(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
斜め角度堆積を使用して形成された少なくとも１つの構造複屈折層を備えた光学リターダであって、前記斜め角度および少なくとも１つの構造複屈折層の全体の厚さが、予め決められたＡプレート・リターダンスを提供するように選択され、前記構造複屈折層は実質的に非多孔性であり、明確な柱状体／間隙の微細構造が欠如している、光学リターダ。
【請求項２】
前記少なくとも１つの構造複屈折層が、実質的にアモルファスである、請求項１に記載の光学リターダ。
【請求項３】
前記少なくとも１つの構造複屈折層が、誘電体薄膜を備える、請求項１に記載の光学リターダ。
【請求項４】
前記少なくとも１つの構造複屈折層が、金属酸化物を備える、請求項１に記載の光学リターダ。
【請求項５】
前記少なくとも１つの構造複屈折層が、Ｔａ２Ｏ５からなる、請求項１に記載の光学リターダ。
【請求項６】
前記少なくとも１つの構造複屈折層が、反射防止薄膜スタックに組み込まれる、請求項１に記載の光学リターダ。
【請求項７】
前記Ａプレート・リターダンスが、１と３０ｎｍの間の範囲にある、請求項１に記載の光学リターダ。
【請求項８】
光学リターダがトリム・リターダであり、前記斜め角度および前記少なくとも１つの構造複屈折層の前記全体の厚さが、液晶ディスプレイ・パネルの残留面内複屈折を補償するためのＡプレート・リターダンスを提供するように選択される、請求項１から７のいずれかに記載の光学リターダ。
【請求項９】
構造複屈折反射防止スタックを備え、前記構造複屈折反射防止スタックが第１屈折率を有する第１の複数の誘電体層と第２屈折率を有する第２の複数の誘電体層とを含み、前記第１の複数の誘電体層が前記第２の複数の誘電体層に交互に挿入され、前記構造複屈折反射防止スタックが予め決められた−Ｃプレート・リターダンスを提供するものである、請求項８に記載の光学リターダ。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの構造複屈折層および前記構造複屈折反射防止スタックが、基板の対向面に結合される、請求項９に記載の光学リターダ。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの構造複屈折層および前記構造複屈折反射防止スタックが、基板の同じ面において縦続結合される、請求項９に記載の光学リターダ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの構造複屈折層および前記構造複屈折反射防止スタックが、前記液晶ディスプレイ・パネルのカバー・プレートに結合される、請求項９に記載の光学リターダ。
【請求項１３】
斜め角度堆積を使用して、少なくとも１つの構造複屈折層を表面上に堆積させる工程を備え、前記斜め角度および前記少なくとも１つの構造複屈折層の全体の厚さが、予め決められたＡプレート・リターダンスを提供するように選択され、前記構造複屈折層は実質的に非多孔性であり、明確な柱状体／間隙の微細構造が欠如している、光学リターダを製作する方法。
【請求項１４】
前記斜め角度堆積を使用して、前記少なくとも１つの構造複屈折層を堆積させる工程が、材料を前記表面に向ける工程を含む、請求項１３に記載の光学リターダを製作する方法。
【請求項１５】
前記斜め角度堆積を使用して、前記少なくとも１つの構造複屈折層を堆積させる工程が、イオン補助堆積を含む、請求項１３に記載の光学リターダを製作する方法。
【請求項１６】
前記斜め角度堆積を使用して、前記少なくとも１つの構造複屈折層を堆積させる工程が、複数の堆積角度を使用して、材料を前記表面に向ける工程を含む、請求項１３に記載の光学リターダを製作する方法。
【請求項１７】
平均堆積角度が、４０°より小さい、請求項１６に記載の光学リターダを製作する方法。
【請求項１８】
最大堆積角度が、４０°より小さい、請求項１６に記載の光学リターダを製作する方法。
【請求項１９】
前記斜め角度堆積が、最大堆積角度を低減するために基板の上に配置されるマスクを使用する、請求項１６に記載の光学リターダを製作する方法。
【請求項２０】
光学リターダがトリム・リターダであり、前記斜め角度および前記少なくとも１つの構造複屈折層の前記全体の厚さが、液晶ディスプレイ・パネルの残留面内複屈折を補償するためのＡプレート・リターダンスを提供するように選択される、請求項１３に記載の光学リターダを製作する方法。
【請求項２１】
光源と、
前記光源からの光を受光し、第１線形偏光軸を有する第１線形偏光を透過させるための第１偏光子と、
前記第１線形偏光を光学変調させるための、残留複屈折を有する液晶ディスプレイ・パネルと、
前記光学変調光を受光し、第２線形偏光軸を有する第２線形偏光を透過させるための第２偏光子と、
前記第２線形偏光をスクリーン上に投影するための投影レンズと、
前記液晶ディスプレイ・パネルの前記残留複屈折を補償するための請求項１から７のいずれかに記載の光学リターダとを備える、液晶ディスプレイ・ベース投影システム。
【請求項２２】
前記光学リターダが、３８０ｎｍと８００ｎｍの間の波長領域において０ｎｍと−１０００ｎｍの間の面外リターダンス、および３８０ｎｍから８００ｎｍの間の波長領域において１ｎｍと３０ｎｍの間の面内リターダンスを有する、請求項２１に記載の液晶ディスプレイ・ベース投影システム。
【請求項２３】
前記光学リターダが、前記液晶ディスプレイ・パネルのカバー基板上に堆積されたコーティングを含む、請求項２１に記載の液晶ディスプレイ・ベース投影システム。
【請求項２４】
前記液晶ディスプレイ・パネルが、ＶＡＮモードＬＣｏＳマイクロディスプレイ・パネルであり、前記第１偏光子および前記第２偏光子が、同じ偏光ビーム・スプリッタである、請求項２１に記載の液晶ディスプレイ・ベース投影システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、参照によって本明細書に組み込まれる、２００５年１２月６日に出願された米国仮出願６０／７４２９４０からの優先権を主張する。
【０００２】
マイクロフィッシュ・アペンディクス
利用可能ではない。
【０００３】
本出願は、一般的には、偏光制御に関し、具体的には、偏光感応性光学システムにおいて複屈折を提供するための薄膜光学リターダに関する。
【背景技術】
【０００４】
光学リターダは、光学リターダを通過する偏光の相対位相を変化させるために使用され、したがって、偏光に対する制御が必要とされる応用分野において使用されるのに十分に適している。光の偏光を制御するために、１／４および１／２波リターデーションを誘起することに加えて、光学リターダは、システムの他の光学構成要素について偏光補償を提供するためにも使用される。たとえば、光学リターダ補償器が、システムの他の光学構成要素によって導入される偏光の２つの成分間の位相差を補正する目的で、入射光において位相遅延を導入するために使用される。
【０００５】
光学リターダの１つの特に重要な応用分野は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）パネルについて偏光補償を提供することであり、この場合、液晶セルの残留複屈折により、線形偏光はわずかに楕円になり、光学リターダは、液晶セルの複屈折と呼応して線形偏光を維持する。トリム・リターダ補償器としばしば呼ばれるこれらの補償器は、多くのＬＣＤシステムにおいてシステム・コントラストを向上させることが示されている。
【０００６】
たとえば、図１に示された３パネルＷＧＰベースＬＣｏＳマイクロディスプレイ投影システムについて考察する。マイクロディスプレイ・システムは、たとえば高圧放電灯である光源５、および光ロッド７を含む。光ロッド７は、空間的に一様な光分布を保証するために、光源５によって生成された光円錐を均質化する。任意選択で、光ロッド７は、線形偏光を生成するための偏光変換光パイプ（ＰＣＬＰ）である。第１レンズ８ａが、光パイプ７からの光を第１折曲げミラー９に進行させ、折曲げミラー９は、光を第１二色フィルタ１０に向ける。二色フィルタ１０は、残りの光から青色の光を分離し、第２レンズ８ｂおよび第３レンズ８ｃならびに第２折曲げミラー１７および第３折曲げミラー１６を介して第１ＬＣｏＳディスプレイ・パネル２０ａに青色の光を向ける。二色フィルタ１０を透過する残りの光は、第４レンズ８ｄおよび第５レンズ８ｅならびに第４折曲げミラー１１を介して第２二色フィルタ１２に向けられる。第２二色フィルタ１２は、残りの光を緑色と赤色の光に分離し、緑色の光は、第２ＬＣｏＳディスプレイ・パネル２０ｂに向けられ、赤色の光は、第３ＬＣｏＳディスプレイ・パネル２０ｃに進む。この場合、各ＬＣｏＳディスプレイ・パネル２０ａ、２０ｂ、および２０ｃは、垂直配向ネマチック（ＶＡＮ）モード・マイクロディスプレイである。
【０００７】
各ＬＣｏＳディスプレイ・パネル２０ａ、２０ｂ、および２０ｃに到達する前に、入射光は、まず、ＷＧＰ１５、１４、および１３、ならびにトリム・リターダ補償器２１ａ、２１ｂ、および２１ｃをそれぞれ通過する。各ＷＧＰ１５、１４、および１３は、平行マイクロワイヤの方向に直交する偏光を有する光を透過させ、ワイヤの方向に平行な偏光を有する光を反射する複数の平行マイクロワイヤから形成される偏光子／検光子である（たとえば、偏光子が、図１に示されるように、水平またはＰ偏光の光を通過させるように設計される場合、マイクロワイヤは、図１の面に垂直である）。各ＬＣｏＳパネル２０ａ、２０ｂ、および２０ｃは、線形偏光入射光の偏光を画素ごとに変化させ、変調された光を対応するＷＧＰ１５、１４、および１３に後方反射する。各ＷＧＰ１５、１４、および１３は、光伝播の主方向に対して約±４５°に配向されているので、偏光子／検光子として作用することに加えて、各ＷＧＰ１５、１３、および１４は、各ＬＣｏＳパネルから反射された光を入射光路に直交する出力光路に沿って向ける、または偏向させることによって、入射光を外出光から分離するビーム・スプリッタとしても作用する。より具体的には、各ＷＧＰ１５、１４、および１３は、Ｓ偏光（たとえば、ＯＮ状態において画素によって９０°だけ回転された偏光）をＸキューブ１９に反射する。Ｘキューブ１９は、３つの色チャネルのそれぞれから像を収集し（すなわち、収束させ）、投影レンズ１８を介して、最終的な像を大規模スクリーン（図示せず）の上に投影する。任意選択で、各色チャネルは、前偏光子（図示せず）および／またはクリーンアップ検光子（図示せず）をさらに含み、たとえば、１つまたは複数のＷＧＰおよび／または二色シート偏光子を含むことが可能である。
【０００８】
トリム・リターダ補償器２１ａ、２１ｂ、および２１ｃ（本明細書では単にトリム・リターダと呼ばれる）は、マイクロディスプレイ・システムのコントラスト性能レベルを向上させるために使用される補償要素であり、コントラスト性能レベルは、そうでない場合にはダーク（たとえば、オフ）状態におけるＬＣｏＳパネルの残留複屈折によって限定される。具体的には、各トリム・リターダ２１ａ、２１ｂ、および２１ｃは、対応するＬＣｏＳパネルの固有複屈折の結果であるリターダンスを消去する位相リターダンスを導入する。本明細書において使用される「リターダンス」または「リターデーション」という用語は、特に断りのない限り、円形リターダンスの大きさとは対照的に、線形リターダンスの大きさを指す。線形リターダンスは、２つの直交する屈折率の差に光学要素の厚さをかけたものである。線形リターダンスにより、２つの直交線形偏光間に位相差が生じ、一方の偏光は、線形リターダの異常軸に平行に位置合わせされ、他方の偏光は、線形リターダの正常軸に平行に位置合わせされる。対照的に、円形リターダンスにより、右手円偏光と左手円偏光との間に相対位相差が生じる。
【０００９】
線形リターダンスは、面内リターダンスまたは面外リターダンスとして述べることが可能である。光路長差として表される面内リターダンスは、２つの直交面内屈折率の差に光学要素の物理的な厚さをかけたものを指す。面外リターダンスは、光学要素の厚さの方向（ｚ方向）に沿った屈折率と１つの面内屈折率（または面内屈折率の平均）との差に光学要素の物理的な厚さをかけたものを指す。円錐束の垂直入射光線は、面内リターダンスのみを認識するが、斜め光線（すなわち、垂直ではないが、主ＳおよびＰ平面に沿う）およびスキュー光線（すなわち、垂直ではなく、主ＳおよびＰ平面から離れて入射する）を含む軸外光線は、面外リターダンスおよび面内リターダンスの両方を経験する。面内リターダンスは、複屈折媒体において自明の９０°光線角度の場合には観測されないことに留意されたい。
【００１０】
トリム・リターダ２１ａ〜ｃがない場合、ダーク（オフ）状態において各マイクロディスプレイ・パネルを照明するＰ偏光の偏光は、ＬＣｏＳパネル２０ａ〜ｃの残留複屈折のために反射の際にわずかに楕円に偏光される。Ｐ成分およびＳ成分の両方を含む楕円偏光が、対応するＷＧＰ１５、１４、および１３に透過するとき、Ｓ成分はＸキューブに反射され、それにより、ダーク状態の光が大規模スクリーンの上に漏れる可能性があり、投影システムのコントラストを限定する。
【００１１】
トリム・リターダ２１ａ〜ｃの使用は、ＬＣｏＳパネル２０ａ〜ｃの残留複屈折の結果であるリターダンスを補償する面内リターダンスを提供することによってコントラスト・レベルを向上させる。より具体的には、トリム・リターダ２１ａ〜ｃは、その遅軸がＬＣｏＳパネル２０ａ〜ｃの遅軸（「交差軸」と呼ばれる）に対して直交方位角配向において構成され、一方、速軸がＬＣｏＳパネル２０ａ〜ｃの速軸に対して直交方位角配向において構成されるように配向される。本明細書で使用される遅軸（ＳＡ）および速軸（ＦＡ）という用語は、線形リターダンスが垂直入射において測定されるときの２つの直交複屈折軸を指す。ＳＡおよびＦＡの位置は、軸外照明と共に変化し、ならびに、大きな入射角度における負の面外リターダンス成分についてＳＡ／ＦＡの役割を反対にすることにより変化することに留意されたい。
【００１２】
トリム・リターダ２１ａ〜ｃおよびＬＣｏＳパネル２０ａ〜ｃの遅軸は、直交方位角配向において構成されるので、速軸／遅軸の役割は、垂直入射光についてトリム・リターダ２１ａ〜ｃからＬＣｏＳパネル２０ａ〜ｃに切り替えられる。すなわち、特定の偏光を有する光は、トリム・リターダ２１ａ〜ｃおよびＬＣｏＳパネル２０ａ〜ｃにおいて、それぞれより多く次いでより少なく、またはその反対に交互に遅延される。正味の効果は、入射偏光についてゼロ相対遅延であり、その結果、無偏光である（すなわち、出力光は楕円偏光ではない）。次いで、対応するＷＧＰ１５、１４、１３および／または光学クリーンアップ偏光子は、ダーク状態パネル漏れがスクリーン上に出現しないように、出力光を拒否する。トリム・リターダ２１ａ〜ｃは、パネル・オン状態のスループットを著しくは変化させないので、結果的な順次コントラスト（フルおよび／またはフル・オフ）は優れている。
【００１３】
各トリム・リターダ２１ａ〜ｃの動作原理は、単一チャネル光エンジンのコア光学機器に関して、図２においてさらに示されている。これらのコア光学機器は、前偏光子３０、ＷＧＰ３１、トリム・リターダ３２、ＶＡＮモードＬＣｏＳパネル３３、およびクリーンアップ偏光子（図示せず）を含む。動作時、先行ステージ照明（図示せず）から出力された無偏光または部分偏光が、Ｐ偏光を得るように前偏光子３０を通過する。光は、ＷＧＰ３１を透過し、偏光消光比は改善される。トリム・リターダ３２は、入射Ｐ偏光ビームを事前調整し、楕円出力を創出する。理想的には、ダーク（オフ）状態にあるＬＣｏＳパネル３３に入射する偏光の楕円率は、残留パネル・リターダンスによって無効になる。したがって、反射光は、ＶＡＮ−ＬＣｏＳパネル３３およびトリム・リターダ３２を通る２重パスを完了した後、依然としてＰ偏光である。ＷＧＰ３１によって透過された残りのＰ偏向成分は、照明システムに再び注入され、最終的には失われる。
【００１４】
上記で議論されたように、トリム・リターダ３２は、オフ状態において対応するＬＣｏＳパネル３３の面内リターダンスと整合する面内リターダンスを提供することが理想的である。しかし、実際には、ＬＣｏＳパネル３３およびトリム・リターダ３２の両方の面内リターダンスは、デバイスの厚さの製造公差および材料の複屈折制御、ならびに動作ドリフト（温度、機械応力など）のために、各成分内において変化する傾向がある。その結果、十分な補償を保証するために、トリム・リターダ３２において、ＬＣｏＳパネル３３によって呈示されるものより高い面内リターダンスを提供することが一般的である。たとえば、１０ｎｍの面内リターダンス（λ＝５５０ｎｍにおける）を有するトリム・リターダが、２ｎｍの面内リターダンス（λ＝５５０ｎｍにおける）を示すＶＡＮモードＬＣｏＳを補償するためにしばしば提供される。当業者には既知であるように、面内値のこの不整合は、通常、上述された公称交差軸構成に対して、トリム・リターダ３２の光学軸をずらすことを必要とする。すなわち、トリム・リターダは、交差軸構成から離れるように方位角配向を回転させることによってクロックインされる。
【００１５】
面内リターダンスを提供することに加えて、トリム・リターダ３２は、視野を増大させるために面外リターダンスを提供することも一般的である。より具体的には、トリム・リターダは、面内リターダンスを補償するためのＡプレート補償成分、および面外リターダンスを補償するための負の複屈折を示す−Ｃプレート補償成分の両方を含むことが一般的である。任意選択で、これらの完全機能Ａ／−Ｃプレート・トリム・リターダは、Ｏプレート成分をも含む。Ａプレートは、プレートの平面に平行に配向された異常軸を有する複屈折光学要素である。Ｃプレートは、プレートの平面に垂直（すなわち、垂直入射光の方向に平行）に配向された異常軸を有する複屈折光学要素である。Ｏプレートは、プレートの平面に対して斜めの角度に配向された異常軸（すなわち、光学軸またはｃ軸）を有する複屈折光学要素である。
【００１６】
従来、トリム・リターダは、反射防止（ＡＲ）コーティング・ガラス基板の上に積層化された伸張ポリマーから製作された。より具体的には、伸張されていないｚ方向に沿ってより、力の方向（たとえば、ＸＹ平面において）に沿って高い屈折率を提供する２軸伸張ポリマー膜が、完全機能Ａ／−Ｃプレート・トリム・リターダを提供するために使用される（すなわち、一般に負の２軸フォイルが得られる）。残念ながら、伸張ポリマー膜は、リターダンスの一様性の欠如および環境信頼性の問題ために、多くの偏光ベース投影システムについて理想的ではない。たとえば、環境信頼性に関して、多くのマイクロディスプレイ投影応用分野において提供される高温および高光フラックスの環境は、時間の経過に伴い伸張ポリマーを弛緩させ、したがって複屈折を失う傾向がある。
【００１７】
一様性および信頼性の問題を回避するために、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許出願第２００５０１２８３９１は、透明基板の上において液晶ポリマー（ＬＣＰ）層および線形光重合（ＬＰＰ）層をスピンコーティングすることによって製作されるＡプレート・トリム・リターダを教示する。ＬＣモノマーのディレクタは、ＬＰＰ層によって配向され、次いで、固体膜状の剛性および信頼性のためにポリマー・ホストに架橋される。適切な−Ｃプレート成分が欠如していることは、誘電体薄膜構造複屈折（ｆｏｒｍ−ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ）（ＦＢ）スタックをＡＲコーティング設計に導入する（ＦＢＡＲ）ことで回避される。この完全機能Ａ／−Ｃプレート・リターダは、ＶＡＮモードＬＣｏＳディスプレイ・システムの像コントラストを数百対１から数千対１に向上させることが示されているが、高光フラックス・プロジェクタの応用分野では、有機層の使用を低減することが望ましい。
【００１８】
実際、ラミネーション・エポキシを含めて、任意の有機材料が存在することは、一般に信頼性の問題源である。全無機トリム・リターダを準備する１つの手法は、複屈折結晶を使用することである。複屈折結晶はより堅牢および／またはより安定であるが、結晶プレートを成長させて研磨するコストは、特に約１インチ以上の対角線を有するミクロディスプレイでは、膨大である可能性がある。その結果、無機薄膜および／または誘電体薄膜から製作されたトリム・リターダの関心が増している。たとえば、参照によって本明細書に組み込まれる２００６年１１月１日に出願された米国仮出願１１／５９１６２３において、Ｔａｎらは、Ａプレート・リターダンスが横方向不均一１次元格子構造によって提供され、−Ｃプレート・リターダンスが、上記で議論された軸方向不均一１次元ＦＢＡＲ格子構造によって提供される完全機能全誘電体トリム・リターダを開示している。
【００１９】
誘電体材料において構造複屈折を導入する他の方法は、斜め角度堆積を使用し、薄誘電体膜が、多孔性構造複屈折層を提供するために、ある角度において蒸着またはスパッタリングによって堆積される。より具体的には、図３に示されるように、この技法は、基板４４の上において原子シャドーイング４２を実施して、蒸気源に向かって成長する材料４６の孤立柱状体を有する微細構造を提供するために、斜め入射蒸気フラックス４０を使用する。薄膜の光学特性は、使用材料、微細構造の多孔性、および柱状体の配向に依存する。一般に、柱状体の配向は、入射蒸気フラックス角度θｖ（法線から測定された入射角度）に関係する。入射蒸気フラックス角度θｖは、０°と９０°との間の任意の角度とすることが可能であるが、柱状微細構造の傾斜を最大にするために、高い入射角度（たとえば、７５°を超える）を使用する傾向がある。
【００２０】
たとえば、米国特許第５６３８１９７号において、Ｇｕｎｎｉｎｇらは、ねじれネマチック（ＴＮ）・タイプＬＣＤにおいてグレイ・スケールの性能を向上させるための無機薄膜「Ｏプレート」補償器を開示している。最適な堆積角度θｖは、７６°であると報告されている。
【００２１】
米国特許第６０９７４６０号において、Ｓｈｉｍｉｚｕらは、ＴＮタイプＬＣＤまたは超ねじれネマチック（ＳＴＮ）・タイプＬＣＤの視角特性を向上させるために使用することができるＴｉＯ２を含む位相リターダ膜を開示している。２０ｎｍから２００ｎｍにわたる必要なＡプレート・リターデーション値を提供するために、入射蒸気フラックス角度は、５０°から８５°にわたる。
【００２２】
米国特許第５８６６２０４号および第６２４８４２２号において、ＲｏｂｂｉｅおよびＢｒｅｔｔは、薄膜を斜め堆積する方法を記載しており、第１ステージにおいて、入射蒸気フラックス角度（法線から測定された入射角度）は、多孔性柱状微細構造を生成するために、通常は８０°を超える値に固定され、第２ステージにおいて、入射蒸気フラックス角度は、稠密で一様なキャッピング層を提供するために、０°に近づく。
【００２３】
米国特許第７０７９２０９号において、Ｎａｋａｇａｗａは、視角を増大させるための、および／またはＴＮタイプＬＣＤベース投影システムのコントラスト比を向上させるためのリターデーション補償器を教示している。一実施形態によれば、リターデーション補償器は、米国特許第５６３８１９７号において記載されているように、斜め角度堆積によって形成されたロッド状柱状体のアレイを含む（たとえば、約７６°の最適堆積角度で）。
【００２４】
これらの参考文献は、斜め角度堆積による構造複屈折薄膜を提供するが、上述された多孔性微細構造は、投影システムには理想的ではない。たとえば、基板が堆積プロセス中に回転しないときなどのような多くの場合、層の厚さ、したがってリターデーションの一様性は、不十分である。すべての場合において、高多孔性により信頼性の問題が生じると予期される。具体的には、高多孔性微細構造は、映画プロジェクタなど、偏光ベース投影システムにおいて提供される高温および／または高光フラックスの環境において、支持基板から離層する可能性がある。また、多孔性膜は、湿気が複屈折層の中に進入し、それにより、湿度環境の変化に付随してリターデーション特性を変化させる可能性があることが予期される。
【００２５】
さらに、多孔性微細構造によって提供される大きな面内複屈折により、これらの構造は、ＶＡＮモード反射ＬＣＤシステム（たとえば、ＶＡＮモードＬＣｏＳ投影ＴＶ）に特に不適切になる。一般に、ＶＡＮモード反射ＬＣｏＳシステムのトリム・リターダは、後方反射を低減する、かつ／またはコントラスト最適化の角度調整を向上させるために、わずかに少量の面内複屈折を示すことが望ましい。たとえば、コントラスト最適化の角度調整の向上に関して、大きな面内リターダンス（たとえば、３０ｎｍを超える）を有するトリム・リターダは、通常、過度に鋭敏な調整曲線（すなわち、コントラスト・レベル対クロッキング角度）を示す。
【特許文献１】米国特許出願第２００５０１２８３９１
【特許文献２】米国特許第５６３８１９７号
【特許文献３】米国特許第６０９７４６０号
【特許文献４】米国特許第５８６６２０４号
【特許文献５】米国特許第６２４８４２２号
【特許文献６】米国特許第７０７９２０９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、稠密構造複屈折層（ｄｅｎｓｅ，  ｆｏｒｍ−ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  ｌａｙｅｒ）を得るために斜め角度を使用する薄膜堆積プロセス中に導入される面内複屈折を有する光学リターダに関する。一実施形態によれば、稠密構造複屈折層は、完全機能（すなわち、Ａプレート複屈折および−Ｃプレート複屈折の両方）を有する全誘電体トリム・リターダを提供するために、ＦＢＡＲスタックと共に堆積される。完全機能トリム・リターダの稠密構造は、高い耐久性および／または安定性を提供し、したがって、高光フラックス偏光ベース投影システムにおいて偏光制御を提供するのに十分適するものとなることが有利である。さらに、面内複屈折の大きさは、ＶＡＮモードＬＣＯＳマイクロディスプレイ応用分野を補償するのに適している。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明の一態様によれば、斜め角度堆積を使用して形成される少なくとも１つの稠密構造複屈折層を備える光学リターダを提供するものであって、斜め角度および少なくとも１つの稠密構造複屈折層の全体の厚さは、偏光制御を提供するためのＡプレート・リターダンスを提供するように選択される。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、斜め角度堆積を使用して少なくとも１つの稠密構造複屈折層を表面上に堆積させる光学リターダを製作する方法を提供するものであって、斜め角度および少なくとも１つの稠密構造複屈折層の全体の厚さは、偏光制御を提供するためのＡプレート・リターダンスを提供するように選択される。
【００２９】
本発明の他の態様によれば、光源と、光源からの光を受光し、第１線形偏光軸を有する第１線形偏光を透過させるための第１偏光子と、第１線形偏光を光学変調するための、残留複屈折を有する液晶ディスプレイ・パネルと、光学変調光を受光し、第２線形偏光軸を有する第２線形偏光を透過させるための第２偏光子と、第２線形偏光をスクリーン上に投影するための投影レンズと、液晶ディスプレイ・パネルの残留複屈折を補償するためのトリム・リターダとを備える液晶ディスプレイ・ベース投影システムを提供するものであって、トリム・リターダが斜め角度堆積を使用して形成された少なくとも１つの稠密構造複屈折層を備え、斜め角度および少なくとも１つの稠密構造複屈折層の全体の厚さは、液晶ディスプレイ・パネルの残留面内複屈折を補償するためのＡプレート・リターダンスを提供するように選択される。
【００３０】
本発明の他の態様によれば、斜め角度堆積を使用して形成された少なくとも１つの稠密構造複屈折層を提供することを備える、偏光制御を提供する方法が提供される。斜め角度および少なくとも１つの稠密構造複屈折層の全体の厚さは、偏光制御を提供するためのＡプレート・リターダンスを提供するように選択される。
【００３１】
以下において定義される用語について、これらの定義は、異なる定義が請求項または本明細書の他の箇所において与えられない限り、適用されるものである。
【００３２】
「面内」という用語は、面内複屈折、面内リターダンス、面内リターダ軸など、デバイスの平面に平行であることを記述すること理解されたい。
【００３３】
「面外」という用語は、面外複屈折、面外リターダンスなど、デバイスの法線に平行であることを記述することを理解されたい。
【００３４】
「リターデーションまたはリターダンス」という用語は、２つの直交する屈折率の差に光学要素の厚さをかけたものを指すことを理解されたい。
【００３５】
「面内リターデーション」という用語は、２つの直交する面内屈折率の差の積に光学要素の厚さをかけたものを指すことを理解されたい。
【００３６】
「面外リターデーション」という用語は、光学要素の厚さの方向（ｚ軸）に沿った屈折率と１つの面内屈折率との差に光学要素の厚さをかけたものを指すことを理解されたい。代替として、この用語は、光学要素の厚さの方向（ｚ軸）に沿った屈折率と面内屈折率の平均の差に光学要素の厚さをかけたものを指すことを理解されたい。
【００３７】
「複屈折」という用語は、複数の異なる屈折率を有することを指すことを理解されたい。
【００３８】
「１軸」という用語は、２つの異なる屈折率を有することを指すことを理解されたい（たとえば、ｎｘ、ｎｙ、およびｎｚの少なくとも２つがほぼ等しい場合）。
【００３９】
「偏光子」という用語は、「検光子」と一般的に呼ばれるデバイスを含むことを理解されたい。
【００４０】
本発明の他の特徴および利点が、添付の図面と組み合わせて取り入れられている以下の詳細な記述から明らかになるであろう。
【００４１】
添付の図面にわたって、同じ特徴は、同じ参照符号によって識別されることに留意されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以前に議論されたように、斜め堆積薄膜コーティングにおける複屈折は、膜の柱状微細構造に主に起因し、複屈折は、柱状体の形状および方向、または傾斜に依拠する。表面の法線に対する柱状体の方向は、接線規則によって、基板に到達するコーティング材料の入射角度にほぼ関係付けられる。
【数１】
0005227507.tif 000002
上式で、ψは基板の法線に対する柱状体の角度、θｖは基板の法線に対する堆積角度である。柱状体の角度は、通常、複屈折材料のｚ軸の方向である。この関係は、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、およびＺｒＯ２などの酸化物材料について実験的に確認されている。対照的に、ＳｉＯ２は、最も等方性の膜を形成することが判明しているが、Ｔａ２Ｏ５の膜は、下式によってより密接に近似される。
【数２】
0005227507.tif 000003
【００４３】
柱状構造に由来する面内（すなわち垂直入射）複屈折と柱状体角度（したがって堆積角度）との間の実験的な関係は、Ｉａｎ  ＨｏｄｇｋｉｎｓｏｎおよびＱｉ−ｈｏｎｇ  Ｗｕによる「Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ  Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｐｏｌａｒｉｚｉｎｇ  Ｅｌｅｍｅｎｔｓ」という名称の本においてさらに詳細に議論されている。たとえば、一点において、この本の著者は、Ｔａ２Ｏ５の実験的複屈折を４０°より大きい堆積角度について堆積角度の関数としてプロットする。４０°より下では、プロットは、シミュレーション値を使用して外挿され、モデルは、１つの部分の上の１つの位置におけるコーティング材料のすべてが同じ堆積角度θｖにおいて堆積されると想定する。要約すると、結果は、５２°の堆積角度について０．０４の複屈折、４３°の堆積角度について０．０３の複屈折、３４°の堆積角度について０．０２の複屈折、２８°の堆積角度について０．０１５の複屈折、２４°の堆積角度について０．０１の複屈折、および１７°の堆積角度について０．００５の複屈折を予測するはずであることを示す。多孔性柱状微細構造は、外挿データについて想定される。
【００４４】
本発明者は、低い堆積角度（たとえば、４０°より下）により、小から中程度の複屈折を有する薄膜が得られることを実験的に確認した。しかし、堆積は、結果として得られる薄膜が、上述された多孔性柱状微細構造を示さず、むしろ十分稠密であるように実施された。本発明者は、ＶＡＮモードＬＣｏＳマイクロディスプレイにおいて残留複屈折を補償するのに理想的な大きさであることが好都合であるこれらの十分稠密な薄膜の構造複屈折が、高光フラックスおよび／または高温の環境において驚くほど安定であり、したがってこれらの膜が偏光ベース投影システムにおいて使用されるのに理想的となることを発見した。
【００４５】
図４を参照すると、稠密薄膜を堆積するのに適切な装置の平面図が示されている。装置５０は、４８’’拡散ポンプ・ボックス・コータであり、堆積される材料を保持するための第１るつぼ５２ａおよび第２るつぼ５２ｂ、室を加熱するための第１キャルロッド（Ｃａｌｒｏｄ）・ヒータ５４ａおよび第２キャルロッド・ヒータ５４ｂ、室の温度を監視するための熱電対５６、光学モニタ５７、第１結晶率モニタ５８ａおよび第２結晶率モニタ５８ｂ、イオン補助堆積（ＩＡＤ）源６０、基板（または部分）７０を支持するためのマウント７０、ならびに光学１８０°マスク８０を含む。るつぼ５２ａ／５２ｂは半時計回りに回転し、基板７０は半時計回りに回転し、マスク８０は適所において固定される。
【００４６】
比較のために、図４に概略的に示された装置は、２つの異なる堆積手続きについて使用された。両方の手続きにおいて、稠密薄膜は、４層ＡＲコーティングに組み込まれた。より具体的には、稠密薄膜（すなわち、厚いＴａ２Ｏ５層）は、２１’’直径浮動ガラス基板の上に堆積されたＳｉＯ２／Ｔａ２Ｏ５交互スタックの一部であった。第１堆積プロセスでは、マスクは、最大堆積角度を最小にし、部分にわたってコーティングの厚さを一様にするために使用された。第２堆積は、基板上における最大堆積角度、したがって理論的には最大複屈折を得るために、マスクせずに実施された。
【００４７】
これらの２つの実行のデータが、表１において与えられている。第１マスク堆積プロセスから得られたＡＲコーティングは、構成１（たとえば、１０２１〜１０７１）と呼ばれ、第２非マスク堆積から得られたＡＲコーティングは、構成２（たとえば、１０２１〜１０７４）と呼ばれる。
【００４８】
【表１】
0005227507.tif 000004
【００４９】
両方の構成において、コーティングの反射率が約５％より大きいとき、サンプルの前面および後面からのレーザ干渉効果によって生じるリターダンス測定のリプルを最小限に抑えるために、ＡＲは６３３ｎｍを中心とし、ヘリウム−ネオン・レーザの波長が、リターダンスを測定するために使用された。Ｔａ２Ｏ５層の全体の厚さは２．９５μｍであり、一方、ＳｉＯ２の全体の厚さは０．８４μｍであった。源堆積パラメータが両方の堆積手続きについて同じであったので、堆積率は、非マスク実行について、マスク実行の約２倍迅速であったことに留意するのは興味深い。
【００５０】
コーティングの幾何学的形状は、コーティング・システムの幾何学的形状に基づいてコーティングの厚さ特性および堆積角度を予測するプログラムを使用して、構成１および構成２の両方についてモデリングされた。図５を参照すると、基板に入射する理論的な堆積角度が、径方向位置の関数としてプロットされている。マスク構成および非マスク構成の最小角度は同じであることに留意されたい。基板または部分は堆積中に中心の回りに回転するので、コーティングの厚さおよび堆積角度の分布に対して回転対称性が存在する。代替として、基板は、単なる併進もしくは遊星運動で、入射蒸気フラックスおよび／またはマスクに対して移動される（すなわち、同時に、中心の回りに回転し、光路に沿って併進する）。
【００５１】
Ｔａ２Ｏ５について堆積角度θｖから柱状体の傾斜ψを予想する式（２）は、柱状体の傾斜を計算するために基準として使用された。より具体的には、式（２）は、基準としてのみ使用されたが、その理由は、原材料のすべてが同じ堆積角度において基板に到達し、部分の１つの位置に到着する材料の角度分布を考慮に入れず、マスキングのあらゆる効果、またはマスク・コーティングと非マスク・コーティングの堆積率の差を考慮に入れないと想定するからである。
【００５２】
結果は、非マスク・コーティングの柱状体傾斜は、平均堆積角度について約６．７°であり、部分の外径において最大堆積角度について約１３°であることを示す。上述された従来の技術のプロットによれば、これは、最大堆積角度について約０．０２の面内複屈折、平均堆積角度について約０．００７５の複屈折となる。シミュレーションは、マスク・コーティングが、その部分の外側半径付近において非マスク・コーティングより小さい複屈折を示すことも予測するが、その理由は、マスク構成の平均堆積角度および最大堆積角度は共に、非マスクのものより小さいからである。
【００５３】
Ｅｘｉｃｏｒリターダンスが測定され、これらのモデリング結果と比較された。リターデーションの実験は、２１’’直径基板から切り出された小さいセグメントについて実施された。垂直入射における面内リターダンスは、１ｍｍのステップで各セグメントについて６３３ｎｍにおいて測定され、元の部分の近似的径方向に沿って走査された。同じ基板の非コーティング・セグメントも、基準として測定された。実験結果が、図６に示されている。実行あたり１つの測定のみが示されているが、複数の測定が、認識された傾向を確認するために行われた。リターダンスにおけるリプルは、サンプル上のいくつかの位置において＞５％の６３３ｎｍにおけるサンプル反射率に起因するが、その理由は、結果的な反射防止コーティングが、６３３ｎｍの対象波長からシフトしたからである。
【００５４】
すべてのサンプルについて、リターダンスは、径方向位置と共に増大した。これは、リターその理由は、マスク構成および非マスク構成の両方について、最大堆積角度は、図５に示されたように径方向位置と共に増大するからである。図５からの径方向位置の最大堆積角度を使用して、実験リターダンスは、最大堆積角度の関数として再プロットされる。このプロットは、図７に示されている。
【００５５】
コーティングの物理的な厚さは、式（３）に従って測定リターダンス値に影響を与える。
【数３】
0005227507.tif 000005
上式で、Γはナノメートルで表したリターダンス、Δｎは２つの直交偏光についての最大屈折率と最小屈折率の差、ｄはナノメートルで表した物理的厚さである。
【００５６】
非マスク・サンプルは、内部セグメントおよび外部セグメントにわたって約１１％の全体的な厚さの変動を有し、物理的な厚さは、内部径方向位置から外部径方向位置に向かって減少する。マスク実行は、９．５’’径方向位置の回りの径方向位置において非マスク実行と同じ物理的厚さを有するが、より低い径方向位置ではより厚い。計算されたコーティングの幾何学的形状に基づく厚さ特性は、コーティングの厚さをモデリングするために使用され、式（３）と共に、最大堆積角度の関数として非マスク実行について垂直入射、または面内複屈折（Δｎ）を計算するために使用された。各設計について、各コーティング材料による全リターダンスは、以下のように表される。
【数４】
0005227507.tif 000006
上式で、ＬおよびＨの下付き文字は、低屈折率材料（すなわち、ＳｉＯ２）および高屈折率材料（すなわち、Ｔａ２Ｏ５）をそれぞれ指す。ＳｉＯ２はほぼアモルファスの構造において堆積するので、この材料の複屈折は無視された（予備実験測定は、これが非常に小さいことを示した）。リターダンスのデータおよびＴａ２Ｏ５設計の厚さを使用して、この材料の面内複屈折は計算された。図８は、最大堆積角度の関数として面内複屈折を示す。測定されたリターダンスは、狭い角度範囲にわたってこの計算の線形関数によって近似された。
【００５７】
マスクされたサンプルは、測定リプルにおいて識別するには十分ではない１．５％未満の厚さの変動を測定された径方向位置にわたって有し、したがって、物理的な厚さは一定であると想定された。再び、ＳｉＯ２の複屈折は、無視可能であると想定され、リターダンスのすべては、Ｔａ２Ｏ５層に起因した。コーティングの面内Δｎは、式（３）から計算された。図９は、マスク・コーティングについてのこの計算された面内Δｎのプロットである。この計算では、最大堆積角度の関数としての測定リターダンスは、線形関数によって近似される。
【００５８】
マスク実行からのサンプルは、約２倍、非マスク実行より約２倍の高い面内複屈折を有していたことに留意されたい。これは、堆積角度から予測されるものとは反対である（すなわち、マスク構成は、非マスク構成より低い最大および平均堆積角度を有していたからである。したがって、これらの２つの構成の複屈折の差は堆積率の差によると考えられ、または、マスクは、部分回転周期の半分中にコーティング・フラックスを遮断するので、柱状構造に影響を与えているということがより考えられる。
【００５９】
両方のサンプルの複屈折は、従来の技術のプロットによって予測されたものより小さく、コーティング・フラックスのすべては、単一の入射角度において入射した。コーティング・フラックスの入射円錐は、複屈折がより小さくなるように、柱状構造を「丸くする」（指向性を低減する）ことが可能である。
【００６０】
ＶＡＮモードＬＣｏＳマイクロディスプレイについて現在市販されているトリム・リターダの面内リターダンスは、通常、約２〜７ｎｍの範囲にある。０．００１２非マスクおよび０．００２３マスクであるディスクの外径においてＴａ２Ｏ５によって示される面内複屈折の量は、妥当なコーティングの厚さ（たとえば、６μｍより小さい厚さ）を有するトリム・リターダを作成するのに適切な範囲にある。
【００６１】
Ｅｘｉｃｏｒ測定は、部分走査のｘ軸に対する複屈折材料の第１軸の配向の測定をももたらした。この走査方向は、２１’’の直径部分の半径にほぼ配向された。トリム・リターダでは、速軸は、最適な性能を提供するために、部分にわたって線形方向において一定の配向を有することが必要である。図１０は、マスク・サンプルおよび非マスク・サンプルについてのこのデータのプロットであり、非マスク・サンプルが、マスク・サンプルより一様な速軸配向を有していたことを示す。より具体的には、図１０は、平均堆積角度に対するリターダンス角度のプロットを示し、リターダンス角度は、複屈折材料の速軸がｘ走査方向に対して作る角度である。図１１は、計算された平均堆積角度の関数としてプロットされたこの同じリターダンスを示す。
【００６２】
マスクおよび非マスクのコーティング構成それぞれについて、平均堆積角度と材料複屈折の軸配向との間に相関があるようである。しかし、マスク構成と非マスク構成の配向角度には、顕著な違いがある。これはおそらくは、柱状成長、したがって材料の配向に対するマスキングの効果に関係付けられる。
【００６３】
マスクおよび非マスクのコーティング構成のそれぞれは、環境試験も受けた。より具体的には、各部分の外径からのサンプルは、湿度、接着、およびアブレーションの試験を受けた。表２にまとめられている環境試験の結果は、コーティングが高度に耐久性あることを示す。
【００６４】
【表２】
0005227507.tif 000007
【００６５】
マスクおよび非マスクのコーティング構成のそれぞれは、層の構造を調査するために、透過型電子顕微鏡法（ＴＥＭ）も受けた。一般に、ＴＥＭマイクログラフは、薄膜が実質的にアモルファスであることを示した。マイクログラフのいくつかは、柱状微細構造の可能な証拠を示したが、明確な柱状体および／または間隙は確実に欠如していた。さらに、ＴＥＭマイクログラフのいくつかは、厚いＴａ２Ｏ５層において斑点またはしみ状の領域を示した。斑点ナノ構造は、非マスク実行よりマスク実行について顕著であり、非マスク実行よりマスク実行の予期されない高い面内複屈折に関係付けることが可能である。各ＴＥＭマイクログラフでは、薄膜は、極度に稠密に見える（すなわち、高度に多孔性ではない）。ＲＢＳおよびＳＥＭの特徴付けを使用するＴａ２Ｏ５膜密度の粗い推定は、マスク構成について９３％、非マスク構成について９８％である。上述された方法を使用して準備された湿気シフト試験は、コーティングが公称的に十分稠密である（すなわち、１００％または「かさ」密度に非常に近い、またはそれに等しい）ことを示唆する。湿気シフト試験では、フィルタは、乾燥条件において測定され、湿度に２４時間暴露され、次いで再度測定された。コーティングは、本質的に波長の変化は示さなかった。コーティングが十分稠密ではない場合、より長い波長へのシフトが、湿気に暴露された後に予測されるが、その理由は、湿気がコーティングに浸透し、間隙を部分的に充填し、したがって、屈折率をわずかに増大させ、フィルタの応答をより高い波長に移動させるからである。
【００６６】
十分稠密な実質的にアモルファスの薄膜（すなわち、柱状微細構造をわずかに有する、または有さない）が有用な複屈折を示すことは、全く予測されないことであることに留意されたい。本発明者の最適な知識では、高光フラックスおよび／または高温の環境において、これらの十分稠密な実質的にアモルファスの薄膜の複屈折形態および／またはその安定性は利用されていない。
【００６７】
本発明の一実施形態によれば、十分に稠密な構造複屈折薄膜が、光学システムにおいて偏光制御を提供するために使用される（たとえば、液晶ディスプレイ・システムにおいて、偏光計において、方形波プレートとしてなど）。
【００６８】
一般に、構造複屈折は、斜め角度堆積を介して薄膜に導入される。堆積プロセスは、通常、当業者には周知の様々な蒸着の１つまたはスパッタリング堆積技法を使用する物理的蒸着であり、薄膜が稠密である（たとえば、約９０％かさ密度より大きい）ことを補償するように選択および／または変更されることが好ましく、適切な複屈折（たとえば、５５０ｎｍにおいて約０．０００２より大きい）を示す。たとえば、コーティング・フラックス入射角度、コーティング・マスク設計、コーティング源と基板の距離、コーティング源と基板の相対位置および配向、堆積率、基板スピニング制御、ならびにコーティング材料の少なくとも１つは、通常、望ましい複屈折および／または密度を提供するように選択される。代替または追加として、高密度が、ＩＡＤなどのエネルギー・プロセス（ｅｎｅｒｇｅｔｉｃ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって達成される。たとえば、これまで記述された例では、コーティング・フラックス入射角度は、広範な範囲の堆積角度（たとえば、２から３５°）を含み、光学コーティング・マスクは１８０°マスクであり、基板はるつぼから約３０’’離れており、堆積率は約２と１２Å／秒の間であり、基板は約５００ｒｐｍにおいてスピンされ、ＩＡＤ源が使用された。一般に、平均堆積角度、またはより一般的に最大堆積角度は、約４０°より小さい。
【００６９】
稠密構造複屈折薄膜は、通常の等方性材料（すなわち、分子複屈折ではない）から、具体的には無機および／または誘電体材料から容易に製作される。したがって、稠密構造複屈折膜は、多機能全誘電体薄膜スタックを提供するように、他の薄膜層に容易に組み込まれる。
【００７０】
本発明の他の実施形態によれば、稠密構造複屈折薄膜は、液晶ディスプレイの偏光補償を提供するために使用されるＡＲコーティングに組み込まれる。たとえば、上記で議論された例では、厚いＴａ２Ｏ５層が、４層のＴａ２Ｏ５／ＡｉＯ２ＡＲ設計に組み込まれる。代替として、他の設計が提供される。たとえば、表３において記述される赤色帯域ＡＲコーティングを考慮する。交互Ｔａ２Ｏ５／ＳｉＯ２スタックがボロフロート基板（ｎ＝１．４７）の上に堆積され、薄膜スタックの各層は、図４において記述された実験セットアップを使用して低入射角度で堆積される。
【００７１】
【表３】
0005227507.tif 000008
【００７２】
図１２に示されるように、約７．５μｍの厚さである赤色帯域ＡＲコーティングは、約６．８μｍの平均面内リターダンスを提供する。都合のよいことには、対応する複屈折のレベルは、ＶＡＮモードＬＣｏＳシステムの低リターダンス・トリム・リターダを製造するのに適している。さらに、全誘電体薄膜スタックは、明確な柱状体／間隙の微細構造が欠如しているので、複屈折は、マイクロディスプレイ投影システムによって提供される高光フラックスおよび／または高温の環境において、極度に安定していることが予期される。
【００７３】
本発明の他の実施形態によれば、構造複屈折薄膜層は、ＶＡＮモードＬＣｏＳマイクロディスプレイ投影システムの残留複屈折を補償するために使用される独立型全誘電体トリム・リターダに組み込まれる。
【００７４】
図１３を参照すると、ＶＡＮモードＬＣｏＳマイクロディスプレイ投影システムにおいて像コントラストを向上させるための全誘電体トリム・リターダの実施形態が示されている。トリム・リターダ９０は、基板９３の第１面に配置された誘電体薄膜スタック９２、および基板９３の第２対向面に配置された反射防止コーティング９４を有する。誘電体薄膜スタック９２は、Ａプレート機能をトリム・リターダ９０に分与し、ＡＲ層９６によって境界を画定された稠密構造複屈折層９５を含む。通常は誘電体スタックである各ＡＲ層９４、９６は、屈折率が突然変化する境界面において屈折率整合層として作用する。
【００７５】
一般に、構造複屈折は、斜め角度堆積により稠密構造複屈折層９５に導入される。堆積プロセスは、通常、当業者には周知の様々な蒸着またはスパッタリング堆積技法の１つを使用する物理的な蒸着であり、薄膜が稠密であり（たとえば、約９０％のかさ密度を超える）、適切な複屈折（たとえば、５５０ｎｍにおいて約０．０００２より大きい）を示すことを保証するように選択および／または変更されることが好ましい。たとえば、コーティング・フラックス入射角度、コーティング・マスク設計、コーティング源と基板の距離、コーティング源と基板の相対位置および配向、堆積率、基板スピニング制御、ならびにコーティング材料の少なくとも１つは、通常、望ましい複屈折および／または密度を提供するように選択される。代替または追加として、高密度は、ＩＡＤなどのエネルギー・プロセスを使用することによって達成される。たとえば、これまで記述された例では、コーティング・フラックス入射角度は、広範な堆積角度（たとえば、２から３５°）を含み、任意選択のコーティング・マスクは１８０°マスクであり、基板はるつぼから約３０’’離れており、堆積率は約２と１２Å／秒の間であり、基板は約５００ｒｐｍにおいてスピンされ、ＩＡＤ源が使用された。一般に、平均堆積角度、またはより一般的に最大堆積角度は、約４０°より小さい。
【００７６】
薄膜スタック９２は、例示のためにのみ、単一の稠密構造複屈折層９５を含むように示されていることに留意されたい。他の実施形態によれば、薄膜スタック９２は、複数のより薄い稠密構造複屈折層および／または介在層（たとえば、交互屈折率設計において）を含む。代替として、構造複屈折層９５は、基板と同様の屈折率を有する材料から製作され、内部ＡＲコーティングは省略される。さらに代替として、Ａプレート・スタックは、より複雑なＡＲ設計に組み込まれた少なくとも１つの稠密構造複屈折層を含む。薄膜スタックが単一の稠密構造複屈折層を含む実施形態では、構造複屈折層は、通常、かなり厚い（たとえば、数ミクロン）。
【００７７】
誘電体薄膜スタック９２および／またはＡＲ層９４を形成するのに適切な誘電体には、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、およびＳｉＯ２などの金属酸化物があり、これらは、光学的に等方性であり、可視波長スペクトル領域（たとえば、４００ｎｍから７００ｎｍ）において高度な透過性を示す。
【００７８】
基板９３は、通常、たとえば１ｍｍの厚さである平面平行ガラス・プレート基板である。ディスプレイ応用分野に使用されているいくつかの一般的な基板には、コーニング１７３７ＦおよびショットＤ２６３Ｔがあり、両方とも、λ＝５５０ｎｍにおいて１．５２の公称屈折率を有するシリケート・フロート・ガラスを使用する。代替として、基板は、融合シリカなど、機械的支持体を提供する他の透過性材料から製作される。
【００７９】
このトリム・リターダ面内リターダンスは、実際には最高で約４分の１波長とすることが可能であり、可視帯域全体にわたって、一般的には３０ｎｍ未満、より一般的には約１と１０ｎｍとの間を対象とする。たとえば、トリム・リターダが５ｎｍの面内リターダンスを対象とし、約０．００２の実効面内複屈折を有する場合、単一層Ａプレート設計は、約２．５μｍの層を必要とする。この厚さの膜は、任意の一定水準のコーティング機械能力の十分に範囲内にある。
【００８０】
Ａプレート複屈折は、堆積プロセス自体によって生成されることが有利である。稠密構造複屈折層９５は、ＡＲコーティング９４／９６と並んで、標準的なコーティング室において容易に堆積されるので、非常に低コストの全誘電体トリム・リターダが提供される。さらに、トリム・リターダは、完全に無機誘電体材料から製作されるので、高度に耐久性および／または水分非浸透性のコーティングが得られる。さらに、無機誘電体材料は、明確な柱状体／間隙の微細構造が欠如しているので、複屈折は、マイクロディスプレイ投影システムによって提供される高光フラックスおよび／または高温の環境において、極度に安定であることが予期される。
【００８１】
図１４を参照すると、ＶＡＮモードＬＣｏＳマイクロディスプレイ投影システムにおいて像コントラストを向上させるための完全機能Ａ／−Ｃプレート・トリム・リターダの実施形態が示されている。トリム・リターダ１００は、−Ｃプレート誘電体スタック１０１、Ａプレート誘電体スタック１０２、および基板１０７を含む。より具体的には、−Ｃプレート・スタック１０１は、基板１０７の第１面に結合され、一方、Ａプレート・スタック１０２は、基板１０７の第２対向面に結合される。
【００８２】
−Ｃプレート誘電体スタック１０１は、−Ｃプレート機能を有するＦＢＡＲスタックを提供するために、反射防止（ＡＲ）コーティング１０５によって境界を画定された構造複屈折（ＦＢ）構造１０３を含む。構造複屈折構造１０３は、それぞれが第１屈折率ｎ１および第１の厚さｄ１を有し、第２屈折率ｎ２および第２の層の厚さｄ２をそれぞれが有する少なくとも第２の複数の層と交互になっている第１の複数の層を含む。層の厚さｄ１およびｄ２のそれぞれは、構造複屈折の効果を実現するために、動作波長（たとえば、λ＝５５０ｎｍ）の端数であることが好ましい。一般に、構造複屈折は、層の厚さｄ１およびｄ２が同様であり、ｎ１とｎ２の差が大きい場合（たとえば、約０．５より大きい）、最大になる。たとえば、タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とシリカ（ＳｉＯ２）の層の７１の対を含み、λ＝５５０ｎｍにおいて２．２０および１．４６の公称屈折率をそれぞれ有する−Ｃプレート・スタックが、大気において±１２°の入射角度において約−６．３ｎｍの正味のリターデーションを提供すると推定されている。しばしば約４０ｎｍ未満の厚さであるこれらの誘電体層が、ほぼ等しい層の厚さを有するとき、スタックの結果的な実効屈折率は約２である。
【００８３】
Ａプレート誘電体スタック１０２は、ＡＲ層１０６によって境界を画定された稠密構造複屈折層１０４を含む。一般に、構造複屈折は、斜め角度堆積により稠密構造複屈折層１０４に導入される。堆積プロセスは、通常は当業者には周知の様々な蒸着またはスパッタリング堆積の技法の１つを使用する物理的な蒸着であり、薄膜が稠密であり（たとえば、約９０％のかさ密度より大きい）、適切な複屈折（たとえば、５５０ｎｍにおいて約０．００２より大きい）を示すことを保証するように選択および／または変更されることが好ましい。たとえば、コーティング・フラックス入射角度、コーティング・マスク設計、コーティング源と基板の距離、コーティング源と基板の相対位置および配向、堆積率、基板スピニング制御、ならびにコーティング材料の少なくとも１つは、通常、望ましい複屈折および／または密度を提供するように選択される。代替または追加として、高密度は、ＩＡＤなどのエネルギー・プロセスを使用することによって達成される。たとえば、これまで記述された例では、コーティング・フラックス入射角度は広範な堆積角度（たとえば、２から３５°）を含み、任意選択のコーティング・マスクは１８０°マスクであり、基板はるつぼから約３０’’離れており、堆積率は約２と１２Å／秒の間であり、基板は約５００ｒｐｍにおいてスピンされ、ＩＡＤ源が使用された。一般に、平均堆積角度、またはより一般的に最大堆積角度は、約４０°より小さい。
【００８４】
Ａプレート誘電体スタック１０２は、例示のためにのみ、単一の稠密構造複屈折層１０４を含むように示されていることに留意されたい。他の実施形態によれば、Ａプレート・スタック１０２は、複数のより薄い稠密構造複屈折層および／または介在層（たとえば、交互屈折率設計において）を含む。代替として、構造複屈折層１０４は、基板と同様の屈折率を有する材料から製作され、内部ＡＲコーティングは省略される。さらに代替として、Ａプレート・スタックは、より複雑なＡＲ設計に組み込まれた少なくとも１つの稠密構造複屈折層を含む。Ａプレート誘電体スタックが単一の稠密構造複屈折層を含む実施形態では、構造複屈折層は、通常、かなり厚い（たとえば、数ミクロン）が、Ａプレート誘電体スタック１０２が複数の稠密構造複屈折層を含む実施形態では、構造複屈折層は、通常、比較的薄い。
【００８５】
−Ｃプレート誘電体スタックおよびＡプレート誘電体スタックのそれぞれにおいて、通常は誘電体スタックである各ＡＲ層１０５／１０６は、屈折率が突然変化する境界面において屈折率整合層として作用する。ＡＲコーティング１０５／１０６は、トリム・リターダが製造されているとき、リターダンス全体および位相差に考慮されるべきである追加の面外リターダンス成分をも提供する可能性がある。
【００８６】
−Ｃプレート誘電体スタック１０１および／またはＡプレート誘電体スタック１０２を形成するのに適切な誘電体には、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、およびＳｉＯ２などの金属酸化物があり、これらは、光学的に等方性であり、可視波長スペクトル領域（たとえば、４００ｎｍから７００ｎｍ）において高い透過性を示す。
【００８７】
基板１０７は、通常、たとえば約１ｍｍの厚さである平面平行ガラス・プレート基板である。ディスプレイ応用分野に使用されるいくつかの一般的な基板には、コーニング１７３７ＦおよびショットＤ２６３Ｔがあり、両方とも、λ＝５５０ｎｍにおいて１．５２の公称屈折率を有するシリケート・フロート・ガラスを使用する。代替として、基板は、融合シリカなど、機械的支持体を提供する他の透過性材料から製作される。
【００８８】
このトリム・リターダの面内リターダンスは、実際には最高で約４分の１波長とすることが可能であり、可視帯域全体にわたって、一般的には３０ｎｍ未満、より一般的には約１と１０ｎｍとの間を対象とする。たとえば、トリム・リターダが５ｎｍの面内リターダンスを対象とし、約０．００２の実効面内複屈折を有する場合、単一層Ａプレート設計は、約２．５μｍの層を必要とする。この厚さの膜は、任意の一定水準のコーティング機械能力の十分に範囲内にある。このトリム・リターダの面外リターダンスは、通常、可視帯域全体にわたって約−１ｎｍから約−１０００ｎｍの範囲において対象とされる。
【００８９】
Ａプレート・リターダンスおよび−Ｃプレート・リターダンスの両方とも、無機材料および／または誘電体材料によって提供されることが有利である。したがって、Ａプレート・スタックおよび−Ｃプレート・スタックの両方とも、低コストの全誘電体トリム・リターダを提供するために、標準的なコーティング室において容易に堆積される。さらに、完全機能トリム・リターダは、完全に等方性誘電体材料から製作されるので、高度に耐久性および／または水分非浸透性のコーティングが得られる。さらに、無機誘電体材料は、明確な柱状体／間隙の微細構造が欠如しているので、複屈折は、マイクロディスプレイ投影システムによって提供される高光フラックスおよび／または高温の環境において、極度に安定であることが予期される。
【００９０】
図１５を参照すると、ＶＡＮモードＬＣｏＳマイクロディスプレイ投影システムにおいて像コントラストを向上させるための完全機能Ａ／−Ｃプレート・トリム・リターダの他の実施形態が示されている。トリム・リターダ１１０は、−Ｃプレート誘電体スタック１１１、Ａプレート誘電体スタック１１２、複数のＡＲ層１１３、１１４、１１５、および１１６、ならびに基板１１７を含む。より具体的には、−Ｃプレート誘電体スタック１１１およびＡプレート誘電体スタック１１２は両方とも、基板１１７の第１面に結合され、一方、ＡＲ層１１６は、基板１１７の第２対向面に結合される。
【００９１】
−Ｃプレート誘電体スタック１１１は、−Ｃプレート機能を有するＦＢＡＲスタックを提供するために、反射防止（ＡＲ）コーティング１１３／１１４によって境界を画定された構造複屈折（ＦＢ）構造１１１ａを含む。構造複屈折構造１１１ａは、それぞれが第１屈折率ｎ１および第１の厚さｄ１を有し、第２屈折率ｎ２および第２の層の厚さｄ２をそれぞれが有する少なくとも第２の複数の層と交互になっている第１の複数の層を含む。層の厚さｄ１およびｄ２のそれぞれは、構造複屈折の効果を実現するために、動作波長（たとえば、λ＝５５０ｎｍ）の端数であることが好ましい。一般に、構造複屈折は、層の厚さｄ１およびｄ２が同様であり、ｎ１とｎ２の差が大きい場合（たとえば、約０．５より大きい）、最大になる。たとえば、タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とシリカ（ＳｉＯ２）の層の７１の対を含み、λ＝５５ｎｍにおいて２．２０および１．４６の公称屈折率をそれぞれ有する−Ｃプレート・スタックが、大気において±１２°の入射角度において約−６．３ｎｍの正味のリターデーションを提供すると推定されている。しばしば約２０ｎｍ未満の厚さであるこれらの誘電体層が、ほぼ等しい層の厚さを有するとき、スタックの結果的な実効屈折率は約２である。
【００９２】
Ａプレート誘電体スタック１１２は、ＡＲ層１１４／１１５によって境界を画定された稠密構造複屈折層１１２ａを含む。一般に、構造複屈折は、斜め角度堆積により稠密構造複屈折層１１２ａに導入される。堆積プロセスは、通常は当業者には周知の様々な蒸着またはスパッタリング堆積の技法の１つを使用する物理的な蒸着であり、薄膜が密であり（たとえば、約９０％のかさ密度より大きい）、適切な複屈折（たとえば、５５０ｎｍにおいて約０．００２より大きい）を示すことを保証するように選択および／または変更されることが好ましい。たとえば、コーティング・フラックス入射角度、コーティング・マスク設計、コーティング源と基板の距離、コーティング源と基板の相対位置および配向、堆積率、基板スピニング制御、ならびにコーティング材料の少なくとも１つは、通常、望ましい複屈折および／または密度を提供するように選択される。代替または追加として、高密度は、ＩＡＤなどのエネルギー・プロセスを使用することによって達成される。たとえば、これまで記述された例では、コーティング・フラックス入射角度は、広範な堆積角度（たとえば、２から３５°）を含み、任意選択のコーティング・マスクは１８０°マスクであり、基板はるつぼから約３０’’離れており、堆積率は約２と１２Å／秒の間であり、基板は約５００ｒｐｍにおいてスピンされ、ＩＡＤ源が使用された。一般的に、平均堆積角度、またはより一般的に最大堆積角度は、約４０°より小さい。
【００９３】
Ａプレート誘電体スタック１１２は、例示のためにのみ、単一の稠密構造複屈折層１１２ａを含むように示されていることに留意されたい。他の実施形態によれば、Ａプレート・スタックは、複数のより薄い稠密構造複屈折層および／または介在層（たとえば、交互屈折率設計において）を含む。代替として、構造複屈折層は、基板と同様の屈折率を有する材料から製作され、内部ＡＲコーティング１１５は省略される。さらに代替として、Ａプレート・スタックは、より複雑なＡＲ設計に組み込まれた少なくとも１つの稠密構造複屈折層を含む。Ａプレート誘電体スタックが単一の稠密構造複屈折層を含む実施形態では、構造複屈折層は、通常、かなり厚い（たとえば、数ミクロン）が、Ａプレート誘電体スタックが複数の稠密構造複屈折層で置き換えられる実施形態では、構造複屈折層は、通常、比較的薄い。
【００９４】
ＡＲ層１１３、１１４、１１５、および１１６のそれぞれは、通常は誘電体スタックであり、屈折率が突然変化する境界面において屈折率整合層として作用する。ＡＲコーティング１１３、１１４、１１５、および１１６は、トリム・リターダが製造されているとき、リターダンス全体および位相差に考慮されるべきである追加の面外リターダンス成分をも提供する可能性がある。
【００９５】
−Ｃプレート誘電体スタック１１１および／またはＡプレート誘電体スタック１１２を形成するのに適切な誘電体には、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、およびＳｉＯ２などの金属酸化物があり、これらは、光学的に等方性であり、可視波長スペクトル領域（たとえば、４００ｎｍから７００ｎｍ）において高度な透過性を示す。
【００９６】
基板１１７は、通常、たとえば約１ｍｍの厚さである平面平行ガラス・プレート基板である。ディスプレイ応用分野に使用されるいくつかの一般的な基板には、コーニング１７３７ＦおよびショットＤ２６３Ｔがあり、両方とも、λ＝５５０ｎｍにおいて１．５２の公称屈折率を有するシリケート・フロート・ガラスを使用する。代替として、基板は、融合シリカなど、機械的支持体を提供する他の透過性材料から製作される。
【００９７】
このトリム・リターダの面内リターダンスは、実際には最高で約４分の１波長とすることが可能であり、可視帯域全体にわたって、一般的には３０ｎｍ未満、より一般的には約１と１０ｎｍとの間を対象とする。たとえば、トリム・リターダが５ｎｍの面内リターダンスを対象とし、約０．００２の実効面内複屈折を有する場合、単一層Ａプレート設計は、約２．５μｍの層を必要とする。この厚さの膜は、任意の一定水準のコーティング機械能力の十分に範囲内にある。このトリム・リターダの面外リターダンスは、通常、可視帯域全体にわたって約−１ｎｍから約−１００ｎｍの範囲において対象とされる。
【００９８】
Ａプレート・リターダンスおよび−Ｃプレート・リターダンスの両方とも、無機材料および／または誘電体材料によって提供されることが有利である。したがって、Ａプレート・スタックおよび−Ｃプレート・スタックの両方とも、低コストの全誘電体トリム・リターダを提供するために、標準的なコーティング室において容易に堆積される。さらに、完全機能トリム・リターダは、完全に等方性の誘電体材料によって製作されるので、高度に耐久性および／または水分非浸透性のコーティングが得られる。さらに、無機誘電体材料には、明確な柱状体／間隙の微細構造がないので、複屈折は、マイクロディスプレイ投影システムによって提供される高光フラックスおよび／または高温の環境において、極度に安定であることが予期される。
【００９９】
図１５を参照して議論された実施形態では、−Ｃプレート誘電体スタック１１１は、稠密Ａプレート誘電体スタックの上に縦続結合される。代替実施形態では、Ａプレート誘電体スタックは、−Ｃプレート誘電体スタック１１１の上に縦続結合される。
【０１００】
図１６を参照すると、ＶＡＮモードＬＣｏＳマイクロディスプレイ投影システムにおいて像コントラストを向上させるための完全機能Ａ／−Ｃプレート・トリム・リターダの他の実施形態が示されている。トリム・リターダ２１０は、第２の複数の低屈折率層２１２と交互になっており、ＡＲ層２１４、２１５によって境界を画定される、第１の複数の高屈折率層２１１を有する誘電体スタックを含む。誘電体スタックは、基板２１７の一つの面に結合され、他のＡＲ層２１６は、基板２１７の第２対向面に結合される。
【０１０１】
第１および第２の複数の層のそれぞれの層の厚さは、誘電体スタックが−Ｃプレート機能を提供するように選択される。第１および第２の複数の層の少なくとも１つは、斜め角度堆積で形成される。堆積プロセスは、通常は当業者には周知の様々な蒸着またはスパッタリング堆積の技法の１つを使用する物理的な蒸着であり、薄膜が稠密であり（たとえば、約９０％のかさ密度より大きい）、適切な複屈折（たとえば、５５０ｎｍにおいて約０．００２より大きい）を示すことを保証するように選択および／または変更されることが好ましい。たとえば、層の厚さは、適切な−Ｃプレート複屈折を提供するように、通常、約１００ｎｍより小さく、しばしば約２０ｎｍより小さいので、より高いＡプレート・リターダンスを提供するために、より高い入射角度が必要とされる可能性があり、したがって、微細構造が多孔性ではないことを保証するために、堆積率、基板スピニング制御、およびエネルギー・プロセスの少なくとも１つを調節することを必要とする。
【０１０２】
通常は誘電体スタックであるＡＲ層２１４、２１５、および２１６のそれぞれは、屈折率が突然変化する境界面において屈折率整合層として作用する。ＡＲコーティングは、トリム・リターダが製造されているとき、リターダンス全体および位相差に考慮されるべきである追加の面外リターダンス成分をも提供する可能性がある。
【０１０３】
誘電体スタックを形成するのに適切な誘電体には、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、およびＳｉＯ２などの金属酸化物があり、これらは、光学的に等方性であり、可視波長スペクトル領域（たとえば、４００ｎｍから７００ｎｍ）において高度な透過性を示す。
【０１０４】
基板２１７は、通常、たとえば約１ｍｍの厚さである平面平行ガラス・プレート基板である。ディスプレイ応用分野に使用されるいくつかの一般的な基板には、コーニング１７３７ＦおよびショットＤ２６３Ｔがあり、両方とも、λ＝５５０ｎｍにおいて１．５２の公称屈折率を有するシリケート・フロート・ガラスを使用する。代替として、基板は、融合シリカなど、機械的支持体を提供する他の透過性材料から製作される。
【０１０５】
このトリム・リターダの面内リターダンスは、実際には最高で約４分の１波長とすることが可能であり、可視帯域全体にわたって、一般的には３０ｎｍ未満、より一般的には約１と１０ｎｍとの間を対象とする。このトリム・リターダの面外リターダンスは、通常、可視帯域全体にわたって約−１ｎｍから約−１００ｎｍの範囲において対象とされる。
【０１０６】
Ａプレート・リターダンスおよび−Ｃプレート・リターダンスの両方とも、同じ無機材料によって提供され、したがって、堆積手続きを簡略化することが有利である。さらに、完全トリム・リターダは、完全に等方性の誘電体材料から製作されるので、高度に耐久性および／または水分非浸透性のコーティングが得られる。さらに、無機誘電体材料は、明確な柱状体／間隙の微細構造が欠如しているので、複屈折は、マイクロディスプレイ投影システムによって提供される高光フラックスおよび／または高温の環境において、極度に安定であることが予期される。
【０１０７】
本発明の他の実施形態によれば、稠密構造複屈折薄膜層は、ＶＡＮモードＬＣｏＳマイクロディスプレイ投影システムの残留複屈折を補償するために使用される他の光学構成要素と統合された全誘電体トリム・リターダに組み込まれる。
【０１０８】
図１７を参照すると、ＶＡＮモードＬＣｏＳマイクロディスプレイ投影システムのディスプレイ・パネル・カバーにおいて統合された完全機能Ａ／−Ｃプレート・トリム・リターダの実施形態が示されている。トリム・リターダ・サブアセンブリは、−Ｃプレート誘電体スタック３０３、Ａプレート誘電体スタック３０２、および複数のＡＲ層３０１を含み、すべて、透明カバー基板３００の第１表面上に配置される。このトリム・リターダ・サブアセンブリは、ＬＣ分子３０６が配置されるＬＣセル・ギャップを形成し、上部レベル金属反射器３０５が、シリコン背面（基板）３０４の上に配置されている。一般に、ＬＣｏＳは、配向層（たとえば、重合または斜め蒸着無機層）３０７および前面透明導体電極（たとえば、ＩＴＯ）３０８をも含む。
【０１０９】
−Ｃプレート誘電体スタック３０３は、−Ｃプレート機能を有するＦＢＡＲスタックを提供するために、反射防止（ＡＲ）コーティング３０１ａ／ｂによって境界を画定された構造複屈折（ＦＢ）構造３０３ａを含む。構造複屈折構造３０３ａは、それぞれが第１屈折率ｎ１および第１の厚さｄ１を有し、第２屈折率ｎ２および第１の層の厚さｄ２をそれぞれが有する少なくとも第２の複数の層と交互になっている第１の複数の層を含む。層の厚さｄ１およびｄ２のそれぞれは、構造複屈折の効果を実現するために、動作波長（たとえば、λ＝５５０ｎｍ）の端数であることが好ましい。一般に、構造複屈折は、層の厚さｄ１およびｄ２が同様であり、ｎ１とｎ２の差が大きい場合（たとえば、約０．５より大きい）、最大になる。たとえば、タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とシリカ（ＳｉＯ２）の層の７１の対を含み、λ＝５５ｎｍにおいて２．２０および１．４６の公称屈折率をそれぞれ有する−Ｃプレート・スタックが、大気において±１２°の入射角度において約−６．３ｎｍの正味のリターデーションを提供すると推定されている。しばしば約４０ｎｍ未満の厚さであるこれらの誘電体層が、ほぼ等しい層の厚さを有するとき、スタックの結果的な実効屈折率は約２である。
【０１１０】
Ａプレート誘電体スタック３０２は、ＡＲ層３０１ｂ／ｃによって境界を画定された稠密構造複屈折層３０２ａを含む。一般に、構造複屈折は、斜め角度堆積により稠密構造複屈折層１１２ａに導入される。堆積プロセスは、通常は、当業者には周知の様々な蒸着またはスパッタリング堆積の技法の１つを使用する物理的な蒸着であり、薄膜が稠密であり（たとえば、約９０％のかさ密度より大きい）、適切な複屈折（たとえば、５５０ｎｍにおいて約０．００２より大きい）を示すことを保証するように選択および／または変更されることが好ましい。たとえば、コーティング・フラックス入射角度、コーティング・マスク設計、コーティング源と基板の距離、コーティング源と基板の相対位置および配向、堆積率、基板スピニング制御、ならびにコーティング材料の少なくとも１つは、通常、望ましい複屈折および／または密度を提供するように選択される。代替または追加として、高密度は、ＩＡＤなどのエネルギー・プロセスを使用することによって達成される。たとえば、上述された例では、コーティング・フラックス入射角度は、広範な堆積角度（たとえば、２から３５°）を含み、任意選択のコーティング・マスクは１８０°マスクであり、基板はるつぼから約３０’’離れており、堆積率は約２と１２Å／秒の間であり、基板は約５００ｒｐｍにおいてスピンされ、ＩＡＤ源が使用された。一般的に、平均堆積角度、またはより一般的に最大堆積角度は、約４０°より小さい。
【０１１１】
Ａプレート誘電体スタック３０２は、例示のためにのみ、単一の稠密構造複屈折層を含むように示されていることに留意されたい。他の実施形態によれば、Ａプレート・スタックは、複数のより薄い稠密構造複屈折層および／または介在層（たとえば、交互屈折率設計において）を含む。代替として、構造複屈折層は、基板と同様の屈折率を有する材料から製作され、内部ＡＲコーティング３０１ｃは省略される。さらに代替として、Ａプレート・スタックは、より複雑なＡＲ設計に組み込まれた少なくとも１つの稠密構造複屈折層を含む。Ａプレート誘電体スタックが単一の稠密構造複屈折層を含む実施形態では、構造複屈折層は、通常、かなり厚い（たとえば、数ミクロン）が、Ａプレート誘電体スタック１１２が複数の稠密構造複屈折層で置き換えられる実施形態では、構造複屈折層は、通常、比較的薄い。
【０１１２】
通常は誘電体スタックであるＡＲ層３０１ａ〜ｃのそれぞれは、屈折率が突然変化する境界面において屈折率整合層として作用する。ＡＲコーティング３０１ａ〜ｃは、トリム・リターダが製造されているとき、リターダンス全体および位相差に考慮されるべきである追加の面外リターダンス成分をも提供する可能性がある。
【０１１３】
−Ｃプレート誘電体スタック３０３および／または誘電体スタック３０２を形成するのに適切な誘電体には、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＯ２、およびＳｉＯ２などの金属酸化物があり、これらは、光学的に等方性であり、可視波長スペクトル領域（たとえば、４００ｎｍから７００ｎｍ）において高度な透過性を示す。
【０１１４】
このトリム・リターダの面内リターダンスは、実際には最高で約４分の１波長とすることが可能であり、通常、可視帯域全体にわたって、一般的には３０ｎｍ未満、より一般的には約１と１０ｎｍとの間を対象とする。たとえば、トリム・リターダが５ｎｍの面内リターダンスを対象とし、約０．００２の実効面内複屈折を有する場合、単一層Ａプレート設計は、約２．５μｍの層を必要とする。この厚さの膜は、任意の一定水準のコーティング機械能力の十分に範囲内にある。このトリム・リターダの面外リターダンスは、通常、可視帯域全体にわたって約−１ｎｍから約−１０００ｎｍの範囲において対象とされる。
【０１１５】
高歩留まりの統合された補償器／ディスプレイを提供するために、Ａプレート／−Ｃプレート・スタックとディスプレイ要素３０６との間の粗い方位角のずれが、２つのリターダ要素の公称面内リターダンスの大きさを考慮して、デバイスの平面においてカバー基板を機械的に回転させることによって課される可能性がある。各統合補償器／ディスプレイの個々の微調整は、全体的な漏れ強度をさらに低減するために、オフステージにおいてＬＣ傾斜角度を電圧切り替えするなど、他の非機械的な手段を含むことが可能である。非機械的な微調整のさらなる詳細が、全内容が参照によって本明細書に組み込まれる２００５年１０月１８日に出願された米国仮特許出願６０／７２７９６９において提供されている。Ａプレート・スタックおよび−Ｃプレート・スタックは、ＩＴＯ層により、印加電圧の大部分がＬＣ層にわたって利用可能となる（すなわち、ＩＴＯ層は、ＬＣ層から実質的には絶縁されない）ことが可能であるとすれば、任意選択でカバー基板３００の両面に分布されることに留意されたい。
【０１１６】
Ａプレート・スタックおよび−Ｃプレート・スタックの両方をＬＣｏＳのカバー基板において統合することにより、少なくとも２つの冗長ＡＲコーティングを使用することが不要になる（たとえば、それぞれが他方に面するトリム・リターダおよびディスプレイ・パネル上において）ことが有利である。
【０１１７】
Ａプレート・スタックおよび−Ｃプレート・スタックの両方が、標準的なコーティング室において容易に堆積される無機誘電体材料で形成されるので、低コスト全誘電体トリム・リターダが提供される。さらに、完全機能トリム・リターダは、完全に等方性誘電体材料から製作されるので、高度に耐久性および／または水分非浸透性のコーティングが得られる。さらに、無機誘電体材料は、明確な柱状体／間隙の微細構造が欠如しているので、複屈折は、マイクロディスプレイ投影システムによって提供される高光フラックスおよび／または高温の環境において、極度に安定であることが予期される。
【０１１８】
上記の実施形態のそれぞれにおいて、標準的なコーティング室において堆積され、完全に無機材料および／または誘電体材料から形成された薄膜層が、Ａプレート機能を提供するために使用される。これらの構造複屈折薄膜層は、妥当に稠密で（たとえば、層の密度は、バルク材料の密度にほぼ等しい）、非多孔性である。その結果、これらの十分稠密な薄膜は、高光フラックス条件において高度に堅牢および／または安定であることが予期される。さらに、これらの薄膜は、明確な柱状体および／または柱状微細構造を示さないので、製作は、比較的簡単にすることができる。たとえば、単一斜め角度が稠密薄膜層を作成するために使用されることが可能であるが、製作は、ある範囲の斜め角度を使用することによって簡単になる。したがって、ＬＣＤ応用分野において偏光補償を提供することに加えて、本発明の薄膜光学リターダは、簡単で費用効果の高い手法を様々な他の応用分野の偏光制御に提供すると考えられる。
【０１１９】
一実施形態によれば、薄膜層は、低角度堆積（たとえば、４０°未満）を使用して、面内複屈折が６３０ｎｍにおいて約０．００１から０．００２の範囲になるように堆積される。これらの稠密層の面外複屈折は未知であるが、あらゆる＋Ｃプレート・リターダンスが、−Ｃプレート・リターダンスを有するＦＢＡＲスタックで容易に補償される。実際、稠密構造複屈折薄膜層は、完全Ａ／−Ｃプレート機能を提供するように、ＦＢＡＲ薄膜スタックに容易に縦続結合され、そうでない場合は結合される。ＦＢＡＲスタック、または他の任意選択の層は、同じ堆積室において形成されることが好都合である。代替として、ＦＢＡＲスタック、または他の任意選択の層は、他の堆積技法を使用して形成される（すなわち、一般的な堆積技法には、化学蒸着（ＣＶＤ）、プラズマ・エンハンストＣＶＤ、電子ビーム蒸着、熱蒸着、スパッタリング、および／または原子層堆積がある）。
【０１２０】
当然、上記の実施形態は、例示としてのみ提供されている。当業者なら、本発明の精神および範囲から逸脱せずに、様々な修正、代替構成、および／または等価物が使用されることを理解するであろう。たとえば、本発明は、ＶＡＮモードＬＣｏＳ投影応用分野における偏光補償に関して議論されたが、当業者なら、本発明は、投影応用分野である、またはないことが可能である透過型ＶＡＮモードＬＣＤ応用分野など、他のＬＣＤ応用分野にも適用可能であることを理解するであろう。たとえば、他の実施形態によれば、薄膜光学リターダは、透過型ＶＡＮモードＬＣＤパネルの一基板または両方の基板に組み込まれる。さらに、これまで議論されたトリム・リターダの実施形態は、液晶セル・サブアセンブリに組み込まれる、または液晶マイクロディスプレイ投影システムにおいて独立型デバイスとして使用されるとして記述されたが、４分の１波長プレートなどの他の光学構成要素と薄膜光学リターダを統合することも本発明の範囲内にある。したがって、本発明の範囲は、添付の請求項の範囲によってのみ限定されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】従来の技術の３パネル・ワイヤグリッド偏光子（ＷＧＰ）ベースの液晶オン・シリコン（ＬＣｏＳ）投影光エンジンの概略図である。
【図２】ＬＣｏＳパネルおよびトリム・リターダを２重通過する際の線形偏光の保存を示す図である。
【図３】高入射角度蒸気フラックスが複屈折を形成するために使用される、視射角堆積（ＧＬＡＤ）の概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による、構造複屈折薄膜を製作する装置の概略図である。
【図５】図４に示されたシステムの実験セットアップを使用して計算された、マスク構成および非マスク構成について入射角のプロットを径方向位置の関数として示す図である。
【図６】垂直入射リターダンスが６３３ｎｍにおいてＥｘｉｃｏｒについて測定された、マスク構成および非マスク構成について径方向位置に対する面内リターダンスのプロットを示す図である。
【図７】図５および６を使用して計算された、マスク構成および非マスク構成について面内リターダンスのプロットを最大堆積角度の関数として示す図である。
【図８】図７を使用して計算された、マスク構成および非マスク構成について面内複屈折のプロットを最大堆積角度の関数として示す図である。
【図９】図７を使用して計算された、マスク構成および非マスク構成について面内複屈折のプロットを最大堆積角度の関数として示す図である。
【図１０】６３３ｎｍにおいてＥｘｉｃｏｒについて垂直入射において測定されたリターダンス角度を径方向位置の関数として示す図である。
【図１１】部分のその位置における平均堆積角度の関数としてプロットされた、図１０からの測定リターダンス角度を示す図である。
【図１２】赤色帯域ＡＲコーティングのリターダンスを波長の関数として示す図である。
【図１３】Ａプレート・リターダンスが稠密構造複屈折層によって提供される、全誘電体トリム・リターダの概略図である。
【図１４】Ａプレート・リターダンスが、ガラス基板の一つの面に配置された稠密構造複屈折層によって提供され、−Ｃプレート・リターダンスが、ガラス基板の反対面に配置された交互屈折率スタックによって提供される、全誘電体Ａプレート／−Ｃプレート・トリム・リターダの概略図である。
【図１５】Ａプレート・リターダンスが、ガラス基板の一つの面に配置された稠密構造複屈折層によって提供され、−Ｃプレート・リターダンスが、ガラス基板の同じ面に配置された交互屈折率スタックによって提供される、全誘電体Ａプレート／−Ｃプレート・トリム・リターダの概略図である。
【図１６】Ａプレート・リターダンスおよび−Ｃプレート・リターダンスの両方が、稠密構造複屈折層の交互屈折率スタックによって提供される、全誘電体完全機能Ａプレート／−Ｃプレート・トリム・リターダの概略図である。
【図１７】全誘電体完全機能Ａ／−Ｃプレート・トリム・リターダを組み込んでいる、統合ディスプレイ・パネル・リッドの概略図である。
【符号の説明】
【０１２２】
５０  装置
５２ａ  第１るつぼ
５２ｂ  第２るつぼ
５４ａ  第１キャルロッド・ヒータ
５４ｂ  第２キャルロッド・ヒータ
５６  熱電対
５７  光学モニタ
５８ａ  第１結晶率モニタ
５８ｂ  第２結晶率モニタ
６０  イオン補助堆積（ＩＡＤ）源
７０  基板（または部分）を支持するためのマウント
８０  光学１８０°マスク
【図１】
0005227507.tif 000009
【図２】
0005227507.tif 000010
【図３】
0005227507.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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