CN109164651B - 一种可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，其特征在于，包括上基板，公共电极层，上配向层，液晶层，下配向层，像素电极层，下基板和像素电极间隙填充料；所述液晶调节器是层叠结构，从上到下依次为所述上基板，所述公共电极层，所述上配向层，所述液晶层，所述下配向层，所述像素电极层和所述下基板；所述像素电极层填充有所述像素电极间隙填充料。本发明通过向所述像素电极层的像素间隙中填充所述像素电极间隙填充料，使像素电极层间隙处介质折射率与像素以及下配向层之间的折射率相匹配，能有效提高光束能量的反射率，降低能量损耗，抑制纹波效应与杂散光，实现调制器性能优化，方法简单，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及液晶调制器领域，尤其涉及一种可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器。
背景技术
一直以来，衍射光学器件被应用在各个光学领域。液晶调制器由于其调制的灵活性，在可编程衍射光学器件中占有越来越重要的地位。目前，反射式硅基液晶调制器件已经成为波长转换开关系统的核心器件。其对光束的调制性能指标主要包括：光束的偏转角度、光束能量的反射率、插入损耗、接收光谱和串扰大小等。在各参数中，光束的偏转角度以及光束能量的反射率是评价整体系统性能的主要指标。然而，很多不利因素影响着液晶调制器对光束的调制能力。例如，纹波效应、杂散光、边缘电场效应、串扰等。针对纹波效应、杂散光的解决，目前有衍射微透镜阵列、纯相位型光束整形器件阵列等技术。然而这些技术大大增加了系统的复杂度以及实现难度，无法应用到大规模的商业生产。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种可抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，能够有效抑制纹波效应与杂散光，同时成本低廉，实施过程简单可靠。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是如何通过合理的设计，发明能够有效抑制纹波效应与杂散光，同时成本低廉，实施过程简单可靠的一种可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器。
为实现上述目的，本发明提供了一种可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，包括上基板，公共电极层，上配向层，液晶层，下配向层，像素电极层，下基板和像素电极间隙填充料；所述液晶调节器是层叠结构，从上到下依次为所述上基板，所述公共电极层，所述上配向层，所述液晶层，所述下配向层，所述像素电极层和所述下基板；所述像素电极层填充有所述像素电极间隙填充料。
进一步地，所述像素电极间隙填充料为不导电介质材料SiO2，Si3N4，Al2O3和AlN中的一种。
进一步地，所述像素电极间隙填充料的厚度大于等于所述像素电极层的厚度。
进一步地，所述上基板为玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料中的一种。
进一步地，所述公共电极层的材料为透明导电金属氧化物或透明导电有机高分子材料中的一种。
进一步地，所述上配向层和下配向层所使用的材料是聚酰亚胺。
进一步地，所述液晶层为向列相液晶。
进一步地，所述像素电极层包括一系列互相平行的条状像素电极或块状像素电极。
进一步地，所述像素电极层是不透明导电金属铝，对光线的反射率高于90％。
进一步地，所述下基板为硅基板。
本发明通过向所述像素电极层的像素间隙中填充所述像素电极间隙填充料，使像素电极间隙处介质折射率与像素以及下配向层之间的折射率相匹配，减弱由于波长变化带来的反射率差异，抑制纹波效应，同时降低由于像素电极间隙区域存在所造成的能量损耗，从而减小由此产生的杂散光，方法简单，成本低廉，适合大规模推广。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器结构图；
图2是本发明的另一个较佳实施例的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器像素电极层的局部放大图；
图3是本发明的另一个较佳实施例的C波段内不同波长下光束能量的反射率与像素电极间隙填充料类型关系曲线。
具体实施方式
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
实施例一
如图1所示，是本发明一种较佳实施例的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器件，包括上基板1，公共电极层2，上配向层3，液晶层4，下配向层5，像素电极层6，下基板7和像素电极间隙填充料8；所述液晶调节器是层叠结构，从上到下依次为所述上基板1，所述公共电极层2，所述上配向层3，所述液晶层4，所述下配向层5，所述像素电极层6和所述下基板7；所述像素电极层6填充有所述像素电极间隙填充料8。
所述像素电极层6用于对液晶层施加电压，也用于实现对进入液晶层内光线的调制，
为提高所述像素电极间隙填充料8对入射光的反射率，减弱不同波长下的反射率差异，抑制纹波效应，降低由于像素电极间隙区域存在所造成的能量损耗，从而减小由于杂散光产生的杂散光，优选地，像素电极间隙填充料8为不导电介质材料SiO2，Si3N4，Al2O3和AlN中的一种；像素电极间隙填充料8的厚度大于等于所述像素电极层6的厚度；所述像素电极层6采用对光线的反射率高于90％的不透明导电金属铝。
考虑到液晶调制器的性能与成本，优选地，所述上基板1为玻璃或塑料等其他柔性材料，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；所述公共电极层2的材料为透明导电金属氧化物或透明导电有机高分子材料，如铟锡氧化物半导体透明导电膜(ITO)，聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)；所述上配向层3和下配向层5是透明不导电有机高分子材料聚酰亚胺；所述下基板7为硅基板。
此外，所述液晶层5为向列相液晶。液晶层5也可以是蓝相液晶。若为蓝相液晶，则无需配向层。
本实施例中，公共电极层2位于上基板1与上配向层3之间，包括片状电极或互相平行的条状电极；像素电极层位于下基板7与下配向层6之间，包括一系列互相平行的条状电极或块状电极。
实施例二
本实施例具体描述了制造本发明的一种可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器件的步骤：
步骤S1：基于带有像素电极层的下基板7，在像素电极的间隙中镀入75nm厚的AlN像素电极间隙填充料8；
步骤S2：通过烘干等工艺使得AlN成膜；
步骤S3：在AlN膜上旋涂50nm的聚酰亚胺，进行3小时220℃烘干操作之后，形成下配向层5；
步骤S4：在玻璃材质的上基板1上旋涂上50nm聚酰亚胺，进行3小时220℃烘干操作之后，形成上配向层3；
步骤S5：上配向层3和下配向层5相邻，将上基板1与下基板7使用框胶进行连接，而后在365nmUV灯光照下进行框胶固化；
步骤S6：使用毛细管吸取液晶，利用毛细现象使液晶灌满在上配向层3和下配向层间5之间。
其中，形成的像素电极层的像素电极长宽为6.4um，像素电极间距为0.2um。
图2为基于本实施例制造方法形成的像素电极层的示意图。图2中，白色矩形为液晶调制器的像素结构，每个行电极和纵电极的交叉点上都是利用集成电路技术制成薄膜晶体管，可以独立控制各个像素的变化；黑色区域为填充有AlN的像素间隙所形成的纵横交错的黑带；标识d为像素间隙与像素大小之和，标识d0则为像素大小，d0与d的比值则为液晶调制器的填充因子。填充因子数值越高，杂散光对液晶调制器的影响越小，即器件的反射率、可实现光束偏转角度以及各方面性能要更优。
传统情况下，像素电极间隔没有像素电极间隙填充料8，，杂散光经过这些黑带会对任何入射波前会产生一个固定的影响，类似于在现有液晶相位光栅上添加一个周期性二维光栅，会引起附加的相位变化。本实施例通过在在像素电极层的像素电极间隙填充一定厚度的AlN，使得其与下配向层5以及像素电极折射率相匹配，减弱由于波长变化带来的反射率差异，改善光束散射现象，从而抑制了纹波效应与杂散光的发生。
实施例三
图3所示为本发明另一较佳实施例的C波段内不同波长下光束能量的反射率与像素电极间隙填充料8的类型关系曲线。
本实施例中，像素电极大小为6.4um，像素电极间距为0.2um。
图3中，所标示0nm曲线是指仅在像素电极间隙中填充像素电极间隙填充料8；75nm曲线指在除了像素电极间隙中填充之外，在像素电极之上存在75nm厚度像素电极间隙填充料8。图3列出无添加、添加0nm厚度SiO2、Si3N4、Al2O3、AlN以及添加75nm厚度SiO2、Si3N4、Al2O3、AlN这9种结构下的光束能量的反射率。
从图3可以看出，未添加任何像素电极间隙填充料8情况下，由于杂散光的存在，光束能量的反射率较低且反射率随着波长变化剧烈，纹波幅度较大。在添加了0nm的各种类型的像素电极间隙填充料8后反射率整体上移，杂散光一定程度上被抑制，但是纹波现象依旧存在。调整像素电极间隙填充料8的厚度为75nm之后，纹波效应有所缓解。此外，本实施例中，75nm厚度的AlN像素电极间隙填充料8有助于提高光束能量的反射率，抑制了杂散光，且反射率随波长变化极小，即纹波效应被极大地削弱。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (9)
1.一种可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，其特征在于，包括上基板，公共电极层，上配向层，液晶层，下配向层，像素电极层，下基板和像素电极间隙填充料；所述液晶调制器是层叠结构，从上到下依次为所述上基板，所述公共电极层，所述上配向层，所述液晶层，所述下配向层，所述像素电极层和所述下基板；所述像素电极层填充有所述像素电极间隙填充料，使像素电极间隙处介质折射率与像素电极以及所述下配向层之间的折射率相匹配，以减弱由于波长变化带来的反射率 差异，改善光束散射现象，抑制纹波效应与杂散 光， 所述像素电极间隙填充料的厚度大于等于所述像素电极层的厚度，除了在像素电极间隙中填充所述像素电极间隙填充料之外，在像素电极之上存在75nm厚度所述像素电极间隙填充料。
2.如权利要求1所述的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，其特征在于，所述像素电极间隙填充料为不导电介质材料SiO2，Si3N4，Al2O3和AlN中的一种。
3.如权利要求1所述的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，其特征在于，所述上基板为玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料中的一种。
4.如权利要求1所述的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，其特征在于，所述公共电极层的材料为透明导电金属氧化物或透明导电有机高分子材料中的一种。
5.如权利要求1所述的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，其特征在于，所述上配向层和下配向层所使用的材料是聚酰亚胺。
6.如权利要求1所述的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，其特征在于，所述液晶层为向列相液晶。
7.如权利要求1所述的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，其特征在于，所述像素电极层包括一系列互相平行的条状像素电极或块状像素电极。
8.如权利要求1所述的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，其特征在于，所述像素电极层是不透明导电金属铝，对光线的反射率高于90％。
9.如权利要求1所述的可同时抑制纹波效应与杂散光的液晶调制器，其特征在于，所述下基板为硅基板。
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