具有負雙折射的微調相位延遲器的制作方法

專利名稱：具有負雙折射的微調相位延遲器的制作方法
技術領域：
[2]本發明涉及一種光學補償器，所述光學補償器用于基于偏振的微顯示成像儀，例如硅基液晶(LCOS)或透射型液晶顯示(xLCD)屏，并且特別涉及一種具有負雙折射的微調相位延遲器。
背景技術：
[3]微調相位延遲器是用于補償微顯示成像儀板在暗(OFF)狀態下的殘余相位延遲。不同于典型的提供1/4λ或1/2λ相位延遲的雙折射波片，一種典型的A-板(A-plate)微調相位延遲器提供1納米(nm)和50nm之間的同平面(in-plane)相位延遲。把一個微調相位延遲器引入一個顯示系統的主要好處是提高圖像對比度，而不會明顯地降低開啟(ON)狀態的亮度。在傳統的LCOS和xLCD顯示系統中，分別如

圖1a和1b中所示，一個或者更多的微調相位延遲器2靠近成像儀板3被定位，其對角長度通常小于一英寸，用于接收來自一個偏振光束分離器5的錐形光4，該錐形光通常具有±12°的錐形光角。在反射型LCOS成像板內的常規的熱向液晶，或者是扭曲的向列，例如45°扭曲(45TN)，或者是垂直排列的向列(VAN模式)，被轉換(或釋放)到接近垂直定向。在反射型LCOS和透射型xLCD中的其他液晶(LC)模式，即彎曲排列的向列或聚亞酰胺單元(pi-cell)，如果LC技術在接近垂直定向時應用暗狀態導向器定位，也需要微調相位延遲器。在一個反射的襯底上的一個VAN模式單元在功能上等同于一個透射模式的pi-cell，即，兩者都用作控制灰度的可電子控制的雙折射元件，其視角相對于一個與LC斜面正交的軸呈對稱分布。在垂直排列中，LC單軸正分子被垂直于設備平面定向。依據LC的模式，暗狀態可以是一個轉換狀態或一個釋放狀態。在大多數應用中，在暗狀態下一個真正的垂直定向是不適當的，即，需要一個預傾斜以保證轉換動作穩定且更快。此外，在暗狀態下的真正的垂直定向或許是不可獲得的，這是因為在45TN板上缺少高壓供給，或是因為邊界的LC層由于排列表面效應而被定位。結果，顯示板表現出同平面(in-plane)和出平面(out-of-plane)殘余相位延遲成分，即，分別為A-板成分和C-板成分。由于在LCD板中使用僅為正單軸的LC，C-板成分總是正的，因此，增加到離軸照明(off-axis illumination)處的凈板相位延遲上。在典型的基于偏振的光引擎結構中，為了提供適當的光通量，成像儀板的照明透鏡具有一個適當小的焦比(f/#)，即，焦距長度/虹膜直徑。對于一英寸對角線長的成像儀板尺寸，典型的f/#的值為2.5，并且在空氣中的錐形角大約為±12°。為了解釋成像儀板和光引擎的特性，殘余相位延遲補償可以被籠統地分為兩個步驟首先，通過將一個A-板成分與成像儀板的光軸(也叫C軸)成90°的相對方位角，成像儀板的同平面相位延遲(IPR)成分被消除，然后，通過應用一個負C-板(NCP)延遲器元件來消除成像儀板的出平面相位延遲(OPR)，來改善視野。注意，由于成像儀板的IPR和微調相位延遲器的不匹配，光軸相對于標稱的(nominal)十字交叉定向可能會有微小的偏離。因為缺乏真正的垂直LC定向，IPR補償幾乎總是主要的步驟。成像儀的IPR和OPR對錐形照明下的總體凈相位延遲的相對貢獻(contribution)之間，有明顯的不匹配。例如，VAN模式板以80°至89°的傾斜度定位(典型地是80°到83°)。與設備平面平行或正交的有效e-光折射率由以下等式給出，所述等式由單軸折射率橢圓體公式(uniaxial index ellipsoid formula)獲得[8]---1ne2(θc;in-plane)=sin2(θc)ne2+cos2(θc)no2,---(1)]]>和[9]---1ne2(θc;out-plane)=sin2(θc)no2+cos2(θc)ne2,---(2)]]>[10]其中，ne和no是在給定波長下的固有的材料的非常光和尋常折射率，并且θc是傾斜于設備的法線方向的C-軸。在圖2中示出了一個O-板，即VAN模式，的正向單軸相位延遲被分解成為兩個正交的成分。取LC參數為Δn＝0.15(ne＝1.65和no＝1.50)，和IPR為5nm單通道，則于θc＝80°和83°處(@θc＝80°和83°)，OPR值分別為180nm和380nm單通道，均在可以商購的VAN模式板的范圍內。對于一個反射型LCOS成像儀板，全部的成像儀OPR必須包括在硅底板上的金屬反射板的不需要的離軸雙折射成分。對于其他重要的LC模式，即45TN模式，IPR的范圍通常在15nm到25nm內，并且相關的OPR在可見光光譜范圍內大約有200nm。對于任何具有IPR和OPR的成像儀板，人們可以配置OPR與IPR的比率，如[11]γ＝Гc/Гa[12]γ(VAN)＝36x至76x或更多，取決于預傾斜度，并且[13]γ(45TN)＝8x至13x。參考圖3，示出了一個傳統的雙層A/C-板相位延遲器模型，IPR成分作為cos(θo)的函數而下降，OPR成分作為sin2(θo)cos(θo)的函數而增加，其中，θo是O-光在雙折射介質中的折射角。這些近似值對于一個有限的錐角是有效的，例如，在空氣中達到±30°。對于一個有限的±12°錐角，在IPR上的滑離(roll-off)效應是可以忽略的；然而，來自于OPR的凈相位延遲貢獻是近似的。Гc′＝Гc(固有的)xη，其中，對于入射角(AOI)＝0°到12°，η從0到1.9％變化。假定在0°到12°的范圍內，來自于OPR的平均凈相位延遲貢獻為1％，然后，由固有的OPR的平均倍數(γ)得到IPR值，OPR對有效相位延遲的貢獻由以下公式給出，[17]對于VAN模式，Гc′＝ηγГa≈1/100*50*Гa，或0.5Гa，和[18]對于45TN模式，Гc′＝ηγГa≈1/100*10*Гa，或0.1Гa。在入射角小于12°的情況下的OPR效應僅是相應的IPR相位延遲的一個部分。這些對于VAN和45TN模式的典型的相位延遲成分表明，迫切需要首先補償IPR，然后改善顯示器的視野性能。還建議，補償一個VAN模式板內的OPR也很重要，而一個45TN模式板從NCP補償所得到的好處要少得多。一個同平面相位延遲成分能用LCP/LPP技術制作，成形為一個A-板(平面LC導向器排列)或一個O-板(傾斜LC導向器排列)，如在審的2003年12月11日提交的60/529,315號專利申請，2004年7月14日提交的60/587,924號專利申請，2004年7月19日提交的60/589,167號專利申請中所揭示，它們通過參考結合入本申請。為了引入一個負C-板成分，在LC介質的c-軸垂直于器件平面的情況下，提出了一個密螺距膽固醇型(cholesteric)LC的平均效應。為了膽固醇型負c-板的工作，螺旋形螺距的LC介質必須比可見光波長范圍內的最短的波長還要短，即，一個250nm尺寸的螺距。不幸的是，使用帶同平面LC導向器的膽固醇型負c-板，由于涉及高的材料固有的雙折射，可能會在一個LCOS投影系統內產生不需要的十字交叉偏振泄漏。或者，在晶體波片的區域內，可以通過將兩個雙折射板的光學軸十字交叉而制作一個偽零級波片相位延遲器。單獨的層可以是正的雙折射，例如，單晶體石英，或者是負的雙折射，例如，方解石。這種排列也可以應用于制造消色差的波片，利用兩個具有適當色散曲線的波片元件，即，單晶體石英與鎂的氟化物。在1993年3月23日授權給Yeh等人的5,196,953號美國專利揭示了一個帶有電介質的形成的雙折射補償器的透射LCD設備，其中，LCD通過產生以下條件而被補償[24]|ΔnL|dL＝|ΔnC|dC，[25]其中Δn是雙折射率，d是層厚度，下標｀L′和｀C′分別指可切換的LC-層和所述電介質的形成的雙折射補償器。在一個優選的實施例中，在LC層和補償器部件中的較低和較高的折射率no和ne的值是匹配的。但是，這種方案極大地限制了電介質的形成的雙折射補償器中所使用的材料，并且需要對材料常數和涂層厚度進行準確的測量。而且，這種方法沒有考慮由于來自空氣/襯底界面的離軸反射所造成的相位延遲。此外，將no和ne限制在LC層所要求的數值，則對于大的-C值，需要非常厚的涂層。傳統的抗反射涂層設計，如1949年8月9日以Gaiser的名義授權的美國專利2,478,385,1965年5月25日以Thelen的名義授權的3,185,020號美國專利，和1971年9月14日以Louderback等人的名義授權的3,604,784號專利，都包括了三層，引起了在反射光和折射光之間的破壞性的干涉，該反射光和折射光存在于一個由中心波長定義的給定的波長帶中。第一層具有的光學厚度為中心波長的四分之一，以及具有一個較低的折射率；第二層具有的光學厚度為中心波長的一半，以及具有一個高折射率；第三層具有的光學厚度為中心波長的四分之一，以及具有一個介質折射率；它們共同形成一個QHQ AR結構。抗反射涂層進展，被揭示在1969年8月26日以Bastien等人的名義授權的3,463,574號美國專利，1971年2月23日以Sulzbach的名義授權的3,565,509號美國專利，1973年12月25日以Sumita的名義授權的3,781,090號美國專利，1974年3月26日以Ikeda的名義授權的3,799,653號美國專利，1976年2月3日以Ikeda等人的名義授權的3,936,136號美國專利，1982年2月2日以Takazawa名義授權的4,313,647號美國專利，和1987年5月19日以Southwell等人名義授權的4,666,250號美國專利，這些專利涉及多層抗反射涂層，和使用Herpin等同物來設計具有所需的折射率的多層結構。本發明的一個目的是通過提供一種可預知的和具有環境穩定性的光學微調相位延遲器，來克服現有技術的缺陷，所述光學微調相位延遲器是針對透射成像板，例如，xLCD，和反射成像板，例如，LcoS，的同平面和出平面的殘余相位延遲成分。
發明概述[29]因此，本發明涉及一種偏振控制設備，用于提供所需量的相位延遲，以補償在一個LC顯示屏中的介于0納米和1000納米之間的預定量的出平面相位延遲，所述偏振控制裝置具有出平面的尋常折射率和非常折射率，包括[30]一個具有一定折射率的襯底；[31]一個設置在所述襯底上的形成的雙折射多層電介質(FB)堆，所述FB堆包括一個具有第一折射率和第一光學厚度的第一多層；和一個具有第二折射率和第二光學厚度的第二多層，所述第二多層與所述第一多層交替設置，確定了有效的出平面尋常折射率和非常折射率；和[32]第一和第二抗反射(AR)涂層，位于環境大氣和所述裝置之間的界面上，用于降低來自所述界面的反射量；[33]其中，所述第一和第二光學厚度是在中心波長的1/120和1/16之間，得到一個一維光柵結構，形成了一個-C板，所述-C板用于補償來自所述LC顯示屏和來自所述AR涂層的出平面相位延遲；其中，所述第一和第二折射率的差異大于0.5，以增大有效折射率和減小所需的FB堆的寬度。
附圖的簡要說明[35]通過參考代表了優選實施例的附圖，本發明將得到更為詳細的說明，其中[36]圖1a是傳統的LCoS顯示屏組件的側視圖；[37]圖1b是傳統的透射LC顯示屏組件的側視圖；[38]圖2是被分解成同平面和出平面的相位延遲成分的傳統的VAN-模式LC的示意圖；[39]圖3是傳統的A/C平板微調相位延遲器的側視圖；[40]圖4a是使用0th階EMT表達式所估算的折射率對(vs)n1的工作負載循環圖，假設n1＝1.46和n2＝2.2；[41]圖4b是使用0th階EMT表達式所估算的Δn對n1的工作負載循環圖，假設n1＝1.46和n2＝2.2；[42]圖5示出了根據本發明的一個獨立的負c板(NCP)，所述獨立的負c板(NCP)具有一個單個的形成的雙折射抗反射(FBAR)堆；[43]圖6示出了圖5的一個FB涂層；[44]圖7是一個單通道NCP相位延遲色散曲線，參考了一個標準的負單軸介質；[45]圖8是一個凈相位延遲對空氣中的入射角的曲線圖；[46]圖9a是一個被用于雙層A/C相位延遲模型中的傳統的單軸材料的非常折射率曲線；[47]圖9b是一個被用于雙層A/C相位延遲模型中的傳統的單軸材料的尋常折射率曲線；[48]圖9c一個被用于雙層A/C相位延遲模型中的傳統的單軸材料的雙折射色散曲線；[49]圖10是計算的相位延遲對在空氣/鋁反射界面處的入射角的曲線；[50]圖11示出了在一個FBAR堆中的雙折射；[51]圖12是沿著和垂直于VAN-模式LcoS屏的傾斜平面的凈相位延遲曲線；圖13是一個FBAR堆對入射角的凈相位延遲曲線；[53]圖14a示出了一個正的c-板元件和一個負的c-板元件隨空氣入射角的凈相位延遲變化；[54]圖14b表示的是一個正的c-板元件和一個負的c-板元件隨空氣入射角的凈相位延遲總和；[55]圖14c所示的是，當正的c-板元件和負的c-板元件的Δnd乘積相匹配時的補償誤差，所述補償誤差表現為正的c-板的相位延遲的分數形式；[56]圖15a是使用一個不帶NCP元件的微調相位延遲器來進行補償的一個LCOS設備的偏光(conoscopic)十字偏振泄漏曲線；[57]圖15b是使用一個不帶NCP元件的微調相位延遲器來進行補償的一個LCOS設備的偏光殘余相位延遲曲線；[58]圖15c是一個其慢軸定向于135°的A-板微調相位延遲器的偏光模延遲曲線；[59]圖15d是一個其慢軸定向于45°的A-板微調相位延遲器的偏光模延遲曲線；[60]圖16a是根據本發明的被補償設備的偏光泄漏曲線；[61]圖16b是根據本發明的被補償設備的偏光殘余相位延遲曲線；[62]圖16c是一個根據本發明的微調相位延遲器的偏光模延遲曲線；[63]圖16d是一個LCoS屏的偏光模延遲曲線；[64]圖17示出了反視一個被補償設備的正傾斜度的方位；[65]圖18a是根據本發明的被補償設備的偏光泄漏曲線；[66]圖18b是根據本發明的被補償設備的偏光殘余相位延遲曲線；[67]圖18c是根據本發明的一個微調相位延遲器的偏光模延遲曲線；[68]圖18d是一個LCoS屏的偏光模延遲曲線；[69]圖19示出了一個微調相位延遲器和一個LCoS的A-板部件與系統P-偏光器和S-分析器之間的一般關系；[70]圖20a是根據本發明的一個被補償設備的偏光泄漏曲線；[71]圖20b是根據本發明的一個被補償設備的偏光殘余相位延遲曲線；[72]圖20c是根據本發明的一個微調相位延遲器的偏光模延遲曲線；[73]圖20d是一個LCoS屏的偏光模延遲曲線；圖21是根據本發明的一個被補償設備的殘余相位延遲的偏光慢軸曲線；[75]圖22是對于各種不同的微調相位延遲器設計，對比度vs等同于FBAR的-C相位延遲的示意圖；[76]圖23是一個FBAR堆的示意圖，所述FBAR堆的形成的雙折射堆被整合到AR涂層中；[77]圖24是一個FBAR堆的另一個實施例的示意圖，所述FBAR堆的形成的雙折射堆被整合到AR涂層中；[78]圖25a示出了一個FBAR堆的折射率曲線，所述FBAR堆的形成的雙折射堆被整合到AR涂層中；[79]圖25b示出了一個標準的FB堆的折射率曲線；[80]圖26是對于傳統的-C板微調相位延遲器和根據本發明的-C板微調相位延遲器，相位延遲對波長的示意圖；[81]圖27是本發明的一個可選的實施例的側視圖，包括了兩個FBAR堆；[82]圖28是本發明的一個可選的實施例的側視圖，包括了一個FBAR堆和一個位于襯底的相對面上的a-板；[83]圖29是本發明的一個可選的實施例的側視圖，包括了一個FBAR堆和一個位于襯底的同一面上的a-板；[84]圖30是本發明的一個可選的實施例的側視圖，包括了一個FBAR堆和一個a-板，所述FBAR堆和a-板位于被層迭在一起的單獨的襯底上；[85]圖31是本發明的一個可選的實施例的側視圖，包括了兩個FBAR堆和一個a-板，所述兩個FBAR堆和a-板位于被層迭在一起的單獨的襯底上；[86]圖32是本發明的一個可選的實施例的側視圖，包括了一個FBAR堆和兩個a-板，所述FBAR堆和兩個a-板位于被層迭在一起的單獨的襯底上；[87]圖33是本發明的一個可選的實施例的側視圖，包括了兩個FBAR堆和兩個a-板，所述兩個FBAR堆和a-板位于被層迭在一起的單獨的襯底上；[88]圖34是三個分層的聚合體的相位延遲器的側視圖，所述層的其中一層具有一個同平面的相位延遲器軸，所述軸垂直于本圖的平面；[89]圖35是本發明的一個可選的實施例的側視圖，包括了一個FBAR堆和兩個具有十字交叉的c-軸的晶體平板；圖36是本發明的一個可選的實施例的側視圖，包括了一個與LC顯示屏相整合的FBAR堆。
發明的詳細說明[91]本發明涉及具有形成的雙折射的電介質涂層的使用，其既可作為獨立的裝置，又可以與同平面相位延遲器整合在一起，以在有限的錐角范圍內，如，±12°的錐角范圍內，通過一對十字交叉的偏光器(polarizer)，使成像儀板的泄漏強度最小化。如果周期性的光學各向同性層大于分子長度，但其數值僅僅相當于工作波長的一部分，由該結構產生出各向異性，因此，負單軸等同物介質的c-軸位子層理(stratification)的方向，即，平行于該裝置的法線。非常光和尋常折射率由0th階等同物介質理論(EMT)給出[92]---no2=(1-f)(n1)2+f(n2)2,---(3)]]>和[93]---1ne2=(1-f)(n1)2+f(n2)2,---(4)]]>[94]其中f是n2折射率層的厚度與n1/n2層對的總厚度的比值，n1和n2是典型的低和高折射率的各向同性質。在有效的ne和no的計算中，還有第二階EMT公式，公式中包括對厚度與光波長比值。雖然如此，選取的材料(n1，n2)的比值對總體有效雙折射率所產生的效果，可以被包括在用于電介質薄膜的數字2x2矩陣計算中。例如將硅(n1＝1.46)和鉭(Tantala)(n2＝2.20)電介質涂層材料加入噴灑的涂層，得到的ne和no折射率，以及雙折射率(n＝ne-no)，是使用上述的0th階EMT公式(3)和(4)來估算的。相應ne，no和n值分別在圖4a和圖4b中繪出。最大的n可通過選擇使兩種材料層的厚度接近50∶50的比值來實現，即一個接近50％的工作負載循環，此時，no＝1.87和ne＝1.72，得到-0.15的n值。形成的雙折射堆可能表現出與空氣，玻璃襯底或之后的電介質層不匹配的有效的折射率。因此，形成的雙折射特性(FB)堆的兩個面必須被浸入抗反射(AR)涂層中，而形成一種形成的雙折射特性抗反射(FBAR)堆。FBAR電介質堆可以在基于偏振的投射系統中被用作一個獨立的NCP補償器，或與其他分離的IPR補償器結合使用。如圖5所示的一個獨立的FBAR微調相位延遲器，包括一個平行面的玻璃板襯底100，大約1mm厚，和一系列的交替設置的低和高折射率電介質層，例如，每種有50到110層，確定了一個形成的雙折射涂層101，被置于所述玻璃襯底100的一個面上。為減少材料界面反射，AR涂層102被加在空氣/形成的雙折射涂層界面處，AR涂層103被加在形成的雙折射涂層/玻璃襯底界面處，并且AR涂層104被加在玻璃襯底/空氣界面處。AR涂層是任何電介質或聚合物的堆，作為折射率匹配層，被設置在有突然的折射率變化的界面處。低和高折射率電介質層的多層堆由至少兩種材料的多層組成，其中的一種材料有一個第一折射率，另一種有第二折射率。所述多層堆中，兩種或更多種不同折射率的材料中的每一種可以有相同或不相同的層數。所述多層堆可以包括多于一個的周期性的多層堆，其間插入有其它的功能性電介質設計。AR涂層本身提供一個額外的出平面相位延遲元件，在制造FBAR的總相位延遲和相位差時必須考慮在內。參考圖6，所述形成的雙折射多層電介質堆101包括一個第一多層1031，每一層有一個第一折射率n1和一個第一層厚d1，與一個第二多層1032交替設置，所述第二多層的每一層有一個第二折射率n2和一個第二層厚d2。當所述層厚是工作波長(例如λ＝550nm)的分數(例如1/16到1/64)時，一個一維的光柵結構形成，并且涂層堆的雙折射特性產生。獨立的NCP和AP/NCP微調相位延遲器，與圖5中所描述的結構相似，用可變角橢圓偏振光譜法(VASE)數據收集和分析來評估，并且所得到的相位延遲對空氣中AOI的曲線隨后被加入標準的雙層相位延遲器模式中。所述獨立NCP延遲器的結果在圖7中繪出，其中標準的單軸材料參數在λ＝550nm時，分別有1.65和1.50的no和ne折射率。理論和試驗結果之間的差異，被加入所述兩層延遲器模型，在整個所述波段上僅大約為10nm。具有非常薄的層(＜20nm)的電介質堆是通過一個非常穩定的涂層平臺來實現的。對于一個結合了一個O-板IPR層和FBARNCP堆的微調相位延遲器，凈相位延遲對空氣中AOI的曲線的一個例子在圖8中示出。由于所述O-板的傾斜，單通道凈相位延遲曲線隨方位視角平面而改變。沿著兩個主要的平面，慢和快軸，收集VASE數據。沿著所述慢軸平面(同樣也是所述傾斜平面)，延遲器表現出特有的O-板單通道曲線，以及凈相位延遲隨AOI的減少，作為FBARNCP元件的結果。選擇所述電介質涂層材料n1和n2的層厚，以產生適當的大的雙折射率，這樣，整個波長的波段上的色散被最小化或被適合于系統的需要。所得到的有效的no和ne折射率可能不適合于直接與其它光學介質接觸，例如空氣，襯底；但是，如上所述，對折射率不匹配的修正方法是在所述多層堆的任一個面上增加AR層。根據本發明，所述成像儀板的有效離軸效應與所述微調相位延遲器的有效離軸效應相等。在一個高折射率的FBAR等同物介質中的離軸光的角展度，例如no和ne的值大約是2.0，小于在一個LC介質中所發現的典型的相應值，例如no和ne的值大約是1.5到1.65。因此，不同于現有技術，FBAR堆的雙折射層長度乘積，即nd，必須大于成像儀板的LC層的相應的C-板的nd，以獲得相同數量的相位差。根據本發明，FBAR C-板的相位延遲效應基準于一個具有標準折射率的參考的負單軸介質于λ＝550nm時(@λ＝550nm)，no＝1.65和ne＝1.50，使用如圖3所示的一個雙層相位延遲器模型。類似地，所述成像儀板的離軸效應基準于no＝1.50和ne＝1.65的正單軸介質。所參考的雙折射介質也可以加入在整個感興趣的波長范圍內的折射率和雙折射色散，如圖9a到圖9c所示。將板的相位延遲與一個標準的單軸介質相比較有這樣的附加優點，所述相位延遲是一個可測量的該層的宏觀效果，而不需要獲得板LC材料的常數。一個反射的LcoS的測量的相位延遲也包括金屬反射器的離軸效應。空氣/鋁反射器界面的計算的相位延遲曲線在圖10中示出。鋁襯底有(0.985-6.67i)@λ＝550nm的復合折射率，并且在反射上所加入的c-板相位延遲大約是66nm。在一個典型的LCoS結構中，所述鋁反射器被浸入在一個較高折射率的介質中，如LC或LC排列層。因此，發射到鋁界面上的光的有效光角被減小。在硅底面處的金屬反射器的離軸效應明顯地減小，如鋁。參見圖11，FBAR堆的雙折射特性如下。對于由‘s’和‘p’偏振光所組成的入射光，所述‘s’偏振光見‘no’折射率，而所述p’偏振光見有效折射率，所述有效折射率是‘no’和‘ne’折射率的函數。所述‘s’偏振光成分作為尋常光傳播，而所述‘p’偏振光成分作為非常光在FBAR等同物單軸c-板中傳播。所述兩種光波的本征模式和本征折射率通過如下公式給出[100]---σp(θ)=no1-sin2(θ)ne2=neff(θc)cos(θc),---(5)]]>和---σp(θ)=no1-sin2(θ)no2=nocos(θo),---(6)]]>[102]其中，θ是在環境空氣中的入射角，no和ne是FBAR堆的有效的尋常光和非常光的折射率，它們在給定波長下是常數；θo和θe是在等同物FBAR c-板中的等同的雙折射角；所述尋常光的本征折射率在給定波長下是個常數，而非常光的本征折射率是θe的函數，而不是正向入射(normal incidence)下的微不足道的情況。甚至在從空氣掠入射(gazing incidence)時，所述p-偏振光并不表現出全ne折射率，并且ne sin(θe)≠sin(θ)。根據本發明的一個相位延遲補償方法的一個實施例如下所示一個83度傾斜VAN-模式LCoS裝置和一個FBAR微調相位延遲器元件的相位延遲曲線被加入到一個A/C或A/-C雙層等同物相位延遲器模型。所述LCoS有一個LC層，位于康寧(Corning)1737F蓋玻璃和鋁襯底之間。所述玻璃面板在λ＝550nm時，標稱的折射率是1.52。所述LC-層使用在λ＝550nm時，ne＝1.65和no＝1.50的標準的單軸正介質，有大約2.35μm的厚度，以提供大約4.5nm的同平面相位延遲(單通道)。空氣/玻璃界面有標稱的寬帶AR設計。適合的結果，沿著和垂直于VANO模式傾斜平面，在圖12中被繪出。所述等同物相位延遲器模型包括一個a-板和一個正c-板(PCP)層，兩個層都采用標準單軸材料折射率，夾在兩個AR-涂覆的Corning 1737F玻璃板之間。所述LCoS裝置模式有83度均勻的LC導向器傾斜度和固有的0.15的LC雙折射率。所述LCoS裝置被設置，以等同于一個具有4.5nm同平面和340nm出平面相位延遲的A/C延遲器。所述同平面相位延遲是模型在正向入射時的凈相位延遲。這里使用了4x4矩陣計算，包括在層界面處的干涉和反射。為補償4.5/340nm的LcoS相位延遲成分，現有技術使用一個有大約4.5nm的同平面成分和大約340nm的出平面成分的微調相位延遲器。所述同平面成分通過使用一個a-板或o-板雙折射元件獲得，其慢軸與VAN-LCoS傾斜平面成直角，因而形成一個十字軸對。大約340nm的出平面成分可以通過，例如，根據本發明的FBAR的元件，來獲得。所述FBAR元件可以是獨立的補償器，或形成一個全功能微調相位延遲器的一個一體化部分。其它負c-板元件，將在下面被公開，可以取代所述FBAR功能。另外，將示出現有技術的A/-C板微調相位延遲器設計不會得到最佳的光學補償。例如，一個圖5所示類型的獨立式補償器形式的FBAR元件，使用71對鉭和硅層，在波長λ＝550nm時分別具有2.20和1.46的標稱折射率。選擇使n1和n2之間有大的差異，如大于0.5及優選大于0.7，以使雙折射率最大化，并且使涂層厚度最小化。加有AR涂層，以減少周期性的薄層堆與空氣之間的反射和與Corning 1737F玻璃之間在任一面上的反射。在所述玻璃的另一面上也有AR涂層。在圖13中畫出了FBAR的相位延遲曲線，該曲線的評估范圍同樣是±12°的空氣中AOI范圍。注意在圓錐角范圍內，FBAR堆提供了大約-6.3nm至0nm的單通道凈相位延遲，而VAN模式LCOS產生大約5.7nm到0的單通道凈相位延遲。至于有效雙折射率，VAN模式LCOS和FBAR堆具有Δnd乘積為[105]Δncd(LCOS)＝0.147*2350或約340nm，[106]Δncd(FBAR)＝-0.147*71*40或約-415nm，[107]其中，Δnc是有效的出平面折射率對于VAN模式O-板，是投射到Z-軸上的單軸投影；對于FBAR堆，是有效折射率(no，ne)的差值。相應地，由于折射率n1和n2，得到的出平面有效折射率no和ne大于LcoS板的相應的折射率，這使得角度擴展為一個e-光和一個o-光，而FBAR堆中的實際相位差小于LcoS板中的相位差。因此，相位的各向異性被減小，并且FBAR堆的厚度必須加大以在其出口處獲得所需的相位差。顯然，前述的FBAR的例子，以EMT有效折射率提供-415nm的c-板相位延遲，或以標準單軸材料模型提供-340nm的相位延遲，沒有提供4.5/340nm的VAN模式LCOS(IPR被分別補償)的適當的離軸補償。根據等式(5)和(6)，對給定的離軸光線的凈相位延遲，在LCOS設備中，{no，ne}材料被設置為{1.50，1.65}@λ＝550nm，并且，在微調相位延遲器中，{no，ne}材料被設置為{1.65，1.50}，@λ＝550nm，相加后不為零。圖14a到圖14c示出了在正的和負的C-板元件中的凈相位延遲的總角度曲線，帶有相匹配的較低的和較高的本征折射率。在這種匹配的折射率的條件下，正的和負的凈相位延遲之和，在任何給定的入射角，大約偏I-no(LCoS)/no(FBAR)或-10％，相當于LCOS c-板補償目標的一個分數。因此，為了消除一個4.5/340nm的VAN模式LCOS的殘余相位延遲，微調相位延遲器中的合適的-C-板成分應該大約為-340/(no(LCoS)/no(FBAR)＝-340/1.1或-310nm。如果在微調相位延遲器補償器中沒有NCP元件，則被補償的LCOS設備具有環形(更精確地是橢圓形)凈相位延遲曲線，如圖15b中所示的±12°圓錐角的范圍內的曲線。相關的偏光十字交叉偏振泄漏曲線在圖15a中被繪出-被稱為等施干涉條紋(isogyre)的十字交叉明顯地沿輸入和輸出的偏光器方向，其中，僅存在單模式的傳播。該被補償設備的平均圓錐對比度(假定為100％的開啟級強度)不優于2000∶1。圖15c中示出了偏光的A-板相位延遲，其慢軸被定向于135°，該圖描述了帶有極性角的弱變化。圖15d中所示的VAN模式LCOS中的O-板雙折射層的模延遲曲線，在雙通道上具有180°的對稱性。A-板微調相位延遲器和O-板LCOS設備的結合，其中，殘余a-板被完全消除，得到橢圓形的偏光凈相位延遲曲線。通過加入適當量的-C相位延遲成分(在本例中大約為-310nm)，視野被加大，如圖16a中的偏光泄漏圖所示。NCP元件帶有FBAR設計，包括48對19nmH/21nmL，其中，H和L是折射率分別為2.3和1.5的鉭和硅。偏光泄漏和凈相位延遲(圖16b)曲線為均勻低值，帶有輕微的環狀擾動。明顯地，一個A/-C板補償器適合于消除具有非常高的傾斜度(在本例中為83°)的VAN模式LCOS的殘余相位延遲。微調相位延遲器中的NCP元件是徑向對稱的，其中，高傾斜度的VAN模式LCOS的PCP相位延遲接近于徑向對稱分布。微調相位延遲器級和LCOS級(圖16c和16d)的單個的偏光模式相位延遲曲線顯示出在任何給定的光線角度上的密切匹配模式的相位延遲。上述A/-C板微調相位延遲器設計的一個問題是，盡管前向補償對比度非常高(＞25k∶1)，即使對于一個低值4.5nm的A-板相位延遲器，所述微調相位延遲器的偏離前端面的反射設置了大約2000∶1的總對比度極限。有很多減少反射的方法，即，減少A板中LCP層的Δn，如同2003年12月11日提交的在審專利申請60/529,315，2004年7月14提交的專利申請60/587,924，和2004年7月19日提交的專利申請60/589,167中所揭示的那樣。一種交替設置方案是使用一個O-板相位延遲器介質來實現A-板成分。眾所周知，最佳的具有傾斜面的被補償的LC-設備要求在視錐的所有四個象限具有一個單軸介質的可兼容的出平面傾斜度[H.Seiberle，K.Schmitt和M.Schadt，“通過光配向法產生的多域LCD和光學相位延遲器合成體”，歐洲顯示器學報’99，6-9頁，1999年9月]。通過使用一個雙級補償器-LCOS設備，所述設備被定向為在雙通道傳播中大體上互相平行，該四域結構可以通過將一個O-板微調相位延遲器的傾斜面和VAN模式LCOS的傾斜面十字相交而很容易地合成。反視該被補償設備的正傾斜度的方位如圖17中所示，用于將LCOS和微調相位延遲器的A-板相位延遲成分相匹配的標稱的例子。LCOS和微調相位延遲器的第一和第二通道的傾斜度可以被抵消90°或180°，只要它們以標稱的90°插入并占據視錐的所有四個象限。圖18a至圖18d中示出了對于一個65°微調相位延遲器O-板和上述83°VAN模式LCOS的一組計算補償結果。微調相位延遲器的出平面傾斜度65°是一個被展曲的O-板LCP相位延遲器的實際的平均傾斜度；其中，VAN模式LCOS的傾斜度可能會很高(＞80°)。即使在LCOS和微調相位延遲器的出平面傾斜度不匹配的例子中，相比前例的A/-C微調相位延遲器補償器，該被補償設備具有很小的劣化。在65°的傾斜度下，由LCP層所引起的C-板相位延遲的數量大約是22nm(A-板成分的5倍)，這要求大約-20nm的NCP補償。在本例中，FBAR堆包括51對19nmH/21nmL，提供了大約為-310nm的凈微調相位延遲器C-板成分。通過一個65°的LCP傾斜度，反射對比度極限被擴大到幾萬比一。可以看出，微調相位延遲器和LCOS級(圖18c和18d)的單個偏光模延遲曲線在整個±l2°觀測圓錐內仍然緊密匹配。因為LCOS和微調相位延遲器的制造誤差，兩個元件的同平面相位延遲的數值都可能以百分之幾十的比例在各個部件中變化。一個方便的確保適當的IPR補償的技術是對任何給定的LCOS板，都總是配合使用具有較高的同平面數值的微調相位延遲器，其中，微調相位延遲器通過將其方位角方向旋轉離開十字交叉軸來使微調相位延遲器被“匹配”(‘clocked-in’)。圖19中示出了微調相位延遲器和LCOS和系統P-偏光器(與X軸平行)和S-分析器(與Y軸平行)的A-板成分之間的一般關系。如果使用FBAR堆或真正的負單軸板，C-板成分在旋轉方向是不變的。當微調相位延遲器在補償LCOS時，僅有一個最佳的微調方向(相對于LCOS軸是位于135°+θ，|θ|＜22.5°)。微調相位延遲器的軸與LCOS的軸不相交，而微調相位延遲器的方位角達45°，將‘p’和‘s’平面一分為二。當微調相位延遲器的數值正好匹配LCOS相位延遲時，會出現兩個方位角解第一個使微調相位延遲器與LCOS呈十字交叉軸，而第二個使微調相位延遲器和LCOS相對于Y-軸呈鏡像定位，即，一個2θ的超頻角(over-clocking angle)。當LCOS軸達±45°時，這兩個解合并為一。在過度補償的例子中，兩個微調相位延遲器的方位角解將45°一分為二。這個角偏移量(#1和#2解分別是δ，或者是-(2θ+δ))，隨相位延遲的不匹配而增加。超頻角，δ，由cos-1[Гa(TR)/Гa(LCOS)]/2大約得出，假定在預期的方位角的相位延遲投影大約是cos2(δ)。圖20a至20d中的結果示出了一個4.5/340nm VAN模式LCOS設備的例子，所述LCOS設備由一個6.5/-310nm的不匹配的-AP O/-C板微調相位延遲器來補償。由于微調相位延遲器的A-板成分的增加，在微調相位延遲器中的PCP(大約5*6.5nm or33nm)中的相關增長要求在FBAR堆中有額外的-30nm的NCP。使用了一個包括53對19nmH/21nmL的FBAR堆。如圖(20a)中所示，總偏光泄漏曲線是不均勻的。盡管如此，任何給定的在雙通道中穿過微調相位延遲器/LCOS的光線的凈相位延遲不再接近為零。在這個例子中，對任何給定的光線，幾乎保留了9.5nm的凈相位延遲，并且微調相位延遲器(TR)慢軸相對于與LCOS慢軸的十字交叉軸排列位置具有大約23°的額外偏角。幸運的是，該凈相位延遲的快/慢軸非常接近于系統的‘p’和‘s’方向，從而得到可忽略的雙折射效果(圖21)。該6.5/-310nm微調相位延遲器的偏光模延遲不單純是前述的4.5/-310nm O/-C微調相位延遲器的旋轉版(比較圖20c和18c)。非旋轉對稱PCP(由于LCP O-板)和旋轉對稱NCP(由于FBAR堆)的效應結合在一起，給出了一個如圖20c所示的模延遲曲線。隨后，被匹配(clocked)的微調相位延遲器/LCOS延遲器對產生出如圖20(b)和21中所給出的大小和軸方位圖。因此，VAN模式LCOS的出平面成分最好由FBAR堆來補償，假定在顯示系統中沒有其他雙折射元件產生同平面和出平面的相位延遲成分。一個最佳的微調相位延遲解決方案要求計算機優化，和/或使用整個基于偏振的投影系統來進行的反復實驗，所述投影系統包括微調相位延遲器，LCOS板，偏光器，分析器，偏振光束分離器和任何其他的偏振敏感元件。在一個光學系統中，如果僅有VAN模式LCOS和一個O/-C板微調相位延遲器，周期性H/L薄層對的數目以微細NCP粒度的方式改變，以探明被補償的成對設備相對于NCP相位延遲目標的敏感度。為相同的4.5/340nm VAN模式LCOS所設計的A/-C和O/-C板微調相位延遲器的結果如圖22所示(不匹配AP補償的例子由O/-C*標注)。很清楚，三個例子中任何一個的前向補償對比度都同樣好。在實際情況中，非常高的前向補償對比度(大約為25k∶1)是通過一個顯示系統中的一個回轉泄漏機構來設置的，集合在一起作為該光學系統的基線對比度。典型地，對于基于網格PBS的投影系統可以獲得6k∶1和10k∶1之間的系統基線對比度。在本例中，C-板相位延遲變化的敏感度被減輕，并且可以獲得大于4000∶1的總體系統對比度(1/6k和1/25k的平行貢獻和至少50k∶1的反射對比度)。因此，在上面的四個計算例中，一步一步地表現了微調相位延遲器補償器設計。首先，提供一個現有技術的僅有A-板的微調相位延遲器，帶有與VAN模式LCOS的恰好匹配的a-板相位延遲器。第二步，通過在微調相位延遲器中結合入一個新的FBAR薄膜堆來補償視野的缺乏。第三步，通過使用一個有效慢的同平面雙折射相位延遲器設計來克服反射對比度的缺乏。在第四個例子中，顯示了在微調相位延遲器A-板成分實質上大于LCOS的相應成分的情況下，實際的補償匹配。最后的例子代表了采用典型的制造誤差的優選實施例。因此，如前述例子所顯示a)不需要減少實際層厚和LCOS LC層的相關(ne，no)折射率；b)不需要減少在硅底面的金屬反射器的光學常數；c)LCOS的c-板Δnd乘積在大小上一般不等于FBAR負C-板，或微調相位延遲器中的任何負c-板元件的C-板Δnd乘積；d)不希望，或不需要使LCOS設備的有效(ne，no)折射率組與FBAR堆的相等，即，ne(LCOS)＝no(NCP)和no(LCOS)＝ne(NCP)的條件是多余的；以及e)不希望，或不需要，使LCOS設備的實際物理長度與FBAR堆的相等，即，d(LCOS)＝d(NCP)的條件是多余的。一個被補償的顯示系統要求最佳的等于LCOS設備和補償器設備的離軸效應的c-板元件。盡管在這里的例子中未示出，該設計方案同樣適用于其他的LCOS運行模式，如TN。預計被補償的TN設備的總體對比度將大體上低于VAN模式的例子，主要是因為較大的同平面相位延遲成分(對TN大約為20nm，相對地，對VAN模式為＜5nm)提供了一個較低的反射對比度，以及一個不同的OFF-狀態LC導向器分布(與VAN模式相比具有較低的PCP/AP比率)提供了十字交叉的偏振泄漏圓錐的較高的方位角依賴性。參照圖23，本發明的實施例沒有在空氣/FB界面處和襯底/FB界面處沉淀常規的抗反射(AR)涂層，而是在AR涂層中加入形成的雙折射堆151，總體標示為152，作為一個鄰接襯底154的第一四分之一波片結構153。該形成的雙折射堆151具有比襯底154更高的有效折射率。一個具有高折射率，即大于有效折射率，的半波片結構156，被設置在第一四分之一波片結構153之上，以及一個具有低折射率，即小于有效折射率和襯底的折射率，的第二四分之一波片結構157被設置在所述半波片結構156之上，以完成一個QHQ AR涂層152。不幸的是，形成的雙折射堆151具有大于單個四分之一波層的二十到五十倍的相厚度，也可以以5到10個四分之一波的差值在波長范圍內變化，結果使AR涂層有效的波長范圍變窄。因此，在第一四分之一波，半波和/或第二四分之一波片結構153，156，和157中分別需要額外的層，來匹配形成的雙折射堆151的快速變化的相位。第二四分之一波片結構157可以以對稱的三層結合體來替換，例如，herpin等價物，帶有交替設置的高和低折射率材料，得到一個等價的折射率，但可能具有三倍的相厚度。半波片結構156可以以一個或更多全波或多個半波片結構來替代。在第一四分之一波片結構153中還可能需要額外的層，以加在形成的雙折射堆的一面或雙面上，從而獲得所需的折射率和相厚度。如果形成的雙折射堆具有106層高折射率材料(nH＝2.16或更高)，10nm寬，與106層低折射率材料(nL＝1.48)，即(5nm H-10nm L-5nm H)106，交替設置，等價的折射率將是nE＝1.846。對于一種典型的玻璃襯底nS＝1.52和一種室內空氣，初始的第一四分之一波片結構可以具有nQI＝1.50的折射率和大約92nm的厚度，并且，初始的半波片結構可以具有nHW＝2.3的折射率和大約120nm的厚度。盡管如此，為了補償形成的雙折射堆的快速變化的相位，該半波片結構包括一個半波，并且第二四分之一波片結構包括五個四分之一波的等同結構。圖24指明第二QW結構157，現已被分離成五個四分之一波片結構。這五個四分之一波片結構157，半波片結構156，和FB堆的相位調節層159，被優化以在感興趣的波段上符合反射和相位延遲目標。所需的層數取決于它們的物理厚度，有效的Δn和所需的相位延遲量，如，對于5nm寬，有效Δn為0.15的層，有500對以上的層，以提供1000nm的相位延遲；盡管如此，僅需大約10對的層來提供10nm的相位延遲。優選的數量范圍是50到110對之間的高折射率/低折射率層。圖25a示出了根據本發明的一個FBAR堆的折射率曲線，與圖25b中所示出的不具有AR涂層的形成的雙折射堆的折射率相比較。圖26示出了一個常規的-C板微調相位延遲器(其軌跡被標為“現有技術”)在整個可見光譜上的高度地可變的相位延遲，與根據本發明的微調相位延遲器(“本發明”)的相對穩定的相位延遲相比較。兩組結果都被設置，以等價于折射率no＝1.65和ne＝1.50。根據0th階EMT公式的相位延遲曲線被繪為“EMT現有技術”軌跡。然而，獨立式NCP的另一個實施例涉及將所需的相位延遲分離成兩個分離的FBAR堆113和114，涂覆在一個玻璃襯底110的相對表面上，如圖27所示。再次地，提供AR層111和112以減少反射。或者，形成的雙折射堆可以被加入到AR涂層中，如圖23和24所示。徑向對稱的C-板相位延遲，如一個FBAR堆所給出的，可以被線性疊加。相應地，多個涂覆在多個襯底上的FBAR堆，可以平行地層疊，沒有任何相對的方位角方向限制。還有，c-板微調相位延遲器可以在反射成像儀的單面上被層疊，或設置在一個透射成像儀的一面或相對面上。通過將一個微調相位延遲器加入到一個基于偏振的顯示系統中，全范圍的對比度增加只有在加入IPR和OPR補償兩者的條件下才能實現。一種在聚合物IPR補償中正在出現的趨勢是在一個LPP排列層上使用一個旋轉涂布的LCP；盡管如此，由于缺乏與該旋轉涂覆方法相兼容的負雙折射LCP堆，不允許在離軸照明處對成像儀進行全補償。通過將FBAR堆結合到一個LCP/LPP層序列中，得到了一個全功能的A-板/負C-板(AP/NCP)微調相位延遲器，該微調相位延遲器補償成像儀IPR并且增強顯示系統的視野。該LCP/LPP結構的C成分被確定，并且在FBAR堆的最終設計中被考慮在內，以確保提供所需的補償。在圖28中示出了一個加入了一個FBAR堆的AP/NCP微調相位延遲器的優選實施例，并且包括一系列的具有交替變化的折射率的層，成為形成的雙折射堆203，折射率必須與AR層201和202匹配，被設置在一個玻璃襯底200的一面上。或者，形成的雙折射堆可以被加入到AR涂層，如圖23和24所示。在所述玻璃襯底200的相對一面上，設有一個類似的層堆204，以提供IPR。或者，該宏觀雙折射元件204可以由一個LCP/LPP層序列所組成。這個或這些LCP層可以對準其LC導向器平面，或相對于襯底傾斜(即，a-板或o-板單軸結構)，只要是得到的結構具有一個同平面的相位延遲成分即可。理想地，該IPR元件204由AR堆205和206所涂覆，以減少反射。在微調相位延遲器的應用中，聚合物并不理想，例如，在高光通量顯示系統中，該IPR元件可以由任何電介質材料組成。在這種情況下，該FBAR結構可以被涂覆在襯底的相對的一面上，或作為一個附加的多層電介質涂層，被涂覆在電介質的a-或o-板相位延遲元件之上。參照圖29，一個形成的雙折射元件213和一個IPR元件214，可以是與一個同平面的雙折射體對準的正的單軸聚合物介質，即，或者是o-板結構，或者是a-板結構，被涂覆在一個襯底210的單面上。元件213和214的安排可以是相反的，以使該制造過程更加容易。優選地，該雙折射元件213和214也可以由AR層211，212，215和216所涂覆，以減少界面反射。被加入到一個全功能AP/NCP微調相位延遲器中的FBAR堆213，被用來抵消來自微調相位延遲器自身，以及來自成像儀板的OPR的任何正的c-板(PCP)相位延遲成分。結合有多個FBAR堆和多個IPR元件的AP/NCP微調相位延遲器的另一個實施例如圖30到33所示。這些實施例當需要多于一個的FBAR堆和多于一個的IPR時尤其有用，但是兩個相位延遲器元件不能順序地涂覆在另一個之上。在圖30中，一個IPR元件300，如LPP結構上的一個LCP，和一個FBAR堆301通過環氧層302被組合在一起。該IPR元件300是一個集成的分組件，由一個玻璃襯底303，AR涂層304a和304b，和一種雙折射介質305所組成。該FBAR分組件301包括了一個玻璃襯底306，AR涂層307a和307b，和一系列的折射率#1和#2交替變化的電介質層308。或者，形成的雙折射堆可以被加入到AR涂層中，如圖23和24所示。該層迭的微調相位延遲器結構的優點是可以混合及匹配FBAR涂覆的蓋玻璃的分組件。例如，IPR元件300可以是在整個可見光波段上的通用設計，并且取決于在投影光引擎中所選擇使用的顏色波段，但該FBAR分組件301可以被確定為紅色，藍色或綠色設計。由于FBAR c-板相位延遲在整個可見光波段范圍上的高度色散性，可互換的FBAR分組件使得設計和組裝過程更為容易。非集成的AP/NCP微調相位延遲器結構的其他變化涉及將IPR/FBAR分組件310與一個FBAR涂覆的蓋玻璃311相層迭，其間設有一個粘附層312，如圖31所示。該IPR/FBAR分組件310，與圖28的相類似，包括一個玻璃襯底313，所述玻璃襯底313在一面上具有交替變化的電介質層堆315，在相對一面上具有一個IPR元件316。AR涂層314a，314b和314被施加在材料的界面處。該FBAR分組件311，類似于圖5，包括一個玻璃襯底317，其上涂覆有一個交替變化的電介質層堆319。如通常的方式，AR涂層318a和318b被施加在材料界面處。或者，形成的雙折射堆可以被加入到AR涂層中，如圖23和24所示。參照圖32，一個IPR分組件320和一個IPR/FBAR分組件321通過一個合適的粘附層322被層迭在一起。所述IPR分組件320包括一個涂覆有AR涂層324a和324b的玻璃襯底323，并且其上設置有一個IPR元件325。如上，所述IPR/FBAR分組件321包括一個玻璃襯底326，其一面上有一個交替變化的電介質層堆328，相對的一面有一個IPR元件329。AR涂層327a，327b和327c被施加在材料界面處。或者，形成的雙折射堆可以被加入到AR涂層中，如圖23和24所示。一對對稱的IPR/FBAR分組件330和331如圖33所示。第一IPR/FBAR分組件330包括一個玻璃襯底333，其一面上帶有一個交替變化的電介質層堆335，相對的一面帶有一個IPR元件336。AR涂層334a，334b和334c被施加在材料界面處。或者，形成的雙折射堆可以被加入到AR涂層中，如圖23和24所示。第二IPR/FBAR分組件331包括一個玻璃襯底337，其一面上帶有一個交替變化的電介質層堆335，相對的一面帶有一個IPR元件338。AR涂層339a，339b和339c被施加在材料界面處。或者，形成的雙折射堆可以被加入到AR涂層中，如圖23和24所示。上述所有分組件結構具有這樣的基本結構，在一個玻璃襯底的一面或雙面上帶有一系列電介質或聚合物層，并且優選地包括AR功能層。非常重要的是，一個用于VAN模式和一個TN模式的LCOS成像儀的微調相位延遲器中加入了IPR和NCP兩種相位延遲部件。如果IPR元件通過LCP/LPP層迭結構來實現，可以有機會通過將兩個或多個a-板元件，或兩個或多個o-板元件的慢軸十字交叉來實現NCP功能。通過將主要的軸十字交叉，元件的同平面相位延遲成分的差異表現為凈同平面相位延遲；同平面的相位延遲成分的通用數值成為負的c-板成分；并且所有正的出平面相位延遲成分相加作為正的凈c-板相位延遲。參照圖34，一個聚合體相位延遲器204包括三層LCP材料2042，2043和2044，每層均與一個LPP材料薄層2041相結合。這些LCP層2042到2044的傾斜線可以是均勻的，如a-板，或者它們可以被展曲(splay)成o-板。層2042和2043可以以鏡像傾斜的方式來構成，以模擬單通道中的pi-cell效應，因而具有有效的同平面相位延遲器軸，所述軸位于圖平面內(LC導向器沿垂直方向的投影)。如果這些層2042和2043的傾斜線是相似的或對稱的，則同平面相位延遲成分的凈值正比于厚度總和(da+db)。第三LCP層2044被設置在LCP/LPP堆(即層2042和2043)之上，但有效的同平面相位延遲器軸垂直于圖平面(LC導向器沿水平方向的投影)。因此，如果傾斜線具有相同的有效值，該a-板成分的凈值由|da+db-dc|*Δn(有效同平面)得出。NCP數值是(da+db)和dc之中的較小者，被Δn(有效同平面)相乘；正的c-板成分由(da+db+dc)*Δn(有效出平面)得出。因此，多層O-板結構不適合用來產生凈NCP效應。必須使用兩層或更多層的a-板元件來生成一個具有AP/NCP功能要求的微調相位延遲器。比使用多層o-板結構204更好的是，如圖28中所示，可以使用一個FBAR堆來抵消得到的正的c-板成分。由FBAR堆提供的NCP是徑向對稱的，而對于交叉軸a-板或o-板元件并不是這樣。由于出現了兩個同平面相位延遲器軸，沿軸和離軸的離軸效應是非常不同的。一般來說，可以看出，相比于加有徑向對稱的NCP的AP/NCP微調相位延遲器，例如基于晶體的負單軸C-板，FBAR堆或雙向可伸展聚合體薄膜，一個結合有十字交叉軸a-板元件的AP/NCP微調相位延遲器大約提供一半的補償效率。由于缺乏效率，提供非聚合體IPR元件的偽零級晶片，可以更好地與一個FBAR堆集成。參照圖35，兩個晶體板元件404和405之間的寬度差提供了a-板成分。在微調相位延遲器的應用中，更需要一個慢的偽零級晶片，而不是一個真零級晶體波片。例如，為了在λ＝550nm時實現一個20nm的同平面相位延遲，一個單晶體石英需要有大約2μm厚，但是，所需的同平面相位延遲也可以通過將一個10μm板和一個12μm板十字相交而獲得，因而提供了一個-90nm的NCP成分。為了在可見光波段光譜內獲得幾百nm的NCP，可以在玻璃襯底400上，與薄晶體板404和405的相對的一面加上一個FBAR堆402。對于正向透射，FBAR堆402作為一個高效的AR涂層，并且對于離軸透射，FBAR堆402在傳播的兩個本征模式之間引入了相對的延遲。在材料界面處提供傳統的AR涂層401a，401b，403a和403b。或者，形成的雙折射堆可以被加入到AR涂層中，如圖23和24所示。在高性能的投影系統顯示器中，對比度要求可以是幾千比一。來自雙折射元件的反射光線由于不完美的外部AR涂層而獲得部分凈相位延遲。不完美的AR涂層由于將入射的線性偏振轉化成正交線性偏振成分而具有危害性，該成分與主要光束一道，通過一對十字交叉的偏光器-分析器裝置而在屏幕上成像。在簡單的被補償的微顯示器中，如圖1a和1b所示，至少有兩個多余的微調相位延遲器和顯示板的AR-涂覆的表面，每個表面相向，可以通過將微調相位延遲器組件做成LCOS或xLCD的背/蓋玻璃板的一部分而去除。一個集成的微調相位延遲器和LCOS顯示板蓋玻璃如圖36所示。一個完整的AP/NCP微調相位延遲器分組件，類似于圖29所示的組件，包括了設置在玻璃襯底500的一面上的一個FBAR堆502和一個聚合體或電介質IPR元件503，其間帶有合適的AR涂覆層501a，501b和501c。或者，形成的雙折射堆可以被加入到AR涂層中，如圖23和圖24中所示。該玻璃襯底500形成一個帶有頂層金屬反射器505的LC單元間隙506，被設置在一個硅底面(襯底)504頂部之上。
該LC單元組件的完成是通過排列層507，例如，聚合體或間接蒸發的無機層，和前面的透明導電性電極508，如氧化銦錫(ITO)，來實現的。
權利要求
1.一種偏振控制裝置，用于提供所需量的相位延遲，以補償在一個液晶(LC)顯示屏中的介于0納米和1000納米之間的預先確定的量的出平面相位延遲，該液晶顯示屏具有出平面(out of plane)的尋常折射率和非常折射率，所述偏振控制裝置包括一個具有一種折射率的襯底；一個設置在所述襯底上的形成的雙折射多層電介質(FB)堆，所述FB堆包括一個具有第一折射率和第一光學厚度的第一多層；和一個具有第二折射率和第二光學厚度的第二多層，所述第二多層與所述第一多層交替設置，確定了有效的出平面尋常折射率和非常折射率；并且第一和第二抗反射(AR)涂層，位于大氣環境和所述裝置之間的界面上，用于降低來自所述界面的反射量；其中，所述第一和第二光學厚度是在中心波長的1/120到1/16之間，得到一個一維光柵結構，形成了一個用于補償來自所述LC顯示屏和來自所述AR涂層的出平面相位延遲的一個-C板；其中，第一和第二折射率之差大于0.5，以增大有效折射率和減少所需FB堆的寬度。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述FB堆的有效折射率大于所述LC顯示屏的相應折射率，由此，所述FB堆的相位延遲大于所述LC顯示屏的相位延遲，以提供所需的相位延遲。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述第一多層的每一層的第一物理厚度基本上與所述第二多層的每一層的第二物理厚度相同，以將相位延遲最大化。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述形成的雙折射堆形成一個第一四分之一波片結構，其中，所述第一四分之一波片結構具有有效的折射率，和一個能夠在一個波長范圍內快速變化的相位；其中，所述第一AR涂層包括第一二分之一波片結構，所述第一二分之一波片結構鄰近所述第一四分之一波片結構，具有大于有效折射率的折射率，所述第一二分之一波片結構包括多層交替設置的高折射率和低折射率的材料，以至少部分補償所述第一四分之一波片結構的快速變化的相位，所述第一二分之一波片結構提供了出平面相位延遲；和第二四分之一波片結構，所述第二四分之一波片結構鄰近所述第一二分之一波片結構，具有低于有效折射率的折射率，所述第二四分之一波片結構包括多層交替設置的高折射率和低折射率的材料，以至少部分補償所述第一四分之一波片結構的快速變化的相位，所述第二四分之一波片結構提供了出平面相位延遲；其中，所述第一四分之一波片結構，二分之一波片結構和第二四分之一波片結構組成了一個集成的抗反射涂層；和其中來自所述第一四分之一波片結構，第一二分之一波片結構和第二四分之一波片結構的出平面相位延遲量組合起來提供所需的相位延遲量。
5.根據權利要求1所述的裝置，還包括一個硅基液晶顯示屏，在光線穿過時既產生同平面也產生出平面的相位延遲，包含金屬反射器的離軸效應；其中，波長范圍在380納米到780納米之間；其中，所述FB堆補償來自LC顯示屏，AR涂層和金屬反射器的出平面相位延遲。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述形成的雙折射堆包括10到500個第一層，和10到500個第二層。
7.根據權利要求1所述的裝置，還包括一個第二雙折射多層電介質堆，所述第二雙折射多層電介質堆設置在所述襯底的一個相對的面上。
8.根據權利要求1所述的裝置，還包括一種第一雙折射材料，設置在所述襯底的一個相對的面上，或設置在所述第二四分之一波片結構上，在波長范圍內具有0.1納米和50納米之間的同平面相位延遲。
9.根據權利要求8所述的裝置，還包括一個第二襯底，用于支持所述第一雙折射材料，并且包括一種粘附劑，用于將所述第一雙折射材料疊加到所述第一襯底上。
10.根據權利要求9所述的裝置，還包括一個設置在所述第二襯底上的第二形成的雙折射多層電介質堆，形成一個-C板，所述-C板在波長范圍內具有0納米和-1000納米之間的相位延遲。
11.根據權利要求8所述的裝置，還包括一個設置在第二襯底上的第二雙折射材料，所述第二雙折射材料在波長范圍內具有0.1納米和50納米之間的同平面相位延遲，其中，所述第二雙折射材料或所述第二襯底通過一種粘附劑被設置在所述第一襯底，所述第一雙折射材料或所述第一形成的雙折射堆上。
12.根據權利要求11所述的裝置，還包括一個設置在所述第二襯底上的第二形成的雙折射多層電介質堆，形成一個-C板，所述-C板在波長范圍內具有0納米和-1000納米之間的相位延遲。
13.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第一雙折射材料包括一個雙折射多層，所述雙折射多層包括至少一層成像液晶聚合物(LCP)，和至少一層紫外定向的線性成像液晶聚合物(LPP)，所述LPP層排列于至少一個LCP層。
14.根據權利要求13所述的裝置，其特征在于，一個所述LCP層的一個有效的同平面相位延遲軸垂直于其他LCP層的有效的同平面相位延遲軸，從而形成了一個-C板，所述-C板在波長范圍內具有介于0納米和-1000納米之間的出平面相位延遲。
15.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，所述第一雙折射材料包括一種或多種雙折射晶體。
16.根據權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述第一雙折射材料包括具有互相垂直的同平面快軸的第一和第二雙折射晶體，由此提供一個由所述第一和第二雙折射晶體的同平面色散差所確定的有效同平面色散，并由此提供了在波長范圍內的介于0納米和-1000納米之間的出平面相位延遲。
17.一個硅基液晶顯示屏組件，包括一個硅基液晶顯示屏，在光線穿過時既產生同平面，也產生出平面殘余雙折射；一個A板，在380納米到780納米之間的波長范圍內具有介于0.1納米和50納米之間的同平面相位延遲，確定了一個用于補償所述液晶顯示屏的同平面殘余雙折射的中心波長；一個支持A板的襯底；和一個由襯底支持的-C板，在380納米和780納米之間的波長范圍內具有介于0納米和-1000納米之間的出平面相位延遲，以補償所述液晶顯示屏的出平面殘余雙折射，由來自空氣/襯底界面的離軸反射所引起的出平面相位延遲，和由其自身和所述A板引起的出平面相位延遲；其中，所述-C板包括第一形成的雙折射多層電介質堆，所述第一形成的雙折射多層電介質堆包括一個具有第一折射率和第一光學厚度的第一多層；和一個具有第二折射率和第二光學厚度的第二多層，所述第二多層與所述第一多層交替設置；其中，所述第一和第二光學厚度小于中心波長，形成一個一維光柵結構。
18.根據權利要求17所述的組件，其特征在于，所述FB堆的有效折射率大于所述LC顯示屏的相應折射率，由此，所述FB堆的相位延遲大于所述LC顯示屏的相位延遲，以提供所需的相位延遲。
19.根據權利要求17所述的組件，其特征在于，所述形成的雙折射堆形成一個第一四分之一波片結構，其中，所述第一四分之一波片結構具有有效的折射率，和一個能夠在一個波長范圍內快速變化的相位；所述組件還包括第一二分之一波片結構，所述第一二分之一波片結構鄰近所述第一四分之一波片結構，具有大于有效折射率的折射率，所述第一二分之一波片結構包括多層交替設置的高折射率和低折射率的材料，以至少部分補償所述第一四分之一波片結構的快速變化的相位，所述第一二分之一波片結構提供了出平面相位延遲；和第二四分之一波片結構，所述第二四分之一波片結構鄰近所述第一二分之一波片結構，具有低于有效折射率的折射率，所述第二四分之一波片結構包括多層交替設置的高折射率和低折射率的材料，以至少部分補償所述第一四分之一波片結構的快速變化的相位，所述第二四分之一波片結構提供了出平面相位延遲；其中，所述第一四分之一波片結構，二分之一波片結構和第二四分之一波片結構組成了一個集成的抗反射涂層；和其中來自所述第一四分之一波片結構，第一二分之一波片結構和第二四分之一波片結構的出平面相位延遲量組合起來提供所需的相位延遲量。
20.根據權利要求17所述的組件，其特征在于，所述A板包括一個雙折射多層，所述雙折射多層包括至少一個成像液晶聚合物(LCP)多層，和至少一層紫外定向的線性成像液晶聚合物(LPP)，所述LPP層排列于至少一個LCP層；并且，其中所述LCP層的其中一層的有效的同平面相位延遲軸垂直于其他LCP層的有效的同平面相位延遲軸，以提供額外的出平面補償。
全文摘要
本發明涉及微調相位延遲器，用于補償由液晶顯示屏所產生的殘余雙折射。本發明尤其涉及一種具有負的出平面雙折射的微調相位延遲器，所述負的出平面雙折射由一個形成的雙折射多層電介質堆所提供，用于補償由硅基液晶顯示屏所產生的相位延遲。
文檔編號G02B5/30GK1661420SQ20041009717
公開日2005年8月31日 申請日期2004年12月13日 優先權日2003年12月11日
發明者金·列儂·譚, 凱瑞·丹尼斯·亨德里克斯, 邁克斯·杜利, 查爾斯·安迪·赫爾斯 申請人:Jds尤尼弗思公司