[发明专利]一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，特别是涉及一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法。 

背景技术

LCOS（Phase Only Liquid Crystal On Silicon，相控式硅基液晶器件）技术在图像和视频显示方面发展近20年，跟传统的LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示）平板显示技术不同，它不仅利用了液晶材料独特的光电特性，同时结合了高性能、多功能CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）集成电路的优势，利用电信号控制液晶材料的偏转，在这个变化的过程中对入射光进行全相位、连续的调试，从原理上看，对于光的利用效率是最佳的。因此该器件的应用功能比传统的LCD显示和LCOS图像显示又丰富了许多。目前在光通信、全息投影等方面占有一定的优势。 

LCOS器件大概分成两类：第一类是对光的振幅进行调试，即上述的传统LCOS显示器件；第二类是仅对光的相位进行调试。振幅调试的LCOS通过线性偏振片，对入射光的线性偏正方向进行调试后，最后输出偏振光信息，这类似于当前的LCD显示原理；而相位调试的LCOS器件则通过加载在CMOS电路上的电信号改变液晶分子的双折射率，从而达到延迟入射光相位的效果， 

由于液晶材料的双折射率变化范围较大，因此相控LCOS器件中通常使用液晶材料作为光传输媒介。由于在相位调试的LCOS器件当中，偏振片和其他光学器件是没有光吸收的，这样光传输效率是最大的。因此，相控LCOS器件是未来光引擎的发展方向之一。 

相控LCOS器件的结构如图1所示，与传统LCD器件的“三明治”结构不同的是，将其中一层玻璃衬底换成CMOS集成电路的硅衬底，是反射性器件。为了使LCOS的硅背板（硅衬底）电路的像素阵列达到最大的填充因数，电子电路设置在铝制像素阵列的下部。当入射光进入零吸收的液晶材料层时，将模拟驱动电压加载于硅背板的每个像素上，通过电场使液晶材料发生偏转，这样可以使得入射光在液晶分子偏转的过程中发生相位延迟。 

液晶材料是一种介乎于固体和液体之间的物质状态。液晶材料的状态又分成向列型液晶态，近晶型液晶态（Smectic Phase）等。通常来说液晶态由分子在空间的定向来区分，即分子重心在空间的分布。比如向列型液晶的分子是长细棒型的，那它们的分子的分布是指向某个方向的。由于液晶分子在高温是具有液体的形态，即任意方向态的（Isotropic Phase），所以要保持液晶的某特定方向属性，需要将环境温度保持在一个范围之内。 

如图2所示，以向列型液晶材料为例，它是普通的液晶态之一，它分子是棒状的、其排列具有一定方向。当前液晶器件中的主要光电材料便是向列型液晶分子，蓝相液晶分子或者胆固醇型液晶分子。n_e是特殊折射率，它平行于液晶分子方向的电场偏振方向；n_o是普通折射率，它垂直于液晶分子方向的电场偏振方向。双折率是两数值的差。由于向列型液晶材料具备连续相位调试的优势，近年来被越来越多的硅基液晶器件（LCOS）所采用。 

液晶材料的选择是相控式LCOS器件性能的最重要部分，应用于此器件中的液晶材料必须满足以下几个要求： 

1、高双折射率（器件厚度厚，器件响应速度慢）：