一种新型合光棱镜结构的制作方法

1.本实用新型属于光学元件技术领域，具体涉及一种新型合光棱镜结构。


背景技术：

2.合光棱镜是一种常用的光学元件，广泛用于lcos、dlp、3lcd等投影仪，光学仪器，照明，舞台激光等光学系统中。可用于不同波长光的合并，例如把r、g、b光合并成白光，原理如图5所示。也可用于分光，把不同波长的混合光分成几束不同波长的光。合光棱镜利用二向色原理，在4个直角棱镜上镀二向色分光膜，再胶合而成，如图6所示。传统合光棱镜使用4块直角玻璃，在直角面镀二向色分光膜，斜面镀增透膜，增加透光性，然后用光学胶水胶合成立方体。对胶合精度要求很高，角度公差一般要求在
±
30
″
(1
°
＝60
′
＝360
″
)范围之内，如果对位或胶合精度不佳，4块直角棱镜“x”交界处容易产生干扰，导致色斑、眩光、鬼影、彩虹等异常。2种二向色分光膜对齐，3种光在同一个地方反射、透射，容易产生干扰。
3.目前彩色micro led有r(红)、g(绿)、b(蓝)led直接转印，单色micro led加量子点，白光micro led加滤光片的方案。r、g、b led直接转印：需要3次转印，工艺难度大，没有成熟设备，目前量产难度大，成本很高。单色micro led加量子点：量子点技术还不成熟，高精度图形化量子点困难，成本也很高。白光micro led加滤光片：r、g、b滤光片需要3次光刻工艺，工艺复杂，成本高；而且彩色光刻胶解析力差，无法满足超高分辨率对线宽的需求；另外，随着cf线宽变小，彩色光刻胶稳定性会变差，容易在使用过程中降解，导致色域变差，所以开发不需要cf的micro led彩色化的技术很有必要。
4.目前彩色硅基oled(有机发光二极管)，主要采用白光oled加滤光片(cf，color filter)的方案。cf micro oled滤光片过滤r、g、b，工艺复杂，良率低，成本高。而且随着分辨率增加，像素尺寸越来越小，滤光片(cf，color filter)尺寸也越来越小，例如3000ppi时cf线宽约3um，如果分辨率进一步增加，cf线宽要求≤2um甚至更小。cf材料一般是负胶，分辨率很难做到≤2um，尤其是micro oled采用的低温cf，解析力更差，所以cf micro oled不能满足更高分辨率线宽需求。另外，随着cf线宽变小，彩色光刻胶稳定性会变差，容易在使用过程中降解，导致色域变差。所以开发不需要cf的micro oled彩色化的技术同样很有必要。


技术实现要素：

5.针对现有技术中存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、使用方便的彩色显示结构，用于解决现有技术中存在的不足。
6.为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：一种新型合光棱镜结构，其特征在于：包括棱镜ⅰ、棱镜ⅱ、棱镜ⅲ和二向色分光膜，所述棱镜ⅰ和棱镜ⅱ设置在棱镜ⅲ的两侧，二向色分光膜设置在棱镜ⅰ与棱镜ⅲ接触的平面上、棱镜ⅱ与棱镜ⅲ接触的平面上。
7.进一步的，所述棱镜ⅰ、棱镜ⅱ和棱镜ⅲ均为三角形结构，棱镜ⅰ和棱镜ⅱ对称设置在棱镜ⅲ的两侧构成长方体结构。
8.进一步的，所述棱镜ⅰ、棱镜ⅱ和棱镜ⅲ均为等腰直角三角形结构，棱镜ⅰ的斜边与棱镜ⅲ的一条直角边贴合，棱镜ⅱ的斜边与棱镜ⅲ的另一条直角边贴合。
9.进一步的，所述二向色分光膜包括二向色分光膜ⅰ和二向色分光膜ⅱ，二向色分光膜ⅰ镀在棱镜ⅰ的斜面上，二向色分光膜ⅱ镀在棱镜ⅱ的斜面上。
10.进一步的，所述棱镜ⅰ和棱镜ⅱ的直角边上镀增透膜，在棱镜ⅲ的斜面上镀增透膜。
11.进一步的，所述二向色分光膜ⅰ和二向色分光膜ⅱ为相互独立的整块结构，二向色分光膜ⅰ和二向色分光膜ⅱ分别镀在棱镜ⅰ和棱镜ⅱ形成v型结构。
12.进一步的，所述棱镜ⅲ的斜面上设有蓝光micro led，棱镜ⅰ的竖直直角边上设有绿光micro led，棱镜ⅱ的水平直角边上设有红光micro led，二向色分光膜ⅰ为反蓝透红绿二向色膜，二向色分光膜ⅱ为反红透蓝绿二向色膜。
13.进一步的，所述棱镜ⅲ的斜面上设有蓝光micro oled，棱镜ⅰ的竖直直角边上设有绿光micro oled，棱镜ⅱ的水平直角边上设有红光micro oled，二向色分光膜ⅰ为反蓝透红绿二向色膜，二向色分光膜ⅱ为反红透蓝绿二向色膜。
14.采用本实用新型技术方案的优点为：
15.1、本实用新型相对于立方体合光棱镜来说使用错位排布方式，二向色分光膜ⅰ和二向色分光膜ⅱ不对齐，错位分开，使用三块棱镜就可以胶合成成一个长方体合光棱镜。工艺简单，成本低；制造精度要求更低；光学干扰降低；二向色分光面对齐更好。
16.2、本实用新型通过使用错位长方体二向色镜组和空间混色法，合并红光micro led/oled、绿光micro led/oled和蓝光micro led/oled的图像，最终实现彩色mirco led/oled的目的，工艺简单，成本低，解决了彩色光刻胶解析力差不满足超高分辨率需求的问题，稳定性好，分辨率更高，同时解决了rgb像素间串扰导致的色域降低的问题；且错位长方体二向色合光棱镜工艺更简单，光学干扰更少。
附图说明
17.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
18.图1为本实用新型合光棱镜结构示意图；
19.图2为本实用新型合光棱镜结构爆炸示意图；
20.图3为本实用新型二向色镜组micro led结构示意图；
21.图4为本实用新型二向色镜组micro oled结构示意图；
22.图5为传统合光棱镜工作原理图；
23.图6为传统合光棱镜结构爆炸图；
24.图7为二向色分光膜工作原理图。
25.上述图中的标记分别为：1、棱镜ⅰ；2、棱镜ⅱ；3、棱镜ⅲ；4、蓝光micro led；5、绿光micro led；6、红光micro led；7、蓝光micro oled；8、绿光micro oled；9、红光micro oled；10、二向色分光膜；11、二向色分光膜ⅰ；12、二向色分光膜ⅱ。
具体实施方式
26.在本实用新型中，需要理解的是，术语“长度”；“宽度”；“上”；“下”；“前”；“后”；
“
左”；“右”；“竖直”；“水平”；“顶”；“底”“内”；“外”；“顺时针”；“逆时针”；“轴向”；“平面方向”；“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位；以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
27.如图1至图7所示，一种新型合光棱镜结构，其特征在于：包括棱镜ⅰ1、棱镜ⅱ2、棱镜ⅲ3和二向色分光膜10，所述棱镜ⅰ1和棱镜ⅱ2设置在棱镜ⅲ3的两侧，二向色分光膜10设置在棱镜ⅰ1与棱镜ⅲ3接触的平面上、棱镜ⅱ2与棱镜ⅲ3接触的平面上。
28.棱镜ⅰ1、棱镜ⅱ2和棱镜ⅲ3均为三角形结构，棱镜ⅰ1和棱镜ⅱ2对称设置在棱镜ⅲ3的两侧构成长方体结构。优选的，棱镜ⅰ1、棱镜ⅱ2和棱镜ⅲ3均为等腰直角三角形结构，棱镜ⅰ1的斜边与棱镜ⅲ3的一条直角边贴合，棱镜ⅱ2的斜边与棱镜ⅲ3的另一条直角边贴合。
29.二向色分光膜10包括二向色分光膜ⅰ11和二向色分光膜ⅱ12，二向色分光膜ⅰ11镀在棱镜ⅰ1的斜面上，二向色分光膜ⅱ12镀在棱镜ⅱ2的斜面上。为增加透光性，所有棱镜光入射面镀增透膜，在棱镜ⅰ1和棱镜ⅱ2的直角边上镀增透膜，在棱镜ⅲ3的斜面上镀增透膜。二向色分光膜ⅰ11和二向色分光膜ⅱ12为相互独立的整块结构，二向色分光膜ⅰ11和二向色分光膜ⅱ12分别镀在棱镜ⅰ1和棱镜ⅱ2形成v型结构。相对于传统的立方体合光棱镜来说，本实用新型通过使用错位排布方式，二向色分光膜ⅰ11和二向色分光膜ⅱ12不对齐，错位分开，使用三块棱镜就可以胶合成一个长方体合光棱镜，结构如图1所示。
30.本实用新型通过三个棱镜两个二向色分光膜构成的错位长方体合光棱镜与传统立方体合光棱镜相比具有以下优点：
31.1.工艺简单，成本低，传统合光棱镜需要四块二向色镀膜玻璃，而错位长方体合光棱镜只需要两块二向色镀膜玻璃+一块玻璃，结构简单，工艺简单，成本降低；
32.2.精度要求更低，传统合光棱镜需要四块棱镜胶合，存在一个“x”交界点，在这里容易产生干扰，错位长方体合光棱镜不存在“x”交界点，精度要求会降低；
33.3.光学干扰降低，传统合光棱镜三束光在同一处反射、透射，合光处存在四个界面，干扰很严重，尤其是玻璃面异常，或二向色薄膜面存在膜厚、膜质、缺陷差异时，会更严重，而本实用新型的错位长方体结构，将三束光的反射、透射距离拉长，在两个位置合光，每个合光位置只有一个界面，干扰改善很大；
34.4.本实用新型二向色分光面对齐更好，传统结构的二向色分光面被“x”点分割，上下两块棱镜会存在对齐偏差，而错位长方体结构，两个二向色分光面是错位独立的一整块，不存在对齐偏差。
35.将本实用新型的合光棱镜与micro led(微型发光二极管)组合使用构成二向色镜组micro led，其具体结构为：在棱镜ⅲ3的斜面上设有蓝光micro led4，棱镜ⅰ1的竖直直角边上设有绿光micro led5，棱镜ⅱ2的水平直角边上设有红光micro led6，二向色分光膜ⅰ11为反蓝透红绿二向色膜，二向色分光膜ⅱ12为反红透蓝绿二向色膜。
36.通过使用错位长方体二向色镜组和空间混色法，合并红光micro led、绿光micro led和蓝光micro led的图像，最终输出彩色micro led图像。二向色镜工作原理如图7所示，在玻璃基板上沉积不同折射率的光学薄膜交替层，具有不同折射率的层之间的界面会产生相位反射，从而选择性增强某些波长的光并干扰其它波长。通常使用真空沉积工艺，通过控制折射率、厚度和层数，频率的通带可以根据需要调整滤波器的宽度并使其变宽或变窄。错
位长方体二向色镜组包括反蓝透红绿和反红透蓝绿两种二向色膜(即二向色分光膜ⅰ11为反蓝透红绿二向色膜，二向色分光膜ⅱ12为反红透蓝绿二向色膜)，二向色镜组micro led结构如图3所示，使用三块棱镜粘贴而成，工艺简单，两种二向色膜错位，光学干扰少。
37.二向色镜组micro led工作原理：绿光micro led的图像透过反蓝透红绿和反红透蓝绿二向色膜，到达图像输出端；红光micro led图像透过反蓝透红绿二向色膜，并被反红透蓝绿二向色膜反射，到达图像输出端；蓝光micro led图像被反蓝透红绿二向色膜反射，并透过反红透蓝绿二向色膜，到达图像输出端；最终r(红)、g(绿)、b(蓝)三个画面在输出端的屏幕上或人眼处合并，组成一个彩色画面。
38.将本实用新型的合光棱镜与micro oled(微型有机发光二极管)组合使用构成二向色镜组micro oled，其具体结构为：在棱镜ⅲ3的斜面上设有蓝光micro oled7，棱镜ⅰ1的竖直直角边上设有绿光micro oled8，棱镜ⅱ2的水平直角边上设有红光micro oled9，二向色分光膜ⅰ11为反蓝透红绿二向色膜，二向色分光膜ⅱ12为反红透蓝绿二向色膜。
39.通过使用二向色镜组和空间混色法，合并红光micro oled、绿光micro oled和蓝光micro oled的图像，最终输出彩色mirco oled图像。二向色镜工作原理如图7所示，在玻璃基板上沉积不同折射率的光学薄膜交替层，具有不同折射率的层之间的界面会产生相位反射，从而选择性增强某些波长的光并干扰其它波长。通常使用真空沉积工艺，通过控制折射率、厚度和层数，频率的的通带可以根据需要调整滤波器的宽度并使其变宽或变窄。
40.二向色镜组micro oled包括反蓝透红绿和反红透蓝绿种二向色膜，二向色镜组micro oled结构如图4所示，结构简单，使用三块棱镜粘贴而成，工艺简单，两种二向色膜错位，干扰少。二向色镜组micro oled工作原理：绿光micro oled的图像透过反蓝透红绿和反红透蓝绿二向色膜，到达图像输出端；红光micro oled图像透过反蓝透红绿二向色膜，并被反红透蓝绿二向色膜反射，到达图像输出端；蓝光micro oled图像被反蓝透红绿二向色膜反射，并透过反红透蓝绿二向色膜，到达图像输出端；最终rgb三个画面在输出端的屏幕上或人眼处合并，组成一个彩色画面。
41.二向色镜组micro led/oled与cf micro oled或其它技术相比具有以下优点：
42.1.二向色镜组micro led/oled工艺简单，不需要三次巨量转印，不需要量子点技术，不需要cf图形化工艺，成本低；对于二向色镜组micro oled来说其亮度高，二向色镜组micro oled没有cf滤光，oled发光直接输出，光利用率高，亮度高，满足ar/mr投影应用；
43.2.二向色镜组micro led/oled不需要图形化彩色光刻胶，避免了彩色光刻胶解析力差不满足超高分辨率需求的问题；
44.3.稳定性好，二向色镜组采用多个不同折射率介质膜堆叠组成，不使用有机物，避免了强光下有机彩色光刻胶的降解；
45.4.分辨率更高，相比于传统micro led和cf micro oled rgb 3个子像素算1个像素，二向色镜组micro led/oled 1个像素就算1个有效像素，所以相同像素大小时，二向色镜组micro led/oled有效像素数量是cf micro led/oled的3倍，分辨率更高；
46.5.相比于立方体合光棱镜，本实用新型利使用的错位长方体二向色合光棱镜，使用三块棱镜粘贴而成，棱镜工艺更简单，两种二向色膜错位，光学干扰更少。
47.本实用新型相对于立方体合光棱镜来说使用错位排布方式，二向色分光膜ⅰ和二向色分光膜ⅱ不对齐，错位分开，使用三块棱镜就可以胶合成成一个长方体合光棱镜。工艺
简单，成本低；制造精度要求更低；光学干扰降低；二向色分光面对齐更好。
48.本实用新型通过使用错位长方体二向色镜组和空间混色法，合并红光micro led/oled、绿光micro led/oled和蓝光micro led/oled的图像，最终实现彩色mirco led/oled的目的，工艺简单，成本低，解决了彩色光刻胶解析力差不满足超高分辨率需求的问题，稳定性好，分辨率更高，同时解决了rgb像素间串扰导致的色域降低的问题；且错位长方体二向色合光棱镜工艺更简单，光学干扰更少。
49.以上结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。