一種雙消短波通膜系以及分色合色器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雙消短波通光學(xué)濾波器領(lǐng)域，具體涉及一種雙消短波通膜系以及分色 合色器。
【背景技術(shù)】
[0002] 短波通光學(xué)濾波器在光學(xué)工程中廣為應(yīng)用，其功能是透射短波長光而反射長波長 光。以光電投影顯示為例，這種短波通光學(xué)濾波器的應(yīng)用包括三種基本功能：把白光分解成 三基色光、把經(jīng)過調(diào)制的三基色光合成彩色圖像以及隔離光源的紅外光。
[0003] 高亮度、高清晰度和色彩還原是顯示技術(shù)中最關(guān)注的三個(gè)技術(shù)指標(biāo)，因此如何提 高光能利用率和圖像對比度以及色飽和度是長期以來致力解決的問題。但現(xiàn)用短波通光 學(xué)濾波器都是釆用麥克勞德《光學(xué)薄膜濾波器》中的短波通膜系（〇. 5LH0. 5L)P作為基本膜 系結(jié)構(gòu)進(jìn)行厚度優(yōu)化得到的，其中P是周期數(shù)。這種短波通光學(xué)濾波器不僅短波通帶中的 殘余反射率高，而且透射-反射過渡區(qū)中S-偏振光、P-偏振光的過渡波長分離很大。其結(jié) 果，一是導(dǎo)致光能損失，降低了光能利用率；二是損失的那一部分光在系統(tǒng)內(nèi)通過多次反射 和折射后變成了雜散光，導(dǎo)致圖像清晰度和對比度下降；三是色飽和度降低，彩色圖像淡而 不艷。
[0004] 申請公布號(hào)為CN 103513314A(申請?zhí)枮?01310471073. 4)的中國發(fā)明專利申請 公開了一種低通濾波器，包括沿光路方向依次設(shè)置的第一石英晶體片、四分之一波片、第二 石英晶體片，其中，在所述第一石英晶體片的光線入射側(cè)表面上鍍有紅外截止膜，在所述第 二石英晶體片的光線出射表面上鍍有受抑波長漂移膜，所述的紅外截止膜包括交替分布的 高折射率層和低折射率層，所述的高折射率層為Ti 3O5層、Nb 205層或ZnS層，所述的低折射 率層為SiOJl，所述的受抑波長漂移膜包括從所述第二石英晶體片向外依次設(shè)置的第一 匹配膜系、主膜系和第二匹配膜系，其中，所述的第一匹配膜系包括交替分布的低折射率層 SiO2和高折射率層Ti 305，所述的主膜系包括交替分布的交替分布的低折射率層SiO2和高折 射率層Ti 3O5，所述的第二匹配膜系包括交替分布的高折射率層Ti3O5和低折射率層SiO 2W 及插在高折射率層Ti3O5和低折射率層SiO 2之間的中間折射率層Ta 205或HfO 2。該低通濾 波器主要有三個(gè)方面的功能：截止近紅外光和紫外光、穩(wěn)定透射-截止過渡波長和消除莫 爾條紋，可應(yīng)用在高像素傳感器中，但是，其紅外截止膜采用交替分布的高折射率層和低折 射率層，實(shí)現(xiàn)截止近紅外光和紫外光，即反射近紅外光和紫外光，該紅外截止膜不適合用于 光電投影顯示、影像采集系統(tǒng)和彩色工程中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種雙消短波通膜系以及分色合色 器，從而提高顯示圖像的亮度、清晰度和色飽和度。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明人在分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，首次提出了一種雙消短波通膜 系的設(shè)計(jì)。其構(gòu)思過程是，由于僅用一個(gè)所述的現(xiàn)用短波通膜系（0.5LH0.5L)P作為初始結(jié) 構(gòu)是不可能實(shí)現(xiàn)雙消目的的，那怕在優(yōu)化過程中選用三種以上的薄膜材料也無濟(jì)于事，故 需按如下步驟來實(shí)施：第一步先設(shè)計(jì)第一主膜系，要求其透射-反射過渡區(qū)中s-、P_偏振光 的過渡波長幾乎沒有分離，但由于僅用兩種薄膜材料是不可能消除偏振分離的，故需選用 三種薄膜材料；第二步再設(shè)計(jì)第二主膜系，由于第一主膜系實(shí)現(xiàn)消偏振分離后，其長波區(qū)的 反射帶寬變得很窄，所以必須用第二主膜系來展寬其反射帶；第三步是設(shè)計(jì)導(dǎo)納匹配膜系， 第一主膜系和第二主膜系已實(shí)現(xiàn)了 s-、P-偏振光的過渡波長幾乎沒有分離，且長波具有足 夠?qū)挼母叻瓷鋷В藭r(shí)短波透射帶中仍有較大的殘余反射，這是因?yàn)榈谝恢髂は岛偷诙?主膜系的總導(dǎo)納與基板導(dǎo)納不匹配引起的，為此必須在基板和第一、二主膜系之間再設(shè)計(jì) 一個(gè)導(dǎo)納匹配膜系。
[0007] 具體地說，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：
[0008] -種雙消短波通膜系，包括依次設(shè)置在所述基板上的導(dǎo)納匹配膜系、第一主膜系 和第二主膜系；
[0009] 所述的導(dǎo)納匹配膜系由中間折射率膜和低折射率膜交替組成；
[0010] 所述的第一主膜系由高折射率膜、中間折射率膜和低折射率膜組成；
[0011] 所述的第二主膜系由高折射率膜和低折射率膜交替組成；
[0012] 所述的高折射率膜為TiO2膜或Nb 205膜，所述的中間折射率膜為Al 203膜或MgO膜， 所述的低折射率膜為SiO2膜。
[0013] 本發(fā)明中，這種結(jié)構(gòu)的短波通光學(xué)濾波器具有雙消特性：消短波通帶殘余反射和 消s_、p-偏振光過渡波長分尚。
[0014] 進(jìn)一步地，所述的高折射率膜為1102膜，所述的中間折射率膜為Al2O 3膜，所述的 低折射率膜為SiO2膜。
[0015] 即所述的高折射率膜的材料為1102或Nb 205，優(yōu)選TiO2;所述的中間折射率的材料 為Al 2O3或MgO,優(yōu)選Al 203;所述的低折射率膜的材料為SiO 2。
[0016] 進(jìn)一步地，所述的雙消短波通光學(xué)濾波器在空氣中使用的入射角為16度時(shí)，總膜 層數(shù)為68層，其中，所述的導(dǎo)納匹配膜系為13層，從基板一側(cè)向外各膜層的厚度依次為： 125. 5,116. 2,110. 9,111. 5,95· 4,121. 6,95· 4,102. 1，115. 7,103. 5,245· 3,75· 7,76· 4，單 位為nm ;
[0017] 所述的第一主膜系為39層，從導(dǎo)納匹配膜系向外各膜層的厚度依次為：19. 7， 165. 8,34. 5,121. 6,41. 2, 35. 4, 51. 1，22. 8, 49. 2, 35. 8,45. 9, 71. 2,44. 5, 38. 9, 52. 6, 21. 4， 52. 0,46. 3, 57. 9,20. 8,50. 0,47. 7,63. 9,21. 2,44. 9,47. 3,69. 5,22. 2,37. 5, 46. 8,78. 1， 28. 7, 27. 6, 39. 8, 77. 6, 30. 3, 26. 0, 37. 8, 71. 9,單位為 nm ;
[0018] 第一主膜系中，第 1、3、6、8、10、14、16、18、20、22、24、26、28、30、32、34、36、38 層為 高折射率膜，第2、4、12、31、39層為中間折射率膜，其余為低折射率膜；
[0019] 所述的第二主膜系為16層，從第一主膜系向外各膜層的厚度依次為：88.5， 117. 2,78. 1，119. 8,76. 5,122. 9,76. 9, 125. 2,78. 4,127. 8,85. 9,80. 1，9. 8,31. 4, 72. 5， 75. 5,單位為nm。該雙消短波通光學(xué)濾波器在短波通帶400nm~580nm范圍內(nèi)的平均殘余 反射率為0. 036%，透射-反射過渡區(qū)中透射率為50%處的s-、P-偏振光的過渡波長分離 為 0· Inm0
[0020] 進(jìn)一步地，所述的雙消短波通光學(xué)濾波器在空氣中使用的入射角為45度時(shí)，總膜 層數(shù)為79層，其中，所述的導(dǎo)納匹配膜系為6層，從基板一側(cè)向外各膜層的厚度依次為： 121. 8,132. 3,125. 9,101. 5,83· 8,194. 5,單位為 nm ;
[0021] 所述的第一主膜系為53層，從導(dǎo)納匹配膜系向外各膜層的厚度依次為：18. 3， 217. 2,38. 9,46. 0,23. 7,46. 1,89. 2,95. 2,95. 5,135. 0,26. 7,52. 5,89. 3,48. 9,36. 5,55. 7, 89. 0,51. 4, 30. 0,75. 7,26. 3,43. 2,32. 7,40. 7,76. 8,32. 8,35. 9,43. 1，22. 7, 78. 2,46. 8， 44. 3,22. 4,80. 2,49. 9,47. 3,20. 5,77. 3,51. 6,52. 2,19. 2,71. 6,53. 1，51. 9,7. 3,17. 0， 66. 4, 53. 7,63. 5,17. 1，57. 7, 56. 9,85. 7,單位為 nm ;
[0022] 第一主膜系中，第 1、3、5、7、11、15、19、21、23、27、29、31、33、35、37、39、41、43、46、 48、50、52層為高折射率膜，第8、10、13、17、25、45、53層為中間折射率膜，其余為低折射率 膜；
[0023] 所述的第二主膜系為20層，從第一主膜系向外各膜層的厚度依次為：14. 9,40. 0， 52. 9,80. 9,14. 8,40. 1，60. 7,154. 7, 77. 7,141. 7,81. 6,141. 5,83. 8,143. 6,90. 9,101. 4， 11.4,31.2,71. 1，88. 1，單位為nm。該雙消短波通光學(xué)濾波器在短波通帶400nm~580nm范 圍內(nèi)的平均殘余反射率為〇. 623 %，透射-反射過渡區(qū)中透射率為50 %處的s-、P-偏振光 的過渡波長分離為0. 4nm。
[0024] -種雙消短波通光學(xué)濾波器，包括基板以及設(shè)置在所述基板上的短波通膜系，所 述的短波通膜系采用所述的雙消短波通膜系。
[0025] -種菲力普分色合色器，包括沿光路方向設(shè)置的反紅透藍(lán)綠棱鏡、反藍(lán)透綠棱鏡 和透綠棱鏡，所述的反紅透藍(lán)綠棱鏡設(shè)有短波通膜系，所述的短波通膜系采用雙消短波通 月旲系。
[0026] -種平板分色合色器，包括沿光路方向設(shè)置的反紅透藍(lán)綠平板和反藍(lán)透綠平板， 所述的反紅透藍(lán)綠平板設(shè)有短波通膜系，所述的短波通膜系采用雙消短波通膜系。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0028] 當(dāng)濾波器在空氣中使用的入射角為16度，即用于菲力普分色合色器時(shí)，用現(xiàn)有短 波通膜系（0. 5LH0. 5L)P作為初始結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到短波通帶400nm~580nm范圍內(nèi)的平均殘 余反射率為0. 561 %，透射-反射過渡區(qū)中透射率為50%處的s-、P-偏振光的過渡波長分 離為3. lnm。而釆用本發(fā)明的膜系結(jié)構(gòu)，得到短波通帶400nm~580nm范圍內(nèi)的平均殘余反 射率為0. 036%，透射-反射過渡區(qū)中透射率為50%處的s-、P-偏振光的過渡波長分離為 0.1nm〇
[0029] 當(dāng)濾波器在空氣中使用的入射角為45度，即用于平板分色合色器時(shí)，用現(xiàn)有短波 通膜系（0. 5LH0. 5L)P作為初始結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到短波通帶400nm~580nm范圍內(nèi)的平均殘余 反射率為1. 33 %，透射-反射過渡區(qū)中透射率為50 %處的s-、P-偏振光的過渡波長分離 為15. 5nm。而釆用本發(fā)明的膜系結(jié)構(gòu)，得到短波通帶400nm~580nm范圍內(nèi)的平均殘余反 射率為0. 623%，透射-反射過渡區(qū)中透射率為50%處的s-、P-偏振光的過渡波長分離為 0. 4nm〇
[0030] 本發(fā)明的有益效果是，首先是提尚了光能利用率，因而提尚了顯不殼度。光能利 用率的提高主要源于兩個(gè)方面：1、短波通帶中殘余反射減少，透射率提高，對菲力普系統(tǒng)， 短波通帶的平均殘余反射從現(xiàn)有的0. 561 %下降到0. 036%，而對平