專利名稱：在宏觀尺度特征上具有衍射特征的微復(fù)制膜的制作方法
在宏觀尺度特征上具有衍射特征的微復(fù)制膜
背景技術(shù)：
利用切削加工技術(shù)可形成諸如微復(fù)制工具的多種工件。微復(fù)制工具常常用于擠出 工藝、注模工藝、壓印工藝、鑄造工藝等，以形成微復(fù)制結(jié)構(gòu)。光學(xué)膜、研磨膜、粘合膜、具有 自配合外形的機械緊固件、或具有尺寸相對較小(例如小于約1000微米)的微復(fù)制特征的 任何模制或擠出部件均可包含微復(fù)制結(jié)構(gòu)。微結(jié)構(gòu)也可通過多種其他方法制造。例如，可通過澆鑄固化工藝將樣板工具的結(jié) 構(gòu)從樣板工具轉(zhuǎn)移到其他介質(zhì)(例如聚合物材料的帶材或卷材)上，以形成量產(chǎn)工具；然后 利用該量產(chǎn)工具制作微復(fù)制結(jié)構(gòu)。也可用如電鑄之類的其他方法來復(fù)制樣板工具。制作光 導(dǎo)膜的另一種替代方法是直接對透明材料進行切削或切削加工來形成合適的結(jié)構(gòu)。其他技 術(shù)包括化學(xué)蝕刻、噴丸或其他隨機表面修改技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
與本發(fā)明相符的光學(xué)膜包括基底和基底主表面上的微復(fù)制特征。這些微復(fù)制特征 包括宏觀尺度特征和位于宏觀尺度特征上的一個或多個衍射特征。這些膜可由經(jīng)具有衍射 特征的刀頭加工過的工件制成。該刀頭在加工工件時同時形成宏觀尺度特征和衍射特征。 然后，可用涂布工藝由經(jīng)加工的工件制作光學(xué)膜。


附圖包含在本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，并且它們結(jié)合具體實施方式
闡 明本發(fā)明的優(yōu)點和原理。附圖中，圖1為用于在工件上制作微結(jié)構(gòu)的刀具系統(tǒng)的示意圖
圖2是表示刀具坐標系的示意圖3為用于刀具的示例性PZT疊堆的示意圖4A為刀頭座的透視圖4B為用于夾持刀頭的刀頭座的前視圖4C為刀頭座的側(cè)視圖4D為刀頭座的俯視圖5A為刀頭的透視圖5B為刀頭的前視圖5C為刀頭的仰視圖5D為刀頭的側(cè)視圖6A為FTS致動器的俯視剖面圖6B是表示PZT疊堆在致動器內(nèi)的布置的前視剖面圖
圖6C為致動器的前視圖6D為致動器的后視圖6E為致動器的俯視圖6F和6G為致動器的側(cè)視圖；圖6H為致動器的透視圖；圖7A為示意圖，示出了進入工件的斜入角和離開工件的斜出角基本上相等的斷 續(xù)切削；圖7B為示意圖，示出了進入工件的斜入角小于離開工件的斜出角的斷續(xù)切削；圖7C為示意圖，示出了進入工件的斜入角大于離開工件的斜出角的斷續(xù)切削；圖8為示意圖，概念性地示出了可利用具有斷續(xù)切削FTS致動器的刀具系統(tǒng)制作 的微結(jié)構(gòu)；圖9A為經(jīng)切削加工的刀頭的透視圖；圖9B為經(jīng)切削加工的刀頭的前視圖；圖9C為經(jīng)切削加工的刀頭的仰視圖；圖9D為經(jīng)切削加工的刀頭的側(cè)視圖；圖IOA為具有經(jīng)切削加工的刀頭和未經(jīng)切削加工的刀頭的多刀頭工具的側(cè)視圖；圖IOB為具有多個經(jīng)切削加工的刀頭的多刀頭工具的側(cè)視圖；圖IlA和IlB分別為側(cè)視圖和透視圖，概念性地示出了可用具有FTS致動器的帶 至少一個經(jīng)切削加工的刀頭的刀具系統(tǒng)制作的微結(jié)構(gòu)；圖12A和12B分別為側(cè)視圖和透視圖，概念性地示出了利用具有斷續(xù)切削FTS致 動器的帶至少一個經(jīng)切削加工的刀頭的刀具系統(tǒng)可制作的微結(jié)構(gòu)；圖13A為在兩個小面上都具有衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖13B為在兩個小面上都具有衍射特征的另一個刀頭的側(cè)視圖；圖14為在一個小面上有衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖15A為具有臺階高度變化的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖15B為具有臺階高度變化的衍射特征的另一個刀頭的側(cè)視圖；圖16為具有沿90°小面?zhèn)让娴难苌涮卣鞯牡额^的側(cè)視圖；圖17為具有沿平坦頂端的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖18為具有沿彎曲頂端的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖19為具有以臺階狀形成的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖20為具有柱面鏡狀衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖21為具有沿彎曲小面的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖22為具有沿多個直線形小面的衍射特征的刀頭的側(cè)視圖；圖23A為離子銑削前的刀頭的側(cè)視圖；圖23B為圖23A的刀頭在用離子銑削在刀頭上的同一平面內(nèi)形成衍射特征后的側(cè) 視圖；圖24A為離子銑削前的刀頭的側(cè)視圖；圖24B為圖24A的刀頭在用離子銑削在刀頭上的不同平面上形成衍射特征后的側(cè) 視圖；圖25A為非FTS刀架的第一透視圖；圖25B為非FTS刀架的第二透視圖；圖25C為非FTS刀架的俯視圖26A為用于將刀頭固定到非FTS刀架上的刀柄的透視圖；圖26B為用于固定刀頭的刀柄的前視圖；圖26C為用于固定刀頭的刀柄的仰視圖；圖26D為用于固定刀頭的刀柄的側(cè)視圖；圖27A為透視圖，示出了用由與圖13A所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的 膜的代表性部分；圖27B為透視圖，示出了用由與圖13B所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的 膜的代表性部分；圖28為透視圖，示出了用由與圖14所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的膜 的代表性部分；圖29A為透視圖，示出了用由與圖15A所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的 膜的代表性部分；圖29B為透視圖，示出了用由與圖15B所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的 膜的代表性部分；圖30為透視圖， 的代表性部分；圖31為透視圖， 的代表性部分；圖32為透視圖， 的代表性部分；圖33為透視圖， 的代表性部分；圖34為透視圖， 的代表性部分；圖35為透視圖， 的代表性部分；以及圖36為透視圖， 的代表性部分。
具體實施例方式刀具系統(tǒng)普通金剛石車削技術(shù)在PCT已公布的專利申請WO 00/48037中有描述，該專利申 請全文以引用方式并入本文中。這類方法以及制作光學(xué)膜或其他膜時使用的設(shè)備可以包括 快速伺服刀具。如WO 00/48037中所公開的，快速刀具伺服機構(gòu)(FTS)是一種被稱為PZT 疊堆的固態(tài)壓電(PZT)裝置，可以快速調(diào)整附接到PZT疊堆上的刀具的位置。FTS允許在坐 標系內(nèi)的方向上高度精確地高速移動刀具，下文將對此進行詳細描述。圖1為用于在工件上制作微結(jié)構(gòu)的刀具系統(tǒng)10的示意圖。微結(jié)構(gòu)可包括任何類 型、形狀和尺寸的位于制品表面、內(nèi)部或從其上伸出的結(jié)構(gòu)。例如，利用在本說明書中所述 的致動器和系統(tǒng)形成的微結(jié)構(gòu)可以具有1000微米的節(jié)距、100微米的節(jié)距、1微米的節(jié)距，
示出了用由與圖16所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的膜 示出了用由與圖17所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的膜 示出了用由與圖18所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的膜 示出了用由與圖19所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的膜 示出了用由與圖20所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的膜 示出了用由與圖21所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的膜 示出了用由與圖22所示刀頭相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作的膜或甚至約200納米(nm)的亞光波長節(jié)距?；蛘撸谄渌麑嵤├?，微結(jié)構(gòu)的節(jié)距也可大于 1000微米，不論這些節(jié)距微結(jié)構(gòu)如何被切削。這些尺寸僅只是為了說明的目的，利用在本說 明書中所述的致動器和系統(tǒng)形成的微結(jié)構(gòu)可以具有在使用該系統(tǒng)能夠加工的范圍內(nèi)的任 何尺寸。系統(tǒng)10由計算機12控制。計算機12具有(例如)下列組成部分用于存儲一個 或多個應(yīng)用程序16的存儲器14 ；用于提供非易失性信息存儲的輔助存儲器18 ；用于接收 信息或命令的輸入裝置20 ；用于執(zhí)行存儲在存儲器14或輔助存儲器18內(nèi)或接收自另一來 源的應(yīng)用程序的處理器22;用于輸出可視顯示信息的顯示裝置24;以及用于輸出其他形式 信息的輸出裝置26，例如，用于輸出音頻信息的揚聲器或用于輸出硬拷貝信息的打印機。用刀頭44對工件54進行切削。當(dāng)工件54被驅(qū)動器和編碼器56 (例如由計算機 12控制的電機)旋轉(zhuǎn)時，致動器38控制刀頭44的運動。在本例中，所示工件54為滾軸形 式；然而，也可以采用平面形式?？梢允褂萌魏慰杀磺邢骷庸さ牟牧希焕?，工件可以采用 鋁、鎳、銅、黃銅、鋼或塑料(如丙烯酸樹脂)。所用的具體材料可取決于(例如)具體的所 需應(yīng)用，例如，用經(jīng)切削加工的工件制作各種膜。致動器38以及下述的致動器可以采用(例 如)不銹鋼或其他材料。致動器38可拆卸地連接到刀架36上，而刀架36則位于軌道32上。刀架36和致 動器38被配置在軌道32上，以便在箭頭40和42所示的χ方向和ζ方向上運動。計算機 12經(jīng)由一個或多個放大器30電連接至刀架36和致動器38。當(dāng)用作控制器時，計算機12 通過致動器38控制刀架36沿軌道32的運動以及刀頭44的運動，以加工工件54。如果致 動器具有多個PZT疊堆，則可用分開的放大器來獨立地控制每個PZT疊堆，以用于獨立地控 制連接到每個疊堆上的刀頭的運動。計算機12可用函數(shù)發(fā)生器28為致動器38提供波形， 以便在工件54上加工各種微結(jié)構(gòu)，下文將對此進一步說明。通過協(xié)調(diào)各部件的運動來完成對工件54的加工。具體地講，在計算機12的控制 下，通過移動刀架36，并在c方向53上移動工件，以及在χ、y和ζ方向中的一個或多個方 向(下文將對這些坐標加以說明)上移動刀頭44，系統(tǒng)可以協(xié)調(diào)并控制致動器38的運動。 系統(tǒng)通常在ζ方向上以恒定速度移動刀架36，然而也可采用變速。刀架36和刀頭44的運 動通常與工件54在c方向的運動(線53所示的旋轉(zhuǎn)運動)同步。所有這些運動都可以利 用(例如)數(shù)控技術(shù)控制，或者利用通過計算機12中的軟件和/或固件執(zhí)行的數(shù)字控制器 (NC)進行控制。對工件的切削可以包括連續(xù)和不連續(xù)的切削運動。對于滾軸型工件，其切削可包 括環(huán)繞或圍繞滾軸的螺旋型切削(有時也稱為螺紋切削)或各個單獨的圓切削。對于平面 型工件，其切削可包括在工件上或圍繞工件的螺旋型切削或各個單獨的圓切削。也可以采 用X切削，這種切削涉及幾乎平直的切削模式，該模式下，金剛石刀頭可以橫向進出工件， 但刀架的總體運動是直線的。切削也可以包括這些運動類型的組合。經(jīng)切削加工后，工件54可用來制作具有用于多種應(yīng)用的對應(yīng)微結(jié)構(gòu)的膜。這些 膜例如包括光學(xué)膜、摩擦控制膜和微緊固件或其他微結(jié)構(gòu)化機件。這些膜通常采用涂布工 藝制作，其中將粘稠狀態(tài)的聚合物材料涂敷到工件上，讓其至少部分地固化，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，其大致具有與工件上的結(jié)構(gòu)相反的結(jié) 構(gòu)。例如，工件內(nèi)的凹陷會在所得的膜內(nèi)形成凸起。經(jīng)切削加工后，工件54也可用于制作具有與工件上的對應(yīng)的離散的單元或微結(jié)構(gòu)的其他制品。利用微復(fù)制工具或工件制作膜 的一種具體方法被稱為連續(xù)澆鑄固化(3C)法，該方法在下列專利中有描述，這些專利均 以引用方式全文并入本文中美國專利No. 4，374，077,4, 576，850,5, 175，030,5, 271，968、 5，558，740 和 5，995，690。冷卻液46用來經(jīng)由管線48和50控制刀架36和致動器38的溫度。溫度控制單元 52可以使冷卻液在刀架36和致動器38內(nèi)循環(huán)時溫度基本保持不變。溫度控制單元52可 采用控制流體溫度的任何裝置。冷卻液可采用油產(chǎn)品，例如低粘度油。溫度控制單元52和 冷卻液貯存器46可以包括用來使流體循環(huán)通過刀架36和致動器38的泵，并且通常也可以 包括制冷系統(tǒng)，以帶走流體的熱量，使其保持基本恒定的溫度。用來循環(huán)流體和控制其溫度 的制冷和泵送系統(tǒng)是本領(lǐng)域已知的。在某些實施例中，也可以將冷卻液施加到工件54上， 以使工件上的被加工材料保持基本上恒定的表面溫度。圖2為表示刀具(例如系統(tǒng)10)的坐標系的示意圖。所示坐標系為刀頭62相對 于工件64移動的坐標系。刀頭62可與刀頭44相對應(yīng)，且通常附接到與致動器相接的刀頭 座60上。在此示例性實施例中，該坐標系包括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的方向上的運動。y方向68表示在橫跨工件64的方向(例如 在基本上垂直于工件64的旋轉(zhuǎn)軸的方向)上的運動。ζ方向70表示在橫向地沿著工件64 的方向(例如在基本上平行于工件64的旋轉(zhuǎn)軸的方向)上的運動。工件的旋轉(zhuǎn)方向稱為 c方向(用圖1和圖2所示的箭頭53表示)。當(dāng)工件采用與滾軸形式相對的平面形式時， 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橫跨工件的運動。平面型 工件可包括(例如)旋轉(zhuǎn)盤或平面材料的任何其他構(gòu)造。系統(tǒng)10可用于高精度的高速切削加工。這種切削加工必須考慮多種參數(shù)，例如， 各部件與工件材料的配合速度。通常必須考慮(例如)待加工的給定體積的金屬的比能 量，以及工件材料的熱穩(wěn)定性和性質(zhì)。與加工有關(guān)的切削參數(shù)記載于下列參考文獻，這些參
M1SIffl力^^；^1 入*t巾:Machining Data Handbook, Library of Congress CatalogCard No. 66-60051，Second Edition(1972)(加工數(shù)據(jù)手冊，國會圖書館目錄卡 片編號 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，金屬切肖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，精密切削理論與技術(shù)，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，“金屬加工液和砂輪新技術(shù)將磨削性能提高了十 倍”，金屬切削及磨削用冷卻劑/潤滑劑會議，2000年6月7日，美國伊利諾伊州芝加哥)。PZT疊堆、刀頭座和刀頭圖3為用于刀具的示例性PZT疊堆72的示意圖。PZT疊堆用來使與之相連的刀頭 運動，并按照本領(lǐng)域已知的PZT效應(yīng)工作。按照PZT效應(yīng)，施加到某些類型材料上的電場會 使材料沿一軸線伸展，并沿另一軸線收縮。PZT疊堆通常包括封閉在殼體84內(nèi)并安裝在底板86上的多種材料74、76和78。此示例性實施例中的材料采用受PZT效應(yīng)影響的陶瓷材 料。所示三個盤片74、76和78僅用來舉例說明，也可根據(jù)(例如)具體實施例的要求而采 用任何數(shù)量及形狀的盤片或其他材料。柱88連接到盤片上并伸出殼體84。這些盤片可用 任何PZT材料例如鈦酸鋇、鋯酸鉛或鈦酸鉛材料混合、壓制、作基底以及燒結(jié)而成。盤片也 可以采用(例如)磁致伸縮材料。與盤片74、76和78的電連接(如線80和82所示)為其提供電場，使柱88移動。 由于PZT效應(yīng)，并基于所施加的電場類型，可以實現(xiàn)柱88的精確且微量的移動，例如在幾微 米范圍內(nèi)的移動。另外，可將PZT疊堆72具有柱88的一端安裝到一個或多個貝氏彈簧墊 圈上，從而為PZT疊堆提供預(yù)荷載。貝氏彈簧墊圈具有一定的柔性，以允許柱88和連接到 其上的刀頭移動。圖4A-4D為示例性刀頭座90的視圖，該刀頭座可以安裝到PZT疊堆的柱88上，以 通過致動器進行控制，這將在下文中說明。圖4A為刀頭座90的透視圖。圖4B為刀頭座90 的前視圖。圖4C為刀頭座90的側(cè)視圖。圖4D為刀頭座90的俯視圖。如圖4A-4D所示，刀頭座90包括平的背表面92、錐形的前表面94和具有成角度 或錐形的側(cè)面的突出表面98。孔96用來將刀頭座90安裝到PZT疊堆的柱上。錐形的表 面98用來安裝用于加工工件的刀頭。在此示例性實施例中，刀頭座90包括平表面，當(dāng)安裝 到PZT疊堆上時，該表面提供了更大的表面積接觸，從而提高了安裝穩(wěn)定性；刀頭座還包括 錐形的前表面，以減輕刀頭座的質(zhì)量。刀頭座90可通過使用粘合劑、硬釬焊、軟釬焊、緊固 件(例如螺栓)或其他方式安裝到PZT疊堆的柱88上。刀頭座也可根據(jù)(例如)具體實施例的要求而采用其他構(gòu)造。術(shù)語“刀頭座”在 文中包括用來固定加工工件所用刀頭的任何類型的結(jié)構(gòu)。刀頭座90可以采用(例如)一 種或多種下列材料燒結(jié)碳化物、氮化硅、碳化硅、鋼、鈦、金剛石或人造金剛石材料。刀頭座 90的材料優(yōu)選為剛性的并具有較低的質(zhì)量。圖5A-5D為示例性刀頭100的視圖，該刀頭可通過粘合劑、硬釬焊、軟釬焊或其他 方式固定到刀頭座90的表面98上。圖5A為刀頭100的透視圖。圖5B為刀頭100的前視 圖。圖5C為刀頭100的仰視圖。圖5D為刀頭100的側(cè)視圖。如圖5A-5D所示，刀頭100 包括側(cè)面104、錐形和成角度的前表面106以及用于將刀頭固定到刀頭座90的表面98上的 底面102。刀頭100的前部105用來在致動器控制下加工工件。刀頭100可以用(例如) 金剛石塊制成。斷續(xù)切削FTS致動器由于刀頭在切削過程中非連續(xù)地接觸工件，形成不鄰接的微結(jié)構(gòu)，因此斷續(xù)切削 FTS致動器可用來制作小的微結(jié)構(gòu)。利用這些特征可以制作膜光導(dǎo)、微流體結(jié)構(gòu)、分段粘合 劑、磨料制品、光學(xué)擴散片、高對比度光學(xué)屏幕、光重定向膜、抗反射結(jié)構(gòu)、光混合結(jié)構(gòu)和裝 飾膜。致動器可為其他優(yōu)點之實現(xiàn)提供條件。例如，可使特征小到肉眼無法看見。這種 特征(例如)可減少對用擴散片來隱藏液晶顯示器內(nèi)的光提取特征的需要。另一個優(yōu)點是 可以將光提取特征制成直線的或圓形的。在直線的情況下，它們可與(例如)常規(guī)冷陰極 熒光燈(CCFL)光源一起使用。在圓形情況下，可以將光提取特征制作在圓弧上，使中心位 于LED正常情況下所設(shè)的位置。另一個優(yōu)點涉及到編程和結(jié)構(gòu)布局，其中無需將所有特征沿著像連續(xù)凹槽那樣的單條線布置?？梢酝ㄟ^布置沿特征的間隔、正交于特征的間隔以及 深度，確定性地調(diào)整光提取特征的面密度。此外，可以通過選擇切削小面的角度和半角度， 獲得優(yōu)選的光提取角度。特征的深度可以在(例如)0至35微米的范圍內(nèi)，更典型地在0至15微米的范圍 內(nèi)。對于滾軸型工件，任何單個特征的長度均受沿c軸旋轉(zhuǎn)工件的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)以及 FTS的響應(yīng)時間和波形輸入的控制。特征長度可控制在(例如)1至200微米的范圍內(nèi)。對 于螺旋型切削，正交于凹槽的間隔(節(jié)距)也可以編程為從1至1000微米。如下所示，制作 特征的刀頭將斜削地切入、切出材料，從而形成結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的形狀受下列因素控制RPM、FTS 的響應(yīng)時間和波形輸入、主軸編碼器的分辨率以及金剛石刀頭的后角(例如，最大45度)。 后角可以包括刀頭的刀面角。這些特征可以具有多種多樣的三維形狀，例如，對稱、非對稱、 大致半球狀、棱柱和半橢球體。圖6A-6H為表示用于實現(xiàn)斷續(xù)切削微復(fù)制系統(tǒng)和方法的示例性致動器110的視 圖。術(shù)語“致動器”指使刀頭基本沿X方向移動以用于加工工件的任何類型的致動器或其 他裝置。圖6A為致動器110的俯視剖面圖。圖6B是表示致動器110內(nèi)的PZT疊堆布置的 前視剖面圖。圖6C為致動器110的前視圖。圖6D為致動器110的后視圖。圖6E為致動 器110的俯視圖。圖6F和6G為致動器110的側(cè)視圖。圖6H為致動器110的透視圖。為 清楚起見，圖6C-6H中省略了致動器110的某些細節(jié)。如圖6A-6H所示，致動器110包括能夠固定χ方向PZT疊堆118的主體112。PZT 疊堆118附接到具有刀頭135的刀頭座136，用于使刀頭在箭頭138所示的χ方向上移動。 PZT疊堆118可以采用圖3所示的示例性PZT疊堆72。刀頭座136以及其上的刀頭135可 以采用圖4A-4D所示的刀頭座和圖5A-5D所示的刀頭。主體112還包括兩個孔114和115， 用于將主體可拆卸地(例如通過螺栓)安裝到刀架36上，以在計算機12控制下加工工件 54。PZT疊堆118固定地安裝在主體112內(nèi)，以保證精確控制刀頭135的移動所需的 穩(wěn)定性。在本例中，刀頭135上的金剛石為對于豎直小面偏離45度的金剛石，但也可以采 用其他類型的金剛石。例如，刀頭可以為V形(對稱或非對稱)、圓頭、平坦或彎曲小面的。 由于不連續(xù)的(不相鄰)特征在金剛石車床上切削，它們可以是直線的或圓形的。此外，由 于這些特征不是連續(xù)的，因而它們不需要沿著單條直線或單個圓。這些特征可以偽隨機方 式散布。PZT疊堆118通過軌道(例如軌道120和122)固定在主體112內(nèi)。PZT疊堆118 最好能夠通過沿軌道滑動而從主體112上移除，并且可以通過螺栓或其他緊固件固定在主 體112內(nèi)。PZT疊堆118包括電連接130，用于從計算機12接收信號。PZT疊堆118的端蓋 包含口 128，用來接納來自貯存器46的冷卻液(例如油)，使油在PZT疊堆周圍循環(huán)，并將 油經(jīng)口 132送回貯存器46，以保持對其溫度的控制。主體112可以包括合適的通道，用于引 導(dǎo)冷卻液在PZT疊堆118周圍流動，冷卻液可以通過泵或其他裝置在溫度控制單元52內(nèi)循 環(huán)。圖6Β為表示主體112內(nèi)的PZT疊堆118布置的前視剖面圖，圖中未示出PZT疊堆 118的端蓋。主體112在PZT疊堆的每個孔內(nèi)可以包括多個軌道，以將PZT疊堆固定在適當(dāng) 的位置。例如，PZT疊堆118被軌道120、122、142和144包圍，以便在安裝到主體112內(nèi)時將其牢牢地固定在適當(dāng)?shù)奈恢谩８浇佑赑ZT疊堆118的端蓋可以容納螺栓或其他緊固件， 以將PZT疊堆固定于一個或多個軌道120、122、142和144，并且端蓋也可以為主體112內(nèi)的 PZT疊堆118提供密封，以用于在其周圍循環(huán)冷卻液。PZT疊堆118可以包括一個或多個設(shè) 置在疊堆和刀頭座136之間的貝氏彈簧墊圈，以對它們預(yù)先加載。圖7A-7C表示使用上述示例性致動器和系統(tǒng)對工件進行斷續(xù)切削加工的情形。具 體地講，圖7A-7C示出了刀頭的可變斜入角和斜出角的使用，利用(例如)上述參數(shù)可以控 制這些角度。圖7A-7C還示出了以不同斜入角和斜出角切削工件前后的實例。斜入角表示 為λ λ，斜出角表示為λ ^0術(shù)語“斜入角”和“斜出角”分別表示在加工過程中刀頭進入工 件和離開工件的角度。斜入角和斜出角不必一定對應(yīng)于刀頭移動而通過工件時的角度；更 確切的說，它們是指刀頭接觸和離開工件的角度。在圖7A-7C中，刀頭和工件可以采用(例 如)上述系統(tǒng)和部件。圖7Α是表示以基本上相等的斜入角和斜出角進入和離開工件153的斷續(xù)切削150 的示意圖。如圖7Α所示，刀頭151進入工件153的斜入角152基本上等于斜出角154(λ尺 ^ λ )。刀頭151進入工件153的持續(xù)時間決定了所得微結(jié)構(gòu)的長度L(156)。使用基本 上相等的斜入角和斜出角會導(dǎo)致通過用刀頭從工件上移除材料而形成基本上對稱的微結(jié) 構(gòu)158。該過程可以重復(fù)進行，以制作由距離D(162)隔開的更多的微結(jié)構(gòu)，例如微結(jié)構(gòu)160。圖7B為表示進入工件167的斜入角小于離開工件167的斜出角的斷續(xù)切削的示 意圖。如圖7B所示，刀頭165進入工件167的斜入角166小于斜出角168(λ λ< λ出)。 刀頭165在工件167內(nèi)的停留時間決定所得微結(jié)構(gòu)的長度170。使用小于斜出角的斜入角 會導(dǎo)致非對稱的微結(jié)構(gòu)，例如通過用刀頭從工件上移除材料而形成的微結(jié)構(gòu)172。該過程可 以重復(fù)進行，以制作由距離176隔開的更多的微結(jié)構(gòu)，例如微結(jié)構(gòu)174。圖7C為表示進入工件181的斜入角大于離開工件181的斜出角的斷續(xù)切削的示 意圖。如圖7C所示，刀頭179進入工件181的斜入角180大于斜出角182(λ λ> λ出)。 刀頭179在工件181內(nèi)的停留時間決定所得微結(jié)構(gòu)的長度184。使用大于斜出角的斜入角 會導(dǎo)致非對稱的微結(jié)構(gòu)，例如通過用刀頭從工件上移除材料而形成的微結(jié)構(gòu)186。該過程可 以重復(fù)進行，以制作由距離190隔開的更多的微結(jié)構(gòu)，例如微結(jié)構(gòu)188。在圖7A-7C中，斜入角和斜出角的虛線(152、154、166、168、180和182)用來概念 性地表示刀頭進入和離開工件的角度實例。在切削工件時，刀頭可以在任何具體類型的路 徑內(nèi)移動，例如，直線路徑、彎曲路徑、包含直線運動和曲線運動的組合的路徑或者由具體 功能限定的路徑?？梢赃x擇刀頭的路徑，以優(yōu)化切削參數(shù)，例如完成工件切削所需的總時 間。圖8為示意圖，概念性地表示可以用具有斷續(xù)切削FTS致動器的刀具系統(tǒng)制作的 膜上的微結(jié)構(gòu)，具體來講是利用刀具系統(tǒng)制作經(jīng)切削加工的工件，然后再利用該工件制作 結(jié)構(gòu)化膜。如圖8所示，制品200包括頂部表面202和底部表面204。頂部表面202包括斷 續(xù)切削的凸形微結(jié)構(gòu)(例如結(jié)構(gòu)206、208和210)，這些微結(jié)構(gòu)可以利用上述致動器和系統(tǒng) 進行制作，即首先加工工件，然后再利用該工件和涂布技術(shù)來制作膜或制品。在本例中，每 個微結(jié)構(gòu)都具有長度L，順序切削的微結(jié)構(gòu)之間由距離D隔開，相鄰微結(jié)構(gòu)之間則由節(jié)距P 隔開。上文提供了實現(xiàn)這些參數(shù)的若干實例。經(jīng)切削加工的刀頭
圖9A-9D為示例性經(jīng)切削加工的刀頭220的視圖，這些刀頭將利用(例如)粘合 劑、硬釬焊、軟釬焊或其他方式固定到刀頭座90的表面98上。圖9A為刀頭220的透視圖。 圖9B為刀頭220的前視圖。圖9C為刀頭220的仰視圖。圖9D為刀頭220的側(cè)視圖。如 圖9A-9D所示，刀頭220包括側(cè)面224、錐形和成角度的前表面226以及用于將刀頭固定到 刀頭座90的表面98的底面222。刀頭220的前部225用來在致動器控制下(例如通過使 用上述系統(tǒng))加工工件。刀頭220被加工成使其前部225上也具有微結(jié)構(gòu)(如凹槽)221 和223，微結(jié)構(gòu)221和223也用來加工工件。經(jīng)切削加工的刀頭內(nèi)的微結(jié)構(gòu)可以具有上述的 一種或多種示例性形狀和尺寸。刀頭220可以用(例如)金剛石塊制成。微結(jié)構(gòu)221和223以及經(jīng)切削加工的刀 頭上的其他微結(jié)構(gòu)可優(yōu)選地通過離子銑削制作。在刀頭上制作微結(jié)構(gòu)或衍射結(jié)構(gòu)的其他技 術(shù)包括微細電火花加工、磨削、研磨、刻蝕、激光銑削、光刻后蝕刻，或者賦予刀頭劃痕或特 征的其他方法。在刀頭上制作微結(jié)構(gòu)或衍射結(jié)構(gòu)的另一種技術(shù)包括在比金剛石更易加工 的模具內(nèi)加工與預(yù)期結(jié)構(gòu)相反的結(jié)構(gòu)，然后利用等離子體沉積材料填充模具，或者在高壓 下利用細粉在模具內(nèi)形成固體，以形成硬工具加工刀具。作為另一種選擇，可以按照傳統(tǒng)方式研磨金剛石，然后再精確地粘合在一起，以制 作具有微結(jié)構(gòu)特征的宏觀工具組件。只是為了說明的目的，刀頭的每個側(cè)面僅示出一個微 結(jié)構(gòu)；而刀頭可以具有任何數(shù)量的微結(jié)構(gòu)以及它們的任何形狀、尺寸和配置。作為凹形微結(jié) 構(gòu)的替代形式，經(jīng)切削加工的刀頭也可以具有凸形微結(jié)構(gòu)，或者具有凹形微結(jié)構(gòu)和凸形微 結(jié)構(gòu)的組合?？梢栽诘额^座(例如刀頭座90)上安裝不止一個刀頭，以用于加工工件。在這些 實施例中，多個刀頭加工一個工件，以便在工件內(nèi)基本同時地制作微結(jié)構(gòu)，例如平行的微結(jié) 構(gòu)化凹槽或其他特征。圖IOA為具有經(jīng)切削加工的刀頭和未經(jīng)切削加工的刀頭的示例性多 刀頭工具230的側(cè)視圖。術(shù)語“未經(jīng)切削加工的”刀頭是指在通過加工而形成后未經(jīng)過用 以在刀頭內(nèi)制作微結(jié)構(gòu)的附加切削加工的刀頭。多刀頭工具230具有未經(jīng)切削加工的刀頭 234和具有微結(jié)構(gòu)238的經(jīng)切削加工的刀頭236。刀頭234和236安裝在基座232 (例如刀 頭座90的表面98)上，并且可用(例如)粘合劑、硬釬焊、軟釬焊或其他方式安裝。刀頭 234和236之間的距離240決定了用具有與刀頭236相對應(yīng)的微結(jié)構(gòu)的多刀頭工具230加 工的對應(yīng)微結(jié)構(gòu)的節(jié)距，其中刀頭236內(nèi)被切削加工出附加微結(jié)構(gòu)。在圖10-24中，為了方便而使用術(shù)語“側(cè)視圖”。雖然稱為側(cè)視圖，但這些視圖示出 了加工過程中向下觀察時可以看到的刀頭頂部的樣子。圖IOB為具有多個經(jīng)切削加工的刀頭的多刀頭工具242的側(cè)視圖。多刀頭工具242 具有帶微結(jié)構(gòu)248的經(jīng)切削加工的刀頭246和帶微結(jié)構(gòu)252的另一個經(jīng)切削加工的刀頭 250。刀頭246和250安裝在基座244(例如刀頭座90的表面98)上，并且可以用(例如) 粘合劑、硬釬焊、軟釬焊或其他方式安裝。刀頭246和250之間的距離254決定了用具有與 刀頭246和250相對應(yīng)的微結(jié)構(gòu)的多刀頭工具242加工的對應(yīng)微結(jié)構(gòu)的節(jié)距，其中刀頭246 和250內(nèi)均切削加工有附加微結(jié)構(gòu)，二者的微結(jié)構(gòu)分別對應(yīng)于微結(jié)構(gòu)248和252。在圖IOA和IOB中，只是為了說明的目的，僅示出了兩個刀頭；但多刀頭工具也可 具有任何數(shù)量的刀頭。多個刀頭經(jīng)切削加工后可以具有相同或不同的微結(jié)構(gòu)，并且這些微 結(jié)構(gòu)可以具有上述的一種或多種示例性形狀和尺寸。多刀頭工具內(nèi)刀頭之間的距離(節(jié)距240和254)可以包括1000微米節(jié)距、100微米節(jié)距、1微米節(jié)距，或甚至約200nm的亞光波 長節(jié)距。作為另一種選擇，在其他實施例中，多刀頭工具內(nèi)刀頭之間的距離也可以大于1000 微米。在具有兩個以上刀頭的多刀頭工具中，相鄰刀頭之間的節(jié)距可以相同或不同。提供 這些尺寸只是為了說明的目的，并且使用本說明書中所述的致動器和系統(tǒng)制作的微結(jié)構(gòu)可 以具有能夠使用該系統(tǒng)加工的范圍內(nèi)的任何尺寸。如上所述，工件54可以用任何經(jīng)切削加工的刀頭或多刀頭工具進行加工，然后可 用所加工的工件制作上述膜。例如，可以利用上述系統(tǒng)和方法以連續(xù)切削或斷續(xù)切削的方 式加工工件。圖IlA和IlB分別為側(cè)視圖和透視圖，概念性地示出了可利用具有FTS致動 器(帶至少一個經(jīng)切削加工的刀頭)的刀具系統(tǒng)制作的微結(jié)構(gòu)。如圖IlA和IlB所示，工 件260具有經(jīng)連續(xù)加工的微結(jié)構(gòu)262(如凹槽)，該微結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有由對應(yīng)的經(jīng)切削加工的 刀頭內(nèi)的微結(jié)構(gòu)所切出的微結(jié)構(gòu)263和264 (如脊)。圖12A和12B分別為側(cè)視圖和透視圖，概念性地示出了可利用具有斷續(xù)切削FTS 致動器(帶至少一個經(jīng)切削加工的刀頭)的刀具系統(tǒng)制作的微結(jié)構(gòu)。如圖12A和12B所示， 工件270具有不連續(xù)的(斷續(xù)切削)被切出微結(jié)構(gòu)272 (例如，不與其他被切出特征鄰接的 特征)，該微結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有由對應(yīng)的經(jīng)切削加工的刀頭內(nèi)的微結(jié)構(gòu)所切出的微結(jié)構(gòu)273和 274(如脊)。如上文所述及圖7A-7C所示，利用一個或多個經(jīng)切削加工的刀頭進行的斷續(xù) 切削可以改變刀頭進入和離開工件的斜入角和斜出角。接著可以將工件260和270用于上述涂布技術(shù)中，以制作膜或其他制品，這些膜或 其他制品具有與工件260和270上的對應(yīng)微結(jié)構(gòu)相反的微結(jié)構(gòu)。具有衍射特征的經(jīng)切削加工的刀頭圖13A、13B、14、15A、15B和16-22為具有衍射特征的示例性經(jīng)切削加工的刀頭的 視圖，這些刀頭將通過(例如)粘合劑、硬釬焊、軟釬焊或其他方式固定到刀頭座90的表 面98上。圖23A、23B、24A和24B為示意圖，示出了制造刀頭以在其中形成衍射特征的方 法。圖13A、13B、14、15A、15B和16-22所示刀頭上的特征并未按比例示出。更確切的說，圖 13A、13B、14、15A、15B和16-22所示刀頭用來表示為產(chǎn)生衍射而提供的特征的形狀與配置 的實例，這些特征可以具有任何尺寸和間距，具體取決于(例如)希望從這些特征獲得的衍 射量。除了衍射特征之外，圖13六、138、14、15六、158和16-22所示刀頭可以具有(例如)與 刀頭100相同的一般形狀和構(gòu)造，其具有兩個小面，即前表面106，任選地具有錐形的前部 105。在一些實施例中，衍射特征是指膜或制品內(nèi)引起光衍射的特征，或指工具內(nèi)的特 征，當(dāng)將工具用于制作膜或制品時，可在膜或制品上產(chǎn)生衍射特征。如上所述，具有衍射特 征的膜或制品用具有對應(yīng)衍射特征的經(jīng)切削加工的工具制作。衍射特征可經(jīng)過調(diào)整，以在 用經(jīng)切削加工的工具制作的膜或制品內(nèi)獲得所需的衍射量。具體地講，衍射特征的尺寸和 形狀以及衍射特征之間的間隔可經(jīng)過設(shè)計，以得到具體應(yīng)用所需的光衍射量或衍射程度。 例如，當(dāng)衍射特征之間的間隔減小時，衍射特征會增加光的衍射量。因此，間隔較大的衍射 特征會產(chǎn)生較少的衍射，而間隔較小的衍射特征則會產(chǎn)生較多的衍射。在某些實施例中，例 如，衍射特征(例如凹槽)的間隔可在10微米、5微米、1微米之內(nèi)或在接近特定光波長的 距離內(nèi)。在一個實施例中，衍射特征包含多個特征，這些特征具有基本上三角形的截面形 狀，并具有650nm的間隔。例如，一個實施例包括28個這樣的特征，各自隔開約650nm。在一些實施例中，衍射特征是指納米級特征。例如，衍射特征可以具有IOOnm量級或甚至小到 IOnm的尺寸。刀頭上的衍射特征的大小會在由用衍射刀頭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。在其他實施例中，衍射特征是指尺寸在光學(xué)應(yīng)用所述的范圍內(nèi)或該范圍附近的特 征，以及用于非光學(xué)應(yīng)用的膜或制品時的特征，例如疏水性、微流體毛細作用、摩擦控制膜、 微緊固件或其他微結(jié)構(gòu)化機件。在某些實施例中，用按照本說明書所述加工的工具制作的膜將具有特定的標記， 表明它們是由這些工具制作的。具體地講，在一些實施例中，多刀頭工具(例如，工具230和 242)用于圍繞工具(工件54)進行一道或多道連續(xù)切削。由于刀頭被工具基座(如基座 232和244)保持恒定距離，因此由工具上的刀頭制作的衍射特征或凹槽之間的距離(例如 距離240和254)也基本上是恒定的。在線性電機的作用下，工具在ζ方向以大致不變的速 度沿工件表面移動。然而，由于伺服系統(tǒng)內(nèi)的噪音，線性電機偶爾會以略高于標稱速度的速 度略微向后或向前移動工具，因此工具的移動速度并非嚴格保持不變。速度上的這些變化 會導(dǎo)致凹槽間距上的偶然變化。在一個特定應(yīng)用中，典型變化為約正負0.2微米。反復(fù)將 刀頭以恒定距離與鄰接的先前切削的特征對準是困難的，且對于許多應(yīng)用也并無必要。用 按這種方式切削出的工具制作的膜將因此具有重復(fù)的衍射特征或凹槽組，這些衍射特征或 凹槽具有與多刀頭工具上的刀頭間距相對應(yīng)的基本上恒定的距離(例如距離240和254)， 并且該膜在衍射特征或凹槽組之間具有隨機重復(fù)的可變距離，該可變距離由工具在ζ方向 上的微小速度變化造成。圖 13A、13B、14、15A、15B、16_22、23A、23B、24A 和 24B 中所示的刀具可以用(例如) 金剛石塊制成。刀頭上的衍射特征可以優(yōu)選地通過離子銑削形成。在刀頭上形成衍射特征 的其他技術(shù)包括微細電火花加工、磨削、研磨、刻蝕，或在刀頭內(nèi)產(chǎn)生劃痕或特征的其他方 法。作為另一種選擇，可以按照傳統(tǒng)方式研磨金剛石，然后再精確地粘合在一起，以制作具 有衍射特征的宏觀工具組件。作為凹形衍射特征的替代形式，經(jīng)切削加工的刀頭也可以具 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組合。 工件54可用圖13A、13B、14、15A、15B、16_22、23B和24B所示的任何示例性刀頭切 削加工，經(jīng)切削加工的工件可用來制作上述膜。可用(例如)上述系統(tǒng)和方法以連續(xù)切削 或斷續(xù)切削方式加工工件，以在工件上切削出衍射特征。接著，可以用所加工的工件或工具 制作如上所述的具有對應(yīng)衍射特征的膜。這些膜可以被制作成具有獨特的衍射和折射光功 率。這些獨特的衍射和折射光學(xué)形式在增強膜內(nèi)的示例性目的是為從中央視區(qū)移出光線提 供更多的選擇，比僅僅在刀頭上設(shè)置一個圓角更具多變性。 如上述，樣板工具可用經(jīng)離子銑削的金剛石通過全面滾切或螺紋切削得到。全面 滾切和螺紋切削記載于美國專利No. 7，140，812和6，707，611，這些專利以引用方式全文并 入本文中。在使用由這些刀頭加工的樣板工具制作的膜中，特征不必在膜的每個凹槽上都 存在。例如，可利用多頭螺紋切削或全面滾切將用常規(guī)金剛石或離子銑削金剛石切出的凹 槽相互交錯。經(jīng)離子銑削切出的衍射特征可以僅存在于典型的對稱棱鏡角(例如90° )的 兩個小面中的一個上。這種刀頭可為亮度分布的更細微的光學(xué)調(diào)整創(chuàng)造條件。經(jīng)離子銑削 切出的衍射特征便于在光學(xué)膜(例如BEF)內(nèi)產(chǎn)生更平滑的截止特性或亮度分布。經(jīng)離子 銑削切出的特征也有利于縮短使用多個刀頭時的光學(xué)膜切削時間。
圖13A為在兩個小面上都具有衍射特征302和304的刀頭300的側(cè)視圖。在本例 中，所示衍射特征302和304為V形凹槽或切口。衍射特征之間的光柵間距303可以恒定 或變化，以產(chǎn)生將具有所關(guān)注數(shù)值的不同性質(zhì)。例如，與恒定的光柵間距相比，通過改變光 柵間距，可以使對應(yīng)光學(xué)膜上的發(fā)散分布更平滑。該間距還可有助于波長相關(guān)性并改善色 彩效果。離子銑削光柵的形狀不一定是V形，但通常應(yīng)避免負的拔模角。光柵凹槽或切口 的寬度和深度通常小于一微米，但也可以大于一微米?？梢岳迷S多形狀來制作切口或凹 槽。對于可見光應(yīng)用，光柵凹槽之間的距離303通常在0. 5微米至10微米間距范圍內(nèi)，然 而也可以采用其他范圍來實現(xiàn)設(shè)計目標。使用此設(shè)計制造金剛石刀具，其中衍射特征302和304相隔5微米(距離303)，并 且每個衍射特征都具有橫跨凹槽的1微米寬度。在這種情況下，這些衍射凹槽表明可實現(xiàn) 使光線離開折射、透射的最大區(qū)的受控散射，該最大區(qū)在膜樣品上的約31°處截止。利用測 角計進行的光度測量結(jié)果表明，該膜的衍射特征平滑地加寬了亮度分布?？赏ㄟ^增大光柵 間距并減少凹槽或特征的數(shù)量來調(diào)整亮度分布。作為另一種選擇，也可通過減小光柵間距 并增加凹槽或特征的數(shù)量來微調(diào)亮度分布。圖13B為在兩個小面上都具有衍射特征305和307的刀頭301的側(cè)視圖。刀頭301 是刀頭300的構(gòu)造變型，在該刀頭中，衍射特征305和307被彎曲部分(而非平坦部分)隔開。下文對于圖14-22描述的離子銑削的金剛石形狀的實例給出了調(diào)整亮度分布的 其他實施例。圖14為刀頭306的側(cè)視圖，該刀頭在一個小面上有衍射特征308，在另一個小面 310上無衍射特征。衍射特征308可以包括V形凹槽或切口，并具有恒定或變化的光柵間距。圖15A為刀頭312的側(cè)視圖，該刀頭具有利用臺階高度變化313的衍射特征314， 各特征之間的臺階高度變化可以恒定或變化。圖15B為刀頭309的側(cè)視圖，該刀頭具有利用臺階高度變化315的衍射特征311， 各特征之間的臺階高度變化可以恒定或變化。刀頭309是刀頭312構(gòu)造的變型，在該刀頭 中，衍射特征311具有單個成角度的臺階高度變化，而不是在衍射特征的兩側(cè)都具有臺階
高度變化。圖16為刀頭316的側(cè)視圖，該刀頭具有沿90° (318)小面?zhèn)让?17和319的衍射 特征320和322。根據(jù)設(shè)計情況或需要，衍射特征320和322可以靠近頂端或靠近底端(遠 離頂端)。另外，衍射特征320和322可以沿90°小面壁隨意分布。圖17為具有沿平坦頂端325的衍射特征324的刀頭323的側(cè)視圖。在一個實例 中，刀頭上的衍射特征的這種配置用具有10微米的寬度(325)和11個間隔1微米的V形 凹槽(324)的金剛石構(gòu)成。圖18為具有沿彎曲頂端327的衍射特征328的刀頭326的側(cè)視圖。圖19為刀頭330的側(cè)視圖，該刀頭具有沿(例如)90°小面以臺階形式形成的衍 射特征332，臺階具有高度333。圖20為刀頭334的側(cè)視圖，該刀頭具有沿刀頭上基本平坦的部分布置的柱面鏡狀 衍射特征336。
圖21為刀頭338的側(cè)視圖，該刀頭具有沿彎曲小面340的衍射特征，這些衍射特 征由沿小面的鄰接的凹面部分和凸面部分形成。圖22為刀頭342的側(cè)視圖，該刀頭具有沿多個直線形小面344的衍射特征，這些 衍射特征由沿小面的成角度的相鄰平坦部分形成。圖23A和23B示出了通過離子銑削刀頭來形成衍射特征的方法。圖23A為刀頭 350在離子銑削前的側(cè)視圖。刀頭350可以用(例如)金剛石塊制成，并具有小面352和 354及平坦頂端356。圖23B為刀頭350通過離子銑削在頂端同一平面上形成衍射特征后 的側(cè)視圖。具體地講，在平坦頂端356中心點處進行離子銑削而產(chǎn)生凹部358，從而形成兩 個衍射特征360和362，它們的頂端基本上位于同一平面364上。圖24A和24B示出通過離子銑削刀頭形成衍射特征的另一種方法。圖24A為刀頭 370在離子銑削前的側(cè)視圖。刀頭370可以用(例如)金剛石塊制成，并具有小面372和 374及平坦頂端376。圖24B為圖24A的刀頭通過離子銑削在頂端不同平面上形成衍射特 征后的側(cè)視圖。具體地講，在平坦頂端376偏心點處進行離子銑削產(chǎn)生凹部378，從而形成 頂端位于平面386上的第一衍射特征380，以及頂端位于不同于平面386的平面384上的第 二衍射特征382。制作圖23B和24B所示衍射特征的過程可以重復(fù)進行，以在刀頭上制作若 干個衍射特征，并且圖23B和24B所示的衍射特征并未按比例示出；更確切的說，這些附圖 用來說明在刀頭上形成衍射特征的方法。利用具有上述衍射特征的刀頭制作微復(fù)制制品(例如膜)，可以為形成許多有利 或理想的特征提供條件。例如，可將它們用于光管理應(yīng)用，進行光導(dǎo)向、使截止角緩和、為光 導(dǎo)裝置提取光或在現(xiàn)有特征上產(chǎn)生裝飾效果，例如在斷續(xù)切削小透鏡上產(chǎn)生彩虹效果。另 外，在較大微結(jié)構(gòu)上的衍射特征可以為實現(xiàn)光線改向的附加自由度提供條件。上述刀頭可用來制作宏觀尺度(1微米及以上尺寸)和納米尺度(1微米以下尺 寸)的特征，并且這些特征可利用一個或多個刀頭以連續(xù)或斷續(xù)切削方式制作。此外，用這 些刀頭進行的切削可以在X方向、y方向、Z方向或這些方向的組合方向上切入工具。例如， 可以用具有多個致動器的刀頭來切削特征。使用多個致動器刀具的系統(tǒng)記載于美國專利申 it No. 11/274723、11/273875、11/273981 和 11/273884，這些專利申請均于 2005 年 11 月 15 日提交，并且均以引用方式全文并入本文中。作為另一種選擇，可以在不使用致動器的情況 下在工具內(nèi)切削衍射特征，這涉及到使用(例如)低頻伺服機構(gòu)通過將刀頭保持在工具表 面內(nèi)基本恒定或非恒定的深度上進行連續(xù)切削。用衍射刀頭進行非FTS加工作為用FTS致動器加工的一種替代形式，可以用非FTS刀架加工工件，其中刀頭以 基本上恒定的深度進入工件并沿工件移動，以加工出大致成螺旋圖案的特征。在本實施例 中，刀頭具有一個或多個衍射特征，并且在加工工件的過程中，這些特征中至少一個與工件 接觸。如上所述，這種加工可以形成具有衍射特征的宏觀尺度特征。然后，可以用經(jīng)切削加 工的工件制作具有對應(yīng)特征的膜，例如光學(xué)膜。圖25A-25C為示例性非FTS刀架400的視圖。圖25A和25B為刀架400的透視 圖。圖25C為刀架400的俯視圖。如圖25A-25C所示，刀架400包括基座402、連接到基座 402上的垂直部分404以及連接到垂直部分404與基座402相對的一端的頂部410。頂部 410包括孔416和418，用于通過螺栓或其他緊固件將頂部固定到垂直部分404上。塊412位于頂部410上，塊上有孔420和422，用于通過螺栓或其他緊固件將塊固定到頂部410上。 刀柄414用來固定刀頭以加工工件54，刀柄414通過塊412和頂部410之間的摩擦力牢牢 固定在頂部410上。通過移動并重新固定塊412，可以調(diào)整刀柄414在χ方向進入工件54 的位置，如箭頭424所示(參見圖25C)。基座402具有孔(例如孔406和408)，用于通過 螺栓或其他緊固件將刀架400附裝到軌道32上。作為另一種選擇，可以在軌道32和刀架 400的基座402之間附裝一個或多個其他柱或結(jié)構(gòu)。在加工過程中，刀架400被構(gòu)造和設(shè) 置為使得當(dāng)?shù)额^進入工件54內(nèi)時，工件54不會接觸基座402。當(dāng)附裝于軌道32上時，刀 架400可以夾持刀柄414上的刀頭進入工件54內(nèi)，并且可在驅(qū)動器和編碼器56控制下旋 轉(zhuǎn)工件54的同時，在計算機12控制下使刀架400在ζ方向沿軌道32移動，從而沿工件54 移動刀頭。刀架400的部件可以采用(例如)不銹鋼或其他材料。圖26A-26D為示例性刀柄414的視圖。圖26Α為刀柄414的透視圖。圖26Β為刀 柄414的前視圖。圖26C為刀柄414的仰視圖。圖26D為刀柄414的側(cè)視圖。如圖26A-26D 所示，刀柄414包括側(cè)面430、位于前部434的錐形和成角度的前表面432、底面438以及用 于安裝刀頭的具有角形或錐形側(cè)面的凸出表面436。刀頭可通過粘合劑、硬釬焊、軟釬焊或 其他方式安裝到刀柄414的表面436上。固定到刀柄414的刀頭優(yōu)選地包括具有衍射特征 (例如，如圖13-22所示的刀頭)并采用上述示例性刀頭材料的刀頭，以用于在工件54內(nèi)切 削出衍射特征。刀柄414可以采用(例如)下列一種或多種材料燒結(jié)碳化物、氮化硅、碳 化硅、鋼、鈦、金剛石或合成金剛石材料。具有衍射特征的光學(xué)膜如上所述，微復(fù)制樣板工具或工件可用具有衍射特征的刀頭通過切削加工加以制 造。這些刀頭包括(例如)圖13Α、13Β、14、15Α、15Β和16-22所示的刀頭。將該刀具加工 能力與上述微復(fù)制方法(例如3C)相結(jié)合，可以形成光學(xué)膜，在該光學(xué)膜基底的主表面上具 有微復(fù)制宏觀尺度特征，在宏觀尺度特征上又具有一個或多個微復(fù)制衍射特征。術(shù)語“宏觀 尺度特征”和“衍射特征”的定義見上文?；淄ǔＴ?C過程中或利用(例如)熱塑性復(fù)制與宏觀尺度特征整體地或一體 地形成。作為另一種選擇，基底可以具有多層，其中的一層與特征整體地形成。膜在固化時 可以為柔性或剛性的。衍射特征為實現(xiàn)膜的光學(xué)性能更大的通用性創(chuàng)造了條件。例如，宏觀尺度特征可 以回收光而衍射特征可以漫射光，從而在液晶顯示器(IXD)裝置或其他背光裝置內(nèi)提供同 時充當(dāng)增亮膜和擴散片的單個膜。膜也可以用來隱藏背光源系統(tǒng)內(nèi)的提取特征。因此，宏 觀尺度特征和衍射特征相結(jié)合為實現(xiàn)光學(xué)膜中更強大的光管理創(chuàng)造了條件。圖27Α、27Β、28、29Α、29Β和30_36示出了采用由刀頭加工的工件制作的膜的代表 性部分，這些刀頭分別對應(yīng)于圖13Α、13Β、14、15Α、15Β和16-22中所示的刀頭。這些膜部 分用來代表宏觀尺度特征和衍射特征的一般形狀和構(gòu)造，并且這些膜可以具有在整個膜上 重復(fù)的任意數(shù)量的基本上相同的微復(fù)制宏觀尺度特征和衍射特征。膜的尺寸以及主表面的 長度和寬度可以根據(jù)(例如)膜的預(yù)期用途而變化。宏觀尺度特征之間的節(jié)距可以恒定或 變化，并且宏觀尺度特征之間的深度也可以恒定或變化。利用以引用方式全文并入本文中 的美國專利No. 7，293，487所公開的X-Z致動器進行切削加工，可以實現(xiàn)宏觀尺度特征之間 的節(jié)距和深度變化，或一個參數(shù)變化而另一個參數(shù)保持不變。另外，宏觀尺度特征可以有隨機、偽隨機或非隨機配置方式。圖27A、27B、28、29A、29B和30-36示出的每一個膜都可以與相同的膜或其他膜組 合成雙膜構(gòu)造，其中兩個膜的宏觀尺度特征被布置成彼此成一定角度，優(yōu)選為彼此正交。疊 堆構(gòu)造中其他膜之一可以為具有宏觀尺度特征和衍射特征的另一個膜，或者作為另一種選 擇，也可以為具有其他類型結(jié)構(gòu)的膜。例如，除摩爾紋、抗?jié)駶櫪忡R膜記載于2007年9月 21日提交的美國臨時專利申請No. 60/974245，該專利申請以引用方式全文并入本文中。在 (例如)顯示裝置內(nèi)使用兩個膜可以提供更大的光管理通用性。利用上述FTS致動器或非FTS加工方法，可以用衍射刀頭切削加工出用于制作膜 的工件。這些膜可由用衍射刀頭經(jīng)切削加工的工件通過連續(xù)切削(在膜內(nèi)形成連續(xù)的宏觀 尺度特征)或斷續(xù)切削(在膜內(nèi)形成不連續(xù)的宏觀尺度特征)制作而成。連續(xù)和斷續(xù)切削 加工在上文中有描述。如果用斷續(xù)切削法加工工件，那么圖27A、27B、28、29A、29B和30-36 中所示的膜將具有成形為如圖8所示小透鏡的對應(yīng)宏觀尺度特征，并在宏觀尺度小透鏡內(nèi) 加有衍射特征。由用衍射刀頭切削加工的工件制作的膜優(yōu)選用基本上透光(優(yōu)選基本上透過可 見光)的材料制成。制作膜的材料例如包括聚碳酸酯；丙烯酸樹脂；聚對苯二甲酸乙二醇 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，例如對苯二甲酸(C0-PEN)；以及其他合適的材料。制作膜的其他材料 包括固化到柔性狀態(tài)的可用低聚樹脂組合物，包括但不限于丙烯酸酯、環(huán)氧樹脂或氨基甲 酸乙酯類材料，優(yōu)選地為丙烯酸酯類材料。如本文所用，術(shù)語“丙烯酸酯”涵蓋了甲基丙烯 酸酯。圖27A為表示膜450的代表性部分的透視圖，其中膜450用由與圖13A所示刀頭 300相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜450在宏觀尺度特征452上有衍射特征454。在膜 450中，宏觀尺度特征452包括棱鏡，衍射特征454包括位于棱鏡的兩個小面上的一個或多 個三角形切口。該膜包括為宏觀尺度特征提供基座的基底(用膜450內(nèi)的部分451表示)。基底 451可以具有用距離456表示的任何特定高度，宏觀尺度特征也可以具有用距離458表示的 任何特定高度。宏觀尺度特征之間的節(jié)距(用距離462表示)可以具有任何具體值，衍射 特征之間的節(jié)距(用距離460表示)也可以具有任何具體值。下述的膜同樣可以具有任何 特定尺寸的基底和特征，并且宏觀尺度特征之間的節(jié)距和衍射特征之間的節(jié)距可以具有任 何具體值。此外，宏觀尺度特征和衍射特征可以如圖27A、27B、28、29A、29B和30-36所示是變 化的，這些圖用來說明在宏觀尺度特征上有衍射特征的膜的實例。例如，沿宏觀尺度特征的 小面的衍射特征不必是相同的，這些小面也不必是對稱的。每個宏觀尺度特征和衍射特征 都可以具有獨特的形狀和尺寸。另外，作為另一種選擇，宏觀尺度特征的一個或兩個小面可 以具有帶有或不帶有衍射特征的總體彎曲的形狀。圖27B是表示膜463的代表性部分的透視圖，其中膜463用由與圖13B所示刀頭 301相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜463在宏觀尺度特征464上有衍射特征466。在膜 463中，宏觀尺度特征464包括棱鏡，衍射特征466包括位于棱鏡的兩個小面上的一系列鄰 接的小透鏡。
圖28是表示膜467的代表性部分的透視圖，其中膜467用由與圖14所示刀頭306 相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜468在宏觀尺度特征468上有衍射特征470。在膜467 中，宏觀尺度特征468包括棱鏡，衍射特征470包括僅位于棱鏡一個小面上的一個或多個三 角形切口。圖29A是表示膜472的代表性部分的透視圖，其中膜472用由與圖15A所示刀頭 312相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜472在宏觀尺度特征474上有衍射特征476。在膜 472中，宏觀尺度特征474包括棱鏡，衍射特征476包括在棱鏡的兩個小面上具有一系列凸 起部分的光柵。圖29B是表示膜478的代表性部分的透視圖，其中膜478用由與圖15B所示刀頭 309相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜478在宏觀尺度特征480上有衍射特征482。在膜 478中，宏觀尺度特征480包括棱鏡，衍射特征482包括在棱鏡的兩個小面上具有一系列角 形部分的光柵。圖30是表示膜484的代表性部分的透視圖，其中膜484用由與圖16所示刀頭316 相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜484在宏觀尺度特征486上有衍射特征488。在膜484 中，宏觀尺度特征486包括棱鏡，衍射特征488包括位于棱鏡的兩個小面上的一個或多個三 角形切口，以及位于切口和棱鏡頂端之間的平坦部分。圖31是表示膜490的代表性部分的透視圖，其中膜490用由與圖17所示刀頭323 相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜490在宏觀尺度特征492上有衍射特征494。在膜490 中，宏觀尺度特征492包括棱鏡，衍射特征494包括位于棱鏡的平坦頂部上的一個或多個三 角形切口。圖32是表示膜496的代表性部分的透視圖，其中膜496用由與圖18所示刀頭326 相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜496在宏觀尺度特征498上有衍射特征500。在膜496 中，宏觀尺度特征498包括棱鏡，衍射特征500包括位于棱鏡的彎曲頂部上的一個或多個三 角形切口。圖33是表示膜502的代表性部分的透視圖，其中膜502用由與圖19所示刀頭330 相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜502在宏觀尺度特征504上有衍射特征506。在膜502 中，宏觀尺度特征504包括棱鏡，衍射特征506包括位于棱鏡的兩個小面上的一系列鄰接的 臺階。圖34是表示膜508的代表性部分的透視圖，其中膜508用由與圖20所示刀頭334 相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜508在宏觀尺度特征510上有衍射特征512。在膜508 中，宏觀尺度特征510包括棱鏡，衍射特征512包括位于棱鏡的平坦頂部上的一系列鄰接的
小透鏡。圖35是表示膜514的代表性部分的透視圖，其中膜514用由與圖21所示刀頭338 相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜514在宏觀尺度特征516上有衍射特征518。在膜514 中，宏觀尺度特征516包括棱鏡，衍射特征518包括位于棱鏡的兩個小面上的一系列鄰接的 彎曲部分。圖36是表示膜520的代表性部分的透視圖，其中膜520用由與圖22所示刀頭342 相當(dāng)?shù)牡额^加工成的工件制作。膜520在宏觀尺度特征522上有衍射特征524。在膜520 中，宏觀尺度特征522包括棱鏡，衍射特征524包括位于棱鏡的兩個小面上的一系列鄰接的成角度的平坦部分。 雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合示例性實施例進行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，許多修改形式對 于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將是顯而易見的，并且本專利申請旨在涵蓋示例性實施例的任何 改型或變型。例如，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，可以使用多種類型的膜材料，以及多種 宏觀尺度特征和衍射特征的尺寸、配置和形狀。本發(fā)明僅受其權(quán)利要求書及其等同物的限 制。
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權(quán)利要求
一種光學(xué)膜，包括基底；在所述基底的主表面上形成的多個微復(fù)制宏觀尺度特征；以及在所述宏觀尺度特征上形成的一個或多個微復(fù)制衍射特征，其中所述基底和所述宏觀尺度特征由基本上透光的材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)膜，其中所述宏觀尺度特征包括具有對向的小面和頂端 的棱鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱鏡的至少一個所 述小面上的三角形切口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱鏡的僅一個所述 小面上的三角形切口。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱鏡的至少一個所 述小面上的一系列鄰接的小透鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括在所述棱鏡的至少一個所述 小面上的具有一系列凸起部分的光柵。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括在所述棱鏡的至少一個所述 小面上的具有一系列角形部分的光柵。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱鏡的至少一個所 述小面上的一個或多個三角形切口，以及位于所述切口和所述棱鏡的所述頂端之間的平坦 部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱鏡的所述頂端上 的三角形切口，并且所述頂端是平坦的。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱鏡的所述頂端 上的三角形切口，并且所述頂端是彎曲的。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱鏡的至少一個 所述小面上的一系列鄰接的臺階。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱鏡的所述頂端 上的一系列鄰接的小透鏡，并且所述頂端是平坦的。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱鏡的至少一個 所述小面上的一系列鄰接的彎曲部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)膜，其中所述衍射特征包括位于所述棱鏡的至少一個 所述小面上的一系列鄰接的成角度的平坦部分。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)膜，其中所述宏觀尺度特征是連續(xù)的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)膜，其中所述宏觀尺度特征是不連續(xù)的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)膜，其中所述宏觀尺度特征具有恒定的節(jié)距。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)膜，其中所述宏觀尺度特征具有變化的節(jié)距。
19.一種光學(xué)膜，包括基底；在所述基底的主表面上形成的多個微復(fù)制宏觀尺度特征，所述宏觀尺度特征在所述光學(xué)膜置于背光源內(nèi)時用來回收可見光；以及在所述宏觀尺度特征上形成的一個或多個微復(fù)制衍射特征，所述衍射特征在所述光學(xué) 膜置于背光源內(nèi)時用來漫射可見光，其中所述基底和所述宏觀尺度特征均由基本上透光的材料形成。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的光學(xué)膜，其中所述宏觀尺度特征包括具有對向的小面和頂 端的棱鏡，并且所述衍射特征包括位于所述棱鏡的至少一個所述小面上的三角形切口。
全文摘要
一種具有基底和位于所述基底主表面上的微復(fù)制特征的光學(xué)膜。所述特征包括微復(fù)制宏觀尺度特征和位于所述宏觀尺度特征上的一個或多個微復(fù)制衍射特征。所述膜可以用由具有衍射特征的刀頭經(jīng)切削加工的工件來制作。所述刀頭在加工所述工件的同時形成所述宏觀尺度特征和衍射特征。然后可用涂布工藝由所述經(jīng)切削加工的工件形成所述光學(xué)膜。
文檔編號G02B5/18GK101889220SQ200880119616
公開日2010年11月17日 申請日期2008年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月7日
發(fā)明者戴爾·L·埃內(nèi)斯, 維維安·W·瓊斯, 馬克·E·加迪納 申請人:3M創(chuàng)新有限公司