CN101799589B - 色彩分离光学元件以及影像面板装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种色彩分离光学元件以及影像面板装置。该色彩分离光学元件具有整合的双面结构，每一面包含有微/纳米结构。此光学元件可将包含有不同波长组成的入射光源进行分束与分色。在空间中，原始入射光源依照强度被等同分裂成阵列光束，同时使不同波长组成的光束，依照波长分开在子光源中，而形成具色彩阵列分色传播的功能。此可调控光波色彩的光学元件可将宽频入射光源转换成阵列分色(分波)与分束的子光束。

Description

色彩分离光学元件以及影像面板装置

技术领域

本发明涉及一种色彩分离光学元件，且特别是涉及一种同时具有分束与分色效果的光学元件。

背景技术

数字影像是由多个像素以阵列方式所组成来呈现一个影像。另外，对于彩色影像而言，每一个像素例如是由红绿蓝三原色的三个子像素色彩所构成，以呈现出所要的色彩。一般要产生红绿蓝的三个子像素色彩，其对于每一个子像素需要设置对应所需要色彩光束的彩色滤光片色彩染料。如此，对于白光的入射光源，其使用效率会减少成1/3，其他非对应的色彩光束有约2/3将被吸收。

以平面显示器应用领域而言，TFT-LCD的背光源必须搭配液晶进行光场辉度调制及染料式彩色滤光片以呈现影像色彩调变。而在数字相机中的影像传感器，例如CCD或CMOS的元件内，也需要内建染料式彩色滤片膜以呈现原物体的全彩影像。其他如物体投影机、彩色摄录机及背投影电视机等，不论是单片式、三片式面板(TFT-LCD，LCOS)或二片式棱镜组，其都需搭配染料式彩色滤光片以呈现全彩影像处理功能。当系统采用传统染料式彩色滤光片时，因彩色滤光片每一影像像素只能呈现红绿蓝三原色中的单一色彩，一般约有三分之二的入射白光的能量被吸收，因而降低了光能利用效率，也降低了可携电子产品的电池续航寿命。此外染料式彩色滤光片本身的工艺繁琐，耗损工艺材料，产品及建厂成本居高不下。

本技术领域中的传统技术也提出多种针对不同考虑的设计，然而也都有其优缺点，因此，更多的不同技术仍在研发中。

发明内容

本发明提供一种色彩分离光学元件，可以取代传统染料式彩色滤光片。在维持高光能利用率的情况下，可产生阵列分色的色彩子光束，对应影像装置上的阵列像素且也可以实质上小角度或垂直入射面板层。

本发明提出一种色彩分离光学元件，以透明基板为主体，有第一表面与第二表面。第一表面接收入射光束。色彩分离光学元件包括多个第一微结构区域形成在第一表面上组成阵列，该多个第一微结构区域是具有第一曲面的多个第一曲面微结构，且每一个第一微结构区域的该第一曲面还有第一光栅微结构。多个第二微结构区域形成在该第二表面上，对应第一微结构区域设置，该多个第二微结构区域是具有第二曲面的多个第二曲面微结构，且每一个第二微结构区域的该第二曲面还有第二光栅微结构。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如该多个第一微结构区域将该入射光束分为阵列的多个聚集光束，该第一光栅微结构将每一该聚集光束分离出多个色彩次光束。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如该多个第二微结构区域将该些聚集光束以预定方向出射成为多个子光束，该第二光栅微结构将该子光束的每一该子色彩光束以次预定方向射出。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如该次预定方向实质上是小角度入射或垂直于该影像装置。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如第一曲面微结构的曲率半径大于第二曲面微结构的曲率半径。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如对应的第一曲面微结构与第二曲面微结构的二个中心位置可以是偏离配置。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如第一表面与第二表面上的微结构区域构成凹凹型透镜结构、凹凸型透镜结构、凸凹型透镜结构、或凸凸型透镜结构。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如从第二表面输出多个输出子光束，且每一个输出子光束分离成多个子色彩光束。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如该些微结构区域配置该些光栅微结构，使该些输出光束实质上是平行、会聚、发散输出。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如该些第一微结构区域与该些第二微结构区域分别是非单一曲率柱状单元，亦可实施为非单一曲率两维阵列对称或非对称单元以再提高光能利用率。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如该透明基板可以包含偏光材料。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如在第一表面上的第一微结构区域组成的阵列是一维分布阵列或是二维分布阵列。

本发明还提出另一种色彩分离光学元件，包括透明基板。透明基板包含有多个微透镜结构区域构成阵列。每一个微透镜结构区域的二个曲面表面分别有第一表面光栅微结构与第二表面光栅微结构。这些微透镜结构区域将入射光分成多个子光束。第一光栅微结构将该些光束分离出多个子色彩光束，第二光栅微结构将该些色彩光束往预定方向射出。

依照本发明实施例，在所述另一种色彩分离光学元件中，例如每一个微透镜结构区域是凹凹微透镜、凹凸微透镜、凸凹微透镜、或凸凸微透镜。

依照本发明实施例，在所述另一种色彩分离光学元件中，例如色彩光是实质上可以是平行、聚集或发散出射。

依照本发明实施例，在所述另一种色彩分离光学元件中，例如每一个微透镜结构区域的第一表面光栅微结构与第二表面光栅微结构的二个中心位置之间可以有位移距离。

依照本发明实施例，在所述色彩分离光学元件中，例如透明基板可以包含偏光材料。

本发明还提出一种影像显示面板装置，包括影像显示装置，有多个像素构成像素阵列，每一个像素包含多个次像素，分别对应多个原色光(如红绿蓝或更多)；以及色彩分离光学元件(或膜片)，接收入射光以产生该些原色光(如红绿蓝或更多)。色彩分离光学元件(或膜片)包括透明基板，其有多个微透镜结构区域构成阵列对应该子像素阵列。每一个微透镜结构区域的二个曲面表面分别有第一表面光栅微结构与第二表面光栅微结构。微透镜结构区域将该入射光分成多个子光束，且第一光栅微结构将该些光束分离出该些原色子色彩光，第二光栅微结构将该些原色光往子像素区域射出。

依照本发明实施例，在所影像(显示)装置中，例如每一个该些微透镜结构区域是凹凹微透镜、凹凸微透镜、凸凹微透镜、或凸凸微透镜。

依照本发明实施例，在所影像显示面板装置中，例如色彩光是实质上可以是平行出射、聚集出射或发散射出等。

依照本发明实施例，在所形成的影像显示装置中，例如每一个微透镜结构区域的第一表面光栅微结构与第二表面光栅微结构的二个中心位置之间可以有位移距离。

依照本发明实施例，在所影像显示面板装置中，例如透明基板包含偏光材料。

本发明还又提出一种色彩分离光学元件，以透明基板为主体，有第一表面与第二表面，该第一表面接收入射光束。色彩分离光学元件包括具有曲面的多个第一微结构区域在该第一表面上组成阵列，每一个该第一微结构区域有第一光栅微结构分布在该曲面上。其中第二表面是平面结构，且对应该些第一微结构区域设置且有第二光栅微结构。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示本发明动机的平面型光栅结构剖面示意图。

图2绘示曲面型光栅结构剖面示意图。

图3绘示依据本发明实施例的用于产生分束与聚集光束的光学元件剖面示意图。

图4绘示依据本发明实施例的色彩分离光学元件的结构示剖面意图。

图5绘示依据本发明实施例的色彩分离光学元件的结构示剖面意图。

图6绘示依据本发明实施例的色彩分离光学元件的结构示剖面意图。

图7绘示依据本发明实施例的色彩分离光学元件的结构示剖面意图。

图8绘示依据本发明实施例的色彩分离光学元件的结构示剖面意图。

图9绘示依据本发明实施例的色彩分离光学元件的结构示剖面意图。

图10绘示依据本发明实施例的色彩分离光学元件的结构示剖面意图。

图11绘示依据本发明实施例的色彩分离光学元件的结构示剖面意图。

图12绘示依据本发明实施例的影像面板装置的结构示意图。

图13～14绘示依据本发明实施例的色彩分离模拟机制示意图。

附图标记说明

100：平面型光栅

102：入射光

104：曲面型光栅

106：曲面

120、120’、200：透明基板

122、122’、202：透镜微结构

124、124’、204：透镜微结构

126：入射光

128：缩光束

130：显示面板

132：像素

132a-132d：像素

134：偏光材料

140、142：光栅结构

144：绕射光

146：原色光

150、152：中心位置

154：光学元件

156：入射区域

220：透明基板

222、224：光栅结构

226：平行原色光

228：显示面板

230a-230d：凹型微透镜结构

300：液晶面板装置

302：反射片

304：光源

306：色彩分离光学元件

308：偏光片

310：液晶胞层

312：分析器

具体实施方式

对于光学元件的光学现象，本发明考虑周期性的光学微纳米结构，通过调整入射光与周期微纳米结构斜面的相对角度，使得绕射光的方向和以光齿(Groove)小平面(Facet)为折射平面时的折射方向相同时，此时绕射光学效率在绕射方向(或Facet的折射方向)可达最大。本发明可以整合光的折射与绕射优化功能，设计出一种一体成形的装置，使入射不同波长组成的光源同时进行分束与分色，其例如也是分波功能，在空间中将原始入射光源依照强度等同分裂光束以形成阵列子光源，其例如也是分束功能，同时使不同波长组成的光束，依照波长分开在子光源中，而形成具有色彩阵列分色传播的功能，其例如也是分色功能。此可调控光波色彩的装置可将宽频入射光源转换成阵列分色(分波)与分束的子光束，以取代传统的染料式彩色滤光片。此装置可制作在偏光材料上，例如聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、高分子分散液晶(PDLC)、胆固醇液晶或各种反射式偏光片等等，进一步发展成偏振性色彩阵列分色传播的功能，使其应用于影像感测装置、显示面板或投影光机系统时，光能利用率可大幅超越传统染料式彩色滤光片系统。

以下举一些实施例来说明本发明，然而本发明不仅限于所举实施例，且所举的多个实施例之间也相互适当结合。

首先，本发明考虑到平面型光栅，图1绘示本发明的平面型光栅结构剖面示意图。参阅图1，对于平面型光栅100，其上面例如也具有周期的三角形光栅结构。具有波长的入射光102进入平面型光栅100后，对应光栅的周期与形状，对于穿透光的部分例如产生第0、+1、-1阶的绕射光0T、+1T、-1T，另外反射光的部分例如产生第0、+1、-1阶的绕射光0R、+1R、-1R。由于例如红绿蓝三原色光的波长不同，也因此可以产生分色的效果。

接着，本发明考虑到曲面型光栅的光学现象，图2绘示曲面型光栅结构剖面示意图。参阅图2，曲面型光栅104的曲面106上，有细微光栅结构，其没有绘出。根据罗兰圆(Rowland’s circle)的现象，当宽频谱入射光由P点进入第一组整合型曲面微结构的周期或非周期性的多边形光栅结构的入射点A时，将于Q点位置上输出多波长(或色彩)分离光斑。此曲面结构的半径R是C点到入射点A的距离。若是在曲面106上的光栅的周期为p，若入射光为RGB三原色，其波长分别为λr，λg及λb。A点附近的光栅视为近似平面光栅，CA为此平面光栅的法线，入射角和绕射角分别为α、β。依据光栅公式，此三色光取第m绕射阶时，绕射角度分别为：

${\mathrm{\β}}_r={\sin }^{-1}\frac{{\mathrm{m\λ}}_r}{p},$ ${\mathrm{\β}}_g={\sin }^{-1}\frac{{\mathrm{m\λ}}_g}{p},$ ${\mathrm{\β}}_b={\sin }^{-1}\frac{{\mathrm{m\λ}}_b}{p}.$

再根据曲面光栅公式，

$\frac{\cos \mathrm{\α}}{R}-\frac{{\cos }^2\mathrm{\α}}{r}+\frac{\cos \mathrm{\β}}{R}-\frac{{\cos }^2\mathrm{\β}}{r_1}=0,$

其条件即所谓的罗兰圆，其入射点P和绕射点Q皆在罗兰圆上。

经由数值解析后可取得一组第一面整合型曲面微结构的周期或非周期性的多边形结构，接着以偏折角度斜向或垂直面板方向上而会聚、平行或是发散入射于面板附近为目标，继续进行计算，再经由数值解析后设计出第二面整合型曲面微结构的周期或非周期性的多边形结构。

本发明于是提出色彩分离光学元件，可将入射不同波长组成的光源进行分束与分色，其例如是分波，在空间中将原始入射光源依照强度等同分裂光束成阵列子光源，同时使不同波长组成的光束，依照波长分开在子光源中，而形成具色彩阵列分色传播的功能。本发明对于优选实施例而言，不仅将入射光分成三原色阵列子光束外，且每个色光阵列子光束可平行于原入射光束的方向出射，此出射光束可达成平行、会聚或发散等光学行为方式传播。另外，依系统及光源而定，入射光也可使用多原色光源。此可调控光波色彩的装置可以取代传统染料式彩色滤光片，在维持高光能利用率的情况下，可产生对应于影像或显示装置，如TFT-LCD、LCOS或CCD、CIS等等，阵列像素且以小角度或垂直入射面板层的阵列分色的色彩子光束。

本发明提出一对曲面或平面或其组合的绕/折射整合型微结构分别位于平面基材上下表面上。若以应用于平面显示面板为例，此装置以一对可缩小光束直径的微曲面阵列微结构为基础，其表面上结合相对应的周期或非周期结构，使其形成绕/折射表面，而达到同时具备分束与分色功能的可调光波色彩装置

图3绘示依据本发明实施例，本发明用于产生分束与聚集光束的光学元件剖面示意图。参阅图3，光学元件154有透明基板120，在透明基板120的表面设置有聚集光的透镜微结构122，其接收入射光，因此将分别通过每一个透镜微结构122的入射光126聚集成子光束。在透明基板120的另一面又有对应的透镜微结构124，将聚集的光束转成与入射光126实质上相同行进方向的缩光束128。缩光束128可以例如配合显示面板130的像素132，提供所要的光源。就结构的整合而言，透明基板120以及透镜微结构122、124可以是整合的光学元件单体。至于，透镜微结构122、124的曲面可依照实际需要来设计。

接着，对于显示面板130的像素132，如果要显示彩色效果，像素132例如是由RGB的三个子像素所构成。因此前述的光学元件154还需要有分色的功能。图4绘示依据本发明实施例，色彩分离光学元件的结构剖面示意图。参阅图4，例如以图3的架构为基础，其提供将入射光分成多个次光束，其例如是对应影像装置的像素位置来设置。接着、就较细微的分色机制，本发明提出采用光栅的绕射现象来达到分色的效果。在透镜微结构122的表面上还制作光栅结构140。换句话说，入射光126是包含有多个波段的原色光，例如R、G、B的三种原色光有不同波长，经过光栅结构140的作用产生分色的绕射光144。透镜微结构122例如是柱状曲面，光栅结构140的多个切割条纹是沿着柱状的纵向方向，即是垂直于图面的方向平行延伸。图4的光栅结构是示意图。对波长的分色的效果以及光线偏折的方向，取决于光栅结构的设计条件，可以依实际需要调整。

分割的每一个光束，经过透明基板120的空间传播后，达到足够分离出原色光的程度后，进入透镜微结构124。在透镜微结构124上也有另一组光栅结构142，其作用是将分离的原色光在偏转成例如对应于影像面板130的子像素的方向射出的原色光146。优选的设计是使原色光146以小角度或近似垂直于影像面板130出射，如此至少有利于整体的对准组合与色彩纯化。小角度的范围例如是与垂直方向倾斜在5度以内，或是进一步在2度以内。然而，其不是必要的条件。

另外，如果需要偏光的效果，透明基板120可以包含产生偏振光的偏振光材料134，如此可以同时产生偏振色彩光束。

图4描述本发明色彩分离光学元件的机制。基于相同的机制，本发明可以有多种变化设计。图5绘示依据本发明实施例，色彩分离光学元件的结构示剖面意图。参阅图5，其与图4类似，而透明基板120’与图4的差异是透镜微结构124’的中心位置150与透镜微结构122’的中心位置152有偏离错位。由于透镜微结构122’所分离出的原色光会偏离一些角度，显示面板130的位置是配合偏离的角度的位置。另外，透明基板120’也可以采用包含偏光材料134，以同时将光偏振化到所要的偏光态。

图6绘示依据本发明实施例，色彩分离光学元件的结构示剖面意图。参阅图6，本实施例在透明基板200上的透镜微结构202、204，也可以是凸凹的结构，其取决于光学现象，以及配合与显示面板130的距离与其上的像素位置来设计，无须限定特殊的结构。

由图5与图6的实施例，被分离的原色光例如是聚集在显示面板130的表面。然而，基于显示面板130的操作效率，原色光无需一定要在显示面板130的表面聚集。可以配合显示面板的视角要求将子色光束入射的影像显示面板内或上下表面。

图7绘示依据本发明实施例，色彩分离光学元件的结构示剖面意图。参阅图7，其与图5的设计方式相似，但是光学元件154与显示面板130的距离可以缩减，如此原色光进入次像素是一个入射区域156，然而其也可以改变透镜微结构122’、124’的光栅结构140’、142’的曲率结构。

图8绘示依据本发明实施例，色彩分离光学元件的结构示剖面意图。参阅图8，其与图6的设计相似，在光学元件154的透明基板200上的微透镜结构202、204产生分束与聚光的效果，而其表面上的光栅结构产生分色与导正方向的作用。

于此要注意的是，前述的微透镜结构的曲面，是以中心对称的柱状曲面为例。然而，基于光学的偏折现象与光栅分色的现象，微透镜结构的曲面也可以是非中心对称的曲面，且不限于柱状的结构。然而，柱状的结构有利于配合后面的像素位置的安排。

接着考虑到要达到分束的效果，其微透镜结构也可以是平凸或是平凹的结构。图9绘示依据本发明实施例，色彩分离光学元件的结构示剖面意图。参阅图9，光学元件的透明基板220上的结构以光入射面来看，例如是根据凸平的方式设计，然而平凸的方式也可以。以凸平的设计为例，透明基板220的入射光面有凸型的微透镜结构。微透镜结构的表面也有光栅结构224。入射光经过微透镜结构以及其表面上的光栅结构224的作用，产生分束以及所需要的聚集效果。之后，光线又穿过透明基板220的空间，到达其另一表面。在此表面是平面，其上有光栅结构222，用于将偏折的原色光再导回成平行光的方式出射得到平行原色光226，其对应像素132的多个子像素。而226输出的光束也可以是会聚或发散，视显示面板的求。

图9是凸平的方式设计，然而如果是平凸的设计，则凸型的微透镜结构可以设置在光出射面上。其它平凹与凹平的设计也达到分束与分光的效果。

图10绘示依据本发明实施例，色彩分离光学元件的结构示剖面意图。参阅图10，光学元件是以凹平的结构设计为基础，然而本实施例对应显示面板228上的像素132a、132b、132c、132d的微透镜的曲面例如无需都相同，如凹型微透镜结构230a-230d所示的实施例。另外，曲面例如也可以是非球面，或例如更广泛的自由曲面的设计。也就是说，结构上是平面与自由曲面的组合，或是自由曲面与平面的组合。

进一步，例如是凸平的结构，但是光栅仅设置在平面的一边已将子光束分离，但是凸曲面将光线会聚与偏折。所以就是说，本发明不仅限于所举的实施例。

图11绘示依据本发明实施例，色彩分离光学元件的结构示剖面意图。参阅图11，微透镜结构的组合不限于所举的实施例。微透镜结构还例如可以有凹凸、凹凹、凸凹的设计。两面的微透镜结构的中心位置例如也错位(dislocation)，以配合其表面上光栅所产生的效果。

图12绘示依据本发明实施例，影像面板装置的结构示意图。参阅图12，本发明的色彩分离光学元件可以应用在影像面板装置上。影像面板装置例如是显示影像用的面板或是取像用的感测面板。于本实施例，以显示影像用的液晶面板装置300为例，例如包括有光源304产生白光。反射片302可以将反向的光源再反射回来使用。光源304产生白光进入本发明的色彩分离光学元件306产生对应于子像素的原色光。配置于色彩分离光学元件306后面的例如有偏光片308、液晶胞层310、以及解偏器(analyzer)312。

其中色彩分离光学元件306其如下方的放大图，例如是前述的色彩分离光学元件306，将光源对应像素分束以及对应子像素分成原色光，例如RGB三原色光。如此，例如开口率、偏光效率以及光使用率都可以提升。图13～14绘示依据本发明实施例，色彩分离模拟机制示意图。图13～14所绘示的尺寸比例仅是示意。本发明验证色彩分离光学元件的效能，例如以单一单元为例如图13所示，有二个微透镜曲面400、402，其可以设定曲面上的周期光栅，例如周期为4000nm。二个曲面的曲率半径R1＝1mm与R2＝0.1667mm。两圆柱面相距2.504mm。柱面长度＝10mm。接收点与第二柱面顶点距离约为0.5mm。另外，每一组第二柱面的中心皆与相对应的第一柱面中心错位0.2286mm。结果可以将白光(W)的RGB原色光分离，且RGB原色光构成光束单元可以对应像素产生，且同时有聚集光束的效果。绿光(G)的波长为544nm，红光(R)的波长为611nm，蓝光(B)的波长为436nm。

由于第二个圆柱面的偏移量0.2286mm是根据参考波长544nm而得到，因此从图13的光线追迹图中可看到此时光束绕射行为是以波长为544nm的绿光为中心，其它的611nm红光及436nm的蓝光左右分别分离，构成一个像素。

参阅图14，以七个上述像素构成的阵列为例，在设计条件的控制下，像素之间不会有相互干扰，达到显示效果。

换句话说，本发明可调控的光波色彩光学元件，例如为一对曲面或平面或其组合的绕/折射整合型微结构，分别位于平面基材上下表面上。

例如，一对可缩小光束直径的微曲面阵列微结构，其包含基板，在基板的上下表面分别包含有多个形状相同的微曲率结构，但上下两面各自拥有不同曲率，可将入射光束进行分区缩小光束直径，使其落入全像素中，而并将分波光束垂直入射像素，其缩束后的光学行为可为平行，聚焦或发散，而达到分束功能。

例如，一对周期性微结构，其结构建立在微曲面阵列微结构的表面上，在基板既有的上下微曲面阵列上又分别包含有更小的周期性微结构，使其形成曲面阵列绕/折射表面。此第一面周期性微结构可将入射光源进行第一次分波或是可称为分色即偏折且会聚于基材内某处，此分波或是可称为分色的光束会继续传播，当通过第二面的周期性微结构时，此被分波(或分色)的光束会被折到垂直面板方向上而会聚，其例如是平行与发散于面板附近，此时光束达到RGB分色与子像素(sub-pixel)分束功能并且进入面板。最后不同波长的光束分别在不同位置出射，且出射方向仍与入射光的行进方向平行。

例如，绕/折射整合型微结构上下表面的微曲面分别为曲率相同或不同的微曲面结构，上表面的曲率可皆为正、零或负。

又例如，绕/折射整合型微结构上下表面含周期性或非周期性的多边形结构，其多边形结构可为闪耀式光栅、多阶型光栅或次波长光栅。光栅周期介于0.2λ～30λ。

又例如，绕/折射整合型微结构上下表面含周期性或非周期性的多边形结构，其上下表面的曲面多边形结构的中心位置可上下对准或上下错位，以达到色彩分光的作用。

又例如，进入绕/折射整合型微结构上下表面含周期性或非周期性的多边形结构的光学膜片的入射光可为偏振光或非偏振光。

又例如，绕/折射整合型微结构上下表面含周期性或非周期性的多边形结构的光学膜片的基板材料与构成上下表面的周期性的多边形结构的材料可不相同。

又例如，进入绕/折射整合型微结构上下表面含周期性或非周期性的多边形结构的光学膜片的基板材料与上下表面周期性或非周期性的多边形结构的材料可皆为极化材料。

又例如，绕/折射整合型微结构上下表面含周期性的多边形结构的光学膜片的基板材中可插入极化材料层。

又例如，本发明可应用于TFT-LCD，OLED，LCOS等平面显示或投影用途的面板，CCD，CIS，CMOS等影像感测装置，LED等固态照明，室内情境导光装置，食品生医检测装置，太阳能集光装置。

虽然本发明已以优选实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (23)

1.一种色彩分离光学元件，以透明基板为主体，有第一表面与第二表面，该第一表面接收入射光束，该色彩分离光学元件包括：

多个第一微结构区域在该第一表面上组成阵列，该多个第一微结构区域是具有第一曲面的多个第一曲面微结构，且每一个该第一微结构区域的该第一曲面上还有第一光栅微结构；以及

多个第二微结构区域在该第二表面上，对应该多个第一微结构区域设置，该多个第二微结构区域是具有第二曲面的多个第二曲面微结构，且每一该第二微结构区域的该第二曲面上还有第二光栅微结构，

其中该多个第一微结构区域与该多个第二微结构区域是一对一的对应配置。

2.如权利要求1所述的色彩分离光学元件，其中该多个第一微结构区域将该入射光束分为阵列的多个聚集光束，该第一光栅微结构将每一该聚集光束分离出多个色彩次光束。

3.如权利要求2所述的色彩分离光学元件，其中该多个第二微结构区域将该多个聚集光束以预定方向导出成为多个缩光束，该第二光栅微结构将该缩光束的每一该色彩次光束以次预定方向导出。

4.如权利要求3所述的色彩分离光学元件，其中该次预定方向实质上是小角度入射或是垂直于该透明基板。

5.如权利要求3所述的色彩分离光学元件，其中每一该第一曲面微结构的曲率半径大于每一该第二曲面微结构的曲率半径。

6.如权利要求3所述的色彩分离光学元件，其中对应的该第一曲面微结构与该第二曲面微结构的二个中心位置是偏离配置。

7.如权利要求1所述的色彩分离光学元件，其中对应的该第一微结构区域与该第二微结构区域的二个中心位置是偏离配置。

8.如权利要求1所述的色彩分离光学元件，其中该第一表面与该第二表面上的该多个微结构区域构成凹凹型透镜结构、凹凸型透镜结构、凸凹型透镜结构、或凸凸型透镜结构。

9.如权利要求8所述的色彩分离光学元件，其中从该第二表面输出多个输出光束，且每一个输出光束分离成多个色彩光束。

10.如权利要求9所述的色彩分离光学元件，其中该多个微结构区域配置该多个光栅微结构，使该多个输出光束实质上是平行、会聚或发散的输出。

11.如权利要求1所述的色彩分离光学元件，其中该多个第一微结构区域与该多个第二微结构区域分别是柱状单元。

12.如权利要求1所述的色彩分离光学元件，其中该透明基板包含偏光材料。

13.如权利要求1所述的色彩分离光学元件，其中在该第一表面上的该第一微结构区域组成的该阵列是一维分布阵列或是二维分布阵列。

14.一种色彩分离光学元件，包括：

透明基板，包含有多个微透镜结构区域构成阵列，每一个该微透镜结构区域的二个曲面表面分别有第一表面光栅微结构与第二表面光栅微结构，

其中该多个微透镜结构区域将入射光分成多个光束，该第一表面光栅微结构将该多个光束分离出多个色彩光，该第二表面光栅微结构将该多个色彩光往预定方向导出。

15.如权利要求14所述的色彩分离光学元件，其中每一个该多个微透镜结构区域是凹凹微透镜、凹凸微透镜、凸凹微透镜、或凸凸微透镜。

16.如权利要求14所述的色彩分离光学元件，其中该多个色彩光是实质上平行出射或是聚集出射。

17.如权利要求14所述的色彩分离光学元件，其中每一个该微透镜结构区域的该第一表面光栅微结构与该第二表面光栅微结构的二个中心位置之间有位移距离。

18.如权利要求14所述的色彩分离光学元件，其中该透明基板包含偏光材料。

19.一种影像面板装置，包括：

影像面板，有多个像素构成像素阵列，每一个像素包含多个次像素，分别对应多个原色光；以及

色彩分离光学元件面板，接收入射光以产生该多个原色光，其中该色彩分离光学元件面板包括：

透明基板，包含有多个微透镜结构区域构成阵列对应该像素阵列，每一个该微透镜结构区域的二个曲面表面分别有第一表面光栅微结构与第二表面光栅微结构，

其中该多个微透镜结构区域将该入射光分成多个光束，该第一表面光栅微结构将该多个光束分离出该多个原色光，该第二表面光栅微结构将该多个原色光往该多个次像素射出。

20.如权利要求19所述的影像面板装置，其中每一个该多个微透镜结构区域是凹凹微透镜、凹凸微透镜、凸凹微透镜、或凸凸微透镜。

21.如权利要求19所述的影像面板装置，其中该多个原色光是实质上平行出射或是聚集出射。

22.如权利要求19所述的影像面板装置，其中每一个该微透镜结构区域的该第一表面光栅微结构与该第二表面光栅微结构的二个中心位置之间有位移距离。

23.如权利要求19所述的影像面板装置，其中该透明基板包含偏光材料。

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