DE2217256A1

DE2217256A1 - Elektrostatisch ablenkbarer Lichtventilaufbau für Projektionszwecke

Info

Publication number: DE2217256A1
Application number: DE19722217256
Authority: DE
Inventors: Harvey C Pittsburgh; Davis jun. John R. Export; Pa. Nathanson (V.St.A.). H04n 7-08
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-04-13
Filing date: 1972-04-11
Publication date: 1972-11-02
Also published as: JPS5134255B1; GB1390121A; US3746911A; FR2132899B1; FR2132899A1

Description

Düsseldorf, 10. April 1972

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Elektrostatisch ablenkbarer Lichtventilaufbau 'für Projektionszwecke

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrostatisch ablenkbare Lichtventile für die räumliche Modulation eines Lichtstrahls, um Bilder großer Helligkeit analog der Amplitude der Verformung der elektrostatisch ablenkbaren Lichtwellen zu erzeugen.

Projektions-Wiedergabesysteme für große Flächen haben infolge ihres verwickelten Aufbaus, ihres Leistungsverhaltens sowie der damit zusammenhängenden Kosten keine weite Verbreitung gefunden. Die Standard-Fernsehbildschreibröhre (kinescope) ist hinsichtlich Fläche sowie Helligkeit begrenzt. Eine der erfolgreichsten Fernseh-Projektionswiedergabeeinrichtungen stellt das Öl-Eidophorsystem dar. Bei dieser Einrichtung wird eine äußere Lichtquelle räumlich mittels eines Ölfilms moduliert, der durch einen Elektronenstrahl innerhalb einer Kathodenstrahlröhre in Wellenbewegungen versetzt wird. Auch das Eidophorsystern war jedoch mit dem Nachteil der Kompliziertheit, hoher Kosten, ferner der Kathodenabnutzung infolge der Anwesenheit des Ölfilms im Vakuum behaftet. Im Rahmen des Standes der Technik sind auch schon durch Licht verformbare, aus hitzebeständigen oder zumindest gegenüber hohen Temperaturen •beständigen Materialien gefertigte Flächen vorgeschlagen worden, etwa in Verbindung mit den USA-Patentschriften 2 644 208 und 2 682 010. Damit wird allgemein der Gedanke gelehrt, elektro-

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Telefon (O211) 32 08 56

Telegramms Cuetopat

statisch ablenkbare Lichtventile unter Verwendung eines Element-Mosaiks herzustellen. Die im Zusammenhang damit bekannt gewordenen Anordnungen bedingen jedoch eine komplizierte Herstellung sowie bestimmte betriebliche Probleme.

In jüngerer Zeit wurde ein elektrostatisch ablenkbares Lichtventil von J. A. van Raalte in einem Aufsatz mit dem Titel "New Schlieren Light Valve for Television Projection", veröffentlicht in der Oktober 1970-Ausgabe der Zeitschrift "Applied Optics", beschrieben. Der dort beschriebene Aufbau weist einen stramm über eine Gitterabstützung gespannten Film auf. Ein weiterer Aufbau, bei dem von einem im wesentlichen kontinuierlichen Bogen für die gesamte Lichtventilanordnung Gebrauch gemacht wird, wird in einem Aufsatz mit dem Titel "An Array Optical Spatial Phase Modulator" von K. Preston, veröffentlicht in "ISSCC Digest of Technical Papers", Heft 11, Selten 100-101, 1967, erläutert. Bei diesem Aufbau war es notwendig, einen ultra-dünnen Film stramm über ein Gebiet erheblicher Größe zu spannen. Es ergaben sich jedoch Schwierigkeiten bei der Handhabung eines solchen dünnen Films, der Aufrechterhaltung einer gleichmäßigen Spannung über jedem Element der Anordnung, hinsichtlich metallischer Ermüdung infolge der Dehnung des straff gespannten Films, und ebenso in Verbindung mit dem Ladevorgang, bei dem der Elektronenstrahl den Film durchdringen muß, um eine Isolierfläche unterhalb des Films aufzuladen. Hinzu kommt, daß eine hohe Filmspannung hohe elektrische Arbeitsspannungen erfordert, was das Speichern von Signalen wegen der durch das hohe Feld hervorgerufenen Streueffekte schwierig macht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektrostatisch ablenkbares Lichtventil zu schaffen, bei dem die oben aufgeführten Nachteile nicht mehr anzutreffen sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe 1st ein elektrostatisch ablenkbarer Lichtv«ntilaufbau erfindungsgemäß gekennzeichnet durch eine Anordnung voneinander entfernter verformbarer lichtreflektierender Element·, die jeweils durch «inen von einem Trägerte11 ausgehenden St*f aJiKlUltf «la*, eeyJ« 4*χφ in Nähe «er rtee «tor Steejt eft

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- 3 dem Trägerteil vorgesehene Potentialelektroden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch ein Projektionssystem, das mit

einer elektrostatisch ablenkbaren Lichtventilanordnung nach der Erfindung arbeitet;

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab eine Vorderansicht

eines Teils der Auffang- oder Targetanordnung der Fig. 1, von der Seite des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems aus gesehen;

Fig. 3 in weiter vergrößertem Haßstab einen Teil-

Querschnitt durch die Targetanordnung der Fig. 1;

Fig. 4-9 aufeinanderfolgende Stufen bei der Herstellung des Targetaufbaus der Fig. 1;

Fig. 10 schematisch ein optisches Projektionssystem,

das eine weitere Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;

Fig. 11 eine Draufsicht auf den Targetaufbau der

Fig. 10, von der Seite des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems aus gesehen;

Fig. 12 in vergrößertem Maßstab einen Teil-Quer

schnitt durch eines der Einzelelemente des Targetaufbaus der Fig. 10;

Fig. 13-16 Stufen, die aufeinanderfolgend bei der Herstellung des Targetaufbaus der Fig. 10 durchlaufen werden;

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Fig. 17-20 eine weitere Möglichkeit zur Fertigung des

Targetaufbaus der Fig. 1;

Fig. 21 eine abgewandelte Ausführungsform des Target

aufbaus der Fig. 1;

Fig. 22 eine abgewandelte Ausführungsform der Fig.

10;

Fig. 23-27 den Verfahrensablauf bei der Herstellung des

Targetaufbaus der Fig. 22; und

Fig. 28 und 29 eine weiter abgewandelte Ausführungsform der

Erfindung.

Fig. 1 veranschaulicht ein Projektionssystem mit einer Röhre 10, die eine durch einen Elektronenstrahl "anwählbare" deformierbare Targetanordnung oder Auffanganordnung aufweist. Eine Lichtquelle 12 hoher Intensität wie etwa eine 500 W-Xenon-Bogenlampe liefert das Licht für die Beleuchtung oder Überflutung der deformierbaren Targetanordnung 20 der Röhre 10. Das Licht der Lichtquelle 12 wird durch eine geeignete Linse 14 kollimiert und durch einen um 45° geneigten, auf Schlierenbasis arbeitenden gestreiften Spiegel 16 umgelenkt. Der Spiegel 16 weist abwechselnd reflektierende Streifen 17 und durchlässige Streifen 18 auf. Das auf die reflektierenden Streifen 17 auftreffende Licht gelangt zu der eine Mehrzahl reflektierende Elemente 22, aufweisenden Targetanordnung 20. Solange keine Erregung auf die reflektierenden Elemente 22 der Targetanordnung einwirkt, wird das Licht von diesen Elementen 22 zu den reflektierenden Streifen 17 und dann zu der Lichtquelle 12 in der mit dem Strahl 11 angedeuteten Weise reflektiert. Wird dagegen ein Element 22 durch den Elektronenstrahl erregt, so verursacht dies eine Verformung des Elements 22 und damit eine Modulation des auftreffenden Lichts in der mit den Strahlen 13 und 15 angedeuteten Weise, so daß diese durch die durchlässigen Streifen 18 des Spiegels 16 hindurchtreten und mittels einer Projektionslinse 26 auf einem Schirm 24 abgebildet werden. Auf diese Weise wird auf dem

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Schirm 24 ein der Verformung der reflektierenden Elemente 22 der Targetanordnung 20 entsprechendes Bild erzeugt. Die Verformung der reflektierenden Elemente 22 entspricht dem dem Elektronenstrahl der Röhre 10 eingeprägten Videosignal, so daß das auf den Schirm 24 projizierte Bild der auf die Röhre 10 einwirkenden Videoinformation entspricht. Dabei können unterschiedliche optische Systeme verwendet werden.

Die Röhre 10 weist einen Kolben 30 mit einem rohrförmigen Abschnitt 32 und einem Bodenabschnitt 34 auf. Der Bodenabschnitt ist mit Zuleitungen 36 für die Beaufschlagung von innerhalb des Kolbens 30 angeordneten Elektroden mit Potential versehen. An dem gegenüberliegenden Ende des rohrförmigen Abschnitts 32 ist dicht eine Frontplatte 38 angeschlossen, so daß ein evakuierter Kolben 30 zur Verfügung steht. Die Targetanordnung 20 befindet sich an der Innenseite der Frontplatte 38.

Die Targetanordnung 20 wird mittels eines geeigneten bleistiftartigen Elektronenstrahls abgetastet, den ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 40 mit mindestens einer Kathode 42, einem Steuergitter 44 und einer Anode 48 abgibt. In einem bestimmten Anwendungsfall kann die Kathode 42 etwa auf Hassepotential liegen. Ein von einer VideosignalguelIe 46 abgegebenes Signal beaufschlagt über einen Schalter 45 das Steuergitter 44, so daß der von dem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 40 abgegebene Elektronenstrahl mit der Videoinformation moduliert wird. Die Anode 48 dient zur Beschleunigung und Fokussierung des von dem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 40 abgegebenen Elektronenstrahls. In Nachbarschaft der Targetanordnung 20 befindet sich ein Beschleunigungsgitter 50, das über einen Schalter 53 mit einer Schreib-Potentialguelle 52 oder einer Lösch-Potentialguelle 55 verbunden ist. Die Schreib-Potentialguelle 52 kann ein Potential von etwa +550 bis 700 V gegenüber Masse aufweisen. Die Lösch-Potentialguelle 55 hat gegenüber Masse ein Potential von etwa +500 V. An der Außenseite des Kolbens können Ablenkspulen 54 und 56 vorgesehen sein, um den Elektronenstrahl in bekannter Weise in Abhängigkeit von geeigneten zugeführten Spannungen abzulenken und zu fokussieren. Die oben

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beschriebene Röhre 10 ist allgemein in der gleichen Weise wie eine herkömmliche Vidicon-Bildaufnahmeröhre aufgebaut, abgesehen von der Ausbildung der Targetanordnung 2O.

Die Targetanordnung 20 der Fig. 1 läßt nur einige der reflektierenden Elemente 22 erkennen. In der Praxis kann die Targetanordnung 20 jedoch bis zu zwei Millionen solcher reflektierender Elemente 22 enthalten. Fig. 2 gibt eine Draufsicht auf die Targetanordnung 20 von der Seite des Elektronenstrahl-Erzeugungssystems aus wieder und läßt die Verteilung der reflektierenden Elemente erkennen. Bei dem veranschaulichten speziellen Ausführungsbeispiel haben die reflektierenden Elemente 22 eine rechteckige Gestalt. Es versteht sich jedoch, daß ebenso jede andere geeignete Gestalt, etwa Kreis-, Ellipsen- oder Sechseckform, bei entsprechender Änderung der optischen Komponenten in Frage kommt.

Die mit Fig. 3 im unausgelenkten Zustand wiedergegebenen reflektierenden Elemente 22 haben eine Oberfläche aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material, das lichtreflektierend ist und aus Gold, Silber, Nickel, Platin oder Siliziumdioxid bestehen kann, das mit einer dünnen Schicht reflektierenden Materials wie Aluminium beschichtet ist. Die Dicke des reflektierenden Elements 22 kann 800 bis 1500 8-Einheiten betragen, bei einer Fläche von 45 Mikron mal 70 Mikron. Das reflektierende Element 22 wird durch einen mittig angeordneten Steg 62 aus geeignetem Material wie Silizium abgestützt. Der Steg 62 kann einen Querschnitt von etwa 9 Mikron mal 30 Mikron und eine Höhe von etwa 1,5 χ 4 Mikron haben.

Die die Targetanordnung 20 tragende Frontplatte 38 kann aus einem geeigneten lichtdurchlässigen Material wie Quarz, Saphir oder Spinell bestehen. Am Boden des zwischen zwei benachbarten Stegen 62 befindlichen Zwischenraumes ist ein auch als Grundebenen-Elektrode bezeichnetes elektrisch leitendes Gitter 64 vorgesehen. Das Gitter 64 kann ein dünner Metallfilm aus geeignetem Material wie Gold oder Aluminium und gegenüber Lichtstrahlungen durchlässig «ein. Dae Gitter 64 ist mit einer äußeren Potentialquelle 66 verbunden, die da· Gitter 64 mit einem geeigneten Arbeitspotential

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von etwa 500 V versorgt.

Mit den Fig. 4-9 ist ein Verfahren zur Herstellung der Targetanordnung 20 veranschaulicht. Für die Frontplatte 38 wird eine 3 nun dicke Quarzplatte mit einem Durchmesser von mindestens 38 mm vorgesehen. Die Frontplatte 38 wird gereinigt, entfettet und mit einer Schicht 61 entsprechend Fig. 4 mit einer Stärke von etwa 3 Mikron versehen, wobei die Schicht etwa durch Aufsprühen aufgebracht wird. Nach dem Aufbringen der Silizium-Schicht 61 wird entsprechend Fig» 5 eine etwa 200 8 starke Chrom-Schicht 63 vorgesehen, über die Schicht 63 wird eine etwa 1000 & starke Gold-Schicht 65 aufgebracht. Dieser Vorgang kann durch Verdampfung oder Plattieren erfolgen. Die Chrom-Schicht 63 bildet eine Haftschicht für die Silizium-Schicht 61.

Als nächstes wird eine Schicht 67 aus einem geeigneten Photoresist-Material aufgebracht. Die Photoresist-Schicht 67 wird dann durch ein klares Gitter belichtet, wobei die belichteten Teile entfernt werden, so daß die Schicht 67 die mit Fig. 6 angedeutete Mosaikstruktur annimmt. Als nächstes wird die Oberfläche mit einem geeigneten Ätzmittel wie etwa Königswasser, anschließend 10:1 H2O/HF geätzt, um durch die ungeschützten Bereiche der Schichten 63 und 65 auf die Silizium-Schicht 61 hindurch^zuätzen, ohne die Schicht 61 anzugreifen. Die Schicht 67 wird entfernt, so daß die mit Fig. 7 gezeigte Struktur erhalten wird. Als nächstes erfolgt eine Behandlung mit einem geeigneten Ätzmittel wie Salpetersäure:Essigsäure: HF 10:25:9, um die Silizium-Schicht 61 von allen Seiten der von den Lagen 63 und 65 geformten Elemente 22 her zu unterschneiden und zu ätzen und somit einen erheblichen Anteil der Schicht 61 zu entfernen, so daß die mittig angeordneten Stege 62 entsprechend Fig. 8 entstehen. Die Ätzung greift die spiegelnden Flächen der Schichten 63 und 65 bzw. die Frontplatte 38 nicht an.

Als nächstes wird die Grundebenenelektrode bzw. das Gitter 64 aufgebracht, was durch Aufdampfen durch die Zwischenräume zwischen benachbarten Elementen 22 hindurch erfolgen kann, so daß das leitende Gitter 64 entsprechend Fig. 9 auf der Frontplatte 38 erhal-

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ten wird. Das Gitter 64 kann durch Aufbringen einer Titan-Schicht 71 von etwa 100 Ä Stärke und einer Gold-Schicht 73 von etwa 100 Ä Stärke gebildev?^eDieⁿSchichten 71 und 73 sind im wesentlichen durchsichtig. Die Schichten 71 und 73 lagern sich auch auf der Schicht 63 ab. Durch Aufdampfen der Grundebenenelektrode bzw. des Gitters 64 unter einem Glanzwinkel bezogen auf die reflektierenden Elemente 22 können Vorzugsrichtungen der Spiegelablenkung erhalten werden.

Es ist offensichtlich, daß andere geeignete Materialien für die Herstellung der Frontplatte 38 verwendet werden können, wie etwa optische Gläser, Spinell und Saphir, solange diese Materialien gegenüber einfallenden Strahlungen durchlässig sind. Bei Verwendung von Spinell (MgA^O^ oder Saphir wird die Schicht 61/epitaxialer Form aufgebracht. Dieser Vorgang wird in einem Aufsatz mit dem Titel "Thin-Film Silicon: Preparation, Properties and Device Application", veröffentlicht in der September 1969-Ausgabe der Zeitschrift "Proceedings of the IEEE", Seite 1490, beschrieben. Die Stege 62 können auch aus anderen Werkstoffen wie Nickel, Silber, Kupfer, Aluminium und Dielektrika wie Siliziumdioxid bestehen. Die reflektierenden Elemente 22 können aus anderen geeigneten Werkstoffen wie Aluminium und Platin bestehen. Es ist auch möglich, die reflektierenden Elemente 22 aus Isolierwerkstoffen wie SiIiziumdioxid oder Siliziumnitrid zu fertigen. Für den Fall der Verwendung von Isolierwerkstoffen ist es ggf. günstig, reflektierendes Material auf den isolierenden Träger aufzudampfen.

Da die reflektierenden Elemente 22 auf der transparenten Quarz-Frontplatte 38 in Fig. 1 angeordnet sind, kann ein System verwendet werden, bei dem die Elektronenstrahlen auf die Oberseite der reflektierenden Elemente 22 auftreffen, während das Licht von der Unterseite des reflektierenden Elements 22 zurückgeworfen wird. Es ist offensichtlich, daß verschiedene optische Systeme eingesetzt werden können, um das Licht auf die Targetanordnung 20 und das reflektierte Licht auf den Schirm 24 zu projizieren.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der mit Fig. 1 gezeigten Einrich-

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tung sei zunächst angenommen, daß die reflektierenden Elemente ungeladen sind und sich in einer Ebene befinden. Das Beschleunigungsgitter 50 steht über den Schalter 53 mit der Schreib-Potentialquelle 52 in Verbindung, die ein Potential von etwa +550 bis +700 V gegenüber Hasse führt. Das elektrisch leitende Gitter 64. führt gegenüber Masse ein Potential von etwa +500 V. Der von dem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 40 abgegebene Elektronenstrahl tastet die Targetanordnung 20 ab. Der Elektronenstrahl wird durch Anschluß der Videosignalquelle 46 über den Schalter 45 an das Steuergitter 44 moduliert. Das Potential der reflektierenden Elemente 22 beträgt gegenüber Masse etwa +500 V. Infolge Bombardement durch den Elektronenstrahl werden die reflektierenden Elemente positiv aufgeladen. Maximal können die reflektierenden Elemente dabei auf das Potential des Beschleunigungsgitters 50 aufgeladen werden. Die Ladungsmenge jedes reflektierenden Elements 22 entspricht der Videoinformation. Auf diese Weise wird räumlich ein Ladungsbild auf die Anordnung reflektierender Elemente 22 entsprechend dem Videoeingang geschrieben. Die Amplitude der Auslenkung der reflektierenden Elemente 22 entspricht dem Videoeingang. Eines der Elemente 22 in Fig. 4 ist in seiner Auslenkung infolge des Videoeingangs gezeigt. Je stärker die Auslenkung ist, desto mehr Licht wird auf den Schirm 24 geworfen. Dieses Bild kann so lange wie gewünscht projiziert werden.

Zur Löschung des Bildes wird der Schalter 45 mit einer Gleichvorspannungsquelle 47 und der Schalter 53 mit der Lösch-Potentialquelle 55 verbunden. Der Elektronenstrahl lädt dann die reflektierenden Elemente 22 negativ auf, so daß ihr Potential auf das Niveau des Beschleunigungsgitters 50, nämlich 500 V, zurückkehrt. Die Röhre befindet sich jetzt erneut im schreibbereiten Zustand.

Fig. 10 veranschaulicht ein Projektionssystem ähnlich dem Projektionssystem der Fig. 1, weist jedoch eine etwas abgewandelte Röhre 80 auf. Die Röhre 80 hat einen Kolben 81 mit einem Grundabschnitt 82, der an seinem einen Ende durch eine transparente Frontplatte 84 abgeschlossen ist. Eine Targetanordnung 85 schließt das gegenüberliegende Ende des Grundabschnittes 82 abc Ein rohrförmiger

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Halsabschnitt 86 erstreckt sich von dem Grundabschnitt 82 aus unter einem Winkel von etwa 45° zu der Achse des Grundabschnittes 82 und nimmt ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 87 für die Abgabe eines stiftartigen Elektronenstrahls auf die Targetanordnung 85 auf. Mittels Ablenkspulen 88 läßt sich der Elektronenstrahl entsprechend einem geeigneten Raster über die Targetanordnung 85 führen.

Die Targetanordnung 85 weist ein Substrat 84 aus Silizium auf. Das Substrat 84 enthält seinerseits einen Bodenbereich 95 und eine Mehrzahl Stege 97, die sich von dem Bodenbereich 95 aus erstrekken. Jeder Steg 97 stützt ein Reflexionselement 99 ab. Das Reflexionselement 99 hat eine an der Oberseite des Steges 97 befestigte Lage 101 aus Siliziumdioxid und eine Lage 103 aus reflektierendem Material wie Aluminium, die an der Oberseite der Lage 101 vorgesehen ist. Zwischen den Füßen der Stege 97 ist an dem Bodenbereich 95 eine in ihrer Funktion dem Gitter 64 entsprechende Bodenelektrode 102 vorgesehen.

Die Funktion der Einrichtung nach Fig. 10 ist im wesentlichen die gleiche wie bei Fig. 1. An der Innenseite des Kolbens 81 ist eine Sammelelektrode 91 vorgesehen, die in ihrer Funktion dem Beschleunigungsgitter 50 der Fig. 1 entspricht. Die Sammelelektrode 91 und ein Steuergitter 92 werden analog wie das Steuergitter 44 und das Beschleunigungsgitter 50 der Fig. 1 mit Potentialen beaufschlagt. Die Reflexion von Licht erfolgt von derselben Oberfläche des Reflexionselementes 99, die auch durch den Elektronenstrahl bombardiert wird.

Fig. 13, 14 und 15 veranschaulichen ein Verfahren für die Herstellung der Targetanordnung 85 der Föhre 80. Eine das Substrat 94 bildende Siliziumscheibe wird auf eine Temperatur von etwa 1000° C wenige Stunden lang aufgeheizt, so daß auf einer Seite in der mit Fig. 13 gezeigten Weise eine Siliziumdioxid-Lage 101 gebildet wird. Auf diese Lage 101 wird eine Photoresist-Schicht aufgebracht und belichtet, worauf die unerwünschten Bereiche entfernt werden. Die unerwünschten Bereiche der Siliziumdioxid-Lage 101

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können durch geeignete Ätzmittel wie gepuffertes HF entfernt werden, so daß die mit Fig. 11 bzw. 14 gezeigte Matrix erhalten wird. Als nächstes muß das Silizium-Substrat 94 in geeigneter Weise geätzt werden, so daß das Silizium sowohl zwischen den Reflexionselementen 99 als auch unterhalb eines Teils dieser Reflexionselemente 99 herausgelöst und der mit Fig. 15 veranschaulichte Aufbau erhalten wird. Wenn die Photoresistbeschichtung noch nicht von der Siliziumoxid-Lage 101 entfernt worden ist, so wird sie zu diesem Zeitpunkt entfernt und dann eine Schicht elektrisch leitenden Materials wie Aluminium auf die Targetanordnung aufgedampft, so daß auf der Oberseite der Siliziumdioxid-Lage 101 eine reflektierende Lage 103, außerdem im Bodenbereich des Substrats 94 an den Füßen der stegartigen Erhebungen 97 die Bodenelektrode 102 gebildet wird.-Der mit Fig. 12 wiedergegebene Targetaufbau weivt insofern einen Nachteil auf, als das Silizium sowohl für die Bildung des Bodenbereichs 95 als auch der Stege 97 dient. Das Unter- oder Hinterschneiden des Siliziums in horizontaler Richtung von der Kante der Reflexionselemente 99 führt zu einer gleichen Ätzung auch in Abwärtsrichtung des Substrats, wodurch der Abstand zwischen den Reflexionselementen 99 und der Bodenelektrode 102 bestimmt wird. Wenn der Abstand zwischen den Reflexionselementen 99 und der Bodenelektrode 102 groß ist, kann die Spannung für die Erzielung der notwendigen Auslenkung groß sein. Es kann daher wünschenswert sein, die Dicke der Bodenelektrode 102 zu vergrößern und damit den Abstand zwischen der Bodenelektrode 102 und dem zugehörigen Reflexionselement 99 zu verringern.

Ein Vorteil des obigen Aufbaus besteht darin, daß die Reflexionselemente 22 und 99 mit Hilfe nur eines Maskierungsschrittes im Fertigungsablauf hergestellt werden können und ein Photoresist-Ausrichtvorgang nicht notwendig ist. Ein solches Verfahren entspricht dem optischen Projektionsdrucken, das in der Industrie verwendet wird und mit hoher Ausbeute sowie geringem Ausschuß arbeitet. Ein weiterer Vorteil besteht in der Möglichkeit, das Gitter 64 bzw. die Bodenelektrode 102 nahe den Reflexionselementen bzw. 99 anzuordnen und damit zu vermeiden, daß der Elektronenstrahl auf einem dielektrischen Targetmaterial schreibt. Das ent-

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spricht hohen Schreibgeschwindigkeiten und einer hohen Auflösung und kann bei der Übertragung dazu ausgewertet werden, einen gesonderten Löschzyklus ausfallen zu lassen.

Mit den Fig. 17, 18 und 19 ist ein weiteres Verfahren für die Herstellung einer geeigneten Targetanordnung für den mit Fig. 1 wiedergegebenen Aufbau veranschaulicht. Eine Spinell-Scheibe 110 mit einer Stärke von etwa 0,5 mm wird mit einer Epitaxialschicht 112 aus Silizium von etwa 4 Mikron Stärke in der zuvor erläuterten Weise versehen. Dieser Aufbau wird dann in Sauerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von etwa 1100° C behandelt, so daß eine dünne Lage 114 aus Siliziumdioxid von etwa 6200 S Stärke auf der SiIizium-Epitaxialschicht 112 entsteht. Dieser Aufbau ist mit Fig. 17 wiedergegeben.

Als nächstes wird eine Photoresist-Lage auf die Siliziumdioxid-Lage 114 aufgebracht und anschließend belichtet, worauf die unerwünschten Bereiche der Photoresist-Lage entfernt werden können. Hierauf wird die Siliziumdioxid-Lage 114 mit einem geeigneten Ätzmittel aus gepufferter HF behandelt, so daß die Lage 114 die mit Fig. 18 gezeigte Mosaikstruktur mit der Vielzahl von Elementen 116 annimmt. Die Elemente 116 dieser Ausführungsform sind kreisförmig. Die Photoresist-Lage wird dann entfernt, worauf der Aufbau eine Tiefenätzung in einer Lösung von 25 Teilen HNO3, 10 Teilen Essigsäure sowie 3 Teilen HF für eine Zeitdauer von etwa 1,5 min erfährt. Anschließend wird der Aufbau mit Wasser gespült. Der erhaltene Aufbau ist mit Fig. 19 wiedergegeben. Wie ersichtlich, ist die Silizium-Epitaxialschicht 112 geätzt, die Spinell-Scheibe 110 jedoch nicht angegriffen worden. Auf diese Weise kann die Silizium-Epitaxialschicht 112 über einen erheblichen Abstand unterhalb der Elemente 116 unter Bildung von Stegen 118 entfernt, dennoch der gewünschte Abstand zwischen dem Element 118 und der Spinell-Scheibe 110 eingehalten werden, auf der die Grundebenenelektrode vorgesehen wird.

Als nächstes wird eine Reflexionsschicht 120 auf das ßiliziunidi ox id-Element 110, fuiner auf die Spinoll-Lage ei 110 leitende

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Schicht 122 aufgedampft, um die Grundebenenelektrode zu bilden. Dies kann,wie mit Fig. 20 gezeigt, durch Verdampfung von mindestens drei unterschiedlichen Quellen aus erfolgen. Die sich ergebende Ablagerung auf der Spinell-Scheibe 110 ist mit Fig. 21 veranschaulicht. Dadurch entsteht ein Beschichtungsbereich 124 unterhalb einer Seite des Elements 116 von einer Quelle A aus. Diametral gegenüberliegend zu dem Beschichtungsbereich 124 wird ein Beschichtungsbereich 126 von einer Quelle C aus hergestellt. Eine Quelle B versieht das Element 116 mit einer Schicht 128, die die Beschichtungsbereiche 124 und 126 überlappt. Man erhält eine verhältnismäßig dicke Ablagerung in dem Zwischenraum zwischen den Elementen 116, so daß sich kein Problem ergibt, wenn die Schicht 128 im wesentlichen lichtundurchlässig ist. Die Beschichtungsbereiche 124 und 126 unterhalb der reflektierenden Elemente 116 sind infolge ihrer geringen Stärke im wesentlichen lichtdurchlässig. Die resultierende leitende Schicht 122 ergib* eine Biege- oder Ablenkachse, wie sie in Fig. 21 mit der gestrichelten Linie D angedeutet ist. Diese Achse liegt in einer durch das Zentrum des Steges 118 verlaufenden Ebene und ist bezüglich dieser Ebene symmetrisch. Dadurch ist die Ablenkrichtung der Elemente festgelegt, so daß das Schlierenoptik-System vereinfacht wird. Es versteht sich, daß die Ablenkachsen der Elemente 116 parallel zu den reflektierenden Streifen 17 in dem Schlieren-Spiegel 16 verlaufen sollen. Wenn die Beschichtungsbereiche 124 und 126 von den beiden Quellen A und C etwa 50 S stark sind, so sind sie für Licht im wesentlichen durchlässig. Die Reflexionsschicht 120 enthält Schichtanteile von der Quelle A und C sowie von der Quelle B. Die Quelle B kann eine 200 8 starke Schicht liefern, wodurch für eine ausreichende Reflexion eines reflektierenden Elementes 116 gesorgt wird.

Bei den zuvor beschriebenen Einrichtungen wird in erster Linie davon ausgegangen, daß die Videoinformation mittels eines Elektronenstrahls in die reflektierende Matrix geschrieben wird. Fig. zeigt scheraatisch ein System, bei dem eine reflektierende Targetanordnung 130 durch ein auf diese Targetanordnung 130 fokussiertes Bild 132 beaufschlagt wird, das die Deformierung der Targetanordnung 130 entsprechend dem Lichteinfall moduliert. Entsprechend

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Fig. 2 wird das Bild 132 durch eine geeignete Linse 134 und einen Verschluß 136 auf die reflektierende Targetanordnung 130 gericht tet. Die optischen Komponenten und das Projektionssystem wurden zuvor in Verbindung mit Fig. 10 beschrieben.

Fig. 23 bis 27 veranschaulichen die Herstellung der reflektierenden Targetanordnung 130. Auf eine Begrenzungsfläche einer Spinell-Scheibe 140 wird eine transparente leitende Schicht 142 aus einem geeigneten Material wie Zinnoxid in einer Stärke von 20 8 aufgebracht. Auf diese leitende Schicht 142 wird eine n-leitende Schicht 144 aus Silizium in einer Stärke von etwa 4 Mikron aufgebracht. Der resultierende Aufbau ist mit Fig. 23 wiedergegeben. Als nächstes wird ein geeignetes Material wie Bor in die n-leitende Schicht 144 aus Silizium eindiffundiert, um auf der Oberfläche der Schicht 144 einen P(+)-Bereich 146 zu erzeugen. Dieser P(+)-Bereich 146 kann dann oxydiert werden, um eine Siliziumdioxid-Schicht 148 zu erhalten, wie das mit Fig. 24 gezeigt ist. Hierauf wird über die Siliziumdioxid-Schicht 148 eine Photoreeist-Lage gebracht und belichtet, worauf die unerwünschten Teile der Photoresist-Lage entfernt und anschließend die Siliziumdioxid-Schicht 148 mit einem geeigneten Material wie gepufferter HF geätzt wird, um eine Mehrzahl rechteckiger Siliziumdioxid-Elemente 150 zu bilden. Der dabei erhaltene Aufbau, von dem die Photoresist-Lage entfernt wurde, ist in Fig. 25 wiedergegeben. Der nächste Schritt besteht darin, die Oberseite des Aufbaus mit einem geeigneten Ätzmittel wie 25 Teilen HNO₃, 10 Teilen Essigsäure und 3 Teilen HF zu ätzen, das in die aus Silizium bestehende Schicht 144 und den ebenfalls aus Silizium bestehenden P(H-)-Bereich 146 einätzt und dabei den gewünschten Anteil der Schicht 144 bzw. des Bereiches 146 löst. Der sich ergebende Aufbau ist mit Fig. 26 gezeigt. Dabei werden Stege 152 gebildet, die einen pn-übergang 154 haben. Es wird sodann eine Schicht 156 aus Aluminium auf die Siliziumdioxid-Elemente 150 in einer Stärke von 500 R aufgebracht, so daß sich der endgültige Aufbau der Fig. 27 mit den reflektierenden, die Schicht 156 tragenden Elementen ergibt. Die durchsichtige leitende Schicht 142 dient als die Grundebenenelektrode.

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Auf die reflektierende Targetanordnung 130 von dem Bild 132 aus gerichtetes Licht verändert die Leitfähigkeit des zwischen der nleitenden Schicht 144 und dem P(+)-Bereich 146 gebildeten pnübergangs, so daß sich an dem reflektierenden Element 150 eine Ladung aufbaut, die dessen Ablenkung bewirkt. Die Ladung des reflektierenden Siliziumdioxid-Elements 150 fließt durch den pn-übergang zu der leitenden Schicht 142 (Grundebenenelektrode) ab. Das Elektronenstrahl-Erzeugungssystem 133 kann dazu verwendet werden,, alle Siliziumdioxid-Elemente 150 auf ein gewünschtes Gleichgewichtspotential zurückzuführen.

Mit Fig. 28 und 29 ist eine Einrichtung dargestellt, bei der eine reflektierende Targetanordnung 160 durch ein elektri ch leitendes X-Y-System angewählt wird. Fig. 28 zeigt dabei die X« !Elektroden 162 aus leitendem Material, das auf einen Glasträger vAt offenen Fenstern 166 in der dargestellten Weise aufgebracht ist. über die X-Elektroden 162 wird zunächst eine Silizium-Lage, anschließend eine geeignete reflektierende Lage gebracht. Diese Lage wird entsprechend der Gestalt leitender Y-Elektroden 168 entsprechend Fig. 29 geätzt. Die Silizium-Lage wird weggeätzt, so daß nur stegartige Abnützungen 170 zurückbleiben. Werden eine ausgewählte X-Elektrode 162 und eine ausgewählte Y-Elektrode 168 durch das Potential von Spannungsquellen 172 bzw. 174 beaufschlagt, so wird der die X-Elektrode 162 kreuzende Teil der Y-Elektrode 168 abgelenkt. Der Anschluß der Spannungsquellen 172 bzw. 174 an die ausgewählten Elektroden 162 bzw. 168 erfolgt über Schalter 176 bzw. 178. Im übrigen kann Licht von einer Quelle ähnlich der Lichtquelle 12, ferner ein ähnliches optisches System wie in Fig. 1 Verwendung finden.

Patentansprüche:

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Claims

- 16 Patentansprüche ;

l.¹ Elektrostatisch ablenkbarerLichtventilaufbau, gekennzeichnet durch eine Anordnung vonveinander entfernter, verformbarer
lichtreflektierender Elemente (22) , die jeweils durch einen
von einem Trägerteil ausgehenden Steg (62; 97) abgestützt
sind, sowie durch in Nähe der Füße der Stege an dem Trägerteil vorgesehene Potentialelektroden.
2. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerteil aus Silizium, Quarz, Glas, Saphir oder Spinell besteht.
3. Aufbau nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege aus Silizium, Aluminium, Kupfer, Silber, Nickel oder
Siliziumdioxid bestehen.
4. Aufbau nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierenden Elemente aus Aluminium, Platin, Titan, Gold oder Kadmium bestehen.
5. Aufbau nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierenden Elemente ein Substrat aus Siliziumdioxid und eine reflektierende Metallschicht aufweisen.
6. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägerteil aus Saphir oder Spinell und der Steg aus Silizium besteht.
7. Aufbau nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg einen wesentlich kleineren Querschnitt als ein von ihm abgestütztes lichtreflektierendes
Element aufweist und im Verhältnis zu dem lichtreflektierenden Element zentrisch angeordnet ist.
8. Aufbau nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierenden Elemente reclit-

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. - 17 -

eckig ausgebildet sind und die Stege einen rechteckigen Querschnitt haben.
9. Aufbau nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierenden Elemente kreisförmig ausgebildet sind und die Stege einen kreisförmigen Querschnitt haben.
10. Aufbau nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialelektrode sich unterhalb der reflektierenden Elemente erstreckt und dabei für eine ungleichförmig verteilte Schicht unterhalb des reflektierenden Elementes sorgt.
11. Elektrostatisch ablenkbarer Liehtventilaufbau nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-10, der mit einem evakuierten Kolben zusammenarbeitet, der ein Elektronenstrahl-Erzeugungssystem und eine Lichtventil-Targetanordnung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtventil-Targetaufbau auf einer lichtdurchlässigen Frontplatte (38) abgestützt ist, daß die allen reflektierender. Elementen der T ar get anordnung gemeinsame Potentialelektrode an den Füßen der Steg© auf der Frontplatte angeordnet ist und auf einem festen ärbeitspotential liegt, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um einen von dem Elektronenstrahl-Erzeugungssystem (40) erzeugten Elektronenstrahl abtastend über die reflektierenden Elemente zu führen und dabei unter Verformung der reflektierenden Elemente eine Ladung aufzubringen, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um Licht durch die Frontplatte auf die reflektierenden Elemente zu lenken, und daß ferner eine Einrichtung vorgesehen ist, um ein Bild wiederzugeben, das für das von den reflektierenden Elementen entsprechend deren Verformung reflektierte Licht repräsentativ ist.
12. Lichtventilaufbau nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Maß der Verformung der reflektierenden Elemente durch die Differenz zwischen dem Potential der reflektierenden

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Elemente und dem Potential der Potentialelektrode bestimmt ist.
13. Lichtventilaufbau nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Steg eine photoempfindliche Einrichtung aufweist, die auf die einfallenden Strahlungen anspricht und den Widerstand davon beeinflußt und damit die Ladung auf den reflektierenden Elementen ändert.
14. Lichtventilaufbau nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die photoempfindliche Einrichtung ein pn-übergang ist.
15. Lichtventilaufbau nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialelektrode als Schicht in den Gebieten des Substrats ausgebildet ist, die der Einwirkung des Elektronenstrahls ausgesetzt sind, und sich außerdem unterhalb der reflektierenden Elemente erstreckt und dabei unterhalb der reflektierenden Elemente eine ungleichförmig verteilte Schicht bildet.
16. Lichtventilaufbau nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die ungleichförmig verteilte Schicht unterhalb der reflektierenden Elemente eine symmetrische Verformung bezüglich einerEbene bedingt, die senkrecht zu dem reflektierenden Element durch das Zentrum des Steges verläuft.
17. Verfahren zur Herstellung eines elektrostatisch ablenkbaren Lichtventilaufbaus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Substrat aus einem ersten Material eine Schicht aus einem zweiten Material zur Bildung der Stege aufgebracht, eine Schicht aus einem dritten Material auf die Schicht aus dem zweiten Material zur Bildung der reflektierenden Elemente aufgebracht, sodann auf die Schicht aus dem dritten Material eine Photoresist-Schicht aufgebracht und durch eine geeignete Vorrichtung hindurch Strahlung ausgesetzt wird, so daß ein Mosaik-Muster aus Photoresist-Elementen entsprechend den reflektierenden Elementen erhalten wird, daß hierauf der Aufbau

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mit einem ersten Ätzmittel zur Entfernung der Teile der dritten Schicht zwischen dem Photoresist-Mosaik-Muster ohne nennenswerte Beeinträchtigung der zweiten Schicht behandelt, sodann der Aufbau mit einem zweiten Ätzmittel behandelt wird, das auf die zweite Schicht einwirkt, so daß die zweite Schicht zwischen den reflektierenden Elementen und ebenso unter einem Teil der reflektierenden Elemente unter Bildung der Stege zwischen den reflektierenden Elementen und dem Substrat entfernt wird, wobei das zweite Ätzmittel im wesentlichen ohne Einwirkung auf die erste und die dritte Schicht bleibt, und daß abschließend ein elektrisch leitendes Material auf die den reflektierenden Elementen zugewandte Oberfläche des Substrats aufgebracht wird.
18. Verfahren zur Herstellung eines elektrostatisch ablenkbaren Lichtventilaufbaus nach Anspruch 6_r dadurch gekennzeichnet, daß auf ein Substrat aus Spinell eine Schicht aus Siliziummaterial aufgebracht, eine Hehrzahl reflektierender Elemente auf der Oberfläche der Siliziumschicht gebildet, die Siliziumschicht unter Entfernung alles zwischen den reflektierenden Elementen und dem Substrat befindlichen Siliziums, mit Ausnahme der zentrisch angeordneten, die reflektierenden Elemente auf dem Substrat abstützenden Stege, geätzt und ein elektrisch leitendes Material auf die den reflektierenden Elementen zugewandte Oberfläche des Substrats aufgedampft wird.

KN/hs 3

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