[发明专利]光学色彩分光系统及应用其的显示装置

说明书

技术领域

本发明涉及光学色彩分光技术，可以提供在影像的显示或摄取时所需要的色彩光源。

背景技术

影像的色彩一般是通过多个原色(Primary Color)光以及分别的原色光灰阶度变化所构成。原色光一般最常用的例如是红(R)、绿(G)、蓝(B)。

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。而在数字相机中的影像传感器，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(color filter，CF)时，因彩色滤光片每一着色像素只能呈现红绿蓝三原色(RGB)的其中单一原色，约有三分之二的入射白光能量会被吸收，降低光学使用效率，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，成本高。

在传统技术，相关技术的制造者或设计者因此提出利用光学方式达到分光的效果，将RGB三原色光分离出，以避免采用彩色滤光片。

以美国专利U5615024A的内容，其披露一种替代彩色滤光片的光学结构，主要是利用闪耀式光栅(Blazed Grating)产生三原色分离。在应用于面板时，每一原色可对应一个像素(主要是一级穿透衍射光)。由于使用一级穿透衍射光之故，入射光与出射光夹大角度，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。

除了上述以光学元件为基础的传统技术外，仍还有其他多种不同设计。然而，传统技术的彩色滤光片的光学结构仍有其个别的优缺点。以光学元件为基础的分光技术仍继续在研发，以达到更佳的效能。

发明内容

本发明提出以光学元件模块取代彩色滤光片的分光结构，在维持光学效率的情况下，例如可产生三原色光，其对应于面板像素且接近垂直的方向入射于液晶层。

本发明提供一种光学色彩分光系统，接收由侧边入射的入射光以分离出多个色彩光。此系统包括底板、第一导光板、第二导光板以及第三导光板。第一导光板具有第一表面与第二表面，第二表面上有多个微结构，且第一表面是设置在底板上。入射光在第一表面与第二表面之间来回反射，其中一部分的该入射光在这些微结构穿透，产生穿透光。第二导光板具有入射面与光栅结构面，设置在第一导光板上，且入射面接收穿透光，并且通过光栅结构面分离出这些色彩光。第三导光板，设置在第二导光板上，其中该第三导光板的出光面有多个凸出偏折结构，以将这些色彩光偏折到预定方向。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如第一导光板、第二导光板以及第三导光板是紧密叠层结构。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如还包括微透镜片设置在第三导光板上，以聚集这些色彩光到预定位置。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如第一导光板、第二导光板、第三导光板以及微透镜片是紧密叠层结构。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如第一导光板的第一表面与第二表面是相互平行。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如底板是反射层或是光学材料层，其与第一导光板构成内全反射。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如第一导光板与第二导光板的界面，除了在这些微结构以外，构成内全反射面。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如第二导光板是单一结构层或是复合结构层。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如第三导光板的每一个该凸出偏折结构具有第一斜面，第二斜面，以及折射系数构成谷底结构，使这些色彩光从该第一斜面出射且再于该第二斜面上反射。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如底板、第一导光板、第二导光板以及第三导光板是条状单元。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如底板、第一导光板、第二导光板以及第三导光板构成发光面。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如底板、第一导光板、第二导光板以及第三导光板是面状单元，其中第一导光板的微结构是多个条状结构，相互平行且延伸在同一方向。

依据本发明实施例，在所述的光学色彩分光系统中例如底板、第一导光板、第二导光板以及第三导光板是面状单元，其中第一导光板的微结构是同心的多个环绕条状结构。