（光学工程专业论文）液晶光阀及其在大屏幕投影显示中的应用.pdf

浙江大学博士学位论文 摘要 本论文的研究工作，主要针对光寻址液晶光阀及其在大屏幕投影中的应用展 开。光寻址液晶光阀是种性能优越的空间光调制器，它不仅应用于显示，也广 泛应用于光信息处理、光计算以及其他信息系统中。 论文对液晶光阀的电学和光学特性进行了深入的分析和计算。研究结果表 明，c d s c d s e 液晶光阀的性能主要取决于二个方面，一是光电导层和光阀其他 部分的电学匹配：另一是液晶的工作模式的选取。 在电学匹配方面，我们对光电导材料的暗态电阻、亮暗电导比、厚度以及液 晶的厚度等对光阀开关比的影响进行了分析，认为液晶光阀开关能力的提高很大 程度上取决于光电导层和液晶层的厚度匹配，以及光电导层的电导变化的区域位 置。对液晶光阀的分辨率的分析，主要计算了光阀厚度、电场以及电荷扩散对光 阀分辨率的影响，从理论上得到制备的液晶光阀分辨率应大于5 0 1 p r a m 的极限 分辨率。 在液晶工作模式方面，计算了反射式液晶器件的参数空间，并选择了适合 c d s c d s e 光阀的液晶工作模式。分析计算了6 3 3 n m 以及宽波长下液晶的反射率、 对比度以及偏振光的工作角度。获得了用于信息处理以及用于投影显示的液晶工 作曲线。 在分析计算的基础上，我们制备了c d s - - c d s e 液晶光阀，并测试了它的主要 性能参数。 均进一步提高反射式液晶光阀的性能，我们研究了带预倾角液晶的垂直定 向。论文对摩擦法、斜蒸度法以及光定向法进行了研究。获得了较均匀的定向。 在光定向中，我们用非偏振方法实现了带预倾角的均匀的垂直定向，并首次用控 制曝光强度的方法，获得了不同的倾角方向的多区域定向。 最后我们用自制的液晶光阀建立了液晶光阀大屏幕投影显示系统，实现了 3 x 4 米2 的高分辨率显示。论文对显示系统光能利用效率、对比度等特性进行了 充分分析，对p h i l i p 棱镜系统以及p b s 偏振系统进行了优化和改进，获得了高 性能的投影显示。、y 7 浙江大学博士学位论文 a b s t r a c t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ep h o t o a d d r e s s e dc d s - c d s el i q u i dc r y s t a ll i g h tv a l v ea n d i t s a p p l i c a t i o ni nl a r g es c r e e np r o j e c t i o nd i s p l a y sa r es t u d i e d t h ep h o t o a d d r e s s e d l i g h tc r y s t a ll i g h tv a l v e ( l c l v ) i s a h i g hp e r f o r m a n c es p a t i a ll i g h tm o d u l a t o r i ti sn o t o n l yu s e di nd i s p l a y s ，b u ta l s ow i d e l yu s e di no p t i c a li n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ，o p t i c a l c o m p u t i n g a n do t h e ri n f o r m a t i o ns y s t e m s t h ed i s s e r t a t i o ng i v e st h ed e t a i la n a l y z ea n dc a l c u l a t i o no ft h ec h a r a c t e r i s t i c so f t h el c l v r e s u l t ss h o wt h a tt h ep e r f o r m a n c eo f t h el c l v i sm a i n l y d e p e n d e n t o nt h e m a t c ho ft h ee l e c t r i c a lp a r a m e t e r so fa l lt h ef u n c t i o nl a y e r si nl c l va n dt h ew o r k i n g m o d eo f t h el i q u i dc r y s t a l i nt h el c l v , t h em o s ti m p o r t a n tp a r a m e t e r ，s w i t c h i n gr a t i oo ft h el c l v ，i s a n a l y z e d i ti sm a i n l yi n f l u e n c e db yt h ed a r k c o n d u c t i v i t y , r a t i o o fl i g h t t od a r k c o n d u c t i v i t y t h i c k n e s so f t h ep h o t o c o n d u c t o ra n dt h et h i c k n e s so ft h el i q u i dc r y s t a l i ti sc o n c l u d e dt h a tt h es w i t c h i n gr a t i oc a nb ei m p r o v e db ym a t c h i n gt h et h i c k n e s so f t h el i q u i dc r y s t a la n dt h ep h o t o c o n d u c t o r ，a n dt h ep r o p e rc h a n g er e g i o no ft h el i g h t c o n d u c t i v i t yo ft h ep h o t o c o n d u c t o r w eh a v ea l s oc a l c u l a t e dt h er e s o l u t i o no ft h e l c l v a c c o r d i n gt ot h ee l e c t r i c a lf i e l da n dt h ee l e c t r o nd i f l u s i o nt h e o r y i ts h o w st h a t t h el i m i t i n gr e s o l u t i o no f5 0 1 p m mc a nb eo b t a i n e di no u rl c l v o nt h eo t h e rh a n d ，t h er e f l e c t i v e l i q u i dc r y s t a lw o r k i n gm o d ei s c a l c u l a t e d a c c o r d i n g t ot h es w i t c h i n ga b i l i t yo ft h el c l v ，as u i t a b l ew o r k i n gp o i n tw a ss e l e c t e d i nt h el i q u i dc r y s t a lp a r a m e t e rs p a c e t h er e f l e c t i o n ，c o n t r a s tr a t i oa n dp o l a r i z a t i o n d i r e c t i o na r ec a l c u l a t e di nt h ew a v e l e n g t ho f6 3 3 n ma n di nw i d eb a n dw a v e l e n g t h ， w h i c hr e p r e s e n tt h ea p p l i c a t i o n si nt h eo p t i c a li n f o r m a t i o np r o c e s sa n dt h ep r o j e c t i o n d i s p l a y b a s e do nt h e s es t u d i e sa b o v e ，w es u c c e s s f u l l yf a b r i c a t et h eh i g hp e r f o r m a n c e c d s c d s el c l v t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h el c l v a r em e a s u r e di nt h et h e s i s i no r d e rt o i m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo ft h el c l vf u r t h e r ，t h ep e r p e n d i c u l a r a l i g n m e n to fl i q u i dc r y s t a l w i t h p r o p e rp r e t i l ta n g l ew a ss t u d i e d t h ea l i g n m e n t m e t h o di n c l u d er u b b i n go np i i n c l i n e de v a p o r a t i o na n dp h o t oi n d u c e da l i g n m e n t t h e u n i f o r i l li n c l i n e d p e r p e n d i c u l a ra l i g n m e n t w a s s u c c e s s f u l l y o b t a i n e d b y i n c l i n e d e v a p o r a t i o nm e t h o da n du s i n gu n p o l a r i z e du vl i g h tm e t h o d i ti s t h ef i r s tt i m et o o b s e r v et h et i l td i r e c t i o nc h a n g e si np h o t o i n d u c e da l i g n m e n tw h e nt h ee x p o s u r eu v e n e r g yi n c r e a s e s w es u c c e s s f u l l yo b t a i nm u l t id o m a i na l i g n m e n tw i t hd i f f e r e n tt i l t d i r e c t i o ni no n e e x p o s u r ep r o c e s s i n g a tl a s t ，t h el c l v l a r g es c r e e np r o j e c t i o ns y s t e mi ss e t u pw i t hs e l fm a d el c l v ， p r o d u c i n g3 x 4 m 2h i g h r e s o l u t i o np i c t u r e i nt h et h e s i s ，t h ee f f i c i e n c yo f t h eo p t i c a l e n e r g ya n dc o n t r a s to f t h es y s t e ma r ed i s c u s s e d t h et r a d i t i o n a lp h i l i pp r i s ma n dt h e p b sa r ei m p r o v e di no r d e rt os u i to u r p r o j e c t i o ns y s t e m i i 浙江大学博士学位论文 第一章绪论 1 1 光阀( 空间光调制器) 技术 在高速光信息处理系统中，显示一维或二维光学数据信息的器件至关重要。 这些器件即所谓的光阀或空间光调制器。光阀的工作原理通常是通过外电场的驱 动，或者通过另一光强的控制，产生相对应的光的位相、偏振态、振幅或光强的 变化。最早的光阀研究，其研究动力来源于人们在投影显示以及电视和计算机信 号的平面直角显示方面的需求。除此之外，相关的早期应用还包括打印机以及高 信息密度的二维数据存储器。空间光调制器发展的另一个动力来自于全息以及光 学付里叶变换特性重建等的应用。激光的发明使得这些领域有了实验研究的成 果，并产生了相干光信息处理这研究新领域。所有这些应用领域，最早的器件 是胶片，但在要求“实时胶片”或电光转换的场合就需要空间光调制器来担当重 任。 显示是光阀最直接的应用。电影胶片是一种静止的空间光调制器。随着电视 技术的发展以及计算机技术的应用，人们对“实时胶片”的需求越来越强烈。早 在四五十年以前，人们就发明了油膜光阀投影显示系统，用来显示电视图像， 并建立了电子影院。随着光阀技术的发展，特别是近年液晶及液晶光阀技术的进 步，为光阀型投影显示的发展开辟了道路，并为计算机的信息输出提供了良好的 显示平台。此外，随着光信息处理和计算等技术的发展，光调制器的应用也不断 增加。从二维空间光调制器获益的光信息处理包括：增强的匹配滤波器、模式识 别中的非相关方法、白光彩色图像处理、层析图像变换、偏微分和积分方程的解、 高分辨自适应波前评价及补偿等。从光学数学计算而引出的大量模拟和数字化光 学处理，大都得益于高质量的空间光调制器。 2 1 1 3 光阀器件大致可以分为光寻址器件和电寻址器件二大类。 1 1 1 光寻址光阀器件 很多光寻址光阀器件都采用三明治结构，如图1 1 所示f 4 】。工作时，光阀写 入端被光照明区域处的偏置电压穿过光电导层，到达电光材料。电光材料为电可 控光学位相、振幅或者偏振态的调制材料。在反射式器件中，往往在夹层中间加 上反射镜和光隔离器，使写入光的信息通过反射镜在调制材料端被读出光读出。 目前光寻址光阀的调制材料包括电光晶体( 如k d p ) ，双折射液晶、可变光栅模 浙江大学博士学位论文 式器件中的液晶和p l z t 器件中的铁电陶瓷等。 w r l t e i m a g e m e t a lf i l m g a s 图1 - 1 光寻址光阀器件结构 t r a n s p a r e n tf i l e c t r o d ef l e x 培l em e m 8 r a n e s t h e r m o p l a s t i c 0 i lf i l m c a n t i l e v e r e db e a m s 图卜2 电控形变型光阀器件结构 光寻址光阀的另一种形式是采用电场控制变形的机械材料。如图卜2 所示。 其中光敏材料将偏置电压加到电控形变材料上。从形变的表面反射出的读出光带 有位相调制信息。这些信息可以通过相应的干涉仪或通过相衬方法转换为强度图 像。这类器件的可伸缩性材料包括：整体可变形弹性材料、热变形塑料、封闭的 液体或凝胶薄膜等。 光寻址光阀的光敏材料有多种，包括：非晶态硒( a s e ) 、硫化镉( c d s ) 、 硒化镉( c d s e ) 、硫化锌( z n s ) 、硫化锌镉( z n c d s ) 、非晶硅( a s i ) 和多晶硅( p - s i ) 等。这些都是光电导材料，在光激励下会产生光生载流子，引起材料的电导特性 浙江大学博士学位论文 的变化。另种材料是通过光学吸收产生热来传导图像，如氧化钒( v 0 2 ) ，配上 胆甾型液晶，便成为简单的光热光转换的空间光调制器。微通道板是另 外种光敏器件。它是利用光阴极材料的光电子发射效应，把光学图像转化为电 子图像。电子图像通过微通道板进行强度放大。微通道板由l o 微米左右的细小 管道构成。光电子进入微通道后，与管道壁发生碰撞，产生大量二次电子，并从 通道另一端输出，沉积到光调制材料上【5 】。典型的光寻址光阀器件见表卜l 。 表1 1 典型的光寻址光阀器件 响应时间 名称调制材料光敏材料分辨率灵敏度 写入( m s )擦除( m s l p h o t o t i t u sk d pa s e 3 0 l p m m 10 u j c m 2o 0 】o 0 3 l c l vt n 液晶c d s 4 0 1 p m m 6 u j c m 21 01 5 l c l vt n 液晶b s o 4 0 1 p m m 2 0 l l j c m 21 51 5 l c l vt n 液晶s i 二极管 1 5 1 p m m 1 u j c m 2l1 l c l v 铁电液晶 b s o1 0111 p l z tp l z ts i 三极管l o2o 0 1o 0 1 r u t i c o n变形塑料a s e4 0 ，1 2 03 054 t p 热塑材料p v k ：t n f 2 0 0 、1 6 0 051 01 0 0 v 0 2v 0 2v 0 21 5 02 x 1 0 43 x 1 0 5l i l2 电寻址光阕器件 电寻址光阀器件往往采用和光寻址器件相类似的光学调制材料。而其寻址方 式则可分为电子束寻址、无源矩阵和有源矩阵三种。 电子束寻址器件类似于阴极射线管，由电子枪和封在真空中的电光材料组 成。电光材料包括：光电晶体、静电形变材料、油膜、热敏材料和热塑材料等。 由于没有了光寻址中所需的光敏层，所以器件可以做成透射式或者反射式。某些 电光晶体要求有较高的电子能量，往往在电子束扫描的后面再加上微通道板进行 能量放大。 无源矩阵采用上下二个正交的栅状电极进行寻址。电极之间夹以电光材料。 无源矩阵寻址容易产生交叉效应，即被寻址的象点通过电场对其周围的象点产生 影响，使附近象点已被寻址。因此无源矩阵要求光调制材料具有较陡峭的阈值特 性或非线性特性。这些材料包括液晶和磁光材料等。 有源矩阵采用半导体技术，在每个矩阵点上集成半导体非线性器件，改善器 件的寻址特性。采用的器件包括c c d 器件、c m o s 器件以及薄膜晶体管( t f t ) 器件等。表l 一2 为典型的电寻址光阀器件。 浙江大学博士学位论文 表1 2 典型的电寻址光阀器件 响应时间 名称调制材料寻址方式分辨率 写入( m s )擦除( m s ) e i d o p h o r 油膜电子束 5 0 1 p r a m 1 51 5 s m l ml i n b 0 3电子束 3 1 p m m 2 0 05 l c l vt n 液晶c c d2 5 6 x 2 5 6 51 0 l c l v 铁电液晶无源矩阵2 5 6 x 2 5 6 1l l c l vt n 液晶t f t 1 2 8 0 x 1 0 2 41 01 5 d m d变形薄膜s i 晶体管 1 2 8 0 x 1 0 2 40 0 2 50 0 2 5 1 2 液晶光阀技术 大约一个世纪以前，奥地利科学家发现了带有光学双折射特性的液体材料 液晶。此后的一百多年时间里，对液晶的研究经历了从物理特性、液晶物理 理论到液晶应用的漫长岁月。一直到七十年代，液晶作为光阀型显示器件的电光 材料才得到广泛的应用 6 1 - 1 1 0 。 液晶光阀所采用的电光调制材料就是液晶。液晶材料在物理特性上有双重 性，即既有液体的特性又具有晶体的双折射。液晶分子在外电场的作用下发生偏 转，改变了液晶的光轴方向，使双折射效应发生变化。由于液晶的寻常光( o 光) 折射率和非寻常光( e 光) 折射率之差远远大于常规的晶体材料，使得液晶成为 理想的电光调制材料。 和其他的调制材料相比，液晶的响应速度并不是最快的，但基本满足一般应 用的需要，如视频处理等。较高速度的场合需要使用铁电液晶，以达到微秒量级 的响应。液晶响应速度和一些其他典型材料的比较见表1 3 。 表l 一3 液晶和其他典型调制材料的相应时间 l i q u i dc r y s t a l ( n e m a t i c ) 1 0 m sd e f o r m a b l ee l a s t o m e r s1 m s l i q u i dc r y s t a i ( f e r r o e l e c t r i c ) l m sa c o u s t o o p t i c 1m s e l e c t r o o p i cc r y s t a li p sm a g n e t o o p t i cs w i t c h i n g 1m s p l z t ( s i n g l ec r y s t a l ) l n sp l z t ( p o l y c r y s t a l i i n e ) l o m s 最早的液晶光阀器件为简单的矩阵驱动器件，采用的工作模式为动态散射， 即电流通过液晶材料引起液晶分子排列的紊乱而产生光散射，使原先透明的液晶 层变为不透明】。但由于液晶分子在电场作用下分解，使其寿命较短。七十年代 由于发明了液晶的扭曲向yr j ( t n ) i 作模式，使液晶的工作状态从电流模式转变为 4 浙江大学博士学位论文 电场模式，使液晶器件的寿命大大加长，特性明显提高。同时由于液晶制造技术 的提高，高纯度的液晶材料使得液晶器件的寿命更长。 对光寻址液晶光阀的研究始于六七十年代，七十年代中提出了混合场效应液 晶光阀，主要用于光信息处理。该光阀采用c d s 作为光电导材料，用4 5 度扭曲 向列液晶作为光调制材料，实现了较好的输入输出光强调制。从八十年代后 期开始，对液晶光阀器件的研究重点分成了二个方向：一是对光敏材料的研究， 相继开发出了c d s 、c d s c d s e 、a s i ：h 、p s i 、s c h o t t k yd i o d e 、c c d 等，其目 的是开发出一种工艺简单、光灵敏度高、响应快的光电导材料。另一方向为液晶 的工作模式及液晶定向工艺的研究，相继开发了t n 模式、4 5 度t n 模式、6 3 度 t n 模式、电控双折射模式、垂直定向模式、表面双稳态铁电液晶模式等，目的 是为了进一步提高液晶光阀的对比度和响应速度。液晶的定向工艺研究包括了斜 蒸度s i o 、摩擦聚合物( p o l y m e r ) 、聚合物网状结构的铁电液晶定向、紫外光定 向等方法。 随着光寻址液晶光阀在投影显示技术中的应用，对液晶的模式选择及定向提 出了更高的要求。光寻址液晶光阀一般为反射型液晶器件，常规的t n 模式的光 输出比较小，对比度较低。因此研究反射模式中新的t n 模式非常重要【i 。为了 提高反射式液晶器件的对比度，垂直定向技术是较好的选择【l ”。早在八十年代 美国休斯公司发明了用溅射法镀制s i 0 2 ，然后和长碳氢链分子反应，实现带预 倾角的液晶垂直定向，使光阀对比度超过1 0 0 0 ：l 。到九十年代末，紫外光定向法 成为液晶定向的新的研究方向。紫外光定向抛弃了传统的摩擦定向的方法，利用 紫外对有机聚合物的化合作用，实现液晶的无接触定向。无接触定向不会引起器 件表面的物理损伤，或引起静电和吸附灰尘，降低了器件制作的难度，提高了器 件的性能。此外紫外光定向可以实现多区域的定向，即在同一器件表面实现不同 的定向方向，改善器件在不同方向上的光学特性。最近几年，用紫外定向法实现 带预倾角的垂直定向也取得很大进展，有可能替代溅射法，使得定向工艺大大简 化1 1 4 。此外电控双折射模式是仅位相调制液晶光阀的理想模式，该液晶光阀器 件在光信息处理中得到广泛应用。 电寻址液晶光阀器件经历了从无源矩阵到有源矩阵的发展过程。从八十年代 开始出现了t f t 液晶光阀器件，主要用于液晶显示。作为光阀型器件，t f t 液晶 从非晶硅发展到了多晶硅。使得器件的体积大大缩小，从原来的4 6 英寸缩小到 目前的0 5 英寸。t f t 的体积也逐渐缩小，使得象元中半导体所占的面积变小， 液晶所占的面积变大，从而提高了器件的透光率。t f t 液晶光阀器件主要应用在 显示上，部分应用于光信息处理系统中。5 j 九十年代初，休斯和j v c 公司在光寻址液晶光阀的基础上开发了基于硅基板 m o s 技术的电寻址液晶光阀d - i l a ( d i r e c t d r i v ei m a g el i g h ta m p l i f i e r ) 。该 浙江大学博士学位论文 器件用c m o s 管作为象元的开关控制元件。由于硅基板对可见光不透明，所以器 件采用反射方式。器件中c m o s 管被安放在反射镜的后面，使器件的透过率不受 c m o s 管面积的影响，提高了光效率。同时由于单晶硅的工艺成熟、集成度高， 可以制作高分辨率的液晶光调制器。目前世界各地的多家公司正相继开发与此器 件相类似的液晶光阀器件，称为l c o s ( l i q u i dc r y s t a lo ns i1i c o n ) 。目前此器 件的分辨率可以达到1 9 2 0 x 1 0 8 0 像素或更高，最大对比度) 1 0 0 0 ：1 。 1 3 液晶光阀投影显示技术 光阀作为投影显示的图像源是光阀最基本的应用。从液晶光阀诞生开始，人 们就开始设想和研究液晶光阀大屏幕投影显示。1 9 8 5 年，休斯公司研制了用于 军事指挥系统数字显示的液晶光阀 1 ，1 9 8 7 年成功研制出了显示高分辨率图像 显示及视频显示的液晶光阀投影系统。使液晶光阀在高质量大屏幕投影显示系统 中得到了应用。到八十年代末已经逐步形成成熟的液晶光阀投影显示技术，并开 始有商用的液晶光阀投影设备生产和销售m 】。当时光阀类的投影显示设备见表 】一4 。 表1 - 4 九十年代初光阀投影设备 制造商名称光调制材料寻址方式工作原理 g r e t a ge i d o p h o r球面镜上的 电子束反射衍射 油膜 g e n e r a lt a l a r i a 玻璃上的油电子束透射衍射 e l e c t r i c 膜 s o d e r ns v s 电光晶体电子束反射波科尔效 应 g mh u g h e s s u p e rp r o j e c t o r电控双折射c r t 加光电反射双折射 液晶导层 s h a r p ，s a n y o h - v i s i o nh d t v扭曲向列液 非晶硅薄膜透射偏振面旋 l c dp r o j e c t o r 日日 晶体管转 由于液晶光阀及投影显示技术的迅速发展，表卜4 中所列的多数投影显示设 备逐步被淘汰，只剩下液晶光阀投影显示。目前液晶投影显示占总体投影显示的 7 0 ，性能指标得到了大幅度的提高，使其从其他显示中脱颖而出，其主要功劳 归功于液晶光阀技术的提高。 近年来，对液晶投影显示技术的研究工作主要集中在三个方面：即光阀器件、 光学照明系统和光源。 液晶光阀器件包括反射式光电导寻址液晶光阀器件( l c l v ) 、有源矩阵反射 式液晶光阀( d - i l a 和l c o s ) 、有源矩阵透射式液晶光阀( t f t l c d ) 。对反射式 器件主要研究方向为提高光阀调制度、提高对比度、提高抗强光能力以及提高产 浙江大学博士学位论文 品的成品率。t f t - l c d 的研究方向是提高光开口率、延长寿命、提高分辨率、缩 小器件尺寸、提高抗强光能力等方向发展。 对液晶光阀投影显示光学系统的研究主要集中在提高光学效率、提高光照 明均匀性以及缩小体积减小重量方面发展。透射型液晶光阀的投影显示系统典型 光学系统如图l _ 3 ( a ) 1 8 o 图中由灯源发出的白光经光学薄膜器件分成红、绿、 蓝三种基色，分别照射三个液晶光阀器件，然后再通过光学薄膜合成彩色图像， 由投影物镜投射到屏幕上。反射式液晶光阀一般采用图卜3 ( b ) 所示的光学系统。 原理和透射式相同。由于液晶的工作模式是通过电压调节液晶的光轴方向，调制 光束的偏振态。所以必须在被调制光进入和离开液晶光阀时分别通过起偏和检偏 元件。透射型光阀可以使用片状偏振器，反射式由于入射和反射处于同位置， 因此必须用偏振分束镜进行起偏和检偏。 o g e r 图1 3 ( a ) 透射式液晶光阀投影显示系统 p o t a r i z l n gb e a ms p l i t t e r 图卜3 ( b ) 反射式液晶光阀投影显示系统 叩菇。 h 瞅 浙江大学博士学位论文 目前液晶投影机的光能效率提高很快。从9 3 年开始，每年的光效率按8 7 的速度增加，由九十年代初的几百流明增加到几千流明。效率的提高得益于光学 系统复眼照明系统、偏振合成系统、大孔径角投影镜头的运用，以及光学分色、 合色元件性能的提高。此外还归功于液晶器件开口率的提高、微透镜阵列的运用 以及灯源效率的提高。光学系统的发展也促成了投影机体积和重量的减小。最近 五年里，液晶投影机的重量和体积下降了6 0 ，分辨率则从v g a 上升到大于 x g a 。重量和体积已经开始向笔记本电脑靠拢1 1 9 2 0 。 超大屏幕的专业投影机朝超高亮度和超高分辨率方向发展。以适应指挥系 统、电子影院系统等的需求。目前的专业投影机主要是光寻址液晶光阀投影和 d l p 投影，投影机光最大输出达到1 0 0 0 0 流明，分辨率1 6 0 0 x 1 2 0 0 。 近年，随着信息社会的发展，电脑的普及，社会对投影杌的需求量越来越大， 已广泛应用于商业、娱乐、工程控制、会议展示、教育科研、军事指挥以及家庭 等领域。预计到2 0 0 4 年将达到1 1 7 美元的市场容量。图卜4 为液晶投影机的市 场分布及预测f 2 ”。此外随着高清晰度数字电视( h i ) t v ) 的即将开播，人们对适合 于h d t v 显示的液晶投影系统给予厚望。预计到2 0 1 0 年，用于h d t v 的前投影和 背投影机将达到7 千万台，这为液晶投影显示提供了广阔的发展空间。由此可见， 研究液晶光阀、液晶投影显示的相关技术有着极其重要的意义和实际应用价值。 图l 一4 液晶投影机( l c dp r o j e c t o r ) 的市场分布图 1 4 本论文的研究工作 在论文工作期间，我们对光寻址液晶光阀进行了详细的研究。并在此基础上 建立了基于光寻址液晶光阀的大屏幕投影显示系统。其中的主要研究工作集中在 浙江大学博士学位论文 二个方面：1 ) c d s c d s e 液晶光阀的设计和制备。2 ) 液晶光阀投影显示系统的 理论分析及建立。 1 ) c d s c d s e 液晶光阀的设计和制各 研究工作包括： 1 c d s c d s e 液晶光阀电学模型的建立以及光阀各部分结构的匹配分 析。 2 液晶工作模式的确定及理论计算和分析 3 液晶光阀各组成部分对光阀效率、开关比、分辨率的影响分析 4 液晶光阀的制备工艺 5 带预倾角的液晶垂直定向研究，包括摩擦法、斜蒸度法和紫外曝光法。 2 ) 液晶光阀投影显示系统的理论分析及建立 研究工作包括： 1 反射式液晶光阀投影光学系统的光学效率分析 2 反射式液晶光阀大屏幕投影显示系统的对比度分析 3 反射式液晶光阀大屏幕投影显示系统的建立 通过对以上内容的研究，我们得到了液晶光阀的设计参数，提出了光阀性能 优化中的厚度匹配方法。在液晶工作模式中，我们找到了适合光寻址液晶光阀特 点的新混合场效应工作模式，并较好地应用于液晶光阀的制备中。制备的 c d s - c d s e 液晶光阀性能优越，适合光信息处理以及大屏幕投影显示的要求。在 液晶带预倾角垂直定向的研究中，我们进行了摩擦、斜蒸镀和光定向的研究。其 中斜蒸镀法是我们在h u g h e s 公司的溅射法基础上改进的方法，工艺相对简单方 便，定向均匀。在光定向研究中我们用非偏振光实现了带预倾角的垂直定向，并 首次发现在紫外光定向中倾斜方向的改变，提出了单次曝光实现多区域垂直定向 的方法。在液晶光阀的投影显示中，我们在传统的p h i l i p 棱镜和p b s 基础上， 提出了新的偏振分色合色棱镜系统，并建立了彩色液晶光阀大屏幕投影显示系 统。该系统填补了国内空白，其指标达到国际九十年代中后期水平。 最后论文对研究工作进行了总结，并对今后的工作提出了建议。 参考文献 1 】m 0 1 j ，d i g e s to f i n t e r n a t i o n a lo p t i c a lc o m p u t i n gc o n f e r e n c e ，1 9 7 3 ，p 3 4 2 】s t u a r ta m i l l sa n dw i l l i a me r o s s ，“d y n a m i cm a g n e t o o p t i ce o r r e l a t o r ：r e a l t i m e o p e r a t i o n ”，s p i e ，v 0 1 7 5 3 ，1 9 8 7 3 w e r o s s ，e ta l ，“t w o d i m e n s i o n a lm a g n e t o o p t i cs p a t i a ll i g h tm o d u l a t o r f o rs i g n a l p r o c e s s i n g ”，o p t e n g v 0 1 2 2 ，n o 4 ，1 9 8 2 4 a r t h u rd f i s h e r ，j o h nn l e e ，“t h ec u r r e n ts t a t u so ft w o d i m e n s i o n a ls p a t i a l 9 浙江大学博士学位论文 l i g h tm o d u l a t o rt e c h n o l o g y ”，s h e ，v 0 1 6 3 4 ，19 8 6 ，p 3 5 2 3 7 0 5 】c w a r d e ，e t a l ，“o p t i c a l i n f o r m a t i o n p r o c e s s i n g c h a r a c t e r i s t i c so ft h e m i c r o c h a n n e ls p a t i a ll i g h tm o d u l a t o r ”，a p p l o p t ，v 0 1 2 0 ，n o 1 2 ，1 9 8 1 6 】b e a r d ，t d ，w p b l e h a ，a n ds - y w o n g ，”a cl i q u i dc r y s t a ll i g h t v a l v e ”，a p p l p h y s l e t t ，v 0 1 2 2 ，19 7 3 ，p 9 0 9 4 7 】s a m u e l s o n ，l h w i e d e r ，e ta l ，“f a s tp h o t o c o n d u c t o rl i q u i dc r y s t a ll i g h tv a l v e a p p l p h y s l e t t e r v 0 1 3 4 ，1 9 7 9 ，p 4 5 0 4 5 2 【8 m o d d e lg ，k m j o h n s o n ，e ta l ，“p h o t o a d d r e s s i n go fh i g hs p e e dl i q u i dc r y s t a l s p a t i a ll i g h tm o d u l a t o r s ”，s p i e ，v 0 1 7 5 4 ，1 9 8 7 ，p 2 0 7 2 1 3 9 】l i ，w ，r a r i c e ，e ta l ， h y d r o g e n a t e da m o r p h o u ss i l i c o np h o t o s e n s o rf o ro p t i c a l l y a d d r e s s e dh i g h - s p e e ds p a t i l a l i g h tm o d u l a t o r s ”，i e e et r a n s ，e l e c t r o nd e v i c e s ， v 0 1 3 6 ，19 8 9 ，p 2 9 5 9 2 9 6 4 1 0 b a r b i e r ，p r ，g m o d d e l ，“h y d r o g e n a t e da m o r p h o u ss i l i c o np h o t o d i o d e sf o r o p t i c a la d d r e s s i n g o fs p a t i a l l i g h tm o d u l a t o r s ”，a p p l o p t i c s ，v 0 1 31 ，19 9 2 ， p 3 2 9 8 3 9 0 7 11 g h h e i l m e i e r , l a z a n o n i a n d l a b a r t o n ，“d y n a m i cs c a t t e r i n g ：a n e w e l e c t r o o p t i c se f f e c ti nc e r t a i nc l a s s e so fn e m a t i cl i q u i dc r y s t a l s ”，i e e e ，v 0 1 5 6 ， 1 9 6 8 ，p 1 1 6 2 【12 】s h i n t s o nw u a n d c h i u n g s h e n gw u ，“m i x e d m o d et w i s t e d n e m a t i cl i q u i d c r y s t a lc e l l sf o rr e f l e c t i v ed i s p l a y s ”，a p p l p h y s l e t t ，6 8 ，p p 1 4 5 5 ，1 9 9 6 【1 3 jw i l l i sh s m i t h ，j r ，n e w b u r yp a r k ，“i n d u c i n gt i l t e dp e r p e n d i c u l a ra l i g n m e n ti n l i q u i dc r y s t a l s ”，u n i t e ds t a t e sp a t e n t ，1 9 9 7 1 4 y a s u f u m ii i m u r a ，s h u n s u k ek o b a y a s h i ，t o r uh a s h i m o t o ，e t c ，”a l i g n m e n tc o n t r o l o fl i q u i d c r y s t a l m o l e c u l e s u s i n gp h o t o d i m e r i z a t i o n r e a c t i o no fp o l y ( v i n y l c i n n a m a t e ) ”，i e i c et r a n s e l e c t r o n ，v 0 1 e 7 9 一c ，n o 8 ，1 9 9 6 ，p 1 0 4 0 1 0 4 6 15 d a g r e g o r y ， r e a l t i m ep a t t e r nr e c o g n i t i o nu s i n gam o d i f i e dl i q u i d c r y s t a l t e v i s i o ni nc o h e r e n to p t i c a lc o r r e l a t o r ，a p p l o p t v 0 1 2 5 ，n o 4 ，19 8 8 16 】u e f r o n ，j g r i n b e r g ，p o b r a a t z ，m j l i t t l e ，p g r e i f ia n dr n s c h w a r t z ，“t h e s i l i c o n l i q u i dc r y s t a ll i g h tv a l v e ”，j a p p l i e dp h y s i c s ，v 0 1 5 7 ，n o 4 ，19 8 5 ， p 1 3 5 6 1 3 6 8 17 rg e r h a r d m u l t h a u p t ，“l i g h t v a l v et e c h n o l o g i e sf o rh i g h d e f i n i t i o nt e l e v i s i o n p r o j e c t i o nd i s p l a y s ”，d i s p l a y ，v 0 1 1 2 ，n o 3 4 ，19 9 1 ，p l15 - 1 2 8 1 8 】f j k a h n ，“p r o j e c t i o nd i s p l a yt e c h n o