DE69531478T2 - Flüssigkristall-Lichtventil mit einem Sockel aus amorphem Silizium und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

Flüssigkristall-Lichtventil mit einem Sockel aus amorphem Silizium und Verfahren zu seiner Herstellung Download PDF

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Description

  • Die gegenwärtige Erfindung betrifft ein Flüssigkristall-Lichtventil (LCLV) mit einer Eingangsseite, um einen Eingangslichtstrahl zu empfangen, und mit einer Ausleseseite, um einen Ausleselichtstrahl zu empfangen, mit einer Flüssigkristallschicht (LC), mit einer Mehrzahl von lichtleitfähigen Wegen auf der Eingangsseite der LC-Schicht, wobei die lichtleitfähigen Wege eine Mehrzahl von lichtleitfähigen Sockeln aufweist, die sich durch das dielektrische Material erstrecken, und wobei sich entsprechende elektrisch leitfähige und optisch reflektierende Flächen über die Sockel zwischen der Ausleseseite der Sockel und der LC-Schicht erstrecken, wobei die Flächen einen Array aus Licht reflektierenden Pixeln zum Reflektieren des Auslesestrahls von den darunter liegenden lichtleitfähigen Sockeln bilden, mit elektrisch isolierendem Material zwischen den Wegen zum elektrischen Isolieren der Wege gegeneinander, wobei das elektrisch isolierende Material eine Schicht aus dielektrischem Material auf der Ausleseseite der Eingangselektrode aufweist, und mit Anschlüssen zum Anlegen eines elektrischen Potenzials über die LC-Schicht und die lichtleitfähigen Wege, wobei die lichtleitfähigen Wege auf einen Eingangslichtstrahl ansprechen, um das Potenzial über der LC-Schicht gemäß den raummäßigen Charakteristika des Eingangsstrahls raummäßig zu modulieren, wobei das Isoliermaterial, das die Wege umgibt, potenzielle Barrieren gegen die Migration von Ladung zwischen den Wegen bildet.
  • Ferner betrifft die gegenwärtige Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristall-Lichtventils (LCLV), das die folgenden Schritte aufweist:
    • a) Abscheiden einer ersten transparenten Elektrodenschicht auf einem Glassubstrat;
    • b) Abscheiden eines dielektrischen Matrixmaterials auf der ITO-Schicht;
    • c) Aufbringen einer Schicht aus Fotoresist auf das dielektrische Matrixmaterial;
    • d) Belichten des Fotoresists mit Strahlung und danach Waschen des Fotoresists, um isolierte Löcher in dem Fotoresist zu erzeugen;
    • e) Ätzen des dielektrischen Matrixmaterials durch die isolierten Löcher, um entsprechende Löcher in dem Matrixmaterial zu erzeugen, und danach Entfernen des Fotoresists;
    • f) Abscheiden einer a-Si-Schicht auf das dielektrische Matrixmaterial, um die ähnlichen Löcher zu füllen und um überschüssiges a-Si von der Oberfläche des Matrixmaterials zu entfernen, um isolierte a-Si-Sockel innerhalb des Matrixmaterials zu erzeugen, und Polieren des Matrixmaterials und der Sockel, um eine optisch ebene Oberfläche zu erhalten;
    • g) Abscheiden eines Metalls in den Öffnungen einer Fotoresist-Maske auf der Oberseite der Sockel und danach Abwaschen der Fotoresist-Maske, wobei isolierte metallisch spiegelnde Flächen auf der Oberseite der einzelnen a-Si-Sockel verbleiben;
    • h) Abscheiden einer ITO-Schicht auf einer Glasplatte;
    • i) Anordnen der Glasplatte mit der ITO-Schicht und des Glassubstrates mit den Sockeln innerhalb eines Gehäu ses und Herstellen von elektrischen Kontakten und der ITO-Schicht und
    • j) Einführen einer Flüssigkristallschicht.
  • Solch ein Flüssigkristall-Lichtventil und solch ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristall-Lichtventils sind aus dem Dokument US-A-5,328,853 bekannt.
  • Weiterer Stand der Technik ist aus dem Artikel „The use of lenslet arrays in spatial light modulators", PURE AND APPLIED OPTICS, Vol. 3, Nr. 2, Seiten 143–150, März 1994, bekannt. Dieses Dokument offenbart die Verwendung von Linsen-Arrays in Verbindung mit Flüssigkristall-Raumlichtmodulatoren, um ein Beleuchten der Zwischenräume zwischen Pixeln zu vermeiden, wodurch gleichzeitig der Durchlass und das Kontrastverhältnis des Flüssigkristall-Raumlichtmodulators optimiert werden.
  • Flüssigkristall-Lichtventile (LCLVs) sind Bildübertrager „optisch-zu-optisch", die in der Lage sind, ein Lichtbild mit niedriger Intensität zu erhalten und es in Echtzeit in ein Ausgangsbild mit Licht aus einer anderen Quelle umzusetzen. LCLVs wurden in einer Anzahl von militärischen und kommerziellen Großbildschirm-Graphikanwendungen verwendet.
  • Herkömmliche LCLVs, wie etwa das Flüssigkristall-Lichtventil von Hughes, das von Rodney D. Sterling et al. beschrieben ist in „Video-Rate Liquid Crystal Light-Valve Using an Amorphous Silicon Photodetector", SID '90 Digest, Paper Nr. 17A.2, Seiten 327–329 (1990), verwenden eine dicke, kontinuierliche und gleichförmige Schicht aus amorphem Silizium (a-Si) als Fotosubstrat mit einer an dem a-Si-Fotosubstrat befes tigten Flüssigkristallschicht. Ein dielektrischer Spiegel ist zwischen dem Fotosubstrat und der Flüssigkristallschicht vorgesehen, um den Auslesestrahl zu reflektieren, nachdem dieser durch die Flüssigkristallschicht gelangt ist, wobei eine CdTe-Licht blockierende Schicht zwischen dem dielektrischen Spiegel und dem Fotosubstrat vorgesehen ist, um zu verhindern, dass der Auslesestrahl das Fotosubstrat aktiviert.
  • Im Betrieb wird eine Wechselspannung über das Fotosubstrat und die Flüssigkristallschicht angelegt. Ein Eingangslichtstrahl wird auf die Eingangsseite der Vorrichtung gerichtet, während ein Auslesestrahl darauf fällt und von der Ausleseseite der Vorrichtung reflektiert wird. Der Eingangsbildstrahl aktiviert das Fotosubstrat und reduziert die Leitfähigkeit des Fotosubstrates in dem Bereich der Aktivierung. Dies moduliert wiederum die Spannung über eine entsprechende Fläche auf der Flüssigkristallschicht. Durch diesen Effekt wird das räumliche Intensitätsmuster des Eingangsbilds in eine räumliche Veränderung der Spannung über der Flüssigkristallschicht umgesetzt, was wiederum zu einer räumlichen Veränderung in der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle führt. Die Orientierung der Flüssigkristalle in Bezug auf die Auslesestrahlpolarisation an jedem gegebenen Ort bestimmt die Menge des Ausleselichtes, das von dem Lichtventil an dieser Stelle reflektiert wird. Wenn somit der Auslesestrahl durch die Flüssigkristallschicht gelangt, wird er räumlich gemäß der räumlichen Modulation der Flüssigkristallorientierung moduliert.
  • Idealerweise möchte man die Größe der Spannung maximieren, die auf die Flüssigkristallschicht als Reaktion auf eine Leitfähigkeitsveränderung in der a-Si-Fotoleitschicht angewandt wird. Diese Bedingung wird erreicht, wenn die Impedanzen der Flüssigkristallschicht und der a-Si-Schicht (ohne Licht) abgestimmt sind. Herkömmliche LCLVs erreichen diese Bedingung, indem die a-Si-Schicht sehr dick (ungefähr 30 μm) gemacht wird. Größere Dicken sind notwendig, um die Impedanzen abzustimmen, da die dielektrische Konstante des a-Si größer als diejenige der Flüssigkristallschicht ist. Wenn die a-Si-Schicht dicker gemacht wird, wird der Abstand zwischen den Elektroden auf der Eingangsseite und der Ausleseseite der Vorrichtung vergrößert. Dies führt zu einem kleineren elektrischen Feld über dem Flüssigkristall und die a-Si-Schichten, was die Antwortzeit, die räumliche Auflösung und das spektrale Verhalten der Vorrichtung verschlechtert. Ferner sind Beschichtungszeiten von ungefähr 30 Stunden notwendig, um eine a-Si-Schicht von 30 μm aufzubringen, was zu vergrößerten Herstellkosten führt.
  • Ein anderes Problem liegt darin, dass die dicke a-Si-Schicht Spannungen auf dem Glassubstrat induziert, auf dem das LCLV typischerweise hergestellt ist. Diese Spannung wölbt das Glassubstrat und führt zur Notwendigkeit, schwierige und zeitraubende Poliervorgänge durchzuführen, um eine optisch ebene Oberfläche zu erhalten. Diese hohen Spannungswerte verhindern auch die Verwendung von faseroptischen Substraten, die bei Laser-Augenschutzbrillen und anderen Anzeigeprodukten notwendig sind.
  • LCLVs leiden ferner an „Ladungsausbreitung". In einem idealen LCLV ist die Resistivität der a-Si-Schicht in Querrichtung ausreichend groß, um zu vermeiden, dass lichtgenerierte Ladung in Querrichtung migriert. Falls sich Ladung seitlich in der a-Si-Schicht ausbreiten kann, dann wird ein Teil des Eingangsbil des an einem Ort der a-Si-Schicht sich zu benachbarten Orten verteilen, was zu einer verschlechterten räumlichen Auflösung führt. Herkömmliche LCLVs versuchen dieses Problem zu lösen, indem der spezifische elektrische Widerstand der a-Si-Schicht durch die Verwendung von Dotierungen vergrößert wird. Der a-Si-Schicht wird ein Dotiermittel des p-Typs, wie etwa Bor, zugesetzt, um die naturgemäß auftretenden Dotierungen des n-Typs in dem a-Si zu kompensieren. Dieser Ansatz ist sehr schwierig, da die in dem a-Si vorkommenden Dotierungen des n-Typs exakt kompensiert werden müssen, damit dieses Verfahren effektiv ist. Die Angelegenheit wird dadurch weiter kompliziert, dass die Menge der natürlich auftretenden Dotierung des n-Typs in dem a-Si sich zwischen Abscheidungsvorgängen verändern kann. Dieses schwierige Gegendotierungsverfahren führt zu vergrößerten Herstellkosten und niedrigeren Ausbeuten.
  • Die Licht blockierende CdTe-Schicht, die in herkömmlichen LCLVs verwendet wird, ist notwendig, um zu vermeiden, dass Ausleselicht durch den dielektrischen Spiegel in die a-Si-Schicht gelangt und das räumlich aufgelöste Eingangsbild vollständig überlagert. Diese CdTe-Schicht hat eine intrinsische Lichtleitfähigkeit und kann auch zur Ladungsverteilung und einer entsprechenden Verschlechterung in der räumlichen Auflösung des Ausgangsbildes beitragen. Da CdTe ferner ein toxisches Material ist, treten zusätzliche Handhabungs- und Entsorgungskosten auf, was zu den Gesamtherstellkosten des LCLVs beiträgt.
  • Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der gegenwärtigen Erfindung, die Herstellkosten zu erniedrigen und die Leistung des LCLVs zu verbessern, insbesondere, indem die Gesamtabscheidezeit für die lichtleitfähige Schicht reduziert wird, indem das elektrische Feld über dem Fotosubstrat vergrößert wird, indem die CdTe-Licht blockierende Schicht eliminiert wird, indem das Substrat-Polierverfahren vereinfacht wird und indem die Ausbeute in Folge niedrigerer Werte von mechanischer Spannung und in Folge der Eliminierung des schwierigen Bor-Gegendotierungsverfahrens die Ausbeute bei der Herstellung der Vorrichtung vergrößert wird.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Flüssigkristall-Lichtventil der eingangs genannten Art gelöst, indem ein dielektrischer Spiegel zwischen den Wegen und der LC-Schicht und zwischen dem dielektrischen Material und der LC-Schicht vorgesehen wird, wobei der dielektrische Spiegel ferner den Auslesestrahl von den darunter liegenden lichtleitfähigen Sockeln reflektiert.
  • Ferner wird diese Aufgabe mit einem Verfahren gemäß der eingangs genannten Art gelöst, das den weiteren Schritt des Abscheidens eines dielektrischen Spiegels über den metallischen Spiegelflächen aufweist, wobei die erste transparente Elektrodenschicht eine Indium-Zinn-Oxidschicht (ITO) ist, wobei der Schritt (i) ferner den Schritt des Anordnens der Glasplatte mit der ITO-Schicht und dem Glassubstrat mit den Sockeln und dem dielektrischen Spiegel in einem vorbestimmten Abstand innerhalb des Gehäuses umfasst, und wobei der Schritt (j) das Einführen der Flüssigkristallschicht zwischen dem dielektrischen Spiegel und der ITO-Schicht aufweist.
  • Offenbart ist ein neues LCLV mit Sockeln, bei dem das kontinuierliche lichtleitfähige Substrat (Fotosubstrat) durch ein segmentiertes, elektrisch isoliertes Array aus lichtleitfähigen Sockeln ersetzt wird, die in einem Matrixmaterial mit niedriger dielektrischer Konstante eingebettet sind. Die Sockel sind derart ausgebildet, dass es einen Sockel pro Bildpixel gibt. Die wirksame dielektrische Konstante des Fotosubstrates wird herabgesetzt, da die lichtleitfähigen Sockel von einer heterogenen Matrix mit niedriger dielektrischer Konstante umgeben sind. Wegen der reduzierten effektiven dielektrischen Konstante kann die Impedanz des Fotosubstrates an die Impedanz der Flüssigkristallschicht angepasst werden, wobei die lichtleitfähigen Sockel erheblich dünner als bei den herkömmlichen kontinuierlichen Fotosubstraten sind.
  • Die Herstellkosten des Fotosubstrates werden als ein Ergebnis der proportional kürzeren Abscheidezeiten reduziert, die notwendig sind, um die dünneren lichtleitfähigen Schichten zu erhalten. Ferner übt das Array aus dünneren, mechanisch isolierten lichtleitfähigen Sockeln geringere mechanische Spannungen aus, was es erlaubt, das LCLV auf faseroptischen Substraten herzustellen, und zwar mit größeren Ausbeuten, und wobei der komplizierte Poliervorgang, der bislang verwendet wird, um gewölbte Glassubstrate zu korrigieren, deutlich vereinfacht wird.
  • Die geringeren Fotosubstratdicken, die bei der gegenwärtigen Erfindung verwendet werden, führen zu 10- bis 25-fach höheren elektrischen Feldern in dem Fotosubstrat im Vergleich zu herkömmlichen LCLVs in Folge des kürzeren Abstandes zwischen den Eingangs- und Gegenelektroden. Dies verbessert die Antwortzeit, die Lichtdegradationsgeschwindigkeit, die räumliche Auflösung und das spektrale Verhalten des LCLVs, da die größeren elektrischen Felder die Geschwindigkeit vergrößern, mit der lichterzeugte Ladung im Verhältnis zu der Geschwindigkeit, mit der Ladungspaare rekombinieren, aus dem allgemeinen Fotosubstrat ausgetragen wird.
  • Ferner wird in Folge dessen, dass die lichtleitfähigen Sockel dielektrisch zwischen einzelnen Pixeln isoliert sind, das bei herkömmlichen LCLVs beobachtete Ladungsausbreitungsproblem deutlich reduziert oder eliminiert, und zwar ohne die Verwendung von schwierigen Bor-Gegendotierungsverfahren.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Eliminierung der CdTe-Licht blockierenden Schicht (LBL), die in herkömmlichen LCLVs zu finden ist. Die Eliminierung der LBL führt zu einer weiteren Reduzierung der Herstellkosten und verbessert die räumliche Auflösung und Lichtleitfähigkeit, indem einer der Orte eliminiert wird, an dem Ladungsverteilung auftreten kann.
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden den Fachleuten aus der folgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit der zugehörigen Zeichnung deutlich, in der:
  • 1 eine Schnittdarstellung eines gemäß der Erfindung hergestellten LCLVs mit a-Si-Sockeln ist;
  • 2 ein Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 gemäß 1 ist;
  • 3 ein Schnitt ist, der eine LCLV-Ausführung mit a-Si-Sockeln ist, die ein Linsenarray aufweist;
  • 4a–4i Querschnittsdarstellungen sind, die aufeinanderfolgende Schritte bei der Bildung der ITO-Eingangselektroden, der a-Si-Sockel, des metallischen Matrixspiegels und der dielektrischen Schicht für eine LCLV-Struktur mit a-Si-Sockeln zeigen.
  • Die gegenwärtige Erfindung löst die oben beschriebenen Probleme, indem ein LCLV mit einem segmentierten, elektrisch isolierten Array aus a-Si-Sockeln angegeben wird, die in einem Matrixmaterial mit niedriger dielektrischer Konstante eingebettet sind. Die a-Si-Sockel bilden lichtleitfähige Wege zwischen der Eingangselektrode und der Flüssigkristallschicht, und die dielektrische Matrix bildet eine potenzielle Barriere gegen die Migration von Ladungen zwischen den Sockeln. Die dielektrische Matrix erniedrigt ferner die effektive dielektrische Konstante des Fotosubstrates, was es erlaubt, das Fotosubstrat in der Impedanz auf die Flüssigkristallschicht unter Verwendung von dünneren Schichten von lichtleitfähigem Material abzustimmen. Die dünnere lichtleitfähige Schicht führt zu einem kleineren Abstand zwischen den Eingangs- und Gegenelektroden. Dies erzeugt wiederum größere elektrische Felder über der Flüssigkristallschicht und der lichtleitfähigen Schicht, was die Antwort zeigt, die Lichtdegradationsgeschwindigkeit, die räumliche Auflösung und das spektrale Verhalten des LCLVs verbessert. Ferner wird das bei herkömmlichen LCLVs beobachtete Ladungsverteilungsproblem ohne die Notwendigkeit von schwierigen Gegendotierungsverfahren deutlich reduziert oder eliminiert, da die a-Si-Sockel voneinander durch die dielektrische Matrix elektrisch isoliert sind.
  • Eine Ausführung der Erfindung ist in 1 gezeigt. Ein Eingangsbildstrahl 8 wird auf die Eingangsseite der Vorrichtung gerichtet, während ein Auslesestrahl 10 darauf auftrifft und von der Ausleseseite der Vorrichtung reflektiert wird. Eine erste transparente Elektrode 12, wie etwa Indium-Zinn-Oxid (ITO) wird auf einem Glassubstrat 13 abgeschieden. Ein Array aus lichtleitfähigen Sockeln 14 aus a-Si ist in einem heterogenen Matrixmaterial 16 mit niedriger dielektrischer Konstante eingebettet und erstreckt sich von der ersten Elektrode 12 zu der Ausleseseite der Vorrichtung. Die Sockel 14 sind vorzugsweise 4 bis 5 μm dick. Das dielektrische Material 16 ist vorzugsweise SiO2, was ionengesputtert sein kann, jedoch kann es sich um irgendein anderes Material mit niedriger dielektrischer Konstante handeln, wie etwa um Polyimide, SiNx, BN, BeO oder diamantartiger Kohlenstoff. Die Hauptanforderung an das dielektrische Matrixmaterial besteht darin, dass es im Vergleich zu a-Si (das eine dielektrische Konstante von 12,7 bis 13,0 hat) eine niedrige dielektrische Konstante hat, und dass es sich in einem Array von isolierten Sockeln 14 anordnen lässt, entweder durch direkte Fotolithografie oder durch aufeinanderfolgende Replizierung unter Verwendung eines separaten Fotoresist- und Ätzvorgangs. Das dielektrische Matrixmaterial 16 muss ferner den moderaten chemischen und thermischen Umgebungseinflüssen, die mit dem a-Si-Plasmaabscheidungsprozess verbunden sind, widerstehen, ohne dass die a-Si-Sockel 14 angegriffen werden, ohne dass das a-Si in den Sockelbereichen kontaminiert wird, und ohne Delaminierung während des a-Si-Entfernungsvorgangs.
  • Die a-Si-Sockel 14 sind physikalisch und elektrisch durch das dielektrische Matrixmaterial 16 voneinander isoliert und durch metallische Spiegelflächen 17 gegenüber dem Auslesestrahl 10 geschützt. Die Spiegelflächen 17 bilden einen Spiegel mit metallischer Matrix, der hilft, den Auslesestrahl 10 zu reflektieren. Jede Sockel-/Spiegelflächenkombination repräsentiert ein Bildpixel. Deshalb können die Querschnittsflächen der Sockel 14 und der Spiegelflächen 17 in Abhängigkeit von der gewünschten Auflösung variieren. Ferner können andere Faktoren wie etwa die dielektrische Konstante der isolierenden Matrix 16 und die Dunkel-Resistivität der a-Si-Schicht die Abmessungen der a-Si-Sockel 14 beeinflussen. Im Allgemeinen ist es bevorzugt, die effektive dielektrische Konstante der dielektrischen Matrix/a-Si-Sockelkombination zu minimieren und die Querschnittsfläche der Sockel 14 zu minimieren, um die Dicke der a-Si-Sockel 14 zu reduzieren, die notwendig ist, um ein bestimmtes Schaltverhältnis zu erreichen (das Verhältnis des in dem a-Si mit Licht vorhandenen elektrischen Stroms zu dem elektrischen Strom ohne Licht).
  • Eine ebene Ansicht der Sockel-/Spiegelflächenkombinationen ist in 2 gezeigt. Bei einer typischen Vorrichtung sind die a-Si-Sockel 14 quadratisch mit einer Seitenlänge von 4 μm, wobei die Spiegelflächen 17 quadratisch sind mit einer Seitenlänge von 18 μm und der Abstand von Mitte zu Mitte zwischen den Sockeln 14 20 μm ist. Die Flächen 17 sind gegenüber dem elektrischen Potenzial ihrer zugehörigen Sockel 14 angehoben und bilden die Bildpixel.
  • Es sei nunmehr wieder auf 1 Bezug genommen, wonach ein dielektrischer Spiegel 18 auf der Oberseite der Metallflächen 17 und der dielektrischen Matrix 16 hergestellt wird. Der dielektrische Spiegel 18 ist vorzugsweise ungefähr 2 μm dick.
  • Er hilft, den Auslesestrahl 10 zu reflektieren und verhindert ferner, dass das Ausleselicht 10 in die dielektrische Matrix 16 durch die offenen Bereiche zwischen den metallischen Spiegelflächen 17 eintritt. Solches Streulicht könnte sonst durch die dielektrische Matrix 16 in die Seiten der a-Si-Sockel 14 gestreut werden, was zu einer unerwünschten Aktivierung der Sockel 14 führen würde. Der dielektrische Spiegel 18 und die Spiegelflächen 17 ersetzen die CdTe-Licht blockierende Schicht, die in herkömmlichen LCLVs verwendet wurde und die schwierig zu handhaben war und die auch die Leistung der LCLVs herabsetzte.
  • Die Flüssigkristallschicht 20 liegt zwischen dem dielektrischen Spiegel 18 und einer zweiten ITO-Elektrode 22. An der zweiten Elektrode 22 ist eine Glasplatte 24 befestigt.
  • Im Betrieb legt eine Wechselspannungsquelle 26 eine Spannung über die Flüssigkristall-/a-Si-Schichtenkombination mittels der ITO-Elektroden 12 und 22 an. Wenn kein Schreiblicht auf die Eingangsseite der a-Si-Sockel 14 fällt, tritt der Spannungsabfall hauptsächlich über den a-Si-Sockeln 14 und dem Matrixmaterial 16 auf statt über der Flüssigkristallschicht 20, in Folge der hohen Resistivität der a-Si-Sockel 14 und des Matrixmaterials 16. Wenn eine Fläche auf der Eingangsseite eines a-Si-Sockels durch Eingangslicht aktiviert wird, werden Elektronen-Lochpaare erzeugt und von dem elektrischen Feld in den a-Si-Sockeln 14 zu den Eingangs- und Ausleseenden des a-Si-Sockels 14 weggesaugt. Die Erzeugung von Elektronen-Lochpaaren erniedrigt die Resistivität der a-Si-Sockel 14 an dem Ort der Aktivierung. Als ein Ergebnis wird die Wechselspannung auf einen entsprechenden Ort auf der Flüssigkristallschicht 22 angelegt.
  • Durch diesen Effekt wird das raummäßige Intensitätsmuster des Eingangsbildes in eine raummäßige Veränderung der Spannung über die Flüssigkristallschicht 22 umgesetzt, was seinerseits zu einer raummäßigen Veränderung in der Orientierung der Flüssigkristallmoleküle führt. Die Flüssigkristallorientierung in Bezug auf die Ausleselicht-Polarisation an jeder gegebenen Stelle bestimmt die Menge des Ausleselichtes, das von dem Lichtventil an dieser Stelle reflektiert wird. Wenn somit der Auslesestrahl 10 durch die Flüssigkristallschicht gelangt, wird er raummäßig entsprechend der raummäßigen Modulation der Flüssigkristallorientierung moduliert.
  • 3 zeigt eine alternative und mehr bevorzugte Ausführung, bei der ein Mikrolinsen-Array 28 an dem Glassubstrat 13 mit optischem Zement (nicht dargestellt) befestigt ist. Das Linsenarray 28 enthält eine Mikrolinse 30 für jeden a-Si-Sockel 14. Die Linsen 30 verbessern die Lichtempfindlichkeit der Vorrichtung, indem sie den Teil des Bildstrahls 8 sammeln, der sonst außerhalb einer Sockelfläche 14 auftreffen würde, und indem sie dieses Licht auf den a-Si-Sockel 14 richten. Im idealen Fall eines perfekten Lichtleiters wird der Linsenarray 28 die Lichtempfindlichkeit der Vorrichtung um das Verhältnis der Fläche der Linse 30 zu den Flächen der Sockel 14 vergrößern. Das Mikrolinsen-Array ist vorzugsweise unter Verwendung von refraktiven Optiken hergestellt, kann jedoch auch mit binären Gittern ausgebildet sein.
  • Das bevorzugte Herstellungsverfahren für die Sockel ist in den 4a–4i dargestellt. Anfangs wird, wie in 4a gezeigt, eine Schicht aus Indium-Zinnoxid 12 auf einem Glassubstrat 13 vorzugsweise mit einer Dicke von 3,5 Inch abgeschie den, unter Verwendung von standardmäßigen Ionenstrahl-Sputterverfahren. Die ITO-Schicht 12 wird vorzugsweise mit einer Dicke von 0,04 μm abgeschieden.
  • Im nächsten Schritt (4b) wird das dielektrische Matrixmaterial 16 (vorzugsweise SiO2) auf die ITO-Schicht mit Ionenstrahl gesputtert. Die Dicke dieser Schicht ist gleich der Dicke der späteren a-Si-Sockel und beträgt vorzugsweise 4 bis 5 μm.
  • Der nächste Schritt (4c) besteht aus dem Aufbringen einer Schicht eines Fotoresists 32 vorzugsweise mit einer Dicke von 1 bis 2 μm über dem dielektrischen Material 16, dem Belichten mittels standardmäßiger fotolithografischer Verfahren und dem Auswaschen, um isolierte Löcher 34 im Fotoresist 32 zu erhalten, die die Lage der späteren Sockel festlegen.
  • Das dielektrische Matrixmaterial 16 wird dann durch die Löcher 34 in dem Fotoresist 32 entweder mittels Plasmaätzen oder mittels nasschemischer Ätzverfahren geätzt, um ähnliche Löcher 36 in dem Matrixmaterial 16 zu bilden. Der Rest des Matrixmaterials ist gegenüber dem Ätzmittel durch den Fotoresist 32 geschützt, der nach der Bildung der Löcher 36 in dem Matrixmaterial 16 entfernt wird. Das Ätzen der Löcher 36 legt die darunter liegenden Bereiche der ITO-Schicht 12 frei. Die sich ergebende Struktur ist in 4d gezeigt.
  • In den nächsten beiden Schritten (4e–4f) wird eine a-Si-Schicht 38 unter Verwendung von wohlbekannten Plasmaangeregten CVD-Verfahren abgeschieden. Es wird ausreichend a-Si abgeschieden, um die Löcher 36 in dem Matrixmaterial 16 zu füllen. Das überschüssige a-Si 38 wird dann mechanisch wegpoliert, wodurch die a-Si-Sockel 14 zurückbleiben. Das Matrixmaterial 16 und die Sockel 14 werden poliert, um eine optisch ebene Oberfläche zu erhalten.
  • Als Nächstes wird, wie in 4g gezeigt, eine zweite Schicht aus Fotoresist 40 aufgebracht, strukturiert und weggewaschen, um Flächenöffnungen 42 in dem Fotoresist 40 zu erhalten.
  • Gemäß 4h wird Metall, vorzugsweise Aluminium, in den Öffnungen 42 der Fotoresist-Maske abgeschieden, vorzugsweise mit einer Dicke von 0,1 bis 0,4 μm. Die Fotoresist-Maske wird dann weggewaschen, wodurch isolierte Metallspiegelflächen 17 auf der Oberseite der einzelnen a-Si-Sockel 14 verbleiben. Schließlich wird, wie in 4i gezeigt, ein dielektrischer Spiegel 18 abgeschieden, vorzugsweise mit einer Dicke von 2 μm.

Claims (8)

  1. Flüssigkristall-Lichtventil (LCLV) mit einer Eingangsseite, um einen Eingangslichtstrahl (8) zu empfangen, und mit einer Ausleseseite, um einen Ausleselichtstrahl (10) zu empfangen, mit einer Flüssigkristallschicht (LC) (20), mit einer Mehrzahl von lichtleitfähigen Wegen (14) auf der Eingangsseite der LC-Schicht (20), wobei die fotoleitfähigen Wege (14) eine Mehrzahl von lichtleitfähigen Sockeln (14) aufweist, die sich durch das dielektrische Material (16) erstrecken, und wobei sich entsprechende elektrisch leitfähige und optisch reflektierende Flächen (17) über die Sockel (14) zwischen der Ausleseseite der Sockel und der LC-Schicht (20) erstrecken, wobei die Flächen (17) einen Array aus reflektierenden Pixeln zum Reflektieren des Auslesestrahls (10) von den darunter liegenden lichtleitfähigen Sockeln (14) bilden, mit elektrisch isolierendem Material (16) zwischen den Wegen (14) zum elektrischen Isolieren der Wege gegeneinander, wobei das elektrisch isolierende Material (16) eine Schicht aus dielektrischem Material (16) auf der Ausleseseite der Eingangselektrode (12) aufweist, und mit Anschlüssen (12, 22) zum Anlegen eines elektrischen Potenzials über die LC-Schicht (20) und die lichtleitfähigen Wege (14), wobei die lichtleitfähigen Wege (14) auf einen Eingangslichtstrahl (8) ansprechen, um das Potenzial über der LC-Schicht (20) gemäß den raummäßigen Charakteristika des Eingangsstrahls raummäßig zu modulieren, wobei das Isoliermaterial (16), das die Wege (14) umgibt, potenzielle Barrieren gegen die Migration von Ladung zwischen den Wegen bildet, gekennzeichnet durch einen dielektrischen Spiegel (18) zwischen den Flächen (17) und der LC-Schicht (20) und zwischen dem dielektrischen Material (16) und der LC-Schicht (20), wobei der dielektrische Spiegel ferner den Auslesestrahl (10) von den darunter liegenden lichtleitfähigen Sockeln (14) reflektiert.
  2. LCLV nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlüsse (12, 22) aufweisen: eine transparente Eingangselektrode (12) auf der Eingangsseite der lichtleitfähigen Wege (14) und eine transparente Gegenelektrode (22) auf der Ausleseseite der LC-Schicht (20).
  3. LCLV nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Fokussierer (28, 30) um den Eingangsstrahl in eine Mehrzahl von Bildpixeln aufzuteilen und um jedes der Bildpixel auf einen entsprechenden lichtleitfähigen Weg (14) zu fokussieren.
  4. LCLV nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fokussierer (28, 30) aufweist: eine Schicht aus transparentem Material (28) auf der Eingangsseite der lichtleitfähigen Wege (14) und ein Linsenarray (30) auf der Eingangsseite des transparenten Materials (28), wobei jede Linse des Linsenarrays entspre chende Bereiche des Eingangsstrahls (8) auf entsprechende lichtleitfähige Wege (14) fokussiert.
  5. LCLV nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtleitfähigen Sockel (14) aus amorphem Silizium gebildet sind.
  6. LCLV nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrisch leitfähigen und optisch reflektierenden Flächen (17) quer über die angrenzenden lichtleitfähigen Sockel (14) hinaus erstrecken.
  7. LCLV nach irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dielektrische Material (16) eine Dielektrizitätskonstante hat, die niedriger als die Dielektrizitätskonstante der lichtleitfähigen Sockel (14) ist.
  8. Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristall-Lichtventils (LCLV), insbesondere des LCLV gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend die Schritte: (a) Abscheiden einer ersten transparenten Elektrodenschicht (12) auf einem Glassubstrat (13); (b) Abscheiden eines dielektrischen Matrixmaterials (16) auf der ersten transparenten Elektrodenschicht (12); (c) Aufbringen einer Schicht aus Fotoresist (32) auf das dielektrische Matrixmaterial (16); (d) Belichten des Fotoresists (32) mit Strahlung und danach Waschen des Fotoresists, um isolierte Löcher (34) in dem Fotoresist (32) zu erzeugen; (e) Ätzen des dielektrischen Matrixmaterials (16) durch die isolierten Löcher (34), um entsprechende Löcher (36) in dem Matrixmaterial zu erzeugen, und danach Entfernen des Fotoresists (32); (f) Abscheiden einer a-Si-Schicht (38) auf das dielektrische Matrixmaterial (16), um die ähnlichen Löcher (36) zu füllen und um überschüssiges a-Si von der Oberfläche des Matrixmaterials (16) zu entfernen, um isolierte a-Si-Sockel (14) innerhalb des Matrixmaterials (16) zu erzeugen, und Polieren des Matrixmaterials (16) und der Sockel (14), um eine optisch ebene Oberfläche zu erhalten; (g) Abscheiden eines Metalls in den Öffnungen (42) einer Fotoresist-Maske auf der Oberseite der Sockel (14) und danach Abwaschen der Fotoresist-Maske, wobei isolierte metallisch spiegelnde Flächen (17) auf der Oberseite der einzelnen a-Si-Sockel (14) verbleiben; (h) Abscheiden einer ITO-Schicht (22) auf einer Glasplatte (24); (i) Anordnen der Glasplatte (24) mit der ITO-Schicht (22) und des Glassubstrates (13) mit den Sockeln innerhalb eines Gehäuses und Herstellen von elektrischen Kontakten mit der ITO-Schicht (12, 22) und (j) Einführen einer Flüssigkristallschicht (20); gekennzeichnet durch (k) Abscheiden eines dielektrischen Spiegels (18) über den metallischen Spiegelflächen (17); wobei die erste transparente Elektrodenschicht (12) eine Indium-Zinn-Oxid-Schicht (ITO) ist; wobei der Schritt (i) ferner den Schritt des Anordnens der Glasplatte (24) mit der ITO-Schicht (22) und des Glassubstrates (13) mit den Sockeln und des di elektrischen Spiegels (18) in einem vorbestimmten Abstand innerhalb des Gehäuses umfasst und wobei der Schritt (j) das Einführen der Flüssigkristallschicht (20) zwischen den dielektrischen Spiegel (18) und die ITO-Schicht (22) umfasst.
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