ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ СВЕТОВОЙ МОДУЛЯТОР С ОПТИЧЕСКОЙ АДРЕСАЦИЕЙ И СПОСОБ Российский патент 2011 года по МПК G02B26/02 B81B7/02 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Это изобретение имеет отношение к пространственным модуляторам света с оптической адресацией (ОА ПМС) (OASLMs), которые иногда называют световыми затворами.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Существует несколько отличающихся технологических подходов для создания дисплея видимого света, в особенности дисплеев большого размера, такие как охарактеризованные как телевизоры с большим экраном. Жидкокристаллические дисплеи обычно проявляют высокое разрешение и имеют выгодную малую толщину (например, приблизительно 3 дюйма (7, 6 см)), Они обычно ограничены размерами 42" (106, 7 см) (по диагонали) или менее из-за ограничений по стоимости и того факта, что питающий ток не может легко поддерживаться постоянным вдоль очень длинной аморфной кремниевой питающей линии строки или столбца, требуя значительно сложной электроники питания. Жидкокристаллические дисплеи страдают от того недостатка, что один-единственный пиксель может значительно ухудшить разрешающую способность всего дисплея; большие листы стекла имеют меньше больших панелей, таким образом, потеря выхода продукции является сильно нелинейной функцией и уменьшается с уменьшением размера дисплея.

Другая технология для больших дисплеев - плазменное телевидение, обычно коммерчески доступное в диапазоне от 42 до 50 дюймов (от 106, 7 до 127 см). В то время как плазменный телевизор имеет достаточно малую толщину (например, 4 дюйма (10,2 см) и широкий угол обзора, разрешающая способность не столь же высока, как в других технологиях, дорогая электроника адресации балансирует глубину бита за счет разрешающей способности, вместо того чтобы максимизировать и то и другое, вообще они более тяжелые и страдают от «прожигания» в экране дисплея через некоторое время, а также от того же самого дефицита мощности одного пикселя, что и жидкокристаллические дисплеи. Хотя продолжается некоторое исследование, касающееся использования органических LEDs (OLEDs) в больших дисплеях, последние обычно имеют время жизни приблизительно 8000 часов или меньше для применений такой большой мощности и считаются неотъемлемо ограниченными.

Телевидение с передним и задним проецированием становится более популярным по мере того, как преодолеваются некоторые из вышеупомянутых проблем с жидкокристаллическими и плазменными технологиями. Системы проецирования допускают размеры экрана в 100 дюймов (254 см) или больше и типично страдают от недостатка разрешающей способности и/или яркости (например, борясь с рассеянным светом для очень большого экрана). Световые затворы лежат в основе проекционных систем, смешивая оттенки различного цветного света (например, красного, зеленого и синего), чтобы обеспечить полный спектр цвета в отображенном изображении. Применения высокотемпературного поликристаллического кремния (HTPS), например такие, как изготовляются Seiko, Epson и Sony, хотя обычно используют дуговую лампу для освещения, все же показывают низкую яркость на дисплее из-за ограничений апертуры (отношение света к области отражения) и паразитную дифракцию. Более того, разрешающая способность в более коммерчески популярных моделях не лучше, чем разрешающая способность плазмы.

Световые затворы с жидким кристаллом на кремнии (LCoS) используются Sony, JVC и массой других изготовителей в относительно маленьком сегменте большого рынка дисплеев. В то время как они улучшают яркость и даже разрешение по сравнению с технологией HTPS за небольшую дополнительную стоимость, они также используют дуговую лампу для освещения, чтобы преодолеть потери света между дуговой лампой и дисплеем. Не является необычным для потери света в LCoS быть 35% или больше из-за апертуры, паразитной дифракции и отражательной способности алюминия. Изобретатели считают такие потери присущими технологии LCoS, потому что много света теряется между «плитками» (обычно дискретные алюминиевые отражатели), а еще большее количество теряется в результате дифракции от границ этих плиток.

Цифровая обработка света (DLP), технология, которую активно применяет Тексас Инструменте (Texas Instruments), также использует дуговую лампу и генерирует среднюю яркость, но меньшее разрешение по сравнению с LCoS. DLP демонстрирует еще более высокие потери света, чем LICoS, из-за вращающегося «цветного колеса» в дополнение к микроотражателям, которые дают потери наподобие плиток LCoS. Цветное колесо является необходимым для DLP, чтобы работать с одним-единственным световым затвором; многочисленные световые затворы для различных цветов приводят к достаточно высоким затратам, так что DLIP не был бы коммерчески конкурентоспособен при сравнении с другими технологиями.

В каждой из технологий HTPS, LCoS и DLP электроника адресации расположена непосредственно под поверхностью модуляции. Это приводит к двум конкурирующим проблемам. Во-первых, большая область КМОП (CMOS) красок для приводной электроники очень дорога; увеличение размера микросхемы КМОП очень нелинейно со стоимостью. Во-вторых, оптика требует, чтобы поверхность модуляции была достаточно большой, чтобы собрать достаточно света для функционирования большого дисплея с достаточным разрешением и яркостью. Слияние электроники двигателя и плоскости модуляции, как описано выше, приводит к низкому выходу и высокой стоимости для производства проекторов HTPS, LCoS и DLP. Что действительно необходимо в области техники, так это технология, которая обеспечивает большие экраны дисплеев (например, больше чем приблизительно 42 дюйма (106,7 см)) с хорошим разрешением и яркостью, без компромиссов, описанных выше, между размером микросхемы КМОП и оптической поверхностью модуляции, которые приводят к зашкаливанию затрат в настоящей технологии.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с одним вариантом выполнения изобретения предлагается оптическое устройство, которое содержит следующие слои в описанном порядке. Электрически изолированный первый запирающий слой расположен над первым электродным слоем, а фотопроводящий слой расположен над первым запирающим слоем. Слой, ограничивающий носители, расположен над фотопроводящим слоем. Слой, ограничивающий носители, ограничивает объем, в котором равномерно распределены ловушки для носителей. Электрически изолированный второй запирающий слой расположен над слоем, ограничивающим носители, а светозапорный слой расположен над вторым запирающим слоем для того, чтобы заблокировать свет выбранной полосы длин волн. Отражающий слой расположен над светозапорным слоем для того, чтобы отражать свет в пределах выбранной полосы длин волн, двоякопреломляющий или дисперсионный слой расположен над отражающим слоем, а оптически пропускающий второй электродный слой расположен над двоякопреломляющим или дисперсионным слоем. Термин «расположен над» не подразумевает, что слои должны быть непосредственно присоединены друг к другу; между вышеупомянутыми описанными слоями могут быть размещены промежуточные слои, как подробно показано ниже.

В соответствии с другим вариантом выполнения изобретения предлагается способ изготовления многослойного оптического устройства. В этом способе предусмотрен первый проводящий слой, и над этим первым проводящим слоем выращивают слой арсенида галлия GaAs при температуре меньше, чем приблизительно 425 градусов Цельсия. Электрически изолированный слой располагают над слоем GaAs, фотопроводящий слой располагают над электрически изолированным слоем, а светозапорный слой располагают над фотопроводящим слоем. Светозапорный слой блокирует свет выбранной полосы длин волн. Отражающий слой располагают над запирающим свет слоем, причем отражающий слой отражает свет выбранной полосы длин волн. Двоякопреломляющий слой или дисперсионный слой располагают над отражающим слоем, а оптически пропускающий второй проводящий слой располагают над двоякопреломляющим или дисперсионным слоем. Как и с оптическим устройством, описанным выше, терминология, что слой располагают над другим слоем, не подразумевает, что расположенный слой обязательно должен находиться в контакте со слоем, над которым он расположен; возможны промежуточные слои, без отхода от этой идеи изобретения, при этом несколько таких промежуточных слоев, в дополнение к детально описанным выше, очень подробно описаны ниже.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Предшествующие и другие аспекты этой идеи изобретения являются более очевидными в следующем подробном описании при ознакомлении вместе с приложенными чертежами.

Фиг.1А представляет собой схематический вид в разрезе, показывающий некоторые из отличительных слоев пространственного модулятора света с оптической адресацией (ОА ПМС), в соответствии с вариантом выполнения изобретения.

Фиг.1В представляет собой схематическую диаграмму, похожую на Фиг.1А, но иллюстрирующую другой вариант выполнения.

Фиг.1C представляет собой схематическую диаграмму, похожую на Фиг.1А, но иллюстрирующую еще один вариант выполнения.

Фиг.2А-С представляет собой схематические диаграммы, иллюстрирующие движение и захват в ловушку электронов и дырок в пределах слоистого светового затвора, изображенного на Фиг.1А.

Фиг.2D-2Е представляют собой схематические диаграммы, похожие на Фиг.2С, но иллюстрирующие пары электронов и дырок в соответствующих втором и первом слоях, ограничивающих носители.

Фиг.2F представляет собой эквивалентную схему, изображающую определенные уровни в световом затворе, показанном на Фиг.1А.

Фиг.3А-3С похожи на Фиг.2В-2С и Фиг.2Е соответственно, но для варианта выполнения, изображенного на Фиг.1 В.

Фиг.4 изображает кривую роста в координатах температуры от времени для нескольких более низких слоев варианта выполнения, изображенного на Фиг.1А.

Фиг.5 представляет собой схематическую диаграмму одного светового затвора с пространственной модуляцией вместе с проекционным модулем для совместного формирования проекционного изображения.

Фиг.6 представляет собой схематическую диаграмму трех световых затворов с пространственной модуляцией вместе с одним типом проекционного модуля для совместного формирования проекционного изображения.

Фиг.7 представляет собой схематическую диаграмму трех световых затворов с пространственной модуляцией вместе с другим типом проекционного модуля для совместного формирования проекционного изображения, а также показывает источник света в виде дуговой лампы предшествующего слоя техники, показанной на чертеже в целях сравнения.

Фиг.8 представляет собой другой вариант выполнения проекционного модуля, выполненного для использования ОА ПМС, в соответствии с этими идеями изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ

Световые затворы с оптической адресацией имеют несколько преимуществ перед другими коммерческими технологиями построения изображений на больших экранах, такими как MEMS, жидкие кристаллы на кремнии или высокотемпературный поликристаллический кремний. Например, определенные варианты выполнения этого изобретения предлагают существенные выигрыш в стоимости по сравнению с этими технологиями. Варианты выполнения светового затвора, описанные здесь, в состоянии поддерживать этендю до значительно более существенного уровня, чем проекционные технологии, использующие цветную последовательную модуляцию или системы с многочисленными световыми затворами с ограниченной площадью поверхности, как и в случае с жидкокристаллическими дисплеями на кремнии. Этендю может пониматься как оптическая эффективность пропускной способности через сильно отличающиеся оптические устройства. Когда источник света связан с проекционным модулем, этендю является мерой оптической эффективности этой связи. Если источник представляет собой лазер, то этендю может быть полностью сохранена. Когда источник является неточечным, как обычно используется в технике получения изображения с большим экраном, этендю становится значимым фактором, поскольку оптическая связь от неточечного источника света с модулятором обычно очень слаба в значительной степени из-за того, что модулятор имеет обычно маленький размер (например, кристалл имеет размер меньше, чем 0,9 дюйма (2,25 см) по диагонали), так что свет, который непосредственно не падает на модулятор, теряется, если только он не управляется эффективно для этендю. Простое увеличение размера кремниевого кристалла не является экономически выгодным, поскольку такое выполнение сократило бы количество кристаллов, изготовляемых из одной полупроводниковой пластины, эффективно полностью изменяя некоторые из рентабельностей, которые управляют законом Мура непрерывного уменьшения стоимости за один кристалл. Отношение между размером кристалла и стоимостью не линейное; удвоение размера кристалла более чем вдвое увеличивает стоимость этого кристалла большего размера, обычно значительно более, чем вдвое. Вообще, в уровне техники используется источник белого света большой мощности, такой как дуговая лампа, свет от которой модулируется и пикселируется, чтобы преодолеть плохую этендю посредством полной оптической выходной мощности этого источника. Но дуговая лампа работает при высоких температурах и требует периодической замены лампочки. Варианты выполнения этого изобретения обеспечивают более изящное решение, чем простое увеличение мощности в источнике света. Кроме того, световые затворы с оптической адресацией не подвержены ограничениям других технологий, заключающимся в том, что управляющая электроника лежит непосредственно под плоскостью оптической модуляции. Это подробно описано в разделе «Уровень техники» и приводит к более высокой стоимости и худшим рабочим характеристикам из-за компромисса между размерами микросхемы КМОП и плоскостью оптической модуляции.

На Фиг.1А в разрезе изображено оптическое устройство ОА ПМС 20 в соответствии с вариантом выполнения изобретения. Относительные толщины слоя, изображенные на Фиг.1А или 1В, не показаны в масштабе и не являются пропорциональными относительно друг друга; Фиг.1А-1С показаны лишь для иллюстрации различных слоев как отличительных объектов. Поскольку варианты выполнения Фиг.1А-1С являются вариантами выполнения с передней адресацией (сверху), различные слои показаны ниже в деталях в порядке сверху вниз. Фиг.1А описан в соответствии со спецификацией, Фиг.1 В описан в соответствии с его отличительными особенностями от Фиг.1А, а Фиг.1С описан в соответствии с его отличительными особенностями от Фиг.1В.

На Фиг.1А защитный верхний слой 22 образует переднюю поверхность 22а ОА ПМС 20 для защиты лежащих под ним слоев и является по существу пропускающим для света как в видимой, так и в инфракрасной (ИК) полосе. Стекло, сапфир, кварц, SiC, ZnO, и GaP являются иллюстративными, но не исключительными материалами, из которых может быть выполнен защитный верхний слой 22. Ниже защитного слоя 22 выполнен пропускающий свет проводник 24, который является электрически проводящим, и пропускающий свет в видимой и ИК-полосе. Пропускающие свет проводящие уровни известны в уровне техники (см., например, патент США №5084777 «Прогресс в световых затворах на жидких кристаллах», автор W.P.Bleha в журнале Laser Focus/Electro-Optics, октябрь 1983; и "Развитие пространственных световых модуляторов, основанных на арсениде галлия", авторы Michael С.Hebbron и Surinder S.Makh в журнале PSLIE том 825 Spatial Light Modulators and Applications LILI, 1987). Иллюстративный материал для проводящего слоя - индий - оксид олова (обычно LITO), который по существу прозрачен к видимому свету и только слегка ослабляет ИК-свет. Проводящий слой 24 по существу перекрывает все поперечное сечение ОА ПМС 20, чтобы обеспечить относительно равномерный заряд по всему поперечному сечению.

Ниже прозрачного проводящего слоя 24 расположен двоякопреломляющий или дисперсионный слой 26, такой как жидкие кристаллы, оксид висмута или другие материалы, либо кристаллические по своей структуре, либо нет, но те, которые могут модулировать свет. Расстояние между слоями 24 и 26 называется пространством между слоями, тогда как слой 26 по существу однороден и важен, поскольку этот слой определяет модуляцию света, когда ОА ПМС 20 находится в рабочем состоянии. Примыкающим сбоку каждой главной поверхности двоякопреломляющего/дисперсионного слоя 26 (то есть и выше, и ниже двоякопреломляющего/дисперсионного слоя 26, как проиллюстрировано на Фиг.1А) является выравнивающий слой 27а, 27b для закрепления слоя 26. Иллюстративным материалом для выравнивающих слоев является оксид кремния SiOx. Как будет показано, поскольку свет, который должен быть модулирован, проходит дважды через двоякопреломляющий/ дисперсионный слой 26, этот слой должен только модулировать считываемый свет, наполовину того, сколько это нужно для устройства с одним проходом света, и поэтому может быть тонким, повышая скорость переключения и разрешающую способностью.

Ниже двоякопреломляющего/дисперсионного слоя 26 расположен распределенный брэгговский отражатель (РБО) (DBR) 28 или слой холодного зеркала, в более общем случае - отражающий слой, состоящий из диэлектрических материалов, который являются отражающими в пределах выбранной полосы длин волн. В одном варианте выполнения свет адресации является инфракрасным, а модулированный считываемый свет является видимым, так что слой РБО 28 отражает или блокирует свет в видимой полосе, позволяя все же выбранным спектральным длинам волн ИК-света проходить относительно свободно. Слой РБО 28 может быть легко настроен, чтобы пропускать только конкретную ИК-полосу, представляющую интерес, так что из всего света, входящего в ОА ПМС 20 через переднюю поверхность 22а (например, модулированного считывающего света и свету адресации), только ИК-свету в пределах полос, представляющих интерес, дозволено проходить через слой РБО 28. Слой РБО 28 может быть непосредственно откорректирован посредством конструкции слоя РБО 28, чтобы сформировать узкополосный режекторный фильтр или полосовой пропускающий фильтр для определенных ИК-длин волны, или же в комбинации с светозапорным слоем (СЗС) (LBI). В качестве альтернативы, вариант выполнения, изображенный на Фиг.1В, показывает первый слой РБО 28а, подобный слою РБО 28, описанному выше в отношении Фиг.1А, осажденный на слой СЗС 30 с потенциально меньшей толщины, чем обычно использовалось в варианте выполнения, изображенном на Фиг.1А, который, в свою очередь, осажден на второй слой РБО 28b. По сравнению с вариантом выполнения, изображенным на Фиг.1А, в этом варианте выполнения добавлен второй слой РБО 28b между СЗС 30 и первым запирающим слоем 36а.

Как будет в деталях показано ниже, каждая ИК-полоса, представляющая интерес для света адресации, может считаться как адресуемой к определенной спектральной ширине света в изображении на выходе, называемом считываемым светом, для которого адресуется та конкретная ИК-полоса. В иллюстративном варианте выполнения РБО 28 (или РБО 28а, 28b) выполнены из чередующихся слоев материалов, имеющих различный коэффициент преломления для заданных длин волн, представляющих интерес, таких как диоксид титана ТlIO₂ и диоксид кремния SiO₂, или арсенид алюминия AlAs, и арсенид галлия GaAs. В любом выполнении РБО может быть выполнен из множества материалов, включая, но не ограничиваясь NbO₅, SiO₂, TiO₂, Та₂О₅, ZnSe, AlAs, GaAs и т.д. В то время как эти описания применительны к ИК-свету адресации и видимому считываемому свету, эти полосы длин волн являются иллюстративными; считываемый свет может быть, например, УФ- или ИК-светом, приводя к тому, что для формирования различных слоев в световом затворе используются различные материалы, чтобы блокировать/отражать полосы длины волны для невидимого считываемого света.

Возвращаясь к Фиг.1А, отметим, что светозапорный слой 30, отдельный от слоя РБО 28 и отличающийся от него, лежит ниже слоя РБО 28, чтобы еще больше блокировать любой видимый свет, который может пройти, поскольку слой РБО 28 может быть меньше чем 100% эффективным в отражении видимого света (или другого света вне предназначенной полосы пропускания). Светозапорный слой 30 также может быть настроен, чтобы пропускать или частично поглощать представляющие интерес выбранные ИК-полосы путем подбора материала с подходящей непрямой или прямой запрещенной зоной. Светозапорный слой 30 в целом имеет толщину приблизительно 1 микрон и работает как оптически инвариантный электрический элемент. Таким образом, в зависимости от вида электрического поля, приложенного поперек устройства, емкость, сопротивление и/или импеданс светозапорного слоя 30 не меняются в зависимости от интенсивности падающего на него света. Если бы это было иначе, светозапорный слой 30 имел бы переменные электрические свойства, которые вызвали бы непреднамеренную модуляцию света в слое 26 в вариантах выполнения, показанных на Фиг.1А-1В, приводя к неэффективности всех рабочих характеристик устройства. Благоприятная особенность светозапорного слоя 30 заключается в том, что любые созданные там носители заряда обладают коротким временем жизни. Материал светозапорного слоя 30 выбран так, чтобы быть сильно поглощающим для спектров с энергией, больше чем запрещенная зона того материала (если у материала есть запрещенная зона). Светозапорный слой 30 может быть выполнен из низкотемпературного материала (см. ниже описание для слоев 34а, 34b, ограничивающих носители), или даже из AlGaAs, InGaAs, GaAs, a-SiGe:H, CdTe низкого качества, или же, например, из мелкого зернистого поликристаллического или осажденного GaAs, так что любые носители заряда (например, дырки или электроны), созданные благодаря поглощению спектров в пределах диапазона энергии выше запрещенной зоны, имеют короткое время жизни (например, они не разделяются под приложенным электрическим полем поперек электродов 24, 38), и поэтому не модулируют в значительной степени емкость, сопротивление или импеданс светозапорного слоя 30.

Фотопроводящий слой 32, показанный на Фиг.1А, как имеющий первый ограничивающий носители слой 34а и дополнительный второй ограничивающий носители слой 34b, ближайший к его соответствующим противоположным основным поверхностям, расположен ниже светозапорного слоя 30 в том месте, где ИК-свет адресации преобразуется в электрические носители заряда (дырки и электроны). Из-за отражения видимого света на слое РБО 28 и из-за поглощения или отражения в светозапорном слое 30 света за пределами полосы пропускания, который проходит через слой РБО 28, ИК-свет в пределах представляющей интерес выбранной полосы проходит для возбуждения фотопроводящей части 32 фотопроводящего слоя. Любой считываемый свет, который действительно достигает фотопроводящего слоя 32, с большой долей вероятности создает носители и, следовательно, изменение в емкости, сопротивлении и/или импедансе этого слоя под влиянием остаточного считываемого света, достигающего его, должно создать напряжение поперек двоякопреломляющего слоя 26 ниже его порогового напряжения так, чтобы не вызвать модуляцию считываемого света в этом слое.

Иллюстративным материалом для фотопроводящего слоя 32 является высококачественный арсенид галлия GaAs, возможно меняющийся в зависимости от мольной доли In и Al от InGaAs до AlGaAs. Этот слой 32 может меняться по толщине до десятков микронов, а некоторые иллюстративные варианты выполнения дают намного меньшую толщину порядка от сотен нанометров до микронов (например, от 100 или 200 нм до 2 или 5 микронов), которая увеличивает разрешение по сравнению с более толстыми гидрогенизированными аморфными кремниевыми фотопроводящими слоями. Эти более тонкие слои тоньше, чем фотопроводящие слои предшествующего уровня техники, которые используют режим адресации сзади. Однако отметим, что возможно осуществить адресацию устройства описанного здесь типа сзади также при использовании соответственно подобранных спектральных длин волн адресации и/или удаляя нижнюю полупроводниковую пластину и прикрепляя остаток структуры к материалу, который по существу прозрачен к подобранным спектрам адресации. Большая часть фотовозбуждения осуществляется в первых двух микронах материала фотопроводника In/GaAs/GaAs/AlGaAs с его высокими свойствами поглощения, в которые ударяет падающий свет. AlGaAs и GaAs предпочтительны для фотопроводящего слоя 32 с точки зрения производственной эффективности, как подробно описано ниже в отношении первого ограничивающего носители слоя 34а (и второго ограничивающего носители слоя 34b) и подложки 40.

Первый ограничивающий носители слой 34а лежит ближе к светозапирающему слою 30 для видимого света (по сравнению со вторым ограничивающим носители слоем 34b) и легирован включениями мышьяка (или распределением некоторых других узлов, создающих энергетический барьер), которые существенно препятствуют движению носителей заряда около границы между ограничивающим носители слоем и изолирующим слоем 36а. Второй ограничивающий носители слой 34b лежит ближе к подложке 40 и также легирован включениями мышьяка или другими узлами, создающими энергетический барьер, которые существенно препятствуют движению носителей заряда около границы между ограничивающим носители слоем и изолирующим слоем 36b. Полная толщина каждого ограничивающего носители слоя 34а, 34b предпочтительно приблизительно между пятью и двадцатью нанометрами в одном варианте выполнения. Большая толщина для ограничивающего носители слоя 34а, 34b привела бы к тому, что эти слои поглощали бы значительную энергию, предназначенную для фотопроводника, что нежелательно. Более тонкие размеры для ограничивающих носители слоев 34а, 34b гарантируют, что они не являются оптически активными и что носители заряда хорошо улавливаются включениями As.

Иллюстративным материалом для слоев, ограничивающих носители, обычно называют низкотемпературно выращенный арсенид галлия, обозначенный как LT-GaAs, низкотемпературно выращенный индий галлий арсенид, обозначенный как LT-InGaAs, и/или низкотемпературно выращенный алюминий галлий арсенид, обозначенный как LT-AIGaAs. LT-GaAs, так же как и другие материалы LT-, выращивают при более низкой температуре, чем 'обычный' GaAs (или другие материалы), обычно в пределах диапазона приблизительно от 200 до 300 градусов С, тогда как 'обычный' GaAs обычно выращивают при температуре в диапазоне приблизительно от 500 до 600 градусов С. В некоторых контекстах выращенный при средних температурах GaAs, называемый ITG-GaAs, выращивают в диапазоне температур приблизительно от 375 до 425 градусов С. Заметим, что приведенные выше диапазоны не являются точными; термины LT-GaAs и ITG-GaAs известны в уровне техники, но не определены точно по температуре. Второй ограничивающий носители слой 34b является необязательным, при этом каждый из ограничивающих носители слоев 34а, 34b или оба эти слоя могут изменяться по толщине приблизительно от пяти до двадцати нанометров в иллюстративных вариантах выполнения, чтобы гарантировать, что ограничивающий носители слой не является оптически активным. На Фиг.1 показан вариант выполнения, в котором отсутствует нижний, или второй, ограничивающий носители слой 34b, и работа этого варианта выполнения показана подробно со ссылкой на Фиг.3А-3В ниже.

Отдельная граница раздела между ограничивающими носители слоями 34а, 34b и фотопроводящим слоем 32 может являться градиентным переходом. Например, слои индий галлий арсенида InGaAs и/или AlGaAs могут быть расположены между GaAs фотопроводящим слоем 32 и каждым или обоими ограничивающими носители слоями 34а, 34b, плавно меняясь по составу от чистого GaAs в фотопроводящем слое 32 на мольную долю AlGaAs или InGaAs вдоль перехода (различающиеся слои перехода не показаны) и превращаясь в LT-GaAs, LT-lInGaAs и/или LT-AlGaAs в ограничивающих носители слоях 34а, 34b. В одном варианте выполнения может быть предпочтительно иметь ограничивающий носители слой, выполненный из LIT-AlGaAs с плавным изменением по составу к настроенному фотопроводящему слою 32, который может быть выполнен из AlGaAs, GaAs или InGaAs, поскольку включения As в LT-AlGaAs являются более глубокими и в связи с этим формируют еще лучшие ловушки носителей. В другом варианте выполнения ряд слоев AlGaAs, GaAs и/или InGaAs и их LT-эквиваленты могут иметь плавное изменение по составу для настройки сопротивления и/или емкости фотопроводящего слоя.

Дополнительный первый запирающий слой 36а лежит между первым ограничивающим носители слоем 34а и светозапорным слоем 30. Это предотвращает перемещение носителей заряда, пойманных в ловушку в пределах первого ограничивающего носители слоя 34а, к светозапорному слою 30 и двоякопреломляющему слою 26. Второй дополнительный запирающий слой 36b расположен между вторым ограничивающим носители слоем 34b и нижним электродным слоем 38. Второй запирающий слой 36b препятствует миграции носителей заряда между нижним электродом 38 и фотопроводящим слоем 32 или вторым ограничивающим носители слоем 34b в зависимости от того, присутствует ли дополнительный ограничивающий носители слой 34b или нет. Запирающие слои 36а, 36b могут или могут и не быть выполнены из одного и того же материала. Иллюстративным материалом для запирающих слоев 36а, 36b является любой изоляционный материал, совместимый со смежными слоями, такой как алюминий-галий-арсенид AlGaAs, арсенид алюминия AlAs или любой диэлектрический материал.

Нижний электродный слой 38 может быть любым проводником, и для варианта выполнения с передней адресацией, как показано на Фиг.1А, нижний проводник 38 может и не быть оптически пропускающим. Иллюстративные материалы для нижнего слоя проводника 38 включают легированный GaAs, легированный AlGaAs (любой из различных мольных долей Al), легированный InGaAs (любой из различных мольных долей In), легированную решетку GalnP, соответствующую GaAs, или проводящий оксид, такой как оксид индия-олова (обычно ITO), осажденный после удаления подложки GaAs, используемой для эпитаксии устройства, или фактически это может быть сама подложка, которая может быть проводящей; в этом случае слои 38 и 40 являются одним и тем же слоем.

Слой 40 подложки является предпочтительно полупроводниковой пластиной, выполненной из GaAs, и может выполнять три функции. Во-первых, он является механической подложкой для поддержания всего ОА ПМС 20. Во-вторых, он может выполнять роль нижнего электрода 38, расположенного напротив пропускающего свет проводника 24. Как изображено на Фиг.1А, электрическое поле (предпочтительно, переменное) приложено поперек нижнего электрода 38 и пропускающего свет слоя 24, как будет в деталях показано ниже. Если отдельный нижний электродный слой 38 расположен, как показано на Фиг.1А, то любые электрически проводящие свойства подложки 40 еще больше распределяют заряд по всему поперечному сечению ОА ПМС 20. В качестве альтернативы подложка 40 может выполнять роль единственного нижнего проводника и отдельного нижнего проводника, в этом случае слой 38 не является необходимым. В качестве альтернативы подложка 40 может быть полуизолирующей с электродом, содержащим легированный InGaAs, GaAs, AlGaAs, InAs, ITO, Au/Ti или другой обычный электродный материал, осажденный под подложкой с дополнительным отделяющим их изолирующим слоем, содержащим As, AlGaAs, SiO₂ или другой подходящий материал, или же без этого слоя. В-третьих, подложка 40 выполняет роль затравочного слоя, из которого выращивается эпитаксиальный слой GaAs (в определенных вариантах выполнения). В некоторых вариантах выполнения полупроводниковая пластина GaAs может быть удалена и выращенные эпитаксиальные слои могут быть прикреплены к отдельной подложке, или могут быть и не прикреплены к ней. Чтобы достигнуть этого, существует несколько способов, включая полировку, отслаивание и химическое отделение, используя для этого временный слой, но не ограничиваясь этими способами. Эпитаксия GaAs может быть использована в некоторых вариантах выполнения для формирования второго запирающего слоя 36b (например, AlGaAs), второго ограничивающего носители слоя 34b (например, IT-GaAs), фотопроводящего слоя 32 (например, GaAs), первого ограничивающего носители слоя 34а и первого запирающего слоя 36а, и даже светозапорного слоя 30. Конечно, в других вариантах выполнения функции по меньшей мере механической подложки и нижнего электрода могут быть разделены по различным слоям и/или для некоторых слоев, отмеченных непосредственно выше, могут быть использованы различные материалы, возможно, теряя некоторую рентабельность в производстве, которая является результатом роста этих различных слоев в одном изменяющемся процессе из полупроводниковой пластины 40 GaAs. Другие иллюстративные материалы для подложки 40 включают полупроводниковые пластины германия, кремний-германий на кремниевых полупроводниковых пластинах, полупроводниковые пластины ZnSe и InGaP, но этим не ограничиваются.

Полупроводниковая пластина GaAs предпочтительна в качестве подложки 40 по нескольким причинам. В то время как кремний значительно больше распространен, полупроводниковые пластины GaAs занимают второе место в коммерческом объеме производства полупроводниковых пластин, таким образом, они вполне доступны. Например, кристаллы GaAs в настоящее время используются в сотовых телефонах (HBTs и pHEMTs), DVD и CD плейерах, и для красного СИД. С коммерческой точки зрения окончательная стоимость за GaAs от размера, используемого в ОА ПМС, не настолько нелинейна, как стоимость от размера кремниевых кристаллов, которые включают транзисторы (таких технологий, как LCoS или DLP). В то время как скейлинг стоимости дает не совсем линейную зависимость от площади поверхности, отношение стоимости от размера кристалла для ОА ПМС, выполненного из GaAs, является весьма небольшим по сравнению с устройствами аналогичных размеров, использующих КМОП, таких как LCoS и MEMS устройства, в которых отношение очень нелинейно. Увеличение размера кристалла является простым способом увеличить этендю во всей оптической системе, и вышеупомянутое рассмотрение стоимости делают кристалл GaAs большего размера намного более коммерчески привлекательным, чем кристалл Si (с электроникой КМОП) пропорционально увеличенного размера. С технической точки зрения, на монолитной полупроводниковой пластине GaAs может быть без труда выращен слой с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) (МВЕ) или химического осаждения металлорганических соединений из газовой фазы (MOCVD). Существующая технология не позволяет, как отмечено здесь, выращивать слои LT-GaAs или другие слои LT-типа с включениями, используя процесс MOCVD, поэтому их выращивают, используя МЛЭ, хотя были сообщения, что это возможно. Все другие эпитаксиальные слои могут быть выращены процессами MOCVD или МЛЭ. Предшествующая коммерциализация эпитаксии GaAs продвинула технологию до возможности выращивать совпадающие по постоянной решетке эпитаксиальные слои GaAs с хорошим выходом, разумной стоимостью и высокой однородностью. Цифровые световые затворы с оптической адресацией предшествующего уровня техники, те, что были первоначально созданы много лет назад фирмами Хью Электроникс (Hughes Electronics (R)) и ГрэйХоук Системз (Greyhawk Systems (R)), были в основном основаны на аморфном кремнии, используя процесс распыления для осаждения гидрогенизированного аморфного кремния a-Si:H на оксиде индия-олова на стекле. Поскольку слои были толстыми, а коэффициенты теплового расширения подложек и электродов, на которых они были осаждены, были различны, часто после осаждения во время охлаждения развивались трещины.

На Фиг.1C изображен в схематической форме еще один вариант выполнения ОА ПМС 20, причем далее подробно описаны только различия по сравнению с вариантом выполнения, изображенным на Фиг.1 В. Заметим, что на Фиг.1С нижний электрод 38 расположен под подложкой 40, на противоположной стороне, по сравнению с верхним электродом / пропускающим свет проводящим слоем 24. Диэлектрические наборные слои 39а, 39b лежат с обеих сторон нижнего электрода 38, а третий запирающий / изолирующий слой 36 с расположен между нижним электродом 38 и подложкой 40. Как и на Фиг.1А, на Фиг.1С показан только один-единственный слой РБО 28, непосредственно над светозапорным слоем 30. Так же как и на Фиг.1А, на Фиг.1С показан второй ограничивающий носители слой 34b, расположенный на противоположной стороне фотопроводящего слоя 32, по сравнению с первым ограничивающим носители слоем 34а, тогда как на Фиг.1В показан только один-единственный ограничивающий носители слой. На Фиг.1С диэлектрические наборные слои 39a, 39b являются дополнительными, как и любой из запирающих/ изолирующих слоев 36а, 36b, 36 с, или даже все три эти слоя. И вторые, и третьи запирающие слои 36b, 36с являются дополнительными, поскольку в некоторых вариантах выполнения подложка 40 непосредственно может электрически изолировать нижний проводник 38 от второго ограничивающего носители слоя 34b и фотопроводящего слоя 32. Как очевидно из Фиг.1А-1С, эти различные варианты выполнения могут быть объединены для получения различных конкретных слоистых структур в соответствии с этими идеями изобретения, без отхода от объема изобретения; различные функции и взаимосвязи слоев приведены здесь подробно, чтобы обеспечить возможность таких других комбинаций.

Далее подробно описаны характерные особенности ограничивающих носители слоев 34а, 34b. После выращивания ограничивающие носители слои 34а, 34b отжигают при температуре, поднятой выше температуры, при которой эти слои были выращены. Например, для LT-GaAs, выращенного приблизительно при 200-300 градусах С, температура отжига может быть в пределах диапазона приблизительно от 500 до 600 градусов С. Для LT-AIGaAs, также выращенного при 200-300 градусах С, температура отжига может быть в пределах диапазона приблизительно от 600 до 700 градусов С, при этом отжиг может продолжаться в течение по меньшей мере приблизительно двадцати минут или больше. Более значительные времена отжига обычно не сказываются неблагоприятно на желаемых свойствах ограничивающих носители слоев 34а, 34b. Во время отжига мышьяк, который выделяется из напряженной решетки GaAs во время фазы низкотемпературного роста, становится почти однородно распределенным по всему объему ограничивающих носители слоев 34а, 34b и образует различимые, почти сфероподобные узлы. Эти включения мышьяка или захватывающие носители узлы действуют как металлический компонент барьеров Шоттки (Schottky) в тех слоях 34а, 34b уже завершенного ОА ПМС 20, которые имеют энергетический уровень ниже энергетического уровня электронов и дырок в слое 32, препятствуя их миграции по меньшей мере в течение некоторого промежутка времени, который не может считаться незначительным, в плоскости слоя или в направлении передней поверхности 22а или подложки 40. Промежуток времени, который не может считаться незначительным, рассматривают в контексте всего ОА ПМС 20. В соответствии со стандартами, в настоящее время действующими в Великобритании и США, видеокадр должен обновляться соответственно раз в 1/24, 1/50 или 1/60 секунду. В вариантах выполнения изобретения видеокадр обновляется с двойной, по сравнению с указанной, частотой, так что ограничение на перемещение носителей заряда, которое не считается незначительным, для вариантов выполнения с 120 Гц, удерживают носители заряда на месте по меньшей мере в течение от 1/48 до 1/120 секунды. Другие варианты выполнения с различными частотами регенерации могут работать с различной круговой частотой и поэтому по-другому определяют промежуток времени, который не считается незначительным. Обычно ограничивающие носители слои 34а, 34b выполнены для удержания или захвата носителей заряда одного типа (дырок или электронов, в зависимости от направления приложенного электрического поля) по меньшей мере в течение промежутка времени, определяемого круговой частотой приложенного между электродами 24, 38 электрического поля. Поскольку миграцию носителей заряда можно смоделировать как распределение, можно считать, что ограничивающие носители слои захватывают значительное большинство (например, больше чем приблизительно 85%, предпочтительно больше, чем приблизительно 95%) носителей заряда одного типа (дырок или электронов в зависимости от направления приложенного электрического поля) для этого промежутка времени.

Далее описана работа ОА ПМС 20. Предпочтительно, поляризационный входной фильтр 42 помещен между ОА ПМС 20 и источником 44 ИК-адресации (световой адресации), если используется двоякопреломляющий модулирующий слой 26, из которых на Фиг.1А изображен источник 44 в виде трех различающихся ИК-источников, каждый из которых предназначен для адресации ОА ПМС, настроенного для модуляции либо красного, либо зеленого, либо синего видимого света (соответственно IR_R, IR_G и IR_B). Может быть использован один источник 44 адресации, как будет описано ниже в отношении Фиг.5, хотя любое число источников адресации и/или световых затворов может быть использовано в различных вариантах выполнения, не обязательно ограниченных одним или тремя источниками адресации, подробно здесь описанными. Например, для большей точности и эффективности управления цветом в спроецированном изображении могут быть использованы более трех источников цвета и световых затворов. Такие изменения с очевидностью следуют из показанных здесь примеров. Входной поляризационный фильтр 42 предпочтительно является отражающим и не выполнен одной деталью с ОА ПМС 20.

ИК-свет адресации из источника 44 (который может быть, а может и не быть поляризован) проходит через стеклянный верхний слой 22 и пропускающий свет проводник 24 по существу неослабленным. Из-за отражения видимого света, который выводится от ОА ПМС 20, из самого источника 44, или из любого другого испускающего источника, может присутствовать свет вне выбранной ИК-полосы; таким образом, конструкция ОА ПМС 20 не предполагает, что в переднюю поверхность 22а входит только ИК-свет в выбранных полосах. ИК-свет адресации проходит через жидкокристаллический слой 26. Поскольку видимый свет, который будет модулирован, проходит через слой 26 дважды, один раз вдоль входного пути и один раз вдоль выходного пути, как будет описано далее, толщина слоя 26 может быть меньше, чем толщина слоя для светопропускающих затворов, предпочтительно наполовину. Электрическое приложенное поле поперек пропускающего свет проводника 24 и нижнего электрода 38 (или подложки/полупроводниковой пластины 40 в качестве нижнего электрода или электрода под подложкой/полупроводниковой пластиной 40) вместе с наложением входного ИК-света адресации, который ударяет в фотопроводящий слой 32, модулирует слой 26. ИК-свет адресации может вызвать, например, модуляцию ширины импульса путем обеспечения всплеска энергии постоянной амплитуды и модулированного во времени (вызванного в этом случае фотонами), определяемую взаимодействием различных слоев в ОА ПМС и в приложенном электрическом поле. Как было проверено, изобретатели были в состоянии получить 2,1 миллионов клеток в двоякопреломляющем слое 26, что обеспечило 2,1 миллиона пикселей в изображении на выходе. Разрешающая способность может быть по определению ниже, а фактически она существенно выше. ИК-свет адресации может также состоять из последовательности световых импульсов и/или амплитудно-модулированной и/или модулированной во времени последовательности или одного импульса энергии.

ИК-свет адресации проходит из слоя 26 через слой РБО 28 и светозапорный слой 30, которые задерживают почти весь видимый свет и фактически почти весь свет вне представляющей интерес полосы, на которую настроены эти слои 28, 30, не давая свету пройти ниже светозапорного слоя 30. ИК-свет адресации затем проходит через первый запирающий слой 36а, первый ограничивающий носители слой 34а, а затем и фотопроводящий слой 32. Из-за толщины ограничивающих носители слоев 34а, 34b (например, предпочтительно приблизительно от 5 до 20 нм) эти слои не являются оптически активными или оптически чувствительными. В то время как оптическая чувствительность является обычно функцией длины волны, для всех практических целей подразумевается, что LT-GaAs не является оптически чувствительным, пока его толщина слоя больше приблизительно 100 нм для длин волн в видимом или ИК-диапазонах, что выше энергии запрещенной зоны. LT-GaAs с толщиной слоя меньше, чем приблизительно 100 нм, приводит к тому, что слой становится оптически нечувствительным и никакие носители заряда не генерируются от света адресации в пределах этого тонкого слоя LT-GaAs. Короче говоря, ограничивающие носители слои 34а, 34b с описанными здесь порядками толщин не является фотопроводящими. Отметим, что фотопроводящий слой 32 не предполагается обладать свойствами захвата носителей; электроны и дырки мигрируют свободно в пределах этого фотопроводящего слоя 32. В терминах носителей заряда для конкретных вариантов выполнения они генерируются только в пределах фотопроводящего слоя 32; они захватываются только в ограничивающих носители слоях 34а, 34b; и после смены приложенного электрического поля на обратное дырки дрейфуют в одном направлении, а электроны дрейфуют в другом направлении и, таким образом, только один тип носителей скапливается в каждом ограничивающем носители слое. После смены приложенного электрического поля на обратное один или оба типа носителей освобождаются и рекомбинируют с захваченным носителем противоположного типа.

Пространственно локализованные в пределах фотопроводящего слоя 32 электроны и дырки, возбужденные ИК-светом адресации, дрейфуют в противоположных направлениях фотопроводящего слоя 32 благодаря приложенному электрическому полю; электроны - ко второму ограничивающему носители слою 34b, причем их поток противоположен направлению приложенного электрического поля, а дырки - к первому ограничивающему носители слою 34а в направлении электрического поля, или наоборот, в зависимости от направления приложенного электрического поля. Это схематично показано на Фиг.2А-2С для одной электрической модели в качестве гибридной схематической/электрической диаграммы.

На Фиг.2А относящиеся к данному случаю слои изображены статическими, без свободных носителей заряда. Фотопроводящий слой 32 выполнен из высококачественных нелегированных GaAs, InGaAs и/или AlGaAs материалов, которые прикрыты сбоку первым 34а и вторым 34b ограничивающими носители слоями. Свет адресации, показанный на Фиг.2А, в виде ИК-фотонов не входит в изображенные слои слева так, чтобы удариться в первый ограничивающий носители слой 34а до того, как он ударится в другие слои, изображенные на Фиг.2А. На Фиг.2В ИК-фотоны адресации не ударяются в фотопроводящий слой 32, освобождая носители заряда электроны е^- и дырки о⁺ в пределах этого слоя 32. Как показано на Фиг.2 В, приложенное электрическое поле вызывает перемещение дырок o⁺ к первому ограничивающему носители слою 34а, а включения мышьяка внутри этого слоя 34а препятствуют движению дырок о⁺, т.е. их прохождению через этот слой 34а или их миграции параллельно слою путем захвата носителей в ограничивающем носители слое. Аналогично и одновременно, то же самое приложенное электрическое поле вызывает перемещение электронов е^- ко второму ограничивающему носители слою 34b, при этом включения мышьяка внутри этого слоя 34b захватывают электроны, препятствуя движению электронов за этот слой или параллельно через него, так что противоположные электроны е^- и дырки o⁺ захватываются на противоположных концах фотопроводящего слоя 32. На Фиг.2С приложенное электрическое поле показано имеющим обратное направление (или, в другом случае, ослаблено или промодулировано), приводя к тому, что электроны е^- и дырки о⁺ из противоположных ограничивающих носители слоев 34а, 34b рекомбинируют внутри фотопроводящего слоя 32, очищая ОА ПМС 20 для следующего кадра изображения. На Фиг.2D показаны электроны и дырки, спаренные во втором ограничивающем носители слое 34b, а на Фиг.2Е показаны электроны и дырки, спаренные в первом ограничивающем носители слое 34а, где приложенное электрическое поле ослаблено, а не изменено на противоположное. Как показано выше, в одном варианте выполнения приложенное электрическое поле полностью изменяют на обратное по меньшей мере с такой же частотой, что и частота регенерации кадра, предусмотренная в стандарте видеотрансляции, которая в США составляет 60 Гц (хотя в других применениях может потребоваться большие или меньшие частоты кадров), причем ограничивающие носители слои 34а и 34b выполнены так, чтобы захватывать значительное распределение электронов или дырок по меньшей мере на период времени, определенный частотой смены кадров (частотой, с которой полностью изменяется на обратное приложенное электрическое поле, и кадр изображения обновляется). В иллюстративном варианте выполнения ОА ПМС 20 изменяет приложенное электрическое поле на обратное с частотой 120 Гц. Другие иллюстративные частоты включают 24 Гц, 50 Гц, 60 Гц, 72 Гц, 120 Гц и больше.

Ограничивающие носители слои 34а, 34b с включениями мышьяка, работающие как барьеры Шоттки (Schottky), способны к удержанию электронов е^- и дырок о⁺ на месте приблизительно в течение 50 миллисекунд при комнатной температуре, тогда как частота регенерации в 60 Гц требует только приблизительно 16,67 миллисекунд. Удвоение частоты регенерации с очевидностью не превысит электрические способности ограничивающих носители уровней 34а, 34b. Эти времена различны в зависимости от материала LITG, выбранного таким, как АlGаАs, GaAs и InGaAs.

Эти локализованные заряды от электронов е^- и дырок о⁺ создают локализованное электрическое поле внутри определенных слоев ОА ПМС 20. Эти поля взаимодействуют с внешним приложенным электрическим полем и модулируют локализованное электрическое поле ближайшего слоя 26, который заканчивается пропускающим свет проводником 24 над слоем 26, который, в свою очередь, передает изображение пакетов заряда в первый ограничивающий носители слой 34а свету, который будет промодулирован.

Одна упрощенная электрическая схема показана на Фиг.2F (другие существуют, завися частично от частоты внешнего приложенного электрического поля), на котором фотопроводящий слой 32 и двоякопреломляющий слой 26 изображены как последовательные конденсаторы между нижним электродом 38 (или подложкой 40 в качестве нижнего электрода) и пропускающим свет проводником 24 в качестве верхнего электрода. Заметим, что каждый слой светового затвора, изображенного на Фиг.1А, вносит некоторую емкость; однако только те слои, которые существенны для приведенного ниже объяснения, показаны на Фиг.2F. Толщина различных слоев и их диэлектрические постоянные определяют емкость слоя. Как показано на Фиг.2F, в этом примере, где мы предполагаем, что величина приложенного электрического поля равна 10 В, двоякопреломляющий слой 26 (ближний к верхнему электроду 24, изображенному на Фиг.1А-1В) характеризуется падением потенциала приблизительно на 2 В (хотя может быть другое значение), тогда как фотопроводящий слой 32 (ближний к нижнему электроду 38, изображенному на Фиг.1А-1В) характеризуется падением потенциала приблизительно на 8 В (хотя может быть другое значение). Когда локальный импеданс, емкость или локализованные электрические поля в пределах фотопроводящего слоя 32 изменяют падение напряжения от 8 В до 6 В, избыточное напряжение переходит в слой 26, повышая его потенциал с 2 В до 4 В. Это активизирует слой 26 для модуляции (считая, что пороговое напряжение для этого слоя между 2 и 4 В) считываемого света, который проходит через него / отражается от него. Вышеупомянутые значения напряжения приведены лишь для иллюстрации; световой затвор может работать в диапазонах напряжения, сильно отличающихся от приведенных выше.

Возвращаясь к Фиг.1А, считываемый свет 48 (который может выходить, а может и не выходить из того же самого источника 44, что и ИК-свет адресации) в видимом диапазоне направляют к передней поверхности 22а, и он проходит в ОА ПМС 20 в слой 26, который, в соответствии с Фиг.2Е, теперь несет изображение от света адресации и фотопроводящего слоя 32. Не допускается, чтобы считываемый свет 48 достигал нижних слоев посредством слоя РБО 28 и светозапорного слоя 30. Считываемый свет 48 может пройти через выходной поляризационный фильтр 46 перед тем, как он ударится в переднюю поверхность 22а. Считываемый свет 48 модулируется в слое 28, отражается от слоя РБО 30, модулируется снова в двоякопреломляющем слое 26 и снова проходит через переднюю поверхность 22а (и, возможно, через выходной поляризационный фильтр 46) для проецирования в виде видимого (или другой полосы длин волн) света. Также возможны пропускающие свет варианты этой структуры.

Фиг.3А-3С являются зеркальным отображением, соответственно, Фиг.2В-2С и 2Е, но для варианта выполнения, соответствующего Фиг.1 В, на котором отсутствует второй ограничивающий носители слой 34b, изображенный на Фиг.1А. При приложении электрического поля Фиг.3 показывает дырки, дрейфующие к первому ограничивающему носители слою 34а (ближайшему к первому запирающему слою 36а и светозапорному слою 30), как и на Фиг.2В, а электроны дрейфуют ко второму запирающему слою 36b. Эти электроны обычно остаются в фотопроводящем слое 32, но скапливаются, из-за приложенного электрического поля, ближе к основной поверхности этого слоя 32, дальше всего от первого ограничивающего носители слоя 34а и ближе всего ко второму запирающему слою 36b. После изменения направления, ослабления или другой модуляции приложенного электрического поля, на Фиг.3В показаны дырки, дрейфующие обратно в фотопроводящий слой 32, и электроны, либо резко дрейфующие к первому ограничивающему носители слою 34а (в случае изменения направления приложенного электрического поля), либо просто дрейфующие к более равномерному распределению по всему фотопроводящему слою 32 (в случае ослабления приложенного электрического поля). На Фиг.3С показано, что электроны, которые скопились около второго запирающего слоя 36b, рекомбинируют внутри первого ограничивающего носители слоя 34а с дырками, которые были ранее захвачены в этом первом ограничивающем носители слое 34а. В любом случае дырки и электроны в комбинации с модуляцией приложенного электрического поля очищают ОА ПМС 20, 20' для следующего кадра.

Во время изготовления GaAs подложка 40 действует как эпитаксиальная затравка, так что она имеет такую же структуру решетки и коэффициент теплового расширения, что и эпитаксиальный выращенный на ней слой GaAs, который позже частично становится фотопроводящим слоем 32 (с различными включениями в различных пропорциях, чтобы работать как ловушки заряда в ограничивающих носители слоях 34а, 34b). Толщину эпитаксиального слоя GaAs определяют путем согласования относительных емкостей, импедансов и/или сопротивлений среди слоев устройства 20. Кроме того, что они работают в качестве элемента механической жесткости и, возможно, нижнего электрода, в одном варианте выполнения в готовом изделии GaAs подложка 40 является неактивной. Когда электрод лежит ниже подложки 40, подложка 40 непосредственно является электрическим элементом в системе. Концентрацию включений мышьяка (или других узлов, действующих как барьеры Шоттки (Schottky)) внутри ограничивающих носители слоев 34а, 34b определяют процедурами роста для поддержания высокого разрешения устройства и достаточного времени захвата для электронов е^- и дырок о⁺. Толщина светозапорного слоя 30 может быть относительно малой при использовании любого из: арсенида-индия-галлия InGaAs, AlGaAs или GaAs для этого слоя 30, поскольку они обладают очень высоким коэффициентом поглощения. Молярную концентрацию индия или алюминия в этом уровне 30 оптимизируют для конкретного распределенного брэгговского отражателя РБО 28, с которым этот слой работает совместно для формирования фильтра.

На Фиг.4 более подробно показаны конкретные эффективности производственного процесса, которые могут быть достигнуты при создании ОА ПМС 20, в соответствии с вариантами выполнения изобретения. Сверху Фиг.4 изображены самые нижние восемь слоев, описанных в связи с Фиг.1А, повернутые горизонтально, чтобы соответствовать графику времени от температурного профиля роста, показанного в нижней части Фиг.4. Подложка 40 является полупроводниковой пластиной GaAs, из которой выращивают другие слои, показанные на Фиг.4. Температурная ось показывает две температуры, высокую и низкую, которые в этом варианте выполнения представляют соответственно 200-300 градусов С и 500-600 градусов С. Время для выращивания каждого слоя зависит от необходимой толщины слоя, поэтому временная ось на Фиг.4 показана не в масштабе.

Температуру увеличивают до более высокой температуры в области 50 для выращивания нижнего электрода 38, как слоя сильно легированного GaAs, AlGaAs или InGaAs, причем два последних материала выращивают в присутствии пара, содержащего, соответственно, Al или In. Чтобы нижний электрод 38 был электрически проводящим, подбирают конкретную концентрацию легирующей примеси в паре, такой как Si или Be. Второй запирающий слой 36b может быть AlGaAs или AlAs, выращенным в области 52 при более высокой температуре и нелегированным, так чтобы второй запирающий слой 36b был электрически изолирующим. Заметим, что расположение электрода и запирающих слоев может отличаться от описанного выше, а именно электрод может быть расположен под подложкой и как таковой запирающий слой, если вообще присутствует, может быть расположен между электродом и подложкой.

Как только второй запирающий слой 36b достигает нужной толщины или же около нужной толщины, температуру в области 54 понижают, как показано, и второй ограничивающий носители слой 34b выращивают, например, в одном варианте выполнения, с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). Как подробно описано выше, при отжиге включения мышьяка выходят из этого слоя, выращенного при более низкой температуре роста, чтобы сформировать слой LT-GaAs. При достижении нужной толщины второго ограничивающего носители слоя 34b температуру в области 56 повышают, чтобы вырастить фотопроводящий слой 32. Тогда как нелегированный фотопроводящий слой 32 выращивают, как и GaAs или AlGaAs или InGaAs, при более высокой температуре, второй ограничивающий носители слой 34b отжигают, как описано выше, при этом включения мышьяка формируются в сферические узлы, которые почти однородно распределены по всему объему второго ограничивающего носители слоя 34b. После того как отжиг второго ограничивающего носители слоя 34b заканчивают, продолжают выращивать нелегированный фотопроводящий слой 32, поскольку может потребоваться больше времени для получения более толстого фотопроводящего слоя 32 иллюстративного варианта выполнения этого изобретения. Дополнительный отжиг второго ограничивающего носители слоя 34b не сказывается неблагоприятно на его свойствах.

Когда фотопроводящий слой 32 достигает нужной толщины, температуру в области 58 снова понижают, чтобы вырастить первый ограничивающий носители слой 34а, который после отжига становится LT-GaAs, аналогичным второму ограничивающему носители слою 34b, описанному выше. Температуру снова повышают в области 60, чтобы вырастить первый запирающий слой 36а, такой как AlGaAs или AlAs так, чтобы первый запирающий слой 36а был электрически изолирующим. Эта повышенная температура в области 60 отжигает первый ограничивающий носители слой 34а. Состав пара в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) изменяется в области 62, чтобы вырастить светозапорный слой 30, настроенный на конкретные параметры, необходимые для его назначения, заключающемся в блокировке видимого света, как было описано выше. Как может быть понятно из вышеописанного, каждый слой до по меньшей мере первого запирающего слоя 36а может быть выращен последовательно в непрерывном процессе, начиная от подложки 40, действующей в качестве затравочного слоя. Различные слои выращивают путем изменения конкретных параметров в этом непрерывном процессе, таких как состав пара и температуру, но процесс при этом цельный и непрерывный, и поэтому очень эффективен с производственной точки зрения. Это может считаться явным преимуществом по сравнению с предшествующим уровнем техники, особенно уровнем техники, относящимся к световым затворам с задней адресацией, которые устанавливают очень лимитирующие ограничения, заключающиеся в том, чтобы подложка была светопропускающей. Световые затворы, изготовленные в подробно описанном выше процессе, отличаются тем, что различные слои, сформированные из одного GaAs (или другой подложки) эпитаксиального слоя, характеризуются структурой решетки, которая является непрерывной между соседними слоями. Например, хотя GaAs фотопроведящий слой 32 может отличаться по молекулярной структуре от соседнего LT-GaAs ограничивающего носители слоя, структуры решетки этих отличающихся слоев переходят непрерывно одна в другую. Это происходит потому, что эти слои выращивают в одном и том же эпитаксиальном процессе роста материалов с подобными решетками, однако чтобы определить отличающиеся слои, этот процесс можно изменять по температуре, давлению, молярной концентрации газа в окружающей среде, и т.д. Как подробно показано выше, непрерывная структура решетки может быть очевидной, начиная от подложки 40 и до светозапорного слоя 30, и во всех промежуточных слоях, или же от подложки 40 до любого из этих промежуточных слоев.

Слой РБО 28 можно считать полосовым пропускающим фильтром или узкополосным режекторным фильтром, пропускающим только длины волн в пределах конкретной полосы или диапазона энергии и по существу отражающим все энергии/длины волн выше и ниже этой полосы. Как было отмечено, светозапорный слой 30 настроен так, чтобы блокировать конкретно те длины волны, которые лежат вне определенной длиной волны узкой полосы. Также полоса пропускания через слой РБО 28 может быть ограничена как в верхнем, так и в нижнем диапазонах длины волны.

На Фиг.5 изображен еще один вариант выполнения проекционного модуля 64, который использует вариант выполнения пространственного модулятора света ОА ПМС 20 с оптической адресацией, такой как ОА ПМС, показанный на Фиг.1А или альтернативные варианты выполнения, подробно описанные выше. Этот конкретный вариант выполнения использует один-единственный ОА ПМС 20, который обрабатывает видимый свет в трех 'цветах', причем различимая ИК-полоса света адресует все три цвета видимого света. Источник 66 сначала обеспечивает свет адресации в одной ИК-полосе, которая фокусируется на линзу 68 адресации и отражается первым дихроичным зеркалом 70, чтобы достичь широкополосного поляризационного расщепителя пучка ПРП (PBS) 72. В варианте выполнения оптические элементы приводят к S-поляризации (или Р-поляризации) света адресации, как только он проходит через линзу 68 адресации. В другом варианте выполнения источник 66 непосредственно обеспечивает поляризованный свет адресации.

Свет адресации затем проходит в широкополосный поляризационный расщепитель пучка ПРП-кубик 72 (или другой элемент ПРП, которому придана определенная форма). Широкополосные ПРП-кубики коммерчески доступны от OptoSigma Corporation, расположенной в Санта-Ане, Калифорния, а также разных других изготовителей. Света адресации в ИК-полосе затем отражается посредством ПРП 74 к передней поверхности 22а ОА ПМС 20. Как подробно описано выше, свет адресации преобразуется в изображение в слое 26 при приложении переменного электрического поля, которое изменяет направление с периодом, который меньше, чем время захвата, заданное первым ограничивающим носители слоем 34а.

Считываемый свет в видимом диапазоне излучается из источника 61 (или из того же самого источника, что и источник ИК-света адресации). В варианте выполнения, изображенном на Фиг.5, считываемый свет является белым светом, охватывающим весь видимый спектр. Считываемый свет проходит через оптику и становится поляризованным, затем проходит через первое дихроичное зеркало 70 и в ПРП-кубик 72, чтобы отразиться от ПРП 74 к передней поверхности 22а ОА ПМС 20. В ОА ПМС 20 считываемый свет проходит к двоякопреломляющему слою 26, где он модулируется и отражается слоем РБО 28 (и слегка светозапорным слоем 30), чтобы выйти из ОА ПМС 20 через переднюю поверхность 22а. Промодулированный считываемый свет затем проходит обратно в ПРП-кубик 72 через поляризатор 74 и через каждый из трех отдельных цветных фильтров 76. Свет, который не проходит через поляризатор 74, отражается назад к источнику 67. Заметим, что при первом проходе к ОА ПМС 20 считываемый свет отражается в поляризаторе 74, но проходит через него при втором или 'обратном' проходе после ОА ПМС 20. Это происходит потому, что слой 26 (показанный на Фиг.1А) изменяет состояние поляризации проходящего через него считываемого света. Изменение в поляризации вынуждает свет проходить через поляризатор 74 на втором проходе. Поляризация считываемого света на первом проходе может быть установлена оптикой или отдельным поляризационным фильтром (например, элементом 46, изображенным на Фиг.1А). Цветные фильтры 76 управляют видимым считываемым светом, исходящим из ОА ПМС 20, который затем проходит через ряд проекционных линз 78, после чего изображение попадает на экран, такой как стеклянная поверхность проекционного телевизора или стены (или развернутый экран), если проекционный модуль является частью автономного проектора, который не содержит встроенный проекционный экран. Фиг.5 может считаться вариантом выполнения более низкой стоимости, по сравнению с вариантами выполнения, показанными на Фиг.6-7, поскольку из этих вариантов выполнения только вариант выполнения, изображенный на Фиг.5, использует один-единственный ОА ПМС 20.

На Фиг.6 изображен вариант выполнения проекционного модуля 80, который использует три световых затвора 20-R, 20-G и 20-В с отличающимися цветами (соответственно для красного, зеленого и синего) вокруг устройства ПРП/х-кубика. Источник 66 света адресации, линзы 68 адресации, первое дихроичное зеркало 70, кубик ПРП 72 и второй поляризатор 74 являются элементами, в целом аналогичными элементам, описанным со ссылкой на Фиг.5, за исключением того, что на Фиг.6 свет адресации показан в трех различных ИК-полосах. Эти ИК-полосы света адресации могут быть испущены из одного источника 66 или из многочисленных источников, поскольку эти ИК-полосы света адресации разделяются посредством дихроичного х-кубика 82, иллюстративный вариант выполнения которого также можно получить из OptoSigma Corporation из Санта-Аны, Калифорния. Источник 66 может обеспечить свет адресации и считываемый свет, или же считываемый свет может быть обеспечен отдельным источником 67. В любом случае свет адресации проходит через линзу 68 адресации, чтобы быть должным образом отображенным на ОА ПМС 20.

Конкретно, по сравнению с вариантом выполнения, изображенным на Фиг.5, в варианте выполнения, показанном на Фиг.6, дихроичный х-кубик 82 расположен между ПРП 72 и ОА ПМС 20, и не один ОА ПМС 20, а один ОА ПМС 20-R, 20-G, 20-В с конкретными цветами расположен рядом с каждой из оставшихся сторон дихроичного х-кубика, не смежных с ПРП 72. Внутри х-кубика 82 расположены первые и вторые перекрещивающиеся дихроичные зеркала соответственно 84 и 86. Коэффициент отражения и характеристики прохода первых и вторых перекрещивающихся дихроичных зеркал 84, 86 таковы, что первое перекрещивающееся дихроичное зеркало 84 пропускает хода ИК_R свет адресации с S-поляризацией отражает ИК_B свет адресации с S-поляризацией, и пропускает красный считываемый (видимый) свет как S-, так и Р-поляризации, но отражает синий считываемый (видимый) свет любой поляризации. Второе перекрещивающееся дихроичное зеркало 86 пропускает ИК_B свет с S-поляризацией, отражает ИК_R свет адресации с S-поляризацией, и пропускает синий считываемый (видимый) свет как S-, так и Р-поляризации, но отражает красный считываемый (видимый) свет любой поляризации. И первое и второе перекрещивающиеся дихроичные зеркала 84, 86 также пропускают ИК_G свет адресации с S-поляризацией и пропускают зеленый считываемый (видимый) свет как S-, так и Р-поляризации. Конечно, вышесказанное предполагает, что изначально свет в ПРП 72 является S-поляризованным; поляризации, отмеченные выше, становятся обратными, если начальная поляризация Р со считывающим светом переключена на S-поляризацию в пределах различных световых затворов 20-R, 20-G и 20-В.

Окончательный результат показан на Фиг.6: свет адресации полосы ИК_R по существу проходит только к ОА ПМС 20-R, который чувствителен к (настроен на) этой полосе света адресации. Слой РБО 28 и светозапорный слой 30 этого конкретного ОА ПМС 20-R выполнены так, чтобы заблокировать свет вне диапазона ИК_R, включая видимый свет, ИК_G и ИК_В. Когда считываемый свет в видимой красной полосе и имеющий первую поляризацию (например, S) проходит через х-кубик 82, он отражается от второго дихроичного зеркала 86 и проходит через первое дихроичное зеркало 84, чтобы войти в настроенный на красную полосу ОА ПМС 20-R. Этот считываемый свет в красной видимой полосе изменяет свое состояние поляризации на второе состояние поляризации внутри ОА ПМС 20-R, выходит в х-кубик 82, отражается от второго перекрещивающегося дихроичного зеркала 86 и проходит через первое перекрещивающееся дихроичное зеркало 84 и продолжает при втором прохождении через поляризатор 74 ПРП 72 и наружу к проекционным линзам 78 (тот красный свет, который не проходит через поляризатор 74, отражается им и, в конечном счете, захватывается в источнике 67). Оставшиеся два световых затвора 20-G и 20-В работают аналогично, с различными перекрещивающимися дихроичными фильтрами 84, 86 и поляризациями, чтобы выборочно пропускать и отражать свет в пределах соответствующих записывающей и считываемой полос в выбранный световой затвор и из него.

Фиг.7 является иллюстрацией особенно преимущественного проекционного модуля 88, использующего три световых затвора 20-R, 20-G, 20-В с различающимися цветами около двух разных кубиков ПРП 72', 72" и интегрирующего ПРП кубика 90. Вариант выполнения на Фиг.7 представляет собой адаптацию проекционного модуля предшествующего уровня техники, обычно называемого "Colorlink (с) technology" или подобного ему, к ОА ПМСs 20-R, 20-G, 20-В передней адресации, в соответствии с вариантами выполнения этого изобретения. Источник 66, линза 68 адресации и проекционная линза 78 аналогичны описанным в отношении Фиг.5. ИК-свет адресации в трех ИК-полосах испускается от одного-единственного источника или многочисленных источников 66 (которые могут существовать одновременно с 67), который может быть поляризованным светом при прохождении ИК-света через линзу адресации. Видимый считываемый свет испускается от одного-единственного источника или многочисленных источников 67. Вдоль изображенного оптического пути может быть расположен один или большее количество поляризационных фильтров, так чтобы ИК_R был поляризован по-другому, чем ИК_G и ИК_B свет адресации. В этом описании ИК_R является Р-поляризованным, а ИК_G и R_B являются S-поляризованными, но эти обозначения могут быть полностью изменены на обратные. В качестве альтернативы, но конкретно не показаны различные полосы длин волн света адресации, входящие слева на Фиг.7, могут все иметь одно и то же состояние поляризации, а перед поляризатором 96 может быть расположен дихроичный фильтр, чтобы обеспечить модификацию этого или Colorlnk (с) фильтра. В других вариантах выполнения не должно быть никакой поляризации различных потоков света адресации. Горячее зеркало 92 направляет весь ИК и видимый свет в пределах представляющих интерес полос к синему пропускающему дихроичному зеркалу 94. Положения 20-R, 20-G, 20-B могут быть изменены и, в соответствии с этим, описания световых путей также изменятся, при этом конкретное расположение, показанное на Фиг.7, является иллюстративным и образцовым, но не исчерпывающим.

ИК-свет адресации ИК_B, соответствующий видимому синему считывающему свету, проходит через дихроичное зеркало 94 к настроенному на синий поляризатору 72' и отражается от поляризатора 98 ПРП 72', чтобы войти в настроенный на синий ОА ПМС 20-B. Считываемый свет в видимом синем диапазоне проходит тот же оптический путь, где частично может быть изменен на Р-поляризацию Р внутри ОА ПМС 20-B, и выходит из ОА ПМС 20-B через настроенный на синий ПРП 72' и в интегрирующий ПРП-кубик 90. Точно так же ИК-свет адресации ИК_G и ИК_R, соответствующий видимому зеленому и красному считываемому свету (соответственно), отражается от пропускающего синий дихроичного зеркала 94 и проходит в настроенный на красный и зеленый ПРП 72". Внутри этого ПРП 72" ИК_R свет адресации проходит ИК_R/ИК_G ориентированное дихроичное зеркало, расположенное перед поляризатором 96, и входит в настроенный на красный ОА ПМС 20-R. Считываемый свет в видимом красном диапазоне проходит тот же оптический путь, который описан для ИК_R, меняет свою поляризацию на Р-поляризацию внутри ОА ПМС 20-R, чтобы выйти из ОА ПМС 20-R, и отражается настроенным на красный/зеленый дихроичным зеркалом 96 к интегрирующему кубику ПРП 90. Внутри того же самого ПРП 72" ИК_G свет адресации отражается настроенным на красный/зеленый дихроичным зеркалом 96 и входит в настроенный на зеленый ОА ПМС 20-G. Считываемый свет в видимом зеленом диапазоне проходит тот же самый оптический путь, как описано для ИК_G, меняет свою поляризацию на Р-поляризацию внутри ОА ПМС 20-G, чтобы выйти из ОА ПМС 20-R, и проходит через настроенный на красный/зеленый дихроичное зеркало 96 к интегрирующему кубику ПРП 90.

К этому времени все три цвета считывающего света, красный, зеленый и синий, присутствуют внутри интегрирующего ПРП 90. Синий отражается от интегрирующего ПРП 99, в то время как красный и зеленый проходят через него, и все три цвета, промодулированные отдельными световыми затворами 20-R, 20-G и 20-B, вместе проходят через проекционную линзу 78 для получения многоцветного проекционного изображения. Преимущества перед проекционными модулями технологии Colorlink (R) предшествующего уровня техники следующие.

Для излученного СИД считываемого света, мощность и, следовательно, тепло сильно уменьшены в варианте выполнения, изображенном на Фиг.7. Тогда как в технологии Colorlink (R) предшествующего уровня техники обычно используется дуговая лампа, как показано в блоке, окруженном пунктирной линией (и связанное с этим потребление большого количества энергии и выделение большого количества тепла). Вариант выполнения, изображенный на Фиг.7, может использовать в качестве источника 66 света адресации ИК-лазерный диод, СИД или другой источник наряду с микроэлектрической механической системой (MEMS), или даже устройство на сегнетоэлектрических жидких кристаллах (FLIC) или нематических жидких кристаллах (NLIC), работающий на уровне приблизительно 50 микроватт на квадратный сантиметр ОА ПМС 20. Эта модификация света адресации не присутствует в LCoS выполнении технологии Colorlink (R). Генерация тепла стала такой важной проблемой в текущей проекционной технологии, что потребителям часто дают среднее время работы лампы, чтобы они могли сравнить и противопоставить различные проекторы, включая проекционные телевизоры.

Во-вторых, технология Colorlink (R) предшествующего уровня техники испытывает большую трудность в совмещении трех различных цветных изображений перед проекционной линзой. Варианты выполнения, изображенные на Фиг.6 и 7, не имеют недостатка, заключающегося в необходимости отдельного режима совмещения для различных изображений, потому что они все происходят из одного и того же источника света адресации, что приводит к точному совмещению пикселя. Совмещение различных изображений с конкретными цветами является просто вопросом уравнивания различных оптических путей между источником 66 и проекционной линзой 78, что является довольно простым процессом, для которого довольно легко достигается гораздо большая точность, чем может быть распознана человеческим глазом.

На Фиг.8 изображен другой проекционный модуль 100, выполненный для использования с вариантами выполнения ОА ПМС, описанными выше. Источник 102 света, такой как дуговая лампа или СИД, выдают свет к ряду двух фасеточных линз 104, 106 и оборачивающей линзе 108, который расщепляется на дихроичном светоделителе или дихроичном фильтре 110 на полосы красного, зеленого и синего (показанные, соответственно, как R, G и В). Будет подробно описан оптический путь красной полосы; полосы синего цвета и зеленого цвета имеют схожую концепцию. Свет красной полосы отражается парой поворачивающихся зеркал или поворачивающихся дихроичных зеркал 112, 114 через другую оборачивающую линзу 116 и через поляризатор 118, расположенный для удобства под углом в 45 градусов к оптическому пути. Например, поляризатор 118 может быть известен как сеточный поляризатор (например, доступный от Moxtek(R)), тонкопленочный поляризатор (например, доступный от McNeil(R)), или поляризационный разделитель пучка (например, такой как Viquiti(R) разделитель, доступный от 3M(R)). Красная полоса проходит прямо через поляризатор 118 и в световой затвор ОА ПМС 20, такой как подробно описанные в связи с Фиг.1А-С. Свет, выходящий из этого ОА ПМС 20, отражается от поляризатора 118 по направлению к одной входной стороне 120а Х-кубика 122, предпочтительно через поглощающий поляризатор 124. Зеленая и синяя полосы следуют аналогичными оптическими путями, причем аналогичные элементы на этих оптических путях обозначены на Фиг.8 штрихом для синего и двойным штрихом для зеленого (за исключением поворачивающихся зеркал 112', 114', через которые проходит как синяя, так и зеленая полосы). Синий свет входит во вторую входную сторону 120b Х-кубика 122, а зеленый свет входит в третью входную сторону 120с Х-кубика 122. Красная, синяя и зеленая полосы объединяются в Х-кубике 122 и проходят через выходную сторону 120d на выход или в проекционное оптическое устройство 126.

На Фиг.8 также изображено устройство для адресующей оптики, названной выше как записывающий свет. Источник 130 записывающего света показан в виде трех СИД, каждый из которых излучает инфракрасный записывающий свет в разных полосах для красного, синего и зеленого. Свет от инфракрасного источника проходит через расширитель пучка 132 и поляризатор 134 (или, в качестве альтернативы, устройство управления направленностью пучка, если не используется поляризованный свет) и в модулятор 136 записывающего света. Промодулированный записывающий свет выходит из модулятора 136 и перенаправляется в поляризатор 134 к дихроичному раcщепителю 110 пучка, описанному подробнее ранее.

Хотя и описано в контексте конкретных вариантов выполнения, специалистам будет очевидно, что возможны многочисленные модификации и различные изменения этих идей. Таким образом, хотя изобретение было показано и описано особенно в отношении одного или нескольких его вариантов выполнения, специалистам будет понято, что определенные модификации или изменения могут быть выполнены без отступления от объема и сущности изобретения, как изложено выше, или от объема притязаний, изложенных ниже в формуле изобретения. Когда в формуле изобретения говорится, что слой расположен 'над' или 'под' другим слоем, это описывает относительное расположение, при этом не подразумевается, что уровни обязательно расположены рядом друг с другом; слой, расположенный над другим слоем, не препятствует тому, что между ними может быть расположен один или более одного промежуточного слоя.

Оптическое устройство содержит первый электродный слой. Электрически изолированный первый запирающий слой расположен над первым электродным слоем. Фотопроводящий слой расположен над первым запирающим слоем. Ограничивающий носители слой расположен над фотопроводящим слоем, причем указанный ограничивающий носители слой ограничивает объем и содержит множество ловушек носителей, распределенных по всему указанному объему. Электрически изолированный второй запирающий слой расположен над ограничивающим носители слоем. Светозапорный слой расположен над вторым запирающим слоем и предназначен для блокирования света выбранной полосы длин волн. Отражающий слой расположен над светозапорным слоем и предназначен для отражения света в пределах выбранной полосы длин волн. Двоякопреломляющий или дисперсионный слой расположен над отражающим слоем. Оптически пропускающий второй электродный слой расположен над двоякопреломляющим или дисперсионным слоем. Технический результат - получение больших экранов дисплеев с хорошим разрешением, яркостью и быстрым откликом. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Оптическое устройство, содержащее:
первый электродный слой,
электрически изолированный первый запирающий слой, расположенный над первым электродным слоем,
фотопроводящий слой, расположенный над первым запирающим слоем,
ограничивающий носители слой, расположенный над фотопроводящим слоем, причем указанный ограничивающий носители слой ограничивает объем и содержит множество ловушек носителей, распределенных по всему указанному объему,
электрически изолированный второй запирающий слой, расположенный над ограничивающим носители слоем,
светозапорный слой, расположенный над вторым запирающим слоем и предназначенный для блокирования света выбранной полосы длин волн,
отражающий слой, расположенный над светозапорным слоем и предназначенный для отражения света в пределах выбранной полосы длин волн,
двоякопреломляющий или дисперсионный слой, расположенный над отражающим слоем, и
оптически пропускающий второй электродный слой, расположенный над двоякопреломляющим или дисперсионным слоем.

2. Оптическое устройство по п.1, дополнительно содержащее источник напряжения, присоединенный к первому и второму электродным слоям, и переключатель для того, чтобы полностью изменять направление приложенного электрического поля, созданное источником напряжения, поперек первого и второго электродных слоев на частоте X, причем ограничивающий носители слой отличается тем, что он захватывает значительное большинство носителей заряда первого типа на время, равное по меньшей мере 1/Х.

3. Оптическое устройство по п.2, в котором ограничивающий носители слой отличается тем, что он захватывает носители заряда первого типа на время, равное по меньшей мере 1/Х, когда направленное в прямом направлении приложенное электрическое поле приложено поперек первого и второго электродных слоев, и тем, что он захватывает носители заряда второго типа на время, равное по меньшей мере 1/Х, когда направленное в обратном направлении приложенное электрическое поле приложено поперек первого и второго электродных слоев.

4. Оптическое устройство по п.1, в котором указанный первый электродный слой по существу непрозрачен.

5. Оптическое устройство по п.1, в котором указанный ограничивающий носители слой является первым ограничивающим носители слоем, при этом оптическое устройство дополнительно содержит второй ограничивающий носители слой, расположенный между первым запирающим слоем и фотопроводящим слоем.

6. Оптическое устройство по п.1, дополнительно содержащее по меньшей мере один выравнивающий слой, расположенный смежно с двоякопреломляющим или дисперсионным слоем.

7. Оптическое устройство по п.1, в котором фотопроводящий слой содержит арсенид галлия, а ограничивающий носители слой содержит по меньшей мере одно из следующих веществ: арсенид галлия, AlGaAs или InGaAs с распределенными в них включениями мышьяка.

8. Оптическое устройство по п.7, в котором ограничивающий носители слой имеет толщину, ограниченную таким образом, что ограничивающий носители слой не является оптически активным.

9. Оптическое устройство по п.1, в котором отражающий слой включает распределенный брэгговский отражатель, выполненный из чередующихся подслоев материала, имеющих различные коэффициенты преломления.

10. Оптическое устройство по п.9, в котором отражающий слой содержит первый слой распределенного брэгговского отражателя, при этом оптическое устройство дополнительно содержит второй слой распределенного брэгговского отражателя, расположенный между вторым запирающим слоем и светозапорным слоем.

11. Оптическое устройство по п.1 в комбинации с источником инфракрасного света адресации и поляризационного фильтра, расположенного между оптическим устройством и источником, причем указанный поляризационный фильтр физически отстоит на некоторое расстояние от оптического устройства.

12. Оптическое устройство по п.1 в комбинации с проекционным модулем, расположенным между оптическим устройством и источником света так, что считываемый свет и свет адресации от источника проходит вдоль первого оптического пути через проекционный модуль и в оптическое устройство через оптически пропускающий второй электродный слой, а считываемый свет выходит из оптического устройства через оптически пропускающий второй электродный слой и через проекционный модуль вдоль второго оптического пути.

13. Оптическое устройство по п.12, в котором проекционный модуль содержит по меньшей мере одно дихроичное зеркало, расположенное вдоль первого и второго оптических путей, при этом оптическое устройство вращает плоскость поляризации считываемого света, чтобы изменить его оптический путь через проекционный модуль с первого на второй оптический путь.

14. Оптическое устройство по п.12, в котором выбранная полоса длин волн находится в пределах видимого спектра, при этом свет адресации включает инфракрасный свет, а считываемый свет включает видимый свет.

15. Оптическое устройство по п.1, в котором первый запирающий слой содержит полупроводниковую пластину.

16. Оптическое устройство по п.1, дополнительно содержащее полупроводниковую пластину, расположенную либо между первым электродным слоем и первым запирающим слоем, либо между первым запирающим слоем и фотопроводящим слоем.

17. Оптическое устройство по п.1, дополнительно содержащее полупроводниковую пластину, расположенную между первым электродным слоем и первым запирающим слоем, и по меньшей мере один из следующих слоев, а именно третий запирающий слой или диэлектрический слой, расположенный между полупроводниковой пластиной и первым электродным слоем.

18. Способ изготовления многослойного оптического устройства, включающий:
- выполнение первого электродного слоя,
- выращивание слоя арсенида галлия GaAs над первым электродным слоем при температуре меньше, чем приблизительно 425°С,
- размещение электрически изолированного запирающего слоя над слоем GaAs,
- размещение фотопроводящего слоя над электрически изолированным запирающим слоем,
- размещение над фотопроводящим слоем светозапорного слоя, который блокирует свет выбранной полосы длин волн,
- размещение над светозапорным слоем отражающего слоя, который отражает свет выбранной полосы длин волн,
- размещение двоякопреломляющего слоя или дисперсионного слоя над отражающим слоем и
- размещение оптически пропускающего второго электродного слоя над двоякопреломляющим или дисперсионным слоем.

19. Способ по п.18, в котором дополнительно соединяют первый электродный слой и оптически пропускающий второй электродный слой посредством электрического переключателя, который выполнен с возможностью изменения на обратное направление электрического поля, приложенного поперек электродных слоев.

20. Способ по п.18, в котором при выращивании слоя GaAs его выращивают приблизительно до толщины между 5 и 20 нм.

21. Способ по п.18, в котором при выращивании слоя GaAs его выращивают при температуре приблизительно между 200 и 300°С.

22. Способ по п.18, в котором при выращивании слоя GaAs дополнительно отжигают слой GaAs при более высокой температуре приблизительно между 500 и 700°С.

23. Способ по п.22, в котором слой GaAs отжигают в течение времени не больше, чем приблизительно 20 мин.

24. Способ по п.18, в котором слой GaAs содержит по меньшей мере одно из веществ, а именно AlGaAs или InGaAs.

25. Способ по п.24, в котором слой GaAs по толщине плавно меняется по концентрации либо Аl, либо As.

26. Способ по п.18, в котором фотопроводящий слой включает GaAs, в котором по толщине слоя меняется мольная доля Аl и In.

27. Способ по п.18, в котором фотопроводящий слой имеет толщину между приблизительно 100 нм и меньше чем приблизительно 10 мкм.

28. Способ по п.18, в котором светозапорный слой является оптически инвариантным по отношению к приложенному поперек него электрическому полю.

29. Способ по п.18, в котором выбранная полоса длин волн представляет собой видимый свет, а отражающий слой пропускает инфракрасный свет.

30. Способ по п.29, в котором отражающий слой содержит узкополосный режекторный фильтр.

31. Способ по п.29, в котором отражающий слой содержит чередующиеся слои соединений арсенида и/или оксида.