(57)【要約】【課題】ＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムのための改善されたトリム・リターダを提供する。【解決手段】液晶ディスプレイ投影システムのためのコントラスト補償は、予め決められた波長で予め決められた量だけゼロ次半波からシフトされた面内リターダンスを有する単一層のリターダ要素を含むトリム・リターダが設けられる。この近半波長板は、従来の比較的低い強度のトリム・リターダに対して類似するコントラスト補償および方位角感度を提供し、まだ管理可能な厚み公差を有して無機複屈折結晶を用いて容易に製造される。【選択図】図１３
2009037226.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶ディスプレイ投影システムであって、
予め決められた波長で残留オフ状態複屈折を有する反射型液晶ディスプレイ・パネルと、
前記反射型液晶ディスプレイ・パネルの前記残留オフ状態複屈折を補償し、かつ前記液晶ディスプレイ投影システムのオン状態／オフ状態コントラスト比を増大するためのトリム・リターダとを備え、
前記トリム・リターダは、前記残留オフ状態複屈折の面内成分を補償するための面内リターダンスを有する単一層のリターダ要素を含み、前記面内リターダンスは、前記予め決められた波長で約０．１５波未満である予め決められた量だけ、前記予め決められた波長で半波からシフトされる液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項２】
前記予め決められた量が、前記予め決められた波長で０．００５波と０．１０波との間である請求項１に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項３】
前記予め決められた量が、前記予め決められた波長で０．０５５波である請求項２に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項４】
前記面内リターダンスは、前記予め決められた波長で約０．４５波および約０．５５波のいずれかである請求項１に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項５】
前記トリム・リターダは、前記残留オフ状態複屈折の面外成分を補償するための面外リターダンスを有する少なくとも１つのリターダ要素を含む請求項１に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項６】
前記面外リターダンスを有する少なくとも１つのリターダ要素は、前記単一層のリターダ要素の第１の側部に結合された第１の形態複屈折反射防止コーティングと、前記単一層のリターダ要素の第２の反対側の側部に結合された第２の形態複屈折反射防止コーティングとを備える請求項５に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項７】
前記単一層のリターダ要素は、石英板を備える請求項６に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項８】
前記単一層のリターダ要素は、無機複屈折結晶を備える請求項１に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項９】
前記単一層のリターダ要素は、石英板を備える請求項８に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項１０】
前記反射型液晶ディスプレイ・パネルは、垂直配向ネマティック液晶ディスプレイ・パネルを備え、かつワイヤ・グリッド偏光子ベースの偏光ビーム・スプリッタに光学的に結合される請求項１に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項１１】
前記面内リターダンスは、前記予め決められた量だけ前記予め決められた波長で半波より下位にシフトされ、前記反射型液晶ディスプレイ・パネルは、前記反射型液晶ディスプレイ・パネルのＳ軸およびＰ軸の二等分線に実質的に平行な遅軸を有し、前記単一層のリターダ要素の遅軸は、前記反射型液晶ディスプレイの前記遅軸を含む象限に隣接する象限内にある請求項１に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項１２】
前記面内リターダンスは、前記予め決められた量だけ前記予め決められた波長で半波より上位にシフトされ、前記反射型液晶ディスプレイ・パネルは、前記反射型液晶ディスプレイ・パネルのＳ軸およびＰ軸の二等分線に実質的に平行な遅軸を有し、前記単一層のリターダ要素の遅軸は、前記反射型液晶ディスプレイの前記遅軸を含む象限に隣接する象限と、前記反射型液晶ディスプレイの前記遅軸を含む象限と対角の反対側の象限との１つの内にある請求項１に記載の液晶ディスプレイ投影システム。
【請求項１３】
液晶ディスプレイ投影システムにおけるコントラスト比を改善する方法であって、
前記液晶ディスプレイ投影システム内の反射型液晶ディスプレイ・パネルの残留オフ状態複屈折を補償するためのトリム・リターダを提供することを含み、前記トリム・リターダは、前記残留オフ状態複屈折の面内成分を補償するための面内リターダンスを有する単一層のリターダ要素を含み、前記面内リターダンスは、予め決められた波長で約０．１５波未満である予め決められた量だけ、前記予め決められた波長で半波からシフトされる、コントラスト比を改善する方法。
【請求項１４】
前記単一層のリターダ要素の遅軸方位角が、前記反射型液晶ディスプレイ・パネルのＳ軸およびＰ軸の１つの実質的に平行であるように、前記トリム・リターダを向けることを含む請求項１３に記載のコントラスト比を改善する方法。
【請求項１５】
前記トリム・リターダの前記遅軸方位角が、前記Ｓ軸およびＰ軸の１つから外れて回転され、かつ前記コントラスト比が最大化されるように、前記単一層のリターダ要素の面に垂直な軸の周りで前記トリム・リターダをクロッキングすることを含む請求項１４に記載のコントラスト比を改善する方法。
【請求項１６】
液晶ディスプレイ投影システムにおけるコントラスト比を改善する方法であって、
前記液晶ディスプレイ投影システム内の反射型液晶ディスプレイ・パネルの残留オフ状態リターダンスを決定すること、
前記残留オフ状態リターダンスを補償し、かつ前記液晶ディスプレイ投影システムにおけるオン状態／オフ状態コントラスト比を増大するために第１の面内リターダンスを決定すること、および
前記液晶ディスプレイ投影システム内にトリム・リターダを配置することを含み、前記トリム・リターダは、第２の面内リターダンスを有する単一層のリターダ要素を含み、前記第２の面内リターダンスは、前記第１の面内リターダンスを加えた半波および前記第１の面内リターダンスを引いた半波の１つに実質的に等しく、前記第１および第２の面内リターダンスは、電磁スペクトルの可視領域内の同一波長で決定される、コントラスト比を改善する方法。
【請求項１７】
前記液晶ディスプレイ投影システム内にトリム・リターダを配置することは、ワイヤ・グリッド偏光子と前記反射型液晶ディスプレイ・パネルとの間に前記トリム・リターダを配置することを含む請求項１６に記載のコントラスト比を改善する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、全体的に液晶ディスプレイのためのコントラスト補償に関し、より詳細には高光束投影システムで使用される液晶ディスプレイのコントラスト補償に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）は、ラージ・スクリーン・テレビジョンおよびモニタのための投影ディスプレイで広範に使用される。１つの特に成功したＬＣＤベースの投影システムは、ワイヤ・グリッド偏光子（ＷＧＰ）およびオン・シリコン液晶（ＬＣｏＳ）パネルの両方を使用するＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムである。透過型液晶（ｘＬＣＤ）、デジタル光プロセッサ（ＤＬＰ）、および直視ＬＣＤなどの他のマイクロ・ディスプレイ技術と比べたとき、高解像度および高画像コントラストの両方を示すことが判明しているこの投影システムは、一般に、スクリーン上の輝度を改善するために３枚以上のマイクロ・ディスプレイ・パネル（例えば、赤色、緑色、および青色帯域のための）を使用する。さらに、投影システムのオン対オフ状態の順次の画像コントラストを強化するために、適度に低い強度の線形リターダが、一般に、オフ状態のマイクロ・ディスプレイ・パネルの残留複屈折性を補償するために、各マイクロ・ディスプレイ・パネルの前に配置される。当技術でよく知られているように、この残留オフ状態複屈折は、典型的にオフ状態漏洩を導き、オフ状態漏洩は、暗いビデオ・コンテンツを表示するとき、非常に明瞭な明るい暗状態として現れ、オン状態／オフ状態のコントラスト比を著しく低下させる。ディスプレイ・パネルのより低い強度の残留オフ状態複屈折を補償するために、適度に低い強度の線形リターダの使用は、コントラスト比を著しく改善することが示されたコントラスト補償を提供する。
【０００３】
例えば、図１に示される従来の３パネルＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ投影システムを考慮する。投影システムは、例えば高圧放電ランプである光源５、および光ロッド７を含む。光ロッド７は、空間的に均一な光分布を確実にするように光源５によって生成される光のコーンを均等にする。任意に、光ロッド７は、直線偏光を生成するために偏光変換光パイプ（ＰＣＬＰ）である。第１のレンズ８ａは、光パイプ７から第１の折り曲げミラー９へ光を通し、第１の折り曲げミラー９は、光を第１の干渉フィルタ１０へ向ける。干渉フィルタ１０は、青色光を残る光から分離し、青色光を、第２のレンズ８ｂおよび第３のレンズ８ｃならびに第２の折り曲げミラー１７および第３の折り曲げミラー１６を介して第１のＬＣｏＳディスプレイ・パネル２０ａへ向ける。干渉フィルタ１０を通して透過される残る光は、第４のレンズ８ｄおよび第５のレンズ８ｅならびに第４の折り曲げミラー１１を介して第２の干渉フィルタ１２へ向けられる。第２の干渉フィルタ１２は、残る光を緑色光と赤色光に分離し、緑色光は第２のＬＣｏＳディスプレイ・パネル２０ｂへ向けられ、赤色光は第３のＬＣｏＳディスプレイ・パネル２０ｃへ向けられる。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、第１にそれぞれＷＧＰ１５、１４、および１３、および適度に低い強度の線形リターダ２１ａ、２１ｂ、および２１ｃを通過する。
【０００４】
各ＷＧＰ１５、１４、および１３は、複数の平行マイクロ・ワイヤから形成される偏光子／検光子であり、平行マイクロ・ワイヤの方向に垂直な偏光を有する光を透過し、かつワイヤの方向に平行な偏光を有する光を反射する（例えば、偏光子が、図１に示されるように水平方向またはＰ偏光光を通すように設計されるなら、マイクロ・ワイヤは、図１の面に対して垂直である）。各ＬＣｏＳパネル２０ａ、２０ｂ、および２０ｃは、直線偏光入射光の偏光をピクセル毎に変更し、かつ対応するＷＧＰ１５、１４、および１３に変調光を反射して戻す。各ＷＧＰ１５、１４、および１３は、光伝播の原理方向に対してほぼ±４５°に向けられる。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、操縦によって入射光を出射光から分離し、または入射光経路に対して垂直である出力光経路に沿って各ＬＣｏＳパネルから反射された光を偏向するためのビーム・スプリッタとしても作用する。より詳細には、各ＷＧＰ１５、１４、および１３は、Ｓ偏光光（例えば、オン状態でピクセルによって９０°だけ回転された偏光光）をＸキューブ１９へ反射する。Ｘキューブ１９は、各３カラー・チャネルから画像を集め（すなわち集束し）、かつ投影レンズ１８を介して最終画像をラージ・スクリーン（図示せず）上に投影する。任意に各カラー・チャネルは、例えば１つ以上のＷＧＰおよび／または干渉シート偏光子を含むことができる、プレ偏光子（図示せず）および／またはクリーンアップ検光子（図示せず）をさらに含む。
【０００５】
上述のように、適度に低い強度の線形リターダ２１ａ、２１ｂ、および２１ｃは、そうでなければ暗状態（例えばオフ状態）のＬＣｏＳパネルの残留複屈折によって制限される、投影システムのコントラスト性能レベルを改善するために使用される補償要素である。例えば、適度に低い強度の線形リターダ２１ａ−ｃが無い状態で、オフ状態の各マイクロ・ディスプレイ・パネルを照明するＰ偏光光は、ＬＣｏＳパネル２０ａ−ｃの残留複屈折に起因して反射時にわずかに楕円偏光される。ＰおよびＳ成分の両方を含む楕円偏光光が、対応するＷＧＰ１５、１４、１３に伝達されるとき、Ｓ成分は、Ｘキューブに反射され、ラージ・スクリーンへの暗状態光の漏洩を可能にし、投影システムのコントラストを制限する。
【０００６】
適度に低い強度の線形リターダ２１ａ−ｃの使用は、ＬＣｏＳパネル２０ａ−ｃにおける残留複屈折の結果として生じ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・レベルを改善する。特に、各適度に低い強度の線形リターダ２１ａ、２１ｂ、および２１ｃは、対応するＬＣｏＳパネルの固有複屈折の結果として生じる線形リターダンスを相殺する位相リターダンスを導入する。一般に、用語「面内リターダンス」は、光学要素の物理厚み倍の２つの直交面内屈折率（予め決められた波長での）間の差異を言及する。各低い強度の線形リターダ２１ａ、２１ｂ、および２１ｃは、予め決められた量の面内リターダンスを提供するために必要であるので、それらは、しばしばＡプレート（すなわち、プレートの面に平行に向けられたその異常軸を有する光リターダンス要素）として構成される。垂直配向ネマティック（ＶＡＮ）ＬＣｏＳパネルについて、オフ状態の固有複屈折の結果として生じる線形リターダンスは、可視帯域全体にわたってほぼ２ｎｍから５ｎｍである。したがって、適度に低い強度の線形リターダ２１ａ、２１ｂ、および２１ｃは、典型的にほぼ１０ｎｍから２０ｎｍのＡプレート・リターダンスを示す必要がある。適度に低い強度の線形リターダ２１ａ、２１ｂ、および２１ｃは、この比較的低い強度の線形リターダンスを提供するために使用されるので、それらは、しばしばトリム・リターダと呼ばれる。
【０００７】
特に、これらトリム・リターダ２１ａ−ｃは、それらの遅軸が、ＬＣｏＳパネル２０ａ−ｃの遅軸に対してほぼ直交する方位角配向で構成され（すなわち、「交差軸」構成と呼ばれる）、一方、それらの速軸が、ＬＣｏＳパネル２０ａ−ｃの速軸に対してほぼ直交する方位角配向で構成されるように向けられる。本明細書で使用される、用語遅軸（ＳＡ）および速軸（ＦＡ）は、線形リターダンスが垂直入射で測定されたとき、２つの直交複屈折軸を言及する。特に、ＳＡおよびＦＡ位置は、オフ軸照明、ならびに大きな角度の入射で負の面外リターダンス成分に関するＳＡ／ＦＡの役割を反転することで変化する。
【０００８】
トリム・リターダ２１ａ−ｃの遅軸およびＬＣｏＳパネル２０ａ−ｃの遅軸は、直交する方位角方向で構成されるので、高速／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へ切り替わる。換言すれば、特定の偏光を有する光は、それぞれトリム・リターダ２１ａ−ｃおよびＬＣｏＳパネル２０ａ−ｃにおいて、より多く次により少なく交互に遅延され、またはその逆である。各トリム・リターダ２１ａ−ｃの線形リターダンスが、オフ状態の対応するＬＣｏＳパネル２０ａ−ｃの線形リターダンスに一致するなら、正味の作用は、入射偏光についてゼロ相対遅延であり、結果として変更されない偏光である（すなわち、出力光は楕円偏光されない）。対応するＷＧＰ１５、１４、１３および／または任意のクリーンアップ検光子は、次に、暗状態のパネル漏洩がスクリーン上に現れないように出力光を放出する。トリム・リターダ２１ａ−ｃは、オン状態のパネルのスループットを著しくは変更しないので、結果としての順次のコントラスト（完全オン／完全オフ）は優れている。
【０００９】
各トリム・リターダ２１ａ−ｃは、理論的には、オフ状態の対応するＬＣｏＳパネル２０ａ−ｃの線形リターダンスに一致する線形リターダンスを提供すべきであるが、実際には、ＬＣｏＳパネル２０ａ−ｃおよびトリム・リターダ２１ａ−ｃの両方の線形リターダンスは、デバイス厚みにおける製造公差、材料複屈折制御、ならびに動作ドリフト（温度、機械応力など）に起因して各構成部品内で変化する傾向を有する。結果として、適切な補償を確実にするために、対応するＬＣｏＳパネルによって示される残留オフ状態リターダンスより高い線形リターダンスを示すトリム・リターダを提供することがより一般的である。例えば、５ｎｍの線形リターダンス（λ＝５５０ｎｍで）を有するトリム・リターダは、垂直入射で２ｎｍの線形リターダンス（λ＝５５０ｎｍで）を示す垂直配向ネマティック（ＶＡＮ）ＬＣｏＳを補償するために提供されることができる。
【００１０】
当業者に知られているように、線形リターダンスにおけるこの不一致は、上述の垂直交差軸構成に対するトリム・リターダ２１ａ−ｃの光学軸のオフセットを必要とする。換言すれば、トリム・リターダは、コントラスト比における増大が実験的に観察されるまで、交差軸構成から外れてその方位角の向きを回転することによって機械的に「クロックド・イン」される。この実際的なアセンブリは、図２に示される。ＬＣｏＳ遅軸は、＋Ｘ軸（右手ＸＹＺ座標系、ＲＨ−ＸＹＺ）に対して６２の方位角を有して、第２象限に暗い矢印６１によって表される。パネルの遅軸は、ＳおよびＰ軸の二等分線に実質的に平行に典型的に向けられ、これは、ＶＡＮ−ＬＣｏＳパネルが、有効に電子的に制御された複屈折（ＥＣＢ）デバイスとして使用されるべきであるなら、重要である。トリム・リターダは、隣接する象限において配向されたその遅軸を有する。アン・クロックド位置において、遅軸６３は、ＳおよびＰ偏光軸を二等分する（すなわち、Ｐ偏光が０°／１８０°に平行であり、かつＳ偏光が±９０°に平行であるとき、遅軸は±４５°および±１３５°にある）。クロッキングの後、遅軸は、ほぼ±２２°だけ回転されて示される（例えば、ｚ軸の周りに回転される、φｃｌ＝２２°）。
【００１１】
様々な技術が、トリム・リターダを製造するために使用された。例えば、トリム・リターダを形成するために使用される材料のいくつかの実施例は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）またはポリカーボネート（ＰＣ）フィルムなどの単軸延伸ポリマ・フィルム、液晶ポリマ（ＬＣ）材料の単軸配向フィルム、セルロース・アセテートなどの非チルト二軸有機ホイル、分子複屈折無機結晶、および無機薄膜を含む。
【００１２】
ほとんどの従来技術において、トリム・リターダは、真のゼロ次トリム・リターダとして製造される。例えば、トリム・リターダは、比較的低い強度のリターダンスを提供するために延伸されるポリマ・フィルムからしばしば製造される。しかしながら、いくつかの無機結晶および／またはＬＣＰ材料などの比較的高い複屈折を有する材料について、真のゼロ次トリム・リターダを形成することは難しい。例えば、可視領域において約１０ｎｍの線形リターダンスを有するゼロ次トリム・リターダを製造するために、石英波長板（Ａプレートとして構成され、かつ５５０ｎｍで０．００９の複屈折を有する）は、約１．１ミクロン厚みであることが必要である。ゼロ次の１／４波長板として構成された類似の石英板でも、１０ミクロン−２０ミクロンの厚みが必要である。実際に、約１００ミクロン未満の物理厚みまで、複屈折結晶板を研磨することは非常に困難である（例えば、それらは、容易な製造および取り扱いには薄すぎる）。
【００１３】
高い複屈折を有する材料を用いて適度に低いリターダンスのトリム・リターダを製造する１つのアプローチは、二層構成を使用することである。例えば、一実施形態において、異なる強度の線形リターダンスを有する２つの複屈折結晶板は、擬似ゼロ次のリターダを形成するために交差軸構成に向けられる。実際に、市販の１／４波長板は、しばしば互いに実質的に直交に向けられるそれらの遅軸を有する２枚の石英板を積層することによって製造され、２枚の板の厚みにおける差異は、ゼロ次の１／４波リターダンスを提供する。他の実施形態において、同一のリターダンスを有する２枚の複屈折結晶板（例えば、２枚の半波長板）は、擬似ゼロ次のリターダを形成するために非９０度の相対方位角オフセットに向けられる。残念なことに、両方のこれら実施形態は、増大した数の構成部品を必要とし、したがって増大した製造価格に関連付けられる。さらに、必要な相対配向に関連する増大した価格も存在する。
【００１４】
適度に低いリターダンスを提供する他のアプローチは、複数次のトリム・リターダを使用することである。例えば、１０次の１／４波リターダ（例えば、５．２５波）は、ゼロ次の１／４波リターダ（例えば、０．２５波）に類似して動作する。複数次のリターダのクロッキング特性は、それらのゼロ次等価物に類似することができることを計算が示すが、それらは、一般にそれらの高い分散に起因してトリム・リターダ応用について理想的ではない。例えば、図３に示される０．２５波の石英リターダおよび５．２５波の石英リターダの関数として、理論的な線形リターダンス（垂直入射で）を考慮する。石英リターダが、緑色帯域（例えば、可視帯域全体の代わりに）で用いられることを仮定しても、シミュレートされる結果は、複数次の１／４波長板の正味のリターダンスが、設計波長を越える最適なコントラスト補償を可能にしないことを明らかに示す。実際、１次の１／４波長板（すなわち、０．７５）でも、比較的大きなリターダンス分散（図示せず）を有することが予想される。特に、大きなリターダンス分散は、所定の帯域内の必ずしも全ての波長チャネルが、ＬＣｏＳ遅軸およびシステムＳおよびＰ面に対する共通のリターダの遅軸配向によって適切に補償されることができないことを意味する。
【００１５】
Ｓｃｈｍｉｄｔらへの米国特許第５，５７６，８５４号において、コントラスト補償は、ほぼ１／４波リターダ（例えば、０．２７波）を用いて提供される。より詳細には、１／４波リターダンス（例えば、０．２５）は、ＭａｃＮｅｉｌｌｅ偏光ビーム・スプリッタ（ＰＢＳ）のスキュー光線偏光解除を補償するために使用され、一方、１／４波を越える追加のリターダンス（例えば、０．０２波）は、ＬＣＤパネルにおける複屈折を補償するために使用される。残念なことに、ＷＧＰベースの偏光ビーム・スプリット・デバイスのための補償器要件は、ＭａｃＮｅｉｌｌｅＰＢＳに基づく補償器要件とは著しく異なることができるので、このアプローチは、ＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ投影システムにおけるコントラスト補償に成功するソリューションを提供しない。実際に、米国特許出願第６，９０９，４７３号において、ほぼ１つの１／４波長板補償器の使用が、ＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムにおけるコントラスト比を劣化させることもあることを、性能結果を示すことを記載している。
【００１６】
国際特許出願公開第０１／７９９２１Ａ２号において、Ｃａｎｄｅｅらは、ＭａｃＮｅｉｌｌｅＰＢＳプリズムのスキュー光線補償を提供するために１／４波長板を使用することも提案する。さらに、Ｃａｎｄｅｅらは、反射パネルにおける残留オフ状態複屈折を補償するための２つの異なる実施形態を提供する。第１の実施形態において、上述の１／４波長板はわずかにずれて配向される。第２の実施形態において、追加の１／４波長板または追加の１／２波長板は、ずれて配向される。より詳細には、第２の１／４波長板または１／２波長板の向きは、イメージャ・パネルの原理的な座標面（また光学システムのＳおよびＰ面）からわずかに回転される。特に、このアプローチは、ＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムにおけるコントラスト補償に対する首尾良いソリューションを提供することも予想されない。例えば上述のように、１／４波長板の使用は、ＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムにおける不十分な性能に関連付けられ、一方、１／２波長板の使用は、結果としての順次のコントラスト（完全オン／完全オフ）が悪影響を受け、かつシステム・スループットが低下されるように、パネルのオン状態輝度を低減させることが予想される。さらに、ＳまたはＰ軸から第２の１／４波長板のほぼ半分の角度オフセットに第２の１／２波長板を配向することは、作用しない。
【特許文献１】米国特許出願第５，５７６，８５４号
【特許文献２】米国特許出願第６，９０９，４７３号
【特許文献３】国際特許出願公開第０１／７９９２１Ａ２号
【特許文献４】米国特許第７，１７０，５７４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
ＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムのための改善されたトリム・リターダを提供することが有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）投影器システムにおけるコントラスト補償に関し、ＬＣＤは、オフ状態で小さな強度の残留面内リターダンスを示す。コントラスト補償は、近ゼロ次半波リターダで提供される。有利には、近半波（ｎｅａｒ  ｈａｌｆ−ｗａｖｅ）リターダは、ＷＧＰベースのＬＣｏＳ投影システム内のオン状態を認め得るほど劣化することなく、最適な暗状態交差偏光出力を送る。さらに、近半波リターダは、管理可能な厚み公差を有する単一層の複屈折結晶を使用して容易に製造される。加えて、近半波リターダは、従来技術の小さな強度のトリム・リターダに匹敵する角度感度を示す。
【００１９】
本発明の一態様によれば、液晶ディスプレイ投影システムが提供され、液晶ディスプレイ投影システムは、予め決められた波長で残留オフ状態複屈折を有する反射型液晶ディスプレイ・パネルと、反射型液晶ディスプレイ・パネルの残留オフ状態複屈折を補償し、かつ液晶ディスプレイ投影システムのオン状態／オフ状態コントラスト比を増大するためのトリム・リターダとを備え、トリム・リターダは、残留オフ状態複屈折の面内成分を補償するための面内リターダンスを有する単一層のリターダ要素を含み、面内リターダンスは、予め決められた波長で約０．１５波未満である予め決められた量だけ、予め決められた波長で半波からシフトされる。
【００２０】
本発明の一態様によれば、液晶ディスプレイ投影システムにおけるコントラスト比を改善する方法が提供され、コントラスト比を改善する方法は、液晶ディスプレイ投影システム内の反射型液晶ディスプレイ・パネルの残留オフ状態複屈折を補償するためのトリム・リターダを提供することを含み、トリム・リターダは、残留オフ状態複屈折の面内成分を補償するための面内リターダンスを有する単一層のリターダ要素を含み、面内リターダンスは、予め決められた波長で約０．１５波未満である予め決められた量だけ、予め決められた波長で半波からシフトされる。
【００２１】
本発明の他の態様によれば、液晶ディスプレイ投影システムにおけるコントラスト比を改善する方法が提供され、コントラスト比を改善する方法は、液晶ディスプレイ投影システム内の反射型液晶ディスプレイ・パネルの残留オフ状態リターダンスを決定すること、残留オフ状態リターダンスを補償し、かつ液晶ディスプレイ投影システムにおけるオン状態／オフ状態コントラスト比を増大するために第１の面内リターダンスを決定すること、および液晶ディスプレイ投影システム内にトリム・リターダを配置することを含み、トリム・リターダは、第２の面内リターダンスを有する単一層のリターダ要素を含み、第２の面内リターダンスは、第１の面内リターダンスを加えた半波および第１の面内リターダンスを引いた半波の１つに実質的に等しく、第１および第２の面内リターダンスは、電磁スペクトルの可視領域内の同一波長で決定される。
【００２２】
本発明の実施形態のさらなる特徴および利点は、添付の図面に関連して行われる以下の詳細な説明から明らかになる。
【００２３】
添付の図面を通して、同様の特徴は、同様の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】
【００２４】
ＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムのための改善されたトリム・リターダを提供するために、トリム・リターダのいくつかの好ましい特徴を調べることが必要である。理想的に、トリム・リターダは、（ａ）光オフ状態における非常に低い交差偏光漏洩を送り、（ｂ）補償されていないパネルに対する補償されたパネルの光オン状態におけるほぼ変更されていない交差偏光出力を送り、（ｃ）初期配向のため（すなわち、クロッキングが必要であるとき）および長期の配向ドリフトに関する良好な機械式クロッキング感度を示し、（ｄ）所定の赤色、緑色、青色帯域、または可視波長帯域全体にわたるオフ状態強度に対するオン状態強度の高いコントラスト比を提供し、かつ（ｅ）良好なリターダンス強度および向き均一性を示すことができるべきである。
【００２５】
さらに、面内リターダンスを提供することに加えて、面外リターダンスを提供することはトリム・リターダに有利であり得る。面内リターダンスは、一般にＡプレートで提供される（すなわち光学リターダンス要素は、プレートの面に平行に向けられたその異常軸を有する）が、面外リターダンスは、典型的にＣプレートで提供される（すなわち光学リターダンス要素は、プレートの面に垂直に向けられたその異常軸を有する）。Ｃプレートは、垂直入射光線についての任意の正味のリターダンスを提供しないが（すなわち、垂直入射光線は、複屈折によって影響されない）、軸外れ（すなわち、異常軸に対するある角度で）入射は、入射角度に比例する正味のリターダンスを受ける。したがって、面外リターダンスは、一般にＬＣｏＳパネルの視野を増大するために提供される。Ｃプレートは、リターダンスが入射角度とともに増大するなら正であり、リターダンスが入射角度とともに低減するなら負であると考えられる。代わりに、Ｃプレートは、リターダンス積Δｎｄが負であるなら（例えば、ｎｅ−ｎｏが負であるなら）、負であると考えられる。垂直配向ネマティック（ＶＡＮ）モードのＬＣｏＳパネルは、一般に＋Ｃプレートとして機能するので、残留オフ状態の面内リターダンス（すなわち、Ａプレート・リターダンス）を補償するためのＡプレート構成部品、および負の面外リターダンス（すなわち、−Ｃプレート・リターダンス）を補償するための−Ｃプレート構成部品を含むことは、対応するトリム・リターダについては一般的である。結果としての完全機能のトリム・リターダは、好都合にＡ／−Ｃプレート・トリム・リターダと呼ばれる。
【００２６】
上述のように、ＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムのコントラスト補償に適切なＡプレート・リターダンスを提供するために使用されることができ、かつ上記要件に幅広く合致するわずかな材料が存在する。例えば、可視波長帯域内で１０ｎｍから３０ｎｍのリターダンスを提供するトリム・リターダは、様々な堆積方法を使用して製造される。これらの薄膜構造は、クロッキングに対する良好な方位角感度を維持しながら、広帯域にわたる高いコントラスト結果を提供することが示されている。トリム・リターダを製造する非常に高い可能性を示す他の材料は、分子複屈折無機結晶である。デジタル映画投影などの高光束投影器応用に無機複屈折結晶の使用は、高光束状態に晒されるときに、その高い耐久性および／または安定な複屈折に起因して有利である。残念なことに、現在の研削および研磨技術は、複屈折結晶に低いゼロ次リターダンスから適度なゼロ次リターダンスを提供することと両立しないので、二層構成で使用されないなら、トリム・リターダとしてのそれらの使用は、確立されていない。
【００２７】
本発明の一実施形態によれば、適切な半波長板（ＨＷＰ）として構成された比較的高い複屈折材料（例えば、複屈折無機結晶またはＬＣＰ層）から製造されたトリム・リターダは、ＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムのコントラスト補償のために使用される。トリム・リターダは、電磁スペクトルの可視領域におけるほぼ半波リターダンスを提供するように設計されるので、トリム・リターダは、製造および／または取り扱いがより容易である。さらに、トリム・リターダは、ほぼゼロ次の半波リターダンス（すなわち、複数次のリターダ）を提供するので、赤色、緑色、および／または青色帯域（すなわち、それは、可視領域における大きな分散に関連付けられない）にわたって高くない分散である。
【００２８】
トリム・リターダとしてほぼ半波リターダの使用をさらに理解するために、図４に示される一般的なリターダのソリューション空間を考慮する。図を参照すると、真のゼロ次リターダ５０（例えば、複屈折コントラスト強化器（ＢＣＥ０）と呼ばれる）、第１次のリターダ５１（例えば、ＢＣＥ１と呼ばれる）、または第２次のリターダ５２（例えば、ＢＣＥ２と呼ばれる）として製造されるなら、光学リターダは、ほぼ０．０５５波リターダンスの等価物を提供することは明らかである。入射リターダンスが、５５０ｎｍに等しい波長λを有するなら（例えば、緑色帯域で使用されるＶＡＮモードのＬＣｏＳパネルのオフ状態リターダンスの典型的な２ｎｍを補償するために非常に適している値）、０．０５５波のリターダンスは、ほぼ３０ｎｍのリターダンスに等しいことに留意されたい。図４は、ゼロ次の１／４波長板ソリューション５３（例えば、ＱＷＰ０と呼ばれる）、および第１次の１／４波長板ソリューション５４（例えば、ＱＷＰ１と呼ばれる）も示す。上述されかつ以下で再び記述されるように、１／４波長板（ＱＷＰ）ソリューションは、ＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムのコントラスト補償における使用に理想的ではない。さらに、図４は、２つの近半波長板リターダ５５、５６のためのソリューションを示す。例示目的のために、ゼロ次のリターダンス空間５５内に配置される近ＨＷＰソリューションは、ＨＷＰマイナス（ＨＷＰｍ）と呼ばれ、一方、第１次のリターダンス空間５６内に配置されるソリューションは、ＨＷＰプラス（ＨＷＰｐ）と呼ばれる。この実施例において、両方の近ＨＷＰソリューション５５、５６は、ＨＷＰリターダンスからほぼ０．０５５波リターダンスの差異を有する（例えば、ほぼ０．４５または０．５５波長板に対応する）。
【００２９】
近半波トリム・リターダのオフ状態およびオン状態特徴を評価するために、電子光学（ＥＯ）曲線が使用される。ＶＡＮモードのＬＣｏＳパネルは、ある範囲の電圧で駆動され（すなわち、オン状態ＬＣｏＳ電圧は５Ｖを超え、かつオフ状態電圧は１．２Ｖであり）、標準化反射率は、有効ＬＣｏＳ面内リターダンスに変換される。測定は、ｆ／２．４の光のコーンを有する緑色帯域（例えば、５１０ｎｍから５７０ｎｍ）について実行された。近似として、有効面内リターダンスは、
【００３０】
【数１】
2009037226.tif 000003
【００３１】
を使用して垂直入射でλ＝５５０ｎｍで推測され、ここで、Δｎｄは、所定の電圧でのＶＡＮ−ＬＣｏＳパネルのシングル・パス・リターダンスであり、λは、照明波長であり、φｐは、Ｐ偏光に対する遅軸の向きである（すなわち、φｐ＝４５度）。推測されるパネル面内リターダンスは、図５にプロットされる。
【００３２】
図６を参照すると、λ＝５５０ｎｍでの補償された／補償されていないＶＡＮモードのＬＣｏＳパネルの透過率が、オン状態（例えば、左側プロット）およびオフ状態（例えば、右側プロット）について示される。補償された結果は、３０ｎｍリターダンスを提供するＢＣＥ（例えば、ＥＣＢ０）、１３７．５ｎｍリターダンスを提供する１／４波長板（例えば、ＱＷＰ０）、２４５ｎｍリターダンスを提供する近半波長板（例えば、ＨＷＰマイナス）、および３０５ｎｍリターダンスを提供する近半波長板（例えば、ＨＷＰプラス）を使用して計算された。一組の理想的な交差偏光子を通る補償されないパネル反射率（ダブル・パス透過）は、ドット・マーカを有する実線で示される。ほぼ０．１３５％で標準化されたオフ状態反射率は、補償されていないパネルについて７４０：１の推定されたコントラスト比を与える。小さな強度のリターダ補償されたパネルＢＣＥで、必要な電圧（例えば、１．２Ｖ）での暗状態漏洩は、理論的に０である。実際に、コーン効果および理想的ではない交差軸偏光子は、システム・ベースライン・コントラストにＢＣＥ補償されたＶＡＮモード・パネルを劣化させる。特に、ＱＷＰ、ＨＷＰマイナス、およびＨＷＰプラスリターダは、パネル・オフ状態ならびにＢＣＥリターダを補償するために示される。暗状態反射率曲線における「ノッチ」（例えば、約１．２Ｖで）は、各リターダ補償器の動作点に対応する。
【００３３】
補償されていないパネルのオン状態反射率は、約５．２Ｖ電圧で駆動する最大値に到達する。ＢＣＥまたはＱＷＰ補償されたパネル・システムを用いて、最大反射率に到達するために必要な電圧は、わずかに増大される（例えば、５．３５Ｖ）。これは、典型的なパネル動作に見出されるガンマ訂正によって最適化されることができる。ＨＷＰマイナスまたはＨＷＰプラスリターダ補償器のいずれかの使用は、結果としてわずかにより低いオン状態最大反射率を生じる。ＨＷＰ状態から３０ｎｍオフセットの場合に、スループット低減は、約４．５％である（例えば、約９５．５％の標準化反射率に達する）。この輝度の損失は、オン状態におけるリターダ／パネルの複屈折相互作用に起因し、追加の光学構成部品に起因する吸収および反射の挿入損失を含まない。
【００３４】
システム「Ｓ」および「Ｐ」軸に対するトリム・リターダの遅軸（したがってパネル遅軸）の機械式クロッキングは、市販のＬＣＤ光エンジン・アセンブリについて典型的に実施されるので、トリム・リターダの１つの重要な特徴は、調整範囲である（例えば、理想的なトリム・リターダは、比較的広い調整範囲を有し、または換言すれば、良好な機械式クロッキング不感度を示す）。図７は、λ＝５５０ｎｍで補償されたＶＡＮモード・パネルのオン状態透過率（上部プロット）、オフ状態透過率（中間プロット）、および結果としてのコントラスト比（下部プロット）の方位角感度を示す。より詳細には、図７は、最適にクロックされたトリム・リターダの遅軸位置からのクロッキング角度の関数として計算されたコントラスト比を示す（すなわち、１３５度に向けられた遅軸を有する２ｎｍＶＡＮパネル・リターダンスに関して、ＢＣＥ０およびＨＷＰマイナスについてほぼ３度、ＱＷＰ０について１度、およびＨＷＰプラスについて−３度である）。
【００３５】
上部プロットを参照すると、ＢＣＥおよびＱＷＰ補償されたパネルは、オン状態において、±３度を超えるリターダ遅軸のクロッキングに対する比較的平坦で対称的な応答を示す。中間プロットを参照すると、ＱＷＰ補償されたパネルの反射は、オフ状態において、角度調整でより変化するように見える。結果としてのコントラスト調整曲線は、ＢＣＥ補償されたパネルが、約１．７度のＦＷＨＭ（すなわち、全幅半最大値、または５０％コントラスト帯域幅）を提供するが、ＱＷＰ補償されたパネルは、多くとも約１／３のコントラスト帯域幅（例えば、約０．５７度）だけを送ることを示す。換言すれば、ＱＷＰ補償された光エンジン・システムは、ＢＣＥ補償されたＬＣＤシステムに対するリターダ要素の角度ドリフトへの感度として３Ｘであると計算される。これは、重大な欠点である。実際に、従来技術が、品質コントラスト補償にほぼ１つの１／４波リターダを提供するのに失敗する１つの理由は、１／４波長板の低い機械角度調整公差であることが考えられる。換言すれば、１／４波長板または近１／４波長板は、そのクロッキング挙動において非常に感度がある。
【００３６】
ＢＣＥおよびＱＷＰと比較して、ＨＷＰマイナスおよびＨＷＰプラスリターダ補償器の両方は、光オン状態における角度調整へのそれらの応答でわずかに非対称であるように計算される。他方、ＨＷＰマイナスおよびＨＷＰプラスリターダ補償器の両方についてのオフ状態パネル反射は、ＢＣＥ／パネル反射とほぼ同一である。実際、これら２つの大きな強度のリターダについての関連付けられるコントラスト帯域幅は、ＢＣＥ補償されたＬＣＤシステムとほぼ同一であるように思われる（例えば、約１．６５度ＦＷＨＭで）。換言すれば、これら大きな強度のリターダは、小さな強度のＢＣＥとほぼ同一の調整感度を示す。これら大きな強度のリターダのオン状態光スループットは、対応するＢＣＥまたはＱＷＰリターダ補償されたＬＣＤシステムより数パーセント悪いので、リターダ／パネルの相対角度クロッキングが、例えば光学アセンブリの熱ドリフトによって調整されない場合、ＱＷＰリターダよりむしろＬＣＤパネルについての補償器として、ＨＷＰマイナスまたはＨＷＰプラスリターダを使用することが有利であるように思われる。
【００３７】
補償器リターダンスが、ＱＷＰ強度を超えかつＨＷＰの強度に近づくにつれ、補償器の最適リターダ軸（高速および低速）が、ＳおよびＰ軸からより大きく外れ始めることに留意された。これは、国際特許出願公開第０１／７９９２１Ａ２号で教示されているものとは対照的であり、ＨＷＰ軸は、ＱＷＰリターダ軸よりＳおよびＰ軸により近い。本明細書に記載される反射ＬＣｏＳ投影システムにおいて、ＱＷＰリターダ補償器は、２回通過し、反射時に半波の正味のリターダンスを生じる。したがって、このＱＷＰリターダは、ＰまたはＳ軸のいずれかからの小さな角度のオフセットを有して配向されるべきである。これは、小さな強度のパネル残留リターダンスを補償するために、有効リターダンスとしてダブル・パス透過で半波リターダンスのわずかな部分を生じる。リターダ補償器が、シングル・パスにおけるＱＷＰよりわずかにより高い強度であるとき、ダブル・パス・リターダンスは、半波より大きい。パネル補償について同一の有効リターダンスを生成するために、ＰまたはＳ軸から、ＱＷＰより大きいがシングル・パスにおけるＨＷＰより小さいリターダンスを有するリターダ補償器の偏向角度は、増大されるべきである。
【００３８】
図８は、ＶＡＮモードＬＣｏＳパネルの遅軸が１３５度に配置されるとき、トリム・リターダの遅軸の方位角向き（例えば、共通のＸ軸と参照され、反時計方向（ＣＣＷ）は正の方位角である）に対してプロットされた５５０ｎｍでの計算されたパネル・コントラストを示す。より詳細には、図８は、共通のＸ軸に参照されるリターダ補償器の遅軸に対するコントラスト調整を示す。５５０ｎｍでの３０ｎｍのリターダンスを有する小さな強度の補償器ＢＣＥは、ほぼ３度で最適軸配向を有する（すなわち、クロッキング角度は−４２度であった）。ＨＷＰマイナス補償器（ＨＷＰ−３０ｎｍ）は、小さな強度の補償器ＢＣＥとほぼ同じ最適軸配向を示す。ＱＷＰ補償器は、最も厳格なクロッキング感度を生じる第１の偏光軸（例えば、Ｐ偏光）に最も近く配向されるその低速／速軸を有する。ＨＰＷプラスは、自然に第１次の波長板効果が従うＬＣｏＳ遅軸と同一の（対角で反対側）象限に配向されたその最適軸を有する。図８に示される配向角度に対して約±４５度で鏡像される配向角度である、他の最適遅軸配向（すなわち、ローカル・コントラスト最大値または最小値）が存在することにも留意されたい。これら他の場合に、最適コントラスト最大値点は、第２の偏光軸（Ｓ偏光またはＹ軸）に隣接する。
【００３９】
緑色チャネルにおける４つの補償器（例えば、ＢＣＥ、ＱＷＰ、ＨＷＰマイナス、およびＨＷＰプラス）の計算された線形リターダンスは、図９に示される。第１次のリターダンス領域内にあるＨＷＰプラスリターダは、３つのゼロ次リターダより鋭い傾斜を有するリターダンス・スペクトル（ゼロ次に包まれて示される位相リターダンス）を有する。他方、３つのゼロ次リターダの線形リターダンス・スペクトルは、緑色帯域においてそれぞれ１００ｎｍにわたる補償効率が、最高コントラストの１．５％以内であることを示す。実際、ＢＣＥまたはＱＷＰによって補償されるパネルは、実際に平坦であるコントラスト・スペクトルを有する。特に、ＨＷＰマイナスおよびＨＷＰプラスリターダは、緑色帯域縁部（例えば、設計波長から±５０ｎｍ）で約１．５％より低いコントラストを送る。
【００４０】
最適にクロックされたリターダで補償されたＶＡＮモードＬＣｏＳパネル（すなわち、図８に示される最大値コントラストに関して）の計算されたコントラスト比が、図１０に示される。第１次のＢＣＥ（例えば、ＢＣＥ１）および第２次のＢＣＥ（例えば、ＢＣＥ２）を使用して補償されたパネルのコントラスト・スペクトルが、同じプロットでも示されていることに留意されたい。全波長板に近い大きな補償器リターダンスおよびパネル・リターダンスの分散は、この場合に、帯域縁部で約７％のコントラスト劣化を結果として生じるが、ＢＣＥ１およびＢＣＥ２についての分散ほぼ大きくない。実際、大きな強度のリターダ（例えば、ＨＷＰマイナスおよび／またはＨＷＰプラス）は、小さな強度のＢＣＥリターダと比較して、典型的な可視波長チャネルにわたる明らかなコントラスト劣化を生じないことが明らかである。
【００４１】
特に、大きな強度のリターダ補償器（例えば、ＨＷＰマイナスおよび／またはＨＷＰプラス）は、ＢＣＥ０およびＱＷＰ０補償器に対して幾分低減されたコントラスト補償を提供するが（例えば、図８参照）、それらは、ＱＷＰ０補償器と同じほどクロッキング角度に対して敏感ではない（例えば、図７参照）。小さな強度のリターダＢＣＥ０は、上述のように高いコントラスト補償および良好なクロッキング感度を提供するが、それは、典型的に、低い複屈折材料を用いて製造され、または堆積あるいは延伸技術によって製造されることに制限される。
【００４２】
有利には、大きな強度のリターダ補償器（例えば、ＨＷＰマイナスおよび／またはＨＷＰプラス）は、高い複屈折を有する材料を使用してゼロ次リターダとして容易に製造される。したがって、ほぼ半波のリターダは、高光束状態で耐久性がありかつ安定していることが知られている石英などの無機複屈折結晶から製造されることができる。さらに、現在の研削および研磨技術は、妥当な厚み公差を有するゼロ次リターダとしてほぼ半波の結晶板を製造するために使用されることができる。
【００４３】
特に、ゼロ次のほぼ半波の石英リターダの厚み公差は、単一層の石英構造を有して製造された小さな強度のリターダＢＣＥ０より非常に大きい。例えば、±３％（±３σの範囲を含む）の石英層厚み公差を仮定することによって、必要な厚み変動は、小さな強度のＢＣＥ０石英リターダに関して±０．１μｍ内にある。他方、Γ＝２４５ｎｍのＨＷＰマイナスおよびΓ＝３０５ｎｍのＨＷＰプラスの単一層の大きな強度の石英リターダは、ほぼ±０．８μｍおよび±１μｍの厚み公差を有する（同一の±３％厚み公差および名目目標を仮定する）。したがって、単一層の大きなリターダ公差が、小さな強度のゼロ次のＢＣＥリターダより約８倍から１０倍であることが予想されることができる。
【００４４】
図１１は、様々なリターダについての３％厚みの公差を示す。各プロットについて、コントラストは、緑色帯域における３つの異なる波長（例えば、５００ｎｍ、５５０ｎｍ、および６００ｎｍ）で、５００個の通常に分散された厚み値（±３％）についてシミュレートされた。Γ＝３０ｎｍのＢＣＥリターダは、波長に対する平坦なコントラスト応答を有するので（例えば、図１０参照。）、無作為に生成されたその１５００個の厚み値（通常の分布を有する）は、通常１００００：１に近いコントラスト値を結果として生じる（例えば、最大システム・コントラスト）。±３％厚み変動を有するＱＷＰリターダは、ほぼ最適なコントラストを送るが、波長配置に対応する３つの個別帯域が存在する。±３％厚み公差を有するＨＷＰマイナスおよびＨＷＰプラスの使用は、最適コントラストの少なくとも９５％を提供するためにシミュレートされる。比較して、２つの他の大きなリターダ、すなわち第１および第２次のＢＣＥは、同一の±３％厚み公差を有する最大１５％のコントラスト劣化を生じる。特に、ＨＷＰマイナスおよびＨＷＰプラスリターダの±３％厚み公差は、許容可能なコントラスト変動を提供し、かつ微小製造技術によって管理可能であるほぼ±０．８μｍから±１．０μｍでの絶対物理厚み公差も提供する。
【００４５】
さらに有利には、大きな強度のＨＷＰマイナスおよびＨＷＰプラスリターダは、良好な調整角度感度を提供する。特に、角度調整特徴は、ＢＣＥ０に匹敵する。例えば、リターダ／パネルの遅軸が、最適コントラスト点から単に０．１度だけ調整からずらされるとき（すなわち、リターダの遅軸が、固定０．１度だけクロックされる）、図１２に示される補償されたＶＡＮモードＬＣｏＳパネルのモデル化されたコントラスト・スペクトルを考慮する。これらの計算において、ＶＡＮモードＬＣｏＳパネルは、５５０ｎｍで２ｎｍのオフ状態リターダンスを示す。ＢＣＥ、ＨＷＰマイナス、およびＨＷＰプラスリターダを用いて補償されたディスプレイ・パネルは、このクロッキング状態の下で最適コントラスト点からほぼ１％から２％のコントラスト劣化を招くことが見られ得る。他方、ＱＷＰリターダを用いて補償されたディスプレイ・パネルのコントラストは、緑色帯域にわたって約９％から１０％だけ低下する。リターダ／パネルの遅軸が、０．２度だけ調整からずらされるとき、ＢＣＥ、ＨＷＰマイナス、およびＨＷＰプラスリターダは、ほぼ５％のコントラスト劣化を招き、一方、ＱＷＰリターダは、ほぼ３０％の低下を招く。
【００４６】
明らかに、ＢＣＥ０などの小さな強度のリターダは、コントラストおよび方位角感度に関してＬＣｏＳパネルの残留オフ状態のパネル・リターダンスを補償するために理想的であるが、近半波リターダ（例えば、ＨＷＰマイナスおよび／またはＨＷＰプラス）は、コントラスト、方位角感度、および適切な材料／製造技術間の妥当な妥協を提供する。特に、近半波リターダは、ＢＣＥのコントラスト調整不感度を実質的に維持し、数パーセントの許容可能なオン状態スループット損失を有する大きな厚み公差を可能にする。高光束パネル・システムに関して、固体複屈折結晶の研削および研磨が、リターダ補償器を製造するために使用される場合、近ＨＷＰリターダは、最も価格的に有効であり、ＢＣＥ０に類似する必要な高いコントラスト性能を送る。さらに、単一のリターダ層を利用することによって、全体のシステム・コントラストは、複数層の角度オフセットリターダ補償器に典型的に見出される円形リターダンスの存在によって損なわれない。
【００４７】
特に、これらの計算において、シミュレーションは、トリム・リターダについての（ｎｅ、ｎｏ）屈折率に関する単一結晶の石英材料の分散モデル、およびＬＣＤパネルについての典型的なＬＣモデルを使用した。もちろん、実際のトリム・リターダは、様々な分散特性を有する様々な技術を用いて実施されることができる。
【００４８】
図１３ａを参照すると、本発明の一実施形態によるＶＡＮモードＬＣｏＳパネルを補償するためのトリム・リターダが示されている。トリム・リターダ１４０は、ＷＧＰ１５０が水平またはＰ偏光光１２０を通過し、かつトリム・リターダ１４０およびＶＡＮモードＬＣｏＳパネル１３０が実質的に面に平行であるように配置される、ＷＧＰ１５０とＶＡＮモードＬＣｏＳパネル１４０との間に光学配置される。
【００４９】
図１３ｂを参照すると、ＶＡＮモードＬＣｏＳパネル１３０の遅軸は、それが、システムのＳおよびＰ軸を実質的に二等分するように向けられる。ＳおよびＰ軸に対して±４５度でＶＡＮモードＬＣｏＳパネルの遅軸を向けることは、ＶＡＮモードＬＣｏＳパネルが、有効電気制御された複屈折（ＥＣＢ）デバイスとして使用されるべき場合、およびＡＮモードＬＣｏＳパネルが、パネルがオン状態であるときに、ほぼシングル・パスにおける１／４波長板リターダとして機能すべきである場合に重要である。この実施形態において、ＶＡＮモードＬＣｏＳパネルの遅軸は、左手ＸＹＺ座標システムにおいてｘ軸からほぼ１３５度である第１の方位角φｐで第２象限に配置される。他の実施形態において、ＶＡＮモードＬＣｏＳパネルの遅軸は、それは、ＳおよびＰシステム軸を実質的に二等分するように他の象限の１つにある。
【００５０】
図１３ｂを再び参照すると、トリム・リターダ１４０の遅軸は、ｘ軸に対する第２の方位角（すなわち、φｔｒ）で第１の象限にあるように示される。より詳細には、トリム・リターダの遅軸方位角は、最大コントラスト比を提供するために実験的に決定された角度φｔｒ（例えば、最適にクロックされた角度である）に向けられる。トリム・リターダの遅軸方位角φｔｒは、Ｐ偏光軸に近い第１象限にあるように示されるので、トリム・リターダが近半波長板であることが明らかであり、線形リターダンスは、予め決められた量だけ（例えば、ＨＷＰマイナス）半波より少なくシフトされる。代わりに、線形リターダンスが、予め決められた量だけ（例えば、ＨＷＰマイナス）半波より少なくシフトされる近半波長板は、Ｓ偏光軸に近い第１または第３象限にその遅軸方位角φｔｒを有することができる。他方、トリム・リターダが近半波長板であり、線形リターダンスが予め決められた量だけ（例えば、ＨＷＰプラス）半波より上にシフトされるなら、最適なトリム・リターダの遅軸方位角φｔｒは、典型的にＰ偏光軸に近い第４象限にある。代わりに、線形リターダンスが、予め決められた量だけ（例えば、ＨＷＰプラス）半波より上にシフトされる近半波長板は、Ｓ偏光軸に近い第２または第４象限にその遅軸方位角φｔｒを有する。
【００５１】
トリム・リターダ１４０は、ほぼ半波リターダンスを有する第１のリターダ要素１４２を含む。真のゼロ次半波長板と第１のリターダ要素１４２との間のリターダンスにおける差異は、ＬＣｏＳパネル１３０のコントラスト補償に適切なリターダンス強度を提供するように選択される。一般に、リターダンスにおける差異は、トリム・リターダが５５０ｎｍで使用される場合に、２ｎｍと８２ｎｍとの間の線形リターダンスに対応する、関心の波長の約０．００５波と０．１５波との間である。より詳細には、トリム・リターダが、面内線形リターダンスの１０ｎｍと４０ｎｍとの間に提供される必要がある（すなわち、５５０ｎｍで約０．０２波と０．０７波とのリターダンスに対応する）。例えば、一実施形態において、リターダンスにおける差異は、５５０ｎｍでほぼ３０ｎｍのリターダンスに対応するほぼ０．０５５波である。このリターダンス値は、λ＝５５０ｎｍでほぼ２ｎｍのオフ状態パネル・リターダンスを示すＶＡＮモードＬＣｏＳパネルのコントラスト補償を提供するのに非常に適している。ＨＷＰからのリターダンスにおける差異は、ほぼ０．０５５波であるとき、第１のリターダ要素１４２は、０．４５５波または０．５５５波のリターダンスを有することに留意されたい。
【００５２】
第１のリターダ要素１４２は、Ａプレートとして機能することができる、分子複屈折無機結晶またはＬＣＰなどの比較的高い複屈折材料を使用して単一層のリターダ要素として典型的に形成される。例えば、一実施形態において、第１のリターダ要素１４２は、近半波の石英リターダとして製造される。この実施形態において、石英層は、自己支持され、または透明基板で支持される。各場合において、石英層は、その光学軸（この単軸材料に関する遅軸でもある）が石英層の面内にあるように、Ａプレートとして構成される。
【００５３】
トリム・リターダ１４０は、ＬＣｏＳパネル１３０の視野を増大するために第２のリターダ要素１４４も含む。したがって、第２のリターダ要素１４４は、典型的にＣプレートとして機能する。例えばこの実施形態において、第２のリターダ要素１４４は、それぞれ−Ｃプレートとして機能し、かつ第１のリターダ要素１４２の異なる側部に結合される、２つの形態複屈折の反射防止（ＦＢＡＲ）スタック１４４を含むように示される。各ＦＢＡＲスタック１４４は、対照を成す屈折率材料の交互層から典型的に形成される周期的なスタックである。例えば一実施形態において、各ＦＢＡＲスタックは、高屈折率材料および低屈折率材料の交互層を含む。他の実施形態において、各ＦＢＡＲスタックは、高屈折率材料、中屈折率材料、および低屈折率材料の交互層を含む。各場合において、形態複屈折に寄与する各層の厚みは、動作波長の一部（例えば、λ＝５５０ｎｍの一部）に制限される。当技術で知られているように、光の波長より非常に短い厚みを有する交互の屈折率層の周期的なスタックは、−Ｃプレート・リターダとして機能するゼロ次のサブ波長格子（ＺＯＧ）を形成するように設計されることができる。これら回折要素の−Ｃプレート・リターダンスは、分子複屈折よりむしろ交互層の構造（形態）から生じるので、交互層は、通常等方性材料から形成されることができる。例えば、交互層に適している材料のいくつかの実施例は、有機誘電体、およびシリカ（ＳｉＯ２、ｎ＝１．４６）、タンタラ（Ｔａ２Ｏ５、ｎ＝２．２０）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３、ｎ＝１．６３）、ハフニア（ＨｆＯ２、ｎ＝１．８５）、チタニア（ＴｉＯ２、ｎ＝２．３７）、ニオビア（Ｎｂ２Ｏ５、ｎ＝２．１９）、およびフッ化マグネシウム（ＭｇＦ２、ｎ＝１．３８）などの無機誘電体を含む。ＦＢＡＲコーティングは、例えば、参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第７，１７０，５７４号にさらに詳細に議論される。
【００５４】
有利には、トリム・リターダ１４０は、無機材料から完全に製造されることができるので（例えば、第１のリターダ要素１４２が石英から形成される場合、一方、第２のリターダ要素１４４が薄膜無機誘電体層から形成される）、高光束状態での使用に理想的である非常に安定しかつ耐久性のある光学リターダが提供される。さらに、ＦＢＡＲスタックが、反射防止機能を含むので、第１のリターダ要素１４２からの反射は、追加の反射防止コーティングを提供する必要無く低減される。実際、この完全機能Ａ／−Ｃプレートのトリム・リターダは、簡略性、耐久性、および低い製造価格間に優れたバランスを提供する。
【００５５】
さらに有利には、トリム・リターダ１４０のＡプレート・リターダンスは、近半波リターダ１４２を用いて提供されるので、トリム・リターダ１４０は、方位角の不感度態様で機能し、比較的緩い物理厚み公差を必要とする微小製造技術を使用して形成されることができる。さらに、近半波リターダ１４２は、光オン状態で適度に高いスループットを提供するので、コントラスト補償は許容可能である。
【００５６】
真の半波長板（すなわち、正確な半波リターダンスまたは０．５波を提供する）は、リターダ要素１４２としての使用に適切ではないことに留意されたい。特に、真の半波リターダは、光オン状態で低いスループットを提供し、したがって低減されたコントラスト比を提供することが予想される。実際、本発明は、リターダンスが、小さい量だけ正確な半波リターダンスからシフトされるように選択されることが、従来技術（例えば、Ｃａｎｄｅｅらへの国際特許出願公開第０１／７９９２１Ａ２号）から識別される。リターダンスは、真の半波リターダンスからシフトされるので、トリム・リターダは、ＶＡＮモード・パネルの残留面内オフ状態の線形リターダンスより高い面内線形リターダンスを提供するように製造されることができ、トリム・リターダは、投影システムのアセンブリの間にクロック・インされることができる。
【００５７】
もちろん、上記実施形態は、実施例だけとして提供されることができる。様々な修正、代替構成、および／または等価物が、本発明の精神および範囲から逸脱することなく用いられることは、当業者には理解される。例えば、図１３ａおよび図１３ｂを参照して記載された実施形態は、１つ以上の−Ｃプレート・リターダを含むように示されるが、本発明の他の実施形態は、単一の近半波リターダだけを提供する。さらに、本発明によるトリム・リターダは、ＷＧＰベースの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優れたコントラスト補償を提供するが、他の投影システム（例えば、ＴＮモードＬＣｏＳパネルに基づく）におけるコントラスト補償のために使用されることもできる。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だけ制限されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】従来技術の３パネルのＷＧＰベースのＬＣｏＳ投影光エンジンの概略図である。
【図２】ＬＣｏＳパネルの相対方位角の向きおよびトリム・リターダの遅軸を示す概略図である。
【図３】従来技術の１／４波リターダおよびその複数次等価物の波長の関数として、シミュレートされた線形リターダとリターダ軸を示すプロットである。
【図４】ＬＣｏＳパネルのコントラストを強化するための一般的なリターダのソリューション空間を示す概略図である。
【図５】λ＝５５０ｎｍで標準化反射率測定値から推測されるパネル面内リターダンスを示す。
【図６】５５０ｎｍでのオン状態（左側プロット）およびオフ状態（右側プロット）のリターダ補償されたＶＡＮモードＬＣｏＳに関する標準化反射率スペクトルを示す。
【図７】５５０ｎｍ波長での補償されたＶＡＮモードＬＣｏＳパネルのオン状態透過率（上部プロット）、オフ状態（中間プロット）、および結果としてのコントラスト比（下部プロット）の方位角感度を示す。
【図８】様々なリターダに関する５５０ｎｍでの補償器遅軸の方位角向きに対する計算されたパネル・コントラストのプロットである。
【図９】緑色チャネルにおける様々なリターダに関する波長に対する計算された線形リターダンスのプロットである。
【図１０】理想的にクロックされたリターダで計算されたリターダ／パネル・コントラストのプロットである。
【図１１】様々なリターダ層厚みについてシミュレートされたコントラストを示す。
【図１２】最適なコントラスト点から調整されない固定０．１度に関するシミュレートされたコントラスト・スペクトルを示す。
【図１３】図１３ａは本発明の一実施形態によるＷＧＰベースのＬＣｏＳマイクロ・ディスプレイ・システムにおけるコントラスト補償に使用されるトリム・リターダの平面図である。１３ｂは図１３ａの斜視図である。
【符号の説明】
【００５９】
１２０  Ｐ偏光光
１３０  ＶＡＮモードＬＣｏＳパネル
１４０  トリム・リターダ
１４２  第１のリターダ要素
１４４  第２のリターダ要素、ＦＢＡＲスタック
１５０  ＷＧＰ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【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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【外国語明細書】
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