本实用新型涉及硅基液晶光学领域，尤其是指一种硅基液晶器件。
背景技术：
lcos(liquidcrystalonsilicon)是一种较成熟的先进技术。它是制作在单晶硅上的lcd新型显示器，是lcd与cmos集成电路有机结合的新兴技术。lcos具有高分辨率、反射式成像、低价格的特点。该技术最早出现在上世纪九十年代末期。其首批成型产品是由aurorasystems公司于2000年开发出的,由于该产品具有高分辨率、高开口率、反射式成像的特点，所以立刻受到了人们高度关注，很多企业开始进行了研究与开发。其中如索尼、jvc、佳能、英特尔、飞利浦、台联电等企业。
硅基液晶是一种反射模式的液晶器件，利用像素电极上镀反射镜对光进行反射或偏转，应用领域包括ar/vr眼镜，光通信wss等，其中基于wss的lcos因为需要降低插入损耗，对反射率有较高要求。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种硅基液晶器件，以解决现有的硅基液晶器件的反射率低，存在插入损耗较高的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：提供一种硅基液晶器件，包括液晶盒和灌入所述液晶盒的液晶层，所述液晶盒包括导电玻璃和衬底，所述导电玻璃和衬底贴合设置，靠近所述导电玻璃设有第一取向层，靠近所述衬底依次设有像素层、反射光栅层及第二取向层，外部通信光垂直入射，依次经过导电玻璃、第一取向层、液晶层，第二取向层、反射光栅层到达像素层反射。
进一步的，所述反射光栅层包括亚波长光栅层，所述亚波长光栅层的折射率为na。
进一步的，所述亚波长光栅层的材质为si3n4、si、ta2o5、zro2及tio2中的任意一种。
进一步的，所述亚波长光栅层周期尺寸在λ/5-λ之间，λ为入射光波长，所述亚波长光栅层宽度在100nm-1200nm之间，所述亚波长光栅层高度在50nm-1200nm之间。
进一步的，所述反射光栅层包括自上而下设置的第一外围介质层、亚波长光栅层及第二外围介质层，所述第一外围介质层高度为h2，所述第二外围介质层高度为h3，其中，h2和h3尺寸范围为0nm-5000nm，还包括第三外围介质层，所述第三外围介质层填充于所述光栅层的空隙区域。
进一步的，所述第一外围介质层为sio2、mgf2、si3n4、si、ta2o5、zro2及tio2中的任意一种，所述第二外围介质层为sio2、mgf2、si3n4、si、ta2o5、zro2及tio2中的任意一种，所述所述第三外围介质层为sio2、mgf2、si3n4、si、ta2o5、zro2及tio2中的任意一种，所述第一外围介质层、第二外围介质层及第三外围介质层的折射率均高于所述光栅层折射率。
进一步的，所述导电玻璃为硼硅ito导电玻璃，所述硼硅ito导电玻璃热膨胀系数范围为2.8ppm/℃～6ppm/℃。
进一步的，所述第一取向层为聚酰亚胺或蒸镀无机物，所述第二取向层为聚酰亚胺或蒸镀无机物。
进一步的，所述亚波长光栅为光刻或化学抛光中的任意一种光栅。
本实用新型的有益效果在于：通过通信光垂直入射到lcos,经过导电玻璃，第一取向层，液晶层，第二取向层，反射光栅到达像素层反射镜反射，从而实现通信光的偏转。增加了所述反射光栅层之后使反射率提高到满足应用的水平(能达到98％)。反射率决定了lcos的插入损耗大小，高反射率lcos具有低插入损耗。
附图说明
下面结合附图详述本实用新型的具体结构
图1为本实用新型的硅基液晶器件的结构示意图。
图2为本实用新型的硅基液晶器件的亚波长光栅结构示意图。
图3为本实用新型的硅基液晶器件的部分液晶排布图。
标号如下：
1-导电玻璃；2-第一取向层；3-液晶层；4-第二取向层；5-反射光栅层；6-像素层；7-衬底；51-光栅周期长度；52-光栅长度。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本实用新型提供一种硅基液晶器件，包括液晶盒和灌入所述液晶盒的液晶层3，所述液晶盒包括导电玻璃1和衬底7，所述导电玻璃1和衬底7贴合设置，靠近所述导电玻璃1设有第一取向层2，靠近所述衬底7依次设有像素层6、反射光栅层5及第二取向层4，外部通信光垂直入射，依次经过导电玻璃1、第一取向层2、液晶层3，第二取向层4、反射光栅层5到达像素层6反射。
具体的，第一取向层2，第二取向层4通过凸版印刷，或者蒸镀方式分别沉积到导电玻璃1和含有反射光栅层的硅基衬底7上；导电玻璃1和硅基衬底7通过框胶贴合形成液晶盒，最后往液晶盒中灌液晶。
所述驱动控制单元为外围的驱动板，所述驱动控制单元连接所述衬底7，对所述衬底7芯片上各个像素进行电压控制。本lcos采用ecb模式、va模式或tn模式之中的一种。通信光垂直入射到lcos,经过上导电玻璃1，第一取向层2，液晶层3，第二取向层4，反射光栅到达像素层6反射镜反射，液晶分子通过驱动板驱动衬底7芯片，实现各像素上液晶分子扭转角度控制，从而控制对应入射光的光程差，当载入一定条纹状图形，使液晶排列实现有规律排列可等效于闪耀光栅，从而实现通信光的偏转。增加了所述反射光栅层之后使反射率提高到满足应用的水平(能达到98％)。反射率决定了lcos的插入损耗大小，高反射率lcos具有低插入损耗。
实施例1
所述反射光栅层5包括亚波长光栅层，所述亚波长光栅层的折射率为na。所述亚波长光栅层为光刻或化学抛光中的任意一种光栅。
具体的，所述亚波长光栅层可以在整个lcos显示区域进行制作，也可以在整个lcos显示部分若干区域制作。所述亚波长光栅层制作方法包括但不局限于光刻，化学抛光方法。所述反射光栅层5用于提高反射率，通信光进入，再反射出来(经过偏转)这个过程要使的它的损耗最小，就需要硅基衬底那一面的反射率尽量大一些，光栅层进一步提高反射率。
实施例2
所述亚波长光栅层的材质为si3n4、si、ta2o5、zro2及tio2中的任意一种。所述亚波长光栅层周期尺寸在λ/5-λ之间，λ为入射光波长，亚波长光栅层宽度在100nm-1200nm之间，亚波长光栅层高度在50nm-1200nm之间。
具体的，所述像素层6是分开不同像素，类似显示器，显示器是不同像素现实不同颜色和亮度，这里是加载不同电压，让像素层上方的液晶偏转不同角度。所述像素层6包括像素电极，在像素电极上方，采用亚波长光栅层结构进一步增加lcos反射率，具体的，反射层结构为亚波长光栅层，光栅周期在亚波长级别。像素电极通过导通管与硅基芯片源极或漏极相连，与ito公共电极一起对液晶层进行电压加载，实现相位调控，像素电极镀金属镜面，金属材料可以是cu，al，au，ag中任意一种，以提高反射率。这里的导通管是芯片下方的驱动晶体管与像素电极之间导通的管道，驱动晶体管和像素电极之间存在绝缘层，需要导通管进行连接才能控制像素上的电压。通信光垂直入射，不加调制情况下，lcos作用类似于反射镜，光线原路返回；在加载调制的信号情况下，加载调制信号使得液晶层有规律扭转并等效成闪耀光栅，光线发生+1或-1级衍射，光线以一定偏转角度出射，增加像素层反射率为了减少这一过程的光能量损耗。
实施例3
请参阅图2，所述反射光栅层5包括自上而下设置的第一外围介质层、亚波长光栅层及第二外围介质层，所述第一外围介质层高度为h2，所述第二外围介质层高度为h3，其中，h2和h3尺寸范围为0nm-5000nm，还包括第三外围介质层，所述第三外围介质层填充于所述亚波长光栅层的空隙区域。
具体的，所述第一外围介质层折射率为nr1，所述第二外围介质层折射率为nr2，所述第三外围介质层折射率为nr3，其中，nr1、nr2及nr3三者可以相同，也可以不同。第一外围介质层是高出亚波长光栅层区域h2，范围在0nm到5000nm之间，第二外围介质层在亚波长光栅层以下h3，范围在0nm到5000nm之间，并且在与液晶一侧接触面为平坦层，可同时作为液晶第二取向层，亦可在此层基础上另外沉积液晶第二取向层。通过设计软件fdtd，rcwa等进行设计以达到反射率99％以上。
实施例4
所述导电玻璃为硼硅ito导电玻璃，所述导电玻璃的膨胀系数范围为2.8ppm/℃～6ppm/℃。所述第一取向层2为聚酰亚胺或蒸镀氧化物，所述第二取向层4为聚酰亚胺。
具体的，请参阅图2，其中，w为光栅周期长度51，l为光栅长度52指代的是光栅具体的尺寸；所述导电玻璃1用于提供公共电极，整面导电。所述导电玻璃1在靠近空气一侧镀有ar涂层，具有增加透射作用。在靠近液晶一侧有ito导电层，作为液晶调控的公共电极。
所述第一取向层2以及第二取向层4作用为使让液晶排列一致。请参阅图1，此时液晶是未给它加载调制信号的状态。请参阅图3，图3只是取液晶排布的部分。此时是液晶加入调制信号，此时液晶的倾斜角度是慢慢变化的，通信光经过之后就会受调制。
所述第一取向层2，第二取向层4可以为聚酰亚胺，亦可以为倾斜蒸镀氧化物，如sio2，si3n4等，采用倾斜蒸镀工艺。优选的，采用sio2按一定角度倾斜蒸镀倾斜蒸镀工艺，倾斜蒸镀角在20～90°范围内，采用此蒸镀工艺有以下优点：器件光温度性更好；倾斜蒸镀可以得到折射率在1.1～1.5，根据蒸镀工艺参数不同而不同，有利于提高界面的反射率。其中，所述第二取向层4可以为光栅周围介质如sio2，亦可以在光栅周围介质之上再进行沉积，目的在于使液晶分子按一定方向列。
液晶分子层采用适当双折射率液晶分子以及厚度，达到△nd》1.25λ,λ为入射光波长，以实现通信波段足够相位调控深度。液晶盒采用ecb，va,tn，stn模式中的一种，优选的采用ecb模式。
综上所述，本实用新型提供的硅基液晶器件，通信光垂直入射到lcos,经过导电玻璃1，第一取向层2，液晶层3，第二取向层4，反射光栅层5到达像素层6反射镜反射，液晶分子通过驱动板驱动衬底7芯片，实现各像素上液晶分子扭转角度控制，从而控制对应入射光的光程差，当载入一定条纹状图形，使液晶排列实现有规律排列可等效于闪耀光栅，从而实现通信光的偏转。通过软件拟合，可以得到该光栅结构的lcos在入射光波长附近，反射率可达到98％以上。反射率决定了lcos的插入损耗大小，高反射率lcos具有低插入损耗。
此处第一、第二……只代表其名称的区分，不代表它们的重要程度和位置有什么不同。此处，上、下、左、右、前、后只代表其相对位置而不表示其绝对位置。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
1.一种硅基液晶器件，其特征在于：包括液晶盒和灌入所述液晶盒的液晶层，所述液晶盒包括导电玻璃和衬底，所述导电玻璃和衬底贴合设置，靠近所述导电玻璃设有第一取向层，靠近所述衬底依次设有像素层、反射光栅层及第二取向层，外部通信光垂直入射，依次经过导电玻璃、第一取向层、液晶层，第二取向层、反射光栅层到达像素层反射。
2.如权利要求1所述的硅基液晶器件，其特征在于：所述反射光栅层包括亚波长光栅层,所述亚波长光栅层的折射率为na。
3.如权利要求2所述的硅基液晶器件，其特征在于：所述亚波长光栅层为si3n4、si、ta2o5、zro2及tio2中的任意一种。
4.如权利要求2或3所述的硅基液晶器件，其特征在于：所述亚波长光栅层周期尺寸在λ/5-λ之间，λ为入射光波长，所述亚波长光栅层的宽度在100nm-1200nm之间，所述亚波长光栅层的高度在50nm-1200nm之间。
5.如权利要求4所述的硅基液晶器件，其特征在于：所述反射光栅层包括自上而下设置的第一外围介质层、亚波长光栅层及第二外围介质层，所述第一外围介质层高度为h2，所述第二外围介质层高度为h3，其中，h2和h3尺寸范围为0nm-5000nm，还包括第三外围介质层，所述第三外围介质层填充于所述亚波长光栅层的空隙区域。
6.如权利要求5所述的硅基液晶器件，其特征在于：所述第一外围介质层为sio2、mgf2、si3n4、si、ta2o5、zro2及tio2中的任意一种，所述第二外围介质层为sio2、mgf2、si3n4、si、ta2o5、zro2及tio2中的任意一种，所述第三外围介质层为sio2、mgf2、si3n4、si、ta2o5、zro2及tio2中的任意一种，所述第一外围介质层、第二外围介质层及第三外围介质层的折射率均高于所述亚波长光栅层折射率。
7.如权利要求1所述的硅基液晶器件，其特征在于：所述导电玻璃为硼硅ito导电玻璃，所述硼硅ito导电玻璃热膨胀系数范围为2.8ppm/℃～6ppm/℃。
8.如权利要求1所述的硅基液晶器件，其特征在于：所述第一取向层为聚酰亚胺或蒸镀无机物，所述第二取向层为聚酰亚胺或蒸镀无机物。
9.如权利要求2所述的硅基液晶器件，其特征在于：所述亚波长光栅层为光刻或化学抛光中的任意一种光栅。
技术总结