JP5307079B2

JP5307079B2 - 直線偏光コンバータ

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Publication number: JP5307079B2
Application number: JP2010145764A
Authority: JP
Inventors: 長青蔡
Original assignee: 光寶科技股▲ふん▼有限公司; 長青蔡
Priority date: 2010-03-05
Filing date: 2010-06-28
Publication date: 2013-10-02
Anticipated expiration: 2030-06-28
Also published as: EP2367047B1; CN102192762B; JP2011186419A; CN102192762A; TWI409501B; US20110216408A1; EP2367047A1; TW201131206A

Description

この発明は、直線偏光コンバータ、特に、マイクロ液晶プロジェクターのための直線偏光コンバータに関する。

科学と技術の、進歩と発達に対応するために、光エレクロニクス技術の分野に関連する産業は、マイクロ液晶映像技術の高コントラスト率の要求を満たすために、バックライト・モジュール（すなわち、シリコン上の液晶（ＬＣＯＳ））の偏光効率を促進する必要がある。

図１に示すように、特許文献１に開示されている偏光コンバータ１は、凸部と凹部を交互に配設している金属回折格子１１と、金属回折格子１１から離隔している偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１２と、を含む。

マイクロ液晶映像技術の分野では、偏光コンバータ１が、直線偏光の出力を増加させるために使用される。直線偏光は、マイクロ液晶プロジェクターのエネルギー効率を促進するために順番に使用される。一般に、マイクロ液晶プロジェクターのバックライト・モジュールによって発生した非偏光波は、主としてランダムの偏光波を作り出す。前記直線偏光は、磁気的横波（ＴＭ波）や電気的横波（ＴＥ波）のように、ラインに沿って固定されている偏光方向を持っている光波を指す。

図１に示すように、非偏光波１０が偏光ビームスプリッタ１２に達すると、ＴＭ波とＴＥ波のいずれか一方は、偏光ビームスプリッタ１２を通り抜け、他方は偏光ビームスプリッタ１２で反射される、ことを記述することは価値がある。前記の記述からは、仮に、バックライト・モジュールで作られた総光エネルギーが１００％であれば、その光エネルギーの５０％が偏光変換の間に失われることは、明らかである。さらに、偏光コンバータ１の金属回折格子１１の機能は、反射された直線偏光（例えば、ＴＥ波）を、楕円偏光波１０’に変換することである。楕円偏光波１０’は、直線偏光（ＴＥ波）１０１と直線偏光（ＴＭ波）１０２との組み合わせを含む。金属回折格子１１は、楕円偏光波１０’を反射して、偏光ビームスプリッタ１２に戻す。直線偏光（ＴＭ波）１０２は、偏光ビームスプリッタ１２を透過する。そのような偏光再生を通して、偏光コンバータ１の偏光変換効率が促進される。そして、マイクロ液晶映像技術の省エネルギー要求が満たされる。

金属回折格子１１が凸部と凹部を交互に配設しているので、冷陰極管（ＣＣＦＬ）によって発生した円筒形状（シリンドリカル）の磁気波に対して、直線偏光の偏光変換効率は、金属回折格子１１の方位配置によって影響を受ける。言い換えれば、金属回折格子１１の格子ベクトルと円筒形状の磁気波の入射面とは、高偏光変換効率を確実にするために、約４５°の含み角（ｉｎｃｌｕｄｅｄａｎｇｌｅ）を有さなければならない。この点に関して、円筒形状の磁気波は、１つの入射面しか有さない。しかしながら、別の非円筒形状の光源によって発生した磁気波に関しては、１つの入射面も有さない。その結果、格子ベクトルの方位を調整することができず、良好な偏光変換効率を得ることができない。したがって、特許文献１に開示された偏光コンバータ１に関して、偏光コンバータ１は金属回折格子１１を使用するので、偏光コンバータ１は冷陰極管をバックライト光源として使用することに適している。

米国特許公開公報Ｎｏ．２００９／００４０６０８Ａ１

前記の記述から、偏光効率を促進するために、そのような技術分野が、金属回折格子１１を作るために、多くの正確で交互の写真製版ステップとエッチングステップとを含むことは、明らかである。時間と設備の消費に大きな費用がかかるだけではなく、金属回折格子１１の外観と構造のために、金属回折格子１１は、バックライト・モジュールの光源として冷陰極管と協力することに限られる。したがって、この分野において、偏光コンバータの生産コストを下げる必要があり、また、異なるタイプの非円筒形状の光源が偏光コンバータで使用されることを許容する必要がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、生産コストを下げることができ、かつ、異なるタイプの非円筒形状の光源を使用することができる直線偏光コンバータを提供することである。

この発明は、
非偏光波の第１の直線偏光波を分離するための偏光再生メカニズムを使用している直線偏光コンバータであって、
前記非偏光波は、第１の直線偏光波と、前記第１の直線偏光波と直交した第２の直線偏光波とを含み、
前記直線偏光コンバータは、
前記非偏光波を発生するように配置された、電球もしくは発光ダイオードである光源と、
前記非偏光波を受けるために、前記光源の第１の側に配設された偏光ビームスプリッタと、
光源の第１の側と反対側の第２の側に配設された金属反射器と、を備え、
前記偏光ビームスプリッタは、第１の直線偏光波を透過し、第２の直線偏向波を反射し、
前記金属反射器は、金属層と、前記金属層の上に分配された複数の金属粒子と、を含み、前記金属層と前記金属粒子とは協力して不整形な粗い表面を定め、前記不整形な粗い表面は、反射した第２の直線偏光波を、楕円偏光波に変換し、前記楕円偏光波を反射させ、前記金属粒子は、スプレー処理によって前記金属層の表面に形成されていること、
を特徴とする、直線偏光コンバータである。

また、本発明は、それぞれの前記金属粒子が、球体、三角錐、四角錐、楕円体、多面錐、もしくは、それらの組み合わせの形状を有していること、を特徴とする、直線偏光コンバータである。

また、本発明は、それぞれの前記金属粒子が、金、銀、銅、アルミニウム、もしくは、それらの合金で作られていること、を特徴とする、直線偏光コンバータである。

また、本発明は、前記非偏光波の波長がλとして定義されるとき、それぞれの前記金属粒子が０．１λ〜１００λの粒径であり、前記金属粒子の隣接間隔が０．１λ〜１００λの範囲であること、を特徴とする、直線偏光コンバータである。

また、本発明は、前記非偏光波の波長が、可視スペクトルであること、を特徴とする、直線偏光コンバータである。

また、本発明は、前記偏光ビームスプリッタがブロードバンドの広角の偏光ビームスプリッタであること、を特徴とする、直線偏光コンバータである。

また、本発明は、前記偏光ビームスプリッタが、プリズム、多層フィルム、誘電体格子、直線格子構造、もしくは、それらの組み合わせであること、を特徴とする、直線偏光コンバータである。

また、本発明は、前記偏光ビームスプリッタが、前記光源に対向している表面を有し、断面が放物線、球体、円錐、長方形、正方形、多面錐、もしくは、それらの組み合わせであること、を特徴とする、直線偏光コンバータである。

また、本発明は、前記偏光ビームスプリッタと前記金属反射器とが、前記光源を取り囲むように設けられていること、を特徴とする、直線偏光コンバータである。

また、本発明は、前記金属反射器が、表面を有している基板をさらに含み、前記金属層は前記基板の表面に形成され、前記基板の表面は少なくとも１つの焦点を有し、光源は焦点に、もしくは、焦点近傍に配設されていること、を特徴とする、直線偏光コンバータである。

また、本発明は、前記基板の表面が、放物線、球体、長方形、正方形、多面体の円錐、もしくは、それらの組み合わせであること、を特徴とする、直線偏光コンバータである。

この発明によれば、生産コストが低く、非円筒形状の光源、例えば、球体の電磁波を発生させる発光ダイオード（ＬＥＤ）バックライト光源の使用に適した直線偏光コンバータを供給できる。

この発明の上述の目的、その他の目的、特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための形態の説明から一層明らかとなろう。

従来の偏光コンバータの概略図である。本発明に係る偏光コンバータの実施形態の概略図である。図２に示した偏光コンバータの一部拡大概略図である。異なる波長と入射角での本発明に係る偏光コンバータのパワー効率の３次元図である。

図２〜図４に示すように、本発明に係る好ましい実施形態の直線偏光コンバータは、非偏光波２０の第１の直線偏光波２０１を分離するための偏光再生メカニズムを使用する。非偏光波２０は、第１の直線偏光波２０１と、この第１の直線偏光波２０１に直交している第２の直線偏光波２０２とを含み、光源２によって作られる。本発明に係る直線偏光コンバータは、光源２の第１の側２１に配設された偏光ビームスプリッタ３と、光源２の第２の側２２（第１の側２１と反対側）に配設された金属反射器４とを備えている。

本発明に係る第１の直線偏光波２０１が、磁気的横波（ＴＭ波）であるとき、第２の直線偏光波２０２が、電気的横波（ＴＥ波）であることを言及することは価値がある。しかしながら、第１の直線偏光波２０１がＴＥ波であるとき、第２の直線偏光波２０２はＴＭ波である。これは、ＴＥ波とＴＭ波が、互いに直交した２つの直線偏光波であり、どんな光波も、互いに直交した２つの直線偏光波に分解できるという事実による。本発明に係る好ましい実施形態において、第１の直線偏光波２０１はＴＭ波であり、第２の直線偏光波２０２はＴＥ波である。モノクロまたは色彩の電球、冷陰極螢光燈（ＣＣＦＬ）、もしくは、発光ダイオード（ＬＥＤ）が、本発明において、光源２として適切に使用される。

偏光ビームスプリッタ３は、非偏光波２０を受けて、第１の直線偏光波（すなわち、ＴＭ波）２０１を透過し、第２の直線偏光波（すなわち、ＴＥ波）２０２を反映することに適している。ブロードバンドの広角の偏光ビームスプリッタ、プリズム、多層フィルム、誘電体格子、直線格子構造、または、それらのどんな組み合わせも、本発明の偏光ビームスプリッタ３として適切に使用される。好ましくは、偏光ビームスプリッタ３は、光源２に対向している表面３１を有している。偏光ビームスプリッタ３の表面３１は、断面が放物線、球体、円錐、長方形、正方形、多面錐、または、それらのどんな組み合わせも、有している。

好ましくは、光源２の第１および第２の側２１、２２にそれぞれ提供される偏光ビームスプリッタ３と金属反射器４は、光源２を取り囲むように設けられる。より好ましくは、金属反射器４は、表面４１１を有する基板４１と、基板４１の表面４１１上に形成された金属層４２と、金属層４２の上に分配された多数の金属粒子４３とを含む。それぞれの金属粒子４３は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、または、それらの合金で作られている。基板４１の表面４１１は、少なくとも１つの焦点（Ｆ）を有し、放物線、球体、円錐、長方形、正方形、多面錐、または、それらのどんな組み合わせでもある。

例を挙げるなら、金属反射器４の基板４１の表面４１１が、ｎ個の相互接続された放物線の表面で作り上げられているとき、表面４１１はｎ個（ｎ番目）の焦点（Ｆ）を有し、前述のｎ番目の焦点（Ｆ）に近設したｎ番目の光源２と選択的に協力する。本発明の好ましい実施形態において、光源２は、基板４１の表面４１１の焦点（Ｆ）、または、その近傍に配設されている発光ダイオードである。それぞれの金属粒子４３は、球体、三角錐、四角錐、楕円体、多面錐、または、それらのどんな組み合わせの形もある。本実施形態において、各金属粒子４３は球体である。非偏光波２０の波長は、可視スペクトル（４００ｎｍ〜７００ｎｍ）内にあり、λと定義される。

図３に示すように、より好ましくは、各金属粒子４３は０．１λ〜１００λの粒径（ｄ）を有し、そして、金属粒子４３の隣接間隔距離（Ｄ）は０．１λ〜１００λの範囲である。金属粒子４３がスプレー処理によって金属層４２の表面４２１に形成される、ことを言及するのは価値がある。本実施形態において、金属反射器４の金属粒子４３は、協力して粗い表面４０を定める。図２に戻って、粗い表面４０は、反射した第２の直線偏光波２０２を受けるために使用され、その第２の直線偏光波２０２を楕円偏光波２０’に変更し、その楕円偏光波２０’を反射するために使用されることは、明らかである。

本発明の好ましい実施形態において、例えば、それぞれの金属粒子４３の粒径（ｄ）が０．００２２ｍｍであり、金属粒子４３の隣接間隔距離（Ｄ）が０．００５ｍｍであるとき、粗い表面４０の平均偏光変換効率は計算され、０．６５となる。したがって、１回の反射のパワー効率は、以下の式から約８２．５％となる。

図４は、異なる波長（λ）と入射角（θ）で本発明の偏光コンバータのパワー効率（％）を示している、好ましい実施形態の３次元図である。

本発明は、従来の金属回折格子１１（図１参照）の代わりに、金属粒子４３によって協力的に定められる粗い表面４０を使用する。これにより、写真製版ステップとエッチングステップとに関連している、従来の金属回折格子１１を作り出す時間と設備コストを最小にする。さらに、本発明に係る直線偏光コンバータの金属反射器４の金属粒子４３によって定められる粗い表面４０のために、直線偏光コンバータの偏光効率は、入射面に関連して電磁波の方位によって影響を受けない（すなわち、それは円筒状の電磁波に制限されない）。したがって、本発明に係る直線偏光コンバータは、球面で形成された電磁波光源（例えば、ＬＥＤバックライト光源）と一緒の使用に適しており、マイクロ液晶プロジェクターに適切に適用される。

最後に、本発明に係る直線偏光コンバータは、最小の生産コストを必要とするが、最小のエネルギー消費を有する直線偏光を提供でき、直線偏光コンバータで使用される光源の選択の幅を増加させることができる。したがって、本発明の目的は満たされる。

なお、この発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形される。

２光源
３偏光ビームスプリッタ
４金属反射器
２０非偏光波
２０’ 楕円偏光波
４０粗い表面
４１基板
４２金属層
４３金属粒子
２０１第１の直線偏光波
２０２第２の直線偏光波
４１１表面

Claims

非偏光波（２０）の第１の直線偏光波（２０１）を分離するための偏光再生メカニズムを使用している直線偏光コンバータであって、
前記非偏光波（２０）は、第１の直線偏光波（２０１）と、前記第１の直線偏光波（２０１）と直交した第２の直線偏光波（２０２）とを含み、
前記直線偏光コンバータは、
前記非偏光波（２０）を発生するように配置された、電球もしくは発光ダイオードである光源（２）と、
前記非偏光波（２０）を受けるために、前記光源（２）の第１の側（２１）に配設された偏光ビームスプリッタ（３）と、
光源（２）の第１の側（２１）と反対側の第２の側（２２）に配設された金属反射器（４）と、を備え、
前記偏光ビームスプリッタ（３）は、第１の直線偏光波（２０１）を透過し、第２の直線偏向波（２０２）を反射し、
前記金属反射器（４）は、金属層（４２）と、前記金属層（４２）の上に分配された複数の金属粒子（４３）と、を含み、前記金属層（４２）と前記金属粒子（４３）とは協力して不整形な粗い表面（４０）を定め、前記不整形な粗い表面（４０）は、反射した第２の直線偏光波（２０２）を、楕円偏光波（２０'）に変換し、前記楕円偏光波（２０'）を反射させ、前記金属粒子（４３）は、スプレー処理によって前記金属層（４２）の表面（４２１）に形成されていること、
を特徴とする、直線偏光コンバータ。
それぞれの前記金属粒子（４３）は、球体、三角錐、四角錐、楕円体、多面錐、もしくは、それらの組み合わせの形状を有していること、を特徴とする、請求項１に記載の直線偏光コンバータ。
それぞれの前記金属粒子（４３）は、金、銀、銅、アルミニウム、もしくは、それらの合金で作られていること、を特徴とする、請求項１に記載の直線偏光コンバータ。
前記非偏光波（２０）の波長がλとして定義されるとき、それぞれの前記金属粒子（４３）が０．１λ〜１００λの粒径であり、前記金属粒子（４３）の隣接間隔が０．１λ〜１００λの範囲であること、を特徴とする、請求項１に記載の直線偏光コンバータ。
前記非偏光波（２０）の波長は可視スペクトルであること、を特徴とする、請求項４に記載の直線偏光コンバータ。
前記偏光ビームスプリッタ（３）はブロードバンドの広角の偏光ビームスプリッタであること、を特徴とする、請求項１に記載の直線偏光コンバータ。
前記偏光ビームスプリッタ（３）は、プリズム、多層フィルム、誘電体格子、直線格子構造、もしくは、それらの組み合わせであること、を特徴とする、請求項１に記載の直線偏光コンバータ。
前記偏光ビームスプリッタ（３）は、前記光源（２）に対向している表面を有し、断面が放物線、球体、円錐、長方形、正方形、多面錐、もしくは、それらの組み合わせであること、を特徴とする、請求項１に記載の直線偏光コンバータ。
前記偏光ビームスプリッタ（３）と前記金属反射器（４）とは、前記光源（２）を取り囲むように設けられていること、を特徴とする、請求項１に記載の直線偏光コンバータ。
前記金属反射器（４）は表面（４１１）を有している基板（４１）をさらに含み、前記金属層（４２）は前記基板（４１）の表面（４１１）に形成され、前記基板（４１）の表面（４１１）は少なくとも１つの焦点（Ｆ）を有し、光源（２）は焦点（Ｆ）に、もしくは、焦点（Ｆ）近傍に配設されていること、を特徴とする、請求項９に記載の直線偏光コンバータ。
前記基板（４１）の表面（４１１）は、放物線、球体、長方形、正方形、多面体の円錐、もしくは、それらの組み合わせであること、を特徴とする、請求項１０に記載の直線偏光コンバータ。