NL8101165A - Weergeefinrichting. - Google Patents

Description

. 4 - 1 -

Korte aanduiding: weergeefinrichting.

Aanvrager: Centre Electronique Horloger S.A.

De uitvinding heeft betrekking op een miniatuur weergeef inrichting en betreft in het bijzonder een miniatuur weergeef inrichting, die elektrostatisch wordt bedreven en die het mogelijk maakt om weergeefeenheden te vervaardigen, die in het 5 bijzonder gebruikt kunnen worden in draagbare apparatuur, die wordt gevoed door batterijen, zoals elektronische rekenmachines en uurwerken. De uitvinding betreft eveneens een werkwijze voor het vervaardigen van de miniatuur weergeefinrichting.

10 Men heeft zich aanzienlijke inspanningen getroost om weergeefsystemen te ontdekken en te ontwikkelen, die esthetisch aangenaam zijn, die met een lage voedingsspanning werken, die een zeer geringe hoeveelheid vermogen verbruiken en die goedkoop vervaardigd kunnen worden. Weergeefinrichtingen 15 met vloeibare kristallen hebben aan deze voorwaarden voldaan, totdat de dissipatie van elektronische schakelingen, in het bijzonder geïntegreerde schakelingen van het CMOS-type, zover daalde , dat de bijdrage va'n de weergeefinrichting aan het totale gedissipeerde vermogen niet langer te verwaarlozen was. 20 Bovendien is het bedrijven van dergelijke inrichtingen een komplexe aangelegenheid en het kontrast en het aanzien daarvan niet altijd zo goed mogelijk.

Er zijn weergeefinrichtingen bekend, die slechts weinig vermogen nodig hebben. Een systeem kan vermeld worden, dat be-25 kend staat als het "The Distec System", dat beschreven is in "An Electrostatic Sign - The Distec System" W R Aiken, Display Technology Corp. Cupertino, California, Verenigde Staten van Amerika. Deze inrichting wordt gebruikt als een advertentie-paneel of teken van grote afmetingen. Dit bevat modules, die 30 gevormd worden door sluiteronderdelen, die opgehangen zijn aan een as door middel van scharnieronderdelen, en die kunnen draaien onder invloed van een elektrisch veld, dat door middel van een stelsel elektroden wordt aangelegd. Dit bekende systeem vertoont het bezwaar, dat dit slechts geschikt is voor zeer 35 hoge spanningen.

8101 165 * "5 - 2 -

Er zijn eveneens licht modulerende inrichtingen bekend, die gebruik maken van diafragma's, die vervormd kunnen worden onder de invloed van een elektrisch veld of een elektronenbundel, en die vervaardigd kunnen worden met behulp van me-5 thoden, die afgeleid zijn van de vervaardiging van geïntegreerde schakelingen. Dergelijke modulerende inrichtingen zijn bijvoorbeeld beschreven in de Amerikaanse octrooischrif-ten 3.600.798 en 3.888.310. Het eerstgenoemde octrooischrift beschrijft een inrichting, die het mogelijk maakt om de hoe-10 veelheid licht, die wordt doorgelaten, te moduleren door het vervormen van een diafragma of membraam onder de invloed van een elektrisch veld, terwijl het tweede octrooischrift een inrichting beschrijft, die het mogelijk maakt om de hoek van terugkaatsing van het licht te veranderen door het vervormen 15 van een diafragma onder de invloed van een elektronenbundel.

Geen van deze octrooischriften beschrijft echter een weergeef-inrichting, terwijl de amplitude van de beweging van het diafragma in beide gevallen zeer klein is en een extra lichtbron noodzakelijk is.

20 Het is het doel van de uitvinding om een miniatuur weer geef inrichting te verschaffen, die slechts weinig vermogen verbruikt, die een uitstekend kontrast heeft, die werkt bij een lage voedingsspanning en die vervaardigd kan worden met behulp van de technologie, die wordt toegepast voor de ver-25 vaardiging van geïntegreerde schakelingen.

De uitvinding verschaft daartoe een miniatuur weergeef-inrichting, die daardoor wordt gekenmerkt, doordat deze voorzien is van een aantal sluiter onderdelen, die een rusttoestand hebben, waarin zij een of meer holten in een drager 30 afsluiten, en elk opgehangen zijn aan de drager door twee verende verbindingen aan tegenover elkaar liggende zijden van het sluiter onderdeel, waarbij de verbindingen het mogelijk maken, dat het sluiter onderdeel draait om een torsie as, maar onder inwerking van de torsie kracht het sluiter onder-35 deel in de rusttoestand instellen, en van organen om elk sluiter orgaan onder invloed te brengen van een elektrisch veld, zodat het sluiter onderdeel over een aanzienlijke hoek 8101165

* V

- 3 - om zijn torsie as kan draaien, zodat dit de holtes niet langer afsluit.

De besturing van de sluiteronderdelen wordt vereenvoudigd, doordat deze in hun rusttoestand terug worden gebracht 5 door de verende verbindingen, die een terugstelveer vormen. Bovendien ontstaat door het principe van de inrichting het voordeel van een zeer hoog kontrast nivo. Doordat deze kan werken met een lage stuurspanning, die een gelijkspanning kan zijn of een wisselspanning kan zijn, en die vergelijkbaar is met 10 de spanningen, die optreden in draagbare, door batterijen gevoede apparatuur, die een zeer kleine hoeveelheid vermogen gebruiken, heeft de inrichting het voordeel, dat deze prettig oogt, dat een grote keuze van wisselende kleuren en materialen voor de sluiteronderdelen mogelijk is, en dat de 15 komponenten een zeer goede stabiliteit hebben.

Vervolgens zal de inrichting volgens de uitvinding worden beschreven aan de hand van de tekeningen.

Fig. 1 is een schematisch aanzicht, waardoor het principe van de inrichting, waarin de uitvinding is belichaamd 20 wordt weergegeven.

Fig. 2a is een aanzicht in doorsnede van een weergeef-inrichting, waarin de inrichting volgens fig. 1 wordt toegepast.

Fig. 2b toont een alternatieve uitvoeringsvorm van de 25 uitvoering, die weergegeven is in fig. 2a.

Fig. 3 toont de verschillende mogelijke uitvoeringsvormen van de verbindingen van het sluiteronderdeel.

Fig. 4 toont het principe van een optische klep, waarin een inrichting, waarin de onderhavige uitvinding is belichaamd, 30 wordt toegepast.

De fig. 5 - 13 tonen de toestanden van de basisplaat in de loop van de verschillende stappen bij de vervaardiging; elke fig. met de verwijzingsletter a toont een vooraanzicht, met de verwijzingsletter b een achteraanzicht en met de ver-35 wij zings letter,' c een aanzicht in doorsnede, gezien vanaf een zijde, van de plaat.

Fig. 14 toont een uitvoeringsvoorbeeld van een weergeef- 8101165 - 4 - • l cel voor een cijfer met zeven segmenten.

Fig. 15 toont een detail op vergrote schaal van fig. 14.

Fig. 16 toont de kodering van de segmenten van de zeven-segment weergeefeenheid, die is aangegeven in fig. 14.

5 Fig. 17 toont het blokschema van het besturingsorgaan van de cel volgens fig. 14.

Fig. 1 toont een schematisch aanzicht van een gedeelte van een weergeefinrichting, waarin de onderhavige uitvinding is belichaamd. Een isolerende drager 5 is voorzien van holten 10 3 met een rechthoekige vorm. Sluiteronderdelen VI tot en met V4 zijn aangebracht boven de holten en zijn bevestigd aan de drager 5 door middel van verende verbindingsorganen 4. In de rusttoestand, die is weergegeven met het verwijzingscijfer 1 liggen de sluiteronderdelen V3 en V4 evenwijdig aan het vlak 15 van de drager en dekken deze de korresponderende holte 8. Wanneer aan de andere kant een elektrisch veld E, dat in hoofdzaak loodrecht op het vlak van de drager staat, wordt aangelegd, worden de sluiteronderdelen in hoofdzaak evenwijdig aan het aangelegde veld gericht, waardoor dus de korres-20 ponderende holte wordt geopend. Dit is met het verwijzings-cijfer 2 aangegeven bij de sluiteronderdelen VI en V2. Het zal duidelijk zijn, dat de oriëntatie van de' sluiteronderdelen afhangt van de sterkte van het elektrische veld E en het terugstelkoppel, dat wordt uitgeoefend door de bevesti-25 gingen 4, wanneer de sluiteronderdelen uit hun rusttoestand zijn bewogen.

Fig. 1 toont eveneens rechthoeken Vf van dezelfde vorm en met hetzelfde uiterlijk als de sluiteronderdelen VI - V4, die dusdanig zijn aangebracht op de drager 5, dat deze re-30 gelmatig zijn opgesteld met betrekking tot de andere sluiteronderdelen. Het aantrekkelijke van deze opstelling is, dat een regelmatig uiterlijk wordt verkregen, zoals, wanneer slechts enkele gebieden van het totaal zichtbare oppervlak geaktiveerd behoeven te kunnen worden.

35 De drager 5 is vervaardigd van een halfgeleidend mate riaal zoals silicium of germanium; de sluiteronderdelen bevatten althans een laag van een halfgeleidend materiaal 8101165

« X

.-5- en/of een metaal. De bevestigingen zijn vervaardigd van een metaal, dat een legering kan zijn, een halfgeleider of een oxide. Het zal duidelijk zijn, dat de verschillende kompo-nenten, die hierboven zijn aangegeven, slechts bij wijze van 5 voorbeeld zijn gegeven en dat ook andere komponenten gebruikt kunnen worden, zoals hierna zal blijken. Voor het beschouwde uitvoeringsvoorbeeld is het echter belangrijk, dat voldaan wordt aan de volgende voorwaarden. De drager moet isolerend zijn, de sluiteronderdelen moeten tenminste 10 een materiaal hebben, dat een dielectrische konstante heeft, die verschilt van die van het medium, waarin deze zijn aangebracht, en de bevestigingen moeten in voldoende mate verend zijn.

Fig. 2a toont een aanzicht in doorsnede van een deel van 15 de weergeefinrichting, waarin gebruik is gemaakt van de principes van de onderhavige uitvinding en die voorzien is van organen voor het besturen van de sluiteronderdelen. Fig. 2a toont weer de drager 5 met de holten 3, de rechthoeken Vf en de sluiteronderdelen V met hun verende bevestigingen 4.

20 De drager 5 is bevestigd op een transparante plaat 9, die aan de bovenzijde voorzien is van transparante elektroden 7, die tegenover de sluiteronderdelen V zijn aangebracht, terwijl aan de onderzijde de plaat 9 voorzien is van een laag 10 van een materiaal, dat licht absorbeert. Een tweede transparante 25 plaat 8 is aangebracht boven de sluiteronderdelen en wordt op een geschikte afstand gehouden door afstandonderdelen 11. Aan de onderzijde is de plaat 8 voorzien van een elektrode 6, die eveneens transparant is en die gemeenschappelijk is aan alle sluiteronderdelen V. De transparante platen 8 en 9 kun-30 nen bijvoorbeeld van glas zijn en de transparante elektrodes kunnen films bevatten van tin en indium oxide.

Elektrisch gezien is de werking van de inrichting als volgt. Wanneer geen elektrisch veld aanwezig is tussen de elektrodes 6 en 7, houden de bevestigingen de sluiteronder-35 delen evenwijdig aan het vlak van de drager 5. Wanneer een gelijkspanning of een wisselspanning wordt aangelegd tussen de gemeenschappelijke elektroden 6 en de elektroden 7, 8101165 * 'i.

- 6 - korresponderendë met een bepaald sluiteronderdeel, induceert het elektrisch veld, dat wordt opgewekt tussen de elektrodes, dipolen in het betreffende sluiteronderdeel, waardoor een resulterend koppel wordt opgewekt, waardoor het sluiteronder-5 deel draait om de as door middel van de verende bevestigingen. Het sluiteronderdeel draait, totdat het terugstelkoppel ten gevolge van de verende bevestigingen overeen komt met het elektrisch opgewekte koppel. De sluiteronderdelen draaien zodoende maximaal over een hoek van 90 graden, omdat het 10 elektrische koppel bij die hoek verdwijnt. In de rusttoestand sluiten de sluiteronderdelen V de holten af en reflekteren dan zoals de rechthoeken Vf bijna al het invallende licht Li. Aan de andere kant openen de sluiteronderdelen V in de geak-tiveerde toestand de holten en maken deze het mogelijk, dat 15 het invallende licht wordt geabsorbeerd door de laag 10. Het is duidelijk, dat de laag 10 in plaats van absorberend ook reflekterend zou kunnen zijn en dat de sluiteronderdelen V en de rechthoeken. Vf bedekt zouden kunnen zijn met een laag absorberend materiaal.

20 Een andere voordelige uitvoeringsvorm is weergegeven in fig. 2b, waarin elementen, die overeen komen met elementen in fig. 2a zijn aangegeven met dezelfde verwijzingscijfers. In deze alternatieve uitvoeringsvorm vormt elk sluiteronderdeel V zelf een van de twee elektrodes, die nodig zijn voor het 25 opwekken van een elektrisch veld; de andere elektrode 7 kan bijvoorbeeld worden aangebracht op de transparante plaat 9, zoals in de konstruktie, weergegeven in fig. 2a. In dit geval zou elk sluiteronderdeel V met voordeel bevestigd zijn aan de drager 5 door middel van verende bevestigingen, die in 30 lijn liggen met een van de zijden van het sluiteronderdeel.

Op deze wijze kunnen de sluiteronderdelen V volledig teruggetrokken worden in de holten 3 en kan de totale dikte van de inrichting verminderd worden. De sluiteronderdelen kunnen aan elkaar verbonden worden en zodoende de gemeenschappelijke 35 elektrode vormen. Deze kunnen eveneens afzonderlijk geadresseerd worden en dan worden de elektrodes 7 aan elkaar verbonden, zodat deze de gemeenschappelijke elektrode vormen.

8101 165

i V

- 7 -

Het is eveneens mogelijk, wanneer dit door de toepassing vereist wordt, dat beide elektroden voor elk sluiteronder-deel afzonderlijk daarvoor zijn uitgevoerd.

De afmetingen van de verende bevestigingen hangen af van 5 het maximale koppel, dat wordt opgewekt door het elektrische veld, waarbij het bekend is, dat het koppel maximaal is, wanneer het sluiteronderdeel onder een hoek van ongeveer 45 graden is en dat deze ongeveer gelijk is aan de elektrische energie per radiaal, die kan worden opgeslagen in het volume, 10 dat wordt bestreken door een komplete omwenteling van het sluiteronderdeel. Een sluiteronderdeel, da't een breedte heeft van 100 mikrometer, dat is aangebracht in lucht en geplaatst in een veld met een veldsterkte van 10 V/m heeft dus een maximaal koppel, dat ongeveer 4.10 10 Nm per lengte eenheid 15 van het sluiteronderdeel bedraagt. Het aangelegde koppel vermindert met de helft wanneer het sluiteronderdeel onder een hoek van 75 graden staat. Het terugstelkoppel van de verende bevestigingen moet minder bedragen dan het maximale koppel, dat wordt opgewekt door het elektrisch veld,zodat het sluiter-20 onderdeel voldoende verdraait. Goede resultaten worden verkregen, wanneer de sluiteronderdelen en de bevestigingen worden vervaardigd door het graveren van een laag aluminium, die een dikte heeft tussen 50 en 200 nanometer, of wanneer de verende bevestigingen vervaardigd worden van silicium 25 oxide (SiC^)· Silicium oxide verbetert verder de vereiste vering en schokbestendigheid.

Het verbruik van de inrichting bedraagt ongeveer tweemaal de elektrostatische energie, die is opgeslagen in een weergeefcel zonder sluiteronderdelen, dat wil zeggen, dat 30 deze minder bedraagt dan 1 nJ/cm, per cyclus voor een cel, die een dikte heeft van 100 mikrometer en werkt bij een 2 spanning van 10 volt in lucht (10 nJ/cm per cyclus voor een dikte van 10 mikrometer). Dit nivo van het verbruikte vermogen is verscheidene grote orden lager dan het verbruikte 35 vermogen van weergeefcellen, die gewoonlijk worden aangegeven als cellen met een laag vermogen. Dit zeer lage nivo van het verbruikte vermogen van de weergeefee1 met een gas- 8101165 , \r - 8 - vormig dielectricum (lucht) of met vacuum, maakt het zonder problemen en zonder ernstige verliezen mogelijk om gebruik te maken van geïntegreerde spanningsvermenigvuldigers voor het opwekken van de stuurspanning die nodig is, uit batte-5 rijen met een kleine kapaciteit.

Door gebruik te maken van een vloeibare dielectricum ontstaat een vergroting van het opgewekte elektrische koppel met £r = de relatieve dielectrische konstante. Voor een bepaald syteeem is het mogelijk om de vereiste spanning aan de elek-10 trodes te reduceren met een faktor die ongeveer gelijk is aan 2\/Er, omdat, zoals hierna uiteengezet zal worden, een draaiing van maximaal 45 graden voldoende is in dit geval voor een goede optische werking dank zij het feit, dat het licht wordt ingevangen in de cel. Wanneer een vloeibaar die-15 .lectricum wordt gebruikt, dat geen geleiding door ionen en ook geen geleiding door elektronen heeft, maakt dit systeem het mogelijk om het verbruikte vermogen verder te verminderen. Hoewel de responsetijd van de sluiteronderdelen zeer kort is in lucht (in de grote orde van 100 mikro-seconden) is deze 20 tijd veel langer in een vloeibaar dielectricum.

Er zijn verschillende mogelijkheden voor de sluiteronderdelen, de bevestigingen en drager, die allen binnen de reikwijdte van de uitvinding vallen. Een aantal daarvan wordt hierna besproken.

25 De sluiteronderdelen kunnen een laag bevatten van al thans een materiaal, dat aanzienlijk beter polariseerbaar is dan het dielectricum, dat daar omheen ligt. Zodoende is het mogelijk om metalen te gebruiken, verontreinigde of niet verontreinigde halfgeleiders, piezo elektrische materialen en 30 dergelijke. De vorm van de sluiteronderdelen hoeft niet nood" zakelijkerwijze rechthoekig te zijn.

De sluiteronderdelen kunnen omgeven zijn door een gasvormig of vloeibaar dielectricum, dat een zo hoog mogelijke isolatiewaarde heeft, dat een lage dielectrische konstante 35 heeft en een lage viscositeit heeft (bijvoorbeeld edele, niet reagerende, verbinde gassen of vloeistoffen, zoals vloeibare oliën). De sluiteronderdelen kunnen bevestigd zijn 8101165" - 9 - aan de resulterende bevestigingen op punten, die naast de symetrie-as liggen (fig. 2b) en hoeven niet allen in hetzelfde vlak te liggen.

De verende bevestigingsonderdelen kunnen verschillende 5 materialen bevatten, zoals bijvoorbeeld metalen en legeringen van zilver, aluminium, hout, chroom, koper, ijzer en dergelijke; halfgeleiders zoals silicium, germanium en dergelijke; oxides van silicium (SiC^) , aluminium (A^O^) , titanium (TiC^) , zirconium (ZrC^), en dergelijke; polykristaüijne materialen; 10 kunststof materialen; latex produkten; kunnen verschillende vormen hebben om de gewenste veerkonstante te bereiken; krukvormige bevestigingen 12 en 13 in de vorm van een S of ü en weergegeven in de fig. 3a en 3b, terwijl fig. 13b een T-vormige bevestiging toont.

15 De drager kan zijn vervaardigd van een ander materiaal dan silicium; geheel of gedeeltelijk bedekt zijn door een of meer lagen en holten hebben, die zich geheel of gedeeltelijk door de drager uitstrekken.

Fig. 4 toont een alternatieve uitvoeringsvorm van de in-20 richting volgens fig. 2a, waarin het absorberend materiaal weggelaten is. Omdat de twee platen 8 en 9 en eveneens de elektroden 6 en 7 transparant zijn, kan de inrichting gebruikt worden als een optische klep.

De werking van de inrichtingen, weergegeven in de fig. 2a, 25 2b en 4 is als volgt. Wanneer geen elektrisch veld aanwezig is, zijn al de sluiteronderdelen in de rusttoestand en ligt het hoofdoppervlak daarvan in de richting van het invallende licht Li. Wanneer een voldoende grote spanning wordt aangelegd aan de elektroden .6 en 7, die behoren bij een sluiter-.

30 onderdeel (fig. 2a en 4) of tussen het sluiteronderdeel 5 en de korresponderende elektroden 7 (fig. 2b), draait dat sluiteronderdeel om zijn bevestigingen en ligt dit slechts met een verkleind oppervlak (gelijk aan dat van de rand van het sluiteronderdeel in het beste geval) in de richting van het 35 opvallende licht. Zodoende zal het duidelijk zijn, dat het mogelijk is om een weergeefinrichting te vervaardigen, waarin de sluiteronderdelen of groepen van sluiteronderdelen de 8101165 } *- - 10 - aktieve elementen vormen. Een hoge mate van kontrast en een goed esthetisch effekt kan verkregen worden met de konstruk-ties, weergegeven in de fig. 2a en 2b, door gebruik te maken van gemetalliseerde reflekterende en/of diffunderende slui-5 teronderdelen en een absorberend materiaal met een donkere of lichte kleur. In het geval van de inrichting, weergegeven in fig. 4, maakt de aanwezigheid of de afwezigheid van een spanning tussen de elektrodes, die behoren bij een sluiter-onderdeel, de transmissie hier van het invallende licht door 10 de inrichting mogelijk of verhindert deze. De inrichting, die is weergegeven in fig. 4 vormt zodoende een samenstelsel van elektrisch adresseerbare optische kleppen. Wanneer een ander dielectricum dan lucht of vacuum wordt gebruikt in de weergeefinrichting volgens de fig. 2a en 2b, hoeft het elek-15 trische besturingsveld niet noodzakelijkerwijs de sluiter- onderdelen vertikaal uit te lijnen teneinde een weergave met een volledig kontrast te verkrijgen. De sluiteronderdelen hoeven slechts onder een hoek β te staan met betrekking tot hun rusttoestand, zodat: 20 & ^ arcsin — waarin n de brekingsindex is van het dielectricum. Wanneer aan deze voorwaarde voldaan is wordt het opvallende licht, dat gereflekteerd wordt door de sluiteronderdelen ingevangen in de cel. In de praktijk zal het gebruikte dielectricum een 25 vloeistof zijn met een brekingsindex van ongeveer 1,5, waardoor dus een hoekjS ^-41,8 graden wordt verkregen.

Visueel is dit verschijnsel equivalent met de absorptie van het licht, zodat de holten, die gedeeltelijk bedekt zijn door de sluiteronderdelen bijvoorbeeld donker verschijnen 30 (de kleuren van de bodem van de holten) op een gemetalliseerde achtergrond (de kleur van de sluiteronderdelen).

Andere mogelijkheden voor de optische uitvoering worden hierna besproken.

De sluiteronderdelen kunnen dusdanig uitgevoerd worden, 35 dat deze niet alleen de verschijning hebben van een gemetalliseerd reflekterende en/of diffunderende neerslag, maar deze kunnen ook gekleurd worden door de neerslag van fijne inter- 8101165 - 11 - ferentie lagen (SiC^/ TiO^, Al^O^f enz.) van absorberende' lagen (amorfe neerslagen van halfgeleidende materialen of andere materialen).

Gekleurde pigmenten kunnen worden aangebracht in het 5 vloeibare dielectricum en het absorberend orgaan 10 kan het gehele of slechts een gedeelte van het zichbare spectrum absorberen en kan gevormd worden door ofwel een afzonderlijke plaat, ofwel door een laag, die is neergeslagen aan een van de zijden van de onderste glasplaat 9f die de transparante 10 elektroden 7 draagt/ of door het neerslaan op de bodem van de holten.

De verschillende stappen bij de vervaardiging van de inrichting zullen nu bij wijze van voorbeeld beschreven worden.

15 Het basismateriaal is een siliciumplaat met de volgende eigenschappen: diameter: ongeveer 5 cm dikte : ongeveer 280 mikrometer oriëntatie : (100).

20 De werkwijze wordt beschreven onder verwijzing naar de fig. 5 tot en met 13.

In elk van de gevallen geven de 3 aanzichten, aangegeven met a)/ b) en c) een vooraanzicht van de plaat, een achteraanzicht en een zijaanzicht in doorsnede weer. Hoewel 25 slechts een enkel afsluiteronderdeel getoond is terwille van de eenvoud van de tekening, zal het duidelijk zijn, dat in werkelijkheid de werkwijze het mogelijk maakt om tegelijkertijd een aantal sluiteronderdelen op dezelfde siliciumplaat te vervaardigen.

30 Stap 1: Het doen aangroeien van een laag silicium oxide, die een dikte heeft van 2 mikrometer, op de achterzijde van de plaat (fig. 5).

De plaat wordt geplaatst in een oxidatie-oven met een hoge temperatuur. Een oxide wordt gevormd over het gehele 35 oppervlak van de plaat. De dikte van de oxidelaag, die gevormd wordt, hangt af van de temperatuur, de aard van de gassen, en de reaktietijd.

8101165 - 12 -

De achterzijde van de plaat wordt bedekt met een lichtgevoelige laag, zoals bijvoorbeeld wordt vervaardigd door de firma Hunt onder de naam "Waycoat". Deze laag beschermt de plaat gedurende de volgende bewerking. De plaat wordt aan-5 gebracht in een oplossing van gebufferd fluor waterstofzuur, dat de blootliggende zijde etst. De lichtgevoelige laag wordt dan verwijderd.

Stap 2: Het vervaardigen van een laag van het type P+ aan het oppervlak van de plaat (fig. 6).

10 Een laag "Vapox-borium", dat wil zeggen silicium oxide, dat verontreinigd is met borium en dat wordt neergeslagen uit een chemisch verdampingsneerslagsproces, wordt neergeslagen op het oppervlak van de plaat in een reaktievat. De difussie wordt dan uitgevoerd bij hoge temperaturen in een stikstof-15 atmosfeer gedurende een korte tijd, zodat het borium diffundeert in het silicium. De achterzijde van de plaat wordt dan bedekt met een licht gevoelige laag en de resten van de Vapox-borium laag worden weggeëtst door de oplossing van het gebufferde fluor waterstofzuur. De lichtgevoelige laag wordt ver-20 volgens verwijderd.

Stap 3: Het neerslaan van een laag Vapox op het oppervlak van de plaat (fig. 7).

Deze laag is bedoeld voor het vormen van de verende bevestigingen en heeft een dikte van 800 £ . De plaat wordt dan 25 aangebracht in een reaktievat en een laag Vapox wordt neergeslagen op het oppervlak van de plaat.

Stap 4: Het uitsnijden van de bevestigingen (fig. 8).

Het oppervlak van de plaat wordt bedekt met een laag lichtgevoelig materiaal, dat wordt belicht met een geschikt 30 masker en wordt ontwikkeld. De bevestigingen worden dan uitgesneden door selektief etsen met behulp van de hierboven genoemde oplossing van gebufferd fluor waterstofzuur. De lichtgevoelige laag wordt vervolgens verwijderd.

Stap 5: De metallisatie van het oppervlak van de plaat 35 (fig. 9).

Een laag aluminium wordt neergeslagen voor het vormen van de sluiteronderdelen en heeft een dikte van 2000 £. De 8101165 - 13 - plaat wordt aangebracht in een verdampingsinrichting en de laag aluminium wordt neergeslagen op het oppervlak van de plaat.

Stap 6: Het uitsnijden van de sluiteronderdelen (fig. 10). 5 Het oppervlak van de plaat wordt bedekt met een laag lichtgevoelig materiaal, dat wordt belicht met een geschikt masker en wordt ontwikkeld. De sluiteronderdelen worden uitgesneden door middel van een oplossing, die het aluminium aantast. De lichtgevoelige laag wordt dan verwijderd.

10 Stap 7: Het uitsnijden van de laag silicium oxide op de achterzijde (fig. 11).

Het oppervlak van de plaat wordt beschermd met een negatieve lichtgevoelige laag. De achterzijde wordt bedekt meteen positieve laag, die wordt belicht met een geschikt masker 15 en een wordt ontwikkeld. Het silicium oxide wordt weggesneden door middel van een oplossing van fluor waterstofzuur. De twee lagen van het lichtgevoelige materiaal worden dan verwijderd. Deze bewerking dient voor het vormen van een silicium oxide masker op de achterzijde voor de volgende bewerking.

20 Stap 8: Het vervaardigen van de holten in de plaat (fig.

12) .

Het oppervlak van de plaat wordt beschermd door middel van een geschikte afstelling en de achterzijde van de plaat wordt geetst door middel van een bekend oplosmiddel voor het 25 etsen van silicium. In de plaat worden dan de holten verkregen. Het etsen wordt gestopt aan de P+-type laag.

Stap 9: Het vrijmaken van de sluiteronderdelen (fig. 13).

De plaat wordt aangebracht in een plasmatype-reaktor met een drager, die het oppervlak van de plaat beschermt. De 30 P+-type laag wordt geetst en verwijderd. De bevestigingen en de sluiteronderdelen worden zodoende vrijgemaakt. Het oppervlak van de plaat is met voordeel een mat oppervlak, zodat het zichtbare oppervlak van de sluiteronderdelen zo goed mogelijk diffunderend zal zijn.

35 De plaat, die in feite een aantal sluiteronderdelen be vat, kan worden versneden tot een zeker aantal eenheden, waarvan elk wordt aangebracht in een kamer, waarvan de wanden 8 .8101165 - 14 - en 9 transparant zijn, elektroden 7 dragen (zie de fig. 2a, 2b en 4) en mogelijk 6 (zie de fig. 2a en 4) en die van elkaar gescheiden zijn door afstand onderdelen 11. Bovendien zal het bij de hierboven omschreven werkwijze duidelijk zijn, 5 dat het aantal sluiteronderdelen per holte en eveneens het aantal holten per plaat groter dan 1 kan zijn, waarbij de sluiteronderdelen bij voorkeur worden gerangschikt in de vorm van een matrix.

Fig. 14 toont bij wijze van voorbeeld de opstelling van 10 een weergeefcel voor een cijfer met zeven segmenten, waarbij gebruik wordt gemaakt van de hierboven bes'chreven weergeef-eenheid. De komponenten, die reeds beschreven zijn met betrekking tot fig. 2a, komen terug in fig. 14 en zijn aangegeven met dezelfde verwijzingscijfers, behalve voor wat het absor-15 berende orgaan betreft, dat weggelaten is om te tonen, dat een dergelijke weergeefinrichting eveneens gebruikt kan worden voor een werkingswijze, waarbij het licht wordt doorgelaten. In fig. 14 zijn de transparante glasplaat 8 aangegeven, de gemeenschappelijke elektrode 6, de drager 5 voor de slui-20 teronderdelen en de holten, die het mogelijk maken dat de sluiteronderdelen om hun bevestigingen draaien, het afstands-onderdeel 11, dat een eenvoudig kunststof frame kan zijn, en waarvan de funktie alleen is om de afstand tussen de elektroden te fixeren, wanneer de lucht wordt gebruikt als die-25 lectrium rond de sluiteronderdelen, en de onderste glasplaat 9, die de transparante elektroden 7 draagt voor het adresseren van de sluiteronderdelen. Deze elektroden, die respek-tievelijk zijn aangegeven met de letters a-g korresponderen met de segmenten A-G van het cijfer, zoals aangegeven in fig. 30 16. In de struktuur, die is weergegeven in fig. 14, wordt het segment D gevormd door drie elementen, die elk worden gevormd door drie sluiteronderdelen V, zoals is weergegeven in detail in het aanzicht op vergrote schaal in fig. 15. Hetzelfde is eveneens van toepassing met betrekking tot de 35 segmenten A, B, F en G, terwijl de segmenten C en E gevormd worden door vier elementen, elk van drie sluiteronderdelen.

De vervaardiging van een zeven-segment weergeefeenheid 8101165 - 15 - in de vorm van een vereenvoudigde matrix van sluiteronder-delen, zoals aangegeven in fig. 14, geeft aan, dat het voorgestelde principe gebruikt kan worden voor het vervaardigen van een meer komplexe matrix van optische kleppen of weer-5 geefelementen.

De elektroden, die zijn neergeslagen op de glasplaten 8 en 9 worden verkregen met behulp van bekende werkwijzen voor het vervaardigen van vloeibare kristal weergeefeenheden, zoals bijvoorbeeld door het neerslaan van een laag van tin en 10 indium oxide uit een chemisch dampneerslag proces of door het verstuiven, graveren en vervolgens optisch isoleren door het neerslaan van een oxide (bijvoorbeeld SiC^) of een nitride (Si-jN^) , zod,at elektroden gevormd worden, die blokkerende elektroden genoemd worden.

15 De drager kan aan een stuk vervaardigd worden met een van de glasplaten, die de elektroden dragen en deze kan onder andere vervaardigd door opdampen of door een chemisch dampneerslag proces van bijvoorbeeld polykristallijne silicium.

Wanneer een vloeibaar dielectricum wordt gebruikt rond 20 de sluiteronderdelen, is het mogelijk om gebruik te maken van werkwijzen, die ontwikkeld zijn voor het inkapselen van cellen van het vloeibare kristal type.

Fig. 17 toont het blokschema van het orgaan voor het besturen van de weergeefcel met de zeven segmenten A-G vol-25 gens fig. 14. In fig. 7 is de weergeefcel weergegeven zonder de drager voor het sluiteronderdeel teneinde de vorm en de overlappende konfiguratie van de elektroden te tonen.

Elk element van het samenstelsel van de weergeefeenheid vormt een kondensator, die variabel is in overeenstemming met 30 de positie van de sluiteronderdelen, en elke resulterende kapaciteit varieert met de stuurspanning, die wordt aangelegd tussen de gemeenschappelijke elektrode 6 en de elektroden a-g voor het adresseren van de sluiteronderdelen. De kapaciteit verdubbelt zich ongeveer tussen de geaktiveerde positie (de 35 sluiteronderdelen staan in een vlak loodrecht op het vlak van de drager) en de rusttoestand (de sluiteronderdelen liggen in het vlak van de drager). Omdat het systeem kapacitief 8101165 - 16 - is heeft dit geheugen eigenschappen, waarvan de bruikbare geheugentijd afhangt van de lekstromen van de elektronische besturingsschakelingen. Deze eigenschap kan in de praktijk gebracht worden bij bepaalde praktische toepassingen, zoals 5 bij het weergeven van beelden op een scherm. Fig. 17 toont, dat de segmenten worden bestuurd door invertoren 7-17' tot 23-23', gevormd door komplementaire MOS transistoren. Bij het beschreven uitvoeringsvoorbeeld, zijn de transistoren 17-23 van het p-type en zijn de transistoren 17'-23' van het 10 n-type.

4

In elk paar is de toevoer elektrode S van de p-type transistor verbonden aan de positieve klem van een voedingsbron 24 en de afvoer elektrode D van de p-transistor verbonden aan de afvoer elektrode van de n-type transistor, 15 waarvan de toevoer elektrode S verbonden is aan de negatieve klem van de voedingsbron 24. De afvoer elektroden van elk paar zijn verbonden aan de korresponderende adresserings-elektrode: de afvoer elektroden van het paar 17-17' aan de elektrode a, de afvoer elektrode van het paar 18-18' aan de 20 elektrode b, enz. tot de afvoer elektroden van het paar 23-23', die verbonden zijn aan de elektroden g. De poort elektrode G van de n-type en p-type transistoren van elk paar zijn aan elkaar verbonden en aan een van de uitgangen a'-g' van het dekodeerorgaan 25 van een bekend type, waarvan de 25 ingangen E1-E4 respektievelijk verbonden zijn aan de uitgangen van een bufferregister 26, dat de binair gekodeerde decimale informatie ontvangt, die korrespondeert met de segmenten, die geaktiveerd moeten worden. Het bufferregister 26 wordt bestuurd door een adres dekodeerorgaan 27, dat het 30 adres van het weer te geven cijfer ontvangt van een schakeling die niet weergegeven is. Het adres dekodeerorgaan 27 laat dan naar het bufferregister 26 een aktiveringssignaal door, dat het mogelijk maakt om de binair gekodeerde decimale informatie, die wordt toegevoerd aan de ingangen, op te 35 slaan. De invertoren 17' tot en met 23-23' bepalen de stuur-spanning tussen de gemeenschappelijke elektroden 6 en de segment adresserende elektrodes a-g. Voor de uitgangen van 8101165 - 17 - het dekodeerorgaan 25, die op het logisch nivo zijn, dat korrespondeert met de positieve spanning van de bron 24, zijn de n-kanaal MOS transistoren van de korresponderende invertoren geleidend en zijn de p-kanaal transistoren niet 5 geleidend. De negatieve potentiaal van de toevoerelektrode van de n-kanaal transistoren wordt dan doorgelaten naar de korresponderende adres elektrodes, terwijl de gemeenschappelijke elektrode 6 nog verbonden is aan de positieve spanning van de bron 24. Deze toestand veroorzaakt een draaiing 10 van de sluiteronderdelen en dien ten gevolge een weergave van de betreffende segmenten. Voor de uitgangen van het dekodeerorgaan 25, die op het logisch nivo zijn, dat korrespondeert met de negatieve spanning van de bron 24, zijn de p-kanaal MOS transistoren van de korresponderende invertoren 15 geleidend, terwijl n-kanaal transistoren niet geleidend zijn. Deze toestand korrespondeert met een zeer lage restspanning tussen de elektrodes voor het adresseren van de betreffende segementen en de gemeenschappelijke elektrode 6. Deze restspanning is niet voldoende om de sluiteronderdelen te laten 20 draaien, zodat de betreffende segmenten niet weergegeven worden.

8101165

Claims (23)

1. Miniatuur weergeefinrichting met het kenmerk, dat deze voorzien is van een aantal sluiteronderdelen, die een rust- 5 toestand hebben, waarin zij een of meer holten in een drager afsluiten, en elk opgehangen zijn aan de drager door twee verende verbindingen aan tegenover elkaar liggende zijden van het sluiteronderdeel, waarbij de verbindingen het mogelijk maken, dat het sluiteronderdeel draait om een tor-10 sie as, maar onder inwerking van de torsie kracht het sluiteronderdeel in de rusttoestand instellen/ en van organen om elk sluiterorgaan onder invloed te brengen van een elektrisch veld, zodat het sluiteronderdeel over een aanzienlijke hoek om zijn torsie as kan draaien, zodat dit de holte niet langer 15 afsluit.

2. Miniatuur weergeefinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de dikte van de verende bevestigingen minder bedraagt dan 10 micron.

3. Weergeefinrichting volgens conclusie 1 of 2, met het ken-20 merk, dat de drager zich binnen een gesloten omhulling bevindt met een eerste en een tweede wand, die in hoofdzaak evenwijdig zijn aan het vlak van de drager, waarbij de eerste wand transparant is.

4. Weergeefinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, 25 dat de drager een vaste stand heeft met betrekking tot de tweede wand.

5. Weergeefinrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat de tweede wand eveneens transparant is.

6. Weergeefinrichting volgens conclusie 3 of 4, met het ken-30 merk, dat de tweede wand bedekt is met een materiaal, dat een gedeelte van het invallende licht of al het invallende licht absorbeert.

7. Weergeefinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de organen een paar elektroden per sluiteronderdeel of 35 groep van sluiteronderdelen bevatten, aangebracht op de res-pektievelijke zijden van het sluiteronderdeel of de groep van sluiteronderdelen, en dat een elektrode van het paar trans- 8101165 - 19 - parant is en aangebracht is op de transparante wand.

8. Weergeefinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de organen een elektrode per sluiteronderdeel of groep van sluiteronderdelen bevatten, die is aangebracht tegenover 5 het sluiteronderdeel of de groep van sluiteronderdelen, waarbij het elektrisch veld wordt aangelegd tussen het sluiteronderdeel of de groep van sluiteronderdelen en de elektroden.

9. Weergeefinrichting volgens conclusie 7 of 8, met het ken-10 merk, dat een elektrode gemeenschappelijk is aan een aantal sluiteronderdelen of groepen van sluiteronderdelen.

10. Weergeefinrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 9, met het kenmerk, dat de hoek ongeveer 90 graden bedraagt .

11. Weergeefinrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 9, met het kenmerk, dat de sluiteronderdelen zijn ondergedompeld in een elektrisch isolerende vloeistof.

12. Weergeefinrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de hoek gelijk is aan of groter dan are sin j-, 20 waarin n de brekingsindex van de vloeistof is.

13. Weergeefinrichting volgens conclusie 11 of 12, met het kenmerk, dat de isolerende vloeistof gekleurd is met een gekleurd pigment.

14. Weergeefinrichting volgens een der conclusies 1 tot en 25 met 13, met het kenmerk, dat de drager vervaardigd is van silicium.

15. Weergeefinrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 14, met het kenmerk, dat de verende bevestigingen vervaardigd zijn van silicium oxide.

16. Weergeefinrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 15, met het kenmerk, dat de sluiteronderdelen een laag van silicium oxide en een metalen laag bevatten.

17. Weergeefinrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 14, met het kenmerk, dat de sluiteronderdelen en de ve- 35 rende bevestigingen vervaardigd zijn van aluminium.

18. Weergeefinrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 17, met het kenmerk, dat de verende bevestigingen U-vormig zijn. 8101165 -20 -

19. Weergeefinrichting volgens een der conclusies l tot en met 17, met het kenmerk, dat de verende bevestigingen S-vormig zijn.

20. Weergeefinrichting volgens een der conclusies 1 tot en met 17, met het kenmerk, dat de verende bevestigingen rechtlijnig 5 zijn.

21. Werkwijze voor het vervaardigen van een weergeefinrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat een laag silicium oxide (SiC^) op een eerste vlak van een basisplaat van silicium wordt aangebracht; 10 dat een p+-type laag op het tweede vlak van de basisplaat wordt aangebracht; dat een laag silicium oxide (Si02) op het tweede vlak wordt aangebracht; dat de verende bevestigingen op het tweede vlak worden uit-15 gesneden; dat het tweede vlak met een laag metaal wordt bedekt; dat de sluiteronderdelen in de laag metaal op het tweede vlak worden uitgesneden; dat de laag silicium oxide op het eerste vlak wordt uitge-20 sneden; dat het silicium van het eerste vlak wordt geetst tot de laag van p+-type; en dat de sluiteronderdelen worden vrijgemaakt door verwijderen van de p -type laag.

22. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, dat het tweede vlak van de basisplaat een mat vlak is.

23. Miniatuur weergeefeenheid, zoals deze hierboven beschreven is met verwijzing naar en zoals weergegeven in de fig. 1 en 2a of de fig. 2b, 3a, 3b en 4. 8101165