[发明专利]复合式分光元件与影像装置

说明书

技术领域

本发明是有关于一种复合式分光元件的技术以及其应用的影像装置，特别是能将多个波段光分离的复合式分光元件。

背景技术

分光元件的主要功用其一例如是可以将白光分光(splitting)成红(R)、绿(G)、蓝(B)三个色光，或是其他颜色的多种色光。分光元件的机制与结构会依使用的装置，而有不同的设计。传统技术中，红、绿、蓝的光，可经由不同颜色的彩色滤光片(color filter，CF)来达成。

在平面显示器中，背光源常搭配液晶空间调制器(spatial light modulator)及彩色滤光片以呈现全彩化影像。而在数码相机中的影像感测器，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棱镜组或彩色滤光片，搭配准直光源以呈现全彩色化影像。当系统采用彩色滤光片时，因彩色滤光片的每一着色像素只能呈现红绿蓝三原色的其中单一原色，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工艺极为繁琐，每一原色至少需使用一道以上的半导体黄光工艺，成本极高。

就已知专利而言，例如美国的发明专利6867828号「Light guide apparatus，a backlight apparatus and a liquid crystal display apparatus」，以及发明专利7164454号「Color filterless display device，optical element，and manufacture」，其主要是利用特殊角度的微棱镜阵列或变结构微光栅阵列制作分色元件，用以对白光进行分光，白光分光后，会在空间中进行一段远场绕射，并将白光光源分解成红、绿、蓝三原色光；但是，其分光元件的工艺繁复、结构复杂，良品率与成本不易掌握；同样地，被分解的红、绿、蓝三原色光的出射角度方向会随着绕射角发散出去，进入面板后会继续发散，造成杂光与鬼影，在实际面板应用上并不理想；此外，上述已知专利所提出的技术手段无法提高开口率(aperture ratio)与极化效率。

因此，业者仍继续研发光学元件组，例如希望可以取代彩色滤光片，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。

发明内容

本发明提供一种复合式分光元件，可以无需彩色滤光片，即可将入射光束依照色光的波长差异，分离出种原色光，例如可以供影像装置的使用。

本发明提出一种复合式分光元件，接收混合至少二个波段光的光束。该复合式分光元件包括一折绕射元件及一折射元件；其中，该折绕射元件的一第一表面上，包括多个微透镜，用以缩小接收的该光束为一缩光束，达到汇聚光束的功能，且相对于该第一表面的一第二表面上，是有一周期性光栅结构，经由光栅作用机制，使不同波长的光产生各自的绕射效应，从而分离不同波段的光，也可将该缩光束在一偏折方向上分离该些波段光。此外更例如该折射元件可包括一折射结构，以偏折已分离的该些波段光从一方向出射。

折射元件的该折射结构为一维或二维的折射结构，该折射结构可以例如是光栅结构、棱镜结构或多边形结构。

在本发明的一实施例中，该折射元件的该折射结构为一光栅结构，其中，该光栅结构可以例如是闪耀式光栅、多阶型光栅或次波长光栅，其周期例如介于0.1～10λ。

在本发明的另一实施例中，该折射元件的该折射结构为棱镜结构，周期介于5～2000λ。

在本发明的另一实施例中，该折射元件的该折射结构更可分别在对应该些波段光的每一个区域有一次级折射结构。

在本发明的一实施例中，该光束包括红、绿、蓝光的三个波段光，此外，该光束可为偏振光或非偏振光。

在本发明一实施例中，该复合式分光元件中，该折绕射元件为偏光材料。

在本发明一实施例中，该复合式分光元件中，该折射元件为偏光材料。

在本发明一实施例中，该复合式分光元件，还包括一偏光层，该偏光层位于该折绕射元件的前端，使该光束先进入该偏光层，进行偏极化之后，再进入该折绕射元件。

在本发明又一实施例中，该复合式分光元件，还包括一偏光层，该偏光层位于该折绕射元件与该折射元件之间，使已分离的该些波段光先进入该偏光层，进行偏极化之后，再进入该折射元件。

在本发明一实施例中，该折绕射元件的周期性光栅结构与该折射元件的该折射结构的周期、结构形状二者或其中之一为相同或不同。