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1. Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Beschichtungen auf Glas und insbesondere
auf Beschichtungen mit einem niedrigen Reflexionsvermögen.
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2. Hintergrund der Erfindung
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Viele
verschiedene Arten von Vorrichtungen empfangen Licht und lassen
Licht durch Glas durch. Zu diesen Vorrichtungen gehören auch
die räumlichen
Lichtmodulatoren. Zu diesen Modulatoren gehören in einer Flächenmatrix
angeordnete Modulatoren sowie opto-elektronische oder magneto-elektronische
Modulatoren. Die in einer Flächenmatrix
angeordneten Modulatoren bestehen typischerweise aus einer Matrix
einzelner Elemente, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind, und
sie werden typischerweise bei Bilderzeugungsanwendungen, zum Beispiel
Anzeigen und Druckern, verwendet. Sie werden von dem Licht einer
Lichtquelle beleuchtet und modulieren dieses Licht so, daß ein Bild
entsteht.
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Jedes
einzelne Element der Vorrichtung entspricht typischerweise einem
Bildelement (Pixel) des erzeugten Bildes. Diese Matrizen empfangen
Licht durch das Glas, wobei dann ausgewählte Elemente Licht zu der
Anzeigefläche
schicken. Indem ausgewählt
wird, welche Elemente Licht senden (weiß) und welche kein Licht senden
(schwarz), wird das Bild erzeugt. Es können verschiedene gut durchdachte
Verfahren, zum Beispiel die Pulsbreitenmodulation zur Graustufenerzeugung
und das nacheinander erfolgende Erscheinen von Farben in einzelnen
Bildfeldern, angewendet werden, um Farbbilder zu erzeugen. Diese Modulatoren
besitzen verschiedene Vorteile, wobei ein besonders eindrucksvoller
die Fähigkeit
ist, jeden einzelnen Lichtpunkt des Bildes zu steuern.
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Damit
diese Matrizen wirksam arbeiten können, muß das Streulicht in dem System
kontrolliert werden. Das Licht wird durch eine lichtundurchlässige Beschichtung,
die das Licht der Quelle davon abhält, neben den Elementen einen
anderen Teil der Vorrichtung zu beleuchten, auf die aktive Fläche der Matrix
beschränkt.
So werden Reflexionen von anderen Teilen der Vorrichtung verhindert,
die Bildfehler in dem Bild verursachen könnten. Bei gegenwärtigen Ausführungsformen
wurde davon ausgegangen, daß das
Glas ein hohes Reflexionsvermögen
aufweisen muß.
Das von einer sich außerhalb
des Gehäuses befindenden
Quelle stammende Licht, das auf die lichtundurchlässige Beschichtung
trifft, würde
reflektiert werden. Es wurde jedoch herausgefunden, daß dieses
starke Reflexionsvermögen "Geisterbilder" um die Kante des
durch die Matrix projizierten Bildes verursacht. Ein Verfahren zur
Verhinderung dieser Art von Reflexion wäre die Verwendung einer lichtundurchlässigen Öffnungsbeschichtung,
um Licht zu absorbieren.
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Eine
Möglichkeit
hierfür
ist eine Öffnungsbeschichtung
aus einer dreilagigen Beschichtung, die eine Schicht aus Germanium
enthält.
Das Germanium ist in Titan enthalten, um die innere chemische Umgebung
geschlossener Gehäuse
zu kontrollieren. Eine andere Möglichkeit
besitzt eine zweilagige Beschichtung aus Yttriumoxid und Germanium.
Eine dritte Möglichkeit
verwendet einen Kohlenstoffilm und eine Graphitschicht.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht einer zum Stand der Technik gehörenden Ausführungsform
eines Gehäuses 10 mit
einer Glasoberfläche, das
in Verbindung mit einer Matrix eines räumlichen Lichtmodulators verwendet
wird. Die Matrix 18 liegt unter dem Glas, das durch den
Rahmen 16 gehalten wird. Die Außenfläche des Glases besitzt eine
Antireflexschicht 14, die sich auf den Rahmen 16 erstreckt. Auf
der Innenfläche
des Glases, der Fläche,
die der Matrix gegenüberliegt,
bedeckt die Antireflexbeschichtung die Öffnungsbeschichtung 12.
Von oben gesehen erscheint die Öffnungsbeschichtung 12 als hohler
Rahmen aus lichtundurchlässigem
Material. Die Öffnungsbeschichtung 12 besteht
aus einer dreilagigen Struktur, deren mittlere Lage 30 aus
Silber besteht.
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Die
Prozentsätze
an Reflexionsvermögen und
Transmissionsvermögen
an den verschiedenen Grenzflächen
sind von der Seite der Matrix aus gesehen durch die Pfeile 20, 22 und 34 dargestellt.
Die klare Fläche
der Antireflexbeschichtungen und des Glases, dargestellt durch den
Pfeil 20, besitzt ein Transmissionsvermögen von 99%. Das Reflexionsvermögen an der
Grenzfläche
zwischen dem Glas und der Beschichtung, dargestellt durch den Pfeil 22, beträgt 0,5%.
Selbiges gilt für
die Quellenlichtseite des Gehäuses,
was durch den Pfeil 28 dargestellt wird. Das Reflexionsvermögen des
Lichtes von der Matrix, das auf die Öffnungsbeschichtung trifft,
dargestellt durch den Pfeil 34, beträgt 20%. Diese Reflexionen können auch
Bildfehler in dem Bild verursachen, da die Matrix das von der Öffnungsbeschichtung
reflektierte Licht dazu verwenden kann, Pixel zu erzeugen, die nicht
erzeugt werden sollten.
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Der
Prozentsatz an Reflexionsvermögen
und Transmissionsvermögen
von der Quellenlichtseite des Gehäuses ist durch die Pfeile 24, 26 und 28 dargestellt.
Der Pfeil 26 zeigt den Pfad des Quellenlichts, das durch
die Öffnungsbeschichtung
mit einem Transmissionsvermögen
von 0,1% läuft.
Der Pfeil 28 zeigt das Reflexionsvermögen des von der Antireflexschicht
weggerichteten Lichts, das typischerweise bei 0,5% liegt. Von diesen
Pfeilen sind die Reflexionen, die von der Öffnungsbeschichtung ausgehen, siehe
Pfeil 24 und Pfeil 34, und die vom Inneren des Gehäuses ausgehen,
am interessantesten. Daher werden die Pfeile 20, 26, 28 und 22 nachfolgend
nicht weiter besprochen.
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Der
Pfeil 24 zeigt die Reflexion von Quellenlicht von der Öffnungsbeschichtung
in den Bereich außerhalb
des Gehäuses,
was hierin als "Außenreflexion" bezeichnet werden
soll. In diesem Fall existiert ein großes Reflexionsvermögen innerhalb
des Glases. Man war der Ansicht, daß dieses starke Reflexionsvermögen wünschenswert
ist. Jedoch ist dieses starke Reflexionsvermögen eine Quelle der vorher
erwähnten "Geisterbilder". Daher war es notwendig,
eine neue Beschichtung zu entwickeln, die dieses Problem beseitigt.
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Eine
solche Beschichtung ist in der 2 dargestellt.
Von der Struktur her gesehen sieht die dreilagige Beschichtung der
zum Stand der Technik gehörenden
Ausführungsform
der 1 ziemlich ähnlich.
In diesem Fall besteht jedoch die mittlere Schicht aus Germanium.
Ein Beispiel dieser dreilagigen Schicht umfaßt eine 60 nm dicke Schicht
aus Titaniummonoxid auf Glas, eine mittlere Schicht 30 aus Germanium,
die ungefähr
300 nm dick ist, und eine abschließende Schicht aus Titan, die
150 nm dick ist. Diese abschließende
Schicht ist optional. Bei einigen Fällen kann es notwendig sein,
die Schicht aus Germanium mit einer Schicht aus Metall zu bedecken, um
die chemische Umgebung dieses Gehäuses zu erhalten.
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Diese
Ausführungsform
einer ein niedriges Reflexionsvermögen aufweisenden lichtundurchlässigen Öffnungsschicht
basiert auf der Germaniumschicht für die Absorption. Idealerweise
sollte das Reflexionsvermögen
geringer als 10% sein, wobei die Schicht lichtundurchlässig bleibt.
Der Anstieg an Temperatur innerhalb des Gehäuses sollte auf weniger als
12°C begrenzt
werden. Es hat sich gezeigt, daß die
Verminderung des photopischen Reflexionsvermögens, also des Reflexionsvermögens, das
ein menschlicher Beobachter bei Tageslicht sieht, weniger als 7%
sein sollte, wenn eine Metallhalogenid-Lichtquelle verwendet wird.
Daher sollte der Bereich des photopischen Reflexionsvermögens für das durch
den Pfeil 24 dargestellte Licht zwischen 7% und 10% liegen.
Das radiometrische Reflexionsvermögen der Metallhalogenid-Lichtquellenenergie
sollte größer als
8% sein. Das radiometrische Reflexionsvermögen ist das Reflexionsvermögen, das
ein gleichmäßig arbeitender
Detektor erkennen würde und
entspricht nicht dem Reflexionsvermögen, das von dem menschlichen
Auge erkannt wird.
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Die
Ausführungsform
der 2 verwendet die gleichen Verfahrensschritte wie
die Ausführungsform
des Standes der Technik der 1. Bei der 3 wurde
das Verfahren verändert,
was zu einer Kostenverminderung bei der Herstellung des Fensters
führt.
Bei den 1 und 2 wird die Öffnungsbeschichtung
direkt auf dem Glas abgeschieden. Eine Maske aus Photoresist wird
oben auf dem Glas gebildet, um die gewünschte klare Fläche in der Mitte
zu bedecken. Die dreilagige lichtundurchlässige Beschichtung wird abgeschieden,
dann wird die Oberfläche
getränkt
und bewegt, um die nicht erwünschte
Beschichtung und das Photoresist zu beseitigen. Dieser Liftoff-Prozeß führt oft
zu Defekten, die die Leistungsfähigkeit
der Vorrichtung beeinträchtigen.
Schließlich
wird die Antireflexbeschichtung oben auf dem Glas und auf der Öffnungsbeschichtung
abgeschieden.
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Eine
andere Ausführungsform
der Öffnungsbeschichtung
verwendet eine nahezu transparente 50 nm dicke Schicht aus Kohlenstoff,
die einen Brechungsindex von 2,2–i0,5 besitzt. Dieser folgt
eine 500 nm dicke Schicht aus Hartgraphit mit einem Index von ungefähr 3,0–i0,3. Die
erste Schicht wird durch Dissoziieren eines Kohlenwasserstoffgases, zum
Beispiel Ethylen, abgeschieden. Die zweite Schicht wird mittels
einer Elektronenstrahlkanone mit durch HF-Strahlung angeregtem Argonplasma abgeschieden.
In der Hartgraphitschicht wird nahezu das gesamte Licht absorbiert,
und beide Schichten können
leicht in einem Sauerstoff-HF-Plasma geätzt werden. Diese Beschichtung
besitzt eine Innenreflexion von 25% und den geeigneten Bereich an
Außenreflexion.
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Bei
einer Variation dieser Beschichtung wird eine Schicht aus Kohlenstoff,
die 1100 nm dick ist, verwendet. Diese kann unter Verwendung von
Ethylen abgeschieden werden, wobei die Abscheidungsparameter wie
Vorspannung, Gasdruck, Strom und Gasfluß so gewählt werden, daß die Lichtabsorption erhöht wird.
Die Werte hängen
von der speziellen Beschichtungskammer ab. 1100 nm absorbierenden Kohlenstoffs
besitzen eine geringe Lichtdurchlässigkeit bei Wellenlängen, die
größer als
550 nm sind. Ein Anwachsen der Dicke wird die Beschichtung in geeignetem
Maße lichtundurchlässig machen.
Die Außenreflexion
kann jedoch zu gering sein, wenn man den zugehörigen Anstieg der Gehäusetemperatur durch
Absorption betrachtet.
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Während das
Innenreflexionsvermögen
entlang dem Pfad 34 in der Ausführungsform der 4 eine
Verbesserung von 25% gegenüber
dem Reflexionsvermögen
von 45% der 3 bedeutete, kann es immer noch
zu hoch sein.
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DE 44 44 557 A1 offenbart
eine Flüssigkristallanzeigetafel
mit einer Lichtmodulatormatrix. Ein Anordnungssubstrat weist Pixelelektroden
und Dünnschichttransistoren
auf, wobei über
jedem Dünnschichttransistor
eine Lichtabschirmschicht ausgebildet ist. Diese mehrlagige Schicht
reflektiert sichtbares Licht.
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GB 2 240 204 A offenbart
eine Farbfilterschicht für
eine Flüssigkristallanzeige.
Die Flüssigkristallanzeige
umfaßt
ein unteres Glassubstrat, eine Matrix von Silizium-Dünnschichttransistoren
und ein oberes Glassubstrat. Die auf das obere Glassubstrat aufgebrachte
Farbfilterschicht enthält
eine sogenannte schwarze Matrix mit einer Dreischichtstruktur. Die
schwarze Matrix absorbiert einfallendes Licht.
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EP 0 596 733 A1 offenbart
eine Flüssigkristallanzeige,
die eine Abschirmschicht umfaßt,
um den Lichtaustritt von anderen Gebieten als den Anzeigeregionen
zu verhindern. Eine Reflexionsabwehrschicht unterdrückt Lichtreflexionen
auf der Oberfläche
der Flüssigkristallanzeige.
Die Abschirmschicht ist in Form einer schwarzen Maske aus Metall gebildet.
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WO 92/17812 A1 offenbart
einen Flüssigkristall-Lichtmodulator
mit einer photoleitenden Schicht, einer lichtblockierenden Schicht
und benachbart zur lichtblockierenden Schicht einen dielektrischen
Spiegel. Zwischen dem dielektrischen Spiegel und einer Elektrode
befindet sich eine Flüssigkristallschicht. Die
lichtblockierende Schicht dient dazu, den geringen Prozentsatz von
Licht, der durch den dielektrischen Spiegel hindurchgeht, nicht
auf die photoleitende Schicht gelangen zu lassen.
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Wenn
jedoch die lichtundurchlässige
Beschichtung zu viel Licht absorbiert, wird das Gehäuse zu stark
erhitzt. Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine die
optische Öffnung
definierende Beschichtung bereitzustellen, die ein niedriges Reflexionsvermögen, von
der Außenseite
des Gehäuses aus
gesehen, aufweist, und die das Gehäuse nicht zu stark aufheizt.
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3. Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird durch eine Glasfläche
mit einer lichtundurchlässigen Öffnungsbeschichtung gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Ein
anderer Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren gemäß Anspruch
7 zum Abscheiden der Beschichtung in einem kombinierten Prozeß mit zwei
Schritten. Die Antireflexbeschichtung wird zunächst abgeschieden und dann
wird darauf die Beschichtung mit einem niedrigen Reflexionsvermögen abgeschieden.
Die oben beschriebenen Ausführungsformen
der Beschichtung können
in Verbindung mit gegenwärtigen
Verfahren oder in Verbindung mit dem neuen Verfahren verwendet werden.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, eine ein niedriges Reflexionsvermögen aufweisende
lichtundurchlässige
Beschichtung für
eine Glasfläche
zu schaffen. Eine bevorzugte Ausführungsform verwendet einen
Kohlenstoffilm und eine Graphitschicht, mit einer Schicht aus Yttriumoxid.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, ein kostengünstiges
Verfahren der Beschichtung von Glas zu liefern.
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4. Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Für ein noch
besseres Verständnis
der vorliegenden Erfindung und ihrer weiteren Vorteile wird nun
Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung genommen, die in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen
zu lesen ist, in denen:
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1 eine
zum Stand der Technik gehörende
Ausführungsform
einer Glasfläche
mit einer ein niedriges Reflexionsvermögen aufweisenden Beschichtung
zeigt;
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2 eine
Möglichkeit
für eine
Glasfläche mit
einer ein niedriges Reflexionsvermögen aufweisenden Beschichtung
zeigt;
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3 eine
alternative Möglichkeit
einer Glasfläche
mit einer ein niedriges Reflexionsvermögen aufweisenden Beschichtung
zeigt;
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4 eine
zweite alternative Möglichkeit
einer Glasfläche
mit einer ein niedriges Reflexionsvermögen aufweisenden Beschichtung
zeigt;
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5 eine
erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Glasfläche
mit einer ein niedriges Reflexionsvermögen aufweisenden Beschichtung
zeigt; und
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6 eine
alternative erfindungsgemäße Ausführungsform
einer Glasfläche
mit einer ein niedriges Reflexionsvermögen aufweisenden Beschichtung
zeigt.
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5. Genaue Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform
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Die
bei den Ausführungsformen
der 3–6 verwendeten
Beschichtungen werden nach einem neuen Verfahren hergestellt, bei
dem die Zahl der Schritte und die Menge an verwendeten Materialien
reduziert sind. Sowohl die Antireflexbeschichtung als auch die lichtundurchlässige untere Reflektorbeschichtung
werden auf dem Glas zugleich abgeschieden. Dann wird die lichtundurchlässige untere
Reflektorbeschichtung maskiert, um die Flächen freizulegen, an denen
Material entfernt werden soll. Dieses Material wird dann einer Plasmaätzung oder
einem naßchemischen Ätzverfahren
unterzogen, um die unerwünschten
Materialien zu entfernen. Die Ätzung
beschädigt
die Antireflexbeschichtung nicht. Auf diese Weise wurde die Anzahl an
Schritten vermindert und die Komplikationen des oben beschriebenen
Liftoff-Prozesses wurden beseitigt.
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Die 3 zeigt
die auf diese Weise abgeschiedenen Beschichtungen. Die hier verwendeten Beschichtungen
sind oben auf der Antireflexbeschichtung abgeschieden worden. Bei
dieser Ausführungsform
bestehen sie aus einer zweilagigen Struktur aus Yttriumoxid und
Germanium. Das Yttriumoxid wird auf der Antireflexbeschichtung abgeschieden, wobei
dann die Germaniumschicht darauf abgeschieden wird. Bei einer Ausführungsform
ist die Yttriumoxidschicht 60 nm dick und die Germaniumschicht 300
nm dick. Nachdem die Flächen
strukturiert worden sind, die durch Photoresist geschützt werden
sollen, wird das unerwünschte
Germanium weggeätzt.
Das Ätzverfahren
kann zum Beispiel unter Verwendung einer Wasserstoffperoxidlösung durchgeführt werden.
Das nicht erwünschte
Yttriumoxid läßt sich
in einer beliebigen schwachen Säure, zum
Beispiel Essigsäure,
wegätzen.
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Diese
Ausführungsform
der Beschichtungen besitzt den gewünschten Bereich an Außenreflexionsvermögen beim
Pfeil 24 und ein Reflexionsvermögen der von der Öffnungsbeschichtung
weggerichteten Reflexion, dargestellt durch den Pfeil 34, von
45%. Die vom Inneren des Gehäuses
ausgehende Reflexion, die von der Öffnungsbeschichtung weggerichtet
ist, wird als Innenreflexionsvermögen bezeichnet werden. Es ist
denkbar, daß ein
Innenreflexionsvermögen
von 45% unerwünscht
ist.
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Eine
erfindungsgemäße Lösung hierfür bietet
die 5. Bei den aus zwei Schritten bestehenden Verfahren
reduziert das Hinzufügen
einer dritten Schicht aus Yttriumoxid die Innenreflexion auf 5%, während die
Außenreflexion
entlang dem Pfad 34 in dem gewünschten Bereich gehalten wird.
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Wie
oben erwähnt
ist das photopische Reflexionsvermögen das Reflexionsvermögen der
speziellen Lichtquellenverteilung, die von dem menschlichen Auge
bei Tageslicht wahrgenommen werden kann. Das Gesamtreflexionsvermögen, oder
auch das radiometrische Reflexionsvermögen, ist das Reflexionsvermögen der
speziellen Lichtquelle, wie es von einem gleichmäßig arbeitenden Detektor gesehen
wird. Es ist möglich,
das radiometrische Reflexionsvermögen zu erhöhen, um den Temperaturanstieg
der Vorrichtung zu vermindern, ohne das photopische Reflexionsvermögen zu erhöhen. Dieses kann
auf verschiedene Weise erreicht werden.
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Bei
einem Beispiel kann eine Schicht zwischen die Antireflexbeschichtung
und die zwei- oder dreilagige lichtundurchlässige Öffnungsbeschichtung abgeschieden
werden. Die Dicke dieser neuen Schicht kann so eingestellt werden,
daß sie
optisch bei 540 nm einer halben Wellenlänge entspricht. Eine solche
Schicht könnte
eine 120 nm dicke Schicht aus Yttriumoxid sein. Sie würde einen
geringen Einfluß auf
das photopische Reflexionsvermögen
haben, jedoch das radiometrische Reflexionsvermögen verdoppeln. So würde nur
ungefähr
halb soviel des einfallenden Lichtes absorbiert und der Temperaturanstieg
würde halbiert
werden. Wie oben bereits erwähnt,
läßt sich
Yttriumoxid leicht ätzen.
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Noch
kompliziertere Beispiele würden
Mehrfachschicht-Strukturen umfassen. Das Risiko der Beschädigung oder
von Defekten steigt, wenn mehrere Schichten verwendet werden. Das Überätzen in
die Antireflexbeschichtung ist eine Möglichkeit, wenn reaktives Ionenätzen (RIE)
verwendet wird, jedoch kann dieses Risiko durch Überwachen der entfernten Dicke
durch ein optisches Schichtdickenüberwachungsgerät minimiert
werden. Optische Schichtdickenüberwachungsgeräte werden üblicherweise
bei der Abscheidung von Schichten verwendet. Dieses Gerät kann daher
dazu verwendet werden, den Fortschritt der Entfernung von Beschichtung
zu kontrollieren, um die klare Öffnungsfläche zu definieren.
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Eine
Beispiel für
eine dieser Mehrfachschicht-Strukturen ist in der 6 dargestellt.
Die Filterschichten 36 sind zu einem aus drei Schichten
bestehenden lichtundurchlässigen
Reflektor hinzugefügt
worden, sie können
jedoch genauso zu einer zweilagigen Struktur hinzugefügt werden.
Die Filterschichten 36 können aus verschiedenen Materialsätzen bestehen,
zu denen Titandioxid, Siliziumdioxid und Titandioxid mit optischen
Dicken von einer Wellenlänge,
zwei Wellenlängen
beziehungweise einer Viertelwellenlänge bei 550 nm gehören. Das
radiometrische Reflexionsvermögen
würde um
einen Faktor von vier erhöht
werden. Diese Beschichtung könnte
wie jede in der in den 3–6 verwendeten
Beschichtungen unter Verwendung gegenwärtiger Verfahren oder mittels
des zweistufigen oben beschriebenen Verfahrens abgeschieden werden.
Noch kompliziertere Strukturen mit mehreren Schichten können das
radiometrische Reflexionsvermögen
weiter erhöhen,
ohne das photopische Reflexionsvermögen wesentlich zu erhöhen.
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Bei
den obigen Ausführungsformen
wird eine ein niedriges Reflexionsvermögen aufweisende lichtundurchlässige Öffnungsbeschichtung
auf einer Glasfläche
geschaffen, die "Geisterbilder" beseitigt, die durch
die bisher erwünschte
ein hohes Reflexionsvermögen
aufweisende Beschichtung auf Glas verursacht wurden. Die Glasfläche könnte die
lichtdurchlässige
Oberfläche
eines in sich geschlossenen Gehäuses
sein, wie es oben beschrieben ist. Jedoch ist dieses Gehäuse nur
als ein Beispiel gedacht. Die Glasfläche könnte von einem lichtdurchlässigen Modulator
verwendet werden, bei dem die zweite Oberfläche der bearbeiteten Glasfläche nicht
mit einer Antireflexbeschichtung bedeckt wäre. Die Glasfläche könnte bei
einem beliebigen Modulator verwendet werden, der eine lichtundurchlässige Öffnungsbeschichtung
benötigt,
um die klare Öffnung
für die
Projektion von Licht zu definieren.