JP2019066871A - 偏光ビームスプリッタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書は、係属中の米国特許出願第61/564161号、「Polarizing Beam Splitters Providing High Resolution Images and Systems Utilizing Such Beam Splitters」(代理人整理番号第67895US002号、2011年11月28日出願)、係属中の米国特許出願第61/564172号、「Method of Making Polarizing Beam Splitters Providing High Resolution Images and Systems Utilizing Such Beam Splitters」(代理人整理番号第68016US002号、2011年11月28日出願)、米国特許出願第61/683390号、「Polarizing Beam Splitter Plates Providing High Resolution Images and Systems Utilizing Such Beam Splitter Plates」(代理人整理番号第70226US002号、2012年8月15日出願)、及び、米国特許出願第61/691,537号「Viewing Device」(代理人整理番号第70234US002号、2012年8月21日出願)に関し、これらは参照により本明細書の全体に援用される。
真空を感圧接着剤、多層光学フィルム、及び第1基材に適用する工程と、を含む。
(b)頂部ポリマーシートの頂部表面、底部ポリマーシートの底部表面を改質して、複数の頂部構造体と、頂部表面粗さとを有する頂部構造化表面、及び複数の底部構造体と、底部表面粗さとを有する底部構造化表面を生じさせること、(c)トップコーティングを、頂部構造体表面に適用することにより、複数のトップコーティング済み構造体及び頂部表面粗さ未満のトップコーティング済み粗さを有するトップコーティング済み表面を生じさせ、並びにボトムコーティングを、底部構造体表面に適用することにより、複数のボトムコーティング済み構造体及び底部表面粗さ未満のボトムコーティング済み粗さを有するボトムコーティング済み表面を生じさせて、コーティング済みアセンブリを形成すること、(d)コーティング済みアセンブリの横方向に沿ってコーティング済みアセンブリを少なくとも2つの別個の片に細分化して光学素子を形成することを含む。
粘土上にプリズムを配置し、プランジャレベラ(plungerleveler)を用いて水平にした。トポグラフィックマップを、10倍の対物レンズ及び0.5倍の視野レンズ、並びに以下の設定を備えたWyko(登録商標)9800光学干渉計(Veeco Metrology,Inc.,Tucson,AZから入手可能)で測定した:VSI検出、6行及び5列の個別マップを使用して綴じられた4mm×4mmのスキャン面積、1.82μmのサンプリングを有する2196×2196画素、傾斜及び球体補正の使用、30〜60μmの後方スキャン長及び60〜100前方スキャン長、2%の変調検出閾値。オートスキャン検出は、95%において10μmのポストスキャン長(post scan length)(この短いポストスキャン長によりデータ収集における表面下の反射を回避した)で、可能とされた。
反射偏光多層光学フィルム(MOF)を、次の方法で、光学的に平坦な基プレートに着脱自在に配置した。初めに、水中におよそ0.5%の中性食器用洗剤を含む湿潤溶液をスプレー瓶に入れた。およそ6mmの高光沢アクリルのシートを得、クリーンフード内で一方の側から保護層を取り除いた。表面全体が湿潤するように、露出したアクリル表面を湿潤溶液で噴霧した。別途、MOF片を得、そのスキン層の一方をクリーンフード内で取り除いた。MOFの露出面を湿潤溶液で噴霧し、MOFの湿潤面をアクリルシートの湿潤面に接触させた。MOFへの損傷を防ぐために、重剥離ライナーをMOFの表面に取り付け、3M(商標)PA−1アプリケータ(3M Company(St.Paul,MN)から入手可能)を用いて、MOFからアクリルの表面までの溶液をスキージで取り除いた。これにより、ほとんどの湿潤溶液が、2つの湿潤面の間から排出された。この後、第2スキン層をMOFから取り除いた。取り付け済みMOFの検査により、MOFの表面はアクリルの表面よりも凹凸が激しいことが示された。24時間後に再度検査を行った際、MOF表面の平坦度はアクリルシートと同程度であることが観察された。この観察された経時的な平坦化は、残留湿潤溶液が2つの表面の間から蒸発して、MOFをアクリルの表面にぴったりと適合させることができることと一貫性がある。MOFは、ぴったりとかつ安定してアクリルの表面に適合しているにも関わらず、アクリルの表面からMOFを剥がすことで、このMOFを簡単に取り除くことができた。
3M(商標)Optically Clear Adhesive 8141(3M Company(St.Paul、MN)から入手可能)の試料を使って、ロールラミネート処理を用いて反射偏光MOFに積層することにより、接着剤構造体を形成した。この接着剤構造体の1片を、実施例1で使用したものと同様のガラス製プリズムの斜辺に付着させた。得られたMOF/プリズム複合体をオートクレーブ炉内に配置し、60℃、550kPa(80psi)で2時間処理した。試料を取り除き、少量の熱硬化性光学エポキシをMOF/プリズム複合体のMOF表面に塗布した。実施例1と同様に、プリズムを整列させた。その後、試料を炉に戻し、再び60℃、550kPa(80psi)で、今度は24時間処理した。得られた構成は偏光ビームスプリッタであった。
実施例2の方法を用いて作製されたMOFの粗さを、次のように判定した。17mm×17mmのMOF片を、17mmの幅を有するガラス製の立方体に、ハンドローラーを用いて積層した。このガラス製の立方体は約0.25λの平坦度(λ=632.80nm(光の基準波長))を有していた。ロールラミネート済みMOFを、60℃、550kPa(80psi)で2時間オートクレーブ炉でアニールした。Zygo干渉計(Zygo Corporation(Middlefield、CT)から入手可能)を用い、λ=632.80nmの波長を有する光を用いて、ロールラミネート済みMOFの平坦度を測定した。Zygo干渉計により、PV粗さ(peak to valley roughness)が報告された(傾き補正は使用されたが、球面補正は適用されていない)。17mm×17mm領域にわたって計測したPV粗さは、1.475λ、又は約933nmと判定された。
実施例2の接着剤構造体片を、実施例2と同様の方法で、ガラス製プリズムに付着させた。得られたプリズム/MOF複合体を、従来の真空ポンプを備えた真空槽の中に配置した。チャンバは、約71cm(28in)のHg(95kPa)に脱気され、試料は約15分間真空状態で維持された。
実施例3のフィルムは、7mm幅、10mm長、及び181μm厚の透明なガラス基材に接合された。フィルムは、3M(商標)Optically Clear Adhesive 8141(3M Company,St.Paul,MNから入手可能)を使用して、ガラス基材に接着された。接着剤厚さは、12.5μmであった。ガラス基材及びフィルム積層体を、ローラーニップに通過させた。次に積層体は、45°の角度で基材に接合され、反射された偏光が基材に平行になり、透過した偏光は名目上45°の入射角を有した。MPro 120 picoprojector(また3M Companyから入手可能)は、プロジェクタの照射源からの光が、積層体のフィルム側がLCOS結像器に面している状態の積層体を通ってプロジェクタのLCoS結像器までまっすぐ通過し、結像器によって選択された光は90°に反射されるように、修正された。
米国特許第7,234,816号(Bruzzone et al.)に従い、偏光ビームスプリッタの構成を作製した。実施例2の接着剤構造体片を、ガラス製プリズムに、ハンドローラーを用いて付着させることにより、MOF/プリズム複合体を形成した。
実施例1、2、3及び比較例C−1の偏光ビームスプリッタに対し、解像度試験用プロジェクタを用いて、画像の反射能力を評価した。試験用プロジェクタに対して、発揮し得る最良の性能を確認するために、他の実施例で用いられた45°プリズムのうちの1つからなり、かつ内部全反射(TIR)リフレクタとして動作する基準リフレクタを使用した。
PMMAポリマーシートが提供された。ポリマーシートは、44.7mmの長さ、20.6mmの幅、12.5mmの厚さを有した。ポリマーシートの頂部表面は、ダイヤモンドフライカッティングを行い、約0.5μmの最大表面粗さを有する概ね平坦な表面を生じさせた。次に、コーティング溶液が、12.31gの1:1ヘキサンジオールジアクリレート:ペンタエリスリトールトリアクリレート(HDDA:PETA)、0.51gのアクリルアミドメチル酢酸セルロースブチラート、0.21gのビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキシド(Irgacure 819)、0.04gのシリコーンポリエーテルアクリレート(Tegorad 2250)、及び29.19gのイソプロパノールが追加され調製された。溶液は3500rpmで1分間かき混ぜられた。次に、改質されたポリマーシートがコーティング溶液に浸漬された。次に、改質されたシートが取り除かれ、空気乾燥され、その後70℃で3分間焼結された。次に、焼結された試料が、不活性雰囲気下で、36秒間、250mW/cm2の広域スペクトル紫外線を使用して硬化された。得られた試料の最大表面粗さは、約0.2μmであった。
項目1は、偏光ビームスプリッタであって、
第1ポリマープリズムと、
第2ポリマープリズムと、
各前記第1ポリマープリズム及び前記第2ポリマープリズムの斜辺の間に配設され及びこれらに接着された反射型偏光子であり、反射型偏光子は、第1偏光状態の偏光を実質的に反射するとともに、相対する第2偏光状態の偏光を実質的に透過する、反射型偏光子と、
各第1ポリマープリズム及び第2ポリマープリズム上に配設されたハードコートと、
入射主表面と、
出射主表面と、を含み、入射主表面及び出射主表面の少なくとも一方は、少なくとも3Hの鉛筆硬度を有し、偏光ビームスプリッタは、偏光状態の偏光が入射主表面から光学要素に入り、少なくとも2mmの偏光ビームスプリッタを通って進み、出射主表面から前記偏光ビームスプリッタを出るとき、偏光ビームスプリッタを出る光が少なくとも95%偏光され、偏光状態を有するような、低複屈折率を有する。
頂部表面を有する頂部ポリマーシートと、底部表面を有する底部ポリマーシートと、頂部ポリマーシートと底部ポリマーシートの間に配設され、並びにこれらに接着された光学フィルムとを含むアセンブリを用意することと、
頂部表面を有する頂部ポリマーシート、及び底部表面を有する底部ポリマーシートを改質して、複数の頂部構造体及び頂部表面粗さを有する頂部構造化表面、並びに複数の底部構造体及び底部表面粗さを有する底部構造化表面を生じさせることと、
トップコーティングを頂部構造化表面に適用することにより、複数のトップコーティング済み構造と頂部表面粗さ未満のトップコーティング済み表面粗さとを有するトップコーティング済み構造化表面を生じさせ、並びに、ボトムコーティングを底部構造化表面に適用することにより、複数のボトムコーティング済み構造と底部表面粗さ未満のボトムコーティング済み表面粗さとを有するボトムコーティング済み構造化表面を生じさせて、コーティング済みアセンブリを形成することと、
コーティング済みアセンブリの横方向に沿ってコーティング済みアセンブリを少なくとも2つの別個の片に細分化して光学要素を形成することとを含む。
一時的平坦基材を用意するステップと、
光学フィルムの第1表面を、一時的平坦基材に着脱自在に取り付けるステップと、
頂部ポリマーシート及び底部ポリマーシートを相対する光学フィルムの第2表面に接着させるステップと、
光学フィルムを一時的平坦基材から取り除くステップとを含む、項目27の方法である。
Claims (10)
- 偏光ビームスプリッタであって、
第1ポリマープリズムと、
第2ポリマープリズムと、
前記第1ポリマープリズム及び前記第2ポリマープリズムのそれぞれの斜辺の間に配設され及び接着された反射型偏光子であり、前記反射型偏光子は、第1偏光状態の偏光を実質的に反射するとともに、相対する第2偏光状態の偏光を実質的に透過する、反射型偏光子と、
前記第1ポリマープリズム及び前記第2ポリマープリズムそれぞれの上に配設されたハードコートと、
入射主表面と、
出射主表面と、を含み、前記入射主表面及び前記出射主表面の少なくとも一方は、少なくとも3Hの鉛筆硬度を有し、前記偏光ビームスプリッタは、偏光状態の偏光が前記入射主表面から前記光学要素に入り、少なくとも2mmの前記偏光ビームスプリッタを通って進み、前記出射主表面から前記偏光ビームスプリッタを出るとき、前記偏光ビームスプリッタを出る光の少なくとも95%が偏光され、前記偏光状態を有するような、低複屈折率を有する、偏光ビームスプリッタ。 - 前記第1ポリマープリズム及び前記第2ポリマープリズムそれぞれは、直角プリズムである、請求項1に記載の偏光ビームスプリッタ。
- 偏光状態の偏光が前記入射主表面から前記光学要素に入り、少なくとも2mmの前記偏光ビームスプリッタを通って進み、前記出射主表面から前記偏光ビームスプリッタを出るとき、前記偏光ビームスプリッタを出る光の少なくとも99%が偏光され、前記偏光状態を有する、請求項1に記載の偏光ビームスプリッタ。
- 前記入射主表面は、前記出射主表面に対して垂直である、請求項1に記載の偏光ビームスプリッタ。
- 光学要素を製造する方法であって、
頂部表面を有する頂部ポリマーシート、底部表面を有する底部ポリマーシート、並びに前記頂部ポリマーシートと前記底部ポリマーシートの間に配設され及び接着された光学フィルムを含むアセンブリを用意する工程と、
前記頂部ポリマーシートの前記頂部表面、及び前記底部ポリマーシートの前記底部表面を改質して、複数の頂部構造体及び頂部表面粗さを有する頂部構造化表面、並びに複数の底部構造体及び底部表面粗さを有する底部構造化表面を生じさせる工程と、
トップコーティングを前記頂部構造化表面に適用することにより、複数のトップコーティング済み構造体と前記頂部表面粗さ未満のトップコーティング済み表面粗さとを有するトップコーティング済構造化表面を生じさせ、並びに、ボトムコーティングを前記底部構造化表面に適用することにより、複数のボトムコーティング済み構造体と前記底部表面粗さ未満のボトムコーティング済み表面粗さとを有するボトムコーティング済構造化表面を生じさせて、コーティング済みアセンブリを形成する工程と、
前記コーティング済みアセンブリを前記コーティング済みアセンブリの横方向に沿って少なくとも2つの別個の断片に細分化して、前記光学要素を形成する工程と、を含む、方法。 - 前記光学要素は、入射主表面と、出射主表面と、第1偏光状態の偏光が前記入射主表面から前記光学要素に入り、少なくとも2mmの前記光学要素を通って進み、前記出射主表面から前記光学要素を出るとき、前記光学要素を出る光の少なくとも95%が偏光され、前記第1偏光状態を有するような、低複屈折率とを有する、請求項5に記載の方法。
- 前記アセンブリを用意する工程は、
一時的平坦基材を用意することと、
前記光学フィルムの第1表面を前記一時的平坦基材に着脱自在に取り付けることと、
前記頂部ポリマーシート又は前記底部ポリマーシートを前記光学フィルムの相対する第2表面に接着させることと、
前記光学フィルムを前記一時的平坦基材から取り除くことと、を含む、請求項5に記載の方法。 - 前記頂部ポリマーシートの前記頂部表面と、前記底部ポリマーシートの前記底部表面とを改質する工程は、前記頂部表面及び前記底部表面を機械加工することを含む、請求項5に記載の方法。
- 前記頂部構造化表面は、複数の規則的に配列された頂部構造体を有し、前記底部構造化表面は、複数の規則的に配列された底部構造体を有する、請求項5に記載の方法。
- 前記光学要素は、偏光ビームスプリッタである、請求項5に記載の方法。
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