專利名稱：寬角度光學(xué)延遲器的制作方法
背景本發(fā)明一般地涉及光學(xué)延遲器，尤其涉及在寬范圍入射角上可操作的光學(xué)延遲器。
光學(xué)延遲器通常用于以某種方式改變通過該延遲器的偏振光的相對(duì)相位。光學(xué)延遲器尤其適合應(yīng)用于需要對(duì)偏振進(jìn)行控制的場(chǎng)合。光的偏振一般指將電(或磁)場(chǎng)矢量振動(dòng)限制在單個(gè)平面內(nèi)。通常認(rèn)為電磁輻射的偏振方向?yàn)殡妶?chǎng)矢量來回振蕩的方向。偏振矢量與光平面內(nèi)的光束方向是正交的。
偏振光可以假設(shè)許多不同形式。在給定點(diǎn)上光束僅在一個(gè)方向上振蕩的地方，將該光束稱為線(或平面)偏振光。振蕩的方向就是偏振方向。如果光束具有兩個(gè)正交的相位變化相差90°的偏振方向，該光束稱為橢圓或圓偏振光。圓偏振出現(xiàn)在兩個(gè)振蕩的幅度相等(即電場(chǎng)矢量尖端在圓上移動(dòng))時(shí)。橢圓偏振出現(xiàn)在兩個(gè)振蕩的幅度不相等(即電場(chǎng)矢量尖端在橢圓上移動(dòng))時(shí)。相反，非偏振光的正交振蕩是隨機(jī)變化相位差的平均相等。
線偏振光可以通過從非偏振光束去除其電場(chǎng)在單個(gè)平面內(nèi)振蕩以外的所有波而獲得。例如可以采用光學(xué)延遲器將線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)閳A或橢圓偏振光。當(dāng)用于控制光的偏振時(shí)，通常將延遲器構(gòu)造成導(dǎo)致1/2和1/4波延遲。通常，采用這種延遲器在偏振光的兩個(gè)線性分量之間產(chǎn)生所需的相對(duì)相位延遲。
光學(xué)延遲器的一種典型用途是作為補(bǔ)償器，用于在入射光中引起相位差，以校正由系統(tǒng)中其它光學(xué)元件的機(jī)械或光學(xué)位移引起的偏振光兩個(gè)分量之間的相位差。例如，在液晶顯示器(LCD)中，液晶單元的雙折射可能引起線偏振光變?yōu)樯僭S橢圓偏振。采用延遲器將橢圓偏振光返回為線偏振光。將補(bǔ)償延遲器放置在光路中，對(duì)由液晶雙折射引起的特定相位差作調(diào)諧。
典型光學(xué)延遲器是由雙折射材料構(gòu)成的。雙折射材料沿延遲器兩個(gè)正交平面內(nèi)軸形成一個(gè)快光路和一個(gè)慢光路。當(dāng)雙折射延遲器的這兩個(gè)軸以45°與入射光偏振方向?qū)?zhǔn)時(shí)，可以采用該延遲器來引起或者補(bǔ)償兩個(gè)偏振分量之間的相位差。雙折射延遲器的快和慢光路是由沿延遲器平面內(nèi)軸偏振的光的不同折射率產(chǎn)生的。通過增大兩個(gè)平面內(nèi)軸之間的折射率差和/或通過增大延遲器厚度可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)偏振軸之間較大的延遲差。因此，通過控制延遲器中雙折射材料的厚度和折射率，便能夠控制延遲器的光學(xué)性能。
除了沿延遲器平面內(nèi)軸偏振的光的折射率外，在厚度方向偏振的光的折射率也會(huì)影響延遲器在特定應(yīng)用中的性能。例如，LCD顯示技術(shù)中所采用的補(bǔ)償器必須對(duì)在相對(duì)較大角度范圍上入射在補(bǔ)償器上的光提供相對(duì)均勻的延遲。已經(jīng)建議，通過采用對(duì)厚度方向偏振的光具有受控的折射率的延遲薄膜，可對(duì)LCD顯示器獲得展寬的的寬視角范圍。
目前試圖生產(chǎn)具有均勻?qū)捊嵌刃阅苎舆t器的嘗試已經(jīng)證明造價(jià)昂貴且難以制造，在獲得均勻?qū)捊枪鈱W(xué)性能方面僅獲得有限的成功。對(duì)獲得均勻?qū)捊嵌刃阅艿膰L試作了變化，例如包括在拉伸時(shí)在垂直于拉伸方向的方向上使薄膜收縮、通過拉伸控制從熔化聚合物或聚合物溶液產(chǎn)生的原薄膜在施加電場(chǎng)下的雙折射、將在電場(chǎng)下產(chǎn)生的薄膜層疊在傳統(tǒng)相位延遲器上等等。這些處理通常是相當(dāng)復(fù)雜和昂貴的，僅獲得有限的成功。由于在形成延遲器的雙折射部分中所采用的工藝和材料變?yōu)楦訌?fù)雜，將這種材料組裝到延遲器中的難度越來越大了。
發(fā)明概要一般地，本發(fā)明涉及光學(xué)延遲器。在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種光學(xué)延遲器，它對(duì)在相對(duì)較寬入射角范圍上入射在延遲器上的光產(chǎn)生均勻的延遲，所述入射角范圍從垂直于延遲器平面的角度變化到至少約30°的最大角度。光學(xué)延遲器可以包括一塊基板和設(shè)置在該基板上的丙烯腈基聚合物和彈性體共聚物的混合薄膜。當(dāng)入射角從法向入射變?yōu)橐宰畲蠼嵌热肷鋾r(shí)，延遲幅度的變化小于法向角度入射延遲的約25％。在一個(gè)實(shí)施例中，最大角度可以大于約60度。當(dāng)最大角度較小時(shí)，延遲的變化也較小。
在另一個(gè)實(shí)施例中，提供一種丙烯腈基延遲器反射鏡。使被延遲器反射鏡反射的線偏振光旋轉(zhuǎn)成基本上正交的線性偏振。偏振方向的旋轉(zhuǎn)在延遲器反射鏡上相對(duì)較寬入射角范圍上是相對(duì)均勻的。在另一個(gè)實(shí)施例中，抗反射光學(xué)結(jié)構(gòu)包括丙烯腈基延遲器，以改善抗反射結(jié)構(gòu)的離位角度性能。
本發(fā)明的上述概要并非希望描述本發(fā)明的每一個(gè)例舉實(shí)施例或每一種實(shí)施方案。附圖和下面給出的詳細(xì)描述將更具體地例舉各種實(shí)施例。
附圖簡(jiǎn)述考慮到以下結(jié)合附圖所作的對(duì)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的詳細(xì)描述，將能更全面地理解本發(fā)明，附圖中

圖1A-1B示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的延遲器。
圖2A-2C示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的延遲器的特性。
圖3A-3C示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的延遲器的特性。
圖4A-4B示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的延遲器的特性。
圖5A-5B示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)延遲器的一種具體應(yīng)用。
圖6示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)延遲器的另一種具體應(yīng)用。
圖7示出按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的光學(xué)延遲器的又一種具體應(yīng)用。
詳細(xì)描述本發(fā)明可應(yīng)用于許多光學(xué)延遲器。本發(fā)明尤其適合于在被延遲的光以相對(duì)較寬入射角范圍入射在延遲器上的環(huán)境中使用的光學(xué)延遲器。這種延遲器非常適合于用作光學(xué)補(bǔ)償器、1/2波和1/4波延遲器等。為了便于說明本發(fā)明，下面將提供這種延遲器的各種不同例子。
下面將參考圖1A描述按照本發(fā)明一個(gè)特定實(shí)施例的光學(xué)延遲器。圖1A中的光學(xué)延遲器101由丙烯腈基聚合物薄膜形成。薄膜可以用三個(gè)彼此正交的軸，即兩個(gè)平面內(nèi)的軸x和y及在薄膜厚度方向的第三軸z來描述。正如圖1B所示，圖1A中所示的丙烯腈基延遲薄膜101可以設(shè)置在基板105上。基板105可以用作不同用途。例如，基板可以是光學(xué)中性的，如玻璃，以及主要用作其機(jī)械特性和/或作為將延遲薄膜101固定到其它光學(xué)元件的基礎(chǔ)?；逡部梢云鸬揭环N或多種光學(xué)功能。例如，基板可以是反射鏡、偏振器等，這里延遲薄膜的功能是作為較大光學(xué)結(jié)構(gòu)中的光學(xué)延遲器?；逡部梢允且环N聚合物薄膜。聚合物薄膜可以是各向同性的或者可以是雙折射(平面內(nèi)或平面外)的，與丙烯腈基延遲器的光學(xué)性能合作獲得所需的全光學(xué)性能。薄膜也可以與補(bǔ)償器薄膜相組合，以改善光學(xué)性能。
通常，延遲薄膜101可與任何合適的基板105合用。可以將延遲薄膜101層疊在基板上，用粘合劑固定，或者以其它合適方式設(shè)置在基板上。應(yīng)當(dāng)注意，要保證將延遲薄膜101設(shè)置在基板105上所采用的工藝和方式不會(huì)對(duì)最終延遲構(gòu)造的光學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。
正如下文更全面地描述的，結(jié)合本發(fā)明已經(jīng)確定，丙烯腈基延遲薄膜尤其適合于要求在寬角度范圍入射在延遲器上的光具有相對(duì)比較均勻延遲的這些應(yīng)用中。再參考圖1A，對(duì)于在x、y和z軸的方向上分別偏振的光，延遲器101的延遲和角度性能是薄膜厚度d和薄膜的相對(duì)折射率nx、ny和nz的函數(shù)。沿平面內(nèi)軸的雙折射為入射在薄膜上的偏振光例如產(chǎn)生短路徑和長(zhǎng)路徑。通常，光以偏振方向與平面內(nèi)折射率軸以45°角對(duì)準(zhǔn)入射在薄膜上。
薄膜的延遲通常定義為沿平行入射面方向(p)和垂直入射面方向(s)對(duì)準(zhǔn)的偏振光Ep和Es的線性分量之間引入的相位差。例如在理想的1/4波延遲器中，沿一根軸偏振的光(即沿該軸的偏振光)相對(duì)于沿平面內(nèi)另一根軸偏振的光被延遲其波長(zhǎng)的四分之一。當(dāng)偏振光起始是線偏振光時(shí)，兩個(gè)分量或是同相或是相位相差180°(即相位差等于0或π弧度)。當(dāng)線偏振光通過1/4波延遲器時(shí)，在兩個(gè)分量之間引入π/2弧度的相位差。兩個(gè)分量Ep和Es之間的總相位差現(xiàn)在是π/2和3π/2弧度。以這種方式，可以采用1/4波延遲器在線偏振光與圓偏振光之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
當(dāng)光以垂直于延遲器平面的角度入射在延遲器上時(shí)，延遲是薄膜厚度和平面內(nèi)折射率ny與nx之差的函數(shù)。當(dāng)入射角度偏離法向入射時(shí)，通過延遲器的光的延遲還受在延遲器厚度方向z偏振的光的折射率nz的影響。
通過將法向入射的延遲幅度與偏離法向入射的入射光的延遲幅度進(jìn)行比較可以研究給定延遲器的離位性能。
對(duì)于已知折射率的給定延遲器，利用以下關(guān)系式可以檢查在不同角度下延遲的相對(duì)幅度(1)δ=d[nxnz(nz2-(sin(φ))2)1/2-(ny2-(sin(φ))2)1/2]]]>式中δ是s和p場(chǎng)之間的延遲幅度，d是薄膜厚度，nx、ny和nz是對(duì)于給定波長(zhǎng)的光薄膜的各個(gè)折射率，φ是x-z平面內(nèi)的入射角度(從垂直于薄膜平面的軸起測(cè)量)。因此，方程式(1)中延遲幅度代表當(dāng)入射光通過延遲器時(shí)入射光中s和p偏振光分量所經(jīng)歷的延遲差與x-z平面內(nèi)入射角的函數(shù)。應(yīng)當(dāng)明白，方程式(1)作為表示延遲的一種方法。可以導(dǎo)出類似的表示，表示光的延遲與其它平面(例如y-z平面)內(nèi)變化的光的函數(shù)。
在上述關(guān)系式中，當(dāng)光以垂直于薄膜的方向(即φ＝0)入射在薄膜上時(shí)，延遲幅度δ簡(jiǎn)化為厚度d和平面內(nèi)折射率差的函數(shù)，由以下關(guān)系式表示(2)δ＝d(nx-ny)因此，所需的法向角度入射光的延遲可以通過控制薄膜厚度和平面內(nèi)折射率獲得。通過增大nx與ny之間的差和/或增大厚度可以獲得更大的延遲。
所需的延遲量通常取決于將采用延遲器的特定應(yīng)用和要延遲的光的波長(zhǎng)。例如，典型的1/4波延遲器的延遲值在約115nm至158nm的范圍。典型的1/2波延遲器的延遲值在約230nm至316nm的范圍。也可以采用全波延遲器使兩個(gè)分量的相位簡(jiǎn)單延遲2π弧度。有許多應(yīng)用特別適合于延遲值在115nm至158nm的丙烯腈基延遲器。除非另外注明，在以下討論中，采用波長(zhǎng)約為550nm(大約為可見光的中心波長(zhǎng))的光表示延遲器的性能。雖然適當(dāng)?shù)夭捎眠@種光作為表示延遲器特性的一種手段，但是應(yīng)當(dāng)明白，可以采用延遲器在整個(gè)可見光范圍內(nèi)或者以其任何特定波長(zhǎng)或波段進(jìn)行光延遲。
可以采用法向角度入射的光的延遲與偏離法向(離位)的光的延遲之差來確定光學(xué)延遲器在光從法向到最大離位角度的寬角度范圍內(nèi)入射在延遲器上的應(yīng)用中的合適程度。正如下面更詳細(xì)描述的，丙烯腈基延遲器提供異常好的離位光學(xué)性能。
通常，在通過拉伸或抽拉材料在聚合物材料中引起雙折射。當(dāng)材料被拉伸時(shí)，分子趨向于在拉伸方向上對(duì)準(zhǔn)。引起的分子取向?qū)υ诶炫c非拉伸方向偏振的光產(chǎn)生折射率差。拉伸聚合物薄膜不僅引起在拉伸方向偏振的光的折射率變化，而且引起在非拉伸和厚度方向上的變化。例如，在利用拉幅機(jī)的典型拉制條件下，非拉伸和厚度方向上偏振的光的折射率變化通常是很不同的。結(jié)果，當(dāng)對(duì)薄膜進(jìn)行拉伸以獲得所需平面內(nèi)折射率失配時(shí)，厚度方向折射率可以與平面內(nèi)折射率中的任何一個(gè)不匹配。雖然這種變化可以不影響采用法向入射光的延遲器的性能，但是當(dāng)對(duì)離位入射光延遲時(shí)，尤其是在采用相對(duì)較大角度的地方，這種變化明顯地影響延遲器性能。
從方程式(1)可以確定，當(dāng)在厚度方向偏振的光的折射率nz介于平面內(nèi)折射率ny與nx之間時(shí)，可獲得改善的離位性能。然而，在典型拉制條件下，拉制的聚合物薄膜的厚度方向折射率nz并不落在平面內(nèi)折射率ny和nx之間。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)對(duì)丙烯腈基聚合物進(jìn)行拉伸時(shí)，在平面內(nèi)折射率之間能夠獲得所需的失配，同時(shí)在非拉伸和厚度方向偏振的光的折射率基本維持相等。此外，即使在以限制在非拉伸方向的尺寸縮小的方式拉制薄膜時(shí)(例如當(dāng)利用傳統(tǒng)拉幅機(jī)對(duì)薄膜進(jìn)行拉伸時(shí))，也獲得緊密匹配的ny與nx折射率。
從方程式(1)將會(huì)明白，當(dāng)入射角增大時(shí)，延遲量變化。在本發(fā)明的丙烯腈基延遲器中，由于折射率(例如ny和nz)基本上相等，所以延遲的變化幅度明顯減小。相反，諸如聚丙烯的典型雙折射聚合物當(dāng)在傳統(tǒng)拉幅機(jī)中拉伸時(shí)顯示在非拉伸方向與厚度方向的折射率失配在0.009的量級(jí)。這一失配的結(jié)果，當(dāng)與丙烯腈基延遲器比較時(shí)，這種延遲器的離位性能被明顯削弱。
雖然在利用法向和近法向入射光的延遲器應(yīng)用中可以采用基于丙烯酸的延遲薄膜，但是這種延遲器尤其適合于用在入射光從法向入射變?yōu)殡x位入射角至少約30°的應(yīng)用中。在這種應(yīng)用中，利用丙烯腈基延遲器允許獲得法向與離位入射光之間的延遲差，它小于法向入射延遲的15％，小于10％則較佳，小于約6％則更加好。隨著離位入射角增大，延遲差也增大。然而，在高達(dá)60°的離位角度下，丙烯腈基延遲器的延遲差小于法向入射延遲的30％，小于約25％則較佳，小于約20％則更加好。也可以采用丙烯腈基延遲器來獲得較低入射角的均勻延遲。例如，當(dāng)最大離位角至少約為15°或者更小時(shí)可獲得這種優(yōu)點(diǎn)。下面將提供丙烯腈基延遲器的示范實(shí)施例。
如上所述，為生產(chǎn)寬角度延遲器所推薦和采用的制造技術(shù)是復(fù)雜又昂貴的。這些技術(shù)通常涉及將多種材料層疊在一起、利用高度專用設(shè)備對(duì)雙折射材料進(jìn)行拉伸以人為地控制各個(gè)折射率的步驟。相反，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，丙烯腈基延遲器能夠利用標(biāo)準(zhǔn)處理設(shè)備進(jìn)行制備，如用拉幅機(jī)進(jìn)行拉伸，很少或不需要作改進(jìn)。因此，能夠明顯地節(jié)約成本。此外，該過程便于獲得高產(chǎn)量，進(jìn)一步降低生產(chǎn)丙烯酸基延遲器的成本。
發(fā)現(xiàn)尤其適合于作光學(xué)延遲器的一種丙烯腈基薄膜是丙烯腈相與韌化相的混合物。例如，一種彈性體(橡膠)共聚物可以用作混合物中的韌化劑。增加韌化相可以獲得許多好處。例如，最終的薄膜抗碰撞能力將提高，薄膜更柔軟并展現(xiàn)抗斷裂、分裂和撕裂的能力提高。彈性體相也可以增強(qiáng)拉制能力。
然而，在光學(xué)延遲器的形成中還必須考慮到韌化相的流加。正如下面將全面地討論的，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，丙烯腈基聚合物和彈性體共聚物的混合物被單軸拉伸以獲得所需的雙折射和延遲器厚度。由于丙烯腈聚合物和彈性體共聚物相對(duì)于所施加的應(yīng)變是相反雙折射，應(yīng)變引起的彈性體相的折射率變化減小了拉伸薄膜的總延遲。因此，包含彈性體共聚物的丙烯腈基混合薄膜必須制成比沒有彈性體共聚物的丙烯腈基薄膜更厚，以便獲得相同的總延遲。然而，厚度增加也增加了總吸收和離位延遲。這些會(huì)導(dǎo)致透射強(qiáng)度降低和/或離位顏色變化，二者對(duì)于許多延遲應(yīng)用可能是有害的。在改善薄膜處理和加工的特定情況中，厚度增加可能也是需要的(例如，較厚的薄膜可能更容易被層疊)。
根據(jù)特定的應(yīng)用，可以給混合物增加不同量的韌化共聚物。通常，在沖突的利益之間必須找到平衡。例如，對(duì)于增加的厚度，必須對(duì)所采用的韌化劑的量稱重，以獲得所需的延遲。通常，在采用彈性體共聚物的地方，要求彈性體相的重量小于約18％-20％。在需要相對(duì)較高透射的地方，要求彈性體相小于約15％，小于約10％則較好，小于約5％更好。
當(dāng)應(yīng)用韌化劑時(shí)，還必須考慮韌化劑的其它光學(xué)特性。通常要求丙烯腈基聚合物和韌化劑的折射率相對(duì)比較接近。這對(duì)于使通過延遲器的光的漫散射和反射減至最低是重要的，因?yàn)樗c不同的相相互作用。在以上的例子中，在對(duì)丙烯腈基聚合物和彈性體共聚物進(jìn)行拉伸前通過使各向同性折射率相匹配能夠獲得比較接近的匹配。雖然在拉伸薄膜中可以不產(chǎn)生嚴(yán)格匹配，由于在拉伸期間折射率的不同變化，對(duì)于許多應(yīng)用折射率是足夠接近的。也可以選擇材料、組分和初始折射率，以致于在定向過程中兩種相的折射率彼此接近，進(jìn)一步降低或消除對(duì)拉伸薄膜的危害。
為了便于理解本發(fā)明，將描述示范的延遲器，它們包括丙烯腈基聚合物/彈性體共聚物的混合物。雖然下面的例子描述一種過程，其中網(wǎng)紋織物是鑄造的，然后利用拉幅機(jī)在橫向方向上定向，但也可以采用許多其它典型薄膜處理技術(shù)中的任何一種。例如，聚合物可以擠壓鑄造或溶劑鑄造的。網(wǎng)紋織物可以鑄造在表面敞開的輪子上或者鑄造在輥隙(nip)中?？梢杂貌煌椒ㄓ绊懚ㄏ?。例如，可以單軸地(機(jī)器或橫向方向)或者利用典型機(jī)器方向定向器和/或拉幅機(jī)(例如機(jī)械和線性電機(jī))雙軸地拉伸薄膜。也可以利用吹制薄膜(例如單或雙氣泡)處理、通過在輥隙中進(jìn)行砑光、在冷卻前通過將熔化聚合物拉伸成網(wǎng)紋織物對(duì)薄膜進(jìn)行定向。
在一個(gè)特定實(shí)施例中，延遲器是利用改進(jìn)橡膠、丙烯腈-甲基丙烯酸酯共聚物(72-99.5％共聚物、18-0.5％彈性體相)制造的。丙烯腈-甲基丙烯酸酯共聚物組分范圍為70-100％丙烯腈和30-0％甲基丙烯酸酯。彈性體相含有70-90％丁二烯與30-10％丙烯腈。具有10％和18％彈性體相的改進(jìn)橡膠、丙烯腈-甲基丙烯酸酯共聚物可由BP Chemicals公司(Barex210和218)提供。
雖然這里提供的例子采用丙烯腈與甲基丙烯酸酯共聚，但也可以采用其它類型的丙烯腈基共聚物。例如，通過丙烯腈與各種各樣的(甲基)丙烯酸酯單聚物(它們具有小于約20℃的玻璃轉(zhuǎn)變溫度Tg)共聚，能夠獲得含有丙烯腈的合適共聚物。這些(甲基)丙烯酸酯單聚物包括例如丙烯酸甲酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯和2乙基己基丙烯酸酯或這些單聚物的混合物。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，制造了改進(jìn)橡膠丙烯腈基光學(xué)延遲器。延遲器是含有10％或是18％彈性體相的丙烯腈基組分。共聚物相組分為75％丙烯腈和25％丙烯酸甲酯。彈性體相含有70％丁二烯和30％丙烯腈。如上所述，含有彈性體相給組分提供韌性。選擇兩種相的組分(共聚物和丁二烯基彈性體相)以獲得緊密匹配的折射率。這種組分可以由BP Chemicals公司(Barex210和218)提供擠壓和注模等級(jí)。Barex族的丙烯腈樹脂通常用于形成高的氣體阻擋層填充材料等。
鑄造的上述組分的網(wǎng)紋織物的起始厚度在254-355μm的范圍。對(duì)鑄造的網(wǎng)紋織物進(jìn)行處理，以獲得約100-140nm的目標(biāo)延遲值。在拉幅機(jī)中對(duì)鑄造的網(wǎng)紋織物進(jìn)行單軸拉制。這種薄膜的拉制溫度通常在約25℃至120℃的范圍。拉制溫度在約90℃至110℃之間則較好，在約90℃至105℃之間更好。這種處理的拉制比例在約1.5∶1至5.0∶1的范圍。拉制比例在約2.0∶1至5.0∶1之間則較好，在約2.5∶1至4.0∶1之間則更好。合適的拉制率在每秒約1％至3000％的范圍。拉制率在每秒約5％與1000％之間則較好，在每秒約10％至200％之間則更好。
當(dāng)應(yīng)用10％彈性體組分時(shí)，產(chǎn)生厚度范圍在63至115μm的光學(xué)延遲薄膜，它提供所需的延遲范圍。薄膜還顯示最小的離位顯色。這種薄膜的透射強(qiáng)度超過92％。
當(dāng)應(yīng)用18％的彈性體組分時(shí)，顯然，只有采用厚得多的初始網(wǎng)紋織物增大拉制厚度(例如254-635μm)才能獲得目標(biāo)延遲值。因此，由18％彈性體相組成的延遲器的透射率降低，且離位性能變差。彈性體相的最佳濃度在5-10％之間。相信這樣的濃度可以找到需要相對(duì)較高延遲值和光透射率的最佳平衡。正如下文將更詳細(xì)描述的，可以采用一種相對(duì)比較廉價(jià)的方式制造由含有約10％彈性體相的組分制成的延遲器，在寬的入射角范圍內(nèi)具有相對(duì)均勻的性能。
如上所述，在丙烯腈基組分中含有諸如彈性體相的韌化劑會(huì)降低通過拉伸在薄膜中引起所需雙折射的能力。在典型拉幅機(jī)處理中，因?yàn)樵谠S多情況中必須將薄膜拉伸至接近其斷裂點(diǎn)以獲得所需的延遲，所以要求初始網(wǎng)紋織物在拉伸前在機(jī)器方向上基本上不定向。這是因?yàn)樵诶旆较蛏夏軌颢@得所需的定向前，在拉幅機(jī)操作期間必須克服在非拉伸方向上的初始定向。在拉幅機(jī)中拉制10％改進(jìn)橡膠的丙烯腈基網(wǎng)紋織物以獲得高透射率的1/4波延遲器，例如通常需要預(yù)拉伸的網(wǎng)紋織物在機(jī)器方向上沒有任何定向。因此，必須以這樣的方式對(duì)鑄造網(wǎng)紋織物進(jìn)行初始鑄造，該方法使在機(jī)器方向的無意或殘留分子取向減至最小，在特定情況中則消除。
在特定情況中，在初始取向的方向上可以對(duì)薄膜進(jìn)行拉伸，該初始取向?qū)⒎艑拰?duì)鑄造過程的要求。例如，薄膜可以是鑄造的，然后利用長(zhǎng)度定向器(LO)在機(jī)器方向上拉制。這種LO處理可以利用初始機(jī)器方向。事實(shí)上，在這種情況中，機(jī)器方向取向可以在鑄造期間有意地引導(dǎo)，有助于形成所需的雙折射。也可以使用其它的定向處理。例如，機(jī)器方向取向可以在它退出模具后以及固化前在熔化聚合物中引導(dǎo)。通常，要求在拉伸前薄膜在非拉伸方向上基本上沒有定向，不管對(duì)薄膜進(jìn)行拉伸的方式和/或方向如何。
雖然以上描述了均勻厚度的鑄造網(wǎng)紋織物，但是也可改變鑄造網(wǎng)紋織物的厚度。如上所述，延遲是延遲器厚度的函數(shù)。因此，通過控制鑄造工藝過程，在網(wǎng)紋織物的不同點(diǎn)處產(chǎn)生厚度差，可以產(chǎn)生在薄膜上具有變化延遲分布的延遲器薄膜。
利用一般的拉幅機(jī)在正交于鑄造方向的方向上可以拉制出本發(fā)明的鑄造網(wǎng)紋織物。選擇拉制溫度、速率和比率，在拉制網(wǎng)紋織物的平面內(nèi)折射率之間引起所需的折射率差。采用這種方式，根據(jù)關(guān)系式δ＝d(ny-nz)可獲得所需的延遲δ，對(duì)于在非拉伸和厚度方向偏振的光，拉制網(wǎng)紋織物的折射率基本上匹配。從方程式(1)可以確定離位延遲(ny和nz基本上相等)。
圖2A-2C示出根據(jù)本發(fā)明的丙烯腈基延遲器的各種光學(xué)性能。利用上述的一般工藝，獲得透明的丙烯腈基延遲器薄膜。采用10％橡膠改進(jìn)的丙烯腈-丙烯酸甲酯312μm厚擠壓的網(wǎng)紋織物，其中在其形成時(shí)基本上保持初始各向同性。在十字方向上將網(wǎng)紋織物單軸拉伸至3倍于其初始寬度。拉制溫度約為90℃。最終的薄膜厚度約為88.5μm，對(duì)于在拉伸方向偏振的550nm光的折射率為1.5128(nx)，對(duì)于在非拉伸和厚度方向上偏振的550nm光的折射率(分別為ny和nz)為1.5142。
測(cè)量上述薄膜的延遲值并與利用方程式(1)確定的延遲值進(jìn)行比較。圖2A示出對(duì)于薄膜在法向、10°、30°和40°入射角測(cè)得的延遲值201與利用方程式(1)由測(cè)得折射率導(dǎo)出的延遲值的比較。延遲的差值隨入射角從法向增大到40°約為法向入射延遲的10％(13nm)。相反，具有相似法向角度延遲的聚丙烯薄膜在40°入射角下將改變約50％(60nm)。聚苯乙烯薄膜的延遲對(duì)于在40°離位入射的光下降約80％(100nm)，而在法向角度入射下具有可以接受的延遲性能。
利用方程式(1)，確定上述薄膜當(dāng)入射光從法向入射開始偏移時(shí)的延遲差。圖2B列出了薄膜在不同入射角度下的延遲值(nm)211、當(dāng)入射光偏移到離位時(shí)的延遲變化213以及在各個(gè)入射角度下的延遲作為法向角度入射時(shí)延遲的百分比。圖2C示出薄膜的延遲值(nm)與入射角的函數(shù)關(guān)系曲線。
第二種丙烯腈基延遲器薄膜是通過在95℃的溫度下在十字方向上將317.5μm厚的光學(xué)各向同性擠壓薄膜單軸拉伸至4倍于其原始寬度而產(chǎn)生的。產(chǎn)生的薄膜約48μm。對(duì)于488nm、550nm和700nm的光，測(cè)量沿每個(gè)方向偏振的光的折射率，nx為在拉伸方向上偏振的光的折射率，結(jié)果如下
圖3A示出一張對(duì)于以不同角度301入射在薄膜上的550nm光的延遲值(nm)303的表。圖3A還列出了當(dāng)入射光從法向入射偏移時(shí)延遲(nm)的差305。圖3A進(jìn)一步列出了在離位入射角下延遲作為在法向角度入射下延遲值的百分比307。圖3B示出延遲值(nm)311與入射角的函數(shù)關(guān)系曲線。圖3C示出延遲差(nm)與角度的函數(shù)關(guān)系。正如這些圖所示，同其它單個(gè)薄膜延遲器相比，丙烯腈基延遲器的離位性能相對(duì)比較均勻，這使該延遲器尤為適合于要求寬入射角范圍內(nèi)具有均勻延遲的許多應(yīng)用。
如上所述，丙烯腈基延遲器的離位性能的提高是由ny與nz折射率的匹配導(dǎo)致的。圖4A-4B示出ny與nz之間的差值增大是如何影響延遲器的離位性能的。在圖4A中，示出的丙烯腈基延遲器的延遲值401(為入射角的函數(shù))是針對(duì)結(jié)合圖3A-3C所描述的延遲器的。列403、405和407示出當(dāng)折射率ny與nz的差分別從0.0003增大到0.0009時(shí)具有相同法向軸延遲值的延遲器的離位性能。在寬入射角度下的延遲明顯變化。
正如圖4A示出的，ny與nz之間較大的差值引起在較大入射角度下延遲下降的增大。在特定的應(yīng)用中，可能要求法向入射與在60°下入射之間的總延遲差小于法向入射延遲的約20％(例如20-30nm)。這可以利用丙烯腈基延遲器來獲得，它具有基本上相等的ny和nz折射率。例如，正如以上數(shù)據(jù)表示的，等于至少第四個(gè)小數(shù)位的折射率提供相對(duì)均勻的寬角度性能。圖4B繪出上述薄膜離位延遲411與由折射率計(jì)算的這些延遲的比較。
正如圖4A和4B中數(shù)據(jù)所示的，ny和nz即使少許偏差也會(huì)明顯地影響延遲器的離位性能。這就增強(qiáng)了丙烯腈基光學(xué)延遲器的特定適用能力，尤其是在需要均勻的寬角度性能的應(yīng)用中所使用的這些延遲器。此外，利用允許產(chǎn)生具有均勻厚度和光學(xué)特性的較大延遲器而且較簡(jiǎn)單的工藝能夠制備這種延遲器。
雖然在以上的例子中，將丁二烯彈性體韌化材料加到丙烯腈基延遲器中，但是將會(huì)明白，其它的丙烯腈基延遲器將具有相似的所需光學(xué)特性。通常，可以將其它的合適材料加到延遲器中，只要該材料并不明顯地影響延遲器的光學(xué)性能。例如，可以采用2甲基丁二烯基橡膠、天然橡膠等。
如上所述，丙烯腈基延遲器尤其適合于在寬入射角度范圍內(nèi)需要相對(duì)均勻延遲的應(yīng)用。下面將描述在這些應(yīng)用中的本發(fā)明較具體的實(shí)施例。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，采用丙烯腈基延遲器作為延遲器或偏振旋轉(zhuǎn)反射鏡的基礎(chǔ)。通過一個(gè)例子，但并不希望局限于該示例，將描述特定的1/4波反射鏡。采用1/4波反射鏡使線偏振光從反射鏡反射后偏振方向旋轉(zhuǎn)90°。圖5A示出一種具體的1/4波反射鏡配置500。丙烯腈基延遲器501設(shè)置在平行于反射鏡503反射表面的平面內(nèi)。光源將線偏振光505以入射角φ投射在反射鏡上。延遲器501相對(duì)于入射光取向，使垂直于其表面的角度(即φ＝0)入射在延遲器上的光被延遲其波長(zhǎng)的四分之一。在這一結(jié)構(gòu)中，線偏振光505當(dāng)它通過延遲器501時(shí)被轉(zhuǎn)變?yōu)閳A偏振光505A，具有第一旋轉(zhuǎn)方向。
圓偏振光505A反射離開反射鏡503的表面。被反射鏡503反射的光505B是具有相反旋轉(zhuǎn)方向的圓偏振光。反射光以角度φ返回投射在延遲器501上。當(dāng)反射的圓偏振光505B第二次通過延遲器501時(shí)，引入另一個(gè)1/4波相位差，將圓偏振光505B轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光507。被反射的線偏振光507的偏振方向與入射光505的初始偏振方向基本上正交。
將會(huì)明白，以上描述假設(shè)對(duì)于每一次通過延遲器501是法向入射以及精確的1/4波延遲。當(dāng)入射角φ偏離法向時(shí)，由于延遲器501的離位延遲偏差的結(jié)果，將影響相對(duì)相位漂移。因此，當(dāng)線偏振光505以較大的入射角通過延遲器時(shí)，被延遲器501引入到偏振光中的橢圓率增大。當(dāng)離位入射光被反射時(shí)，它也是以入射角φ反向通過延遲器，假設(shè)反射鏡是基本平坦的。由離位延遲差引入的橢圓率將加到由第一次通過所引入的橢圓率。
正如以上討論說明的，初始的線偏振光505二次通過延遲器。引入到被1/4波反射鏡500反射的性偏振光507中的橢圓率將隨入射角的變化而變化。這種橢圓率會(huì)退化依賴于反射光線偏振狀態(tài)的這些應(yīng)用的性能。于是，在利用1/4波反射鏡和相對(duì)較寬入射角的應(yīng)用中，需要使離位延遲差減至最小，以致于反射光將基本上是線偏振光，偏振方向被旋轉(zhuǎn)90°。
正如從以上描述所明白的，采用丙烯腈基延遲器構(gòu)成的1/4波反射鏡500以能夠以相對(duì)較低的成本和復(fù)雜性構(gòu)造的形式提供比較均勻的離位性能。這種結(jié)構(gòu)允許線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)，而對(duì)于在相對(duì)較大入射角下旋轉(zhuǎn)的線偏振光基本上不引入橢圓率。通常，要求在離位入射角下引入的偏離0橢圓率的任何偏差小于約10％。偏差小于約5％則更好。在特定入射中，對(duì)于所有的入射角，橢圓率小于1％是必須的。正如從丙烯腈基延遲器的以上描述中將會(huì)明白的，鑒于延遲器特定的寬角度光學(xué)性能，能夠獲得上述結(jié)果。
在圖5A中，示出的延遲器501與反射鏡503是分開的。在圖5B中，示出延遲反射鏡510的另一個(gè)實(shí)施例，其中丙烯腈基延遲器511通過粘合劑514層疊或者以其它方式固定于反射鏡513上。這種反射鏡配置的光學(xué)性能通常與以上結(jié)合圖5A所描述的性能相同。然而，應(yīng)當(dāng)考慮到由本結(jié)構(gòu)引入的任何附加元件。例如，必須考慮疊層缺陷、粘合劑的折射率等。
圖6示出一個(gè)光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)裝有例如圖5A和5B中所示類型的延遲器反射鏡。圖6所示的光學(xué)系統(tǒng)是一種具有折疊光路的投影顯示系統(tǒng)600。折疊光路投影顯示系統(tǒng)的一般操作示于圖6中。正如下面將更詳細(xì)描述的，投影系統(tǒng)600裝有丙烯腈基1/4波延遲器/反射鏡配置605，作為必須在大入射角范圍內(nèi)工作的關(guān)鍵元件。顯示系統(tǒng)600的操作還要求被1/4波延遲器/反射鏡配置605反射的光是高度線偏振的(例如，呈現(xiàn)最小的橢圓率)。對(duì)于這種系統(tǒng)的更詳細(xì)的描述，可參考題目為“背投圖象顯示裝置用的含有反射偏振器的光學(xué)系統(tǒng)”的第5,557,343號(hào)美國專利和題目為“投影圖象”的公開的歐洲申請(qǐng)EP0,783,133。
在圖6的光學(xué)系統(tǒng)中，代表待顯示圖象的光從圖象源601投影到顯示屏組件603上。來自光源601的光602以第一方向線偏振。顯示屏組件603的背面包括一個(gè)反射偏振器。反射偏振薄膜是由3M公司提供的，商品名為雙亮度增強(qiáng)薄膜(DBEF)。其它的反射偏振薄膜在1995年3月10日提交的題目為“光學(xué)薄膜”的美國專利申請(qǐng)08/402,041和1996年2月29日提交的題目為“光學(xué)薄膜”的美國專利申請(qǐng)08/610,092中有描述，這里將其內(nèi)容引作參考。
顯示屏組件的反射偏振器反射一種特定線偏振光而透射相反(正交)的線偏振光。反射偏振器的取向和開始入射在反射偏振器上的光的偏振方向是這樣的，即入射光最初被反射偏振器反射到丙烯腈基延遲反射鏡組件605上。延遲反射鏡組件605可以是圖5A和5B所示的類型，其作用是將線偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90°。
在操作中，線偏振光被反射偏振器反射并入射在延遲反射鏡605上。光被反射后，偏振方向旋轉(zhuǎn)90°，使得偏振方向現(xiàn)在與反射偏振器的通過方向相對(duì)準(zhǔn)。因此，光通過顯示屏組件603供人們觀看。要求所有的光都通過顯示屏，以增大觀看亮度。然而，光中的任何橢圓率將降低通過顯示屏的光量，因?yàn)槿匀慌c正交偏振方向?qū)?zhǔn)的光的分量將被顯示屏所反射。
正如從圖6所示的光學(xué)幾何關(guān)系中將能明白的，光將在很大的入射角范圍(φ1、φ2、…φn)內(nèi)入射在延遲器反射鏡605上。在這種應(yīng)用中，入射的最大角度可以是相當(dāng)大的。如上所述，引入到被延遲器反射鏡605反射的光中的任何橢圓率將會(huì)使顯示裝置的總體性能降低。在圖6所示的投影裝置中，延遲器反射鏡605是由丙烯腈基延遲器形成的，所以當(dāng)入射角變化時(shí)，使引入到反射光中的橢圓率減至最小。通常要求在這種系統(tǒng)中偏離零橢圓率的偏差小于5％。在特定的情況中，橢圓率甚至小于1％則更好。以上的討論假設(shè)在法向入射角下橢圓率為零，如果在法向入射角下入射在延遲器反射鏡上的光還以一些橢圓率被延遲器反射鏡所反射，最大橢圓率的較佳百分比是合適的。
可以將以上描述的丙烯腈基延遲器裝到在上述容限內(nèi)呈現(xiàn)橢圓率偏差的延遲反射鏡中。因此，裝有丙烯腈基延遲器反射鏡的投影裝置的性能將比許多典型延遲器有所提高，并能夠相對(duì)廉價(jià)地制造。此外，按照如上所述制造的丙烯腈延遲器非常適合于層疊在反射鏡表面和其它基板上。
圖7示出按照本發(fā)明又一個(gè)特定實(shí)施例的光學(xué)結(jié)構(gòu)。在圖7的實(shí)施例中，將丙烯腈基延遲器701裝到防眩光學(xué)結(jié)構(gòu)中。防眩光學(xué)結(jié)構(gòu)包括一個(gè)吸收偏振器703，例如二向色性偏振器。偏振器703使入射在偏振器上的非偏振光705線偏振。使丙烯腈基延遲器701相對(duì)于吸收偏振器定向，將線偏振光706轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂械谝恍D(zhuǎn)方向的圓偏振光。如果圓偏振光反射離開光學(xué)元件707(它被防眩結(jié)構(gòu)所保護(hù))的表面，則光作為以相反方向旋轉(zhuǎn)的圓偏振光而反射。圓偏振光708反向通過延遲器701。因此，正如在上述延遲反射鏡的情況一樣，光的偏振方向現(xiàn)在被旋轉(zhuǎn)90°。旋轉(zhuǎn)90°的光落在吸收偏振器上，這時(shí)在吸收方向上線偏振，由此禁止或防止從光學(xué)元件707表面反射的光從防眩結(jié)構(gòu)出射。
光學(xué)元件707可以是任何類型的反射表面，這里要求降低眩目。例如，它可以是計(jì)算機(jī)監(jiān)視器的顯示屏。在這種應(yīng)用中，可以用多種常見方法中的任何一種方法將偏振器703和丙烯腈基延遲器701固定或者定位在監(jiān)視器前面。將會(huì)明白，當(dāng)光學(xué)元件707是監(jiān)視器時(shí)，從監(jiān)視器出射的光721將通過丙烯腈基延遲器701并被吸收偏振器703偏振。
正如對(duì)延遲器反射鏡的以上描述一樣，丙烯腈基延遲器的離位性能對(duì)保證被光學(xué)元件707反射的光正確地偏振并在反射時(shí)被吸收偏振器703吸收是至關(guān)重要的。此外，將會(huì)明白，抗反射光學(xué)結(jié)構(gòu)可以看到相對(duì)較大的入射角φ。例如，計(jì)算機(jī)監(jiān)視器經(jīng)常被用在以相對(duì)于監(jiān)視器傾斜的角度下對(duì)引起反射和眩目的光源定位的環(huán)境中。因此，延遲器的寬角度性能的改善進(jìn)一步降低或消除來自被保護(hù)光學(xué)元件707的眩目或反射。
在一個(gè)實(shí)施例中，面向入射光的吸收偏振器703的表面可以涂覆A/R涂層，以降低來自偏振器的任何反射。也可以將吸收偏振器703層疊或固定到諸如玻璃或其它薄膜的基板上。基板也可以涂覆A/R涂層。1/4波薄膜701也可以通過層疊或其它方式固定到基板上。在特定的場(chǎng)合中，它可以是固定了偏振器的同一塊基板。可以將各種元件層疊在玻璃之間。一個(gè)或多個(gè)玻璃表面也可以涂覆A/R涂層。
如上所述，本發(fā)明可以應(yīng)用于許多光學(xué)延遲器。相信在寬角度范圍內(nèi)將光入射在延遲器上的應(yīng)用中是特別有用的。于是，不應(yīng)當(dāng)將本發(fā)明理解為局限于以上所述的特定例子，而是應(yīng)當(dāng)理解為覆蓋所附權(quán)利要求書中限定的本發(fā)明的所有方面。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)延遲器，它對(duì)在相對(duì)較寬入射角范圍內(nèi)入射在該延遲器上的可見光產(chǎn)生均勻延遲，所述入射角范圍從垂直于延遲器平面的角度變化到至少約30°的最大角度φmax，其特征在于所述光學(xué)延遲器包括基板；設(shè)置在該基板上的丙烯腈基聚合物和彈性體共聚物的薄膜，所述薄膜具有延遲幅度δ，它可以由以下關(guān)系式來表示δ=d[nxnz(nz2-(sin(φ))2)1/2-(ny2-(sin(φ))2)1/2]]]>式中nx和ny是薄膜對(duì)于沿薄膜平面內(nèi)正交軸x和y偏振的有關(guān)波長(zhǎng)的光的折射率，d是薄膜在相互正交于平面內(nèi)x和y軸的z軸方向上的厚度，nz是薄膜對(duì)于沿z軸偏振的有關(guān)波長(zhǎng)的光的折射率，φ是x-z平面內(nèi)的入射角，其特征在于當(dāng)有關(guān)波長(zhǎng)上的光的入射角φ從法向變?yōu)樽畲蠼铅誱ax時(shí)，薄膜的延遲幅度δ的改變小于法向入射時(shí)延遲幅度的約25％。
2.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述基板包括反射鏡。
3.如權(quán)利要求2所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述薄膜在法向入射角下的延遲幅度δ在約110nm至150nm的范圍。
4.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述基板包括玻璃。
5.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述基板包括聚合物薄膜。
6.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述聚合物薄膜是各向同性的。
7.如權(quán)利要求5所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述聚合物薄膜是雙折射的。
8.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述最大角φmax至少為50度。
9.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)延遲器，其特征在于在入射角的范圍內(nèi)，所述延遲幅度δ的改變小于法向入射延遲幅度的約15％。
10.如權(quán)利要求8所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述最大角φmax至少為60度。
11.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)延遲器，其特征在于在入射角的范圍內(nèi)，所述延遲幅度δ的改變小于法向入射延遲幅度的約6％。
12.如權(quán)利要求1所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述丙烯腈基共聚物包括丙烯腈與一種(甲基)丙烯酸酯單聚物或多種單聚物相共聚。
13.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述的(甲基)丙烯酸酯單聚物包括選自丙烯腈甲酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯或2乙基己基丙烯酸酯的單聚物。
14.如權(quán)利要求12所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述的(甲基)丙烯酸酯單聚物包括丙烯酸甲酯。
15.如權(quán)利要求14所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述的彈性體共聚物包括丁二烯與丙烯腈共聚。
16.一種光學(xué)延遲器，用于對(duì)在很寬入射角范圍內(nèi)入射在該延遲器上的可見光產(chǎn)生延遲，所述入射角范圍從垂直于延遲器平面的角度變化到至少約30°的最大角度φmax，所述光學(xué)延遲器包括由丙烯腈基聚合物和彈性體共聚物的混合物組成的薄膜，所述薄膜具有平面內(nèi)延遲幅度δin，它可以由以下關(guān)系式來表示δin＝d(nx-ny)式中nx和ny是薄膜對(duì)于沿薄膜平面內(nèi)正交軸x和y偏振的有關(guān)波長(zhǎng)的光的折射率，d是薄膜在相互正交于平面內(nèi)x和y軸的z軸方向上的厚度，所述薄膜進(jìn)一步具有平面外延遲幅度δout，它可以由以下關(guān)系式來表示δout=d[nxnz(nz2-(sin(φ))2)1/2-(ny2-(sin(φ))2)1/2]]]>式中nz是薄膜對(duì)于沿z軸偏振的有關(guān)波長(zhǎng)的光的折射率，φ是x-z平面內(nèi)的平面外入射角，其特征在于對(duì)于以最大角φmax入射在薄膜上的有關(guān)波長(zhǎng)的光，平面內(nèi)延遲δin與平面外延遲δout之間的延遲幅度差Δδ小于平面內(nèi)延遲δin的約25％。
17.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述最大角φmax至少為50度。
18.如權(quán)利要求17所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述的延遲幅度差Δδ小于平面內(nèi)延遲δin的約15％。
19.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述最大角φmax至少為60度。
20.如權(quán)利要求16所述的光學(xué)延遲器，其特征在于所述的延遲幅度差Δδ小于平面內(nèi)延遲δin的約6％。
21.一種延遲反射鏡，用于以反射光基本上在垂直于初始偏振方向的方向上線偏振的方式反射在初始偏振方向上線偏振的可見光，入射在延遲器反射鏡上的光的角度范圍從垂直于延遲反射鏡平面的角度到至少約15°的最大角度φmax，所述延遲反射鏡包括基本上為平面的反射基板；和平行于所述反射基板設(shè)置的拉伸丙烯腈基聚合物延遲薄膜，所述延遲薄膜具有延遲幅度δ，它可以由以下關(guān)系式來表示δ=d[nxnz(nz2-(sin(φ))2)1/2-(ny2-(sin(φ))2)1/2]]]>式中nx和ny是延遲薄膜對(duì)于沿薄膜平面內(nèi)正交軸x和y偏振的有關(guān)波長(zhǎng) 的光的折射率，d是延遲薄膜在相互正交于平面內(nèi)x和y軸的z軸方向上的厚度，nz是延遲薄膜對(duì)于沿z軸偏振的有關(guān)波長(zhǎng)的光的折射率，φ代表x-z平面內(nèi)的角度，光以該角度入射在延遲反射鏡上，其特征在于由延遲反射鏡以最大角φmax入射在延遲反射鏡上的有關(guān)波長(zhǎng)的反射光所引起的橢圓率在以垂直于延遲反射鏡表面的角度入射在延遲反射鏡上的有關(guān)波長(zhǎng)的反射光的橢圓率的25％之內(nèi)。
22.一種設(shè)置在部分反射表面上且在相對(duì)較寬入射角范圍內(nèi)有效的防反射(AR)光學(xué)元件，用以大大地減少可見光從所述表面上反射，所述AR光學(xué)元件包括設(shè)置在入射光源與反射表面之間的吸收偏振器；和位于偏振器與反射表面之間的由丙烯腈基聚合物薄膜組成的延遲器，所述延遲器接收偏振器透射的偏振光并使所述偏振光延遲一個(gè)延遲幅度δ，所述延遲幅度可以由以下關(guān)系式來表示δ=d[nxnz(nz2-(sin(φ))2)1/2-(ny2-(sin(φ))2)1/2]]]>式中nx和ny是薄膜對(duì)于沿薄膜平面內(nèi)正交軸x和y偏振的有關(guān)波長(zhǎng)的光的折射率，d是薄膜在相互正交于平面內(nèi)x和y軸的z軸方向上的厚度，nz是薄膜對(duì)于沿z軸偏振的有關(guān)波長(zhǎng)的光的折射率，φ代表x-z平面內(nèi)的角度，光以該角度從偏振器透射到所述薄膜，其特征在于以垂直于混合薄膜表面的角度入射在混合薄膜上的有關(guān)波長(zhǎng)的光的延遲幅度δφ＝0。在以至少約30°的最大入射角(從法向入射測(cè)量)入射在薄膜上的有關(guān)波長(zhǎng)的光的延遲幅度δφmax的15％之內(nèi)。
全文摘要
在丙烯腈基延遲器中,當(dāng)入射角在較寬范圍上變化時(shí)可獲得相對(duì)均勻的性能?？梢詫㈨g化材料與丙烯腈基聚合物相混合,便于對(duì)延遲器的處理以及改善延遲器的機(jī)械性能,不會(huì)危及光學(xué)性能。利用一般的處理技術(shù)能夠制備提供相對(duì)均勻?qū)捊嵌鹊南鹉z改進(jìn)的丙烯腈基延遲器。這種延遲器尤其適合于使用相對(duì)較寬入射角范圍的許多特定應(yīng)用。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1276878SQ98810262
公開日2000年12月13日 申請(qǐng)日期1998年2月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月17日
發(fā)明者H·薩霍阿尼, S·達(dá)摩達(dá)朗, G·T·博迪, R·庫馬 申請(qǐng)人:美國3M公司