一種寬波帶半波片的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明為一種寬波帶半波片，該半波片使用2?4層相同聚合物材質(zhì)的四分之一波片或半波片，進(jìn)行適當(dāng)參數(shù)的設(shè)置，由光學(xué)膠水貼合而成的多層膜結(jié)構(gòu)。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)寬波帶半波片。由于聚合物材料的波片本身是柔性的并且可以實(shí)現(xiàn)大尺寸，復(fù)合膜結(jié)構(gòu)也不需要特殊夾具包裹，因此使用領(lǐng)域更加廣泛。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種寬波帶半波片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于偏振光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，提供一種寬波帶半波片，當(dāng)被用于線偏振光的偏振面旋轉(zhuǎn)器件時(shí)，可實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的旋光器件。
【背景技術(shù)】
[0002]在光學(xué)器件中，常常會(huì)用到線偏振光，不管采用二向色性偏光片，還是采用界面反射的偏振選擇器等方法，所獲得偏振光的偏振方向往往是固定的。在偏振光的使用中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)將偏振光的偏振方向旋轉(zhuǎn)90度的情況。也有為了提高光利用率，而將偏振選擇器分開(kāi)的偏振方向垂直的兩束光中的一束光偏振方向旋轉(zhuǎn)90度，并再次合并兩束光，從而獲得最大的光利用率。普通的半波片是針對(duì)某個(gè)波長(zhǎng)來(lái)設(shè)計(jì)的，而光學(xué)器件通常是針對(duì)整個(gè)可見(jiàn)光范圍的。為了獲得最好的光學(xué)利用率，人們常使用很多層無(wú)機(jī)雙折射波片，全部具有半波長(zhǎng)的延遲量，按照一定的角度設(shè)置堆疊起來(lái)，可以非常好的實(shí)現(xiàn)可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光全部旋轉(zhuǎn)90度。但是很多半波長(zhǎng)波片堆疊起來(lái)的結(jié)構(gòu)，要求材料非常純凈，而且堆疊精確，厚度較厚，因此價(jià)格很高，在一些精細(xì)控制器件厚度的光學(xué)器件中，使用起來(lái)很不方便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)以往可見(jiàn)光設(shè)計(jì)的全波帶半波片，采用至少3層云母片(或石英晶體)和3層MgF2(或其它具有雙折射的材料)晶體片，把它們制作成標(biāo)準(zhǔn)半波片，并將它們的慢軸按照一定方位角度排列粘貼起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)偏振方向旋轉(zhuǎn)90度的效果。但是該種類(lèi)半波片的缺點(diǎn)是:材料易碎，需要特殊的夾具包裹；同時(shí)因?yàn)橐姿?，尺寸也不能夠做到很大，在大尺寸需求使用中受到限制。本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的寬波帶半波片，使用多層(最多4層)相同聚合物材質(zhì)的四分之一波片或半波片，進(jìn)行適當(dāng)參數(shù)的設(shè)置，由光學(xué)膠水貼合而成的多層膜結(jié)構(gòu)，在可見(jiàn)光波長(zhǎng)范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)寬波帶半波片。由于聚合物材料的波片本身是柔性的并且可以實(shí)現(xiàn)大尺寸，復(fù)合膜結(jié)構(gòu)也不需要特殊夾具包裹，因此使用領(lǐng)域更加廣泛。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0005]—種寬波帶半波片，該寬波帶半波片為以下四種方案之一:
[0006]方案一，兩層半波片結(jié)構(gòu):即粘合在一起的兩層半波片，其中由上到下依次為第一層半波片慢軸角度為22.5度，第二層半波片慢軸角度為67.5度，每個(gè)慢軸角度的貼合偏差為正負(fù)2度，兩個(gè)慢軸角度之和為90度；
[0007]或者，方案二，三層半波片結(jié)構(gòu):S卩3層半波片由光學(xué)膠水粘合在一起，由上到下粘合順序依次為:慢軸角度為15度的半波片、慢軸角度為45度的半波片、慢軸角度為75度的半波片，每個(gè)慢軸角度的貼合偏差為正負(fù)I度；
[0008]或者，方案三，兩層半波片和兩層四分之一波片結(jié)構(gòu):S卩2層四分之一波片和2層半波片，4層波片由光學(xué)膠水粘合在一起，由上到下粘合順序依次為:慢軸角度為15度的半波片、慢軸角度為75度的四分之一波片、慢軸角度為15度的四分之一波片、慢軸角度為75度的半波片，每個(gè)慢軸角度的貼合偏差為正負(fù)I度；
[0009]或者，方案四，四層半波片結(jié)構(gòu):S卩4層半波片由光學(xué)膠水粘合在一起，由上到下粘合順序依次為:慢軸角度為61度的半波片、慢軸角度為83度的半波片、慢軸角度為7度的半波片、慢軸角度為29度的半波片，每個(gè)慢軸角度的貼合偏差為正負(fù)I度。
[0010]所述的半波片、四分之一波片在相同方案中的材質(zhì)相同，為具有雙折射特性的聚合物材料。
[0011]所述的有機(jī)聚合物材料優(yōu)選為聚碳酸酯或環(huán)烯烴聚合物。
[0012]說(shuō)明:以上涉及的慢軸角度都是針對(duì)需要旋轉(zhuǎn)角度的偏振光的偏振方向而言，起始偏振光的偏振方向?yàn)镺度。
[0013]本發(fā)明的有益效果為:相比于以往相似技術(shù)，本發(fā)明涉及的波片材質(zhì)為有機(jī)聚合物材料，不易碎，制作簡(jiǎn)單，尺寸可以很大(尺寸可以到I平方米)，并且不需要附加特殊的夾具來(lái)保護(hù)最后的產(chǎn)品；使用波片的數(shù)量減少，降低了因?yàn)椴ㄆ瑪?shù)量過(guò)多而引起的整體貼合誤差，從而降低寬波帶半波片制作的難度。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是普通PC(聚碳酸酯)材質(zhì)半波片以慢軸45度角夾在兩個(gè)透過(guò)軸為O度的平行偏振片之間的透過(guò)光譜；
[0015]圖2是普通COP(環(huán)烯烴聚合物)材質(zhì)半波片以慢軸45度角夾在兩個(gè)透過(guò)軸為O度的平行偏振片之間的透過(guò)光譜；
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例一提供的等效半波片以慢軸45度角夾在兩個(gè)透過(guò)軸為O度的平行偏振片之間的(a)結(jié)構(gòu)圖和(b)透過(guò)光譜；
[0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二提供的等效半波片以慢軸45度角夾在兩個(gè)透過(guò)軸為O度的平行偏振片之間的(a)結(jié)構(gòu)圖和(b)透過(guò)光譜；
[0018]圖5是本發(fā)明實(shí)施例三提供的等效半波片以慢軸45度角夾在兩個(gè)透過(guò)軸為O度的平行偏振片之間的(a)結(jié)構(gòu)圖和(b)透過(guò)光譜；
[0019]圖6是本發(fā)明實(shí)施例四提供的等效半波片以慢軸45度角夾在兩個(gè)透過(guò)軸為O度的平行偏振片之間的(a)結(jié)構(gòu)圖和(b)透過(guò)光譜；
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0021]以下圖均為實(shí)驗(yàn)測(cè)量圖，橫軸為光波長(zhǎng)(單位為納米)，縱軸為透過(guò)率(單位為％)。普通的PC材質(zhì)和COP材質(zhì)的半波片，加在平行的偏光片之間，偏光片的透過(guò)軸角度為O度，半波片的慢軸角度為45度，圖1為普通PC材質(zhì)半波片的旋光效果，圖2為普通COP材質(zhì)半波片的旋光效果。從兩個(gè)圖中，可以看到透過(guò)率在550-570納米波長(zhǎng)范圍內(nèi)有很小的透過(guò)率，這是因?yàn)榘氩ㄆ褪轻槍?duì)這一部分波長(zhǎng)設(shè)計(jì)的。對(duì)于光波長(zhǎng)小于400納米時(shí)的透過(guò)率也都很小的現(xiàn)象，是因?yàn)槠馄诖瞬ㄩL(zhǎng)以下的吸收率很大，從而造成透過(guò)率很小。在其它波長(zhǎng)處，由于半波片的設(shè)計(jì)不是針對(duì)這些波長(zhǎng)的，所以半波片的作用不是很好的旋轉(zhuǎn)90度效果，造成光可以透過(guò)平行的偏光片，從而可見(jiàn)光范圍的光只有很少的波長(zhǎng)范圍內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)旋轉(zhuǎn)90度的效果，而在很大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)。因此，普通半波片不能夠?qū)崿F(xiàn)寬波帶半波片的要求。圖1和圖2給出的透過(guò)率與波長(zhǎng)關(guān)系的不同，是因?yàn)椴煌馁|(zhì)波片的雙折射率與波長(zhǎng)之間的關(guān)系不同。通常使用透過(guò)率變化小的材質(zhì)，來(lái)獲得更好的光學(xué)效果。為了獲得在整個(gè)可見(jiàn)光范圍內(nèi)，光的偏振方向都可以旋轉(zhuǎn)90度或近似90度的效果，即實(shí)現(xiàn)寬波帶半波片，需要采用多層普通波片堆疊的結(jié)構(gòu)。
[0022]實(shí)施例1
[0023]本發(fā)明所述的寬波帶半波片，兩個(gè)普通COP材質(zhì)的半波片，它們的慢軸分別為22.5度和67.5度，把它們用光學(xué)膠水按自下而上順序粘合在一起，貼合后等效半波片慢軸角度為45度，并放在透過(guò)軸為O度的兩個(gè)TFT-LCD用偏光片之間，貼合的整體示意圖為圖3a所示，透過(guò)率為圖3b所示。在人眼敏感的400-700納米光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透過(guò)率都小于0.5%，這說(shuō)明該組合的半波片可以將此波長(zhǎng)范圍內(nèi)的偏振光全部被旋轉(zhuǎn)90度或接近90度。
[0024]實(shí)施例2
[0025]本發(fā)明所述的寬波帶半波片，三個(gè)普通COP材質(zhì)的半波片，它們的慢軸分別為25度、45度和75度，把它們用光學(xué)膠水按自下而上順序粘合在一起，貼合后等效半波片慢軸角度為45度，并放在透過(guò)軸為O度的兩個(gè)TFT-LCD用偏光片之間，貼合的整體示意圖為圖4a所示，透過(guò)率為圖4b所示。在人眼敏感的400-700納米光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透過(guò)率都小于0.5%，這說(shuō)明該組合的半波片可以將此波長(zhǎng)范圍內(nèi)的偏振光全部被旋轉(zhuǎn)90度或接近90度。與實(shí)施例1相比，該實(shí)施例在500-700納米之間的透過(guò)率較高。
[0026]實(shí)施例3
[0027]本發(fā)明所述的寬波帶半波片，兩層普通COP材質(zhì)的半波片和兩層普通COP材質(zhì)的四分之一波片，把它們用光學(xué)膠水粘合在一起，粘合順序自下而上依次為:慢軸為15度的半波片、慢軸為75度的四分之一波片、慢軸為15度的四分之一波片、慢軸為75度的半波片，貼合后等效半波片慢軸角度為45度。放在透過(guò)軸為O度的兩個(gè)TFT-LCD用偏光片之間，貼合的整體示意圖為圖5a所示，透過(guò)率為圖5b所示。在人眼敏感的400-700納米光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透過(guò)率都小于0.5%，這說(shuō)明該組合的半波片可以將此波長(zhǎng)范圍內(nèi)的偏振光全部被旋轉(zhuǎn)90度或接近90度。與實(shí)施例1相比，透過(guò)率稍高一點(diǎn)。
[0028]實(shí)施例4
[0029]本發(fā)明所述的寬波帶半波片，四層普通COP材質(zhì)的半波片，把它們用光學(xué)膠水粘合在一起，粘合順序自下而上依次為:慢軸為61度的半波片、慢軸為83度的半波片、慢軸為7度的半波片、慢軸為29度的半波片，貼合后等效半波片慢軸角度為45度。放在透過(guò)軸為O度的兩個(gè)TFT-LCD用偏光片之間，貼合的整體示意圖為圖6a所示，透過(guò)率為圖6b所示。在人眼敏感的400-700納米光波長(zhǎng)范圍內(nèi)，透過(guò)率都小于0.5%，這說(shuō)明該組合的半波片可以將此波長(zhǎng)范圍內(nèi)的偏振光全部被旋轉(zhuǎn)90度或接近90度。與實(shí)施例1相比，透過(guò)率相近。
[0030]對(duì)比實(shí)施例1-4，采用層數(shù)最少的兩層普通COP材質(zhì)半波片粘合起來(lái)的半波片具有最好的光學(xué)效果。同時(shí)，因?yàn)閷訑?shù)少，兩層半波片粘合時(shí)，所允許的誤差范圍也較大。在現(xiàn)有使用精度的貼膜機(jī)上，很容易實(shí)現(xiàn)這兩層普通COP材質(zhì)半波片的精確粘合。隨著層數(shù)的增加，貼合精度要求越來(lái)越高，有較大的貼合誤差都將導(dǎo)致貼合后的等效半波片效果變差。因此，采用兩層普通COP材質(zhì)半波片粘合起來(lái)的半波片是最經(jīng)濟(jì)適用的實(shí)施方案。
[0031]本發(fā)明未盡事宜為公知技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種寬波帶半波片，其特征為該寬波帶半波片為以下四種方案之一: 方案一，兩層半波片結(jié)構(gòu):即粘合在一起的兩層半波片，其中由上到下依次為第一層半波片慢軸角度為22.5度，第二層半波片慢軸角度為67.5度，每個(gè)慢軸角度的貼合偏差為正負(fù)2度，兩個(gè)慢軸角度之和為90度； 或者，方案二，三層半波片結(jié)構(gòu):即3層半波片由光學(xué)膠水粘合在一起，由上到下粘合順序依次為:慢軸角度為15度的半波片、慢軸角度為45度的半波片、慢軸角度為75度的半波片，每個(gè)慢軸角度的貼合偏差為正負(fù)I度； 或者，方案三，兩層半波片和兩層四分之一波片結(jié)構(gòu):即2層四分之一波片和2層半波片，4層波片由光學(xué)膠水粘合在一起，由上到下粘合順序依次為:慢軸角度為15度的半波片、慢軸角度為75度的四分之一波片、慢軸角度為15度的四分之一波片、慢軸角度為75度的半波片，每個(gè)慢軸角度的貼合偏差為正負(fù)I度； 或者，方案四，四層半波片結(jié)構(gòu):即4層半波片由光學(xué)膠水粘合在一起，由上到下粘合順序依次為:慢軸角度為61度的半波片、慢軸角度為83度的半波片、慢軸角度為7度的半波片、慢軸角度為29度的半波片，每個(gè)慢軸角度的貼合偏差為正負(fù)I度； 所述的半波片、四分之一波片在相同方案中的材質(zhì)相同，為具有雙折射特性的聚合物材料。2.如權(quán)利要求1所述的寬波帶半波片，其特征為所述的有機(jī)聚合物材料優(yōu)選為聚碳酸酯或環(huán)烯烴聚合物。
【文檔編號(hào)】G02B27/28GK105974599SQ201610506583
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年6月29日
【發(fā)明人】孫玉寶, 李艷龍
【申請(qǐng)人】河北工業(yè)大學(xué)