[发明专利]用于调制与相位调制器相互作用的光的相位调制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于对与相位调制器相互作用的圆偏振光的相位进行调制的相位调制器。本发明还涉及一种用于显示二维和/或三维图像内容的显示器。

背景技术

根据1995年潘查阿特纳姆（S.Pancharatnam）在印度科学院学报第137页（Proc.Ind.Acad.Sci.,p.137）的文章，由于使用圆偏振光并且λ/2板在其平面中旋转，因而可以调制光的相位。这在图1在示意性地表示。圆偏振光落到λ/2板上。圆偏振光的旋转方向改变。另外，相位的出现取决于λ/2板的光轴在平面中的角度。如果λ/2板转动角度φ（图1的下部），那么射出处的相位将改变角度2φ。所以相位的改变是λ/2板旋转角度的两倍。因此，通过转动λ/2板180度实现360度（2π）的相位调制或相位改变。

代替机械地旋转λ/2板的是，可以在基于液晶（LC）的光调制器中转动LC分子的长轴，例如通过施加电场来引发。

然而，当这样做时，向列型（nematic）LC通常仅对绝对值起作用，而对所施加电压的符号不起作用。只有给予LC分子一定的表面方向以及像素平面中的电场，LC分子才能够在0到最大90度之间旋转，如在共面切换液晶模式（IPS LC模式）中，其中以一相对于表面方向的角度施加电场并且该角度能够达到90度。例如屏蔽偏振的层列型液晶（PSS LC）模式中使用的层列型液晶（Smectic LC），当场符号改变时，将改变它们的旋转方向。然而，这样的LC不能+90度旋转或-90度旋转。与向列型液LC相比，层列型LC的分子成层排列，并且当维持这种层状结构时，各分子将不能90度旋转。因此，使用常规的LC模式不能够获得期望的180度的LC分子旋转角度范围。

文献DE 10 2009 045 125.0和国际专利申请PCT/EP2010/064504描述了一种解决这个问题的方案，其通过将可切换表面排列与所述LC模式的其中一种相结合，扩大LC分子旋转的角度范围。这种解决方案的缺点是它需要更复杂、费用更高的制造和控制过程。这是因为，当制造空间光调制器（SLM）时，必须在基板上施加含有不同于当今用于显示板生产的标准材料的特殊对齐层。当对SLM寻址时，可能需要生成用于切换表面方向和用于直接控制LC分子的分别的信号。如果为了通过结合这两个信号设置各相位值而需要这两个信号一个接一个，则对SLM的像素寻址时，可能还需要更快的信号传输。

WO 2008/104533 A1和相似内容的公开、例如2009年欧洲显示国际会议[1]和2009年国际信息显示器会议[2]的会议资料，描述了一种混合排列向列式LC模式（HAN）。夹在两个基板之间的LC分子与一个基板表面垂直对齐，但是平行于另一个基板表面。该表面方向是固定的。例如在IPS或扭曲向列型（twisted nematic）（TN）模式的设置中通常是平行方向，然而在垂直排列（VA）模式的设置中通常是垂直方向。这两个基板需要不同的对齐层，但是两种类型都可以以LCD行业公知的标准流程制成。

在最简单的理论模型中，LC分子通常被称为“刚性杆（rigid rods）”。与这个简单的假设相偏离的是，例如，LC分子还可以具有弯曲的“香蕉形”形状或棒状的“梨形”形状。而在两种理想的杆中，平行和不平行的方向尽量相等，然而，在可选择的形状中，尤其是在引起变形的情况下，如张开或弯曲形状，相对于不平行方向，梨或香蕉形分子最好是平行方向。

因此，LC分子的变形以对应的分子形状在LC材料中引起偏振。这就是所谓的“挠曲电效应（flexo-electric effect）”。如果出现挠曲电偏振，那么LC分子具体地对于所施加的电场符号作出反应。

在HAN设置中，这种引起的变形由LC在两个基板表面的不同表面方向和各个LC之间的弹力造成（由于在LC层的整个厚度中从平行到垂直方向的连续转换），由此产生挠曲电偏振。

如果施加平面内电场，那么LC分子或它们在显示器平面（其平行于SLM的基板表面）的投射将旋转。由于挠曲电偏振，分子的旋转方向将取决于电压的符号。文献WO 2008/104533 A1描述了将电极设置在IPS显示器中的设置以及将额外的基极置于同一基板（如在边缘场开关（FFS）显示器中）的设置。文献WO 2008/104533 A1进一步描述了将平面内电极或FFS电极选择性地置于LC分子平行方向的基板上或LC分子垂直方向的基板上的设置。前者在文献中描述为具有正Δε的LC材料的实施例，后者在文献中描述为具有负Δε的LC材料的实施例。