JP2008537163A - 応力の低減された偏光ビームスプリッタ接合体 - Google Patents

Abstract

偏光ビームスプリッタが、多層偏光フィルムと、多層偏光フィルム上に配置された第１の架橋シリコーンゲル層と、架橋シリコーンゲル層上に配置された第１の硬質カバーと、多層偏光フィルムに隣接して配置された第２の硬質カバーとを含む。

Description

本開示は、広くは偏光ビームスプリッタおよびたとえば情報を表示するためのシステムにおけるそのようなデバイスの使用に関し、さらに詳細には、投影システムに関する。

光学イメージングシステムは通常、透過型または反射型液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）イメージャを含み、光ビームに画像を載せる光弁または光弁アレイとも呼ばれる。透過型光弁は通常、半透明であり、光を通過させることができる。反射型光弁は、画像を形成するために、入力ビームを異なる方向または偏光状態に反射する。

多くのＬＣＤイメージャは、入射光の偏光を回転する。言い換えれば、偏光は、最も暗い状態ではその偏光状態が実質的に変えられないイメージャによって、または所望のグレースケールを提供するように付与される偏光回転度を有するイメージャによって反射されるかのいずれかである。９０°の回転が、これらのシステムで最も明るい状態を提供する。したがって、偏光ビームは一般に、ＬＣＤイメージャ用の入力ビームとして用いられる。望ましいコンパクトな配置構成は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）とイメージャとの間の折り畳まれた光路を含み、照明ビームおよびイメージャから反射される投影画像は、ＰＢＳとイメージャとの間の同一の物理的空間を共有する。ＰＢＳは、偏光回転された画像光から入射光を分離する。プロジェクタシステムに用いられる従来のＰＢＳは、マックネイル型偏光子と呼ばれることもあり、ブリュースター角で配置される無機誘電フィルムの積層を用いる。ｓ偏光を有する光は反射され、ｐ偏光状態の光は偏光子中を透過される。

広くは、本開示は、投影システムの性能を向上するための装置に関する。特に、本開示は、画像品質、安定性および偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の寿命の向上を伴うイメージングコアに基づいている。

本開示は、多層偏光フィルムと硬質カバーとの間に配置された架橋シリコーンゲル層を含むＰＢＳを提供する。多層偏光フィルムと硬質カバーとの間に配置された架橋シリコーンゲル層の組合せは、ＰＢＳ接合体中の応力誘起複屈折を低減することができる。さらに、多層偏光フィルムと硬質カバーとの間に配置された架橋シリコーンゲル層の組合せは、改良された画像品質および安定性、および／または強化された寿命を示すＰＢＳ接合体を提供することができる。

本開示の一実施形態は、多層偏光フィルムと、前記多層偏光フィルム上に配置された第１の架橋シリコーンゲル層と、前記架橋シリコーンゲル層上に配置された第１の硬質カバーと、前記多層偏光フィルムに隣接して配置された第２の硬質カバーとを含む偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を提供する。いくつかの実施形態において、多層偏光フィルムは整合ｚ屈折率多層反射偏光フィルムであり、架橋シリコーンゲルは、架橋フェニルメチルシリコーンを含む。

別の実施形態において投影システムが開示される。前記投影システムは、光を生成する光源と、前記光源から生成された光に画像を載せて、画像光を形成するイメージングコアと、前記イメージングコアから前記画像光を投影するための投影レンズシステムとを含む。前記イメージングコアは少なくとも１つの偏光ビームスプリッタと少なくとも１つのイメージャとを含む。前記偏光ビームスプリッタは、多層反射偏光フィルムと、前記多層反射偏光フィルム上および前記光源と前記多層反射偏光フィルムとの間に配置された第１の架橋シリコーンゲル層と、前記第１の架橋シリコーンゲル層上に配置された第１の硬質カバーと、前記多層反射偏光フィルムに隣接して配置された第２の硬質カバーとを含む。

さらなる実施形態において、偏光ビームスプリッタの製造方法が開示される。前記方法は、多層反射偏光フィルムを第１の硬質カバーと第２の硬質カバーとの間に配置する工程を含む。第１の架橋シリコーンゲル層が前記多層反射偏光フィルムと前記第１のカバーとの間にあり、第２の架橋シリコーンゲル層が前記多層反射偏光フィルムと前記第２のカバーとの間にある。いくつかの実施形態において、多層反射偏光フィルムを第１の硬質カバーと第２の硬質カバーとの間に配置する工程の前に、シリコーンを硬化して架橋シリコーンゲル層を形成する。他の実施形態において、多層反射偏光フィルムを第１の硬質カバーと第２の硬質カバーとの間に配置する工程の後に、シリコーンを硬化して架橋シリコーンゲル層を形成する。

本開示は、添付図面と共に、本開示の種々の実施形態の以下の詳細な説明を検討すれば、より完全に理解されるであろう。

以下の説明は、図面を参照して読まれるべきであり、異なった図面において同様の要素は同様に番号が付けられる。図面は、必ずしも縮尺通りではなく、選択された例示的な実施形態を表し、本開示の範囲を限定することを意図しない。構成、寸法、および材料の例は様々な要素について示されるが、当業者は、提供された実施例の多くは、利用されてもよい適した代替物を有することを理解するであろう。

特に記載しない限り、本明細書および特許請求の範囲において用いられる、特徴サイズ、量、および物理的性質を表す全ての数は、あらゆる場合において用語「約」によって修飾されるものとして理解されなければならない。したがって、相反する記載がない限り、前述の明細書および添付された特許請求の範囲に示された数のパラメータは、ここに開示された教示を利用して当業者が得ようとする所望の性質に応じて変化しうる近似値である。

重量パーセント（ｗｅｉｇｈｔ ｐｅｒｃｅｎｔ）、重量パーセント（ｐｅｒｃｅｎｔ ｂｙ ｗｅｉｇｈｔ）、重量パーセント（％ ｂｙ ｗｅｉｇｈｔ）、重量パーセント（％ｗｔ）等は、その物質の重量を組成物の重量で割り、１００を掛けた値としての物質の濃度を指す同義語である。

端点による数の範囲の記載には、その範囲内に包括されたすべての数（例えば、１〜５は、１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、および５を含む）およびその範囲内の任意の範囲を含める。

本明細書および添付された特許請求の範囲において用いられるとき、単数形（「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」）は、内容が特に要求しない限り複数の指示物を有する実施形態を包含する。例えば、「多層フィルム（ａ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ｆｉｌｍ）」への言及は、１つ、２つ以上の多層フィルムを有する実施形態を包含する。本明細書および添付された特許請求の範囲において用いられるとき、用語「または」は一般に、内容が特に要求しない限り「および／または」を含む意味で使用される。

本開示は、２００５年３月３１日に出願された「ＳＴＡＢＩＬＩＺＥＤ ＰＯＬＡＲＩＺＩＮＧ ＢＥＡＭ ＳＰＬＩＴＴＥＲ ＡＳＳＥＭＢＬＹ」と題された３Ｍ代理人整理番号６０５４２ＵＳ００２に、全体として関連する。

本開示は、光学イメージャに適用可能である。特に、本開示は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）の改良された画像品質、安定性および寿命を有するイメージングコアに基づいている。開示されたＰＢＳは、ＰＢＳの画像品質、安定性および／または寿命を改良する架橋シリコーンゲル層を含む。

種々の光学イメージャシステムにおいて、本開示のＰＢＳを用いることができる。「光学イメージャシステム」なる用語には、本明細書で用いられるとき、目視者が見るための画像を生成する種々の光学システムを含めることが意図される。たとえば、前面投影型システムおよび背面投影型システム、投影ディスプレイ、頭部装着型ディスプレイ、仮想ビューア、ヘッドアップディスプレイ、光学計算システム、光学相関システム、他の光学表示システムおよびディスプレイシステムにおいて、本開示の光学イメージャシステムを用いることができる。

システム１０が光源１２、たとえば前方方向に（光線上の円で囲んだｘおよび実線の矢印によって示される）非偏光１８を向けるための反射体１６を備えたアーク灯１４を含む光学イメージャシステムの一実施形態が、図１に示されている。光源１２はまた、発光ダイオードまたはレーザ光源などのソリッドステート光源であってもよい。

また、システム１０は、本明細書に記載された単一または複数のフィルムＰＢＳなどのＰＢＳ２０を含む。ｘ偏光を有する光、すなわちｘ軸に平行な方向に偏光される光は、円で囲んだｘによって示される。ｙ偏光を有する光、すなわちｙ軸またはｚ軸に平行な方向に偏光される光は、その進行方向に応じて、実線の矢印によって示される。実線は入射光を示し、破線は、変化した偏光状態を有する反射型イメージャ２６から戻った光を示す。光源１２によって形成される光は、ＰＢＳ２０を照射する前に、調整光学素子２２によって調整されることができる。調整光学素子２２は、投影システムによって望ましい特性に光源１２によって発せられる光の特性を変化させる。たとえば、調整光学素子２２は、光の発散、光の偏光状態、光のスペクトルのうち、任意の１つ以上を変化させてもよい。調整光学素子２２は、たとえば、１つ以上のレンズ、偏光変換器、前置偏光子および／または望ましくない紫外光または赤外光を除去するためのフィルタを含んでもよい。

光のｘ偏光成分は、ＰＢＳ２０によって反射型イメージャ２６に反射される。反射型イメージャ２６の液晶モードは、スメクチック、ネマチックまたは他の適切なタイプの反射型イメージャであってもよい。反射型イメージャ２６がスメクチックである場合には、反射型イメージャ２６は強誘電性液晶ディスプレイ（ＦＬＣＤ）であってもよい。イメージャ２６は、ｙ偏光を有する画像ビームを反射して変調する。反射されたｙ偏光は、ＰＢＳ２０を透過され、投影レンズシステム２８によって投影され、レンズシステム２８とイメージャとの間のすべての構成要素を考慮すると、その設計は通常それぞれの具体的な光学システムにとって最適化される。反射型イメージャ２６の動作を制御するために、制御装置５２が反射型イメージャ２６に接続される。通常、制御装置５２は、反射光に画像を形成するために、イメージャ２６の異なるピクセルを作動する。

多くの場合、様々な光学イメージャシステムにおいて用いられるＰＢＳは、ポリマーベースの多層光学フィルム（ＭＯＦ）、例えば、多層反射偏光フィルムまたは整合ｚ屈折率偏光子フィルムを使用する。これらの構成は、ＰＢＳ接合体中の応力誘起複屈折を有する傾向がある。ＰＢＳ接合体中の応力誘起複屈折は、ＰＢＳ接合体によって生み出された画像の画像品質を低減する。例えば、ＰＢＳ接合体中の応力誘起複屈折は、ＰＢＳ接合体によって生み出された画像のコントラスト比を低減することができる。

図２は、本開示による、多層偏光フィルム１５０を利用する偏光ビームスプリッタ１１０の一実施形態を示す。この実施形態において、偏光ビームスプリッタ１１０は、多層反射偏光フィルム１５０を含む。フィルム１５０は、本技術分野に公知の任意の適した多層反射偏光フィルムであってよい。いくつかの実施形態において、フィルム１５０は整合ｚ屈折率偏光子フィルムである。例示の多層フィルム１５０は、第１の表面１１４および第２の対向した表面１２２を有する。

架橋可能なまたは架橋シリコーンゲル層１１２は、多層反射偏光フィルム１５０の第１の表面１１４および／または第２の表面１２２上に配置される。第１の硬質カバー１３０は、架橋可能なまたは架橋シリコーンゲル層１１２上に配置される。第２の硬質カバー１４０は、多層反射偏光フィルム１５０に隣接している。第２の架橋可能なまたは架橋シリコーンゲル層１２０を第２の硬質カバー１４０と多層反射偏光フィルム１５０との間に配置することができる。いくつかの実施形態において、偏光ビームスプリッタ１１０は２つの多層反射偏光フィルムを含む。他の実施形態において、偏光ビームスプリッタ１１０は、３つ以上の多層反射偏光フィルムを含む。いくつかの実施形態において、偏光ビームスプリッタ１１０は２つ以上の多層反射偏光フィルムを含み、架橋可能なまたは架橋シリコーンゲル層が多層反射偏光フィルムの間に配置される。

第１の架橋可能なまたは架橋シリコーンゲル層１１２および第２の架橋可能なまたは架橋シリコーンゲル層１２０は、いずれかの有用な厚さを有することができる。いくつかの実施形態において、第１の架橋可能なまたは架橋シリコーンゲル層１１２および第２の架橋可能なまたは架橋シリコーンゲル層１２０は、０．１〜３００マイクロメートル、または０．５〜１５０マイクロメートル、または２５〜１５０マイクロメートルの範囲の厚さを有することができる。

２つのプリズム１３０および１４０を含むように示されているが、ＰＢＳ１１０は多層反射偏光フィルム１５０の一方の側または両側の上に配置される任意の適切なカバーを含んでもよい。プリズム１３０および１４０は、ＰＢＳの所望の目的を達成するために、適切な屈折率を有する任意の光透過性材料から構成されることができる。プリズムは、内部全反射状態、すなわち伝搬角度が正常な使用状態下で（たとえば、入射光がプリズムの一面に垂直である場合）９０°に近づくか、または９０°を超える状態を形成する屈折率より小さい屈折率を有さなければならない。このような状態をスネルの法則を用いて計算することができる。多くの実施形態において、プリズムは等方性材料から製造されるが、他の材料を用いることができる。「光透過性」材料は、光源からの入射光の少なくとも一部が材料を透過することができる材料である。一部の用途では、望ましくない波長をなくすために、入射光を予め濾波することができる。プリズムとして用いるのに適した材料には、セラミックス、ガラスおよびポリマーが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。ガラスの１つの有用なカテゴリーには、米国特許出願公開第２００４−０２２７９９４号明細書に記載されているような、ショット（Ｓｃｈｏｔｔ）から市販されているＳＫ５として公知の無鉛ガラスがある。

有用なＰＢＳ接合体のための環境および寿命要求条件を満たすために必要である場合、ポリマーベースの多層光学フィルム（ＭＯＦ）を硬質基板に接合することは難しい。接着剤またはカップリング剤は、ＭＯＦへの十分な接着力ならびに硬質基板への十分な接着力を有さなければならず、さらに、ＭＯＦおよび／または硬質基板にかかる応力を誘起してはならない。ＰＢＳの性能は応力に影響されやすく、非常に小さな応力でも、ＰＢＳ性能の低下をもたらすことがある。接着剤の性質は、ＰＢＳ接合体の最大の安定性および寿命を達成するためにＭＯＦおよび硬質基板の性質とバランスがとられる必要がある。構造用接着剤は、硬化する間に収縮する場合があり、および／または不均一に硬化する場合があり、ＭＯＦおよび／または硬質基板にかかる応力を生じる。また、完全に硬化していない構造化接着剤は、通常の使用条件下で光および熱によって徐々に硬化する可能性があり、ＰＢＳの安定性を減少させることがある。さらに、多くの構造用接着剤は、ＰＢＳ接合体と共に用いられた高強度の光に露光された後、黄変する傾向があり、ＰＢＳの光学性質に影響を与える。本開示は、ＰＢＳ中の応力を低減するために、多層偏光フィルムと硬質カバーとの間に配置された架橋シリコーンゲル層を含むＰＢＳ接合体に基づいている。

シリコーンゲルカップリング材料は、ＰＢＳ接合体中の複屈折誘起応力を十分に減じることができると共に、許容範囲の光安定性を示すことができるという点において注目に値する。また、シリコーンゲルカップリング材料は構造安定性である。シリコーンゲルカップリング材料は、硬化したときに膨張または収縮しない。シリコーンゲルカップリング材料は、高強度の光に露光された後に黄変しない。シリコーンゲルカップリング材料は、ＰＢＳ接合体内に配置されたときに流れないので扱いやすい。ＰＢＳ接合体内で硬化したときでも、いくつかのシリコーンゲル調合物は接合体に最小の応力を誘起する。これは、ＰＢＳ接合体内でシリコーンゲルおよびシリコーン油混合物を使用するときに特に当てはまる。

本明細書に記載された架橋されたまたは架橋可能なシリコーンゲルは、例えば、ジメチルシリコーン、ジフェニルシリコーン、またはフェニルメチルシリコーンなどのいずれの有用なシリコーン材料から形成されてもよい。多くの実施形態において、架橋されたまたは架橋可能なシリコーンゲルは、１．５〜１．６または１．５〜１．５８、または１．５１〜１．５７の範囲の屈折率を有する。一実施形態において、架橋されたまたは架橋可能なシリコーンゲルは、１．５１〜１．５３の範囲の屈折率を有する。一実施形態において、架橋シリコーンゲルは、架橋されているフェニルメチルシリコーン部分を含むことができる。別の実施形態において、架橋シリコーンゲルは、架橋されているフェニルメチルシリコーン部分とフェニルメチルシリコーン油とを含むことができる。いくつかの実施形態において、架橋シリコーンゲルは、架橋フェニルメチルシリコーン部分とフェニルメチルシリコーン油とを１：５〜５：１、または１：４〜４：１、または１：３〜３：１の重量比において含む。一実施形態において、架橋シリコーンゲルは、架橋フェニルメチルシリコーン部分とフェニルメチルシリコーン油とを１：３〜１：１の重量比において含む。

例示的な一実施形態において、未硬化のシリコーンが５８９ｎｍにおいて１．５２の屈折率、４００ｃＰの粘度を有するフェニルメチルシリコーンを含み、ライトスパン・ＬＬＣ（Ｌｉｇｈｔｓｐａｎ，ＬＬＣ）（マサチューセッツ州、ウェアハム（Ｗａｒｅｈａｍ，ＭＡ））から商品名ＬＳ−３２５２エンキャプスレーションゲル（Ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ Ｇｅｌ）として市販されている。硬化したとき、この架橋シリコーンは、１０のデュロメータ、１．０７の比重、５８９ｎｍにおいて１．５２の屈折率を有するゲルを形成する。

適切な多層反射偏光フィルムとしては、たとえば、米国特許第５，８８２，７７４号明細書に記載されている多層反射偏光フィルムが挙げられる。適切な多層反射偏光フィルムの一実施形態は２つの材料の交互の層を含み、少なくとも１つの材料は複屈折性で延伸されている。多くの実施形態において、多層フィルムは、等方性および複屈折材料の交互の層から形成される。フィルムの平面がｘ−ｙ平面であると考えられ、フィルムの厚さがｚ方向において測定されるのであれば、ｚ方向に平行な電気ベクトルを有する光の場合には、ｚ屈折率が複屈折材料における屈折率である。同様に、ｘ方向に平行なその電気ベクトルを有する光の場合には、ｘ屈折率が複屈折材料における屈折率であり、ｙ方向に平行なその電気ベクトルを有する光の場合には、ｙ屈折率が複屈折材料における屈折率である。多層反射偏光フィルムの場合には、複屈折材料のｙ屈折率は等方性材料の屈折率と実質的に同一でありうるのに対し、複屈折材料のｘ屈折率は等方性材料の屈折率と異なることがある。層厚が適切に選択される場合には、フィルムはｘ方向に偏光される可視光を反射し、ｙ方向に偏光される光を透過する。すべての入射角に関してその通過軸に沿って高い透過率を有する偏光子については交互の層のｙ屈折率およびｚ屈折率（フィルムに対して垂直）の両方を整合することができる。ｙ屈折率およびｚ屈折率の両方に関する整合を達成するのに、フィルムの層に関してｙ屈折率のみが整合される場合に用いられる材料とは異なる材料を用いてもよい。３Ｍブランドの「ＤＢＥＦ」フィルムなどの３Ｍ多層フィルムは、これまでにｙ屈折率の整合が行われていた。

有用な多層反射偏光フィルムの一例は、整合ｚ屈折率偏光子フィルムであり、このフィルムでは、複屈折材料のｚ屈折率が複屈折材料のｙ屈折率と実質的に同一である。整合ｚ屈折率を有する偏光フィルムは、米国特許第５，８８２，７７４号明細書および米国特許第５，９６２，１１４号明細書、以下の米国特許出願公開第２００２−０１９０４０６号明細書；米国特許出願公開第２００２−０１８０１０７号明細書；米国特許出願公開第２００４−００９９９９２号明細書；および米国特許出願公開第２００４−００９９９９３号明細書に記載されている。整合ｚ屈折率を有する偏光フィルムもまた、米国特許第６，６０９，７９５号明細書に記載されている。

公称ｓ偏光の透過の場合には、ｚ屈折率不整合は無関係である。定義によって、公称ｓ偏光は、フィルムのｚ屈折率を検知しない。しかしながら、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第６，４８６，９９７号明細書に記載されたように、種々の方位角における複屈折性多層偏光子の反射特性は、ＰＢＳがｘ偏光（略ｓ偏光）光を反射し、ｙ偏光（略ｐ偏光）光を透過するように構成される場合には、投影システム性能がすぐれている。多層光学フィルムの光パワーまたは積算反射率は、光学ユニットまたは層のペア内の屈折率不整合から導出されるが、２つより多い層を用いて光学ユニットを形成してもよい。光を反射するために、２つ以上のポリマーの交互の層を含む多層反射フィルムを用いることが公知であり、たとえば、米国特許第３，７１１，１７６号明細書、米国特許第５，１０３，３３７号明細書、国際公開出願第９６／１９３４７号パンフレットおよび国際公開出願第９５／１７３０３号パンフレットに記載されている。光学スペクトルにおけるこの光パワーの位置付けは、層厚に応じて決まる。具体的な多層フィルムの反射スペクトルおよび透過スペクトルは、主に個別の層の光学厚さに左右され、層の光学厚さは、層の実際の厚さおよびその屈折率の積として定義される。したがって、フィルムは、以下の式に基づき、層の適切な光学厚さの選択によって、光の赤外波長、可視波長または紫外波長λ_Mを反射するように設計されることができる。
λ_M＝（２／Ｍ）＊Ｄ_r
式中、Ｍは反射光の具体的な次数を表す整数であり、Ｄ_rは、通常は等方性材料からなる一層および異方性材料からなる一層を有する層のペアである光学反復ユニットの光学厚さである。したがって、Ｄ_rは、光学反復ユニットを構成する個別のポリマー層の光学厚さの和である。したがって、λが１次反射ピークの波長である場合には、Ｄ_rは厚さにおいて１／２λである。一般に、反射ピークは有限の帯域幅を有し、帯域幅は屈折率の差の増大と共に増大する。多層フィルムの厚さに沿って光学反復ユニットの光学厚さを変化させることによって、多層フィルムは、波長の広帯域にわたって光を反射するように設計されることができる。この帯域は、反射帯域またはストップバンドと一般に呼ばれる。この帯域に生じる層の集積は、多層スタックと一般に呼ばれる。したがって、多層フィルムの中の光学反復ユニットの光学厚さ分布は、フィルムの反射スペクトルおよび透過スペクトルにおいて明白に示される。屈折率整合が通過方向においてきわめて高い場合には、通過状態の透過スペクトルは略平坦であり、所望のスペクトル領域において９５％を超えてもよい。

本開示において有用な多層反射偏光フィルムは、１つ以上の帯域パケットを含有する厚さ分布を有してもよい。帯域パケットは、広帯域の波長が多層スタックによって反射されるような層厚の範囲を有する多層スタックである。たとえば、青色帯域パケットは、青色光、すなわち約４００ｎｍ〜５００ｎｍを反射するような光学厚さ分布を有してよい。本開示の多層反射偏光フィルムは、それぞれが異なる波長帯域を反射する１つ以上の帯域パケット、たとえば、赤色パケット、緑色パケットおよび青色パケットを有する多層反射偏光子を含んでもよい。本発明において有用な多層反射偏光フィルムはまた、紫外帯域パケットおよび／または赤外帯域パケットも同様に備えてもよい。一般に、青色パケットは、パケットが青色光を反射する傾向があるような光学反復ユニットの厚さを有し、したがって、緑色パケットまたは赤色パケットの光学反復ユニットの厚さより小さい光学反復ユニット厚さを有する。帯域パケットは、１つ以上の内部境界層によって多層反射偏光フィルムの中で分離されることができる。

本開示の一実施形態は、キューブを形成するために用いられる略直角三角形のプリズムを有するＰＢＳを含んでもよい。この場合には、多層反射偏光フィルムは、本明細書に記載されるように、２つのプリズムの斜辺の間に挟まれる。キューブ形状のＰＢＳは、コンパクトな設計を提供するため、たとえば、小さくて軽量で可搬性のプロジェクタを提供するように光源およびフィルタなどの他の構成要素を位置決めすることができるため、多くの投影システムでは好ましいことがある。

キューブは一実施形態であるが、他のＰＢＳ形状を用いることができる。たとえば、複数のプリズムの組み合わせを組み立てて、矩形のＰＢＳを形成することができる。いくつかのシステムについては、１つ以上の面が正方形でないように、キューブ形状のＰＢＳを変更してもよい。非正方形の面が用いられる場合には、カラープリズムまたは投影レンズなどの次の隣接する構成要素によって整合平行面を提供することができる。

プリズムの寸法、および結果として生じるＰＢＳの寸法は、対象とする用途に左右される。図３を参照して本明細書で説明される、例示的なシリコン基板上の３−パネル液晶（ＬＣｏＳ）光エンジンにおいて、ＰＢＳは、長さおよび幅が１７ｍｍであり、高さが２４ｍｍであってもよく、その場合、フィリップス・コーポレーション（Ｐｈｉｌｉｐｓ Ｃｏｒｐ．）（独国アーヘン（Ａａｃｈｅｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ））によって市販されているＵＨＰ型などの小型のアーク高圧水銀型ランプを用い、そのビームがｆ／２．３の光の円錐として生成され、ジェイヴィシー（ＪＶＣ）（米国ニュージャージー州ウェイン（Ｗａｙｎｅ，ＮＪ，ＵＳＡ））、日立（米国カリフォルニア州フリモント（Ｆｒｅｍｏｎｔ，ＣＡ，ＵＳＡ））またはスリー・ファイブ・システムズ（Ｔｈｒｅｅ−Ｆｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍｓ）（米国アリゾナ州テンペ（Ｔｅｍｐｅ，ＡＺ，ＵＳＡ））から入手可能なイメージャなどのアスペクト比が１６：９の対角線が０．７インチのイメージャと共に用いるためのＰＢＳキューブに提供される。ビームおよびイメージャサイズのｆナンバーは、ＰＢＳサイズを決定する因子の一部である。

多層反射偏光ＰＢＳ接合体を以下の方法によって形成することができる。多層反射偏光フィルムと硬質カバーとの間に、架橋可能なシリコーン層を配置（たとえば、塗布または積層）することができる。多層反射偏光フィルムまたは硬質カバーのいずれかの上に、架橋可能なシリコーン層を配置（たとえば、塗布または積層）することができる。架橋可能なシリコーンを熱または光で硬化して架橋シリコーンゲル層を形成することができる。多層反射偏光フィルムおよび／または硬質カバー上の架橋可能なシリコーン層の積層または塗布により、いくつかの実施形態において、著しい空隙が架橋シリコーンゲル層と多層反射偏光フィルムおよび／または硬質カバーとの間に形成されないようにすることができる。多層反射偏光フィルムが２つの硬質カバーの間に配置されるように第２の硬質カバーを多層反射偏光フィルムに隣接して配置することができる。第２の架橋可能なまたは架橋シリコーン層を多層反射偏光フィルムと第２の硬質カバーとの間に配置することができる。多くの実施形態において、必要に応じて、２つ以上の多層反射偏光フィルムがＰＢＳ接合体に含まれてもよい。

また、上記のＰＢＳ接合体を、硬化または架橋シリコーンゲル材料を用いて形成することができる。多くの実施形態において、架橋されたまたは架橋可能なシリコーン層は、流れるように十分に流動性であることができ、多層反射フィルムおよび／または硬質カバーの間で加圧されてもよい。いくつかの実施形態において、本明細書に記載されたように、架橋シリコーンゲル材料をシリコーン油混合物と配合することができる。

単色画像またはカラー画像を形成するために単一イメージャを用いてもよい。典型的に、カラー画像を形成するために多数のイメージャが用いられ、そこで照明光は異なった色の多数のビームに分割される。画像は個別にビームのそれぞれに載せられ、これらのビームが次に再び結合されて、フルカラー画像を形成する。

複数イメージャ投影システム２００の実施形態が、図３に概略的に示されている。光２０２は、光源２０４から発せられる。光源２０４は、上に記載されたように、アークランプまたはフィラメントランプまたは投影画像に適した光を生成するための任意の他の適切な光源であってもよい。光源２０４は、投影エンジンに向かう光の量を増大させるために、楕円反射体（図示されている）、放物反射体などの反射体２０６によって包囲されてもよい。

光２０２は、異なるカラー帯域に分割される前に通常処理される。例えば、光２０２は、所望の偏光の光のみが投影エンジンに向けられるように、任意の前置偏光子２０８を通過されてもよい。望ましくない偏光状態の反射光を再利用するために、光源２０４に向け直すように、前置偏光子は反射偏光子の形であってもよい。投影エンジンにおけるイメージャが均一に照らされるように、光２０２はまた、均質化されてもよい。光２０２を均質化するための１つの手法は、光２０２を反射トンネル２１０の中を通過させることであるが、光を均質化するための他の手法を用いてもよいことは十分に認識されよう。

例示の実施形態において、均質化された光２１２は、発散角を低減するために、第１のレンズ２１４を通過する。光２１２は、次にたとえば誘電薄膜フィルタであってもよい第１の色分離器２１６に入射する。第１の色分離器２１６は、第１のカラー帯域の光２１８と残りの光２２０を分離する。

第１のカラー帯域の光２１８を、第２のレンズ２２２さらに任意に第３のレンズ２２３を通過させて、第１のＰＢＳ２２４に入射する第１のカラー帯域の光ビーム２１８のサイズを制御することができる。光２１８は、第１のＰＢＳ２２４から第１のイメージャ２２６に至る。イメージャは、ＰＢＳ２２４によって透過される偏光状態の画像光２２８をｘキューブ色結合器２３０に反射する。イメージャ２２６は、位相遅延素子などの１つ以上の補償素子を含むことができ、さらに偏光回転を行い、従って画像光におけるコントラストを増大させることができる。

残りの光２２０を、第３のレンズ２３２を通過させることができる。次に、残りの光２２０は、たとえば薄膜フィルタなどの第２の色分離器２３４に入射して、第２のカラー帯域の光ビーム２３６および第３のカラー帯域の光ビーム２３８を生成する。第２のカラー帯域の光２３６は、第２のＰＢＳ２４２によって第２のイメージャ２４０に向けられる。第２のイメージャ２４０は、第２のカラー帯域の画像光２４４をｘキューブ色結合器２３０に向ける。

第３のカラー帯域の光２３８は、第３のＰＢＳ２４８によって第３のイメージャ２４６に向けられる。第３のイメージャ２４６は、第３のカラー帯域の画像光２５０をｘキューブ色結合器２３０に向ける。

第１のカラー帯域の画像光２２８、第２のカラー帯域の画像光２４４および第３のカラー帯域の画像光２５０は、ｘキューブ色結合器２３０で結合され、フルカラー画像ビームとして投影光学素子２５２に向けられる。ｘキューブ色結合器２３０に結合される光の偏光を制御するために、たとえば半波長位相遅延板などの偏光回転光学素子２５４が、ＰＢＳ２２４、２４２および２４８とｘキューブ色結合器２３０との間に設けられてもよい。例示の実施形態において、偏光回転光学素子２５４が、ｘキューブ色結合器２３０と第１のＰＢＳ２２４および第３のＰＢＳ２４８との間に配置される。ＰＢＳ２２４、２４２および２４８の任意の１つ、２つまたは３つすべては、本明細書に記載されるように、１つ以上の多層反射偏光フィルムを含んでもよい。

例示の実施形態の変形を用いてもよいことは十分に認識されよう。たとえば、イメージャに光を反射して次に画像光を透過するのではなく、ＰＢＳは光をイメージャに透過して、次に画像光を反射してもよい。上述の投影システムは例示に過ぎない。本開示の複数のフィルムＰＢＳを用いる種々のシステムを設計することができる。

以下の実施例の多層反射偏光フィルムは、構造および処理において類似である。フィルムは、米国特許第６，６０９，７９５号明細書に記載された一般的な方法によっておよび米国特許出願公開第２００４−０２２７９９４号明細書に記載された一般的な方法によって押出および延伸された。

ＰＢＳ接合体を組み立てて、次に背面投影ＴＶ用に設計された光エンジン内で試験した。暗状態のための平面ミラーおよび明状態のための四分の一波長フィルムを有するミラーをイメージャとして用いた。光エンジンは画像をフレネル（Ｆｒｅｓｎｅｌ）／スクリーン接合体上に投影した。

ＰＢＳが３５℃未満の熱的定常状態に達した後、透過状態（明状態）の画像をスクリーン上に示し、ラジアント・イメージング（Ｒａｄｉａｎｔ Ｉｍａｇｉｎｇ）（ワシントン州、デュバル（Ｄｕｖａｌｌ，ＷＡ））から入手可能なプロメトリックＰＭシリーズ（Ｐｒｏｍｅｔｒｉｃ ＰＭ Ｓｅｒｉｅｓ）画像化比色計を用いて明度を画像の全体にわたって測定した。次いで同じことをブロック状態（暗状態の光束）について実施した。

明状態の光束の明度を暗状態の光束の明度で割った値として定義されたコントラストを、各接合体の画像の全体にわたって計算した。応力誘起複屈折は通常、暗状態の光束の「明るいコーナー」として見られ、適切でないレベルにそれらの領域のコントラストを低下する。

図１を参照すると、ＰＢＳのコントラストは、イメージャ２６をミラーの前面に積層された四分の一波長フィルムと交換して、試験することができる。ミラー上の四分の一波長フィルムはその光軸が照明ビームの中心光線の偏光方向に対して４５°に向けられる場合には、透過偏光ビームに対して４５°に向けられる半波長フィルムのように機能する。すなわち、ビームの偏光方向を９０°回転する。ＰＢＳの前述の機能のために、これは、四分の一波長フィルム／ミラーから反射される光の実質的にすべてがレンズ２８を通ってスクリーンの上に投影される結果となる。その代わりに、四分の一波長フィルムが中心光線の偏光状態に対して０°に向けられる場合には、光の透過ビームの偏光状態に向けられる半波長フィルムのように挙動し、ビームの偏光方向は変更されないままである。これは光の実質的にすべてが、レンズ２８によってスクリーンに投影されることなく、ＰＢＳによって光源に戻るように向けられる結果となる。

ＰＢＳのコントラスト比を測定するために、投影レンズ２８を通る明状態の光束は、まず、光の照明ビームの中心光線の偏光方向に対して４５°に四分の一波長フィルム／ミラーの光軸を向けることによって特性決定される。この光束は、較正されたフォトダイオードを備えた積分球に投影光のすべてを集光するか、または当業者に利用可能な他の手段によって、レンズ２８から一定の距離でビームの照度を測定することによって特性決定されうる。それから暗状態が、その光軸が照明ビームの中心光線の偏光状態と整列するように四分の一波長フィルムを向けることによって生成される。次に、この状態から生じるレンズ２８を通過する光束は、明状態の光束を特性決定するために用いられるのと同じ技術によって測定される。暗状態の光束に対する明状態の光束の比は、コントラスト比または四分の一波長フィルムのコントラスト比の１つの尺度を提供する。

画像の最小コントラストが１５００より大きい場合、コントラストは許容範囲であるとみなされる。以下の結果は、許容範囲の最小コントラストレベルを得るために油または非常に弱いゲルだけを「接着剤」として用いることができることを示す。ゲルおよび油混合物は弱いゲルの代表である。フェニルメチルシリコーンを用いて他の接合体材料の屈折率をほぼ整合した。

以下の実施例のＰＢＳ接合体の長さ、幅、および高さの測定値は、それぞれ、３２ｍｍ、３２ｍｍ、および４４ｍｍであった。構成は、各内部境界面において接着剤（またはある場合には、油）を用いる、ＳＫ５ガラスプリズムの間に挟まれた２つの多層反射偏光フィルムからなった。ＰＢＳの接合方法は、各実施例について同様であった。最初に、接着剤を直角プリズムの斜辺に適用した。第１の多層反射偏光フィルムをその接着材料上に置いた。第２の量の接着剤を第１の多層反射偏光フィルムの空気側に適用し、次いで第２の多層反射偏光フィルムをその第２の接着材料上に置いた。第３の量の接着材料を第２の多層反射偏光フィルムの空気側に適用した。最後に、第２の整合プリズムを第３の接着剤上に置き、接着剤が接合体の全ての内部境界面の間に広がるまで圧力を加え、空気ポケットを除去した。次に、接着剤を必要に応じて硬化した。油の場合、（エッジをテープで止めることによって）２つのプリズムの相対移動を制限することにより、接合体を構造的に安定化した。

以下の表１は試験結果を示す。

本明細書に引用されたすべての文献および刊行物は、それらの全体が本開示内容に参照により明示的に援用される。本開示の例示的な実施形態が記載され、本開示の範囲内で可能な変型が言及されている。本開示のこれらのおよび他の変型および変更が、本開示の範囲から逸脱することなく実施できることは当業者には明白であり、本開示が本明細書に示された例示的な実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。したがって、本開示は、冒頭に記載の特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。

単一反射イメージャに基づく投影ユニットの実施形態を概略的に示す。 多層反射偏光フィルムを有するＰＢＳの実施形態を概略的に示す。 複数の反射型イメージャに基づく投影ユニットの別の実施形態を概略的に示す。

Claims (25)

1. 多層偏光フィルムと、
   前記多層偏光フィルムの上に配置された第１の架橋シリコーンゲル層と、
   前記架橋シリコーンゲル層の上に配置された第１の硬質カバーと、
   前記多層偏光フィルムに隣接して配置された第２の硬質カバーと、
   を具備する偏光ビームスプリッタ。
2. 前記第２の硬質カバーと前記多層偏光フィルムとの間に配置された第２の架橋シリコーンゲル層をさらに具備する、請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
3. 前記第１のカバーがプリズムであり、前記第２のカバーがプリズムである、請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
4. 前記第１のカバーがガラスプリズムであり、前記第２のカバーがガラスプリズムである、請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
5. 前記多層偏光フィルムが、多層ポリエステル偏光フィルムである、請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
6. 前記多層偏光フィルムが、多層反射偏光フィルムである、請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
7. 前記多層偏光フィルムが、整合ｚ屈折率多層反射偏光フィルムである、請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
8. 前記第１の架橋シリコーンゲル層が、１．５０〜１．５８の範囲の屈折率を有する架橋シリコーンゲル層を含む、請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
9. 前記第１の架橋シリコーンゲル層が、架橋フェニルメチルシリコーンを含む、請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
10. 前記第１の架橋シリコーンゲル層が、架橋フェニルメチルシリコーンおよびフェニルメチルシリコーン油を含む、請求項９に記載の偏光ビームスプリッタ。
11. 前記第２の架橋シリコーンゲル層が、架橋フェニルメチルシリコーンを含む、請求項２に記載の偏光ビームスプリッタ。
12. 前記第２の架橋シリコーンゲル層が、架橋フェニルメチルシリコーンおよびフェニルメチルシリコーン油を含む、請求項１１に記載の偏光ビームスプリッタ。
13. 前記第１の架橋シリコーンゲル層が、０．５〜１５０マイクロメートルの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
14. 前記第２の架橋シリコーンゲル層が、０．５〜１５０マイクロメートルの範囲の厚さを有する、請求項１に記載の偏光ビームスプリッタ。
15. 光を生成する光源と、
    前記光源から生成された光に画像を載せて画像光を形成するイメージングコアであって、少なくとも１つの偏光ビームスプリッタと少なくとも１つのイメージャとを備え、該偏光ビームスプリッタが、
    多層反射偏光フィルムと、
    前記多層反射偏光フィルムの上および前記光源と前記多層反射偏光フィルムとの間に配置された第１の架橋シリコーンゲル層と、
    前記第１の架橋シリコーンゲル層の上に配置された第１の硬質カバーと、
    前記多層反射偏光フィルムに隣接して配置された第２の硬質カバーとを含んでなる、イメージングコアと、
    前記イメージングコアから前記画像光を投影する投影レンズシステムと、
    を具備する投影システム。
16. 前記第２の硬質カバーと前記多層偏光フィルムとの間に配置された第２の架橋シリコーンゲル層をさらに具備する、請求項１５に記載の投影システム。
17. 前記多層反射偏光フィルムが、整合ｚ屈折率多層反射偏光フィルムを含む、請求項１５に記載の投影システム。
18. 前記第１の架橋シリコーンゲル層が、架橋フェニルメチルシリコーンを含む、請求項１５に記載の投影システム。
19. 偏光ビームスプリッタの製造方法であって、
    多層反射偏光フィルムを第１の硬質カバーと第２の硬質カバーとの間に配置することを含み、第１の架橋シリコーンゲル層が前記多層反射偏光フィルムと前記第１のカバーとの間にあり、第２の架橋シリコーンゲル層が前記多層反射偏光フィルムと前記第２のカバーとの間にある、
    製造方法。
20. 多層反射偏光フィルムを第１の硬質カバーと第２の硬質カバーとの間に配置することの前に、第１のシリコーン材料を硬化させて第１の架橋シリコーンゲル層を形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
21. 多層反射偏光フィルムを第１の硬質カバーと第２の硬質カバーとの間に配置することの後に、第１のシリコーン材料を硬化させて第１の架橋シリコーンゲル層を形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
22. 多層反射偏光フィルムを第１の硬質カバーと第２の硬質カバーとの間に配置することの前に、第１のシリコーン材料を硬化させて第１の架橋シリコーンゲル層を形成することおよび第２のシリコーン材料を硬化させて第２の架橋シリコーンゲル層を形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
23. 多層反射偏光フィルムを第１の硬質カバーと第２の硬質カバーとの間に配置することの後に、第１のシリコーン材料を硬化させて第１の架橋シリコーンゲル層を形成することおよび第２のシリコーン材料を硬化させて第２の架橋シリコーンゲル層を形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
24. シリコーン油を架橋シリコーンゲルと配合して第１の架橋シリコーンゲル層を形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。
25. シリコーン油を架橋シリコーンゲルと配合して、前記第１の架橋シリコーンゲル層および前記第２の架橋シリコーンゲル層を形成することをさらに含む、請求項１９に記載の方法。

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