[发明专利]单轴延迟器堆栈的广角补偿

说明书

一种复合延迟器，其建立对R_e和R_th的独立控制。这可以通过形成三层复合延迟器来完成，包括一对与单个+A板组合的匹配的‑A板。该+A板通常是MD拉伸膜，其具有特定于应用的面内要求(R_e)的延迟。该对‑A板的光轴交叉，使得R_e＝0，光轴平行于+A板对齐。‑A板的单个延迟值可以在较大的R_e值范围上产生改善的视场性能，这使其成为通用补偿的非常实用的方式。尽管R_th通常与单个延迟器相关联，但是可以将具有不同光轴取向范围的延迟器堆栈视为具有复合(或合成)R_th值(R_th^C)。三层复合延迟器具有这样的实际优势，其使得能够在正交入射偏振变换的宽范围内进行视场补偿。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年7月17日提交的美国临时申请No.62/533,547的优先权，其全部内容通过引用合并于此。

背景技术

经常需要在正交偏振态(SOP)之间转换的光学组件。如今，产品中使用的几乎所有偏振器都会消除或反映线性SOP，因此对于大多数偏振转换场景而言，使线性基准成为现实。通常使用一个或多个线性延迟器来完成这种转换。还经常需要在扩展的波长和入射角范围上保持转换。在一些情况下，可能进一步需要存在单独波长范围，在该单独波长范围上，输入SOP被保留(未转换)。该附加约束主要适用于区分波长带的系统，通常用于滤波、分离/组合或切换目的。透射或反射(双通)配置可能需要偏振变换。

线性延迟器引入的相位差通常取决于波长和入射角。术语“A板”是指线性单轴延迟器，其中光轴(或非寻常轴)包含在延迟器基板或孔的平面中。“正交入射”光被认为是垂直于延迟器基板入射的光。A板延迟器可以从正交入射的偏振光产生两个波，并在它们之间引入相位差。具有消色差(即，波长不敏感)延迟的单个延迟器需要双折射，该双折射随着波长的增加而以抵消相位差的反波长依赖性的方式而增加。尝试实现这种消色差行为的尝试包括使用色散控制的聚合物材料(例如用于宽带四分之一波长延迟器的Teijin聚合物)。另一种方法是使用延迟器膜的堆栈，其产生的偏振变换端点对于一波长范围是通用的。后者可以由相同材料的延迟器膜的堆栈组成，或者在有益时由两种或多种材料的延迟器膜的堆栈组成。延迟器堆栈可被视为有限脉冲响应(FIR)滤波器，其中线性系统理论将时域与频率(或波长)域相关联。在现有技术中描述了这些原理(例如，Robinson，“用于LCD投影的偏振工程(Polarization Engineering for LCD Projection)”)。

延迟器膜通常通过在纵向方向(MD，machine direction)上拉伸铸件或挤出的膜来制造。常规显示材料(例如聚碳酸酯(PC)或环烯烃聚合物(COP))的MD拉伸会产生具有面内延迟R_e＝(n_x-n_y)d的正单轴延迟器，其中n_x是MD上的折射率，n_y是横向方向(TD，或交叉网)上的折射率，d是膜厚度。平均面内折射率的增加在厚度方向上产生了延迟，由下式给出：

其中，n_z是厚度方向上的折射率。对于典型的单轴延迟器，其中n_y＝n_z＝n_o并且n_x＝n_e，厚度方向延迟为R_th＝R_e/2。

在正常情况下，这无关紧要。但是当偏振光学器件无论入射角如何都必须执行相同的功能时，R_th常常是个问题。并且当使用多层堆栈(例如)来产生降低偏振变换的波长灵敏度的脉冲响应时，R_th的累积能够破坏正交入射条件。这可以在受层数限制的R_e脉冲响应的定制程度和与非垂直光线的该脉冲响应的维持之间进行权衡。通常，这种定制涉及在扩展的频谱范围内创建波长稳定的偏振变换。本发明试图使用实际的补偿方案来克服这种权衡。