專利名稱：采用晶態硅薄膜阻光層的液晶光閥及其制造方法
技術領域：
本發明屬于空間光調制器，具體涉及液晶光閥。
液晶光閥可應用于高分辨大屏幕投影顯示和光學數據處理等。1977年4月16日Boswell等人公布了美國專利4019807，這個專利的液晶光閥器件采用硫化鎘光導層，碲化鎘阻光層，而且該阻光層和光導層形成異質結。二氟化鎂/硫化鋅多層膜形成介質反射鏡。因為硫化鎘較大的帶隙(2.4eV)導致了低的時間響應，另外窄的波長響應區導致低的白光靈敏度。1989年1月24日Sterling公布了美國專利4799773，此液晶光閥采用非晶態硅薄膜光導層，碲化鎘阻光層，二氧化硅/二氧化鈦多層膜作為介質反射鏡。它雖然具有高速響應和高的白光靈敏度，但是它需要一個附加層結合碲化鎘阻光層與非晶態硅薄膜光導層，因為碲化鎘直接沉積在非晶態硅薄膜光導層上粘附性不好。制備這個附加層需專用沉積系統和復雜處理步驟，另外還需要隔離光導層和阻光層沉積系統，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公布了美國專利5084777，它采用非晶態硅薄膜作為光導層，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，并有較大的動態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題。
本發明的目的是提供一種采用晶態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層相結合，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點。


附圖為本發明結構方案示意圖。
這種液晶光閥的結構方案參照

如下由基片玻璃1和11之間鍍上多層光學薄膜并注入液晶組成。低壓交變電源12通過開關接到ITO透明導電膜2和10上。其特點是采用晶態硅薄膜作為阻光層8，該阻光層與非晶態硅薄膜光導層9結合形成異質結。光導層9起著一個攝像和控制液晶層電壓的作用。介質反射鏡7被做成能反射任何可見光譜的高反膜，從而可將光束13和14分開，互不干擾。阻光層8阻止剩余讀出光進入光導層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。光導層9響應輸入的光圖像，然后在液晶層上形成相應的電壓潛像最后經該液晶層調制可重現輸入圖像的強度和灰度等。本發明的反射式液晶光閥采用混合場效應模式，即液晶的扭曲旋光效應和光學雙折射效應之混合。
我們對非晶硅液晶光閥進行了詳細的研究，認為阻光層和介質鏡的阻抗應大大小于液晶材料和光導層材料的阻抗，這樣驅動電壓主要加在光導層和液晶層上。阻光層應滿足高的光吸收率，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，器件有一個大的動態范圍。低的光敏性保證了阻光層受光照前后阻抗變化不影響驅動電壓在光導層和液晶層間的變化。平面方塊電阻率與分辨率成正比關系，越高的平面方塊電阻率將得到越好的分辨率。
阻光層和光導層結合應構成好的導質結，并具有優良的結效應，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，在更大范圍內改善液晶光閥的分辨率、對比度等性能。
這種液晶光閥的制造方法非晶態硅薄膜光導層9和晶態硅薄膜阻光層8采用輝光放電等離子體化學氣相沉積的方法在同一反應室內制備。非晶態硅薄膜沉積于鍍有ITO透明導電膜的玻璃基板上，然后改變反應參數接著沉積晶態硅薄膜，與非晶態硅薄膜構成異質結。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/硫化鋅介質反射鏡)，然后鍍上一層二氧化硅作為介質保護膜。定向膜3和6可采用聚酰亞胺的有機定向膜。二定向膜交角方向為45°，液晶型號為BDH-E44。再復上另一已鍍上ITO透明導電膜的基板，即得到反射型液晶光閥。
本發明涉及的晶態硅薄膜阻光層采用輝光放電等離子體化學氣相沉積，其制備條件為SiH4/(H2+SiH4)為0.1～1.5%;反應室壓力為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。非晶態硅薄膜光導層的典型制備條件為SiH4/(H2+SiH4)為10%;反應室壓力為75Pa;射頻功率為25W;襯底溫度為300℃。晶態硅薄膜中晶體的體積含量大于50%，非晶態硅薄膜中晶體的體積含量小于5%。晶態硅薄膜的暗電導率為10-5～10-8(Ω·cm)-1，光電導率為10-5～10-6(Ω·cm)-1，光學能隙為1.20～1.60eV。非晶態硅薄膜典型的暗電導率為2.46×10-10(Ω·cm)-1，光電導率為3.65×10-5(Ω·cm)-1，光學能隙為1.75eV。晶態硅/非晶態硅異質結的光吸收系數在可見光范圍為104～105cm-1，優于單層非晶態硅薄膜，在近紅外區域遠大于非晶態硅薄膜。晶態硅/非晶態硅異質結的I-V特性正反向電流之比在電壓大于1伏區域為三至五個數量級。該異質結的內建電場為0.1～0.4V。
采用晶態硅薄膜作為液晶光閥的阻光層的優點有容易沉積，可與非晶態硅薄膜光導層在同一反應室內連續沉積。晶態硅薄膜與非晶態硅膜結合沒有晶格失配，從而可保證光導層和阻光層直接的良好的結合，提高器件的機械和光電性能。晶態硅薄膜與非晶態硅薄膜構成異質結具有好的結效應，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，電容在阻抗中起主導作用，從而在更大范圍內改善液晶光閥的分辨率、對比度等性能。晶態硅薄膜還可方便地通過改變沉積參數或微量摻雜(如P和B)等以改變電學和光學性能(如光學能隙，費米能級位置和阻抗等)，因此滿足了液晶光閥對阻光層材料的要求。
權利要求
1.一種液晶光閥，由基片玻璃(1)和(11)之間鍍上多層光學薄膜并注入液晶構成，其特征是采用晶態硅薄膜作為阻光層(8)，而且該阻光層與非晶態硅薄膜光導層(9)結合形成異質結；晶態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；晶態硅薄膜的暗電導率為10-5～10-8(Ω·cm)-1，光電導率為10-5～10-6(Ω·cm)-1，光學能隙為1.20～1.60eV，可見光的光吸收系數大于104cm-1；晶態硅/非晶態硅異質結的I-V特性正反向電流之比在電壓大于1.0V區域為103～105，該異質結的內建電場為0.1～0.4V。
2.一種液晶光閥的制造方法，其特征是非晶態硅薄膜光導層(9)和晶態硅薄膜阻光層(8)采用輝光放電等離子體化學氣相沉積法在同一反應室內制備，先將非晶態硅薄膜沉積于鍍有ITO透明導電膜的玻璃基板上，其曲型條件為SiH4/(H2+SiH4)為10%;反應室壓力為75Pa;射頻功率為25W;襯底溫度為300℃;接著沉積晶態硅薄膜，與非晶態硅薄膜構成異質結，晶態硅薄膜的沉積條件為SiH4/(H2+SiH4)為0.1～1.5%;反應室壓力為50～100Pa;射頻功率為25～80W，襯度溫度為300～400℃;晶態硅薄膜阻光層(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/硫化鋅介質反射鏡)，然后鍍上一層二氧化硅作為介質保護膜，定向膜(3)和(6)采用聚酰亞胺有機定向膜，二定向膜交角方向為45°，液晶型號取BDH-E44，復上另一已鍍上ITO透明導電膜的基板，即得到反射型液晶光閥。
全文摘要
一種液晶光閥，其特點是采用晶態硅薄膜作為阻光層(8)，解決了晶格失配問題。而且該阻光層與非晶態硅薄膜光導層(9)形成異質結，從而在更大范圍內改善了液晶光閥的分辨率、對比度等性能。一種液晶光閥的制造方法，其特征是非晶硅薄膜光導層(9)和晶態硅薄膜阻光層(8)采用輝光放電等離子體化學氣相沉積法在同一反應室內制備，從而可保證獲得良好的異質結。因此，可獲得性能優良的液晶光閥。
文檔編號G02F1/135GK1083935SQ9311673
公開日1994年3月16日 申請日期1993年8月23日 優先權日1993年8月23日
發明者韓高榮, 韓偉強, 杜丕一, 丁子上 申請人:浙江大學