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Untersuchungen zu einem hochauflösenden Flächenlichtmodulator mit einstellbarem Profil einer Flüssigkeitsoberfläche zur optischen Musterwiedergabe

 
: Wolter, A.

:
urn:nbn:de:hbz:464-20061017-112627-2 (2.7 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 4bf73656c0630ee2c05a8b52c9d2e8f4
Erstellt am: 20.11.2001


Duisburg, 2001, 136 S. : Ill., Lit.
Duisburg, Univ., Diss., 2001
Deutsch
Dissertation, Elektronische Publikation
Fraunhofer IMS, Außenstelle Dresden ( IPMS) ()
Flächenlichtmodulator; SLM; deformable oilfilm; moving liquid mirror; active matrix; light valve; micromirror array; eidophor; MEMS; MOEMS; optical MEMS; deformierbarer Ölfilm; Aktiv-Matrix-Ansteuerung; Lichtventilmatrix; Mikrospiegelmatrix; Mikromechanik; Mikrosystem

Abstract
Flächenlichtmodulatoren werden seit den Vierzigerjahren in unterschiedlichen Technologien für verschiedene Anwendungsfelder wie Projektionsdisplays, Direkt-Schreiber für photolithographische Prozesse und zur optischen Signalverarbeitung entwickelt. In dieser Arbeit werden Untersuchungen zu einem mikromechanischen Flächenlichtmodulator (FLM, SLM) mit einem deformierbaren Ölfilm als Aktor auf einer verspiegelten Ansteuerschaltung in CMOS-Technologie vorgestellt. Der Ölfilm wird durch die elektrostatische Kraft deformiert, die auf die Oberfläche des Dielektrikums im elektrischen Feld wirkt. Einfallendes Licht wird dann an der Verspiegelung reflektiert und erfährt während der Transmission durch den deformierten Ölfilm eine ortsabhängige Phasenmodulation, die sich mittels einer Schlierenoptik in ein Intensitätsmuster wandeln lässt. Im Rahmen dieser Arbeit ist zum ersten Mal die Ansteuerung eines Ölfilms durch eine CMOS-Schaltung gelungen. Genannt wurde diese neue Flächenlichtmodulator-Technologie moving liquid mirror (MLM). Die Arbeit beschreibt das Design der mikromechanischen Bauelemente, Ergebnisse von Simulationsrechnungen, das Herstellungsverfahren und Messungen an den gefertigten Bauelementen. Diese Bauelemente haben 256x256 Pixel der Größen 16 um und 20 um. Die erreichten Kontraste lagen bei 43:1 in der nullten Ordnung. Graustufen lassen sich mit analogen Spannungswerten erzeugen. Dynamische Messungen zeigten, dass die Aktoren in MLM-Technologie mit Bildwiederholfrequenzen bis 200 Hz betrieben werden können. Beliebige Bildmuster können in die CMOS-Aktiv-Matrix-Schaltung eingeschrieben und in der Oberfläche des Ölfilms abgebildet werden.

 

Spatial light modulators (SLM) have been developed since the 1940s using different fabrication technologies. SLMs can be employed for various applications like projection displays, direct-writing systems for photolithographic processes and optical signal processing. This dissertation gives an overview of the studies on a micromechanical SLM with a deformable oil film as actuator placed on a CMOS-circuit with mirror-layer on top. The oil film deforms due to electrostatic forces at the surface where an electric field is applied. Incident light is transmitted through the deformed oil film and reflected by the mirror layer. The local oil film deformations result in a spatial phase modulation. A simple Schlieren optics can convert the phase modulation into an intensity pattern for image projection. This work presents the first SLM devices with a deformable oil film that is addressed by a CMOS active matrix. This new technology is called moving liquid mirror (MLM). Simulation, design, fabrication and measurements of first devices are described. The devices bear 256x256 pixels of 16um or 20um size. Contrast ratios of 43:1 in the 0th order of diffraction were measured. Gray scaling is possible with analogue voltage levels. Dynamic operation proved the capability of the MLM-actuators to operate at a frame rate of 200Hz. Arbitrary patterns can be loaded into the active-matrix CMOS-circuit with oil film for the projection of intensity images.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-7364.html