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TWI649515B - Polarized illumination system and polarized illumination modulation method - Google Patents

Polarized illumination system and polarized illumination modulation method Download PDF

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TWI649515B
TWI649515B TW105143621A TW105143621A TWI649515B TW I649515 B TWI649515 B TW I649515B TW 105143621 A TW105143621 A TW 105143621A TW 105143621 A TW105143621 A TW 105143621A TW I649515 B TWI649515 B TW I649515B
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Abstract

本發明提供一種偏振光照明系統及偏振光照明調製方法。偏振光照明系統包括微波無極燈、二次曲面反射罩殼、偏振光轉換器件以及線柵偏光元件，微波無極燈位於二次曲面反射罩殼的焦點處，偏振光轉換器件以及線柵偏光元件依次位於微波無極燈的正下方。本發明採用微波無極燈拼接實現大視場的偏振光照射視場，利用無微波無極燈光強的可調節性提高照明系統的靜態均勻性和積分均勻性；同時採用偏振光轉換器件對偏振光照明系統的光線偏振方向進行調製，提高能量利用率，從而實現大視場、高照度的偏振光照明。

Description

偏振光照明系統及偏振光照明調製方法
本發明提供光學配向設備領域，特別是提供一種偏振光照明系統及偏振光照明調製方法。
光學配向設備是一類利用偏振UV光入射在TFT或CF基板的光敏配向膜上，使得僅與UV線偏振方向一致或垂直的光敏層發生光化學反應(光致交聯、光致分解以及光致異構等)，使配向膜產生各向異性，進而利用產生的定向錨定能(主要是轉角錨定能)誘導液晶分子在配向膜所在平面內按照一定角度統一取向的設備。隨著液晶面板尺寸的增大，配向膜的尺寸也越來越大，對配向設備的出射光斑尺寸也提出大型化的要求。照明光學系統是光學配向設備的核心模組，是設備的能量源，照明系統的照度輸出決定了設備工作面的光強數值，是設備產率的重要參數；此外，照明系統的照度均勻性決定了配向膜入射光強的均勻度，決定了設備加工過程中的劑量控制精度。
採用二次曲面反射罩殼，將棒狀光源發射的光收集並使用線柵偏光元件對光源出射光進行偏光是光學配向設備的照明方案之一。如第1圖所示，其主要由棒狀光源11、二次曲面反射罩殼12、線柵偏振偏光器13構成，由棒狀光源11出射的光經二次曲面反射罩殼12收集後經線柵偏振偏光器13偏光後照射到工件14表面的配向膜14a上，基板台15載動配向膜14a沿偏振方向(圖中箭頭方向)移動，配向膜14a被線偏振光 照射起到光學配向的目的。上述設備線上柵偏光過程中，入射光在與柵格長度方向平行的偏振成分(S光)大部分被反射或吸收，僅有與柵格長度方向垂直的偏振成分(P光)透射被後續光學系統利用，造成了大量的能量損失。此外，對於大尺寸的液晶偏光膜加工，上述方案的棒狀光源11尺寸通常要達到1.5m以上，長的棒狀光源11在加工製造和裝調過程中引入了高的成本和少的系統調整自由度，造成設備成本和整機性能的裝調風險。
採用高壓汞燈作為光源，將光源發出的光收集準直、偏光後供後續系統使用是配向光學系統的另一種光學方案。如第2圖所示的偏振光照明裝置，主要由泡狀高壓汞燈21、曲面球狀反射罩殼22、偏光元件24和準直鏡組26組成。泡狀高壓汞燈21出射的非偏振光經曲面球狀反射罩殼22收集，第一反射鏡23反射後進入偏光元件24，經第二反射鏡25折轉光路後被準直鏡組26準直後傳遞至配向膜14a表面。該方案採用兩個反射鏡補償的方法可以在一定程度上矯正配向膜14a偏振光入射角度的偏差。但對於大視場的偏振光配向設備，系統反射鏡和準直鏡頭的尺寸將很大，極大地提高了系統加工製造成本和裝調難度。
四分之一波片32是一種重要的光學元件，利用其相位延遲特性，可以實現光束偏振態的轉換。第3圖所示為一種偏振態純化裝置，使用一組波片堆31、四分之一波片32、第一反射鏡33和第二反射鏡34來實現光束偏振態的調整，使光束的偏振方向與預期偏振方向一致，提高光學系統的能量利用率。但是經四分之一波片32調製後的偏振光照明系統仍然存在照度均勻性差的問題。
本發明提供一種偏振光照明系統及偏振光照明調製方法，以解決上述技術問題。
為解決上述技術問題，本發明提供一種偏振光照明系統，包括微波無極燈、二次曲面反射罩殼、偏振光轉換器件以及線柵偏光元件，所述微波無極燈位於所述二次曲面反射罩殼的焦點處，所述偏振光轉換器件以及線柵偏光元件依次位於所述微波無極燈的正下方。
較佳地，所述微波無極燈與所述線柵偏光元件之間依次設有石英視窗保護玻璃和濾波片，所述偏振光轉換器件設於所述微波無極燈與所述石英視窗保護玻璃之間，或者設於所述石英視窗保護玻璃與所述濾波片之間，或者設於所述濾波片與所述線柵偏光元件之間。
較佳地，所述偏振光轉換器件採用四分之一波片、二分之一波片或者消偏振組件。
較佳地，所述微波無極燈由複數個光管沿橫向和縱向拼接而成。
較佳地，每根所述光管的出光功率可調。
較佳地，每根所述光管的位置在橫向方向上可調。
為解決上述技術問題，本發明提供一種偏振光照明調製方法，包括如下步驟：設置微波無極燈於二次曲面反射罩殼的焦點處，用於發射照明光束並透過所述二次曲面反射罩殼反射，形成反射光束； 較佳地，設置偏振光轉換器件，對所述反射光束進行偏光調製，形成S偏振光和P偏振光；較佳地，設置線柵偏光元件，使上述P偏振光通過，上述S偏振光反射。
其中，所述S偏振光反射後經過上述偏振光轉換器件，透過所述二次曲面反射罩殼反射，透過所述偏振光轉換器件作用後，部分地轉換為P偏振光透過所述線柵偏光元件。
與習知技術相比，本發明提供的偏振光照明系統及偏振光照明調製方法，所述偏振光照明系統包括微波無極燈、二次曲面反射罩殼、偏振光轉換器件以及線柵偏光元件，所述微波無極燈位於所述二次曲面反射罩殼的焦點處，所述偏振光轉換器件以及線柵偏光元件依次位於所述微波無極燈的正下方。本發明採用微波無極燈拼接實現大視場的偏振光照射視場，利用無微波無極燈光強的可調節性提高照明系統的靜態均勻性和積分均勻性；同時採用偏振光轉換器件對偏振光照明系統的光線偏振方向進行調製，提高能量利用率，從而實現大視場、高照度的偏振光照明。
11‧‧‧棒狀光源
12‧‧‧二次曲面反射罩殼
13‧‧‧線柵偏振偏光器
14‧‧‧工件
14a‧‧‧配向膜
15‧‧‧基板台
21‧‧‧泡狀高壓汞燈
22‧‧‧曲面球狀反射罩殼
23‧‧‧第一反射鏡
24‧‧‧偏光元件
25‧‧‧第二反射鏡
26‧‧‧準直鏡組
31‧‧‧波片堆
32‧‧‧四分之一波片
33‧‧‧第一反射鏡
34‧‧‧第二反射鏡
100‧‧‧微波無極燈
200‧‧‧二次曲面反射罩殼
300‧‧‧偏振光轉換器件
400‧‧‧線柵偏光元件
500‧‧‧石英視窗保護玻璃
600‧‧‧濾波片
第1圖為習知的光學配向設備的結構示意圖。
第2圖為習知的偏振光照明裝置的結構示意圖。
第3圖為習知的偏振態純化裝置的結構示意圖。
第4圖為本發明一具體實施例方式中偏振光照明系統的結構示意圖。
第5圖為本發明一具體實施例方式中四分之一波片調製偏振光束偏振態的示意圖。
第6圖為本發明一具體實施例方式中複數隻燈管拼接視場的示意圖。
第7圖為本發明一具體實施例方式中複數排燈管相對移動補償積分均勻性示意圖。
第8圖為本發明一具體實施例方式中偏振光照明系統的均勻性調整曲線。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合圖式對本發明的具體實施方式做詳細的說明。需說明的是，本發明圖式均採用簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發明實施例的目的。
本發明提供的偏振光照明系統，如第4和5圖所示，包括微波無極燈100、二次曲面反射罩殼200、偏振光轉換器件300以及線柵偏光元件400，微波無極燈100位於二次曲面反射罩殼200的焦點處，偏振光轉換器件300以及線柵偏光元件400依次位於微波無極燈100的正下方。具體地，本實施例中，微波無極燈100發出的光經過二次曲面反射罩殼200彙聚後在二次曲面反射罩殼200的正下方彙聚，經偏振光轉換器件300後改變線柵偏光元件400反射光的偏振態，使線柵偏光元件400反射的S偏振光經二次曲面反射罩殼200和偏振光轉換器件300的兩次作用後部分地轉換為P偏振光透過線柵偏光元件400，從而提高偏振光照明系統 的能量利用效率；另一方面，利用微波無極燈100光強的可調節性，提高照明系統的靜態均勻性和積分均勻性。
請重點參考第5圖，線柵偏光元件400反射的S偏振光經偏振光轉換器件300後，轉換為包含S和P偏振光的橢圓偏振光，該橢圓偏振光經二次曲面反射罩殼200反射後的橢圓偏振光經偏振光轉換器件300後仍然為橢圓偏振光，帶有P偏振光分量的橢圓偏振光經過線柵偏光元件400後透過其中的P偏振光分量，從而提高了偏振光照明系統的能量利用率。經初步模擬分析，採用偏振光轉換器件300矯正偏振方向方案下，系統的偏振光出射總能量比無偏振光轉換器件300方案的照度提高了13%。
較佳地，請重點參考第4圖，微波無極燈100與線柵偏光元件400之間依次設有石英視窗保護玻璃500和濾波片600，偏振光轉換器件300設於微波無極燈100與石英視窗保護玻璃500之間，或者設於石英視窗保護玻璃500與濾波片600之間，或者設於濾波片600與線柵偏光元件400之間，具體地，石英視窗保護玻璃500用以實現光路中污染物拒止；濾波片600用以濾出需求波段的照明光。
較佳地，偏振光轉換器件300可以採用四分之一波片、二分之一波片或者消偏振組件，能夠改變線柵偏光元件400反射光的偏振態即可。
較佳地，請重點參考第6和7圖，微波無極燈100由複數個光管沿橫向和縱向拼接而成，具體地，經過複數個小光管的照明視場拼接，可以實現大的照明視場。
較佳地，每根光管的出光功率可調。當照明視場局部光強較強或者較弱時可以透過調整單個光管的工作功率實現區域的照度調整，從而將照明系統的靜態均勻性由單根光管的15%調整至7%以內。
較佳地，請重點參考第7圖，每根光管的位置在沿橫向的方向上可調，也就是說，當單排光管(即沿第7圖中橫向方向排列的複數個光管)積分均勻性出現局部偏高或者偏低狀況時，可以透過在橫向方向移動光管的相對位置實現積分均勻性調節。如第8圖所示，透過橫向方向整排移動光管的相對位置的方式，可以將系統的掃描積分均勻性控制在3%以內。
本發明更提供了一種偏振光照明調製方法，包括如下步驟：
步驟1、設置微波無極燈100於二次曲面反射罩殼200的焦點處，用於發射照明光束並透過二次曲面反射罩殼200反射，形成反射光束；
步驟2、設置偏振光轉換器件300，對反射光束進行偏光調製，形成S偏振光和P偏振光；
步驟3、設置線柵偏光元件400，使上述P偏振光通過，上述S偏振光反射。
步驟4，S偏振光反射後經過上述偏振光轉換器件300，透過二次曲面反射罩殼200反射，透過偏振光轉換器件300作用後，部分地轉換為P偏振光透過線柵偏光元件400。
綜上，本發明提供的偏振光照明系統及偏振光照明調製方法，偏振光照明系統包括微波無極燈100、二次曲面反射罩殼200、偏振光轉換器件300以及線柵偏光元件400，微波無極燈100位於二次曲面反射罩殼200的焦點處，偏振光轉換器件300以及線柵偏光元件400依次位於微波無極燈100的正下方。本發明採用微波無極燈100拼接實現大視場的偏振光照射視場，利用無微波無極燈100光強的可調節性提高照明系統的靜態均勻性和積分均勻性；同時採用偏振光轉換器件300對偏振光照明系統的光線偏振方向進行調製，提高能量利用率，從而實現大視場、高照度的偏振光照明。
顯然，本領域的技術人員可以對發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包括這些改動和變型在內。

Claims (6)

  1. 一種偏振光照明系統，用於光學配向設備中，其包括：一微波無極燈；一二次曲面反射罩殼；一偏振光轉換器件；以及一線柵偏光元件，該微波無極燈位於該二次曲面反射罩殼的焦點處，該偏振光轉換器件以及該線柵偏光元件依次位於該微波無極燈的正下方；其中該微波無極燈由複數個光管沿橫向和縱向拼接而成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之偏振光照明系統，其中該微波無極燈與該線柵偏光元件之間依次設有一石英視窗保護玻璃和一濾波片，該偏振光轉換器件設於該微波無極燈與該石英視窗保護玻璃之間，或者設於該石英視窗保護玻璃與該濾波片之間，或者設於該濾波片與該線柵偏光元件之間。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之偏振光照明系統，其中該偏振光轉換器件採用一四分之一波片、一二分之一波片或者一消偏振組件。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之偏振光照明系統，其中各該光管的出光功率可調。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之偏振光照明系統，其中各該光管的位置在橫向方向上可調。
  6. 一種偏振光照明調製方法，用於光學配向，其包括如下步驟： 步驟1，設置一微波無極燈於一二次曲面反射罩殼的焦點處，用於發射照明光束並透過該二次曲面反射罩殼反射，形成一反射光束，其中該微波無極燈由複數個光管沿橫向和縱向拼接而成；步驟2，設置一偏振光轉換器件，對該反射光束進行偏光調製，形成一S偏振光和一P偏振光；步驟3，設置一線柵偏光元件，使該P偏振光通過，該S偏振光反射；步驟4，該S偏振光反射後經過該偏振光轉換器件，透過該二次曲面反射罩殼反射，透過該偏振光轉換器件作用後，部分地轉換為該P偏振光透過該線柵偏光元件。
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