专利名称：反射型硅基液晶显示装置和方法
技术领域：
本发明涉及液晶显示技术，特别是涉及一种反射型硅基液晶显示装置和方法。
背景技术：
LCOS全称Liquid Crystal On Silicon,是LCD与CMOS集成电路有机结合的反射型新型显示技术。LCOS微型显技术是一种以单晶硅片为基底、运用集成电路光刻技术来实现高显示分辨率的新型反射式液晶显示技术，LCOS微型显示器是集成电路和LCD制造工艺技术发展到相对成熟阶段相结合而诞生，因此具备小尺寸、高分辨率、高开口率、低功耗、低成本等特点。LCOS微显的最大优势在于它们有能力提供近乎完美的图像，即便显示屏对角线在0.5英寸(13mm)以下，也能完成VGA (640X480)分辨率的彩色视频显示。基本结构是利用半导体集成电路工艺技术在单晶硅上制造控制驱动面板，然后在晶体管上透过研磨技术整平，并在上面镀铝膜电极作为反射镜，形成CMOS有源点阵基板，然后将CMOS基板与含有ITO透明电极之上玻璃基板贴合，再注入液晶，进行封装。基于LCOS技术的显示装置，例如反射型硅基液晶显示装置是目前主流的显示装置之一。随着人们对显示装置的显示质量的要求越来越高，例如提高对比度等技术难题，目前也是亟待解决的技术困难。
发明内容
基于此，有必要针对传统的反射型硅基液晶显示装置的显示效果较低的技术困难，提供一种提高显示对比度的反射型硅基液晶显示装置。此外，还有必要提供一种提高显示对比度的反射型硅基液晶显示方法。
—种反射型硅基液晶显示装置，包括:光源；偏振分光棱镜，所述光源发射的光经过所述偏振分光棱镜并变换为S光；以及LCOS屏，所述S光通过所述LCOS屏变换为P光，所述P光透射所述偏振分光棱镜进入人眼；所述LCOS屏包括:相对设置的玻璃基板、硅基板，在所述玻璃基板与所述硅基板之间依次设有第一取向层、液晶夹层、第二取向层；所述偏振光S的偏振方向为A，所述第一取向层的摩擦方向为B，所述第二取向层的摩擦方向为C，所述偏振方向A与所述第一取向层摩擦方向B的夹角为α，所述第一取向层摩擦方向B与所述第二取向层摩擦方向C夹角为扭曲角度Φ，所述液晶夹层的厚度为d，所述液晶夹层内的液晶双折射率为Λn，液晶层延迟量And为所述液晶双折射率An与所述液晶夹层的厚度d的乘积；所述And为
微米；所述夹角α为[15，25]度；所述扭曲角度Φ为[85，100]度。在其中一个实施例中，所述And为0.26微米；所述夹角α为20度；所述扭曲角度Φ为95度。在其中一个实施例中，所述LCOS屏还包括设置在所述玻璃基板与第一取向层之间的ITO电极层。在其中一个实施例中，所述LCOS屏还包括设置在第二取向层与所述硅基板之间的铝反射层。一种反射型硅基液晶显示方法，包括:光源产生并发射光；所述光经过偏振分光棱镜变换为S光；通过调节LCOS屏内的液晶层延迟量And、夹角α和扭曲角度Φ，所述S光经过LCOS屏变换为P光，并透射所述偏振分光棱镜；所述And为
微米；所述夹角α为[15，25]度；所述扭曲角度Φ为[85，100]度；液晶层延迟量And为液晶双折射率An与液晶夹层的厚度d的乘积，其中液晶夹层的厚度为d，液晶夹层内的液晶双折射率为Λη ;扭曲角度Φ为第一取向层摩擦方向B与第二取向层摩擦方向C的夹角；夹角α为偏振光S的偏振方向A与第一取向层摩擦方向B的夹角；其中，偏振方向A为偏振光S的偏振方向，第一取向层摩擦方向B为第一取向层的摩擦方向，第二取向层摩擦方向C为第二取向层的摩擦方向。在其中一个实施例中，分别调节所述And为0.26微米；所述夹角α为20度；所述扭曲角度Φ为95度。在其中一个实施例中，通过改变第一取向层的摩擦方向B或第二取向层的摩擦方向C实现扭曲角度Φ的调节。在其中一个实施例中，通过改变偏振光S的偏振方向A或第一取向层的摩擦方向B实现夹角α的调节。采用上述反射型硅基液晶显示装置及方法，能够获得较佳的对比度，得到较佳的显示效果。
`
图1为一个实施例中反射型娃基液晶显示装置示意图；图2为一个实施例中偏振光方向、第一取向层摩擦方向以及第二取向层摩擦方向示意图；`图3为白光的照度数值的对比图；图4为红光的照度数值的对比图；图5为绿光的照度数值的对比图；图6为蓝光的照度数值的对比图；图7为白光的关态反射率的对比图；图8为红光的关态反射率的对比图；图9为绿光的关态反射率的对比图；图10为蓝光的关态反射率的对比图；图11为扭曲角度为95°的照度数值的对比度图；图12为一个实施例中反射型硅基液晶显示方法流程图。
具体实施例方式结合附图1，在一实施例中，反射型硅基液晶显示装置，包括光源、偏振分光棱镜和LCOS 屏。光源，为显示装置提供显示光源，在其它实施例中，光源可以是高压水银灯或金属卤化物灯，最佳的是LED光源，具有节能环保的特点。
偏振分光棱镜(Polarization Beam Spliter, PBS),光源发射的光经过偏振分光棱镜并变换为S光。具体地，偏振分光棱镜(PBS)能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光，即P光和S光,也就是偏振光P和偏振光S,其中P光完全通过,而S光以45度角被反射，出射方向与P光成90度角。LCOS屏，改变入射至LCOS屏的光的偏振状态，即把入射的S光通过LCOS屏变换为P光，P光反射至偏振分光棱镜并透射出去，最终进入人眼。具体地，LCOS屏包括:玻璃基板、硅基板，在玻璃基板与硅基板之间依次设有第一取向层、液晶夹层、第二取向层。从光源发射的光通过PBS的变换，然后经过LCOS屏中的上述各层并反射出去，最终得到图像。在其它实施例中，LCOS屏还包括:设置在玻璃基板与第一取向层之间的ITO(Indium Tim Oxide)电极层；以及设置在第二取向层与娃基板之间的招反射层。影响图像 的显示效果的数据为(And，α，φ )，具体分析如下:结合附图2，设偏振光S的偏振方向为Α，第一取向层的摩擦方向为B，第二取向层的摩擦方向为C。偏振方向A与第一取向层摩擦方向B的夹角为α，第一取向层摩擦方向B与第二取向层摩擦方向C夹角为扭曲角度Φ。液晶夹层的厚度为d，液晶夹层内的液晶双折射率为Λ n，液晶层延迟量And为液晶双折射率Λ η与液晶夹层的厚度d的乘积。在一实施例中，以90度MTN (Mixed mode Twist Nematic扭曲向列相混合)模式，即And为0.24微米，夹角α为20度，扭曲角度Φ为90度(0.24um，20度，90度)为基础进行优化，And为
微米，夹角α为[15, 25]度，扭曲角度Φ为[85，100]度。进一步地，当Λ nd为0.26微米，夹角α为20度，扭曲角度Φ为95度，SP(0.26um, 20度，95度)时图像对比度最高，显示效果最佳。具体分析如下:在90度MTN模式为基础进行优化，液晶分子在关态下成90度扭曲排列，设基板(即LCOS屏)法线方向为z轴，硅基板为0，玻璃基板为d，基板平面xy微观无限大，指向矢另与Xy平面的夹角为Θ，在Xy平面上的投影与X轴的夹角为Φ。Θ和Φ均为坐标Z的函数。根据液晶的连续体理论，液晶夹层内指向矢动力学表示式为:
—■-fc sin2 θ + k Cosjlsin' θ+k^ cos* &)cos2 ^l1-^-1 +^-k, sinΘcosθ^-—\k sin1 θ + k cos2 θ\^ ^
2 θ131u iKdz) 2 θa! jI dz J p 12dz 111
- .^-) ε^Αεsin 0cos0 = 0/ ^ \
I 幻(I )
—ik sin2 0 + Cosi i )cos2 0■—cos" 0 — 0.dA -2.p 一 」(2 )
——Si {ε! + Agsia2 θ)^ = 0/ ,
*L 1( 3 )
其中kn，k22，k33分别为向列相展曲、扭曲和弯曲弹性系数；p为手性剂在向列相液晶中诱导的螺距；垂直方向介电常数ε ±以及基板间电压U; ε ^为真空介电常数。由式(1)，(2)，(3)得出倾斜角度，扭曲角度变化情况，在一定电压作用下，可以计算液晶夹层的Jones矩阵。在垂直入射条件下，第η个液晶子层的Jones矩阵为:
权利要求
1.一种反射型硅基液晶显示装置，其特征在于，包括: 光源； 偏振分光棱镜，所述光源发射的光经过所述偏振分光棱镜并变换为S光；以及LCOS屏，所述S光通过所述LCOS屏变换为P光，所述P光透射所述偏振分光棱镜进入人眼； 所述LCOS屏包括:相对设置的玻璃基板、硅基板，在所述玻璃基板与所述硅基板之间依次设有第一取向层、液晶夹层、第二取向层； 所述偏振光S的偏振方向为A，所述第一取向层的摩擦方向为B，所述第二取向层的摩擦方向为C，所述偏振方向A与所述第一取向层摩擦方向B的夹角为α，所述第一取向层摩擦方向B与所述第二取向层摩擦方向C夹角为扭曲角度Φ，所述液晶夹层的厚度为d，所述液晶夹层内的液晶双折射率为Λ n，液晶层延迟量And为所述液晶双折射率Λ η与所述液晶夹层的厚度d的乘积； 所述And为
微米；所述夹角α为[15，25]度；所述扭曲角度Φ为[85，100]度。
2.根据权利要求1所述的反射型硅基液晶显示装置，其特征在于，所述And为0.26微米；所述夹角α为20度；所述扭曲角度Φ为95度。
3.根据权利要求2所述的反射型硅基液晶显示装置，其特征在于，所述LCOS屏还包括设置在所述玻璃基板与第一取向层之间的ITO电极层。
4.根据权利要求3所述的反射型硅基液晶显示装置，其特征在于，所述LCOS屏还包括设置在第二取向层与所述硅基板之间的铝反射层。
5.一种反射型硅基液晶显示方法，包括: 光源产生并发射光； 所述光经过偏振分光棱镜变换为S光； 通过调节LCOS屏内的液晶层延迟量And、夹角α和扭曲角度Φ，所述S光经过LCOS屏变换为P光，并透射所述偏振分光棱镜进入人眼； 所述And为
微米；所述夹角α为[15，25]度；所述扭曲角度Φ为[85， 100]度； 液晶层延迟量And为液晶双折射率Λ η与液晶夹层的厚度d的乘积，其中液晶夹层的厚度为d，液晶夹层内的液晶双折射率为Λη; 扭曲角度Φ为第一取向层摩擦方向B与第二取向层摩擦方向C的夹角； 夹角α为偏振光S的偏振方向A与第一取向层摩擦方向B的夹角； 其中，偏振方向A为偏振光S的偏振方向,第一取向层摩擦方向B为第一取向层的摩擦方向，第二取向层摩擦方向C为第二取向层的摩擦方向。
6.根据权利要求6所述的反射型硅基液晶显示方法，其特征在于，分别调节所述And为0.26微米；所述夹角α为20度；所述扭曲角度Φ为95度。
7.根据权利要求6所述的反射型硅基液晶显示方法，其特征在于，通过改变第一取向层的摩擦方向B或第二取向层的摩擦方向 C实现扭曲角度Φ的调节。
8.根据权利要求6所述的反射型硅基液晶显示方法，其特征在于，通过改变偏振光S的偏振方向A或第一取向层的摩擦方向B实现夹角α的调节。
全文摘要
一种反射型硅基液晶显示装置及方法，包括光源；偏振分光棱镜，所述光源发射的光经过所述偏振分光棱镜并变换为S光；以及LCOS屏，所述S光通过所述LCOS屏变换为P光，所述P光透射所述偏振分光棱镜Δnd为
微米；夹角α为[15,25]度；扭曲角度φ为[85,100]度。采用上述装置及方法，能够获得较大的图像对比度，较佳的图像显示效果。
文档编号G02F1/1333GK103235449SQ201310167410
公开日2013年8月7日 申请日期2013年5月8日 优先权日2013年5月8日
发明者范伟, 代永平, 范义, 姜丽 申请人:深圳市长江力伟股份有限公司