專利名稱：偏振轉(zhuǎn)換器及偏振轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過金屬光柵及寬頻帶偏振分光器來轉(zhuǎn)換液晶顯示器的非偏振照度為線性偏振照度，且特別是有關(guān)于一種設(shè)備、方法、統(tǒng)及裝置，用以有效地進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換，并具有廣角及寬頻帶的性能。

背景技術(shù)：
在主流的液晶顯示器中，例如是薄膜晶體管液晶顯示器(TFT-LCD)，通過將光線線性偏振以獲得高對比值。光線例如是來自于背光單元，如冷陰極熒光燈管(Cold-Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)或發(fā)光二極管(Light EmittedDiode，LED)，此種光線的偏振方向是散亂的。因此，在液晶顯示面板前面，需利用一線性偏振板選擇一優(yōu)選的偏振光，并傳送此優(yōu)選的偏振光以及吸收不需要的偏振光。此種傳統(tǒng)架構(gòu)具有一問題超過50％的入射光被浪費(fèi)。為了有效地增加功率的利用性，經(jīng)常使用一廣角寬頻帶偏振分光器(PolarizationBeam Splitter)PBS，來使被浪費(fèi)的光線得以再利用。
一種廣為使用的再利用統(tǒng)由一偏振分光器、一擴(kuò)散膜及一反射板所組成，如圖1所示。典型的偏振分光器為由3M所制造的一反射式線性偏振膜，其商標(biāo)名稱為DBEF(Dual Brightness Enhancement Film雙亮度增強(qiáng)膜)。DBEF并非吸收不需要的偏振光，而是將入射的非偏振光束分為兩個線性偏振光，亦即橫電波(transverse electric wave)TE及橫磁波(transverse magneticwave)TM，且還使其中的一偏振光通過并反射另一偏振光。在此例中，使橫磁波TM的光線通過并反射橫電波TE的光線。接著，橫電波TE的光線通過擴(kuò)散膜后會被去偏振，并經(jīng)由反射板導(dǎo)回至偏振分光器PBS。在一些架構(gòu)下，反射板亦為由3M所制造的一擴(kuò)散膜，如增強(qiáng)型鏡面反射片(EnhancedSpecular Reflector)。在一次循環(huán)下，部分的去偏振光線通過偏振分光器PBS，而其它的去偏振光線被反射。如此經(jīng)由多個循環(huán)后，液晶顯示器可于較多的橫磁波TM的照射下而能提高亮度。典型地，最終的光線再利用效率約為60％至70％。在此例中，擴(kuò)散膜的作用為轉(zhuǎn)換橫電波TE的光線為去偏振的光線，即散亂的偏振光線。理想地，若橫電波TE的光線于一次循環(huán)下即被完全地轉(zhuǎn)換為橫磁波TE的光線，則可忽略吸收效應(yīng)而能得到約為100％的效率。
多種不同的傳統(tǒng)偏振轉(zhuǎn)換器被提出，其中，在Budd的美國專利案號第6,064,523號中，通過一四分之一波片(quarter-wave plate)取代擴(kuò)散膜，此四分之一波片嵌入于偏振分光器與反射鏡之間。橫電波TE通過四分之一波片后會成為一個，自具有45度的線性偏振光束，而產(chǎn)生一右旋(Right Hand)RH圓偏振波。為了得到90度的偏振旋轉(zhuǎn)以轉(zhuǎn)換橫電波TE的光線為橫磁波TM的光線，被反射的波需要在重新進(jìn)入四分之一波片之前進(jìn)行左旋(LeftHand)LH圓偏振。根據(jù)反射鏡所產(chǎn)生的相對的相位偏移，不同的鏡片需搭配不同的光學(xué)路徑的排列以產(chǎn)生LH圓偏振波。圖2及3以兩個不同的架構(gòu)為例所繪示。圖2繪示為一廣為周知的傳統(tǒng)架構(gòu)，其利用平面鏡于垂直的入射光下直接反射RH圓偏振波為LH圓偏振波。圖3繪示為于Budd專利中所提出的用于液晶顯示器的一傳統(tǒng)的拋物線鏡的結(jié)構(gòu)與四分之一波片的偏振再利用器的側(cè)視圖，其利用恰當(dāng)?shù)溺R面涂層(mirror coating)來產(chǎn)生雙反射效應(yīng)(double reflection)，而同樣地能夠發(fā)揮良好的功用。Budd專利于不同的實(shí)施例中對于拋物面鏡的相位公式提出詳細(xì)的說明。
在上述的偏振轉(zhuǎn)換統(tǒng)中，各偏振分光器、四分之一波片及反射器的作用分述如下由偏振分光器分離具有不同偏振光的光束、由四分之一波片轉(zhuǎn)換光束的偏振、以及由反射器重新引導(dǎo)相位偏移的光束回到偏振分光器。然而，此種作法應(yīng)用于直視型(direct view)液晶顯示器時具有三個缺點(diǎn)。第一，由于導(dǎo)向四分之一波片的入射角通常不是直角，因此，出射光無法被線性偏振，因而限縮了轉(zhuǎn)換的效率。第二，由于背光為寬頻帶的白光，故需要使用一寬頻帶的四分之一波片，因而增加成本。第三，由于吸收損失及偏振轉(zhuǎn)換效果不佳，故即使經(jīng)過多次的光線再利用亦無法有效地增加轉(zhuǎn)換效率。
在本發(fā)明中，通過金屬材料或金屬涂布的光柵來達(dá)成偏振轉(zhuǎn)換，而不使用四分之一波片及反射器的組合，如圖4所示。更詳細(xì)地說，金屬光柵不僅作為一反射器，還作為一偏振轉(zhuǎn)換器，用以將進(jìn)入其的線性偏振光旋轉(zhuǎn)為橢圓偏振波。在現(xiàn)行的反射式光柵偏振轉(zhuǎn)換器中，其作用包括利用一偏振分光器分離具有不同偏振光的光束，以及利用一金屬光柵重新引導(dǎo)光束回到偏振分光器并轉(zhuǎn)換光束的偏振。
一些呈現(xiàn)高反射率的金屬通?？勺鳛閷掝l帶的反射器。如此，光線的重新導(dǎo)向則可由使用金屬材料或金屬涂布的光柵式偏振轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)。茲于下說明光束偏振如何地被旋轉(zhuǎn)。利用金屬表面光柵進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，由G.P.Bryan-Brown及J.R.Sambles于實(shí)驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)，并于1990年發(fā)表在Journal of Modern Optics，第37卷，第7號，第1227至1232頁。此外，I.R.Hooper及J.R.Sambles在2002年Optics Letter，第27卷，第24號，第2152至2154頁中，提出一特定的金屬光柵結(jié)構(gòu)，此特定的金屬光柵結(jié)構(gòu)可于可見光譜范圍中作為一寬頻帶偏振轉(zhuǎn)換鏡。
將金屬光柵作為偏振轉(zhuǎn)化的早期研究中，光束的入射角并不是科學(xué)文獻(xiàn)中的主要考慮。然而，在液晶顯示器中，由于背光單元所發(fā)出的光線往所有的方向傳播，因此，為了利用金屬光柵來提高液晶顯示器的亮度，與之相關(guān)的入射角便成為亟需研究的對象。在本發(fā)明中，將金屬光柵與偏振分光器結(jié)合，以形成一新型的共振器，稱為偏振旋轉(zhuǎn)共振器(Polarization RotationResonator)PRR。偏振旋轉(zhuǎn)共振器的特點(diǎn)在于使得一偏振轉(zhuǎn)換器可應(yīng)用于廣角寬頻帶的入射光束，且偏振轉(zhuǎn)換效率對于入射角及波長具有低靈敏度。
在本發(fā)明中，對于角度及波長的低靈敏度實(shí)際上通過光束于共振器內(nèi)的多次反彈現(xiàn)象，以實(shí)現(xiàn)有效偏振轉(zhuǎn)換。在每次的反彈中，當(dāng)光束碰撞金屬光柵時，不僅光束被反射，偏振亦被轉(zhuǎn)換。因此，每次都有部分的光線會被偏振分光器傳送出去，且于幾次反彈后，整體的轉(zhuǎn)換會被大大地提升。故本發(fā)明人可設(shè)計金屬光柵來繞射光線，使其于偏振轉(zhuǎn)換共振器達(dá)到多次的重復(fù)反彈，而能增加轉(zhuǎn)換后的光線被傳送出偏振分光器的數(shù)量，以提高轉(zhuǎn)換效率。
此種結(jié)構(gòu)的架構(gòu)相仿于Fabry-Perot共振器，其通過加總所有反彈出共振器外的光線來獲得其穿透率。在波長及入射角的主要范圍內(nèi)，偏振轉(zhuǎn)換于第一次反彈時約為60％，而整體轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到85％以上，如圖11及14所示。只要偏振轉(zhuǎn)換對于光束的波長與傳播方向具有較低的靈敏度，具有高反射率的繞射光柵亦可使用選擇性的形式。基于此一優(yōu)良的特性，且因?yàn)閷τ谌肷浣羌安ㄩL并不必然被限制于特定的范圍，故實(shí)際上本發(fā)明人所提出的偏振轉(zhuǎn)換共振器可作為一廣角及寬頻帶的偏振轉(zhuǎn)換器。在一實(shí)施例中，還利用一波導(dǎo)(waveguide)代替共振器結(jié)構(gòu)，以使本發(fā)明能于需要進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換時提供另一選擇性的應(yīng)用。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及提供一種設(shè)備、方法、統(tǒng)及裝置，用以轉(zhuǎn)換可見光譜內(nèi)的一散亂的偏振光為一線性偏振光，以提供偏振照度于液晶顯示器。
本發(fā)明亦涉及提供新的方法、統(tǒng)、設(shè)備及裝置，當(dāng)需要進(jìn)行偏振轉(zhuǎn)換時，可用于具有任何傳播方向及任何頻譜的寬頻帶或單一波長的光線。
第一實(shí)施例提出一種偏振轉(zhuǎn)換器，包括一偏振分光器及一繞射光柵。偏振分光器用以接收一輸入光束，偏振分光器使光束的一橫磁波通過，并反射該光束的一橫電波。繞射光柵具有一反射率及一偏振轉(zhuǎn)換光柵，用以接收此橫電波并反射以一橢圓偏振波，橢圓偏振波具有一偏振旋轉(zhuǎn)。此廣角寬頻帶偏振分光器可為選擇性的光學(xué)元件，例如是一棱鏡或具有多層膜的一光學(xué)裝置。繞射光柵可為一具有平行交錯的凸物與凹物的繞射光柵、金屬繞射光柵、金屬涂布繞射光柵、金屬涂布多層繞射光柵、非金屬反射材料繞射光柵、表面光柵、容體光柵、多層光柵、具有次波長光柵周期的繞射光柵、或具有多階繞射光柵的繞射光柵。此繞射光柵的選擇性的形狀例如是二元形、梯形、正弦形、拋物線形、及高斯(Gaussian)形。
第二實(shí)施例提出一種方法，用以有效地偏振轉(zhuǎn)換一光束，此方法包括下列步驟。由一偏振分光器接收一光束。經(jīng)由偏振分光器通過光束的一第一偏振波。經(jīng)由偏振分光器反射光束的一第二偏振波至一繞射光柵。經(jīng)由繞射光柵反射一橢圓偏振波至偏振分光器。由偏振分光器接收反射后的橢圓偏振波。以及重復(fù)此些步驟。此些步驟用以于偏振分光器及繞射光柵之間進(jìn)行多次反彈，以達(dá)到高偏振轉(zhuǎn)換的效率。在一實(shí)施例中，可根據(jù)一特定的應(yīng)用來選擇繞射光柵的外形。在另一實(shí)施例中，偏振轉(zhuǎn)換器用以提供用于液晶顯示器的偏振照度。在再一實(shí)施例中，偏振分光器與繞射光柵平行對位，以形成一偏振旋轉(zhuǎn)平行共振器。
為讓本發(fā)明的上述內(nèi)容能更明顯易懂，下文特舉一優(yōu)選實(shí)施例，并配合所附圖示，作詳細(xì)說明如下。



圖1繪示乃傳統(tǒng)用于液晶顯示器的偏振再利用器的結(jié)構(gòu)。
圖2繪示乃用于液晶顯示器的平面鏡及四分之一波片偏振再利用器的結(jié)構(gòu)。
圖3繪示乃用于液晶顯示器的拋物面鏡及四分之一波片偏振再利用器的側(cè)視圖。
圖4繪示為依照本發(fā)明的用于液晶顯示器的一廣角寬頻帶偏振旋轉(zhuǎn)共振器的一例的側(cè)視圖。
圖5繪示為依照本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)共振器的架構(gòu)顯示其操作特性的透視圖。
圖6繪示為偏振旋轉(zhuǎn)共振器顯示其操作原理的側(cè)視圖。
圖7繪示為具有一類似波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的廣角寬頻帶偏振轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)的一例的側(cè)視圖。
圖8繪示為具有多重繞射階光柵的廣角寬頻帶偏振轉(zhuǎn)換器的架構(gòu)的一例的側(cè)視圖。其中，繞射光柵10為多階繞射金屬光柵。
圖9A繪示為位于偏振旋轉(zhuǎn)共振器內(nèi)的二元形金屬光柵的一例的側(cè)視圖。
圖9B繪示為圖9A中的二元形金屬光柵與一偏振分光器顯示偏振與非偏振光線的傳送的側(cè)視圖。其中，寬度w＝70nm；周期Λ＝200nm；高度h＝135nm。
圖10A繪示為具有二元形金屬光柵的廣角寬頻帶偏振旋轉(zhuǎn)共振器的架構(gòu)的一例的側(cè)視圖。
圖10B繪示為二元形金屬光柵的側(cè)視圖。
圖10C繪示為具有二元形金屬光柵結(jié)構(gòu)的偏振旋轉(zhuǎn)共振器于一次反彈時的整體偏振轉(zhuǎn)換效率。
圖11A繪示為具有二元形金屬光柵的廣角寬頻帶偏振旋轉(zhuǎn)共振器的架構(gòu)的一例的側(cè)視圖。
圖11B繪示為二元形金屬光柵的側(cè)視圖。
圖11C繪示為具有二元形金屬光柵結(jié)構(gòu)的偏振旋轉(zhuǎn)共振器于無窮次反彈時的整體偏振轉(zhuǎn)換效率。
圖12繪示為位于偏振旋轉(zhuǎn)共振器內(nèi)的梯形次波長金屬光柵的側(cè)視圖。其中，上底寬度WH＝60nm；下底寬度WL＝100nm；周期Λ＝200nm；高度h＝110nm。
圖13A繪示為具有梯形次波長金屬光柵的偏振旋轉(zhuǎn)共振器的側(cè)視圖。
圖13B繪示為梯形次波長金屬光柵的側(cè)視圖。
圖13C繪示為具有梯形次波長金屬光柵的偏振旋轉(zhuǎn)共振器于一次反彈時的整體偏振轉(zhuǎn)換效率。
圖14A繪示為具有梯形次波長金屬光柵的偏振旋轉(zhuǎn)共振器的側(cè)視圖。
圖14B繪示為梯形次波長金屬光柵的側(cè)視圖。
圖14C繪示為具有梯形次波長金屬光柵的偏振旋轉(zhuǎn)共振器于無窮次反彈時的整體偏振轉(zhuǎn)換效率。
附圖標(biāo)記說明 10繞射光柵 20偏振分光器 30梯形次波長繞射光柵 100偏振轉(zhuǎn)換器 TE、TE1至TE3橫電波 TM、TM1至TM3橫磁波 c轉(zhuǎn)換效率 h高度 q光柵向量 r反射數(shù) w寬度 Λ周期 λ波長 θ入射角
方位角
具體實(shí)施例方式 需知者為，本發(fā)明所披露的內(nèi)容及其詳盡的說明非于此處的說明及特定的應(yīng)用所限制，本發(fā)明亦可應(yīng)用于其它的實(shí)施例。此外，在此所使用的名詞術(shù)語用以有利于本發(fā)明的說明，亦非用以限制本發(fā)明。
茲將本發(fā)明所披露元件于說明書及圖示所使用的標(biāo)示詳列于下，請參照下清單 10 繞射光柵 20 偏振分光器 30 梯形次波長繞射光柵 本發(fā)明所提出的選擇性的偏振轉(zhuǎn)換器架構(gòu)，可應(yīng)用于廣角寬頻帶的光束來達(dá)到偏振照度的目的，或應(yīng)用于被導(dǎo)向于特定方向的單一波長的光線。偏振轉(zhuǎn)換器包括一繞射光柵及一偏振分光器(Polarization Beam Splitter)PBS薄膜。偏振轉(zhuǎn)換器的功能取決于繞射光柵的形式、所用的偏振分光器、以及兩元件的排列方式。茲以選擇性的元件架構(gòu)及選擇性的排列方式為例說明偏振轉(zhuǎn)換器的操作特性如下。
圖4繪示為依照本發(fā)明的一廣角寬頻帶偏振旋轉(zhuǎn)共振器的一例的側(cè)視圖。利用平行對位一次波長繞射光柵及一偏振分光器，以使此兩元件形成一新型的共振器，本說明書稱的為偏振旋轉(zhuǎn)共振器(Polarization RotationResonator)PRR，在此例中，次波長繞射光柵為金屬光柵。圖5繪示為依照本發(fā)明的偏振旋轉(zhuǎn)共振器的架構(gòu)顯示其操作特性的透視圖。輸入光束首先入射至偏振分光器，偏振分光器使得橫磁場(Transverse Magnetic Field)TM偏振波通過，并反射橫電場(Transverse Electric Field)TE偏振波至次波長金屬光柵。一般而言，輸入光線為非偏振的光束，故橫磁波TM與橫電波TE所具有的功率各約為總功率的一半。對于已知技藝所面臨的問題，首要解決之道便是將橫電波TE轉(zhuǎn)換為橫磁波TM。
如先前于已知技藝的科學(xué)文獻(xiàn)中所述，金屬光柵10將橫電波TE的偏振向量旋轉(zhuǎn)至一特定度數(shù)，以使橫電波TE的兩個正交(orthogonal)分量具有一特定相位延遲。偏振旋轉(zhuǎn)不僅取決于金屬光柵10的外形，而且還取決于光柵定位(orientation)的向量。其中，光柵定位的向量相關(guān)于入射橫電波TE的偏振向量。此兩向量的方位角(azimuthal angle)于最大的偏振旋轉(zhuǎn)下約為典型的45度，其原因?yàn)?，光線與于金屬光柵上的表面質(zhì)(surface plasmon)的交互作用為最強(qiáng)，并產(chǎn)生偏振旋轉(zhuǎn)。由于位于繞射波的兩正交偏振的相位延遲，故經(jīng)由金屬光柵反射后的橫電入射波TE會變成一橢圓偏振波。
被反射的橢圓偏振波為兩正交的分量的組合，即為具有相位差的橫電波TE及橫磁波TM的組合。也就是說，偏振光從單一橫電波TE旋轉(zhuǎn)為橫電波TE與橫磁波TM的組合。一次反彈的轉(zhuǎn)換效率定義為被反射的橢圓波的橫磁波TM分量的功率除以入射的單一橫電波TE的功率。當(dāng)然，由于使用于金屬光柵的金屬并非理想的完全導(dǎo)體，因此有些波能量會被損耗。和金屬光柵進(jìn)行交互作用時，偏振轉(zhuǎn)換效率取決于吸收效應(yīng)與偏振旋轉(zhuǎn)。
在橢圓偏振光到達(dá)偏振分光器20之后，橫磁波TM分量會通過，而橫電波TE分量會被再次反射，這樣的過程為一次循環(huán)的反彈。因?yàn)樗x擇的次波長金屬光柵僅用以繞射光線為零階，故光線于偏振旋轉(zhuǎn)共振器內(nèi)的傳播將會符合Snell定理。因此，每次反彈的偏振旋轉(zhuǎn)效率將會相同。在此特性下，無窮次反彈的整體偏振轉(zhuǎn)換效率的計算方式會相仿于上述的Fabry-Perot共振器。圖6中繪示通過加總無窮次反彈的整體偏振轉(zhuǎn)換的一例。其中，總通過量Total TM即如下式所示 Total TM＝TM1+TM2+...+TMn n＝∞ TMi＝TEi×c TEi+1＝TEi×(r+c) r偏振分光器的反射系數(shù)；c金屬光柵的轉(zhuǎn)換效率 圖9B繪示為利用二元形金屬光柵作為次波長金屬光柵的一優(yōu)選實(shí)施例。圖9B繪示為圖9A的二元形金屬次波長光柵與一偏振分光器顯示偏振與非偏振光線傳送的側(cè)視圖。在此例中，繞射金屬光柵的材料為銀(silver，Ag)，并以所有的色散關(guān)(折射率對于波長的方程序)來計算偏振轉(zhuǎn)換?？梢姽獾娜肷洳ㄩL及角度的范圍分別位于400nm至700nm及0至60度之間。
圖10A繪示為具有二元形金屬光柵的廣角寬頻帶偏振旋轉(zhuǎn)共振器的側(cè)視圖。圖10B繪示為二元形金屬光柵的側(cè)視圖。在具有二元形金屬光柵的偏振旋轉(zhuǎn)共振器中，一次反彈的整體偏振轉(zhuǎn)換效率如圖10C所示。其中，轉(zhuǎn)換效率C(λ，θ)如下式所示 λ＝400～700nm；θ＝0°～60°；Cmax＝0.931；Cmin＝0.303 圖11A繪示為具有二元形金屬光柵的廣角寬頻帶偏振旋轉(zhuǎn)共振器的側(cè)視圖。圖11B繪示為二元形金屬光柵的另一側(cè)視圖。在具有二元形金屬光柵的偏振旋轉(zhuǎn)共振器中，無窮次反彈的整體偏振轉(zhuǎn)換效率如圖11C所示。其中，平均轉(zhuǎn)換效率C(λ，θ)如下式所示 λ＝400～700nm；θ＝0°～60°；Cmax＝0.938；Cmin＝0.457 在另一優(yōu)選實(shí)施例中，在偏振轉(zhuǎn)換共振器內(nèi)使用梯形次波長金屬光柵。圖12繪示為位于偏振旋轉(zhuǎn)共振器內(nèi)的梯形次波長金屬光柵的側(cè)視圖。圖13A繪示為具有梯形次波長金屬光柵的偏振旋轉(zhuǎn)共振器的側(cè)視圖。圖13B繪示為梯形次波長金屬光柵的另一側(cè)視圖，此外，在具有梯形次波長金屬光柵的偏振旋轉(zhuǎn)共振器中，一次反彈的整體偏振轉(zhuǎn)換效率亦如圖13C所示。其中，轉(zhuǎn)換效率C(λ，θ)如下式所示 λ＝400～700nm；θ＝0°～60°；Cmax＝0.862；Cmin＝0.287 相仿地，圖14A繪示為圖14B中的具有梯形次波長金屬光柵的偏振旋轉(zhuǎn)共振器的另一側(cè)視圖。在具有梯形次波長金屬光柵的偏振旋轉(zhuǎn)共振器中，無窮次反彈的整體偏振轉(zhuǎn)換效率如圖14C所示。其中，平均轉(zhuǎn)換效率C(λ，θ)如下式所示 λ＝400～700nm；θ＝0°～60°；Cmax＝0.904；Cmin＝0.581 本發(fā)明披露兩種使用于偏振旋轉(zhuǎn)共振器內(nèi)的金屬光柵以提高偏振效能，然亦不限于此，金屬光柵亦可替換選擇性的外形及材料，且亦屬本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明所披露的二元形及梯形金屬光柵僅用以解釋本發(fā)明的主要精神，并非以的作為本發(fā)明的限制。選擇性地，金屬光柵的的外形例如可替換為二元形、梯形、正弦形、拋物線形以及高斯(Gaussian)形，只要選擇性的光柵具有高反射率及良好的偏振轉(zhuǎn)換，皆屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
如圖4至6所示的偏振旋轉(zhuǎn)共振器，其通過使用金屬材料或金屬涂布表面的光柵與寬頻帶的偏振分光器，以達(dá)成一廣角寬頻帶偏振轉(zhuǎn)換器。金屬光柵及偏振分光器的組合并非限定于平行共振器的形式。金屬繞射光柵亦不限定于半波長光柵，其亦可以是具有多個非衰減繞射階的繞射光柵。圖7及8圖繪示為依照本發(fā)明的廣角寬頻帶偏振轉(zhuǎn)換器的選擇性架構(gòu)的一例。在圖7中，使用一類似波導(dǎo)腔(cavity)的結(jié)構(gòu)來引導(dǎo)所傳送的波至所期望的方向，而非使用平行共振器。在圖8中，為了使亮度成為均勻分布(uniformdistribution)，金屬光柵被設(shè)計為用以繞射光線為不同傳播階數(shù)(-2至+2)。在本發(fā)明的所有實(shí)施例中，其新穎的特征在于于反射光柵與偏振分光器之間提供一可供光線多次反彈的環(huán)境，以提高整體轉(zhuǎn)換效率。普通技術(shù)人員應(yīng)知，根據(jù)本發(fā)明的精神及于說明書中所披露的內(nèi)容，金屬光柵及偏振分光器此兩個光學(xué)元件亦可使用選擇性的排列方式，以使設(shè)計者可選擇一合適的裝置架構(gòu)來達(dá)成所期望的效能。
綜上所述，雖然本發(fā)明已以一優(yōu)選實(shí)施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種偏振轉(zhuǎn)換器，包括
一偏振分光器，用以接收一光束，該偏振分光器使該光束的一第一偏振波通過，并反射該光束的一第二偏振波；以及
一繞射光柵，具有一反射率及一偏振轉(zhuǎn)換光柵，用以接收該第二偏振波并反射一具有偏振旋轉(zhuǎn)的一橢圓偏振波。
2.如權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中該第一偏振波為橫磁波，該第二偏振波為橫電波。
3.如權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中該偏振分光器選自于由棱鏡、具有多層膜的一光學(xué)裝置所組成的組。
4.如權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中該繞射光柵選自于由具有平行交錯的凸物與凹物的繞射光柵、金屬繞射光柵、金屬涂布多層繞射光柵、非金屬反射材料繞射光柵、表面光柵、容體光柵、多層光柵、具有次波長光柵周期的繞射光柵、具有簡諧振動的繞射光柵、具有多階繞射光柵的繞射光柵所組成的組。
5.如權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中該繞射光柵選自于由二元形光柵、梯形光柵、正弦形光柵、拋物線形光柵以及高斯形光柵所組成的組。
6.如權(quán)利要求1所述的偏振轉(zhuǎn)換器，其中該偏振分光器包括
一波導(dǎo)腔結(jié)構(gòu)，用以引導(dǎo)所傳送的波至偏振轉(zhuǎn)換所期望的方向。
7.一種偏振轉(zhuǎn)換方法，用以有效地偏振轉(zhuǎn)換一光束，該方法包括下列步驟
由一偏振分光器接收一光束；
經(jīng)由該偏振分光器通過該光束的一第一偏振波；
經(jīng)由該偏振分光器反射該光束的一第二偏振波至一繞射光柵；
經(jīng)由該繞射光柵反射一橢圓偏振波回到該偏振分光器；
由該偏振分光器接收該被反射的該橢圓偏振波；以及
重復(fù)該些步驟，以便于該偏振分光器及該繞射光柵之間進(jìn)行多次反彈，達(dá)到高偏振轉(zhuǎn)換的效率。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該橢圓偏振波具有該第一偏振波的分量及該第二偏振波的分量的組合，該第一偏振波及該第二偏振波具有一相位差。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該第一偏振波表示為橫磁波，該第二偏振波表示為橫電波。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括下列步驟
平行對位該偏振分光器與該繞射光柵，以形成一偏振旋轉(zhuǎn)平行共振器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種偏振轉(zhuǎn)換器及偏振轉(zhuǎn)換方法。該偏振轉(zhuǎn)換器包括一偏振分光器及一繞射光柵。偏振分光器用以接收一輸入光束，偏振分光器使光束的一橫磁波通過，并反射光束的一橫電波。繞射光柵具有一反射率及偏振轉(zhuǎn)換光柵，用以接收橫電波并反射以一被反射的橫電波，被反射的橫電波具有一偏振旋轉(zhuǎn)。此廣角寬頻帶偏振分光器可為選擇性的光學(xué)元件，例如是一棱鏡或具有多層膜的一光學(xué)裝置。根據(jù)本發(fā)明，在反射光柵與偏振分光器之間提供一可供光線多次反彈的環(huán)境，提高了整體轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號G02B5/18GK101363965SQ20081014437
公開日2009年2月11日 申請日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月9日
發(fā)明者蔡長青, 吳詩聰, 李汪洋, 韋忠光 申請人:奇美電子股份有限公司, 中佛羅里達(dá)大學(xué)研究基金會