CN104656179B - 一种偏振镜及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种偏振镜，包含：基板，采用透明材料制成；第一偏振层，设置于所述基板上方，所述偏振层在紫外偏振光的照射下，具有定向排列的性能。

Description

一种偏振镜及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种偏振镜及其制造方法，包含圆偏振镜及线偏振镜。还设计一种包含上述偏振镜的光学元件。
背景技术
偏振镜，也叫偏振镜，简称PL镜，是一种滤色镜。偏振镜的出色功用是能有选择地让某个方向振动的光线通过，在彩色和黑白摄影中常用来消除或减弱非金属表面的强反光，从而消除或减轻光斑。例如，在景物和风光摄影中，常用来表现强反光处的物体的质感，突出玻璃后面的景物，压暗天空和表现蓝天白云等。根据过滤偏振光的机理不同，偏振镜可以分为圆偏振镜(简称CPL)和线偏振镜(简称LPL)两种。
偏振镜由两片光学玻璃夹着一片有定向作用的微小偏光性质晶体(如云母)组成。还有另一种制造方法，两片光学玻璃之间的夹层涂有聚乙烯膜或聚乙烯氰一类的结晶物，这一聚合物涂层可产生极细的栅栏状的结构，好像是一道细密的栅栏，只允许振动方向与缝隙相同的光通过。再将这两片玻璃各自独立地安装在可以旋转的环圈里，通过旋转其中一镜片便可以消除被摄物体表面的偏振反射光。这层涂膜会逐渐老化失效，而且受潮、撞击和震动也会缩短使用寿命。
发明内容
本发明的实施例提供一种偏振镜及其制造方法，包含：
一种偏振镜，其特征在于，包含：基板，采用透明材料制成；第一偏振层，设置于所述基板上方，所述偏振层在紫外偏振光的照射下，具有定向排列的性能；
一种偏振镜的制造方法，其特征在于，包含：提供一基板；向基板上涂覆偏振镜材料，且所述偏振镜具有第一区域和第二区域；对所述偏振镜进行预烘烤；对所述偏振镜的所述第一区域和第二区域进行不同偏振方向的紫外光照射；对所述偏振镜进行固化烘烤。
一种光学元件，其特征在于，包含权利要求1所述的偏振镜。
本发明具有如下一种或几种好处：
(1)采用光配向法制造偏振镜，省略一层基板，减薄偏振镜厚度。
(2)光配向法制造区域偏振镜，工艺简单，成本低。
(3)光配向法制造区域偏振镜，对光线干扰不同的区域做不同处理，提高画面质量，改善画面亮度。
(4)应用于圆偏振镜，可得到多个方向的圆偏振光。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的偏振镜材料结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图；
图5为本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图；
图7为本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图；
图8a为本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图；
图8b为本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图；
图8c为本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图；
图8d为本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图；
图9为本发明一实施例提供的偏振镜工艺流程示意图；
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1是本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图。其中101是基板，材料为透明材料，可选地，基板101的材料是硬质基板，硬质基板指摩氏硬度大于等于6的材料，可选地，基板101的材料是玻璃。基板101的上方设置有偏振层102，偏振层102在紫外偏振光的照射下，具有定向排列的性能。可选地，偏振层102包含基体材料12和偏振材料11，且偏振材料11掺杂于基体材料12中，如图2所示。可选地，偏振材料11为二色性有机染料，可选地，偏振材料11选自偶氮型染料、蒽醌型染料、联苯型染料、三苯二嗪及衍生物型染料、单甲川或多甲川型染料、聚环型染料、或均二苯代乙烯类等二色性有机染料中的一种或几种，可选地，偏振材料11的二色性比大于7。可选地，基体材料12可以选自三醋酸纤维素、聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚苯乙烯、纤维素衍生物、聚氯乙烯、聚丙烯、丙烯酸类聚合物、聚酰胺、聚酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物皂化物等材料中的一种或多种。偏振材料11和基体材料12至少有一种材料具有光配向特性，例如，当偏振材料为偶氮类二色性有机染料或均二苯代乙烯类二色性染料时，具备光配向特性。当基体材料12是包含环丁烷基团的聚酰亚胺、具有偶氮基团的可光配向材料、聚肉桂酰衍生物类可光配向材料时，具有光配向特性。本发明中，对上述偏振层进行预烘烤后，进行紫外偏振光照射，使偏振材料11和基体材料12定向排列，结合偏振材料11的二色性特性，最终经过固化烘烤，得到偏振镜。现有技术中，采用两层玻璃夹偏振层的方法制备，而本发明中，由于使用了光配向工艺，可仅使用一层玻璃及偏振层就可以实现现有技术的技术方案，偏振层的上方无需再设置另一个基板，减小了偏振镜的厚度，使之更加轻薄。
可选地，基体材料12和偏振材料11都具有光配向特性。由于在紫外光的照射下，偏振材料11会根据紫外光的偏振方向取向，同时，基体材料12也根据紫外光的偏振方向取向，基体材料12一般为高分子材料，而偏振材料11一般为小分子材料，在取向过程中，基体材料12对偏振材料11的取向具有引导作用，偏振材料11对基体材料12的取向具有协同作用，因此偏振材料11和基体材料12都取向更加精确，使得本发明偏振镜的各个区域的偏振方向可以根据所需的偏振方向精确设置。同时，本实施例的偏振镜的区域化精确度、稳定性更佳。
此外，本实施例中，可选地，基体材料是聚酰亚胺。聚酰亚胺的耐高温高湿能力强，聚酰亚胺耐高温高湿的能力优于现有技术使用的聚乙烯醇，可靠性更高。且聚酰亚胺的厚度也可以小于聚乙烯醇，因此可进一步减薄偏振镜。
图3是本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图。图3中，201是基板，可选地，基板201是玻璃。基板201的上方设置有偏振层202，偏振层202在紫外偏振光的照射下，具有定向排列的性能。偏振层的材料可参照前一实施例。本实施例中，偏振层202至少包含第一区域202a和第二区域202b，且第一区域202a和第二区域202b的偏振轴方向不同。
本发明中，利用光配向工艺，用紫外偏振光对偏振镜进行照射，对偏振镜进行配向，经过烘烤固化工艺后形成偏振镜，通过偏振镜的不同区域照射不同偏振方向的紫外光，可以实现偏振镜不同区域的偏振方向。本发明所述的偏振镜至少包含第一区域和第二区域，且第一区域的偏振轴方向与第二区域的偏振轴方向不同。当然，本发明也可以具有两个以上、乃至多个区域。多个区域之间的偏振轴方向可以各不相同，也可以根据实际应用将偏振镜设置为部分区域偏振方向相同，部分区域偏振方向不同。本申请文件中，将这种偏振镜称为区域偏振镜。
与现有技术相比，本实施例不仅能够省去一层玻璃基板，还能实现偏振镜的区域化。光线通过区域偏振镜后，可转化为每个区域偏振方向各不相同的偏振光，在实际应用中，偏振镜可应用于摄影、显微镜、激光仪等多种光学器件中，利用本实施例提供的区域偏振镜，可以实现不同区域观察到不同的效果。例如在显微镜中，观察的样品可能每个区域干扰光线严重程度、干扰光线类型不同，使用本实施例提供的区域偏振镜，可以有效滤掉不同区域不同的干扰光线，同时不影响正常的区域，使画面更清晰均一，提高画面质量。
图4是本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图。301是基板，可选地，基板301是玻璃。基板301的上方设置有第一偏振层302，第一偏振层302在紫外偏振光的照射下，具有定向排列的性能。第一偏振层302上方设置有第二偏振层303。第一偏振层302和第二偏振层303的材料可参考本申请文件其它实施例公开的材料。本实施例中，第一偏振层302至少包含第一区域302a和第二区域302b，且第一区域302a和第二区域302b的偏振轴方向不同。第二偏振层303的偏振轴方向与所述第一偏振层的至少一个区域的偏振轴方向不同。通过本实施例的方法，可以调整偏振镜通过光线的明暗度。例如，请参照图4，假设自然光从基板301底部入射，初始强度为100％，则自然光通过第一偏振层302后，第一区域302a对应的光线强度为50％，假设光线方向为平行方向；第二区域303b对应的光线强度为50％，假设光线方向为45度方向；第二偏振层303的偏振方向平行于第一偏振层302的第一区域302a，则光线通过第二偏振层后的强度为，第一区域302a对应的光线强度为50％，光线方向依然为平行方向；第二区域303b中原偏振方向为45度的偏振光只有在水平方向上的分量可以通过，因此对应的光线强度约为35％，光线方向为平行方向；通过上述方法，可以调节不同区域的透光量。例如在显微镜中，观察的样品可能每个区域干扰光线亮度、严重程度、干扰光线类型不同，使用本实施例提供的区域偏振镜，不仅可以有效滤掉不同区域不同的干扰光线，同时不影响正常的区域，还可以调节亮度过大的区域，使画面亮度均一。可选地，第一区域对应的偏振镜出射光强度等于第二区域对应的偏振镜出射光强度。这样的设置使得整个画面的光强相同，便于图像观察及处理。
可选地，第二偏振层303具有第三区域303a和第四区域303b，如图5所示，其中，第三区域303a对应于第一区域302a，第四区域303b对应于第二区域302b。且第三区域303a和第四区域303b的偏振轴方向不同。这样的设置使得每个区域可调节的光强范围更大，调节更加灵活。
图6是本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图。401是基板，可选地，基板401是玻璃。基板401的上方设置有第一偏振层402，第一偏振层402在紫外偏振光的照射下，具有定向排列的性能。第一偏振层402的材料可参考本申请文件其它实施例公开的材料。第一偏振层402的上方设置有四分之一波长薄膜404。四分之一波长薄膜404可以使透过它的偏振光振动方向在一个圆周上旋转，可以对一个方向(假设为x)的偏振电矢量产生π/2相移，而对与它垂直方向(假设为y)的电矢量没有任何作用。所以可以使上述偏振光沿x和y的角平分线方向通过1/4波片，于是出射光线就是一束有两种偏振方向垂直，相位差π/2的偏振光合成的光线了，也就是所谓的圆偏振光。圆偏振镜使得偏振镜既能滤掉有害的偏振光，又能使经过偏振镜进入镜头的光线成为非偏振光，在摄影中的应用尤其广泛。现有技术中，采用两层玻璃夹偏振层，再涂覆四分之一薄膜的方法制备圆偏振镜，而本发明中，由于使用了光配向工艺，可仅使用一层玻璃、偏振层、四分之一薄膜就可以实现现有技术的技术方案，偏振层的上方无需再设置另一个基板，减小了偏振镜的厚度，使之更加轻薄。
其中，四分之一波长薄膜的厚度d＝1/4λk,其中，λ是入射光波长，k是系数，0≤k≤1，可选地，0.6≤k≤0.9.可选地，四分之一波长薄膜的厚度28-100nm。可选地，四分之一波长薄膜的厚度47-100nm。四分之一波长薄膜的厚度在此范围内具有更好的效果。
图7是本发明一实施例提供的偏振镜结构示意图。501是基板，可选地，基板501是玻璃。基板501的上方设置有偏振层502，偏振层502在紫外偏振光的照射下，具有定向排列的性能。偏振层502的材料可参考本申请文件其它实施例公开的材料.偏振层502至少包含第一区域502a和第二区域502b，且第一区域502a和第二区域502b的偏振轴方向不同。偏振层502的上方设置有四分之一波长薄膜504，构成圆偏振镜。一般的圆偏振镜虽然可以将转化为非偏振光，但是所得到的非偏振光是圆偏振光，在同一时间点震动方向是单一的，例如左旋光或右旋光，与自然光不同，自然光在各个方向是震动方向，采用本实施例提供的偏振镜，可以得到类似自然光的效果，不仅可以得到非偏振光，而且可以得到同一时间点，沿各个方向震动的非偏振光，即仿自然光。例如，采用本实施例的圆偏振镜，应用于摄影的镜头中，可以使感光更精确，对相机的自动曝光与自动对焦功能的影响更小。
本申请文件中，区域偏振镜也可以设置为多个偏振方向，分布于多个区域，每个区域具有互不不同的偏振方向，如图8a。偏振镜也可以设置为如图8b所示的结构，每一行为一个区域，每一行具有相同的偏振方向。偏振镜也可以设置为如图8c所示的结构，每一列为一个区域，每一列具有相同的偏振方向。偏振镜的不同区域也可以具有相同的偏振方向，例如偏振镜可以设置为如图8d所示的结构，偏振方向不同的两个区域交错排列。偏振镜的区域的大小、组合可以根据具体应用中，想要达成的效果设定，本申请文件中不做限定。为了便于理解，本实施例中只列举了4个区域，实际应用中，可能会存在多个区域，本申请文件中不再一一列举，但这些都包含在本发明的思想中。
本发明的一个实施例，提供了制造偏振镜的具体工艺，如图9所示。
步骤S1：提供一基板。
具体地，所述基板可以是硬质基板，可选地，所述基板的材料是玻璃。
步骤S2：将偏振材料11涂覆于上述基板的表面上，或将偏振材料11混合于基体材料12或其前躯体中，涂覆于上述基板的表面上，形成偏振镜。
具体地，偏振材料11和基体材料12可以是本申请文件实施例中的材料之间的任何一种组合。
步骤S3：对所述偏振镜层进行预烘烤处理。
具体地，所述预烘烤处理的温度可选为90℃-130℃，时间可选为60S-120S.步骤S4：采用紫外偏振光照射上述基板。
如果是区域偏振镜，则将偏振镜分成至少两个区域：第一区域和第二区域。分别对上述区域采用不同偏振方向的紫外偏振光照射。例如，可以向第一区域照射第一偏振方向的紫外光，然后将偏振镜旋转一定角度，使得紫外偏振光的偏振中方向与偏振镜的夹角发生改变。再向第二区域照射同一偏振方向的紫外光。由于紫外光偏振方向与基板的夹角发生变化，第二区域的偏振轴方向将与第一区域不同。此外，还可以向第一区域照射第一偏振方向的紫外光，再旋转紫外光源的金属栅的方式，得到第二方向偏振紫外光，在以第二偏振方向的紫外光照射第二区域。或者，还可以采用区域化的掩模板。
具体地，对预烘烤处理后的偏振镜进行紫外线偏振光照射，使得所述偏振材料或/和基体材料定向排列，所述紫外线偏振光照射时紫外线偏振光的能量为300mj-1000mj，可选为500mj-800mj，这种光照能量情况下，聚酰亚胺膜的光配向能力最佳，越利于偶氮染料定向排列，偏振性能最佳。
步骤S5：对紫外光照射后的偏振镜进行烘烤固化。
具体地，所述固化的温度可选为210℃-230℃，时间可选为20min-50min。可选的，所述烘烤处理的温度为130℃，时间为120S，固化的温度为230℃，时间为30min。
如果还具有第二偏振层，则重复上述步骤S2-S5。
如果还有四分之一波长薄膜，则在上述步骤完成后，实施如下步骤：涂覆四分之一波长薄膜材料；预烘烤；烘烤。具体工艺参数可参照前文。
这种区域偏振镜的制造工艺简便易行，成本低廉，无需精密工艺。
本发明提供的偏振镜可以应用于相机镜头、显微镜等多类显示装置中。
本发明还包含一种光学元件，由多个透镜组成，用以生成影像，包含本发明提供的偏振镜。采用本发明的偏振镜，可以更好地滤除有害光线，使影像更加清晰。并可以实现分区域的光线滤除，实用性强。
需要说明的是，本申请文件所述的各实施例之间的技术方案之间可以相互组合，也可以是各实施例之间一部分的相互组合，都在本发明公开的思想范围之内。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (14)

1.一种偏振镜，其特征在于，包含：
基板，由透明材料制成；
第一偏振层，设置于所述基板上方，所述偏振层在紫外偏振光的照射下，具有定向排列的性能，所述第一偏振层包含基体材料和偏振材料，所述偏振材料掺杂于所述基体材料之中，所述基体材料和所述偏振材料都具有光配向特性。
2.根据权利要求1所述的偏振镜，其特征在于，所述第一偏振层与所述基板相反的一侧不设置基板。
3.根据权利要求1所述的偏振镜，其特征在于，所述第一偏振层至少包含第一区域和第二区域，所述第一区域的偏振轴方向与所述第二区域的偏振轴方向不同。
4.根据权利要求3所述的偏振镜，其特征在于，进一步包含第二偏振层，位于所述第一偏振层上方，所述第二偏振层的偏振轴方向与所述第一偏振层的至少一个区域的偏振轴方向不同。
5.根据权利要求4所述的偏振镜，其特征在于，所述第二偏振层包含第三区域和第四区域，所述第三区域的偏振轴方向与所述第四区域的偏振轴方向不同。
6.根据权利要求1所述的偏振镜，其特征在于，所述偏振材料是二色性有机染料。
7.根据权利要求1所述的偏振镜，其特征在于，所述基体材料是聚酰亚胺或聚肉桂酰衍生物或偶氮类光配向材料。
8.根据权利要求1所述的偏振镜，其特征在于，所述基板是硬质基板。
9.根据权利要求8所述的偏振镜，其特征在于，所述基板的材料是玻璃。
10.根据权利要求1所述的偏振镜，其特征在于，还包含四分之一波长薄膜，设置于所述偏振层上方。
11.根据权利要求10所述的偏振镜，其特征在于，所述四分之一波长薄膜的厚度是28-100nm。
12.一种偏振镜的制造方法，其特征在于，包含：提供一基板；将偏振材料混合于基体材料或其前躯体中，涂覆于所述基板的表面上，所述基体材料和所述偏振材料都具有光配向特性，且所述偏振镜具有第一区域和第二区域；对所述偏振镜进行预烘烤；对所述偏振镜的所述第一区域和第二区域进行不同偏振方向的紫外光照射；对所述偏振镜进行固化烘烤。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述紫外光的能量为300mj-1000mj，所述预烘烤的温度为90℃-130℃，时间为60S-120S，所述固化烘烤的温度为210℃-230℃，时间为20min-50min。
14.一种光学元件，其特征在于，由多个透镜组成，包含权利要求1所述的偏振镜。
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