一种采用介电突起消除边缘场效应的LCoS
发布时间：2022-01-27 02:34
提出了一种使用介电突起消除边缘场效应的硅基液晶显示器（Liquid Crystal on Silicon,LCoS）。在像素电极之间设计介电突起结构来阻隔相邻像素电极之间的串扰电场,通过对LCoS的液晶分子指向矢分布和边缘场串扰现象进行仿真,分析了边缘场效应产生的机理及其影响因素,并对相应反射率和相位进行了计算和对比。具有介电突起的LCoS相比传统LCoS在减少相邻像素边缘反射率和相位干扰上有明显的效果,反射率始终维持在96%,相位差保持不变,对比度大于35∶1的区域接近60°,整体视角基本不受影响。所提出的介电突起能够很好地消除横向电场对相邻像素内液晶分子取向的影响,进而提高了LCoS的对比度,大大改善了显示效果。
【文章来源】：液晶与显示. 2020,35(01)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
具有介电突起的LCoS结构。（a）剖面图；（b)3D图。
图3为传统LCoS和具有介电突起的LCoS在对中心像素电极施加电压时相邻像素的反射光分布和反射率曲线。图3(a）为传统LCoS在中心像素加电时的反射光分布，可以看出像素之间的边缘场效应使相邻像素的灰阶发生了改变，亮度均匀性受到了影响，进而影响显示效果。为了解决这一问题，我们提出具有消除边缘场的介电突起的LCoS，其仿真效果如图3(b）所示，像素区域显示亮度均匀，非像素区域有轻微的灰度变化，但并不会影响整体显示效果，说明介电突起很好地阻隔了边缘电场，消除了边缘场对相邻像素成像效果的影响。图3(c）为5V电压时传统LCoS和具有介电突起的LCoS在图3(a）和图3(b）所示红色实线区域反射率随位置的变化曲线，可以看出传统LCoS在对中心像素加电时相邻的上一个像素靠近中心加电像素的区域反射率骤降，与反射光分布图3(a）一致，说明相邻像素的亮度受到了影响。而具有介电突起的LCoS在相同情况下反射率为96%，基本保持不变，与反射光分布图3(b）一致，显示效果未受到边缘场的影响。图3(d）为传统LCoS和具有介电突起的LCoS在图3(a）和图3(b）所示红色实线区域中反射率随电压的变化曲线，由图可知，传统LCoS的反射率在电压大于3V时开始下降，随着电压的增加，反射率逐渐变小，受到边缘场的影响越来越严重，而具有介电突起的LCoS反射率基本保持不变，不随电压的增加而改变，说明介电突起可以消除传统LCoS中的边缘场效应。我们还仿真了传统LCoS和具有介电突起的LCoS在对中心像素电极施加电压时相邻像素的相位分布和整体视角对比，如图4所示。图4(a）为传统LCoS和具有介电突起的LCoS在图3(a）和图3(b）所示蓝色实线区域中相位随位置的变化曲线，图4(a）中的红色实线是不加突起的传统LCoS的相位调制，相位曲线在像素间隙处是一条斜线，说明两像素之间的液晶分子受到了边缘场的影响存在扰动，而具有介电突起的LCoS，如黑色虚线所示，相位曲线在两像素之间明显更为陡峭，相位差基本保持不变，相邻像素的液晶分子没有受到影响，说明介电突起大大降低了边缘场带来的串扰。图4(b）和图4(c）分别为传统LCoS和具有介电突起的LCoS的整体视角图。可以看出，传统LCoS的对比度大于35∶1的区域接近50°，而具有介电突起的LCoS对比度大于35∶1的区域接近60°，但中心部分区域对比度有所下降，这是因为LCoS暗态时像素边缘的液晶分子由于介电突起的作用而存在一定的初始倾斜角，特定偏振角度的光线入射，导致存在初始反射率，从而影响中心对比度。整体来看，介电突起对LCoS的视角影响不大，两者的视角基本相同。图2 LCoS在对中间像素加电场时相邻像素液晶分子排布对比。（a）传统LCoS液晶显示盒的分子排布（剖面图）；（b）具有介电突起的LCoS液晶显示盒的分子排布（剖面图）；（c）传统LCoS液晶显示盒的分子排布（俯视图）；（d）具有介电突起的LCoS液晶显示盒的分子排布（俯视图）。
图2 LCoS在对中间像素加电场时相邻像素液晶分子排布对比。（a）传统LCoS液晶显示盒的分子排布（剖面图）；（b）具有介电突起的LCoS液晶显示盒的分子排布（剖面图）；（c）传统LCoS液晶显示盒的分子排布（俯视图）；（d）具有介电突起的LCoS液晶显示盒的分子排布（俯视图）。图3 传统LCoS和具有介电突起的LCoS在对中心像素电极施加电压时相邻像素的反射光分布和反射率曲线。（a）传统LCoS在中心像素加电时的反射光分布；（b）具有介电突起的LCoS在中心像素加电时的反射光分布；（c）传统LCoS和具有介电突起的LCoS在中心像素施加5V电压时相邻像素反射率随位置的变化曲线；（d）传统LCoS和具有介电突起的LCoS在中心像素加电时相邻像素反射率随电压的变化曲线。
本文编号：3611589
【文章来源】：液晶与显示. 2020,35(01)北大核心CSCD
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【部分图文】：
具有介电突起的LCoS结构。（a）剖面图；（b)3D图。
图3为传统LCoS和具有介电突起的LCoS在对中心像素电极施加电压时相邻像素的反射光分布和反射率曲线。图3(a）为传统LCoS在中心像素加电时的反射光分布，可以看出像素之间的边缘场效应使相邻像素的灰阶发生了改变，亮度均匀性受到了影响，进而影响显示效果。为了解决这一问题，我们提出具有消除边缘场的介电突起的LCoS，其仿真效果如图3(b）所示，像素区域显示亮度均匀，非像素区域有轻微的灰度变化，但并不会影响整体显示效果，说明介电突起很好地阻隔了边缘电场，消除了边缘场对相邻像素成像效果的影响。图3(c）为5V电压时传统LCoS和具有介电突起的LCoS在图3(a）和图3(b）所示红色实线区域反射率随位置的变化曲线，可以看出传统LCoS在对中心像素加电时相邻的上一个像素靠近中心加电像素的区域反射率骤降，与反射光分布图3(a）一致，说明相邻像素的亮度受到了影响。而具有介电突起的LCoS在相同情况下反射率为96%，基本保持不变，与反射光分布图3(b）一致，显示效果未受到边缘场的影响。图3(d）为传统LCoS和具有介电突起的LCoS在图3(a）和图3(b）所示红色实线区域中反射率随电压的变化曲线，由图可知，传统LCoS的反射率在电压大于3V时开始下降，随着电压的增加，反射率逐渐变小，受到边缘场的影响越来越严重，而具有介电突起的LCoS反射率基本保持不变，不随电压的增加而改变，说明介电突起可以消除传统LCoS中的边缘场效应。我们还仿真了传统LCoS和具有介电突起的LCoS在对中心像素电极施加电压时相邻像素的相位分布和整体视角对比，如图4所示。图4(a）为传统LCoS和具有介电突起的LCoS在图3(a）和图3(b）所示蓝色实线区域中相位随位置的变化曲线，图4(a）中的红色实线是不加突起的传统LCoS的相位调制，相位曲线在像素间隙处是一条斜线，说明两像素之间的液晶分子受到了边缘场的影响存在扰动，而具有介电突起的LCoS，如黑色虚线所示，相位曲线在两像素之间明显更为陡峭，相位差基本保持不变，相邻像素的液晶分子没有受到影响，说明介电突起大大降低了边缘场带来的串扰。图4(b）和图4(c）分别为传统LCoS和具有介电突起的LCoS的整体视角图。可以看出，传统LCoS的对比度大于35∶1的区域接近50°，而具有介电突起的LCoS对比度大于35∶1的区域接近60°，但中心部分区域对比度有所下降，这是因为LCoS暗态时像素边缘的液晶分子由于介电突起的作用而存在一定的初始倾斜角，特定偏振角度的光线入射，导致存在初始反射率，从而影响中心对比度。整体来看，介电突起对LCoS的视角影响不大，两者的视角基本相同。图2 LCoS在对中间像素加电场时相邻像素液晶分子排布对比。（a）传统LCoS液晶显示盒的分子排布（剖面图）；（b）具有介电突起的LCoS液晶显示盒的分子排布（剖面图）；（c）传统LCoS液晶显示盒的分子排布（俯视图）；（d）具有介电突起的LCoS液晶显示盒的分子排布（俯视图）。
图2 LCoS在对中间像素加电场时相邻像素液晶分子排布对比。（a）传统LCoS液晶显示盒的分子排布（剖面图）；（b）具有介电突起的LCoS液晶显示盒的分子排布（剖面图）；（c）传统LCoS液晶显示盒的分子排布（俯视图）；（d）具有介电突起的LCoS液晶显示盒的分子排布（俯视图）。图3 传统LCoS和具有介电突起的LCoS在对中心像素电极施加电压时相邻像素的反射光分布和反射率曲线。（a）传统LCoS在中心像素加电时的反射光分布；（b）具有介电突起的LCoS在中心像素加电时的反射光分布；（c）传统LCoS和具有介电突起的LCoS在中心像素施加5V电压时相邻像素反射率随位置的变化曲线；（d）传统LCoS和具有介电突起的LCoS在中心像素加电时相邻像素反射率随电压的变化曲线。
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