CN103197455A - 一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，包括：步骤S101，把驱动电压增加到最大负载电压Vmax，完成最大电压驱动过程；步骤S102，将驱动电压降至根据器件工作温度确定的目标电压值Vi，来实现预期的目标相位值；此时器件需要的时间为t_{d_i}；t_{d_i}是从最大电压到灰度等级为i时的响应时间，其中i=0，1，2，……，255；步骤S103，得到最后的相位延迟。本发明采用ECB模式，在满足连续相位调试、极低量子化误差、高光传输效率、全相位调试等原有优势的基础上，达到了器件提速的目的。

Description

一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，特别是涉及一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法。

背景技术

LCOS（Phase Only Liquid Crystal On Silicon，相控式硅基液晶器件）技术在图像和视频显示方面发展近20年，跟传统的LCD（Liquid Crystal Display，液晶显示）平板显示技术不同，它不仅利用了液晶材料独特的光电特性，同时结合了高性能、多功能CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）集成电路的优势，利用电信号控制液晶材料的偏转，在这个变化的过程中对入射光进行全相位、连续的调试，从原理上看，对于光的利用效率是最佳的。因此该器件的应用功能比传统的LCD显示和LCOS图像显示又丰富了许多。目前在光通信、全息投影等方面占有一定的优势。

LCOS器件大概分成两类：第一类是对光的振幅进行调试，即上述的传统LCOS显示器件；第二类是仅对光的相位进行调试。振幅调试的LCOS通过线性偏振片，对入射光的线性偏正方向进行调试后，最后输出偏振光信息，这类似于当前的LCD显示原理；而相位调试的LCOS器件则通过加载在CMOS电路上的电信号改变液晶分子的双折射率，从而达到延迟入射光相位的效果，

由于液晶材料的双折射率变化范围较大，因此相控LCOS器件中通常使用液晶材料作为光传输媒介。由于在相位调试的LCOS器件当中，偏振片和其他光学器件是没有光吸收的，这样光传输效率是最大的。因此，相控LCOS器件是未来光引擎的发展方向之一。

相控LCOS器件的结构如图1所示，与传统LCD器件的“三明治”结构不同的是，将其中一层玻璃衬底换成CMOS集成电路的硅衬底，是反射性器件。为了使LCOS的硅背板（硅衬底）电路的像素阵列达到最大的填充因数，电子电路设置在铝制像素阵列的下部。当入射光进入零吸收的液晶材料层时，将模拟驱动电压加载于硅背板的每个像素上，通过电场使液晶材料发生偏转，这样可以使得入射光在液晶分子偏转的过程中发生相位延迟。

液晶材料是一种介乎于固体和液体之间的物质状态。液晶材料的状态又分成向列型液晶态，近晶型液晶态（Smectic Phase）等。通常来说液晶态由分子在空间的定向来区分，即分子重心在空间的分布。比如向列型液晶的分子是长细棒型的，那它们的分子的分布是指向某个方向的。由于液晶分子在高温是具有液体的形态，即任意方向态的（Isotropic Phase），所以要保持液晶的某特定方向属性，需要将环境温度保持在一个范围之内。

如图2所示，以向列型液晶材料为例，它是普通的液晶态之一，它分子是棒状的、其排列具有一定方向。当前液晶器件中的主要光电材料便是向列型液晶分子，蓝相液晶分子或者胆固醇型液晶分子。n_e是特殊折射率，它平行于液晶分子方向的电场偏振方向；n_o是普通折射率，它垂直于液晶分子方向的电场偏振方向。双折率是两数值的差。由于向列型液晶材料具备连续相位调试的优势，近年来被越来越多的硅基液晶器件（LCOS）所采用。

液晶材料的选择是相控式LCOS器件性能的最重要部分，应用于此器件中的液晶材料必须满足以下几个要求：

1、高双折射率（器件厚度厚，器件响应速度慢）：

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{ri}\sin g}=\frac{{4\mathrm{\πd}}^2\mathrm{\γ}}{\mathrm{\Δ\ϵ}(V_{\mathrm{upper}}^2-V_{\mathrm{lower}}^2)-{4\mathrm{\π}}^3{K}_{\mathrm{ii}}}$    公式1

${\mathrm{\τ}}_{\mathrm{decay}}=\frac{d^2\mathrm{\γ}}{{\mathrm{\π}}^2{K}_{\mathrm{ii}}}$    公式1

d是器件的厚度，γ是液晶材料的专动粘稠度，Δε是介电常数，K_ii是液晶材料的弹性系数，τ_rising和τ_decay是上升响应时间和下降响应时间。公式中推导出厚度和速度是成正比的。

2、高介电常数（阈值电压低）：

由公示1和2得出，介电常数和速度成反比。

3、该材料需要在可见光范围和红外区域都能保持稳定：

很多液晶材料在红外波段的分子表现性很不稳定。这对于光通信***中的应用会有大的影响，因此选择在通信C波段（1530-1565nm）稳定的液晶至关重要。

电控双折射率（ECB，Electrically Controlled Birefringence）配置的LCOS器件工作原理如图3所示，当没有电压加载于器件时（“断开”状态），液晶分子按照取向层的方向排列，此时n_o平行于Z轴，n_e平行于Y轴。当模拟电压加载于器件时（“导通”状态），随着模拟电压的逐渐增大，n_o方向不变依然平行于Z轴，而n_e逐渐由平行Y轴到平行Z轴，即图3中的液晶分子逐渐“站立”起来，此时过程中的n_e的数值向n_o的数值趋近（双折射率又最大趋近于0），直到最大模拟电压负载到器件时，两值相等，完成液晶分子随电压的偏转，即入射光相位调试过程结束。由于该过程中没有其他方向的偏振光产生，因此获得了最大相位的调试范围（入射光相位从0到2π）。器件的响应速度为n_e到n_o所经历的时间，即入射光经LCOS器件调试后相位从0到2π所消耗的时间。

器件的响应时间是在ECB的工作模式下，以及在可见光和红外的范围内，利用二元光栅的加载，同时驱动每一个电压级而实现的。通过测量光强和响应时间的关系，推导出相位变化和时间响应的关系。这个基本信息将对全息设计工程师带来巨大的便利，了解每一个像素在驱动不同电压的情况，准确定位相位变化速度。

LCOS器件的响应速度是显示、投影、全息三维、通信等应用方向上重要的性能指标。目前提高LCOS器件响应速度的方法主要是改变器件结构和液晶材料的配置。比较有代表性的两种方式是表面稳定模式的铁电液晶SurfaceStablised Ferroelectric Liquid Crystal（SSFLC）和光学补偿的双折射率模式Optically Compensated Birefringence（OCB）。

应用SSFLC LCOS器件，因为其快速的响应速度和无需在***中添加偏振器件的优势，在相控LCOS器件中有着一定地位。但是其器件的致命缺陷是：1、仅能提供二元相位调试，而无法在全范围（0到2π之间）、且连续的相位调试。虽然子帧序列（Subframe Sequential）技术可以提供多电压和多等级相位调试，并在全息投影中应用，但它不仅丢失了对称衍射级中一半的光强；同时需要铁电液晶材料偏转90°才能得到光的最大效率（<50%）；实现上述应用还需要在一定厚度的器件中配置非常特殊的铁电材料才可以达成，而此时的响应速度已经和使用向列型液晶材料配置的LCOS器件相似了。2、由于子帧序列技术使器件电路背板的电压通过组合“0与1的二位电压调试”，实现连续的相位调试，因此器件会产生巨大的量子化噪音，所以SSFLC完全不适合在光通信和高质量的图像投影之中。

在ECB配置的LCOS器件中，玻璃与硅衬底的取向层方向是相反的。因此在驱动器件时，液晶分子的偏转会被一种扭力阻碍，从而导致器件响应变慢；而在OCB配置的LCOS器件结构中：玻璃衬底的取向层方向和硅基衬底的取向层方向是一致的，这样的器件结构使得液晶分子偏转时，不会产生这种扭力，因此器件的速度是得到了提高。一般情况下，在OCB器件中，取向层的倾斜角度一般在8°以上，液晶分子只能在弯曲形变（Bend Deformation）下工作。虽然OCB器件的响应速度很快，但是它有以下三种致命的缺陷：1、其相位调试的范围不足2π。一般在ECB结构的LCOS器件中，取向层的倾斜角度在2°之内，这样可以最大效率的保证2π的相位调试，而OCB器件的取向层一般要设置在8°以上，这样n_e数值的减小导致了双折射率的减小，从而影响相位调试范围；2、器件在工作状态中，液晶分子会产生扭曲态（Twist State），这将导致在入射光调试过程中，产生各种偏振方向的光，从而降低器件的光调试效率；3、取向层的高倾斜角构造为取向层的摩擦工艺带来了巨大的难度，其高温固化的工艺过程中会导致像素铝层的不稳定，破坏像素表层的反射率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，用以解决现有技术中相控硅基液晶器件响应速度慢的问题。

为解决上述技术问题，一方面，本发明提供一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，包括：

步骤S101，确定调整步长m；

步骤S102，根据相控硅基液晶器件的厚度和工作温度，结合调整步长m，确定不同的响应区间；

步骤S103，选择各个响应区间内响应速度变化最快的一个响应区间作为相控变换的工作区间。

进一步，各响应区间分别为：（0,2π），（m,2π+m），（2m,2π+2m），……，（nm,2π+nm），其中，器件厚度d=2π+nm。

进一步，在步骤S103之后，还包括：

把驱动电压增加到最大负载电压Vmax，完成最大电压驱动过程；

将驱动电压降至目标相位值，即目标电压值Vi；此时器件需要的时间为t_{d_i}；t_{d_i}是从最大电压到灰度等级为i时的响应时间，其中i=0，1，2，……，255；

得到最后的相位延迟。

进一步，在把驱动电压增加到最大负载电压Vmax之前，还包括：

进行直流平衡处理，使硅基液晶器件中加载于液晶材料上的交变电场对称。

进一步，在负载电压由最大负载电压向目标电压值降低时，增加一个或多个中间电压值，负载电压由最大负载电压先降到中间电压值，再降至目标电压值；同时，在驱动电压的方波电压波形的波形前沿和后沿增加预定中间值，减小稳定状态时的相位摆动。

进一步，硅基液晶器件的CMOS背板中，像素尺寸的大小在1微米到20微米之间，单元像素的形状为长方形或者正方形。

进一步，硅基液晶器件的液晶材料为向列型液晶材料、蓝相液晶材料或胆固醇型液晶材料。

进一步，硅基液晶器件的取向层由高分子聚合物组成的，取向层的摩擦方式是与液晶分子的方向矢量垂直；当液晶材料应用于电控性双折射率的结构中时，取向层的初始摩擦角为2°；当液晶材料应用于光学补偿结构的器件中时，取向层的初始摩擦角不小于8°。

进一步，硅基液晶器件的驱动电压为正弦波脉冲、三角波脉冲或者方形波脉冲。

进一步，在模拟电路驱动下的相控LCOS器件，最大电压为7V，灰度级从0至255。

进一步，最大负载电压Vmax为灰度值为255或189所对应的负载电压值。

本发明有益效果如下：

本发明采用ECB模式，在满足连续相位调试、极低量子化误差、高光传输效率、全相位调试等原有优势的基础上，达到了器件提速的目的。

附图说明

图1是现有技术中LCOS的基本结构图；

图2是现有技术中单个液晶分子折射率的单轴光指示图；

图3是现有技术中电控双折射率配置的LCOS器件工作示意图；

图4是采用现有技术的响应时间示意图；

图5是采用本发明实施例方案的响应时间示意图；

图6是分别采用现有技术和本发明实施例方案得到的响应时间与相控范围的对比图；

图7是本发明实施例中高频分量在模拟和数字电路中的对比图；

图8是本发明实施例中不同负载电压下响应时间与相控深度的对比图；

图9是本发明实施例中驱动电压和相位调试变化的关系图；

图10是本发明实施例中不同的响应区间与响应时间的关系图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

在ECB配置的LCOS器件中，负载电压的大小与光相位调试的范围成单调递增关系，即电压提高，相位调试深度增大。发明人经过大量实验，发现液晶材料的响应时间是根据负载电压的提高而减小的，即提高电压负载可以加速器件的响应，减小电压的负载则减缓了器件的响应。即：在负载电压大于阈值电压的情况下，如果将负载电压提高，液晶材料的响应就会加快；这个关系是单调递增的。因此，现有技术在器件调试小相位变化时，由于器件所需的电压很低，所以响应速度变得很慢。本发明根据负载电压与响应时间的关系，解决了目前主流相控硅基液晶器件由其驱动方式产生响应速度过慢的问题，达到器件响应提速的效果。目前采用的提速方法主要是在改变器件结构和液晶选择上进行尝试，主流的两种方法（SSFLC和OCB）都有着巨大的缺陷；而本发明在坚持采用ECB模式，搭配满足条件的液晶分子，在满足连续相位调试、极低量子化误差、高光传输效率、全相位调试等原有优势的基础上，通过以下方法改变CMOS电路驱动，达到了器件提速的目的。

在振幅调试的LCOS器件中，响应速度定义为传输光强从0变到最大所经历的时间。在相位调试的LCOS器件中，则定义为一级衍射的光强从0到最大所经历的时间。由于加载的光栅信息是由驱动器件的电压完成，因此衍射光强的变化与负载电压的关系可以通过数学变化，推导为相位延迟与时间的关系。在工业届，响应速度基本取值范围在传输强度的10%到90%之间，因为饱和区域的渐进带会造成度数的不准确。

在相位调试的LCOS器件中，本发明实施例针对5%到95%的衍射光线强度范围内的时间变化，这样可以记录更多的相位调试信息，对响应速度的提高有更准确的判断。上升时间响应是当电压从0电压升至目标电压数值时，器件所需要的时间；下降时间是指电压从目标电压降至0电压时，器件需要的时间。在负载电压大于阈值电压的情况下，如果将负载电压提高，液晶材料的相应速度就会加快，这个关系是单调递增的。

实施例一：

本发明实施例涉及一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法：包括：

步骤S101，把驱动电压增加到最大负载电压Vmax，完成最大电压驱动过程；

本步骤中，在模拟电路驱动下的相控LCOS器件，最大电压一般在7V左右，灰度级从0至255；即电压梯度被分为256级，每一级电压的变化量为（7/255）V。根据上段描述，假设器件的普通响应时间应该为t_i，即在负载电压灰度等级（N）为i时的响应时间。目前的驱动方式，在调试全相位（2π）数值的时候器件响应速度最快，即最大电压负载施加于器件的时刻。根据这个特性，在调试目标相位前，先加载“调试全相位”数值时所需要的最大负载电压，然后再选择目标相位对应的电压，即实现器件提速过程。

器件所需的最快响应速度为t_N=t₂₅₅；经过实验测量最快响应速度结果为t_N=t₂₅₅=7ms。

硅基液晶器件中，液晶层夹在电极ITO层和铝层之间；由于这两种材料的功函数不同，当对称交变电压通过这样的非对称电极加载于液晶层上时，其实际加载电压相当于原加载电压加上了一个直流偏压，液晶材料无法进入一个稳定的状态。因此，为得到更佳的技术效果，本步骤还需要进行直流平衡（DCbalance），将硅基液晶器件中加载于液晶材料上的交变电场对称化。如果不进行直流平衡，相位摆动的现象会十分明显，导致器件的性能下降。

步骤S102，将驱动电压降至根据器件工作温度确定的目标电压值Vi，来实现预期的目标相位值；此时器件需要的时间为t_{d_i}；t_{d_i}是从最大电压到灰度等级为i时的响应时间，其中i=0，1，2，……，255；

由于液晶材料的相位连续变化特性和液晶分子的转动惯性，及其之间的相互作用，在加载电压改变后，液晶材料会产生不同程度的“回扫”（flyback），导致相应的相位摆动（phase flicker）。因此，本实施例中，在负载电压由最大负载电压向目标电压值降低时，增加一个或多个中间电压值，以减小过渡期（transient）相位摆动。同时，还可以在驱动电压的方波电压波形的波形前沿和后沿增加预定中间值，以减缓“回扫”，减小稳定状态时的相位摆动。

步骤S103，得到最后的相位延迟。

器件负载电压从0电压到V_i所需要的过程为0、Vmax、V_i；总的响应时间t_i为：

t_i=t₂₅₅+t_{d_i}   公式3

其中，t₂₅₅是灰度为255时（最大电压）的响应时间。

本实施例中，当硅基液晶器件温度在[15°，55°]的范围内时，随着温度的升高，硅基液晶器件的响应速度会越来越快。

图4中在电压V_i驱动下器件的响应时间t_i（采用现有技术，即通过加载目标电压，等待液晶响应后，得到相位延迟）；图5中是根据提速方法，先将电压设置于最大V_max（响应时间为t₂₅₅），等待响应时间t₂₅₅，然后再调试至目标电压V_i（响应时间是t_{d_i}），得到最后的相位延迟；应用此种方法在V_i电压下的响应时间t_i等于t₂₅₅与t_{d_i}之和。根据实际计算后，得出提速方案可行且有效。

需要指出的是：当i=189或者以上时，t_i的响应时间已经不需要经过提速来完成。此时的相位调试范围为1.96π，约等于全相位的调试范围的98%，在考虑误差的情况下，这完全保证了器件工作的完整性。这证明了在不影响器件工作性能的条件下，实现响应时间的提速是完全可行的。实际应用中，需要在扫描具体图像信息之前给像素矩阵加载一个最大的驱动电压，然后加载像素矩阵所需要的电压即可。应用此种驱动方式，有可能产生一个响应间隔，因此不适用于显示或者投影方面的应用。不同的器件对应不同的相位延迟所需要的电压数值（i=189所对应的电压数值），也就是说，相位延迟所需要的电压数值跟具体器件有关系，每次使用前需要做一次校准，以确定该数值。

图6中，空心圈表示按照现有驱动方式，电压从原始0电压升至目标目标电压的相控范围；实心圈表示采用本发明实施例的方案，电压先从0电压加载为最大电压，然后再降至目标电压的相控范围；从图6可以看出，本发明实施例的提速方案在此器件上提速明显，且189灰度级时，器件已经基本完成全部相控范围。如小相位变化时，可以提速100ms级别（相位调试<1π），其余基本可以提速几十ms（1π,4π）之间。

本实施例中，硅基液晶器件的CMOS背板中，像素尺寸的大小在1微米到20微米之间，单元像素的形状可以是长方形或者正方形的。硅基液晶器件的厚度一般在1微米到5，6微米之间；以波长为基准，波长越长，器件厚度越大，厚度是满足2pi相控范围的，如果在微波领域的应用（即波长在3微米以上），那么器件的厚度可达几十微米。

硅基液晶器件的选择可以是向列型液晶材料（例如BLO37这个向列型液晶材料），也可以是蓝相液晶材料（blue phase）或胆固醇型（chiral nematic）液晶材料。

硅基液晶器件的取向层（alignment）一般是由高分子聚合物组成，取向层的摩擦方式是与液晶分子的方向矢量垂直，取向层的初始摩擦角度一般较小，液晶材料应用于电控性双折射率的结构中，一般其在2°左右；如果液晶材料应用于光学补偿结构的器件中，那么取向层的初始角度一般不会小于8°，摩擦角度过大，会损失器件的空间相位调试范围。

硅基液晶器件CMOS集成电路部分的布局可以是长方形的，也可以是正方形的，像素层的形状可以是长方形或者正方形的，特殊需求下，像素层可以1*N的矩阵。

硅基液晶器件的驱动电压的脉冲可以是正弦波（sin）脉冲，也可以是三角波脉冲或者方形波脉冲。ITO（Indium Tin Oxide，铟锡氧化物）电极可以是点阵的（对应每一个像素点），也可以是覆盖住玻璃衬底。

另外，上述实施例中，还可以在负载电压增加到最大负载电压Vmax的过程中，将负载电压停止在目标电压值，得到最后的相位延迟。即：在一定的时间间隔中，加载一系列最大电压的脉冲，这些脉冲应该加载于所需的脉冲电压之前。

由于器件响应时间在最大电压驱动时最短，且相位变化可以达到2π。因此从理论上分析，在加载过大驱动电压的过程中，可以选择从0到2π中间任意的相位深度所对应的电压值，从而实现器件的快速响应。但在实际电路驱动中应用此种方法时，往往会超出目标相位的要求。尽管如此，我们还是可以利用这个原理在实际的电路中负载一些高电压脉冲而实现提速。

如果LCOS器件中，波形变化速率大于液晶材料的响应速率，即液晶材料无法响应波形中的高频分量时，液晶材料是根据任意加载波形的方均根值（RMS）而响应的，在这种情况下，响应时间提速的方法是不宜使用的。但是如果当波形中包括低频的分量与液晶材料分子的响应速度近似，那么此时的液晶材料则根据波形的瞬时值响应，在这种情况下“过大”电压驱动可以实现。

在高频模拟电路中，液晶无法相应高频分量，如果图7中，a图与b图中阴影的面积是相等的，那么他们对于液晶分子的驱动是等效的；在高频数字电路中的情况与高频模拟电路中的情况一样，只要c图与d图中阴影的面积相同，那他们的驱动是等效的。但是在低频模拟或者数字电路中，液晶分子的响应与单独的电压分量相关。

图8中，X轴（Time）表示时间；Y轴（Phase Modulation）表示相控深度。图8中靠近X轴的线条表示：在负载为4.4v时，相位调试的范围在（0，1.93π）之间，无法达到全相位调试，需要时间为21.2ms之内完成。图8中中间的线条表示：在负载为5.7v时，相位调试范围基本满足全相位调试，需要时间为9.7ms。图8中靠近Y轴的线条表示，在负载为最大7v时，相位调试范满足全相位调试，需要时间仅为4.6ms之内。由该实验结果可以看出：利用最大负载驱动，响应速度最快。如果在负载最大电压的过程中，停止在目标相位处，即可实现提速。比如需要1π的相位调试，那么采用负载7v时，需要的速度为2.3ms左右。

实施例二：

考虑到生产工艺的误差和光学环境误差，通常情况下，硅基液晶器件的厚度会比所需的要求偏大，器件的工作范围达到2π，器件的制造厚度往往略高于需求值；一般为2.5π，甚至3π。这样既保证了器件的工作性能，又能使得全相位调试范围更加灵活。根据此特点，本发明实施例中，修改了工作范围的区间，将原来的（0,2π）位移至(m,2π+m)，其中，m是调整步长。这样做的目的，将低电压的慢速响应提高，同时保持工作范围不变。

本发明实施例涉及一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法：包括：

步骤S201，确定调整步长m；调整步长m可以是固定数值，也可以是不同的数值，具体确定方法，由技术人员根据器件特点进行确定。

步骤S202，根据相控硅基液晶器件的厚度，结合调整步长m，确定不同的响应区间，例如，（0,2π），（m,2π+m），（2m,2π+2m），……，（nm,2π+nm），其中，器件厚度d=2π+nm。

步骤S203，选择各个响应区间内，响应速度变化最快的一个响应区间作为相控变换的工作区间。

图9中，原始的（0,2π）相控范围调整至（m,2π+m）区间，充分利用液晶分子的最快响应区间，即图中的近似线性响应部分。此方法需要注意两点：

1、保证器件的工作范围在要求范围以上；

2、器件不能太厚，否则器件的响应速度会增大，这需要每次在器件制造之前，理论估算一下m的值。

如图10所示，x轴选择了不同工作区间，0至2pi，0.1至2.1pi，0.4至2.4pi等；y轴是响应时间；四方块表示：在相应工作区间内，0.2pi相控深度所消耗的时间；乘号表示：在相应工作区间内，0.8pi相控深度所消耗的时间；三角表示：在相应工作区间内，1.2pi相控深度所消耗的时间；圆圈表示：在相应工作区间内，1.6pi相控深度所消耗的时间；星号表示：在相应工作区间内，2pi相控深度所消耗的时间。可见，从0-2pi的工作区间，必然为最慢区间；同时只要将修正后的工作区间放在非0处，其响应速度会大为增加；在0.4-2.4pi工作范围，各阶段的响应速度均为最快。

本发明实施例一和实施例二的方法可以用在目前所有硅基液晶器件的波长范围之内，从可见光到红外。对于不同范围的波长，可以选择上述实施例之一涉及的方法单独进行提速，也可以结合一起进行提速；例如，对于可见光和红外波段可以单独采取实施例一或者二，或者同时采取两种方案一起对器件进行加速。

本发明沿用基于ECB配置的相控LCOS器件，因为它可以满足全相位、连续调试；使用模拟电路、极低的量子化噪声、取向层倾斜角度很低（最大化相控范围）、器件工作时没有其他偏振光的产生（***不需要偏振器）、光效率利用最大（几乎100%）等优势。因此该器件可以应用于当前显示、投影、全息、通信等所有范围。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施例，本领域的技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围应当不限于上述实施例。

Claims (11)

1.一种提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，包括：

步骤S101，把驱动电压增加到最大负载电压Vmax，完成最大电压驱动过程；

步骤S102，将驱动电压降至根据器件工作温度确定的目标电压值Vi，来实现预期的目标相位值；此时器件需要的时间为t_{d_i}；t_{d_i}是从最大电压到灰度等级为i时的响应时间，其中i=0，1，2，……，255；

步骤S103，得到最后的相位延迟。

2.如权利要求1所述的提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，在模拟电路驱动下的相控LCOS器件，最大电压为7V，灰度级从0至255。

3.如权利要求2所述的提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，最大负载电压Vmax为灰度值为255所对应的负载电压值。

4.如权利要求2所述的提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，最大负载电压Vmax为灰度值为189所对应的负载电压值。

5.如权利要求1～4任一项所述的提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，在步骤S101之前，还包括：

进行直流平衡处理，使硅基液晶器件中加载于液晶材料上的交变电场对称。

6.如权利要求5所述的提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，在负载电压由最大负载电压向目标电压值降低时，增加一个或多个中间电压值，负载电压由最大负载电压先降到中间电压值，再降至目标电压值；同时，在驱动电压的方波电压波形的波形前沿和后沿增加预定中间值，减小稳定状态时的相位摆动。

7.如权利要求1或6所述的提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，在步骤S101之前或步骤S103之后，还包括：

确定调整步长m；

根据相控硅基液晶器件的厚度，结合调整步长m，确定不同的响应区间；

选择各个响应区间内，响应速度变化最快的一个响应区间作为相控变换的工作区间。

8.如权利要求7所述的提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，硅基液晶器件的CMOS背板中，像素尺寸的大小在1微米到20微米之间，单元像素的形状为长方形或者正方形。

9.如权利要求7所述的提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，硅基液晶器件的液晶材料为向列型液晶材料、蓝相液晶材料或胆固醇型液晶材料。

10.如权利要求9所述的提高相控向列型硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，硅基液晶器件的取向层由高分子聚合物组成的，取向层的摩擦方式是与液晶分子的方向矢量垂直；当液晶材料应用于电控性双折射率的结构中时，取向层的初始摩擦角为2°；当液晶材料应用于光学补偿结构的器件中时，取向层的初始摩擦角不小于8°。

11.如权利要求7所述的提高相控硅基液晶器件响应速度的方法，其特征在于，硅基液晶器件的驱动电压为正弦波脉冲、三角波脉冲或者方形波脉冲。

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