專利名稱：高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)開關(guān)裝置，特別涉及一種高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，利用一個(gè)光學(xué)自補(bǔ)償彎曲(Optical Compensated Bend :0CB)模式液晶盒、一個(gè)+a波片、一個(gè)_c 波片、一個(gè)_a波片和兩個(gè)偏光片來實(shí)現(xiàn)光學(xué)開關(guān)效果。
背景技術(shù)：
液晶光閥(Liquid Crystal Light Valve)簡稱(LCLV)，是利用液晶對(duì)光的調(diào)制特 性而制作的一種具有實(shí)時(shí)功能的空間光調(diào)制器。它可以廣泛地應(yīng)用于光計(jì)算、模式識(shí)別、信 息處理、顯示等現(xiàn)代高新技術(shù)領(lǐng)域，前景廣闊。由于液晶光閥寫入光和讀出光互相獨(dú)立，可 以方便地把非相干光轉(zhuǎn)換為相干光，因此在相干光實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中，液晶光閥是必不可少 的器件。同時(shí)液晶光閥還可以增大讀出光的能量，實(shí)現(xiàn)弱圖像的能量放大，因此它也被廣泛 地應(yīng)用于大屏幕、高亮度的投影顯示中。傳統(tǒng)的液晶光閥多采用扭曲向列相液晶盒，響應(yīng)時(shí)間為十幾個(gè)毫秒，對(duì)比度可以 達(dá)到200左右，若應(yīng)用于投影顯示的中，僅演示文字和黑白圖片則可以滿足需要，但如果用 來演示色彩豐富的照片和播放視頻動(dòng)畫則最好選擇1000 1以上的高對(duì)度投影機(jī)，并且響 應(yīng)時(shí)間越短越好，用戶在看移動(dòng)的畫面時(shí)就不會(huì)出現(xiàn)類似殘影或者拖沓的痕跡。那么應(yīng)用 扭曲向列相液晶盒制作的液晶光閥就不能滿足要求了。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決傳統(tǒng)液晶光閥的對(duì)比度和響應(yīng)時(shí)間的問題，提供一種高對(duì) 比度和快速響應(yīng)的液晶光閥。本發(fā)明采用具有快速響應(yīng)特點(diǎn)的0CB模式液晶盒，通過對(duì)0CB 盒進(jìn)行膜補(bǔ)償并優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了 1. 8ms的響應(yīng)時(shí)間，最大對(duì)比度達(dá)到2300，對(duì)比度為1000以上 的區(qū)域在水平和垂直方向上超過20°，對(duì)比度為100以上的區(qū)域在水平和垂直方向上接近
40°。本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)偏光片、_a波片、-c波 片、+a波片和液晶盒，其中兩個(gè)偏光片分別為起偏器和檢偏器，其位置關(guān)系依次為起偏 器、-a波片、-c波片、液晶盒、+a波片和檢偏器，光線依次通過起偏器、-a波片、_c波片、液 晶盒、+a波片和檢偏器；所述的兩個(gè)偏光片都是采用高偏振度偏光片。所述的波片中，+a波片雙折射率為0.0092 (589nm)，_a波片、_c波片雙折射率都 是-0. 0092 (589nm)。_c波片厚度是在27 35 y m范圍內(nèi)。_a波片的厚度在10 11 y m 范圍內(nèi)，+a波片的厚度在8 10 ym范圍內(nèi)。所述的液晶盒是0CB模式的液晶盒，包括玻璃基板、氧化銦錫(IT0)電極、取向 層、液晶材料、封邊框膠和球形樹脂粉；其位置關(guān)系依次為最外層為兩片玻璃基板，玻璃 基板內(nèi)表面為電極，再向里是取向?qū)?，中間為液晶材料和間隔物，不加電壓時(shí)，液晶材料沿
3著取向?qū)邮孪饶Σ梁玫姆较蚺帕校匆壕Х肿臃聪蚱叫信帕校拥碗妷簳r(shí)液晶分子為彎曲 排列結(jié)構(gòu)，加高電壓時(shí)液晶分子垂直基板表面排列，該模式的液晶盒具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)。所述的兩玻璃基板依靠封邊框膠粘結(jié)在一起，在液晶內(nèi)放置與所需液晶層厚度匹 配的球形樹脂粉來控制液晶層的厚度。所述的封邊框膠在兩層玻璃基板之間，與上下兩層玻璃基板組成封閉空間。所述的液晶層的厚度是4 ii m，液晶材料參數(shù)￡ “ = 18. 6，e ±= 3. 5，n0 = 1. 5， An = 0. 2，Kn = 12. 9pN，K33 = 17. 3pN，y : = 0. 134Pa s，邊界強(qiáng)錨定，上下兩基板處液 晶的預(yù)傾角度分別為5°和175°。上面所述的高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥的制作方法，其步驟如下步驟1，刻蝕出電極圖形；步驟2，取向?qū)油坎技肮袒徊襟E3，取向?qū)幽Σ?；步驟4，下玻璃基板噴球形樹脂粉，上玻璃基板印刷封邊框膠；步驟5，上下玻璃基板貼合并將封邊框膠固化；步驟6，灌注液晶材料并封口 ；步驟7，清洗玻璃表面并貼合+a波片、-c波片、-a波片，以及起偏器和檢偏器，最 后得到該高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下有益效果本發(fā)明設(shè)計(jì)的液晶光閥的特點(diǎn)是使用0CB模式液晶盒，0CB模式由于在液晶層厚 度方向上液晶分子具有上下對(duì)稱的取向，所以電光學(xué)響應(yīng)速度高，因此應(yīng)用在液晶光閥中 可以達(dá)到響應(yīng)速度的要求；另外液晶盒使用一個(gè)-c波片、一個(gè)波片和一個(gè)波片作 為補(bǔ)償膜，并對(duì)補(bǔ)償膜和偏光片的方位角進(jìn)行優(yōu)化以提高其對(duì)比度。這樣經(jīng)過優(yōu)化以后的 0CB模式液晶光閥的響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到1.8ms，最大對(duì)比度達(dá)到2300，對(duì)比度為1000以上 的區(qū)域在水平和垂直方向上超過20°，對(duì)比度為100以上的區(qū)域在水平和垂直方向上接近 40°。


圖1是本發(fā)明高對(duì)比度、快速響應(yīng)的液晶光閥外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明高對(duì)比度、快速響應(yīng)的液晶光閥中液晶盒結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是0CB模式液晶盒中的液晶分子分別在不加電、加低電壓和加高電壓情況下 的排列示意圖。圖4是本發(fā)明高對(duì)比度、快速響應(yīng)的液晶光閥的對(duì)比度視角圖；圖5是本發(fā)明高對(duì)比度、快速響應(yīng)的液晶光閥的響應(yīng)時(shí)間圖。
具體實(shí)施例方式一種高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥的制作方法，按照以下步驟制作步驟1，刻蝕出電極圖形；先在IT0導(dǎo)電玻璃上涂覆感光膠，再覆蓋光刻掩膜版(光刻掩膜版是在膠片上制 成與電極圖形對(duì)應(yīng)的黑白圖案，曝光時(shí)使透明區(qū)光刻膠在光的作用下起反應(yīng))，然后通過紫外光進(jìn)行照射，對(duì)IT0電極層進(jìn)行選擇性化學(xué)腐蝕，從而在IT0導(dǎo)電玻璃上得到與掩膜版完 全對(duì)應(yīng)的圖形。步驟2，取向?qū)油坎技肮袒?；在刻蝕好的IT0導(dǎo)電玻璃上涂布取向劑(聚酰胺酸溶液)，形成均勻的膜層。然 后預(yù)烘，將取向材料溶液中的溶劑加熱使之揮發(fā)，留下固體的取向材料膜層，然后在300 350°C下固化1 2小時(shí)，脫水閉環(huán)生成聚酰亞胺膜，這樣就形成了所需要的取向膜。步驟3，取向?qū)幽Σ粒辉谌∠蚰ど嫌媒q布向一個(gè)方向摩擦，液晶層中的液晶分子將按照摩擦的方向平行 排列，這樣就可以獲得一致的取向和該液晶光閥所需要的傾角，上下兩基板處液晶的預(yù)傾 角度分別為5°和175°。步驟4，下玻璃基板噴灑直徑為4 u m的球形樹脂粉，上玻璃基板印刷封邊框膠；在下玻璃基板上用噴粉機(jī)噴灑球形樹脂粉，形成較均勻分布，來控制兩玻璃基板 之間的間距，上玻璃基板上采用絲網(wǎng)印刷方法來絲印邊框膠和導(dǎo)電點(diǎn)膠，用來控制所制作 液晶光閥的大小和導(dǎo)通上下基板之間的公共電極。步驟5，上下玻璃基板貼合并將封邊框膠固化；在對(duì)位貼合機(jī)上將上下玻璃基板進(jìn)行對(duì)位貼合，使用熱固化方法在200°C左右將 邊框膠固化，形成液晶空盒。步驟6，灌注液晶材料并封口 ；將空盒放置在抽真空的液晶灌注密閉室內(nèi)，盒中的氣體由封口處抽出，然后使注 入孔(密封邊框的缺口 )接觸液晶，液晶材料參數(shù)￡ // = 18. 6，e ±= 3. 5，n0 = 1.5, An =0. 2，Kn = 12. 9pN, K33 = 17. 3pN, y : = 0. 134Pa s。利用毛細(xì)管現(xiàn)象，就可將空盒的大 部分容積注入液晶材料，再向液晶灌注室內(nèi)充入經(jīng)過充分干燥的氬氣和氮?dú)獾榷栊詺怏w， 利用惰性氣體的壓力使液晶材料完全充滿液晶盒。采用密封膠粘接封口，通過冷凍的方法， 讓封口膠恰當(dāng)?shù)厥湛s帶入封口內(nèi)，再用紫外光照射固化。步驟7，清洗玻璃表面并按照給定角度貼合+a波片、-c波片、_a波片和兩個(gè)偏光 片(即起偏器和檢偏器)。刮膠和清洗，將液晶盒表面殘留的一些封口膠、液晶和其他污物清除掉。然后就可 以貼合+a波片、-c波片、波片和兩個(gè)偏光片了。+a波片雙折射率為0. 0092 (589nm)，-a 波片、_c波片雙折射率為-0. 0092 (589nm)，-c波片的方位角是0 °，厚度是在27 35 y m范 圍內(nèi)。_a波片的厚度在10 11 y m范圍內(nèi)，+a波片的厚度在8 10 y m范圍內(nèi)。偏光片采 用高偏振度偏光片，Polatechno公司生產(chǎn)的SKN-18243T。按照起偏器的方位角為-2. 4°， 檢偏器的方位角為87.6°，_a波片的方位角為1.7°，+a波片的方位角為-88. 2°來貼合 兩個(gè)雙軸補(bǔ)償膜和兩個(gè)偏光片，最后得到這種高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥。以上制作方法未述內(nèi)容為公知技術(shù)，具體可以參照由北京郵電大學(xué)出版社出版、 范志新編著的《液晶器件工藝基礎(chǔ)》。本發(fā)明制得的液晶光閥的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，光線依次通過起偏器1、波片 2、-c波片3、液晶盒4、+a波片5、檢偏器6。液晶盒的結(jié)構(gòu)如圖2所示，最外層為玻璃基板 7,玻璃基板內(nèi)表面為電極8，再向里是取向?qū)?，內(nèi)部為液晶材料10沿著取向?qū)?事先摩 擦好的方向排列，兩玻璃基板7依靠封框膠11粘結(jié)在一起，在液晶內(nèi)放置直徑為4 ym的球形樹脂粉12來控制液晶層的厚度。圖3是0CB模式液晶盒中的液晶分子分別在不加電、 加低電壓和加高電壓情況下的排列示意圖。不加電壓時(shí)液晶分子反向平行排列，如圖3(a) 所示；加低電壓時(shí)為彎曲結(jié)構(gòu)排列，如圖3(b)所示；加高電壓時(shí)為垂直基板表面排列，如圖 3(c)所示。液晶層的厚度是4 ii m,液晶材料(Merck公司生產(chǎn)的MLC-2136)參數(shù)e // = 18. 6， e 丄=3. 5，n。= 1. 5，An = 0. 2，Kn = 12. 9pN，K33= 17. 3pN, y : = 0. 134Pa .s，邊界強(qiáng)錨定， 上下兩基板處液晶的預(yù)傾角度分別為5°和175°。+a波片雙折射率為0.0092(589nm)，-a 波片、_c波片雙折射率為-0. 0092 (589nm), 波片的厚度在10 11 y m范圍內(nèi)，+a波片 的厚度在8 10 iim范圍內(nèi)。-c波片的方位角是0°，厚度是在27 35 iim范圍內(nèi)。兩個(gè) 偏光片(即起偏器和檢偏器)均采用高偏振度偏光片Polatechno公司生產(chǎn)的SKN-18243T。 液晶層平面的方位角為45°，起偏器1的方位角為-2. 4°，檢偏器6的方位角為87. 6°，-a 波片2的方位角為1.7°，+a波片5的方位角為-88. 2°。先加低電壓仏=IV，液晶分子呈彎曲結(jié)構(gòu)排列，此時(shí)液晶盒是亮態(tài)的，對(duì)應(yīng)的透過率是亮態(tài)透過率。然后將低電壓仏=IV變成高電壓U2 = 13. 5V，液晶分子逐漸垂直于基 板方向排列，此時(shí)液晶盒的透過率逐漸減小，最終液晶盒是暗態(tài)的，對(duì)應(yīng)的透過率是暗態(tài)透 過率。再將高電壓U2 = 13.5V變?yōu)榈碗妷篣i = IV時(shí)，由于液晶層內(nèi)的彈性力的作用，液 晶分子又會(huì)逐漸變回到彎曲排列狀態(tài)，此時(shí)液晶盒的透過率逐漸增大，最終液晶盒又表現(xiàn) 為亮態(tài)。對(duì)比度可以用亮態(tài)透過率與暗態(tài)透過率的比值來表示。該液晶光閥的對(duì)比度視角 圖可以用MouSe-LCD2. 6軟件模擬得到，如圖4所示，圖中曲線從外向里依次表示對(duì)比度為 1，5，10，100，1000的區(qū)域。模擬軟件的結(jié)果顯示最大對(duì)比度可以達(dá)到2300，對(duì)比度為1000 以上的區(qū)域在水平和垂直方向上超過20°，對(duì)比度為100以上的區(qū)域在水平和垂直方向上 接近40°。將從透過率最大值的90%下降到10%之間的時(shí)間定義為上升時(shí)間；從透過率 最大值的10%上升到90%之間的時(shí)間定義為下降時(shí)間。上升時(shí)間和下降時(shí)間的總和定義 為響應(yīng)時(shí)間。該液晶光閥的響應(yīng)時(shí)間圖可以通過模擬計(jì)算得到，如圖5所示。將低電壓^ =IV變?yōu)楦唠妷篣2 = 13. 5V后，液晶盒的透過率會(huì)逐漸降低，如曲線a所示。將高電壓隊(duì) =13.5V變?yōu)榈碗妷篣i = IV后，液晶盒的透過率逐漸增大，如曲線b所示。根據(jù)響應(yīng)時(shí)間 的定義，從圖5可以可以得到上升時(shí)間約為0. 1ms，下降時(shí)間約為1. 7ms，總響應(yīng)時(shí)間約為 1. 8ms。該液晶光閥滿足高對(duì)比度和快速響應(yīng)液晶光閥的要求。圖4和圖5是根據(jù)-c波片的厚度是30 u m, -a波片和+a波片的厚度都是10 y m 得到的。當(dāng)-c波片厚度是在27 35 y m范圍內(nèi)，-a波片的厚度在10 11 y m范圍內(nèi)，+a 波片的厚度在8 10 ym范圍內(nèi)的其它數(shù)據(jù)得到的等對(duì)比度視角圖基本不變，圖中曲線的 描述對(duì)這些數(shù)據(jù)的結(jié)果也是滿足的。響應(yīng)時(shí)間也是一樣的。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
一種高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為該光閥包括兩個(gè)偏光片、-a波片、-c波片、+a波片和液晶盒，其中兩個(gè)偏光片分別為起偏器和檢偏器，其位置關(guān)系依次為起偏器、-a波片、-c波片、液晶盒、+a波片和檢偏器，光線依次通過起偏器、-a波片、-c波片、液晶盒、+a波片和檢偏器。
2.如權(quán)利要求1所述高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為所述的兩個(gè)偏光片都 是采用高偏振度偏光片。
3.如權(quán)利要求1所述高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為所述的波片中，+a波 片雙折射率為0. 0092 (589nm)，-a波片、_c波片雙折射率都是-0. 0092 (589nm)。_c波片厚 度是在27 35μπι范圍內(nèi)。波片的厚度在10 Ilym范圍內(nèi)，+a波片的厚度在8 IOym范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為所述的液晶盒是OCB 模式的液晶盒，包括玻璃基板、氧化銦錫(ITO)電極、取向?qū)?、液晶材料、封邊框膠和球形 樹脂粉；其位置關(guān)系依次為最外層為兩片玻璃基板，玻璃基板內(nèi)表面為電極，再向里是取 向?qū)?，中間為液晶材料和間隔物。
5.如權(quán)利要求1所述高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為所述的兩玻璃基板依 靠封邊框膠粘結(jié)在一起，在液晶內(nèi)放置與所需液晶層厚度匹配的球形樹脂粉來控制液晶層 的厚度。
6.如權(quán)利要求1所述高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為所述的封邊框膠在兩 層玻璃基板之間，與上下兩層玻璃基板組成封閉空間。
7.如權(quán)利要求1所述高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為所述的液晶層的厚度 是 4μπι，液晶材料參數(shù)ε // = 18.6，ε 1=3. 5，η。= 1. 5，Δ η = 0. 2，K11 = 12·9ρΝ，Κ33 = 17. 3ρΝ, Y1 = O. 134Pas，邊界強(qiáng)錨定，上下兩基板處液晶的預(yù)傾角度分別為5°和175°。
8.如權(quán)利要求1所述高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥的制作方法，其特征為步驟如下步驟1，刻蝕出電極圖形；步驟2，取向?qū)油坎技肮袒徊襟E3，取向?qū)幽Σ?；步驟4，下玻璃基板噴球形樹脂粉，上玻璃基板印刷封邊框膠；步驟5，上下玻璃基板貼合并將封邊框膠固化；步驟6，灌注液晶材料并封口 ；步驟7，清洗玻璃表面并貼合+a波片、-C波片、-a波片，以及起偏器和檢偏器，最后得 到該高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥。
全文摘要
本發(fā)明屬于光學(xué)開關(guān)裝置，具體為一種高對(duì)比度和快速響應(yīng)的液晶光閥。其結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)偏光片、-a波片、-c波片、+a波片和液晶盒，其中兩個(gè)偏光片分別為起偏器和檢偏器，其位置關(guān)系依次為起偏器、-a波片、-c波片、液晶盒、+a波片和檢偏器，光線依次通過起偏器、-a波片、-c波片、液晶盒、+a波片和檢偏器。本發(fā)明使用OCB模式液晶盒，在液晶層厚度方向上液晶分子具有上下對(duì)稱的取向，液晶盒使用一個(gè)-c波片、一個(gè)+a波片和一個(gè)-a波片作為補(bǔ)償膜，這樣經(jīng)過優(yōu)化以后的OCB模式液晶光閥的響應(yīng)時(shí)間可以達(dá)到1.8ms，最大對(duì)比度達(dá)到2300，對(duì)比度為1000以上的區(qū)域在水平和垂直方向上超過20°，對(duì)比度為100以上的區(qū)域在水平和垂直方向上接近40°。
文檔編號(hào)G02F1/13363GK101840105SQ201010164968
公開日2010年9月22日 申請日期2010年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月7日
發(fā)明者單艾嫻, 孫玉寶 申請人:河北工業(yè)大學(xué)