一种出射光方向可控的液晶空间光调制器制造技术

本发明专利技术提供了一种出射光方向可控的液晶空间光调制器，属于液晶器件技术领域。本发明专利技术包括平行相对设置的第一透明基片和第二透明基片，自第一玻璃基板至第二玻璃基板顺次设置有第一取向层、第一透明电导层、液晶层、第二取向层、高阻隔离层、隔离网栅、反射层、光敏层和第二透明电导层；本发明专利技术将第一透明电导层、隔离网栅、第二电导层和感光区分别作为电极，使得任意相邻的金属反射单元及其间的感光区之间形成共面水平电场，而第一透明电导层和第二透明电导层之间形成垂直电场，共面水平电场和垂直电场共同驱动液晶分子。本发明专利技术在改善器件视角性能的同时能够实现动态调整出射光的出射角度，同时藉由结构改良提高了器件的感光灵敏度以及成像效果。

【技术实现步骤摘要】
一种出射光方向可控的液晶空间光调制器
本专利技术属于液晶器件
，具体涉及一种出射光方向可控的液晶空间光调制器。
技术介绍
空间光调制器(SpatialLightModulator，SLM)是指在主动控制下，它可以通过液晶分子调制光场的某个参量，如通过折射率调制相位、通过偏振面的旋转调制偏振态、或是实现非相干到相干光的转换，从而将一定的信息写入光波中，达到光波调制的目的。空间光调制器一般按照读出光的读出方式不同，可以分为反射式和透射式；而按照输入控制信号的方式不同又可分为光寻址(OA-SLM)和电寻址(EA-SLM)。光寻址时，所有像素的寻址同时完成，是一种并行寻址模式，特点是速度快。空间光调制器是实时光学信息处理，自适应光学和光计算等现代光学领域的关键器件。在很大程度上，空间光调制器的性能决定了及应用领域的实用价值和发展前景。目前，利用光寻址的空间光调制器的液晶光阀大多为多膜系统，参考中国专利CN98114542公开了一种液晶光阀，其结构自上而下依次包括：上玻璃层、上电导层、液晶层、介质反射镜、光阻挡层、光敏层、下电导层、下玻璃层。其中：光阻挡层一般采用碲化镉(CdTe)和钒氧酞菁(VOPc)形成的复合多层吸收膜，CdTe多晶材料电阻率为108Ω.cm，只能对蓝、绿光有较强的吸收，氟化镁和硫化锌形成的复合多层结构作为介质反射镜，采用半导体硅(Si)作为光敏层。这种液晶光阀可以用作实时变化的光学互连、并行的光学逻辑运算、光学数字运算、光学矩阵运算以及图像处理方面边缘增强、图像加减等。但是这种液晶光阀的空间分辨率还不够高，视角也受限，仅适用于一般的图像处理，并且制造工艺较为复杂，易遭受环境污染，质量不稳定，重复性差。现有技术由于载流子主要产生在表面区域，因此这部分载流子会在光电导层表面形成一个导电电荷层，当部分读出光透过介质反射镜和吸收层人射到光电导层上后，在光电导层表面形成的电荷层将平滑写入光产生的电荷潜像，导致输出图像的分辨率和对比度降低。目前，液晶光阀液晶盒大都采用传统的TN垂直电场模式，液晶是旋转直立型，光学特性随视角的变化非常小，通常上视角约10°，下视角约40°，左右视角约为30°，可视角度窄。利用电压让液晶分子从水平面板排列转成垂直面板排列，液晶因旋转角度的关系，造成透光的光线较具方向性，导致在不同角度下，肉眼看到的光线会偏移，即所谓的灰阶反转；同时，在旋转过程中，靠近玻璃侧的液晶受到配向膜(PI)影响站不直，导致不均匀现象。特别是对于遮光要求较高的液晶光阀都是采用扭曲向列模式实现的，这种光阀采用双面平面电极，90°扭曲角排列结构，使用添加手性剂的向列相材料，沿摩擦方向正交贴附偏光片，然而上述液晶光阀具有如下缺点：(1).视角窄；以不同角度入射相同强度的线偏振光时，由于有效折射率的变化，成为椭圆偏振光，经过第二个偏振片后，入射角不同的出射光强不再相等，形成视角问题，其视角小于40°。(2).响应速度较慢；扭曲向列模式液晶光阀采用自然回落方式工作，由于没有其他外力的作用，其响应速度超过40ms。(3).对比度低；扭曲向列型液晶光阀利用的是液晶的旋光特性，对比度较低，尤其是暗态不够暗。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于：提供一种出射光方向可控且分辨率高、灵敏度高的液晶空间光调制器。本专利技术为解决上述技术问题提供如下技术方案：一种出射光方向可控的液晶空间光调制器，包括平行相对设置的第一透明基片和第二透明基片，第一玻璃基板设置在第二玻璃基板的上方，其特征在于：自第一玻璃基板至第二玻璃基板顺次设置有第一取向层、第一透明电导层、液晶层、第二取向层、高阻隔离层、隔离网栅、反射层、光敏层和第二透明电导层；反射层包括呈阵列式分布的像素单元和介于各像素单元之间与之相连的感光区，像素单元内设置有光吸收材料形成阻光区；隔离网栅是由一一对应分布于阻光区部分表面的金属反射单元形成的金属反射阵列；隔离层完全覆盖于隔离网栅及反射层之上；第一透明电导层、隔离网栅、第二电导层和感光区分别作为电极，隔离网栅和感光区分别与外压电压连接使得任意相邻的金属反射单元与感光区之间形成共面水平电场，第一透明电导层和第二透明电导层分别与外压电压连接使得二者之间形成垂直电场，共面水平电场和垂直电场共同驱动液晶分子。进一步的是，第一透明基片的下表面沉积有若干个第一透明电导层的区域和若干个未沉积第一透明电导层的区域，两个区域并列设置且间隔分布；并且，每个沉积有第一透明电导层的区域对应设置于感光区的正上方。进一步的是，本专利技术中金属反射层的材料为Ag。进一步的是，本专利技术中隔离网栅的材料为Al。进一步的是，本专利技术中光吸收区的材料为绝缘材料。进一步的是，本专利技术中高阻隔离层的1015～1016Ω。进一步的是，本专利技术中高阻隔离层的相对介电常数为3.9。作为优选实施方式，本专利技术中高阻隔离层的材料为SiO2。相比于现有技术，本专利技术的有益效果是：(1).本专利技术通过合理的结构设计和材料选择，采用由设置于光敏层表面金属反射材料形成呈阵列式分布的像素单元和连接各像素单元的感光区、以及填充光吸收材料于每个像素单元中形成阻光区构成反射层，并在每个阻光区的部分上表面设置金属反射单元形成金属隔离网栅，通过本专利技术提出的反射层与金属隔离网栅形成的新型组合结构来代替传统器件中的阻光层和介质发射镜，同时，本专利技术将第一透明电导层、隔离网栅、第二电导层和感光区分别作为电极，隔离网栅和感光区分别与外压电压连接使得任意相邻的金属反射单元与感光区之间形成共面水平电场，第一透明电导层和第二透明电导层分别与外压电压连接使得二者之间形成垂直电场，共面水平电场和垂直电场共同驱动液晶分子。由于液晶分子受到由共面水平电场和垂直电场共同作用所形成复合电场的调制，使得液晶分子形成多个畴区且多方向倾斜，从玻璃基板垂直入射后得到的读出光会由于复合电场作用下液晶分子而改变光路特性。具体而言，本专利技术根据调节垂直电场的电压大小和共面水平电场的电压大小，能够达到控制出射光方向的目的；另一方面，出射光方向可控的液晶空间光调制器作为一种光学移相器的相控单元，能够起到编程相位光栅的作用，实现小角度范围内精确扫描，通过调节多个相控单元射出的光波之间的相位关系，使其在某一设定方向上彼此相同，产生相互加强的干涉，形成高强度的激光光束，真正实现光学相控阵(OPA)，提高了激光雷达的工作效率和多任务能力，实现了非相干的可见光对相干的激光的调制，因此能够广泛应用于光控激光相控阵雷达中；此外，本专利技术还提高了器件的透光率，顺应了低能耗的发展趋势。(2)本专利技术提出反射层及隔离网栅形成的这一新型组合结构相比传统器件中的阻光层和介质反射镜，不仅有益于提高器件的响应度，而且还能够有效避免像素单元与像素单元之间光串扰致使器件分辨率和对比度下降造成读出光不清晰的问题，解决了目前阻光层材料粘附性差以及对比度不够高的问题。附图说明图1为本专利技术出射光方向可控的液晶空间光调制器的结构示意图；图2为传统垂直电场驱动模式下液晶分子的排列与视角特性的关系；图3为本专利技术复合电场驱动模式下液晶分子的排列与视角特性的关系；图4为本专利技术出射光方向可控的液晶空间光调制器中隔离网栅与阻光层的俯视结构示意图；图中：1为上玻璃基板，2为第一取向层，3为第一透明电导层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种出射光方向可控的液晶空间光调制器，包括平行相对设置的第一透明基片和第二透明基片，第一玻璃基板设置在第二玻璃基板的上方，其特征在于：自第一玻璃基板至第二玻璃基板顺次设置有第一取向层、第一透明电导层、液晶层、第二取向层、高阻隔离层、隔离网栅、反射层、光敏层和第二透明电导层；反射层包括呈阵列式分布的像素单元和介于各像素单元之间与之相连的感光区，像素单元内设置有光吸收材料形成阻光区；隔离网栅是由一一对应分布于阻光区部分表面的金属反射单元形成的金属反射阵列；高阻隔离层完全覆盖于隔离网栅及反射层之上；第一透明电导层、隔离网栅、第二电导层和感光区分别作为电极，隔离网栅和感光区分别与外压电压连接使得任意相邻的金属反射单元与感光区之间形成共面水平电场，第一透明电导层和第二透明电导层分别与外压电压连接使得二者之间形成垂直电场，共面水平电场和垂直电场共同驱动液晶分子。

【技术特征摘要】
1.一种出射光方向可控的液晶空间光调制器，包括平行相对设置的第一透明基片和第二透明基片，第一玻璃基板设置在第二玻璃基板的上方，其特征在于：自第一玻璃基板至第二玻璃基板顺次设置有第一取向层、第一透明电导层、液晶层、第二取向层、高阻隔离层、隔离网栅、反射层、光敏层和第二透明电导层；反射层包括呈阵列式分布的像素单元和介于各像素单元之间与之相连的感光区，像素单元内设置有光吸收材料形成阻光区；隔离网栅是由一一对应分布于阻光区部分表面的金属反射单元形成的金属反射阵列；高阻隔离层完全覆盖于隔离网栅及反射层之上；第一透明电导层、隔离网栅、第二电导层和感光区分别作为电极，隔离网栅和感光区分别与外压电压连接使得任意相邻的金属反射单元与感光区之间形成共面水平电场，第一透明电导层和第二透明电导层分别与外压电压连接使得二者之间形成垂直电场，共面水平电场和垂直电场共同驱动液晶分子。2.根据权利要求1所述的一种出射光方向可控的液晶空间光调制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：王继岷，蒋向东，曾一雄，高升旭，董湘，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51