保持偏振层压板在成形过程中的面内功能制造技术

光学膜，其被热成形以产生曲面，同时保持局部面内双折射的固定大小和取向。尽管在经历任意变形的材料中保持三个正交轴之间折射率差的大小可能不切实际，但在某些条件下，保持两个轴之间的折射率差是可能的。这使得功能性延迟层能够结合到曲面结构中，诸如透镜和反射偏振器膜。此外，它使周围初始各向同性衬底中诱导的延迟最小化。诱导的延迟最小化。诱导的延迟最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】保持偏振层压板在成形过程中的面内功能
[0001]交叉引用
[0002]本申请要求于2020年2月29日提交的美国临时申请第62/983,635号的优先权，该申请的内容通过引用以其整体并入本文。
[0003]背景
[0004]偏振用于执行广泛的光学功能，包括光谱滤波(US 7,106,509和US 9,933,636，其中每一项的内容通过引用被并入)、光学隔离(US 20190271853，其内容通过引用被并入)，以及提供通过光学腔的额外往返(例如，US 6,075,651)。偏振功能组件通常由两类组成：偏振器和延迟器(retarder)。偏振器的工作是分离两个正交偏振：或者通过优先吸收其中一个分量，或者通过借助反射或折射物理地分离它们。延迟器的作用是在正交偏振之间引入相位差。
[0005]通常，偏振功能组件本质上是平面的。在大多数情况下，这是因为这些组件的制造涉及固有的平面工艺：沿着一个或更多个轴铸造/挤压和拉伸聚合物膜，相对于一个或更多个轴切割结晶材料，以及向平面表面上蒸发多层电介质。
[0006]偏振器在弯曲配置中的一个普遍应用是偏振太阳镜，其中偏振器用于减弱镜面反射的眩光。在该应用中，吸收偏振器被热成形为曲面透镜的形状。因为该应用不涉及高度偏振，并且因为用户的头部不是完全稳定的，所以不需要具有高度线偏振的偏振器(即，可容忍由热成形过程引起的劣化)。
[0007]当使用聚合物膜(延迟器膜和任何支撑衬底)工作时，热成形过程必然会导致变形，从而产生额外的(不均匀的)延迟。已经做出了一些努力来减轻这种影响，但它们仅限于管理影响的“大小”。美国专利8,687,275和9,457,523描述了在形成弯曲延迟器时使用薄材料和/或具有小应力
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光学系数的材料，其中每一个专利的内容通过引用被并入。US 9,457,523描述了使用高度拉伸的初始膜，该膜受额外拉伸的影响较小。这两种解决方案都不足以实现通用解决方案。
[0008]概述
[0009]本专利技术的光学滤波器包括光学功能延迟器和/或偏振器层，以及可能的非光学功能的支撑衬底和粘合剂。这样的滤波器最方便地组装成平面板式透镜毛坯(lens blank)的层压板结构。为了产生复合曲面透镜(例如，球面透镜)，然后将该毛坯热成形到期望半径。热成形步骤优先保留面内(in
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plane)双折射的大小和取向。这是通过成形过程来实现的，该过程产生在透镜表面各处的膜的平面内局部各向同性的应变。
[0010]一般成形过程包括两个子过程，它们可以按顺序或同时发生。第一过程使透镜毛坯变形为球面透镜，同时保持外径。在透镜内诱导的应变在透镜中心最大，在周边处近似二次方地(quadratically)下降到零。第二过程是使透镜毛坯各向同性拉伸(或压缩)到新半径。如果在曲面透镜上单独执行第二过程，那么它对应于球面半径的变化。
[0011]为了在第一过程期间在透镜表面上产生必要的应变梯度，可以施加温度梯度。在温度较高的地方，由于恒定的应力，透镜毛坯会变形更多。
[0012]在透镜表面上产生应变梯度的替代方法是施加应力梯度。在应力较高的地方，透
镜毛坯在恒温下变形更多。为了对透镜毛坯盘施加应力梯度，该盘必须被放置成与附加的支撑结构物理接触。这可以是临时结合到毛坯上的一次性载体衬底。替代地，附加材料可以是模具装置的柔性部分。
[0013]产生应变梯度的另一方法是修改透镜毛坯的边界条件。毛坯的边缘可以被夹持在夹具(fixture)中，以迫使半径的净变化为零，或者替代地将透镜毛坯扩张或收缩特定量。
[0014]附图简述
[0015]图1.用于将盘热成形到球面上的模型。
[0016]图2.由常规热成形产生的微分环(differential ring)的径向位移。
[0017]图3.由常规热成形产生的面内应变分量。
[0018]图4.由常规热成形产生的诱导延迟。
[0019]图5.从正交偏振器(crossed polarizer)之间的热成形的透镜毛坯观察到的强度。透镜毛坯具有零初始延迟。
[0020]图6.实现各向同性面内拉伸的环的径向位移。对于球面半径R＝4,5,10个单位的情况的解决方案，其中盘以半径为1个单位开始，且以柱面半径为1个单位结束。
[0021]图7.对于球面半径R＝4,5,10个单位的情况的解决方案的作为径向位置的函数的百分比应变，其中盘以半径为1个单位开始，且以柱面半径为1个单位结束。
[0022]图8.最终球面半径为4个单位的热成形透镜中诱导的延迟。
[0023]图9.实现各向同性面内拉伸的环的径向位移。对于球面半径R＝4,5,10个单位的情况的解决方案，其中盘以半径为1个单位开始，且以柱面半径为1.02个单位结束。
[0024]图10.对于球面半径R＝4,5,10个单位的情况的解决方案的作为径向位置的函数的百分比应变，其中盘以半径为1个单位开始，且以柱面半径为1.02个单位结束。
[0025]图11.实现相对于初始面内拉伸的各向同性面内拉伸2％的环的径向位移。对于球面半径R＝4,5,10个单位的情况的解决方案，其中盘以半径为1个单位开始，且以柱面半径为1.02个单位结束。
[0026]图12.模具内透镜毛坯的横截面视图。毛坯上方有不同温度的环加热器。
[0027]图13.A)模具内透镜毛坯的横截面视图。透镜毛坯暂时结合到载体上。B)热成形后的透镜和载体。
[0028]图14.A)模具内透镜毛坯的横截面视图。透镜毛坯暂时结合到放置在透镜和模具之间的载体上。B)热成形后的透镜和载体。
[0029]图15.A)模具内透镜毛坯的横截面视图。透镜毛坯暂时结合在被放置在两侧的载体之间。B)热成形后的透镜和载体。
[0030]图16.A)模具内透镜毛坯的横截面视图。透镜毛坯暂时夹持在刚性框架上。B)热成形后的透镜和框架。框架直径增大。
[0031]图17.当透镜被夹持到具有固定半径的刚性框架时，在热成形期间在透镜毛坯中诱导的延迟。
[0032]详细描述
[0033]偏振管理与许多消费产品相关，包括计算机显示器、电视、移动电话、相机滤色镜、3D影院、虚拟现实和增强现实头戴式装置(headset)、相机滤色镜和太阳镜。偏振管理层压板是以平面形式制造的，且在大多数应用中，它们是以那种形式使用的。然而，在某些情况
下，需要将复合曲率应用于偏振光学器件，最明显的是太阳镜所需的曲率。平面叠层(线偏振器结合在衬底之间)通常被切割成盘，该盘然后热成形成准球形贴片。一种基于偏振干涉的新型增色透镜包括在线偏振器之间层压延迟器叠层(US 9,933,636)，然后进行热成形。为了灵活的可调光眼镜的目的，热成形液晶设备也是有潜力的。
[0034]最近，已经注意到，如果可以制造复合弯曲偏振光学器件，则可以改进虚拟/增强现实头戴式装置中使用的光学架构(US 20190235145，其内容通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学元件，包括：聚合物衬底，其被热成形以形成具有各向同性面内应变的复合曲面，其中局部面内路径长度差(R
e
)在透镜上是恒定的。2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，面内应变的大小从所述光学元件的中心到边缘近似二次方地减小。3.根据权利要求1所述的光学元件，其中，R
th
的大小从所述光学元件的中心到所述光学元件的边缘增加。4.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述光学元件是球形的。5.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述聚合物衬底包括各向同性衬底之间的PVA偏振器。6.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述聚合物衬底包括在拉伸的聚碳酸酯层之间的PVA偏振器。7.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述衬底包括聚碳酸酯或环烯烃拉伸聚合物延迟器。8.根据权利要求4所述的光学元件，其中，所述衬底包括两个或更多个拉伸的聚合物延迟器膜的层压板。9.根据权利要求5所述的光学元件，其中，所述层压板是溶剂结合的。10.根据权利要求1所述的光学元件，其中，最终基本曲线在1至10屈光度之间。11.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所形成的光学元件是球面、非球面或环面复合曲率中的一种。12.根据权利要求1所述的光学元件，其中，所述聚合物衬底是与一个或更多个溶剂结合的延迟器膜粘性结合的偏振器。13.一种制造透镜的方法，所述方法包括：在模具中热成形透镜毛坯以形成曲面，使用通过辐射性加热器施加在所述透镜的表面上的温度梯度来将比被引导到所述透镜的边缘更多的热能引导到所述透镜的中心，从而将所述透镜的中心加热到比所述透镜的边缘更高的温度；和其中，所述模具向所述透镜的边缘提供温度梯度以冷却所述边缘。14.根据权利要求13所述的方法，其中，局部面内路径长度差(R
e
)在所述透镜上是恒定的。15.根据权利要求13所述的方法，其中，面内应变的大小从所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫，
申请(专利权)人：加里夏普创新有限责任公司，
类型：发明
国别省市：