專利名稱：大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間光調(diào)制器，尤其涉及一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥。
與本發(fā)明有關(guān)的空間光調(diào)制器，主要包括用光導(dǎo)層作光敏材料并在反射模式下工作的光選址空間光調(diào)制器；以TFT作為基本控制單元的有源矩陣選址反射模式空間光調(diào)制器。對(duì)第一類光閥，Boswell等，首先于1977年4月16日申請(qǐng)專利(U.S.Pat.4019807)，這種光閥以硫化鎘作光導(dǎo)層，碲化鎘為阻光層及MgF2/ZnS為介質(zhì)反射層。隨后于1989年1月24日由Sterling申請(qǐng)了專利(U.S.Pat.4799773)提出了新一代以a-SiH為光敏層CdTe作阻光層，SiO2/TiO2為多層介質(zhì)鏡的反射式液晶光閥，至1992年1月22日，由Slobdin申請(qǐng)專利(U.S.Pat.5084777)，提出了用a-SiGeH作光閥的阻光層，解決了阻光層與a-SiH光導(dǎo)層的結(jié)合問題。1993年由我們直接申請(qǐng)了采用過渡改性結(jié)構(gòu)非晶硅作光敏層的反射式液晶光閥專利(China PatZL93108193.9)和以晶態(tài)薄膜作為阻光層的反射式液晶光閥專利(China PatZL93116734.5)，更進(jìn)一步改善了光選址反射式液晶光閥的性能。總的來看這類光閥至今已發(fā)展得比較成熟。對(duì)于第二類光閥，其反射模式多數(shù)用于弱光條件，報(bào)道有直接在背電極上鍍高反射的鋁等材料進(jìn)行反射。
考慮到在大屏幕投影器件中，第一類光選址光閥，雖然制備方便，但由于它的成象調(diào)制靠其它光信號(hào)寫入，系統(tǒng)體積大，又消耗能源且最終的信號(hào)取自光導(dǎo)層傳遞來的信號(hào)，受光閥結(jié)構(gòu)及現(xiàn)行傳遞模式的限制，很難進(jìn)一步提高對(duì)比度；面對(duì)第二類直接可由電路選址的光閥，雖然做成的系統(tǒng)體積小，又易于寫入信號(hào)的直接控制，且由于近年來TFT制備技術(shù)的完善，性能也進(jìn)一步提高，但由于這類光閥，特別象對(duì)由有源矩陣驅(qū)動(dòng)的(如TFT-LCD)光閥，其TFT本身對(duì)光照比較敏感、性能受光影響較嚴(yán)重，尤其是在大屏幕投影時(shí)的強(qiáng)光照射下，這種影響就更大，因而有必要對(duì)這類光閥進(jìn)行更多的研究。
本發(fā)明的目的是提供一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取下列措施。
大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，它依次包括光學(xué)玻璃，透明導(dǎo)電膜，定向?qū)?，液晶層，定向?qū)?，控制基板，特征是所說的定向?qū)优c控制基板之間設(shè)有介質(zhì)反射鏡。
另一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，它依次包括光學(xué)玻璃，透明帶狀電極，定向?qū)?，液晶層，定向?qū)樱该鲙铍姌O，基板，特征是所說的定向?qū)优c透明帶狀電極之間設(shè)有介質(zhì)反射鏡。
本發(fā)明與已有技術(shù)相比較具有顯著效果1.復(fù)合納米晶粒薄膜阻光層光吸收效率高，完全吸收了透過介質(zhì)鏡的部分光(盡管透過部分甚至小于0.1％，但當(dāng)大屏幕投影的光強(qiáng)高達(dá)數(shù)十萬Lx時(shí)，這部分光將無法忽略)，很好地解決了強(qiáng)光下工作對(duì)控制元件的影響。
2.由于這種薄膜中大量的與膜厚尺度相當(dāng)?shù)木Я５拇嬖?，可控制高的吸收率和電?dǎo)率，而橫向則更趨于絕緣體，這既克服了由于驅(qū)動(dòng)信號(hào)在薄膜厚度方向過多地產(chǎn)生壓降而降低效率，又防止了在某些結(jié)構(gòu)中引起橫向電荷擴(kuò)散而使分辨率下降。
3.考慮了液晶光閥在TFT表面若整個(gè)覆蓋有鈍化層，如氮化硅時(shí)，而阻光層本身則是由Si、N、C等復(fù)合成的薄膜，因而，阻光層的晶格結(jié)構(gòu)與氮化硅等匹配較好，膜層結(jié)合牢固，使用耐久性好。
4.考慮到利用Si、N、C等復(fù)合薄膜制成的阻光層材料的晶格結(jié)構(gòu)，這時(shí)可選用SiO2/TiO2硬膜多層介質(zhì)鏡反射層，兩者匹配好，結(jié)合力強(qiáng)，使用壽命長(zhǎng)。
下面結(jié)合附圖作詳細(xì)說明。


圖1是有源矩陣大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是無源矩陣大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥結(jié)構(gòu)示意圖。
大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，它依次包括光學(xué)玻璃(9)，透明導(dǎo)電膜(8)，定向?qū)?7)，液晶層(6)，定向?qū)?5)，控制基板(1)(2)，特征是定向?qū)?5)與控制基板(1)(2)之間設(shè)有介質(zhì)反射鏡(4)。介質(zhì)反射鏡與控制基板(1)(2)之間設(shè)有復(fù)合納米晶體硅阻光層或CdTe阻光層(3)。
另一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，它依次包括光學(xué)玻璃(20)，透明帶狀電極(19)，定向?qū)?18)，液晶層(17)，定向?qū)?16)，透明帶狀電極(13)，基板(12)，特征是定向?qū)?16)與透明帶狀電極(13)之間設(shè)有介質(zhì)反射鏡(5)。介質(zhì)反射鏡(5)與透明帶狀電極(13)之間設(shè)有復(fù)合納米晶體硅阻光層或CdTe阻光層(14)。
上述介質(zhì)反射鏡為SiO2/TiO2多層高反射膜，或ZnS/MgF2多層高反射膜。復(fù)合納米晶體硅阻光層是一種以非晶硅或SiCx或SiNx為基質(zhì)材料，以對(duì)光敏感的硅或鍺作為納米晶粒材料復(fù)合制成或以CdTe晶體直接制成的薄膜。復(fù)合晶體硅阻光層薄膜的光學(xué)能隙小于1.6eV晶體含量在10～40％，晶粒尺寸在40～500nm，可見光吸收系數(shù)在10-4～10-5cm-1。阻光層薄膜厚度與薄膜內(nèi)的晶粒尺度相當(dāng)。
本發(fā)明的工作原理為光閥的圖象信號(hào)由矩陣控制提供(控制電路與已有技術(shù)同)，由矩陣提供一圖象信號(hào)后在液晶層兩側(cè)相當(dāng)于施加了一與圖象信號(hào)對(duì)應(yīng)的電壓，即每一象素點(diǎn)上的電壓大小在一定條件下與圖象信號(hào)的強(qiáng)弱相對(duì)應(yīng)，相當(dāng)于在液晶層兩側(cè)施加了一個(gè)以電壓表示的潛象，在某一定向條件下(定向?qū)訛?和7或16和18)，液晶層可以有這樣一種性能，即液晶層上所加電壓不同，透過該液晶層的偏振光的偏振方向也隨之改變。這時(shí)，入射光透過保留有電壓潛象的液晶層，并經(jīng)介質(zhì)反射層4或15反射后，得到的反射光各點(diǎn)的偏振角度也將由于液晶層6或17上各點(diǎn)電壓不同而不同，也即這時(shí)反射光中實(shí)際上保留了一幅以各點(diǎn)反射光的偏振角不同所表示的與矩陣控制信號(hào)提供的信號(hào)相對(duì)應(yīng)的潛象，讓這一反射光通過適當(dāng)檢偏系統(tǒng)，就可得到一幅以各點(diǎn)光強(qiáng)不同所表示的對(duì)應(yīng)圖象。
在這種液晶光閥中，入射強(qiáng)光與控制矩陣之間的光隔離主要靠反射層4，一般可達(dá)99.9％以上，但當(dāng)大屏幕投影用光閥的光強(qiáng)高達(dá)幾十萬Lx時(shí)，若考慮透過0.1％，則透過光強(qiáng)也可達(dá)幾百Lx，這就足以對(duì)受光照比較敏感的TFT器件產(chǎn)生影響，使圖象質(zhì)量下降，所以，為了保證光閥正常工作，這時(shí)可采用一種復(fù)合納米晶體硅薄膜阻光層或CdTe阻光層，吸收漏過光。
在這種液晶光閥的復(fù)合納米晶體硅薄膜阻光層中，由于控制了大量的復(fù)相晶粒存在，且通過控制在晶粒中適當(dāng)?shù)膿诫s，并控制晶粒尺度與膜厚相當(dāng)，因而在薄膜的法向表現(xiàn)出吸光效率很高的晶體特性；而在薄膜的橫向，由于大量晶界及不導(dǎo)電的介質(zhì)相存在，使其表現(xiàn)出高阻特性。所以這種阻光層具有高吸光效率，且甚至在與TFT接觸時(shí)也不易造成分辨率及TFT控制特性的下降。同時(shí)考慮到阻光層與相鄰膜層的結(jié)合牢度，控制選用以Si、N、C等為基板材料形成的復(fù)合納米晶體硅薄膜，解決了與相鄰膜層的結(jié)構(gòu)匹配問題。
本發(fā)明涉及的大屏幕投影用復(fù)合納米晶體硅阻光層反射模式電選址液晶光閥的制備過程如下將按傳統(tǒng)TFT制備技術(shù)制備的控制基板(1)(2))或?qū)⒃诠鈱W(xué)玻璃上鍍有ITO條狀電極的基板12+13，放在PECVD薄膜沉積設(shè)備中，利用等離子輝光放電鍍膜技術(shù)沉積上復(fù)合納米晶體硅阻光層膜。首先將所述基板(1)(2)或(12)(13)的溫度控制在250～400℃范圍，利用含硅烷濃度為10～50％的氮——硅烷混合氣體或利用硅烷濃度為15～80％的乙烯—硅烷混合氣體作為主氣源，摻入P/Si或B/Si原子比為0～8×10-5的磷烷或硼烷，控制流量在30～100Sccm，真空室壓力為0.1～1τ，功率密度在0.4～1.5W/cm2，沉積時(shí)間1～4h，便可得到光學(xué)帶隙在小于1.6eV，晶體含量在10～40％，尺寸在40～500nm，薄膜橫向電阻率達(dá)1010Ωcm，光吸收系數(shù)在10-4～10-5/cm厚度在0.2～1μm范圍的復(fù)合納米晶體硅(鍺)薄膜阻光層。
完成所述阻光層3或14的制備后，接著在其表面蒸鍍高反射介質(zhì)鏡(反射層)4或15，這種多層膜介質(zhì)鏡是用一種高折射率和一種低折射率材料交替鍍制，本發(fā)明中選用與相鄰膜結(jié)合性能優(yōu)越的SiO2/TiO2或選用ZnS/MgF2交替蒸鍍。所述介質(zhì)鏡的詳細(xì)制備方法與控制條件在傳統(tǒng)光學(xué)薄膜技術(shù)中已有描述。
最后分別在介質(zhì)反射鏡(4)或(15)的表面和鍍有相應(yīng)ITO的玻璃基板(9)(8)或(20)(19)的表面，利用聚酰亞銨溶液按傳統(tǒng)技術(shù)涂一層均勻薄膜制成定向?qū)?5)(7)或(16)(18)，并在這二個(gè)定向?qū)娱g封裝液晶(6)或(17)，便可制成大屏幕投影用復(fù)合納米晶體硅阻光層反射模式電選址液晶光閥。
權(quán)利要求
1.一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，它依次包括光學(xué)玻璃(9)，透明導(dǎo)電膜(8)，定向?qū)?7)，液晶層(6)，定向?qū)?5)，控制基板(1)(2)，其特征在于所說的定向?qū)?5)與控制基板(1)(2)之間設(shè)有介質(zhì)反射鏡(4)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，其特征在于所說的介質(zhì)反射鏡與控制基板(1)(2)之間設(shè)有復(fù)合納米晶體硅阻光層或CdTe阻光層(3)。
3.一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，它依次包括光學(xué)玻璃(20)，透明帶狀電極(19)，定向?qū)?18)，液晶層(17)，定向?qū)?16)，透明帶狀電極(13)，基板(12)，其特征在于在所說的定向?qū)?16)與透明帶狀電極(13)之間設(shè)有介質(zhì)反射鏡(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，其特征在于所說的介質(zhì)反射鏡(5)與透明帶狀電極(13)之間設(shè)有復(fù)合納米晶體硅阻光層或CdTe阻光層(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，其特征在于所說的介質(zhì)反射鏡為SiO2/TiO2多層高反射膜，或ZnS/MgF2多層高反射膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，其特征在于所說的介質(zhì)反射鏡為SiO2/TiO2多層高反射膜，或ZnS/MgF2多層高反射膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，其特征在于所說的復(fù)合納米晶體硅阻光層是一種以非晶硅或SiCx或SiNx為基質(zhì)材料，以對(duì)光敏感的硅或鍺作為納米晶粒材料復(fù)合制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，其特征在于所說復(fù)合晶體硅阻光層薄膜的光學(xué)能隙小于1.6eV，晶體含量在10～40％，晶粒尺寸在40～500nm，可見光吸收系數(shù)在10-4～10-5cm-1。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，其特征在于所說的復(fù)合晶體硅阻光層薄膜厚度與薄膜內(nèi)的晶粒尺度相當(dāng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大屏幕投影用電選址反射型液晶光閥，它依次包括光學(xué)玻璃，透明導(dǎo)電膜，定向?qū)?，液晶層，定向?qū)?，介質(zhì)反射鏡，阻光層，控制基板。介質(zhì)反射鏡為SiO
文檔編號(hào)G02F1/13GK1158429SQ9612129
公開日1997年9月3日 申請(qǐng)日期1996年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月19日
發(fā)明者杜丕一, 韓高榮, 壽瑾琿 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)