色彩分光系统技术方案

本发明专利技术公开了一种色彩分光系统，包含一高准直背光源、一分色模块及一分束模块，该高准直背光源提供一入射光，该分色模块包含一第一分色膜片，将入射光依波长分光并偏折其光路，该分束模块包含至少一分束膜片与一液晶层，该分束膜片用以会聚来自于该分色模块的入射光并偏折其光路，并以趋近于该高准直背光源的一出平面的法线方向射出。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关于一种色彩分光系统，尤指一种可取代传统显示面板、图像传感器及 彩色摄影机所采用的彩色滤光片，增加光学使用效率、简化系统复杂度的色彩分光系统。
技术介绍
在平面显示器中，背光源常搭配液晶空间调制器(a spatial lightmodulator)及 彩色滤光片以呈现全彩化图像。而在数字相机中的图像传感器，亦需要彩色滤光片搭配色 彩差值的演算以呈现原物体的颜色。在较大型的系统中，如彩色摄影机及背投影电视，则采 用三板式或双板式菱镜组或彩色滤光片搭配准直光源以呈现全彩色化图像。当系统采用彩 色滤光片(color filter, CF)时，因彩色滤光片(color filter, CF)每一着色像素只能呈 现红、绿、蓝三原色(R，G，B)的其中单一原色，约有三分之二的入射白光能量被吸收，降低 了光学使用效率，也降低电池使用寿命。此外，彩色滤光片本身的制程极为繁琐，每一原色 至少需使用一道以上的半导体黄光制程，成本极高。请参阅图1至图3所示传统彩色摄影机常用的分光架构，其主要分为三类，如图1 所示的三板式菱镜分光架构，由变焦镜头1、红外滤光片2、三板式菱镜3、红光电荷耦合组 件(CXD)4、绿光电荷耦合组件5、蓝光电荷耦合组件6构成；如图2所示二板式二向色菱镜 分光架构，由变焦镜头1、红外滤光片2、二板式菱镜7、红蓝光滤光片8、红蓝光电荷耦合组 件9、绿光电荷耦合组件5构成；如图3所示单板式彩色滤光片架构，由变焦镜头1、红外滤 光片2、红绿蓝光彩色滤光片10、红绿蓝光电荷耦合组件11构成；其中图1及图2所示两种 结构，利用菱镜及干涉薄膜片分光，其缺点为所需体积大及光学组件多，而图3所示结构则 是直接采用彩色滤光片的光学结构，缺点为光学效率低。针对公开文献而言，例如Philips公司于2008年在Journal of SID 16/8,2008, 以及IBM公司于2002年在EUR0DISPLAY 2002第339 342页，均发表利用次波长结构作分 色，并搭配一微透镜阵列将各色光束聚焦于各次像素，以取代传统染料式光阻的功能，但其 共同存在的缺点为(1)次波长结构(PitCtT320nm)不易大面积制作；(2)出光均勻性差；(3)成本过高。针对专利而言，例如美国专利技术专利US5615024A《Color Display Devicewith Chirped Diffraction Gratings》，其公开了一种替代彩色滤光片的光学结构，主要是利用 闪耀式微光栅产生三原色分离，应用于面板时，每一原色可对应一像素(主要是一级穿透 绕射光)。由于使用一级穿透绕射光之故，入射光与出射光夹一大角度，为使出射光垂直进 入液晶层，入射光须大角度进入闪耀式微光栅。倘若以垂直入射光进入闪耀式微光栅，出射 光只能大角度进入液晶层将限制可使用性，除非搭配其它折射组件否则不适合应用于薄型 化的面板结构中。又如美国专利技术专利US4807978 《Color Display Device and MethodUsingHolographic Lenses》，其公开一种替代彩色滤光片的光学结构，主要是利用全像组 件镜组产生三原色分离，应用于面板时，每一原色可对应一像素(主要是一级穿透绕射 光)。由于使用三层的全像组件镜组，故制程难度极高，此外微折射透镜阵列间不易精密对 位，加上噪声仍高(亦即三原色间的cross talk严重)，均为其实际应用时须解决的难题。再如美国专利技术专利US5764389 《Holographic Color Filters for DisplayApplications, and Operating Method》，其公开了一种替代彩色滤光片的光学结 构，主要是先利用一组全像滤波组件镜组产生三原色分离，再利用另一组全像滤波且可偏 折组件镜组偏折光路以使每一原色可对应一像素。由于使用多层的全像组件镜组，故光学 效率极低，此外全像组件阵列间不易精密对位，均为其实际应用时须解决的难题。另如台湾新型专利M249217《影像传感器》，其公开了一种替代彩色滤光片的光学 结构，主要是先利用一组透镜搭配菱镜产生三原色分离，且可偏折光路以使每一原色可对 应一次像素。由于使用的透镜置于菱镜之上，且菱镜的形状于整个影像传感器的光场范围 内大小不均，故光学效率虽佳，但实际上无法制造，为其实际应用时须解决的难题。有鉴于此，如何能够设计一种光学组件组以取代彩色滤光片，增加光学使用效率、 简化系统复杂度，同时，在维持高度光学效率的情况下，可产生对应于面板像素且垂直入射 液晶层的三原色，是相关
急于解决的课题。
技术实现思路
有鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种色彩分光系统，可取代传统显示 面板、图像传感器及彩色摄影机所采用的彩色滤光片，增加光学使用效率、简化系统复杂度。为达到上述目的，本专利技术提出一种色彩分光系统，包含一高准直背光源、一分色 模块与一分束模块。其中该高准直背光源用以提供一入射光。该分色模块，由一第一分色 膜片所构成，该第一分色膜片包含一第一入射面以及一第一出射面，该第一入射面具有周 期性分光微结构，用以将该入射光依波长分光，该第一出射面设有周期性多边形折光微结 构，该第一出射面用于提供经过该第一入射面分光的入射光通过，并偏折光路，使经过该第 一入射面分光的入射光偏折向该背光源的一出平面的一法线方向。该分束模块，包含至少 一分束膜片与一液晶层，该分束膜片具有周期性微结构，用以汇聚来自于该分色模块的入 射光，并将该入射光汇聚至所对应的该液晶层中的不同次像素位置，并以趋近平行于该法 线方向射出。为使贵审查委员对于本专利技术的结构目的和功效有更进一步的了解与认同，兹配合 附图详细说明如后。附图说明图1为传统三板式菱镜分光架构示意图；图2为传统二板式二向色菱镜分光架构示意图；图3为传统单板式彩色滤光片架构示意图；图4为本专利技术第一实施例架构示意图；图5为本专利技术第二实施例架构示意图6为本专利技术第三实施例架构示意图；图7为本专利技术第四实施例架构示意图；图8为本专利技术第五实施例架构示意图；图9为本专利技术第六实施例架构示意图。其中，附图标记1-变焦镜头2-红外滤光片3-三板式菱镜4-红光电荷耦合组件(CXD)5-绿光电荷耦合组件6-蓝光电荷耦合组件7- 二板式菱镜8-红蓝光滤光片9-红蓝光电荷耦合组件10-红绿蓝光彩色滤光片11-红绿蓝光电荷耦合组件20-高准直背光源30、30a-分色模块31、31a-第一分色膜片311、31 Ia-第一入射面312、312a_ 第一出射面32-第二分色膜片321-第二入射面322-第二出射面40-分束模块41-第一分束膜片411-第三入射面412-第三出射面42-液晶层43-胶材4；31-空隙50-分束模块51-第二分束膜片511-第四入射面512-第四出射面52-液晶层53-第三分束膜片531-第五入射面532-第五出射面54a、54b-胶材Ml-空隙L1 L8_入射光L9-出射光R、G、B_ 三原色θ -斜向入射角具体实施例方式以下将参照附图来描述本专利技术为达成目的所使用的技术手段与功效，而以下附图 所列举的实施例仅为辅助说明，以利贵审查委员了解，但本案的技术手段并不限于所列举 附图。以下描述中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种色彩分光系统，其特征在于，包含：一高准直背光源，用以提供一入射光；一分色模块，由一第一分色膜片所构成，该第一分色膜片包含一第一入射面以及一第一出射面，该第一入射面具有周期性分光微结构，用以将该入射光依波长分光，该第一出射面设有周期性多边形折光微结构，该第一出射面用于提供经过该第一入射面分光的入射光通过，并偏折光路，使经过该第一入射面分光的入射光偏折向该背光源的一出平面的一法线方向；以及一分束模块，包含至少一分束膜片与一液晶层，该分束膜片具有周期性微结构，用以汇聚来自于该分色模块的入射光，并将该入射光汇聚至所对应的该液晶层中的不同次像素位置，并以趋近平行于该法线方向射出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李企桓，林晖雄，蔡祯辉，鲍友南，许沁如，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]