投影显示单元的偏振光变换装置的制作方法

xiaoxiao2020-7-2  2

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专利名称:投影显示单元的偏振光变换装置的制作方法
技术领域
本发明涉及一种投影显示单元。更具体地说,本发明涉及一种偏振光变换装置,其简单地将偏振光分光器和偏振光变换器结合成一体,以提高光学效率和生产率。
一般,例如投影电视和视频投影仪等产品的图像投影系统通过使用例如专门制造的小型阴极射线管、液晶显示装置或聚合分散液晶显示器等的图像显示装置产生图像。由于图像投影系统可利用投影透镜由产生的图像获得大尺寸的屏幕,因此最近其需求不断上升。


图1是使用传统的偏振光束分束器的投影显示单元的光学系统的结构的示意图。
如图1所示,投影显示单元10包括一光源11;一偏振光束分束器12(以下称为PBS),其将光源11发射的光分成反射的S偏振光波18和透射的P偏振光波19;一板式反射镜13,其使在PBS 12上反射的S偏振光波18与P偏振光波19同方向;以及一半波板偏振光变换器14,它将由反射镜13改变方向的S偏振光波18改变相位,该光具有λ/2的相差。
该投影显示单元10还包括一聚光器15,其将由PBS12透射来的P偏振光波19和透过半波板的S偏振光波18会聚;一液晶显示装置16,其将由聚光器15投射来的光透过;和一投影透镜装置17,其将透射过液晶显示装置16的液晶层的入射光放大地投射在一屏幕(未示出)上。
如上所述,当由光源11投射的光进入PBS 12时,投影显示单元10分离出两个偏振光成分,透射P偏振光波19,而反射S偏振光波18。透射的P偏振光波19进入液晶显示装置16。反射的S偏振光波18由反射镜13改变方向,然后由偏振光变换器14变换为P偏振光波,最后进入液晶显示装置16。
图2是使用传统的偏振光分束玻璃的投影显示单元的光学系统的结构的示意图。
如图2所示,使用传统的偏振光分束玻璃的投影显示单元20包括光源21;偏振分离介质22,其将光源21的光分成反射的S偏振光波28和透射的P偏振光波29;一板式反射镜23,将从偏振分离介质22来的P偏振光波29反射到与S偏振光波28同方向;以及半波板式偏振光变换器24,将被反射镜23改变方向的S偏振光波18变换相位,该光具有λ/2的相差。
该投影显示单元20还包括一液晶显示装置25,其透过从偏振分离介质22来的P偏振光波29和透过半波板的S偏振光波28;和一投影透镜装置27,其将透射过液晶显示装置25的液晶层的入射光放大地投射在一屏幕(未示出)上。
如果从光源21透射来的光进入偏振分离介质22,如上所述结构的投影显示单元20分离出两个偏振光成分,透射P偏振光波29,而反射S偏振光波28。反射的S偏振光波28进入液晶显示装置25。透射的P偏振光波29由反射镜23改变方向,然后由偏振光变换器24变换为S偏振光波,最后进入液晶显示装置25。
但是,在使用所述PBS或所述偏振分离玻璃的情况下,投影显示单元的光学效率降低50%,而价格昂贵的偏振光变换器使得成本上升。另外,由于小的偏振光分离器和偏振光变换器连接,并且在光路的垂直方向上使用,以保证光强的空间均匀性,所以其制造和组装工艺复杂、困难。因此投影显示单元的生产率低。
因此,本发明的目的是提供一种偏振光变换装置,其整合偏振光分离器和偏振光变换器,以便形成一简单的结构和简单的组装工艺。
为了实现本发明的目的,本发明提供一种投影显示单元的偏振光变换装置,包括具有预定厚度的介质,其将以布鲁斯特角入射的入射光变换成具有λ/2的相差的光;偏振光分离膜,其通过介质的涂覆的前侧和涂覆的后侧从以布鲁斯特角进入的入射光中透射P偏振光波而反射S偏振光波,其中从以布鲁斯特角进入的入射光中,在一偏振光分离膜的涂覆表面处S偏振光波被反射而P偏振光波被透射,透射的P偏振光波透射通过具有预定厚度的介质时具有λ/2的相差,并沿着通过偏振光分离膜被反射的S偏振光波的方向前进。
根据本发明,介质由具有短光轴和双折射的材料制成,对于可见光其寻常折射率不同于非寻常波折射率。
偏振光分离膜是一薄膜覆层,用于提高从入射光中反射出的S偏振光波和透射的P偏振光波的纯净度。另外薄膜覆层为多层介电涂层。
为实现本发明目的,另一实施例提供一种投影显示单元的偏振光变换装置,包括具有预定厚度的介质,其将以布鲁斯特角入射的入射光变换成具有λ/4相差的光;偏振光分离膜,由一薄膜覆层形成,其通过介质的涂覆的前侧提高从以布鲁斯特角进入的入射光中反射出的S偏振光波和透射的P偏振光波的纯净度;以及一全反射镜,其通过介质的涂敷的后侧反射透过介质的光,其中从以布鲁斯特角进入的入射光中,在一偏振光分离膜的涂覆表面处S偏振光波被反射而P偏振光波被透射,透射的P偏振光波透射通过具有预定厚度的介质时具有λ/4的相差,并在所述全反射镜上反射之后透过所述预定厚度的介质时又具有λ/4的相差,从而具有λ/2的相差,并沿着在所述偏振光分离膜处被反射的S偏振光波的方向前进。
按照另一实施例,介质由具有短光轴和双折射的材料制成,对于可见光其寻常折射率不同于非寻常折射率。
偏振光分离膜是一薄膜覆层,用于提高从入射光中反射出的S偏振光波和透射的P偏振光波的纯净度。另外薄膜覆层为多层介电涂层。
因此,本发明提高了光学效率和生产率,而通过使用介质降低了成本,该介质具有分离和变换偏振光的作用。
通过结合附图对本发明实施例的描述,本领域技术人员能更清楚地了解本发明,其中图1是使用传统的偏振光分束器的投影显示单元的光学系统的结构的示意图;图2是使用传统的偏振光分离介质的投影显示单元的光学系统的结构的示意图;图3是根据本发明的投影显示单元的偏振光变换装置的横截面图;图4是根据本发明另一实施例的投影显示单元的反射型偏振光变换装置的横截面图。
下面参照附图描述本发明的优选实施例。
图3是根据本发明的投影显示单元的偏振光变换装置的横截面图。如图3所示,一投影显示单元的偏振光变换装置104包括一预定厚度的介质104a;偏振光分离膜104b,其涂敷在介质的前侧和后侧。介质104a由具有短光轴和双折射的材料制成,对于可见光(400-700nm)其寻常折射率不同于非寻常折射率。
优选介质104a为晶态石英,由对于550nm波长的光具有平均折射率1.5506和双折射率0.0090的材料制成,双折射率为寻常折射率和非寻常折射率的差。具有短光轴和双折射的有机材料,例如聚碳酸酯薄膜,也可用作介质104a。
入射的布鲁斯特角由下式得到,对于上述晶态石英计算结果为57.18°。
公式1θB=tan-1(Nbm/No)θB布鲁斯特角;Nbm介质的平均折射率;No空气折射率。
介质的厚度由布鲁斯特角获得。
公式2T1=2d cos(90°-θB)T1介质(104a)的厚度;d在垂直投射的情况下,由S偏振光波和P偏振光波的分量产生的λ/4的相差。
介质104a的厚度T1将以布鲁斯特角入射的入射光101变换成具有λ/2的相差的光。偏振光分离膜104b具有薄膜涂层。该薄膜涂层为多层介电涂层,以提高从以布鲁斯特角入射的入射光101中反射的S偏振光波R(S)102和透射的P偏振光波T(P)106的纯净度。
下面介绍本发明的投影显示单元的偏振光变换装置的工作。在其前侧有薄膜覆层的偏振光分离膜104b从以布鲁斯特角入射的入射光I(P+S)101中反射S偏振光波R(S)102和透射P偏振光波T(P)106。透射的P偏振光波T(P)106在透过具有预定厚度(T1)的介质时具有λ/2的相差,并成为与反射的S偏振光波R(S)102一样的S偏振光波T2(P)103。变换后的S偏振光波T2(P)103的方向被一全反射镜105改变,成为与被偏振光分离膜104b反射的S偏振光波R(S)102同方向。
图4是根据本发明另一实施例的投影显示单元的反射型偏振光变换装置的横截面图。如图4所示,投影显示单元的反射型偏振光变换装置206包括介质206a,其具有预定的厚度;涂敷介质206a的前侧的偏振光分离膜206b;和全反射镜206c,其涂敷介质206a的后侧。介质206a与上述的介质104a一样由具有双折射率的同样的材料或同样的有机物膜制成,其厚度为介质104a厚度的一半。介质206a的厚度由下式得到。
公式3θB=tan-1(Nbm/No)θB布鲁斯特角;Nbm介质的平均折射率;No空气折射率。
公式4T2=d cos(90°-θB)T2介质(206a)的厚度;d在垂直投影的情况下,由S偏振光波和P偏振光波的分量产生的λ/4的相差。
偏振光分离膜为薄膜涂层。该薄膜涂层为多层介电涂层,以提高从以布鲁斯特角入射的入射光I 201中完全反射的S偏振光波R 202和透射的P偏振光波T 203的纯净度。全反射镜完全反射透射过介质206a的光T 203。
下面介绍本发明的投影显示单元的反射型偏振光变换装置的工作。在其前侧有薄膜覆层的偏振光分离膜206b从以布鲁斯特角入射的入射光I 201中完全反射S偏振光波R202和透射P偏振光波T 206。透射的P偏振光波T 203在透过具有预定厚度T2的介质206a时具有λ/4的相差。在全反射镜206c处反射之后透射过预定厚度T2的介质206a时,具有λ/4的相差的T 203再次具有λ/4的相差。
因此,T 203具有λ/2的相差,并沿着在所述偏振光分离膜处被反射的S偏振光波R 202的方向前进,即TRT 205。
本发明提高了光学效率和生产率,而通过使用介质降低了成本,该介质具有分离和变换偏振光的作用。
尽管描述了本发明的优选实施例,本领域技术人员应认识到本发明不限于上述的实施例,在所附的权利要求书的范围内的各种改变和变形都包括在本发明的范围内。
权利要求
1.一种投影显示单元的偏振光变换装置,包括具有预定厚度的介质,其将以布鲁斯特角入射的入射光变换成具有λ/2的相差的光;偏振光分离膜,其通过所述介质的涂覆的前侧和涂覆的后侧透射P偏振光波而反射S偏振光波,其中从以布鲁斯特角进入的入射光中,所述偏振光分离膜反射S偏振光波而透射P偏振光波,透射的P偏振光波透射通过具有预定厚度的介质时具有λ/2的相差,并以与通过偏振光分离膜被反射的S偏振光波相同的S偏振光波前进。
2.如权利要求1所述的投影显示单元的偏振光变换装置,其特征在于,所述介质由具有短光轴和双折射的材料制成,对于可见光其寻常折射率不同于非寻常波折射率。
3.如权利要求1所述的投影显示单元的偏振光变换装置,其特征在于,所述偏振光分离膜是一薄膜覆层,用于提高从入射光中反射出的S偏振光波和透射的P偏振光波的纯净度。
4.如权利要求3所述的投影显示单元的偏振光变换装置,其特征在于,所述薄膜覆层为多层介电涂层。
5.一种投影显示单元的偏振光变换装置,包括具有预定厚度的介质,其将以布鲁斯特角入射的入射光变换成具有λ/4相差的光;偏振光分离膜,其通过所述介质的涂覆的前侧从以布鲁斯特角进入的入射光中反射S偏振光波和透射P偏振光波;以及一全反射镜,其通过介质的涂敷的后侧完全反射透过所述介质的光,其中所述的偏振光分离膜具有涂敷的前侧,从以布鲁斯特角进入的入射光中,反射S偏振光波而透射P偏振光波,所述透射的P偏振光波透射通过具有预定厚度的介质时具有λ/4的相差,并在所述全反射镜上反射之后透过预定厚度的介质时又具有λ/4的相差,从而具有λ/2的相差,并与在所述偏振光分离膜处被反射的S偏振光波具有同样的S偏振光波。
6.如权利要求5所述的投影显示单元的偏振光变换装置,其特征在于,所述介质由具有短光轴和双折射的材料制成,对于可见光其寻常折射率不同于非寻常波折射率。
7.如权利要求5所述的投影显示单元的偏振光变换装置,其特征在于,偏振光分离膜是一薄膜覆层,用于提高从入射光中反射出的S偏振光波和透射的P偏振光波的纯净度。
8.如权利要求7所述的投影显示单元的偏振光变换装置,其特征在于,所述薄膜覆层为多层介电涂层。
全文摘要
投影显示单元的偏振光变换装置,包括:具有预定厚度的介质,将以布鲁斯特角入射的光变换成具有λ/2的相差的光;偏振光分离膜,通过介质的涂覆的前侧和涂覆的后侧从以布鲁斯特角进入的入射光中透射P偏振光波而反射S偏振光波。从以布鲁斯特角进入的入射光中,一偏振光分离膜的涂覆表面反射S偏振光波而透射P偏振光波。透射的P偏振光波透射通过具有预定厚度的介质时具有λ/2的相差,沿着通过偏振光分离膜反射的S偏振光波的方向前进。
文档编号G02B5/30GK1281998SQ0010459
公开日2001年1月31日 申请日期2000年3月31日 优先权日1999年7月21日
发明者李钟洙 申请人:三星电子株式会社

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