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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf elektrostatisch gesteuerte Mikroverschlüsse.
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Elektrostatische Motoren niedriger
Leistung mit kleinen Abmessungen, die für die Benutzung als Betätigen für Anwendungen
in der mikroelektronischen Technologie geeignet sind, um mechanische Vorrichtungen
und dergleichen unter Bedingungen zu betätigen, die Schwingungen ausgesetzt
sind, wie beispielsweise auf dem Kraftfahrzeuggebiet, wurden bereits
früher
hergestellt. Diese elektrostatischen Betätigen benutzen flexible, elektrisch
leitende Platten, auch bekannt als Cilia oder Blättchen, jede mit einem Ende
mit einem Stator verbunden und mit dem anderen Ende zu einem Bewegungsübertrager
nächstgelegen.
Das Anlegen von Spannungsimpulsen zwischen den Blättchen und
einer mit dem Übertrager verbundenen
Elektrode ruft einen elektrostatischen Effekt hervor, der bewirkt,
daß die
Blättchen
an dem Übertrager
anhaften, was dazu führt,
daß sich
letzterer relativ zum Stator bewegt.
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Ein Betätigen des oben angegebenen
Typs ist beispielsweise beschrieben in „Prospects of the Employment
of Synchrotron Radiation in film electrostatic actuator technology" von V. L. Dyatloc,
V. V. Konyaskin, B. S. Potopov und Yu. A. Pyankov, Nuclear Instruments
and Methods in Physics Research, A359 (1995), Seiten 394–394.
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Vorrichtungen mit elektrostatisch
gesteuerten Cilia wurden in der Vergangenheit auch vorgeschlagen,
um Verschlüsse
bei Beleuchtungs- und Betrachtungsvorrichtungen zu realisieren.
Ein Mikroverschluß dieses
Typs wurde beispielsweise in der italienischen Patentanmeldung TO98A001029
vorgeschlagen, die vom gleichen Anmelden eingereicht wurde und am
Anmeldetag dieser Anmeldung noch unveröffentlicht ist. Die früher vorge schlagene
Vorrichtung beinhaltet einen einzelnen, elektrostatisch gesteuerten
Mikroverschluß,
welcher aufweist:
einen feststehenden Träger, einschließlich eines Substrates
in Form einer dünnen
Platte,
eine Elektrode, gebildet aus einer dünnen Folie
elektrisch leitenden Materials, die auf eine Seite der dünnen Platte
aufgebracht ist, die das Substrat bildet,
eine dielektrische
oder ferroelektrische leitende Folie, die über der Folie aufgebracht ist,
die die genannte Elektrode bildet, und
ein bewegliches Blättchen,
gebildet aus einer dünnen Folie
eines Materials, das elektrisch leitend und elastisch verformbar
ist, wobei lediglich der Teil an einem Ende starr mit der genannten
isolierenden Folie verbunden ist,
wobei das genannte Blättchen einen
unverformten Ruhezustand besitzt, wo lediglich der genannte Teil an
einem Ende in Berührung
mit dem betreffenden Substrat ist, während der Rest des Blättchens
gekrümmt
ist, so daß er
vom Substrat weg angehoben ist, und eine wirksame, verformte Position,
bei der aufgrund des elektrostatischen Effektes infolge des Anlegens
einer elektrischen Spannung zwischen die genannte Elektrode und
das genannte Blättchen
dieses Blättchen
völlig
an der isolierenden Folie anhaftet, wobei das genannte Blättchen bereit
ist, in die genannte unverformte Ruheposition unter der Wirkung seiner
Eigenelastizität
zurückzukehren,
wenn die Spannung zwischen der genannten Elektrode und dem genannten
Blättchen
entfernt wird.
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Ziel dieser Erfindung ist es, eine
Matrix aus elektrostatisch gesteuerten Mikroverschlüssen des oben
beschriebenen Typs zu realisieren, bei der die die Matrix bildenden
Mikroverschlüsse
einzeln oder in Gruppen gesteuert werden können und die einen hohen Füllfaktor
aufweist, d. h. ein hohes Ver hältnis zwischen
der Fläche,
durch die Licht hindurchtreten kann, wenn jeder Mikroverschluß offen
ist, und der Gesamtfläche
der Vorrichtung.
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Um dieses Ziel zu erreichen, ist
Gegenstand der Erfindung eine Matrix aus Mikroverschlüssen mit einem
hohen Füllfaktor,
dadurch gekennzeichnet, daß sie
eine Anzahl von Mikroverschlüssen
aufweist, die in einer Matrix mit Reihen und einer oder mehreren
Spalten, wobei jeder Mikroverschluß aufweist:
- – einen
feststehenden Träger
mit einem Substrat in Form einer dünnen Platte,
- – eine
Elektrode, gebildet aus einer dünnen
Folie elektrisch leitenden Materials, die auf eine Seite der dünnen Platte
aufgebracht ist, die das Substrat bildet, und
- – ein
bewegbares Blättchen,
gebildet aus einer dünnen
Folie elektrisch leitenden und elastisch verformbaren Materials,
das nur mit dem an einem Ende befindlichen Teil starr mit der genannten
isolierenden Folie verbunden ist,
- – wobei
das genannte Blättchen
einen unverformten Ruhezustand, wo lediglich der genannte Teil an
einem Ende mit dem betreffenden Substrat in Berührung ist, während der
Rest des Blättchens gekrümmt ist,
so daß er
von dem Substrat weg angehoben ist, sowie eine verformte Betriebsposition
besitzt, in der aufgrund der elektrostatischen Wirkung nach Anlegen
einer elektrischen Spannung zwischen die genannte Elektrode und
das genannte Blättchen,
dieses Blättchen
vollständig an
der isolierenden Folie anhaftet, wobei das genannte Blättchen bereit
ist, in die genannte unverformte Ruheposition unter Wirkung seiner
Eigenelastizität
zurückzukehren,
wenn die Spannung zwischen der genannten Elektrode und dem genannten
Blättchen
entfernt wird, und wobei die genannten Mikroverschlüsse in in
Ab ständen
befindlichen Reihen, eine über
der anderen, angeordnet sind, wobei bei jeder Reihe die Substrate
der Mikroverschlüsse
in gemeinsamen Ebenen liegen und zu den Substraten der Mikroverschlüsse der benachbarten
Reihen parallel sind.
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Dank der oben beschriebenen Anordnung lassen,
wenn die Mikroverschlüsse
sämtliche
in ihren Betriebspositionen sind, sie die Räume zwischen den parallelen
Reihen von Mikroverschlüssen
vollständig offen,
um zu ermöglichen,
daß Licht
hindurchtritt, und so bleibt die gesamte durch die Matrix eingenommene
Fläche
im wesentlichen für
den Durchtritt von Licht durchlässig,
ausgenommen die Zonen, die durch die Substrate der verschiedenen
Reihen besetzt sind, welche, weil sie in Ebenen angeordnet sind,
die parallel zur Richtung sind, in der die Lichtstrahlen hindurchtreten,
einen minimalen Querschnitt darstellen, der Licht blockiert. Kein
zusätzliches
Medium braucht durch den für
das Licht offenen Teil hindurch zu treten, außer demjenigen, welches übertragen
wird (Luft, Vakuum,.....).
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Die dünne Platte, die das Substrat
jedes Mikroverschlusses bildet, kann aus Silizium, Glas, Kunststoff
oder einem metallischen Material gefertigt sein. Bei Benutzung einer
einzigen Reihe von Mikroverschlüssen,
könnte
die Stärke
des Substrates wenige Millimeter betraten. Im Falle, daß es gewünscht ist,
eine Mikroverschluß-Matrix
herzustellen, die einen hohen Füllfaktor
besitzt, muß die
Stärke
des Substrates wesentlich geringer sein, beispielsweise in der Größenordnung
von 20–40
Mikron.
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Die Schicht leitenden Materials,
die die Elektrode bildet, wird auf das Substrat durch Aufdampfen, Spin-Beschichtung,
Siebdrucken oder Tauchen aufgebracht und besitzt eine Dicke von
wenigen 10 oder 100 Nanometern. Die dielektrische oder ferroelektrische,
isolierende Schicht kann eine Stärke besitzen, die
zwischen 0,1 Mikron und wenigen 10 Mikron variiert. Diese Schicht
kann ebenfalls durch Siebdrucken, Vakuumbedampfung, Spin-Beschichtung, Tauchen
oder, im Fall von Silizium, durch Oxydation erhalten werden.
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Die Stärke der metallischen Folie,
die das Blättchen
bildet, kann von wenigen Bruchteilen eines Mikron bis zu mehreren
Mikron reichen. Das Blättchen
könnte
auch aus Silizium oder einem metallisierten Kunststoffmaterial gebildet
sein.
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Die Mikroverschluß-Matrix kann mit elektrischer
Energie versorgt werden, indem Mittel benutzt werden, die geeignet
sind, um die verschiedenen Mikroverschlüsse individuell zu steuern.
Das Aufteilen kann sowohl bewirkt werden, indem die Blättchen einer
einzelnen Linie elektrisch getrennt werden, als auch dadurch, daß die Elektroden,
die mit den verschiedenen Blättchen
verbunden sind, elektrisch getrennt werden.
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Zusätzliche Eigenheiten und Vorteile
der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen,
die lediglich als nicht einschränkendes Beispiel
beigefügt
sind und in denen:
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1 eine
schematische Perspektive einer Mikroverschluß-Matrix gemäß der Erfindung
ist,
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2 eine
Seitenansicht der Matrix von 1 ist,
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3 eine
Seitenansicht wie in 2 ist,
die jedoch die Matrix in unterschiedlichem Betriebszustand zeigt,
und
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4 und 5 vergrößerte Schnittansichten eines
einzelnen Mikroverschlusses in dem Betriebszustand von 2 bzw. von 3 sind.
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Bezüglich der Zeichnungen bezeichnet
die Zahl 1 eine Matrix aus Mikroverschlüssen 2 als Ganzes,
wobei diese in einer Anzahl von in Abständen voneinander befindlichen
Reihen angeordnet sind, eine über
der anderen, wobei die Träger 4 der
Mikroverschlüsse
jeder Reihe parallel zu den Trägern 4 der Mikroverschlüsse 2 der
benachbarten Reihen sind. Unter besonderem Bezug auf 4 weist der einzelnen Mikroverschluß 2 einen
feststehenden Träger 4 einschließlich eines
Substrates 5 in Form einer dünnen Platte, eine Schicht 6,
die als eine Elektrode wirkt, sowie eine isolierende Schicht 7 auf.
Das Substrat 5 ist aus Silizium oder Glas oder einem metallischen
Material oder Kunststoffmaterial gebildet. Die bevorzugte Stärke des
Substrates 5 beträgt
20–40 Mikron.
Bei Verwirklichungen mit gerade einer einzelnen Reihe von Mikroverschlüssen könnte diese
Stärke
auch wenige Millimeter betragen. Eine Schicht 6 aus leitendem
Material, wenige 10 oder 100 Nanometer stark und als eine Elektrode
wirkend, ist auf das Substrat 5 durch Bedampfung, Spin-Beschichtung,
Siebdrucken oder Tauchen aufgebracht. Die leitende Schicht wird
anschließend
mit einer dielektrischen oder ferroelektrischen, isolierenden Schicht isoliert,
die eine Stärke
besitzen kann, die zwischen 0,1 Mikron und wenigen 10 Mikron varriert.
Diese Schicht kann ebenfalls durch Siebdrucken, Vakuumbeschichtung,
Spin-Beschichtung,
Tauchen oder, im Falle von Silizium, durch Oxydation erhalten werden.
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Der bewegliche Teil ist aus einem
Blättchen 8 in
Form einer metallischen Folie gebildet, mit einer Stärke, die
von wenigen Bruchteilen eines Mikron bis zu mehreren Mikron reicht.
Das Blättchen 8 könnte auch
aus Silizium oder einem Kunststoffmaterial mit einer metallisierten
Schicht gebildet sein. Ein Ende des Blättchens 8 ist an der
Oberfläche
des feststehenden Trägers 4 befestigt.
Es wird eine metallische Folie 8 verwendet, die in ihrer
unverformten Konfiguration eine gekrümmte Gestalt besitzt, so daß die Folie
in der in 2 und 4 dargestellten, angehobenen Position
verbleibt, nämlich
weg von dem betreffenden, feststehenden Träger 4, bis eine elektrische Spannung
angelegt wird.
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Wie aus 2 zu ersehen ist, befinden sich, wenn
die Mikroverschlüsse 2 in
ihrem unverformten Ruhezustand sind, die betreffenden Blättchen 8 mit ihren
freien Enden in Berührung
mit den Substraten 5 der darüberliegenden Reihe von Mikroverschlüssen. In
diesem Zustand können
daher die Lichtstrahlen L nicht durch die Matrix 1 hindurchtreten.
Die Vorrichtung ist mit einem Mittel 9 ausgerüstet, um
eine elektrische Spannung zwischen jeder Elektrode 4 und
dem betreffenden Blättchen 8 anzulegen.
Das Anlegen einer Spannung ruft einen elektrostatischen Effekt hervor,
der bewirkt, daß jedes
Blättchen 8 an seinem
betreffenden, feststehenden Träger 4 anhaftet
(3). In diesem Zustand
sind die Räume
zwischen benachbarten Reihen von Mikroverschlüssen für den Durchtritt von Lichtstrahlen
L vollständig
offen (3). Da die Substrate 5 so
angeordnet sind, daß ihre
Ebenen zueinander parallel und parallel zur Richtung der hindurchtretenden
Lichtstrahlen sind, wenn sich die Matrix in dem „offenen" Zustand befindet, der in 3 dargestellt ist, blockieren
lediglich die Flächen,
die durch die einzelnen Substrate eingenommen sind, den Durchtritt
von Licht. Da diese Substrate sehr dünn sind, besitzt die Matrix
gemäß der Erfindung
demzufolge ein hohes Verhältnis
zwischen der Fläche,
die den Lichtdurchtritt ermöglicht,
und der Gesamtfläche
der Matrix (Füllfaktor).
Wenn der Spannungsimpuls weggenommen wird, kehrt jeder Mikroverschluß in den
Ruhezustand, der in 4 dargestellt
ist, unter der eingebauten Elastizität der einzelnen Blättchen 8 zurück. Wie
bereits angegeben, kann das Mittel 9 zur Zufuhr von Elektrizität dazu eingerichtet
sein, individuell das Blättchen 8 und/oder Elektroden 6 zu
versorgen, um dadurch die verschiedenen Mikroverschlüsse 2 individuell
oder in Gruppen zu öffnen
und zu schließen
und so sämtliche
Arten gewünschter
Ergebnisse zu realisieren.
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Mikroverschluß-Matrizes, die gemäß den oben
beschriebenen Prinzipien realisiert sind, können mit Vorteil bei verschiedenen
Anwendungen optischer Vorrichtungen eingesetzt werden, beispielsweise
bei optischen Scannern und Display-Vorrichtungen.
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Natürlich könnten, wenn das Prinzip der
Erfindung verstanden ist, die Einzelheiten der Realisierung und
die Formen der Verwirklichung weitgehend gegenüber dem verändert werden, was beschrieben und
beispielhaft dargestellt ist, ohne den Bereich dieser Erfindung
zu verlassen.