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CN1653365A - 具有位于两锯齿波表面之间的偏振薄膜的反射光偏振器 - Google Patents

具有位于两锯齿波表面之间的偏振薄膜的反射光偏振器 Download PDF

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CN1653365A CNA038109816A CN03810981A CN1653365A CN 1653365 A CN1653365 A CN 1653365A CN A038109816 A CNA038109816 A CN A038109816A CN 03810981 A CN03810981 A CN 03810981A CN 1653365 A CN1653365 A CN 1653365A
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Abstract

本发明公开了一种具有改善偏振效率的反射光偏振器(100)和制造这种反射光偏振器的方法。该反射光偏振器包括第一非线性配合面(204)、第二非线性配合面(214)、和设于第一非线性配合面和第二非线性配合面之间的偏振涂层(108)，其中，第一偏振光束(504或604)通过反射光偏振器，第二偏振光束(506或606)被该反射光偏振器反射。此反射光偏振器还包括设于第一非线性配合面和第二非线性配合面之间的胶。反射光偏振器还可以包括至少一个将第一非线性配合面和第二非线性配合面固定在一起的夹持装置。第一和第二非线性配合面可由玻璃、塑料或晶体制成。

Description

具有位于两锯齿波表面之间的偏振薄膜的反射光偏振器
技术领域
本发明涉及光偏振器领域，更具体地说，涉及一种可使特定的偏振光波通过同时反射其他光波的反射光偏振器。
背景技术
通常可用两类光偏振器提供偏振光。第一类光偏振器是吸收光偏振器，其可通过部分特定的偏振光同时吸收其余的光。被吸收光的能量一般被转换成热能。在要求高光密度(light concentration)的系统中，例如在液晶显示(LCD)和硅上液晶(LCOS)照明系统中，在每个吸收光偏振器中产生的热负荷将大于光偏振器能有效发散的热量。这样，当将常规的吸收光偏振器用于LCD或LCOS照明系统中时，容易因过热而造成损坏。此外，光能转换成的热能对用于照明的指定目的未被利用，因而造成浪费。因此，吸收光偏振器不能很好地满足LCD和LCOS照明系统的使用要求。
反射光偏振器是一种通过特定偏振光同时反射其余光的光偏振器。反射光偏振器的一个例子是偏振立方体光束分离器，其可将非偏振光分离成P偏振光束和S偏振光束。但是，立方体光束分离器费用高、体积大，因此在引出价格、可用空间和重量等问题的小成像器的应用中是不实用的。
另一种反射光偏振器的例子被授权于Perkins等人的、名称为可见光谱的宽带线栅偏振器(Broadband Wire Grid Polarizer for the Visible Spectrum)的美国专利6,122,103号(其后称为“Perkins”)所公开。Perkins公开了一种可见光谱的宽带线栅偏振器，其具有支撑在基底上的多个细长元件。通过蚀刻槽形成的肋从基底伸出并支撑所述多个较为细长而薄的元件。由于对这些元件的尺寸要求很严格，因此宽带线栅偏振器的制造过程很复杂。相应地，宽带线栅偏振器的费用也较高。因此，与吸收光偏振器相比，需要减小反射光偏振器的热损耗，并提高光能效率，而且还要求反射光偏振器的体积小、重量轻、制造费用低。
发明内容
本发明提供一种具有改善偏振效率的反射光偏振器和制造这种反射光偏振器的方法。该反射光偏振器包括第一非线性配合面、第二非线性配合面、和位于第一非线性配合面和第二非线性配合面之间的偏振涂层，其中，第一偏振光束通过反射光偏振器，第二偏振光束被反射光偏振器反射。应该理解，本申请的文中的“非线性”是指不平的表面或是例如锯齿形结构的锯齿状表面。本反射光偏振器还可以包括设于第一非线性配合面和第二非线性配合面之间的胶。反射光偏振器还可以包括至少一个将第一非线性配合面和第二非线性配合面固定在一起的夹持装置。此外，第一和第二配合面与位于第一和第二配合面之间的偏振涂层基本上连续接触。第一和第二非线性配合面可以包括至少一个平面部分，并且第一和第二非线性配合面中至少之一的横截面可以是锯齿形。第一和第二非线性配合面可以由玻璃、塑料或晶体制成。
在另一实施方式中，反射光偏振器可以包括：第一配合面，其包括多个第一平面部分和多个第二平面部分，第二平面部分被置于相邻的第一平面部分之间；第二配合面，其包括多个第三平面部分和多个第四平面部分，第四平面部分被置于相邻的第三平面部分之间；偏振涂层，其位于第一平面部分和第三平面部分之间；和镜面涂层，其位于第二平面部分和第四平面部分之间。
一种制造反射光偏振器的方法可以包括以下步骤：(a)在多个板的至少一个配合面上沉积第一偏振涂层；(b)将多个板和沉积在相邻板的配合面之间的第一偏振涂层固定在一起；(c)沿至少一个第一横截面切割被固定的多个板并形成多个板件，每个板件具有至少一个横截表面；(d)在多个横截表面上涂覆第二偏振涂层；(e)将多个板件固定在一起，其中相邻板件的横截表面配合在一起，并且偏振涂层位于配合的横截表面之间；和(f)沿至少一个第二横截面切割多个板件。
第一横截面与至少一个配合面基本垂直，第二横截面被设置成相对第一横截面大约呈45度。此外，第一偏振涂层和第二偏振涂层可使用通用的偏振材料。多个板可用胶固定在一起。多个板也可用夹持装置固定在一起。
另一种制造反射光偏振器的方法可以包括以下步骤：(a)模制或挤压出具有第一配合面的第一板；(b)模制或挤压出具有第二配合面的第二板；(c)在第一配合面和第二配合面中至少之一上沉积偏振涂层；和(d)将第一配合面固定到第二配合面上。可将所述胶置于第一配合面和第二配合面之间。可用至少一个夹持装置将第一配合面和第二配合面固定在一起。
附图说明
图1A是本发明反射光偏振器的透视图；
图2是用于本发明的反射光偏振器的板的配合面透视图；
图3A是本发明反射光偏振器两块板被固定在一起之前配合面之间相对固定的侧视图；
图3B是本发明反射光偏振器两块板被固定在一起之后的侧视图；
图4A至4D说明了本发明制造反射光偏振器的步骤；
图5是本发明反射光偏振器工作情况的侧视图；
图6是本发明反射光偏振器另一实施方式工作情况的侧视图。
具体实施方式
参见图1，其示出了反射光偏振器100。反射光偏振器100可包括第一侧部件102和第二侧部件104。第一和第二侧部件102、104可由如玻璃、塑料或晶体之类的光传输材料模制、挤压或切割而成。第一和第二侧部件102、104可通过限定在两者之间的配合处106固定在一起。在第一侧部件102和第二侧部件104之间的配合处106内可设置偏振涂层108。偏振涂层对于本领域技术人员来说是公知的。这种涂层之一是由J.L.Wood光学系统公司(地址：1361 East Edinger Avenue，Santa Ana CA 92705)提供的PBS-10偏振光分离剂。也可从Edmund Industrial Optics公司(地址：101East Gloucester Pike，Barrington，NJ 08007)购得偏振涂层。当然，本发明在这方面并无限制，亦可使用其它偏振涂层。
图2是第一侧部件102的透视图。第一侧部件102可包括第一平表面202和第一非线性配合面204。第一非线性配合面204可由多个相邻的平面部分构成。例如，可有多个相互平行的第一平面部分206和多个相互平行的第二平面部分207。第一和第二平面部分206、207可为包括两条平行长边和两条平行短边的长方形。第二平面部分207可被置于第一平面部分206之间。任何邻近的平面部分206、207可在它们的长边处相交，以形成为第一侧部件102提供锯齿形横截面的有夹角的连接处208。在一实施方式中，连接处208的夹角可为90度。当然，连接处夹角也可为其它角度。
参见图3A，第二侧部件104的结构可与第一侧部件102相似，具有第二平表面212和第二非线性配合面214。第二非线性配合面214可由多个分别与第一和第二平面部分206和207相一致地设置的第三平面部分216和第四平面部分217构成。第二非线性配合面可在平面部分216、217之间形成与第一侧部件的夹角连接处208相一致的、有夹角的连接处。因此，第一非线性配合面204与第二非线性配合面214可形成配合面。
在第一非线性配合面204与第二非线性配合面214之间可设置偏振涂层108。在一实施方式中，偏振涂层108或者可沉积在第一非线性配合面204上，或者可沉积在第二非线性配合面214上。在另一实施方式中，可在第一和第二非线性配合面204、214两者上沉积偏振涂层108。
将偏振涂层沉积在一个或两个非线性配合面204、214上之后，第一侧部件102和第二侧部件104即可配合在一起，如图3B所示。在本优选实施方式中，第一非线性配合面204与第二非线性配合面214相配合，从而使空洞和气窝减至最少或得以消除。在一实施方式中，可用胶涂到两非线性表面之一上，以将所述侧部件固定在一起。所述胶可以是光学上透明的胶。此外，所述胶可以是紫外线固化胶，从而使胶在紫外线照射下得以固化。其中一种合适的胶是北国光学粘合剂(Norland Optical Adhesive)，另一种是夏日实验室紫外线固化镜片粘合剂(Summers Laboratories UV Curing LensBond)。两种胶均可从Edmund Industrial Optics公司(地址：101 EastGloucester Pike，Barrington，NJ 08007)购得。在另一实施方式中，第一侧部件102和第二侧部件104可用夹持装置紧固到一起。例如，可用一个或多个带有弹簧张力的槽道沿两侧部件的外缘将它们夹持到一起。
图4A至4D示出了用另一种方法制造反射光偏振器100的步骤。参见步骤4A，可用设置在层之间的偏振涂层、通过将平表面402粘结在一起叠置带有平表面402和边缘404的玻璃板400，以形成第一偏振接合处406。通常，按照这种技术制造光束分离器100时，所需玻璃板400的数量与光束分离器100的所需宽度成比例。然后将玻璃板沿第一横截面408垂直于平表面402和边缘404的方向切成多个带有横截表面412的玻璃板件410，如图4B所示。这里定义的“基本垂直”包括直角和那些接近垂直的角。最先的切割按大约等于玻璃板400厚度的距离间隔开。
然后，可将偏振涂层108涂敷在相邻玻璃板件410的横截表面412之间。例如，可将偏振涂层108涂敷在一个或两个横截表面412上。然后将玻璃板件410沿同一横截面408再粘回在一起，以形成如图4C所示的具有第二偏振接合处416的玻璃组件414。
接着，沿第二断面线418并垂直于玻璃板400的边缘404在玻璃组件414上进行多道第二切割。第二断面线418相对于第一横截面408可以呈约45度的角，并可相交在第一偏振接合处406与第二偏振接合处416相交的接合点420处。第二切割可按等间距分隔开。然后，可沿第三断面线422并垂直于玻璃板400的边缘404进行第三切割。第三断面线422也可基本垂直于第二断面线418。第三断面线422的间距可根据所需光束分离器的宽度改变。图4D示出了由所述另一种制造技术制得的光束分离器100。
作为示例，图5示出了本反射光偏振器的工作情况。光线相对于偏振涂层平面法线的入射角大于0度时，偏振涂层的工作最有效。因此，本发明提高了偏振涂层的偏振效率。来自光源500的一束常规光线502能进入设置有偏振涂层108的接合处106，例如在第一平面部分206和第三平面部分216之间的接合处。因为在第一和第三平面部分206、216之间的接合处相对于第一和第二平表面202、212可具有大约为45度的角，光线502可以与接合处法线之间大于0度的入射角进入接合处。因此，偏振涂层可有效地通过第一束偏振光504，并反射第二束偏振光506。例如，偏振光束P可通过偏振光束分离器，而偏振光束S被反射。偏振光束S首先被设置在第一平面部分206和第三平面部分216之间的偏振涂层108反射。然后，偏振光束S被设置在第二平面部分207和第四平面部分217之间的偏振涂层108第二次反射，第四平面部分217将偏振光束S反射回光源500。第二和第四平面部分207、217之间的接合处相对于第一和第二平表面202、212也可有大约45度的夹角，这样第二次反射相对于接合处106法线的入射角也可大于0度。
图6示出了偏振光束分离器100的另一实施方式。相对于第一和第二平表面202、212以45度角一致地设置多个第一平面部分206和多个第三平面部分216。以垂直于第一和第二平面202、212的角度一致地设置多个第二平面部分207和多个第四平面部分217。可将偏振涂层108设置在多个第一平面部分206和第三平面部分216之间，而可将镜面涂层设置在多个第二平面部分207和第四平面部分217之间。
在工作中，来自光源500的光线602可进入设置在第一平面部分206和第三平面部分216之间的偏振涂层108的接合处106。此外，光线602可以与接合处法线之间大于0度的入射角进入接合处106，该接合处使第一偏振光束604通过，而反射第二偏振光束606。例如，光线602的P偏振光束可以通过偏振光束分离器，而S偏振光束被反射。偏振光束S首先被设置在第一平面部分206和第三平面部分216之间的偏振涂层108反射。然后，偏振光束S被设置在第二平面部分207和第四平面部分217之间的镜面涂层600第二次反射，第四平面部分217将偏振光束S反射回设置在第一平面部分206和第三平面部分216之间的偏振涂层108，第三平面部分最后第三次将S偏振光束从偏振光束分离器100中反射出。
可以理解这里描述的实例和实施方式只用于说明的目的，本领域技术人员根据本申请可提出各种不同的改型和改变建议，并且这些改型和改变均落入本申请的构思和范围之内。本发明在不超出本发明的构思或主要特征的前提下可有许多其他具体实施方式。

Claims (28)

1.一种具有改善偏振效率的反射光偏振器(100)，包括：
第一非线性配合面(204)；
第二非线性配合面(214)；及
设置在所述第一非线性配合面和所述第二非线性配合面之间的偏振涂层(108)；
其中，第一偏振光束(504或604)通过所述反射光偏振器，第二偏振光束(506或606)被该反射光偏振器反射。
2.根据权利要求1所述的反射光偏振器，其中，还包括设于所述第一非线性配合面和所述第二非线性配合面之间的胶。
3.根据权利要求1所述的反射光偏振器，其中，还包括至少一个将所述第一非线性配合面和所述第二非线性配合面固定在一起的夹持装置。
4.根据权利要求1所述的反射光偏振器，其中，所述第一和第二非线性配合面中至少之一的横截面为锯齿形。
5.根据权利要求1所述的反射光偏振器，其中，所述第一和第二非线性配合面中至少之一包括至少一个平面部分。
6.根据权利要求1所述的反射光偏振器，其中，所述第一和第二非线性配合面与设于所述第一和第二非线性配合面之间的偏振涂层基本为连续接触。
7.根据权利要求1所述的反射光偏振器，其中，所述第一和第二非线性配合面中至少之一是玻璃表面。
8.根据权利要求1所述的反射光偏振器，其中，所述第一和第二非线性配合面中至少之一是塑料表面。
9.根据权利要求1所述的反射光偏振器，其中，所述第一和第二非线性配合面中至少之一是晶体表面。
10.根据权利要求1所述的反射光偏振器，其中，所述第一和第二偏振光束中至少之一是S偏振光束。
11.根据权利要求1所述的反射光偏振器，其中，所述第一和第二偏振光束中至少之一是P偏振光束。
12.一种具有改善偏振效率的反射光偏振器(100)，包括：
具有锯齿形横截面的第一配合面(204)；
具有锯齿形横截面的第二配合面(214)；及
设于所述第一配合面和所述第二配合面之间的偏振涂层；
其中，第一偏振光束(504或604)通过所述反射光偏振器，第二偏振光束(506或606)被该反射光偏振器反射。
13.根据权利要求12所述的反射光偏振器，其中，还包括设于所述第一配合面和所述第二配合面之间的胶。
14.根据权利要求12所述的反射光偏振器，其中，还包括至少一个将所述第一配合面和所述第二配合面固定在一起的夹持装置。
15.一种具有改善偏振效率的反射光偏振器(100)，包括：
第一配合面(204)，其包括多个第一平面部分(206)和多个第二平面部分(207)，所述第二平面部分被置于相邻的所述第一平面部分之间；
第二配合面(214)，其包括多个第三平面部分(216)和多个第四平面部分(217)，所述第四平面部分被置于相邻的所述第三平面部分之间；
偏振涂层，其设于所述第一平面部分和所述第三平面部分之间；
镜面涂层(600)，其设于所述第二平面部分和所述第四平面部分之间；
其中，第一偏振光束(504或604)通过所述反射光偏振器，第二偏振光束(506或606)被所述反射光偏振器反射。
16.根据权利要求15所述的反射光偏振器，其中，所述多个第一平面部分和多个第三平面部分被设置成相对于所述多个第二平面部分和所述多个第四平面部分大约呈45度角。
17.一种制造具有改善偏振效率的反射光偏振器(100)的方法，包括以下步骤：
(a)在多个板的至少一个配合面上沉积第一偏振涂层(108)；
(b)将所述多个板和设置在相邻板的配合面之间的所述第一偏振涂层固定在一起；
(c)沿至少一个第一横截面(408)切割所述被固定的多个板，以形成多个板件(410)，每个板件具有至少一个横截表面(412)；
(d)在多个所述横截表面上涂覆第二偏振涂层；
(e)将所述多个板件固定在一起，其中相邻板件的横截表面配合在一起，且所述偏振涂层被设置在配合的所述横截表面之间；及
(f)沿至少一个第二横截面切割所述多个板件。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一偏振涂层和所述第二偏振涂层包括通用的偏振材料。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述多个板用胶固定在一起。
20.根据权利要求17所述的方法，其中，所述多个板件用胶固定在一起。
21.根据权利要求17所述的方法，其中，所述第一横截面基本垂直于所述至少一个配合面。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，将所述第二横截面设置成相对于所述第一横截面大约呈45度。
23.一种制造具有改善偏振效率的反射光偏振器(100)的方法，包括以下步骤：
(a)模制具有第一配合面(204)的第一板；
(b)模制具有第二配合面(214)的第二板；
(c)在所述第一配合面和所述第二配合面中至少之一上沉积偏振涂层(108)；及
(d)将所述第一配合面固定到所述第二配合面上。
24.根据权利要求23所述的反射光偏振器，其中，还包括将胶设置在所述第一配合面和所述第二配合面之间。
25.根据权利要求23所述的反射光偏振器，其中，还包括用至少一个夹持装置将所述第一配合面和所述第二配合面固定在一起。
26.一种制造具有改善偏振效率的反射光偏振器(100)的方法，包括以下步骤：
(a)挤压出具有第一配合面(204)的第一板；
(b)挤压出具有第二配合面(214)的第二板；
(c)在所述第一配合面和所述第二配合面中至少之一上沉积偏振涂层(108)；及
(d)将所述第一配合面固定到所述第二配合面上。
27.根据权利要求26所述的反射光偏振器，其中，还包括将胶设置在所述第一配合面和所述第二配合面之间。
28.根据权利要求26所述的反射光偏振器，其中，还包括用至少一个夹持装置将所述第一配合面和所述第二配合面固定在一起。
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