[发明专利]色彩分光系统

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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(CCD)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EURODISPLAY 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(Pitch~320nm)不易大面积制作；

(2)出光均匀性差；

(3)成本过高。

针对专利而言，例如美国发明专利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。

又如美国发明专利US4807978《Color Display Device and Method UsingHolographic 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。

再如美国发明专利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。