專利名稱：包括壓敏粘接劑的偏振分光器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及偏振分光器以及這種器件在例如信息顯示系統(tǒng)中的應(yīng)用，更具體地涉及反射式投影系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
光學(xué)成像系統(tǒng)通常包括將圖像施加到光束上的透射式或反射式成像器，也稱為光閥或光閥陣列。透射式光閥通常是半透明的，允許光通過。另一方面，反射式光閥只反射所選擇的一部分輸入光束來形成圖像。反射式光閥具有重要的優(yōu)勢(shì)，即控制電路可以置于反射面后面，并且當(dāng)基板材料不受它們的不透明性限制時(shí)，可以使用更先進(jìn)的集成電路技術(shù)。通過使用反射式液晶微型顯示器作為成像器，有可能獲得潛在的經(jīng)濟(jì)而緊湊的新型液晶顯示器(LCD)投影儀結(jié)構(gòu)。
很多反射式LCD成像器對(duì)入射光的偏振進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。也就是說，成像器反射偏振光時(shí)要么基本上不改變其偏振態(tài)而得到最暗的狀態(tài)，要么將偏振旋轉(zhuǎn)某一角度以提供所期望的灰度等級(jí)。在這些系統(tǒng)中，90°的旋轉(zhuǎn)提供了最亮的狀態(tài)。因此，偏振光束通常用作反射式LCD成像器的輸入光。所期望的緊湊的布置包括位于偏振分光器(PBS)與成像器之間的折疊光路，其中照明光束和從成像器反射的投影圖像共享PBS與成像器之間的同一物理空間。PBS將入射光與偏振旋轉(zhuǎn)的圖像光分離。投影系統(tǒng)中所使用的傳統(tǒng)PBS，有時(shí)候稱為MacNeille偏振器，使用以布魯斯特角(Brewster’s angle)設(shè)置的無機(jī)介電膜堆。s偏振光會(huì)被反射，而p偏振光透射穿過偏振器。
單個(gè)成像器可以用來形成單色圖像或者彩色圖像。多個(gè)成像器通常用來形成彩色圖像，在這樣的情況下，照明光被分成不同顏色的多根光束。分別將圖像施加到每一根光束上，然后將這些光束重新組合成以形成全色圖像。

發(fā)明內(nèi)容
一般來說，本發(fā)明涉及一種用于改進(jìn)投影系統(tǒng)的性能的裝置。具體地說，本發(fā)明是以成像核心為基礎(chǔ)，所述成像核心包括圖像質(zhì)量、穩(wěn)定性和壽命得到提高的偏振分光器(PBS)。
本發(fā)明提供一種PBS，所述PBS包括設(shè)置在多層反射式偏振膜與剛性覆蓋物之間的壓敏粘接劑。設(shè)置在所述多層反射式偏振膜與所述剛性覆蓋物之間的所述壓敏粘接劑的組合可以減小PBS組件內(nèi)應(yīng)力引起的雙折射。另外，與其它粘接劑相比，設(shè)置在所述多層反射式偏振膜與所述剛性覆蓋物之間的所述壓敏粘接劑的組合可以提供表現(xiàn)出更高圖像質(zhì)量、更高組件穩(wěn)定性和更高壽命的PBS組件。
在本發(fā)明的PBS結(jié)構(gòu)中使用兩個(gè)(或多個(gè))膜可以減小投影屏幕上的模糊現(xiàn)象，并且可以通過層壓方法有效形成。雙膜結(jié)構(gòu)可以與任何材料的覆蓋物(例如，棱鏡)一起使用。這種材料包括玻璃。玻璃可以具有任何折射率，但折射率的范圍通常在1.4到1.8之間，并且可以在1.4到1.6之間。這種低折射率玻璃可以減少像散。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供一種偏振分光器(PBS)，所述PBS包括多層反射式偏振膜、設(shè)置在所述多層反射式偏振膜上的壓敏粘接劑以及設(shè)置在所述壓敏粘接劑上的第一剛性覆蓋物?？蛇x的第二剛性覆蓋物可以鄰近所述多層反射式偏振膜設(shè)置?？蛇x的結(jié)構(gòu)粘接劑可以設(shè)置在所述多層反射式偏振膜與所述第二剛性覆蓋物之間。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種偏振分光器(PBS)，所述PBS包括第一多層反射式偏振膜和接近所述第一多層反射式偏振膜的第二多層反射式偏振膜。所述第二多層反射式偏振膜的主面面對(duì)所述第一多層反射式偏振膜的主面。粘接劑設(shè)置在所述第一多層反射式偏振膜與所述第二多層反射式偏振膜之間。第一壓敏粘接劑設(shè)置在所述第一多層反射式偏振膜上。第一剛性覆蓋物設(shè)置在所述壓敏粘接劑上，并且第二剛性覆蓋物鄰近所述第二多層反射式偏振膜設(shè)置。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種投影系統(tǒng)，所述投影系統(tǒng)包括產(chǎn)生光的光源以及成像核心，所述成像核心用于將圖像施加到從光源產(chǎn)生的光上以便形成圖像光。所述圖像核心包括至少一個(gè)偏振分光器和至少一個(gè)成像器。所述偏振分光器包括多層反射式偏振膜；壓敏粘接劑，其設(shè)置在所述多層反射式偏振膜上并且位于所述光源與所述多層反射式偏振膜之間；以及第一剛性覆蓋物，其設(shè)置在所述壓敏粘接劑上。所述系統(tǒng)還包括投影透鏡系統(tǒng)，所述投影透鏡系統(tǒng)用于投影來自所述成像核心的圖像光。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種制造偏振分光器的方法，所述方法包括在多層反射式偏振膜與第一剛性覆蓋物之間設(shè)置壓敏粘接劑，以便形成偏振分光器。所述方法還可以包括鄰近所述多層反射式偏振膜設(shè)置第二剛性覆蓋物?？梢栽谒龆鄬臃瓷涫狡衲づc所述第二剛性覆蓋物之間設(shè)置可選的結(jié)構(gòu)粘接劑。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種制造偏振分光器的方法，所述方法包括在第一多層反射式偏振膜與第一剛性覆蓋物之間設(shè)置第一壓敏粘接劑；在第二多層反射式偏振膜與第二剛性覆蓋物之間設(shè)置第二壓敏粘接劑；并且鄰近所述第二多層反射式偏振膜設(shè)置所述第一多層反射式偏振膜，以便形成偏振分光器?？梢栽谒龅谝欢鄬臃瓷涫狡衲づc所述第二多層反射式偏振膜之間設(shè)置可選的結(jié)構(gòu)粘接劑。
根據(jù)下面說明、附圖以及權(quán)利要求書可以理解本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢(shì)。


結(jié)合附圖閱讀下面對(duì)于本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)說明將可以更完整地理解本發(fā)明，其中圖1示意性顯示具有多層反射式偏振膜的PBS的實(shí)施例；圖2示意性顯示具有兩個(gè)多層反射式偏振膜的PBS的實(shí)施例；圖3示意性顯示基于單個(gè)反射式成像器的投影單元的實(shí)施例；以及圖4示意性顯示基于多個(gè)反射式成像器的投影單元的另一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明適用于光學(xué)成像器，并且特別適用于可以產(chǎn)生高質(zhì)量、低像差投影圖像的大數(shù)值孔徑光學(xué)成像系統(tǒng)。
如名稱為“使用寬角笛卡爾偏振分光器的反射式LCD反射系統(tǒng)(REFLECTIVE LCD REFLECTION SYSTEM USING WIDE-ANGLECARTESIAN POLARIZING BEAM SPLITTER)”的美國專利No.6486997B1中所述，一種示例性的光學(xué)成像系統(tǒng)包括寬角笛卡爾偏振分光器(PBS)。笛卡爾PBS是這樣一種PBS，其中透射和反射光束的偏振是以不變的、通常正交的PBS主軸為參照。相反，對(duì)于非笛卡爾PBS，分離光束的偏振基本上取決于光束入射在PBS上的入射角。
笛卡爾PBS的一個(gè)例子是多層反射式偏振膜，作為示例，該膜可以是由各向同性和雙折射材料的交替層構(gòu)成的膜。如果將膜的平面看作x-y平面，并且在z方向測(cè)量膜的厚度，那么z折射率就是具有平行于z方向的電矢量的光在雙折射材料中的折射率。同樣，x折射率是具有平行于x方向的電矢量的光在雙折射材料中的折射率，y折射率是具有平行于y方向的電矢量的光在雙折射材料中的折射率。對(duì)于多層反射式偏振膜，雙折射材料的y折射率與各向同性材料的折射率基本上相同，而雙折射材料的x折射率不同于各向同性材料的折射率。如果層的厚度選擇得合適，那么該膜就會(huì)反射在x方向偏振的可見光，而透射在y方向偏振的光。
可以使用的多層反射式偏振膜的一個(gè)例子是具有匹配的z折射率的偏振膜，其中雙折射材料的z折射率與雙折射材料的y折射率基本上相同。具有匹配的z折射率的偏振膜在美國專利5882774和5962114以及下列共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)中已經(jīng)進(jìn)行了描述2001年5月31日提交的60/294940、2002年5月28日提交的2002-0190406、2002年5月28日提交的2002-0180107、2002年11月27日提交的10/306591以及2002年11月27日提交的10/306593。具有匹配的z折射率的偏振膜也在美國專利6609795中進(jìn)行了描述。
在一些情況下，使用諸如多層反射式偏振膜或具有匹配的z折射率的偏振膜等的聚合物基多層光學(xué)膜(MOF)的偏振分光器可能具有在PBS組件內(nèi)部由應(yīng)力引起的雙折射和/或隨著時(shí)間變得不穩(wěn)定的粘接劑層。對(duì)于用戶使用，耐久性/可靠性和壽命對(duì)于可用的PBS組件是很重要的標(biāo)準(zhǔn)。將聚合物基多層光學(xué)膜(MOF)安裝到剛性基板上對(duì)于滿足可用的PBS組件的環(huán)境和壽命需要非常有挑戰(zhàn)性。粘接劑應(yīng)該具有與MOF和剛性基板的良好粘合力，另外，在MOF和/或剛性基板上不會(huì)引起應(yīng)力。PBS的性能對(duì)于應(yīng)力很敏感，甚至很小的應(yīng)力都可能導(dǎo)致PBS的性能降低。粘接劑的特性應(yīng)該與MOF和剛性基板的特性相平衡，以便于獲得PBS組件的最高穩(wěn)定性和壽命。結(jié)構(gòu)粘接劑可能會(huì)在固化過程中收縮和/或不均勻地固化，引起MOF和/或剛性基板上的應(yīng)力。另外有可能的是，沒有完全固化的結(jié)構(gòu)粘接劑在正常使用條件下因?yàn)楣夂蜔岬淖饔枚?jīng)歷逐漸固化，這可能降低PBS的穩(wěn)定性。如2003年5月16日提交的名稱為“偏振分光器以及使用偏振分光器的投影系統(tǒng)(POLARIZING BEAMSPLITTER AND PROJECTION SYSTEM USING THE POLARIZINGBEAM SPLITTER)”的美國專利申請(qǐng)No.10/439444中所述，對(duì)于兩個(gè)多層反射式偏振膜的具體實(shí)施例，可以對(duì)覆蓋物使用更常用的無鉛型玻璃，諸如Schott制造的SK5等。低折射率玻璃覆蓋物具有優(yōu)于諸如PBH56等的高折射率玻璃覆蓋物的幾個(gè)重要優(yōu)勢(shì)，包括降低像散、無鉛并且消除幾個(gè)光學(xué)表面上的抗反射涂層。然而，無鉛玻璃對(duì)于光、熱和機(jī)械引起的應(yīng)力穩(wěn)定性較差。PBS安裝過程中機(jī)械引起的小應(yīng)力可能降低光學(xué)性能，諸如對(duì)比度和暗態(tài)均勻性。結(jié)構(gòu)固化粘接劑可以在諸如SK5等的無鉛玻璃上引起機(jī)械應(yīng)力，并且產(chǎn)生雙折射，從而導(dǎo)致不可接受的暗態(tài)不均勻性。具有低模量并且不需要在安裝過程中固化的壓敏粘接劑可以引起玻璃上的更小應(yīng)力；因此，可以提供更佳的暗態(tài)均勻性。此外，在暴露于與PBS組件一起使用的高強(qiáng)度光之后，結(jié)構(gòu)粘接劑具有變黃和影響PBS光學(xué)特性的趨勢(shì)。
PBS的對(duì)比度可以參考圖3進(jìn)行定義，其中采用層壓在反射鏡前表面上的四分之一波長膜替代成像器226。當(dāng)將反射鏡上的四分之一波長膜定向?yàn)槭蛊涔廨S與照明光束的中心光線的偏振方向成45°時(shí)，反射鏡上的四分之一波長膜的作用如同與透射的偏振光束成45°的半波長膜也就是說，它將光束的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°。因?yàn)镻BS的上述功能，這將導(dǎo)致由四分之一波長膜/反射鏡反射的光幾乎全部穿過透鏡228投射到屏幕上。如果將四分之一波長膜定向?yàn)榕c中心光線的偏振態(tài)成0°，那么它的作用將如同以透射光束的偏振態(tài)定向的半波長膜，并且保持光束的偏振方向不變。這將導(dǎo)致幾乎將全部光都被PBS引回光源，而不會(huì)由透鏡228投射到屏幕上。
為了測(cè)量PBS的對(duì)比度，首先，通過將四分之一波長膜/反射鏡光軸定向?yàn)榕c照明光束的中心光線的偏振方向成45°來確定通過投影透鏡228的亮態(tài)光通量的特征?？梢酝ㄟ^在相距透鏡228的固定距離處測(cè)量光束照度、通過將所有投影光集中到具有校準(zhǔn)光電二極管的積分球中、或者通過本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的其它手段確定該光通量的特征。然后通過定向四分之一波長膜，使其光軸與照明光束的中心光線的偏振態(tài)對(duì)準(zhǔn)來產(chǎn)生暗態(tài)。然后通過與確定亮態(tài)光通量的特征所使用的技術(shù)相同的技術(shù)測(cè)量由該狀態(tài)產(chǎn)生的通過透鏡228的光通量。亮態(tài)光通量與暗態(tài)光通量的比率提供對(duì)比度或者四分之一波長膜對(duì)比度的一個(gè)測(cè)量值。
對(duì)于一些類型的成像器，例如鐵電液晶成像器，暗態(tài)特征與上述測(cè)試中產(chǎn)生的特征非常相似。然而，對(duì)于大多數(shù)其它類型的成像器，暗態(tài)特征與上面沒有四分之一波長膜的反射鏡所產(chǎn)生的特征更相似。在這種情況下，如同0°的四分之一波長膜反射鏡一樣，不存在照明光束的偏振方向的旋轉(zhuǎn)，因此應(yīng)該獲得暗圖像。為了測(cè)試這些類型的成像器的PBS性能，理想的是使用純粹的反射鏡提供暗態(tài)，但是在其它方面遵照前面確定PBS對(duì)比度的特征時(shí)所提出的規(guī)定。該結(jié)果稱為PBS的反射鏡對(duì)比度。
反射鏡對(duì)比度與四分之一波長膜對(duì)比度之間的差別與各種斜射光線的行為有關(guān)。在美國專利US5327270中可以獲得對(duì)于該差別的一些認(rèn)識(shí)，但該文獻(xiàn)只適用于MacNeille PBS系統(tǒng)而不適用于笛卡爾PBS。對(duì)于本文，理解四分之一波長膜反射鏡組合補(bǔ)償多種原因引起的消偏振就足夠了，并且測(cè)試兩種對(duì)比度以確保對(duì)于所有類型的成像器有很好的效果可能很重要。
采用多層反射式偏振膜制造的PBS的對(duì)比度取決于幾個(gè)參數(shù)，包括例如沿著失配方向(例如x方向)的折射率差，沿著面內(nèi)匹配方向(例如y方向)的折射率匹配程度，沿著厚度方向(例如z方向)的折射率匹配程度以及膜的總層數(shù)。沿著失配方向的層間折射率差和沿著匹配方向的折射率匹配受到聚合物樹脂對(duì)的限制。而且，優(yōu)選的是，聚合物樹脂在從藍(lán)光到綠光到紅光的可見光譜范圍(或者在PBS應(yīng)用中有關(guān)的任何光譜范圍)內(nèi)基本上透明。在實(shí)例中說明了這樣一種樹脂對(duì)，并且該樹脂對(duì)包括聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)和PET共聚物(coPET)。這些聚合物在包括藍(lán)光的整個(gè)可見波長范圍內(nèi)基本上透明。然而，這些聚合物沿著失配方向的折射率差只有大約0.15。為了在下述光學(xué)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)期望的對(duì)比度水平，使用該聚合物組合的具有匹配的z折射率的偏振膜通常使用一對(duì)高折射率玻璃棱鏡。
當(dāng)高折射率玻璃與PBS膜一起使用時(shí)，可能出現(xiàn)兩種效果在PBS中產(chǎn)生像散，并且未補(bǔ)償?shù)姆瓷溏R暗態(tài)亮度增加。
在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利6672721和美國專利申請(qǐng)No.2003-0048423中說明了消除像散的方法。這些文獻(xiàn)說明了緊靠著膜使用折射率非常高的玻璃板來補(bǔ)償像散。然而，該玻璃板可能會(huì)大大增加PBS的成本。而且，使用這種玻璃板可能會(huì)導(dǎo)致投影透鏡的后焦距更長以及更不利的橫向色彩狀況。另外，具有補(bǔ)償板的PBS可能需要更大的顏色混合器立方體。
此外，高折射率PBS玻璃導(dǎo)致光以很大的角度傳播到PBS膜中。如果將折射率低于1.6的玻璃用于PBS，那么未補(bǔ)償?shù)姆瓷溏R暗態(tài)的對(duì)比度通常與在反射鏡上設(shè)置定向的四分之一波長膜獲得的對(duì)比度大致相同。在本文中，術(shù)語“未補(bǔ)償?shù)姆瓷溏R暗態(tài)”定義為當(dāng)使用裸露的反射鏡替代如下所述成像系統(tǒng)中的成像器并且通過成像系統(tǒng)觀察所產(chǎn)生的光透射時(shí)，所獲得的暗態(tài)。當(dāng)玻璃的折射率增大到1.85時(shí)，未補(bǔ)償?shù)姆瓷溏R暗態(tài)的值降低至小于在反射鏡上設(shè)置四分之一波長膜所獲得的對(duì)比度的一半，特別是當(dāng)使用折射率匹配層使高度雙折射玻璃棱鏡與多層反射式偏振膜匹配并由此減少反射時(shí)?？梢酝ㄟ^將四分之一波長膜設(shè)置在反射鏡或者成像器上來回收該對(duì)比度損失，其中所述反射鏡或者成像器的快軸沿著入射光的偏振方向?qū)?zhǔn)。然而，這些特殊的補(bǔ)償板(例如，四分之一波長膜)可能會(huì)增加成本并且可能很難正確對(duì)準(zhǔn)。因此，由于不需要使用諸如四分之一波長膜等的反射鏡暗態(tài)補(bǔ)償板，在低折射率玻璃(例如，n＜1.60)中使用PBS膜的技術(shù)將降低成本。
在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)No.10/439444中說明了消除PBS組件中的模糊現(xiàn)象的方法，該專利申請(qǐng)于2003年5月16日提交，名稱為“偏振分光器以及使用偏振分光器的投影系統(tǒng)(POLARIZINGBEAM SPLITTER AND PROJECTION SYSTEM USING THEPOLARIZING BEAM SPLITTER)”。該參考文獻(xiàn)說明了在PBS組件中使用兩個(gè)多層反射式偏振膜，從而減小模糊。
圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的使用多層反射式偏振膜的偏振分光器10的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，偏振分光器10包括多層反射式偏振膜12。膜12可以為本領(lǐng)域公知的任何合適的多層反射式偏振膜，優(yōu)選為具有匹配的z折射率的偏振膜。壓敏粘接劑(PSA)60設(shè)置在多層反射式偏振膜12上。第一剛性覆蓋物30設(shè)置在壓敏粘接劑60上。第二剛性覆蓋物40靠近多層反射式偏振膜12。粘接劑層50可以設(shè)置在第二剛性覆蓋物40與多層反射式偏振膜12之間。該粘接劑層可以為結(jié)構(gòu)粘接劑。
盡管描述為包括兩個(gè)棱鏡30和40，但是PBS10可以包括設(shè)置在多層反射式偏振膜12的一側(cè)或任意側(cè)的任何合適的覆蓋物。棱鏡30和40可以由具有適合于實(shí)現(xiàn)PBS的期望用途的折射率的任何透光材料構(gòu)成。棱鏡的折射率應(yīng)該小于產(chǎn)生全內(nèi)反射條件的折射率，所述全內(nèi)反射條件即在正常使用條件下(例如，入射光與棱鏡的一個(gè)面垂直)傳播角接近或超過90°的條件。可以使用司乃耳定律(Snell’s law)計(jì)算這種條件。盡管也可以使用其它材料，但是優(yōu)選的是，棱鏡由各向同性材料構(gòu)成?！巴腹狻辈牧鲜侵冈试S至少一部分來自光源的入射光透射穿過的材料。在一些應(yīng)用中，可以預(yù)濾入射光以消除不需要的波長。適合用作棱鏡的材料包括但是不限于陶瓷、玻璃以及聚合物。特別有用的玻璃類包括含有金屬氧化物如氧化鉛的玻璃。商業(yè)上可以獲得的玻璃是可以從Ohara Corporation(Rancho Santa Margarita，CA，USA)獲得的PBH55，其具有1.85的折射率并且具有大約75％(以重量百分比計(jì))的氧化鉛。
PBS組件10可以具有高光強(qiáng)剛性覆蓋物30和低光強(qiáng)剛性覆蓋物40。高光強(qiáng)剛性覆蓋物30是最靠近光源(參見圖3和圖4)的剛性覆蓋物。高光強(qiáng)剛性覆蓋物30經(jīng)受的光比低光強(qiáng)剛性覆蓋物40經(jīng)受的光強(qiáng)度更高。理想的是，在高光強(qiáng)剛性覆蓋物30與多層反射式偏振膜12之間設(shè)置壓敏粘接劑60。如下所述，壓敏粘接劑的光學(xué)和物理特性允許壓敏粘接劑在高強(qiáng)度光下保持穩(wěn)定。粘接劑層50可以為結(jié)構(gòu)粘接劑或壓敏粘接劑。
圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的使用兩個(gè)或多個(gè)多層反射式偏振膜的偏振分光器110的一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，偏振分光器110包括第一多層反射式偏振膜112、第二多層反射式偏振膜120以及位于第一膜112與第二膜120之間的粘接劑層150。第一膜112與第二膜120中的一個(gè)或兩個(gè)可以為本領(lǐng)域公知的任何合適的多層反射式偏振膜，優(yōu)選為具有匹配的z折射率的偏振膜。粘接劑層150可以為結(jié)構(gòu)粘接劑。盡管PBS110包括第一膜112和第二膜120，但是也可以包括三個(gè)或更多的膜。第一壓敏粘接劑160設(shè)置在第一多層反射式偏振膜112上。第二壓敏粘接劑或粘接劑層161設(shè)置在第二多層反射式偏振膜120上。第一剛性覆蓋物130設(shè)置在第一壓敏粘接劑160上。第二剛性覆蓋物140設(shè)置在第二壓敏粘接劑或粘接劑層161上。
盡管描述為包括兩個(gè)棱鏡130和140，但是PBS110可以包括設(shè)置在第一多層反射式偏振膜112和第二多層反射式偏振膜120的一側(cè)或任一側(cè)的任何合適的覆蓋物。棱鏡130和140可以由具有適合于實(shí)現(xiàn)PBS的期望用途的折射率的任何透光材料構(gòu)成。棱鏡的折射率應(yīng)該小于產(chǎn)生全內(nèi)反射條件的折射率，所述全內(nèi)反射條件即在正常使用條件下(例如，入射光與棱鏡的一個(gè)面垂直)傳播角接近或超過90°的條件?？梢允褂盟灸硕捎?jì)算這種條件。盡管也可以使用其它材料，但是優(yōu)選的是，棱鏡由各向同性材料構(gòu)成?！巴腹狻辈牧鲜侵冈试S至少一部分來自光源的入射光透射穿過的材料。在一些應(yīng)用中，可以預(yù)濾入射光以消除不需要的波長。適合用作棱鏡的材料包括但是不限于陶瓷、玻璃以及聚合物。特別是當(dāng)使用兩個(gè)或多個(gè)膜時(shí)，低折射率材料可以用于棱鏡130和140，例如由Schott Corporation(Mainz，Germany)制造的SK5玻璃。
PBS組件110可以具有高光強(qiáng)剛性覆蓋物130和低光強(qiáng)剛性覆蓋物140。高光強(qiáng)剛性覆蓋物130是最靠近光源(參見圖3和圖4)的剛性覆蓋物。高光強(qiáng)剛性覆蓋物130經(jīng)受的光比低光強(qiáng)剛性覆蓋物140經(jīng)受的光強(qiáng)度更高。理想的是，在高光強(qiáng)剛性覆蓋物130與多層反射式偏振膜112之間設(shè)置壓敏粘接劑160。如下所述，壓敏粘接劑的光學(xué)和物理特性允許壓敏粘接劑在高強(qiáng)度光下保持穩(wěn)定。粘接劑層150可以為結(jié)構(gòu)粘接劑或壓敏粘接劑。粘接劑層150可以為結(jié)構(gòu)粘接劑或壓敏粘接劑。粘接劑層161可以為結(jié)構(gòu)粘接劑或壓敏粘接劑。
壓敏粘接劑(PSA)為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所公知?？捎玫膲好粽辰觿┛梢?，例如基本上沒有未反應(yīng)的單體和低聚物和/或光引發(fā)劑，并且基本上不收縮。優(yōu)選的是，PSA材料基本上沒有UV吸收性發(fā)色團(tuán)，如伸長原子結(jié)構(gòu)或共軛雙鍵。Pressure-Sensitive Tape Council(Test Methods for Pressure Sensitive Adhesive Tapes(1994)，PressureSensitive Tape Council，Chicago，IL)已經(jīng)將壓敏粘接劑定義為具有如下特性的材料(1)干粘性和永久粘接，(2)采用不超過手指壓力的壓力粘附，(3)足夠的保持粘附的能力，(4)足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，以及(5)不需要用能量源活化。PSA在組裝溫度下通常具有粘性，所述組裝溫度通常為室溫或更高(即，大約20℃至大約30℃或更高溫度)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)作為PSA效果良好的材料包括如下聚合物，即設(shè)計(jì)并配制為表現(xiàn)出產(chǎn)生組裝溫度下粘接力、剝離強(qiáng)度和剪切持粘性的期望平衡所必需的粘彈性。用于制備PSA的最常用的聚合物為天然橡膠基聚合物、合成橡膠(例如，苯乙烯/丁二烯共聚物(SBR)和苯乙烯/異戊二烯/苯乙烯共聚物(SIS)嵌段共聚物)基聚合物、硅樹脂彈性體基聚合物、聚α烯烴基聚合物、以及各種(甲基)丙烯酸酯(例如，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯)基聚合物(Handbook of PressureSensitive Adhesive Technology，2nd Edition，Edited by D.Satas，1989)。在這些材料中，因?yàn)?甲基)丙烯酸酯基聚合物PSA的光學(xué)透明度、隨著時(shí)間的性能持久性(老化穩(wěn)定性)以及通用的粘接能力(這里只舉出其幾個(gè)益處)，所以其已經(jīng)演化為對(duì)于本發(fā)明優(yōu)選的一類PSA。公知的是，可以制備包括某些(甲基)丙烯酸酯基聚合物與某些其它類型的聚合物所構(gòu)成的混合物的PSA(Handbook of Pressure SensitiveAdhesive Technology，2nd Edition，Edited by D.Satas，page 396，1989)。合適的壓敏粘接劑包括但是不限于Soken 1885、2092、2137PSA(商業(yè)上可以從Soken Chemical & Engineering Co.，Ltd，Japan獲得)以及2003年4月11日提交的名稱為“粘接劑混合物、制品以及方法(ADHESIVE BLENDS，ARTICLES，AND METHODS)”的美國專利申請(qǐng)No.10/411933中所述的PSA。
結(jié)構(gòu)粘接劑是用于粘接高強(qiáng)度材料諸如木材、復(fù)合材料、塑料、玻璃或金屬等的材料，因此實(shí)際的粘接劑粘接強(qiáng)度在室溫時(shí)超過6.9MPa(1000psi)。因?yàn)樾阅艿男枰?，結(jié)構(gòu)粘接劑通常會(huì)在組裝過程中參與通過外部能量源諸如UV或熱等進(jìn)行的固化和/或交聯(lián)反應(yīng)，從而產(chǎn)生最終的粘接特性(Structural Adhesives-Chemistry andTechnology，Edited by S.R.Hartshorn，1986)。結(jié)構(gòu)粘接劑可以以很多種方式進(jìn)行分類，諸如粘接劑的物理形式、化學(xué)成分和固化條件等。如在書Adhesion and Adhesives Technology-An Introduction，page 184，A.V.Pocius，1997中所述，常見的結(jié)構(gòu)粘接劑的例子包括酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、聚氨酯、聚酰亞胺和雙馬來酰亞胺。
合適的多層反射式偏振膜包括，例如美國專利No.5882774中所述的偏振膜。合適的多層反射式偏振膜的一個(gè)實(shí)施例包括兩種材料的交替層，其中至少一種材料為雙折射的并且有取向的。在玻璃棱鏡中效果良好的膜可以具有另外的特征，以便為每一層提供合適的折射率值，特別是在與膜表面垂直的方向上。具體地說，交替層的膜的厚度方向上的折射率在理想情況下匹配。除此之外，偏振器的y方向(通過方向)上的折射率也匹配。對(duì)于沿其通過軸線對(duì)所有入射角都具有高透射性的偏振器，交替層的y和z(與膜垂直)折射率都可以匹配。實(shí)現(xiàn)y和z折射率的匹配可以使用與只在y折射率匹配時(shí)不同的膜層材料組。在過去制造的早期的3M多層膜(如3M商標(biāo)“DBEF”膜)具有匹配的y折射率。
出人意料的是，在PBS組件的多層反射式偏振膜與高強(qiáng)度光側(cè)之間使用PSA層改進(jìn)了PBS組件的光學(xué)特性并延長壽命，甚至是在多層反射式偏振膜與低強(qiáng)度光側(cè)之間和/或兩個(gè)多層反射式偏振膜之間設(shè)置有結(jié)構(gòu)粘接劑的情況下也如此。合適的結(jié)構(gòu)粘接劑包括，例如NOA61，可以從Norland Company(Cranbury，NJ)獲得的UV固化硫醇-烯(thiol-ene)基粘接劑；可以從Henkel Loctite Corp.，1001 TroutBrook Crossing，Rocky Hill，CT06067(www.loctite.com)獲得的Loctite系列(例如，3492、3175)UV固化丙烯酸粘接劑；可以從Dymax Corporation，51Greenwoods Road，Torrington，CT，06790(http://www.dymax.com)獲得的OP系列(例如，21、420632、54、44)UV固化丙烯酸粘接劑。
一種用于使所有層的y折射率和z折射率都匹配的技術(shù)是施加真正的單軸拉伸，此時(shí)允許膜沿y方向和z方向松弛(即，收縮)，同時(shí)被沿x方向拉伸。當(dāng)以這種方式拉伸膜時(shí)，在給定層中y折射率和z折射率相同。這樣的話，如果選擇的第二材料與第一材料的y折射率匹配，那么z折射率也必須匹配，因?yàn)榈诙牧蠈右步?jīng)歷相同的拉伸條件。
一般來說，為了在阻斷狀態(tài)下保持高反射率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)通過狀態(tài)下的高透射，兩種材料的y折射率之間的折射率失配應(yīng)該很小。所允許的y折射率失配的量值可以相對(duì)于x折射率失配進(jìn)行描述，因?yàn)楹笳叩闹当砻鳛閷?shí)現(xiàn)期望程度的偏振而在偏振薄膜堆中使用的層數(shù)。薄膜堆的總反射率與折射率失配Δn以及堆疊中的層數(shù)N相關(guān)，即乘積(Δn)2×N與堆疊的反射率相關(guān)。例如，為了提供具有相同反射率但是具有一半層數(shù)的膜需要層間折射率差值的(2)1/2倍，如此類推。比率ΔnY/ΔnX的絕對(duì)值是期望控制的相關(guān)參數(shù)，其中對(duì)于本文所述的光學(xué)重復(fù)單元中的第一材料和第二材料，ΔnY＝nY1-nY2，ΔnX＝nX1-nX2。優(yōu)選的是，比率ΔnY/ΔnX的絕對(duì)值不超過0.1，更優(yōu)選的是不超過0.05，甚至更優(yōu)選的是不超過0.02，在某些情況下，該比率可以為0.01或者更小。優(yōu)選的是，在所關(guān)注的整個(gè)波長范圍內(nèi)(例如，可見光譜范圍內(nèi))，將比率ΔnY/ΔnX保持在期望的極限以下。通常/ΔnX的值至少為0.01，并且可以為0.14或更大。
在很多實(shí)際應(yīng)用中，取決于入射光與膜層形成的角度，可以接受這些層之間的微小z折射率失配。然而，當(dāng)膜被層壓在玻璃棱鏡之間時(shí)，即，處于高折射率介質(zhì)中時(shí)，光線不會(huì)朝向膜平面的法線彎曲。在這種情況下，與從空氣入射相比，光線受到z折射率失配的影響程度大得多，并且x偏振光的光線將被部分地或者甚至強(qiáng)烈地反射。對(duì)于在膜內(nèi)與法線的角度更大光線來說，更接近的z折射率匹配可能是優(yōu)選的。然而，當(dāng)膜被層壓在具有較低折射率(例如，n＝1.60)的玻璃棱鏡之間時(shí)，光線更多地朝向膜平面的法線彎曲；因此，光線受到z折射率失配的影響程度更小。對(duì)于相同的z折射率失配，使用低折射率棱鏡時(shí)p偏振光反射通常將低于使用高折射率棱鏡時(shí)的p偏振光反射。因此，對(duì)于相同的膜，使用低折射率棱鏡時(shí)的p偏振光透射可能高于使用高折射率棱鏡時(shí)的p偏振光透射。
與y折射率失配一樣，所允許的z折射率失配的量值可以相對(duì)于x折射率失配進(jìn)行描述。比率ΔnZ/ΔnX的絕對(duì)值是期望控制的相關(guān)參數(shù)，其中對(duì)于本文所述的光學(xué)重復(fù)單元中的第一材料和第二材料，ΔnZ＝nZ1-nZ2，ΔnX＝nX1-nX2。對(duì)于期望用于空氣中的光束分光膜，優(yōu)選的是，比率ΔnZ/ΔnX的絕對(duì)值小于0.2。對(duì)于處于更高折射率介質(zhì)諸如玻璃等中的膜，優(yōu)選的是，比率ΔnZ/ΔnX的絕對(duì)值小于0.1，更優(yōu)選的是小于0.05，對(duì)于波長為632.8nm的入射光可以為0.03或者更小。優(yōu)選的是，在所關(guān)注的整個(gè)波長范圍內(nèi)(例如，可見光譜范圍內(nèi))將比率ΔnZ/ΔnX保持在期望的極限以下。通常，在632.8nm處，ΔnX的值至少為0.1，并且可以為0.14或更大。
z折射率失配與名義上的s偏振光的透射無關(guān)。根據(jù)定義，名義上的s偏振光不受膜的z折射率的影響。然而，如共同轉(zhuǎn)讓的名稱為“使用寬角笛卡爾偏振分光器的反射式LCD投影系統(tǒng)(REFLECTIVELCD PROJECTION SYSTEM USING WIDE-ANGLE CARTESIANPOLARIZING BEAM SPLITTER)”的美國專利No.6486997B1中所述，當(dāng)PBS構(gòu)造為反射x偏振(近似s偏振)光并且透射y偏振(接近p偏振)光時(shí)，雙折射多層偏振器在各種方位角上的反射特性使得投影系統(tǒng)的性能優(yōu)良。盡管可以使用多于兩個(gè)層形成光學(xué)單元，但是多層光學(xué)膜的光功率或綜合反射率來自于光學(xué)單元或?qū)訉?duì)內(nèi)部的折射率失配。使用包括兩種或多種聚合物的交替層的多層反射膜反射光的做法為人公知，并且在例如美國專利No.3711176、美國專利NO.5103337、WO 96/19347和WO 95/17303中得到說明。該光功率在光譜中的分布是層厚的函數(shù)。具體多層膜的反射光譜和透射光譜主要取決于各個(gè)層的光學(xué)厚度，所述光學(xué)厚度定義為層的真實(shí)厚度與其折射率的乘積。因此，根據(jù)下面公式選擇各層的適當(dāng)光學(xué)厚度可以將膜設(shè)計(jì)為反射紅外、可見或紫外波長λM的光λM＝(2/M)*Dr式中，M是表示反射光具體階次的整數(shù)，Dr是光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué)厚度，所述光學(xué)重復(fù)單元通常為包括一層各向同性材料和一層各向異性材料的層對(duì)。因此，Dr是構(gòu)成光學(xué)重復(fù)單元的各個(gè)聚合物層的光學(xué)厚度的總和。因此，Dr厚度值是λ的二分之一，其中λ是第一階反射峰的波長。一般來說，反射峰具有有限的帶寬，其隨著折射率差增大而增大。通過改變光學(xué)單元沿著多層膜厚度方向的光學(xué)厚度，多層膜可以設(shè)計(jì)為反射寬波帶的光。該波帶通常被稱為反射帶或阻帶。產(chǎn)生該波帶的各層的集合通常稱為多層堆疊。因此，多層膜內(nèi)光學(xué)重復(fù)單元的光學(xué)厚度分布表現(xiàn)在膜的反射光譜和透射光譜中。當(dāng)折射率匹配在通過方向上非常高時(shí)，通過狀態(tài)透射光譜可能接近平坦，并且在期望的光譜范圍內(nèi)超過95％。
在本發(fā)明的膜中可以使用光學(xué)厚度的各種厚度分布。例如，一個(gè)或兩個(gè)膜的厚度分布可以單調(diào)變化。換句話說，光學(xué)重復(fù)單元的厚度表現(xiàn)出沿著多層反射式偏振膜的厚度減小或增大的一致趨勢(shì)(例如，光學(xué)重復(fù)單元的厚度沒有表現(xiàn)出沿著多層膜的一部分厚度增大的趨勢(shì)和沿著多層膜的另一部分厚度減小的趨勢(shì))。
參考圖2，第一膜112包括多個(gè)層，該膜具有第一光學(xué)厚度分布。此外，第二膜120包括多個(gè)層，該膜具有第二光學(xué)厚度分布。第一光學(xué)厚度分布和第二光學(xué)厚度分布可以為本領(lǐng)域所公知的任何合適的分布。例如，第一分布和第二分布可以包括如名稱為“具有尖銳波帶邊緣的光學(xué)膜(OPTICAL FILM WITH SHARPENED BANDEDGE)”的美國專利No.6157490中所述的分布。此外，例如，第一分布可以表現(xiàn)出與第二分布相同的光學(xué)厚度分布。作為選擇，第一分布和第二分布可以表現(xiàn)出不同的光學(xué)厚度分布。
可以用于本發(fā)明中的多層反射式偏振膜可以包括具有一個(gè)或多個(gè)波帶組(band packet)的厚度分布。波帶組是具有一定層厚范圍的多層堆疊，使得該多層堆疊反射寬帶波長。例如，藍(lán)波帶組可以具有使其反射藍(lán)光(即，大約400nm至500nm)的光學(xué)厚度分布。本發(fā)明的多層反射式偏振膜可以包括一個(gè)或多個(gè)波帶組，其中每個(gè)波帶組反射不同的波帶，例如具有紅波帶組、綠波帶組和藍(lán)波帶組的多層反射式偏振器?？梢杂糜诒景l(fā)明中的多層反射式偏振膜還可以包括UV波帶組和/或IR波帶組。一般來說，藍(lán)波帶組包括使得波帶組趨向于反射藍(lán)光的光學(xué)重復(fù)單元厚度，因此藍(lán)波帶組的光學(xué)重復(fù)單元厚度將小于綠波帶組或紅波帶組的光學(xué)重復(fù)單元厚度。波帶組可以由一個(gè)或多個(gè)內(nèi)邊界層在多層反射式偏振膜內(nèi)部隔開。
增大光在多層堆疊上的入射角可以導(dǎo)致堆疊反射波長比光垂直于堆疊入射時(shí)更短的光。對(duì)于以最大角度入射在堆疊上的光線，可以設(shè)置IR波帶組以幫助反射紅光。
例如，如美國專利No.5882774和No.5962114中所述，多層反射式偏振膜具有獨(dú)特的透射或反射光譜。結(jié)果，不同的多層反射式偏振膜對(duì)于不同的入射波長和偏振可以表現(xiàn)出不同的對(duì)比度，其中對(duì)比度定義為具有期望透射偏振的光(例如，p偏振光)與具有期望反射偏振的光(例如，s偏振光)的透射強(qiáng)度的比率。例如，第一膜112可以具有第一對(duì)比度光譜、第一透射光譜或第一反射光譜，第二膜120可以具有第二對(duì)比度光譜、第二透射光譜或第二反射光譜。對(duì)于給定的波帶，第一對(duì)比度光譜、第一透射光譜或第一反射光譜可以分別與第二對(duì)比度光譜、第二透射光譜或第二反射光譜一致。作為選擇，如本文中進(jìn)一步所述，第一對(duì)比度光譜、第一透射光譜或第一反射光譜可以分別與第二對(duì)比度光譜、第二透射光譜或第二反射光譜不同(并且在某些情況下，光譜偏移)。
如圖2中進(jìn)一步顯示，第二膜120設(shè)置在第一膜112附近，使得第二膜120的主面122面對(duì)第一膜112的主面114。彼此面對(duì)的第一膜112的主面114和第二膜120的主面122可以接觸，或者所述主面可以通過設(shè)置在第一膜112與第二膜120之間的粘接劑層150隔開。主面114和122可以如圖2所示平行。
粘接劑層50和150可以包括光學(xué)粘接劑?？梢允褂萌魏魏线m的光學(xué)粘接劑，例如熱固化結(jié)構(gòu)粘接劑、光固化結(jié)構(gòu)粘接劑、壓敏粘接劑等。
對(duì)于一些多層反射式偏振膜，光學(xué)吸收可能導(dǎo)致不期望的結(jié)果。為了減少光學(xué)吸收，優(yōu)選的多層堆疊構(gòu)成為使得將要被堆疊最強(qiáng)烈地吸收的波長是堆疊反射的第一波長。對(duì)于大多數(shù)透明的光學(xué)材料(包括大多數(shù)聚合物)，吸收朝向可見光譜的藍(lán)色端增大。因此，優(yōu)選的是，調(diào)整多層反射式偏振膜堆，使得“藍(lán)”層或波帶組位于多層反射式偏振膜的入射側(cè)。
盡管本發(fā)明提供包括一個(gè)或多個(gè)多層反射式偏振膜的偏振分光器以及使用這種偏振分光器的系統(tǒng)，其中在多層反射式偏振膜與剛性覆蓋物之間設(shè)置有壓敏粘接劑，但是設(shè)置在壓敏粘接劑上的一個(gè)或多個(gè)多層反射式偏振膜也可以用于其它構(gòu)造或光學(xué)設(shè)備中，例如用在增亮膜結(jié)構(gòu)、偏振器、顯示器應(yīng)用、投影應(yīng)用和其它光電應(yīng)用中。一般來說，這種設(shè)置在壓敏粘接劑上的一個(gè)或多個(gè)多層反射式偏振膜的組合可以用于提高PBS組件的光學(xué)穩(wěn)定性。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以包括如下PBS，其具有用于形成立方體的基本上為直角三角形的棱鏡。在這種情況下，如本文所述，多層反射式偏振膜夾在兩個(gè)棱鏡的斜邊之間。立方體形PBS在很多投影系統(tǒng)中為優(yōu)選，因?yàn)樗峁┚o湊的設(shè)計(jì)，例如，光源和其它部件(如濾光器)可以設(shè)置為提供小的、輕的便攜式投影機(jī)。
盡管立方體是一種實(shí)施方式，但是也可以使用其它的PBS形狀。例如，可以將幾個(gè)棱鏡的組合組裝成矩形PBS。對(duì)于一些系統(tǒng)，立方體形PBS可以修改為使得一個(gè)或多個(gè)面不是正方形。如果使用非正方形面，可以通過緊鄰的組件(如彩色棱鏡或投影透鏡)提供匹配的平行面。
棱鏡尺寸以及所產(chǎn)生的PBS尺寸取決于所期望的應(yīng)用。在本文中參考圖4所述的示例性三片式硅基液晶(LCoS)光引擎中，PBS的長度和寬度可以為17mm，當(dāng)使用小弧光高壓水銀燈如Philips Corp.(Aachen，Germany)商業(yè)上銷售的UHP型燈時(shí)，高度為24mm，為了與長寬比為16∶9的0.7英寸對(duì)角成像器如可以從JVC(Wayne，NJ，USA)、Hitachi(Fremont，CA，USA)或Three-Five Systems(Tempe，AZ，USA)獲得的成像器等一起使用，將上述燈的光束調(diào)節(jié)為F/2.3光錐并且提供給PBS立方體。光束的光圈數(shù)(F#)和成像器的尺寸是決定PBS尺寸的一些因素。
可以通過如下方法制成單層多層反射式偏振PBS組件?？梢詫好粽辰觿┰O(shè)置(例如，涂覆或?qū)訅?在多層反射式偏振膜與剛性覆蓋物之間。壓敏粘接劑可以設(shè)置(例如，涂覆或?qū)訅?在多層反射式偏振膜或剛性覆蓋物上。壓敏粘接劑可以足夠柔軟，以使PSA在應(yīng)用于多層反射式偏振膜和/或剛性覆蓋物上的同時(shí)可以彎曲。在一些實(shí)施例中，將PSA層壓或涂覆在多層反射式偏振膜和/或剛性覆蓋物上可以避免在PSA與多層反射式偏振膜和/或剛性覆蓋物之間形成明顯的氣泡。在示例性實(shí)施例中，可以將PSA設(shè)置在多層反射式偏振器上以形成粘接劑偏振膜層壓制品。然后可以將粘接劑偏振膜層壓制品應(yīng)用于第一剛性覆蓋物上?？梢脏徑辰觿┢衲訅褐破吩O(shè)置第二剛性覆蓋物，以便形成偏振分光器?？梢栽谡辰觿┢衲訅褐破放c第二剛性覆蓋物之間設(shè)置可選的結(jié)構(gòu)粘接劑。
可以形成上述PBS組件而不固化(例如，光固化或熱固化)壓敏粘接劑。然而，如果使用可選的結(jié)構(gòu)粘接劑將多層反射式偏振膜粘附在第二剛性覆蓋物上，那么可以根據(jù)需要采用熱或光將該結(jié)構(gòu)粘接劑固化。
可以通過如下方法制成兩層多層反射式偏振PBS組件。如上所述，可以將第一壓敏粘接劑設(shè)置(例如，涂覆或?qū)訅?在第一多層反射式偏振膜與第一剛性覆蓋物之間。如上所述，可以將第二壓敏粘接劑設(shè)置(例如，涂覆或?qū)訅?在第二多層反射式偏振膜與第二剛性覆蓋物之間。然后可以將第一多層反射式偏振膜設(shè)置為與第二多層反射式偏振膜相鄰，以便形成偏振分光器?？梢栽诘谝欢鄬臃瓷涫狡衲づc第二多層反射式偏振膜之間設(shè)置可選的結(jié)構(gòu)粘接劑。
可以形成上述PBS組件而不固化(例如，光固化或熱固化)壓敏粘接劑。然而，如果使用可選的結(jié)構(gòu)粘接劑將第二多層反射式偏振膜粘附在第二剛性覆蓋物上或者將第一多層反射式偏振膜粘附在第二多層反射式偏振膜上，那么可以根據(jù)需要采用熱或光將該結(jié)構(gòu)粘接劑固化。
本文中所述的壓敏粘接劑可以為柔性的、可彎曲的或者可以彎曲成與層壓制品一起使用的半徑，并且可以有效避免層壓制品各層之間形成明顯的氣泡，即從0.5至5mm的氣泡。
本發(fā)明的多膜PBS可以用于各種光學(xué)成像系統(tǒng)中。本文中所使用的術(shù)語“光學(xué)成像系統(tǒng)”包括產(chǎn)生觀察者所觀察的圖像的多種光學(xué)系統(tǒng)。例如，本發(fā)明的光學(xué)成像系統(tǒng)可以用于前投影系統(tǒng)和后投影系統(tǒng)、投影顯示器、頭戴式顯示器、虛擬觀察器、頭頂顯示器、光學(xué)計(jì)算系統(tǒng)、光學(xué)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)以及其它光學(xué)觀測(cè)和顯示系統(tǒng)中。
光學(xué)成像系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例示于圖3中，其中系統(tǒng)210包括光源212，例如具有朝前方引導(dǎo)光218的反射器216的弧光燈214。光源212還可以為固態(tài)光源，如發(fā)光二極管或激光光源。系統(tǒng)210還包括PBS220，例如本文所述的單膜或多膜PBS。x偏振光，即沿著與x軸平行的方向偏振的光，由帶圓圈的x表示。y偏振光，即沿著與y軸平行的方向偏振的光，由實(shí)線箭頭表示。實(shí)線表示入射光，而虛線表示已經(jīng)以改變的偏振態(tài)從反射式成像器226返回的光。由光源212提供的光在照明PBS220之前可以通過光學(xué)調(diào)節(jié)裝置222進(jìn)行調(diào)節(jié)。光學(xué)調(diào)節(jié)裝置222將光源212發(fā)出的光的特性改變?yōu)橥队跋到y(tǒng)所需要的特性。例如，光學(xué)調(diào)節(jié)裝置222可以改變光的發(fā)散度、光的偏振態(tài)、光譜中的任意一個(gè)或多個(gè)特性。光學(xué)調(diào)節(jié)裝置222可以包括，例如一個(gè)或多個(gè)透鏡、偏振轉(zhuǎn)換器、前置偏振器和/或?yàn)V光器以消除不期望的紫外光或紅外光。
光的x偏振分量由PBS220反射到反射式成像器226。反射式成像器226的液晶模式可以為層列的、向列的或一些其它合適的反射式成像器類型。如果反射式成像器226為層列的，那么反射式成像器226可以為鐵電液晶顯示器(FLCD)。成像器226反射并調(diào)制y偏振態(tài)圖像光束。反射的y偏振光透射穿過PBS220，并且由投影透鏡系統(tǒng)228投射，通常要考慮透鏡系統(tǒng)228與成像器之間的所有部件，針對(duì)每個(gè)具體的光學(xué)系統(tǒng)對(duì)該透鏡系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化?？刂破?52與反射式成像器226連接，以便控制反射式成像器226的操作。通常，控制器252激活成像器226的不同像素以在反射的光中產(chǎn)生圖像。
多成像器投影系統(tǒng)300的實(shí)施例示意性示于圖4中。光302從光源304發(fā)出。光源304可以為弧光燈或白熾燈，或者為用于產(chǎn)生適合于投影圖像的光的任何其它合適的光源。光源304可以被反射器306如橢圓形反射器(如圖所示)、拋物面反射器包圍，以便增大朝向投影引擎引導(dǎo)的光量。
通常在將光302分成不同色帶之前對(duì)其進(jìn)行處理。例如，可以使光302通過可選的前置偏振器308，使得只有期望的偏振態(tài)的光被朝向投影引擎引導(dǎo)。前置偏振器可以為反射式偏振器，使得處于不期望的偏振態(tài)的反射光被重新引導(dǎo)到光源304用于再循環(huán)。還可以使光302均勻化，使得投影引擎中的成像器被均勻照明。使光302均勻化的一種方法是使光302通過反射隧道310，但是可以理解，也可以使用其它方法使光均勻化。
在所示實(shí)施例中，均勻化的光312通過第一透鏡314，以便減小分散角。然后光312入射在第一分色器316上，該分色器可以為例如介電薄膜濾光器。第一分色器316將第一色帶的光318與剩余的光320分離。
第一色帶318的光可以通過第二透鏡322，以及可選的第三透鏡323，以便控制入射在第一PBS324上的第一色帶的光束318的尺寸。光318從第一PBS324到達(dá)第一成像器326。成像器將透射穿過PBS324的偏振態(tài)的光328反射到x立方體顏色組合器330。成像器326可以包括一個(gè)或多個(gè)補(bǔ)償元件，如延遲元件，以提供另外的偏振旋轉(zhuǎn)并因此增大圖像光中的對(duì)比度。
剩余的光320可以通過第三透鏡332。剩余的光320然后入射在第二分色器334例如薄膜濾光器等上，以便產(chǎn)生第二色帶的光束336和第三色帶的光束338。經(jīng)由第二PBS342將第二色帶的光束336引導(dǎo)到第二成像器340。第二成像器340將第二色帶的圖像光344引導(dǎo)到x立方體顏色組合器330。
經(jīng)由第三PBS348將第三色帶的光束338引導(dǎo)到第三成像器346。第三成像器346將第三色帶的圖像光350引導(dǎo)到x立方體顏色組合器330。
在x立方體顏色組合器330中組合第一色帶的圖像光328、第二色帶的圖像光344、第三色帶的圖像光350，并且作為全色圖像光束引導(dǎo)到光學(xué)投影裝置352。可以在PBS324、342和348與x立方體顏色組合器330之間設(shè)置偏振旋轉(zhuǎn)光學(xué)裝置354，例如半波延遲板等，以便控制在x立方體顏色組合器330中組合的光的偏振。在所示實(shí)施例中，偏振旋轉(zhuǎn)光學(xué)裝置354設(shè)置在x立方體顏色組合器330與第一PBS324和第三PBS348之間。PBS324、342和348中的任何一個(gè)、兩個(gè)或全部三個(gè)可以包括一個(gè)或多個(gè)如本文所述的多層反射式偏振膜。
應(yīng)該知道，可以使用所示實(shí)施例的各種變化形式。例如，PBS可以將光透射到成像器然后反射圖像光，而不是將光反射到成像器然后透射圖像光。上述投影系統(tǒng)僅僅是例子；可以設(shè)計(jì)出使用本發(fā)明的多膜PBS的多種系統(tǒng)。
實(shí)例下面實(shí)例中的多層反射式偏振膜在結(jié)構(gòu)和處理方法上相似，基本的區(qū)別之處在于它們最終的厚度以及由恒定熔體抽吸速度下實(shí)現(xiàn)這些不同的厚度所需的不同澆注速度的使用所產(chǎn)生的次級(jí)變化。根據(jù)美國專利No.6609795中所述的通用方法并且根據(jù)2003年5月16日提交的名稱為“偏振分光器和使用該偏振分光器的投影系統(tǒng)(POLARIZING BEAM SPLITTER AND PROJECTION SYSTEMUSING THE POLARIZING BEAM SPLITTER)”的美國專利申請(qǐng)No.10/439444中所述的通用方法擠出和拉伸膜。
下面實(shí)例中所使用的丙烯酸PSA為Soken 1885 PSA(商業(yè)上可以從Soken Chemical & Engineering Co.，Ltd，Japan獲得)和2003年4月11日提交的名稱為“粘接劑混合物、制品以及方法(ADHESIVEBLENDS，ARTICLES，AND METHODS)”的美國專利申請(qǐng)No.10/411933中實(shí)例1所述的NEA PSA。將Soken 1885 PSA作為在Ethyl Acetate/Toluene/MEK溶劑混合物中的20％固態(tài)溶液接收。在按照Soken的推薦比率Soken 1885/L-45/E-5XM＝1Kg/1.78g/0.64g與交聯(lián)劑L-45和E-5XM(也來自Soken Co.)復(fù)合之后，就可以涂覆Soken PSA溶液以便制造用于層壓制品的Soken 1885 PSA膜。根據(jù)美國專利申請(qǐng)No.10/411933中實(shí)例1所述制備NEA PSA，用于涂覆以便制造用于層壓制品的NEA PSA膜。
下面實(shí)例中所使用的結(jié)構(gòu)粘接劑都可以如下所述在商業(yè)上獲得。Lens Bond(C59型)是可以從Summers Optical，1560 Industry Road，P.O.Box 380，Hatfield，PA 19440(EMS Acquisition Corp.，的分公司，http://www.emsdiasum.com/Summers/optical/cements/cements/cements.html)獲得的熱固化苯乙烯基粘接劑。NOA61是可以從NorlandCompany(Cranbury，NJ)獲得的UV固化硫醇-烯基粘接劑。NOA61Thermal是與0.5％偶氮二異庚腈(2，2′-azobis(2，4-dimethyl-valeronitrile))混合的UV固化NOA61粘接劑，商業(yè)上可以從DuPont，Wilmington，DE獲得，商品名稱為“Vazo 52”。
按照下面過程制造大量膜/粘接劑PBS結(jié)構(gòu)。
利用PSA膜和結(jié)構(gòu)粘接劑制造PBS光學(xué)核心的過程1、采用刮刀式涂布機(jī)將上述Soken 1885 PSA溶液和NEA PSA溶液涂覆在脫離襯(來自LINTEC OF AMERICA，INC.，64IndustrialParkway，Woburn，Massachusetts 01888 USA的A31襯)上，然后在70℃烘箱中加熱烘干10分鐘，使各個(gè)PSA層具有25μm的干燥厚度。PSA中的交聯(lián)反應(yīng)在干燥過程中完成。在組裝過程中，例如在步驟2和步驟3中，PSA膜不需要另外的反應(yīng)。
2、然后使用層壓機(jī)將被涂覆的PSA膜樣品層壓在PBS膜上，然后切割成特定尺寸用于層壓到剛性玻璃棱鏡上。
3、通過手動(dòng)輥將沖切的背襯多層反射式偏振膜的PSA膜粘合到剛性玻璃棱鏡上。
4、對(duì)于單個(gè)多層反射式偏振層PBS光學(xué)核心，然后通過結(jié)構(gòu)粘接劑將多層反射式偏振膜/PSA/棱鏡結(jié)構(gòu)連接在另一個(gè)棱鏡上。使粘接劑在60℃熱固化24小時(shí)。
5、對(duì)于兩層多層反射式偏振層PBS光學(xué)核心，然后通過結(jié)構(gòu)粘接劑將多層反射式偏振膜/PSA/棱鏡結(jié)構(gòu)連接在另一個(gè)多層反射式偏振膜/PSA/棱鏡結(jié)構(gòu)上。通過低強(qiáng)度黑光燈(UVA7.5mW/cm2)使結(jié)構(gòu)粘接劑固化10分鐘。總照射劑量為4.5J/cm2。
執(zhí)行上述步驟以形成單層和兩層多層反射式偏振層PBS光學(xué)核心。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有設(shè)置在棱鏡與多層反射式偏振膜之間的壓敏粘接劑的PBS核心具有更長的壽命，與具有設(shè)置在棱鏡與多層反射式偏振膜之間的結(jié)構(gòu)粘接劑的類似結(jié)構(gòu)相比，壽命至少增長2倍。另外，與具有設(shè)置在棱鏡與多層反射式偏振膜之間的結(jié)構(gòu)粘接劑的類似結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的PBS核心表現(xiàn)出更均勻的反射鏡暗態(tài)。
上面已經(jīng)討論了本發(fā)明的示意性實(shí)施例并且參考了本發(fā)明范圍內(nèi)的可能變化形式。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將很清楚，本發(fā)明的上述以及其它變化和修改并沒有脫離本發(fā)明的范圍，并且應(yīng)該理解，本發(fā)明并不限于本文中所提出的示意性實(shí)施例。因此，本發(fā)明只受到下面提供的權(quán)利要求書的限制。
權(quán)利要求
1.一種偏振分光器，包括多層反射式偏振膜；壓敏粘接劑，其設(shè)置在所述多層反射式偏振膜上；以及第一剛性覆蓋物，其設(shè)置在所述壓敏粘接劑上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振分光器，還包括鄰近所述多層反射式偏振膜設(shè)置的第二剛性覆蓋物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振分光器，還包括設(shè)置在所述第二剛性覆蓋物與所述多層反射式偏振膜之間的結(jié)構(gòu)粘接劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振分光器，其中，所述第一剛性覆蓋物為棱鏡，所述第二剛性覆蓋物為棱鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏振分光器，其中，所述第一剛性覆蓋物為玻璃棱鏡，所述第二剛性覆蓋物為玻璃棱鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振分光器，其中，所述壓敏粘接劑基本上沒有光引發(fā)劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的偏振分光器，其中，所述壓敏粘接劑基本上沒有未反應(yīng)的單體或者基本上沒有未反應(yīng)的低聚物。
8.一種偏振分光器，包括第一多層反射式偏振膜；第二多層反射式偏振膜，其接近所述第一多層反射式偏振膜，其中，所述第二多層反射式偏振膜的主面面對(duì)所述第一多層反射式偏振膜的主面；粘接劑，其設(shè)置在所述第一多層反射式偏振膜與所述第二多層反射式偏振膜之間；第一壓敏粘接劑，其設(shè)置在所述第一多層反射式偏振膜上；第一剛性覆蓋物，其設(shè)置在所述壓敏粘接劑上；以及第二剛性覆蓋物，其鄰近所述第二多層反射式偏振膜設(shè)置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏振分光器，還包括設(shè)置在所述第二剛性覆蓋物與所述第二多層反射式偏振膜之間的結(jié)構(gòu)粘接劑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏振分光器，還包括設(shè)置在所述第二剛性覆蓋物與所述第二多層反射式偏振膜之間的第二壓敏粘接劑。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏振分光器，還包括設(shè)置在所述第一多層反射式偏振膜與所述第二多層反射式偏振膜之間的結(jié)構(gòu)粘接劑。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏振分光器，其中，所述第一剛性覆蓋物為棱鏡，所述第二剛性覆蓋物為棱鏡。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏振分光器，其中，所述第一剛性覆蓋物為玻璃棱鏡，所述第二剛性覆蓋物為玻璃棱鏡。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏振分光器，其中，所述第一壓敏粘接劑基本上沒有光引發(fā)劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的偏振分光器，其中，所述第一壓敏粘接劑基本上沒有未反應(yīng)的單體或者基本上沒有未反應(yīng)的低聚物。
16.一種投影系統(tǒng)，包括產(chǎn)生光的光源；成像核心，其用于將圖像施加到從光源產(chǎn)生的光上以便形成圖像光，其中，所述成像核心包括至少一個(gè)偏振分光器和至少一個(gè)成像器，所述偏振分光器包括多層反射式偏振膜；壓敏粘接劑，其設(shè)置在所述多層反射式偏振膜上并且位于所述光源與所述多層反射式偏振膜之間；以及第一剛性覆蓋物，其設(shè)置在所述壓敏粘接劑上；以及投影透鏡系統(tǒng)，其用于投影來自所述成像核心的圖像光。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的投影系統(tǒng)，還包括鄰近所述多層反射式偏振膜設(shè)置的第二剛性覆蓋物。
18.一種制造偏振分光器的方法，所述方法包括在多層反射式偏振膜與第一剛性覆蓋物之間設(shè)置壓敏粘接劑。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，還包括鄰近所述多層反射式偏振膜放置第二剛性覆蓋物，以便形成偏振分光器。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述設(shè)置步驟還包括在所述多層反射式偏振膜上設(shè)置壓敏粘接劑以便形成粘接劑偏振膜層壓制品，并且將所述粘接劑偏振膜層壓制品應(yīng)用于第一剛性覆蓋物上。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括將結(jié)構(gòu)粘接劑應(yīng)用于所述多層反射式偏振膜與所述第二剛性覆蓋物之間。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述應(yīng)用步驟包括將所述粘接劑偏振膜層壓制品層壓在所述第一剛性覆蓋物上。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，在不固化壓敏粘接劑的情況下執(zhí)行所述設(shè)置步驟和放置步驟。
24.一種制造偏振分光器的方法，所述方法包括在第一多層反射式偏振膜與第一剛性覆蓋物之間設(shè)置第一壓敏粘接劑；在第二多層反射式偏振膜與第二剛性覆蓋物之間設(shè)置第二壓敏粘接劑；并且鄰近所述第二多層反射式偏振膜放置所述第一多層反射式偏振膜，以便形成偏振分光器。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，還包括將結(jié)構(gòu)粘接劑應(yīng)用于所述第一多層反射式偏振膜與所述第二多層反射式偏振膜之間。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述設(shè)置第一壓敏粘接劑的步驟包括將所述第一壓敏粘接劑層壓在所述第一剛性覆蓋物上。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述設(shè)置第二壓敏粘接劑的步驟包括將所述第二壓敏粘接劑層壓在所述第二剛性覆蓋物上。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，在不固化第一壓敏粘接劑或第二壓敏粘接劑的情況下執(zhí)行所述設(shè)置步驟和放置步驟。
全文摘要
公開一種偏振分光器(PBS)，其包括多層反射式偏振膜，壓敏粘接劑設(shè)置于所述多層反射式偏振膜上，第一剛性覆蓋物設(shè)置于所述壓敏粘接劑上。該P(yáng)BS可以用于多種應(yīng)用場(chǎng)合。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1914544SQ200480041284
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者查爾斯·L·布魯佐內(nèi), 程銘, 盧盈裕, 馬家穎 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司