專利名稱：一種平板偏振分光器及使用其的微型投影光學(xué)引擎的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)元件和投影顯示技術(shù)，尤其涉及一種平板偏振分光器及使用 該平板偏振分光器的微型投影光學(xué)引擎。
背景技術(shù)：
偏振分光器是將入射光分離成具有互相垂直偏振面的透射光和反射光的光學(xué)元 件，其可用于各種類型的光學(xué)系統(tǒng)，例如應(yīng)用在投影顯示中。目前，偏振分光器的結(jié)構(gòu)有多種，其中一種是采用多層有機(jī)物質(zhì)膜構(gòu)成的偏振分 光器，例如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開說(shuō)明書中公開號(hào)“CN 101156095”名稱為“具有減小的 應(yīng)力的偏振分光器”公開的一種偏振分光器，該偏振分光器包括多層偏振膜、設(shè)置在所述多 層偏振膜上的第一交聯(lián)有機(jī)硅凝膠層、設(shè)置在所述交聯(lián)有機(jī)硅凝膠層上的第一剛性覆蓋物 以及與所述多層偏振膜鄰近設(shè)置的第二剛性覆蓋物。其中，第一剛性覆蓋物、第二剛性覆蓋 物為玻璃棱鏡。多層偏振膜為多層聚酯偏振膜。然而，這種偏振分光器需要上百層有機(jī)物 質(zhì)膜才能實(shí)現(xiàn)良好的偏振分離效果，工藝復(fù)雜，合格率低，且，這種結(jié)構(gòu)的偏振分光器不能 抵抗高溫，長(zhǎng)時(shí)間在光束的照射下，容易產(chǎn)生老化，進(jìn)而失透，降低偏振分光器的性能。另一種偏振分光器為線柵偏振器，如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開說(shuō)明書中公開號(hào) "CN 101073024”名稱為“多層線柵偏振器”公開的一種用于使光偏振的多層線柵偏振器，其 包括基底，設(shè)置在基底之上的至少兩個(gè)薄膜層，以及設(shè)置在兩個(gè)薄膜層上的線柵層。其中， 線柵層包括其長(zhǎng)度大于所述光的波長(zhǎng)且其周期小于所述光的半波長(zhǎng)的細(xì)長(zhǎng)金屬基元的線 柵陣列。這種偏振分光器雖然具有很高的消光比，但是，現(xiàn)有技術(shù)工藝很難做到在建立較薄 的基底上創(chuàng)建該線柵結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，須提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于生產(chǎn)，性能優(yōu)良的平板偏振分光
ο另外，還需提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投影顯示質(zhì)量好，尺寸小，成本低的微型投影光學(xué) 引擎?！N平板偏振分光器，其包括透明平面基板，透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層，以及設(shè)置在所述透 明平面基板與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層之間的偏振分光膜。一種微型投影光學(xué)引擎，其包括照明裝置，上述平板偏振分光器，微顯示面板以及 投影物鏡。其中，照明裝置用于產(chǎn)生照明光。平板偏振分光器傾斜設(shè)置于所述照明裝置的 出射光路上。微顯示面板用于對(duì)所接收到的偏振光進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與該偏振光垂直的另 一偏振光，并使該另一偏振光攜有圖像信息。投影物鏡用于投射攜有圖像信息的另一偏振 光。本發(fā)明的平板偏振分光器，通過(guò)設(shè)置透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層，減小所需膜層的厚度，結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，成本較低，且，工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，消光比高，易于生產(chǎn)；而使用上述平板偏振分光器的微型投影光學(xué)引擎，具有光接收角寬、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程僅涉 及照明裝置，一個(gè)平板偏振分光器、單片微顯示面板以及投影物鏡，不涉及其他光學(xué)器件， 所使用的光學(xué)元件較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，尺寸較小，投影顯示質(zhì)量好，生產(chǎn)成本較低，滿足 市場(chǎng)高效能、微型化、輕量化的需求。


為了易于說(shuō)明，本發(fā)明由下述的較佳實(shí)施例及附圖作以詳細(xì)描述。圖1為本發(fā)明平板偏振分光器的示意圖；圖2為本發(fā)明第一實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明第二實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1所示為本發(fā)明平板偏振分光器的示意圖。該平板偏振分光器10包括透明平 面基板101，偏振分光膜102，透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103，第一增透膜104，第二增透膜104，以及 粘接膠層105。本發(fā)明實(shí)施方式中，透明平面基板101為平板玻璃。偏振分光膜102為無(wú)機(jī)偏振 分光膜，設(shè)置在透明平面基板101與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103之間，為多層光學(xué)薄膜的堆疊，具 體實(shí)施方式中，該偏振分光膜102是采用鍍膜的方式鍍于透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103的下表面。本發(fā)明實(shí)施方式中，透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103為玻璃，其厚度為0.03mm 0.07mm，例 如0. 03mm, 0. 07mm，其中優(yōu)選0. 05mm,采用合適厚度的玻璃，可減小介質(zhì)對(duì)入射光束的吸 收，提高效能，且，合適的厚度可使入射到玻璃的光束不產(chǎn)生相互干涉，有利于提高平板偏 振分光器的性能，提高像質(zhì)。本發(fā)明實(shí)施方式中，透明平面基板101與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103 的材質(zhì)可以相同，也可以不同，例如由相同或不同型號(hào)的玻璃制成；同時(shí)，透明平面基板 101的厚度大于透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103的厚度，采用兩塊厚度不同的玻璃與偏振分光膜102組 合成平板偏振分光器，有利于減小所需偏振分光膜的總厚度。此外，透明平面基板101的折 射率小于透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103的折射率。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103的厚度并不限于此范圍，其也可以 采用更厚的玻璃，這里不再贅述。另外，如果對(duì)平板偏振分光器的性能要求不高，透明平面 基板101折射率也可以大于透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103的折射率。參閱圖1，第一增透膜104鍍于透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103的上表面，為透明介質(zhì)膜，由 多層光學(xué)薄膜堆疊而成，其總厚度小于偏振分光膜102的總厚度，用于增加兩偏振光(s偏 振光以及P偏振光)的透光量，減小損耗。第二增透膜104’鍍于透明平面基板101的下表 面，同樣為透明介質(zhì)膜，由多層光學(xué)薄膜堆疊而成，用于增加兩偏振光的透光量，減小損耗。 本發(fā)明實(shí)施方式中，第一增透膜104、第二增透膜104’均是與工作波段相匹配的消偏增透 膜。又，如果透明平面基板101與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103的材質(zhì)相同，第一增透膜104與第二 增透膜104’的膜系相同。原理是由于第一增透膜104對(duì)與其相臨的透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103 和空氣相匹配，減小界面損耗；而第二增透膜104’是對(duì)與其相臨的透明平面基板101和空 氣相匹配，減小界面損耗。因此，當(dāng)透明平面基板101與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103的材質(zhì)相同時(shí)
5(例如透明平面基板101與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103由相同型號(hào)的玻璃制成時(shí))，則第一增透膜 104、第二增透膜104’的膜系相同。反之，如果透明平面基板101與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103的 材質(zhì)不同，則第一增透膜104與第二增透膜104’的膜系也不相同。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，如果對(duì)光束的要求不高，該第一增透膜104與第二增透 膜104’也可以省略。粘接膠層105設(shè)置在透明平面基板101與偏振分光膜102之間，用于將鍍有偏振 分光膜102的透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103與透明平面基板101整合為一體。另外，如果對(duì)平板偏 振分光器10有更高的要求，還可以在臨近粘接膠層105的表面鍍?cè)鐾改?圖中未示出)，即 在粘接膠層105與透明平面基板101、偏振分光膜102之間分別設(shè)置增透膜，以提高效率。 此處，該增透膜與第一增透膜104、第二增透膜104’相比，具有更為簡(jiǎn)單的膜系結(jié)構(gòu)。本發(fā)明其它實(shí)施方式中，偏振分光膜102還可以鍍于透明平面基板101上，粘接膠 層105則可以設(shè)置在透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103與偏振分光膜102之間，用于將鍍有偏振分光膜 的透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103與透明平面基板101整合為一體。同時(shí)，在粘接膠層105與透明無(wú) 機(jī)介質(zhì)層103、偏振分光膜102之間還可以分別設(shè)置增透膜，以提高效率。當(dāng)然，還可以省略 粘接膠層，采用深化光膠的方式把透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層103與透明平面基板101膠合成一體。因此，本發(fā)明的平板偏振分光器，通過(guò)設(shè)置無(wú)機(jī)介質(zhì)層，減小所需膜層的厚度，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，且，工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良，消光比高，又，與采用光刻技術(shù)所制作的偏振分 光器相比，本發(fā)明的平板偏振分光器可采用鍍膜的工藝直接實(shí)現(xiàn)多層膜的堆疊，易于生產(chǎn)， 成本低廉；另外，通過(guò)在透明平面基板的下表面與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層的上表面設(shè)置增透膜，減 小光學(xué)損耗。圖2所示為本發(fā)明第一實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖。該微型 投影光學(xué)引擎包括前述的平板偏振分光器10，照明裝置20，微顯示面板30以及投影物鏡 40。其中，照明裝置20用于產(chǎn)生照明光。本發(fā)明照明裝置20包括各種光源(LED光源、高 壓汞燈等)以及對(duì)光源進(jìn)行整形的各種整形鏡組(圖中未示出)。該照明裝置20出射至平 板偏振分光器10的照明光是偏振光，圖2所示為ρ偏振光，采用偏振光通過(guò)平板偏振分光 器10來(lái)照射微顯示面板30時(shí)，有利于提高光效及對(duì)比度，獲得高品質(zhì)的投影顯示圖像。平板偏振分光器10傾斜設(shè)置于照明裝置20的出射光路上，用于偏振分離所接收 到的入射光。本發(fā)明實(shí)施方式中，平板偏振分光器10傾斜角約為45°。微顯示面板30的數(shù)量為一個(gè)，設(shè)置于平板偏振分光器10與照明裝置的非相鄰的 一側(cè)，用于對(duì)所接收到的偏振光(圖2為ρ偏振光，圖3為s偏振光)進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與 該偏振光垂直的另一偏振光(圖2為S偏振光，圖3為P偏振光)，并使該另一偏振光攜有 圖像信息。本發(fā)明實(shí)施方式中，單片微顯示面板30為硅基液晶面板，其所接收到的偏振光 為P偏振光，經(jīng)過(guò)單片微顯示面板30的調(diào)制后，轉(zhuǎn)換為攜有圖像信息的S偏振光，且將其反 射回平板偏振分光器10上，由平板偏振分光器10將該S偏振光反射至投影物鏡上。換句 話說(shuō)，投影物鏡與單片微顯示面板30相鄰設(shè)置。此時(shí)，投影物鏡40是用于投射攜有圖像信 息的S偏振光。圖3所示為本發(fā)明第二實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的平面結(jié)構(gòu)示意圖，該微型 投影光學(xué)引擎與第一實(shí)施方式的微型投影光學(xué)引擎的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于圖3所示的 微型投影光學(xué)引擎的單片微顯示面板30’接收到的是s偏振光，經(jīng)過(guò)單片微顯示面板30’的調(diào)制后，將轉(zhuǎn)換為攜有圖像信息的P偏振光，且將其反射回平板偏振分光器10上，由平板 偏振分光器10將該P(yáng)偏振光透射至投影物鏡40上。換句話說(shuō)，投影物鏡40與單片微顯示 面板30’相對(duì)平行設(shè)置，用于投射攜有圖像信息的另一偏振光，即P偏振光。因此，本發(fā)明的微型投影光學(xué)引擎，采用無(wú)機(jī)的平板偏振分光器，具有工藝簡(jiǎn)單、 高消光比、抗高溫、光接收角寬、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，有利于光學(xué)引擎的微型化，此外，照 明裝置輸出的光經(jīng)平板偏振分光器后，提供給微顯示面板，之后，微顯示面板調(diào)制出圖像光 再次通過(guò)平板偏振分光器進(jìn)入投影物鏡，從投影物鏡輸出到外部屏幕，其光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò) 程僅涉及照明裝置，一個(gè)平板偏振分光器、單片微顯示面板以及投影物鏡，不涉及其他光學(xué) 器件，所使用的光學(xué)元件較少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，尺寸較小，投影顯示質(zhì)量好，生產(chǎn)成本較低， 滿足市場(chǎng)微型化、輕量化的需求。以上所述之具體實(shí)施方式
為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，并非以此限定本發(fā)明的具體 實(shí)施范圍，本發(fā)明的范圍包括并不限于本具體實(shí)施方式
，例如照明裝置出射至平板偏振分 光器的照明光可以是非偏振光。此時(shí)，微顯示面板的數(shù)量可以是一個(gè)也可以是2個(gè)。另外， 微顯示面板還可以為透射式液晶面板等。凡依照本發(fā)明之形狀、結(jié)構(gòu)所作的等效變化均包 含本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種平板偏振分光器，其包括透明平面基板以及偏振分光膜，其特征在于，所述平板偏振分光器還包括透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層，所述偏振分光膜設(shè)置在所述透明平面基板與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明平面基板與透明無(wú) 機(jī)介質(zhì)層為相同或不同型號(hào)的玻璃制成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層的厚度 為 0. 03mm 0. 07mmo
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明平面基板的厚度大 于透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明平面基板的折射率 小于透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層的折射率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層的上表 面鍍有第一增透膜，所述第一增透膜的總厚度小于所述偏振分光膜的總厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明平面基板的下表面 鍍有第二增透膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述偏振分光膜、第一增透 膜、第二增透膜均為多層光學(xué)薄膜的堆疊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述第一增透膜的膜系與所 述第二增透膜的膜系相同或不同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述偏振分光 膜為無(wú)機(jī)偏振分光膜，鍍于所述透明平面基板的上表面或者透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層的下表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明平面 基板與偏振分光膜之間，或者所述透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層與偏振分光膜之間還設(shè)置有粘接膠層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的平板偏振分光器，其特征在于，臨近所述粘接膠層的表面 還鍍有增透膜。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至9任意一項(xiàng)所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明平面 基板與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層采用深化光膠膠合成一體。
14.一種微型投影光學(xué)引擎，其包括照明裝置，用于產(chǎn)生照明光；其特征在于，所述微型投影光學(xué)引擎還包括根據(jù)權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的平板偏振分光器，傾斜設(shè)置于所述照明裝置的 出射光路上；微顯示面板，用于對(duì)所接收到的偏振光進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換為與該偏振光垂直的另一偏振 光，并使該另一偏振光攜有圖像信息；以及投影物鏡，用于投射攜有圖像信息的另一偏振光。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述平板偏振分光器傾 斜角約為45°。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述微顯示面板為單片 微顯示面板。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的微型投影光學(xué)引擎，其特征在于，所述微顯示面板為硅基 液晶面板或者透射式液晶面板。
全文摘要
一種平板偏振分光器，其包括透明平面基板，透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層，以及設(shè)置在所述透明平面基板與透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層之間的偏振分光膜。本發(fā)明的平板偏振分光器，通過(guò)設(shè)置透明無(wú)機(jī)介質(zhì)層，減小所需膜層的厚度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，易于生產(chǎn)，且性能優(yōu)良，具有高的消光比。另外，還提供一種使用該平板偏振分光器的微型投影光學(xué)引擎。
文檔編號(hào)G03B21/14GK101923222SQ20091010794
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2009年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月12日
發(fā)明者王仁貴 申請(qǐng)人:紅蝶科技(深圳)有限公司