专利名称：能提高投影显示颜色均匀性的x立方棱镜组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱镜组件 (X-prism),属光电显示的技术领域。
背景技术：
目前常见的透射式和反射式液晶投影显示系统虽然各具有不同 的系统构架，但几乎所有的系统构架都采用了 X立方棱镜组件，其作 用是红、绿和蓝三色光分别射入X立方棱镜组件各自对应的入射面 时，被棱镜胶合面上的分光膜反射或透射，在X立方棱镜组件的出射 面上合色，或反之，实现分色。X立方棱镜组件由四个直角棱镜胶合而成，如图1所示。立方棱 镜组件1由四个相同的直角棱镜11、 12、 13和H胶合而成，直角 棱镜11的上直角面和直角棱镜13的下直角面上镀有反射蓝光，透射 绿光和红光的分光膜15，即蓝膜，直角棱镜11的下直角面和直角棱 镜13的上直角面上镀有反射红光，透射蓝光和绿光的分光膜16，即 红膜，红光、绿光和蓝光的入射面分别为直角棱镜14、 11和12的斜 面，出射面是直角棱镜13的斜面。当红、绿和蓝三色光分别从其对应的入射面入射时，从出射面出 射的是白光，即实现合色。反之，当白光从出射面入射时，红、绿和 蓝三色光分别从各自的入射面出射，即实现分色。传统的X立方棱镜组件中，当红、绿和蓝三色光由对应的入射面以一定的孔径角入射时，由于上光束和下光束在红膜和蓝膜中入射角 不同，使不同波长的同一颜色的光经过红膜和蓝膜的透过率(或者反 射率)不同，引起出射面上的上光束和下光束的光强度不一致。如图2所示， 一定波段的绿光以一定的孔径角入射时，以中间轴线为分界 线，将入射光束分为上、下两部分，a为上光束，b为下光束，上光
束首先通过蓝膜，再经过红膜；下光束先通过红膜，再经过蓝膜。对 于上光束来说，通过蓝膜时有较小的入射角，通过红膜时有较大的入 射角，对于下光束来说，通过红膜时有较小的入射角，通过蓝膜时有 较大的入射角。由于分光膜的特性，不同入射角将产生不同的波长偏 移，因此造成上光束和下光束有不同的透过波长带，使光束在不同位 置产生颜色的不均匀。发明内容本发明的目的是提供一种提高投影显示颜色均匀性的X立方棱镜 组件，该组件能有效改善背景技术的缺点。本发明采用以下技术方案使上述目的得以实现本发明采用与背 景技术中X立方棱镜组件具有类似的结构，不同之处在于红膜和蓝膜 均分别采用中心波长有一个偏移的两段分光膜组成。现结合附图详细说明本发明的技术方案。一种能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱镜组件2，由四个相 同的直角棱镜21、 22、 23和24胶合而成，直角棱镜21的斜面AD 为绿光的入射面，直角棱镜22的斜面AB为蓝光的入射面，直角棱镜 24的斜面Cl)为红光的入射面，直角棱镜23的斜面BC为合色光出射 面，其特征在于直角棱镜21的上直角面0A镀有反射蓝光，透射绿 光和红光的分光膜25，直角棱镜23的下直角面OC也镀有反射蓝光， 透射绿光和红光的分光膜27，根据不同的孔径角要求，分光膜25和 27之间的中心波长的偏移为5nm 25nm，直角棱镜21的下直角面0D 上镀有反射红光，透射蓝光和绿光的分光膜28,直角棱镜23的上直 角面26上镀有反射红光，透射蓝光的分光膜26，根据不同的孔径角 要求，分光膜26和28的中心波长偏移为5nm 30nm。本发明的进一步特征是，分光膜25和27之间的中心波长偏差的 优选值为1()nm 20nm，分光膜26和28之间的中心波长偏差的优选 值为10nm 20謂。 本发明的进一步特征是，红、绿和蓝三色入射光是S偏振光。 本发明的进一步特征是，红、绿和蓝三色入射光是P偏振光。 本发明的进一步特征是，红、绿和蓝三色入射光同时包含s偏振 光和P偏振光。本发明的进一步特征是，红、绿和蓝三色入射光是自然光。 与背景技术相比，本发明的优点是本发明的X立方棱镜组件的 新型的分光膜使合色(或分色)与入射光的偏振态无关，能提高红、 绿和蓝三色光的合色(或分色)效率、光能利用率，和出射光束的颜色 均匀性。
图1:传统的X立方棱镜组件的结构示意图。图2:本发明的X立方棱镜组件的结构示意图。图3: X立方棱镜红、绿和蓝三色光的合光原理示意图。图4:实施例1所用分光膜25和27的透过率曲线图。图5:实施例1所用分光膜26和28的透过率曲线图。图6:分光膜25或27的消偏振膜曲线示意图。图7:分光膜26或28的消偏振膜曲线示意图。图8:实施例2所用分光膜25和27的透过率曲线图。图9:实施例2所用分光膜26和28的透过率曲线图。
具体实施方式
现结合附图和实施例详细说明本发明的技术方案和工作原理。 实施例1:本实施例提供一种X立方棱镜组件，该组件具有与附图3和发明 内容所述的结构完全相同的结构，其主要技术指标如下-直角棱镜21的上直角面0A镀有反射蓝光，透射绿光和红光的分 光膜25,分光膜25透过率曲线如图4所示，曲线的透过率为50%的
波长位置(中心波长)为493nm，直角棱镜23的下直角面0C镀有反 射蓝光，透射绿光和红光的分光膜27，分光膜27透过率曲线如图4 所示，曲线的中心波长为503nm,分光膜25和27之间的中心波长的 偏移为lOnm，直角棱镜21的下直角面OD上镀有反射红光，透射蓝 光和绿光的分光膜28，分光膜28曲线如图5所示，中心波长为575nm， 直角棱镜23的上直角面OB上镀有反射红光，透射蓝光的分光膜26， 分光膜26曲线如图5所示，中心波长为585nm，分光膜26和28的 中心波长偏移为10nm，另外，图4和图5表示的是当光线正入射到X 立方棱镜入射面上时的透过率曲线，也即45°入射到分光膜面上，对 分光膜25、分光膜26、分光膜27和分光膜28都采用了消偏振的设 计，光束的P光透过率曲线和S光透过率曲线是重合的，即消偏振的， 所以入射的红，绿和蓝光是与偏振无关的，图6和图7是X立方棱镜 两种消偏振分光膜曲线。现结合附图详细说明本发明的工作原理。如附图3所示，蓝光以一定的发散角从蓝光入射面AB入射进入X 立方棱镜，对正入射光束，蓝光以45°角入射到分光膜25和26上， 而左右部分光束将以不同的路径和角度入射到分光膜25和27上，左 光束以小于45。的角度入射到分光膜25上，由于入射角小于45。， 相对于正入射光束，分光膜25的反射特性将使波长向长波方向偏移， 不会影响分光膜25反射蓝光的反射率，经过分光膜25反射的蓝光入 射到分光膜26上，透过分光膜26后从合色光出射面BC出射；右光 束透过分光膜26入射到分光膜27上，在分光膜27上入射角大于45 ° ，分光膜27的反射特性将使中心波长向短波方向偏移，偏移量与 入射光束的孔径角有关，孔径角越大则波长偏移越大，这将导致一部 分蓝光在该面上不再发生反射而透过分光膜27，降低了蓝光在分光 膜27上的反射率。由于这种现象只发生在光轴的一侧，因此将引起 出射面BC上不同波长的蓝光不同的出射位置不一致，引起出射面BC 上出射光的颜色不均匀。本发明为减小这种影响，在分光膜设计时预
先将分光膜27的中心波长先向长波方向偏移10nm，当大于45°的光 线入射到分光膜27上时，分光膜27的中心波长向短波方向偏移到与 分光膜25相似的曲线，保证了蓝光在分光膜27上的反射率，进而也 保证了蓝光在出射面BC上的颜色均匀性。同理，红光以一定的发散角从红光入射面DC入射进入X立方棱 镜，对正入射光束，红光以45°角入射到分光膜上，而左右两部分光 束将以不同的路径和角度入射到分光膜26和28上，左光束以小于 45°的角度入射到分光膜28上，由于入射角小于45。，相对于45° 入射，分光膜的反射特性将使中心波长向长波方向偏移，不会影响分 光膜28反射红光的反射率，经过分光膜28反射的红光入射到分光膜 27上，透过分光膜27后从合色光出射面BC出射；右光束将先透过 分光膜27入射到分光膜26上，在分光膜26上入射角大于45° ，分 光膜26的反射特性将使中心波长向短波方向偏移，偏移量与入射光 束的孔径角有关，孔径角越大则波长偏移越大，这将导致一部分红光 在该面上不再发生反射而透过分光膜26，降低了红光在分光膜26上 的反射率。由于这种现象只发生在光轴的一侧，因此将引起出射面 BC上不同波长的红光的透过率在不同的出射位置不一致，引起出射 面BC上出射光的颜色不均匀。本发明为减小这种影响，在分光膜设 计时预先将分光膜26的中心波长先向长波方向偏移10nm，当大于45 °的光线入射到分光膜26上时，分光膜26的中心波长向短波方向偏 移到与分光膜28相似的曲线，保证了红光在分光膜26上的反射率， 进而也保证了红光在出射面BC上的颜色均匀性。一定孔径角的绿光从绿光入射面AD入射，上下两部分光束通过 不同的途径出射到出射面BC上。上光束入射到分光膜25上，透过分 光膜25入射到分光膜26上，透过分光膜26后从出射面BC出射，下 光束入射到分光膜28上，透过分光膜28入射到分光膜27上，透过 分光膜27后从出射面BC出射，虽然上下光束通过分光膜的次序不一 样，但由于光束相对于光轴是对称的因此绿光受波长偏移的影响较
小，颜色均匀性较好。因此，红，绿和蓝三色光分别从本实施例的x立方棱镜的红，绿和蓝光入射面DC、 AD、 AB入射，经X立方棱镜的合成光出射面BC 合成为白光后出射，因为红、绿和蓝光在各自的通道上都具有近似相 同的透过率，在合色光出射面上各自都比较均匀，因此合成的白光也 比较均匀，最终表现为投影视场内的光颜色均匀性好，色度一致。 实施例2本实施例提供一种X立方棱镜组件，该组件具有与图3和发明内 容所述的结构完全相同的结构，其主要技术指标如下直角棱镜21的上直角面0A镀有反射蓝光，透射绿光和红光的分 光膜25，分光膜25其透过率曲线如图8所示，曲线的中心波长为 493nm，直角棱镜23的下直角面0C也镀有反射蓝光，透射绿光和红 光的分光膜27，分光膜27透过率曲线如图8所示，曲线的中心波长 为513nm，分光膜25和27之间的中心波长的偏移为20nm，直角棱镜 21的下直角面0D上镀有反射红光，透射蓝光和绿光的分光膜28，分 光膜28的曲线如图9所示，中心波长为575nm，直角棱镜23的上直 角面0B上镀有反射红光，透射蓝光的分光膜26，分光膜26的曲线 如图9所示，中心波长为595nm:分光膜26和28的中心波长偏移为 20nm，另外，图8和图9表示的是当光线正入射到X立方棱镜入射面 DC、 AD、 AB上时的透过率曲线，即45°入射到分光膜25、 26、 27、 28上，对分光膜25、 26、 27和28都采用了消偏振的设计，曲线的P 光透过率曲线和S光透过率曲线是重合的，即消偏振的，所以入射的 红、绿和蓝光是与偏振无关的。
权利要求
1. 一种能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱镜组件(2)，由四个相同的直角棱镜(21)、(22)、(23)和(24)胶合而成，直角棱镜(21)的斜面AD为绿光的入射面，直角棱镜(22)的斜面AB为蓝光的入射面，直角棱镜(24)的斜面CD为红光的入射面，直角棱镜(23)的斜面BC为合色光出射面，其特征在于直角棱镜(21)的上直角面OA镀有反射蓝光，透射绿光和红光的分光膜(25)，直角棱镜(23)的下直角面OC也镀有反射蓝光，透射绿光和红光的分光膜(27)，根据不同的孔径角要求，分光膜(25)和(27)之间的中心波长的偏移为5nm～25nm，直角棱镜(21)的下直角面OD上镀有反射红光，透射蓝光和绿光的分光膜(28)，直角棱镜(23)的上直角面(26)上镀有反射红光，透射蓝光的分光膜(26)，根据不同的孔径角要求，分光膜(26)和(28)的中心波长偏移为5nm～30nm。
2、 根据权利要求1所述的能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱 镜组件(2)，其特征在于，分光膜25和27之间的中心波长偏差的优 选值为10nm 2()nm。
3、 根据权利要求1所述的能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱 镜组件(2)，其特征在于，分光膜26和28之间的中心波长偏差的优 选值为10nm 20nm。
4、 根据权利要求1所述的能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱 镜组件(2)，其特征在于，分光膜25和27之间的中心波长偏差的优 选值为10nm 20nm，分光膜26和28之间的中心波长偏差的优选值 为10nm 20訓。
5、 根据权利要求1所述的能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱镜组件(2)，其特征在于，红、绿和蓝三色入射光是S偏振光。
6、 根据权利要求1所述的能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱 镜组件(2)，其特征在于，红、绿和蓝三色入射光是P偏振光。
7、 根据权利要求1所述的能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱 镜组件(2),其特征在于，红、绿和蓝三色入射光同时包含S偏振光 和P偏振光。
8、 根据权利要求1所述的能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱 镜组件(2)，其特征在于，红、绿和蓝三色入射光是自然光。
全文摘要
一种能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱镜组件(X-prism)，属光电显示的技术领域。本发明采用的X立方棱镜组件由四个相同的直角棱镜(21、22、23和24)胶合而成，胶合面上镀有分光膜(25、26、27和28)，分光膜(25和27)之间的中心波长的偏移为5nm～25nm，优选值为10nm～20nm；分光膜(26和28)的中心波长偏移为5nm～30nm，优选值为10nm～20nm。本发明的优点是本发明的X立方棱镜组件的新型的分光膜使合色(或分色)与入射光的偏振态无关，能提高红、绿和蓝三色光的合色(或分色)效率、光能利用率，和出射光束的颜色均匀性。
文档编号G02B27/10GK101211013SQ20061014880
公开日2008年7月2日 申请日期2006年12月31日 优先权日2006年12月31日
发明者刘啸虎, 楼云中, 辜长明, 义 郑, 耀 郑 申请人:青岛海泰镀膜技术有限公司