(57)【要約】  ＬＣｏＳプロジェクションシステムは、出力変調ポートと、光変調パネルと、出力変調ポートおよび光変調パネル間に２軸補償素子と、を有する形態複屈折型偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を提供する。１実施形態においては、２軸補償素子は２軸の１／４波長板である。別の実施形態においては、２軸補償素子は、１軸の１／４波長板と、２軸トリム・リターダとを含む。２軸補償素子の利用によりコントラスト性能が向上する。【選択図】  図６Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロジェクションシステム用の光変調サブシステムであって、
形態複屈折材料を有する反射性／透過性インタフェースと、少なくとも１つの変調ポートと、を有するビーム分割・合成素子と、
光変調パネルと、
１軸の１／４波長板と、
２軸トリム・リターダと、を備え、
前記２軸トリム・リターダは、前記１軸の１／４波長板と前記光変調パネルとの間に配設され、
前記１軸の１／４波長板は、前記変調ポートと前記２軸トリム・リターダとの間に配設される、光変調サブシステム。
【請求項２】
前記ビーム分割・合成素子は、形態複屈折型偏光ビームスプリッタである、請求項１に記載の光変調サブシステム。
【請求項３】
前記光変調パネルは、ＬＣｏＳ（エルコス）パネルを含む、請求項１に記載の光変調サブシステム。
【請求項４】
前記形態複屈折材料において、高屈折率ポリマー１／４波長板および低屈折率ポリマー１／４波長板が交互に積層されている、請求項１に記載の光変調サブシステム。
【請求項５】
前記２軸トリム・リターダの面内遅延（Ｒ０）は４ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である、請求項１に記載の光変調サブシステム。
【請求項６】
前記２軸トリム・リターダの面外遅延（Ｒｔｈ）は１５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲である、請求項１に記載の光変調サブシステム。
【請求項７】
前記１軸の１／４波長板と前記２軸トリム・リターダとは共にラミネートされている、請求項１に記載の光変調サブシステム。
【請求項８】
プロジェクションシステム用の光変調サブシステムであって、
形態複屈折材料を有する反射性／透過性インタフェースと、少なくとも１つの変調ポートと、を有するビーム分割・合成素子と、
光変調パネルと、
前記変調ポートと前記光変調パネルとの間に配設された２軸の１／４波長板と、を備える、光変調サブシステム。
【請求項９】
前記ビーム分割・合成素子は、形態複屈折型偏光ビームスプリッタである、請求項８に記載の光変調サブシステム。
【請求項１０】
前記光変調パネルは、ＬＣｏＳ（エルコス）パネルを含む、請求項８に記載の光変調サブシステム。
【請求項１１】
前記形態複屈折材料において、高屈折率ポリマー１／４波長板および低屈折率ポリマー１／４波長板が交互に積層されている、請求項８に記載の光変調サブシステム。
【請求項１２】
前記２軸の１／４波長板の面内遅延（Ｒ０）は４ｎｍ〜３０ｎｍの範囲である、請求項８に記載の光変調サブシステム。
【請求項１３】
前記２軸の１／４波長板の面外遅延（Ｒｔｈ）は１５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲である、請求項８に記載の光変調サブシステム。
【請求項１４】
前記２軸の１／４波長板は、２方向に延伸されたポリカーボネート材料を含む、請求項８に記載の光変調サブシステム。
【請求項１５】
プロジェクションシステムであって、
第１、第２、および第３の光変調サブシステムと、
前記第１、第２、および第３の光変調サブシステムからの変調光を合成する集光素子と、を備え、
前記第１、第２、および第３の光変調サブシステムの各々は、
出力変調ポートを有する形態複屈折型偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、
光変調パネルと、
前記出力変調ポートと前記光変調パネルとの間の２軸補償素子と、を有する、プロジェクションシステム。
【請求項１６】
前記２軸補償素子は、１軸の１／４波長板と、２軸トリム・リターダとを含む、請求項１５に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１７】
前記２軸トリム・リターダは、前記１軸の１／４波長板と前記光変調パネルとの間に配設され、
前記１軸の１／４波長板は、前記変調ポートと前記２軸トリム・リターダとの間に配設される、請求項１６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１８】
前記２軸トリム・リターダの面内遅延（Ｒ０）は４ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であり、
前記２軸の１／４波長板の面外遅延（Ｒｔｈ）は１５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲である、請求項１６に記載のプロジェクションシステム。
【請求項１９】
前記２軸補償素子は、２軸の１／４波長板を含む、請求項１５に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２０】
前記形態複屈折型ＰＢＳは、反射性／透過性インタフェースを含み、
前記反射性／透過性インタフェースにおいて、高屈折率ポリマー１／４波長板および低屈折率ポリマー１／４波長板が交互に積層されている、請求項１５に記載のプロジェクションシステム。
【請求項２１】
前記反射型の光変調パネルは、ＬＣｏＳ（エルコス）パネルを含む、請求項１５に記載のプロジェクションシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本願は、８／１／０６提出の「Compensation schemes for LCoS systems using form birefringent polarization beam splitters (PBS)」なる名称の米国仮特許出願番号第６０／８２１，１００の優先権を主張しており、この仮特許出願の内容を参照としてここに組み込む。
【技術分野】
【０００２】
開示される実施形態は、概して、液晶（ＬＣ）ディスプレイシステムに利用する光学デバイスに係り、より詳しくは、形態複屈折型偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を用いたエルコス（ＬＣｏＳ）プロジェクションシステムの補償スキームに係る。
【背景技術】
【０００３】
液晶ディスプレイベースのフロントプロジェクションシステムおよびリアプロジェクションシステムはその卓越した解像度により高精細（ＨＤ）３次元ビデオアプリケーションに対する大きな可能性を秘めている。プロジェクションシステムにおいてコントラストは重要な性能上の仕様とみなされている、というのもコントラストが真のグレイスケールレベルおよび色忠実度に最終的に影響を持つからである。プロジェクションシステムにおける課題は、光変調システム内で僅かな偏光解消効果があったとしても許容可能なシステムコントラストを如何に達成するか、ということである。
【０００４】
形態複屈折型ＰＢＳは代替のＰＢＳ技術に比して幾らも利点があるので、光変調システムにおいて用いられて功を奏している。例えば、従来のＭｃＮｅｉｌｌｅ  ＰＢＳと比べて、形態複屈折型ＰＢＳは、ｆ／＃オペレーションが低く、高い透過性を有し、形状効果が最小限であるので、より高いコントラストを提供できる。
【０００５】
通常、形態複屈折型ＰＢＳは、第１の直線偏光を透過し、それに直交する第２の直線偏光を反射する透過／反射インタフェースを有する。通常、この透過／反射インタフェースは、高屈折率および低屈折率が交互する多数のポリマー１／４波長板から形成される。このような異方性材料の多層構造は、２つの直交する偏光用に互いに異なる波長に集光する透過／反射スペクトル帯を有する。多層複屈折型立方体（multilayer birefringent cube）としても公知である形態複屈折型ＰＢＳのより詳しい説明については、M. Robinson, J.Chen and G.Sharp, POLARIZATION ENGINEERING FOR LCD PROJECTION 97-98 (Wiley & Sons 2005) （以下、POLARIZATION ENGINEERINGと称する）にもなされており、これをあらゆる目的でここに参照として組み込む。ポリマー１／４波長板は、２枚のバルクガラスプリズムに挟まれている。ポリマー１／４波長板は、マクニール型のＰＢＳが呈するスキューレイ効果がないデカルト偏光子（Cartesian polarizer）として機能する（POLARIZATION ENGINEERING、９４〜９６ページ参照のこと）。
【０００６】
これらの利点にも関わらず、ポリマー層およびその周りの低屈折率ガラスの両方において、応力に起因する複屈折が引き起こす性能上の課題が依然としてある。これらの課題は、固有のまたは誘発された複屈折いずれもが光の偏光状態を変質させて、とりわけ低質なシステムコントラストおよび不均一な画質などの不均一なシステム性能特性が生じる関係で生じる。
【０００７】
ＰＢＳに誘発された複屈折は、幾らかの条件から生じうる。第１の条件は、ガラス形成による内部応力である。第２の条件は、ガラス部材の接着および搭載を、応力を最小限に抑えるように注意して行う必要があることである。第３の条件は、熱が誘発する複屈折が、注意深いシステムの熱管理により制御される必要があることである。誘発された複屈折は、温度勾配および材料間の熱係数が不整合であることに起因してガラスが不均一膨張することによっても引き起こされる可能性がある。これら熱による影響の度合いは、ガラスの光弾性定数だけでなく、吸収、熱膨張係数、およびヤング率にも関連する。
【０００８】
さらに、ＬＣｏＳまたは他のＬＣパネルを利用するプロジェクションディスプレイにおいては、十分なコントラスト性能を達成すべく、残留する、ＯＦＦ状態のパネル遅延特性を補償する必要がある、というのも残留する面内遅延が入射光線に働くと、偏光混合が引き起こされてＯＦＦ状態のリークに繋がることがあるからである。このリークは、しばしばカラーでない輝度の高い暗状態（bright dark-state）として現れることがある。暗いビデオコンテンツを表示する際、このようなリークは非常によく目立ち望ましくない。パネルの前面に複屈折素子を設けることで、ＬＣパネルに残留するＯＦＦ状態の遅延を取り除くことができる、または少なくともその悪影響を取り除くことができることが、Xiang-Dong Miによる米国特許出願公開番号第２００３／０１２８３２０、および同一出願人による米国特許出願番号第１０／９０８，６７１にM. Robinsonにより開示されており、これらを参照によりここに組み込む。別の従来のコントラスト向上方法のなかには、１軸の１／４波長板（ＱＷＰ）を利用するものもある。
【０００９】
上述した形態複屈折型ＰＢＳを利用する際のシステムコントラストの課題に鑑みて、これら課題を解決できる補償スキームの提供が望まれている。
【発明の概要】
【００１０】
概して、ＬＣｏＳプロジェクションシステムは、出力変調ポートと、光変調パネルと、出力変調ポートおよび光変調パネルの間に２軸補償素子と、を有する形態複屈折型偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を含む少なくとも１つの光変調サブシステムを提供する。１実施形態においては、２軸補償素子は２軸の１／４波長板である。別の実施形態においては、２軸補償素子は、１軸の１／４波長板と、２軸トリム・リターダとを含む。
【００１１】
一側面においては、プロジェクションシステム用の光変調サブシステムは、ビーム分割・合成素子と、光変調パネルと、１軸の１／４波長板と、２軸トリム・リターダと、を備える。ビーム分割・合成素子は、形態複屈折材料を有する反射性／透過性インタフェースと、少なくとも１つの変調ポートと、を有する。この側面では、２軸トリム・リターダは、１軸の１／４波長板と光変調パネルとの間に配設され、１軸の１／４波長板は、変調ポートと２軸トリム・リターダとの間に配設される。
【００１２】
別の側面においては、プロジェクションシステム用の光変調サブシステムは、ビーム分割・合成素子と、光変調パネルと、２軸の１／４波長板と、を備える。ビーム分割・合成素子は、形態複屈折材料を有する反射性／透過性インタフェースと、少なくとも１つの変調ポートと、を有する。この側面では、２軸の１／４波長板は、変調ポートと光変調パネルとの間に配設される。
【００１３】
また別の側面においては、プロジェクションシステムは、第１、第２、および第３の光変調サブシステムと、第１、第２、および第３の光変調サブシステムからの変調光を合成する集光素子と、を備える。各光変調サブシステムは、出力変調ポートを有する形態複屈折型偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）と、光変調パネルと、出力変調ポートと変調パネルとの間の２軸補償素子とを含む。１実施形態においては、２軸補償素子は２軸の１／４波長板である。別の実施形態においては、２軸補償素子は、１軸の１／４波長板と、２軸トリム・リターダとを含む。
【００１４】
他の側面も、詳細な説明、添付図面、および添付請求項を参照することで明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本開示による形態複屈折型ＰＢＳ光学コアに基づく例示的なプロジェクションシステムアーキテクチャを示す概略図である。
【００１６】
【図２Ａ】ＰＢＳの公知の補償スキームを示す。
【００１７】
【図２Ｂ】本開示による、形態複屈折型ＰＢＳ  ＬＣｏＳプロジェクションシステム用の、２枚のリターダの補償スキームの概略図である。
【００１８】
【図２Ｃ】本開示による、形態複屈折型ＰＢＳ  ＬＣｏＳプロジェクションシステム用の、単一の２軸ＱＷＰ補償スキームの概略図である。
【００１９】
【図３Ａ】本開示による、ＱＷＰを有さない透過モードのＬＣｏＳ変調システムの光学モデルの展開概略図である。
【００２０】
【図３Ｂ】本開示による、ＱＷＰを有する透過モードのＬＣｏＳ変調システムの光学モデルの展開概略図である。
【００２１】
【図４】本開示による、ＰＢＳガラスの複屈折による、ＱＷＰのリーク抑制効果を示すグラフである。
【００２２】
【図５】本開示による、様々な補償スキームのコントラスト向上を検証する試験装置の概略図である。
【００２３】
【図６Ａ】本開示による、形態複屈折型ＰＢＳ  ＬＣｏＳプロジェクションシステム用の、２枚の波長板を利用する補償スキームの例示的構成の概略図である。
【００２４】
【図６Ｂ】本開示による、形態複屈折型ＰＢＳ  ＬＣｏＳプロジェクションシステム用の、１枚のリターダを利用する補償スキームの例示的構成の概略図である。
【００２５】
【図７】本開示による、位相差板の複屈折を屈折率楕円体として示す３次元概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
上述の課題その他に対処することのできるＬＣＯＳ／形態複屈折型ＰＢＳ変調システムを用いるプロジェクションシステム用補償器の様々な実施形態を開示する。ＬＣパネルの投影率（projected index）およびＰＢＳガラスの複屈折は、補償器の面内遅延コンポーネント（Ｒ０）および面外遅延コンポーネント（Ｒｔｈ）により補償される。
【００２７】
様々な実施形態において、ＬＣｏＳ／形態複屈折型プロジェクションシステムの補償スキームでは、複屈折を補償するのに２軸板補償器（biaxial film compensator）が利用される。上述のように、ＰＢＳのプリズムに利用される低屈折率ガラスによって、応力および熱により誘導された複屈折が生じ、スクリーンの画質が不均一になる。この現象に関しては、例えば、POLARIZATION ENGINEERING、ｐ．１０１〜１０２を参照のこと。通常、このような複屈折は不均一であり、これを最小限に留めて均一な高画質画像を達成することが望ましい。ガラスからの僅かな複屈折を完全除去とは言わないまでも、減少させる１つの方法として、光学軸がＰＢＳに位置合わせされた１／４相差板（ＱＷＰ）を利用するものがある。
【００２８】
図１は、形態複屈折型ＰＢＳ光学コアに基づく例示的なプロジェクションシステム１００のアーキテクチャを示す。概してプロジェクションシステム１００は、第１、第２、第３の光変調サブシステム１２５、１３５、１４５を含む。各光変調サブシステム１２５、１３５、１４５は、概して、出力変調ポートと、エルコス（ＬＣｏＳ）変調パネルと、該出力変調ポートおよび該ＬＣｏＳ変調パネル間に２軸補償素子と、を有する形態複屈折型偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）を含む。二色性のｘ立方体１５０は、第１、第２、第３の光変調サブシステム１２５、１３５、１４５からの各変調光を合成する機能を有する集光素子である。プロジェクションレンズ１６０は、変調光１７０をプロジェクションスクリーン（不図示）に導いてよい。
【００２９】
動作においては、ランプ１０２が光を生成して、レンズアレイ１０４を介しＰＢＳアレイ１０６および１０８へと送ることで、コリメート光１０５が提供される。このコリメート光１０５は二色性ミラー１１0へと導かれ、そこで赤色／緑色の光成分が透過され、青色の光成分が反射される。透過光パスに続いて、二色性ミラー１１２が赤色の光成分を第１の光変調サブシステム１２５に向けて透過させ、緑色の光成分を第２の光変調サブシステム１３５に向けて反射する。レンズ１１４、ミラー１１６およびレンズ１１８を透過した青色の光成分は、第３の光変調サブシステム１４５へと導かれる。一般的に、例えば光変調サブシステム１２５は、図示のように、形態複屈折型ＰＢＳ１２０、レンズ１２２、および入力ポートに配されたクリーンアップ偏光子１２４を含み、且つ、ＰＢＳ１２０の出力変調ポートと光変調パネル１２６（ＬＣｏＳパネル）との間に配された補償素子１２８を含む。各光変調サブシステム１２５、１３５、１４５は、同様のデザインであっても、それらが補償する特定の色範囲に対して最適化されていてもよい。光変調サブシステムのさらなる説明、および上述の課題に対処する様々な実施形態を、図２Ａおよび２Ｂを参照しながら以下に記す。
【００３０】
例示的なプロジェクションシステム１００が記載されているが、これは制限的でない１例に過ぎない。形態複屈折型ＰＢＳを利用するＬＣｏＳプロジェクションシステムの補償スキームに関する本開示内の教示を、該形態複屈折型ＰＢＳおよびＬＣｏＳ光変調パネルを利用するプロジェクションシステムアーキテクチャの他の例にも応用できることは当業者には明らかである。
【００３１】
図２Ａは、ＰＢＳ２０２の公知の補償スキーム２００を示す。本スキームでは、１軸ＱＷＰ２０６がＰＢＳ２０２の出力ポート２０８とＬＣｏＳパネル２０４との間に配設されている。１軸ＱＷＰは、ＰＢＳ２０２の複屈折によるリークを抑えるために設けられている。１軸ＱＷＰ２０６の光学軸はＰＢＳ２０２と実質的に位置合わせされるべきである。この公知のスキーム２００の欠点は、１軸ＱＷＰ２０６の性能が、ＱＷＰ２０６のＰＢＳ２０２の偏光軸に対する位置合わせの具合に依っていることである。つまり位置合わせが不良な場合、性能が劣化する。１軸ＱＷＰ２０６のみではこの位置合わせに対して非常に敏感になる。さらに、この構成では、ＬＣｏＳパネル２０４上の視角（ＦｏＶ）補償効果（もしあればであるが）も悪い。
【００３２】
図２Ｂは、補償性能がこれよりも優れた第１実施形態の補償サブシステム２１０を示す。補償サブシステム２１０は、形態複屈折型ＰＢＳ  ＬＣｏＳプロジェクションシステムに２枚のリターダを有する補償スキームを提供する。図２Ｂの２つのリターダを有する補償スキームでは、１軸ＱＷＰ２１８と２軸トリム・リターダ２１５とが、形態複屈折型ＰＢＳ２１２の出力ポート２１３と、ＬＣｏＳパネル２１６との間に配設されている。１軸ＱＷＰ２１８は、ＰＢＳ２１２の複屈折からのリークを低減し、２軸トリム・リターダ２１５の補償によりＬＣｏＳパネル２１６のＦｏＶが向上する。２軸トリム・リターダ２１５は、図２Ａを参照して示したＱＷＰ／ＰＢＳ角度依存の課題に対処している。故に、トリム・リターダによれば、光学コンポーネント２１５、２１８の位置合わせはあまり重要ではなくなり、これにより製造許容差が増し、同時に、光学システム性能の向上にも貢献する。コストを低減すべく、１軸ＱＷＰ２１８およびトリム・リターダ２１５は、例えば２枚の板をラミネートすること等で、単一のコンポーネントとして組み込まれてもよい。
【００３３】
図２Ｃに配置を示す形態複屈折型ＰＢＳ２２２の補償スキームである第２実施形態の補償サブシステム２２０では、１軸ＱＷＰおよびトリム・リターダの機能は、変調ポート２２３と光変調パネル２２６との間に配置された単一の２軸ＱＷＰ２２４として組み合わせられてもよい。
【００３４】
図２Ｂおよび２Ｃに関する光学システムの様々な実施形態およびその変形例においては、トリム・リターダは２軸リターダであり、面内遅延（Ｒ０）が４ｎｍ〜３０ｎｍの範囲であり、面外遅延（Ｒｔｈ）が１５０ｎｍ〜３００ｎｍの範囲である。面外遅延（Ｒｔｈ）がＬＣのＯＦＦ状態複屈折の大半を補償する。面内遅延（Ｒ０）および面外遅延（Ｒｔｈ）のさらなる説明は図７を参照しながら示す。
【００３５】
図３Ａは、ＱＷＰを有さない透過モードのＬＣｏＳ変調システムの展開光学モデル３００であり、図３Ｂは、ＱＷＰを有する透過モードのＬＣｏＳ変調システムの展開光学モデル３５０を示す。ここでは正面光線（head-on ray）を考慮するので、ＬＣｏＳパネルは透過モードにおいて理想的なミラーであると考えられる。
【００３６】
図３Ａを参照すると、ＱＷＰを有さない光学モデル３００では、偏光３０２がプリズムを通過し（ブロック３０４で示す）、プリズムの複屈折が誘導するリークはδ（θ）である。ＬＣｏＳパネルで反射した後、光は再度プリズムを通過し（ブロック３０６で示す）、プリズムは戻ってくる経路でδ（θ）のリークを生じ、これは部分的にｓ偏光からｐ偏光へと偏光の入射状態を変換する。
【００３７】
図３Ｂを参照すると、光はさらに（ブロック３５２で示す）、ＬＣｏＳパネルに向かう外方向の経路、および戻ってくる経路において（ブロック３５８）、１／４波長板を通過する（ブロック３５４で示す）。POLARIZATION ENGINEERINGのＰ．６４から公知なように、複屈折媒体内を伝播する光は、２つのノーマルモードの線形重ね合わせ（linear superposition）として考えられる場合がある。故に、ＱＷＰを有す場合（式１のIleakage(withQWP)）およびＱＷＰを有さない場合（式１のIleakage(withoutQWP)）、プリズムδ（θ）からの複屈折が生じるリークは、Ｊｏｎｅｓ行列法により算出することができる（POLARIZATION ENGINEERINGのＰ．６４〜６８参照、これを参照として組み込む）。
【数１】
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【００３８】
図４は、ｙ軸にリーク（％）を示し、ｘ軸にδ（θ）を示すグラフ４００である。グラフ４００から、ＱＷＰがガラスプリズムの複屈折特性に起因するリークを劇的に抑制できることが分かる。線４０２−４０８は、ＱＷＰがない場合（線４０２および４０６）においては、ＱＷＰがある場合（線４０４および４０８）に比べて、ＰＢＳガラスからの複屈折率によりリークがあまり抑制されないことを示している。故に、ＱＷＰは、システム性能を向上させて、ＰＢＳガラスの複屈折による画質の不均一をなくすのに有効なコンポーネントである。
【００３９】
図５は、様々な補償スキームとの比較において向上を検証する例示的な試験装置５００
を示す。試験装置５００は、白色光源５０２、狭帯域フィルタ５０４、レンズ５０６、５１０、５２８、照明減衰器５０８、クリーンアップ偏光子５１２、５２６、光検出器５３０、および電力計５３２を、図示の配置で含む。被試験装置は、ＬＣｏＳパネル５２４との間に補償素子５２２（１以上）を有する形態複屈折型ＰＢＳ５２０を含む。
【００４０】
動作において、白色光源５０２が生成した光が狭帯域フィルタ５０４を通過するが、この５５０ｎｍの半値全幅（ＦＷＨＷ）は１０ｎｍをとりうる。本例示的実施形態においては、照明減衰器５０８は、ｆ／＃２．５の孔を有してよい。一対のレンズ５０６、５１２により、フィルタされた光がクリーンアップ偏光子５１２へと導かれて、その後、形態複屈折型ＰＢＳ５２０の入力ポートを通過する。垂直配向型（ＶＡ）ＬＣｏＳパネル５２４、および赤色／緑色の形態複屈折型ＰＢＳ５２０を利用することができるが、他のＰＢＳおよび他の変調パネルの利用も可能であることは明らかである。形態複屈折型ＰＢＳ５２０の一例としては、３Ｍ  Ｖｉｋｕｉｔｉ（登録商標）ＰＢＳが挙げられる。形態複屈折型ＰＢＳ５２０の出力ポートには、クリーンアップ偏光子５２６が配置される。変調システムの出力から導かれてきた光を受光する光検出器５３０は電力計５３２に結合される。電力計５３２は、変調システムのコントラストを判断するのに利用されうる結果を提供する。
【００４１】
図２Ａ、２Ｂ、および２Ｃに示す例示的実施形態の試験結果を表１に示す。表１は、図５の試験装置を利用したコントラスト結果を示しており、単一の１軸ＱＷＰの公知の補償スキーム（例えば２Ａに示すもの）、トリム２軸補償器のみを利用するシステムコントラスト（例えば２Ｃに示すもの）、および２つのリターダを有する補償スキーム（ＱＷＰ／トリム２軸補償器）（例えば図２Ｂに示すもの）が含まれる。明らかに、図２Ｂの、２つのリターダを有する補償スキームを利用する例示的実施形態のコントラストが優れている。
【表１】
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【００４２】
表１：様々な補償スキームにおけるＬＣｏＳシステムのシステムコントラスト
【００４３】
システムコントラストは、ＱＷＰの配向（ｓまたはｐ）、トリム２軸補償器の配向（ｓまたはｐ）、および液晶パネルのプレチルト角にも左右される。好適な構成例を、図６Ａおよび６Ｂを参照して示す。
【００４４】
図６Ａは、図面のような配置の、ＬＣｏＳパネル６０８のプレチルト角が概ね形態複屈折型ＰＢＳ６０２の方向を向いた、２軸トリム・リターダ６０６の後にｓ配向の（図面に対して垂直）１軸ＱＷＰ６０４を含む変調サブシステム６００の一実施形態を示す。トリム２軸リターダ６０６の様々な配向が、コントラストに及ぼす影響は些細なものである。故に、ｓまたはｐいずれの配向でもよいが、本例においてはｓ方向に配向されている（図面に対して垂直な方向）。
【００４５】
図６Ｂは、図面のような配置の、ＬＣｏＳパネル６５６のプレチルト角が概ね形態複屈折型ＰＢＳ６５２の方向を向いた、ｓ配向の（図面に対して垂直）２軸ＱＷＰ６５４を含む変調サブシステム６５０の一実施形態を示す。これで分かるように、図６Ｂに示す単一の２軸ＱＷＰを有するスキームは、図６Ａの２枚のリターダを有するスキームの簡略版としてみることができる。変調サブシステムの様々な実施形態においては、ヘッドオン型の面内遅延値（Ｒ０）は、カラーバンドの波長に略等しくてよい。例えば、面内遅延（Ｒ０）は、青色チャネル、緑色チャネル、および赤色チャネルそれぞれにつき、〜４５０ｎｍ、〜５５０ｎｍ、および〜６２０ｎｍに等しくてよい。面外遅延（Ｒｔｈ）は、１５０ｎｍ〜３５０ｎｍの範囲であってよい。
【００４６】
図７は、屈折率楕円体７０２として遅延板の複屈折を示す３次元外略図７００である。概して、１以上の波長板を組み合わせて１つの補償器が形成されうる。任意の遅延板が、３つの屈折率ｎｘ、ｎｙ、ｎｚで一意に特徴付けられ、ｎｘ、ｎｙ、ｎｚは直交偏光軸により定義される。３つの軸を屈折率楕円体７０２で示す。
【００４７】
単一の２軸補償器（リターダ）における２つの重要なパラメータＲ０、Ｒｔｈは、以下のように定義される。
R0=(nx-ny)d
Rth=((nx+ny)/2-nz)d  (式２)
ここで、ｄはリターダの厚みを示し、ｎｘ、ｎｙ、ｎｚは、リターダのｘ、ｙ、およびｚ方向の屈折率をそれぞれ示す。ｚ方向は遅延板に対して垂直である。
【００４８】
簡単な１次元延伸では、略１軸の複屈折が光学特性に関して形成されることが知られている。例えば正の１軸延伸フィルムなどの幾らかの特殊な場合においては、２つの屈折率が略等しく（例えばｎｘ＞ｎｙ＝ｎｚ）、これらの材料で形成されたコンポーネントは、ｘ軸が材料面にある場合、ａ面と称される。ＬＣｏＳパネルの液晶分子は、通常、ｘ軸（光学軸）が分子配向方向に対して平行である正の１軸性を有する。負のｃ面は、ｎｘ＝ｎｙ＞ｎｚである１軸であり、ｚ軸がコンポーネントの面に対してノーマルである。
【００４９】
ごく最近においては、製造業者によりポリカーボネート（ＰＣ）の２次元（２Ｄ）延伸が開発された。これらリターダは、液晶コントラストおよびＦｏＶ向上要件への対処に適していると思われる。このより複雑な２Ｄ延伸は、せん断を含み、２軸性を呈する層を形成することができる。２軸性の度合いを制御することで、軸がずれた場合の性能を向上させることができる。軸がずれた場合の性能の向上度は、板の３つの直交する光学軸のうち２つ（ｎｘ、ｎｚ）を含む仮想面から見た場合の、２軸性の様々な度合いについて容易に算出することができる。２軸板の光学特性は、Ｎｚ＝（ｎｘ−ｎｚ）／（ｎｘ−ｎｙ）であるＮｚファクタにより特徴付けることができる。ここに参照として組み込むPOLARIZATION ENGINEERINGの第３章に記載されているように、この特定の入射面における遅延は、Ｎｚ＝０．５である際の一次角度（first order in angle）とは独立していることが証明されている。
【００５０】
遅延板の組み合わせを含む複合構造は、単一の複屈折層に近似することができることを理解されたい。例えば、適切に設計されたａ板およびｃ板の組み合わせは、単一の２軸板と略同様の性能特性を呈す。故に、本願において「補償器」または「２軸補償器」という用語は、このように振舞う単一のリターダおよび複合リターダを含む。
【００５１】
他の実施形態においては、ＱＷＰのネットヘッドオン複屈折を有する（ｎ＋１）ＱＷＰにｎＱＷＰがクロスしたものを利用することができる（ｎは整数である）。ｎＱＷＰは、ＰＢＳの面またはＬＣｏＳパネルの面の、いずれかに配設されてもよい。ここで利用されるｎＱＷＰは、単一のＱＷＰのｎ倍の遅延値を有する。整数ｎは１、２、３、４、…等であってよい。故にｎＱＷＰは、ｎ枚のＱＷＰを積層することで、または、ｎ倍のＱＷＰで単一の板を作成することで形成されうる。例えば、１／２波長板は２ＱＷＰであり、５５０ｎｍにおいて５５０ｎｍの全波長は４ＱＷＰである、等である。
【００５２】
本開示の原理に則る様々な実施形態を記載してきたが、これらが例示のみを目的としており、限定的ではないことについて理解されたい。故に、本発明の範囲は、上述の例示的実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、請求項および本開示から生じるそれらの均等物によってのみ定義されるべきである。さらに、実施形態について上述した利点または特徴は、これら利点のいずれかまたは全てを有するプロセスおよび構造に、請求項の適用を制限するものではない。
【００５３】
また、本明細書で用いたセクションのタイトルは米国特許法施行規則§１．７７に基づく提言を遵守して、もしくはそれ以外では本明細書の構成を分かりやすくするべく設けたものである。これらのタイトルは、本開示に基づく請求項に明記した発明を限定または特徴づけるものではない。具体的に例を挙げると、「技術分野」としてタイトルが設けてあるが、本願請求項は、いわゆる「技術分野」を説明するべくこのタイトル以下の内容に基づき選択される用語によって限定されるべきではない。また、「背景技術」のセクションにおける技術の説明は、当該技術を本明細書で開示された発明に対する先行技術と自認したものと解されるべきではない。同様に、「発明の概要」セクションの内容も本願の請求項に記載する発明を特徴づけるものとして解釈されるべきではない。またさらに、本開示において「発明」と言及しているが、本開示において新規な点が１つしかないと解されるべきではない。本開示内容に対応する複数の請求項の限定に基づき複数の発明が記載されているとしてもよく、このため請求項は１または複数の発明を定義しており、当該発明と同等のものは請求項によって保護される。どのような場合においても、請求項の範囲は明細書に鑑みてそれ自体で解釈されるべきであり、本明細書に記載されたタイトルによって限定されるべきではない。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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