论文总字数：24423字

摘 要

本论文研究了VA型液晶相位调制器的制备工艺和相位调制特性的测试。

本论文简要介绍了液晶空间光调制器的分类、特性参数及应用前景。在理解液晶的扭曲效应和电控双折射效应的基础上，研究液晶空间光调制器实现相位调制的原理。论文结合液晶显示屏的制备工艺，制定VA模式的液晶相位调制功能的方案。选择ITO玻璃经过切割后作为基板，后基板镀铝制成反射镜面。前后基板经过喷洒衬垫料、点胶、固化等流程制成盒子，用真空灌注法往盒中灌入液晶，完成封盒。

综合比较几种常见的相位调制量的测试方法，选择泰曼格林系统测试液晶盒的相位调制量。将CCD获取的干涉条纹图像，经过MATLAB和LAB VIEW软件的图像处理和转换，得到经过液晶盒的相位调制后的相位分布图像。最后根据相位分布图分析液晶盒相位调制特性。

关键词：液晶空间光调制器，相位调制，测试方法

RESEARCH ON THE TEST METHOD OF SILICON-BASED REFLECTION TYPE LIQUID CRYSTAL PHASE MODULATOR

Abstract

This thesis is on the preparation technology of Vertically- Aligned Liquid Crystal Spatial Light Modulators (VA-LCSLMs) and the test on the LCSLMs’ phase modulating properties.

It introduces general information of LCSLMs ,illustrates the principle of LCSLM’s phase modulation, and looks into LCSLMs’ application prospect .Based on the twist effect and the electrically controlled birefringence (ECB) effect of Liquid Crystal,this thesis researches the principle of LCSLMs’ phase modulation. Combined with the preparation technology of Liquid Crystal Display (LCD), the preparation plan of LCDs with a phase modulation function is devised as followed: to make the liquid crystal cell, cut the ITO glass as the substrate, aluminize back substrate to make a triple mirror, and spray the spacer to, dispense and solidify front substrate and back substrate. Finally, infuse the liquid crystal into the container using Vacuum Infusion (VIP), and seal it.

After comparing the frequently used measurements, the paper choose Twyman-Green interferometer to measure the phase modulation amount of the liquid crystal cell. Then I process the interference fringe image from CCD with MATLAB and LABVIEW, getting the phase distribution image. Eventually analyze the phase modulation properties of the liquid crystal cell based on the image.

Keywords: LC SLM(Liquid crystal spatial light modulator),Phase modulation,Test method

目 录

摘要 ………………………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract …………………………………………………………………………………………Ⅰ

第一章 绪 论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 液晶空间光调制器 1

1.2.1 定义 1

1.2.2 发展 2

1.2.3 分类 2

1.3 论文主要研究内容 3

第二章 液晶空间光调制器的相位调制特性 4

2.1 液晶显示的发展与特点 4

2.1.1液晶的发展 4

2.1.2液晶的类型和结构 4

2.1.2 液晶的特性 5

2.2 液晶相位调制器的相位调制原理 7

2.2.1 VA模式液晶工作原理 7

2.2.2 相位调制原理 8

第三章 液晶相位调制器的制备 10

3.1芯片制备和划片 10

3.1.1芯片制备工艺 10

3.1.2划片工艺 10

3.2 液晶器件制备工艺流程 10

3.2.1切割 11

3.2.2 清洗 11

3.2.3涂膜摩擦取向 12

3.2.4衬垫料的撒布 14

3.2.5盒厚控制 15

3.2.6液晶注入和封口工艺 15

第四章 相位调制量的测试 17

4.1相位调制量测试方法综述 17

4.1.1 双缝干涉仪 17

4.1.2马赫曾德干涉仪 17

4.1.3泰曼格林干涉仪 18

4.1.4干涉条纹移动量的测量方法 18

4.2实验系统的搭建 19

4.3测试结果 20

第五章 总结与展望 25

参考文献 26

致谢 28

第一章 绪 论

1.1 课题研究背景

近年来，光电技术和光学信息处理技术取得了飞速发展，光电系统在光束的控制要求方面也不断提高。实现对光束的相位的控制在光学信息处理中有着重要作用。自适应光学技术的发展也带来了诸多光电调制器的诞生，本文即将展开讨论的相位调制器就是最常见的一种液晶空间光调制器。

空间光调制器在一定条件下可以实现对入射光波长、强度、相位等参数的调制，这些特点使得它在光学图像处理，激光整形等领域都做出了巨大贡献。其中，液晶相位调制器作为重要光电器件被广泛用于全息显示、光束偏转等方面。传统的液晶显示器一般都是采用光强度调制放大的方式工作，而液晶相位调制器则是通过调制入射光的相位来改变形成图像的振幅。液晶相位调制器的高光能利用效率和光衍射的高效率正是得益于这种工作方式。

液晶本身具有许多独特的物理特性和光电特性，如扭曲效应、电控双折射效应等，这些特性使得它在调制光束方面具有很大的优势。液晶空间光调制器则充分利用了液晶的固有特点，具有非机械结构、低功耗和可编程等优点^[1]。在光电信息处理系统中，起主要作用的是液晶空间光调制器的相位调制功能。所以，研究调制器的相位调制特性对于光学信息处理技术的发展意义重大。

1.2 液晶空间光调制器

1.2.1 定义

空间光调制器（Spatial Light Modulator，SLM）能够把信息量加载到一维或者二维的光学数据上，从而更有效地利用光的固有速度和互连能力等特性，是光计算和光学信息处理的关键构成单元^[2]。目前，市场上的空间光调制器已有数十种之多，其中液晶空间光调制器是应用最广泛的一种。

液晶空间光调制器(Liquid crystal spatial light modulator, LC SLM)是一种充分利用了液晶电致双折射效应的光学器件，它有低电压、微功耗、小型化等多种特点。使用可以随时间变化的电信号控制液晶光调制器，或者把调制器放在另外一种空间光强的分布下，能够使通过调制器的光改变在空间上的相位、振幅(或强度)乃至波长等参数，也可以使通过器件的非相干光转变成相干光^[3]，原理如图1-1所示。

一般情况下，许多在空间上相互独立的一维或二维单元构成了液晶空间光调制器，这些独立单元与独立的驱动电压呈一一对应关系，不同的驱动电压信号可以改变调制器中的液晶分子的取向结构，液晶分子取向的改变可以调制入射光的振幅或者相位。

入射光

出射光

α

驱动电压

图1.1 空间光调制器原理示意图

1.2.2 发展

上个世纪70年代，美国休斯公司研制出了液晶空间光调制器，这是一种使用直流电压作为驱动的透射式光调制器。当时的学术界也涌现了大量关于空间光调制器的研究报告，从而液晶器件开启了它在光学信息处理系统的发展历程。第二年，T.D.Bemd等人研制出了反射式读出液晶光阀，该光阀使用的是交流电压作为驱动，这样就很好地解决了调制器长期在直流电压下工作存在的液晶和电极容易发生反应的问题。到了1975年，交反射式液晶光阀的成功研制，证明了液晶能够在混合场效应中正常工作。同一时期，液晶光阀在国内外的研究都取得了显著成果，并开始成功地被应用于显示、图像存储等。1989年，日本掌握了薄膜晶体管液晶显示器（Thin Flim Transistor-LCD，TFT-LCD）生产技术，该技术开始走向投影和大屏投影电视市场，此后也逐渐被用于进行光学信号处理。

20世纪90年代，出现了全新的基于硅基板的液晶技术（Liquid Craytal on Silicon，LCoS），这一技术大大推动了空间光调制器的发展。LCoS技术开始使用透明的电平板作为下基板来制作液晶盒，它融合了硅衬底的CMOS集成技术和反射式液晶显示技术。跟使用传统技术制备的液晶显示器相比，使用LCoS技术制备的液晶显示器在分辨率、对比度等方面的性能均更加优越。微电子和光电技术在快速发展的同时，两者的结合也越来越紧密，并进一步推动了空间光调制器技术的发展。近年来，美国BNS公司陆续推出了多种液晶空间光调制器，这些器件能够实现对光束的强度调制、相位调制和线性相位调制等，而且这些液晶空间光调制器可以实现在0~2π相位范围的连续控制。目前，液晶空间光调制器的种类有很多，如液晶光阀（LCLV，liquid crystal light valve）、液晶显示器（LCD，liquid crystal display）、微通道板空间光调制器（ MSLM，micro channel spatial light modulator）、磁光空间光调制器（MOSLM，Magneto—Optical spatial light modulator）和变形反射镜空间光调制器（DMDs，deformabIe mirror devices）等。

1.2.3 分类^[3]

根据调制器功能的不同，液晶空间光调制器可以分为振幅型、相位型和复合型。顾名思义，振幅型的调制器只对入射光的振幅(光强)进行调制，相位型调制器只对入射光的相位进行调制，复合型调制器对入射光的相位和振幅同时进行了调制。三种调制器各有特点，振幅型调制器能够提供高质量图像，相位型器件对通过它的光束造成损耗，衍射效率高。不同类型的调制器在调制入射光方面的区别是对整个空间调制器而言的，不是对电信号控制的各个像素而言。

根据寻址方式的不同，液晶空间光调制器可以分为电寻址型（EA-SLM）和光寻址型（OA-SLM）。两者的工作方式和主要构成存在巨大差别。前者用行扫描的方式，把外加的电信号通过栅状电极加到相应的单元上，它的主要构成是电-光实时接口；后者能够对输入其中的光信号进行处理，将它的强度分布变成电荷、折射率等分布，它的主要构成是光-光转换器件。

根据出射光方式的不同，液晶空间光调制器可以分为透射式和反射式。透射式调制器和反射式调制器的最大区别在于后者自身有反射面，这一结构上的差异导致入射光和出射光相对于器件的位置也大为不同。反射式调制器工作过程中，入射光先穿过液晶盒，然后在反射面的作用下发生反射。因此入射光和出射光是位于器件的同一侧的。反射式器件可以充分利用外光，能够节省功率。 图1-2是反射式液晶显示器件的结构。

图1.2 反射式液晶显示器件结构图

1.3 论文主要研究内容

本论文以基于硅基反射式液晶相位调制器为研究对象，学习制备相位调制器件的工艺流程，深入了解液晶相位调制器的工作原理，理解相位差产生的机理。同时，在研究相位差的测试方法的基础上搭建测试光路，并对测试结果进行分析，提出提高液晶相位调制器性能的依据。

在论文第一章，本文对课题研究的背景和液晶空间光调制器的相关知识进行了简要的介绍，其中涵盖了液晶空间光调制器的发展历史、分类等基本信息。

在第二章中，主要谈的是液晶的相关知识，主要介绍了它的发展历史、相关的物理光学特性，其中重点介绍了液晶的扭曲效应和电控双折射，为理解液晶空间光调制器的相位调制原理奠定基础。

第三章描述的是液晶显示屏的制备工艺。本章简要介绍了芯片的制备划片工艺，主要围绕论文实验中的测试对象——液晶盒的制备工艺展开，从ITO玻璃的切割清洗直到最后的灌晶封盒，详细描述了每道工艺的流程和相关参数，并总结了制备过程中的注意点。

第四章比较了几种常见的相位调制量的测试方法，并选择适合的方法测试液晶显示屏的相位调制特性，搭建光路进行测试，并对测试结果进行相关分析。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：24423字

相关图片展示：