偏振分光棱镜器件与显示设备制造技术

本发明专利技术提供了一种偏振分光棱镜器件与显示设备，所述偏振分光棱镜器件包括两个棱镜和一个分光组件，两个所述棱镜的斜面通过所述分光组件连接，所述分光组件至少包括层叠的第一金属线栅薄膜和吸收型偏振薄膜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学领域，尤其涉及一种偏振分光棱镜器件与显示设备。
技术介绍
高性能偏光棱镜光学器件，其具有高对比度、小F数、低成本以及简单易制作等灵活特点，从而可以方便的用于增强显示、背光源照明、裸眼3D显示以及投影显示等领域。对于一些可穿戴显示设备和投影设备，其主要信息显示核心部分为光学元件。显示系统利用光学元件将图像信息以一定的虚拟方式显示在人眼前方的一定距离处，这样方便佩戴者在浏览信息的同时可以观察到周围景物的变化。通常此类显示系统的核心光学组件主要分为三部分：照明系统组件、图像变换组件以及图像传输显示组件，同时结构轻巧、紧凑、大视场显示以及图像的高分辨率一直是此类光学系统的追求。其中获得高对比度、高亮度的图像是此类光学系统非常重要的一个指标，这些指标直接影响到整个系统的应用场合和对黑色图像的渲染效果。请参考图1，其示意了传统偏振分光棱镜原理示意图。传统的偏光棱镜主要基于采用镀膜工艺，使入射偏振光波的入射角度满足布儒斯特角入射时，可以保证在一定角度范围类的P偏振光波没有吸收的通过，而S光波被完全反射，从而实现需要的分光要求。图3中，从光源发出的光线Ray1、Ray2、Ray3、Ray4、Ray5以不同的角度入射到棱镜PR1表面，其入射角分别为：β-1、β-2、β-3、β-4＝0°、β-5，且入射角大小为：β-1＞β-2＞β-3＝β-5＞β-4。对于入射角和F数的关系为 t a n α = 1 2 × 1 F / # ]]>其中，α为入射光线与偏振分光棱镜表面法线的夹角，F数(F/#)表示偏振分光棱镜能够控制的入射光线角度的一个指标，F数越小，PBS的对比度以及可以利用的光波能量越高。对于入射光线Ray1、Ray2、Ray3、Ray5，其对应的F数分别为： t a n ( β - 1 ) = 1 2 × 1 F 1 / # ]]> tan ( β - 2 ) = 1 2 × 1 F 2 / # ]]> t a n ( β - 3 ) = 1 2 × 1 F 3 / # ]]> t a n ( β - 5 ) = 1 2 × 1 F 5 / # ]]>因此，F1/#＜F2/#＜F3/#＝＜F5/#。由于入射偏振光线Ray3、Ray4、Ray5的入射角满足偏振分光棱镜可控制的F数范围之内，即可以保证入射角度在β-3和β-5范围之内的S光波都可以被完全反射，而对于入射光线Ray1、Ray2，其入射角分别为β-1、β-2，此角度入射光线首先与棱镜1的侧面10相遇，由于此时入射光线与侧面10的夹角满足全反射条件被全部反射。光线Ray1、Ray2在棱镜1侧面反射后与三明治结构相遇，由于偏振分光棱镜无法控制入射角度为β-1、β-2的光波，因此会有一部分光线反射，一部分透射。透射的光波Refr-ray1和Refr-ray2直接进入棱镜2。由于透射光波偏离了光线的传播方向，因此造成了像质的严重降低，影响了对比度，同时由于光波能量的透射，导致可被利用的光波能量降低，进而降低了系统整体亮度。对于采用传统方式设计的偏振分光棱镜，入射光的角度、对比度以及亮度都很难在一定的范围之内控制的很好。再者，传统的偏振分光棱镜为了控制对比度，通常采用高折射率的光学材料来加工设计，而由于这些材料色散很严重，最终导致图像对比度降低，或有很严重的漏蓝色现象。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是由于照明系统组件带来的整体图像亮度低、对比度不高的严重缺陷。为了解决这一技术问题，本专利技术提供了一种偏振分光棱镜器件，包括两个棱镜和一个分光组件，两个所述棱镜的斜面通过所述分光组件连接，所述分光组件至少包括层叠的第一金属线栅薄膜和吸收型偏振薄膜。可选的，所述分光组件还包括第二金属线栅薄膜，所述第一金属线栅薄膜、吸收型偏振薄膜和第二金属线栅薄膜依次层叠。可选的，所述第一金属线栅薄膜和第二金属线栅薄膜均为反射型金属线栅薄膜。可选的，所述第一金属线栅薄膜、吸收型偏振薄膜和第二金属线栅薄膜之间通过匹配折射率的UV紫外固化胶进行胶合。可选的，所述第一金属线栅薄膜、吸收型偏振薄膜和第二金属线栅薄的透光轴方向保持一致。可选的，光线入射的所述棱镜的入射光的侧面设有起偏器。可选的，光线入射的所述棱镜的出射光的侧面设有四分之一波片。本专利技术还提供了一种显示设备，包括本专利技术可选方案提供的偏振分光棱镜器件。可选的，所述显示设备为可穿戴显示设备或投影机系统本专利技术可选的技术方案中：采用了三明治结构，即反射型的金属线栅薄膜、吸收型偏振薄膜和反射型金属线栅薄膜三层结构来实现。来自照明光学系统的光波经过二向色性偏振片的起偏，满足偏振分光组件对入射光波偏振态的需求。利用反射型金属线栅选择性分光的原理，可以反射或者透过需要的光波进而实现光线传播方向的转折，而吸收型偏振薄膜可以吸收掉从反射型的金属线栅漏掉的杂散光，从而提高了成像系统的整体对比度。因此通过金属线栅薄膜的反射以及吸收性偏振薄膜对来自反射型的金属线栅薄膜漏的光波能量的吸收，极大地提高了显示图像的对比度。再者由于反射型的金属线栅薄膜对大角度入射光线具有良好的控制效果，从而可以进一步了提高显示图像的亮度。与现有偏振分光棱镜器件相比，本专利技术的有益效果可以是：本专利技术设计的偏振分光棱镜光学器件主要有四个方面的明显优势：高对比度、高亮度、制造工艺简单以及成本低廉。这些优点导致本专利技术偏振分光棱镜光学器件与传统的偏振分光棱镜相比，可以极大地改善穿戴显示系统图像的对比度，有效的渲染黑色效果，降低加工难度以及制造成本，同时由于高亮度可以保证穿戴设备的应用场合，更为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种偏振分光棱镜器件，其特征在于：包括两个棱镜和一个分光组件，两个所述棱镜的斜面通过所述分光组件连接，所述分光组件至少包括层叠的第一金属线栅薄膜和吸收型偏振薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种偏振分光棱镜器件，其特征在于：包括两个棱镜和一个分光组件，两个所述棱镜的斜面通过所述分光组件连接，所述分光组件至少包括层叠的第一金属线栅薄膜和吸收型偏振薄膜。2.如权利要求1所述的偏振分光棱镜器件，其特征在于：所述分光组件还包括第二金属线栅薄膜，所述第一金属线栅薄膜、吸收型偏振薄膜和第二金属线栅薄膜依次层叠。3.如权利要求2所述的偏振分光棱镜器件，其特征在于：所述第一金属线栅薄膜和第二金属线栅薄膜均为反射型金属线栅薄膜。4.如权利要求2所述的偏振分光棱镜器件，其特征在于：所述第一金属线栅薄膜、吸收型偏振薄膜和第二金属线栅薄...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文君，王之凤，
申请(专利权)人：张文君，王之凤，
类型：发明
国别省市：上海;31