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投影显示系统偏振分析及偏振器件研究

陈卫斌  
【摘要】:本论文的研究工作主要围绕液晶投影显示系统的偏振分析和偏振器件开发展开。显示技术的发展方向是大屏幕和高分辨率。液晶大屏幕投影显示系统具有高效率,高亮度,低成本的特点,因而得到广泛的应用。偏振系统和偏振转换系统是液晶大屏幕投影显示系统最为重要的部件之一,它跟液晶投影显示的光能利用率和对比度密切相关。 论文分析了液晶大屏幕投影显示系统的偏振特性。设计和制作了应用于液晶投影显示的PBS阵列和宽波段宽角度偏振分光膜,设计了用于投影显示的消偏振分色合色滤光片。 论文首先对投影光学系统中的偏振像差进行分析。我们利用琼斯矩阵偏振光线追迹的方法,分析了投影光学系统中由于两偏振分量位相差引起的偏振像差,以及它与暗态泄漏光强和系统对比度的关系。得出了系统出射面上的光波偏振特性,以及在不同大小孔径角的照明光束入射下偏振像差的变化。分析了膜厚监控误差对光学系统偏振像差的影响,发现膜厚监控误差对偏振像差和系统对比度有很大的影响。 为了提高光能利用率、得到均匀的光学照明,我们设计和制作了PBS阵列偏振转换系统。为了提高投影光学系统的对比度,设计和制备了宽波段宽角度的偏振分光薄膜。设计采用三种膜料,膜系采用计算机优化。对于F/2.8的照明光束,在SF57棱镜上,p-偏振光的平均透过率为93%,s-偏振光的平均透过率为0.095%。 为了减少投影显示系统的杂散光,提高光能利用率,设计了偏振分离几乎为零的消偏振分色合色滤光片。采用宽带法布里—珀罗薄膜干涉滤光片中心波长两侧的干涉带作为长波通或短波通截止滤光片,可实现s-和p-偏振分量的分离几乎为零。采用这种方法,得到长波通和短波通分色滤光片的偏振分离为0.16nm和0.1nm。


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