KR0161370B1 - 액정 라이트밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 액정 라이트밸브는, 광도전층과, 광도전층의 일면상 중앙부에 형성된 미소 다이오드용 n층과, 미소 다이오드용 n층이 형성된 광도전층의 일면상 양 가장자리에 형성된 n층과, 두 n층상에 형성된 차광층과, 차광층상에 형성된 유전체 미러와, 유전체 미러상에 형성된 액정층과, 액정층상에 형성된 투명전극과, 유전체 미러와 액정층 사이 및 액정층과 투명전극 사이에 각각 형성된 배향막과, 미소 다이오드용 n층이 형성된 광도전층면과 대향되는 광도전층면상에 형성된 p층과, p층상의 양 가장자리에 형성된 Al 전극층과, 투명전극과 p층상에 각각 형성된 투명기판을 포함한다. 여기서, n층 및 미소 다이오드용 n층은 광도전층의 외부 일면상에 형성된다.

Description

액정 라이트밸브

제1도는 종래의 한 액정 라이트밸브를 보여주는 단면도이다.

제2도는 종래의 또 다른 액정 라이트밸브를 보여주는 단면도이다.

제3도는 본 발명에 따른 액정 라이트밸브를 보여주는 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 투명기판 11 : Al 전극층

12 : 접착제 13 : SiO₂보호막

14,14a : p층 15 : Si 웨이퍼 기판

15a : GaAs 웨이퍼 기판 16,16a : n층 링

17,17a : 미소 다이오드용 n층 18,18a : 차광층

19 : 유전체 미러 20 : 배향막

21 : 스페이서 22 : 액정층

23 : 투명전극 100 : 입사광

200 : 출사광

본 발명은, 액정 라이트밸브(Liquid Crystal Light Valve)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 대형의 이미지 투사장치 및 광학데이터 프로세싱 장치 등에 채용되는 액정 라이트밸브에 관한 것이다.

액정 라이트밸브는, 주사되는 입사광의 유무 또는 광량에 따라 그 동적특성이 변화되는 액정의 전기광학적 특성을 이용하여, 투사되는 출사광을 액정으로써 변조시키는 장치이다. 이 액정 라이트밸브는, 영상을 구성하는 빛을 증폭하기도 하고, 빛의 파장을 변화시키는 데에도 응용된다. 액정 라이트밸브가 이용되는 예로서, 빛의 반사 및 전송투사 시스템과 광학적 자료처리장치 등을 들 수 있다.

제1도를 참조하면, 종래의 한 액정 라이트밸브에는, 두 매의 평행한 투명기판(2,2a)의 내면에 AC 구동 전압이 인가되는 투명판 전극(3,3a)이 피착 형성된다. 스페이서(8)에 의해 일정 간격을 유지하는 각 투명기판(2,2a) 사이의 액정(9)은, 그 양측에 위치된 배향막(7,7a)에 접촉된다. 그리고, 빛(100)이 입사되는 측의 투명기판(2)의 전극과 이에 대향하는 배향막(7) 사이에는 광도전층(4), 차광층(5), 반사막(6)으로 된 샌드위치층이 개재된다. 참조부호 1은 무반사 코팅층, 그리고 200은 출사광을 가리킨다.

제1도에 도시된 종래의 액정 라이트밸브는, 광도전층의 재료로서 Cds를 채용하고 있는 바, 이 재료는 고속응답특성이 요구되는 시스템에 부적합하다고 판명되어, 그 응용상 제한이 있다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위하여, 미국특허 제4,032,954호는, 광도전층의 재료로서 Cds 대신 은(silver) 등이 도핑된 단결정실리콘을 채용한다.

제2도를 참조하면, 종래의 또 다른 액정 라이트밸브에는, Si 웨이퍼 기판으로 된 광도전층(15), 미소 다이오드용 n층(17), n층(16), 차광층(18), 유전체 미러(19), 액정층(22), 투명전극(23), 배향막(20), p층(14), Al 전극층(11) 및 투명기판(10)이 마련된다. 제2도에서 제1도와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.

제2도와 같은 액정 라이트밸브의 제조 공정에 있어서, Si 웨이퍼 기판으로 된 광도전층(15)은 그 두께가 100μm 이하이도록 폴리싱(polishing)된다. 그 이유는, 입사광(100)에 의해 발생한 캐리어로서의 전자들이 효과적으로 수집되게 하기 위함이다, 그러나, n층(16) 및 미소 다이오드용 n층(17)이 Si 광도전층(15)의 내부 일면상에 형성된 상태에서 Si 광도전층(15)이 폴리싱되므로, 폴리싱 공정에서 Si 광도전층(15)이 파손되는 경우가 발생된다. 이에 따라, 액정 라이트밸브의 생산성, 품질 및 신뢰도가 떨어지는 문제점이 있다. 한편, Si 웨이퍼 기판으로 된 광도전층(15)의 저항율이 낮으므로, 구동주파수가 높아질수록 불안정한 동작 특성을 가진다.

본 발명의 목적은, 보다 효율적인 제조 공정이 수행되게 하는 구조의 액정 라이트밸브를 제공하는 것이다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 액정 라이트밸브는 광도전층과, 상기 광도전층의 일면상 중앙부에 형성된 미소 다이오드용 n층과, 상기 미소 다이오드용 n층이 형성된 상기 광도전층의 일면상 양 가장자리에 형성된 n층과, 상기 두 n층상에 형성된 차광층과, 상기 차광층상에 형성된 유전체 미러와, 상기 유전체 미러상에 형성된 액정층과, 상기 액정층상에 형성된 투명전극과, 상기 유전체 미러와 액정층 사이 및 상기 액정층과 투명전극 사이에 각각 형성된 배향막과, 상기 미소 다이오드용 n층이 형성된 광도전층면과 대향되는 광도전층면상에 형성된 p층과, 상기 p층상의 양 가장자리에 형성된 Al 전극층과, 상기 투명전극과 p층상에 각각 형성된 투명기판을 포함한다. 여기서, 상기 n층 및 미소 다이오드용 n층은, 상기 광도전층의 외부 일면상에 형성된다.

본 발명의 상기 액정 라이트밸브의 제조 공정에 있어서, 상기 n층 및 미소 다이오드용 n층이 상기 광도전층의 외부 일면상에 형성된 상태에서 상기 광도전층이 폴리싱되므로, 상기 광도전층이 파손될 확률이 낮아진다. 이에 따라, 본 발명의 상기 액정 라이트밸브는, 보다 효율적인 제조 공정이 수행되게 하는 구조를 가진다.

바람직하게는, 상기 광도전층은 GaAs 웨이퍼로 형성된다. 이에 따라, 광도전층(15)의 저항율이 높으므로, 높은 구동 주파수에서도 안정된 동작 특성이 유지된다. 또한, GaAs의 에너지 밴드갭이 상대적으로 높음에 따라, 상기 GaAs 광도전층(15)에서 입사광이 열로 소모될 확률 및 열전도도가 낮아지므로, 내열성 및 열적 안정성이 높아진다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제3도를 참조하면, 본 발명에 따른 액정 라이트밸브는, GaAs 웨이퍼로 형성된 광도전층(15a), 미소 다이오드용 n층(17a), n층 링(16a), 차광층(18a), 유전체 미러(19), 액정층(22), 투명전극(23), 배향막(20), p층(14a), Al 전극층(11) 및 투명기판(10)을 포함한다. 제3도에서 제2도와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 가리킨다.

미소 다이오드용 n층(17a)은 GaAs 광도전층(15a)의 외부 일면상 중앙부에 형성된다. n층 링(16a)은 미소 다이오드용 n층(17a)이 형성된 GaAs 광도전층(15a)의 외부 일면상 양 가장자리에 각각 형성된다.

차광층(18a)은, 미소 다이오드용 n층(17a)과 n층 링(16a)상에 형성된다. 출사광(200)의 영향을 막기 위한 차광층(18a)에는, 스퍼터링이나 전자빔 증착기로써 CdTe가 증착된다.

유전체 미러(19)는 차광층(18a)상에서 전자빔 증착기로써 산화규소와 산화티타늄을 적층하여 형성된다. 액정층(22)은 유전체 미러(19)상에 형성된다. 투명전극(23)은 액정층(22)상에 형성된다. 배향막(20)은 유전체 미러(19)와 액정층(22) 사이 및 액정층(22)과 투명전극(23) 사이에 각각 형성된다. p층(14a)은 미소 다이오드용 n층(17a)이 형성된 광도전층면과 대향되는 광도전층면상에 형성된다. 기상성장법에 의하여 형성된 p층(14a)에는, Al 전극층(11)의 접합성을 높이기 위하여 아연 등이 도핑된다. Al 전극층(11)은 p층(14a)상의 양 가장자리에 형성된다. 투명기판(10)은 투명전극(23)과 p층(14a)상에 각각 형성된다.

이와 같은 구조의 액정 라이트밸브의 제조 공정에 있어서, n층 링(16a)과 미소 다이오드용 n층(17a)이 GaAs 광도전층(15a)의 외부 일면상에 형성된 상태에서 GaAs 광도전층(15a)이 폴리싱되므로, GaAs 광도전층(15a)이 파손될 확률이 낮아진다.

GaAs 광도전층(15a)의 두께는 250μm가 되도록 폴리싱된다. 이와 같이 GaAs 광도전층(15a)이 두꺼워도 되는 이유는, GaAs가 Si에 비하여 10배 이상의 전자 이동도 및 가시광영역에서의 흡수 계수를 가지기 때문이다.

상기와 같이 구성된 액정 라이트밸브의 동작 원리를 살펴본다.

입사광(100) 신호가 없을 때, 액정(22)에 인가되는 전압이 정격 구동전압보다 낮은 상태가 된다. 이에 따라, 입사광(100)이 액정의 배열에 차단되어 출사광(200)의 변화가 없다. 이와 반대로, 투명기판(10)을 통하여 입사광(100) 신호가 GaAs 광도전층(15a)에 입사되면, GaAs 광도전층(15a)의 입사부에서 전자 캐리어가 발생된다. 발생된 전자 캐리어는 공핍화된 n층 링(16a)으로 수집되면서 미소 다이오드 전류로 전환된다. 이 전류의 증가분은 액정층(22)의 인가전압이 정격 구동전압보다 높아지게 한다. 이에 따라, 액정층(22)의 액정 배열이 변화되어, 입사광(100)은 액정층(22)을 투과한다. 액정층(22)을 투과한 빛은 유전체 미러(19)에서 반사되어 투사되고, 투사되지 못한 빛은 차광층(18a)에 흡수된다.

상기와 같은 액정 라이트밸브의 제조 공정에 있어서, n층 링(16a)과 미소 다이오드용 n층(17a)이 GaAs 광도전층(15a)의 외부 일면상에 형성된 상태에서 GaAs 광도전층(15a)이 폴리싱되므로, GaAs 광도전층(15a)이 파손될 확률이 낮아진다. 이에 따라, 본 실시예의 액정 라이트밸브는 보다 효율적인 제조 공정이 수행되게 하는 구조를 가진다.

한편, 광도전층(15a)이 GaAs 웨이퍼로 형성됨에 따라, 광도전층(15)의 저항율이 높으므로, 높은 구동 주파수에서도 안정된 동작 특성이 유지된다. 또한, GaAs의 에너지 밴드갭(1.4eV)이 상대적으로 높음에 따라, GaAs 광도전층(15a)에서 입사광이 열로 소모될 확률 및 열전도도가 낮아지므로, 내열성 및 열적 안정성이 높아진다. 그리고, GaAs는 Si에 비하여 10배 이상의 전자 이동도 및 가시광영역에서의 흡수 계수를 가진다. 이에 따라, 본 실시예의 GaAs 광도전층(15a)은 종래의 Si 광도전층(제2도의 15)에 비하여 2 내지 3배의 두께를 가져도 무방하다. 결국, GaAs 광도전층(15a)이 파손될 확률 및 물리성 공정 시간을 줄일 수 있다.

이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 라이트밸브에 의하면, 보다 효율적인 제조 공정이 수행되게 하는 구조를 가짐에 따라, 액정 라이트밸브의 생산성, 품질 및 신뢰도를 높일 수 있다. 한편, 높은 구동 주파수에서도 안정된 동작 특성이 유지되고, 내열성 및 열적 안정성이 높아진다.

본 발명은, 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다.

Claims (2)

1. 광도전층과, 상기 광도전층의 일면상 중앙부에 형성된 미소 다이오드용 n층과, 상기 미소 다이오드용 n층이 형성된 상기 광도전층의 일면상 양 가장자리에 형성된 n층과, 상기 두 n층상에 형성된 차광층과, 상기 차광층상에 형성된 유전체 미러와, 상기 유전체 미러상에 형성된 액정층과, 상기 액정층상에 형성된 투명전극과, 상기 유전체 미러와 액정층 사이 및 상기 액정층과 투명전극 사이에 각각 형성된 배향막과, 상기 미소 다이오드용 n층이 형성된 광도전층면과 대향되는 광도전층면상에 형성된 p층과, 상기 p층상의 양 가장자리에 형성된 Al 전극층과, 상기 투명전극과 p층상에 각각 형성된 투명기판을 포함한 액정 라이트밸브에 있어서, 상기 n층 및 미소 다이오드용 n층은, 상기 광도전층의 외부 일면상에 형성된 것을 특징으로 하는 액정 라이트밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 광도전층은, GaAs 웨이퍼로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 라이트밸브.