提出了一种用90°扭曲向列相液晶盒代替偏振片的液晶透镜成像方法。液晶透镜对焦后,在90°扭曲向列相液晶盒工作于0°旋光状态和90°旋光状态时分别获取两幅图像。通过将这两幅图像相加并减去液晶透镜未工作时获得的离焦图像,减少了未调制光引入的非理想低频分量,增强了图像对比度,降低了原来无偏振片成像处理产生的噪声。实验验证了该方法的有效性,不需要任何偏振器就可以获得清晰对焦的图像。

液晶盒表面面形的质量会影响空间光调制器的性能。为了精确测量液晶盒表面面形, 提出了短相干载频干涉方法。利用短相干扩展光源进行照明, 产生的参考光和测试光之间形成定域干涉, 通过控制参考面和液晶盒表面之间的倾角, 引入合适的载频, 得到待测载频干涉条纹; 同时空液晶盒空气层上下表面干涉, 形成背景干扰条纹, 从而在CCD相机中采集到混叠有一组干扰条纹的单幅载频干涉图。通过空间傅里叶变换方法滤除背景和干扰条纹的频率信息, 提取并恢复待测条纹包含的面形数据。实验检测了两块玻璃基片错位粘合制成的液晶盒表面面形, 解算出波面峰谷值PV为8.286λ, 波面均方根值RMS为1.782λ。使用该方法和ZYGO干涉仪进行的对比实验中PV值和RMS值分别相差0023λ和0.004λ, 两种测量方法得到的结果一致。该方法能够克服多表面干涉的问题, 实现液晶盒表面面形的精确测量。

对于硅上液晶(Liquid Crystal on Silicon,LCoS)器件而言, 由于其像素间距较小, 当某一像素施加电压后, 会影响其相邻不加电压的像素的光学特性。为了改善这一情况, 本文通过建立一种常白型LCoS的三维光学模型, 研究了3种参数对相邻不加电像素边缘的影响。结果表明: (1)相邻像素边缘暗态的位置和面积会随着液晶分子取向的改变而改变, 当液晶分子取向方向为45°时, 相邻像素边缘受影响的程度最小; (2)液晶盒的厚度越大, 相邻像素边缘受影响的程度越大; (3)像素间距对相邻像素边缘的影响是变化的。本文条件下, 当像素间距为0.7 μm时, 加电的中央像素对周围像素的反射率的影响最小。本研究的结论对高分辨率LCoS的设计和制备具有一定的指导意义。

液晶盒内的液晶分子在不同的外加电场作用下重新排布, 其极化指向发生改变, 从而影响液晶盒整体的电学特性。本文考虑液晶材料的挠曲电效应, 分析液晶盒的整体自由能表达式, 包含弹性形变自由能密度、介电自由能密度和挠曲电自由能密度。基于液晶弹性理论和相场方法, 构建描述液晶核指向矢分布及演化的相场方程, 并运用离散方法推导出液晶盒约化电容的表达式。讨论边界强锚定的混合液晶盒(HAN)和平行液晶盒(PAN)表面电荷密度对液晶核指向矢偏转角的影响。进一步分析了挠曲电系数、表面电荷密度以及液晶盒厚度对两种不同初始指向分布液晶盒电容性能的影响。数值分析结果表明, 表面电荷密度越大、挠曲电系数越小, 液晶核指向矢偏角越大。在混合液晶盒中, 约化电容随着表面电荷或液晶厚度的增加而增加, 最终趋于饱和; 而在平行液晶盒中, 当表面电荷密度或液晶盒厚度达到某个临界值时, 液晶核的指向矢才发生改变, 液晶的约化电容才有明显的变化。随着表面电荷密度增加, 液晶核指向矢发生偏转的临界厚度减小。

架设了全漏光导波测量系统并对反射式混合型扭曲向列相液晶盒进行了光学测量, 氦氖激光经过处理后变为s偏振光或p偏振光, 然后通过棱镜耦合使某一偏振状态的光进入液晶盒并采集不同电压下与入射角相关的不同偏振光组合的反射信号。进而结合多层光学4×4矩阵和弹性连续体理论对液晶盒的不同状态组合的反射信号模拟预测并与实验数据进行拟合, 就得到了指向矢在液晶盒内的倾角和扭曲角以及在不同电压下的分布情况。

液晶盒电容的大小与外加电压的数值相关。当液晶的温度发生变化时, 即使施加的电压值一定, 液晶盒的电容也会发生变化。为了研究温度的影响, 采用交流电桥的方法对灌注5CB液晶的平行排列向列相液晶盒电容进行了实验测量, 并由精密热台(LTS350, Linkam)控制液晶盒的温度, 得到了不同温度下液晶盒的电压-电容特性曲线。由此可以看出: 在大于阈值电压范围内, 同一电压下液晶盒电容随温度的升高逐渐增加, 并且曲线的斜率逐渐减小, 说明液晶向各向同性态转变。此项研究对进一步分析液晶材料的介电常数有一定的指导意义。

为了通过实验得到向列相液晶材料的双折射率，利用迈克尔逊干涉原理设计了一种新的测量方法。在迈克尔逊干涉仪中放入楔形液晶盒，通过调节入射光的偏振方向分别实现了对寻常光和非寻常光折射率的精确测定。结果表明，该测量方法将折射率测量转换为长度的测量和干涉条纹的计数，简单易行、测量精度较高，对理论研究和实际开发液晶显示器件是非常重要的，在液晶材料和液晶器件生产中具有一定的推广价值。

由于液晶显示器中间隔子的均匀性影响着对比度、色调变化等性能,因此,本文对液晶显示屏间隔子均匀性的检测方法进行了研究.首先分别利用干喷和湿喷法制备了对应的液晶盒,然后采用偏光显微镜研究了所制备液晶显示屏间隔子的分布特性.研究发现,正常情况下,液晶盒内间隔子最小距离接近20 μm,最大距离超过100 μm;间隔子分布不良的主要缺陷为间隔子团聚;在实验室条件下,干喷法间隔子团聚比较严重,湿喷法基本上无此现象.所以,利用偏光干涉法,通过调节偏光显微镜上下偏光片的相对角度,可以在不破坏液晶显示屏的前提下直接观察到其内部的间隔子及间隔子的分布情况.文中还分析了利用偏光干涉检验间隔子均匀性的原理.

基板的锚定特性，包括锚定能大小和锚定易取方向，影响液晶指向矢的分布，直接导致液晶盒电容的改变，因此可以通过液晶盒电容的测量确定基板表面的锚定特性。基于液晶弹性理论和变分原理，理论推导弱锚定平行排列向列相和混合排列向列相液晶盒系统的平衡态方程和边界条件，采用差分迭代方法数值模拟得到了液晶盒约化电容随电压、锚定能系数及锚定易取方向变化的曲线。结果表明：液晶盒电容随基板锚定能系数的增加而减小;随预倾角的增加，液晶盒电容随锚定能系数的变化缩小;同一电压和基板锚定能系数下，平行排列向列相液晶盒电容不会大于混合排列向列相液晶的电容。

在HAN液晶盒撤掉外加电压的过程 (即弛豫过程)中, 假定电压的开关时间为有限的, 把电压处理为时间的指数衰减函数。在这一假定下, 对撤掉外加电压后HAN液晶盒中指向矢的分布情况进行研究, 得到了对HAN液晶盒的弛豫过程有影响的电压开关时间的范围。