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Die
Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil. Zusätzlich
betrifft die Erfindung eine Lichtablenkvorrichtung. Des Weiteren
betrifft die Erfindung Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil
und eine Lichtablenkvorrichtung.
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Stand der Technik
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Eine
Lichtablenkvorrichtung, wie beispielsweise ein Projektor oder eine
Anzeigeeinrichtung, umfasst in der Regel mindestens einen um mindestens
eine Drehachse verstellbaren Spiegel. Über ein Verstellen
des Spiegels um die mindestens eine Drehachse mittels eines dazu
ausgelegten Aktors oder Motors ist ein Lichtstrahl so auf eine Projektionsfläche
lenkbar, dass ein Bild auf die Projektionsfläche projektiert
wird. Eine derartige Lichtablenkvorrichtung ist beispielsweise in
der
DE 199 61 572
C2 beschrieben.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, eine Lichtablenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
8, ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches
Bauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Herstellungsverfahren
für eine Lichtablenkvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
12.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass unerwünschte
Intensitäts-Maxima und/oder Intensitäts-Minima
(Speckle) in einem beispielsweise mittels eines Lasers projizierten
Bild vermeidbar sind, indem dafür gesorgt wird, dass zwischen
den von den einzelnen Punkten einer Spiegeloberfläche ausgehenden
Kugelwellen keine zeitlich konstante Phasendifferenz vorliegt. Eine
zeitlich variierende Phasendifferenz zwischen den von der Spiegeloberfläche
ausgehenden Kugelwellen ist realisierbar, indem die Kohärenz
des an der Spiegeloberfläche abgelenkten Lichtstrahls gestört
wird.
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Dies
ist auf einfache Weise ausführbar, indem die Spiegeloberfläche
selbst in eine Bewegung versetzt wird und/oder der an der Spiegeloberfläche abgelenkte
Lichtstrahl vor und/oder nach einem Auftreffen auf der Spiegeloberfläche
eine Ablenkung an einer bewegten reflektierenden Fläche
erfährt. Dies ist auf einfache Weise mittels des hier beschriebenen mikromechanischen
Bauteils oder der Lichtablenkvorrichtung ausführbar. Die
vorliegende Erfindung ermöglicht zusätzlich eine
einfache und kostengünstige Herstellung eines geeigneten
mikromechanischen Bauteils oder der Lichtablenkvorrichtung.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Spiegelelement
in Bezug auf die Gegenelektrode durch das zwischen der ersten Elektrodenfläche
und der zweiten Elektrodenfläche angelegte zeitlich variierende
Spannungssignal in eine Richtung senkrecht zu der reflektierenden
Fläche verstellbar. Da das Spiegelelement senkrecht zu
der reflektierenden Fläche verstellbar ist, führt
die gewünschte Verstellbewegung des Spiegelelements kaum
zu einer Veränderung eines Reflektionswinkels, um welchen
der kohärente Lichtstrahl durch das Spiegelelement abgelenkt
wird. Somit ist eine Modulation der Phase eines auf die reflektierende
Fläche des Spiegelelements auftreffenden kohärenten
Lichtstrahls mittels des mikromechanischen Bauteils auf einfache
Weise und verlässlich ausführbar.
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Insbesondere
kann das Spiegelelement in Bezug auf die Gegenelektrode durch das
zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche
angelegte zeitlich variierende Spannungssignal in eine resonante
Schwingbewegung versetzbar sein. Somit ist ein zuverlässiger
Betrieb des mikromechanischen Bauteils bereits bei einem geringen
Energieverbrauch gewährleistet.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Spiegelelement
eine Plattenelektrode mit einer Polierung und/oder einer reflektierenden
Beschichtung als reflektierende Fläche auf der ersten Außenseite.
Unter einer Plattenelektrode wird dabei eine Form des Spiegelelements
verstanden, bei welcher eine maximale Dicke des Spiegelelements
kleiner als eine maximale Ausdehnung der ersten Außenseite
und/oder der zweiten Außenseite ist. Das als Plattenelektrode
ausgebildete Spiegelelement lässt sich mit einem geringen
Aufwand herstellen.
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Bevorzugt
ist das Spiegelelement über mindestens eine das Spiegelelement
zumindest teilweise umrahmende Membran mit einer Halterung verbunden.
In diesem Fall ist das Spiegelelement über einen gewünschten
Verstellbereich mittels des angelegten Spannungssignals verstellbar.
Vorzugsweise ist die reflektierende Fläche in eine resonante Schwingung
versetzbar. Zusätzlich kann über eine maximale
Dicke und eine Spannbreite der mindestens einen Membran eine bevorzugte
Eigenfrequenz der Schwingbewegung des Spiegelelements festgelegt
werden.
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Des
Weiteren kann die Gegenelektrode so an die Halterung gebondet sein,
dass die zweite Elektrodenfläche der ersten Elektrodenfläche
gegenüber angeordnet ist. Vorzugsweise ist ein die zweite Elektrodenfläche
in einem vergleichsweise geringen Abstand, beispielsweise in einem
Abstand zwischen 0.5 m und 5 μm, zu der ersten Elektrodenfläche
angeordnet. In diesem Fall bewirkt bereits eine vergleichsweise
niedrig angelegte Spannung die gewünschte Verstellbewegung
des Spiegelelements in Bezug auf die Gegenelektrode und/oder die
Halterung.
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Bevorzugt
ist die Spannungssteuereinrichtung derart ausgebildet, dass mittels
der Spannungssteuereinrichtung eine Wechselspannung mit einer Frequenz
in einem Bereich zwischen 100 kHz und 1 GHz als zeitlich variierendes
Spannungssignal zwischen der ersten Elektrodenfläche und
der zweiten Elektrodenfläche anlegbar ist. Vorzugsweise
ist eine Wechselspannung mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen
1 MHz bis 100 MHz anlegbar. Auf diese Weise ist gewährleistet,
dass das Spiegelelement in die bevorzugte resonante Schwingbewegung
versetzbar ist.
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Die
in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch
bei einer derartigen Lichtablenkvorrichtung gewährleistet.
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Ebenso
sind die beschriebenen Vorteile bei einem entsprechenden Herstellungsverfahren
gewährleistet. Insbesondere kann das Bilden des Spiegelelements
den Schritt umfassen: Bilden mindestens eines Trenngrabens in einer
Halbleiter- und/oder Metallschicht, wobei der Trenngraben so gebildet wird,
dass ein Spiegelelementbereich und ein den Spiegelelementbereich
zumindest teilweise umrahmender Halterungsbereich aus der Halbleiter- und/oder
Metallschicht herausstrukturiert werden und der Spiegelelementbereich über
mindestens eine den Spiegelelementbereich zumindest teilweise umrahmende
Membran mit dem Halterungsbereich verbunden wird. Das Herausstrukturieren
des Spiegelelements aus dem Spiegelelementbereich, beispielsweise
unter Ausführung eines zusätzlichen Oxidierungsschritts,
ist somit leicht ausführbar. Zusätzlich entfällt
ein arbeitsaufwändiges Anordnen des Spiegelelements in
der Halterung Das hier beschriebene Herstellungsverfahren ist somit
schnell und leicht ausführbar. In einer bevorzugten Ausführungsform
des Herstellungsverfahrens wird der Trenngraben in die Halbleiter-
und/oder Metallschicht geätzt. Sofern die Halbleiter- und/oder
Metallschicht aus Silizium ist, kann der Abstand zwischen der ersten Elektrodenfläche
und der zweiten Elektrodenfläche über den Oxidationsschritt
auf einfache Weise festgelegt werden. Dabei kann die erste Elektrodenfläche über
eine gezielte Oxidation in Bezug auf eine gleich ausgerichtete Oberseite
des Halterungsbereichs zurückversetzt/vertieft werden.
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Des
Weiteren kann zum Anordnen der Gegenelektrode benachbart zu der
zweiten Außenseite des Spiegelelements die Gegenelektrode
so an den Halterungsbereich gebondet werden, dass die zweite Elektrodenfläche
gegenüber der ersten Elektrodenfläche angeordnet
wird. Somit ist auf einfache Weise gewährleistet, dass
ein bevorzugter geringer Abstand zwischen den beiden Elektrodenflächen
vorliegt. Ein besonders vorteilhafter Abstand zwischen den beiden
Elektrodenflächen ist realisierbar, indem vor dem Bonden
der Gegenelektrode eine von dem mindestens einen Trenngraben umrahmte
Oberfläche des Spiegelelementbereichs über eine
Oxidation gegenüber einer gleich ausgerichteten Oberfläche des
Halterungsbereichs zurückversetzt wird.
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Die
in den oberen Absätzen beschriebenen Vorteile sind auch
bei einem korrespondierenden Herstellungsverfahren für
die Lichtablenkvorrichtung gegeben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend
anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
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1A und 1B eine
schematische Darstellung und einen Teilausschnitt einer Ausführungsform
des mikromechanischen Bauteils;
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2 eine
schematische Darstellung einer Ausführungsform der Lichtablenkvorrichtung;
und
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3 ein
Flussdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform des
Herstellungsverfahrens.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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1A und 1B zeigen
eine schematische Darstellung und einen Teilausschnitt einer Ausführungsform
des mikromechanischen Bauteils.
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Das
in 1A schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil
weist ein Spiegelelement 10 mit einer ersten Außenseite 12 und
einer der ersten Außenseite 12 entgegen gerichteten
zweiten Außenseite 14 auf. Das Spiegelelement 10 (Ansatz)
kann eine maximale Dicke ds aufweisen, welche kleiner als eine maximale
Ausdehnung der ersten Außenseite 12 und/oder der
zweiten Außenseite 14 ist. Das Spiegelelement 10 ist
vorzugsweise so geformt, dass die zweite Außenseite 14 der
ersten Außenseite 12 gegenüber liegt.
Das Spiegelelement 10 kann auf der ersten Außenseite 12 und/oder
auf der zweiten Außenseite 14 eine Mindestfläche
von 0.5 mm2 aufweisen. Vorzugsweise hat
die erste Außenseite 12 und/oder die zweite Außenseite 14 eine
Fläche zwischen 0.5 bis 5 mm2,
insbesondere zwischen 1 bis 2 mm2. Das hier
beschriebene Spiegelelement 10 ist jedoch nicht auf eine
bestimmte Form beschränkt.
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Auf
der ersten Außenseite 12 ist eine reflektierende
Fläche 12a ausgebildet. Vorzugsweise deckt die
reflektierende Fläche 12a die gesamte erste Außenseite 12 ab.
Zum Ausbilden der reflektierenden Fläche 12a auf
der ersten Außenseite 12 kann zumindest eine Teilfläche
der ersten Außenseite 12
poliert und/oder mit
einer reflektierenden Beschichtung bedeckt sein. Vorzugsweise ist
die reflektierende Fläche 12a glatt. Das Spiegelelement 10 kann
jedoch auch so geformt sein, dass die reflektierende Fläche 12a eine
konvexe Wölbung und/oder eine konkave Wölbung
aufweist.
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Auf
der zweiten Außenseite 14 ist eine erste Elektrodenfläche 14a ausgebildet,
an welche ein erstes Potential anlegbar ist. Insbesondere kann das Spiegelelement 10 derart
ausgebildet sein, dass die gesamte zweite Außenseite 14 des
Spiegelelements 10 als erste Elektrodenfläche 14a verwendbar
ist. Das Ausbilden einer die zweite Außenseite 14 teilweise
oder vollständig abdeckenden ersten Elektrodenfläche 14a ist
beispielsweise realisierbar, indem das Spiegelelement 10 vollständig
aus einem leitfähigen Material gebildet wird oder ein leitfähiges
Material auf das Spiegelelement 10 aufgebracht wird.
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Das
Spiegelelement 10 kann beispielsweise als Plattenelektrode
mit einer Polierung und/oder einer reflektierenden Beschichtung
als reflektierende Fläche 12a auf der ersten Außenseite 12 ausgebildet sein.
Die Plattenelektrode kann eckige und/oder abgerundete Kanten aufweisen.
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Bei
dem dargestellten mikromechanischen Bauteil ist das Spiegelelement 10 über
mindestens eine das Spiegelelement 10 zumindest teilweise
umrahmende Membran 16 mit einer Halterung 18 verbunden.
Vorzugsweise kontaktiert die mindestens eine Membran 16 das
Spiegelelement 10 an oder nahe der ersten Außenseite 12.
Die mindestens eine Membran 16 hat bevorzugt senkrecht
zu der reflektierenden Fläche 12a eine maximale
Dicke dm, welche kleiner als die maximale Dicke ds des Spiegelelements 10 senkrecht
zu der reflektierenden Fläche 12a ist. Die maximale
Dicke dm der mindestens einen Membran 16 kann beispielsweise
kleiner als die Hälfte der maximalen Dicke ds des Spiegelelements 10 sein.
Insbesondere kann die maximale Dicke dm der mindestens einen Membran 16 kleiner
als ein Viertel der maximalen Dicke ds des Spiegelelements 10 sein.
Bei einer derartigen maximalen Dicke dm der mindestens einen Membran 16 ist
insbesondere gewährleistet, dass das Spiegelelement 10 in
Bezug auf die Halterung 18 erst unter Ausübung
einer vergleichsweise großen Kraft verstellbar ist. Dadurch
ist eine relativ hohe Eigenfrequenz der Schwingbewegung des Spiegelelements 10 mittels
eines Biegens der Membran 16 realisierbar.
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Man
kann die Form einer Einheit aus dem Spiegelelement 10 und
der mindestens einen Membran 16 auch so beschreiben, dass
das Spiegelelement 10 als eine ansatzförmige Versteifung
aus der mindestens einen Membran 16 herausragt. Vorzugsweise
ist die ansatzförmige Versteifung in einem Zentrum der
mindestens einen Membran 16 angeordnet. Die ansatzförmige
Versteifung weist auf der ersten Außenseite 12 vorzugsweise
eine Mindestfläche auf, welche größer
oder gleich einer Fläche eines mittels des Spiegelelements 10 abzulenkenden
Lichtstrahls, wie beispielsweise eines Laserstrahls, ist.
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Das
dargestellte mikromechanische Bauteil weist eine Gegenelektrode 20 auf,
welche benachbart zu der zweiten Außenseite 14 des
Spiegelelements 10 angeordnet ist. Die Gegenelektrode 20 ist derart
ausgebildet, dass ein zweites Potential an einer zweiten Elektrodenfläche 22a der
Gegenelektrode 20 anlegbar ist. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist die Gegenelektrode 20 so an der Halterung 18 festgebondet,
dass die zweite Elektrodenfläche 22a auf einer
der ersten Elektrodenfläche 14a gegenüber
liegenden Innenseite 22 der Gegenelektrode 20 liegt.
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Ein
Abstand g zwischen der zweiten Außenseite 14 und
der Innenseite 22, bzw. zwischen der ersten Elektrodenfläche 14a und
der zweiten Elektrodenfläche 22a, kann kleiner
als 5 μm sein. Insbesondere kann der Abstand g kleiner
als 2 μm sein. Bevorzugt ist der Abstand g kleiner als
1 μm. Auf die Vorteile eines derart kleinen Abstands g
wird unten noch genauer eingegangen.
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Das
mikromechanische Bauteil umfasst zusätzlich eine Spannungssteuereinrichtung 24.
Die Spannungssteuereinrichtung 24 ist über ein
erstes Kontaktelement 26 an die erste Elektrodenfläche 14a des
Spiegelelements 10 gekoppelt. Ebenso ist die Spannungssteuereinrichtung 24 über
ein zweites Kontaktelement 28 an die zweite Elektrodenfläche 22a der
Gegenelektrode 20 gekoppelt. Das erste Kontaktelement 26 und/oder
das zweite Kontaktelement 28 können beispielsweise
eine Leitung, eine leitfähige Beschichtung und/oder eine
leitfähige vergrabene Schicht umfassen.
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Die
Spannungssteuereinrichtung 24 ist derart ausgebildet, dass
ein zeitlich variierendes Spannungssignal über die Kontaktelemente 26 und 28 zwischen
der ersten Elektrodenfläche 14a und der zweiten
Elektrodenfläche 22a anlegbar ist. Durch das zwischen
der ersten Elektrodenfläche 14a und der zweiten
Elektrodenfläche 22a angelegte zeitlich variierende
Spannungssignal ist das Spiegelelement 10 in Bezug auf
die Gegenelektrode 20, bzw. 10 in Bezug auf die
Halterung 18, verstellbar. Vorzugsweise wird das Spiegelelement 10 durch
das zwischen den Elektrodenflächen 14a und 22a angelegte
zeitlich variierende Spannungssignal in eine Richtung senkrecht
zu der reflektierenden Fläche 12a verstellt. Um das
Spiegelelement 10 in eine Schwingbewegung zu versetzen,
kann als Spannungssignal ein elektrisches Wechselfeld/eine Wechselspannung
mit einer Frequenz in einem Bereich zwischen 100 kHz bis 1 GHz mittels
der Spannungssteuereinrichtung 24 zwischen den Elektrodenflächen 14a und 22a angelegt werden.
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Für
die Kapazität C des aus den beiden Elektrodenflächen 14a und 22a gebildeten
Kondensators gilt: C = ε0· A / g
, (Gl 1) wobei
A die Mindestfläche der beiden Elektrodenflächen 14a und 22a ist.
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Somit
ergibt sich die aus dem angelegten Spannungssignal resultierende
Kraft zum Verstellen des Spiegelelements
10 mit:
wobei V die angelegte Spannung
ist.
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Wie
in 1B zu erkennen ist, wird das in Bezug auf die
Halterung 18, bzw. die Gegenelektrode 20, verstellte
Spiegelelement 10 kaum verformt. Das Verstellen des Spiegelelements 10 erfolgt
somit nahezu ausschließlich durch ein Verbiegen der mindestens
einen (in 1B nicht dargestellten) Membran 16.
Insbesondere in dem Bereich des Spiegelelements 10 (des
Ansatzes), auf welchem ein schematisch über eine Intensitätsverteilung
I wiedergegebener Laserspot auftrifft, wird die Reflektionsfähigkeit der
reflektierenden Fläche 12a somit nicht durch das Verstellen
des Spiegelelements 10 beeinträchtigt.
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Bei
einer Projektion eines Bildes auf eine Projektionsfläche
mittels eines herkömmlichen (Laser-)Projektors treten häufig
unerwünschte Intensitäts-Maxima und/oder Intensitäts-Minima
in dem projizierten Bild auf. Diese unerwünschten Intensitäts-Maxima
und/oder Intensitäts-Minima, welche meistens die optische
Qualität des projizierten Bildes negativ beeinträchtigen,
können auch als Speckle, als Specklemuster oder als Granulation
bezeichnet werden. In der Regel ist das Auftreten von Speckle in dem
projizierten Bild auf Interferenzen des kohärenten (Laser-)Lichts
aufgrund von Unebenheiten der Projektionsfläche, bzw. der
Spiegeloberfläche, zurückzuführen.
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Dieses
Problem ist mittels des mikromechanischen Bauteils umgehbar. Durch
die Bewegung des Spiegelelements 10 wird die Phase eines
an der reflektierten Fläche 12aabgelenkten kohärenten Lichtstrahls,
beispielsweise eines Laserstrahls, moduliert. Man kann dies auch
so bezeichnen, dass die Kohärenz des an der Spiegeloberfläche
abgelenkten Lichtstrahls gestört wird. Auf diese Weise
ist vermeidbar, dass zwischen den von den einzelnen Punkten der
unebenen Projektionsfläche ausgehenden Kugelwellen eine
zeitlich konstante Phasendifferenz vorliegt. Das Auftreten der unerwünschten
Speckle ist somit durch die Bewegung des Spiegelelements 10 vermeidbar.
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Das
Spiegelelement 10 kann insbesondere mittels des zeitlich
variierenden Spannungssignals in eine resonante Schwingbewegung
(Eigenschwingung) versetzt werden. Die bevorzugte Eigenschwingung
des Spiegelelements 10 ist verlässlich realisierbar,
indem ein elektrisches Wechselfeld/eine Wechselspannung mit einer
Frequenz in einem Bereich zwischen 1 MHz bis 100 MHz als zeitlich
variierendes Spannungssignal zwischen den Elektrodenflächen 14a und 22a angelegt
wird und/oder das Spiegelelement 10 in einem Zentrum der
mindestens einen Membran 16 angeordnet wird. Bei einem
geringen Abstand g unter 2 μm zwischen der zweiten Außenseite 14 und
der Innenseite 22, bzw. den beiden Elektrodenflächen 14a und 22a,
ist bereits bei einem Spannungssignal mit einer relativ niedrigen
Amplitude eine ausreichend große Kraft zum gewünschten Verstellen
des Spiegelelements 10 gewährleistet. Auf diese
Weise kann das Spiegelelement 10 mit einer Amplitude von
mindestens 0,5 μm in eine Richtung senkrecht zu der ersten
Außenseite 12 und/oder der zweiten Außenseite 14 in
eine Schwingbewegung versetzt werden. Eine derartige Amplitude ist
ausreichend, um eine Phasenverschiebung eines an der reflektierenden
Fläche 12a reflektierten Lichtstrahls bis zu 180° zu
ermöglichen. Auf diese Weise ist das Auftreten von Speckle
verlässlich vermeidbar.
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Über
eine Spannbreite der mindestens einen Membran 16 von dem
Spiegelelement 10 zu der Halterung 18, die maximale
Dicke dm der mindestens einen Membran 16 und/oder eine
Form (Höhe und Breite). des Ansatzes ist die Resonanzfrequenz
der Schwingbewegung des Spiegelelement 10 senkrecht zu
der reflektierenden Fläche 12a in Bezug auf die Halterung 18 beeinflussbar.
Somit ist ein bevorzugter Bereich für die Resonanzfrequenz über
eine entsprechende Ausbildung der mindestens einen Membran 16 realisierbar.
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Vorzugsweise
ist die mindestens eine Membran 16 mit der Halterung 18 und
dem Spiegelelement 10 einstückig ausgebildet.
Die Einheit aus der mindestens einen Membran 16, der Halterung 18 und dem
Spiegelelement 10 ist auf einfache Weise herstellbar, indem
mindestens ein (nicht durchgehender) Trenngraben 30 in
einer Halbleiter- und/oder Metallschicht 32 gebildet wird.
Vorzugsweise werden durch den mindestens einen Trenngraben 30 ein
Spiegelelementbereich und ein den Spiegelelementbereich zumindest
teilweise umrahmender Halterungsbereich aus der Halbleiter- und/oder
Metallschicht 32 herausstrukturiert. Gleichzeitig wird
die mindestens eine Membran 16 in einem Bereich zwischen
der ersten Außenseite 12 und einem Boden des mindestens einen
Trenngrabens 30 gebildet. Durch die Tiefe t des mindestens
einen Trenngrabens 30 kann die maximale Dicke dm der mindestens
einen Membran 16 festgelegt werden. Über die Breite
b des mindestens einen Trenngrabens 30 ist auch eine Spannbreite
der mindestens einen Membran 16 von der Halterung 18 zu
dem Spiegelelement 10 festlegbar. Auf weitere Ausführungsmöglichkeiten
zum Herstellen des mikromechanischen Bauteils wird bei der Beschreibung der 3 eingegangen.
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In
einer Weiterbildung kann das in den oberen Absätzen beschriebene
mikromechanische Bauteil mit einem Aktor ausgestattet werden, welcher dazu
ausgelegt ist, das Spiegelelement 10 und die Gegenelektrode 20 um
mindestens eine Drehachse zu verstellen. Das mikromechanische Bauteil
ist somit auch zum gezielten Ablenken eines Lichtstrahls in eine
zeitlich variierende Richtung verwendbar.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der
Lichtablenkvorrichtung.
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Die
in 2 schematisch dargestellte Lichtablenkvorrichtung 50 kann
beispielsweise ein Projektor zur Projektion eines Bildes auf eine
Projektorfläche und/oder eine Anzeigevorrichtung sein.
Die im Weiteren beschriebene Lichtablenkvorrichtung 50 ist
jedoch nicht auf eine Ausbildung als Projektor und/oder als Anzeigevorrichtung
beschränkt. Beispielsweise kann die Lichtablenkvorrichtung 50 auch als
Scanner zum Abscannen einer zu untersuchenden Fläche und/oder
als Lichtsignalübertragungsvorrichtung ausgebildet sein.
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Die
Lichtablenkvorrichtung 50 weist in ihrem Gehäuse 51 ein
mikromechanisches Bauteil 52 entsprechend der Ausführungsform
der der 1A und 1B auf.
Eine reflektierende Fläche 54 des mikromechanischen
Bauteils 52 ist über das Anlegen des zeitlich
variierenden Spannungssignals zwischen den beiden Elektrodenflächen
des (nicht dargestellten) Spiegelelements und der (nicht skizzierten)
Gegenelektrode verstellbar. Vorzugsweise ist die reflektierende
Fläche 54 in eine Richtung senkrecht zu der reflektierenden
Fläche 54 verstellbar. Dies ist über den
Pfeil 56 schematisch wiedergegeben. Vorteilhafter Weise
ist die reflektierende Fläche 54 in eine resonante
Schwingbewegung versetzbar. Auf diese Weise ist eine große
Amplitude der Verstellbewegung der reflektierenden Fläche 54 mit
einem geringen Energieaufwand erzielbar.
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Das
mikromechanische Bauteil 52 ist für die Modulation
einer Phase eines auf die reflektierende Fläche 54 gerichteten
Lichtstrahls 58 geeignet. Der Lichtstrahl 58 kann
ein kohärenter Lichtstrahl, beispielsweise ein Laserstrahl,
sein. Zur Emission des Lichtstrahls 58 kann die Lichtablenkvorrichtung 50 in ihrem
Gehäuse 51 eine Lichtquelle 60, beispielsweise
einen Laser, aufweisen. Als Alternative zu der Lichtquelle 60 kann
die Lichtablenkvorrichtung 50 auch ein Lichteintrittfenster
haben, durch welches ein einfallender Lichtstrahl auf die reflektierende
Fläche 54 trifft.
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Die
Lichtablenkvorrichtung 50 weist mindestens eine Spiegelfläche 62 auf,
welcher mittels eines Aktors 64 um mindestens eine Drehachse 66 verstellbar
ist. Vorzugsweise ist die Spiegelfläche 62 mittels des
Aktors 64 um zwei zueinander senkrecht ausgerichtete Drehachsen
verstellbar. Der Aktor 64 kann einen elektrostatischer
Antrieb, einen magnetischen Antrieb und/oder einen Piezoantrieb
umfassen. Die Lichtablenkvorrichtung 50 ist nicht auf eine
bestimmte Ausbildung des Aktors 64 beschränkt.
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Die
Spiegelfläche 62 ist in Bezug auf das mikromechanische
Bauteil 52 so angeordnet, dass der an der reflektierenden
Fläche 54 reflektierte Lichtstrahl 68 auf
die Spiegelfläche 62 trifft. Durch ein Verstellen
des Spiegels 62 um die mindestens eine Drehachse 66 wird
ein Lichtstrahl 72 von der Spiegelfläche 62 durch
ein Lichtaustrittsfenster 70 auf einen gewünschten
Auftreffpunkt einer (nicht skizzierten) Projektorfläche
gerichtet. Durch die mittels des mikromechanischen Bauteils 52 durchgeführte
Modulation der Phase der Lichtstrahlen 68 und 72 kann
das Auftreten von Speckle in dem projizierten Bild verhindert werden.
Somit stellt die Verwendung des mikromechanischen Bauteils 52 in
der Lichtablenkvorrichtung 50 eine verlässliche
Möglichkeit zum Verhindern von Speckle dar. Zusätzlich
ist es bei der hier beschriebenen Lichtablenkvorrichtung 50 eine
Spiegelvorrichtung, bei welcher die Spiegelfläche 62 zusätzlich
zu mindestens einer Drehbewegung um mindestens eine Drehachse 66 noch
die zur Modulation geeignete Vibrationsbewegung der reflektierenden
Fläche 54 ausführen kann, nicht notwendig.
Die Lichtablenkvorrichtung 50 ist somit kostengünstig
herstellbar.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm zum Darstellen einer Ausführungsform
des Herstellungsverfahrens.
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In
einem Verfahrensschritt S1 wird ein Spiegelelement mit einer reflektierenden
Fläche auf einer ersten Außenseite des Spiegelelements
gebildet. Zusätzlich wird auf einer der ersten Außenseite
entgegen gerichteten zweiten Außenseite des Spiegelelements
eine erste Elektrodenfläche gebildet.
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Vorzugsweise
kann der Verfahrensschritt S1 den Unterschritt S11 umfassen, in
welchem mindestens ein Trenngraben in einer Halbleiter- und/oder Metallschicht
gebildet wird. Das Bilden des mindestens einen Trenngrabens erfolgt
dabei so, dass ein Spiegelelementbereich und ein den Spiegelelementbereich
zumindest teilweise umrahmender Halterungsbereich aus der Halbleiter-
und/oder Metallschicht herausstrukturiert werden. Beim Herausstrukturieren
wird der Spiegelelementbereich über mindestens eine den
Spiegelelementbereich zumindest teilweise umrahmende Membran mit
dem Halterungsbereich verbunden. Über die Tiefe und die
Breite des mindestens einen Trenngrabens kann eine maximale Dicke
der mindestens einen Membran und/oder eine Spannbreite der mindestens
einen Membran von dem Spiegelelementbereich zu dem Halterungsbereich
festgelegt werden.
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Der
mindestens eine Trenngraben kann beispielsweise in die Halbleiter-
und/oder Metallschicht geätzt werden. Die Breite und die
Lage des mindestens einen geätzten Trenngrabens sind festlegbar,
indem eine strukturierte Schutzschicht auf einer von der ersten
Außenseite entgegen gerichteten Oberseite der Halbleiter-
und/oder Metallschicht gebildet wird. Die Strukturierung der Schutzschicht
kann beispielsweise über ein lithographisches Verfahren
erfolgen.
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In
einem weiteren optionalen Unterschritt S12 des Verfahrensschritts
S1 kann eine von dem mindestens einen Trenngraben umrahmte Oberseite des
Spiegelelementbereichs gegenüber einer gleich ausgerichteten
Oberseite des Halterungsbereichs zurückversetzt werden.
Vorzugsweise erfolgt das Zurückversetzen der von dem mindestens
einen Trenngraben umrahmten Oberseite des Spiegelelementbereichs
gezielt um eine gewünschte Differenz zwischen 0,5 bis 3 μm
durch eine Oxidation und ein nachfolgendes Entfernen des oxidierten
Materials. Insbesondere kann die Oxidierung der Oberseite des Spiegelelementbereichs
erfolgen, während die Oberseite des Halterungsbereichs
von einer Schutzschicht abgedeckt ist. Da der Halterungsbereich
nicht aufoxidiert wird, behält die Halbleiter- und/oder
Metallschicht in diesem Bereich ihre ursprüngliche Dicke.
Somit verbleibt nach einem selektiven Entfernen des Oxids eine Vertiefung
des Spiegelelementbereichs gegenüber dem Halterungsbereichs,
durch welche der spätere Abstand zwischen den beiden Elektrodenflächen
festgelegt wird.
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Der
Verfahrensschritt S1 kann zusätzlich ein Polieren zumindest
einer Teilfläche der ersten Außenseite des Spiegelelements
und/oder ein Aufbringen einer reflektierenden Schicht auf die erste
Außenseite in einem Unterschritt S13 umfassen.
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Sofern
die Halbleiter- und/oder Metallschicht aus einem nicht-leitfähigen
Material besteht, kann in einem optionalen Unterschritt S14 des
Verfahrensschritts S1 ein leitfähiges Material zum Bilden
der ersten Elektrodenfläche abgeschieden werden. Die Ausführbarkeit
der Unterschritte S11 bis S14 ist nicht auf die über die
Nummerierung festgelegte Reihenfolge beschränkt.
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In
einem weiteren Verfahrensschritt S2 wird eine Gegenelektrode mit
einer zweiten Elektrodenfläche benachbart zu der zweiten
Außenseite des Spiegelelements angeordnet. Vorzugsweise
erfolgt das Anordnen der Gegenelektrode benachbart zu der zweiten
Außenseite des Spiegelelements durch ein Bonden der Gegenelektrode
an eine Teiloberfläche des Halterungsbereichs. Auf diese
Weise ist gewährleistet, dass die zweite Elektrodenfläche
gegenüber der ersten Elektrodenfläche angeordnet
wird. Somit kann die zweite Elektrodenfläche auf einfache
Weise in einen vorteilhaft geringen Abstand zu der ersten Elektrodenfläche
angeordnet werden.
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In
einem Verfahrensschritt S3 wird eine Spannungssteuereinrichtung
gebildet. Die Spannungssteuereinrichtung wird über ein
erstes Kontaktelement an die erste Elektrodenfläche des
Spiegelelements gekoppelt. Zusätzlich wird die Spannungssteuereinrichtung über
ein zweites Kontaktelement an die zweite Elektrodenfläche
der Gegenelektrode gekoppelt. Das Bilden der Spannungssteuereinrichtung
erfolgt dabei so, dass bei einem Betrieb des fertig hergestellten
mikromechanischen Bauteils ein zeitlich variierendes Spannungssignal
zwischen der ersten Elektrodenfläche und der zweiten Elektrodenfläche
angelegt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird
die Spannungssteuereinrichtung derart ausgebildet, dass mittels
der Spannungssteuereinrichtung eine Wechselspannung mit einer Frequenz
in einem Bereich zwischen 100 kHz bis 1 GHz, insbesondere zwischen
1 MHz bis 100 MHz, als zeitlich variierendes Spannungssignal zwischen
den Elektrodenflächen anlegbar ist. Der Verfahrensschritt S3
kann in einer beliebigen Reihenfolge von dem zuvor beschriebenen
Verfahrensschritten S1 und S2 ausgeführt werden.
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In
einem optionalen Verfahrensschritt S4 kann das mikromechanische
Bauteil in einem Gehäuse einer Lichtablenkvorrichtung zusammen
mit einer um mindestens eine Drehachse verstellbaren Spiegelfläche
angeordnet werden. Das mikromechanische Bauteil und die Lichtablenkvorrichtung
werden dabei so zueinander angeordnet, dass ein an der reflektierenden
Fläche des mikromechanischen Bauteils reflektierter Lichtstrahl
auf die Spiegelfläche trifft. Das in den Verfahrensschritten
S1 bis S3 hergestellte mikromechanische Bauteil kann eine vergleichsweise
kleine Baugröße aufweisen. Der Verfahrensschritt S4
ist somit leicht ausführbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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