專利名稱：液晶顯示投影儀用的平面偏振片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及平面偏振轉(zhuǎn)換器和包括新型平面偏振轉(zhuǎn)換器的液晶顯示(LCD)投影系統(tǒng)設(shè)計(jì)。具體而言，本發(fā)明涉及用于例如全彩色大對角線LCD投影系統(tǒng)的小型平面偏振轉(zhuǎn)換器。大對角線LCD裝置定義為對角線大于150毫米的裝置。本發(fā)明的偏振轉(zhuǎn)換器包括平面單元以有效地在大面積區(qū)域從非偏振光源產(chǎn)生線偏振光。
背景技術(shù)：
有些單面板LCD裝置，特別是投影系統(tǒng)，需要偏振光。高效的平面偏振裝置非常有助于設(shè)計(jì)小型和便攜式的LCD裝置。
非偏振光包括線偏振分量和正交分量。為LCD投影面板產(chǎn)生偏振光的常用方法包括利用偏振光束分束器(PBS)立方體。線偏振分量光由PBS立方體透射并導(dǎo)向LCD面板，而正交分量沿垂直方向反射。產(chǎn)生偏振光的另一常用方法包括在光源與LCD面板之間使用吸收染料或碘基偏振薄膜。吸收薄膜在吸收正交分量的同時(shí)沿一個(gè)方向透射單分量的線偏振光。吸收偏振薄膜常常一體地裝入商用LCD面板內(nèi)。另外，也可以在光源與LCD之間放置分離的偏振片。
由于光源最多只有一半的光線被轉(zhuǎn)換為偏振光透過LCD面板，PBS立方體和吸收偏振方法的效率都不高。有人試圖循環(huán)利用從PBS立方體反射的偏振分量。但是固體玻璃PBS立方體體積龐大并且不適于小型化或平面化應(yīng)用。
最近人們提出了反射偏振片薄膜。用反射偏振片薄膜代替吸收偏振片可以沿光源方向反射光束的s偏振分量。使反射偏振光返回光源后面的球面反射鏡并返回LCD的方法已有論述。但是為了充分循環(huán)利用光線，這些方法對光學(xué)單元的對齊精度有極高的要求。而且這些也不適合于小型化應(yīng)用。
其他試圖提高效率的系統(tǒng)循環(huán)利用來自各種偏振產(chǎn)生薄膜的反射偏振光而光線不返回光源。其中一些系統(tǒng)利用偏振轉(zhuǎn)換裝置，這些裝置利用全息光學(xué)單元來分離偏振分量。所有這些系統(tǒng)可能占據(jù)可觀的空間并且不適于小型化應(yīng)用或大柵極LCD面板。
最近描述了一種在片狀單元內(nèi)轉(zhuǎn)換和循環(huán)利用偏振光的系統(tǒng)。


圖1示出了美國專利No．5，566，367中所示的早期片狀偏振轉(zhuǎn)換器10。入射的非偏振并準(zhǔn)直的光束20由包含聚焦微透鏡32和發(fā)散微透鏡34的凹凸透鏡單元30壓縮入準(zhǔn)直的子光束22。子光束22入射到第二棱鏡單元40上。線偏振光束24從棱鏡單元40出射。棱鏡單元40包括第一入射側(cè)棱鏡42，它包含一系列的1／4波片延遲薄膜44和反射偏振分束涂層46。在側(cè)面棱鏡50的接觸面上形成全反射鏡48。在該偏振轉(zhuǎn)換器10中，聚焦微透鏡32與發(fā)散微透鏡34之間需要精確對準(zhǔn)。更為重要的是，為了獲得充分的效率，凹凸透鏡單元30與第二棱鏡單元40之間需要精確對準(zhǔn)，聚焦微透鏡34與第一入射棱鏡42之間需要更加精確的對準(zhǔn)。同樣，單元的厚度也需要精確控制。這些精確對準(zhǔn)和厚度要求，連同在棱鏡表面有選擇地淀積所需涂層，對于制造工藝是相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括將非偏振光有效轉(zhuǎn)換為適于LCD投影儀的線偏振光的薄平面器件。系統(tǒng)利用線性微棱鏡片單元并連帶分離的寬角反射偏振片和延遲片薄膜。在任一微棱鏡單元上無需選擇性光學(xué)涂層，并且平面偏振轉(zhuǎn)換器的功能與單元對準(zhǔn)或厚度無關(guān)。
按照本發(fā)明的使光束偏振的平面偏振轉(zhuǎn)換器包括依次光學(xué)對準(zhǔn)的光偏斜組件、雙側(cè)面棱鏡薄膜、1／4波片延遲薄膜、平面反射偏振片薄膜、可選的吸收偏振薄膜和光束集成薄膜。
光偏斜組件使光束以角度β射向雙側(cè)面棱鏡薄膜。棱鏡薄膜具有第一棱鏡表面和第二棱鏡表面，第一棱鏡表面包含角度為底角補(bǔ)角的交替的透射棱鏡小面或表面與反射棱鏡小面或表面。反射棱鏡小面的角度為第二底角β2，而透射棱鏡小面的角度為內(nèi)部第一底角β1并且總的底角等于180°-β2，這里β1=β2=β。在反射棱鏡小面上有頂角為α的多個(gè)反射線性微棱鏡，其中α2+2β2=180°。吸收偏振薄膜和反射偏振薄膜沿同一偏振軸對準(zhǔn)。在較佳實(shí)施例中，延遲薄膜、反射偏振片薄膜和吸收偏振片薄膜堆疊并固定在薄玻璃基片上。
在另一實(shí)施例中，光偏斜組件包含一個(gè)或更多的偏斜棱鏡片或者一個(gè)或更多的偏斜棱鏡片與準(zhǔn)直器。在較佳實(shí)施例中，β一般等于45°。
按照本發(fā)明的液晶顯示投影儀包括產(chǎn)生光束的光源、光學(xué)對準(zhǔn)以接收光束并產(chǎn)生準(zhǔn)直光束的準(zhǔn)直器以及如上所述光學(xué)對準(zhǔn)以接收準(zhǔn)直光束的平面偏振轉(zhuǎn)換器。液晶顯示面板與偏振轉(zhuǎn)換器光學(xué)對準(zhǔn)并且投影透鏡組件與液晶顯示面板光學(xué)對準(zhǔn)。
附圖的簡要說明圖1為現(xiàn)有技術(shù)的片狀偏振轉(zhuǎn)換器的剖面圖。
圖2為按照本發(fā)明的平面偏振轉(zhuǎn)換器的剖面圖。
圖3為圖1所示平面偏振轉(zhuǎn)換器的放大剖面圖。
圖4為按照本發(fā)明的光偏斜組件另一實(shí)施例的剖面圖。
圖5為按照本發(fā)明的光偏斜組件第二實(shí)施例的剖面圖。
圖6為按照本發(fā)明的具有傾斜偏振透射軸的平面偏振轉(zhuǎn)換器的透視圖。
圖7為按照本發(fā)明的LCD投影系統(tǒng)的簡化側(cè)視圖。
圖8為按照本發(fā)明的第二LCD投影系統(tǒng)的簡化平面圖。
圖9為按照本發(fā)明的第三LCD投影系統(tǒng)的簡化平面圖。
圖10為按照本發(fā)明的第四LCD投影系統(tǒng)的簡化平面圖。
圖11為按照本發(fā)明的第五LCD投影系統(tǒng)的簡化平面圖。
實(shí)施發(fā)明的較佳方式圖2示出了按照本發(fā)明的用于使入射的未偏振并且準(zhǔn)直的光束120偏振的平面偏振轉(zhuǎn)換器100的剖面。平面偏振轉(zhuǎn)換器100包括光偏斜器組件130、雙側(cè)面棱鏡薄膜或片140、1／4波片延遲薄膜或片160、平面反射偏振薄膜或片170、可選的吸收偏振薄膜或片180以及光束集成薄膜或片190，所有這些單元光學(xué)對準(zhǔn)并且依次堆疊。術(shù)語“光學(xué)對準(zhǔn)”定義為沿光束的光路對準(zhǔn)并且包括光路折疊的情況(例如反射面或偏斜引起的折疊，棱鏡表面引起的折疊)。沿光束光路的入射次序定義了本發(fā)明光學(xué)單元的前后位置。
光束對準(zhǔn)組件130包括準(zhǔn)直單元和光偏斜單元。在本實(shí)施例中，光準(zhǔn)直和偏斜組件130包括第一棱鏡片132和將發(fā)散光束110變換為準(zhǔn)直光束120的準(zhǔn)直透鏡102(圖7所示)。第一棱鏡片132包括平面表面134和一系列的偏斜棱鏡136。
光束120借助第一棱鏡片132以入射角θ入射。偏斜棱鏡136通過全反射和折射使準(zhǔn)直光線偏向底角β(底角相對基準(zhǔn)底平面112沿逆時(shí)針方向測量)。在較佳實(shí)施例中，β=45°并且θ=90°。偏斜棱鏡136的底角為α1(參見圖3)并且相對入射角的偏斜角為δ，這里θ=β+δ。因此δ=45°。對于圖2所示實(shí)施例的偏斜棱鏡136，黃光下折射率n=1．492的聚丙烯塑料的α1=59．15°。棱鏡槽的寬度一般在0．1mm～0．5mm之間，片厚一般為1mm～3mm之間。
偏斜光線122隨后進(jìn)入雙側(cè)面棱鏡片140。雙側(cè)面棱鏡片140包括下棱鏡表面142和上棱鏡表面152。棱鏡表面142和152包含多個(gè)棱鏡，每個(gè)棱鏡包含朝向第一和第二底角補(bǔ)角(第一和第二小面底角的值加上180°)的第一和第二小面或表面。下棱鏡表面包含交替交錯(cuò)的透射棱鏡第一小面144和反射棱鏡第二小面146。反射棱鏡第二小面146取向?yàn)榈诙∶娴捉铅?。透射棱鏡第一小面144的取向?yàn)閮?nèi)部小面底角β1(相對基準(zhǔn)平面順時(shí)針測量)并且第一小面底角通常等于180°-β1。上棱鏡表面152包括交替的第一和第二透射棱鏡小面154和156，取向分別為第一和第二小面底角180°-β1和β2。
在平面偏振轉(zhuǎn)換器100中，|β1|=|β2|=|β|=45°，并且與材料的折射率無關(guān)。β=45°的值避免了難以分離復(fù)制部分的鎖定角，因此提高了制造效率。第一小面146和156互相平行并且垂直于平行的第二小面144和154。但是對本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員顯而易見的是，可以選擇多個(gè)不同的角度值。
由于透射棱鏡小面144和154互相平行并且垂直于偏斜光線122的路徑，所以光線122經(jīng)過雙側(cè)面棱鏡片140是不偏斜的。光線122隨后通過1／4波片延遲器160的平面片，例如寬帶型1／4波片延遲片(例如日本東京的NittoDenko公司制造的Nitto Denko型NRF-QF03A)，并入射到寬角偏振分離薄膜170(例如3M公司的3M雙亮度增強(qiáng)薄膜(DBEF))的平面片上。光線122的p偏振分量124a由偏振薄膜170透射，而s偏振正交分量126經(jīng)1／4波片延遲片160以180°-β的角度反射。1／4波片延遲器將s分量126轉(zhuǎn)換為圓偏振光128a。圓偏振光128a隨后通過上棱鏡表面152的第二棱鏡小面156。由于第二透射棱鏡小面156垂直于光線128a，所以光線128a不受干擾地通過上棱鏡表面152并且入射到下棱鏡表面142的反射小面146。
圖3示出了平面偏振轉(zhuǎn)換器100的放大細(xì)節(jié)，它包括其中一個(gè)反射小面146。反射小面146包括形成于棱鏡小面內(nèi)的一系列微棱鏡148。微棱鏡148的頂角α2=90°并且相當(dāng)于TIR后向反射鏡，這里α2+2β=180°。光線128a被反射小面146表面后向反射為光線128b。反射光線128b以同一角度返回并且方向與輸入光線128a相反。在所示實(shí)施例中，下棱鏡表面的底棱鏡142的寬度在0．1mm～0．5mm之間，而后向反射的微棱鏡148的寬度為0．01mm～0．05mm之間。
如圖2所示，反射的圓偏振光線128b隨后在通過1／4波片延遲薄膜160時(shí)被轉(zhuǎn)換為p偏振光線124b。p偏振光線124b由反射偏振薄膜170透射，隨后p偏振光線124b入射到棱鏡光束集成片190上。在光束集成片190之前可以放置碘或清除吸收偏振薄膜180以吸收雜散光分量。吸收偏振薄膜180和反射偏振薄膜170沿同一偏振軸對準(zhǔn)。在本實(shí)施例中，吸收偏振片是高對比度型碘偏振片，例如日本東京Nitto Denko公司制造的Nitto Denko型EG1425DUHCARP。
棱鏡光束集成片190包括下平面表面192和棱鏡底角為γ的棱鏡表面194。借助平面表面192和棱鏡表面194的折射，初始的p偏振光線124a和轉(zhuǎn)換后的p偏振光線124b被準(zhǔn)直。在實(shí)施例中，對于黃光折射率n=1．492的聚丙烯塑料，棱鏡底角γ=66．1°。棱鏡表面194內(nèi)棱鏡槽寬一般在0．1mm～0．5mm之間，棱鏡集成光束片190的厚度一般為1mm～3mm之間。
延遲薄膜160、反射偏振薄膜170和吸收偏振薄膜180光學(xué)對直、堆疊和固定在1mm厚的薄玻璃基片上。當(dāng)所有單元靠近堆疊時(shí)，最終的偏振轉(zhuǎn)換器100總厚度在8mm～10mm之間。當(dāng)延伸準(zhǔn)直的非偏振光束入射到該平面偏振轉(zhuǎn)換器110上時(shí)，產(chǎn)生了準(zhǔn)直和偏振光束。
圖4示出了按照本發(fā)明的光偏斜組件的光偏斜單元232的另一實(shí)施例。光偏斜單元232包括第一棱鏡單元240和第二棱鏡單元260。第一棱鏡單元240包括下平面表面242和包含一系列棱鏡246的上棱鏡表面244。每個(gè)棱鏡246包含第一小面248和第二小面250。在本實(shí)施例中，下平面表面242是垂直于并且第二小面250平行于入射的準(zhǔn)直非偏振光線220。第一小面248的底角φ1大于或等于相對光線220的TIR角。輸入的光線220無偏斜地通過下平面表面242，在上棱鏡表面244棱鏡246的第一小面248被TIP偏斜，隨后作為內(nèi)部光線222在第二小面250上以底角=φ1折射。
第二棱鏡單元260包括下棱鏡表面262和上平面表面264。下棱鏡表面包括多個(gè)棱鏡266，每個(gè)棱鏡包含第一小面268和第二小面270。第二小面270相對內(nèi)部光線222呈直角。第一小面268呈底角φ1。光線在小面270上不偏斜并且在平面表面264處折射，獲得偏斜角為δ的出射光線224，這里δ+β=90°。在本實(shí)例中，β=45°并且偏斜角δ=45°。雖然上述偏振轉(zhuǎn)換器的棱鏡設(shè)計(jì)為偏斜角δ=45°，但是對于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員顯而易見的是，利用本發(fā)明的偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)為利用與該偏斜角不同的角度。
由于輸入光線220平行于棱鏡小面250，并且內(nèi)部光線222平行于棱鏡小面表面248和268，所以沒有光線的幾何阻塞損失并且?guī)缀瓮繐p失最小。
圖5示出了按照本發(fā)明的光偏斜組件第二種光偏斜單元332。在本實(shí)施例中，出射光線320所需的偏斜β等于45°。光線偏斜單元332包括第一棱鏡單元340和第二棱鏡單元360。第一棱鏡單元340包括下平面表面342和包含一系列棱鏡346的上棱鏡表面344。每個(gè)棱鏡346包含第一小面348和第二小面350。在光偏斜單元332中，下平面表面342是垂直于并且第二小面350平行于入射的準(zhǔn)直非偏振光線320。第一小面348的底角φ1小于相對光線320的TIR角。輸入的光線320經(jīng)過下平面表面342使不偏斜并且在第一小面348處以內(nèi)部角φ2被折射成為內(nèi)部光線322。在本實(shí)例中，φ1≠φ2。
第二棱鏡單元360包括下棱鏡表面362和上平面表面364。下棱鏡表面362包括多個(gè)棱鏡366，每個(gè)棱鏡366包含第一小面368和第二小面370。第二小面370相對內(nèi)部光線322呈直角。第一小面368呈底角φ1并且平行于內(nèi)部光線322。內(nèi)部光線322在第二小面370上不偏斜，但是在平面表面364處折射，獲得偏斜角為δ的出射光線324，這里δ+β=90°。在本實(shí)例中，β=45°并且偏斜角δ=45°。φ2與δ的關(guān)系由Snell定律描述sin(δ)=nsin(π／2-φ2)或者δ=asin(ncos(φ2))這里n=單元360的折射率入射的準(zhǔn)直光線320在平面表面342處不折射，但是在第一小面348和平面表面364處折射。出射光線324以偏斜角δ=45°出射。由于第二小面350平行于入射的光線320，并且棱鏡表面368平行于內(nèi)部光線322，所以穿過單元的光線的幾何阻塞最小。
本發(fā)明考慮的情況是接收的液晶顯示器(LCD)面板的偏振透射軸是傾斜的，即偏振薄膜的透射軸不是水平或垂直的。圖6示出了平面偏振轉(zhuǎn)換器組件400，它包括按照本發(fā)明的棱鏡片，偏振透射軸410是傾斜的。棱鏡片具有與偏振軸410垂直的槽420。棱鏡槽420也可以平行于偏振軸410。另一實(shí)施例包含水平或垂直取向或者45°以外取向的槽。
圖7示出了單面板LCD投影儀組件500的直線配置，包括圖2和3所示的平面偏振轉(zhuǎn)換器100。LCD組件500包括背面球面反射鏡510、光源520、聚焦透鏡530、包括準(zhǔn)直菲涅爾透鏡102的平面偏振轉(zhuǎn)換器100、單面板LCD540、場菲涅爾透鏡550和投影透鏡560，所有這些單元沿直線路徑光學(xué)對準(zhǔn)。
光源520通?？拷趁媲蛎娣瓷溏R510的曲率半徑并且在玻璃聚焦透鏡530之后。術(shù)語光源涵蓋任何與投影系統(tǒng)連用的輻射源，包括白熾燈、鎢石英鹵素?zé)?、金屬鹵化物燈和其他電弧放電燈以及本領(lǐng)域內(nèi)熟知的其他光源。在LCD組件500中，光源520為400瓦的金屬鹵化物型放電燈，例如德國慕尼黑的Osram制造的Osram型HMP 400DE，光源離開菲涅爾準(zhǔn)直透鏡102大約90mm。
光源520產(chǎn)生的非偏振光108射向球面反射鏡520并被聚焦透鏡530折射。在本實(shí)施例中，后面的玻璃球面反射鏡510的曲率半徑為32mm，其上有分光反射涂層，而聚焦透鏡530為玻璃非球面聚焦透鏡，它接收來自燈520的光線108并且使最終的光線110射向90mm焦距的菲涅爾準(zhǔn)直透鏡102。
發(fā)散光束110由菲涅爾透鏡準(zhǔn)直為準(zhǔn)直光束120。平面偏振轉(zhuǎn)換器100將非偏振準(zhǔn)直光束120轉(zhuǎn)換為線偏振準(zhǔn)直光線124入射到單面板LCD540上。光束124通過LCD面板以形成圖像光束508。菲涅爾場透鏡550將圖像光束508聚焦至投影透鏡560。投影透鏡560將LCD面板540的圖像投影到顯示屏上。
在較佳實(shí)施例中，組件化的平面偏振轉(zhuǎn)換器100大約140mm寬×110mm高×10mm厚，并放置在160mm對角線的SVGA TFT-LCD面板540(例如日本Nara的夏普公司制造的夏普型號No．LQ64SP1)之前。偏振轉(zhuǎn)換器的線性槽與LCD面板540的偏振透射軸正交。聚焦菲涅爾透鏡550的焦距為152mm并光線聚焦至焦距為167mm的f／5．6三單元透鏡的投影透鏡550，它投影LCD面板的圖像。
圖8示出了第二種LCD投影儀組件600，它包括光源620、平面偏振轉(zhuǎn)換器604、準(zhǔn)直菲涅爾透鏡602、單面板LCD640和聚焦菲涅爾透鏡650，這些單元是光線對準(zhǔn)的。LCD投影儀組件600還可以包括投影透鏡660和背面球面反射鏡，并且聚焦透鏡與圖7所示相似。在LCD投影儀組件600的投影布局中，光源620和菲涅爾準(zhǔn)直透鏡602的取向?yàn)?80°-β離軸。在本實(shí)例中，β=45°并且底角等于135°。準(zhǔn)直透鏡602的離軸布局省去了偏振轉(zhuǎn)換器604的光對準(zhǔn)組件中的光偏斜單元。在另一實(shí)施例中，準(zhǔn)直透鏡可以放置在離軸底角λ1處并且光對準(zhǔn)組件可以包括偏斜角為λ2的光線偏斜器，這里λ1+λ2=β。通過在偏振轉(zhuǎn)換器604與LCD面板640之間加入旋轉(zhuǎn)的1／2波面延遲片630，當(dāng)LCD面板偏振軸不是水平或垂直的時(shí)候，可以旋轉(zhuǎn)偏振轉(zhuǎn)換器604的偏振軸以對準(zhǔn)LCD面板的偏振軸。
在圖9-11中，與LCD組件600類似的單元，其標(biāo)號最后兩位數(shù)字是相同的。圖9示出了另一具有小型化布局的全彩色大柵極LCD投影儀組件700，光源720產(chǎn)生的光線的光路被平面鏡770折疊并且射向準(zhǔn)直菲涅爾透鏡702。LCD投影儀組件700包括具有光線對準(zhǔn)組件(它包括準(zhǔn)直菲涅爾透鏡702)的平面偏振轉(zhuǎn)換器704。菲涅爾透鏡準(zhǔn)直器702的取向?yàn)榈捉?80°-β離軸，而偏振轉(zhuǎn)換器的其余部分平行于反射鏡和LCD740。還示出了旋轉(zhuǎn)的1／2波片延遲片730。在本實(shí)例中，β=45°。圖10示出了另一具有小型化布局的LCD投影儀組件800，其中菲涅爾透鏡準(zhǔn)直器和平面反射鏡組合為離軸菲涅爾反射準(zhǔn)直器880，它折疊光路并導(dǎo)向和準(zhǔn)直光源820產(chǎn)生的光線808。反射準(zhǔn)直器取向?yàn)?80°-β的底角并且將光線808反射和準(zhǔn)直為準(zhǔn)直光束810。LCD投影儀組件800進(jìn)一步包括偏振轉(zhuǎn)換器804、1／2波片延遲片830和LCD面板840、聚焦菲涅爾棱鏡850和投影透鏡860。無需為偏振轉(zhuǎn)換器804的偏斜單元淀積反射準(zhǔn)直器880。
圖11示出了LCD投影儀組件900的另一實(shí)施例。LCD投影儀組件900具有光線對準(zhǔn)組件，它包括被其他單元分離并且與平面偏振轉(zhuǎn)換器904正交的光線偏斜片932和菲涅爾透鏡準(zhǔn)直器902。光源902位于菲涅爾透鏡準(zhǔn)直器902之后。菲涅爾透鏡準(zhǔn)直器902使光線準(zhǔn)直并且光線偏斜片932使準(zhǔn)直的非偏振光線以底角β射向平面偏振轉(zhuǎn)換器904。
本發(fā)明的偏振轉(zhuǎn)換系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有若干優(yōu)點(diǎn)。首先，系統(tǒng)的功能獨(dú)立于棱鏡片或雙側(cè)面棱鏡片相對的棱鏡表面的橫向定位。其次，系統(tǒng)的功能獨(dú)立于棱鏡片厚度或者棱鏡片之間的間隔。第三，在這些片的棱鏡表面無需選擇性涂層。延遲片和偏振分離薄膜可以作為與棱鏡片分開的平面片應(yīng)用。這些特征大大簡化了偏振轉(zhuǎn)換器的制造并且制造成本更低。所有的棱鏡片可以用標(biāo)準(zhǔn)的塑料模制技術(shù)制造。此外，如果需要，棱鏡片可以包含增加光線透射的抗反射涂層。最后，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)小型化和適合的LCD投影儀組件布局，從而在各種應(yīng)用中使用本發(fā)明。
上述實(shí)施例僅僅具有示意性質(zhì)，不能將其考慮為對本發(fā)明范圍的限制。本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的精神和范圍作出各種修改和變動。
權(quán)利要求
1．一種使光束偏振的平面偏振轉(zhuǎn)換器，沿光束光路的入射順序定義了前后位置，其特征在于所述偏振轉(zhuǎn)換器包括具有第一棱鏡表面的棱鏡薄膜，第一棱鏡表面包含角度為底角補(bǔ)角的交替的透射棱鏡小面與反射棱鏡小面，反射棱鏡小面的第二底角為β，而透射棱鏡小面的第一底角為180°-β；1／4波片延遲薄膜；以及反射偏振薄膜，其中1／4波片延遲薄膜位于棱鏡薄膜與偏振薄膜片之間。
2．如權(quán)利要求1所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于進(jìn)一步包含位于棱鏡薄膜之前的光線偏斜組件，其中光線傾斜組件使光束以角度β出射。
3．如權(quán)利要求2所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于光線偏斜組件包括光線偏斜棱鏡片。
4．如權(quán)利要求2所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于光線偏斜組件包括光線偏斜棱鏡片和準(zhǔn)直透鏡。
5．如權(quán)利要求2所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于光線偏斜組件包括底角通常等于180°-β的準(zhǔn)直透鏡。
6．如權(quán)利要求1所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于β通常等于45°。
7．如權(quán)利要求1所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于進(jìn)一步包含位于反射偏振薄膜之后的吸收偏振片。
8．如權(quán)利要求7所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于1／4波片延遲薄膜、反射偏振片薄膜和吸收偏振片薄膜堆疊并固定在玻璃基片上。
9．如權(quán)利要求1所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于進(jìn)一步包含位于反射偏振薄膜之后的光束集成薄膜。
10．如權(quán)利要求1所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于棱鏡薄膜具有第二棱鏡表面，該表面包含交替的第一和第二透射小面，其中第一透射小面通常平行于第一棱鏡表面的透射棱鏡小面而第二透射小面通常平行于第一棱鏡表面的反射棱鏡小面。
11．如權(quán)利要求1所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于第一棱鏡表面的反射棱鏡小面包括多個(gè)后向反射微棱鏡。
12．如權(quán)利要求11所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于微棱鏡的頂角為α，其中α+2β=180°。
13．如權(quán)利要求2所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于光線偏斜組件包含第一和第二棱鏡單元，其中第一棱鏡單元使光束偏斜第一偏斜角φ而第二棱鏡單元使光束偏斜第二偏斜角。
14．如權(quán)利要求13所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于第一和第二棱鏡單元都包含交替的第一和第二棱鏡表面，其中第二棱鏡單元的第一棱鏡表面的取向?yàn)榈谝黄苯铅?，第一棱鏡單元的第二棱鏡表面的取向平行于入射光束，并且第二棱鏡單元的第二棱鏡表面的取向?yàn)棣?90°。
15．如權(quán)利要求14所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于第一棱鏡單元的第一棱鏡表面的取向?yàn)榈扔讦盏牡捉?，這里φ等于或大于初始光束全內(nèi)反射角。
16．如權(quán)利要求1所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器，其特征在于平面偏振片具有傾斜的偏振透射軸。
17．一種液晶顯示器面板，包括如權(quán)利要求1所述的平面偏振轉(zhuǎn)換器。
18．一種使光束偏振的平面偏振轉(zhuǎn)換器，沿光束光路的入射順序定義了前后位置，其特征在于所述偏振轉(zhuǎn)換器包括光線偏斜組件，其中光線偏斜組件使光束沿角度β出射；具有第一棱鏡表面和第二棱鏡表面的雙側(cè)面棱鏡薄膜，第一棱鏡表面包含角度為底角補(bǔ)角的交替的透射棱鏡小面與反射棱鏡小面，反射棱鏡小面的第二底角為β，而透射棱鏡小面的第一底角為180°-β，反射棱鏡小面的表面包括多個(gè)后向反射微棱鏡，第二棱鏡表面包含交替的第一和第二透射小面，其中第一透射小面通常平行于第一棱鏡表面的透射棱鏡小面而第二透射小面通常平行于第一棱鏡表面的反射棱鏡小面；1／4波片延遲薄膜；平面反射偏振薄膜片，其中1／4波片延遲薄膜位于棱鏡薄膜與反射偏振薄膜片之間；位于反射偏振薄膜之后的吸收偏振薄膜，兩種偏振薄膜沿同一偏振軸對準(zhǔn)；以及位于吸收偏振薄膜之后的光束集成薄膜。
19．一種液晶顯示投影儀，其特征在于包含產(chǎn)生光束的光源；光學(xué)對準(zhǔn)以接收光束并且產(chǎn)生準(zhǔn)直光束的準(zhǔn)直透鏡；光學(xué)對準(zhǔn)以接收準(zhǔn)直光束并產(chǎn)生偏振光束的平面偏振轉(zhuǎn)換器，所述偏振轉(zhuǎn)換器包括具有第一棱鏡表面的棱鏡薄膜，第一棱鏡表面包含角度為底角補(bǔ)角的交替的透射棱鏡小面與反射棱鏡小面，反射棱鏡小面的第二底角為β，而透射棱鏡小面的第一底角一般為180°-β；1／4波片延遲薄膜；以及反射偏振薄膜片，其中1／4波片延遲薄膜位于棱鏡薄膜與反射偏振薄膜片之間；與偏振轉(zhuǎn)換器光學(xué)對準(zhǔn)以接收偏振光束并產(chǎn)生圖像光束的液晶顯示器面板；以及與液晶顯示器面板光學(xué)對準(zhǔn)以接收圖像光束的投影透鏡。
20．如權(quán)利要求19所述的液晶顯示投影儀，其特征在于進(jìn)一步包含位于光源與準(zhǔn)直透鏡之間的玻璃聚光鏡，并且投影透鏡組件包括相互光學(xué)對準(zhǔn)的聚焦菲涅爾透鏡和至少一個(gè)投影透鏡。
21．如權(quán)利要求19所述的液晶顯示投影儀，其特征在于進(jìn)一步包含光學(xué)對準(zhǔn)以接收來自準(zhǔn)直透鏡的準(zhǔn)直光束的光學(xué)偏斜組件，其中光學(xué)偏斜組件使光束以角度β出射。
22．如權(quán)利要求21所述的液晶顯示投影儀，其特征在于準(zhǔn)直透鏡與光學(xué)偏斜組件互相平行并且相對平面偏振轉(zhuǎn)換器呈一定的角度。
23．如權(quán)利要求19所述的液晶顯示投影儀，其特征在于β大約等于45°。
24．如權(quán)利要求19所述的液晶顯示投影儀，其特征在于準(zhǔn)直透鏡相對平面偏振轉(zhuǎn)換器呈一定的角度。
25．如權(quán)利要求24所述的液晶顯示投影儀，其特征在于進(jìn)一步包含光學(xué)對準(zhǔn)以將光束反射向準(zhǔn)直透鏡的鏡子。
26．如權(quán)利要求24所述的液晶顯示投影儀，其特征在于準(zhǔn)直透鏡為反射準(zhǔn)直器。
全文摘要
一種液晶顯示投影儀,包含:光源;準(zhǔn)直透鏡;平面偏振轉(zhuǎn)換器;液晶顯示板;以及投影透鏡。準(zhǔn)直透鏡光學(xué)對準(zhǔn)以接收來自光源的光束并產(chǎn)生準(zhǔn)直光束。平面偏振轉(zhuǎn)換器在準(zhǔn)直透鏡之前光學(xué)對準(zhǔn)以接收準(zhǔn)直光束。偏振轉(zhuǎn)換器包括:具有第一棱鏡表面的棱鏡薄膜;反射偏振薄膜;以及位于棱鏡薄膜與偏振薄膜片之間的1/4波片延遲薄膜。棱鏡表面包含角度為底角補(bǔ)角的交替的透射棱鏡小面與反射棱鏡小面,反射棱鏡小面的第二底角為β,而透射棱鏡小面的第一底角為180°－β。
文檔編號G02B5/12GK1281556SQ98812095
公開日2001年1月24日 申請日期1998年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月11日
發(fā)明者D·F·范德伍夫 申請人:美國3M公司