CN111458914A - 硅基液晶空间光调制器与波长选择开关 - Google Patents

硅基液晶空间光调制器与波长选择开关 Download PDF

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CN111458914A CN202010313040.7A CN202010313040A CN111458914A CN 111458914 A CN111458914 A CN 111458914A CN 202010313040 A CN202010313040 A CN 202010313040A CN 111458914 A CN111458914 A CN 111458914A
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Abstract

本发明提供一种硅基液晶空间光调制器及波长选择开关。所述硅基液晶空间光调制器包括：第一基板、与第一基板相对间隔设置的第二基板以及设于第一基板与第二基板之间的液晶层；第一基板包括：硅基背板及设于硅基背板上的辅助层；硅基背板包括阵列排布的多个像素区，辅助层包括多个条状的第一挡墙、多个条状的第二挡墙及多个凸起部；多条第一挡墙与多条第二挡墙纵横交错形成多个网格，每一个网格包围一个像素区，且每一个网格内设有至少一个凸起部；能够提升硅基液晶空间光调制器的对比度，降低边缘场效应。

Description

硅基液晶空间光调制器与波长选择开关
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种硅基液晶空间光调制器与波长选择开关。
背景技术
硅基液晶(Liquid Crystal on Silicon，LCOS)技术已经开发了很多年，主要用于信息显示领域，由于其在空间上调制光束波长的独特能力，LCOS技术在超高清投影仪、增强现实及虚拟现实领域得到了广泛应用，与此同时，在近些年，LCOS器件还作为波长选择开关的调制芯片在电信网络领域得到了应用。
现有的LCOS器件一般包括基于互补型金属氧化物半导体(CMOS)技术的硅基板、与硅基板相对的玻璃基板及夹在硅基板和玻璃基板之间液晶层，硅基板上设有数百万个可单独寻址的用于形成像素的反射电极，每个电极都能够在液晶层上施加控制电压来控制液晶层旋转，从而实现电控制液晶材料的双折射，使得LCOS器件能够根据液晶层的配置，以相位或振幅空间调制光束的波阵面。
当液晶层使用均匀排列的向列液晶材料构成时，液晶分子将响应于像素两端的控制电压以不同角度倾斜，因此，其有效折射率会根据线性偏振光速而变化，其偏振方法平行于液晶对准方向，使得LCOS器件能够在空间上调制入射光速的相位，并保持其振幅不变，这种LCOS器件即为纯相位LCOS器件。
波长选择开关是能够重新配置光网络的关键技术之一，典型的波长选择开关能够根据服务提供商的远程控制软件的配置，有选择地将进入其输入光纤端口的各个波分复用通道路由到任何光纤输出端口，纯相位LCOS空间光调制器由于其软件可升级以及可切换灵活频谱的特性而被选中，广泛应用于波长选择开关中。
但，现有LCOS空间光调制器存在边缘场效应和横向电场的影响严重以及液晶的性能均匀性较差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种硅基液晶空间光调制器，能够抑制硅基液晶空间光调制器的边缘场效应。
本发明的目的还在于提供一种波长选择开关，能够改善波长选择开关的工作性能。
为实现上述目的，本发明提供一种硅基液晶空间光调制器，包括：第一基板、与所述第一基板相对间隔设置的第二基板以及设于所述第一基板与第二基板之间的液晶层；
所述第一基板包括：硅基背板及设于所述硅基背板上的辅助层；
所述硅基背板包括阵列排布的多个像素区，所述辅助层包括多个条状的第一挡墙、多个条状的第二挡墙及多个凸起部；
所述多条第一挡墙与多条第二挡墙纵横交错形成多个网格，每一个网格包围一个像素区，且每一个网格内设有至少一个凸起部。
所述辅助层的材料为氧化硅或氮化硅。
所述第一挡墙和第二挡墙的高度为1～8μm。
每一个像素区均包括第一衬底、设于所述第一衬底朝向第二基板一侧的 CMOS电路以及设于所述CMOS电路上的与所述CMOS电路电性连接的第一电极。
所述第一电极为反射电极。
所述凸起部的高度小于所述第一挡墙和第二挡墙的高度。
所述第二基板包括第二衬底及设于所述第二衬底靠近所述第一基板一侧的第二电极。
所述第二衬底为透明衬底，所述第二电极为透明电极。
本发明还提供一种波长选择开关，包括上述的硅基液晶空间光调制器。
本发明的有益效果：本发明提供一种硅基液晶空间光调制器，包括：第一基板、与所述第一基板相对间隔设置的第二基板以及设于所述第一基板与第二基板之间的液晶层；所述第一基板包括：硅基背板及设于所述硅基背板上的辅助层；所述硅基背板包括阵列排布的多个像素区，所述辅助层包括多个条状的第一挡墙、多个条状的第二挡墙及多个凸起部；所述多条第一挡墙与多条第二挡墙纵横交错形成多个网格，每一个网格包围一个像素区，且每一个网格内设有至少一个凸起部；通过在每一个像素区内形成凸起部，能够在各个像素区中形成多畴，加快液晶响应速度，提升硅基液晶空间光调制器的对比度，降低边缘场效应。本发明还提供一种波长选择开关，能够改善波长选择开关的工作性能。
附图说明
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图中，
图1为本发明的硅基液晶空间光调制器的剖面图；
图2为本发明的硅基液晶空间光调制器的第一实施例的第一基板的俯视图；
图3为本发明的硅基液晶空间光调制器的第二实施例的第一基板的俯视图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1并结合图2或图3，本发明提供一种硅基液晶空间光调制器，包括：第一基板10、与所述第一基板10相对间隔设置的第二基板20以及设于所述第一基板10与第二基板20之间的液晶层30；
所述第一基板10包括：硅基背板11及设于所述硅基背板11上的辅助层12；
所述硅基背板11包括阵列排布的多个像素区111，所述辅助层12包括多个条状的第一挡墙121、多个条状的第二挡墙122及多个凸起部123；
所述多条第一挡墙121与多条第二挡墙122纵横交错形成多个网格124，每一个网格124包围一个像素区111，且每一个网格124内设有至少一个凸起部123。
其中，所述第一挡墙121和第二挡墙122的高度可根据需要进行调节。
具体地，在本发明的一些实施例中，所述第二基板20靠近所述第一基板10 的一侧表面与所述第一挡墙121和第二挡墙122接触，并利用第一挡墙121与第二挡墙122增强对第二基板20的支撑，提升液晶的性能均匀性，并降低各个像素区111之间的干扰。
具体地，在本发明的另一些实施例中，所述第二基板20靠近所述第一基板 10的一侧表面也可以与所述第一挡墙121和第二挡墙122不接触，仅作为分隔像素区111的挡墙使用，降低各个像素区111之间的干扰。
具体地，所述液晶层30中的液晶分子的具体配向方式可根据实际需要进行选择，如选择垂直配向型(Vertical Alignment，VA)或扭曲向列型(Twisted Nematic，TN)。
具体地，所述辅助层12的材料为氧化硅(SiO2)或氮化硅(Si3N4)。
其中，所述辅助层12可通过如下方式制作，首先，在所述硅基背板11上沉积一层介电材料薄膜(氧化硅或氮化硅)，接着通过黄光制程对所述介电材料薄膜进行图案化，形成所述辅助层12。
具体地，所述第一挡墙121和第二挡墙122的高度为1～8μm。
具体地，所述每一个网格124(即每一个像素区111)中设置的凸起部123 的形状、数量及位置可根据需要进行选择，如图2所示，每一个网格124内设有一个凸起部123，所述凸起部123位于网格124的中央，如图3所示，每一个网格 124内设有三个凸起部123，三个凸起部123沿网格124的中轴线平行间隔排列，在其他实施例中，每一个网格124内设置可以十个凸起部123，十个凸起部123 沿网格124的中轴线平行间隔排列。
进一步地，在本发明的其他实施例中，所述凸起部123还可以位于网格124 的边缘，例如，在本发明的一些实施例中，所述凸起部123的数量为4个，所述 4个凸起部123分别位于网格124的四周边缘。
如图2至图3所示，所述凸起部123均为勾形，但这并非对于本发明的限制，在本发明的其他实施例中，所述凸起部123还可以为其他形状，这些均可以根据实际需要进行选择。
具体地，每一个像素区111均包括第一衬底51、设于所述第一衬底51朝向第二基板20一侧的互补型金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)电路52以及设于所述CMOS电路52上的与所述CMOS 电路52电性连接的第一电极53。
具体地，所述第一电极53为反射电极，优选地，所述第一电极53的材料为铝及铜中的一种或二者的组合。
具体地，所述凸起部123的高度小于所述第一挡墙121和第二挡墙122的高度。
需要说明的是，通过每一个像素区111中设置凸起部123，使得每一个像素区111被划分为多个畴(Domain)，每一个畴的中的液晶分子形成不同的倾倒方向，同时凸起部123对液晶分子具有推拉效应，能够使得液晶分子快速倾斜到特定方向，还能够提升硅基液晶空间光调制器的对比度，减少边缘场效应，改善产品品质。
具体地，所述第二基板20包括第二衬底21及设于所述第二衬底21靠近所述第一基板10一侧的第二电极22。
具体地，所述第二衬底21为透明衬底，所述第二电极22为透明电极。
优选地，所述第二衬底21为玻璃衬底，所述第二电极22的材料为氧化铟锡。
具体地，所述硅基液晶空间光调制器为小像素硅基液晶空间光调制器 (SmallPixel LCoS WSS)，所述硅基液晶空间光调制器中的像素区111的尺寸可小于8μm，例如，在0.5英寸，1080P的硅基液晶空间光调制器中，像素区111 的尺寸为6.4～6.5μm，在0.7英寸，4K2K的硅基液晶空间光调制器中，像素区 111的尺寸为3.7～3.8μm。
本发明还提供一种波长选择开关，包括上述的硅基液晶空间光调制器，所述硅基液晶空间光调制器能够增加波长选择开关的端口数量，提升液晶响应速度，改善因液晶响应迟滞而导致的产品问题，提升产品稳定性。
综上所述，本发明提供一种硅基液晶空间光调制器，包括：第一基板、与所述第一基板相对间隔设置的第二基板以及设于所述第一基板与第二基板之间的液晶层；所述第一基板包括：硅基背板及设于所述硅基背板上的辅助层；所述硅基背板包括阵列排布的多个像素区，所述辅助层包括多个条状的第一挡墙、多个条状的第二挡墙及多个凸起部；所述多条第一挡墙与多条第二挡墙纵横交错形成多个网格，每一个网格包围一个像素区，且每一个网格内设有至少一个凸起部；通过在每一个像素区内形成凸起部，能够在各个像素区中形成多畴，加快液晶响应速度，提升硅基液晶空间光调制器的对比度，降低边缘场效应。本发明还提供一种波长选择开关，能够改善波长选择开关的工作性能。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种硅基液晶空间光调制器，其特征在于，包括：第一基板(10)、与所述第一基板(10)相对间隔设置的第二基板(20)以及设于所述第一基板(10)与第二基板(20)之间的液晶层(30)；
所述第一基板(10)包括：硅基背板(11)及设于所述硅基背板(11)上的辅助层(12)；
所述硅基背板(11)包括阵列排布的多个像素区(111)，所述辅助层(12)包括多个条状的第一挡墙(121)、多个条状的第二挡墙(122)及多个凸起部(123)；
所述多条第一挡墙(121)与多条第二挡墙(122)纵横交错形成多个网格(124)，每一个网格(124)包围一个像素区(111)，且每一个网格(124)内设有至少一个凸起部(123)。
2.如权利要求1所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，所述辅助层(12)的材料为氧化硅或氮化硅。
3.如权利要求1所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，所述第一挡墙(121)和第二挡墙(122)的高度为1～8μm。
4.如权利要求1所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，每一个像素区(111)均包括第一衬底(51)、设于所述第一衬底(51)朝向第二基板(20)一侧的CMOS电路(52)以及设于所述CMOS电路(52)上的与所述CMOS电路(52)电性连接的第一电极(53)。
5.如权利要求4所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，所述第一电极(53)为反射电极。
6.如权利要求1所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，所述凸起部(123)的高度小于所述第一挡墙(121)和第二挡墙(122)的高度。
7.如权利要求1所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，所述第二基板(20)包括第二衬底(21)及设于所述第二衬底(21)靠近所述第一基板(10)一侧的第二电极(22)。
8.如权利要求7所述的硅基液晶空间光调制器，其特征在于，所述第二衬底(21)为透明衬底，所述第二电极(22)为透明电极。
9.一种波长选择开关，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的硅基液晶空间光调制器。
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