FR2824643A1 - Dispositif de modulation de lumiere - Google Patents
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Abstract
Dispositif de modulation de lumière par réflexion angulaire, diffraction ou interférence, comprenant des surfaces mobiles (100) ayant un degrés de liberté de mouvement perpendiculaire à leur surface, à l'intérieur d'un volume (101). Selon la position de la surface mobile (100), la lumière est modulée dans un premier dispositif par réflexion angulaire, dans un second dispositif par diffraction, et dans un troisième dispositif par interférence.Application aux écrans plats, aux dispositifs pour projection, ou aux dispositifs de multiplexage optique.
Description
correspondant au tube de dépôt est comprise entre 0,025 et 1,4 %.
DISPOSITIF DE MODULATION DE LUMIERE.
La présente invention a pour but un dispositif de modulation de lumière. Elle trouve des applications notamment dans les écrans plats, les dispositifs de projection grand écran, le
multiplexage optique.
La modulation de lumière, consiste en général à moduler par une commande électrique appliquée à un dispositif de modulation de lumière, l'amplitude, la phase, ou la fréquence de la lumière. De très nombreux dispositifs ont été développés dans ce but, parmi lesquels, on trouve les dispositifs qui utilisent des micro-miroirs flexibles, réalisés par les technologies dites MEMS, c' est à dire en langage anglo saxon Micro Electronic Machining Systems, qui utilisent des procédés proches de ceux de la micro électronique. Parmi ces dispositifs, Horobeak dans le brevet US 4596992, décrit des micro-miroirs maintenus par une poutre flexible, au dessus d'une cavité au fond de laquelle des électrodes permettent d'appliquer une différence de tension entre les micro-miroirs et les électrodes, ce qui a pour conséquence de fléchir les micro-miroirs dans la cavité, et par la méme de modifier l'angle de réflexion de la lumière incidente. Des dispositifs issus de ce concept, ont été commercialisés par la société Texas Instrument, sous le nom de DMD, comme Deformable Mirror Device en
langage anglo saxon.
Un dispositif semblable décrit par Worley dans le brevet 5784190, propose des micro-miroirs flexibles déposés sur un substrat transparent, qui sont attirés par des électrodes transparentes situées sur un autre substrat disposé au dessus des micro-miroirs déformables. Huibers dans le brevet 6172797, attire les micro-miroirs flexibles par des électrodes situées sous les micro-miroirs, comme dans le cas de Hornbeck, les micro-miroirs étant réalisés sur un second substrat transparent, situé au-dessus du substrat qui supporte les électrodes, les micro miroirs étant limités dans leur course par une butée mécanique. Yagi dans le brevet 0614101, décrit un déflecteur optique qui utilise des micro-miroirs montés sur des barres de torsion, ces micro-miroirs étant attirés par des électrodes situées sur les
flancs de sillons obliques.
Une autre catogorie de dispositifs utilisent la diffraction de la lumière. Bloom dans le brevet 5459610 décrit des micro-ruLans allongés et flexibles, tenus à leur deux extrémités formant ainsi un pont, qui sous l'effet de forces électrostatiques produites par des électrodes situées sous les micro-rubans, fléchissent en se rapprochant des électrodes, et forment en relation avec d'autres éléments fixes un réseau linéaire de diffraction, les déplacements des micro-rubans pouvant étre égaux au
quart de la longueur d'onde de la lumière incidente.
Selon la taille des micro-ruLans déformables, et l'amplitude de leur déformation, il est possible de réfléchir de la lumière colorée, comme décrit dans le brevet 5677783. On trouve de nombreuses variantes de ces dispositifs, comme celles décrites dans le brevet WO 9641226, o les micro-rubans ne sont tenus que d'un coté, et d'autres dispositifs comme ceux décrits dans le brevet EP 1014143, o des micro-rubans sont situés au dessus de canaux, permettant de prendre plusieurs positions, ce qui produit plusieurs états
discrets de diffraction.
Une troisième catégorie de dispositifs à base de micro-surfaces flexibles déplacables, utilisent l'interférométrie. Ces dispositifs utilisent des micro-surfaces maintenues par des moyens flexibles, ces micro-surfaces peuvent étre réfléchissantes ou transparentes. Ces micro-surfaces se déplacent sous l' influence de forces électrostatiques. La lumière lO passe au travers d'un ensemble de couches ayant des indices optiques adéquat, se réfléchissent sur la micro-surface mobile, et selon la séparation de cette micro-surface par rapport aux couches d'indice adéquat, par interférométrie, la lumière est réfléchie ou absorbée. La surface mobile peut étre transparente, supportant des couches d'indice optique adéquat, et sa séparation par rapport à un miroir
fixe, produit le même phénomène d'interférométrie.
Les brevets RP 0035299 de Philips, WO 8604182, US 4982184, 0667548, US 5022745, et EP 1055949 constituent une bonne illustration de cette troisième catégorie de modulateurs. Comme pour les micro-rubans déformables décrits précédemment, il est possible de réfléchir de la lumière de différente longueur d'onde, selon les dimensions des microsurfaces
déformables et de l' amplitude de leur déplacement.
Une quatrième catégorie de modulateur de lumière, utilisent des microvolets qui sont des poutres déformables, activés par des forces électromagnétiques, comme décrit dans le brevet EP
1026535.
Les modulateurs de lumière qui utilisent des micro-éléments mécaniques, comme décrits dans l'art antérieur des trois premières catégories, se caractérisent généralement par des consommations électriques relativement faibles, des rendements lumineux qui selon les cas peuvent étre excellents, et par un fonctionnement bistable qui facilite grandement l'adressage de chaque élément. Les modulateurs de lumière selon l'art antérieur décrits dans les quatre catégories, se caractérisent par le fait qu'ils sont maintenus par des moyens flexibles, comme des poutres encastrées, des barres de torsion, des miroirs déformables, des surfaces maintenues par des poutres déformables, qui permettent une tenue mécanique flexible, avec force de rappel semblable à celle d'un ressort. Ces moyens assurent souvent par ailleurs une liaison électrique. L'élément mobile est attiré par des forces électrostatiques en direction de l'électrode, ou des forces magnétiques et lorsque ces forces s'annulent, la force élastique des moyens de maintien, ramène l'élément mobile en position de repos. Les éléments mobiles doivent avoir une rigidité suffisante afin d'offrir une bonne planéité
afin d'obtenir de bonnes performances optiques.
La demande de brevet N 0103569 déposée le 16 mars 2001, décrit des microvolets qui peuvent étre des miroirs, ou des surface opaques à la lumière selon l' application, qui sont maintenus par des barres de torsion, et qui sont situés entre deux surfaces perpendiculaires, contenant des électrodes situées de part et d'autre des micro-volets. Ces derniers sont très souples, n'ont qu'une très faible rigidité mécanique. En position extréme ils plaquent toujours sur les surfaces planes comprenant les électrodes, ce qui leur assure une excellente planéité et une position précise, en angle et en relation avec les autres éléments du dispositif, d'o des rendements optiques excellents. Les micro-volets étant très légers, ils peuvent se mouvoir en un temps extrêmement court. Enfin, tous les mouvements sont engendrés par des forces électrostatiques, les forces de rappel élastiques ne jouent ici qu'un rôle secondaire. Tous ces dispositifs souffrent néanmoins de problèmes liés aux moyens de maintien flexibles. En effet, selon l'application, les éléments mobiles peuvent être sollicités des centaines de milliards de fois pendant la durée de vie du produit. Les sollicitations répétées des poutres encastrées, ou des barres de torsion amènent des problèmes de fatigue qui peuvent être très variables d'une élément à un autre, donc difficilement contrôlables. De plus, les moyens flexibles de maintien occupent une place importante par rapport à la surface active de l'élément mobile, ce qui réduit l'efficacité lumineuse du dispositif. Quand le plus souvent le rappel des éléments mobile se fait par des forces élastiques, pour que le volet revienne en position de repos rapidement, il faut que la rigidité des moyens flexibles de maintien soit la plus élevée possible, ce qui impose des forces de commande élevées. La réalisation des moyens flexibles, est complexe, car elle nécessite un contrôle précis des formes et dimensions des poutres encastrées ou des barres de torsion, le choix de matériaux à haute résistance à la flexion ou à la torsion, des surfaces d'encrage suffisamment dimensionnces, et des contacts électrlques avec des lignes, des colonnes, ou des sorties de transistors, ce qui rend l'ensemble assez complexe. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients, en proposant des dispositifs de modulation de lumière utilisable selon les quatre catégories de modulation de lumière décrites précédemment: la modulation par réflexion angulaire, par diffraction de la lumière, par interférométrie,
par commande électrostatique, ou électromagnétique.
Les dispositifs selon l' invention, éliminent les problèmes de fatigue, d'encombrement,de rigidité, des moyens flexibles de maintien, ainsi que ceux
liés à leur fabrication.
Ce but est atteint par l' invention, grâce à un élément mobile se déplaçant sous l' influence de forces électrostatiques ou magnétiques, pour venir en appui sur des surfaces situées de part et d'autre de l'élément mobile, l'élément mobile n'étant maintenu par aucun moyen flexible, l'élément mobile étant libre de se déplacer à l'intérieur d'un volume plat, ne permettant à l'élément mobile qu'un seul dogré de liberté. Selon une forme particulière de l' invention, l'élément mobile est relié à une source de tension
par des moyens de contact électrique.
De façon plus précise, l' invention a pour objet un modulateur de lumière, permettant la modulation de lumière par réflexion angulaire, par diffraction ou par interférométrie, comprenant des surfaces mobiles constituées de couches minces diélectriques transparentes ou diélectriques réfléchissantes, ou conductrices réfléchissantes, ou magnétiques réfléchissantes Ces surfaces mobiles sont placées à l'intérieur de volumes de forme plate, constitués de deux surfaces de base, qui peuvent étre parallèles ou inclinées l'une par rapport à l'autre. L'une de ces surfaces de base est transparente. Ces surfaces de base sont légèrement plus grandes que celles des surfaces mobiles, et sont séparées par des surfaces
périphériques fermant chacun des volumes considérés.
La séparation des surfaces de base est petite devant leurs dimensions, ce qui constitue avec les surfaces périphériques, des volumes plats, de facon à ce que les surfaces mobiles, à l'intérieur de chacun de ces volumes, ne puissent avoir qu'un seul degré de mouvement quasiment perpendiculaire à leur surface, pour venir prendre appui sur l'une ou sur l'autre des deux surfaces de base de chaque volume. Les surfaces mobiles n'ont aucune liaison mécanique flexible avec les surfaces qui les entourent. Dans le cas o les surfaces mobiles sont actionnées par des forces électrostatiques, les surfaces de base comprennent des électrodes isolées reliées à des sources de tension, ces électrodes, selon leur polarisation, génèrent des forces électrostatiques qui font se déplacer les surfaces mobiles à l'intérieur de leur volume plat. Les surfaces mobiles sont constituces selon un premier mode de l' invention de couches minces diélectriques transparentes ou diélectriques réfléchissantes, comprenant des charges
électrostatiques piégées en surface ou en volume.
Selon un deuxtème mode de l' invention, les surfaces mobiles sont conductrices et réiléchissantes, et sont relices à une source de tension par des contacts électriques situés à l'intérieur des surfaces de base. Selon un troisième mode de l' invention, les surfaces mobiles sont magnétiques et réfléchissantes et sont actionnées par des moyens magnétiques
extérieurs aux surfaces de base.
De toute façon, les caractéristiques et avantages de l' invention, apparaitront mieux après la
description qui suit, donnée à titre explicatif et
nullement limitatif. Cette description se réfère aux
s dessins annexés, sur lesquels: --La figure 1 montre la section d'un dispositif
selon le premier mode de l'invention.
--La figure 2 montre la section d'un dispositif selon le premier mode de l' invention, le volume plat ayant des surfaces obliques --La figure 3 montre la section d'un dispositif
selon le second mode de l'invention.
--La figure 4 montre la section d'un dispositif selon le second mode de l' invention, la surface
1S mobile étant au repos.
--La figure 5 montre la section d'un dispositif selon le troisième mode de 1 T invention, la surface
mobile étant magnétique.
--La figure 6 montre une vue en perspective d'un modulateur par réflexion angulaire selon l' invention --La figure 7a montre une vue de dessus un exemple selon l' invention d'un modulateur à double
réseau de diffraction.
--La figure 7b montre la section de ce modulateur. --La figure 8a montre en vue de dessus un exemple selon l' invention d'un réseau de modulateurs par interférométrie --La figure 8b montre la coupe du modulateur par interférométrie. La figure 1 montre la section d'un dispositif selon le premier mode de l' invention. La surface mobile (100) est une couche diélectrique comprenant des charges piégées en surface ou en volume. Elle peut être constituée par exemple d'une couche de SiO2 de 500A à quelques milliers d'angstr_ms, ayant subi un bombardement d'électrons, ce qui induit des densités de charges de l'ordre de 1012 charges par centimètre carré. Elle peut selon un autre exemple étre constituée d'une couche organique du type électret connue de l'homme de l'art, ou d'un oxyde de silicium réalisée en voie humide, comprenant des charges hydroxydes négatives, connues également de l'homme de l'art. Cette surface mobile, est soit transparente, avec un indice optique adéquat, soit revêtue d'une couche réfléchissante, comme une fine couche d'aluminium par exemple. La surface mobile est à l'intérieur d'un volume (101), délimité par les deux surfaces de base (102) et (103) légèrement plus grandes que la surface mobile (100), les deux surfaces de base(102) et (103) étant séparées par une paroi périphérique (104) de faible hauteur devant les dimensions des surfaces de base (102) et (103), le volume (101) ayant la forme d'un volume plat. La surface (103) est constituée d'une électrode (105) reliée à une source de tension, et isolée par une couche diélectrique (106), lrensemble constitué par la surface (103), l'électrode (105), et la couche diélectrique (106) est réalisé en couches minces déposées sur un substrat (107). La surface supérieure (102) est constituée drune électrode transparente (108) reliée à une seconde source de tension. Cette électrode transparente constituée par exemple d'oxyde d'étain et d'indium, souvent appelé ITO, est déposée sur un substrat transparent (109) comme du verre par exemple, et isolée par une couche diélectrique transparente (110).Si les charges piégées dans la surface mobile (100) sont négatives par exemple, en appliquant une tension négative sur l'électrode (105), et en même temps une tension positive sur l'électrode (108), les forces électrostatiques générées vont attirer la surface mobile (100) contre la surface supérieure (102), comme le montrent les flèches de la figure 1. En invereant les polarités sur les électrodes (105) et (108), la surface mobile (100) sera attirée contre la surface (103). Ce premier dispositif décrit par la figure 1, permet de faire un modulateur de lumière par diffraction ou interférométrie. Dans le cas de la diffraction, la surface mobile (100) est réfléchissante, la lumière incidente traverse le substrat (109), l'électrode (108), et la couche diélectrique (110). Les déplacements de la surface mobile (100) ont une amplitude égale par exemple au quart de la longueur d'onde de la lumière incidente, afin de former un réseau de diffraction, en relation avec d'autres éléments du dispositifs, comme montré
par les figures 7a et 7b décrites par la suite.
Dans le cas de l'interférométrie, la surface mobile (100) dans un premier exemple est réiléchissante, et les couches transparentes (110), (108) et du substrat (109) ont un indice adéquat, afin que selon la position de la surface mobile (100) contre la surface (102) ou contre la surface (103), la lumière soit par
interférométrie, réfléchie ou absorbée.
Dans un second exemple, la surface mobile est transparente, avec des couches transparentes formant un indice optique adéquat, et la surface (103) est réfléchissante, afin que par interférométrie, la lumière incidente soit réfléchie ou absorbée, selon la position de la surface mobile (100) par rapport à
la surface réiléchissante (103).
La figure 2 montre un autre dispositif de modulation de la lumière par réilexion angulaire, sur une couche réfléchissante d' angle variable. On retrouve la méme structure que celle de la figure 1, à la différence que les surfaces (102) et (103) ne sont pas parallèles, et qu'elles forment un angle entre elles de quelques degrés à quelques dizaines de degrés. Le substrat (109), l'électrode (108), et la couche diélectrique (110) sont transparents. La surface mobile (100) est réfléchissante. Selon les polarisations des électrodes (105) et (108), la surface mobile est attirce contre la surface (103) ou lS contre la surface (102), réfléchissant le faisccau lumineux (200) sur le plan de la surface (102); ou
celui de la surface (103).
La figure 3 montre un dispositif selon le second mode de l' invention. La surface mobile (100) est conductrice. Elle peut être réfléchissante ou transparente. Des électrodes supplémentaires (300), déposées sur les surfaces (102) et (103), sont reliées à une troisième source de tension. Lorsqu'une différence de tension est appliquée entre l'électrode 2s (105), et les électrodes (300), et que la tension appliquée aux électrodes (300) est la méme que celle appliquée à l'électrode (108), la surface mobile conductrice (100) qui est en contact avec les électrodes (300), n'aura aucune force d' attraction en direction de l'électrode (108), et sera attirée en direction de l'électrode (105), conte la surface (103). En appliquant une différence de potentiel entre les électrodes (300), et l'électrode (108), l'électrode (105) ayant la même tension que les électrodes (300), la surface mobile (100), en contact avec les électrodes (300) sera attirce par l'électrode (108), et viendra plaquer contre la surface (102), en ayant toujours un contact avec les électrodes (300). En position extrêmes, c'est à dire lorsque la surface mobile (100) plaque soit sur la surface (102), soit sur la surface (103), le contact de la surface mobile conductrice(100) avec les électrodes (300) est assurée par les forces électrostatiques. La figure 4 montre la section d'un dispos iti f par di f fraction ou inter férométrie se lon le second mode de l' invention, la surface mobile (100) étant au repos. Sur cette figure nous n'avons représenté que la surface mobile (100), les électrodes (300), et les surfaces (102) et (103) pour simplifier la lecture de la figure. La séparation entre les surfaces (102) et (103) est très faible par rapport aux dimensions de ces surfaces. Si l'on considère un dispositif par diffraction par exemple, la dite séparation est égale à l'épaisseur de la surface mobile (100) plus par exemple le quart de la longueur d'onde de la lumière incidente. Si l'on choisit par exemple une longueur d'onde de la lumière incidente de 8520A , la séparation entre les deux 2s surfaces (102) et (103) sera de 2130 A plus l'épaisseur de la surface mobile (100) qui peut être égale à 800A par exemple, soit une séparation de 2930 A , selon l'exemple donné. Les dimensions du volume interne du dispositif des figures 1, 3, ou
4,peuvent être par exemple de 1um x 1 um x 0,2930um.
La surface mobile peut avoir selon cet exemple, une dimension de 0,8um x 0,8m x 0,08um. A cette échelle, la surface mobile (100) n'est jamais parfaitement plane, et les déformations de sa surface au repos sont largement supérieures à O,3 um. Ainsi, en toute circonstance, la surface mobile conductrice (100)
aura touj ours un contact avec les électrodes (300).
Afin de favoriser ce contact, les électrodes (300) peuvent être une couche mince conductrice ayant la forme d'une grille conductrice dont la section est montrée sur la figure 4. De nombreux points de contacts seront donc assurés entre la surface mobile (100) et les électrodes (300). Selon un mode préféré lO de l' invention, les électrodes (300) déposées sur le substrat transparent (109), sont transparentes également. Lorsque la surface mobile est appliquée par des forces électrostatiques sur les surfaces (102) ou (103), ces forces électrostatiques, sont d'autant plus importantes que la distance entre la surface mobile (100) et les électrodes isolées (105) et (108) est faible. Cette séparation est donnée par l'épaisseur des couches isolantes (110) et (106). La surface mobile (100) épouse sous l' influence des forces électrostatiques, la forme des surfaces (102) et (103), cest à dire prend la forme d'un plan parfait. ' La figure 5 montre en coupe, un dispositif selon le troisième mode de l'invention. Selon ce mode, la surface mobile (100) est magnétique. Elle peut être constituée d'une couche mince de FeNi par exemple. A 1lextérieur des substrats (109) et (107), il y a des moyens (500) et (501) ,comme des bobines, ou des aimants, qui génèrent des champs magnétiques. Si le moyen (501) génère un champ magnétique, la surface mobile (100) sera attirée dans sa direction, et prendra appui contre la surface (103). Il en est de même pour le moyen (500), et la surface (102). Selon ce troisième mode, les moyens (500) et (501), ne sont utilisés que pour actionner les surfaces mobiles, puis sont retirés, laissant les surfaces mobiles dans leur position contre la surface (102) ou contre la surface (103). En effet, l'expérience montre que lorsque la surface mobile (100) est en contact avec une des surfaces (102) ou (103), elle reste plaquée, probablement tenue par des forces de liaison, jusqu'à ce que des forces électrostatiques ou magnétiques ne
viennent l'en extraire.
La figure 6 montre par une vue en perspective de la coupe d'un dispositif de modulation de lumière par réflexion angulaire selon deux directions, d'un exemple de réalisation. Sur un substrat qui peut-être avantageusement une tranche de silicium, ou un substrat de verre, on réalise par moulage sous pression, technique connue de l'homme de l'art, un profil ayant la forme d'alvéoles (601), séparées par des cloisons (600) . Les alvécles ont un plan incliné (603), et une marche (602).Les plans inclinés (603) peuvent être tous orientés dans la même direction, ou peuvent avoir d'autres directions. Sur ce profile, on dépose une couche de Si02, puis une couche conductrice que l'on grave pour former les premières électrodes (105) de la figure 2. Ces électrodes sont relices entre être et connectées à une première source de tension. On dépose ensuite une seconde couche de Si02, puis une seconde couche conductrice que l'on grave pour former le premier ensemble d'électrodes (300), non représentées sur la figure 6 30. On dépose une couche sacrificielle choisie pour être élimince de préférence par gravure sèche, comme une couche organique par exemple que lion grave dans un plasma d'oxygène, puis on dépose une couche d' aluminium de 800 A par exemple, que l 'on grave pour former les surfaces mobiles (100)comme montré sur la figure 2. On élimine la couche sacrificielle par un plasma d'oxygène. Sur un second substrat transparent, comme du verre par exemple, on réalise les électrodes isolées(108), et le second ensemble d'électrodes (300). On assemble les deux substrats dans un vide partiel, en réalisant un cordon étanche à la périphérie du dispositif comprenant l'ensemble des alvécles de la figure 6. Le vide permet d' assurer à la fois un bon plaquage des deux substrats par la pression atmosphérique qui s'exerce sur les deux substrats, et à la fois de réduire la viscosité gazeuse pour les mouvements rapides de la surface mobile (100). Ce dispositif par réflexion angulaire, peut étre aussi réalisé selon le premier mode de l' invention, la surface mobile ayant des charges piégés. Dans ce cas, les électrodes (300) ne sont pas utiles. Il peut aussi étre réalisé selon le troisième mode de l' invention, la surface mobile (100) étant dans ce cas magnétique, l'ensemble des électrodes
n'étant pas utiles dans ce cas.
Les figures 7a et la coupe 7b selon l'axe (A), montrent un exemple de réalisation de dispositif de modulation de la lumière par diffraction. Sur un substrat (107) qui peut être une tranche de silicium, on dépose les électrodes isolées (105) comme décrit précédemment. On dépose ensuite une couche de séparation (700) d'épaisseur par exemple égale à 2930 A . On dépose sur cette couche, une couche réfléchissante, comme une couche de 1400A d'aluminTum par exemple. On grave cette couche réfléchissante, et la couche de séparation (700) sous forme d'un damier par exemple, comme montré sur la figure 7a. La forme et les dimensions du damier peuvent être optimisées pour former un réseau de diffraction à deux dimensions réfléchissant des longueurs d'onde choisies en fonction des dimensions du damier, et de l'épaisseur de la couche de séparation (700). On dépose ensuite une couche sacrificielle on réalise les surfaces mobiles qui selon l'exemple montré sur la figure 7b, sont des couches de 0,03um de Si02, soumis à un bombardement d'électrons pour générer des charges piégées en l0 surface. On dépose ensuite une seconde couche fine de Si02 de 0,03um afin d'enrober les charges piégées, et enfin une couche fine d'aluminium de 0,08um pour rendre la surface mobile réfléchissante. L'épaisseur totale de la surface mobile est de 1400 A , ce qui fait que lorsque la surface mobile est plaquée contre la surface (103), la distance entre la partie réfléchissante de la surface mobile, et la partie réLléchissante de la surface (701) est égale à l'épaisseur de la séparation (700). On grave l'ensemble des couches formant la surface mobile(100) puis on élimine la couche sacrificielle comme décrit précédemment. Sur un second substrat transparent, on dépose une surface conductrice transparente formée d'une couche d'oxyde d'indium par exemple, que l'on grave pour former les électrodes (108), sous la forme d'un réseau de lignes perpendiculaires aux précédentes électrodes. On dépose ensuite une couche isolante comme du Si02 par exemple. On assemble les deux substrats selon les procédés décrits précédemment. Lorsque à une intersection d'électrodes (105) et (108), on fait plaquer la surface mobile correspondant contre le substrat de verre, la surface mobile sera au même niveau que la surface réfléchissante de la partie supérieure non gravée (601) de la couche d'espacement (600). La lumière incidente sera donc réfléchie sans diffraction. Sur une autre intersection entre les électrodes (105) et (108), si la surface mobile est en contact avec la surface (103) il y aura une séparation de 2930 A égale au 1/4 de la longueur d'onde de la lumière incidente, entre la surface mobile réiléchissante, et la partie supérieure non gravée (701) de la couche d'espacement (700), ce qui produira une diffraction de la lumière selon l'exemple donné. Ce dispositif de modulation de la lumière par diffraction, peut également étre réalisé selon le second mode de l' invention, c'est à dire en utilisant une surface mobile (100) conductrice et réfléchissante, en contact électrique avec des électrodes (300), ou selon le troisième mode de l' invention, avec des
surfaces mobiles magnétiques.
Les figures 8a et la coupe 8b, selon l'axe (B) montrent un exemple deréalisation de dispositif de modulation de la lumière par interférence. Sur un substrat (107) de la figure 8b, on réalise les électrodes isolées (105), et les électrodes (300) non représentées sur la figure 8b. On dépose une couche d'espacement semblable à celle de la couche 2s (700 de la figure 7, que l'on grave pour former un réseau de cavités (800) et (801). On réalise la surface mobile (100) selon les méthodes décrites précédemment. Sur un second substrat transparent (109), on réalise les électrodes isolées
transparentes (108),non représentées sur la figure.
On dépose ensuite une couche transparente d'indice adéquat, afin de former des interférences avec la surface mobile (100) qui se traduisent par une position d'absorption de la lumière lorsque la surface mobile (100) est en contact avec les couches (802), comme montré sur la figure 8a, par la surface sombre (800), ou par une réflexion, lorsque la surface mobile (100) est en contact avec la surface s (103), séparée des couches (802) par une distance égale par exemple au 1/4 de la longueur d'onde de la lumière incidente, comme montré sur la figure 8a, par la surface (801). Le même dispositif peut étre réalisé selon le second mode de l' invention, les surfaces mobiles (100) étant conductrices, et en contact avec des électrodes (300), ou selon le troisième mode de l' invention, avec une surface mobile (100) magnétique. De nombreuses autres configurations peuvent étre envisagées, comme par exemple une surface mobile réalisée en couches transparentes d'indice adéquat et une couche réfléchissante sur la surface (103). Ces différentes combinaisons formant des interférences sont connues
de l'homme de l'art.
Claims (12)
1. Dispositif de modulation de lumière par réflexion angulaire, diffraction ou interférence, caractérisé en ce qu'il comporte des surfaces mobiles (100) qui interagissent avec la lumière, et qui peuvent se mouvoir sous l'effet de forces électrostatiques ou magnétiques, perpendiculairement à leur surfaces, sans liaison mécanique avec les parties qui l'entourent, à l'intérieur de volumes plats (101) pour venir prendre appui contre les surfaces de bases (102) et (103) des volumes plats,
les surfaces (102) étant transparentes.
2. Dispositif de modulation de lumière par réLlexion angulaire diffraction ou interférence, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces mobiles (100) soient constituées de matériau diélectrique comportant des charges électrostatiques piégées, les dites surfaces mobiles étant
réiléchissantes ou transparentes.
3. Dispositif de modulation de lumière par réflexion angulaire, diffraction ou interférence, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces mobiles (100) soient constituées de matériau conducteur les dites surfaces mobiles étant
réfléchissantes ou transparentes.
4. Dispositif de modulation de lumière par réflexion angulaire, diffraction ou interférence, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces mobiles (100) soient constituées d'un
matériau magnétique réfléchissant.
5. Dispositif de modulation de lumière par réilexion angulaire, diffraction ou interférence, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les volumes (101) comportent deux surfaces (102) et (103) parallèles ou formant un angle entre elles, les dites
surfaces comportant des électrodes isolées.
6. Dispositif de modulation de lumière par réflexion angulaire, diffraction ou interférence, selon la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces (102) et (103) comportent des électrodes (300) qui par contact électrique polarisent les surfaces mobiles (100) lorsqu'elles sont conductrices.
7. Dispositif de modulation de la lumière par
réflexion angulaire, selon les revendications 1,2,5,
caractérisé en ce qu'il comporte sur un premier substrat des alvéoles (501) comportant un plan incliné (503), des séparations (500), des électrodes (105) des surfaces mobiles réfléchissantes, ayant des charges piégées, dans chacune de ces alvéoles, et un second substrat (109) comportant des électrodes transparentes (108), les deux substrats étant assemblés de préférence sous un vide partiel, pour former des volumes plats, contenant les surfaces mobiles (100), qui réiléchissent la lumière selon les plans des surfaces de base (102) ou (103), selon que les surfaces mobiles plaquent sur 1lune ou sur
l'autre surface.
8. Dispositif de modulation de la lumière par
réflexion angulaire, selon les revendications
1,3,4,5,6, caractérisé en ce qu'il comporte sur un premier substrat des alvéoles (501) comportant un plan incliné (503), des séparations (500), des électrodes (105), et (300), des surfaces mobiles conductrices et réfléchissantes (100) dans chacune de ces alvéoles, et un second substrat transparent (109) comportant des électrodes transparentes (108) et (300), les deux substrats étant assemblés de préférence sous un vide partiel, pour former des volumes plats, contenant les surfaces mobiles (100), qui réfléchissent la lumière selon les plans des surfaces de base (102) ou (103) selon que la surface mobile est plaquée sur l'une ou sur l'autre de ces surfaces.
9. Dispositif de modulation de la lumière par
diffraction, selon les revendications 1,2,3,5,6,
caractérisé en ce qu'il comporte un double réseau de diffraction, constitué sur un premier substrat (107) de surfaces réfléchissantes (601) gravée pour former des cavités plates (101) alternés, dans lesquels on trouve les surfaces mobiles (100) réfléchissantes, ces cavités plates sont refermées par un second substrat transparent (109) assemblé de préférence
sous un vide partiel avec le premier substrat (107).
Selon la position des surfaces mobiles réfléchissantes en contact avec le fond des cavités (101) ou en contact avec la surface du substrat transparent (109) la lumière est diffractée ou 2s réiléchie, en formant, avec les surfaces (601) un
double réseau de diffraction.
10. Dispositif de modulation de lumière par
interférence, selon les revendications 1 à 6
caractérisé en ce qu'il comporte sur un premier substrat (107), des cavités (701) séparées par des parois (700) dans lesquels on trouve les surfaces mobiles (100) assemblé de préférence sous un vide partiel avec un second substrat transparent (109) Selon la position des surfaces mobiles (100) en contact avec les surfaces (103) ou les surfaces (102) contenant des couches transparentes ayant un indice adéquat, produisent des interférences qui absorbent
ou réfléchissent la lumière incidente.
s
11. Dispositif de modulation de la lumière par réflexion angulaire, diffraction, ou interférence,
selon les revendications,1,4,8,9,10 caractérisé en
ce qu'il comporte des surfaces mobiles (100) magnétiques et réfléchissantes, qui sous l' influence de force magnétiques générées par des moyens extérieurs (500) et (501) font plaquer les surfaces mobiles (100), suÉ; les surfaces de base (102) ou "..:. (103), la lumière incidente se réfléchit sur les surfaces mobiles (100) au travers de la surface lS transparente (102), pour être réfléchie selon les angles des surfaces (102) ou (103), ou modulée par diffraction ou interférométrie, les moyens magnétiques extérieurs (500) et (501) étant retirés après avoir attiré les surfaces réfléchissantes (100) sur l'une ou l'autre des surfaces de base (102) ou
(103).
12. Dispositif de modulation de la lumière par
diffraction ou interférence, selon les revendications
9,10,11, caractérisé en ce que la sélection de la longueur d'onde de la lumière réfléchie soit déterminée par les dimensions de la surface de base (102) de chaque volume (101), ainsi que par
1lamplitude du mouvement des surfaces mobiles (100).
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| WO2002091060A3 (fr) | 2003-04-03 |
| WO2002091060A2 (fr) | 2002-11-14 |
| FR2824643B1 (fr) | 2003-10-31 |
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