反射式光阀的自补偿扭曲向列模式制造技术

本发明专利技术的反射式光阀的自补偿扭曲向列性（ＳＣＴＮ）模式，其光效率高，接近１００％，其饱和电压约低于３伏，且其液晶盒间隙不均匀性的容差比现有技术的较大。这种ＳＣＴＮ模式特别适且于由Ｓｉ圆片上制成的有源矩阵驱动的反射式光阀。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及反射式光阀的自动补偿扭曲型向列液晶(LC)盒，更具体地说，涉及一种配置在投影显示器的偏振分束器后面的场控向列液晶反射式显示器。迄今，向列液晶器件通常是用在投影显示器的反射式光阀中的，因而要求入射光束是线性偏振或随机偏振的。本专利技术只涉及入射光是线性偏振的情况。反射式光阀通常要求使用的入射光为线性偏振的液晶模式有排列倾斜而均匀、排列相变形(DAP)(M.P.Shiekel和K.Fahrenschon的文章，1971年第19卷第391期的《应用物理通讯》；F.J.Kahn的文章，1972年第20卷第199期的《应用物理通讯》；R.A.Soref和M.J.Rafuse的文章，1972年第43卷第2029期的《应用物理通讯》)的电控双折射(ECB)模式，有混合场效应(HFE)结构模式(W.P.Bleha，J.Grinberg，A.D.Jacobson和G.D.Myer等人的文章，1977年的《SID77文摘》第104页)，63.6°扭曲型模式(T.Sonehara和O.Okumura的文章，1989年的《日本显示界89》第192页)，混合排列向列(HAN)(J.Glueck，E.Lueder，T.Kallfass和H.U.Lauer的文章，1992年的《SID92文摘》第277页)模式和混合TN(MTN)模式(Shin-Tson Wu和Chiung-Sheng Wu的文章，1996年的《应用物理通讯》第68卷第11期)。反射式光阀的这些液晶模式其工作原理如附图说明图1A中所示。入射光束6通过起偏分束器(PBS)7后变成线性偏振光8(称为P波)，照射到向列液晶盒100上。液晶盒100包括前衬底1、后衬底2、介于前后衬底之间的向列液晶介质5，和分别在衬底1和2上的LC排列方向3和4。电极有两个(图1A中未示出)，一个电极透明，设在前衬底1面向液晶介质5的后面，另一个电极为反射金属电极(图1A中未示出)，设在后衬底2面向液晶介质的前面。图1B中所示的向列液晶盒100设计得使入射的偏振光束8在加到液晶盒100的两个电极上的电压等于或低于叫做阈值电压的某电压值而从液晶盒100反射出来时变成S波9(或近似S波)。这个S波是偏振方向垂直于P波偏振方向的线性偏振光。S波9由PSB7垂直反射成S波10，再由投射透镜(图1A中未示出)收集到屏幕上供人观赏。这个情况相当于光阀的明亮状态。外电压加到液晶盒100的两电极两端从而等于或高于叫做饱和电压的某电压值时，液晶盒100的表现近乎光学上各向同性的介质。在此情况下，照射着的线性偏振光8会从反射式液晶盒100反射回来，保持同样的偏振方向，在此情况下为P波。反射的P波通过PBS7之后会朝后沿入射光束6相反的方向传播。反射的P波其强度微不足道，由PBS7垂直反射成S波10，这相当于光阀的暗淡状态。所加的电压电平介于阈值电压与饱和电压之间时，居间的灰度电平起作用，使显示器的灰度级达1024级之多。现有技术反射式光阀要求入射光偏振的向列液晶模式如图2的示意图所示，它主要由前衬底21、后衬底22、向列液晶介质25、毗邻前衬底21的液晶导向器23和毗邻后衬底22的液晶导向器24组成。图2中还示出了X，Y，Z坐标系，以便与图1A中所示的X，Y，Z坐标系联系起来。有两个参数α1和φ1用来说明液晶导向器23的取向。α1为液晶导向器23与前衬底21的平面形成的倾斜角，φ1为液晶导向器23伸到前衬底21与X轴线形成的方位角。此外还有两个参数α2和φ2用来说明液晶导向器24的取向。α2为液晶导向器24从后衬底22的平面倾斜形成的倾斜角，φ2为液晶导向器24伸到后衬底22与X轴线形成的方位角。选取介电各向异性为正或负、整套参数为α1，φ1，α2和φ2的向列混合料，我们可以说明或表示现有技术液晶的六种组合方式。结果列于表I中以供比较。表 Iφ1φ2α1α2Δε●均匀ECB45°45° ＜20° ＜20° +●HFE0° 45° ＜20° ＜20° +●63.5°模式 0° 63.6° ＜20° ＜20° +●DAP45°45° ＜80° ＜80° -●HAN45°45° ＜20° ＜80° -●MTN -20°70° ＜20° ＜20° -●SCTN -30°30° ＜20° ＜20° -Δε为LC混合物的电介质各向异性入射光透当经过最佳化使其接近单色时，一般说来，若光阀的窗口上敷上一层消反射膜，则ECB模式，HAN模式和63.6°扭曲模式的光效率都一样高，接近100％。这里我们给光效率下的定义是，光阀中氧化铟锡和金属电极及液晶排列层引起的损耗忽略不计时，入射的p波转换成反射s波的转化率。然而，表I中的所有组合方式，除排列倾斜而均匀的ECB模式例外，都要求较高的工作电压，通常高于6伏。排列倾斜而均匀的ECB模式可在较低的电压下工作，但液晶盒间隙均匀性的要求严格。MTN模式与反射式光阀的其它组合方式相比，饱和电压约为4伏，光效率0.88，较低。表II总结比较了表I的各组合方式中在dΔn/λ、光效率、饱和电压和容差(Δd/d)等方面的情况，其中d和Δd分别为平均液晶盒间隙及其与d的偏差。表 IIdΔn/λ(μm) 光效率饱和电压Ad/d●均匀ECB ＞2.5V ≤±3％●HFE ＞6V≤±7％●63.6°模式 ＞6V≤±7％●DAP ＞0.3 ＞6V≤±10％●HAN ＞0.5 ＞6V≤±3％●MTN ＞4V≤±10％●SCTN ＞2.5V ≤±7％选择反射式光阀最适宜的液晶模式有三个重要的准则。第一个准则是光效率要高。第二个准则是液晶盒间隙非均匀性的容差要大，以便提高生产率。第三个准则是饱和电压要低，这在Si圆片上采用有源矩阵来驱动反射式光阀时尤其重要。饱和电压越低，Si圆片固定面积的显示清晰度就越高。采用饱和电压较低的液晶模式不仅降低生产在本，而且耗电量小。从表II可以看出，采用排列倾斜而均匀的ECB模式可以达到饱和电压低的要求，但这种模式在液晶盒时隙均匀性方面的要求过于严格。MTN模式的饱和电压较低而不是最低，液晶盒非均匀性的容差大，但光效率差，只有0.88。本专利技术的目的是提供一种具有工作电压低、光效率高、液晶盒间隙非均匀性容差较大等优点、特别适用于以Si圆片为基片、由有源矩阵驱动的反射式光阀的自补偿扭曲向列(SCTN)模式。本专利技术的最大目的是提供反射式光阀的一种自补偿扭曲向列(SCTN)模式。这种新型模式的好处是，光效率几乎达100％，饱和电压约在3伏以下，液晶盒间隙非均匀性的容差较大。饱和电压低对Si圆片为基片。由有源矩阵驱动的反射式光阀达到高清晰度低造价的目的特别有用。图1A示出应用入射光要求线性偏振的反射式光阀的向列液晶盒的工作原理。图1B示出本专利技术自补偿扭转向列结构模式的原理图。图2示出了现有技术向列型液晶盒的原理图。图3示出对本专利技术的结构模式的光效率作为dΔn/λ的函数进行计算的计算结果。图4中的实线为本专利技术结构模式的光效率与所加电压的关系曲线。图4中的虚线为现有技术的正60°扭曲模式的相应关系曲线。图5示出了本专利技术用E.Merck出口的ZLI3449-100作为液晶混合料进行实验得出的光效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种构件，由一个扭曲向列液晶盒和一个入射光束供应装置组成，扭曲向列液晶盒的总扭曲角在５０度至７５度的范围，ｄΔｎ／λ在０．４至０．８的范围，入射光束供应装置供应的入射光束其偏振方向基本上二等分所述总扭曲角或垂直于所述总扭曲角的二等分线。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨界雄，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]