CN101095069A - 包括本征偏振器的投影系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种包括本征偏振器的投影系统。该投影系统包括产生照明光的光源、设置成接收照明光的成像仪、以及设置成从成像仪接收照明光的投影透镜。该成像仪包括本征偏振器。本发明还公开一种包括UV可固化粘合剂的本征偏振器叠层。

Description

包括本征偏振器的投影系统
技术领域
本发明一般涉及包括本征偏振器(intrinsic polarizer)的投影系统。具体来说，本发明涉及包括本征偏振器的透射式或者反射式投影系统。
背景技术
投影显示系统通常包括光源、照明光学装置、成像装置、投影光学装置和投影屏幕。照明光学装置从光源收集光，并且以预定方式将该光导向一个或者多个成像装置。由电子调节和处理的视频信号(通常为数字的)控制的一个或多个成像装置产生与该视频信号相对应的图像。然后，投影光学装置放大该图像，并且将其投影在投影屏幕上。例如弧光灯等白色光源与色轮一起已经用作用于投影显示系统的光源。然而，近来，引入了发光二极管(LED)作为替代物。LED光源的一些优点包括较长的寿命、较高的效率、良好的热特性和较好的色域。
成像装置的实例包括液晶面板，例如硅基液晶装置(LCOS)。在液晶面板中，根据与视频信号对应的数据，逐步地(像素到像素)控制液晶材料的取向。根据液晶材料的取向，可以通过液晶结构改变入射光的偏振。因此，适当地使用偏振器或者偏振分束器，可以产生与输入视频数据相对应的明暗区域。
另一种成像装置是高温多晶硅液晶装置(HTPS-LCD)。HTPS-LCD也包括液晶层，在液晶层中，可以逐步地(像素到像素)控制由与视频信号相对应的数据确定的取向。液晶层夹于两个玻璃基片之间，每个基片在其上具有透明电极阵列，因而适用于透射操作。通常，在每个HTPS-LCD像素的角上，存在细微薄膜晶体管。
通过使用染料型偏振器，能够实现当前基于HTPS和LCOS的投影系统。然而，染料型偏振器具有诸如环境不稳定、有限的光透射率和/或在高光通量下的退化等局限性。
发明内容
一般来说，本发明涉及包括本征偏振器的改进的投影系统。具体来说，本发明涉及包括本征偏振器的透射式或者反射式投影系统。
在一个示例性实施例中，公开一种包括本征偏振器的投影系统。该投影系统包括产生照明光的光源、设置成接收照明光的成像仪以及设置成从成像仪接收照明光的投影透镜。该成像仪包括本征偏振器。还公开一种本征偏振器叠层。
在另一个示例性实施例中，一种投影系统包括产生照明光的光源、设置成接收照明光的成像仪以及设置成从成像仪接收照明光的投影透镜。该成像仪包括设置在液晶光调制器上的本征偏振器、设置在本征偏振器和液晶光调制器之间的压敏粘合剂以及设置在本征偏振器上的UV可固化粘合剂。
在另外的示例性实施例中，偏振器叠层包括本征偏振膜、基片以及设置在本征偏振膜和基片之间的UV可固化粘合剂。该UV可固化粘合剂包含硅烷。
根据下面的详细描述，本发明的这些和其它的方面将显而易见。然而，以上概述绝不应当解释为对所要求保护的主题的限制，该主题仅仅由所附权利要求限定，在申请过程中可以对权利要求进行修改。
附图说明
根据下面结合附图对本发明的各种实施例的详细描述，可以更加全面地理解本发明，其中：
图1示意性地示出透射式投影系统的实施例；
图2示意性地示出反射式投影系统的实施例；
图3示意性地示出本征偏振器叠层的实施例；
图4示意性地示出本征偏振器叠层的另一实施例；
图5示意性地示出透射式成像仪的实施例；以及
图6示意性地示出反射式成像仪的实施例。
虽然本发明可适应各种修改和替换形式，但是本发明的细节已经在附图中以示例的方式被示出，并且将详细地描述。然而，应该这样理解，本发明的用意不在于将本发明限制在所描述的具体实施例。相反，本发明的用意在于涵盖落入本发明的要旨和范围内的所有修改、等同内容和替换形式。
具体实施方式
本发明被认为一般适用于包括本征偏振器的投影系统。具体来说，本发明涉及包括本征偏振器的透射式或者反射式投影系统。这些实例和下面讨论的实例提供对所公开的投影系统的适用性的理解，但是不应该解释为限制性的含义。
术语“聚合物”理解为包括聚合物、共聚物(例如使用两种或者更多种不同单体形成的聚合物)、低聚物及其组合、以及聚合物、低聚物或者共聚物。除非另有指出，嵌段共聚物和无规共聚物二者都包括在内。
除非另有指出，在本说明书和权利要求书中所用的表述特征尺寸、数量和物理性质的所有数字应该理解为在所有情况下由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指出，在前面的说明书和所附权利要求书中所阐述的数值参数是近似值，该近似值可以根据所属领域的技术人员利用本文所公开的讲述内容要寻求得到的所需性质而改变。
重量百分比、按重量的百分比、重量％等是指物质的重量除以组成物的重量再乘以100得到的物质浓度的同义词。
用端点表述的数值范围包括包含在该范围内的所有数字(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)。
如同本说明书和所附权利要求书中使用的情况，单数形式“一种”以及“该”、“所述”或未指明数量的情况包括所指对象为多个的情况，除非所述内容明确表示为其它含义。因此，例如，包含“硅烷”的组成物所指的含义是包括两种或者更多种硅烷的混合物。如同本说明书和所附权利要求书中使用的情况，术语“或者”通常用于包含“和/或”的含义，除非所述内容明确表示为其它含义。
投影系统通常包括透射式或者反射式成像仪，也称为光阀或者光阀阵列，其将图像施加在光束上。透射式成像仪可以是半透明的，并且允许光从其穿过。另一方面，反射式成像仪仅仅反射输入光束的选择部分，以形成图像。
单个成像仪可以用于形成单色图像或者彩色图像。多个成像仪(两个、三个、四个或者更多个)可以用于形成彩色图像，其中，照明光分成不同颜色的多束(两束、三束、四束或者更多束)。图像单独地施加在各个光束上，然后，这些光束重新组合，以形成全色图像。
图1示意性地示出透射式投影系统100的实施例。在一个实施例中，来自光源或者灯106的照明光104聚焦在隧道积分器102中。射出隧道积分器102的照明光112通过会聚透镜114而准直，然后通过成像仪的场镜118、透射式成像仪120和投影透镜122，到达屏幕124。透射式成像仪120包括设置在照明光的光路中的本征偏振器。一个或者多个本征偏振器可以设置在成像仪120之前和/或之后。光源106可以包括例如卤素灯、高压汞弧光灯、金属卤化物弧光灯、LED或者用于产生照明光104的一些其它类型的光源。
图2示意性地示出反射式投影系统200的实施例。投影系统200包括光源206，该光源将照明光204导向隧道积分器202，到达透镜226a和226b，然后经由偏振分束器224透射到反射式成像仪220上，到达投影透镜222，接着到达屏幕(未示出)。反射式成像仪220包括设置在照明光的光路中的本征偏振器。一个或者多个本征偏振器可以设置在成像仪220之前和/或之后。光源206可以包括例如卤素灯、高压汞弧光灯、金属卤化物弧光灯、LED或者用于产生照明光204的一些其它类型的光源。
本文所述的成像仪包括设置在照明光的光路中的本征偏振器。本征偏振器可以设置在成像仪之前和/或之后，并且可以设置为与成像仪相邻。术语“相邻”指的是元件设置在成像仪上，或者元件与成像仪隔开。在一些实施例中，本征偏振器用粘合剂粘附在成像仪上。在其它实施例中，本征偏振器使用或者不使用一个或者多个材料层与成像仪隔开。
呈合成偏振膜形式的偏振器表现出比较容易制造和处理，并且比较容易将其结合到包括成像仪的投影系统中。一般来说，平面偏振膜具有选择性地通过沿着给定的电磁辐射矢量振动的辐射并且吸收沿着第二电磁辐射矢量振动的电磁辐射的性质，这是基于透射膜介质的各向异性的特性。平面偏振膜包括二向色性偏振器，该二向色性偏振器是利用其对入射光波的吸收的矢量各向异性的吸收式平面偏振器。术语“二向色性”指的是根据各光波分量的振动方向不同而对入射光的各个分量的吸收不同的性质。进入二向色性平面偏振膜的光沿着横向平面具有两个不同的吸收系数，一个系数高，另一个系数低。从二向色性膜射出的光主要在由低吸收系数表征的平面上振动。
二向色性平面偏振膜包括H型(碘)偏振器和染料偏振器。例如，H型偏振器是包括聚乙烯醇-碘络合物的合成二向色性板式偏振器。这种化合络合物称为发色团。H型偏振器的基体材料是水溶性高分子量物质，所得的膜具有比较低的耐湿性和耐热性，并且在暴露于周围大气条件下时容易卷曲、剥离或者翘曲。此外，H型偏振器是内在不稳定的，并且在偏振器的两侧上都需要保护包层，例如三乙酸纤维素层，以防止偏振器在例如液晶显示器等正常工作环境中退化。
本征偏振器与H型偏振器和其它类似的合成二向色性平面偏振器不同。本征偏振器由于用于形成该偏振器的基体材料的固有化学结构而使光偏振。此外，这种本征偏振器通常较薄且耐久。本征偏振器的实例是K型偏振器。
K型偏振器是基于具有均衡浓度的吸光发色团的分子水平取向的聚乙烯醇(PVA)片或者膜的合成二向色性平面偏振器。K型偏振器由于其基体的吸光性质而不是染料添加剂、染色剂或者悬浮的结晶材料的吸光性质而得到其二向色性。因此，K型偏振器可以具有良好的偏振效率和良好的耐热性及耐湿性。就颜色而言，K型偏振器也可以是非常中性的。
称为KE偏振器的改进的K型偏振器由美国麻萨诸塞州Norwood市的3M公司制造。KE偏振器在例如高温、高湿等苛刻环境条件下具有改善的偏振器稳定性。与其中吸光性归因于PVA和三碘化物离子之间的发色团的形成的H型偏振器不同，KE偏振器是通过在酸性催化剂的作用下的热脱水反应使PVA化学反应而制成的。所得的称为聚乙烯撑的发色团和所得的聚合物可以称为乙烯醇和乙烯撑的嵌段共聚物。本征偏振器在下述文献中有所描述：US5,666,223、US5,973,834、US6,549,335、US6,630,970、US6,808,657、US6,814,899、US2003/0189264、US2003/0189275、US2003/0190491、US2004/0241480，所有这些文献都以引用方式并入本文中。
对于H型偏振器，通常通过在例如两个三乙酸纤维素层的两个塑料基片之间夹入偏振器，并使该偏振器的每一侧上有一个基片来实现稳定性。然而，即使在这些结构中，施加热量、湿度和/或真空也可以负面地影响偏振器的性质。相反，例如KE偏振器等K型偏振器不需要夹于三乙酸纤维素片之间。由于发色团是聚合物分子固有的，所以KE偏振器的聚乙烯撑发色团是稳定的化学个体。当该发色团结合到交联的聚乙烯醇基体中时，该发色团是热稳定的，并且抵制来自多种溶剂和化合物的浸蚀。与例如碘和染料偏振器的当前用于投影系统中的其它类型的偏振器相比较，例如KE偏振器等K型偏振器具有若干优点。K型偏振器具有更耐久的发色团、更薄，并且可以设计为具有可变的透射水平。最值得注意的是，例如KE偏振器等K型偏振器可以用于这样的应用中，即在例如85摄氏度和85％相对湿度的包括高温、高湿和高通量(例如光强度)等苛刻环境条件下需要较高性能持续较长时间的应用中。在这些环境条件下，H型或者碘偏振器的稳定性大大降低，从而限制其在诸如投影系统等应用中的实用性。由于K型偏振器的固有化学稳定性，所以包括压敏粘合剂的多种粘合剂制剂可以直接涂在K型偏振器上。此外，单面塑料支架足以为K型偏振器提供物理支撑，由于该支架可以位于液晶显示单元的光路之外，所以其不需要在光学上各向同性，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等较低成本的基片是可接受的替代物。此外，构造单面层压件的能力允许光学结构更薄，从而可以更灵活地设计和制造平板显示元件。K型偏振器的这些优点可以用于包括投影系统的多种光学应用中。因此，可以认为，包括当前用于投影系统中的H型(碘)偏振器和染料偏振器的二向色性平面偏振膜可以用K型或者KE型偏振器代替。
在投影系统中使用K或者KE偏振器的一些优点包括：
1)光学特性。KE偏振器可以制造为具有非常接近碘偏振器的光学特性。然而，当与给定效率的染料型偏振器相比较时，KE偏振器可以表现出显著增强的透射性。亮度是投影系统设计中的一个因素，而对于增强光通过偏振器的透射性的潜力是有益的。
2)耐久性。KE偏振器在暴露于热量和湿度的极端情况时保持其光学性质，并且不会受到碘偏振器或者染料型偏振器特有的漂白或者褐变。用于投影光学装置的KE偏振器表现出可忽略不计的随时间的变化，并且保持所投影图像的亮度和对比度。
3)结构。由于KE偏振器的固有耐久性，所以不需要使用例如TAC等封装基片。在投影系统中，由于有机层在高强度照明下容易退化，所以消除尽可能多的有机层是有好处的。由于KE偏振器的固有化学稳定性，可以预期，这种材料能够比含有染料的材料经受更高的热负荷。
图3示意性地示出用于投影系统中的本征偏振器叠层300的实施例。本征偏振器310示出为用粘合剂层320设置在基片330上。可选抗反射层360设置在本征偏振器310上。
如上所述，本征偏振器310可以是K型偏振器或者KE型偏振器。本征偏振器310可以具有任何实用的厚度。在一些实施例中，本征偏振器310的厚度在5微米至100微米、或者10微米至50微米、或者20微米至40微米的范围内。
基片330可以由任何实用的材料形成。在一些实施例中，基片330由例如三乙酸纤维素、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚合材料形成。在一些实施例中，基片330由例如石英、玻璃、蓝宝石、YAG或者云母等无机材料形成。
基片330可以具有任何实用的厚度。在一些实施例中，基片330的厚度在10微米或者更大、或者10微米至1000微米、或者25微米至500微米、或者50微米至250微米的范围内。在其它实施例中，基片330的厚度在10微米至20厘米的范围内。在一些实施例中，基片330是平面的，在其它实施例中，基片330是非平面的。在一些实施例中，基片330具有例如延迟或者波长选择性等光学功能。
在一些实施例中，基片330是剥离衬板。剥离衬板330可以由例如聚合物或者纸等任何实用的材料形成，并且可以包括剥离涂层。用于剥离涂层的合适材料包括但不限于设计为便于将剥离衬板330从粘合剂320上剥离的含氟聚合物、丙烯酸树脂和硅酮。
粘合剂320可以由任何实用的材料形成。在一些实施例中，粘合剂320由聚氨酯、环氧树脂或丙烯酸材料形成，并且可以是可固化的。在一个实施例中，粘合剂320是包含硅烷的UV可固化粘合剂。
在一个实施例中，粘合剂320是压敏粘合剂。压敏粘合剂320可以由任何实用的材料形成。在一些实施例中，压敏粘合剂320是丙烯酸类压敏粘合剂。可用的丙烯酸酯压敏粘合剂的部分清单包括可从日本Soken Chemical公司购买到的商品名为Soken 2106、Soken 1885、Soken 2263和Soken 2065的粘合剂。
粘合剂320可以具有任何实用的厚度。在一些实施例中，粘合剂320的厚度在1微米至100微米、或者5微米至75微米、或者10微米至50微米、或者20微米至40微米的范围内。在其它实施例中，粘合剂320的厚度在0.1微米至20微米、或者1微米至15微米、或者1微米至10微米的范围内。
可选抗反射涂层360可以直接涂在本征偏振器310上。抗反射涂层360可以包括多个聚合物层或者无机层。在一些实施例中，抗反射涂层360具有小于1微米的厚度，并且是例如ITO或者A-ITO等无机材料。由于抗反射膜的光学性能随着层数的增加而增强，所以抗反射涂层360还可以具有一个或者多个抗反射层，其中，这些层具有高低交替的折射率。这种多层抗反射膜优选具有通过轮转涂布(webcoating)、溅射、电子束、汽相沉积或者其组合而形成的一系列高度均匀的聚合物层或者无机层。在一些实施例中，可选抗反射涂层(未示出)可以涂在基片330的表面上。
图4示意性地示出可用于投影系统中的本征偏振器叠层400的实施例。本征偏振器410示出为用第一粘合剂440设置在第一基片450上。第二粘合剂420设置在本征偏振器410的相反侧以及本征偏振器410和第二基片430之间。可选抗反射涂层460设置在第一基片450上。
如上所述，本征偏振器410可以是K型偏振器或者KE型偏振器。本征偏振器410可以具有任何实用的厚度。在一些实施例中，本征偏振器410的厚度在5微米至100微米、或者10微米至50微米、或者20微米至40微米的范围内。
第一基片450可以由任何实用的材料形成。在一些实施例中，第一基片450由例如三乙酸纤维素、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚合材料形成。在其它实施例中，第一基片450由例如石英、玻璃、蓝宝石、YAG或者云母等无机材料形成。
第一基片450可以具有任何实用的厚度。在一些实施例中，第一基片450的厚度在10微米或者更大、或者10微米至1000微米、或者25微米至500微米、或者50微米至250微米的范围内。在其它实施例中，第一基片450的厚度在10微米至20厘米的范围内。在一些实施例中，第一基片450是平面的，在其它实施例中，第一基片450是非平面的。在一些实施例中，第一基片450具有例如延迟或者波长选择性等光学功能。
第二基片430可以由任何实用的材料形成。在一些实施例中，第二基片430由例如三乙酸纤维素、聚碳酸酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯或者聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚合材料形成。在其它实施例中，第二基片430由例如石英、玻璃、蓝宝石、YAG或者云母等无机材料形成。
第二基片430可以具有任何实用的厚度。在一些实施例中，第二基片430的厚度在10微米或者更大、或者10微米至1000微米、或者25微米至500微米、或者50微米至250微米的范围内。在其它实施例中，第二基片430的厚度在10微米至20厘米的范围内。在一些实施例中，第二基片430是平面的，在其它实施例中，第二基片430是非平面的。在一些实施例中，第二基片430具有例如延迟或者波长选择性等光学功能。
在一些实施例中，第二基片430是剥离衬板。剥离衬板430可以由例如聚合物或者纸等任何实用的材料形成，并且可以包括剥离涂层。用于剥离涂层的合适材料包括但不限于设计为便于将剥离衬板430从第二粘合剂420上剥离的含氟聚合物、丙烯酸和硅酮。
第一粘合剂440可以由任何实用的材料形成。在一些实施例中，第一粘合剂440由聚氨酯、环氧树脂或丙烯酸材料形成，并且可以是可固化的。在一个实施例中，第一粘合剂440是包含硅烷的UV可固化粘合剂。可用的UV可固化粘合剂的部分清单包括：基于异氰酸酯的粘合剂，例如可从比利时的Huntsman Advanced Materials公司获得的Araldite 2026A/B；基于聚氨酯的粘合剂，例如可从美国康涅狄格州的Henkel Loctite公司获得的LoctiteTM U-09LV、U-09FL、U-10FL以及可从美国康涅狄格州Torrington市的Dymax公司获得的OP-44；以及基于环氧树脂的粘合剂，例如可从美国康涅狄格州的Henkel Loctite公司获得的Hysol E-30CL、Hysol E-05CL。在一个实施例中，硅烷是可从美国西弗吉尼亚州的GE Silicones公司获得的被称为SilquestTMA-1120硅烷的N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。硅烷可以以粘合剂∶硅烷的任何有效比例添加到粘合剂中，例如按重量百分比计为100∶1至10∶1的比例等。
在另一个实施例中，第一粘合剂440是压敏粘合剂。压敏粘合剂可以由任何实用的材料形成。在一些实施例中，压敏粘合剂是丙烯酸类压敏粘合剂。可用的丙烯酸酯压敏粘合剂的部分清单包括可从日本Soken Chemical公司购买到的商品名为Soken 2106、Soken 1885、Soken 2263和Soken 2065的粘合剂。
第一粘合剂440可以具有任何实用的厚度。在一些实施例中，第一粘合剂440的厚度在0.1微米至20微米、或者1微米至15微米、或者1微米至10微米的范围内。
第二粘合剂420可以由任何实用的材料形成。在一些实施例中，第二粘合剂420由丙烯酸材料形成，在一些实施例中，第二粘合剂420是丙烯酸类压敏粘合剂。可用的丙烯酸酯压敏粘合剂的部分清单包括可从日本Soken Chemical公司购买到的商品名为Soken 2106、Soken 1885、Soken 2263和Soken 2065的粘合剂。第二粘合剂420可以具有任何实用的厚度。在一些实施例中，第二粘合剂420的厚度在1微米至100微米、或者10微米至75微米、或者20微米至40微米的范围内。
可选抗反射涂层460可以涂在第一基片450上。抗反射涂层460可以包括多个聚合物层或者无机层。在一些实施例中，抗反射涂层460具有小于1微米的厚度，并且是例如ITO或者A-ITO等无机材料。由于抗反射膜的光学性能随着层数的增加而增强，所以抗反射涂层460还可以具有一个或者多个抗反射层，其中，这些层具有高低交替的折射率。这种多层抗反射膜优选具有通过轮转涂布、溅射、电子束、汽相沉积或者其组合而形成的一系列高度均匀的聚合物层或者无机层。在一些实施例中，可选抗反射涂层(未示出)可以涂在第一基片450和/或第二基片430的表面上。为了减少不需要的反射，可选抗反射涂层可以涂在与空气接界的任何表面上。
图5示意性地示出透射式成像仪500的实施例。液晶单元505示出为在两个本征偏振器510之间。本征偏振器510可以与液晶单元505间隔一层或者多层，或者与液晶单元505隔开。在图5所示的实施例中，第二粘合剂层520设置在液晶单元505和本征偏振器510之间。第一基片550用第一粘合剂层540粘结到本征偏振器510上。可选抗反射涂层560可以涂在第二基片550上。本征偏振器510、第二粘合剂层520、第一基片550、第一粘合剂层540和抗反射涂层560全部在上面参照图4进行了说明。在一个实施例中，成像仪500包括K或者KE偏振器510、压敏粘合剂层520、未水解的三乙酸纤维素基片550和UV可固化粘合剂540。
图6示意性地示出反射式成像仪600的实施例。液晶单元605示出为在本征偏振器610和反射镜606之间。本征偏振器610和反射镜606可以与液晶单元605间隔一层或者多层，并且可以与液晶单元605隔开。在图6所示的实施例中，第二粘合剂层620设置在液晶单元605和本征偏振器610之间。第一基片650用第一粘合剂层640粘结到本征偏振器610上。可选抗反射涂层660可以涂在第一基片650上。本征偏振器610、第二粘合剂层620、第二基片650、第一粘合剂层640和抗反射涂层660全部在上面参照图4进行了说明。在一个实施例中，成像仪600包括K或者KE偏振器610、压敏粘合剂层620、未水解的三乙酸纤维素基片650和UV可固化粘合剂640。
进一步的讨论
用于投影系统成像仪的偏振膜可以使用含水聚乙烯醇(PVA)粘合剂的各种制剂(掺杂剂)层压在三乙酸纤维素基片的两侧上。三乙酸酯表面需要水解，以提供与含水PVA粘合剂的良好粘附，其中，三乙酸酯表面的化学水解通常增加对PVA粘合剂的粘附力。然后，该结构可以使用压敏粘合剂或者其它热塑性粘合剂制剂直接层压在玻璃上，或者层压在其它塑料膜上，然后层压在玻璃上。聚乙烯撑偏振膜也可以用于类似的结构中。
这些结构在高温、高温/高湿下或者在强光暴露下通常不是物理或者光学耐久的，这是由于：a)高度取向的偏振器容易收缩，这导致不可接受的缺陷，例如起泡、分层或者应力线；或者b)偏振器和/或相关联的粘合剂在强光暴露下褪色或者变暗。另外，三乙酸酯的水解成本较高，并且容易将几种缺陷引入到光学叠层中。
本文所述的液体紫外(UV)固化的粘合剂制剂可以用来代替上述含水的掺杂剂流体。这些制剂可以用于偏振器的一侧或者两侧上，以将其粘结到各种塑料基片甚至是未水解的三乙酸酯上。所公开的UV可固化粘合剂制剂很好地粘附在未水解的三乙酸酯上，消除了对三乙酸酯水解处理步骤的需要。可以得到这样的结构，即，当该结构层压在玻璃上时，它能够在物理上经受得住温度、湿度或者光暴露的苛刻条件。在很多实施例中，硅烷增粘剂可用来增加粘合剂对偏振器和三乙酸酯基片二者的粘附力。
在一些实施例中，本文所述的基片330、450、430是具有已水解或者未水解表面的三乙酸纤维素材料。在一个实施例中，基片330、450、430是具有未水解表面的三乙酸纤维素。所公开的UV可固化粘合剂制剂很好地粘附在未水解的三乙酸酯上，消除了对三乙酸酯水解处理步骤的需要。
可用于所述粘合剂层320、440、420中的UV可固化粘合剂的部分清单包括：基于异氰酸酯的粘合剂，例如可从比利时的HuntsmanAdvanced Materials公司获得的Araldite 2026A/B；基于聚氨酯的粘合剂，例如可从美国康涅狄格州的Henkel Loctite公司获得的LoctiteTMU-09LV、U-09FL、U-10FL以及可从美国康涅狄格州Torrington市的Dymax公司获得的OP-44；基于环氧树脂的粘合剂，例如可从美国康涅狄格州的Henkel Loctite公司获得的Hysol E-30CL、Hysol E-05CL；基于聚氨酯丙烯酸酯的粘合剂，例如可从美国康涅狄格州的HenkelLoctite公司获得的LoctiteTM 3104、3105、3107；以及/或者基于丙烯酸酯的粘合剂，例如可从美国康涅狄格州的Henkel Loctite公司获得的LoctiteTM 3491。在一个实施例中，硅烷是可从美国西弗吉尼亚州的GESilicones公司获得的被称为SilquestTM A-1120硅烷的N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。硅烷可以以粘合剂∶硅烷的任何有效比例添加到粘合剂中，例如按重量百分比计为100∶1至10∶1的比例等。
关于图4，可选抗反射涂层470可以涂在第二基片430上。抗反射涂层470可以包括多个聚合物层或者无机层。在一些实施例中，抗反射涂层470具有小于1微米的厚度，并且是例如ITO或者A-ITO等无机材料。由于抗反射膜的光学性能随着层数的增加而增强，所以抗反射涂层470还可以具有一个或者多个抗反射层，其中，这些层具有高低交替的折射率。这种多层抗反射膜优选具有通过轮转涂布、溅射、电子束、汽相沉积或者其组合而形成的一系列高度均匀的聚合物层或者无机层。
本文所述抗反射涂层可以在任何空气界面处涂在光学元件或者偏振器叠层上。本文所述的抗反射涂层可以是宽带或者窄带抗反射涂层。宽带抗反射涂层可以在可见光光谱的至少大部分(400～750nm)上是有效的。窄带抗反射涂层可以在可见光光谱的通常为一个色带(例如400～500nm、500～600nm或者600～750nm)上是有效的。在一些实施例中，窄带抗反射涂层用于本文所述的偏振器叠层中。
图3示出非对称的偏振器叠层300，图4示出对称的偏振器叠层400。在很多实施例中，双基片对称偏振器叠层400比单基片非对称偏振器叠层300表现出更少的卷曲。然而，当这两个偏振器叠层(300，400)中的基片是三乙酸纤维素(TAC)时，双基片对称偏振器叠层400在高强度光通量下比单基片非对称偏振器叠层300表现出更多黄变。因此，当利用TAC作为基片时，可能黄变量必须与偏振器叠层(300，400)的物理整体性平衡。
通过下面的实例说明本发明的优点。然而，在这些实例中所述的具体材料及其数量、以及其它条件和细节应该解释为广义地应用于所属领域中，而不应该解释为不适当地限制本发明。
实例
材料
基片：
TAC指的是可从Eastman Kodak、Fuji Film、Lofo或者IslandPolymers Industry获得的三乙酸纤维素。
偏振器：
KE A指的是层压在TAC膜上的KE(7.5X拉伸率)本征偏振器。三乙酸纤维素(TAC)膜和KE偏振器(厚度为20微米至40微米)用设置在其间的可固化粘合剂(可从美国威斯康星州Wauwatosa市的Bostik Findley公司获得的Boscodure 21)层压在一起。然后，通过将用PSA(Soken 2106)预涂布的剥离膜层压到KE偏振器上，将PSA粘合剂涂在KE偏振器的相对侧上。除去剥离膜，并且将露出的PSA层压在玻璃载片上。
KE B指的是粘附在TAC膜上的KE(7.5X拉伸率)本征偏振器。三乙酸纤维素(TAC)膜和KE偏振器用设置在其间的可固化粘合剂(以Boscodure 21∶Vital 3554按重量百分比计为4∶1的比例，二者均可从美国威斯康星州Wauwatosa市的Bostik Findley公司获得)层压在一起。然后，通过将用PSA(Soken 2106)预涂布的剥离膜层压到KE偏振器上，将PSA粘合剂涂在KE偏振器的相对侧上。除去剥离膜，并且将露出的PSA层压在玻璃载片上。
SHC125U指的是可从日本Polatechno有限公司获得的高对比度的染料偏振器。
Proj-R指的是由3M MP7740i投影仪组装的红色通道分析器。
实例1
光热暴露试验：
拆卸3M MP7740i办公用投影仪(具有150W UHB灯泡)，以露出发光引擎部件。为了演示KE偏振器的增强的耐久性，除去恰好在偏振转换系统(PCS)之后的会聚透镜，并且先前由该透镜占用的插槽用作用于测试下述偏振器组件的安装位置。
对PCS的分析表明，射出该系统的光的通过状态与阻挡状态的近似比为4∶1。恰好在PCS之前的投影仪的区域中的空气温度测量为110℃。
偏振器安装成这样，当玻璃载片组件安装在投影仪上时，通过状态被最大限度地透射。
试验过程：
开启投影仪，并且经过30秒预热之后，将偏振器放置在透镜支架上，其中，偏振器侧朝向入射光。然后，以增量为5分钟的方式使该试验结构经受强光和强热。
对偏振器表征每次试验之前和之后的光谱颜色和透射率特性。颜色特性：
通过使用Hunterlab Ultrascan XE分光光度计进行的波长相关的透射率测量，对透过该叠层的光计算每个样品的颜色特性。随后，使用D65照明器计算透射光的色调，并且将计算结果列于表1中。根据CIELAB色系表示颜色或者色调，该色系使用坐标：a*和b*。a*坐标表示红色/绿色，b*坐标表示黄色/蓝色。
a*的正值对应于红色，a*的负值对应于绿色。b*的正值对应于黄色，b*的负值对应于蓝色。(0，0)的(a*，b*)坐标表示中性色调。此外，其绝对值小于1的a*或者b*值在颜色上产生偏离中性的刚刚可察觉的变化。Y值是经过适光校正的透光率，Y的下降表示样品变暗。
结果：
将这些结果列于下面表1中。两个KE样品在总共15分钟的暴露中表现出可忽略的变化，而包括投影偏振器的两个染料样品在经过5分钟的暴露之后表现出明显的变暗。将SHC125U染料偏振器再经过5分钟暴露，在该期间之后，表现出在透射率和颜色上的根本变化。
表1
  材料   初始值   最终值   △   暴露时间
  Y   a*   b*   Y   a*   b*   Y   a*   b*
  KE A   42.09   0.26   3.67   42.09   0.42   3.63   0   0.16   -0.04   15分钟
  KE B   42.02   0.18   3.8   41.12   0.41   4.23   -0.90   0.23   0.43   15分钟
  SHC125U   39.92   -0.17   3.42   36.12   0.36   1.58   -3.80   0.53   -1.84   5分钟
  Proj-R   39.95   -1.13   3.85   35.36   -2.31   1.90   -4.59   -1.18   -1.94   5分钟
实例2
用下述材料制造适用于投影系统中的本征偏振器叠层。
带有抗反射涂层的80微米厚的三乙酸纤维素(TAC)膜和由3M制造的20微米至40微米厚的7.5x拉伸率KE偏振膜用设置在其间的包括硅烷增粘剂的UV可固化粘合剂层压在一起。使用Fusion D型灯泡固化层压的叠层，并且，所得到的固化的UV粘合剂层的厚度为2微米至6微米。然后，将在表面上设置有丙烯酸PSA层的PET剥离膜(例如可从CP Films，Martinsville，VA获得的UV10)涂在KE偏振膜的与TAC膜相对的那一侧上。除去PET剥离膜，并且将露出的PSA层压在石英基片上。
实例3
可以用下述材料制造适用于投影系统中的延迟器加上偏振器叠层。
由3M公司制造的20微米至40微米厚7.5x拉伸率KE偏振膜可以设置在80微米厚的三乙酸纤维素(TAC)膜和1/2波延迟膜(可从日本Tejin公司获得)之间，并且与例如UV可固化粘合剂、PSA或者环氧树脂粘合剂粘附在一起。可以用合适的方法固化粘合剂。在表面上设置有丙烯酸PSA层的PET剥离膜(例如可从CP Films，Martinsville，VA获得的UV10)可以涂在TAC外表面和/或延迟膜外表面上。PET剥离膜可以除去，并且露出的PSA可以层压在石英基片上。
实例4
可以用下述材料制造适用于投影系统中的偏振器叠层。
由3M公司制造的20微米至40微米厚7.5x拉伸率KE偏振膜可以设置在两个玻璃、石英或者蓝宝石基片之间，并且与例如UV可固化粘合剂、PSA或者环氧树脂粘合剂粘附在一起。可以用合适的方法固化粘合剂。
实例5
在偏振膜叠层的整个结构中，用于将偏振器粘结到基片上的粘合剂应该对这两个元件都具有较高的粘附力。如果对任意一个元件的粘结强度较低，则在切割、处理和/或环境测试过程中，层压的结构容易分层。使用下面列出的试验过程，对液体粘合剂选择物测试其与三乙酸酯和K偏振器的粘附力。用下面列出的过程筛选UV可固化粘合剂和硅烷增粘剂的各种组合。在第一组试验(实例5)中，针对未水解的三乙酸酯和K偏振器之间的粘结强度，比较没有硅烷的UV粘合剂。结果示于表2中。
试验过程
a.使用两个橡胶碾压辊，将液体UV粘合剂选择物层压在未水解的三乙酸酯基片和K偏振器之间(得到TAC/UV粘合剂/K偏振器的结构)。
b.在Fusion UV固化单元(H型灯泡)上通过K偏振器侧固化该结构。
c.通过以90度的剥离角剥离(以17英寸/分的速度)两个基片并测量以克每英寸(样品的宽度)表示的剥离力，在型号为SP-2000的IMASS Slip/Peel Tester剥离试验机上评估这些样品。
表2
    粘合剂     剥离力(克/英寸)
    Loctite 3104     30
    Loctite 3105     79
    Loctite 3107     42
    Loctite 3491     2
    Dymax OP44     86
实例6
在第二组试验(实例6)中，针对实例5所述的未水解的三乙酸酯和K偏振器之间的粘结强度，使用Loctite 3105作为UV可固化粘合剂的基体，比较四种硅烷。结果示于表3中。
表3
    粘合剂   剥离力(克/英寸)
    3105∶硅烷A1120为25∶1   830
    3105∶3-丙烯氧基丙基三甲氧基硅烷为25∶1   181
    3105∶3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯为25∶1   137
    3105∶硅烷A174为25∶1   323
实例7
在第三组试验(实例7)中，针对实例5所述的未水解的三乙酸酯和K偏振器之间的粘结强度，用以两种不同的比例存在的硅烷A1120重新测试不同的UV粘合剂。结果示于表4中。
表4
 粘合剂     剥离力(克/英寸)比例为100∶1   剥离力(克/英寸)比例为25∶1
 Loctite 3104     73
 Loct ite 3105     390   904
 Loctite 3107     209   145
 Loct ite 3491     65
 Dymax OP44     132   46
实例8
在第四组试验(实例8)中，针对实例5所述的未水解的三乙酸酯和K偏振器之间的粘结强度，用不同的固化条件评估各种比例的Loctite 3105和硅烷A1120。结果示于表5中。
表5
  粘合剂/硅烷比例  UV固化#或者次数     剥离力(克/英寸)
  100∶1  1     996
 2     350
    4     266
    50∶1     1     771
    2     538
    4     247
    25∶1     1     415
    2     823
    4     745
    12.5∶1     1     182
    2     973
    4     745
实例9
与竞争的投影偏振器结构相比较，使用上述的Loctite 3105∶硅烷A1120为25∶1的制剂演示在烘箱测试和投影仪测试中的性能。在实验室中制造下述结构，并且将这些结构在烘箱和LCD投影仪中进行测试：
层     说明
玻璃
PSA         1密耳厚的市售PSA(Soken 2106)层
K偏振器     28微米厚的聚乙烯撑偏振器
UV粘合剂    以25∶1的比例与硅烷A1120增粘剂混合的5微
            米厚的市售100％固体UV粘合剂(Loctite 3105)
            层
TAC         125微米硬涂布的LOFO TAC，硬涂层在粘合剂
            的相对侧上，AR涂布在硬涂层上。
烘箱测试
1.以25∶1的比例混合Loctite 3105和硅烷A1120(二者为100％活性)。
2.使用两个橡胶轧辊，将K偏振器层压在TAC的未涂布的一侧上，该TAC先前被硬涂布，然后，用抗反射层涂布。
3.将层压的Soken 2106 PSA(25微米厚)转移到暴露的K偏振器上。
4.在两个橡胶轧辊之间将该结构的PSA侧层压在标准的玻璃显微镜载片上。
5.在Cary 5E分光光度计上测量偏振器/玻璃层压件透射率。使用与偏振器的吸收轴垂直的平面偏振光的样品透射率(“通过”透射率)包括在该测量的输出之内。该值称为“k1”，对于该类样品，通常在80％和90％之间。
6.然后，将样品放置在120℃(烘干)烘箱中28天，然后，重新测量透射率。这导致k1损失为3.2％。同时测量比较样品。该比较样品是染料偏振器(层压在石英基片上)，其是从市售LCD投影仪的蓝色通道拆卸下来的。在120℃经过28天后，该比较样品的k1损失为8.5％。基于其它类似样品的分析，我们认为该比较样品的结构是下述结构：
石英/PS/三乙酸酯/掺杂剂粘合剂/染料偏振器/掺杂剂/三乙酸酯/硬涂层/AR。
投影仪测试
1.与烘箱测试中的步骤1相同。
2.与烘箱测试中的步骤2相同。
3.与烘箱测试中的步骤3相同。
4.除了使用石英代替玻璃之外，与烘箱测试中的步骤4相同。
5.与烘箱测试中的步骤5相同。关于该试验，重要的输出是k2，其是使用与偏振器的吸收轴平行的平面偏振光的透射率(“阻挡”透射率)。对于这些样品，典型的k2值是0.01％至0.03％。
6.将样品放置在市售的LCD投影仪的绿色入口位置上。除去偏振转换单元(其使由照明灯泡发出的光偏振)，从而由于入口偏振器而产生更多的光吸收并发热。这样变化的效果是加速偏振元件失效。将K型样品和与投影仪一起存在的现有的染料绿色偏振器相比较，比较结果示于表6中。
表6
    样品     投影时间 结果
    比较绿色     2天 完全漂白k2严重增大
    K型     2天 k2从0.027％增大至0.032％
    K型     13天 k2从0.027％增大至0.038％
本文所引用的所有专利、专利文献和出版物的全部公开内容以引用方式并入本文中。仅仅为了清楚地理解，给出了前面的详细描述和实例。根据这一点，不应该理解为不必要的限制。本发明不局限于所示出和描述的具体细节，对于所属领域技术人员来说显而易见的变化将包括在由权利要求限定的本发明内。

Claims (26)

1.一种投影系统，包括：
光源，其产生照明光；
成像仪，其设置成接收所述照明光，所述成像仪包括本征偏振器；以及
投影透镜，其设置成从所述成像仪接收所述照明光。
2.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述成像仪包括透射式成像仪。
3.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述成像仪包括反射式成像仪。
4.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述成像仪包括液晶成像仪。
5.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述本征偏振器包含聚乙烯撑。
6.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述本征偏振器包括KE型偏振器。
7.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述成像仪包括：
至少两个透射式成像仪；
颜色分离光学装置，其设置成将照明光分离成至少两个相应色带；以及
颜色合成光学装置，其合成来自所述至少两个透射式成像仪的图像光。
8.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述成像仪包括：
至少两个反射式成像仪；
颜色分离光学装置，其设置成将照明光分离成至少两个相应色带；以及
颜色合成光学装置，其合成来自所述至少两个反射式成像仪的图像光。
9.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述本征偏振器设置为与所述成像仪相邻。
10.根据权利要求1所述的投影系统，还包括设置在所述本征偏振器上的UV可固化粘合剂。
11.根据权利要求1所述的投影系统，还包括设置在所述本征偏振器上的抗反射涂层。
12.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述成像仪包括设置在其上的本征偏振器。
13.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述成像仪包括与其隔开的本征偏振器。
14.根据权利要求1所述的投影系统，其中，所述成像仪包括至少两个本征偏振器。
15.一种偏振器叠层，包括：
本征偏振膜；
基片；以及
UV可固化粘合剂，其设置在所述本征偏振膜和所述基片之间，所述UV可固化粘合剂包含硅烷。
16.根据权利要求15所述的偏振器叠层，其中，所述本征偏振膜包含聚乙烯撑。
17.根据权利要求15所述的偏振器叠层，其中，所述本征偏振膜是KE型偏振膜。
18.根据权利要求15所述的偏振器叠层，其中，所述基片包含聚合材料。
19.根据权利要求15所述的偏振器叠层，其中，所述基片包含三乙酸酯材料。
20.根据权利要求15所述的偏振器叠层，其中，所述基片包含未水解的三乙酸酯材料。
21.根据权利要求15所述的偏振器叠层，还包括设置在所述本征偏振膜上的压敏粘合剂层，所述本征偏振膜设置在所述压敏粘合剂层和所述UV可固化粘合剂之间。
22.根据权利要求15所述的偏振器叠层，其中，所述UV可固化粘合剂包括基于聚氨酯丙烯酸酯的粘合剂。
23.根据权利要求15所述的偏振器叠层，其中，所述硅烷包括N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
24.一种投影系统，包括：
光源，其产生照明光；
成像仪，其设置成接收所述照明光，所述成像仪包括：
本征偏振器，其设置在液晶光调制器上；
压敏粘合剂，其设置在所述本征偏振器和所述液晶光调制器之间；以及
UV可固化粘合剂，其设置在所述本征偏振器上，并且包含硅烷；以及
投影透镜，其设置成从所述成像仪接收所述照明光。
25.根据权利要求24所述的投影系统，其中，所述UV可固化粘合剂包括基于聚氨酯丙烯酸酯的粘合剂，并且所述硅烷包括N-β-(氨基乙基)-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷。
26.根据权利要求24所述的投影系统，还包括设置在所述UV可固化粘合剂上的未水解的三乙酸酯基片。
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