專利名稱：光敏層為酞菁銅/硫化鎘多層復合膜的液晶光閥及制備方法
技術領域：
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)多層復合膜作為光敏層的液晶光閥。
背景技術：
對于液晶光閥，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，而光敏層是決定液晶光閥分辨率的關鍵部分。下面從理論上分析光敏層對液晶光閥器件的分辨率的影響。液晶光閥的光敏層在寫入光的照射下，由于各區(qū)域的光照強度不同，使得光敏層各象區(qū)產(chǎn)生的光生載流子濃度會有差別，由此引起載流子濃度梯度導致了載流子在平面方向上的擴散。當液晶光閥處于工作狀態(tài)時，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，載流子既會發(fā)生漂移也會產(chǎn)生擴散，在平行于光敏層的方向(橫向)上，則主要是擴散運動。影響光敏層分辨率的主要因素就是載流子的橫向擴散，在垂直電場方向上的橫向擴散使象元面積的增大，從而導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)半導體物理知識可知，光生載流子在半導體中的擴散半徑L可表示為L=Dτ----(1)]]>其中D為擴散系數(shù)，τ為載流子壽命。由愛因斯坦關系式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)在光敏層中的擴散長度為L=kTμτ/q----(3)]]>載流子在光敏層中同時存在縱向的漂移運動(由于縱向的漂移速度遠大于擴散速度，所以忽略了縱向的擴散運動)和橫向的擴散運動。從式(3)可以看出，橫向的擴散長度與載流子壽命密切相關。這里就分兩種情況討論載流子在光敏層中的擴散長度1)當載流子壽命τ大于或等于載流子沿電場從光敏層一側(cè)漂移到另一側(cè)的時間t時，漂移時間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為光敏層電場強度，VP為光敏層兩側(cè)所加電壓，μT為載流子縱向遷移率。擴散長度就可以由式(4)代入式(3)得到L=dkTμL/qVpμT----(5)]]>式中μL為載流子橫向遷移率。2)當載流子壽命小于載流子沿電場從光敏層一側(cè)漂移到另一側(cè)的時間t時。此時載流子壽命可以由縱向的漂移距離S計算得τ=S/v=S/EμT=S·d/μTVp----(6)]]>將式(6)代入式(3)可以求得此時的擴散長度L=kTSdμL/qVpμT----(7)]]>從式(5)和(7)可以看出，兩種情況下，載流子的橫向擴散距離L都與(μL/μT)1/2成正比關系。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，載流子的橫向擴散長度就越大，從而導致象元面積增大，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是實現(xiàn)高分辨率液晶光閥的有效途徑。由半導體物理知識可得，電導率σ與載流子遷移率μ、載流子濃度n的關系式為σ＝qμn (8)其中q為載流子電荷的數(shù)值。對于光敏層來說，橫向與縱向的載流子濃度相同，光敏層的縱橫向電導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散長度L與縱橫向電導率比值的關系L∝(μL/μT)1/2∝(σL/σT)1/2(9)從式(9)中可以得出，橫縱向電導率比值(σL/σT)越小，載流子橫向擴散長度就越小。因而制備出縱橫向光電導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體材料，如α-Si:H、CdS等，其光電導過程在縱橫向不會存在差異，因而不具備光電導的各向異性，很難實現(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多層復合膜光敏層的光電導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光譜。
該發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種液晶光閥，由第一玻璃基板1，第一透明導電膜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)明的目的是通過以下技術方案來實現(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，然后在真空鍍膜機內(nèi)將所述基板加熱至200～300℃，并通過電子束加熱蒸發(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，透過率約為90％的氧化銦錫第一透明導電膜2和第二透明導電膜9；2)通過真空熱蒸發(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)源所對應的鉭蒸發(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，蒸鍍過程中真空度為1.5×10-3～3×10-3Pa；制備復合膜光敏層時首先蒸鍍酞菁銅膜層，酞菁銅膜層達到所需值后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關閉蒸發(fā)電流，再切換蒸發(fā)舟加熱電流開關，蒸鍍硫化鎘膜層，硫化鎘膜層達到所需值后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關閉蒸發(fā)電流；然后重復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溝槽制成；5)最后在所述二個液晶定向?qū)?、8之間灌裝液晶層7，便可得到酞菁銅/硫化鎘多層復合膜光敏層液晶光閥。
本發(fā)明具有以下的技術效果1.采用CuPc/CdS多層復合膜作為光敏層，平面和截面的光電導存在較大的差異，具有大的吸收系數(shù)和寬的響應光譜。提高了液晶光閥的分辨率、光敏感度和應用范圍。較大的截面光暗電導比使得液晶光閥具有較大的對比度。
2.由于CuPc/CdS多層復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，簡化了制備過程，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差異，大的截面光暗電導比，使其具有較高的分辨率和較大的對比度。光敏層與阻光層具有良好的匹配，不會出現(xiàn)脫落的問題，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，簡化了制備過程，使光閥性能得以改善。
附圖簡介

圖1為本發(fā)明液晶光閥的結(jié)構示意圖。
具體實施例方式
下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的具體實施例。
如圖1所示，寫入光11透過第一玻璃基板1和蒸鍍在第一玻璃基板1上的第一透明導電膜(氧化銦錫膜ITO)2，到達采用真空蒸發(fā)法制備在第一透明導電膜2上的酞菁銅/硫化鎘(CuPc/CdS)多層復合膜光敏層3，在光進入吸收系數(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，隔離了寫入光11與讀出入射光12，使得寫入光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電膜(氧化銦錫膜ITO)9上。讀出入射光12透過第二玻璃基板10、第二透明導電膜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電膜2和第二透明導電膜9連接。
本發(fā)明的CuPc/CdS多層復合膜光敏層液晶光閥的工作原理為寫入光11透過第一玻璃基板1和第一透明導電膜2到達CuPc/CdS多層復合膜光敏層3，寫入光的絕大部分將在光敏層3被吸收，由于光敏層3在吸收光時其電阻隨照射光強的不同會發(fā)生改變，照射光越強，材料的電阻會變得越小，但是由于復合膜光敏層的電阻率很大，某一點的電阻變化對其周圍各點電阻的影響較小，所以當寫入光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相對應的以光敏層3各點電阻不同所表征的電阻潛象，當在光閥的兩層透明導電膜之間加上一個工作電壓14后，這個在光敏層3上以各點不同電阻表征的潛象，將在液晶層7上以各點所加的電壓不同而留下一幅與寫入光信號相對應的電壓圖像，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，透過該液晶層7的偏振光的偏振方向也將隨之不同，所以這時讀出入射光12透過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其各點的偏振角也將由于液晶層7上各點電壓不同而不同，也即這時讀出反射光13中實際上保留了一幅以各點反射光的偏振角不同所表示的與寫入光信號相對應的潛象，只要在反射光13后面加上適當?shù)臋z偏系統(tǒng)，實際上這時就可得一幅以各點光強不同所表示的與寫入信號光圖象相對應的圖象，液晶光閥正是以這樣的原理工作的。
本發(fā)明涉及的CuPc/CdS多層復合膜光敏層液晶光閥。其光敏層在平面與截面的光電導有較大差異，平面光電導僅為截面光電導的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比，達到103～104，因而采用該光敏層的液晶光閥具有較大的對比度。該光敏層不僅在600～800nm波長范圍內(nèi)具有高的光吸收率，在400～520nm波長區(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題，提高了光閥的壽命。
本發(fā)明的CuPc/CdS多層復合膜光敏層液晶光閥的制備過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，然后在真空鍍膜機內(nèi)將所述基板加熱至200～300℃，并通過電子束加熱蒸發(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，透過率約為90％的氧化銦錫第一透明導電膜2和第二透明導電膜9；通過真空熱蒸發(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)源所對應的鉭蒸發(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，蒸鍍過程中真空度為1.5×10-3～3×10-3Pa；制備復合膜光敏層時首先蒸鍍酞菁銅膜層，酞菁銅膜層達到所需值后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關閉蒸發(fā)電流，再切換蒸發(fā)舟加熱電流開關，蒸鍍硫化鎘膜層，硫化鎘膜層達到所需值后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關閉蒸發(fā)電流；然后重復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溝槽制成；最后在所述二個液晶定向?qū)?、8之間灌裝液晶層7，便可得到酞菁銅/硫化鎘多層復合膜光敏層液晶光閥。
上述實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種液晶光閥，由第一玻璃基板(1)，第一透明導電膜(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/硫化鎘多層復合膜。
2.根據(jù)權利要求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；截面光暗電導比為103～104，平面光電導僅為截面光電導的10-2倍；在400～520nm與600～800nm波長區(qū)域都有很好的光敏性；復合膜的暗電阻率為1.04×1011Ω.cm。
3.根據(jù)權利要求1所述的液晶光閥，其特征在于，所述透明導電膜(2、9)為氧化銦錫薄膜。
4.根據(jù)權利要求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，然后在真空鍍膜機內(nèi)將所述基板加熱至200～300℃，并通過電子束加熱蒸發(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，透過率為90％的氧化銦錫第一透明導電膜(2)和第二透明導電膜(9)；2)通過真空熱蒸發(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)源所對應的鉭蒸發(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，蒸鍍過程中真空度為1.5×10-3～3×10-3Pa；制備復合膜光敏層時首先蒸鍍酞菁銅膜層，酞菁銅膜層達到20nm后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關閉蒸發(fā)電流，再切換蒸發(fā)舟加熱電流開關，蒸鍍硫化鎘膜層，硫化鎘膜層達到20nm后，用擋板擋住蒸發(fā)源，關閉蒸發(fā)電流；然后重復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溝槽制成；5)最后在所述二個液晶定向?qū)?6、8)之間灌裝液晶層(7)，便可得到酞菁銅/硫化鎘多層復合膜光敏層液晶光閥。
6.根據(jù)權利要求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)明公開了一種酞菁銅/硫化鎘多層復合膜光敏層及其制造方法。所述的酞菁銅/硫化鎘多層復合膜由第一玻璃基板，第一透明導電膜，酞菁銅/硫化鎘多層復合膜光敏層、阻光層，介質(zhì)反射層，第一液晶定向?qū)印⒁壕?、第二液晶定向?qū)?、第二透明導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差異、較大截面光暗電導比，寬的響應光譜，使其在液晶光閥中應用可以得到高的分辨率，較大的對比度及較寬的寫入光響應光譜。
文檔編號G02F1/13GK1595236SQ20041002577
公開日2005年3月16日 申請日期2004年7月1日 優(yōu)先權日2004年7月1日
發(fā)明者韓高榮, 何智兵 申請人:浙江大學