專利名稱：采用晶態(tài)硅薄膜阻光層的液晶光閥及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空間光調(diào)制器，具體涉及液晶光閥。
液晶光閥可應(yīng)用于高分辨大屏幕投影顯示和光學(xué)數(shù)據(jù)處理等。1977年4月16日Boswell等人公布了美國(guó)專利4019807，這個(gè)專利的液晶光閥器件采用硫化鎘光導(dǎo)層，碲化鎘阻光層，而且該阻光層和光導(dǎo)層形成異質(zhì)結(jié)。二氟化鎂/硫化鋅多層膜形成介質(zhì)反射鏡。因?yàn)榱蚧k較大的帶隙(2.4eV)導(dǎo)致了低的時(shí)間響應(yīng)，另外窄的波長(zhǎng)響應(yīng)區(qū)導(dǎo)致低的白光靈敏度。1989年1月24日Sterling公布了美國(guó)專利4799773，此液晶光閥采用非晶態(tài)硅薄膜光導(dǎo)層，碲化鎘阻光層，二氧化硅/二氧化鈦多層膜作為介質(zhì)反射鏡。它雖然具有高速響應(yīng)和高的白光靈敏度，但是它需要一個(gè)附加層結(jié)合碲化鎘阻光層與非晶態(tài)硅薄膜光導(dǎo)層，因?yàn)轫诨k直接沉積在非晶態(tài)硅薄膜光導(dǎo)層上粘附性不好。制備這個(gè)附加層需專用沉積系統(tǒng)和復(fù)雜處理步驟，另外還需要隔離光導(dǎo)層和阻光層沉積系統(tǒng)，再有碲化鎘較厚，影響了液晶光閥性能的提高。1992年1月28日Slobodin公布了美國(guó)專利5084777，它采用非晶態(tài)硅薄膜作為光導(dǎo)層，非晶硅鍺合金或錫合金作為阻光層。雖然它具有薄的阻光層且易沉積，并有較大的動(dòng)態(tài)范圍和高的光吸收率，但是仍然存在晶格匹配，各膜層間阻抗匹配問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是提供一種采用晶態(tài)硅薄膜阻光層的液晶光閥及其制造方法，它能使阻光層直接和有效的與光導(dǎo)層相結(jié)合，具有易沉積、各膜層之間阻抗容易匹配和避免晶格失配等優(yōu)點(diǎn)。


附圖為本發(fā)明結(jié)構(gòu)方案示意圖。
這種液晶光閥的結(jié)構(gòu)方案參照

如下由基片玻璃1和11之間鍍上多層光學(xué)薄膜并注入液晶組成。低壓交變電源12通過(guò)開(kāi)關(guān)接到ITO透明導(dǎo)電膜2和10上。其特點(diǎn)是采用晶態(tài)硅薄膜作為阻光層8，該阻光層與非晶態(tài)硅薄膜光導(dǎo)層9結(jié)合形成異質(zhì)結(jié)。光導(dǎo)層9起著一個(gè)攝像和控制液晶層電壓的作用。介質(zhì)反射鏡7被做成能反射任何可見(jiàn)光譜的高反膜，從而可將光束13和14分開(kāi)，互不干擾。阻光層8阻止剩余讀出光進(jìn)入光導(dǎo)層9。與液晶層5接觸的是液晶分子定向膜3和6。器件采用向列型液晶，它被保持在由定向膜3和6以及襯墊4a和4b所限定的空隙里。光導(dǎo)層9響應(yīng)輸入的光圖像，然后在液晶層上形成相應(yīng)的電壓潛像最后經(jīng)該液晶層調(diào)制可重現(xiàn)輸入圖像的強(qiáng)度和灰度等。本發(fā)明的反射式液晶光閥采用混合場(chǎng)效應(yīng)模式，即液晶的扭曲旋光效應(yīng)和光學(xué)雙折射效應(yīng)之混合。
我們對(duì)非晶硅液晶光閥進(jìn)行了詳細(xì)的研究，認(rèn)為阻光層和介質(zhì)鏡的阻抗應(yīng)大大小于液晶材料和光導(dǎo)層材料的阻抗，這樣驅(qū)動(dòng)電壓主要加在光導(dǎo)層和液晶層上。阻光層應(yīng)滿足高的光吸收率，低的光敏性和高的平面方塊電阻率。高的光吸收率可降低阻光層厚度，使各膜層阻抗易匹配，器件有一個(gè)大的動(dòng)態(tài)范圍。低的光敏性保證了阻光層受光照前后阻抗變化不影響驅(qū)動(dòng)電壓在光導(dǎo)層和液晶層間的變化。平面方塊電阻率與分辨率成正比關(guān)系，越高的平面方塊電阻率將得到越好的分辨率。
阻光層和光導(dǎo)層結(jié)合應(yīng)構(gòu)成好的導(dǎo)質(zhì)結(jié)，并具有優(yōu)良的結(jié)效應(yīng)，使得液晶光閥的各層間阻抗容易匹配，從而可提高使用頻率，在更大范圍內(nèi)改善液晶光閥的分辨率、對(duì)比度等性能。
這種液晶光閥的制造方法非晶態(tài)硅薄膜光導(dǎo)層9和晶態(tài)硅薄膜阻光層8采用輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積的方法在同一反應(yīng)室內(nèi)制備。非晶態(tài)硅薄膜沉積于鍍有ITO透明導(dǎo)電膜的玻璃基板上，然后改變反應(yīng)參數(shù)接著沉積晶態(tài)硅薄膜，與非晶態(tài)硅薄膜構(gòu)成異質(zhì)結(jié)。阻光層8形成后，鍍上二氧化硅/二氧化鈦高反膜7(或采用二氟化鎂/硫化鋅介質(zhì)反射鏡)，然后鍍上一層二氧化硅作為介質(zhì)保護(hù)膜。定向膜3和6可采用聚酰亞胺的有機(jī)定向膜。二定向膜交角方向?yàn)?5°，液晶型號(hào)為BDH-E44。再?gòu)?fù)上另一已鍍上ITO透明導(dǎo)電膜的基板，即得到反射型液晶光閥。
本發(fā)明涉及的晶態(tài)硅薄膜阻光層采用輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積，其制備條件為SiH4/(H2+SiH4)為0.1～1.5%;反應(yīng)室壓力為50～100Pa;射頻功率為25～80W;襯底溫度為300～400℃;摻入濃度B2H6/SiH4或PH3/SiH4為0～10-3。非晶態(tài)硅薄膜光導(dǎo)層的典型制備條件為SiH4/(H2+SiH4)為10%;反應(yīng)室壓力為75Pa;射頻功率為25W;襯底溫度為300℃。晶態(tài)硅薄膜中晶體的體積含量大于50%，非晶態(tài)硅薄膜中晶體的體積含量小于5%。晶態(tài)硅薄膜的暗電導(dǎo)率為10-5～10-8(Ω·cm)-1，光電導(dǎo)率為10-5～10-6(Ω·cm)-1，光學(xué)能隙為1.20～1.60eV。非晶態(tài)硅薄膜典型的暗電導(dǎo)率為2.46×10-10(Ω·cm)-1，光電導(dǎo)率為3.65×10-5(Ω·cm)-1，光學(xué)能隙為1.75eV。晶態(tài)硅/非晶態(tài)硅異質(zhì)結(jié)的光吸收系數(shù)在可見(jiàn)光范圍為104～105cm-1，優(yōu)于單層非晶態(tài)硅薄膜，在近紅外區(qū)域遠(yuǎn)大于非晶態(tài)硅薄膜。晶態(tài)硅/非晶態(tài)硅異質(zhì)結(jié)的I-V特性正反向電流之比在電壓大于1伏區(qū)域?yàn)槿廖鍌€(gè)數(shù)量級(jí)。該異質(zhì)結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)為0.1～0.4V。
采用晶態(tài)硅薄膜作為液晶光閥的阻光層的優(yōu)點(diǎn)有容易沉積，可與非晶態(tài)硅薄膜光導(dǎo)層在同一反應(yīng)室內(nèi)連續(xù)沉積。晶態(tài)硅薄膜與非晶態(tài)硅膜結(jié)合沒(méi)有晶格失配，從而可保證光導(dǎo)層和阻光層直接的良好的結(jié)合，提高器件的機(jī)械和光電性能。晶態(tài)硅薄膜與非晶態(tài)硅薄膜構(gòu)成異質(zhì)結(jié)具有好的結(jié)效應(yīng)，使得液晶光閥的各層間阻抗容易匹配，尤其是在高頻電壓時(shí)，電容在阻抗中起主導(dǎo)作用，從而在更大范圍內(nèi)改善液晶光閥的分辨率、對(duì)比度等性能。晶態(tài)硅薄膜還可方便地通過(guò)改變沉積參數(shù)或微量摻雜(如P和B)等以改變電學(xué)和光學(xué)性能(如光學(xué)能隙，費(fèi)米能級(jí)位置和阻抗等)，因此滿足了液晶光閥對(duì)阻光層材料的要求。
權(quán)利要求
1.一種液晶光閥，由基片玻璃(1)和(11)之間鍍上多層光學(xué)薄膜并注入液晶構(gòu)成，其特征是采用晶態(tài)硅薄膜作為阻光層(8)，而且該阻光層與非晶態(tài)硅薄膜光導(dǎo)層(9)結(jié)合形成異質(zhì)結(jié)；晶態(tài)硅薄膜中晶體的體積含量為95%～50%，并摻入微量磷(P)或硼(B)，摻入濃度為B2H6/SiH4或PH3/SiH4為0～10-3；晶態(tài)硅薄膜的暗電導(dǎo)率為10-5～10-8(Ω·cm)-1，光電導(dǎo)率為10-5～10-6(Ω·cm)-1，光學(xué)能隙為1.20～1.60eV，可見(jiàn)光的光吸收系數(shù)大于104cm-1；晶態(tài)硅/非晶態(tài)硅異質(zhì)結(jié)的I-V特性正反向電流之比在電壓大于1.0V區(qū)域?yàn)?03～105，該異質(zhì)結(jié)的內(nèi)建電場(chǎng)為0.1～0.4V。
2.一種液晶光閥的制造方法，其特征是非晶態(tài)硅薄膜光導(dǎo)層(9)和晶態(tài)硅薄膜阻光層(8)采用輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積法在同一反應(yīng)室內(nèi)制備，先將非晶態(tài)硅薄膜沉積于鍍有ITO透明導(dǎo)電膜的玻璃基板上，其曲型條件為SiH4/(H2+SiH4)為10%;反應(yīng)室壓力為75Pa;射頻功率為25W;襯底溫度為300℃;接著沉積晶態(tài)硅薄膜，與非晶態(tài)硅薄膜構(gòu)成異質(zhì)結(jié)，晶態(tài)硅薄膜的沉積條件為SiH4/(H2+SiH4)為0.1～1.5%;反應(yīng)室壓力為50～100Pa;射頻功率為25～80W，襯度溫度為300～400℃;晶態(tài)硅薄膜阻光層(8)形成后，鍍上二氧化硅/二氧化鈦高反膜(7)(或采用二氟化鎂/硫化鋅介質(zhì)反射鏡)，然后鍍上一層二氧化硅作為介質(zhì)保護(hù)膜，定向膜(3)和(6)采用聚酰亞胺有機(jī)定向膜，二定向膜交角方向?yàn)?5°，液晶型號(hào)取BDH-E44，復(fù)上另一已鍍上ITO透明導(dǎo)電膜的基板，即得到反射型液晶光閥。
全文摘要
一種液晶光閥，其特點(diǎn)是采用晶態(tài)硅薄膜作為阻光層(8)，解決了晶格失配問(wèn)題。而且該阻光層與非晶態(tài)硅薄膜光導(dǎo)層(9)形成異質(zhì)結(jié)，從而在更大范圍內(nèi)改善了液晶光閥的分辨率、對(duì)比度等性能。一種液晶光閥的制造方法，其特征是非晶硅薄膜光導(dǎo)層(9)和晶態(tài)硅薄膜阻光層(8)采用輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積法在同一反應(yīng)室內(nèi)制備，從而可保證獲得良好的異質(zhì)結(jié)。因此，可獲得性能優(yōu)良的液晶光閥。
文檔編號(hào)G02F1/135GK1083935SQ9311673
公開(kāi)日1994年3月16日 申請(qǐng)日期1993年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月23日
發(fā)明者韓高榮, 韓偉強(qiáng), 杜丕一, 丁子上 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)