化表面提供光扩散特征，其可在明显不减少总亮度的前提下减少特定不希望的光学校果，譬如吸附(wet-out)、牛顿环或干涉光栅。

在本发明的上下文中，本发明提供的光学基板可应用于具有显示面板的显示设备中，其为平坦或弯曲以及硬性或弹性，其包含任何显示像素阵列。平面光源指的是提供照明以覆盖显示像素阵列区域。于是，就具有显示像素的弯曲影像面的显示面板而言(此些面板为硬性或弹性)，该背光将覆盖在弯曲面中的显示像素阵列，以有效地提供照明范围到该弯曲影像面。

本发明将结合所示的实施例而被进一步说明如下。

图5为平面板显示器的实例。根据本发明一种实施例所设计的背光LCD，其包含液晶(LC)显示模块112、呈背光模块114形式的平面光源以及夹于LC模块112与背光模块114之间的许多光学薄膜。LC模块112包含夹于两透明基板之间的液晶，以及定义二维像素阵列的控制电路。背光模块114提供平面光分布，其中光源在一平面上延伸的背入式型态，或者如图5所示，其中线性光源116被设置在导光板118边缘上的侧入式型态。反射片被提供以引导光线从线性光源116经由导光板118边缘进入导光板118。导光板的结构(例如，具有锥形或平面板与光反射与/或散射表面被定义在面远离LC模块112的底表面上)，以分布并引导光线经过面向LC模块112的顶部平面表面。反射片120可被提供以促进捕捉逃离经过导光板118底侧并且重新引导往回朝向导光板118的光线。

在所示实施例，根据本发明会有两个结构化光学基板126与128(其系在结构上类似)，其与通常在两个基板之间正交的纵向棱镜结构一起排列。在图5中，两个基板126与128被概要地显示，其显示呈现彼此平行的基板上的棱镜结构(亦即，包括角度α＝0°；亦可见图6a)。基本上，棱镜结构可以大于0°的角度来转动，其可在不需要进一步显示之下被显现。结构化光学基板126与128会被架构，以扩散光线以及增强亮度或亮度，减少该显示器的光输出。进入LC模块112经过此一光学薄膜组合的光线，其可在LC模块112的平面区域上的空间均匀分布，并且其具有相当强的垂直光强度。该结构化光学基板126与128可消除在LC模块112与上结构化光学基板126之间各别扩散器薄层的需求。这可减少LCD 110的整个厚度。另外，根据本发明所设计的结构化光学基板126与128可减少从基板之间以及上基板与相邻LC模块112之间所产生的干涉光栅。或者，根据本发明，只有一个光学基板126与128需要被结构化(例如，只有上光学基板126)，以提供可接受的干涉光栅位准与光学扩散效果。或者，只有一个光学基板126与128可被提供在LCD 110中。

当背光模块114以光源116被放置在导光板面板118边缘上来显示时，在不背离本发明的范围与精神之下，背光模块可以为另一种光源配置，譬如放置在导光板边缘上的LED阵列，或者替代导光板的LED平面阵列。

当所显示的LCD 110实施例没有包括额外的纯扩散器薄膜时，在不背离本发明范围与精神下，在LCD 110中的光学薄膜可以包括选择性上与/或下扩散器薄膜。换言之，为了使本发明进一步被改进而取代图1所示LCD 10中的亮度增强薄膜26与/或28，其亦在本发明范围内。要注意的是，扩散器薄膜或层可与光学基板分辨，以用于亮度增强(亦即，在以下所讨论的亮度或亮度增强薄膜)，其中该扩散器薄膜并没有具有棱柱形结构。比如在亮度增强薄膜的情形中，替代主要引导光线以在离开显示器的方向中增强亮度，扩散器薄膜主要地使光线散射与分散。

本发明提供的光学基板具有棱柱形结构与双凸结构在相反侧上，其可被架构以增强亮度与扩散光线。具体地，图5所示的光学基板包括根据本发明所设计的相对结构化表面，其扩散光线以及使通过的光线重新分布，以致于离开薄膜的光线分布能够更沿着该薄膜表面的法线而被引导。

图6a为根据本发明一种实施例所设计的将棱柱形与双凸结构结合在基板相对侧上的光学基板，其可被使用当作在图5的LCD 110中的结构化光学基板126与/或128。光学基板50具有一结构化双凸表面52与一结构化棱柱形表面54。在此所示实施例中，该结构化棱柱形表面54为光输出表面，且该结构化双凸表面52为光输入表面。

棱柱形表面54包括平行列的不连续或连续纵向棱镜58，其延伸于基板50的两相对边缘之间。在图6a的实施例中，纵向棱镜58被横向地平行排列(并肩)，以定义平行尖峰60与谷底62。在本实施例中，尖峰60的截面剖图相关于尖峰而对称(以x-z面来观看)。该尖峰顶角为直角，且在整个棱柱形表面54的平面，该尖峰具有固定或类似高度以及/或者该谷底具有固定或类似深度。在所示图6a的实施例中，相邻尖峰/谷底之间的距离或节距为固定的。

为了方便参考，以下正交x、y、z坐标系统将在解释种种方向上被采纳。就图6a所示的实施例，x-轴在经过尖峰60与谷底62的方向上，其同样地被视为棱镜58的横向或横向方向。y轴与x轴正交，大抵上为棱镜58的纵向轴或方向。棱镜58的纵向方向为尖峰60从棱镜58一端点前进到另一端点的一般方向。该棱柱形表面54位于x-y面。就一光学基板矩形片而言，x与y-轴将沿着该基板的正交边缘。Z-轴与x以及y-轴正交。显示棱镜58的横向排列列端点的边缘位于x-z面上，如图6a所示，其亦同样地代表在x-z面上的一截面图。棱镜58每一个皆在x-z面上具有固定的截面剖面。参考棱镜58的截面在沿着y-轴的种种位置上，在x-z面上所撷取的截面。再者，对水平方向的参考系在x-y面上，且对垂直方向的参考则是沿着z-方向。

双凸结构化表面52包含一浅曲面透镜结构(例如，凸面或凹面透镜结构，或者凸与凹的组合)。特别地，双凸结构化表面52包括水平、不连续或连续列的双凸透镜56，每一个皆连续地在基板50的两个相对边缘之间的x-方向上延伸。相邻双凸透镜的弯曲表面会相交，以定义平行沟渠51与冠顶59。就双凸透镜56而言，y-轴在经过沟渠51与冠顶59的方向，其同样视为双凸透镜56的横向或横向方向。x-轴代表双凸透镜56的纵轴或方向。双凸透镜的纵向方向为冠顶59从双凸透镜56的一端点前进到另一端点的一般方向。显示双凸透镜56的横向排列列端点的边缘，其位于y-z面，如图6a所示，其同样地代表在y-z面中的一截面图。双凸透镜56每一个皆具有一固定截面剖图于y-z面中。对双凸透镜56截面的参考系为在沿着x-轴的种种位置上于y-z面中撷取的截面。再者，对水平方向的参考系在x-y面上，且对垂直方向的参考系沿着z-方向。

同样参考图6b至图6d，其显示沿着x-轴、y-轴以及以对x与y轴的角度45度而撷取的一截面图。在所示实施例中，在整个光学基板结构中，结构化棱柱形表面54与结构化双凸表面52一般彼此平行(亦即，不会形成总基板结构，其通常会被变锥形，就像在背光模块中的导光板面板，或者其为凹面或凸面)。在所示实施例中，基板50包含三个间隔层，其包括支持棱镜58的棱柱形表面的第一结构化层57、支持双凸透镜56的双凸表面的第二结构化层55、以及支撑层55与57的中间平面化基底层53。该两个结构化层55与57被附着到基底层53，以形成总光学基板50。在不背离本发明范围与精神下，光学基板可从单一积体物理材料层形成，而非三个分隔的物理层。光学基板50为单一个或整块体部，其包括承载棱镜与双凸透镜的表面结构的基底部分。

结构化棱镜表面54在沿着x-z面所撷取的图6b的一截面图中具有多个三角棱镜58。结构化双凸表面52在沿着y-z面所撷取的图6c的一截面图中具有多个弯曲凸透镜56。三角棱镜58彼此倾斜依靠，以定义不连续或连续棱柱形结构化表面54，同时双凸透镜56同样彼此倾斜依靠，以定义不连续或连续双凸结构化表面52。双凸结构化表面52有助于扩散功能并可减少特定的不希望光学校果，譬如吸附(wet-out)、牛顿环与干涉光栅。

在图6a所示的实施例中，双凸透镜的纵向方向与棱镜的纵向方向垂直。双凸透镜与棱镜的纵向方向可以不同的夹角α来架构。夹角α范围从0°至90°，较佳为45°至90°，以便对光线进行较好的扩散同时不会明显减少总亮度的光学基板。夹角为90°以提供较好的性能。

在所示实施例中，双凸层55与棱镜层57由相同或不同材料制成，且该基底层53由相同或不同材料制成。双凸层55与棱镜层57可使用光学透明层形成，较佳地为聚合性树脂，譬如紫外光或可见光辐射硬化树脂，譬如紫外光硬化黏着剂。一般而言，该结构化棱柱形与双凸表面56与58，其通过将包含聚合性与可交联树脂的可涂层化合物施加到主模块或主卷筒并且经受一硬化制程来形成。例如，棱柱形与双凸结构通过晶粒组件、压滚机械、模压组件或其它等同设备而被形成在基底层53上。基底层53由透明材料组成，譬如乙烯对苯二甲酸酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚苯二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚乙烯醇(PVA)或聚氯乙烯(PVC)。基底层53反而可由与结构化层55与57相同的透明材料制成。基底层53提供必要厚度，以提供结构完整性到光学基板50的最后薄膜。

在另一个实施例中，棱柱形结构化表面54可通过模铸成型、挤压、压花、列表入或押出成型在透明基底薄膜上，同时结构化双凸表面52会通过以树脂的紫外光硬化而被分别制造在透明基底层53上。

用来形成具有结构化表面的基板的过程的进一步讨论，其可参考美国专利案第7,618,164号，其以引用的方式并入于此。

在另一实施例中，结构化双凸表面52可通过模铸成型、挤压、压花、列表入或押出成型在通明基底层53上而被一体成型，同时结构化棱柱形表面54会通过以树脂的紫外光硬化而被分别制造在透明基底层53上。

在进一步实施例中，棱柱形结构化表面54可整体或分别形成在基底薄膜上，同时该结构化双凸表面亦可整体或分别形成在另一基底薄膜上。该两个基底薄膜通过将譬如压变黏着剂(PSA)的黏着剂简单地堆栈或施加到薄膜以形成相等基底层53的结构而接连地组合。明显的是，许多技术与制造方法的组合可被应用，以得到该结构化棱柱形表面、该结构化双凸表面与该基底层或其等同物的组合。

光学基板的尺寸一般如下，例如：

基底层53的厚度为数十微米至数毫米；

棱镜的尖峰高度(从基底层的相邻表面所测到，或者假如基底层与棱镜一体成型的话，从相邻非相交棱镜之间谷底所测到)为数十至数百微米；

棱镜谷底底部距离基底层顶部的距离为大约0.5至数百微米；

棱镜尖峰的顶角为大约70至110度；

相邻棱镜尖峰之间的节距为数十至数百微米；

双凸透镜的冠顶高度(从基底层的相邻表面所测到，或者假如基底层与双凸透镜一体成型的话，从非相交相邻透镜之间谷底所测到)为1至300微米

相邻冠顶高度之间的节距为10至数百微米。

根据本发明所设计的光学基板可与配置用于显示器的LCD来使用，例如用于电视、笔记本电脑、显示器、移动电话、数字照相机、PDA与类似物的便携设备，以使显示器更亮。

双凸表面52与棱柱形表面54的效果以及种种光学基板架构的它们的交互作用则可参考图7a至图7f来观察。图7a至图7f显示入射在具有不同光输入与输出表面的光学基板上的朗伯光源的烛光分布曲线的比较性参数研究。在实线的曲线代表在X-方向中的烛光分布，且在虚线的曲线代表在Y-方向中的烛光分布。就图7所示的实例而言，X-方向为水平且Y-方向进入页面。

图7a显示在不存在任何光学基板的情况下，用于朗伯光源的烛光分布曲线。在X与Y方向中的分布为相同。

图7b显示朗伯光源入射在平面PET薄膜上的结果。该烛光分布曲线与图7a实质类似。

图7c显示在没有任何双凸结构下，朗伯光源入射在光学基板上的结果，其所具有的光输出表面在Y方向中具有棱镜纵轴的一维结构化棱柱形薄膜的形式。该烛光分布曲线指的是在主要X-方向上分布的明显增强。这可通过在同轴方向上将来自光输入表面到光输出表面的光线准直而来改善亮度。以该光学基板的棱柱形输出表面的三角形结构，光线会在通过该光学薄膜时被复位向在X-方向中。

图7d显示朗伯光源入射在具有一维双凸结构化薄膜的光学基板上的结果，其中该双凸通镜的纵向轴系在-方向上。烛光分布曲线指的是光线当通过双凸薄膜时会在X-方向上发散。

图7e显示朗伯光源入射在具有结构化双凸光输入表面与结构化棱柱形光输出表面的光学基板上的结果。两结构化表面的纵向轴彼此相关地呈90°来转动，其在Y-方向上具有棱镜的纵向轴。该结果指示在X-方向上的更增强光线以及在Y-方向上的更发散光线(亦即，扩散)。

图7f显示朗伯光源入射在具有结构化双凸光输入表面与结构化棱柱形光输出表面的另一光学基板上的结果。两结构化表面的纵向轴彼此相关地呈0°来转动，两者皆在Y-方向中。该结果指示增强光线以及在相同方向上的发散/扩散光线。

根据以上比较性研究可知，双凸光输入表面会发散光线，以产生扩散，且棱柱形光输出表面则会呈散射与折射的方式来增强在同轴方向上的光线。

在本发明的另一实施例中，至少有些双凸透镜不会彼此相交，而使相邻凸弯曲透镜表面不相连或不连续。图8为在y-z面所看到的光学基板550的一截面图(与图6b相同面)。光学基板550包括基底层510与具有凸弯曲表面524形成在基底层510的顶表面上的多个双凸透镜520以及形成在基底层510的顶表面上的纵向棱镜512(类似棱镜58)。每一双凸透镜520的表面524实质对应圆柱522的表面部分，其在截面上的中心为〝O〞、半径为〝r〞，其表面部分对应对角θ以及在截面上点〝a〞与〝b〞之间的对弧。在图所示的一截面图中，透镜520对应圆圈522的一段，其由弦a-b与弧a-b定边界。如图8所示，相较于图6b，双凸透镜520的相邻弧形表面524并没有彼此接触以形成相连或连续透镜表面。在本实施例中，每一透镜520的表面524〝垫底〞在基底层510的顶部上，其在相邻透镜之间具有平间隔。在本实施例中，就不连续透镜520而言，透镜宽度节距1相同。在相邻不连续透镜之间，间隔节距2相同或不同。

在较佳实施例中，双凸结构的角度θ范围为5度至90度，较佳的范围为20度至65度。双凸透镜结构的高度(H)(从基底层510的顶部测到，或者假如基底层与双凸透镜一体成型的话，从相邻非相交或非重迭双凸透镜之间的谷底所测到)相等，较佳地范围为1μm至100μm，更佳的范围是2μm至50μm。双凸透镜的曲率是相同的。棱镜512尖峰高度为5μm至100μm；相邻棱镜尖峰的节距为10μm至500μm；基底层510的厚度为5μm至1000μm；节距1为5μm至500μm；节距2为1μm至100μm；相邻透镜中心O之间的距离为5μm至500μm。

在较佳实施例中，棱镜512的顶角范围为70度至110度，更佳地范围为80度至100度。在另一个较佳实施例中，棱镜单元的垂直高度(H)范围为10μm至100μm，更佳地范围为20μm至75μm。或者，该棱镜单元具有或不具有相同垂直高度。在另一较佳实施例中，该棱镜512的水平节距范围为10μm至250μm，更佳地范围为15μm至80μm。

图9a为顶部透视图且图9b为光学基板551的另一实施例的一截面图(在y-z面)。在本实施例中，双凸透镜520’的曲率与高度分别相同，且该结构化双凸表面的两个不连续双凸透镜520’之间的距离节距2相同。在本实施例中，每一透镜520’的表面524’并没有垫底于基底层510’的顶部上。双凸透镜结构的高度(H)(从基底层510的顶部测到，或者假如基底层与双凸透镜一体成型的话，从相邻双凸透镜之间的谷底所测到)相等，较佳地范围为1μm至300μm，更佳的范围为2μm至50μm。双凸透镜的曲率是相同的。节距1为5μm至500μm；节距2为1μm至100μm；

图10a与10b显示光学基板552的另一实施例。在本实施例中，该结构化双凸表面524”的两个不连续双凸透镜520”之间的距离节距2，其在整个截面上是可变或不同的。双凸透镜的高度(H)(从基底层510的顶部测到，或者假如基底与双凸透镜一体成型的话，从非相交相邻双凸透镜之间的谷底所测到)相等，较佳地范围为1μm至100μm，更佳的范围为2μm至50μm。双凸透镜的曲率是相同的。节距1为5μm至500μm；节距2则在1μm至100μm之间改变。

图11a与图11b显示光学基板553的另一实施例。在本实施例中，双凸透镜525的结构的垂直高度(H)是可变的。再者，不同双凸透镜525的曲率半径亦可变化以及/或者不同双凸表面符合除了圆形以外的不同截面(例如，规则或不规则几何形状的椭圆形或其它截面)以及进一步改变尺寸的圆柱形。具有定义其他凸曲线表面剖面的均匀截面的纵向双凸结构亦可被考虑在内(例如，不同双凸透镜的相同剖面或不同剖面)。节距1为5μm至500μm；节距2为1μm至100μm；高度则从0.5μm变化到300μm。

图12a与图12b显示光学基板554的另一实施例。在本实施例中，某些相邻的双凸透镜会彼此相交或部分重迭，因而定义一相连或连续双凸结构化表面，其具有拥有对称截面(如图12b所示，在y-z面上观看)的某些双凸透镜526。双凸透镜526的垂直高度与曲率，其在该多个透镜之间分别相同。节距1为5μm至500μm；相交的范围在1μm至50μm之间，其重迭相邻双凸透镜的边缘。

图13a与图13b显示光学基板555的进一步实施例。在本实施例中，双凸透镜527在整个y方向上是不连续(如在所示一截面图中显示)。部分的相邻双凸透镜527为联接或相连。双凸透镜527沿着透镜的纵向方向(x-方向)而横向地摆动(在y-方向)。在一种实施例中，该双凸结构可被视为包含横向蜿蜒纵向双凸透镜列以及/或者端点对端点连接的连续弯曲片段部分(亦即，在特定方向中具有曲线的部分，或者通常为C-型或S-型弯曲部分)，以形成总蜿蜒纵向横向透镜结构。在一种实施例中，纵向双凸结构的横向蜿蜒列可被横向平行(在y-方向中并肩)排列。在一种实施例中，横向波形是规律的，其具有一固定或可变波长与/或波长振幅(或横向变形程度)。此横向涟波一般紧接着正弦剖面或其它弯曲剖面。在另一个实施例中，横向涟波具有任意波长与/或波振幅。在一个实施例中，就经过特定截面平面的相邻透镜而言，双凸透镜527的垂直高度、曲率、表面剖面与/或宽度分别相同，就沿着纵向x-方向的不同截面平面而言，其并且固定或变化。节距1为5μm至500μm；节距2为0μm至100μm。

图14a与图14b显示图13a与13b的实施例的修改。在光学基板556的实施例中，一些相邻的横向蜿蜒双凸透镜会彼此相交或部分重迭，因而在沿着每一双凸透镜528的长度的一些位置上来定义一相邻或连续双凸表面。那些相交的相邻双凸透镜528将具有不对称截面(如在图14b所示的y-z面中观看：同样地见图12b)。双凸透镜528具有相同高度。其他结构则与图13中类似。

图14c至图14f显示在图14a与14b所示的横向蜿蜒双凸透镜528的变异。如图所示，在图14c至图14f中的部分双凸透镜528’，其会彼此相交或部分或完全重迭，因而定义一相连或连续双凸结构化表面于光学基板556’上。实质上，双凸透镜528’结合在图14a与图14b中双凸透镜528的高度变化特征，以及在图12a与图12b中双凸透镜526的相交特征。如在图14d的x-y面所示，双凸透镜528’并非完全从光学基板556’的一边缘至一相反边缘而在纵向连续。有些双凸透镜528’以较短的纵向片段来呈现，其具有一终端在一处(例如，580与581)，在此一部分的双凸透镜528’会完全覆盖另一双凸透镜528。在双凸透镜528’之间则会有空间或平板(例如，在582与583)。

之后以引用的方式完全并入于本发明的美国专利案第7,618,167号描述坚硬工具可用于“刻划模具表面以形成上述的光学基板结构化表面”。坚硬工具可为安装在计算机数值控制(CNC)系统上的微小尺寸工具(例如：车床，铣床及直线切割(ruling)/刨床成型(shaping)机器)。在图14c至图14f中的凹凸结构可通过控制系统(计算机数值控制系统)在模具表面上刻划出多个沟槽且使用模具表面压印在基板上的薄膜形成。

在图14c至图14f中的部分双凸镜528’起因于在图14a至图14b中的双凸透镜528重迭；换句话说，多个沟槽在模具的表面上依序刻划，各个沟槽沿着第一方向刻划，接着在图14c至图14f中的部分双凸透镜528’可通过沟槽的重迭形成。从之前图14c至图14f所示，双凸透镜528’并非全部从光学基板556’的一边缘延伸至一相对边缘纵向地连续；换句话说，部分沟槽被其它沟槽所截断，使得凹凸结构的部分双凸透镜528’(片段)对应部分沟槽未被截断的部分。

图15a与15b显示光学基板557的进一步实施例。在此实施例中，相邻双凸镜529由一间隔所分隔，且该高度会沿着在x-方向中的每一双凸透镜的长度来改变。在所示实施例中，当高度沿着一透镜而变，截面表面剖面则在x-方向改变。该高度变化通常接着在规律、固定、变化或随机波长与/或波振幅中的正弦剖面或其它弯曲剖面。该透镜宽度(例如，如图8所示，在点〝a〞至点〝b〞之间的节距1)对相邻透镜而言是一样的，其并且沿着x-方向中的每一透镜而固定。在替代实施例中，就一或更多透镜而言，该宽度亦可在相邻透镜之间或沿着x-方向来改变。透镜之间的间隔(例如，如图8所示的节距2)，其在整个图14b所示的部分中是固定的(同样在图9b中所示)，或者在整个部分是改变的(例如，如图10b所示)。节距1为5μm至500μm；节距2为0μm至100μm；高度变化范围为1μm至50μm。

图15c至图15f显示图15a与15b所示的高度变化双凸透镜529的变化。如所示，在图15c至图15f中的纵向双凸透镜529’会彼此相交或部分重迭，因而在光学基板557’上定义一相连或连续双凸结构化表面。事实上，纵向双凸透镜529’结合在图15a与图15b中的双凸透镜529的高度变化特征，以及在图12a与图12b中的纵向双凸透镜526的相交特征。图15c至图15f的结构可以下列方式形成：(a)通过一控制系统使用一坚硬工具刺入(penetrate)一模具，以在该模具的一表面上依序刻划出多个沟槽，其中该坚硬工具具有一形状使得各个该沟槽的横向(transverse)宽度随着该坚硬工具刺入深度的增加而增加，其中当各个该构槽沿第一方向上进行(march)时，通过反复上下移动该坚硬工具以刻划该模具来控制该坚硬工具的刺入深度，使得各个该沟槽的横向宽度根据所控制的该坚硬工具的刺入深度而变化，其中每两个相邻的沟槽完全重迭而在其之间并没有间隔(space)；(b)使用该模具的该表面压印在该基板上的一薄膜。当各个构槽沿第一方向上进行时，通过反复上下移动坚硬工具会导致构槽的横向宽度具有极大值和极小极交替变化，使得构槽的空间具有如环节动物的结构，相较于固定的刺入深度导致构槽具有固定的横向宽度而言，这种方法将一维的柱状结构改变成二维的环节结构，从而能够大大增强光学膜的扩散效果。当两个沟槽沿第一方向上(较佳为在第一方向上的直线)进行时，本发明通过后者沟槽和前者沟槽重迭的方式，解决“在前者沟槽和后者沟槽的横向宽度同时具有极小值的部分之间而存在间隔”的问题，这种方法能够保证通过模具所压印后的薄膜不会有平坦之处，从而因而增强扩散效果。较佳的，通过计算机数值控制(CNC)系统在滚轮的表面上使用坚硬工具依序刻划出多个沟槽，其中各个该沟槽沿着第一方向刻划，其中当各个该沟槽在刻划时，该坚硬工具未抽出而远离该滚轮(当坚硬工具未刺入模具/滚轮时，模具/滚轮具有非结构化表面；然而当坚硬工具刺入模具/滚轮刻划沟槽时，坚硬工具的前端一直维持在非结构化表面之下，直到沟槽形成后坚硬工具的前端才抽出而在非结构化表面之上)，这种方法将一维的柱状结构改变成二维的环节结构，从而环节之间不存在任何间隔，进而增强光学膜的扩散效果。较佳的，坚硬工具(的前端)具有一透镜(lenticular)形状(如图8所示，坚硬工具前端具有圆弧状)，相较于有棱镜(prismatic)形状的坚硬工具，以具有透镜形状的坚硬工具刻划所制作的模具，从而压印后的薄膜具有更好的扩散效果，然而本发明中的坚硬工具并不局限为具有圆弧状，只要具有平滑弯曲的突起形状而可以达到压印后的膜具有较佳的扩散效果即可。较佳来说，维持坚硬工具沿着在第一方向上的第一直线以沿第一方向刻划各个沟槽，此方式相较沿着第一方向蜿蜒进行来刻划沟槽而言，不仅可缩短制作时间，还可以增加模具精密度以降低制作上的误差(由于坚硬工具前端具有圆弧状，如此可保证在模具上所刻划的沟槽也具有平滑的圆弧状，所压印的薄膜具有更佳的扩散效果)。

图16a至图16b显示光学基板558的另一实施例。在本实施例中，替代在先前实施例中延伸经过整个光学基板的连续纵向双凸结构，其可被断裂为双凸片段。同样参考图17，每一双凸片段530通常呈具有圆头的加长、细长结构。双凸片段530的总结构在x-y面上是对称的，其相似椭圆面片段。图17c所示的双凸片段530结构的顶部图，其一般为对称、细长、加长或类似平椭圆结构。图17a所示的双凸片段530纵向截面剖图，其一般为细长与加长弯曲表面，类似椭圆顶部。在替代性实施例中，双凸片段的平面几何形状是不对称的。在本实施例中，双凸片段530会彼此隔离或分隔。在图7b所示的双凸片段530的横向截面剖面一般为圆柱表面，其类似在稍早实施例中的截面剖面。在本实施例中，沿着每一双凸片段的垂直高度(H)可被观察到沿着纵向x-方向上很大程度的改变。双凸片段530的总高度是相同的。通过控制表面曲率、节距(L)与高度(H)的比率，双凸片段530可影响在x-y面中的光扩散(亦即，沿着x与y方向)。片段530的尺寸：长度L1为1μm至5000μm；节距L2为0.5μm至2000μm；H为0.1μm至500μm。片段530的分布从大约光学基板涵盖范围的30％至100％。应该注意的是，100％范围意味着该双凸片段并非重迭(例如见图19与以下讨论)。

图18至图21显示根据本发明进一步实施例所设计的在光学基板结构化双凸表面上的双凸片段的变异。除了双凸片段以外，在种种实施例中的剩余结构可与图16类似。

相较于图16实施例中的双凸片段530，在图18的实施例中，在光学基板559上类似椭圆的双凸片段532在x-y面上为不对称(非对称)。

相较于在图16实施例中的双凸片段530，在图19的实施例中，类似椭圆的双凸片段534为对称，但却在光学基板560上彼此相交或部分重迭。所示的结构表面则可提供较佳的扩散。

相较于图19的实施例，在图20的实施例中，类似椭圆的双凸片段535为不对称，并且在光学基板561上彼此相交或部分重迭。所示的结构表面亦可提供较佳的扩散。

类似图19的实施例，在图21的实施例中，类似椭圆的双凸片段536为对称，并且在光学基板562上彼此相交或部分重迭，但在本实施例中双凸片段536的表面却可用凹部、线、裂缝与/或突起物等等来粗糙化或刻纹，以增强扩散效果。图21b显示双凸片段的刻纹表面的SEM图。在此所揭露的其他实施例的双凸结构亦可被类似刻纹化。

实验结果

种种样本光学基板已经被评估以用于角度与折射率对混浊度与增益的效果，以及在干扰光栅上的效果。

混浊度测量在简单光学基板上进行，其在光输入表面上仅仅具有双凸透镜，而在相对光输出表面上不具有棱镜。混浊度通过将每一光学基板放置在雾度尺上来测量(例如，Nippon Denshoku有限工业公司的混浊度尺，模型编号NDH-2000)。

样本光学基板的增益使用色度计来评估(例如，TonCon BM7亮度色度计)，以决定从背光发出经过本发明光学基板的同轴亮度，其具有结构化棱柱形光输出表面与结构化双凸光输入表面(亦即，棱镜结构与双凸结构均出现在光学基板的相对侧上)。同轴亮度系垂直测量样本而发出的光强度。资料以每平方公尺烛光(cd/m2)的亮度来报告。就增益评估而言，底部扩散薄层会被放置在背光上，其会在评估下被夹于背光与每一样本光学基板之间。没有其他的光学薄膜或LC会被使用于增益评估。每一样本光学基板的亮度值可被测量。仅仅具有相同底部扩散薄层的相同背光的亮度值可被测量。同轴亮度增益值以样本光学基板的测量亮度值对仅仅具有下扩散片的背光的测量亮度值的比率来表达。

本发明样本光学基板的干涉光栅效果可通过肉眼使用背光来简单地观察，其具有下扩散片薄层的中间层放置在背光上以及棱柱形亮度增强薄层(在光输入侧上没有任何双凸结构)在样本光学基板与下扩散片薄层之间。

扁平率为节距2/(节距2+节距1)的比率。就所有实验而言，节距1对样本光学基板而言是固定的。

实验A：

表1显示在增益与扩散/混浊度上(例如，类似图6a所示的实施例，扁平率在0％)双凸结构的角度θ的效果。可以观察到，干涉光栅可被消除，且就角度θ范围16度至66度而言，增益可维持在1.49与1.54之间。

表1

实验B：

表2显示双凸结构的折射率的效果(例如，在图6a与图8所示的结构，其具有零扁平率)。在较大的角度θ，混浊度更高，但增益更低。当双凸结构的折射率增加时，混浊度将会增加。然而，光学基板的增益将会减少。双凸结构的较佳折射率范围为1.45至1.58。

表2

实验C：

表3显示当改变双凸半径时，在混浊度与增益上并没有明显变化(例如，在图6a与8所示的结构，其具有零扁平率)。然而，在改变混浊度与增益上，角度θ是明显的。

表3

实验D：

表4显示光学基板的扁平率的效果，譬如图9所示的实施例。在低扁平率上，光学基板具有更高的混浊度，且干涉光栅可被消除。当光学基板的扁平率更高时，消除干涉光栅的能力则会减少。光学薄膜的较佳扁平率并没有超过10％。

表4

实验E：

在本实验中，两光学基板相关于彼此转动，以改变角度α(见图6a的实施例)。表5，角度α实质为90°，以提供亮度增强薄膜，其具有同样呈现良好增益的可接受扩散。

表5

已知先前所描述的实施例与实验结果，人们可适度地预期选择与/或结合结构化表面的不同特征的效果，以在没有妥协可接受扩散之下减少干涉光栅并增加增益，以及得到以上所述本发明的其他有益效果。例如，光分散的程度是由包括树脂折射率(RI)、双凸透镜曲率半径、双凸透镜对角/高度、扁平率等等的参数所控制。在结合结构化双凸光输入表面与结构化棱柱形光输出表面上，明显会有协力增效，以得到本发明的有益效果。

当上述光学基板包含棱柱形结构化表面与相对双凸结构化表面时，可完成扩散，同时可在没有明确减少整个亮度之下，减少特定不希望的光学校果，譬如吸附(wet-out)、牛顿环或干涉光栅。当双凸结构化表面将所察觉到暗与亮区域之间的截断效应(在截断时以彩虹纹显现)减少到某范围特定观看或观察角度时，就特定显示应用而言，更逐渐的截断将会令人希望。

根据本发明另一实施例，光学基板的双凸结构化表面包含一浅曲面透镜结构，其具有沿着双凸结构分布的〝涟波〞(另外，其在截面上是均匀)。该涟波类似节点或一系列节点。光分散的程度随后可由除了树脂折射率(RI)、双凸透镜曲率半径、双凸透镜对角/高度、双凸透镜对角/高度、扁平率以外，还包括涟波密度等等的参数所控制。

图22a至图22d显示根据本发明一实施例所设计的节点结构化双凸表面的光学基板70。在本实施例中，光学基板70的结构实质类似在图6a所示并且说明如上的光学基板50，除了以下所进一步解释的隔离节点86添加在结构化双凸表面72上以及具有沿着棱镜78交替变化的棱镜高度的结构化棱柱形表面74以外。两结构层均可由基底层53所支撑。

浅曲面凸透镜76提供具有涟波，其呈沿着另外连续、均匀双凸透镜76而在x-方向上分布的事先定义隔离节点86的形式。节点86每一个均呈一部分环形带绕着双凸透镜76的圆柱表面的形式。在图22a的一截面图中，节点86具有一凸面弯曲截面剖面。在结构化双凸表面72上的事先定义节点86会将光线分散于与纵向双凸透镜76平行的纵向x方向，且浅曲面双凸透镜会将光线分散于与纵向双凸透镜76垂直的横向y方向，如此，相较于例如图6a的较早实施例，具有事先定义节点表面的浅曲面透镜结构则可改善扩散效果。于是，节点86有助于扩散，其并且亦可减少特定的不希望光学缺陷，譬如截断效应(彩虹纹)、牛顿环与干涉光栅。该些节点为数微米至数百微米宽(在x-方向，以图22a所示的截面观看)，以及在双凸透镜相邻表面以上或以下的一微米至数十微米。沿着双凸透镜的隔离节点86之间的距离，其为数微米至数千微米。

在本实施例中，纵向棱镜78具有沿着纵向y方向在两高度(高度差大约3μm)之间交替的尖峰。棱镜结构化表面74可通过将入射在结构化双凸透镜上的光线准直以在同轴方向上发出光线而来改善亮度。

三角棱镜78彼此相邻依靠，以定义连续或连续棱柱形结构化表面，同时该浅曲面透镜76亦可彼此相邻依靠，以定义连续或连续双凸结构化表面72。如在稍早的实施例中，双凸透镜76与棱镜78的纵向方向可以不同的夹角α来架构。夹角α范围从0°至90°，较佳为45°至90°，以便提供具有满意能力来扩散光线同时不会明显减少总亮度的光学基板。夹角α为90°以提供较好性能。光学基板70的制造包含如在稍早实施例中的类似制作过程。

图23a至图23c显示结构化双凸表面的另一实施例，相较于图22所示的先前实施例，其具有类似一系列毗邻节点186在光学基板170的结构化双凸光输入表面172上的涟波185。除了涟波185以外，光学基板170的剩余结构与图22实施例中光学基板70类似。特别是，微曲面浅曲面凸透镜176提供具有隔离事先定义涟波，其呈一系列节点186沿着另外连续、均匀双凸透镜176而在x-方向上分布的形式。在本实施例中，该系列节点186会将涟波185形成在另外的均匀纵向双凸透镜176，其包括不同宽度与/或厚度/高度的连接节点186(以在x-z面上的一截面图来观看)。在每一涟波185中，会有一系列的两个至数十个节点。沿着双凸透镜的隔离独立涟波185(系列节点186)之间的距离，为数微米至数千微米。在结构化双凸表面172上的涟波185会将光线分散于与纵向双凸透镜176平行的纵向x方向，且浅曲面双凸透镜会将光线分散于与纵向双凸透镜176垂直的横向y方向，如此，相较于图6a的较早实施例，具有事先定义涟波表面的浅曲面透镜结构则可改善扩散效果。于是，涟波185有助于扩散，其并且亦可减少特定的不希望光学缺陷，譬如截断效应(彩虹纹)、牛顿环与干涉光栅。

如在图23的实施例所示，在每一涟波185中的节点186(亦即，一系列节点)并非在相同高度。诚如在图23b所更明显显示地，每一双凸透镜176的涟波具有沿着正弦曲线或任何其他定义曲线而变的高度，或者呈随机/虚拟随机方式而变的曲线。不过，在涟波中的一些或所有节点为相同高度。再者，在x-z片段上观看(亦即，在图23b上观看)，一些或全部涟波为类似或不同。

提供涟波于在此所揭露的双凸结构的其他实施例上以改善扩散特征，其充分地在本发明的范围与精神内。

实验结果

为光输入表面的节点双凸透镜结构所得到的效果，亦即截断效应(彩虹纹)，其可由肉眼所判断。图24a为显示在特定视角的两光学基板的视觉感受的图，在背光(例如，光导导光板与底部扩散器下扩散片)背景上，每一个皆仅仅具有结构化棱柱形输出表面(没有任何结构化双凸光输入表面)。图24b为显示在特定视角的两光学基板的视觉感受的图，在背光，每一个皆具有拥有涟波双凸透镜结构的光输入表面以及具有棱柱形结构的光输出表面。比较图24a至图24b，在所察觉到暗与亮之间的过度(圆形区域)呈现更尖锐的截断，其在图24a的过渡时由彩虹纹所伴随，但是在所察觉暗与亮之间的过渡则会更渐增，而在图24b中没有任何明显的彩虹纹。根据这些结果，具有事先定义节点的浅曲面透镜结构显然可有效地减少彩虹纹。

已知浅曲面透镜结构具有事先定义节点以提供更佳扩散效果的能力，将会有更多参数来控制在光学基板的二维平面上(亦即，经过x-y平面)的扩散。在光学基板x向中的扩散特征，其可通过选择节点的高度与密度来变化。在y-方向中的扩散特征，其可通过选择浅曲面透镜的曲率半径与对角θ来改变。于是，光学基板可被设计，以提供适当的增益与混浊度给不同的背入式模块，以得到在不同LCD应用中的所希望的显示质量。

已知先前所描述的实施例与实验结果，人们可适度地预期选择与/或结合结构化表面的不同特征的效果，以在没有妥协可接受扩散的情况下减少干涉光栅并增加增益，以及得到以上所述本发明的其他有益效果。

在进一步实施例中，结构化棱镜形光输出表面包括改变尖峰的高度，以及在该结构表面上分布的事先定义结构化不规则性。所引进的事先定义不规则性与起因于制造的预期结构化缺陷为同类，譬如在结构化表面的棱镜结构中(例如，在尖峰或谷底)的非平面平坦部份。结构化不规则性可呈整齐、半整齐、随机与虚拟随机的至少一方式而分布于整个结构化光输出表面上。被引进入该结构化光输出表面的事先定义不规则性可遮蔽特定使用者可察觉的缺陷，其由从制造制程不故意被包括在该结构化光输出表面中的结构性缺陷所引起。进一步参考美国专利案第7,883,647号中的事先定义结构化不规则性的缺陷遮蔽效果，其一般可被受让给本申请案的受让者，其并且在此完全以引用的方式并入。

在另一个实施例中，该结构化棱柱形光输出表面可交替或另外包括不规则棱镜结构，诚如在美国专利申请案第7,618,164号中所公开的，其一般可被受让给本申请案的受让者，其并且在此完全以引用的方式并入。交替或另外，该结构化棱柱形光输出表面包括抗震结构，如在美国专利申请案第7,712,944号中所公开，其一般可被受让给本申请案的受让者，并且在此完全以引用的方式并入。交替或另外，该结构化棱柱形光输出表面包括横向排列蛇行、波浪形或蜿蜒的纵向棱镜结构列，如在2010年8月11日提出申请的美国专利申请案第12/854,815号中所公开，其一般可被受让给本申请案的受让者，并且在此完全以引用的方式并入。

本发明也公开了在基板上形成凹凸结构的方法。凹凸结构可包含多个片段(segment)。如之前在图14c至图14f所描述的，片段不从基板的一边缘延伸至基板的一相对边缘。举例来说，片段可从基板的一边缘延伸至基板表面区域内的一点或从基板表面区域内的一第一点延伸至基板表面区域内的一第二点。

基板可为具有光输入表面和光输出表面的光学基板。在一个实施例中，凹凸结构可形成在基板的光输入表面上；凹凸结构可包含透镜结构和棱镜结构其中至少一个结构，较佳来说，凹凸结构为透镜结构。在另一个实施例中，凹凸结构可形成在基板的光输出表面上；凹凸结构可包含透镜结构和棱镜结构其中至少一个结构，较佳的，凹凸结构为棱镜结构。

方法包含两个主要的步骤。在步骤A中：通过一控制系统在一模具的一表面上依序刻划出多个沟槽，其中该多个沟槽包含至少一第一沟槽，其中对于该至少一第一沟槽中任一个第二沟槽，该第二沟槽和不同于该第二沟槽的至少一第三沟槽重迭，以使该第二沟槽被该至少一第三沟槽所截断(cut off)。较佳的，通过计算机数值控制(CNC)系统在滚轮的表面上使用坚硬工具依序刻划多个沟槽，其中各个该沟槽沿着第一方向上刻划，其中当各个该沟槽在刻划时，该坚硬工具未抽出而远离该滚轮(当坚硬工具未刺入模具/滚轮时，模具/滚轮具有非结构化表面；然而当坚硬工具刺入模具/滚轮刻划时沟槽时，坚硬工具的前端一直维持在非结构化表面之下，直到沟槽形成后坚硬工具的前端才抽出而在非结构化表面之上，此举将一维的柱状结构改变成二维的环节结构而环节之间不存在任何间隔，进而增强光学膜的扩散效果)。较佳的，坚硬工具(的前端)具有一透镜(lenticular)形状(如图8所示，坚硬工具前端具有圆弧状)，相较于有棱镜(prismatic)形状的坚硬工具，以具有透镜形状的坚硬工具刻划所制作的模具而压印后的薄膜具有更加的扩散效果，然而本发明的坚硬工具并不局限具有圆弧状，只要具有平滑弯曲的突起形状而可以达到压印后的膜具有较佳的扩散效果即可。在一个实施例中，该至少第一沟槽未被截断的部分对应该凹凸结构的多个片段。在步骤B中：使用该模具的该表面压印在该基板上的一薄膜以在该基板上形成该凹凸结构。

多个沟槽通过控制系统在模具的表面上刻划。较佳的，各个沟槽沿着第一方向上刻划(例如从模具的一边缘延伸至模具的一相对边缘或滚轮的切线方向)。以引用的方式完全并入于此美国专利案第7,618,167号公开根据许多制程技术如何产生光学基板的结构化表面，包含微机械使用坚硬的工具以形成模具或相似物。坚硬工具可为安装在计算机数值控制系统上的微小尺寸工具(例如：车床，铣床及直线切割(ruling)/刨床成型(shaping)机器)。较佳的，控制系统为计算机数值控制系统且模具为滚轮。

应该要注意的是，图26至图30说明在模具表面上的一部分沟槽，然而，沟槽可分布遍及于模具表面(见图32a和图32d)。此外，将形成在基板上的凹凸结构的片段可互补(complementary)于(或对应于)沟槽未被截断的部分，方便起见在此仅使用一组互补图(见图32a至图32d)说明。

图26至图30说明在本发明不同实施例中形成在模具表面上的一部分沟槽的上视图，其中为了方便起见而显示各个沟槽的相对边缘。多个沟槽包含至少一第一沟槽(即被截断的第一沟槽)，其中对于该至少一第一沟槽中任一个第二沟槽，该第二沟槽和不同于该第二沟槽的至少一第三沟槽重迭，以使该第二沟槽被该至少一第三沟槽所截断。在一个实施例中，见图26，第二沟槽以2001表示且第三沟槽以2002表示。在一个实施例中，见图27，第二沟槽以2003表示且多个第三沟槽以2004、2005表示。在一个实施例中，见图28，第二沟槽以2006表示且多个第三沟槽以2007、2008表示；第二沟槽以2007表示且第三沟槽以2008表示。在一个实施例中，见图29，第二沟槽以2009表示且第三沟槽以2010表示；第二沟槽以2010表示且第三沟槽以2011表示。在一个实施例中，见图30，第二沟槽以2013表示且第三沟槽以2014表示。在图26至图30中的沟槽之间至少有间隔(space)，然而沟槽之间也可以没有间隔(即凹凸结构的片段之间没有间隔)。第二沟槽可和不同于该第二沟槽的两个(或更多)第三沟槽重迭，以使该第二沟槽被该两个第三沟槽所截断(见图27至图28)。在一个实施例中，各个沟槽为被至少一第三沟槽所截断的第二沟槽，使得凹凸结构不包含从基板的一边缘延伸至基板的一相对边缘的连续透镜或棱镜。

当沟槽A和沟槽B(也可为至少一沟槽B)形成使得沟槽A具有一第一边缘和一第二边缘且沟槽B具有分别对应沟槽A的该第一边缘和该第二边缘的一第三边缘和一第四边缘，截断(cut off)(即沟槽A被沟槽B所截断)可定义成：当沟槽A和沟槽B互相过于夸张重迭(over lap)时，沟槽B的第三边缘的一部分落于沟槽A的第一边缘之外。有很多的方式可以形成重迭，例如控制沟槽的深度变异(回头参考图15a至图15f)、控制沟槽的摆动(swing)(回头参考图13a、图13b、图14a和图14b)和控制沟槽的深度变异和摆动(参考图13a、图13b、图14a、图14b和图15a至图15f)。

在一个实施例中，多个沟槽包含至少一第一沟槽(即被截断的至少一第一沟槽)，其中对于该至少一第一沟槽中任一个第二沟槽，该第二沟槽和不同于该第二沟槽的至少一第三沟槽重迭，以使该第二沟槽被该至少一第三沟槽所截断，其中该至少一第三沟槽包含一第四沟槽和一第五沟槽，其中该第二沟槽在该第二沟槽的一第一位置被该第四沟槽所截断且该第二沟槽在该第二沟槽的一第二位置被该第五沟槽所截断，其中该第二位置不同于该第一位置。在一个实施例中，参考图28，第二沟槽以2006表示，多个第三沟槽以2007、2008表示，第四沟槽以2007表示，第五沟槽以2008表示，第二沟槽2006在第二沟槽2006的第一位置2006A被第四沟槽2007所截断且第二沟槽2006在第二沟槽2006的第二位置2006B被第五沟槽2008所截断(第二位置2006B不同于第一位置2006A)。

在一个实施例中，多个沟槽包含至少一第一沟槽(即被截断的至少一第一沟槽)，其中对于该至少一第一沟槽中任一个第二沟槽，该第二沟槽和至少一第三沟槽(不同于该第二沟槽)以及一第四沟槽(不同于该第二沟槽和该至少一第三沟槽)重迭，以使该第二沟槽被该至少一第三沟槽所截断，但不被该第四沟槽所截断。在一个实施例中，参考图29，第二沟槽以2009表示，第三沟槽以2010表示，第四沟槽以2011表示，第二沟槽2009被第三沟槽2010所截断，但不被第四沟槽2011所截断(见位置2009A)。

在图26至图29所示的实施例中，各个沟槽的相对边缘沿着一第一纵轴2051摆动(swing)，然而该第一纵轴2051不落于各个沟槽的相对边缘之间(见图31a)。在图26至图29所示的实施例可通过控制沟槽的摆动达成(回头参考图13a、图13b、图14a和图14b)，较佳的，可通过程度较少地控制沟槽的深度变异和程度较多地控制沟槽的摆动达成(参考图13a、图13b、图14a、图14b和图15a至图15f)。在图30所示的实施例中，第一纵轴2051落于每一沟槽的相对边缘之间(见图31b)。在图30所示的实施例可通过控制沟槽的深度变异达成(参考图15a至图15f)(即维持坚硬工具沿着在第一方向上的第一直线(见图31b的第一纵轴2051)以沿着第一方向刻划第一沟槽2013；以及维持坚硬工具沿着第二直线(见图31b的第一纵轴2051)以沿着该第一方向刻划第二沟槽2014，其中该第二直线平行在第一方向上的该第一直线，其中通过由坚硬工具的刺入深度所控制的第二沟槽2014的横向宽度增加足以沿着第二沟槽2014的横向方向截断第一沟槽2013，使得第一沟槽2013被第二沟槽2014分离(separate)成多个凹槽(notch)；若第一沟槽2013和第二沟槽2014中每一个沟槽在维持坚硬工具沿着在第一方向上的一直线以沿着第一方向刻划沟槽时保持刺入深度不变时，则第二沟槽2014不可能沿着其横向方向截断第一沟槽2013，此例通过坚硬工具的刺入深度所控制的第二沟槽2014的横向宽度增加，当第二沟槽2014的横向宽度增加至一程度足以沿着第二沟槽2014的横向方向截断第一沟槽2013)，藉由维持坚硬工具实质上沿着在第一方向上的第一直线以沿着第一方向刻划各个沟槽，此方式相较沿第一方向蜿蜒进行来刻划沟槽而言，不仅可缩短制作时间，也可以增加模具精密度以降低制作上的误差(由于坚硬工具前端具有圆弧状，如此可保证在模具上所刻划的沟槽也具有平滑的圆弧状，所压印的薄膜具有更佳的扩散效果)。本发明也可通过程度较多地控制沟槽的深度变异和程度较少地控制沟槽的摆动达成(参考图13a、图13b、图14a、图14b和图15a至图15f)。各个沟槽的相对边缘可对称于第一纵轴2051。各个沟槽的相对边缘可不对称于第一纵轴2051，较佳的，一边缘和第一纵轴2051之间的平均距离实质上相等于另一边缘和第一纵轴2051之间的平均距离。

请参考图32a至图32d。图32a为模具的三维空间示意图，其中该模具具有遍及其表面上的多个沟槽。图32b为图32a的上视图。图32c为基板的三维空间示意图，其中该基板具有通过压印在其上的一薄膜以形成在其上的一凹凸结构。图32d为图32c的上视图。在图32a至图32b所示的实施例中，多个沟槽通过控制沟槽的深度变异形成且遍及模具2055的表面上，然而本发明并不局限于此案例(举例来说，控制沟槽的摆动、控制沟槽的深度变异和摆动)。详细来说，当沟槽X晚于沟槽Y刻划时，沟槽Y被沟槽X所截断且形成实质上在一第一线2063上配置的多个部分2061。在相邻的部分2061之间具有一间隔2062。在一个实施例中，沟槽X的宽度大于沟槽Y的宽度。选择性地，沟槽X的一部分的宽度小于沟槽Y的宽度。在另一个实施例中，沟槽X的深度变异大于沟槽Y的深度变异。在压印后，遍及模具2055表面上的部分2061互补于(或对应于)形成在基板2056上的凹凸结构的片段2066。

在本发明范围与精神内可考虑，两个或更多个以上说明结构化表面特征的进一步组合，其可被实施为存在于单一光学基板中，以得到具有LC模块的特定应用的希望光学结果。

根据本发明，该光学基板(例如，在图6a中的50)包含棱柱形、结构化光输出表面与结构化双凸光输入表面，当例如被应用在LCD中时，其系可一起增强亮度、减少干涉光栅并且提供可接受的扩散特征。合并根据本发明所设计的本发明光学基板和本发明LCD，其可被配置于一电子装置中。如图25所示，电子110(其为PDA、移动电话、电视、显示屏幕、便携计算机、电冰箱等其中一个)包含根据本发明一个实施例所设计的LCD 100。LCD 100包含以上本发明中的光学基板。电子装置110进一步包括在适当外壳内的使用者输入界面(譬如按键与按钮，由方块116所概要地显示)、用来管理到LCD100的影像数据流的影像数据控制电子(譬如控制器，由方块112所概要地显示)、特别针对电子装置110的电子(其包括处理器、A/D转换器、内存装置、数据储存装置等等，其由方块118所概要集体地代表)、以及电源(譬如供电器、电池或外部电源的插座，其由方块114所概要地代表)，该些原件在该技术领域为众所皆知。