CN100570431C - 能提高投影显示颜色均匀性的x立方棱镜组件 - Google Patents

Abstract

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。

Description

能提高投影显示颜色均匀性的X立方棱镜组件

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14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能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：第一直角棱镜21、第二直角棱镜22、第三直角棱镜23和第四直角棱镜24胶合而成，第一直角棱镜21的斜面AD为绿光的入射面，第二直角棱镜22的斜面AB为蓝光的入射面，第四直角棱镜24的斜面CD为红光的入射面，第三直角棱镜23的斜面BC为合色光出射面，其特征在于：第一直角棱镜21的上直角面OA上镀有反射蓝光，透射绿光和红光的第一分光膜25，第三直角棱镜23的下直角面OC上镀有反射蓝光，透射绿光和红光的第三分光膜27，根据不同的孔径角要求，第一分光膜25和第三分光膜27之间的中心波长的偏移为5nm～25nm，第一直角棱镜21的下直角面OD上镀有反射红光，透射蓝光和绿光的第四分光膜28，第三直角棱镜23的上直角面OB上镀有反射红光，透射蓝光的第二分光膜26，根据不同的孔径角要求，第二分光膜26和第四分光膜28之间的中心波长偏移为5nm～30nm。

本发明的进一步特征是，第一分光膜25和第三分光膜27之间的中心波长偏移为10nm～20nm，第二分光膜26和第四分光膜28之间的中心波长偏移为10nm～20nm。

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。

附图说明

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所用第一分光膜25和第三分光膜27的透过率曲线图。

图5：实施例1所用第二分光膜26和第四分光膜28的透过率曲线图。

图6：第一分光膜25或第三分光膜27的消偏振膜曲线示意图。

图7：第二分光膜26或第四分光膜28的消偏振膜曲线示意图。

图8：实施例2所用第一分光膜25和第三分光膜27的透过率曲线图。

图9：实施例2所用第二分光膜26和第四分光膜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：

第一直角棱镜21的上直角面OA上镀有反射蓝光，透射绿光和红光的第一分光膜25，第一分光膜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OC上镀有反射蓝光，透射绿光和红光的第三分光膜27，第三分光膜27透过率曲线如图4所示，曲线的中心波长为503nm，第一分光膜25和第三分光膜27之间的中心波长的偏移为10nm，第一直角棱镜21的下直角面OD上镀有反射红光，透射蓝光和绿光的第四分光膜28，第四分光膜28曲线如图5所示，中心波长为575nm，第三直角棱镜23的上直角面OB上镀有反射红光，透射蓝光的第二分光膜26，第二分光膜26曲线如图5所示，中心波长为585nm，第二分光膜26和第四分光膜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，对第一分光膜25、第二分光膜26、第三分光膜27和第四分光膜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°角入射到第一分光膜25和第二分光膜26上，而左右部分光束将以不同的路径和角度入射到第一分光膜25和第三分光膜27上，左光束以小于45°的角度入射到第一分光膜25上，由于入射角小于45°，相对于正入射光束，第一分光膜25的反射特性将使波长向长波方向偏移，不会影响第一分光膜25反射蓝光的反射率，经过第一分光膜25反射的蓝光入射到第二分光膜26上，透过第二分光膜26后从合色光出射面BC出射；右光束透过第二分光膜26入射到第三分光膜27上，在第三分光膜27上入射角大于45°，第三分光膜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第三分光膜27，降低了蓝光在第三分光膜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第三分光膜27的中心波长先向长波方向偏移10nm，当大于45°的光线入射到第三分光膜27上时，第三分光膜27的中心波长向短波方向偏移到与第一分光膜25相似的曲线，保证了蓝光在第三分光膜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第二分光膜26和第四分光膜28上，左光束以小于45°的角度入射到第四分光膜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，不会影响第四分光膜28反射红光的反射率，经过第四分光膜28反射的红光入射到第三分光膜27上，透过第三分光膜27后从合色光出射面BC出射；右光束将先透过第三分光膜27入射到第二分光膜26上，在第二分光膜26上入射角大于45°，第二分光膜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第二分光膜26，降低了红光在第二分光膜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第二分光膜26的中心波长先向长波方向偏移10nm，当大于45°的光线入射到第二分光膜26上时，第二分光膜26的中心波长向短波方向偏移到与第四分光膜28相似的曲线，保证了红光在第二分光膜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。上光束入射到第一分光膜25上，透过第一分光膜25入射到第二分光膜26上，透过第二分光膜26后从出射面BC出射，下光束入射到第四分光膜28上，透过第四分光膜28入射到第三分光膜27上，透过第三分光膜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立方棱镜的红光入射面DC、绿光入射面AD和蓝光入射面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：

第一直角棱镜21的上直角面OA上镀有反射蓝光，透射绿光和红光的第一分光膜25，第一分光膜25其透过率曲线如图8所示，曲线的中心波长为493nm，第三直角棱镜23的下直角面OC上镀有反射蓝光，透射绿光和红光的第三分光膜27，第三分光膜27透过率曲线如图8所示，曲线的中心波长为513nm，第一分光膜25和第三分光膜27之间的中心波长的偏移为20nm，第一直角棱镜21的下直角面OD上镀有反射红光，透射蓝光和绿光的第四分光膜28，第四分光膜28的曲线如图9所示，中心波长为575nm，第三直角棱镜23的上直角面OB上镀有反射红光，透射蓝光的第二分光膜26，第二分光膜26的曲线如图9所示，中心波长为595nm：第二分光膜26和第四分光膜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立方棱镜的红光入射面DC、绿光入射面AD和蓝光入射面AB上时的透过率曲线，即45°入射到第一分光膜25、第二分光膜26、第三分光膜27、第四分光膜28上，对第一分光膜25、第二分光膜26、第三分光膜27和第四分光膜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。

Claims (4)

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：第一直角棱镜(21)、第二直角棱镜(22)、第三直角棱镜(23)和第四直角棱镜(24)胶合而成，第一直角棱镜(21)的斜面(AD)为绿光的入射面，第二直角棱镜(22)的斜面(AB)为蓝光的入射面，第四直角棱镜(24)的斜面(CD)为红光的入射面，第三直角棱镜(23)的斜面(BC)为合色光出射面，其特征在于：第一直角棱镜(21)的上直角面(OA)上镀有反射蓝光，透射绿光和红光的第一分光膜(25)，第三直角棱镜(23)的下直角面(OC)上镀有反射蓝光，透射绿光和红光的第三分光膜(27)，根据不同的孔径角要求，第一分光膜(25)和第三分光膜(27)之间的中心波长的偏移为5nm～25nm，第一直角棱镜(21)的下直角面(OD)上镀有反射红光，透射蓝光和绿光的第四分光膜(28)，第三直角棱镜(23)的上直角面(OB)上镀有反射红光，透射蓝光的第二分光膜(26)，根据不同的孔径角要求，第二分光膜(26)和第四分光膜(28)之间的中心波长偏移为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，第一分光膜(25)和第三分光膜(27)之间的中心波长偏移为10nm～20nm。

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，第二分光膜(26)和第四分光膜(28)之间的中心波长偏移为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，第一分光膜(25)和第三分光膜(27)之间的中心波长偏移为10nm～20nm，第二分光膜(26)和第四分光膜(28)之间的中心波长偏移为10nm～20nm。

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