專利名稱:薄膜光學(xué)延遲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及一種偏振控制，更特別地，涉及一種在偏振靈敏光學(xué)系統(tǒng)中提供雙折射的薄膜光學(xué)延遲器。
背景技術(shù)：
光學(xué)延遲器通常用來改變穿過其中的偏振光的相對相位，因此，它們非常適于用在需要控制偏振的應(yīng)用中。除了引起1/4和1/2波延遲來控制光的偏振外，光學(xué)延遲器也同樣用來給系統(tǒng)中的其它光學(xué)部件提供偏振補(bǔ)償。例如，光學(xué)延遲器補(bǔ)償器被用來引起入射光的相位延遲以校正系統(tǒng)中其它光學(xué)部件引入的兩種偏振光成分之間的相位差。
光學(xué)延遲器的一個特別重要的應(yīng)用是提供液晶顯示(LCD)面板的偏振補(bǔ)償，其中液晶單元的殘余雙折射使線性偏振光變成輕微的橢圓偏振光，并且其中光學(xué)延遲器維持線性偏振與液晶單元的雙折射一致。這些通常被稱作調(diào)整延遲器補(bǔ)償器的補(bǔ)償器已經(jīng)被用來提高許多LCD系統(tǒng)中的系統(tǒng)對比度。
例如，考慮圖1所示的基于3-面板WGP的LCoS微顯示器投影系統(tǒng)。該微顯示器系統(tǒng)包括例如是高壓放電燈的光源5和光棒7。光棒7均勻化光源5產(chǎn)生的錐形光束以確?？臻g均一的光分布?？蛇x地，光棒7是用來產(chǎn)生線性偏振光的偏振轉(zhuǎn)換光管(PCLP)。第一透鏡8a將光從光棒7傳到第一折疊鏡9，該折疊鏡9引導(dǎo)該光到二向色濾光器10。二向色濾光器10從殘余光中分出藍(lán)光，并引導(dǎo)該藍(lán)光通過第二透鏡8b與第三透鏡8c，以及第二折疊鏡17與第三折疊鏡16，到達(dá)第一LCoS顯示器面板20a。傳輸通過二向色濾光器10的殘余光被引導(dǎo)通過第四透鏡8d與第五透鏡8e和第四折疊鏡11到達(dá)第二二向色濾光器12。第二二向色濾光器12將該殘余光分成綠光和紅光，前者被引導(dǎo)到第二LCoS顯示器面板20b而后者傳到第三LCoS顯示器面板20c。在這種情況下，每個LCoS顯示器面板20a、20b、20c都是垂直對準(zhǔn)向列(VAN)式微顯示器。
在到達(dá)每個LCoS顯示器面板20a、20b、20c之前，入射光首先分別穿過WAG 15，14和13以及調(diào)整延遲器補(bǔ)償器21a，21b和21c。每個WGP 15，14和13都是由許多平行微絲構(gòu)成的偏振器/分析器，其傳輸具有正交與于平行微絲的方向的偏振的光并反射具有平行于微絲的方向的偏振的光(例如，如圖1中所示，如果偏振器被設(shè)計成通過水平的或P-偏振光，那么微絲將垂直于圖1的平面)。每個LCoS顯示器面板20a、20b和20c都一個像素接一個像素地改變線偏振的入射光的偏振并將已調(diào)制的光反射回相應(yīng)的WGP 15，14和13。由于每個WGP 15，14和13都相對于光傳播的主要方向以大約±45°定位，所以除了用作偏振器/分析器之外，每個WGP 15，13和14也用作通過沿著垂直于入射光通路的輸出光通路引導(dǎo)或偏轉(zhuǎn)每個LCoS面板反射的光，從出射光中分出入射光的分束器。更特別地，每個WGP 15，14和13都將S偏振光反射到(例如，在接通狀態(tài)通過像素旋轉(zhuǎn)偏振光90°)X-立方體19。X-立方體19從三個顏色信道的每個中聚集(即會聚)圖像并通過投影透鏡18投影最終的圖像到大屏幕(未示出)上?？蛇x地，每個顏色信道還包括預(yù)偏振器(pre-polarizer)(未示出)和/或消光(clean-up)分析器(未示出)，例如，其可包括一個或多個WGP和/或二向色片偏振器。
調(diào)整延遲器補(bǔ)償器21a，21b和21c(在此將簡單地稱為調(diào)整延遲器)是用來提高微顯示器系統(tǒng)的對比度性能指標(biāo)的補(bǔ)償元件，該性能指標(biāo)另外由暗(例如，斷開)狀態(tài)中的LCoS面板的殘余雙折射限定。特別地，每個調(diào)整延遲器21a，21b和21c引入消除了相應(yīng)的LCoS面板的內(nèi)在雙折射產(chǎn)生的延遲的相位延遲。這里使用的術(shù)語‘遲緩(retardance)’或‘延遲(retardation)’指的是與圓形延遲量相對的線性延遲量，除非另有所述。線性延遲是兩個正交的折射率之差與光學(xué)元件的厚度的乘積。線性延遲導(dǎo)致兩個正交的線偏振之間的相位差，其中一個偏振平行于線延遲器的非常軸取向而另一個偏振平行于線延遲器的尋常軸取向。相反，圓形延遲導(dǎo)致右手圓偏振光或左手圓偏振光之間的相對相位差。
線性延遲可以描述成面內(nèi)延遲或面外延遲。表示成光通路長度差的面內(nèi)延遲指的是兩個正交的面內(nèi)折射率之差與光學(xué)元件的實際厚度的乘積。面外延遲指的是沿著光學(xué)元件的厚度方向(z方向)的折射率與面內(nèi)的一個折射率(或面內(nèi)折射率的平均值)的差與光學(xué)元件的實際厚度的乘積。錐形光束內(nèi)的垂直入射光線只能看見面內(nèi)延遲，然而包括傾斜光線(即，不垂直而沿著主S面和主P面)和不交軸光線(即，不垂直而偏離主S面和主P面入射)的偏軸光線同時經(jīng)受面外延遲和面內(nèi)延遲。值得注意地，在不重要的90°射線角的情況下，在雙折射介質(zhì)中觀察不到面內(nèi)延遲。
在沒有調(diào)整延遲器21a-21c的情況下，由于LCoS面板20a-20c的殘余雙折射作用，照明暗(斷開)狀態(tài)中的每個微顯示器面板的P偏振的偏振光一旦被反射就被輕微地橢圓偏振化。當(dāng)同時包含P分量和S分量的橢圓偏振光被傳輸?shù)较鄳?yīng)的WGP15，14，13時，S分量將被反射到X立方體從而使得暗狀態(tài)光線泄露到大屏幕上并限制了投影系統(tǒng)的對比度。
調(diào)整延遲器21a-21c的使用通過提供補(bǔ)償由LCoS面板20a-20c內(nèi)的殘余雙折射產(chǎn)生的延遲的面內(nèi)延遲而提高了對比度級別。更特別地，調(diào)整延遲器21a-21c被定位成這樣以使得它們的慢軸被配置成以正交方位角對準(zhǔn)LCoS面板20a-20c的慢軸(稱為“交叉軸”)， 它們的快軸被配置成以正交方位角對準(zhǔn)LCoS面板20a-20c的快軸。這里所用的術(shù)語慢軸(SA)和快軸(FA)指的是當(dāng)在垂直入射測量到線性延遲時的兩個正交的雙折射軸。值得注意地，SA和FA位置隨著偏軸照明的位置而改變以及在大的入射角時顛倒SA/FS起到負(fù)的面外延遲分量的作用。
由于調(diào)整延遲器21a-21c和LCoS面板20a-20c的慢軸被配置在正交方位角方向，所以對于垂直入射光線，快/慢軸的作用從調(diào)整延遲器21a-21c轉(zhuǎn)到LCoS面板20a-20c。換句話說，具有特殊偏振的光線在調(diào)整延遲器21a-21c和LCoS面板20a-20c中分別被先多后少地交替延遲，或先少后多地交替延遲。對于入射偏振的凈效應(yīng)是為零的相對延遲，結(jié)果是沒有改變的偏振(即，輸出光線是非橢圓偏振的)。相應(yīng)的WGP15，14，13和/或可選的凈化偏振器此時抑制輸出光，所以暗狀態(tài)面板的光泄露并不呈現(xiàn)在屏幕上。由于調(diào)整延遲器21a-21c并不顯著地地改變接通狀態(tài)的面板的通過量，所以產(chǎn)生的對比度(全部接通/全部斷開)非常好。
每個調(diào)整延遲器21a-c的工作原理將通過參考單信道光引擎的磁心光學(xué)器件進(jìn)一步在圖2中說明。這些磁心光學(xué)器件包括預(yù)偏振器30，WGP31，調(diào)整延遲器32，VAN式LCoS面板33，和消光偏振器(未示出)。運行中，從前階照明(未示出)輸出的非偏振或部分偏振的光線穿過前偏振器30以獲得P偏振光。該光線傳輸通過WGP31且其偏振消光比被提高。調(diào)整延遲器32預(yù)處理入射的P偏振光束并產(chǎn)生橢圓的輸出。理論上，入射到處于暗(斷開)狀態(tài)中的LCoS面板33上的偏振光中的橢圓率被殘余面板延遲消除。因此，在完成VAN-LCoS面板33和調(diào)整延遲器32的雙通過之后，該反射的光線仍保持P偏振。由WAG31傳輸?shù)脑摫３諴偏振的分量被返回注入該照明系統(tǒng)并最終丟失。
如上所述，調(diào)整延遲器32理論上提供與處于斷開狀態(tài)的相應(yīng)LCoS面板33的面內(nèi)延遲匹配的面內(nèi)延遲。然而實際上由于裝置厚度和材料雙折射控制的制造公差以及操作偏差(溫度，機(jī)械應(yīng)力等等)，LCoS面板33和調(diào)整延遲器32的面內(nèi)延遲在各自的部件內(nèi)是傾向于變化的。結(jié)果，為了確保適當(dāng)補(bǔ)償，通常是在調(diào)整延遲器32中提供比LCoS面板33顯示的面內(nèi)延遲更高的面內(nèi)延遲。例如，通常提供具有10nm面內(nèi)延遲(λ＝550nm)的調(diào)整延遲器來補(bǔ)償顯示2nm面內(nèi)延遲(λ＝550nm)的VAN式LCoS面板。本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的是，這種面內(nèi)值失配通常需要調(diào)整延遲器32的光軸相對于上述的垂直交叉軸配置的偏移。換句話說，該調(diào)整延遲器通過旋轉(zhuǎn)其立方角方向偏離交叉軸配置而開始工作。
除了提供面內(nèi)延遲，對于調(diào)整延遲器32通常也提供面外延遲來增加視場。更特別地，對于調(diào)整延遲器32通常包括補(bǔ)償面內(nèi)延遲的A板補(bǔ)償部件和補(bǔ)償面外延遲的顯示負(fù)雙折射的-C板補(bǔ)償部件。這些全功能A/-C板調(diào)整延遲器可選地還包括0-板部件。A板是其非常軸平行于板面定位的雙折射光學(xué)元件。C板是其非常軸垂直于板面(即平行于垂直入射光線的方向)定位的雙折射光學(xué)元件。O-板是其非常軸(即其光軸或c軸)相對于板所在平面以一傾斜角定位的雙折射光學(xué)元件。
通常，調(diào)整延遲器是由被層壓在抗反射(AR)涂層的玻璃襯底上的拉伸聚合物制造的。更特別地，沿受力方向(例如，XY-面內(nèi))提供比在無拉伸的Z-方向更高的折射率的二軸拉伸聚合物膜被用來提供全功能A/-C板調(diào)整延遲器(即通常是負(fù)雙軸薄片的作用的結(jié)果)。不幸地，由于缺少延遲均一性以及環(huán)境可靠性的問題，拉伸聚合物膜對于許多以偏振為基礎(chǔ)的投影系統(tǒng)來說是不理想的。例如，關(guān)于后者(即環(huán)境可靠性的問題)，許多微顯示器投影應(yīng)用中存在的高溫和高光通量環(huán)境傾向于使得拉伸聚合物隨著時間而變得松弛，并因此損失雙折射。
為了排除非均一性和可靠性問題，通過參考引用于此的美國專利申請No.20050128391提出了一種通過在透明襯底上旋涂液晶聚合物(LCP)和線性光聚合(LPP)層制造的A-板調(diào)整延遲器。LC單體的引向器通過LPP層取向，然后被交聯(lián)進(jìn)入聚合物基質(zhì)以具有固體膜樣的剛性和可靠性。隨著將導(dǎo)電介質(zhì)薄膜形式雙折射(FB)膜系引入AR涂層的設(shè)計(FBAR)而解決了缺少合適的-C板元件問題。雖然這種全功能A/-C板延遲器已經(jīng)被顯示來使VAN式LCoS顯示系統(tǒng)的圖像對比度從數(shù)百比一提高到數(shù)千比一，然而其需要減少在高光通量投影儀應(yīng)用中的有機(jī)層的使用。
事實上，包括環(huán)氧樹脂疊層結(jié)構(gòu)的任何有機(jī)材料的存在通常是所關(guān)心的可靠性源。一種準(zhǔn)備所有無機(jī)調(diào)整延遲器的方法是利用雙折射晶體。雖然雙折射晶體更耐用和/或更穩(wěn)定，然而生長和拋光晶體板的成本可能非常大，特別是對于具有大約一英尺或更大對角線的微顯示器。結(jié)果，對于由無機(jī)和/或電介質(zhì)薄膜制造的調(diào)整延遲器的興趣持續(xù)增加。例如，通過參考引用于此的申請于2006年11月1日的美國臨時申請No.11/591,623中，Tan等人公開了一種全功能全電介質(zhì)(all-dielectric)調(diào)整延遲器，其中通過橫向不均一的一維光柵結(jié)構(gòu)提供A板延遲，而通過上述的軸向不均一的一維FBAR光柵結(jié)構(gòu)提供-C板延遲。
另一種將形式雙折射引入電介質(zhì)材料的方法是利用傾斜角沉積，其中利用蒸發(fā)或濺射，以一角度沉積薄電介質(zhì)膜，以提供多孔形式雙折射層。更特別地，并且如圖3中所示，這種技術(shù)利用傾斜入射蒸汽熔劑40在襯底44上實現(xiàn)原子掩模42并提供具有朝向蒸汽源生長的孤立材料柱46的微結(jié)構(gòu)。薄膜的光學(xué)特性取決于所使用的材料，微結(jié)構(gòu)的孔隙度，以及柱的取向。通常，柱的取向與入射蒸汽熔劑角度θv(從垂直方向測得的入射角)相關(guān)。雖然入射蒸汽熔劑角度θv可為0°和90°之間的任何值，然而傾向于使用高入射角(例如，大于75°)以使柱狀微結(jié)構(gòu)的傾角最大化。
例如，在美國專利No.5,638,197中，Gunning等人公開了一種用于提高扭轉(zhuǎn)向列(TN)型LCD的灰度級特性的無機(jī)薄膜‘O-板’補(bǔ)償器。報道的最佳沉積角θv為76°。
在美國專利No.6,097,460中，Shimizu等人公開了一種包含可用來提高TN型LCD或超扭轉(zhuǎn)向列(STN)型LCD的視角特性的TiO2的相位延遲器膜。為了提供所需的范圍在20nm到200nm之間的A板延遲值，使入射蒸汽熔劑的角度范圍為50°到85°。
在美國專利No.5,866,204和6,248,422中，Robbie和Brett描述了一種傾斜地沉積薄膜的方法，其中在第一階段入射蒸汽熔劑的角度(從垂直方向測得的入射角)被固定在通常大于80以產(chǎn)生多孔的柱狀微結(jié)構(gòu)，且其中在第二階段，入射蒸汽熔劑的角度接近0°，以提供致密和均勻的覆蓋層。
在美國專利No.7,079,209中，Nakagawa提出了一種用于增加視角和/或提高基于TN型LCD的投影系統(tǒng)的對比率的延遲補(bǔ)償器。根據(jù)一實施例，該延遲補(bǔ)償器包括通過美國專利No.5,638,197中描述的由傾斜角沉積(例如，大約76°的最佳沉積角)形成的棒狀柱陣列。
雖然這些參考文獻(xiàn)通過傾斜角沉積提供形式雙折射薄膜，但是上述多孔微結(jié)構(gòu)對于投影系統(tǒng)并不是理想的。例如在許多情況下，諸如當(dāng)襯底在沉積期間不旋轉(zhuǎn)時，層厚以及因此的延遲均一性將變差。在所有情況下，所期望的高孔隙度將導(dǎo)致可靠性問題。實際上，在基于偏振的諸如電影投影儀的投影系統(tǒng)中所提供的高溫和/或高光通量的環(huán)境中，非常多孔的微結(jié)構(gòu)可能脫離支撐襯底。同樣，期望多孔膜允許水分注入雙折射層，從而隨著濕度環(huán)境的改變而改變其延遲性。
此外，多孔微結(jié)構(gòu)提供的大的面內(nèi)雙折射使得這些結(jié)構(gòu)特別不適于VAN-式反射LCD系統(tǒng)(例如，VAN-式LCoS投影電視)。通常，需要用于VAN-式反射LCoS系統(tǒng)只顯示出少量的面內(nèi)雙折射，以減少背反射和/或提高對比度最優(yōu)化的角度調(diào)諧。例如，關(guān)于后者，具有大的面內(nèi)延遲(例如，超過30nm)的調(diào)整延遲器通常顯示出過靈敏的調(diào)諧曲線(即，對比度等級和過調(diào)角的關(guān)系曲線)。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明涉及一種具有在利用傾斜角獲得致密的、形式雙折射層的薄膜沉積處理期間引入的面內(nèi)雙折射的光學(xué)延遲器。根據(jù)一實施例，該致密的、形式雙折射層利用FBAR膜系沉積以提供一種具有全功能性(即A板和-C板雙折射)的全電介質(zhì)調(diào)整延遲器。有利地，該全功能調(diào)整延遲器的致密結(jié)構(gòu)提供高耐久性和/或穩(wěn)定性，因此使得其非常適于在基于高光通量偏振的投影系統(tǒng)中提供偏振控制。而且，面內(nèi)雙折射的大小適于補(bǔ)償VAN式LCoS微顯示器應(yīng)用。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，這里提供一種光學(xué)延遲器，包括至少一個利用傾斜角沉積形成的致密的、形式雙折射層，其中選擇該至少一個致密的、形式雙折射層的總厚度和傾斜角以提供用于提供偏振控制的A板延遲。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，這里提供一種制造光學(xué)延遲器的方法，包括利用傾斜角沉積在表面上沉積至少一個致密的、形式雙折射層，其中選擇該至少一個致密的、形式雙折射層的總厚度和傾斜角以提供用于提供偏振控制的A板延遲。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，這里提供一種基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，包括光源；接收來自該光源的光并傳輸具有第一線性偏振軸的第一線性偏振的光的第一偏振器；光學(xué)調(diào)制該第一線性偏振光的液晶顯示器面板，該液晶顯示器面板具有殘余雙折射；接收該光學(xué)調(diào)制的光并傳輸具有第二線性偏振軸的第二線性偏振的光的第二偏振器；投影該第二線性偏振光到屏幕上的投影透鏡；以及補(bǔ)償該液晶顯示器面板的殘余雙折射的調(diào)整延遲器，該調(diào)整延遲器包括至少一個利用傾斜角沉積形成的致密的、形式雙折射層，其中選擇該至少一個致密的、形式雙折射層的總厚度和傾斜角，以補(bǔ)償該液晶顯示器面板的殘余面內(nèi)雙折射。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，這里提供一種提供偏振控制的方法，包括提供至少一個利用傾斜角沉積形成的致密的、形式雙折射層，其中選擇該至少一個致密的、形式雙折射層的總厚度和傾斜角以提供用于提供偏振控制的A板延遲。
對于下面定義的術(shù)語，除非在權(quán)利要求
書或本說明書中的其它地方給出不同的定義，將使用這些定義。
術(shù)語“面內(nèi)”描述的含義是平行于裝置的面，諸如面內(nèi)雙折射，面內(nèi)延遲，面內(nèi)延遲器軸，等等。
術(shù)語“面外”描述的含義是平行于器件的法線，諸如面外雙折射，面外延遲，等等。
術(shù)語“遲緩(retardation)或延遲(retardance)”的意思是指兩個正交的折射率之差與光學(xué)元件的厚度的乘積。
術(shù)語“面內(nèi)延遲”的意思是指兩個正交的面內(nèi)折射率之差與光學(xué)元件的厚度的乘積。
術(shù)語“面外延遲”的意思是指沿著光學(xué)元件的厚度方向(z-方向)的折射率和一個面內(nèi)折射率之差與該光學(xué)元件的厚度的乘積?？商鎿Q地，該術(shù)語的意思是指沿著光學(xué)元件的厚度方向(z-方向)的折射率和面內(nèi)折射率的平均值之差與該光學(xué)元件的厚度的乘積。
術(shù)語“雙折射”的意思是指具有多個不同的折射率。
術(shù)語“單軸”的意思是指具有兩個不同的折射率(例如，其中nx，ny和nz中的至少兩個基本相等)。
術(shù)語“偏振器”的意思是包括通常被稱為“分析器”的裝置。
通過下面結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，本發(fā)明進(jìn)一步的特征和優(yōu)點將變得明顯，其中[40]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的基于3-面板線柵偏振器(WGP)的硅基液晶(LCoS)投影光引擎的示意圖；[41]圖2說明的是線性偏振兩次穿過LCoS面板和調(diào)整延遲器的保存；
圖3是掠入射角沉積(GLAD)的示意圖，其中利用高入射角蒸汽熔劑來提供形式雙折射；[43]圖4是根據(jù)本發(fā)明一實施例的制造形式雙折射薄膜的裝置的示意圖；[44]圖5是利用圖4中所示系統(tǒng)的試驗裝置計算的對于有掩模和無掩模構(gòu)造的作為徑向位置的函數(shù)的入射角的曲線圖；[45]圖6是對于有掩模和無掩模構(gòu)造的面內(nèi)延遲與徑向位置關(guān)系的曲線圖，其中垂直入射延遲是使用Exicor雙折射量測分析系統(tǒng)在633nm處測量的；[46]圖7是利用圖5和6計算的對于有掩模和無掩模構(gòu)造的作為最大沉積角的函數(shù)的面內(nèi)延遲的曲線圖；[47]圖8是利用圖7計算的對于無掩模構(gòu)造的作為最大沉積角的函數(shù)的面內(nèi)雙折射的曲線圖；[48]圖9是利用圖7計算的對于有掩模構(gòu)造的作為最大沉積角的函數(shù)的面內(nèi)雙折射的曲線圖；[49]圖10示出了作為徑向位置的函數(shù)的在633nm垂直入射的使用Exicor雙折射量測分析系統(tǒng)測量的延遲角；[50]圖11示出了作為部分位置上的平均沉積角的函數(shù)，從圖10中測得的延遲角；[51]圖12示出了作為波長的函數(shù)的紅光波段AR涂層的延遲；[52]圖13是全電介質(zhì)調(diào)整延遲器的示意圖，其中通過致密的、形式雙折射層提供A板延遲；
圖14是全電介質(zhì)全功能A板/-C板調(diào)整延遲器的示意圖，其中通過設(shè)置在玻璃襯底一側(cè)的致密的、形式雙折射層提供A板延遲，而通過設(shè)置在玻璃襯底的相反側(cè)的交替折射率膜系提供-C板延遲；[54]圖15是全電介質(zhì)全功能A板/-C板調(diào)整延遲器的示意圖，其中通過設(shè)置在玻璃襯底一側(cè)的致密的、形式雙折射層提供A板延遲，而通過設(shè)置在玻璃襯底的相同側(cè)的交替折射率提供-C板雙折射；[55]圖16是全電介質(zhì)全功能A板/-C板調(diào)整延遲器的示意圖，其中通過致密的、形式雙折射層的交替折射率膜系提供A板延遲和-C板延遲；以及[56]圖17是完整的結(jié)合有全電介質(zhì)全功能A/-C板調(diào)整延遲器的顯示器面板蓋的示意圖。
需要注意的是，在所有附圖中同樣的附圖標(biāo)記表示同樣的特征。
具體實施方式如上所述，傾斜沉積的薄膜涂層中的雙折射主要是膜的柱狀微結(jié)構(gòu)的貢獻(xiàn)，其中雙折射取決于柱的形狀和方向，或傾斜。柱相對于表面法線的方向通過切線法則而近似地與到達(dá)襯底的涂層材料的入射角有關(guān)。
tanψ＝0.322tanθv(1)其中Ψ是柱相對于襯底法線的角度，而θv是相對于襯底法線的沉積角度。柱的角度通常是雙折射材料的z-軸方向。這種關(guān)系對于諸如TiO2，Ta2O5和ZrO2的氧化物材料已經(jīng)被實驗證實了。相反，SiO2已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)用于主要地構(gòu)成各向同性膜，而Ta2O5膜則通過tanψ＝0.322tanθv(2)更接近地近似。
柱狀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的面內(nèi)(即垂直入射)雙折射和柱的角度(以及因此的沉積角)之間的試驗關(guān)系已經(jīng)在Ian Hodgkinson和Qi-hong Wu的名稱為“Birefringent Thin Filmsand Polarizing Elements”的書中被更詳細(xì)地討論。例如，對于在40°以上的沉積角，書的作者曾經(jīng)繪出了作為沉積角度的函數(shù)的Ta2O5的試驗的雙折射。40°以下，曲線利用模擬值外推，其中模型假定在一個部分的一個位置所有的涂層材料以相同的沉積角θv沉積?？傊?，它們的結(jié)果表明應(yīng)該對于52°的沉積角期望獲得0.04的雙折射，對于43°的沉積角應(yīng)該期望獲得0.03的雙折射，對于34°的沉積角應(yīng)該期望獲得0.02的雙折射，對于28°的沉積角應(yīng)該期望獲得0.015的雙折射，對于24°的沉積角應(yīng)該期望獲得0.01的雙折射，以及對于17°的沉積角應(yīng)該期望獲得0.005的雙折射。多孔柱狀微結(jié)構(gòu)被假定用于外推數(shù)據(jù)。
本發(fā)明者已經(jīng)試驗地證實了低沉積角(例如，40°以下)產(chǎn)生具有小到中等的雙折射的薄膜。然而，通過執(zhí)行沉積而產(chǎn)生的薄膜并沒有顯示出上述的多孔柱狀微結(jié)構(gòu)而是充分致密的。本發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這些充分致密薄膜的形式雙折射，其是方便地用于補(bǔ)償VAN式LCoS微顯示器中的殘余雙折射的理想量，在高光通量和/或高溫度環(huán)境中另人吃驚地穩(wěn)定，因而使得這些膜用在基于偏振的投影系統(tǒng)中是非常理想的。
參考圖4，示出了適于沉積致密薄膜的裝置的平面圖。裝置50，其是48”擴(kuò)散泵箱涂布機(jī)，包括容納將被沉積的材料的第一坩堝52a和第二坩堝52b，用于加熱室的第一卡爾羅德(calrod)加熱器54a和第二卡爾羅德加熱器54b，用于監(jiān)測室的溫度的熱電偶56，第一晶體率監(jiān)測器58a和第二晶體率監(jiān)測器58b，離子輔助沉積(IAD)源60，支撐襯底(或部分)70的裝配臺，以及可選的180°掩模80。坩堝52a/52b逆時針方向旋轉(zhuǎn)，襯底70逆時針方向旋轉(zhuǎn)，以及將掩模80位置固定。
為了比較的目的，圖4中示意性說明的裝置被用于兩種不同的沉積過程。在兩種過程中，都將致密的薄膜插入4層AR涂層中。更特別地，該致密的薄膜(即厚Ta2O5層)是沉積在直徑為21”的浮動玻璃襯底上的SiO2/Ta2O5交替膜系的一部分。在第一沉積過程中，利用掩模來最小化最大的沉積角，并使得橫跨該部分的涂層厚度一致。無掩模地執(zhí)行第二沉積，以獲得該襯底上的最大沉積角，并因此獲得理論上的最大雙折射。
表1中給出了這兩種操作的數(shù)據(jù)。從第一、有掩模的沉積處理中獲得的AR涂層被稱為構(gòu)造1(例如，1021-1071)，而從第二、無掩模的沉積處理中獲得的AR涂層被稱為構(gòu)造2(例如，1021-1074)。
表1.用于雙折射測試的操作數(shù)據(jù)[64]在兩種構(gòu)造中，為了使當(dāng)涂層反射率大于約5％時來自樣品前后表面的激光干涉效應(yīng)導(dǎo)致的延遲測量中的波動最小化，AR的中心為633nm，即用來測量延遲的氦氖激光器的波長。Ta2O5層的總厚度是2.95μm，而SiO2層的總厚度是0.84μm。值得引起注意的是，由于對于兩種沉積過程的源沉積參數(shù)是相同的，所以無掩模的沉積速度大約是有掩模的沉積速度的兩倍快。
利用基于涂層系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)預(yù)測涂層厚度分布和沉積角度的程序，模式化構(gòu)造1和構(gòu)造2的涂層的幾何結(jié)構(gòu)。參考圖5，圖示了作為徑向位置的函數(shù)的入射在襯底上的理論沉積角。值得注意的是，對于有掩模和無掩模的構(gòu)造，最小角度都是一樣的。由于在沉積期間，襯底或其一部分圍繞其中心旋轉(zhuǎn)，所以涂層厚度和沉積角度分布是旋轉(zhuǎn)對稱的?？商鎿Q地，襯底相對于入射蒸汽熔劑和/或具有簡單平移或行星運動的掩模移動(即，其同時圍繞其中心旋轉(zhuǎn)并沿著軌道平移)[66]從對于Ta2O5的沉積角θv預(yù)測柱的傾角Ψ的公式(2)被用作計算柱的傾斜的參考。更特別地，公式(2)只用作參考，因為其假定所有的原材料以相同的沉積角到達(dá)襯底，其并沒有考慮到達(dá)部分位置上的材料的角度分布，并且其也沒有考慮掩模的效應(yīng)或有掩模和無掩模涂層之間的沉積速率差異。
結(jié)果表明柱的傾斜對于無掩模涂層應(yīng)該是大約6.7°的平均沉積角，和在該部分的外徑處的大約13°的最大沉積角。根據(jù)前述現(xiàn)有技術(shù)的曲線，對于最大沉積角將導(dǎo)致大約0.02的面內(nèi)雙折射，而對于平均沉積角將導(dǎo)致大約0.0075的面內(nèi)雙折射。該模擬也同樣預(yù)測該有掩模的涂層將比該部分外徑附近的無掩模的涂層顯示較小的雙折射，因此有掩模構(gòu)造的平均和最大沉積角都小于無掩模構(gòu)造的平均和最大沉積角。
已經(jīng)測量Exicor延遲并將其與這些模式化的結(jié)果相對比。在從直徑為21”的襯底上切下的小段上完成延遲試驗。垂直入射的面內(nèi)延遲被在每段上以1mm間隔用633nm的光測量，并被沿著原始部分的近似徑向掃描。相同襯底的無涂層段也同樣被測量以作為參考。試驗的結(jié)果在圖6中示出。雖然做了多個測量來證實看得見的趨勢，但是每個操作中只示出了一個測量。延遲中的波動是樣品上的某些位置處的樣品反射在633nm大于5％的結(jié)果，因為產(chǎn)生的抗反射涂層相對633nm的目標(biāo)波長被偏移。
對于所有樣品，延遲隨著徑向位置而增加。這表明最大沉積角對延遲的影響大于平均沉積角對延遲的影響，因為對于有掩模構(gòu)造和無掩模構(gòu)造的最大沉積角都隨著徑向位置的增加而增加，如圖5所示。利用圖5中對于徑向位置的最大沉積角，試驗的延遲被作為最大沉積角的函數(shù)重新圖示。圖7中示出了該曲線。
涂層的物理厚度根據(jù)公式(3)影響測量的延遲值，Г＝Δnd (3)其中Г是以納米為單位的延遲，Δn是對于兩個正交偏振的最大和最小折射率之差，以及d是以納米為單位的物理厚度。
隨物理厚度從內(nèi)徑位置到外徑位置而減少，無掩模的樣品具有橫跨內(nèi)段和外段的大約11％的總厚度變化。在9.5”徑向位置周圍的徑向位置，有掩模操作具有與無掩模操作相同的物理厚度，但是在較低的徑向位置，有掩模操作具有比無掩模操作厚的物理厚度。基于計算的涂層幾何結(jié)構(gòu)的厚度分布被用來作涂層厚度的模型，并且對于作為最大沉積角的函數(shù)的無掩模操作，利用公式(3)來計算垂直入射，或面內(nèi)雙折射(Δn)。對于每種設(shè)計，由于每個涂層材料產(chǎn)生的總延遲表示為Г＝ΔnLdL+ΔnHdH(4)其中下標(biāo)L和H分別指的是低折射率材料(即SiO2)和高折射率材料(即Ta2O5)。由于SiO2沉積成基本上為非晶結(jié)構(gòu)，所以這種材料的雙折射被忽略(預(yù)先的試驗測量表明其非常小)。利用延遲數(shù)據(jù)和Ta2O5的設(shè)計厚度，可以計算這種材料的面內(nèi)雙折射。圖8示出了作為最大沉積角的函數(shù)的面內(nèi)雙折射。對于在窄角度范圍上的這種計算，測量的延遲以線性函數(shù)近似。
有掩模的樣品具有橫跨測量的徑向位置的小于1.5％的總厚度變化，這在測量波動中不足以區(qū)別，所以假定該物理厚度是恒定的。再次，SiO2的雙折射假定是可以忽略的，而所有的延遲都是因Ta2O5層而產(chǎn)生的。根據(jù)公式(3)計算涂層的面內(nèi)Δn。圖9是對于有掩模的涂層依此計算的面內(nèi)Δn的圖。根據(jù)這種計算，作為最大沉積角的函數(shù)的所測量的延遲以線性函數(shù)近似。
值得注意的是，有掩模操作中得到的樣品的面內(nèi)雙折射大約為無掩模的樣品的面內(nèi)雙折射的2倍。這和人們期望從沉積角中得到的相反(即，由于有掩模結(jié)構(gòu)具有比無掩模結(jié)構(gòu)低的最大和平均沉積角)。這些兩種構(gòu)造的雙折射差異因此被認(rèn)為是由于沉積速率的差異造成的，或更可能是由于在部分旋轉(zhuǎn)周期的一半期間掩模阻擋了涂層熔劑，使得該掩模影響了柱狀結(jié)構(gòu)而造成的。
兩種樣品的雙折射都小于通過現(xiàn)有技術(shù)曲線預(yù)測的雙折射，在現(xiàn)有技術(shù)曲線中，所有涂層熔劑以單一入射角入射的。涂層熔劑的入射錐可能“圓化(rounding)”該柱狀結(jié)構(gòu)(減少其方向性)，所以雙折射較小。
現(xiàn)有的商業(yè)出售的用于VAN式LCoS微顯示器的調(diào)整延遲器的面內(nèi)延遲通常在大于2-7nm之間的范圍內(nèi)。由Ta2O5在盤的外徑處顯示的面內(nèi)雙折射量，即無掩模的0.0012和有掩模的0.0023在適當(dāng)范圍內(nèi)，以使得調(diào)整延遲器具有合理的涂層厚度(例如，小于6μm厚)。
Exicor測量同樣產(chǎn)生相對于部分掃描的x方向的雙折射材料的快軸的定向的測量。該掃描方向近似沿21”直徑部分的半徑取向。對于調(diào)整延遲器，快軸需要具有橫跨該部分的線性方向的恒定的取向，以提供最佳性能。圖10是該數(shù)據(jù)對于有掩模和無掩模樣品的曲線圖，其示出了無掩模樣品比有掩模樣品具有更均一的快軸取向。更特別地，圖10示出了延遲角與平均沉積角的關(guān)系曲線，其中延遲角是雙折射材料的快軸相對于x掃描方向所成的角。圖11示出了作為計算的平均沉積角的函數(shù)示出的同一延遲。
對于每種涂層構(gòu)造，有掩模和無掩模，都呈現(xiàn)出平均沉積角和雙折射材料的軸取向之間的相互關(guān)系。但是，這是有掩模構(gòu)造和無掩模構(gòu)造的取向角之間的顯著差異。
每種涂層構(gòu)造，有掩模和無掩模，同樣都要經(jīng)受環(huán)境測試。更特別地，來自每個部分的外徑的樣品都要經(jīng)受濕度、附著力和摩擦測試。表2中總結(jié)的環(huán)境測試的結(jié)果表面涂層是非常耐用的。
表2.涂層操作的環(huán)境測試結(jié)果[79]每種涂層構(gòu)造，有掩模和無掩模，都要用透射電子顯微鏡(TEM)檢查層結(jié)構(gòu)。通常，TEM顯微照片表明薄膜是基本上非晶的。雖然一些顯微照片顯示了柱狀微結(jié)構(gòu)可能的證據(jù)，但是這只是明確了個別的柱和/或空隙的缺少。此外，一些顯微照片顯示了厚Ta2O5層中的小斑點或斑點區(qū)域。有掩模操作中比無掩模操作中更明顯地存在小斑點的納米結(jié)構(gòu)，其可能與在有掩模操作中比在無掩模操作中具有更高的面內(nèi)雙折射有關(guān)。在每個TEM顯微照片中，薄膜看起來十分致密(即，不是高多孔的)。利用盧瑟福背散射(RBS)和掃描電子顯微鏡(SEM)表示特性的粗略估算的Ta2O5膜的密度是有掩模構(gòu)造為93％和無掩模構(gòu)造為98％。利用上述方法準(zhǔn)備的濾波器上的水分移動測試表明涂層是名義地充分致密(即，非常緊密或等于100％或“體(bulk)”密度)。在水分轉(zhuǎn)移測試中，濾波器在干燥條件下測試，暴露于濕度中24小時，然后再次測試。該涂層基本上沒有顯示波長上的變化。如果該涂層不是充分致密的，在暴露于濕度之后將會出現(xiàn)向長波長的偏移，因為水分可以滲入該涂層并部分地填充空隙-從而使折射率稍微增加同時改變響應(yīng)較高波長的濾波器的位置。
值得注意的是，完全不需要充分致密的，基本上非晶的薄膜(即具有很少或沒有柱狀微結(jié)構(gòu))以顯示有用的雙折射。對于本發(fā)明人的最好知識是，沒有人已經(jīng)采用這些充分致密的、基本上非晶的薄膜的形式雙折射和/或它們的在高光通量和/或高溫環(huán)境中的穩(wěn)定性。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，充分致密的、形式雙折射薄膜被用來提供光學(xué)系統(tǒng)(例如，液晶顯示系統(tǒng)中，偏光計中，作為四分之一波片等等)中的偏振控制。
通常，形式雙折射通過傾斜角沉積被引入薄膜。優(yōu)選地選擇或改變沉積處理以確保薄膜是致密的(例如，大于大約90％的體密度)并顯示適當(dāng)?shù)碾p折射(例如，在550nm大于大約0.0002)，所述沉積處理通常是利用不同蒸發(fā)中的一種或本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的濺射沉積技術(shù)的物理蒸汽沉積。例如，通常選擇涂層熔劑入射角、涂層掩模設(shè)計、涂層源和襯底距離、涂層源和襯底相對位置和取向、沉積速度、襯底旋轉(zhuǎn)控制和涂層材料中的至少一個來提供所需的雙折射和/或密度?？商鎿Q地，或附加地，通過利用諸如IAD的含能處理實現(xiàn)高密度。例如，在前述的例子中，沉積角(例如，2°到35°)的寬范圍包括涂層熔劑入射角，可選的涂層掩模是180°掩模，襯底離開坩堝大約30”，沉積速度在大約2-12/sec之間，襯底以大約500rpm旋轉(zhuǎn)，以及利用IAD源。通常，平均沉積角，或更一般的，最大沉積角將小于約40°。
有利地，致密形式雙折射薄膜易于由正常各向同性材料(例如，非分子雙折射的)制造，并且更特別地由無機(jī)和/或電介質(zhì)材料制造。因此，致密形式雙折射膜易于與其它薄膜層相結(jié)合以提供多功能全電介質(zhì)薄膜膜系。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，將致密的、形式雙折射薄膜層插入AR涂層，其被用來提供補(bǔ)償液晶顯示器的偏振。例如，上面討論的例子中，將厚Ta2O5層插入4層Ta2O5/SiO2AR中的設(shè)計?？商鎿Q地，可提供其它的設(shè)計。例如，考慮表3中的描述的紅波段AR涂層，其中將交替的Ta2O5/SiO2膜系沉積在浮法硼硅玻璃(borofloat)襯底(n＝1.47)上，并且其中薄膜膜系中的每一層都利用圖4中描述的試驗裝置以低入射角沉積。
表3.紅波段AR涂層的參數(shù)[85]如圖12中所示，大約7.5μm厚的紅光波段AR涂層提供大約6.8nm的平均面內(nèi)延遲。便利地，相應(yīng)的雙折射等級適于用于VAN式LCoS系統(tǒng)的低延遲調(diào)整延遲器的制造。此外，由于全電介質(zhì)薄膜膜系缺少個別柱/空隙微結(jié)構(gòu)，所以雙折射在由微顯示器投影系統(tǒng)提供的高光通量和/或高溫環(huán)境中非常穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，致密的、形式雙折射薄膜層被插入獨立的全電介質(zhì)調(diào)整延遲器，其被用來補(bǔ)償VAN式LCoS微顯示器投影系統(tǒng)的殘余雙折射。
參考圖13，這里示出了提高VAN式LCoS微顯示器投影系統(tǒng)中的圖像對比度的全電介質(zhì)調(diào)整延遲器的實施例。調(diào)整延遲器90具有設(shè)置在襯底93的第一側(cè)的電介質(zhì)薄膜膜系92和設(shè)置在襯底93的第二相對側(cè)的抗反射涂層94。將A板功能給予調(diào)整延遲器90的電介質(zhì)薄膜膜系92包括由AR層96限制的致密的形式雙折射層95。每個通常是電介質(zhì)膜系的AR層94和96用作具有折射率突變的界面的折射率匹配層。
通常，通過傾斜角沉積將形式雙折射引入致密的、形式雙折射層95。沉積工藝通常是一種采用本領(lǐng)域中那些熟練技術(shù)人員公知的許多種蒸發(fā)或濺射沉積技術(shù)中的一種的物理蒸汽沉積，對該沉積工藝進(jìn)行優(yōu)選選擇或改變以確保薄膜是致密的(例如，大于大約90％的體密度)并顯示適當(dāng)?shù)碾p折射(例如，在550nm大于大約0.0002)。例如，通常對涂層熔劑入射角(coating flux incident angle)、涂層掩模設(shè)計、涂層源與襯底的距離、涂層源與襯底的相對位置和定向、沉積速度、襯底旋轉(zhuǎn)控制、和涂層材料中的至少一個進(jìn)行選擇以提供所需要的雙折射和/或密度?？商鎿Q地，或附加地，通過利用諸如IAD(離子輔助沉積)的含能處理(energetic process)實現(xiàn)高密度。例如，在前述的例子中，沉積角的寬范圍(例如，2°到35°)包括涂層熔劑入射角，可選的涂層掩模是180°掩模，襯底離開坩堝大約30”，沉積速度在大約2-12/sec之間，襯底以大約500rpm的速度旋轉(zhuǎn)，以及采用IAD源。通常，平均沉積角，或典型地，最大沉積角將小于大約40°。
值得注意的是，僅為了說明的目的，所示的薄膜膜系92包括單個致密的、形式雙折射層95。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，薄膜膜系92包括多個較薄的致密的、形式雙折射層和/或插入層(例如，交替的折射率設(shè)計)?？商鎿Q地，形式雙折射層95由與襯底具有近似折射率的材料制造并省略內(nèi)部的AR涂層。進(jìn)一步可替換地，A板膜系包括至少一個包含更復(fù)雜的AR設(shè)計的致密的、形式雙折射層。在實施例中，薄膜膜系包括單個致密的、形式雙折射層，該形式雙折射層通常相當(dāng)厚(例如，幾個微米)。
用于形成電介質(zhì)薄膜膜系92和/或AR層94的合適電介質(zhì)包括諸如TiO2，Ta2O5，ZrO2和SiO2的金屬氧化物，它們在可見光波長光譜范圍內(nèi)(例如，從400nm到700nm)是光學(xué)各向同性的且呈現(xiàn)高透明性。
襯底91通常是平面平行玻璃板襯底，例如其大約是1mm厚。一些普通的已經(jīng)被用于顯示器應(yīng)用的襯底包括康寧(Corning)1737F和肖特(Schott)D263T，它們都采用在λ＝550nm處具有1.52的標(biāo)稱折射率的硅酸鹽浮動玻璃。可替換地，該襯底由另一種提供機(jī)械支撐的透明材料制造，如熔融石英。
這種調(diào)整延遲器的面內(nèi)延遲(在實踐中，其可以達(dá)到大約四分之一波長)在橫跨整個可見波段的通常目標(biāo)是小于30nm，更通常地是在大約1-10nm之間。例如，如果調(diào)整延遲器的目標(biāo)是具有5nm的面內(nèi)延遲，并具有有效的、大約0.002的面內(nèi)雙折射，則單層A板設(shè)計應(yīng)該需要大約2.5μm的層。這種厚度的薄膜完全在任何像樣的鍍膜機(jī)的容量之內(nèi)。
有利地，通過沉積工藝自身產(chǎn)生A板雙折射。由于致密的、形式雙折射層95易于在標(biāo)準(zhǔn)的鍍膜腔中與AR涂層94/96串聯(lián)沉積，所以可以提供非常低成本的全電介質(zhì)調(diào)整延遲器。此外，由于調(diào)整延遲器完全由無機(jī)電介質(zhì)材料制造，所以可以獲得高耐久性和/或防潮涂層。此外，由于無機(jī)電介質(zhì)材料沒有明顯的柱/空隙微結(jié)構(gòu)，所以雙折射在由微顯示器投影系統(tǒng)提供的高光通量和/或高溫環(huán)境中非常穩(wěn)定。
參考圖14，這里示出了提高VAN式LCoS微顯示器投影系統(tǒng)中的圖像對比度的全功能A/-C板調(diào)整延遲器的實施例。調(diào)整延遲器100包括-C板電介質(zhì)膜系101，A板電介質(zhì)膜系102，和襯底107。更特別地，-C板膜系101耦合到襯底107的第一側(cè)，而A板膜系102耦合到襯底107第二相對側(cè)。
-C板電介質(zhì)膜系101包括由抗反射(AR)涂層105限制的形式雙折射(FB)結(jié)構(gòu)103以提供具有-C板功能的FBAR膜系。形式雙折射結(jié)構(gòu)103包括第一多層，每層都具有第一折射率n1和第一厚度d1，并與至少第二多層相交替，每個第二層都具有第二折射率n2和第二層厚度d2。優(yōu)選地，每層層厚d1和d2都是工作波長(例如，λ＝550nm)的分?jǐn)?shù)以便實現(xiàn)形式雙折射效應(yīng)。通常，如果層厚d1和d2相近，且n1與n2之差較大(例如，大于大約0.5)，則形式雙折射將達(dá)到最大化。例如，包括71對氧化鉭(Ta2O5)和氧化硅(SiO2)層的-C板膜系已經(jīng)被評價來提供大約-6.3nm的凈延遲(在空氣中入射角為±12°時)，所述氧化鉭和氧化硅在λ＝550nm處分別具有2.20和1.46的標(biāo)稱折射率。當(dāng)這些電介質(zhì)層具有近似相等的層厚時，通常小于大約40nm厚，所得到的膜系的有效折射率大約為2。
A板電介質(zhì)膜系102包括由AR層106限制的致密的、形式雙折射層104。通常，通過傾斜角沉積將形式雙折射引入致密的、形式雙折射層104。沉積工藝通常是一種采用本領(lǐng)域中那些熟練技術(shù)人員公知的許多種蒸發(fā)或濺射沉積技術(shù)中的一種的物理蒸汽沉積，對該沉積工藝進(jìn)行優(yōu)選選擇或改變以確保薄膜是致密的(例如，大于大約90％的體密度)并呈現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾p折射(例如，在550nm大于大約0.0002)。例如，通常對涂層熔劑入射角、涂層掩模設(shè)計、涂層源與襯底距離、涂層源與襯底相對位置和定向、沉積速度、襯底旋轉(zhuǎn)控制，和涂層材料中的至少一個進(jìn)行選擇以提供所需要的雙折射和/或密度?？商鎿Q地，或附加地，通過利用諸如IAD的含能處理實現(xiàn)高密度。例如，在前述的例子中，沉積角(例如，2°到35°)的寬范圍包括涂層熔劑入射角，可選的涂層掩模是180°掩模，襯底離開坩堝大約30”，沉積速度在大約2-12/sec之間，襯底以大約500rpm旋轉(zhuǎn)，以及采用IAD源。通常，平均沉積角，或更典型地，最大沉積角將小于大約40°。
值得注意的是，僅為了洗明的目的，所示的A板電介質(zhì)膜系102包括單個致密的、形式雙折射層104。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，A板膜系102包括多個較薄的致密的、形式雙折射層和/或插入層(例如，交替的折射率設(shè)計)。可替換地，形式雙折射層104由與襯底具有近似折射率的材料制造并省略內(nèi)部的AR涂層。進(jìn)一步可替換地，A板膜系包括至少一個包含更復(fù)雜的AR設(shè)計的致密的、形式雙折射層。在實施例中，A板電介質(zhì)膜系包括單個致密的、形式雙折射層，該形式雙折射層通常相當(dāng)厚(例如，幾個微米)，然而在A板電介質(zhì)膜系102包括多個致密的、形式雙折射層的實施例中的該形式雙折射層通常都相對較薄。
在每個-C板和A板電介質(zhì)膜系中，通常是電介質(zhì)膜系的每個AR層105/106用作具有折射率突變的界面處的折射率匹配層。AR涂層105/106同樣可以提供額外的面外延遲分量，在制造調(diào)整延遲器時該面外延遲分量應(yīng)該被計算在總的延遲和相位差內(nèi)。
用于形成-C板電介質(zhì)膜系101和/或A板電介質(zhì)膜系102的合適電介質(zhì)包括諸如TiO2，Ta2O5，ZrO2和SiO2的金屬氧化物，它們在可見光波長光譜范圍(例如，從400nm到700nm)是光學(xué)各向同性的且呈現(xiàn)高透明性。
襯底107通常是平面平行玻璃板襯底，例如其大約是1mm厚。一些普通的已經(jīng)被用于顯示器應(yīng)用的襯底包括康寧1737F和肖特(Schott)D263T，它們都采用在λ＝550nm處具有1.52的標(biāo)稱折射率的硅酸鹽浮動玻璃。可替換地，該襯底由另一種提供機(jī)械支撐的透明材料制造，如熔融石英。
這種調(diào)整延遲器的面內(nèi)延遲(在實踐中，其可以達(dá)到大約四分之一波長)在橫跨整個可見波段的通常目標(biāo)是小于30nm，更通常地是在大約1-10nm之間。例如，如果調(diào)整延遲器的目標(biāo)是具有5nm的面內(nèi)延遲，并具有大約0.002的面內(nèi)雙折射效應(yīng)，則單層A板設(shè)計應(yīng)該需要大約2.5μm的層。這種厚度的膜完全在任何像樣的鍍膜機(jī)的性能之內(nèi)。這種調(diào)整延遲器的面外延遲在橫跨整個可見波段的通常目標(biāo)是在大約-1nm到-1000nm的范圍內(nèi)。
有利地，A板延遲和-C板延遲都由無機(jī)和/或電介質(zhì)材料提供。因此，A板膜系和-C板膜系易于在標(biāo)準(zhǔn)的鍍膜腔中沉積以提供低成本的全電介質(zhì)調(diào)整延遲器。此外，由于調(diào)整延遲器完全由無機(jī)電介質(zhì)材料制造，所以可以獲得高耐久性和/或防潮涂層。此外，由于無機(jī)電介質(zhì)材料沒有明顯的柱/空隙微結(jié)構(gòu)，所以雙折射在由微顯示器投影系統(tǒng)提供的高光通量和/或高溫環(huán)境中非常穩(wěn)定。
參考圖1 5，這里示出了改善VAN式LCoS微顯示器投影系統(tǒng)中的圖像對比度的全功能A/-C板調(diào)整延遲器的另一個實施例。調(diào)整延遲器110包括-C板電介質(zhì)膜系111，A板電介質(zhì)膜系112，多個AR層113，114，115，和116，以及襯底117。更特別地，-C板電介質(zhì)膜系111和A板電介質(zhì)膜系112都耦合到襯底117的第一側(cè)，而AR層116耦合到襯底117第二相對側(cè)。
-C板電介質(zhì)膜系111包括由抗反射(AR)涂層105限制的形式雙折射(FB)結(jié)構(gòu)111a以提供具有-C板功能的FBAR膜系。形式雙折射結(jié)構(gòu)111a包括第一多層，每層都具有第一折射率n1和第一厚度d1，并與至少第二多層相交替，每個第二層都具有第二折射率n2和第二層厚度d2。優(yōu)選地，每層層厚d1和d2都是工作波長(例如，λ＝550nm)的分?jǐn)?shù)以便實現(xiàn)形式雙折射效應(yīng)。通常，如果層厚d1和d2相近，且n1與n2之差較大(例如，大于大約0.5)，則形式雙折射將達(dá)到最大化。例如，包括71對氧化鉭(Ta2O5)和氧化硅(SiO2)層-C板膜系已經(jīng)被評價來提供大約-6.3nm的凈延遲(在空氣中入射角為±12°時)，所述氧化鉭和氧化硅在λ＝550nm處分別具有2.20和1.46的標(biāo)稱折射率。當(dāng)這些電介質(zhì)層具有近似相等的層厚時，通常小于大約40nm厚，所得到的膜系的有效折射率大約為2。
A板電介質(zhì)膜系112包括由AR層114/115限制的致密的、形式雙折射層112a。通常，通過傾斜角沉積將形式雙折射引入致密的、形式雙折射層112a。沉積工藝通常是一種采用本領(lǐng)域中那些熟練技術(shù)人員公知的許多種蒸發(fā)或濺射沉積技術(shù)中的一種的物理蒸汽沉積，對該沉積工藝進(jìn)行優(yōu)選選擇或改變以確保薄膜是致密的(例如，大于大約90％的體密度)并呈現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾p折射(例如，在550nm大于大約0.0002)，。例如，通常對涂層熔劑入射角、涂層掩模設(shè)計、涂層源與襯底距離、涂層源與襯底的相對位置和定向、沉積速度、襯底旋轉(zhuǎn)控制，和涂層材料中的至少一個進(jìn)行選擇以提供所需要的雙折射和/或密度。可替換地，或附加地，通過采用諸如IAD的含能處理實現(xiàn)高密度。例如，在前述的例子中，沉積角(例如，2°到35°)的寬范圍包括涂層熔劑入射角，可選的涂層掩模是180°掩模，襯底離開坩堝大約30”，沉積速度在大約2-12/sec之間，襯底以大約500rpm旋轉(zhuǎn)，以及采用IAD源。通常，平均沉積角，或更典型地，最大沉積角將小于大約40°。
值得注意的是，僅為了說明的目的，所示的A板電介質(zhì)膜系112包括單個致密的、形式雙折射層112a。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，A板膜系包括多個較薄的致密的、形式雙折射層和/或插入層(例如，交替的折射率設(shè)計)?？商鎿Q地，形式雙折射層由與襯底具有近似折射率的材料制造并省略內(nèi)部的AR涂層115。進(jìn)一步可替換地，A板膜系包括至少一個包含更復(fù)雜的AR設(shè)計的致密的、形式雙折射層。在實施例中，A板電介質(zhì)膜系包括單個致密的、形式雙折射層，該形式雙折射層通常相當(dāng)厚(例如，幾個微米)，然而在A板電介質(zhì)膜系被多個致密的、形式雙折射層代替的實施例中的該形式雙折射層通常都相對較薄。
通常是電介質(zhì)膜系的每個AR層113，114，115，和116用作具有折射率突變的界面處的折射率匹配層。AR涂層113，114，115，和116同樣可以提供額外的面外延遲分量，在制造調(diào)整延遲器時該面外延遲分量應(yīng)該被計算在總的延遲和相位差內(nèi)。
用于形成-C板電介質(zhì)膜系111和/或A板電介質(zhì)膜系112的合適電介質(zhì)包括諸如TiO2，Ta2O5，ZrO2和SiO2的金屬氧化物，它們在可見光波長光譜范圍(例如，從400nm到700nm)是光學(xué)各向同性的且呈現(xiàn)高透明性。
襯底117通常是平面平行玻璃板襯底，例如其大約是1mm厚。一些普通的已經(jīng)被用于顯示器應(yīng)用的襯底包括康寧1737F和肖特(Schott)D263T，它們都采用在λ＝550nm處具有1.52的標(biāo)稱折射率的硅酸鹽浮動玻璃?？商鎿Q地，該襯底由另一種提供機(jī)械支撐的透明材料制造，如熔融石英。
這種調(diào)整延遲器的面內(nèi)延遲(在實踐中，其可以達(dá)到大約四分之一波長)在橫跨整個可見波段的通常目標(biāo)是小于30nm，更通常地是在大約1-10nm之間。例如，如果調(diào)整延遲器的目標(biāo)是具有5nm的面內(nèi)延遲，并具有大約0.002的面內(nèi)雙折射效應(yīng)，則單層A板設(shè)計應(yīng)該需要大約2.5μm的層。這種厚度的薄膜完全在任何像樣的鍍膜機(jī)的性能之內(nèi)。這種調(diào)整延遲器的面外延遲在橫跨整個可見波段的通常目標(biāo)是在大約-1nm到-1000nm的范圍內(nèi)。
有利地，A板延遲和-C板延遲都由無機(jī)和/或電介質(zhì)材料提供。因此，A板膜系和-C板膜系易于在標(biāo)準(zhǔn)的鍍膜腔中沉積以提供低成本的全電介質(zhì)調(diào)整延遲器。此外，由于調(diào)整延遲器完全由無機(jī)電介質(zhì)材料制造，所以可以獲得高耐久性和/或防潮涂層。此外，由于無機(jī)電介質(zhì)材料沒有明顯的柱/空隙微結(jié)構(gòu)，所以雙折射在由微顯示器投影系統(tǒng)提供的高光通量和/或高溫環(huán)境中非常穩(wěn)定。
在參考圖15討論的實施例中，-C板電介質(zhì)膜系111級聯(lián)在致密的A板電介質(zhì)膜系上。在可替換的實施例中，A板電介質(zhì)膜系層疊在-C板電介質(zhì)膜系111上。
參考圖16，這里示出了改善VAN式LCoS微顯示器投影系統(tǒng)中的圖像對比度的全功能A/-C板調(diào)整延遲器的另一個實施例。調(diào)整延遲器210包括電介質(zhì)膜系，該電介質(zhì)膜系具有被AR層214，215限制的與第二多個低折射率層212相交替的第一多個高折射率層211。該電介質(zhì)膜系被耦合到襯底217的第一側(cè)，而另一AR層216被耦合到襯底217第二相對側(cè)。
對第一多層和第二多層中每一層的層厚進(jìn)行選擇以使電介質(zhì)膜系提供-C板功能。至少第一多層和第二多層中的一個采用傾斜角沉積形成。沉積工藝通常是一種采用本領(lǐng)域中那些熟練技術(shù)人員公知的許多種蒸發(fā)或濺射沉積技術(shù)中的一種的物理蒸汽沉積，對該沉積工藝進(jìn)行優(yōu)選選擇或改變以確保薄膜是致密的(例如，大于大約90％的體密度)并呈現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾p折射(例如，在550nm大于大約0.0002)。例如，由于層厚通常小于大約100nm，且經(jīng)常小于約20nm，以提供適當(dāng)?shù)?C板雙折射，可能需要較高的入射角以提供較高的A板延遲，因此需要調(diào)整沉積速度、襯底旋轉(zhuǎn)控制和含能處理中的至少一個來確保微結(jié)構(gòu)是無孔的。
通常是電介質(zhì)膜系的每個AR層214，215，和216用作具有折射率突變的界面處的折射率匹配層。AR涂層同樣可以提供額外的面外延遲分量，在制造調(diào)整延遲器時該面外延遲分量應(yīng)該被計算在總的延遲和相位差內(nèi)。
用于形成電介質(zhì)膜系的合適電介質(zhì)包括諸如TiO2，Ta2O5，ZrO2和SiO2的金屬氧化物，它們在可見光波長光譜范圍(例如，從400nm到700nm)是光學(xué)各向同性的且呈現(xiàn)高透明性。
襯底217通常是平面平行玻璃板襯底，例如其大約是1mm厚。一些普通的已經(jīng)被用于顯示器應(yīng)用的襯底包括康寧1737F和肖特(Schott)D263T，它們都采用在λ＝550nm處具有1.52的標(biāo)稱折射率的硅酸鹽浮動玻璃?？商鎿Q地，該襯底由另一種提供機(jī)械支撐的透明材料制造，如熔融石英。
這種調(diào)整延遲器的面內(nèi)延遲(在實踐中，其可以達(dá)到大約四分之一波長)在橫跨整個可見波段的通常目標(biāo)是小于30nm，更通常地是在大約1-10nm之間。這種調(diào)整延遲器的面外延遲在橫跨整個可見波段的通常目標(biāo)是在大約-1nm到-1000nm的范圍內(nèi)。
有利地，A板延遲和-C板延遲都由相同的無機(jī)電介質(zhì)材料提供，因此簡化了沉積工序。此外，由于調(diào)整延遲器完全由無機(jī)電介質(zhì)材料制造，所以可以獲得高耐久性和/或防潮涂層。此外，由于無機(jī)電介質(zhì)材料沒有明顯的柱/空隙微結(jié)構(gòu)(column/voidmicrostructure)，所以雙折射在由微顯示器投影系統(tǒng)提供的高光通量和/或高溫環(huán)境中非常穩(wěn)定。
根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，將致密的、形式雙折射薄膜層包含有集成另一光學(xué)部件的全電介質(zhì)調(diào)整延遲器，該另一光學(xué)部件用來補(bǔ)償VAN式LCoS微顯示器投影系統(tǒng)的殘余雙折射。
參考圖17，這里示出了集成到VAN式LCoS微顯示器投影系統(tǒng)的顯示器面板蓋中的全功能A/-C板調(diào)整延遲器的實施例。調(diào)整延遲器組合件包括-C板電介質(zhì)膜系303、A板電介質(zhì)膜系302和多個AR層301，都設(shè)置在透明覆蓋襯底300的第一表面上。該調(diào)整延遲器組合件形成具有硅底板(襯底)304上的頂層金屬反射鏡305的LC單元間隙，LC分子306設(shè)置在該LC單元間隙中。通常，LCoS也包括取向?qū)?例如，聚合的或傾斜蒸發(fā)的無機(jī)層)307和前透明導(dǎo)電電極(例如，ITO)308。
-C板電介質(zhì)膜系303包括由抗反射(AR)涂層301限制的形式雙折射(FB)結(jié)構(gòu)303a以提供具有-C板功能的FBAR膜系。形式雙折射結(jié)構(gòu)303a包括第一多層，每層都具有第一折射率n1和第一厚度d1，并與至少第二多層相交替，每個第二層都具有第二折射率n2和第二層厚度d2。優(yōu)選地，每層層厚d1和d2都是工作波長(例如，λ＝550nm)的分?jǐn)?shù)以便實現(xiàn)形式雙折射效應(yīng)。通常，如果層厚d1和d2相近，且n1與n2之差較大(例如，大于大約0.5)，則形式雙折射將達(dá)到最大化。例如，包括71對氧化鉭(Ta2O5)和氧化硅(SiO2)層-C板膜系已經(jīng)被評價來提供大約-6.3nm的凈延遲(在空氣中入射角為±12°時)，所述氧化鉭和氧化硅在λ＝550nm處分別具有2.20和1.46的標(biāo)稱折射率。當(dāng)這些電介質(zhì)層具有近似相等的層厚時，通常小于大約40nm厚，所得到的膜系的有效折射率大約為2。
A板電介質(zhì)膜系302包括由AR層301b/c限制的致密的、形式雙折射層302a。通常，通過傾斜角沉積將形式雙折射引入致密的、形式雙折射層302a。沉積工藝通常是一種采用本領(lǐng)域中那些熟練技術(shù)人員公知的許多種蒸發(fā)或濺射沉積技術(shù)中的一種的物理蒸汽沉積，對該沉積工藝進(jìn)行優(yōu)選選擇或改變以確保薄膜是致密的(例如，大于大約90％的體密度)并呈現(xiàn)適當(dāng)?shù)碾p折射(例如，在550nm處大于大約0.0002)。例如，通常對涂層熔劑入射角、涂層掩模設(shè)計、涂層源與襯底距離、涂層源和襯底的相對位置和定向、沉積速度、襯底旋轉(zhuǎn)控制和涂層材料中的至少一個進(jìn)行選擇以提供所需要的雙折射和/或密度?？商鎿Q地，或附加地，通過采用諸如IAD的含能處理實現(xiàn)高密度。例如，在前述的例子中，沉積角(例如，2°到35°)的寬范圍包括涂層熔劑入射角，可選的涂層掩模是180°掩模，襯底離開坩堝大約30”，沉積速度在大約2-12/sec之間，襯底以大約500rpm旋轉(zhuǎn)，以及采用IAD源。通常，平均沉積角，或更典型地，最大沉積角將小于大約40°。
值得注意的是，僅為了說明的目的，所示的A板電介質(zhì)膜系302包括單個致密的、形式雙折射層。根據(jù)本發(fā)明的其它實施例，A板膜系包括多個較薄的致密的、形式雙折射層和/或插入層(例如，交替的折射率設(shè)計)?？商鎿Q地，形式雙折射層由與襯底具有近似折射率的材料制造并省略內(nèi)部的AR涂層301c。進(jìn)一步可替換地，A板膜系包括至少一個包含更復(fù)雜的AR設(shè)計的致密的、形式雙折射層。在實施例中，A板電介質(zhì)膜系包括單個致密的、形式雙折射層，該形式雙折射層通常相當(dāng)厚(例如，幾個微米)，然而在A板電介質(zhì)膜系112被多個致密的、形式雙折射層代替的實施例中的該形式雙折射層通常都相對較薄。
通常是電介質(zhì)膜系的每個AR層301a-301c用作具有折射率突變的界面處的折射率匹配層。AR涂層301a-301c同樣可以提供額外的面外延遲分量，在制造調(diào)整延遲器時該面外延遲分量應(yīng)該被計算在總的延遲和相位差內(nèi)。
用于形成-C板電介質(zhì)膜系303和/或A板電介質(zhì)膜系302的合適電介質(zhì)包括諸如TiO2，Ta2O5，ZrO2和SiO2的金屬氧化物，它們在可見光波長光譜范圍(例如，從400nm到700nm)是光學(xué)各向同性的且呈現(xiàn)高透明性。
這種調(diào)整延遲器的面內(nèi)延遲(在實踐中，其可以達(dá)到大約四分之一波長)在橫跨整個可見波段的通常目標(biāo)是小于30nm，更通常地是在大約1-10nm之間。例如，如果調(diào)整延遲器的目標(biāo)是具有5nm的面內(nèi)延遲，并具有大約0.002的面內(nèi)雙折射效應(yīng)，則單層A板設(shè)計應(yīng)該需要大約2.5μm的層。這種厚度的膜完全在任何像樣的鍍膜機(jī)的性能之內(nèi)。這種調(diào)整延遲器的面外延遲在橫跨整個可見波段的通常目標(biāo)是在大約-1nm到-1000nm的范圍內(nèi)。
為了實現(xiàn)高產(chǎn)量的集成式補(bǔ)償器/顯示器，考慮到兩個延遲元件的垂直面內(nèi)延遲量，可通過機(jī)械地旋轉(zhuǎn)在器件平面內(nèi)的覆蓋襯底施加A板/-C板膜系和顯示元件306之間的粗略的方位角偏移量。每個集成式補(bǔ)償器/顯示器的各自微調(diào)可以包含其它非機(jī)械方法，例如電壓切換處于斷開位置的LC傾斜角以進(jìn)一步減少總的泄露強(qiáng)度。關(guān)于更詳細(xì)的非機(jī)械微調(diào)提供在于2005年10月18日提交的美國臨時專利申請?zhí)?0/727,969中,在此通過參考將其全部內(nèi)容結(jié)合入本發(fā)明中。需要注意的是，如果ITO層允許施加的大部分電壓可以穿過LC層(即，ITO層沒有完全與LC層絕緣)，那么A板膜系和-C板膜系可被任意地分布到覆蓋襯底300的兩個表面。
有利地，將A板膜系和-C板膜系集成在LCoS的覆蓋襯底中省略了至少兩個多余AR涂層(例如，在調(diào)整延遲器和顯示器面板上，彼此面對面)。
由于A板膜系和-C板膜系都用易于在標(biāo)準(zhǔn)的鍍膜腔內(nèi)沉積的無機(jī)電介質(zhì)材料形成，所以可以提供低成本全電介質(zhì)調(diào)整延遲器。此外，由于全功能調(diào)整延遲器完全由無機(jī)電介質(zhì)材料形成，所以可以獲得高耐久性和/或防潮涂層。而且，由于無機(jī)電介質(zhì)材料沒有明顯的柱/空隙微結(jié)構(gòu)，所以雙折射在由微顯示器投影系統(tǒng)提供的高光通量和/或高溫環(huán)境中非常穩(wěn)定。
在上述每個實施例中，在標(biāo)準(zhǔn)鍍膜腔中沉積并完全由無機(jī)和/或電介質(zhì)材料形成的薄膜層被用來提供A板功能。這些形式雙折射薄膜層相當(dāng)致密(例如，層的密度近似等于材料的體密度)并且是無孔的。結(jié)果，這些完全致密的薄膜具有在高光通量條件下的高耐久性和/或穩(wěn)定性。此外，由于這些薄膜不顯示明顯的柱/柱狀隙微結(jié)構(gòu)，所以它們的制造相對簡單。例如，雖然單個傾斜角可被用來制造致密薄膜層，利用傾斜角范圍可以簡化其制造。因此，除了在LCD應(yīng)用中提供偏振補(bǔ)償之外，本發(fā)明的薄膜光學(xué)延遲器還被展望來提供簡單、低成本的方法以實現(xiàn)其它不同應(yīng)用中的偏振控制。
根據(jù)一實施例，利用低角度沉積(例如，小于40°)薄膜層并因此在630nm具有大約0.001到0.002之間范圍的面內(nèi)雙折射。雖然不知道這些致密層的面外雙折射，但是任何+C板延遲都易于利用具有-C板延遲的FBAR膜系補(bǔ)償。實際上，致密的、形式雙折射薄膜層易于級聯(lián)或者耦合到FBAR薄膜膜系以提供全A/-C板功能。FBAR膜系或其它可選層易于在相同的沉積室中形成?？商鎿Q地，利用其它沉積技術(shù)(即，常用的沉積技術(shù)包括化學(xué)氣相淀積(CVD)、等離子體增強(qiáng)CVD、電子束蒸發(fā)、熱蒸發(fā)、濺射、和/或原子層沉積)形成FBAR膜系或其它可選層。
當(dāng)然，上述實施例只是作為例子提供。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識到在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下，可以使用不同的改進(jìn)、改變的構(gòu)造、和/或等價物。例如，雖然已經(jīng)參考VAN式LCoS投影應(yīng)用中的偏振補(bǔ)償討論了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以意識到本發(fā)明同樣可以用于其它LCD應(yīng)用，例如透射式VAN式LCD應(yīng)用，其可能是或可能不是投影應(yīng)用。例如，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，將薄膜光學(xué)延遲器包含入透射式VAN式LCD面板的一個或兩個襯底中。雖然前面討論的調(diào)整延遲器的實施例已經(jīng)被描述成被包含入液晶單元組合件或被用作液晶微顯示器投影系統(tǒng)中的獨立裝置，然而在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可以將薄膜光學(xué)延遲器與其它光學(xué)部件集成，例如四分之一片。因此，本發(fā)明的范圍僅僅由附加的權(quán)利要求
書的范圍來限定。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)延遲器，其包括至少一個利用傾斜角沉積形成的致密的、形式雙折射層，其中對所述傾斜角和所述至少一個致密的、形式雙折射層的總厚度進(jìn)行選擇，以提供用來提供偏振控制的A板延遲。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的光學(xué)延遲器，其中所述至少一個致密的、形式雙折射層的密度大于所述層材料體密度的大約90％。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的光學(xué)延遲器，其中所述至少一個致密的、形式雙折射層基本上是非晶的。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的光學(xué)延遲器，其中所述至少一個致密的、形式雙折射層包括電介質(zhì)薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的光學(xué)延遲器，其中所述至少一個致密的、形式雙折射層包括金屬氧化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的光學(xué)延遲器，其中所述至少一個致密的、形式雙折射層包含Ta2O5。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的光學(xué)延遲器，其中所述至少一個致密的、形式雙折射層被包含在抗反射薄膜膜堆中。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1中所述的光學(xué)延遲器，其中所述A板延遲在1和30nm之間的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1至8中任一項權(quán)利要求
中所述的光學(xué)延遲器，其中所述光學(xué)延遲器是調(diào)整延遲器，并且其中對所述傾斜角和所述至少一個致密的、形式雙折射層的總厚度進(jìn)行選擇，以提供用來補(bǔ)償液晶顯示器面板的殘余面內(nèi)雙折射的A板延遲。
10.根據(jù)權(quán)利要求
9中所述的光學(xué)延遲器，包括形式雙折射抗反射膜堆，所述抗反射膜堆包括具有第一折射率的第一多個介電層，所述第一多個介電層與具有第二折射率的至少第二多個介電層交錯，用來提供補(bǔ)償液晶顯示器面板的面外雙折射的-C板延遲。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10中所述的光學(xué)延遲器，其中所述至少一個致密的、形式雙折射層和所述形式雙折射抗反射膜堆被耦合到襯底的相對側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求
10中所述的光學(xué)延遲器，其中所述至少一個致密的、形式雙折射層和該形式雙折射抗反射膜堆級聯(lián)在襯底的相同側(cè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求
10中所述的光學(xué)延遲器，其中所述至少一個致密的、形式雙折射層和所述形式雙折射抗反射膜堆被耦合到液晶顯示器面板的蓋板。
14.一種制造光學(xué)延遲器的方法，包括利用傾斜角沉積在表面上沉積至少一個致密的、形式雙折射層，其中對所述傾斜角和所述至少一個致密的、形式雙折射層的總厚度進(jìn)行選擇，以提供用來提供偏振控制的A板延遲。
15.根據(jù)權(quán)利要求
14中所述的制造光學(xué)延遲器的方法，其中所述傾斜角沉積包括含能處理。
16.根據(jù)權(quán)利要求
14中所述的制造光學(xué)延遲器的方法，其中所述含能處理包括離子輔助沉積。
17.根據(jù)權(quán)利要求
14中所述的制造光學(xué)延遲器的方法，其中所述傾斜角包括寬范圍的入射蒸汽熔劑角。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17中所述的制造光學(xué)延遲器的方法，其中平均沉積角小于大約40°。
19.根據(jù)權(quán)利要求
17中所述的制造光學(xué)延遲器的方法，其中最大沉積角小于大約40°。
20.根據(jù)權(quán)利要求
17中所述的制造光學(xué)延遲器的方法，其中所述傾斜角沉積利用掩模來減少最大沉積角。
21.根據(jù)權(quán)利要求
14中所述的制造光學(xué)延遲器的方法，其中所述光學(xué)延遲器是調(diào)整延遲器，并且其中對所述傾斜角和所述至少一個致密的、形式雙折射層的總厚度進(jìn)行選擇，以提供用來補(bǔ)償液晶顯示器面板的殘余面內(nèi)雙折射的A板延遲。
22.一種基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，包括光源；第一偏振器，其用于接收來自所述光源的光并傳輸具有第一線性偏振軸的第一線性偏振光；液晶顯示器面板，其對所述第一線性偏振光進(jìn)行光學(xué)調(diào)制，所述液晶顯示器面板具有殘余雙折射；第二偏振器，其用于接收所述經(jīng)過光學(xué)調(diào)制的光并傳輸具有第二線性偏振軸的第二線性偏振光；投影透鏡，其用于將所述第二線性偏振光投影到屏幕上；以及根據(jù)權(quán)利要求
1至8中任一項權(quán)利要求
中所述的光學(xué)延遲器，其用于補(bǔ)償所述液晶顯示器面板的殘余雙折射。
23.根據(jù)權(quán)利要求
22中所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述調(diào)整延遲器在380nm和800nm之間的波長范圍內(nèi)具有0nm和-1000nm之間的面外雙折射，并且在380nm和800nm之間的波長范圍內(nèi)具有1nm和30nm之間的面內(nèi)雙折射。
24.根據(jù)權(quán)利要求
22中所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述調(diào)整延遲器與所述液晶顯示器面板集成在一起。
25.根據(jù)權(quán)利要求
22中所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中所述液晶顯示器面板是VAN式LCoS微顯示器面板，并且其中所述第一偏振器和所述第二偏振器是同一個偏振分束器。
26.根據(jù)權(quán)利要求
22中所述的基于液晶顯示器的投影系統(tǒng)，其中對所述調(diào)整延遲器的快軸進(jìn)行定向，以使得所述投影系統(tǒng)的系統(tǒng)對比度級別增加。
專利摘要
傾斜角沉積被用來提供具有至少一個致密的、形式雙折射層的A板光學(xué)延遲器。根據(jù)一實施例，形式雙折射層沉積成FBAR膜系的一部分以提供用于LCD雙折射補(bǔ)償?shù)娜娊橘|(zhì)全功能A/－C板調(diào)整延遲器。有利地，該全功能A/－C板調(diào)整延遲器的致密結(jié)構(gòu)提供高耐久性和/或穩(wěn)定性，因此使得其非常適于在基于高光通量偏振的投影系統(tǒng)中提供偏振補(bǔ)償。
文檔編號G02F1/1335GK1991420SQ200610162103
公開日2007年7月4日 申請日期2006年12月6日
發(fā)明者卡倫·D.·亨得里克斯, 譚金龍, 查爾斯·A.·赫斯, 羅伯特·B.·薩金特, 羅伯特·E.·克林格 申請人:Jds尤尼弗思公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan