DE2826195A1 - Fluessigkristall-lichtventil - Google Patents

Description

Anmelderin; Stuttgart, den 12. Juni 1978

Hughes Aircraft Company P 354-9 S/kg Centinela Avenue and

Teale Street

Culver City, Calif., V.St.A.

Vertreter:

Kohler - Schwindling - Späth
Patentanwälte
Hohentwielstraße 41
7000 Stuttgart 1

Flüssigkristall-Lichtventil

Die Erfindung betrifft ein Flüssigkristall-Lichtventil mit einer durch Wechselstrom angeregten Flüssigkristallschicht, zugeordneten Zwischenschichten, die einen dielektrischen Spiegel und eine Lichtsperrschicht umfassen, einem den Zwischenschichten benachbarten Halbleiterkörper und an eine Wechselspannung angeschlossenen Elektroden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Flüssigkristall-Lichtventil anzugeben, das sich durch eine verbesserte Anordnung zum Lesen der Ladungen mit einem hohen Sammlungs-Y/irkungsgrad und einer guten räumlichen Auflösung auszeichnete

Diese Aufgabe wird nach der -Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen dem Halbleiterkörper und den Zwischenschichten eine dielektrische Isolierschicht angeordnet ist, welche aus der den Halbleiterkörper und die Elektroden umfassenden Anordnung einen Kondensator bildet, so daß während eines Teiles der Periode der Wechselspannung durch das zwischen den Elektroden erzeugte Feld der ganze Halbleiterkörper von Ladungsträgern entblößt wird und für ein Signal charakteristische Ladungsträger durch diesen Halbleiterkörper transportiert werden und die Grenzfläche zwischen Halbleiterkörper und Isolierschicht erreichen, wo sie den Fluß von Ladungsträgern entgegengesetzter Polarität durch die Flüssigkristallschicht und damit deren Aktivierung veranlassen.

Bei dem erfindungsgemäßen Lichtventil wird also ein elektrisches Feld über einem relativ dicken Halbleiterkörper mit einem relativ hohen spezifischen Widerstand während eines vorbestimmten Abschnittes der V/echselspannungs-Periode erzeugt, um den Halbleiterkörper von allen beweglichen Ladungsträgern zu entblößen. Die Verarmung der Ladungsträger in dem Halbleiterkörper erfolgt durch

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die Anwendung eines Kondensators vom MOS-Typ, der* auf einer Oberfläche des Halbleiterkörper, welche an die Flüssigkristall-Zwischenschiohten angrenzt, gebildet wird. Das quer gerichtete und räumlich gleichförmige elektrische Feld des vollständig entblößten MOS-Kondensators wird dazu benutzt, für das Signal charakteristische Minoritätsträger zu sammeln und mittula einer Feldfokussierung während der Verarmungsphase der angelegten Wechselspannung eine räumliche Auflösung zu bewirken.

Obwohl bei einei* ioisführungsform der Erfindung als Halbleiterkörper eine Siliciumscheibe benutzt wird, können auch andere Hfilbleiter-V/erkstoffe benutzt werden.

Die besonderem Vorteile der Erfindung umfassen die Übei-tragung eines Bündels von Ladungsträgern, die für Informationsnignale charakteristisch sind, gleichzeitig und parallel zueinander von einer Oberfläche eines Halbleiterkörpers, bei dem es sich um das Substrat des Lichtventiles handelt, zu dessen gegenüberliegender Seite unter der Wirkung eines VJechselfeldes mit guter räumlicher Auflösung, d_oh₀ ohne seitliche Ausbreitung der Ladungsträger infolge von Diffusion. Das Lichtventil ist wechselstroui-betrieben, wodurch die elektrochemische Stabilität der Flüssigkristall-Ano^'dnung verbessert wird. Die für das Signal charakteristischen Ladungsträger, bei

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fr

denen es sich um !.Iinoritata träger im Halbleiterkörper handelt, können durch optische Bilder, Röntgenstrahlen, Elektronen hoher Energie odesr unter Verwendung einer Anordnung von ladungsgekoppelten Bauelementen eingebracht werden.

Die räumliche Auflösung, die mittels einer Feldfokussierung während der Verarniungs- oder iintblößungsphase der zugeführten Wechselspannung bewirkt wird, kann noch durch eine zusätzliche Fokussieranordnung verbessert werden, welche die Form einer mikroskopisch feinen Netzstruktur im Halbleiterkörper annimmt. Unter lletzstruktur soll hier eine Struktur verstanden werden wie beispielsweise ein Mikrokanal-lfetz, also eine Netzstruktur au3 Halbleiterbereichen höherer Leitfähigkeit, die beim Normalbetrieb während des Verarmungsteiles der Wechselspannungnperiode von beweglichen Ladungsträgern ebenso vollständig entblößt ist wie der Kest des einen höheren spezifischen Widerstand aufweisenden Halbleiterkörper,, Dieses Mikronetz, das auf dem Substrat eine Vielzahl von Auflöaungszellen bildet, hat im verarmten Zustand eine höhere Konzentration von unbeweglichen Ladungsträgern als die benachbarten Abschnitte des Halbleiterkörpers, weil es eine erhöhte Konzentration von Verunreinigungen aufweist, und erfüllt seine fokusaierende Funktion durch Abstoßen der Signalträger in Richtung auf die Zentren der Auflösungszellen.

809851/1009 ORIGINAL INSPECTED

Die Erfindung wird in folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten .aus führung« bei spiele erläutert» Es zeigen

Fig. 1 einen scheiiiatischen Querschnitt durch ein Flüasigkristall-Lichtventil nach der Εχ· Γ indung,

Figo 2 einen seheu^tiuehen viueruchuitt durch eine

weitere Ausf ührungsf oria eines Flüssigkristall-Liciitventi l.d nach der Erfindung, das ein liikronetz aufweist,

Fig. 3 und 4 in schematicchen ^uerachnitten weitere Einzelheiten von Lichtventilen nach der Erfindung,

Fig. 5 eine «chenatische Draufsicht aiif das

Fokussier-Iviikronetz eines nach der Erfindung ausgebildeten Flüssigkristall-Lichtventils und

Fig. 6a bis 6d Diagramme von spannungen und Streuen, welche bei einem Flüssigkristall-Lichtventil nach der Erfindung auftreten, das ein IUikronetz zur Auflüsungsverbesserung aufweist.

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Das in Fig. 1 dargestellte, mit Wechselstrom angeregte Flüssigkristall-Lichtventil umfaßt ein Silicium-Substrat mit hohem spezifischem Widerstand, das auf einer Seite mit einer Gate-Isolierschicht 12 aus Si(^ versehen ist, der eine Lichtsperrschicht 14, ein dielektrischer Spiegel 16, eine Flüssigkristallschicht 18 und eine durchsichtige Gegenelektrode 20 folgt. Auf der anderen Seite des Substrates iO befindet sich eine dünne Elektrode 22, eine Passivierungsschicht 24 aus SiOp und eine Kontaktleiste 25 au» Aluminium, Eine Spannungsquelle 53 ist an die Kontaktleiste 25 der Elektrode 22 und an die Gegenelektrode 20 angeschlossen. Das Silicium-Substrat 10 des Lichtventils nach Fig. 1 ist.vom p-Typ mit einem typischen spezifischen Widerstand von mehr als 1 k_0._ocm_o Ein p-Halbleiterkörper wird häufig auch mit dem SymboliT bezeichnet, wogegen ein η-Material mit hohem spezifischen Widerstand häufig auch mit dem SymbolV bezeichnet wird. Obwohl bei der Ausführungsform nach Figo 1 ein Ti -Material benutzt wird, kann die Erfindung ebenso gut auch mit einem \) -Material verwirklicht werden, wobei dann die Spannungsund Strompolaritäten umgekehrt werden müssen.

Das Halbleitermaterial 10 kann eine Dicke in der Größenordnung von 75 bis 250 /tm aufweisen und sollte auf beiden Seiten chemisch-mechanisch poliert sein, um zu beiden Seiten optisch ebene und zueinander parallele Flächen zu erzeugen. Auf der der Isolierschicht 12 zugewandten Seite weist das Substrat isolierende Kanalbegrenzungen auf, um den aktiven Tf-Bereich von der schädlichen V/irkung

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einer Minoritätsträger-iSrzeugung an den Außenflächen des Substrates und einer Ladungsxnversxon, wie sie typischerweise an SiOp-Grenzflächen von p-Silicium vorliegt, zu schützen» Bei diesen Kanalbegrenzungen 26 handelt es sich für ein Substrat vom "It-Typ um p⁺-Bereiche, die durch eine starke Dotierung vorbestimiater Bereiche des Substrates mit Verunreinigungen vom p-Typ gebildet werden, beispielsweise mittels Gasdiffusion oder Ionenimplantation. Die dünne Elektrode 22 ist in dem Siliciumsubstrat durch starke Dotierung gebildet und wird bei einem Substrat vom-tf-Typ durch einen p⁺-Bereich gebildet. Der Zweck dieser Schicht besteht darin, zur Küclcseite des Substrates einen gleichförmigen ohmschen Kontakt herzustellen, so daß das elektrische Potential der gesamten Rückseite des Substrates und an Stellen innerhalb des Substrates gemäß der angelegten Vorspannung erhöht oder gesenkt werden kann» Diese Schicht muß Jedoch für Licht durchlässig sein, so daß Photonen die Schicht durchdringen können, ohne in nennenswertem Maße absorbiert zu werden. Um diese Forderung zu erfüllen, ist es erforderlich, die Schicht optisch dünn auszubilden, was bedeutet, daß die Dicke geringer sein muß als der Kehrwert des Absorptionskoeffizienten für Photonen der Wellenlängen im Spektralbereich von 0,4- bis 1,OjUm, Damit diese Schicht einen gleichförmigen elektrischen Kontakt ergibt, ist außerdem eine degenerative Dotierung erwünscht. Die Passivierungsschicht 24 besteht typischerweise aus einer dünnen.SiOp-Schicht, die dazu dient, die Oberfläche des Silicium-Substrats zu schützen. Auf der

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gegenüberliegenden Seite des Substrates 10 befindet sich eine Gate-Iaolierschicht 12, bei der es sich typischerweise um eine SiO^-Sohicht handelt. Diese SiOg-Schicht ist die dielektrische Schicht eines MOS-Kondensators, der auf dem Substrat 10 gebildet istβ Dieser Gate-Isolierschicht 12 benachbart ist eine Cermet-Lichtsperrschicht 14, die bei diesem Lichtventil dazu dient, das Projektionslicht zu absorbieren, das wegen des begrenzten Reflexionsvermögens des dielektrischen Spiegels 16 vom Spiegel übertragen werden könnte. Bei GdS-Lichtventilen ist eine CdTe-Schicht vorhanden, welche die gleiche Funktion hat wie die Germet-Schicht 14- bei dem Lichtventil nach Fig. 1. .Eine CdTe-Schicht ist jedoch für das Lichtventil nach Pig. 1 ungeeignet, weil es Licht mit einer Wellenlänge von weniger als 0,85 /tm absorbiert, während das Silicium-Substrat bis zu einer Wellenlänge von annähernd 1,1 ^m photoempfindlich ist, also bis in den nahen Infrarotbereich des optischen Spektrums. Die Oermet-Schicht 14- besteht aus einem Stapel von abwechselnden Metallteilchen, wie beispielsweise Zinn, Indium und Blei, in dielektrischen Schichten, beispielsweise aus AIpO^. Wenn die Metallteilchen in relativ dünnen Filmen angeordnet werden, coagulieren sie zu einer dichten Anordnung kleiner Metallinseln, die elektrisch nicht zusammenhängen, jedoch die optischen Eigenschaften der Metalle im Bereich der Wellenlängen des sichtbaren Lichtes behalten. Die Verwendung von abwechselnden Schichten dieser

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von einem Isolator getrennten I-ietalltröpfchen vermindert noch weiter die elektrische Leitung in der Hbene einer Schicht und erlaubt die kapazitive Kopplung von Ladungen zwischen den Metallinseln benachbarter Filme. Wenn der Abstand zwischen diesen Ivietallinseln im Verhältnis zur Dicke der isolierenden Filme relativ groß ist, dann ist die Impedanz sowohl bei Gleichstrom als auch bei Yfechselstrom für eine Ladungsübertragung in der Übene sehr viel größer als diejenige zwischen den libenen, so daß ein anisotropisch leitendes Material mit den optischen Eigenschaften von Metall erzeugt wird. Wenn viele abwechselnde Filme in eine einzige Schicht eingebracht werden, ist die Undurchsichtigkeit der kombinierten Filme durch die vielfache Lichtstreuung an den vielen willkürlich verteilten Metallinseln noch weiter verstärkt» Da die Inseln aus Metall bestehen und durch Anregung freier Elektronen Licht absorbieren, hat diese Cermet-Schicht eine geringe optische Durchlässigkeit in einem größeren Spektralbereich, als es mit Halbisolatoren wie GdTe erreichbar wäre, weil die letztgenannten durch die Breite ihres verbotenen Bandes begrenzt ist» Da die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zur Verwendung mit Wechselstrom bestimmt ist, ist es nicht erforderlich, daß die Cermet-Schicht eine geringe Gleichstrom-Leitfähigkeit senkrecht zur Schichtebene aufweist.,

Bei der Schicht 16 handelt es sich um einen dielektrischen Spiegel, beispielsweise um einen TiOp/Si0₀-üpiegel. Die Schicht 18 ist eine elektro-optische Flüssigkristallschicht,

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deren Dicke durch dielektrische Abstandsstücke 19 bestimmt ist, welche die Flüssigkristallschicht begrenzen und beispielsweise aus UiO₂ bestehen können. Die Gegenelektrode 20 ist für Licht durchlässig und grenzt an die Flüssigkristallschicht 18 an_e

Dieses Lichtventil macht von den elektro-optischen Eigenschaften nematischer Flüssigkristalle Gebrauch, um einen projezierten Ausgangs-Lichtstrahl optisch zu modulieren. Dabei wird entweder mit dem 4-5° verdrillt-nematischen oder dem doppelbrechend farb-schaltenden Betriebszustand gearbeitete Bei beiden Phänomenen existiert eine Spannungsschwelle V™, unterhalb welcher die Moleküle der Schicht ihre ursprüngliche Ausrichtung parallel oder senkrecht zu den Elektroden-Oberflächen beibehalten. Vienn die Effektivspannung über der Flüssigkristallschicht die Schwellenspannung V™ überschreitet, dann tritt eine Umorientierung der Moleküle in einem Ausmaß ein, der von der Größe der dielektrischen Anisotropie des speziellen verwendeten Flüssigkristalle und der Größe der Überspannung V™ - Vm abhängt. Dieser Effekt führt zu einer optischen Doppelbrechung, die leicht dazu benutzt werden kann, die Phase eines polarisierten Lichtstrahles zu verzögern und dabei eine Farb-/Intensitäts-Modulation proportional zu Vtq - Vj ^zu erzeugen.

Bei einem speziellen Silicium-MOS-Lichtventil wurde ein Siliciuin-Substrat vom p-Typ mit einem spezifischen Wider stand von etwa 40 kJl.cm und einer Dicke von etwa 0,15

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benutzte Auf einer Oberfläche des Substrates wurde durch thermische Oxydation eine SiOp-Schicht mit einer Dicke von 100 nm als Gate-Isolierschicht gebildet· Auf der anderen Seite wurde als Elektrode eine p⁺-Kontaktschicht durch Eindiffundieren von Bor erzeugt. Da ein He-Ne-Laserstrahl benutzt wurde, um das Ausgangssignal des Lichtventils zu projizieren, wurde ein auf Hot abgestimmter, siebenpaariger, dielektrischer üi0_o/Ti0p-Üpiegöl dazu benutzt, das Silicium-Substrat optisch von dem Lesestrahl zu trennen, so daß die Notwendigkeit für eine getrennte Lichtsperrschicht nicht bestand. Eine Flüssigkristallschicht wurde senkrecht auf eine Elektrodenfläche ausgerichtet und dann mit dem übrigen Teil de3 Lichtventiles vereinigt«, Dieses Lichtventil zeigte sowohl eine gute Photoempfindlichkeit als auch eine gute räumliche Auflösung unter Verwendung von grünem Eingangslicht mit Intensitäten von etwa 5OO /tW/cm und verschiedenen Formen der Eingangsspannung mit Frequenzen zwischen 100 kHz und 5

Bei der in Fig. 2 schematisch dargestellten Ausführmigsform handelt es sich um Lichtventil, das durch eine aus ladungsgekoppelten Bauelementen bestehende Anordnung angesteuert wird« Das Lichtventil empfängt von der ladungsgekoppelten Anordnung ein GleichspannungH-Signal und setzt es in ein Wechselypannungs-Signal um, dessen mittlere Ladung Hull beträgt und welches den Flüssigkristall aktivierte Es umfaßt eine durchsichtige Elektrode [.>0,

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eine Flüssigkrib'tall3chi.:h': SO, einen nehrla dielektrischen spiegel 100, eine .i-icht sperrschicht 120, eine SiOp-Isolierschieht 1-0, ein oiliciun-oubstrat IGO mit hohem spezifischen V.iierstand, eine ecitaxiale oiliciunschicht 1S0, eine oiliciumcioxid-oohioht 200 und einen Satz von COD-^Iektrcaen 22O₀ Die ilonbination aus dem mehrlagigen dielektrischen spiegel 100 uni der Liühtsperi'schicht 12C biliec eine Anordnung zur optischen Isolierung des Flüssigkristalis von dem Substrat; und der ladungsgekoypeltei: anordnung des Lichtventils. In dem Silicium-oubstraü Ie^ befindet sich eine ein kikronets 24-0 bildende uuriU:t;ur, die dazu, dient, iie ijignal-Ladungiitragex· ^u iokuddieren. Dieje .!.-ikrünetzlijtruktur deiinierr -ellenuoreijhe^ Gbv.ohl diese struktur in Verbindung uit eineu oilioiuLi-oubatrat von ρ-'Γνρ beschrieben v:ird, vero-ceht es sicii, dcu: nach der Erfindung auch Lichtvencile aufgebaut werden können, αie ein iiiliciuni-ouüstx'at vou. n-I'yp oder Jubstrate auu anderen Halbleiterm^tericaien aufweisen, die uit Vux'unreinigunget: dotiert uind, v.elche jeden beliebigen Ltiitfähigkeitiityp bedtiai.en. Bei einen speziellen Beispiel v;ux\le ein oiliciuii-oubstrat vom ρ—ΐνρ uit der kriiitallographijchen Orientierung < 100 > ver\;en-.iet. Dei' spezifische V/idersfcand des substrates kann in weiter: Frenzen schwanken, obwohl für eine gute Auflösung ein speaifiachex* ii/iderstand von meJhr als 1 lc-ft« cm bevorzugt wird» Da es sich hierbei uii ein Lcitei"ial vom p-1"yp mit hohem spezifischen widerstand handelt, wird es aucii manchmal als fT —Typ bezeichnete Zwischen die epita.ciale Siliciuuschicht 180 und die durchsiciitige Elektrode 50 ist eine Wechselspannungaquelle 260 geschaltet.

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In Betrieb nimmt ein CCD-Hingangsregister serielle Eingangsdaten auf, speichert und formiert sie für eine nachfolgende Parallelverarbeitung. Dies erfolgt beispielsweise in der Weise, daß das CCD-Eingangsregister seriell eine Zeile an Informationen aufnimmt und, nachdem es gefüllt ist, die Information parallel in eine parallele CCD-Gruppe überträgt. Danach wird das kingangsregister mit einer neuen Zeile an Informationen gefüllt, während die erste Zeile der Informationen um einen Schritt in der Parallelanordnung verschoben wird. Dfjnn v;ird die zweite Informations zeile von dem seriellen Eingangsregister in die erste Stufe der Parallelanordnung übertragen« Der gleiche Vorgang wird wiederholt, bis die Parallelanordnung ein gesamtes Bild an Informationen enthält. Dann wird das gesamte Informationsbild gleichzeitig mittels der Leseeinrichtung zur vorübergehenden speicherung auf die Flüssigkristallschicht übertragen, wo sie dazu benutzt wird, einen Laser-Lesestrahl räumlich zu modulieren. Die Leseeinrichtung arbeitet mit Wechselspannung unter Verwendung der SiOp-Isolierschicht, die verhindert, daß eine Gleichstromkomponente die Anordnung durchfließt ο Durch die SiO,-,-Isolierschicht entsteht die elektrische Funktion eines IvlOS-Kondensators. Die an diesen Kondensator angelegte Spannung hat eine derart gewählte Form, daß während der größten Zeit die SiOp-Seite 14-0 in bezug auf die geerdete Epitaxialschicht positiv vorgespannt ist. Für die restliche Zeit der Periode ist die SiOp-Schicht 140 geerdete Die Frequenz der Spannungsquelle ist so gewählt, daß sie mit der Bildfrequenz

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übereinstimmt. Während des positiven Teils der Periode ist das TT-Substrat 160 und mit ihm das Mikronetz 240 von beweglichen Ladungsträgern vollständig entblößt. Die Verarmungszone erstreckt sich auch in einen kleinen Teil der Epitaxialschicht 180, und es ist dieses Eindringen im Bereich zwischen den Mikronetz-Bereichen tiefer. Die Bereiche des Mikronetzes wirken wie Eimer mit unbeweglichen negativen Ladungen, welche die Signal-Elektronen abstoßen. Infolgedessen wirkt das Mikronetz wie ein Fokussiergitter, das die Elektronen in Kichtung auf die Mitten der Bereiche zwischen den dotierten Regionen abstößt. Ladungsträger, die aus der Kontrolle durch die CGD-Elektröden entlassen werden, diffundieren in einen Teil der Epitaxialschicht und werden dann von dem elektrischen Feld über den verarmten Bereich der Epitaxialschicht und die gesamte Dicke des Tf-Substrats geschwemmt und erreichen die Si/SiOp-Grenzfläche an Stellen zwischen dem Mikronetz,, Die Anwesenheit dieser Ladungen ändert den Spannungsabfall an dem Flüssigkristall, wodurch dieser aktiviert wird,, Die Ladungsträger werden an der Si/SiO₂-Grenzfläche an den Stellen innerhalb des Mikronetzes gespeichert, bis die Vorspannung an der SiOp-Schicht verschwindet was zu einem Zusammenbrechen der verarmten Zone führto Zu dieser Zeit diffundieren die Exzess-Minoritätsträger, bei denen es sich in diesem Fall um Elektronen handelt, in denT-Bereich, wo es während des restlichen Teiles der Vorspannungs-Periode zu einer Rekombination kommt»

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Figo 3 zeigt schematisch einen Abschnitt des Lichtventils nach Fig. 2, der das Substrat 160 des Lichtventils mit einer CCD-Struktur umfaßt, die das aktivierende Eingangssignal liefert« Es umfaßt eine Siliciumscheibe 160 vom Tf-Typ, also mit hohem spezifischen Widerstand, die auf einer Seite eine SiO₀-Schicht 140 und auf der anderen Seite eine epitaxiale Siliciuiaschicht 180 vom p-Typ auf weis to Zur Epitaxialschicht 180 benachbart befindet sich eine Si0_o-Schicht 200, auf der CCD-Elektroden 220 angebracht sind. Eine Spannungsquelle 260 ist einerseits an die Epitaxialsehicht 180 und andererseits an eine transparente Elektrode 50 ange schlossen«

i'ig. 4 zeigt schematisch im i4uerschnitt einen Teil eines Lichtventils mit Photoaktivierung. Es unfaßt ein Silicium-Substrat 160 vom ΊΓ-Typ, das auf einer Seite mit einer SiOp-Sohicht 140 versehen ist. Der Si0_o-Schicht benachbart befindet sich im Substrat ein MiIa?onetζ 240. Auf der anderen Seite de» Substrats befindet sich eine transparente Elektrode 280, die durch starkes Dotieren eines relativ dünnen Abschnittes des Substrates mit einer Verunreinigung vom p-Typ gebildet ist. Bei der Elektrode handelt es sich demnach um einen ρ -Bereich. Anschließend an die Elektrode 280 befindet 3xch eine dünne, durchsichtige Si0_o-Sohicht 300. Eine Spannungsquelle 260 ist an eine transparente Elektrode 50 und die transparente Elektrode 280 angeschlossen. Das zum

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Einachreiben von Informationen dienende Licht 320 durchdringt die iJiO^-Schieht 300 lind die p⁺-Sc;hicht 280 und erreicht das Silicium--, abs trat 160 vom -Tf-Typ, das für die empfangene Strahlung empfindlich ist. In jeglicher anderer Hinsicht iut die Ai^vbeitsweise des photoaktivierten Flüssigkristall-Lichtventiles mit dei^ Arbeitsweise des CCD-gesteuerten Flü.ssigkriütall-Lichtventiles identicch„

Fig. 5 zeigt schematise}! die Di*auf sieht auf eine Scheibe für ein Flüssigkristall-Lichtventil, welche die üelativstellung der liikronetz-Bereiche oder !.ükro-Kanalbegrenaungen aufzeigt, wie sie oben ert;Ülmt worden sind» In der Siliciumscheibe 160 iat eine mäßig dotierte Ilotantruktur 240 gebildet, um eine AnOrdnung von Auflüsungszellen 420 zu bilden, die aus 1T-Silicium bestehen, i^'ine Kanalbegrenzung 360 vom p⁺-l';^rP ergibt eine Art von Feldisolierung. Das Mikrokanalnetz 240 vjird entweder durch Ionenimplantation oder durch Diffusion erzeugt und hat eine ebene Oberfläche, um eine gute Ausrichtung des Flüssigkristall zu gewährleisten,. Der Dotierungs-rPegel und die Tiefe des iu?tzea sind so gewählt, daß das lietz während normaler Ai'beitnbedingungen von Ladungsträgern verarmt oder entblüßt ist. Da das Wetz iOöpfe oder Eimer mit unbeweglichen negativen Ladungen bildet, welche Elektronen abstoßen, werden die übertragenen Elektronen auf die lütte der Zellen fokussiert»

In den Fig. 6a bis Gd ist der Vex-lauf von Spannungen und Strömen sowie ein iLquivulent-üchaltbild dargestellt, um die Wirkungsweise eines nach der Erfindung ausgebildeten

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Lichtventils zu erläutern. Fig. 6a zeigt die von der Spannungsquelle 260 in Fig. 2 gelieferte Vorspannung. Die Spannung hat einen Wert von O V während der Zeit Tp (Akkumulation3phase) und die Spannung V, welche einen typischen Wert zwischen 50 und 100 V haben kann, während der Zeit T,. (Veraruungsphase)_o Die Zeit T. ist sehr viel größer gewählt als die Zeit 1'₂· Der Flüssigkristall-Stroia int der i^bleitung der Spannung proportional und hat den in Fig. 6b dargestellten Verlauf. Die Stromimpulse, die zwischen den durch die Spannungsquelle hervorgerufenen Stromimpulsen liegen, sind die Signalimpulse„.Unter der Annahme, daß die Flüssigkristallschicht 80 durch das Äquivalent-Schaltbild nach Fig. 6c dargestellt werden kann und eine RC-Zeitkonstante von etwa 5 ms aufweist, und unter der Annahme, daß T₀ eine Dauer von 5 ms hat, dann hat die an dem Flüssigkristall anstehende Spannung die in Fig. 6d dargestellte Form.

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Leerseife

Claims (2)

1. Patentansprüche

   1„ Fluss igkr is tall-Lichtvt3ntil mit einer durch Wechselstrom angeregten Flüssigkristallschicht, zugeordneten Zwischenschichten, die einen dielektx'ischen Spiegel und eine Lichtsperrschicht umfassen, einem den Zwischenschichten benachbarten Halbleiterkörper *md an eine Wechselspannung angeschlossenen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Halbleiterkörper (1O) und den Zwischenschichten (14-, 16) eine dielektrische Isolierschicht (12) angeordnet int, welche aus der den Halbleiterkörper (1O) und die Elektroden (20, 22) umfassenden Anordnung einen Kondensator bildet, so daß während eines Seiles der Periode der Wechselspannung durch das zwischen den Elektroden (20, 22) erzeugte Feld der ganze Halbleiterkörper (1O) von Ladungsträgern entblößt wird und für ein Signal charakteristische Ladungsträger durch diesen Halbleiterkörper transportiert werden und die Grenzfläche zwischen Halbleiterkörper (1O) und Isolierschicht (12) erreichen, wo sie den Fluß von Ladungsträgern entgegengesetzter Polarität durch die Flüssigkristallschicht (18) und damit deren Aktivierung veranlassen.
2. 2. Lichtventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (I6O) an die Isolierschicht (140) angrenzende, hochdotierte Stellen aufweist, die

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   eine mikroskopiach feine ITetzstruktur bilden, welche, wenn sie während eines Teiles der Periode der Wechselspannung von ihren mobilen Ladungsträgern entblößt ist, Bereiche mit einer hohen Konzentration unbeweglicher Ladungsträger bildet, die eine fokussierende Wirkung auf die für das Signal charakteristischen Ladungsträger haben, welche den Halbleiterkörper durchqueren.

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