[发明专利]适用于散布光的光学薄层

说明书

本发明涉及适用于散布光的光学薄层，例如薄膜。

当用人工光源或天然日光来照明一个区域时，如何来合适地和均匀地散布它是一个经常会遇到的问题。例如，正在被照明的区域是在一幢大楼内的地板上的这种情况，通常会有部分地板的面上比其它面上照明少得多，而也有某些位置，在这些位置处，从光源来的眩光使大楼的使用者感到麻烦。

经常用一薄层半透明材料做成简单的漫射器(diffuser)来散布光，它们虽价廉但是却无法有效地透射光而且也不能以受控的方式把光导向需要光的地方。

US-A-5551042描述了一种用于天窗或屋顶窗的结构光学薄膜，它向用自然光的大楼内部提供改善的照明。打算把这种薄膜放在窗上，使其结构表面(它形成多个负费涅尔(Fresnel)透镜)朝向阳光，它使大楼的地板上能有一个相当均匀的不眩目的照明。

在US-A一28019、586200、720386和818208中描述的是具有棱柱玻璃片的用于散布光的其它一些结构。

也曾描述过用于照明器的结构薄膜和薄层材料来散布从人工光源来的光。例如US-A-5150966、5029060和4755921描述了在照明设备中折反射费涅尔透镜的应用：在每个情形中，透镜是用一薄层半透明材料做成的，它具有棱柱结构的结构表面。US-A-1612804和GB-A-762769描述具有折射器的照明器，在远离光源的表面上，它具有把光散布到某些方向的多个棱柱。

在背面照明的光学显示器(例如在便携式个人电脑中使用的液晶显示器)的领域中，人们还知道，为了增加在接近于与显示屏垂直的方向上发射的光量，采用结构光学薄层材料把光再导引通过该显示屏。US-A-5467208和5771328描述了想要达到这个目标的薄层材料的例子。

本发明关系到自然光和人工光都可应用的以受控方式散布光的问题。并且，对于后者不但能应用于传统的白炽灯和荧光灯的光源而且也能应用于较为近期开发的诸如发光两极管(LEDs)的光源。

本发明提供了一种适用于散布光的光学薄层。在这种薄层中的第一主表面是由棱柱阵列组成的结构表面，这样，如果薄层的第二主表面大体上是光滑的话，那末通过第二主表面进入薄膜并且通过棱柱阵列离开的垂直入射光束将被后者散布；

其中，此阵列包括：

(a)被选来通过不同角度偏折垂直入射光的多个反射棱柱和被选来通过不同角度偏折垂直入射光的多个折射棱柱，其中接连的反射棱柱至少被一个折射棱柱所隔开；或

(B)被选来通过不同角度偏折垂直入射光的多个无序排列的反射棱柱；或

(c)被选来通过不同角度偏折垂直入射光的多个无序排列的折射棱柱；

其中，每个折射棱柱在垂直入射光离开此薄膜时仅由在棱柱面上的折射使光偏折而通过第一主表面；而每个反射棱柱则在垂直入射光离开此薄膜前由在棱柱内的内全反射使光偏折而通过第一主表面。

本发明也提供了适用于散布的一种光学薄层，在这薄层中的第一主表面是由棱柱阵列所组成的一结构表面，而其第二主表面则大体上是光滑的。因此，通过第二主表面进入薄膜并且通过棱柱阵列离开的垂直入射光束将被后者散布。

其中，此阵列包括：

被选来通过不同角度偏折垂直入射光的无序排列的多个反射棱柱以及被选来通过不同角度偏折垂直入射光的无序排列的折射棱柱，其中，接连的反射棱柱至少被一个折射棱柱所隔开；

其中，每个折射棱柱在垂直入射光离开此薄膜时仅由在棱柱表面的折射使光偏折而通过第一主表面；而每个反射棱柱则在垂直入射光离开此薄膜前由在棱柱内的内全反射使光偏折而通过第一主表面。

一般来说，按照本发明的光学薄层由大量的反射和/或折射棱柱组成，它们被选来通过各自的角度偏折垂直入射光。

在这里所使用的术语“光”是指在电磁波谱的紫外光、可见光和/或红外光区域的电磁辐射。

在这里所使用的术语“棱柱”通常为指两端有相似的、相等的以及平行的用直线围成的轮廓的一种结构，而且它的边缘是平行四边形。在棱柱的最简单的形式中，它具有三角形的截面。但是，用于这里的这个术语延伸到具有多于三条边的截面结构，还延伸到一种极限的情形，在这种情形中，其结构具有一个由许多条边构成的截面，边的数目多到至少这些边中的一部分会形成一条曲线的程度。至于用于此处的术语“折射棱柱”还包括具有180度顶角的三角形棱柱的极限情况(等价于棱柱消失)。

至于在这里使用的术语“无序”在应用到通过不同角度而使光线偏折的多个棱柱时意味着在安排那些棱柱的方式上没有能辨别得出的次序或样式。