光学部件阵列的制作方法

光学部件阵列的制作方法
【专利摘要】本公开提供一种光学部件阵列和一种制造光学部件阵列的方法，所述光学部件阵列可包括可用于投影装置或其它光学装置的多个光学部件。光学部件阵列可被制成使得具有若干元件的单个光学部件可以大规模并行方式组装并且接着单个化为单个光学部件，并且可导致制造成本大幅降低。
【专利说明】光学部件阵列

【背景技术】
[0001] 基于硅上液晶（LCOS)的投影仪的操作需要使用偏振光。为了有效地操作，此类投 影仪可需要使用偏振分束器（PBS)和任选地偏振转换系统（PCS)。这些专用光学部件通常 是手工组装的。因此，这些装置的劳动量相对较高而产率相对较低。这两个因素通常可导 致部件的高成本。此外，手工组装可将PBS限制于照明应用。部件的高成本是具有讽刺意 味的，因为LCOS成像器件是相对廉价的，并且基于LCOS的系统据称是低成本的系统。这可 导致其中部件的高成本抵消成像器件的低成本的情况。


【发明内容】

[0002] 本公开提供一种光学部件阵列和一种制造光学部件阵列的方法，所述光学部件阵 列可包括可用于投影装置或其它光学装置的多个光学部件。光学部件阵列可被制成使得具 有若干元件的单个光学部件可以大规模并行方式组装并且接着单个化为单个光学部件，并 且可导致制造成本大幅降低。在一个方面，本公开提供一种偏振分束器（PBS)阵列，所述阵 列包括：反射偏振器；多个第一机加工棱镜，所述多个第一机加工棱镜各自具有粘附到反 射偏振器的主表面的第一对角线表面；和多个第二机加工棱镜，所述多个第二机加工棱镜 各自具有粘附到反射偏振器的反向主表面的第二对角线表面。多个第一机加工棱镜和多个 第二机加工棱镜中的每个与彼此对准地对齐，从而形成与反射偏振器邻接的PBS阵列。
[0003] 在另一方面，本公开提供一种光学部件阵列，所述光学部件阵列包括：基底膜；多 个第一机加工棱镜结构，所述多个第一机加工棱镜结构各自具有粘附到基底膜的主表面的 第一对角线表面；和多个第二机加工棱镜结构，所述多个第二机加工棱镜结构各自具有粘 附到基底膜的反向主表面的第二对角线表面。多个第一机加工棱镜结构和多个第二机加工 棱镜结构中的每个与彼此对准地对齐。
[0004] 在另一方面，本公开提供一种光学部件阵列，所述光学部件阵列包括：基底膜；多 个第一机加工结构，所述多个第一机加工结构各自具有粘附到基底膜的主表面的第一表面 和连接相邻第一机加工结构的第一底面区域；和多个第二机加工结构，所述多个第二机加 工结构各自具有粘附到基底膜的反向主表面的第二表面和连接相邻第二机加工结构的第 二底面区域。多个第一机加工结构和多个第二机加工结构中的每个对齐，使得第一底面区 域的至少一部分和第二底面区域的至少一部分彼此对准地对齐并且由基底膜分开。
[0005] 在另一方面，本公开提供一种制造 PBS阵列的方法，所述方法包括：背对第一平坦 表面将第一多个平行V形脊机加工到第一片材中，使得相邻V形脊由第一底面区域分开； 背对第二平坦表面将第二多个平行V形脊机加工到第二片材中，使得相邻V形脊由第二底 面区域分开；将基底膜定位在第一平坦表面与第二平坦表面之间；将第一多个平行V形脊 与第二多个平行V形脊对准地对齐；以及将基底膜粘附在第一平坦表面与第二平坦表面之 间。
[0006] 在另一方面，本公开提供一种制造 PBS阵列的方法，所述方法包括：将基底膜粘附 在第一片材与第二片材之间；将第一多个平行V形脊机加工到第一片材中，使得相邻V形脊 由第一底面区域分开；以及将第二多个平行V形脊机加工到第二片材中，使得相邻V形脊由 第二底面区域分开并且使得第一多个平行V形脊与第二多个平行V形脊对准地对齐。
[0007] 在另一方面，本公开提供一种制造光学部件阵列的方法，所述方法包括：背对第一 平坦表面将至少两个第一沟槽机加工到第一片材中，使得第一底面区域将每个第一沟槽与 第一平坦表面分开；背对第二平坦表面将至少两个第二沟槽机加工到第二片材中，使得第 二底面区域将每个第二沟槽与第二平坦表面分开；将基底膜定位在第一平坦表面与第二平 坦表面之间；将至少两个第一沟槽与至少两个第二沟槽对准地对齐；以及将基底膜粘附在 第一平坦表面与第二平坦表面之间。
[0008] 在另一方面，本公开提供一种制造光学部件阵列的方法，所述方法包括：将基底膜 粘附在第一片材与第二片材之间；将至少两个第一沟槽机加工到第一片材中，使得第一底 面区域将至少两个第一沟槽中的每个与基底膜分开；以及将至少两个第二沟槽机加工到第 二片材中，使得第二底面区域将至少两个第二沟槽中的每个与片材分开，并且使得第一底 面区域和第二底面区域背对基底膜对准地对齐。
[0009] 在另一方面，本公开提供一种光学部件阵列，所述光学部件阵列包括：平坦的光学 叠堆；和机加工到平坦的光学叠堆中的多个第一结构，多个第一结构中的每个具有邻近平 坦的光学叠堆的主表面的第一表面和连接相邻第一结构的第一底面区域。
[0010] 上述
【发明内容】
并非意图描述本公开的每个所公开实施例或每种实施方式。以下附 图和【具体实施方式】更具体地举例说明了例示性实施例。

【专利附图】

【附图说明】
[0011] 整个说明书参考附图，在附图中，类似的参考标号表示类似的元件，并且其中：
[0012] 图IA-图IE示出用以生产光学部件阵列的代表性技术的步骤的示意性透视图；
[0013] 图2A示出光学部件的示意性剖视图；
[0014] 图2B示出光学部件的示意性剖视图；
[0015] 图3A-图3F示出用以生产光学部件阵列的代表性技术的示意性剖视图；
[0016] 图4A示出用以生产包括多个光学部件阵列的光学部件整体料的代表性技术的示 意性剖视图；并且
[0017] 图4B示出通过图4A的技术生产的合色器系统的示意性剖视图。
[0018] 附图未必按比例绘制。附图中使用的类似标号指代类似部件。然而,应当理解,使 用标号来指代给定附图中的部件并非意图限制在另一附图中以相同标号标记的部件。

【具体实施方式】
[0019] 本公开提供一种光学部件阵列和一种制造光学部件阵列的方法，所述光学部件阵 列可包括可用于投影装置或其它光学装置的多个光学部件。光学部件阵列可被制成，使得 具有若干元件的单个光学部件可以大规模并行方式组装并且接着单个化（即，彼此分开） 为单个光学部件。这种构造技术开启了大幅降低制造成本的可能性，并且可消除可能是光 学部件差异主要来源的大部分手工组装。制造偏振控制部件时遇到的一个障碍是需要确保 部件表现出足够低水平的双折射。就大量生产的注塑零件而言这可能难以实现，因为与注 塑相关联的残余应力可频繁地导致高的双折射。然而，至少出于成本和使用寿命的原因，塑 性零件是非常可取的。
[0020] 在以下说明中参考附图，附图形成说明的一部分并且通过举例说明的方式示出。 应当理解，在不脱离本公开的范围或精神的情况下，可设想并可做出其它实施例。因此，以 下的【具体实施方式】不具有限制性意义。
[0021] 除非另外指明，否则本说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特 性的所有数字均应该理解为在所有情况下均是由术语"约"来修饰的。因此，除非有相反的 说明，否则在上述说明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，根据本领域的技 术人员利用本文所公开的教导内容寻求获得的所需特性，这些近似值可以变化。
[0022] 除非本文内容另外清楚指明，否则本说明书和所附权利要求中使用的单数形式 "一种"、"一个"、"该"、"所述"涵盖了具有多个指代物的实施例。除非本文内容另外清楚指 明，否则本说明书和所附权利要求中所使用的术语"或" 一般被用以包括"和/或"的意思。
[0023] 如果在本文中使用与空间相关的术语，包括但不限于"下面"、"上面"、"在...下 面"、"在...之下"、"在...之上"和"在顶部"，这些术语被用来便于描述一个元件相对于 另一个元件的空间关系。除描绘于附图中并且描述于本文中的特定取向之外，此类空间相 关术语还涵盖装置在使用或运行中的不同取向。例如，如果图中所描绘的物体翻过来或翻 转过来，那么先前描述的在其它元件之下或下面的部分就在这些其它元件之上了。
[0024] 如本文所用，当元件、部件或层例如被描述为与另一元件、部件或层形成"一致界 面"，或在另一元件、部件或层"上"、"连接到"、"耦接到"或"接触"另一元件、部件或层时， 其可以直接在所述特定元件、部件或层之上，直接连接到，直接耦接到，直接接触所述特定 元件、部件或层，或者居间的元件、部件或层可能在特定元件、部件或层之上，或连接到、奉禹 接到或接触所述特定元件、部件或层。例如，当元件、部件或层被称为"直接在另一元件上"、 "直接连接到另一元件"、"直接耦接到另一元件"或"直接接触另一元件"时，则没有居间的 元件、部件或层。
[0025] 同样，为了本文中所提供的本说明的目的，术语"与所需偏振态对齐"旨在将光学 元件的透光轴与穿过光学元件的光的所需偏振态联系起来，即，诸如s偏振、P偏振、右圆偏 振、左圆偏振等所需偏振态。在本文参考附图所述的一个实施例中，与第一偏振态对齐的光 学元件诸如偏振器是指下述取向的偏振器，即通过P偏振态的光、并且反射或吸收第二偏 振态（在这种情况下为s偏振态）的光。应当理解，相反，偏振器可视需要对齐成通过s偏 振态的光、并且反射或吸收P偏振态的光。
[0026] 影响微型投影仪市场的一个因素是投影仪的高成本，当投影仪是由电池供电时尤 其如此。基于LCOS的投影仪具有低成本的潜力，因为可使用半导体制造技术来制造成像器 件。基于偏振开关，这些投影仪需要偏振控制部件，诸如偏振分束器（PBS)、偏振转换系统 (PCS)和常规的光学部件诸如合色器（CC)和锥形光导。当前这些部件多数是手工组装的并 且可能相当昂贵。本公开提供一种将这些部件的成本降低多达一个数量级的途径。这种成 本的降低可使LCOS投影仪成为微型投影仪市场中明显的低成本赢家。
[0027] 在一个方面，本公开提供一种连续的光学部件阵列和用于制造它们的技术。这种 技术具有显著降低成本和浪费并大幅提高良率的潜力。在一个具体实施例中，通过机加工 方法制造偏振分束器阵列，其中棱镜半部的二维阵列是由片材机加工而成。第二阵列也由 另一个片材机加工而成。在一些情况下，第二阵列可与第一阵列相同并对称。这些片材 被粘附在一起且中间夹有基底膜，诸如光学功能性材料（诸如，二向色的涂层、多层光学膜 (MOF)、延迟片等）的中间层。所得的光学部件的二维阵列然后可以作为整体使用或通过单 个化处理变为单个光学部件。
[0028] 在一个具体实施例中，在机加工片材之前，将基底膜层压到两个片材之间，形成 "夹心"。在层压步骤之后，铣削"夹心"的顶部侧面以得到棱镜形杆。然后构建专用吸盘并 且铣削夹心的第二侧面。之后，可制造横切口以产生单个PBS。片材和基底膜的薄层可继续 将单个PBS保持在一起。在一些实施例中，在制造横切口的同时或之前，可对棱镜阵列涂覆 防反射（AR)涂层。在一些情况下，所述过程相反可包括首先机加工片材，然后在已完成机 加工后将基底膜层压到片材之间。此方法可在一定程度上提供更大的制造灵活性。
[0029] 在一个具体实施例中，在将片材组装成夹心之前，可在片材中铣削光学面和横切 口。机加工后材料薄层（例如，"底面"区域）仍处于片材基部，并且可用于将所有的棱镜 保持在一起以使得它们保持完整，以用于进一步加工。这允许将片材干净地胶粘到基底膜 (例如多层光学膜（MOF))，而不使粘合剂溢流到棱镜侧面上。为了将片材胶粘到M0F，可使 用任何有效的技术。在一个具体实施例中，可将MOF可释放地附接到平坦表面上，并且可将 所需量的粘合剂放置在MOF的顶部上，所述MOF的范围可大于片材。然后可将片材放置在 粘合剂池的顶部上，从而使得粘合剂流出到片材的边缘。然后可将粘合剂固化或定形（例 如，UV固化或热固化）。因为存在连接每个棱镜的材料薄层，所以半棱镜的面不接触粘合 齐U。这可去除与手工组装单个棱镜相关联的典型的粘合剂清除步骤。在一些情况下，可将 压敏粘合剂（PSA)应用于MOF或机加工的棱镜片材，并且接着进行层合。
[0030] 在将第一片材粘附到MOF之后，可将片材和MOF从MOF可释放地附接到的平坦表 面剥离。然后可将此构造放置成MOF侧向上并且可将第二量的粘合剂放置在MOF的相对侧 上。之后，可将第二片材放置在MOF的顶部上，粘合剂将再次流出到边缘并可接着被固化。 可在每个片材中提供对齐特征结构以允许在将弟-片材粘附到MOF/弟一片材构造时棱镜 可牢靠地对齐。
[0031] 图IA-图IE示出根据本公开的一个方面，用以生产光学部件阵列的代表性技术的 步骤的示意性透视图。在图IA中，光学部件阵列前体IOOa可以为产生如在以下说明中所描 述的PBS阵列的偏振分束器（PBS)阵列前体100a。PBS阵列前体IOOa包括第一片材110a， 该第一片材具有第一主表面112和反向第二主表面114。在反向第二主表面114中机加工 可被描述为"棱镜杆"的多个平行V形脊116,从而产生将相邻平行V形脊116分开的一系列 第一平行沟槽118。应当理解，除V形脊以外的机加工横截面可用于其它光学部件；然而，对 于PBS阵列的制备，优选的可以是V形脊。任选的第一框架115可围绕第一片材IlOa以为 结构提供另外的支撑力。基底105粘附到第一片材IlOa的第一主表面112。以类似方式， 具有第一主表面122和反向第二主表面124的第二片材120a可包括类似的机加工结构，如 别处所描述。第二片材120a的第一主表面122还粘附到基底105,从而形成层合物。
[0032] 第一片材IlOa和第二片材120a可以是可机加工的任何合适的聚合物或玻 璃，诸如可用于光学部件的可见光透明的聚合物和低双折射的玻璃。在一些情况下， 光学质量玻璃，诸如购自宾夕法尼亚州杜里埃的肖特光学玻璃公司（Schott Optical Glass, Duryea PA)的光学质量玻璃可以是特别有用的。在一个具体实施例中，可表现出 低双折射的聚合物包括槽模浇注的丙烯酸、聚碳酸酯、环烯烃共聚物等。浇注的丙烯酸 类聚合物包括3口31^6〇11?〇丨；^351^(购自密苏里州克莱顿的斯巴泰克公司（3口31^6(311 Corp.，Clayton,MO))、Evonik Acrylite'K GP(购自新泽西州帕西帕尼的赢创有限公司 (Evonik Cyro LLC, Parsippany, NU))、Reynolds R-Cast?(购自科罗拉多州大章克申的雷 诺聚合物技术公司（Reynolds Polymer Technology, Grand Junction, CO))和Plexiglas'（ G(购自宾夕法尼亚州布里斯托尔的阿科玛公司（Arkema Inc. ,Briston, PA))。优选的可以 是槽模浇注的丙烯酸类聚合物，因为它们可易于进行机加工，从而提供平滑的表面、来自机 加工操作的最小的热效应和低的双折射。虽然以下公开内容提及使用聚合物片材（例如， 如以下参考图IA所述的第一聚合物片材IlOa和第二聚合物片材120a)，但是应当理解，可 替代使用玻璃片材来生产本文所述的任何光学部件阵列。
[0033] 基底105可以是可附连到、粘附到或稳定地夹在第一聚合物片材IlOa与第二聚合 物片材120a之间的任何合适的基底。在一些情况下，基底105可基本上整个表面都被附 连或粘附；然而，在一些情况下，仅有一部分表面可被附连或粘附。基底105可用于双重目 的。在一些情况下，基底105可赋予光学部件阵列诸如强度等物理特性，使得可牢靠地执行 机加工操作。在一些情况下，基底105可以是光学部件的用以赋予部件诸如偏振等光学特 性的部分。在一个具体实施例中，基底105可以为包括无机膜和涂层或多层膜叠堆的多层 介电膜；有机膜，诸如包括偏振器诸如反射偏振器和吸收型偏振器的聚合物膜、聚合物膜层 合物和多层聚合物膜；偏振器，包括聚合物多层光学膜偏振器、McNeill偏振器和线栅偏振 器；延迟片，包括四分之一波长延迟片和二分之一波长延迟片；膜或涂层，诸如有机或无机 二向色反射器和吸收器；和它们的组合。在一些情况下，基底105可以为可通过以下技术沉 积到第一聚合物片材IlOa和第二聚合物片材120a之一或二者上的涂层或层：气相沉积技 术，诸如溅射或化学气相沉积；或液相沉积技术，诸如涂覆或喷涂。在一些情况下，可使用粘 合剂将第一聚合物片材IlOa和第二聚合物片材120a粘附在一起，所沉积的涂层或层位于 它们之间。
[0034] 在一个具体实施例中，在机加工之前，例如通过使用合适透光的粘合剂诸如光学 粘合剂将基底105层压到第一聚合物片材IlOa与第二聚合物片材120a之间。在此实施例 中，在层压步骤之后，将"夹心"的第一聚合物片材IlOa的反向第二主表面114铣削以得到 第一多个V形脊116(即，棱镜形杆）。然后可使用专用吸盘来固定机加工的结构，并且接着 铣削夹心的第二侧面（即，第二聚合物片材120a的反向第二主表面124)。
[0035] 在一个具体实施例中，可替代地在附接基底105和第二聚合物片材120a之前将多 个平行V形脊116机加工到第一聚合物片材IlOa中。在此实施例中，也可在附接到附接有 第一聚合物片材IlOa的基底105之前机加工第二聚合物片材120a，或可在附接到附接有第 一聚合物片材IlOa的基底105之后机加工第二聚合物片材120a。在一些情况下，基底105 可包括周边和邻近基底105的表面的周边设置的任选的第一框架115、邻近基底105的反 向表面的周边设置的任选的第二框架125、和在任选的第一框架115和任选的第二框架125 中的每个内设置并且对齐的对准特征结构（未示出）。任选的第一框架115可与第一聚合 物片材IlOa成一体，并且任选的第二框架125可与第二聚合物片材120a成一体。
[0036] 在图IB中，PBS阵列前体100b包括第一聚合物片材110b，所述第一聚合物片材 I IOb具有第一主表面112、各自具有第一多个棱镜表面113的第一多个平行V形脊116、和 将相邻的第一平行V形脊116分开的多个第一平行沟槽118。在图IB中，图IA的任选的第 一框架115已被移除以便更清楚地显示由PBS阵列前体IOOb制造 PBS阵列。根据所制造 的光学部件，每个平行V形脊116中所包含的第一棱镜角Θ1可以为任何期望的角。在正 制造 PBS阵列的一个具体实施例中，所包含的第一棱镜角Θ 1可以为90度，如图中所示。
[0037] 如别处所述，第一聚合物底面区域111可连接相邻的第一平行V形脊116,例如以 便为PBS阵列前体IOOb提供另外的支撑和强度，并且保护机加工表面免受制造期间所应用 的任何粘合剂的侵害。第一聚合物底面区域111还可用于使单个化为单个部件的过程不那 么复杂。基底105粘附到第一聚合物片材IlOb的第一主表面112,并且第一聚合物底面区 域111将第一平行沟槽118的底部与基底105分开。第一聚合物底面区域111可具有任何 期望的厚度并且可在相邻第一平行V形脊116之间延伸任何期望的距离。在一些情况下， 第一聚合物底面区域111可以为平行于基底并且位于相邻V形脊116之间的平坦区域。
[0038] 以类似方式，具有第一主表面122的第二聚合物片材120b包括各自具有第二多个 棱镜表面123的第二多个平行V形脊126和将相邻的第二平行V形脊126分开的多个第二 平行沟槽128。根据所制造的光学部件，每个平行V形脊126中所包含的第二棱镜角Θ 2可 以为任何期望的角。在正制造 PBS阵列的一个具体实施例中，所包含的第二棱镜角Θ 2可 以为90度，如图中所示。
[0039] 如本领域技术人员将认识到，应当理解，根据所制造的光学部件，第一棱镜角Θ 1 和/或第二棱镜角Θ 2可相对于相应的第一主表面112, 122具有任何期望的取向。在一些 情况下（未示出），例如第一平行V形脊116或第二平行V形脊126中的至少一个可以具有 基本上垂直于相应的第一主表面112, 122的第一棱镜表面113和/或第二棱镜表面123中 的一个或多个。在这种情况下，第一平行V形脊116或第二平行V形脊126的对应的相邻 棱镜表面以相对于第一棱镜表面113和/或第二棱镜表面123成第一棱镜角Θ 1和/或第 二棱镜角Θ 2设置，从而产生"锯齿"型图案的平行V形沟槽。
[0040] 如别处所述，第二聚合物底面区域121可连接相邻的第二平行V形脊126,例如以 便为PBS阵列前体IOOb提供另外的支撑和强度，并且保护机加工表面免受制造期间所应用 的任何粘合剂的侵害。第二聚合物底面区域121还可用于使单个化为单个部件的过程不那 么复杂。基底105粘附到第二聚合物片材120b的第一主表面122,并且第二聚合物底面区 域121将第二平行沟槽128的底部与基底105分开。第二聚合物底面区域121可具有任何 期望的厚度并且可在相邻的第二平行V形脊126之间延伸任何期望的距离。在一些情况下， 第二聚合物底面区域121可以为平行于基底并且位于相邻的V形脊126之间的平坦区域。 将第一多个平行V形脊116和第二多个平行V形脊126中的每个对齐以彼此平行，使得第 一聚合物底面区域111和第二聚合物底面区域121相对于基底彼此正背对。本领域技术人 员将认识到，第二聚合物片材120b的特征结构（例如，沟槽和脊）相对于第一聚合物片材 IlOb上的特征结构的放置取决于正在构造的部件的期望功能。
[0041] 在用作成像PBS之前，通过以下技术对第一多个棱镜表面113和第二多个棱镜表 面123中的每个进行机加工，所述技术不需要进行另外的处理（诸如抛光）即可提供合格 的表面光洁度。在一些情况下，机加工技术可以为金刚石机加工，包括例如径向飞切、轴向 飞切、高速金刚石端铣，或金刚石磨削。表面光洁度可通过包括例如白光干涉测量法、触针 轮廓术，共焦显微镜法或原子力显微镜法（AFM)在内的技术来表征。虽然公认的是如果表 面的光洁度优于3微英寸（约75nm)峰谷测量值那么该表面具有"光学质量"，但每个光学 应用决定实际的合格要求。在一些情况下，如果需要可进行另外的抛光，包括例如使用包括 机械抛光、火焰抛光、蒸气抛光或它们的组合在内的技术进行的抛光。
[0042] 在图IC中，PBS阵列前体IOOc示出具有以下所述的另外特征结构的图IB的PBS 阵列前体100b。图IC所示的元件105-128中的每一个对应于已在之前描述的图IA-图IB 所示的具有类似标号的元件105-128。例如，图IC的基底105对应于图IA-图IB的基底 105,以此类推。PBS阵列前体IOOc包括第一聚合物片材IlOc和第二聚合物片材120c。所 具有的深度使得第一横切口底面区域131位于每个平行横切口 130的底部与基底105之间 的第一多个平行横切口 130被制成垂直于第一聚合物片材IlOc中的第一多个平行V形脊 116。另外，所具有的深度使得第二横切口底面区域141位于每个平行横切口 140的底部与 基底105之间的第二多个平行横切口 140被制成垂直于第二聚合物片材120c中的第二多 个平行V形脊126。第一多个平行横切口 130和第二多个平行横切口 140中的每个可通过 任何合适的技术来制造，这些技术包括例如飞切、激光消融、锯切、铣削等。另外，应当理解， 虽然第一多个平行横切口 130和第二多个平行横切口 140被显示为垂直于相应的第一平行 V形脊116和第二平行V形脊126,但第一多个平行横切口 130和第二多个平行横切口 140 可替代地与它们成任何期望的角度来制造。
[0043] 在图ID中，PBS线性阵列前体IOOd示出具有以下所述另外特征结构的图IC的PBS 阵列前体IOOc的一部分。图ID所示的元件105-128中的每一个对应于已在之前描述的图 IA-图IC所示的具有类似标号的元件105-128。例如，图ID的基底105对应于图IA-图IC 的基底105,以此类推。PBS线性阵列前体IOOd包括第一聚合物线性阵列IlOd和第二聚合 物线性阵列120d。如图IC所示的第一多个平行横切口 130和第二多个平行横切口 140中 的每个已制成，以切断基底105及第一横切口底面区域131和第二横切口底面区域141，从 而形成第一聚合物线性阵列IlOd和第二聚合物线性阵列120d。每个切口可通过任何合适 的技术来制成，这些技术包括例如飞切、激光消融、锯切、铣削等。
[0044] 在图IE中，单个化的PBS阵列IOOe示出具有以下所述另外的特征结构的图ID的 PBS线性阵列前体IOOd的一部分。图IE所示的元件105-128中的每一个对应于已在之前 描述的图IA-图ID所示的具有类似标号的元件105-128。例如，图IE的基底105对应于图 IA-图ID的基底105,以此类推。单个化的PBS阵列IOOe包括第一 PBS 150a至第四PBS 150d，该第一 PBS至第四PBS是在通过切断基底105及位于多个第一平行沟槽118的基部 的第一聚合物底面区域111和第二聚合物底面区域121来将第一聚合物线性阵列IlOd和 第二聚合物线性阵列120d单个化时产生的。每个切口可通过任何合适的技术来制成，这些 技术包括例如飞切、激光消融、锯切、铣削等。
[0045] 图2A示出根据本公开的一个方面，光学部件诸如偏振转换系统（PCS) 200的示意 性剖视图。如以下所述，PCS 200可用于将非偏振光转换成单偏振态的光。PCS 200包括第 一棱镜210,该第一棱镜具有第一对角线表面215、输入表面212和输出表面214 ;第二棱镜 220,该第二棱镜具有第二对角线表面225、输出表面222和侧表面224 ;和第三棱镜230,该 第三棱镜具有第三对角线表面235、输入表面232和输出表面234。例如通过在第一对角线 表面215与第二对角线表面225之间使用光学粘合剂将第一反射偏振器240设置在第一棱 镜210与第二棱镜220之间。第一反射偏振器240可被对齐到第一偏振方向295,使得一个 偏振态（例如，P偏振态）被透射穿过第一反射偏振器240并且垂直偏振态（例如，s偏振 态）从第一反射偏振器240反射。
[0046] 以类似方式，可将第二反射偏振器245 (或作为另外一种选择，合适的宽带反射 器）设置在第三棱镜230的第三对角线表面235上，并且可将二分之一波长延迟片250设 置在第二棱镜220与第三棱镜230之间。可通过使用光学粘合剂将第二反射偏振器245和 二分之一波长延迟片250中的每一个粘附到相应的部件。在一个具体实施例中，第二反射 偏振器245也可被对齐到第一偏振方向295,如别处所述。在一些情况下，如果需要，可将任 选的保护性涂层270粘附到第二反射偏振器245。
[0047] 在操作时，非偏振光260进入第一棱镜210并且拦截第一反射偏振器240,在该第 一反射偏振器处，非偏振光260分离成透射的p偏振光261和反射的s偏振光262,该s偏 振光离开PCS 200。透射的p偏振光261穿过第二棱镜220,在穿过二分之一波长延迟片 250时旋转成透射的s偏振光263,进入第三棱镜230,从第二反射偏振器245反射，并且作 为透射的s偏振光263离开PCS 200。
[0048] PCS 200可使用传统技术来制造，并且需要处理和恰当对齐若干精确的小型光学 兀件，包括单个第一反射偏振器240和第二反射偏振器250、二分之一波长延迟片250、及第 一棱镜210和第二棱镜220。需要若干步骤来组装PCS 200,通常是手工组装，并且由于这 种传统制造需要使用光学粘合剂来组装PCS，所以经常会对光学元件造成损坏。
[0049] 图2B示出根据本公开的一个方面，光学部件诸如偏振转换系统（PCS) 201的示意 性剖视图。PCS 201可用于以与针对图2A中的PCS 200所述类似的方式将非偏振光转换成 单偏振态的光。图2B所示的元件210-295中的每一个对应于已在之前描述的图2A所示的 具有类似标号的元件210-295。例如，图2B的第一棱镜210对应于图2A的第一棱镜210， 以此类推。
[0050] PCS 201包括第一棱镜210,该第一棱镜具有第一对角线表面215、输入表面212和 输出表面214 ;菱形体221，该菱形体具有第二对角线表面226、侧表面224、输出表面234和 第三对角线表面236。反射偏振器层合物255设置在第一棱镜210的第一对角线表面215 与菱形体221的第二对角线表面226之间。反射偏振器层合物255包括第一反射偏振器 240和二分之一波长延迟片250,并且反射偏振器层合物255被定位成使得第一反射偏振器 240与第一对角线表面215直接相邻。可通过使用光学粘合剂将反射偏振器层合物255的 多层中的每个粘附到它们相应的相邻光学元件。第一反射偏振器240可被对齐到第一偏振 方向295,使得一个偏振态（例如，p偏振态）被透射穿过第一反射偏振器240并且垂直偏 振态（例如，s偏振态）从第一反射偏振器240反射。
[0051] 以类似方式，可将第二反射偏振器245(或作为另一选择，合适的宽带反射器）设 置在菱形体221的第三对角线表面236上。可通过使用光学粘合剂将第二反射偏振器245 粘附到第三对角线表面236。在一个具体实施例中，第二反射偏振器245也可被对齐到第一 偏振方向295,如别处所述。在一些情况下，如果需要，可将任选的保护性涂层270粘附到第 二反射偏振器245。应当注意，图2B的菱形体221对应于图2A所示的第二棱镜220和第三 棱镜230的组合，其中二分之一波长延迟片250被重新定位。
[0052] 在操作时，非偏振光260进入第一棱镜210并且拦截第一反射偏振器240,在该第 一反射偏振器处，非偏振光260分离成反射的s偏振光262和透射的p偏振光，该透射的p 偏振光穿过二分之一波长延迟片250,从而变成透射的s偏振光263。反射的s偏振光262 离开PCS 201。透射的s偏振光263穿过菱形体221，从第二反射偏振器245反射，并且作 为透射的s偏振光263离开PCS 200。PCS 201可使用本文所述的光学部件阵列技术来制 造，并且消除了上述有关传统组装技术的许多问题。
[0053] 在一个具体实施例中，任何光学部件阵列的制造可始于包括以下的平坦光学叠 堆：粘合剂、塑料诸如可见光透明的塑料、玻璃、二向色的涂层、散射材料、反射偏振器、吸收 型偏振器、多层光学膜、延迟片、反射器、回复反射器、微结构化材料、透镜状结构化材料、菲 涅耳结构化材料、吸收器、或它们的组合。可根据需要排列平坦光学叠堆以产生期望的光学 部件，然后使其经受本文所述的机加工步骤。应当理解，光学部件阵列的制造可包括组合若 干阵列制造步骤的结果，诸如第一三维结构阵列和第二三维结构阵列的层合。在一些情况 下，这种组合可包括将第一部件的第一单个化元件、线性阵列或矩形阵列与第二部件的第 二单个化元件、线性阵列或矩形阵列组合。以下包括的是用于PCS部件的光学部件阵列的 代表性制造技术，其包括组合部件的线性或矩形阵列以形成整体部件阵列，该整体部件阵 列可被单个化以产生单个PCS部件。
[0054] 图3A-图3F示出根据本公开的一个方面，用以生产可用于投影显示器的光学部件 阵列（诸如PCS部件阵列）的代表性技术的示意性剖视图。图3A示出包括第一丙烯酸片 材310的PCS前体层合物300a，该第一丙烯酸片材具有第一主表面314和第二主表面316。 例如使用光学粘合剂将第一基底315层压到第一丙烯酸片材310的第二主表面316。第一 基底315可以为反射偏振器315a和二分之一波长延迟片315b的层合物，该层合物被设置 成使得反射偏振器315a与第一丙烯酸片材310的第二主表面316直接相邻。反射偏振器 315a对齐到第一偏振方向395,从而透射第一偏振方向395的光并且反射垂直第二偏振的 光。对齐二分之一波长延迟片315b以将透射的第一偏振方向光395有效旋转成垂直第二 偏振方向光。
[0055] 例如使用光学粘合剂将具有第一主表面324和第二主表面326的第二丙烯酸片材 320粘附到第一基底315,使得第一主表面324与二分之一波长延迟片315b彼此相邻。使用 光学粘合剂将对齐到第一偏振方向395的第二反射偏振器325粘附到第二丙烯酸片材320 的第二主表面326。本领域的技术人员将理解，第二反射偏振器325也可以为反射器，诸如 简单的宽带反射器，因为从第二反射偏振器325仅发生反射而不发生任何偏振区分。然后 将具有第一主表面334和第二主表面336的第三丙烯酸片材330设置在第二反射偏振器 325上，使得第一主表面334与第二反射偏振器325相邻。也可使用光学粘合剂层合第三丙 烯酸片材330。
[0056] 在图3B中，可使用附连到第一丙烯酸片材310的第一主表面314的真空吸盘（未 示出）或其它合适的压紧装置将PCS前体层合物300b牢固地保持在适当的位置。然后将 多个第一 V形沟槽340铣削穿过第三丙烯酸片材330、第二反射偏振器325和第二丙烯酸片 材320,如别处所述。多个第一 V形沟槽340中的每个包括可与如图2B所示的PCS 201的 侧表面224关联的两个侧面。在多个第一 V形沟槽340中的每个的底部，底面区域（未示 出）可保留以为结构增加强度，如别处所述。
[0057] 在图3C中，PCS前体层合物300c是翻转过来的图3B的PCS前体层合物300b，并 且真空吸盘或其它合适的压紧装置（未示出）附连到第三丙烯酸片材330的第二主表面 336,或者应用类似的压紧装置来固定PCS前体层合物300c。
[0058] 在图3D中，PCS前体层合物300d包括之后被铣削穿过第一丙烯酸片材310、第一 基底315和第二丙烯酸片材320的多个第二V形沟槽350,如别处所述并且如图3D所示。 多个第二V形沟槽350中的每个包括可与如图2B所示的PCS 201的输出表面214和输出 表面234关联的两个侧面。在多个第二V形沟槽350中的每个的底部，底面区域（未示出） 可保留以为结构增加强度，如别处所述。
[0059] 在图3E中，PCS前体层合物300e包括之后被铣削穿过第一丙烯酸片材310的多个 第三V形沟槽360,如别处所述并且如图3E所示。多个第三V形沟槽360中的每个包括可 与如图2B所示的PCS 201的输入表面212关联的两个侧面。在多个第三V形沟槽360中 的每个的底部，底面区域（未示出）可保留以为结构增加强度，如别处所述。
[0060] 在图3F中，单个化的PCS阵列300f包括多个单个PCS光学部件370a-370h，该多 个单个PCS光学部件是在通过别处所述的任何技术将图3E的PCS前体层合物300e单个化 时产生的。单个PCS光学部件370a-370h中的每个可与图2B的PCS 201比较。
[0061] 图4A示出根据本公开的一个方面，用以产生包括多个光学部件阵列的光学部件 整体料400的代表性技术的示意性剖视图。在一个具体实施例中，光学部件整体料400可 用于生产如以下所述的具有偏振转换特征结构的多个倾斜的二向色合色器，并且包括与图 ID所示的PBS线性阵列前体IOOd类似的若干光学部件线性阵列。应当理解，尽管以下提供 的说明针对生产具有偏振的白光输出的三色组合器，但如本领域技术人员所已知的，可对 各种部件和部件取向作出任何期望的修改以生产任何期望的光学部件。
[0062] 应当理解，以下描述涉及将类似于PBS线性阵列前体IOOd的多个光学部件线性阵 列组装成整体料400,并且如别处所述通过切割将单个PCS光学部件从整体料中分离。然 而，整体料400可相反使用若干替代的光学部件阵列来形成。在一个具体实施例中，类似于 图IC所示的PBS阵列前体IOOc的多个光学部件阵列可替代地通过堆叠并粘附到第一阵列 整体料（未示出）中来组装。在一个具体实施例中，类似于图IB所示的PBS阵列前体IOOb 的多个光学部件阵列可替代地通过堆叠并粘附到第二阵列整体料（未示出）中来组装。在 这些实施例中，可使用本文所述的切割、锯切或铣削技术中的任一个来分离所组装的第一 阵列整体料或第二阵列整体料，并且本领域技术人员将认识到，PCS光学部件可通过以下方 式来单个化：执行第一系列的切口以将相应的第一阵列整体料或第二阵列整体料分成由线 性阵列前体组装的整体料400,并且执行第二切口，如以下所述。一般来讲，可使用合适的光 学粘合剂将阵列中的每个粘附在一起，该光学粘合剂可使用与用于用LCD材料填充液晶显 示器的技术类似的已知技术注入到堆叠的前体阵列之间。
[0063] 光学部件整体料400包括第一光学部件线性阵列400a、第二光学部件线性阵列 400b、第三光学部件线性阵列400c、第四光学部件线性阵列400d和第五光学部件线性阵列 400e。第一光学部件线性阵列400a至第五光学部件线性阵列400e中的每个如图4A所示 嵌套在一起，使得彼此相邻的脊416和沟槽418可利用设置在它们之间的粘合剂406而附 连在一起。在图4A所示的一个具体实施例中，每个脊416的峰可被成型为使得在光学部件 整体料400被压缩并粘附在一起时脊416和沟槽418可紧密地嵌套在一起。应当理解，本 领域技术人员可选择具有适用于控制全内反射的水平的折射率的粘合剂，从而使部件的效 率最大化。
[0064] 第一光学部件线性阵列400a包括第一聚合物线性阵列410a和第二聚合物线性阵 列420a，红色二向色镜膜405a设置在两者之间。可以参考图IA-图ID所述的方式通过用 红色二向色镜膜405a替代基底105来生产第一光学部件线性阵列400a，如别处所述。
[0065] 第二光学部件线性阵列400b包括第三聚合物线性阵列410b和第四聚合物线性阵 列420b，绿色二向色镜膜405b设置在两者之间。可以参考图IA-图ID所述的方式通过用 绿色二向色镜膜405b替代基底105来生产第二光学部件线性阵列400b，如别处所述。
[0066] 第三光学部件线性阵列400c包括第五聚合物线性阵列410c和第六聚合物线性阵 列420c，蓝色二向色镜膜405c设置在两者之间。可以参考图IA-图ID所述的方式通过用 蓝色二向色镜膜405c替代基底105来生产第三光学部件线性阵列400c，如别处所述。
[0067] 第四光学部件线性阵列400d包括第七聚合物线性阵列410d和第八聚合物线性阵 列420d，反射偏振膜层合物405d设置在两者之间。在一个具体实施例中，反射偏振膜层合 物405d包括层压到延迟片诸如二分之一波长延迟片的反射偏振膜。在反射偏振膜层合物 405中，反射偏振膜可被对齐成例如使得入射p偏振光被反射，并且s偏振光透射穿过二分 之一波长延迟片并被转换成P偏振光。可以参考图IA-图ID所述的方式通过用反射偏振 膜层合物405d替代基底105来生产第四光学部件线性阵列400d，如别处所述。
[0068] 第五光学部件线性阵列400e包括第九聚合物线性阵列410e和第十聚合物线性阵 列420e，反射偏振膜405e设置在两者之间。在一个具体实施例中，反射偏振膜可被对齐成 使得入射P偏振光被反射，并且s偏振膜被透射。可以参考图IA-图ID所述的方式通过用 反射偏振膜405e替代基底105来生产第五光学部件线性阵列400e，如别处所述。
[0069] 然后可将光学部件整体料400切割出第一切口 430和第二切口 440,使得第一棱 镜450至第十棱镜459变成与光学部件整体料400的其余部分分离的合色器/偏振转换器 460。可通过任何合适的技术制成第一切口 430和第二切口 440中的每个，这些技术包括例 如飞切、激光消融、锯切、铣削等，并且如本领域技术人员所已知的，如果需要，可对合色器 460的每个表面进行抛光。
[0070] 图4B示出通过图4A的技术生产的合色器/偏振转换器系统401的示意性剖视图。 合色器/偏振转换器系统401包括参考图4A所述的合色器/偏振转换器460及第一发光二 极管（LED)、第二LED和第三LED。第一 LED470将非偏振红光471射入到第二棱镜451中， 在该第二棱镜处非偏振红光471从红色二向色镜膜405a反射，保持不变地穿过绿色二向色 镜膜405b和蓝色二向色镜膜405c，并且拦截反射偏振器层合物405d，在该反射偏振器层合 物处非偏振红光471分尚成反射的p偏振红光472和透射的p偏振红光473,如别处所述。 反射的P偏振红光472通过第七棱镜456离开合色器460。透射的p偏振红光473从反射 偏振膜405e反射并且通过第九棱镜458离开合色器460。
[0071] 第二LED 480将非偏振绿光481射入到第四棱镜453中，在该第四棱镜处非偏振 绿光481从绿色二向色镜膜405b反射，保持不变地穿过蓝色二向色镜膜405c，并且拦截反 射偏振器层合物405d，在该反射偏振器层合物处非偏振绿光481分离成反射的p偏振绿光 482和透射的p偏振绿光483,如别处所述。反射的p偏振绿光482通过第七棱镜456尚开 合色器460。透射的p偏振绿光483从反射偏振膜405e反射并且通过第九棱镜458离开合 色器460。
[0072] 第三LED 490将非偏振蓝光491射入到第六棱镜455中，在该第六棱镜处非偏振 蓝光491从蓝色二向色镜膜405c反射，并且拦截反射偏振器层合物405d，在该反射偏振器 层合物处非偏振蓝光491分离成反射的p偏振蓝光492和透射的p偏振蓝光493,如别处所 述。反射的P偏振蓝光492通过第七棱镜456离开合色器460。透射的p偏振蓝光493从 反射偏振膜405e反射并且通过第九棱镜458离开合色器/偏振转换器460。反射和透射 的P偏振的红光、绿光和蓝光（472, 473, 482, 483, 492, 493)的组合集体组合变成p偏振白 光 495。
[0073] 实魁
[0074] 制造光学部件阵列。在第一制造步骤中，将具有90度夹角的棱镜杆机加工到0. 5 英寸（1.27cm)厚的槽模浇注的丙烯酸片材（购自新泽西州普林斯顿的麦克马斯特-卡尔 公司（McMaster_Carr，Princeton，NJ))中，在相邻棱镜杆之间留下0. 15mm厚3mm宽的底面 区域。在进行铣削工艺后，将购自3M公司的VikuitiTMM0F反射偏振器可释放地设置在牺 牲丙烯酸平坦结构上。将适量的Norland 75UV光学粘合剂（购自新泽西州克兰伯里的诺 兰德产品公司（Norland Products, Cranbury NJ))沉积到MOF上，该量足以在统削片材的 整个范围上产生100-200 μ m的层。将铣削片材放置在粘合剂顶部上并且允许粘合剂流出。 然后根据制造商的说明书将粘合剂固化。然后将粘附有MOF的铣削片材从牺牲平坦结构移 除。移除的MOF保持从其初始沉积到牺牲平坦结构上所获得的平整度。然后翻转铣削片材 /MOF构造使得MOF侧向上。将第二量的粘合剂应用于MOF表面并且如之前应用第二铣削片 材。将接合销插入对准孔中以恰当对齐两个片材。如之前固化粘合剂从而完成PBS阵列。 通过使单个PBS断开松脱并且用剃刀刀片切割连接膜而将PBS的阵列单个化为单个PBS。 还可以在不显著损坏棱镜表面诸如破碎或熔融的情况下，使用合适的锯子诸如具有金刚石 刀片的光学锯子横切棱镜杆，或者铣销或激光切割棱镜杆。棱镜的光学表面足够优良以将 任何分辨率减小最小化，并且被认为适用于投影应用。
[0075] 以下为本公开实施例的列表。
[0076] 项目1是一种偏振分束器（PBS)阵列，包括：反射偏振器；多个第一机加工棱镜， 该多个第一机加工棱镜各自具有粘附到反射偏振器的主表面的第一对角线表面；和多个第 二机加工棱镜，该多个第二机加工棱镜各自具有粘附到反射偏振器的反向主表面的第二对 角线表面，其中多个第一机加工棱镜和多个第二机加工棱镜中的每个与彼此对准地对齐， 从而形成与反射偏振器邻接的PBS阵列。
[0077] 项目2是根据项目1的PBS阵列，其中第一底面区域连接相邻的第一机加工棱镜， 并且第二底面区域连接相邻的第二机加工棱镜。
[0078] 项目3是根据项目1或项目2的PBS阵列，其中第一机加工棱镜和第二机加工棱 镜各自包含低双折射材料。
[0079] 项目4是根据项目3的PBS阵列，其中低双折射材料包括丙烯酸类聚合物、聚碳酸 酯聚合物、环烯烃共聚物或玻璃。
[0080] 项目5是根据项目4的PBS阵列，其中丙烯酸类聚合物为浇注的丙烯酸类聚合物。
[0081] 项目6是根据项目1至项目5的PBS阵列，其中反射偏振器包括聚合物多层光学 膜偏振器、McNeill偏振器或线栅偏振器。
[0082] 项目7是根据项目1至项目6的PBS阵列，其中多个第一机加工棱镜和多个第二 机加工棱镜各自形成矩形形状阵列。
[0083] 项目8是根据项目1至项目7的PBS阵列，其中机加工棱镜使用包括机械抛光、火 焰抛光、蒸气抛光或它们的组合的技术进行抛光。
[0084] 项目9是根据项目1至项目8的PBS阵列，其中反射偏振器包括周边，并且还包括： 邻近反射偏振器的主表面的周边设置的第一框架、邻近反射偏振器的反向主表面的周边设 置的第二框架、和在第一框架和第二框架中的每个内设置并且对齐的对准特征结构。
[0085] 项目10是一种光学部件阵列，包括：基底膜；多个第一机加工棱镜结构，该多个 第一机加工棱镜结构各自具有粘附到基底膜的主表面的第一棱镜表面；和多个第二机加 工棱镜结构，该多个第二机加工棱镜结构各自具有粘附到基底膜的反向主表面的第二棱镜 表面，其中多个第一机加工棱镜结构和多个第二机加工棱镜结构中的每个与彼此对准地对 齐。
[0086] 项目11是根据项目10的光学部件阵列，其中第一机加工棱镜结构和第二机加工 棱镜结构的反向对形成矩形棱镜光学元件。
[0087] 项目12是根据项目10或项目11的光学部件阵列，其中第一底面区域连接相邻的 第一机加工棱镜结构，并且第二底面区域连接相邻的第二机加工棱镜结构。
[0088] 项目13是根据项目10至项目12的光学部件阵列，其中第一机加工棱镜结构和第 二机加工棱镜结构各自包含低双折射材料。
[0089] 项目14是根据项目13的光学部件阵列，其中低双折射材料包括丙烯酸类聚合物、 聚碳酸酯聚合物或环烯烃共聚物。
[0090] 项目15是根据项目14的光学部件阵列，其中丙烯酸类聚合物为浇注的丙烯酸。
[0091] 项目16是根据项目10至项目15的光学部件阵列，其中基底膜包括粘合剂、透明 塑料、玻璃、二向色的涂层、散射材料、反射偏振器、吸收型偏振器、多层光学膜、延迟片、反 射器、回复反射器、微结构化材料、透镜状结构化材料、菲涅耳结构化材料、吸收器、或它们 的组合。
[0092] 项目17是根据项目10至项目16的光学部件阵列，其中基底膜包括膜层合物。
[0093] 项目18是根据项目17的光学部件阵列，其中膜层合物包括选自多层介电膜的 至少两个膜，所述多层介电膜包括：无机膜和涂层或多层膜叠堆；有机膜，诸如包括偏振器 (诸如反射偏振器和吸收型偏振器）的聚合物膜、聚合物膜层合物和多层聚合物膜；偏振 器，包括聚合物多层光学膜偏振器、McNeill偏振器和线栅偏振器；延迟片，包括四分之一 波长延迟片和二分之一波长延迟片；和膜或涂层，诸如有机或无机二向色反射器和吸收器。
[0094] 项目19是根据项目10至项目18的光学部件阵列，其中多个第一机加工棱镜结构 和多个第二机加工棱镜结构各自形成矩形形状阵列。
[0095] 项目20是根据项目10至项目19的光学部件阵列，其中基底膜包括周边，并且还 包括：邻近基底膜的主表面的周边设置的第一框架、邻近基底膜的反向主表面的周边设置 的第二框架、和在第一框架和第二框架中的每个内设置并且对齐的对准特征结构。
[0096] 项目21是一种光学部件阵列，包括：基底膜；多个第一机加工结构，该多个第一机 加工结构各自具有粘附到基底膜的主表面的第一表面和连接相邻的第一机加工结构的第 一底面区域；和多个第二机加工结构，该多个第二机加工结构各自具有粘附到基底膜的反 向主表面的第二表面和连接相邻的第二机加工结构的第二底面区域，其中多个第一机加工 结构和多个第二机加工结构中的每个对齐，使得第一底面区域和第二底面区域的至少一部 分彼此对准地对齐并且由基底膜分开。
[0097] 项目22是根据项目21的光学部件阵列，其中第一机加工结构和第二机加工结构 各自包含低双折射材料。
[0098] 项目23是根据项目22的光学部件阵列，其中低双折射材料包括丙烯酸类聚合物、 聚碳酸酯聚合物、环烯烃共聚物或玻璃。
[0099] 项目24是根据项目23的光学部件阵列，其中丙烯酸类聚合物为浇注的丙烯酸。 [0100] 项目25是根据项目21至项目24的光学部件阵列，其中基底膜包括粘合剂、透明 塑料、玻璃、二向色的涂层、散射材料、反射偏振器、吸收型偏振器、多层光学膜、延迟片、反 射器、回复反射器、微结构化材料、透镜状结构化材料、菲涅耳结构化材料、吸收器、或它们 的组合。
[0101] 项目26是根据项目21至项目25的光学部件阵列，其中基底膜包括膜层合物。
[0102] 项目27是根据项目26的光学部件阵列，其中膜层合物包括选自多层介电膜的至 少两个膜，该多层介电膜包括：无机膜和涂层或多层膜叠堆；有机膜，诸如包括偏振器（诸 如反射偏振器和吸收型偏振器）的聚合物膜、聚合物膜层合物和多层聚合物膜；偏振器，包 括聚合物多层光学膜偏振器、McNeill偏振器和线栅偏振器；延迟片，包括四分之一波长延 迟片和二分之一波长延迟片；和膜或涂层，诸如有机或无机二向色反射器和吸收器。
[0103] 项目28是根据项目21至项目27的光学部件阵列，其中多个第一机加工结构和多 个第二机加工结构各自形成矩形阵列。
[0104] 项目29是根据项目21至项目24的光学部件阵列，其中基底膜包括周边，并且还 包括：邻近基底膜的主表面的周边设置的第一框架、邻近基底膜的反向主表面的周边设置 的第二框架、和在第一框架和第二框架中的每个内设置并且对齐的对准特征结构。
[0105] 项目30是一种制造 PBS阵列的方法，包括：背对第一平坦表面将第一多个平行V 形脊机加工到第一片材中，使得相邻V形脊由第一底面区域分开；背对第二平坦表面将第 二多个平行V形脊机加工到第二片材中，使得相邻V形脊由第二底面区域分开；将基底膜定 位在第一平坦表面与第二平坦表面之间；将第一多个平行V形脊与第二多个平行V形脊对 准地对齐；以及将基底膜粘附在第一平坦表面与第二平坦表面之间。
[0106] 项目31是一种制造 PBS阵列的方法，包括：将基底膜粘附在第一片材与第二片材 之间；将第一多个平行V形脊机加工到第一片材中，使得相邻V形脊由第一底面区域分开； 以及将第二多个平行V形脊机加工到第二片材中，使得相邻V形脊由第二底面区域分开并 且使得第一多个平行V形脊与第二多个平行V形脊对准地对齐。
[0107] 项目32是根据项目30或项目31的方法，还包括与第一多个平行V形脊和第二多 个平行V形脊成一定角度地将横切口机加工到第一片材和第二片材中的至少一个中。
[0108] 项目33是根据项目32的方法，其中横切口垂直于第一多个平行V形脊和第二多 个平行V形脊。
[0109] 项目34是一种制造光学部件阵列的方法，包括：背对第一平坦表面将至少两个第 一沟槽机加工到第一片材中，使得第一底面区域将每个第一沟槽与第一平坦表面分开；背 对第二平坦表面将至少两个第二沟槽机加工到第二片材中，使得第二底面区域将每个第二 沟槽与第二平坦表面分开；将基底膜定位在第一平坦表面与第二平坦表面之间；将至少两 个第一沟槽与至少两个第二沟槽对准地对齐；以及将基底膜粘附在第一平坦表面与第二平 坦表面之间。
[0110] 项目35是一种制造光学部件阵列的方法，包括：将基底膜粘附在第一片材与第二 片材之间；将至少两个第一沟槽机加工到第一片材中，使得第一底面区域将至少两个第一 沟槽中的每个与基底膜分开；以及将至少两个第二沟槽机加工到第二片材中，使得第二底 面区域将至少两个第二沟槽中的每个与片材分开并且使得第一底面区域和第二底面区域 背对基底膜对准地对齐。
[0111] 项目36是根据项目30至项目35中任一项的方法，还包括机加工垂直于第一底面 区域和第二底面区域的横切口。
[0112] 项目37是根据项目30至项目36中任一项的方法，其中机加工包括铣削和飞切。
[0113] 项目38是根据项目36或项目37的方法，还包括与至少两个第一沟槽和至少两个 第二沟槽成一定角度地将横切口机加工到第一片材和第二片材中的至少一个中。
[0114] 项目39是根据项目37的方法，其中横切口垂直于至少两个第一沟槽和至少两个 第二沟槽。
[0115] 项目40是根据项目30至项目39中任一项的方法，其中机加工包括铣削和飞切。
[0116] 项目41是根据项目30至项目40中任一项的方法，其中基底膜包括粘合剂、透明 塑料、玻璃、二向色的涂层、散射材料、反射偏振器、吸收型偏振器、多层光学膜、延迟片、反 射器、回复反射器、微结构化材料、透镜状结构化材料、菲涅耳结构化材料、吸收器、或它们 的组合。
[0117] 项目42是根据项目30至项目41中任一项的方法，还包括通过激光切割、锯切、铣 肖IJ、飞切或它们的组合来切断基底膜、第一底面区域和第二底面区域将光学部件阵列单个 化。
[0118] 项目43是一种光学部件阵列，包括：平坦的光学叠堆；和机加工到平坦的光学叠 堆中的多个第一结构，多个第一结构中的每个具有邻近平坦的光学叠堆的主表面的第一表 面和连接相邻第一结构的第一底面区域。
[0119] 项目44是根据项目43的光学部件阵列，还包括多个第二机加工结构，该多个第二 机加工结构各自具有邻近平坦的光学叠堆的反向主表面的第二表面和连接相邻第二机加 工结构的第二底面区域，其中多个第一机加工结构和多个第二机加工结构中的每个对准地 对齐以形成由基本上相同的光学部件组成的阵列。
[0120] 项目45是根据项目43或项目44的光学部件阵列，其中平坦的光学叠堆包括粘合 齐U、透明塑料、玻璃、二向色的涂层、散射材料、反射偏振器、吸收型偏振器、多层光学膜、延 迟片、反射器、回复反射器、微结构化材料、透镜状结构化材料、菲涅耳结构化材料、吸收器、 或它们的组合。
[0121] 除非另外指明，否则在说明书和权利要求中使用的表示特征尺寸、数量和物理特 性的所有数字应当被理解为由术语"约"来修饰。因此，除非有相反的说明，否则在上述说 明书和所附权利要求中列出的数值参数均为近似值，根据本领域内的技术人员利用本文所 公开的教导内容寻求获得的所需特性，这些近似值可以变化。
[0122] 本文中引用的所有参考文献和出版物均明确地全文以引用方式并入本公开中，但 其可能与本公开直接冲突的部分除外。尽管本文中已举例说明和描述了具体实施例，但本 领域的普通技术人员应该明白，在不脱离本公开的范围的情况下，大量的替代形式和/或 等同实施方式可以替代所示出和描述的具体实施例。本专利申请旨在涵盖本文论述的具体 实施例的任何改动或变型。因此，本公开旨在仅受限于权利要求书和其等同形式。
【权利要求】
1. 一种偏振分束器（PBS)阵列，包括： 反射偏振器； 多个第一机加工棱镜，所述多个第一机加工棱镜各自具有粘附到所述反射偏振器的主 表面的第一对角线表面；和 多个第二机加工棱镜，所述多个第二机加工棱镜各自具有粘附到所述反射偏振器的反 向主表面的第二对角线表面， 其中所述多个第一机加工棱镜和所述多个第二机加工棱镜中的每个与彼此对准地对 齐，从而形成与所述反射偏振器邻接的PBS阵列。
2. 根据权利要求1所述的PBS阵列，其中第一底面区域连接相邻的第一机加工棱镜，并 且第二底面区域连接相邻的第二机加工棱镜。
3. 根据权利要求1所述的PBS阵列，其中所述第一机加工棱镜和所述第二机加工棱镜 各自包含低双折射材料。
4. 根据权利要求3所述的PBS阵列，其中所述低双折射材料包括丙烯酸类聚合物、聚碳 酸酯聚合物、环烯烃共聚物或玻璃。
5. 根据权利要求4所述的PBS阵列，其中所述丙烯酸类聚合物为浇注的丙烯酸类聚合 物。
6. 根据权利要求1所述的PBS阵列，其中所述反射偏振器包括聚合物多层光学膜偏振 器、McNeill偏振器或线栅偏振器。
7. 根据权利要求1所述的PBS阵列，其中所述多个第一机加工棱镜和所述多个第二机 加工棱镜各自形成矩形形状阵列。
8. 根据权利要求1所述的PBS阵列，其中所述机加工棱镜使用包括机械抛光、火焰抛 光、蒸气抛光或它们的组合的技术进行抛光。
9. 根据权利要求1所述的PBS阵列，其中所述反射偏振器包括周边，并且还包括：邻近 所述反射偏振器的所述主表面的所述周边设置的第一框架、邻近所述反射偏振器的所述反 向主表面的所述周边设置的第二框架、和在所述第一框架和所述第二框架中的每个内设置 并且对齐的对准特征结构。
10. -种光学部件阵列，包括： 基底膜； 多个第一机加工棱镜结构，所述多个第一机加工棱镜结构各自具有粘附到所述基底膜 的主表面的第一对角线表面；和 多个第二机加工棱镜结构，所述多个第二机加工棱镜结构各自具有粘附到所述基底膜 的反向主表面的第二对角线表面，其中所述多个第一机加工棱镜结构和所述多个第二机加 工棱镜结构中的每个与彼此对准地对齐。
11. 根据权利要求10所述的光学部件阵列，其中第一机加工棱镜结构和第二机加工棱 镜结构的反向对形成矩形棱镜光学元件。
12. 根据权利要求10所述的光学部件阵列，其中第一底面区域连接相邻的第一机加工 棱镜结构，并且第二底面区域连接相邻的第二机加工棱镜结构。
13. 根据权利要求10所述的光学部件阵列，其中所述第一机加工棱镜结构和所述第二 机加工棱镜结构各自包含低双折射材料。
14. 根据权利要求13所述的光学部件阵列，其中所述低双折射材料包括丙烯酸类聚合 物、聚碳酸酯聚合物或环烯烃共聚物。
15. 根据权利要求14所述的光学部件阵列，其中所述丙烯酸类聚合物为浇注的丙烯 酸。
16. 根据权利要求10所述的光学部件阵列，其中所述基底膜包括粘合剂、透明塑料、玻 璃、二向色的涂层、散射材料、反射偏振器、吸收型偏振器、多层光学膜、延迟片、反射器、回 复反射器、微结构化材料、透镜状结构化材料、菲涅耳结构化材料、吸收器、或它们的组合。
17. 根据权利要求10所述的光学部件阵列，其中所述基底膜包括膜层合物。
18. 根据权利要求17所述的光学部件阵列，其中所述膜层合物包括选自多层介电膜的 至少两个膜，所述多层介电膜包括：无机膜和涂层或多层膜叠堆；有机膜，诸如包括偏振器 诸如反射偏振器和吸收型偏振器的聚合物膜、聚合物膜层合物和多层聚合物膜；偏振器，包 括聚合物多层光学膜偏振器、McNeill偏振器和线栅偏振器；延迟片，包括四分之一波长延 迟片和二分之一波长延迟片；和膜或涂层，诸如有机或无机二向色反射器和吸收器。
19. 根据权利要求10所述的光学部件阵列，其中所述多个第一机加工棱镜结构和所述 多个第二机加工棱镜结构各自形成矩形形状阵列。
20. 根据权利要求10所述的光学部件阵列，其中所述基底膜包括周边，并且还包括：邻 近所述基底膜的所述主表面的所述周边设置的第一框架、邻近所述基底膜的所述反向主表 面的所述周边设置的第二框架、和在所述第一框架和所述第二框架中的每个内设置并且对 齐的对准特征结构。
21. -种光学部件阵列，包括： 基底膜； 多个第一机加工结构，所述多个第一机加工结构各自具有粘附到所述基底膜的主表面 的第一表面和连接相邻第一机加工结构的第一底面区域；和 多个第二机加工结构，所述多个第二机加工结构各自具有粘附到所述基底膜的反向主 表面的第二表面和连接相邻第二机加工结构的第二底面区域， 其中所述多个第一机加工结构和所述多个第二机加工结构中的每个对齐，使得所述第 一底面区域的至少一部分和所述第二底面区域的至少一部分彼此对准地对齐并且由所述 基底膜分开。
22. 根据权利要求21所述的光学部件阵列，其中所述第一机加工结构和所述第二机加 工结构各自包含低双折射材料。
23. 根据权利要求22所述的光学部件阵列，其中所述低双折射材料包括丙烯酸类聚合 物、聚碳酸酯聚合物、环烯烃共聚物或玻璃。
24. 根据权利要求23所述的光学部件阵列，其中所述丙烯酸类聚合物为浇注的丙烯 酸。
25. 根据权利要求21所述的光学部件阵列，其中所述基底膜包括粘合剂、透明塑料、玻 璃、二向色的涂层、散射材料、反射偏振器、吸收型偏振器、多层光学膜、延迟片、反射器、回 复反射器、微结构化材料、透镜状结构化材料、菲涅耳结构化材料、吸收器、或它们的组合。
26. 根据权利要求21所述的光学部件阵列，其中所述基底膜包括膜层合物。
27. 根据权利要求26所述的光学部件阵列，其中所述膜层合物包括选自多层介电膜的 至少两个膜，所述多层介电膜包括：无机膜和涂层或多层膜叠堆；有机膜，诸如包括偏振器 诸如反射偏振器和吸收型偏振器的聚合物膜、聚合物膜层合物和多层聚合物膜；偏振器，包 括聚合物多层光学膜偏振器、McNeill偏振器和线栅偏振器；延迟片，包括四分之一波长延 迟片和二分之一波长延迟片；和膜或涂层，诸如有机或无机二向色反射器和吸收器。
28. 根据权利要求21所述的光学部件阵列，其中所述多个第一机加工结构和所述多个 第二机加工结构各自形成矩形阵列。
29. 根据权利要求21所述的光学部件阵列，其中所述基底膜包括周边，并且还包括：邻 近所述基底膜的所述主表面的所述周边设置的第一框架、邻近所述基底膜的所述反向主表 面的所述周边设置的第二框架、和在所述第一框架和所述第二框架中的每个内设置并且对 齐的对准特征结构。
30. -种制造PBS阵列的方法，包括： 背对第一平坦表面将第一多个平行V形脊机加工到第一片材中，使得相邻V形脊由第 一底面区域分开； 背对第二平坦表面将第二多个平行V形脊机加工到第二片材中，使得相邻V形脊由第 二底面区域分开； 将基底膜定位在所述第一平坦表面与所述第二平坦表面之间； 将所述第一多个平行V形脊与所述第二多个平行V形脊对准地对齐；以及 将所述基底膜粘附在所述第一平坦表面与所述第二平坦表面之间。
31. -种制造PBS阵列的方法，包括： 将基底膜粘附在第一片材与第二片材之间； 将第一多个平行V形脊机加工到所述第一片材中，使得相邻V形脊由第一底面区域分 开；以及 将第二多个平行V形脊机加工到所述第二片材中，使得相邻V形脊由第二底面区域分 开并且使得所述第一多个平行V形脊与所述第二多个平行V形脊对准地对齐。
32. 根据权利要求30或权利要求31所述的方法，还包括与所述第一多个平行V形脊和 所述第二多个平行V形脊成一定角度地将横切口机加工到所述第一片材和所述第二片材 中的至少一个中。
33. 根据权利要求32所述的方法，其中所述横切口垂直于所述第一多个平行V形脊和 所述第二多个平行V形脊。
34. -种制造光学部件阵列的方法，包括： 背对第一平坦表面将至少两个第一沟槽机加工到第一片材中，使得第一底面区域将每 个第一沟槽与所述第一平坦表面分开； 背对第二平坦表面将至少两个第二沟槽机加工到第二片材中，使得第二底面区域将每 个第二沟槽与所述第二平坦表面分开； 将基底膜定位在所述第一平坦表面与所述第二平坦表面之间； 将所述至少两个第一沟槽与所述至少两个第二沟槽对准地对齐；以及 将所述基底膜粘附在所述第一平坦表面与所述第二平坦表面之间。
35. -种制造光学部件阵列的方法，包括： 将基底膜粘附在第一片材与第二片材之间； 将至少两个第一沟槽机加工到所述第一片材中，使得第一底面区域将所述至少两个第 一沟槽中的每个与所述基底膜分开；以及 将至少两个第二沟槽机加工到所述第二片材中，使得第二底面区域将所述至少两个第 二沟槽中的每个与所述基底膜分开并且使得所述第一底面区域和所述第二底面区域背对 所述基底膜对准地对齐。
36. 根据权利要求34或权利要求35所述的方法，还包括与所述至少两个第一沟槽和所 述至少两个第二沟槽成一定角度地将横切口机加工到所述第一片材和所述第二片材中的 至少一个中。
37. 根据权利要求36所述的方法，其中所述横切口垂直于所述至少两个第一沟槽和所 述至少两个第二沟槽。
38. 根据权利要求30、31、34和35中任一项所述的方法，其中机加工包括铣削和飞切。
39. 根据权利要求30、31、34和35中任一项所述的方法，其中所述基底膜包括粘合剂、 透明塑料、玻璃、二向色的涂层、散射材料、反射偏振器、吸收型偏振器、多层光学膜、延迟 片、反射器、回复反射器、微结构化材料、透镜状结构化材料、菲涅耳结构化材料、吸收器、或 它们的组合。
40. 根据权利要求30、31、34和35中任一项所述的方法，还包括通过激光切割、锯切、铣 肖IJ、飞切或它们的组合来切断基底膜、所述第一底面区域和所述第二底面区域，从而将所述 光学部件阵列单个化。
41. 一种光学部件阵列，包括： 平坦的光学叠堆；和 机加工到所述平坦的光学叠堆中的多个第一结构，所述多个第一结构中的每个具有邻 近所述平坦的光学叠堆的主表面的第一表面和连接相邻第一结构的第一底面区域。
42. 根据权利要求41所述的光学部件阵列，还包括多个第二机加工结构，所述多个第 二机加工结构各自具有邻近所述平坦的光学叠堆的反向主表面的第二表面和连接相邻第 二机加工结构的第二底面区域，其中所述多个第一机加工结构和所述多个第二机加工结构 中的每个对准地对齐以形成由基本上相同的光学部件组成的阵列。
43. 根据权利要求41所述的光学部件阵列，其中所述平坦的光学叠堆包括粘合剂、透 明塑料、玻璃、二向色的涂层、散射材料、反射偏振器、吸收型偏振器、多层光学膜、延迟片、 反射器、回复反射器、微结构化材料、透镜状结构化材料、菲涅耳结构化材料、吸收器、或它 们的组合。
【文档编号】G03B21/14GK104428696SQ201380033079
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年6月20日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】J·C·卡尔斯, J·M·尼尔森, C·N·德沃, D·G·巴尔德温 申请人:3M创新有限公司