CN1158429A

CN1158429A - 大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀

Info

Publication number: CN1158429A
Application number: CN 96121295
Authority: CN
Inventors: 杜丕一; 韩高荣; 寿瑾珲
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1996-12-19
Publication date: 1997-09-03

Abstract

本发明公开了一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，它依次包括光学玻璃，透明导电膜，定向层，液晶层，定向层，介质反射镜，阻光层，控制基板。介质反射镜为SiO₂/TiO₂多层高反射膜或ZnS/MgF₂多层高反射膜，阻光层是一种以非晶硅或SiCx或SiNx为基质材料以对光敏感的硅或锗作为纳米晶粒材料复合制成的薄膜或是以CdTe制成的薄膜。本发明解决了强光下工作对控制元件的影响，膜层结合牢固，使用寿命长。

Description

大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀

本发明涉及一种空间光调制器，尤其涉及一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀。

与本发明有关的空间光调制器，主要包括用光导层作光敏材料并在反射模式下工作的光选址空间光调制器；以TFT作为基本控制单元的有源矩阵选址反射模式空间光调制器。对第一类光阀，Boswell等，首先于1977年4月16日申请专利(U.S.Pat.4019807)，这种光阀以硫化镉作光导层，碲化镉为阻光层及MgF₂/ZnS为介质反射层。随后于1989年1月24日由Sterling申请了专利(U.S.Pat.4799773)提出了新一代以a-Si：H为光敏层CdTe作阻光层，SiO₂/TiO₂为多层介质镜的反射式液晶光阀，至1992年1月22日，由Slobdin申请专利(U.S.Pat.5084777)，提出了用a-SiGe：H作光阀的阻光层，解决了阻光层与a-Si：H光导层的结合问题。1993年由我们直接申请了采用过渡改性结构非晶硅作光敏层的反射式液晶光阀专利(China Pat：ZL93108193.9)和以晶态薄膜作为阻光层的反射式液晶光阀专利(China Pat：ZL93116734.5)，更进一步改善了光选址反射式液晶光阀的性能。总的来看这类光阀至今已发展得比较成熟。对于第二类光阀，其反射模式多数用于弱光条件，报道有直接在背电极上镀高反射的铝等材料进行反射。

考虑到在大屏幕投影器件中，第一类光选址光阀，虽然制备方便，但由于它的成象调制靠其它光信号写入，系统体积大，又消耗能源且最终的信号取自光导层传递来的信号，受光阀结构及现行传递模式的限制，很难进一步提高对比度；面对第二类直接可由电路选址的光阀，虽然做成的系统体积小，又易于写入信号的直接控制，且由于近年来TFT制备技术的完善，性能也进一步提高，但由于这类光阀，特别象对由有源矩阵驱动的(如TFT-LCD)光阀，其TFT本身对光照比较敏感、性能受光影响较严重，尤其是在大屏幕投影时的强光照射下，这种影响就更大，因而有必要对这类光阀进行更多的研究。

本发明的目的是提供一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀。

为了达到上述目的，本发明采取下列措施。

大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，它依次包括光学玻璃，透明导电膜，定向层，液晶层，定向层，控制基板，特征是所说的定向层与控制基板之间设有介质反射镜。

另一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，它依次包括光学玻璃，透明带状电极，定向层，液晶层，定向层，透明带状电极，基板，特征是所说的定向层与透明带状电极之间设有介质反射镜。

本发明与已有技术相比较具有显著效果：

1.复合纳米晶粒薄膜阻光层光吸收效率高，完全吸收了透过介质镜的部分光(尽管透过部分甚至小于0.1％，但当大屏幕投影的光强高达数十万Lx时，这部分光将无法忽略)，很好地解决了强光下工作对控制元件的影响。

2.由于这种薄膜中大量的与膜厚尺度相当的晶粒的存在，可控制高的吸收率和电导率，而横向则更趋于绝缘体，这既克服了由于驱动信号在薄膜厚度方向过多地产生压降而降低效率，又防止了在某些结构中引起横向电荷扩散而使分辨率下降。

3.考虑了液晶光阀在TFT表面若整个覆盖有钝化层，如氮化硅时，而阻光层本身则是由Si、N、C等复合成的薄膜，因而，阻光层的晶格结构与氮化硅等匹配较好，膜层结合牢固，使用耐久性好。

4.考虑到利用Si、N、C等复合薄膜制成的阻光层材料的晶格结构，这时可选用SiO₂/TiO₂硬膜多层介质镜反射层，两者匹配好，结合力强，使用寿命长。

下面结合附图作详细说明。

图1是有源矩阵大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀结构示意图。

图2是无源矩阵大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀结构示意图。

大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，它依次包括光学玻璃(9)，透明导电膜(8)，定向层(7)，液晶层(6)，定向层(5)，控制基板(1)(2)，特征是定向层(5)与控制基板(1)(2)之间设有介质反射镜(4)。介质反射镜与控制基板(1)(2)之间设有复合纳米晶体硅阻光层或CdTe阻光层(3)。

另一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，它依次包括光学玻璃(20)，透明带状电极(19)，定向层(18)，液晶层(17)，定向层(16)，透明带状电极(13)，基板(12)，特征是定向层(16)与透明带状电极(13)之间设有介质反射镜(5)。介质反射镜(5)与透明带状电极(13)之间设有复合纳米晶体硅阻光层或CdTe阻光层(14)。

上述介质反射镜为SiO₂/TiO₂多层高反射膜，或ZnS/MgF₂多层高反射膜。复合纳米晶体硅阻光层是一种以非晶硅或SiCx或SiNx为基质材料，以对光敏感的硅或锗作为纳米晶粒材料复合制成或以CdTe晶体直接制成的薄膜。复合晶体硅阻光层薄膜的光学能隙小于1.6eV晶体含量在10～40％，晶粒尺寸在40～500nm，可见光吸收系数在10^-4～10^-5cm^-1。阻光层薄膜厚度与薄膜内的晶粒尺度相当。

本发明的工作原理为：

光阀的图象信号由矩阵控制提供(控制电路与已有技术同)，由矩阵提供一图象信号后在液晶层两侧相当于施加了一与图象信号对应的电压，即每一象素点上的电压大小在一定条件下与图象信号的强弱相对应，相当于在液晶层两侧施加了一个以电压表示的潜象，在某一定向条件下(定向层为5和7或16和18)，液晶层可以有这样一种性能，即液晶层上所加电压不同，透过该液晶层的偏振光的偏振方向也随之改变。这时，入射光透过保留有电压潜象的液晶层，并经介质反射层4或15反射后，得到的反射光各点的偏振角度也将由于液晶层6或17上各点电压不同而不同，也即这时反射光中实际上保留了一幅以各点反射光的偏振角不同所表示的与矩阵控制信号提供的信号相对应的潜象，让这一反射光通过适当检偏系统，就可得到一幅以各点光强不同所表示的对应图象。

在这种液晶光阀中，入射强光与控制矩阵之间的光隔离主要靠反射层4，一般可达99.9％以上，但当大屏幕投影用光阀的光强高达几十万Lx时，若考虑透过0.1％，则透过光强也可达几百Lx，这就足以对受光照比较敏感的TFT器件产生影响，使图象质量下降，所以，为了保证光阀正常工作，这时可采用一种复合纳米晶体硅薄膜阻光层或CdTe阻光层，吸收漏过光。

在这种液晶光阀的复合纳米晶体硅薄膜阻光层中，由于控制了大量的复相晶粒存在，且通过控制在晶粒中适当的掺杂，并控制晶粒尺度与膜厚相当，因而在薄膜的法向表现出吸光效率很高的晶体特性；而在薄膜的横向，由于大量晶界及不导电的介质相存在，使其表现出高阻特性。所以这种阻光层具有高吸光效率，且甚至在与TFT接触时也不易造成分辨率及TFT控制特性的下降。同时考虑到阻光层与相邻膜层的结合牢度，控制选用以Si、N、C等为基板材料形成的复合纳米晶体硅薄膜，解决了与相邻膜层的结构匹配问题。

本发明涉及的大屏幕投影用复合纳米晶体硅阻光层反射模式电选址液晶光阀的制备过程如下：

将按传统TFT制备技术制备的控制基板(1)(2))或将在光学玻璃上镀有ITO条状电极的基板12+13，放在PECVD薄膜沉积设备中，利用等离子辉光放电镀膜技术沉积上复合纳米晶体硅阻光层膜。首先将所述基板(1)(2)或(12)(13)的温度控制在250～400℃范围，利用含硅烷浓度为10～50％的氮——硅烷混合气体或利用硅烷浓度为15～80％的乙烯—硅烷混合气体作为主气源，掺入P/Si或B/Si原子比为0～8×10^-5的磷烷或硼烷，控制流量在30～100Sccm，真空室压力为0.1～1τ，功率密度在0.4～1.5W/cm²，沉积时间1～4h，便可得到光学带隙在小于1.6eV，晶体含量在10～40％，尺寸在40～500nm，薄膜横向电阻率达10¹⁰Ωcm，光吸收系数在10-4～10^-5/cm厚度在0.2～1μm范围的复合纳米晶体硅(锗)薄膜阻光层。

完成所述阻光层3或14的制备后，接着在其表面蒸镀高反射介质镜(反射层)4或15，这种多层膜介质镜是用一种高折射率和一种低折射率材料交替镀制，本发明中选用与相邻膜结合性能优越的SiO₂/TiO₂或选用ZnS/MgF₂交替蒸镀。所述介质镜的详细制备方法与控制条件在传统光学薄膜技术中已有描述。

最后分别在介质反射镜(4)或(15)的表面和镀有相应ITO的玻璃基板(9)(8)或(20)(19)的表面，利用聚酰亚铵溶液按传统技术涂一层均匀薄膜制成定向层(5)(7)或(16)(18)，并在这二个定向层间封装液晶(6)或(17)，便可制成大屏幕投影用复合纳米晶体硅阻光层反射模式电选址液晶光阀。

Claims

1.一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，它依次包括光学玻璃(9)，透明导电膜(8)，定向层(7)，液晶层(6)，定向层(5)，控制基板(1)(2)，其特征在于所说的定向层(5)与控制基板(1)(2)之间设有介质反射镜(4)

2.根据权利要求1所述的一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，其特征在于所说的介质反射镜与控制基板(1)(2)之间设有复合纳米晶体硅阻光层或CdTe阻光层(3)。

3.一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，它依次包括光学玻璃(20)，透明带状电极(19)，定向层(18)，液晶层(17)，定向层(16)，透明带状电极(13)，基板(12)，其特征在于在所说的定向层(16)与透明带状电极(13)之间设有介质反射镜(5)。

4.根据权利要求3所述的一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，其特征在于所说的介质反射镜(5)与透明带状电极(13)之间设有复合纳米晶体硅阻光层或CdTe阻光层(14)。

5.根据权利要求1或2所述的一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，其特征在于所说的介质反射镜为SiO₂/TiO₂多层高反射膜，或ZnS/MgF₂多层高反射膜。

6.根据权利要求3或4所述的一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，其特征在于所说的介质反射镜为SiO₂/TiO₂多层高反射膜，或ZnS/MgF₂多层高反射膜。

7.根据权利要求2或4所述的一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，其特征在于所说的复合纳米晶体硅阻光层是一种以非晶硅或SiCx或SiNx为基质材料，以对光敏感的硅或锗作为纳米晶粒材料复合制成。

8.根据权利要求2或4所述的一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，其特征在于所说复合晶体硅阻光层薄膜的光学能隙小于1.6eV，晶体含量在10～40％，晶粒尺寸在40～500nm，可见光吸收系数在10^-4～10^-5cm^-1。

9.根据权利要求2或4所述的一种大屏幕投影用电选址反射型液晶光阀，其特征在于所说的复合晶体硅阻光层薄膜厚度与薄膜内的晶粒尺度相当。