[发明专利]宽角度光学延迟器

说明书

本申请是1998年2月20日提交的题为“宽角度光学延迟器”的第98810262.5号中国专利申请的分案申请。

背景

本发明一般地涉及光学延迟器，尤其涉及在宽范围入射角上可操作的光学延迟器。

光学延迟器通常用于以某种方式改变通过该延迟器的偏振光的相对相位。光学延迟器尤其适合应用于需要对偏振进行控制的场合。光的偏振一般指将电(或磁)场矢量振动限制在单个平面内。通常认为电磁辐射的偏振方向为电场矢量来回振荡的方向。偏振矢量与光平面内的光束方向是正交的。

偏振光可以假设许多不同形式。在给定点上光束仅在一个方向上振荡的地方，将该光束称为线(或平面)偏振光。振荡的方向就是偏振方向。如果光束具有两个正交的相位变化相差90°的偏振方向，该光束称为椭圆或圆偏振光。圆偏振出现在两个振荡的幅度相等(即电场矢量尖端在圆上移动)时。椭圆偏振出现在两个振荡的幅度不相等(即电场矢量尖端在椭圆上移动)时。相反，非偏振光的正交振荡是随机变化相位差的平均相等。

线偏振光可以通过从非偏振光束去除其电场在单个平面内振荡以外的所有波而获得。例如可以采用光学延迟器将线偏振光转变为圆或椭圆偏振光。当用于控制光的偏振时，通常将延迟器构造成导致1/2和1/4波延迟。通常，采用这种延迟器在偏振光的两个线性分量之间产生所需的相对相位延迟。

光学延迟器的一种典型用途是作为补偿器，用于在入射光中引起相位差，以校正由系统中其它光学元件的机械或光学位移引起的偏振光两个分量之间的相位差。例如，在液晶显示器(LCD)中，液晶单元的双折射可能引起线偏振光变为少许椭圆偏振。采用延迟器将椭圆偏振光返回为线偏振光。将补偿延迟器放置在光路中，对由液晶双折射引起的特定相位差作调谐。

典型光学延迟器是由双折射材料构成的。双折射材料沿延迟器两个正交平面内轴形成一个快光路和一个慢光路。当双折射延迟器的这两个轴以45°与入射光偏振方向对准时，可以采用该延迟器来引起或者补偿两个偏振分量之间的相位差。双折射延迟器的快和慢光路是由沿延迟器平面内轴偏振的光的不同折射率产生的。通过增大两个平面内轴之间的折射率差和/或通过增大延迟器厚度可实现两个偏振轴之间较大的延迟差。因此，通过控制延迟器中双折射材料的厚度和折射率，便能够控制延迟器的光学性能。

除了沿延迟器平面内轴偏振的光的折射率外，在厚度方向偏振的光的折射率也会影响延迟器在特定应用中的性能。例如，LCD显示技术中所采用的补偿器必须对在相对较大角度范围上入射在补偿器上的光提供相对均匀的延迟。已经建议，通过采用对厚度方向偏振的光具有受控的折射率的延迟薄膜，可对LCD显示器获得展宽的的宽视角范围。

目前试图生产具有均匀宽角度性能延迟器的尝试已经证明造价昂贵且难以制造，在获得均匀宽角光学性能方面仅获得有限的成功。对获得均匀宽角度性能的尝试作了变化，例如包括在拉伸时在垂直于拉伸方向的方向上使薄膜收缩、通过拉伸控制从熔化聚合物或聚合物溶液产生的原薄膜在施加电场下的双折射、将在电场下产生的薄膜层叠在传统相位延迟器上等等。这些处理通常是相当复杂和昂贵的，仅获得有限的成功。由于在形成延迟器的双折射部分中所采用的工艺和材料变为更加复杂，将这种材料组装到延迟器中的难度越来越大了。

发明概要

一般地，本发明涉及光学延迟器。在一个实施例中，提供一种光学延迟器，它对在相对较宽入射角范围上入射在延迟器上的光产生均匀的延迟，所述入射角范围从垂直于延迟器平面的角度变化到至少约30°的最大角度。光学延迟器可以包括一块基板和设置在该基板上的丙烯腈基聚合物和弹性体共聚物的混合薄膜。当入射角从法向入射变为以最大角度入射时，延迟幅度的变化小于法向角度入射延迟的约25％。在一个实施例中，最大角度可以大于约60度。当最大角度较小时，延迟的变化也较小。

在另一个实施例中，提供一种丙烯腈基延迟器反射镜。使被延迟器反射镜反射的线偏振光旋转成基本上正交的线性偏振。偏振方向的旋转在延迟器反射镜上相对较宽入射角范围上是相对均匀的。在另一个实施例中，抗反射光学结构包括丙烯腈基延迟器，以改善抗反射结构的离位角度性能。

本发明的上述概要并非希望描述本发明的每一个例举实施例或每一种实施方案。附图和下面给出的详细描述将更具体地例举各种实施例。

附图简述

考虑到以下结合附图所作的对本发明各个实施例的详细描述，将能更全面地理解本发明，附图中：

图1A-1B示出按照本发明一个实施例的延迟器。