DE3108240A1

DE3108240A1 - "miniatur-anzeigeanordnung"

Info

Publication number: DE3108240A1
Application number: DE19813108240
Authority: DE
Inventors: Martyn-Andrew Dipl.-Phys.Chem. Dr. 2068 Hauterive Cadman; Pierre-André 2009 Neuchâtel Grandjean; Raymond Dipl.-Phys. 2013 Colombier Guye; Raymond Dr. 2052 Fontainemelon Vuilleumier
Original assignee: Centre Electronique Horloger SA
Current assignee: Centre Electronique Horloger SA
Priority date: 1980-03-11
Filing date: 1981-03-05
Publication date: 1982-04-29
Also published as: NL187596C; CA1144629A; FR2478352A1; CH633902A5; JPS56137386A; HK54384A; NL187596B; GB2071896B; FR2478352B1; GB2071896A; DE3108240C2; US4383255A; NL8101165A; JPH0211916B2; SG24284G

Description

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Centre Electronique Horloger S.A., Maladidre 71, CH-2000 Neuchätel 7

"Miniatur-Anzeigeanordnung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anzeigeanordnung und insbesondere auf eine elektrostatische Miniatur-Anzeigeanordnung, die es gestattet, insbesondere bei tragbaren.aus einer Batterie gespeisten Geräteniwie Uhren oder elektronischen Taschenrechnern Anzeigeelemente zu realisieren. Die Erfindung betrifft außerdem ein Herstellungsverfahren einer solchen Miniatur-Anzeigeanordnung.

Erhebliche Anstrengungen wurden in der Vergangenheit unternommen, um Anzeigesysteme zu finden und zu entwickeln, die einerseits ein befriedigendes ästhetisches Aussehen besitzen, gleichzeitig mit geringer Speisespannung arbeiten, einen niedrigen Energieverbrauch aufweisen und zu günstigen Kosten herstellbar sind. Anzeigeanordnungen mit Flüssigkristallen erfüllten diese Bedingungen bis zu dem Zeitpunktιbei welchem der Energieverbrauch der elektronischen Schaltkreise und insbesondere der in CMOS-Technologie integrierten Schaltkreise bis zu einem Maße abgesenkt wurde, daß der Anteil der Anzeigeanordnung an dem Gesamtverbrauch nicht mehr vernachlässigbar wird. Ferner ist die Steuerung dieser Anzeigeanordnungen kompliziert, und hinsichtlich des erzielbaren Kontrastes und der £_sthetik sind sie nicht ganz befriedigend.

Unter dan Anzeigeanordnungen mit niedrigem Energieverbrauch kann man die nennen, die unter der Bezeichnung "The Distec System" in der Veröffentlichung "An Electrostatic Sign-The Distec System" von W.R. Aiken, Display Technology Corp., Cupertino, CaI. USA beschrieben wurden. Diese Anordnung

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wird als Schild oder Werbefläche großer Abmessungen verwendet. Sie umfaßt Module, gebildet von Klappen, die an einer Achse mittels Scharnieren aufgehangen sind und unter der Wirkung eines elektrischen Feldes verdreht werden können, das an ein Elektrodensystem angelegt wird. Die Steuerspannung liegt in der Größenordnung von 3000 Volt.Die Anpassung dieses Systems im Sinne .einer Miniatur-AnZeigeanordnung wurde bisher nicht vorgeschlagen.

Es gibt ferner Lichtmodulations-Anordnungen, welche unter der Wirkung eines elektrischen Feldes oder eines Elektronenstrahles defomierbare Membranen verwenden und mit Hilfe von Verfahren herstellbar sind, die aus der Fabrikation von integrierten Schaltkreisen abgeleitet wurden. Derartige Modulatoren sind beispielsweise in den US-PS 3 600 798 und 3 886 310 beschrieben. Die erstgenannte US-PS offenbart eine Anordnung zum Modulieren der übertragenen Lichtmenge durch Deformation einer Membran unter der Wirkung eines elektrischen Feldes, während die zweitgenannte US-PS eine Anordnung offenbart, welche es ermöglicht, den Reflexionswinkel des Lichtes durch Deformation einer Membran unter Wirkung eines Elektronenstrahles zu modifizieren. Keine dieser beiden Veröffentlichungen jedoch betrifft eine Anzeigeanordnung und legt auch keine solche nahe, da die Bewegungsamplitude der Membran in beiden Fällen äußerst gering ist und eine Hilfslichtquelle in jedem Falle nötig ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Miniatur-Anzeigeanordnung mit extrem geringem Energieverbrauch vorzuschlagen, die einen ausgezeichneten Kontrast aufweist, mit geringen Speisespannungen arbeiten kann und mit Verfahren herstellbar ist, wie sie bei der Fertigung elektronischer integrierter Schaltkreise verwendet werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Ausbildung vorgeschlagen.

Die Steuerung der Klappen wird vereinfacht durch die Tatsache, daß sie durch ihre elastischen Aufhängungen, welche Rückstellfedern bilden, in ihre Ruhelage"zurückgeführt werden.

Ferner ermöglicht das der Anordnung zugrundeliegende Prinzip einen sehr hohen Kontrast zu gewährleisten und mit niedriger Steuerspannung (Gleich- oder Wechselspannung), wie man sie in tragbarent aus Batterien gespeisten Geräten findet, unter Beibehaltung eines extrem niedrigen Energieverbrauchs zu arbeiten. Die große Auswahl von Materialien und Farben für die Klappen erlaxibt ferner ein ästhetisch sehr befriedigendes Aussehen zu erzielen. Es hat sich außerdem gezeigt, daß die Langzeitstabilität der Anzeigevorrichtung ausgezeichnet ist.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen soll die Erfindung nachstehend im einzelnen erläutert werden.

Fig. 1 zeigt schematisch das Prinzip der Anordnung gemäß der Erfindung.

Fig.2a ist eine Schnittdarstellung einer Anzeigeanordnung unter Verwendung der Anordnung nach Fig. 1.

Fig.2b zeigt eine Variante der Ausführungsform nach Fig. 2a.

Fig. 3 zeigt unterschiedliche mögliche Formen der Ausbildung der Klappenaufhängungen.

Fig. 4 zeigt das Prinzip eines optischen Ventils unter Verwendung einer Anordnung gemäß der Erfindung.

Fig. 5 bis 13 zeigen die Zustände der Basisplatte während verschiedener Etappen der Herstellung; jede Figur zeigt bei a eine Draufsicht, bei b eine Rückansicht und bei c einen Schnitt durch die Platte, gesehen im Profil.

Fig. 14 zeigt eine Ausführungsform einer Anzeigezelle für eine Ziffer in 7-Segmentdarsteilung.

Fig.15 zeigt in gegenüber Fig. 14 vergrößerter Darstellung eine Einzelheit.

Fig. 16 zeigt die Beschriftung der 7 Segmentanzeige gemäß Fig. 14, und

Fig. 17 ist das Blockschema für die Steuerung der Anordnung gemäß Fig. 14.

Fig. 1 zeigt einen Teil des Schemas der Anzeigeanordnung gemäß der Erfindung. Ein isolierender Support 5 ist mit Ausnehmungen 3 in rechteckiger Form versehen. Klappen V1 bis V4 sind oberhalb dieser Ausnehmungen angeordnet und werden vom Support 5 mittels elastischer Aufhängungen 4 getragen. Im Ruhezustand sind die. Klappen parallel zur Ebene des Supports und überdecken die zugeordnete Ausnehmung (V3 und V4, Bezugszeichen 1). Wenn jedoch ein elektrisches Feld E im wesentlichen senkrecht zur Supportebene angelegt wird, nehmen die Klappen eine im wesentlichen parallel zum angelegten Feld gerichtete Orientierung an und geben damit die entsprechende Ausnehmung frei (V1 und V2, Bezugszeichen 2). Es ist offensichtlich, daß die Orientierung der Klappen abhängt von der Intensität des elektrischen Feldes E und von dem Rückstellmoment, ausgeübt von den Aufhängungen 4_} sobald die Klappen aus ihrer Ruheposition ausgelenkt werden.

Fig. 1 zeigt außerdem Rechtecke Vf in gleicher Form und gleichem Aussehen wie die Klappen V1 bis V4 und in Anordnung auf derfl Support 5 derart, daß sie gemeinsam mit den Klappen eine regelmäßige Anordnung bilden. Der Sinn dieser Ausbildung besteht darin, ein regelmäßiges Aussehen der Gesamtfläche zu erzielen, selbst wenn nur einige Zonen der sichtbaren Gesamtoberfläche aktiviert werden müssen.

Der Support 5 besteht aus einem Halbleitermaterial, etwa Silicium oder Germanium? die Klappen bestehen aus mindestens einer Schicht von Halbleitermaterial und/oder Metall. Die Aufhängungen bestehen aus Metall- einer Legierung,einem Halbleiter oder einem Oxyd. Die verschiedenen oben genannten Materialien sind jedoch nur als Beispiel zu verstehen und schließen andere Materialien nicht aus, die ebenfalls verwendbar sind, wie weiter unten gezeigt werden wird. Es sind jedoch einige Bedingungen zu erfüllen, nämlich: Der Support muß isolierend sein; die Klappen

er

müssten mindestens ein Material umfassen mit einer Dielektrizitätskonstante abweichend von jener des Milieus.in dem sie sich befinden, und die Aufhängungen müssen eine hinreichende Elastizität: besitzen.

Fig. 2a zeigt im Schnitt eine Teildarstellung einer Anzeigeanordnung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, zusammen mit den Mitteln zum Steuern der Klappen. Man erkennt wieder den* Support 5 mit seinen Ausnehmungen 3, die Rechtecke Vf und die Klappen V mit ihren elastischen Aufhängungen 4.Der Support 5 ist mit einer durchsichtigen Platte 9 verbunden, die auf ihrer Oberseite transparente Elektroden 7 gegenüber den Klappen V aufweist sowie auf ihrer Unterseite eine Beschichtung 10 aus einem Lichtstrahlung absorbierenden Material. Eine zweite durchsichtige Platte 8 ist oberhalb der Klappen angeordnet und in entsprechendem Abstand von Distanzstücken 11 gehalten. Die Platte 8 weist auf ihrer Unterseite eine ebenfalls durchsichtige Elektrode 6 auf, die allen Klappen V gemeinsam zugeordnet ist. Beispielsweise können die transparenten Platten 8 und 9 aus Glas bestehen, und die transparenten Elektroden bestehen aus Beschichtungen von Indiumoxyd und Zinnoxyd.

Die Anordnung funktioniert elektrisch wie folgt. Bei Fehlen eines elektrischen Feldes zwischen den Elektroden 6 und 7 halten die Aufhängungen die Klappen parallel zur Ebene des Supports 5. Sobald eine Gleich- oder Wechselspannung zwischen der gemeinsamen Elektrode 6 und der einer bestimmten Klappe zugeordneten Elektrode 7 angtslegt wird, erzeugt das elektrische Feld zwischen den Elektroden einen Dipol_{in der} betreffenden Klappe, welche eine resultierendes Drehmoment erzeugt, das die Klappe um ihre elastischen Aufhängungen drehen läßt. Die Klappe führt demgemäß eine Drehung aus in einem Maße, daß· gerade das Rückstellmoment, hervorgerufen durch die elastischen Aufhängungen, das elektrisch induzierte Drehmoment ausgleicht. Die Klappen drehen demgemäß maximal um 90 , weil bei diesem Winkel das elektrische Moment zu Null wird. In der Ruheposition überdecken die Klappen V die Ausnehmungen und reflektieren demgemäß ebenso wie die Rechtecke Vf beinahe das gesamte auftreffende Licht^Li. Im aktivierten Zustand dagegen geben die Klappen V die Aus-

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MO

nehmungen 3iüncl ermöglichen so die Absorption des auftreffenden Lichtes durch die Beschichtung 10. Es ist offensichtlich, daß die Beschichtung 10 auch reflektierend sein könnte und dafür die Klappen V und die Rechtecke Vf mit einer Beschichtung aus absorbierendem Material versehen sein könnten.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist in Fig. 2b dargestellt, wo die Elemente analog jenen der Fig. 2a mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bei dieser Ausführungsform bildet jede Klappe V selbst eine der beiden für die Erzeugung des elektrischen Feldes notwendigen Elektroden, während die andere Elektrode 7 beispielsweise auf der transparenten Wandung 9 wie im Falle der Fig. 2a angeordnet sein kann. In diesem Falle werden die Klappen V vorteilhafterweise an dem Support 5 mittels elastischer Aufhängungen 4 befestigt, die ausgefluchtet stehen mit einer der Kanten der Klappen. Auf diese Weise können die Klappen 5 vollständig im Innern der Ausnehmungen 3 verschwinden, und die Gesamthöhe der Anordnung wird verringert. Die Klappen können miteinander zusammengeschaltet sein und demgemäß die gemeinsame Elektrode bilden. Sie können auch individuell adressierbar sein, und es sind dann die Elektroden 7, die zusammengeschaltet sind, um die gemeinsame Elektrode zu bilden.

Die Bemessung der elastischen Aufhängungen erfolgt in Abhängigkeit von dem Maxittialdrehmoment, das von dem elektrischen Feld erzeugt wird unter Berücksichtigung der Tatsache, daß dieses Moment maximal ist, wenn die Klappe etwa bei 4 5 steht, und etwa gleich der elektrischen Energie pro Radian ist, enthalten in dem Volumen, das von einer vollständigen Drehung der Klappe überstrichen wird. Auf diese Weise ergibt sich für eine Klappe mit einer Breite von 100 ,um in Luft, die einem Feld von 10 V/m aus-

-10 gesetzt ist, ein Maximalmoment in der Größenordnung von 4.10 Nm pro Längeneinheit der Klappe. Das ausgeübte Moment fällt auf die Halfte.sobald die Klappe bei 75 steht. Das Rückstellmoment der elastischen Aufhängungen muß kleiner sein als das Miximalmoment, erzeugt von dem elektrischen Feld, um so eine hinreichende Drehung der Klappe zu ermöglichen. Gute Resultate erzielt man, wenn die Klappen und die Aufhängungen dadurch hergestellt werden, daß man sie aus einer Aluminiumschicht von 50 bis 200 Nanometern Dicke

-Y-

ausschneidet, oder wenn die elastischen Aufhängungen aus Siliciumdioxyd (SiO„) bestehen. Siliciumdioxyd verbessert noch die Elastizität, die erforderlich ist^und die Widerstandsfähigkeit gegenüber Stoßbelastungen.

Der Energie-verbrauch der Anordnung beträgt etwa das Zweifache

der Energie, die elektrostatisch in einer Anzeigezelle ohne Klappen

gespeichert ist, d.h. daß sie kleiner ist als 1 nJ/cm pro Zyklus für eine Zelle von 100 ,um Dicke,die unter 10 Volt in Luft

arbeitet (10 nJ/cm /Zyklus für 10 ,um Dicke). Dieser Energieverbrauch ist um mehrere Größenordnungen kleiner als der von sogenannten energiesparenden Anzeigezellen. Dieser extrem niedrige Energieverbrauch bei der Anzeige mit gasförmigem (Luft) Dielektrikum oder im Vakuum ermöglicht ohne Schwierigkeiten und ohne erhebliche Verluste die Verwendung von integrierten Spannungsvervielfachern zum Erzeugen der erforderlichen Steuerspannung, ausgehend von Batterien mit geringer Kapazität.

Die Verwendung eines flüssigen Dielektrikums ermöglicht; das induzierte elektrische Drehmoment mit einem Faktor zu multiplizieren entsprechend der relativen Dielektrizitätskonstante ffr. Für ein gegebenes System erlaubt dies, die für die Elektroden erforderliche Spannung um einen Faktor zu verringern, entsprechend etwa 2 Ϋζ~~ _t weil, wie weiter unten gezeigt werden wird, eine Drehung um ein Maximum von 45 in diesem Fall genügt für eine gute optische Funktion wegen des Einfangens von Licht in der Zelle. Für ein flüssiges Dielektrikum, das weder Ionenleitung noch Elektronenleitung aufweist, erlaubt diese Lösung.weiter den Energieverbrauch zu senken. Während jedoch die Ansprechzeit der Klappen in Luft sehr kurz ist (Größenordnung 100 /Us)₇ ist sie viel länger in einem flüssigen Dielektrikum.

Unterschiedliche Ausführungsformen der Klappen, der Aufhängungen und der Supporte, wie nachstehend aufgeführt, liegen im allgemeinen Rahmen der Erfindung:

Die Klappen können

- aus einer Schicht mindestens eines Material^ bestehen, das deutlich besser polarisierbar ist als das umgebende Dielek-

trikum; man kann auch Metalle verwenden, dotierte Halbleiter oder nicht-dotierte Halbleiter/ piezoelektrische Materialien usw.

- von der Rechteckform abweichende Konturen besitzen,

- von einem gasförmigen oder flüssigen Dielektrikum umgeben sein, das so gut isolierend ist als mögliph, eine niedrige Dielektrizitätskonstante aufweist sowie eine geringe Viskosität (beispielsweise Inertgase, möglicherweise verdünnt, Flüssigkeiten wie genügend niedriger Viskosität).

- an elastischen Aufhängungen außerhalb ihrer Symmetrieachse befestigt sein (Fig. 2b),

~ in verschiedenen Ebenen liegen.
Die elastischen Aufhängungen können

- aus unterachiedlichen Materialien bestehen wie beispielsweise: reinen Metallen und Legierungen von Silber, Aluminium, Gold, Chrom, Kupfer, Eisen usw.; Halbleitern wie Silicium, Germanium usw.; Siliciumdioxyd (SiO„), Aluminiumoxyd (Al₃O,), Titanoxyd (TiO₂), Zirconoxyd (ZrO„) usw.; polykristallinen Materialien; Kunststoffmaterialien; Latex-Derivaten;

- unterschiedliche Formen aufweisen, um die erforderliche Elastizität zu bewirken; die Aufhängungen in S-Form oder U -Form sind in Fig. 3a bzw. 3b dargestellt und mit den Bezugszeichen 12 bzw. 13 markiert, während die Figur 13b T-förmige Aufhängungen zeigt.

Der Support kann

- aus einem von Silicium abweichenden Material bestehen,

- teilweise oder vollständig mit einer oder mehreren Materialbeschichtungen versehen sein;

- Ausnehmungen aufweisen, die die Dicke des Supports ganz oder nur zum Teil freilegen.

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Fig. 4 zeigt eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 2a, bei der das absorbierende Material weggelassen ist. Da die beiden Platten 8 und 9, ebenso wie die Elektroden 6 und 7_/transparent sind, kann die Anordnung als optisches Ventil verwendet werden.

Die Arbeitsweise der Anordnungen nach Fig. 2a, 2b und 4 ist die folgende. Bei Fehlen eines elektrischen Feldes sind alle Klappen in* Ruheposition und wenden ihre große Oberfläche dem auftreffenden Licht Li zu. Sobald eine hinreichende Spannung an die Elektroden 6 und 7, zugeordnet einer Klappe (Fig. 2a und 4), angelegt wird, oder zwischen der Klappe V und der zugeordneten Elektrode 7 wirkt (Fig. 2b), dreht sich die betreffende Klappe um ihre Aufhängungen und präsentiert dem auftreffenden Licht nur noch eine verringerte Oberfläche (gleich der Seitenfläche der Klappe im günstigsten Falle).Daraus ergibt sich, daß man eine Anzeigeanordnung realisieren kann, deren Klappen oder Gruppen von Klappen die aktiven Elemente bilden. Ein hoher Kontrast und ein ästhetisch befriedigendes Aussehen lassen sich erzielen mit den Ausführungsformen nach Fig. 2a und 2b mit Klappen, die reflektierend oder lichtzerstreuend metallisiert sind un'd einem Absorber kräftiger oder . gedeckter Farbe aufweisen. Im Falle einer Anordnung nach Fig. ermöglicht das Anlegen bzw. Abschalten einer Spannung zwischen den einer Klappe zugeordneten Elektroden den Durchlaß bzw. das Sperren von Licht quer zu der Anordnung für das auftreffende Licht. Die Anordnung nach Fig. 4 bildet demgemäß eine Gruppe von optischen Ventilen, die elektrisch adressierbar sind. Im Falle.wo ein von oder Vakuum abweichendes Dielektrikum in der Anzeigeanordnung nach Fig. 2a oder 2b verwendet wird, braucht das elektrische Steuerfeld nicht notwendigerweise die Klappen vertikal auszufluchten, um eine gut kontrastierende Anzeige zu bewirken. Es genügt nämlich, daß die Klappen einen Winkel^ gegenüber ihrer Ruheposition einnehmen mit der Bedingung

β'*arc sin -

wobei η der Refraktionsindex des Dielektrikums ist, bei dem das auftreffende und von den Klappen reflektierte Licht in der Zelle "gefangen" wird. In der Praxis wird man als Dielektrikum eine Flüssigkeit wählen mit einem Refraktionsindex in der Größen-

Ordnung von η = 1,5, was zu einem Winkel/^41,8° führt.

Visuell entspricht dieses Phänomen einer Absorption des Lichtes derart, daß die von den-Klappen teilweise freigelegten Hohlräume abgedunkelt erscheinen (Farbe des Bodens der Ausnehmung) gegenüber einem metallisierten Hintergrund (Farbe der Klappen).

Die nachfolgend beschriebenen Varianten können'Verallgemeinerungen optischer Art bilden, die im Rahmen der Erfindung liegen:

- Die Klappen können derart ausgebildet sein, daß sie nicht nur das Aussehen einer reflektierenden oder lichtzer- .

streuenden Metallbeschichtung bilden, sondern sie können auch eingefärbt sein durch das Aufbringen einer feinen Interferenzbeschichtung (SiO-, TiO-, Al O₃ usw.) oder absorbierenden Beschichtung (amorphe Halbleiterniederschläge und andere Materialien).

- Farbpigmente können in das flüssige Dielektrikum eingebracht sein.

- Der Absorber 10 kann das gesamte oder nur einen Teil des sichtbaren Spektrums absorbieren, aus einer getrennten Platte bestehen oder aus einer Beschichtung auf einer Seite des unteren Glases 9, das die transparenten Elektroden trägt, oder auch als ein Niederschlag am Boden der Ausnehmung ausgebildet sein.

Die verschiedenen Schritte oder Phasen des Herstellungsverfahrens für die Anordnung werden nachstehend als Beispiel beschrieben.

Das Basis-Material ist eine Siliciumplatte mit den folgenden Merkmalen: Durchmesser etwa 5 cm (2"),

Dicke: etwa 280 ,urn, Orientierung: (100).

Das Verfahren wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 13 beschrieben. In jeder Figur sind drei Darstellungen mit a, b bzw. c bezeichnet zusammengefaßt, welche eine Draufsicht auf die Platte, eine Rückansicht der Platte bzw. einen Profilschnitt

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- 11/- A^

wiedergeben. Zwar ist zur Vereinfachung nur jeweils eine Klappe dargestellt/ doch versteht es sich, daß in der Praxis das Verfahren die gleichzeitige Realisierung einer Mehrzahl von Klappen auf ein und derselben Siliciumplatte ermöglicht.

1. Schritt - Aufwachsenlassen einer Sillcluinoxydschicht mit einer Dicke von 2 ,um auf der Rückseite der Platte (Fig. 5).

Die Platte wird in einen Oxydationsofen hoher Temperatur eingesetzt. Ein Oxyd bildet sich auf der gesamten Plattenfläche. Die Dicke des gebildeten Oxyds hängt von der Temperatur ab, der Art des Gases und der Verweilzeit.

Die Rückseite der Platte wird mit einer Photoresist-Beschichtung versehen, wie sie etwa im Handel unter der Bezeichnung "Waycoat" von der Firma Hunt angeboten wird, womit ein Schutz gegenüber der folgenden Bearbeitung erzielt wird. Die Platte wird in gepufferte Flußsäure eingetaucht, dio das freiliegende Oxyd angreift. Die Photoresist-Beschichtung wird entfernt.

2. Schritt - Erzeugen einer Schicht vom Typ ρ auf der Oberfläche der Platte (Fig. 6).

Eine Schicht von mit -Bor dotiertem Siliciumoxyd (Vapox) .wird mittels des CVD-Verfahrens (Chemical Vapor Deposition = · chemischer Dampfniederschlag) auf der Oberseite der Platte in einem Reaktionsgefäß aufgebracht. Danach führt man eine Diffusion bei hoher Terru-peratur in Stickstof fatmosphäre während kurzer Zeit aus,damit das Bor in das Silicium diffundieren kann. Die Bor-dotierte Siliciumschicht wird nun durch Eintauchen in gepufferte Flußsäure abgetragen, wobei die Rückseite der Platte durch eine Photoresistschicht geschützt ist. Nach erfolgter Ätzung wird diese Schicht entfernt.

3. Schritt - Aufbringen einer Schicht von Vapox auf der Oberfläche der Platte (Fig. 7).

Diese Schicht dient dazu, die elastischen Aufhängungen zu bilden. Sie besitzt eine Dicke von 800 8. Die Platte wird in ein Reaktionsgefäß eingesetzt und eine Vapox-Schicht wird auf die

Oberseite der Platte aufgebracht.

4. Schritt - Formäfczen der Aufhängungen (Fig. 8).

Die Oberfläche der Platte wird mit einer Photoresistschicht versehen, die mit Hilfe einer entsprechenden Maske belichtet und dann entwickelt wird. Die Aufhängungen werden danach durch einen selektrive!} Abtrag mittels der genannten gepufferten Flußsäure ausgebildet. Die Photoresistschicht wird dann entfernt.

5. Schritt - Metallisierung auf der Oberfläche der Platte-(Fig.9) .

Diese Aluminiumschicht dient dazu, die Klappen zu bilden. Sie besitzen eine Dicke von 2000 A. Die Platte wird in ein Aufdampfgefäß eingesetzt, und die Aluminiumschicht wird auf der Oberfläche der Platte niedergeschlagen.

6. Schritt - Formätzen der Klappen (Fig. 10).

Die Fläche der Platte wird mit einer Photoresistschicht bedeckt, die mit Hilfe einer entsprechenden Maske belichtet und dann entwickelt wird. Die Klappen werden mit Hilfe einer Aluminium angreifenden Lösung formgeätzt. Die Photoresistschicht wird danach entfernt.

7. Schritt - Formätzen der Siliciumdioxydschicht auf der Plattenrückseite (Fig. 11).

Die Oberseite der Platte wird mit einer negativen Photoresistschicht geschützt. Die Rückseite wird mit einer positiven Photoresistschicht abgedeckt, die durch eine entsprechende Maske belichtet und dann entwickelt wird. Das Siliciumdioxyd wird mittels gepufferter Flußsäure abgetragen. Die beiden Photoresistschichten werden danach entfernt. Dieser Arbeitsgang dient dazu, eine Siliciumdioxydmaske auf der Rückseite für den folgenden Arbeitsgang auszubilden.

8. Schritt - Ausbilden der Ausnehmungen in der Platte (Fig. 12)

Die Oberseite der Platte wird durch eine entsprechende Anordnung geschützt, und die Rückseite der Platte wird einem Lösungsmittel

«fr a * a * ι

ausgesetzt, von dem bekannt ist, daß es Silicium angreift. Auf diese Weise werden Hohlräume oder Ausnehmungen in der Platte geschaffen. Die Abtragung endet an der p.-Schicht.

9. Schritt - Freisetzen der Klappen (Flg. 13).

Die Platte wird in einen Plasma-Reaktor mit einer Halterung eingesetzt, die di^e Oberseite der Platte schützt. Die Schicht vom P "Typ wird angegriffen und abgetragen. Die Aufhängungen und die Klappen sind demgemäß freigesetzt. Die Oberseite der Platte ist vorteilhafterweise eine mattierte Fläche, damit die sichtbare Seite der Klappen so lichtzerstreuend als · möglich wirkt.

Die Platte, die in der Praxis eine Mehrzahl von Klappen aufweist, kann iⁿ eine bestimmte Anzahl von Einheiten zerschnitten^^msBei jede derselben in einen Raum verbracht wird, dessen Wandungen 8 und 9 transparent sind und Elektroden 7 tragen (Fig. 2a, 2b und 4) und evtl.- Elektroden 6 aufweisen (Fig. 2a und 4), voneinander getrennt durch Distanzstücke 1T. Bei dem oben beschriebenen Verfahren ist es offensichtlich, daß die Anzahl von Klappen pro Hohlraum wie auch die Anzahl von Hohlräumen oder Ausnehmungen pro Platte größer als eins sein kann, wobei die Klappen bevorzugterweise in Form einer Matrix angeordnet sind.

Fig. 14 zeigt als Beispiel die Anordnung einer Anzeigezelle für eine Ziffer mit 7 Segmenten unter Verwendung der oben beschriebenen Anzeigeanordnung. Man findet wieder die in Fig. 2 dargestellten und oben beschriebenen Elemente, versehen mit den gleichen Bezugszeichen, jedoch mit Ausnahme des Absorbers, der weggelassen ist, um darzustellen, daß eine solche Anzeigeanordnung auch als lichtdurchlässiges System brauchbar ist. Man erkennt die transparente Glasplatte 8 und die gemeinsame Elektrode 6, den Support 5 für die Klappen^ die Ausnehmungen, die den Klappen die Drehung um ihre Aufhängungen ermöglichen, die Distanzstücke 11, bei denen es sich einfach um einen Kunststoffrahmen handeln kann, da seine Funktion nur darin besteht, den Abstand zwischen den Elektroden festzulegen, wenn als die Klappen umgebendes Dielektrikum Luft gewählt worden ist, und die untere Glasplatte 9, welche die transparenten Elektroden 7 für das Adressieren der

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Klappen trägt. Diese Elektroden, welche mit den Buchstaben a bis g bezeichnet sind, entsprechen den Segmenten A bis G des Digits, wie in Fig. 16 angedeutet. In dem Beispiel gemäß Fig. 14 besteht das Segment D aus 3 Elementen;jeweils gebildet von 3 Klappen V, wie im einzelnen in Fig. 15 dargestellt. Dasselbe gilt für die Segmente A, B, F und G, während die Segmente C und E von 4 Elementen zu je 3 Klappen gebildet werden.

Die Realisierung einer 7-Segmentanzeige in Form einer vereinfachten Klappenmatrize, etwa gemäß Fig. 14, zeigt daß das vorgeschlagene Prinzip verwendet werden kann, um eine kompliziertere Matrix optischer Ventile oder Anzeigeelemente zu schaffen.

Die auf den Glasplatten 8 und 9 angebrachten Elektroden werden mit Verfahren realisiert, wie sie bei Flüssigkristallanzeigen bekannt sind_/wie beispielsweise: Niederschlag einer Indium- und Zinnoxydschicht durch das CVD-Verfahren oder Kathodenzerstäubung, formätzen und danach evtl. Isolieren durch Niederschlag eines Oxyds (z.B. SiO,,) oder eines Nitrids (z.B. Si~N.) , um sogenannte "blockierende" Elektroden auszubilden .

Der Support 5 kann verbunden werden mit einer der Glasplatten, welche die Elektroden trägt, und kann u.a. durch Aufdampfen oder durch CVD-Verfahren (beispielsweise polykristallines Si) realisiert werden.

Wenn ein flüssiges Dielektrikum, das die Klappen umgibt, verwendet wird, kann man Verfahren anwenden, die für das Einkapseln von Flüssigkristallzellen entwickelt worden sind.

Fig. 17 zeigt das Block-Schema für die Steuerung der 7-Segment-Anzeigezelle (A-G) gemäß Fig. 14. In Fig. 17 ist die Anzeigezelle ohne den Support der Klappen dargestellt, um die Form und Abdeckung der Elektroden zu zeigen.

Jedes Anzeigeelement bildet einen variablen Kondensator entsprechend der Position der Klappen^und jede so gebildete Kapa-

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zität ändert sich in Abhängigkeit von der zwischen die gemeinsame Elektrode 6 und die Adressierelektroden a-g der Klappen angelegte Steuerspannung. Die Kapazität verdoppelt sich etwa zwischen der Arbeits- oder aktivierten Position (Klappen in einer Ebene senkrecht zu der des Supports) und der Ruheposit.ton (Klappen in der Ebene des Supports). Da das System kapazitiv ist, bildet es einen .Speicher, dessen verwertbare Speicherdauer abhängt von den Leckströmen der Steuerelektronik. Diese Besonderheit kann in bestimmten praktischen Anwendungsfällen ausgenützt werden,etwa der Darstellung von Bildern auf einem Schirm. Fig. 17 zeigt, daß die Segmente von Invertern 17-17' bis 23-23' ■ gesteuert werden, welche aus komplementären MOS-Transistoren gebildet sind. Im beschriebenen Beispiel sind die Transistoren 17-23 p-Transistoren und die Transistoren 17'-23' n-Transistören. In jedem Paar ist die Source S des p-Transistors mit dem positiven Pol einer Speisespannungsquelle 24 verbunden, und der Drain D des p-Transistors mit dem Drain des η-Transistors verbunden, dessen Source S mit dem negativen Pol der Quelle 24 verbunden ist. Die Drains jedes Paares sind mit der entsprechenden Adressierelektrode verbunden: Die Drains des Paares 17-17' mit der Elektrode a, die Drains des Paares 18-18' mit der Elektrode b usw. bis zu den Drains des Paares 23-23', die mit der Elektrode g verbunden sind. Die Gates der p-Transistoren und η-Transistoren jedes Paares sind miteinander verbunden und mit einem der Ausgänge a'-g' eines Dekoders 25 an sich bekannter Bauart, dessen Eingänge E1-E4 mit den Ausgängen eines Pufferregisters 26 verbunden sind, an das die fainär-kodierte Dezimalinformation entsprechend den zu aktivierenden Segmenten angelegt ist. Dieses Pufferregister 26 wird von einem Adressierdekoder 27 gesteuert, der von einem nicht dargestellten Schaltkreis die Adresse der anzuzeigenden Ziffer erhält. Der Adressierdekoder 27 überträgt demgemäß zum Pufferregister 26 ein Aktivierungssignal,das jenem ermöglicht, die betreffende binär-kodierte Dezimalinformation zu speichern, die an seine Eingänge anlegt wird. Die Inverter 17-17' bis 23-23' bestimmen die Steuerspannung zwischen der gemeinsamen Elektrode 6 und den Elektroden a-g für die Adressierung der Segmente. Für die Ausgänge des Dekoders 25,die auf einem Logik-

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pegel entsprechend dem positiven Potential der Quelle 24 liegen, sind die MOS-Transistoren mit η-Kanal der entsprechenden Inverter leitend und die p-Kanal-Transistoren sind gesperrt. Das negative Potential der Quelle der n-Kanal-Transistoren wird demgemäß zu den entsprechenden Adressierelektroden übertragen, während die gemeinsame Elektrode 6 immer am positiven Potential der Quelle 24 liegt. Diese Bedingung führt zu einer Drehung der Klappen und infolgedessen zur Anzeige des betreffenden Segments. Für die Ausgänge des Dekaeders 25, die auf einem dem negativen Potential der Quelle 24 entsprechendem Logikpegel liegen, sind es die p-Kanal-Transistoren der entsprechenden Inverter, die leitend sind.und die Transistoren mit η-Kanal sind gesperrt. Diese Bedingung entspricht einer sehr niedrigen Restspannung zwischen den Adressierelektroden der betroffenden Segmente und der gemeinsamen Elektrode 6. Diese Restspannung genügt nicht, um zu einer Drehung der Klappen zu führen, so daß die betreffenden Segmente nicht aktiviert sind.

Die Erfindung wurde oben unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben, doch versteht es sich, daß keine Beschränkung auf diese Ausführungsbeispiele zum Ausdruck gebracht werden sollte und daß die Erfindung modifiziert und abgewandelt werden kann, solange man sich im Rahmen der Offenbarung hält.

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Claims

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1. Miniatur-Anzeigeanordnung; gekennzeichnet durch:

- einen im wesentlichen ebenen Support (5), der mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (3) versehen ist,

- eine Mehrzahl von Klappen (V), die in einer Ruheposition die Ausnehmungen abdecken,

- elastische Aufhängungen (4) der Klappen am Support, die beidseits jeder Klappe derart angeordnet sind, daß eine Drehung der Klappen ermöglicht wird und sie in ihre Ruheposition zurückgeführt werden, und

- Einrichtungen, mittels denen jede Klappe einem elektrischen Feld aussetzbar ist, das im wesentlichen senkrecht zur Ebene des Supports verläuft und hinreichend kräftig ist/ um die Klappen um einen zur optischen Freigabe der entsprechenden Ausnehmung hinreichendenWinkel um ihre Aufhängungen zu drehen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der elastischen Aufhängungen kleiner als zehn Mikron ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Inneren eines geschlossenen Raumes mit einer ersten und einer zweiten im wesentlichen zur Ebene des Supports verlaufendenWandung untergebracht ist, und daß die erste Wandung transparent ist.

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4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Support mit der zweiten Wandung verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wandung transparent ist.

6. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung ein Paar von Elektroden für jede Klappe oder Gruppe von Platten umfaßt, welche Elektroden beidseits der Klappe bzw. Gruppe von Platten angeordnet sind, und daß mindestens eine Elektrode des Paares transparent ist und auf der transparenten Wandung angeordnet ist.

7. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Elektrode pro Klappe oder Gruppe von Platten umfaßt, die gegenüber der Klappe oder Gruppe von Platten angeordnet ist, wobei das elektrische Feld zwischen der Klappe oder Gruppe von Platten und der Elektrode anlegbar ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode mehreren Klappen oder Gruppen von Platten gemeinsam ist.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel im wesentlichen 90° beträgt.

10. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum von einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit gefüllt ist ·

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel im wesentlichen gleich arc dem Refraktionsindex der Flüssigkeit.

der Winkel im wesentlichen gleich arc sin — ist mit "n" als

12. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch Tekennzeichnet, daß die zweite Wandung von einem Material bedeckt ist, das mindestens einen Teil der Lichtstrahlung absorbiert.

13. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Support aus Silicium besteht.

14. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Aufhängungen aus Siliciumdioxyd bestehen.

15. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen eine Siliciumdioxydschicht und eine Metallschicht umfassen.

16. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen und die elastischen Aufhängungen aus Aluminium bestehen.

17. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Flüssigkeit mit Farbpigmenten einqefärbt ist.

18. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Aufhängungen U-Form aufweisen.

19. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Aufhängungen S-Form aufweisen.

20. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Aufhängungen gerade sind.

21. Verfahren zur Herstellung einer Anzeigeanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Reihenfolge der Verfahrensschritte:

auf einer Basisplatte aus Silicium (Si) mit einer ersten und einer zweiten Seite,

- läßt man eine Siliciumdioxydschicht (SiO„) auf der ersten Seite aufwachsen,

- erzeugt man eine ρ -Typschicht auf der zweiten Seite,

- erzeugt man eine Siliciumdioxydschicht (SiO„) auf der zweiten Seite,

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„ι.

- trennt man die elastischen Aufhängungen auf der zweiten Seite aus,

- metallisiert man die zweite Seite,

- trennt man die Klappen aus der Metallisierung der zweiten Seite aus,

- trägt man die Siliciumdioxydschicht auf der ersten Seite ab,

- greift man das Silicium von der ersten Seite her an bis zur ρ -Schicht, und

- legt man die Klappen frei durch Abtrag der ρ -Schicht.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Seite der Basisplatte mattiert wird.