DE69214568T2

DE69214568T2 - Deformierbare Farbspiegelvorrichtung und Herstellungsmethode

Info

Publication number: DE69214568T2
Application number: DE69214568T
Authority: DE
Inventors: William E Nelson
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1991-07-31
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1997-02-27
Anticipated expiration: 2012-07-18
Also published as: EP0529282A2; EP0529282A3; DE69232631T2; EP0687931B1; KR100294036B1; KR930003286A; DE69232631D1; KR100318032B1; EP0687931A2; US5168406A; EP0529282B1; DE69214568D1; JPH05203888A; EP0687931A3

Description

VERWANDTER FALL

Diese Anmeldung ist verwandt und gleichzeitig eingereicht mit "Color Filter for Deformable Mirror Device and Method of Manufacture", lfd. Nr. 739,079 von Mignardi u. a.

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet elektronischer Bauelemente und insbesondere auf verformbare Spiegelvorrichtungen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Verformbare Spiegelvorrichtungen sind aktive Halbleitervorrichtungen, auf denen wenigstens eine Reihe kleiner, ablenkbarer Spiegel vorhanden ist. Die Spiegel reflektieren in individueller Weise auftreffendes Licht längs eines von zwei Wegen. Elektronische Signale legen fest, auf welchem der zwei Wege jeder Spiegel Licht reflektiert. Verformbare Spiegelvorrichtungen können auch mit mehreren einzelnen Reihen von Spiegeln oder mit vielen Reihen von eng beabstandeten Spiegeln gefertigt werden. Das letztere Format kann wegen seiner Spiegeldichte Bilder erzeugen, die hinsichtlich der Auflösung mit monochromen Katodenstrahlröhren vergleichbar sind.
Die Einführung von Farbe in Systeme von verformbaren Spiegelvorrichtungen ist bis heute problematisch. Ein Lösungsweg für Vollfarbensysteme von verformbaren Spiegelvorrichtungen besteht darin, drei verformbare Spiegelvorrichtungen zu verwenden, wovon jede eine andere Grundfarben-Quelle oder ein anderes Farbfilter besitzt. Die drei monochromen Bilder der verformbaren Spiegelvorrichtungen werden zu einem einzigen Bild kombiniert, um das gewünschte dreifarbige Bild zu erzeugen. Dieses System besitzt die Nachteile einer komplexen Chipanordnung, der Ausgangskonvergenz, der übermäßigen Kosten und der Gehäusegröße des zugehörigen optischen Systems.
Die bevorzugte Methode für die Farblichtmodulation besteht daher darin, einen einzelnen Chip mit verformbarer Spiegelvorrichtung zu verwenden, der so modifiziert ist, daß das gewünschte Farbbild erzeugt wird. Eine einfache Anordnung einer Matrix von farbigen Fenstern über der Matrix der einzelnen Spiegel ist jedoch nicht zufriedenstellend. Das auf die verformbare Spiegelvorrichtung auftreffende nicht modulierte Licht wird extern und außerhalb der optischen Achse der letztendlichen Beobachtung an die einzelnen Spiegel geliefert. Das auftreffende Licht verläuft daher durch die Filterfensterstruktur zweimal, bevor es vom menschlichen Auge beobachtet wird. Das modulierte Licht verläuft daher durch zwei verschiedenfarbige Fensterelemente. Die erforderliche Geometrie ist untragbar komplex.
Es ist daher ein Bedarf an einem Einzelchip-Farbsystem von verformbaren Spiegelvorrichtungen entstanden, das die Spiegelelemente nicht beansprucht sowie eine präzise und genaue Anordnung des Farbstoffmaterials auf den Spiegelelementen schafft und dessen Farbstoffe annehmbare optische und mechanische Eigenschaften besitzen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine verformbare Spiegelvorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1 geschaffen. Diese Vorrichtung beseitigt im wesentlichen oder verringert die Nachteile und Probleme herkömmlicher Farbsysteme mit verformbarer Spiegelvorrichtung. Es wird eine Halbleitervorrichtung offenbart, die mehrere verformbare Spiegel und eine elektronische Schaltungsanordnung zu deren Steuerung enthält. Die Spiegel können wahlweise betätigt werden, um auftreffendes Licht auf zwei möglichen Lichtwegen zu reflektieren. Die Spiegel sind in wenigstens zwei Gruppen unterteilbar. Jede Gruppe absorbiert eine besondere Wellenlänge oder besondere Wellenlängen des auftreffenden Lichts, um die Merkmale wenigstens zweier Farben zu schaffen.
Ein technischer Vorteil der offenbarten Erfindung ist das Vermögen, Farben präzise und genau auf einzelne Spiegelelemente einer verformbaren Spiegelvorrichtung aufzubringen. Die besonderen Farben können so angeordnet werden, daß bei Betrachtung auf der makroskopischen Ebene eine Vollfarbenanzeige erzeugt wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile wird nun auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, in welchen:
FIG. 1 eine perspektivische Ansicht eines Farbstoffe tragenden Substrats zeigt, das über einer verformbaren Spiegelvorrichtung angeordnet ist; und
FIG. 2 eine diagrammartige Ansicht eines typischen Dreifarbenmusters ist, das für die Erzeugung von Vollfarbenbildern geeignet ist.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt eine Flächenmatrix-Vorrichtung von verformbaren Spiegeln ("DMD") 10 unter einem Filtersubstrat 12. Ein vollständigeres Verständnis von bisherigen verformbaren Spiegelvorrichtungen und von deren Gebrauch kann unter Bezugnahme auf das US-Patent Nr. 4,662,746 mit dem Titel "Spatial Light Modulator Printer and Method of Operation" an Hornbeck u. a., eingereicht am 30. Oktober 1985, erlangt werden. Dieses Patent ist hier durch Literaturhinweis eingefügt. Eine verformbare Spiegelvorrichtung 10 ist als rechtwinklige Matrix von Spiegeln 14 dargestellt. Die verformbare Spiegelvorrichtung 10 kann jedoch irgendeine Form annehmen. Die DMD 10 enthält eine interne Schaltungsanordnung, um zu steuern, auf welchem von zwei oder mehr wegen jeder Spiegel Licht reflektiert. Das Filtersubstrat 12 enthält auf einer Fläche einen sublimierbaren Farbstoff. Das Filtersubstrat 12 kann irgendein verallgemeinertes Farbstoff-Abbildungsschema annehmen. Beispielsweise kann das Verhältnis einer Farbe zu einer weiteren modifiziert werden, um besser an das Ansprechvermögen des menschlichen Auges angepaßt zu sein oder um das Farbgleichgewicht in der externen Lichtquelle oder in anderen Elementen eines damit in Beziehung stehenden optischen Systems zu kompensieren. Der sublimierbare Farbstoff wird durch Einbringen von Wärme auf die gegenüberliegende Fläche des Substrats 12 verdampft. Der Farbstoff lagert sich dann von selbst auf den Spiegeln 14 ab, wie weiter unten vollständiger beschrieben wird. Der Farbstoff absorbiert oder reflektiert eine besondere Wellenlänge oder besondere Wellenlänge des Lichts, um die Farbwirkung zu erzeugen.
Fig. 2 veranschaulicht ein Beispiel eines Dreifarben-Abbildungsschemas, das auf einen Abschnitt einer verformbaren Spiegelvorrichtung 10 angewendet wird. In diesem Schema ist "M" = Magenta, "Y" = Gelb und "C" = Zyan. Durch versetztes Anordnen der drei subtraktiven Grundfarben auf den Spiegeln 14 wie dargestellt können drei einzelne Spiegel betätigt werden, um ein einzelnes dreifarbiges Pixel zu erzeugen. Drei Spiegel, die wie durch die darüberliegenden Dreiecke gezeigt benachbart sind, erzeugen jeweils ein Vollfarben-Pixel. Fig. 2 ist nur eine Teildarstellung der verformbaren Spiegelvorrichtung 10.
Eine Gruppe von Farbstoffen, die für die Hinzufügung der Wirkung der drei subtraktiven Grundfarben, Magenta, Zyan und Gelb, geeignet ist, ist als Diffusions-Thermotransferfarbstoffe ("D2T2") bekannt. Diese Gruppe von Farbstoffen wird auch für Druckprozesse verwendet. Diese Farbstoffe sublimieren bei ziemlich hohen Temperaturen in der Größenordnung von 300 ºC bis 400 ºC, wodurch sie für eine DMD-Anwendung geeignet sind, bei der die Vorrichtung über lange Perioden bei 75 ºC bis 100 ºC arbeitet. Die D2T2-Farbstoffe sind lichtfest beschaffen, was aufgrund der erwarteten Periode der Lichtaussetzung eine weitere Anforderung an die DMD-Anwendung ist. Typische photographische Farbstoffe, die für Farbfilter des Typs mit ladungsgekoppelter Vorrichtung verwendet werden, oder Polyester-Textilfarbstoffe erfüllen diese Kriterien nicht. D2T2-Farbstoffe haften außerdem gut an der glatten Aluminium- DMD-Pixeloberfläche und besitzen eine polare Gruppe, um einen anziehenden Klebstoff zu bilden.
Insbesondere kann der gelbe Farbstoff beispielsweise aus den Methin- und Azopyridon-Klassen der D2T2-Farbstoffe gewählt sein. Für Magenta sind die heterozyklischen Azo-Farbstoffe und die Tricyanovinyl-Farbstoffe geeignet. Geeignete Zyan-Farbstoffe sind in der Reihe der heterozyklischen Azo-Farbstoffe und in der Reihe der phenylazoheterozyklischen Azo-Farbstoffe vorhanden. Die für die Sublimierung des Farbstoffelements 32a in Fig. 3b notwendige Wärme kann durch einen thermischen Druckkopf, der ähnlich jenen ist, die in Thermodruckern verwendet werden, oder aber durch einen Abtastlaser erzeugt werden.
Fig. 4 veranschaulicht die Anwendung des offenbarten Prozesses auf Chips mit verformbarer Spiegelvorrichtung in Reihenanordnung, die mehrfarbige oder einzelfarbige Pixel erfordern. Das Substrat 40 ist auf den Chip 42 ausgerichtet, der drei Reihen von einzelnen Spiegeln enthält, die mit "DMD-Zeile 1", "DMD- Zeile 2" und "DMD-Zeile 3" bezeichnet sind. Das Substrat 40 enthält drei Reihen von Farbstoffelementen 44a, 44b und 44c.
Die Zeilen 44a, 44b und 44c können ein Magenta-, ein gelber bzw. ein Zyanfarbstoff oder irgendeine andere Kombination sein.
Die Farbstoffelementreihen 44a, 44b und 44c werden auf den DMD-Zeilen 1, 2 und 3 wie in Verbindung mit Fig. 3b erläutert sublimiert.
Fig. 5 veranschaulicht ein Flußdiagramm des Prozesses zum Sublimieren von Farbstoff auf einer verformbaren Spiegelvorrichtung. Der einzelne Chip mit verformbarer Spiegelvorrichtung wird zunächst in einem Block 51 eines vollständigen Chipprozesses gefertigt. An diesem Punkt reflektieren sämtliche einzelnen Spiegel der fertiggestellten verformbaren Spiegelvorrichtung die gleiche Farbe oder die gleichen Farben.
Anschließend wird ein den sublimierbaren Farbstoff enthaltendes Substrat in einem Abstand von einigen wenigen 10 Mikrometern über dem Chip mit verformbarer Spiegelvorrichtung angeordnet und auf die "X"- und "Y"-Achsen in der Weise ausgerichtet, daß sich jedes Farbstoffelement über dem gewünschten Spiegel befindet (Block 52). Die verformbare Spiegelvorrichtung wird mit einem Mikroprozessor im Block 53 elektronisch verbunden. Hier erzeugt der Mikroprozessor ein elektronisches Signal, das den Chip mit verformbarer Spiegelvorrichtung dazu veranlaßt, bestimmte Spiegel auf die zweite der möglichen optischen Achsen der verformbaren Spiegelvorrichtung auszurichten. Eine Bedienungsperson oder ein Maschinenvisionssystem kann dann die Ausrichtung des Substrats und des Chips verifizieren, indem das erzeugte Bild mit einem Referenzbild verglichen wird. Insbesondere könnte das Substrat 12 (Fig. 1, 3a und 3b) teilweise lichtdurchlässig sein, um zu ermöglichen, daß das erzeugte Bild durch das Substrat 12 hindurchgeht. Andere geeignete Verfahren könnten ebenfalls verwendet werden, um das Farbstoffsubstrat und die verformbare Spiegelvorrichtung auszurichten.
Im Block 54 werden die Farbstoffelemente durch Einbringen von Wärme wie mit Bezug auf Fig. 3b beschrieben auf den Chip mit verformbarer Spiegelvorrichtung sublimiert. Der Mikroprozessor erzeugt dann im Block 55 einen zweiten Satz von Signalen, um sicherzustellen, daß jeder einzelne Spiegel die gewünschte Farbe reflektiert. Beispielsweise könnten sämtliche Spiegel einer besonderen Farbe "eingeschaltet" werden, um Licht gleichzeitig auf demselben Weg zu reflektieren. Ein Maschinenvisionssystem oder eine Bedienungsperson könnte dann die DMD dahingehend untersuchen, ob irgendein Spiegel eine von der gewählten Farbe verschiedene Farbe reflektiert. Jene verformbaren Spiegelvorrichtungen ohne Farbe oder mit einer falschen Farbe können dann im Block 56 neu bearbeitet werden. Die Spiegel mit einer falschen Farbe können direkt mit einem Laser abgetastet werden, um das Farbstoffelement vom Spiegel zu resublimieren. Spiegel, die keine Farbe besitzen oder dem vorhergehenden korrigierenden Vorgang unterworfen waren, können dann erneut auf das gleiche Filtersubstrat oder auf ein anderes Filtersubstrat ausgerichtet werden, um die gewünschte Farbe erneut aufzubringen. Die durch die Blöcke 52-56 dargestellten Schritte können erforderlichenfalls wiederholt werden, falls zusätzliche Farben auf anderen Substraten auf der DMD sublimiert werden sollen.
Der Chip mit verformbarer Spiegelvorrichtung wird dann im Block 57 wie erforderlich durch das letztendliche elektronische System fertiggestellt. Die verformbare Spiegelvorrichtung könnte beispielsweise in eine visuelle Anzeigevorrichtung eingefügt werden.
Fig. 6 zeigt ein elektrostatisches Sprühlackierschema für die Aufbringung von Farbstoffen auf einzelne Spiegel eines Chips von verformbaren Spiegelvorrichtungen. Das elektrostatische Schema ist auf Vorrichtungen anwendbar, die elektrostatisch aufgeladen werden, wenn sie aktiviert werden, um Licht längs einer besonderen Achse zu reflektieren. Eine verformbare Spiegelvorrichtung 601 enthält einzelne Spiegel 602a, 602b und 602c. Eine Düse 603 zerstäubt einen Farbstoff 604 wie etwa einen D2T2-Farbstoff und lädt ihn elektrostatisch auf.
Der Spiegel 602a wird durch elektronische Signale (nicht gezeigt) aktiviert, damit er Licht längs einer zweiten optischen Achse reflektiert. Eine Folge der Aktivierung des Spiegels 602a ist das Auftreten einer elektrostatischen Ladung längs der Oberfläche des Spiegels 602a. Der Spiegel 602a kann daher eingefärbt werden, während die Spiegel 602b und 602c in ihrem ursprünglichen Zustand bleiben. Die Düse 603 zerstäubt den Farbstoff 604. Der Farbstoff 604 wird mit einer besonderen elektrostatischen Ladung erzeugt. Hier wird der Farbstoff 604 mit einer negativen Ladung erzeugt, weil der Spiegel 602a auf seiner Oberfläche eine positive elektrostatische Ladung besitzt. Die elektrostatische Ladung auf dem Spiegel 602 könnte ebenso einfach auch eine negative Ladung sein, wobei in diesem Fall die Farbstoffwolke 604 durch die Düse 603 positiv aufgeladen würde. Die Farbstoffwolke 604 wird dann mit der verformbaren Spiegelvorrichtung 601 kombiniert. Der Farbstoff 604 wird zum ausgewählten Spiegel 602a elektrisch angezogen. Ein Teil des Farbstoffs 604 wird dann auf dem Spiegel 602a abgelagert. Die Spiegel 602b und 602c werden nicht mit dem Farbstoff von der Farbstoffwolke 604 beschichtet, weil sie elektrostatisch neutral sind.
Andere Spiegel an der verformbaren Spiegelvorrichtung 601 könnten mit anderen Farben durch aufeinanderfolgendes Aufladen (Aktivieren der Spiegel, damit sie Licht längs einer bestimmten Achse reflektieren) und durch Kombinieren mit anderen, entgegengesetzt geladenen Farbstoffwolken beschichtet werden. In dieser Weise könnte auf der verformbaren Spiegelvorrichtung 601 irgendein Farbmuster einschließlich dessen, das in Fig. 2 dargestellt ist, abgelagert werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung und ihre Vorteile im einzelnen beschrieben worden sind, können selbstverständlich verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abweichungen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

1. Verformbare Spiegelvorrichtung mit mehreren verformbaren Spiegeln (14), die in auswählbarer Weise so betätigbar sind, daß sie einfallendes Licht reflektieren, gekennzeichnet durch

eine erste Gruppe der Spiegel (14), die so betätigbar ist, daß sie eine erste Gruppe von Wellenlängen des einfallenden Lichts absorbiert;

eine zweite Gruppe der Spiegel (14), die so betätigbar ist, daß sie eine zweite Gruppe von Wellenlängen des einfallenden Lichts absorbiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner enthaltend eine dritte Gruppe der Spiegel, wobei die dritte Gruppe derart betätigbar ist, daß sie eine dritte Gruppe von Wellenlängen des einfallenden Lichts absorbiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die ersten, zweiten und dritten Gruppen der Spiegel eine Dreifarben- Dreiergruppe bilden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher die Dreifarben- Dreiergruppe aus Magenta, Zyan und Gelb besteht.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher wenigsten eine der Spiegelgruppen mit einem sublimierbaren Farbstoff überzogen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der sublimierbare Farbstoff ein Diffusions-Thermotransferfarbstoff ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der sublimierbare Farbstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Methin-Farbstoff, Azopyridon-Farbstoff, heterozyklischer Azo-Farbstoff, Tricyanovinyl-Farbstoff, heterozyklischer Azo-Farbstoff, phenylazoheterozyklischer Azo- Farbstoff und Mischungen davon.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Gruppe der Spiegel mit einem Farbstoff überzogen ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Methin-Farbstoff, Azopyridin-Farbstoff und Mischungen davon.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem eine Gruppe der Spiegel mit einem Farbstoff überzogen ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Heterozyklischer Azo-Farbstoff, Tricyanovinyl- Farbstoff und Mischungen davon.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher eine Gruppe der Spiegel mit einem Farbstoff überzogen ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Folgendem besteht: Heterozyklischer Azo-Farbstoff, phenylazoheterozyklischer Azo-Farbstoff und Mischungen davon.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, bei welcher die drei Gruppen der Spiegel drei getrennte Farblinien bilden.

12. Halbleitervorrichtung, die eine DMD-Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche bildet.