專利名稱：最佳同步調(diào)整延遲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)總的涉及投射顯示器的偏振補(bǔ)償，具體涉及最佳同步調(diào)整延遲器(optimally clocked trim retarder)和包含該最佳同步調(diào)整延遲器的基于LCD的投射系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
液晶顯示器(LCDs)被廣泛應(yīng)用于大屏幕電視和監(jiān)視器的投射顯示器。在這些基于LCD的投射系統(tǒng)中，高功率的光束在入射到LCD面板前經(jīng)過(guò)偏振器。LCD面板逐個(gè)像素地控制入射光的偏振并將其轉(zhuǎn)向相應(yīng)的偏振器/檢偏器，然后其使具有合適偏振的光改向至將圖像投射到屏幕的投射透鏡。
一種特別成功的基于LCD的投射系統(tǒng)是基于WGP的LCoS微顯示系統(tǒng)，它使用線柵偏振器(WGPs)和硅上液晶(LCoS)面板。當(dāng)與其他微顯示技術(shù)如透射式液晶顯示器(xLCD)、數(shù)字光處理器(DLP)和直視LCD相比，這種微顯示系統(tǒng)被證實(shí)可以展示高分辨率和高圖像對(duì)比度，它一般使用三塊或更多塊微顯示面板(如每塊對(duì)應(yīng)一種原色帶)以提高屏幕亮度。
參考圖1，示出了傳統(tǒng)的3-面板的基于WGP的LCoS微顯示系統(tǒng)。這種微顯示系統(tǒng)包括例如是高壓放電管的光源5和燈棍7。燈棍7使光源5產(chǎn)生的錐形光束均勻化，以保證空間均勻的光分布。可選地，燈棍7是產(chǎn)生線偏振光的偏振轉(zhuǎn)換光管(PCLP)。第一透鏡8a將光從燈棍7傳遞到第一折疊式反射鏡(folding mirror)9，該第一折疊式反射鏡9將光引導(dǎo)至第一二向色濾光器(dichroic filter)10。該第一二向色濾光器10從其余光中分離出蘭光，并且引導(dǎo)蘭光經(jīng)過(guò)第二透鏡8b和第三透鏡8c及第二折疊式反射鏡17和第三折疊式反射鏡16至第一LCoS顯示面板20a。被傳輸經(jīng)過(guò)二向色濾光片10的其余光被引導(dǎo)經(jīng)過(guò)第四透鏡8d和第五透鏡8e及第四折疊式反射鏡11至第二二向色濾光器12。第二二向色濾光器12將其余光分成綠光和紅光，其前者被引導(dǎo)至第二LCoS顯示面板20b，其后者被引導(dǎo)至第三LCoS顯示面板20c。
在到達(dá)每個(gè)LCoS顯示面板20a、20b和20c之前，入射光首先分別通過(guò)WGP15、WGP14和WGP13及調(diào)整延遲補(bǔ)償器21a、21b和21c。每個(gè)WGP15、WGP14、WGP13都是由多條平行的微絲(microwires)形成的偏振器/檢偏器，這些微絲傳輸偏振態(tài)的光，使其與平行微絲的方向正交，并反射偏振態(tài)的光，使之平行于線的方向(例如，如果偏振器被設(shè)計(jì)為通過(guò)水平光或P偏振光，如圖1所示，微絲將垂直于圖1的平面)。每個(gè)LCoS面板20a、20b和20c逐個(gè)像素地改變線性偏振入射光的偏振并將調(diào)制光反射到相應(yīng)的WGP15、WGP14和WGP13。因?yàn)閃GP15、WGP14和WGP13被定向在相對(duì)光的傳播主方向大約±45°處，所以除了作為偏振器/檢偏器，WGP15、WGP14和WGP13也作為分光器，用于通過(guò)沿與入射光路正交的輸出光路操縱或偏轉(zhuǎn)從每一個(gè)LCoS面板反射的光，將入射光從出射光中分離出來(lái)。更特別的是，每個(gè)WGP15、WGP14和WGP13將S偏振光(例如由處于“通電”狀態(tài)的像素旋轉(zhuǎn)90°的偏振光)反射到X-立方體19。X-立方體19聚集(也就是會(huì)聚)來(lái)自三個(gè)顏色信道中每一個(gè)信道的圖像，并通過(guò)投射透鏡18將最終圖像投射到大屏幕上(未顯示)。作為選擇，每個(gè)顏色信道進(jìn)一步包括預(yù)偏振器(未顯示)和/或消光檢偏器(clean-up analyzer)(未顯示)，例如這可包括一個(gè)或多個(gè)WGP和/或二向色片狀偏振器。
調(diào)整延遲補(bǔ)償器21a、21b和21c(這里簡(jiǎn)稱調(diào)整延遲器)是用來(lái)提高微顯示系統(tǒng)的對(duì)比度性能等級(jí)的補(bǔ)償元件，該對(duì)比度性能等級(jí)也受處于暗狀態(tài)(如“關(guān)閉”狀態(tài))的LCoS面板的殘余雙折射所限制。特別地，每個(gè)調(diào)整延遲器21a、21b和21c引入相位延遲，該相位延遲消除了由相應(yīng)LCoS面板的內(nèi)在雙折射所導(dǎo)致的延遲。除非另外聲明，這里使用的術(shù)語(yǔ)“延遲”或“延緩”是指與圓(偏振)延遲量相對(duì)的線性(偏振)延遲量。線性(偏振)延遲是光學(xué)元件厚度與折射率乘積在兩個(gè)正交振偏方向上的差。線性偏振延遲導(dǎo)致兩個(gè)正交線性偏振之間的相位差，其中一個(gè)偏振方向被校準(zhǔn)平行于線性延遲器的e軸(非常軸)，另一個(gè)偏振方向被校準(zhǔn)平行于線性延遲器的o軸(尋常軸)。與之相對(duì)的圓偏振延遲導(dǎo)致右旋圓偏振光與左旋圓偏振光之間的相對(duì)相位差。
線延遲可以被用來(lái)描述面內(nèi)延遲或面外延遲。被表示為光程差的面內(nèi)延遲，是指兩個(gè)正交的平面內(nèi)折射率之間的差與光學(xué)元件物理厚度的乘積。面外延遲是指沿著光學(xué)元件厚度方向(z方向)的折射率和面內(nèi)折射率(或面內(nèi)折射率的平均值)的差與光學(xué)元件物理厚度的乘積。在錐形光束中的正入射光線僅存在面內(nèi)延遲，而包括斜光線(軸外光線)(也就是非垂直但沿著主S平面和P平面)和斜射光線(也就是非垂直并遠(yuǎn)離S平面和P平面入射)的離軸光線同時(shí)經(jīng)歷了面內(nèi)延遲和面外延遲。特別地，在雙折射介質(zhì)中對(duì)于90°光線角度的小概率情況，無(wú)法觀測(cè)到面內(nèi)延遲。
在沒(méi)有調(diào)整延遲器21a-c的情況中，由于LCoS面板20a-c的殘余雙折射，在暗狀態(tài)(“關(guān)閉”狀態(tài))下照射每塊微顯示面板的P偏振的偏振光在反射時(shí)被稍微的橢圓偏振化。當(dāng)包括P偏振分量和S偏振分量的橢圓偏振光被傳輸?shù)较鄳?yīng)的WGP15、WGP14、WGP13，S偏振分量被反射回X-立方體，這樣允許暗狀態(tài)光泄漏到大屏幕上，進(jìn)而限制了投射系統(tǒng)的對(duì)比度。
通過(guò)提供補(bǔ)償由LCoS面板20a-c的殘余雙折射產(chǎn)生的延遲的面內(nèi)延遲，調(diào)整延遲器21a-c的使用提高了對(duì)比度等級(jí)。更具體地，調(diào)整延遲器21a-c被定向使它們的慢軸被設(shè)置在與LCoS面板20a-c的慢軸(被叫做“交叉軸”)正交排列的方位上，而調(diào)整延遲器21a-c的快軸被設(shè)置在與LCoS面板20a-c的快軸正交排列的方位上。這里使用的術(shù)語(yǔ)慢軸(SA)和快軸(FA)是指當(dāng)在正入射測(cè)量線偏振延遲時(shí)的兩個(gè)正交雙折射軸。特別地，對(duì)于大角度入射的負(fù)面外延遲分量，SA和FA方位隨著離軸照射改變而改變，也會(huì)反轉(zhuǎn)SA/FA的作用。
因?yàn)檎{(diào)整延遲器21a-c和LCoS面板20a-c的慢軸被設(shè)置在正交方位上，對(duì)于正入射光來(lái)說(shuō)從調(diào)整延遲器21a-c到LCoS面板20a-c，快/慢軸的作用互換。換句話說(shuō)，具有特定偏振態(tài)的光在調(diào)整延遲器21a-c和LCoS面板20a-c被交替地延遲較多然后較少，或者反之亦然。實(shí)際效果是對(duì)入射光偏振有零相對(duì)延遲，因此不改變偏振態(tài)(也就是說(shuō)輸出光沒(méi)有橢圓偏振)。相應(yīng)的WGP15、WGP14、WGP13和/或可選的消偏器(clean-up polarizer)阻擋了輸出光，以至于暗狀態(tài)光泄漏不會(huì)出現(xiàn)在屏幕上。因?yàn)檎{(diào)整延遲器21a-c沒(méi)有明顯改變面板通電狀態(tài)的輸出，隨后所得的對(duì)比度(全開(kāi)/全關(guān))很好。
除了提供面內(nèi)延遲，調(diào)整延遲器21a-c通常也能提供面外延遲來(lái)增加視野。更特別的，調(diào)整延遲器通常可包括用于補(bǔ)償面內(nèi)延遲的A面板補(bǔ)償部件和補(bǔ)償面外延遲的C-面板補(bǔ)償部件。作為選擇，調(diào)整延遲器21a-c也包括O-面板部件。A-面板是由e軸(非常軸)平行于面板所在平面取向的單軸雙折射材料形成的光延遲器。C-面板是由e軸垂直于面板所在平面取向(也就是說(shuō)，平行于正入射光的方向)的單軸雙折射材料形成的光延遲器。C-面板展示了負(fù)雙折射特性。O-面板是由其e軸(即它的光軸或c軸)與面板所在平面成斜角取向的單軸雙折射材料形成的光延遲器。
如上文所述，每個(gè)調(diào)整延遲器21a-c理想上提供了在關(guān)狀態(tài)下與相應(yīng)LCoS面板20a-c的面內(nèi)延遲匹配的A-面板延遲。然而實(shí)際上，由于設(shè)備厚度、材料雙折射控制和操作漂移(溫度，機(jī)械應(yīng)力等)上的制造公差，LCoS面板20a-c和調(diào)整延遲器21a-c的A-面板延遲都易于隨每個(gè)分量不同而不同。因此為了確保充分的補(bǔ)償，通常在調(diào)整延遲器21a-c上提供具有比LCoS面板20a-c顯示的延遲更高的A-面板延遲。例如，具有5nm A-面板延遲(在550nm波長(zhǎng)處)的調(diào)整延遲器通常被用來(lái)補(bǔ)償展示2nm A-面板延遲(在550nm波長(zhǎng)處)的垂直排列的向列型(VAN)LCoS。
如那些本領(lǐng)域的技術(shù)人員所知的，相對(duì)于上述的標(biāo)稱交叉軸配置，A-面板數(shù)值的這種錯(cuò)配需要調(diào)整延遲器21a-c的光軸的偏移。換句話說(shuō)，調(diào)整延遲器通過(guò)旋轉(zhuǎn)其方位角方向使其遠(yuǎn)離交叉軸配置而被匹配(clocked-in)。
例如，考慮VAN-LcoS，其中面板的慢軸一般被定向?yàn)榛旧掀叫杏赟平面和P平面的平分線(也就是，當(dāng)P偏振平行于0°/180°，S偏振平行于±90°時(shí)，慢軸處于±45°和±135°)。特別地，如果VAN-LCoS面板被用作一種有效的電控雙折射(ECB)器件，重要的是將VAN-LCoS的慢軸定向在±45°，其交叉偏振轉(zhuǎn)換可由下式給出 其中，Δnd是VAN-LCoS面板的單向延遲，λ是照明波長(zhǎng)，φ是相對(duì)于P偏振慢軸方向。在這種配置中當(dāng)面板處于接通狀態(tài)時(shí)VAN-LCoS的功能大致與單向四分之一波片延遲器相同。
如上所述，當(dāng)VAN-LCoS面板的慢軸和快軸平分S和P偏振平面時(shí)，根據(jù)下面的方程式計(jì)算更大值的調(diào)整延遲器的超頻角(over-clocking angle) 其中，Γa(TR)是調(diào)整延遲器的A-面板延遲，Γa(LC)是LCoS的A-面板延遲。
參考表1，計(jì)算出的調(diào)整延遲器的超頻角提供2-10nm的A-面板延遲以補(bǔ)償LCoS面板展示出的2nm A-面板延遲。正、負(fù)方位偏移都被給出。此外，在相對(duì)象限(即，所列的超頻角±180°)建立多于兩個(gè)的方位角位置。

表1根據(jù)標(biāo)稱交叉軸配置的調(diào)整延遲補(bǔ)償器/VAN-LCoS對(duì)的近似超頻角[18]一般地，本領(lǐng)域的技術(shù)人員普遍認(rèn)為，給定調(diào)整延遲器的全部四個(gè)超頻方位角將產(chǎn)生幾乎相同的整個(gè)系統(tǒng)對(duì)比度性能。在四個(gè)超頻方位角中的每一個(gè)產(chǎn)生局部的對(duì)比度最大值且該對(duì)比度最大值在超頻方位角之間不發(fā)生變化(不隨超頻方位角度改變)的假設(shè)下，任意旋轉(zhuǎn)調(diào)整延遲器/VAN-LCoS對(duì)到任一象限(即，只要VAN-LCoS的慢軸和快軸仍滿足平分S偏振平面和P偏振平面的要求)成為可能。因此實(shí)際上，對(duì)于任一給定的VAN-LCoS取向和/或任一給定的WGP方向，通常任意選擇四個(gè)超頻方位角中的一個(gè)，然后將其作為接下來(lái)實(shí)驗(yàn)精細(xì)調(diào)諧的起始位置。
近來(lái)，已經(jīng)預(yù)測(cè)到，在與使用WGP的TN-LCoS(扭曲向列型LCoS)投射系統(tǒng)稍稍不同的使用MacNeille偏振分光器(PBS)的TN-LCoS投射系統(tǒng)中，不同的超頻角度產(chǎn)生不同的系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)(參見(jiàn)J.Chen，M.G.Robinson和G.D.Sharp，“GeneralMethodology for LCoS Panel Compensation(用于LcoS面板補(bǔ)償?shù)囊话惴椒?，”SID 04，Digest，pp.990-993，2004)。
最近，已經(jīng)研究了使用MacNeille PBS的LCoS投射系統(tǒng)中LCoS的方向?qū)ο到y(tǒng)對(duì)比度的影響(參見(jiàn)J.Chen，M.G.Robinson，D.A.Coleman和G.D.Sharp，“Impact of theOrientation of Panel Pretilt Directional and Quarter-wave Plate on LCoS Projection SystemContrast，”SID 06，Digest，pp.1606-1609，2006)。
然而，在這些研究當(dāng)中，僅研究了四個(gè)超頻角中的兩個(gè)(即，附加旋轉(zhuǎn)±180°的超頻角被忽略)。而且，當(dāng)結(jié)果顯示LCoS的預(yù)傾斜方向?qū)ο到y(tǒng)對(duì)比度有很大影響(即，對(duì)于不同的LCoS面板取向、給定的PBS涂層表面傾角和/或不同的PBS涂層表面傾斜角、給定的LCoS面板取向，系統(tǒng)對(duì)比度是不同的)時(shí)，他們無(wú)法提供一個(gè)解決對(duì)比度不同的方案。不幸的是，這意味著具有不同面板方向和/或不同PBS方向的LCoS引擎將展示出不同的系統(tǒng)對(duì)比度。這是需要所有產(chǎn)品具有相同對(duì)比的制造商所非常關(guān)心的。
發(fā)明概述[22]與由本領(lǐng)域其它技術(shù)人員通常所認(rèn)識(shí)到的相反，本發(fā)明人已證實(shí)，所有四個(gè)超頻方位角沒(méi)有產(chǎn)生相同的系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)。這些變化的對(duì)比度等級(jí)屬于在該系統(tǒng)中迄今為止沒(méi)有被認(rèn)識(shí)到的不對(duì)稱，例如該不對(duì)稱在相對(duì)極化和方位視角繪制該面板的凈反射延遲曲線時(shí)，在缺少對(duì)稱平行于LCoS面板的正入射的單軸情況中是明顯的。通過(guò)在相對(duì)于z軸的±45°處定向WGP和/或給調(diào)整延遲器提供傾斜分量(即，如沿其慢軸平面在凈延遲曲線中所顯示的)，可以引入另外的不對(duì)稱。
本發(fā)明涉及一種同步調(diào)整延遲器的方法，該方法使具有不同面板方向和/或PBS方向的LCoS引擎具有相似的系統(tǒng)對(duì)比度。更具體地，本發(fā)明涉及一種使調(diào)整延遲器與方位取向同步的方法，該方法對(duì)于VAN-LCoS面板種四種慢軸象限位置中之任一和/或兩種線柵偏振器傾斜取向中之任一來(lái)說(shuō)是最佳的。
依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其包括光源；第一偏振器，其用于從該光源接收光并傳輸具有第一線性偏振軸的第一線性偏振光；液晶顯示器面板，用于光調(diào)制該第一線性偏振光，具有慢軸和快軸；第二偏振器，其用于接收光調(diào)制光并用于傳輸具有第二線性偏振軸的第二線性偏振光；投射透鏡，其用于將第二線性偏振光投射在屏幕上；和設(shè)置在液晶顯示器面板和第一和第二偏振器中至少一個(gè)之間的調(diào)整延遲器，該調(diào)整延遲器具有大于液晶顯示器面板中的殘余面內(nèi)延遲的面內(nèi)延遲，并具有慢軸，選擇該慢軸的方位角以處于預(yù)定提供系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)的方位角范圍內(nèi)，該系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)基本上不受液晶顯示器面板的慢軸的方向和第一和第二偏振器方向中至少之一的影響。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種同步調(diào)整延遲器的方法，其包括提供第一調(diào)整延遲器，以補(bǔ)償基于液晶顯示器的投射系統(tǒng)中的第一液晶顯示器面板的殘余面內(nèi)延遲，該基于液晶顯示器的投射系統(tǒng)包括光源；至少一個(gè)偏振器，用于接收來(lái)自光源的光，用于將具有第一線性偏振軸的第一線性偏振光傳輸?shù)降谝灰壕э@示器面板，以及用于接收來(lái)自第一液晶顯示器面板的具有第二線性偏振軸的第二線性偏振光；和投射透鏡，其用于將第二線性偏振光投射到屏幕上，第一調(diào)整延遲器具有大于第一液晶顯示器面板的殘余面內(nèi)延遲的面內(nèi)延遲并具有慢軸，確定第一調(diào)整延遲器的慢軸的方位角的第一方位角范圍，該第一方位角范圍選擇提供基本上不受第一液晶顯示器面板的慢軸方向和至少一個(gè)偏振器的方向中的至少一個(gè)影響的系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)；以及定位第一調(diào)整延遲器，以使其慢軸的方位角位于第一方位角范圍內(nèi)。
依據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種同步調(diào)整延遲器的方法，該方法用在基于液晶顯示器的投射系統(tǒng)中，該方法包括提供調(diào)整延遲器，以補(bǔ)償液晶顯示器面板的殘余面內(nèi)延遲，該調(diào)整延遲器具有大于液晶顯示器面板的殘余面內(nèi)延遲的面內(nèi)延遲，并具有慢軸；確定調(diào)整延遲器的慢軸的方位角的最佳方位角范圍，該最佳方位角范圍選擇提供局部系統(tǒng)對(duì)比度最大值，對(duì)于該液晶顯示器面板的四種不同慢軸象限方向，該系統(tǒng)對(duì)比度最大值基本上是可以獲得的；以及定向調(diào)整延遲器，以使其慢軸的方位角位于最佳方位角范圍內(nèi)。


根據(jù)下面詳細(xì)的說(shuō)明書(shū)，結(jié)合附圖，本發(fā)明的更多的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，其中[28]圖1是現(xiàn)有技術(shù)、基于3-面板線柵偏振器(WGP)的硅上液晶投射光引擎(light engine)的示意圖；[29]圖2a是多面板基于WGP的LcoS投射光引擎的子系統(tǒng)的示意圖，其中將WGP定位在相對(duì)z軸+45°；[30]圖2b是圖2a中所示的子系統(tǒng)的平面圖；[31]圖2c是多面板基于WGP的LcoS投射光引擎的子系統(tǒng)的示意圖，其中將WGP定位在相對(duì)z軸成-45°；[32]圖2d是圖2c中所示的子系統(tǒng)的平面圖；[33]圖3顯示模擬的將全功能調(diào)整延遲器層疊為2nm/250nm A/C-板VAN-LcoS面板的雙通道對(duì)比度； 圖4a示出右旋XYZ坐標(biāo)系統(tǒng)，在沿正極性方位角的逆時(shí)針?lè)较?CCW)約定觀看指向觀察者的光束時(shí)；[35]圖4b示出左旋XYZ坐標(biāo)系統(tǒng)，在沿正極性方位角的CCW方向約定觀看遠(yuǎn)離觀察者的光束時(shí)；[36]圖5a顯示TR的可能的SA方向，此時(shí)WGP被定位在相對(duì)于z軸成-45°且LcoS的SA被定位在第三象限(即，面板方向#1)；[37]圖5b顯示TR的可能的SA方向，此時(shí)WGP被定位在相對(duì)于z軸成-45°且LcoS的SA位于第一象限(即，面板方位#2)；[38]圖5c顯示TR的可能的SA方向，此時(shí)WGP被定位在相對(duì)于z軸成-45°且LcoS的SA位于第四象限(即，面板方位#3)；[39]圖5d顯示TR的可能的SA方向，此時(shí)WGP被定位在相對(duì)于z軸成-45°且LcoS的SA位于第二象限(即，面板方位#4)；[40]圖6a顯示TR的可能的SA方向，此時(shí)WGP被定位在相對(duì)于z軸成+45°且LcoS的SA位于第四象限(即，面板方位#3)；[41]圖6b顯示TR的可能的SA方向，此時(shí)WGP被定位在相對(duì)于z軸成+45°且LcoS的SA位于第二象限(即，面板方位#4)；[42]圖6c顯示TR的可能的SA方向，此時(shí)WGP被定位在相對(duì)于z軸成+45°且LcoS的SA位于第三象限(也就是，面板方位#1)；[43]圖6d顯示TR的可能的SA方向，此時(shí)WGP被定位在相對(duì)于z軸成+45°且LcoS的SA位于第一象限(也就是，面板方位#2)；[44]圖7顯示不對(duì)稱調(diào)整延遲補(bǔ)償器沿其主軸的凈線性延遲曲線；[45]圖8顯示對(duì)稱調(diào)整延遲補(bǔ)償器沿其主軸的凈線性延遲曲線；[46]圖9顯示不對(duì)稱調(diào)整延遲器的實(shí)驗(yàn)延遲分量的干涉視圖(conoscopic viewingmap)；[47]圖10顯示對(duì)稱調(diào)整延遲器的實(shí)驗(yàn)延遲分量的干涉視圖；[48]圖11a是示出面板方位#1和傾斜-45度的WGP的不對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[49]圖11b是示出面板方位#1和傾斜+45度的WGP的不對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖； 圖12a是示出面板方位#2和傾斜-45度的WGP的不對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[51]圖12b是示出面板方位#2和傾斜+45度的WGP的不對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[52]圖13a是示出面板方位#3和傾斜-45度的WGP的不對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[53]圖13b是示出面板方位#3和傾斜+45度的WGP的不對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[54]圖14a是示出面板方位#4和傾斜-45度的WGP的不對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[55]圖14b是示出面板方位#4和傾斜+45度的WGP的不對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[56]圖15a是示出面板方位#1和傾斜-45度的WGP的對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[57]圖15b是示出面板方位#1和傾斜+45度的WGP的對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[58]圖16a是示出面板方位#2和傾斜-45度的WGP的對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[59]圖16b是示出面板方位#2和傾斜+45度的WGP的對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[60]圖17a是示出面板方位#3和傾斜-45度的WGP的對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[61]圖17b是示出面板方位#3和傾斜+45度的WGP的對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[62]圖18a是示出面板方位#4和傾斜-45度的WGP的對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[63]圖18b是示出面板方位#4和傾斜+45度的WGP的對(duì)稱調(diào)整延遲器的慢軸的最佳范圍的示意圖；[64]圖19是示出在RH-XYZ坐標(biāo)系中的VAN-LcoS面板的示意圖； 圖20示出模擬的VAN-LcoS面板的反射延遲分量，用于根據(jù)反射RH-XYZ或入射LH-XYZ坐標(biāo)系確定慢軸方位；[66]圖21顯示模擬的具有4.5°預(yù)傾斜的VAN-LcoS面板和2nm/250nm A板/C板@λ＝550nm的延遲分量的錐光圓形延遲圖；[67]圖22是具有面向入射的線側(cè)的WGP的示意圖(在RH-XYZ坐標(biāo)系中顯示)；[68]圖23示出空氣中45°傾斜的WGP的錐狀采樣，其中帶有“·”標(biāo)記的線表示相對(duì)于錐軸，作為偏離器件法線的極化和方位角的函數(shù)的錐體(圓形物)的橫截面，以及帶有“x”標(biāo)記的線表示1.52分度鏡中的新的采樣錐；[69]圖24顯示在45°傾斜處使用的WGP的衰減(diattenuation)部件，其中衰減參數(shù)被示為器件法線中心坐標(biāo)軸(上半部分)的函數(shù)和錐軸中心坐標(biāo)軸(下半部分)的函數(shù)，覆蓋所需的會(huì)聚f/2.4采樣錐，用于從鏡子到線柵的傳輸；[70]圖25示出在45°傾斜處使用的WGP的延遲分量，覆蓋所需的會(huì)聚f/2.4采樣錐，用于從鏡子到線柵的傳輸；[71]圖26示出對(duì)于從空氣到線柵的反射，所使用的WGP以45°傾斜的衰減分量，覆蓋所需的會(huì)聚f/2.4采樣錐；[72]圖27示出對(duì)于從空氣到線柵的反射，使用的WGP以45°傾斜的延遲分量，覆蓋所需的會(huì)聚f/2.4采樣錐；[73]圖28是多面板基于偏振的LcoS投射光引擎的子系統(tǒng)的示意圖，該光引擎包括MacNeille型偏振分光器(PBS)立方體；[74]圖29是多面板基于偏振的LcoS投射光引擎的另一子系統(tǒng)的示意圖，該光引擎包括MacNeille型偏振分光器(PBS)立方體；[75]圖30a是多面板基于偏振的LcoS投射光引擎的子系統(tǒng)的示意圖，其中LCD是TN或VAN型透射式液晶面板；以及[76]圖30b是多面板基于偏振的LcoS投射光引擎的另一子系統(tǒng)的示意圖，其中LCD是TN或VAN型透射式液晶板。
應(yīng)當(dāng)注意到，在整個(gè)附圖中，相同元件由相同參考數(shù)字表示。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述[78]處于描述本發(fā)明的目的，如圖1所示，從基于WGP的LCoS微顯示系統(tǒng)的一個(gè)色彩信道選擇的光學(xué)元件將被進(jìn)一步詳細(xì)討論。參考圖2a和2b，這些光學(xué)元件形成包含預(yù)偏振器200、WGP201、調(diào)整延遲器202、VAN-型LCoS面板203和消偏器(clean-up polarizer)204的子系統(tǒng)。
預(yù)偏振器200是定向傳輸P偏振光(例如，如水平雙向箭頭所示的)的偏振器。依據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該預(yù)偏振器包含一級(jí)或多級(jí)基于柵格的(反射的)偏振器(例如，鋁線柵)或規(guī)則二向色片(吸收的)偏振器的基本上平行的元件。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，WGP201是由設(shè)置在透明基底上的多個(gè)平行微絲形成的偏振器。定位WGP201以使其傳輸軸大致平行于預(yù)偏振器201的傳輸軸并且使微絲平行于y軸被排列(即因此它也只傳輸P偏振光)。典型地，這些絲位于WGP基底的后側(cè)(遠(yuǎn)離預(yù)偏振器201)，因此線性的偏振光更少地受到基底內(nèi)熱和/或機(jī)械應(yīng)力引發(fā)的雙折射的影響。這樣的WGP裝置的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)是減少光學(xué)元件在投射路徑內(nèi)的像散和慧形像差。
然而，WGP201并非相關(guān)于入射錐形光束的中心光線以正入射被定向。相反地，WGP201相對(duì)于z軸被傾斜約45度。更具體地，WGP圍繞+y軸從其平行于XY平面的初始排列旋轉(zhuǎn)+45°(或僅僅相對(duì)于z軸傾斜+45°)。這遵守右旋XYZ坐標(biāo)系統(tǒng)(RH-XYZ)的歐拉角旋轉(zhuǎn)規(guī)則。當(dāng)使用在偏離正入射時(shí)，如圖2a和2b中所示，如果傳輸?shù)木€性偏振(例如P偏振)被包含在入射平面內(nèi)(P平面)，則WGP201以高偏振-對(duì)比度方式運(yùn)行。再次參考圖2a和2b，該高對(duì)比配置需要平行于S平面取向的微絲(與相對(duì)于中心光線入射的平面正交)。由于光學(xué)系統(tǒng)亮度和孔徑之間的平衡(光學(xué)徑角性)，該子系統(tǒng)要求使用每一光學(xué)元件的適中的數(shù)值孔徑。典型的是配置該光學(xué)元件以使其在f/2.4系統(tǒng)中很好地起作用(在空氣中入射為大約±12°)。從而，對(duì)于每一局部WGP元件，偏振的P和S平面涉及錐形光束中的中心光線(此后稱為主光線)的線性偏振。
調(diào)整延遲器202是補(bǔ)償元件，該補(bǔ)償元件如上所述，被用于提高微顯示系統(tǒng)的對(duì)比度性能等級(jí)。該調(diào)整延遲器202包括A-板部件，以及可選擇的C-板和O-板部件。更具體地，調(diào)整延遲器202提供比LCoS204的面內(nèi)延遲高的A-板延遲。因此，調(diào)整延遲器202是超頻的，以使它的SA 230被以非交叉方式定位在相鄰象限(即，相對(duì)于RH-XYZ坐標(biāo)系的第三象限)。根據(jù)表1，對(duì)于略高的調(diào)整延遲器延遲和較低的VAN-LCoS面板延遲，SA230的位置通常小于30°，并且更優(yōu)選與最靠近的‘S’或‘P’軸所成的角度小于15°。
調(diào)整延遲器在本領(lǐng)域是眾所周知的。用于形成調(diào)整延遲器的材料的一些例子包括各向同性的聚合物，它們?cè)谝粋€(gè)或多個(gè)軸上被拉伸以形成二軸或單軸負(fù)雙折射層、二軸有機(jī)薄片，例如纖維素乙酸酯、圓盤(pán)型(液晶)膜、雙折射晶體、無(wú)機(jī)薄膜、扭曲螺旋鐵電液晶聚合物和/或液晶混合物交連進(jìn)聚合物基質(zhì)(polymer host，LCP)。后者已經(jīng)被證明在可靠性、均一性和延遲目標(biāo)的便利方面是非常通用的，此外，與無(wú)機(jī)薄膜結(jié)合以提供C-板功能。所得到的全功能調(diào)整延遲器進(jìn)一步被證明能提供優(yōu)良的對(duì)比度補(bǔ)償以及環(huán)境穩(wěn)定性。
VAN-LCoS面板203是在硅面板上的垂直排列向列型液晶，如本領(lǐng)域眾所周知的。示出的面板203包括不透明的底層203a和可轉(zhuǎn)換的液晶層203b。沒(méi)有示出覆蓋的玻璃和金屬反射體。LCoS面板203被定位在其慢軸(SA)220位于RH-XYZ坐標(biāo)系的第四象限中，同時(shí)在第一通道(RH-XYZ)中觀看指向觀察者的光束。在描述VAN-LCoS面板的SA220時(shí)，使用參考來(lái)說(shuō)明具有向+z軸傾斜的極化角(正極性傾斜)的SA220的方位角方向。VAN-LCoS面板的快軸(FA)221與慢軸(SA)方向是正交的(即，相對(duì)SA方位角偏移±90°)。FA 221位于第一象限內(nèi)，與x軸成45°方位角。
VAN-LCoS 203被以肖像模式被排列示出。更特別的是，定位矩形形狀的(例如，4∶3或16∶9屏幕高寬比)顯示單元，以使最長(zhǎng)尺寸平行于WGP線排列。使用肖像模式的優(yōu)點(diǎn)在于傾斜WGP的尺寸肯定相對(duì)于非傾斜WGP以～1.41(也就是，1/cos(45°))的因數(shù)增加。因此，如果選擇用于VAN-LCoS的風(fēng)景模式，則正入射的WGP的16/9屏幕縱橫比變?yōu)椤?.26，而不是～2.51。近單位屏幕縱橫比保證了在高熱和高通量情形下WGP撓曲度是最小的。當(dāng)然，以風(fēng)景模式排列的VAN-LCoS203也是可能的。
消偏器204是被定位用以傳輸S偏振光的偏振器(例如，它在圖2a中使用垂直雙側(cè)箭頭和在圖2b中使用圓點(diǎn)表示)。預(yù)偏振器200和消偏器204都被相似地定位，并且相對(duì)于主光線傳播方向沒(méi)有傾斜。依據(jù)一個(gè)實(shí)施例，消偏器204包括一級(jí)或多級(jí)的基本上平行的吸收偏振器元件。
在操作中，從前級(jí)照明(未示出)光中輸出的非偏振或部分偏振光240將通過(guò)前預(yù)偏振器200，以獲得P偏振光241。該光被傳輸通過(guò)WGP201，并且其偏振消光比增強(qiáng)。調(diào)整延遲器202預(yù)調(diào)節(jié)入射P偏振光242且產(chǎn)生橢圓輸出。理想地，入射在LCoS面板204上(該面板處于暗(關(guān)閉)狀態(tài)中)的偏振光的橢圓率不能由殘余的面板延遲實(shí)現(xiàn)，反射光在完成通過(guò)VAN-LCoS面板203和調(diào)整延遲器202的雙通道之后，因此仍保留P偏振。然而，對(duì)于給定的錐形光束和調(diào)整延遲器及VAN-LCoS面板延遲和軸取向的一些空間變化，現(xiàn)有的光線將累積一些橢圓光243。略微橢圓的偏振光243由WGP201檢偏。更具體地，橢圓偏振光的S偏振分量244由WGP201的線側(cè)偏離到正交通路212。該分量被稱為“S泄漏”并通過(guò)消偏器204。該泄漏通過(guò)投射透鏡(未顯示)被傳遞到屏幕(未顯示)，并對(duì)接下來(lái)的對(duì)比度的降級(jí)起作用。通過(guò)WGP201傳輸?shù)臍堄郟偏振分量245經(jīng)由光路213被投射回照明系統(tǒng)，并最終被損耗掉。
參考圖2c和2d，示出了從基于WGP的LCoS微顯示系統(tǒng)的另一色彩通道選擇的光學(xué)元件。這些光學(xué)元件形成了包含前預(yù)偏振器300、WGP301、調(diào)整延遲器302、VAN型LCoS面板303和消偏器304的子系統(tǒng)。
預(yù)偏振器300是被定位用以傳輸P偏振光(例如，它被示出為水平雙側(cè)箭頭)的偏振器。依據(jù)一個(gè)實(shí)施例，該預(yù)偏振器包括基于柵格(反射)的偏振器(例如，鋁線柵)或規(guī)則的二向色片(吸收性)偏振器的一級(jí)或多級(jí)基本上平行的元件。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員所眾所周知的，WGP301是由多個(gè)平行的被設(shè)置在透明基板上的微絲形成的偏振器。定位WGP301以使它的傳輸軸基本上平行于預(yù)偏振器301的傳輸軸，以使微絲平行于y軸排列(即，以使它同樣僅僅傳輸P偏振光)。一般地，該線被位于WGP基板的背面(遠(yuǎn)離預(yù)偏振器301)，以使線性偏振光在該基板中更少受到熱和/或機(jī)械應(yīng)力引發(fā)的雙折射的影響。這種WGP裝置的第二個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于減少了投射路徑中光學(xué)元件的像散和慧形像差(coma aberration)。
然而，WGP301沒(méi)有在相對(duì)于入射錐型光束的中心光線正入射的方向取向。而是，WGP301相對(duì)于Z軸傾斜大約45°。更具體地，WGP從其平行于XY平面的初始排列繞+y軸旋轉(zhuǎn)-45°(或者相對(duì)于z軸簡(jiǎn)單地傾斜-45°)。這使用右旋XYZ坐標(biāo)系(RH-XYZ)遵循Euler(歐拉)角旋轉(zhuǎn)的規(guī)則。如圖2c和2d所示，當(dāng)使用在偏離正入射時(shí)，如果傳輸?shù)木€性偏振(例如，p偏振)被包含在入射平面(P平面)內(nèi)，則WGP301工作在高偏振對(duì)比度模式。再次參考圖2c和2d，這種高對(duì)比度配置要求微絲平行于S平面取向(相對(duì)于中心光線，與入射平面正交)。由于光學(xué)系統(tǒng)(“光學(xué)徑角性”)的亮度和孔徑之間平衡(trade-off)，該子系統(tǒng)要求使用各個(gè)光學(xué)元件的適中的數(shù)值孔徑。一般配置光學(xué)元件使其與f/2.4系統(tǒng)一起很好地作用(在空氣入射中近似為±12°)。從而偏振的P和S平面指的是相對(duì)于每個(gè)局部WGP元件在錐形光束中的中心光線(此后稱為主光線)的線性偏振。
調(diào)整延遲器302是補(bǔ)償元件，如上面所述的，該元件被用于提高微顯示系統(tǒng)的對(duì)比度性能等級(jí)。該調(diào)整延遲器302包括A-板部件，以及可選擇的C-板和O-板部件。更特別的是，調(diào)整延遲器302提供比LCoS303的面內(nèi)延遲更高的A-板延遲。因此，調(diào)整延遲器302是超頻的，以使它的SA330被以非交叉方式定位在相鄰象限(即，相對(duì)于RH-XYZ坐標(biāo)系的象限3)。根據(jù)表1，對(duì)于適中高些的調(diào)整延遲器延遲和相當(dāng)?shù)偷腣AN-LCoS面板延遲，SA330的位置一般小于30°，并且仍較優(yōu)選為與最靠近的“S”或“P”軸所成的角度小于15°。
調(diào)整延遲器在本領(lǐng)域是眾所周知的。用于制造調(diào)整延遲器的材料的一些例子包括各向同性的聚合物，它們?cè)谝粋€(gè)或多個(gè)軸上被拉伸以形成二軸或單軸負(fù)雙折射層、二軸有機(jī)薄片，例如纖維素乙酸酯、圓盤(pán)型(液晶)膜、雙折射晶體、無(wú)機(jī)薄膜、扭曲螺旋鐵電液晶聚合體和/或液晶混合物交叉連接為聚合物基質(zhì)(LCP)。后者已經(jīng)被證明在可靠性、均勻性和延遲目標(biāo)的便易上是非常通用的，此外，與無(wú)機(jī)薄膜結(jié)合以提供-C板功能。得到的全功能調(diào)整延遲器進(jìn)一步被證明具有優(yōu)良的對(duì)比度補(bǔ)償以及合乎環(huán)境要求的穩(wěn)定。
VAN-LCoS面板303是在硅面板上的垂直排列向列型液晶，如本領(lǐng)域眾所周知的。示出的面板303包括不透明的底層303a和可轉(zhuǎn)換的液晶層303b。沒(méi)有示出覆蓋的玻璃和金屬反射體。LCoS面板303被定位在其慢軸(SA)320位于RH-XYZ坐標(biāo)系的第四象限中，同時(shí)在第一通道(RH-XYZ)中觀看指向觀察者的光束。在描述VAN-LCoS面板的SA320時(shí)，使用參考來(lái)說(shuō)明具有向+z軸傾斜(正極性傾斜)的極化角的SA320的方位角。VAN-LCoS面板的快軸(FA)321與SA方向正交(即，相對(duì)SA方位角偏移±90°)。FA321位于第一象限，與x軸成45°方位角。
VAN-LCoS 303被以肖像模式被排列示出。更特別的是，定位矩形形狀的(例如，4∶3或16∶9屏幕高寬比)顯示單元，以使最長(zhǎng)尺寸平行于WGP線排列。使用肖像模式的優(yōu)點(diǎn)在于傾斜WGP的尺寸相對(duì)于非傾斜WGP以～1.41(也就是，1/cos(45°))的因數(shù)增加。因此，如果選擇用于VAN-LCoS的風(fēng)景模式，則以主入射的WGP的16/9屏幕縱橫比變?yōu)椤?.26，而不是～2.51。近單一屏幕高寬比保證了在高熱和高通量情形下WGP撓曲度是最小的。當(dāng)然，以風(fēng)景模式排列的VAN-LCoS303也是可能的。
消偏器304是被定位以傳輸S偏振光的偏振器(例如，它在圖2a中使用垂直雙側(cè)箭頭和在圖2b中使用圓點(diǎn)表示)。預(yù)偏振器300和消偏器304都被相似地定位，并且相對(duì)于主光線傳播方向沒(méi)有傾斜。依據(jù)一個(gè)實(shí)施例，消偏器304包括一級(jí)或多級(jí)的基本上平行的吸收偏振元件。
在操作中，從前級(jí)照明(未示出)光中輸出的非偏振或部分偏振光340將通過(guò)預(yù)偏振器300，以獲得P偏振光341。該光被傳輸通過(guò)WGP301，并且其偏振消光比被提高。調(diào)整延遲器302預(yù)調(diào)節(jié)入射P偏振光束342且產(chǎn)生橢圓輸出。理想地，入射在LCoS面板303上(該面板處于暗(關(guān)閉)狀態(tài)中)的偏振光的橢圓率不能由殘余的面板延遲實(shí)現(xiàn)。反射光在完成通過(guò)VAN-LCoS面板303和調(diào)整延遲器302的雙通道之后，因此保留P偏振。然而，對(duì)于給定的錐形光束和調(diào)整延遲器及VAN-LCoS面板延遲和軸取向的一些空間變化，現(xiàn)有的光線將累積一些橢圓光343。略微橢圓的偏振光343由WGP301檢偏。更具體地，橢圓偏振光的S偏振分量344由WGP301的線側(cè)偏離到正交通路312。該分量被稱為“S泄漏”并通過(guò)消偏器304。該泄漏通過(guò)投射透鏡(未顯示)被中轉(zhuǎn)到屏幕(未顯示)，以及對(duì)接下來(lái)的對(duì)比度的降級(jí)起作用。通過(guò)WGP301傳輸?shù)臍堄郟偏振分量345經(jīng)由光路313被投射回照明系統(tǒng)，進(jìn)而最后被損耗掉。
特別地，圖2a和2b中所示的WGP201以相對(duì)于z軸成+45°傾斜，它與在圖1中所示的LCoS投射系統(tǒng)的紅色和藍(lán)色信道(即，類似于13、15)中使用的是相同的取向，而圖2c和2d中所示的WGP301相對(duì)于z軸以-45°傾斜，它與在綠色信道(也就是，類似于14)中的取向相同。更具體地，第一WGP201是第二WGP301的鏡像。在圖2a和2c中所示的子系統(tǒng)被使用在同一LCoS投射系統(tǒng)中時(shí)，如例如在圖1中所示的，調(diào)整延遲器202和調(diào)整延遲器302將具有或者不具有同一方向。理想地，相同的調(diào)整延遲器對(duì)于給定的LCoS面板是有用的，該面板用于帶有不可被識(shí)別的整體對(duì)比度性能的WGP的不同方位。
表2顯示器件參數(shù)，以在λ＝550nm處的2nm/250nm A板/C板VAN-LCoS面板的層疊為模型的全功能A-板/C-板調(diào)整延遲器(TR)的假定和擬合性能參數(shù)。

表2器件參數(shù)，兩級(jí)調(diào)整延遲補(bǔ)償器和VAN-LCoS面板雙折射補(bǔ)償?shù)募俣ê湍M性能參數(shù)。
使用10,000∶1的系統(tǒng)基線對(duì)比度，在λ＝550nm處以6,700∶1模擬雙通道TR/LCoS和TR反射正交偏振泄漏光(S泄漏)的非相干總量。參照?qǐng)D3，視圖(a)顯示模擬的LCoS光關(guān)閉狀態(tài)的雙通道TR/LCoS S泄漏傳輸，而視圖(b)顯示單獨(dú)的調(diào)整延遲補(bǔ)償器的反射S泄漏。采用LH-XYZ坐標(biāo)系。明顯的，對(duì)于錐形光束中每一個(gè)光線角，使用均勻和低級(jí)泄漏光強(qiáng)度，該面板很好地被補(bǔ)償。
在面板被高品質(zhì)反射鏡取代并且TR被從其典型位置移走時(shí)，該系統(tǒng)基線對(duì)比度是光學(xué)系統(tǒng)的錐適光對(duì)比加權(quán)。這種基線數(shù)量測(cè)量交叉偏振器的離軸泄漏光，包括WGP。預(yù)偏振器、WGP和偏振器的偏振對(duì)比度根據(jù)公布的數(shù)據(jù)而獲得。假定WGP僅僅用作分光器件并且預(yù)偏振器和消偏器由二向色片制造，入射在TR上的光的偏振對(duì)比度近似由WGP傳輸?shù)钠駥?duì)比度和二向色傳輸偏振對(duì)比度的乘積給出450×1000。在返回通道中，WGP反射的偏振對(duì)比度是明顯地差，對(duì)交叉檢偏器給出30×1000的偏振對(duì)比度。這兩個(gè)偏振消光率(偏振對(duì)比度的倒數(shù))被利用作為在該模型中的輸入偏振器和輸出檢偏器的瓊斯矢量。因此，該系統(tǒng)基線對(duì)比度應(yīng)考慮交叉偏振器的離軸效應(yīng)。
在該模擬模型中，整體系統(tǒng)對(duì)比度不依賴于TR慢軸的方向。事實(shí)上，數(shù)值結(jié)果表明，對(duì)于不同的TR方向，對(duì)比度變化＜＜1％。在數(shù)值模型中，LCoS面板具有其SA在LH-XYZ系統(tǒng)中以-45°定向，而TR的標(biāo)稱SALH-XYZ系統(tǒng)中以-98.1°定向。根據(jù)近似解析式得到的超頻角為偏移交叉軸結(jié)構(gòu)的±36.7°方位角，或者更遠(yuǎn)的的這兩個(gè)位置的180°偏移。假定系統(tǒng)基線對(duì)比度10,000∶1，與標(biāo)稱對(duì)比度6,700∶1相比，數(shù)值模型中的四個(gè)TR取向都沒(méi)有產(chǎn)生可感知的差異。
然而，系統(tǒng)對(duì)比度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值已經(jīng)被建立，用相同的VAN-LCoS面板SA方向作為模型，用以在一些色彩波段提供如30％一樣大的不同對(duì)比度。用于紅、綠和藍(lán)色信道的實(shí)驗(yàn)對(duì)比度在表3中被列出。

表3藍(lán)色、綠色和紅色波段中的單信道光引擎的系統(tǒng)對(duì)比度的實(shí)驗(yàn)測(cè)量值。
實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)中的WGP結(jié)構(gòu)與圖2c中所示的結(jié)構(gòu)相似，WGP以相對(duì)于z軸-45°傾斜。更具體地，WGP以相對(duì)于z軸-45°傾斜，并且面板的SA根據(jù)LH-XYZ坐標(biāo)系在-45°取向(即，在第四象限)。標(biāo)示為540的該結(jié)構(gòu)在圖5c中被清楚地示出。使用±超頻角及其±180°變化，標(biāo)示為546、547、548和549的四種可能的TR SA方向被建立。SA方向548和549位于第一象限1中，而SA方位546和547位于第三象限中。在各色彩波段中，實(shí)際方位超頻角依賴于TR的精確A板延遲和VAN-LCoS面板(方位)。
通過(guò)感光加權(quán)打開(kāi)狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)強(qiáng)度值的對(duì)比，獲得實(shí)驗(yàn)對(duì)比度。在表3中給出各色波段的波長(zhǎng)范圍。測(cè)量的系統(tǒng)基線值在紅色、綠色和藍(lán)色波長(zhǎng)波段中分別為12,000∶1、10,000∶1和6,000∶1，用于會(huì)聚f/2.4光錐。再次參考表3，明顯的是，最佳系統(tǒng)對(duì)比度在紅色、綠色和藍(lán)色波長(zhǎng)波段中分別近似為4,500∶1、5,900∶1和7,900∶1。對(duì)應(yīng)于位于象限3中的TR SA 547，該最佳方位根據(jù)LH-XYZ坐標(biāo)系被定位在180°和225°方位角之間。根據(jù)比較最差TR SA方向和理想的TR SA方向的增益在紅色、綠色和藍(lán)色波長(zhǎng)波段中分別近似為35％、20％和15％。
這里使用的方位角(實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模型)參考RH-XYZ坐標(biāo)系。在器件模型為專用時(shí)，RH-XYZ坐標(biāo)系被參照為入射；在觀察傳輸場(chǎng)時(shí)，RH-XYZ坐標(biāo)系被參照為傳輸光束；在觀察反射或雙通道傳輸場(chǎng)時(shí)，RH-XYZ坐標(biāo)系被參照為返回光束。因?yàn)檫@個(gè)規(guī)則，在傳輸和入射側(cè)的坐標(biāo)設(shè)置互相協(xié)調(diào)，但是反射側(cè)中的坐標(biāo)設(shè)置相對(duì)入射坐標(biāo)設(shè)置具有左右鏡像特性。在橢圓偏振器和延遲器的描述中，橢圓本征偏振態(tài)(eigenpolarization)的信號(hào)被連續(xù)使用在入射、傳輸和反射側(cè)。
圖4a中顯示RH-XYZ坐標(biāo)系。在說(shuō)明歐拉角(用于單軸媒質(zhì)的兩個(gè)角度和用于雙軸媒質(zhì)的三個(gè)角度)時(shí)，對(duì)于正面觀察入射光束，該坐標(biāo)軸表示RH-XYZ。每個(gè)單軸層的極化和方位角由(θc，φc)表示。當(dāng)從輸入側(cè)觀察反射(或者雙通道傳輸)器件時(shí)，通過(guò)將X軸的方向反置來(lái)保持RH-XYZ系統(tǒng)。當(dāng)參考入射光束(也就是，觀察入射的后面)時(shí)，用于反射觀察的RH-XYZ坐標(biāo)設(shè)置相當(dāng)于LH-XYZ坐標(biāo)設(shè)置。這示顯示在圖4b中。在兩個(gè)RH-XYZ和LH-XYZ坐標(biāo)系(定義，當(dāng)它們均被用作入射參照時(shí))中，對(duì)于從正x軸的逆時(shí)針(CCW)旋轉(zhuǎn)，方位角被定義為正的。這個(gè)軸方向被用于例如來(lái)描述延遲器的快/慢軸。為了詳細(xì)說(shuō)明光錐中的觀察面，傳輸?shù)挠^察面與入射面平行。然而，對(duì)于反射(或雙通道傳輸)系統(tǒng)，觀察面與入射面具有180°偏移(用于360°方位角平面范圍和0至90°極化角范圍)。
根據(jù)XYZ坐標(biāo)系建立的規(guī)則，圖2a-d中所示的子系統(tǒng)中全部可能的TR和LCoS結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步分析。參考圖5a-d，顯示了WGP501相對(duì)于z軸-45°取向時(shí)TR和LCoS方向的可能結(jié)構(gòu)。更具體地，圖5a顯示了第一結(jié)構(gòu)500，包括用于第一LCoS面板503方位的TR502的四種可能的SA方向(506、507、508和509)，其中LCoSSA504位于第三象限，基本上與快軸505正交。圖5b顯示第二結(jié)構(gòu)520，包括用于第二LCoS面板523方位的TR522的四種可能的SA方向(526、527、528和529)，其中LCoS SA 524被位于第一象限，基本上與快軸525正交。圖5c顯示第三結(jié)構(gòu)540，包括用于第三LCoS面板543方位的TR542的四種可能的SA方向(546、547、548和549)，其中LCoS SA 544位于象限4，基本上與快軸545正交。圖5d示出第四結(jié)構(gòu)560，包括用于第四LCoS面板563方位的TR562的四種可能的SA方向(566、567、568和569)，其中LCoS SA 564位于象限2，基本上與快軸565正交。這些結(jié)構(gòu)500、520、540和560參照LH-XYZ坐標(biāo)系。該面板的SA 504、524、544和564被假定基本上對(duì)分系統(tǒng)S和P偏振方向(例如在平分線的±10°內(nèi))。
參照?qǐng)D6a-d，顯示了在WGP601被相對(duì)于z軸以+45°取向時(shí)，四種可能的LCoS面板SA方向和十六種可能的TR SA方向。更具體地，圖6a顯示第一結(jié)構(gòu)600，包括用于第三LCoS面板603方位的TR602的四種可能的SA方位(606、607、608和609)，其中LCoS SA 604位于象限4，基本上與快軸605正交。圖6b顯示第二結(jié)構(gòu)620，包括用于第四LCoS面板623方位的TR 622的四種可能的SA方向(626、627、628和629)，其中LCoS SA 624位于象限2，基本上與快軸625正交。圖6c顯示第三結(jié)構(gòu)640，包括用于第一LCoS面板643方位的TR 642的四種可能的SA方向(646、647、648和649)，其中LCoS SA 644位于象限3，基本上與快軸645正交。圖6d顯示第四結(jié)構(gòu)660，包括用于第二LCoS面板663方位的TR662的四種可能的SA方位(666、667、668和669)，其中LCoS SA 664位于象限1，基本上與快軸665正交。被稱為600、620、640和660的四種可能的光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分別指結(jié)構(gòu)500、520、540和560的鏡像(關(guān)于y軸)。注意到，盡管具有CCW正極性方位角規(guī)則的LH-XYZ坐標(biāo)系被采用用于描述TR和LCoS慢軸的方向，所指示的方向?qū)嶋H上表示(LcoS中和可能的TR器件中的)O板雙折射媒質(zhì)的光軸相對(duì)于入射光向+z方向傾斜。
由于數(shù)值模型沒(méi)有預(yù)測(cè)對(duì)于不同TR同步角的基本上不同的對(duì)比度等級(jí)，在該模型中沒(méi)有結(jié)合傾斜的WGP的作用的情況中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)已經(jīng)被用于量化該系統(tǒng)性能。該實(shí)驗(yàn)使用f/2.4會(huì)聚光錐。盡管有包含三種元件(WGP、TR和LCoS)方向的32中可能的結(jié)構(gòu)，圖5和6中顯示的該結(jié)構(gòu)之間的鏡像特性是被用于消除16的非唯一結(jié)構(gòu)。此外，使用兩種不同類型的延遲補(bǔ)償器。在沿著其SA平面測(cè)量時(shí)，第一類型TR具有與入射角(AOI)關(guān)系的不對(duì)稱凈線性延遲的曲線。這種曲線例如可以由傾斜的單軸O板或傾斜的雙軸O板給出。第二類型TR具有沿其SA平面的與(AOI)關(guān)系的對(duì)稱線性延遲曲線。在圖7和8中分別示出用于非對(duì)稱和對(duì)稱TR的SA和FA平面凈線性延遲曲線。參照?qǐng)D7，非對(duì)稱TR顯示在大約5°AOI處的峰值線性延遲。通常地，非對(duì)稱延遲將包含傾斜結(jié)構(gòu)，作為非均勻性單軸O板/C板疊層或均勻性傾斜的雙軸O板。參照?qǐng)D8，對(duì)稱TR的兩軸曲線關(guān)于法向入射成鏡像(對(duì)稱)。使用Axometrics公司Axoscan穆勒(Mueller)矩陣偏振器在λ＝450nm處收集這個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由于如表3中所述的各種TR方向的對(duì)比度之間的顯著差異，而選擇近似處于藍(lán)色波段中心的該波長(zhǎng)。在圖9、10中分別示出用于非對(duì)稱和對(duì)稱TR例子的單通道傳輸延遲分量(即，線性延遲、線性延遲器軸和圓延遲)。迎面觀察光束時(shí)，正入射的非對(duì)稱延遲器的SA方向根據(jù)RH-XYZ坐標(biāo)系被近似排列在-85°處。迎面觀察光束時(shí)，正入射的對(duì)稱延遲器SA方向根據(jù)RH-XYZ坐標(biāo)系被近似排列在-65°處。非對(duì)稱TR沒(méi)有示出任何明顯的圓延遲，在所有觀察方位上直到±20°AOI。然而，在同樣觀察錐面上，對(duì)稱TR例子顯示出在λ＝450nm處的直到7nm的圓延遲值。
使用PR-705分光輻射度計(jì)收集實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果。在燈關(guān)閉和燈打開(kāi)狀態(tài)的強(qiáng)度在藍(lán)色波段(λ＝430-490nm)成像上被加權(quán)。在燈關(guān)閉狀態(tài)中沒(méi)有驅(qū)動(dòng)VAN-LCoS面板。表4a-d分別列出了結(jié)構(gòu)500、520、540和560的這些結(jié)果?？紤]到光學(xué)結(jié)構(gòu)中的鏡像對(duì)稱，結(jié)構(gòu)600、620、640和660的結(jié)果分別源自結(jié)構(gòu)500、520、540和560。

表4(a)光學(xué)結(jié)構(gòu)500的藍(lán)波段中的實(shí)驗(yàn)對(duì)比度測(cè)量值。


表4(b)光學(xué)結(jié)構(gòu)520的藍(lán)波段中的實(shí)驗(yàn)對(duì)比度測(cè)量值。

表4(c)光學(xué)結(jié)構(gòu)540的藍(lán)波段中的實(shí)驗(yàn)對(duì)比度測(cè)量值。

表4(d)光學(xué)結(jié)構(gòu)560的藍(lán)波段中的實(shí)驗(yàn)對(duì)比度測(cè)量值。


表5(a)光學(xué)結(jié)構(gòu)600的藍(lán)波段中的實(shí)驗(yàn)對(duì)比度測(cè)量值。

表5(b)光學(xué)結(jié)構(gòu)620的藍(lán)波段中的實(shí)驗(yàn)對(duì)比度測(cè)量值。

表5(c)光學(xué)結(jié)構(gòu)640的藍(lán)波段中的實(shí)驗(yàn)對(duì)比度測(cè)量值。


表5(d)光學(xué)結(jié)構(gòu)660的藍(lán)波段中的實(shí)驗(yàn)對(duì)比度測(cè)量值。
這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果使一般的觀念無(wú)效此觀念即對(duì)于給定的LCoS面板方位，TR的四種可能的方位是相等的。對(duì)于藍(lán)波段中的各個(gè)面板方位、各個(gè)TR方位和各個(gè)WGP方位，顯示了不同的結(jié)果。這些結(jié)論可被擴(kuò)展到可見(jiàn)波長(zhǎng)區(qū)域中的所有色彩波段。
參考所測(cè)量的包括不對(duì)稱TR的子系統(tǒng)的對(duì)比度，無(wú)論WGP被如何定位，對(duì)于每個(gè)面板方位，通常都有一個(gè)最佳的TR方位。在各種情況中，將系統(tǒng)定位至最佳的TR方位，以使位于法向入射處的調(diào)整延遲器的慢軸最接近輸入到該系統(tǒng)的線性偏振。在這里，，慢軸方位指的是與傾斜在RH-XYZ坐標(biāo)系中的正極性單軸指向器所成的方位角，和與傾斜在LH-XYZ坐標(biāo)系中的負(fù)極性單軸指向器所成的方位角。
在調(diào)整延遲器的A板延遲適度大于LCoS面板的A板延遲時(shí)，TR的SA基本上平行于引入到該光學(xué)系統(tǒng)中的線性偏振(例如，在這里所述的光學(xué)結(jié)構(gòu)中的x軸中±30°或更優(yōu)選地在±15°內(nèi))。對(duì)于面板VAN-LCoS方位和選擇最接近引入偏振的SA方位，如表6(a)中所列舉的，所選擇的最佳TR SA位置在特定的第1/8圓周內(nèi)。

表6(a)使用不對(duì)稱調(diào)整延遲補(bǔ)償器層疊的VAN-LCoS面板的理想補(bǔ)償?shù)姆轿唤欠秶?，其中各個(gè)方位角范圍從最近P偏振軸延伸出近似45°。引入了偏離S和P偏振平分線的標(biāo)定1度。
在對(duì)稱TR的情況中，慢軸不容易與其旋轉(zhuǎn)180°的方向區(qū)分。藍(lán)波段中的實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果顯示以正入射的TR中的SA應(yīng)當(dāng)被排列成最接近引入的線性偏振。選擇的TR SA方向及其旋轉(zhuǎn)180°的倒轉(zhuǎn)方向給出了測(cè)量噪聲內(nèi)的對(duì)比性能。如表6(b)中所列舉的，所選擇的兩個(gè)最佳TR SA位置在特定的第1/8圓周內(nèi)。


表6(b)使用對(duì)稱調(diào)整延遲補(bǔ)償器層疊的VAN-LCoS面板的最佳補(bǔ)償?shù)姆轿唤欠秶?，其中各個(gè)方位角范圍從最近P偏振軸延伸出近似45°。引入了偏離S和P偏振平分線的標(biāo)定1度。
注意的是，僅僅提及調(diào)整延遲補(bǔ)償器和VAN-LCoS面板的慢軸的方向，而沒(méi)有考慮該兩個(gè)器件的屏幕高寬比。對(duì)于在各個(gè)顏色信道和不對(duì)稱TR的給定WGP方位，就一些面板SA位置來(lái)說(shuō)，存在具有近似相當(dāng)最高對(duì)比值的三個(gè)TR方位(例如，具有-45°WGP定位的結(jié)構(gòu)560和具有+45°WGP定位的結(jié)構(gòu)660)。可以選擇該三個(gè)TR定位中的任何一個(gè)。在面板SA的其它定位中，僅僅可能為單個(gè)最佳的TR SA定位(例如，具有-45°WGP定位的結(jié)構(gòu)520和具有+45°WGP定位的結(jié)構(gòu)620)。如在表6a和6b中所強(qiáng)調(diào)的分別對(duì)于不對(duì)稱TR的一個(gè)第1/8圓周區(qū)域內(nèi)和對(duì)于對(duì)稱TR的一個(gè)第1/8圓周區(qū)域內(nèi)的最佳SA方位可實(shí)現(xiàn)基本相等圖像對(duì)比性能，而不管投影系統(tǒng)中的WGP的方位和LCoS面板SA的方位。
VAN-LCoS面板的標(biāo)定SA已經(jīng)名義上被限定在±45°和±135°。實(shí)際上，有該標(biāo)定SA方位的小容差范圍。該容差通常偏離上述VAN-LCoS面板標(biāo)定SA方位在±15°內(nèi)，更優(yōu)選在±10°內(nèi)，更進(jìn)一步優(yōu)選在±5°內(nèi)。面板SA方位偏離給定象限中預(yù)期的SP平分線的這些小的方位角對(duì)表6(a)和6(b)中所記錄的最佳TR SA方位區(qū)域沒(méi)有影響。
在圖11a/b、12a/b、13a/b中示出了當(dāng)TR為不對(duì)稱TR時(shí)的所有四個(gè)VAN-LCoS面板方位的TR SA方位的最佳范圍。對(duì)于各個(gè)LCoS方位，一般僅僅有一個(gè)提供整體對(duì)比度最大值的TR SA方位。對(duì)于兩個(gè)WGP方位，遮蔽區(qū)域中該方位的選擇提供了最佳方位，此最佳方位采用LCoS面板SA方位中的任何一個(gè)都可實(shí)現(xiàn)基本上相等的對(duì)比度性能。
在各個(gè)光學(xué)結(jié)構(gòu)中的不對(duì)稱調(diào)整延遲器的唯一最佳方位具有其SA方位角，該SA方位角被定位在與LCoS面板SA的象限位置關(guān)于y軸成鏡像的象限中。該y軸還是兩個(gè)WGP方位的旋轉(zhuǎn)軸(相對(duì)于z軸傾斜±45°)。最佳TR SA方位被包含在第1/8圓周內(nèi)，最接近引入的偏振軸，該偏振軸在與LCoS面板SA的象限位置成鏡像的象限中。這種觀察對(duì)于TR A板延遲的所有值、一直到半波是有效的。超過(guò)半波TR A板值，則慢和快軸的作用轉(zhuǎn)換。為了補(bǔ)償具有低板內(nèi)延遲的VAN-LCoS板，以λ＝550nm作為參照，典型地使用具有范圍為從0nm到大約四分之一波長(zhǎng)的A板值的TR，更優(yōu)選0nm到第1/10波長(zhǎng)，更進(jìn)一步優(yōu)選第1/50波長(zhǎng)。
如果該調(diào)整延遲器的離開(kāi)該器件的前、后表面的抗反射性能十分類似，則對(duì)于結(jié)構(gòu)500和640的最佳定位的不對(duì)稱調(diào)整延遲器(也就是，面板方位#1)可被轉(zhuǎn)變，以最佳補(bǔ)償結(jié)構(gòu)540和600(也就是，面板方位#3)，并且反之亦然，如果調(diào)整延遲器圍繞x軸旋轉(zhuǎn)180°。換言之，標(biāo)記的SA位置關(guān)于x軸成鏡像。然而，由于認(rèn)識(shí)到該面板的間接傾斜被倒轉(zhuǎn)，所以參照正極性傾斜(相對(duì)于z軸)的SA方位具有另外180°方位角偏離。同樣地，結(jié)構(gòu)520及660(也就是面板方位#2)和結(jié)構(gòu)560及620(也就是面板方位#4)的最佳不對(duì)稱TR方位是成鏡像的，通過(guò)180°圍繞x軸旋轉(zhuǎn)而被鏈接。
在圖15a/b、16a/b、17a/b和18a/b中給出具有對(duì)稱TR的最佳TR SA方位的圖形表示。對(duì)于每個(gè)LCoS面板SA方位，有2個(gè)基本上相等對(duì)比度性能的TR的SA方位。這兩個(gè)最佳方位基本上平行于入射的線性偏振。這兩個(gè)方位的區(qū)域被標(biāo)記為最靠近入射線性偏振的陰影的1/8圓周。
注意到，當(dāng)TR為均衡TR時(shí)，WGP方位的選擇對(duì)位于最佳TR SA位置的絕對(duì)對(duì)比數(shù)起重要作用。例如，參考表4b和5d，藍(lán)波段內(nèi)實(shí)驗(yàn)對(duì)比測(cè)量示出結(jié)構(gòu)520的最大值3500和結(jié)構(gòu)660的最大值4500，兩者都使用面板方位#2。相比較，當(dāng)TR為不對(duì)稱TR時(shí)，有相當(dāng)較小的差異(也就是，對(duì)于結(jié)構(gòu)520和660分別為4200和4300)。
通過(guò)模擬VAN-LcoS面板和WGP，可進(jìn)一步驗(yàn)證在變化的調(diào)整延遲器方位之間的系統(tǒng)對(duì)比度中實(shí)驗(yàn)觀察到的差異。
在投影顯示器中使用的VAN-LCoS面板被模擬為傾斜排列的LC器件(也就是，O板結(jié)構(gòu))。圖19示出傾斜排列LCoS器件中LC單元400的例子。LC層401被夾在覆蓋玻璃402和硅基底403之間。在基底403的頂表面制造超大規(guī)模集成(VLSI)電路和光學(xué)性能反射式電極(例如，鋁鏡，沒(méi)有示出)。在鏡上施加的電壓驅(qū)動(dòng)LC分子404，在覆層玻璃402上的相對(duì)透明電極提供其余的電接觸。在啟動(dòng)狀態(tài)中，遠(yuǎn)程平均的LC指向器405從器件法線(z方向)407略微傾斜。這個(gè)極化角θc以方位角φc投影在器件平面上。該方位角平面也是傾斜平面406。注意到，極化角θc是相對(duì)于+z軸的正極性角，并且被限制位在0和90°之間的數(shù)值。LC指向器的方位角φc被限定在360°范圍內(nèi)。圖19中示出使用“RH-XYZ”坐標(biāo)系的傾斜面和極化角。(θc，φc)角對(duì)專門(mén)說(shuō)明平均LC指向器的方位。使用大致的軸上錐體圖解說(shuō)明該LCoS器件(也就是，錐軸平行于該器件法線)。入射平面410包含波矢(wavevector)408，其中該波矢相對(duì)于器件法線407以極化角θ傾斜。使用諸如LCoS之類的反射式器件，可方便的示出LH-XYZ坐標(biāo)系中的視角。入射波矢被反射為409。該視平面(其處于180°方位角，不同于入射平面)與LH-XYZ系中的x軸成φv角度。類似地，(θ，φv)角對(duì)專門(mén)說(shuō)明觀察位置。
VAN-LCoS面板中使用的LC混合物是具有負(fù)介電各向異性的正極性單軸材料。這種類型的LC混合物的一些例子包括Merck MLC-6608和MLC-6610。在施加的電場(chǎng)處，LC指向器朝向該器件平面旋轉(zhuǎn)。在啟動(dòng)狀態(tài)(light-off-state)處，LC單元在轉(zhuǎn)換所要求的閾值電壓下被驅(qū)動(dòng)，或根本不被驅(qū)動(dòng)。LC指向器在燈關(guān)閉狀態(tài)中幾乎為是相似圖形(homeotropic)。典型地將小的預(yù)傾斜角設(shè)定在5°和10°之間，以避免LC指向器的旋轉(zhuǎn)位移，更少的受到散射場(chǎng)切換的影響，進(jìn)而加速在法向操作處的切換響應(yīng)。VAN-LCoS的傾斜面相應(yīng)于慢軸平面。由于VAN-LCoS平面中的O板結(jié)構(gòu)，包含LC模塊中的正極性傾斜的方位角被確定。在該單元的厚度上，VAN-LCoS中的LC預(yù)傾斜被假定為均勻的。對(duì)于透射式器件，該O板結(jié)構(gòu)在整個(gè)視錐上不產(chǎn)生任何有意義的圓延遲(例如，直到±30°極化角)。然而，由于反射，均勻O板結(jié)構(gòu)產(chǎn)生可測(cè)量的圓延遲。
圖20說(shuō)明模擬VAN-LcoS面板的模擬的反射延遲分量，用于確定具有正極性傾斜的慢軸方位。更具體地，圖20示出所有方位角視平面的在30°AOI處的VAN-LcoS的模擬。當(dāng)視平面與傾斜面相一致時(shí)，觀察者(或測(cè)量?jī)x器)看到最大的線性延遲，但沒(méi)有圓延遲。這是包含LC單元慢軸的平面。相反地，當(dāng)視平面與快軸平面相一致時(shí)(正交于傾斜平面)，觀察者看到線性延遲的傾斜(dip)，同時(shí)圓延遲量級(jí)是最大的。圓延遲被標(biāo)記為正的符號(hào)和負(fù)的符號(hào)，分別與左旋和右旋圓偏振相關(guān)聯(lián)。這種規(guī)則遵循在Yeh等的“Optics of liquid crystals displays”、John Wiley & Sons，New York中所述的自然術(shù)語(yǔ)(natural nomenclature)。圖形示出了用于LCoS SA方位(相對(duì)于z軸具有正極角的LC的傾斜面)的[45°，135°，225°，315°]LH-XYZ的±圓延遲符號(hào)的位置。
圖21給出用來(lái)觀察極角高達(dá)±30°的錐體的LCoS延遲分量。這些延遲分量線性延遲、延遲軸和圓延遲分別被示出在(a)、(b)和(c)中。LCoS模型中的LC指向器被定位在135°(相對(duì)于RH-XYZ定律)，從而SA沿著東北/西南線(相對(duì)于LH-XYZ視錐)。盡管通過(guò)線性延遲圖確定VAN-LCoS傾斜平面是可能的，但是如果沒(méi)有利用圓延遲圖而辨別LC正傾斜對(duì)(vs.)負(fù)傾斜是不可能的。沿SA平面，圓延遲數(shù)量近似為零。沿正交方位角平面，圓延遲達(dá)到最大數(shù)量。根據(jù)具有正LC指向器傾斜的VAN-LCoS SA方位(在坐標(biāo)系LH-XYZ中旋轉(zhuǎn))，最大圓延遲數(shù)量的符號(hào)以90度CCW觀察方位轉(zhuǎn)動(dòng)為正的，以90度CW觀察方位轉(zhuǎn)動(dòng)為負(fù)的。以大約30°離軸照明，圓延遲的數(shù)量可以被容易地測(cè)量到。在這種模擬中，VAN-LcoS具有4.5°預(yù)傾斜和2nm/250nm A板/C板@λ＝550nm的線性延遲分量，以及其LC指向器具有被定位為φc＝135°的正傾斜(RH-XYZ坐標(biāo)系)。因?yàn)殄F光偏振(conoscopic)圓延遲圖被示出用于反射檢查，所以將慢軸定位在45°方位角(LH-XYZ坐標(biāo)系)。
明顯地，在針對(duì)極化和方位視角繪制該面板的凈反射延遲曲線時(shí)，缺少平行于LCoS面的法向入射方向的對(duì)稱的單軸。這種對(duì)稱的缺乏被認(rèn)為為至少部分理由對(duì)應(yīng)于調(diào)整延遲器的四個(gè)可能超頻角的四個(gè)局部對(duì)比度最大值是不相等的。
如上所述，包括調(diào)整延遲器和VAN-LCoS面板的兩級(jí)模型沒(méi)有對(duì)補(bǔ)償效率相對(duì)于調(diào)整延遲SA方位的依賴程度(也就是，四種可能超頻角提供近似相同的補(bǔ)償)進(jìn)行預(yù)測(cè)。再者，在該模型中的輸入偏振器和輸出檢偏器不是雙折射的，盡管包含適當(dāng)?shù)钠裣饴?。在高性能LCoS系統(tǒng)中，使用線柵PBS提供寬波長(zhǎng)波段和寬角度接收。除了損耗之外(低生產(chǎn)功效)，WGP的第二不合需要的方面為該器件的相位延遲。
實(shí)際上，WGP是具有有效媒質(zhì)理論(EMT)指標(biāo)線的雙折射器件(盡管其主要功能仍舊是分光器和偏振器中之一)。在投影應(yīng)用中，WGP指標(biāo)線傾斜于標(biāo)定系統(tǒng)XY平面。顯然，WGP具有雙折射參數(shù)，該參數(shù)影響面板的VAN-LCoS殘余延遲分量。以法向入射，非常高的消光率應(yīng)當(dāng)消除雙折射效應(yīng)。然而，在錐體應(yīng)用中，尤其對(duì)于反射，不交軸光線(skew ray)效應(yīng)成為得到TR/LcoS對(duì)的固有對(duì)比度的限制因數(shù)。
在圖22中示意示出模擬的線柵450。一系列平行的微絲451被沉積在玻璃基底452上，以形成一維光柵。將該光柵向量平行于x軸排列。在該模擬中，假定空氣453充滿這些絲之間的縫隙。顯示入射波矢454相對(duì)于器件法線456成極化角θ。該波矢被包含在入射平面455中。該入射平面相對(duì)于x軸成方位角φ。采用RH-XYZ坐標(biāo)系。在光引擎結(jié)構(gòu)中，一般將玻璃基底452朝向光源(未顯示)定向。引入的光通過(guò)WGP450，從玻璃452至光柵451作為會(huì)聚光錐。在第二通道上，擴(kuò)散錐體入射在線側(cè)上，以及線柵451的反射被偏離向檢偏器/投影透鏡。
在圖23中示出相對(duì)于WGP器件法線的錐體照明的極化和方位角偏移。在該模擬中，假定使用f/2.4錐體(在空氣中～12°半錐寬)以及將WGP繞y軸旋轉(zhuǎn)45°(RH-XYZ約定)?？偟姆轿唤欠秶茷椤?5.5°(由半錐寬除以WGP傾斜角而得到的值的反正弦給出)，而最大AOI范圍為從33°至57°。AOI范圍取決于所選擇的觀察方位角。方位角的平面為局部入射面。在錐體折射到如玻璃媒質(zhì)中時(shí)，各個(gè)采樣方位角被保持，但根據(jù)斯涅爾定律(Snell′s law)光線角被減小。在玻璃媒質(zhì)中的錐體的橫截面為橢圓形，伴隨沿旋轉(zhuǎn)軸(y軸)的錐寬度延長(zhǎng)。對(duì)于折射率為1.52的玻璃，沿主入射面(XZ面)的AOI范圍大約為從21°到33.5°。
在錐形裝置中已經(jīng)模擬了一種這樣的WGP。微絲(microwires)被假定具有150nm的寬度、170nm的深度和絲對(duì)光柵周期的占空比為47％。在該線上面或下面沒(méi)有附加的涂覆層。使用諸如來(lái)自Grating S olver Dev.Corp.，PO Box 353，Allen，Texas75013的Gsolver軟件模擬的模型采用模態(tài)分析和嚴(yán)格耦合波分析(rigorous coupled-wave analysis，RCWA)相結(jié)合來(lái)計(jì)算線柵光柵的矢量衍射輸出。由于可見(jiàn)波長(zhǎng)波段內(nèi)的短光柵節(jié)距，對(duì)于透射和反射該光柵僅僅產(chǎn)生零級(jí)(其它級(jí)消逝)。在該器件計(jì)算中，獲得至多±20級(jí)。0R和0T級(jí)的合成振幅電場(chǎng)(分別為反射和透射中的零級(jí))此后被轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛐巍癝”和“P”坐標(biāo)系。對(duì)于透射和反射，要求用2×2Jones(瓊斯)矩陣來(lái)計(jì)算。該Jones矩陣被分解為緊跟在橢圓延遲器后面的橢圓偏振器(衰減器)。
鋁線柵被模制為復(fù)合指數(shù)(n，k)(例如，根據(jù)the Handbook of optical constants ofsolids，Ed.E.D.Palik，Academic Press，Orlando，1985(固體的光學(xué)常數(shù)手冊(cè)，Ed.E.D.Palik，學(xué)術(shù)出版社，Orlando，1985))的列表。在表7中提供了Al(鋁)層及玻璃基底的光學(xué)常數(shù)的一些例子。

表7在模擬WGP中使用的鋁層和玻璃基底的光學(xué)常數(shù)。
在穿過(guò)WGP透射的第一通道中(從玻璃至導(dǎo)線)，在圖24和25中分別示出透射場(chǎng)的衰減(diattenuation)和延遲分量。在λ＝450nm處執(zhí)行計(jì)算，同時(shí)θ在玻璃中的范圍為從21°至33.5°且觀察方位角φv的范圍為從-15.5°至+15.5°。根據(jù)這些計(jì)算角度范圍，圖24的上半部顯示了衰減分量，其中(a)是線性衰減圖，(b)是透射的偏振軸圖，以及(c)是圓形衰減圖，對(duì)于從玻璃到線柵的透射，每個(gè)圖覆蓋至少f/2.4采樣錐。在極化和方位角方向中都采用相同的角度步長(zhǎng)。該視錐的該部分略微大于玻璃中的折射(真實(shí)的)錐(圖23中的實(shí)際折射錐與以器件法線為中心的錐段的四側(cè)相切)。該段的銳角轉(zhuǎn)角不表示實(shí)際光椎中的光線角，進(jìn)而這些數(shù)據(jù)點(diǎn)被忽略。圖24的下半部示出了視錐內(nèi)的衰減分量，其中(d)是線性衰減圖，(e)是透射的偏振軸圖，以及(f)是圓形衰減圖，對(duì)于從玻璃到線柵的傳輸，每個(gè)圖僅僅覆蓋所要求的f/2.4采樣錐。這些后面的三個(gè)視錐坐標(biāo)被參照為空氣中的錐軸。
在透射中，WGP的線性衰減是非常高的，如圖24(d)中所示近似100％。線性衰減軸被稱為“高振幅”軸(HA)，以避免與在傳統(tǒng)吸收偏振器和線柵反射偏振器中使用的透射軸和吸收軸相沖突。對(duì)于WGP，其光柵向量平行于x軸，對(duì)于透射場(chǎng)，HA方位基本上平行于全局“P”偏振排列，以及對(duì)于反射場(chǎng)，HA方位基本上平行于全局“S”偏振排列。當(dāng)錐光偏離入射的主平面(也就是，遠(yuǎn)離φv＝0°或180°)時(shí)，HA方位角偏離P偏振。對(duì)于空氣中典型的f/2.4錐，圖24(e)顯示可能存在差不多±1.7°的衰減軸變化。類似地，圓衰減投射在非主平面入射處。在相當(dāng)于空氣中的f/2.4錐內(nèi)，在透射中WGP的圓衰減達(dá)到近似±3.4％。
圖25示出了相應(yīng)的模擬延遲結(jié)果，包括線性延遲圖(a)、慢軸圖(b)和圓延遲圖(c)，其中各個(gè)圖覆蓋所要求的采樣f/2.4錐。對(duì)于用作玻璃至導(dǎo)線傳輸?shù)腤GP，線性延遲數(shù)量在任何觀察點(diǎn)都是相當(dāng)均勻的。在λ＝450nm處的結(jié)果表示線性延遲(～177nm延遲對(duì)450nm波長(zhǎng))的0.4個(gè)波。當(dāng)線性延遲軸分布與線性衰減器軸分布相比較時(shí)，慢軸圖表示線性延遲軸分布相似但不相同的分布。在相當(dāng)于空氣中的f/2.4錐內(nèi)，該慢軸被分布在90°±2.5°上。注意到，在這里采用的極性分解方法假定衰減器緊跟在延遲器之后。這意味著，透射的光使用在空氣中相當(dāng)f/2.4錐中范圍為0°±1.7°的HA軸來(lái)線性偏振，進(jìn)而該線性偏振光受到在相同錐內(nèi)具有90°±2.5°的慢軸分布的線性延遲的大約0.4波束的影響。傳輸中的WGP的圓延遲在f/2.4錐(λ＝450nm)的極限垂直方位角處變化范圍為±5.4nm。
在第二通道上，在輸入光已經(jīng)兩次通過(guò)調(diào)整延遲器和LCoS面板之后，WGP的反射場(chǎng)性能(從空氣到玻璃)均是很重要的。圖26和27中分別顯示出反射場(chǎng)中f/2.4錐(在空氣中)中的模擬的衰減和延遲特性。在第二通道(反射)中的WGP的衰減特性比其第一通道傳輸衰減(玻璃到導(dǎo)線)差。參考圖26，線性衰減圖(a)示出線性衰減現(xiàn)在嚴(yán)重依賴于視錐位置(從最大AOI到最小AOI或者在空氣中從大約57°到33°AOI，其變化范圍從大約78％到87％)。慢軸圖(b)示出線性衰減軸變化高達(dá)±4.7°，在f/2.4錐內(nèi)(對(duì)第一通道中±1.7°的范圍)。圓衰減圖(c)示出相比于透射的第一通道中的圓衰減，該圓衰減還屬于最大幅度，在f/2.4錐內(nèi)處于高達(dá)±6.1％。
通過(guò)較差的反射延遲性能再加上顯著較差的反射衰減特性。圖27中的線性延遲圖(a)示出在標(biāo)定f/2.4錐內(nèi)，參考λ＝450nm處，對(duì)于AOI在空氣中從33°變化到57°，凈線性延遲從近似125nm變化到175nm。這明顯地表示相關(guān)于錐軸的O板雙折射。將線柵等效指標(biāo)圖的傾斜相關(guān)于系統(tǒng)XY平面以大約+45°排列。注意到，該模擬被執(zhí)行作為會(huì)聚錐。在光引擎中，在WGP處的第二通道使用擴(kuò)散錐，這表示衰減和延遲參數(shù)圍繞其錐軸被旋轉(zhuǎn)180°方位角。再次參考圖27，反射場(chǎng)(b)的慢軸分布改變高達(dá)±3.8°，略差于透射的第一通道，而在反射場(chǎng)中不存在圓延遲(c)。
注意的是，在基于VAN-LcoS的投影系統(tǒng)中雙折射補(bǔ)償略微受到存在相對(duì)于系統(tǒng)z軸以標(biāo)定±45°傾斜的WGP的影響。通過(guò)線柵的第一通道(從玻璃到鋁)將不可忽略的圓延遲引導(dǎo)入已經(jīng)線性極化的光束。透射中的WGP的延遲性能類似負(fù)單軸A板(具有非常小的光軸傾斜)。這種性能已經(jīng)被開(kāi)發(fā)，以使WGP在面板內(nèi)旋轉(zhuǎn)，并且可被用作補(bǔ)償器。
還注意到的是，對(duì)于調(diào)整延遲元件，同樣顯示出視錐(viewing-cone)依賴圓延遲，當(dāng)視錐各個(gè)象限中的圓延遲符號(hào)沒(méi)有被適當(dāng)?shù)嘏帕袝r(shí)，該調(diào)整延遲元件的某些方位將達(dá)不到最佳。這解釋了實(shí)際補(bǔ)償面板對(duì)比度值中的變化，這些值可使用具有不可忽略的圓延遲的對(duì)稱延遲器來(lái)得到。
光兩次穿越調(diào)整延遲補(bǔ)償器/VAN-LcoS面板器件之后，光再次從空氣側(cè)到達(dá)WGP。在這里反射場(chǎng)是重要的。反射中的WGP延遲特性的模擬結(jié)果顯示獲得大致上O板單軸雙折射，而沒(méi)有任何圓延遲。O板具有包含在WGP器件傾斜平面內(nèi)的光軸。具體在慢軸偏離該系統(tǒng)“S”和“P”主平面時(shí)，相對(duì)于錐軸的線性延遲中的變化推動(dòng)使用LcoS和TR器件的那些特性補(bǔ)充WGP雙折射的傾斜的需求。
任何線柵被使用在相反方位中(面向光源的基底側(cè))，期望的是反射場(chǎng)將示出O板雙折射。此外，調(diào)整延遲器應(yīng)當(dāng)被適當(dāng)定位，以實(shí)現(xiàn)非常高的系統(tǒng)對(duì)比度。
相對(duì)于z軸以±45°傾斜的WGP的延遲參數(shù)隨工作波長(zhǎng)是相當(dāng)分散的。對(duì)于空氣中f/2.4錐體內(nèi)的一些極化視角，模擬的錐體上的凈延遲小于λ＝450nm處的半波。該延遲的幅度達(dá)到λ＝550nm和650nm處的大約半波(和更高)。在各個(gè)波長(zhǎng)照明中，WGP的反射場(chǎng)具有相關(guān)等效O板雙折射。
清楚地，除了VAN模式LcoS延遲曲線不對(duì)稱之外，相對(duì)于z軸以±45°幾何排列的WGP產(chǎn)生的不對(duì)稱，這被認(rèn)為導(dǎo)致這樣的事實(shí)對(duì)應(yīng)于四種可能的調(diào)整延遲器的超頻角的四個(gè)局部對(duì)比度最大值未必相等。此外，例如如圖7中所示，如果調(diào)整延遲器在沿其慢軸平面的凈延遲曲線中顯示為不對(duì)稱的，則該增加的不對(duì)稱還可導(dǎo)致以下事實(shí)對(duì)應(yīng)于四種可能的調(diào)整延遲器的超頻角的四個(gè)局部最大值是不相等的。
依據(jù)本發(fā)明，調(diào)整延遲器被同步到最佳方位角方位，以使整個(gè)系統(tǒng)對(duì)比度基本上不受液晶顯示器面板的慢軸的方位角位置和/或WGP方位的影響。
例如，相對(duì)于前者，當(dāng)不對(duì)稱調(diào)整延遲器被同步以使在法向入射處的該調(diào)整延遲器的慢軸接近平行于入射光的偏振軸和將線柵以-45°定位，對(duì)于這四種不同面板定位，表4a-d中列出的所測(cè)量的對(duì)比度包括4100、4400、3600、4200、4400、3400、4700和4300。所測(cè)量的對(duì)比度的差異可通過(guò)選擇啟動(dòng)超頻角來(lái)使其進(jìn)一步減小，該啟動(dòng)超頻角位于與LCD面板的SA的象限位置關(guān)于垂直于入射光的偏振軸(也就是，y軸)的軸成鏡像的象限中。由于這種限制，以及如圖11a、12a、13a和14a中調(diào)整延遲器的右上角中所總結(jié)的那樣，測(cè)量的對(duì)比度包括4100、4200、4400和4300。清楚地，在這些四種結(jié)構(gòu)的每一個(gè)中的調(diào)整延遲器被同步至最佳方位角方位，從而導(dǎo)致整體系統(tǒng)對(duì)比度基本上不受液晶顯示面板中慢軸的方位角位置的影響。
類似地，當(dāng)不對(duì)稱調(diào)整延遲器被同步以使位于法向入射處的該調(diào)整延遲器的慢軸接近平行于入射光的偏振軸和將線柵以+45°定位，從而對(duì)于該四種不同面板定位，在表5a-d中列出的所測(cè)量的對(duì)比度包括4100、4400、3600、4200、4400、3400、4700和4300。此外，所測(cè)量的對(duì)比度的差異可通過(guò)選擇啟動(dòng)超頻角來(lái)使其進(jìn)一步減少，該啟動(dòng)超頻角在與LCD面板的SA的象限位置關(guān)于垂直于入射光的偏振軸(也就是，y軸)的軸成鏡像的象限中。由于這種限制，以及如在圖11b、12b、13b和14b中調(diào)整延遲器的右上角中所總結(jié)的那樣，經(jīng)測(cè)量而得到的對(duì)比度包括4400、4300、4100和4200。清楚地，在這些四種結(jié)構(gòu)的每一個(gè)中的調(diào)整延遲器也被同步至最佳方位角方位，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)對(duì)比度基本上不受液晶顯示面板中慢軸的方位角位置的影響。此外，與11a和11b、12a和12b、13a和13b及14a和14b中所示的調(diào)整延遲器中右上角中所列對(duì)比度相比較，這些最佳方位角方位還導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)對(duì)比度基本上不受WGP的方位的影響。
有利地，本發(fā)明產(chǎn)生在商業(yè)上有利用價(jià)值的最優(yōu)化技術(shù)方案，該最優(yōu)化技術(shù)方案產(chǎn)生一致的整體系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)，從而標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品的對(duì)比度比率。更具體地，該最優(yōu)化技術(shù)方案允許使用定位在適當(dāng)?shù)淖罴褏^(qū)域中的其SA分割的一套調(diào)整延遲器，以用作在相同或不同投影系統(tǒng)中不同定位的LCD面板和/或定位的WGP，同時(shí)仍舊保持相似的對(duì)比度比率。
明顯地，由本發(fā)明提供的最優(yōu)化技術(shù)方案明顯不同于用實(shí)驗(yàn)方法確定對(duì)應(yīng)于最高整體系統(tǒng)對(duì)比度的調(diào)整延遲器的方位角方位。例如依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例和參考圖11a和11b，不管WGP的方位(例如，對(duì)于結(jié)構(gòu)500和640，這分別產(chǎn)生相似的對(duì)比度4100和4400)，面板方位#1中的LcoS的不對(duì)稱調(diào)整延遲器的最佳方位角在0和-44°之間。參考表4a，對(duì)于在136°和180°之間的調(diào)整延遲器SA方位508，面板定位#1和以-45°定位的WGP的最高實(shí)驗(yàn)對(duì)比度測(cè)量值是4400。盡管對(duì)于以-45°定位的WGP，此SA定位范圍(也就是在136°和180°之間)產(chǎn)生比最佳范圍(也就是在0和-44°之間)高的實(shí)驗(yàn)對(duì)比度測(cè)量值，但是如果結(jié)構(gòu)采用相同的范圍，其中WGP以+45°定位，則所得到的對(duì)比度測(cè)量值較低(例如，對(duì)于SA定位648為3400)。
在對(duì)稱調(diào)整延遲器被同步以使位于法向入射處的該調(diào)整延遲器的慢軸最接近傳輸?shù)絃CoS面板的線性偏振時(shí)，從而對(duì)于四個(gè)面板方位和-45°的線柵方位，表4a-d中列出的測(cè)量的對(duì)比度值為4400、4000、3300、3500、3400、3800、4100和4500。相比于調(diào)整延遲器的慢軸被隨意選擇時(shí)的最大變化2300(也就是，方位566與569)，這些所測(cè)量的對(duì)比度比率提供最大變化為1200。因此，在這些八個(gè)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)中的調(diào)整延遲器據(jù)說(shuō)被同步到最佳方位角方位，該最佳方位角方位提供基本上不受液晶顯示器面板的慢軸的方位角位置影響的整個(gè)系統(tǒng)對(duì)比度。
類似地，在對(duì)稱調(diào)整延遲器被同步以使位于法向入射處的該調(diào)整延遲器的慢軸最接近傳輸?shù)絃CoS面板的線性偏振時(shí)，從而對(duì)于四個(gè)面板方位和+45°的線柵方位在表5a-d所列出的測(cè)量的對(duì)比度等級(jí)為4400、4000、3300、3500、3400、3800、4100和4500。相比于調(diào)整延遲器的慢軸被隨意選擇時(shí)的最大變化2300(也就是，方位667與668)，這些所測(cè)量的對(duì)比度提供最大變化為1200。因此，在這八個(gè)結(jié)構(gòu)的每一個(gè)中的調(diào)整延遲器據(jù)說(shuō)被同步到最佳方位角方位，該最佳方位角方位提供基本上不受液晶顯示器面板的慢軸的方位角位置影響的整個(gè)系統(tǒng)對(duì)比度。明顯地，在與在圖15a和15b、16a和16b、17a和17b及18a和18b中所示調(diào)整延遲器的右上角列舉的對(duì)比度值比較中，WGP的方位在確定整個(gè)系統(tǒng)對(duì)比度中比在調(diào)整延遲器是非對(duì)稱的實(shí)施例中起到更重要的作用。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所選擇的用來(lái)補(bǔ)償特定類型LCD面板的不對(duì)稱調(diào)整延遲器被設(shè)置在WGP和LCD面板之間并且被旋轉(zhuǎn)，以使其慢軸在依賴LCD面板的慢軸的方位而選擇的預(yù)定最佳范圍內(nèi)。例如如果LCD面板的慢軸對(duì)應(yīng)于面板方位#1，則預(yù)定的最佳范圍將在0和-44°之間，而如果LCD面板的慢軸對(duì)應(yīng)于面板方位#2、#3或#4，則預(yù)定的最佳范圍將分別在136和180°、-136和-180°及0和44°之間。一旦其慢軸處于預(yù)定范圍內(nèi)，則調(diào)整延遲器被同步到精確的最佳方位角(例如，利用計(jì)算出的超頻角和/或?qū)嶒?yàn)微調(diào))?？蛇x擇地，使用與第一調(diào)整延遲器相同參數(shù)制造的第二不對(duì)稱調(diào)整延遲器被設(shè)置在第二WGP和第二LCD面板之間并且被旋轉(zhuǎn)，以使其慢軸在依賴第二LCD面板的慢軸的方位而選擇的第二預(yù)定最佳范圍內(nèi)。第一和第二調(diào)整延遲器、WGP和LCD面板或者是不同投影系統(tǒng)的部分，或者是在同一投影系統(tǒng)中的不同顏色信道。關(guān)于后者，不同顏色信道可以具有被不同定位的WGP和/或不同定位的LCD面板。有利地，這種最佳技術(shù)方案產(chǎn)生基本上不受第一和第二LCD的慢軸方位和/或兩個(gè)WGP的方位影響的整體系統(tǒng)對(duì)比度。
用于不對(duì)稱調(diào)整延遲器的適合材料的一些例子包括a)配置為單軸O板的液晶聚合體、具有諸如形狀雙折射涂層之類的可選-C板部件，b)傾斜的圓盤(pán)狀(負(fù))單軸O板(例如富士廣視角膜(Fuji Wideview film))，其中-C板部件與O板部件均勻結(jié)合在一起，c)傾斜的負(fù)雙軸有機(jī)膜片，例如纖維素乙酸酯混合物，其中雙軸媒介的c軸傾斜于器件法線，d)配置為O板(具有一或多層)的雙折射晶體(固體)，正極和負(fù)極雙折射晶體均是可利用的，e)傾斜涂覆的無(wú)機(jī)薄膜延遲器，其中合成的等效指數(shù)指標(biāo)圖是傾斜的單軸或雙軸雙折射，和/或f)扭曲的(變形的)螺旋鐵電液晶聚合物，其中各個(gè)LC指向器相對(duì)于器件法線是傾斜的，除了當(dāng)它圍繞z軸進(jìn)動(dòng)時(shí)LC指向器的連續(xù)扭動(dòng)將有效指數(shù)指標(biāo)圖平均為傾斜負(fù)雙軸雙折射中之一?？蛇x擇地，通過(guò)一不同類組合，具有傾斜c軸和具有面內(nèi)延遲分量的不對(duì)稱調(diào)整延遲器包含另外的C板部件(不同類的延遲器)。
依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，所選擇的用來(lái)補(bǔ)償特定類型LCD面板的對(duì)稱調(diào)整延遲器被設(shè)置在WGP和LCD面板之間并且被旋轉(zhuǎn)，以使其慢軸在依賴LCD面板慢軸的方位而選擇的兩個(gè)預(yù)定最佳范圍之一內(nèi)。例如，如果LCD面板的慢軸對(duì)應(yīng)于面板方位#1，則兩個(gè)預(yù)定的最佳范圍將在0至-44°和136至180°之間，而如果LCD面板的慢軸對(duì)應(yīng)于面板方位#2、#3或#4，則該預(yù)定的最佳范圍將分別在0至-44°和136至180°、0至44°和-136至-180°及0至44°和-136°至-180°之間。一旦其慢軸處于兩個(gè)預(yù)定范圍之一內(nèi)，則調(diào)整延遲器被同步到精確的最佳方位角(例如，利用計(jì)算出的超頻角和/或?qū)嶒?yàn)微調(diào))。可選擇地，使用與第一調(diào)整延遲器相同參數(shù)制造的第二對(duì)稱調(diào)整延遲器被設(shè)置在第二WGP和第二LCD面板之間，并且被旋轉(zhuǎn)，以使其慢軸在依賴第二LCD面板的慢軸的方位而選擇的兩個(gè)預(yù)定最佳范圍之一內(nèi)。第一或第二調(diào)整延遲器、WGP和LCD面板或者是不同投影系統(tǒng)的部分，或者位于同一投影系統(tǒng)中的不同顏色信道。關(guān)于后者，不同顏色信道可以具有被不同定位的WGP和/或不同定位的LCD面板。有利地，這種最佳技術(shù)方案導(dǎo)致整體系統(tǒng)對(duì)比度基本上不受第一和第二LCD的慢軸方位和/或該WGP的方位的影響。
適合的對(duì)稱調(diào)整延遲器的一些例子包括a)配置為單軸A板(調(diào)整延遲器器件的平面中的光軸)的液晶聚合物延遲器，具有諸如雙折射部件結(jié)構(gòu)之類的可選-C板部件，b)零級(jí)光柵(ZOG)，其中該光柵節(jié)距大致上短于照明的波長(zhǎng)且該光柵等效于具有其光軸排列在延遲器平面內(nèi)(其中，可采用E波束編碼或合適基底或涂覆材料的光阻制程和蝕刻(photo-resist patterning and etching)將ZOG刻寫(xiě)在UV敏感層上)的有效形狀雙折射媒介，c)非傾斜的有機(jī)雙軸有機(jī)薄片，例如纖維素乙酸酯混合物，其中雙軸媒質(zhì)的c軸平行于顯示系統(tǒng)z軸，d)配置為A板的雙折射晶體(固體)，正極和負(fù)極雙折射晶體均是可利用的，和/或e)傾斜涂覆的無(wú)機(jī)薄膜延遲器，其中合成的等效指數(shù)指標(biāo)圖是大致非傾斜的單軸或雙軸雙折射。可選擇地，通過(guò)不均勻組合(不均勻的延遲器)，具有非傾斜c軸和具有面內(nèi)延遲分量的不對(duì)稱調(diào)整延遲器包含另外的C板部件。
為了示例性目的，根據(jù)包含前置偏振器、WGP、延遲調(diào)整器、VAN模式LCoS面板和消偏器204的子系統(tǒng)來(lái)描述了本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到不脫離本發(fā)明的范圍的情況下可以對(duì)該子系統(tǒng)作出改變和修改。例如參考圖28、29、30a和30b，以及根據(jù)另外的實(shí)施例，本發(fā)明為微顯示投影系統(tǒng)中的補(bǔ)償器提供最佳技術(shù)，該微顯示投影系統(tǒng)使用MacNeille型或3M聚合物-膜偏振分光器(PBS)立方體501a而不使用WGP(其中該P(yáng)BS的涂覆的傾斜的三角斜邊產(chǎn)生不對(duì)稱的EMF指標(biāo)線)，和/或使用扭轉(zhuǎn)式向列型(TN)或VAN型透射式液晶板403而不使用反射式LCoS面板(其中偏振器401a和檢偏器401b通常相對(duì)于系統(tǒng)XY平面是不傾斜的，但是單通道LCD在其延遲曲線中引起不對(duì)稱，從而要求以特定方法同步超值(over-value)調(diào)整延遲補(bǔ)償器)。明顯地，本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，對(duì)于不同實(shí)施例，調(diào)整延遲器SA的最佳范圍可以改變。例如在圖28和29所示的實(shí)施例中，利用MacNeille型PBS立方體，預(yù)期調(diào)整延遲器SA的最佳范圍將會(huì)接近第二線性偏振(也就是，正交于入射偏振)。因此，本發(fā)明的范圍因而僅僅由附加的權(quán)利要求書(shū)的范圍來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其包括光源；第一偏振器，其用于從所述光源接收光和傳輸具有第一線性偏振軸的第一線性偏振光；液晶顯示器面板，其對(duì)所述第一線性偏振光進(jìn)行光學(xué)調(diào)制，所述液晶顯示器面板具有慢軸和快軸；第二偏振器，其用于接收所述經(jīng)光學(xué)調(diào)制的光和用于傳輸具有第二線性偏振軸的第二線性偏振光；投影透鏡，其用于將所述第二線性偏振光投射在屏幕上；和調(diào)整延遲器，其被設(shè)置在所述液晶顯示器面板和至少所述第一和第二偏振器中的一個(gè)之間，所述調(diào)整延遲器具有大于液晶顯示器面板中的殘余面內(nèi)延遲的面內(nèi)延遲且具有慢軸，所述慢軸的方位角被選擇在預(yù)定的方位角范圍內(nèi)，以使提供的系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)基本上至少不受所述液晶顯示器面板的所述慢軸的方位與所述第一和第二偏振器的方位之一的影響。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述液晶顯示器面板是透射式液晶顯示器面板。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述液晶顯示器面板是反射式液晶顯示器面板，所述第一和第二線性偏振軸是正交的，以及所述第一和第二偏振器包括相同的偏振分光器。
4.依據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述偏振分光器是MacNeille型偏振分光器立方體。
5.依據(jù)權(quán)利要求3所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述偏振分光器為定位在偏離正入射的線柵偏振器。
6.依據(jù)權(quán)利要求5所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，包括前置偏振器和消偏器，所述前置偏振器將所述第一線性偏振光傳輸?shù)剿鼍€柵偏振器的第一側(cè)，所述消偏器接收從所述線柵偏振器的第二相對(duì)側(cè)反射來(lái)的所述第二線性偏振光。
7.依據(jù)權(quán)利要求5所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述液晶顯示器面板包括硅上垂直排列向列液晶VAN-LCoS面板。
8.依據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項(xiàng)所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述方位角范圍被預(yù)先確定，以便當(dāng)所述調(diào)整延遲器的所述慢軸，對(duì)于所述液晶顯示器面板的第一方位被定位至第一位置、對(duì)于所述液晶顯示器面板的第二方位被定位至第二位置、對(duì)于所述液晶顯示器面板的第三方位被定位至第三位置及對(duì)于液晶顯示器面板的第四方位被定位至第四位置時(shí)，提供大致相同的系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)，所述液晶顯示器面板的第一、第二、第三和第四方位中的每一個(gè)具有處于不同象限中的所述液晶顯示器面板的所述慢軸。
9.依據(jù)權(quán)利要求3至7中的任何一項(xiàng)所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述方位角范圍被預(yù)先確定，以便當(dāng)對(duì)于所述偏振分光器的成鏡像的定向，所述調(diào)整延遲器的所述慢軸被定位在相同位置時(shí)，提供大致相同的系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)。
10.依據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項(xiàng)所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述方位角與所述第一線性偏振軸所成的角度小于大約45度。
11.依據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項(xiàng)所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述方位角范圍根據(jù)所述液晶顯示器面板的所述慢軸的方位來(lái)確定。
12.依據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項(xiàng)所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述方位角范圍位于一個(gè)象限內(nèi)，所述象限與包含所述液晶顯示器面板的所述慢軸的象限關(guān)于垂直于所述第一線性偏振軸的軸成鏡像。
13.依據(jù)權(quán)利要求12所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述調(diào)整延遲器是不對(duì)稱的調(diào)整延遲器。
14.依據(jù)權(quán)利要求1至7中的任何一項(xiàng)所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述調(diào)整延遲器是對(duì)稱的調(diào)整延遲器，以及其中所述方位角范圍位于第一象限和由所述第一象限旋轉(zhuǎn)大約180°而得到的第二象限中的一個(gè)內(nèi)，所述第一象限與包含所述液晶顯示器面板的所述慢軸的象限關(guān)于垂直于所述第一線性偏振軸的軸成鏡像。
15.一種同步調(diào)整延遲器的方法，其包括提供第一調(diào)整延遲器，以補(bǔ)償基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)中的第一液晶顯示器面板的殘余面內(nèi)延遲，所述基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)包括光源；至少一個(gè)偏振器，用于接收來(lái)自所述光源的光，用于將具有第一線性偏振軸的第一線性偏振光傳輸?shù)剿龅谝灰壕э@示器面板，以及用于接收來(lái)自所述第一液晶顯示器面板的具有第二線性偏振軸的第二線性偏振光；和投影透鏡，其用于將所述第二線性偏振光投射到屏幕上，所述第一調(diào)整延遲器具有大于所述第一液晶顯示器面板的殘余面內(nèi)延遲的面內(nèi)延遲和具有慢軸，確定所述第一調(diào)整延遲器的所述慢軸的方位角的第一方位角范圍，所述第一方位角范圍被選擇以提供基本上不受所述第一液晶顯示器面板的所述慢軸方位和至少一個(gè)偏振器的方位中至少一個(gè)影響的系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)；以及定位所述第一調(diào)整延遲器，以使其慢軸的所述方位角位于所述第一方位角范圍內(nèi)。
16.依據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，包括提供第二調(diào)整延遲器，以補(bǔ)償?shù)诙壕э@示器面板的殘余面內(nèi)延遲，所述第二調(diào)整延遲器具有大于所述第二液晶顯示器面板的殘余面內(nèi)延遲的面內(nèi)延遲且具有慢軸；所述確定第二調(diào)整延遲器的慢軸的方位角的第二方位角范圍，所述第二方位角范圍被選擇以提供所述系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)；以及所述定位第二調(diào)整延遲器，以使其慢軸的所述方位角位于所述第二方位角范圍內(nèi)。
17.依據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述至少一個(gè)偏振器包括線柵偏振器，以及所述第一液晶顯示器面板包括硅上垂直排列向列液晶VAN-LCoS面板。
18.依據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述確定第一方位角范圍包括計(jì)算四種可能的超頻角和選擇所述第一方位角范圍，以將提供高度依賴于所述至少一個(gè)偏振器的方位的系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)的超頻角排除。
19.依據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述確定第一方位角范圍包括選擇所述第一方位角范圍，所述第一方位角范圍位于距離所述第一線性偏振軸的0°和44°之間。
20.依據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述第一和第二調(diào)整延遲器使用基本上相同的參數(shù)制造。
21.依據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述確定第一方位角范圍包括選擇所述第一方位角范圍，以便為具有所述至少一個(gè)偏振器的成鏡像的方位和具有同樣的液晶顯示器面板慢軸方位的結(jié)構(gòu)提供基本上相同的系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)。
22.依據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述確定第一方位角范圍包括選擇所述第一方位角范圍，以便提供一個(gè)系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)，對(duì)于所述液晶顯示器面板的四種不同慢軸象限方位，該系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)是基本上可以得到的。
全文摘要
一種用于基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)的調(diào)整延遲器，該投影系統(tǒng)包括光源、偏振器/檢偏器、液晶顯示器面板和投影透鏡，該調(diào)整延遲器被同步至最佳方位角，此最佳方位角提供基本上不受該液晶顯示器面板的慢軸的方位影響的系統(tǒng)對(duì)比度等級(jí)。
文檔編號(hào)G02B5/30GK1928632SQ20061012697
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者譚金龍, 小安東尼·詹姆士·馬謝 申請(qǐng)人:Jds尤尼弗思公司