CN101256251A - 单层双折射晶体微调延迟器 - Google Patents

单层双折射晶体微调延迟器 Download PDF

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Abstract

单层双折射晶体微调延迟器包括切割的双折射晶体，其光轴具有高倾斜角，并且即使当双折射晶体相对较厚时，仍可以提供低的面内延迟值。该单层双折射晶体与－C－板薄膜延迟器耦合以提供具有全部A/－C－板延迟器功能的延迟器，以补偿该高倾斜O－板的内的高+C－板延迟。该全功能微调延迟器适于实际制造，有厚度和方位角公差，且适于硅基液晶显示板以补偿的低敏感角度定向需求。

Description

单层双折射晶体微调延迟器
缩微胶片附录
[01]不适用。
技术领域
[02]本发明涉及光学延迟器，尤其涉及一种使用单层双折射晶体的微调延迟器(trimretarders)和包括所述微调延迟器的基于液晶显示的微型显示投影系统的。
背景技术
[03]液晶显示(LCD)被广泛应用于大屏幕电视和监视器的投影显示。在基于LCD的投影系统中，高功率光束通过偏光器(polarizer)入射到LCD面板上。LCD面板逐个像素地控制入射光的偏振度并且将其导入相应的偏光器/分析器，然后所述偏光器/分析器将具有合适偏振度的光导入投影透镜以便在屏幕上成像。
[04]一种尤为成功的基于LCD的投影系统是基于线栅式偏光器(WGP)的硅基液晶(LCoS)微型显示系统，该系统使用线栅式偏光器和硅基液晶显示板(panel)。该微型显示系统通常使用三个或者更多个微型显示板(如：每个基色带使用一个微型显示板)以便提高屏幕亮度，与其他微型显示技术相比，诸如透射式液晶(xLCD)、数字光处理器(DLP)和直视型液晶显示器(direct-view LCD)等，所述微型显示系统已被证实具有高分辨率和高图像对比度。
[05]参见图1，示出了传统的3-显示板的基于线栅式偏光器(WGP)的硅基液晶(LCoS)微型显示系统。该微型显示系统包括光源5和光杆7，所述光源5例如为高压放电灯。光杆7使由光源5产生的光锥均匀分布，以确保空间上均匀的光分布。可选地，光杆7是用于产生线性偏振光的偏光转换光管(PCLP)。第一透镜8a将来自光杆7的光传送至第一折叠式反射镜9，所述第一折叠式反射镜9将光导向第一二向色滤光器10。所述第一二向色滤光器10从剩余光中分离出蓝光，并且将该蓝光通过第二透镜8b和第三透镜8c，以及第二折叠式反射镜17和第三折叠式反射镜16导向第一硅基液晶显示板20a。穿过第一二向色滤光器10的剩余光通过第四透镜8d和第五透镜8e，以及第三折叠式反射镜11被导向第二二向色滤光器12。所述第二二向色滤光器12将剩余光分离成绿光和红光，前者被发送给了第二硅基液晶显示板20b，后者被传送到第三硅基液晶显示板20c。
[06]在到达每个硅基液晶显示板20a、20b和20c之前，入射光首先分别穿过线栅式偏光器15，14和13，以及微调延迟补偿器21a、21b和21c。每一个线栅式偏光器15，14和13就是一个偏光器/分析器，所述偏光器/分析器由多个平行微丝构成，每个所述线栅式偏光器15，14和13传输具有与平行微丝方向正交的偏振方向的偏振光，并且反射具有与微丝方向平行的偏振方向的偏振光(例如，如果如图1所示，偏光器被设计用于传导水平偏振光或者P-偏振光，那么微丝将垂直于图1的平面)。每个硅基液晶显示板20a、20b和20c逐个像素地改变线性偏振入射光的偏振度，并且将已调制的光反射回相应的线栅式偏光器15、14和13。由于每个线栅式偏光器15、14和13相对于光传播的主方向夹角大约成±45°，因此每个所述线栅式偏光器15、13和14除作为偏光器/分析器，还可作为分光器，通过将来自各硅基液晶显示板的反射光，沿正交于输入光路径的输出光路径方向转向或偏转，以便将输入光与输出光分离。更具体地说，每个线栅式偏光器15、14和13将S-偏振光(如通过“开”态时像素而旋转90°的偏振光)反射给分光合色棱镜(X-cube)19。分光合色棱镜19将来自三个色彩信道中的每个信道的图像进行聚合(即会聚)，通过投射透镜18将最终的图像投射在大屏幕上(未示出)。可选地，每个色彩信道还包括预偏器(未示出)和/或净化(clean-up)分析器(未示出)，所述净化分析器例如可以包括一个或多个线栅式偏光器和/或二向色片偏光器。
[07]微调延迟补偿器21a、21b和21c(本申请中简称微调延迟器)，是用于改善微型显示系统的对比度性能等级的补偿器件，要不然，所述微型显示系统的对比度性能等级受到处于黑屏(如关闭)状态的硅基液晶显示板的剩余双折射的限制。尤其是，每个微调延迟器21a、21b和21c引入了相位延迟，所述相位延迟用于抵消由相应硅基液晶显示板的内部双折射引起的延迟。除非作出其他说明，在本文中使用的术语“延迟”或者“延迟性”是指与圆形延迟量(circular retardance magnitude)相反的线性延迟量。线性延迟是由两个正交的折射指数之差乘以光学元件厚度而得到的。线性延迟造成两个正交的线性偏振之间的相位差，其中一个偏振是与线性延迟器的非常轴(extra-ordinaryaxis)平行设置，而另一个偏振是与线性延迟器的寻常轴(ordinary axis)平行设置。相反地，圆形延迟造成引起右旋和左旋圆形偏振光之间的相对相位差。
[08]线性延迟可以被描述为面内(in-plane)或者面外(out-of-plane)延迟。被表述为光路长度差异的面内延迟是由两个正交的面内折射指数之差乘以光学元件物理厚度得到。面外延迟是由沿光学元件厚度方向(z方向)的折射指数和一个面内折射指数(或者面内折射指数的平均值)之差，乘以所述光学元件的物理厚度而得到的。圆锥束型的垂直入射光线中仅仅具有面内延迟，然而，包括斜射光线(oblique rays)(即非垂直但沿主S面和P面射入)和斜光线(skew rays)(即非垂直而且偏离主S面和P面射入)的离轴光线兼具面外延迟和面内延迟。特别是，面内延迟通常不能在双折射媒介中的90°光线入射角这样平凡的例子中观察到。
[09]没有微调延迟器21a、21b和21c时，由于硅基液晶显示板20a、20b和20c的剩余双折射，因此在黑屏(关闭)状态下用于照明每个微型显示板的P偏振光在反射时发生稍微的椭圆形偏振现象。当包含P和S分量的椭圆形偏振光被传送给相应的线栅式偏光器15，14，13时，S分量被反射到分光合色棱镜，从而使得在黑屏状态时光可以渗漏到大屏幕上并且限制了投影系统的对比度。
[10]微调延迟器21a、21b和21c通过提供面内延迟来提高对比度，所述面内延迟用于补偿硅基液晶显示板20a、20b和20c中剩余双折射光引起的延迟。因此，每个微调延迟器21a、21b和21c通常都包括一个A-板(A-plate)分量，所述A-板分量的慢轴与相应硅基液晶显示板20a、20b和20c的慢轴成正交方位角(术语称“交叉轴”)，而其快轴与相应硅基液晶显示板20a、20b和20c的快轴成正交方位角。在此使用的术语慢轴(SA)和快轴(FA)是指以垂直入射光线测量线性延迟时的两个正交的双折射轴。特别是，所述慢轴和快轴的位置随着偏离轴的照明而改变，并且对于大入射角下的负面外延迟分量，慢轴/快轴角色互换。
[11]由于微调延迟器21a、21b和21c的慢轴和硅基液晶显示板20a、20b和20c的慢轴成正交方位角，因此，对于垂直入射光，快轴/慢轴的角色从微调延迟器21a、21b和21c转换到硅基液晶显示板20a、20b和20c。换而言之，在微调延迟器21a、21b和21c和硅基液晶显示板20a、20b和20c中，具有特定偏振度的光交替地分别发生较多而后较少的延时，或者反之亦然。对于入射偏振度，相对延迟的净效应为零，结果是未改变偏振度(即输出光不是椭圆形的偏振光)。然后，相应的线栅式偏光器15、14、13和/或可选用的净化偏光器将输出光排除，从而黑屏显示板光漏现象不会出现在屏幕上。由于微调延迟器21a、21b和21c没有显著改变显示板“开”状态的通量，结果得到极佳的顺序对比度(全部开/全部关)。
[12]参考单信道光引擎的核心光学器件，在图2中对每个微调延迟器21a、21b和21c的操作原理进行进一步的说明。该核心光学器件包括预偏器30、线栅式偏光器31、微调延迟器32、垂直向列(VAN)型硅基液晶显示板33和净化偏光器(未示出)。在操作中，从前段照明(未示出)输出的非偏振或者部分偏振的光穿过预偏器30得到P型偏振光。所述P型偏振光穿过线栅式偏光器31传输，并且其偏振光消光比被加强。微调延迟器32对入射的P型偏振光束预置条件(precondition)并且生成椭圆形输出光。在理想条件下，处于黑屏(关闭)状态的入射到硅基液晶显示板33上的偏振光中的椭圆度被剩余的板延迟消除。穿过垂直向列型硅基液晶显示板33和微调延迟器32后的反射光仅保留P偏振。由线栅式偏光器31传输的剩余的P型偏振分量被注入回照明系统，并且最终被丢失。
[13]如上所述，在理想条件下微调延迟器32提供面内延迟，所述面内延迟与黑屏状态中相应的硅基液晶显示板33的面内延迟相匹配。但是，实际上，由于设备厚度的制造公差和材料双折射控制以及操作性漂移(如温度、机械应力等)，硅基液晶显示板33和微调延迟器32两者的面内延迟(即A-板延迟)趋于在每个部件中有变化。因此，通常设定微调延迟器32中的A-板延迟高于硅基液晶显示板33所具有的A-板延迟，以确保适当的补偿。例如，对于黑屏状态下具有2nm的A-板延迟(λ＝550nm)的垂直向列型硅基液晶显示板，则设定微调延迟器的A-板延迟为10nm(λ＝550nm)以便用于补偿。
[14]如本领域技术人员所知，相对于上述的额定交叉轴配置，这种A-板延迟的失配需要偏置微调延迟器32的光轴。换而言之，通过旋转其方位角定向以偏离交叉轴配置而将微调延迟器定向(clocked-in)。例如，参见J.Chen，M.G.Robinson和G.D.Sharp的“硅基液晶显示板的一般补偿方法”，SID 04，摘要，990-993页，2004。图3示出了硅基液晶显示板和微调延迟器的慢轴相对方位角定向，以说明高值微调延迟器如何在临近的象限中被旋转定向而以φ角偏离S-和P-偏振面的平分线。当VAN型硅基液晶显示板的慢轴和快轴平分S-和P-偏振面时，如上所述，当硅基液晶显示板的延迟非常小(例如＜＜λ/50)，并且对于可达四分之一波长的微调延迟器A-板延迟，超定向(over-clocked)角φ大约由以下公式给出：
φ ≈ cos - 1 ( [ Γ a ( LC ) / Γ a ( TR ) ] ) 2
其中，Гa(TR)为微调延迟器A-板延迟，以及Гa(LC)为硅基液晶显示板的A-板延迟。因此，当硅基液晶显示板的面内延迟为2nm并且微调延迟器的面内延迟为10nm时，则超定向角角度大约为39°。
[15]除了提供面内延迟之外，通常还需要微调延迟器32提供面外延迟以增加硅基液晶显示板的视野。面外延迟补偿经常由C-板分量提供。而对于垂直入射光，C-板不提供用任何净延迟(即垂直入射光不受双折射影响)，离轴入射的光线(即相对于非常轴成一定的角度)具有的净延迟与入射角度成比例。如果延迟随着入射角度的增加而增加，则认为C-板为正；如果延迟随着入射角度的增加而减少，则认为C-板为负。可以作为替换地，如果双折射率乘积Δnd为负(例如，如果ne-no为负)，则认为C-板为正。由于VAN型硅基液晶显示板通常用作+C-板，因此微调延迟通常包括用于补偿面内延迟(即A-板延迟)的A-板分量和包括用于补偿负的面外延迟(即-C-板延迟)的-C-板分量。因此，为了方便起见，将微调延迟器称为A/-C-板微调延迟器。
[16]可选地，这些全功能A/-C-板微调延迟器包括O-板。如本领域技术人员所知，O-板兼具面内延迟和面外延迟。已有记载，O-板在各种LCD投影系统中用以提高补偿(例如，参见公开号为20040085487的美国专利申请，和Lu等人的“一种O-板补偿的面内转换液晶显示“，IEEE J.Displ.Technol.，第2卷，第3号，223页，2006年)。为了清楚起见，A-板是具有平行于板面的非常轴的光学延迟元件，C-板是具有与板面垂直的非常轴(即，与垂直入射光的方向平行)的光学延迟元件，并且O-板是具有相对于板面成倾斜角的非常轴(即，光轴或C-轴)的光学元件。
[17]微调延迟器可以采用用于形成传统光学延迟器(如，配置为A-板、C-板和/或O-板)的任何材料或者这些材料的组合来制造。例如，一些可用材料包括：例如为聚乙烯醇(PVA)膜或者聚碳酸酯(PC)膜的伸展聚合膜、碟状膜、液晶聚合体(LCP)材料的取向膜和有机箔，其中所述有机箔例如为：醋酸纤维素、双折射晶体和电介质薄膜。一般来说，所选的材料应当具备以下特征：a)提供均匀的、精确的且可复制的A-板延迟，b)提供精确的且可复制的C-板延迟范围，以及c)在高光通量和高温条件下持久耐用。另外，即使微调延迟器具有相对低的延迟值，这些性能也应当可以获得。例如，在550nm的波长下，用于补偿VAN型硅基液晶微型显示板的微调延迟器通常需要具有小于大约30nm的A-板延迟以及大约为-100～-380nm的-C-板延迟。
[18]在如上所述的光学延迟器材料中，已知双折射晶体是在高光通量和高温环境中最耐用的材料之一。另外，双折射片可以从双折射晶体原料上切下，使得其光轴平行于板面(即A-板)，垂直于板面(即C-板)，或者相对于板面具有一定的倾斜角(即O-板)。然后可以将获得的双折射片打磨成预定厚度以提供预定延迟(例如，零阶四分之一波长的A-板延迟)。此外，在双折射晶体波片区域中，伪零阶延迟器惯常通过将两个双折晶体片的光轴进行交叉来制作。各层可以具有正双折射(如单晶体石英或者单晶体氟化镁)或者可以具有负双折射(如方解石晶体)。这种交叉轴的设置也已经被用于制作消色差波片，所述消色差波片采用了两个具有适当色散分布的波片元件(如单晶体石英和氟化镁的组合)。
[19]尽管已知双折射晶体在高光通量和高温环境下具有高耐用性，但是双折射晶体在低延迟应用中被用作微调延迟器，例如应用在上述微型显示系统(MDPS)中，一般被认为不够理想。一般来说，这与以下事实相关：大多数被配置为A-板或者低倾斜角度O-板的双折射晶体具有相对的高双折射率，因此所述双折射晶体需要非常薄，以便提供与VAN型硅基液晶微型显板相关的低延迟值(如正零阶延迟器)。即使石英A-板具有低双折射率(即，当λ＝550nm时，Δn约为0.009)，但是如果要制造额定10nm的微调延迟器，石英A-板的物理厚度将需要大约为1.1μm。如果使用例如纯钒酸钇晶体(YVO4)这样的高双折射A-板(当λ＝550nm时，Δn约为0.23)，要制造额定10nm的微调延迟器，所需要的物理厚度大约为43nm。可以清楚的看出，用如此的薄板工作是不实际的。另外，这些极小的厚度使得难以提供均匀的、精确的和可复制的A-板延迟。尤其是，难以满足所期望的均匀规格(如几个百分比)，并且使用传统的打磨方法来实现绝对延迟值是具有挑战性的。
[20]在上述的MDPS中使用双折射晶体作为微调延迟器的一个方法是使用多重波延迟。例如，十重波加10nm的延迟在给定的中心波长上，提供了如正零阶10nm延迟器相同的延迟效应。对于石英双折射片，十重波加上10nm的延迟器(λ＝550nm)将接近610μm厚。虽然这种额定厚度更有利于工作，但是提供均匀的、精确的和可复制的A-板延迟还是具有挑战性的。例如保持±5％的净延迟公差，所需厚度的精度是±0.0064％。在本例中，这种厚度公差相当于要求7nm±5％的公差，需要±30nm物理厚度的公差。另外，多阶延迟器在宽频带对比度补偿范围上可能过于分散。
[21]使用双折射晶体作为在上述MDPS中的微调延迟器的另一个方法是采用预先设定的方位偏移角来级联(cascade)两个晶片元件。
[22]参见图4a，其中示出了两个实质上量级相等的A-板延迟器元件的非正交角级联实例。第一A-板延迟器和第二A-板延迟器的量级分别由Г1和Г2(其中，Г1≈Г2)表示，而方位偏移角由φo表示。得到的双层延迟器作为慢轴取向为方位角φc的面内延迟器，并且具有面内延迟Гa，所述面内延迟Гa大约由(Г1+Г2)cos(φo)给出。当两个A-板延迟器元件是取向为角φo≈88.2的石英四分之一波板并且被抛磨，使得当λ＝550nm时Г1≈Г2，≈140.5nm，则该双层延迟器的净面内延迟大约为7nm。
[23]参见图4b，其中示出了具有相交的延迟轴的两个A-板元件级联实例。第一A-板延迟器和第二A-板延迟器的量级分别由Г1和Г2表示，而方位偏移角φo等于90°。交叉轴延迟器作为慢轴取向为方位角φc的面内延迟器，并且具有面内延迟Гa，所述面内延迟Гa大约由(Г1-Г2)给出。换言之，净面内延迟是通过第一A-板和第二A-板之间的量级失配来实现的。当第一A-板延迟器是207nm延迟的石英A-板，第二A-板延迟器是200nm延迟的另一个石英A-板，并且两个A-板以交叉轴定向时，净面内延迟是大约7nm。
[24]在每种情况中，两个A-板元件的级联还提供伪-C-板延迟。图5和图6分别示出了双层延迟器和交叉轴延迟器的模拟离轴延迟。更为具体地，图5和图6示出了线性延迟对空气中入射角(AOI)的图形。等同的A/C-板延迟器模型(如参见K.Tan等人的“用于高对比度的LCoS投影系统的补偿器的设计和特征”，SID 2005，第1810页，2005年)采用A-板和C-板来实现，所述A-板的参数是，当λ＝550nm时，指数对{ne，no}为{1.65，1.50}，所述C-板的参数是，当λ＝550nm时，指数对{ne，no}为{1.50，1.65}。当λ＝550nm时，石英{ne，no}指数为{1.5552，1.5459}。参见图5和图6，当λ＝550nm时，双层延迟器和交叉轴延迟器的伪-C-板延迟大约分别是-84nm和-200nm。关于后者，伪-C-板元件是两个子元件的公共延迟(如-200nm)。
[25]将双层延迟器或者交叉轴延迟器用于微调延迟器的主要问题是晶片厚度范围和方位偏移角公差范围非常狭窄。例如，双折射率约为0.009的石英晶片的厚度公差需要在±100nm内，以保证每个子元件的净延迟保持在±1nm，然而两个子元件的方位角偏差应当远远小于0.1°，以产生紧密分布的净面内延迟。另外，两个子元件的非90°角偏移在垂直入射时会引起圆形延迟。
[26]在图7中示出双层延迟器的模拟线性延迟和模拟圆形延迟，用于两层石英/石英延迟器，所述两层石英/石英延迟器具有取向为0.2°/88.4°的慢轴以及各个面内延迟值为140.5/140.5nm。该计算包括旋光度(即等方性旋动)。旋光度是一种可以使平面偏振光旋转的材料特性。存在左回旋光学异构体和/或右回旋光学异构体。对于单一的晶体石英片，在550nm波长时，每单位长度旋转约为25.4°/mm(如参见P.Yeh的“层化介质中的光波，”John Wiley & Sons，纽约，第210页，1988年)。右旋性石英双层包括正向角度旋转(即看向光束的尾端为右旋)，而左旋光石英双层具有相同的层厚，但包括反向角度旋转(即看向光束的尾端为左旋)。左旋光石英双层的第一石英层(接近光入射)和第二石英层分别定向于-0.3°/86.9°。
[27]如图7所示，线性延迟的Δnd乘积向蓝波长端下降，而相应的圆形延迟却增加。对于一些成像面板，如VAN型LCoS，轴上双折射大致是线性的。圆形延迟的出现造成朝向蓝波长边界方向产生较差的图像对比度。比较右旋光和左旋光石英双层延迟器，使第一层基本上平行于X轴而第二层基本上平行于Y轴，则右旋光设备为优选，因为右旋光设备具有更平坦的线性延迟光谱和减少的圆形延迟。
[28]图8中示出了交叉轴的两个石英A-板的模拟线性和圆形延迟。根据旋光度的旋向，改变线性延迟器的有效轴，以及在复合石英/石英延迟器中的净圆形延迟的符号。
[29]因此，提供具有双折射晶体的微调延迟器有利于解决上述的挑战。
[30]因此，提供具有双折射晶体的微调延迟器还有利于生产制造，所述具有双折射晶体的微调延迟器具有合理的厚度和方位角公差。
发明内容
[31]本发明涉及单层双折射晶体微调延迟器。切割双折射晶体，以使得其光轴(即，非常轴或者C-轴)具有高倾斜角，从而使得即使当双折射晶体相对较厚时，仍可以提供低的面内延迟值。
[32]由于其光轴相对于板面具有高倾斜角的双折射晶体一般具有非期望的高的+C-板延迟，因此将高倾斜度的O-板与-C-板延迟器耦合，以提供具有全部A/-C-板延迟器功能的延迟器，所述延迟器例如适用于VAN型硅基液晶显示板对比度的补偿。当-C-板延迟器是薄膜多层的人造双折射涂层时，所述全功能微调延迟器可被实际制作，其具有厚度和方位角的公差，并且具有潜在的高生产量。尤其是，高倾斜度O板的物理厚度范围适合于当前的抛光/打磨方法，并且提供了可控制的抛光/打磨公差(如数十至数百微米的厚度和微米等级公差)。另外，这种小量级的微调延迟器适于硅基液晶显示板补偿的低敏感角度定向要求。
[01][33]根据本发明的目的提供了一种光学延迟器，包括：单轴双折射晶体层，所述单轴双折射晶体层具有与其表面成一倾斜角的光轴，选择所述倾斜角，使得所述单轴双折射晶体层在预先设定的波长范围内具有面内延迟，当所述单轴双折射晶体层厚度大于20μm时，所述面内延迟适合于补偿在所述预先设定的波长范围中使用的液晶显示面板的残余的面内延迟；和至少一个多层堆栈，所述多层堆栈包括至少一个由不同折射指数材料的交替层形成的周期性堆栈，选择所述交替层中的每层的厚度和折射指数，使得所述至少一个多层堆栈在所述预先设定的波长范围内具有负的面外延迟，所述负的面外延迟适合于补偿在所述预先设定的波长范围内的所述单轴双折射晶体层的正的面外延迟和所述液晶显示面板的正的面外延迟。
[34]根据本发明的另一方面，提供了基于液晶显示的投射系统，包括：光源；第一偏光器，用于从所述光源接收光并且发送具有第一线性偏振轴的第一线性偏振光；液晶显示面板，用于光调制所述第一线性偏振光；第二偏光器，用于接收所述光调制光并发送具有第二线性偏振轴的第二线性偏振光；投影透镜，用于将所述第二线性偏振光投影在屏幕上；以及微调延迟器，设置在所述液晶显示面板和所述第一和第二偏光器中的至少一个之间，所述微调延迟器包括：单轴双折射晶体层，所述单轴双折射晶体层具有与其表面成一倾斜角的光轴，选择所述倾斜角，使得所述单轴双折射晶体层具有面内延迟，当所述单轴双折射晶体层厚度大于20μm时，所述面内延迟适合于补偿所述液晶显示面板的残余的面内延迟；和至少一个多层堆栈，所述多层堆栈包括至少一个由不同折射指数材料的交替层形成的周期性堆栈，选择所述交替层中的每层的厚度和折射指数，使得所述至少一个多层堆栈具有负的面外延迟，所述负的面外延迟适合于补偿所述单轴双折射晶体层的正的面外延迟和所述液晶显示面板的正的面外延迟。
[35]根据本发明的另一个方面，提供了基于液晶显示的投射系统，包括：光源；第一偏光器，用于从所述光源接收光并且发送具有第一线性偏振轴的第一线性偏振光；液晶显示面板，用于光调制所述第一线性偏振光；第二偏光器，用于接收所述光调制光并发送具有第二线性偏振轴的第二线性偏振光；投影透镜，用于将所述第二线性偏振光投影在屏幕上；以及微调延迟器，设置在所述液晶显示面板和所述第一和第二偏光器中的至少一个之间，所述微调延迟器包括：单轴双折射晶体层，所述单轴双折射晶体层具有面内延迟和正面外延迟，所述面内延迟适用于补偿所述液晶显示板的残余面内延迟，所述正的面外延迟与所述面内延迟的比率大于30且小于150；和至少一个多层堆栈，所述多层堆栈包括至少一个由不同折射指数材料的交替层形成的周期性堆栈，选择所述交替层中的每层的厚度和折射指数，使得所述至少一个多层堆栈具有负的面外延迟，所述负的面外延迟适合于补偿所述单轴双折射晶体层的正的面外延迟和所述液晶显示面板的正的面外延迟。
附图说明
[36]本发明的特征和优点将通过以下的具体描述结合附图进行进一步地详细说明，其中：
[37]图1是现有技术中3-显示板的基于线栅式偏光器的硅基液晶投影光引擎的示意图；
[38]图2示出了两次穿过硅基液晶显示板和微调延迟器后的线性偏振的保存；
[39]图3是显示硅基液晶显示板和微调延迟器的慢轴的相对方位角定向的示意图；
[40]图4a是显示带有量级大小基本相同的A-板子元件的双层A-板元件的示意图；
[41]图4b是显示交叉轴A-板元件的示意图，其中A-板子元件以延迟器轴基本上正交而定向；
[42]图5示出了双层A-板/A-板石英延迟器的模拟的离轴延迟曲线；
[43]图6示出了交叉轴A-板/A-板石英延迟器的模拟的离轴延迟曲线；
[44]图7示出了模拟的面内延迟分量(线性和圆形)和双层A-板延迟器元件的延迟器轴；
[45]图8示出了模拟的面内延迟分量(线性和圆形)和交叉轴A-板/A-板石英延迟器的延迟器轴；
[46]图9a是倾斜取向的单轴层的示意图；
[47]图9b是将倾斜取向的单轴层分解到面内和面外延迟器元件中的示意图；
[48]图10示出了倾斜取向的单轴双折射层的C-板与A-板的延迟比率；
[49]图11示出了根据本发明一个实施例的人造双折射AR涂层的倾斜取向的固体双折射晶片；
[50]图12示出了在红、绿和蓝波长上的未涂敷的单层O-板的石英延迟器的测量的离轴延迟曲线；
[51]图13示出了测量的面内延迟谱线(线性和圆形)以及未涂敷的单层O-板石英延迟器的延迟器轴；
[52]图14示出了测量和模拟的面内延迟谱线(线性和圆形)以及绿-红FBAR涂敷的单层石英O-板延迟器的延迟器轴；
[53]图15示出了涂敷的单层石英O-板的测量的延迟三分量(线性、轴和圆形延迟)；
[54]图16示出了涂敷的单层石英O-板的模拟的延迟三分量(线性、轴和圆形延迟)；
[55]图17示出了在0°～20°AOI的所有方位角平面上的涂敷的单层石英O-板的测量的延迟三分量(线性、轴和圆形延迟)。
[56]应当注意的是在所有附图中，相同的特征标有相同的参考数字。
具体实施方式
[57]本发明涉及一种微调延迟器，包括单层双折射晶体，该晶体通过切割使得其光轴具有高倾斜角(如，高倾斜角的O-板)，从而使得即使当双折射晶体相对较厚时，仍具有低的面内延迟值。
[58]图9a和9b示出了将高倾斜角的O-板分解成正交分量的示意图。在本实施例中，O-板是平行于xy平面的单轴双折射层。参见图9a，单轴双折射层的光轴(即，非常轴或者C-轴)相对于正z轴成锐角θc，其中0°≤θc≤90°；C-轴在xy平面上的投影相对于x轴成方位角φc；欧拉角(θc，φc)由右旋XYZ坐标系统(RH-XYZ)定义。使用二次指数椭球公式(quadratic index ellipsoid formula)，垂直和平行于设备平面的光线的有效的非常光折射指数(折射率)采用如下公式表示：
1 n e 2 ( in - plane ) = sin 2 ( θ c ) n e 2 + cos 2 ( θ c ) n o 2 ,                    和(1)
1 n e 2 ( out - of - plane ) = sin 2 ( θ c ) n o 2 + cos 2 ( θ c ) n e 2 , - - - ( 2 )
其中ne(in-plane)和ne(out-of-plane)分别是指xy平面内的和沿着z轴的非常折射率；θc是C-轴偏离z轴的倾斜角度；ne和no分别是单轴介质的主轴中的非常折射率和寻常折射率。参见图9b，示出了被分解的面内和面外非常折射率。面内和面外双折射的寻常折射率都是no，都是与θc无关。
[59]面内和面外延迟的有效的双折射是采用以下的有效非常指数表达：
Δn(in-plane)＝ne(in-plane)-no和，
                                                    (3)
Δn(out-of-plane)＝ne(out-of-plane)-no
                                       .            (4)
[60]O-板层的面外延迟和面内延迟的比率是由所述有效双折射率值的比率确定：
γ = Γ c ( OP ) Γ a ( OP ) = Δn ( out - of - plane ) Δn ( in - plane ) , - - - ( 5 )
其中Гc(OP)和Гa(OP)是分别从倾斜排列层获得的近似的C-板和A-板延迟。
[61]表1提供了面外倾斜角θt(即，90°-θc)在80°和87°之间的A-板，C-板，和C-板对A-板延迟的比率的理论计算结果。在这些计算中，假定额定100微米厚的0-板石英层，在λ＝550nm处具有指数{1.5552，1.5459}。已经包含了±5％的厚度公差(例如，对于100μm额定值的物理厚度为95μm和105μm)。
表1：倾斜取向的单轴双折射层的面外与面内延迟的计算比率
  θt(deg)   80   81   82   83   84   85   86   87
  Гa(OP；95μm)   25.9   21.0   16.6   12.7   9.4   6.5   4.2   2.4
  Гa(OP；100μm)   27.2   22.1   17.5   13.4   9.9   6.9   4.4   2.5
  Гa(OP；105μm)   28.6   23.2   18.4   14.1   10.4   7.2   4.6   2.6
  Гc(OP；95μm)   839   844   849   853   856   859   862   863
  Гc(OP；100μm)   884   889   894   898   901   904   907   909
  Гc(OP；105μm)   928   933   938   943   946   950   952   954
  γ(Гc/Гa)   32.4   40.2   51.1   66.9   91.3   131.8   206.3   367.3
[62]如表1中所示，具有面外倾斜角θt范围在80°和87°之间的100微米厚的石英O-板预期具有小于30nm的面内延迟以及大于800nm的面外延迟。在图10中与面外倾斜角θt相对应而绘出的C-板与A-板延迟的比率γ(Гc/Гa)，当倾斜角大于85°时快速增加。通常，大于50且小于150的γ比率提供了C-板和A-板延迟之间的合理折衷。
[63]再参见表1，被切成85°的面外倾斜角并且被打磨成大约100微米厚度的单层石英O-板在λ＝550nm时将产生接近7nm的A-板延迟，以及大约900nm的+C-板延迟。如上所述，所述A-板延迟值非常适合于补偿VAN型硅基液晶显示板中的残余双折射。不幸地是，该寄生+C-板延迟远离-100到-380nm的范围，该范围是用于增加VAN型硅基液晶显示板的视野所需的典型-C-板延迟范围。
[64]根据本发明的一个实施例，提供低量级A-板延迟和高量级+C-板延迟的高倾斜O-板与-C-板部件相耦合，以提供微调延迟器，所述微调延迟器具有全部A-板/-C-板延迟器功能，以适用于VAN型硅基液晶显示板的对比度补偿。
[65]一些合适的-C-板部件的例子采用紧密螺距的胆固醇型液晶、介电人造双折射、共面排列的聚合体人造双折射，和/或倾斜排列的碟状复合体。可以作为选择的是，所述-C-板部件可以是被切割的双折射晶体(如石英或者氟化镁)以形成其光轴垂直于层面的层。对紧密螺距的胆固醇型液晶(如，其中的螺距LC介质比可见波长范围内的最短波长还短许多)的描述例如，H.Hatoh，M.Ishikawa，Y.Hisatake和J.Hirata，T.Yamamoto的，SID’92摘要，第401页，1992年；H.Heiberle，K.Schmitt和M.Schadt的“光定向生成的多域LCDs和复合光学延迟器，”Proceedings Euro Display’99，第121-125页，1999年；和美国专利号6,829,026。对介电人造双折射的讨论例如，J.P.Eblen Jr.，W.J.Gunning，J.Beedy，D.Taber，L.Hale，P.Yeh和M.Khoshnevisan的，SID’94摘要，第245页，1994年；和美国专利号5,196,953。对共面排列的聚合体人造双折射的讨论例如，S-T.Wu，J.应用物理，76(10)，第5975-5980页，1994年。对倾斜排列的碟状复合体的讨论例如，H.Mori，Y.Itoh，Y.Nishiura，T.Nakamura和Y.Shinagawa，日本应用物理杂志，J.36，第143-147页，1997年。
[66]适用于耦合到高倾斜O-板的-C-板部件的另一个例子是集成在防反射(AR)涂层设计(FBAR)中的人造双折射(FB)介电堆叠。如在美国专利号7,170,574和美国专利申请公开号US 20070070276中所讨论的，这些介电堆叠与它们的有机和/或聚合配体相比具有高耐用性并且提供了双折射晶体的低成本替代物。
[67]参见图11，其中示出了本发明的一个实施例，其中高倾斜O-板被设置在两个FBAR涂层之间。更具体地，图11示出了微调延迟器100，包括单层双折射晶体组件110、设置在所述单层双折射晶体组件的一侧上的第一FBAR介电涂层120，以及设置在所述单层双折射晶体组件的相对另一侧上的第二FBAR介电涂层130。
[68]单层双折射晶体组件110包括单层双折射晶体111，所述单层双折射晶体111的折射指数椭圆112相对于装置的法线倾斜成锐角113，所述单层双折射晶体111被层压到带有粘附层115的透明衬底119。所述单层双折射晶体111通常从诸如石英、氟化镁、纯钒酸钇晶体等的无机双折射材料的固体块上切割获得。通常，双折射晶体被切割，使其形成高倾斜O-板(即，其中等于θc的锐角113小于45°，以及倾斜角θt大于45°)的方式切割。合适的倾斜角θt的范围取决于所述双折射层的所期望的厚度，以及取决于所述双折射材料的双折射率。例如，如上所述，由如石英的低双折射率材料所形成的100μm厚的层通常需要80°和85°之间的斜角θt，然而由如纯钒酸钇晶体的较高折射率的材料所形成的相似大小的层则可能需要更高的斜角θt。可选地，如果期望石英层的厚度大于100μm时，则可能需要较高的斜角。高倾斜O-板的厚度通常取决于双折射材料和斜角θt以提供适用于所期望应用的A-板延迟(如用于补偿在黑屏状态下的VAN型硅基液晶显示板的残余双折射)。例如，使用石英单层O-板和在波长550nm条件下实现10nm的面内延迟，斜角一般将在71°和88°之间，并且更有可能在81.5°和85.5°之间。高倾斜O-板111的物理厚度通常在10μm和1mm之间，并且更有可能在50μm和200μm之间。
[69]第一FBAR涂层120包括设置在第一指数匹配分段122和第二指数匹配分段123之间的第一人造双折射堆叠121。相似地，第二FBAR涂层130包括设置在第三指数匹配分段132和第四指数匹配分段133之间的第二人造双折射堆叠131。
[70]每一个人造双折射(FB)堆叠121/131通常是由不同折射指数材料的交替层形成的周期性堆叠。例如，在一个实施例中，每个FB堆叠121/131包括高和低折射率材料的交替层。在另一个实施例中，每个FB堆叠121/131包括高、中和低折射率材料的交替层。在每个实施例中，每一层的厚度可能随材料的不同而变化，并且受限于工作波长的分数(如λ＝550nm的分数)。如现有技术中所知，具有远小于光波长的厚度的交替指数层的周期性堆叠能够被设计，以形成作为-C-板延迟器的零阶子波长光栅(ZOG)。由于这些衍射元件的-C-板延迟起源于所述交替层的结构(形状)而不是分子双折射，因此这些交替层可以由通常为等向性的材料形成。例如，一些适用于交替层的材料的例子包括有机和无机电介质，例如氧化硅(SiO2，n＝1.46)、氧化钽(Ta2O5，n＝2.20)、氧化铝(Al2O3，n＝1.63)、氧化铪(HfO2，n＝1.85)、氧化钛(TiO2，n＝2.37)、氧化铌(Nb2O5，n＝2.19)和氟化镁(MgF2，n＝1.38)等。
[71]通常每一个FB堆叠121/131的-C-板延迟通过改变层厚，层的折射指数，和/或交替层的数量来适合于特定应用。例如，在一个实施例中，-C-板延迟的量级可以通过零阶有效媒介理论(EMT)进行估算，其中周期性等向指数结构被描述为具有有效的寻常和非常指数的负单轴双折射层。EMT在美国专利号5,196,953中被进一步详细描述。在EMT C-板延迟估算之后，可以使用诸如TFCalc和Optilayer这些商业上可用的计算机模型程序，通过改变一个或多个参数来设计FB堆叠，直到获得期望的-C-板延迟。通常，-C-板延迟应当足够大以补偿由高倾斜O-板111所提供的+C-板延迟和由VAN型硅基液晶显示板所提供的+C-板延迟。通常通过选择使交替层的层厚相似，通过提供交替层之间的大折射指数差异(如大于0.5)，和/或通过增加交替层的数量(如通常在20和1000之间)，来使得FB堆叠的-C-板延迟最大化。
[72]每个指数匹配分段122、123、132和133通常包括多个四分之一波长堆叠，所述四分之一波长堆叠由折射率不同的材料形成。指数匹配分段122、123、132和133与FB堆叠121、131一起形成FBAR涂层120、130，用以减少来自高倾斜O-板111和/或支撑衬底119的光反射。指数匹配分段122、123、132和133可以采用与形成FB堆叠121/131材料的相同或者不同材料制成。特别地，指数匹配分段122、123、132和133提供额外的面外延迟(如通常作为+C-板)，所述额外的面外延迟应被计入总净延迟。换言之，为了协调微调延迟器100的净-C-板延迟以用于所期望的应用(如，用于增加VAN型硅基液晶显示板的视野)，FB堆叠121、131应被设计用于提供-C-板延迟，用于补偿由指数匹配分段122、123、132和133产生的+C-板延迟，另外还可以用于补偿由高倾斜O-板111、VAN型硅基液晶显示板和/或MDPS中的其他偏振敏感型设备所产生的+C-板延迟。
[73]为了保持合理的FB厚度，在高倾斜O-板中的C-板与A-板延迟的比率γ(Гc/Гa)应当小于500，并且通常小于150。例如，再次参见表1，切成85°面外斜角并且打磨成大约100微米厚度的单层石英O-板，当λ＝550nm时将会产生近7nm的面内延迟，以及约900nm的寄生+C-板延迟。如果微调延迟器100被设计用于补偿LCoS成像板，所述LCoS成像板在λ＝550nm时具有大约200nm的C-板延迟，则来自FBAR涂层的所需C-板补偿在λ＝550nm时大约为-990nm。该-C-板延迟的量足够来抵消1100nm的石英O-板和VAN显示板的+C-板延迟之和。在该计算中，如在美国专利号7,170,574中所描述的，在λ＝550nm时C-板延迟的基础指数已经被设定在+C-板的{ne，no}为{1.65，1.50}和-C-板的{ne，no}为{1.50，1.65}。在一个实施例中，由两个FB堆叠在λ＝550nm时提供大约-990的C-板延迟，其中每个堆叠是由194个硅和氧化钽材料的交替层所形成的，使得每一个FBAR涂层的总厚度大约为6.2μm。
[74]FB堆叠121、131和指数匹配分段122、123、132、133如上所述作为分离元件，然而，实际操作中通常将FB堆叠121、131集成在防反射(AR)涂层设计中，从而使得每个FB堆叠121、131和相应的指数匹配分段122、123、132、133之间的过渡自然。第一FBAR涂层120和第二FBAR涂层130通常使用传统的真空沉积技术，如化学气相沉积(CVD)、等离子体增强型CVD、电子束蒸发、热蒸发、溅射和/或原子层沉积。
[75]在上述实施例中，被切割成倾斜角设置的且夹在两个人造双折射AR堆叠中的固体双折射晶体，被用于提供具有A/-C-板延迟器功能的微调延迟器，所述微调延迟器适用于硅基液晶显示板对比度补偿。
[76]有利之处在于，所述微调延迟器100的A-板延迟是由单层双折射晶体(如切割为高倾斜O-板)提供。由于A-板延迟是由无机双折射层提供而不是由有机层提供，因此所述微调延迟器100相对耐久和可靠。例如，微调延迟器100应该可以在延长的时间周期上(如超过10,000小时以上)承受高光通量密度(如40Mlux以上)和高温(如120℃以上)。由于A-板延迟是由高倾斜O-板提供而不是由A-板或者低倾斜O-板提供，因此微调延迟器100具有公差相对宽容的面内延迟器的厚度。例如，使用额定的100μm厚石英板，1％厚度公差可以转换成1μm抛光误差。由于A-板延迟是由高倾斜O-板提供而不是由A-板或者低倾斜O-板提供，因此，可以切割相对厚的面内延迟器板来提供真零阶小量级延迟而不是多重波延迟。相应地，微调延迟器100适用于相对较宽频带上的应用。由于A-板延迟是由双折射晶体的单层提供的，而不是由两个双折射层的级联提供，因此消除了与严格的方位角公差相关的问题。另外，减少了与圆形延迟相关的问题。尤其是，本领域中已知，非旋光性单层晶体O-板不应该产生圆形延迟。此外，由于A-板延迟是由单层双折射晶体提供而不是由两个双折射层的级联提供，因此微调延迟器对于所有波长具有相对稳定的有效的快/慢轴，允许相对不敏感的超方位角定向，并且提供较好的延迟量级和方位一致性(即消除由两层的级联引起的复合误差)。
[77]更为有利地是，微调延迟器100的-C-板延迟由一个或多个FBAR涂层提供。由于FBAR涂层能够提供足够的-C-板延迟来消除高倾斜O-板的+C-板延迟，并且补偿LCD面板(如VAN型LCoS)的+C-板延迟，因此提供了具有全功能A/-C-板功能的微调延迟器。FBAR涂层是直接沉积在高倾斜O-板的外表面上和/或沉积在支撑衬底上。因此，全功能微调延迟器是可以实现的，并且具有潜在的高生产量。此外，沉积的FBRA介电薄膜贴合在高倾斜O-板的表面和/或支撑衬底上。因此，制作成薄膜堆叠的-C-板延迟器的C-板轴被自动垂直对准该表面。另外，当FBAR由无机电介质层制作时，具有A/-C-板延迟功能的晶体板微调延迟器的耐久性并没有受到损害。特别地，FBAR涂层具有相对较宽频带上的-C-板延迟。
[78]为了示出图11中所示的全功能微调延迟器100的对比度补偿效率，其延迟及其一些单独部件已经被更详细的描述了。图12示出了沿着未涂敷的单层石英O-板的慢轴(SA)和快轴(FA)，测量的延迟对AOI的曲线。未涂层的单层石英O-板大约为100μm厚，并且具有大约85°的倾斜角。很明显在红(630nm)、绿(550nm)和蓝(450nm)波长的角度分布之间几乎没有发散。线性延迟分布沿FA-面关于大约0°AOI对称，而沿SA的分布为非对称。
[79]图13示出了测量的面内线性延迟谱线，圆形延迟谱线，和层压在玻璃衬底上的未涂层的单层石英O-板的轴定向谱线。这种延迟器在λ＝550nm时提供大约6.5nm线性延迟和7.5nm圆形延迟。线性延迟相对来说是非发散的。圆形延迟量既是重要的也是发散的。尽管由于缺少AR涂层可能会影响数据测量，但是轴定向示出了在波长范围上的相对平坦的曲线。
[80]参见图14，示出了测量的和模拟的线性延迟谱线、圆形延迟谱线和用于FBAR涂层单层石英O-板延迟器的轴定向谱线。FBAR涂层(如在层压的O-板的任意一侧)包括双带(即，红和绿)AR堆叠，还包括-C-板FB堆叠。表示高倾斜度单层石英O-板的数字模型包括85°斜角和85μm板厚。使用全{ne，no}色散数据，非常波长的指数为1.5554，寻常波长的指数为1.5461(即，可从http://www.almazoptics.com/Quartz.htm获取)。测量的和模拟的面内延迟在整个AR频带上大约为6nm。特别地，该A-板延迟适用于补偿LCoS成像面板中的残余A-板延迟。
[81]在图15中示出了测量的延迟对于AOI的曲线，涂覆FBAR的单层石英O-板延迟器的-C-板功能可以从该曲线中明显得出。增加的FBAR堆叠具有的C-板延迟大约为-990nm，当与单层石英O-板的大约为+900nm的C-板延迟组合时，产生大约为-180nm的净C-板延迟。所述大约-180nm的净C-板延迟适用于补偿LCoS成像面板中大约为200nm的C-板延迟。特别地，各种元件的正和负C-板延迟由于折射率差异并不是简单地相加。
[82]如图16所示，FBAR涂层的单层石英O-板延迟器也已经被模拟用来产生延迟三参数(如，线性和圆形延迟以及轴定向)。假定等方向性旋动，该等方向性旋动引起了关于AOI的测量的圆形延迟分布和关于AOI的模拟的圆形延迟分布之间的差异。
[83]为了完整，图17中给出了使用涂层的单层石英O-板测量的延迟三参数的全视野(FOV)图形。可以看出使用高倾斜单层石英O-板造成线性延迟和轴定向FOV分布的严重的不对称。幸运地是，在两次穿过方案中，例如微调延迟器作为在反射LCoS光引擎中使用的补偿器，则在两次穿过传输中抵消了非对称性。圆形延迟FOV分布提示了石英层的旋动常数天然的近于等方向性。
[84]涂覆单层石英O-板(如在层压的O-板的任意一侧上的FBAR)已经被试验用作VAN型LCoS系统的对比度增强器。该试验设置描述如，K.Tan等人的“用于高对比度的LCoS投影系统的补偿器的设计和特性，”SID 2005，第1810页，2005年。在绿波长频带和红波长频带的对比度比率大约为3,500∶1和4,500∶1。这些结果可以与LCP/FBAR延迟器相比较，描述如，K.Tan等人的“用于高对比度的LCoS投影系统的补偿器的设计和特性，”SID 2005，第1810页，2005年，其中绿波长频带和红波长频带的对比度比率为6,500∶1和8,500∶1，使用相同的测试设置和相同的LCoS面板。
[85]相对较差的对比度是由于在厚的单层石英O-板中不可忽略的圆形延迟的出现造成。据估计，如果单层石英O-板的厚度减少到1/4(如，大约22μm，取代88μm的厚度)，圆形延迟也会减少到1/4，因而对比度比率增加。即使当单层石英O-板的厚度减少到1/4时(如大约为22μ厚)，6.5nm的面内延迟器还是比石英四分之一波片(如大约14μm厚)更厚。如上所述，使用配制为石英O-板的6.5nm延迟器而不采用配制为石英A-板的138nm延迟器是考虑到延迟器的超定向灵敏度。通常，四分之一波片对小量级延迟器的灵敏度比率是10∶1。
[86]可以作为替换地，通过选择另一种不同的双折射晶体材料可以使所述相对较差的对比度增加，其中所述材料的双折射率低(如类石英)但没有旋光度(即，表现为圆形延迟)。例如，一个合适材料的例子是单晶体MgF2.
[87]当然，上面的实施例仅仅作为举例说明。本领域技术人员应当理解在不背离本发明的范围内可以采用各种修改、可替换的配置和/或等同替换。例如，在两个FBAR涂层之间设置高倾斜度O-板以提供低应力设计，而在另一个实施例中，仅仅高倾斜度O-板的一侧被涂有FBAR。可替换地，在其他实施例中，一个或多个FBAR涂层和高倾斜度O-板由不同的衬底支持。另外，虽然FBAR涂层的高倾斜度O-板已经陈述为适于作为VAN型LCoS系统中的微调延迟器，但是在其他实施例中，它们也可用在其它LCoS系统和/或透射式LCD投影系统中。而且，尽管FBAR涂层的高倾斜度O-板已经显示为单立的微调延迟器，但是在其他实施例中它们可被集成在微型显示投影系统的显示面板盖上。因此，本发明的范围仅仅由所附的权利要求的范围来限制。

Claims (18)

1、一种光学延迟器，包括：
单轴双折射晶体层，所述单轴双折射晶体层具有与其表面成一倾斜角的光轴，选择所述倾斜角，使得所述单轴双折射晶体层在预先设定的波长范围内具有面内延迟，当所述单轴双折射晶体层厚度大于20μm时，所述面内延迟适合于补偿在所述预先设定的波长范围中使用的液晶显示面板的残余的面内延迟；和
至少一个多层堆栈，所述多层堆栈包括至少一个由不同折射指数材料的交替层形成的周期性堆栈，选择所述交替层中的每层的厚度和折射指数，使得所述至少一个多层堆栈在所述预先设定的波长范围内具有负的面外延迟，所述负的面外延迟适合于补偿在所述预先设定的波长范围内的所述单轴双折射晶体层的正的面外延迟和所述液晶显示面板的正的面外延迟。
2、根据权利要求1所述的光学延迟器，其中所述至少一个多层堆栈包括第一防反射涂层，并且其中所述至少一个交替层的周期性堆栈包括集成在所述第一防反射涂层中的第一人造双折射堆栈。
3、根据权利要求2所述的光学延迟器，其中所述至少一个多层堆栈包括第二防反射涂层，并且其中所述至少一个交替层的周期性堆栈包括集成在所述第二防反射涂层中的第二人造双折射堆栈。
4、根据权利要求3所述的光学延迟器，其中所述第一防反射涂层由所述单轴双折射晶体层的第一侧支撑，并且所述第二防反射涂层由所述单轴双折射晶体层的第二相对侧支撑。
5、根据权利要求4所述的光学延迟器，还包括衬底，所述衬底用来支撑所述单轴双折射晶体层，所述衬底具有第一表面和第二表面，所述第一表面层压到所述单轴双折射晶体层，在所述第二表面上沉积有所述第一和第二防反射涂层之中的一个涂层。
6、根据权利要求1-5中任意一项所述的光学延迟器，其中选择所述倾斜角，使得所述单轴双折射晶体层的所述正的面外延迟与所述单轴双折射晶体层的所述面内延迟的比率大于约10且小于约200。
7、根据权利要求1-5中任意一项所述的光学延迟器，其中选择所述倾斜角，使得所述单轴双折射晶体层的所述正的面外延迟与所述单轴双折射晶体层的所述面内延迟的比率大于约30且小于约150。
8、根据权利要求7所述的光学延迟器，其中所述单轴双折射晶体层包括石英。
9、根据权利要求1-5中任意一项所述的光学延迟器，其中所述单轴双折射晶体层的所述面内延迟小于30nm。
10、根据权利要求1-5中任意一项所述的光学延迟器，其中所述单轴双折射晶体层的厚度大于50μm。
11、根据权利要求1-5中任意一项所述的光学延迟器，其中所述倾斜角大于45°。
12、根据权利要求1-5中任意一项所述的光学延迟器，其中所述倾斜角大于75°。
13、根据权利要求1-5中任意一项所述的光学延迟器，其中所述倾斜角是在80°～86°之间。
14、根据权利要求1-5中任意一项所述的光学延迟器，其中所述预先设定的波长范围从380nm至800nm。
15、一种基于液晶显示的投影系统，包括：
光源；
第一偏光器，用于从所述光源接收光并且发送具有第一线性偏振轴的第一线性偏振光；
液晶显示面板，用于光调制所述第一线性偏振光；
第二偏光器，用于接收所述光调制光并发送具有第二线性偏振轴的第二线性偏振光；
投影透镜，用于将所述第二线性偏振光投影在屏幕上；以及
微调延迟器，设置在所述液晶显示面板和所述第一和第二偏光器中的至少一个之间，所述微调延迟器包括：
单轴双折射晶体层，所述单轴双折射晶体层具有与其表面成一倾斜角的光轴，选择所述倾斜角，使得所述单轴双折射晶体层具有面内延迟，当所述单轴双折射晶体层厚度大于20μm时，所述面内延迟适合于补偿所述液晶显示面板的残余的面内延迟；和
至少一个多层堆栈，所述多层堆栈包括至少一个由不同折射指数材料的交替层形成的周期性堆栈，选择所述交替层中的每层的厚度和折射指数，使得所述至少一个多层堆栈具有负的面外延迟，所述负的面外延迟适合于补偿所述单轴双折射晶体层的正的面外延迟和所述液晶显示面板的正的面外延迟。
16、根据权利要求15所述的基于液晶显示的投影系统，其中所述液晶显示面板是反射的液晶显示面板，所述第一和第二线性偏振轴相互正交，且所述第一和第二偏光器包括同一个偏振分光器。
17、根据权利要求15或16所述的基于液晶显示的投影系统，其中所述液晶显示面板包括在硅板上垂直排列的向列液晶。
18、根据权利要求15或16所述的基于液晶显示的投影系统，其中所述微调延迟器集成于所述液晶显示面板。
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