JP2844659B2 - LCD light valve - Google Patents
LCD light valveInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光情報処理などに使われる、光信号を別の光
信号に変換する光書き込みの液晶ライトバルブに関す
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optically written liquid crystal light valve for converting an optical signal into another optical signal used for optical information processing and the like.
液晶ライトバルブは光投射型ディスプレイや光情報処
理に使われる光変調素子である。従来の光書き込み型液
晶ライトバルブのデバイス構成は例えば特願昭62−2527
83「液晶ライトバルブ」に詳しく述べられている。第５
図にこれの等価回路を示す。Liquid crystal light valves are light modulation elements used for light projection displays and optical information processing. The device configuration of a conventional optical writing type liquid crystal light valve is disclosed in, for example, Japanese Patent Application No. 62-2527.
It is described in detail in 83 "Liquid crystal light valves". Fifth
The figure shows an equivalent circuit.
図において35は光に感じない抵抗、28は光導電体、2
9,30は薄膜トランジスタで、29がスイッチング用、30は
負荷用である。31は低圧側電極、32は高圧側電極、33は
液晶、34は対向電極である。In the figure, 35 is a resistance that does not feel light, 28 is a photoconductor, 2
9, 30 are thin film transistors, 29 is for switching, and 30 is for load. 31 is a low voltage side electrode, 32 is a high voltage side electrode, 33 is a liquid crystal, and 34 is a counter electrode.
光導電体28は入射光により抵抗値が大きく変化する。
例えば、光入射のない暗状態で光導電体28の抵抗値が抵
抗35に比べて十分大きければ、Ｘ点の電位は低電圧側電
極の電位VLに近くなる。VLはスイッチングトランジスタ
29のしきい値以下であるので、トランジスタ29はOFFで
Ｙ点の出力は高圧側電極の電位VHより負荷トランジスタ
30のしきい値電圧分だけ低い電位となる。The resistance value of the photoconductor 28 changes greatly with incident light.
For example, if the resistance of the photoconductor 28 is sufficiently larger than the resistance 35 in a dark state without light incidence, the potential at the point X becomes closer to the potential VL of the low-voltage side electrode. V L is the switching transistor
Since the following 29 threshold, the transistor 29 is a load transistor than the potential V H of the output of the Y points in OFF high-voltage side electrode
The potential becomes lower by the threshold voltage of 30.
逆に光が入射した明状態で、光導電体28の抵抗値が抵
抗35に比べて十分小さくなればＸ点の電位は高圧側電極
の電位VHに近くなる。このため、スイッチングトランジ
スタ29のしきい値を越え、トランジスタはONで、Ｙ点の
出力はほぼ低電圧電極の電位VLになる。In the bright state light is incident on the contrary, the potential of the point X if sufficiently smaller than the resistance value of the photoconductor 28 to the resistor 35 becomes close to the potential V H of the high-voltage side electrode. For this reason, the threshold value of the switching transistor 29 is exceeded, the transistor is turned on, and the output at the point Y becomes almost the potential VL of the low voltage electrode.
このように、光導電体28に入射される光によって、液
晶33に大きな電圧変化を与えることができる。液晶には
応答の速い強誘電性液晶を用いている。Thus, a large voltage change can be applied to the liquid crystal 33 by the light incident on the photoconductor 28. As the liquid crystal, a fast-response ferroelectric liquid crystal is used.
この従来型の液晶ライトバルブの問題点は高速性であ
る。従来型の液晶ライトバルブでは高速な応答を得るた
め強誘電性液晶を用いている。しかしながら、液晶駆動
部の応答速度ご遅く、強誘電性液晶の高速応答性を生か
すことができない。これは光導電体及び光感度を持たな
い抵抗部分に大きい抵抗率をもつ非晶質シリコンを用い
ているため、これらの部分の抵抗値が極端に大きくな
り、液晶駆動部のRC時定数も大きくなってしまうからで
ある。実際に数ミリ秒の時定数が限界である。The problem with this conventional liquid crystal light valve is high speed. A conventional liquid crystal light valve uses a ferroelectric liquid crystal to obtain a high-speed response. However, the response speed of the liquid crystal driving unit is very slow, and the high-speed response of the ferroelectric liquid crystal cannot be utilized. Since the amorphous silicon with high resistivity is used for the photoconductor and the resistive part without photosensitivity, the resistance of these parts becomes extremely large, and the RC time constant of the liquid crystal drive part also becomes large. It is because it becomes. In fact, a time constant of a few milliseconds is the limit.
本発明は上記従来型液晶ライトバルブの欠点を除去せ
しめ、高速性に優れた液晶ライトバルブを提供すること
を目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a liquid crystal light valve which eliminates the above-mentioned drawbacks of the conventional liquid crystal light valve and is excellent in high-speed operation.
本発明の液晶ライトバルブは透明絶縁性基板上に、光
によりスイッチング動作を行う１次元或は２次元のアレ
イ状の液晶駆動回路を形成し、対向する透明電極付きガ
ラス基板との間に液晶を挟み込んだ液晶ライトバルブ
で、該液晶駆動回路がフォトダイオードとコンデンサを
直列接続して、その接続部位に掛かる電圧を出力とする
アナログ出力部と、前記フォトダイオードへの入射光量
に応じて変化する前記アナログ出力部の出力をアナログ
入力として、特定のしきい値に対する高・低２値の出力
が前記アナログ入力と反対である２値出力に変換するイ
ンバータ回路からなり、このインバータ回路の出力が液
晶にかかる１画素の信号となることを特徴としており、
強誘電性液晶の使用に適し、従来に比べ高速性に優れて
いる。In the liquid crystal light valve of the present invention, a one-dimensional or two-dimensional array liquid crystal driving circuit that performs a switching operation by light is formed on a transparent insulating substrate, and a liquid crystal is formed between the glass substrate with the transparent electrode facing the liquid crystal driving circuit. With the liquid crystal light valve interposed, the liquid crystal drive circuit connects a photodiode and a capacitor in series, an analog output unit that outputs a voltage applied to the connection part, and the analog output unit that changes according to the amount of light incident on the photodiode. The output of the analog output section is used as an analog input, and an inverter circuit for converting a high / low binary output corresponding to a specific threshold value into a binary output opposite to the analog input is provided. It is characterized by being a signal of one pixel,
Suitable for use of ferroelectric liquid crystal, and has higher speed than before.
以下、本発明の液晶ライトバルブについて説明する。
第１図は本発明の液晶ライトバルブの等価回路の一例を
示している。図に於て１はフォトダイオード、２はコン
デンサ、3,4は薄膜トランジスタで、両者でインバータ
を形成する。５は低圧側電極、６は高圧側電極、７は液
晶、８は対向する基板上の対向電極である。Hereinafter, the liquid crystal light valve of the present invention will be described.
FIG. 1 shows an example of an equivalent circuit of the liquid crystal light valve of the present invention. In the figure, 1 is a photodiode, 2 is a capacitor, and 3 and 4 are thin film transistors, both of which form an inverter. 5 is a low voltage side electrode, 6 is a high voltage side electrode, 7 is a liquid crystal, and 8 is a counter electrode on the opposing substrate.
第１図に示すようにフォトダイオード１とコンデンサ
２の直列接続からなるアナログ出力部には低圧側電極
５、高圧側電極６で決まる電圧がフォトダイオード１に
対して逆バイアスで印加されている。光を照射すると、
光の強度に応じた電流がフォトダイオード１で発生し、
その電流はコンデンサ２に蓄えられる。フォトダイオー
ド１は線形性に優れており、入射光量に比例した出力が
得られる。As shown in FIG. 1, a voltage determined by the low-voltage side electrode 5 and the high-voltage side electrode 6 is applied to the photodiode 1 with a reverse bias to an analog output section composed of the photodiode 1 and the capacitor 2 connected in series. When irradiated with light,
A current corresponding to the light intensity is generated in the photodiode 1,
The current is stored in the capacitor 2. The photodiode 1 has excellent linearity, and an output proportional to the amount of incident light is obtained.
この出力が薄膜トランジスタ3,4で形成されるインバ
ータ部の入力となる。この入力がインバータのスイッチ
ング用の薄膜トランジスタ４（以下スイッチングトラン
ジスタと記す）のしきい値電圧を越えたか否かでスイッ
チングトランジスタ４をON/OFFすることができる。ONの
場合はほぼ低圧側電極の電圧が、OFFの場合は高圧側電
極の電位より負荷用の薄膜トランジスタ３（以下負荷ト
ランジスタと記す）のしきい値分だけ低い電圧が出力さ
れる。This output is the input of the inverter formed by the thin film transistors 3 and 4. The switching transistor 4 can be turned ON / OFF depending on whether or not this input exceeds the threshold voltage of the switching thin film transistor 4 (hereinafter, referred to as a switching transistor) of the inverter. In the case of ON, the voltage of the low-voltage side electrode is almost output, and in the case of OFF, the voltage is lower than the potential of the high-voltage side electrode by the threshold value of the load thin film transistor 3 (hereinafter referred to as load transistor).
この出力はコンデンサ２が自然に放電するまである一
定時間のメモリー効果を持つ。完全にリセットするため
には低圧側電極５、高圧側電極６をショートさせる。This output has a memory effect for a certain period of time until the capacitor 2 discharges naturally. In order to reset completely, the low voltage side electrode 5 and the high voltage side electrode 6 are short-circuited.
フォトダイオードは非常に高速性を持ったデバイスで
ある。したがって、このデバイスの応答はフォトダイオ
ードの光電流によってコンデンサが充電されていき、そ
の電位がインバータのスイッチングトランジスタのしき
い値を越えるまでの時間で決まる。この時間は設計にも
よるが、数マイクロ秒のオーダーであるので従来型の液
晶ライトバルブのRC時定数に比べはるかに小さい。よっ
て液晶７に強誘電性液晶を使用すれば従来型の液晶ライ
トバルブよりはるかに高速なものとなる。Photodiodes are very fast devices. Therefore, the response of this device is determined by the time required for the capacitor to be charged by the photocurrent of the photodiode and for the potential to exceed the threshold value of the switching transistor of the inverter. Although this time depends on the design, it is on the order of a few microseconds and is much smaller than the RC time constant of a conventional liquid crystal light valve. Therefore, if a ferroelectric liquid crystal is used for the liquid crystal 7, the speed becomes much higher than that of the conventional liquid crystal light valve.
第２図は実施例の平面図を示している。また第３図は
第２図のＡ−Ａ′、第４図は第２図のＢ−Ｂ′の断面図
である。FIG. 2 shows a plan view of the embodiment. FIG. 3 is a sectional view taken along line AA 'of FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along line BB' of FIG.
図に於て、５は低圧側電極、６は高圧側電極、７は液
晶、８は対向電極、９はフォトダイオード電極、10はフ
ォトダイオード光吸収層、11,12はコンデンサ電極、13
はコンデンサ誘電体、14は基板保護膜、15は電極間絶縁
膜、16はフォトダイオード電極、17は接続電極、18は層
間絶縁膜、19は画素電極、20はコンタクトホール、21,2
2はガラス基板、24,25はトランジスタ活性層、26,27は
ゲートである。In the drawing, 5 is a low voltage side electrode, 6 is a high voltage side electrode, 7 is a liquid crystal, 8 is a counter electrode, 9 is a photodiode electrode, 10 is a photodiode light absorbing layer, 11 and 12 are capacitor electrodes, 13
Is a capacitor dielectric, 14 is a substrate protective film, 15 is an inter-electrode insulating film, 16 is a photodiode electrode, 17 is a connection electrode, 18 is an interlayer insulating film, 19 is a pixel electrode, 20 is a contact hole, and 21 and 2.
2 is a glass substrate, 24 and 25 are transistor active layers, and 26 and 27 are gates.
実施例ではフォトダイオードをショットキーバリア型
とし、インバータ部をポリシリコンで形成した。製造プ
ロセスは以下に示す通りである。In the embodiment, the photodiode is of a Schottky barrier type, and the inverter section is formed of polysilicon. The manufacturing process is as shown below.
まず、基板温度600゜で減圧気相成長法（LPCVD）を行
うことにより2000オングストロームの酸化シリコン膜14
をガラス基板22に形成し保護膜とする。連続して2000オ
ングストロームの多結晶シリコン膜を酸化シリコン膜14
上に形成し、パターンニングして、トランジスタの活性
層24,25とする。First, a 2000 Å silicon oxide film 14 is formed by performing low pressure vapor deposition (LPCVD) at a substrate temperature of 600 ° C.
Is formed on a glass substrate 22 to form a protective film. Continuously 2000 Å polycrystalline silicon film to silicon oxide film 14
It is formed thereon and patterned to form active layers 24 and 25 of the transistor.
次に同じくLPCVDで2000オングストロームの酸化シリ
コンを形成し、連続してこの上に2000オングストローム
の多結晶シリコン膜を形成した後、パターニングを行い
ゲート26,27とする。さらに、PH3ガスプラズマを用いた
エキシマレーザドーピングを活性層24,25の一部に行
う。また、この時同時にコンデンサの一方の電極12を形
成する。Next, similarly, 2000 Å of silicon oxide is formed by LPCVD, and a 2000 Å polycrystalline silicon film is continuously formed thereon, followed by patterning to form gates 26 and 27. Further, excimer laser doping using PH 3 gas plasma is performed on a part of the active layers 24 and 25. At this time, one electrode 12 of the capacitor is formed at the same time.
次にシラン、アンモニア（NH3）、窒素を混合分解し3
000オングストロームの窒化シリコン膜を形成して、薄
膜コンデンサの誘電体13とする。Next, silane, ammonia (NH 3 ) and nitrogen are mixed and decomposed.
A silicon nitride film of 000 angstroms is formed and used as a dielectric 13 of the thin film capacitor.
次に、2000オングストロームのITOをスパッタにより
形成し、第２図に示すようにパターニングして、フォト
ダイオードの一方の電極９を形成する。コンタクトホー
ル20を窒化シリコン膜13に形成後、3000オングストロー
ムのクロムをスパッタにより形成し、これをパターニン
グしてコンデンサの他方の電極11とする。Next, 2000 Å of ITO is formed by sputtering, and is patterned as shown in FIG. 2 to form one electrode 9 of the photodiode. After forming the contact hole 20 in the silicon nitride film 13, 3,000 angstrom chromium is formed by sputtering, and this is patterned to form the other electrode 11 of the capacitor.
次にシランを分解して10000オングストローム（１μ
ｍ）の非晶質シリコンを形成する。さらに3000オングス
トロームのクロムを成膜しパターニングしてフォトダイ
オード電極16とフォトダイオード光吸収層10とする。Next, the silane is decomposed to 10,000 angstroms (1μ
m) The amorphous silicon is formed. Further, 3,000 Å of chromium is formed and patterned to form a photodiode electrode 16 and a photodiode light absorbing layer 10.
次に窒化シリコンを6000オングストローム成膜し、電
極間絶縁膜15とする。再びコンタクトホール20を形成後
アルミニウムをスパッタで6000オングストローム成膜し
て、パターンニングして高圧側電極6,低圧側電極5,電極
17を形成する。Next, 6000 angstrom of silicon nitride is formed to form an inter-electrode insulating film 15. After forming the contact hole 20 again, aluminum is sputtered to form a film of 6000 Å, patterned, and the high voltage side electrode 6, the low voltage side electrode 5, the electrode
Form 17.
次にこの上に窒化シリコン膜からなる層間絶縁膜18を
形成し、電極17と画素電極19の間にコンタクトをとるた
めの穴をあける。さらにこの上に2000オングストローム
のアルミニウムを蒸着しパターニングして画素電極19と
する。さらにITO透明電極で成る対向電極８付きのガラ
ス基板21と前述のガラス基板22とで液晶７を挟み、本発
明の液晶ライトバラブが完成する。Next, an interlayer insulating film 18 made of a silicon nitride film is formed thereon, and a hole for making a contact between the electrode 17 and the pixel electrode 19 is formed. Further, 2000 Å of aluminum is deposited thereon and patterned to form a pixel electrode 19. Further, the liquid crystal 7 is sandwiched between the glass substrate 21 having the counter electrode 8 formed of an ITO transparent electrode and the above-mentioned glass substrate 22, thereby completing the liquid crystal light valve of the present invention.
液晶としては高速性のため強誘電性液晶を用いた。な
おこの図には示していないが、ガラス基板21の上には偏
光板が用いられており、信号光はガラス基板22側から、
投射光はガラス基板21側から入射する。As the liquid crystal, a ferroelectric liquid crystal was used for high speed. Although not shown in this figure, a polarizing plate is used on the glass substrate 21, and the signal light is transmitted from the glass substrate 22 side.
The projection light enters from the glass substrate 21 side.
層間絶縁膜にはこの多にポリイミドなどの有機絶縁材
料も用いることができる。また、ポリシリコンの生成に
も低温でのLPCVDや高真空蒸着法（MBD）により非晶質シ
リコンを形成しその後固相成長やレーザアニールなどで
多結晶化する方法もある。Many organic insulating materials such as polyimide can be used for the interlayer insulating film. For the production of polysilicon, there is a method in which amorphous silicon is formed by LPCVD or high vacuum deposition (MBD) at a low temperature, and then polycrystallized by solid phase growth or laser annealing.
従来の技術の問題点である高速性に関しては、本発明
の実施例に示したように液晶駆動部にフォトダイオード
を使用することに加え、強誘電性液晶を用いることで、
従来型のもに比べ数十倍以上の高速応答性が確認でき
た。Regarding high-speed performance, which is a problem of the conventional technology, in addition to using a photodiode in a liquid crystal driving unit as shown in the embodiment of the present invention, by using a ferroelectric liquid crystal,
High-speed response several tens of times higher than that of the conventional type was confirmed.
以上説明したように本発明によれば高速性に優れた液
晶ライトバルブを得ることができ、工業的に非常に有用
である。As described above, according to the present invention, it is possible to obtain a liquid crystal light valve having excellent high-speed performance, and it is industrially very useful.
第１図は本発明の液晶ライトバルブの等価回路を示す
図、第２図、第３図、第４図は本発明の実施例の図、第
５図は従来の液晶ライトバルブの等価回路図を示してい
る。 図に於て、 １……フォトダイオード、２……コンデンサ、３……負
荷トランジスタ、４……スイッチングトランジスタ、５
……低圧側電極、６……高圧側電極、７……液晶、８…
…対向電極、９……フォトダイオード電極、10……フォ
トダイオード光吸収層、11,12……コンデンサ電極、13
……コンデンサ誘電体、14……基板保護膜、15……電極
間絶縁膜、16……フォトダイオード電極、17……接続電
極、18……層間絶縁膜、19……画素電極、20……コンタ
クトホール、21,22……ガラス基板、24,25……トランジ
スタ活性層、26,27……ゲート、28……光導電体、29…
…スイッチングトランジスタ、30……負荷トランジス
タ、31……低圧側電極、32……高圧側電極、33……液
晶、34……対向電極、35……抵抗、 である。1 is a diagram showing an equivalent circuit of a liquid crystal light valve of the present invention, FIGS. 2, 3, and 4 are diagrams of an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an equivalent circuit diagram of a conventional liquid crystal light valve. Is shown. In the figure, 1 ... photodiode, 2 ... capacitor, 3 ... load transistor, 4 ... switching transistor, 5
…… Low voltage side electrode, 6 …… High voltage side electrode, 7 …… Liquid crystal, 8…
... counter electrode, 9 ... photodiode electrode, 10 ... photodiode light absorbing layer, 11, 12 ... capacitor electrode, 13
…… Capacitor dielectric, 14… Substrate protective film, 15… Interelectrode insulating film, 16 …… Photodiode electrode, 17… Connection electrode, 18… Interlayer insulating film, 19 …… Pixel electrode, 20… Contact holes, 21, 22 ... glass substrate, 24, 25 ... transistor active layer, 26, 27 ... gate, 28 ... photoconductor, 29 ...
... switching transistor, 30 ... load transistor, 31 ... low voltage side electrode, 32 ... high voltage side electrode, 33 ... liquid crystal, 34 ... counter electrode, 35 ... resistance.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G02F 1/136 G02F 1/135 G02F 1/133 G02F 1/13 505 G09F 9/30 G09G 3/18 G09G 3/36──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 6 , DB name) G02F 1/136 G02F 1/135 G02F 1/133 G02F 1/13 505 G09F 9/30 G09G 3/18 G09G 3 / 36
Claims (1)
グ動作を行う１次元或は２次元のアレイ状の液晶駆動回
路を形成し、対向する透明電極付きガラス基板との間に
液晶を挟み込んだ液晶ライトバルブであって、該液晶駆
動回路が、フォトダイオードとコンデンサを直列接続し
て、その接続部位に掛かる電圧を出力とするアナログ出
力部と、前記フォトダイオードへの入射光量に応じて変
化する前記アナログ出力部の出力をアナログ入力とし
て、特定のしきい値に対する高・低２値の出力が前記ア
ナログ入力と反対である２値出力に変換するインバータ
回路からなり、このインバータ回路の出力が液晶にかか
る１画素の信号となることを特徴とする液晶ライトバル
ブ。1. A one-dimensional or two-dimensional array liquid crystal drive circuit which performs a switching operation by light is formed on a transparent insulating substrate, and liquid crystal is sandwiched between a glass substrate having a transparent electrode and an opposing glass substrate. A liquid crystal light valve, wherein the liquid crystal drive circuit is configured to connect a photodiode and a capacitor in series, and output the voltage applied to the connection portion as an analog output unit, and the liquid crystal drive circuit changes according to the amount of light incident on the photodiode. An output of the analog output unit is used as an analog input, and an inverter circuit for converting a high / low binary output corresponding to a specific threshold value into a binary output opposite to the analog input is provided. A liquid crystal light valve, which is a signal of one pixel according to (1).
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| JP10530789A JP2844659B2 (en) | 1989-04-24 | 1989-04-24 | LCD light valve |
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|---|
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1989
- 1989-04-24 JP JP10530789A patent/JP2844659B2/en not_active Expired - Fee Related
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