專利名稱：一種提高相控硅基液晶器件響應速度的方法
技術領域：
本發明涉及液晶顯示技術領域，特別是涉及一種提高相控硅基液晶器件響應速度的方法。
背景技術：
LCOS (Phase Only Liquid Crystal On Silicon,相控式娃基液晶器件)技術在圖像和視頻顯示方面發展近20年,跟傳統的LCD (Liquid Crystal Display,液晶顯示)平板顯示技術不同，它不僅利用了液晶材料獨特的光電特性，同時結合了高性能、多功能CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)集成電路的優勢，利用電信號控制液晶材料的偏轉，在這個變化的過程中對入射光進行全相位、連續的調試，從原理上看，對于光的利用效率是最佳的。因此該器件的應用功能比傳統的IXD顯示和LCOS圖像顯示又豐富了許多。目前在光通信、全息投影等方面占有一定的優勢。LCOS器件大概分成兩類:第一類是對光的振幅進行調試，即上述的傳統LCOS顯示器件；第二類是僅對光的相位進行調試。振幅調試的LCOS通過線性偏振片，對入射光的線性偏正方向進行調試后，最后輸出偏振光信息，這類似于當前的LCD顯示原理；而相位調試的LCOS器件則通過加載在CMOS電路上的電信號改變液晶分子的雙折射率，從而達到延遲入射光相位的效果，由于液晶材料的雙折射率變化范圍較大，因此相控LCOS器件中通常使用液晶材料作為光傳輸媒介。由于在相位調試的LCOS器件當中,偏振片和其他光學器件是沒有光吸收的，這樣光傳輸效率是最大的。因此，相控LCOS器件是未來光引擎的發展方向之一。相控LCOS器件的結構如

圖1所示，與傳統IXD器件的“三明治”結構不同的是，將其中一層玻璃襯底換成CMOS集成電路的硅襯底，是反射性器件。為了使LCOS的硅背板(硅襯底)電路的像素陣列達到最大的填充因數，電子電路設置在鋁制像素陣列的下部。當入射光進入零吸收的液晶材料層時，將模擬驅動電壓加載于硅背板的每個像素上，通過電場使液晶材料發生偏轉，這樣可以使得入射光在液晶分子偏轉的過程中發生相位延遲。液晶材料是一種介乎于固體和液體之間的物質狀態。液晶材料的狀態又分成向列型液晶態，近晶型液晶態(Smectic Phase)等。通常來說液晶態由分子在空間的定向來區分，即分子重心在空間的分布。比如向列型液晶的分子是長細棒型的，那它們的分子的分布是指向某個方向的。由于液晶分子在高溫是具有液體的形態，即任意方向態的(IsotropicPhase)，所以要保持液晶的某特定方向屬性，需要將環境溫度保持在一個范圍之內。如圖2所示，以向列型液晶材料為例，它是普通的液晶態之一，它分子是棒狀的、其排列具有一定方向。當前液晶器件中的主要光電材料便是向列型液晶分子，藍相液晶分子或者膽固醇型液晶分子。是特殊折射率，它平行于液晶分子方向的電場偏振方向；n。是普通折射率，它垂直于液晶分子方向的電場偏振方向。雙折率是兩數值的差。由于向列型液晶材料具備連續相位調試的優勢，近年來被越來越多的硅基液晶器件(LCOS)所采用。液晶材料的選擇是相控式LCOS器件性能的最重要部分，應用于此器件中的液晶材料必須滿足以下幾個要求:1、高雙折射率(器件厚度厚，器件響應速度慢):
權利要求
1.一種提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，包括: 步驟SlOl，確定調整步長m; 步驟S102，根據相控硅基液晶器件的厚度和工作溫度，結合調整步長m，確定不同的響應區間； 步驟S103，選擇各個響應區間內響應速度變化最快的一個響應區間作為相控變換的工作區間。
2.如權利要求1所述的提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，各響應區間分別為:(0,2 31 )，(m, 2 31+m), (2m, 2 π+2m),……，(nm，2 π+nm)，其中，器件厚度d=2 Ji +nm0
3.如權利要求1或2所述的提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，在步驟S103之后，還包括: 把驅動電壓增加到最大負載電壓Vmax，完成最大電壓驅動過程； 將驅動電壓降至目標相位值，即目標電壓值Vi ;此時器件需要的時間為td i ;td i是從最大電壓到灰度等級為i時的響應時間，其中i=0，l，2，……，255 ;得到最后的相位延遲。
4.如權利要求3所述的提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，在把驅動電壓增加到最大負載電壓Vmax之前，還包括: 進行直流平衡處理，使硅基液晶器件中加載于液晶材料上的交變電場對稱。
5.如權利要求4所述的提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，在負載電壓由最大負載電壓向目標電壓值降低時，增加一個或多個中間電壓值，負載電壓由最大負載電壓先降到中間電壓值，再降至目標電壓值；同時，在驅動電壓的方波電壓波形的波形前沿和后沿增加預定中間值，減小穩定狀態時的相位擺動。
6.如權利要求4或5所述的提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，硅基液晶器件的CMOS背板中，像素尺寸的大小在I微米到20微米之間，單元像素的形狀為長方形或者正方形。
7.如權利要求4或5所述的提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，硅基液晶器件的液晶材料為向列型液晶材料、監相液晶材料或膽固醇型液晶材料。
8.如權利要求7所述的提聞相控娃基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，娃基液晶器件的取向層由高分子聚合物組成的，取向層的摩擦方式是與液晶分子的方向矢量垂直；當液晶材料應用于電控性雙折射率的結構中時，取向層的初始摩擦角為2° ;當液晶材料應用于光學補償結構的器件中時，取向層的初始摩擦角不小于8°。
9.如權利要求4或5所述的提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，硅基液晶器件的驅動電壓為正弦波脈沖、三角波脈沖或者方形波脈沖。
10.如權利要求8所述的提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，在模擬電路驅動下的相控LCOS器件，最大電壓為7V，灰度級從O至255。
11.如權利要求8所述的提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，其特征在于，最大負載電壓Vmax為灰度值為255或189所對應的負載電壓值。
全文摘要
本發明公開了一種提高相控硅基液晶器件響應速度的方法，包括步驟S101，確定調整步長m；步驟S102，根據相控硅基液晶器件的厚度和工作溫度，結合調整步長m，確定不同的響應區間；步驟S104，選擇各個響應區間內響應速度變化最快的一個響應區間作為相控變換的工作區間。本發明采用ECB模式，在滿足連續相位調試、極低量子化誤差、高光傳輸效率、全相位調試等原有優勢的基礎上，達到了器件提速的目的。
文檔編號G02F1/133GK103217818SQ20131008702
公開日2013年7月24日 申請日期2013年3月19日 優先權日2013年3月19日
發明者張紫辰, 尤政, 初大平 申請人:清華大學