專利名稱：一種寬視角、高對比度和快速響應(yīng)的液晶光閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于光學(xué)開關(guān)裝置，特別涉及一種寬視角、高對比度和快速響應(yīng)的液 晶光閥，利用一個光學(xué)自補(bǔ)償彎曲(Optical Compensated Bend :0CB)模式液晶盒、兩個+a 波片、兩個-C波片和兩個偏光片來實現(xiàn)光學(xué)開關(guān)效果。
技術(shù)背景液晶光閥(Liquid Crystal Light Valve)簡稱(LCLV)，是利用液晶對光的調(diào)制特 性而制作的一種具有實時功能的空間光調(diào)制器。它可以廣泛地應(yīng)用于光計算、模式識別、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，因此在相干光實時處理系統(tǒng)中，液晶光閥是必不可少 的器件。同時液晶光閥還可以增大讀出光的能量，實現(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)的液晶光閥大多采用扭曲向列相液晶盒，響應(yīng)時間為幾十個毫秒，對比度可 以達(dá)到200左右，視角比較窄，若應(yīng)用于投影顯示中，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畫則最好選擇1000 1以上的高對度投 影機(jī)，響應(yīng)時間越短越好，響應(yīng)時間越短，用戶在看移動的畫面時就不會出現(xiàn)類似殘影或者 拖沓的痕跡，并且大多少數(shù)顯示還是要求視角越寬越好。因此，應(yīng)用扭曲向列相液晶盒制作 的傳統(tǒng)的液晶光閥就不能滿足要求了
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于解決傳統(tǒng)液晶光閥的視角、對比度和響應(yīng)時間的問題，提 供一種寬視角、高對比度和快速響應(yīng)的液晶光閥。本實用新型采用具有快速響應(yīng)特點的OCB 模式液晶盒，通過對OCB盒進(jìn)行膜補(bǔ)償并優(yōu)化，實現(xiàn)了 1.7ms的響應(yīng)時間，最大對比度達(dá)到 2900，視角也很寬，10°極角范圍的各個方向上對比度可以達(dá)到2000，20°極角范圍的各個 方向上對比度可以達(dá)到1000，正負(fù)60°極角范圍水平方向?qū)Ρ榷冗_(dá)到200。本實用新型的技術(shù)解決方案如下一種寬視角、高對比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其結(jié)構(gòu)包括兩個偏光片、兩個+a 波片、兩個-C波片和液晶盒，其中兩個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、第一 +a波片、第一 -C波片、液晶盒、第二 -C波片、第二 +a波片和檢偏器，光線依次 通過起偏器、第一 +a波片、第一 -C波片、液晶盒、第二 -C波片、第二 +a波片和檢偏器。所述的兩個偏光片都是采用高偏振度偏光片。所述的兩個-C波片的雙折射率是相同的，均為-0. 0092(589nm)，兩個+a波片的雙 折射率是相同的，均為0. 0092 (589nm)。第一 +a波片的厚度是在14 17 μ m范圍，第二 +a 波片的厚度為10 μ m,兩個-C波片的方位角都是0°，厚度都是在30 31 μ m范圍內(nèi)。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 層、液晶材料、封邊框膠和球形樹脂粉；其位置關(guān)系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，液晶材料沿著取 向?qū)邮孪饶Σ梁玫姆较蚺帕?，即液晶分子反向平行排列，加低電壓時液晶分子為彎曲排列 結(jié)構(gòu)，加高電壓時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。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 μ m，液晶材料參數(shù)ε “ = 18. 6，ε ±= 3. 5，η0 = 1. 5， Δη = 0· 2，K11 = 12. 9pN，K33 = 17. 3ρΝ，Y1 = O. 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?；步驟3，取向?qū)幽Σ粒徊襟E4，下玻璃基板噴灑球形樹脂粉，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兩個+a波片、兩個-C波片，以及起偏器和檢偏器，最 后得到該寬視角、高對比度和快速響應(yīng)的液晶光閥。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下有益效果本實用新型設(shè)計的液晶光閥的特點是使用OCB模式液晶盒，OCB模式由于在液晶 層厚度方向上液晶分子具有上下對稱的取向，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；另外液晶盒使用兩個-C波片和兩個+a波片作為補(bǔ)償膜，并 使用適當(dāng)?shù)膮?shù)優(yōu)化該模式，使得該液晶光閥的對比度很高，最大對比度達(dá)到2900。視角也 很寬，10°極角范圍的各個方向上對比度可以達(dá)到2000，20°極角范圍的各個方向上對比 度可以達(dá)到1000，正負(fù)60°極角范圍水平方向?qū)Ρ榷冗_(dá)到200。響應(yīng)時間為1. 7毫秒。

圖1是本實用新型寬視角、高對比度、快速響應(yīng)的液晶光閥外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型寬視角、高對比度、快速響應(yīng)的液晶光閥中液晶盒結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是OCB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是本實用新型寬視角、高對比度、快速響應(yīng)的液晶光閥的對比度視角圖；圖5是本實用新型寬視角、高對比度、快速響應(yīng)的液晶光閥的響應(yīng)時間圖。
具體實施方式
本實用新型的高對比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，按照以下步驟制作步驟1，刻蝕出電極圖形；先在ITO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 成與電極圖形對應(yīng)的黑白圖案，曝光時使透明區(qū)光刻膠在光的作用下起反應(yīng))，然后通過紫
4外光進(jìn)行照射，對ITO電極層進(jìn)行選擇性化學(xué)腐蝕，從而在ITO導(dǎo)電玻璃上得到與掩膜版完 全對應(yīng)的圖形。步驟2，取向?qū)油坎技肮袒辉诳涛g好的ITO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，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 μ 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；在對位貼合機(jī)上將上下玻璃基板進(jìn)行對位貼合，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)ε // = 18. 6，ε ±= 3. 5，η0 = 1.5, Δη =0. 2，K11 = 12. 9pN, K33 = 17. 3ρΝ, Y1 = O. 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氣等惰性氣體， 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，清洗玻璃表面并貼合兩個+a波片、兩個-C波片和兩個偏光片(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 以貼合兩個+a波片、兩個-C波片和兩個偏光片了。+a波片雙折射率為0. 0092 (589nm)，-c 波片雙折射率為-O. 0092 (589nm)，第一 +a波片的厚度是在14 17 μ m范圍，第二 +a波片 的厚度為10ym，兩個-C波片的方位角都是0°，厚度都是在30 31μπι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43°， 檢偏器的方位角為-48°，第一+a波片的方位角為45°，第二+a波片的方位角為48°來貼 合兩個+a波片、兩個-C波片和兩個偏光片。最后得到這種高對比度和快速響應(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)》。本實用新型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、第一 +a波片2、第一 -C波片3、液晶盒4、第二 -C波片5、第二 +a波片6、檢偏器7。液晶盒的結(jié) 構(gòu)如圖2所示，最外層為玻璃基板8，玻璃基板內(nèi)表面為電極9，再向里是取向?qū)?0，內(nèi)部為液晶材料11沿著取向?qū)?0事先摩擦好的方向排列，兩玻璃基板8依靠封框膠12粘結(jié)在一 起，在液晶內(nèi)放置直徑為4 μ m的球形樹脂粉13來控制液晶層的厚度。圖3是OCB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 液晶分子反向平行排列，如圖3(a)所示；加低電壓時為彎曲結(jié)構(gòu)排列，如圖3(b)所示；加 高電壓時為垂直基板表面排列，如圖3(c)所示。液晶層的厚度是4 μ m,液晶材料(Merck公司生產(chǎn)的MLC-2136)參數(shù)ε // = 18. 6， ε 丄=3. 5，η。= 1. 5，Δη = 0· 2,K11 = 12. 9pN,K33 = 17. 3ρΝ, Y1 = O. 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)，-C 波片雙折射率為-O. 0092 (589nm)，第一 +a波片的厚度是在14 17 μ m范圍，第二 +a波片 的厚度為10 μ m，，兩個-C波片的方位角都是0°，兩個-C波片的厚度都是在30 31 μ m 范圍。兩個偏光片(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0°，起偏器1的方位角為43°，檢偏器7的方位角 為-48°，第一+a波片2的方位角為45°，第二+a波片6的方位角為48°。先加低電壓U1 = 1.4V，液晶分子呈彎曲結(jié)構(gòu)排列，此時液晶盒是亮態(tài)的，對應(yīng)的 透過率是亮態(tài)透過率。然后將低電壓U1 = 1.4V變?yōu)楦唠妷篣2 = 13. 5V，液晶分子逐漸垂 直于基板方向排列，此時液晶盒的透過率逐漸減小，最終液晶盒是暗態(tài)的，對應(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1 = 1.4V時，由于液晶層內(nèi)彈性力的作 用，液晶分子又會逐漸變回到彎曲排列狀態(tài)，此時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。該液晶光閥的對比度 視角圖可以用Mouse-LCD 2. 6軟件模擬得到，如圖4所示，圖中曲線從里向外依次表示對比 度為2000，1000，500，200，100，50，10，5，1的區(qū)域。模擬軟件的結(jié)果顯示最大對比度可以達(dá) 到2900。從圖中也可以看出該液晶盒的視角很寬，10°極角范圍的各個方向上對比度可以 達(dá)到2000，20°極角范圍的各個方向上對比度可以達(dá)到1000，正負(fù)60°極角范圍水平方向 對比度達(dá)到200。將從透過率最大值的90%下降到10%之間的時間定義為上升時間；從透 過率最大值的10%上升到90%之間的時間定義為下降時間。上升時間和下降時間的總和 定義為響應(yīng)時間。該液晶光閥的響應(yīng)時間圖可以通過模擬計算得到，如圖5所示。將低電 SU1 = 1.4V變?yōu)楦唠妷篣2 = 13. 5V后，液晶盒的透過率會逐漸降低，如曲線a所示。將高 電壓U2 = 13. 5V變?yōu)榈碗妷篣1 = 1.4V時，液晶盒的透過率逐漸增大，如曲線b所示。根據(jù) 響應(yīng)時間的定義，從圖5可以得到上升時間約為0. 1ms，下降時間約為1. 6ms，總響應(yīng)時間 約為1.7ms。該液晶光閥滿足寬視角、高對比度和快速響應(yīng)液晶光閥的要求。圖4和圖5是根據(jù)第一+a波片的厚度是在15 μ m范圍，第二+a波片的厚度為 10 μ m，兩個-C波片的厚度都是在30 μ m得到的。當(dāng)?shù)谝?a波片的厚度是在14 17 μ m 范圍，第二 +a波片的厚度為10 μ m,兩個-C波片的厚度都是在30 31 μ m范圍內(nèi)的其它數(shù) 據(jù)得到的等對比度視角圖基本不變，圖中曲線的描述對這些數(shù)據(jù)的結(jié)果也是滿足的。響應(yīng) 時間也是一樣的。本實用新型未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求一種寬視角、高對比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為包括兩個偏光片、兩個+a波片、兩個 c波片和液晶盒，其中兩個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、第一+a波片、第一 c波片、液晶盒、第二 c波片、第二+a波片和檢偏器，光線依次通過起偏器、第一+a波片、第一 c波片、液晶盒、第二 c波片、第二+a波片和檢偏器。
2.如權(quán)利要求1所述寬視角、高對比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為所述的兩個 偏光片都是采用高偏振度偏光片。
3.如權(quán)利要求1所述寬視角、高對比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為所述的兩 個-C波片的雙折射率在波長589nm下是相同的，均為-0. 0092，兩個+a波片的雙折射率在 波長589nm下是相同的，均為0. 0092 ；第一+a波片的厚度是在14 17 μ m范圍，第二+a波 片的厚度為10 μ m,兩個-C波片的方位角都是0°，厚度都是在30 31 μ m范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述寬視角、高對比度和快速響應(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、氧化銦錫電極、取向?qū)印⒁壕Р牧?、封邊框膠和球 形樹脂粉；其位置關(guān)系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 層，中間為液晶材料和間隔物，其中氧化銦錫電極簡稱為ITO電極。
5.如權(quán)利要求1所述寬視角、高對比度和快速響應(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所述寬視角、高對比度和快速響應(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所述寬視角、高對比度和快速響應(yīng)的液晶光閥，其特征為所述的液 晶層的厚度是4 μ m，液晶材料參數(shù)ε " = 18.6，ε丄=3. 5，η。= 1. 5，Δη = 0.2, K11 = 12. 9pN, K33 = 17. 3ρΝ, Y1 = O. 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°。
專利摘要本實用新型屬于光學(xué)開關(guān)裝置，具體為一種寬視角、高對比度和快速響應(yīng)的液晶光閥。其結(jié)構(gòu)包括兩個偏光片、兩個+a波片、兩個-c波片和液晶盒，其位置關(guān)系依次為起偏器、第一+a波片、第一-c波片、液晶盒、第二-c波片、第二+a波片和檢偏器，光線依次通過起偏器、第一+a波片、第一-c波片、液晶盒、第二-c波片、第二+a波片和檢偏器。本實用新型的液晶光閥使用OCB模式液晶盒，在液晶層厚度方向上液晶分子具有上下對稱的取向，液晶盒使用兩個-c波片和兩個+a波片作為補(bǔ)償膜，使得該液晶光閥的對比度最大對比度達(dá)到2900。視角也很寬，10°極角范圍的各個方向上對比度可以達(dá)到2000，20°極角范圍的各個方向上對比度可以達(dá)到1000，正負(fù)60°極角范圍水平方向?qū)Ρ榷冗_(dá)到200。響應(yīng)時間為1.7毫秒。
文檔編號G02F1/1333GK201707524SQ20102018212
公開日2011年1月12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)