基于叉指電極的液晶盒顯示特性研究.pdf

1、全息三維顯示技術(shù)提供了幾乎和真實物體一樣的3D視覺系統(tǒng)所需要的完整信息，并且沒有其他技術(shù)中出現(xiàn)的人眼會聚和聚焦的矛盾，被普遍認(rèn)為是真三維顯示的終極工具。
　　經(jīng)典的光全息顯示技術(shù)使用全息干板或特殊的膠卷作為全息圖的記錄介質(zhì)，能夠在空中呈現(xiàn)完美重構(gòu)的物體像。但是，經(jīng)典的光全息技術(shù)不能夠展示實時、動態(tài)的物體三維重構(gòu)。上世紀(jì)80年代末，MIT多媒體實驗室的科研人員使用聲光調(diào)制器取代了原有的全息記錄干板，實現(xiàn)了動態(tài)全息顯示，全息顯示從此由

2、膠片時代進(jìn)入了數(shù)字時代。此系統(tǒng)的核心部件就是空間光調(diào)制器(Spatial LightModulator，SLM)。硅基液晶（liquid crystal on silicon，LCOS）器件是液晶空間光調(diào)制器的一種，是平板顯示技術(shù)與硅芯片技術(shù)的有機結(jié)合，從兩種技術(shù)獲得的益處，具有許多潛在的優(yōu)勢，它已成為了當(dāng)今備受關(guān)注的視頻全息顯示系統(tǒng)的一種核心器件。但是，目前LCOS的像素尺寸能展現(xiàn)的衍射視角較小，直接用于全息顯示，將難以滿足人眼三維顯

3、示的需求。因此，如何設(shè)計一個滿足全息顯示需要的LCOS成為了一個重要的挑戰(zhàn)。
　　根據(jù)衍射原理，直接縮小LCOS像素的尺寸就可以實現(xiàn)較大的衍射角度。但是，實際上隨著尺寸的減小，LCOS像素中液晶分子出現(xiàn)越來越明顯的邊緣場效應(yīng)，嚴(yán)重影響了LCOS的相位調(diào)制量和衍射效率。本論文工作目的是通過探討液晶器件中，驅(qū)動電極的大小和形狀對實現(xiàn)較大的衍射角度并同時具備較高的衍射效率的影響，其中包括目前已被液晶顯示器件廣泛使用的交叉指型電極。由于L

4、COS的像素尺寸比LCD的像素尺寸小1到2個數(shù)量級，并且各種工作模式不同，LCD的電壓驅(qū)動模式是否能移植到LCOS中去，也是本論文工作要著重探討的問題。
　　全文包括以下幾方面研究內(nèi)容和研究成果:
　　1)調(diào)研了目前LCOS器件的現(xiàn)狀及其用于視頻全息顯示所面臨的挑戰(zhàn)，指出當(dāng)前最小像素尺寸6.4um的LCOS仍然不能得到滿足人眼需求的大衍射角全息顯示。
　　2)針對面向全息視頻顯示所需的較小像素尺寸LCOS，文中采用吉布

5、斯自由能理論構(gòu)建液晶指向矢求解模型，應(yīng)用差分迭代方法求解指向矢的分布情況;傳統(tǒng)的矩陣法限制為1D指向矢結(jié)果的模擬設(shè)計，不適用于小像素和叉指電極下LCOS的指向矢的計算，需要更復(fù)雜的、計算多維光學(xué)性質(zhì)的建模工具?？紤]到LCOS液晶層中的散射和衍射情況，采用更為嚴(yán)格的時域有限差分算法(Finite-Difference Time-Domain，F(xiàn)DTD)，精確地計算液晶的光學(xué)性質(zhì)。論文中，分別采用計算液晶分子指向矢分布的Techwiz LC

6、D和計算液晶光學(xué)性質(zhì)的FDTDSolutions兩款軟件構(gòu)建仿真實驗平臺。
　　3)模擬了現(xiàn)有的像素大小為6.4um的LCOS在不同像素間隙寬度、預(yù)傾角和盒厚的情況下，相應(yīng)的遠(yuǎn)場衍射角度和效率分布的情況。得到在像素間隙為0.5um以下，預(yù)傾角在5°以內(nèi)，其相應(yīng)的遠(yuǎn)場衍射效率分布幾乎無變化。LCOS的盒厚嚴(yán)重影響了其相位調(diào)制量以及遠(yuǎn)場衍射效率分布。
　　4)研究了交叉指型電極用于液晶裝置的光學(xué)性質(zhì)，通過改變電極寬度和間隙大小，