液晶光柵的技術(shù)進展及應(yīng)用

周東淇

（北京京東方顯示技術(shù)有限公司，北京 100176）

1 引言

液晶光柵技術(shù)作用于液晶光學器件的質(zhì)量具有關(guān)鍵性的促進作用，而且在現(xiàn)階段的應(yīng)用過程中也已經(jīng)取得了一定的成績。因此，本文分析了液晶光柵技術(shù)的工作原理，選擇了兩種最重要的液晶光柵的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制作工藝。它們是聚合物分散的液晶光柵和聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶光柵，本文著重分析了這兩種技術(shù)的優(yōu)缺點的和司機應(yīng)用效果的好壞。并且有效集合和實際的發(fā)展情況來研究其應(yīng)用的過程，旨在為后期液晶光柵技術(shù)在空間光通信中的應(yīng)用情況打好了就鋪墊的基礎(chǔ)，也是對其未來發(fā)展的一種展望。

2 研究液晶光柵技術(shù)進展與應(yīng)用的重要意義

液晶這種東西，是近些年帶來才逐步興盛起來的一種物質(zhì)，但是由于其化學特性和物理特性的特殊之處，液晶成為了具有廣泛應(yīng)用的特殊功能材料。而且，液晶的特征在于固體晶體和各向同性液體之間的結(jié)構(gòu)。從宏觀物理性質(zhì)的角度來看，液晶不僅具有獨特的液體流動性和粘度，而且具有各種晶體特性。它能夠使得液晶在陽光或其他光的照射下具有雙折射，布拉格反射，衍射和旋光效果，就像自然界中存在的晶體一樣，在實際應(yīng)用的過程中，也能夠使其能夠更好地作用于顯示，信號處理，光通信，光信號處理等方面，對促進我國各類電子元件的構(gòu)造具有積極的促進行作用。但是液晶又具備另外一個特點，即在某一溫度的影響范圍中會將液體的特性和晶體特性結(jié)合在一起，此時，液晶分子的取向不如晶體結(jié)構(gòu)強，并且柔軟且容易變形。但是，如果垂直于分子導向器的電場施加到表面處理的正向列液晶盒上，液晶的內(nèi)部將受到兩個扭矩的影響：第一個效果是由外部電場施加到液晶的扭矩，第二個效果是由邊界條件引起的變形扭矩。當兩者處于平衡穩(wěn)定的過程中時，兩個扭矩的影響相互抵消。而液晶光柵的出現(xiàn)則是利用了一種用于改變由諸如液晶的折射率之類的光學特性的周期性變化引起的普通光和非常光的相位差和偏轉(zhuǎn)特性的裝置，它廣泛應(yīng)用于實際光學計算處理，衍射光學，三維圖像顯示和光電開關(guān)，而且還取得了相當顯著的成效，獲得了國內(nèi)外很多相關(guān)領(lǐng)域?qū)I(yè)人士的重視。

3 液晶光柵技術(shù)的發(fā)展與實際應(yīng)用情況

3.1 液晶光柵技術(shù)發(fā)展歷程

早在1963年，威廉姆斯發(fā)現(xiàn)將負介電各向異性向列液晶置于具有透明電極并且厚度為10至100μm的夾層殼體中，在此基礎(chǔ)上，也已經(jīng)開發(fā)了能夠控制電壓，電流等的周期性條帶區(qū)域。后面由于科學技術(shù)的不斷進步、世界交流趨勢的不斷完善，這時候著名的國外學者Durand等人又發(fā)現(xiàn)，一旦給予液相盒子內(nèi)部電場改變作用的時候，無論電壓的大小，尺寸和形式如何，六邊形結(jié)構(gòu)或其他更復雜的結(jié)構(gòu)都會出現(xiàn)在液相盒中，這使得研究者只有通過動態(tài)散射現(xiàn)象才能夠減少由于電磁場變化所帶來的消極影響。在1972年期間，外國學者卡羅爾在實驗中就已經(jīng)了解到，邊緣間距和衍射角可以通過施加的交流電的頻率和幅度輕松控制。直到1974年，Werner、波拉克等人在圖像處理環(huán)節(jié)中，將較大的液相光柵優(yōu)勢發(fā)揮出來，并有效地作用于光調(diào)制器，光開關(guān)和其他光通信領(lǐng)域的應(yīng)用，而且就現(xiàn)在的發(fā)展情況來看，也已經(jīng)取得了很大進展。

3.2 相位衍射光柵特性及發(fā)展

1979年，霍里等人為了優(yōu)化圖形的顯示質(zhì)量，開始逐漸注意液晶光柵機構(gòu)和制造工藝的改進。其中，外國工人貢獻了大部分作用。Hiroo等人也已經(jīng)研制出了面積為40mm×60mm，帶狀電極為960，可通過脈沖寬度調(diào)制（PWMC）和幀率控制（FRC）技術(shù)的有效優(yōu)化矩形，對液相光柵的實際作用進行了優(yōu)化，從而改善了畫面的顯示情況，對于光柵投影的精確性提升具有關(guān)鍵作用，幫助科學工作者能夠更好的了解到相位衍射光柵的特性和應(yīng)用情況。

4 液晶光柵的新發(fā)展-液晶/聚合物光柵

雖然傳統(tǒng)的液晶光柵本身具有體積小，驅(qū)動電壓低，功耗低，分辨率高，衍射特性變化方便等優(yōu)點，但是也還存在著衍射效率與光的偏振性沖突的一些劣勢和缺點。因此，為了有效地解決這些問題，最合適的方法之一是直接制造類似于光柵的液晶取向?qū)?。近年來衍生的液?聚合物光柵具有顯著的科學效果?，F(xiàn)階段常見的，能夠用于聚合物/液晶電光器件的復合系統(tǒng)主要是聚合物分散液晶（PDLC）和聚合物網(wǎng)絡(luò)液晶（PNSLC），以下將對這兩者進行詳細的分析和研究。

4.1 PDLC光柵

所謂的PDLC光柵具有大于30%的聚合物含量，并且液晶在實際應(yīng)用中也以液滴的形式分散在連續(xù)的聚合物介質(zhì)中，這些特性都使得它在分析新的高分子材料和液晶研究中起著關(guān)鍵作用。因此，相關(guān)行業(yè)的工作者也開始重視對液晶光柵的研究和分析。在國外的發(fā)達國家，美國的Digilens和意大利的LOA正在研究PDLC光柵器件、1994年R.L.Suther Land等人就已經(jīng)對PDLC光柵技術(shù)進行了優(yōu)化和分析，已經(jīng)將一些不必要存在的缺陷進行了優(yōu)化和消除。在中國行業(yè)發(fā)展的過程中，國內(nèi)的學者——長春光學精密機械與物理研究所的馬偉和任宏文利用光固化相分離技術(shù)開發(fā)了PDLC光柵，使得現(xiàn)階段衍射光的衍射效率達到40，這也是工作效率的完美保證。

4.2 PNSLC光柵

對于PNSLC光柵技術(shù)，最早在中國應(yīng)用的是2005年的宋靜等人。液晶光柵是通過光掩模法控制液晶中聚合物的分布而制備的，并且增強了光柵技術(shù)的應(yīng)用，研究和開發(fā)推廣。

5 液晶光柵技術(shù)的發(fā)展前景

實際上，空間光通信中的精確APT技術(shù)是現(xiàn)階段接受光學衛(wèi)星鏈路的關(guān)鍵。但是現(xiàn)階段的APT技術(shù)往往都是利用機械性的操作而進行的，在實際的應(yīng)用過程中雖然能夠發(fā)揮作用，但是往往會導致執(zhí)行機構(gòu)的重量、體積、功耗等較大，使得現(xiàn)狀的操作問題變得較為困難。但是液晶光柵技術(shù)的優(yōu)點是遠遠超過了機械光柵的優(yōu)點，而且還有效將機械光柵的缺點進行了彌補。它幾乎可以滿足空間光通信的所有重要要求，重量，尺寸，功耗，壽命，成本，驅(qū)動電壓，光電集成，可編程性，光束掃描和偏轉(zhuǎn)范圍得到優(yōu)化。因此，在實際的應(yīng)用過程中，液晶光柵技術(shù)的發(fā)展前景是不可限量的，而且實用性和操作性也會更為明顯。

6 結(jié)束語

綜上所述，我國正處于一個經(jīng)濟水平和科學技術(shù)水平不斷發(fā)展的過程中，社會建設(shè)中的各個方面也都已經(jīng)取得了相應(yīng)的進步，現(xiàn)階段發(fā)展最為顯著的空間光通信行業(yè)與液晶光柵的應(yīng)用息息相關(guān)。因此，為了有效促進我國社會建設(shè)的不斷進步，工業(yè)化水平和空間通信水平的不斷提升，必定要對液晶光柵技術(shù)的進展和實際的應(yīng)用進行分析，只有結(jié)合實際情況才能發(fā)現(xiàn)缺陷，才能夠有效改善液晶光柵技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。