CN103718094B - 快速切换的双盒液晶装置 - Google Patents

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Abstract

一种液晶装置（10），包括排列成层状结构的第一液晶盒（11）与第二液晶盒（12），使得已通过所述第一液晶盒（11）的光撞击所述第二液晶盒（12）。各所述第一液晶盒（11）和所述第二液晶盒（12）在松弛状态与切换状态之间分别是可控制的，其中，所述液晶盒在所述松弛状态中具有第一双折射率，而在所述切换状态中具有第二双折射率。所述第一液晶盒（11）从所述松弛状态至所述切换状态的转变导致所述液晶装置（10）的总10双折射率从第一总双折射率变化为第二总双折射率，使得所述液晶装置（10）从第一光调变状态转变至第二光调变状态；所述第二液晶盒（12）从所述松弛状态至所述切换状态的接续转变导致所述液晶装置（10）的所述总双折射率从所述第二总双折射率变化为所述第一总双折射率，所述液晶装置（10）借此从所述第二光调变状态转变回所述第一光调变状态。借此，利用经由施加电场而使各自液晶盒（11,12）中液晶分子（18，23）主动重新定向的快速程序，可实现从所述液晶装置（10）的所述第一光调变状态切换至所述液晶装置（10）的所述第二光调变状态、以及切换回所述第一光调变状态。

Description

快速切换的双盒液晶装置
技术领域
本发明涉及一种液晶装置，用于对通过该液晶装置的光进行调变。本发明进一步涉及一种用于控制这种液晶装置的方法。
背景技术
在许多应用中都需要在透光状态（亮态（bright））与不透光状态（暗态（dark））之间有高切换速度。
例如，液晶装置可作为光闸以达到在亮态与暗态间的切换，但其难以达到足够高的切换速度，特别是在使用常规的向列型液晶材料（传统的向列型液晶材料目前被广泛地用于各种液晶显示器中）以及可用的电子驱动技术时。特别地，向列型液晶材料的松弛是一个缓慢过程。
许多用于提高液晶装置切换速度的方案已经被提出并被试验，但其难以在从暗态转亮态及从亮态转暗态时均实现短切换时间。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题并提供一种改进的液晶装置，其被配置为在亮态与暗态之间来回切换时能够有较高的切换速度。
因此，根据本发明的第一方面，其提供了一种液晶装置，用于对通过该液晶装置的光进行调变，该液晶装置包含：第一液晶盒，其具有液晶材料，包含夹置在第一对基板间的多个液晶分子；以及第二液晶盒，其具有液晶材料，包含夹置在第二对基板间的多个液晶分子。第一液晶盒与第二液晶盒被排列成层状结构，使得已通过第一液晶盒的光撞击第二液晶盒，且各第一液晶盒与第二液晶盒在松弛状态与切换状态之间分别是可控制的。其中，在松弛状态下，液晶盒具有第一双折射率，而在切换状态下，液晶盒具有第二双折射率。其中，
液晶盒被排列且配置为使得：当第二液晶盒保持在其松弛状态时，第一液晶盒从松弛状态至切换状态的转变导致液晶装置的总双折射率从第一总双折射率变化为第二总双折射率，使得液晶装置从第一光调变状态转变至第二光调变状态；以及，当第一液晶盒保持在其切换状态时，第二液晶盒从松弛状态至切换状态的接续转变导致液晶装置的总双折射率从第二总双折射率变化为第一总双折射率，液晶装置借此从第二光调变状态转变回第一光调变状态。
具有均匀对准性的向列型液晶盒的光学行为为单轴（双折射性）光学板，其光轴与液晶盒中的液晶分子的配向优化方向（preferreddirectionoforientation）一致。液晶盒插置在两个交叉的偏光板之间，当液晶盒面向其光轴且与偏光板传输方向之间成45°角时，通过液晶盒与偏光板的光强度I简单表示为：
I=I0sin2δ/2
其中δ=2πdΔn/λ表示液晶盒因其双折射率Δn=ne-no（ne与no分别为液晶材料的非常折射率与寻常折射率）而导致的相位延迟，而λ为光的波长。
当两个这种液晶盒（其分别具有双折射率Δn1=ne1-no1、Δn2=ne2-no2以及厚度dl、d2）以其各光轴彼此平行而叠置在彼此的上方，液晶盒的总相位延迟将为：
δtotal=δ1+δ2=2π(d1Δn1+d2Δn2)/λ
然而，若液晶盒的光轴成90°角，则两个液晶盒的总相位延迟将为：
δtotal=δ1-δ2=2π(d1Δn1-d2Δn2)/λ
或其也可表示为总和：
δtotal=δ1+(-δ2)=2π[d1Δn1+d2(-Δn2)]/λ
但其中Δn2具有一负号。这是在本申请上下文中所使用的标注。
在双液晶盒装置中液晶盒的间隙厚度为永久液晶盒参数，即，其不依赖于所施加的电场。另一方面，液晶盒的双折射率可经由施加电场而被控制。因此，根据本发明的各种方面而言，“双折射率”与“相位延迟”对于液晶装置而言可视为同义。
“松弛”状态也称为“场关断（FieldOFF）”状态，在该状态下，液晶盒中无切换电场存在；而“切换”状态也称为“场接通（FieldON）”状态，在该状态下，液晶盒中有切换电场。
本发明基于对以下内容的理解：液晶盒中液晶材料的松弛（其持续时间由液晶材料的粘性与弹性常数、以及由液晶盒间隙厚度与锚定强度所决定）是来回切换于亮态与暗态间的切换速度的限制因子、以及可借由适当对准两个连续的合适液晶盒来光学抵消松弛过程。本发明已进一步理解到，借由主动切换各自液晶盒，两个连续排列的液晶盒的总双折射率可用以使液晶装置在两种光调变状态（例如暗态与亮态）之间切换。于是，液晶盒可同时松施，同时，液晶装置保持为其中一个光调变状态，然后液晶装置再次准备好在光调变状态之间主动切换。
据此，经由施加电场，利用各自液晶盒中液晶分子主动重新定向的快速过程可以达到从液晶装置的第一光调变状态切换至液晶装置的第二光调变状态以及切换回到第一光调变状态。
在液晶装置的第一光调变状态中，一旦液晶盒已经从切换状态松弛回到松弛状态，液晶装置即准备好借由控制第一液晶盒从松弛状态转变至切换状态而再次切换至第二光调变状态。
在根据本发明的各种具体实施例的液晶装置中，在第一与第二液晶盒的松弛状态下，第一与第二液晶盒的液晶分子彼此实质上平行。当第一液晶盒经由在液晶盒内施加电场而被控制以转变为切换状态时，第一液晶盒的液晶分子的方向将会改变，使得液晶分子再次实质上平行于彼此，但其方向为与松弛状态不同的另一方向。这将导致第一液晶盒的双折射率变化，其因而将导致液晶装置的总双折射率的变化（因为第二液晶盒仍保持在松弛状态）。
例如，由于液晶装置的总双折射率的改变，通过第一与第二液晶盒（其置于交叉的偏光板之间）的光的强度也将会改变，其导致从第一光调变状态转变至第二光调变状态。
应注意的是，这种基于双折射率而对传送光强度进行的控制非常不同于以液晶盒（例如在扭转向列型液晶盒中）中逐渐改变的导向轴（director）所进行的极化控制。利用根据本发明各种实施例的液晶装置的双折射率式控制，能够设计为可选择出上述第一与第二光调变状态中哪一个应为亮/暗态。这表示，例如经由液晶盒的设计，即可确定第一与第二液晶盒的同时松弛是否应发生于暗态或者亮态中。因此，利用液晶盒的双折射率式控制可使液晶盒的特性适用于各种需求，例如关于光学性能、产量、可靠性等需求。此外，也可降低对于偏光板（polarizer）、检光板（analyzer）与液晶盒之间未对准性的敏感度。
各第一与第二液晶盒可有利地被配置为所谓的“平面外（out-of-plane）”式切换，其指在施加上述电场时，液晶分子重新定向于与液晶盒的基板垂直的平面内。
第一与第二液晶盒的液晶材料可有利地处于向列型相位中（就液晶装置的预期操作条件而言）。
需要使第一与第二液晶盒同时从切换状态转变为松弛状态，使得其在光学上不会受到液晶装置的使用者的注意。为此，第一与第二液晶盒可被排列且配置为使得在第一液晶盒从切换状态转变为松弛状态及第二液晶盒从切换状态转为松弛状态的同时松弛期间，第一液晶盒的双折射率与第二液晶盒的双折射率的总和基本上保持恒定为第一总双折射率。
装置的总双折射率因松弛过程中在液晶盒中发生的双折射率补偿效应而保持恒定。液晶盒中松弛过程的专有特征在于，当第一液晶盒的双折射率增加/减少时，第二液晶盒的双折射率减少/增加，其导致总双折射率为一恒定值，因而在光学上隐藏了松弛过程。
基本上液晶装置可经由配置在液晶装置外部的控制装置而加以控制。然而，液晶装置有利地配置为使得第一液晶盒包含第一控制电极与第二控制电极，其被配置以经由在第一液晶盒的第一控制电极与第二控制电极间施加电压而控制第一液晶盒从松弛状态转至切换状态；且第二液晶盒包含第一控制电极与第二控制电极，其被配置以经由在第二液晶盒的第一控制电极和第二控制电极间施加电压而控制第二液晶盒从松弛状态转至切换状态。
这类控制电极可被有利地配置以提供上述的液晶盒的平面外切换。
根据本发明的各种具体实施例，第一液晶盒的第一双折射率可为非零，且第二液晶盒的第一双折射率可实质上为零，第一与第二液晶盒被排列为使得第一总双折射率为非零。
当根据这些具体实施例的液晶装置被放置在交叉的偏光板之间时，其中，第一与第二液晶盒中至少其一的光轴与其中一个偏光板的传送方向之间成角度φ，其中φ落于0°<φ<90的范围中（且较佳为实质上等于45°），第一调变状态（当第一液晶盒与第二液晶盒均处于松弛状态）将为亮态。
此外，在这些具体实施例中，第一液晶盒的第二双折射率可实质上为零，使得第二总双折射率实质上为零。这将导致当液晶装置被适当地排列在交叉的偏光板之间时，第二调变状态为暗态。
根据一个具体实施例，第一液晶盒在松弛状态下处于平面对准配置，使得在第一液晶盒中所包含的液晶分子被排列为实质上平行于基板；而第二液晶盒在松弛状态下可处于垂直对准配置，使得在第二液晶盒中所包含的液晶分子被排列为实质上垂直于基板。
在下文中，在松弛状态下处于平面对准配置的液晶盒将被称为“PA-液晶盒”，而在松弛状态下处于垂直对准配置的液晶盒将被称为“VA-液晶盒”。第一液晶盒为PA-液晶盒、而第二液晶盒为VA-液晶盒的液晶装置将被称为“VA/PA-双液晶盒装置”。
在VA-液晶盒中所包含的液晶分子有利地具有负介电各向异性，且接着，有利的是，在第一液晶盒的第一基板上配置有第一控制电极，且在第一液晶盒的第二基板上配置有第二控制电极。借此，在VA-液晶盒中的液晶分子可被控制从垂直对准状态（其具有实质上为零的双折射率）转为双折射率为非零的状态，例如，具有平行对准于基板的液晶分子的平面对准状态。
可选地，VA-液晶盒的液晶分子可具有正介电各向异性，在这种情况下，第一与第二控制电极可排列在相同基板上，以产生所谓的平面内（in-plane）电场或边缘（fringe）电场。
VA-液晶盒可有利地配置为使得当VA-液晶盒在处于切换状态时，液晶分子被导向为与VA/PA-双液晶盒装置的PA-液晶盒的液晶分子在PA-液晶盒处于松弛状态下的方向实质上相同。
根据本发明的液晶装置的各种具体实施例，第一液晶盒的第一双折射率的大小实质上等于第二液晶盒的第一双折射率的大小。
特别地，第一与第二液晶盒在液晶材料、液晶盒间隙、锚定特性、电极结构等方面具有实质上相同的配置，这将有助于设计液晶装置为使液晶装置的总双折射率可在液晶盒的同时松弛期间（第一与第二液晶盒同时从切换状态转变为松弛状态）保持恒定。
对于根据本发明的液晶装置的这些具体实施例（其中第一液晶盒的第一双折射率的大小实质上等于第二液晶盒的第二双折射率的大小）而言，第一液晶盒与第二液晶盒彼此排列为使得当第一液晶盒处于松弛状态且第二液晶盒处于松弛状态时，液晶装置的总双折射率实质上为零。例如，第一液晶盒的光轴实质上垂直于第二液晶盒的光轴。
当将根据这些具体实施例的液晶装置被放置于交叉的偏光板之间时，第一光调变状态（当第一液晶盒与第二液晶盒均处于松弛状态时）将为暗态，因为液晶装置的双折射率将实质上为零，且入射光将不通过交叉的偏光板，其中液晶装置插置于交叉的偏光板之间。
此外，在这些具体实施例中（其中第一液晶盒的第一双折射率的大小实质上等于第二液晶盒的第一双折射率大小），第一液晶盒与第二液晶盒可彼此排列为使得当第一液晶盒处于其第二状态且第二液晶盒处于其第一状态时，液晶装置的总双折射率为非零。因此，当第一液晶盒被控制以从其松弛状态转变至其切换状态时，液晶装置的总双折射率将为非零，这表示，入射光将通过交叉的偏光板（也即，通过该装置），使得液晶装置转变为亮态。当然，这需要使交叉的偏光板相对于液晶分子的平面内方向被适当地排列，此为本领域技术人员所熟知的。
根据一个具体实施例，在松弛状态中，各第一与第二液晶盒可呈平面对准配置，使得各第一与第二液晶盒中所包含的液晶分子实质上被排列为平行于基板。换言之，第一与第二液晶盒可均为PA-液晶盒，这表示液晶装置为“PA/PA-双液晶盒装置”。
在PA/PA-双液晶盒装置的情况下，第一液晶盒的第一双折射率的大小应为非零、且与第二液晶盒的第一双折射率大小实质上相等。这表示，当第一液晶盒从其松弛状态切换至其切换状态时，第一液晶盒的双折射率将会改变，这表示，液晶装置的总双折射率变成为非零，因此液晶装置从暗态转变为亮态。
优选地，PA/PA-双液晶盒装置的各液晶盒配置为从平行对准状态切换至垂直对准状态，其中，在液晶盒中所包含的液晶分子变成实质上垂直于基板而对准。
将第二PA液晶盒从其松弛状态切换为其切换状态（也即，将第二液晶盒的平面对准从平面转为场感应直列式对准）、同时使第一PA液晶盒保持在切换状态，PA/PA双液晶盒装置将可从亮态切换回暗态。切断此状态下的液晶盒，因双折射率补偿效应的原因，液晶盒中的松弛过程将不会被观察者注意到。现在，装置的处于松弛状态的两个液晶盒均已准备好被再次切换。
就PA/PA-双液晶盒装置而言，各液晶盒中所包含的液晶分子可有利地具有正介电各向异性，且各液晶盒可有利地包含配置在第一基板上的第一控制电极与配置在第二基板上的第二控制电极。借此，在各液晶盒中的液晶分子可被控制而从松弛平面对准状态（双折射率为非零）转为切换垂直对准状态（双折射率实质上等于零）。
根据各种具体实施例，在松弛状态下，第一与第二液晶盒可均呈垂直对准配置，使得第一液晶盒中所包含的液晶分子排列为实质上垂直于基板。换言之，第一与第二液晶盒可均为VA-液晶盒，这表示，液晶装置为“VA/VA-双液晶盒装置”。
就VA/VA-双液晶盒装置而言，如前述VA/PA-双液晶盒装置的情形，VA-液晶盒中所包含的液晶分子具有负或正介电各向异性，且可包含适当排列的控制电极。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制根据第一方面的液晶装置的操作的方法，该方法包含步骤：控制第一液晶盒从该第一液晶盒的松弛状态转至该第一液晶盒的切换状态，同时使第二液晶盒保持在松弛状态；控制该第二液晶盒从该第二液晶盒的松弛状态转至其切换状态，同时使第一液晶盒保持在切换状态；以及同时控制各第一液晶盒与第二液晶盒从其各自切换状态松弛至其各自松弛状态。
有利地，各第一与第二液晶盒可如此被控制以从其各自切换状态松弛至其各自松弛状态，使得液晶装置的总双折射率在所述第一与第二液晶盒的松弛期间基本上保持恒定。
本发明的第二方面的具体实施例及由其所得到的效果与上述本发明的第一方面的在很大程度上是类似的。
如上所述，本发明的第一方面涉及一种液晶装置，其包含排列成层状结构的第一液晶盒与第二液晶盒，使得已通过第一液晶盒的光可撞击第二液晶盒。各该第一与第二液晶盒在松弛状态与切换状态之间分别是可控制的，其中，在松弛状态中，液晶盒具有第一双折射率，而在切换状态中，液晶盒具有第二双折射率。第一液晶盒从松弛状态至切换状态的转变导致液晶装置的总双折射率从第一总双折射率变化为第二总双折射率，使得液晶装置从第一光调变状态转变至第二光调变状态；第二液晶盒从松弛状态至切换状态的接续转变导致液晶装置的总双折射率从第二总双折射率变化为第一总双折射率，该液晶装置借此从第二光调变状态转变回第一光调变状态。
附图说明
下文将参照附图对本发明上述及其它方面给出更详细的说明，图中示出了本发明的具体实施例，其中：
图1为根据本发明各种具体实施例的液晶装置的立体示意图；
图2为根据本发明第一实施例的液晶装置的示例驱动方式的示意图；
图3a至图3d为根据本发明第一实施例的液晶装置在图2中所示驱动方式的不同阶段中的状态的示意图；
图4为根据本发明第二实施例的液晶装置的示例驱动方式的示意图；
图5a至图5d为根据本发明第二实施例的液晶装置在图4中所示驱动方式的不同阶段中的状态的示意图。
具体实施方式
图1为根据本发明各种具体实施例的液晶装置1的立体示意图。液晶装置1包含第一液晶盒2和第二液晶盒3，该第一液晶盒2和第二液晶盒3在交叉的偏光板4、5之间排列成层状结构，其中“偏光板”4最靠近光源7，而“检光板（analyzer）”5最靠近观察者8。偏光板4与检光板5的极化方向分别如图1中虚线所示。各第一液晶盒2和第二液晶盒3在松弛状态与切换状态之间分别是可控制的，其中，在松弛状态中，该液晶盒具有第一双折射率，而在切换状态中，该液晶盒具有与第一双折射率不同的第二双折射率。
从光源7发出、通过偏光板4而变成以图1所示方向线性极化的光在通过第一液晶盒2与第二液晶盒3时出现总相位延迟，其可被表示为第一液晶盒2的双折射率与第二液晶盒3的双折射率的总和。若总双折射率为零，则将没有光会通过检光板5；但若总双折射率为非零，在双折射状态的光轴相对于偏光板传送方向的适当取向下，光的极化状态将被调变以使得至少部分光可通过检光板5而到达观察者8。
由于上述总双折射率对应于第一液晶盒2的双折射率及第二液晶盒3的双折射率的总和，因此可借由控制第一液晶盒2或第二液晶盒3中任一个来控制总双折射率。借由适当配置第一液晶盒2与第二液晶盒3，液晶装置1可于暗态与亮态之间主动切换，以及切换回暗态，这表示，比起使用单盒液晶装置（在向列型液晶中，一个状态的转变是经由液晶材料的弹性松弛而发生，通常是非常缓慢的），切换明显地更为快速。在根据本发明的液晶装置的各种具体实施例中，如下文将更详细说明，第一液晶盒2与第二液晶盒3配置为使得当两个液晶盒都切换为松弛时，双液晶盒装置1处于相同光调变状态（例如亮态或暗态）。在此方式中，液晶装置可在切换事件之间松弛，因此在光调变状态之间的切换可总为主动，也即，经由施加电场而引起，其使液晶分子沿选择的方向对准。
下文将说明图1中液晶装置的两个示例具体实施例以及示例的驱动方式。
首先，将参照图2以及图3a至图3d来说明VA/PA-双液晶盒装置10以及用于VA/PA-双液晶盒装置的示例驱动方式。图3a至图3d为图1中液晶装置1的具体实施例沿图1中线A-A'所截得的分解截面图。
首先转至参图3a，其示出了未施加任何控制电压的VA/PA-双液晶盒装置10。VA/PA-双液晶盒装置10包含第一液晶盒11与第二液晶盒12，在交叉的偏光板4、5之间排列成层状结构。第一液晶盒11包含向列型液晶材料，其被夹置在第一与第二基板14、15之间。在基板14、15的面对液晶材料的侧部上设有第一控制电极16与第二控制电极17、以及用于使液晶材料的液晶分子18以平面对准方式对准的对准层（未示出），如图3a所示意说明。应注意的是，液晶分子18对准为与偏光板4所定义的入射光的极化方向成约45°角倾斜。在此配置中，第一液晶盒11中的液晶材料将具有某一非零的双折射率ΔnPA。
第二液晶盒12也包含向列型液晶材料（其可与第一液晶盒11中所包含的材料相同），其被夹置在第一基板19与第二基板20之间。在基板19、20的面对液晶材料的侧面上设有第一与第二控制电极21、22、以及用于使液晶材料的液晶分子23以垂直（直列式）对准方式对准的对准层（未示出），如图3a中所示意说明。在此配置中，第二液晶盒12中的液晶材料将具有为零的双折射率ΔnVA=0。
在介绍了图3a至图3d中的VA/PA-双液晶盒装置10之后，现将参照图2与图3a至图3d来说明用于在不同光调变状态（暗态与亮态）间控制VA/PA-双液晶盒装置10的一种示例驱动方式。
在图2中，在第一液晶盒（PA-液晶盒）11的电极16、17间所提供的电压VPA以及在第二液晶盒（VA-液晶盒）12的电极21、22间所提供的电压VVA显示在附图中上方两个示图中。
在下方示图中示出了PA-液晶盒11的双折射率（虚线）、VA-液晶盒12的双折射率（点划线）、以及VA/PA-双品胞10的光学反应（实线），其分别得自图2中所示的施加于PA-液晶盒11与VA-液晶盒12间的电压VPA与VVA。
在时间t0与t1之间，PA-液晶盒11间的电压VPA为0V、在VA-液晶盒12间的电压VVA也是0V，且该VA/PA-双液晶盒装置10处于图3a所示状态，其中在PA-液晶盒11中的液晶分子18呈平面对准，而在VA-液晶盒12中的液晶分子23则呈垂直对准。在此状态下，总双折射率Δntot=ΔnPA+ΔnVA=ΔnPA≠0，这表示，PA-液晶盒11的光轴相对于偏光板4的极化方向而适当定向，入射光将通过交叉的偏光板4、5（VA/PA-双液晶盒装置插置其间），因此装置将呈图2所示的亮态，因为其将传送来自光源7的入射光。
在时间t1时，在PA-液晶盒11间施加电压，使得液晶分子18重新定向为垂直对准，如图3b中所示意说明。VA-液晶盒12的电压仍为0v（或至少极低而无法使VA-液晶盒12中的液晶分子23重新定向）。当在PA-液晶盒中的液晶分子18经由PA-液晶盒间的电压施加而切换时，PA-液晶盒的双折射率即从ΔnPA≠0切换为ΔnPA*=0。如图2中所示意说明，这个切换是相当快速的，且将导致总双折射率的转变，使得Δntot=ΔnPA*+ΔnVA=0。因此，已经通过图3b中偏光板4的光将会通过PA-液晶盒11与VA-液晶盒，而其极化状态并无任何改变，这表示，VA/PA-双液晶盒装置10切换至同样如图2所示的暗态。
在时间t2时，在VA-液晶盒12间施加电压，使得液晶分子23重新定向为平面对准，如图3c所示意说明。仍然在PA-液晶盒11间施加电压，使得PA-液晶盒11中的液晶分子18保持为垂直对准。当VA-液晶盒12中的液晶分子23经由VA-液晶盒间的电压施加而切换时，VA-液晶盒的双折射率从ΔnVA=0切换为ΔnVA*=ΔnPA≠0。如图2中所示意说明，这个切换是相当快速的，且将导致总双折射率的转变，使得Δntot=ΔnPA*+ΔnVA*=ΔnPA≠0，这表示，光将再次通过交叉的偏光板4、5（VA/PA-双液晶盒装置插置其间），因此装置将呈图2与图3c所示的亮态。
在时间t3时，PA-液晶盒11与VA-液晶盒12间的电压都移除。因此，液晶盒11与12同时松弛回到其松弛状态。在PA-液晶盒11中，液晶分子18松弛回到平面对准；而在VA-液晶盒12中，液晶分子23松弛回到垂直对准，如图3d中所示意说明。在松弛过程中，PA-液晶盒的双折射率从ΔnPA*=0增至ΔnPA≠0，而VA-液晶盒12的双折射率则从ΔnVA*=ΔnPA≠0减至ΔnVA=0，以在一定松弛时间后回到如图3a所示的松弛状态。
在松弛期间，总双折射率Δntot因PA-液晶盒11与VA-液晶盒12的配置和/或所施加的控制电压而基本上保持恒定（且为非零）。然而，在PA-液晶盒11与VA-液晶盒的松弛中可能存在轻微失配，其接着可导致传送光强度的变化，如图2中的微小“曲折”25所示。由于此变化仅发生于毫秒（ms）范围的时间区间，且仅发生于图3a至图3d的VA/PA-双液晶盒装置10的亮态中，因此观察者几乎不会察觉到该变化。虽然期望通过适当最优化液晶盒参数与驱动方式来避免发生此变化、或至少使其可被忽略，但有利地是，对于某些应用而言，其可在液晶装置处于亮态时，使同时松弛发生（发生在时间t3之后），这可利用图3a至图3d的VA/PA-双液晶盒装置10来实现。
最后，在t4时，再次在PA-液晶盒11间施加电压，以使VA/PA-双液晶盒10返回图3b所示的暗态。
在下文中，将参照图4与图5a至图5d来说明PA/PA-双液晶盒装置30与用于PA/PA-双液晶盒的示例驱动方式。类似于图3a至图3d，图5a至图5d为沿着图1中线A-A'所截得的液晶装置1的具体实施例的分解截面图。
首先转至参图5a，其示出了未施加任何控制电压的PA/PA-双液晶盒装置30。PA/PA-双液晶盒装置30包含第一液晶盒31与第二液晶盒32，该第一液晶盒31与第二液晶盒32在交叉的偏光板4、5之间排列成层状结构。第一液晶盒31包含向列型液晶材料，其被夹置在第一与第二基板14、15之间。在基板14、15的面对液晶材料的侧面上设有第一控制电极16与第二控制电极17、以及用于使液晶材料的液晶分子33以平面对准方式对准的对准层（未示出），如图5a所示意说明。如图5a中所示意说明，液晶分子33对准为平行于基板14、15，且处于纸张的平面内。应注意的是，液晶分子33对准为与偏光板4所定义的入射光的极化方向成约45°角倾斜。在此配置中，第一液晶盒11中的液晶材料将具有某一非零的双折射率ΔnPA1=ΔnPA。
第二液晶盒32也包含向列型液晶材料（其可与第一液晶盒31中所包含的材料相同），其被夹置在第一基板19与第二基板20之间。在基板19、20的面对液晶材料的侧面上设有第一与第二控制电极21、22、以及用于使液晶材料的液晶分子34以平面对准方式对准的对准层（未示出），如图5a中所示意说明。如图5a图中所示意说明，液晶分子34对准为平行于基板19、20且垂直于纸张的平面。应注意的是，液晶分子34对准为与液晶盒31中液晶分子的对准优化方向成约90°角倾斜。在此配置中，第二液晶盒32中的液晶材料将具有某一非零的双折射率ΔnPA2=ΔnPA，其光轴成约90°角的液晶盒配置中应视为具有负号，也即ΔnPA2=-ΔnPA。在介绍了图5a至图5d中PA/PA-双液晶盒装置30之后，现将参照图4与图5a至图5d来说明用于将该VA/PA-双液晶盒装置30控制在不同光调变状态（暗态与亮态）的一种示例驱动方式。
在图4中，在第一PA-液晶盒31的电极16、17间所提供的电压VPA1以及在第二PA-液晶盒32的电极21、22间所提供的电压VPA2显示在附图中上方两个示图中。
在下方示图中示出了第一PA-液晶盒31的双折射率（虚线）、第二PA-液晶盒32的双折射率（点划线）、以及PA/PA-双液晶盒30的光学反应（实线），其分别得自图4中所示的施加于第一PA-液晶盒31间和第二PA-液晶盒32间的电压VPA1和VPA2。
在时间t0与t1之间，第一PA-液晶盒31间的电压VPA1为0V、在第二PA-液晶盒32间的电压VPA2也为0V，且PA/PA-双液晶盒装置30处于图5a所示状态，其中，在第一PA-液晶盒31中的液晶分子33在纸张平面内呈平面对准，而在第二PA-液晶盒32中的液晶分子34则在与纸张平面垂直的平面内呈平面对准。在此状态下，总双折射率Δntot=0，这表示，将没有光会通过交叉的偏光板4、5（PA/PA-双液晶盒装置30插置其间），因此装置将处于图4所示的暗态。
在时间tl时，在第一PA-液晶盒31间施加电压，使得液晶分子33重新定向为垂直对准，如图5b中所示意说明。第二PA-液晶盒32的电压仍然为0V（或至少极低而无法使第二PA-液晶盒32中的液晶分子34重新定向）。当在第一PA-液晶盒31中的液晶分子33经由第一PA液晶盒间的电压施加而切换时，PA-液晶盒的双折射率即从ΔnPA1≠0切换为ΔnPA1*=0。如图4中所示意说明，这个切换是相当快速的，且将导致总双折射率的转变而使Δntot≠0。这表示，PA/PA-双液晶盒装置30切换至如图4所示的亮态。
在时间t2时，在第二液晶盒32间施加电压，使得液晶分子34重新定向为垂直对准，如图5c中所示意说明。仍然在第一液晶盒31间施加电压，使得第一液晶盒31中的液晶分子33保持为垂直对准。当第二液晶盒32中的液晶分子34经由第二液晶盒间的电压施加而切换时，则第二液晶盒的双折射率从ΔnPA2=ΔnPA≠0切换为ΔnPA2=0。如图4中所示意说明，该切换是相当快速的，且将导致总双折射率的转变而使Δntot=0，这表示PA/PA-双液晶盒装置30切换至如图4与图5c所示的暗态。
在时间t3时，第一液晶盒31与第二液晶盒32间的电压都移除。因此，液晶盒31与32同时松弛回到其松弛状态。在第一液晶盒31中，液晶分子33松弛回纸张平面内的平面对准；而在第二液晶盒32中，液晶分子34松弛回垂直于纸张的平面内的平面对准，如图5d中所示意说明。在松弛过程中，第一液晶盒的双折射率从ΔnPA1*=0增加至ΔnPA1=ΔnPA≠0，而第二液晶盒32的双折射率则从ΔnPA2*=0增加至ΔnPA2=-ΔnPA，以在某一松弛时间后回到如图5a所示的松弛状态。
在松弛期间，总双折射率Δntot因第一液晶盒31与第二液晶盒32(优选地，二者实质相同)的配置及/或所施加的控制电压而基本上保持恒定(且实质上为零)。如同上述结合图2及图3a至图3d所述的VA/PA-双液晶盒装置，在第一液晶盒与第二液晶盒的松弛中存在轻微失配，其接着可导致传送光强度的变化，如图4中的微小“曲折”36所示。
最后，在t4时，再次在第一液晶盒31间施加电压，以使PA/PA-双液晶盒30返回图5b所示的亮态。
应注意图3a至图3d以及图5a至图5d仅为简化及示意说明，其用以解释本发明的各个方面，且其比例并不代表实际情况。特别是，实际的液晶盒含有更多的液晶分子层，因此最靠近基板的任何轻微偏差对于液晶盒的双折射率的影响可忽略。
进一步地，本领域技术人员应理解，其他的双液晶盒配置也落如所附权利要求书所限定的本发明的范围内。举例而言，基于上述详细说明及其有关本领域的知识，本领域技术人员能够轻易实现具有与所述PA/PA双液晶盒装置类似的性质的VA/VA-双液晶盒装置。
此外，本领域技术人员将可在无过度负担下选择其他适合的液晶材料、液晶盒尺寸、对准层、更复杂的驱动方式等。
本领域技术人员应理解本发明并非限制于上述较佳具体实施例。相反的，在所附权利要求书的范围内可有许多修改与变化，例如在含有具正介电各向异性液晶材料的VA/PA或VA/VA类型的双液晶盒装置中，借由平面内电场或边缘电场而进行VA液晶盒的切换。
在权利要求书中，用语“包含”并未排除其他组件或步骤，且“一”并未排除复数。记载在彼此不同的从属权利要求中的某些方案并非代表不能使用这些方案的组合来达到优势。

Claims (7)

1.一种液晶装置，用于对通过该液晶装置的光进行调变，该液晶装置包含：
第一液晶盒与第二液晶盒被排列成层状结构，使得已通过所述第一液晶盒的光撞击所述第二液晶盒，以及
一对偏光板，其设置在层状排列的所述第一液晶盒和第二液晶盒的相反侧；
其中，所述液晶装置具有总双折射率，其为所述第一液晶盒的双折射率与所述第二液晶盒的双折射率之和；
所述第一液晶盒在松弛关断状态与切换接通状态之间是可控制的；其中，在松弛关断状态中，所述第一液晶盒具有为非零的关断状态双折射率，而在切换接通状态中，所述第一液晶盒具有实质上为零的接通状态双折射率，
所述第二液晶盒在松弛关断状态与切换接通状态之间是可控制的；其中，在松弛关断状态中，所述第二液晶盒具有实质上为零的关断状态双折射率，而在切换接通状态中，所述第二液晶盒具有为非零的接通状态双折射率，
其中所述液晶盒被排列及配置为使得：
在时间t1时，当所述第二液晶盒保持在其关断状态时，所述第一液晶盒从关断状态至接通状态的转变导致所述液晶装置的总双折射率从为非零的第一总双折射率变化为基本上为零的第二总双折射率，使得所述液晶装置从亮态光调变状态转变至暗态光调变状态；以及
随后，在时间t2时，当所述第一液晶盒保持在其接通状态时，所述第二液晶盒从关断状态至接通状态的转变导致所述液晶装置的所述总双折射率从所述第二总双折射率变化回所述第一总双折射率，使得所述液晶装置从所述暗态光调变状态转变回所述亮态光调变状态；以及
随后，在时间t3时，所述第一液晶盒从接通状态转变为关断状态及所述第二液晶盒从接通状态转变为关断状态的同时松弛，使得所述液晶装置的总双折射率基本上保持恒定并等于所述第一总双折射率，使得所述液晶装置在所述松弛期间保持在所述亮态光调变状态。
2.根据权利要求1所述的液晶装置，其中：
所述第一液晶盒包括第一控制电极与第二控制电极，通过在所述第一液晶盒的所述第一控制电极与所述第二控制电极之间施加电压来控制所述第一液晶盒从所述松弛关断状态至所述切换接通状态；以及
所述第二液晶盒包括第一控制电极与第二控制电极，通过在所述第二液晶盒的所述第一控制电极与所述第二控制电极之间施加电压来控制所述第二液晶盒从所述松弛关断状态至所述切换接通状态。
3.根据权利要求1或2所述的液晶装置，其中：
所述第一液晶盒在其松弛关断状态中处于平面对准配置，使得在所述第一液晶盒中所包含的液晶分子被排列为实质上平行于所述第一液晶盒的基板；以及
所述第二液晶盒在其松弛关断状态中处于垂直对准配置，使得在所述第二液晶盒中所包含的液晶分子被排列为实质上垂直于所述第二液晶盒的基板。
4.根据权利要求3所述的液晶装置，其中，在所述第二液晶盒中所包含的所述液晶分子具有负介电各向异性，
所述液晶装置包括排列在所述第二液晶盒的第一基板上的第一控制电极以及排列在所述第二液晶盒的第二基板上的第二控制电极。
5.根据权利要求3所述的液晶装置，其中，在所述第二液晶盒中所包含的所述液晶分子具有正介电各向异性，所述液晶装置包括排列在所述第二液晶盒的第一基板上的第一与第二控制电极，用以产生平面内电场。
6.一种用于控制如权利要求1至5中任一项所述的液晶装置的操作的方法，该方法包含下列步骤：
控制所述第一液晶盒从其松弛关断状态转至其切换接通状态，同时使所述第二液晶盒保持在其松弛关断状态；
控制所述第二液晶盒从其松弛关断状态转至其切换接通状态，同时使所述第一液晶盒保持在其切换接通状态；以及
同时控制各所述第一液晶盒与所述第二液晶盒从其各自的切换接通状态松弛至其各自的松弛关断状态。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，各所述第一与第二液晶盒被控制以从其各自切换接通状态松弛至其各自松弛关断状态，使得所述液晶装置的所述总双折射率在所述第一与第二液晶盒的松弛期间基本上保持恒定。
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