CN109212765B

CN109212765B - 分光装置

Info

Publication number: CN109212765B
Application number: CN201710548762.9A
Authority: CN
Inventors: 锺润文
Original assignee: Himax Technologies Ltd
Current assignee: Himax Technologies Ltd
Priority date: 2017-07-07
Filing date: 2017-07-07
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2037-07-07
Also published as: CN109212765A

Abstract

本公开提供一种分光装置，其包含第一玻璃基材、第二玻璃基材及第三玻璃基材。该第一玻璃基材将入射光的第一颜色光束导引至显示元件，以及改变该入射光的第一中继光束的极化方向以产生第二中继光束。该第一颜色光束具有第一极化方向，该第二中继光束包含第二颜色光束及第三颜色光束，该第二颜色光束具有第二极化方向。该第二玻璃基材将具有该第二极化方向的该第二颜色光束导引至该显示元件，以及改变该第三颜色光束的极化方向，使得该第三颜色光束具有第三极化方向。该第三玻璃基材将具有该第三极化方向的该第三颜色光束导引至该显示元件。本公开提供的分光装置可减少生产成本、提升产品可靠度及减少分光装置中芯片堆迭的厚度。

Description

分光装置

技术领域

本发明涉及分光技术领域，特别涉及一种于具有偏光效果且可延迟相位的玻璃基材的分光装置。

背景技术

传统的显示装置采用极化片(polarizer)、相位延迟板(phase retarder)或电致变色基板(electrochromic substrate)来控制显示装置中各光束的传输路径。然而，由于相位延迟片的材质为塑胶，故相位延迟片于短波长应用中的光学表现不佳。此外，当相位延迟板贴合至极化片时容易出现皱折，且不易对准。再者，传统的显示装置是采用压敏胶(pressure-sensitive adhesive)来接合具有极化片及相位延迟板的各个芯片，但是为了避免损坏相位延迟板上的微结构(microstructure)，却不能紧密接合各芯片，导致各芯片相接合之后的可靠度不佳，且厚度过厚。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种具有偏光效果且可延迟相位的玻璃基材的分光装置，来解决上述问题。

依据本发明的一实施例，其公开一种分光装置。该分光装置包含有一第一玻璃基材、一第二玻璃基材以及一第三玻璃基材。该第一玻璃基材用以将一入射光的一第一颜色光束导引至一显示元件，以及改变该入射光的一第一中继光束的极化方向以产生一第二中继光束，其中该第一颜色光束具有一第一极化方向，该第二中继光束包含一第二颜色光束及一第三颜色光束，该第二颜色光束具有一第二极化方向。该第二玻璃基材对应该第一玻璃基材的一侧来设置，用以将具有该第二极化方向的该第二颜色光束导引至该显示元件，以及改变该第三颜色光束的极化方向，使得该第三颜色光束具有一第三极化方向。该第三玻璃基材对应该第二玻璃基材的一侧来设置，用以将具有该第三极化方向的该第三颜色光束导引至该显示元件，其中该第二玻璃基材设置于该第一玻璃基材与该第三玻璃基材之间。

本发明所提供的分光装置可包含具有偏光效果且可延迟相位的玻璃基材(诸如具有双折射特性的玻璃基材)来将不同颜色光束分离，而无需设置相位延迟板，故可减少生产成本、提升产品可靠度及减少分光装置中芯片堆迭的厚度。此外，由于本发明所提供的分光装置可利用光学胶接着/接合不同的玻璃基材，故仅需进行一次的黑色涂布操作即可防止边缘漏光。

附图说明

图1为本发明显示装置的一实施例的功能方框示意图。

图2为图1所示的分光装置的一实施例的示意图。

图3为图2所示的玻璃基材的一实施例的示意图。

图4为图3所示的入射至多个玻璃基材的其一的多道颜色光束各自具有的极化方向的一实施例的示意图。

图5为图1所示的分光装置的另一实施例的示意图。

附图标记说明：

100 显示装置

110 光源

120、220、520 分光装置

130 显示元件

222、224、226、522、524、526 玻璃基材

532、534 光学胶

LI 入射光

B1、B2、B3、BN 颜色光束

M1、M2 中继光束

D11、D21、D22、D31、D32、D33 极化方向

THK₁、THK₁ 厚度

R1 入光区

R2 光学微结构

R3 出光区

具体实施方式

请参阅图1，其为本发明显示装置的一实施例的功能方框示意图。显示装置100可由各种显示装置来实施，诸如电视、投影显示器、便携式显示器或穿戴式显示器，并可包含(但不限于)一光源110、一分光装置(light splitting apparatus)120以及一显示元件130。光源110可产生一入射光LI至分光装置120，而分光装置120可利用多个玻璃基板/玻璃基材(glass substrate)(或保护玻璃(cover lens)；未示出于图1中)来将入射光LI分光为多道颜色光束(color light beam)B1～BN(N为大于1的正整数)，其中该多个玻璃基材的至少其一可具有偏光效果并可延迟光束的相位。接下来，显示元件130便可根据多道颜色光束B1～BN来显示影像。举例来说(但本发明不限于此)，多道颜色光束B1～BN可以是三原色光束诸如红光光束、绿光光束及蓝光光束，显示元件130便可依据红光光束、绿光光束及蓝光光束来显示影像。

值得注意的是，分光装置120所产生的多道颜色光束B1～BN的光束种类与个数可依实际设计需求来决定。举例来说，分光装置120可将入射光LI分光为包含青光光束(cyanlight beam)、洋红光光束(magenta light beam)及黄光光束的三原色光束，并将其输出以作为多道颜色光束B1～BN。于另一范例中，分光装置120可将入射光LI分光为四原色光束诸如红光光束、绿光光束、蓝光光束及黄光光束，并将其输出以作为多道颜色光束B1～BN。于又一范例中，分光装置120可将入射光LI分光为六原色光束诸如红光光束、绿光光束、蓝光光束、青光光束、洋红光光束及黄光光束，并将其输出以作为多道颜色光束B1～BN。此外，由于分光装置120可无需采用相位延迟板即可对入射光LI进行分光，因此，分光装置120(或显示装置100)可具有低生产成本与高可靠度。

为了便于理解本发明的技术特征，以下是以分光装置将入射光分光为三原色光束的实施例来说明的。然而，本发明并不以此为限。只要是利用具有偏光效果且可延迟相位的玻璃基材的分光装置，将入射光分光为多道颜色光束，设计上相关的变化均遵循本发明的范围。请连同图1来参阅图2。图2为图1所示的分光装置120的一实施例的示意图。于此实施例中，分光装置220可包含(但不限于)多个玻璃基材222～226，其可将入射光LI分光为多道颜色光束B1～B3，其中玻璃基材224是设置于玻璃基材222与玻璃基材226之间。玻璃基材222可将满足一第一预定光学特性的光束(诸如具有一极化方向D11的光束)导引至显示元件130、改变剩余光束的极化方向，进而将经改变极化方向的剩余光束传递至玻璃基材224。玻璃基材224可将满足一第二预定光学特性的光束(诸如具有一极化方向D21的光束)导引至显示元件130、改变剩余光束的极化方向，进而将经改变极化方向的剩余光束传递至玻璃基材226。玻璃基材226可将满足一第三预定光学特性的光束(诸如具有一极化方向D31的光束)导引至显示元件130。进一步的说明如下。

于此实施例中，玻璃基材222可将入射光LI的颜色光束B1导引至显示元件130，以及改变入射光LI的一中继光束M1的极化方向以产生一中继光束M2，其中颜色光束B1可具有极化方向D11(满足该第一预定光学特性)，中继光束M2可包含颜色光束B2与颜色光束B3，且颜色光束B2具有极化方向D21。换言之，由于玻璃基材222可改变中继光束M1的极化方向，中继光束M1所包含的颜色光束B2的极化方向可由一极化方向D22转变为极化方向D21。如此一来，当具有极化方向D21的颜色光束B2入射至玻璃基材224时，玻璃基材224便可将具有极化方向D21的颜色光束B2(满足该第二预定光学特性)导引至显示元件130。另外，于此实施例中，中继光束M1所包含的颜色光束B3可具有一极化方向D33，而玻璃基材222可将颜色光束B3的极化方向由极化方向D33转变为一极化方向D32。

玻璃基材224是对应玻璃基材222的一侧来设置。除了可将具有极化方向D21的颜色光束B2导引至显示元件130之外，玻璃基材224另可改变颜色光束B3的极化方向，使得颜色光束B3具有极化方向D31。换言之，玻璃基材224可将颜色光束B3的极化方向由极化方向D32转变为极化方向D31。如此一来，当具有极化方向D31的颜色光束B3入射至玻璃基材226(对应玻璃基材224的一侧来设置)时，玻璃基材226便可将具有极化方向D31的颜色光束B3(满足该第三预定光学特性)导引至显示元件130。

于某些实施例中，多个玻璃基材222～226的至少其一之中可设置一光学微结构(optical microstructure)以将一特定极化方向(诸如极化方向D11/D21/D31)的光束导引至显示元件130。请连同图2来参阅图3。图3为图2所示的玻璃基材222的一实施例的示意图。于此实施例中，玻璃基材222可包含(但不限于)一入光区(light input region)R1、一光学微结构R2以及一出光区(light output region)R3。入光区R1可接收玻璃基材222的一入射光(诸如入射光LI)，并将该入射光导引至光学微结构R2。接下来，光学微结构R2可将具有极化方向D11的光束(诸如颜色光束B1)导引至出光区R3，以使具有极化方向D11的光束可经由出光区R3传递至一显示元件(诸如图1所示的显示元件130)。该入射光中的剩余光束(未被导引至出光区R3的光束；诸如中继光束M1)则是在其极化方向改变之后，可传递至玻璃基材224。值得注意的是，玻璃基材224及/或玻璃基材226也可采用图3所示的结构来实施。

此外，于某些实施例中，多个玻璃基材222～226的至少其一可具有双折射特性(birefringence characteristic)，以将一入射光进行分光，并改变该入射光的一成分光束的极化方向。举例来说(但本发明不限于此)，多个玻璃基材222～226的至少其一可以是一蓝宝石基材(sapphire substrate)、石英基材(quartz substrate)、电气石基材(tourmaline substrate)或金红石基材(rutile substrate)。请注意，于一实施例中，具有较高折射率的玻璃基材可降低较多的紫外光入射量。于另一实施例中，在玻璃基材222/224/226是由蓝宝石基材来实施的情形下，由于蓝宝石基材具有高折射率(例如：大于1.7)、高硬度及高光穿透率(例如：大于85％)的优点，玻璃基材222/224/226的厚度可以减少(例如：0.4毫米～0.5毫米)而仍保有良好的光学表现。

再者，于某些实施例中，分别满足该第一、第二、第三预定光学特性的极化方向D11、极化方向D21与极化方向D31的至少其二可彼此相同，使得导引至图1所示的显示元件130的多道颜色光束B1～B3的至少其二可具有相同的极化方向。请一并参阅图2与图4，图4为图3所示的入射至多个玻璃基材222～226的其一的多道颜色光束B1～B3各自具有的极化方向的一实施例的示意图。于图4所示的实施例中，极化方向D11、极化方向D21及极化方向D31均可为线性极化的垂直极化方向，且多道颜色光束B1～B3可分别由蓝光光束、绿光光束及红光光束(亦即，RGB三原色)来实施。换言之，图1所示的光源110所发射的入射光LI可包含多道线性极化光束。然而，这只是方便说明而已，并非用来作为本发明的限制。

于此实施例中，在入射光LI入射至玻璃基材222之前，蓝色光束(颜色光束B1)可具有线性极化的垂直极化方向(linearly polarized in a vertical direction)(极化方向D11)、绿色光束(颜色光束B2)可具有线性极化的水平极化方向(极化方向D22)，以及红色光束(颜色光束B3)的极化方向D33可具有线性极化的垂直极化方向(极化方向D33)。当入射光LI入射至玻璃基材222时，玻璃基材222可将具有垂直极化方向的蓝色光束导引至显示元件130、将绿色光束的极化方向转变为垂直极化方向(极化方向D21)，以及将红色光束的极化方向转变为水平极化方向(极化方向D32)。因此，当具有垂直极化方向(极化方向D21)的绿色光束入射至玻璃基材224时，玻璃基材224便可将绿色光束导引至图1所示的显示元件130。此外，当具有水平极化方向(极化方向D32)的红色光束入射至玻璃基材224时，玻璃基材224可将红色光束的极化方向由水平极化方向转变为垂直极化方向(极化方向D31)，以使玻璃基材226可将红色光束导引至图1所示的显示元件130。

值得注意的是，于此实施例中，玻璃基材222所涉及的该第一预定光学特性可包含一预定极化方向与一预定波长范围。也就是说，当具有该预定极化方向(极化方向D11)且波长位于该预定波长范围内的一光束入射至玻璃基材222时，该光束可被导引置显示元件130。因此，虽然红色光束具有垂直极化方向，但是因为红色光束的波长超过该预定波长范围的缘故，玻璃基材222可以不将红色光束导引至显示元件130。

此外，玻璃基材222的厚度可依据极化方向D22与极化方向D21之间的角度差(angular difference)以及颜色光束B2的波长来决定，及/或玻璃基材224的厚度可依据极化方向D32与极化方向D31之间的角度差以及颜色光束B3的波长来决定。换言之，于此实施例中，玻璃基材222的厚度可依据极化方向的改变量以及绿光光束的波长来决定，及/或玻璃基材224的厚度可依据极化方向的改变量以及红光光束的波长来决定。举例来说，在玻璃基材222将线性极化的颜色光束B2(绿光光束)由水平极化方向转变为垂直极化方向的情形下，极化方向的角度差为90度，其意味着颜色光束B2所具有的两相垂直的电场分量的相位差的改变量为180度。玻璃基材222的厚度可依据下列式子来决定：

THK₁＝(1/2+2k₁)×(λ₂/n_eff1)，

其中THK₁为玻璃基材222的厚度，k₁为大于或等于0的整数，λ₂为颜色光束B2的波长，n_eff1为玻璃基材222的等效折射率。举例来说，在玻璃基材222是由一双折射材料来实施的情形下，n_eff1可等于玻璃基材222的非寻常折射率(extraordinary refraction index)与寻常折射率(ordinary refraction index)两者之间的差值。

相似地，在玻璃基材224将线性极化的颜色光束B3(红光光束)由水平极化方向转变为垂直极化方向的情形下，由于极化方向的角度差为90度(颜色光束B3所具有的两相垂直的电场分量的相位差的改变量为180度)，玻璃基材224的厚度可由下列式子来决定：

THK₂＝(1/2+2k₂)×(λ₃/n_eff2)。

其中THK₂为玻璃基材224的厚度，k₂为大于或等于0的整数，λ₃为颜色光束B3的波长，n_eff2为玻璃基材224的等效折射率。举例来说，在玻璃基材224是由一双折射材料来实施的情形下，n_eff2可等于玻璃基材224的非寻常折射率与寻常折射率两者之间的差值。

请注意，以上仅供说明之需，并非用来作为本发明的限制。于一设计变化中，分别满足该第一、第二、第三预定光学特性的极化方向D11、极化方向D21及极化方向D31可彼此不同。于另一设计变化中，入射至玻璃基材222的颜色光束B2的极化方向D22不一定要垂直于颜色光束B1的极化方向D11、入射至玻璃基材222的颜色光束B3的极化方向D33不一定相同于颜色光束B1的极化方向D11、及/或中继光束M1中颜色光束B2与颜色光束B3各自的极化方向D22与极化方向D33不一定要互相垂直。于又一设计变化中，入射至玻璃基材224的颜色光束B3的极化方向D32不一定要垂直于入射至玻璃基材224的颜色光束B2的极化方向D21。

此外，玻璃基材222/224并不限于将一颜色光束由线性极化的水平极化方向与线性极化的垂直极化方向的其一转变为线性极化的水平极化方向与线性极化的垂直极化方向的另一。简言之，只要是利用具有偏光效果且可延迟相位的玻璃基材来将一入射光分光为多道颜色光束而无需额外设置相位延迟板，设计上相关的变化均遵循本发明的范围。

由于本发明所提供的分光装置中各玻璃基材之间可无需设置相位延迟板，因此，可利用光学胶(optical adhesive)来接着/接合不同的玻璃基材，进而封装这些玻璃基材。请参阅图5，其为图1所示的分光装置120的另一实施例的示意图。分光装置520可包含(但不限于)多个玻璃基材522～526、一光学胶532及一光学胶534，其中多个玻璃基材522～526可分别由图2所示的多个玻璃基材222～226来实施。于此实施例中，分光装置520可利用光学胶532及光学胶534来堆迭多个玻璃基材522～526，其中光学胶532可将玻璃基材522与玻璃基材524相接合，而光学胶534可将玻璃基材524与玻璃基材526相接合。光学胶532与光学胶534的至少其一可采用热固化胶/树脂(heat curing adhesive/resin)或光固化胶(lightcuring adhesive)(诸如紫外光固化胶(ultraviolet curing adhesive))。

图5所示的分光装置520的结构是仅供说明之需，并非用来作为本发明的限制。举例来说，分光装置520可包含一抗反射膜(anti-reflection coating，ARC)或一光学微结构(未示出于图5中)，其是形成于至少一玻璃基材上以提升光穿透率(light transmission/transparency)。于另一范例中，在形成图5所示的堆迭结构之后，可对分光装置520进行一次黑色涂布操作(black coating process)以使涂布层形成于多个玻璃基材522～526的边缘(未示出于图5中)，防止边缘漏光。

值得注意的是，对于传统的分光装置来说，一旦一芯片(包含极化片与相位延迟板)制备完成之后，需于该芯片的边缘进行一次黑色涂布操作以防止边缘漏光。所有的芯片均需进行黑色涂布操作，接着才进行封装。也就是说，若传统的分光装置包含三个芯片，则需进行三次的黑色涂布操作以防止边缘漏光。相较之下，由于本发明所提供的分光装置可无需相位延迟板，进而可采用光学胶来接着不同的玻璃基材，因此，可于所有的玻璃基材(或芯片)完成堆迭之后，仅对分光装置进行一次黑色涂布操作即可防止边缘漏光。换言之，本发明所提供的分光装置不仅可具有较薄的总厚度，并可降低黑色涂布所涉及的生产成本。

综上所述，本发明所提供的分光装置可包含具有偏光效果且可延迟相位的玻璃基材(诸如具有双折射特性的玻璃基材)来将不同颜色光束分离，而无需设置相位延迟板，故可减少生产成本、提升产品可靠度及减少分光装置的中芯片堆迭的总厚度。此外，由于本发明所提供的分光装置可利用光学胶接着/接合不同的玻璃基材，故仅需进行一次的黑色涂布操作即可防止边缘漏光

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种分光装置，包含有：

一第一玻璃基材，用以将一入射光的一第一颜色光束导引至一显示元件，以及改变该入射光的一第一中继光束的极化方向以产生一第二中继光束，其中该第一颜色光束具有一第一极化方向，该第二中继光束包含一第二颜色光束及一第三颜色光束，该第二颜色光束具有一第二极化方向；

一第二玻璃基材，对应该第一玻璃基材的一侧来设置，用以将具有该第二极化方向的该第二颜色光束导引至该显示元件，以及改变该第三颜色光束的极化方向，使得该第三颜色光束具有一第三极化方向；以及

一第三玻璃基材，对应该第二玻璃基材的一侧来设置，用以将具有该第三极化方向的该第三颜色光束导引至该显示元件，其中该第二玻璃基材设置于该第一玻璃基材与该第三玻璃基材之间。

2.如权利要求1所述的分光装置，其中该第一中继光束包含具有一第四极化方向的该第二颜色光束，而该第一玻璃基材是将该第二颜色光束的极化方向由该第四极化方向转变为该第二极化方向；该第一玻璃基材的厚度是依据该第四极化方向与该第二极化方向之间的角度差以及该第二颜色光束的波长来决定。

3.如权利要求1所述的分光装置，其中该第一中继光束包含具有一第四极化方向的该第二颜色光束以及具有该第一极化方向的该第三颜色光束，该第四极化方向是垂直于该第一极化方向；该第一玻璃基材是将该第二颜色光束的极化方向由该第四极化方向转变为该第二极化方向，以及将该第三颜色光束的极化方向由该第一极化方向转变为垂直于该第二极化方向的一第五极化方向。

4.如权利要求1所述的分光装置，其中该第二玻璃基材是将该第三颜色光束的极化方向由一第五极化方向转变为该第三极化方向；该第二玻璃基材的厚度是依据该第五极化方向与该第三极化方向之间的角度差以及该第三颜色光束的波长来决定。

5.如权利要求1所述的分光装置，其中该第二玻璃基材是将该第三颜色光束的极化方向由一第五极化方向转变为该第三极化方向，该第五极化方向是垂直于该第二极化方向。

6.如权利要求1所述的分光装置，其中该第一极化方向、该第二极化方向以及该第三极化方向的至少其二彼此相同。

7.如权利要求1所述的分光装置，其中该第一颜色光束为一蓝光光束，该第二颜色光束为一绿光光束，以及该第三颜色光束为一红光光束。

8.如权利要求1所述的分光装置，其中该第一玻璃基材、该第二玻璃基材以及该第三玻璃基材的至少其一具有双折射特性。

9.如权利要求8所述的分光装置，其中该第一玻璃基材、该第二玻璃基材以及该第三玻璃基材的至少其一为蓝宝石基材、石英基材、电气石基材或金红石基材。

10.如权利要求1所述的分光装置，其中该第二玻璃基材堆迭于该第一玻璃基材与该第三玻璃基材之间；该分光装置另包含：

一第一光学胶，用以将该第一玻璃基材与该第二玻璃基材相接合；以及

一第二光学胶，用以将该第二玻璃基材与该第三玻璃基材相接合。

11.如权利要求10所述的分光装置，其中该第一光学胶与该第二光学胶的至少其一为紫外光固化胶。

12.如权利要求10所述的分光装置，其中该第一光学胶与该第二光学胶的至少其一为热固化胶。