JPH027051B2 - - Google Patents
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- JPH027051B2 JPH027051B2 JP53050787A JP5078778A JPH027051B2 JP H027051 B2 JPH027051 B2 JP H027051B2 JP 53050787 A JP53050787 A JP 53050787A JP 5078778 A JP5078778 A JP 5078778A JP H027051 B2 JPH027051 B2 JP H027051B2
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- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
- G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
- G02F1/135—Liquid crystal cells structurally associated with a photoconducting or a ferro-electric layer, the properties of which can be optically or electrically varied
- G02F1/1354—Liquid crystal cells structurally associated with a photoconducting or a ferro-electric layer, the properties of which can be optically or electrically varied having a particular photoconducting structure or material
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Description
この発明は液晶層と、誘電性ミラーおよび光遮
断層からなる隣接中間層と、整流接合を形成し、
上記中間層と隣接した平面半導体本体と、液晶ラ
イトバルブに付勢電流を供給するための直流付勢
手段とを具備してなる液晶ライトバルブに関す
る。 この発明の目的は情報信号を表示する多くの電
荷が相隣る信号間で相互に結合することなく通過
することのできる液晶ライトバルブを提供するこ
とにある。 前記目的を達成するために、この発明では、前
記整流接合を前記半導体本体内において、この半
導体本体の一導電型の第１層と反対導電型の第２
層間に形成されたPN接合とし、そして直流付勢
手段がこのPN接合に逆方向バイアスをかけ、上
記半導体本体全体中に延びる空乏層を形成するた
めの直流電源を含むようにしている。この結果、
上記半導体本体の一側に導入された少数キヤリア
の信号表示電荷が上記空乏層を通つて上記半導体
本体の反対側に放出されて上記液晶層を活性化す
る。 この発明によれば、逆方向バイアスにより比較
的抵抗があり比較的厚い半導体層を通つて電界が
生じ、この半導体層から全ての移動性電荷が排除
される。即ち、この半導体層中にPN接合ダイオ
ードを形成し、このPN接合に逆方向バイアスを
かけることによつてこのPN接合ダイオードの両
側から電荷を排除することができる。 この発明の一態様においては前記半導体本体と
してシリコン膜が用いられているが、その他の半
導体材料を用いることもできる。広接合領域を有
する高分解能シリコンホトダイオードを液晶ライ
トバルブの像入力手段として用いることができ
る。 この発明の利点は、情報信号を表示する電荷束
を同時かつ平行に半導体本体の一表面から反対側
へと空乏層中の電界の影響下に良好な間隔的分解
度をもつて移送することができるということであ
る。すなわち、空乏層が上記半導体本体の厚さ全
体に広がる結果、間隔を置いて分解された少数キ
ヤリアの電荷パターンが前記PN接合を通つて発
生した電界の影響下に、拡散による横方向移動を
生じることなく、上記半導体本体の一表面から反
対側へと移送できるということである。上記少数
キヤリアの電荷は光学的像、Ｘ線、高エネルギー
電子、その他少数キヤリアの電荷を発生させある
いは注入することのできるすべての手段によつて
導入することができる。 一連の入力データを受取り、これを記憶し、復
元して以後の平行化処理に供するために電荷結合
素子（CCD）の入力段レジスタを用いることが
できる。上記CCDレジスタ中に記憶された電荷
をシリコン半導体本体を通つて前記液晶中へ移送
するために電荷移動構造体を用いることができ
る。このような構造体は多くの広帯域光学的デー
タ処理用に有用である。例えば、レーザビームを
間隔を置いて変調するために、上記CCDから分
布した電荷を受取り、これを等価的な光の双方向
屈折に変換するような光学的データ処理液晶ライ
トバルブ構造体を用いることができる。 以下、添付の図面を参照しつつこの発明を詳細
に説明する。 第１図には、入射光１０に対して透過性の基板
５を含む直流（DC）液晶ライトバルブが示され
ている。この基板５に隣接してシリコンホトダイ
オード１２が設けられている。このホトダイオー
ドは薄いＰ型層１４と、比較的厚いＮ型層１６
と、PN接合１５とを有している。具体例を挙げ
ると、前記の薄いＰ型層１４は厚さ0.2μで比抵抗
0.22Ω−cmである。この層１４は導電性が非常に
高く、PN接合のＰ側であることに加えて、図示
した装置全体の一電極としても用いられている。
相隣る層１６はＮ型であり、比較的厚く、非常に
抵抗性が高い。一態様によれば、このＮ型層は５
ミルの厚さと3000Ω−cmの比抵抗を持つている。 上記ホトダイオード１２に対向して、液晶２３
と、装置の他方の透明電極２４と、一連の中間層
１８，２０とからなる液晶構造体３２が形成され
ている。上記中間層の一方１８は読出し光３０を
遮断するためのものであり、他方２０は読出し用
の反射表面を提供するためのものである。シリコ
ンは近赤外まで感光性がある。シリコン用の光遮
断層を提供するためには、シリコンのバンドギヤ
ツプと同等か、それよりも小さなバンドギヤツプ
を有する材料を用いる必要がある。このような材
料は、その電荷移動度が、シリコン中における移
動度の大きさの範囲内にあるならば、通常、高分
解能を維持するために充分なシート比抵抗を持つ
ことはない。適切な光遮断性を有すると同時に、
要求される分解能を維持するために充分に高いシ
ート比抵抗とを併せ持つ単一相材料を見い出すこ
とはまことに困難である。それ故、第１図に示す
装置ではサーメツトと呼ばれる金属成分と誘電性
成分とからなる二相材料が用いられている。この
ように薄い膜の光遮断性サーメツト層は金属の小
粒子を誘電性層中に埋設することによつて形成す
ることができる。上記金属粒子は上記誘電性層に
よつて相互に絶縁されている。スズ、インジウム
あるいは鉛のような多くの金属は、これを非常に
薄い（200Å）膜として被着したときに、連続し
た膜とはならず、個々の島を形成することが知ら
れている。このような多層構造体は、当該膜の面
内において上記金属粒子が相互に絶縁されている
ため、高いシート比抵抗を持つこととなる。しか
しながら、膜面に直角な方向においては、介在す
る薄い絶縁膜は隣接する金属の島状膜中の金属粒
子間の電子の突き抜けや電子の高電界注入の妨げ
とはならないので比抵抗は低くなる。したがつ
て、観測される縦方向の比抵抗は、当該膜の面内
のそれに比較して低く、直流電流は横方向に広が
ることなく当該膜構造全体中を流れる。 層１８に隣接してサーメツトミラー２０が形成
されている。この層はそれぞれ小濃度の金属を蒸
着させた高屈折率層と低屈折率層とからなつてい
る。これら層は当該膜にわたつて絶縁性シート抵
抗と低抵抗間に直流導電性に関し大きな異方性を
与える。したがつて、当該液晶ライトバルブは反
射モードで動作し得る。 上記サーメツトミラー２０に隣接してパツシベ
ーシヨン膜２１ａと２１ｂ間に液晶２３が設けら
れている。この液晶２３の厚さはスペーサ２２ａ
および２２ｂによつて決定されている。パツシベ
ーシヨン膜２１ｂの隣りには透光性導電電極２４
が形成され、それと隣接して透光性カバープレー
ト２６が設けられている。直流電源２５は電極２
４とホトダイオード１２のＰ型層１４との間に接
続されている。電源２５の電圧は、ホトダイオー
ド１４，１６のPN接合１５に逆方向バイアスを
かけ、そしてPN接合１５の一方側からこのPN
接合１５の両側のシリコン本体１４，１６全体に
広がる空乏層を生じるように選択される。少数キ
ヤリア（この場合は電子）がPN接合１５のＰ側
１４に導入されると、その少数キヤリアはPN接
合１５に向つてこの高導電性領域１４中に拡散す
る。PN接合１５には逆方向バイアスがかかつて
いるので、PN接合１５は少数キヤリアに対して
順方向となり、これを二型層１６を通つて中間層
１８，２０および液晶２３へと注入する。上記空
乏層内では電圧が、電流の流れにはよらず空間電
荷によつて決定されるので少数キヤリアの間隔的
分別は維持されることとなる。したがつて、空乏
層中には横方向電界はなく、少数キヤリアが横方
向に拡散することもない。 第２図には、入力側に設けられた比較的薄いＰ
型層１４と、比較的厚いＮ型層１６と、これら層
の間に形成されたPN接合１５とが示されてい
る。厚い層１６の隣りには液晶構造体３２の一部
が示されている。この薄い層１４は、その厚さと
導電性が、入つてくる信号を広げることなく空乏
層化された厚い層１６に到達させるに足るもので
あるならば、逆バイアス時に空乏化されないもの
でよい。例えば、放射線を用いて厚い層１６中に
少数キヤリアの信号電荷を発生させる場合、上記
非空乏領域１４は所望分解能を達するに要するよ
りも薄くなければならない。あるいはまた、上記
非空乏領域１４は、入射する放射線を吸収しない
ように構成することが望ましい。 例えば、層１６は10kΩ−cmのオーダーの比抵
抗を持ち、一方非空乏領域１４は１ないし10Ω−
cmの範囲内の比抵抗を持つように設定できる。こ
のような高導電性層１４が入力側に存在する場
合、直流電源２５への電気接続がこの層１４を介
して直接的におこなわれる結果、前記ホトダイオ
ード１２にバイアスをかけるために入力側に余計
な電極を設ける必要はない。 層１６は比較的厚く、そしてγ型であつてよ
い。すなわち、層１６は液晶構造体３２に隣接し
たほぼ真性の高抵抗性Ｎ型層であつてもかまわな
い。この層１６に隣接してPN接合１５が形成さ
れ、その隣りには比較的薄いＰ型層１４が設けら
れている。層１６のその他の例としては、液晶構
造体３２に隣接したπ型層（ほぼ真性の高抵抗性
Ｐ型層）が挙げられる。この場合、この層の隣り
にはPN接合１５とこれに隣接するＮ型層１４が
設けられる。この場合は直流電源２５の極性も反
対になる。 第３図には液晶構造体３２に隣接した層１４が
比較的薄い別の構成が示されている。この場合、
入力信号を表わす少数キヤリアがまず初めに比較
的厚く高抵抗性の層１６に進入するので、ホトダ
イオード１４，１６のPN接合の両側は全て移動
性キヤリアが排除されていなければならない。ホ
トダイオード１４，１６にバイアスをかけるため
のオーミツク接続を提供するために、抵抗性層１
６に隣接して高い不純物濃度の非空乏化導電性層
１７が付加されている。 第３図に示す構成では、液晶構造体３２の隣り
に比較的薄いＰ型層１４が、その隣りにPN接合
１５が、これに隣接して比較的厚い抵抗型（Ｒ
型）のＮ型層１６が、そしてその隣りにＮ型オー
ミツク接続層１７がそれぞれ設けられている。あ
るいはまた、液晶構造体３２の隣りに薄いＮ型層
１４を設け、その隣りにPN接合１５を形成し、
比較的厚いπ型層１６を設け、そしてそれに隣接
してＰ型導電性接続層１７を設けるようにしても
かまわない。 第４図には層１４を厚くすることによりPN接
合１５がホトダイオード１４，１６の中央近傍に
位置していることを除けば第３図に示すものと同
様の構成が示されている。この場合でも、装置の
動作中にホトダイオード１４，１６のPN接合の
両側では全ての移動性電荷が排除されていなけれ
ばならない。液晶構造体３２の隣りにπ型層１４
を設け、その隣りにPN接合１５を形成し、つい
でＲ型層１６を形成し、その隣りにＮ型オーミツ
ク接続層１７を設けるようにしてもよいし、ある
いはまた、液晶構造体３２に隣接してＲ型層１４
を設け、その隣にPN接合１５を設け、ついでπ
型層１６を設け、その隣りにＰ型オーミツク接続
層１７を設けるようにしてもかまわない。 第５図にはこの発明の他の実施例のCCD液晶
ライトバルブが示されている。このライトバルブ
はガラス基板８０を有し、その上に、内部に
CCD電極８４が形成されているSiO2絶縁層８２
が設けられており、ついでこの絶縁層８２に隣接
したＰ型の導電性エピタキシヤル層８６を有する
高抵抗性シリコン半導体基板８８が設けられてい
る。上記エピタキシヤル層８６はCCPチヤンネ
ルを形成する。この層８６は５〜25μｍの範囲内
の厚さを有し、その導電型は半導体基板層８８と
同じＰ型である。半導体層８８の反対側にはPN
接合９０および反対導電型のＮ型の半導体層９２
が形成されている。この層９２に隣接して二つの
中間層９４，９６すなわち、光遮断層９４と誘導
性ミラー９６とが設けられている。これら中間層
９４，９６に隣接して液晶９８が、その上に透光
性電極１００が、そしてその上にガラス板１０２
が形成されている。図示しない直流電源が、導電
性エピタキシヤル層８６と電極１００との間に接
続され、PN接合９０に逆方向バイアスをかける
とともにPN接合９０の両側に空乏層を生じ、半
導体層８８と９２中で移動性電荷を空乏化するよ
うになつている。この空乏層は、半導体層８８に
隣接する導電性のエピタキシヤル層８６内では非
常に狭い部分にのみ広がり、全エピタキシヤル層
８６のほとんどはその移動性電荷が空乏化されて
いない状態となつている。したがつて、情報信号
に応答してCCD電極８４によつて電荷が液晶ラ
イトバルブ中に導入されたとき、その電荷は、
SiO2絶縁層８２に隣接したエピタキシヤル層８
６の非空乏化部分内における電位ウエルまたは
CCDバケツト中に蓄積され、CCD電極８４にか
けられたクロツク電圧によつてそこに留まる。こ
のクロツク電圧が０になると、蓄積された電液は
Ｐ型層８６，８８における少数キヤリアであるか
ら層８６，８８，９２に形成された上記電荷空乏
層中に落ち込み、そこを通り中間層９４，９６を
介して液晶層９８に排出され、液晶層９８を活性
化する。 こうして、情報信号を表示する第１の電液は
CCD電極８４によつて導電性のエピタキシヤル
層８６に到達する。ついで、読出し時間（電荷移
動時間）中にCCDクロツク信号は０または０に
近くに駆動される。例えば、Ｎチヤンネル形
CCDではクロツク信号は０またはやや負に駆動
される。この結果、エピタキシヤル層８６中の
CCDバケツト内に蓄積された少数キヤリアの電
荷は空乏化基板８８に向つて拡散し、少数キヤリ
アに対する順方向の電界によつてPN接合９０に
向つてガイドされる。PN接合９０には逆方向バ
イアスがかけられており、それ故前記少数キヤリ
アに対しては順方向バイアスとなり、このPN接
合９０は上記少数キヤリアの電荷を捕集し、これ
を中間層９４，９６を介して液晶９８中に注入す
る。図示した全構造体は、いつてみればベース接
地トランジスタであり、PN接合９０はコレクタ
接合部として作用し、非空乏化領域はベースとし
て作用し、そしてCCDは電荷をベースに注入す
るエミツタとして作用する。 上記全構造中の電荷のPN接合に沿つた方向の
間隔的分解は以下の理由によつて維持される。 (a) 非空乏化領域（エピタキシヤル層８６）にお
いて、横方向電界は無視でき、電荷は拡散によ
つて移動すること。したがつて、この非空乏化
領域８６の厚さは要求される分解能（すなわ
ち、５〜25μｍ）よりも薄くなければならな
い。 (b) 空乏化領域（層８６の一部および層８８，９
２の全部）において、電位は空間電荷によつて
決定され、電流によつては決定されないこと。
したがつて、この領域内にも横方向電界はな
い。さらに、電界が収束するのでこの領域にお
ける電荷の広がりは非常に小さい。 中間層はサーメツト製光遮断層９４とサーメツ
トミラー９６によつて構成されている。 第６図には、CCD電荷をシリコンウエハの一
側から反対側へ移送するための移送機構としての
ベース接地トランジスタの等価回路が示されてい
る。非空乏化接地エピタキシヤル層８６は当該ト
ランジスタのベースとして表わされており、厚い
空乏化コレクタ接合８８，９０，９２はこの等価
回路中のコレクタ接合に相当する。CCDクロツ
ク電極バイアスが０になるとすぐ、ベース接地ト
ランジスタとほぼ同様に、蓄積された少数キヤリ
ア例えば電子は上記非空乏化エピタキシヤル層８
６を介して拡散し、コレクタ接合８８，９０，９
２によつて捕集される。二つの中間層９４，９６
は二つのRC回路によつて表わされている。例え
ば、サーメツト製光遮断層９４はキヤパシタ１０
６と並列の抵抗１０４によつて表わされている。
同様に、サーメツトミラー９６はキヤパシタ１１
０と並列の抵抗１０８によつて、また液晶９８は
キヤパシタ１１４と並列の抵抗１１２によつてそ
れぞれ表わすことができる。一例として、第６図
に示す等価回路中に表示された各層の典型的な抵
抗値および容量値を表１に示す。
断層からなる隣接中間層と、整流接合を形成し、
上記中間層と隣接した平面半導体本体と、液晶ラ
イトバルブに付勢電流を供給するための直流付勢
手段とを具備してなる液晶ライトバルブに関す
る。 この発明の目的は情報信号を表示する多くの電
荷が相隣る信号間で相互に結合することなく通過
することのできる液晶ライトバルブを提供するこ
とにある。 前記目的を達成するために、この発明では、前
記整流接合を前記半導体本体内において、この半
導体本体の一導電型の第１層と反対導電型の第２
層間に形成されたPN接合とし、そして直流付勢
手段がこのPN接合に逆方向バイアスをかけ、上
記半導体本体全体中に延びる空乏層を形成するた
めの直流電源を含むようにしている。この結果、
上記半導体本体の一側に導入された少数キヤリア
の信号表示電荷が上記空乏層を通つて上記半導体
本体の反対側に放出されて上記液晶層を活性化す
る。 この発明によれば、逆方向バイアスにより比較
的抵抗があり比較的厚い半導体層を通つて電界が
生じ、この半導体層から全ての移動性電荷が排除
される。即ち、この半導体層中にPN接合ダイオ
ードを形成し、このPN接合に逆方向バイアスを
かけることによつてこのPN接合ダイオードの両
側から電荷を排除することができる。 この発明の一態様においては前記半導体本体と
してシリコン膜が用いられているが、その他の半
導体材料を用いることもできる。広接合領域を有
する高分解能シリコンホトダイオードを液晶ライ
トバルブの像入力手段として用いることができ
る。 この発明の利点は、情報信号を表示する電荷束
を同時かつ平行に半導体本体の一表面から反対側
へと空乏層中の電界の影響下に良好な間隔的分解
度をもつて移送することができるということであ
る。すなわち、空乏層が上記半導体本体の厚さ全
体に広がる結果、間隔を置いて分解された少数キ
ヤリアの電荷パターンが前記PN接合を通つて発
生した電界の影響下に、拡散による横方向移動を
生じることなく、上記半導体本体の一表面から反
対側へと移送できるということである。上記少数
キヤリアの電荷は光学的像、Ｘ線、高エネルギー
電子、その他少数キヤリアの電荷を発生させある
いは注入することのできるすべての手段によつて
導入することができる。 一連の入力データを受取り、これを記憶し、復
元して以後の平行化処理に供するために電荷結合
素子（CCD）の入力段レジスタを用いることが
できる。上記CCDレジスタ中に記憶された電荷
をシリコン半導体本体を通つて前記液晶中へ移送
するために電荷移動構造体を用いることができ
る。このような構造体は多くの広帯域光学的デー
タ処理用に有用である。例えば、レーザビームを
間隔を置いて変調するために、上記CCDから分
布した電荷を受取り、これを等価的な光の双方向
屈折に変換するような光学的データ処理液晶ライ
トバルブ構造体を用いることができる。 以下、添付の図面を参照しつつこの発明を詳細
に説明する。 第１図には、入射光１０に対して透過性の基板
５を含む直流（DC）液晶ライトバルブが示され
ている。この基板５に隣接してシリコンホトダイ
オード１２が設けられている。このホトダイオー
ドは薄いＰ型層１４と、比較的厚いＮ型層１６
と、PN接合１５とを有している。具体例を挙げ
ると、前記の薄いＰ型層１４は厚さ0.2μで比抵抗
0.22Ω−cmである。この層１４は導電性が非常に
高く、PN接合のＰ側であることに加えて、図示
した装置全体の一電極としても用いられている。
相隣る層１６はＮ型であり、比較的厚く、非常に
抵抗性が高い。一態様によれば、このＮ型層は５
ミルの厚さと3000Ω−cmの比抵抗を持つている。 上記ホトダイオード１２に対向して、液晶２３
と、装置の他方の透明電極２４と、一連の中間層
１８，２０とからなる液晶構造体３２が形成され
ている。上記中間層の一方１８は読出し光３０を
遮断するためのものであり、他方２０は読出し用
の反射表面を提供するためのものである。シリコ
ンは近赤外まで感光性がある。シリコン用の光遮
断層を提供するためには、シリコンのバンドギヤ
ツプと同等か、それよりも小さなバンドギヤツプ
を有する材料を用いる必要がある。このような材
料は、その電荷移動度が、シリコン中における移
動度の大きさの範囲内にあるならば、通常、高分
解能を維持するために充分なシート比抵抗を持つ
ことはない。適切な光遮断性を有すると同時に、
要求される分解能を維持するために充分に高いシ
ート比抵抗とを併せ持つ単一相材料を見い出すこ
とはまことに困難である。それ故、第１図に示す
装置ではサーメツトと呼ばれる金属成分と誘電性
成分とからなる二相材料が用いられている。この
ように薄い膜の光遮断性サーメツト層は金属の小
粒子を誘電性層中に埋設することによつて形成す
ることができる。上記金属粒子は上記誘電性層に
よつて相互に絶縁されている。スズ、インジウム
あるいは鉛のような多くの金属は、これを非常に
薄い（200Å）膜として被着したときに、連続し
た膜とはならず、個々の島を形成することが知ら
れている。このような多層構造体は、当該膜の面
内において上記金属粒子が相互に絶縁されている
ため、高いシート比抵抗を持つこととなる。しか
しながら、膜面に直角な方向においては、介在す
る薄い絶縁膜は隣接する金属の島状膜中の金属粒
子間の電子の突き抜けや電子の高電界注入の妨げ
とはならないので比抵抗は低くなる。したがつ
て、観測される縦方向の比抵抗は、当該膜の面内
のそれに比較して低く、直流電流は横方向に広が
ることなく当該膜構造全体中を流れる。 層１８に隣接してサーメツトミラー２０が形成
されている。この層はそれぞれ小濃度の金属を蒸
着させた高屈折率層と低屈折率層とからなつてい
る。これら層は当該膜にわたつて絶縁性シート抵
抗と低抵抗間に直流導電性に関し大きな異方性を
与える。したがつて、当該液晶ライトバルブは反
射モードで動作し得る。 上記サーメツトミラー２０に隣接してパツシベ
ーシヨン膜２１ａと２１ｂ間に液晶２３が設けら
れている。この液晶２３の厚さはスペーサ２２ａ
および２２ｂによつて決定されている。パツシベ
ーシヨン膜２１ｂの隣りには透光性導電電極２４
が形成され、それと隣接して透光性カバープレー
ト２６が設けられている。直流電源２５は電極２
４とホトダイオード１２のＰ型層１４との間に接
続されている。電源２５の電圧は、ホトダイオー
ド１４，１６のPN接合１５に逆方向バイアスを
かけ、そしてPN接合１５の一方側からこのPN
接合１５の両側のシリコン本体１４，１６全体に
広がる空乏層を生じるように選択される。少数キ
ヤリア（この場合は電子）がPN接合１５のＰ側
１４に導入されると、その少数キヤリアはPN接
合１５に向つてこの高導電性領域１４中に拡散す
る。PN接合１５には逆方向バイアスがかかつて
いるので、PN接合１５は少数キヤリアに対して
順方向となり、これを二型層１６を通つて中間層
１８，２０および液晶２３へと注入する。上記空
乏層内では電圧が、電流の流れにはよらず空間電
荷によつて決定されるので少数キヤリアの間隔的
分別は維持されることとなる。したがつて、空乏
層中には横方向電界はなく、少数キヤリアが横方
向に拡散することもない。 第２図には、入力側に設けられた比較的薄いＰ
型層１４と、比較的厚いＮ型層１６と、これら層
の間に形成されたPN接合１５とが示されてい
る。厚い層１６の隣りには液晶構造体３２の一部
が示されている。この薄い層１４は、その厚さと
導電性が、入つてくる信号を広げることなく空乏
層化された厚い層１６に到達させるに足るもので
あるならば、逆バイアス時に空乏化されないもの
でよい。例えば、放射線を用いて厚い層１６中に
少数キヤリアの信号電荷を発生させる場合、上記
非空乏領域１４は所望分解能を達するに要するよ
りも薄くなければならない。あるいはまた、上記
非空乏領域１４は、入射する放射線を吸収しない
ように構成することが望ましい。 例えば、層１６は10kΩ−cmのオーダーの比抵
抗を持ち、一方非空乏領域１４は１ないし10Ω−
cmの範囲内の比抵抗を持つように設定できる。こ
のような高導電性層１４が入力側に存在する場
合、直流電源２５への電気接続がこの層１４を介
して直接的におこなわれる結果、前記ホトダイオ
ード１２にバイアスをかけるために入力側に余計
な電極を設ける必要はない。 層１６は比較的厚く、そしてγ型であつてよ
い。すなわち、層１６は液晶構造体３２に隣接し
たほぼ真性の高抵抗性Ｎ型層であつてもかまわな
い。この層１６に隣接してPN接合１５が形成さ
れ、その隣りには比較的薄いＰ型層１４が設けら
れている。層１６のその他の例としては、液晶構
造体３２に隣接したπ型層（ほぼ真性の高抵抗性
Ｐ型層）が挙げられる。この場合、この層の隣り
にはPN接合１５とこれに隣接するＮ型層１４が
設けられる。この場合は直流電源２５の極性も反
対になる。 第３図には液晶構造体３２に隣接した層１４が
比較的薄い別の構成が示されている。この場合、
入力信号を表わす少数キヤリアがまず初めに比較
的厚く高抵抗性の層１６に進入するので、ホトダ
イオード１４，１６のPN接合の両側は全て移動
性キヤリアが排除されていなければならない。ホ
トダイオード１４，１６にバイアスをかけるため
のオーミツク接続を提供するために、抵抗性層１
６に隣接して高い不純物濃度の非空乏化導電性層
１７が付加されている。 第３図に示す構成では、液晶構造体３２の隣り
に比較的薄いＰ型層１４が、その隣りにPN接合
１５が、これに隣接して比較的厚い抵抗型（Ｒ
型）のＮ型層１６が、そしてその隣りにＮ型オー
ミツク接続層１７がそれぞれ設けられている。あ
るいはまた、液晶構造体３２の隣りに薄いＮ型層
１４を設け、その隣りにPN接合１５を形成し、
比較的厚いπ型層１６を設け、そしてそれに隣接
してＰ型導電性接続層１７を設けるようにしても
かまわない。 第４図には層１４を厚くすることによりPN接
合１５がホトダイオード１４，１６の中央近傍に
位置していることを除けば第３図に示すものと同
様の構成が示されている。この場合でも、装置の
動作中にホトダイオード１４，１６のPN接合の
両側では全ての移動性電荷が排除されていなけれ
ばならない。液晶構造体３２の隣りにπ型層１４
を設け、その隣りにPN接合１５を形成し、つい
でＲ型層１６を形成し、その隣りにＮ型オーミツ
ク接続層１７を設けるようにしてもよいし、ある
いはまた、液晶構造体３２に隣接してＲ型層１４
を設け、その隣にPN接合１５を設け、ついでπ
型層１６を設け、その隣りにＰ型オーミツク接続
層１７を設けるようにしてもかまわない。 第５図にはこの発明の他の実施例のCCD液晶
ライトバルブが示されている。このライトバルブ
はガラス基板８０を有し、その上に、内部に
CCD電極８４が形成されているSiO2絶縁層８２
が設けられており、ついでこの絶縁層８２に隣接
したＰ型の導電性エピタキシヤル層８６を有する
高抵抗性シリコン半導体基板８８が設けられてい
る。上記エピタキシヤル層８６はCCPチヤンネ
ルを形成する。この層８６は５〜25μｍの範囲内
の厚さを有し、その導電型は半導体基板層８８と
同じＰ型である。半導体層８８の反対側にはPN
接合９０および反対導電型のＮ型の半導体層９２
が形成されている。この層９２に隣接して二つの
中間層９４，９６すなわち、光遮断層９４と誘導
性ミラー９６とが設けられている。これら中間層
９４，９６に隣接して液晶９８が、その上に透光
性電極１００が、そしてその上にガラス板１０２
が形成されている。図示しない直流電源が、導電
性エピタキシヤル層８６と電極１００との間に接
続され、PN接合９０に逆方向バイアスをかける
とともにPN接合９０の両側に空乏層を生じ、半
導体層８８と９２中で移動性電荷を空乏化するよ
うになつている。この空乏層は、半導体層８８に
隣接する導電性のエピタキシヤル層８６内では非
常に狭い部分にのみ広がり、全エピタキシヤル層
８６のほとんどはその移動性電荷が空乏化されて
いない状態となつている。したがつて、情報信号
に応答してCCD電極８４によつて電荷が液晶ラ
イトバルブ中に導入されたとき、その電荷は、
SiO2絶縁層８２に隣接したエピタキシヤル層８
６の非空乏化部分内における電位ウエルまたは
CCDバケツト中に蓄積され、CCD電極８４にか
けられたクロツク電圧によつてそこに留まる。こ
のクロツク電圧が０になると、蓄積された電液は
Ｐ型層８６，８８における少数キヤリアであるか
ら層８６，８８，９２に形成された上記電荷空乏
層中に落ち込み、そこを通り中間層９４，９６を
介して液晶層９８に排出され、液晶層９８を活性
化する。 こうして、情報信号を表示する第１の電液は
CCD電極８４によつて導電性のエピタキシヤル
層８６に到達する。ついで、読出し時間（電荷移
動時間）中にCCDクロツク信号は０または０に
近くに駆動される。例えば、Ｎチヤンネル形
CCDではクロツク信号は０またはやや負に駆動
される。この結果、エピタキシヤル層８６中の
CCDバケツト内に蓄積された少数キヤリアの電
荷は空乏化基板８８に向つて拡散し、少数キヤリ
アに対する順方向の電界によつてPN接合９０に
向つてガイドされる。PN接合９０には逆方向バ
イアスがかけられており、それ故前記少数キヤリ
アに対しては順方向バイアスとなり、このPN接
合９０は上記少数キヤリアの電荷を捕集し、これ
を中間層９４，９６を介して液晶９８中に注入す
る。図示した全構造体は、いつてみればベース接
地トランジスタであり、PN接合９０はコレクタ
接合部として作用し、非空乏化領域はベースとし
て作用し、そしてCCDは電荷をベースに注入す
るエミツタとして作用する。 上記全構造中の電荷のPN接合に沿つた方向の
間隔的分解は以下の理由によつて維持される。 (a) 非空乏化領域（エピタキシヤル層８６）にお
いて、横方向電界は無視でき、電荷は拡散によ
つて移動すること。したがつて、この非空乏化
領域８６の厚さは要求される分解能（すなわ
ち、５〜25μｍ）よりも薄くなければならな
い。 (b) 空乏化領域（層８６の一部および層８８，９
２の全部）において、電位は空間電荷によつて
決定され、電流によつては決定されないこと。
したがつて、この領域内にも横方向電界はな
い。さらに、電界が収束するのでこの領域にお
ける電荷の広がりは非常に小さい。 中間層はサーメツト製光遮断層９４とサーメツ
トミラー９６によつて構成されている。 第６図には、CCD電荷をシリコンウエハの一
側から反対側へ移送するための移送機構としての
ベース接地トランジスタの等価回路が示されてい
る。非空乏化接地エピタキシヤル層８６は当該ト
ランジスタのベースとして表わされており、厚い
空乏化コレクタ接合８８，９０，９２はこの等価
回路中のコレクタ接合に相当する。CCDクロツ
ク電極バイアスが０になるとすぐ、ベース接地ト
ランジスタとほぼ同様に、蓄積された少数キヤリ
ア例えば電子は上記非空乏化エピタキシヤル層８
６を介して拡散し、コレクタ接合８８，９０，９
２によつて捕集される。二つの中間層９４，９６
は二つのRC回路によつて表わされている。例え
ば、サーメツト製光遮断層９４はキヤパシタ１０
６と並列の抵抗１０４によつて表わされている。
同様に、サーメツトミラー９６はキヤパシタ１１
０と並列の抵抗１０８によつて、また液晶９８は
キヤパシタ１１４と並列の抵抗１１２によつてそ
れぞれ表わすことができる。一例として、第６図
に示す等価回路中に表示された各層の典型的な抵
抗値および容量値を表１に示す。
【表】
直流バイアス電圧１１６は50ないし100ボルト
の範囲内であつてかまわない。第７図には液晶９
８を通る所要電圧が示されている。第８図には第
７図の電圧に対する液晶の応答が示されている。 第５図に示したエピタキシヤル層８６の主目的
はCCD回路部を読出し構造体から遮蔽すること
である。このCCD構造体は高導電性半導体層８
８上に直接形成されていてもよく、この場合、
CCDバケツトから放出された電荷は電界によつ
てCCDクロツクの消失により半導体層８８の反
対側および液晶９８に向かつて導びかれる。
の範囲内であつてかまわない。第７図には液晶９
８を通る所要電圧が示されている。第８図には第
７図の電圧に対する液晶の応答が示されている。 第５図に示したエピタキシヤル層８６の主目的
はCCD回路部を読出し構造体から遮蔽すること
である。このCCD構造体は高導電性半導体層８
８上に直接形成されていてもよく、この場合、
CCDバケツトから放出された電荷は電界によつ
てCCDクロツクの消失により半導体層８８の反
対側および液晶９８に向かつて導びかれる。
第１図はシリコンホトダイオードを組込んだこ
の発明の液晶ライトバルブを示す概略断面図、第
２図ないし第４図はこの発明の液晶ライトバルブ
用のホトダイオードの三つの態様を示す図、第５
図はこの発明の液晶ライトバルブの他の具体例を
示す概略断面図、第６図はこの発明に従う読出し
構造の等価回路図、第７図はこの発明の一具体例
における液晶を通る電圧ピークを示すグラフ図、
および第８図は第７図の電圧に対する液晶の応答
を示すグラフ図。 １４，１６；８８，９２……半導体本体、１
５，９０……PN接合、１８，９４……光遮断
層、２０，９６……誘電性ミラー、２３，９８…
…液晶層、２５……直流電源、８２……絶縁層、
８４……電荷結合素子電極、９６……エピタキシ
ヤル層。
の発明の液晶ライトバルブを示す概略断面図、第
２図ないし第４図はこの発明の液晶ライトバルブ
用のホトダイオードの三つの態様を示す図、第５
図はこの発明の液晶ライトバルブの他の具体例を
示す概略断面図、第６図はこの発明に従う読出し
構造の等価回路図、第７図はこの発明の一具体例
における液晶を通る電圧ピークを示すグラフ図、
および第８図は第７図の電圧に対する液晶の応答
を示すグラフ図。 １４，１６；８８，９２……半導体本体、１
５，９０……PN接合、１８，９４……光遮断
層、２０，９６……誘電性ミラー、２３，９８…
…液晶層、２５……直流電源、８２……絶縁層、
８４……電荷結合素子電極、９６……エピタキシ
ヤル層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 液晶層と、ミラーおよびこれと隣接する光遮
断層を含んでなり前記液晶層への読み出し光を遮
断しおよび読み出しのための反射表面を形成する
ところの、前記液晶層に隣接する中間層と、この
中間層に隣接して設けられ、整流接合を形成する
平面状半導体本体と、前記液晶層に付勢電流を供
給するための直流付勢手段とを具備してなる液晶
ライトバルブにおいて、 前記整流接合は、前記半導体本体内において一
導電型の第１層と反対導電型の第２層との間に形
成されたPN接合であり、 前記中間層は、絶縁的なシート抵抗を有すると
ともに該中間層の面と直交する方向において低い
電気抵抗を有し、 前記直流付勢手段は、前記PN接合に逆方向バ
イアスをかけるための直流電源を含み、 前記半導体本体に信号表示電荷を注入するため
の手段が設けられ、 前記直流電源の電圧は、逆方向バイアスにより
前記半導体本体の実質的に全体にわたつて延びる
空乏層を形成し、前記半導体本体に導入された小
数キヤリアの信号表示電荷が前記空乏層をよこぎ
つて前記空乏層内の電界の影響下に互いに実質的
に平行に前記半導体本体の前記中間層側に排出さ
れ、前記中間層を通つて流れ、前記液晶層を活性
化するものである ことを特徴とする液晶ライトバルブ。 ２ 前記信号表示電荷注入手段が、前記半導体本
体に隣接して設けられかつ前記少数キヤリアの電
荷を蓄積しこれを逆バイアスにより空乏層化され
た該半導体本体中に放出するための電荷結合素子
構造を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の液晶ライトバルブ。 ３ 前記電荷結合素子構造が、前記半導体本体上
に設けられた導電性エピタキシヤル層と、これと
隣接して設けられ、小数キヤリアの信号電荷をエ
ピタキシヤル層中に注入し、バイアス回路と接続
する複数個の電荷結合素子電極を内包する絶縁層
を具備することを特徴とする特許請求の範囲第２
項記載の液晶ライトバルブ。 ４ 前記半導体本体の第１層が、前記第２層より
も高い導電性を有し、かつ前記直流電源に接続し
た電極として設けられたことを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の液晶ライトバルブ。 ５ 前記信号表示電荷注入手段が、前記半導体本
体内に吸収されるべき入射光を受けて信号表示電
荷を該本体内に導入するための透明基板を含むこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の液晶
ライトバルブ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US79284277A | 1977-05-02 | 1977-05-02 | |
| US79664177A | 1977-05-13 | 1977-05-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS53137165A JPS53137165A (en) | 1978-11-30 |
| JPH027051B2 true JPH027051B2 (ja) | 1990-02-15 |
Family
ID=27121340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5078778A Granted JPS53137165A (en) | 1977-05-02 | 1978-05-01 | Liquid crystal light valve |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS53137165A (ja) |
| DE (1) | DE2818002C2 (ja) |
| FR (1) | FR2390012B1 (ja) |
| GB (1) | GB1596706A (ja) |
| IL (1) | IL54544A0 (ja) |
| SE (1) | SE443245B (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1604206A (en) * | 1977-06-20 | 1981-12-02 | Hughes Aircraft Co | Ac driven liquid crystal light valve |
| JPS57104115A (en) * | 1980-12-22 | 1982-06-29 | Nec Corp | Liquid crystal light valve |
| JPS57165820A (en) * | 1981-04-06 | 1982-10-13 | Nec Corp | Liquid-crystal light valve |
| JPS5834436A (ja) * | 1981-08-25 | 1983-02-28 | Canon Inc | 電気光学装置 |
| DE3434388A1 (de) * | 1984-09-19 | 1986-06-26 | Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8012 Ottobrunn | Verfahren zur erzeugung der ersten ableitung eines zweidimensionalen bildes und optisches bauelement zur durchfuehrung des verfahrens |
| GB8531307D0 (en) * | 1985-12-19 | 1986-01-29 | Turner J H | T v screen |
| US4826300A (en) * | 1987-07-30 | 1989-05-02 | Hughes Aircraft Company | Silicon-on-sapphire liquid crystal light valve and method |
| JP2738724B2 (ja) * | 1988-11-25 | 1998-04-08 | 松下電器産業株式会社 | 空間光変調素子及び神経ネットワーク回路 |
| GB8902443D0 (en) * | 1989-02-03 | 1989-03-22 | Jones Barbara L | Radiation detector |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1955915A1 (de) * | 1968-11-14 | 1970-06-18 | Rca Corp | Optische Einrichtung,insbesondere Bildwandler oder -verstaerker |
| US3593045A (en) * | 1969-12-29 | 1971-07-13 | Bell Telephone Labor Inc | Multiaddress switch using a confined electron beam in a semiconductor |
| US3824002A (en) * | 1972-12-04 | 1974-07-16 | Hughes Aircraft Co | Alternating current liquid crystal light value |
| US3976361A (en) * | 1974-11-18 | 1976-08-24 | Hughes Aircraft Company | Charge storage diode with graded defect density photocapacitive layer |
| DE2550033A1 (de) * | 1975-11-07 | 1977-05-12 | Hoechst Ag | Verfahren zum herstellen von wasser aufnehmenden celluloseaethern |
-
1978
- 1978-04-19 IL IL54544A patent/IL54544A0/xx not_active IP Right Cessation
- 1978-04-24 GB GB16130/78A patent/GB1596706A/en not_active Expired
- 1978-04-25 SE SE7804733A patent/SE443245B/sv not_active IP Right Cessation
- 1978-04-25 DE DE2818002A patent/DE2818002C2/de not_active Expired
- 1978-04-28 FR FR7812674A patent/FR2390012B1/fr not_active Expired
- 1978-05-01 JP JP5078778A patent/JPS53137165A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE2818002A1 (de) | 1978-11-16 |
| GB1596706A (en) | 1981-08-26 |
| IL54544A0 (en) | 1978-07-31 |
| JPS53137165A (en) | 1978-11-30 |
| SE443245B (sv) | 1986-02-17 |
| SE7804733L (sv) | 1978-11-03 |
| FR2390012B1 (ja) | 1985-02-01 |
| FR2390012A1 (ja) | 1978-12-01 |
| DE2818002C2 (de) | 1982-09-09 |
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