穩定的偏振分光器組件的製作方法

2023-10-20 14:13:37

專利名稱：穩定的偏振分光器組件的製作方法
穩定的偏振分光器組件技術領域總體上講，本公開涉及偏振分光器以及這種器件在(例如)信 息顯示系統中的應用；更具體地講，涉及投影系統。
背景技術：
光學成像系統通常包括將圖像施加到光束上的透射或反射液晶 顯示器(LCD)成像器，也稱為光閥或光閥陣列。透射光閥通常是半 透明的，允許光通過。反射光閥將輸入光束反射以形成圖像。很多LCD成像器對入射光的偏振方向進行旋轉。也就是說，成 像器反射(或透射)偏振光時要麼基本上不改變其偏振態而得到最暗 的狀態，要麼將偏振旋轉某一角度以提供所期望的灰度等級。在這些 系統中，90。的旋轉提供了最亮的狀態。因此，偏振光束通常用作LCD 成像器的輸入光束。所期望的緊湊的布置包括位於偏振分光器(PBS) 與成像器之間的摺疊光路，其中照明光束和從成像器反射的投影圖像 共享PBS與反射成像器之間的同一物理空間。PBS將入射光與偏振 旋轉的圖像光分離。投影系統中所使用的傳統PBS，有時候稱為 MacNeille偏振器，使用以布魯斯特角(Brewster's angle)設置的無 機介電膜堆。s偏振光會被反射，而p偏振態的光透射穿過偏振器。發明概述總的來說，本公開涉及一種用於改進投影系統的性能的裝置。 具體地說，本公開是以成像核心為基礎，所述成像核心包括圖像質量 和穩定性得到提高以及壽命得到延長的偏振分光器(PBS)。本公開的一個實施方案提供一種偏振分光器(PBS)，該偏振分 光器包括聚酯偏振膜、設置在所述聚酯偏振膜上的粘合劑層、設置在 所述粘合劑層上的第一剛性覆蓋物和與所述聚酯偏振膜鄰近設置的 第二剛性覆蓋物。所述粘合劑層包含粘合劑以及受阻胺、二苯甲酮或 三嗪類穩定劑。在一些實施方案中，所述偏振膜為多層反射偏振膜。 在一些實施方案中，所述偏振膜為具有匹配的Z折射率的多層反射偏 振膜。在另一實施方案中公開了一種投影系統。所述投影系統包括產 生光的光源、用於將圖像施加到從所述光源產生的光上以便形成圖像 光的成像核心、設置在所述光源和所述成像核心的至少一部分之間的 紫外光濾光片以及用於投射來自所述成像核心的圖像光的投影透鏡 系統。所述成像核心包括至少一個偏振分光器和至少一個成像器。所 述偏振分光器包括聚酯偏振膜、設置在所述聚酯偏振膜上並且位於所 述光源與所述聚酯偏振膜之間的粘合劑層、設置在所述粘合劑層上的 第一剛性覆蓋物以及與所述聚酯偏振膜鄰近設置的第二剛性覆蓋物。 所述粘合劑層包含粘合劑以及受阻胺、二苯甲酮或三嗪類穩定劑。在另一實施方案中公開了使聚酯膜穩定的方法。該方法包括將 粘合劑層設置在聚酯膜上，且使光通過粘合劑層、並使之隨後通過聚酯膜，其中至少99%的所述光的波長在400納米以上。該粘合劑層 包含粘合劑和紫外光吸收劑。附圖簡要說明結合附圖考慮下面對於本公開各個實施方案的詳細說明將可以更完整地理解本公開，其中圖l示意性示出了基於單個反射成像器的投影單元的實施方案；圖2示意性示出了具有多層反射偏振膜的PBS的實施方案；以及圖3示意性示出了基於多個反射成像器的投影單元的另一個實施方案。 發明詳述下面的描述應當參考附圖來閱讀，其中，不同附圖中的類似元 件用類似的方式編號。附圖無需按比例繪製，其示出了所選的示例性 實施方案，且無限制本公開範圍之意。儘管舉出了多種元件的結構、尺寸和材料的實例，但本領域的技術人員應該認識到很多所提供的實 例都具有可利用的合適的替代形式。除非另有說明，否則在本說明書和所附的權利要求書中用於表示特徵尺寸、含量和物理性能的所有的數字，在所有情況下都應理解為以詞語"約"來修飾。因此，除非做出相反說明，否則在上述說明書和所附的權利要求書中所列出的數字參數都是近似值，其可以隨著採用本公開教導的本領域術人員試圖獲得的理想性質的不同而加以改變。重量百分比、以重量計的百分比、重量％、 Mwt等都為同義詞， 其是指以物質的重量除以組合物的重量並乘以ioo所表示的該物質 的濃度。由端值表述的數值範圍包括包含在該範圍內的所有數值(例如，1到5包括1、 1.5、 2、 2.75、 3、 3.80、 4和5)和該範圍內的任意的 範圍。在本說明書和所附的權利要求書中，某一名詞前所用的"一種"、 "該"、"所述"和未指明數量的情況包括所指對象多於一個的情況，除 非所述內容明確表示為其它含義。例如，提及含有"光穩定劑"的組合 物時包括含有一種、兩種或多種光穩定劑的情況。在本說明書和所附 的權利要求書中，所用的詞語"或"通常包括"和/或"的意思，除非所述 內容明確表示為其它含義。本公開大體上與提交於2005年3月31日、標題為"POLARIZING BEAM SPLITTER ASSEMBLY HAVING REDUCED STRESS, 3M 案巻No. 60543US002專利申請相關。本公開適用於光學成像器。具體地說，本公開是以成像核心為 基礎，所述成像核心包括穩定性得到提高以及壽命得到延長的偏振分 光器(PBS)。本公開的PBS包括粘合劑層，其中該粘合劑層含有可 提高PBS穩定性和/或延長PBS壽命的光穩定劑。本公開的PBS可以用於各種光學成像系統中。本文中所使用的 術語"光學成像系統"包括能產生供觀察者觀察的圖像的多種光學系 統。例如，本公開的光學成像系統可以用於前投影系統和後投影系統、 投影顯示器、頭戴式顯示器、虛擬觀察器、頭頂顯示器、光學計算系 統、光學關聯繫統以及其它光學觀察和顯示系統中。光學成像系統的一個實施方案示於

圖1中，其中系統io包括光 源12，例如具有朝前方引導非偏振光18 (由光線上帶圓圈的X和實線箭頭表示)的反光鏡16的弧光燈14。光源12還可以為固態光源， 如發光二極體或雷射光源。系統10包括PBS20，例如下面所述的單膜或多膜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(即根據其傳播方向為沿著與y軸或z軸平行的方向偏振的光)由 實線箭頭表示。實線表示入射光，而虛線表示已經以改變的偏振態從 反射成像器26返回的光。由光源12提供的光在照明PBS20之前可 以通過光學調節裝置22進行調節。光學調節裝置22將光源12發出 的光的特性改變為投影系統所需要的特性。在一個實施方案中，光學 調節裝置22可以改變光的發散度、光的偏振態、以及光譜中的任意 一個或多個特性。光學調節裝置22可以包括(例如) 一個或多個透 鏡、偏振轉換器、前置偏振器和/或濾光器以消除不期望的紫外光或 紅外光。在示例性實施方案中，光學調節裝置22包括濾光片或"截止"濾 光片。濾光片22允許特定波長範圍內的光通過併到達PBS，並且將 第二特定波長範圍內的光阻擋掉，使之不能到達PBS。在一些實施方 案中，濾光片22將紫外(UV)光阻擋掉，使之不能到達PBS。在一 個實施方案中，濾光片22僅允許400nm以上或425nm以上的光通過 併到達PBS，從而使得99%的通過併到達PBS的光的波長在400nm 以上或425nm以上。光的x偏振分量由PBS 20反射到反射成像器26。反射成像器 26的液晶模式可以為層列的、向列的或一些其它合適型式的反射成 像器類型。如果反射成像器26為層列型的，那麼反射成像器26可以 為鐵電液晶顯示器(FLCD)。成像器26反射並調製y偏振態圖像光 束。反射的y偏振光透射穿過PBS 20，並且由投影透鏡系統28投射。
通常要考慮透鏡系統28與成像器之間的所有部件，針對每個具體的光學系統對該投影透鏡系統的設計迸行優化。控制器52與反射成像 器26連接，以便控制反射成像器26的操作。通常，控制器52激活 成像器26的不同像素以在反射的光中產生圖像。圖2示出了根據本公開的偏振分光器110的一個實施方案，該 偏振分光器110使用設置在聚酯偏振膜上的含有光穩定劑的粘合劑 層。在該實施方案中，偏振分光器110包括聚酯偏振膜150，諸如例 如，多層反射偏振膜。膜150可以為本領域公知的任何合適的多層反 射偏振膜。在一些實施方案中，膜150為含有聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)和PET共聚物(coPET)的多層反射偏振膜。在一些實施方 案中，膜150為具有匹配的z折射率的偏振膜。所示的多層膜150 具有第一表面114和與之相背的第二表面122。粘合劑層112、120設 置在多層反射偏振膜150的第一表面114和/或第二表面122上。第 一剛性覆蓋物130設置在粘合劑層112上。第二剛性覆蓋物140與多 層反射偏振膜150相鄰。可以將第二粘合劑層120設置在第二剛性覆 蓋物140和多層反射偏振膜150之間。在一些實施方案中，偏振分光 器110包括兩個聚酯偏振膜。在一些實施方案中，偏振分光器110 包括三個或更多個聚酯偏振膜。在一些實施方案中，粘合劑層設置在 兩個或更多個聚酯偏振膜之間。儘管將PBS 110描述為包括兩個稜鏡130和140，但是PBS 110 可以包括設置在多層反射偏振膜150的一側或兩側中的任意側的任 何合適的覆蓋物。稜鏡130和140可以由具有適合於實現PBS的期 望用途的折射率的任何透光材料構成。稜鏡的折射率應該小於產生全 內反射條件的折射率，所述全內反射條件也就是在正常使用條件下 (例如，入射光與稜鏡的一個面垂直)傳播角接近或超過90。的條件。 可以使用斯涅耳定律(Snell'slaw)計算這種條件。儘管也可以使用 其它材料，但是優選的是，稜鏡由各向同性材料構成。"透光"材料是 指允許至少一部分來自光源的入射光透射穿過的材料。在一些應用 中，可以預濾入射光以消除不需要的波長。適合用作稜鏡的材料包括 但是不限於陶瓷、玻璃以及聚合物。如美國專利申請公開2004-0227994所述， 一類有用的玻璃類包括可購自Schott公司的商 品名為SK5的無鉛玻璃。PBS組件110可以具有高光強剛性覆蓋物130和低光強剛性覆 蓋物140。高光強剛性覆蓋物130是最靠近光源(參見圖1和圖3) 的剛性覆蓋物。高光強剛性覆蓋物130經受的光比低光強剛性覆蓋物 140經受的光強度更高。在許多實施方案中，理想的是，在高光強剛 性覆蓋物130與聚酯多層反射偏振膜150之間設置含有光穩定劑的粘 合劑層112。粘合劑層112的光學和物理特性允許聚酯膜150在高強 度光下保持穩定。粘合劑層112、 120可包含壓敏粘合劑或非壓敏粘合劑(例如， 熱固化粘合劑或溼固化粘合劑)。在一些實施方案中，粘合劑為壓敏 粘合劑。在一些實施方案中，粘合劑層為透明粘合劑。在一些實施方 案中，粘合劑層含有低含量的殘餘物(例如，低逸氣性的粘合劑(low outgassing adhesive))。作為粘合劑可用的一類材料包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的聚 合物和共聚物。這些聚合物通過(例如)將一種或多種單體形式的非 叔烷基醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合而形成，其中所述垸基基團 的碳原子數為l至約20 (如3至18個碳原子)。合適的丙烯酸酯單 體包括(例如)丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸月 桂酯、丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸環己酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸 十八垸基酯、丙烯酸壬酯、丙烯酸癸酯和丙烯酸十二酯。也可使用相 應的甲基丙烯酸酯。同樣可使用的還有芳香族丙烯酸酯和甲基丙烯酸 酯，如丙烯酸節酯。可任選的是，可將一種或多種單烯鍵式不飽和共 聚單體與丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體聚合。基於所需的聚合物性質 對共聚單體的具體種類和含量加以選擇。可使用的一組共聚單體包括其均聚物的玻璃化轉變溫度大於(甲 基)丙烯酸酯(即，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯)均聚物的玻璃化轉變溫 度的那些。合適的共聚單體的例子有丙烯酸、丙烯醯胺、甲基丙烯 醯胺、取代丙烯醯胺(如N,N-二甲基丙烯醯胺)、衣康酸、甲基丙烯 酸、丙烯腈、甲基丙烯腈、乙酸乙烯酯、N-乙烯基吡咯垸酮、丙烯酸 異冰片酯、丙烯酸氰基乙酯、N-乙烯基己內醯胺、馬來酐、(甲基)丙烯酸羥烷基酯、(甲基)丙烯酸(N，N-)二甲氨基乙酯、N,N-二乙基丙烯醯胺、 丙烯酸P-羧乙酯、新癸酸乙烯酯、新壬酸乙烯酯、新戊酸乙烯酯、2-乙基己酸乙烯酯或丙酸乙烯酯(例如，可得自位於美國康乃狄克州 Danbury市Union Carbide公司、商品名為VYNATES的那些)、偏二 氯乙烯、苯乙烯、乙烯基甲苯和烷基乙烯基醚。第二組可與丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯單體聚合的單烯鍵式不飽和 共聚單體包括其均聚物的玻璃化轉變溫度(Tg)小於丙烯酸酯均聚物 的玻璃化轉變溫度的那些。該類物質中的合適的共聚單體的例子包括 丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯(Tg^-71攝氏度)和甲氧基聚乙二醇400丙 烯酸酯(Tg;65攝氏度；可得自Shin Nakamura Chemical公司，商品 名為NK Ester AM-90G)。作為粘合劑可用的第二類聚合物包括半結晶聚合物樹脂，如聚烯 烴和聚烯烴共聚物(例如，基於碳原子數為約2至約8的單體的聚合 物樹脂，例如低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚 物等)、聚酯和共聚多酯、聚醯胺和共聚多醯胺、氟化的均聚物和共 聚物、聚環氧烷烴(例如，聚環氧乙垸和聚環氧丙垸)、聚乙烯醇、 離子聚合物(例如，經鹼中和的乙烯/甲基丙烯酸共聚物)和乙酸纖維 素。該類聚合物的其它例子包括基本為非晶態的聚合物，如聚丙烯腈、 聚氯乙烯、熱塑性聚氨酯、聚碳酸酯、非晶態聚酯、非晶態聚醯胺、 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚苯醚合金、離子聚合物(例如， 經鹽中和的乙烯/甲基丙烯酸共聚物)、氟化彈性體和聚二甲基矽氧烷。作為粘合劑可用的第三類聚合物包括含有紫外輻射活化型基團的 彈性體。其例子包括聚丁二烯、聚異戊二烯、聚氯丁二烯、苯乙烯和 二烯烴的無規和嵌段共聚物(例如，SBR)以及三元乙丙橡膠。這類聚 合物通常與增粘性樹脂結合使用。作為粘合劑可用的第四類聚合物包括由不可光聚合的單體製備的 壓敏和熱熔塗敷的粘合劑。這樣的聚合物可以是粘性聚合物(即本身 具有粘性的聚合物)，或者是聚合物本身不具有粘性、但當其與諸如 增塑劑或增粘劑等成分混合後能形成粘性組合物的聚合物。這類聚合
物的具體例子包括聚a-烯烴(例如，聚辛烯、聚己烯和無規聚丙烯)、 嵌段共聚物基粘合劑、天然和合成橡膠、有機矽粘合劑、乙烯-乙酸乙 烯酯共聚物和含有環氧基團的結構粘合劑摻合物(例如，環氧丙烯酸 酯和環氧聚酯摻合物)。作為粘合劑可用的第五類聚合物包括常規環氧樹脂，該常規環氧 樹脂包括(例如)芳香族環氧樹脂和/或脂肪族環氧樹脂。 在一些實施方案中，可使用有機矽類的粘合劑。粘合劑層可通過輻射進行固化(例如，熱固化、紫外光固化或電子束固化)且所述粘合劑可為溶劑基粘合劑、水性粘合劑或100%固體的粘合劑。在一些實施方案中，粘合劑層的厚度至少為l微米(例如，至少為5微米)。在一些實施方案中，粘合劑層的厚度小於150微米(例 如，小於50微米；例如，小於25微米)。在一些實施方案中，粘合 劑層的厚度為1至150微米、或為1至50微米、或為1至25微米、 或為5至150微米、或為5至50微米、或為5至25微米。在很多情況下，用於多種光學成像系統中的PBS暴露於大量的入 射光能量或光通量下。這種大量的光通量的結果是會導致PBS有機 成分不可避免地降解，進而縮短PBS的有效壽命。本公開圍繞著PBS 展開，所述PBS包括粘合劑層，其中該粘合劑層含有可提高PBS穩定 性和/或延長PBS壽命的光穩定劑。已經發現，粘合劑層112和/或120中加入光穩定劑可改善與該 粘合劑層鄰近的聚酯偏振膜150的穩定性。在示例性實施方案中，光 穩定劑包括紫外(UV)光吸收劑和/或受阻胺。令人驚訝的是，UV 吸收劑的加入會改善與粘合劑層鄰近的聚酯偏振膜150的使用壽命， 驚訝的原因是，如下所述，並沒有可測量到的UV光入射到粘合劑層 112和/或120或聚酯偏振膜150上。在一些實施方案中，UV光並非 如上所述由光源14射出。在一些實施方案中，UV濾光片22(參見 圖1)置於PBS組件110和光源14之間。UV光吸收劑通常通過競爭性地吸收可引起結構發生光降解的 UV能量而發揮作用。但是，對於本文所述的PBS組件110而言，UV光並未射向PBS組件110。可購得各種各樣的紫外光吸收性化合物，這些紫外光吸收性化合物包括(例如)二苯甲酮(例如，商品名為CYASORB UV-531 (可得自位於美國新澤西州West Paterson市的 Cytec Industries公司)的材料、商品名為UVINUL 3008 (可得自位於 美國新澤西州Mount Olive市的BASF公司)的材料和商品名為 LOWILI丁E22(可得自位於美國印第安納州West Lafayette市的Great Lake Chemical公司)的材料)及三嗪(例如，商品名為CYASORB UV-1164(可得自Cytec Industries公司)的材料和商品名為TINUVIN 405和TINUVIN 1577(可得自Ciba Specialty Chemicals North America 公司)的材料)。在一些實施方案中，存在於粘合劑層112、 120中的紫外光吸收 性化合物的含量為粘合劑層112、 120的約0.25重量％ (例如，0.5 重量％;例如，1重量％)至約5重量％ (例如，4重量％;例如，3 重量％)。在一些實施方案中，存在約0.5重量％的紫外光吸收性化 合物。在一些實施方案中，存在約1重量％的紫外光吸收性化合物。 在一些實施方案中，存在約2重量％的紫外光吸收性化合物。可供選擇的另一種方式是，或者除紫外光吸收性化合物(UVA) 以外，粘合劑層112、 120可包含受阻胺光穩定(HALS)組合物。 通常來講，最合適的HALS組合物為衍生自四甲基哌啶的那些，以 及可被認為是聚合叔胺的那些。廣義來講，這些HALS組合物包括 含有聚烷基哌啶成分的單體化合物、低聚的和聚合的化合物，包括聚 酯、聚醚、聚醯胺、聚胺、聚氨酯、聚脲、聚氨基三嗪、及其共聚物。 在一些實施方案中，HALS組合物為含有由取代的羥基哌啶製得的化 合物的那些，包括羥基哌啶與合適的酸或與三嗪的縮聚產物。合適的 HALS組合物可購自(例如)Ciba Specialty Chemicals North America 公司，商品名為TINUVIN，如TINUVIN 770和TINUVIN 123。另一 合適的HALS組合物可購自(例如)Great Lake Chemical公司，商品 名為LOWILITE92。在一些實施方案中，存在於粘合劑層112、 120中的HALS化合 物的含量為粘合劑層112、 120的約0.25重量％ (例如，0.5重量％;例如，1重量％)至約5重量％(例如，4重量％;例如，3重量％)。在一些實施方案中，存在約0.5重量％的HALS化合物。在一些實施 方案中，存在約1重量％的HALS化合物。在一些實施方案中，存在 約2重量％的HALS化合物。在一個實施方案中，存在約0.5重量％ 的HALS化合物，且存在約0.5重量y。的UV吸收性化合物。在另一 實施方案中，存在約1重量％的HALS化合物，且存在約1重量％的 UV吸收性化合物。合適的聚酯多層反射偏振膜包括(例如)在美國專利No. 5，882，774中所描述的那些。合適的聚酯多層反射偏振膜的一個實施 方案包括兩種材料的交替層，其中至少一種材料為雙折射性的並且為 取向的。在許多實施方案中，多層膜由各向同性和雙折射材料的交替 層構成。如果將膜的平面看作x-y平面，並且在z方向測量膜的厚度， 那麼z折射率就是具有平行於z方向的電矢量的光在雙折射材料中的 折射率。同樣，x折射率是具有平行於x方向的電矢量的光在雙折射 材料中的折射率，y折射率是具有平行於y方向的電矢量的光在雙摺 射材料中的折射率。對於多層反射偏振膜，雙折射材料的y折射率與 各向同性材料的折射率可以基本上相同，而雙折射材料的x折射率可 以不同於各向同性材料的折射率。如果層的厚度選擇得合適，那麼該 膜就會反射在x方向偏振的可見光，而透射在y方向偏振的光。對於 沿其通過軸線針對所有入射角都具有高透射性的偏振器而言，交替層 的y和z (與膜垂直)折射率都可以匹配。實現y和z折射率都匹配的方式是可以使用與只有y折射率匹配時使用的膜層材料組合不同 的膜層材料組合。過去製備的3M多層膜(如"DBEF" ( 3M商標) 膜)具有匹配的y折射率。可以使用的聚酯多層反射偏振膜的一個例子是具有匹配的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折射率的聚酯偏振膜在美國專利5,882,774 和5，962，114以及下列美國專利申請公開中進行了描述 2002-0190406; 2002-0180107; 2004-0099992以及2004-0099993。具 有匹配的z折射率的聚酯偏振膜也在美國專利6,609,795中進行了描 述。Z折射率失配與名義上的S偏振光的透射無關。根據定義，名義 上的S偏振光不受膜的Z折射率的影響。然而，如共同轉讓的美國專利No.6,486，997中所述，當PBS被構造為反射x偏振(接近s偏振) 光並且透射y偏振(接近p偏振)光時，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的性能優良。儘管可以使用多於兩個 層來形成光學單元，但是聚酯多層光學膜的光功率或綜合反射率來自 於光學單元或層對(layerpair)內部的折射率失配。使用包括兩種或多種聚合物的交替層的聚酯多層反射膜來反射光的做法為人公知，並 且在(例如)美國專利No.3,711,176、美國專利No.5,103,337、以及 專利文獻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。具體多層膜的反射光譜和透射光譜主要取 決於各個層的光學厚度，所述光學厚度定義為層的真實厚度與其折射 率的乘積。因此，根據下面公式選擇各層的適當光學厚度可以將膜設計為反射紅外、可見或紫外波長^M的光AM=(2/M)*Z)r式中，M是表示反射光具體階次的整數，R是光學重複單元的光學 厚度，所述光學重複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。因此，R是構成光學重複單元的各個聚合物層的光 學厚度的總和。因此，A厚度值是人的二分之一，其中X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。通過改變光學重複單元沿著多層膜厚度方向的光學厚 度，多層膜可以被設計為反射寬波帶的光。該波帶通常被稱為反射帶 或阻帶。產生該波帶的各層的集合通常稱為多層堆疊。因此，多層膜 內光學重複單元的光學厚度分布表現在膜的反射光譜和透射光譜中。 當折射率匹配在通過方向上非常高時，通過狀態透射光譜可能接近平 坦，並且在期望的光譜範圍內超過95%。可用於本公開中的聚酯多層反射偏振膜可以包括具有一個或多 個波帶組(band packet)的厚度分布。波帶組是具有一 定層厚範圍的 多層堆疊，使得該多層堆疊反射寬帶波長。例如，藍波帶組可以具有
使其反射藍光(即，大約400nm至500nm)的光學厚度分布。本公 開的聚酯多層反射偏振膜可以包括一個或多個波帶組，其中每個波帶 組反射不同的波帶，例如具有紅波帶組、綠波帶組和藍波帶組的多層 反射偏振器。可以用於本公開中的聚酯多層反射偏振膜還可以包括 UV波帶組和/或IR波帶組。 一般來說，藍波帶組包括使得波帶組趨 向於反射藍光的光學重複單元厚度，因此藍波帶組的光學重複單元厚 度將小於綠波帶組或紅波帶組的光學重複單元厚度。波帶組可以由一 個或多個內邊界層在聚酯多層反射偏振膜內部隔開。本公開的一個實施方案可以包括如下PBS，其具有用於形成立 方體的基本上為直角三角形的稜鏡。在這種情況下，如本文所述，聚 酯偏振膜夾在兩個稜鏡的斜邊之間。立方體形PBS在很多投影系統 中可能為優選的，因為它提供緊湊的設計，例如，光源和其它部件(如 濾光器)可以被設置為使得製成的可攜式投影機又小又輕。儘管立方體是一種實施方式，但是也可以使用其它的PBS形狀。例如，可以將幾個稜鏡組合組裝成矩形PBS。對於一些系統，立方體 形PBS可以被修改為使得一個或多個面不是正方形。如果使用非正 方形的面，則可以由緊鄰的組件(如彩色稜鏡或投影透鏡)提供匹配 的平行面。稜鏡尺寸以及所產生的PBS的尺寸取決於所期望的應用。在本 文中參考圖3所述的示例性三片式矽基液晶(LCoS)光引擎中，PBS 的長度和寬度可以為17mm，當使用小弧光高壓水銀燈(如位於德國 Aachen市的Philips公司在商業上銷售的UHP型燈)時，高度可為 24mm，為了與長寬比為16:9的0.7英寸對角成像器(如可以從位於 美國新澤西州Wayne市的JVC公司、位於美國加裡福利亞州Fremont 市的Hitachi公司或位於美國亞利桑那州Tempe市的Three-Five Systems公司獲得的成像器) 一起使用，將上述燈的光束調節為f/2.3 的光錐並且提供給PBS立方體。光束的光圈數(f#)和成像器的尺 寸是決定PBS尺寸的部分因素。可以通過如下方法製成聚酯反射偏振PBS組件。可以將粘合劑 層設置(例如，塗敷或層壓)在聚酯反射偏振膜與剛性覆蓋物之間。 粘合劑層可以設置(例如，塗敷或層壓)在聚酯反射偏振膜或剛性覆 蓋物上。粘合劑層可以足夠柔軟，以使粘合劑在被施加於聚酯反射偏 振膜和/或剛性覆蓋物上的時候可以彎曲。在一些實施方案中，將粘 合劑層層壓或塗敷在聚酯反射偏振膜和/或剛性覆蓋物上可以避免在 粘合劑層與聚酯反射偏振膜和/或剛性覆蓋物之間形成明顯的氣泡。 可將第二剛性覆蓋物與聚酯反射偏振膜鄰近設置，使得聚酯反射偏振 膜設置在兩個剛性覆蓋物之間。第二粘合劑層可以設置在聚酯反射偏 振膜和第二剛性覆蓋物之間。在許多實施方案中，按照需要，PBS 組件中可以包含兩個或更多個聚酯反射偏振膜。單個成像器可以用來形成單色圖像或者彩色圖像。多個成像器 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 多條光束。分別將圖像施加到每一條光束上，然後將這些光束重新組 合以形成全色圖像。多成像器投影系統200的實施方案示意性示於圖3中。光202 從光源204發出。如上所述，光源204可以為弧光燈或白熾燈，或者 為用於產生適合於投影圖像的光的任何其它合適的光源。光源204 可以被反射器206 (例如，橢圓形反射器(如圖所示)、拋物面反射 器等)包圍，以便增大朝向投影引擎引導的光量。通常在將光202分成不同色帶之前對其進行處理。可如上所述 使用光學調節裝置對光202進行處理。在一些實施方案中，光如上所 述通過UV濾光片208。在一些實施方案中，也可以使光202通過可 選的前置偏振器，使得只有期望的偏振態的光被朝向投影引擎引導。 前置偏振器可以為反射偏振器，使得處於不期望的偏振態的反射光被 重新引導到光源204以用於再循環。還可以使光202均勻化，使得投 影引擎中的成像器被均勻照明。使光202均勻化的一種方法是使光 202通過反射隧道210，但是可以理解，也可以使用其它方法使光均 勻化。在所示實施方案中，均勻化的光212通過第一透鏡214，以便減 小分散角。然後光212入射在第一分色器216上，該分色器可以為(例 如)介電薄膜濾光器。第一分色器216將第一色帶的光218與剩餘的 光220分離。第一色帶的光218可以通過第二透鏡222，以及可選的第三透鏡 223，以便控制入射在第一PBS 224上的第一色帶的光束218的尺寸。 光218從第一 PBS 224到達第一成像器226。成像器將處於偏振態的 圖像光228反射，使之透射穿過PBS 224而投射到x立方體顏色組合 器230。成像器226可以包括一個或多個補償元件(如延遲元件)，以提供另外的偏振旋轉並因此增大圖像光中的對比度。剩餘的光220可以通過第三透鏡232。剩餘的光220然後入射在第二分色器234 (例如薄膜濾光器等)上，以便產生第二色帶的光束236和第三色帶的光束238。經由第二PBS 242將第二色帶的光236引導到第二成像器240。第二成像器240將第二色帶的圖像光244引導到x立方體顏色組合器230。經由第三PBS 248將第三色帶的光238引導到第三成像器246。第三成像器246將第三色帶的圖像光250引導到x立方體顏色組合器230。在x立方體顏色組合器230中將第一色帶的圖像光228、第二色 帶的圖像光244、第三色帶的圖像光250組合，並且作為全色圖像光 束引導到光學投影裝置252。可以在PBS 224、 242和248與x立方 體顏色組合器230之間設置偏振旋轉光學裝置254 (例如半波延遲板 等)，以便控制在x立方體顏色組合器230中組合的光的偏振。在所 示實施方案中，偏振旋轉光學裝置254設置在x立方體顏色組合器 230與第一PBS 224和第三PBS 248之間。PBS 224、 242禾B 248中 的任何一個、兩個或全部三個可以包括一個或多個如本文所述的多層 反射偏振膜。應該知道，可以使用所示實施方案的各種變化形式。例如，所 述PBS也可以將光透射到成像器然後再反射圖像光，而不是將光反 射到成像器然後再透射圖像光。上述投影系統僅僅是例子；可以設計 出使用本公開的多膜PBS的多種系統。實施例
下面例子中的聚酯多層反射偏振膜在結構和處理方法上相似。根據美國專利No.6,609，795中所述的通用方法並且根據美國專利申 請公開2004-0227994中所述的通用方法擠出和拉伸膜。試驗裝置構建PBS組件，然後使用將光基本聚焦於MOF膜(MOF膜位 於PBS內部)上的光輻照裝置來進行試驗。光通量以"常規"背投 電視光引擎(控制器)所發出的光通量(單位為瓦特/cm2)的倍數來 描述。在加速試驗中，光為由常規背投電視光引擎所發出的光通量的 13倍，因此該試驗被稱為"13x"試驗。將PBS立方體的外部溫度人 為地控制在約41攝氏度。在該試驗的整個實驗過程中有條不紊 (regularly)地完成各項常規測試，如UV/Vis測量、顏色監測、對 比度測量以及肉眼觀測。以不可接受的顏色或對比度功能的改變來確 定試驗失敗。實驗樣品涵蓋一組分別包含四類結構不同的穩定劑的光穩定 劑。將光穩定劑混入用於PBS結構中的環氧樹脂類粘合劑。使用MOF 膜來構建PBS，設計該MOF膜使其可反射特定偏振的"藍光"。使 用434nm的短波長的截止濾光片來過濾照射光，以發出藍光區的光。 穩定劑選自三唑類、三嗪類、二苯甲酮類及受阻胺(HALS)類化合 物。總共有十個試樣，這些試樣在添加到粘合劑中的穩定劑組配方面 各不相同。總的添加劑用量為粘合劑的1重量％。粘合劑為混合物， 其組分重量比為2.57個單位的Applitec 5051 part B (由位於美國馬 薩諸塞州Haverhill市的Appli-tec公司出品)比7.44個單位的Eponex 1510 (由位於美國德克薩斯州Houston市的Resolution Performance Products公司出品)。結果示於下面列表中的數據描述了在失敗前所達到的照射小時數， 以及試樣壽命與未被穩定化的樣品平均壽命的估測比值。代表二苯甲酮類穩定劑的樣品在標稱13x測試儀上進行測試達1360小時。與未被穩定化的樣品的平均壽命相比，這相當於壽命延長了約50%。 一些三嗪類的樣品也顯示出了良好的前景，其中兩個樣品均優於對照物。這些三嗪類樣品中的一個與對照物相比顯示出壽命延長了 60%。其中一個樣品為0.5%的三嗪(Tinuvin 405)與0.5% 的HALS123 (Tinuvin 123)的混合物，該樣品與對照物相比壽命延 長了 80%。 HALS lowilite 92雖然不是UV吸收劑，但有意思的是， 其也顯示出使樣品的壽命延長了 40%。三唑類在本試驗中表現並不 突出。這些結果與穩定劑的吸收圖譜似乎沒有很好的關聯起來。該實 驗顯示，在這一具體結構中，特定種類的穩定劑比其它穩定劑更出色。穩定劑種類 13x照射條件下的壽命與未被穩定化的樣品的平均壽(小時) 命相比壽命延長的估測比值未被穩定化的樣品(測試800-950 1〉20個樣品)1% HALS Lowilite 92 1250 1.41% HALS Tinuvin 770 980 1.11% HALS Tinuvin 123 1040 1.21%三唑Lowilite 27 680 0.751%三唑CGL 139 620 0.701% 二苯甲酮Lowilite 22 1360 1.51%三嗪Tinuvin 405 1450 1.61%三嗪Tinuvin 1577 1090 1.20.5% Tinuvin 405/1600 1.80.5% HALS123的混合物 0.5% Tinuvin 1577/1070 1.20.5% HALS 123的混合物
本文所引用的所有參考文獻和公開出版物的全部內容以引用的 方式併入本公開。上面己經討論了本公開的示例性實施方案並且提及了在本公開範圍內的可能的變化形式。本領域的技術人員將很清楚， 本公開的上述以及其它變化和修改並沒有脫離本公開的範圍，並且應 該理解，本公開並不限於本文中所提出的示例性實施方案。因此，本 公開只受到所附的權利要求書的限制。
權利要求
1.一種偏振分光器，該偏振分光器包括聚酯偏振膜；粘合劑層，其設置在所述聚酯偏振膜上，且該粘合劑層包含粘合劑以及選自受阻胺、二苯甲酮和三嗪的光穩定劑；第一剛性覆蓋物，其設置在所述粘合劑層上；以及第二剛性覆蓋物，其與所述聚酯偏振膜鄰近設置。
2. 根據權利要求1的偏振分光器，其中所述第一剛性覆蓋物為 稜鏡，並且所述第二覆蓋物也為稜鏡。
3. 根據權利要求1的偏振分光器，其中所述第一覆蓋物為玻璃 稜鏡，並且所述第二覆蓋物也為玻璃稜鏡。
4. 根據權利要求1的偏振分光器，其中所述聚酯偏振膜為多層 聚酯偏振膜。
5. 根據權利要求1的偏振分光器，其中所述聚酯偏振膜為多層 反射偏振膜。
6. 根據權利要求1的偏振分光器，其中所述聚酯偏振膜為具有 匹配的z折射率的多層反射偏振膜。
7. 根據權利要求1的偏振分光器，其中所述粘合劑層包含受阻 胺和三嗪。
8. 根據權利要求1的偏振分光器，其中所述粘合劑層含有 2-[4-[(2-羥基-3-(2'-乙基)己基)氧基]-2-羥苯基]-4,6-雙(2,4-二甲基苯 基)-l,3，5-三嗪。
9.根據權利要求1的偏振分光器，其中所述粘合劑層含有2-[4-[(2-羥基-3-(2'-乙基)己基)氧基]-2-羥苯基]-4,6-雙(2，4-二甲基苯 基)-l，3，5-三嗪以及癸二酸雙(2，2,6，6-四甲基-l-(辛氧基)-4-哌啶醇)酯。
10. —種投影系統，該投影系統包括 產生光的光源；成像核心，其用於將圖像施加到從所述光源產生的光上以便形 成圖像光，其中，所述成像核心包括至少一個偏振分光器和至少一個 成像器，其中所述偏振分光器包括 聚酯偏振膜；粘合劑層，其設置在所述聚酯偏振膜上並且位於所述光源 與所述聚酯偏振膜之間，該粘合劑層包含粘合劑和紫外光 吸收劑；第一剛性覆蓋物，其設置在所述粘合劑層上；和 第二剛性覆蓋物，其與所述聚酯偏振膜鄰近設置； 紫外光濾光片，其設置在所述光源和所述成像核心之間；以及 投影透鏡系統，其用於投射來自所述成像核心的圖像光。
11. 根據權利要求10的投影系統，其中所述聚酯偏振膜包含多 層反射偏振膜。
12. 根據權利要求10的投影系統，其中所述聚酯偏振膜包含具 有匹配的z折射率的多層反射偏振膜。
13. 根據權利要求10的投影系統，其中所述紫外光吸收劑包括 二苯甲酮或三嗪。
14. 根據權利要求10的投影系統，其中所述粘合劑層還包含受阻胺。
15. 根據權利要求10的投影系統，其中所述粘合劑層包含受阻 胺和三嗪。
16. —種穩定聚酯膜的方法，該方法包括將粘合劑層設置在聚酯膜上，所述粘合劑層包含粘合劑和紫外 光吸收劑；使光通過所述粘合劑層並隨後通過所述聚酯膜，其中至少99% 的所述光的波長在400納米以上。
17. 根據權利要求16的方法，其中所述使光通過的步驟包括使 光通過所述粘合劑層並隨後通過所述聚酯膜，其中至少99%的所述 光的波長在425納米以上。
18. 根據權利要求16的方法，該方法還包括在所述使光通過所 述粘合劑層的步驟之前使光通過紫外光濾光片的步驟。
19. 根據權利要求16的方法，其中所述設置步驟包括將粘合劑 層設置在聚酯膜上，其中所述粘合劑層包含粘合劑以及選自二苯甲酮 和三嗪的紫外光吸收劑。
20. 根據權利要求16的方法，其中所述設置步驟包括將粘合劑 層設置在聚酯膜上，其中所述粘合劑層還包含受阻胺。
21. 根據權利要求16的方法，其中所述設置步驟包括將粘合劑 層設置在聚酯膜上，其中所述粘合劑層包含粘合劑、三嗪和受阻胺。
全文摘要
本發明涉及一種偏振分光器，該偏振分光器包括聚酯偏振膜、設置在所述聚酯偏振膜上的粘合劑層、設置在所述粘合劑層上的第一剛性覆蓋物以及與所述聚酯偏振膜鄰近設置的第二剛性覆蓋物。所述粘合劑層包含粘合劑以及受阻胺、二苯甲酮或三嗪。
文檔編號G02B5/30GK101156094SQ200680011085
公開日2008年4月2日 申請日期2006年3月20日 優先權日2005年3月31日
發明者羅伯特·S·克拉夫, 莫琳·C·尼爾森, 詹姆斯·P·迪齊奧 申請人:3M創新有限公司