DE19624276C2 - Phasenmodulierende Mikrostrukturen für höchstintegrierte Flächenlichtmodulatoren - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf höchstintegrierte Flächenlichtmodulatoren für Lichtventile und insbesondere auf phasenmodulierende Strukturen für die Phasenmodulation von auf die Strukturen einfallendem Licht gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Flächenlichtmodulatoren, welche für Lichtventile eingesetzt werden, werden seit längerer Zeit in Verbindung mit soge­ nannten Schlieren-Abbildungssystemen in Projektoranwendungen oder auch bei der Direktbelichtung von Halbleiterwafern ver­ wendet. Dabei werden elektronische Bildinformationen in ent­ sprechende Phasenmodulationen eines Lichtstrahls umgewan­ delt, welche durch die Flächenlichtmodulatoren erzeugt wer­ den. Das Schlieren-Abbildungssystem wandelt dann die Pha­ senmodulationen des Lichtstrahls in Lichtintensitätsvaria­ tionen an einer Beobachtungsebene um, indem beispielsweise das unmodulierte Licht abgeblockt wird, und das Licht, das auf modulierte Bereiche des Flächenlichtmodulators fällt, durchgelassen wird. Der Modus, bei dem das modulierte Licht zu der Beobachtungsebene gelangt, wird positiver Modus ge­ nannt. Ist das Schlieren-Abbildungssystem derart angeordnet, daß lediglich das unmodulierte Licht zu der Beobachtungs­ ebene gelangt und das modulierte Licht abgeblockt wird, ar­ beitet die gesamte Belichtungsanordnung im sogenannten Nega­ tivmodus.

Zum besseren Verständnis des Anwendungsbereichs der vorlie­ genden Erfindung wird nachfolgend kurz auf ein Schlieren-Ab­ bildungssystem, bei dem ein bekannter Flächenlichtmodulator verwendet wird, eingegangen. Diese bekannte Belichtungsvor­ richtung ist in der WO 91/17483 offenbart.

Eine Lichtquelle, die oft als Laser ausgeführt ist, sendet Licht über eine Strahlaufweitungsoptik und eine Fokussie­ rungsoptik auf eine Balkenspiegelanordnung, welche das Licht durch ein Schlieren-Objektiv hindurch auf einen Flächen­ lichtmodulator reflektiert. Abhängig davon, ob ein Bildele­ ment des Flächenlichtmodulators angesteuert ist oder nicht, wird Licht, das von dem Flächenlichtmodulator reflektiert wird, entweder durch das Schlieren-Objektiv wieder auf die Balkenspiegelanordnung reflektiert oder das Licht gelangt an derselben vorbei in ein Projektionsobjektiv, welche dieses Licht dann auf eine Beobachtungsebene abbildet. In dieser Beobachtungsebene kann beispielsweise ein zu belichtender Wafer positioniert sein.

Wie bereits oben angemerkt wurde, kann die gesamte Schlie­ ren-Abbildungsanordnung entweder das Licht auf die Beobach­ tungsebene abbilden, das durch den Flächenlichtmodulator moduliert worden ist, d. h. entsprechend dem Positivmodus, oder die optische Anordnung kann das Licht, das von dem Flächenlichtmodulator nicht moduliert worden ist, auf die Beobachtungsebene abbilden, was dem Negativmodus entspricht, wobei das modulierte Licht von der Beobachtungsebene abge­ blockt wird und beispielsweise zurück in die Lichtquelle re­ flektiert wird.

Bei der Belichtungsvorrichtung, die in der WO 91/17483 be­ schrieben ist, wird ein Flächenlichtmodulator verwendet, der eine viskoelastische Steuerschicht aufweist, die in Richtung zu dem Schlieren-Objektiv hin von einer reflektierenden Oberfläche abgeschlossen ist, welche beispielsweise ein Me­ tallfilm sein kann. Der Flächenlichtmodulator weist ferner eine sogenannte aktive Adressierungsmatrix aus, die aus ei­ ner monolithisch integrierten Anordnung von MOS-Transisto­ ren, welche auch aktive CMOS-Matrix genannt wird, mit zuge­ ordneten Steuerelektrodenpaaren gebildet sein kann. Jedem Bildelement oder Oberflächenbereich der reflektierenden Oberfläche des Lichtmodulators sind zwei Transistoren mit einem oder mehreren Elektrodenpaaren zugeordnet, die jeweils ein Diffraktionsgitter mit einer oder mehreren Gitterperio­ den mit der viskoelastischen Schicht und ihrer reflektieren­ den Oberfläche bilden.

Wie es in dem Artikel mit dem Titel "Deformation behaviour of thin viscoelastic layers used in an active-matrix­ adressed spatial light modulator, SPIE, Bd. 1018, Electro- optic and magneto-optic materials" (1988) beschrieben ist, sind für Verformungsamplituden der viskoelastischen Steuer­ schicht im Bereich von 0,1 µm Spannungen von mindestens etwa ±10 Volt notwendig. Somit müssen die Transistoren der akti­ ven Matrix mindestens eine Spitze-zu-Spitze-Spannung von 20 V oder mehr aushalten. Viele herkömmliche MOS-Bauelemente besitzen jedoch eine maximale Betriebsspannung von nur etwa 12 V. Daher ist es nicht möglich, bei derartigen Lichtmodu­ latoren herkömmliche, preisgünstige CMOS-Bauelemente zu ver­ wenden. Stattdessen benötigen bekannte Lichtmodulatoren mit einer viskoelastischen Schicht speziell dotierte Transisto­ ren, damit ausreichende Durchbruchsspannungen erreicht wer­ den können.

Aus dem U.S Patent Nr. 4,728,185 ist ein Flächenlichtmo­ dulator bekannt, dessen reflektierende Oberfläche aus einer Vielzahl von elektrisch adressierbaren, mikromechanischen Hebelbalken besteht.

Die JP-A-4 350 819 offenbart eine Variable-Phase-Platte, die eine Phasendifferenz mit guter Reproduzierbarkeit und guter Steuerbarkeit erzeugt. Die Variable-Phase-Platte umfaßt ein inneres Dielektrikum in Schichtform, das mittels eines ela­ stischen Materials in einem entsprechend großen Loch in ei­ nem äußeren Dielektrikum befestigt ist. Beide Hauptoberflä­ chen des inneren Dielektrikums sind mit einer ersten bzw. zweiten Elektrode beschichtet, wobei ebenfalls beide Haupt­ oberflächen des äußeren Dielektrikums mit einer ersten bzw. einer zweiten Elektrode beschichtet sind. Die Elektroden sind Licht-transmittierende Leiterschichten, an die jeweils ein Potential angelegt werden kann. Wird eine bestimmte Spannungsdifferenz an die Elektroden, die auf den Ober­ flächen des inneren Dielektrikums angebracht sind, angelegt, so wird die Dicke des inneren Dielektrikums verändert. Wird keine oder eine andere Spannungsdifferenz an die Elektroden, die auf den Oberflächen des äußeren Dielektrikums angebracht sind, angelegt, so wird die Phase von Licht, das durch das innere Dielektrikum läuft, von der Phase des Lichts, das durch das äußere Dielektrikum läuft, abweichen. Das elasti­ sche Material, das das innere Dielektrikum mit dem äußeren Dielektrikum verbindet, dient dazu, unterschiedliche Dicken des inneren Dielektrikums und des äußeren Dielektrikums zu­ zulassen.

Die DE-AS 12 91 416, auf die der Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 zurückgeht, lehrt einen optischen Phasenmodulator, der eine erste, reflektierende Elektrode aufweist, die auf einem Registrierstreifen aufgebracht ist. Über der ersten Elektrode ist eine piezoelektrische Schicht angeordnet, auf deren von der ersten Elektrode abgewandten Oberfläche eine zweite, transparente Elektrode angebracht ist, die wiederum zur Lichteinfallsrichtung hin von einem durchsichtigen Sub­ strat bedeckt ist. Durch Anlegen einer Spannung an verschie­ dene Teile der ersten Elektrode mittels des Registrierstrei­ fens werden die Dicken der Teile der piezoelektrischen Schicht entsprechend verändert. Hierdurch hat Licht, das durch einen Teil der piezoelektrischen Schicht, an den eine Spannung angelegt ist, läuft, von der ersten Elektrode re­ flektiert wird, und wieder durch den einen Teil der piezo­ elektrischen Schicht zurückläuft, einen Phasenunterschied zu Licht, das durch einen anderen Teil der piezoelektrischen Schicht, an den eine andere Spannung angelegt ist, läuft, von der ersten Elektrode reflektiert wird und wieder durch den anderen Bereich der piezoelektrischen Schicht zurück­ läuft, da die Dicken der Teile der piezoelektrischen Schicht, an die unterschiedliche Spannungen angelegt sind, unterschiedlich sind.

Das US Patent Nr. 4,660,938 offenbart ein Lichtventil, das ein feines Beugungsgitter aufweist, das auf einer transpa­ renten Elektrode gebildet ist, wobei die Tiefe von Rillen des Beugungsgitters derart ausgelegt ist, daß die optische Weglänge von Licht mit einer gegebenen Wellenlänge, das durch die Räume zwischen den einzelnen Beugungsgitterbalken läuft, sich ungeradzahlig bezüglich der halben Wellenlänge von der optischen Weglänge des Lichts unterscheidet, das durch das Beugungsgitter läuft. Der transparenten Elektrode gegenüberliegend ist eine weitere transparente Elektrode angeordnet, wobei sich in einem Raum zwischen den beiden Elektroden sowohl Luft als auch eine transparente Flüssig­ keit befinden. Wird an die zwei Elektroden eine Spannung angelegt, so wird ein elektrisches Feld erzeugt, das die Flüssigkeit in die Räume zwischen den Beugungsgitterbalken zieht, wodurch die optische Weglänge von Licht, das durch diese Räume läuft, verändert wird. Da die anfängliche Dif­ ferenz der optischen Weglänge zwischen Licht, das durch die Beugungsgitterbalken läuft, und Licht, das durch die Räume zwischen denselben läuft, verändert ist, existiert nicht länger eine Auslöschung benachbarter Lichtstrahlen, wodurch Licht durch die Beugungsgitterstruktur laufen kann. Das Lichtventil wird somit bei keiner angelegten Spannung im wesentlichen kein Licht transmittieren, während bei ange­ legter Spannung aufgrund der nun abweichend angeordneten Flüssigkeit Licht durch die Struktur transmittiert wird.

Das US Patent Nr. 3,560,955 offenbart ein optisches Element mit einer Schicht aus einem isotropen transparenten Ma­ terial, das in der Lage ist, eine Doppelbrechung aufzuwei­ sen, wenn es unter eine Belastung gestellt wird. Die Bela­ stung kann durch eine Mehrzahl von belastungserzeugenden Elementen erreicht werden, die im wesentlichen gleichmäßig auf der Schicht verteilt sind, wobei die belastungserzeu­ genden Elemente elektrostriktive und magnetostriktive Ma­ terialien aufweisen können und wirksam mit einer Einrichtung verbunden sind, um vorbestimmte Mengen an Belastungen an die Schicht steuerbar anzulegen. Das transparente isotrope Ma­ terial, das unter einer Belastung eine Doppelbrechungseigen­ schaft aufweist, ist zwischen einem Polarisationssieb und einem Analysiersieb angeordnet. Ebenfalls zwischen dem Po­ larisationssieb und dem Analysiersieb sowie an das isotrope Material angrenzend ist ein elektrostriktiver Wandlerbalken 18 angeordnet, von dem zwei Seiten mit einer Strom-leitenden dünnen Metallbeschichtung beschichtet sind, welche Elektro­ den bilden, an die eine Spannung angelegt werden kann, um den elektrostriktiven Wandlerbalken zu verformen, um eine Belastung auf das isotrope Material ausüben zu können, damit dasselbe doppelbrechend wird. Wenn das isotrope Material doppelbrechend wird, kann die Farbe von Licht, das durch das Analysiersieb transmittiert wird, verändert werden.

Die GB 15 96 649 lehrt eine Einrichtung zur optischen Pha­ senmodulation. Diese Einrichtung umfaßt einen Quarzkristall, der zwei Licht-transmittierende Endabschnitte aufweist, durch die Lichtstrahlen laufen. Auf dem Quarzkristall befin­ den sich zwei Paare von Elektroden neben den Endabschnitten desselben. Werden an den Elektroden geeignete Spannungen an­ gelegt, so wird eine Schwingung des Quarzkristalls erreicht, wobei derselbe gebogen wird, um Lichtstrahlen, die durch seine Enden laufen, einer Phasenmodulation zu unterziehen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Struktur für die Phasenmodulation von auf die Struktur ein­ fallendem Licht sowie einen Flächenlichtmodulator, der ein Array von solchen Strukturen umfaßt, zu schaffen, welche ei­ nen kleinen Leistungsverbrauch zeigen und eine Miniaturi­ sierung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch eine Struktur für die Phasenmodula­ tion von auf die Struktur einfallendem Licht gemäß Anspruch 1 sowie durch einen Flächenlichtmodulator gemäß Anspruch 13 gelöst.

Die Erfindung verwendet den Effekt, daß ein Dielektrikum in das Feldgebiet einer spannungsbeaufschlagten Kondensatoran­ ordnung gezogen wird, bis die Kapazität maximiert ist, bzw. bis das Luftvolumen des Kondensators mit dem Dielektrikum gefüllt ist, wie es nachfolgend bezugnehmend auf die Fig. 1a und 1b detaillierter beschrieben wird.

Besonders durch die Verwendung eines flüssigen Dielektrikums auf einem Spiegel ist es möglich, mit kleinen Spannungen ausreichende Phasenmodulationen eines auf die phasenmodulie­ rende Struktur gemäß der Erfindung einfallenden Lichts zu erzeugen, wodurch es möglich wird, den Flächenlichtmodula­ tor, der die erfindungsgemäßen phasenmodulierenden Struktu­ ren verwendet, mit Hilfe einer aktiven CMOS-Matrix anzusteu­ ern. CMOS-Bauelemente sind preisgünstig, weisen einen sehr niedrigen Leistungsverbrauch auf und sind höchstintegriert herstellbar.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die zum Erzeugen einer bestimmten Phasenmodulation erforderli­ chen Spannungen mit kleiner werdenden Strukturen ebenfalls abnehmen, weswegen beispielsweise thermische Verlustleistun­ gen bei höchstintegrierten Lichtventilen gemäß der vorlie­ genden Erfindung klein sind, und weswegen bei kleineren Strukturen gleichzeitig auch kleinere Transistoren für die Steuerung der kleineren Spannungen verwendet werden können. Das heißt, daß die erfindungsgemäßen Strukturen ein gutar­ tiges Skalierverhalten aufweisen.

Ferner ermöglichen phasenmodulierende Strukturen gemäß der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer aktiven CMOS-Matrix eine weitreichende Miniaturisierung des Flächen­ lichtmodulators, wodurch kleinste Bildelementflächen bei gleichzeitig extrem großen Bildelementzahlen (10⁶-10⁹) mög­ lich sind. Die zu erreichenden Phasenmodulationen des Lichts durch die Bildelemente liegen vorzugsweise im Bereich von Null bis π, wobei jedoch auch größere Phasenmodulationen möglich sind.

Die Miniaturisierung der Flächenlichtmodulatoren ist insbe­ sondere darin vorteilhaft, daß beispielsweise bei der Di­ rektbelichtung von Halbleiterwafern auf aufwendige und ver­ lustreiche, stark verkleinernde optische Anordnungen ver­ zichtet werden kann, da die Abmessungen der erreichbaren Flächenlichtmodulatoren bereits in die Größenordnungen bei­ spielsweise eines zu belichtenden Wafers gebracht werden können.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeich­ nungen detaillierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a und 1b eine graphische Darstellung des Effekts, der der phasenmodulierenden Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung zugrundeliegt;

Fig. 2 eine Darstellung des Zustandekommens der Phasenmodu­ lation des Lichts bei senkrechtem Lichteinfall;

Fig. 3 eine Draufsicht eines Arrays von phasenmodulierenden Strukturen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4 eine Schnittansicht des Arrays von phasenmodulieren­ den Strukturen aus Fig. 3;

Fig. 5 eine Draufsicht eines Arrays von phasenmodulierenden Strukturen gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 eine Schnittansicht des Arrays von phasenmodulieren­ den Strukturen aus Fig. 5;

Fig. 7a und 7b eine schematische Darstellung der Wirkungsweise des Arrays von phasenmodulierenden Strukturen aus Fig. 5;

Fig. 8 eine schematische Darstellung der Wirkung einer Kor­ rekturlinsenanordnung, die über dem Array von pha­ senmodulierenden Strukturen angebracht ist;

Fig. 9 eine Draufsicht eines Arrays von phasenmodulierenden Strukturen gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 10 einen Querschnitt des Arrays von phasenmodulierenden Strukturen von Fig. 9.

Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Effekt, daß ein Dielektrikum in das Feldgebiet einer Kondensatoranordnung angezogen wird, bis die Kapazität maximiert ist, bzw. bis das Luftvolumen des Kondensators mit dem Dielektrikum so weit als möglich gefüllt ist. Dies sei anhand der einfachen Anordnung in den Fig. 1a und 1b erläutert.

In den Fig. 1a und 1b befinden sich ein Gefäß 10 und ein Plattenkondensator 12. Der Abstand der beiden Platten des Plattenkondensators ist mit d bezeichnet. In Fig. 1a ist keine Spannung an dem Plattenkondensator angelegt (U = 0). Ein in dem Gefäß vorhandenes flüssiges Dielektrikum 14 weist zwischen den Platten des Plattenkondensators und außerhalb der Platten des Plattenkondensatots denselben Flüssigkeits­ pegel auf. Lediglich direkt an den beiden Platten des Plat­ tenkondensators sowie an der Gefäßwand ist der Pegel des flüssigen Dielektrikums 14 aufgrund der Oberflächenspannung und der Kapillarität der Flüssigkeit etwas erhöht.

Wird nun eine Steuerspannung U_S an die Elektroden des Plat­ tenkondensators 12 angelegt, so steigt aufgrund des erwähn­ ten Effektes der Flüssigkeitspegel zwischen den Kondensa­ torplatten gegen die Schwerkraft über den durch die Kapil­ larität gegebenen Pegel (Fig. 1a) an. Der Unterschied des Flüssigkeitspegels zwischen dem Fall, bei dem die angelegte Spannung 0 ist, und dem Fall, bei dem die angelegte Spannung U_S ist, ist mit Δh bezeichnet. Es sei angemerkt, daß dieser Effekt nicht nur bei einem flüssigen Dielektrikum auftritt, sondern daß das Dielektrikum beispielsweise auch ein Fest­ körper oder ein Gas sein kann.

Folgendes Beispiel soll anhand von Zahlenwerten einen Ein­ druck über die vorhandenen Größenordnungen vermitteln. Ver­ wendet man beispielsweise als geeignetes flüssiges Dielek­ trikum 14 Siliconöl, das eine Dichte von etwa 1 g/cm³ und eine Dielektrizitätskonstante ∈_r von etwa 2,5 aufweist, so steigt der Flüssigkeitspegel zwischen den Kondensatorplatten um etwa 1 µm, wenn der Plattenabstand des Plattenkondensa­ tors 25 µm beträgt, und an die Platten des Plattenkondensa­ tors eine Spannung von 1 V angelegt wird. Allgemein ausge­ drückt ist der Flüssigkeitspegelunterschied proportional zu U²/d², wobei d der Plattenabstand und U die Spannung an dem Plattenkondensator ist.

Fig. 2 zeigt das Zustandekommen einer Phasenmodulation von Licht aufgrund einer Pegeländerung des flüssigen Dielektri­ kums 14. In Fig. 2 befindet sich unter dem flüssigen Dielek­ trikum 14 mit dem Brechungsindex n₁ ein Spiegel 16. Über dem flüssigen Dielektrikum 14 befindet sich ein anderes Dielek­ trikum 18 mit dem Brechungsindex n₀, das beispielsweise Luft sein kann. Die linke Hälfte der Fig. 2 entspricht Fig. 1a, d. h. es existiert in dem flüssigen Dielektrikum 14 kein elektrisches Feld. Die rechte Hälfte von Fig. 2 entspricht Fig. 1b, d. h. der Pegel des flüssigen Dielektrikums 14 ist aufgrund eines in dem flüssigen Dielektrikum 14 vorhandenen elektrischen Feldes erhöht.

Es werden zwei näherungsweise senkrecht einfallende Licht­ strahlen 20a bzw. 20b verglichen, die sich in Bereichen mit unterschiedlichen Flüssigkeitspegeln ausbreiten, wobei sie an dem Spiegel 16 in einem Punkt E bzw. E' reflektiert wer­ den und dann wieder durch die Dielektrika mit den Brechzah­ len n₁ und n₀ zurücklaufen. Die beiden Strahlen legen auf dem Weg von A nach B bzw. von A' nach B' aufgrund des Pegel­ unterschiedes Δh unterschiedliche optische Wege zurück. Die­ ser Unterschied der optischen Wege manifestiert sich in ei­ nem Phasenunterschied der beiden Lichtstrahlen 20a und 20b von:

ΔΦ= 4π . (n₀-n₁) . Δh/λ

λ stellt in dieser Gleichung die Wellenlänge des einfallen­ den Lichts dar. Bei einer Flüssigkeit mit n₁ = 1,4 (bei­ spielsweise Siliconöl) wird für eine Phasenmodulation von π, d. h. λ/2, ein Pegelunterschied von Δh = λ/1,6 benötigt. An­ ders ausgedrückt verlängert ein in dem flüssigen Dielektri­ kum 14 vorhandenes elektrisches Feld den optischen Weg eines Lichtstrahls aufgrund des oben beschriebenen Effekts. Damit ist es möglich, mit einer Anordnung gemäß Fig. 1a und 1b die Phase von einfallendem Licht als Reaktion auf eine elektri­ sche Spannung zu modulieren.

In Fig. 3 ist ein Flächenlichtmodulator 30 gemäß einem ar­ sten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in der Draufsicht dargestellt, während Fig. 4 diesen Flächenlicht­ modulator 30 im Querschnitt entlang der Linie A-A in Fig. 3 darstellt. Der Ausdruck "Draufsicht" bzw. der Ausdruck "oben" beziehen sich in dieser Anmeldung lediglich auf die Richtung, aus der Licht auf einen Flächenlichtmodulator 30 einfällt. Bei der Draufsicht in Fig. 3 fällt das Licht dem­ nach von oben auf die Zeichenebene. Die obere Seite der Struktur 30 ist die Seite, auf die das einfallende Licht 32 auftrifft.

Wie in Fig. 3 und Fig. 4, die ein Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 3 ist, zu sehen ist, besteht der Flächen­ lichtmodulator 30 aus einer Mehrzahl von phasenmodulierenden Strukturen 34, die jeweils einzelne Bildelemente des Flä­ chenlichtmodulators 30 definieren. Die Umrisse der einzelnen phasenmodulierenden Strukturen 34 sind in Fig. 3 schematisch durch die strichpunktierten Linien angedeutet. Diese strich­ punktierten Linien haben für die Konstruktion des Flächen­ lichtmodulators 30 keine Relevanz, sie dienen lediglich zur Veranschaulichung der phasenmodulierenden Strukturen 34.

Anhand von Fig. 4 ist nachfolgend eine einzelne phasenmodu­ lierende Struktur 34 beschrieben. Das einfallende Licht 32 trifft zuerst auf ein flüssiges Dielektrikum 36 auf. Dieses flüssige Dielektrikum 36 befindet sich auf einer dünnen di­ elektrischen Schicht 38, die sich auf einem Spiegel 40 be­ findet. Bei diesem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind der Spiegel 40 sowie eine Elektrode 41, die auch als Spiegelelektrode bezeichnet wird, einstückig ausge­ führt, wobei der Spiegel 40 durch eine geeignete Oberfläche der Elektrode 41 realisiert ist. Der Spiegel 40 und die Elektrode 41 können jedoch auch getrennte Elemente sein.

Zwischen der Spiegelelektrode 41 und einer metallischen Elektrode 42, welche auch als Steuerelektrode bezeichnet wird, befindet sich ein festes Dielektrikum 44, wobei die Steuerelektrode 42, die Spiegelelektrode 41 und das feste Dielektrikum 44 eine Pufferkapazität 46 bilden, deren Kapa­ zitätsbelag über die Dicke und die Dielektrizitätskonstante des festen Dielektrikums 44 eingestellt werden kann.

Die Steuerelektrode 42 befindet sich auf einem Substrat 48, das beispielsweise als CMOS-Aktivmatrix ausgeführt sein kann, und das in der Lage ist, die Steuerelektroden 42 des Flächenlichtmodulators 30, der durch ein Array von phasenmo­ dulierenden Strukturen 34 gebildet ist, mit den nötigen Steuerspannungen wahlfrei und mit ausreichender Auflösung anzusteuern.

Auf der im wesentlichen quadratischen Steuerelektrode, deren Kanten etwas neben den strichpunktierten Linien der phasen­ modulierenden Struktur 34 (Fig. 3) verlaufen, befindet sich in der Mitte ein Stift 50 aus Wolfram oder einem anderen geeigneten elektrisch leitenden Material oder aus einer Kombination der Materialien. Der Stift 50 erstreckt sich durch ein Loch 52 in der Spiegelelektrode 41 und dem Spiegel 40. Das Loch 52 ist in Fig. 3 im wesentlichen quadratisch dargestellt, wobei es jedoch offensichtlich ist, daß sie auch kreisförmig sein kann oder jede andere geeignete Form annehmen kann. Der sich durch das Loch 52 erstreckende Stift 50, der mit der Steuerelektrode 42 in elektrisch leitender Verbindung ist, ist von der Spiegelelektrode 41 durch das feste Dielektrikum 44 und die dünne, dielektrische Schicht 38 elektrisch isoliert.

Durch das planarisierte Dielektrikum 44 und die darauf abge­ schiedene Metallschicht, die die Spiegelelektrode 41 bildet, ist eine Spiegelebene mit hoher Planarität und guter Reflek­ tivität realisiert. Wie bereits angemerkt wurde, isoliert die dünne dielektrische Schicht 38 die Steuerelektrode 42, d. h. den Stift 50, von der Spiegelelektrode 41 und dieselbe sorgt beispielsweise für eine gute Benetzung der Fläche der Spiegelelektrode 40 gegenüber der Steuerelektrode 42 und für eine chemischen Trennung des Spiegels von dem flüssigen Di­ elektrikum, um die Korrosionsfestigkeit der Anordnung zu verbessern. Die Steuerelektrode 42 kann ebenfalls mit einem Dielektrikum überzogen sein.

Das flüssige Dielektrikum 36 befindet sich im Raum oberhalb der dünnen dielektrischen Schicht 38. Über die Oberflächen­ spannung des flüssigen Dielektrikums 36, dessen Dichte und dessen Benetzungseigenschaften mit dem System, das aus dem Spiegel 40, der Spiegelelektrode 41, der dünnen dielektri­ schen Schicht 38 und der Steuerelektrode 42, d. h. dem Stift 50, gebildet ist, und einer eventuellen Passivierung kann die Form des Oberflächenprofils des flüssigen Dielektrikums 36 eingestellt bzw. optimiert werden. Der optisch ideale Zu­ stand des flüssigen Dielektrikums ist durch eine gleich­ mäßige Bedeckung der Fläche des Spiegels 40 durch eine homo­ genen Pegel des flüssigen Dielektrikums 36 gekennzeichnet, falls an der phasenmodulierenden Struktur 34 keine Spannung angelegt ist. Die dielektrische Schicht 38 ist grundsätzlich nicht für die Funktion und Isolation erforderlich. Sie kann jedoch vorteilhaft genutzt werden, um die Benetzung mit der Flüssigkeit und damit die Oberfläche des Flüssigkeitsfilms zu optimieren.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des Flächenlichtmodula­ tors 30 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung anhand der Funktionsweise der phasenmodu­ lierenden Struktur 34 detaillierter erläutert. Die Spiegel­ elektrode 41 liegt vorzugsweise auf einem festen Potential, wie z. B. dem Massepotential. Wird nun an die Steuerelektrode 42 mittels der CMOS-Aktiv-Matrix, die das Substrat 48 der phasenmodulierenden Struktur 34 bildet, eine Spannung U_S angelegt, so wird das flüssige Dielektrikum 36 in den mit Luft gefüllten Feldbereich der aus der Steuerelektrode 42, d. h. dem Stift 50, und der Spiegelelektrode 41 gebildeten Kapazität gezogen.

Fig. 4 zeigt die phasenmodulierende Struktur 34 in dem ange­ steuerten Zustand, d. h. bei einer an der Steuerelektrode 42 angelegten Spannung U_S. Im Gegensatz zu dem Flüssigkeitspro­ fil der beiden phasenmodulierenden Strukturen, die in Fig. 4 ganz links und ganz rechts im nicht angesteuerten Zustand dargestellt sind, weist die phasenmodulierende Struktur 34 ein verändertes Flüssigkeitsprofil 54 auf. Das flüssige Di­ elektrikum 36 lagert sich an dem Stift 50 an, wodurch das Flüssigkeitsprofil 54 weiter entfernt von dem Stift 50 eine Reduktion des Flüssigkeitspegels im Vergleich zum nicht-an­ gesteuerten Zustands aufweist. Es sei angemerkt, daß alle einzelnen phasenmodulierenden Strukturen unabhängig vonei­ nander angesteuert werden können, weswegen die einzelnen Be­ triebsparameter, wie z. B. der Pegel des flüssigen Dielektri­ kums 36 und die Fläche einer phasenmodulierenden Struktur, derart gewählt werden können, daß sich benachbarte phasenmo­ dulierende Strukturen im wesentlichen nicht beeinflussen.

Das auf die angesteuerte phasenmodulierende Struktur 34 ein­ fallende Licht 32 erhält aufgrund der Pegeldifferenz des flüssigen Dielektrikums bzw. aufgrund des Flüssigkeitspro­ fils 54 einer angesteuerten Struktur eine Phasenverschiebung bezüglich des Lichts, das auf eine nicht-angesteuerte pha­ senmodulierende Struktur einfällt. Beim Abschalten der an die Steuerelektrode 42 angelegten Spannung US, d. h. beim Entladen der Kapazität, stellt sich das flüssige Dielektri­ kum 36 unter dem Einfluß der Schwerkraft zurück, wodurch wieder ein im wesentlichen ebenes Flüssigkeitsprofil herge­ stellt ist.

Das in den Fig. 3 und 4 gezeigte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeichnet sich durch einen hohen opti­ schen Füllgrad aus. Der Füllgrad gibt das Verhältnis der op­ tisch aktiven Fläche eines Bildelements zur Gesamtfläche desselben wieder. In diesem Zusammenhang sei darauf hinge­ wiesen, daß Fig. 3 und Fig. 4 nicht maßstabsgerecht gezeich­ net sind, sondern daß die Löcher 52 durch die Spiegelelek­ trode im Vergleich zur Größe eines Bildelements wesentlich vergrößert dargestellt sind. Bei einem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel betragen die Fläche eines Bildelements 10 × 10 µm², der Durchmesser des Stifts 50 0,8 µm und der Durch­ messer des kreisförmigen Lochs 52 1,6 µm. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ergibt sich bei­ spielsweise ein Füllgrad von 98%. Bei einem anderen Ausfüh­ rungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer kleineren Bildfläche von 3 × 3 µm², einem Durchmesser des Stifts 50 von 0,5 µm und einem Durchmesser des Lochs 52 von 1,6 µm ergibt sich ein optischer Füllgrad von 89%.

Bezugnehmend auf Fig. 3, die den Flächenlichtmodulator 30 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung in der Draufsicht darstellt, sei ange­ merkt, daß der Spiegel 40 und die Spiegelelektrode 41 bei dem gesamten Flächenlichtmodulator abgesehen von den einzel­ nen Löchern 52 durchgehend ausgeführt sind. Ferner ist die gesamte Struktur des Flächenlichtmodulators 30, d. h. die mit der dünnen dielektrischen Schicht 38 beschichtete Spiegel­ elektrode 41, von dem flüssigen Dielektrikum 36 durchgehend bedeckt, wobei lediglich die Stifte 50 gewissermaßen als "Inseln" aus der im wesentlichen ebenen Oberfläche des flüs­ sigen Dielektrikums 36 vorstehen, wenn der Flächenlichtmodu­ lator 30 nicht angesteuert ist.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung in der Draufsicht, während Fig. 6 das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung im Quer­ schnitt darstellt. Das zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist dem ersten bevorzugten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist, ähnlich, wobei jedoch, wie es be­ sonders in Fig. 6 zu sehen ist, die dünne dielektrische Schicht 38 und das feste Dielektrikum 44 nicht vorhanden sind. Ferner stehen die Stifte 50 nicht über die durch Spie­ gelelektrodenstreifen 41a, 41b gebildete Ebene hinaus, son­ dern sind mit derselben im wesentlichen bündig. Wie es bei der Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels bereits an­ gemerkt wurde, ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Spiegel 40 durch die Oberfläche der Spiegelelektrodenstrei­ fen 41a, 41b realisiert. Der Spiegel 40 kann jedoch auch von den Spiegelelektrodenstreifen 41a, 41b getrennt ausgeführt sein. Das Substrat 48 sowie das flüssige Dielektrikum 36, das sich bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung auch in die Zwischenräume zwischen der Spie­ gelelektrode 40 und der Steuerelektrode 42 hinein erstreckt, sind in Fig. 6 lediglich aus Darstellungsgründen weggelas­ sen. Es sei angemerkt, daß sowohl das erste Ausführungsbei­ spiel der vorliegenden Erfindung ohne die dünne dielektri­ sche Schicht 38, das feste Dielektrikum 44 und mit bündigen Stiften 50, als auch das zweite Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung mit der dünnen dielektrischen Schicht 38, mit dem festen Dielektrikum 44 und vorstehenden Stiften 50 ausgeführt sein können.

In Analogie zu Fig. 3 sind bei dem Flächenlichtmodulator 56 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Er­ findung wieder die einzelnen phasenmodulierenden Strukturen 34' durch strichpunktierte Linien untereinander abgegrenzt. Ein Quadrat, das durch jeweilige strichpunktierte Linien definiert ist, bildet ein Bildelement. Für Fachleute ist es offensichtlich, daß die einzelnen Bildelemente, d. h. die phasenmodulierenden Strukturen, nicht notwendigerweise qua­ dratisch sein müssen, sondern daß sie jede andere gewünschte Form annehmen können.

Im Unterschied zu Fig. 3 sind längliche Löcher 52' vorhan­ den, die sich in einer Richtung der phasenmodulierenden Struktur 34' länglich erstrecken, wobei sie jedoch kurz vor Beginn des nächsten Bildelements begrenzt sind. Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist jedoch das Loch 52' mit dem Loch 52' der benachbarten phasenmodulierenden Struktur verbunden, wie es in Fig. 5 zu sehen ist. Dies führt dazu, daß die Spiegelelektrode 41, die in Fig. 3 durchgehend ausgeführt ist, in Fig. 5 nicht mehr durchgehend ausgeführt ist, sondern daß die Spiegelelektro­ denstreifen 41a, 41b entstehen, wobei der Spiegelelektroden­ streifen 41a, der sich bezüglich Fig. 5 auf der linken Seite des Lochs 52' befindet, von dem Spiegelelektrodenstreifen 41b, der sich auf der rechten Seite des Lochs 52' befindet, elektrisch isoliert ist. Der Spiegel 40 (Fig. 5) ist aus Übersichtlichkeitsgründen in den Fig. 6 bis 8 nicht extra durch sein Bezugszeichen markiert, da er durch die Oberflä­ che der Spiegelelektrodenstreifen 41a und 41b realisiert ist.

Die elektronische Ansteuerung des zweiten Ausführungsbei­ spiels der vorliegenden Erfindung findet ähnlich zu der elektronischen Ansteuerung des ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung statt. Da nun jedoch die beiden Spiegelelektrodenstreifen 41a, 41b voneinander elektrisch isoliert sind, werden sie jeweils mit einer unterschiedli­ chen fest eingestellten oder steuerbaren Spannung U₀ + ΔU bzw. U₀ - ΔU beaufschlagt. Bei dem Beispiel in Fig. 4 ist der Spiegelelektrodenstreifen 41a mit der Spannung U₀ + ΔU beaufschlagt, während der Spiegelelektrodenstreifen 41b mit der Spannung U₀ - ΔU beaufschlagt ist. Es ist jedoch offen­ sichtlich, daß die Spiegelelektrodenstreifen 41a, 41b auch mit den entgegengesetzten Spannungen beaufschlagt werden können. Die an der Steuerelektrode 42, die mit dem Stift 50, der mit der Ebene der Spiegelelektrodenstreifen bündig ist, angelegte Spannung ist mit U_S bezeichnet. Für Fachleute ist es offensichtlich, daß der Stift 50 mit der Steuerelektrode 42 einstückig ausgeführt sein kann. Die Spannung U_S, die an die Steuerelektrode 42 angelegt wird, weist einen Pegel auf, der zwischen den Spannungspegeln der Spiegelelektrodenstrei­ fen 41a, 41b liegt. Die Steuerelektrode 42 kann demnach mit dem Spannungshub 2ΔU angesteuert werden.

Die Wirkungsweise eines Bildelements gemäß dem zweiten Aus­ führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in den Fig. 7a und 7b dargestellt. In den Fig. 7a und 7b sind mehrere benachbarte phasenmodulierende Strukturen 34' schematisch dargestellt. Die an den Spiegelelektrodenstreifen 41a, 41b anliegenden Potentiale U₀ + ΔU bzw. U₀ - ΔU und die an die Steuerelektroden angelegten Steuerungsspannungen U₀, U₀ - ΔU bzw. U₀ + ΔU sind im unteren Bereich von Fig. 7a und 7b notiert. Es können grundsätzlich alle Spannungen zwischen U₀ - ΔU und U₀ + ΔU an die Elektroden 42 wahlfrei angelegt werden. Die einzelnen phasenmodulierenden Strukturen 34', die jeweils ein Bildelement darstellen, sind wieder durch strichpunktierte Linien definiert. In Fig. 7a sind bei den beiden linken phasenmodulierenden Strukturen 34' elektrische Feldlinien 58 eingezeichnet, die bei den notierten Span­ nungsverhältnissen auftreten.

Bei der phasenmodulierenden Struktur 34' ganz links in Fig. 7a befinden sich alle drei Elektroden 41a, 42, 41b auf un­ terschiedlichen Potentialen, wobei das Potential der Steuer­ elektrode 42 zwischen den Potentialen der beiden Spiegel­ elektrodenstreifen 41a, 41b liegt. Die Spannungsdifferenz von der Steuerelektrode 42 zu den beiden Spiegelelektroden­ streifen 41a, 41b beträgt jeweils ΔU. Über den Elektroden der phasenmodulierenden Struktur 34' ganz links in Fig. 7a ist der sich ergebende Flüssigkeitspegel schematisch ge­ zeichnet. Da die Spannungsdifferenz auf beiden Seiten der Steuerelektrode 42 ΔU beträgt, ergibt sich ein mittlerer Flüssigkeitspegel 60m in diesem Bildelement. Für Fachleute ist es offensichtlich, daß die Darstellung der Flüssigkeits­ pegel schematisch ist. In der Realität gehen die abrupt ge­ zeichneten Flüssigkeitsübergänge von einem Pegel zum näch­ sten kontinuierlich ineinander über.

Bei der phasenmodulierenden Struktur 34', die in der Mitte von Fig. 7a rechts neben der gerade beschriebenen phasenmo­ dulierenden Struktur 34' angeordnet ist, ist zwischen dem Spiegelelektrodenstreifen 41b und der Steuerelektrode 42 keine Spannungsdifferenz vorhanden, da sich beide auf dem gleichen Potential U₀ - ΔU befinden. Da jedoch zwischen dem Spiegelelektrodenstreifen 41a und der Steuerelektrode 42 ei­ ne Spannungsdifferenz von 2ΔU auftritt, laufen alle elektri­ schen Feldlinien 58 in der linken Hälfte der Spiegelelektro­ de 41a ein, was zu einem hohen Flüssigkeitspegel 60h in dem Bereich zwischen der Steuerelektrode 42 und dem Spiegelelek­ trodenstreifen 41a führt. Da zwischen dem Spiegelelektroden­ streifen 41b und der Steuerelektrode 42 kein Spannungsunter­ schied vorhanden ist, wird der Pegel des flüssigen Dielek­ trikums 36 nicht beeinflußt und es ergibt sich ein niederer Flüssigkeitspegel 60n.

Bei der phasenmodulierenden Struktur 34' in Fig. 7a ganz rechts ist der Fall gezeigt, bei dem die Steuerspannung U₀ + ΔU beträgt. Die Verteilung des elektrischen Feldes 58, das hier nicht mehr gezeichnet ist, ist analog zu dem gerade be­ schriebenen Fall, was sich in den Flüssigkeitspegeln 60n und 60h wiederspiegelt.

Zur Veranschaulichung des Umschaltens der Steuerspannung um den Spannungshub 2ΔU sind die drei benachbarten phasenmodu­ lierenden Strukturen, die gerade beschrieben wurden, in Fig. 7b nochmals dargestellt, wobei die Spannungsverhältnisse bei der linken und bei der rechten phasenmodulierenden Struktur im Vergleich zu Fig. 7a unverändert sind, die Steuerspannung der mittleren phasenmodulierenden Struktur in Fig. 7b jedoch von U₀ - ΔU auf U₀ + ΔU umgeschaltet worden ist. Als Reak­ tion auf das Umschalten der Steuerspannung um den Spannungs­ hub 2ΔU haben sich die Flüssigkeitspegel über der mittleren phasenmodulierenden Struktur entsprechend den neuen Span­ nungsdifferenzen zwischen der Steuerelektrode 42 und den Spiegelelektrodenstreifen 41a, 41b umgekehrt.

Die Flüssigkeitspegel der anderen phasenmodulierenden Struk­ turen sind jedoch von dieser Umschaltung im wesentlichen un­ beeinflußt. Es wird darauf hingewiesen, daß das Anlegen ei­ ner Steuerspannung U₀ einen im wesentlichen gleichmäßigen Flüssigkeitspegel in dem entsprechenden Bildelement bewirkt. Dieser Zustand entspricht dem nicht angesteuerten Zustand, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel durch eine Steuer­ spannung U_S von 0 Volt gekennzeichnet ist. Wird jedoch eine Steuerspannung, die von der Steuerspannung U₀ abweicht, an die Steuerelektrode 42 angelegt, so ergibt sich in dem ent­ sprechenden Bildelement ein näherungsweise stufenförmiger Flüssigkeitspegel 60h, 60n, welcher im Vergleich zu dem näherungsweise ebenen Flüssigkeitspegel 60m, 60m zu einer Phasenmodulation des auf die entsprechende phasenmodulie­ rende Struktur 34' einfallenden Lichts 32 führt.

Das Phasenprofil kann über die detaillierte Gestaltung der Elektrodenflächen oder der Elektrodentopographie, beispiels­ weise mit Spitzen, die den Stiften 50 des ersten Ausfüh­ rungsbeispiels ähnlich sind, und durch die detaillierte Ge­ staltung von Oberflächeneigenschaften, beispielsweise der Benetzbarkeit, und der Parameter der Flüssigkeit eingestellt bzw. optimiert werden.

Die Phasenmodulation ist beim zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu U₀ × U_S/d² proportional. Im Beispiel 2 wird erreicht, daß sich das flüssige Dielektrikum 36 lediglich innerhalb der einzelnen, zu schaltenden Bild­ elemente bewegt und damit nur von dem bei der Ansteuerung eines Bildelements gewünschten Phasenprofils abhängig ist. Weiterhin wird auf vorteilhafte Weise zusätzlich zur Schwer­ kraft die Rückstellung der Bildelemente durch die elektri­ sche Kraftwirkung ähnlich zum Ansteuervorgang bewirkt.

Die Fig. 9 und 10 zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als Draufsicht bzw. im Querschnitt.

Wie es in Fig. 9 zu sehen ist, ist das dritte Ausführungs­ beispiel in gewisser Weise eine Kombination des ersten Aus­ führungsbeispiels (Fig. 3) und des zweiten Ausführungsbei­ spiels (Fig. 5). Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel sind einzelne Steuerelektroden 42 mit geeignet verbundenen Stiften 50 aus Wolfram vorgesehen, die sich durch Löcher in der Spiegelelektrode 41 und in dem Spiegel 40, der die Ober­ fläche der Spiegelelektrode 41 bildet, erstrecken. In Abwei­ chung vom ersten Ausführungsbeispiel sind an den in Fig. 1 gestrichelten senkrechten Linien zusätzliche Referenzelek­ troden 50' durchgehend ausgeführt. Die Referenzelektroden 50' bestehen aus leitfähigen Streifen beispielsweise aus Aluminium oder aus einem anderen geeigneten Materilal, wie es besonders in Fig. 10 zu sehen ist. Ein Pixel 34" ist durch die strichpunktierten Linien in Fig. 9 und Fig. 10 gekennzeichnet. Wie es in Fig. 10 zu sehen ist, ragen die drei Stifte 50 über den maximalen Flüssigkeitspegel 60h hinaus. Ihre Abmessungen sind ferner derart gewählt, daß sie ihr jeweiliges Loch 52 abdecken. Für Fachleute ist es jedoch offensichtlich, daß die Abmessungen und Anzahl der Stifte 50, 50' nicht erfindungswesentlich sind, und daß dieselben auch variiert werden können.

Um eine Variation der Flüssigkeitspegel von einem Pixel 34" zu einem nächsten Pixel 34" zu erreichen, werden ähnlich zu dem zweiten Ausführungsbeispiel benachbarte Referenzelektro­ denstreifen 50' mit Spannungen U₀ + ΔU bzw. U₀ -ΔU beauf­ schlagt, wie es in Fig. 10 gezeigt ist. An die Steuerelek­ troden 42 werden wahlfrei Steuerspannungen U_S angelegt, wo­ bei in Fig. 10 an die Steuerelektrode 42 eine Spannung U₀ - ΔU angelegt ist, die aufgrund der jeweiligen Spannungen an den Stiften 50' die eingezeichneten Flüssigkeitspegel 60m, 60h, 60n bedingt. Die Spiegelelektroden 40 befinden sich auf einem weiteren festen oder schaltbaren Referenzpotential, das beispielsweise das Massepotential oder das Potential U₀ oder ein anderes Potential sein kann, das für die Optimierung der Einstellung der Oberfläche des Dielektrikums 36 vorteilhaft ist.

Das beschriebene dritte Ausführungsbeispiel ist für Licht­ modulatoren geeignet, bei denen ein Anlegen von unterschied­ lichen Spannungen an die Spiegelelektroden nicht erwünscht ist, wie es auch beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Dasselbe weist jedoch die in Verbindung mit dem zweiten Ausführungsbeispiel beschriebenen Vorteile einer größeren Flüssigkeitspegelvariation durch die differentielle Ansteue­ rung sowie der verbesserten Rückstellung der Flüssigkeit bei einer Pixelumschaltung auf. Die dargestellte Pixelstruktur ist daher zum Erreichen guter bis größter Phasenmodulationen bei vorgegebenem Spannungshub geeignet.

Damit die Wirkung aller Elektroden 50, 50' als parasitäres Phasengitter minimiert wird, kann die Geometrie des Bild­ elements über die geeignete Einstellung der Schichtdicken des Stiftes 50 bzw. des Streifens 50', des Flüssigkeits­ pegels im nicht angesteuerten Zustand 60m und des Di­ elektrikums 38 gewählt werden, derart, daß das Licht bei Einfall und Reflektion an dem Spiegel 40 bzw. an den Metall­ elektroden 50, 50' im nicht angesteuerten Zustand des Bild­ elements praktisch dieselbe Phasenverschiebung erfährt. Wei­ terhin kann der Einfluß parasitärer Phasengitter unterdrückt werden, indem die für die Bilderzeugung gewählte Diffrakti­ onsrichtung anders gewählt wird wie die parasitär bedingte Richtung. Für Fachleute ist es offensichtlich, daß ähnliche Maßnahmen mit ähnlicher Wirkung auch bei den Ausführungsbeispielen 1 und 2 durchgeführt werden können.

Alle Merkmale der Lichtmodulatoren mit Ausnahme der Flüssig­ keit können mit gängigen Verfahren der Halbleitertechnik oder neueren bzw. verbesserten Verfahren hergestellt werden. Beim flüssigen Dielektrikum 36 sind u. a. folgende Parameter wichtig: Dichte, optische Transparenz, elektrische Durch­ schlagsfestigkeit, Dielektrizitätskonstante, Brechungsindex, Temperaturbeständigkeit, Viskosität, Lichtbeständigkeit, Oberflächenspannung und Dampfdruck.

Zum Schutz gegen eine Verschmutzung, eine Beschädigung oder gegen ein Abdampfen der Flüssigkeit können der Flächenlicht­ modulator 30 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel und der Streifen-Flächenlichtmodulator 56 gemäß dem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel dicht verpackt und mit einem optisch transpa­ renten Fenster, wie z. B. einer Quarzplatte, verschlossen werden.

Es kann vorteilhaft sein, zur optischen Korrektur des Pha­ senprofils beispielsweise im nicht-angesteuerten Zustand ein optisches Korrekturelement 62, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, vor den Flächenlichtmodulator 30 bzw. 56 zu schalten, um z. B. unerwünschte Phasenmodulationen zu vermeiden oder die Auswirkungen optisch parasitärer oder inaktiver Gebiete zu reduzieren. Zu diesem Zweck ist es nötig, das geeignete op­ tische Korrekturelement 62, das die notwendige, durch die Bildelementeanordnung bedingte Regelmäßigkeit besitzt, über der Bildelementebene genau zu positionieren. In Fig. 8 ist dargestellt, wie eine linsenartige Vorverformung der Ober­ fläche des flüssigen Dielektrikums 36, die beispielsweise durch die Kapillarität oder die Oberflächenspannung des flüssigen Dielektrikums 36 vorhanden ist, durch das optische Korrekturelement 62, das beispielsweise eine Korrekturlinse ist, ausgeglichen werden kann. Die Korrekturlinsen könnten beispielsweise mikrotechnisch aus einem Glassubstrat herge­ stellt und mit der anodischen Bondtechnik aufgebracht wer­ den.

Neben dem bereits erwähnten Anwendungsbereich der Flächen­ lichtmodulatoren gemäß der vorliegenden Erfindung für die Wafer-Direktbelichtung können die Flächenlichtmodulatoren gemäß der vorliegenden Erfindung für eine Vielzahl weiterer Anwendungen, wie z. B. für Projektionsdisplays, für hologra­ phische Displays, für programmierbare Linsen, für Gitter, für optische Korrelatoren und Rechner und für Head-up- Displays, eingesetzt werden. Optische Transparenz bezieht sich auf die Transparenz für das verwendete Licht, dessen Wellenlänge nicht nur auf den sichtbaren Bereich begrenzt ist. Je nach Anwendung kann auch Infrarot- oder Ultravio­ lettlicht verwendet werden.

Claims (22)

1. Struktur für die Phasenmodulation von auf die Struktur einfallendem Licht (32), mit
einem Spiegel (40);
einem auf der Lichteinfallsseite des Spiegels (40) an­ geordneten, verformbaren und transparenten Dielektrikum (36); und
mindestens zwei mit einer Spannung beaufschlagbaren Elektroden (41, 42; 41a, 41b, 42; 50, 50') zum Erzeugen eines elektrischen Feldes (58) in zumindest einem Teil­ bereich des Dielektrikums (36), wodurch die optische Weglänge des das Dielektrikum (36) durchlaufenden Lichts gegenüber einem nicht mit dem elektrischen Feld beaufschlagten Zustand des Dielektrikums (36) verändert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (36) be­ züglich der Elektroden (41, 42; 41a, 41b, 42; 50, 50') derart angeordnet ist, daß das das Dielektrikum (36) durchlaufende Licht zumindest einen Teil des Teilbe­ reichs des Dielektrikums, der mit dem elektrischen Feld beaufschlagbar ist, durchläuft, ohne eine der Elektro­ den (41, 42; 41a, 41b, 42; 50, 50') zu durchlaufen.

2. Struktur gemäß Anspruch 1, bei der der Spiegel (40) durch eine Oberfläche einer Elektrode (41; 41a, 41b), auf welche das Licht (32) einfällt, gebildet ist.

3. Struktur gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das verformbare, transparente Dielektrikum (36) ein flüssiges Dielektrikum ist.

4. Struktur gemäß einem beliebigen der vorhergehenden An­ sprüche, bei der das Dielektrikum (36), der Spiegel (40), und die Elektroden (41, 42; 41a, 41b, 42; 50, 50') auf ei­ nem Substrat (48) angeordnet sind.

5. Struktur gemäß Anspruch 4, bei der das Substrat (48) eine CMOS-Aktiv-Matrix ist.

6. Struktur gemäß einem beliebigen der vorhergehenden An­ sprüche, bei der das verformbare, transparente Dielektrikum (36) schichtförmig ist.

7. Struktur gemäß Anspruch 6, bei der das schichtförmige Dielektrikum (36) parallel zum Spiegel (40) angeordnet ist.

8. Struktur gemäß Anspruch 7, bei der eine Elektrode (41; 41a, 41b) und der Spiegel (40) ein Loch (52; 52') aufweisen, in dem sich zumin­ dest ein Teil (50; 50') der anderen Elektrode (42) be­ findet, wobei die Elektroden (41, 42; 41a, 41b, 42) durch das Dielektrikum (36) voneinander elektrisch iso­ liert sind.

9. Struktur gemäß Anspruch 8, bei der sich der Teil (50; 50') der anderen Elektrode (42) durch das Loch (52; 52') hindurch über die eine Elektrode (41; 41a; 41b) hinaus und durch das Dielek­ trikum (36) erstreckt.

10. Struktur gemäß Anspruch 8 oder 9, bei der zwischen der einen Elektrode (41; 41a, 41b) und der anderen Elektrode (42) ein festes Dielektrikum (44) gebildet ist, das zusammen mit den beiden Elektroden (41, 42; 41a, 41b, 42) eine Pufferkapazität (46) bil­ det.

11. Struktur gemäß Anspruch 10, bei der zwischen dem Spiegel (40) und dem Dielektrikum (36) eine transparente dielektrische Schicht (38) ange­ ordnet ist.

12. Struktur gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der das Loch ein durchgehendes Loch (52') ist, wo­ durch voneinander isolierte Spiegelelektrodenstreifen (41a, 41b) gebildet sind.

13. Flächenlichtmodulator (30; 56; 30'), bei dem eine Mehrzahl von gleichen oder verschiedenen Strukturen (34; 34'; 34") gemäß einem der Ansprüchen 1 bis 12 in einem Array angeordnet ist.

14. Flächenlichtmodulator (30; 56; 30') gemäß Anspruch 13, bei dem eine Mehrzahl von gleichen oder verschiedenen Strukturen (34; 34'; 34") gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12 beliebig auf einer Fläche angeordnet ist.

15. Flächenlichtmodulator (30; 56; 30') gemäß Anspruch 13 oder 14, bei dem die anderen Elektroden (42) der Mehrzahl von Strukturen (34; 34'; 34") voneinander elektrisch ge­ trennt sind.

16. Flächenlichtmodulator (30) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die einen Elektroden (41) und die Spiegel (40) der Strukturen (34) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11 durchgehend ausgeführt sind.

17. Flächenlichtmodulator (56) gemäß einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die einen Elektroden (41) und die Spiegel (40) der Mehrzahl der Strukturen (34') gemäß Anspruch 13 le­ diglich in einer Array-Richtung durchgehend ausgeführt sind und in der anderen Arrayrichtung durch längliche Löcher (52') getrennt sind.

18. Flächenlichtmodulator (56) gemäß Anspruch 16, bei dem die Spiegelelektrodenstreifen (40a, 40b) ab­ wechselnd mit bezüglich eines Referenzwertes (U₀) sym­ metrischen Spannungen (U₀ + UΔ, U₀ - ΔU) beaufschlagt sind.

19. Flächenlichtmodulator (30') gemäß einem beliebigen der Ansprüche 13 bis 15, bei dem an mindestens zwei Grenzen eines Pixels (34") durchgehende Elektrodenstreifen (50') ausgeführt sind, wobei benachbarte Elektrodenstreifen (50') mit unter­ schiedlichen Spannungen beaufschlagt sind.

20. Flächenlichtmodulator (30; 56; 30') gemäß einem belie­ bigen der Ansprüche 13 bis 19, bei dem ein transparentes Schutzfenster über der Mehr­ zahl von Strukturen (34; 34'; 34") angebracht ist.

21. Flächenlichtmodulator (30; 56; 30') gemäß einem der An­ sprüche 13 bis 20, bei dem über der Mehrzahl von Strukturen (34; 34'; 34") ein optisches Korrekturelement (62) vorgesehen ist.

22. Flächenlichtmodulator (30; 56; 30') gemäß einem der An­ sprüche 13 bis 21, bei dem die Dicken der Stifte (50) und der Elektroden (50', 41a, 41b), der Flüssigkeitspegel im nicht ausge­ steuerten Zustand (60m) und/oder die Dicke des Dielek­ trikums 38 derart eingestellt sind, daß die Wirkung parasitärer Strukturen minimiert ist.