CN113196154A - 具有外部延迟器的液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

一种系统包括空间光调制器，该空间光调制器包括第一基板、第二基板、和在第一基板与第二基板之间的液晶层。空间光调制器的特征在于第一延迟和第一相位延迟并且具有用于光传播的第一慢轴。电压源被配置为向空间光调制器施加驱动电压，并且空间光调制器的第一延迟是驱动电压的函数。延迟器定位于空间光调制器的外部，并且该延迟器的特征在于第二延迟和第二相位延迟。延迟器包括用于光传播的第二慢轴。第二延迟的值使得一组照射波长中的所有照射波长在0.25的相位延迟值以上或以下。所述一组照射波长包括在至少三个不同色谱中的每一个色谱中的至少一个照射波长。

Description

具有外部延迟器的液晶显示器
技术领域
本公开涉及具有可独立操作像素的空间光调制器(SLM)(例如，显示器、液晶显示器(LCD)、液晶微显示器和液晶空间光调制器(SLM))，更具体地，本发明涉及空间光调制器，例如，在包括但不限于投影仪、平视显示器和增强现实(AR)、混合现实和虚拟现实(VR)系统或设备(例如耳机)的应用中使用的硅上液晶(LCoS)空间光调制器或显示器。
背景技术
用于成像应用的液晶SLM包括使用铁电液晶的类型和使用向列液晶的类型。向列类型的液晶可以具有正介电各向异性或负介电各向异性。负各向异性类型通常具有较高的对比度，并且对于投影应用和近眼应用(例如AR和VR头戴式耳机)是优选的。使用具有负介电各向异性的液晶的SLM使用电光模式，该电光模式包括垂直排列向列(VAN)显示模式和扭曲垂直排列向列(TVAN)显示模式。TVAN在美国专利No.8,724,059和9,551,901中进行了描述，所述专利通过引用并入本文。
用于从反射式液晶SLM观看图像的常规光学设计使用结合线栅式和麦克尼尔立方式偏振分束器(PBS)的线性偏振光来获得高对比度的图像。使用这些类型的PBS的缺点是所述PBS占用相对较大的体积，这使得难以获得在AR和VR头戴式耳机中使用的流线型紧凑的产品设计。此外，已知使用PBS会降低图像亮度、增加动态切换时间并增强相邻像素之间边缘场效应的可见性，尤其是在具有短像素间距的高分辨率SLM设备中。
发明内容
为了克服使用PBS的设计的这些缺点，Kuan-Hsu Fan-Chiang，Shu-Hsia Chen和Shin-Tson Wu在Applied Physics Letters，第87卷，第031110-1至031110-3页(2005)中描述了一种不使用PBS的光学设计。他们的VAN模式LCoS SLM被宽带圆偏振(CP)(例如，代替线性偏振)照射，以克服长期存在的清晰度差、亮度低和响应时间慢的问题。Chiang等人的公开中未提供电光(EO)曲线，也没有给出(一个或多个)照射波长。另外，作者仅考虑圆偏振器的一种取向。
本领域技术人员将认识到，可以通过线性偏振器产生宽带圆偏振光，该线性偏振器的偏振轴平行或垂直于宽带圆偏振器的输入轴对齐。宽带圆偏振光也可以通过线性偏振器产生，该线性偏振器的偏振轴设置为相对于宽带四分之一波片(QWP)的慢轴的±45*处，该四分之一波片包括具有多个双折射层的延迟器。
相位延迟(Φ)是由延迟(Γ)除以照射波长λ定义的无量纲量(即Φ＝Γ/λ)。延迟Γ是入射光穿过双折射材料后该入射光的快光线和慢光线的波前之间的距离。
可从许多供应商商购的实用宽带QWP并不是理想的宽带QWP。例如，日本东京的Teijin公司提供了FM-143单层宽带QWP。FM-143宽带QWP的相位延迟的波长相关性在图2的曲线图中给出。该曲线图示出对于小于555nm的波长，相位延迟Φ大于0.25，而对于大于555nm的波长，相位延迟Φ小于0.25。将会显示出，相位延迟Φ从0.25的偏离对电光(EO)曲线的形状和对比度具有显著的影响。
图3和图4示出了基于Kuan-Hsu Fan-Chiang的公开中描述的方案在本公开中进行的计算机模拟。这些电光(EO)曲线是分别针对628nm的红光波长、513nm的绿光波长和453nm的蓝光波长基于线性标度和对数吞吐量标度。吞吐量是假设线性偏振输入光的反射率，且理想的偏振器具有1和0的透射率，而理想的反射器具有1的反射率。
对于这种情况，FM-143宽带QWP的慢轴垂直于VAN模式SLM的慢轴定向，所述VAN模式SLM的慢轴平行于SLM的透明的第一基板和反射式第二基板的内表面上的表面接触液晶指向矢的方位取向方向。图4的针对蓝光照射和绿光照射的基于对数标度的EO曲线显示出在非零驱动电压下的吞吐量中的近零吞吐量最小值，而针对红光照射的EO曲线则没有。
可以利用针对蓝光照射和绿光照射的EO曲线中的近零吞吐量最小值，来获得大于2000的对比度。特别地，驱动电压被设置为在等于或接近用于在针对蓝光照射颜色和绿光照射颜色的EO中获得近零吞吐量最小值的电压的电压下获得暗像素。为了在灰度连续区上获得亮像素，驱动电压被设置为大于为获得近零吞吐量最小值而施加的电压的电压。
暂时参考图3和图4，水平轴表示从0伏到10伏的电压的连续区。在对应于近零吞吐量最小值的电压下，像素处于其最暗状态。通过在吞吐量增加的连续区上施加高于此近零吞吐量最小电压的电压来获得灰阶。
然而，对于红光照射，在EO曲线中不存在这样的近零吞吐量最小值，并且对比度仅为大约50。对比度被定义为EO曲线中的最大吞吐量除以吞吐量最小值的比值。
类似地，图5和图6显示了针对FM-143宽带QWP的慢轴平行于VAN模式SLM的慢轴定向的情况基于线性标度和对数标度的EO曲线。在图6的对数标度上，针对红光照射的EO曲线的吞吐量在非零驱动电压下呈现出近零吞吐量最小值。相比之下，针对蓝光照射的EO曲线和绿光照射的EO曲线在非零驱动电压下并未呈现出近零吞吐量最小值。
通过利用针对红光照射的EO曲线中的近零吞吐量最小值，红色对比度可以远超过2000。然而，由于对于蓝光照射和绿光照射，在EO曲线中没有近零吞吐量最小值，因此蓝光照射和绿光照射的对比度分别为110和210，低得令人无法接受。因此，宽带QWP不适合对于高质量全色图像所需的所有照射波长需要高对比度(例如，大于2000)的应用。
本发明保持了相关技术的宽带QWP方案的优点，包括紧凑的流线型设计，短的动态切换时间以及像素间缺陷的几乎不可见性。另外，本发明克服了对于高对比度全色操作所需的所有照射波长不能获得高对比度的缺点。
根据本发明的系统包括在空间光调制器(例如，诸如反射型液晶显示器的显示器或诸如反射式LCoS显示器的LCoS显示器)外部的一个或更多个延迟器。对于用于形成彩色图像(例如，全色图像)的至少三个照射波长来说，该延迟器产生大于0.25的相位延迟Φ。例如，相位延迟Φ在0.26和0.40(包括0.26和0.40)之间变化。
可选地，对于用于形成彩色图像(例如，全色图像)的至少三个照射波长来说，该延迟器产生小于0.25的相位延迟。例如，相位延迟在0.10和0.24(并包括0.10和0.24)之间变化。
在本发明的实施例中，至少三个照射波长包括至少与红光、绿光和蓝光相对应的波长，但是也可以包括诸如黄光的其它颜色光的波长。例如，在本发明的实施例中，在空间光调制器外部的延迟器或具有不同延迟Γ的延迟器的组合针对所有照射波长产生大于0.25的相位延迟Φ，或者针对所有照射波长产生小于0.25的相位延迟Φ。照射波长用于获得包括彩色图像(例如全色图像)的图像。
在本发明的一个实施例中，对于三种不同的照射波长或颜色，外部延迟器的相位延迟Φ大于0.25。例如，在本发明的一个实施例中，三种不同的照射波长或颜色，例如分别对应于红光照射波段、绿光照射波段、蓝光照射波段(即，对于红光来说为625-nm740nm波段，对于绿光来说为500-565nm波段，对于蓝光来说为450-485nm波段)中的每一个照射波段的波长的照射波长，被用在诸如全色显示器的显示器中。因此，入射在SLM上的任何光在这些波长下都没有被圆偏振(例如，0.25的相位延迟会产生圆偏振光)。本领域普通技术人员应该理解，照射颜色例如还可以包括黄色照射颜色。
在一个实施例中，延迟器的慢轴垂直于或大致垂直于SLM(例如VAN或TVAN SLM)的慢轴被对准。在施加到SLM的零伏电压下，SLM的任何残余延迟量Γ(例如，由液晶SLM内部接触指向矢的表面的预倾角度引入)从外部延迟器产生的延迟Г中减去。在此，由SLM和延迟器产生的组合相位延迟Φ可能大于0.25，这导致非零吞吐量。随着施加到SLM的电压从零开始增加，SLM的延迟Φ增加并从外部延迟器的延迟Φ中减去，直到达到延迟器和SLM的组合相位延迟Φ等于0.25的点为止。此时，组合的吞吐量为零，这是因为输入偏振被旋转90°，并在被反射时被吸收在偏振器中。随着电压的进一步增加，组合的相位延迟Φ从0.25开始减小，且吞吐量增加，这是因为偏振旋转不再是90°。
因此，在零电压下，吞吐量不为零。在组合相位延迟Φ为0.25的电压处，吞吐量下降到近零最小值，然后在较高的电压下(例如，比出现近零吞吐量最小值的电压高)再次增加。在这种类型的电光曲线的情况下，可以通过将像素驱动电压设置为等于或接近电光曲线中出现接近零吞吐量最小值的电压来实现高吞吐量和对比度(例如，大于2000)，以获得暗像素。像素驱动电压增加到产生接近零吞吐量最小值的电压以上，以获得亮度增加的像素灰阶。对比度被定义为EO曲线中的最大吞吐量除以近零最小值处的吞吐量的比值。
在本发明的另一实施例中，对于在彩色显示器(例如，全色显示器)中使用的红光波长、绿光波长和蓝光波长来说，外部延迟器的相位延迟Φ小于0.25，这意味着入射在LCoS成像单元上的光在这些波长下没有被圆偏振(例如，0.25的相位延迟产生圆偏振光)。在该实施例中，延迟器的慢轴平行于或基本平行于VAN或WAN SLM的慢轴对准。在施加零伏电压处，由液晶SLM内部的表面接触指向矢的非90°预倾角度引入的SLM的残余延迟Φ加到外部延迟器的延迟。此处，延迟器和SLM的组合相位延迟Φ可以小于0.25，从而导致非零吞吐量。
随着施加到SLM的电压从零开始增加，SLM的延迟Γ增加并加到外部延迟器的延迟Γ，直到达到该延迟器和SLM的组合相位延迟Φ为0.25的点为止。在此点处，组合吞吐量为零，这是因为输入偏振被旋转90°，并在反射时被偏振器吸收。随着电压的进一步增加，由于偏振旋转不再为90°，因此组合相位延迟Φ随着吞吐量的增加同时从0.25开始增加。
因此，在零伏处，吞吐量不为零。吞吐量在组合相位延迟Φ为0.25的电压处下降至近零最小值，然后在较高电压下再次增加。在这种类型的电光曲线的情况下，可以通过将像素驱动电压设置为等于或接近电光曲线中出现接近零吞吐量最小值的电压，以获得高吞吐量和大于2000的对比度，从而获得暗像素。像素驱动电压被增加到该值以上，以获得亮度增加的像素灰阶。
前述内容已概括地概述了各种实施例的一些方面和特征，应将其解释为仅说明本公开的各种潜在应用。通过以不同的方式应用所公开的信息或通过组合所公开的实施例的各个方面，可以获得其它有益的结果。因此，除了由权利要求限定的范围之外，通过参考示例性实施例的详细描述并结合附图可以获得其它方面和更全面的理解。
附图说明
图1是根据本发明的SLM显示系统的透视放大示意图。
图2示出现有技术宽带四分之一波片(QWP)的相位延迟Φ的波长相关性。
图3是示出在VAN模式SLM的情况下使用现有技术宽带QWP针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的红光波长的基于线性标度的模拟的电光曲线的曲线图，其中在所述VAN模式SLM中，延迟器的慢轴和SLM的慢轴彼此垂直。
图4是示出在VAN模式SLM的情况下使用现有技术宽带QWP针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的红光波长的基于对数标度的模拟的电光曲线的曲线图，其中在所述VAN模式SLM中，延迟器的慢轴和SLM的慢轴彼此垂直。
图5是示出在VAN模式SLM的情况下使用现有技术宽带QWP针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的红光波长的基于线性标度的模拟的电光曲线的曲线图，其中在所述VAN模式SLM中，延迟器的慢轴和SLM的慢轴彼此平行。
图6是示出在VAN模式SLM的情况下使用现有技术宽带QWP针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的红光波长的基于对数标度的模拟的电光曲线的曲线图，其中在所述VAN模式SLM中，延迟器的慢轴和SLM的慢轴彼此平行。
图7示出了根据本发明的示例性实施例的166nm延迟器的相位延迟的波长相关性和根据本发明的示例性实施例的107nm延迟器的相位延迟的波长相关性。
图8是示出根据本发明的示例性实施例在VAN模式SLM的情况下使用166nm的延迟器针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的红光波长的基于线性标度的模拟的电光曲线的曲线图。
图9是示出根据本发明的示例性实施例在VAN模式SLM的情况下使用166nm的延迟器针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的红光波长的基于对数标度的模拟的电光曲线的曲线图。
图10是示出根据本发明的示例性实施例在VAN模式SLM的情况下使用107nm的延迟器针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的红光波长的基于线性标度的模拟的电光曲线的曲线图。
图11是示出根据本发明的示例性实施例在VAN模式SLM的情况下使用107nm的延迟器针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的红光波长的基于线性标度的模拟的电光曲线的曲线图。
图12是示出根据本发明的示例性实施例的在90°扭曲TVAN模式SLM的情况下使用166nm的延迟器针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的基于线性标度的模拟电光曲线的曲线图。
图13是示出根据本发明的示例性实施例的在90°扭曲TVAN模式SLM的情况下使用166nm的延迟器针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的基于对数标度的模拟电光曲线的曲线图。
图14是示出根据本发明的示例性实施例的在90°扭曲TVAN模式SLM的情况下使用107nm的延迟器针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的基于线性标度的模拟电光曲线的曲线图。
图15是示出根据本发明的示例性实施例的在90°扭曲TVAN模式SLM的情况下使用107nm的延迟器针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的基于对数标度的模拟电光曲线的曲线图。
图16是示出根据本发明示例性实施例的在VAN模式SLM中使用具有0.26的恒定相位延迟Φ的延迟器453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的基于线性标度的模拟电光曲线的曲线图。
图17是示出根据本发明示例性实施例的在VAN模式SLM中使用具有0.26的恒定相位延迟Φ的延迟器453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的基于对数标度的模拟电光曲线的曲线图。
图18是示出根据本发明示例性实施例的形成显示系统的示例性方法的流程图。
具体实施方式
根据需要，本文公开了详细的实施例。必须理解的是，所公开的实施例仅仅是各种替代形式的示例。如本文中所使用的，“示例性”一词被广泛地用于指代用作例证、样本、模型或图案的实施例。附图不一定按比例绘制，并且某些特征可能被放大或缩小以示出特定部件的细节。在其它情况下，为避免混淆本公开，本领域普通技术人员已知的公知部件、系统、材料或方法并未详细描述。因此，本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅被解释为权利要求的基础和教导本领域技术人员的代表性基础。
根据本发明的系统包括在空间光调制器(SLM)外部的延迟器或具有延迟Γ的延迟器的组合。该延迟器或延迟器的组合对于所有照射波长产生相位延迟Φ，该相位延迟Φ对于所有照射波长大于0.25，或者对于所有照射波长小于0.25。照射波长渲染图像。例如，图像是例如全色图像的彩色图像。
根据根据本发明的系统，SLM是例如液晶显示器，例如反射型液晶显示器。
图1是根据本发明的实施例的SLM显示系统10的透视放大图。在本发明的实施例中，SLM显示系统10包括线性偏振器100、外部延迟器200和反射式SLM300。来自源400的红光照射、绿光照射和蓝光照射120可以被引导到SLM显示系统10的像素，以使得来自光源中的一个或更多个光源的照射以时间顺序方式(例如，其中红光被引导持续一段时间，然后绿光可以被引导持续一段时间，然后蓝光可以被引导持续一段时间的顺序)被至少一部分像素或所有像素接收到。应当理解，可以使用这些颜色的其它顺序。照射120入射到线性偏振器100，并且在穿过该线性偏振器100时，沿着偏振轴160被线性偏振。
该偏振光依次入射到外部延迟器200上，且外部延迟器200的平面内慢轴220相对于入射偏振方向或偏振轴160以+45°(或基本+45°)被定向。在穿过延迟器200时，线性偏振光被转换为椭圆偏振光，但不是圆偏振光，所述偏振光入射在SLM 300上。可以以45度的角度和0.25的相位延迟生成圆偏振光。在除0.25以外的相位延迟下，光将被椭圆偏振。
在一个实施例中，SLM 300的平面内慢轴340的取向垂直于(或基本垂直于)外部延迟器200的慢轴220的取向，并且对于所有照射波长来说，延迟器具有在0.25以上的相位延迟值。在另一个实施例中，SLM 300的平面内慢轴320的取向平行于(或基本平行于)外部延迟器200的慢轴220的取向，并且对于所有照射波长来说，该延迟器具有在0.25以下的相位延迟值。
来自SLM 300的反射光140在相反方向上第二次通过返回外部延迟器200和偏振器100，其中反射光180出射或射出以被例如眼睛或其它检测器检测到。反射光180的强度取决于施加到SLM 300的各个像素的电压。
特别地，参照图1，SLM 300包括第一取向层302、第二取向层304、和在第一取向层302与第二取向层304之间的液晶材料层306。液晶层306包括在第一取向层302和第二取向层304上的表面接触液晶指向矢308、和在液晶层306的主体中的非表面接触液晶(LG)指向矢309。表面接触指向矢308例如根据取向层302、304的预定方向具有方位取向方向。例如，预处理方向可以由从倾斜方向沉积在表面上的材料、被倾斜入射的偏振紫外光照射的表面上的感光材料、或用天鹅绒状的布单向摩擦表面产生。
在VAN模式下，SLM 300的慢轴与表面接触LC指向矢308的方位取向方向(例如45度)平行。在TVAN模式下，SLM 300的慢轴平行于将表面接触指向矢308的方位取向方向(例如0度和90度)二等分的线。为了说明的目的，在下部取向层304上仅示出了一个表面接触LC指向矢，然而液晶层在下部取向层304和上部取向层302中的每一个上包括多个表面接触LC指向矢。类似地，液晶层306的主体(例如，与取向层302、304分开的内部或中间)包括贯穿液晶层306的厚度的多个指向矢。
此外，表面接触LC指向矢308的特征在于预倾角度310。液晶层306的主体中的指向矢309的预倾角度310和倾斜角度311确定SLM300的延迟Γ。根据示例性实施例，液晶材料306具有负介电各向异性。
另外，SLM 300包括多个像素电极，该多个像素电极包括连接到电压源316的第一电极312和第二电极314。电压源316被配置为向电极312、314供应电压317，从而横跨SLM300的第二电极314的各个像素的液晶层306施加电压317。通过液晶层306的电压317改变液晶层306主体中的指向矢309的倾斜角度311，并从而改变SLM 300的整体延迟Γ。电压源316存储预定电压，或者以其它方式生成与每个波长和像素的暗态和亮态相关的电压。
SLM 300还包括在电极312、314外部的基底层318、319。特别地，基底层318位于电极312的上方，而基底层319位于电极314的下方。
如以下进一步详细描述的，各个像素的电光曲线能够通过非零的波长相关驱动电压317来操作。针对每个波长确定闭态或暗态波长相关驱动电压317是该波长的吞吐量的电光曲线具有最小的、近零(例如，小于0.001)的吞吐量值的电压。高于闭态波长相关像素驱动电压317的开态或亮态波长相关像素驱动电压317被施加到各个像素，以增加像素吞吐量并提供灰阶。
因此，对于从光源400接收到的照射波长来说，每个像素由与照射波长相对应的开态波长相关驱动电压317或闭态波长相关驱动电压317控制。
对于本领域技术人员而言显而易见的是，偏振器100、延迟器200和SLM 300(例如，图1中所示的LCoS SLM)只是根据本发明的光学配置的个示例。例如，外部延迟器200的慢轴220也可以相对于入射偏振方向或偏振轴160以-45°(或基本上为-45°)被定向。为了抑制来自照射源400的可能造成或导致较低对比度的前表面反射，偏振器100和延迟器200可以使抗反射涂层110被沉积在一侧或两侧，而SLM 300可以在SLM 300的基底层318的顶部表面上具有抗反射涂层110。可选地，可以将元件100、200和300中的两个(或者甚至这些元件中的全部三个)光学耦合(例如，层压在一起)，以减少界面处的反射。
为了清楚起见，图1中未示出包括透镜、棱镜和反射镜的相关光学元件。根据本发明的实施例，红色、绿色和蓝色照射源400或用于全色操作的源可以包括固态全色二极管、发光二极管(例如，有机发光二极管)、固态激光器和气体激光器，和/或其它电磁辐射源(例如来自氙气、金属卤化物或钨卤素灯的滤光)。如果光源已经被线性偏振(如某些气体激光器和固态激光二极管可能就是这种情况)，则可以消除入射照射路径中的偏振器，同时将偏振器保留在反射路径中。在本实施例中，当在反射路径中保留偏振器的同时在入射照射路径中去除偏振器时，反射路径中的偏振器的偏振方向与入射光源的偏振方向平行或基本平行。
外部延迟器-延迟选择
如下所述，具有选定的延迟的外部延迟器能够提高SLM显示系统的性能。参照图7讨论外部延迟器的延迟选择。
图7示出了在根据本发明的实施例中的166nm的外部延迟器200的相位延迟Φ的波长相关性和在根据本发明的另一个实施例中使用的107nm的外部延迟器200的相位延迟的波长相关性。
相位延迟Φ是无量纲量，其表征已经传播通过双折射层或双折射层的组合的快光线与慢光线之间的相移，并且由延迟Γ除以照射波长λ来定义(即，Φ＝Γ/λ)。延迟Γ是入射偏振光穿过双折射材料或双折射材料的组合之后入射偏振光的快光线与慢光线的波前之间的距离。
在一个实施例中，外部延迟器200的延迟Γ值大于传输到SLM 300照射的电磁辐射(例如，光)中的最长波长的四分之一(并且例如小于或等于175nm)。例如，如果最长照射波长是628nm的红光波长，则外部延迟器200在该波长处的延迟Γ应大于628/4nm，即157nm。这可以通过图7中的示例来说明，该示例对应于本发明的实施例，其中由外部延迟器200完成的延迟Γ为166nm，并且由外部延迟器200接收到的最长波长为628nm的红光波长。例如，延迟Γ值在最长波长的四分之一至175nm的范围内。在图7中，对于具有166nm的延迟Γ值的外部延迟器200来说，对于453nm的波长、513nm的波长和628nm的波长中的每一个来说，相位延迟Φ大于0.25。本领域普通技术人员应当理解，可以交替地选择波长和延迟，使得对于三个不同颜色的至少三个波长中的每一个来说，外部延迟器200的延迟Γ具有大于0.25的相位延迟Φ。例如，如上所述，根据要由光源400产生的最长波长来选择外部延迟器200的延迟Γ。
在另一个实施例中，外部延迟器200的延迟Γ值小于用于显示器照射的最短波长的四分之一(例如，大于或等于100nm)。例如，如果最短照射波长是453nm的蓝光波长，则外部延迟器200的延迟Γ应小于453/4nm，即113.25nm。这由图7中所示的示例说明，其中由外部延迟器200完成的延迟是107nm，并且最短波长是453nm的蓝光波长。例如，延迟Γ值在100nm至最短波长的四分之一的范围内。在图7中，针对具有107nm的延迟Γ值的外部延迟器200，对于453nm、513nm和628nm的波长中的每一个来说，相位延迟Φ均都小于0.25。本领域普通技术人员应当理解，可以交替地选择波长和延迟，使得对于三个不同颜色的至少三个波长中的每一个来说，外部延迟器200的延迟Γ具有小于0.25的相位延迟Φ。例如，如上所述，根据要由光源400产生的最短波长来选择外部延迟器200的延迟Γ。
以下的表1列出了本发明实施例的示例在三个波长下的相位延迟Φ。例如，本发明的一个实施例并入了具有166nm的延迟Γ的外部延迟器200，而另一实施例并入了具有107nm的延迟Γ的外部延迟器200。应当注意的是，在并入了具有166nm延迟Γ的外部延迟器200的实施例中，对于所有三个波长λ来说，相位延迟Φ大于0.25，而在并入了具有107nm的延迟Γ的外部延迟器200的实施例中，对于所有三个波长来说，相位延迟Φ小于0.25。
表格1
Figure BDA0003102025040000121
在以上表1中反映的本发明的实施例中，蓝光波长、绿光波长和红光波长分别选择为453nm、513nm和628nm。对于本领域技术人员而言显而易见的是，也可以使用具有蓝光、绿光和红光的其它波长，并且可以添加包括但不限于黄色的其它颜色以增加全色显示器的色域。
相位延迟差ΔΦ是外部延迟器200的组合的相位延迟Φ与0.25的相位延迟Φ之间的差(即，光以0.25的相位延迟Φ被圆偏振)。相位延迟差ΔΦ在外部延迟器200的延迟Φ是166nm的实施例中为正，而在外部延迟器200的延迟Φ是107nm的实施例中为负。在本发明的一个实施例中，当所有三个波长的相位延迟差ΔΦ的大小(即|ΔΦ|)等于或大于0.01时，SLM(例如，根据本发明的显示器)，对于所有波长(例如，三个波长)，实现两千(2000)或更大的高对比度，这是因为|ΔΦ|的该值实现或确保相位延迟针对166nm的外部延迟器200的情况在所有波长处在0.25以上，或者针对107nm的外部延迟器200的情况在所有三个波长处在0.25以下。
SLM显示系统的改进的性能-EO曲线的吞吐量最小值
在SLM显示设备中使用具有如上所述选择的延迟的外部延迟器导致SLM显示系统的性能提高，这可以通过查看SLM显示系统的EO曲线来证明。EO曲线示出了作为由电压源电压源316施加的电压的函数的SLM显示系统10对于来自光源400的波长的吞吐量。对比度被定义为EO曲线的最大吞吐量除以在EO曲线中接近零(例如，小于0.001)吞吐量最小值处的EO曲线的吞吐量的比值。
可以使用商业软件包(例如LCDBeneh版本6.42和分析器版本6.60，两者均可从日本东京Shintech获得)进行模拟。在本发明的一个实施例中，SLM具有的单元间隙(即，第一取向层302和第二取向层304的面向液晶层306像素的表面之间的距离)为0.9mm；液晶双折射Δn在453nm下为0.2206，在513nm下为0.2016，在628nm下为0.1859；预倾角度为84°；光被垂直入射；并且反光器和偏振器是理想的选择。
对于本公开中使用的所有模拟，包括在相关技术的图3、图4、图5和图6的模拟的EO曲线中所示的那些模拟，LCoS单元间隙为0.9μm，并且液晶双折射Δn在453nm下为0.2206，在513nm下为0.2016，在628nm下为0.1859。从SLM 300的平面测得的预倾角度(即，SLM 300内的液晶层306的表面接触指向矢308与SLM 300的平面所形成的角度310)为84°。假设理想的100％反射器和理想的偏振器100使用垂直入射光进行模拟。本领域的技术人员将认识到，这只是可以已经选择代表本发明的许多示例之一。例如，在本发明的实施例中，基于所使用的液晶的折射率，单元间隙可以在0.5μm和3.0μm(包括0.5μm和3.0μm)之间变化；并且预倾角度限制可以在89°和75°包括89°和75°)之间(变化。
图8和图9示出了根据本发明的实施例的、当外部延迟器200具有166nm的延迟Γ时，针对453nm的蓝光波长、513nm的绿光波长和628nm的红光波长的基于线性标度和对数标度的模拟电光(EO)曲线，其中，所述外部延迟器的慢轴220垂直于VAN模式SLM 300的慢轴340被定向。
图9的对数标度示出了在SLM显示系统10的示例性实施例的针对所有三个颜色的EO曲线中总计小于于0.00001的近零吞吐量最小值。通过本发明，可获得针对所有照射颜色的在0.001以下的这些近零吞吐量最小值，这是因为本发明采用例如如上所述的具有166nm的延迟Γ的延迟器200，并且在使用外部宽带QWP(例如，参见图4和图6，其仅示出了在0.001以下的一些吞吐量最小值)的现有技术方案中不存在。
图10和图11示出了根据本发明的SLM显示系统10的实施例的基于线性标度和对数标度的模拟的电光(EO)曲线，所述SLM显示系统10包括具有107nm的延迟Γ的外部延迟器200，该外部延迟器200的慢轴220平行于VAN模式SLM300的慢轴320定向。
图11的对数标度示出了根据本发明的示例性SLM显示系统10的EO曲线的近零吞吐量最小值，该近零吞吐量最小值在针对所有三种颜色(即，红色、蓝色和绿色)的EO曲线中总计小于0.00001。针对所有照射颜色的为0.001或更小的这些近零吞吐量最小值是本发明的特征，并且在使用外部宽带QWP的现有技术方案中不存在。
图12和图13示出了根据本发明的实施例的基于线性标度和对数标度的模拟的电光(EO)曲线，其中外部延迟器200具有166nm的延迟Γ，且该外部延迟器200的慢轴220被定向成垂直于90°扭曲的TVAN模式SLM300的慢轴340。对于计算机模拟，TVAN模式的慢轴340平行于SLM 300的取向层302、304上的方位取向方向的二等分线。
图13的对数标度示出了在针对所有三种色彩的EO曲线中总计小于0.00014的近零吞吐量最小值。针对所有照射颜色的这些吞吐量最小值是本发明的特征，并且在使用外部宽带QWP的现有技术方案中不存在。
图14和图15示出了根据本发明的TVAN实施例基于线性标度和对数标度的模拟的电光(EO)曲线，其中外部延迟器200具有107nm的延迟Γ，该外部延迟器200的慢轴220平行于WAN模式SLM 300的慢轴320定向。
图15的对数标度示出了在针对所有三种色彩的EO曲线中总计小于0.0001的近零吞吐量最小值。针对所有照射颜色的这些近零吞吐量最小值是本发明的特征，并且在使用外部宽带QWP的现有技术方案中不存在。
用于暗态和亮态的驱动电压
在实施例中，液晶显示器10可以通过驱动电压317来操作以针对每个照射波长将液晶显示器10的各个像素保持在关闭状态。液晶显示器10在针对每个照射波长的电光曲线中存在为零或近零吞吐量最小值的电压下处于关闭状态。
液晶显示器10还可以通过驱动电压318进行操作和/或操作，以针对每个照射波长将液晶显示器10的各个像素保持在打开状态。液晶显示器在高于关态电压的电压下处于打开状态。
在本发明的实施例中，EO曲线中的吞吐量最小值出现在组合相位延迟Φ为0.25的电压处。外部延迟器的延迟和SLM的延迟的组合在近零吞吐量最小值的电压下产生圆偏振。对于照射波长中的每一个来说，这在不同的电压下发生。相反，具有上述选定延迟的外部延迟器在用于确定选定延迟的波长处产生椭圆偏振。
在图11和图15的本发明的实施例中，液晶层306的延迟Φ被加到外部延迟器200的延迟Φ，以获得0.25的组合相位延迟Φ。为了针对给定颜色获得大于2000的对比度，根据本发明的SLM(例如LCoS SLM)由像素驱动电压317驱动。像素驱动电压317为在根据本发明的LCoS SLM的电光曲线中出现近零吞吐量最小值的电压或接近所述电压，以获得暗像素(例如，关态)。在本发明的实施例中，像素驱动电压317被增加到关态电压以上，以获得亮度增加的像素灰阶。
在图9和图13的本发明的实施例中，从外部延迟器200的延迟Γ中减去液晶层306的延迟Γ，以得到为0.25的组合相位延迟Φ。为了针对给定颜色获得大于或等于2000的对比度，LCoS显示器10由像素驱动电压317驱动。像素驱动电压317为根据本发明的在对应于SLM的电光性能的电光曲线中出现近零吞吐量最小值的电压或接近所述电压，以获得暗像素(即，处于关闭状态)。像素驱动电压317被增加到该关态电压以上，以获得亮度增加的像素灰阶(即，打开状态)。
上述本发明的实施例包括具有分别为166nm和107nm的延迟Γ的外部延迟器200。对于所述模拟，假定这些延迟Г是与波长无关的，这将与由聚乙烯醇制成的延迟器200非常近似。然而，如图7所示，这些延迟器的相位延迟Φ是波长相关的。这是因为相位延迟Φ被给定为Φ＝Г/λ。因为延迟Г为常数，所以相位延迟Φ是波长的函数。
图16和图17示出了根据本发明的实施例的基于线性标度和对数标度的模拟的电光(EO)曲线，其中外部延迟器200具有为0.26的恒定相位延迟Φ，该外部延迟器200的慢轴220垂直于VAN模式SLM 300的慢轴340定向。图17的对数标度示出了在针对所有三种颜色的EO曲线中总计小于0.0001的近零吞吐量最小值。在一个实施例中，针对给定的颜色，可以通过利用像素驱动电压317驱动SLM 300来获得大于2000的对比度。像素驱动电压317被设置为在电光曲线中出现近零吞吐量最小值的电压或接近所述电压，以获得暗像素。像素驱动电压317被增加到该值以上，以获得亮度增加的像素灰阶。
将图8中的EO曲线(对于根据本发明的实施例的使用延迟Γ为166nm的延迟器200)与图16的相应EO曲线(对于根据本发明的实施例的使用具有0.26的恒定相位延迟Φ的延迟器200，并且延迟器200的慢轴220与SLM慢轴340垂直)进行比较，示出针对蓝光波长和绿光波长的EO曲线更陡峭，并且在驱动电压317下获得较高的吞吐量，其中在所述驱动电压317以上，EO曲线具有近零最小值。具有恒定相位延迟Φ的外部延迟器200可以优于具有恒定延迟Γ的外部延迟器，尤其是在通过SLM的300像素电路的设计将驱动电压限制为较低值的情况下。
类似地，使用具有0.24的恒定相位延迟Φ并且其慢轴220相对于SLM慢轴320平行定向的延迟器200的实施例示例的模拟示出了与图16和图17的那些EO曲线实际上相同的EO曲线。
在这些示例中使用的相位延迟Φ不必是完全恒定的，以获得具有高吞吐量的陡峭的EO曲线。根据本发明，具有根据本发明的为0.26的几乎恒定的相位延迟的这种延迟器200例如以类似于S.Paneharatnam，第一部分和第二部分，《印度科学院院刊(The Proceedingsof the indian Academy Of Sciences)》，第7卷，No.4，A节，130-144页，1955所教导的方式组合具有不同延迟Γ和取向角度的三个外部延迟器。
方法
参照图18，描述了根据本发明的示例性实施例的示例性方法500。根据第一步骤510，确定一组照射波长510。所述一组照射波长包括在至少三个不同色谱中的每一个色谱中的至少一个照射波长。例如，从625nm-740nm的红色波段、500-565nm的绿色波段和450-485nm的蓝色波段中的每一个确定至少一个照射波长。
根据第二步骤520a，相对于最小延迟选择具有延迟的外部延迟器。该延迟使得对于所述一组照射波长中的每一个照射波长来说，相位延迟大于0.25。特别地，最小延迟被计算为最长波长(例如，在以上示例中，从红色波段开始的波长)的四分之一。
根据第三步骤530a，具有选定延迟的外部延迟器的慢轴相对于SLM的慢轴被定向。延迟器的慢轴被定向为垂直于SLM的慢轴。
作为替代，在第一步骤510之后，根据第二步骤520b，相对于最大延迟选择具有延迟的外部延迟器。该延迟使得对于所述一组照射波长中的每个波长来说，相位延迟小于0.25。特别地，最大延迟被计算为最短波长的四分之一(例如，在以上示例中，从蓝色波段开始的波长)。
根据第三步骤530b，具有选定的延迟的外部延迟器的慢轴相对于SLM的慢轴被定向。延迟器的慢轴被定向为平行于SLM的慢轴。
上述实施例仅是为了清楚地理解原理而阐述的实施方式的示例性图示。在不脱离权利要求书的范围的情况下，可以对上述实施例进行变型、修改和组合。所有这些变型、修改和组合在本文中都包括在本公开和所附权利要求书的范围内。

Claims (22)

1.一种显示系统，包括：
空间光调制器，所述空间光调制器包括第一基板、第二基板、和在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，其中所述空间光调制器的特征在于第一延迟和第一相位延迟，其中所述空间光调制器具有用于光传播的第一慢轴；和
延迟器，所述延迟器定位于所述空间光调制器的外部，其中所述延迟器的特征在于第二延迟和第二相位延迟，所述延迟器包括用于光传播的第二慢轴，所述第二慢轴垂直于第一慢轴，其中，所述第二延迟的值使得对于一组照射波长中的所有照射波长，所述延迟器具有在0.25以上的相位延迟值，其中所述一组照射波长包括在至少三个不同的色谱中的每一个色谱中的至少一个照射波长。
2.根据权利要求1所述的显示系统，包括具有偏振轴的偏振器，其中所述延迟器位于所述偏振器与所述空间光调制器之间，其中所述第二慢轴相对于所述偏振轴旋转45度。
3.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述第二延迟具有大于所述一组照射波长中的最长照射波长的四分之一的值。
4.根据权利要求1所述的显示系统，包括电压源，所述电压源被配置为向所述空间光调制器施加驱动电压，其中所述空间光调制器的所述第一延迟是所述驱动电压的函数；
其中，对于所述一组照射波长中的每一个照射波长，用于关态的驱动电压被设置为关态驱动电压，在所述关态驱动电压下，所述第一相位延迟和所述第二相位延迟的组合的值为0.25或接近0.25，以使得对比度大于2000。
5.根据权利要求4所述的显示系统，其中，在大于所述关态驱动电压的开态驱动电压下，在相应的电光曲线中存在针对每个照射波长的最大吞吐量。
6.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述空间光调制器被配置为接收入射光并输出图像，其中所述图像包括与所述一组照射波长中的照射波长中的每一个相对应的至少三种不同的颜色，并且其中针对所述三种不同的颜色中的每一种颜色的对比度大于2000。
7.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述至少三种不同的色谱包括红色色谱、绿色色谱和蓝色色谱。
8.根据权利要求1所述的显示系统，其中，对于所有的照射波长，所述延迟器产生相位延迟Φ，
对于所有的所述照射波长，所述相位延迟Φ的值在0.26至0.40的范围内。
9.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述显示系统是在VAN模式和TVAN模式中的至少一种模式下操作的LCoS显示器。
10.根据权利要求1所述的显示系统，其中，所述延迟器包括多个延迟器。
11.一种显示系统，包括：
空间光调制器，所述空间光调制器包括第一基板、第二基板、和在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，其中所述空间光调制器的特征在于第一延迟和第一相位延迟，其中所述空间光调制器具有用于光传播的第一慢轴；和
延迟器，所述延迟器定位于所述空间光调制器的外部，其中所述延迟器的特征在于第二延迟和第二相位延迟，所述延迟器包括用于光传播的第二慢轴，所述第二慢轴平行于第一慢轴，其中所述第二延迟的值使得对于一组照射波长中的所有照射波长，所述延迟器具有在0.25以下的相位延迟值，其中所述一组照射波长包括在至少三个不同的色谱中的每一个色谱中的至少一个照射波长。
12.根据权利要求11所述的显示系统，包括具有偏振轴的偏振器，其中，所述延迟器位于所述偏振器与所述空间光调制器之间，其中所述第二慢轴相对于所述偏振轴旋转45度。
13.根据权利要求11所述的显示系统，其中，所述第二延迟具有小于所述一组照射波长中的最短照射波长的四分之一的值。
14.根据权利要求11所述的显示器，包括电压源，所述电压源被配置为向所述空间光调制器施加驱动电压，其中所述空间光调制器的所述第一延迟是所述驱动电压的函数；
其中，对于所述一组照射波长中的照射波长中的每一个，用于关态的驱动电压被设置为关态驱动电压，在所述关态驱动电压下，所述第一相位延迟和所述第二相位延迟的组合的值为0.25或接近0.25，以使得对比度大于2000。
15.根据权利要求14所述的显示系统，其中，在相应的关态驱动电压下，在针对每个照射波长的电光曲线中存在为零的最小值或近零最小值。
16.根据权利要求11所述的显示系统，其中，所述空间光调制器被配置为接收入射光并输出图像，其中所述图像包括与所述一组照射波长中的照射波长中的每一个相对应的至少三种不同的颜色，并且其中，针对所述三种不同的颜色中的每一种颜色的对比度大于2000。
17.根据权利要求11所述的显示系统，其中，所述至少三种不同的色谱包括红色色谱、绿色色谱和蓝色色谱。
18.根据权利要求11所述的显示系统，其中，对于所有的照射波长，所述延迟器产生相位延迟Φ，
对于所有的所述照射波长，所述相位延迟Φ的值在0.10至0.24的范围内。
19.一种方法，包括：
确定一组照射波长，其中所述一组照射波长包括在至少三个不同色谱中的每一个色谱中的至少一个照射波长；
选择具有延迟的外部延迟器，其中所述延迟使得：
对于所述一组照射波长中的波长中的每一个来说，相位延迟大于0.25；或者
对于所述一组照射中的波长中的每一个来说，相位延迟小于0.25。
20.根据权利要求19所述的方法，包括：
相对于空间光调制器的慢轴定向所述外部延迟器的慢轴，其中：
在对于所述一组照射波长中的波长中的每一个来说相位延迟大于0.25的情况下，所述延迟器的慢轴被定向成垂直于空间光调制器的慢轴；或
在对于所述一组照射波长中的波长中的每一个来说相位延迟小于0.25的情况下，所述延迟器的慢轴被定向成平行于所述空间光调制器的慢轴。
21.一种空间光调制器系统，包括：
空间光调制器，所述空间光调制器包括第一基板、第二基板、和在所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，其中所述空间光调制器具有用于光传播的SLM慢轴；和
延迟器，所述延迟器沿着所述空间光调制器与所述延迟器之间的光路径被定位于所述空间光调制器的外部，以使得被所述空间光调制器系统接收到的光沿着所述光路径从空间光调制器被传输到延迟器，并且其中所述延迟器的特征在于延迟器相位延迟，并且其中所述延迟器相位延迟大于0.25，并且其中所述延迟器被定位成使得用于光传播的延迟器慢轴垂直于所述SLM慢轴。
22.根据权利要求21所述的系统，还包括偏振器，所述偏振器沿着所述光路径定位并且具有偏振轴，并且其中所述延迟器定位于所述偏振器和所述空间光调制器之间，并且其中所述延迟器慢轴相对于所述偏振轴以45度角被定位。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220050332A1 (en) 2018-12-07 2022-02-17 Compound Photonics U.S. Corporation Liquid crystal display with external retarder
CN114200723A (zh) * 2021-10-29 2022-03-18 华南师范大学 一种无光束横向偏移的液晶可变相位延迟装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI769735B (zh) * 2020-11-18 2022-07-01 廖正興 抑制邊緣場效應的空間光調製器
GB202204235D0 (en) * 2022-03-25 2022-05-11 Vividq Ltd Holographic displays and methods

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020041351A1 (en) * 2000-05-08 2002-04-11 Heum-Il Baek Transflective liquid crystal display and method of fabricating the same
JP2002148584A (ja) * 2000-11-15 2002-05-22 Canon Inc 液晶装置、及び該液晶装置の駆動方法
CN101802663A (zh) * 2007-09-21 2010-08-11 富士胶片株式会社 双轴双折射元件及其制造方法、液晶投影机
CN110262133A (zh) * 2018-03-12 2019-09-20 夏普株式会社 具有cop延迟器和cop匹配rm的低反射率lcd

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5576854A (en) 1993-11-12 1996-11-19 Hughes-Jvc Technology Corporation Liquid crystal light valve projector with improved contrast ratio and with 0.27 wavelength compensation for birefringence in the liquid crystal light valve
JP3410665B2 (ja) * 1997-12-26 2003-05-26 シャープ株式会社 液晶表示装置
GB2335755A (en) 1998-03-26 1999-09-29 Sharp Kk Liquid crystal device
JP3406242B2 (ja) * 1998-10-15 2003-05-12 シャープ株式会社 液晶表示装置
US6836309B2 (en) * 2000-11-30 2004-12-28 Hana Microdisplay Technologies, Inc. High contrast reflective light valve
JP4997582B2 (ja) 2001-08-06 2012-08-08 Ｎｌｔテクノロジー株式会社 反射型液晶表示装置
US7041998B2 (en) 2003-03-24 2006-05-09 Photon Dynamics, Inc. Method and apparatus for high-throughput inspection of large flat patterned media using dynamically programmable optical spatial filtering
US7345723B2 (en) 2004-05-24 2008-03-18 Colorlink, Inc. LC panel compensators
JP3972371B2 (ja) * 2005-03-15 2007-09-05 ソニー株式会社 位相差補償板、位相差補償器、液晶表示装置および投射型画像表示装置
US7671946B2 (en) * 2005-10-18 2010-03-02 Jds Uniphase Corporation Electronically compensated LCD assembly
US20090002579A1 (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Jds Uniphase Corporation Near Halfwave Retarder For Contrast Compensation
KR101440738B1 (ko) * 2010-08-21 2014-09-17 코니카 미놀타 어드밴스드 레이어즈 인코포레이티드 위상차 필름 및 그것을 사용한 편광판, 액정 표시 장치
US9234987B2 (en) * 2010-09-24 2016-01-12 Akron Polymer Systems, Inc. Wide-view multilayer optical films
CN102914906B (zh) 2012-10-19 2015-02-25 京东方科技集团股份有限公司 液晶面板及显示装置
TWI494664B (zh) 2013-05-14 2015-08-01 Au Optronics Corp 顯示器
US20200041830A1 (en) * 2017-03-28 2020-02-06 Sharp Kabushiki Kaisha Retardation substrate and liquid crystal display device
TWI826607B (zh) 2018-12-07 2023-12-21 美商思娜公司 顯示系統、空間光調變器系統及顯示系統的形成方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020041351A1 (en) * 2000-05-08 2002-04-11 Heum-Il Baek Transflective liquid crystal display and method of fabricating the same
JP2002148584A (ja) * 2000-11-15 2002-05-22 Canon Inc 液晶装置、及び該液晶装置の駆動方法
CN101802663A (zh) * 2007-09-21 2010-08-11 富士胶片株式会社 双轴双折射元件及其制造方法、液晶投影机
CN110262133A (zh) * 2018-03-12 2019-09-20 夏普株式会社 具有cop延迟器和cop匹配rm的低反射率lcd

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HENDRIX KAREN ET AL: "Birefringent films for contrast enhancement of liquid crystal on silicon projection systems", JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY A, vol. 24, 23 June 2006 (2006-06-23), pages 1546 - 1551, XP012091119, DOI: 10.1116/1.2189263 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220050332A1 (en) 2018-12-07 2022-02-17 Compound Photonics U.S. Corporation Liquid crystal display with external retarder
US11782315B2 (en) 2018-12-07 2023-10-10 Snap Inc. Liquid crystal display with external retarder
CN114200723A (zh) * 2021-10-29 2022-03-18 华南师范大学 一种无光束横向偏移的液晶可变相位延迟装置

Also Published As

Publication number Publication date
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