CN1020310C

CN1020310C - 掺杂的硒化镉交流液晶光阀

Info

Publication number: CN1020310C
Application number: CN 90102803
Authority: CN
Inventors: 裘颖刚; 姜颖秋; 顾玲娟; 蔡忠华; 涂亦军
Original assignee: SHANGHAI OPTICAL INSTRUMENTS INST
Current assignee: SHANGHAI OPTICAL INSTRUMENTS INST
Priority date: 1990-03-01
Filing date: 1990-03-01
Publication date: 1993-04-14
Anticipated expiration: 2005-03-01
Also published as: CN1054494A

Abstract

本发明属于一种光电子薄膜器件的改进，特别是一种交流液晶光阀的改进。它由硒化镉(CdSe)光敏层、基片、透明导电膜、光阻挡层、高反膜、液晶定向膜、增透膜、液晶层、液晶框和密封胶组成。它不仅能在高照度情况下具有高灵敏度和快速响应，而且在低照度情况下其灵敏度和响应速度也能满足工作的需要，适用于实时、准确和大批量进行信息处理时各种光信号的转换，尤其是非相干光与相干光的图像转换。

Description

本发明属于一种光电子薄膜器件的改进，适用于实时、准确和大批量地进行信息处理时各种光信号的转换，尤其是非相干光与相干光图像的转换。

目前，普遍采用的交流液晶光阀由基片、透明导电膜、硫化镉（CdS）光敏膜层、光阻挡层、高反介质膜、液晶定向膜、增透膜、液晶层、液晶层框架和密封胶组成。由于液晶光阀的关键膜层-光敏膜层采用硫化镉（CdS）材料，虽然光阀的灵敏度较高，但信号的响应速度，尤其是低照度情况下的响应速度太慢（上升：30～50毫秒下降：100～160毫秒），不能适应电视显示图像等低照度情况下的光信号转换的需要。因此，需要设计一种新材料光敏膜层来提高液晶光阀的响应速度，且不降低其灵敏度等性能指标。

美国专利US4，799，773提出了一种非晶硅（a-si）材料的光敏膜层的交流液晶光阀，与硫化镉（CdS）液晶光阀相较，虽然提高了液晶光阀的响应速度，但是其灵敏度，特别是低照灵敏度较差（100微瓦/厘米²）。此外，硅材料的接收光谱灵敏度区也过于偏向红外光区域，使得可见区写入光的实际灵敏度更差。

本发明的目的是提供一种硒化镉（CdSe）光敏层的交流液晶光阀，它不仅能在高照度情况下具有高灵敏度和快速响应，且在低照度情况下其灵敏度和响应速度也能满足实际工作的需要。

本发明是通过采用硒化镉（CdSe）材料制成的光敏层及其相适应的液晶光阀各膜层来实现的。要使硒化镉（CdSe）液晶光阀具有优于硫化镉（CdS）、非晶硅（a-si）液晶光阀的灵敏度和响应速度等综合性能，光敏层材料硒化镉（CdSe）的掺杂工艺十分关键，这可通过慎重地选取掺杂材料、膜厚和掺杂工艺，就可以提高硒化镉（CdSe）膜层的低照灵敏度，使具有高响应速度和高灵敏度性能。实际可供选用的掺杂材料有硼（B）、镓（Ga）、铟（In）等ⅢB族元素和铜（Cu）、银（Ag）等ⅠB族元素。还可掺入硫化镉（CdS）材料以形成硒化镉/硫化镉（CdSe/CdS）固溶体薄膜，用于改善写入光光谱范围与灵敏度等性能。为了弥补硒（Se）空位，有时也可在工艺过程中掺入硒（Se）、硫（S）等元素。实际掺杂的比例与配方由液晶光阀设计所要求的规格、参数决定。

本发明由于采用了硒化镉（CdSe）及掺杂材料制成的光敏层以及与之相适应的液晶光阀各膜层，克服了硫化镉（CdS）、非晶硅（a-Si）交流液晶光阀的高灵敏度与高响应速度不可兼得的不足，给出了一种高灵敏度、高响应速度的交流液晶光阀。另外，本发明还具有写入光光谱范围宽（从525纳米到725纳米范围可选、读出光光谱中心波长在可见区可选并可扩展到近红外等优点。

图1是本发明一种结构的割面图。

图2是本发明的硒化镉光敏膜的制造工艺流程图。

参照图1，基片1为K4玻璃，厚约8毫米。其中，读出光一侧基片1的两个平面之间有一个0.5°～2°的倾角，使得读出光因基片两平面产生的干涉条绞的密度高于分辨率，这样就有效地抑制了使用过程中相干光的干涉条绞对正常读出光的干扰。透明导电膜2采用氧化铟锡（ITO-SnO/InO）材料，厚约150纳米，它能使写入光或读出光透过，并且起施加工作电压作用。作为光控调阻器以调制光阀中液晶层上实际所施加的电压的光敏层3采用硒化镉（CdSe）材料并掺入20-200ppm的硼（B）、镓（Ga）和铜（Cu）以及15%的硫化镉（CdS），膜层厚度5微米至10微米。膜层厚为2微米的碲化镉（CdTe）光阻挡层4和十四层膜层的硫化锌/氟化镁（ZnS/MgF₂）高反介质膜5将图像的写入光与读出光隔离，使之互不干扰。能使液晶分子按照设计要求作规则扭曲排列的液晶定向膜6为一氧化硅（SiO）膜层，厚约10纳米。向列型液晶层7厚约3～10微米。增透膜10为氧化锆/三氧化二铝/氟化镁（ZrO₂/Al₂O₃/MgF₂），起增加透过率的作用。液晶层框架8，采用聚酯薄膜与环氧树脂相结合的高稳定性密封腔体。密封胶9将整个光阀器件密封。光阀膜层与外电路的导电连接采用导电银胶胶合，以减少焊接对膜层的损坏。

本发明的关键膜层-硒化镉（CdSe）光敏层3的制造工艺采用的是热蒸发法。其工艺步骤如图2所示：

1.镀膜机抽真空，并对基片1加热，使真空度达到2×10^-5（乇），使基片1温度达到150℃。

2.蒸发硒化镉（CdSe）配方料。蒸发温度为960℃，蒸发速率为9.5纳米/秒。当硒化镉（CdSe）膜厚达到3.5微米时，停止蒸发。

3.蒸发铜（Cu），蒸发温度为1100℃，蒸发速率为0.17纳米/秒，蒸发时间为2分钟。

4.继续镀硒化镉（CdSe）配方料，蒸发条件如2所述，当膜厚达到7微米时停止蒸镀。

5.将蒸镀完毕的硒化镉（CdSe）膜基片放置于马弗炉内进行退火处理，退火温度为350℃，保温一小时。

本发明的主要性能指标如下：

孔径 φ45毫米; 对比度 100∶1

灵敏度 5～10微瓦/厘米²;分辨率 40线对/毫米响应速度：低照10微瓦/厘米²时：

15～25毫秒（上升）;

40～60毫秒（下阵）。

高照300微瓦/厘米²时：

10～20毫秒（上升）;

15～30毫秒（下降）。

灰阶：9

Claims

1、一个由两块基片1、两片透明导电膜2、光敏层3、光阻挡层4、高反介质膜5、两片液晶定向膜6、向列型液晶层7、液晶层框架8、密封胶9、增透膜10组成的交流液晶光阀，其特征是光敏层3的主要材料硒化镉(CdSe)中选择性地掺入硼(B)、镓(Ga)、铟(In等ⅢB族元素和铜(Cu)、银(Ag)等ⅠB族元素，还可选择性地掺入硫化镉(CdS)、硒(Se)和硫(S)等材料。

2、按权利要求1和2所述的交流液晶光阀，其特征是读出光一侧的基片1的两个平面之间为0.5°～2°的倾角。

3、按权利要求1和2所述的交流液晶光阀，其特征是液晶层框架8为采用聚脂薄膜与环氧树脂相结合的密封腔体。

4、按权利要求1和2所述的交流液晶光阀，其特征是光阀膜层与外电路的导电连接采用导电银胶胶合。

5、按权利要求3所述的交流液晶光阀，其特征是光阀膜层与外电路的导电连接采用导电银胶胶合。

6、按权利要求4所述的交流液晶光阀，其特征是光阀膜层与外电路的导电连接采用导电银胶胶合。