DE60205022T2

DE60205022T2 - Optisch adressierbarer, ortsauflösender lichtmodulator (oaslm) mit dielektrischem spiegel, der schichten aus amorphem, hydriertem kohlenstoff enthält

Info

Publication number: DE60205022T2
Application number: DE60205022T
Authority: DE
Inventors: Nikolai Alexandrovich Feoktistov; Arkady Pavlovich Onokhov; Elena Anatolievna Konshina
Original assignee: Qinetiq Ltd
Current assignee: F Poszat HU LLC
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2022-03-12
Also published as: US20040160539A1; US7092046B2; WO2002073303A1; ATE299601T1; EP1379913A1; EP1379913B1; DE60205022D1

Description

Diese Erfindung betrifft das Gebiet optisch adressierbarer, ortsauflösender Lichtmodulatoren. Spezifischer ausgedrückt, betrifft die Erfindung einen Reflexionstyp des optisch adressierbaren, ortsauflösenden Lichtmodulators (OASLM) und ein Verfahren für die Herstellung einer solchen Vorrichtung.
Optisch adressierbare, ortsauflösende Lichtmodulatoren (OASLMs), die Flüssigkristalle als Modulatormaterial verwenden, zeigen eine hohe Geschwindigkeit und eine hohe Auflösungsleistung und sind in vielen Bereichen wichtig. Hinsichtlich ihres Aufbaus stellen sie im Wesentlichen eine planare, Sandwich-artige Struktur dar. Eine derartige Vorrichtung beinhaltet ein Paar Glassubstrate, die einander gegenüberliegen. Jedes der Substrate ist an seiner Vorderseite mit einer transparenten Elektrode versehen.
Auf der ersten transparenten Elektrode ist eine photosensitive Schicht ausgebildet. Eine photosensitive Schicht ist ein essentieller Bestandteil eines OASLM. Auf diese photosensitive Schicht auftreffendes Licht veranlasst deren elektrischen Widerstand, im Vergleich zu Bedingungen ohne Lichteinfall geringer zu werden. Diese Veränderung des elektrischen Widerstandes bewirkt eine Neuverteilung jedes über die Vorrichtung verlaufenden Potentials. Lichtsensoren aus hydriertem, amorphem Silizium (a-Si:H), dies sowohl in Anordnungen eines Photoleiters als auch einer Photodiode, werden in Transmissions-OASLMs und in Reflexions-OASLMs verwendet. Ein Lichtsensor aus amorphem hydriertem Siliziumcarbid (a-Si:C:H) unterscheidet sich von einem a-Si:H-Lichtsensor hinsichtlich seiner höheren Lichtempfindlichkeit, seines spezifischen Widerstandes im Dunklen und seines Transmissionsgrads bei sichtbarem Licht.
Auf der photoleitfähigen Schicht kann eine lichtabsorbierende Schicht für eine effektivere optische Isolierung zwischen dem Schreiblicht und dem Leselicht eines Reflexions-OASLM zwischengeschaltet sein.
Eine dielektrische Spiegelschicht ist angrenzend an die lichtblockierende Schicht ausgebildet. Die dielektrische Spiegelschicht ist aus mehrschichtigen Filmen mit jeweils abwechselnden, unterschiedlichen Brechungsindizes aufgebaut. Der Spiegel verstärkt die Reflexion für das Leselicht, was die Vorrichtung optisch effizienter macht.
Ein Paar von Orientierungsfilmen wird auf der dielektrischen Spiegelschicht und der zweiten transparenten Elektrode ausgebildet. Es wird eine Flüssigkristallschicht zwischen den Orientierungsfilmen angeordnet und mittels eines Abdichtungselements, das auch als Abstandshalter fungiert und die Glassubstrate miteinander in Verbindung hält, abgedichtet.
Ein Problem, das bei den oben beschriebenen OASLMs besteht, ist das Fehlen einer Adhäsion zwischen der photoleitfähigen Schicht, der lichtblockierenden Schicht und dem mehrschichtigen dielektrischen Spiegel. Auch ist die Herstellung des Photoleiters, der lichtblockierenden Schicht und der mehrschichtigen dielektrischen Spiegel-Struktur ziemlich schwierig und kompliziert, da die Herstellung einer solchen mehrschichtigen Struktur verschiedene Bearbeitungsschritte für jede Schicht erfordert.
Die europäische Patentanmeldung EP1039334 offenbart einen Prozess für die Herstellung einer OASLM-Vorrichtung, bei der die Photoleiter-Schicht und der dielektrische Spiegel in einem gemeinsamen Verarbeitungsschritt ausgebildet werden können. Die Merkmale des Oberbegriffs der unabhängigen Patentansprüche sind aus diesem Dokument bekannt.
Das US-Patent der Nr. US 5,245,453 offenbart eine OASLM-Vorrichtung, die eine Struktur gemäß obiger Beschreibung umfasst, wobei die lichtblockierende Schicht, der Photoleiter und der dielektrische Spiegel sämtlich aus Arten von amorphem Silizium hergestellt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein optisch adressierbarer, ortsauflösender Lichtmodulator (OASLM) gemäß Anspruch 1 bereitgestellt.
Eine lichtblockierende Schicht, die, wie für die vorliegende Erfindung, aus hydriertem amorphem Kohlenstoff hergestellt wird, stellt eine sehr effektive Lichtbarriere bereit. Diese effiziente Barriere erlaubt eine Steigerung der effektiven Bildauflösung. Sie bietet weiterhin eine gute Isolierung des Schreiblichts vom Leselicht, was wiederum die optischen Parameter des OASLM verbessert.
Die in dem Photoleiter, der lichtblockierenden Schicht und dem dielektrischen Spiegel verwendeten Materialien sind nahe miteinander verwandt, was es ermöglicht, die Herstellung der Vorrichtungen zu vereinfachen.
Die benötigten Herstellungsstufen werden stark vermindert, da die Herstellung dieser Schichten jeweils sehr ähnliche Prozesse verwendet. Daher muss die Vorrichtung bei ihrer Herstellung nicht so stark zwischen unterschiedlichen Prozessen hin und her verschoben werden. Das vereinfachte Herstellungsverfahren resultiert in einem preiswerteren und verlässlicheren Produkt. Die Verwendung sehr ähnlicher Materialien für diese Komponenten stellt auch eine gute Adhäsion zwischen diesen Schichten sicher, was wiederum in einer gesteigerten Verlässlichkeit resultiert.
Die Erfindung bezieht eine photoleitfähige Schicht ein, die aus hydriertem amorphem Siliziumcarbid (a-Si:C:H) aufgebaut ist. Diese kann z.B. mittels eines CVD-Verfahrens mit Plasmaaktivierung (Gasphasenabscheidung), unter Verwendung eines Gases, das Silan (SiH₄), Wasserstoff (H₂), Methan (CH₄) oder Acetylen (C₂H₂) beinhaltet, aufgebaut werden. Die Leitfähigkeiten der photoleitfähigen Schicht in dem fertig gestellten OASLM unter dunklen und hellen Bedingungen können auf die erforderlichen Werte eingestellt werden, indem das Volumenverhältnis des Gasflusses der Gase bei der Herstellung der Schichten kontrolliert wird. Die Leitfähigkeit der photoleitfähigen Schicht im Dunklen liegt in derselben Größenordnung wie die Leitfähigkeit der Flüssigkristallschicht, die etwa 10^–10 bis 10^–12 S/cm beträgt. Die Impedanz der photoleitfähigen Schicht und der Flüssigkristallschicht liegen ebenfalls in derselben Größenordnung.
Die lichtblockierende Schicht wird unter Verwendung von hydriertem amorphem Kohlenstoff (a-C:H) aufgebaut. Eine derartige lichtblockierende Schicht besitzt gute Eigenschaften der Lichtabsorption im sichtbaren Bereich und kann beispielsweise aus hydriertem Material, das C₂H₂ einschließt, mittels eines Plasma-aktivierten CVD-Verfahrens hergestellt werden. Die Adhäsionsfähigkeit zwischen der lichtblockierenden Schicht und der photoleitfähigen a-Si:C:H-Schicht wird daher gegenüber dem Stand der Technik verbessert, was für eine bessere Bildauflösung sorgt.
Der Flüssigkristall (LC)-basierte optisch adressierbare ortsauflösende Lichtmodulator (OASLM) der vorliegenden Erfindung besitzt einen mehrschichtigen Spiegel mit hohem Reflexionsgrad, der aus abwechselnden a-Si:C:H-Schichten mit einem höheren Brechungsindex und a-C:H-Schichten mit einem niedrigeren Brechungsindex hergestellt werden kann. Eine solche dielektrische Spiegelschicht kann z.B. mittels eines Plasma-aktivierten CVD-Verfahrens unter Verwendung von Gasen, beinhaltend Silan (SiH₄), Wasserstoff (H₂) und Methan (CH₄), Acetylen (C₂H₂) oder andere hydrierte Gas- und Flüssigmaterialien, aufgebaut werden. Der Brechungsindex der a-Si:C:H-Schicht kann gemäß den Erfordernissen angepasst werden, indem die Flussraten oder Verhältnisse der Materialgase kontrolliert werden. Wir haben herausgefunden, dass bei der Verwendung der obigen Technik ein Spiegel mit besonders hohem Reflexionsgrad bereitgestellt wird, wenn sieben Schichten eingesetzt werden, obwohl die vorliegende Erfindung nicht auf einen Spiegel mit dieser Anzahl an Schichten begrenzt ist. Vorzugsweise wird die Leitfähigkeit des dielektrischen Spiegels auf 10^–9 bis 10^–12 S/cm eingestellt. Die Leitfähigkeit und Lichtabsorption der a-C:H-Schichten kann über die Rate bzw. Geschwindigkeit, mit der diese abgelagert werden, eingestellt werden. Eine langsamere Geschwindigkeit wird in einer gesteigerten Leitfähigkeit resultieren, wird jedoch eine Schicht ergeben, die stärker lichtabsorbierend ist. Dem gegenüber wird eine Erhöhung der Ablagerungsgeschwindigkeit die Leitfähigkeit vermindern, jedoch eine transparentere Schicht hervorbringen. Die Leitfähigkeit der a-Si:C:H-Schichten kann eingestellt werden, indem die Verhältnisse oder Flussraten der Materialgase kontrolliert werden.
Die vorliegende Erfindung erlaubt die Einbeziehung einer Vielzahl an lichtblockierenden Schichten. Vorzugsweise werden alle zusätzlichen lichtblockierenden Schichten in die Schichten des dielektrischen Spiegels einbezogen. Die a-C:H-Schichten in dem Spiegel können teilweise lichtblockierend hergestellt werden, ohne die Leistung des Spiegels unter akzeptierbare Grenzen herabzusetzen. Um dies zu verwirklichen, können Parameter wie etwa die Flussrate und die Materialgas-Verhältnisse während der Prozessierung der a-C:H- Schichten, wie oben beschrieben, eingestellt werden, um die Lichtmenge, die durch die Schicht hindurch treten kann, auf einen Wert unterhalb eines normalerweise gewählten Wertes herabzusetzen. Obwohl alle Schichten des Spiegels das Licht bis zu einem gewissen Maße aufhalten, ist eine partiell lichtblockierende Schicht in diesem Zusammenhang eine Schicht, bei der das Ausmaß der Absorption größer gemacht wird, als es normalerweise bei einem dielektrischen Spiegel optimal wäre. Die Absorption jeder dieser Schichten mag einzeln nicht groß sein; wenn jedoch die Absorption der Gesamtheit der lichtblockierenden Schichten berücksichtigt wird, kann eine gute Leistung erreicht werden, ohne hinsichtlich der Leistung des Spiegels übermäßige Kompromisse eingehen zu müssen.
Es ist bei dieser Beschreibung zu beachten, dass unter einer Bezugnahme auf eine Schicht aus a-Si:C:H oder a-C:H mit einem „höheren Brechungsindex" ein zugehöriger Brechungsindex von 2,6 oder mehr zu verstehen ist. Die Bezugname auf einen „niedrigeren Brechungsindex" ist so zu verstehen, dass der Brechungsindex niedriger als 2,6 ist.
Wenn der OASLM der vorliegenden Erfindung z.B. mit einem Laserstrahl beschrieben wird, wird etwas von dem Licht, das auf die photoleitfähige a-Si:C:H-Schicht auftrifft, durch diese hindurch treten und von der lichtblockierenden a-C:H-Schicht absorbiert werden. Ohne dies würde das Schreiblicht dazu neigen, durch den dielektrischen Spiegel zu der photoleitfähigen Schicht zurück reflektiert zu werden und dadurch eine effektive Verminderung der Auflösung der Vorrichtung zu erzeugen. Das reflektierte Signal wäre in diesem Fall de facto Hintergrundrauschen. Ein Leselicht von einer Lichtquelle wird eingespeist und wird über die Flüssigkristallschicht weitergeleitet. Das übermittelte Licht wird präzise und effizient an der dielektrischen Spiegelschicht, die aus abwechselnden a-Si:C:H/a-C:H-Schichten aufgebaut ist, reflektiert und es wird erneut durch die Flüssigkristallschicht hindurch weitergeleitet. Dementsprechend kann diese Vorrichtung eine hohe Brechungseffizienz erreichen.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein optisches Display-System bereitgestellt, in das ein OASLM nach Anspruch 19 einbezogen ist.
Ein gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellter OASLM besitzt eine große Anzahl an Verwendungen in Display-Systemen. OASLMs werden gewöhnlich als abschließende Vorrichtung zur Lichtmodulation bei Situationen eingesetzt, bei denen eine feine räumliche Auflösung erforderlich ist. Projektoren hoher Qualität und Projektoren, die verwendet werden, um Bilder mit einer dreidimensionalen Komponente anzuzeigen, wie etwa holographische Displays und autostereoskopische Displays sind typische Display-Systeme, die oft OASLMs verwenden, sodass die vorliegende Erfindung für solche Systeme von besonderem Nutzen sein wird.
Optische Signalprozessierungssysteme können OASLMs als Signalprozessierungselemente verwenden. Ein OASLM der vorliegenden Erfindung kann vorteilhafter Weise in einem solchen System eingesetzt werden.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines OASLM bereitgestellt, das die folgenden Schritte beinhaltet:
Ausbildung einer ersten transparenten Elektrode auf einem ersten transparenten Substrat;
Ausbildung einer photoleitfähigen Schicht aus hydriertem amorphem Siliziumcarbid (a-Si:C:H) auf einer ersten transparenten Elektrode;
Ausbildung einer lichtblockierenden Schicht auf der photoleitfähigen Schicht;
Ausbildung eines dielektrischen, mehrschichtigen Spiegels, basierend auf abwechselnden a-Si:C:H-Schichten mit höherem Brechungsindex und a-C:H-Schichten mit einem niedrigeren Brechungsindex auf der lichtblockierenden Schicht;
wobei die lichtblockierende Schicht aus hydriertem amorphem Kohlenstoff (a-C:H) besteht und wenigstens eine Schicht des dielektrischen Spiegels einen niedrigeren Brechungsindex aufweist und so aufgebaut ist, dass sie teilweise lichtblockierend ist.
Die Verwendung einer a-C:H-Schicht als eine lichtblockierende Schicht zusammen mit einem mehrschichtigen a-Si:C:H/a-C:H dielektrischen Spiegel in einem OASLM mit einem a-Si:C:H-Photosensor stellt eine neuartige technische Lösung für das Problem einer optischen Entkoppelung der Schreiblicht- und Leselichtsignale dar. Die Leistungsmerkmale eines OASLM mit einer solchen Struktur werden aufgrund der folgenden spezifischen Merkmale der Herstellungstechnik und der Eigenschaften der a-Si:C:H-Filme und a-C:H-Filme verbessert:

– die Möglichkeit, den Brechungsindex in einem weiten Bereich (1,6–3,7) zu variieren und folglich die Dicke des Spiegels zu verringern;
– die Möglichkeit, die Leitfähigkeit der a-Si:C:H/a-C:H-Schichten zu kontrollieren und somit die elektrischen Eigenschaften des Spiegels optimal mit den anderen Schichten in dem OASLM passend zu machen;
– die Herstellung des mehrschichtigen dielektrischen Spiegels in einem einzigen kombinierten technischen Zyklus zusammen mit den Photosensor- (a-Si:C:H) und den lichtblockierenden (a-C:H) Schichten.

Da die vorliegende Erfindung ähnliche Prozesse für die Herstellung der lichtblockierenden Schicht, des Photosensors und des dielektrischen Spiegels verwendet, wird die Herstellung stark vereinfacht, und die Verlässlichkeit der Vorrichtung wird verbessert. Es wird bei den Schichten eine viel geringere Neigung geben, sich zu trennen, wie es im Stand der Technik vorkommen kann.
Bei dem Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt eine Technik zur Gasphasenabscheidung (CVD) angewendet, um die verschiedenen Schichten auszubilden. Bevorzugt wird ein CVD-Verfahren mit Plasmaaktivierung anwendet, obwohl auch eine Elektronenspinresonanz-CVD-Technik angewendet werden kann. Dies sind alles bekannte Verfahren, und Details ihrer Anwendung werden hier nicht weiter diskutiert.
Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden und genaueren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ersichtlich werden, wie dies in den begleitenden Zeichnungen dargestellt ist, bei denen:
1 schematisch eine Querschnittsansicht der Schichtenanordnung eines Reflexionstyps eines Flüssigkristall-basierten ortsauflösenden Lichtmodulators in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 die Beziehung zwischen dem Dunkelstrom und dem Photostrom für die a-Si:C:H/a-C:H-Struktur gegenüber der dc-Spannung zeigt;
3 die spektrale Abhängigkeit des Transmissionsgrads der a-Si:C:H/a-C:H-Strukturen zeigt;
4 die berechneten Reflexionsspektren sowohl 7-schichtiger als auch 9-schichtiger dielektrischer Spiegel auf Basis der a-Si:C:H/a-C:H-Schichten in dem Wellenlängenintervall 400–1000 nm zeigt. Der Brechungsindex der a-Si:C:H-Schichten entspricht 3,7 und der Brechungsindex der a-C:H-Schichten entspricht 1,7;
5 die berechneten Reflexionsspektren sowohl 7-schichtiger als auch 9-schichtiger dielektrischer Spiegel auf Basis der a-Si:C:H/a-C:H-Schichten in dem Wellenlängenintervall 400–1000 nm zeigt. Der Brechungsindex der a-Si:C:H-Schichten entspricht 3,5 und der Brechungsindex der a-C:H-Schichten entspricht 1,6;
1 zeigt einen Reflexionstyp des optisch adressierbaren Flüssigkristallmodulators gemäß der vorliegenden Erfindung. In 1 ist der OASLM mit den Glassubstraten 1a und 1b versehen. Die transparenten Elektroden 2a und 2b sind auf den Substraten 1a bzw. 1b angeordnet. Jede der transparenten Elektroden 2a und 2b enthält transparente leitfähige Filme aus ITO (Indiumzinnoxid) und wird mittels Laserabtragung ausgebildet.
Eine photoleitfähige Schicht 3 ist auf der transparenten Elektrode 2b angeordnet. Die photoleitfähige Schicht 3 besteht aus hydriertem amorphem Siliziumcarbid (a-Si:C:H), sodass sich die Impedanz der photoleitfähigen Schicht 3 bei Lichtanwendung verändert. Die photoleitfähige Schicht 3 wird mittels eines Plasma-CVD-Verfahrens (Gasphasenabscheidung) ausgebildet.
Eine lichtblockierende Schicht 4 ist auf der photoleitfähigen Schicht 3 angebracht. Die lichtblockierende Schicht 4 besteht aus hydriertem amorphem Kohlenstoff (a-C:H) und besitzt eine Schichtdicke von etwa 0,5 μm. Die lichtblockierende Schicht 4 verhindert, dass der Schreib strahl an der dielektrischen Spiegelschicht 5 reflektiert wird und erneut auf der photoleitfähigen Schicht 3 auftrifft, was eine Bildverschlechterung erzeugen würde.
Da die lichtblockierende Schicht 4 aus hydriertem amorphem Kohlenstoff besteht, ist ihre Fähigkeit zur Lichtabsorption hoch. Somit kann die effektive Bildauflösung des Modulators durch die Existenz der lichtabsorbierenden Schicht 4 gesteigert werden. Zusätzlich ist die Adhäsion zwischen der photoleitfähigen Schicht 3, die aus hydriertem amorphem Siliziumcarbid besteht, und der lichtblockierenden Schicht 4 hoch, sodass eine Ablösung dieser Schichten 3 und 4 voneinander verhindert wird.
Die dielektrische Spiegelschicht 5 befindet sich auf der lichtblockierenden Schicht 4. Die dielektrische Spiegelschicht 5 besitzt eine mehrschichtige Struktur mit Schichten, die zwischen höherem und niedrigerem Brechungsindex abwechseln. Die Schichten mit höherem Brechungsindex bestehen aus hydriertem amorphem Siliziumcarbid (a-Si:C:H) und die Schichten mit niedrigerem Brechungsindex bestehen aus hydriertem amorphen Kohlenstoff (a-C:H). Die derart aufgebaute dielektrische Spiegelschicht 5 besitzt ein gutes Reflexionsvermögen und steigert die Bildauflösung des Modulators. Zusätzlich hat die derart aufgebaute dielektrische Spiegelschicht 5 einen Vorteil hinsichtlich ihres vereinfachten Herstellungsprozesses, da diese Schichten beide in einem einzigen, kombinierten technischen Zyklus zusammen mit den photosensitiven (a-Si:C:H) und lichtblockierenden (a-C:H) Schichten hergestellt werden können.
Es werden Orientierungsfilme 6a und 6b auf die transparente Elektrode 2a und die dielektrische Spiegelschicht 5 aufgebracht. Die Substrate 1a und 1b werden durch ein Abdichtungselement 7 zusam mengehalten. Die Flüssigkristallschicht 8 befindet sich zwischen den Orientierungsfilmen 6a und 6b.
Vorteilhafterweise werden viele der Schichten, die einen OASLM aufbauen, einen hohen Schichtwiderstand besitzen. Dies ist der Widerstand zwischen zwei Teilen derselben Schicht an der Schichtachse und, falls dieser hoch genug ist, wird keine Ladung an einem Teil der Schicht über die Schicht verstreut. Ein zu geringer Widerstand wird die Ausbreitung der Signalladung erlauben und die Auflösung der Vorrichtung vermindern. Ein hoher Schichtwiderstand ist besonders wichtig bei den Photoleiterschichten und den lichtblockierenden Schichten. 2 zeigt den Einfluss von unterschiedlichem Schichtwiderstand auf die Dichte des Dunkelstroms und Photostroms der ITO/a-Si:C:H/a-C:H-Dünnfilmstrukturen. Die Auftragungen a, b und c in 2 zeigen die optimal aufeinander abgestimmten Spannungsabhängigkeiten für einen Lichtabschwächungsfaktor von 100 und Verhältnisse von Photostrom zu Dunkelstrom von 200 und 1000. Auftragung b ist die Auftragung für den Dunkelstrom.
3 zeigt den Transmissionsgrad als Funktion der Wellenlänge bei dem a-Si:C:H-Photoleiter, der an die a-C:H lichtblockierende Schicht gekoppelt ist, mit α ~ 5 × 10⁴ cm^–1 bei λ = 633 nm. Die lichtblockierende a-C:H-Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm bewirkt eine effektive Isolierung von Grünlicht mit λ = 550 nm. Der Transmissionsgrad erreicht für Rotlicht ca. 1%, wenn die Dicke der a-C:H-Schicht nahezu 1 μm ist. Der Nachteil bei der Verwendung einer zu dicken a-C:H-Schicht besteht darin, dass diese eine Verschlechterung der ortsbezogenen Bildauflösung bei den OASLMs des Reflexionstyps verursacht. Die in einem OASLM eingebaute, 0,5 μm dicke lichtblockierende a-C:H-Schicht und ein dielektrischer Spiegel mit einem Reflexionsvermögen von 80% sind verwendet worden, um ein Beugungsgitter bei einer Wellenlänge von 633 nm zu beschreiben und abzulesen.
Es wurde nicht beobachtet, dass die Intensität der Lesebestrahlung die Photoadressierung des a-Si:C:H-Photoleiters beeinflusst.
Um den optimalen Aufbau für einen mehrschichtigen dielektrischen Spiegel auszuwählen und dessen elektrische und optische Eigenschaften im Bezug auf die Parameter anderer Schichten in einem OASLM anzupassen, müssen die Reflexionsspektren als eine Funktion des Brechungsindex und des Absorptions-Koeffizienten der a-Si:C:H- und a-C:H-Schichten berechnet werden. Vorteilhafter Weise kann der Brechungsindex einer a-Si:C:H-Schicht in einem dielektrischen Spiegel auf etwa 3,7 bis etwa 3,3 eingestellt werden. Die a-C:H-Schichten mit einem niedrigeren Brechungsindex von etwa 1,6–1,7 zeigen einen niedrigeren Absorptions-Koeffizienten im sichtbaren Spektralbereich von etwa 0,01. Wenn die Anwendung einen Spiegel erforderte, bei der die a-C:H-Schichten dafür vorgesehen sind, um, wie oben beschrieben, eine gewisse lichtblockierende Funktion bereitzustellen, würde die Absorption auf einen höheren Wert als diesen eingestellt. In 4 sind die berechneten Reflexionsspektren sowohl 7-schichtiger als auch 9-schichtiger dielektrischer Spiegel im Wellenlängenintervall von 400–1000 nm dargestellt. Der Brechungsindex der a-Si:C:H-Schichten und der a-C:H-Schichten entspricht in diesem Fall 3,7 bzw. 1,7. In 5 sind wiederum die berechneten Reflexionsspektren von 7-schichtigen und 9-schichtigen dielektrischen Spiegeln im Wellenlängenintervall von 400–1000 nm dargestellt. Hier beträgt der Brechungsindex der a-Si:C:H-Schichten und der a-C:H-Schichten 3,5 bzw. 1,6. Diese Parameter wurden als besonders praktisch für die Einbeziehung in den verwendeten normalen Herstellungsprozess ausgewählt, wenn ein dielektrischer a-Si:C:H/a-C:H-Spiegel herzustellen ist.
Die Beispiele der Reflexionsspektren in 4 und 5 sind nur zum Zweck der Veranschaulichung angegeben und sind nicht dazu gedacht, den Schutzumfang der Patentansprüche in irgendeiner Weise einzuschränken. Es ist anzumerken, dass es möglich ist, eine Schicht mit einem größeren Index zu verwenden, jedoch wird deren Leitfähigkeit in diesem Fall größer sein als die Dunkelleitfähigkeit der photosensitiven a-Si:C:H-Schicht, was in einer Bildtrübung resultieren kann. Die Spiegel mit sieben Schichten bieten einen Reflexions-Spitzenwert von etwa 95%. Die Position des Maximums hängt von den verschiedenartigen Schichtdicken ab. Dem entsprechend zeigen theoretische Berechnungen, dass es möglich ist, mehrschichtige Spiegel mit a-Si:C:H- und a-C:H-Schichten mit einem Reflexionsgrad von mehr als 95% und mit einer Dicke von etwa 0,5 μm herzustellen.
Ein Verfahren für die Herstellung einer mehrschichtigen Photoleiter/Lichtblockierungsschicht einer dielektrischen Spiegelstruktur des OASLM wird unten in aufeinander folgender Weise beschrieben.

(A) Die photoleitfähige Schicht 3 wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren auf der transparenten Elektrode 2b ausgebildet. Bei diesem Herstellungsprozess werden SiH₄ (Silan), H₂ (Wasserstoff) und wenigstens eines von CH₄ (Methan) oder C₂H₂ (Acetylen) als Materialgase verwendet. Die Dicke der photoleitfähigen Schicht 3 beträgt typischerweise etwa 1,5 μm.
(B) Die lichtblockierende Schicht 4 wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren auf der photoleitfähigen Schicht 3 ausgebildet. Bei diesem Herstellungsprozess wird Acetylen als Materialgas verwendet. Jeder gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoff, einschließlich Methan (CH₄), kann ebenfalls verwendet werden. Die Dicke der lichtabsorbierenden Schicht 4 wird so eingestellt, dass sie im Intervall von 0, 5 bis etwa 1 μm liegt.
(C) Die dielektrische Spiegelschicht 5 wird durch ein Plasma-CVD-Verfahren auf der lichtabsorbierenden Schicht 4 ausgebildet. Bei diesem Herstellungsprozess werden SiH₄, H₂, und CH₄ als Materialgase verwendet, um die abwechselnden a-Si:C:H-Schichten mit einem höheren Brechungsindex auszubilden. Die Gase CH₄ oder C₂H₂ werden als Materialgase zur Ausbildung der a-C:H-Schichten mit dem niedrigeren Brechungsindex verwendet.

Claims

Optisch adressierter, ortsauflösender Lichtmodulator (OASLM), umfassend: ein erstes transparentes Substrat (1b); eine erste transparente Elektrode (2b), die auf dem ersten transparenten Substrat (1b) ausgebildet ist; eine photoleitfähige Schicht (3), die auf der ersten transparenten Elektrode (2b) ausgebildet ist und aus hydriertem amorphem Siliziumcarbid besteht; eine lichtblockierende Schicht (4), die auf der photoleitfähigen Schicht (3) ausgebildet ist und aus hydriertem amorphem Kohlenstoff besteht; eine dielektrische Spiegelschicht (5), die selbst eine mehrschichtige Struktur besitzt und auf der lichtblockierenden Schicht (4) ausgebildet ist; ein zweites transparentes Substrat (1a), auf dem eine zweite transparente Elektrode (2a) ausgebildet ist, und zwischen der zweiten Elektrode und dem dielektrischen Spiegel eine Flüssigkristallschicht (8) und Orientierungsmittel (6) dafür; wobei die lichtblockierende Schicht (4) aus hydriertem amorphem Kohlenstoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Spiegel (5) aus abwechselnden a-Si:C:H-Schichten und a-C:H-Schichten aufgebaut ist, um Schichten mit höherem bzw. niedrigerem Brechungsindex zu bilden.
OASLM nach Anspruch 1, wobei die a-Si:C:H-Schichten des dielektrischen mehrschichtigen Spiegels (5) den höheren Brechungsindex in dem Intervall von 3,7 bis 3,3 aufweisen.
OASLM nach Anspruch 1, wobei die a-C:H-Schichten des dielektrischen mehrschichtigen Spiegels (5) den niedrigeren Brechungsindex in dem Intervall von 1, 5 bis 1, 8 aufweisen.
OASLM nach Anspruch 1, wobei die a-C:H-Schichten des dielektrischen mehrschichtigen Spiegels (5) den niedrigeren Brechungsindex in dem Intervall von 1,6 bis 1,7 aufweisen.
OASLM nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Leitfähigkeiten der dielektrischen Spiegelschichten (5) im Bereich von 10^–9 bis 10^–12 Ohm^–1cm^–1 liegen.
OASLM nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der dielektrische Spiegel (5) sieben Schichten besitzt.
OASLM nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die lichtblockierende Schicht (4) eine Dicke in den Grenzen zwischen 0,4 μm und 0,6 μm besitzt.
OASLM nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Brechungsindex der a-Si:C:H-Schichten des dielektrischen Spiegels (5) 3,5 ist und der Brechungsindex der a-C:H-Schichten des dielektrischen Spiegels (5) 1,6 ist.
Verfahren zur Herstellung eines OASLM, umfassen die Schritte: Ausbildung einer ersten transparenten Elektrode (2b) auf einem ersten transparenten Substrat (1b); Ausbildung einer photoleitfähigen Schicht (3) aus hydriertem amorphem Siliziumcarbid (a-Si:C:H) auf einer ersten transparenten Elektrode (2b); Ausbildung einer lichtblockierenden Schicht (4) auf der photoleitfähigen Schicht; Ausbildung eines dielektrischen, mehrschichtigen Spiegels (5) auf der lichtblockierenden Schicht (4); wobei die lichtblockierende Schicht (4) aus hydriertem amorphem Kohlenstoff (a-C:H) besteht und wenigstens eine Schicht des die lektrischen Spiegels (5) einen niedrigeren Brechungsindex aufweist und so aufgebaut ist, dass sie teilweise lichtblockierend ist, dadurch gekennzeichnet, dass der dielektrische Spiegel (5) aus abwechselnden a-Si:C:H-Schichten mit einem höheren Brechungsindex und a-C:H-Schichten mit einem niedrigeren Brechungsindex aufgebaut ist.
Verfahren zur Herstellung eines OASLM nach Anspruch 9, wobei die photoleitfähige Schicht (3) aus einem Gasmaterial, dass sich aus Silan (SiH₄), Wasserstoff (H₂) und einem oder mehreren der Gase Methan (CH₄) und Acetylen (C₂H₂) zusammensetzt, gebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines OASLM nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Schichten des dielektrischen Spiegels (5), die einen höheren Brechungsindex aufweisen, aus Silan (SiH₄), Wasserstoff (H₂) und wenigstens einem der Gase Methan (CH₄) oder Acetylen (C₂H₂) gebildet werden.
Verfahren zur Herstellung eines OASLM nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Schichten des dielektrischen Spiegels (5), die den niedrigeren Brechungsindex aufweisen, aus wenigstens einem der Gase Methan (CH₄) oder Acetylen (C₂H₂) und einem beliebigen Kohlenwasserstoff-Gas oder -Flüssigmaterial gebildet werden.
Verfahren zur Herstellung eines OASLM nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die lichtblockierende Schicht (4) aus Acetylen (C₂H₂) und einem beliebigen Kohlenwasserstoff-Gas oder -Flüssigmaterial gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Schichten unter Anwendung eines Gasphasenabscheidungsverfahrens gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schichten unter Anwendung eines Gasphasenabscheidungsverfahrens mit Plasmaaktivierung gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Schichten unter Anwendung eines Elektronenspinresonanz-Gasphasenabscheidungsverfahrens gebildet werden.
Verfahren zur Herstellung eines OASLM nach Anspruch 9, wobei die photoleitfähige Schicht (3), die lichtblockierende Schicht (4) und der dielektrische Spiegel (5) alle in einem einzigen technischen Zyklus hergestellt werden.
Optisches Display-System, das einen OASLM beinhaltet, wobei der OASLM ein OASLM nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.
Optisches Display-System nach Anspruch 18, wobei das Display-System ein holographisches Beugungsgitter zeigen kann.
Optisches Signalverarbeitungssystem, das einen OASLM beinhaltet, wobei der OASLM ein OASLM nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist.