稳定的偏振分光器组件的制作方法

专利名称：稳定的偏振分光器组件的制作方法
稳定的偏振分光器组件技术领域总体上讲，本公开涉及偏振分光器以及这种器件在(例如)信 息显示系统中的应用；更具体地讲，涉及投影系统。
背景技术：
光学成像系统通常包括将图像施加到光束上的透射或反射液晶 显示器(LCD)成像器，也称为光阀或光阀阵列。透射光阀通常是半 透明的，允许光通过。反射光阀将输入光束反射以形成图像。很多LCD成像器对入射光的偏振方向进行旋转。也就是说，成 像器反射(或透射)偏振光时要么基本上不改变其偏振态而得到最暗 的状态，要么将偏振旋转某一角度以提供所期望的灰度等级。在这些 系统中，90。的旋转提供了最亮的状态。因此，偏振光束通常用作LCD 成像器的输入光束。所期望的紧凑的布置包括位于偏振分光器(PBS) 与成像器之间的折叠光路，其中照明光束和从成像器反射的投影图像 共享PBS与反射成像器之间的同一物理空间。PBS将入射光与偏振 旋转的图像光分离。投影系统中所使用的传统PBS，有时候称为 MacNeille偏振器，使用以布鲁斯特角(Brewster's angle)设置的无 机介电膜堆。s偏振光会被反射，而p偏振态的光透射穿过偏振器。发明概述总的来说，本公开涉及一种用于改进投影系统的性能的装置。 具体地说，本公开是以成像核心为基础，所述成像核心包括图像质量 和稳定性得到提高以及寿命得到延长的偏振分光器(PBS)。本公开的一个实施方案提供一种偏振分光器(PBS)，该偏振分 光器包括聚酯偏振膜、设置在所述聚酯偏振膜上的粘合剂层、设置在 所述粘合剂层上的第一刚性覆盖物和与所述聚酯偏振膜邻近设置的 第二刚性覆盖物。所述粘合剂层包含粘合剂以及受阻胺、二苯甲酮或 三嗪类稳定剂。在一些实施方案中，所述偏振膜为多层反射偏振膜。 在一些实施方案中，所述偏振膜为具有匹配的Z折射率的多层反射偏 振膜。在另一实施方案中公开了一种投影系统。所述投影系统包括产 生光的光源、用于将图像施加到从所述光源产生的光上以便形成图像 光的成像核心、设置在所述光源和所述成像核心的至少一部分之间的 紫外光滤光片以及用于投射来自所述成像核心的图像光的投影透镜 系统。所述成像核心包括至少一个偏振分光器和至少一个成像器。所 述偏振分光器包括聚酯偏振膜、设置在所述聚酯偏振膜上并且位于所 述光源与所述聚酯偏振膜之间的粘合剂层、设置在所述粘合剂层上的 第一刚性覆盖物以及与所述聚酯偏振膜邻近设置的第二刚性覆盖物。 所述粘合剂层包含粘合剂以及受阻胺、二苯甲酮或三嗪类稳定剂。在另一实施方案中公开了使聚酯膜稳定的方法。该方法包括将 粘合剂层设置在聚酯膜上，且使光通过粘合剂层、并使之随后通过聚酯膜，其中至少99%的所述光的波长在400纳米以上。该粘合剂层 包含粘合剂和紫外光吸收剂。附图简要说明结合附图考虑下面对于本公开各个实施方案的详细说明将可以更完整地理解本公开，其中图l示意性示出了基于单个反射成像器的投影单元的实施方案；图2示意性示出了具有多层反射偏振膜的PBS的实施方案；以及图3示意性示出了基于多个反射成像器的投影单元的另一个实施方案。 发明详述下面的描述应当参考附图来阅读，其中，不同附图中的类似元 件用类似的方式编号。附图无需按比例绘制，其示出了所选的示例性 实施方案，且无限制本公开范围之意。尽管举出了多种元件的结构、尺寸和材料的实例，但本领域的技术人员应该认识到很多所提供的实 例都具有可利用的合适的替代形式。除非另有说明，否则在本说明书和所附的权利要求书中用于表示特征尺寸、含量和物理性能的所有的数字，在所有情况下都应理解为以词语"约"来修饰。因此，除非做出相反说明，否则在上述说明书和所附的权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可以随着采用本公开教导的本领域术人员试图获得的理想性质的不同而加以改变。重量百分比、以重量计的百分比、重量％、 Mwt等都为同义词， 其是指以物质的重量除以组合物的重量并乘以ioo所表示的该物质 的浓度。由端值表述的数值范围包括包含在该范围内的所有数值(例如，1到5包括1、 1.5、 2、 2.75、 3、 3.80、 4和5)和该范围内的任意的 范围。在本说明书和所附的权利要求书中，某一名词前所用的"一种"、 "该"、"所述"和未指明数量的情况包括所指对象多于一个的情况，除 非所述内容明确表示为其它含义。例如，提及含有"光稳定剂"的组合 物时包括含有一种、两种或多种光稳定剂的情况。在本说明书和所附 的权利要求书中，所用的词语"或"通常包括"和/或"的意思，除非所述 内容明确表示为其它含义。本公开大体上与提交于2005年3月31日、标题为"POLARIZING BEAM SPLITTER ASSEMBLY HAVING REDUCED STRESS, 3M 案巻No. 60543US002专利申请相关。本公开适用于光学成像器。具体地说，本公开是以成像核心为 基础，所述成像核心包括稳定性得到提高以及寿命得到延长的偏振分 光器(PBS)。本公开的PBS包括粘合剂层，其中该粘合剂层含有可 提高PBS稳定性和/或延长PBS寿命的光稳定剂。本公开的PBS可以用于各种光学成像系统中。本文中所使用的 术语"光学成像系统"包括能产生供观察者观察的图像的多种光学系 统。例如，本公开的光学成像系统可以用于前投影系统和后投影系统、 投影显示器、头戴式显示器、虚拟观察器、头顶显示器、光学计算系 统、光学关联系统以及其它光学观察和显示系统中。光学成像系统的一个实施方案示于

图1中，其中系统io包括光 源12，例如具有朝前方引导非偏振光18 (由光线上带圆圈的X和实线箭头表示)的反光镜16的弧光灯14。光源12还可以为固态光源， 如发光二极管或激光光源。系统10包括PBS20，例如下面所述的单膜或多膜PBS。 x偏振 光，即沿着与x轴平行的方向偏振的光，由带圆圈的x表示。y偏振 光(即根据其传播方向为沿着与y轴或z轴平行的方向偏振的光)由 实线箭头表示。实线表示入射光，而虚线表示已经以改变的偏振态从 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 以通过光学调节装置22进行调节。光学调节装置22将光源12发出 的光的特性改变为投影系统所需要的特性。在一个实施方案中，光学 调节装置22可以改变光的发散度、光的偏振态、以及光谱中的任意 一个或多个特性。光学调节装置22可以包括(例如) 一个或多个透 镜、偏振转换器、前置偏振器和/或滤光器以消除不期望的紫外光或 红外光。在示例性实施方案中，光学调节装置22包括滤光片或"截止"滤 光片。滤光片22允许特定波长范围内的光通过并到达PBS，并且将 第二特定波长范围内的光阻挡掉，使之不能到达PBS。在一些实施方 案中，滤光片22将紫外(UV)光阻挡掉，使之不能到达PBS。在一 个实施方案中，滤光片22仅允许400nm以上或425nm以上的光通过 并到达PBS，从而使得99%的通过并到达PBS的光的波长在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的液晶模式可以为层列的、向列的或一些其它合适型式的反射成 像器类型。如果反射成像器26为层列型的，那么反射成像器26可以 为铁电液晶显示器(FLCD)。成像器26反射并调制y偏振态图像光 束。反射的y偏振光透射穿过PBS 20，并且由投影透镜系统28投射。
通常要考虑透镜系统28与成像器之间的所有部件，针对每个具体的光学系统对该投影透镜系统的设计迸行优化。控制器52与反射成像 器26连接，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产生图像。图2示出了根据本公开的偏振分光器110的一个实施方案，该 偏振分光器110使用设置在聚酯偏振膜上的含有光稳定剂的粘合剂 层。在该实施方案中，偏振分光器110包括聚酯偏振膜150，诸如例 如，多层反射偏振膜。膜150可以为本领域公知的任何合适的多层反 射偏振膜。在一些实施方案中，膜150为含有聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)和PET共聚物(coPET)的多层反射偏振膜。在一些实施方 案中，膜150为具有匹配的z折射率的偏振膜。所示的多层膜150 具有第一表面114和与之相背的第二表面122。粘合剂层112、120设 置在多层反射偏振膜150的第一表面114和/或第二表面122上。第 一刚性覆盖物130设置在粘合剂层112上。第二刚性覆盖物140与多 层反射偏振膜150相邻。可以将第二粘合剂层120设置在第二刚性覆 盖物140和多层反射偏振膜150之间。在一些实施方案中，偏振分光 器110包括两个聚酯偏振膜。在一些实施方案中，偏振分光器110 包括三个或更多个聚酯偏振膜。在一些实施方案中，粘合剂层设置在 两个或更多个聚酯偏振膜之间。尽管将PBS 110描述为包括两个棱镜130和140，但是PBS 110 可以包括设置在多层反射偏振膜150的一侧或两侧中的任意侧的任 何合适的覆盖物。棱镜130和140可以由具有适合于实现PBS的期 望用途的折射率的任何透光材料构成。棱镜的折射率应该小于产生全 内反射条件的折射率，所述全内反射条件也就是在正常使用条件下 (例如，入射光与棱镜的一个面垂直)传播角接近或超过90。的条件。 可以使用斯涅耳定律(Snell'slaw)计算这种条件。尽管也可以使用 其它材料，但是优选的是，棱镜由各向同性材料构成。"透光"材料是 指允许至少一部分来自光源的入射光透射穿过的材料。在一些应用 中，可以预滤入射光以消除不需要的波长。适合用作棱镜的材料包括 但是不限于陶瓷、玻璃以及聚合物。如美国专利申请公开2004-0227994所述， 一类有用的玻璃类包括可购自Schott公司的商 品名为SK5的无铅玻璃。PBS组件110可以具有高光强刚性覆盖物130和低光强刚性覆 盖物140。高光强刚性覆盖物130是最靠近光源(参见图1和图3) 的刚性覆盖物。高光强刚性覆盖物130经受的光比低光强刚性覆盖物 140经受的光强度更高。在许多实施方案中，理想的是，在高光强刚 性覆盖物130与聚酯多层反射偏振膜150之间设置含有光稳定剂的粘 合剂层112。粘合剂层112的光学和物理特性允许聚酯膜150在高强 度光下保持稳定。粘合剂层112、 120可包含压敏粘合剂或非压敏粘合剂(例如， 热固化粘合剂或湿固化粘合剂)。在一些实施方案中，粘合剂为压敏 粘合剂。在一些实施方案中，粘合剂层为透明粘合剂。在一些实施方 案中，粘合剂层含有低含量的残余物(例如，低逸气性的粘合剂(low outgassing adhesive))。作为粘合剂可用的一类材料包括丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯的聚 合物和共聚物。这些聚合物通过(例如)将一种或多种单体形式的非 叔烷基醇的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯聚合而形成，其中所述垸基基团 的碳原子数为l至约20 (如3至18个碳原子)。合适的丙烯酸酯单 体包括(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、丙烯酸环己酯、丙烯酸异辛酯、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 应的甲基丙烯酸酯。同样可使用的还有芳香族丙烯酸酯和甲基丙烯酸 酯，如丙烯酸节酯。可任选的是，可将一种或多种单烯键式不饱和共 聚单体与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体聚合。基于所需的聚合物性质 对共聚单体的具体种类和含量加以选择。可使用的一组共聚单体包括其均聚物的玻璃化转变温度大于(甲 基)丙烯酸酯(即，丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯)均聚物的玻璃化转变温 度的那些。合适的共聚单体的例子有丙烯酸、丙烯酰胺、甲基丙烯 酰胺、取代丙烯酰胺(如N,N-二甲基丙烯酰胺)、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 异冰片酯、丙烯酸氰基乙酯、N-乙烯基己内酰胺、马来酐、(甲基)丙烯酸羟烷基酯、(甲基)丙烯酸(N，N-)二甲氨基乙酯、N,N-二乙基丙烯酰胺、 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，可得自位于美国康涅狄格州 Danbury市Union Carbide公司、商品名为VYNATES的那些)、偏二 氯乙烯、苯乙烯、乙烯基甲苯和烷基乙烯基醚。第二组可与丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯单体聚合的单烯键式不饱和 共聚单体包括其均聚物的玻璃化转变温度(Tg)小于丙烯酸酯均聚物 的玻璃化转变温度的那些。该类物质中的合适的共聚单体的例子包括 丙烯酸乙氧基乙氧基乙酯(Tg^-71摄氏度)和甲氧基聚乙二醇400丙 烯酸酯(Tg;65摄氏度；可得自Shin Nakamura Chemical公司，商品 名为NK Ester AM-90G)。作为粘合剂可用的第二类聚合物包括半结晶聚合物树脂，如聚烯 烃和聚烯烃共聚物(例如，基于碳原子数为约2至约8的单体的聚合 物树脂，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、聚酰胺和共聚多酰胺、氟化的均聚物和共 聚物、聚环氧烷烃(例如，聚环氧乙垸和聚环氧丙垸)、聚乙烯醇、 离子聚合物(例如，经碱中和的乙烯/甲基丙烯酸共聚物)和乙酸纤维 素。该类聚合物的其它例子包括基本为非晶态的聚合物，如聚丙烯腈、 聚氯乙烯、热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、非晶态聚酯、非晶态聚酰胺、 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物、聚苯醚合金、离子聚合物(例如， 经盐中和的乙烯/甲基丙烯酸共聚物)、氟化弹性体和聚二甲基硅氧烷。作为粘合剂可用的第三类聚合物包括含有紫外辐射活化型基团的 弹性体。其例子包括聚丁二烯、聚异戊二烯、聚氯丁二烯、苯乙烯和 二烯烃的无规和嵌段共聚物(例如，SBR)以及三元乙丙橡胶。这类聚 合物通常与增粘性树脂结合使用。作为粘合剂可用的第四类聚合物包括由不可光聚合的单体制备的 压敏和热熔涂敷的粘合剂。这样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、但当其与诸如 增塑剂或增粘剂等成分混合后能形成粘性组合物的聚合物。这类聚合
物的具体例子包括聚a-烯烃(例如，聚辛烯、聚己烯和无规聚丙烯)、 嵌段共聚物基粘合剂、天然和合成橡胶、有机硅粘合剂、乙烯-乙酸乙 烯酯共聚物和含有环氧基团的结构粘合剂掺合物(例如，环氧丙烯酸 酯和环氧聚酯掺合物)。作为粘合剂可用的第五类聚合物包括常规环氧树脂，该常规环氧 树脂包括(例如)芳香族环氧树脂和/或脂肪族环氧树脂。 在一些实施方案中，可使用有机硅类的粘合剂。粘合剂层可通过辐射进行固化(例如，热固化、紫外光固化或电子束固化)且所述粘合剂可为溶剂基粘合剂、水性粘合剂或100%固体的粘合剂。在一些实施方案中，粘合剂层的厚度至少为l微米(例如，至少为5微米)。在一些实施方案中，粘合剂层的厚度小于150微米(例 如，小于50微米；例如，小于25微米)。在一些实施方案中，粘合 剂层的厚度为1至150微米、或为1至50微米、或为1至25微米、 或为5至150微米、或为5至50微米、或为5至25微米。在很多情况下，用于多种光学成像系统中的PBS暴露于大量的入 射光能量或光通量下。这种大量的光通量的结果是会导致PBS有机 成分不可避免地降解，进而縮短PBS的有效寿命。本公开围绕着PBS 展开，所述PBS包括粘合剂层，其中该粘合剂层含有可提高PBS稳定 性和/或延长PBS寿命的光稳定剂。已经发现，粘合剂层112和/或120中加入光稳定剂可改善与该 粘合剂层邻近的聚酯偏振膜150的稳定性。在示例性实施方案中，光 稳定剂包括紫外(UV)光吸收剂和/或受阻胺。令人惊讶的是，UV 吸收剂的加入会改善与粘合剂层邻近的聚酯偏振膜150的使用寿命， 惊讶的原因是，如下所述，并没有可测量到的UV光入射到粘合剂层 112和/或120或聚酯偏振膜150上。在一些实施方案中，UV光并非 如上所述由光源14射出。在一些实施方案中，UV滤光片22(参见 图1)置于PBS组件110和光源14之间。UV光吸收剂通常通过竞争性地吸收可引起结构发生光降解的 UV能量而发挥作用。但是，对于本文所述的PBS组件110而言，UV光并未射向PBS组件110。可购得各种各样的紫外光吸收性化合物，这些紫外光吸收性化合物包括(例如)二苯甲酮(例如，商品名为CYASORB UV-531 (可得自位于美国新泽西州West Paterson市的 Cytec Industries公司)的材料、商品名为UVINUL 3008 (可得自位于 美国新泽西州Mount Olive市的BASF公司)的材料和商品名为 LOWILI丁E22(可得自位于美国印第安纳州West Lafayette市的Great Lake Chemical公司)的材料)及三嗪(例如，商品名为CYASORB UV-1164(可得自Cytec Industries公司)的材料和商品名为TINUVIN 405和TINUVIN 1577(可得自Ciba Specialty Chemicals North America 公司)的材料)。在一些实施方案中，存在于粘合剂层112、 120中的紫外光吸收 性化合物的含量为粘合剂层112、 120的约0.25重量％ (例如，0.5 重量％;例如，1重量％)至约5重量％ (例如，4重量％;例如，3 重量％)。在一些实施方案中，存在约0.5重量％的紫外光吸收性化 合物。在一些实施方案中，存在约1重量％的紫外光吸收性化合物。 在一些实施方案中，存在约2重量％的紫外光吸收性化合物。可供选择的另一种方式是，或者除紫外光吸收性化合物(UVA) 以外，粘合剂层112、 120可包含受阻胺光稳定(HALS)组合物。 通常来讲，最合适的HALS组合物为衍生自四甲基哌啶的那些，以 及可被认为是聚合叔胺的那些。广义来讲，这些HALS组合物包括 含有聚烷基哌啶成分的单体化合物、低聚的和聚合的化合物，包括聚 酯、聚醚、聚酰胺、聚胺、聚氨酯、聚脲、聚氨基三嗪、及其共聚物。 在一些实施方案中，HALS组合物为含有由取代的羟基哌啶制得的化 合物的那些，包括羟基哌啶与合适的酸或与三嗪的縮聚产物。合适的 HALS组合物可购自(例如)Ciba Specialty Chemicals North America 公司，商品名为TINUVIN，如TINUVIN 770和TINUVIN 123。另一 合适的HALS组合物可购自(例如)Great Lake Chemical公司，商品 名为LOWILITE92。在一些实施方案中，存在于粘合剂层112、 120中的HALS化合 物的含量为粘合剂层112、 120的约0.25重量％ (例如，0.5重量％;例如，1重量％)至约5重量％(例如，4重量％;例如，3重量％)。在一些实施方案中，存在约0.5重量％的HALS化合物。在一些实施 方案中，存在约1重量％的HALS化合物。在一些实施方案中，存在 约2重量％的HALS化合物。在一个实施方案中，存在约0.5重量％ 的HALS化合物，且存在约0.5重量y。的UV吸收性化合物。在另一 实施方案中，存在约1重量％的HALS化合物，且存在约1重量％的 UV吸收性化合物。合适的聚酯多层反射偏振膜包括(例如)在美国专利No. 5，882，774中所描述的那些。合适的聚酯多层反射偏振膜的一个实施 方案包括两种材料的交替层，其中至少一种材料为双折射性的并且为 取向的。在许多实施方案中，多层膜由各向同性和双折射材料的交替 层构成。如果将膜的平面看作x-y平面，并且在z方向测量膜的厚度， 那么z折射率就是具有平行于z方向的电矢量的光在双折射材料中的 折射率。同样，x折射率是具有平行于x方向的电矢量的光在双折射 材料中的折射率，y折射率是具有平行于y方向的电矢量的光在双折 射材料中的折射率。对于多层反射偏振膜，双折射材料的y折射率与 各向同性材料的折射率可以基本上相同，而双折射材料的x折射率可 以不同于各向同性材料的折射率。如果层的厚度选择得合适，那么该 膜就会反射在x方向偏振的可见光，而透射在y方向偏振的光。对于 沿其通过轴线针对所有入射角都具有高透射性的偏振器而言，交替层 的y和z (与膜垂直)折射率都可以匹配。实现y和z折射率都匹配的方式是可以使用与只有y折射率匹配时使用的膜层材料组合不同 的膜层材料组合。过去制备的3M多层膜(如"DBEF" ( 3M商标) 膜)具有匹配的y折射率。可以使用的聚酯多层反射偏振膜的一个例子是具有匹配的z折 射率的偏振膜，其中双折射材料的z折射率与双折射材料的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国专利5,882,774 和5，962，114以及下列美国专利申请公开中进行了描述 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国专利6,609,795中进行了描 述。Z折射率失配与名义上的S偏振光的透射无关。根据定义，名义 上的S偏振光不受膜的Z折射率的影响。然而，如共同转让的美国专利No.6,486，997中所述，当PBS被构造为反射x偏振(接近s偏振) 光并且透射y偏振(接近p偏振)光时，双折射多层偏振器在各种方 位角上的反射特性使得投影系统的性能优良。尽管可以使用多于两个 层来形成光学单元，但是聚酯多层光学膜的光功率或综合反射率来自 于光学单元或层对(layerpair)内部的折射率失配。使用包括两种或多种聚合物的交替层的聚酯多层反射膜来反射光的做法为人公知，并 且在(例如)美国专利No.3,711,176、美国专利No.5,103,337、以及 专利文献WO 96/19347和WO 95/17303中得到说明。该光功率在光 谱中的分布是层厚的函数。具体多层膜的反射光谱和透射光谱主要取 决于各个层的光学厚度，所述光学厚度定义为层的真实厚度与其折射 率的乘积。因此，根据下面公式选择各层的适当光学厚度可以将膜设计为反射红外、可见或紫外波长^M的光AM=(2/M)*Z)r式中，M是表示反射光具体阶次的整数，R是光学重复单元的光学 厚度，所述光学重复单元通常为包括一层各向同性材料和一层各向异 性材料的层对。因此，R是构成光学重复单元的各个聚合物层的光 学厚度的总和。因此，A厚度值是人的二分之一，其中X是第一阶 反射峰的波长。 一般来说，反射峰具有有限的带宽，其随着折射率差 增大而增大。通过改变光学重复单元沿着多层膜厚度方向的光学厚 度，多层膜可以被设计为反射宽波带的光。该波带通常被称为反射带 或阻带。产生该波带的各层的集合通常称为多层堆叠。因此，多层膜 内光学重复单元的光学厚度分布表现在膜的反射光谱和透射光谱中。 当折射率匹配在通过方向上非常高时，通过状态透射光谱可能接近平 坦，并且在期望的光谱范围内超过95%。可用于本公开中的聚酯多层反射偏振膜可以包括具有一个或多 个波带组(band packet)的厚度分布。波带组是具有一 定层厚范围的 多层堆叠，使得该多层堆叠反射宽带波长。例如，蓝波带组可以具有
使其反射蓝光(即，大约400nm至500nm)的光学厚度分布。本公 开的聚酯多层反射偏振膜可以包括一个或多个波带组，其中每个波带 组反射不同的波带，例如具有红波带组、绿波带组和蓝波带组的多层 反射偏振器。可以用于本公开中的聚酯多层反射偏振膜还可以包括 UV波带组和/或IR波带组。 一般来说，蓝波带组包括使得波带组趋 向于反射蓝光的光学重复单元厚度，因此蓝波带组的光学重复单元厚 度将小于绿波带组或红波带组的光学重复单元厚度。波带组可以由一 个或多个内边界层在聚酯多层反射偏振膜内部隔开。本公开的一个实施方案可以包括如下PBS，其具有用于形成立 方体的基本上为直角三角形的棱镜。在这种情况下，如本文所述，聚 酯偏振膜夹在两个棱镜的斜边之间。立方体形PBS在很多投影系统 中可能为优选的，因为它提供紧凑的设计，例如，光源和其它部件(如 滤光器)可以被设置为使得制成的便携式投影机又小又轻。尽管立方体是一种实施方式，但是也可以使用其它的PBS形状。例如，可以将几个棱镜组合组装成矩形PBS。对于一些系统，立方体 形PBS可以被修改为使得一个或多个面不是正方形。如果使用非正 方形的面，则可以由紧邻的组件(如彩色棱镜或投影透镜)提供匹配 的平行面。棱镜尺寸以及所产生的PBS的尺寸取决于所期望的应用。在本 文中参考图3所述的示例性三片式硅基液晶(LCoS)光引擎中，PBS 的长度和宽度可以为17mm，当使用小弧光高压水银灯(如位于德国 Aachen市的Philips公司在商业上销售的UHP型灯)时，高度可为 24mm，为了与长宽比为16:9的0.7英寸对角成像器(如可以从位于 美国新泽西州Wayne市的JVC公司、位于美国加里福利亚州Fremont 市的Hitachi公司或位于美国亚利桑那州Tempe市的Three-Five Systems公司获得的成像器) 一起使用，将上述灯的光束调节为f/2.3 的光锥并且提供给PBS立方体。光束的光圈数(f#)和成像器的尺 寸是决定PBS尺寸的部分因素。可以通过如下方法制成聚酯反射偏振PBS组件。可以将粘合剂 层设置(例如，涂敷或层压)在聚酯反射偏振膜与刚性覆盖物之间。 粘合剂层可以设置(例如，涂敷或层压)在聚酯反射偏振膜或刚性覆 盖物上。粘合剂层可以足够柔软，以使粘合剂在被施加于聚酯反射偏 振膜和/或刚性覆盖物上的时候可以弯曲。在一些实施方案中，将粘 合剂层层压或涂敷在聚酯反射偏振膜和/或刚性覆盖物上可以避免在 粘合剂层与聚酯反射偏振膜和/或刚性覆盖物之间形成明显的气泡。 可将第二刚性覆盖物与聚酯反射偏振膜邻近设置，使得聚酯反射偏振 膜设置在两个刚性覆盖物之间。第二粘合剂层可以设置在聚酯反射偏 振膜和第二刚性覆盖物之间。在许多实施方案中，按照需要，PBS 组件中可以包含两个或更多个聚酯反射偏振膜。单个成像器可以用来形成单色图像或者彩色图像。多个成像器 通常用来形成彩色图像，在这样的情况下，照明光被分成不同颜色的 多条光束。分别将图像施加到每一条光束上，然后将这些光束重新组 合以形成全色图像。多成像器投影系统200的实施方案示意性示于图3中。光202 从光源204发出。如上所述，光源204可以为弧光灯或白炽灯，或者 为用于产生适合于投影图像的光的任何其它合适的光源。光源204 可以被反射器206 (例如，椭圆形反射器(如图所示)、抛物面反射 器等)包围，以便增大朝向投影引擎引导的光量。通常在将光202分成不同色带之前对其进行处理。可如上所述 使用光学调节装置对光202进行处理。在一些实施方案中，光如上所 述通过UV滤光片208。在一些实施方案中，也可以使光202通过可 选的前置偏振器，使得只有期望的偏振态的光被朝向投影引擎引导。 前置偏振器可以为反射偏振器，使得处于不期望的偏振态的反射光被 重新引导到光源204以用于再循环。还可以使光202均匀化，使得投 影引擎中的成像器被均匀照明。使光202均匀化的一种方法是使光 202通过反射隧道210，但是可以理解，也可以使用其它方法使光均 匀化。在所示实施方案中，均匀化的光212通过第一透镜214，以便减 小分散角。然后光212入射在第一分色器216上，该分色器可以为(例 如)介电薄膜滤光器。第一分色器216将第一色带的光218与剩余的 光220分离。第一色带的光218可以通过第二透镜222，以及可选的第三透镜 223，以便控制入射在第一PBS 224上的第一色带的光束218的尺寸。 光218从第一 PBS 224到达第一成像器226。成像器将处于偏振态的 图像光228反射，使之透射穿过PBS 224而投射到x立方体颜色组合 器230。成像器226可以包括一个或多个补偿元件(如延迟元件)，以提供另外的偏振旋转并因此增大图像光中的对比度。剩余的光220可以通过第三透镜232。剩余的光220然后入射在第二分色器234 (例如薄膜滤光器等)上，以便产生第二色带的光束236和第三色带的光束238。经由第二PBS 242将第二色带的光236引导到第二成像器240。第二成像器240将第二色带的图像光244引导到x立方体颜色组合器230。经由第三PBS 248将第三色带的光238引导到第三成像器246。第三成像器246将第三色带的图像光250引导到x立方体颜色组合器230。在x立方体颜色组合器230中将第一色带的图像光228、第二色 带的图像光244、第三色带的图像光250组合，并且作为全色图像光 束引导到光学投影装置252。可以在PBS 224、 242和248与x立方 体颜色组合器230之间设置偏振旋转光学装置254 (例如半波延迟板 等)，以便控制在x立方体颜色组合器230中组合的光的偏振。在所 示实施方案中，偏振旋转光学装置254设置在x立方体颜色组合器 230与第一PBS 224和第三PBS 248之间。PBS 224、 242禾B 248中 的任何一个、两个或全部三个可以包括一个或多个如本文所述的多层 反射偏振膜。应该知道，可以使用所示实施方案的各种变化形式。例如，所 述PBS也可以将光透射到成像器然后再反射图像光，而不是将光反 射到成像器然后再透射图像光。上述投影系统仅仅是例子；可以设计 出使用本公开的多膜PBS的多种系统。实施例
下面例子中的聚酯多层反射偏振膜在结构和处理方法上相似。根据美国专利No.6,609，795中所述的通用方法并且根据美国专利申 请公开2004-0227994中所述的通用方法挤出和拉伸膜。试验装置构建PBS组件，然后使用将光基本聚焦于MOF膜(MOF膜位 于PBS内部)上的光辐照装置来进行试验。光通量以"常规"背投 电视光引擎(控制器)所发出的光通量(单位为瓦特/cm2)的倍数来 描述。在加速试验中，光为由常规背投电视光引擎所发出的光通量的 13倍，因此该试验被称为"13x"试验。将PBS立方体的外部温度人 为地控制在约41摄氏度。在该试验的整个实验过程中有条不紊 (regularly)地完成各项常规测试，如UV/Vis测量、颜色监测、对 比度测量以及肉眼观测。以不可接受的颜色或对比度功能的改变来确 定试验失败。实验样品涵盖一组分别包含四类结构不同的稳定剂的光稳定 剂。将光稳定剂混入用于PBS结构中的环氧树脂类粘合剂。使用MOF 膜来构建PBS，设计该MOF膜使其可反射特定偏振的"蓝光"。使 用434nm的短波长的截止滤光片来过滤照射光，以发出蓝光区的光。 稳定剂选自三唑类、三嗪类、二苯甲酮类及受阻胺(HALS)类化合 物。总共有十个试样，这些试样在添加到粘合剂中的稳定剂组配方面 各不相同。总的添加剂用量为粘合剂的1重量％。粘合剂为混合物， 其组分重量比为2.57个单位的Applitec 5051 part B (由位于美国马 萨诸塞州Haverhill市的Appli-tec公司出品)比7.44个单位的Eponex 1510 (由位于美国得克萨斯州Houston市的Resolution Performance Products公司出品)。结果示于下面列表中的数据描述了在失败前所达到的照射小时数， 以及试样寿命与未被稳定化的样品平均寿命的估测比值。代表二苯甲酮类稳定剂的样品在标称13x测试仪上进行测试达1360小时。与未被稳定化的样品的平均寿命相比，这相当于寿命延长了约50%。 一些三嗪类的样品也显示出了良好的前景，其中两个样品均优于对照物。这些三嗪类样品中的一个与对照物相比显示出寿命延长了 60%。其中一个样品为0.5%的三嗪(Tinuvin 405)与0.5% 的HALS123 (Tinuvin 123)的混合物，该样品与对照物相比寿命延 长了 80%。 HALS lowilite 92虽然不是UV吸收剂，但有意思的是， 其也显示出使样品的寿命延长了 40%。三唑类在本试验中表现并不 突出。这些结果与稳定剂的吸收图谱似乎没有很好的关联起来。该实 验显示，在这一具体结构中，特定种类的稳定剂比其它稳定剂更出色。稳定剂种类 13x照射条件下的寿命与未被稳定化的样品的平均寿(小时) 命相比寿命延长的估测比值未被稳定化的样品(测试800-950 1〉20个样品)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
本文所引用的所有参考文献和公开出版物的全部内容以引用的 方式并入本公开。上面己经讨论了本公开的示例性实施方案并且提及了在本公开范围内的可能的变化形式。本领域的技术人员将很清楚， 本公开的上述以及其它变化和修改并没有脱离本公开的范围，并且应 该理解，本公开并不限于本文中所提出的示例性实施方案。因此，本 公开只受到所附的权利要求书的限制。
权利要求
1.一种偏振分光器，该偏振分光器包括聚酯偏振膜；粘合剂层，其设置在所述聚酯偏振膜上，且该粘合剂层包含粘合剂以及选自受阻胺、二苯甲酮和三嗪的光稳定剂；第一刚性覆盖物，其设置在所述粘合剂层上；以及第二刚性覆盖物，其与所述聚酯偏振膜邻近设置。
2. 根据权利要求1的偏振分光器，其中所述第一刚性覆盖物为 棱镜，并且所述第二覆盖物也为棱镜。
3. 根据权利要求1的偏振分光器，其中所述第一覆盖物为玻璃 棱镜，并且所述第二覆盖物也为玻璃棱镜。
4. 根据权利要求1的偏振分光器，其中所述聚酯偏振膜为多层 聚酯偏振膜。
5. 根据权利要求1的偏振分光器，其中所述聚酯偏振膜为多层 反射偏振膜。
6. 根据权利要求1的偏振分光器，其中所述聚酯偏振膜为具有 匹配的z折射率的多层反射偏振膜。
7. 根据权利要求1的偏振分光器，其中所述粘合剂层包含受阻 胺和三嗪。
8. 根据权利要求1的偏振分光器，其中所述粘合剂层含有 2-[4-[(2-羟基-3-(2'-乙基)己基)氧基]-2-羟苯基]-4,6-双(2,4-二甲基苯 基)-l,3，5-三嗪。
9.根据权利要求1的偏振分光器，其中所述粘合剂层含有2-[4-[(2-羟基-3-(2'-乙基)己基)氧基]-2-羟苯基]-4,6-双(2，4-二甲基苯 基)-l，3，5-三嗪以及癸二酸双(2，2,6，6-四甲基-l-(辛氧基)-4-哌啶醇)酯。
10. —种投影系统，该投影系统包括 产生光的光源；成像核心，其用于将图像施加到从所述光源产生的光上以便形 成图像光，其中，所述成像核心包括至少一个偏振分光器和至少一个 成像器，其中所述偏振分光器包括 聚酯偏振膜；粘合剂层，其设置在所述聚酯偏振膜上并且位于所述光源 与所述聚酯偏振膜之间，该粘合剂层包含粘合剂和紫外光 吸收剂；第一刚性覆盖物，其设置在所述粘合剂层上；和 第二刚性覆盖物，其与所述聚酯偏振膜邻近设置； 紫外光滤光片，其设置在所述光源和所述成像核心之间；以及 投影透镜系统，其用于投射来自所述成像核心的图像光。
11. 根据权利要求10的投影系统，其中所述聚酯偏振膜包含多 层反射偏振膜。
12. 根据权利要求10的投影系统，其中所述聚酯偏振膜包含具 有匹配的z折射率的多层反射偏振膜。
13. 根据权利要求10的投影系统，其中所述紫外光吸收剂包括 二苯甲酮或三嗪。
14. 根据权利要求10的投影系统，其中所述粘合剂层还包含受阻胺。
15. 根据权利要求10的投影系统，其中所述粘合剂层包含受阻 胺和三嗪。
16. —种稳定聚酯膜的方法，该方法包括将粘合剂层设置在聚酯膜上，所述粘合剂层包含粘合剂和紫外 光吸收剂；使光通过所述粘合剂层并随后通过所述聚酯膜，其中至少99% 的所述光的波长在400纳米以上。
17. 根据权利要求16的方法，其中所述使光通过的步骤包括使 光通过所述粘合剂层并随后通过所述聚酯膜，其中至少99%的所述 光的波长在425纳米以上。
18. 根据权利要求16的方法，该方法还包括在所述使光通过所 述粘合剂层的步骤之前使光通过紫外光滤光片的步骤。
19. 根据权利要求16的方法，其中所述设置步骤包括将粘合剂 层设置在聚酯膜上，其中所述粘合剂层包含粘合剂以及选自二苯甲酮 和三嗪的紫外光吸收剂。
20. 根据权利要求16的方法，其中所述设置步骤包括将粘合剂 层设置在聚酯膜上，其中所述粘合剂层还包含受阻胺。
21. 根据权利要求16的方法，其中所述设置步骤包括将粘合剂 层设置在聚酯膜上，其中所述粘合剂层包含粘合剂、三嗪和受阻胺。
全文摘要
本发明涉及一种偏振分光器，该偏振分光器包括聚酯偏振膜、设置在所述聚酯偏振膜上的粘合剂层、设置在所述粘合剂层上的第一刚性覆盖物以及与所述聚酯偏振膜邻近设置的第二刚性覆盖物。所述粘合剂层包含粘合剂以及受阻胺、二苯甲酮或三嗪。
文档编号G02B5/30GK101156094SQ200680011085
公开日2008年4月2日 申请日期2006年3月20日 优先权日2005年3月31日
发明者罗伯特·S·克拉夫, 莫琳·C·尼尔森, 詹姆斯·P·迪齐奥 申请人:3M创新有限公司