一种快速响应液晶光开关及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种快速响应液晶光开关及其制备方法。本发明专利技术的快速响应液晶光开关，是利用电场改变Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ腔内液晶的有效折射率，来调制入射激光的光通量。本发明专利技术的快速响应液晶光开关包括光学透明材料，以及在光学透明材料表面设置的反射膜层，两反射膜层形成Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ腔；在反射膜层上设置透明电极膜层，控制信号在两透明电极膜层之间形成驱动电场；在透明电极膜层上设置设置取向膜层，对取向膜层进行摩擦处理，且两取向膜层的摩擦取向方向平行；在两取向膜层之间形成的空腔内设置液晶膜层，液晶分子在取向膜层的诱导下自组织为具有晶体特征的结构。本发明专利技术的快速响应液晶光开关适用于高刷新率、大屏幕、低功耗的液晶显示或紧凑型的光电开关等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于控制激光通量的器件或装置领域，具体涉及一种快速响应液晶光开关及制备 方法。本专利技术可用于大屏幕高质量显示、激光技术、光通讯等领域。
技术介绍
在庞大的显示器件产业中，彩色显示布劳恩管、液晶显示器件、等离子体显示板三种显 示器件技术上各具特点，占据了95%以上的的市场份额。针对三种显示器件的改进和革新技 术也日新月异。而液晶显示器件具有低功耗、平板型结构、高分辨率、无辐射、被动型特点， 是当前最具活力和发展潜力、影响最大的显示器件。液晶光开关是液晶显示器件的核心技术 之一，目前高清视频标准的液晶显示器包含1920xl280个液晶光开关阵列单元。液晶显示器件的较低的响应速度和较小的色域则是困扰其发展的最大障碍。全球顶级的 企业和研究机构针对液晶显示的响应速度和色域做了大量的研究工作，随着红、绿、蓝三基 色激光技术的突破，色域问题有可能在近几年得到有效解决，如日本三菱于2008年发布了激 光做背光源的液晶投影显示工程样机，可实现超大色域和100英寸的大屏幕显示。而液晶显示 的响应速度受液晶分子转动的动力学原理限制，存在一个驰豫时间上限，在解决响应速度问 题方面的尚未取得大的进展。目前以SHARP、 S0NY、 LG为代表的商用液晶显示器件研发商从控 制信号方面着手，采用前沿陡峭的驱动电压脉冲，以"冲击"液晶分子的方式来提高响应速 度，可使液晶显示的响应时间到达2 4ms;但未来高清视频播放、3D动态图形显示所需的200 帧/s的刷新率，需要W5i级的显示响应时间，目前液晶显示器件的液晶光开关ms量级的响应时间远不能满足要求。液晶Fabry-Perot器件可以在微秒量级内实现对激光透过率从O到l的控制，液晶 Fabry-Perot器件用于显示领域，可使显示器件的响应时间从几毫秒提高到数百微秒甚至可达 几个微秒，即响应速度提高数十倍至数千倍，从根本上解决液晶显示器件"拖尾"问题，将 给液晶显示品质的提升带来质的飞跃。此外，在激光检测技术中，用VISAR激光干涉法测量km/s量级的极高速度时，需要对激光通量进行快速调制。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题提供一种快速响应液晶光开关，同时提供一种快速响应液晶光 开关的制备方法。本专利技术的快速液晶光开关器件，包括第一光学透明材料和第二光学透明材料，在第一光学透明材料表面设置反射率为R的第一反射膜层，在第二光学透明材料表面设置反射率为R 的第二反射膜层，由第一反射膜层和第二反射膜层形成Fabry-Perot腔，其间距为d;在第 一反射膜层上设置第一透明电极膜层，在第二反射膜层上设置第二透明电极膜层，第一透明 电极膜层和第二透明电极膜层与控制电路相联接，在第一透明电极膜层和第二电极透明膜层 间形成驱动电场；在第一透明电极膜层上设置第一取向膜层，在第二透明电极膜层上设置第 二取向膜层，对第一取向膜层和第二取向膜层分别进行摩擦处理，且摩擦取向方向平行；在 第一取向膜层和第二取向膜层之间设置的形成的空腔内设置液晶膜层，液晶分子在取向膜层 的诱导下自组织为具有晶体特征的结构，其有效折射率为n。 本专利技术的快速响应液晶光开关的制备方法，包括下列内容a) 将第一光学透明材料和第二光学透明材料分别切割成所需尺寸；b) 利用超声波清洗机对第一光学透明材料和第二光学透明材料进行清洗，并在11(TC， 100级洁净条件下，烘干30分钟 40分钟；c) 在第一光学透明材料表面镀制第一反射膜层，反射率为85% 99.5%，在第二光学透 明材料表面镀制第二反射膜层，反射率为85% 99. 5%;d) 在第一反射膜层表面镀制第一透明电极膜层，在第二光学透明材料表面镀制第二透明 电极膜层；e) 在第一透明电极膜层表面涂覆浓度为4。/。的聚酰亚胺溶液，在温度70'C 8(TC的烤箱 里先进行预固化，再在温度为25(TC 300'C下进行正式固化，形成约厚度约为80nm的第一取 向膜；在第二透明电极膜层表面涂覆浓度为4%的聚酰亚胺溶液，在温度70'C 8(TC的烤箱里 先进行预固化，再在温度为250'C 300'C下进行正式固化，形成厚度约80nm的第二取向膜；f) 将第一取向膜和第二取向膜进行摩擦处理，将摩擦处理过的第一光学透明材料和第 二透明材料对位贴合，涂覆取向膜的一面为内表面，并使第一取向膜的摩擦方向和第二取向 膜的摩擦方向平行；g) 设置第一取向膜层和第二取向膜层之间的间距d;h) 灌注液晶，封边。本专利技术的快速响应液晶光开关，是利用电场改变Fabry-Perot腔内液晶的有效折射率， 来调制入射激光的光通量。Fabry-Perot腔内液晶的有效折射率n由腔内液晶分子的排列取 向决定。液晶分子指向矢的微小偏转，可以改变有效折射率n,从而使液晶Fabry-Perot器 件的透射率发生大的变化。即当透过率从0到1变化过程中，从关态到开态液晶分子的转动 角度在(T到10°范围内，与当前TN、 STN、 ECB等模式中液晶分子从O。到90°全程转动相比，偏转时间和回复时间都低一个量级，对入射光实现一次开关，液晶分子全程动作时间也 就大大减少。Fabry-Perot腔内液晶分子的偏转，可由施加在液晶面板上的电压来驱动，由于只需微 小偏转，所需的驱动电压也较小，适合于制作高刷新率、大屏幕、低功耗的液晶显示器件或 紧凑型的光电开关器件。当Fabry-Perot腔的间距d、反射层反射率R、背光源激光的波长A确定后，其透过率可 由液晶膜层的有效折射率n来控制，液晶膜层的有效折射率n的改变则由第一透明电极膜层 和第二电极透明膜层间的电场来驱动。当给定一个控制信号时，液晶Fabry-Perot腔的透过 率即可实现从0到1渐次变化，即对入射光完成一次开关动作。本专利技术的快速响应液晶光开关，通过透明电极将图像信号或其他控制信号以电压的形式 施加在液晶膜层上，液晶分子在电场的驱动下偏转，液晶分子微小的转动引起折射率n发生 An的变化，折射率的改变将使入射光以相应的透过率通过Fabry-Perot腔，即液晶分子微 小的转动角度即可控制入射光的通量，完成一次开关动作。而TN、 STN等传统工作模式的液 晶显示器件，只有当驱动电压超过某一阈值，使液晶分子旋转90。才能完成一次开光动作， 撤除驱动电压后，液晶分子需再旋转90。复位，等待下一次动作，因而在响应时间方面，F-P 型工作模式的液晶光开关较传统的TN、 STN型工作模式的液晶光开关要小得多。(适用技术范 围)附图说明图l为本专利技术的快速响应液晶光开关的结构示意2为快速响应液晶光开关的响应时间特性测试光路3为快速响应液晶光开关的时间特性测试信号图 图中，1.第一光学透明材料 2.第一反射膜层 3.第一透明电极膜层 4.第一取向 膜层 5.F-P腔间距控制隔垫 6.液晶膜层7.第二取向膜层 8.第二透明电 极膜层 9.第二反射膜层 10.第二光学透明材料具体实施方式下面结合附图对快速液晶光开关进行详细的描述。图1为快速响应液晶光开关结构示意图。其中第一光学透明材料l采用碱土金属硼-硅铝酸盐玻璃，在可见光谱段具有良好的光学 透过性，将玻璃切割成所需的尺寸形状，对玻璃进行磨边，利用超声波清洗机对玻璃进行清 洗，将玻璃上各种污染物和黏附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速响应液晶光开关，其特征在于：所述的快速响应液晶光开关包括第一光学透明材料（１）和第二光学透明材料（１０），在第一光学透明材料（１）表面设置反射率为Ｒ的第一反射膜层（２），在第二光学透明材料（１０）表面设置反射率为Ｒ的第二反射膜层（９），由第一反射膜层（２）和第二反射膜层（９）形成Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ腔；在第一反射膜层（２）上设置第一透明电极膜层（３），在第二反射膜层（９）上设置第二透明电极膜层（８），控制信号在第一透明电极膜层（３）和第二电极透明膜层（８）形成驱动电场；在第一透明电极膜层（３）上设置第一取向膜层（４），在第二透明电极膜层（８）上设置第二取向膜层（７），在第一取向膜层（４）和第二取向膜层（７）之间设置的形成的空腔，空腔的间距由由绝缘隔垫（５）来控制，在第一取向膜层（４）和第二取向膜层（７）之间设置液晶膜层（６），液晶分子在取向膜层的诱导下自组织为具有晶体特征的结构，其有效折射率为ｎ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张大勇，罗飞，骆永全，沈志学，江继军，付博，刘海涛，张宁，李剑峰，刘仓理，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]