一种硅基液晶面板及其设计方法和制备方法与流程

本发明涉及硅基液晶面板制造技术领域，特别是涉及一种硅基液晶面板及其设计方法和制备方法。

背景技术：

现有lcos晶圆基板(硅基板)的光利用率较低，在70％～95％。现有的硅基液晶面板的上基板主要是ito玻璃，ito玻璃厚度及上面ito材料的不同导致其透过率各有差异，透过率主要在75％～90％之间；硅基液晶面板的下基板主要是硅片，硅片上的cmos电路和反射铝层的差异会导致反射率不一致，反射率主要在70％～95％之间，综合来讲，现有的硅基液晶面板的光利用率在50％～85％之间，差异较大。现有的硅基液晶面板的光利用率受硅基板上像元大小及像素间隙的影响，但主要受限于硅基板的制造工艺能力和开发掩膜板的资金压力，

也就是说，现有的硅基液晶面板的硅基板的制造工艺能力不足，制造成本高，导致在花费较高的生产成本的同时还无法获得高光利用率的硅基液晶面板。而且，由于现有的硅基液晶面板的光利用率较低，其对应的适用范围也较为局限。随着用户的使用要求的提高，硅基液晶面板以及使用硅基液晶的微显示类产品的光利用率需求也随之提高，所以提升硅基液晶基板的光利用率迫在眉睫。

技术实现要素：

本发明的一目的是，提供一种硅基液晶面板及其设计方法和制备方法，所述硅基液晶面板的设计方法和制备方法简单、易于实现、成本低，而且能够有效提升基液晶面板的光利用率。

本发明在一方面公开了一种硅基液晶面板的设计方法，包括步骤：

s1、获取硅基液晶面板的目标指标；

s2、对所述目标指标进行分解；以及

s3、基于分解后的目标指标，分别进行所述硅基液晶面板的上基板、下基板、介质层以及液晶盒的设计。

在本发明的一实施例中，在所述步骤s2中，将所述目标指标分解为所述硅基液晶面板的上基板指标、下基板指标、介质层指标以及液晶盒指标。

在本发明的一实施例中，在所述步骤s3中，所述介质层包括增透膜和高反膜，将所述增透膜设置于所述上基板，将所述高反膜设置于所述下基板，基于所述上基板指标、所述下基板指标、所述介质层指标以及所述液晶盒指标，分别进行所述上基板的增透膜系设计、液晶盒设计以及所述下基板的高反膜系设计，所述液晶盒设计包括液晶层、设置在所述液晶层两侧的取向层以及电极层的材料选择和相对位置的设计。

在本发明的一实施例中，所述步骤s3包括步骤：

s31、基于所述硅基液晶面板的所述上基板的增透膜系设计和所述下基板的高反膜系设计，分别选择相应的增透膜材料和高反膜材料；和

s32、根据所选择的增透膜材料和高反膜材料对应的特点，分别进行所述上基板的增透膜的成膜厚度和/或致密性调节和所述下基板的高反膜的成膜厚度和/或致密性调节，得到目标硅基液晶面板。

在本发明的一实施例中，所述硅基液晶面板的设计方法还包括步骤：

s4、对得到的所述目标硅基液晶面板进行指标测试，获得测试结果；和

s5、对比所述测试结果和所述目标指标，基于所述测试结果和所述目标指标的对比结果，修正和优化所述目标硅基液晶面板的上基板、下基板、液晶盒以及介质层的设计。

在本发明的一实施例中，所述硅基液晶面板的目标指标包括使用波段、光利用率、折射率、透过率、反射率中的一种或多种。

在本发明的一实施例中，所述增透膜材料包括氧化钽、氧化钛、氧化铌、氧化铪、氧化锆、钛酸镧、氧化铝、氧化硅、氟化镁、氟化铈、冰晶石、氟化钙、氟化镧、氟化钇、氟化钡中的一种或多种，所述高反膜材料包括氧化钽、氧化钛、氧化铌、氧化铪、氧化锆、钛酸镧、氧化铝、氧化硅、氟化镁中的一种或多种。

本发明在另一方面还提供了一种硅基液晶面板的制备方法，包括步骤：

在ito玻璃板的相对两面分别蒸镀形成一增透膜，形成上基板；

在硅基板的设置有cmos电路的一面蒸镀形成一高反膜，形成下基板；以及

将所述上基板和所述下基板分别密封连接于液晶盒的相对两侧，形成所述硅基液晶面板。

在本发明的一实施例中，所述增透膜材料包括氧化钽、氧化钛、氧化铌、氧化铪、氧化锆、钛酸镧、氧化铝、氧化硅、氟化镁、氟化铈、冰晶石、氟化钙、氟化镧、氟化钇、氟化钡中的一种或多种，所述高反膜材料包括氧化钽、氧化钛、氧化铌、氧化铪、氧化锆、钛酸镧、氧化铝、氧化硅、氟化镁中的一种或多种。

在本发明的一实施例中，所述增透膜由一氧化硅和二氧化硅交替镀膜形成，交替镀膜的层数范围为：4～6层，厚度范围为：4～6nm，蒸镀速率范围为：0.2～0.8nm/s。

在本发明的一实施例中，所述高反膜由氧化钽和氧化硅或氧化铪和氧化硅交替镀膜形成，交替镀膜的层数范围为：10～40层，厚度范围为1～3μm，蒸镀速度范围为：0.2～4nm/s。

本发明在另一方面还提供了一种硅基液晶面板，所述硅基液晶面板由所述硅基液晶面板的制备方法制备得到，所述硅基液晶面板包括液晶盒和设置在液晶盒两侧的上基板和下基板，所述液晶盒包括液晶层和分别设置在液晶层两侧的取向层，所述上基板包括沿远离于所述液晶盒方向上依次设置的增透膜、ito电极、玻璃板以及增透膜，所述下基板包括沿远离于所述液晶盒方向上依次设置的高反膜、cmos电路以及硅基板。

本发明提供了一种硅基液晶面板及其设计方法和制备方法，首先，获得硅基液晶面板的目标指标，例如硅基液晶面板的使用波段、光利用率需求、玻璃板的折射率及透过率、硅基板的反射率、以及液晶相关物性，同时确认是否有无特殊光学需求或注意事项；其次，基于所述目标指标的需求，将所述目标指标分解，并基于分解后的所述目标指标，对所述硅基液晶面板的上基板、下基板以及液晶盒分别进行设计，最后，通过在上基板上蒸镀形成增透膜，并在下基板蒸镀形成高反膜的方式，综合实现将硅基液晶面板的现有光利用率50％～85％有效提升至75％～98％，以此提升微显示产品(使用所述硅基液晶面板的产品)的光利用率，有利于扩大所述硅基液晶面板的适用范围，提升使用所述硅基液晶面板的相应产品的竞争力，具有广泛经济价值。

另外，本发明的所述硅基液晶面板的制备方在硅基板封装前进行镀膜处理，无需改变现有的硅基板的结构，制备方法简单、易于实现，有利于采用较低的生产成本获得具有更高光利用率的硅基液晶面板。

通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。

附图说明

图1为根据本发明的一优选实施例的所述硅基液晶面板的设计方法的流程框图。

图2为图1所示的所述硅基液晶面板的设计方法的流程示意图。

图3为图1所示的所述硅基液晶面板的设计方法中设计和修正高反膜系的流程示意图。

图4为根据本发明的上述优选实施例的硅基液晶面板的制备方法的流程示意图。

图5为根据本发明的上述优选实施例的硅基液晶面板的增透膜材料和高反膜材料框图。

图6为根据本发明的上述优选实施例的硅基液晶面板的反射率表征图。

图7为根据本发明的上述优选实施例的硅基液晶面板的透过率表征图。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、形变方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“竖向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图7所示，根据本发明的一种硅基液晶面板的具体结构及其设计方法和制备方法被阐明。

值得一提的是，由于国内能够设计、生产硅基面板的企业很少，大部分企业都是直接买基板直接应用、所以很少要求设计、生产单位做相应调整，而且由于不同的产品应用场景，对硅基液晶面板的性能要求不同，因此目前缺乏基于硅基液晶面板的性能要求对硅基液晶面板进行设计的方法。基于此，如图1所示，本发明在一方面提供了一种硅基液晶面板的设计方法，包括步骤：

s1、获取硅基液晶面板的目标指标；

s2、对所述目标指标进行分解；以及

s3、基于分解后的目标指标，分别进行所述硅基液晶面板的上基板、下基板、介质层以及液晶盒的设计。

特别地，所述硅基液晶面板的目标指标包括使用波段、光利用率、折射率、透过率、反射率中的一种或多种。

可以理解的是，在所述硅基液晶面板的设计方法中，通过先获取目标指标的方式，能够预测最终获得的所述硅基液晶面板的光学性能，有利于针对性地进行目标硅基液晶面板的生产，缩短所述目标硅基液晶面板的生产和研发周期，从而降低所述目标硅基液晶面板的生产成本。

具体地，在所述步骤s2中，将所述目标指标分解为所述硅基液晶面板的上基板指标、下基板指标、介质层指标以及液晶盒指标。

值得一提的是，在所述步骤s3中，所述介质层包括增透膜和高反膜，本发明将所述增透膜设置于所述上基板，将所述高反膜设置于所述下基板，并基于所述上基板指标、所述下基板指标、所述介质层指标以及所述液晶盒指标，分别进行所述上基板的增透膜系设计、液晶盒设计以及所述下基板的高反膜系设计，也就是说，本发明通过将所述目标指标分解到所述硅基液晶面板的各个单独的部件上，以综合实现对所述硅基液晶面板的光利用率的提升。

可以理解的是，通过将所述目标指标分解的方式，使得所述硅基液晶面板的光利用率的提升更容易实现，而且本发明主要通过采用介质层改善所述上基板和所述下基板的性能的方式来实现对所述硅基液晶面板的光利用率的提升，无需改变所述上基板的玻璃板的结构，也无需改变所述下基板的硅基板的结构，能够在硅基板封装前进行，使得所述硅基液晶面板的制备更加简单，易于实现。

此外，还值得一提的是，所述液晶盒设计包括液晶层、设置在所述液晶层两侧的取向层以及电极层的材料选择和相对位置的设计。

具体地，所述步骤s3包括步骤：

s31、基于所述硅基液晶面板的所述上基板的增透膜系设计和所述下基板的高反膜系设计，分别选择相应的增透膜材料和高反膜材料；和

s32、根据所选择的增透膜材料和高反膜材料对应的特点，分别进行所述上基板的增透膜的成膜厚度和/或致密性调节和所述下基板的高反膜的成膜厚度和/或致密性调节，得到目标硅基液晶面板。

应该理解的是，在所述步骤s3中，在进行所述硅基液晶面板的所述上基板的增透膜系设计和所述下基板的高反膜系设计时，需要考虑所选择的材料的光学性质是否满足目标硅基液晶面板所需的折射率、各向异性、吸收、散射、光学稳定性等，并需要考虑所选择的材料的机械性质是否满足目标硅基液晶面板所需的硬度、附着力、应力等。

值得一提的是，所述增透膜材料包括氧化钽、氧化钛、氧化铌、氧化铪、氧化锆、钛酸镧、氧化铝、氧化硅、氟化镁、氟化铈、冰晶石、氟化钙、氟化镧、氟化钇、氟化钡中一种或多种，所述高反膜材料包括氧化钽、氧化钛、氧化铌、氧化铪、氧化锆、钛酸镧、氧化铝、氧化硅、氟化镁中的一种或多种。

具体地，在本发明的一实施例中，所述增透膜由所列材料中的两种材料进行交替镀膜(例如sio/sio2)形成，所述高反膜由所列材料中的两种材料进行交替镀膜(例如ta2o5/sio2、hfo2/sio2)形成，其中所述增透膜和所述高反膜镀膜的材料选择可根据实际的设计过程进行相应的调整，本发明可通过调整镀膜材料选择、镀膜层数、镀膜厚度以及蒸镀速率来实现对所述增透膜和所述高反膜的成膜厚度和/或致密性调节。

进一步地，所述硅基液晶面板的设计方法还包括步骤：

s4、对得到的所述目标硅基液晶面板进行指标测试，获得测试结果；和

s5、对比所述测试结果和所述目标指标，基于所述测试结果和所述目标指标的对比结果，修正和优化所述目标硅基液晶面板的上基板、下基板、液晶盒以及介质层的设计。

也就是说，在所述硅基液晶面板的设计方法中，还进行了所述上基板的增透膜系设计和所述下基板的高反膜系设计的修正和优化的步骤，有利于使得所述目标硅基液晶面板的测试指标接近或者等于所述目标指标，达到所述目标硅基液晶面板的目标需求。

如图2和图3所示，以下将结合具体实施例来对本发明的所述硅基液晶面板的设计方法进行进一步说明。

如图2所示，首先，本发明通过先了解目标硅基液晶面板的需求，即获取目标指标，如所述目标硅基液晶面板的使用波段、光利用率需求、玻璃板的折射率及透过率、硅基板的反射率以及液晶相关性，同时确认是否有特殊的光学需求或注意事项；再根据该需求进行目标指标的分解，具体地，将所述目标指标分解为所述目标硅基液晶面板的上下基板对应的指标、液晶盒内材料对应的指标，以及介质层指标，再基于分解后的指标分别进行每个模块的设计。

如图3所示，以对所述下基板的高反膜系设计为例，目标硅基液晶面板的需求为适用波段需求和反射率需求时，根据适用波段需求选择相应的材料，根据反射率的需求进行所述下基板金属反射镜的设计，在反射率满足目标指标时，高反膜系设计完成，当反射率不满足目标指标时，修正和优化所述下基板的高反膜设计，直至反射率满足目标指标时，结束所述下基板的高反膜设计，否则重复所述下基板的高反膜设计的过程。在该过程中的修正和优化，具体可以实施为对所述下基板的高反膜的成膜厚度和/或致密性的调节，本发明对此不作限制。

值得一提的是，根据目标需求，在设计上基板增透膜和下基板高反膜时，可以设置对应的波段，将不需要的杂光提前过滤掉，防止对所述硅基液晶面板的性能造成干扰。

应该理解的是，所述上基板的增透膜系设计的修正和优化过程与所述下基板的高反膜系设计的修正和优化过程类似。也就是说，在所述上基板的增透膜系设计过程中，当透过率满足目标指标时，增透膜系设计完成，当透过率不满足目标指标时，重复所述上基板的增透膜系设计过程，直至透过率满足目标指标时，结束所述上基板的增透膜系设计，获得最终的目标硅基液晶面板。

如图4所示，本发明在另一方面还提供了一种硅基液晶面板的制备方法，包括步骤：

在ito玻璃板的相对两面分别蒸镀形成一增透膜，形成上基板；

在硅基板的设置有cmos电路的一面蒸镀形成一高反膜，形成下基板；以及

将所述上基板和所述下基板分别密封连接于液晶盒的相对两侧，形成所述硅基液晶面板。

可以理解的是，所述硅基液晶面板的制备方法基于所述硅基液晶面板的设计方法执行。本发明主要通过两个部分进行所述硅基液晶面板的光利用率的改善，即对所述上基板蒸镀所述增透膜，以提升所述硅基液晶面板的透过率，并对所述下基板蒸镀所述高反膜，以提升所述硅基液晶面板的反射率，从而综合提升所述硅基液晶面板的光利用率。所述上基板和所述下基板的蒸镀步骤可以同时进行，本发明对前述步骤的顺序不作限制。

还应该理解的是，在所述硅基液晶面板的制备过程中，可以对所述上基板的增透膜的成膜厚度和/或致密性进行调节和对所述下基板的高反膜的成膜厚度和/或致密性进行调节，以使得所述硅基液晶面板能够达到所述目标指标的需求。

值得一提的是，所述硅基液晶面板的制备方法还包括步骤：分别在所述上基板和所述下基板相对应的一面设置取向层，将所述上基板的所述取向层密封连接于液晶分子层，将所述下基板的所述取向层密封连接于液晶分子层，而形成所述上基板和所述下基板分别密封连接于液晶盒的相对两侧的状态，由此得到所述硅基液晶面板。

此外，还值得一提的是，所述液晶盒和所述上基板与所述下基板通过密封胶进行密封连接。

如图5所示，所述增透膜的材料为氧化钽、氧化钛、氧化铌、氧化铪、氧化锆、钛酸镧、氧化铝、氧化硅、氟化镁、氟化铈、冰晶石、氟化钙、氟化镧、氟化钇、氟化钡中的一种或多种，所述高反膜的材料为氧化钽、氧化钛、氧化铌、氧化铪、氧化锆、钛酸镧、氧化铝、氧化硅、氟化镁中的一种或多种，本发明对所述增透膜的材料和所述高反膜的材料不作限制。

具体地，在本发明的一实施例中，所述增透膜由所列材料中的两种材料进行交替镀膜(例如sio/sio2)形成，其中交替镀膜的层数范围为：4～6层，厚度范围为：4～6nm，蒸镀速率范围为：0.2～0.8nm/s，以确保成膜的厚度和致密性，提升所述硅基液晶面板的透过率，从而确保所述硅基液晶面板的光利用率，其中所述增透膜镀膜的材料选择、镀膜层数和厚度以及蒸镀速率可根据实际的设计过程进行相应的调整。

具体地，在本发明的一实施例中，所述高反膜由所列材料中的两种材料进行交替镀膜(例如ta2o5/sio2、hfo2/sio2)形成，其中交替镀膜的层数范围为：10～40层，厚度范围为1～3μm，优选为2μm，蒸镀速度范围为：0.2～4nm/s，以确保成膜的厚度和致密性，提升所述硅基液晶面板的反射率，从而确保所述硅基液晶面板的光利用率，其中所述高反膜镀膜的材料选择、镀膜层数和厚度以及蒸镀速率可根据实际的设计过程进行相应的调整。

可以理解的是，本发明在另一方面还提供了一种硅基液晶面板，所述硅基液晶面板由所述硅基液晶面板的制备方法制备得到，所述硅基液晶面板包括液晶盒和设置在液晶盒两侧的上基板和下基板，所述液晶盒包括液晶层和分别设置在液晶层两侧的取向层，所述上基板包括沿远离于所述液晶盒方向上依次设置的增透膜、ito电极、玻璃板以及增透膜，所述下基板包括沿远离于所述液晶盒方向上依次设置的高反膜、cmos电路以及硅基板。

如图6和图7所示，本发明还对由所述硅基液晶面板的设计方法和制备方法得到的所述硅基液晶面板分别进行了反射率的表征和透过率的表征。

具体地，如图6所示，现有的硅基液晶面板采用的是铝镜作为反射镜，本发明的所述硅基液晶面板采用了高反膜，从整体的反射率来看，本发明的所述硅基液晶面板的反射率在80％～100％，现有的硅基液晶面板的反射率在82％～92％，可见，本发明的所述硅基液晶面板具有比现有的硅基液晶面板更高的反射率范围，尤其在波段为450nm～600nm内，本发明的所述硅基液晶面板反射率远高于现有的硅基液晶面板的反射率。

如图7所示，现有的硅基液晶面板采用的是ito玻璃，本发明的所述硅基液晶面板采用的是高透膜，从整体的透射率来看，本发明的所述硅基液晶面板的透射率在79％～98％，现有的硅基液晶面板的透射率在80％～90％，可见，本发明的所述硅基液晶面板具有比现有的硅基液晶面板更高的透射率范围。

综合来看，通过所述硅基液晶面板的设计方法和制备方法得到的所述硅基液晶面板的光利用率在75％～98％，有效提升了现有的硅基液晶面板的光利用率。

可以理解的是，通过提高所述硅基液晶面板的光利用率的方式，能够最大化地提升对光调制的效果，因此本发明的所述硅基液晶面板适于应用在空间光调制器件中，本发明的所述硅基液晶面板的设计方法也可以应用到微显示、微投影、3d全息、无掩模曝光、激光并行加工、高损伤阈值光调控等相关器件上，本发明对此不作限制。

总的来讲，本发明提供了一种硅基液晶面板及其设计方法和制备方法，通过获得硅基液晶面板的目标指标，并将所述目标指标分解的方式，分别对所述硅基液晶面板的上基板、下基板以及液晶盒分别进行设计，最后通过在上基板上蒸镀形成增透膜，并在下基板蒸镀形成高反膜的方式，综合实现对硅基液晶面板的光利用率的有效提升，以此提升使用所述硅基液晶面板的产品的光利用率，有利于增强硅基液晶面板的适用范围，而且本发明的所述硅基液晶面板的制备方在硅基板封装前进行镀膜处理，无需改变现有的硅基板的结构，制备方法简单，易于实现，有利于采用较低的生产成本获得具有更高光利用率的硅基液晶面板。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的优选的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。