专利名称：采用晶态硅薄膜阻光层的液晶光阀及其制造方法
技术领域：
本发明属于空间光调制器，具体涉及液晶光阀。
液晶光阀可应用于高分辨大屏幕投影显示和光学数据处理等。1977年4月16日Boswell等人公布了美国专利4019807，这个专利的液晶光阀器件采用硫化镉光导层，碲化镉阻光层，而且该阻光层和光导层形成异质结。二氟化镁/硫化锌多层膜形成介质反射镜。因为硫化镉较大的带隙(2.4eV)导致了低的时间响应，另外窄的波长响应区导致低的白光灵敏度。1989年1月24日Sterling公布了美国专利4799773，此液晶光阀采用非晶态硅薄膜光导层，碲化镉阻光层，二氧化硅/二氧化钛多层膜作为介质反射镜。它虽然具有高速响应和高的白光灵敏度，但是它需要一个附加层结合碲化镉阻光层与非晶态硅薄膜光导层，因为碲化镉直接沉积在非晶态硅薄膜光导层上粘附性不好。制备这个附加层需专用沉积系统和复杂处理步骤，另外还需要隔离光导层和阻光层沉积系统，再有碲化镉较厚，影响了液晶光阀性能的提高。1992年1月28日Slobodin公布了美国专利5084777，它采用非晶态硅薄膜作为光导层，非晶硅锗合金或锡合金作为阻光层。虽然它具有薄的阻光层且易沉积，并有较大的动态范围和高的光吸收率，但是仍然存在晶格匹配，各膜层间阻抗匹配问题。
本发明的目的是提供一种采用晶态硅薄膜阻光层的液晶光阀及其制造方法，它能使阻光层直接和有效的与光导层相结合，具有易沉积、各膜层之间阻抗容易匹配和避免晶格失配等优点。
附图为本发明结构方案示意图。
这种液晶光阀的结构方案参照
如下由基片玻璃1和11之间镀上多层光学薄膜并注入液晶组成。低压交变电源12通过开关接到ITO透明导电膜2和10上。其特点是采用晶态硅薄膜作为阻光层8，该阻光层与非晶态硅薄膜光导层9结合形成异质结。光导层9起着一个摄像和控制液晶层电压的作用。介质反射镜7被做成能反射任何可见光谱的高反膜，从而可将光束13和14分开，互不干扰。阻光层8阻止剩余读出光进入光导层9。与液晶层5接触的是液晶分子定向膜3和6。器件采用向列型液晶，它被保持在由定向膜3和6以及衬垫4a和4b所限定的空隙里。光导层9响应输入的光图像，然后在液晶层上形成相应的电压潜像最后经该液晶层调制可重现输入图像的强度和灰度等。本发明的反射式液晶光阀采用混合场效应模式，即液晶的扭曲旋光效应和光学双折射效应之混合。
我们对非晶硅液晶光阀进行了详细的研究，认为阻光层和介质镜的阻抗应大大小于液晶材料和光导层材料的阻抗，这样驱动电压主要加在光导层和液晶层上。阻光层应满足高的光吸收率，低的光敏性和高的平面方块电阻率。高的光吸收率可降低阻光层厚度，使各膜层阻抗易匹配，器件有一个大的动态范围。低的光敏性保证了阻光层受光照前后阻抗变化不影响驱动电压在光导层和液晶层间的变化。平面方块电阻率与分辨率成正比关系，越高的平面方块电阻率将得到越好的分辨率。
阻光层和光导层结合应构成好的导质结，并具有优良的结效应，使得液晶光阀的各层间阻抗容易匹配，从而可提高使用频率，在更大范围内改善液晶光阀的分辨率、对比度等性能。
这种液晶光阀的制造方法非晶态硅薄膜光导层9和晶态硅薄膜阻光层8采用辉光放电等离子体化学气相沉积的方法在同一反应室内制备。非晶态硅薄膜沉积于镀有ITO透明导电膜的玻璃基板上，然后改变反应参数接着沉积晶态硅薄膜，与非晶态硅薄膜构成异质结。阻光层8形成后，镀上二氧化硅/二氧化钛高反膜7(或采用二氟化镁/硫化锌介质反射镜)，然后镀上一层二氧化硅作为介质保护膜。定向膜3和6可采用聚酰亚胺的有机定向膜。二定向膜交角方向为45°，液晶型号为BDH-E44。再复上另一已镀上ITO透明导电膜的基板，即得到反射型液晶光阀。
本发明涉及的晶态硅薄膜阻光层采用辉光放电等离子体化学气相沉积，其制备条件为SiH4/(H2+SiH4)为0.1～1.5%;反应室压力为50～100Pa;射频功率为25～80W;衬底温度为300～400℃;掺入浓度B2H6/SiH4或PH3/SiH4为0～10-3。非晶态硅薄膜光导层的典型制备条件为SiH4/(H2+SiH4)为10%;反应室压力为75Pa;射频功率为25W;衬底温度为300℃。晶态硅薄膜中晶体的体积含量大于50%，非晶态硅薄膜中晶体的体积含量小于5%。晶态硅薄膜的暗电导率为10-5～10-8(Ω·cm)-1，光电导率为10-5～10-6(Ω·cm)-1，光学能隙为1.20～1.60eV。非晶态硅薄膜典型的暗电导率为2.46×10-10(Ω·cm)-1，光电导率为3.65×10-5(Ω·cm)-1，光学能隙为1.75eV。晶态硅/非晶态硅异质结的光吸收系数在可见光范围为104～105cm-1，优于单层非晶态硅薄膜，在近红外区域远大于非晶态硅薄膜。晶态硅/非晶态硅异质结的I-V特性正反向电流之比在电压大于1伏区域为三至五个数量级。该异质结的内建电场为0.1～0.4V。
采用晶态硅薄膜作为液晶光阀的阻光层的优点有容易沉积，可与非晶态硅薄膜光导层在同一反应室内连续沉积。晶态硅薄膜与非晶态硅膜结合没有晶格失配，从而可保证光导层和阻光层直接的良好的结合，提高器件的机械和光电性能。晶态硅薄膜与非晶态硅薄膜构成异质结具有好的结效应，使得液晶光阀的各层间阻抗容易匹配，尤其是在高频电压时，电容在阻抗中起主导作用，从而在更大范围内改善液晶光阀的分辨率、对比度等性能。晶态硅薄膜还可方便地通过改变沉积参数或微量掺杂(如P和B)等以改变电学和光学性能(如光学能隙，费米能级位置和阻抗等)，因此满足了液晶光阀对阻光层材料的要求。
权利要求
1.一种液晶光阀，由基片玻璃(1)和(11)之间镀上多层光学薄膜并注入液晶构成，其特征是采用晶态硅薄膜作为阻光层(8)，而且该阻光层与非晶态硅薄膜光导层(9)结合形成异质结；晶态硅薄膜中晶体的体积含量为95%～50%，并掺入微量磷(P)或硼(B)，掺入浓度为B2H6/SiH4或PH3/SiH4为0～10-3；晶态硅薄膜的暗电导率为10-5～10-8(Ω·cm)-1，光电导率为10-5～10-6(Ω·cm)-1，光学能隙为1.20～1.60eV，可见光的光吸收系数大于104cm-1；晶态硅/非晶态硅异质结的I-V特性正反向电流之比在电压大于1.0V区域为103～105，该异质结的内建电场为0.1～0.4V。
2.一种液晶光阀的制造方法，其特征是非晶态硅薄膜光导层(9)和晶态硅薄膜阻光层(8)采用辉光放电等离子体化学气相沉积法在同一反应室内制备，先将非晶态硅薄膜沉积于镀有ITO透明导电膜的玻璃基板上，其曲型条件为SiH4/(H2+SiH4)为10%;反应室压力为75Pa;射频功率为25W;衬底温度为300℃;接着沉积晶态硅薄膜，与非晶态硅薄膜构成异质结，晶态硅薄膜的沉积条件为SiH4/(H2+SiH4)为0.1～1.5%;反应室压力为50～100Pa;射频功率为25～80W，衬度温度为300～400℃;晶态硅薄膜阻光层(8)形成后，镀上二氧化硅/二氧化钛高反膜(7)(或采用二氟化镁/硫化锌介质反射镜)，然后镀上一层二氧化硅作为介质保护膜，定向膜(3)和(6)采用聚酰亚胺有机定向膜，二定向膜交角方向为45°，液晶型号取BDH-E44，复上另一已镀上ITO透明导电膜的基板，即得到反射型液晶光阀。
全文摘要
一种液晶光阀，其特点是采用晶态硅薄膜作为阻光层(8)，解决了晶格失配问题。而且该阻光层与非晶态硅薄膜光导层(9)形成异质结，从而在更大范围内改善了液晶光阀的分辨率、对比度等性能。一种液晶光阀的制造方法，其特征是非晶硅薄膜光导层(9)和晶态硅薄膜阻光层(8)采用辉光放电等离子体化学气相沉积法在同一反应室内制备，从而可保证获得良好的异质结。因此，可获得性能优良的液晶光阀。
文档编号G02F1/135GK1083935SQ9311673
公开日1994年3月16日 申请日期1993年8月23日 优先权日1993年8月23日
发明者韩高荣, 韩伟强, 杜丕一, 丁子上 申请人:浙江大学