JPS62502074A - 反射マトリクスミラ−可視光線−赤外線変換管光弁 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 反射マトリクスミラー可視光線−赤外線変換管光弁発明の背景 この発明は一般に光弁に関し、特に液晶光弁における反射マトリクスミラーの使 用に関する。この発明は更に液晶光弁を用いて可視波長像を赤外線波長像に変換 する方式に関する。

改善された探索および追跡システムのための赤外線映像装置あるいは追跡誘導装 置の開発においては、実際の野外の条件で遭遇すると同じ複雑でダイナミックな 状況の中で赤外線映像装置をテスト出来ることが重要である。さらにコストと時 間係数を最少にするために、赤外線映像装置を破壊せずにテストできることも重 要である。

それゆえ、非破壊赤外線映像装置のテストにはコンピユータ化されたシミュレー ションシステムが用いられる。研究所の中でパラメトリックテストを行うための 種々の野外テストをシミュレートしたり赤外線映像装置に投影したりすることが できる。このようなシミュレーションシステムの利点はロケットの任務、飛行、 実験を容易にし、テスト環境を正確に再現し、改良を行うための技術を更に進歩 させる。

コンピユータ化されたシミュレーションシステムは赤外線コード化された可視波 長像を陰極線管（ＣＲＴ）に表示し、テスト中の赤外線像に投影される高出力赤 外線像に変換する。

ＣＲＴと赤外線映像装置は、共にコンピュータに接続される。

このコンピュータは可視像を発生し、赤外線映像装置により見える赤外線像をモ ニタする。シミュレータの心臓部は映像変換管である。この映像変換管は、赤外 線コード化可視像をＣＲＴに映し、赤外線映像装置により、検出される赤外線像 に変換する。

理想的には、シミュレーションシステムは、複雑で高速に変化する赤外線像を、 高度のダイナミックレンジと分解能で供給できる能力がなければならない。また 、コンピユータ化された映像生成システムとリアルタイムの相互作用が出来なけ ればならない。既存のシミュレーションシステムは、主に、従来より使用されて いるＩＲ変換装置のために、これらの基準に適合させるには困難である。

これ等の従来装置は、一般に、映像変換のために、薄膜材料から熱により放出さ れる放射線を利用している。この様な装置では、ＣＲＴ　（もしくは、映像プロ ジェクタ）からの映像情報を含む高輝度の可視ビームによりフィルムを照射する 。

フィルムは、入力された可視ビームの映像強度に応答して局部的に熱くなり、高 輝度の可視ビームにより表される空間情報に関する赤外線波長パターンを放射す る。このような装置では、熱画像は、赤外線映像装置上に直接に投影され、入力 可視ソースデータは、直接出力赤外線像に結合される。これ゛らは、いずれも都 合が悪い。

更に、薄膜赤外線シミュレーションシステムは像平面の熱拡散により分解能が低 くなる。さらに、熱時定数が大きいので、熱応答が遅くなるとともに、熱による シミュレーションシステムのダイナミックレンジと、高分解能とが両立しないこ とから、ダイナミックレンジが制限されてしまう。

液晶を用いた°光弁”は、偏光回転により赤外線を変調することが出来るので赤 外線映像変換管として使用することが提案されている。

このような例としては、１９７８年９月にＷ、　Ｔ。

Ｂｌｅｈａに付与された米国特許第４．１１４．９９１号に開示されている。光 弁技術の開発および理論は１９７４年７月１６日にＴ、Ｄ、Ｂｅａｒｄに付与さ れた米国特許第３．８２４．００２号、および１９７７年４月２６日にり、　Ｄ 。

Ｂｏｓｅｗｅｌｌ他に付与された米国特許第４．０１９．８０７号に開示されて いる。交流光弁の基本的な設計はＢｅａｒｄ特許に示されている。赤外線の空間 変調を行うのに必要な偏光回転を行うハイブリッド電界効果モードの光弁の構成 と動作は上記Ｂｏｓｗｅｌｌ特許、並びに１９８３年４月５日にＷ、　Ｔ、Ｂ　 １　ｅｈａに付与された米国特許第４．３７８．９５５号に開示されている。こ れらの発明はすべて、この発明の譲り受け人により所有されている。

使用する材料の光電特性に関連する赤外線波長スペクトル領域に既存の光弁を採 用すると、いくつかの問題を生じる。

米国特許第４．１１４．９１１号に開示されているような゛可視光から赤外光へ の変換に使用される既存の反射モード光弁はかなり厚いシリコン光基板を介して 赤外線を通過させる。

このため、シリコンと液晶との界面における多重反射、および格子欠陥ならびに 不均一性による内部散乱により歪みを生じる。

更に、従来の光弁では、一般に５乃至１０μｍの赤外スペクトル領域に使用する 誘電体ミラーの設計は困難な場合が多い。長波長赤外放射線に十分な反射を与え るためには誘電体ミラーはかなり厚い多層構成になる場合が多い。このため、ミ ラーは液晶層に対して大きな電気インピーダンスを有している。光変換効果は、 液晶インピーダンスに対するミラーインピーダンスの比に比例するので、ミラー インピーダンスが非常に大きいのは望ましくない。

更に、従来の光弁は、主に交流装置である。しかしながら、光弁を直流で動作さ せることが望まれている。

最後に、ミサイルをテストするような環境では、ミサイルのスピードと性能が増 大するにつれ、スピードとコントラストを絶えず増大させることが望ましい。従 来の誘電体ミラーは、設計上の制限があるため、極めて高速の影像化には適して いない。

従って、この発明の主たる目的は、可視像を赤外像に変換する、高速でコントラ ストの高い液晶光弁を提供することである。

この発明の他の目的は、シリコン基板と液晶との間の界面の歪みを無くすことで ある。

この発明の更に他の目的は、交流又は直流で動作することのできる液晶光弁を提 供することである。

この発明の更に他の目的は、液晶光弁のミラーを赤外領域で動作させ、赤外線の 反射性を高くし、直列抵抗を低くすることである。

発明の概要 この発明は、広くは、反射マトリクスミラーを用いた可視光−赤外光変換管光弁 である。この光弁は、偏光回転により入射赤外線を空間的に変調する液晶媒体と 、入射された可視波長像を受取、可視像に応答して、液晶の偏光回転を制御する 光導体と、反射マトリクスミラーを有している。反射マトリクスミラーは、液晶 と光導体との間に配置され、赤外線が液晶を２度通過し、可視波長像に応答して 、偏光回転されるように、液晶を通して入射赤外線を反射する。このミラーは、 複数の赤外反射アイランドを有している。液晶の外部に配置された偏光子は赤外 線の偏光回転を出力強度変調に変換し、赤外線像を作る。

この発明の第１の特徴は、反射マトリクスミラーが、シリコン基板上に離間して 積層された反射素子のアレイで構成されていることである。

この発明の第２の特徴は、格子パターンを形成するためにエツチングされる二酸 化ケイ素の層に、反射マトリクスミラーが形成されることである。次に、アルミ ニラミや金のような導電性の赤外線反射材料がエツチングされた窪みに蒸着さ° れ、反射マトリクスが形成される。

この発明の更に他の特徴は、ミラーが、その下の光感応基板と電気的、かつ間接 的に接触しているので、反射マトリクスミラーにより、光弁可視光赤外光変換管 を交流または直流で使用することができることである。

この発明の反射マトリクスミラー光弁は、反射動作モードの液晶層を用いている 。この場合、局部的に位相変調される読みだし赤外線は、液晶層を２度横切り、 非反射モードの光弁により得られるであろう、単位信号当りの単位液晶長当りの 赤外線偏光回転の２倍の回転が得られる。それゆえ、光路長を２倍にすることに より、所定のコントラスト比を得るのに液晶の厚みを半分にすることができ、液 晶遷移速度を４の係数だけ増加させることができる。この４の係数は液晶の厚み の２乗に比例する。

さらに、この発明の他の特徴は、従来技術に見られるような、シリコン基板と液 晶との界面における多重反射干渉を無くしたことである。また、反射マトリクス ミラーを用いることにより、二色性のビームスプリッタの必要性がない。

この発明の他の目的、特徴、および利点は下記の詳細な説明および添附図面を考 慮することにより明らかになる。

図面の簡単な説明 第１図はこの発明の金属マトリクスミラー可視光赤外光変換管光弁の断面図であ る。

第２図は、製造段階の各行程における、この発明の反射マトリクスミラーの断面 図である。

第３図は、製造段階の各行程における、この発明の反射マトリクへミラーの第２ 実施例の断面図である。

第４図は、製造段階の各行程における、この発明の反射マトリクスミラーの第３ 実施例の断面図である。

第５図は、製造段階の各行程における、この発明の反射マトリクスミラーの第４ 実施例の断面図である。

好適実施例の説明 特に図面を参照すると、第１図は、この発明の金属マトリクスミラー可視光赤外 光変換管光弁５の断面図を示す。光弁５は、ダイナミック可視波長ビーム１１０ を、入射赤外線読みだしビーム１２０の変調により、ダイナミック赤外線像また はビーム１３０に変換する。

液晶光弁５は、上述したＢｅａ　ｒｄ特許に開示された光弁を含めて、従来より 使用されている光弁と同様の構成である。

光弁５は一方側に配置された、赤外線リフレクタまたはミラー４０（基板４２上 の反射アイランド４４からなる。）、光感応基板３０、電極２０および透過面板 １０と、他方側の電極７０と赤外線透過面板８０との間に配置されている。

ｍ１図において、可視波長入力像ビーム１１０は面板１０を介して（λ＜１．２ μｍのオーダで）光弁５に入射し、赤外線波長読みだし像ビーム１２０は、面板 ８０を介して、（１，２μｍくλく３００μｍのオーダで）光弁５に入射する。

可視入力ビーム１１０は、便宜的に示していないが、ＣＲＴディスプレイ、ビデ オカメラシステム、またはその他の映像プロジェクタのような光像源により得ら れる。ビーム１１０は従来の熱にもとずく映像システムのように、高出力あるい は高輝度のビームである必要はない。前記ビームは、この目的のために共通に使 用される、図示しない、一般的な光素子により、光弁５に向けられる。

面板１０は、実質的には、可視波長放射線に対して透過であり、機構的な支持及 び保全と、電極２０の電気的絶縁を得るために用いられる。面板１０は光学硬質 ガラスまたは、可視波長放射線を高度に透過する光フアイバ導波管のアレイから なる、ファイバ光学面板を含む技術（しかし、これ等の技術に限定されるもので はない。）において知られている、いくつかの材料で構成することができる。

面板１０に隣接して電極２０が設けられている。電極２０は光感応基板３０の一 方側の面に低い抵抗電圧を与える。また、電極２０は可視波長放射線に対して光 学的に透過である。

これは、実質的に可視放射線に透過な１μｍ以下の厚みのインジウム−錫−酸化 物（ＩＴＯ）薄膜を用いる事により得られる。尚、前記電極は、３００人ｍ乃至 ５００人ｍの厚みのアルミニウムもしくは金で形成してもよい。

同時に、当業者にはすぐに分ることだが、第１図の実施例に対して、電極２０と 面板１０を結合して、導電性のコーティングをガラス基板に施した単一素子にす ることも出来る。

電極２０には光感応基板３０が隣接している。光感応基板３０は、かなりのパー センテージのビーム１１０を吸収するように可視ビーム１１０と相互作用する。

光感応基板３０は、１９８０年１２月１６日にＪ、Ｇｒｉｎｂｅｒｇ他に付与さ れた米国特許第４．２３９．３４８号および／または１９８４年４月１７日にＪ 、Ｇｒｉｎｂｅｒｇに付与された米国特許第４．４４３．０６４号に記載された 金属酸化物半導体光感応基板あるいは硫化カドミウム光感応基板のような技術で 知られている材料から構成できる。これらの特許に記載された光感応基板の説明 は関連として、この明細書に含まれる。

逆に、下記に詳述するようにショットキーバリア構造を採用することもできる。

可視入力ビーム１１０の形態のダイナミック入力像が光感応基板３０に吸収され ると、光導体のインピーダンスの空間変調を行う。

電圧を液晶媒体６０と光感応基板の結合体の両端に印加すると、光導体のインピ ーダンスの変化により、液晶媒体６０の両端の電圧降下が変化し、それにより液 晶媒体６０を通過する赤外線放射線に誘発される液晶の配向と分極回転が変化す る。それゆえ、可視入力ビーム１１０の空間強度は光導体３０により吸収され、 液晶媒体６０を通過する赤外放射線の偏光の空間変調を行う。

引き続き第１図を参照すると、媒体６０により変調される赤外放射線は読みだし 若しくは出力赤外線１２０により得られる。ビーム１２０は、図示はしていない が、従来より知られる適度の高品質の赤外線源により得られる。光感応基板３０ と相互作用する可視放射線（λ＜１．２μｍ）が存在しないようにするためにフ ィルタを通すことが望ましい。これは、面板８０を形成する材料により行うこと ができる。前記ビームは、赤外線波長線格子ビームスプリッタ偏光子９０を用い て面板８０上に向けられる。

線格子偏光子９０は、格子部材に対する偏光角に応じた強度で放射線を反射する 。偏光子９０に入射される放射線の最大反射度は放射線が格子部材に対して平行 に偏光されたときである。それゆえ、この発明の好適実施例では赤外線１２０源 は、最大の転送効率を得るために、格子部材に平行に、実質的に１００％偏光さ れた赤外線を出力するように構成されている。この様子は第１図において、ビー ム１２０が図の紙面に対して直行する方向に偏光する点１２２により示される。

この結果得られた赤外線１２５は面板８０を通り、透過電極７０を通り更に液晶 媒体６０を通ってミラー４０に到達し、ここで、反射され、媒体６０、電極７０ および面板８０を逆に戻る。

このように、赤外線が２度通過することにより、媒体６０の各解像素子による偏 光回転の全体の制御を高めることができる。赤外線１２５は面板８０を出ると、 線格子偏光子９０に到達し、そこで偏光回転が輝度変調に変換される。赤外線１ ２５の放射線液晶媒体６０を通過することにより種々の角度で空間的に偏光回転 されるので偏光回転の１つの成分が格子９０を通過し、他の成分は反射される。

透過された赤外線偏光成分１３０は可視入力ビーム１１０の空間強度を表す。

面板８０は液晶媒体に対して光学的な界面であるとともに機構的な支持部材であ り、また電気的絶縁体でもある。面板８０は、６ｍｍ乃至１０ｍｍの塩化カリウ ム（ＫＣＩ）、単一結晶ゲルマニウム基板、あるいは光学的に高品質のサファイ ア基板を含む技術（但し、これに限定されるものではない。）において知られて いるいくつかの赤外線及び近赤外線透過材料で構成される。さらに、面板８０は 、赤外波長放射線を高度に透過させる光学ファイバ導波管セグメントのアレイで 構成されるファイバ光学面板でもよい。

電極７０は、液晶媒１体６０の一方側の面に低抵抗の電圧を与える。また、電極 ７・０は赤外波長放射線に対して光学的に透過である。これは、赤外放射線に対 して実質的に透過である、０．０２μｍ以下、のオーダのインジウム−錫−酸化 物（ＩＴＯ）の極めて薄い膜を用いることにより、得られる。

電極７０のｔＴｏフィルムは、面板８０の面に堆積できる。

なお、Ｉｎ２Ｏ３のような他の金属又は材料も、過度に吸収することなく赤外放 射線を通過させるような、十分薄（、かつ、自由電子キャリア濃度が十分低けれ ば使用することができることは、当業者には容易である。

液晶媒体６０は、Ｆ、Ｊ、Ｋａｈｎに付与された米国特許第３．６９４．０５３ 号、または１９８４年１月２２−２７日発行のＵ、　Ｅｆｒ＋ｏｎ他著、′″Ｔ ｈｅ　ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ−Ｂａ：ｓｅｄ　Ｖｉｓｉｂｌｅ　ｔｏ　Ｉ ＲＤｙｎａｍｉｃ　Ｉｍａｇｅ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＶＩＤＩＣ）’の４６５ −２２頁の５ＰＩＥ　ｐｒｏｃｅｅｄｉユｇｓに記載されたような技術で知られ ている液晶媒体で構成される。特定の材料は、動作波長、動作モード、および要 求される応答時間またｌは回復時間に応じて選択される。

好適実施例では、液晶媒体６０はその周辺部を間隔保持片６２で囲まれている。

間隔保持片６２は、媒体６０を、周辺装置および周囲の環境から、化学的および 電気的に絶縁する。

間隔保持片は、４−１２μｍに堆積された、５ｉＯｘ（ｘは１乃至２）のような 材料である。この空間保持片により液晶媒体の厚みを自由に変える事ができ、そ れによって寸法が決まる。この空間保持片がない場合、隣接する材料により圧縮 されるか、流れ出てしまう。更に、媒体６０に隣接して中間層６４を配置するこ とができる。この中間層は、液晶の配向や、隔離技術に用いられる５ｔｙｘのよ うな材料で構成される。

液晶媒体はいくつかのモードで動作する。これらのモードｔｉｑｎａｌ　Ｄｅｆ ｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｎｅｍａｔｉｃ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌｓ： 　ＴｕｎａｂｌｅＢｉｒｅｆｒＬｎｇｅｎｃｅ“に記載された制御複屈折モード 、あるいは上述した米国特許第４．３７８．９５５号および第４．０１９．８０ ７号に開示されたハイブリッド電界効果モードを含む。ダイナミック拡散モード のような他のモードも、それほど有効ではないが、この発明に用いることはでき る。しかしながら、ある動作モードでは、光弁の応答時間が減少し、寿命時間が 減少する。それゆえ、好適実施例ではハイブリッド電界効果モードを採用してい る。

液晶媒体６０の偏光回転能力を最大限に利用し、最大変換効率を得るために、高 度の反射赤外線ミラー４０が必要になる。光感応基板を貫通する赤外放射線は、 出力放射線の損失分と、信号対雑音比の増加分に相当する。同時に、ミラー４０ は、ミラーと液晶界面との間が電気的に短絡しないように、隣接する解像素子と の間の電気的インピーダンスを十分高くしなければならない。

液晶媒体６０は、各解像素子にほぼ匹敵する、寸法的に小さな領域の電圧変化に より付勢される。各領域が適当に自律態様で動作する限り、全体の光弁は必然的 に、入力放射線を処理するための解像素子または画素のアレイで構成される。

ミラーがこれらの素子！−電気的に短絡させた場合、かなりの画素が失われ、得 られ／Ｓ：空間分解能も低下する。それゆえ、ミラーインピーダンス：は重要な パラメータである。しかしながら、今までは、高度の反射素子は、連続多層誘電 体素子で構成され、実際には、分解能を低下させていただけでなく、全体の液晶 の変調に影響を及ぼしていた。

この発明では、上述”した欠点を有した誘電体ミラーの助けを借りることのない 、新しい装置を用いている。ミラー４０゛　は多くの種類の液晶光弁の製造に使 用する、新しい素子からなる。これにより、基本的な動作パラメータが改善され るだけでなく、ミラー４０に新しいデザインを施すことにより、これから述べる 新しい電極を採用することが可能になる。

第２図に示すように、赤外放射線を反射するが、それぞれは、電気的に絶縁され ている、ＭｘＮのマトリクスの反射素子で構成される。素子の正確な数および、 ＮとＭの値は、光弁５のサイズの制約、および採用した液晶媒体の解像能力によ る。

各素子４４の幅Ｗと高さｈの最少の寸法は反射される放射線の波長と、解像素子 の最少寸法と、以下に述べる他のファクタによる。これらの寸法プラス隣接アイ ランド４４間の距離ｄが割算され、光弁面の幅Ｗと高さＨになる。これらの割算 （Ｗ／ｗ＋ｄ、Ｈ／ｈ＋ｄ）の商が最下位の整数値で丸められ、光弁面の幅（Ｍ ）と高さくＮ）に適合するアイランドの数（Ｍ、　Ｎ）を表す。それゆえ、基板 ４２上に作られるＭｘＮのアレイのサイズが決まる。最少のサイズの解像素子を 使用する必要の無い、特定のアプリケーションの場合に、より大きいアイランド ４４を用いた場合、その分ＭとＮの数が減少する。

反射アレイのミラー４０は、赤外放射線（略１６２μｍくλく３００μｍ）に対 して連続した反射面として見えるとともに、電極２０に対して液晶媒体６０の動 作を正しく、あるいはさらに良く行うために、解像素子間の電気的絶縁を高める ことができる。反射マトリクスミラーは基板面に対して直角に適当な導電性を与 えると共に、基板面に平行に高い面積抵抗を与える。

第３図、第４図、および第５図は、ミラー４０を構成する反射素子の３つの基本 的な実施例を示す。各実施例は、半導体および固体素子技術で知られた技術を用 いて作られる。以下、詳細に述べる。

始めに第３図において、マトリクスの反射アイランドが光弁５に組込まれた絶縁 基板４２に配置される。この実施例は１、光感応基板３０上に、別個に基板４２ を作るか、半絶縁材料を堆積することにより作られる。半絶縁材料は、二酸化珪 素やシリコンニトライド（これに限定されない）のような、光感応基板を電気的 に絶縁するに有効な公知の材料であればよい。二酸化珪素は、便利ですぐに作る ことのできる基板材料であるので好適な材料である。

第３ａ図に示すように光感応基板３０上に、薄い均一な層として基板４２が堆積 された後、マスク技術を用いて赤外光反射材料４８が堆積される。マスク技術は 、フォトリソグラの１つであればよい。　′ 一般的には、レジスト層４６は、第３ｂ図に示すように、基板上に堆積され、マ スクを介して、光感応性のある、放射線が当てられる。ネガレジストに対しでは 、その後に堆積される材料の所望のロケーションに一致してマスクがパターン化 される。またポジレジストに対してはマスクがネガになる。

＆ｆｆＢｂ図に示すように、放射線、フォトリソグラフィのための光、Ｘ線リソ グラフィのためのＸ線等が、レジスト４６に照射され、その構造を変化させる。

次に、レジストは、照射されたネガレジストまたは照射されてないレジストを破 壊し、除去する化学現像剤により処理される。その結果を第３Ｃ図゛に示す。こ の状態では、基板は、反射材料４８が堆積される場所を除いて、全てレジスト４ ６で覆われている＝第３ｄ図に示すように、商業的に利用出来る堆積技術を用、 いて、赤外線反射材料の層４８を基板上４２並びに残りのレジスト４６の上部に 堆積する事ができる。次に、レジストは化学的に除去され、不要な過度の反射材 料４８を取り、第３ｅ図および第２図に示すように、絶縁された反射アイランド ４４のアレイが残る。

使用する特別のマスク技術の分解能により、反射堆積層４４はほぼ正方形の形状 を有し、正方形チャンネル５０の格子により離隔今れる。　・ 戸の技術！９用いられるマスクは、ミラーに適度な抵抗を与えるために、０．１ 　μｍ乃至２μｍのオーダのチャンネルを作るように設計されている。この離隔 距離もまた、予測される入射放射線の波長よりもかなり短いので、放射線にとっ て、反射アレイは光学的に連続したミラーに見える。この離隔距離は、０．１μ ｍよりも小さくすることができ、使用する材料に応じて適度な電気的インピーダ ンスを保つことが出来る。しかし、現行の製造技術では、０．１μｍが限界であ る。

反射アイランドの離隔距離は、その距離が常に、反射される放射線の波長よりも かなり短ければ、２μｍよりも大きくすることが出来る。従って、２２０μｍな いし３００μｍのオーダの波長の場合、離隔距離は、２０μｍ乃至６０μｍにす ることができる。

反射材料４８の各アイランド４４の寸法は５μｍ乃至１０μｍのオーダで、適度 な反射を得るための最少の寸法および光弁構造に採用される分解能すなわち画素 のサイズから決定される。液晶媒体６０の全体の寸法を考えて、画素の数（１０ ３，１０’　、１０５．、、）に分割し、アイランド４４の寸法を決定する。同 時に、この分野においては、多くの光弁構造においては分解能素子の数が限られ ており、この発明の有用性は、特定のアプリケーションに対して選択された設計 と材料に依存する。しかしながら、反射アイランド４４のサイズを計算するのに 、全体の寸法、波長、および画素数はどの光弁についても同様に適用できる。

反射アイランド４４の厚みは、ミラー４０の製造時にも考慮する必要がある。こ の厚みは使用する反射材料による。この分野においては、材料が違えば、赤外放 射線の反射性が異なり、同じ率の赤外放射線を反射するためには、厚みを異なら せる必要があることが知られている。基本的な条件として、自由電子は、赤外放 射線と相互作用し、材料から放射線を散乱させるのに十分な濃度を有する必要が ある。

これに限定されるものではないが、金またはアルミニウムのような金属からなる 反射素子４４の場合、０．０５μｍより大きい厚みであれば十分であるが、０． １μｍよりも大きい方が望ましい。同時に、これに限られる訳ではないが、プラ チナケイ化物のような半導体組成物から成る反射アイランド４４が十分な電子濃 度を持つには、０．１μｍ乃至０．２μｍを必要とする。

赤外線の反射性という観点から考えると、反射材料４８に最大厚みというものは 無い。しかしながら、全体のミラーの寸法と光弁５の寸法とから設計が決定され る。また、一度反射点に到達すると、それ以上材“料や処理時間を浪費する必要 は無いことは明らかである。　、′ 第３図に示される製造技術は、良（理解されると思うが、反射アイランド間４４ の離隔距離によって得られる分解能は制限される。現行のマスク技術、特に、フ ォトリソグラフィは１μｍ以下のオーダの分解能を得るのには適していない。

また、チャンネル５０の限界を定義するために余分な反射材料の剥離処理に依存 する処理にそのような小さな分解能を持たせるのは困難である。

この発明の他の実施例を第４図に示す。第４ａ図に示すように、シリコン基板４ ２は、エツチングされ、離隔壁すなわち障壁５６により境界線力弓１かれた窪み ５２のアレイがシリコン基板上に形成される。これらの窪みは上述の実施例と同 じように、レジスト４６を用い、さらに反射材料４８の堆積の前に反射性プラズ マエツチングまたは化学エツチングを用いて形成することが出来る。このエツチ ングにより、上述した寸法を決定するためのさらに正確な窪みを形成することが 出来る。逆に、電子的に制御されたイオンビームエツチング処理を用いて窪み５ ２を正確に位置決めし、規定することが出来る。一度、窪みが形成されると、例 えば、蒸着により、反射材料４８がそこに充填され、第４ｂ図に示すような素子 が形成される。再び、残りのレジスト４６が除去され、余分な材料４８を取除き 、第４Ｃ図に示すようなマトリクスミラーが得られる。

この技術では、窪みが反射アイランド５４の寸法の限界を規定し、これらの窪み に堆積された金属が残るだけなので、最後のレジストの剥離によって、余分な金 属があっても、寸法が劣化する事はない。

堆積の深さは、堆積される反射材料の厚みに直接依存する。

第１に、反射材料に要求される厚み以上に深く窪みを形成することは、製造上無 駄であり、得るものは何も無い。第２に、放射線に対してはスムーズな反射面で あることが望ましい。

反射アイランドから突出した縁即ち壁５６は、屈折率が変化するので、反射面も しくは屈折面を形成することが考えられる。これはミラー４０の動作に悪影響を 及ぼす。従って、窪みは反射材料４８の深さと同じに形成される。

上述した技術を用いて、ミラー４０を形成し、所望の深さよりも深く窪み５４を 形成することが出来る。最後に研磨行程を行ってこの処理を終える。研磨行程は 、生じた基板材料を機械的あるいは化学的に除去する。あるいは、表面全体を所 望の厚みに研磨する。しかしながら、この発明の好適実施例では、最初の段階で 必要とされる深さに窪みを形成している。

上述の技術を用いて、いくつかの種類の光感応基板を光弁に用いることが出来る 。光感応基板３０は、上述したように、従来の特許において採用されているよう な、ＭＯＳ　ＡＣ形の構造でよい。すなわち、ミラーの電気的に絶縁された金属 マトリクス素子が二酸化シリコンゲート構造上に設けられ、装置の誘電体ミラー （例えば、米国特許第４．１１４．９９１号に記載された素子１２）に取って変 わることができる。

逆に、ＤＣの装置構成の場合、各画素を定義する金属マトリクスアイランドはＰ Ｎ接合ダイオードの絶縁されたアレイにオーミックコンタクトを直接形成するか 、あるいはＳｃｈ。

ｔｔｋ）ｌバリヤーダイオードのアレイの各金属プレートとして作用する。

光感応基板３０に５ｃｈｏｔｔｋｙバリヤーダイオードを構成するには、ミラー ３０の第３の実施例が必要になる。第５図は第４図の変形例であり、２つの反射 材４８および５８で反射アイランド５４が構成されている。

第５ａ図に示すように、窪み５２は、基板４２を完全に貫通するようにエツチン グされている他は上述の実施例と同じように形成されている。この結果、光感応 基板４２に直接コンタクトを形成することができる。反射材４８に好適な特定の 金属または半金属組成物が最良の５ｃｈｏｔｔｌｃｙバリヤーダイオードを備え ているとは限らない。それゆえ、金属層５８が窪みに堆積され、５ｃｏｔｔｋｙ バリヤーの境界面を良くしている。このアプリケーションでは白金のような拐料 が非常に薄い層に堆積され、光感応基板３０を形成している材料と良好な５ｃｏ ｔｔｋｙコンタクトを得ている。従って、金またはアルミニウムのような反射材 ４８は、従前と同じような反射アイランド５４構造を得るために白金の上に堆積 することが出来る。

さらに、光感応基板３０は、真のＰＮ接合を得るために、Ｐ＋をドープしたシリ コンのような材料で構成することが出来る。Ｐ十領域が材料５８の下に配置され た様子を第５ｂ図に示す。

この後者の実施例はＤＩ電圧源駆動できる。ＤＣ電圧源で駆動すると、レギュレ ーションの制約が少なくなるとともに、パルスタイミングを取る必要がない等、 いくつかの利点を有している。第１図に示す光弁５を一般的に動作させるには、 従前に述べた基本的な光弁で述べられた種類の一般的なＡＣ電圧源１００が必要 になる。電圧源１００は作動的に電極２０および７０に接続され、光感応基板３ ０が、長い（アクティブ）減損期と短い（リフレッシュ）累算期とに交互に切替 えられるように非対称の波形を供給する。このタイミングと波形の発生はこの分 野においては理解されるが、光弁の動作が複雑になる。第５図の実施例は従来の 構成を改善したものである。

この発明の好適実施例で述べられた構造は明らかに、液晶光弁の製造に採用でき る基板と材料層をすべて含んでいる訳ではない。液晶の絶縁性をさらに増大した い場合、あるいは機械的強度をさらに強くしたい場合、二酸化ケイ素のような材 料の絶縁層や、その他の面板構造を用いることができる。

以上、新しいタイプのマトリクスミラーおよびこのマトリクスミラーを用いた可 視光−赤外光変換器について述べた。

この発明の原理によって製造された装置により、応答速度およびコントラストが 改善されると共に新しい動作モードで動作する液晶光弁を形成することが出来る 。

この発明の上記記載では、この発明の好適実施例について開示した。その他の設 計上の変更についてもこの発明の範囲内にあると理解されたい。従って、この発 明は、以上図示し、詳細に述べた特定の実施例に限定されるものではない。

国際調査報告 Ｉｍｓ＋ｍｌ１１＋＠ａ＋ｌ＾”””””＝　ＰＣＴ／ＵＳ　８６１０１４４６ ＭＩＮＥＸ　Ｔｏ　’Ｉ’ｍ（Ｅ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨ ＲＥＰＯＲＴ　ＯＮ

Claims (29)

【特許請求の範囲】
1. １．支持基板上に配置され、反射される入射放射線の波長よりも短い距離離間さ れた、ＭｘＮの赤外光反射素子のアレイから成り、各素子は、使用される液晶光 弁のための分解能素子寸法のオーダの寸法を有し、入射される赤外光放射線に対 して十分な自由電子濃度を有するように、十分な厚みを有した赤外線反射材で構 成されることを特徴とする、液晶光弁に使用する反射マトリクスミラー。
2. ２．　前記反射素子は０．１μｍ乃至２μｍのオーダで離間されていることを特 徴とする請求の範囲１に記載の反射マトリクスミラー。
3. ３．　前記反射素子は１０μｍのオーダであることを特徴とする請求の範囲１に 記載の反射マトリクスミラー。
4. ４．　前記反射素子は金属または金属／半導体組成物で構成されることを特徴と する請求の範囲１に記載の反射マトリクスミラー。
5. ５．　前記反射素子は０．０５μｍ以上の厚みを有する金またはアルミニウムで 構成されることを特徴とする請求の範囲４に記載の反射マトリクスミラー。
6. ６．　前記反射素子は０．０１μｍ以上のオーダの厚みを有する白金ケイ化物で 構成されることを特徴とする請求の範囲４に記載の反射マトリクスミラー。
7. ７．　偏光回転により赤外光ビームを空間的に変調して変調ビームを出力する液 晶手段と； 入射された可視波長像を受取、前記像に応答して前記偏光回転を制御する光導体 手段と； 前記液晶手段と前記光導体手段との間に配置され、複数の絶縁された反射アイラ ンドを有し、前記液晶手段を介して前記変調された赤外光ビームを反射し、前記 赤外光を前記液晶手段に２度通過させ、前記可視波長像に比例して偏光回転する 反射マトリクスミラー手段と；および前記液晶手段に隣接して配置され、前記変 調された赤外光ビームの偏光回転を光の強さに変換し、赤外像を出力する偏光手 段とで構成されることを特徴とする可視光一赤外光変換器光弁。
8. ８．　前記反射マトリクス手段はさらにＮｘＭの、電気的に絶縁された反射アイ ランドで構成され、前記ＮおよびＭは整数であり、入力される放射線の入射ビー ムに対して、均一な反射層となるように、前記波長放射線に比べて小さな距離離 間した、入手可能な分解能素子め数により分割された所望の光弁の寸法と形状に より決定されることを特徴とする特許請求の範囲７に記載の光弁。
9. ９．　前記反射アイランドは基板上に配置された、所望の波長の入射放射線の反 射材で構成されることを特徴とする特許請求の範囲８に記載の光弁。
10. １０．　前記反射材は前記基板表面に堆積されることを特徴とする特許請求の範 囲９に記載の光弁。
11. １１．　前記反射材は、前記基板の一方の面に設けられ、各々が実質的に正方形 の断面を有する複数の窪みに堆積されることを特徴とする特許請求の範囲９に記 載の光弁。
12. １２．　前記窪みは前記基板の全厚みを貫通して延在していることを特徴とする 特許請求の範囲１１に記載の光弁。
13. １３．　前記反射アイランド間の距離は前記赤外ビームの波長より短いことを特 徴とする特許請求の範囲９に記載の光弁。
14. １４．　前記反射アイランド間の距離は０．５μｍ乃至２．５μｍのオーダであ ることを特徴とする特許請求の範囲１３に記載の光弁。
15. １５．前記反射材は金属材料で構成されることを特徴とする特許請求の範囲９に 記載の光弁。
16. １６．　前記反射材は金属／半導体組成物で構成されることを特徴とする特許請 求の範囲９に記載の光弁。
17. １７．　前記基板は二酸化ケイ素から成ることを特徴とする特許請求の範囲９に 記載の光弁。
18. １８．　前記基板は二酸化ケイ素ゲート構造から成ることを特徴とする特許請求 の範囲９に記載の光弁。
19. １９．前記基板はドープ領域の絶縁されたアレイからなり、前記アイランドは各 ドープ領域に配置され、Ｓｃｈｏｔｔｋｙバリアーダイオードを形成することを 特徴とする特許請求の範囲９に記載の光弁。
20. ２０．　前記各反射アイランドは前記赤外像の１つの画素に相当することを特徴 とする特許請求の範囲８に記載の光弁。
21. ２１．　前記光弁はさらに、 電圧源と； 前記電圧源に接続されるとともに前記光導体手段に隣接して配置され、前記電圧 源を前記光導体手段に接続する第１導体フィルム手段と；および 前記液晶手段に対向して配置され、前記電圧源を前記液晶手段に接続する第２導 体フィルム手段とで構成されることを特徴とする特許請求の範囲７に記載の光弁 。
22. ２２．前記光弁はさらに、前記光導体手段の外部に配置され、前記可視波長像を 受取る第１面板手段を有していることを特徴とする特許請求の範囲７に記載の光 弁。
23. ２３．　前記液晶手段はハイブリッド電界効果構成で動作する少なくとも１つの 液晶層からなることを特徴とする特許請求の範囲７に記載の光弁。
24. ２４．　前記光導体手段は金属酸化物半導体基板からなることを特徴とする特許 請求の範囲７に記載の光弁。
25. ２５．　前記光弁はさらに、前記液晶手段の外部に配置され、赤外放射に透過で あり、前記入射赤外ビームを受取る第２面板手段とで構成されることを特徴とす る特許請求の範囲７に記載の光弁。
26. ２６．　前記面板手段は塩化カリウムまたはゲルマニウムで構成されることを特 徴とする特許請求の範囲２５に記載の光弁。
27. ２７．　前記偏光手段は、前記液晶手段の外部に配置され、前記変調された入射 ビームの偏光回転された成分を伝達し、前記入射赤外ビームを前記液晶手段に向 けるワイヤーグリッド偏光器で構成されることを特徴とする特許請求の範囲７に 記載の光弁。
28. ２８．　入射赤外ビームを受取、偏光回転により空間的に変調する液晶手段と、 入射可視波長像を受取、前記可視波長像に応答して、前記変調を制御する光導体 手段と、前記変調された赤外ビームの偏光回転を、出力強度変調に変換し、赤外 像を出力する可視−赤外像変換光弁において、前記液晶手段と前記光導体手段と の間に配置され、平面上に離間して配置された複数の反射アイランドを有し、前 記赤外ビームを前記液晶手段を介して反射させ、更に空間変調を行うために前記 赤外ビームを前記液晶手段に２度通過させる反射マトリクスミラー手段を有した ことを特徴とする可視−赤外像変換光弁。
29. ２９．前記反射マトリクスミラー手段はグリッド状にエッチングされ、複数の絶 縁アイランドおよび間隙を形成する基板と、前記絶縁アイランドに堆積され、マ トリクスの金属アイランドを形成する金属材とで構成されることを特徴とする特 許請求の範囲２８に記載の光弁。