專利名稱：光敏層為酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜的液晶光閥及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光選址空間光調(diào)制器，特別地，涉及一種采用酞菁銅/硫化鎘(CuPc/CdS)多層復(fù)合膜作為光敏層的液晶光閥。
背景技術(shù)：
對(duì)于液晶光閥，按其工作方式可分為反射式和透射式兩種，本發(fā)明屬于反射式液晶光閥。液晶光閥的分辨率是其性能的重要指標(biāo)，而光敏層是決定液晶光閥分辨率的關(guān)鍵部分。下面從理論上分析光敏層對(duì)液晶光閥器件的分辨率的影響。液晶光閥的光敏層在寫(xiě)入光的照射下，由于各區(qū)域的光照強(qiáng)度不同，使得光敏層各象區(qū)產(chǎn)生的光生載流子濃度會(huì)有差別，由此引起載流子濃度梯度導(dǎo)致了載流子在平面方向上的擴(kuò)散。當(dāng)液晶光閥處于工作狀態(tài)時(shí)，其光敏層的兩側(cè)加有一定電壓，因此在垂直于光敏層的方向(縱向)上，載流子既會(huì)發(fā)生漂移也會(huì)產(chǎn)生擴(kuò)散，在平行于光敏層的方向(橫向)上，則主要是擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。影響光敏層分辨率的主要因素就是載流子的橫向擴(kuò)散，在垂直電場(chǎng)方向上的橫向擴(kuò)散使象元面積的增大，從而導(dǎo)致相鄰象元必須間距更大才能避免相互之間的干擾，從而造成液晶光閥分辨率的下降。
根據(jù)半導(dǎo)體物理知識(shí)可知，光生載流子在半導(dǎo)體中的擴(kuò)散半徑L可表示為L(zhǎng)=Dτ----(1)]]>其中D為擴(kuò)散系數(shù)，τ為載流子壽命。由愛(ài)因斯坦關(guān)系式D=kTμ/q----(2)]]>式中μ為載流子遷移率。將式(2)代如式(1)得到光生載流子(電子或空穴)在光敏層中的擴(kuò)散長(zhǎng)度為L(zhǎng)=kTμτ/q----(3)]]>載流子在光敏層中同時(shí)存在縱向的漂移運(yùn)動(dòng)(由于縱向的漂移速度遠(yuǎn)大于擴(kuò)散速度，所以忽略了縱向的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng))和橫向的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。從式(3)可以看出，橫向的擴(kuò)散長(zhǎng)度與載流子壽命密切相關(guān)。這里就分兩種情況討論載流子在光敏層中的擴(kuò)散長(zhǎng)度1)當(dāng)載流子壽命τ大于或等于載流子沿電場(chǎng)從光敏層一側(cè)漂移到另一側(cè)的時(shí)間t時(shí)，漂移時(shí)間t為t=d/v=d/EμT=d2/VpμT----(4)]]>其中d為光敏層厚度，v為載流子漂移速度，E為光敏層電場(chǎng)強(qiáng)度，VP為光敏層兩側(cè)所加電壓，μT為載流子縱向遷移率。擴(kuò)散長(zhǎng)度就可以由式(4)代入式(3)得到L=dkTμL/qVpμT----(5)]]>式中μL為載流子橫向遷移率。2)當(dāng)載流子壽命小于載流子沿電場(chǎng)從光敏層一側(cè)漂移到另一側(cè)的時(shí)間t時(shí)。此時(shí)載流子壽命可以由縱向的漂移距離S計(jì)算得τ=S/v=S/EμT=S·d/μTVp----(6)]]>將式(6)代入式(3)可以求得此時(shí)的擴(kuò)散長(zhǎng)度L=kTSdμL/qVpμT----(7)]]>從式(5)和(7)可以看出，兩種情況下，載流子的橫向擴(kuò)散距離L都與(μL/μT)1/2成正比關(guān)系。從式中可以看出光生載流子的橫向遷移率μL與縱向遷移率μT比值越大，載流子的橫向擴(kuò)散長(zhǎng)度就越大，從而導(dǎo)致象元面積增大，液晶光閥的分辨率就越低。所以獲得較小的橫向載流子遷移率μL是實(shí)現(xiàn)高分辨率液晶光閥的有效途徑。由半導(dǎo)體物理知識(shí)可得，電導(dǎo)率σ與載流子遷移率μ、載流子濃度n的關(guān)系式為σ＝qμn (8)其中q為載流子電荷的數(shù)值。對(duì)于光敏層來(lái)說(shuō)，橫向與縱向的載流子濃度相同，光敏層的縱橫向電導(dǎo)率的比值正比于縱橫向遷移率的比值。從而可以得到載流子橫向擴(kuò)散長(zhǎng)度L與縱橫向電導(dǎo)率比值的關(guān)系L∝(μL/μT)1/2∝(σL/σT)1/2(9)從式(9)中可以得出，橫縱向電導(dǎo)率比值(σL/σT)越小，載流子橫向擴(kuò)散長(zhǎng)度就越小。因而制備出縱橫向光電導(dǎo)率差別越大的光敏層將大大越高液晶光閥的分辨率。
一般用作液晶光閥光敏層的光電半導(dǎo)體材料，如α-Si:H、CdS等，其光電導(dǎo)過(guò)程在縱橫向不會(huì)存在差異，因而不具備光電導(dǎo)的各向異性，很難實(shí)現(xiàn)高分辨液晶光閥光敏層的要求。本發(fā)明液晶光閥采用的酞菁銅/硫化鎘CuPc/CdS多層復(fù)合膜光敏層的光電導(dǎo)在截面與平面方向上存在很大差別，將能較大的提高光閥的分辨率，滿足高分辨液晶光閥的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采用酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜作光敏層的液晶光閥，提高液晶光閥光敏層分辨率、光敏性及拓寬其響應(yīng)光譜。
該發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種液晶光閥，由第一玻璃基板1，第一透明導(dǎo)電膜2，光敏層3、阻光層4，介質(zhì)反射層5，第一液晶定向?qū)?、液晶層7、第二液晶定向?qū)?、第二透明導(dǎo)電膜9和第二玻璃基板10依次組合而成，其特征在于，光敏層3為酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜。
本發(fā)明的目的還在于提供一種采用酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜作光敏層的液晶光閥的制備方法。
該發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的該方法包括以下步驟1)將第一玻璃基板1和第二玻璃基板10利用乙醇-乙醚混合液清洗干凈，然后在真空鍍膜機(jī)內(nèi)將所述基板加熱至200～300℃，并通過(guò)電子束加熱蒸發(fā)氧化銦和氧化錫混合料及離子輔助沉積，得到厚度在50～100nm，而電阻為50Ω左右，透過(guò)率約為90％的氧化銦錫第一透明導(dǎo)電膜2和第二透明導(dǎo)電膜9；2)通過(guò)真空熱蒸發(fā)，在鍍有上述氧化銦錫薄膜的基板1上沉積酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜；先將基板1的溫度控制在150℃，采用經(jīng)提純后的酞菁銅與硫化鎘粉末利用電阻加熱蒸鍍；酞菁銅與硫化鎘蒸發(fā)源所對(duì)應(yīng)的鉭蒸發(fā)舟寬度分別為1cm和0.5cm。酞菁銅的加熱電流為50A，硫化鎘的加熱電流為85A；酞菁銅和硫化鎘膜層的蒸發(fā)速率分別為50/s和8/s；薄膜蒸鍍前工作室內(nèi)的真空度為1.2×10-3Pa，蒸鍍過(guò)程中真空度為1.5×10-3～3×10-3Pa；制備復(fù)合膜光敏層時(shí)首先蒸鍍酞菁銅膜層，酞菁銅膜層達(dá)到所需值后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關(guān)閉蒸發(fā)電流，再切換蒸發(fā)舟加熱電流開(kāi)關(guān)，蒸鍍硫化鎘膜層，硫化鎘膜層達(dá)到所需值后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關(guān)閉蒸發(fā)電流；然后重復(fù)前述的酞菁銅膜層的制備方法，以這樣的順序一層層地交替蒸鍍；3)完成光敏層制備后，接著在其表面蒸鍍碲化鎘阻光層4，制備阻光層4時(shí)襯底溫度也控制在150℃；然后在該蒸鍍系統(tǒng)中制備反射層5，反射層5以一種高折射率材料和一種低折射率材料交替鍍制。
4)第一液晶定向?qū)?和第二液晶定向?qū)?是利用聚酰亞銨溶液在反射層5和鍍有第二透明導(dǎo)電膜9的基板10表面上分別涂上一層均勻薄膜，經(jīng)125℃烘烤后，利用絲絨摩擦，并在其表面形成微細(xì)溝槽制成；5)最后在所述二個(gè)液晶定向?qū)?、8之間灌裝液晶層7，便可得到酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜光敏層液晶光閥。
本發(fā)明具有以下的技術(shù)效果1.采用CuPc/CdS多層復(fù)合膜作為光敏層，平面和截面的光電導(dǎo)存在較大的差異，具有大的吸收系數(shù)和寬的響應(yīng)光譜。提高了液晶光閥的分辨率、光敏感度和應(yīng)用范圍。較大的截面光暗電導(dǎo)比使得液晶光閥具有較大的對(duì)比度。
2.由于CuPc/CdS多層復(fù)合膜光敏層最外層為CdS膜層與阻光層具有良好的晶格匹配，解決了光敏層與阻光層的脫落問(wèn)題。提高了光閥的壽命和分辨率。
3.ITO膜層、光敏層、阻光層及介質(zhì)反射層在同一沉積系統(tǒng)中制備，簡(jiǎn)化了制備過(guò)程，提高了光閥的整體性能。
光敏層本身較大的平面與截面光電導(dǎo)差異，大的截面光暗電導(dǎo)比，使其具有較高的分辨率和較大的對(duì)比度。光敏層與阻光層具有良好的匹配，不會(huì)出現(xiàn)脫落的問(wèn)題，ITO膜、光敏層、阻光層及介質(zhì)反射層在同一沉積系統(tǒng)中制備，簡(jiǎn)化了制備過(guò)程，使光閥性能得以改善。
附圖簡(jiǎn)介

圖1為本發(fā)明液晶光閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
如圖1所示，寫(xiě)入光11透過(guò)第一玻璃基板1和蒸鍍?cè)诘谝徊ＡЩ?上的第一透明導(dǎo)電膜(氧化銦錫膜ITO)2，到達(dá)采用真空蒸發(fā)法制備在第一透明導(dǎo)電膜2上的酞菁銅/硫化鎘(CuPc/CdS)多層復(fù)合膜光敏層3，在光進(jìn)入吸收系數(shù)較大的阻光層(碲化鎘CdTe)4后，結(jié)合中間的介質(zhì)反射層5，隔離了寫(xiě)入光11與讀出入射光12，使得寫(xiě)入光11不能照射到液晶層7上影響成像質(zhì)量。液晶層7兩側(cè)分別與第一液晶定向?qū)?和第二液晶定向?qū)?直接接觸，其中第一液晶定向?qū)?制備在介質(zhì)反射層5表面，而第二液晶定向?qū)?制備在讀出窗第二玻璃基板10表面蒸鍍的第二透明導(dǎo)電膜(氧化銦錫膜ITO)9上。讀出入射光12透過(guò)第二玻璃基板10、第二透明導(dǎo)電膜9、液晶層7及第一液晶定向?qū)?和第二液晶定向?qū)?經(jīng)介質(zhì)反射層5反射后得到讀出反射光13。圖中14為交變工作電壓，其兩端分別與第一透明導(dǎo)電膜2和第二透明導(dǎo)電膜9連接。
本發(fā)明的CuPc/CdS多層復(fù)合膜光敏層液晶光閥的工作原理為寫(xiě)入光11透過(guò)第一玻璃基板1和第一透明導(dǎo)電膜2到達(dá)CuPc/CdS多層復(fù)合膜光敏層3，寫(xiě)入光的絕大部分將在光敏層3被吸收，由于光敏層3在吸收光時(shí)其電阻隨照射光強(qiáng)的不同會(huì)發(fā)生改變，照射光越強(qiáng)，材料的電阻會(huì)變得越小，但是由于復(fù)合膜光敏層的電阻率很大，某一點(diǎn)的電阻變化對(duì)其周圍各點(diǎn)電阻的影響較小，所以當(dāng)寫(xiě)入光11照射到光敏層3上后，該光敏層3上將留下一幅與光信號(hào)相對(duì)應(yīng)的以光敏層3各點(diǎn)電阻不同所表征的電阻潛象，當(dāng)在光閥的兩層透明導(dǎo)電膜之間加上一個(gè)工作電壓14后，這個(gè)在光敏層3上以各點(diǎn)不同電阻表征的潛象，將在液晶層7上以各點(diǎn)所加的電壓不同而留下一幅與寫(xiě)入光信號(hào)相對(duì)應(yīng)的電壓圖像，在某一定向條件下(定向?qū)訛?和8)，液晶層7可以有這樣一種特性，即液晶層7上所加電壓不同，透過(guò)該液晶層7的偏振光的偏振方向也將隨之不同，所以這時(shí)讀出入射光12透過(guò)保留有電壓潛象的液晶層7，并經(jīng)介質(zhì)反射層5反射后，得到的反射光13其各點(diǎn)的偏振角也將由于液晶層7上各點(diǎn)電壓不同而不同，也即這時(shí)讀出反射光13中實(shí)際上保留了一幅以各點(diǎn)反射光的偏振角不同所表示的與寫(xiě)入光信號(hào)相對(duì)應(yīng)的潛象，只要在反射光13后面加上適當(dāng)?shù)臋z偏系統(tǒng)，實(shí)際上這時(shí)就可得一幅以各點(diǎn)光強(qiáng)不同所表示的與寫(xiě)入信號(hào)光圖象相對(duì)應(yīng)的圖象，液晶光閥正是以這樣的原理工作的。
本發(fā)明涉及的CuPc/CdS多層復(fù)合膜光敏層液晶光閥。其光敏層在平面與截面的光電導(dǎo)有較大差異，平面光電導(dǎo)僅為截面光電導(dǎo)的10-2倍左右，提高了液晶光閥的分辨率。該光敏層具有大的截面光暗電導(dǎo)比，達(dá)到103～104，因而采用該光敏層的液晶光閥具有較大的對(duì)比度。該光敏層不僅在600～800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)具有高的光吸收率，在400～520nm波長(zhǎng)區(qū)域也表現(xiàn)出好的光敏性能。光敏層中CdS膜層與阻光層良好的匹配，解決了光敏層與阻光層的脫落問(wèn)題，提高了光閥的壽命。
本發(fā)明的CuPc/CdS多層復(fù)合膜光敏層液晶光閥的制備過(guò)程如下將第一玻璃基板1和第二玻璃基板10利用乙醇-乙醚混合液清洗干凈，然后在真空鍍膜機(jī)內(nèi)將所述基板加熱至200～300℃，并通過(guò)電子束加熱蒸發(fā)氧化銦和氧化錫混合料及離子輔助沉積，得到厚度在50～100nm，而電阻為50Ω左右，透過(guò)率約為90％的氧化銦錫第一透明導(dǎo)電膜2和第二透明導(dǎo)電膜9；通過(guò)真空熱蒸發(fā)，在鍍有上述氧化銦錫薄膜的基板1上沉積酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜；先將基板1的溫度控制在150℃，采用經(jīng)提純后的酞菁銅與硫化鎘粉末利用電阻加熱蒸鍍；酞菁銅與硫化鎘蒸發(fā)源所對(duì)應(yīng)的鉭蒸發(fā)舟寬度分別為1cm和0.5cm。酞菁銅的加熱電流為50A，硫化鎘的加熱電流為85A；酞菁銅和硫化鎘膜層的蒸發(fā)速率分別為50/s和8/s；薄膜蒸鍍前工作室內(nèi)的真空度為1.2×10-3Pa，蒸鍍過(guò)程中真空度為1.5×10-3～3×10-3Pa；制備復(fù)合膜光敏層時(shí)首先蒸鍍酞菁銅膜層，酞菁銅膜層達(dá)到所需值后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關(guān)閉蒸發(fā)電流，再切換蒸發(fā)舟加熱電流開(kāi)關(guān)，蒸鍍硫化鎘膜層，硫化鎘膜層達(dá)到所需值后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關(guān)閉蒸發(fā)電流；然后重復(fù)前述的酞菁銅膜層的制備方法，以這樣的順序一層層地交替蒸鍍；完成光敏層制備后，接著在其表面蒸鍍碲化鎘阻光層4，制備阻光層4時(shí)襯底溫度也控制在150℃；然后在該蒸鍍系統(tǒng)中制備反射層5，反射層5以一種高折射率材料和一種低折射率材料交替鍍制。
第一液晶定向?qū)?和第二液晶定向?qū)?是利用聚酰亞銨溶液在反射層5和鍍有第二透明導(dǎo)電膜9的基板10表面上分別涂上一層均勻薄膜，經(jīng)125℃烘烤后，利用絲絨摩擦，并在其表面形成微細(xì)溝槽制成；最后在所述二個(gè)液晶定向?qū)?、8之間灌裝液晶層7，便可得到酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜光敏層液晶光閥。
上述實(shí)施例用來(lái)解釋說(shuō)明本發(fā)明，而不是對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種液晶光閥，由第一玻璃基板(1)，第一透明導(dǎo)電膜(2)，光敏層(3)、阻光層(4)，介質(zhì)反射層(5)，第一液晶定向?qū)?6)、液晶層(7)、第二液晶定向?qū)?8)、第二透明導(dǎo)電膜(9)和第二玻璃基板(10)依次組合而成，其特征在于，光敏層(3)為酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶光閥，其特征在于，所述光敏層(3)為6層酞菁銅/硫化鎘復(fù)合膜，由酞菁銅膜與硫化鎘膜交替形成，酞菁銅與硫化鎘的膜層厚度均為20nm；截面光暗電導(dǎo)比為103～104，平面光電導(dǎo)僅為截面光電導(dǎo)的10-2倍；在400～520nm與600～800nm波長(zhǎng)區(qū)域都有很好的光敏性；復(fù)合膜的暗電阻率為1.04×1011Ω.cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶光閥，其特征在于，所述透明導(dǎo)電膜(2、9)為氧化銦錫薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液晶光閥，其特征在于，所述阻光層為碲化鎘阻光層。
5.一種制備權(quán)利要求1所述的液晶光閥的方法；其特征在于，包括以下步驟1)將第一玻璃基板(1)和第二玻璃基板(10)利用乙醇-乙醚混合液清洗干凈，然后在真空鍍膜機(jī)內(nèi)將所述基板加熱至200～300℃，并通過(guò)電子束加熱蒸發(fā)氧化銦和氧化錫混合料及離子輔助沉積，得到厚度在50～100nm，而電阻為50Ω，透過(guò)率為90％的氧化銦錫第一透明導(dǎo)電膜(2)和第二透明導(dǎo)電膜(9)；2)通過(guò)真空熱蒸發(fā)，在鍍有上述氧化銦錫薄膜的基板(1)上沉積酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜；先將基板(1)的溫度控制在150℃，采用經(jīng)提純后的酞菁銅與硫化鎘粉末利用電阻加熱蒸鍍；酞菁銅與硫化鎘蒸發(fā)源所對(duì)應(yīng)的鉭蒸發(fā)舟寬度分別為1cm和0.5cm；酞菁銅的加熱電流為50A，硫化鎘的加熱電流為85A；酞菁銅和硫化鎘膜層的蒸發(fā)速率分別為50/s和8/s；薄膜蒸鍍前工作室內(nèi)的真空度為1.2×10-3Pa，蒸鍍過(guò)程中真空度為1.5×10-3～3×10-3Pa；制備復(fù)合膜光敏層時(shí)首先蒸鍍酞菁銅膜層，酞菁銅膜層達(dá)到20nm后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關(guān)閉蒸發(fā)電流，再切換蒸發(fā)舟加熱電流開(kāi)關(guān)，蒸鍍硫化鎘膜層，硫化鎘膜層達(dá)到20nm后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關(guān)閉蒸發(fā)電流；然后重復(fù)前述的酞菁銅膜層的制備方法，以這樣的順序一層層地交替蒸鍍；3)完成光敏層制備后，接著在其表面蒸鍍碲化鎘阻光層(4)，制備阻光層(4)時(shí)襯底溫度也控制在150℃；然后在該蒸鍍系統(tǒng)中制備反射層(5)，反射層(5)以一種高折射率材料和一種低折射率材料交替鍍制；4)第一液晶定向?qū)?6)和第二液晶定向?qū)?8)是利用聚酰亞銨溶液在反射層(5)和鍍有第二透明導(dǎo)電膜(9)的基板(10)表面上分別涂上一層均勻薄膜，經(jīng)125℃烘烤后，利用絲絨摩擦，并在其表面形成微細(xì)溝槽制成；5)最后在所述二個(gè)液晶定向?qū)?6、8)之間灌裝液晶層(7)，便可得到酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜光敏層液晶光閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述高折射率材料和低折射率材料分別為硫化鋅和氟化鎂。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜光敏層及其制造方法。所述的酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜由第一玻璃基板，第一透明導(dǎo)電膜，酞菁銅/硫化鎘多層復(fù)合膜光敏層、阻光層，介質(zhì)反射層，第一液晶定向?qū)?、液晶層、第二液晶定向?qū)?、第二透明?dǎo)電膜和第二玻璃基板依次組合而成。具有大的截面與平面光電導(dǎo)差異、較大截面光暗電導(dǎo)比，寬的響應(yīng)光譜，使其在液晶光閥中應(yīng)用可以得到高的分辨率，較大的對(duì)比度及較寬的寫(xiě)入光響應(yīng)光譜。
文檔編號(hào)G02F1/13GK1595236SQ20041002577
公開(kāi)日2005年3月16日 申請(qǐng)日期2004年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月1日
發(fā)明者韓高榮, 何智兵 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)