CN101120270A - 光学基板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光学表面基板。所述光学基板具有三维表面。所述光学基板由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义，所述第一表面结构函数从第一输入光束产生至少一个输出镜面分量。所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从第一输入光束产生镜面和散射光。所述光学基板适用于各种应用，包括增亮和投影设备。

Description

光学基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学基板，具体地，涉及一种具有执行至少两种光学功能的表面的光学基板。
背景技术
在背光电脑显示器或其它系统中，通常用膜来导光。例如，在背光显示器中，增亮膜采用棱镜结构沿观察轴(即，垂直于显示器)导光，提高显示器用户看到的光的亮度，并使系统采用较小的功率而生成所需轴上照明水平。用于偏转光的膜还可广泛应用在其他光学设计中，例如投影显示器、交通信号以及照明式标志。
背光显示器和其他系统采用多层膜，其堆叠和排列使得其棱镜表面互相垂直并夹在已知作为散射器的其它光学膜之间。散射器具有高度不规则的表面。
发明内容
本发明提出了一种多功能光学基板及其制造方法。根据本发明的一个方面，所述光学基板包括由一个函数表征的三维表面，所述函数例如为相关函数R(x，y)，其在大约1cm或更小的相关长度(correlation length)内具有小于初始值R的大约37％(1/e)的值。所述三维表面由被第二随机或至少伪随机函数调制的第一表面结构函数定义。所述第一表面结构函数的性质导致由第一输入光束生成镜面(specular)分量，并且这种光偏转特性在三维表面中保留。通常，伪随机函数是调制第一表面结构函数的频率、高度、峰角或相位的任意组合的信号。定义一个窗口并在该窗口内随机选择点从而生成连接所述随机选择的点的调制路径。定义主函数，沿所述调制路径生成表面函数，并在主函数内在相继的位置上与主函数反复结合。所得基板三维表面保留第一表面结构函数的光偏转特性，但同时也散射光，以例如减小莫尔现象(Moiréartifact)。
在本发明的另一方面，所述光学基板应用到在背光面板光导中增亮用的膜的一个或多个面上。在所述增亮应用中，所述光学基板还产生至少30％的亮度提高。另外，三维表面产生波束角(power half angle)在大约0.1到60度之间的光的散射镜面分量。
在本发明的另一个方面，提供一种光学基板。所述光学基板具有三维表面。所述光学基板由被第二表面结构函数的第一表面结构函数调制定义，所述第一表面结构函数由第一输入光束产生至少一个镜面分量。所述第二表面结构函数具有至少伪随机特性的几何形状以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从所述第一输入光束产生镜面和散射光。所述光学基板适用于各种领域，包括增亮和投影设备。
附图说明
图1是示出现有技术膜的截面图，其中一系列棱镜结构用于使光偏转。
图2是根据本发明的一个实施例的光学基板的俯视图。
图3是根据本发明的另一个实施例的另一光学基板的俯视图。
图4是图3的光学基板的透视图。
图5图示出根据本发明的一个实施例的光学基板的三个截面图。
图6是根据本发明的一个实施例的光学基板的截面图，示出光束的偏转和散射。
图7是平板显示器的透视图。
图8是示出根据本发明的一个实施例，可用于对光学基板进行建模的单个波形的俯视图。
图9是示出沿图8所示波形长度的相位变化的图。
图10是示出沿图8所示波形长度的峰角变化的图。
图11是执行在母版图像(master image)上应用调制波形结构的第一次迭代后的形成的表面结构。
图12是执行在图11的结构上放置调制波形结构的第二次迭代后的形成的表面结构。
图13表示随机化基板表面。
图14示意性表示随机地位于窗口内的产生调制波形的控制点。
图15表示应用到主函数的图14的调制波形。
图16是产生随机基板表面的方法的流程图。
图17是表示随机基板表面铺设(tile)在晶片上。
图18是40μm节距棱镜阵列的高度图(height map)的俯视图。
图19是图18的40μm节距棱镜阵列的水平截面的归一化自相关函数。
图20是图18的40μm节距棱镜阵列与50μm节距参考棱镜的莫尔图的俯视图。
图21是图20的莫尔图的轮廓。
图22是在随机化棱镜中心的水平位置的情况下，图18的40μm节距棱镜阵列的高度图的俯视图。
图23是图22的高度图的水平截面的归一化自相关函数。
图24是图22的高度图的莫尔图的俯视图。
图25是图24的莫尔图的轮廓。
图26是在用叠加相位调制的棱镜波形整周期随机化棱镜中心的水平位置的情况下，图18的40μm节距棱镜阵列的高度图的俯视图。
图27是图26的高度图的水平截面的归一化自相关函数。
图28是图26的40μm节距棱镜阵列的高度图的莫尔图的俯视图。
图29是图28的莫尔图的轮廓。
图30是40μm节距棱镜阵列与44μm节距棱镜阵列的莫尔图的俯视图。
图31是在用44μm节距棱镜阵列随机化棱镜中心的水平位置的情况下，40μm节距棱镜阵列的莫尔图的俯视图。
图32是图26的高度图相对44μm节距参考棱镜阵列的莫尔图的俯视图。
图33是图26的40μm节距棱镜阵列的高度图的垂直自相关。
图34是图22的40μm节距棱镜阵列的高度图的垂直自相关。
图35图示由随机函数调制幅度的载波c(x)。
图36图示由随机函数调制相位的载波c(x)。
图37是由随机函数调制频率的载波c(x)的第一图示。
图38是由随机函数调制频率的载波c(x)的第二图示。
图39是由空间变化的载波和噪声函数调制频率和幅度的图示。
图40是骨架掩模(skeleton mask)函数的图像。
图41是背光显示设备的截面图。
图42是根据本发明的另一实施例的显示设备的侧视截面图。
图43是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图44是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图45是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图46是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图47是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图48是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图49是根据本发明的另一实施例的光学基板的透视图。
图50是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图51是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图52是根据本发明的另一实施例的光学基板的透视图。
图53是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图54是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图55是根据本发明的另一实施例的光学基板的侧视截面图。
图56是根据本发明的另一实施例的光学基板的一部分的俯视截面图。
图57是背光显示设备的截面图。
具体实施方式
本发明的实施例提供一种用其表面偏转和散射光的光学基板。该基板包括用于偏转光的第一表面结构函数和用于散射光的第二表面结构函数所定义的表面。这两个表面函数的结合导致一个既偏转又散射光的三维表面。
以下将描述有关用于背光显示器等的增亮膜的基板实施例。但是，该光学基板也可广泛用于其它领域。
图1示出现有技术膜的截面，其中一系列棱镜结构10用于偏转光。在背光显示器中，光进入表面20而射出表面30。在图1的膜中，对入光面20具有零度入射角的一束光A被导出棱镜结构10并基本反射回输入侧。具有入射角θ的第二束光B被棱镜结构10偏转，从而透射通过光出射表面30并基本垂直于入光面20射出。其它光束(未示出)会以其它角度偏转或反射。这种膜的总的统计学特性由例如光学增益和视角这样的参数表征。
在该现有技术膜中，表面30可用函数描述。如果表面30相对表面20的高度是坐标z，横穿纸面及垂直于纸面的坐标分别是x、y，则表面30可由函数z＝f(x，y)确定。在这种情况中，f(x)是重复的三角或锯齿波，相对表面20有一恒定偏移。在这种情况中，定义表面30的函数具有如上所述的既偏转又反射光的特殊几何形状。
图2是根据本发明的第一实施例的光学基板40的俯视图。图2的实施例示出一部分基板40，长l大约2000微米，宽w大约2000微米。图3是基板42的一部分的实施例的俯视图，该部分的尺寸是大约500微米乘500微米，图4示出图3所示基板42的一部分的透视图。图3和4的实施例的三维表面比图2的三维表面具有更高的不规则度。通常，图2-4所示的基板在其光出射表面上具有不规则三维表面。由于其几何形状，不规则三维表面结构使光偏转以产生输出镜面分量(specular component)，同时散射光，并具有低相关长度lc。由于该基板的实施例可在单个表面上偏转和散射光，所以在某些应用中可避免单独的散射表面。
图2-4所示基板具有不规则的三维表面。但是该三维表面不容易像图1的光出射表面30那样由公知的数学函数限定。相反，该表面函数较易由第二表面函数调制第一表面函数的结果而定义，在某些情况中，则通过获得这种经调制的函数并将其与其它简单形式函数叠加来进行定义。例如，第一函数可类似于由图1的光出射表面30所定义的函数。第一函数还可为单个棱镜的函数。第二函数可为高度、相位、频率或峰角的伪随机函数。另外，可通过由第二函数调制第一函数而实现组合，使得所得的基板40的函数z＝f(x，y)沿基板40的“l”方向具有伪随机变化的高度、相位、频率或峰角(图2)。第一函数提供偏转或反射光的几何性质，第二函数提供散射所偏转或反射的光的几何性质。如下所述，可用其它函数代替，也可涉及其它参数(例如，实体相位)。如果棱镜表面函数用作第一函数，第一表面函数的高度h、宽度s和峰角α可根据基板的预计用途而改变。另外，第一表面函数不需要是如图1所示的对称结构。
在一个实施例中，第一表面结构函数由第二表面结构函数在相位、频率、峰角或高度上进行调制。第二表面结构函数限定调制的类型，以在基板40的光出射表面41(图2)上生成膜的三维表面。因此基板40的光出射表面41的表面高度由这两个表面结构函数的组合而限定。例如，一个或几个第一表面结构函数(如棱镜)的峰高可沿基板40的长度l被调制。高度可在一定限度之间以随机或固定间隔沿基板40的长度l随机或伪随机调制。这里，术语随机指的是随机或人为手段所能产生的随机，如伪随机。在另一例中，可沿基板40的长度l在一定限度之间至少伪随机地调制一个或多个第一表面结构函数的相位，即沿基板40宽度w的水平位置。在另一例中，可沿基板40的长度l调制第一表面结构函数的峰角。如此，调制技术的组合可用于生成基板40的三维表面，使得一个三维表面可偏转和散射光。以下将更详细地描述图2所示用于生成基板40的具体调制技术。
图5图示出沿图2的长度“l”在不同位置上的基板40的三个截面。在例如沿图2的“l”方向400微米位置上截取的第一截面50可延伸于基板40的宽度w的一部分(具体地，在w方向上大约200到500微米之间)上。第二截面52可在例如沿图2的“l”方向800微米的位置取得，第三截面54可在例如沿图2的“l”方向大约1400微米的位置取得。图5的纵轴只示出基板40的表面高度上的变化量，而不是基板40的实际高度。图5的横轴示出沿图2中w方向的水平位置。可从图5的截面中看出，被调制的锯齿函数仍存在于基板40的具体截面50、52和54。但是，由于这些结构的相位已被调制，每个截面50、52、54具有与其它截面50、52、54不对齐的峰56。这还可从图2的俯视图中显见，其中延伸于基板40的长度l上的被调制表面函数46趋于摇摆、偏转、组合或分叉，并以没有离散元素的方式交叉。在图5中，锯齿函数的峰角58是大约90度。尽管图5未示出锯齿函数的调制后的峰角，但是对于给定光学元件46该峰角也可沿图2的大致纵向方向“l”在峰与峰之间变化。该峰是所得表面的截面在w方向上的局部高度最大值。
即使第一表面结构函数被调制而生成基板40的三维表面之后，在所得三维表面中也会很大程度上保留第一表面结构函数从输入光束产生输出镜面分量的特性。镜面特性，或光偏转特性可通过改变应用于第一表面结构函数的幅度和/或空间频率调制而调整。例如，减少应用于第一表面结构函数的调制量会增加镜面特性。相反，增加应用于第一表面结构函数的调制量会减少镜面特性，却增加散射。类似地，减少应用于第一表面结构函数的调制量也减少基板的散射特性，而增加应用于第一表面结构函数的调制量增加基板的散射特性。
图6示出可用于增亮应用的光学基板100的示范实施例的偏转和散射性质。图6中为清晰起见，未示出图2的不规则三维表面41，但如果所示为具有从大约100mm到大约1nm的特征表面尺寸的光出射表面102时也会存在不规则三维表面。第一光束138对基板100具有零度入射角θ，其被光出射表面102朝输入侧导回。该光不仅被导回，而且也被散射，使得不是形成一个输出束，而是具有由光线136和134形成的第一散射椭圆。例如，散射光可在由光线136和134形成的椭圆内存在，使得形成实心椭圆。具有入射角θ的输入角的第二输入光束124被基板100引导，使其作为出射光束128透射通过光出射表面102，并偏转，从而大致垂直于基板100出射。光束128还由光出射表面102散射，从而形成第二散射椭圆。第二散射椭圆由128与光线130或132之间的波束角Φ形成。波束角Φ可用于基板100的散射特性的一个量度，可在大约0.1到60度之间变化。在其它实施例中，通过改变调制类型和/或量，波束角Φ可在大约1到5度之间。图6示出至少一个输出光束130、132被基板100偏转并偏离其输入入射角θ。
图6的基板100的散射特性可有较大变化。例如，所形成的散射椭圆可在一个实施例中为对称锥形。在其它实施例中，散射可根本不具有对称性或只具有很小的对称性。可控制随机调制以对w和l方向上的散射产生不同影响，即，幅度、带宽和调制参数可以是沿w或l方向上的一维的，或是沿w、l具有不同参数的二维的。其它坐标可用于改变调制函数相对第一表面函数的取向，包括其它旋转或平移笛卡尔几何结构，例如，柱形、球形或总体扭曲的坐标系。这些可在需要不对称光学图案时使用。
基板的导光特性也可有较大变化。参照图7，如果所用背光单元的光导106具有灯108和下反射表面109，则基板112和114可实质上增加亮度，同时还散射光。在增亮实施例中，基板112和114可增加轴上观测亮度大约30％到300％。因为莫尔效应，不能使用现有技术线性棱镜阵列和具有随机棱镜阵列的增亮膜，或者不宜使用这种阵列。对于本发明，由于没有莫尔效应，两个基板可用在交叉(垂直)与平行之间任何彼此相对的角度。这使得在光输出模式上具有更大的灵活性。在其它实施例中，基板轴上亮度增加量至少为50％，有可能多达约200％。在增亮实施例中，两个基板112、114可彼此垂直布置，以偏转和散射来自不同方向的输入光束。由于基板112、114具有散射特性，所以不需要用单独的散射基板来消除基板112、114导致的莫尔现象，当然，可在本发明的范围内出于其它原因而使用散射基板。
现有技术图7示出散射板116、118。散射板118散射由于基板112、114的任何固有规律性引起的干涉而导致的莫尔现象。散射板116散射由于光导106下侧120上的凸出图案(extractor pattern)的规律性及LCD面板122的规律性造成的莫尔现象。常规的增亮膜112、114可用本发明代替，由此可不再使用散射板118和116。
基板112、114的散射特性减少或消除很多普通光导膜，如图1所示光导膜导致的莫尔现象。因此，集合这些基板的示例膜可在一个表面上偏转和散射光，从而减少或消除莫尔现象。
自相关函数R(x，y)是表面随机性的量度，用于表面度量衡学。但是，在一定相关长度lc上，自相关函数R(x，y)的值下降到其原始值的一个分数。例如，自相关值1.0可被认为高度或完美相关表面。相关长度lc是一个长度，在该长度上自相关函数值是其原始值的一定分数。通常，相关长度基于自相关函数原始值的1/e值，或大约37％。与相关长度小的表面相比，相关长度长的表面具有较小的随机性。在文献David J.Whitehouse，Handbook ofSurface Metrology，IOP Publishing Ltd.(1994)，p.49-58中提供了关于自相关函数的更详细的讨论。
在本发明的一些实施例中，光学基板100的三维表面的自相关函数值在大约1cm或更小的相关长度上下降到小于或等于其原始值的1/e。在其它实施例中，自相关函数的值在大约0.5cm或更短的长度中下降到其原始值的1/e。对于图2和6所示基板40、100的实施例，在大约200微米或更短的长度中沿长度l的自相关函数值下降到小于或等于其原始值的1/e。对于图2和6的同一实施例，在11微米或更短的长度中沿宽度w的自相关函数值下降到小于或等于其原始值的1/e。
相关长度涉及到减少莫尔现象。注意，与较大的相关长度相比，较小的相关长度表示更随机的表面，而且该较小相关长度还意味着散射更大及莫尔现象减少。由于正如低相关长度所表示的，基板40、100的三维表面高度不规则，所以基板40、100可有效减少莫尔现象。
以下讨论将说明本发明的抗莫尔性质。在以下实施例中，将示出：1)本发明比直棱镜和随机棱镜结构都具有低得多的自相关性；2)自相关长度是系统中结构产生莫尔图案可能性的很好的指示。
将图18的20μm高40μm节距的直棱镜阵列400作为基准。在图19中示出沿w方向穿过棱镜结构400取得的水平轮廓的自相关函数402。自相关函数402的衰减是结构随机性的指示。图18中的结构完全有序，因此仅有的衰减是因为样本的范围有限。与其它例子相比时，我们必须考虑正弦自相关函数的包络的这种重复(roll off)。
图20示出莫尔图404。对于图18的棱镜结构400，图20中的莫尔图是将图18的结构的高度(尽管不必是经调制的高度)图与相似节距的参考棱镜结构相乘而得到的图像。这与两个结构在光学系统中邻近放置的情况类似(或者一个成像到另一个上)。参考棱镜结构是50μm节距棱镜阵列，其取向平行于图18的棱镜结构400。这是产生莫尔现象的最坏情况。
图21中的406示出莫尔曲线。这是图20沿w方向的莫尔图404的轮廓。注意，对于图18的40μm节距棱镜，图20的莫尔图和图21的莫尔曲线示出低频包络形式的强拍频波形图。
接下来考虑图18的40μm节距的棱镜阵列，在其棱镜中心水平位置(w方向)中引入+/-20％随机度，导致沿垂直方向或l方向上每个棱镜上的随机变化，如图22的408所示。
现在注意，在图23中，自相关某种程度上更快衰减。这是因为40μm节距棱镜阵列中引入了随机度。在图24的莫尔图412中以及图25所示其轮廓414中，拍频波形图稍显混乱但仍可见。如图19中一样，图23中的自相关衰减是因为样本的范围有限。
考虑如图26的416所示的本发明的下一个实施例。该结构具有整周期(即，大于100％“节距”)随机度，以及叠加的相位调制“棱镜波形”，其高度在20μm到10μm之间，坡度在40到50度之间。在这种情况下，所用随机度和叠加导致分叉(或分裂)和合并结构或单元。
注意，如图27所示，图26的轮廓418的自相关函数相比图19和23的自相关函数下降非常迅速(例如，在100μm以下的长度内下降到小于0.2)。这样，可期望图26的抗莫尔性能好于图18和22的。这在图28和29的420和422示出。拍频完全消失，所剩的全都是非均匀区域。如图29所示，这些小的非均匀处与本发明的局部结构有关，而不是拍频波形图的结果。这一结果在图30、31和32中示出。这里，莫尔图由采用44μm节距参考棱镜阵列产生。注意，对于图18的直棱镜和图22的20％随机度的棱镜，拍频波形图是低空间频率的(在整个图上周期较少)。
相反，图26的图中的非均匀与图24中的类似。由于非均匀总是与结构在同一量级上，所以在显示器中不会看见，因此不用关注(如果设计节距足够精细)。前一例子中的莫尔现象则大成问题，因为拍频波形图的周期可为棱镜节距很多倍，并导致易于看到的缺陷。
在图33中，示出图26的垂直(l方向)自相关430。因为在垂直方向上的调制周期更长，这里可看出重复次数远少于图27中的重复次数。在该例中，设置垂直调制使得振荡周期在300μm到500μm之间。对于图22的棱镜阵列，设置垂直调制使得振荡周期(运行长度)在10μm到100μm之间。在这种情况中，衰减比图31的情况要快(见图34的432)。
现将详细描述示例基板表面模型的产生。应注意，可采用多种方法生成表面模型，以下讨论只是这些方法中的一个。
通过例子，图2所示表面可利用叠加随机或伪随机调制波形的迭代过程生成。图2中，一系列叠加波形大致形成膜的三维表面。但是，在图2的合成结构中的这些“波形”不必作为不同的波形出现。相反，图2的合成三维表面包含在某些位置上互相交叠和/或合并成单个波形的叠加波形。
为开始生成如图2所示基板40的迭代过程，定义一系列波形。所定义的每个波形具有参考平面上方大约20微米(μm)高的大致锯齿形截面。这一系列波形是上述第一表面结构函数。每个波形具有使光偏转的几何性质。如先前所述，每个波形在频率、相位、峰角(或高度)中的一个或几个上受到调制。例如，图8示出沿图2的l方向从一端延伸到另一端的单个波形140。该波形140已在相位上进行过调制，使得，如图8所示，波形的峰水平位置在w方向上相对于中心位置在-20到+20微米之间变化。图9示出作为沿图8所示l方向上位置的函数的波形140的相位变化。在图8和9的实施例中，沿波形的长度l以大约300与500微米之间随机间隔对波形施加调制，使得峰的相位随l变化而每300到500微米发生变化。
峰角是在波形峰上形成的角度，如图5的标号58所示。对于图8的波形，峰角也已在90度与92.8度之间沿l每300到500微米受到调制。图10示出图8的波形的峰角沿长度l的变化。每个波形的高度还可沿长度l在15与20微米之间随机调制。
尽管在图8所示波形中只有相位和峰角被随机调制，在其它实施例中，频率和高度也可被调制。例如，在一个实施例中，单个波形的高度可沿长度l随机调制。在其它实施例中，单个波形的频率可沿长度l随机调制。这样，波形在某些位置较薄而在其它位置较厚。在另外的实施例中，可不同地调制不同波形的高度。这样，可在本发明的范围内使用各种各样相位、频率、峰角和高度调制技术，以形成基板40、100的三维表面结构。在各种技术中调制量也可有较大变化。
为形成图2所示结构，进行波形叠加的第一次迭代。在所示实施例中，每个单独的波形(如上所述地调制的)沿基板40、100的宽度w以大约40微米间距步进或放置在基板40、100的表面上。对于图2所示2000微米宽的表面，可以大约40微米间距叠加五十个波形。该第一次迭代后所得表面结构模型看起来会如图11所示。
然后进行调制波形叠加的第二次迭代。该第二次迭代可以与第一次迭代相似的方式进行。例如，可如上所述生成另一系列波形，并可沿基板的宽度w以大约40微米间距叠加。所得表面结构模型如图12所示。
尽管不必要，为从图12所示形成图2所示表面结构模型，也可进行叠加锯齿函数的第三次迭代。所述锯齿函数可为8微米高并以20微米间距沿膜的宽度w叠加。该第三次迭代生成一小部分合成表面高度图，可主要用于填充表面上的平坦点。所得三维表面可具有随机或伪随机结构，其中单独的波形被叠加以形成该表面。由于叠加的迭代方法以及大高度的随机相位调制函数，表面不包含独立的光学元件。相反，合成表面是由多次调制和通过布尔合并(Boolean union)叠加的综合结果形成的集成光学基板。
参照图14、15和16，现将解释基板随机化的方法。在坐标系中定义第一窗口216。控制点202、204的位置被随机化以形成第二窗口200中的调制路径206。第二窗口200比表面函数208的截面宽，例如，表面函数208宽度的三倍。表面函数可为例如锯齿函数或三角函数。从第二窗口200顶部的第一控制点202开始，在每个控制点位置，以下元素被随机化：预设范围如+/-20μm内控制点的x位置；到预设范围如300μm到500μm内的下一个控制点的y距离；表面函数的高度，例如，0μm或20μm。
随机控制点位置202、204被量化为具有预设间隔，如20μm，以减少衍射效应。新的控制点可沿调制路径206随机添加到第二窗口200，直到超过第二窗口200在y(或l)方向的长度。但是，保留落在第二窗口200外部的第一控制点202、204。
调制路径206例如通过采用最接近相邻插值或线性插值或立方插值方法的组合而由控制点202、204决定。当零高度的控制点204位于非零高度的两个相邻控制点202之间时，则在非零高度的任意两个相邻控制点202之间产生沿调制路径206的间断。
在具有非零高度的相继的控制点202之间沿调制路径产生非零表面函数208。当具有零高度的控制点204位于具有非零高度的相邻控制点202之间时，表面函数208假设在具有非零高度的控制点202之间为零值。表面函数208可具有例如锯齿函数的截面轮廓。
包含随机表面函数208的窗口200与初始为零的主函数210在第一位置对齐并重叠。在窗口200内的表面函数208与主函数210之间进行布尔合并运算。这导致主函数210上的表面函数208。窗口200沿主函数210以预设的步进增量，例如40μm，从左向右移动。现在在窗口200内以上述方式随机生成新的表面函数208，并在新的表面函数208与主函数210之间进行布尔合并运算。窗口再次移动预设增量级，在窗口内以上述方式又一次随机生成另一个新的表面函数208，并在更新的第一函数208与主函数210之间进行另一次新的布尔合并运算。在主函数210的整个宽度上重复这种随机化、布尔合并与步进过程。在主函数210的末尾，窗口回到第一位置，而随机化、布尔合并与步进过程在主函数210的整个宽度上重复任意多次，产生图13的随机化基板152。
表面函数是三角函数，其宽度大约40μm，高度在1μm与200μm之间，或具体地，宽度大约40μm，高度大约18μm。表面函数还可为底高比(baseto height ratio)在40比1与1比10之间的三角函数，具体地，底高比大约是40比18。
随机基板中的孔或零高度区域用形态算子(morphologic operator)产生，生成“骨架掩模”函数(图40)。该函数与表面函数208卷积，其结果与主函数通过布尔合并结合。这些部分或区域也可用于生成抗浸湿(或牛顿环)隆起或突起的稀疏图案，所述隆起或突起的高度大于图案的其余部分。这些隆起不需要具有与表面整体相同的形式或函数。最终图案212由从主函数210修剪掉至少外部100μm而得到。在图22中，最终图案212的多个复本则互相并排放置，或“铺设(tile)”，从而在晶片214上生成作为二维阵列的基板表面，所述复本彼此成镜像以实现一阶连续。铺设片(tile)(即母版(master))的尺寸大于合成图案的相关长度。
这样，在图16中，在302定义窗口，在窗口内随机选择点304，从而生成连接随机选择的点的调制路径306。在308为窗口内的随机选择点随机分配高度。在314定义主函数，在310沿调制路径产生表面函数，并与在主函数内的相继位置上将表面函数与主函数反复地结合312。
如本文所示，基板的表面可能不只是在高度、频率、相位或峰角上随机化，还可以用折射率随机化。这些参数的任意一项也可如图35-39所示调制。因此，正弦载波波形sin(x)可在幅值、相位或频率上由随机函数r(x)调制，其中根据如下等式中的任一项产生随机化函数R(x)：
R(x)＝r(x)+sin(x/k)(1)
R(x)＝sin(x/k+c×r(x))(2)
R(x)＝sin(x/(k+c×r(x)))(3)
R(x)＝sawtooth(x2/(n+10r(x)))×(n)/(x+n)(4)
R(x)＝r′(x)+sawtooth(x2/(k+m×r(x)))×(n)/(x+n)(5)
其中r′(x)是第二随机函数(或第三表面函数)，而c、k和n是常数。sawtooth函数(锯齿波函数)产生作为时间t或空间w、l的函数的锯齿波，其周期为2π。锯齿波产生类似于峰值为-1和1的正弦函数sin(t，w，l)的波。锯齿波定义为在2π倍数时为-1，在所有其它时间以1/π的斜率随时间线性增加。通常可用多个随机函数调制第一表面函数的多个参数。如图39所示，多个随机函数r(x)每一个可为空间恒定或空间变化的，或可以为两者的任意组合。
具有100mm到1nm特征尺寸的基板的实际表面可按照多种工艺技术生成。这些工艺技术包括光刻、灰阶平版印刷、缩微平版印刷、电火花加工和采用硬刀具的微切削加工，以生成如上所述表面模型的模具等。
例如，制造基板的方法可以是通过母版制作(mastering)、电铸(electroforming)以及成模(mold forming)。光刻母版制作可用于将激光写入光刻胶、灰阶掩模或可铺设的一系列网板掩模(halftone mask)。光刻胶可由激光光子直接移除，或用作另外工艺步骤，例如反应离子刻蚀(RIE)的前体。替代地，可采用硬刀具例如五轴磨床上的单点金刚石刀具，通过母版制作形成几何形状。母版通常制成负片。母版的基板可为玻璃，包括熔融石英、水晶体、金属或塑料(例如聚碳酸酯)。母版可用于直接模制塑料零件或用在电铸中。
电铸可分为一个或两个步骤。如果只用一个步骤则母版是正片。母版可用薄的金属涂层涂敷(特别是如果母版开始不导电)。通过在母版上沉积镍而生成“父”电铸版。这一复制品再次电铸而生成用于模制塑料零件的“子”版。
用于模制所述装置(膜)的物体称为模具。模具可为带形、鼓形、板形或腔形。该模具可由多个母版或电铸品铺设而成。模具可通过对基板进行热模压印、对基板进行冷轧，或通过添加形成基板上的结构的紫外固化或热固材料而形成所述结构。模具可通过注模或真空成型而形成膜。基板或涂敷材料可为任何有机、无机或混合光学透明材料，可包括悬浮的散射、双折射或折射率修正粒子。
如此形成的光学基板可用折射率在1.1与3.0之间的光学透明材料形成，具体的，折射率为大约1.75。
在图41中示出背光显示器500的截面图。背光显示器500包括产生光504的光源502。光导506沿其引导光504。反射表面508将光504反射出光导506。至少一个光学基板510可接收来自反射表面510的光504。光学基板510包括由两个表面结构函数定义的三维表面512，第一表面结构函数的长、宽和峰角具有从一个输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性。第二表面结构函数的几何形状具有沿第一表面结构函数的长度在频率、相位和峰角中的一个或多个上调制第一表面结构函数的至少伪随机特性。在大约1cm或更短的相关长度上，三维表面512的相关函数小于初始值的大约37％。在背光显示器500中，光学基板510中的一个可包括第一三维表面512和与第一三维表面512相反的第二三维表面514。第二三维表面514的相关函数值也可在大约1cm或更短相关长度上小于初始值的大约37％。第二三维表面可具有两个表面结构函数；第三表面结构函数的长度、宽度和峰角具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性，而第四表面结构函数的几何形状具有沿第一表面结构函数的长度在频率、相位和峰角中的一个或多个上调制第一表面结构函数的至少伪随机特性。
在背光显示器500中，光学基板510包括相对彼此具有零到九十度的相对取向，即可彼此平行或垂直的第一和第二表面函数。
除了上述在背光显示器中增亮的用途外，基板还可广泛用在其它领域。基板的实施例可用在菲涅尔透镜、全息板中或与常规透镜、棱镜或反射镜结合。这些实施例可由调制具有固定特性的同心环或椭圆实现。光学基板还可用于单级或多级反射、透射或部分透射的光吸收或非光吸收材料、全息光学元件或衍射光栅，镜面分量的输出角可通过改变第一表面结构函数而转动。基板也可用在其它领域中，例如投影显示器、照明式标志和交通信号。
以上描述了具有由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面的光学基板或膜的几个例子，其中第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性。在这些例子中，第二表面结构函数的几何形状具有调制第一表面结构函数的至少伪随机光学特性，使得光学基板的表面由输入光束产生镜面和散射光的光学基板。根据所需应用，第一表面结构函数可以多种方式定义。
另外，第二表面结构函数可在一个方向或在多于一个方向上，例如在两个正交方向上调制第一表面结构函数。例如图6的图示中示出了在两个方向上的调制。
进一步地，通常随机调制可调制第一表面结构的任意一个或几个参数。根据具体的第一表面结构函数，所述参数可包括节距、峰高、相位、峰角或其它参数。
以下为不同领域提供几个第一表面函数的进一步的实施例，所述领域中要求用具有至少伪随机特性的几何形状的第二表面结构函数调制第一表面函数，使得所得表面除了产生因第一表面结构函数的镜面光外还产生散射光。通常，伪随机调制足以提供光束入射在其上时提供散射的合成表面。在这里，镜面定义为在宏观尺度上不散射的任何反射或透射光。宏观是用直径大约500微米或更大的一束相干光调查基板表面会观测到的整体表现。典型的多级光栅会被认为具有多个镜面分量。
例如，伪随机调制可应用到光显示器(1ight display)中出光方向修正器的光出射表面。图42是光显示器1000的示意图，所述光显示器1000具有起到提供平行光作用的光通量平行器1010和接收来自光通量平行器1010的光的出光方向修正器1020。在例如美国专利No.5,982,540中示出这种光显示器。出光方向修正器1020包括朝向光通量平行器1010的光入射表面1022。光入射表面1022接收来自光通量平行器1010的光。出光方向修正器1020还包括与光入射表面1022相反的光出射表面1024。光入射表面1022由定义多个棱镜1023表面的第一表面结构函数定义。根据本发明的一个方面，图42所示作为光入射表面1022的第一表面结构函数由提供伪随机调制的第二表面结构函数调制。
伪随机调制可应用到如图43所示表面定义的第一表面结构函数。图43示出具有所示表面1055的基板1050。在例如WO01/27527A1中描述了这一基板。这种情况下的表面1055是具有第一棱镜构造的多个第一棱镜1060和具有不同于第一棱镜构造的第二棱镜构造的多个第二棱镜1070的表面。例如，第一棱镜构造可具有边角A和B的第一棱镜1060，而第二棱镜构造可具有边角D和E的第二棱镜1070。或者，第一棱镜构造可为第一棱镜1060的角度取向，第二棱镜构造可为第二棱镜1070的角度取向。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
伪随机调制可应用到如图44所示表面所定义的第一表面结构函数。图44示出具有所示表面1105的基板1100。在例如美国专利5,771,328中描述这一基板。在这种情况下的表面1105具有第一区域1110和第二区域1120，所述第一区域1110具有第一平均峰高的多个峰，第二区域1120具有第二平均峰高的多个峰。第二平均峰高不同于第一平均峰高。在图44所示情况中，第二平均峰高小于第一平均峰高。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
伪随机调制可应用到如图45所示表面所定义的第一表面结构函数。图45示出具有所示表面1155的增亮膜1150。在例如美国专利5,917,664中描述这一基板。表面1155是具有并排成对棱镜1160的表面。每对具有第一和第二棱镜，每个棱镜具有棱镜角1162和谷角1164。每对棱镜的所述棱镜角或所述谷角中的一个相等，但不是两者都相等。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
伪随机调制可应用到如图46所示的第一表面结构函数。图46示出具有抗浸湿(anti-wet-out)表面1205和具有多个棱镜1215并与抗浸湿表面1205相反的表面1210的基板1200。在例如美国专利6,322,236中描述这一基板。所述抗浸湿表面1205可随机调制以减少表面之间的浸透现象。第一表面结构函数由具有与抗浸湿表面1205相反的多个棱镜1215的表面1210定义。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
伪随机调制可应用到如图47所示表面定义的第一表面结构函数。图47示出具有所示表面1255的光学基板1250。表面1255是多个棱镜1260的表面，每个棱镜1260具有由坡角1265定义的坡面。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制，其中第二表面结构函数调制所述坡面。
伪随机调制可应用到如图48所示表面定义的第一表面结构函数。图48示出具有所示表面1355的光学基板1350。表面1355是包括小透镜(lenslet)1360阵列的小透镜(lenslet)阵列的表面。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
伪随机调制可应用到如图49所示表面定义的第一表面结构函数。图49示出具有所示表面1405的光学基板1400。在例如美国专利申请公布2003/0035231中描述这一基板。在这种情况中的表面1405具有大致沿第一方向(x方向)延伸的多个棱镜结构1410，相邻的棱镜结构1410之间在垂直于第一方向的第二方向(y方向)上具有间距。棱镜结构1410具有在第一方向上变化的高度。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
伪随机调制可应用到如图50中示意性示出的显示设备的光学膜所定义的第一表面结构函数。图50示出具有具有背光装置1445和有着所示表面1455的膜1450的显示设备1440。在例如美国专利申请公布2003/0035231中描述这一膜。背光装置1445给膜1450提供光。膜内具有多个珠子(bead)1465以帮助散射来自背光装置1445的光。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
上述光学膜和基板通常是绝缘材料的。本发明预计也可用于其上具有金属层的膜和基板。
另外，上述光学膜和基板通常被描述为具有定义为有序排列结构的第一表面结构函数，例如有序排列的棱镜。作为替代，结构的排列不必是有序的，而是可用无序的代替。
伪随机调制可应用到如图51所示表面定义的第一表面结构函数。图51示出具有所示表面1505的光学基板1500。在例如美国专利6,456,437中描述这一基板。在这种情况中的表面1505具有多个折射棱镜1515和多个反射棱镜1525。折射棱镜1515只以小的弯曲角有效透射光，而反射棱镜1525特别适合实现大于20°的出射角。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
与由第二表面结构函数随机或伪随机调制的表面相反的基板表面不限于光滑面。伪随机调制可应用到由图52的基板1550所示的一个表面所定义的第一表面结构函数，其相反面上有数个隆起。图52示出具有一个表面1555，及其上有多个随机取向的隆起1565的相反面1560的基板1550。在例如美国专利5,808,784中描述这一基板。这种情况下的表面1555可为其上具有多个棱镜结构1570的透镜阵列的表面。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
以下提供另一个例子，其中与由第二表面结构函数随机或伪随机调制的表面相反的基板表面不限于光滑面。伪随机调制可应用到由图53所示的一个表面所定义的第一表面结构函数，其相反面上有多个圆形或多边形点。图53示出具有一个表面1605，及其上有多个圆形或多边形点1615的相反面1560的基板1600。在例如WO99/63394中描述这一基板。第一表面结构函数由一个表面1605定义。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
伪随机调制可应用到由图54所示表面定义的第一表面结构函数。图54示出具有所示表面1655的基板1650。在例如美国专利6,759,113中描述这一基板。这种情况中的表面1655具有多个棱镜1660，其中所述棱镜在两个正交方向上具有弯曲面。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
伪随机调制可应用到由图55所示表面定义的第一表面结构函数。图55示出具有所示表面1705的基板1700。在例如美国专利公开2004/0109663中描述这一基板。这种情况中的表面1705具有多个棱镜1710，其中每个棱镜1710具有弯曲截面的倒角1715。根据本发明的一个方面，所述第一表面结构函数由第二表面结构函数调制。
图56是根据本发明的另一实施例的光学膜示样的一部分的俯视图。在该实施例中，基板的表面由节距(棱镜结构的相邻峰之间的距离)大约37μm的棱镜结构阵列定义。每个棱镜结构大致沿平行于其它棱镜结构的水平方向延伸。棱镜峰的位置在y方向(位于图56中纸平面中并垂直于x方向)上被调制了大约18μm。
伪随机调制可应用到背光显示设备的偏转膜的表面。图57是背光显示设备1800的示意图。显示设备1800包括产生光的光源1810，以及具有反射表面1814的光导1812，反射表面1814将沿光导1812引导的光在光出射表面反射出光导。显示设备还包括具有光入射表面1805的偏转膜1820。光导1812的光出射表面面朝所述偏转膜。根据本发明的一个方面，图57所示作为光入射表面1805的第一表面结构函数被提供伪随机调制的第二表面结构函数调制。第一表面结构函数由面对光导1814的多个棱镜1822定义。显示设备1800还包括LCD基板1824，并还可在偏转膜1820与LCD基板1824之间包括偏振器1826、1828。棱镜的名义节距可在例如50μm与500μm之间。偏转膜1820可层积到LCD基板上。
如上所述，在本发明中，镜面定义为在宏观尺度上不散射的任何反射或透射光分量。宏观是可通过用直径大约500微米或更大的一束相干光调查基板表面而观察到的整体表现。典型的多级光栅会被认为是具有多个镜面分量。
除非特意指出，所称的前后、左右、顶和底、上下及水平垂直仅为便于描述，而不是限制本发明或其元件的任何位置或空间取向。在不背离本发明的范围的情况下，附图中元件的所有尺寸都可随可能的设计及实施例的预计用途而改变。
尽管已参照本发明的若干实施例描述了本发明时，本领域的技术人员将可以理解在不背离本发明范围的情况下其中可做各种改变，并且等效物可替换其元件。另外，不背离本发明基本范围的情况下可做许多修改以适应特殊环境或材料。因此，本发明不限于作为实施本发明的最佳方式所公开的特定实施例，而是包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

Claims (70)

1.一种光学基板，包括：
一表面，所述表面的特征在于，在大约1cm或更小的相关长度内，相关函数值小于初始值的大约37％，其中所述表面由被第二表面结构函数调制的第一表面结构函数定义，所述光学基板的所述表面由第一输入光束产生镜面和散射光。
2.根据权利要求1所述的光学基板，其中，所述第一表面结构函数延伸从所述基板的第一端到第二端的长度。
3.根据权利要求2所述的光学基板，其中，所述第一表面结构函数具有锯齿或三角形截面。
4.根据权利要求1所述的光学基板，其中，所述光学基板的所述表面包括偏转和散射光以形成多个散射椭圆的形状，每个所述散射椭圆的波束角在大约0.1到60度之间。
5.根据权利要求4所述的光学基板，其中，所述波束角在大约1到5度之间。
6.根据权利要求4所述的光学基板，其中，第一输入光束具有第一入射角，所述光学基板的所述表面的形状使得所述第一输入光束透射通过所述光学基板并被所述光学基板的所述表面偏转到与第一入射角不同的输出角。
7.根据权利要求6所述的光学基板，其中，所述镜面分量的输出角由所述第一表面结构函数确定。
8.根据权利要求7所述的光学基板，其中，垂直于所述光学基板的第二输入光束被所述光学基板的所述表面基本反射，并形成波束角在大约0.1到60度之间的输出镜面分量。
9.根据权利要求8所述的光学基板，其中，所述相关长度为大约200微米或更短。
10.一种增亮膜，包括：
一表面，所述表面的特征在于，相关长度为大约1cm或更小，该表面具有偏转和散射入射光以产生对于观众的至少30％的轴上亮度提高的形状，其中，所述表面产生波束角在大约0.1与60度之间的散射光分量。
11.根据权利要求10所述的膜，其中，所述表面的特征在于相关长度为大约200微米或更短。
12.根据权利要求10所述的膜，其中，所述轴上亮度提高为大约30％到300％。
13.根据权利要求10所述的膜，其中，所述轴上亮度提高为大约50％到200％。
14.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数；
其中，在大约1cm或更小的相关长度内，所述三维表面的相关函数值小于初始相关函数值的大约37％。
15.根据权利要求14所述的光学基板，其中，所述表面的特征在于相关长度为大约200微米或更短。
16.根据权利要求14所述的光学基板，其中，所述第一表面结构函数的特征在于其具有一系列第一表面结构函数，每个第一表面结构函数具有长度、宽度和峰角。
17.根据权利要求14所述的光学基板，其中，所述表面散射并偏转输入光束以形成多个散射椭圆，每个散射椭圆具有大约0.1到60度之间的波束角。
18.根据权利要求17所述的光学基板，其中，所述波束角在大约1到5度之间。
19.根据权利要求17所述的光学基板，其中，所述输入光束具有一入射角，所述表面的结构使得所述输入光束透射通过所述光学基板并被所述表面偏转，以形成与所述入射角不同的镜面分量输出角。
20.根据权利要求19所述的光学基板，其中，所述镜面分量的输出角由所述第一表面结构函数确定。
21.一种光学基板，包括：
一表面，所述表面的特征在于，在大约1cm或更小的相关长度内，相关函数值小于初始值的大约37％，其中，所述表面由被第二函数调制的第一表面结构函数定义，所述第一表面结构函数具有锯齿或三角形截面并延伸从基板第一端到第二端的长度，所述光学基板的表面从第一输入光束产生镜面和散射光。
22.一种增亮膜，包括：
一表面，所述表面的特征在于，相关长度为大约1cm或更小，该表面具有偏转和散射入射光以产生对于观众的50％到200％的轴上亮度提高的形状，其中，所述表面产生波束角在大约0.1与60度之间的散射光分量。
23.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的长度、宽度和峰角具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第一表面结构函数的长度在频率、相位和峰角中的一个或多个上调制所述第一表面结构函数；
其中，在大约1cm或更小的相关长度内，所述三维表面的相关函数值小于初始相关函数值的大约37％。
24.一种背光显示设备，包括：
产生光的光源；
沿其导光的光导，包括用于将光反射出所述光导的反射面；
至少一个光学基板，其接收来自所述反射面的光，所述光学基板包括：由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，
所述第一表面结构函数的长度、宽度和峰角具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第一表面结构函数的长度在频率、相位和峰角中的一个或多个上调制所述第一表面结构函数，所述相位是沿所述宽度的峰水平位置；
其中，在大约1cm或更小的相关长度内，所述三维表面的相关函数值小于初始相关函数值的大约37％。
25.根据权利要求24所述的背光显示设备，其中，所述至少一个光学基板包括多个光学基板。
26.根据权利要求25所述的背光显示设备，其中，所述多个光学基板包括相对于彼此具有零到九十度的相对取向的第一和第二表面函数。
27.根据权利要求26所述的背光显示设备，其中，所述第一和第二表面函数的相对取向彼此平行或垂直。
28.一种背光显示设备，包括：
产生光的光源；
沿其导光的光导，包括用于将光反射出所述光导的反射面；以及
一光学基板，其接收来自所述反射面的光，所述光学基板包括：
由第一和第二表面结构函数定义的第一三维表面；所述第一表面结构函数的长度、宽度和峰角具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第一表面结构函数的长度在频率、相位和峰角中的一个或多个上调制所述第一表面结构函数，所述相位是沿第一表面结构函数宽度的峰水平位置；
与所述第一三维表面相对并由第三表面结构函数和第四表面结构函数定义的第二三维表面；所述第三表面结构函数的长度、宽度和峰角具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第四表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第三表面结构函数的长度在频率、相位和峰角中的一个或多个上调制所述第三表面结构函数，所述相位是沿第三表面结构函数宽度的峰水平位置；
其中，在大约1cm或更小的相关长度内，所述第一和第二三维表面的相关函数值小于初始相关函数值的大约37％。
29.根据权利要求28所述的背光显示设备，其中，所述第一和第二表面结构函数相对于彼此具有零到九十度的相对取向。
30.根据权利要求29所述的背光显示设备，其中，所述第一和第二表面结构函数的相对取向为彼此平行或垂直。
31.根据权利要求1所述的光学基板，其中，所述第一表面函数是宽大约40μm，高大约在1μm与200μm之间的三角。
32.根据权利要求1所述的光学基板，其中，所述第一表面函数是宽大约40μm，高大约18μm的三角。
33.根据权利要求1所述的光学基板，其中，所述第一表面函数是底高比在40比1到1比10之间的三角。
34.根据权利要求1所述的光学基板，其中，所述第一表面函数是底高比为大约40比18的三角。
35.根据权利要求1所述的光学基板，其中，所述光学基板的表面由折射率在1.1与3.0之间的光学透明材料形成。
36.根据权利要求1所述的光学基板，其中，所述光学基板的表面由折射率大约1.75的光学透明材料形成。
37.根据权利要求32所述的光学基板，其中，所述光学基板的表面由折射率大约1.75的光学透明材料形成。
38.根据权利要求28所述的光学基板，其中，所述第二表面是光学光滑面或平面。
39.根据权利要求28所述的光学基板，其中，所述第二表面具有消光或散射表面纹理。
40.根据权利要求39所述的光学基板，其中，所述第二表面具有变形或各向异性的散射特性。
41.根据权利要求28所述的光学基板，其中，所述第二表面是包括在所述基板中或利用粘接剂粘接而形成的突起图案的光学光滑面或平面。
42.根据权利要求1所述的光学基板，其中，所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第一表面结构函数的长度在频率和峰角中的一个或多个上调制所述第一表面结构函数。
43.根据权利要求10所述的增亮膜，其中，所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第一表面结构函数的长度在频率和峰角中的一个或多个上调制所述第一表面结构函数。
44.根据权利要求14所述的光学基板，其中，所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第一表面结构函数的长度在频率和峰角中的一个或多个上调制所述第一表面结构函数。
45.根据权利要求21所述的光学基板，其中，所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第一表面结构函数的长度在频率和峰角中的一个或多个上调制所述第一表面结构函数。
46.根据权利要求22所述的增亮膜，其中，所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第一表面结构函数的长度在频率和峰角中的一个或多个上调制所述第一表面结构函数。
47.根据权利要求23所述的光学基板，其中，所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第一表面结构函数的长度在频率和峰角中的一个或多个上调制所述第一表面结构函数。
48.根据权利要求28所述的背光显示设备，其中，所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第一表面结构函数的长度在频率和峰角中的一个或多个上调制所述第一表面结构函数，并且，所述第四表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以沿所述第三表面结构函数的长度在频率和峰角中的一个或多个上调制所述第三表面结构函数。
49.根据权利要求16所述的光学基板，其中，所述光学基板包括增亮膜。
50.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，其中，所述第二表面结构函数在两个正交方向上调制所述第一表面结构函数；
51.一种光显示器，包括：
提供光的光通量平行器；
出光方向修正器，具有与所述光通量平行器相反的光出射表面，以及朝向所述光通量平行器以接收来自所述光通量平行器的光的光入射表面，
所述光入射表面由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性，所述第一表面结构函数定义多个棱镜表面，
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光入射表面从所接收的光产生镜面和散射光。
52.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，
其中，所述第一表面结构函数定义为具有第一棱镜构造的多个第一棱镜以及具有不同于第一棱镜构造的第二构造的多个第二棱镜的表面。
53.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，
其中，所述第一表面结构函数定义为具有第一区域和第二区域的表面，所述第一区域具有第一平均峰高的多个峰，所述第二区域具有不同于第一平均峰高的第二平均峰高的多个峰。
54.一种增亮膜，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述增亮膜的表面从输入光束产生镜面和散射光，
其中，所述第一表面结构函数定义为具有并排成对棱镜的表面，每对棱镜具有第一和第二棱镜，每个棱镜具有棱镜角和谷角，其中，每对棱镜的所述棱镜角或谷角中的一个相等，但不是两者都相等。
55.一种光学基板，包括：
抗浸湿表面；以及
与所述抗浸湿表面相反的三维表面，所述三维表面由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性，
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，以及
其中，所述第一表面结构函数定义为具有多个棱镜的表面。
56.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，所述第一表面结构函数定义多个棱镜，每个棱镜具有一坡面，其中，所述第二表面结构函数调制所述坡面。
57.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，所述第一表面结构函数定义为小透镜阵列表面。
58.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，
其中，所述第一表面结构函数定义成多个第一棱镜和多个第二棱镜的表面，每个所述第一棱镜具有第一棱镜角方向，每个所述第二棱镜具有与所述第一棱镜角方向不同的第二棱镜角方向。
59.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，
其中，所述第一表面结构函数定义成大致在第一方向上延伸的多个棱镜结构的表面，所述棱镜结构在相邻棱镜结构之间具有沿垂直于所述第一方向的第二方向的一间距，并且所述棱镜结构具有在所述第一方向上变化的高度。
60.一种显示设备，包括：
用于提供光的背光装置；以及
可接收来自所述背光装置的光学膜，所述光学膜包括：由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有由从所述背光装置接收的光产生至少一个输出镜面分量的光学特性，
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面由从所述背光装置接收的光产生镜面和散射光，其中，所述光学膜中包括珠子以由从所述背光装置接收的光产生散射光。
61.一种光学基板，包括：
具有由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面的光学膜，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性，
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光；以及
所述光学膜上的一金属层。
62.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性，
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，其中，所述第一表面结构函数由无序布置的棱镜的表面定义。
63.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，其中，所述第一表面结构函数由多个折射棱镜与多个反射棱镜的表面定义。
64.一种光学基板，包括：
一光学膜，包括：
具有多个随机取向隆起的第一表面，以及
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的第二三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性，
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，其中，所述第一表面结构函数由棱镜阵列的表面定义。
65.一种光导板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性，
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光导板的表面从输入光束产生镜面和散射光；以及
与所述三维表面相反并具有多个圆形或多边形点的表面。
66.一种光导板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光导板的表面从输入光束产生镜面和散射光，其中，所述第一表面结构函数由多个棱镜的表面定义，所述棱镜在两个正交方向上具有弯曲表面。
67.一种光学基板，包括：
由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义的三维表面，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性；
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，其中，所述第一表面结构函数由多个棱镜的表面定义，每个棱镜具有有着弯曲截面的倒角。
68.一种背光显示设备，包括：
产生光的光源；
沿其导光的光导，包括光射出所述光导的出射面；
一偏转膜，具有接收来自所述出射面的光的三维表面，所述出射面面朝所述偏转膜，所述三维表面由第一表面结构函数和第二表面结构函数定义，所述第一表面结构函数的几何形状具有从输入光束产生至少一个输出镜面分量的光学特性，
所述第二表面结构函数的几何形状具有至少伪随机特性以调制所述第一表面结构函数，使得所述光学基板的表面从输入光束产生镜面和散射光，其中，所述第一表面结构函数由多个棱镜的表面定义。
69.根据权利要求68所述的背光显示设备，其中，所述棱镜具有50μm与500μm之间的名义节距。
70.根据权利要求68所述的背光显示设备，其中，所述偏转膜层压到液晶基板上。
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