CN101285966B - 采用斜板延迟器的扭曲向列型xLCD对比度补偿 - Google Patents

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Abstract

本发明采用倾斜补偿板来为液晶显示投射***提供对比度补偿，该***包含光源、第一偏光器、液晶显示面板和第二偏光器。补偿板包括第一双折射元件和第二双折射元件，所述第一双折射元件的光轴取向与板法向成第一角，其中第一角大于0°(如A-板或O-板)，所述第二双折射元件的光轴取向与板法向成第二角，其中第二角基本等于0°(如C-板)。补偿板相对液晶显示面板平面倾斜。已证明：倾斜的补偿板可以改善扭曲向列型液晶显示器的对比度补偿。

Description

采用斜板延迟器的扭曲向列型xLCD对比度补偿
技术领域
本申请一般涉及用于液晶显示器的延迟补偿器，并且尤其涉及斜板延迟补偿器和包含该补偿器的扭曲向列型透射式液晶反射***。
发明背景
目前在面向40”至70”电视屏幕的市场中，存在有若干种微显示投射(MDP)技术。例如，基于数字光处理器(DLP)的投影机在像素级上加入了二进制亮度调节，通常依靠单一面板对图像的红、绿、蓝(RGB)颜色通道信息进行临时复用(以时序方式)。另一方面，透射式液晶显示器(xLCD)和硅基液晶(LCoS)投影机采用可转换液晶层的光电效应来提供像素级调制。由于基于偏振的xLCD和LCoS MDP面板的制作通常比在DLP底板上制作数百万个铰接微镜面的成本要低，而且产量更高，故经常采用三面板结构来配置xLCD和LCoS光学引擎，其中RGB颜色通道在透射到屏幕上之前将同时显示和会聚。尽管LCoS面板可能采取扭曲向列(TN)或垂直对齐向列(WAN)液晶(LC)层，WAN模式液晶技术在基于LCoS的商用投影机中使用则更为普遍。尽管业界正在向xLCD面板中的WAN模式液晶进行转型，xLCD面板中处于优势地位的液晶工作模式还是TN。
采用3个TN xLCD面板的光学引擎已在“3LCD”行业论坛上得以推广。3LCD结构的一个子***示意如图1，图中显示了一个典型3面板光引擎的图像调节段。光学子***100包括输入预偏器101a、101b、101c，延迟补偿器103a、103b、103c，xLCD面板104a、104b、104c，以及出口清除偏光器105a、105b、105c。光学子***100的中心元件是分合色立方棱镜(x-cube)110，在此3个独立光束120a、120b、120c会合，并成为一个会聚光束130发出，投射在屏幕(未示出)。这3个独立的光束将提供RGB通道数据。通常，绿色通道经常对应于第一光束120a，以使其被引向x立方的透射端口。对于每个颜色通道，xLCD面板104a/104b/104c被置于一组正交布置的偏光器之间(如分别在输入预偏器101a/101b/101c与出口清除偏光器105a/105b/105c之间)。在所给出的示意中，输入预偏器101a、101b、101c使其透射轴沿水平方向取向(平行于图面)，而出口清除偏光器105a、105b、105c使其透射轴沿垂直方向取向。对应于绿色或“a”通道的光学子***100的臂通常包括半波板(HWP)106，用于将经调节的垂直偏振光转变为水平偏振光，使之相对x立方斜边呈现为p偏振光，并经x立方透射。另一种情况是，如果xLCD面板104a将入射垂直偏振转动为开态水平偏振，则HWP 106可被置于光学子***100的另一个臂上。
延迟补偿器103a、103b、103c是用于提高xLCD MDP***对比度水平的补偿元件，当从斜向看面板时，对比度将降低。例如众所周知的是，TN模式液晶面板的折射率各向异性会降低xLCD MDP***的观看角度特性。在没有延迟补偿器103a、103b、103c的情况下，xLCD原面板对比度通常为几百比一。采用延迟补偿器103a、103b、103c时，经补偿后的xLCD面板对比度会大大提高。
常规情况下，延迟补偿器103a、103b、103c采用延展有机箔片制成，如富士公司的宽视角(wide view，wv)薄膜，它由三乙酸纤维素(TAC)基底上的盘状液晶层组成。延展有机箔片在MDP***中作为延迟补偿器的应用可能源自于其在直观式液晶产业中相同的应用，其中较大的屏幕面积(如2.5英寸或更大)需要在对比度和/或提高观看角度方面加以补偿。然而，在MDP应用中，光通量的增加可能导致这些有机延迟补偿器过早退化。此外，这些有机延迟补偿器并不总能满足小屏幕面积(如2.5英寸或以下)的均一性和表面质量指标。因此，需要采用一种更为可靠的延迟器技术作为提高对比度的解决方案。
美国专利申请号20060268207中提出了一种这样的解决方案，在此作为参考将其全部内容合并入本申请中。在该文献中，Tan等人披露了在透射式(如xLCD)和反射式(如LCoS)MDP***中均采用倾斜C-板延迟器作为对比度增强措施的方案。倾斜C-板延迟器采用真空覆膜介电层制成，因此会呈现高可靠性和高延迟均一性。显然，美国专利号7,170,574中也对采用真空覆膜介电层生成C-板元件作了说明，在此通过参考将其合并入本申请中。
参见图2，图中示出了采用倾斜C-板延迟补偿器的现有技术xLCD MDP***的一个臂的光学***。在这一子***200中，由前级光管(或其他均化器，如蝇眼阵列，未示出)给出的光锥输出经预偏器201线性偏振。预偏器201的透射轴220可以在整个圆周上任意取向，通常相对于X轴成±45°、0°或90°取向(图示以0°取向)。经预偏器201透射的光通过延迟补偿器203和xLCD成像器204，后者的慢轴230通常与预偏器透射轴220成±45°的方位角偏移量235取向。经xLCD成像器204透射的光再射向后检偏镜205，后者的透射轴221通常与预偏器轴220垂直取向。
尽管所示的这一光学***200仅包含一个置于预偏器201与xLCD成像器204之间的延迟补偿器203，替代实施方式还提供了可置于预偏器201与后检偏镜205之间任何位置的一级或多级延迟补偿器。例如，在另一种实施方式中，延迟补偿器203置于xLCD成像器204与后检偏镜205之间。而在又一种实施方式中，预偏光器预偏器201与xLCD成像器204之间有第一延迟补偿器203，而在xLCD成像器204与后检偏镜205之间则有第二延迟补偿器(未示出)。
在每种情形下，延迟补偿器203均包括一个与x-y平面成某一角度安装的C-板延迟器。更具体而言，C-板延迟器203的倾斜使之与***X轴成极倾角211，与***Y轴成极倾角212。这种二维倾斜将转动轴240设置在与X轴成方位角245的方向。转动轴240平行于xLCD成像器204的平面，且平行于***x-y平面。z轴为主光线的传播轴，也称为透射轴。
倾斜C-板延迟器203相对于转动轴240的快/慢轴的分配取决于C-板延迟的符号。对于-C-板，慢轴(SA)位于对应于方位角245的倾斜平面上，该平面名义上垂直于成像器SA 235。对于+C-板，快轴(FA)位于对应于方位角245的倾斜平面上，该平面名义上平行于成像器SA 235。“名义上垂直”和“名义上平行”的术语用于反映延迟补偿的常见方式，即把延迟补偿器SA由相对成像器SA 235的垂直位置转动一个小角度值。
有利的是，-C-板的倾斜将引入净延迟，这由主光线可以看出，其幅度可以实现对黑状态下xLCD面板的残余面内延迟的补偿。此外，倾斜C-板上的双折射形成涂层可提供一个延迟分布(相对入射角)，该图线可以实现对黑状态下xLCD面板的残余面外延迟的补偿。换言之，采用一个单一仅有-C-板的组件来提供xLCD MDP***的轴上和离轴延迟补偿，由此以最少的组件实现高对比度图像。
尽管仅有倾斜C-板的延迟补偿器已显示出了在LCoS和xLCD MDP***中的应用潜力(在这些***中其在高光通量环境下的耐用性以及高度均一的延迟特性很有优势)，但它还是存在局限性，因为它不可实现快/慢轴与几何倾斜面的解耦。事实上，倾斜C-板延迟器是一种几何延迟器，其FA和SA均由入射平面确定(例如，如上所述，位于倾斜-C-板内的SA平面为倾斜平面)。
由于SA和FA由入射平面确定，要制造出具备线性延迟分布、而且与给定面板的线性延迟要求相符的几何延迟器，比较困难(如面板可能沿其慢轴和快轴中的一个在其锥光(conoscopic)线性延迟分布上呈现不对称特性)。
提供具有与倾斜C-板延迟补偿器类似的耐用性和/或延迟均一特性的延迟补偿器将更为有利，其中FA和SA不是由入射平面确定的。
发明内容
本发明涉及一种延迟补偿器，它包括被耦合至倾斜O-板元件或倾斜A-板元件的一个或多个-C-板元件。由于O-板元件和/或A-板元件可以由无机双折射晶体制成，而一个或多个-C-板元件可由真空覆膜介电层制成，故所生成的复合延迟器通常会呈现高可靠性和/或高延迟均一性。
此外，包括耦合至倾斜O-板元件的一个或多个-C-板元件的延迟补偿器作为笛卡尔延迟器工作。具体而言，延迟补偿器的面内快轴和慢轴由面内延迟器层(如A-板或O-板延迟器)确定。有利的是，这些轴线可以进行适当的调整，以符合给定xLCD面板的要求，而xLCD面板的延迟斜率延迟器层的倾斜配置和/或延迟补偿器的倾斜取向来补足。
根据本发明的一个方面，提供了一种液晶显示投射***，其中包括：光源；第一偏光器，用于接收光源的光，第一偏光器的透射轴被定向以透射具有第一偏振的光；液晶显示面板，用于接收经第一偏光器透射的光，并有选择地调制所述的透射光；第二偏光器，用于接收经液晶显示面板透射的光，第二偏光器的透射轴取向要基本垂直于第一偏光器的透射轴；以及包含第一双折射元件和第二双折射元件的补偿板，所述第一双折射元件的光轴与板法向成第一角度，第一角度大于零度；所述第一双折射元件的光轴与板法向成第二角度，第二角度基本等于零度，其中补偿板相对液晶显示面板的平面倾斜。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于提高液晶显示投射***对比度的方法，该方法包括：提供包括第一双折射元件和第二双折射元件的补偿板，所述第一双折射元件的光轴与板法向成第一角度，第一角度大于零度，所述第二双折射元件的光轴与板法向成第二角度，第二角度基本等于零度；并安置补偿板，使其相对液晶显示投射***内液晶显示面板的平面倾斜。
附图说明
由以下详细说明并结合附图，可以很容易地了解本发明的更多特点和优势，其中：
图1为包含3个xLCD微显示器和3个延迟补偿器的3通道透射光引擎的示意图；
图2为一种透射式微显示投射***的示意图，该***包括倾斜的-C-板，用于补偿轴上和离轴光线的显示元件延迟；
图3为处于黑状态的理论TN90液晶单元的液晶指示器分布示意图；
图4所示为被驱动为黑状态的TN90液晶单元的理论倾斜/扭转图线；
图5所示为针对TN90液晶所计算出的线性延迟(左图)、慢轴(中图)和循环延迟(右图)的锥光图；
图6所示为针对以9.5°倾角安装的-450nm C-板延迟器所计算出的线性延迟(左图)、慢轴(中图)和循环延迟(右图)的锥光图(逆时针绕转动轴转+45°)；
图7所示为针对TN90xLCD(右图)和带补偿TN90xLCD(左图)所计算出的对比度等高线图，其中补偿采用沿-45°方位倾斜9.5°的-450nm C-板延迟器实现(逆时针绕转动轴+45°)；
图8所示为被驱动为黑状态的TN90xLCD的实验所得的线性延迟(左图)、慢轴(中图)和循环延迟(右图)的锥光图，是以520nm测量得到的；
图9为处于黑状态的理论TN90液晶单元的液晶指示器分布示意图，采用两部分模型；
图10所示为图9所示TN90液晶单元的理论线性延迟(左图)、慢轴(中图)和循环延迟(右图)的锥光图，是以520nm计算得到的；
图11所示为TN90xLCD单元在两种驱动电压下的实验所得的线性延迟(上图)、慢轴(中图)和循环延迟(下图)的图谱；
图12所示为在λ＝520nm条件下沿面板轴上延迟的慢轴(采用点标记)和快轴(采用圈标记)平面的实验线性延迟分布；
图13a为根据本发明的一种实施方式沿包含TN xLCD面板快轴的平面置于TNxLCD面板前方的延迟补偿器的示意图；
图13b为从透射侧查看的图13a所示延迟补偿器的二维示意图；
图13c为从透射侧查看的图13a所示延迟补偿器的三维透视图；
图14所示为计算出的延迟器板倾角和所需C-板延迟与O-板光率体(indicatrix)倾角的关系图；
图15所示为(-45°，10.3°)倾斜O-板/-C-板延迟补偿器的理论线性延迟(左图)、慢轴(中图)和循环延迟(右图)的锥光图，其中O-板采用正单轴材料配置为50°面外倾斜，而-C-板有-525nm延迟(计算波长λ＝520nm)；
图16所示为一个***的理论线性延迟(左图)、慢轴(中图)和循环延迟(右图)的锥光图，该***包含(-45°，10.3°)倾斜O-板/-C-板延迟补偿器和实验TN xLCD面板；
图17所示为针对一实验TN90xLCD(右图)以及采用以近似正交轴配置为取向的(-45°，10.3°)倾斜O-板/-C-板延迟器(左图)进行补偿的同样的TN90xLCD所计算得出的锥光正交偏光器漏光强度；
图18所示为针对一实验TN90xLCD(右图)以及采用以非正交轴配置为取向的(-15°，9.0°)倾斜O-板/-C-板延迟器(左图)进行补偿的同样的TN90xLCD所计算得出的锥光正交偏光器漏光强度；
图19所示为(-15°，9.0°)倾斜O-板/C-板延迟补偿器的理论线性延迟(左图)、慢轴(中图)和循环延迟(右图)的锥光图，其中O-板采用正单轴材料配置为50°面外倾斜，而C-板有-525nm延迟(计算波长λ＝520nm)；
图20所示为一个***的理论线性延迟(左图)、慢轴(中图)和循环延迟(右图)的锥光图，该***包含(-15°，9.0°)倾斜O-板/C-板延迟补偿器和一个实验TN xLCD面板；
图21所示为无补偿TN90面板及根据本发明的一种实施方式采用倾斜板延迟器补偿的相同面板的实验测量对比度；
图22所示为以7°板倾角计算出的4个介电C-板叠层(包括AR功能)的线性延迟图谱；
图23所示为针对若干种介电FBAR设计在λ＝520nm下由7°倾斜负C-板延迟计算得出的延迟偏差图谱；
图24为根据本发明的另一种实施方式沿一包含TN xLCD面板快轴的平面置于TN xLCD面板前方的延迟补偿器的示意图；
图25为根据本发明的另一种实施方式置于TN xLCD面板前方的延迟补偿器的示意图。
需指出的是，在所有附图中，相同的特征采用同一参考标识。
具体实施方式
为了更全面地介绍延迟补偿器及其在TN模式xLCD MDP***中的应用，提供以下理论和/或实验数据。
90°常态为白色(NW)的TN单元(TN90)被设计用于作为e或o波导，在开态(如无驱动)下实现绝热波导。在没有施加电压的情况下，入射光的偏振随液晶指示器的扭角转动，液晶指示器会进行90°的平滑扭转，使透射光以垂直于入射光的偏振射出。在关或黑状态，由所施加电场产生的静电场使液晶指示器沿单元的透射轴取向(如垂直取向)，以使入射光在通过液晶单元时不会改变偏振状态。请注意，尽管整个单元经常被描述为在关状态下具有垂直取向，但通常只有液晶单元的内部或中间段才是真正垂直取向，因为靠近单元出、入口段的液晶指示器会受到取向层锚固力的影响(如在薄膜晶体管(TFT)基底和反基底上)。
图3所示为处于关状态的TN90的液晶指示器理论分布的一个示例。当从出口或投射一侧看TN90时，入口液晶指示器方位301沿X轴方向，而出口液晶指示器方位303则平行于-Y轴方向。在入口段与出口段之间，液晶指示器沿路径302连续转动，同时通过液晶单元厚度改变面外倾角。因此，TN90被称为采用逆时针(CCW)扭转(从外表面看)或左旋(LH)扭转。很明显，扭角的范围位于RH-XYZ视图的第四象限。TN90在法向入射下的有效慢轴(SA)近似将扭角范围平分。在图3中，SA由方位角305的箭头304表示。
图4所示为对液晶指示器分布300的一维(1D)数值计算。液晶单元在莫吉恩(Mauguin)条件下配置(单元厚度d由√3/2* λo/δn给出，其中中心波长λo＝550nm，在λo下δn＝0.15)，且在能量最小值计算中采用e7向列液晶的介电性质。参见该图的上半部分，这是液晶倾角θt与部分单元厚度的关系图。显然，当单元被驱动为黑状态时，单元的中段为垂直排列(即倾角约为90°)。入口段会很快在一小部分单元厚度上由预倾角3°变为90°。出口段的倾角会以对称方式快速由90°变回3°。参见该图的下半部分，这是方位角φc与部分单元厚度的关系图。可以看出，多数非垂直排列的液晶分子均被固定成平行于X轴或-Y轴。因此，出现正交轴延迟取消，使得处于关状态的残余液晶单元延迟非常小。尽管残余液晶单元延迟在理论上是最小的，在实践中TN90单元通常却不会呈现如上所述的对称取向分布。因此，商用TN90成像仪的残余净延迟相对较高(如其数值可能达到几纳米到几十纳米)。
如美国专利申请号20060268207中所述，对TN90在黑状态下的残余净延迟的一种补偿方法是使用以倾斜配置安装的单块负C-板(ncp)。在这种情况下(如总扭角小于或等于约90°)，ncp围绕一转动轴倾斜，所选择的旋转轴要基本上垂直于TN扭角范围的中线。ncp相对x-y平面的倾角将决定ncp的净延迟幅度，该值通常被选择为基本等于或大于xLCD面板在黑状态下的残余延迟。一般情况下，也应对C-板延迟的幅度和极倾角的大小进行调节，以使倾斜-C-板延迟器与TN单元的锥光净延迟图的不对称性可以良好地匹配。
TN90xLCD的理论延迟三重分量和针对会聚性f/2.4(约±12°)锥形光照的倾斜-450nm C-板延迟器(λo＝550nm条件下)分别示于图5和图6中。更具体而言，图5所示为对图4中所示液晶指示器图线计算出的线性延迟(左图)、慢轴(中图)和循环延迟(右图)锥光图，而图6所示则是对以9.5°倾角(逆时针绕转动轴+45°)安装的-450nm C-板计算出的线性延迟(左图)、慢轴(中图)和循环延迟(右图)锥光图。每一幅锥光图均显示360°方位平面范围内从0到12°入射极角的延迟分量。请注意，慢轴在±90°转变处的突变是绘图惯例的人为要求。
如线性延迟图(图5和6左侧)中所示，TN xLCD面板的SA和延迟补偿器的SA配置为正交方位取向，以使快/慢轴对法向入射光的作用可由延迟补偿器转换为TNxLCD面板。换言之，具有特定偏振的光将在延迟补偿器和TN xLCD面板内分别交替形成较长和较短的延时，反之亦然。由于在两种组件内的法向入射光平均延迟近似相等(如5.1-5.3nm)，最终合成效果是对输入偏振实现相对延时基本为零。如果在延迟补偿器内对法向入射光的平均延迟较大，则延迟补偿器的SA通常会被转离(定时)这种正交轴配置。
计算出的对比度与观察角的关系在图7所示正交偏光器锥光漏光强度图线中示出。无补偿TN90xLCD面板的对比度等高线如图中右侧所示，而有补偿TN90xLCD面板的对比度等高线如图中左侧所示(如采用-450nm C-板延迟器沿-45°方位以9.5°倾斜来补偿(通过逆时针绕+45°转动轴转动实现))。计算出的两级xLCD/补偿器原始对比度为5,900∶1。这是由6,000∶1的***基本对比度(由于正交偏光器漏光等因素造成的可实现的对比度极限值)压低得到的，以获得3,000∶1的***对比度。计算得出无补偿TN90xLCD对比度为500∶1。因此，采用适当的负C-板延迟器作为TN xLCD的补偿器，可实现约6倍的对比度提高系数。
尽管这种理论上的对比度提高可以接受，但需要注意，1D液晶指示器分布模型不能完全描述TN xLCD单元。具体而言，这种模式不能解释TFT底板上的微结构，如基座、槽和线，它们都埋在氧化铟锡(ITO)层之下。这些微结构是光刻曝光和蚀刻工艺的产物，会约束液晶取向，使上述1D液晶指示器图线不准确。例如，考虑一种商用TN90xLCD面板(即左侧切换的1.3”TN90面板)的实验锥光延迟特性而言，如图8所示。测量值是在520nm波长条件下且TN90xLCD被驱动为黑状态时获得的。令人惊讶的是，法向入射下的延迟SA(面内延迟)不会落在构成扭转范围的角度区间即0°至-90°区间内。相反，xLCD SA落在相邻象限内，位于0°到90°之间。TN扭转被表示为由输入端的0°转动至输出端的-90°，如锥光循环延迟的符号和其所在的第四象限位置所显示的。对于主要的线性延迟不对称(即关于锥轴的延迟斜率)，也是沿135/-45°斜线观察，表示该斜线将扭转角度范围平分。TN90xLCD单元的面内延迟平均为2.2nm左右，其SA与X轴成40.1°角取向(在RH-XYZ坐标系中以逆时针为正角)。参见线性延迟图(左图)，实验数据集的“眼”(即入射光线经靠近其光轴的xLCD单元传播的低延迟观察角)比理论计算预测点更接近法向入射点(如图5)。由此，轴上延迟被进一步减小。
图9所示为可以生成接近实验黑状态TN xLCD延迟结果的锥光延迟分布的模型310。这种复合模型包括第一延迟器和第二延迟器，前者与上文参照图3所述类似，后者则配置为A-板或O-板。当从透射侧看TN xLCD时，第一延迟器的入口液晶指示器方位301沿X轴取向，且该指示器会向反基底连续扭转302，同时通过控制液晶单元厚度来改变面外倾斜度。将第一延迟器的出口液晶指示器方位303沿与-Y轴平行的方向取向。结果是形成左旋的TN单元。被配置为A-板或O-板的第二延迟器用于在与包含扭角区间的象限相邻的象限内对法向入射下TN单元的有效SA进行数值建模。将第二延迟器表示为具有SA方位角312的延迟器元件311。带有附加A-板/O-板延迟器元件的90°TN单元的净双折射效应会形成与X轴成方位角315的SA 314。
TN90xLCD的这种数值模型的锥光结果示于图10中。这些图显示与图8所示实验数据有非常类似性。线性延迟图(左图)显示了沿135°/-45°方位平面(即接近于快轴(FA)平面)的高度不对称的图线。此外，低延迟“眼”位于法向入射点附近(很明显，建模图还包含另一个近似沿135°方位的“眼”)。实验数据和数值结果的循环延迟图(右图)均显示循环延迟在法向入射时可以忽略。在12°AOI的锥体边缘处，循环延迟在包含扭角区间的象限内沿-45°方位达到约12nm的最大幅度。实验和数值计算TN器件的SA均沿由X轴逆时针转动约40°的方位取向。预期有效的TN单元SA延迟将随灰度等级提高(如通过降低所施加电压)而逐步向第四象限(扭角区间内)漂移。这可由针对TN90xLCD的全黑和灰度等级驱动电压绘制的实验慢轴图谱(中间的)来支持，如图11所示。
再参见图8和图10，实验面板和数值TN器件模型均将显示沿FA平面(近似法向入射)的线性延迟分布上存在很大的不对称性。这种不对称性在图12中清晰示出，图中显示了沿实验TN xLCD面板的快轴和慢轴的线性延迟分布。具体而言，图12显示，沿FA(如有圈标记的线)的实验线性延迟在520nm光照波长下由θ＝-12°下的约12nm变为θ＝+12°下的约-27nm。负延迟值表示快/慢轴已翻转。
参见图6，倾斜的NCP还在沿FA平面的线性延迟分布上呈现不对称性。尽管这种不对称性可对1D模型中沿SA平面的不对称(如图5所示)进行补充，但显然不能对复合模型内FA平面的较大的不对称(如图10中所示)进行补充。因此，对于参照图8所讨论的实验TN90xLCD面板的黑状态残余延迟，NCP并不能实现理想的补偿。
为了对TN90xLCD提供改善的延迟补偿器，必须考查延迟补偿器的最佳特性。理想情况下，延迟补偿器应能够(a)补偿面板的面内延迟，(b)减小面板的面外+C-板延迟，(c)匹配面板延迟的线性延迟不对称但采用翻转轴(面板的FA与延迟器的SA，反之亦然)，以及(d)减小关状态下面板的循环延迟。
常规情况下，前两项要求(a)和(b)已经通过A-板和C-板延迟的独立控制以灵活方式给予满足，例如美国专利号7,170,574所披露。由于A-板和C-板延迟由不同组件实现，前3项要求(a)、(b)和(c)相对容易满足。在美国专利申请号20060268207中，前2项要求(a)和(b)由仅有-C-板的延迟器来满足，该延迟器被倾斜，以便对面板的面内和面外延迟均进行补偿。尽管仅有倾斜C-板的延迟器具有组件数量较少的优势，但延迟补偿器的FA和SA由入射平面确定的事实(如上文所述的几何延迟器)可能使第3项要求的满足更困难。例如，为了满足针对上述实验TN xLCD面板的第3项要求(c)，延迟补偿器沿SA平面应呈现线性延迟，即在波长λ＝520nm条件下，从θ＝-12°下的约12nm转为θ＝+12°下的约-27nm。如上所述，仅有-C-板的延迟器在沿FA平面的线性延迟分布上将呈现不对称性。因此，相比用于上述TN模式xLCD的对比度补偿，仅有C-板的延迟器更适用于透射式面板的对比度补偿(其快/慢轴取向与TPR与xLCD两者的面板延迟不对称之间存在自然的匹配)和/或反射式面板的对比度补偿(其不对称采用双通式配置加以均衡)。
根据本发明的一种实施方式，在倾斜式配置中采用了由A-板或O-板单轴延迟器和一个或多个-C-板延迟器制成的延迟补偿器，以实现TN xLCD面板的延迟补偿。有利的是，A-板元件或O-板元件与一个或多个-C-板元件的组合可以实现作为笛卡尔延迟器工作的复合延迟器。倾斜-C-板延迟器可对面板线性延迟不对称性实现匹配，而倾斜A-板或O-板延迟器的面内组件则将延迟补偿器的慢轴固定在所需的方向上。
参见图13a，图中示出了根据本发明的一种实施方式实现的延迟补偿器的示意图。延迟补偿器是补偿器403，图中与TN xLCD面板404一前一后，沿包含以法向入射的面板404的FA的观看平面布置(例如面板的FA位于图面内)。补偿器403包括置于两个负C-板延迟器407a、407b的O-板延迟器406。组合延迟器元件403相对TN xLCD面板404的平面倾斜一个角θpt 410，以形成所谓的斜板延迟器(TPR)。
O-板延迟器406为双折射元件，其光轴(即C轴)与板/层的平面成一斜角。O-板延迟器406的光轴与延迟器板法向倾斜成极角θc420(如用于表示折射率各向异性的折射率椭球所示)。这里使用的术语“光轴”指的是均质倾斜双折射层的C轴或连续倾斜双折射层的平均C轴。折射率椭球的相应面外倾斜度由θt 421给出，其中θt+θc＝90°。当O-板延迟器元件406配置为正单轴元件时，光轴也是慢轴。O-板延迟器406的慢轴方位沿倾斜面(如包含全倾角θpt的平面，也对应于图13a的图面)方向。适用于制作O-板延迟器406的一些材料的例子包括液晶聚合物(LCP)材料和正单轴双折射晶体材料，如单晶石英。O-板延迟器还可选择包括支承基底。
每个-C-板延迟器407a、407b均为光轴取向垂直于板/层平面的双折射元件。尽管-C-板通常不会对法向入射光线提供任何净延迟(即法向入射光不受双折射影响)，离轴(即与光轴成一角度)入射的光线会有净延迟，具体值取决于入射角。具体而言，净延迟随入射角增大而减小(如与+C-板相反，其净延迟随入射角增大而增大)。-C-板元件407a、407b被耦合至O-板406，使其光轴取向垂直于O-板双折射元件的平面。适用于制作-C-板407a、407b的一些材料的例子包括盘状液晶和盘状双折射聚合复合物。制作-C-板407a、407b的一种特别有吸引力的方法是在O-板406的每一侧涂覆形状双折射抗反射(FBAR)涂层。在FBAR涂层内，双折射由具备交替折射率材料的多层薄膜实现，其中每一薄膜层的厚度是工作波长的几分之一。面外负双折射的幅度由涂层厚度、交替层之间的折射率差和/或交替层的厚度差决定。由于多层薄膜通常由介电材料采用各种常用沉积技术之一(如溅射或其他真空沉积)制成，-C-板非常适用于投射***内的高光通量和/或高温环境中。对FBAR涂层已有较详细的讨论，如美国专利号7,170,574中所述。
另参见图13b，该图是从透射侧看的子***400的示意视图，延迟补偿板403绕转动轴440倾斜一角度θpt。图中转动轴440与X轴(如相对面板的长端)成角445(如75°左右)。这种倾斜式几何特征可以采用符号(φ，θpt)描述，其中第一个值φ描述板倾方位角(0至360°范围)，第二个值θ描述板倾极角(＞0°)。例如，如果板倾角θpt等于10°而板倾方位角为-15°，则此倾斜几何特征被定义为(-15°，10°)。另一种定义此倾斜式几何特征的方式为：假设延迟补偿板403沿-15°板倾方位平面以10°倾角安装。由于逆时针板转动所绕的转动轴被定义为板倾方位角加90°，板倾方位角为-15°即对应于转动轴位于75°。通常，转动轴440将位于观看方位平面的相邻象限内，在该平面内，TN面板经法向入射点会呈现最大的延迟斜率量(即具有很大的线性延迟不对称性)。在图8所示的实验TN延迟结果中，该不对称平面对应于-45°方位。因此，名义转动轴以+45°方向取向，使得当延迟器倾斜时，由TPR获得的延迟也会呈现与沿-45°方位的面板相匹配的不对称。TPR的慢轴沿此不对称板取向，并非沿TN面板中的快轴取向。
如上所述，当TPR和TN90xLCD面板的延迟幅度大致相同时，TPR 403的面内慢轴450取向近似垂直于TN90xLCD面板404的面内慢轴430(如在方位上)。在更普遍的情况下，TPR元件的净延迟做得更大些，以考虑面板延迟容差，并且采用时钟转动来优化对比度性能(即时钟转动轴垂直于倾斜板)。在此情况下，笛卡尔延迟器元件的转动轴和/或慢轴可能分别偏离垂直或平行于板倾方位平面的方向。例如，如图13b所示，转动轴440与X轴约成逆时针75°角，而笛卡尔延迟器的慢轴450则与X轴约成逆时针110°角。对于O-板笛卡尔延迟器元件，慢轴指的是光轴与+Z轴极角为锐角的方位平面。图13c中给出了转动轴和笛卡尔延迟器慢轴一般取向的三维透视图。请注意，在板倾斜之后，转动轴保持与面板X-Y平面平行。笛卡尔延迟器的取向为：与***X轴成极倾角411，与***Y轴成极倾角412。
再次参见图13a，TPR 403的SA由倾斜O-板延迟器406的SA 450和倾斜-C-板延迟器407a、407b的SA决定。请注意，当补偿器倾斜时，-C-板组件的慢轴取向与转动轴平行(如成角445)。因此，对于O-板元件任何一侧有2个-C-板元件的TPR，锥心处的光线会接受一个合成效应：第一慢轴取440方向，第二慢轴取450方向，而第三慢轴取440方向。通常，O-板延迟器406在小板倾角下获得的正延迟效应要大于相同板倾角下-C-板延迟器407a、407b的负延迟效应。因此，当O-板SA取向近似沿板倾方位平面且O-板的相对延迟幅度大于-C-板延迟器时，锥心光线的TPR有效SA取向近似沿板倾方位，即使负C-板延迟器减小O-板延迟效应也如此。
在工作中，安置TN xLCD面板404以使具备极限位置470和471和半锥角θh 475的入射光锥的中心光线461为法向入射。安置斜板延迟器(TPR)403以使光锥的中心光线461以板倾角θpt 410所决定的入射角(AOI)θi 460击中-C-板407a。在稍作横向转换之后，锥中心光线461将从TPR 403和TN xLCD 404中射出，成为光线462。
光锥上半部分的会聚光线(如470)会经历比法向入射光线大的补偿器延迟(如由O-板产生较大的净延迟)。此外，光锥上半部分的会聚光线(如470)也会经历比法向入射光线大的面板净延迟(包括延迟符号，如由面板的面内和面外延迟引起)。为了说明这种情况，事实上一维光锥内的所有光线均已进行充分补偿，延迟补偿板403已采用单层单轴O-板延迟器和单层单轴-C-板延迟器(如采用由两个-C-板延迟器407a、407b呈现的相同的-C-板延迟)来近似计算补偿效率。
表1给出了对一个延迟补偿器计算出的面内延迟和C-板延迟，该延迟补偿器具有与-C-板延迟器耦合的单层单轴O-板延迟器，-C-板延迟器倾斜且以SA平面延迟分布配置，以匹配TN xLCD的FA平面延迟分布。模拟波长为520nm。O-板在λ＝520nm下的折射率{no，ne}为{1.502，1.655}，而-C-板在λ＝520nm下的折射率{no，ne}为{1.655，1.502}。
根据表1，所需板倾角θpt和所需C-板延迟均作为O-板光率体的面外倾角θt的函数来变化。图14示出了这些参数的图象。显然，在大于75°的O-板光率体倾角θt下，C-板延迟要求沿渐近线逐渐变大。在小于70°的O-板光率体倾角θt下，C-板延迟变化不大，但所需板倾角θpt随O-板光率体(indicatrix)倾角θt的减小持续增大。因此，为了实现板倾角θpt与C-板延迟之间的折衷，并生成与TN xLCD面板FA平面线性延迟分布相匹配的慢轴平面线性延迟分布，O-板光率体倾角θt通常将在30°至75°之间选取，且较可能是在50°至70°之间。
  O-板光率体倾角，θt，[°] 板倾，θpt，[°]   面内延迟，[nm]   C-板延迟，[nm]
  0   11.6   12.6   -558
  10   11.2   12.7   -557
  20   10.6   12.7   -558
  30   9.8   11.7   -567
  40   9.5   13   -567
  50   8.7   13.4   -592
  60   8.1   13.9   -593
  70   7.0   13.6   -650
  72   5.8   12.7   -788
  75   4.8   9.4   -1100
  78   4.2   8.9   -1250
  88   0   2.5   -2350
表1：示出了单层单轴正O-板延迟器的延迟和板倾斜参数，O-板延迟器与-C-板延迟器耦合，该-C-板延迟器的SA平面延迟分布与FA平面TN xLCD延迟分布相匹配。
作为对比度效率的计算示例，对一个延迟补偿器做了建模，其单层单轴O-板延迟器与-C-板延迟器耦合，并沿-45°方位平面(或说是逆时针绕转动轴转动至+45°方位)倾斜约10.3°。这种倾斜板几何特征被表示为(-45°，10.3°)，其中第一个值描述板倾方位角(0至360°范围)，第二个值描述板倾极角(＞0°)。-45°下的板倾方位(PTA)近似垂直于TN xLCD面板的SA平面(如+40.1°)。单层O-板的折射率光率体取向为50°面外倾斜，形成12.6nm的面内延迟。-C-板在λ＝520nm下延迟为-525nm。请注意，12.6nm的面内延迟和10.3°的板倾角与表1中针对50°面外倾角计算的相应值不同，因为此模型采用了折射率{no，ne}为{1.598，1.670}的O-板(如对应于有专利权的液晶聚合物(LCP))。在一种实施方式中由一个或多个介电成双折射AR叠层生成的负C-板已采用折射率为{1.655，1.502}的等效C-板延迟器进行近似。
对于λ＝520nm，约f/2.4的光锥，与-C-板延迟器耦合的单层单轴O-板延迟器的锥光延迟分量如图15所示。左图所示为线性延迟锥光图线；其线性延迟分布与实验TNxLCD面板相似(如参见图8)，只是由光锥中心光线看到的慢轴近似垂直于面板慢轴(如对于TPR为-45°，对于TN90xLCD面板则为+40.1°)。请注意，在本计算示例中倾斜平面选择为-45°，以便按照TPR与实验TN xLCD面板延迟幅度相匹配的要求(如对光锥中心光线的延迟均为2.2nm)，相对面板的慢轴施加近似正交的轴配置。图15中中间的图所示为TPR的慢轴分布。其相对图8所示的实验TN xLCD的慢轴分布有约90°的偏差(如相对于均值40.1°而为均值-45°)。正如根据单层O-板双折射结构所预期的，其单通透射的循环延迟分量可以忽略。这在图15中的右图中示出。
图16所示为一项两级式***的计算，包括TPR和实验TN xLCD面板数据、结果净锥光延迟分量。该图的左、中、右三图分别表示线性延迟、慢轴和循环延迟分布与f/2.4会聚光锥的关系。这三幅图中的阴影灰阶标度与实验TN xLCD面板数据(如图8)和TPR数据(如图15)所用的相应标度类似。根据线性延迟图(左图)，实验TN xLCD面板的残余线性延迟可以由TPR的线性延迟进行充分补偿。实际上，除在180°锥方位附近区域之外，该两级式***在所有光锥角度上均呈现～0nm的净延迟。该两级式***的慢轴分布并非临界，因为净线性延迟接近于0nm。该两级式***的净循环延迟分布与实验TN xLCD面板近似相同，这是因为TPR不产生循环延迟。TN xLCD面板内的循环延迟最终将限制采用建模TPR作为对比度补偿器可实现的最大对比度。在这一对比度计算示例中，实验TN xLCD面板被建模为在λ＝520nm条件下对比度为300∶1，而采用TPR补偿的相同面板则可实现4,100∶1的对比度。可以看到，这一有补偿对比度被光学***基本对比度压低了(如由于正交偏光器漏光等因素)。在实际***基本对比度为6,000∶1的情况下，预期***对比度为2,400∶1。正交偏光器漏光锥光图如图17所示。左图显示了有补偿面板漏光强度结果，采用右图中仅面板漏光强度阴影灰阶标度的1/10作为标度。在有补偿面板漏光图中，第四象限的锥边缘观看角的漏光最为严重，这是面板内剩余无补偿循环延迟的表现。类似地，仅面板的漏光图在第四象限的锥边缘周围也有最严重的漏光，这是残余线性和循环延迟的综合效应所致。
通过上述对比度计算示例，示出了TPR与实验TN xLCD面板的对比度补偿效用。在商用光引擎应用中，TN xLCD和TPR参数可呈现均一性分布。具体而言，面板关状态延迟轴取向随面板而有不同，且还随温度漂移、机械安装应力等变化。TPR具有O-板倾角、面内延迟和C-板延迟幅度的分布。预期主动切换式TN xLCD的延迟变化量(如可达到±30％)大于被动式O-板延迟器的延迟变化量(如最大±5％)。一种旨在包括面板和TPR的整个生成变化量的实用TPR设计包括了提升O-板的面内延迟，使用两者之一或组合来调整TPR的极倾角，绕光学***Z轴转动TPR，绕其沿倾斜平面的器件法向转动(如时钟转动)TPR，以及进行TN xLCD电压/温度控制的非机械手段，以使黑级面板延迟和/或慢/快轴可以符合给定TPR的要求。
作为可供生产的TPR设计的展示，光率体倾角为50°、面内延迟32.0nm的O-板延迟器被耦合至-525nm的负C-板延迟器(两者延迟均以λ＝520nm为参照)。该组合延迟器沿-15°板倾方位角以9°极角倾斜。在此情形下，如图18所示，原始有补偿对比度为16,000∶1，接近图17所示近似正交轴补偿解决方案的对比度的4倍。图18中的左、右图中所示的阴影灰阶标度与图17中的相同。图19中参照f/2.4光锥的坐标示出了32nmTPR沿-15°方位平面倾斜9°极角的锥光延迟分量。O-板延迟器的慢轴已被“时钟转动”-64.0°(在面外倾斜后绕板法向顺时针旋转，并离开板倾方位)。尽管锥光TPR线性延迟与TNxLCD线性延迟分布并不相像，延迟分布及其慢轴分布(如中间的图所示，多数接近±90°)满足超时钟转动(over-clocking)要求。TPR延迟特性与实验TN xLCD延迟的组合可形成如图20所示的两级式延迟特性。可以看出，组合器件的净线性延迟不会趋近0nm，但其组合线性延迟效应会导致双折射轴取向对所有锥角均接***行/垂直于正交偏光器。除对TN xLCD面板内的线性延迟进行补偿之外，该TPR还会减小面板循环延迟。这可由右图中循环延迟相对实验TN xLCD循环延迟减小的情况来显示(如在轴上0.1nm，面板内为0.5nm；循环延迟区间为-5.8～2.3nm，面板内为-11.5～5.1nm)。
由于在整个O-板厚度上慢轴方位角具有均一性，斜板延迟器的结构不会产生任何循环延迟。然而，当采用TPR来补偿TN xLCD面板延迟时，锥光线所经历的TPR延迟再加上面板延迟，将形成非均质延迟器级联。面板的法向入射会产生约+0.5nm的循环延迟。TPR与面板线性延迟的组合也必须产生负循环延迟，以减小残余+0.5nm面板循环延迟。为获得负循环延迟，两个或更多延迟器元件的级联的慢轴取向应以顺时针方向由输入到输出方向扭转(左旋扭转，拇指指向光传播方向，四指旋向慢轴转动方向)。在本例中，TPR的慢轴取向约为-88.2°(也可记为91.8°)，而面板的慢轴取向则约为+40.1°。引发的循环延迟符号为负，两级式***的法向入射循环延迟将减小。类似地，其他所有光锥光线在构成非均质延迟器级联时具有适当的旋向，且f/2.4光锥内的最大正、负面板循环延迟均将得到部分补偿。因此，采用本身不包含循环延迟的斜板延迟器将提供符合上述补偿要求(d)的减小面板循环延迟的方式。
已经制作出若干种延迟补偿器。延迟器装置采用了LCP笛卡尔O-板延迟器与FBAR-C-板元件单片集成的方式。延迟器取向为关于预定转动轴的预定倾角。对比度优化通过将延迟器装置相对其板法向轴线进行时钟转动(即转动)的方式实现。面板开、关状态亮度值由光谱分解检测***采集，并由光适应响应功能加权处理。对比度结果如图21所示。在绿色通道中，TPR将面板对比度由230∶1左右提高到了1050∶1左右。增益系数大于4倍。显然，根据本发明的一种实施方式设计并应用到集成有TN面板的投射***中的延迟补偿器可以实现显著的对比度提升。
在使用TPR时需要考虑负C-板延迟器的波长色散问题。尽管O-板延迟器经常采用材料折射率色散与构成TN xLCD面板的液晶类似的双折射材料(如LCP)配置，-C-板延迟器经常由一个或多个FBAR涂层制成。如上所述，FBAR涂层通常由多个低、高折射率介电薄层交替涂覆而制成。为了实现较大的有效形状双折射，折射率对比(高低折射率之比)通常很高。例如，FBAR涂层经常由钽酸盐和硅石交替层制成。钽酸盐等高折射率材料比液晶面板中的液晶材料色散程度更高。因此，TPR中采用的FBAR涂层可以选择设计为减小C-板延迟色散。
作为一个计算示例，对4种不同的FBAR叠层设计进行了建模。第1种FBAR设计包含重复段30nmH/45nmL，第2种FBAR设计包含重复段20nmH/30nmL，第3种FBAR设计包含重复段15nmH/23nmL，而第4种FBAR设计则包含重复段10nmH/15nmL。在每种情况下，“H”都是指钽酸盐高折射率层，“L”则都是指硅石低折射率层。4种叠层中的每一种都要在λ＝520nm下实现-340nm的C-板延迟，以及在460～580nm范围内实现小于0.1％的反射率。在每种情况下，h/l层厚度比大致相同，而交替h/l层的组合厚度会有变化。
计算出的7°板倾角(也是光锥中心光线的入射角)下的延迟图谱如图22所示。4种FBAR叠层的最佳色散性能来自于最薄的重复层(如第4种FBAR设计)。形状双折射理论基于“H”和“L”层厚度均接近0nm的准静态情况。因此，由可感知的“H”和“L”层构成的重复段将比形状双折射理论所提示的更具色散性。在所给的例子中，色散程度最高的“厚”重复层配对在λ＝520nm下的短、长波长边缘处的延迟与名义延迟值相比差距为+19.5/-11.3％。另一方面，色散程度最低的“薄”重复层配对在相应波长点上会得到+8.9％/-6.0％的延迟差距。在实践中，在给定真空沉积工艺可加工量与所需波长带上最佳的对比度补偿之间会存在折衷处理。
除了选择交替H/l层的适当的组合厚度之外，“H”或“L”层厚度比率还将影响C-板延迟色散。例如，如果50nm的配对厚度是在保障良好的加工公差条件下能够实现的最薄的组合层厚度，仍存在若干种可以最大限度减小延迟色散的设计变化形式。
作为一个计算示例，对另外5种不同的FBAR叠层设计进行了建模。第5种FBAR设计包含重复段10nmH/40nmL，第6种FBAR设计包含重复段20nmH/30nmL，第7种FBAR设计包含重复段25nmH/25nmL，第8种FBAR设计包含重复段30nmH/20nmL，而第9种FBAR设计则包含重复段40nmH/10nmL。在每种情况下，“H”都是指钽酸盐高折射率层，“L”则都是指硅石低折射率层。5种叠层中的每一种都要在λ＝520nm下实现名义-340nm的C-板延迟。
7AOI和λ＝520nm条件下的延迟偏差图谱如图23所示。可以发现，重复段内的“H”部分越高，C延迟的色散程度就会变得越大(如第9种设计)。因此，10nmH/40nmL的设计(如第5种设计)是最受欢迎的设计。然而，选择不接近50∶50比例的“H”和“L”配对厚度会减小有效的形状双折射。因此，5个例子中最好和最差色散设计需要明显较多的层来实现相同的C延迟量。注意，此处所说的C延迟量已被计算为λ＝520nm下折射率为{1.655，1.502}的单层单轴负C-板延迟器的等效离轴延迟效应(以及在提供的其他波长下的全折射率色散)。参照合成异常和寻常折射率得出的C延迟量可能与此处所报告的结果有很大差异。
参见图24，图中示出了根据本发明另一种实施方式的延迟补偿器的示意图。延迟补偿器是补偿板503，图中与TN xLCD面板504一前一后，沿包含以法向入射的面板504的FA的观看平面布置(例如面板的FA位于图面内)。补偿板503包括一个置于两个负C-板延迟器507a、507b之间的A-板延迟器506。组合延迟器元件503相对TN xLCD面板504的平面倾斜一个角θpt，以形成所谓的斜板延迟器(TPR)。
A-板延迟器506为双折射元件，其光轴与板/层平面平行(如用于表示各向异性的折射率椭球所示)。当A-板延迟器元件506配置为正单轴元件时，光轴也是慢轴。适用于制作A-板延迟器506的一些材料的例子包括延展箔片延迟器、液晶聚合物和单晶石英。A-板延迟器506还可选择包括支承基底。
每个-C-板延迟器507a、507b均为光轴取向垂直于板/层平面的双折射元件。尽管-C-板通常不会为法向入射光线提供任何净延迟(即法向入射光不受双折射影响)，离轴(即与光轴成一角度)入射的光线会有净延迟，其值正比于入射角。具体而言，净延迟随入射角增大而减小(如与+C-板相反，其净延迟随入射角增大而增大)。-C-板元件507a、507b被耦合至A-板506，使其光轴取向垂直于A-板平面。适用于制作-C-板507a、507b的一些材料的例子包括盘状液晶和盘状双折射聚合复合物。制作-C-板507a、507b的一种特别有吸引力的方法是在A-板506的每一侧涂覆形状双折射抗反射(FBAR)涂层。
如上所述，组合A-板/-C-板延迟器元件503在子***500内相对TN xLCD面板504的平面以角度θpt倾斜。更具体而言，延迟补偿板503相对预定转动轴(未示出，但垂直于图面)倾斜一角度θpt。由于A-板光率体倾角θt约为0°，A-板的板倾角θpt通常大于采用O-板延迟器的笛卡尔延迟器元件的相应板倾角。
在参照图13a和24所述的每种实施方式中，相对无倾斜配置，倾斜A和/或O-板会减小A/O-板笛卡尔延迟器元件的光轴与透射轴(如z轴)之间的夹角。因此，A/O-板的有效面内延迟被减小，引发的关于光锥轴的线性延迟不对称则变得更大，以便与沿同一方位平面的TN面板的线性延迟斜率相匹配。笛卡尔延迟器元件(如A-板或O-板)的净延迟与倾斜-C-板之间的相互影响可以形成有效延迟斜率。沿着一个方位方向，倾斜笛卡尔延迟器元件的净延迟将抵消倾斜-C-板延迟器的净延迟，以实现平坦的延迟分布。沿相反的方位方向(即180°偏转)，光线靠近倾斜笛卡尔延迟器元件的光轴传播，且由倾斜-C-板元件获得较陡的延迟斜率。
换言之，倾斜涂有一个或多个-C-板涂层的A/O-板也可以实现另一种变化形式，该形式可被调整为使延迟补偿器的不对称线性延迟分布与TN xLCD面板处于关状态下的不对称线性延迟分布相匹配或互补。此外，倾斜涂有一个或多个-C-板涂层的A/O-板可使斜板延迟器由近似正交轴的配置绕不平行于透射轴的轴以时钟方式转离，使斜板延迟器至少可以部分抵消面板循环延迟，由此可提高TN xLCD面板对比度。因此，斜板延迟器也可满足上述第4项要求(d)。
如上所述，补偿板倾斜将在线性延迟中引入一个可以与面板线性延迟不对称性相匹配的斜率。具体而言，将补偿板绕转动轴倾斜，该转动轴的选择要实现与液晶面板延迟不对称性相类似的延迟不对称。有利的是，斜板延迟器作为笛卡尔延迟器工作，其慢轴由A-板或O-板设定。当斜板延迟器以时钟方式转离正交轴配置时，线性延迟不对称将与沿同一方位平面的面板线性延迟不对称相匹配，而倾斜A-板或O-板延迟器的面内组件将延迟补偿器的慢轴固定在所需的方向。
有利的是，实现上述面板补偿的组件要少于许多种现有的面板补偿技术。例如，根据若干种现有的补偿技术，TN xLCD面板的补偿由包含第一O-板和第二O-板的补偿结构实现，第一O-板置于液晶层的第一侧上，第二O-板置于液晶层的第二相对侧。在H.Mori，M.Nagai，H.Nakayama，Y.Itoh，K.Kamada，K.Arakawa，以及K.Kawata的标题为“Novel Optical Compensation Method Based upon a Discotic Optical Compensation Filmfor Wide-Viewing-Angle LCDS，”SID 03 Digest 1058-1061(2003)，”(基于宽视角LCDs盘状光学补偿薄膜的新的光学补偿方法，SID 03 Digest 1058-1061(2003))中，这两个O-板由盘状薄膜生成。在T.Bachels，J.Funfschilling，H.Seiberle，M.Schadt，G.Gomez，以及E.Criton的标题为“Novel Photo-aligned LC Polymer Wide View Film for TN Displays，”Eurodisplay 2002，p 183(用于TN显示器的新型光排列液晶聚合物宽视场薄膜，Eurodisplay2002，p 183和J.Chen，K.C.Chang，J.DelPico，H.Seiberle，以及M.Schadt的标题为“Wideviewing angle Photoaligned Plastic Films for TN-LCDS，”SID 99 Digest，p 98-101，1999，”(用于TN-LCDs的宽视角光排列塑料薄膜，SID 99 Digest，p 98-101，1999中，这两个O-板由LCP生成。在上述每一份参考文献中，每个O-板(在后续参考文献中称为倾斜A-板)平行于液晶层平面。根据上述的本发明实施方式，TN xLCD面板的补偿仅由一个补偿器实现(如有单块O-板)，该板与液晶层平面不平行。
当然，上述实施方式仅作为示例提供。具备现有普通技术的人员应可以理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，将采用各种改动、替代配置和/或等效方案。
例如，斜板延迟器不局限于对配置为90°扭转面板、采用左旋(LH)扭转、扭转区间位于第4象限和/或入口/出口液晶指示器平行于X轴和Y轴的TN xLCD面板进行补偿。在一种实施方式中，倾斜延迟补偿器用于提高采用右旋(RH)扭转的TN90单元的对比度。在另一种实施方式中，倾斜延迟补偿器则用于提高入口/出口方位平面置于需要位置的非90°TN单元的对比度。
此外，本发明不局限于将斜板延迟器安置于预偏器与xLCD成像器之间和/或会聚或发散光锥内。但请注意，在会聚/发散成像***中加入任何倾斜板光学元件，可能因板的倾斜引发慧形像差和像散形式的像差。如果斜板延迟器与TN xLCD面板相邻布置，位于输入偏光器与输出检偏镜之间，则由倾斜板导致的像差可能会使光照特性降低(即由于其位于光路上)，但不会损害屏幕的最终图像质量(即因为投射路径不包括斜板延迟器)。还应注意，在低像素分辨率面板(如像素点距为几十微米的720p面板)中，斜板延迟器所引发的像差不会导致可感知的调制传递函数(MTF)失效，也即使倾斜板位于投射路径上。
此外，斜板延迟器并不局限于倾向于在空气中自由入射。例如，在一种实施方式中，斜板延迟器被浸没在一种密度相对较大的各向同性光学介质(如固体或液体)，以使延迟补偿器的入口和/或出口平面基本上与TN xLCD平行(例如，即使A/O-板自身仍相对于透射轴倾斜的情况下)。
在上述每种实施方式中，斜板延迟器被描述为包括夹在两个-C-板之间的倾斜A/O-板。尽管采用两个-C-板有利于均衡O-板延迟器和/或可选的支承基底上的应力，但仅使用一个-C-板和/或采用不同的配置也属于本发明的范围。例如，在一种实施方式中，单一-C-板双折射元件在光传播顺序上安装在笛卡尔延迟器之前或之后，整个补偿器也在光传播顺序上安装在微显示面板之前或之后，且安装方式要缩短面板和补偿器***的循环延迟。而在图25所示的另一种实施方式中，斜板延迟器603包括置于基底609(如透明玻璃基底)第一侧上的第一FBAR涂层叠层607a和置于基底609的第二即相对侧上的第二FBAR涂层叠层607b。在涂有FBAR的基底(如LCP层)的一侧上提供有O-板606。例如，在一种实施方式中，O-板606安装在涂有FBAR的基底的第二侧上。O-板606的相反一侧涂有AR涂层608，用以减小反射。整个补偿板603相对液晶显示器面板604平面倾斜一个以θpt标示的角度。很明显，FBAR叠层607a/607b和O-板606相对于光传播和面板604的这一顺序已示出，并带有建模结果，以提供经过改善的TN xLCD面板604的循环延迟补偿。当然也可采用其他替代配置(如O-板可被沉积在入射一侧涂有FBAR的基底上)。
此外在上述每种实施方式中，斜板延迟器仅采用单一A-板或O-板配置。在其他实施方式中，斜板延迟器采用多层笛卡尔延迟器元件(如多个液晶聚合物层)配置，以实现所需的循环延迟。也可选用多层笛卡尔延迟器元件来实现-C-板功能。
而且在上述每种实施方式中，斜板延迟器被描述为包含单轴双折射材料。可选地，斜板延迟器也可以选用双轴材料。事实上，在实际使用中经常是难以制作真正的单轴层(如某些被视为单轴的液晶聚合物可能有双轴组分)。
请注意，尽管仅示出了一个斜板延迟器用于对比度补偿，但提供多个斜板延迟器仍属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附的权利要求书来限定。

Claims (17)

1.一种液晶显示投射***，包括：
光源；
第一偏光器，其用于接收来自所述光源的光，所述第一偏光器的透射轴被定向以透射具有第一偏振的光；
液晶显示面板，其用于接收经所述第一偏光器透射的光，并对所述透射光进行选择性调制，所述液晶显示面板包括扭曲向列型液晶层；
第二偏光器，其用于接收经所述液晶显示面板透射的光，所述第二偏光器的透射轴取向基本垂直于所述第一偏光器的所述透射轴；以及
补偿板，所述补偿板包括第一双折射元件和第二双折射元件，所述第一双折射元件光轴取向与所述补偿板的法向成第一角，所述第一角大于0°；所述第二双折射元件光轴取向与所述补偿板的法向成第二角，所述第二角基本等于0°，其中所述补偿板相对所述液晶显示面板平面倾斜，以及
其中所述补偿板相对所述液晶显示面板平面倾斜成4.2°到12°之间的一个角度。
2.如权利要求1所述的液晶显示投射***，其中所述第一双折射元件包含正单轴双折射材料。
3.如权利要求2所述的液晶显示投射***，其中所述第一双折射元件包含液晶聚合物。
4.如权利要求1所述的液晶显示投射***，其中所述第二双折射元件包含置于所述第一双折射元件第一侧上的第一形状双折射抗反射涂层。
5.如权利要求4所述的液晶显示投射***，包含置于所述第一双折射元件第二相对侧上的第二形状双折射抗反射涂层。
6.如权利要求1所述的液晶显示投射***，其中所述补偿板包括透明支承基底。
7.如权利要求1所述的液晶显示投射***，其中所述补偿板置于所述第一和第二偏光器之间。
8.如权利要求1所述的液晶显示投射***，其中所述第一角位于15°到60°之间。
9.如权利要求8所述的液晶显示投射***，其中所述第一角位于20°到40°之间。
10.如权利要求1至9中任意一项所述的液晶显示投射***，其中所述扭曲向列型液晶层具有位于第一象限的慢轴，当所述扭曲向列型液晶被驱动为黑状态时，与第二象限相邻的第一象限包括构成所述扭曲向列型液晶的扭转范围的角度区间。
11.如权利要求1至9中任意一项所述的液晶显示投射***，其中所述补偿板相对所述液晶显示面板平面倾斜，以使所述第一双折射元件的光轴与所述扭曲向列型液晶显示面板的平面法向成第三角，所述第一角大于所述第三角。
12.如权利要求1至9中任意一项所述的液晶显示投射***，其中所述补偿板绕转动轴倾斜，对所述转动轴进行选择以对所述液晶显示面板延迟不对称提供补充的延迟不对称。
13.如权利要求1至9中任意一项所述的液晶显示投射***，其中所述补偿板绕平行于所述补偿板法向的轴以时钟转动离开正交轴配置，其中在所述正交轴配置中，所述扭曲向列型液晶层的慢轴和所述补偿板的慢轴配置为正交方位取向。
14.一种提高液晶显示投射***对比度的方法，该方法包括：
提供包括第一双折射元件和第二双折射元件的补偿板，所述第一双折射元件的光轴取向与所述补偿板法向成第一角，所述第二双折射元件的光轴取向与所述补偿板法向成第二角，所述第一角大于0°，所述第二角基本等于0°；以及
安置所述补偿板，使其相对所述液晶显示投射***中的液晶显示面板倾斜，
其中所述液晶显示面板包括扭曲向列型液晶层，以及
其中所述补偿板相对所述液晶显示面板平面倾斜成4.2°到12°之间的一个角度。
15.如权利要求14所述的提高液晶显示投射***对比度的方法，其中安置所述补偿板包括将所述补偿板绕基本平行于所述液晶显示面板慢轴的转动轴倾斜。
16.如权利要求14所述的提高液晶显示投射***对比度的方法，其中安置所述补偿板包括将所述补偿板绕与所述液晶显示面板慢轴位于同一象限内的转动轴倾斜。
17.如权利要求14至16中任何一项所述的提高液晶显示投射***对比度的方法，包括将所述补偿板绕平行于所述补偿板法向的轴转动，以使对比度提高。
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