CN1996120A - 光栅调整延迟器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种由包括至少一层抗反射涂层的形式双折射多层介电膜系制成、并支承在透明基板上的光栅调整延迟器。该形式双折射多层介电膜系包括呈－C－面板光栅形式的轴向非均匀元件和呈A－面板光栅形式的横向非均匀元件。用形成零级亚波长光栅结构的尺寸制造该－C－面板光栅和该A－面板光栅。用抗反射涂层和/或－C－面板光栅和A－面板光栅重叠的段制造该光栅调整延迟器，使得能够根据预期应用独立地修正面内和面外延迟。

Description

光栅调整延迟器

技术领域

[01]本申请一般涉及光延迟器，具体涉及光栅调整延迟器(grating trim retarder)和/或包含该光栅调整延迟器的基于液晶显示器的微显示投影系统。

发明背景

[02]液晶显示器(LCD)被广泛应用于大屏幕电视和监视器的投影显示器。在这些基于LCD的投影系统中，高功率的光束在入射到LCD面板前经由偏振器。LCD面板逐个像素地控制入射光的偏振并将其重新导向相应的偏振器/检偏器，然后其使具有合适偏振的光重新导向至将图像投影到屏幕的投影透镜。

[03]一种特别成功的基于LCD的投影系统是基于WGP的LCoS微显示系统，它使用线栅偏振器(WGP)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。

[04]参考图1，显示了传统的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。作为选择，灯棍7是用于产生线偏振光的偏振转换光管(PCLP)。第一透镜8a将来自灯棍7的光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10。该第一二向色滤光器10从其余光中分离出蓝光，并且引导蓝光经过第二透镜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器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。

[05]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、WGP 14和WGP 13及调整延迟补偿器21a、21b和21c。每个WGP 15、WGP 14和WGP 13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与平行的微丝的方向正交的光，并反射偏振态与这些丝的方向平行的光(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逐个像素地改变线偏振入射光的偏振并将调制后的光反射回相应的WGP 15、WGP 14和WGP 13。因为WGP 15、WGP 14和WGP 13中的每一个都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，WGP 15、WGP 14和WGP 13中的每一个也都作为分光器，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。更具体地，WGP 15、WGP 14和WGP 13中的每一个都将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，并通过投影透镜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更多WGP和/或二向色片状偏振器。

[06]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”是指与圆延迟量相对的线性延迟量。线性延迟是两个正交的折射率差与光学元件的厚度的乘积。线性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非常轴，另一个偏振方向被校准平行于线性延迟器的寻常轴。与之相对的圆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。

[07]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)的折射率和一个面内折射率(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(oblique rays)(也就是非垂直但沿着主S平面和P平面)和斜射光线(skewrays)(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°光线角的小概率情况，没有观测到面内延迟。

[08]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分量和S分量的椭圆偏振光被传输到相应的WGP 15、WGP 14、WGP 13，S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，进而限制了投影系统的对比度。

[09]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的快轴正交方位角排列的方位上。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。

[10]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角方位上，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分别在调整延迟器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被椭圆偏振)。相应的WGP 15、WGP 14、WGP 13和/或可选的消偏器(clean-up polarizer)然后阻挡了输出光，以至于暗状态面板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)良好。

[11]参照单通道光引擎(light engine)的磁心光学器件(core optics)，图2中进一步示出了每个调整延迟器21a-c的工作原理。这些磁心光学器件包括预偏振器30、WGP31、调整延迟器32、垂直排列的向列(VAN)型LCoS面板33，和消偏器(未显示)。在操作中，由前级照明(未示出)发出的非偏振或部分偏振的光穿过预偏振器30以获得P偏振光。该光穿过WGP 31，其偏振消光比得到增强。调整延迟器32预调节入射P偏振光束并产生椭圆输出。理想地，入射在LCoS面板33上(该面板处于暗(关闭)状态中)的偏振光的椭圆率不能由残余的面板延迟实现。反射光在完成通过VAN-LCoS面板33和调整延迟器32的双通道之后，因此仍保留P偏振。通过WGP 31传输的残余P偏振分量被投影回照明系统，并最终被损耗掉。

[12]如上文所述，调整延迟器32理想上提供了在关状态下与相应LCoS面板33的面内延迟匹配的A-面板延迟。然而实际上，由于设备厚度、材料双折射控制和操作漂移(温度，机械应力等)上的制造公差，LCoS面板33和调整延迟器32的A-面板延迟都趋于在每个分量中改变。因此为了确保充分的补偿，通常在调整延迟器32上提供具有比LCoS面板33显示的延迟更高的A-面板延迟。例如，具有10nm A-面板延迟(在550nm波长处)的调整延迟器通常被用来补偿展示2nm A-面板延迟(在550nm波长处)的VAN型LCoS。

[13]如那些本领域的技术人员所知的，相对于上述的标称交叉轴配置，A-面板数值的这种错配需要调整延迟器32的光轴的偏移。换句话说，调整延迟器通过旋转其方位角方向使其远离交叉轴配置而被匹配(clocked-in)。例如，参见J.Chen，M.G.Robinson和G.D.Sharp，“General Methodology for LCoS Panel Compensation(用于LCoS面板补偿的一般方法)，”SID 04，Digest，pp.990-993，2004.图3，该文献示出了LCoS面板的相关方位角方向和调整延迟器慢轴，图示出在相邻的象限中，更高值的调整延迟器如何通过角度φ被“同步(clocked)”远离S偏振面和P偏振面。如上所述，当VAN-LCoS面板的慢轴和快轴平分S和P偏振面时，当LCoS延迟非常小(例如＜＜λ/50)时，对于调整延迟器A-面板延迟达到四分之一波长，超频角(over-clocking angle)φ由下式给出：

$\mathrm{\φ}\≈\frac{{\cos }^{-1}\left(\right[{\mathrm{\Γ}}_a\left(\mathrm{LC}\right)/{\mathrm{\Γ}}_a\left(\mathrm{TR}\right)\left]\right)}{2}$

其中，Г_a(TR)是调整延迟器的A-面板延迟，Г_a(LC)是LCoS的A-面板延迟。因此，当LCoS显示2mm面内延迟，调整延迟器提供约10nm的面内延迟时，超频角约为39°。

[14]除了提供面内延迟，调整延迟器32通常也能提供面外延迟来增加视野。更具体地，调整延迟器通常包括用于补偿面内延迟的A-面板补偿部件和用于补偿面外延迟的展示负双折射的C-面板补偿部件。作为选择，这些全功能A/-C-面板调整延迟器也包括O-面板部件。A-面板是其非常轴平行于面板所在平面取向的双折射光学元件。C-面板是其非常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)的双折射光学元件。O-面板是其非常轴(即它的光轴或c轴)与面板所在平面成斜角取向的双折射光学元件。

[15]用于形成A-面板部件的材料的一些例子包括诸如聚乙烯醇(PVA)膜或聚碳酸酯(PC)膜的单轴拉伸聚合物膜，液晶聚合物(LCP)材料的单轴取向膜，诸如醋酸纤维、双折射晶体和无机薄膜的非倾斜二轴有机薄片。用于形成C-面板部件的一些材料包括圆盘状的液晶(discotic)膜以及以线性光致聚合(LPP)技术取向的液晶聚合物(LCP)。对于后者，胆甾型LCP层必须具有短的螺距(即，比在工作波长范围内的最短波长更短)以及在UV紫外光范围内的反射波峰。所产生的基于LCP/LPP的调整延迟器已经被证实在可靠性、均一性和易于达到延迟方面具有非常多的用途，此外，该调整延迟器还被证实提供了良好的对比度补偿和环境稳定性。

[16]对调整延迟器的关注也日益增多，在该调整延迟器中双折射由衍射元件的布置产生(即，形式双折射)而不是上述的分子双折射。

[17]已知被构造为薄的全息元件(即并非体积全息照相)并具有远大于用于产生衍射输出的光波长的特征尺寸的衍射光栅基本上是偏振灵敏的。根据假设旁轴射线传播的标量衍射理论，在每个第m级处的衍射输出由下式计算得出：

$\sin \left({\mathrm{\θ}}_m\right)=\frac{\mathrm{m\λ}}{\mathrm{\Λ}},$ 以及

$I_m={\left(\frac{2}{\mathrm{m\π}}\right)}^2,$

其中λ是光波长；m是衍射的奇数级；θ是衍射角(假设在空气进出介质中正入射)；Λ是光栅节距。

[18]该强度表达式包括横向的、纯相位二元光栅的隐含假设。换言之，假设该光栅具有基本上垂直于器件法线的调制图案，而且该光栅基本上无损失，并且该调制受到相位编码而不是强度编码的影响。还假设光栅是规则的而不存在像素化和无影区(dead-space)效应。对于具有像素化/无影区(即，非50％占空比方波光栅)以及一般全息图案的情况，可获得更多相关的表达式以预测在每个衍射角处的输出。例如，参见K.L.Tan et al.，“Dynamic holography for optical interconnections.II.Routingholograms with predictable location and intensity of each diffraction order”，J.Opt.Soc.Am.A，18(1)，pp.205-215，2001。

[19]但是，如果横向衍射光栅具有只是用于产生衍射输出的光波长的一部分的特征尺寸，那么只有零级衍射将被反射/透射。所有其它级逐渐消失(即非零级从距光栅平面一定距离之外开始衰减)。目前光栅是偏振相关的。对于一维光栅，分别平行和垂直于光栅矢量的P面(也即TM波)和S面(也即TE波)，复振幅透射/反射具有不同的特性。此外，在正入射处，沿着光栅矢量和正交于光栅矢量的有效折射率的差别不可忽视。目前光栅是具有有效非常折射率和寻常折射率的双折射元件。零级亚波长光栅(ZOG)是形式双折射元件，其中光栅的指数调制(以及因此相位调制)是横向非均匀的(即沿着光栅矢量方向)。矢量衍射计算工具(或者模型分析或精密耦合波分析)需要预测该透射/反射复振幅量。

[20]多年来，例如金属栅偏振器的栅结构元件对于IR波长和微波频率是可获得的。以亚波长特征尺寸制造这些元件的需求是容易满足的，因为这些应用需要电磁(EM)辐射的波长在微米到亚毫米的范围内。最近，在半导体IC(集成电路)技术方面的进步使得可获得这样的光刻技术：使得小于约90nm的晶体管栅极尺寸能够被制造，因此能够提供可见带应用所需(即在约400nm至700nm范围内)的约100nm特征尺寸。

[21]参考图4，示出简单的、一维二元栅结构。横向栅结构100包括三个主要元件：第一材料的第一组平行线110、与第一组线交叉的第二材料的第二组平行线120、其上安装有这两组线的基本上透明的基板130。该基本的表面释放结构可以以商业出售的线栅偏振器(例如，由Moxtek)的形式获得，其中第一组线由蒸发铝(和/或其它介电材料)形成，第二组线是简单的空气隙(例如，当Al层被部分刻蚀时产生的空间)。诸如通常涂敷在基板的第二表面上的抗反射(AR)层的其它光学膜系(optical stack)未示出。光栅结构的电位刻蚀终止层和覆盖层也未示出。

[22]尽管二元(矩形)光栅图案被描述，但是横向非均匀分布(沿x方向)也可以是锯齿状(三角形)、闪耀、正弦、梯形等。每个调制周期都包括沿器件法线方向的两个或多个光程。这一点可通过在同样高度(即同样的物理厚度)产生两种或多种不同的材料或者通过材料和物理层厚度变化的组合得到实现。应当注意的是，尽管理论上这两个材料/区域提供不同的位相延迟，但实际上，由于光无法分辩亚波长节距而产生该平均效果。该光栅器件在右旋XYZ坐标系统中的圆锥形安装架上示出，并具有沿波矢140方向在平面141内的入射电磁辐射。入射面141与包含光栅矢量的平面(即XZ平面)构成方位角146。入射矢量140相对于器件法线方向145在入射极角(AOI)147处倾斜。在显示器应用中，方位角146在0-360°范围内变化，极角147由半锥角给出。在一般应用中，入射EM波的圆锥轴可以与或者不与器件法线一致。

[23]对于金属线栅偏振器，该栅设备传输基本上线性的并平行于光栅矢量(即平行于X轴)的第一偏振，并反射基本上线性的并平行于线方向(即平行于Y轴或垂直于光栅矢量)的第二偏振。对于栅器件，有效介质理论(EMT)被应用于产生近似有效寻常折射率n_o，以及有效非常折射率n_e。零级有效折射率n_o ⁰和n_e ⁰由下式给出：

$n_o^0=\sqrt{f{\left(n_1\right)}^2+(1-f){\left(n_2\right)}^2}$ 以及 $n_e^0=1/\sqrt{f/{\left(n_1\right)}^2+(1-f)/{\left(n_2\right)}^2}$

其中n₁和n₂分别是第一材料和第二材料的折射率；f是第一材料的宽度对光栅周期的占空比。上面的EMT公式可应用于光栅周期接近0宽度的准静态极限。在实际应用中，一组第二级EMT表达式对有效折射率n_o和n_e提供了更好的近似：

$n_o^0=\sqrt{{\left(n_o^0\right)}^2+{\left(\frac{p}{\mathrm{\λ}}\right)}^2\frac{{\mathrm{\π}}^2}{3}{f}^2{(1-f)}^2[{\left(n_1\right)}^2-{\left(n_2\right)}^2{]}^2}$ 以及

$n_e^0=\sqrt{{\left(n_e^0\right)}^2+{\left(\frac{p}{\mathrm{\λ}}\right)}^2\frac{{\mathrm{\π}}^2}{3}{f}^2{(1-f)}^2[1/{\left(n_1\right)}^2-1/{\left(n_2\right)}^2{]}^2{\left(n_o^0\right)}^2{\left(n_e^0\right)}^6}---\left(2\right)$

其中，零极有效折射率n_e ⁰和n_o ⁰用于根据工作波长λ、光栅节距p、和占空比f的信息，进一步限定第二级近似有效折射率n_e ⁰和n_o ⁰。

[24]根据EMT理论，横向非均匀光栅是有效的双折射介质，其包含具有有效折射率n_e、平行于光栅矢量(X轴)取向的e波轴。这一点在图5中由等效器件150显示。具有寻常折射率n_o的o波轴152垂直于具有非常折射率n_e的e波轴153，并位于YZ平面内。该EMT层具有n_e＜n_o的负的双折射。如果层状光栅包含介电栅而不是金属栅，那么二向衰减特性基本上为零，延迟特性基本上为单一(unity)。在这种情况下，产生具有面内延迟的A-面板延迟器。对于这种光栅，延迟为(n_o-n_e)h，其中h是光栅层厚151。该延迟器被称为A-面板延迟器，意指其为具有负双折射的A-面板延迟器。其重要性在于延迟分布对沿着e波面的AOI显示随AOI适度的增加，而不是在正的A-面板元件存在的情况下的微弱的降低。

[25]在US专利No.6,532,111中，Kurtz等人提出由横向非均匀非导电线栅结构形成的介电线栅偏振器，其中刻蚀底座由多层电介质膜系形成。尽管该线栅设备适用于可见波段应用，但是线栅的偏振(二向衰减diattenutation)特性很高，因此，该器件反射性能太强而不能用作调整延迟器。

[26]用于消色差、高量级延迟应用的介电栅光学延迟器已经由Bokor等人提出(即，N.Bokor et al.，“Achromatic phase retarder by slanted illumination of a dielectricgrating with period comparable with the wavelength”，Appl.Opt.40，(13)pp.2076-2080，2001)。但是，由于所提出的器件需要高角度圆锥安装座，对于平行光束应用其意味着对于常规的基于LCD的微显示图像应用是不合适的。此外，-C-面板功能的缺少使得该设备尤其不适于投影对比度补偿。

[27]在US专利No.20050045799中，Deng等人提出由介电栅形成的基本上消色差的光延迟器能够由超分辩光刻方法制得。在图6中所提出的器件200包括安装在刻蚀终止层230顶部并由覆盖层240盖住的横向非均匀光栅210。该光栅包括至少两个面形(profile)211和216，每个面形都可以是多层。通常将结构216设置为“壁”211之间的间距。这些壁是通过刻蚀工艺所剩下的台座。由斜向蒸发镀盖层，因此基本上不会填入壁之间的空间内。光栅210以及其加工所需的层230和240安装在透明基板220上，所产生的器件的外表面涂覆有多层AR膜系250和260。光栅结构210的放大图在图7中描述。光栅210具有层厚度h，壁211和间距216的宽度分别是w₁和w₂。占空比f由下式给出：

f＝w₁/(w₁+w₂)    (3)

而且，EMT表达式(1)和(2)可用于近似有效寻常折射率和非常折射率。这些折射率的差给出有效双折射，该有效双折射是一个负值。尽管Deng等人所提出的光延迟器已经用于包括偏振器、隔离器、AR设计的多种光学应用中，但它通常不适于基于LCD微显示图像应用，特别是投影应用，因为它缺乏-C-面板元件和高交叉偏振反射，后者应归因于高效面内双折射的使用。

[28]在US专利No.5,196,953中，Yeh等人提出形式双折射光延迟器，其中该形式双折射由轴向非均匀结构而不是上述的横向非均匀结构产生。轴向非均匀结构包括具有第一折射率的第一层系，该第一层系与具有第二折射率的第二层系交替。选择第一和第二折射率值以及在第一和第二系中的层厚以使得该结构提供-C-面板功能性。更具体地，产生下面的公式：

|Δn_L|d_L＝|Δn_C|d_C

其中Δn是双折射，d是层厚，下标“L”和“C”分别指在显示面板中可切换的LC层以及介电形式双折射补偿器。在优选实施例中，LC层中的低折射率值n_o和高折射率值n_e和补偿器部分相匹配。不幸地，这个方法极大地限制了此处所使用的介电形式双折射补偿器材料的类型，并需要对材料常数和涂层厚度的精确测量。此外，对于大C值而言，将n_o和n_e限制到LC层的n_o和n_e需要非常厚的涂层。

[29]在US专利No.20050128391A1中，Tan等人披露了一种调整延迟器，其中形式双折射也由轴向非均匀结构产生。更具体地，Tan等人教导提供形式双折射(FB)的轴向非均匀双折射结构容易与一层或多层抗反射(AR)涂层相组合以提供具有-C-面板功能性的FBAR元件。有利地，由于FB展示负的(-C-面板)面外延迟，AR涂层一般展示正的(+C-面板)面外延迟，总反射和净C延迟都被便利地调谐以满足补偿LCoS面板和/或在投影系统中所使用的其它偏振灵敏器件的必须条件。

[30]参考图8，FBAR调整延迟器300包括A-面板元件310和-C-面板元件350，两者都安装在透明基板390上。A-面板元件一般包括具有折射率匹配层和/或加工所需的层321和322的分子双折射层320。-C-面板元件包括展示轴向取向的形式双折射的交替折射率多层膜系360。类似地，-C-面板元件350可包括折射率匹配层361和362。包括折射率匹配层361和362的整个膜系350有助于总的-C-面板功能性和调整延迟器300的AR性能。

[31]参考图9，轴向非均匀结构360包括交替折射率的多层膜系，该多层膜系具有第一多层370和第二多层380，其中第一多层370的每层都具有第一折射率n₁和第一厚度d₁，第二多层380的每层都具有第二折射率n₂和第二厚度d₂的，第二多层380与第一多层370相交替。占空比由下式给出：

f＝d₁/(d₁+d₂)    (4)

EMT公式、公式(1)和(2)可用于近似双折射特性，尽管基于矩阵的薄膜计算器足以处理轴向非均匀的各向同性薄层，而并非横向均匀各向同性薄层。

[32]-C-面板形式双折射AR可被抽象为负单轴折射率曲线，如图10中的等效器件350所描述。折射率曲线呈圆盘状，e波轴353被平行于z轴取向，o波轴352被垂直于e波轴取向并位于多层膜平面中。

[33]尽管已经显示包括低反射设计的全功能A/-C-面板延迟器以将VAN模式的LCoS显示系统的图像对比度从几百比一增加到几千比一(例如，参见K.Tan et al.，“Designand characterization of a compensator for high contrast LCoS projection systems”，SID 2005，p.1810，2005)，仍然希望提供改善的调整延迟器。

发明内容

[34]本发明涉及包括横向和轴向非均匀结构的光延迟器。特别是，本发明涉及包括A-面板光栅和-C-面板光栅的调整延迟器，A-面板光栅具有沿器件的横向平面的周期性区域，-C-面板光栅具有沿着器件法线的周期性区域。在A-面板光栅中的周期性壁的宽度和在-C-面板光栅中的周期性层的厚度被选为工作波长的分数以提供形式双折射效应。这些零级光栅容易与一层或多层AR涂层相耦合以提供低反射、全功能调整延迟器，该调整延迟器有利于提高基于偏振的微显示图像浏览器的图像对比度。

[35]本发明进一步涉及包括全功能调整延迟器(即，具有横向和轴向非均匀结构)的基于偏振的投影显示系统(例如，具有反射式硅上液晶(LCoS)或透射式液晶显示(xLCD)面板)。在这些投影系统中，全功能调整延迟器一般作为分离元件被包括或者与另一个光学元件集成。例如，对于后者，全功能调整延迟器容易被集成进一个基板或夹住液晶显示单元的两个基板中。

[36]有利地地，该全功能调整延迟器的双折射主要由A-面板和-C-面板光栅产生，这两个光栅都是零级衍射结构(即，横向光栅不产生横向空间滤波，轴向光栅不产生纵模滤波(波长))。换言之，该全功能调整延迟器的双折射主要由基本光学元件的结构(形式)产生。因此，调整延迟器容易由多种材料(例如全无机电介质)制成，并且一般不会由于时间和/或高通量曝光而丧失其双折射。此外，由于双折射主要由结构产生，器件规格通过改变结构容易适应不同的应用/环境，例如，A-面板和-C-面板光栅可被独立修正和/或重叠以提供预期器件规格。

[37]显然，本发明希望提供一种对于在所需AR范围内的任意波长，展示在1nm-400nm之间变化的A-面板延迟以及在0nm至1000nm之间变化的-C-面板延迟的光延迟器。特别是，本发明提供一种对于在所需AR范围内的任意波长，展示在1nm-250nm之间变化的A-面板延迟以及在0nm至-1000nm之间变化的-C-面板延迟的全功能调整延迟器。对于A-面板和-C-面板光栅至少部分重合(coincide)的实施例，A-面板延迟一般更小。

[38]根据本发明的一个方面，提供一种光延迟器，该光延迟器包括：包括具有第一折射率和第一厚度的第一多层以及具有第二折射率和第二厚度的第二多层的轴向非均匀元件，该第一多层与该第二多层交替，选择该第一厚度和第二厚度以及该第一折射率和该第二折射率以形成提供负的面外延迟的零级亚波长光栅结构；包括具有第一折射率和第一宽度的第一多个区域以及具有第二折射率和第二宽度的第二多个区域的横向非均匀元件，该第一多个区域与该第二多个区域交替，选择该第一宽度和该第二宽度以及该第一折射率和该第二折射率以形成提供面内延迟的零级亚波长光栅结构；以及用于支撑该轴向非均匀元件和横向非均匀元件的至少一个基板。

[39]根据本发明的另一个方面，提供一种采用光延迟器以增强在基于液晶显示的投影系统中的系统对比度方法，该方法包括：在投影系统中定位如权利要求1-10中任一权利要求所限定的光延迟器，以使得在该投影系统中的液晶显示面板的残余延迟基本上被补偿。

[40]根据本发明的另一个方面，提供一种基于液晶显示器的投影系统，该投影系统包括：光源；第一偏振器，用于接收来自该光源的光并传输具有第一线偏振轴的第一线偏振光；液晶显示面板，用于光学调制该第一线偏振光，该液晶显示面板具有残余双折射；第二偏振器，用于接收光学调制后的光，并用于传输具有第二线偏振轴的第二线偏振光；投影透镜，用于将该第二线偏振光投射在显示屏上；以及光延迟器，用于补偿该液晶显示面板的残余双折射，该光延迟器如权利要求1-10中任一权利要求所限定。

[41]根据本发明的另一个方面，提供一种光延迟器的制造方法，该方法包括：在基板上沉积交替折射率多层薄膜膜系，该交替折射率多层薄膜膜系提供-C-面板光栅结构；以及将该交替折射率多层薄膜膜系的厚度段刻蚀为交替的横向区域以提供A-面板光栅结构。

[42]对于下面定义的术语，除非在权利要求书中或者在说明书的其它部分给出不同的定义，应当应用这些定义。

[43]术语“相干光学层”应理解为包括具有等于或小于照明波长等级的厚度的薄膜层。

[44]术语“非相干光学层”应理解为包括对于具有远大于照明波长的厚度的薄膜的基板。

[45]术语“相干耦合”应理解为包括不采用非相干光学层的薄膜膜系的级联的多个段。

[46]术语“非相干耦合”应理解为包括由非相干光学层分离的薄膜膜系的级联的多个段。

[47]术语“均匀层”应理解为包括相干光学层，在该光学层中折射率在层的深度和横向尺寸上基本上是均匀的。

[48]术语“非均匀层”应理解为包括相干光学层，在该光学层中折射率在层的深度和/或横向尺寸上基本上是不均匀的。

[49]术语“均匀延迟器”应理解为包括光延迟元件，在该光延迟元件中延迟的面内和面外分量跨越元件的深度均匀分布。

[50]术语“非均匀延迟器”应理解为包括光延迟元件，在该光延迟元件中延迟的面内和面外分量分布在副元件的不同的段上，所有这些不同的段都可非相干或相干耦合。

[51]术语“EMT”应理解为是指有效介质理论，其中周期性的各向同性折射率结构被描述为具有有效寻常折射率和有效不寻常折射率的负的单轴双折射层。

[52]术语“IMM”应理解为是指三维折射率混合模型，其中周期性的薄的各向同性折射率结构被描述为沿x、y、z折射率曲线方向具有有效的主折射率的双轴双折射层。

[53]术语“RCWA”应理解为是指精密耦合波分析，其采用矢量衍射方程来解决衍射结构的边界条件，该衍射结构具有照明波长等级的宽度和深度分布。

[54]术语“A-面板”应理解为包括其C-轴平行于该器件的平面被取向的延迟器元件。

[55]术语“C-面板”应理解为包括其C-轴平行于该器件法向被取向的延迟器元件。

[56]术语“面内”应理解为描述为平行于器件的平面，例如面内双折射、面内延迟、面内延迟器轴等。

[57]术语“面外”应理解为描述为平行于器件法线，例如面外双折射、面外延迟等。

[58]术语“延缓或延迟”应理解为是指两个正交折射率之差与光学元件的厚度的相乘。

[59]术语“面内延迟”应理解为是指两个正交的面内折射率之差与光学元件厚度的乘积。

[60]术语“面外延迟”应理解为是指沿着光学元件厚度方向(z方向)的折射率和一个面内折射率的差与光学元件物理厚度的乘积。或者，该术语可理解为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的平均值的差与光学元件物理厚度的乘积。

[61]术语“双折射”应理解为是指具有多个不同的折射率。

[62]术语“单轴”应理解为是指具有两个不同的折射率(例如，至少nx、ny和nz中的两个基本上相等)。

[63]术语“偏振器”应理解为包括通常称为“检偏器”的器件。

[64]术语“横向非均匀光栅”应理解为包括在平行于器件平面的方向上具有周期性折射率调制(以及位相调制)的结构。

[65]术语“轴向非均匀光栅”应理解为包括在平行于器件法线的方向上具有周期性折射率调制(以及相位调制)的结构。

附图说明

[66]根据下面详细的说明书，结合附图，本发明的更多的特征和优点将变得清楚，其中：

[67]图1是现有技术、基于3-面板线栅偏振器(WGP)的硅上液晶(LCoS)投影光引擎的示意图；

[68]图2示出两次穿过LCoS面板和调整延迟器，线偏振的保持；

[69]图3是LCoS面板和调整延迟器慢轴的相关方位角方位的示意图；

[70]图4示出在圆锥装配台中的一维光栅结构；

[71]图5示出具有负形式双折射的有效A-面板延迟器；

[72]图6是具有横向非均匀形式双折射光栅的光延迟器的示意图；

[73]图7是横向非均匀形式双折射光栅的放大图；

[74]图8是包括轴向非均匀形式双折射光栅的全功能光延迟器的示意图；

[75]图9是轴向非均匀形式双折射光栅的放大图；

[76]图10示出具有负形式双折射的有效负C-面板延迟器；

[77]图11是根据本发明一个实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图；包括在基板的相对侧上的横向非均匀(A-面板)和轴向非均匀(-C-面板)形式双折射元件的非均匀级联；

[78]图12示出A-面板形式双折射元件的模块化的双光程调制；

[79]图13示出用于可见带应用的模块化的最小光栅节距长度；

[80]图14示出GSolver计算的用于一些模块化的二元电介质/空气光栅延迟器的有效面内延迟；

[81]图15是根据本发明另一个实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图；包括在基板的同一侧上的横向非均匀(A-面板)和轴向非均匀(-C-面板)形式双折射元件的非均匀级联；

[82]图16是根据本发明另一个实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，包括在基板的一侧的横向非均匀(A-面板)和轴向非均匀(-C-面板)形式双折射元件与在基板的另一侧上的轴向非均匀(-C-面板)形式双折射元件的非均匀级联；

[83]图17是根据本发明另一个实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，包括与轴向非均匀(-C-面板)形式双折射元件位于同一位置的横向非均匀(A-面板)形式双折射元件，两者都位于基板的同一侧；

[84]图18是根据本发明另一个实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，其是指刻蚀的FBAR，包括与轴向非均匀(-C-面板)形式双折射元件位于同一位置的横向非均匀(A-面板)形式双折射元件，两者都位于基板的同一侧；

[85]图19示出沿类似于图18所示的刻蚀FBAR涂层的有效慢轴(底部)和有效快轴(顶部)的净延迟分布，并被模型化以提供20％的占空比、130nm的高度以及200nm的周期。

[86]图20示出以在λ＝550nm处的-250nm的标称-C-延迟设计的、采用GSolver(底部虚线)计算并作为EMT延迟(顶部“o”线)的刻蚀的FBAR涂层的A-面板延迟；

[87]图21a示出刻蚀FBAR调整延迟器和VAN模式LCoS面板的级联的补偿泄漏强度，更具体地，示出相对于视角的双通道前向泄漏；

[88]图21b示出刻蚀FBAR调整延迟器和VAN模式LCoS面板的级联的补偿泄漏强度，更具体地，示出单独相对于视角的调整延迟器的背反射泄漏；

[89]图22a是示出刻蚀FBAR相对视角的双通道净延迟的线性延迟图；

[90]图22b是示出具有2/250nm A/-C-面板延迟的VAN模式LCoS型的双通道净延迟的线性延迟图；

[91]图23a是示出二步刻蚀的FBAR/BBAR和VAN模式LCoS面板的双通道残余延迟分量的线性延迟图(即，显示系统净延迟)；

[92]图23b示出二步刻蚀的FBAR/BBAR和VAN模式LCoS面板的慢轴方位；

[93]图24是根据本发明的另一个实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，当上部交替的膜系是宽带AR涂层时其被称为刻蚀BBAR；

[94]图25示出采用GSolver(虚线)计算并作为EMT延迟(“o”线)的刻蚀BBAR涂层的A-面板延迟，其中SiO₂/空气介电栅的占空比为20％、高度为130nm、周期为200nm；

[95]图26a示出刻蚀BBAR/FBAR调整延迟器和VAN模式LCoS面板的级联的补偿泄漏强度，更具体地，示出相对视角的双通道前向泄漏；

[96]图26b示出刻蚀BBAR/FBAR调整延迟器和VAN模式LCoS面板的级联的补偿泄漏强度，更具体地，示出单独相对视角的背反射泄漏；

[97]图27示出采用GSolver(虚线)计算并作为EMT延迟(“o”线)的刻蚀BBAR涂层的A-面板延迟，其中SiO₂/空气介电栅的占空比为50％、高度为65nm、周期为200nm；

[98]图28a示出刻蚀BBAR/FBAR调整延迟器和VAN模式LCoS面板的级联的补偿泄漏强度，更具体地，示出相对视角的双通道前向泄漏；

[99]图28b示出刻蚀BBAR/FBAR调整延迟器和VAN模式LCoS面板的级联的补偿泄漏强度，更具体地，示出单独相对视角的背反射泄漏；

[100]图29示出具有占空比为20％、高度为130nm、周期为200nm的SiO₂/空气介电栅的刻蚀BBAR的正入射反射谱，该图包括穿透(Rpp和Rss)反射谱和交叉偏振(Pps和Rsp)反射谱；

[101]图30示出具有占空比为50％、高度为65nm、周期为200nm的SiO₂/空气介电栅的刻蚀BBAR的正入射反射谱，该图包括穿透(Rpp和Rss)反射谱和交叉偏振(Rps和Rsp)反射谱；

[102]图31示出在给定占空比处以SiO₂和空气作为组分材料的二元光栅的EMT折射率(顶部)和双折射(底部)；

[103]图32示出采用GSolver(虚线)计算并作为EMT延迟(“o”线)的刻蚀BBAR涂层的A-面板延迟，其中SiO₂/Al₂O₃介电栅的占空比为50％，高度为610nm，周期为200nm；

[104]图33示出具有占空比为50％，高度为610nm，周期为200nm的SiO₂/Al₂O₃介电栅的刻蚀BBAR的正入射反射谱，该图包括穿透(Rpp和Rss)反射谱和交叉偏振(Rps和Rsp)反射谱；

[105]图34a示出刻蚀SiO₂/Al₂O₃ BBAR/FBAR调整延迟器和VAN模式LCoS面板的级联的补偿泄漏强度，更具体地，示出相对视角的双通道前向泄漏；

[106]图34b示出刻蚀SiO₂/Al₂O₃ BBAR/FBAR调整延迟器和VAN模式LCoS面板的级联的补偿泄漏强度，更具体地，示出单独相对视角的TR的背反射泄漏；

[107]图35示出根据本发明另一实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，该延迟器包括在薄片状结构中的横向非均匀(A-面板)和轴向非均匀(-C-面板)形式双折射元件的非均匀级联，在分离的基板上涂敷每个双折射元件；

[108]图36示出根据本发明另一实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，其中该光栅延迟器被集成进LCoS面板的覆盖玻璃中，并且其中该光栅延迟器具有横向(A-面板)和轴向(-C-面板)形式双折射元件的非均匀(但相干)级联；

[109]图37示出根据本发明另一实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，其中该光栅延迟器被集成进LCoS面板的覆盖玻璃中，并且其中该光栅延迟器具有横向非均匀(A-面板)与占同一位置的轴向非均匀(-C-面板)形式双折射元件的非均匀级联；

[110]图38示出在45°入射角处由10对重复的30nm的高折射率材料和50nm的低折射率材料单元制成的涂层膜系的计算得到的透射率和透射延迟；

[111]图39是在刻蚀终端上的刻蚀的二元光栅示意图；

[112]图40是刻蚀基板的示意图；

[113]图41示出安装在浮法硼硅玻璃(Borofloat)基板上、由50％浮法硼硅(Borofloat)玻璃和50％空气制成的薄二元光栅的模拟有效面内双折射。

[114]图42是有效形式双折射层的书摞(book-stack)模型的示意图；

[115]图43是A-面板光栅的3D形式双折射模型的示意图；

[116]图44是薄光栅的有效双轴A-面板的示意图；

[117]图45a示出在浮法硼硅玻璃(Borofloat)基板上的拟合40nm浮法硼硅玻璃(Borofloat)/空气薄光栅的透射谱；

[118]图45b示出在浮法硼硅玻璃(Borofloat)基板上的拟合40nm浮法硼硅玻璃(Borofloat)/空气薄光栅的反射；

[119]图45c示出在浮法硼硅玻璃(Borofloat)基板上的拟合40nm浮法硼硅玻璃(Borofloat)/空气薄光栅的透射线性延迟；

[120]图45d示出在浮法硼硅玻璃(Borofloat)基板上的拟合40nm浮法硼硅玻璃(Borofloat)/空气薄光栅的反射线性延迟；

[121]图46示出对于采用EMT结果和新的IMM等效层的40nm浮法硼硅玻璃(Borofloat)/空气光栅的相对于入射角的透射线性延迟分布；

[122]图47示出根据EMT和IMM模型的二元光栅的面内和面外双折射；

[123]图48是根据本发明一个实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，该延迟器包括涂敷在网纹(textured)表面上的形式双折射膜膜系和应用在第二表面上的第二AR；

[124]图49是根据本发明另一个实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，该延迟器包括涂敷在第一网纹表面上的形式双折射膜膜系和应用在第二表面上的第二形式双折射膜膜系；

[125]图50示出在12°处沿着平行于光栅矢量的平面以非偏振入射的模型化的和测量的总反射；

[126]图51示出沿着快轴平面和慢轴平面(也沿着和垂直于光栅线)的涂层光栅的测量得到的透射延迟分布；

[127]图52(a)示出初始母光栅(seed grating)高度在25nm和50nm之间并采用不同的FBAR设计的一些带涂层的光栅的测量得到的透射延迟谱；

[128]图52(b)示出对应于图52(a)中所示的测量的延迟结果，初始母光栅高度在25nm和50nm之间的一些不带涂层的光栅的测量得到的透射延迟谱；

[129]图53示出红光、绿光和蓝光波段VAN模式LCoS光引擎对比度；

[130]图54是根据本发明另一实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，该全功能光栅调整延迟器包括涂敷在第一网纹表面上的形式双折射膜膜系和应用在第二网纹表面上的第二AR；以及

[131]图55是根据本发明另一实施例的全功能光栅调整延迟器的示意图，该延迟器包括涂敷在形成显示面板的部分覆盖玻璃的第一网纹表面上的形式双折射膜膜系。

[132]应当注意到，在整个附图中，相同元件由相同参考数字表示。

具体实施方式

[133]参考图11，示出根据本发明的一个实施例的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器。该全功能A/-C-面板光栅调整延迟器400包括横向非均匀A-面板光栅元件410和轴向非均匀-C-面板光栅元件450，每个光栅元件都(内在地)连接至透明基板490的相对表面。更具体地，横向非均匀A-面板光栅元件410安装在透明基板490的第一表面上，而轴向非均匀-C-面板光栅元件450安装在透明基板490的第二表面上，该横向非均匀A-面板光栅元件410是光栅抗反射(AR)元件，该轴向非均匀-C-面板光栅元件450是形式双折射抗反射(FBAR)元件。

[134]A-面板光栅AR元件410包括横向光栅420、可选的刻蚀终止膜系421(例如，包括一层或更多层刻蚀终止层)、可选的盖膜系422(例如，包括一层或更多层)和外表面AR膜系423(例如，包括一层或更多层)。横向光栅420包括第一多个区域430，每个区域都具有w₁的第一宽度以及在正入射处的第一总相位延迟，第一多个区域430与第二多个区域440交替，该第二多个区域440的每个都具有w₂的第二宽度以及在正入射处的第二总相位延迟。优选地，第一区域的宽度w₁和第二区域的宽度w₂是工作波长的分数(fraction)以实现形式双折射效应。例如，对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，节距(pitch)在100nm-250nm之间，第一宽度w₁和第二宽度w₂一般在20nm-200nm之间，调制高度h一般在10nm和3μm之间。显然，只是为实例的目的而描述这些参数。根据具体应用而选择其它的波段、占空比和/或节距。例如，提供约400nm的光栅节距将使得光延迟器能够被用作在780nm-1550nm波段的零级亚波长光栅。在这些情况下，可增加光栅高度以实现预期的从100nm高达约400nm的面内延迟，而不用使得光栅高度与光栅形式宽度相比特别高。对于正入射光，每个调制周期都包括两个或多个不同的光程区域，结果，横向光栅420一般需要两种或多种材料。第一种材料用于第一多个区域430，而第二种材料用于第二多个区域440。在最简单的情况下，第一种材料是固体，第二种材料是空气、另一种气体或真空。此时，第一多个区域430形成多个台基(壁)，第二多个区域440是空气隙以使得横截面视图对应于台基槽周期面形。可替换地，第一和第二种材料都是固体，并被选择以提供在正入射处的第一区域430和第二区域440之间的光程差。当第一和第二种材料都是固体时，可采用上述的刻蚀工艺制造光栅，或者采用暴露在相干UV光束下来制造光栅。通常选择第一和第二种材料以及宽度w₁和w₂以使得该结构形成提供面内形式双折射的一维、零级亚波长光栅。对第一和/或第二种材料而言，合适的固体材料包括有机和无机电介质。例如，常用的介电薄膜涂层材料包括诸如的SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌、例如MgF₂的氟化物、硫化物、氮化硅等的金属氧化物。可选地，第一和/或第二材料包括多层膜系(multi-layer stack)。一种制造具有多层膜填充的槽的A-面板光栅的方法包括刻蚀出这些槽以提供衍射图案、在图案化的基板上沉积保形的多层膜、并抛光整个膜以提供所需结构。多层膜台基的使用使得总的A-面板延迟色散面形被修正(例如，在宽波带上消色差的)。

[135]尽管横向光栅420的横截面视图被示为具有二元(矩形)图案，其它衍射面形也包含在本发明的范围之内。例如，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦或梯形光栅图案。可选地，在同一个A-面板光栅中采用两个或多个面形。

[136]类似地，尽管横向光栅结构420被描述为一维光栅结构，而具有明确的包含有效面内延迟器的慢轴和快轴的正交方位角方向的二维光栅结构也在本发明的范围之内。面内延迟由沿着两个正交方位角方向(例如90°相交的A-面板光栅)的面内延迟值的差给出。对于任意的二维A-面板光栅，在非90°光栅矢量偏移处，能够确定沿一对快/慢轴的净A-面板延迟。如果多个A-面板光栅(一维或二维光栅)分布在多个厚度部分上，产生三维A-面板光栅。类似地，净面内延迟和快/慢轴能够被确定。

[137]-C-面板FBAR元件450包括折射率交替膜系460、外部折射率匹配块461和内部折射率匹配块462。轴向周期结构460包括第一多层470，每层都具有第一折射率n₁和第一厚度d₁，与第二多层480交替设置，该第二多层480的每层都具有第二折射率n₂和第二厚度d₂。优选地，-C-面板光栅中的第一多层的层厚d₁和第二多层的层厚d₂是工作波长(例如λ＝550nm)的分数以提供一维光栅结构并实现形式双折射效应。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，折射率交替膜系的层厚d₁或d₂一般远大于约1nm并远小于约100nm。显然，层厚d₁或d₂随着占空比和/或波段而改变。例如，尽管对于50％左右的占空比，层厚d₁或d₂一般小于约70nm，但对于接近800nm的狭窄的波长范围，层厚将达到约200nm。当占空比一般在5％-95％之间，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同(例如，占空比接近约50％)，形式双折射通常被最大化。因此，较常见的占空比在20％-80％，或者更常见的在30％-70％。尽管交替膜系460被示为仅两层不同的层材料，但是采用多于两种不同的层材料也在本发明的范围之内。第一和/或第二层的适合的材料包括有机和无机介电质。n₁和n₂之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。例如，包括71对钽和硅层的-C-面板光栅被估计以提供在±12度的射入空气的角度处的约-6.3nm的净延迟，这些钽层和硅层在λ＝550nm处分别具有标称折射率2.20和1.46。

[138]FBAR元件450提供在正入射处可忽略的延迟。在倾斜入射处，FBAR元件450实现其标称-C-面板延迟的分数。FBAR元件450有效地起到C切面单轴双折射元件的作用，其光轴平行于设备法线取向。

[139]在每个-C-面板和A-面板光栅元件中，AR层423、421、461和462都被加在界面处以降低材料界面反射。这些AR涂层起到在折射率突变的界面处的折射率匹配层的作用。AR涂层还提供额外的面外延迟分量，该面外延迟分量在当制造光栅调整延迟器时应当被包括在总延迟和相位差中。可选择的、可包括一层或多层的刻蚀终止膜系421，以及可选择的、可包括一层或多层的盖层(cap-stack)422，对于刻蚀光栅通常是需要的。通常，盖层由斜向蒸镀，因此基本上不会填入壁之间的空间内。玻璃基板490一般是平面平行的玻璃面板基板，其例如为约1mm厚。可替换地，基板由提供机械支撑的其他透明材料制成。

[140]由均匀的、图案化的多层薄膜层制成的A-面板光栅AR元件410和包含折射率交替多层膜系以及相关的折射率匹配层的FBAR元件450都是基本的AR功能块。术语“A-面板光栅”是指产生面内延迟(主要功能)并且在本申请中一般具有负的有效双折射(即，-A-面板元件)的光栅结构。术语“C-面板光栅”是指产生面外延迟并且在本申请中一般具有负的有效双折射(即，-C-面板元件)的光栅结构。可选的，A-面板光栅也产生第二面外延迟。

[141]采用横向光栅(即表面浮雕结构)的A-面板延迟去补偿FBAR膜系的-C-面板延迟有利地提供展示面内和面外延迟的调整延迟器，并因此适用于补偿LCD面板的残余延迟，特别是使用在投影应用中的LCD面板的残余延迟。

[142]此外，由于该全功能A/-C-面板调整延迟器容易完全由各向同性材料(即不需要分子双折射材料)制造，合适的制造材料的范围相当宽并且能够选择适合特殊需求的层材料。例如，为了满足基于偏振的投影系统的高温、高亮度环境(即，高通量)的严格的需求，调整延迟器容易完全由无机介电层制造。有利地，无机介电层的采用也允许选择折射率以提供低反射调整延迟器和/或控制交叉偏振反射比。

[143]全功能C/A面板调整延迟器400可被做成模型。对A-面板光栅的模型计算已经被完成-假设为多个台基(壁)与多个空气隙交替的二元衍射图案。图12中示出A-面板光栅的所需横向光路调制的示意图。在第一光栅区域(台基)中的总相位延迟和第二光栅区域(大气填充的槽)中的总相位延迟之差产生横向光栅(具有Δ(nh)的折射率调制)，其中，这两个区域在同一物理高度h(即大气空间被认为是光学层)处。当该光栅的节距是亚波长时，可获得沿光栅矢量的有效非常折射率和垂直于光栅矢量的有效寻常折射率。这就是形式双折射效应。有效折射率之差产生A-面板延迟。通过考虑二元调制的占空比计算A-面板光栅410的近似有效面内折射率，该二元调制的占空比基于第一调制区域的宽度w₁和第二调制区域的宽度w₂、光栅高度h、并通过使用公式(1)和(3)。

[144]该模型假设二元栅是安装在透明基板上、不具备刻蚀终止层、盖层或其他AR层的氧化铝(即，在λ＝550nm处的折射率为1.65的Al₂O₃)栅。此处所述的模型结果已经由GSolver(由Grating Solver Development Company，Allen，Texas，4.20b版)全矢量RCWA光栅计算器所计算。零级透射和反射的复振幅已经用于延迟计算。氧化铝栅固定在光栅节距的47％处，节距在100nm-500nm之间变化。氧化铝台基的高度固定在170nm。图13示出了对于400nm-700nm(接近波段边缘)的可见波段，零级透射(0T，在上图中)和反射(OR，在下图中)分布对光栅节距长度。在GSolver计算中的残余级是±20，并且已经采用氧化铝和Corning 1737F玻璃基板的全色散数据。显然，在约50∶50的占空比处，光栅长度必须小于约250nm以实现对于从400nm波长或更长开始的整个可见波段应用的零级光栅效应。平行和垂直偏振输入是指平行和垂直于光栅矢量(即分别垂直和平行与线方向)的线性偏振。在给定光栅节距处，对于零级，垂直偏振输入衍射成具有降低的衍射效率的多级，其衍射比平行偏振输入厉害得多。在实际系统应用中，不能保证入射偏振是线性的并平行/垂直于光栅矢量(即包括锥形入射和延迟器的方位角同步)。

[145]参照图14，分别具有53％、47％和53％的占空比的氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、和氧化钽(Ta₂O₅)介电栅的面内延迟计算结果被示出。采用GSolver获得的面内延迟计算-假设介电栅线之间的空气隙，150nm的A-面板光栅节距，170nm的台基高度。在λ＝550nm处的氧化硅、氧化铝和氧化钽的标称折射率分别是1.485、1.66、2.18。已经采用了全色散的氧化硅、氧化铝和氧化钛材料。结果显示介电/空气光栅在λ＝550nm处，对于氧化硅、氧化铝和氧化钛介电/空气栅设备分别产生大约14nm、24nm和67nm的A-面板延迟。这些面内延迟值足够补偿典型的VAN模式和扭曲向列型(TN)LCoS面板。实际上，A-面板延迟器和LCoS面内延迟的不匹配并不理想是因为所产生的调谐曲线(对比度相对方位角旋转)过分敏感。然而，高度有效的面内双折射的使用与高度交叉的偏振反射相关。这些结果清楚地表示介电栅使得A-面板延迟元件具有足够的延迟以补偿典型的LCoS面板残余的面内延迟。

[146]整个对比度增强一般需要面外延迟补偿和整个调整延迟器补偿器元件的低反射。在US专利公开No.20050128391A1中已经公开了对-C-面板光栅的模型计算的实例。通过考虑二元调制的占空比计算并采用公式(1)和(4)计算-C-面板光栅450的近似有效面内/面外折射率，该二元调制的占空比分别基于在折射率交替膜系中的第一和第二多层的层厚d₁和d₂。

[147]参照图15，其示出根据本发明另一实施例的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器。该全功能A/-C-面板光栅调整延迟器500包括A-面板光栅元件510、-C-面板光栅元件530、透明基板540和AR涂层545。更具体地，A-面板光栅元件510和-C-面板光栅元件530相干耦合并设置在透明基板540的第一表面上，而AR涂层545设置在透明基板540的第二表面上。

[148]A-面板光栅元件510包括横向非均匀的、周期折射率调制元件515，该调制元件515上设有可选择的盖层516和外表面AR膜系517。该周期折射率调制元件515包括与第二多个区域525交替的第一多个区域520，其中，分别用于第一区域520和第二区域525的材料和宽度w₁和w₂被选择以使得该结构形成提供面内形式双折射的零级亚波长光栅。例如，在380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，节距在100nm-250nm之间，第一宽度w₁和第二宽度w₂一般在20nm-200nm之间，调制高度h一般在10nm和3μm之间。适用于第一和/或第二种材料的材料的一些例子包括大气、有机电介质、无机电介质，该无机电介质例如可以是金属氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌)、氟化物(例如MgF₂)、硫化物和氮化物(例如氮化硅)。可选地，第一和/或第二材料包括多层膜系。一种包含多层膜系的A-面板光栅的制造方法包括刻蚀出多个槽以提供衍射图案、在图案化的基板上沉积保形的多层膜系、抛光整个膜系以提供所需结构、可选地沉积盖层、并沉积外表面AR膜系。多层膜系的使用有利地使得总的A-面板延迟色散面形被修正(例如，在宽波带上消色差)。尽管周期结构的横截面视图被示为具有二元(矩形)图案，其它衍射面形也包含在本发明的范围之内。例如，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦或梯形光栅图案。可选地，在同一个A-面板光栅中采用两个或多个面形。

[149]-C-面板光栅元件530包括耦合至折射率匹配膜系536和537的轴向非均匀的、折射率呈周期性调制元件535。该轴向周期性元件535包括第一多层，每层都具有第一折射率和第一厚度，与第二多层交替设置，该第二多层的每层都具有第二折射率和第二厚度。选择第一和第二多层中每层的材料和层厚以使得该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最大化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都远大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两层不同的层材料，但是采用多于两种不同的层材料也在本发明的范围之内。第一和/或第二层的适合的材料包括有机和无机介电质。

[150]在每个-C-面板和A-面板光栅元件中，AR层517、537、536和545都被加在界面上以降低材料界面反射。这些AR涂层起到在折射率突变的界面处的折射率匹配层的作用。AR涂层还提供额外的面外延迟分量，该面外延迟分量在当制造光栅调整延迟器时将被包括在总延迟和相位差中。可选择的可包括一层或多层的盖层516，对于介电/大气栅刻蚀光栅通常是需要的。通常，盖层由斜向蒸镀，因此基本上不会填入壁之间的空间内。玻璃基板一般是平面平行的玻璃面板基板，其例如为约1mm厚。可替换地，基板由提供机械支撑的其他透明材料制成。

[151]元件510和530的相干级联形成有利地提供展示面内和面外延迟的补偿元件的总AR膜系，这两个元件都连接至透明基板的一侧，并因此适用于补偿LCD面板的残余延迟，特别是使用在投影应用中的LCD面板的残余延迟。

[152]此外，由于所产生的全功能A/-C-面板调整延迟器容易完全由各向同性材料(即不需要分子双折射材料)制造，合适的制造材料的范围相当宽并且能够选择适合特殊需求的层材料。例如，为了满足基于偏振的投影系统的高温、高亮度环境(即，高通量)的严格的需求，调整延迟器容易完全由无机介电层制造。有利地，无机介电层的采用也使得能够选择折射率以提供低反射调整延迟器和/或控制交叉偏振反射。

[153]参照图16，其示出根据本发明另一实施例的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器。该全功能A/-C-面板光栅调整延迟器550包括位于透明基板590的第一表面上的A-面板光栅元件560、位于A-面板光栅元件560上的第一形式双折射AR膜系580。位于透明基板590的相对的第二表面上的第二形式双折射AR膜系585。更具体地，第一-C-面板光栅元件580相干地结合至A-面板光栅元件560的第一表面，而第二-C-面板光栅元件相干地级联在透明基板590的第二表面上。

[154]A-面板光栅元件560包括横向非均匀的、折射率呈周期性调制元件565、刻蚀终止层566和盖层567，后两者是可选的刻蚀工艺所需的层。该周期折射率调制元件565包括与第二多个区域575交替的第一多个区域570，其中，分别用于第一区域570和第二区域575的宽度(例如w₁和w₂)和材料被选择以使得该结构形成提供面内形式双折射的零级亚波长光栅。例如，在380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，节距在100nm-250nm之间，第一宽度w₁和第二宽度w₂一般在20nm-200nm之间，调制高度h一般在10nm和3μm之间。适用于第一和/或第二材料的材料的一些例子包括空气、有机电介质、无机电介质，该无机电介质例如可以是金属氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌)、氟化物(例如MgF₂)、硫化物和氮化物(例如氮化硅)。可选地，第一和/或第二材料包括多层膜系。一种具有多层膜系填充槽的A-面板光栅的制造方法包括刻蚀出这些槽以提供衍射图案、在图案化的基板上沉积保形的多层膜系、抛光整个膜系以提供所需结构、并沉积任意残余的层/膜系。多层膜系的使用有利地使得总的A-面板延迟色散面形被修正(例如，在宽波带上消色差)。尽管周期结构的横截面视图被示为具有二元(矩形)图案，其它衍射面形也包含在本发明的范围之内。例如，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦或梯形光栅图案。可选地，在同一个A-面板光栅中采用两个或多个面形。

[155]第一-C-面板光栅元件580包括耦合至折射率匹配膜系582和583的折射率交替膜系581。类似的，第二-C-面板光栅元件585包括耦合至折射率匹配膜系587和588的折射率交替膜系586。折射率交替膜系581和586与膜系360类似。更具体地，每个交替膜系581和586都包括第一多层，每层都具有第一折射率和第一厚度，与第二多层交替设置，该第二多层的每层都具有第二折射率和第二厚度。选择第一和第二多层中每层的材料和层厚以使得该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最大化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都远大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两层不同的层材料，但是采用多于两种不同的层材料也在本发明的范围之内。第一和/或第二层的适合的材料包括有机和无机介电质。

[156]在每个-C-面板和A-面板光栅元件中，AR层583、582、588和587都被加在界面上以降低材料界面反射。这些AR涂层起到在折射率突变的界面处的折射率匹配层的作用。AR涂层还提供额外的面外延迟分量，该面外延迟分量在当制造光栅调整延迟器时将被包括在总延迟和相位差中。可选择的刻蚀终止层566和盖层516对于介电/空气栅刻蚀光栅通常是需要的，该刻蚀终止层和盖层可包括一层或多层。通常，盖层由斜向蒸镀，因此基本上不会填入壁之间的空间内。玻璃基板一般是平面平行的玻璃面板基板，其例如为约1mm厚。可替换地，基板由提供机械支撑的其他透明材料制成。

[157]元件560和580的相干级联形成有利地提供展示面内和面外延迟的补偿元件的总AR膜系，这两个元件都连接至透明基板的一侧，并因此适用于补偿LCD面板的残余延迟，特别是使用在投影应用中的LCD面板的残余延迟。元件585的非相干级联提供额外的设计适应性和/或机械稳定性。

[158]此外，由于所产生的全功能C/A调整延迟器容易完全由各向同性材料(即不需要分子双折射材料)制造，合适的制造材料的范围相当宽并且能够选择适合特殊需求的层材料。例如，为了满足基于偏振的投影系统的高温、高亮度环境(即，高通量)的严格的需求，调整延迟器容易完全由无机介电层制造。优选地，无机介电层的采用也使得能够选择折射率以提供低反射调整延迟器和/或控制交叉偏振反射。

[159]显然，尽管第一-C-面板光栅元件580被示为相干地耦合至位于其上表面上的A-面板光栅元件560，也能够将-C-面板光栅元件580相干地耦合至A-面板光栅元件560的下表面以使得其被夹在A-面板光栅元件560和基板590之间。

[160]在参照图11、15和16所述的每个实施例中，都是通过将A-面板光栅和-C-面板光栅形成为分离的元件来制造全功能光栅。可替换地，该全功能光栅被制造以使得A-面板光栅和-C-面板光栅至少部分相重合(即在空间中占有同样的位置)。

[161]参照图17，其示出根据本发明另一个实施例的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器。该全功能A/-C-面板光栅调整延迟器600包括A-面板光栅元件610、-C-面板光栅元件650、透明基板690和AR涂层695。更具体地，A-面板光栅元件610和-C-面板光栅元件650重叠以形成位于透明基板690的第一表面上的均匀元件，而AR涂层695设置在透明基板690的第二表面上。

[162]A-面板光栅元件610包括横向非均匀的、周期折射率调制元件，该调制元件包括第一多个区域620，每个区域都具有w₁的第一宽度以及在正入射处的第一总相位延迟，第一多个区域620与第二多个区域630交替，该第二多个区域630的每个都具有w2的第二宽度以及在正入射处的第二总相位延迟。宽度w₁和w₂被选择以使得该调制元件形成提供面内形式双折射的零级亚波长光栅。例如，在380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，节距在100nm-250nm之间，第一宽度w₁和第二宽度w₂一般在20nm-200nm之间，调制高度h一般在10nm和3μm之间。尽管周期结构的横截面视图被示为具有二元(矩形)图案，其它衍射面形也包含在本发明的范围之内。例如，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦或梯形光栅图案。可选地，在同一个A-面板光栅中采用两个或多个面形。

[163]根据优选实施例，通过刻蚀-C-面板光栅元件650(在设置外表面AR涂层640之前)以形成多个深度为h的槽来形成第一多个区域620和第二多个区域630。槽630一般填充有空气/大气。可替换地，这些槽被填充(例如，以另一种介电材料填充)以降低光栅脊620和光栅槽630的折射率对比度，从而降低集成的A/-C-面板调整延迟器的背反射。

[164]-C-面板光栅元件650包括折射率交替膜系和折射率匹配膜系640和660。折射率交替膜系包括第一多层670，每层都具有第一折射率和第一厚度d₁，与第二多层680交替设置，该第二多层680的每层都具有第二折射率和第二厚度d₂。选择第一多层670和第二多层680中每层的材料和层厚，以使得该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最大化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都远大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两层不同的层材料，但是采用多于两种不同的层材料也在本发明的范围之内。第一和/或第二层的适合的材料包括有机和无机介电质。用于形成介电薄膜层的材料的一些常用的例子包括SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌、MgF₂、硫化物、氮化硅。

[165]AR层640、660和695都被加在界面处以降低材料界面反射。这些AR涂层起到在折射率突变的界面处的折射率匹配层的作用。盖层640可选地也起到保护层的作用。AR涂层提供额外的面外延迟分量，该面外延迟分量在当制造光栅调整延迟器时将被包括在总延迟和相位差中。玻璃基板一般是平面平行的玻璃面板基板，其例如为约1mm厚。可替换地，基板由提供机械支撑的其他透明材料制成。

[166]元件610和650的重叠级联形成有利地提供展示面内和面外延迟的总AR膜系，这两个元件都连接至透明基板的一侧。更具体地，亚波长纵向折射率分布，包括第一多个区域620中的交替层670和680，产生形式双折射-C-面板元件，而亚波长横向折射率分布，包括交替的区域620和630，产生形式双折射A-面板元件。未构图的FBAR膜系提供残余的-C-面板延迟。在VAN模式LCoS光引擎中，LC C-面板延迟经常达到λ₀/2量值。而A-面板元件相对较小地在约λ₀/100，其中λ₀为标称中心波长。结果，A-面板槽一般是微米级厚的分数(假设典型的1.50的介电折射率以及空气二元光栅)而整个FBAR膜系可能是几微米厚。

[167]有利地，该全功能、均匀的A/-C-面板调整延迟器的制造相对简单并需要最小数量的材料。此外，由于所产生的全功能C/A调整延迟器容易全部由各向同性材料(即不需要分子双折射材料)制造，合适的制造材料的范围相当宽并且能够选择层材料以适应特殊需求的。例如，用以满足基于偏振的投影系统的高温、高亮度环境(即，高通量)的严格的需求，调整延迟器容易全部由无机介电制造。有利地，无机介电层的使用也使得能够选择折射率以提供低反射调整延迟器和/或控制交叉偏振反射。

[168]参照图18，其示出根据本发明另一个实施例的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器。该全功能A/-C-面板光栅调整延迟器700包括A-面板光栅元件710、-C-面板光栅元件730、透明基板740和AR涂层745。更具体地，A-面板光栅元件710和-C-面板光栅元件730重叠以形成位于透明基板740的第一表面上的均匀元件，而AR涂层745被设置在透明基板740的第二表面上。

[169]A-面板光栅元件710是横向非均匀的、周期折射率调制元件，该调制元件包括第一多个区域720，每个区域都具有w₁的第一宽度以及在正入射处的第一总位相延迟，第一多个区域720与第二多个区域725交替，该第二多个区域725的每个都具有w₂的第二宽度以及在正入射处的第二总位相延迟。宽度w₁和w₂被选择以使得该调制元件形成提供面内形式双折射的零极亚波长光栅。例如，在380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，节距在100nm-250nm之间，第一宽度w₁和第二宽度w₂一般在20nm-200nm之间，调制高度h一般在10nm和3μm之间。尽管周期结构的横截面视图被示为具有二元(矩形)图案，其它衍射面形也包含在本发明的范围之内。例如，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦或梯形光栅图案。可选地，在同一个A-面板光栅中采用两个或多个面形。

[170]根据优选实施例，通过刻蚀-C-面板光栅元件730(在设置外表面AR涂层737之后)形成多个深度为h的槽来形成第一多个区域720和第二多个区域725。优选地，当设计FBAR膜系的AR特性时将被刻蚀的层的预期有效折射率考虑在内。例如对于一般的FBAR膜系，其中在二种材料组成的、低-高折射率系统中最外层是SiO₂(n＝1.485)。具有50％占空比的SiO₂/空气栅，近似有效非常折射率、寻常折射率和面内双折射是：

n_e＝1.1730，n_o＝1.2659和Δn＝-0.093    (5)

[171]显然，50％占空比的SiO₂/空气电介质栅极的大Δn值提供了在超高性能LCoS光引擎中不希望存在的高的背反射。将第二介电材料填入空气隙以使得总面内双折射降低是可行的，但是，所产生的有效单轴折射率很可能需要附加的AR涂层以将A-面板光栅传递至空气。光栅槽和额外的AR层的填充都增加了成本。可替换地，从50∶50起降低或增加SiO₂/空气栅的占空比。例如，20％SiO₂台基宽度至光栅节距比率给出下面的近似有效单轴特性：

n_e＝1.0596，n_o＝1.1140和Δn＝-0.0544    (5)

由于面内双折射被降低，所产生的调整延迟器对于低反射应用而言更好。

[172]-C-面板光栅元件730是包含交替折射率膜系735和折射率匹配膜系736和737的FBAR元件。交替折射率膜系735由例如与第二多层交替的第一多层构成，该第一多层的每层都具有第一折射率和第一厚度，该第二多层的每层都具有第二折射率和第二厚度。选择第一多层和第二多层中每层的材料和层厚，以使得该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500之间的层，更典型的是50-110之间的层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最大化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都大于约1nm并小于约100nm。尽管所讨论的交替膜系仅具有两层不同的层材料，但是采用多于两种的不同层材料也在本发明的范围之内。用于第一和/或第二层的合适的材料包括有机和无机电介质。用于形成(介电)薄膜层的材料的一些常用的例子包括SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌、MgF₂、硫化物、氮化硅。

[173]AR层737、736和745被加在界面处以减小材料界面反射。这些AR涂层用作在折射率突变的界面处的折射率匹配层。AR涂层提供额外的面外延迟分量，该面外延迟分量在当制造光栅调整延迟器时将被包括在总延迟和位相差中。玻璃基板一般是面平行的玻璃板基板，其例如为约1mm厚。可选择地，基板由提供机械支撑的其他透明材料制成。

[174]元件710和730的重叠级联形成有利地提供展示面内和面外延迟的总AR膜系，这两个元件的重叠级联被耦合到透明基板的一侧。更具体地，包括第一多个区域720中的交替层735的亚波长纵向折射率分布产生形式双折射-C-面板分量，而包括交替的区域720和725的亚波长横向折射率分布产生形式双折射A-面板分量。未图案化的FBAR膜系提供残余的-C-面板延迟。在VAN模式LCoS光引擎中，LC C-面板延迟经常达到λ0/2量值。而A-面板元件相对较小地在约λ₀/100，其中λ0为标称中心波长。结果，A-面板槽一般是微米厚的分数(假设典型的1.50的介电折射率以及空气二元光栅)而整个FBAR膜系可能是几微米厚。

[175]有利地，该全功能、均匀的A/-C-面板调整延迟器的制造相对简单并需要最小数量的材料。此外，由于所产生的全功能C/A调整延迟器容易完全由各向同性材料(即不需要分子双折射材料)制造，合适的制造材料的范围相当宽并且能够选择适合特殊需求的层材料。例如，为了满足基于偏振的投影系统的高温、高亮度环境(即，高通量)的严格的需求，调整延迟器容易全部由无机介电层制造。有利地，无机介电层的使用也使得能够选择折射率以提供低反射调整延迟器和/或控制交叉偏振反射。

[176]图19和20中分别绘出了参考图18所描述的全功能A/-C-面板调整延迟器的离轴和轴上评估结果。目的在于@λ＝550nm-250nm的标称-C-延迟的FBAR设计产生如图19所示的慢轴(SA)平面和快轴平面(FA)净延迟分布。“交叉”是指沿有效慢轴(趋向于负值，以及栅方向)和有效快轴(趋向于正值，以及光栅矢量)的净延迟分布，而细的实线是具有由有效单轴折射率表示的A-面板光栅层的薄膜干涉模拟的结果。在干涉薄膜模型中，最外SiO₂/空气栅由有效介质理论(EMT)有效单轴折射率以20％的占空比表示。除面外延迟之外，这些延迟分布与由GSolver产生的那些延迟分布非常匹配。A-面板光栅具有20％SiO₂占空比、200nm周期宽度和130nm台基高度的完美的矩形调制分布。对于490nm和590nm波段的设计，轴上延迟的误差在所需波段上小于0.5nm，该轴上延迟的误差包括相对于GSolver计算的轴上延迟的EMT层模型。这些误差由图20中的两条曲线中的差异给出。，

[177]全介电光栅调整延迟器已经被定型为锥形照明，该全介电光栅调整延迟器的FBAR涂层的顶层被刻蚀后剩下20％周期份数(peroid fraction)的SiO₂。光栅层由零级EMT折射率表示。这使得能够以4×4矩阵计算程序计算该数值器件。调整延迟器被设计为具有约6.5nm/-220nm A/-C-面板延迟。LCoS由2nm/250nm A/C-延迟表示，该2nm/250nm A/C-延迟由84.5°面外LC指向器倾角给出。该模拟在大气中(f/2.4系统)的具有平行于调整延迟器补偿器和LCoS级(stage)的沿器件法向取向的锥形轴的±12°圆锥上进行。LCoS层在λ＝550nm处分别具有n_o＝1.50和n_e＝1.65的折射率。该调整延迟器补偿VAN-LCoS的面内和面外残余延迟。双通道传输的交叉偏振泄露(通过调整延迟器和LCoS级，此处定义为前向泄露)已经被模拟为小于0.006％，该值在单个波长处的圆锥上平均得出。这给出了17,300∶1的前向对比度。不考虑穿过第一通道中的调整延迟器的光分量，反射泄露(仅调整延迟器，此处定义为反向泄露)将总对比度限定为18,700∶1。此外，光引擎中的其它的光学元件(诸如偏振器、PBS等)决定可获得的最佳基线对比度。对于设计得较好的光引擎，最佳极限对比度可以是10,000∶1。根据锥光镜的前向、反向和基线泄露的相干和，采用刻蚀后的FBAR作为调整延迟器，从交叉轴方位过调约36°，锥光镜系统对比度估计为4,700∶1。图21(a)和图21(b)中分别绘出了前向和反向泄露圆锥。

[178]当调整延迟器从其典型位置被移出，并且面板被处于关闭状态的高品质反射镜和处于打开状态的四分之一波片反射镜的组合所替代时，系统基线对比度是该光学系统的锥形加权的适光对比度。该基线数量测量交叉偏振器和偏振分束器的离轴泄露光。预偏振器和消光偏振器的轴上偏振对比度可从所公布的WGP数据中获得。假设WGP只用作分束器件并且预偏振器和消光偏振器都由二向色片制成，那么入射在调整延迟器上的光的偏振对比度近似由WGP透射偏振对比度和二向色透射片正对比度的乘积：450×1000给出。在返回通道中，WGP反射的偏振对比度明显地变差，对交叉检偏器给出30×1000的轴上偏振对比度。这两个偏振消光比(偏振对比度的倒数)在4×4矩阵模型中被用作输入偏振器和输出偏振器的琼斯(Jones)矢量。系统基线对比度应考虑交叉偏振器的离轴效应。

[179]图22(a)和图22(b)分别示出调整延迟器(TR)和LCoS级的双通道传输延迟图。LCoS器件的慢轴在45°/-135°视平面处被取向。沿着该慢轴平面，由于+C-面板效应，净延迟远离正入射增加。相反，由于-C-面板效应，TR的慢轴平面延迟(沿-9°/171°视平面)的净延迟远离正入射降低，这两幅延迟图的组合以及它们的相关延迟轴图给出非常低的泄露锥形强度。TR和LCoS级的相干组合给出了如图23(a)和图23(b)中所示的系统净延迟和轴方位。投影系统被剩有两倍于在基本上平行于主(即“S”和“P”)平面的延迟轴上的TR延迟。该系统被定型以具有距主平面约1°的平均轴偏移。

[180]参考图24，其示出根据本发明另一实施例的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器。该全功能A/-C-面板光栅调整延迟器750包括A-面板光栅元件760、第一-C-面板光栅元件780、透明基板790、和第二-C-面板光栅元件785。更具体地，A-面板光栅元件760和第一-C-面板光栅元件780重叠以形成位于透明基板790的第一表面上的均匀元件，而第二-C-面板光栅元件785(内在地)连接在透明基板790的第二表面上。

[181]A-面板光栅元件760是横向非均匀的、周期折射率调制元件，该调制元件包括第一多个区域770，每个区域都具有w₁的第一宽度以及在正入射处的第一总相位延迟，第一多个区域770与第二多个区域775交替，该第二多个区域775的每个都具有w₂的第二宽度以及在正入射处的第二总相位延迟。宽度w₁和w₂被选择以使得该调制元件形成提供面内形式双折射的零极亚波长光栅。例如，在380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，节距在100nm-250nm之间，第一宽度w₁和第二宽度w₂一般在20nm-200nm之间，调制高度h一般在10nm和3μm之间。尽管周期结构的横截面视图被示为具有二元(矩形)图案，其它衍射面形也包含在本发明的范围之内。例如，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦或梯形光栅图案。可选地，在同一个A-面板光栅中采用两个或多个面形。

[182]根据优选实施例，通过刻蚀-C-面板光栅元件650(在设置外表面AR涂层783之后)以形成多个深度为h的槽来形成第一多个区域770和第二多个区域775。优选地，当设计FBAR膜系的AR特性时，将刻蚀后的层的预期有效折射率考虑在内。槽775一般填充有空气、其它气体、或者处于真空。可选择地，这些槽填充有其它介电材料以降低总面内双折射。可选地，通过从50∶50降低或增加占空比来降低总面内双折射。

[183]第一-C-面板光栅元件780是包括交替折射率膜系781和折射率匹配膜系782和783的FBAR元件。交替折射率膜系781由例如与第二多层交替的第一多层形成，该第一多层的每层都具有第一折射率和第一厚度，该第二多层的每层都具有第二折射率和第二厚度。

[184]类似的，第二-C-面板光栅元件785是包括交替折射率膜系786和折射率匹配膜系787和788的FBAR元件。交替折射率膜系786由例如与第二多层交替的第一多层形成，该第一多层的每层都具有第一折射率和第一厚度，该第二多层的每层都具有第二折射率和第二厚度。

[185]对第一-C-面板光栅元件780和第二-C-面板光栅元件785的每个，选择第一和第二多层中每层的材料和层厚以使得该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，对第一-C-面板光栅元件780和第二-C-面板光栅元件785的每个，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。对第一-C-面板光栅元件780和第二-C-面板光栅元件785的每个，第一和第二多层的每层的层厚一般都大于约1nm并小于约100nm。占空比一般在5％-95％之间，更典型地在20％-80％之间。尽管所讨论的交替膜系仅具有两层不同的层材料，但是采用多于两种不同的层材料也在本发明的范围之内。第一和/或第二层的适合的材料包括有机和无机介电质。第一-C-面板光栅元件780和第二-C-面板光栅元件785将由相同材料或不同材料制成。用于形成介电薄膜层的材料的一些常用的例子包括SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌、MgF₂、硫化物、氮化硅。

[186]AR层783、782、788和787被加在界面处以降低材料界面反射。这些AR涂层用作在折射率突变的界面处的折射率匹配层。AR涂层提供额外的面外延迟分量，该面外延迟分量在当制造光栅调整延迟器时将被包括在总延迟和位相差中。玻璃基板一般是面平行的玻璃板基板，其例如为约1mm厚。可选择地，基板由提供机械支撑的其他透明材料制成。

[187]元件760和780的重叠级联形成有利地提供展示面内和面外延迟的总AR膜系，这两个元件都连接至透明基板的一侧。更具体地，包括第一多个区域770中的交替层781的亚波长纵向折射率分布产生形式双折射-C-面板元件，而包括交替的区域770和775的亚波长横向折射率分布产生形式双折射A-面板元件。第一-C-面板光栅元件780和第二-C-面板光栅元件785中的未图案化的FBAR膜系提供残余的-C-面板延迟。

[188]有利地，该全功能、均匀的A/-C-面板调整延迟器的制造相对简单并需要最小数量的材料。此外，由于所产生的全功能C/A调整延迟器容易全部由各向同性材料(即不需要分子双折射材料)制造，合适的制造材料的范围相当宽并且能够选择适合特殊需求的层材料。例如，为了满足基于偏振的投影系统的高温、高亮度环境(即，高通量)的严格的需求，调整延迟器容易全部由无机介电层制造。有利地，无机介电层的使用也使得能够选择折射率以提供低反射调整延迟器和/或控制交叉偏振反射。然而，两个非相干耦合的-C-面板元件780和785的提供产生了更大的设计灵活性并/或控制在透明基板790上使用的涂层应力。

[189]根据本发明的另一个实施例，第一-C-面板光栅元件780被普通的宽带AR涂层(BBAR)所取代。此时，A-面板光栅元件760被刻蚀入BBAR涂层并且A-面板光栅元件760和-C-面板光栅元件785非相干耦合。从而产生非均匀A/-C-面板延迟器。

[190]刻蚀后的BBAR膜系780已经用GSolver定型，图25中示出对420nm-700nm波段刻蚀后的BBAR的面内延迟。A-面板光栅具有20％SiO₂占空比、200nm周期宽度和130nm台基高度的完美的矩形调制分布。采用GSolver(虚线)计算的轴向延迟，在非常短的波长处除外。相反，包含EMT层(“o”线)的干涉模型预测具随波长增大的增加面内Δnd的产品。对于在λ＝550nm的标称6.5nm延迟器而言，与GSolver模型相比，干涉模型的延迟在整个可见波段上的误差小于0.7nm。

[191]为了锥形性能，包括在第一玻璃表面上的具有20％SiO₂占空比的刻蚀后的BBAR以及在相对玻璃表面上的合适的FBAR(具有约-220nm C-延迟)的光栅延迟器被定型。A-面板光栅层由其EMT折射率表示。在图26a和26b中分别示出前向和反向交叉偏振泄露强度。在λ＝550nm处，前向对比度达到约22,000∶1而反向对比度为16,700∶1。这些结果与刻蚀后的FBAR光栅延迟器相同。由于在4×4模拟中采用厚的基板(约0.7mm)作为相干光学层，锥光镜的反向泄露示出一些随机误差。系统对比度估计在4,900∶1，系统基线对比度为10,000∶1。

[192]虽然20％SiO₂刻蚀的介电栅延迟器的两个模拟实例都实现了约0.05的面内双折射(130nm的物理光栅厚度以及在λ＝550nm处6.5nm的延迟)，能够以50∶50 SiO₂/空气栅将大的面内Δn的反作用定型。与20％SiO₂/空气栅(公式5)相比，对于50％SiO₂/空气栅，零级EMT模型预测几乎双倍的Δn。在可见波段上正入射处已经以GSolver定型该50％(SiO₂/空气)栅。图27示出对于EMT4×4矩阵(“o”线)模型和GSolver(虚线)模型的轴上延迟。显然，EMT模型明显高估了可实现的面内双折射。光栅层的厚度为65nm。EMT模型预计轴上延迟约为6.5nm，而GSolver模型给出在λ＝550nm处仅约4.7nm的延迟。因此有效面内Δn是-4.7/65或-0.07。

[193]在上升面内Δn处，图28(a)和28(b)中分别示出了对于前向和后向泄露的锥光镜LCoS补偿。光栅延迟器的第一表面在多层AR膜系上具有50％SiO₂/空气栅，光栅延迟器的第二表面是矩形FBAR涂层，提供约-220nm C-延迟。前向对比度是22,700∶1，相当类似于20％刻蚀的BBAR光栅延迟器。但是，当有效面内Δn随着从20％-50％的占空比的增加而从约-0.05增加至约-0.07时，反向对比度近似对分至9,000∶1。作为低反向对比的结果，系统对比度估计在3,900∶1，在20％占空比的SiO₂/空气栅延迟器上退化20％。

[194]在估计所有三个光栅延迟器例子的锥光镜对比度性能方面，假设光栅层由在4×4矩阵干涉计算中的EMT模型表示。该假设大致有效。图29和30中分别示出了20％SiO₂/空气栅延迟器和50％SiO₂/空气栅延迟器的正入射反射谱。更具体地，图29的顶部示出穿过(through)(Rpp和Rss)反射谱，而图29的底部示出交叉偏振(Rsp和Rps)反射谱。类似地，图30的顶部示出穿透(Rpp和Rss)反射谱，而图30的底部示出交叉偏振(Rsp和Rps)反射谱。显然，对于两个占空比，交叉偏振谱完全重叠。GSolver结果以“o”标记绘出，而EMT干涉模型的结果以“.”标记绘出。SiO₂/空气介电栅的占空比为20％，高度为130nm，周期为200nm。显然，衍射模型(以GSolver计算)和4×4矩阵模型(通过以EMT折射率表示薄光栅层来计算)产生详细的反射趋势。根据理想的交叉偏振器，这两个光栅延迟器的交叉偏振泄露在λ＝550nm处分别近似8e^-5和7e^-4。实际上，照明圆锥和非理想交叉偏振器的存在使得这两个光栅延迟器的背反射对比度分别是17,000∶1和9,000∶1。

[195]预期需要有效面内双折射小于-0.02的光栅调整延迟器来实现最高对比度补偿。根据SiO₂和空气栅的二元系统，选择缩小占空比作为降低面内双折射的方式受到限制。图31示出根据EMT模型的有效面内双折射的估算。SiO₂材料在λ＝550nm处的折射率为1.4747。对于具有可与SiO₂相比的折射率的任何介电/空气栅，预期需要小于10％的占空比以获得小于0.02的|Δn|。这必定要在栅周期、栅高度和台基宽度(占空比)之间产生多种协调。为了提高背反射对比度极限(其覆盖总系统对比度性能而不考虑双级补偿效力)，必须从以20％SiO₂/空气栅实现的面内双折射开始进一步降低面内双折射。降低有效EMT双折射的一个方式是用另一种介电材料填充刻蚀后的SiO₂层的沟槽。

[196]以50％的SiO₂(具有1.4747@λ＝550nm的标称折射率λ和Al₂O₃(具有1.6637@λ＝550nm的标称折射率)形成并构成为A-面板光栅的双元材料系统的有效面内双折射为-0.0114。GSolver模型对610nm厚的SiO₂/Al₂O₃介电栅返回～6.8nm的面内延迟，给出有效Δn为-0.0111。图32示出具有该介电栅的BBAR的透射延迟谱。轴上交叉偏振泄露估计在3e^-6，比未填充的20％SiO₂/空气栅高一个数量级。图33示出正入射反射泄露曲线。更具体地，图33的顶部示出穿透(Rpp和Rss)反射谱，而图33的底部示出交叉偏振(Rsp和Rps)反射谱。交叉偏振谱完全重叠。GSolver结果以“ o”标记绘出，而EMT干涉模型的结果以“.”标记绘出。SiO₂/Al₂O₃介电栅的占空比为50％，高度为610nm，周期为200nm。图34(a)和34(b)中示出使用该填充后的栅延迟器和同样的LCoS模型，在圆锥照射下的双级TR/LCoS计算结果。显然，类似于图11中的实施例400，该光栅延迟器具有掩埋在宽带AR膜系中的SiO₂/Al₂O₃介电栅。在λ＝550nm处具有220nmC-延迟的FBAR膜系位于透明基板的第二表面上。前向、反向和总系统对比度估计分别是24,600∶1、165,000∶1和6,800∶1。由于适光加权，基线对比度为10,000∶1的全色光引擎将以近似其绿色信道对比度6,800∶1运转。

[197]参照图35，其示出根据本发明另一实施例的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器。该全功能A/-C-面板光栅调整延迟器800包括位于第一透明基板890上的A-面板光栅元件810、和位于第二透明基板891上的-C-面板光栅元件850，这两个光栅元件都通过胶层895彼此连接。更具体地，A-面板光栅元件810和-C-面板光栅元件850形成层结构。

[198]A-面板光栅元件810包括横向非均匀的、周期折射率调制元件820，刻蚀终止膜系821和可选的外表面AR膜系822耦合在该调制元件上。该周期折射率调制元件820包括与第二多个区域840交替的第一多个区域830，其中选择第一区域830和第二区域840的宽度w₁和w₂及材料以使得该结构形成提供面内形式双折射的零极亚波长光栅。例如，在380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，节距在100nm-250nm之间，第一宽度w₁和第二宽度w₂一般在20nm-200nm之间，调制高度h一般在10nm和3μm之间。适用于第一和/或第二种材料的材料的一些例子包括大气、有机电介质、无机电介质，该无机电介质例如可以是金属氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌)、氟化物(例如MgF₂)、硫化物和氮化物(例如氮化硅)。可选地，第一和/或第二材料包括多层膜系。一种包含多层膜系的A-面板光栅的制造方法包括刻蚀出多个沟槽以提供衍射图案、在图案化后的基板上沉积保形的多层膜系、抛光整个膜系以提供所需结构、可选地沉积覆盖层、并沉积外表面AR膜系。多层膜系的使用有利地使总的A-面板延迟色散面形被修正(例如，在整个波带上消色差)。尽管周期结构的横截面视图被示为具有二元(矩形)图案，其它衍射面形也包含在本发明的范围之内。例如，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦或梯形光栅图案。可选地，在同一个A-面板光栅中使用两个或多个面形。

[199]-C-面板光栅元件850包括连接至折射率匹配膜系861和862的轴向非均匀的、周期折射率调制元件860。该轴向周期性元件860包括第一多层870，每层都具有第一折射率和第一厚度，与第二多层880交替设置，该第二多层的每层都具有第二折射率和第二厚度。选择第一和第二多层中每层的材料和层厚以使该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最小化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两种不同的层材料，但是采用多于两种不同的层材料也在本发明的范围之内。第一和/或第二层的适合的材料包括有机和无机电介质。

[200]在每个-C-面板和A-面板光栅元件中，AR层822、862和861都被加在界面上以降低材料界面反射。这些AR涂层用作在折射率突变的界面处的折射率匹配层。AR涂层还提供额外的面外延迟分量，该面外延迟分量在当制造光栅调整延迟器时将被包括在总延迟和相位差中。一般每个玻璃基板890和891都是面平行的玻璃面板基板，其例如为约1mm厚。可选择地，基板由提供机械支撑的其他透明材料制成。

[201]元件810和850的相干级联形成有利地提供展示面内和面外延迟的补偿元件，并因此适用于补偿LCD面板的残余延迟，特别是在投影应用中采用的LCD面板的残余延迟。此外，由于-C-面板光栅不具有面内延迟轴，所产生的全功能调整延迟器不限于横向取向误差。

[202]由于所产生的全功能C/A调整延迟器容易全部由各向同性材料(即不需要分子双折射材料)制造，合适的制造材料的范围相当宽并且能够选择适合特殊需求的层材料。例如，为了满足基于偏振的投影系统的高温、高亮度环境(即，高通量)的严格的需求，调整延迟器容易全部由无机介电层制造。有利地，无机介电层的使用也使得能够选择折射率以提供低反射调整延迟器和/或控制交叉偏振反射。

[203]在如图2所示的补偿有分离的调整延迟器元件的微显示投影系统中，具有至少两个多余的AR涂敷表面。通过使得调整延迟器组件成为LCoS或xLCD覆盖基板的一部分避免了对这些AR涂层(即，一个在调整延迟器上，一个在显示面板上，彼此面对)的需求。

[204]参照图36，示出包括集成调整延迟器和显示面板覆盖基板的LCoS器件900。A-面板光栅/-C-面板光栅调整延迟器副组件960包括相干耦合至-C-面板光栅元件930的A-面板光栅元件910，两者都设置在透明覆盖基板990的第一表面上。透明覆盖基板990的第二表面与显示器的第二基板995一起形成液晶单元副组件950。该调整延迟器副组件960与被布置在硅背板(基板)995上的顶层金属反射器一起形成LC单元间隙，LC分子955位于该单元间隙中。

[205]A-面板光栅元件910包括横向非均匀的、周期折射率调制元件915，覆盖层膜系916和外表面AR膜系917布置在该调制元件上。该横向光栅元件915包括与第二多个区域925交替的第一多个区域920，其中选择第一区域920和第二区域9250的宽度w₁和w₂和材料以使得该结构形成提供面内形式双折射的零极亚波长光栅。例如，在380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，节距在100nm-250nm之间，第一宽度w₁和第二宽度w₂一般在20nm-200nm之间，调制高度h一般在10nm和3μm之间。适用于第一和/或第二种材料的材料的一些例子包括大气、有机电介质、无机电介质，该无机电介质例如可以是金属氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌)、氟化物(例如MgF₂)、硫化物和氮化物(例如氮化硅)。可选地，第一和/或第二材料包括多层膜系。多层膜系的使用有利地使总的A-面板延迟色散面形被修正(例如，在整个波带上消色差)。尽管周期结构的横截面视图被示为具有二元(矩形)图案，其它衍射面形也包含在本发明的范围之内。例如，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦或梯形光栅图案。可选地，在同一个A-面板光栅中采用两个或多个面形。

[206]-C-面板光栅元件930包括连接至折射率匹配膜系936和937的轴向非均匀的、周期折射率调制元件935。该轴向周期性元件935包括第一多层，每层都具有第一折射率和第一厚度，与第二多层交替设置，该第二多层的每层都具有第二折射率和第二厚度。选择第一和第二多层中每层的材料和层厚以使该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500之间的层，更典型的是约50-110之间的层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最小化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两种不同的层材料，但是采用多于两种不同的层材料也在本发明的范围之内。第一和/或第二层的适合的材料包括有机和无机电介质。[207]在每个-C-面板和A-面板光栅元件中，AR层917、937和936都被加在界面上以降低材料界面反射。这些AR涂层用作在折射率突变的界面处的折射率匹配层。AR涂层还提供额外的面外延迟分量，该面外延迟分量在当制造光栅调整延迟器时将被包括在总延迟和相位差中。

[208]常规地，液晶单元副组件950也包括取向层956和前透明导电电极957，该取向层例如是聚合物层或倾斜蒸镀的无机层，该前透明导电电极例如由氧化铟锡(ITO)制成。在预倾斜角970处以VAN-模型LC取向示出该LCoS显示器。根据图3中的超频(over-clocking)补偿图，相关的LC倾斜面一般不平行于也不垂直于光栅矢量(图26中示为平行)被取向。由于预倾斜和显示器中正单轴LC材料的使用，处于光闭合状态的显示器的残余A/-C-面板延迟由集成调整延迟器补偿器960补偿。

[209]为了提供高产量集成补偿器/显示器，考虑到两个延迟器元件的标称面内延迟幅度，可通过在该器件平面内机械旋转覆盖基板施加(impose)调整延迟器元件960和显示元件950之间的粗略方位角偏移。每个集成补偿器/显示器的独立精调可包括其它的非机械装置，例如将LC倾斜角电压切换至关闭状态以进一步降低总泄露强度。在于2005年10月18日递交的US临时专利申请号60/727,969中公开的更多的非机械精调的内容。应当注意的是，如果ITO层使得所施加的电压的相当部分能够穿过LC层(即，ITO层基本上不与LC层相绝缘)，那么A-面板光栅910和-C-面板光栅930元件被随意地分布至覆盖基板990的两个表面。

[210]参照图37，示出包括集成光栅调整延迟器和显示面板覆盖基板的LCoS器件1000。光栅调整延迟器副组件包括FBAR涂层1030以及通过刻蚀FBAR膜系1030的外表面产生的A-面板光栅1015，FBAR涂层1030在涂层膜上的平行沟槽的任意刻蚀之前起到-C-面板光栅的作用。重叠的A-面板光栅和-C-面板光栅区域(即深度为h的区域1020和1025)提供均匀的A/-C-面板延迟器元件。刻蚀后的FBAR 1030和折射率匹配膜系1036和1037一起被布置在第一透明基板1090的第一表面上。透明覆盖基板1090的第二表面与显示器的第二基板1095一起形成液晶单元副组件1050。刻蚀后的FBAR与被布置在硅背板(基板)1095上的顶层金属反射器一起形成LC单元间隙，LC分子1055位于该单元间隙中。

[211]A-面板光栅1015是横向非均匀的、周期折射率调制元件，该调制元件包括第一多个区域1020，每个区域都具有w₁的第一宽度以及在正入射处的第一总相位延迟，第一多个区域1020与第二多个区域1025交替，该第二多个区域1025的每个都具有w₂的第二宽度以及在正入射处的第二总相位延迟。选择宽度w₁和w₂以使该调制元件形成提供面内形式双折射的零极亚波长光栅。例如，在380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，节距在100nm-250nm之间，第一宽度w₁和第二宽度w₂一般在20nm-200nm之间，调制高度h一般在10nm和3μm之间。尽管周期结构的横截面视图被示为具有二元(矩形)图案，其它衍射面形也包含在本发明的范围之内。例如，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦或梯形光栅图案。可选地，在同一个A-面板光栅中采用两个或多个面形。

[212]根据优选实施例，通过刻蚀-C-面板光栅元件1030(在提供外表面AR涂层1037之前)形成第一多个区域1020和第二多个区域1025以形成多个深度为h的沟槽。沟槽1025一般填充有空气/大气。可选择的，填充(例如，以另一种介电材料)这些沟槽以降低光栅脊1020和光栅沟槽1025的折射率对比度，从而降低集成A/-C-面板调整延迟器的背反射。

[213]-C-面板光栅元件1030包括交替折射率膜系和折射率匹配膜系1037和1036。该交替折射率膜系包括第一多层，每层都具有第一折射率和第一厚度，与第二多层交替设置，该第二多层的每层都具有第二折射率和第二厚度。选择第一和第二多层中每层的材料和层厚以使该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最小化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两种不同的层材料，但是采用多于两种不同的层材料也在本发明的范围之内。第一和/或第二层的适合的材料包括有机和无机电介质。用于形成介电薄膜层的材料的一些常用的例子包括SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌、MgF₂、硫化物、氮化硅。

[214]AR层1037和1036被加在界面上以降低材料界面反射。这些AR涂层用作在折射率突变的界面处的折射率匹配层。覆盖层1037可选地也起到了保护层的作用。AR涂层提供额外的面外延迟分量，该面外延迟分量在当制造光栅调整延迟器时将被包括在总延迟和相位差中。

[215]常规地，液晶单元副组件1050也包括取向层1056和前透明导电电极1057，该取向层例如是聚合物层或倾斜蒸镀的无机层，该前透明导电电极例如由氧化铟锡(ITO)制成。在预倾斜角1070处以VAN-模型LC取向示出该LCoS显示器。根据图3中的覆盖匹配补偿图，相关的LC倾斜面一般不平行于也不垂直于光栅矢量(尽管图37中示为平行)被取向。由于预倾斜和显示器中正单轴LC材料的使用，处于光闭合状态的显示器的残余A/-C-面板延迟由集成调整延迟器补偿器1030补偿。

[216]元件1015和1030的叠加级联形成有利地提供展示面内和面外延迟的补偿元件的总AR膜系，这两个元件都被耦合至透明基板1090的一侧，更具体地，包括第一多个区域1020中的交替层1035的亚波长纵向折射率分布产生形式双折射-C-面板元件，而包括交替的区域1020和1025的亚波长横向折射率分布产生形式双折射A-面板元件。未图案化的FBAR膜系提供残余的-C-面板延迟。

[217]在参照图17、18、24、37所描述的上述实施例中，基于全功能A/-C-面板光栅的调整延迟器包括横向非均匀的A-面板光栅和轴向非均匀的-C-面板光栅，其中制造这些光栅以使其(至少部分)重合(即在空间中占同样的位置)。尽管A-面板光栅和-C-面板光栅的薄膜层被认为是根据光学干涉相干耦合，每个A-面板光栅段和-C-面板光栅段的延迟特性仍旧是不同的并且其特性由其自己的折射率曲线模型所描述。尽管这一点提供了在透明基板的一个或两个表面上构造这两个段的不同选择，并简化了制造工艺，但是对于高性能调制延迟器应用而言，所产生的A-面板光栅的有效面内双折射并不总是最佳的。例如，参见K.Tan et al.，“Design and characterization of a compensator forhigh contrast LCoS projection systems”，SID 2005，p.1810，2005。此外，如果涂敷工艺无法进行真正的保形沉积，常规的薄膜溅射工艺在沉积的涂层下会产生孔隙。定影和缺乏一定角度范围的涂层材料通量(flux)是形成顶盖(roof)结构孔隙的主要原因。

[218]为避免这些问题，可替换地设计织构表面光栅以使涂敷工艺充分地填充光栅沟槽以确保环境和光通量的曝光可靠性，并使得所产生的A-面板延迟分布在更厚的双折射膜系上，从而产生同样包括适量的负C-面板延迟的低双折射延迟器。更具体地，建议采用更有效地填充这些沟槽的涂敷工艺来制造A-面板光栅，同时，基本上复制初始的光栅结构以使A-面板光栅结构延伸入C-面板光栅结构。

[219]前面已经提出光栅复制，其中RF偏置溅射用于通过沉积膜的厚度“自动克隆”母光栅。特别是，已经提出通过在RF溅射沉积和RF溅射刻蚀之间选择适当的平衡，由每个连续对的被涂敷的材料复制稳定的横向光栅图案。例如，参见S.Kawakami et al.，“Mechanism of shape formation of three dimensional peroidic nanostructures by biassputtering”，Appl.Phys.Lett.，74(3)，pp.463-465，1999和/或和T.Sato et al.，“Photoniccrystals for the visible range fabricated by autocloning technique and their applications”，Opt.Quant.Elect.，34 pp.63-70，2002，其中已经证实光延迟器可通过自动复制具有小至180nm的侧向节距(以及周期)的周期性图案的表面制备。沉积的层被构造为高反镜，该高反镜具有中心在长于预定应用波长窗的波长处的第一级反射。根据后一篇文献，一个自动复制延迟器对于每对氧化硅/氧化钽层具有167nm的厚度。重复该周期10次以获得在λ＝400nm处的约0.87π的A-面板延迟(或174nm的延迟)。终止带中心在约λ＝600nm，延迟器意图用在λ＝400nm处。

[220]对LCoS补偿器应用的这些光栅延迟器结构存在几个问题。通过应用第一级反射和更高级的次级反射之间的波长区域，得到正的面外延迟补偿。此外，这种设计的有效面内双折射对于低反射补偿器应用而言太大。在～174nm的延迟处，有效Δn约为0.1，每个有效Δn都以约10个周期的167nm实现。显然，对于在UV/可见波段的应用而言，这些文献没有公开是否自动复制方法能够提供沿着横向平面和器件法线的零级光栅。

[221]基板/(LH)^10/大气的高反镜设计作为可由涂敷有介电薄膜的板实现的延迟的一个例子，其中L是诸如氧化硅的低折射率材料，H是诸如氧化钽的高折射率材料，二者在可见波长带上都足够透明。这些层的尺寸被设计为在中心波长处(即，是在λ₀＝300nm处的四分之一波长)产生四分之一波长光学厚度。所产生的L和H厚度分别约为50nm和30nm。图38示出在45°入射角处10对重复的50nm氧化硅和30nm氧化钽对的计算得到的透射率和透射延迟。第一级反射标记为395。在长于第一级反射波段396的波长处，得到高透射通过量和负的透射延迟。如果在非正入射处P偏振光经受的延迟大于S偏振光，延迟的符号为正，而如果在非正入射处P偏振光经受的延迟小于S偏振光，延迟的符号为负。对于短于第一级反射但长于下一个更高级反射397的波长，延迟是正的。应当注意的是该电介质涂敷的面板只产生+C/-C-面板延迟。对于正入射光，净延迟为零。在于2006年6月2日递交的US临时专利申请60/803,735中公开了涂敷有薄膜的C-面板延迟的更多具体内容。

[222]为了降低干涉效果，轴向光栅应当构造为零级光栅，并且成对的高/低折射率层应当远远薄于预计的工作波长。在这种情况下，提供负的面外延迟。通过在“母”光栅(即，初始表面释放结构)上应用这种薄膜涂层，同样获得低面内双折射。更具体地，通过一系列分布在涂层膜系上的未调制的涂层介电层提供面内延迟。

[223]图39和40示出初始刻蚀的，预涂敷的“母”光栅的一些例子。参照图39，母光栅1400包括非网纹基板1490、沉积在该非网纹基板1490上的刻蚀终止层1421以及沉积在刻蚀终止层1421上的电介质。例如采用光刻以及刻蚀或剥离工艺将该电介质图案化以形成二元光栅1420，该二元光栅包括与具有第二宽度1441的第二光栅槽1440交替设置的具有第一宽度1431的多个第一光栅台基1430。优选地，该第一和第二宽度是亚波长尺寸。该A-面板光栅1420的高度是1427，适于连续电介质涂覆沉积。制成光栅台基1430的电介质材料与光栅基板1490的材料不同。

[224]参照图40，示出实现母光栅1405的另一种方法。母光栅1405被直接刻蚀入基板1495，具有或不具有剥离图案的光致抗蚀剂。母光栅包括二元光栅元件1425，该二元光栅包括具有第二宽度1446的第二光栅槽1445交替设置的具有第一宽度1436的多个第一光栅台基1435。该A-面板光栅1425的高度是1427，适于连续电介质涂覆沉积。制成光栅台基1435的电介质材料与光栅基板1495的材料相同。

[225]根据零级EMT公式(1)，通过在母光栅上的周期性亚波长二元调制获得形式双折射A-面板。该光栅的占空比由公式(3)给出。作为一个例子，具有折射率为1.46的台基以及50∶50空间比的空气沟槽的光栅给出0.0846的有效面内双折射：

$n_o^0=1.2513,$ $n_e^0=1.1680,$ $\mathrm{\Δ}{n}^0=n_e^0-n_o^0=-0.0846---\left(5\right)$

[226]如图5中所示，有效单轴折射率曲线是圆盘状的，具有负的双折射。对于高度为h的非常薄的光栅层，h＜＜λ，其中λ是工作波长，公式(1)中的零级EMT和公式(2)中的二级EMT无法精确地预测有效折射率和有效双折射，该零级和二级EMT包括诸如光栅间距p和工作波长λ的附加参数。可以预料到其它二级EMT公式(例如，参见C.W.Haggans et al.，“Effective-medium theory of zeroth order lamellar gratings inconical mountings”，J.Opt.Soc.Am.A，10，pp.2217-2225，1993)对于非常薄的光栅也是不精确的。为了评价规则的一维二元光栅的有效折射率和双折射，采用RCWA模型(Grating Solver Development Company，Allen，Texas，version 4.20b)。二元光栅构造为刻蚀的玻璃光栅(类似于器件1405)。所选择的基板材料是肖特浮法硼硅玻璃(Schott Borofloat)。以150nm和200nm光栅周期、50％的占空比刻蚀的浮法硼硅(Borofloat)玻璃的有效面内双折射(在正入射处纳米级的透射面内延迟与纳米级的单层光栅的物理高度的比率)明显低于采用零级和二级EMT公式预计的有效面内双折射。这些GSolver模拟结果在图41中示出，λ＝550nm。光栅高度从10nm偏移到500nm，以10nm为步长(step)。该定型后的有效面内双折射示出衰减步长功能随着由于干涉效应在较大高度处产生的振荡增长。在所选择的光栅高度处，寻常波的光学厚度小于四分之一波长(即， $h<\mathrm{\&lambda;}/4/n_o^0,$ 在本模拟实例中对应于110nm的物理高度)，根据EMT公式可实现的全面内双折射得到降低。实际上，为了使EMT公式可应用于横向二元光栅中，栅线必须相当厚。模拟在垂直面中层叠一系列平行的片，其宽度和长度远大于工作波长。图42中示出该“书摞(book-stack)”模型。光学器件1460具有层叠在基板1469上的第二介质1462中间的周期性的第一介质“薄片”1461。不失普遍性地，可认为沿X轴以固定节距1465进行该层叠。每个“波片”都具有远大于使用中的波长宽度1466和高度1467。但是，即使对于正入射光，为了实现形式双折射，光栅节距1465远小于该波长(即，产生面内或A-面板延迟)。

[227]实际上，书摞模型并不合适。光学元件的横向延伸一般远大于照明波长。由于形式双折射零级光栅的使用，栅线远窄于光波长。栅线的高度尺寸是光干涉设计的参数。该参数一般小于照明波长或可与照明波长相比较。在光栅高度满足其高度条件的情况下，可实现的有效面内双折射被取消。光栅可认为是浸入第二材料介质中的第一材料的许多微小的片。图43中示出这一点。对于给定体积，器件1470包括许多片的第一材料块1471，在很长一段距离上它们的纵轴平行于Y轴被取向。残余的体积由第二材料1472填充。安装在基板1479上的第一和第二材料的顺序沿任意XZ横截面观察并不一定产生规则的光栅台基/沟槽结构。该材料体积具有高度1473，该高度短于光波长并与光波长可比较。相反，该体积沿Y轴1474和沿X轴1475的横向延伸相对于光波长是无穷的。第一和第二材料是电介质并且不具备偏振性。第一和第二材料的分布模拟为在寄主混合物中的双折射液晶分子(具有拉伸形状的正单轴LC的分布)。根据平均定律，第一电介质的体积分数是f₁；第二电介质的体积分数是f₂；第三电介质的体积分数是f₃等。根据这些已经确定的体积分数，阐明单个光栅层的三维(3D)折射率混合模型(IMM)。对于两种或多种材料混合，零级EMT公式被应用以产生有效折射率和双折射的第一估算：

$n_o^0=\sqrt{f_1{\left(n_1\right)}^2+f_2{\left(n_2\right)}^2+...f_i{\left(n_i\right)}^2+...f_N{\left(n_N\right)}^2}---\left(6\right)$

$n_e^0=1/\sqrt{f_1{\left(n_1\right)}^2+f_2{\left(n_2\right)}^2+...f_i{\left(n_i\right)}^2+...f_N{\left(n_N\right)}^2}---\left(7\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{n}^0=n_e^0-n_o^0---\left(8\right)$

其中，N材料混合在单位光栅体积中；组分材料折射率n₁至n_N是波长相关的；Δn⁰是零级EMT双折射(ZOB)，该值通常为负。

[228]为了在单层光栅远薄于光波长时体现降低的双折射效果，提出了推拉式模型。“推”函数来自在光栅高度接近光波长或更厚时的全零级双折射的指数增长；“拉”函数来自指数衰减项，其在光栅节距在给定方向上为无穷时降低了ZOB。沿单位体栅的(X，Y，Z)方向上的这些有效折射率(nx，ny，nz)示为如下：

$n_x=n_o^0+\exp (-\mathrm{\&alpha;}{p}_x/\mathrm{\&lambda;})\&times;[1-\exp (-\mathrm{\&delta;h}/\mathrm{\&lambda;})\&times;(n_e^0-n_o^0)]---\left(9\right)$

$n_y=n_o^0+\exp (-\mathrm{\&beta;}{p}_y/\mathrm{\&lambda;})\&times;[1+\exp (-\mathrm{\&delta;h}/\mathrm{\&lambda;})\&times;(n_e^0-n_o^0)]---\left(10\right)$

$n_z=n_o^0+\exp (-\mathrm{\&gamma;}{p}_z/\mathrm{\&lambda;})\&times;[1-\exp (-\mathrm{\&delta;h}/\mathrm{\&lambda;})\&times;(n_e^0-n_o^0)]---\left(11\right)$

其中(α，β，γ)分别是沿(X，Y，Z)方向的ZOB衰减系数，其由数据拟合确定；(p_x，p_y，p_z)是在单位体栅的(X，Y，Z)方向上的节距；h是光栅高度；δ是ZOB增长系数；λ是光波长。在λ＝550nm处的拟合的面内双折射在图41中被示为初始GSolver数据。对于150nm和200nm Borofloat/空气栅，拟合系数(α，β，γ，δ)是[0.17，0.1，0.1，12.0]。

[229]采用EMT公式描述A-面板光栅的主要误差的第二个方面在于面外延迟。通常假设光栅正方向具有寻常折射率。因此，二元光栅的等效模型是其e波轴沿光栅矢量(例如，X轴)指向的负的单轴折射率曲线之一。对于厚的光栅而言这近似真实。对于薄光栅而言，等效单层双折射模型更接近图44中所示的折射率曲线图。双折射层1450表示薄二元光栅的有效双轴折射率曲线。光栅高度和等效模型厚度h由1451表示。三个主要折射率(n_x，n_y，n_z)分别由1452、1453和1454表示。代替厚二元光栅中的n_y＝n_z＝n_o和n_x＝n_e，更精确的IMM模型给出n_y＞n_x和n_z≈n_x。通过曲线拟合透射强度和反射强度以及延迟分布对入射角来确定该弱的正单轴折射率曲线。通过设置n_a＜n_b＜n_c将该等效双折射层归类为弱的双轴介质，其中(n_a，n_b，n_c)是材料坐标系(在以实验坐标系表示时与(n_x，n_y，n_z)相对)中的主要折射率。

[230]图45(a)至(d)中示出数据拟合的例子。40nm高的Borofloat玻璃/空气栅在GSolver中被模拟。其对一系列极角和观测方位角的复合电场输出被输出至数据拟合程序。建立IMM以使得等效单层双折射介质在透射和反射中产生相同的强度和延迟角谱。在550nm的数据拟合波长处，IMM给出：

[n_x，n_y，n_z]＝[1.1803，1.2338，1.1960]    (12)

[231]参照图45(a)，其示出在Borofloat基板上的拟合的40nm Borofloat玻璃/空气薄光栅的透射谱。三角形标记对应于拟合数据，虚线对应于GSolver复合电场输出。φ_v＝0、45和90°的三个方位角平面被拟合。Tpp(p偏振入，p偏振出)透射随着整个入射方位平面的AOI变大而趋于上升，而Tss(s偏振入，s偏振出)随着整个入射方位平面的AOI变大而趋于下降。参照图45(b)，其示出在Borofloat基板上的拟合的40nm Borofloat玻璃/空气薄光栅的反射谱。圆形标记对应于拟合数据，虚线对应于GSolver复合电场输出。φ_v＝0、45和90°的三个方位角平面被拟合。Rpp(p偏振入，p偏振出)透射随着整个入射方位平面的AOI变大而趋于下降，而Rss(s偏振入，s偏振出)随着整个入射方位平面的AOI变大而趋于上升。参照图45(c)，其示出在Borofloat基板上的拟合的40nm Borofloat玻璃/空气薄光栅的透射线性延迟，而图45(d)中示出在Borofloat基板上的拟合的40nm Borofloat玻璃/空气薄光栅的反射线性延迟。显然，在透射和反射方向上的延迟分布最多偏离GSolver结果0.2nm。对反射的强度误差小于对透射的强度误差(在该光栅实例中高达1％的误差)。

[232]这些模拟表明对于强度差和相位差(即延迟)数量而言，在(12)中的拟合的主要折射率结果比在(5)中的EMT预测更精确。换言之，拟合的主要折射率更接近薄光栅的干涉特性。对实例光栅的EMT和IMM模型的角延迟分布在图46中给出对比。更具体地，对于40nm Borofloat，给出了采用EMT结果和新的IMM等效层计算的空气光栅与由GSolver产生的目标数据相比的透射线性延迟分布相对入射角的结果。EMT不仅预测出错误的面内双折射Δnα，而且面外双折射Δnc明显也是错误的。这些正交的双折射元件定义为：

Δn_α＝n_y-n_x以及Δn_c＝n_z-(n_y+n_x)/2    (13)

[233]明显，EMT模型提供Δn_c作为一半的ZOB(Δn_c＝Δn⁰)。但是，IMM模型预测几乎没有面外双折射。图47中示出400nm-700nm波段的这些双折射元件的光谱(EMT和IMM模型)。薄光栅最好被定型为弱双轴层(以IMM)而不是负的单轴层(以EMT)。如图46所示，EMT模型提供净延迟的较大变化作为入射角的函数。

[234]在给定的X光栅(即沿X轴指向的光栅矢量)实例中，轴上双折射随着光栅高度的增加而增长，其中n_x降低，n_y和n_z增加。单层光栅的指标图描述从正双轴介质变化到负双轴介质，并最终由在较大光栅高度(大于采用零级EMT寻常折射率的四分之一波光学厚度)处采用EMT模型的负单轴介质充分表示。在较大光栅高度的情况下，书摞模型是足够的而且n_x＝n_y，优于针对小光栅高度的具有在长距离方向上且n_z≈n_x的3D随机棒模型。用更精确的双折射IMM模型来表示薄光栅，本发明可替换的实施例得到描述和模拟(即作为薄膜系)。

[235]参照图48，示出根据本发明另一实施例的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器。该全功能A/-C-面板光栅调整延迟器1500包括位于透明基板1590的第一表面上的第一薄膜系1505和位于透明基板1590的第二表面上的第二薄膜系1595。第一薄膜系1505包括具有轴向非均匀的周期性折射率调制元件1560的第一段、包括横向非均匀的周期性折射率调制元件1522的第二段、以及提供轴向非均匀和横向非均匀的周期性折射率调制元件的第三中间段1562。通常，第一段1560显示面外延迟、第二段1522显示面内延迟、中间段1562同时显示面内和面外延迟。第一膜系1505还包括可选的刻蚀终止膜系1521和外表面AR层1561。外表面AR层1561和第二薄膜系1595都提供抗反射功能，外表面AR层1561和第二薄膜系1595一般是介电薄层。

[236]一般通过在母光栅上沉积形式双折射抗反射(FBAR)膜系形成第一薄膜系1505。母光栅1522包括与多个槽(被示为填充有部分FBAR膜系)交替设置的多个台基，该母光栅1522是横向非均匀的周期性折射率调制元件。优选地，选择这些台基和槽的宽度以使得该母光栅和/或FBAR的波状(undulating)段形成提供面内形式双折射的横向零级亚波长光栅。一般通过从位于玻璃基板1590上的刻蚀终止层1521刻蚀或剥离顶部介电层制备本质上是网纹表面的母光栅1522。可替换地，采用另一种技术制备空间带图案的表面。例如，该母光栅可替换地制备为刻蚀基板(例如图40所示)、透明基板上图案化的光致抗蚀剂层、包含物理步骤的电介质1/电介质2图案等。对于在380nm-800nm波段中的应用，母光栅1522一般具有小于约250nm的光栅节距、在5％-95％(更优选地在20％-80％)范围内变化的占空比、5nm-200nm之间的调制高度。适用于母光栅的材料的一些例子包括有机电介质和无机电介质，该无机电介质例如可以是金属氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌)、例如MgF₂的氟化物、硫化物、氮化硅等。除了所示的二元(矩形)母光栅图案之外，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦，和/或梯形光栅图案。实际上，起到干扰连续涂敷的沉积层作用的任何带图案的层都可用作母光栅。

[237]包括第一段1560和中间段1562的FBAR膜系1550被示为由两种不同的材料形成。如图48中所示，第一段1560是轴向非均匀的、周期性折射率调制元件，该第一段1560包括第一多层1570，每层都具有第一折射率和第一厚度1571d₁，与第二多层1580交替设置，该第二多层1580的每层都具有第二折射率和第二厚度1581d₂。选择第一多层和第二多层中每层的材料和层厚，以使得该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最大化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两层不同的层材料，但是可能够采用多于两种不同的层材料。第一和/或第二多层的适合的材料包括有机和无机介电质。

[238]包括轴向非均匀和横向非均匀周期折射率调制区域的中间段1562容易地由与第一段1560中采用的相同材料制成。在这种情况下，一般在同一过程中沉积第一段1560和中间段1562，例如，采用常规的真空沉积工艺进行沉积。通常，沉积中间段1562以使得第一对薄膜层至少部分符合母光栅的形状并提供沿基板1590的平面的周期性起伏(undulation)。这些起伏1510产生跨越器件X-Y平面在多个纵向位置处的交替折射率分布(即，在横截面和纵向上都提供周期性折射率调制)。因此，在具有横向非均匀的周期性折射率调制的X-Y横截面处形成A-面板光栅元件(小脊(gratlet))。每个小脊都包括第一多个区域，该第一多个区域的每个都具有第一宽度和第一折射率，与第二多个区域交替，该第二多个区域的每个都具有第二宽度和第二折射率。每个小脊的厚度和占空比都连续变化(例如，从小于1％改变为超过99％)。该起伏在涂层内产生感应面内延迟。实际上，最初的网纹表面1522和波状(undulating)的涂层1510均对总薄膜系1505的面内延迟起作用。显然，由涂敷设计和/或涂敷工艺引入的面内延迟一般大于初始母光栅的面内延迟。便利地，薄膜系1505的材料和层厚一般使得中间段1562也能够起到内部折射率匹配块的作用。

[239]尽管仅根据中间段1562描述了波状(undulating)层，实际上，波状和非波状层之间的边界未必是清晰的。实际上，在许多情况下整个薄膜系1550将被起伏，最外层具有最小的起伏幅度(沿涂层表面的波峰波谷高度差＜＜1nm)。在任何情况下，面内延迟由分布效应给出。更具体地，面内延迟分布在母层附近最大，并且朝着最外涂层的方向逐渐减小。该分布也是非连续的，因为在不出现横向平面内的材料折射率变化之处存在涂层厚度的多个部分(fraction)。

[240]显然，该全功能A/-C-面板调整延迟器实质上是三维体积全息元件，其具有相对于膜厚不变的横向调制周期，并具有沿膜厚方向的啁啾波动幅度。

[241]有利地，提供具有定义轴的延迟的面内延迟和负的面外延迟的该全功能A/-C-面板调整延迟器容易地被制造为全电介质调整延迟器。此外，根据应用的需求(例如，特殊LCoS族器件)容易修正面内延迟和面外延迟的幅度。此外，AR特性也被优化以使得补偿面板对比度不受到调整延迟器的不合需要的交叉偏振反射的限制。涂层中的A-面板延迟元件的分布效应保证了低双折射(其有助于产生低交叉偏振反射)并增加了带涂层光栅对无涂层光栅的A-面板延迟。例如在常规的真空沉积室中设置的部分保形涂敷确保不存在顶盖结构孔隙。结果，对于在基于偏振的投影系统中使用，该全功能A/-C-面板调整延迟器是理想的。

[242]参照图49，示出根据本发明另一实施例的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器。该全功能A/-C-面板光栅调整延迟器1600包括位于透明基板1690的第一表面上的第一薄膜系1605和位于透明基板1690的第二表面上的第二薄膜系1655。

[243]第一薄膜系1605包括具有轴向非均匀的周期性折射率调制元件1660的第一段、包括横向非均匀的周期性折射率调制元件1622的第二段、以及提供轴向非均匀和横向非均匀的周期性折射率调制元件的第三中间段1662。通常，第一段1660显示面外延迟、第二段1622显示面内延迟、中间段1662同时显示面内和面外延迟。第一膜系1605还包括可选的刻蚀终止膜系1621和外表面AR层1661。

[244]通过在母光栅上沉积形式双折射抗反射(FBAR)膜系形成第一薄膜系1605。母光栅1622被示为包括与多个槽(被示为填充有部分FBAR膜系)交替设置的多个台基，该母光栅1622是横向非均匀的周期性折射率调制元件。优选地，选择这些台基和槽的宽度以使得该母光栅和/或FBAR的波状段形成提供面内形式双折射的横向零级亚波长光栅。一般通过从位于透明基板1690上的刻蚀终止层1621刻蚀或剥离顶部介电层制备本质上是网纹表面的母光栅1622。可替换地，采用另一种技术制备空间带图案的表面。例如，该母光栅可替换地制备为刻蚀基板(例如图40所示)、透明基板上带图案的光致抗蚀剂层、包含物理步骤的电介质1/电介质2图案等。对于在380nm-800nm波段中的应用，母光栅1622一般具有小于约250nm的光栅节距、在5％-95％(更优选地在20％-80％)范围内变化的占空比、5nm-200nm之间的调制高度。适用于母光栅的材料的一些例子包括有机电介质和无机电介质，该无机电介质例如可以是金属氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌)、例如MgF₂的氟化物、硫化物、氮化硅等。除了所示的二元(矩形)母光栅图案之外，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦和/或梯形光栅图案。实际上，起到干扰连续涂敷的沉积层作用的任何带图案的层都可用作母光栅。

[245]包括第一段1660和中间段1662的FBAR膜系1650示为由两种不同的材料形成。如图49中所示，第一段1660是轴向非均匀的、周期性折射率调制元件，该第一段1660包括第一多层1670，每层都具有第一折射率和第一厚度1671d₁，与第二多层1680交替设置，该第二多层1680的每层都具有第二折射率和第二厚度1681d₂。选择第一多层和第二多层中每层的材料和层厚，以使得该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最大化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两层不同的层材料，但是可能够采用多于两种不同的层材料。第一和/或第二多层的适合的材料包括有机和无机介电质。

[246]包括轴向非均匀和横向非均匀周期折射率调制区域的中间段1662容易地由与第一段1660中采用的相同材料制成。在这种情况下，一般在同一过程中沉积第一段1660和中间段1662，例如，采用常规的真空沉积工艺进行沉积。通常，沉积中间段1662以使得第一对薄膜层至少部分符合母光栅的形状并提供沿基板1690的平面的周期性起伏。这些起伏1610产生跨越器件X-Y平面在多个纵向位置处的交替折射率分布(即，在横截面和纵向上都提供周期性折射率调制)。因此，在具有横向非均匀的周期性折射率调制的X-Y横截面处形成A-面板小脊。每个小脊都包括第一多个区域，该第一多个区域的每个都具有第一宽度和第一折射率，与第二多个区域交替，该第二多个区域的每个都具有第二宽度和第二折射率。每个小脊的厚度和占空比都连续变化(例如，从小于1％改变为超过99％)。该起伏在涂层内产生感应面内延迟。实际上，最初的网纹表面1622和波状的涂层1610都对总薄膜系1605的面内延迟起作用。显然，由涂敷设计和/或涂敷工艺引入的面内延迟一般大于初始母光栅的面内延迟。便利地，薄膜系1605的材料和层厚一般使得中间段1662也能够起到内部折射率匹配块的作用。

[247]尽管仅根据中间段1662描述了波状层，实际上，波状和非波状层之间的边界未必是清晰的。实际上，在许多情况下整个薄膜系1650将被起伏，最外层具有最小的起伏幅度(沿涂层表面的波峰波谷高度差＜＜1nm)。在任何情况下，面内延迟由分布效应给出。更具体地，面内延迟分布在母层附近最大，并且朝着最外涂层方向逐渐减小。该分布也是非连续的，因为在不出现横向平面内的材料折射率变化之处存在涂层厚度的多个部分。

[248]通过在透明基板1690的非网纹表面上沉积第二形式双折射AR膜系1655形成第二薄膜系1655。第二FBAR包括一般包含两种或多种材料的折射率交替膜系1665、外部折射率匹配块1667和内部折射率匹配块1668。轴向周期性结构1665包括第一多层1675，每层都具有第一折射率和第一厚度，与第二多层1685交替设置，该第二多层的每层都具有第二折射率和第二厚度。该FBAR元件1655在正入射处显示没有面内延迟。在离轴入射处，e波折射率小于o波折射率。该FBAR元件1655显示负的面外延迟。外部折射率匹配块1667和内部折射率匹配块1668都提供抗反射功能，这两个匹配块一般都是介电薄层。

[249]显然，该全功能A/-C-面板调整延迟器实质上是三维体积全息元件，其具有相对于膜厚不变的横向调制周期，并具有沿膜厚方向的啁啾波动幅度。

[250]优选地，提供具有定义轴的延迟的面内延迟和负的面外延迟的该全功能A/-C-面板调整延迟器容易地被制造为全电介质调整延迟器。此外，根据应用的需求(例如，特殊LCoS族器件)容易修正面内延迟和面外延迟的幅度。此外，AR特性也被优化以使得补偿面板对比度不受到调整延迟器的不合需要的交叉偏振反射的限制。涂层中的A-面板延迟元件的分布效应保证了低双折射(其有助于产生低交叉偏振反射)并增加了带涂层光栅对无涂层光栅的A-面板延迟。例如在常规的真空沉积室中设置的部分保形涂敷确保不存在顶盖结构孔隙。结果，该全功能A/-C-面板调整延迟器用于基于偏振的投影系统中是理想的。

[251]薄膜设计包括等效双折射模型以在横向平面内显示每层交替材料的薄光栅层。图50中给出带涂层的光栅的模拟的和测量的总反射比的例子。用于图50所示的结果的母光栅具有约40nm的光栅深度。第二带涂层的光栅具有相对于沿图51所示的慢轴平面和快轴平面的入射角的延迟分布。在这种情况下，参照在λ＝550nm处标准的负单轴材料折射率{n_e＝1.50，n_o＝1.65}，C面板延迟被拟合为约-200nm。图52(a)中示出一些具有在25-50nm之间的初始母光栅高度并具有各种FBAR重复对厚度的带涂层光栅的测量得到的透射延迟谱。取决于母光栅和涂层设计，在λ＝550nm处的标称透射线性延迟在8nm-12nm之间变化。为了比较，图52(b)中示出在λ＝550nm处在1nm和3nm透射线性延迟之间测量无涂层光栅。额外的感应延迟是涂层中分布式起伏的结果。希望能够设计出具有在可见波段范围内的高达几十纳米的面内延迟，以及几十至几百的负C-面板延迟的小幅度延迟器。这种采用分布式光栅的带涂层的光延迟器显著提高了LCoS光引擎的连续图像对比。作为一个例子，图53中给出了具有标称2nm面内延迟的VAN模型LCoS光引擎的打开状态相对关闭状态对比。锥形照明设置在f/2.5。在该圆锥下，所有射线在穿过基于全电介质光栅的调整延迟器和反射面板之后都充分地得到补偿。未补偿的面板对比度为约2,000∶1，而基于光栅的延迟器补偿后的面板给出近7,000∶1的连续对比度。在可见波段上将这些对比度适光加权。图53中示出逐个波段的对比度。

[252]参照图54，示出根据本发明另一实施例的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器。该全功能A/-C-面板光栅调整延迟器1700包括位于透明基板1790的第一表面上的第一薄膜系1705和位于透明基板1790的第二表面上的第二薄膜膜系1755。

[253]第一薄膜膜系1705包括具有轴向非均匀的周期性折射率调制元件1760的第一段、包括横向非均匀的周期性折射率调制元件1722的第二段、以及提供轴向非均匀和横向非均匀的周期性折射率调制元件的第三中间段1762。通常，第一段1760显示面外延迟、第二段1722显示面内延迟、中间段1762同时显示面内和面外延迟。第一膜系1705还包括可选的刻蚀终止膜系1721和外表面AR层1761。

[254]通过在母光栅上沉积形式双折射抗反射(FBAR)膜系形成第一薄膜膜系1705。母光栅1722被示为包括与多个槽(被示为填充有部分FBAR膜系)交替设置的多个台基，该母光栅1722是横向非均匀的周期性折射率调制元件。优选地，选择这些台基和槽的宽度以使得该母光栅和/或FBAR的波状段形成提供面内形式双折射的横向零级亚波长光栅。一般通过从位于透明基板1790上的刻蚀终止层1721刻蚀或剥离顶部介电层制备本质上是网纹表面的母光栅1722。可替换地，采用另一种技术制备空间带图案的表面。例如，该母光栅可替换地制备为刻蚀基板(例如图40所示)、透明基板上带图案的光致抗蚀剂层、包含物理步骤的电介质1/电介质2图案等。对于在380nm-800nm波段中的应用，母光栅1722一般具有小于约250nm的光栅节距、在5％-95％(更优选地在20％-80％)范围内变化的占空比、5nm-200nm之间的调制高度。适用于母光栅的材料的一些例子包括有机电介质和无机电介质，该无机电介质例如可以是金属氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌)、例如MgF₂的氟化物、硫化物、氮化硅等。除了所示的二元(矩形)母光栅图案之外，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、距弦和/或梯形光栅图案。实际上，起到干扰连续涂敷的沉积层作用的任何带图案的层都可用作母光栅。

[255]包括第一段1760和中间段1762的FBAR膜系示为由两种不同的材料形成。如图54中所示，第一段1760是轴向非均匀的、周期性折射率调制元件，该第一段1760包括第一多层1770，每层都具有第一折射率和第一厚度，与第二多层1780交替设置，该第二多层1780的每层都具有第二折射率和第二厚度。选择第一多层和第二多层中每层的材料和层厚，以使得该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最大化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两层不同的层材料，但是可能够采用多于两种不同的层材料。第一和/或第二多层的适合的材料包括有机和无机介电质。

[256]包括轴向非均匀和横向非均匀周期折射率调制区域的中间段1762容易地由与第一段1760中采用的相同材料制成。在这种情况下，一般在同一过程中沉积第一段1760和中间段1762，例如，采用常规的真空沉积工艺进行沉积。通常，沉积中间段1762以使得第一对薄膜层至少部分符合母光栅的形状并提供沿基板1790的平面的周期性起伏。这些起伏1710产生跨越器件X-Y平面在多个纵向位置处的交替折射率分布(即，在横截面和纵向上都提供周期性折射率调制)。因此，在具有横向非均匀的周期性折射率调制的X-Y横截面处形成A-面板小脊。每个小脊都包括第一多个区域，该第一多个区域的每个都具有第一宽度和第一折射率，与第二多个区域交替，该第二多个区域的每个都具有第二宽度和第二折射率。每个小脊的厚度和占空比都连续变化(例如，从小于1％改变为超过99％)。该起伏在涂层内产生感应面内延迟。实际上，最初的网纹表面1722和波状的涂层1710都对总薄膜膜系1705的面内延迟起作用。显然，由涂敷设计和/或涂敷工艺引入的面内延迟一般大于初始母光栅的面内延迟。便利地，薄膜膜系1705的材料和层厚一般使得中间段1762也能够起到内部折射率匹配块的作用。

[257]第二薄膜膜系1755包括具有轴向非均匀的周期性折射率调制元件1765的第一段、包括横向非均匀的周期性折射率调制元件1727的第二段、以及提供轴向和横向非均匀的周期性调制区域的第三中间段1767。通常，第一段1765显示面外延迟、第二段1727显示面内延迟、中间段1767同时显示面内和面外延迟。第二膜膜系1755还包括可选的刻蚀终止膜系1726和外表面AR层1766。

[258]通过在第二母光栅上沉积形式双折射抗反射(FBAR)膜系形成第二薄膜膜系1755。第二母光栅1727被示为包括与多个槽(被示为填充有部分FBAR膜系)交替设置的多个台基，该母光栅1727是横向非均匀的周期性折射率调制元件。优选地，选择这些台基和槽的宽度以使得该母光栅和/或FBAR的波状段形成提供面内形式双折射的横向零级亚波长光栅。一般通过从位于透明基板1790上的刻蚀终止层1726刻蚀或剥离顶部介电层制备本质上是网纹表面的母光栅1727。可替换地，采用另一种技术制备空间带图案的表面。例如，该母光栅可替换地制备为刻蚀基板(例如图40所示)、透明基板上带图案的光致抗蚀剂层、包含物理步骤的电介质1/电介质2图案等。对于在380nm-800nm波段中的应用，母光栅1727一般具有小于约250nm的光栅节距、在5％-95％(更优选地在20％-80％)范围内变化的占空比、5nm-200nm之间的调制高度。适用于母光栅的材料的一些例子包括有机电介质和无机电介质，该无机电介质例如可以是金属氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌)、例如MgF₂的氟化物、硫化物、氮化硅等。除了所示的二元(矩形)母光栅图案之外，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦和/或梯形光栅图案。实际上，起到干扰连续涂敷的沉积层作用的任何带图案的层都可用作母光栅。

[259]包括第一段1765和中间段1767的FBAR膜系示为由两种不同的材料形成。如图54中所示，第一段1765是轴向非均匀的、周期性折射率调制元件，该第一段1765包括第一多层1775，每层都具有第一折射率和第一厚度，与第二多层1785交替设置，该第二多层1785的每层都具有第二折射率和第二厚度。选择第一多层和第二多层中每层的材料和层厚，以使得该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最大化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两层不同的层材料，但是可能够采用多于两种不同的层材料。第一和/或第二多层的适合的材料包括有机和无机介电质。

[260]包括轴向非均匀和横向非均匀周期折射率调制区域的中间段1767容易地由与第一段1765中采用的相同材料制成。在这种情况下，一般在同一过程中沉积第一段1765和中间段1767，例如，采用常规的真空沉积工艺进行沉积。通常，沉积中间段1767以使得第一对薄膜层至少部分符合母光栅的形状并提供沿基板1790的平面的周期性起伏。这些起伏1715产生跨越器件X-Y平面在多个纵向位置处的交替折射率分布(即，在横截面和纵向上都提供周期性折射率调制)。因此，在具有横向非均匀的周期性折射率调制的X-Y横截面处形成A-面板小脊。每个小脊都包括第一多个区域，该第一多个区域的每个都具有第一宽度和第一折射率，与第二多个区域交替，该第二多个区域的每个都具有第二宽度和第二折射率。每个小脊的厚度和占空比都连续变化(例如，从小于1％改变为超过99％)。该起伏在涂层内产生感应面内延迟。实际上，最初的网纹表面1727和波状的涂层1715都对总薄膜膜系1755的面内延迟起作用。显然，由涂敷设计和/或涂敷工艺引入的面内延迟一般大于初始母光栅的面内延迟。便利地，薄膜膜系1755的材料和层厚一般使得中间段1767也能够起到内部折射率匹配块的作用。

[261]尽管仅根据中间段1762和1767描述了第一薄膜系1705和第二薄膜系1755中的波状层，实际上，波状和非波状层之间的边界未必是清晰的。实际上，在许多情况下整个薄膜膜系1705和/或1755将被起伏，最外层具有最小的起伏幅度(沿涂层表面的波峰波谷高度差＜＜1nm)。在任何情况下，面内延迟由分布效应给出。更具体地，面内延迟分布在母层附近最大，并且朝着最外涂层的方向逐渐减小。该分布也是非连续的，因为在不出现横向平面内的材料折射率变化之处存在涂层厚度的多个部分。

[262]包括在单个基板上级联非均匀的两个带涂层的光栅有助于可获得的延迟的增加。通常，需要对准光栅线722和727的旋转角度，而不是横向平移这两组光栅线。旋转角度的任何非对准将显示调整延迟器的线性延迟的降低和圆延迟的增加。包括在单个基板上级联非均匀的两个带涂层的光栅还提供了二向色延迟器，其中两个带涂层的光栅相对于它们的栅线非平行并且非垂直地被对准。

[263]显然，该全功能A/-C-面板调整延迟器实质上是三维体积全息元件，其具有相对于膜厚不变的横向调制周期，并具有沿膜厚方向的啁啾波动幅度。

[264]有利地，提供具有定义轴的延迟的面内延迟和负的面外延迟的该全功能A/-C-面板调整延迟器容易地被制造为全电介质调整延迟器。此外，根据应用的需求(例如，特殊LCoS族器件)容易修正面内延迟和面外延迟的幅度。此外，AR特性也被优化以使得补偿面板对比度不受到调整延迟器的不合需要的交叉偏振反射的限制。涂层中的A-面板延迟元件的分布效应保证了低双折射(其有助于产生低交叉偏振反射)并增加了带涂层光栅相对无涂层光栅的A-面板延迟。例如在常规的真空沉积室中设置的部分保形涂敷确保不存在顶盖结构孔隙。结果，该全功能A/-C-面板调整延迟器用于基于偏振的投影系统中是理想的。

[265]参照图55，示出包括集成光栅调整延迟器和显示面板覆盖基板的LCOS器件1800。光栅调整延迟器次组件包括薄膜膜系1805，该薄膜膜系1805包括展示面外延迟的轴向光栅1860、展示面内延迟的横向光栅1822以及同时展示面内和面外延迟的分部1810。该薄膜膜系1805位于第一透明覆盖基板1890的第一表面上，其还包括折射率匹配膜系1861和可选择的刻蚀终止膜系1821。透明覆盖基板1890的第二表面与显示器的第二基板1895一起形成液晶显示单元次组件1855。该调整延迟器次组件1805与位于硅背板(基板)1895上的顶层金属反射器一起形成LC单元间隙，LC分子1865位于该单元间隙中。

[266]通过在母光栅上沉积形式双折射抗反射(FBAR)膜系形成薄膜膜系1805。母光栅1822被示为包括与多个槽(被示为填充有部分FBAR膜系)交替设置的多个台基，该母光栅1822是横向非均匀的周期性折射率调制元件。优选地，选择这些台基和槽的宽度以使得该母光栅和/或FBAR的波状段形成提供面内形式双折射的横向零级亚波长光栅。一般通过从位于透明基板1890上的刻蚀终止层1821刻蚀或剥离顶部介电层制备本质上是网纹表面的母光栅1822。可替换地，采用另一种技术制备空间带图案的表面。例如，该母光栅可替换地制备为刻蚀基板(例如图40所示)、透明基板上带图案的光致抗蚀剂层、包含物理步骤的电介质1/电介质2图案等。对于在380nm-800nm波段中的应用，母光栅1822一般具有小于约250nm的光栅节距、在5％-95％(更优选地在20％-80％)范围内变化的占空比、5nm-200nm之间的调制高度。适用于母光栅的材料的一些例子包括有机电介质和无机电介质，该无机电介质例如可以是金属氧化物(例如SiO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、Nb₂O₅、HfO₂、TiO₂、碳化铌、钛化铌)、例如MgF₂的氟化物、硫化物、氮化硅等。除了所示的二元(矩形)母光栅图案之外，其它可能的衍射面形包括锯齿状(三角形)、闪耀、正弦和/或梯形光栅图案。实际上，起到干扰连续涂敷的沉积层作用的任何带图案的层都可用作母光栅。

[267]包括第一段1860和中间段1862的FBAR膜系1850示为由两种不同的材料形成。如图55中所示，第一段1860是轴向非均匀的、周期性折射率调制元件，该第一段1860包括第一多层1870，每层都具有第一折射率和第一厚度1871d₁，与第二多层1880交替设置，该第二多层1880的每层都具有第二折射率和第二厚度1881d₂。选择第一多层和第二多层中每层的材料和层厚，以使得该结构形成提供负的面外形式双折射的零级亚波长光栅。通常，第一和第二多层的每层一般都包括约10-500层，更典型的是约50-110层。第一和第二折射率之间较大的差值(例如大于0.5，优选大于0.7)一般将最大化形式双折射并最小化涂层的厚度。此外，通过将层厚d₁或d₂选为基本上相似或相同一般也能够最大化形式双折射。对于380nm-800nm波段，占空比在20％-80％之间，第一和第二多层的每层的层厚一般都大于约1nm并小于约100nm。尽管交替膜系被示为仅两层不同的层材料，但是可能够采用多于两种不同的层材料。第一和/或第二多层的适合的材料包括有机和无机介电质。

[268]包括轴向非均匀和横向非均匀周期折射率调制区域的中间段1862容易地由与第一段1860中采用的相同材料制成。在这种情况下，一般在同一过程中沉积第一段1860和中间段1862，例如，采用常规的真空沉积工艺进行沉积。通常，沉积中间段1862以使得第一对薄膜层至少部分符合母光栅的形状并提供沿基板1890的平面的周期性起伏。这些起伏1810产生跨越器件X-Y平面在多个纵向位置处的交替折射率分布(即，在横截面和纵向上都提供周期性折射率调制)。因此，在具有横向非均匀的周期性折射率调制的X-Y横截面处形成A-面板小脊。每个小脊都包括第一多个区域，该第一多个区域的每个都具有第一宽度和第一折射率，与第二多个区域交替，该第二多个区域的每个都具有第二宽度和第二折射率。每个小脊的厚度和占空比都连续变化(例如，从小于1％改变为超过99％)。该起伏在涂层内产生感应面内延迟。实际上，最初的网纹表面1822和波状的涂层1810都对总薄膜膜系1805的面内延迟起作用。显然，由涂敷设计和/或涂敷工艺引入的面内延迟一般大于初始母光栅的面内延迟。便利地，薄膜膜系1805的材料和层厚一般使得中间段1862也能够起到内部折射率匹配块的作用。

[269]尽管仅根据中间段1862描述了波状层，实际上，波状和非波状层之间的边界未必是清晰的。实际上，在许多情况下整个薄膜膜系1850将被起伏，最外层具有最小的起伏幅度(沿涂层表面的波峰波谷高度差＜＜1nm)。在任何情况下，面内延迟由分布效应给出。更具体地，面内延迟分布在母层附近最大，并且朝着最外涂层的方向逐渐减小。该分布也是非连续的，因为在不出现横向平面内的材料折射率变化之处存在涂层厚度的多个部分。

[270]常规地，液晶单元次组件1855也包括取向层1866和前透明导电电极1867，该取向层例如是聚合物层或倾斜蒸镀的无机层，该前透明导电电极例如由氧化铟锡(ITO)制成。在预倾斜角1868处以VAN-模型LC取向示出该LCoS显示器。根据图3中的覆盖匹配补偿图，相关的LC倾斜面一般不平行于也不垂直于光栅矢量(图55中示为平行)被取向。由于预倾斜和显示器中正单轴LC材料的使用，处于光闭合状态的显示器的残余A/-C-面板延迟由集成调整延迟器补偿器1805补偿。

[271]为了提供高产量集成补偿器/显示器，考虑到两个延迟器元件的标称面内延迟幅度，可通过在该器件平面内机械旋转覆盖基板施加(impose)调整延迟器元件1805和显示元件1855之间的粗略方位角偏移。每个集成补偿器/显示器的单个精调(部分)可包括其它的非机械装置，例如将LC倾斜角电压切换至关闭状态以进一步降低总泄露强度。应当注意的是，如果ITO层没有与LC层充分绝缘从而使得所施加的电压的相当大部分能够穿过LC层)，那么A-面板光栅1822/1862和-C-面板光栅1860/1862元件可以被分配至覆盖基板的两个表面。

[272]类似于参照图17、18、24和37描述的实施例，参照图48、49、54和55描述的全功能A/-C-面板光栅调整延迟器被制造以使得A-面板光栅和-C-面板光栅至少部分重合(即，在空间中占有同样的位置)。更具体地，这些实施例中的每一个都包括提供A-面板光栅性能和-C-面板光栅性能的重叠段(例如一系列层)。在参照图17、18、24和37描述的实施例中，重叠段包括形成横向非均匀光栅台基的轴向非均匀区域。在参照图48、49、54和55描述的实施例中，重叠段包括填充横向非均匀母光栅的轴向非均匀区域，以及/或确定该母光栅轮廓以通过产生额外的横向光栅元件(即小脊)来提供增加的A-面板延迟的轴向非均匀区域。例如，对于后者并参照图49，第一薄膜膜系1605包括轴向非均匀元件1650和横向非均匀元件1610，其中这两个元件在重叠段1662内重合。

[273]在上面的实施例中的每一个中，全功能A/-C-面板调整延迟器用作独立的光学补偿器或者与其它光学元件一起被集成(即，合并入反射LCD面板的覆盖面板中)。显然，上述实施例仅作为例子被提供，并且对于本领域熟练技术人员而言，在不背离本发明的精神和范围的条件下，各种改变、替换结构、和/或等效物可被采用。特别是，尽管根据用于补偿投影显示器中的VAN模型LCoS的调整延迟器讨论了本发明，但是本领域技术人员可以理解，本发明提供的全功能A/-C-光栅光延迟器对于补偿采用其它LC相位/操作模式(例如，垂直取向向列、π单元向列、扭曲向列、面内开关向列、面取向铁电体等)的透射或反射式LCD面板也是有用的。

[274]此外，根据另一个实施例，全功能光栅延迟器被并入透射式LCD面板的一个或两个基板，其中光栅线的定向通过预定量相对LCD层的快/慢轴来构造。在光栅延迟器次组件和LCD次组件之间的超频匹配方面，A-面板延迟器的慢轴都不必在垂直方向上被取向。由预定数量以这样的方式构造在集成补偿器/显示器中的光栅延迟器次组件的A-面板延迟和-C-面板延迟：圆锥照明(电驱动或者未驱动)中的面板的暗阶段具有尽可能最低的光泄露至投影显示屏的。可替换地，基于光栅的光学延迟器被用作透射式LCD投影设备中独立的对比度补偿器。

[275]尽管本发明的光学延迟器被描述为并入液晶单元次组件或者用作液晶微显示投影系统中的独立设备，将该光学延迟器与其它光学元件集成同样在本发明的范围之内。例如，根据其它实施例，光延迟器是具有线栅的光学器件的一部分，其中该线栅提供双衰减功能，并且光栅延迟器提供延迟功能；双衰减器(偏振器)和延迟器的定向被非平行/非垂直对准。在一般应用中，组合器件是非均匀椭圆偏振器，或者更优选地是非均匀圆偏振器。

[276]此外，尽管已经根据液晶显示面板中的补偿双折射描述了本发明的光延迟器，在其它应用中使用该光延迟器也包括在本发明的范围之内。例如，想象该光延迟器用于各种CD和/或DVD应用中(例如，对于在高达800nm波长处的偏振控制)的实施例。

[277]还应当注意的是，尽管上述实施例大多数是指包括介电层的调整延迟器，本发明还包括包含其它类型的层的光栅光延迟器。例如，包含半导体层的光栅延迟器设计可应用在红外和近红外(IR/NIR)波长应用中，其中该半导体基本上是透明的并且其目的在于产生具有相当窄的表面结构和/或在C-面板延迟中相当薄的重复层的大的延迟。此外，根据一些实施例，包括A-面板和C-面板光栅的反射式多层膜可被设计并制造在透明或不透明基板上。此外，还有一些其它的实施例包括：将在-C-面板光栅中或在其周围的一层或多层薄的金属膜合并为感应透射膜，以提供除延迟补偿之外的UV/IR截止波长。

[278]还应当注意的是，尽管通过在母光栅上施加薄膜涂层获得的面内延迟器已经被描述为具有周期性调制，并且该延迟器目标在于均匀延迟和轴向分布，A-面板光栅节距能够以上述方式被修整为跨越XY坐标变化，并且/或者以空间变化的方式对准光栅矢量(以及光栅线方向)，以使得能够获得空间变量延迟器。这种设备可能在整形光学系统的点传播功能方面是有用的，或者可能已经用于偏振器中。

[279]在上面的实施例的每个中，一般采用本领域熟知的多种沉积技术中的一种制造FBAR(包括波状FBAR)。例如，一些常用沉积技术包括化学汽相沉积(CVD)、等离子增强CVD、电子束蒸发、热蒸发、溅射和/或原子层沉积。显然，可以在常用的溅射室中沉积这些涂层。

[280]在上面的实施例的每个中，一般采用本领域熟知的多种沉积技术和光刻构图技术中的一种制造A-面板光栅。根据一个实施例，通过在透明基板上沉积刻蚀终止层形成A-面板光栅，该刻蚀终止层例如可以是10nm氧化铝层。然后用一层或多层介电层涂敷例如可以由上述一种沉积技术涂敷的刻蚀终止层以形成台基，该一层或多层介电层例如是50nm氧化硅层。该一层或多层介电层具有带图案的抗蚀剂层，其通过采用多种光刻技术中的一种而形成。例如，一些常用的光刻技术包括纳米印刷光刻、全息/干涉光刻、电子束光刻、X射线光刻或光刻法。一旦形成带有图案的抗蚀剂层，此用多种刻蚀技术中的一种刻蚀该一层或多层介电层。例如，一些常用的刻蚀技术包括反应离子刻蚀、等离子刻蚀、和湿法刻蚀。刻蚀工艺之后，完成光致抗蚀剂的去除以及光盖层的沉积。优选地，盖层以倾斜的角度沉积以使得该盖层基本上不填充这些槽。随后，AR涂层沉积在盖层上，该AR涂层例如是MgF₂的四分之一波长层。

[281]可替换地，不刻蚀而形成A-面板光栅。例如，根据一个实施例，该一层或多层介电层意图形成沉积在涂敷有带图案的牺牲层上的台基。通过连续冲洗该牺牲层，露出台基。

[282]在仅由A-面板光栅(例如，没有波状FBAR)提供面内延迟的实施例中，A-面板光栅可选择地采用光纤布拉格光栅制造技术形成。在生产光纤布拉格光栅时，引起的UV光束干扰而产生改变掺Ge光纤纤芯折射率的衍射图案。当这些技术用于制造光栅调整延迟器时，平面基板或其涂层在通过暴露在干涉UV光束以产生横向光栅图案之后，在表面处掺杂有适当的材料。其它技术包括用掩模母板进行纳米级压印，其可包括或不包括分步-重复工艺。

[283]至于适用于产生母光栅图案的制造工艺，提供预期台基/槽结构的上述技术时合适的，例如干涉光刻和纳米级压印技术。其它技术包括在产生LC取向层、固定层和具有柱结构的介电薄膜中采用的倾斜蒸发。例如，SIO_x取向层具有纳米槽并且总层厚一般小于10nm。这可被制为适用于用作母光栅的厚度和周期。通过以倾斜通量角蒸发在基板上可获得称为结构薄膜(STF)的一般类型的光学器件。柱形结构是多孔的并且覆盖涂层一般用于增强膜可靠性。根据本发明，覆盖涂层可以是FBAR设计，其中，在常规涂敷后，柱形结构层的面内延迟得到进一步增加。多孔的母光栅层的槽被完全填充，其有利于可靠性方面。构图基板的另一个方法可包括类似于光盘(CD)复制工艺的“冲压”出基板上的旋涂非双折射有机层、通过施加压力进行纳米图案传递等等。在C.H.Chiu et al.，“Nanoimprinting-lithography-induced self-aligned liquid crystal for novelmultifunctional optical films”，Appl.Phys.Lett.88，073509(2006)中更详细地描述了后者。

[284]因此，本发明的范围仅由附加的权利要求书的范围来限定。

Claims (31)

1、一种光学延迟器，该光学延迟器包括：

包括具有第一折射率和第一厚度的第一多层以及具有第二折射率和第二厚度的第二多层的轴向非均匀元件，所述第一多层与所述第二多层交替，选择所述第一厚度和第二厚度以及所述第一折射率和所述第二折射率以形成提供负的面外延迟的零级亚波长光栅结构；

包括具有第一折射率和第一宽度的第一多个区域以及具有第二折射率和第二宽度的第二多个区域的横向非均匀元件，所述第一多个区域与所述第二多个区域交替，选择所述第一宽度和所述第二宽度以及所述第一折射率和所述第二折射率以形成提供面内延迟的零级亚波长光栅结构；

用于支撑所述轴向非均匀元件和所述横向非均匀元件的至少一个基板。

2、根据权利要求1所述的光学延迟器，包括重叠段，在所述重叠段中所述横向非均匀元件和所述轴向非均匀元件至少部分重合，所述重叠段同时提供面内延迟和负的面外延迟。

3、根据权利要求2所述的光学延迟器，其中所述重叠段包括所述轴向非均匀元件的刻蚀区域。

4、根据权利要求3所述的光学延迟器，其中所述横向非均匀光栅的调制高度在10nm-3μm之间。

5、根据权利要求2所述的光学延迟器，其中所述重叠段包括所述轴向非均匀元件的波状段。

6、根据权利要求5所述的光学延迟器，其中所述波状段包括确定横向非均匀母光栅轮廓的多个波状层。

7、根据权利要求6所述的光学延迟器，其中所述母光栅的调制高度在约5nm-200nm之间。

8、根据权利要求6所述的光学延迟器，其中所述母光栅的占空比在约20％-80％之间。

9、根据权利要求6所述的光学延迟器，其中所述母光栅提供第一面内延迟，所述波状段提供第二面内延迟，并且其中所述第二面内延迟大于所述第一面内延迟。

10、根据权利要求6所述的光学延迟器，其中所述多个波状层具有同样的调制周期，并且其中所述多个波状层的调制高度随着与所述母光栅的距离逐渐降低。

11、根据权利要求2-10中任一项权利要求所述的光学延迟器，其中所述轴向非均匀元件是形式双折射薄膜抗反射元件。

12、根据权利要求11所述的光学延迟器，其中所述至少一个基板包括基本上透明的基板，并且其中所述形式双折射薄膜抗反射元件和所述横向非均匀元件位于所述基本上透明的基板的第一侧上，以及抗反射涂层位于所述基本上透明的基板的第二相对侧上。

13、根据权利要求11所述的光学延迟器，其中所述至少一个基板包括基本上透明的基板，并且其中所述形式双折射薄膜抗反射元件和所述横向非均匀元件位于所述基本上透明的基板的第一侧上，以及第二形式双折射薄膜抗反射元件位于所述基本上透明的基板的第二相对侧上。

14、根据权利要求11所述的光学延迟器，其中所述至少一个基板包括连接至第二基板的第一基板，所述第一基板和所述第二基板中的至少一个用于支撑所述轴向非均匀元件和横向非均匀元件。

15、根据权利要求11所述的光学延迟器，其中所述至少一个基板是液晶显示面板中的覆盖基板，并且其中所述轴向非均匀元件和所述横向非均匀元件位于所述覆盖基板的第一侧上。

16、根据权利要求11所述的光学延迟器，其中所述横向非均匀元件包括所述形式双折射薄膜抗反射元件的被刻蚀的区域。

17、根据权利要求11所述的光学延迟器，其中所述形式双折射薄膜抗反射元件包括至少一个抗反射涂层，用于降低在光栅-光栅界面、空气-光栅界面、基板-光栅界面、以及基板-空气界面的至少一处的反射。

18、根据权利要求17所述的光学延迟器，其中选择所述第一和第二多层的所述第一和第二折射率以及所述第一和第二厚度，以提供用于补偿液晶显示面板的双折射以及所述至少一个抗反射涂层的双折射的面外延迟。

19、根据权利要求1-10中任一项权利要求所述的光学延迟器，其中所述轴向非均匀元件在380nm-800nm波段是透明的，并对于380nm-800nm之间的任意波长提供0nm至1000nm范围的面外延迟。

20、根据权利要求19所述的光学延迟器，其中所述横向非均匀元件在380nm-800nm波段是透明的，并对于380nm-800nm之间的任意波长提供1nm至250nm范围的面内延迟。

21、根据权利要求1-10中任一项权利要求所述的光学延迟器，其中所述横向非均匀元件和所述轴向非均匀元件每个都由各向同性材料构成。

22、根据权利要求1-10中任一项权利要求所述的光学延迟器，其中所述横向非均匀元件和所述轴向非均匀元件每个都由介电材料构成。

23、根据权利要求1-10中任一项权利要求所述的光学延迟器，其中所述横向非均匀元件、所述轴向非均匀元件、以及所述至少一个基板形成用于补偿液晶显示面板中的残余双折射的全无机介电调整延迟器。

24、根据权利要求1-10中任一项权利要求所述的光学延迟器，其中选择所述轴向非均匀元件的所述第一多层和所述第二多层、所述横向非均匀元件的所述第一多个区域和所述第二多个区域，以增强基于偏振的微显示投影系统中的系统对比度。

25、根据权利要求1-10中任一项权利要求所述的光学延迟器，其中所述第一多层和所述第二多层的每层的所述第一折射率和所述第二折射率之差大于约0.5。

26、一种采用光学延迟器以增强基于液晶显示的投影系统中的系统对比度方法，所述方法包括：

在所述投影系统中定位如权利要求1-10中任一项权利要求所限定的光学延迟器，以使得在所述投影系统中的液晶显示面板的残余延迟基本上被补偿。

27、一种基于液晶显示器的投影系统，所述投影系统包括：

光源；

第一偏振器，其用于接收来自所述光源的光并传输具有第一线偏振轴的第一线偏振光；

液晶显示面板，其用于光学调制所述第一线偏振光，所述液晶显示面板具有残余双折射；

第二偏振器，其用于接收经光学调制的光，并用于传输具有第二线偏振轴的第二线偏振光；

投影透镜，其用于将所述第二线偏振光投影在显示屏上；以及

光学延迟器，其用于补偿所述液晶显示面板的残余双折射，所述光学延迟器如权利要求1-10中任一项权利要求所限定。

28、一种光延迟器的制造方法，所述方法包括：

在基板上提供网纹表面，所述网纹表面展示出面内双折射；以及

在所述网纹表面上沉积折射率交替的多层薄膜膜系，以使得所述薄膜层基本上构成所述网纹表面的轮廓以提供多个波状层，所述多个波状层展示出面内双折射和面外双折射。

29、根据权利要求28所述的光学延迟器的制造方法，其中沉积所述交替折射率多层薄膜膜系以使得所述多层波状层具有同样的调制周期，并使得所述多层波状层的调制高度随着与所述网纹表面的距离而逐渐降低。

30、根据权利要求29所述的光学延迟器的制造方法，其中，沉积所述折射率交替的多层薄膜膜系以使得所述光延迟器提供在预定范围内的A-面板延迟和-C-面板延迟，以改善基于液晶显示器的投影系统的系统对比度等级。

31、一种光学延迟器的制造方法，所述方法包括：

在基板上沉积折射率交替的多层薄膜膜系，所述折射率交替的多层薄膜膜系提供-C-面板光栅结构；以及

将所述折射率交替的多层薄膜膜系的厚度段刻蚀为交替的横向区域以提供A-面板光栅结构。

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