抑制基于聚合物的光学元件中伪影形成的粘合剂制造技术

本发明专利技术涉及抑制光学伪影在包括偏振分束器的光学成像组件中的 多层膜偏振片中的形成。所述分束器可以包括：具有至少两种材料的 多层反射偏振膜，其中一种所述材料在单轴取向后显示具有双折射性； 设置在所述多层反射偏振膜上的粘合剂；以及设置在所述粘合剂上的 至少一个第一棱镜。所述粘合剂可以包括抑制在所述偏振膜上形成光 学伪影的增塑剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】抑制基于聚合物的光学元件中伪影形成的粘合剂
技术介绍
偏振分束器(PBS)组件存在于多种光学成像组件中，例如前部 和背部投影系统、投影显示器、头盔显示器、虚拟观察器、平视显示 器、光学计算、光学相关以及其它类似的光学观看和显示系统。PBS 组件可以包括至少一个多层反射光学偏振膜(MOF)。 一般来讲，MOF 为基于多层聚合物的膜，它起到偏振片的作用并包含至少两种不同的 材料，其中至少一种材料在单轴取向后显示具有双折射。MOF膜置于 两个棱镜之间并在传输正交偏振状态的光的同时起反射特定光偏振的 作用。将粘合剂设置在MOF和至少一个棱镜的表面之间以提供PBS 组件的结构完整性以及提供光学耦合。PBS组件使用的一个实例是在硅基液晶(即LCOS)背投电视系 统中。LCOS背投电视系统产生相当高的光能和热。将如此水平的光能 和热喷射到PBS组件上，特别是随着时间的延长，会对PBS组件的平 均寿命产生显著不利的影响。更具体地讲，相当高的光能和热随着时 间的延长会降低MOF的透射率。
技术实现思路
需要继续进行改进，以此，光学成像组件，特别是那些利用偏振 元件的组件的稳定性和/或使用寿命，可以以不另外损害它们的光学有 益效果的方式延长。本说明包括偏振分束器，其包括基于聚合物的偏振膜。粘合剂层 设置在偏振膜上，而第一光学元件设置在粘合剂层上。该粘合剂层包 括至少一种抑制结晶的增塑剂组分，所述组分量能够有效抑制由下列 物质形成(i)结晶域；(ii)颗粒；或(iii)它们的组合，这些物质在偏振膜上造成了光学伪影。在另一方面，本说明提供了包括基于聚合物的光学元件和设置在 该光学元件上的粘合剂的光学装置。该粘合剂包括抑制结晶的增塑剂组分，所述组分量能够有效抑制由下列物质形成(i)结晶域；(ii) 颗粒；或(iii)它们的组合，这些物质在偏振膜上造成了光学伪影。本说明的另一方面提供了包括具有多个第一材料层和多个第二材 料层的双折射膜的偏振分束器。第一材料层包括选自由聚对苯二甲酸 乙二醇酯以及聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯共聚物组 成的组中的聚合物。第二材料层包括共聚酯。偏振分束器还包括至少 一个包含邻近双折射膜第一主表面的基座的棱镜和设置在第一主表面 和双折射膜之间的粘合剂。粘合剂包括至少一种抑制结晶的增塑剂， 该抑制结晶的增塑剂的量能够有效抑制偏振膜中结晶和/或颗粒的形 成。本说明的另一方面提供了一种稳定基于聚合物的光学元件的方 法，该方法包括在基于聚合物的光学元件上布置粘合剂。粘合剂包括 抑制结晶的增塑剂组分，所述组分量能够有效抑制由下列物质(i) 结晶域；(ii)颗粒；或(iii)它们的组合，这些物质在邻近的基于聚 合物的光学元件上造成了光学伪影。该方法还包括将射线穿过粘合剂 和光学元件，其中受到抑制的结晶域和/或颗粒在光学元件中形成。附图说明结合以下多个实施例对附图的详细说明，可以更全面地理解本说 明，其中图1示意性地示出了具有多层反射偏振膜的PBS的实施例； 图2示意性地示出了多层反射偏振膜和粘合剂的放大横截面； 图3示意性地示出了多层反射偏振膜一部分的放大透视图； 图4示意性地示出了投影系统；图5示意性地示出了另一投影系统；以及，图6示出了具有粘合剂的PBS与不具有该粘合剂的PBS相比较的 曲线图。具体实施例方式本说明的一方面涉及结合基于聚合物的偏振膜使用的粘合剂，用 于当使用(例如)包括在投影系统中使用的笛卡尔偏振分束器(PBS)的光学成像系统时，避免在该膜引起的光学伪影。本专利技术特别可用的 实施例涉及在趋于降低标准PBS的稳定性和/或使用寿命的相当高的光 能和热条件下经受连续暴露的PBS组件的使用。例如，在延长的使用 期后， 一些MOF膜会变黄并在MOF膜上雾形成开始后的相当短的一 段时间内焦化变黑。当在极为昂贵的投影系统(例如背投电视系统) 中使用时，这种快速且显著的失效令人特别担忧。已经确定在PBS组件的偏振膜中形成的雾可能会受到湿度的影响 并且在更干燥的环境中的平均寿命通常比更潮湿环境中的低。因此， 在这种相当高的光照射和相关的热的情况下，特别是在干燥状况下， 该PBS组件的平均寿命显著地縮短了 。虽然以下示出的实施例在本文中的该投影系统有所描述，但本发 明的原理和范围并不因此而受到限制。相反，本专利技术更广义地涉及特 别适于结合基于聚合物的光学元件使用的粘合剂，以此可将光学伪影 (例如雾)最小化或消除。因此，本文所述的光学成像系统是多种不 同种类系统的示例，其中本专利技术都是有用的。图l示出了偏振分束器(PBS)组件10的一个实施例。PBS组件 是一种光学元件，它将入射光光线分成第一 (透射)偏振分量和第二 (反射)偏振分量。PBS组件10包括膜、基于聚合物的多层反射偏振 膜12、至少一层粘附于多层反射偏振膜12和光学基底(例如棱镜16) 的相对表面之间的粘合剂层14;至少一层粘附于多层反射偏振膜12和光学基底(例如棱镜20)的相对表面之间的粘合剂层18。 PBS组件10 与在共同转让的美国专利No. 6,486,997以及与共同未决的和共同转让 的美国专利No. 2005/0168697A1中所描述的一个组件类似。尽管PBS组件10示出了夹在棱镜16和棱镜20之间的多层反射 偏振膜12，但应当理解多层反射偏振膜12可以仅粘附到一个光学棱镜 的一个表面上。多层反射偏振膜12可以起到偏振片的作用，并可以包 括至少两种不同的材料，其中至少一种材料在单轴取向后显示具有双 折射。尽管描述成包含两个棱镜16和棱镜20， PBS组件10可以包括任 何合适的光学元件，例如设置在多层反射偏振膜12—侧或任一侧上的 光学基底等。棱镜16和棱镜20可以用任何具有合适反射率的透光性 材料构造以达到PBS组件所需的目的。所述棱镜应具有小于能够对具 有预期光圈数的光束产生完全内反射条件的折射率的折射率。尽管也 可以使用其它材料，但棱镜16和棱镜20通常用各向同性的材料制成。 用作棱镜的典型材料包括(但不限于)陶瓷、玻璃和聚合物。出于环 境的目的，更特别的一类玻璃包括不包含氧化铅但包含其它金属氧化 物(例如氧化硼)的玻璃。更典型的例子为商购自美国宾夕法尼亚州 杜里亚市肖特公司(Schott, Corp.)的市售的不含有铅元素且折射率为 约1.584的玻璃N-SK-5。更具体地讲，PBS组件10可以具有棱镜16和棱镜20。棱镜16 是第一个接受来自光源的入射光的棱镜。该粘合剂带有抑制光学伪影 形成的添加剂，当PBS组件长时间暴露于高强度光时，该光学伪影会 降低基于聚合物的光学元件的透光率。将具有该类添加剂的粘合剂优 选地置于至少在最邻近光源的棱镜16和多层反射偏振膜12之间。偏振元件如图2和3中所示，多层反射偏振膜12为偏振片，如共同转让的美国专利No. 6,609,795中所描述的。它运行以区分标称s-和p-偏振光。 具体地讲，多层反射偏振膜12可以是双折射的并可以具有至少两种不 同折射率的材料，其中一种材料在单轴取向后表现具有双折射。在一 个实施例中，多层反射偏振膜12由设置在粘合剂层14和18之间堆叠 的相互交替的第一和第二透光层22a.n (总共22)和2U总共24)构成。 而多层反射偏振膜12通常可以包括数百个层，这个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振分束器，包括：基于聚合物的偏振膜；设置在所述偏振膜上的粘合剂层；以及设置在所述粘合剂层上的第一光学元件，其中所述粘合剂层包括抑制结晶的增塑剂组分，所述抑制结晶的增塑剂组分的量有效抑制在所述偏振膜中造成光学伪影的下列物质的形成：（ｉ）结晶域；（ｉｉ）颗粒；或（ｉｉｉ）它们的组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.29 US 60/827,6591.一种偏振分束器，包括基于聚合物的偏振膜；设置在所述偏振膜上的粘合剂层；以及设置在所述粘合剂层上的第一光学元件，其中所述粘合剂层包括抑制结晶的增塑剂组分，所述抑制结晶的增塑剂组分的量有效抑制在所述偏振膜中造成光学伪影的下列物质的形成(i)结晶域；(ii)颗粒；或(iii)它们的组合。2. 根据权利要求l所述的偏振分束器，还包括在所述粘合剂层中 的第二增塑剂组分。3. 根据权利要求2所述的偏振分束器，其中所述第一增塑剂组分 和所述第二增塑剂组分来自由下列物质组成的组二醇类，例如乙二 醇、聚丙二醇、二 (乙二醇)乙醚以及三甘醇；芳香族或脂肪族酯类， 例如己二酸二(2-乙基己基)酯以及苯甲酸二乙二醇酯；以及水。4. 根据权利要求l所述的偏振分束器，其中所述粘合剂来自由多 官能或单官能芳香族或脂肪族环氧树脂以及包含多官能或单官能芳香 族或脂肪族醇或胺的固化剂组成的组。5. 根据权利要求1所述的偏振分束器，其中在所述粘合剂中的所述第一增塑剂组分的量在所述粘合剂层的约1重量％至30重量°/。之间变化。6. 根据权利要求5所述的偏振分束器，其中在所述粘合剂中的所 述第一增塑剂组分的量在所述粘合剂层的约1重量％至5重量％之间 变化。7. 根据权利要求l所述的偏振分束器，其中，当暴露于波长大于 约420nm的光时，所述抑制结晶的增塑剂抑制下列物质的形成(i)结晶域；(ii)颗粒；或(m)它们的组合。8. 根据权利要求l所述的偏振分束器，其中所述偏振膜为多层聚 酯偏振膜。9. 一种光学装置，包括基于聚合物的光学元件；设置在所述光学元件上的粘合剂；其中所述粘合剂包括抑制结晶的增塑剂组分，所 述抑制结晶的增塑剂组分的量有效抑制在所述光学元件中造成光学伪 影的下列物质的形成(i)结晶域；(ii)颗粒；或(iii)它们的组合。10. —种透明粘合剂组合物，包括抑制结晶的增塑剂组分，所述 抑制结晶的增塑剂组分的量有效抑制在相邻的基于聚合物的光学元件 中造成光学伪影的下列物质的形成(i)结晶域；(ii)颗粒；或(iii) 它们的组合。11. 根据权利要求IO所述的透明粘合剂组合物，其中所述抑制结 晶的增塑剂组分来自由下列物质组成的组二醇类，例如乙二醇、聚 丙二醇、二 (乙二醇)乙醚以及三甘醇；芳香族或脂肪族酯类，例如 己二酸二(2-乙基己基)酯以及苯甲酸二乙二醇酯；和水。12. 根据权利要求IO所述的透明粘合剂组合物，其中所述粘合剂来自由多官能或单官能芳香族或脂肪族环氧树脂以及包含多官能或单 官能芳香族或脂肪族醇或胺的固化剂组成的组。13. 根据权利要求ll所述的透明粘合剂组合物，其中在所述粘合 剂中的所述增塑剂组分的量在所述粘合剂层的约1重量％至30重量％之间变化。14. 根据权利要求13所述的透明...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹姆斯·P·迪齐奥，莫琳·C·尼尔森，凯瑟琳·E·艾伦，贝弗利·J·布莱克，埃林·L·科尔曼，查尔斯·L·布鲁泽，
申请(专利权)人：三M创新有限公司，
类型：发明
国别省市：US