TWI467288B - 單層雙折射晶體微調相位延遲器 - Google Patents

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TWI467288B
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Description

單層雙折射晶體微調相位延遲器
本申請案一般關於光學相位延遲器，且明確地說，關於利用一單層雙折射晶體之微調相位延遲器以及包括其之基於液晶顯示器的微顯示投影系統。
於投影顯示器中廣泛運用液晶顯示器(LCD)以作為大螢幕電視與監視器。於此等基於LCD之投影系統中，一高功率光束係在入射於一LCD面板上之前通過一偏振器。該LCD面板會以像素為單位逐一地控制該入射光之偏振並使其朝向對應的偏振器/檢偏鏡，隨後將具有適切偏振之光引導至一投影透鏡以將影像投影至螢幕上。
一特別成功之基於LCD的投影系統係一基於WGP之LCoS微顯示系統，其使用線柵偏振器(WGP)以及矽上液晶(LCoS)面板。此微顯示系統經證實相較於其他諸如透射式液晶(xLCD)、數位光處理器(DLP)與直視型LCD之微顯示技術能展現較高的解析度以及較高的影像對比度，其通常使用三個或更多個微顯示面板(例如，每一原色頻帶一個)以提升螢幕亮度。
參考圖1，顯示一基於傳統3面板WGP之LCoS微顯示系統。該微顯示系統包括一光源5(其例如係一高壓放電燈)與一光桿7。該光桿7會均質化該光源5所產生的光錐以確保一空間上均勻的光分佈。視需要，該光桿7係一用於產生線性偏振光的偏振轉換光導管(PCLP)。一第一透鏡8a會將 來自光導管7之光傳遞至一第一摺疊鏡9，其會將光引導至一第一分色濾光器10。該分色濾光器10會從剩餘的光分離出藍色光，並經由第二透鏡8b與第三透鏡8c，以及第二摺疊鏡17與第三摺疊鏡16引導該藍色光至一第一LCoS顯示面板20a。穿過該分色濾光器10而透射之剩餘光係經由第四與第五透鏡8d與8e以及一第四摺疊鏡11而引導至一第二分色濾光器12。該第二分色濾光器12會將該剩餘光分離成綠色與紅色光，其中之前者係經引導至一第二LCoS顯示器面板20b而其中之後者會傳遞至一第三LCoS顯示器面板20c。
在到達每一LCoS顯示面板20a、20b與20c之前，該入射光首先會分別透過一WGP 15、14與13以及一微調相位延遲器補償器21a、21b與21c而傳遞。每一WGP 15、14與13係一由複數個平行微線路所形成之偏振器/檢偏鏡，其會透射具有正交於該等平行微線路之方向之偏振的光，並反射具有平行於該等線路之方向之偏振的光(例如，若如圖1所說明，該等偏振器係經設計而傳遞水平或P偏振光，則該等微線路將垂直於圖1之平面)。每一LCoS面板20a、20b與20c會以像素為單位逐一地改變線性偏振入射光的偏振，並將調變光反射回相對應的WGP 15、14與13。由於每一WGP 15、14與13係定向為與光傳播之主要方向成大約±45∘，故而除了作為一偏振器/檢偏鏡之外，每一WGP 15、13與14亦作為一分光器，其藉由操縱或偏轉由每一LCoS面板沿一正交於入射光學路徑之輸出光學路徑所反 射的光來使該入射光與輸出光分離。更明確言之，每一WGP 15、14與13會將S偏振光(例如，由處於開啟狀態之像素旋轉90∘的偏振光)反射至X立方體19。該X立方體19會聚合(即，聚集)來自該等三色通道中之每一者的影像，並經由投影透鏡18，將最終影像投影至一大螢幕上(未顯示)。視需要，每一色通道進一步包括一預偏振器(未顯示)及/或一清理檢偏鏡(未顯示)，其例如可包括一或多個WGP及/或分色薄片狀偏振器。
該微調相位延遲器補償器21a、21b、21c(於本文中簡稱為微調相位延遲器)係用於改進該微顯示系統之對比度效能位準的補償元件，不然的話在黑暗(例如，關閉)狀態下該等LCoS面板之殘餘雙折射會限制該微顯示系統之對比度效能位準。明確地說，每一微調相位延遲器21a、21b與21c會引入一相位延遲，其會消除由相對應LCoS面板之固有雙折射產生的延遲。依照本文中所使用，術語"延遲"或"延遲作用"除非另有說明，不然指稱相對於圓形延遲量值的線性延遲量值。線性延遲係二正交之折射率間的差乘以光學元件之厚度。線性延遲會在二正交線性偏振間產生一相位差，其中一偏振係平行對準該線性相位延遲器的非尋常軸而另一偏振係平行對準該線性相位延遲器的尋常軸。相反地，圓形延遲會在右旋與左旋圓形偏振光之間產生一相對相位差。
線性延遲可加以說明為平面內或平面外的延遲。可表示成光學路徑長度差之平面內延遲指二正交平面內折射率間 的差乘以該光學元件之實體厚度。平面外延遲指沿該光學元件之厚度方向(z方向)之折射率與一平面內折射率(或平面內折射率之平均)的差乘以該光學元件之實體厚度。於一錐束中之垂直入射光線僅見平面內延遲，而包括傾斜光線(即，非垂直但沿主要S與P平面)與歪斜光線(即，非垂直且遠離主要S與P平面而入射)之離軸光線會經歷平面外延遲與平面內延遲二者。明顯地，在雙折射介質中90∘光線角度之不重要情況不會觀察到平面內延遲。
在沒有微調相位延遲器21a－c的情況下，照射處於該黑暗(關閉)狀態之每一微顯示面板的P偏振偏振光在因該等LCoS面板20a－c之殘餘雙折射而反射之後會些微地橢圓偏振。當包含P與S分量二者之橢圓偏振光透射至相對應的WGP 15、14與13時，會將該S分量反射至該X立方體，因而使黑暗狀態光洩漏能出現在大螢幕上，並限制該投影系統之對比度。
微調相位延遲器21a－c會藉由提供能補償由該等LCoS面板20a－c中之殘餘雙折射產生之延遲的平面內延遲來改進對比度位準。據此，每一微調相位延遲器21a－c通常包括一A板組件，其之慢軸係組態成與相對應之LCoS面板20a－c之慢軸以正交方位角對準(稱為"交叉軸")，而其之快軸係組態成與相對應之LCoS面板20a－c之快軸以正交方位角對準。依照本文中所使用，術語慢軸(SA)與快軸(FA)指當該線性延遲係於垂直入射的情況下測得時的二正交雙折射軸。明顯地，該等SA與FA定位會隨離軸照明而改變，乃 至於會因入射角度很大的負平面外延遲組件而顛倒SA/FA的角色。
由於該等微調相位延遲器21a－c與LCoS面板20a－c的慢軸係組態成正交定方位，故而該等快/慢軸之角色就垂直入射光而言會從該調整相位延遲器21a－c切換至該LCoS面板20a－c。換句話說，具有一特定偏振之光係分別於該微調相位延遲器21a－c與該LCoS面板20a－c中交替地遲延得較多然後較少(或反之亦然)。淨效果就入射偏振而言係零相對遲延，且結果產生一未改變之偏振(即，該輸出光不會橢圓偏振)。相對應之WGP 15、14、13及/或選擇性清理偏振器隨後會拒絕該輸出光，使得該黑暗狀態面板光洩漏不會出現在該螢幕上。由於該等微調相位延遲器21a－c不會顯著改變開啟狀態之面板的通量，故而產生絕佳的順序對比度(全開/全關)。
每一微調相位延遲器21a－c之操作原則進一步係於圖2中參考一單一通道光引擎之核心光學元件來加以說明。此等核心光學元件包括一預偏振器30、一WGP 31、一微調相位延遲器32、一垂直對準向列(VAN)模式LCoS面板33與一清理偏振器(未顯示)。操作時，從一先前階段照明輸出之未偏振或部分偏振之光(未顯示)係透過該預偏振器30傳遞以獲得P偏振光。該光係穿透該WGP 31而透射，並提高其之偏振消光比率。該微調相位延遲器32會預先調整入射P偏振光束並產生一橢圓輸出。理想上，入射至處於黑暗(關閉)狀態之LCoS面板33上之偏振光中的橢圓係因殘餘面 板延遲而消除。在完成透過該VAN－LCoS面板33與該微調相位延遲器32之雙重傳遞後，該反射之光因此會保持P偏振。由該WGP 31所透射之保持P偏振分量係射回照明系統中，且最後係消失。
如上所討論，該微調相位延遲器32理想上會提供一平面內延遲，其會匹配處於黑暗狀態之相對應LCoS面板33的平面內延遲。然而，實際上因為裝置厚度與材料雙折射控制上的製造公差，以及操作漂移(溫度、機械應力等)，在每一組件內該LCoS面板33與該微調相位延遲器32二者之平面內延遲(即，A板延遲)會傾向於不同。結果，為確保適當的補償，一般會在該微調相位延遲器32中提供一比由該LCoS面板33所展現之A板延遲高的A板延遲。例如，經常會提供一具有10 nm之A板延遲(於λ＝550 nm處)的微調相位延遲器來補償一於該黑暗狀態中展現2 nm A板延遲(於λ＝550 nm處)的VAN模式LCoS。
如同熟悉本技術人士已知的，此A板值之不匹配需要相對上述標稱交叉軸組態，偏移該微調相位延遲器32之光學軸。換句話說，該微調相位延遲器係藉由旋轉其之方位角方位遠離該交叉軸組態而"偏轉(clocked－in)"。例如，參見J.Chen,M.G.Robinson與G.D.Sharp，"General methodology for LCoS panel compensation"，SID 04，Digest，第990至993頁，2004。圖3顯示該LCoS平面與該微調相位延遲器之慢軸的相對定方位，其說明較高值之微調相位延遲器如何遠離S與P偏振平面之平分線(於相鄰象限中)而"偏轉"一 角度Φ。如上所討論，在該VAN－LCoS平面之慢與快軸平分該等S與P偏振平面之情況下，若該LCoS延遲極小(e.g.,<<λ/50)且一微調相位延遲器A板延遲相當於一四分之一波時，過度偏轉之角度(Φ)的近似值係由下式給定： 其中Γa (TR)係該微調相位延遲器A板延遲而Γa (LC)係該LCoS A板延遲。據此，當該LcoS展現一2 mm平面內延遲而該微調相位延遲器產生約10 nm之平面內延遲時，過度偏轉之角度大約39∘。
除了提供平面內延遲之外，該微調相位延遲器32經常亦必須提供平面外延遲來增大該LCoS平面的視域。平面外延遲補償經常具有一C板組件。儘管C板不會使垂直入射光線產生任何淨延遲(即，垂直入射光不受雙折射之影響)，然而離軸入射之光線(即，與該非尋常軸成一角度)則經歷一與入射角度成比例之淨延遲。若該延遲隨入射角度而增加則視C板為正，而若該延遲隨入射角度而減少則視其為負。或者，若延遲該雙折射乘積△nd為負(例如，若ne －no 為負)則視C板為正。由於VAN模式LCoS面板通常作用為＋C板，故而微調相位延遲器一般包括一A板組件以補償該平面內延遲(即，A板延遲)以及一－C板組件以補償負的平面外延遲(即，－C板延遲)。所得微調相位延遲器傳統上稱為A/－C板微調相位延遲器。
視需要，此等完整功能A/－C板微調相位延遲器包括一O 板。如同熟悉本技術人士所熟知，一O板具有平面內以及平面外延遲二者。有文獻指出O板能在各種LCD投影系統中產生改進的補償(例如，參見美國專利申請案第20040085487號以及Lu等人，"An O－plate compensated in－plane switching liquid crystal display"，IEEE J.Displ.Technol.，第2卷，第3號，第223頁，2006)。為求清楚起見，A板係其非尋常軸平行於該板之平面定向的光學延遲元件、C板係其非尋常軸垂直於該板之平面定向的光學延遲元件(即，平行於垂直入射光之方向)以及O板係其非尋常軸(即，其之光學軸或C軸)與該板之平面成一傾斜角度定向的光學延遲元件。
微調相位延遲器可由用以形成傳統光學相位延遲器之任何材料或材料之組合來製造(例如，組態成A板、C板及/或O板)。例如，某些可能的材料包括諸如聚乙烯醇(PVA)或聚碳酸酯(PC)膜之拉伸聚合物膜、盤形膜、液晶聚合物(LCP)材料之對準膜、諸如醋酸纖維素之有機箔片、雙折射晶體與介電薄膜。一般而言，選定之材料應：a)產生一致、精確與可複製的A板延遲，b)產生精確與可複製的C板延遲曲線，以及c)在高光通量與高溫條件下十分耐用的。此外，即使在該微調相位延遲器具有一相當低的延遲值之情況下仍應達到此等性質。例如，用以補償VAN模式LCoS微顯示面板之微調相位延遲器通常在550 nm之波長的情況下必須具有小於約30 nm之A板延遲以及約－100至－380 nm之－C板延遲。
關於上述光學相位延遲器材料，已知雙折射晶體係其中一種在高光通量與高溫環境中最耐用的材料。此外，可從原始雙折射晶體切割一雙折射板而使其之光學軸平行該板之平面(即，A板)，垂直該板之平面(即，C板)，或與該板之平面成一傾斜角度(即，O板)。隨後可將所得雙折射板拋光成一預定厚度以產生預定延遲(例如，零級四分之一波A板延遲)。此外，在雙折射晶體波板領域中，偽零級相位延遲器習慣上係藉由交叉二雙折射晶體板之光學軸來製造。個別層可具有正(例如，單晶石英或單晶氟化鎂)或負(例如，方解石晶體)的雙折射。此交叉軸配置亦用於製造利用二具有適合色散曲線之波板元件(如單晶石英與氟化鎂之組合)的消色波板。
儘管已知雙折射晶體在高光通量與高溫環境中確實非常耐用，然而在低延遲應用(如上述之微顯示系統(MDPS))中將其用作微調相位延遲器一般認為較不理想。一般而言，與此相關的事實在於大多數雙折射晶體不論是組態成A板或低傾斜O板均具有相當高的雙折射，因而必須極薄以便能結合VAN模式LCoS微顯示面板產生低延遲值(例如，作為一真零級相位延遲器)。即便是在其具有低雙折射(即，λ＝550 nm時，△n~0.009)之情況下，一石英A板之實體厚度仍必須為約1.1 μm，以產生一標稱10 nm之微調相位延遲器。若A板之雙折射很高，如釩酸釔(YVO4 )(λ＝550 nm時，△n~0.23)，則該實體厚度就一標稱10 nm之微調相位延遲器而言僅需約43 nm。顯然，以如此薄之板來施工並 不實際。此外，此等極小之厚度使得欲產生一致、精確與可複製之A板延遲變得十分困難。明確地說，以傳統拋光方法難以達到所需之一致規格(例如，數個百分比)，且欲獲得絕對延遲值亦十分困難。
一種在上述MDPS中使用雙折射晶體作為微調相位延遲器的方法係使用多重波延遲。例如，十波加上10 nm之延遲提供的延遲效果會與給定中心波長之下一真零級10 nm相位延遲器相等。就一石英雙折射板而言，該十波加上10 nm延遲器(λ＝550 nm)將為大約610 μm厚。儘管以此標稱厚度來施工較合理許多，然而欲產生一致、精確與可複製A板延遲仍十分困難。所需厚度之精密度應為±0.0064%以維持例如±5%的淨延遲公差。此厚度公差與此範例中需要±30 nm實體厚度公差以獲得7 nm±5%之公差並無任何不同。此外，多重級相位延遲器在一寬頻帶對比度補償中可能太過分散。
又另一種在上述MDPS中使用雙折射晶體作為微調相位延遲器的方法係以一預定方位角偏移角度級聯二晶體板元件。
參考圖4a，其中顯示二實質上相同量值之A板相位延遲器元件之非正交角度級聯的範例。第一與第二A板相位延遲器之量值係分別給定為Γ1 與Γ2 (其中Γ1 Γ2 )，而該方位角偏移角度係給定為Φo 。所得之雙層相位延遲器作用為慢軸對準方位角Φc 之平面內相位延遲器，並具有一平面內延遲Γa ，該平面內延遲Γa 之近似值由(Γ1 ＋Γ2 )cos(Φo )來給定。 若二A板相位延遲器元件係在λ＝550 nm下對準Φo 88.2∘並經拋光使Γ1 Γ2 ,140.5 nm的石英四分之一波板，則該雙層相位延遲器之淨平面內延遲係約7 nm。
參考圖4b，其中顯示具有交叉相位延遲器軸之二A板元件之級聯的範例。該第一與該第二A板相位延遲器之量值係分別給定為Γ1 與Γ2 ，而該方位角偏移角度Φo 等於90∘。交叉軸相位延遲器作用為慢軸對準方位角Φc 之平面內相位延遲器，並具有一平面內延遲Γa ，該平面內延遲Γa 之近似值由(Γ1 －Γ2 )來給定。換句話說，該淨平面內延遲係從該第一與該第二A板間之量值不匹配來實現。若該第一A板相位延遲器係一具有207 nm之延遲的石英A板，而該第二A板相位延遲器係另一具有200 nm之延遲的石英A板，二A板以交叉軸定向，則該淨平面內延遲係約7 nm。
在每一情況中，二A板元件之級聯亦產生一偽－C板延遲。圖5與6分別說明該雙層相位延遲器與交叉軸相位延遲器之模型化離軸延遲。更明確言之，圖5與6說明線性延遲之標繪與空氣中之入射角度(AOI)間的關係。相同的A/C板相位延遲器模型(例如，參見K.Tan等人，"Design and characterization of a compensator for high contrast LCoS projection systems"，SID 2005，第1810頁，2005)係在λ＝550 nm下以A板之折射率對{ne ,no }為{1.65、1.50}與C板之折射率對{ne ,no }為{1.50、1.65}來實現。在λ＝550 nm下，石英折射率{ne ,no }係{1.5552,1.5459}。參考圖5與6，該雙層相位延遲器與該交叉軸相位延遲器之偽－C板延遲在 λ＝550 nm下分別為大約－84 nm與－200 nm。就後者而言，該偽－C板元件係二子元件的共同延遲(例如，－200 nm)。
在微調相位延遲器應用中使用該雙層或該交叉軸相位延遲器的主要問題在於晶體板厚度與方位角偏移角度公差極為緊密。例如，具有雙折射為~0.009之石英晶體板的厚度公差必須在±100 nm內以便能使每一子元件維持±1 nm之淨延遲，而二子元件之方位角偏移應比0.1∘小許多以便能產生分佈緊密的淨平面內延遲。此外，該等二子元件之非90∘之角度偏移在垂直入射時會引起圓形延遲。
圖7中顯示在一二層石英/石英相位延遲器之慢軸對準0.2/88.4∘且個別平面內延遲值為140.5/140.5 nm的情況下，該雙層相位延遲器之模型化線性與圓形延遲。計算包括一光學活動(等向性迴轉)。光學活動係一種使材料能夠旋轉平面偏振光的材料性質。存在左旋及/或右旋光學異構物。一單晶石英板在550nm波長下每單位長度之旋轉係大約25.4∘/mm(參見例如P.Yeh，"Optical waves in layered media"，John Wiley & Sons，New York，第210頁，1988)。右旋石英/石英雙層包括正角度旋轉(由光束之尾端觀視為右旋)，而左旋石英/石英雙層具有相同層厚度，但包括負角度旋轉(左旋)。左旋石英/石英雙層之第一(較接近光入射之層)與第二石英層係分別定向成－0.3/86.9∘。
如同圖7中說明，線性延遲之△nd乘積在接近藍色波長端時會下降，而相對應之圓形延遲則會上升。就某些成像器面板(如VAN模式LCos)而言，軸上雙折射實質上為線性。 圓形延遲的出現會使影像對比度在接近藍色波長邊緣時變差。相較於右旋與左旋石英/石英雙層相位延遲器，在該第一層實質上平行於X軸且該第二層實質上平行於Y軸之情況下，該右旋裝置較佳地應具有較平坦的線性延遲光譜並應降低圓形延遲。
圖8中顯示在交叉軸之情況下二石英A板的模型化線性與圓形延遲。因應光學活動之意義的不同，改變該線性相位延遲器之有效軸，以及複合石英/石英相位延遲器之淨圓形延遲的正負號。
將十分有利的係提供一種包括一雙折射晶體的微調相位延遲器，其排除上述困難。
亦將十分有利的係提供一種包括一雙折射晶體的微調相位延遲器，其實際上可製造並展現合理厚度與方位角公差。
本發明關於一種單層雙折射晶體微調相位延遲器。該雙折射晶體經切割使其之光學軸(即，非尋常或C軸)係處於高傾斜角度並使其即使在該雙折射晶體相當厚之情況下仍產生低平面內延遲值。
由於光學軸相對於該板之表面定向成高傾斜角度的雙折射晶體通常展現不必要的高＋C板延遲，故而高傾斜O板係與－C板相位延遲器耦合在一起以提供一具有完整A/－C板相位延遲器功能性之微調相位延遲器，其(例如)適於VAN模式LCoS面板對比度的補償。在該－C板相位延遲器係一薄 膜多層人造雙折射塗層的情況下，此全功能微調相位延遲器實際上可製造，其在厚度與方位角上可具有公差，且製造產量可能很高。明確地說，高傾斜O板之實體厚度範圍與現有拋光/研磨方法相容並提供可管理的拋光/研磨公差(例如，數十至數百微米厚以及微米位準之公差)。此外，此量值十分小的微調相位延遲器適於LCoS面板補償的低敏感度角度偏轉需求。
根據本發明之一態樣，提供一種光學相位延遲器，其包含：一單一軸雙折射晶體層，其之光學軸與該單一軸雙折射晶體層之一表面成一傾斜角度，該傾斜角度經選定使得在該單一軸雙折射晶體層之一厚度大於20 μm的情況下，該單一軸雙折射晶體層在一預定波長範圍中具有適合補償於該預定波長範圍中使用之一液晶顯示面板之殘餘平面內延遲的一平面內延遲；以及至少一多層堆疊，其包括至少一折射率差異懸殊之材料之交替層的週期性堆疊，每一交替之層的厚度與折射率經選定使得至少一多層堆疊在該預定波長範圍中具有一負平面外延遲，其適於補償在該預定波長範圍中，該單一軸雙折射晶體層之正平面外延遲與該液晶顯示面板之正平面外延遲。
根據本發明之另一態樣，提供一種基於液晶顯示器之投影系統，其包含：一光源；一第一偏振器，其用於從該光源接收光並透射一具有一第一線性偏振軸之第一線性偏振光；一液晶顯示面板，其用於對該第一線性偏振光進行光學調變；一第二偏振器，其用於接收該光學調變光並用於 透射一具有一第二線性偏振軸之第二線性偏振光；一投影透鏡，其用於將該第二線性偏振光投影至一螢幕上；以及一微調相位延遲器，其佈置於該液晶顯示面板與第一與第二偏振器中之至少一者間，該微調相位延遲器包括：一單一軸雙折射晶體層，其之光學軸與該單一軸雙折射晶體層之一表面成一傾斜角度，該傾斜角度經選定使得在該單一軸雙折射晶體層之一厚度大於20 μm的情況下，該單一軸雙折射晶體層具有適合補償該液晶顯示面板之殘餘平面內延遲的一平面內延遲；以及至少一多層堆疊，其包括至少一折射率差異懸殊之材料之交替層的週期性堆疊，每一交替之層的厚度與折射率經選定使得至少一多層堆疊具有一負平面外延遲，其適於補償該單一軸雙折射晶體層之正平面外延遲與該液晶顯示面板之正平面外延遲。
根據本發明之另一態樣，提供一種基於液晶顯示器之投影系統，其包含：一光源；一第一偏振器，其用於從該光源接收光並透射一具有一第一線性偏振軸之第一線性偏振光；一液晶顯示面板，其用於對該第一線性偏振光進行光學調變；一第二偏振器，其用於接收該光學調變光並用於透射一具有一第二線性偏振軸之第二線性偏振光；一投影透鏡，其用於將該第二線性偏振光投影至一螢幕上；以及一微調相位延遲器，其佈置於該液晶顯示面板與第一與第二偏振器中之至少一者間，該微調相位延遲器包括：一單一軸雙折射晶體層，其具有一平面內延遲與一正平面外延遲，該平面內延遲適合補償該液晶顯示面板之殘餘平面內 延遲，該正平面外延遲與該平面內延遲之比率大於30且小於150；以及至少一多層堆疊，其包括至少一折射率差異懸殊之材料之交替層的週期性堆疊，每一交替之層的厚度與折射率經選定使得至少一多層堆疊具有一負平面外延遲，其適於補償該單一軸雙折射晶體層之正平面外延遲與該液晶顯示面板之正平面外延遲。
本發明關於一種微調相位延遲器，其包括一單層雙折射晶體，該晶體經切割使其之光學軸成一高傾斜角度(例如，一高傾斜O板)，並使其即使在雙折射晶體相當厚之情況下仍具有低平面內延遲值。
圖9a與9b係說明將一高傾斜O板分解成其之正交分量的示意圖。於此範例中，該O板係一平行於xy平面的單一軸雙折射層。參考圖9a，該單一軸雙折射層之光學軸(即，非尋常或C軸)相對於正z軸係傾斜成一銳角θc ，其中0θc 90o ；該C軸於xy平面上之投影係相對於該x軸成Φc 方位角；尤勒(Euler)角度(θc 、Φc )係根據右旋XYZ座標系統(RH－XYZ)來定義。利用二次指數橢圓公式，垂直以及平行於裝置平面之光束的有效非尋常折射率係使用下式來表示： 其中ne (平面內)與ne (平面外)分別指該xy平面中與沿z軸之非尋常折射率；θc 係從該z軸傾斜之C軸；nc 與no 分別係單一軸介質之主軸中的非尋常與尋常折射率。參考圖9b，說明經解析之平面內與平面外有效非尋常折射率。平面內與平面外雙折射二者之尋常折射率係no ；二者均與θc 無關。
平面內與平面外延遲之有效雙折射係以此等有效之特別的折射率來表示，△n (in－plane )＝n e (in－plane )－n o 以及， (3) △n (out－of－plane )＝n e (out－of－plane )－n o 。 (4)
一O板層之平面外延遲與平面內延遲之比率係以此等有效雙折射值之比率來決定， 其中Γc (OP)與Γa (OP)分別係由一傾斜對準層可獲得的近似C板與A板延遲。
表1提供介於80與87度之間之平面外傾斜角度θt (即，90∘－θc )之A板、C板及C板與A板延遲之比率的理論結果。於此等計算中，採用λ＝550 nm之折射率為{1.5552、1.5459}之標稱100微米厚O板石英層。包括一±5%之厚度公差(例如，95與105 μm實體厚度與100 μm標稱間之關係)。
如同表1中說明，預期平面外傾斜角度θt 介於80與87度間之100微米厚石英O板具有小於30 nm之平面內延遲以及大於800 nm之平面外延遲。圖10中標繪C板與A板延遲之比率γ(Γc /Γa )與平面外傾斜角度θt 間之關係，C板與A板延遲之比率γ(Γc /Γa )在傾斜角度大於85度時快速增加。一般而言，γ比率大於50且小於約150會在C與A板延遲間產生合理的折衷。
再次參考表1，平面外傾斜切割成85度且厚度拋光成約100微米之單層石英O板將在λ＝550 nm時產生近乎7 nm之A板延遲，並在λ＝550 nm時產生大約900 nm之＋C板延遲。如同上所討論，此A板延遲值相當適合補償VAN模式LCoS面板中的殘餘雙折射。不幸地，此寄生型＋C板延遲與一般情況下用於增大VAN模式LCoS面板中之視域所必須之－100至－380 nm的－C板延遲差距太大。
根據本發明之一項具體實施例，A板延遲量值很小且＋C板延遲量值很大的高傾斜O板係與－C板組件耦合在一起以提供一具有完整A板/－C板相位延遲器功能性之微調相位延遲器，其適於補償VAN模式LCoS面板對比度。
某些合適的－C板組件範例利用間距緊密之膽固醇液晶、介電人造雙折射、共平面對準聚合物人造雙折射及/或盤形化合物的傾斜對準。或者，該－C板組件可為一雙折射晶體(例如，石英或氟化鎂)，其經切割以形成光學軸垂直於該層之平面之一層。例如，在H.Hatoh、M.Ishikawa、Y.Hisatake、J.Hirata與T.Yamamoto，SID'92 Digest，第401頁，1992、H.Heiberle、K.Schmitt與M.Schadt，"Multidomain LCDs and complex optical retarder generated by photo－alignment"，Proceedings Euro Display'99，第121至125頁，1999與美國專利案第6,829,026號中說明間距緊密膽固醇液晶(例如，其中螺旋間距LC介質比可見波長範圍中之最短波長短許多)。例如，在J.P.Eblen Jr.、W.J.Gunning、J.Beedy、D.Taber、L.Hale、P.Yeh與M.Khoshnevisan，SID’94 Digest，第245頁，1994與美國專利案5,196,953中討論介電人造雙折射。例如，在S－T.Wu，J.Appl.Phys.，76(10)，第5975至5980頁，1994中討論共平面對準聚合物人造雙折射。例如，在H.Mori、Y.Itoh、Y.Nishiura、T.Nakamura與Y.Shinagawa，Jap.J.Appl.Phys.，36，第143至147頁，1997中討論盤形化合物的傾斜對準。
適於耦合至該高傾斜O板之－C板組件的另一範例係併入一抗反射(AR)塗層設計(FBAR)中的人造雙折射(FB)介電堆疊。如同美國專利案第7,170,574號與美國專利申請案第US 20070070276號中討論，此等介電堆疊相較於其之有機及/或聚合對應物係高度耐用的，並提供雙折射晶體之低成本替代方案。
參考圖11，顯示根據本發明之一項具體實施例的一具體實施例，其中一高傾斜O板係佈置於二FBAR塗層之間。更明確言之，圖11說明一微調相位延遲器100，其包括一單層雙折射晶體組件110、佈置於該單層雙折射晶體組件之一第一側上之一第一FBAR介電塗層120與佈置於該單層雙折射晶體組件之一第二相對側上之一第二FBAR介電塗層130。
該單層雙折射晶體組件110包括一單層之雙折射晶體111，其之折射率橢圓112相對於垂直並以一黏著層115積層於一透明基板119之裝置傾斜一銳角113。該單層雙折射晶體111通常係切割自諸如石英、氟化鎂、釩酸釔等之無機雙折射材料的固態方塊。一般而言，該雙折射晶體經切割而形成一高傾斜O板(即，其中與θc 相等之銳角113小於45∘，而傾斜角度θt 大於45∘)。合適傾斜角度θt 之範圍係取決於該雙折射層之所需厚度以及雙折射材料之雙折射。例如，如同上所討論，由具有低雙折射之材料(如石英)所形成之一100 μm層通常將需要介於80與85∘間之傾斜角度θt ，而由具有較高雙折射之材料(如釩酸釔)所形成之一尺 寸相似之層則可能需要一較高傾斜角度θt 。或者，若期望該石英層具有大於100 μm之厚度，則可能需要一較高傾斜角度。該高傾斜O板之厚度通常將根據該雙折射材料與該傾斜角度θt 來決定以提供適於所期望之應用的A板延遲(例如，以在黑暗狀態中補償一VAN模式LCoS面板之殘餘雙折射)。例如，波長為550 nm時，就一石英單層O板與目標平面內延遲為10 nm而言，傾斜角度通常應介於71與88度之間，且較可能地介於81.5與85.5度之間。高傾斜O板111之實體厚度通常應介於10 μm與1 mm之間，且較可能地介於50 μm與200 μm之間。
該第一FBAR塗層120包括一第一人造雙折射堆疊121，其佈置在一第一折射率匹配片段122與一第二折射率匹配片段123之間。相似地，第二FBAR塗層130包括一第二人造雙折射堆疊131，其佈置在一第三折射率匹配片段132與一第四折射率匹配片段133之間。
每一人造雙折射(FB)堆疊121/131通常係由折射率差異懸殊之材料之交替層所形成的週期性堆疊。例如，於一項具體實施例中，每一FB堆疊121/131包括折射率高與低之材料的交替層。於另一具體實施例中，每一FB堆疊121/131包括折射率高、中與低之材料的交替層。在每一情況中，因材料不同而可能不同之每一層的厚度係侷限成操作波長之一分率(例如，λ＝550 nm之一分率)。如同本技術已知的，厚度比光波長小許多之折射率交替之層的週期性堆疊可經設計而形成一第零級子波長光柵(ZOG)以作用 為一－C板相位延遲器。由於此等繞射元件之－C板延遲由該等交替層之結構(形式)產生，而非由分子雙折射產生，故而該等交替層可由一般等向性材料來形成。例如，該等交替層之合適材料的部分範例包括有機與無機介電質，如二氧化矽(SiO2 ，n＝1.46)、五氧化二鉭(Ta2 O5 ，n＝2.20)、三氧化二鋁(Al2 O3 ，n＝1.63)、二氧化鉿(HfO2 ，n＝1.85)、二氧化鈦(TiO2 ，n＝2.37)、五氧化二鈮(Nb2 O5 ，n＝2.19)與氟化鎂(MgF2 ，n＝1.38)。
每一FB堆疊121/131之－C板延遲通常係針對特定應用而藉由改變該等層之厚度、該等層之折射率及/或交替層之數目來修正。例如，於一項具體實施例中，該－C板延遲之量值係以第零級有效介質理論(EMT)來估計，其中一週期性等向折射率結構係說明成具有有效尋常與非尋常折射率的負單一軸雙折射層。EMT係於美國專利案第5,196,953號有進一步詳細的討論。在該EMT C板延遲估計之後，可利用市面上可購得之諸如TFCalc與Optilayer的電腦模型化程式以藉由改變此等參數中的一者或多者來設計一FB堆疊，直到獲得所需的－C板延遲為止。一般而言，該－C板延遲應大到足以補償由該高傾斜O板111所產生之＋C板延遲以及由該VAN模式LCoS面板所產生之＋C板延遲。使一FB堆疊之－C板延遲最大化通常係藉由將該等交替層之層厚度選成相似厚度，藉由在該等交替層間提供較大的折射率差異(例如，大於0.5)，及/或藉由增加交替層之數目(例如，通常介於約20與1000之間)。
每一折射率匹配片段122、123、132、133通常包括複數個由折射率差異懸殊之材料形成的四分之一波堆疊。該等折射率匹配片段122、123、132、133與該等FB堆疊121、131一起形成用以減少來自該高傾斜O板111及/或來該支撐基板119之光反射的FBAR塗層120、130。該等折射率匹配片段122、123、132、133可由與用以形成該等FB堆疊121/131之材料相同的材料形成，或由不同材料形成。明顯地，該等折射率匹配片段122、123、132、133會產生額外的平面外延遲(例如，通常用作＋C板)，而亦應將其納入整體淨延遲中。換句話說，該FB堆疊121、131經設計應能產生－C板延遲以除了補償該高傾斜O板111、該VAN模式LCoS面板及/或MDPS中之其他偏振敏感裝置所產生之＋C板延遲外還能補償該等折射率匹配片段122、123、132、133所產生之＋C板延遲，以便能針對所期望之應用調諧該微調相位延遲器100之淨－C板延遲(例如，以增大一VAN模式LCoS面板之視域)。
為維持合理的FB厚度，該高傾斜O板中之C板與A板延遲之比率γ(Γc /Γa )應小於500，且通常將小於150。例如，再次參考表1，經切割成85度平面外傾斜且經拋光成大約100微米厚度的單層石英O板可在λ＝550 nm時產生近乎7 nm之平面內延遲，並在λ＝550 nm時產生近乎900 nm之寄生＋C板延遲。若該微調相位延遲器100經設計以補償在λ＝550 nm時具有約200 nm之C板延遲的LCoS成像器面板，則來自該FBAR塗層之所需C板補償在λ＝550 nm時大約為－990 nm。此－C板延遲之量足以抵銷結合之1,100nm石英O板與VAN面板之＋C板延遲。在此計算中，如同在美國專利案第7,170,574號中指出，該C板延遲之基礎折射率在λ＝550 nm時就＋C板而言係固定成{ne ,no }為{1.65,1.50}而就－C板而言係固定成{ne ,no }為{1.50,1.65}。於一項具體實施例中，λ＝550 nm時該C板延遲為大約－990係由二FB堆疊所產生，其中每一堆疊係由194個交替的二氧化矽與五氧化二鉭材料層所形成，使得每一FBAR塗層之總厚度係約6.2 μm。
儘管上面將該等FB堆疊121、131與該等折射率匹配片段122、123、132、133說明成分離的組件，然而實際上該等FB堆疊121、131通常係併入抗反射(AR)塗層設計中，使得每一FB堆疊121、131與相對應之折射率匹配片段122、123、132、133間之轉變變模糊。第一FBAR塗層120與第二FBAR塗層130通常係使用傳統真空沈積技術來製造，如化學汽相沈積(CVD)、電漿增強CVD、電子束蒸鍍、熱蒸鍍、濺鍍及/或原子層沈積。
於上述具體實施例中，經切割成一傾斜角度對準並包夾於二人造雙折射AR堆疊間之固態雙折射晶體係用以提供具有適於補償LCoS面板對比度之A/－C板相位延遲器之功能性的微調相位延遲器。
有利地，此微調相位延遲器100之A板延遲係由該單層雙折射晶體(例如，經切割成一高傾斜O板)來產生。由於該A板延遲係由一無機雙折射層而非一有機層產生，故而該微 調相位延遲器100係相對較耐用且可靠的。例如，該微調相位延遲器100應能承受高光通量密度(例如，40 Mlux以上)與高溫(例如，攝氏120度以上)持續較長的時間週期(例如，超過10,000小時)。由於該A板延遲係由一高傾斜O板而非一A板或一低傾斜O板產生，故而該微調相位延遲器100在平面內相位延遲器厚度上可具有相當的公差。例如，就一標稱100 μm厚之石英板而言，1%之厚度公差即變成1 μm之拋光誤差要求。由於該A板延遲係由一高傾斜O板而非一A板或一低傾斜O板產生，故而相當厚之平面內相位延遲器板可經切割以產生真第零級量值很小的延遲，而非多重波延遲。據此，該微調相位延遲器100適於相對寬頻之應用。由於該A板延遲係由一單層之雙折射晶體而非二雙折射層之級聯產生，故而便排除與方位角公差緊密有關的問題。此外，減輕與圓形延遲有關的問題。明確地說，本技術已知非光學作用單層晶體O板應不會產生圓形延遲。此外，由於該A板延遲係由一單層之雙折射晶體而非二雙折射層之級聯產生，故而該微調相位延遲器在所有波長下均具有相當穩定的有效快/慢軸，使方位角過度偏轉相對較不敏感，以及產生相對較佳的延遲量值與方位一致性(即，消除與級聯二層有關的複合誤差)。
進一步有利地，該微調相位延遲器100之－C板延遲係由一或多個FBAR塗層產生。由於該(等)FBAR塗層能夠產生足夠的－C板以抵銷該高傾斜O板之＋C延遲並補償一LCD面板(例如，一VAN模式LCoS)之＋C板延遲，故而產生具有全 功能A/－C板功能性之微調相位延遲器。該(等)FBAR塗層係直接沈積至該高傾斜O板及/或該支撐基板之外部表面上。因此，該全功能微調相位延遲器實際上可製造，且製造產量可能很高。此外，所沈積之FBAR介電膜符合該高傾斜O板及/或該支撐基板之表面。如此，製造成一薄膜堆疊之－C板相位延遲器的C板軸係自動垂直對準該表面。此外，在該FBAR係由無機介電層製造的情況下，具有A/－C板相位延遲器功能性之晶體板的耐用性並不會有所折衷。明顯地，FBAR塗層具有一相對寬頻之－C板延遲。
為能說明圖11中所說明之全功能微調相位延遲器100的對比度補償效果，更加詳細地測試其之延遲與部分其之個別組件。參考圖12，顯示沿一未經塗布之單層石英O板之慢軸(SA)與快軸(FA)平面的測量延遲與AOI關係曲線。未經塗布之單層石英O板係大約100 μm厚並具有大約85度之傾斜角度。於紅色(630 nm)、綠色(550 nm)與藍色(450 nm)波長下之角度曲線間很明顯地發生些微分散。沿該FA平面該線性延遲曲線對稱於0度AOI，而沿該SA之曲線則為非對稱。
圖13顯示積層至一玻璃基板上，未經塗布之單層石英O板的測量平面內線性延遲光譜、圓形延遲光譜與軸方位光譜。此相位延遲器在λ＝550 nm時產生大約6.5 nm之線性延遲以及7.5 nm之圓形延遲。該線性延遲相對較不分散。該圓形延遲量值皆較可觀而分散。該軸方位橫跨波長範圍顯示相對較平坦的曲線，然而資料可能因缺少AR塗層而受 影響。
參考圖14，顯示經FBAR塗布之單層石英O板相位延遲器的測量與模型化線性延遲光譜、圓形延遲光譜與軸方位光譜。該等FBAR塗層(例如，在積層O板之每一側上)除了該－C板FB堆疊外還包括雙頻帶(即，紅色與綠色)AR堆疊。代表該高傾斜單層石英O板之數值模型包括一85度傾斜角度與一85 μm板厚度。使用全{ne ,no }分散資料，其就非尋常與尋常波而言，分別具有1.5554與1.5461之折射率(即，其可從http：//www.almazoptics.com/Quartz.htm獲得)。測量與模型化平面內延遲二者在整個AR頻帶上均為大約6 nm。明顯地，此A板延遲適於在一LCoS成像器面板中補償殘餘A板延遲。
由圖15中說明之測量延遲與AOI關係曲線之可明白經FBAR塗布之單層石英O板相位延遲器之－C板功能性。所添加之FBAR堆疊能產生大約－990 nm之C板延遲，其在結合該單層石英O板之大約＋900 nmC板延遲後，產生大約－180 nm之淨C板延遲。大約－180 nm淨C板延遲適於補償一LCoS成像器面板之大約200 nmC板延遲。明顯地，來自各元件之正與負C板延遲並非單純地因折射率之差異而添加。
經FBAR塗布之單層石英O板相位延遲器亦經模型化而產生如圖16中顯示之延遲三重態(例如，線性與圓形延遲以及軸方位)。等向性迴轉的採用導致該等測量與模型化圓形延遲曲線與AOI間之不符。
為求完整，於圖17中給出使用經塗布之單層石英O板所 測得之延遲三重態的全視域(FOV)圖表。可見的是，使用一高傾斜單層石英O板導致線性延遲與軸方位FOV曲線產生顯著的不對稱。幸運地，在一雙程方案(如在反射式LCoS光引擎中使用微調相位延遲器來作為補償器)中，不對稱係於雙程透射中抵銷。該圓形延遲FOV曲線指出該石英層之迴轉常數在本質上較接近等向性。
經塗布之單層石英O板(例如，於該積層O板之每一側上的FBAR)經測試以作為一VAN模式LCoS系統的對比度增強器。測試設置係如在K.Tan等人，"Design and characterization of a compensator for high contrast LCoS projection systems"，SID 2005，第1810頁，2005中說明。在綠色與紅色波長頻帶下所測得之對比比率係大約3,500：1與4,500：1。此等結果可與利用相同測試設置與相同LCoS面板之LCP/FBAR相位延遲器相對照，該LCP/FBAR相位延遲器在K.Tan等人，"Design and characterization of a compensator for high contrast LCoS projection systems"，SID 2005，第1810頁，2005中加以說明，其中綠色與紅色頻帶對比比率係6,500：1與8,500：1。
對比比率相對較差係歸咎於在厚單層石英O板中出現不可忽略的圓形延遲。預計若該單層石英O板之厚度縮小成四分之一(例如，大約22 μm，而非88 μm厚)，則該圓形延遲亦將縮小成四分之一，並因此增加對比比率。即便是該單層石英O板之厚度縮小成四分之一(例如，大約22 μ厚)，6.5 nm平面內相位延遲器仍比一石英四分之一波板厚 (例如，該石英四分之一波板可能具有大約14 μm之厚度)。如同上所討論，使用6.5 nm相位延遲器組態為石英O板而非使用138 nm相位延遲器組態為石英A板所帶來之重要優點係相關的相位延遲器過度偏轉敏感度。一般而言，在該四分之一波板之敏感度與量值很小之相位延遲器間具有10：1的因數關係。
或者，可藉由選擇一不同的雙折射晶體材料使相對較差的對比度提升，其中雙折射為低(例如，如石英一般)但卻無光學活動(即，表現成圓形延遲)。例如，一合適材料範例係單晶MgF2 。
當然，上述具體實施例僅供作範例。熟悉本技術人士將瞭解可運用各種修改、替代性組態及/或等效物而不致脫離本發明之範疇。例如，儘管在二FBAR塗層間置放該高傾斜O板產生一低應力設計，然而於其他具體實施例中，高傾斜O板僅一側塗布FBAR。或者，於其他具體實施例中，一或多個FBAR塗層與一高傾斜O板係由不同基板來支撐。此外，儘管已聲明經FBAR塗布之高傾斜O板適於在VAN模式LCoS系統中用作微調相位延遲器，然而於其他具體實施例中，其係用於其他LCoS系統及/或透射LCD投影系統中。再者，儘管已將經FBAR塗布之高傾斜O板顯示成獨立微調相位延遲器，然而於其他具體實施例中將其併入一微顯示投影系統之顯示面板蓋中。據此，因而期望本發明之範疇僅由隨附申請專利範圍之範疇來限制。
5‧‧‧光源
7‧‧‧光桿(光導管)
8a‧‧‧第一透鏡
8b‧‧‧第二透鏡
8c‧‧‧第三透鏡
8d‧‧‧第四透鏡
8e‧‧‧第五透鏡
9‧‧‧第一摺疊鏡
10‧‧‧第一分色濾光器
11‧‧‧第四摺疊鏡
12‧‧‧第二分色濾光器
13‧‧‧WGP
14‧‧‧WGP
15‧‧‧WGP
16‧‧‧第三摺疊鏡
17‧‧‧第二摺疊鏡
18‧‧‧投影透鏡
19‧‧‧X立方體
20a‧‧‧第一LCoS顯示面板
20b‧‧‧第二LCoS顯示器面板
20c‧‧‧第三LCoS顯示器面板
21a‧‧‧微調相位延遲器補償器
21b‧‧‧微調相位延遲器補償器
21c‧‧‧微調相位延遲器補償器
30‧‧‧預偏振器
31‧‧‧WGP
32‧‧‧微調相位延遲器
33‧‧‧LCoS面板
100‧‧‧微調相位延遲器
110‧‧‧單層雙折射晶體組件
111‧‧‧單層雙折射晶體/高傾斜O板
112‧‧‧折射率橢圓
113‧‧‧銳角
115‧‧‧黏著層
119‧‧‧基板
120‧‧‧第一FBAR介電塗層
121‧‧‧第一人造雙折射堆疊
122‧‧‧第一折射率匹配片段
123‧‧‧第二折射率匹配片段
130‧‧‧第二FBAR介電塗層
131‧‧‧第二人造雙折射堆疊
132‧‧‧第三折射率匹配片段
133‧‧‧第四折射率匹配片段
由結合隨附圖式之以下的詳細說明，本發明的進一步特徵及優點將變得明白，其中：圖1係一基於先前技術之3面板線柵偏振器(WGP)之矽上液晶(LCoS)投影光引擎的示意圖；圖2說明透過一LCoS面板與一微調相位延遲器之雙重傳遞上的線性偏振保存；圖3係顯示該LCoS面板與該微調相位延遲器慢軸之相對定方位的示意圖；圖4a係顯示具有實質上相等量值之A板子元件之一雙層A板元件的示意圖；圖4b係顯示其中該等A板子元件係以實質上正交之相位延遲器軸來定位之交叉軸A板元件的示意圖；圖5說明一雙層A板/A板石英相位延遲器的模型化離軸延遲曲線；圖6說明一交叉軸A板/A板石英相位延遲器的模型化離軸延遲曲線；圖7說明一雙層A板相位延遲器元件之模型化平面內延遲組件(線性與圓形)與相位延遲器軸；圖8說明一交叉軸A板/A板石英相位延遲器之模型化平面內延遲組件(線性與圓形)與相位延遲器軸；圖9a係一傾斜對準單一軸層的示意圖；圖9b係顯示將該傾斜對準單一軸層解析成平面內與平面外相位延遲器元件的示意圖；圖10顯示一傾斜對準單一軸雙折射層之C板與A板延遲 的比率；圖11顯示根據本發明之一項具體實施例以人造雙折射AR塗布之傾斜對準固態雙折射晶體板；圖12說明在紅色、綠色與藍色波長下一未經塗布單層O板石英相位延遲器的測量離軸延遲曲線；圖13說明一未經塗布單層O板石英相位延遲器之測量平面內延遲光譜(線性與圓形)與相位延遲器軸；圖14說明一經綠色－紅色FBAR塗布單層石英O板相位延遲器之測量與模型化平面內延遲光譜(線性與圓形)與相位延遲器軸；圖15說明一經塗布之單層石英O板的測量延遲三重態(線性、軸與圓形延遲)；圖16說明一經塗布之單層石英O板的模型化延遲三重態(線性、軸與圓形延遲)；以及圖17說明AOI為0至20度時整個方位角平面上一經塗布之單層石英O板的測量延遲三重態(線性、軸與圓形延遲)。
應注意，在所有隨附圖式中，相同特徵係以相同參考編碼來加以指明。
100‧‧‧微調相位延遲器
110‧‧‧單層雙折射晶體組件
111‧‧‧單層雙折射晶體/高傾斜O板
112‧‧‧折射率橢圓
113‧‧‧銳角
115‧‧‧黏著層
119‧‧‧基板
120‧‧‧第一FBAR介電塗層
121‧‧‧第一人造雙折射堆疊
122‧‧‧第一折射率匹配片段
123‧‧‧第二折射率匹配片段
130‧‧‧第二FBAR介電塗層
131‧‧‧第二人造雙折射堆疊
132‧‧‧第三折射率匹配片段
133‧‧‧第四折射率匹配片段

Claims (18)

  1. 一種光學相位延遲器，其包含：一單層零級相位延遲器，其包括一單一軸雙折射晶體，該單一軸雙折射晶體之光學軸與該單一軸雙折射晶體之一表面成一傾斜角度，該傾斜角度經選定使得該單一軸雙折射晶體在一預定波長範圍中具有適合補償於該預定波長範圍中使用之一液晶顯示面板之殘餘平面內延遲的一平面內延遲，該單一軸雙折射晶體之一厚度大於20μm；以及至少一多層堆疊，其包括折射率差異懸殊之材料之交替層的至少一週期性堆疊，每一交替之層的厚度與折射率經選定使得該至少一多層堆疊在該預定波長範圍中具有一負平面外延遲，其適於補償在該預定波長範圍中，該單一軸雙折射晶體之正平面外延遲與該液晶顯示面板之正平面外延遲。
  2. 如請求項1之光學相位延遲器，其中該至少一多層堆疊包括一第一抗反射塗層，且其中交替層之該至少一週期性堆疊包括一併入該第一抗反射塗層的第一人造雙折射堆疊。
  3. 如請求項2之光學相位延遲器，其中該至少一多層堆疊包括一第二抗反射塗層，且其中交替層之該至少一週期性堆疊包括一併入該第二抗反射塗層的第二人造雙折射堆疊。
  4. 如請求項3之光學相位延遲器，其中該第一抗反射係由 該單一軸雙折射晶體之一第一側支援，而該第二抗反射塗層係由該單一軸雙折射晶體之一第二相對側支援。
  5. 如請求項4之光學相位延遲器，其包含一用於支撐該單一軸雙折射晶體之基板，該基板具有積層至該單一軸雙折射晶體之一第一表面與其上沈積該等第一與第二抗反射塗層中之一者的一第二表面。
  6. 如請求項1至5中任一項之光學相位延遲器，其中傾斜角度係經選定使得該單一軸雙折射晶體層之該正平面外延遲與該單一軸雙折射晶體層之該平面內延遲的比率大於約10且小於約200。
  7. 如請求項1至5中任一項之光學相位延遲器，其中該傾斜角度係經選定使得該單一軸雙折射晶體層之該正平面外延遲與該單一軸雙折射晶體層之該平面內延遲的比率大於約30且小於約150。
  8. 如請求項7之光學相位延遲器，其中該單一軸雙折射晶體層包含石英。
  9. 如請求項1至5中任一項之光學相位延遲器，其中該單一軸雙折射晶體層之該平面內延遲係小於30nm。
  10. 如請求項1至5中任一項之光學相位延遲器，其中該單一軸雙折射晶體層之厚度係大於50μm。
  11. 如請求項1至5中任一項之光學相位延遲器，其中該傾斜角度係大於45°。
  12. 如請求項1至5中任一項之光學相位延遲器，其中該傾斜角度係大於75°。
  13. 如請求項1至5中任一項之光學相位延遲器，其中該傾斜角度係介於80°與86°之間。
  14. 如請求項1至5中任一項之光學相位延遲器，其中該預定波長範圍係從380nm至800nm。
  15. 一種基於液晶顯示器的投影系統，其包含：一光源；一液晶顯示面板；至少一偏振器，其用於接收來自該光源之光並透射具有一第一線性偏振軸之一第一線性偏振光至該液晶顯示面板，該液晶顯示面板用於光學調變該第一線性偏振光，該至少一偏振器用於接收該光學調變光並用於透射具有一第二線性偏振軸之一第二線性偏振光；一投影透鏡，其用於將該第二線性偏振光投影至一螢幕上；以及一微調相位延遲器，其佈置在該液晶顯示面板與該至少一偏振器之間，該微調相位延遲器包括：一單層零級相位延遲器，其包括一單一軸雙折射晶體，該單一軸雙折射晶體之光學軸與該單一軸雙折射晶體之一表面成一傾斜角度，該傾斜角度經選定使得該單一軸雙折射晶體具有適合補償該液晶顯示面板之殘餘平面內延遲的一平面內延遲，該單一軸雙折射晶體之一厚度大於20μm；以及至少一多層堆疊，其包括折射率差異懸殊之材料之交替層的至少一週期性堆疊，每一交替之層的厚度與 折射率經選定使得至少一多層堆疊具有一負平面外延遲，其適於補償該單一軸雙折射晶體之正平面外延遲與該液晶顯示面板之正平面外延遲。
  16. 如請求項15之基於液晶顯示器的投影系統，其中該液晶顯示面板係一反射式液晶顯示面板，該等第一與第二線性偏振軸係正交，且該至少一偏振器係一偏振分光器。
  17. 如請求項15或16之基於液晶顯示器的投影系統，其中該液晶顯示面板包含一垂直對準向列矽上液晶面板。
  18. 如請求項15或16之基於液晶顯示器的投影系統，其中該微調相位延遲器係與該液晶顯示面板整合。
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