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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.
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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.
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Solch ein Flüssigkristall-Lichtventil und
solch ein Verfahren zum Herstellen eines Flüssigkristall-Lichtventils sind
aus dem Dokument US-A-5,328,853 bekannt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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1 eine
Schnittdarstellung eines gemäß der Erfindung
hergestellten LCLVs mit a-Si-Sockeln ist;
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2 ein
Schnitt entlang der Schnittlinie 2-2 gemäß 1 ist;
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3 ein
Schnitt ist, der eine LCLV-Ausführung
mit a-Si-Sockeln
ist, die ein Linsenarray aufweist;
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.