用於具有殘餘延遲的lcd顯示器的改進的斜角補償器的製作方法

2023-05-04 23:39:31

專利名稱：用於具有殘餘延遲的lcd顯示器的改進的斜角補償器的製作方法
液晶(LC)技術已經應用於例如投影電視、計算機顯示器、銷售點顯示器和電子影院所使用的投影顯示器中。
已經知道，在LC設備(面板)和用於形成圖像的投影光學系統之間具有偏振鑑別裝置經常是必須的。通常，這些偏振鑑別裝置是MacNeille型偏振分束器，其在理想情況下完全反射處於一種偏振態的光(例如S偏振光)，並完全透射處於正交偏振態的光(例如P偏振光)。在包括反射LCD顯示器的投影系統中，利用PBS或類似裝置將從該設備反射、進入投影透鏡並成像到屏上的「亮態」光與理想情況下朝光源反射回來的「暗態」光分開。
這種PBS的優選透射(P偏振)和反射(S偏振)偏振態本質上是幾何的，並由傾斜光學塗層表面的法線方向和光線的傳播方向來定義。投影系統以該系統的光瞳所限定的有限角範圍照射LC設備，因此，透射的p偏振面是光瞳位置的函數。
不利的是，一旦從處於暗態中的完全「鏡似的」的LC設備反射，系統的對稱性就不保持，並且大部分光瞳的偏振態具有相當量的S偏振成分。PBS不阻止該S偏振成分，該S偏振成分透射到投影透鏡並透射到屏上，導致對比度明顯降低。這些效應稱為斜角效應(skew-angleeffect)，並且可通過結合四分之一波片延遲器進行部分補償，所述四分之一波片延遲器稱作斜角補償器。為了實現這種補償，斜角補償器的慢軸與PBS的標稱p偏振方向對準。
儘管已經結合使用四分之一波長延遲器來幫助分開從LC設備反射的「亮」和「暗」偏振態，但是隨之而來的是其對圖像質量，特別是對比度有不利影響。例如，為了實現基本上最大的對比度，處於黑態時LC設備應該對光起到「鏡子」的作用。同樣，LC設備的淨延遲應該為零。但是，實際上，LC設備的淨延遲不一定總為零，設備延遲所起的作用進一步加劇了將LCD反射的偏振態分開的問題。最終，其影響投影的圖像的對比度。
因此需要解決至少上述現有技術的這些不足的方法和裝置。
依照示範性實施例，具有第一光學延遲的光閥裝置與具有第二光學延遲的改進的斜角補償器光學耦合。第一光學延遲和第二光學延遲的總和基本上等於四分之一波長延遲器在指定波長範圍內的延遲。
根據下面的詳細描述並同時閱讀附圖可以最好地理解本發明。要強調的是，各個特徵不一定按比例繪製。事實上，為了討論的清楚可以任意地增大或減小尺寸。


圖1是依照示範性實施例的投影系統中的反射LCD設備的透視圖。
圖2的概念視圖示出依照示範性實施例的代表設備補償器和在LC設備的襯底界面處強錨定的液晶的延遲器序列。
圖3a和3b的透視圖示出依照示範性實施例表示與斜角補償器的延遲相加或者從其中減去的LCOS設備的殘餘延遲。
圖4a和4b分別是依照示範性實施例的改進的斜角補償器的光學延遲(nm)與波長之間關係的理論和實際曲線示。
在下面的詳細描述中，為了解釋和非限制性的目的，闡明了公開具體細節的示範性實施例，以便提供對本發明的全面理解。但是，對於獲益於本發明公開內容的本領域普通技術人員來說，顯而易見的是，本發明可以在不同於這裡公開的具體細節的其他實施例中實施。此外，省略了對公知設備、方法和材料的描述，以免混淆本發明的描述。
簡言之，示範性實施例通過提供具有選定延遲的斜角補償器使得斜角補償器/LC設備組合的淨延遲基本上等於四分之一波片延遲器的淨延遲來補償在「黑」態下工作時LC設備的非零延遲。
圖1示出依照示範性實施例的反射LCD設備100。來自光源109的入射光束101主要是P偏振的，入射到PBS 110上，該PBS以MacNielle型分束器進行說明。在理想情況下，入射光束101的所有光都將入射在PBS110上。在這種情況下，PBS 110透射第一偏振態的光103(例如P偏振光)，並反射第二偏振態的光102(例如S偏振光)，第二偏振態與第一偏振態正交。
依照示範性實施例，光103主要包括P偏振光。該光橫穿斜角補償延遲器104和反射LC設備105，該LC設備以LCOS設備進行說明。光103透過斜角補償器104，被LCOS設備105反射，並進一步再次透過斜角補償器104。從該斜角補償器104射出的光112的偏振態相對於光103的入射偏振態發生變化。
依照示範性實施例，一旦反射和透射通過斜角延遲器104，斜角延遲器104和LC設備105的延遲總和(被電壓驅動成其「黑」態)基本上等於半波長延遲器在選定波長範圍內的延遲總和。要注意，該有效「總」延遲器的慢軸與PBS的標稱P偏振方向對準。由斜角補償器104和LC設備105組成的有效半波長延遲器變換整個照射光瞳(illumination pupil)上的偏振場，從而使射出改進的斜角補償器104的光基本上是P偏振的，並因此被PBS 110朝光源109透射(即，阻止)回來。由改進的斜角補償器104和LC設備的延遲產生的偏振變換基本上阻止PBS將暗態光反射到顯示器光學系統111，從而提高了圖像的對比度。
要注意，LC設備將亮態光的偏振從P光變換為S光，並由PBS110將其作為光108反射到顯示器光學系統111。這一過程從眾所周知的光學原理得出，並從LCD設備100的布置得出。因此，不對其進行進一步地討論以免轉移本實施例的焦點。
最後，要注意，LCD設備100的各個元件的布置僅僅是說明性的，可以使用其它布置。例如，圖1的實施例的結構可替換成設置為使得光首先從PBS反射到LC設備，隨後通過PBS朝投影透鏡透射。當然，這裡描述的實施例可以很容易地適合於這種布置。
圖2示意性地示出各種延遲器的慢軸的取向，所述延遲器包括示範性實施例的設備105的簡化延遲器模型。作為說明，該LC設備是正常的白色45TNO LCOS模式，其可用作設備105。當被電壓驅動為「黑」態時，該示範性實施例的LCOS設備具有兩個主要的延遲源。第一個源與該設備的頂部襯底LC取向層(頂部摩擦)有關，第二個源與矽襯底LC取向層(底部摩擦)有關。特別是，當製造LCOS設備時，提供LC材料的分子被賦予優選的取向。例如，使45TNO中的分子在底部和頂部襯底之間定向為具有45°的相對扭轉角。一旦施加電場，該大量分子與該電場homeotropically對準(即，平行於該設備的法線方向)。但是，在頂部和底部取向界面處，幾層LC分子強錨定到取向層，並且基本上不受外加電場的影響，這會在這些界面處產生殘餘延遲。
在施加電場將LC驅動為「黑」態的情況下，可用兩個延遲器201和202來代表LCOS設備，如圖所示，這兩個延遲器201和202具有各自的慢軸207和206。該設備包括附加的設備補償器(延遲器)203，以便在很大程度上補償背摩擦(back rub)201，產生合成的殘餘設備延遲器204，該延遲器204具有在與入射偏振方向(P偏振)平行或垂直的方向上的慢軸208。
因此，代表被補償的設備的合成的殘餘設備延遲器204與改進的斜角補償器結合，以產生有效的四分之一波長延遲器(在反射中是半波)。特別是，改進的斜角補償器說明了LC設備的反常雙折射特性，LC設備和改進的斜角補償器一起基本上補償了在PBS處的幾何斜角效應。
在圖2的示範性實施例中，補償器203基本上「抵消」了產生殘餘延遲204的LC設備的背摩擦201的延遲效應。圖3a和3b中示出了該殘餘設備延遲，其中取決於設備(301，304)的慢軸和改進的斜角補償器302、303的慢軸的定向，該設備延遲與改進的斜角補償器302、303相加(圖3a)，或者從其中減去(圖3b)。因此，必須改進該斜角補償器來解決該設備的殘餘雙折射。
根據上面的討論，很明顯，有必要與「理想的」四分之一波長延遲器的延遲相加或者從「理想的」四分之一波長延遲器的延遲中減去以補償LC設備的延遲。圖4a示出了殘餘延遲401與在其「黑」態中工作的45TN O設備的波長之間的關係，所述設備包括補償器，以抵消背摩擦延遲(即實質上僅僅保持前摩擦延遲)。根據斜角的慢軸方向平行於還是垂直於前摩擦的慢軸，應分別減去傾斜角延遲器延遲的延遲或者增加傾斜角延遲器延遲的延遲。換句話說，有必要相對於理想四分之一波裝置402的延遲增大延遲從而如在403處具有更大的延遲，或者有必要減少延遲從而如在404處具有比四分之一波更少的延遲。
圖4b示出兩個樣品斜角延遲器405、406在指定光譜範圍內的延遲色散曲線。如果該設備的前摩擦慢軸垂直於理想的QW慢軸，那麼在大約460nm到大約580nm的波長範圍內可以使用如曲線405的斜角延遲器來近似在403處的延遲。相反，如果該設備的前摩擦慢軸平行於理想QW慢軸，那麼在大約550nm到大約570nm波長範圍內可以使用曲線406的斜角延遲器來近似如曲線404所示的延遲。當然，這些僅僅是說明性的，並不是對示範性實施例的限制。儘管這樣描述了本發明，但是對獲益於本發明公開內容的本領域普通技術人員來說，按照多種方式對本發明進行改變是顯而易見的。這些改變並不被認為是背離本發明的精神和範圍的，並且對本領域的技術人員來說是顯而易見的這些修改意在包括在隨附的權利要求書及其合法等效物的範圍內。
權利要求
1.一種光閥裝置，包括第一光學延遲，其與具有第二光學延遲的改進的斜角延遲器光學耦合，其中在指定波長範圍內第一光學延遲和第二光學延遲的總和基本上等於四分之一波長延遲器的延遲。
2.根據權利要求1的光閥裝置，其中第一光學延遲是液晶(LC)設備的光學延遲。
3.根據權利要求1的光閥裝置，其中LC設備被電壓驅動進入暗態。
4.根據權利要求1的光閥裝置，包括偏振分束器，其基本上透射第一偏振態的光，並且基本上反射第二偏振態的光；以及顯示光學系統。
5.根據權利要求4的光閥裝置，其中第二偏振態是暗態光。
6.根據權利要求2的光閥裝置，其中LC設備的延遲與第二延遲相加。
7.根據權利要求2的光閥裝置，其中從第二延遲減去LC設備的延遲。
8.根據權利要求1的光閥裝置，其中指定波長範圍為大約400nm到大約700nm。
9.一種液晶(LC)設備顯示器，包括在「黑」態工作時具有非零延遲的LC設備；和具有選定延遲的改進的斜角補償器，其中在指定波長範圍內斜角補償器的選定延遲和LC設備的組合的淨延遲基本上等於四分之一波長延遲。
10.根據權利要求9的液晶設備顯示器，包括偏振分束器，其基本上透射第一偏振態的光，並且基本上反射第二偏振態的光；以及顯示光學系統。
11.一種在光閥設備中選擇性地提供暗態光和亮態光的方法，該方法包括利用光閥裝置將暗態光的第一偏振態的一成分改變第一數量；以及將暗態光從光閥透射到改進的斜角延遲器，該改進的斜角延遲器將暗態光的該一成分的第一偏振態改變第二數量，且其中從改進的斜角延遲器射出的暗態光處於第二偏振態，其不會由偏振分束器透射到顯示光學系統。
12.根據權利要求10的方法，其中該光閥設備包括液晶(LC)設備。
13.根據權利要求12的方法，其中LC設備的延遲與改進的斜角補償器的延遲相加。
14.根據權利要求12的方法，其中從改進的斜角補償器的延遲減去LC設備的延遲。
15.根據權利要求11的方法，其中該方法包括利用光閥裝置將亮態光的第一偏振態的一成分改變第一數量；以及將暗態光從光閥透射到改進的斜角延遲器，該改進的斜角延遲器將暗態光的該一成分的第一偏振態改變第二數量，且其中從改進的斜角延遲器出射的亮態光處於第二偏振態，其由偏振分束器透射到顯示光學系統。
16.根據權利要求11的方法，其中在指定波長範圍內光閥裝置的延遲與改進的斜角延遲器的延遲的總和基本上等於四分之一波長延遲器的延遲。
全文摘要
具有第一光學延遲的光閥裝置(105)與具有第二光學延遲的改進的斜角補償器(104)光學耦合，在指定波長範圍內第一光學延遲和第二光學延遲的總和等於四分之一波長延遲器的延遲。一種基本上防止暗態光透射到液晶(LC)顯示器中的顯示光學系統(111)的方法，包括旋轉暗態光，從而使偏振分束器(110)將光透射回到光源(109)。
文檔編號G02F1/13363GK1806193SQ200480016420
公開日2006年7月19日 申請日期2004年6月9日 優先權日2003年6月13日
發明者D·J·安德森, P·J·M·詹斯森, K·沙扎德, J·A·斯米祖 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司