NL8402201A - Passieve weergeefinrichting. - Google Patents

Description

i 4 *--·«·· *·· PHN 11.103 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Passieve weergeef inrichting".

De uitvinding heeft te trekking qp een passieve weergeef-inrichting bevattende een eerste en een tweede steunplaat waarvan ten minste êên doorzichtig is, een aantal weergeefelementen met elk ten minste één vaste elektrode en een ten opzichte van deze elektrode door 5 elektrostatische krachten beweegbaar cpgestelde elektrode, welke door middel van een elektrisch isolerende laag van de vaste elektrode gescheiden wordt gehouden, welke beweegbaar qpgestelde elektrode van een patroon van openingen is voorzien en twee door aanligvlakken bepaalde eindposities heeft.

10 De uitvinding heeft voorts betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een dergelijke inrichting.

Een passieve weergeef inrichting van de aangeduide soort is beschreven in "SID International Symposium Digest of techn. papers",

April 1980, bladz. 116-117. In elk beeldelement kan de beweegbare 15 elektrode tussen twee stabiele posities verplaatst worden, zodat voor op de weergeef inrichting vallend licht de absorptie of reflektie per beeldelement gestuurd kan worden. De beweegbare elektrode is door middel van een aantal verende elementen aan één der steunplaten bevestigd. De krachten welke de beweegbare elektrode van de ene naar de andere stabiele 20 positie drijven kunnen bestaan uit elektrostatische krachten al dan niet in kcmbinatie met de in de verende elementen opgewekte veerkrachten.

In een eerste uitvoeringsvorm van de weergeefinrichting wordt de beweegbare elektrode tussen twee qp de naar elkaar toe gekeerde oppervlakken van de eerste en de tweede steunplaat aangebrachte elektroden verplaatst.

25 De in de veerelementen optredende veerkrachten zijn daarbij al dan niet te verwaarlozen ten opzichte van de elektrostatische krachten.

In een tweede uitvoeringsvorm van de weergeef inrichting drijven de elektrostatische krachten de tweede elektrode van de ene naar de andere stabiele positie en worden de veerkrachten in de veerelementen benut 30 cm de tweede elektrode naar de beginpositie tanig te drijven. In beide gevallen wordt kortsluiting tussen de beweegbare elektrode en een vaste elektrode voorkomen door een elektrisch isolerende laag tussen deze elektroden. In zijn meest algemene vorm omvat de eerste uitvoeringsvorm 8402201 ΕΗΝ 11.103 2 ί ? (ook wel aangeduid met de term "drie-elektrodensysteem") tevens de tweede uitvoeringsvorm. In deze meest algemene vorm kan namelijk de totaal op de beweegbare elektrode werkende kracht geschreven worden als Ft = ΓΊ η- P2 + F3 warta F, de elektrostatische kracht tussen de 5 beweegbare elektrode en de ene vaste elektrode; F2 de elektrostatische kracht tussen de beweegbare elektrode en de andere vaste elektrode en F3 de mechanische veerkracht opgewekt in de verende elementen voorstellen. Uit de gegeven formule voor F^_ kunnen verschillende uitvoeringsvormen van de weergeef inrichting worden afgeleid. Ih het geval dat F^ verwaar-10 loosbaar klein is ten opzichte van de termen F^ of F2 wordt de beweegbare elektrode in hoofdzaak door middel van elektrostatische krachten verplaatst. In het geval dat F^ of F2 gelijk is aan nul verkrijgt men de hierboven aangeduide tweede uitvoeringsvorm.

In een uitvoeringsvorm is de weergeef inrichting gevuld met een 15 vloeistof waarvan de kleur kontras teert met de kleur van het oppervlak van de beweegbare elektrode, dat naar het op de weergeef inrichting vallende licht is gekeerd. Afhankelijk van in welke stabiele positie de beweegbare elektrode zich bevindt zal voor de waarnemer het betreffende beeldelement de kleur van het oppervlak van de beweegbare elektrode of 20 de kleur van de kontrasterende vloeistof aannemen. Aldus kan met de beeldelementen een beeld worden opgebouwd. De snelheid waarmee de informatie in het weergegeven beeld gewijzigd kan worden hangt voornamelijk af van de tijd welke de beweegbare elektrode nodig heeft cm van de ene stabiele positie in de andere stabiele positie te komen. In dit verband 25 spelen de openingen in de beweegbare elektrode een belangrijke rol daar de grootte en het aantal van deze openingen de weerstand bepalen, welke de bewaegbare elektroden in de vloeistof ondervinden wanneer zij van de ene naar de andere positie overgaan. In de op naam van Aanvraagster gepubliceerde Europese Aanvrage No. 85 459, waarvan de inhoud als hierin 30 opgenomen wordt beschouwd, wordt een passieve weergeefinrichting beschreven waarin maatregelen zijn getroffen om de schakeltijd van de beweegbare elektrode te reduceren. Bij deze bekende weergeefinrichting zijn de verende elementen niet naast maar onder de beweegbare elektrode aangebracht. De daardoor verkregen mogelijkheid van een betere beeld-35 vulling staat dan het toepassen van grotere openingen in de beweegbare elektrode toe7 hetgeen resulteert in snellere schakel tijden dan bij weergeef inrichtingen waarin de verende elementen aan de omtrek van de beweegbare elektrode zijn gelegen, zoals beschreven in het eveneens op 3402201

ί ' A

ΕΗΝ 11.103 3 qp naam van Aanvraagster gepubliceerde Britse Octrooi No. 1533458.

Bet is het doel van de uitvinding een passieve weergeef inrichting te verschaffen waarin ongeacht de positie van de verende elementen verdere verbeteringen ter verkrijging van snelle schakeltijden van de 5 beweegbare elektroden zijn gerealiseerd. Het is een verder doel van de uitvinding een werkwijze te verschaffen voor het vervaardigen van een dergelijke weergeef inrichting.

Volgens de uitvinding heeft een passieve weergeef inrichting bevattende een eerste en een tweede steunplaat waarvan ten minste één 10 doorzichtig is, een aantal weergeefelementen met elk ten minste één vaste elektrode en een ten opzichte van deze elektrode door elektrostatische krachten beweegbaar opgestelde elektrode, welke door middel van een elektrisch isolerende laag van de vaste elektrode gescheiden wordt gehouden, welke beweegbaar opgestelde elektrode van een patroon 15 van openingen is voorzien en twee door aanligvlakken bepaalde eindposities heeft, het kenmerk, dat de beweegbare elektrode in elk der eindposities tegen een aanligvlak steunt, waarvan de oppervlaktestruktuur niet congruent is met die van het aangrenzende oppervlak van de beweegbare elektrode, zodat een eindig aantal aanligpunten wordt gevormd tussen 20 welke het oppervlak van de beweegbare elektrode met enige tussenruimte vrij ligt van het aangrenzende oppervlak van een aanligvlak.

De uitvinding berust op het inzicht, dat de oversteektijd van de beweegbare elektrode in hoofdzaak door twee verschillende hydro-dynamische of aërodynamische effekten wordt bepaald. Het ene effekt 25 betreft de aërodynamische of hydrodynamische weerstand, die de in het medium (gas respektievelijk vloeistof) bewegende elektrode qp enige afstand van de oppervlakken der steunplaten ondervindt. Hier bepaalt de grootte en het aantal openingen in de beweegbare elektrode de aërodynamische of hydrodynamische weerstand. Met dit effekt houdt zich 30 de hierboven genoemde Europese Aanvrage No. 85 459 bezig. Het andere effekt betreft de weerstand die de beweegbare elektrode ondervindt bij het loslaten van of het naderen tot een aanligoppervlak. Het is vooral dit laatste effekt waar de onderhavige uitvinding betrekking qp heeft.

Het is gebleken dat bij dit loslaten en naderen van de beweegbare 35 elektrode de vrije ruimte tussen het aanligoppervlak en deze elektrode in belangrijke mate de grootte van de aërodynamische of hydrodynamische weerstand bepaalt. In het bijzonder is de toegankelijkheid van het door de openingen stranende medium (vloeistof of gas) tot deze vrije ruimte 8402201 ΐ 9 ΡΗΝ 11.103 4 van belang. Wanneer de afstand tassen de beweegbare elektrode en het aanligoppervlak gering is, dan kan het medium slechts langzaam in of uit de door deze afstand bepaalde ruimte stromen. Derhalve zal dan ook de snelheid waarmee de beweegbare elektrode de stabiele aanligpositie 5 verlaat respectievelijk inneemt gering zijn. Volgens de uitvinding ligt de beweegbare elektrode in de stabiele eindposities via een gestructureerd oppervlak tegen het oppervlak van het nabije aanligvlak.

.Aldus wordt een eindig aantal aanligpunten gevormd terwijl tussen deze aanligpunten het oppervlak van de beweegbare elektrode met enige tussen-10 ruimte vrijligt van het aanligoppervlak. Deze tussenruimte wordt bepaald door de afstand tussen de naar elkaar toegekeerde oppervlakken van de beweegbare elektrode en de steunplaat. Het gestructureerde oppervlak doet derhalve dienst als een afstandslaag met door het gestructureerde oppervlak gevormde aanligpunten. De door de afstandslaag bepaalde 15 tussenruimte ,met andere woorden de hoogte van de aanligpunten^dient te worden gekozen in overeenstemming met de mate waarin men de daardoor bepaalde hydrodynamische of aërodynamische veerstand wil reduceren.

Een verdere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat aan althans één zijde van de beweegbare elektrode de 20 aanligpunten door een zodanig gestructureerd oppervlak worden gevormd dat zij symmetrisch ten opzichte van de openingen in de beweegbare elektroden zijn gelegen. In dit geval vormt het gestructureerde oppervlak nauwelijks of slechts een geringe stromingsweerstand voor het in de tussenruimte van of naar een opening in de beweegbare elektrode stromende 25 medium.

Een voordeel is bovendien dat het tussen de aanligpunten gelegen oppervlak van de beweegbare elektrode onder invloed van de elektrostatische krachten enigszins verend in de richting van het aanligoppervlak waartegen hij rust kan doorbuigen. Wanneer de beweegbare 30 elektrode naar een andere stabiele positie wordt geschakeld versnelt de in de elektrode opgehoopte elastische energie het loslaten van de elektrode van zijn aaligvlak. Er is hier sprake van een zogenaamde "bunperveerwerking". Wanneer de beweegbare elektroden zijn voorzien van een diffuus reflecterende laag is het in principe niet nodig deze 35 laag van een extra gestructureerd oppervlak te voorzien. Een diffuus reflecterend oppervlak heeft zelf een ruw oppervlaktestructuur, die statistisch verdeelde aanligpunten vormt. Waarmee het met de uitvinding beoogde doel kan worden bereikt.

8402201 ΐ * ΡΗΝ 11.103 5

Het gestruktureerde oppervlak kan volgens de uitvinding deel uitmaken van de beweegbare elektrode. Volgens een alternatieve uitvoeringsvorm maakt het gestruktureerde oppervlak deel uit van een aanlig-qppervlak.

5 Een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat het gestruktureerde oppervlak ter plaatse van de genoemde aanligpunten bestaat uit een elektrisch, isolerend materiaal.

Wanneer de aanligpunten door elektrisch isolerend materiaal worden gevormd kan van een extra isolerende laag tussen de beweegbare elektrode en een IQ op een steunplaat aangebrachte elektrode worden af gezien.

Een bijzondere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat de qpeningen in de beweegbare elektrode volgens een zich herhalend patroon van groepen van openingen zijn gerangschikt en de aanligpunten tussen de groepen van qpeningen zijn gelegen.

15 Hierbij zijn de openingen in elke groep van qpeningen volgens een bepaald patroon gerangschikt, terwijl de groepen onderling ook veer volgens een bepaald patroon zijn gerangschikt. Deze konstruktie, waarbij sprake is van superstrukturen, heeft het voordeel dat het aantal aanligpunten verder wordt gereduceerd en ten aanzien van de eerder genoemde bumper-20 veerwerking elke gewenste variatie mogelijk is.

De beweegbare elektrode dient te bestaan uit een materiaal, dat aan de elektrode voldoende stevigheid biedt en waarmee zo nodig een wit diffuus reflekterend oppervlak gerealiseerd kan warden. Bij voorkeur dient het materiaal ook spanningsvrij op een substraat aangabracht te 25 kunnen werden. Goede resultaten worden in dit opzicht verkregen met materialen die bestaan uit iretaallegeringen, in het bijzonder zilver-legeringen. Zilverlegeringen zijn bij uitstek geschikt, wanneer de verende elementen één geheel vormen met de beweegbare elektrode.

De uitvinding is niet alleen van belang voor passieve weergeef-30 inrichtingen, die met een vloeistof zijn gevuld. Ook voor geëvacueerde of met gas gevulde inrichtingen is de uitvinding van belang. De traagheid bij het loslaten van de beweegbare elektrode wordt in de laatstgenoemde voornamelijk door aërodynamische effekten bepaald. Ook hier is derhalve de toepassing van een gestruktureerd oppervlak zoals hier-35 boven omschreven van belang. Een voorbeeld van een dergelijke inrichting is beschreven in het eerder genoemde Britse octrooischrift 1.533.458.

De inrichting wordt dan in de transmissie-mode bedreven, waarbij de beweegbare elektroden als lichtsluiters funktioneren.

8402201 ΡΗΝ 11.103 6 * ' ί

De uitvinding heeft tevens betrekking op een -werkwijze voor het vervaardigen van de passieve weergeefinrichting. Volgens de uitvinding bevat deze werkwijze ter vorming van het gestruktureerde oppervlak de volgende stappen: 5 a) het aahbrengen van een laag van een eerste materiaal op een substraat, b) het op deze laag aanbrengen van een laag van een tweede materiaal, c) het met behulp van een foto-etsmethode uitetsen van een patroon 10 van openingen uit de laag van het tweede materiaal, d) het verwijderen van ten minste gedeelten van de laag van het eerste materiaal ter vorming van het gestruktureerde oppervlak door onderetsing via de openingen in de laag van het tweede materiaal.

Deze werkwijze kan. zowel toegepast worden voor het vormen van een 15 gestruktureerde laag welke deel uitmaakt van een aanligvlak, als voor het vormen van een gestruktureerde laag, die deel uitmaakt van de beweegbare elektrode. Volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding is de werkwijze daardoor gekenmerkt, dat de laag van het eerste materiaal en/of de laag van het tweede materiaal een over de dikte van 20 de laag of lagen inhomogene samenstelling heeft respektievelijk hebben, welke met een over de dikte van de laag of lagen veranderende etsgevoe-ligheid gepaard gaat. Chder de uitdrukking "etsgevoeligheid" wordt hier de oplossnelheid van een materiaal in een etsmiddel verstaan. Een grotere etsgevoeligheid betekent dan een grotere oplossnelheid van het 25 materiaal is het betreffende etsmiddel. Een over de dikte van de laag van het eerste materiaal en/of de laag van het tweede materiaal varierenda etsgevoeligheid staat dan een grote schakering van mogelijkheden toe met betrekking tot de vorm van het gestruktureerde oppervlak. Bij voorkeur is een werkwijze volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat 30 de laag van het tweede materiaal tevens het materiaal van de beweegbare elektroden vormt en met het etsen van de openingen in deze laag tevens een patroon van elektroden wordt uitgeëtst. Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is, dat de beweegbare elektrode zelf als masker voor het onderetsproces wordt gebruikt. De aanligpunten van het gestruktureerde 35 oppervlak liggen dan symmetrisch ten opzichte van de openingen in de elektrode. Wanneer het gestruktureerde oppervlak deel uitmaakt van de beweegbare elektrode kunnen volgens de uitvinding etsmiddelen worden toegepast, waarvoor het eerste materiaal een grotere etsgevoeligheid 8402201 EHN 11.103 7 r < heeft dan het tweede materiaal, in dit geval wordt tijdens het onder-etsproces het eerste materiaal geheel en het tweede materiaal ten dele veggeëtst. Ben variant van deze werkwijze is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de etsgevoeligheid van de laag van het eerste 5 materiaal in de richting naar de laag van het tweede materiaal afneemt. Volgens deze werkwijze blijven na het onderetsproces puntvormige delen van het eerste materiaal op de laag van het tweede materiaal achter. Het spreekt vanzelf, dat het onderetsproces gedurende een tijd wordt uitgevoerd, die voldoende is cm de beweegbare elektrode geheel vrij te maken 10 van de daaronder liggende laag.

Een verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat voorafgaand aan het foto-ets-proces op de laag van het tweede materiaal een verdere laag van een materiaal wordt aangebracht met soortgelijke eigenschappen als die van de 15 laag van het eerste materiaal, in welke verdere laag vervolgens met behulp van een foto-etsmethode de voor (te beweegbare elektroden gewenste vorm en qpeningen worden geëtst. Met deze uitvoeringsvorm van de werkwijze wordt de elektrode tweezijdig voorzien van een gestruktureerd oppervlak, waarvan de aanligpunten symmetrisch ten opzichte van de 20 openingen of tussen groepen van openingen zijn gelegen.

Een werkwijze ter verkrijging van een gestruktureerd oppervlak dat deel uitmaakt van een aanligvlak is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de etsgevoeligheid van de laag van het eerste materiaal in de richting naar de laag van het tweede materiaal toeneemt, zodat 25 een gestruktureerd oppervlak wordt verkregen dat deel uitmaakt van het substraat. Volgens deze werkwijze blijven na het onderetsproces puntvormige delen van het eerste materiaal op het substraatoppervlak achter.

Een verdere uitbreiding van de werkwijze volgens de uitvinding bestaat daarin, dat deze gekenmerkt wordt doordat zich tussen het 30 substraat en de laag van het eerste materiaal een laag van een derde materiaal bevindt, welke na vorming van het gestruktureerd oppervlak door middel van een selektief etsmiddel wordt verwijderd. De laag van het derde materiaal zorgt er hier voor, dat de beweegbare elektrode aan althans één oppervlak wordt voorzien van pilaartjes, die de aanlig-35 punten vormen. In het geval dat het gestruktureerde oppervlak deel uitmaakt van het substraatoppervlak bevindt een dergelijke laag van een derde materiaal zich tussen de laag van het eerste materiaal en de laag van het tweede materiaal. In dit geval worden pilaartjes gevormd die deel $402201 Ψ it ΕΗΝ 11.103 8 uitmaken van het substraat (aanligvlak). Het genoemde eerste materiaal kan bestaan uit een metaal of een metaallegering zoals bijvoorbeeld aluminium, nikkel, koper, magnesium of legeringen van deze metalen.

Bij voorkeur bestaat het eerste materiaal uit een elektrisch isolerend 5 materiaal. Niet beperkende voorbeelden van stoffen die ten opzichte van het tweede materiaal in meer of mindere mate selektief etsbaar moeten zijn bestaan uit de groep van CdS, Ce02f CuCl, MgF^, MgO,

Nbo0c, Tao0r-, Yo0-> en ZnS. Een evident voordeel van een isolator is, ά o Δ o Δ ό dat er na de onderetsing geen geleidende sporen achter kunnen blijven, 10 die kortsluiting zouden kunnen veroorzaken. De lagen van het eerste materiaal en het tweede materiaal behoeven qua compositie niet homogeen te zijn. Samengestelde lagen of lagen waarvan de dichtheid over de laag-dikte varieert zijn mogelijk. Binnen het kader van de uitvinding zijn talloze variaties met betrekking tot laagsamenstellingen en vorm van 15 het gestruktureerde oppervlak mogelijk.

De uitvinding wordt thans toegelicht aan de hand van enkele bij wijze van voorbeeld gegeven uitvoeringsvormen in bijgaande tekening, waarin: figuur 1a en 1b schematisch tekeningen zijn voor het verklaren van een 20 weergeef inrichting volgens het "drie-elektroden systeem", waarin in hoofdzaak elektrostatische krachten een rol spelen, figuur 2 schematisch een weergeefinrichting volgens het "drie-elektroden systeem" in doorsnede toont, figuur 3 een perspectivisch aanzicht van de in figuur 2 weergegeven 25 inrichting in gedeeltelijk opengewerkte toestand toont, figuur 4a, 4b en 4c een eerste uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding illustreren, figuur 5a en 5b een tweede uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding illustreren, < 30 figuur 6a en 6b een derde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding illustreren, figuur 7a en 7b een vierde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding illustreren, figuur 8 een vijfde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvin-35 ding illustreert, figuur 9a, 9b en 9c een zesde uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding illustreren, figuur 10 een bovenaanzicht van een uitvoeringsvorm van een beweegbare 8 4 0-2 2 0 Ί β* * ΕΗΝ 11.103 9 elektrode toont.

Aan de hand van figuur la en 1b zal het werkingsprincipe worden verklaard van een tussen twee elektroden door elektrostatische krachten beweegbare elektrode, zoals bij een uitvoeringsvorm van een weergeef-5 inrichting volgens de uitvinding. In figuur 1a zijn schematisch twee vaste elektroden 1 en 2 aangegeven op een onderlinge afstand d. Tussen de elektroden 1 en 2 bevindt zich een beweegbare elektrode 3 qp een afstand x van elektrode 1. Op de elektroden 1 en 2 zijn isolerende lagen 4 en 5 aangebracht met een dikte & d. De elektrode 2 kan zich daar-10 door bewegen tussen de uiterste standen x = 6 d en x = d - <$d. aan de elektroden 1 en 2 worden spanningspulsen +V en -V toegevoerd, -terwijl aan de elektrode 3 gelijktijdig een variabele spanningspuls Vg wordt toegevoerd. Bij nagenoeg gelijke diëlektrische konstante van de vloeistof en de isolerende lagen wordt op de elektrode 3 per oppervlakte-eenheid 15 een naar elektrode 2 gerichte elektrostatische kracht p1 = ½ £ (~^)2 en een naar elektrode 1 gerichte elektrostatische kracht p2 = h t uitgeoefend, waarin £ de dielektrische kons tante van bet medium tussen de elektroden 1 en 2 is. De stippellijn die het evenwicht tussen deze krachten weergeeft, is in figuur lb met verwij zings-20 cijfer 8 aangegeven. Deze lijn 8 snijdt de lijn x = $ d bij een spanning Vg = -V + é V en de lijn x = d- 6 d bij een spanning Vg = +V - é V.

Het evenwicht van elektrode 3 is uiteraard labiel want als de elektrode 3 vanuit de evenwichtstoestand over een kleine afstand wordt bewogen, wordt de elektrostatische kracht tussen de elkaar naderende elektroden 25 groter en wordt de elektrostatische kracht tussen de zich verwijderende elektroden kleiner. De derde elektrode 3 heeft hierdoor in het gebied van spanningen Vg tussen -V+<5Ven+V-&V twee stabiele toestanden, namelijk tegen de isolerende laag 4 bij x = £ d en tegen de isolerende laag 5 bij x = d -£d. Ligt de elektrode 3 bijvoorbeeld aan tegen de 30 isolerende laag 4 dan kan de spanning Vg toenemen tot nagenoeg V -<Sv voordat de derde elektrode 3 omklapt naar elektrode 2. De spanning Vg kan nu weer afnemen tot nagenoeg -V + £ V voordat de elektrode 3 weer naar elektrode 1 terugklapt. De elektrode 3 doorloopt cp deze wijze een nagenoeg ideale hysteresislus, welke door de lijn 9 is aangegeven. De 35 inrichting bezit hierdoor een grote drempelspaiming en een geheugen.

Een uitvoeringsvorm van een matrixwsergeefinrichting volgens de uitvinding gebaseerd qp het bovenbeschreven principe wordt toegelicht aan de hand van de figuren 2 en 3, die een doorsnede respectievelijk een 8402201

* I

PHN 11.103 10 ♦ ϋ perspectivisch aanzicht in gedeeltelijk opengewerkte toestand van de inrichting tonen. De Inrichting bevat twee evenwijdige steunplaten 10 en 11, waarvan terrains te de steunplaat 10 transparant is. De steunplaten 10 en 11 zijn bijvoorbeeld van glas of van een ander materiaal. Op de 5 steunplaat 10 is een transparante elektrode 12 aangebracht. Op de steunplaat 11 zijn stripvormige elektroden 13 aangebracht. De elektroden 12 en 13 hebben een dikte van ongeveer 0,2^um en zijn vervaardigd van bijvoorbeeld indium- en/of tinoxide. Op de elektroden 12 en 13 zijn 1 a 2^um dikke elektrisch isolerende lagen 14 en 15 van kwarts aange-10 bracht. De inrichting bevat verder een aantal beweegbare elektroden 16 die door middel van een aantal verende elementen 19 met de isolerende laag 15 zijn verbanden. De elektroden 16 zijn door middel van hun verende elementen 19 in één richting doorverbonden en vormen stripvormige elektroden, die de elektroden 13 nagenoeg loodrecht kruisen. Het naar 15 de transparante steunplaat 10 toegekeerde oppervlak van de elektroden 16 is reflekterend. De inrichting wordt af gedicht door een rand afdichtings-middel 17. De ruimte tussen de steunplaten 10 éh 11 is gevuld met een ondoorzichtige, niet geleidende vloeistof 18, waarvan de kleur kontras-teert met de diffuus reflekterende kleur van de elektroden 16. De . 20 vloeistof 18 wordt bijvoorbeeld gevormd door een oplossing van sudan-zwart in tolueen. Door het aanleggen van spanningen op de elektroden 12, 13 en 16 kunnen de elektroden 16 van de ene in de andere stabiele toestand worden gestuurd. Bevinden de elektroden 16 zich tegen de isolerende laag 14 dan wordt door de elektroden 16 het omgevingslicht gereflekteerd.

25 Bevinden de elektroden 16 zich tegen de isolerende laag 15 dan zijn de elektroden 16 aan de waarnemingszijde via de transparante steunplaat 10 niet zichtbaar en wordt het omgevingslicht door de vloeistof 18 geabsorbeerd of althans alleen in de kleur van de vloeistof 18 gereflekteerd.

De inrichting vormt een zogenaamde matrixweergeefinrichting, waarbij de 30 stripvormige elektroden 13 bijvoorbeeld de rijelektroden en de stripvormige elektroden 16 de kolcmelektroden van de inrichting vormen.

Bij het inschrijven van het beeld wordt uitgegaan van de toestand dat alle elektroden 16 zich aan de zijde van de tweede steunplaat 11 bevinden. De rijelektroden 13 en de gemeenschappelijke 35 elektrode 12 worden respéktievelijk qp een spanning +V en -V volt gehouden. De informatie voor een aangestuurde rijelektrode 13 wordt gelijktijdig qp alle kolomelektroden aangeboden. Aan de kolcmelektroden waarvan de elektrode 16 qp het kruispunt met de aangestuurde rijelektrode 8402201 H!N 11.103 11

A

* * 13 naar de eerste steunplaat 10 moet omklappen, worden spanningspulsen Vg van +V Volt toegevoerd terwijl aan de overige kolomelektroden spanningspulsen van 0 Volt worden toegevoerd. Na het inschrijven kunnen alle elektroden 16 weer naar de tweede steunplaat 11 gebracht worden 5 door gelijktijdig alle kolomelektroden kortstondig cp -V Volt te brengen.

De funktie van de isolerende lagen is drieledig. Ten eerste voorkomen zij elektrisch kontakt tussen de beweegbare elektroden 16 en de vaste elektroden 12 en 13. De tweede funktie heeft betrekking cp het energieverbruik van de weergeef inrichting. Wanneer de elektrode 16 tegen één 10 van deze lagen gedrukt is dan zal bij elke wisselspanningspuls een energie evenredig met 1/d worden toegevoerd waarin d de dikte van de dielektrische laag voorstelt. De derde funktie van de isolerende lagen heeft te maken met de schakeleigenschappen van de weergeef inrichting.

Uit figuur 1b volgt dat voor boven de gestreepte lijn 8 gelegen punten 15 de beweegbare elektrode een naar de steunplaat 2 gerichte kracht ondervindt, terwijl voor onder de gestreepte lijn 8 gelegen punten deze kracht naar de steunplaat 1 is gericht. Bij een uiterst geringe laagdikte van de dielektrische laag ( δ «0) betekent dit, dat exact bij de punten +V volt en -V volt geschakeld moet worden cm de beweegbare 20 elektrode van de ene naar de andere positie te laten overgaan. Dit is om praktische redenen welhaast ónmogelijk. Enige dikte van de dielektrische laag biedt hier uitkomst omdat daarmee het gebied waarbinnen geschakeld kan worden tot het met W aangegeven gebied wordt vergroot.

De figuren 4a, 4b en 4c illustreren een eerste uitvoeringsvorm 25 van de werkwijze, waarmee een gestruktureerd oppervlak wordt verkregen dat deel uitmaakt van de beweegbare elektrode. Cp een substraat bestaarde uit een steunplaat 20, een vaste elektrode 21, bestaande uit een 0,2 micron dikke chrocmlaag, en een dielektrische laag 22, wordt een laag van een eerste materiaal 23, een laag van een tweede materiaal 30 24 en een laag fotolak 25 aangebracht. Door middel van een gebruikelijke belichting en ontwikkeling warden in de laag 25 openingen 26 aangebracht. Gelijktijdig kunnen de vorm van de beweegbare elektroden en die van de daarmee één geheel ventende verende elementen in de fotolaklaag 25 worden aangefaracht. In de laag 24, welke bestaat uit een 0,6 micron.dikke 35 aluminiumlaag, worden bij 60°C met geconcentreerd fosforzuur (H^PO^) openingen 27 geëtst met een diameter van 4 micron en een steekafstand van 20 micron. Aldus is de in figuur 4b gegeven structuur verkregen.

De laag 23 bestaat uit een 0,2 micron dikke magresiumoxyde (MgO) laag.

84 02 2 ö 1

# W

FHN 11.103 12

Via de qpeningen 27 en de randen van de uitgeëtste elektroden warden door anderetsing bij 40°C met een etsmiddel, dat aangevuld met water 3 3 tot 1 liter, 100 cm HNO^/ 200 cm H^PO^ en 5 gram Fe2 (SO^)^ bevat, de laag 23 en een gedeelte van de laag 24 verwijderd. De laag 24 krijgt 5 hierdoor een gestruktureerd oppervlak 28 met aanligpunten 30, die symmetrisch ten opzichte van de openingen 27 zijn gelegen. Tussen de gestruktureerde laag 24 (zie figuur 4c) en de laag 22, welke uit een 1,5 micron dikke Si02 laag bestaat, zijn aldus elkaar overlappende kegelvormige holten 29 verkregen. Tenslotte wordt de fotolaklaag 25 ver- 10 wijderd. Het eindresultaat is een beweegbare elektrode 24, die door verende elementen aan het substraat is bevestigd en die rond de qpeningen 27 een dikte heeft van 0,1 micron en symmetrisch ten opzichte van deze openingen gelegen aanligpunten 30 heeft met een hoogte van ongeveer ' 0,5 micron. Het van het oppervlak 28 af gekeerde oppervlak 31 is 15 geruwd of voorzien van een ruw diffuus reflekterend oppervlak.

Figuren 5a en 5b illustreren een tweede uitvoeringsvorm, waarbij eveneens een gestruktureerd oppervlak wordt gevormd, dat van de beweegbare elektroden deel uitmaakt. Op een substraat bestaande uit een glazen steunplaat 40. met een tinoxyde laag 41 voor de vaste elektroden 20 en een 1,5 micron dikke S^-laag 42 als dielektrische laag, wordt een 0,3 micron dikke Ce02_laag 43 aangebracht. Cp de laag 43 wordt een 0,3 micron dikke aluminiumlaag 44 en vervolgens een 0,3 micron dikke aluminiumlaag 45 met 4% silicium opgedampt. Het geheel wordt bedekt met een fotoresistlaag waarin vervolgens qpeningen 47 worden aangebracht 25 via een belichtingsproces. Figuur 5a geeft de situatie veer nadat met fosforzuur bij 60°C openingen 48 in de lagen 44 en 45 zijn geëtst.

Door onderetsing via deze' openingen 48 wordt de laag 43 geheel en de laag 44 ten dele verwijderd. Het daarbij gebruikte etsmiddel bevat met 3 3 3 water aangevuld tot 1 liter 50 cm H2S04; ^0 011 H2°2 ; ^ 011 H^POj.

3Q Voor dit etsmiddel heeft het Ce02 (laag 43) een grotere etsgevoeligheid dan het materiaal van de laag 44. Na het onderetsproces blijven verhogingen 49 als restanten van de laag 44 op de laag 45 achter, waarbij de laag 45 de beweegbare elektroden vormt. Tenslotte wordt de fotoresistlaag 46 verwijderd.

35 Figuren 6a en 6b illustreren een werkwijze welke resulteert in een gestruktureerd oppervlak aan beide zijden van de beweegbare elektroden. De lagenstruktuur in figuur 6a verschilt daarin van die in figuur 5a, dat tussen twee MgO-lagen 50 en 51 van elk 0,2 micron dik, 84 02 20 1 ·% PHN 11.103 13 een sandwich-laag 53 van 0,3 micron aluminium, 0,02 micron koper, aangegeven door de streeplijn 52, en opnieuw 0,3 micron aluminium is gelegen. Deze laag wordt verkregen door eerst alnminjiiTn qp te danpen en halverwege het cpdampproces bij ongeveer 200°C koper qp te 5 danpen en het proces af te sluiten met het opdampen van een laag aluminium. Het keper diffundeert naar beide kanten enigszins in het aluminium. Via de openingen 54 worden door de lagen 50, 51 en 53 openingen 55 geëtst. Het gebruikte etsmiddel bestaat hier uit 85 gew.% H^PO^; 12 gew.% azijnzuur en 3 gew.% HNQg terwijl geëtst wordt bij 10 een tenperatuur van ongeveer 33°C. De thans verkregen situatie is weergegeven in figuur 6a. Figuur 6b toont de situatie na onderetsen via de openingen 55 met een etsmiddel dat aangevuld met water tot één 3 3 liter 100 cm HNO^; 100 cm H^PO^ en 5 gram Fe^ (S0^) ^ bevat. De lagen 50 en 51 zijn geheel weggeëtst terwijl de laag 53 gedeeltelijk is wegge- 15 etst omdat aluminium met koper een geringere etsgevoeligheid voor het gebruikte onderetsmiddel heeft dan zuiver aluminium. Aldus verkrijgt de laag; 53, die de beweegbare elektroden vormt’, een gestruktureerd oppervlak 56 aan beide zijden van de laag 53. Uiteraard wordt ook hier de fotaresistlaag 57 ten slotte verwijderd.

20 De figuren 7a en 7b illustreren een vierde uitvoeringsvorm van de werkwijze waarin een gestruktureerd oppervlak van isolerend materiaal wordt gevormd. Op een substraat 60 gelijk aan dat van de eerder beschreven werkwijzen worden door opdampen een één micron dikke laag 61 van magnesiuiraxyde (MgQ) met 8% aluminiumaxyde (A^O^) gevolgd door een 25 laag magnesiumoxyde (MgO) 62 van 0,01 micron dikte aangebracht. Cp deze laatste laag wordt een laag 63 van een zilver-chrcom legering met 0,5 - 5 gew.% chroom opgesputterd of opgedampt tot een dikte van 0,45 micron gevolgd door een fotoresist laag 64. Nadat op de gebruikelijke wijze openingen 65 in de resist laag 64 zijn aangebracht worden bij 30 kanpertemperatuur via deze openingen 65 openingen 66 in de laag 63 geëtst met een etsmiddel, dat een oplossing van 440 gram Fe(NO^J ^ 800 cm3 ethyleenglycol bevat aangevuld met water tot één liter. Door onderetsing via de openingen 66 wordt de laag 62 geheel weggeëtst en de laag 61 ten 3 3 dele. Het gebruikte etsmiddel is hier 500 cm H^PO^; 100 cm H2SQ^, 35 aangevuld tot 1 liter met water terwijl de etstemperatuur 65°C bedraagt.

Aldus wordt een gestruktureerd oppervlak 67 verkregen gevormd door aan het substraat 60 hechtende verhogingen 61 van isolerend materiaal. In dit geval, kan van de dielektrische laag 68 warden afgezien, -V > - f 'i PHN 11.103 14

Een gewijzigde vorm van deze uitvoeringsvorm bestaat in het qua volgorde orrwisselen van de lagen 61 en 62. Onder toepassing van dezelfde processtappen als beschreven aan de hand van de figuren 7a en 7b geeft figuur 8 het eindresultaat van deze omwisseling. De isolerende 5 delen zitten nu vast aan het oppervlak van de beweegbare elektrode 63. Ook in dit geval kan de dielektrische laag 68 gemist worden.

De figuren 9a t/m 9c illustreren een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding. Het substraat bestaat hier uit een glazen steunplaat 70 waarop een 0,2 micron dikke chroomlaag 71 is 10 opgedampt als vaste elektrode. Op de laag is een één micron dikke isolerende laag 72 bestaande uit magnesiumoxyde met 8% aluminiumoxyde opgedampt. Op de laag 72 is vervolgens een 0,03 micron dikke aluminium-laag 73, en een 0,45 micron dikke laag 74 van zilver met 0,5-5 gew.% chroom opgedampt. Via de openingen 76 in de foto-resist laag 75 worden 15 eerst openingen 77 geëtst met een etsmiddel bestaande uit 440 gram Fe (NO^) ^ opgelost in 800 cm ethyleenglycol en tot één liter met water aangevuld. Vervolgens worden met natronloog (10 gram NaOH^liter bij 40°C openingen 78 in de laag 73 geëtst. De dan verkregen situatie is weergegeven in figuur 9a. Via de in lijn gelegen openingen 76, 77 en 20 78 wordt door onderetsen de laag 72 zover weggeëtst dat pilaartjes 80 van ongeveer 2 micron in doorsnede overblijven. Deze situatie is in figuur 9b weergegeven. Het bij dit onderetsen gebruikte etsmiddel bestaat 3 3 uit 500 cm H^POj,· 100 cm aangevuld tot 1 liter met water, terwijl de ets temperatuur ongeveer 65°C bedraagt. Vervolgens wordt 25 gedurende ongeveer één minuut bij 65°C geëtst met een etsmiddel op 3 basis van 500 cm H^PO^ tot 1 liter aangevuld met water. Daarbij wordt de laag 73 geheel weggeëtst terwijl de pilaartjes 80 een afgeronde vorm 81 verkrijgen. Figuur 9c geeft deze situatie weer. De pilaartjes 80 zitten vast aan de vaste elektrode 71 en de dielektrische laag is 30 hier weggelaten. Tenslotte wordt de foto-resistlaag 75 verwijderd.

Bij het opdampen van de laag 72 kan de samenstelling over de dikte van de laag veranderd worden tijdens het opdampproces. Aldus kan ook de ets-gevoeligheid over de dikte van de laag veranderd worden. De laag 72 kan ook bestaan uit SiC^, dat met fluorwaterstof geëtst kan worden. De dicht-35 heid van de laag kan over de dikte gewijzigd worden door de gasdruk tijdens het opdampproces te variëren. Door het in volgorde cmdraaien van de lagen 72 en 73 kan op analoge wijze zoals beschreven aan de hand van figuur 8 een konstruktie verkregen worden waarbij de pilaartjes 80 aan de 8 4 0 2 2 ü 1 r EHN 11.103 15 laag 74 (de beweegbare elektrode) hechten.

Figuur 10 toont in aanzicht een beweegbare elektrode 90 voorzien van verende elementen 91. De openingen 92 zijn volgens, een patroon van groepen van openingen gerangschikt zodat een zogenaamde superstruk-5 tuur ontstaat. Binnen een groep herhalen de openingen zich met een periode p terwijl de groepen zich herhalen met een periode g = np (n>1).

De relatieve afstanden tussen de openingen 92 bepalen nu tezamen met de etssnelheden en etstijden de vorm van het gestruktureerde oppervlak. De hoogte van de aanligpunten zal het grootst zijn bij de met A aangegeven 10 plaatsen, vat minder op de met streeplijnen aangegeven plaatsen tussen, naburige groepen, en het minst op plaatsen gelegen tussen de openingen, die tot eenzelfde groep behoren. Aldus kunnen talloze variaties in de eerder genoemde ¾πrperveerwerking,, worden verkregen.

Hoewel de werkwijze volgens de uitvinding is beschreven aan de 15 hand van uitvoeringsvormen waarbij onderetsing via de opening in de beweegbare elektrode werd uitgevoerd, is zij daartoe niet beperkt. Als masker voor het orideretsen kan uiteraard een willekeurige laag met openingen worden toegepast. Hoewel de uitvinding met bijzonder voordeel kan worden toegepast bij de vervaardiging van weergeef inrichtingen waarbij de veren-20 <3e elementen aan de onttrek van de beweegbare elektroden zitten, zoals beschreven in het Britse octrooi Ito. 1 533 458, is de uitvinding ook toepasbaar bij konstrukties waarin de verende elementen onder de beweegbare elektroden zitten, zoals beschreven in de gepubliceerde Europese octrooiaanvrage No. 85 459.

25 30 35 8402201

Claims (18)

1. Passieve vaaergeefinrichting bevattende een eerste en een tweede steunplaat waarvan ten minste één doorzichtig is, een aantal weergeefelementen. met elk ten minste één vaste elektrode en een ten opzichte van deze elektrode door elektrostatische krachten beweegbaar 5 opgestelde elektrode, welke door middel van een elektrisch isolerende laag van de vaste elektrode gescheiden wordt gehouden, welke beweegbaar opgestelde elektrode van een patroon van openingen is voorzien en twee door aanligvlakken bepaalde eindposities heeft, met het kenmerk, dat de beweegbare elektrode in elk der eindposities tegen een aanligvlak 10 steunt waarvan de oppervlaktestruktuur niet congruent is met die van het aangrenzende oppervlak van de beweegbare elektrode, zodat een eindig aantal aanligpunten wordt gevormd tussen welke het oppervlak van de beweegbare elektrode met enige tussenruimte vrij ligt van het aangrenzende oppervlak van een aanligvlak.

2. Passieve weergeef inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat aan althans één zijde van de beweegbare elektrode de aanligpunten door een zodanig gestruktureerd oppervlak worden gevormd dat zij symmetrisch ten opzichte van de openingen in de beweegbare elektroden zijn gelegen.

3. Passieve weergeef inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het gestruktureerde oppervlak deel uitmaakt van de beweegbare elektrode.

4. Passieve weergeef inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het gestruktureerde oppervlak deel uitmaakt van een aanlig- 25 vlak.

5. Passieve weergeef inrichting volgens een voorgaande conclusie, net het kenmerk, dat het gestruktureerde oppervlak ter plaatse van de genoemde aanligpunten bestaat uit een elektrisch isolerend materiaal.

6. Passieve weergeef inrichting volgens conclusie 5, met het 30 kenmerk, dat het gestruktureerde oppervlak tevens de isolerende laag tussen de beweegbare elektrode en een op een steunplaat aangebrachte vaste elektrode vormt.

7. Passieve weergeef inrichting volgens een voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat de openingen in de beweegbare elektrode volgaas 35 een zich herhalend patroon van groepen van openingen zijn gerangschikt en de aanligpunten tussen de groepen van openingen zijn gelegen.

8. Passieve weergeef inrichting volgens een voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat de beweegbare elektrode bestaat uit een metaal- 8402201 ESN 11.103 17 * legering, in het bijzonder een zilverlegering.

9. werkwijze voor het vervaardigen van een passieve veergeef- . inrichting volgens een voorgaande conclusie, met het kenmerk, dat de merkwijze ter vorming van het gestruktureerde oppervlak de volgende 5 stappen bevat: a) het aanbrengen van een laag van een eerste materiaal op een substraat, b) het op deze laag aanbrengen van een laag van een tweede materiaal, 10 c) het met behulp van een foto-etsmethode uitetsen van een patroon van cpeningen uit de laag van het tweede materiaal, d) het verwijderen van ten minste gedeelten van de laag van het eerste materiaal ter vorming van het gestruktureerde oppervlak door onderetsing via de openingen in de laag van het tweede materiaal.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de laag van het eerste materiaal en/of de laag van het tweede materiaal een over de dikte van de laag of lagen inhomogene samenstelling heeft respektievelijk hebben, welke met een over de dikte van de laag of lagen veranderende etsgevoeligheM gepaard gaat.

11. Werkwijze volgens conclusie 9 of 10, met het kenmerk, dat de laag van het tweede materiaal tevens het materiaal van de beweegbare elektroden vormt en met het etsen van de cpeningen in deze laag tevens een patroon van elektroden wordt uitgeëtst.

12. Werkwijze volgens conclusie 11, met het kennerk, dat voor het 25 onderetsproces etsmiddelen worden gebruikt waarvoor het eerste materiaal een grotere etsgevoeligheid heeft dan het tweede materiaal, zodat een gestruktureerd oppervlak wordt verkregen, dat deel uitmaakt van de beweegbare elektroden.

13. Werkwijze volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de 30 etsgevoeligheid van de laag van het eerste materiaal in de richting naar de laag van het tweede materiaal afneemt.

14. Werkwijze volgens conclusie 11, 12 of 13, met het kenmerk, dat voorafgaand aan het foto-etsproces op de laag van het tweede materiaal een verdere laag van een materiaal wordt aangebracht met 35 soortgelijke eigenschappen als die van de laag van het eerste materiaal, in welke verdere laag vervolgens met behulp van een foto-etsmethode de voor de beweegbare elektroden gewenste vorm en openingen worden geëtst.

15. werkwijze volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de ets- 8402201 PHN 11.103 18 V V gevoeligheid van de laag van het eerste materiaal in de richting naar de laag van het tweede materiaal toeneemt, zodat een gestructureerd oppervlak wordt verkregen dat deel uitmaakt van het substraat.

16. Werkwijze volgens conclusie 11, 12, 13 of 14, net het 5 kenmerk, dat zich tussen het substraat en de laag van het eerste materiaal een laag van een derde materiaal bevindt, welke na vorming van het gestruktureerde oppervlak door middel van een selektief ets-middel wordt verwijderd.

17. iferkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat zich 10 tussen de laag van het eerste materiaal en de laag van het tweede materiaal een laag van een derde materiaal bevindt, welke na vorming van het gestruktureerde oppervlak door middel van een selektief ets-middel wordt verwijderd.

18. Werkwijze volgens één der conclusies 10 tot en met 17, met 15 het kenmerk, dat het genoemde eerste materiaal elektrisch isolerend is. 20 25 30 35 8 4 0 2 2 0 1