投影子系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明描述了投影子系統(tǒng)。更具體地講，本發(fā)明描述了包括光源和偏振分束器的投影子系統(tǒng)。目前描述的投影子系統(tǒng)的偏振分束器即使在暴露于大劑量的入射光之后也能夠避免性能降低。
【專利說明】投影子系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本說明書涉及投影子系統(tǒng)。更具體地講，本說明書涉及包括光源和偏振分束器的投影子系統(tǒng)。目前描述的投影子系統(tǒng)的偏振分束器即使在暴露于大劑量的入射光之后也能夠避免性能降低。
【背景技術(shù)】
[0002]投影系統(tǒng)通常包括光源、一個(gè)或多個(gè)成像組件、或成像器、投影光學(xué)器件和屏幕。通常，投影系統(tǒng)中使用的成像器通常是偏振-旋轉(zhuǎn)的成像器件(例如液晶顯示成像器)，所述成像器通過旋轉(zhuǎn)光的偏振進(jìn)行操作，以產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于數(shù)字視頻信號(hào)的圖像。投影系統(tǒng)中使用的成像器通常依賴于將光分成一對(duì)正交偏振狀態(tài)(如S-偏振和P-偏振)的偏振器。因此，投影系統(tǒng)通常還將包括用于這個(gè)用途的偏振分束器。
[0003]新近的技術(shù)發(fā)展使得能夠制備具有相對(duì)高的光輸出(如大于40ANSI流明)的超緊湊型投影引擎和系統(tǒng)。用這些高水平的光輸出和來自光源的相關(guān)光輸入水平，在投影系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)偏振分束器或分束器的壽命的嚴(yán)重問題。最要注意的是，入射到使用聚合物反射型偏振器的常規(guī)的偏振分束器上的較高光強(qiáng)度已經(jīng)導(dǎo)致聚合物反射型偏振器的短壽命劣化，因此導(dǎo)致投影系統(tǒng)的有效失效。會(huì)高度理想的是，提供能夠暴露于高強(qiáng)度和高劑量的入射光同時(shí)在較長壽命內(nèi)保持必要性能的投影子系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在一個(gè)方面，本說明書涉及一種投影子系統(tǒng)。投影子系統(tǒng)包括光源和接收來自光源的光的偏振分束器。光源發(fā)射包括藍(lán)光的光。所述偏振分束器包括:反射型偏振器，來自所述光源的光入射到所述反射型偏振器上；第一覆蓋件，所述第一覆蓋件定位在所述反射型偏振器和所述光源之間；第二覆蓋件，所述第二覆蓋件定位在所述反射型偏振器的與所述第一覆蓋件相背對(duì)的表面上。所述第一覆蓋件和所述第二覆蓋件均包含塑料。所述偏振分束器表現(xiàn)出傳播穿過所述偏振分束器的光的測(cè)量的b*黃度指數(shù)，并且所述b*黃度指數(shù)從所述偏振分束器第一次暴露直到所述偏振分束器暴露于0.3MJ/mm2的藍(lán)光的劑量之后變化小于2.0。輸出光以大于50流明的強(qiáng)度從所述投影子系統(tǒng)投射。
[0005]在另一方面，本說明書涉及一種投影子系統(tǒng)。所述投影子系統(tǒng)包括光源和接收來自所述光源的光的偏振分束器。所述光源發(fā)射至少10%為藍(lán)光的光。所述偏振分束器包括:反射型偏振器，來自所述光源的光入射到所述反射型偏振器上；第一覆蓋件，所述第一覆蓋件定位在所述反射型偏振器和所述光源之間；第二覆蓋件，所述第二覆蓋件定位在所述反射型偏振器的與所述第一覆蓋件相背對(duì)的表面上。所述第一覆蓋件和所述第二覆蓋件均包含塑料。所述偏振分束器表現(xiàn)出傳播穿過所述偏振分束器的光的測(cè)量的b*黃度指數(shù)，并且所述b*黃度指數(shù)從所述偏振分束器第一次暴露直到所述偏振分束器暴露于來自光源的入射光達(dá)8，000小時(shí)之后變化小于2.0。從所述投影子系統(tǒng)投射的光具有大于50流明的強(qiáng)度。[0006]在又一方面，本說明書涉及一種投影子系統(tǒng)。所述投影子系統(tǒng)包括光源和接收來自所述光源的光的偏振分束器。所述光源發(fā)射至少10%為藍(lán)光的光。所述偏振分束器包括:反射型偏振器，來自所述光源的光入射到所述反射型偏振器上；第一覆蓋件，所述第一覆蓋件定位在所述反射型偏振器和所述光源之間；第二覆蓋件，所述第二覆蓋件定位在所述反射型偏振器的與所述第一覆蓋件相背對(duì)的表面上。所述第一覆蓋件和所述第二覆蓋件均包含塑料。所述偏振分束器表現(xiàn)出傳播穿過所述偏振分束器的光的測(cè)量的b*黃度指數(shù)，并且所述b*黃度指數(shù)從所述偏振分束器第一次暴露直到所述偏振分束器暴露于來自光源的入射光達(dá)4，000小時(shí)之后變化小于2.0。從所述投影子系統(tǒng)投射的光具有大于100流明的強(qiáng)度。
[0007]在另一方面，本說明書涉及一種投影子系統(tǒng)。所述投影子系統(tǒng)包括光源和接收來自所述光源的光的偏振分束器。所述光源發(fā)射至少10%為藍(lán)光的光。所述偏振分束器包括:反射型偏振器，來自所述光源的光入射到所述反射型偏振器上；第一覆蓋件，所述第一覆蓋件設(shè)置在所述反射型偏振器和所述光源之間；第二覆蓋件，所述第二覆蓋件定位在所述反射型偏振器的與所述第一覆蓋件相背對(duì)的表面上。所述第一覆蓋件和所述第二覆蓋件均包含塑料。所述偏振分束器表現(xiàn)出傳播穿過所述偏振分束器的光的測(cè)量的b*黃度指數(shù)，并且所述b*黃度指數(shù)從所述偏振分束器第一次暴露直到所述偏振分束器暴露于來自光源的入射光達(dá)8，000小時(shí)之后的改變?yōu)樾∮?.0。強(qiáng)度為大于6mW/mm2的藍(lán)光入射到反射型偏振器上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1示意性地示出根據(jù)本說明書的投影子系統(tǒng)的實(shí)施例。
[0009]圖2示意性地示出根據(jù)本說明書的投影子系統(tǒng)的實(shí)施例。
[0010]圖3示意性地示出作為合色器的一部分的偏振分束器。
[0011]圖4是不同偏振分束器樣品的經(jīng)校準(zhǔn)劑量的概率圖。
[0012]圖5是兩個(gè)偏振分束器樣品的b*黃度與入射光的劑量的關(guān)系的曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本說明書的目的是提供一種投影系統(tǒng)或子系統(tǒng)，在這種投影系統(tǒng)或子系統(tǒng)中，具有較高強(qiáng)度的光進(jìn)入該系統(tǒng)中，并且從該系統(tǒng)發(fā)射。在這種情況下，基于聚合物反射型偏振器的微投影系統(tǒng)在短使用量之后遭遇系統(tǒng)失效。這可能部分是由于這種系統(tǒng)內(nèi)的偏振分束器的失效導(dǎo)致的。本說明書的目的是通過提供能夠暴露于高強(qiáng)度和高劑量的入射光的投影子系統(tǒng)同時(shí)在較長壽命內(nèi)保持必要性能來解決這個(gè)問題。
[0014]為了產(chǎn)生具有寬泛顏色范圍的圖像，投影儀通常將使用能夠產(chǎn)生至少三種不同顏色光的光源。這些顏色已知是原色并且通常被大體分類為紅色、綠色和藍(lán)色。光源通常將被配置成為投影系統(tǒng)供應(yīng)一定比率的這三種顏色，使得對(duì)于普通觀察者而言，所得的光顏色看起來將是白色的。然后，通過使用成像器件以選擇性控制從圖像的每一個(gè)像素向屏幕發(fā)送每一種顏色的光的量來形成不是純白色的圖像。
[0015]給定量的光能會(huì)在觀察者眼中產(chǎn)生某種視覺響應(yīng)。在能量(以例如瓦特為單位來表示)和視覺響應(yīng)(以例如流明為單位來表示)之間存在熟知的關(guān)系。產(chǎn)生所需流明數(shù)的白色圖像的步驟將要求來自光源的一定量能量的紅光、綠光和藍(lán)光。要求的來自光源的能量將取決于光學(xué)系統(tǒng)的效率以及原色中的每一者的光譜分布和白點(diǎn)的所需顏色。例如，如果光學(xué)系統(tǒng)具有20%的效率，則光源必須發(fā)射是觀察者將在屏幕上看到的光的5倍那么多的光(對(duì)于100流明白色圖像，光源將必須產(chǎn)生約500流明)。使用用于紅色、綠色和藍(lán)色LED的一些常規(guī)值，可以估計(jì)用于構(gòu)成所需白光的每一種原色的光的量。對(duì)于具有D65 (通過CIE標(biāo)準(zhǔn)定義)的白點(diǎn)的500流明白光源的實(shí)例，光可以大致由來自紅色原色的133流明、來自綠色原色的340流明、來自藍(lán)色原色的27流明組成。因此，這種白色光可以被表述為“通過光度測(cè)量法”測(cè)量的原色比率，換句話講，以每一種顏色的亮度來表述。對(duì)于這個(gè)實(shí)例，500流明白色源 是26.5%的紅色、68.1%的綠色和5.4%的藍(lán)色。另一種意義上，可以以光的能量(通過輻射度測(cè)量)分析和測(cè)量白光輸出。對(duì)于這同一種情況，光功率總輸出為約
1.9W，其中0.76W為紅色，0.65W為綠色，0.49W為藍(lán)色。因此，這個(gè)500流明白光源的輻射度測(cè)量產(chǎn)生40.1%紅色、33.9%綠色和25.9%藍(lán)色的輻射比率。這只是作為實(shí)例提供的并且必須基于已經(jīng)提到的各種因素針對(duì)任何光學(xué)系統(tǒng)來確定。在整個(gè)權(quán)利要求書和說明書中，光源可以按光度測(cè)量和輻射度測(cè)量兩者來定義。因此，白光源可以被描述為500流明光源(光度測(cè)量)，但還可以以能量被描述為含有25.9%的藍(lán)光。在整個(gè)說明書中，光源的強(qiáng)度或亮度將通常通過光度測(cè)量(即，流明)來描述。然而，當(dāng)嘗試將藍(lán)光的量或比率限定在輸出光(如由10%的藍(lán)光組成的光)的整體內(nèi)時(shí)，這個(gè)比率或量通常將以能量(即瓦特)來描述或計(jì)笪
ο
[0016]當(dāng)光與材料(例如聚合物反射型偏振器)相互作用時(shí)，光可以引起使材料的性能降低的損壞。實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明，藍(lán)光引起聚合物反射型偏振器中的大部分損壞并且由藍(lán)光引起的損壞的比率取決于入射到聚合物反射型偏振器上的藍(lán)光的能量密度。能量密度可以以例如W/m2或mW/mm2為單位來表示。繼續(xù)500流明光源的實(shí)例，如果來自該光源的光入射到偏振分束器上，其中偏振分束器是邊長為Icm并且裝設(shè)有膜的立方體形狀，以使得該偏振分束器相對(duì)于光束成45°，則反射型偏振器上的藍(lán)光輻照度在該膜上將是至少3.5mW/mm2。在實(shí)際的投影系統(tǒng)中，光很少是這樣均勻分布的并且反射型偏振器的一些區(qū)域上的輻照度將顯著高于這個(gè)平均估計(jì)值。
[0017]圖1示出根據(jù)本說明書的投影子系統(tǒng)100。投影子系統(tǒng)100包括光源102。光源102可以是投影系統(tǒng)中通常使用的任何數(shù)量的合適光源。例如，光源102可以是固態(tài)發(fā)射器，例如，發(fā)射特定顏色光(例如紅光、綠光或藍(lán)光)的激光器或發(fā)光二極管(LED)。光源102還可以包括從發(fā)射源吸收光并且以其它(一般更長的)波長重新發(fā)射光的熒光體或其它光轉(zhuǎn)換材料。合適的熒光體包括熟知的無機(jī)熒光體，例如，摻雜Ce的YAG、硫代鎵酸鍶、摻雜的硅酸鹽和SiAlON型材料。其它光轉(zhuǎn)換材料包括II1-V和I1-VI半導(dǎo)體、量子點(diǎn)、和有機(jī)熒光染料?；蛘撸庠纯梢杂啥鄠€(gè)光源(例如紅色、綠色和藍(lán)色LED )組成，其中，這類LED可以一起啟動(dòng)或者順序啟動(dòng)。光源102還可以是激光光源、或者有可能是傳統(tǒng)的UHP燈。
[0018]光104從光源發(fā)射并且向著偏振分束器110傳播。通常在投影系統(tǒng)中使用的光學(xué)元件可以被置于光源102和偏振分束器110之間。這類元件可以包括例如準(zhǔn)直器，如在共同擁有和轉(zhuǎn)讓的美國專利N0.7,901, 083中描述的，該專利以引用的方式并入本文。本說明書的光源通?？梢员焕斫鉃橐苑浅８叩膹?qiáng)度和光通量發(fā)射光。例如，從光源102發(fā)射的入射到偏振分束器Iio上的光104可具有如下光通量:大于150流明、或大于200流明、或大于300流明、或大于400流明、或大于500流明、并且甚至有可能為大于750流明或1000流明。如之前描述的，典型的投影系統(tǒng)或子系統(tǒng)常常具有在約15%和25%之間的光學(xué)效率。這樣，最終從投影發(fā)射或投射的光122可以通常具有大于50流明、并且有可能為大于60流明、大于70流明、大于80流明、大于90流明、大于100流明、或甚至大于110流明的亮度和強(qiáng)度。從光源102發(fā)射的光的良好的一部分將是“藍(lán)光”。出于本說明書的目的，并且可能如本領(lǐng)域通常理解的，藍(lán)光可以被理解為波長為在約430nm和約490nm之間的光。從光源102發(fā)射并且入射到偏振分束器110上的光可以包含至少5%的藍(lán)光、或至少10%的藍(lán)光、或至少15%的藍(lán)光(其中，藍(lán)光還是波長為在約430nm和約490nm之間的光)。
[0019]偏振分束器部分地由反射型偏振器106組成。反射型偏振器106由第一覆蓋件108和第二覆蓋件112圍繞。第一覆蓋件108定位在反射型偏振器106和光源102之間。第二覆蓋件112定位在反射型偏振器106的與第一覆蓋件108相背對(duì)的表面上(因此還隔著反射型偏振器與光源102相背對(duì))。反射型偏振器106可以由任何數(shù)量的合適反射型偏振器組成。例如，反射型偏振器106可以是多層光學(xué)膜，例如在共同擁有的美國專利申請(qǐng)N0.6，486，997中描述的多層光學(xué)膜，該專利申請(qǐng)的全文以引用的方式并入本文。在至少一些實(shí)施例中，反射型偏振器106可以由PEN制成，并且有可能是具有PEN和coPEN的交替層的多層形成物。例如，反射型偏振器還可以由用于形成雙折射多層膜例如PET的其它合適樹脂制成。
[0020]第一覆蓋件108和第二覆蓋件112圍繞反射型偏振器106。在現(xiàn)有技術(shù)中非常常見的是，偏振分束器的覆蓋件由玻璃構(gòu)成。然而，在當(dāng)前說明書中，本發(fā)明的目的是將覆蓋件(108，112)的性質(zhì)與膜106的性質(zhì)更好地匹配。特別期望的是，第一覆蓋件108和/或第二覆蓋件112的熱膨脹系數(shù)基本上匹配反射型偏振器106的縱向(即，橫向于膜的拉伸方向的方向)熱膨脹系數(shù)。例如，第一覆蓋件和第二覆蓋件可各自具有在約60ppm/K和約120ppm/K之間的熱膨脹系數(shù)。這通?？梢栽诜瓷湫推衿鞯淖罡咻S向方向上的熱膨脹系數(shù)的約40ppm/K內(nèi)。在至少一些實(shí)施例中，不同于玻璃，第一覆蓋件108和/或第二覆蓋件112可以部分地由非玻璃材料制成。例如，第一覆蓋件108和/或第二覆蓋件112可以由塑料材料制成。用于第一覆蓋件和第二覆蓋件的合適材料可以包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或環(huán)烯烴(CO)或PMMA或CO的共聚物和共同擁有的美國專利7，529，029 (第16列第44-54行)中討論的那些。美國專利N0.7，529，029的這個(gè)部分以引用的方式并入本文。
[0021]可以用任何數(shù)量的合適部件將第一覆蓋件108和第二覆蓋件112固定到反射型偏振器。例如，可以分別用粘合劑層126a和126b將第一覆蓋件108和第二覆蓋件112固定到反射型偏振器106。在多個(gè)實(shí)施例中，粘合劑的折射率將與反射型偏振器106、第一覆蓋件108、第二覆蓋件112、或所有這三者基本上匹配，使得通過偏振器106的偏振而非與在粘合劑126a、126b的界面處的反射將光分開。還應(yīng)該選擇粘合劑126a、126b的性質(zhì)，使得對(duì)覆蓋件和反射型偏振器的熱膨脹系數(shù)的匹配的破壞最小，并且附帶其益處。在一些實(shí)施例中，粘合劑層126a、126可以是壓敏粘合劑。在其它實(shí)施例中，粘合劑層126a、126可以是光致固化型粘合劑或熱致固化型粘合劑或兩部分粘合劑。
[0022]在許多實(shí)施例中，投影子系統(tǒng)或投影子系統(tǒng)是其一部分的較大系統(tǒng)可以包括成像器120。在圖1中示出的實(shí)施例中，成像器120是反射型成像器。一種合適的成像器是硅基液晶(LCoS)成像器。入射到反射型偏振器106上的光104朝向成像器120反射某種偏振的光(即，要么是S偏振光，要么是P偏振光)并且透射相反偏振的光。因此，在某些實(shí)施例中，成像器120可以被設(shè)置成使得透射穿過偏振器106的偏振入射到成像器120上。在這個(gè)實(shí)施例中，被反射的偏振的未成像的光114入射到成像器120上。光被成像并且作為成像的光116被重新導(dǎo)向朝向偏振分束器110返回。
[0023]為了提高投影圖像的對(duì)比度，在光在反射型偏振器106處被分開之前，預(yù)偏器118還可以設(shè)置在光源102和反射型偏振器106之間。預(yù)偏器通?？梢陨婕按饲懊枋龅念A(yù)偏器，例如在共同擁有和轉(zhuǎn)讓的美國專利N0.6，088，067中描述的預(yù)偏器，該專利以引用的方式并入本文。
[0024]當(dāng)然，在其中光被投射的任何構(gòu)造中，光的顏色可以至少有一些重要性。然而，在光正在被成像和投射的情況下，控制光的顏色的能力是最重要的。遺憾的是，投影系統(tǒng)內(nèi)的偏振分束器中使用的聚合物反射型偏振器在給定時(shí)間量之后劣化。這種劣化隨著光源強(qiáng)度更高變得更加迅速，使得在兩個(gè)膜已經(jīng)暴露于等劑量光(MJ/mm2)的情況下，在較高密度下暴露于這些劑量的膜將更迅速地劣化。這種劣化通常會(huì)引起穿過反射型偏振器106傳播或者被反射型偏振器106反射的光“泛黃”。為了將“泛黃”量進(jìn)而將伴隨給定膜或偏振分束器出現(xiàn)的劣化定量，可以測(cè)量由膜透射或反射的光，然后在熟知的CIE IZaVi色帶間隔中計(jì)算透射光的顏色。一些儀器可以直接進(jìn)行這種測(cè)量。b*值是黃度的一般指示，正值越高，表示黃度越大。在本專利申請(qǐng)中，引用的是“b*黃度指數(shù)”，以便明確使用這種方法作為穿過膜傳播的光的黃度的量規(guī)。
[0025]通常，本說明書的偏振分束器110將顯示用于出射光的低b*黃度指數(shù)值。例如，穿過首次使用的分束器傳播的光的b*黃度指數(shù)值可以為小于1.0或小于1.5或小于2.0或小于2.5。然而，b*黃度的初始值不管怎樣都不是提及分束器的壽命。這是因?yàn)樵俅未┻^偏振分束器傳播的光的b*黃度將在進(jìn)一步暴露于入射光104時(shí)上升。出于投影系統(tǒng)目的可以被視為“失效”的光的b*黃度的典型水平有可能為大于4.0。當(dāng)許多現(xiàn)有技術(shù)的投影系統(tǒng)暴露于發(fā)射亮度為250流明或尤其500流明并且提供大于5mW/mm2的藍(lán)光的能量密度的光源時(shí)，這種系統(tǒng)會(huì)在短時(shí)間量內(nèi)達(dá)到不合格的b*黃度指數(shù)值。
[0026]然而，在當(dāng)前描述中，凡是光源102具有如150流明至400流明的亮度并且投影子系統(tǒng)發(fā)射或投影大于50流明的光的，在使用8，000小時(shí)之后，b*黃度指數(shù)值的變化將為小于2.0。在使用8，000小時(shí)之后，光的b*黃度指數(shù)值可以通常是3.0或更小。另外，在當(dāng)前描述中，凡是光源102發(fā)射的光具有如300流明至1000流明的亮度并且投影子系統(tǒng)100發(fā)射或投影大于100流明的光的，在使用4，000小時(shí)之后，分束器發(fā)射的光的b*黃度指數(shù)的變化將為小于2.0。
[0027]凡是在使用8，000小時(shí)之后的光的b*黃度指數(shù)值通常可以是3.0或更小和/或在使用8，000小時(shí)之后的改變可以為小于2.0的，光還可以以高強(qiáng)度入射到PBS的反射型偏振器上。特別地，藍(lán)光(如本文定義的)可以以大于6mW/mm2或大于8mW/mm2或大于IOmW/mm2的強(qiáng)度入射到反射型偏振器上。
[0028]對(duì)入射到偏振分束器上的光的亮度和強(qiáng)度和從投影子系統(tǒng)100投射的光(如122，222)的亮度和強(qiáng)度的推論測(cè)量是偏振分束器接收的入射光的“劑量”。入射到膜的任何部分上的光的劑量可以通過膜的這部分上的輻照度乘以該暴露的持續(xù)時(shí)間來估計(jì)。更具體地講，可以測(cè)量偏振分束器接收的“藍(lán)”光的劑量(其中藍(lán)光如上定義)。入射到膜的任何部分上的光可以從不同方向到達(dá)。例如，膜的區(qū)域可以暴露于來自照射器的光和另外來自成像器的反射光。當(dāng)計(jì)算入射光的劑量時(shí)，必須合計(jì)所有的入射光。凡是投影子系統(tǒng)發(fā)射強(qiáng)度大于50流明的光并且偏振分束器110已經(jīng)暴露于0.3MJ/mm2的劑量下的，則從分束器發(fā)射的光的b*黃度指數(shù)的改變將為小于2.0。在投射光122的強(qiáng)度是50流明的情況下，在0.35MJ/mm2或0.40MJ/mm2的劑量之后，從分束器發(fā)射的光的b*黃度指數(shù)的改變還可以為小于2.0。
[0029]一旦成像的光116返回到偏振分束器110，所述光就傳播穿過第一覆蓋件108、反射型偏振膜106 (因?yàn)槌上竦墓庵械囊恍┛梢允恰巴ㄟ^”偏振狀態(tài))，并且穿過第二覆蓋件112。然后，投射光122離開偏振分束器110，其中該投射光在途中遇到投影透鏡124而被投射到顯示器例如觀看屏。雖然只被示出具有單元件投影透鏡124，但子系統(tǒng)100根據(jù)需要可以包括附加的成像光學(xué)器件。例如，投影透鏡124可以事實(shí)上是多個(gè)透鏡，例如共同擁有和轉(zhuǎn)讓的美國專利N0.7，901, 083的透鏡組250。
[0030]如以上討論的，入射到偏振分束器110上的光的強(qiáng)度將通常相當(dāng)高，從而難以在沒有性能問題的情況下保持較長壽命。還應(yīng)當(dāng)理解，離開偏振分束器的光122還將具有大強(qiáng)度。例如，離開子系統(tǒng)100的投射光122通?？梢詾榇笥?0流明、或大于50流明、或大于60流明、或大于70流明、或大于80流明、或大于90流明、或可能甚至大于100流明或110流明。
[0031]在本文描述的投影子系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)施例中，偏振分束器將是偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一部分。圖2示意性地示出包括偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)230的投影子系統(tǒng)200的另一個(gè)實(shí)施例。
[0032]在投影子系統(tǒng)200的這個(gè)實(shí)施例中，光204再次從光源202發(fā)射。將從光源發(fā)射的光為大于150流明、或大于200流明、或大于300流明、或大于400流明、或大于500流明、和有可能甚至大于750流明或1000流明。如之前描述的，典型的投影系統(tǒng)或子系統(tǒng)常常具有的光學(xué)效率為在約15%至25%之間。這樣，從投影子系統(tǒng)輸出或投射的光122或222的亮度通?？梢詾榇笥?0流明、并且有可能為大于60流明、大于70流明、大于80流明、大于90流明、大于100流明、或者甚至大于110流明。
[0033]在到達(dá)將光向著成像器220導(dǎo)向的偏振分束器240之前，光204首先傳播穿過偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)230。偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)部分地由偏振分束器246制成。如同圖1的偏振分束器110一樣，偏振分束器246由第一覆蓋件238、第二覆蓋件232、和反射型偏振器236制成,光首先入射到第一覆蓋件238上，第二覆蓋件232從光源側(cè)與第一覆蓋件238相背對(duì)，反射型偏振器236定位在第一覆蓋件238和第二覆蓋件232之間。反射型偏振器236通?？梢员焕斫鉃槭桥c圖1中描述的膜106類似的膜，如在一個(gè)實(shí)施例中，其可以是由合適的聚合物(例如PEN)制成的多層光學(xué)膜。第一覆蓋件238和第二覆蓋件232在材料方面通?？梢詫?duì)應(yīng)于圖1的第一覆蓋件108和第二覆蓋件112。例如，覆蓋件可以由合適的塑料(例如PMMA或CO)制成。
[0034]—旦光204入射到偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)230的偏振分束器246上,一種偏振的光252 (如s偏振光或P偏振光)被反射并且向著第二偏振分束器240傳播。在到達(dá)第二偏振分束器240之前，光可以首先穿過蠅眼陣列260和中繼透鏡250。蠅眼陣列260和中繼透鏡250起到提高向著PBS240傳播的光的均勻度、確保光完全照射成像器220、以及提高子系統(tǒng)200的整體效率的作用?？梢赃M(jìn)行其它選擇，以實(shí)現(xiàn)對(duì)光進(jìn)行均化和中繼的目標(biāo)，包括集成隧道或固體桿。[0035]與光252的偏振相反的光傳播穿過反射型偏振器236和第二覆蓋件232并且穿過半波膜234。半波膜234旋轉(zhuǎn)光254的偏振，使得光254的偏振匹配光252的偏振。然后，它可以在偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)230中從棱鏡244的對(duì)角面被反射并且還朝向偏振分束器240被導(dǎo)向穿過蠅眼陣列260和中繼透鏡250。
[0036]通過偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)230的這種預(yù)偏振和偏振旋轉(zhuǎn)允許幾乎所有的光被偏振分束器240朝向成像器220反射并且最終通過投影透鏡224投射。應(yīng)當(dāng)理解，偏振分束器240以與圖1的偏振分束器110相同的方式進(jìn)行操作。
[0037]盡管在圖2中示出的實(shí)施例中存在較大量的元件，并因此可能存在一些固有損耗，但蠅眼陣列和中繼透鏡的存在以及偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)230的存在在系統(tǒng)中提供大量的效率。因此，使用投影透鏡224從系統(tǒng)投射的輸出光222將再次具有高強(qiáng)度。例如，從投影子系統(tǒng)200輸出的光222的強(qiáng)度可以為大于40流明、或大于50流明、或大于60流明、或大于70流明、或大于80流明、或大于90流明、或有可能甚至大于100流明或110流明。
[0038]作為圖1和圖2中示出的實(shí)施例或者有可能單獨(dú)實(shí)施例的一部分，偏振分束器可以是合色器的一部分。這在圖3中用合色器380示出。在這個(gè)實(shí)施例中，不同于通常設(shè)置的白光源或產(chǎn)生白光的光源的集合，在偏振分束器310的不同側(cè)設(shè)置三個(gè)單獨(dú)的光源。這些光源包括藍(lán)色光源302B、綠色光源302G、和紅色光源302R。從這三個(gè)藍(lán)色、綠色和紅色通道中的每一個(gè)，從三個(gè)光源中的每一個(gè)發(fā)射的光首先傳播穿過二向色鏡(360a，360b, 360c)接著穿過四分之一波長的膜370，從而在光304a、304b和304c入射到偏振分束器310和其內(nèi)的反射型偏振器306上之前旋轉(zhuǎn)其偏振。最終，從合色器通過投影透鏡324投射的光322將共用上述的發(fā)射的光122和222的屬性。對(duì)合色器和本文描述的組件的完整說明和更好理解可見于共同擁有和轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)公開N0.2011/0149547和共同擁有和轉(zhuǎn)讓的美國專利申請(qǐng)N0.13/129，152，這兩個(gè)專利申請(qǐng)中的每一個(gè)的全文以引用的方式并入本文。
[0039]還應(yīng)當(dāng)理解，可能存在超出圖1、圖2和圖3的實(shí)施例中示出的光學(xué)元件的多個(gè)光學(xué)元件，用于正確操縱光并且根據(jù)需要引導(dǎo)光穿過投影系統(tǒng)。
[0040]SM
[0041]實(shí)例I:
[0042]由PEN多層反射型偏振膜制備實(shí)驗(yàn)樣品。將多個(gè)這種偏振膜粘附在要么Imm厚的熔融二氧化硅(玻璃)、要么Imm厚的浮法玻璃、或要么3mm厚的PMMA塑料板中的兩片之間。使用N0A-76粘合劑(可得自美國新澤西州克蘭伯里的諾蘭德制品公司(NorlandProducts, Cranbury, NJ, USA))將每一個(gè)樣品粘附在覆蓋件之間。通過將組裝好的樣品的每一側(cè)在fusion UV固化燈下經(jīng)過一次，將粘合劑光固化。使用來自超高壓(UHP) Hg燈的未偏振光照射十五個(gè)樣品中的五個(gè)的每一種構(gòu)造(二氧化硅覆蓋件、浮法玻璃覆蓋件、或PMMA塑料覆蓋件)，其中，使用集成隧道對(duì)來自燈的光進(jìn)行均化并且將其過濾成波長(430nm至490nm)內(nèi)的可見光譜的藍(lán)色部分。射出隧道的光被聚焦在樣品上并且借助濾波器和機(jī)械孔將樣品上的輻照度設(shè)置成大約23mW/mm2。因?yàn)閁HP燈的輸出隨著時(shí)間的推移可以是變化的，所以每周測(cè)量和記錄輻照度。
[0043]將樣品設(shè)置在封閉的室內(nèi)，加熱室內(nèi)的空氣以將樣品表面溫度保持在大約55°C。定期從室中取出樣品，監(jiān)測(cè)它們?cè)谕干涔獾念伾碌娜魏胃淖?。使用分光光度?jì)在視覺上監(jiān)測(cè)顏色。使用沿著反射型偏振膜的通過方向偏振的光，收集光譜透射數(shù)據(jù)。將光譜透射轉(zhuǎn)換到CIE IZaVi色帶間隔。運(yùn)行樣品，直到b*值超過大約3.0，此時(shí)樣品被視為失效。通過從實(shí)驗(yàn)開始集成隨時(shí)間流逝的樣品輻照度，直到觀察到樣品失效，來估計(jì)導(dǎo)致失效的光劑量。
[0044]在圖4的曲線圖中示出得自三個(gè)樣品類型的結(jié)果。這個(gè)曲線圖在韋伯圖線上提供了全部15個(gè)樣品的失效劑量。曲線圖還示出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，假設(shè)樣品的失效符合韋伯分布并且分布的形狀相同，而與所使用的板材料無關(guān)。如從曲線圖中清楚所見，具有浮法玻璃和熔融二氧化硅板的覆蓋件的樣品的失效分布幾乎相同，它們之間沒有統(tǒng)計(jì)意義上的顯著差異。然而，在大得多的劑量和差異下出現(xiàn)的PMMA塑料覆蓋件之間設(shè)置的PEN多層光學(xué)膜的樣品的失效在統(tǒng)計(jì)意義上是顯著的。在以下的表1中提供了估計(jì)的失效前的平均劑量(MDTF)的數(shù)值結(jié)果。
[0045]表1三個(gè)樣品的失效前的平均劑暈的概述
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種投影子系統(tǒng)，包括: 光源，所述光源發(fā)射包括藍(lán)光的光；和 偏振分束器，所述偏振分束器接收來自所述光源的光，所述偏振分束器包括: 反射型偏振器，來自所述光源的光入射到所述反射型偏振器上； 第一覆蓋件，所述第一覆蓋件定位在所述反射型偏振器和所述光源之間，所述第一覆蓋件包含塑料；和 第二覆蓋件，所述第二覆蓋件定位在所述反射型偏振器的與所述第一覆蓋件相背對(duì)的表面上，所述第二覆蓋件包含塑料； 其中所述偏振分束器表現(xiàn)出傳播穿過所述偏振分束器的光的測(cè)量的b*黃度指數(shù)，并且所述b*黃度指數(shù)從所述偏振分束器第一次暴露直到所述偏振分束器暴露于0.3MJ/mm2的藍(lán)光的劑量之后變化小于2.0,并且其中輸出光以大于50流明的強(qiáng)度從所述投影子系統(tǒng)投射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，其中所述反射型偏振器包含PEN。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，其中所述第一覆蓋件包含PMMA。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，其中所述第二覆蓋件包含PMMA。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，其中所述第一覆蓋件具有熱膨脹系數(shù)，所述熱膨脹系數(shù)在所述反射型偏振器的縱向的熱膨脹系數(shù)的40ppm/K內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，其中所述第一覆蓋件和所述第二覆蓋件各自具有在約60ppm/K和約120ppm/K之間的熱膨脹系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，其中所述偏振分束器是偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，其中所述偏振分束器是合色器的一部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，還包括定位在所述光源和所述反射型偏振器之間的預(yù)偏器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，其中所述反射型偏振器包括多層光學(xué)膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，還包括成像器，所述成像器接收來自所述偏振分束器的未成像的光并且將成像的光重新導(dǎo)向至所述偏振分束器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影子系統(tǒng)，其中所述成像器是LCoS成像器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影子系統(tǒng)，其中輸出光以大于100流明的強(qiáng)度從所述投影子系統(tǒng)朝向觀察者投射。
14.一種投影子系統(tǒng)，包括: 發(fā)射光的光源，所述光還包括至少10%的藍(lán)光；和 偏振分束器，所述偏振分束器接收來自所述光源的光，所述偏振分束器包括: 反射型偏振器，來自所述光源的光入射到所述反射型偏振器上； 第一覆蓋件，所述第一覆蓋件定位在所述反射型偏振器和所述光源之間，所述第一覆蓋件包含塑料；和 第二覆蓋件，所述第二覆蓋件定位在所述反射型偏振器的與所述第一覆蓋件相背對(duì)的表面上，所述第二覆蓋件包含塑料； 其中所述偏振分束器表現(xiàn)出傳播穿過所述偏振分束器的光的測(cè)量的b*黃度指數(shù)，并且所述b*黃度指數(shù)從所述偏振分束器第一次暴露直到所述偏振分束器暴露于來自所述光源的入射光超過8000小時(shí)之后變化小于2.0，并且其中光以大于50流明的強(qiáng)度從所述投影子系統(tǒng)投射。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的投影子系統(tǒng)，其中所述反射型偏振器包含PEN。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的投影子系統(tǒng)，其中所述第一覆蓋件具有熱膨脹系數(shù)，所述熱膨脹系數(shù)在所述反射型偏振器的縱向的熱膨脹系數(shù)的40ppm/K內(nèi)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的投影子系統(tǒng)，其中所述第一覆蓋件和所述第二覆蓋件各自具有在約60ppm/K和約120ppm/K之間的熱膨脹系數(shù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的投影子系統(tǒng)，其中光以大于100流明的強(qiáng)度從所述投影子系統(tǒng)朝向觀察者投射。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的投影子系統(tǒng)，其中所述偏振分束器在暴露于所述光源8000小時(shí)之后表現(xiàn)出小于3.0的測(cè)量的b*黃度指數(shù)。
20.一種投影子系統(tǒng)，包括: 光源，所述光源發(fā)射至少10%為藍(lán)光的光；和 偏振分束器，所述偏振分束器接收來自所述光源的光，所述偏振分束器包括: 反射型偏振器，來自所述光源的光入射到所述反射型偏振器上； 第一覆蓋件，所述第一覆蓋件定位在所述反射型偏振器和所述光源之間，所述第一覆蓋件包含塑料；和 第二覆蓋件，所述第 二覆蓋件定位在所述反射型偏振器的與所述第一覆蓋件相背對(duì)的表面上，所述第二覆蓋件包含塑料； 其中所述偏振分束器表現(xiàn)出傳播穿過所述偏振分束器的光的測(cè)量的b*黃度指數(shù)，并且所述b*黃度指數(shù)從所述偏振分束器第一次暴露直到所述偏振分束器暴露于來自所述光源的入射光超過4000小時(shí)之后變化小于2.0,并且其中光以大于100流明的強(qiáng)度從所述投影子系統(tǒng)投射。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的投影子系統(tǒng)，其中所述反射型偏振器包含PEN。
22.一種投影子系統(tǒng)，包括: 光源，所述光源發(fā)射至少10%為藍(lán)光的光；和 偏振分束器，所述偏振分束器接收來自所述光源的光，所述偏振分束器包括: 反射型偏振器，來自所述光源的光入射到所述反射型偏振器上； 第一覆蓋件，所述第一覆蓋件定位在所述反射型偏振器和所述光源之間，所述第一覆蓋件包含塑料；和 第二覆蓋件，所述第二覆蓋件定位在所述反射型偏振器的與所述第一覆蓋件相背對(duì)的表面上，所述第二覆蓋件包含塑料； 其中所述偏振分束器在暴露于所述光源8000小時(shí)之后表現(xiàn)出小于3.0的測(cè)量的b*黃度指數(shù)，并且其中所述藍(lán)光以大于6mW/mm2的強(qiáng)度入射到所述反射型偏振器上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的投影子系統(tǒng)，其中所述反射型偏振器包含PEN。
【文檔編號(hào)】G02B27/28GK103748503SQ201280039964
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2012年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月19日
【發(fā)明者】斯蒂芬·J·維勒特, 克雷格·R·沙爾特, 大衛(wèi)·J·W·奧斯吐恩 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司