高次波長板を含むマイクロディスプレイ・パネルのコントラスト補償
【課題】Ｏプレートとして構成され、かつ薄膜トランジスタ層を支持する高次波長板を有する液晶（ＬＣ）マイクロディスプレイのパネル・コントラストを改善するためのコントラスト補償器を提供すること。
【解決手段】このコントラスト補償器は、薄膜トランジスタ基板の複屈折と符号が反対の複屈折を有するＯプレートとして構成された逆高次波長板を含む。
【解決手段】このコントラスト補償器は、薄膜トランジスタ基板の複屈折と符号が反対の複屈折を有するＯプレートとして構成された逆高次波長板を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、一般にコントラスト補償に関し、具体的には高次波長板を含む液晶マイクロディスプレイ・パネルのコントラスト補償に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶（ＬＣ）マイクロディスプレイは、投影システムで広範に見られ、例えばビジネス・プレゼンテーションおよび家庭用娯楽器具（例えば大画面テレビ）で使用される。一般に、これら比較的小型の表示装置（例えば、一般に対角線上で１．５インチ未満のもの）は、適当な表示サイズに投影映像を拡大する１つまたは複数の光学レンズと結合される。従来、ＬＣマイクロディスプレイは、２つのタイプの技術（すなわち反射型マイクロディスプレイ（例えばシリコン上の液晶（ＬＣｏＳ））または透過型マイクロディスプレイ）のうち１つに基づくものであった。
【０００３】
一般的な透過性ＬＣマイクロディスプレイは、フロント透明板とバック透明板の間に挟まれた液晶材料の層（例えば、垂直整列（ＶＡ）モード、面内切替（ＩＰＳ）モード、平面整列（ＰＡ）モード、あるいは、より一般的には９０度ツイステッド・ネマチック（ＴＮ）モード）を含む。バック板はパターニングされた電極層を含むが、一方フロント板は共通電極層を含み、各共通電極層は、一般にインジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）などの透明材料から形成される。９０度のＴＮモードＬＣが使用されるとき、フロント板およびバック板は、一般に、ＬＣ分子がらせん構造またはツイストで配置されるように互いに垂直に整列する整列層を含む。印加電圧が存在しないとき（すなわちオフ状態で）、ツイストされた機構は、直線状に偏光された入射光の偏光を約１８０度回転させる。十分に大きな印加電圧が存在するとき（すなわちオン状態で）、ＬＣ分子は、直線状に偏光された入射光の偏光が回転しないようにツイストを解消し始める。このＬＣセルは、一般に、偏光子と、平行な透過軸を有する（すなわち通常黒色の）検光子またはより一般的には垂直な透過軸を有する（すなわち通常白色の）検光子の間に配置される。
【０００４】
市販のシステムでは、透過性ＬＣマイクロディスプレイは通常能動マトリクス・システムを用いるが、このシステムでは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のマトリクスが電極によって印加された電圧を制御する。より詳細には、各ＴＦＴは、各表示画素におけるＬＣの配向を制御するスイッチング要素として機能する。従来、能動ＴＦＴ層は、ガラスのバック板上にシリコン（例えば、アモルファス・シリコン、ポリシリコン、または結晶シリコン）を堆積することにより形成されている。最近になって、シリコン層向けの基板としてサファイアを用いることの利点が認識されている。例えば、サファイアは、可視帯で光学的透明性を示す、単結晶シリコンの成長を助長する半導体であり、したがって製造の複雑さおよびコストを低減する。さらに、サファイアは電子および正孔の移動性が高く、それによって高速論理切替えが可能になるので、サファイアはＴＦＴ製造に望ましい。その上、サファイアは、高温ポリシリコンＴＦＴで用いられる従来のガラス基板より高い熱伝導率を有し、したがって高輝度照明システムにおいて効率的な熱放散をもたらす。
【０００５】
残念ながら、ＬＣ ＴＦＴの製造のために基板としてサファイアを使用すると、ＬＣマイクロディスプレイのパネル・コントラスト比に対して悪影響があることが判明している。例えば、米国特許第７，４８０，０１７号では、Fisherらは、ＬＣマイクロディスプレイにサファイアを使用すると、液晶材料を通過する光が偏光解消されてオン／オフ・コントラスト比が低下することを教示している。Fisherらは、サファイア基板を通過する光の偏光解消を補正するために、能動シリコン・バック板に対してワイヤ・グリッドまたは他の偏光子を組み込むことにより、コントラスト比を改善することを教示している。内部偏光子によってサファイア基板上に構築された透明なマイクロディスプレイのコントラストがかなり改善すると述べられているが、この改善は、光輝度の損失（例えば、内部偏光子は、楕円偏光を有するサファイア基板を介して伝送された光の一部分をフィルタリングする）という犠牲のもとに達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，４８０，０１７号
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、コントラスト補償器に関し、これは、例えばサファイア板を有する液晶（ＬＣ）マイクロディスプレイのパネル・コントラストを改善するために使用することができる。このコントラスト補償器は高次波長板を含み、この高次波長板は、ＬＣ ＴＦＴ（例えばサファイア）向けに使用される透明な半導体基板に見られる有効な波長帯域（例えば可視帯）および角度範囲（例えば±１２度のコーン照明）にわたって、スペクトルおよび角度の線形リターダンスにおける変化を補償するように選択された厚さおよび対称性を有する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、第１の基板、第２の基板、および第１の基板と第２の基板の間に配置された液晶層を含み、その第１の基板が、Ｏプレートとして構成されかつ薄膜トランジスタ層を支持する第１の高次波長板を含む液晶マイクロディスプレイ・パネルと、第１の基板のスペクトルおよび角度の線形リターダンス分散を補償するための、Ｏプレートとして構成された第２の波長板を含み、その第２の高次波長板が、第１の高次波長板の複屈折と符号が反対の複屈折を有するリターダ補償器と、を備える液晶マイクロディスプレイが提供される。
【０００９】
本発明のさらなる特徴および利点が、添付図面と一緒に以下の詳細な説明を解釈することから明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】透過性ＬＣパネルの断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示された高次サファイア基板の構成を示す図である。
【図２】図２Ａは高次サファイア基板を有するＴＮモードＬＣパネルに関する実験に基づく線形リターダンス・マップを示す図である。図２Ｂは高次サファイア基板を有する計算上のＴＮモードＬＣパネルに関する線形リターダンス・マップを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によって高次サファイア基板と縦に連結したリターダ補償器の概略図である。
【図４】石英リターダ補償器および高次サファイア基板の、スペクトルおよび角度の線形リターダンスの曲線あてはめ結果を示す図である。
【図５】石英リターダ補償器および高次サファイア基板の両方に関するモデル化されたリターダンス・データを用いて、石英リターダ補償器および高次サファイア基板に関して計算された線形リターダンス・マップの定性的比較を示す図である。
【図６】図６Ａは石英リターダ補償器および高次サファイア基板の両方に関するモデル化されたリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関して青色帯域で計算された有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。図６Ｂは石英リターダ補償器および高次サファイア基板の両方に関するモデル化されたリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関して緑色帯域で計算された有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。図６Ｃは石英リターダ補償器および高次サファイア基板の両方に関するモデル化されたリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関して赤色帯域で計算された有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。
【図７】高次サファイア基板に関する実験に基づくリターダンス・データを用いて、石英リターダ補償器および高次サファイア基板に関する線形リターダンス・マップの定性的比較を示す図である。
【図８】図８Ａは高次サファイア基板に関する実験に基づくリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関する青色帯域での有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。図８Ｂは高次サファイア基板に関する実験に基づくリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関する緑色帯域での有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。図８Ｃは高次サファイア基板に関する実験に基づくリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関する赤色帯域での有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。
【図９】石英の層の厚さ、Ｃ軸極角、およびＣ軸方位角の範囲に関する計算されたコントラスト比を示すグラフである。
【図１０】カスケード接続された機構に関する、方位角、極角、および厚さの公差を示す図である。
【図１１】厚い複屈折結晶板におけるビーム・ウォークオフを示す概略図である。
【図１２】高次のサファイア板および石英板に関する、ウォークオフ対Ｃ軸傾斜を示すグラフである。
【図１３Ａ】サファイアのＣ軸配向とＴＮ ＬＣの遅軸配向の１６の可能な組合せを示す概略図である。
【図１３Ｂ】リターダンス整合時のトリム・リターダの遅軸配向を示す概略図である。
【図１３Ｃ】リターダンス不整合時のトリム・リターダの、可能性がある遅軸配向を示す概略図である。
【図１４】本発明の一実施形態によって、トリム・リターダ、ＴＮモードＬＣ層、および高次サファイア基板と縦に連結したリターダ補償器の概略図である。
【図１５】トリム・リターダが単一層のＡプレートであるとき、トリム・リターダの可能な遅軸配向に関するコントラスト比対リターダ遅軸を示すグラフである。
【図１６】モデル化されたリターダンス・データを用いて、石英補償器上のＡプレートおよびＴＮ／サファイア・パネルに関して計算された線形リターダンス・マップの定性的比較を示す図である。
【図１７】モデル化されたリターダンス・データを用いて、青色帯域、緑色帯域、および赤色帯域で、石英補償器上のＡプレートおよびＴＮ／サファイア・パネルに関して計算された有効なリターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。
【図１８】ＴＮ／サファイア・パネルに関する実験に基づくリターダンス・データを用いて、青色帯域、緑色帯域、および赤色帯域で、石英補償器上のＡプレートおよびＴＮ／サファイア・パネルに関して計算された有効なリターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。
【図１９Ａ】交差軸構成の２つのサファイア板および平行構成のサファイア板／石英板に関する線形リターダンス・マップとコノスコープ・リーク・マップの比較を示す図である。
【図１９Ｂ】交差軸構成の２つのサファイア板および平行構成のサファイア板／石英板に関する線形リターダンス・マップとコノスコープ・リーク・マップの比較を示す図である。
【図２０】３つのパネルの透過性ＬＣマイクロディスプレイ投影システムの光エンジンを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面の全体にわたって、同じ機構は同じ参照数字によって特定されることに留意されたい。
【００１２】
一般に明状態での光輝度と暗状態での光輝度の比を意味するパネル・コントラスト比は、ＬＣマイクロディスプレイの重要な特性である。従来の９０度ＴＮ透過性型マイクロディスプレイでは、パネルが斜めに観察されるとき、パネル・コントラスト比がかなり低下する。視角によるコントラスト比の変化は、一般に視角特性と称される。
【００１３】
透過性ＬＣマイクロディスプレイのパネル・コントラスト比および／または視角特性を改善するために、しばしばリターダ補償器が使用される。リターダ補償器は、一般に、偏光子とＬＣセルの間および／または検光子とＬＣセルの間に配置される。リターダ補償器は、任意選択で、様々な物理的厚さ、液晶および偏光子の角度に対する光軸配向、または複屈折の符号をそれぞれ有する複屈折材料の複数の層を含むことになる。実際、効率的なコントラスト向上をもたらすために、リターダ補償器は、１つまたは複数のＡプレート（例えば、その光学軸が要素の表面に対して平行な１軸の複屈折要素）、Ｃプレート（例えば、その光学軸が要素の表面に対して垂直な１軸の複屈折要素）、および／またはＯプレート（例えば、その光学軸が要素の表面に対して斜角を有する１軸の複屈折要素）を含むことが多く、それらは、それぞれが正または負でよい。例えば、ＶＡモードＬＣマイクロディスプレイで使用されるリターダ補償器は、面内リターダンスおよび面外リターダンスを有する傾斜したＯプレートを含んでよく、後者は視界（ＦＯＶ）向上に使用されるが、ＴＮモードＬＣマイクロディスプレイで使用されるリターダ補償器は、面内リターダンス、面外リターダンスおよび循環リターダンスを示してよい。
【００１４】
それぞれの場合で、リターダ補償器は、例えば暗状態のＬＣ層が示す比較的小さいリターダンス（例えば約５０ｎｍ未満であることが多い面内リターダンス）を補償するのに使用される。したがって、リターダ補償器は、トリム・リターダ補償器または単にトリム・リターダと称されることが多い。もともと、トリム・リターダはフィルムの補償として製作されたものである。例えば、トリム・リターダは、トリアセテート・セルロース（ＴＡＣ）基板上のディスコティック層から成る富士フイルムのWideView (WV) film（商標）など、伸長した有機フォイルから製作されている。他の補償フィルムが、例えば、T.Bachelsら、「Novel Photo-aligned LC -Polymer Wide-View Film for TN Displays」、Eurodisplay 2002、10-3、183頁、J. Chenら、「Wide Viewing Angle Photoaligned Plastic Films for TN-LCDs」、SID 99、10-4、 頁、およびH. Moriら、「Novel Optical Compensation Method Based upon a Discotic Optical Compensation Film for Wide Viewing Angle LCDs」、SID 03、32.3、1058頁に論じられている。最近になって、トリム・リターダにおける構造複屈折性の薄膜コーティングを用いる利点が実現されており（例えば米国特許第７，１７０，５７４号および米国特許出願第２００７００７０２７６号を参照されたい）、これらの両方を参照によって本明細書に組み込む。
【００１５】
補償フィルムおよび／または薄膜コーティングにトリム・リターダンスを与えると、真のゼロ次波長板としてトリム・リターダを製作することが可能になる。一般に、ゼロ次波長板は必要な位相遅れのみをもたらす（すなわち、リターダがゼロ次の４分の１波長板であると、０．２５波の位相遅れだけがもたらされる）。それと対照的に、高次波長板は、必要な位相遅れよりいくつかの固有値だけ大きい（例えば、全波長板については２πの整数倍大きく、あるいは４分の１波長板についてはπ／２の奇数整数倍大きい）相対的位相遅れをもたらす。原理的には、高次波リターダは、ゼロ次波リターダと同様に動作するはずである。例えば、１０次の４分の１波長板（例えば５．２５波）は、所与の波長に対して、ゼロ次の４分の１波長板（例えば０．２５波）と同様に動作するはずである。しかし、実際上、高次波長板は、分散および温度依存性が大きいために、一般にトリム・リターダとして使用されていない。特に、分散が大きいと、可視帯内のすべての波長チャネルが適切に補償されるわけではなくなり、通常ＬＣマイクロディスプレイ（例えば青色の４６０ｎｍ帯域、緑色の５５０ｎｍ帯域、および赤色の６２０ｎｍ帯域のそれぞれに対して１つ）以上のものを含む透過性ＬＣＤプロジェクタで特に問題がある。
【００１６】
残念ながら、従来技術のトリム・リターダは、従来の透過性ＴＮモードＬＣマイクロディスプレイ・パネルのコントラストを比較的広い帯域幅にわたって数百対１から十分により高いものへ改善することが証明されているが、ＬＣマイクロディスプレイがサファイア半導体基板を含むとき、コントラスト比および／または視角特性をかなり改善することに成功していない。
【００１７】
サファイア半導体基板は、可視帯で透明な複屈折結晶板である。たとえ、サファイア板の複屈折が比較的低い（例えば５５０ｎｍで約０．００８）場合でも、ＬＣセルを挟むのに十分な支持をもたらすために必要な厚さ（例えば０．４ｍｍから１ｍｍの間の物理的厚さ）は、数マイクロメートルのリターダンスをもたらすことになる。
【００１８】
さらに、サファイアのＲ面がＴＦＴ製造にしばしば選択されるので、サファイア半導体基板はＯプレートとして構成されることが多い。Ｒ面は、板の法線に対して約５７．６度でサファイアの光学軸整列またはＣ軸整列をもたらす結晶カットである。このＯプレート構成は、Ｃ軸傾斜面に近い観察面での入射角の関数として大きなリターダンス傾斜が存在することを意味する。高次リターダンスによって、偶数および奇数のリターダンス次数で交番が生じ、垂直入射での有効リターダンスは可視帯内で０からπへ数回変化する。これらのリターダンス変化によって、達成可能なパネル・コントラストが低下し、具体的には視角特性が低下する。例えば、対応する線形リターダ軸が偏光子に対して平行／垂直に整列しないとき、交差偏光子のセットアップを通じて劣化が生じることになる。
【００１９】
図１Ａを参照すると、サファイア・バック板を内蔵する透過性ＬＣパネルの断面が示されている。透過性ＬＣパネル１０は、サファイア・バック板１４とカバー板１６の間に挟まれたＬＣ層１２を含む。ＬＣ層１２は、９０度ツイスト・ネマチック（ＴＮ）モードＬＣ、垂直整列（ＶＡ）モードＬＣ、面内切替え（ＩＰＳ）モードＬＣ、または平面整合（ＰＡ）モードＬＣなどのＬＣ材料から形成される。サファイア・バック板１４は複屈折結晶板であり、これは、ＬＣ層１２のＬＣディレクタの配向を制御するのに使用される能動マトリクス画素のアドレシング回路（図示せず）を支持する。カバー板１６はガラス板である。任意選択で、ＬＣモード次第で、透過性ＬＣパネル１０は、１つまたは複数の電極１８Ａ、１８Ｂおよび１つまたは複数の整列層１９Ａ、１９Ｂも含むことになる。一般に、透過性ＬＣパネル１０は、２つの偏光子２０Ａ、２０Ｂの間に配置されることになる。２つの偏光子２０Ａ、２０Ｂが、それらの透過軸が直交するように配向される場合、第１の偏光子２０Ａは一般に偏光子と称され、一方第２の偏光子２０Ｂは検光子と称される。図１Ｂを参照すると、サファイア基板１４のＣ軸は５７．６度の極角で配向され（すなわち、そのＣ軸傾斜は基板の法線から５７．６度である）、一方Ｒ面は板の表面と一致する。サファイア・バック板１４のＣ軸は、偏光子２０Ａの透過軸に対して、一般に平行または垂直に整列する。
【００２０】
図１Ａに示されたものに類似のＬＣパネル１０に関するＦＯＶリターダンスの実験によるデータおよび計算されたデータが、それぞれ図２Ａおよび図２Ｂに示されている。それぞれの場合で、ＬＣ層は、暗状態で約１０ｎｍの面内リターダンスを示すＴＮモードＬＣを含み、一方サファイア・バック板の厚さは約６００マイクロメートルであった。計算されたデータを生成するのに用いられたモデルでは、サファイアの常光線屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅは、それぞれ１．７７０６および１．７６５０であると想定され、波長５５０ｎｍで−０．００８１に等しい複屈折Δｎを示す。可視帯にわたって全分散が利用された。サファイア・バック板の厚さは５７６．６マイクロメートルであった。この厚さで、サファイア・バック板は１２次の波長板である。換言すれば、このサファイア・バック板は高次の負のＯプレートである。有効リターダンスは、５３０ｎｍ波長の１２次では４５度（アンラップでは２２０５度）である。実験結果および計算結果の両方に関して、０次へラップしたリターダンスが入射の極角／方位角に対して急激に変化することは明白である。実験によると、垂直入射での平均の線形リターダンスは４４．１度であった。計算では、垂直入射での平均の線形リターダンスは４７．４度であった。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、カウンター複屈折基板を含み高次波長板でもあるリターダ補償器が、サファイア基板で導入されたリターダンスの波長分散および角度分散を低下させるのに使用され、したがって、サファイア・バック板を含む透過性ＴＮモードＬＣマイクロディスプレイのコントラスト比および視角特性を改善する。
【００２２】
図３を参照すると、サファイア基板１４に対して反対の複屈折の符号を有する材料から形成されたカウンター複屈折板３２（すなわち、サファイアが負の複屈折を示すため、複屈折板３２は正の複屈折を有する）は、基板の法線に対して傾斜したＣ軸整列も有する（すなわち、複屈折板３２は正のＯプレートである）。複屈折板３２は、そのＣ軸配向およびリターデイションの次数が、サファイア基板１４のスペクトルおよび角度の線形リターダンス・プロファイルを実質的に補完するように製作される。したがって、複屈折板３２のＣ軸がサファイア板１４のＣ軸と同一の傾斜面に沿って整列するようにリターダ補償器３０が整列するとき、２つの基板は、すべての波長および角度点で有効リターダンスをかなり（例えば理想的にはゼロへ）低下させるように協同して機能する。
【００２３】
複屈折板３２を製作するのに適当な材料の一例は石英である。石英結晶板は、正の複屈折を有し、サファイア結晶板とほぼ同一の複屈折分散を有する。したがって、Ｃ軸整列および石英基板の厚さを適切に選択すると、補償板３２およびサファイア基板１４は、動作のすべての光線角度およびすべての波長で、ほぼ等しく、かつ符号が反対のリターダンスをもたらすように協同して機能することになる。その結果、サファイア基板１４の大きなリターダンスがシステム・コントラストに悪影響を及ぼすことがない。
【００２４】
適当な石英層パラメータ（例えば厚さならびにＣ軸の方位角および極角）を求めるために、公称の石英補償板の波長および角度リターダンス・スペクトルは、公称のサファイア板のものと整合するように適合された。前述のように、このサファイア板の常光線屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅは、それぞれ１．７７０６および１．７６５０であると想定され、波長５５０ｎｍで−０．００８１に等しい複屈折Δｎを示した。公称のサファイア板のＣ軸傾斜は、基板の法線から５７．６度であった。サファイア板の厚さは５７６．６マイクロメートルであった。石英の補償板については、常光線屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅは、それぞれ１．５４６１および１．５５５４であると想定され、波長５５０ｎｍで＋０．００９２に等しい複屈折Δｎを示した。それぞれの場合で、可視帯にわたって全分散が利用された。
【００２５】
図４を参照すると、石英板およびサファイア板のスペクトルのリターダンス分散（例えば左側のグラフ）および角度のリターダンス分散（例えば右側のグラフ）を、適当な石英パラメータと同時に整合させ得ることが確認される。例えば、石英の補償板が、基板の法線から約６１．１度のＣ軸傾斜を有し、かつ約４７２．０マイクロメートルの物理的厚さを有すると、スペクトルおよび／または角度のリターダンス分散は、実質的に整合するはずであることが計算結果によって示されている。とりわけ、この厚さで、石英の補償板は１２次の波長板である。
【００２６】
基板の法線からのＣ軸配向が５７．６度である厚さ５７６．６マイクロメートルのサファイア基板と板の法線からのＣ軸傾斜が６１．１度である厚さ４７２．０マイクロメートルの石英補償板の定性的比較も、優れたコノスコープ整合を示した。例えば、図５で説明されるように、サファイア板（上）および石英板（下）に関して、計算された線形リターダンス（左側）、遅軸（中央）および循環リターダンス（右側）のコノスコープ図が示されている。各コノスコープ図は、波長５２２ｎｍの入射光について、３６０度の方位角の面にわたって０度から１２度の入射極角のリターダンス成分を示す。
【００２７】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、それぞれ、サファイア基板のＣ軸方位角が石英補償板のＣ軸方位角と平行なときの青色帯域（例えば波長４５８ｎｍ）、緑色帯域（例えば波長５２２ｎｍ）および赤色帯域（例えば波長６２４ｎｍ）における計算されたコントラストを示す。より詳細には、左側の図は、サファイア基板／石英補償板の組合せの有効線形リターダンス（すなわち、ＬＣ層および／または対応するトリム・リターダ補償器からのものなど他のリターデイション寄与を無視したもの）を示し、一方右側の図は、理想的交差偏光子の未加工の（例えば、システム基線によって重み付けされない）コントラストを示す。左側の図を参照すると、平均の垂直入射リターダンスは、青色帯域に関して２．８度、緑色帯域に関して３．２度、また赤色帯域に関して５．９度であり、複屈折補償がほぼ完全であることを示している。右側の図を参照すると、計算された２段コントラストの範囲は、青色帯域では約１７，０００から、緑色帯域では約２９，０００から、また赤色帯域では約２８，０００からである。換言すれば、サファイア・パネル基板および石英補償板から構成される２段システムのモデル化された単一通過コントラストは、緑色帯域および赤色帯域では２０，０００：１を上回って達成される。
【００２８】
図７を参照すると、石英補償板パラメータは、サファイア基板１４の実験によるリターダンス・データと整合するように適合された。実験データは、サファイア板のＣ軸面をＸ軸と平行に配向して収集された。実験によるスペクトル・データは破線で示されている。石英については計算で、サファイアについては実験で得られた、スペクトル・リターダンス分散（例えば左側のグラフ）および角度リターダンス分散（例えば右側のグラフ）も、実質的に整合させ得ることが明白である。図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃを参照すると、計算されたコントラストは、青色帯域（例えば波長４５８ｎｍ）、緑色帯域（例えば波長５２２ｎｍ）および赤色帯域（例えば波長６２４ｎｍ）で、それぞれ４７，０００、４０，０００および４３，０００であることが示されている。これらの、実験／モデルの組合せから計算されたコーン平均コントラストの結果は、モデルのみの結果よりかなり低く、青色帯域に関して１７，０００、緑色帯域に関して２９，０００、また赤色帯域関して２８，０００の計算されたコーン平均コントラストをもたらした。コーン・コントラストの低下は、サファイア基板の数値モデルにおける限界および／またはリターダンス計測学（すべての光線角度を石英基板のデータに完全に整合させることはできない）における誤差から生じる可能性がある。
【００２９】
実際のプロジェクタ・システムでは、非理想の交差偏光子、ＬＣ／トリム・リターダの組合せ、および／またはサファイア基板／石英補償板の組合せから光漏れが生じる可能性がある。しかし、この大きな補償されたサファイア基板のコントラストは、ＬＣ層がそれ自体のリターダ（例えばトリム・リターダ）で、スタンド・アロンのトリム・リターダ組立体またはリターダ補償器３０の一部として補完されるとき、達成することができるコントラストの上限が向上する。
【００３０】
補償板３２の厚さ（すなわちｄ）およびＣ軸配向（すなわち極角θｃおよび方位角φｃ）の公差を求めるために、公称の石英板に関して、青色帯域（例えば波長４５８ｎｍ）、緑色帯域（例えば波長５２２ｎｍ）および赤色帯域（例えば波長６２４ｎｍ）のコントラスト比を計算した。図９を参照すると、上のグラフは、厚さが４６９．０±２マイクロメートルの間で変化する石英板に関して計算されたコントラスト比を示し、中央のグラフは、Ｃ軸の傾斜角すなわち極角θｃが６１．０±０．５の間で変化する石英板に関して計算されたコントラスト比を示し、また、下のグラフは、石英板が板の面内で理想的な整列から±１度だけ回転するときに計算されたコントラスト比を示し、ここで石英板のＣ軸とサファイア板は同一の傾斜面にある。基線コントラストを５，０００：１と仮定すると、コントラスト比の計算結果は、緑色帯域におけるピーク・コントラストの５０％超を維持するために、石英板の厚さの公差は±１％であるべきであり、チルト軸の公差は±０．５％であるべきであることを示す。方位角の公差に関して、計算されたコントラスト比は、石英のＣ軸傾斜面がサファイア傾斜面の±０．７度以内にあるべきであることを示す。
【００３１】
図１０に示されたコンタ図を参照すると、厚さｄの誤差、極角θｃの誤差、および方位角φｃの誤差の間の関係が示されている。下の２つのグラフに示される方位角の公差は、一般的なベル形コントラストのロールオフに形を変える。上の図に示された極角誤差と基板厚さ誤差間の関係によって、補償石英板の傾斜角と厚さは、必要な面内リターダンスをもたらし、したがって改善されたコントラスト比をもたらすために、互いに依存することが確認される。具体的には、傾斜角がより大きいと、一般に板はより薄くなって面内リターダンス要件を満たす関係があり、一方、傾斜角がより小さいとより厚い板をもたらすことになる。
【００３２】
上記に論じられた計算では、Ｃ軸が板の法線に対して約６１度であるようにダイシングされた石英のＯプレートは、ＴＦＴ製造で使用されたサファイア基板と実質的に整合したスペクトルおよび角度のリターデイション変化をもたらし、このとき石英板は厚さ約４７５マイクロメートルであり、サファイア基板は約５８度の傾斜角を有して厚さ約５８５マイクロメートルである。この厚さで、石英補償板は、λ＝５５０ｎｍにてアンラップで約２，２００度の線形リターダンスをもたらす１２次のリターダである。石英補償板のＣ軸面は、サファイア基板のＣ軸面にほぼ整列している。
【００３３】
実質的に整合したスペクトルおよび角度のリターダンス変化をもたらすことに加えて、この２段の平行に整列した機構は画像ぼけ補償ももたらす。サファイア・バック板を含むＴＮモードＬＣについては、ｏ波方向からの基板モード異常波のウォークオフは、厚さ５８５マイクロメートルの基板の場合、約２．５マイクロメートルである。したがって、入射光に対するＬＣセル１０内のサファイア基板１４の位置次第で、このウォークオフは、検光子２０Ｂに伝送される２組の画像を生成してよい。１組の画像の検光子のあらゆる不完全な消光が、クロストーク（例えば画像ぼけ）をもたらすことになる。石英補償板３２のＣ軸がサファイア基板１４のＣ軸と同一の傾斜面内で整列するように石英補償板３２を位置決めすると、石英補償板は反対方向のウォークオフをもたらすことが可能になる。図１１は、比較的厚い結晶板（すなわち、ここでサファイア基板１４は５８５マイクロメートルの公称厚さを有し、石英補償板は４７５マイクロメートルの公称厚さを有する）によるウォークオフを示す。図１２を参照すると、石英板についてはサファイア基板より大きな偏向がある。しかし、石英板がサファイア基板より薄いので、横方向へのずれの合計は両方の板でほぼ等しい。結果として、２つの画像は再びまとめられ、検光子による１組の画像の完全な消光に対する感度が低下する。有利には、このぼけ補償によって、コントラスト比は、マイクロディスプレイがサファイア側またはガラス基板側のどちらから照射されるかということに影響されにくくなる。
【００３４】
サファイア・パネル１４および石英補償板３２を含む２段補償システムがモデル化され、向上したコントラスト比をもたらすことが示された。より詳細には、高次の石英波長板が、透過性ＬＣマイクロディスプレイにおけるＴＦＴの製作向けに使用されるサファイアなどの透明な半導体基板に見られる有効な波長帯域（例えば可視帯）および角度範囲（例えばコーン照明の±１２度）にわたって、スペクトルおよび角度の線形リターダンスの変化を解消することが示された。特に、２段補償システムは改善されたコントラストをもたらすことが示されたが、その一方で、前述の計算は、ＬＣマイクロディスプレイおよび／またはトリム・リターダのＬＣ材料の複屈折の性質からの影響に対処していない。
【００３５】
オン状態で効率のよい特別な導波性をもたらすために、ＴＮ層１２の遅軸は、一般に偏光子２０Ａまたは検光子２０Ｂの透過軸に対して４５度に整列される。図１３Ａを参照すると、偏光子および検光子の透過軸が、それぞれＸ軸およびＹ軸と平行なときに可能なＴＮ遅軸の配向は、配向Ｚ、Ｑ、ＰおよびＭによって表される。上記で論じられたように、サファイア・バック板１４のＣ軸は、検光子２０Ｂの透過軸に対して、一般に平行または垂直に整列し、Ｎ、Ｅ、Ｓ、およびＷの配向をもたらす。したがって、サファイアのＣ軸の配向とＬＣの遅軸の配向には１６通りの可能な組合せがある。これらの組合せの各コントラスト比はモデル化されており、表１に示されている。驚くべきことに、むき出しのＴＮパネルのコントラスト約１２０：１から１３０：１と、あまり最適でないパラメータの場合約８０：１から９０：１の間の差があることが判明した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
特に、計算結果は、サファイア板のＣ軸が９０度（すなわち配向Ｎ）で配向され、またＴＮパネルの遅軸が第４象限を実質的に２分する（すなわち−４５度で配向され、これは配向Ｍに相当する）とき、±１４度にわたるコーン照明の最高のパネル・コントラストが得られることを示す。実際、サファイア板のＣ軸が北へ（すなわち９０度に）配向されるとき、パネルの第１象限、第２象限、第３象限および第４象限に遅軸を有するむき出しのＴＮパネルについて計算されたコントラスト比は、それぞれ約１０２：１、９７：１、１０７：１および１３０：１である。換言すれば、第４象限に遅軸を有するＬＣパネルを設けると、２２％から３４％の間のより優れたコントラストをもたらす。
【００３８】
むき出しパネルのコントラストを計算するのに使用されるモデルでは、サファイア基板１４は、５７６．６マイクロメートルの厚さおよび面法線から５７．６度のＣ軸傾斜を有する高次の負のＯプレートとして構成される。ＬＣ層１２は、特別な導波路としてオン状態（例えばドライブされていない状態）で断熱導波路をもたらすように設計された通常白色のＴＮ９０セルの一部であると想定される。印加電圧がない状態で、入射光の偏光はＬＣ分子のツイスト角で回転するが、ＬＣ分子は、透過光が入射光の偏光に対して直交偏光を有して発せられるように円滑な９０度のツイストを受ける。オフ状態すなわち暗状態では、印加電圧によって発生された静電界は、入射光の偏光がＬＣセルを通過する際に変化しないように、ＬＣディレクタをセルの透過軸に沿って整列させる（例えばホメオトロピック配向）。オフ状態では全セルがホメオトロピック配向を有すると説明されることが多いが、セルの出口および入口の部分に近いＬＣディレクタは整列層を固定する力によって影響を受けるので、一般に、本当にホメオトロピックであるのはＬＣセルの内部または中央部分だけであることに留意されたい。モデルでは、暗状態におけるＴＮモードＬＣ層のこの固有の複屈折は、緑色帯域（例えば波長５５０ｎｍ）における約１０ｎｍの残留面内リターダンスに相当すると想定される。
【００３９】
前述のように、トリム・リターダ４０は、暗状態におけるＴＮモードＬＣの残留面内リターダンスを補償するのに使用されることが多い。理論上、トリム・リターダ４０は、暗状態でＴＮ９０パネルが示すのと同一の面内リターダンスを有するべきである。したがって、トリム・リターダの遅軸４０Ａが、ＬＣパネルの遅軸１２Ａに対して直交する方位角の配向で構成されると、正味の効果は、入ってくる偏光に対して相対遅延がゼロになることである。しかし、実際上、製造公差（例えばデバイスの厚さなど）および／または運用上の変動（例えば温度、機械的応力など）によるリターダンスの変化に応じるために、トリム・リターダ４０がＬＣパネルより高い面内リターダンスを有するように設計する方が一般的である。当業者に既知のように、面内リターダンスにおけるこの非整合により、公称の交差軸構成に対してトリム・リターダの遅軸４０Ａをオフセットさせる必要がある。換言すれば、トリム・リターダは、その方位角配向を、図１３Ｂに示された交差軸構成（例えばこの構成ではφｒが約４５度に等しい）から遠ざけて、４つの配向（例えばＱ１Ｐ、Ｑ１Ｓ、Ｑ３Ｐ、Ｑ３Ｓ）のうちの１つへ回転させることにより「合わせられる」。
【００４０】
図１４〜図１８を参照すると、ＬＣパネル層１２からの複屈折の効果およびトリム・リターダ４０を含むコントラスト補償がモデル化されている。このモデルでは、サファイア基板１４は、５７６．６マイクロメートルの厚さおよび面法線から５７．６度のＣ軸傾斜を有する高次の負のＯプレートとして構成される。石英補償板３２は、サファイア基板１４のスペクトルおよび角度の変化の線形リターダンスと実質的に整合するように選択された厚さおよびＣ軸傾斜を有する高次の正のＯプレートとして構成されるものと想定される。一般に、用語「高次」は、０より大きい次数、より一般的には約２より大きい次数を説明するのに用いられる。Ｏプレート・リターダ１４、３２のそれぞれの遅軸はＸＺ面と平行に整列する（すなわち、サファイア板１４および石英板３２の両方のＣ軸が約０度の方位角φｃで整列する）。ＬＣ層１２は、特別な導波路としてオン状態（例えばドライブされていない状態）で断熱導波路をもたらすように設計された通常白色のＴＮ９０セルの一部であると想定される。ＴＮ９０セルの整列層は、ＬＣ分子が光入力側から光出力側へ逆時計回り（ＣＣＷ）に続くように配置される。ＴＮモードＬＣ層の遅軸１２Ａは、ＴＮ９０パネルの第４象限をほぼ２分するように整列される。暗状態におけるＴＮモードＬＣ層の固有の複屈折は、緑色帯域（例えば波長５５０ｎｍ）における約１０ｎｍの残留面内リターダンスに相当すると想定される。トリム・リターダ４０は、約１５ｎｍの面内リターダンスをもたらす単一層のＡプレートまたはＯプレートであると想定される。トリム・リターダの遅軸４０Ａは、Ｘ軸から約２５度ＣＣＷ、またはＹ軸から約２５度時計回り（ＣＷ）であるように合わせられる。より詳細には、トリム・リターダの遅軸４０Ａは、図１３Ｃに示された４つの配向のうちの１つ（すなわちＱ１Ｐ、Ｑ１Ｓ、Ｑ３Ｐ、Ｑ３Ｓであり、ここでφｒは２５度に等しい）で整列する。
【００４１】
図１５を参照すると、単一層のＡプレート構成および単一層のＯプレート構成の両方に関して、４つの配向（すなわちＱ１Ｐ、Ｑ１Ｓ、Ｑ３Ｐ、Ｑ３Ｓ）のそれぞれについて、青色帯域、緑色帯域、および赤色帯域の計算されたコントラスト比が示されている。より詳細には、図１５は、トリム・リターダの遅軸が、Ｐ軸に近い第１象限（Ｑ１Ｐ）にあるとき、Ｓ軸に近い第１象限（Ｑ１Ｓ）にあるとき、Ｐ軸に近い第３象限（Ｑ３Ｐ）にあるとき、およびＳ軸に近い第３象限（Ｑ３Ｓ）にあるときの計算されたコントラスト比を示す。それぞれの場合で、計算されたコントラスト比は、Ａプレートの場合の方がＯプレートの場合より高い。さらに、Ｐ配向（すなわちＱ３ＰおよびＱ１Ｐ）が、わずかにより優れた性能を示した。特に、Ｓ軸に近い２つの解（すなわちＱ１ＳとＱ３Ｓ）に関するＡプレートの解は同等であり、Ｐ軸に近い２つの解（すなわちＱ１ＰとＱ３Ｐ）は同等である。
【００４２】
図１６を参照すると、Ａプレート・トリム・リターダおよび石英板に関して計算されたスペクトルのリターダンス分散（例えば左側のグラフ）および角度のリターダンス分散（例えば右側のグラフ）が、ＴＮモードセル（すなわちＴＮ層およびサファイア・パネルとしてモデル化されたもの）に関して計算されたものと実質的に整合され得ることが示されている。角度リターダンス分散のグラフは、赤色帯域、緑色帯域および青色帯域の中心波長での、Ｃ軸面に沿ったリターダンス曲線あてはめおよびＣ軸面に直交するリターダンス曲線あてはめを示す。
【００４３】
図１７は、図１６で示された適合パラメータが石英板３２およびＡプレート４０で補償されたサファイア・パネル１４およびＴＮモードＬＣ層１２をモデル化するのに用いられたとき、それぞれ青色帯域（例えば波長４６０ｎｍ）、緑色帯域（例えば波長５５０ｎｍ）および赤色帯域（例えば波長６２０ｎｍ）における計算されたコントラストを示す。図の右側のコンタ図を参照すると、コントラスト比は、青色の波長に関して約３４０：１、緑色の波長に関して約５１０：１、また赤色の波長に関して約６７０：１であると計算される。パネル基板ＦＯＶおよびＴＮ ＬＣ層の面内リターダンスは、十分に補償されているように見えるが、第４象限の辺りに一団となったいくらかの光漏れがある。この光漏れは、循環リターダンスの補償不足およびＴＮ−ＬＣ面外リターダンスの補償不足から生じると考えられる。
【００４４】
上記の計算では、石英板／Ａプレートのパラメータは、計算された波長および角度のリターダンス・スペクトルと整合するように適合された。図１８では、青色帯域（例えば波長４６０ｎｍ）、緑色帯域（例えば波長５５０ｎｍ）および赤色帯域（例えば波長６２０ｎｍ）の計算されたコントラストは、それぞれ石英板／Ａプレートのパラメータが実験による波長および角度のスペクトルと整合するように適合されたときに得られたものである。右側を参照すると、実際のパネルのＦＯＶデータは、青色帯域で約１８０：１、緑色帯域で約３００：１、また赤色帯域で約４３０：１の計算された２つの状態のコントラストを示した。特に、第４象限で最大の漏れが生じる。
【００４５】
前述のように、高次の石英補償板が、サファイア基板を有するＴＮモードＬＣマイクロディスプレイのコントラスト比をかなり改善することが示された。例えば、前述の公称設計では、サファイア板／石英板の組合せの場合、数万対１のコントラストが達成される。ＴＮ ＬＣ層の複屈折の効果がサファイア板の複屈折の効果とともに含まれるとき、またトリム・リターダの複屈折の効果が石英補償板の複屈折の効果とともに含まれるとき、緑色帯域で、計算されたむき出しパネルのコントラスト（例えば９０：１）は約５００：１に向上した。
【００４６】
実際、透過性ＬＣマイクロディスプレイでバック板として使用される高次のＯプレートの複屈折より大きいが符号が反対の複屈折を有する高次のＯプレート・リターダを含むリターダ補償器を設けると、他の補償方式と比較して改善されたコントラスト補償をもたらすことが判明した。例えば、サファイア基板を含む投影型ディスプレイのコントラスト比を改善するための手法の１つに、交差軸構成で、同一の厚さおよび傾斜角を有するもう１つのサファイア板を設けるものがある。この機構はサバール板をもたらし、したがって正味ゼロのリターダンスを示すはずであるが、コントラスト比の改善は、サファイア板に対して平行に高次波長板を整列させたものほど効率的でないことが判明した。図１９Ａは、交差軸サファイア板／サファイア板のコンタ図を示し、図１９Ｂは、平行軸サファイア板／石英板のコンタ図を示している。交差軸構成の対角線のリターダンス帯域は、オフ軸コントラストを明らかに低下させる。特に、交差軸構成に関して計算されたコントラスト比は、わずか１３０：１であったが、平行軸構成に関して計算されたコントラスト比は３３，６００：１であった。
【００４７】
高次の石英補償板が、サファイア・バック板（例えば、ピコプロジェクタを含む）を有する通常白色のＴＮモードＬＣマイクロディスプレイを利用する投影システムにおけるコントラストをかなり改善すると示されているが、高次の補償板は、他の材料で製作されてよく、かつ／または他のＬＣモードに基づく投影システムで使用されてよく、かつ／またはサファイア以外の材料から製作された高次リターダンスの半導体基板を内蔵すると予見される。さらに、高次の補償板は、システム・コントラストをさらに改善するために他のリターダ補償器（例えばトリム・リターダ）とともに使用されると予見される。
【００４８】
本発明の一実施形態によれば、高次リターダンス補償板３２は、トリム・リターダ４０に結合される。例えば、一実施形態では、トリム・リターダは、Ａプレート、Ｃプレート、および／またはＯプレートとして構成される高次リターダンス補償板上に堆積された１つまたは複数の複屈折または構造複屈折の薄膜コーティングを含む。高次リターダンス補償板がトリム・リターダを支持するために使用されるとき、プロジェクタ・システムは、たった１つの補償器組立体で高コントラストを有利に達成する。したがって、１つだけの補償器を回転させて合わせる必要があり、このように整列が簡単になる。さらに、２つの反射防止膜だけが使用される（すなわちリターダ補償器組立体の外面のそれぞれの上に１つ）。
【００４９】
本発明の別の実施形態では、高次リターダンス補償板３２およびトリム・リターダ４０は、どちらもスタンド・アロンのリターダ要素として使用される。この実施形態では、高次リターダンス補償板３２は高次半導体基板のＣ軸傾斜面を整合させるように合わせられ、一方トリム・リターダ４０はＬＣ層の暗状態リターダンスに対する補償を最適化するように合わせられる。この場合、４つの反射防止膜が用いられる。
【００５０】
図２０を参照すると、３つの透過性ＴＮモードＬＣパネルおよび３つのリターダ補償器を含むマイクロディスプレイ投影システム向けの光学エンジンが示されている。光サブシステム１００は、入力前段偏光子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、リターダ補償器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、ＴＮモードＬＣパネル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃおよび出口のクリーンアップ偏光子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを含む。光サブシステム１００の中心要素はＸキューブ１１０であり、ここで、３本の個別の光ビーム１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは収束光ビーム１３０として集められて発せられ、これが画面（図示せず）上に投影される。３本の個別の光ビームは、ＲＧＢチャネル・データを与える。一般に、緑色チャネルは第１の光ビーム１２０ａに相当することが多く、その結果、これはＸキューブの透過されたポートへ向けられる。各色のチャネルに関して、ＬＣパネル１０４ａ／１０４ｂ／１０４ｃは、１組の交差する偏光子の間に（例えば、それぞれ入力前段偏光子１０１ａ／１０１ｂ／１０１ｃと出口クリーンアップ偏光子１０５ａ／１０５ｂ／１０５ｃの間に）配置される。示された概略図では、入力前段偏光子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの透過軸は水平に（描画する面と平行に）整列しており、一方、出口クリーンアップ偏光子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの透過軸は垂直に整列している。緑色または「１つの」チャネルに相当する光サブシステム１００のアームは、一般に２分の１波長板（ＨＷＰ）１０６を含み、変調済の垂直に偏光された光を水平に偏光された光へ変換し、この光はＸキューブの直角三角形の斜辺に対してＰ偏光された光として現われ、Ｘキューブを通って伝送される。あるいは、ＬＣパネル１０４ａがオン状態で入ってくる垂直の偏光を水平の偏光へ回転させる場合、ＨＷＰ １０６は、光サブシステム１００のもう１つのアームに配置されてよい。リターダ補償器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃのそれぞれが、例示の目的で、それぞれ前段偏光子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃとＬＣパネル１０４ａ／１０４ｂ／１０４ｃの間に配置して示されていることに留意されたい。他の実施形態では、リターダ補償器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、それぞれＬＣパネル１０４ａ／１０４ｂ／１０４ｃと検光子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの間に配置される。それぞれの場合で、各リターダ補償器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、ＴＦＴ製造に使用されるＬＣマイクロディスプレイにおける透明な半導体基板の面内リターダンスおよび面外リターダンスを補償するように選択された厚さおよびＣ軸の整列を有する高次のＯプレートを含む。光路長の差として表された面内リターダンスは、２つの面内屈折率に光学要素の物理的厚さを掛けたものの間の差を指す。面外リターダンスは、光学要素の厚さ方向（ｚ方向）に沿った屈折率に光学要素の物理的厚さを掛けたものと、１つの面内屈折率（または面内屈折率の平均）に光学要素の物理的厚さを掛けたものとの差を指す。コーン・バンドルにおける垂直入射光線には面内リターダンスだけが見えるが、斜光線（すなわち、垂直ではないが基準のＳ面およびＰ面に沿うもの）およびスキュー光線（すなわち垂直でなく基準のＳ面およびＰ面から離れて入射するもの）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。前述の高次リターダンス補償器は、高次リターダンスの透明な半導体基板の面内リターダンスおよび面外リターダンスの両方の効率的な補償をもたらす。ＬＣ層の面内リターダンス、面外リターダンス、および循環リターダンスを補償する全機能搭載型トリム・リターダと組み合わせて、コントラスト比はかなり改善される。一実施形態では、高次リターダンスのサファイア石英板である透明な半導体基板は、ＬＣパネルの、光が入射する側１０４ａ／１０４ｂ／１０４ｃまたはＬＣパネルの光が出る側１０４ａ／１０４ｂ／１０４ｃに配置されることになる。
【００５１】
もちろん、上記の実施形態は単なる実施例として提供されている。当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更形態、代替構成、および／または等価物が用いられるはずであることが理解されよう。したがって、本発明の範囲は、もっぱら添付の特許請求の範囲によって限定されるように意図されている。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 透過性ＬＣパネル
１２ ＬＣ層
１２Ａ ＬＣパネルの遅軸
１４ サファイア基板
１６ カバー板
１８Ａ、１８Ｂ 電極
１９Ａ、１９Ｂ 整列層
２０Ａ、２０Ｂ 偏光子
３０ リターダ補償器
３２ 複屈折板
４０ トリム・リターダ
４０Ａ トリム・リターダの遅軸
１００ 光サブシステム
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ 入力前段偏光子
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ リターダ補償器
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ ＴＮモードＬＣパネル
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ 出口のクリーンアップ偏光子
１０６ ２分の１波長板
１１０ Ｘキューブ
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ 光ビーム
１３０ 収束光ビーム
【技術分野】
【０００１】
本願は、一般にコントラスト補償に関し、具体的には高次波長板を含む液晶マイクロディスプレイ・パネルのコントラスト補償に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶（ＬＣ）マイクロディスプレイは、投影システムで広範に見られ、例えばビジネス・プレゼンテーションおよび家庭用娯楽器具（例えば大画面テレビ）で使用される。一般に、これら比較的小型の表示装置（例えば、一般に対角線上で１．５インチ未満のもの）は、適当な表示サイズに投影映像を拡大する１つまたは複数の光学レンズと結合される。従来、ＬＣマイクロディスプレイは、２つのタイプの技術（すなわち反射型マイクロディスプレイ（例えばシリコン上の液晶（ＬＣｏＳ））または透過型マイクロディスプレイ）のうち１つに基づくものであった。
【０００３】
一般的な透過性ＬＣマイクロディスプレイは、フロント透明板とバック透明板の間に挟まれた液晶材料の層（例えば、垂直整列（ＶＡ）モード、面内切替（ＩＰＳ）モード、平面整列（ＰＡ）モード、あるいは、より一般的には９０度ツイステッド・ネマチック（ＴＮ）モード）を含む。バック板はパターニングされた電極層を含むが、一方フロント板は共通電極層を含み、各共通電極層は、一般にインジウム錫オキサイド（ＩＴＯ）などの透明材料から形成される。９０度のＴＮモードＬＣが使用されるとき、フロント板およびバック板は、一般に、ＬＣ分子がらせん構造またはツイストで配置されるように互いに垂直に整列する整列層を含む。印加電圧が存在しないとき（すなわちオフ状態で）、ツイストされた機構は、直線状に偏光された入射光の偏光を約１８０度回転させる。十分に大きな印加電圧が存在するとき（すなわちオン状態で）、ＬＣ分子は、直線状に偏光された入射光の偏光が回転しないようにツイストを解消し始める。このＬＣセルは、一般に、偏光子と、平行な透過軸を有する（すなわち通常黒色の）検光子またはより一般的には垂直な透過軸を有する（すなわち通常白色の）検光子の間に配置される。
【０００４】
市販のシステムでは、透過性ＬＣマイクロディスプレイは通常能動マトリクス・システムを用いるが、このシステムでは、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のマトリクスが電極によって印加された電圧を制御する。より詳細には、各ＴＦＴは、各表示画素におけるＬＣの配向を制御するスイッチング要素として機能する。従来、能動ＴＦＴ層は、ガラスのバック板上にシリコン（例えば、アモルファス・シリコン、ポリシリコン、または結晶シリコン）を堆積することにより形成されている。最近になって、シリコン層向けの基板としてサファイアを用いることの利点が認識されている。例えば、サファイアは、可視帯で光学的透明性を示す、単結晶シリコンの成長を助長する半導体であり、したがって製造の複雑さおよびコストを低減する。さらに、サファイアは電子および正孔の移動性が高く、それによって高速論理切替えが可能になるので、サファイアはＴＦＴ製造に望ましい。その上、サファイアは、高温ポリシリコンＴＦＴで用いられる従来のガラス基板より高い熱伝導率を有し、したがって高輝度照明システムにおいて効率的な熱放散をもたらす。
【０００５】
残念ながら、ＬＣ ＴＦＴの製造のために基板としてサファイアを使用すると、ＬＣマイクロディスプレイのパネル・コントラスト比に対して悪影響があることが判明している。例えば、米国特許第７，４８０，０１７号では、Fisherらは、ＬＣマイクロディスプレイにサファイアを使用すると、液晶材料を通過する光が偏光解消されてオン／オフ・コントラスト比が低下することを教示している。Fisherらは、サファイア基板を通過する光の偏光解消を補正するために、能動シリコン・バック板に対してワイヤ・グリッドまたは他の偏光子を組み込むことにより、コントラスト比を改善することを教示している。内部偏光子によってサファイア基板上に構築された透明なマイクロディスプレイのコントラストがかなり改善すると述べられているが、この改善は、光輝度の損失（例えば、内部偏光子は、楕円偏光を有するサファイア基板を介して伝送された光の一部分をフィルタリングする）という犠牲のもとに達成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許第７，４８０，０１７号
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、コントラスト補償器に関し、これは、例えばサファイア板を有する液晶（ＬＣ）マイクロディスプレイのパネル・コントラストを改善するために使用することができる。このコントラスト補償器は高次波長板を含み、この高次波長板は、ＬＣ ＴＦＴ（例えばサファイア）向けに使用される透明な半導体基板に見られる有効な波長帯域（例えば可視帯）および角度範囲（例えば±１２度のコーン照明）にわたって、スペクトルおよび角度の線形リターダンスにおける変化を補償するように選択された厚さおよび対称性を有する。
【０００８】
本発明の一態様によれば、第１の基板、第２の基板、および第１の基板と第２の基板の間に配置された液晶層を含み、その第１の基板が、Ｏプレートとして構成されかつ薄膜トランジスタ層を支持する第１の高次波長板を含む液晶マイクロディスプレイ・パネルと、第１の基板のスペクトルおよび角度の線形リターダンス分散を補償するための、Ｏプレートとして構成された第２の波長板を含み、その第２の高次波長板が、第１の高次波長板の複屈折と符号が反対の複屈折を有するリターダ補償器と、を備える液晶マイクロディスプレイが提供される。
【０００９】
本発明のさらなる特徴および利点が、添付図面と一緒に以下の詳細な説明を解釈することから明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】透過性ＬＣパネルの断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示された高次サファイア基板の構成を示す図である。
【図２】図２Ａは高次サファイア基板を有するＴＮモードＬＣパネルに関する実験に基づく線形リターダンス・マップを示す図である。図２Ｂは高次サファイア基板を有する計算上のＴＮモードＬＣパネルに関する線形リターダンス・マップを示す図である。
【図３】本発明の一実施形態によって高次サファイア基板と縦に連結したリターダ補償器の概略図である。
【図４】石英リターダ補償器および高次サファイア基板の、スペクトルおよび角度の線形リターダンスの曲線あてはめ結果を示す図である。
【図５】石英リターダ補償器および高次サファイア基板の両方に関するモデル化されたリターダンス・データを用いて、石英リターダ補償器および高次サファイア基板に関して計算された線形リターダンス・マップの定性的比較を示す図である。
【図６】図６Ａは石英リターダ補償器および高次サファイア基板の両方に関するモデル化されたリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関して青色帯域で計算された有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。図６Ｂは石英リターダ補償器および高次サファイア基板の両方に関するモデル化されたリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関して緑色帯域で計算された有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。図６Ｃは石英リターダ補償器および高次サファイア基板の両方に関するモデル化されたリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関して赤色帯域で計算された有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。
【図７】高次サファイア基板に関する実験に基づくリターダンス・データを用いて、石英リターダ補償器および高次サファイア基板に関する線形リターダンス・マップの定性的比較を示す図である。
【図８】図８Ａは高次サファイア基板に関する実験に基づくリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関する青色帯域での有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。図８Ｂは高次サファイア基板に関する実験に基づくリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関する緑色帯域での有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。図８Ｃは高次サファイア基板に関する実験に基づくリターダンス・データを用いて、高次サファイア基板とカスケード接続された石英補償器に関する赤色帯域での有効リターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。
【図９】石英の層の厚さ、Ｃ軸極角、およびＣ軸方位角の範囲に関する計算されたコントラスト比を示すグラフである。
【図１０】カスケード接続された機構に関する、方位角、極角、および厚さの公差を示す図である。
【図１１】厚い複屈折結晶板におけるビーム・ウォークオフを示す概略図である。
【図１２】高次のサファイア板および石英板に関する、ウォークオフ対Ｃ軸傾斜を示すグラフである。
【図１３Ａ】サファイアのＣ軸配向とＴＮ ＬＣの遅軸配向の１６の可能な組合せを示す概略図である。
【図１３Ｂ】リターダンス整合時のトリム・リターダの遅軸配向を示す概略図である。
【図１３Ｃ】リターダンス不整合時のトリム・リターダの、可能性がある遅軸配向を示す概略図である。
【図１４】本発明の一実施形態によって、トリム・リターダ、ＴＮモードＬＣ層、および高次サファイア基板と縦に連結したリターダ補償器の概略図である。
【図１５】トリム・リターダが単一層のＡプレートであるとき、トリム・リターダの可能な遅軸配向に関するコントラスト比対リターダ遅軸を示すグラフである。
【図１６】モデル化されたリターダンス・データを用いて、石英補償器上のＡプレートおよびＴＮ／サファイア・パネルに関して計算された線形リターダンス・マップの定性的比較を示す図である。
【図１７】モデル化されたリターダンス・データを用いて、青色帯域、緑色帯域、および赤色帯域で、石英補償器上のＡプレートおよびＴＮ／サファイア・パネルに関して計算された有効なリターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。
【図１８】ＴＮ／サファイア・パネルに関する実験に基づくリターダンス・データを用いて、青色帯域、緑色帯域、および赤色帯域で、石英補償器上のＡプレートおよびＴＮ／サファイア・パネルに関して計算された有効なリターダンスおよびコノスコープ・リークを示す図である。
【図１９Ａ】交差軸構成の２つのサファイア板および平行構成のサファイア板／石英板に関する線形リターダンス・マップとコノスコープ・リーク・マップの比較を示す図である。
【図１９Ｂ】交差軸構成の２つのサファイア板および平行構成のサファイア板／石英板に関する線形リターダンス・マップとコノスコープ・リーク・マップの比較を示す図である。
【図２０】３つのパネルの透過性ＬＣマイクロディスプレイ投影システムの光エンジンを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付図面の全体にわたって、同じ機構は同じ参照数字によって特定されることに留意されたい。
【００１２】
一般に明状態での光輝度と暗状態での光輝度の比を意味するパネル・コントラスト比は、ＬＣマイクロディスプレイの重要な特性である。従来の９０度ＴＮ透過性型マイクロディスプレイでは、パネルが斜めに観察されるとき、パネル・コントラスト比がかなり低下する。視角によるコントラスト比の変化は、一般に視角特性と称される。
【００１３】
透過性ＬＣマイクロディスプレイのパネル・コントラスト比および／または視角特性を改善するために、しばしばリターダ補償器が使用される。リターダ補償器は、一般に、偏光子とＬＣセルの間および／または検光子とＬＣセルの間に配置される。リターダ補償器は、任意選択で、様々な物理的厚さ、液晶および偏光子の角度に対する光軸配向、または複屈折の符号をそれぞれ有する複屈折材料の複数の層を含むことになる。実際、効率的なコントラスト向上をもたらすために、リターダ補償器は、１つまたは複数のＡプレート（例えば、その光学軸が要素の表面に対して平行な１軸の複屈折要素）、Ｃプレート（例えば、その光学軸が要素の表面に対して垂直な１軸の複屈折要素）、および／またはＯプレート（例えば、その光学軸が要素の表面に対して斜角を有する１軸の複屈折要素）を含むことが多く、それらは、それぞれが正または負でよい。例えば、ＶＡモードＬＣマイクロディスプレイで使用されるリターダ補償器は、面内リターダンスおよび面外リターダンスを有する傾斜したＯプレートを含んでよく、後者は視界（ＦＯＶ）向上に使用されるが、ＴＮモードＬＣマイクロディスプレイで使用されるリターダ補償器は、面内リターダンス、面外リターダンスおよび循環リターダンスを示してよい。
【００１４】
それぞれの場合で、リターダ補償器は、例えば暗状態のＬＣ層が示す比較的小さいリターダンス（例えば約５０ｎｍ未満であることが多い面内リターダンス）を補償するのに使用される。したがって、リターダ補償器は、トリム・リターダ補償器または単にトリム・リターダと称されることが多い。もともと、トリム・リターダはフィルムの補償として製作されたものである。例えば、トリム・リターダは、トリアセテート・セルロース（ＴＡＣ）基板上のディスコティック層から成る富士フイルムのWideView (WV) film（商標）など、伸長した有機フォイルから製作されている。他の補償フィルムが、例えば、T.Bachelsら、「Novel Photo-aligned LC -Polymer Wide-View Film for TN Displays」、Eurodisplay 2002、10-3、183頁、J. Chenら、「Wide Viewing Angle Photoaligned Plastic Films for TN-LCDs」、SID 99、10-4、 頁、およびH. Moriら、「Novel Optical Compensation Method Based upon a Discotic Optical Compensation Film for Wide Viewing Angle LCDs」、SID 03、32.3、1058頁に論じられている。最近になって、トリム・リターダにおける構造複屈折性の薄膜コーティングを用いる利点が実現されており（例えば米国特許第７，１７０，５７４号および米国特許出願第２００７００７０２７６号を参照されたい）、これらの両方を参照によって本明細書に組み込む。
【００１５】
補償フィルムおよび／または薄膜コーティングにトリム・リターダンスを与えると、真のゼロ次波長板としてトリム・リターダを製作することが可能になる。一般に、ゼロ次波長板は必要な位相遅れのみをもたらす（すなわち、リターダがゼロ次の４分の１波長板であると、０．２５波の位相遅れだけがもたらされる）。それと対照的に、高次波長板は、必要な位相遅れよりいくつかの固有値だけ大きい（例えば、全波長板については２πの整数倍大きく、あるいは４分の１波長板についてはπ／２の奇数整数倍大きい）相対的位相遅れをもたらす。原理的には、高次波リターダは、ゼロ次波リターダと同様に動作するはずである。例えば、１０次の４分の１波長板（例えば５．２５波）は、所与の波長に対して、ゼロ次の４分の１波長板（例えば０．２５波）と同様に動作するはずである。しかし、実際上、高次波長板は、分散および温度依存性が大きいために、一般にトリム・リターダとして使用されていない。特に、分散が大きいと、可視帯内のすべての波長チャネルが適切に補償されるわけではなくなり、通常ＬＣマイクロディスプレイ（例えば青色の４６０ｎｍ帯域、緑色の５５０ｎｍ帯域、および赤色の６２０ｎｍ帯域のそれぞれに対して１つ）以上のものを含む透過性ＬＣＤプロジェクタで特に問題がある。
【００１６】
残念ながら、従来技術のトリム・リターダは、従来の透過性ＴＮモードＬＣマイクロディスプレイ・パネルのコントラストを比較的広い帯域幅にわたって数百対１から十分により高いものへ改善することが証明されているが、ＬＣマイクロディスプレイがサファイア半導体基板を含むとき、コントラスト比および／または視角特性をかなり改善することに成功していない。
【００１７】
サファイア半導体基板は、可視帯で透明な複屈折結晶板である。たとえ、サファイア板の複屈折が比較的低い（例えば５５０ｎｍで約０．００８）場合でも、ＬＣセルを挟むのに十分な支持をもたらすために必要な厚さ（例えば０．４ｍｍから１ｍｍの間の物理的厚さ）は、数マイクロメートルのリターダンスをもたらすことになる。
【００１８】
さらに、サファイアのＲ面がＴＦＴ製造にしばしば選択されるので、サファイア半導体基板はＯプレートとして構成されることが多い。Ｒ面は、板の法線に対して約５７．６度でサファイアの光学軸整列またはＣ軸整列をもたらす結晶カットである。このＯプレート構成は、Ｃ軸傾斜面に近い観察面での入射角の関数として大きなリターダンス傾斜が存在することを意味する。高次リターダンスによって、偶数および奇数のリターダンス次数で交番が生じ、垂直入射での有効リターダンスは可視帯内で０からπへ数回変化する。これらのリターダンス変化によって、達成可能なパネル・コントラストが低下し、具体的には視角特性が低下する。例えば、対応する線形リターダ軸が偏光子に対して平行／垂直に整列しないとき、交差偏光子のセットアップを通じて劣化が生じることになる。
【００１９】
図１Ａを参照すると、サファイア・バック板を内蔵する透過性ＬＣパネルの断面が示されている。透過性ＬＣパネル１０は、サファイア・バック板１４とカバー板１６の間に挟まれたＬＣ層１２を含む。ＬＣ層１２は、９０度ツイスト・ネマチック（ＴＮ）モードＬＣ、垂直整列（ＶＡ）モードＬＣ、面内切替え（ＩＰＳ）モードＬＣ、または平面整合（ＰＡ）モードＬＣなどのＬＣ材料から形成される。サファイア・バック板１４は複屈折結晶板であり、これは、ＬＣ層１２のＬＣディレクタの配向を制御するのに使用される能動マトリクス画素のアドレシング回路（図示せず）を支持する。カバー板１６はガラス板である。任意選択で、ＬＣモード次第で、透過性ＬＣパネル１０は、１つまたは複数の電極１８Ａ、１８Ｂおよび１つまたは複数の整列層１９Ａ、１９Ｂも含むことになる。一般に、透過性ＬＣパネル１０は、２つの偏光子２０Ａ、２０Ｂの間に配置されることになる。２つの偏光子２０Ａ、２０Ｂが、それらの透過軸が直交するように配向される場合、第１の偏光子２０Ａは一般に偏光子と称され、一方第２の偏光子２０Ｂは検光子と称される。図１Ｂを参照すると、サファイア基板１４のＣ軸は５７．６度の極角で配向され（すなわち、そのＣ軸傾斜は基板の法線から５７．６度である）、一方Ｒ面は板の表面と一致する。サファイア・バック板１４のＣ軸は、偏光子２０Ａの透過軸に対して、一般に平行または垂直に整列する。
【００２０】
図１Ａに示されたものに類似のＬＣパネル１０に関するＦＯＶリターダンスの実験によるデータおよび計算されたデータが、それぞれ図２Ａおよび図２Ｂに示されている。それぞれの場合で、ＬＣ層は、暗状態で約１０ｎｍの面内リターダンスを示すＴＮモードＬＣを含み、一方サファイア・バック板の厚さは約６００マイクロメートルであった。計算されたデータを生成するのに用いられたモデルでは、サファイアの常光線屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅは、それぞれ１．７７０６および１．７６５０であると想定され、波長５５０ｎｍで−０．００８１に等しい複屈折Δｎを示す。可視帯にわたって全分散が利用された。サファイア・バック板の厚さは５７６．６マイクロメートルであった。この厚さで、サファイア・バック板は１２次の波長板である。換言すれば、このサファイア・バック板は高次の負のＯプレートである。有効リターダンスは、５３０ｎｍ波長の１２次では４５度（アンラップでは２２０５度）である。実験結果および計算結果の両方に関して、０次へラップしたリターダンスが入射の極角／方位角に対して急激に変化することは明白である。実験によると、垂直入射での平均の線形リターダンスは４４．１度であった。計算では、垂直入射での平均の線形リターダンスは４７．４度であった。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、カウンター複屈折基板を含み高次波長板でもあるリターダ補償器が、サファイア基板で導入されたリターダンスの波長分散および角度分散を低下させるのに使用され、したがって、サファイア・バック板を含む透過性ＴＮモードＬＣマイクロディスプレイのコントラスト比および視角特性を改善する。
【００２２】
図３を参照すると、サファイア基板１４に対して反対の複屈折の符号を有する材料から形成されたカウンター複屈折板３２（すなわち、サファイアが負の複屈折を示すため、複屈折板３２は正の複屈折を有する）は、基板の法線に対して傾斜したＣ軸整列も有する（すなわち、複屈折板３２は正のＯプレートである）。複屈折板３２は、そのＣ軸配向およびリターデイションの次数が、サファイア基板１４のスペクトルおよび角度の線形リターダンス・プロファイルを実質的に補完するように製作される。したがって、複屈折板３２のＣ軸がサファイア板１４のＣ軸と同一の傾斜面に沿って整列するようにリターダ補償器３０が整列するとき、２つの基板は、すべての波長および角度点で有効リターダンスをかなり（例えば理想的にはゼロへ）低下させるように協同して機能する。
【００２３】
複屈折板３２を製作するのに適当な材料の一例は石英である。石英結晶板は、正の複屈折を有し、サファイア結晶板とほぼ同一の複屈折分散を有する。したがって、Ｃ軸整列および石英基板の厚さを適切に選択すると、補償板３２およびサファイア基板１４は、動作のすべての光線角度およびすべての波長で、ほぼ等しく、かつ符号が反対のリターダンスをもたらすように協同して機能することになる。その結果、サファイア基板１４の大きなリターダンスがシステム・コントラストに悪影響を及ぼすことがない。
【００２４】
適当な石英層パラメータ（例えば厚さならびにＣ軸の方位角および極角）を求めるために、公称の石英補償板の波長および角度リターダンス・スペクトルは、公称のサファイア板のものと整合するように適合された。前述のように、このサファイア板の常光線屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅは、それぞれ１．７７０６および１．７６５０であると想定され、波長５５０ｎｍで−０．００８１に等しい複屈折Δｎを示した。公称のサファイア板のＣ軸傾斜は、基板の法線から５７．６度であった。サファイア板の厚さは５７６．６マイクロメートルであった。石英の補償板については、常光線屈折率ｎｏおよび異常光屈折率ｎｅは、それぞれ１．５４６１および１．５５５４であると想定され、波長５５０ｎｍで＋０．００９２に等しい複屈折Δｎを示した。それぞれの場合で、可視帯にわたって全分散が利用された。
【００２５】
図４を参照すると、石英板およびサファイア板のスペクトルのリターダンス分散（例えば左側のグラフ）および角度のリターダンス分散（例えば右側のグラフ）を、適当な石英パラメータと同時に整合させ得ることが確認される。例えば、石英の補償板が、基板の法線から約６１．１度のＣ軸傾斜を有し、かつ約４７２．０マイクロメートルの物理的厚さを有すると、スペクトルおよび／または角度のリターダンス分散は、実質的に整合するはずであることが計算結果によって示されている。とりわけ、この厚さで、石英の補償板は１２次の波長板である。
【００２６】
基板の法線からのＣ軸配向が５７．６度である厚さ５７６．６マイクロメートルのサファイア基板と板の法線からのＣ軸傾斜が６１．１度である厚さ４７２．０マイクロメートルの石英補償板の定性的比較も、優れたコノスコープ整合を示した。例えば、図５で説明されるように、サファイア板（上）および石英板（下）に関して、計算された線形リターダンス（左側）、遅軸（中央）および循環リターダンス（右側）のコノスコープ図が示されている。各コノスコープ図は、波長５２２ｎｍの入射光について、３６０度の方位角の面にわたって０度から１２度の入射極角のリターダンス成分を示す。
【００２７】
図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃは、それぞれ、サファイア基板のＣ軸方位角が石英補償板のＣ軸方位角と平行なときの青色帯域（例えば波長４５８ｎｍ）、緑色帯域（例えば波長５２２ｎｍ）および赤色帯域（例えば波長６２４ｎｍ）における計算されたコントラストを示す。より詳細には、左側の図は、サファイア基板／石英補償板の組合せの有効線形リターダンス（すなわち、ＬＣ層および／または対応するトリム・リターダ補償器からのものなど他のリターデイション寄与を無視したもの）を示し、一方右側の図は、理想的交差偏光子の未加工の（例えば、システム基線によって重み付けされない）コントラストを示す。左側の図を参照すると、平均の垂直入射リターダンスは、青色帯域に関して２．８度、緑色帯域に関して３．２度、また赤色帯域に関して５．９度であり、複屈折補償がほぼ完全であることを示している。右側の図を参照すると、計算された２段コントラストの範囲は、青色帯域では約１７，０００から、緑色帯域では約２９，０００から、また赤色帯域では約２８，０００からである。換言すれば、サファイア・パネル基板および石英補償板から構成される２段システムのモデル化された単一通過コントラストは、緑色帯域および赤色帯域では２０，０００：１を上回って達成される。
【００２８】
図７を参照すると、石英補償板パラメータは、サファイア基板１４の実験によるリターダンス・データと整合するように適合された。実験データは、サファイア板のＣ軸面をＸ軸と平行に配向して収集された。実験によるスペクトル・データは破線で示されている。石英については計算で、サファイアについては実験で得られた、スペクトル・リターダンス分散（例えば左側のグラフ）および角度リターダンス分散（例えば右側のグラフ）も、実質的に整合させ得ることが明白である。図８Ａ、図８Ｂ、および図８Ｃを参照すると、計算されたコントラストは、青色帯域（例えば波長４５８ｎｍ）、緑色帯域（例えば波長５２２ｎｍ）および赤色帯域（例えば波長６２４ｎｍ）で、それぞれ４７，０００、４０，０００および４３，０００であることが示されている。これらの、実験／モデルの組合せから計算されたコーン平均コントラストの結果は、モデルのみの結果よりかなり低く、青色帯域に関して１７，０００、緑色帯域に関して２９，０００、また赤色帯域関して２８，０００の計算されたコーン平均コントラストをもたらした。コーン・コントラストの低下は、サファイア基板の数値モデルにおける限界および／またはリターダンス計測学（すべての光線角度を石英基板のデータに完全に整合させることはできない）における誤差から生じる可能性がある。
【００２９】
実際のプロジェクタ・システムでは、非理想の交差偏光子、ＬＣ／トリム・リターダの組合せ、および／またはサファイア基板／石英補償板の組合せから光漏れが生じる可能性がある。しかし、この大きな補償されたサファイア基板のコントラストは、ＬＣ層がそれ自体のリターダ（例えばトリム・リターダ）で、スタンド・アロンのトリム・リターダ組立体またはリターダ補償器３０の一部として補完されるとき、達成することができるコントラストの上限が向上する。
【００３０】
補償板３２の厚さ（すなわちｄ）およびＣ軸配向（すなわち極角θｃおよび方位角φｃ）の公差を求めるために、公称の石英板に関して、青色帯域（例えば波長４５８ｎｍ）、緑色帯域（例えば波長５２２ｎｍ）および赤色帯域（例えば波長６２４ｎｍ）のコントラスト比を計算した。図９を参照すると、上のグラフは、厚さが４６９．０±２マイクロメートルの間で変化する石英板に関して計算されたコントラスト比を示し、中央のグラフは、Ｃ軸の傾斜角すなわち極角θｃが６１．０±０．５の間で変化する石英板に関して計算されたコントラスト比を示し、また、下のグラフは、石英板が板の面内で理想的な整列から±１度だけ回転するときに計算されたコントラスト比を示し、ここで石英板のＣ軸とサファイア板は同一の傾斜面にある。基線コントラストを５，０００：１と仮定すると、コントラスト比の計算結果は、緑色帯域におけるピーク・コントラストの５０％超を維持するために、石英板の厚さの公差は±１％であるべきであり、チルト軸の公差は±０．５％であるべきであることを示す。方位角の公差に関して、計算されたコントラスト比は、石英のＣ軸傾斜面がサファイア傾斜面の±０．７度以内にあるべきであることを示す。
【００３１】
図１０に示されたコンタ図を参照すると、厚さｄの誤差、極角θｃの誤差、および方位角φｃの誤差の間の関係が示されている。下の２つのグラフに示される方位角の公差は、一般的なベル形コントラストのロールオフに形を変える。上の図に示された極角誤差と基板厚さ誤差間の関係によって、補償石英板の傾斜角と厚さは、必要な面内リターダンスをもたらし、したがって改善されたコントラスト比をもたらすために、互いに依存することが確認される。具体的には、傾斜角がより大きいと、一般に板はより薄くなって面内リターダンス要件を満たす関係があり、一方、傾斜角がより小さいとより厚い板をもたらすことになる。
【００３２】
上記に論じられた計算では、Ｃ軸が板の法線に対して約６１度であるようにダイシングされた石英のＯプレートは、ＴＦＴ製造で使用されたサファイア基板と実質的に整合したスペクトルおよび角度のリターデイション変化をもたらし、このとき石英板は厚さ約４７５マイクロメートルであり、サファイア基板は約５８度の傾斜角を有して厚さ約５８５マイクロメートルである。この厚さで、石英補償板は、λ＝５５０ｎｍにてアンラップで約２，２００度の線形リターダンスをもたらす１２次のリターダである。石英補償板のＣ軸面は、サファイア基板のＣ軸面にほぼ整列している。
【００３３】
実質的に整合したスペクトルおよび角度のリターダンス変化をもたらすことに加えて、この２段の平行に整列した機構は画像ぼけ補償ももたらす。サファイア・バック板を含むＴＮモードＬＣについては、ｏ波方向からの基板モード異常波のウォークオフは、厚さ５８５マイクロメートルの基板の場合、約２．５マイクロメートルである。したがって、入射光に対するＬＣセル１０内のサファイア基板１４の位置次第で、このウォークオフは、検光子２０Ｂに伝送される２組の画像を生成してよい。１組の画像の検光子のあらゆる不完全な消光が、クロストーク（例えば画像ぼけ）をもたらすことになる。石英補償板３２のＣ軸がサファイア基板１４のＣ軸と同一の傾斜面内で整列するように石英補償板３２を位置決めすると、石英補償板は反対方向のウォークオフをもたらすことが可能になる。図１１は、比較的厚い結晶板（すなわち、ここでサファイア基板１４は５８５マイクロメートルの公称厚さを有し、石英補償板は４７５マイクロメートルの公称厚さを有する）によるウォークオフを示す。図１２を参照すると、石英板についてはサファイア基板より大きな偏向がある。しかし、石英板がサファイア基板より薄いので、横方向へのずれの合計は両方の板でほぼ等しい。結果として、２つの画像は再びまとめられ、検光子による１組の画像の完全な消光に対する感度が低下する。有利には、このぼけ補償によって、コントラスト比は、マイクロディスプレイがサファイア側またはガラス基板側のどちらから照射されるかということに影響されにくくなる。
【００３４】
サファイア・パネル１４および石英補償板３２を含む２段補償システムがモデル化され、向上したコントラスト比をもたらすことが示された。より詳細には、高次の石英波長板が、透過性ＬＣマイクロディスプレイにおけるＴＦＴの製作向けに使用されるサファイアなどの透明な半導体基板に見られる有効な波長帯域（例えば可視帯）および角度範囲（例えばコーン照明の±１２度）にわたって、スペクトルおよび角度の線形リターダンスの変化を解消することが示された。特に、２段補償システムは改善されたコントラストをもたらすことが示されたが、その一方で、前述の計算は、ＬＣマイクロディスプレイおよび／またはトリム・リターダのＬＣ材料の複屈折の性質からの影響に対処していない。
【００３５】
オン状態で効率のよい特別な導波性をもたらすために、ＴＮ層１２の遅軸は、一般に偏光子２０Ａまたは検光子２０Ｂの透過軸に対して４５度に整列される。図１３Ａを参照すると、偏光子および検光子の透過軸が、それぞれＸ軸およびＹ軸と平行なときに可能なＴＮ遅軸の配向は、配向Ｚ、Ｑ、ＰおよびＭによって表される。上記で論じられたように、サファイア・バック板１４のＣ軸は、検光子２０Ｂの透過軸に対して、一般に平行または垂直に整列し、Ｎ、Ｅ、Ｓ、およびＷの配向をもたらす。したがって、サファイアのＣ軸の配向とＬＣの遅軸の配向には１６通りの可能な組合せがある。これらの組合せの各コントラスト比はモデル化されており、表１に示されている。驚くべきことに、むき出しのＴＮパネルのコントラスト約１２０：１から１３０：１と、あまり最適でないパラメータの場合約８０：１から９０：１の間の差があることが判明した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
特に、計算結果は、サファイア板のＣ軸が９０度（すなわち配向Ｎ）で配向され、またＴＮパネルの遅軸が第４象限を実質的に２分する（すなわち−４５度で配向され、これは配向Ｍに相当する）とき、±１４度にわたるコーン照明の最高のパネル・コントラストが得られることを示す。実際、サファイア板のＣ軸が北へ（すなわち９０度に）配向されるとき、パネルの第１象限、第２象限、第３象限および第４象限に遅軸を有するむき出しのＴＮパネルについて計算されたコントラスト比は、それぞれ約１０２：１、９７：１、１０７：１および１３０：１である。換言すれば、第４象限に遅軸を有するＬＣパネルを設けると、２２％から３４％の間のより優れたコントラストをもたらす。
【００３８】
むき出しパネルのコントラストを計算するのに使用されるモデルでは、サファイア基板１４は、５７６．６マイクロメートルの厚さおよび面法線から５７．６度のＣ軸傾斜を有する高次の負のＯプレートとして構成される。ＬＣ層１２は、特別な導波路としてオン状態（例えばドライブされていない状態）で断熱導波路をもたらすように設計された通常白色のＴＮ９０セルの一部であると想定される。印加電圧がない状態で、入射光の偏光はＬＣ分子のツイスト角で回転するが、ＬＣ分子は、透過光が入射光の偏光に対して直交偏光を有して発せられるように円滑な９０度のツイストを受ける。オフ状態すなわち暗状態では、印加電圧によって発生された静電界は、入射光の偏光がＬＣセルを通過する際に変化しないように、ＬＣディレクタをセルの透過軸に沿って整列させる（例えばホメオトロピック配向）。オフ状態では全セルがホメオトロピック配向を有すると説明されることが多いが、セルの出口および入口の部分に近いＬＣディレクタは整列層を固定する力によって影響を受けるので、一般に、本当にホメオトロピックであるのはＬＣセルの内部または中央部分だけであることに留意されたい。モデルでは、暗状態におけるＴＮモードＬＣ層のこの固有の複屈折は、緑色帯域（例えば波長５５０ｎｍ）における約１０ｎｍの残留面内リターダンスに相当すると想定される。
【００３９】
前述のように、トリム・リターダ４０は、暗状態におけるＴＮモードＬＣの残留面内リターダンスを補償するのに使用されることが多い。理論上、トリム・リターダ４０は、暗状態でＴＮ９０パネルが示すのと同一の面内リターダンスを有するべきである。したがって、トリム・リターダの遅軸４０Ａが、ＬＣパネルの遅軸１２Ａに対して直交する方位角の配向で構成されると、正味の効果は、入ってくる偏光に対して相対遅延がゼロになることである。しかし、実際上、製造公差（例えばデバイスの厚さなど）および／または運用上の変動（例えば温度、機械的応力など）によるリターダンスの変化に応じるために、トリム・リターダ４０がＬＣパネルより高い面内リターダンスを有するように設計する方が一般的である。当業者に既知のように、面内リターダンスにおけるこの非整合により、公称の交差軸構成に対してトリム・リターダの遅軸４０Ａをオフセットさせる必要がある。換言すれば、トリム・リターダは、その方位角配向を、図１３Ｂに示された交差軸構成（例えばこの構成ではφｒが約４５度に等しい）から遠ざけて、４つの配向（例えばＱ１Ｐ、Ｑ１Ｓ、Ｑ３Ｐ、Ｑ３Ｓ）のうちの１つへ回転させることにより「合わせられる」。
【００４０】
図１４〜図１８を参照すると、ＬＣパネル層１２からの複屈折の効果およびトリム・リターダ４０を含むコントラスト補償がモデル化されている。このモデルでは、サファイア基板１４は、５７６．６マイクロメートルの厚さおよび面法線から５７．６度のＣ軸傾斜を有する高次の負のＯプレートとして構成される。石英補償板３２は、サファイア基板１４のスペクトルおよび角度の変化の線形リターダンスと実質的に整合するように選択された厚さおよびＣ軸傾斜を有する高次の正のＯプレートとして構成されるものと想定される。一般に、用語「高次」は、０より大きい次数、より一般的には約２より大きい次数を説明するのに用いられる。Ｏプレート・リターダ１４、３２のそれぞれの遅軸はＸＺ面と平行に整列する（すなわち、サファイア板１４および石英板３２の両方のＣ軸が約０度の方位角φｃで整列する）。ＬＣ層１２は、特別な導波路としてオン状態（例えばドライブされていない状態）で断熱導波路をもたらすように設計された通常白色のＴＮ９０セルの一部であると想定される。ＴＮ９０セルの整列層は、ＬＣ分子が光入力側から光出力側へ逆時計回り（ＣＣＷ）に続くように配置される。ＴＮモードＬＣ層の遅軸１２Ａは、ＴＮ９０パネルの第４象限をほぼ２分するように整列される。暗状態におけるＴＮモードＬＣ層の固有の複屈折は、緑色帯域（例えば波長５５０ｎｍ）における約１０ｎｍの残留面内リターダンスに相当すると想定される。トリム・リターダ４０は、約１５ｎｍの面内リターダンスをもたらす単一層のＡプレートまたはＯプレートであると想定される。トリム・リターダの遅軸４０Ａは、Ｘ軸から約２５度ＣＣＷ、またはＹ軸から約２５度時計回り（ＣＷ）であるように合わせられる。より詳細には、トリム・リターダの遅軸４０Ａは、図１３Ｃに示された４つの配向のうちの１つ（すなわちＱ１Ｐ、Ｑ１Ｓ、Ｑ３Ｐ、Ｑ３Ｓであり、ここでφｒは２５度に等しい）で整列する。
【００４１】
図１５を参照すると、単一層のＡプレート構成および単一層のＯプレート構成の両方に関して、４つの配向（すなわちＱ１Ｐ、Ｑ１Ｓ、Ｑ３Ｐ、Ｑ３Ｓ）のそれぞれについて、青色帯域、緑色帯域、および赤色帯域の計算されたコントラスト比が示されている。より詳細には、図１５は、トリム・リターダの遅軸が、Ｐ軸に近い第１象限（Ｑ１Ｐ）にあるとき、Ｓ軸に近い第１象限（Ｑ１Ｓ）にあるとき、Ｐ軸に近い第３象限（Ｑ３Ｐ）にあるとき、およびＳ軸に近い第３象限（Ｑ３Ｓ）にあるときの計算されたコントラスト比を示す。それぞれの場合で、計算されたコントラスト比は、Ａプレートの場合の方がＯプレートの場合より高い。さらに、Ｐ配向（すなわちＱ３ＰおよびＱ１Ｐ）が、わずかにより優れた性能を示した。特に、Ｓ軸に近い２つの解（すなわちＱ１ＳとＱ３Ｓ）に関するＡプレートの解は同等であり、Ｐ軸に近い２つの解（すなわちＱ１ＰとＱ３Ｐ）は同等である。
【００４２】
図１６を参照すると、Ａプレート・トリム・リターダおよび石英板に関して計算されたスペクトルのリターダンス分散（例えば左側のグラフ）および角度のリターダンス分散（例えば右側のグラフ）が、ＴＮモードセル（すなわちＴＮ層およびサファイア・パネルとしてモデル化されたもの）に関して計算されたものと実質的に整合され得ることが示されている。角度リターダンス分散のグラフは、赤色帯域、緑色帯域および青色帯域の中心波長での、Ｃ軸面に沿ったリターダンス曲線あてはめおよびＣ軸面に直交するリターダンス曲線あてはめを示す。
【００４３】
図１７は、図１６で示された適合パラメータが石英板３２およびＡプレート４０で補償されたサファイア・パネル１４およびＴＮモードＬＣ層１２をモデル化するのに用いられたとき、それぞれ青色帯域（例えば波長４６０ｎｍ）、緑色帯域（例えば波長５５０ｎｍ）および赤色帯域（例えば波長６２０ｎｍ）における計算されたコントラストを示す。図の右側のコンタ図を参照すると、コントラスト比は、青色の波長に関して約３４０：１、緑色の波長に関して約５１０：１、また赤色の波長に関して約６７０：１であると計算される。パネル基板ＦＯＶおよびＴＮ ＬＣ層の面内リターダンスは、十分に補償されているように見えるが、第４象限の辺りに一団となったいくらかの光漏れがある。この光漏れは、循環リターダンスの補償不足およびＴＮ−ＬＣ面外リターダンスの補償不足から生じると考えられる。
【００４４】
上記の計算では、石英板／Ａプレートのパラメータは、計算された波長および角度のリターダンス・スペクトルと整合するように適合された。図１８では、青色帯域（例えば波長４６０ｎｍ）、緑色帯域（例えば波長５５０ｎｍ）および赤色帯域（例えば波長６２０ｎｍ）の計算されたコントラストは、それぞれ石英板／Ａプレートのパラメータが実験による波長および角度のスペクトルと整合するように適合されたときに得られたものである。右側を参照すると、実際のパネルのＦＯＶデータは、青色帯域で約１８０：１、緑色帯域で約３００：１、また赤色帯域で約４３０：１の計算された２つの状態のコントラストを示した。特に、第４象限で最大の漏れが生じる。
【００４５】
前述のように、高次の石英補償板が、サファイア基板を有するＴＮモードＬＣマイクロディスプレイのコントラスト比をかなり改善することが示された。例えば、前述の公称設計では、サファイア板／石英板の組合せの場合、数万対１のコントラストが達成される。ＴＮ ＬＣ層の複屈折の効果がサファイア板の複屈折の効果とともに含まれるとき、またトリム・リターダの複屈折の効果が石英補償板の複屈折の効果とともに含まれるとき、緑色帯域で、計算されたむき出しパネルのコントラスト（例えば９０：１）は約５００：１に向上した。
【００４６】
実際、透過性ＬＣマイクロディスプレイでバック板として使用される高次のＯプレートの複屈折より大きいが符号が反対の複屈折を有する高次のＯプレート・リターダを含むリターダ補償器を設けると、他の補償方式と比較して改善されたコントラスト補償をもたらすことが判明した。例えば、サファイア基板を含む投影型ディスプレイのコントラスト比を改善するための手法の１つに、交差軸構成で、同一の厚さおよび傾斜角を有するもう１つのサファイア板を設けるものがある。この機構はサバール板をもたらし、したがって正味ゼロのリターダンスを示すはずであるが、コントラスト比の改善は、サファイア板に対して平行に高次波長板を整列させたものほど効率的でないことが判明した。図１９Ａは、交差軸サファイア板／サファイア板のコンタ図を示し、図１９Ｂは、平行軸サファイア板／石英板のコンタ図を示している。交差軸構成の対角線のリターダンス帯域は、オフ軸コントラストを明らかに低下させる。特に、交差軸構成に関して計算されたコントラスト比は、わずか１３０：１であったが、平行軸構成に関して計算されたコントラスト比は３３，６００：１であった。
【００４７】
高次の石英補償板が、サファイア・バック板（例えば、ピコプロジェクタを含む）を有する通常白色のＴＮモードＬＣマイクロディスプレイを利用する投影システムにおけるコントラストをかなり改善すると示されているが、高次の補償板は、他の材料で製作されてよく、かつ／または他のＬＣモードに基づく投影システムで使用されてよく、かつ／またはサファイア以外の材料から製作された高次リターダンスの半導体基板を内蔵すると予見される。さらに、高次の補償板は、システム・コントラストをさらに改善するために他のリターダ補償器（例えばトリム・リターダ）とともに使用されると予見される。
【００４８】
本発明の一実施形態によれば、高次リターダンス補償板３２は、トリム・リターダ４０に結合される。例えば、一実施形態では、トリム・リターダは、Ａプレート、Ｃプレート、および／またはＯプレートとして構成される高次リターダンス補償板上に堆積された１つまたは複数の複屈折または構造複屈折の薄膜コーティングを含む。高次リターダンス補償板がトリム・リターダを支持するために使用されるとき、プロジェクタ・システムは、たった１つの補償器組立体で高コントラストを有利に達成する。したがって、１つだけの補償器を回転させて合わせる必要があり、このように整列が簡単になる。さらに、２つの反射防止膜だけが使用される（すなわちリターダ補償器組立体の外面のそれぞれの上に１つ）。
【００４９】
本発明の別の実施形態では、高次リターダンス補償板３２およびトリム・リターダ４０は、どちらもスタンド・アロンのリターダ要素として使用される。この実施形態では、高次リターダンス補償板３２は高次半導体基板のＣ軸傾斜面を整合させるように合わせられ、一方トリム・リターダ４０はＬＣ層の暗状態リターダンスに対する補償を最適化するように合わせられる。この場合、４つの反射防止膜が用いられる。
【００５０】
図２０を参照すると、３つの透過性ＴＮモードＬＣパネルおよび３つのリターダ補償器を含むマイクロディスプレイ投影システム向けの光学エンジンが示されている。光サブシステム１００は、入力前段偏光子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ、リターダ補償器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、ＴＮモードＬＣパネル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃおよび出口のクリーンアップ偏光子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを含む。光サブシステム１００の中心要素はＸキューブ１１０であり、ここで、３本の個別の光ビーム１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃは収束光ビーム１３０として集められて発せられ、これが画面（図示せず）上に投影される。３本の個別の光ビームは、ＲＧＢチャネル・データを与える。一般に、緑色チャネルは第１の光ビーム１２０ａに相当することが多く、その結果、これはＸキューブの透過されたポートへ向けられる。各色のチャネルに関して、ＬＣパネル１０４ａ／１０４ｂ／１０４ｃは、１組の交差する偏光子の間に（例えば、それぞれ入力前段偏光子１０１ａ／１０１ｂ／１０１ｃと出口クリーンアップ偏光子１０５ａ／１０５ｂ／１０５ｃの間に）配置される。示された概略図では、入力前段偏光子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃの透過軸は水平に（描画する面と平行に）整列しており、一方、出口クリーンアップ偏光子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの透過軸は垂直に整列している。緑色または「１つの」チャネルに相当する光サブシステム１００のアームは、一般に２分の１波長板（ＨＷＰ）１０６を含み、変調済の垂直に偏光された光を水平に偏光された光へ変換し、この光はＸキューブの直角三角形の斜辺に対してＰ偏光された光として現われ、Ｘキューブを通って伝送される。あるいは、ＬＣパネル１０４ａがオン状態で入ってくる垂直の偏光を水平の偏光へ回転させる場合、ＨＷＰ １０６は、光サブシステム１００のもう１つのアームに配置されてよい。リターダ補償器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃのそれぞれが、例示の目的で、それぞれ前段偏光子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃとＬＣパネル１０４ａ／１０４ｂ／１０４ｃの間に配置して示されていることに留意されたい。他の実施形態では、リターダ補償器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、それぞれＬＣパネル１０４ａ／１０４ｂ／１０４ｃと検光子１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃの間に配置される。それぞれの場合で、各リターダ補償器１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃは、ＴＦＴ製造に使用されるＬＣマイクロディスプレイにおける透明な半導体基板の面内リターダンスおよび面外リターダンスを補償するように選択された厚さおよびＣ軸の整列を有する高次のＯプレートを含む。光路長の差として表された面内リターダンスは、２つの面内屈折率に光学要素の物理的厚さを掛けたものの間の差を指す。面外リターダンスは、光学要素の厚さ方向（ｚ方向）に沿った屈折率に光学要素の物理的厚さを掛けたものと、１つの面内屈折率（または面内屈折率の平均）に光学要素の物理的厚さを掛けたものとの差を指す。コーン・バンドルにおける垂直入射光線には面内リターダンスだけが見えるが、斜光線（すなわち、垂直ではないが基準のＳ面およびＰ面に沿うもの）およびスキュー光線（すなわち垂直でなく基準のＳ面およびＰ面から離れて入射するもの）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。前述の高次リターダンス補償器は、高次リターダンスの透明な半導体基板の面内リターダンスおよび面外リターダンスの両方の効率的な補償をもたらす。ＬＣ層の面内リターダンス、面外リターダンス、および循環リターダンスを補償する全機能搭載型トリム・リターダと組み合わせて、コントラスト比はかなり改善される。一実施形態では、高次リターダンスのサファイア石英板である透明な半導体基板は、ＬＣパネルの、光が入射する側１０４ａ／１０４ｂ／１０４ｃまたはＬＣパネルの光が出る側１０４ａ／１０４ｂ／１０４ｃに配置されることになる。
【００５１】
もちろん、上記の実施形態は単なる実施例として提供されている。当業者には、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更形態、代替構成、および／または等価物が用いられるはずであることが理解されよう。したがって、本発明の範囲は、もっぱら添付の特許請求の範囲によって限定されるように意図されている。
【符号の説明】
【００５２】
１０ 透過性ＬＣパネル
１２ ＬＣ層
１２Ａ ＬＣパネルの遅軸
１４ サファイア基板
１６ カバー板
１８Ａ、１８Ｂ 電極
１９Ａ、１９Ｂ 整列層
２０Ａ、２０Ｂ 偏光子
３０ リターダ補償器
３２ 複屈折板
４０ トリム・リターダ
４０Ａ トリム・リターダの遅軸
１００ 光サブシステム
１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ 入力前段偏光子
１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ リターダ補償器
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃ ＴＮモードＬＣパネル
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ 出口のクリーンアップ偏光子
１０６ ２分の１波長板
１１０ Ｘキューブ
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ 光ビーム
１３０ 収束光ビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板、第２の基板、および前記第１の基板と前記第２の基板の間に配置された液晶層を含み、前記第１の基板が、Ｏプレートとして構成されかつ薄膜トランジスタ層を支持する第１の高次波長板を含む液晶マイクロディスプレイ・パネルと、
前記第１の基板のスペクトルおよび角度の線形リターダンス分散を補償するための、Ｏプレートとして構成された第２の高次波長板を含み、前記第２の高次波長板が、前記第１の高次波長板の複屈折と符号が反対の複屈折を有するリターダ補償器と、
を備える液晶マイクロディスプレイ。
【請求項２】
前記第２の高次波長板の厚さおよびＣ軸の傾斜角が、前記第２の高次波長板のスペクトルおよび角度の線形リターダンス分散が前記第１の高次波長板の前記スペクトルおよび角度の分散を実質的に打ち消すように選択される請求項１に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項３】
前記第１の高次波長板の前記Ｃ軸が、前記第２の高次波長板のＣ軸と同一の傾斜面で配向される請求項２に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項４】
前記液晶マイクロディスプレイ・パネルが偏光子と検光子の間に配置され、前記傾斜面が前記偏光子の透過軸および前記検光子の透過軸のうちの１つと実質的に平行である請求項３に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項５】
前記第１の高次波長板の前記Ｃ軸が、前記第２の高次波長板のＣ軸と同一の傾斜面で配向される請求項１に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項６】
前記第１の高次波長板が高次サファイア波長板を備える請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項７】
前記第２の高次波長板が高次石英波長板を備える請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項８】
前記第２の高次波長板が高次石英波長板を備える請求項６に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項９】
前記第１の高次波長板の厚さが少なくとも２００マイクロメートルであり、前記第２の高次波長板の厚さが少なくとも２００マイクロメートルである請求項８に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１０】
前記リターダ補償器が前記第２の高次波長板に結合されたトリム・リターダを備える請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１１】
前記トリム・リターダが、前記第２の高次波長板上に堆積された薄膜複屈折層および薄膜構造複屈折層のうち少なくとも１つを備える請求項１０に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１２】
前記薄膜複屈折層および前記薄膜構造複屈折層が、Ａプレート、Ｃプレート、およびＯプレートのうちの１つとして構成される請求項１１に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１３】
前記薄膜複屈折層および前記薄膜構造複屈折層が、単一層のＡプレートとして構成される請求項１１に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１４】
前記リターダ補償器が前記第２の高次波長板に結合されたトリム・リターダを備える請求項８に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１】
第１の基板、第２の基板、および前記第１の基板と前記第２の基板の間に配置された液晶層を含み、前記第１の基板が、Ｏプレートとして構成されかつ薄膜トランジスタ層を支持する第１の高次波長板を含む液晶マイクロディスプレイ・パネルと、
前記第１の基板のスペクトルおよび角度の線形リターダンス分散を補償するための、Ｏプレートとして構成された第２の高次波長板を含み、前記第２の高次波長板が、前記第１の高次波長板の複屈折と符号が反対の複屈折を有するリターダ補償器と、
を備える液晶マイクロディスプレイ。
【請求項２】
前記第２の高次波長板の厚さおよびＣ軸の傾斜角が、前記第２の高次波長板のスペクトルおよび角度の線形リターダンス分散が前記第１の高次波長板の前記スペクトルおよび角度の分散を実質的に打ち消すように選択される請求項１に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項３】
前記第１の高次波長板の前記Ｃ軸が、前記第２の高次波長板のＣ軸と同一の傾斜面で配向される請求項２に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項４】
前記液晶マイクロディスプレイ・パネルが偏光子と検光子の間に配置され、前記傾斜面が前記偏光子の透過軸および前記検光子の透過軸のうちの１つと実質的に平行である請求項３に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項５】
前記第１の高次波長板の前記Ｃ軸が、前記第２の高次波長板のＣ軸と同一の傾斜面で配向される請求項１に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項６】
前記第１の高次波長板が高次サファイア波長板を備える請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項７】
前記第２の高次波長板が高次石英波長板を備える請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項８】
前記第２の高次波長板が高次石英波長板を備える請求項６に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項９】
前記第１の高次波長板の厚さが少なくとも２００マイクロメートルであり、前記第２の高次波長板の厚さが少なくとも２００マイクロメートルである請求項８に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１０】
前記リターダ補償器が前記第２の高次波長板に結合されたトリム・リターダを備える請求項１から５のいずれか一項に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１１】
前記トリム・リターダが、前記第２の高次波長板上に堆積された薄膜複屈折層および薄膜構造複屈折層のうち少なくとも１つを備える請求項１０に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１２】
前記薄膜複屈折層および前記薄膜構造複屈折層が、Ａプレート、Ｃプレート、およびＯプレートのうちの１つとして構成される請求項１１に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１３】
前記薄膜複屈折層および前記薄膜構造複屈折層が、単一層のＡプレートとして構成される請求項１１に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【請求項１４】
前記リターダ補償器が前記第２の高次波長板に結合されたトリム・リターダを備える請求項８に記載の液晶マイクロディスプレイ。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−１５１５０（Ｐ２０１０−１５１５０Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００９−１５６５７２（Ｐ２００９−１５６５７２）
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（５０２１５１８２０）ジェイディーエス ユニフェイズ コーポレーション (90)
【氏名又は名称原語表記】ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【住所又は居所原語表記】４３０ Ｎ． ＭｃＣａｒｔｈｙ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ， ９５０３５， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５６５７２（Ｐ２００９−１５６５７２）
【出願日】平成２１年７月１日（２００９．７．１）
【出願人】（５０２１５１８２０）ジェイディーエス ユニフェイズ コーポレーション (90)
【氏名又は名称原語表記】ＪＤＳ Ｕｎｉｐｈａｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ
【住所又は居所原語表記】４３０ Ｎ． ＭｃＣａｒｔｈｙ Ｂｏｕｌｅｖａｒｄ， Ｍｉｌｐｉｔａｓ， Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ， ９５０３５， ＵＳＡ
【Ｆターム（参考）】
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