专利名称：一种平板偏振分光器及使用其的微型投影光学引擎的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光学元件和投影显示技术，尤其涉及一种平板偏振分光器及使用 该平板偏振分光器的微型投影光学引擎。
背景技术：
偏振分光器是将入射光分离成具有互相垂直偏振面的透射光和反射光的光学元 件，其可用于各种类型的光学系统，例如应用在投影显示中。目前，偏振分光器的结构有多种，其中一种是采用多层有机物质膜构成的偏振分 光器，例如中国发明专利申请公开说明书中公开号“CN 101156095”名称为“具有减小的 应力的偏振分光器”公开的一种偏振分光器，该偏振分光器包括多层偏振膜、设置在所述多 层偏振膜上的第一交联有机硅凝胶层、设置在所述交联有机硅凝胶层上的第一刚性覆盖物 以及与所述多层偏振膜邻近设置的第二刚性覆盖物。其中，第一刚性覆盖物、第二刚性覆盖 物为玻璃棱镜。多层偏振膜为多层聚酯偏振膜。然而，这种偏振分光器需要上百层有机物 质膜才能实现良好的偏振分离效果，工艺复杂，合格率低，且，这种结构的偏振分光器不能 抵抗高温，长时间在光束的照射下，容易产生老化，进而失透，降低偏振分光器的性能。另一种偏振分光器为线栅偏振器，如中国发明专利申请公开说明书中公开号 "CN 101073024”名称为“多层线栅偏振器”公开的一种用于使光偏振的多层线栅偏振器，其 包括基底，设置在基底之上的至少两个薄膜层，以及设置在两个薄膜层上的线栅层。其中， 线栅层包括其长度大于所述光的波长且其周期小于所述光的半波长的细长金属基元的线 栅阵列。这种偏振分光器虽然具有很高的消光比，但是，现有技术工艺很难做到在建立较薄 的基底上创建该线栅结构。
发明内容
有鉴于此，须提供一种结构简单，成本低廉，易于生产，性能优良的平板偏振分光
ο另外，还需提供一种结构简单，投影显示质量好，尺寸小，成本低的微型投影光学 引擎。—种平板偏振分光器，其包括透明平面基板，透明无机介质层，以及设置在所述透 明平面基板与透明无机介质层之间的偏振分光膜。一种微型投影光学引擎，其包括照明装置，上述平板偏振分光器，微显示面板以及 投影物镜。其中，照明装置用于产生照明光。平板偏振分光器倾斜设置于所述照明装置的 出射光路上。微显示面板用于对所接收到的偏振光进行调制，转换为与该偏振光垂直的另 一偏振光，并使该另一偏振光携有图像信息。投影物镜用于投射携有图像信息的另一偏振 光。本发明的平板偏振分光器，通过设置透明无机介质层，减小所需膜层的厚度，结构 简单，成本较低，且，工艺简单，性能优良，消光比高，易于生产；而使用上述平板偏振分光器的微型投影光学引擎，具有光接收角宽、体积小、重量轻的优点，其光学系统设计过程仅涉 及照明装置，一个平板偏振分光器、单片微显示面板以及投影物镜，不涉及其他光学器件， 所使用的光学元件较少，结构简单、紧凑，尺寸较小，投影显示质量好，生产成本较低，满足 市场高效能、微型化、轻量化的需求。
为了易于说明，本发明由下述的较佳实施例及附图作以详细描述。图1为本发明平板偏振分光器的示意图；图2为本发明第一实施方式的微型投影光学引擎的平面结构示意图；图3为本发明第二实施方式的微型投影光学引擎的平面结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步的说明。图1所示为本发明平板偏振分光器的示意图。该平板偏振分光器10包括透明平 面基板101，偏振分光膜102，透明无机介质层103，第一增透膜104，第二增透膜104，以及 粘接胶层105。本发明实施方式中，透明平面基板101为平板玻璃。偏振分光膜102为无机偏振 分光膜，设置在透明平面基板101与透明无机介质层103之间，为多层光学薄膜的堆叠，具 体实施方式中，该偏振分光膜102是采用镀膜的方式镀于透明无机介质层103的下表面。本发明实施方式中，透明无机介质层103为玻璃，其厚度为0.03mm 0.07mm，例 如0. 03mm, 0. 07mm，其中优选0. 05mm,采用合适厚度的玻璃，可减小介质对入射光束的吸 收，提高效能，且，合适的厚度可使入射到玻璃的光束不产生相互干涉，有利于提高平板偏 振分光器的性能，提高像质。本发明实施方式中，透明平面基板101与透明无机介质层103 的材质可以相同，也可以不同，例如由相同或不同型号的玻璃制成；同时，透明平面基板 101的厚度大于透明无机介质层103的厚度，采用两块厚度不同的玻璃与偏振分光膜102组 合成平板偏振分光器，有利于减小所需偏振分光膜的总厚度。此外，透明平面基板101的折 射率小于透明无机介质层103的折射率。本发明其它实施方式中，透明无机介质层103的厚度并不限于此范围，其也可以 采用更厚的玻璃，这里不再赘述。另外，如果对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无机介质层103的折射率。参阅图1，第一增透膜104镀于透明无机介质层103的上表面，为透明介质膜，由 多层光学薄膜堆叠而成，其总厚度小于偏振分光膜102的总厚度，用于增加两偏振光(s偏 振光以及P偏振光)的透光量，减小损耗。第二增透膜104’镀于透明平面基板101的下表 面，同样为透明介质膜，由多层光学薄膜堆叠而成，用于增加两偏振光的透光量，减小损耗。 本发明实施方式中，第一增透膜104、第二增透膜104’均是与工作波段相匹配的消偏增透 膜。又，如果透明平面基板101与透明无机介质层103的材质相同，第一增透膜104与第二 增透膜104’的膜系相同。原理是由于第一增透膜104对与其相临的透明无机介质层103 和空气相匹配，减小界面损耗；而第二增透膜104’是对与其相临的透明平面基板101和空 气相匹配，减小界面损耗。因此，当透明平面基板101与透明无机介质层103的材质相同时
5(例如透明平面基板101与透明无机介质层103由相同型号的玻璃制成时)，则第一增透膜 104、第二增透膜104’的膜系相同。反之，如果透明平面基板101与透明无机介质层103的 材质不同，则第一增透膜104与第二增透膜104’的膜系也不相同。本发明其它实施方式中，如果对光束的要求不高，该第一增透膜104与第二增透 膜104’也可以省略。粘接胶层105设置在透明平面基板101与偏振分光膜102之间，用于将镀有偏振 分光膜102的透明无机介质层103与透明平面基板101整合为一体。另外，如果对平板偏 振分光器10有更高的要求，还可以在临近粘接胶层105的表面镀增透膜(图中未示出)，即 在粘接胶层105与透明平面基板101、偏振分光膜102之间分别设置增透膜，以提高效率。 此处，该增透膜与第一增透膜104、第二增透膜104’相比，具有更为简单的膜系结构。本发明其它实施方式中，偏振分光膜102还可以镀于透明平面基板101上，粘接胶 层105则可以设置在透明无机介质层103与偏振分光膜102之间，用于将镀有偏振分光膜 的透明无机介质层103与透明平面基板101整合为一体。同时，在粘接胶层105与透明无 机介质层103、偏振分光膜102之间还可以分别设置增透膜，以提高效率。当然，还可以省略 粘接胶层，采用深化光胶的方式把透明无机介质层103与透明平面基板101胶合成一体。因此，本发明的平板偏振分光器，通过设置无机介质层，减小所需膜层的厚度，结 构简单，成本较低，且，工艺简单，性能优良，消光比高，又，与采用光刻技术所制作的偏振分 光器相比，本发明的平板偏振分光器可采用镀膜的工艺直接实现多层膜的堆叠，易于生产， 成本低廉；另外，通过在透明平面基板的下表面与透明无机介质层的上表面设置增透膜，减 小光学损耗。图2所示为本发明第一实施方式的微型投影光学引擎的平面结构示意图。该微型 投影光学引擎包括前述的平板偏振分光器10，照明装置20，微显示面板30以及投影物镜 40。其中，照明装置20用于产生照明光。本发明照明装置20包括各种光源(LED光源、高 压汞灯等)以及对光源进行整形的各种整形镜组(图中未示出)。该照明装置20出射至平 板偏振分光器10的照明光是偏振光，图2所示为ρ偏振光，采用偏振光通过平板偏振分光 器10来照射微显示面板30时，有利于提高光效及对比度，获得高品质的投影显示图像。平板偏振分光器10倾斜设置于照明装置20的出射光路上，用于偏振分离所接收 到的入射光。本发明实施方式中，平板偏振分光器10倾斜角约为45°。微显示面板30的数量为一个，设置于平板偏振分光器10与照明装置的非相邻的 一侧，用于对所接收到的偏振光(图2为ρ偏振光，图3为s偏振光)进行调制，转换为与 该偏振光垂直的另一偏振光(图2为S偏振光，图3为P偏振光)，并使该另一偏振光携有 图像信息。本发明实施方式中，单片微显示面板30为硅基液晶面板，其所接收到的偏振光 为P偏振光，经过单片微显示面板30的调制后，转换为携有图像信息的S偏振光，且将其反 射回平板偏振分光器10上，由平板偏振分光器10将该S偏振光反射至投影物镜上。换句 话说，投影物镜与单片微显示面板30相邻设置。此时，投影物镜40是用于投射携有图像信 息的S偏振光。图3所示为本发明第二实施方式的微型投影光学引擎的平面结构示意图，该微型 投影光学引擎与第一实施方式的微型投影光学引擎的结构基本相同，区别在于图3所示的 微型投影光学引擎的单片微显示面板30’接收到的是s偏振光，经过单片微显示面板30’的调制后，将转换为携有图像信息的P偏振光，且将其反射回平板偏振分光器10上，由平板 偏振分光器10将该P偏振光透射至投影物镜40上。换句话说，投影物镜40与单片微显示 面板30’相对平行设置，用于投射携有图像信息的另一偏振光，即P偏振光。因此，本发明的微型投影光学引擎，采用无机的平板偏振分光器，具有工艺简单、 高消光比、抗高温、光接收角宽、体积小、重量轻等优点，有利于光学引擎的微型化，此外，照 明装置输出的光经平板偏振分光器后，提供给微显示面板，之后，微显示面板调制出图像光 再次通过平板偏振分光器进入投影物镜，从投影物镜输出到外部屏幕，其光学系统设计过 程仅涉及照明装置，一个平板偏振分光器、单片微显示面板以及投影物镜，不涉及其他光学 器件，所使用的光学元件较少，结构简单、紧凑，尺寸较小，投影显示质量好，生产成本较低， 满足市场微型化、轻量化的需求。以上所述之具体实施方式
为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体 实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式
，例如照明装置出射至平板偏振分 光器的照明光可以是非偏振光。此时，微显示面板的数量可以是一个也可以是2个。另外， 微显示面板还可以为透射式液晶面板等。凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均包 含本发明的保护范围内。
权利要求
一种平板偏振分光器，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还包括透明无机介质层，所述偏振分光膜设置在所述透明平面基板与透明无机介质层之间。
2.根据权利要求1所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明平面基板与透明无 机介质层为相同或不同型号的玻璃制成。
3.根据权利要求2所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明无机介质层的厚度 为 0. 03mm 0. 07mmo
4.根据权利要求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 于透明无机介质层的厚度。
5.根据权利要求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 小于透明无机介质层的折射率。
6.根据权利要求1所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明无机介质层的上表 面镀有第一增透膜，所述第一增透膜的总厚度小于所述偏振分光膜的总厚度。
7.根据权利要求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 镀有第二增透膜。
8.根据权利要求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、第二增透膜均为多层光学薄膜的堆叠。
9.根据权利要求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与所 述第二增透膜的膜系相同或不同。
10.根据权利要求1至9任意一项所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述偏振分光 膜为无机偏振分光膜，镀于所述透明平面基板的上表面或者透明无机介质层的下表面。
11.根据权利要求1至9任意一项所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明平面 基板与偏振分光膜之间，或者所述透明无机介质层与偏振分光膜之间还设置有粘接胶层。
12.根据权利要求11所述的平板偏振分光器，其特征在于，临近所述粘接胶层的表面 还镀有增透膜。
13.根据权利要求1至9任意一项所述的平板偏振分光器，其特征在于，所述透明平面 基板与透明无机介质层采用深化光胶胶合成一体。
14.一种微型投影光学引擎，其包括照明装置，用于产生照明光；其特征在于，所述微型投影光学引擎还包括根据权利要求1至13中任意一项所述的平板偏振分光器，倾斜设置于所述照明装置的 出射光路上；微显示面板，用于对所接收到的偏振光进行调制，转换为与该偏振光垂直的另一偏振 光，并使该另一偏振光携有图像信息；以及投影物镜，用于投射携有图像信息的另一偏振光。
15.根据权利要求14所述的微型投影光学引擎，其特征在于，所述平板偏振分光器倾 斜角约为45°。
16.根据权利要求14所述的微型投影光学引擎，其特征在于，所述微显示面板为单片 微显示面板。
17.根据权利要求14所述的微型投影光学引擎，其特征在于，所述微显示面板为硅基 液晶面板或者透射式液晶面板。
全文摘要
一种平板偏振分光器，其包括透明平面基板，透明无机介质层，以及设置在所述透明平面基板与透明无机介质层之间的偏振分光膜。本发明的平板偏振分光器，通过设置透明无机介质层，减小所需膜层的厚度，结构简单，成本低廉，易于生产，且性能优良，具有高的消光比。另外，还提供一种使用该平板偏振分光器的微型投影光学引擎。
文档编号G03B21/14GK101923222SQ20091010794
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月12日 优先权日2009年6月12日
发明者王仁贵 申请人:红蝶科技(深圳)有限公司