最佳同步调整延迟器制造技术

一种用于基于液晶显示器的投影系统的调整延迟器，该投影系统包括光源、偏振器／检偏器、液晶显示器面板和投影透镜，该调整延迟器被同步至最佳方位角，此最佳方位角提供基本上不受该液晶显示器面板的慢轴的方位影响的系统对比度等级。

【技术实现步骤摘要】

本申请总的涉及投射显示器的偏振补偿，具体涉及最佳同步调整延迟器(optimally clocked trim retarder)和包含该最佳同步调整延迟器的基于LCD的投射系统。
技术介绍
液晶显示器(LCDs)被广泛应用于大屏幕电视和监视器的投射显示器。在这些基于LCD的投射系统中，高功率的光束在入射到LCD面板前经过偏振器。LCD面板逐个像素地控制入射光的偏振并将其转向相应的偏振器/检偏器，然后其使具有合适偏振的光改向至将图像投射到屏幕的投射透镜。一种特别成功的基于LCD的投射系统是基于WGP的LCoS微显示系统，它使用线栅偏振器(WGPs)和硅上液晶(LCoS)面板。当与其他微显示技术如透射式液晶显示器(xLCD)、数字光处理器(DLP)和直视LCD相比，这种微显示系统被证实可以展示高分辨率和高图像对比度，它一般使用三块或更多块微显示面板(如每块对应一种原色带)以提高屏幕亮度。参考图1，示出了传统的3-面板的基于WGP的LCoS微显示系统。这种微显示系统包括例如是高压放电管的光源5和灯棍7。灯棍7使光源5产生的锥形光束均匀化，以保证空间均匀的光分布。可选地，灯棍7是产生线偏振光的偏振转换光管(PCLP)。第一透镜8a将光从灯棍7传递到第一折叠式反射镜(folding mirror)9，该第一折叠式反射镜9将光引导至第一二向色滤光器(dichroic filter)10。该第一二向色滤光器10从其余光中分离出兰光，并且引导兰光经过第二透镜8b和第三透镜8c及第二折叠式反射镜17和第三折叠式反射镜16至第一LCoS显示面板20a。被传输经过二向色滤光片10的其余光被引导经过第四透镜8d和第五透镜8e及第四折叠式反射镜11至第二二向色滤光器12。第二二向色滤光器12将其余光分成绿光和红光，其前者被引导至第二LCoS显示面板20b，其后者被引导至第三LCoS显示面板20c。在到达每个LCoS显示面板20a、20b和20c之前，入射光首先分别通过WGP15、WGP14和WGP13及调整延迟补偿器21a、21b和21c。每个WGP15、WGP14、WGP13都是由多条平行的微丝(microwires)形成的偏振器/检偏器，这些微丝传输偏振态的光，使其与平行微丝的方向正交，并反射偏振态的光，使之平行于线的方向(例如，如果偏振器被设计为通过水平光或P偏振光，如图1所示，微丝将垂直于图1的平面)。每个LCoS面板20a、20b和20c逐个像素地改变线性偏振入射光的偏振并将调制光反射到相应的WGP15、WGP14和WGP13。因为WGP15、WGP14和WGP13被定向在相对光的传播主方向大约±45°处，所以除了作为偏振器/检偏器，WGP15、WGP14和WGP13也作为分光器，用于通过沿与入射光路正交的输出光路操纵或偏转从每一个LCoS面板反射的光，将入射光从出射光中分离出来。更特别的是，每个WGP15、WGP14和WGP13将S偏振光(例如由处于“通电”状态的像素旋转90°的偏振光)反射到X-立方体19。X-立方体19聚集(也就是会聚)来自三个颜色信道中每一个信道的图像，并通过投射透镜18将最终图像投射到大屏幕上(未显示)。作为选择，每个颜色信道进一步包括预偏振器(未显示)和/或消光检偏器(clean-up analyzer)(未显示)，例如这可包括一个或多个WGP和/或二向色片状偏振器。调整延迟补偿器21a、21b和21c(这里简称调整延迟器)是用来提高微显示系统的对比度性能等级的补偿元件，该对比度性能等级也受处于暗状态(如“关闭”状态)的LCoS面板的残余双折射所限制。特别地，每个调整延迟器21a、21b和21c引入相位延迟，该相位延迟消除了由相应LCoS面板的内在双折射所导致的延迟。除非另外声明，这里使用的术语“延迟”或“延缓”是指与圆(偏振)延迟量相对的线性(偏振)延迟量。线性(偏振)延迟是光学元件厚度与折射率乘积在两个正交振偏方向上的差。线性偏振延迟导致两个正交线性偏振之间的相位差，其中一个偏振方向被校准平行于线性延迟器的e轴(非常轴)，另一个偏振方向被校准平行于线性延迟器的o轴(寻常轴)。与之相对的圆偏振延迟导致右旋圆偏振光与左旋圆偏振光之间的相对相位差。线延迟可以被用来描述面内延迟或面外延迟。被表示为光程差的面内延迟，是指两个正交的平面内折射率之间的差与光学元件物理厚度的乘积。面外延迟是指沿着光学元件厚度方向(z方向)的折射率和面内折射率(或面内折射率的平均值)的差与光学元件物理厚度的乘积。在锥形光束中的正入射光线仅存在面内延迟，而包括斜光线(轴外光线)(也就是非垂直但沿着主S平面和P平面)和斜射光线(也就是非垂直并远离S平面和P平面入射)的离轴光线同时经历了面内延迟和面外延迟。特别地，在双折射介质中对于90°光线角度的小概率情况，无法观测到面内延迟。在没有调整延迟器21a-c的情况中，由于LCoS面板20a-c的残余双折射，在暗状态(“关闭”状态)下照射每块微显示面板的P偏振的偏振光在反射时被稍微的椭圆偏振化。当包括P偏振分量和S偏振分量的椭圆偏振光被传输到相应的WGP15、WGP14、WGP13，S偏振分量被反射回X-立方体，这样允许暗状态光泄漏到大屏幕上，进而限制了投射系统的对比度。通过提供补偿由LCoS面板20a-c的残余双折射产生的延迟的面内延迟，调整延迟器21a-c的使用提高了对比度等级。更具体地，调整延迟器21a-c被定向使它们的慢轴被设置在与LCoS面板20a-c的慢轴(被叫做“交叉轴”)正交排列的方位上，而调整延迟器21a-c的快轴被设置在与LCoS面板20a-c的快轴正交排列的方位上。这里使用的术语慢轴(SA)和快轴(FA)是指当在正入射测量线偏振延迟时的两个正交双折射轴。特别地，对于大角度入射的负面外延迟分量，SA和FA方位随着离轴照射改变而改变，也会反转SA/FA的作用。因为调整延迟器21a-c和LCoS面板20a-c的慢轴被设置在正交方位上，对于正入射光来说从调整延迟器21a-c到LCoS面板20a-c，快/慢轴的作用互换。换句话说，具有特定偏振态的光在调整延迟器21a-c和LCoS面板20a-c被交替地延迟较多然后较少，或者反之亦然。实际效果是对入射光偏振有零相对延迟，因此不改变偏振态(也就是说输出光没有椭圆偏振)。相应的WGP15、WGP14、WGP13和/或可选的消偏器(clean-up polarizer)阻挡了输出光，以至于暗状态光泄漏不会出现在屏幕上。因为调整延迟器21a-c没有明显改变面板通电状态的输出，随后所得的对比度(全开/全关)很好。除了提供面内延迟，调整延迟器21a-c通常也能提供面外延迟来增加视野。更特别的，调整延迟器通常可包括用于补偿面内延迟的A面板补偿部件和补偿面外延迟的C-面板补偿部件。作为选择，调整延迟器21a-c也包括O-面板部件。A-面板是由e轴(非常轴)平行于面板所在平面取向的单轴双折射材料形成的光延迟器。C-面板是由e轴垂直于面板所在平面取向(也就是说，平行于正入射光的方向)的单轴双折射材料形成的光延迟器。C-面板展示了负双折射特性。O-面板是由其e轴(即它的光轴或c轴)与面板所在平面成斜角取向的单轴双折射材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于液晶显示器的投影系统，其包括：　　　　光源；　　　　第一偏振器，其用于从所述光源接收光和传输具有第一线性偏振轴的第一线性偏振光；　　　　液晶显示器面板，其对所述第一线性偏振光进行光学调制，所述液晶显示器面板具有慢轴和快轴；　　　　第二偏振器，其用于接收所述经光学调制的光和用于传输具有第二线性偏振轴的第二线性偏振光；　　　　投影透镜，其用于将所述第二线性偏振光投射在屏幕上；和　　　　调整延迟器，其被设置在所述液晶显示器面板和至少所述第一和第二偏振器中的一个之间，所述调整延迟器具有大于液晶显示器面板中的残余面内延迟的面内延迟且具有慢轴，所述慢轴的方位角被选择在预定的方位角范围内，以使提供的系统对比度等级基本上至少不受所述液晶显示器面板的所述慢轴的方位与所述第一和第二偏振器的方位之一的影响。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：谭金龙，小安东尼詹姆士马谢，
申请(专利权)人：JDS尤尼弗思公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]