NL8202645A

NL8202645A - Weergeefinrichting van het sluitertype.

Info

Publication number: NL8202645A
Application number: NL8202645A
Authority: NL
Original assignee: Centre Electron Horloger
Priority date: 1981-07-02
Filing date: 1982-06-30
Publication date: 1983-02-01
Also published as: CH641315GA3; GB2101388B; NL189158C; US4564836A; CH641315B; GB2101388A; FR2509073A1; JPS5810787A; JPH0244075B2; NL189158B; DE3223986A1; FR2509073B1; CA1232450A; DE3223986C2

Description

*<· s 82305 vA/mm

Korte aanduiding : Weergeefinrichting van het sluitertype.

De uitvinding heeft betrekking op een miniatuurweer-geef inrichting van het type dat sluiters bevat, die door elektrostatische krachten worden gedraaid, voor de vervaardi-ging van weergeefelementen die in het bijzonder kunnen worden 5 gebruikt in draagbare door batterijen gevoede apparaten, zoals elektronische rekenmachines en horloges.

Aanzienlijke inspanningen zijn verricht om weergeef-systemen te ontdekkaien te ontwikkelen die esthetisch aange-naam zijn, die met een lage voedingsspanning werken, die 10 een zeer geringe hoveelheid vermogen verbruiken en die goed-koop vervaardigd kunnen worden. Weergeefinrichtingen met vloei-bare kristallen hebben aan deze voorwaarden voldaan, totdat het verbruikniveau van elektronische schakelingen en in het bijzonder CMOS geintegreerde schakelingen, tot een zodanig 15 punt daalde dat de hoeveelheid vermogen die door de weergeefinrichting werd gebruikt, in verhouding tot het totale ver-bruik, niet meer te verwaarlozen is. Bovendien zijn dergelijke inrichtingen gecompliceerd te besturen en het kontrast en het esthetische aanzien daarvan zijn niet altijd zo goed mogelijk.

20 Onder de weergeefinrichtingen die een laag verbruik niveau hebben, kan de inrichting vermeld worden die bekend is als "The Distec System", zoals beschreven is in "An Electrostatic Sign - The Distec System", W.R. Aiken, Display Technology Corp., Cupertino, Cal., U.S.A. Deze inrichting wordt 25 gebruikt als een advertentiepaneel of teken van grote afme-tingen. Dit bevat modules,-die gevormd worden door sluiter-onderdelen die opgehangen zijn aan een as door middel van schar-nieronderdelen, en die kunnen draaien onder invloed van een elektrisch veld, dat door middel van een stelsel elektroden 8202645 ϊ · - 2 - wordt aangelegd. Het regelvoltage is ongeveer 3000 volt.

Het is echter nooit voorgesteld dat dit systeem toegepast zou kunnen worden voor de vervaardiging van een miniatuurweergeef-inrichting met een laag regelvoltage.

5 Er zijn eveneens licht-modulerende inrichtingen bekend, die gebruikmaken van diafragma's die vervormd kunnen worden onder de invloed van een elektrisch veld of een elektronen-bundel, en die vervaardigd kunnen worden met behulp van werk-wijzen, die afgeleid zijn van de vervaardiging Van geinte-10 greerde schakelingen. Dergelijke modulerende inrichtingen zijn bijvoorbeeld beschreven in de Amerikaanse octrooischriften 3.600.798 en 3.886.310. Het eerstgenoemde octrooischrift be-schrijft een inrichting, die het mogelijk maakt om de hoeveel-heid licht die wordt doorgelaten, te moduleren door het ver-15 vormen van een diafragma of membraan onder de invloed van een elektrisch veld, terwijl het tweede octrooischrift een inrichting beschrijft, die het mogelijk maakt om de hoek van terug-kaatsing van licht te veranderen door het vervormen van een diafragma onder de invloed van een elektronenbundel. Geen 20 van deze octrooischriften beschrijft echter een weergeefinrichting, terwijl de amplitude van de beweging van het diafragma in beide gevallen zeer klein is en een extra lichtbron nood-zakelijk is.

Het is het doel van de uitvinding om een miniatuur 25 weergeefinrichting te verschaffen, die slechts weinig vermogen verbruikt, die een uitstekend contrast heeft, die werkt bij een lage voedingsspanning en die vervaardigd kan worden met behulp van de technologie, die wordt toegepast voor de vervaardiging van gexntegreerde schakelingen.

30 Een ander doel van de uitvinding is het verschaffen van een miniatuur weergeefinrichting waarvan de besturing verveel-voudigd kan worden.

Volgens de uitvinding wordt een weergeefinrichting ver-schaft zoals gedefinieerd in conclusie 1 hieronder.

35 De uitvinding zal nu meer in detail worden beschreven, bij wijze van voorbeeld, met verwijzing naar de begeleidende tekeningen, waarin:-

Fig. 1 een schematisch aanzicht is van een deel van een weergeefinrichting volgens de uitvinding, 8202645

S A

- 3 -

Fig. 2 een voorbeeld toont van een weergeefinrichting in een matrixopstelling van weergeefeleraenten,

Fig. 3 een diagram is dat de bestuur-en vasthoudvol-tages toont voor het vervaardigen van de in fig. 2 getoonde 5 weergeefinrichtingen,

Fig. 4a en 4b een uitvoeringsvorm van de sluiters Xaten zien,

Fig. 5 een aanzicht in dwarsdoorsnede is van een deel van de weergeefinrichting volgens de uitvinding, en 10 Fig. 6 een aanzicht in dwarsdoorsnede laat zien van een andere uitvoeringsvorm van de weergeefinrichting volgens de uitvinding.

Fig. 1 is een schematisch aanzicht van een deel van de weergeefinrichting volgens de uitvinding. Een isolerende 15 ondersteuning of drager 1 is voorzien van een groot aantal holten 2 van in het algemeen rechthoekige vorm. De holten 2 worden afgesloten door sluiters V, die ook rechthoekig van vorm zijn en die bevestigd zijn aan de drager 1 door twee veerkrach-tige hechtmiddelen 3 die op respectieve zijden van de sluiters 20 zijn aangebracht. De sluiters V zijn in paren gegroepeerd en zijn zodanig dat de veerkrachtige bevestigingsmiddelen 3 van de sluiters van hetzelfde paar in een lijn zijn geplaatst met de aangrenzende zijden daarvan. De sluiters V en de bevestigingsmiddelen daarvan zijn tenminste ten dele gevormd door een ge-25 leidend materiaal. In dezelfde rij sluiters is een sluiter van elk paar verbonden met een eerste elektrode al of a2, terwijl de andere sluiter verbonden is met een tweede elektrode bl of b2. Verenigd met elke kolom van sluiterparen is een tegenelek-trode of stuurelektrode C1-G4 die tegenover elk paar sluiters 30 ligt, op de bodem van de holten 2. Het in fig. 1 getoonde weergeeftoestel werkt op de volgende manier:

Wanneer een regelvoltage, dat een gelijkstroom of een wisselstroom is, wordt aangebracht tussen de sluiters V aan de ene kant en de stuurelektrode die daarmede verbonden is aan de 35 andere kant, bewegen de sluiters zich vanaf hun rusttoestand en draaien, onder de werking van het elektrische veld E opge-wekt door het regelvoltage, om hun veerkrachtige bevestigingsmiddelen 3 om een stand in te nemen waarin zij vrijwel loodrecht op het vlak van de drager zijn georienteerd. De hoek waarom de 8202645 - 4 - sluiters draaien hangt af zowel van de sterkte van het elek-trische veld dat aldus wordt teweeggebracht, en van het terug-keerkoppel dat wordt opgewekt door de veerkrachtige bevesti-gingsmiddelen'van de sluiters, wanneer de sluiters uit hun 5 rusttoestand worden bewogen. Wanneer een paar sluiters in be-weging is gebracht zijn de sluiters van dit paar zeer dichtbij elkaar en het is dan voldoende dat een vasthoud-voltage tussen de sluiters wordt aangebracht, dat wil zeggen, tussen de elek-troden al en bl of a2 of b2, waardoor de sluiters wederkerig 10 aangetrokken worden zodat het stuurvoltage verwijderd kan worden. De sluiters V keren in hun rusttoestand, dat wil zeggen evenwijdig aan het vlak van drager 1, terug krachtens het terug-keerkoppel teweeggebracht door de veerkrachtige bevestigings-middelen 3, wanneer de stuur-en vasthoudvoltages worden wegge-15 nomen.

Zoals hierna zal worden aangetoond verschaffen de boven-beschreven mechanismen voor het sturen en vasthouden van de sluiters het voordeel een veelvoudige besturing van de inrichting volgens de uitvinding mogelijk te maken.

20 Een voorbeeld van veelvoudige besturing zal meer in detail worden beschreven met verwijzing naar figuren 2 en 3.

Fig. 2 is een schematisch aanzicht van een matrixopstelling van negen weergeefelementen E11-E33 die in. drie rijen en drie kolommen zijn opgesteld. Elk weergeefinstrument wordt geacht 25 te omvatten tenminste een paar sluiters, waarvan het ene paar verbonden is met een eerste rij elektroden al, a2 of a3, ter-wijl het andere paar met een tweede rij elektroden bl, b2 of b3 is verbonden. De elementen van een bepaalde kolom worden bestuurd door dezelfde stuurelektrode Cl, C2 of C3. Het in 30 fig. 3 aangegeven diagram laat een voorbeeld zien van de sig-nalen die worden toegevoerd aan de rij en kolom elektroden om weergeving van de elementen E12, E21, E23 en E32 in fig. 2 mogelijk te maken. Op het ogenblik to, worden alle elementen op nul gesteld? daarna, vanaf ogenblik to tot ogenblik t3 35 worden de drie rijen in tijdopeenvolging geaktiveerd. Dus worden spanningen VS en VS-VM respectievelijk aangelegd aan de rij elektroden al en bl tussen tijden to en tl, aan de rijelek-troden a2 en b2 tussen tijden tl en t2 en aan de rij elektroden a3 en b3 tussen tijden t2 en t3. Het weergeven van e£n of meer 8202645 - 5 - elementen van een gegeven rij wordt bestuurd door het aanleg-gen van een spanning-VS aan de corresponderende stuurelektrode of elektroden, tegelijk met aktivering van de genoemde rij. Weergeving van de elementen van een gegeven rij, buiten de 5 tijdsperiode gedurende welke die rij wordt geaktiveerd, wordt gehandhaafd door middel van de vasthoudspanning VM die tussen de rij elektroden wordt aangelegd. In de geitllustreerde uit-voeringsvorm'wordt de vasthoud spanning continu gehandhaafd 20 lang het weergeef element niet tot nul is teruggebracht; 10 in werkelijkheid is voor een gegeven rij de vasthoud spanning slechts vereist buiten de perioden van aktivering van die rij en in zover de elementen in die rij weergegeven moeten worden. De spanning VS is zodanig dat zij onvoldoende is om de slui-ters volledig te laten draaien, terwijl de dubbele waarde van 15 de spanning VSf dat wil zeggen 2 VS, de sluiters volledig doet draaien (aangenomen wordt dat de sluiters volledig heb-ben gedraaid indien zij vastgehouden kunnen worden door de vasthoud spanning). Dus zijn, wanneer een element niet weergegeven moet worden, zijn rij elektroden waarmede de sluiters 20 van dat element zijn verbonden, onderworpen aan een spanning VS, minder dan de spanning VM voor de tweede elektrode, terwijl zijn regelelektrode’op een nul potentiaal wordt gehouden.

De sluiters V moeten geleidend zijn. Hierna zal worden aangetoond" dat een voordelige oplossing in dit opzicht omvat 25 het maken van de sluiters van aluminium of een isolerende steun of drager zoals silicium. Er moeten echter middelen ver-schaft worden die ervoor zorgen dat de sluiters hetzelfde paar nooit met elkaar in elektrisch kontakt kunnen komen. Een van deze middelen zal nu worden beschreven met verwijzing naar 30 figuren 4a en 4b.

Fig. 4a laat een sluiter V zien die voorzien is van ribben 31, en zijn veerkrachtige bevestigingsmiddelen 3, terwijl fig. 4b een aanzicht laat zien genomen in doorsnede vol-gens lijn A-A in fig. 4a. Zoals in fig. 4b te zien is, is de 35 sluiter V ten dele gemaakt van een geleidend materiaal (bij-voorbeeld aluminium) en ten dele van een isolerend materiaal (bijvoorbeeld magnesiumfluoride). Het geleidende deel bedekt het gehele bovenste deel van de sluiter terwijl het isolerende deel voorkomt op het onderste deel van de sluiter, slechts bij 8202645 - 6 - de plaats van de ribben 31. De ribben 31 zijn zo aangebracht dat, wanneer twee sluiters van hetzelfde paar geaktiveerd zijn, de gexsoleerde delen daarvan tegenover elkaar zijn geplaatst, waardoor de afstand tussen de geleidende delen van de sluiters 5 wordt vastgelegd. De aanbrenging van ribben maakt het daarvoor mogelijk de sluiters van hetzelfde paar te isoleren. Het geeft ook het voordeel dat de sluiters stevig worden gemaakt en hun esthetisch voorkomen wordt verbeterd.

Een andere manier van het voorkomen van elektrisch 10 kontakt tussen de sluiters van hetzelfde paar omvat het aan-brengen van stoporganen op de werkelijke bodem van de holte.

De stoporganen kunnen gevorrad worden door een rug 4 (zie figs. 5 en 6) op de bodem van de holte, die zich uitstrekt onder de rotatie-assen van de sluiters en waarvan de breedte 15 ongeveer gelijk is aan de afstand tussen twee sluiters van hetzelfde paar.

Fig. 5 laat een aanzicht in dwarsdoorsnede zien van een deel van de weergegeven inrichting volgens de uitvinding. Onderdelen die identiek zijn met die welke aangegeven zijn in 20 fig. 1, zijn met dezelfde referentiecijfers aangegeven. Fig.

5 laat dus de isolerende drager 1 zien die voorzien is van holten 2. Sluiters VI en V2 zijn ook getekend, waarbij een sluiter VI is aangegeven in de geaktiveerde stand terwijl de andere sluiter V2 in de rusttoestand. is getekend. De drager 1 25 rust op een doorzichtige plaat 7 die, op zijn binnenoppervlak de stuurelektroden C draagt die zelf doorzichtig zijn. Op zijn buitenoppervlak is de doorzichtige plaat 7 bedekt door een laag 8 van licht-absorberend materiaal. Het bovenoppervlak van de inrichting is beschermd door een tweede doorzichtige plaat 6 30 die op een geschikte afstand is gehouden door afstandsstukken 9. De doorzichtige platen 6 en 7 en de afstandsstukken 9 vormen eenbeschermende kamer voor het apparaat, welke kamer afgeslo-ten kan worden. Bijvoorbeeld kunnen de doorzichtige wanden van glas zijn en de afstandselementen kunnen van plastic zijn.

35 Fig. 5 laat ook tussenruimte-uitsparingen 5 zien die in drager 1 zijn aangebracht onder de.veerkrachtige bevestigingsmiddelen 5. Het doel van de uitsparingen 5 is om als een drager te wer-ken voor de veerkrachtige bevestigingsmiddelen en om de bewe-ging van de sluiters in neerwaartse richting te beperken, zo- 8202645 - 7 - danig dat zij nooit de bodem van de holten kunnen aanraken.

Ook is' in fig. 1 een van de bovengenoemde stoporganen aange-geven, De getoonde stoporganen omvatten een rug 4 die gevormd is op de bodem van de respectieve holte 2 en die de sluiters 5 van een gegeven paar belet met elkaar in aanraking te komen in de geactiveerde stand. Fig. 5 laat ook de manier zien waarop de invallende stralen Li teruggekaatst worden door de sluiters zoals V2 in de ruststand of geabsorbeerd worden door de laag 8 van licht-absorberend materiaal wanneer de sluiters zoals bij 10 VI in de geaktiveerde stand zijn.

Fig. 6 is een aanzicht in dwarsdoorsnede van een deel van een andere uitvoeringsvorm van de uitvinding. In deze uitvoeringsvorm is elke stuurelektrode in werkelijkheid gevormd door twee elektroden. C'l en C"1 vormen dus de elektroden 15 voor het sturen voor de eerste kolom sluiters. zoals V'l en V"l, C'2 en C"2 vormen de elektroden voor het sturen van de tweede kolom sluiters zoals V'2 en V"2, enz. De elektrode C'l is met de sluiter V'l verbonden en de elektrode C"1 is met de sluiter V"l verbonden. Het paar sluiters V'l en V"1 zullen bij-20 voorbeeld geaktiveerd worden door het aanleggen van een spanning VS - aan de sluiter C'l/ en een spanning -VS - ·£ Τ7Λ)Γ “ aan de stuurelektrode C'l, een spanning VS + —* aan de sluiter V"l, en een spanning -VS + aan de stuurelektrode C"l. In deze uitvoeringsvorm bestaat hetzelfde spanningsverschil 2 VS 25 tussen een sluiter en zijn stuurelektrode/ wat niet het geval is in de bovenbeschreven uitvoeringsvormen. De stuurspanningen kunnen wisselen van een paar naar het volgende paar, om te ver-zekeren dat de vasthoudspanning VM niet voorkomt tussen twee aangrenzende sluiters van twee afgescheiden paren. Dus zullen 30 met de hierboven aangegeven spanningen met betrekking tot het paar sluiters V'l en V"l, de sluiters V'2 en V"2 respectievelijk worden verhoogd tot de potentialen VS + , en VS --ter- wijl de elektroden C'2 en C"2 respectievelijk op potentialen -VS en -VS - = zullen zijn.

35 Een andere manier van het voorzien in het sturen van het apparaat dat in fig. 6 is getoond, die ook voordelig is, omvat het aanleggen van een spanning +VS aan de sluiter V'l en aan de stuurelektrode Cl, en een spanning -VS aan de sluiter V"1 en aan de stuurelektrode C'l. De sluiters worden dan geak- 8202645 - 8 - tiveerd door middel van een spanning die gelijk is aan 2VS, en zij zullen in de geaktiveerde stand worden gehouden zelfs als de stuurelektroden worden teruggebracht naar de nulspanning.

Fig. 6 laat ook zien dat de inrichting ook op een 5 transmissiemanier kan worden gebruikt wanneer er geen laag ab-sorberend materiaal is. In dat geval werken de sluiters als optische luiken die het invallende licht doorlaten wanneer de sluiters in een geaktiveerde stand zijn en die het invallende licht terugkaatsen wanneer zij in een ruststand zijn.

10 De inrichting volgens de uitvinding kan met voordeel worden vervaardigd door gebruikmaking van de techniek van elek-tronische gelntegreerde schakelingen. In dat geval zal de dra-ger een siliciumwafel zijn. De sluiters, de veerkrachtige be-vestigingsmiddelen daarvan en de rij elektroden zullen ver-15 vaardigd worden door het afzetten en het etsen van een alumi-niumlaag met een dikte van 50-200 Nanometer, op een eerste oppervlak van de wafel. Indien de sluiter ribben bevat, zal de bewerking van het afzetten van aluminium worden voorafge-gaan door een eerste etsing van de wafel, gevolg door het af-20 zetten en etsen van de isolerende laag (MgF2>. De holten zullen vervaardigd worden door het silicium bij het tweede oppervlak van de wafel aan te tasten. Wanneer de aantasting het benedenste oppervlak van de sluiter bereikt, wordt de aantast-bewerking gestopt en de sluiters worden vrijgemaakt. De bodem 25 van de respectieve holten wordt gevormd door een glazen plaat waarop de doorzichtige stuurelektroden worden afgezet met ge-bruik van methoden die bekend zijn met betrekking tot vloei-bare kristalweergee^·opstellingen.

De inrichting volgens de uitvinding kan worden vervaar-30 digd door gebruik van andere basismaterialen dan silicium.

De drager kan dus ook een isolatiemateriaal zijn, zoals saffier of een plastic materiaal zoals die welke in de handel gebracht worden onder de handelsmerken "Kapton" of "Mylar".

Ofschoon de uitvinding beschreven is door verwijzing 35 naar speciale uitvoeringsvormen, zal het duidelijk zijn dat de uitvinding geenszins tot deze uitvoeringen beperkt is.

In het bijzonder is het duidelijk dat de inrichting volgens de uitvinding vervaardigd kan worden in de vorm van een puntmatrix, waarbij elke punt gevormd wordt docrggn of meer pa- 8202645 - 9 - ren sluiters, of in de vorm van segimenteri die op zichzel'f wor-den gevormd door verscheidene paren sluiters. Bovendien maakt het gebruik van een wafel of halfgeleidermateriaal het moge-lijk dat de weergeefinrichting en zijn regelschakelingen tege-5 lijkertijd worden vervaardigd.

# 8202645

Claims

1. Een miniatuurweergeefinrichting gekenmerkt door een dra-ger voorzien van holten en sluiters die met de drager zijn yer-bonden door veerkrachtige hechtmiddelen, welke sluiters de 5 genoemde holten in de ruststand afsluit en kunnen draaien onder de invloed van een elektrisch veld, om de holten te openen, welke sluiters in paren zijn gerangschikt, tenminste een paar sluiters per holte, waarbij elke sluiter van een paar met de drager is verbonden door twee veerkrachtige hechtmiddelen die 10 een as van sluiterdraaiing bepalen langs een kant die aangren-zend is aan een kant die aangrenzend is aan een kant van de andere sluiter van het paar, welke inrichting verder stuurmid-delen bevat voor het opwekken van een elektrisch veld dat in staat is te bewerkstelligen dat een of meer paren sluiters wor-15 den gedraaid, en verder vasthoudmiddelen voor het vasthouden van twee sluiters van een paar in de gedraaide stand in af-wezigheid van het elektrische veld dat vereist is om hen te doen draaien.

2. Weergeeftoestel volgens conclusie 1, met het kenroerk, dat de 20 stuurmiddelen omvatten eerste elektroden op de sluiters, tweede elektroden op de bodem van de genoemde holten en middelen voor het aanleggen van een stuurspanning tussen de eerste en tweede elektroden.

3. Weergeeftoestel volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de 25 vasthoudmiddelen middelen omvatten voor het aanleggen van een vasthoudspanning tussen de elektroden van de twee sluiters van een paar en stoporganen voor het voorkomen van elektrisch kon-takt tussen de elektroden van de sluiters wanneer de sluiters gedraaid zijn.

4. Weergeefinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de stoporganen uitstekende delen op de bodem van de holten omvatten.

5. Weergeefinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk? dat de stoporganen een isolerende laag omvatten die tenminste het be-nedenoppervlak van de sluiters gedeeltelijk bedekt.

6. Weergeefinrichting volgens ein van de conclusies 2-5, daardoor gekenmerkt dat deze is aangebracht binnen een gesloten kamer die eerste en tweede wanden heeft die vrijwel evenwijdig zijn aan het vlak van de genoemde drager, waarbij de eerste wand doorzichtig is. 8202645 -12 -

7. Weergeefinrichting volgens conclusie 6, met het kenroerk.dat de drager gefixeerd is met betrekking tot de tweede wand die de bodem van de holten vormt waarop de tweede elektroden zijn aangebracht.

8. Weergeefinrichting volgens conclusie 7, met het, keranerk,dat de tweede wand tenminste gedeeltelijk een licht-absorberend mate-riaal omvat.

9. Weergeefinrichting volgens conclusie 7, met het. kenmerk, dat de tweede wand en tweede elektroden doorzichtig zijn.

10. Weergeefinrichting volgens een van de conclusies 2-9, waarin paren sluiters in rijen en in kolommen zijn opge-steld, de eerste elektroden van een rij met elkaar zijn ver-bonden in twee stellen, en de tweede elektroden van een kolom met elkaar zijn verbonden.

11. Weergeefinrichting volgens conclusie 10, gekenmerkt door tijdverveelvoudiging van de besturing van de rijen.

12. Weergeefinrichting volgens conclusie 10 of 11, met het Kenmerk datde tweede elektroden elk gevormd worden door twee half-elektroden. 20

13.Weergeefinrichting volgens een van de conclusies 1-12, roethet kenmerk, dat, in de tussenruimte uitsparingen in de drager zijn aangebracht beneden de veerkrachtige bevestigingsmiddelen.

14. Weergeefinrichting volgens £€n van de conclusies 1-13,met het kenmerk,dat de drager silicium bevat. .

15. Weergeefinrichting volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de sluiters en de veerkrachtige bevestigingsmiddelen daarvan aluminium bevatten. 8202645