CN2751320Y - 一种液晶光阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种液晶光阀。所述的液晶光阀由第一玻璃基板，第一透明导电膜，由酞菁铜层和硫化镉层间隔组成的多层复合膜光敏层、阻光层，介质反射层，第一液晶定向层、液晶层、第二液晶定向层、第二透明导电膜和第二玻璃基板依次组合而成。具有大的截面与平面光电导差异、较大截面光暗电导比，宽的响应光谱，使其可以得到高的分辨率，较大的对比度及较宽的写入光响应光谱。

Description

一种液晶光阀

技术领域

本实用新型属于光选址空间光调制器，特别地，涉及一种采用由酞菁铜层和硫化镉层间隔组成的(CuPc/CdS)多层复合膜作为光敏层的液晶光阀。

背景技术

对于液晶光阀，按其工作方式可分为反射式和透射式两种，本实用新型属于反射式液晶光阀。液晶光阀的分辨率是其性能的重要指标，而光敏层是决定液晶光阀分辨率的关键部分。下面从理论上分析光敏层对液晶光阀器件的分辨率的影响。液晶光阀的光敏层在写入光的照射下，由于各区域的光照强度不同，使得光敏层各象区产生的光生载流子浓度会有差别，由此引起载流子浓度梯度导致了载流子在平面方向上的扩散。当液晶光阀处于工作状态时，其光敏层的两侧加有一定电压，因此在垂直于光敏层的方向(纵向)上，载流子既会发生漂移也会产生扩散，在平行于光敏层的方向(横向)上，则主要是扩散运动。影响光敏层分辨率的主要因素就是载流子的横向扩散，在垂直电场方向上的横向扩散使象元面积的增大，从而导致相邻象元必须间距更大才能避免相互之间的干扰，从而造成液晶光阀分辨率的下降。

根据半导体物理知识可知，光生载流子在半导体中的扩散半径L可表示为：

$L=\sqrt{\mathrm{D\τ}}---\left(1\right)$

其中D为扩散系数，τ为载流子寿命。由爱因斯坦关系式：

        D＝kTμ/q                       (2)

式中μ为载流子迁移率。将式(2)代如式(1)得到光生载流子(电子或空穴)在光敏层中的扩散长度为：

$L=\sqrt{\mathrm{kT\μ\τ}/q}---\left(3\right)$

载流子在光敏层中同时存在纵向的漂移运动(由于纵向的漂移速度远大于扩散速度，所以忽略了纵向的扩散运动)和横向的扩散运动。从式(3)可以看出，横向的扩散长度与载流子寿命密切相关。这里就分两种情况讨论载流子在光敏层中的扩散长度：1)当载流子寿命τ大于或等于载流子沿电场从光敏层一侧漂移到另一侧的时间t时，漂移时间t为：

       t＝d/v＝d/Eμ_T＝d²/V_Pμ_T                     (4)

其中d为光敏层厚度，v为载流子漂移速度，E为光敏层电场强度，V_P为光敏层两侧所加电压，μ_T为载流子纵向迁移率。扩散长度就可以由式(4)代入式(3)得到：

$L=d\sqrt{\mathrm{kT}{\mathrm{\μ}}_L/q{V}_p{\mathrm{\μ}}_T}---\left(5\right)$

式中μ_L为载流子横向迁移率。2)当载流子寿命小于载流子沿电场从光敏层一侧漂移到另一侧的时间t时。此时载流子寿命可以由纵向的漂移距离S计算得：

       τ＝S/v＝S/Eμ_T＝S·d/μ_TV_P                 (6)

将式(6)代入式(3)可以求得此时的扩散长度：

$L=\sqrt{{\mathrm{kTSd\μ}}_L/q{V}_p{\mathrm{\μ}}_T}---\left(7\right)$

从式(5)和(7)可以看出，两种情况下，载流子的横向扩散距离L都与(μ_L/μ_T)^1/2成正比关系。从式中可以看出光生载流子的横向迁移率μ_L与纵向迁移率μ_T比值越大，载流子的横向扩散长度就越大，从而导致象元面积增大，液晶光阀的分辨率就越低。所以获得较小的横向载流子迁移率μ_L是实现高分辨率液晶光阀的有效途径。由半导体物理知识可得，电导率σ与载流子迁移率μ、载流子浓度n的关系式为：

           σ＝qμn                                  (8)

其中q为载流子电荷的数值。对于光敏层来说，横向与纵向的载流子浓度相同，光敏层的纵横向电导率的比值正比于纵横向迁移率的比值。从而可以得到载流子横向扩散长度L与纵横向电导率比值的关系：

         L∝(μ_L/μ_T)^1/2∝(σ_L/σ_T)^1/2               (9)

从式(9)中可以得出，横纵向电导率比值(σ_L/σ_T)越小，载流子横向扩散长度就越小。因而制备出纵横向光电导率差别越大的光敏层将大大越高液晶光阀的分辨率。

一般用作液晶光阀光敏层的光电半导体材料，如α-Si:H、CdS等，其光电导过程在纵横向不会存在差异，因而不具备光电导的各向异性，很难实现高分辨液晶光阀光敏层的要求。本实用新型液晶光阀采用的由酞菁铜层和硫化镉层间隔组成的CuPc/CdS多层复合膜光敏层的光电导在截面与平面方向上存在很大差别，将能较大的提高光阀的分辨率，满足高分辨液晶光阀的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种采用由酞菁铜层和硫化镉层间隔组成的多层复合膜作光敏层的液晶光阀，提高液晶光阀光敏层分辨率、光敏性及拓宽其响应光谱。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种液晶光阀，由第一玻璃基板1，第一透明导电膜2，光敏层3、阻光层4，介质反射层5，第一液晶定向层6、液晶层7、第二液晶定向层8、第二透明导电膜9和第二玻璃基板10依次组合而成，其特征在于，光敏层3为由酞菁铜层和硫化镉层间隔组成的多层复合膜。

本实用新型具有以下的技术效果：

1.采用CuPc/CdS多层复合膜作为光敏层，平面和截面的光电导存在较大的差异，具有大的吸收系数和宽的响应光谱。提高了液晶光阀的分辨率、光敏感度和应用范围。较大的截面光暗电导比使得液晶光阀具有较大的对比度。

2.由于CuPc/CdS多层复合膜光敏层最外层为CdS膜层与阻光层具有良好的晶格匹配，解决了光敏层与阻光层的脱落问题。提高了光阀的寿命和分辨率。

3.ITO膜层、光敏层、阻光层及介质反射层在同一沉积系统中制备，简化了制备过程，提高了光阀的整体性能。

光敏层本身较大的平面与截面光电导差异，大的截面光暗电导比，使其具有较高的分辨率和较大的对比度。光敏层与阻光层具有良好的匹配，不会出现脱落的问题，ITO膜、光敏层、阻光层及介质反射层在同一沉积系统中制备，简化了制备过程，使光阀性能得以改善。

附图简介

图1为本实用新型液晶光阀的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本实用新型的具体实施例。

如图1所示，写入光11透过第一玻璃基板1和蒸镀在第一玻璃基板1上的第一透明导电膜(氧化铟锡膜ITO)2，到达采用真空蒸发法制备在第一透明导电膜2上的由酞菁铜层和硫化镉层间隔组成的(CuPc/CdS)多层复合膜光敏层3，在光进入吸收系数较大的阻光层(碲化镉CdTe)4后，结合中间的介质反射层5，隔离了写入光11与读出入射光12，使得写入光11不能照射到液晶层7上影响成像质量。液晶层7两侧分别与第一液晶定向层6和第二液晶定向层8直接接触，其中第一液晶定向层6制备在介质反射层5表面，而第二液晶定向层8制备在读出窗第二玻璃基板10表面蒸镀的第二透明导电膜(氧化铟锡膜ITO)9上。读出入射光12透过第二玻璃基板10、第二透明导电膜9、液晶层7及第一液晶定向层6和第二液晶定向层8经介质反射层5反射后得到读出反射光13。图中14为交变工作电压，其两端分别与第一透明导电膜2和第二透明导电膜9连接。

本实用新型的CuPc/CdS多层复合膜光敏层液晶光阀的工作原理为：

写入光11透过第一玻璃基板1和第一透明导电膜2到达CuPc/CdS多层复合膜光敏层3，写入光的绝大部分将在光敏层3被吸收，由于光敏层3在吸收光时其电阻随照射光强的不同会发生改变，照射光越强，材料的电阻会变得越小，但是由于复合膜光敏层的电阻率很大，某一点的电阻变化对其周围各点电阻的影响较小，所以当写入光11照射到光敏层3上后，该光敏层3上将留下一幅与光信号相对应的以光敏层3各点电阻不同所表征的电阻潜象，当在光阀的两层透明导电膜之间加上一个工作电压14后，这个在光敏层3上以各点不同电阻表征的潜象，将在液晶层7上以各点所加的电压不同而留下一幅与写入光信号相对应的电压图像，在某一定向条件下(定向层为6和8)，液晶层7可以有这样一种特性，即液晶层7上所加电压不同，透过该液晶层7的偏振光的偏振方向也将随之不同，所以这时读出入射光12透过保留有电压潜象的液晶层7，并经介质反射层5反射后，得到的反射光13其各点的偏振角也将由于液晶层7上各点电压不同而不同，也即这时读出反射光13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写入光信号相对应的潜象，只要在反射光13后面加上适当的检偏系统，实际上这时就可得一幅以各点光强不同所表示的与写入信号光图象相对应的图象，液晶光阀正是以这样的原理工作的。

本实用新型涉及的CuPc/CdS多层复合膜光敏层液晶光阀。其光敏层在平面与截面的光电导有较大差异，平面光电导仅为截面光电导的10^-2倍左右，提高了液晶光阀的分辨率。该光敏层具有大的截面光暗电导比，达到10³～10⁴，因而采用该光敏层的液晶光阀具有较大的对比度。该光敏层不仅在600～800nm波长范围内具有高的光吸收率，在400～520nm波长区域也表现出好的光敏性能。光敏层中CdS膜层与阻光层良好的匹配，解决了光敏层与阻光层的脱落问题，提高了光阀的寿命。

本实用新型的CuPc/CdS多层复合膜光敏层液晶光阀的制备过程如下：

将第一玻璃基板1和第二玻璃基板10利用乙醇—乙醚混合液清洗干净，然后在真空镀膜机内将所述基板加热至200～300℃，并通过电子束加热蒸发氧化铟和氧化锡混合料及离子辅助沉积，得到厚度在50～100nm，而电阻为50Ω左右，透过率约为90％的氧化铟锡第—透明导电膜2和第二透明导电膜9；

通过真空热蒸发，在镀有上述氧化铟锡薄膜的基板1上沉积由酞菁铜层和硫化镉层间隔组成的多层复合膜；先将基板1的温度控制在150℃，采用经提纯后的酞菁铜与硫化镉粉末利用电阻加热蒸镀；酞菁铜与硫化镉蒸发源所对应的钽蒸发舟宽度分别为1cm和0.5cm。酞菁铜的加热电流为50A，硫化镉的加热电流为85A；酞菁铜和硫化镉膜层的蒸发速率分别为50/s和8/s；薄膜蒸镀前工作室内的真空度为1.2×10^-3Pa，蒸镀过程中真空度为1.5×10^-3～3×10^-3Pa；制备复合膜光敏层时首先蒸镀酞菁铜膜层，酞菁铜膜层达到所需值后，用挡板挡住蒸发源，关闭蒸发电流，再切换蒸发舟加热电流开关，蒸镀硫化镉膜层，硫化镉膜层达到所需值后，用挡板挡住蒸发源，关闭蒸发电流；然后重复前述的酞菁铜膜层的制备方法，以这样的顺序一层层地交替蒸镀；

完成光敏层制备后，接着在其表面蒸镀碲化镉阻光层4，制备阻光层4时衬底温度也控制在150℃；然后在该蒸镀系统中制备反射层5，反射层5以一种高折射率材料和一种低折射率材料交替镀制。

第一液晶定向层6和第二液晶定向层8是利用聚酰亚铵溶液在反射层5和镀有第二透明导电膜9的基板10表面上分别涂上一层均匀薄膜，经125℃烘烤后，利用丝绒摩擦，并在其表面形成微细沟槽制成；

最后在所述二个液晶定向层6、8之间灌装液晶层7，便可得到由酞菁铜层和硫化镉层间隔组成的多层复合膜光敏层液晶光阀。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种液晶光阀，由第一玻璃基板(1)，第一透明导电膜(2)，光敏层(3)、阻光层(4)，介质反射层(5)，第一液晶定向层(6)、液晶层(7)、第二液晶定向层(8)、第二透明导电膜(9)和第二玻璃基板(10)依次组合而成，其特征在于，光敏层(3)为由酞菁铜层和硫化镉层间隔组成的多层复合膜。

2.根据权利要求1所述的液晶光阀，其特征在于，所述光敏层(3)为由酞菁铜层和硫化镉层间隔组成的6层复合膜，由酞菁铜膜与硫化镉膜交替形成，酞菁铜与硫化镉的膜层厚度均为20nm；截面光暗电导比为10³～10⁴，平面光电导仅为截面光电导的10^-2倍；在400～520nm与600～800nm波长区域都有很好的光敏性；复合膜的暗电阻率为1.04×10¹¹Ω.cm。

3.根据权利要求1所述的液晶光阀，其特征在于，所述透明导电膜(2、9)为氧化铟锡薄膜。

4.根据权利要求1所述的液晶光阀，其特征在于，所述阻光层(4)为碲化镉阻光层。

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