一種楔形平板分色器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種楔形平板分色器，包括：用于接收主光線的第一楔形平板；用于接收所述第一楔形平板的反射光的第二楔形平板；鍍在所述第一楔形平板的主光線接收面上用于透射藍(lán)光以及反射綠光和紅光的短波通分色膜，以及鍍在其背表面上的藍(lán)光減反射膜；鍍在所述第二楔形平板的光線接收面上用于透射紅光和反射綠光的長波通分色膜，以及鍍在其背表面上的紅光減反射膜。本實(shí)用新型楔形平板分色器中，由于短波通分色膜和長波通分色膜已能做到了幾乎沒有偏振分離，加上采用楔形平板能夠消除背表面的殘余反射光，因此，使本實(shí)用新型楔形平板分色器的色飽和度大大提高，彩色圖像鮮艷光彩，因而可廣泛應(yīng)用于彩色投影顯示和彩色印刷等彩色工作中。
【專利說明】一種楔形平板分色器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及平板型彩色分色系統(tǒng)，特別是涉及一種受抑偏振分離的楔形平板分色器。
【背景技術(shù)】
[0002]在數(shù)字投影顯示系統(tǒng)中，彩色飽和度和光能利用率是極其重要的性能指標(biāo)，因此，得到鮮艷色彩的高亮度圖像一直是工程技術(shù)人員追求的目標(biāo)。
[0003]現(xiàn)有投影顯示的彩色分色系統(tǒng)中，常用的分色膜有短波通截止濾光片和長波通截止濾光片。由于入射光必須在一定的入射角下才能工作，因此，其短波通截止濾光片和長波通截止濾光片就會(huì)產(chǎn)生較大的偏振，因而產(chǎn)生較大的S，P偏振分離，這不僅導(dǎo)致色飽和度降低，而且還會(huì)造成光能損失。光線入射到截止濾光片上的入射角越大，S，P偏振分離會(huì)越大，圖像色彩變得越淺淡，損失的光能也越多。因此，在彩色投影顯示系統(tǒng)中，降低S，P偏振分離至關(guān)重要，它不僅可提高圖像的色飽和度，而且可提高顯示圖像的亮度。
[0004]現(xiàn)有投影顯示的平板分色系統(tǒng)中，短波通截止濾光片和長波通截止濾光片主要存在如下技術(shù)問題:短波通截止濾光片和長波通截止濾光片的透射分光曲線的S，P偏振分離太大。這樣，進(jìn)而又導(dǎo)致二個(gè)問題:1).對應(yīng)于S，P偏振分離光譜區(qū)的那一部分光在透射光路和反射光路中的顏色是重疊的，其中S偏振光在反射光路中，而P偏振光在透射光路中；而且平板背表面由于減反射膜不可能是完善的，總有一部分透射光路的光被重新反射到反射光路中，這二個(gè)原因使分色的飽和度大大降低；2).對應(yīng)于S，P偏振分離光譜區(qū)的那一部分光不僅造成了光能損失，而且由于這部分光最終變成了雜散光，因此，還會(huì)導(dǎo)致圖像清晰度和對比度下降。
[0005]現(xiàn)用的短波通截止濾光片和長波通截止濾光片，由于光線傾斜入射時(shí)S偏振光和P偏振光的光學(xué)導(dǎo)納在同一波長處從本質(zhì)上勢必發(fā)生分離，因而必然導(dǎo)致短波通截止濾光片和長波通截止濾光片的透射分光曲線產(chǎn)生較大的S，p偏振分離。長期以來，短波通截止濾光片和長波通截止濾光片的設(shè)計(jì)分別采用光學(xué)導(dǎo)納與基板和空氣匹配優(yōu)良的(0.5LH0.5L)和(0.5HL0.5H)基本周期作為初始設(shè)計(jì)，遺憾的是，這些設(shè)計(jì)不管如何優(yōu)化，始終得到較大的S，P偏振分離。
[0006]申請?zhí)枮?3807609.8 (CN1647147A)的中國發(fā)明專利申請公開了一種用于發(fā)射顯示器的分色器，包括:襯底，其具有基于熒光體的紅色、綠色和藍(lán)色子像素；至少一個(gè)折射層，其覆蓋所述子像素；以及該折射層上的掩模層，該掩模層被配置成使第一光束不能入射到藍(lán)色和綠色子像素上、使第二光速不能入射到紅色和綠色子像素上以及使第三光束不能入射到紅色和藍(lán)色子像素上。但是其折射層仍采用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)，S，P偏振分離仍較大。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型提供了一種楔形平板分色器，能夠消除減反射膜的殘余反射，并且S，P偏振分離受到了出乎意外地抑制，幾乎沒有偏振分離。[0008]一種楔形平板分色器，包括:
[0009]用于接收主光線的第一楔形平板；
[0010]用于接收所述第一楔形平板的反射光的第二楔形平板；
[0011]鍍在所述第一楔形平板的主光線接收面上用于透射藍(lán)光(B)以及反射綠光(G)和紅光(R)的短波通分色膜；以及，鍍在所述第一楔形平板的背表面上的藍(lán)光減反射膜；
[0012]鍍在所述第二楔形平板的光線接收面上用于透射紅光(R)和反射綠光(G)的長波通分色膜；以及，鍍在所述第二楔形平板的背表面上的紅光減反射膜。
[0013]本實(shí)用新型中，采用兩塊楔形平板，可以消除平板分色膜的背表面減反射膜的殘余反射。并且，短波通分色膜和長波通分色膜S，P偏振分離受到了出乎意外地抑制，幾乎沒有偏振分離。因此使本實(shí)用新型楔形平板分色器的色飽和度大大提高，彩色圖像鮮艷光彩。
[0014]本實(shí)用新型中，短波通分色膜和長波通分色膜采用帶通濾光片型的基本周期(LHHLH)作為分色膜的初始結(jié)構(gòu)，用該初始結(jié)構(gòu)優(yōu)化得到的短波通分色膜和長波通分色膜S，P偏振分離受到了出乎意外地抑制，幾乎沒有偏振分離。
[0015]進(jìn)一步地，所述的短波通分色膜和長波通分色膜均由高折射率膜和低折射率膜交替的多層膜構(gòu)成。
[0016]本實(shí)用新型中，高折射率膜和低折射率膜是相對而言的，是指高折射率膜的折射率要高于低折射率膜的折射率，本領(lǐng)域技術(shù)人員可清楚地知道高折射率膜和低折射率膜的含義。
[0017]進(jìn)一步地，所述的短波通分色膜由高折射率膜Ti3O5和低折射率膜SiO2交替的多層膜構(gòu)成；所述的長波通分色膜由高折射率膜Ti3O5和低折射率膜TixAlyO交替的多層膜構(gòu)成。選用上述具體的膜結(jié)構(gòu)，S，P偏振分離大大減小。
[0018]更進(jìn)一步地，所述的長波通分色膜中的低折射率膜TixAlyO由Ti3O5和Al2O3兩種材料混合組成，其混合重量百分比為3.9%: 96.1%。在Al2O3中摻入少量Ti3O5來進(jìn)一步提高折射率，該混合膜不僅折射率可達(dá)到1.673左右，而且可使Al2O3的蒸發(fā)特性得到改善:純Al2O3因蒸發(fā)處于半熔融狀態(tài)，蒸汽發(fā)射特性不甚穩(wěn)定，摻入重量比3.9%的Ti3O5后，蒸發(fā)表面明顯趨于平整，折射率穩(wěn)定性得到改善。
[0019]進(jìn)一步地，為了使背表面減反射膜的殘余反射光產(chǎn)生足夠的偏折，所述的第一楔形平板和第二楔形平板的楔角均為10°，并且，所述的第一楔形平板的主光線入射角為45°、孔徑角為±5°，并且，主光線從所述第一楔形平板厚度較薄一側(cè)射入。即主光線在受抑偏振分離的短波通分色膜上的入射角較大的一側(cè)朝向基板較厚的方向。
[0020]在入射光主光線入射角為45°時(shí)，本實(shí)用新型得到的短波通分色膜的S，P偏振光在透射和反射過渡區(qū)中透射率等于50%處的偏振分離為0.3nm,長波通分色膜的S，P偏振光在透射和反射過渡區(qū)中透射率等于50%處的偏振分離為1.5nm。相比現(xiàn)有技術(shù)的短波通截止濾光片和長波通截止濾光片，S，P偏振分離大大減小。
[0021]本實(shí)用新型提出了一種新的構(gòu)思，企圖找到一種初始設(shè)計(jì)，使其透射-反射過渡區(qū)本質(zhì)上就具有足夠小的S，P偏振分離。通過在透射-反射過渡區(qū)波長上尋找S，P偏振光導(dǎo)納盡可能相等的方法，得到了基本周期為(LHHLH)的初始結(jié)構(gòu)，該初始結(jié)構(gòu)有一個(gè)特性:某些干涉級次的反射-透射過渡區(qū)在透射帶的短波側(cè)(或長波側(cè))具有較小的S，P偏振分離，這一特性的發(fā)現(xiàn)，對減小偏振分離的設(shè)計(jì)極為重要。雖然基本周期為(LHHLH)的初始結(jié)構(gòu)能獲得極小的S，P偏振分離，但是問題是其反射帶和透射帶的寬度太窄而尚不能直接用于短波通分色膜或長波通分色膜，特別是短波通分色膜要求有更寬的反射截止區(qū)時(shí)問題更為突出，為此，需要進(jìn)一步在保持S，P偏振分離足夠小的前提下通過TFCalc膜系設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化來展寬反射帶和透射帶。
[0022]作為優(yōu)選，所述的短波通分色膜包括總數(shù)為78層，且為交替分布的高折射率膜Ti3O5和低折射率膜SiO2，其中，從第一楔形平板開始各膜層的厚度依次為88.86，97.65，3
4.13，14.28，33.78，88.19，80.56，92.98，76.14，106.17，69.19，117.27，64.82，119.96，68.27，119.33，167.35，104.09，91.22，57.48，200.27，37.74，36.64，229.27，17.22，95.75，31.12，214.00，31.73，233.67，57.97，37.03，18.75，68.99，63.87，75.36，22.00，35.54，39.83，459.87，34.45，33.33，26.08，81.06，46.23，47.08，13.32，89.04，130.96，29.86，110.11，94
?19，35.93，40.36，17.11，106.98，40.40，51.60，19.93，50.95，117.98，210.43，17.26，89.23，110.92，66.87，16.25，265.11，95.28，326.46，16.31，210.15，115.6，348.59，88.20，43.32，17.42，121.66，單位為nm。該短波通分色膜采用基本周期為(LHHLH)的初始結(jié)構(gòu)，經(jīng)過TFCalc膜系設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化，在入射光主光線入射角為45°時(shí)，上述厚度的膜系結(jié)構(gòu)能夠使短波通分色膜的S，P偏振 分離減小到0.3nm。
[0023]作為優(yōu)選，所述的長波通分色膜，包括總數(shù)為63層，且為交替分布的高折射率膜Ti3O5和低折射率膜TixAlyO,其中，從第二楔形平板開始各膜層的厚度依次為64.70，32.78，63.41，89.98，59.09，84.76，53.98，81.70，54.58，86.05，56.96，88.45，57.21，87.30，55.77，84.59，54.67，84.22，56.25，87.63，59.75，93.45，167.63，103.12，71.28，122.33，134.70，133.46，75.83，137.83，132.98，121.60，76.80，127.19，117.27，146.38，76.56，111.72，80
?43，160.97，102.72，120.87，75.02，114.18，87.56，170.51，91.14，114.05，74.96，324.20，125.51，134.75，74.80，109.22，84.73，185.29，89.79，111.54，70.42，75.69，46.39，86.69，29.20，單位為nm。該長波通分色膜采用基本周期為(LHHLH)的初始結(jié)構(gòu)，為實(shí)現(xiàn)透射-反射過渡區(qū)波長上的S，P偏振光的導(dǎo)納盡可能相等，低折射率膜的折射率在波長550nm應(yīng)達(dá)到1.673，故取Ti3O5和Al2O3兩種材料的混合膜TixAlyO作為低折射率膜。經(jīng)過TFCalc膜系設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化，在入射光主光線入射角為45°時(shí)，上述厚度的膜系結(jié)構(gòu)能夠使長波通分色膜的S，P偏振分離減小到1.5nm。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0025]本實(shí)用新型楔形平板分色器中，短波通分色膜和長波通分色膜的透射分光曲線所產(chǎn)生的S，P偏振分離可遠(yuǎn)小于現(xiàn)用短波通截止濾光片和長波通截止濾光片的S，P偏振分離。在入射光主光線入射角為45°的相同條件下，本實(shí)用新型的短波通分色膜和長波通分色膜的S，P偏振分離分別為0.3nm和1.5nm，相比于現(xiàn)用短波通截止濾光片和長波通截止濾光片的S，P偏振分離分別為19.Snm和22.4nm得到了顯著改善。
[0026]在現(xiàn)用的平板型彩色分色器中，由于對應(yīng)于S，P偏振分離光譜區(qū)的那一部分光在透射光路和反射光路中的顏色是重疊的，其中S偏振光在反射光路中，而P偏振光在透射光路中，因此用現(xiàn)用平板分色器獲得的彩色圖像不可能做得鮮艷。而在本實(shí)用新型楔形平板分色器中，由于短波通分色膜和長波通分色膜已能做到了幾乎沒有偏振分離，加上本實(shí)用新型采用楔形平板能夠消除背表面的殘余反射光，因此，使本實(shí)用新型楔形平板分色器的色飽和度大大提高，彩色圖像鮮艷光彩。[0027]除此之外，現(xiàn)用的平板型彩色分色器中，對應(yīng)于S，P偏振分離光譜區(qū)的那一部分光不僅會(huì)造成光能損失，而且由于這部分光最終變成了雜散光，因此還會(huì)導(dǎo)致圖像清晰度和對比度下降，這就是現(xiàn)用的平板型彩色分色器所獲得的圖像亮度以及圖像清晰度和對比度不能與本實(shí)用新型楔形平板分色器所獲得的圖像亮度以及圖像清晰度和對比度相比擬的根本原因之一。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本實(shí)用新型楔形平板分色器的結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖；
[0029]圖2是現(xiàn)用短波通截止濾光片透射分光曲線的S，P偏振分離曲線，其中，a)入射角45度，b)入射角40度，c)入射角50度；
[0030]圖3是現(xiàn)用長波通截止濾光片透射分光曲線的S，P偏振分離曲線，其中，a)入射角45度，b)入射角40度，c)入射角50度；
[0031 ] 圖4是本實(shí)用新型的短波通分色膜透射分光曲線的S，P偏振分離曲線，其中，a)入射角45度，b)入射角40度，c)入射角50度；
[0032]圖5是本實(shí)用新型的長波通分色膜透射分光曲線的S，P偏振分離曲線，其中，a)入射角45度，b)入射角40度，c)入射角50度。
【具體實(shí)施方式】
[0033]實(shí)施例1
[0034]如圖1所示，為用于投影顯示的受抑偏振分離的楔形平板分色器的結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖。其結(jié)構(gòu)包括沿光路方向設(shè)置的由光學(xué)玻璃K9制成的第一楔形平板I和第二楔形平板2，在第一楔形平板I主光線接收面上鍍有透射藍(lán)光(B)以及反射綠光(G)和紅光(R)的受抑偏振分離的短波通分色膜3以及其背表面的藍(lán)光減反射膜5，在第二楔形平板2的光線接收面上鍍有透射紅光(R)和反射綠光(G)的受抑偏振分離的長波通分色膜4以及其背表面的紅光減反射膜6?？紤]到主光線入射角為45°，孔徑角為±5°，楔形平板I和2的楔角取10°，且入射光在受抑偏振分離短波通分色膜3或長波通分色膜4上的入射朝向基板較厚的方向，即在第一楔形平板I中，主光線從第一楔形平板I厚度較薄一側(cè)入射，在第二楔形平板2中，第一楔形平板I的反射光也從第二楔形平板2厚度較薄一側(cè)入射。
[0035]本實(shí)用新型楔形平板分色器的工作原理如下:
[0036]孔徑角為±5°的錐形白光束(W)以主光線45°角入射到第一楔形平板I上的短波通分色膜3上，其中藍(lán)光(B)透過短波通分色膜3、第一楔形平板I和藍(lán)光減反射膜5后射出楔形平板分色器，而綠光(G)和紅光(R)被短波通分色膜3反射后再以主光線45°角入射到第二楔形平板2上的長波通分色膜4上，其中紅光(R)透過長波通分色膜4、第二楔形平板2和紅光減反射膜6后射出楔形平板分色器，而綠光(G)被長波通分色膜4反射后射出楔形平板分色器，這樣就得到了分離的三基色光:紅(R)、綠(G)、藍(lán)(B)，用這三基色光就可以匹配出自然界的幾乎所有顏色。在投影顯示中，各種型號的投影機(jī)對三基色紅、綠、藍(lán)的劃分雖稍有差異，但主流的工作波段為420?680nm(W，即白光)，其中波長420?505nm為藍(lán)光(B)，波長505?600nm為綠光(G)，波長600?680nm為紅光(R)。
[0037]對比例I[0038]實(shí)施例1中的第一楔形平板I及其表面的短波通分色膜3和藍(lán)光減反射膜5，可采用現(xiàn)有的短波通截止濾光片替代。
[0039]圖2是現(xiàn)用短波通截止濾光片透射分光曲線的S，P偏振分離，圖中，a)入射角45度，b)入射角40度，c)入射角50度。曲線Ts為S偏振光的透射分光曲線，曲線Tp為P偏振光的透射分光曲線，曲線Tav為S，P偏振光的平均透射分光曲線?，F(xiàn)用短波通截止濾光片的初始結(jié)構(gòu)基本周期為(0.5LH0.5L)，基本周期數(shù)為15，故總膜層數(shù)為31層，參考波長為630nm，所用的薄膜材料為=Ti3O5作為高折射率材料，SiO2作為低折射率材料，Ti3O5和SiO2薄膜材料在各個(gè)波長上的折射率如表1所示。這種基本周期的短波通截止濾光片是薄膜工程師長期使用的唯一膜系結(jié)構(gòu)。圖2所示的透射分光曲線由于已經(jīng)過TFCalc膜系設(shè)計(jì)軟件優(yōu)化，因此，透射帶波紋已被消除，但其偏振分離卻很難減小。最終得到:如圖2a)所示，在入射光的主光線入射角為45°時(shí)，S，P偏振分離為19.8nm ;對應(yīng)于孔徑角為±5° ,如圖2b)所示，在入射光的邊光入射角為40°時(shí)，S，P偏振分離為16.1nm;如圖2c)所示，在入射光的邊光入射角為50°時(shí)，S，P偏振分離為23.8nm?？梢钥闯觯鞴饩€在短波通截止濾光片上的入射角越大，透射和反射過渡區(qū)向短波移動(dòng)越多，偏振分離越大；而且隨著偏振分離越大，Tav透射分光曲線產(chǎn)生的臺(tái)階越明顯，陡度越差。
[0040]表1
[0041]
【權(quán)利要求】
1.一種楔形平板分色器，其特征在于，包括: 用于接收主光線的第一楔形平板； 用于接收所述第一楔形平板的反射光的第二楔形平板； 鍍在所述第一楔形平板的主光線接收面上用于透射藍(lán)光以及反射綠光和紅光的短波通分色膜； 以及，鍍在所述第一楔形平板的背表面上的藍(lán)光減反射膜； 鍍在所述第二楔形平板的光線接收面上用于透射紅光和反射綠光的長波通分色膜；以及，鍍在所述第二楔形平板的背表面上的紅光減反射膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形平板分色器，其特征在于，所述的短波通分色膜由高折射率膜Ti3O5和低折射率膜SiO2交替的多層膜構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形平板分色器，其特征在于，所述的長波通分色膜由高折射率膜Ti3O5和低折射率膜TixAlyO交替的多層膜構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形平板分色器，其特征在于，所述的第一楔形平板和第二楔形平板的楔角均為10°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形平板分色器，其特征在于，所述的短波通分色膜包括總數(shù)為78層，且為交替分布的高折射率膜Ti3O5和低折射率膜SiO2，其中，從第一楔形平板開始各膜層的厚度依次為 88.86，97.65，34.13，14.28，33.78，88.19，80.56，92.98，76.14，106?17，69.19，117.27，64.82，119.96，68.27，119.33，167.35，104.09，91.22，57.48，200.27，37.74，36.64，229.27，17.22，95.75，31.12，214.00，31.73，233.67，57.97，37.03，18.75，68.99，63.87，75.36，22.00，35.54，39.83，459.87，34.45，33.33，26.08，81.06，46.23，47.08，I3.32，89.04，130.96，29.86，110.11，94.19，35.93，40.36，17.11，106.98，40.40，51.60，19.93，50.95，117.98，210.43，17.26，89.23，110.92，66.87，16.25，265.11，95.28，326.46，16.31，210.15，115.6，348.59，88.20，43.32，17.42，121.66，單位為 nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的楔形平板分色器，其特征在于，所述的長波通分色膜，包括總數(shù)為63層，且為交替分布的高折射率膜Ti3O5和低折射率膜TixAlyO,其中，從第二楔形平板開始各膜層的厚度依次64.70，32.78，63.41，89.98，59.09，84.76，53.98，81.70，54.58，86.05，56.96，88.45，57.21，87.30，55.77，84.59，54.67，84.22，56.25，87.63，59.75，93.45，167.63，103.12，71.28，122.33，134.70，133.46，75.83，137.83，132.98，121.60，76.80，127?19，117.27，146.38，76.56，111.72，80.43，160.97，102.72，120.87，75.02，114.18，87.56，170.51，91.14，114.05，74.96，324.20，125.51，134.75，74.80，109.22，84.73，185.29，89.79, 111.54，70.42，75.69，46.39，86.69，29.20，單位為 nm。
【文檔編號】G02B5/26GK203490387SQ201320591226
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】艾曼靈, 金波, 顧培夫, 陳建國, 吳江波, 寇立選, 張梅驕 申請人:杭州科汀光學(xué)技術(shù)有限公司