專利名稱：用于投影顯示的反射式硅基鐵電液晶芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及液晶芯片，特別涉及ー種用于投影顯示的反射式硅基鐵電液晶芯片。
背景技術(shù)：
液晶材料是ー種介于液體和固體之間的物質(zhì)，不同的溫度對應(yīng)液晶不同的晶相，根據(jù)溫度由高到低的變化，液晶材料呈現(xiàn)的晶相依次為向列型、近晶型和膽留型。鐵電液晶中最主要的液晶分子是手性近晶相C*液晶(SmC*)分子。對于這種手性分子，最獨(dú)特的功能是旋光性質(zhì)，即改變?nèi)肷涔獾钠穹较颉⒏飨蛲砸后w注入液晶盒，對其進(jìn)行降溫處理，那么液晶分子直接由手性向列相(N*)經(jīng)過近晶型A*相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻虲*相,這樣便可以得到鐵電液晶。鐵電液晶分子結(jié)構(gòu)較為特殊，其具有自發(fā)極化矢量，在交變電場的作用下，分子運(yùn)動(dòng)呈螺旋式，具體結(jié)構(gòu)見圖3。由于液晶在轉(zhuǎn)變過程中需要經(jīng)過SmA*，這使得鐵電液晶分子的螺旋距離發(fā)生改變而出現(xiàn)缺陷。即使是ー個(gè)均勻的樣本，在制取過程中分子層也會打折，左右方向連接區(qū)域形成鋸齒“之”字形缺陷，從而影響液晶的光學(xué)性能。解決這個(gè)問題常用的方法主要有兩種ー種是利用控溫技術(shù)，直接使液晶由N*轉(zhuǎn)變到SmC* ;另外ー種是SiO斜向蒸鍍法(80度以上)有機(jī)取向?qū)?。但它們存在的缺陷是控溫技術(shù)在常溫情況下鍍膜，膜層不夠致密，吸潮顯著，在高溫情況下，難以涂鍍ー些不耐高溫的塑料、聚合物；而SiO斜向蒸鍍法(80度以上)有機(jī)取向?qū)淤x型性差，液晶層的均勻性和批量生產(chǎn)性差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種用于投影顯不的反射式娃基鐵電液晶芯片。為解決其技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了一種用于投影顯示的反射式硅基鐵電液晶芯片，包括相互間隔且平行的玻璃基板和硅基板；在各自相對的側(cè)面上，在玻璃基板設(shè)置導(dǎo)電電極ITO層，在硅基板設(shè)置導(dǎo)電電極Al層；以環(huán)氧樹脂密封連接玻璃基板和硅基板形成液晶盒，其內(nèi)部注滿鐵電液晶；在所述導(dǎo)電電極ITO層和導(dǎo)電電極Al層上分別設(shè)置取向?qū)?，玻璃基板和硅基板之間由固定于兩個(gè)取向?qū)由系拈g隔子實(shí)現(xiàn)定位。作為ー種改進(jìn)，所述間隔子是無機(jī)絕緣薄層。作為ー種改進(jìn)，所述取向?qū)邮蔷埘啺穼印⒛猃垖踊蚓郅诚┐紝悠渲械娜我猢`種。作為ー種改進(jìn)，所述鐵電液晶具有準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)。作為ー種改進(jìn)，所述鐵電液晶的準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)不是完全垂直于玻璃基板和硅基板的表面，而是呈一定的角度，該角度在15°以內(nèi)。本實(shí)用新型中用于投影顯示的反射式硅基鐵電液晶芯片的制作方法，包括以下步驟(I)在玻璃基板上涂覆導(dǎo)電電極ITO層，在硅基板上涂覆導(dǎo)電電極Al層；[0012](2)在導(dǎo)電電極ITO層和導(dǎo)電電極Al層上分別涂覆ー層取向?qū)?；然后，沿第一摩擦方向?qū)ΣＡЩ宓娜∠驅(qū)舆M(jìn)行摩擦處理，沿第二摩擦方向?qū)杌宓娜∠驅(qū)舆M(jìn)行摩擦處理，第一摩擦方向和第二摩擦方向按設(shè)定的角度相交；(3)以環(huán)氧樹脂密封膠連接玻璃基板和硅基板組成液晶盒，兩者之間的距離由沉積于任一取向?qū)由系臒o機(jī)絕緣薄層確定；(4)向液晶盒內(nèi)注入鐵電液晶，封ロ后進(jìn)行降溫處理，同時(shí)在液晶盒上加載交流信號以控制鐵電液晶層排布，得到具有準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)的反射式硅基鐵電液晶芯片。所述步驟(2)中的取向?qū)拥牟馁|(zhì)是聚酰亞胺、聚こ烯醇、尼龍或聚こ烯醇其中的任
意ー種。所述步驟(2)中的摩擦處理是指使用絲綢的滾子摩擦取向?qū)?，摩擦用力大小?0 50N，摩擦次數(shù)為20 50次，所述第一摩擦方向和第二摩擦方向是反向平行的。所述步驟(4)中的降溫處理是，以3°C /min的速度降溫至25で。所述步驟(4)中加載交流信號時(shí)，控制交變電場為3V/um。本實(shí)用新型中采用具有手性近晶相C液晶材料，這種材料以碳為中心的四個(gè)基功能各異，可以對入射光進(jìn)行調(diào)制。通過對液晶盒進(jìn)行特殊處理進(jìn)而影響近晶相C的液晶材料，使其具有手性結(jié)構(gòu)，即可以對入射的偏振光狀態(tài)進(jìn)行調(diào)制。。準(zhǔn)書架型結(jié)構(gòu)由取向?qū)拥哪Σ练较虼_定。對上下部結(jié)構(gòu)進(jìn)行取向處理，上部結(jié)構(gòu)沿第一摩擦方向進(jìn)行摩擦處理，下部結(jié)構(gòu)沿第二摩擦方向進(jìn)行摩擦處理，該第一摩擦方向和第二摩擦方向反向平行摩擦處理。液晶盒在注入液晶之前經(jīng)過摩擦處理，那么液晶層內(nèi)的液晶分子主軸相對于摩擦方向會扭曲ー個(gè)預(yù)定的角度。根據(jù)摩擦強(qiáng)度的不同，會對注入的液晶分子產(chǎn)生ー個(gè)錨定能，促使鐵電液晶分子指向失沿某一方向排布。其中強(qiáng)摩擦?xí)霈F(xiàn)強(qiáng)錨定，弱摩擦出現(xiàn)弱錨定。錨定能不同，鐵電液晶分子的初始狀態(tài)也不同。由于鐵電液晶分子具有自發(fā)極化矢量，若錨定能過弱，不利于鐵電液晶分子旋轉(zhuǎn)，在這里我們選擇強(qiáng)錨定，即需要對取向?qū)舆M(jìn)行強(qiáng)摩擦。如附圖3所示，鐵電液晶盒中摩擦方向?qū)σ壕Х肿优挪嫉挠绊?。鐵電液晶分子的預(yù)傾角由摩擦決定，這種取向決定了反射式硅基鐵電液晶芯片的對比度，預(yù)傾角越小，對比度越高。如果在硅基鐵電液晶芯片的制取過程中，施加直流電壓，也可以得到無缺陷芯片，此時(shí)芯片的對比度和響應(yīng)時(shí)間都得到極大提高。本實(shí)用新型的有益效果在于本實(shí)用新型通過設(shè)置獨(dú)特的取向?qū)硬⑦M(jìn)行的摩擦處理，得到準(zhǔn)書架型結(jié)構(gòu)的反射式硅基鐵電液晶排布。這種排列方式提高了反射式硅基鐵電液晶芯片排布的均勻性，提高了其響應(yīng)時(shí)間，増加了對比度和亮度。該芯片制作方法有機(jī)地結(jié)合了集成電路技術(shù)和液晶技術(shù)，在硅基板上集成硅基液晶芯片的把各種視頻信號處理電路，包括掃描驅(qū)動(dòng)、時(shí)鐘電路、存儲器等周邊驅(qū)動(dòng)電路和尋址開關(guān)矩陣，通過引線接入控制電路，減小芯片的尺寸，同時(shí)結(jié)合傳統(tǒng)液晶技術(shù)，提高了像素的分辨率，縮小投影機(jī)的尺寸，為エ業(yè)上的大規(guī)模生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。通過摩擦技術(shù)得到準(zhǔn)書架形結(jié)構(gòu)的鐵電液晶排布，結(jié)合硅基板集成電路技術(shù)最終得到的反射式硅基鐵電液晶芯片，該芯片具有高速響應(yīng)度、高對比度和雙穩(wěn)態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。
圖I為娃基鐵電液晶芯片結(jié)構(gòu)圖；圖2為硅基鐵電液晶摩擦定向圖；圖3為準(zhǔn)書架式結(jié)構(gòu)鐵電液晶層排布圖；圖4為外加電場鐵電液晶分子扭曲圖(暗態(tài))；圖5為外加電場鐵電液晶分子扭曲圖(亮態(tài))；圖6為反射式鐵電液晶芯片制作流程圖。其中圖中的附圖標(biāo)記為1玻璃基板、2導(dǎo)電電極ITO層、3取向?qū)印?間隔子、5導(dǎo)電電極Al層、6娃基板、7準(zhǔn)書架式鐵電液晶層結(jié)構(gòu)、8偏振片。
具體實(shí)施方式
下面參考附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的最佳實(shí)例，將更加詳細(xì)地說明這種反射式硅基鐵電液晶芯片，并提供其制作方法。如圖I所不，反射式娃基鐵電液晶芯片包括相互間隔且平行的玻璃基板I和娃基板6 ;在各自相對的側(cè)面上,在玻璃基板I設(shè)置導(dǎo)電電極ITO層2,在娃基板6設(shè)置導(dǎo)電電極Al層5 ;以環(huán)氧樹脂密封連接玻璃基板I和硅基板6形成液晶盒，其內(nèi)部注滿鐵電液晶；在所述導(dǎo)電電極ITO層2和導(dǎo)電電極Al層5上分別設(shè)置取向?qū)?，玻璃基板I和硅基板6之間由固定于兩個(gè)取向?qū)?上的間隔子4實(shí)現(xiàn)定位。間隔子4是無機(jī)絕緣薄層，可用CVD方法沉積無機(jī)絕緣薄層。這些薄層用于控制液晶盒的厚度，實(shí)現(xiàn)整塊芯片均勻化。取向?qū)?是聚酰亞胺層、尼龍層或聚こ烯醇層其中的任意ー種。如圖2所示，上下取向?qū)?經(jīng)過沿第一摩擦方向a和第二摩擦方向b的雙向摩擦處理，并且ニ摩擦方向成預(yù)定的角度，摩擦次數(shù)在3次以內(nèi)，摩擦壓入量大小在5N/cm2以內(nèi)。第一摩擦方向a和第二摩擦方向b之間的夾角5對應(yīng)于所采取的鐵電液晶材料的扭曲角度，而0對應(yīng)于鐵電液 晶分子旋轉(zhuǎn)角。根據(jù)瓊斯矩陣和空間參量法，利用MATLAB可以模擬出鐵電液晶材料的預(yù)傾角值，此處選取鐵電液晶的預(yù)傾角大小在在60° 80°間。在硅基鐵電液晶芯片的制作過程中，通過斜蒸鍍SiO分子材料實(shí)現(xiàn)，其中蒸鍍分子材料的傾角范圍也在60° 80°間，由此可以得到鐵電液晶的預(yù)傾角。這種取向?qū)咏徊娣较虻哪Σ撂幚?，通過與外加電場作用于所采用的液晶材料而產(chǎn)生的扭曲角度相對應(yīng)，從而提供了穩(wěn)定的定向特性。所述鐵電液晶具有準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)，層與層之間相互平行，但是每ー層分子都有ー個(gè)預(yù)定的傾斜角。具有書架式層結(jié)構(gòu)的鐵電液晶層與上下兩個(gè)基板成90°垂直，但這是ー種理想情況，在エ藝上難以達(dá)到，一般得到的鐵電液晶層排布具有“人”字形缺陷，為了解決這種問題，在鐵電液晶降溫過程中施加交變電場，得到準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)，其中降溫過程控制在3°C /min附近,交變電場控制在5VAim。與理想的書架式層結(jié)構(gòu)相比,準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)并不是完全垂直于基板表面，而是呈一定角度，該角度控制在15°以內(nèi)。由于鐵電液晶分子特殊結(jié)構(gòu)，其在電場作用下做圓錐運(yùn)動(dòng)。在圖3的準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)中，每層的液晶分子穩(wěn)定地保持在以中心角0為中心的圓周范圍運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)范圍內(nèi)，由于液晶分子自身存在ー個(gè)自發(fā)極化矢量，無論加什么電壓，液晶分子都會反復(fù)地扭曲為與取向?qū)拥末`個(gè)表面平行，因此具有非常好的雙穩(wěn)態(tài)，同時(shí)響應(yīng)速度非常高。[0039]圖4和圖5很好地說明了摩擦方向?qū)Ψ瓷涫焦杌F電液晶的影響。當(dāng)光經(jīng)過偏振片后變?yōu)榫€偏振光，由于摩擦方向不同，硅基鐵電液晶盒中分子的排列也不同，對入射光線的調(diào)制也不同。入射光經(jīng)過液晶層后，由于鐵電液晶分子的旋光性，會對入射偏振光相位進(jìn)行偏轉(zhuǎn)，當(dāng)它經(jīng)過硅基板發(fā)生鏡面反射后，再次經(jīng)過鐵電液晶盒出射，由于出射光的相位發(fā)生變化，偏振態(tài)也發(fā)生相應(yīng)的變化，通過偏振片出射的光也呈現(xiàn)“亮” “暗”兩種狀態(tài)。圖6詳細(xì)說明了反射式硅基鐵電液晶的制作流程。首先完成ITO玻璃基板和CMOS硅基板的制作，它們分別構(gòu)成上下兩個(gè)部分，下部結(jié)構(gòu)由硅基板、下導(dǎo)電電極Al層和下取向?qū)禹樞驑?gòu)成；上部結(jié)構(gòu)由玻璃基板，上導(dǎo)電電極ITO層和上取向?qū)禹樞驑?gòu)成，這兩個(gè)部分在エ藝流程中可以同步進(jìn)行。取向?qū)拥闹饕饔檬谴_定鐵電液晶預(yù)傾角，實(shí)現(xiàn)液晶層的均勻化排布，得到具有良好光電性能的芯片。目前公知的方法都可以用于液晶層的取向，一般是用絲綢的滾子摩擦取向?qū)?，摩擦用力大小?0 50N，摩擦次數(shù)為20 50次，而且上下部分摩擦方向反向平行。接著在芯片的上部分或者 下部分用CVD方法沉積無機(jī)絕緣薄層，這些薄層作為間隔子控制液晶盒的厚度，實(shí)現(xiàn)整塊芯片均勻化。最后將上下部分基板對準(zhǔn)貼合后切割，用環(huán)氧樹脂密封膠印將兩者緊緊連接在一起，留出一個(gè)液晶的注入ロ。將90攝氏度下的液態(tài)鐵電液晶通過毛細(xì)現(xiàn)象注入到液晶盒中后密封上注射ロ，然后進(jìn)行降溫處理至25°C，其中降溫過程控制在3°C /min,同時(shí)在液晶盒的兩端加載一定頻率的交流信號控制鐵電液晶層排布，交變電場控制在3V/um。最后得到具有準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)的反射式娃基鐵電液晶芯片。與傳統(tǒng)反射式硅基液晶芯片制作方法相比，采用此摩擦方法制作的反射式硅基鐵電液晶芯片的反射率、對比度和響應(yīng)時(shí)間等都有極大提聞。娃基鐵電液晶芯片的反射率提高到80%附近，對比度由10:1提高到127:1，響應(yīng)時(shí)間也有最初的IOOms附近提高400us附近。表I基本光電參數(shù)
權(quán)利要求1.一種用于投影顯示的反射式硅基鐵電液晶芯片，包括相互間隔且平行的玻璃基板和娃基板；在各自相對的側(cè)面上，在玻璃基板設(shè)置導(dǎo)電電極ITO層,在娃基板設(shè)置導(dǎo)電電極Al層；以環(huán)氧樹脂密封連接玻璃基板和硅基板形成液晶盒，其內(nèi)部注滿鐵電液晶；其特征在于，在所述導(dǎo)電電極ITO層和導(dǎo)電電極Al層上分別設(shè)置取向?qū)?，玻璃基板和硅基板之間由固定于兩個(gè)取向?qū)由系拈g隔子實(shí)現(xiàn)定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射式硅基鐵電液晶芯片，其特征在于，所述間隔子是無機(jī)絕緣薄層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射式硅基鐵電液晶芯片，其特征在于，所述取向?qū)邮蔷埘啺穼印⒛猃垖踊蚓郅诚┐紝悠渲械娜我猢`種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任意ー項(xiàng)中所述的反射式硅基鐵電液晶芯片，其特征在于，所述鐵電液晶具有準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)；所述鐵電液晶的準(zhǔn)書架式層結(jié)構(gòu)不是完全垂直于玻璃基板和硅基板的表面，而是呈一定的角度，該角度在15°以內(nèi)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及液晶芯片，旨在提供一種用于投影顯示的反射式硅基鐵電液晶芯片。該芯片包括相互間隔且平行的玻璃基板和硅基板；在各自相對的側(cè)面上設(shè)置導(dǎo)電電極ITO層和導(dǎo)電電極Al層；以環(huán)氧樹脂密封連接玻璃基板和硅基板形成液晶盒，其內(nèi)部注滿鐵電液晶；在所述導(dǎo)電電極ITO層和導(dǎo)電電極Al層上分別設(shè)置取向?qū)樱ＡЩ搴凸杌逯g由固定于兩個(gè)取向?qū)由系拈g隔子實(shí)現(xiàn)定位。本實(shí)用新型通過設(shè)置獨(dú)特的取向?qū)硬ζ溥M(jìn)行摩擦處理，提高了反射式硅基鐵電液晶芯片排布的均勻性，提高了其響應(yīng)時(shí)間，增加了對比度和亮度，具有高速響應(yīng)度、高對比度和雙穩(wěn)態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G02F1/141GK202433652SQ20112053554
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月20日
發(fā)明者林斌, 能芬, 郝麗芳 申請人:浙江大學(xué)