KR100200670B1 - Liquid light valve - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따르면, 대형의 이미지 투사장치 및 광학데이터 프로세싱 장치등에 채용되는 액정라이트 밸브에 관한 것으로서, 특히 그 단층구조가 개량된 액정라이트 밸브가 제공된다. 본 발명의 액정라이트 밸브는, 기판과 상기 기판 위에 형성된 비정질 광도전층과, 상기 광도전층 위에 형성된 차광층 및 유전체 반사층을 구비하며, 상기 차광층은 Si/SiO2다층막으로 구성되고 상기 유전체 미러는 TiO2/SiO2다층막으로 구성된다. 또한, 상기 Si/SiO2다층막과 상기 TiO2/SiO2다층막을 결합시킴으로써 상기 TiO2/SiO2다층막은 유전체 미러로 이용되고, Si/SiO2다층막은 유전체 미러와 차광층으로 이용되도록 한다. 상기와 같이 유전체 미러를 Si/SiO2다층막과 TiO2/SiO2다층막을 결합하여 사용함으로써, 특수한 결합수단이 없이도 향상된 표시상태 및 속응성을 나타내며, 또한 제조가공이 용이한 액정 라이트 밸브가 얻어진다.According to the present invention, there is provided a liquid crystal light valve employed in a large-scale image projection apparatus, an optical data processing apparatus, and the like, and particularly, a liquid crystal light valve having improved single layer structure is provided. The liquid crystal light valve of the present invention includes a substrate, an amorphous photoconductive layer formed on the substrate, a light shielding layer and a dielectric reflecting layer formed on the photoconductive layer, wherein the light shielding layer is composed of a Si / SiO 2 multilayer film and the dielectric mirror is formed of TiO. 2 / SiO 2 multilayer film. Further, by combining the Si / SiO 2 multilayer film and the TiO 2 / SiO 2 multilayer film, the TiO 2 / SiO 2 multilayer film is used as a dielectric mirror, and the Si / SiO 2 multilayer film is used as a dielectric mirror and a light shielding layer. By using the dielectric mirror in combination with the Si / SiO 2 multilayer film and the TiO 2 / SiO 2 multilayer film as described above, a liquid crystal light valve exhibiting improved display state and rapid response and easy to manufacture can be obtained without any special bonding means. .
Description
제1도는 종래 액정라이트 밸브의 개략적 측단면도,1 is a schematic side cross-sectional view of a conventional liquid crystal light valve,
제2도는 종래 다른 액정라이트 밸브의 개략적 측단면도,2 is a schematic side cross-sectional view of another conventional liquid crystal light valve;
제도는 제2도에 도시된 액정라이트 밸브의 차광층 결합구조도,The drafting is a light shielding layer coupling structure of the liquid crystal light valve shown in FIG.
제4도는 본 발명에 따른 액정라이트 밸브의 유전체 미러와 차광층 구조의 개략도를 나타낸다.4 is a schematic view of a dielectric mirror and a light shielding layer structure of a liquid crystal light valve according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 무반사코팅층 2,2a : 투명기판1: antireflective coating layer 2,2a: transparent substrate
3, 3a : 투명전극 4 : 광도전층3, 3a: transparent electrode 4: photoconductive layer
5,5a : 차광층 6,6a : 반사막5,5a: Light shielding layer 6,6a: Reflective film
7,7a : 배향막 8 : 스페이서7,7a: alignment layer 8: spacer
9 : 액정 10 : 결합층9: liquid crystal 10: bonding layer
100 : 입력광 200 : 출력광100: input light 200: output light
본 발명은 대형의 이미지 투사장치 및 광학데이터 프로세싱장치 등에 채용되는 액정라이트 밸브에 관한 것으로서, 특히 그 단층구조가 개량된 액정라이트 밸브에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a liquid crystal light valve employed in a large image projection apparatus, an optical data processing apparatus, and the like, and more particularly, to a liquid crystal light valve having an improved single layer structure.
액정라이트 밸브(Liquid crystal light valve)는 주사되는 입력광량에 따라 동적특성이 변화되는 액정(液晶)의 전기광학적 특성을 투사되는 출력광을 변조하는 것으로서 영상을 구성하는 빛을 증폭하기도 하고 빛의 파장을 변화시키는데도 응용된다. 이러한 액정라이트 밸브의 용도로는 광의 반사 및 전송투사 시스템과 광학적 자료 처리장치 등을 들 수 있다.Liquid crystal light valves modulate the output light that projects the electro-optical properties of liquid crystals whose dynamic characteristics change depending on the amount of input light to be scanned. They also amplify the light constituting the image and provide light wavelengths. It is also applied to change. Examples of the liquid crystal light valve include a light reflection and transmission projection system and an optical data processing device.
이와 같은 액정라이트 밸브의 동작을 위해서는, 화상신호를 가진 입력광에 의해 여기되는 광도전층에 의해서, 출력광을 복굴절시키는 액정을 동적으로 제어할 수 있도록 하기 위한 제어전압의 스위칭이 일어나야 한다. 따라서, 광이 없을때는 광도전층과 반사막의 임피던스가 액정보다 아주 크게 유지되고, 광이 있을때에는 액정보다 아주 적어지도록(스위칭되도록) 설계되어야 한다.In order to operate such a liquid crystal light valve, switching of a control voltage is required to enable dynamic control of a liquid crystal that birefringes output light by a photoconductive layer excited by input light having an image signal. Therefore, in the absence of light, the impedance of the photoconductive layer and the reflective film should be designed to be much larger than that of the liquid crystal, and to be much smaller (switched) than the liquid crystal when there is light.
이와같은 액정라이트 밸브는 동작상 특성때문에 그에 내재된 광도전층의 임피던스를 액정과 잘 정합되도록 만들어 주어야 한다. 이와같은 액정라이트 밸브의 구조에 대한 전형적인 예로는 미국 특허 3,824,002호에 개시된 기술을 들 수 있는바, 그 기본적인 구조적 구조는 제1도에 도시되어 있다.Such liquid crystal light valve has to be made to match the impedance of the photoconductive layer inherent with the liquid crystal due to its operational characteristics. A typical example of the structure of such a liquid crystal light valve is the technique disclosed in US Patent No. 3,824,002, the basic structural structure of which is shown in FIG.
제1도에서, 두매의 평행한 투명기판(2)(2a)의 내면에 AC구동전압이 인가되는 투명한 전극(3)(3a)이 피착 형성되며, 스페이서(8)(8a)에 의해 일정간격을 유지하는 상기 투명기판(2)(2a) 사이의 액정(Liquid Crystal)(a)은, 그 양측에 위치된 배향막(7)(7a)에 접촉된다. 그리고 입력광(100)이 입사되는 측의 투명기판(2)의 전극(3)과 이에 대향되는 상기 배향막(7)의 사이에는 광도전층(4), 차광층(5), 유전체미러(6)로 된 샌드위치층이 개재된다. 도면중에 미설명된 부호'1'은 입력광의 반사를 방지하기 위한 무반사 코팅층이이다.이와같은 구조의 액정라이트 밸브에 있어서, 상기 광도전충(4)은 CdS가 그 재료로 사용되고, 상기 차광층(5)은 상기 광도전층(5)과의 정합특성이 우수한 CdTe로 이루어지도록 되어 있다.In FIG. 1, transparent electrodes 3 and 3a to which an AC driving voltage is applied are deposited on the inner surfaces of two parallel transparent substrates 2 and 2a, and are spaced at regular intervals by spacers 8 and 8a. Liquid crystals (a) between the transparent substrates (2) and (2a) that hold the contact with each other are in contact with the alignment films (7) (7a) located on both sides thereof. The photoconductive layer 4, the light shielding layer 5, and the dielectric mirror 6 are disposed between the electrode 3 of the transparent substrate 2 on the side where the input light 100 is incident and the alignment layer 7 opposite thereto. A sandwich layer is interposed. In the drawing, reference numeral '1' denotes an anti-reflective coating layer for preventing reflection of input light. In the liquid crystal light valve having such a structure, the light conductive layer 4 uses CdS as its material, and the light shielding layer ( 5) is made of CdTe excellent in matching property with the photoconductive layer 5.
이와같은 구조의 액정라이트 밸브는 상기한 바와 같이 광도전층의 재료로서 광감도와 응답특성이 낮은 CdS가 사용되고 있기 때문에 고해상도의 높은 주파수 밀도를 가지는 동적화상을 실현하는데에 매우 불리하다.The liquid crystal light valve having such a structure is very disadvantageous in realizing a dynamic image having high resolution and high frequency density because CdS having low light sensitivity and response characteristics is used as the material of the photoconductive layer as described above.
이러한 단점을 해결하기 위한 것으로는 1989년 1월 24일 로드니다.It is January 24, 1989 that addresses this shortcoming.
스털링에 허여된 미국 특허 제4,799,733호에 개시된 기술을 들 수 있는데 이는 제2도에 도시된 바와 같이 상기 광도전층을 비정질실리콘(a-Si)으로 상기 차광층은 CdTe를 사용하도록 하며, 이들 사이에는 이들간의 상이한 결합성을 완충시켜 주기 위한 즉 중간에서 적절히 접촉시켜 주기 위한 중간 결합층(10)을 두도록 된 것에 그 특징이 있다.The technique disclosed in US Pat. No. 4,799,733 to Sterling, which allows the photoconductive layer to be amorphous silicon (a-Si) as shown in FIG. 2, and the light shielding layer uses CdTe between them. It is characterized by having an intermediate bonding layer 10 for buffering the different bonding between them, ie, for proper contact in the middle.
상기, 결합층(10)은 제3도에 도시된 바와 같이, 4개의 층, 즉, 제1SiO2층(10a), 제2SiO2층(10b), 제1CdTe층(10c) 및 제2CdTe층(10d)으로 이루어진다.Wherein, the bonding layer 10 has four layers, that is, 1SiO 2 layer (10a), the 2SiO 2 layer (10b), the 1CdTe layer (10c) and the 2CdTe layer as shown in FIG. 3 ( 10d).
그러나 CdTe는 비정질실리콘과 기계적인 접합특성이 좋지 않으므로, 이러한 액정라이트 밸브는 상기한 바와 같이 별도의 결합층을 구비하여야 하기 때문에 별도의 제조공정이 필요하며, 제조 코스트가 상승되는 문제가 있다.However, since CdTe has a poor mechanical bonding property with amorphous silicon, such a liquid crystal light valve needs to have a separate bonding layer as described above, so that a separate manufacturing process is required and a manufacturing cost increases.
이와 같은 문제를 해결하기 위한 상기 차광층의 소재로서 a-SiGe, a-Si:F:h 등의 알려져 있으나, Ge, F등의 원소에 의해 제품의 오염과 막의 손상등의 우려가 있고, 사실상 차광층으로서 요구되는 물성조건으로 제어하기 어려운 단점이 있다.As a material of the light-shielding layer for solving such a problem, a-SiGe, a-Si: F: h and the like are known, but there is a risk of contamination of the product and damage of the film due to elements such as Ge and F. There is a disadvantage in that it is difficult to control the physical condition required as the light shielding layer.
따라서 본 발명의 목적은 반사막인 유전체 미러를 Si/SiO2다층막과 TiO2/SiO2다층막을 결합하여 사용함으로써, 특수한 결합수단이 없이도 향상된 표시상태 및 속응성을 나타내며 또한 제조가공이 용이한 액정라이트밸브를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to use a dielectric mirror, which is a reflective film, by combining a Si / SiO 2 multilayer film and a TiO 2 / SiO 2 multilayer film, thereby providing an improved display state and rapid response without special bonding means, and also being easy to manufacture and manufacture. To provide a valve.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 액정라이트 밸브는 기판과 상기 기판위에 형성된 비정질 광도전층과, 상기 광도전층위에 형성된 차광층 및 유전체 미러층을 구비하여, 상기 차광층은 Si/SiO2다층막으로 구성되고 상기 유전체 미러는 는 TiSiO2/SiO2다층막으로 구성된다.The liquid crystal light valve of the present invention for achieving the above object comprises a substrate, an amorphous photoconductive layer formed on the substrate, a light shielding layer and a dielectric mirror layer formed on the photoconductive layer, wherein the light shielding layer is composed of a Si / SiO 2 multilayer film The dielectric mirror is composed of a TiSiO 2 / SiO 2 multilayer.
특히, 상기 본 발명에 의하면, 상기 Si,SiO2다층막과 상기 TiO2다층막을 결합시킴으로써 상기 TiO2/SiO2다층막은 유전체 미러로 이용되고 Si/SiO2다층막은 유전체 미러와 차광층으로 이용되도록 한다.In particular, according to the present invention, by combining the Si, SiO 2 multilayer film and the TiO 2 multilayer film, the TiO 2 / SiO 2 multilayer film is used as the dielectric mirror and the Si / SiO 2 multilayer film is used as the dielectric mirror and light shielding layer. .
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액정라이트 밸브를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.Hereinafter, a liquid crystal light valve according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
제4도는 본 발명에 의한 액정라이트 밸브의 유전체 미러와 차광층 구조의 개략도이며 제1도의 종래 액정라이트 밸브와 동일한 구조에서 부분적으로 확대한 도면이다.4 is a schematic diagram of the structure of the dielectric mirror and the light shielding layer of the liquid crystal light valve according to the present invention, and is partially enlarged in the same structure as the conventional liquid crystal light valve of FIG.
제4도에 도시된 바와 같이 본 발명의 액정라이트 밸브는, 기판(2)위에 ITO(Indium Tin Osicd)를 형성한다. 상기 ITO 형성공정은 기판(2)에 비정질실리콘층(4)을 접착하기 위한 것이다.As shown in FIG. 4, the liquid crystal light valve of the present invention forms ITO (Indium Tin Osicd) on the substrate 2. The ITO forming step is for bonding the amorphous silicon layer 4 to the substrate 2.
다음, 상기 비정질실리콘층(4) 위에 본 발명에 따른 Si/SiO2다층막과 TiO2/SiO2다층막을 결합 형성한다.Next, a Si / SiO 2 multilayer film and a TiO 2 / SiO 2 multilayer film according to the present invention are bonded to the amorphous silicon layer 4.
상기 공정을 이하에 보다 상세히 설명한다.The process is described in more detail below.
ITO막(3)이 입혀진 투명기판(2)위에 플라즈마 CVD에서 기판온도를 250℃정도로 가열한 뒤 실란가스에 10-20ppm 정도의 디보란가스와 수소가스를 혼합하여 글로우방전 분해로 i형 비정질실리콘 광도전층(4)을 제작한다. 그위에 스퍼터링 시스템에서 Si 타겟을 이용하여 아르곤가스와 산소가스를 혼합하여 Si박막과 SiO2박막을 교대로 적층하여 Si/SiO2유전체 다층박막(5a)을 제작한다. 다음, 동일 반응실에서 Ti와 Si타겟을 이용하여 O2분위기에서 TiO2와 SiO2박막을 교대로 적층하여 유전체미러(6a)를 제작하고, 반대편 투명기판과 동시에 액정배향막(7)을 형성한 뒤 봉입처리하여 액정(9)을 주입하면 액정라이트 밸브가 완성된다.Heat the substrate temperature to about 250 ° C by plasma CVD on the transparent substrate 2 coated with the ITO film 3, and then mix disilane and hydrogen gas of about 10-20 ppm in silane gas to form i-type amorphous silicon by glow discharge decomposition. The photoconductive layer 4 is produced. In the sputtering system, argon gas and oxygen gas are mixed by using a Si target to alternately stack an Si thin film and an SiO 2 thin film to fabricate a Si / SiO 2 dielectric multilayer thin film 5a. Next, TiO 2 and SiO 2 thin films were alternately stacked in an O 2 atmosphere using Ti and Si targets in the same reaction chamber to produce a dielectric mirror 6a, and the liquid crystal alignment layer 7 was formed simultaneously with the opposite transparent substrate. When the liquid crystal 9 is injected through the back sealing process, the liquid crystal light valve is completed.
본 발명에 의한 액정라이트 밸브의 동작원리는 다음과 같다.The operation principle of the liquid crystal light valve according to the present invention is as follows.
일반적으로, 액정라이트 밸브는 입력광신호가 없을때는 광도전층과 유전체 미러층의 임피던스가 액정층의 임피던스보다 크게 되어 액정에 인가되는 전압이 액정구동전압보다 낮은 상태로 평형상태를 유지하여 출력광이 액정의 배열에 차단되어 출력광에 변화가 없다. 그러나 투명기판을 통하여 입력광신호가 광도전층에 입사되면 광도전층의 임피던스가 감소되어 액정에 인가되는 전압이 액정구동전압보다 높아지며, 액정은 인가전압에 따라 구동하고 구동된 액정배열에 의해 출력광은 액정을 투과하게 되어 유전체 미러에서 다시 반사되어 나간다.In general, when there is no input light signal, the liquid crystal light valve has an impedance of the photoconductive layer and the dielectric mirror layer greater than the impedance of the liquid crystal layer so that the voltage applied to the liquid crystal is maintained at a lower state than the liquid crystal driving voltage, so that the output light is a There is no change in the output light that is blocked in the array. However, when the input light signal enters the photoconductive layer through the transparent substrate, the impedance of the photoconductive layer is reduced, so that the voltage applied to the liquid crystal is higher than the liquid crystal driving voltage. Is transmitted through and reflected back from the dielectric mirror.
이때, 유전체 미러에서 전부 반사되지 못한 출력광은 차공층에 도달하게 되어 차광층에서 흡수된다. 이와 같이 광도전층 유전체미러, 액정층의 임피던시 정합에 의해 입력광신호에 따라 출력광을 변조하므로서 액정라이트 밸브는 동작하게 된다. 여기서 본 발명에 의한 Si/SiO2유전체 박막과 TiO2/SiO2유전체미러에 대해 동작원리를 살펴보면 다음과 같다.At this time, output light that is not entirely reflected by the dielectric mirror reaches the blocking layer and is absorbed by the blocking layer. As described above, the liquid crystal light valve operates by modulating the output light according to the input light signal by the impedance matching of the photoconductive layer dielectric mirror and the liquid crystal layer. Herein, the operation principle of the Si / SiO 2 dielectric thin film and the TiO 2 / SiO 2 dielectric mirror according to the present invention will be described.
TiO2/SiO2다층박막은 본래 유전체미러의 대표적인 구조로서, 사용하는 출력광의 파장영역에 따라 설계되어 제작된다. Si/SiO2다층박막은 두 박막의 큰 굴절율 차이에 의해 유전체미러로 사용되어진다.TiO 2 / SiO 2 multilayer thin films are inherently representative structures of dielectric mirrors and are designed and manufactured according to the wavelength range of the output light to be used. Si / SiO 2 multilayer thin films are used as dielectric mirrors due to the large refractive index difference between the two thin films.
그러나 Si 박막의 밴드갭이 약 1.7eV정도이며, 가시광영역에 흡수계수가 크기 때문에 Si/SiO2다층박막은 반사와 동시에 상당한 양의 빛을 흡수한다.However, because the band gap of the Si thin film is about 1.7 eV and the absorption coefficient is large in the visible light region, the Si / SiO 2 multilayer thin film absorbs a considerable amount of light simultaneously with reflection.
본 발명에서는 이러한 특성을 이용하여 Si/SiO2다층막과 TiO2/SiO2다층막을 결합시켜 TiO2/SiO2유전체미러의 반사특성을 보완하면서 동시에 전부 반사되지 못한 출력광을 Si 박막에 의해 흡수하는 차광층으로의 역할도 수행한다.In the present invention, the Si / SiO 2 multilayer film and the TiO 2 / SiO 2 multilayer film are combined to compensate for the reflection characteristics of the TiO 2 / SiO 2 dielectric mirror while absorbing the output light that is not fully reflected by the Si thin film. It also serves as a light shielding layer.
상기 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 유전체미러 Si/SiO2다층막과 TiO2/SiO2다층막을 결합하여 사용하므로서 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained by using a dielectric mirror Si / SiO 2 multilayer and a TiO 2 / SiO 2 multilayer.
1. TiO2/SiO2유전체미러만을 사용할 때 보다 Si/SiO2다층막을 결합하므로서 출력광의 반사효울을 높을 수 있고 유전체미러 설계의 여유도를 크게 할 수 있다.1. By combining Si / SiO 2 multilayers than TiO 2 / SiO 2 dielectric mirrors alone, the reflection efficiency of the output light can be increased and the margin of the dielectric mirror design can be increased.
2. 별도의 차광층의 설계나 제작없이 Si/SiO2다층박막이 차광층의 역할을 수행한다. 즉, 차광층으로 Si/SiO2유전체박막을 이용할 수 있다.2. Si / SiO 2 multilayer thin film plays the role of light shielding layer without designing or manufacturing a separate light shielding layer. That is, a Si / SiO 2 dielectric thin film may be used as the light shielding layer.
3. 미국 특허 4,799,773에 개시된 것과 같은 특수한 결합수단없이 액정라이트 밸브를 제작할 수 있다.3. The liquid crystal light valve can be manufactured without special coupling means such as those disclosed in US Pat. No. 4,799,773.
4. 차광층과 유전체미러를 동일반응실(sputtering 시스템)에서 제작하므로서 층간 결합력을 증가시킬 수 있다.4. The interlayer bonding force can be increased by manufacturing the light shielding layer and the dielectric mirror in the same sputtering system.
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Payment date: 20080115 Year of fee payment: 10 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |