CN1115577C - 具有较大的倾斜角度的薄膜致动反射镜 - Google Patents
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Abstract
一种M×N薄膜反射镜的阵列及其制造方法，其中各致动机构均具有一对侧致动器和一个中心致动器，侧致动器的两端固定连接在有源矩阵上。侧致动器的下薄膜电极与中心致动器的上薄膜电极相电连接，作为信号电极，侧致动器的上薄膜电极与中心致动器的下薄膜电极相电连接，作为共同的偏置电极。当电场施加到薄膜致动反射镜上时，侧致动器伸展，中心致动器向上收缩，从而使薄膜致动反射镜以一个较大的角度倾斜。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学投影系统，且更具体地说，涉及一种在该系统中使用的M×N薄膜致动反射镜阵列及其制造方法，其中每一个薄膜致动反射镜可以具有较大的倾角。
背景技术
在现有的各种视频显示系统中，已知的光学投影系统能够提供大幅的高质量显示。在这样一个光学投影系统中，来自一灯的光线被均匀地照射在例如一M×N致动反射镜阵列上，其中各反射镜与各致动器相连接。这些致动器可由能够响应施加于其上的电场而变形的电致位移材料制成，例如压电材料或电致伸缩材料。
来自各反射镜的反射光束入射在例如一光阑的小孔上。通过对各致动器施加一电信号，各反射镜与入射光束的相对位置被改变，从而导致来自各反射镜的反射光束的光路发生偏移。当各反射光束的光路发生变化时，自各反射镜反射的通过该小孔的光量被改变，从而光束的强度被调制，通过该小孔被调制过的光束经一适当的光学装置例如一投影透镜被传递到一投影屏幕上，从而在其上显示一图象。
在图1和图2A至2L中，说明了一M×N个薄膜致动反射镜的阵列100的截面图及其制造步骤，其中M及N为整数，该阵列及其制造方法被公开在国际申请号为PCT/KR96/00033的题为“用于光学投影系统的薄膜致动反射镜阵列”中。
一M×N薄膜致动反射镜101的阵列100包括有源矩阵110、钝化层120、阻蚀层130及一M×N致动机构250的阵列，如图1所示。
该有源矩阵110包括一个基底112、一个M×N个连接端子114的阵列及一M×N个晶体管(未示出)的阵列。
钝化层120位于该有源矩阵110之上，该钝化层由磷-硅玻璃(PSG)或氮化硅构成，其厚度为0.1-2um。
阻蚀层130位于该钝化层120之上，该阻蚀层由氮化硅制成，其厚度为0.1-2um。
各致动机构250均具有一个近端和一个远端，并包括一第一薄膜电极185、一个薄膜电致位移件175、一个第二薄膜电极165、一个弹性件155和一个导管(conduit)195。由导电并反光的材料构成的第一薄膜电极185位于薄膜电致位移件175之上，并由一个水平带187分成一个致动部分和一个反射部分220、230，其中水平带187使致动部分和反射部分220、230不相电连接。致动部分220与大地电连接，从而作为共同的偏置电极和反射镜。反光部分230作为反射镜。薄膜电致位移件175放置在第二薄膜电极件165之上。第二薄膜电极165位于弹性件155之上，并且通过相应的导管195和连接端子114与相应的晶体管相连接，但是不与其他薄膜致动反射镜101中的第二薄膜电极165相连接，从而作为信号电极。弹性件155位于第二薄膜电极165之下。各致动机构的近端的底部与具有阻蚀层130和部分插在其间的钝化层120的有源矩阵110的顶部相连接，从而被悬臂支持住。
图2A至2L说明用于制造图1所示的M×N个薄膜致动反射镜101的阵列100的方法的概略性截面视图。
该阵列100的制造过程开始于准备一有源矩阵110，该有源矩阵110包括一个基底112、一M×N连接端子114阵列及一M×N晶体管阵列(未示出)，如图2A所示。
在下一个步骤中，通过例如CVD法或者旋涂法，将钝化层120形成在该有源矩阵110之上，该钝化层120由例如PSG或氮化硅构成，其厚度为例如0.1-2um。
随后，通过例如CVD法或者溅射法，阻蚀层130沉积在该钝化层120之上，该阻蚀层由氮化物构成，其厚度为0.1-2um，如图2B所示。
在接着的步骤中，利用溅射法、蒸镀法、CVD法或者旋涂法在阻蚀层130顶上形成一薄膜待除层140，如图2C所示。
然后，使用干式或湿式蚀刻法在薄膜待除层140中建立一M×N对空槽145的阵列，各对空槽145中的一个均位于一个连接端子114的四周，如图2D所示。
在接着的步骤中，通过使用CVD法，在包括空槽阵列145的薄膜待除层140的顶上，沉积出一由氮化物例如氮化硅制成的、厚度为0.1-2um的弹性层150，如图2E所示。
然后，利用溅射法或真空蒸镀法，将由导电材料例如Pt/Ta构成的厚度为例如0.1-2um的第二薄膜电极层(未示)，形成在弹性层150的顶部上。第二薄膜电极层然后通过干式蚀刻法被均匀地分成一个M×N个第二薄膜电极165的阵列，其中各薄膜电极165与其他的薄膜电极165是不相电连接的，如图2F所示。
然后，利用CVD法、溅射法、蒸镀法或SOL-GEL法，将由压电材料例如PZT或电致伸缩材料例如PMN构成的、厚度为0.1-2um的薄膜电致位移层170，沉积在M×N第二薄膜电极165阵列的顶上，如图2G所示。
在以后的步骤中，利用溅射法或真空蒸镀法，将由导电并且反光的材料例如铝(Al)或者银(Ag)构成的厚度为0.1-2um的第一薄膜层180，沉积在薄膜电致位移层170的顶上，以形成一个多层结构200，如图2H所示。
在随后的步骤中，如图21所示，利用光刻法或激光修剪法，多层结构200被构型，直到薄膜待除层140暴露出来，从而构成一M×N致动反射镜机构211的阵列210，其中每一个薄膜致动反射镜机构211包括一个第一薄膜电极185、一个薄膜电致位移件175、一个第二薄膜电极165和一个弹性件155。其中，第一薄膜电极185由一个水平带187分成一个致动部分和一个反射部分220、230，其中水平带187使致动部分和反射部分220、230不相电连接。致动部分220与大地电连接。
接着，通过使用蚀刻法首先建立一M×N孔190的阵列，各孔从薄膜电致位移层175的顶部延伸至连接端子114的顶部，如图2J所示。
用金属例如钨(W)通过例如搬走法，填充这些孔中，从而形成导管195，从而形成一个M×N致动反射镜半成品241的阵列240，如图2K所不。
接着以上步骤，用一薄膜保护层(未示出)完全覆盖各致动反射镜机构241。
然后通过使用蚀刻剂或者化学蒸汽例如氟化氢(HF)，去除薄膜待除层140。
最后，去除该薄膜保护层，从而形成M×N薄膜致动反射镜101阵列100，如图2L所示。
上述M×N个薄膜致动反射镜101的阵列100存在有一些缺陷。作为反射镜的薄膜致动反射镜101的第一薄膜电极185，由水平带187分为致动部分220和反光部分230，对于施加于其上的电场，只有致动部分220变形而反光部分230保持水平，因此薄膜致动反射镜100的倾斜角度有限。
此外，水平带187降低了薄膜致动反射镜的101的总体光学效率。
发明内容
因此，本发明的主要目的在于提供一种在光学投影系统中使用的M×N薄膜致动反射镜阵列，其中各薄膜致动反射镜具有一个更大的倾斜角。
因此，本发明的另外一个目的在于提供一种用于制造在光学投影系统中使用的M×N薄膜致动反射镜阵列的方法。
根据本发明的一个方面，提出一种在光学投影系统中使用的一个M×N薄膜致动反射镜的阵列，其中M及N为整数，该阵列包括：
一有源矩阵，包括一个基底和一个M×N个连接端子的阵列；
一M×N致动机构的阵列，各致动机构均具有一对侧致动器和一中心致动器所构成的致动器对，各侧致动器的两端固定在有源矩阵上，每一个致动器包括一上薄膜电极、一个薄膜电致位移件、一个下薄膜电极件和一个弹性件；薄膜电致位移件放置在上、下薄膜电极之间，弹性件位于下薄膜电极之下，各对侧致动器中的一个还具有一导管，侧致动器的下薄膜电极与中心致动器的下薄膜电极不相电连接，侧致动器的上薄膜电极与中心致动器的下薄膜电极不相电连接，各致动机构中的各侧致动器中的下薄膜电极互相电连接，而且各侧致动器中的下薄膜电极通过导管连接至连接端子，而且电连接到中心致动器的上薄膜电极，从而作为信号电极，各侧致动器中的上薄膜电极与大地相连接，并且与中心致动器的下薄膜电极相电连接，从而作为共同的偏置电极；一个M×N薄膜反射镜的阵列，各反射镜位于各致动机构之上，并且被悬臂支持在各致动机构的中心致动器的远端。
根据本发明的另一个方面，提出一种制造用于光学反射系统的M×N个薄膜致动反射镜的阵列的方法，其中M和N为整数，该方法包括下列步骤：
准备一有源矩阵，该有源矩阵包括一个基底和一M×N连接端子的阵列；
在该有源矩阵的顶上依次沉积出一钝化层、一阻蚀层和一薄膜待除层；
在该薄膜待除层中建立一M×N对空槽的阵列，各空槽对中的一个分别位于一个连接端子的四周；
在包括空槽的薄膜待除层的顶上，沉积出一弹性层；
从弹性层的顶部到每个连接端子的顶部，形成一个M×N导管的阵列；
将一下薄膜层、一薄膜电致位移层和一上薄膜层，形成在包括导管的该弹性层的顶部上，以形成一个多层的机构；
将多层结构构型成一个致动器机构的阵列，每一个致动器机构均具有一对侧致动器和一个中心致动器；
将致动器机构的阵列均匀分成一个M×N致动结构的阵列，直到薄膜待除层暴露出来，从而每一个致动器机构包括一个上薄膜电极、一个薄膜电致位移件、一个下薄膜电极和一个弹性件，致动机构中的每一个侧致动器还包括一个导管，每一个侧致动器的下薄膜电极与相应的连接端子相电连接；在中心致动器的上薄膜电极和侧致动器的下薄膜电极之间形成电连接，在中心致动器的下薄膜电极和侧致动器的上薄膜电极之间形成电连接；去除薄膜待除层；将一M×N个薄膜反射镜的阵列，形成在各致动机构之上，形成一个M×N薄膜致动反射镜的阵列。
附图说明
通过以下结合附图给出的优选实施例的描述，本发明的上述及其它目的和特征将变得显然，附图中：
图1为说明先前公开的一M×N薄膜致动反射镜阵列的概略性截面视图；及
图2A-2L为说明先前公开的用于制造一M×N薄膜致动反射镜阵列的方法的概略性截面视图；
图3为根据本发明的致动机构的截面视图；
图4A、4B和4C分别为一个沿图3中A-A线和B-B线的致动反射镜的示意性的截面图，一个示出了致动反射镜的一个侧致动器的截面视图和一个示出了致动反射镜的中心致动器的截面视图。
图5A-5M是根据本发明的沿图3中A-A线的M×N薄膜致动反射镜的阵列的制造方法的截面视图。
具体实施方式
图3、4A、4B、4C和图5A-5M分别给出了根据本发明的在一光学投影系统中使用的一个M×N薄膜致动反射镜421的阵列420的截面视图，一个沿图3中A-A线和B-B线的致动反射镜301阵列300的示意性的截面图，一个示出了致动反射镜301的一个侧致动器430的截面视图和一个示出了致动反射镜301的中心致动器440的截面视图，以及说明根据本发明的用于制造在一光学投影系统中使用的M×N薄膜致动反射镜301的阵列300的方法的概略性截面视图，其中M及N为整数。应当注意，在图3、4A、4B、4C和5A-5M中出现的类似部件以类似的参考数字表示。
图4A中，示出了本发明的阵列300包括有源矩阵310、钝化层320、阻蚀层330、一M×N致动机构421的阵列420及一个M×N薄膜反射镜的阵列460。
该有源矩阵310包括一个基底312、一个M×N个连接端子314的阵列及一M×N个晶体管(未示出)的阵列，其中各连接端子314均与M×N晶体管阵列中的一个相应晶体管电连接。
钝化层320位于该有源矩阵310之上，该钝化层由例如磷一硅玻璃(PSG)或氮化硅构成，其厚度为0.1-2um。
阻蚀层330位于该钝化层320之上，该阻蚀层330由氮化物制成，其厚度为0.1-2um。
各致动机构421，如图3和4A所示，均具有一对侧致动器430和一个中心致动器440，每一个致动器430和440均包括一上薄膜电极385、一个薄膜电致位移件375、一个下薄膜电极365和一个弹性件355。其中每一个侧致动器包括一个导管。薄膜电致位移件375放置在上、下薄膜电极385、365之间，弹性件355位于下薄膜电极365之下。侧致动器430的下薄膜电极365与中心致动器440的下薄膜电极不相电连接，侧致动器430的上部薄膜电极385与中心致动器440的上薄膜电极不相电连接，而且各致动机构421的侧致动器430中的下薄膜电极365彼此电连接。各致动机构421包括一对电连接部462、464。侧致动器430的上薄膜电极385通过其中一个电连接部464与中心致动器440的下薄膜电极365相电连接，从而作为共同偏置电极，通过导管390连接至连接端子314的侧致动器430的下薄膜电极365通过另一个连接部462电连接到中心致动器440的上薄膜电极385，从而作为信号电极。各致动机构421的侧致动器430的两端，如图4B所示固定在有源矩阵310上，而各致动机构421的中心致动器440，如图4C所示，具有一个远端和一个近端。
由反光材料例如铝(Al)制成的各薄膜反射镜465悬臂支持在各致动机构421的中心致动器440的远端。
图5A至5M说明用于制造如图3A所示的M×N个薄膜致动反射镜301的阵列300的方法的概略性截面视图。
该阵列300的制造过程开始于准备一有源矩阵310，该有源矩阵310包括带有一M×N连接端子314阵列及一M×N晶体管阵列(未示出)的基底312。
在下一个步骤中，通过例如CVD法或者旋涂法，将钝化层320形成在该有源矩阵310之上，该钝化层320由例如PSG或氮化硅构成，其厚度为例如0.1-2um。
随后，通过例如CVD法或者溅射法，阻蚀层330沉积在该钝化层320之上，该阻蚀层由氮化硅构成，其厚度为0.1-2um，如图5A所示。
在接着的步骤中，在阻蚀层330顶上形成一薄膜待除层340，如果薄膜待除层340由金属制成，则使用溅射法或蒸镀法形成薄膜待除层340，如果薄膜待除层340由磷-硅玻璃(PSG)制成，则采用化学汽相淀积法(CVD)或旋涂法，如果薄膜待除层340由多晶硅制成，则采用CVD法，如图5B所示。
然后，使用干式或湿式蚀刻法在薄膜待除层340中建立一M×N对空槽345的阵列，各对空槽345中的一个均位于一个连接端子314的四周，如图5C所示。
在接着的步骤中，通过使用CVD法，在包括空槽阵列345的薄膜待除层340的顶上，沉积出一由氮化物例如氮化硅制成的、厚度为0.1-2um的弹性层350，如图5D所示。
在随后的步骤中，从弹性层350的顶部到连接端子314的顶部，形成一个由金属制成的M×N导管390的阵列，如图5E所示。
然后，利用溅射法或真空蒸镀法，将由导电材料例如Pt/Ta构成的厚度为例如0.1-2um的下薄膜电极层360，形成在弹性层350的顶部上，如图5F所示。
然后，利用CVD法、溅射法、蒸镀法或SOL-GEL法，将由压电材料例如PZT或电致伸缩材料例如PMN构成的、厚度为0.1-2um的薄膜电致位移层370，沉积在下薄膜电极层360的顶上。
以后，利用溅射法或真空蒸镀法，将由导电材料例如铝(Al)或者银(Ag)构成的厚度为0.1-2um的上薄膜层380，形成在薄膜电致位移层370的顶上，以形成一个多层结构400，如图5G所示。
而后，利用光刻法或激光修剪法，多层结构400被构型成一个致动器机构(未示)的阵列，每一个致动器机构均具有一对侧致动器(未示)和一个中心致动器(未示)。
在接着的步骤中，利用光刻法或激光修剪法，致动器机构的阵列被分成一个M×N致动机构421的阵列420，直到薄膜待除层340暴露出来，从而每一个致动机构421包括一个上薄膜电极385、一个薄膜电致位移件375、一个下薄膜电极365和一个弹性件355。如图5H所示。
在以下的步骤中，一对电子连接部(未示)形成在致动机构421上，其中一个连接部电连接在侧致动器的上薄膜电极385和中心致动器的下薄膜电极365之间，另一个连接部电连接在侧致动器的下薄膜电极365和中心致动器的上薄膜电极385之间。
在接着的步骤中，通过使用蚀刻剂或者化学蒸汽例如氟化氢(HF)，去除薄膜待除层340，如图5I所示。
最后，在薄膜待除层被去除后，在包括所形成的的间隔在内的一M×N致动机构421的阵列420上形成待除材料450，该待除材料450具有一个平的顶表面，如图5J所示。
然后，利用光刻法，在该待除材料450中，形成一个M×N长槽455的阵列，如图5K所示。
以后，将由反光材料例如铝(Al)构成的薄膜反射镜层(未示)，形成在包括长槽455的待除材料450的顶上。该薄膜反射镜层然后被构型成一M×N个薄膜致动反射镜465的阵列，如图5L所示。
最后，如图5M所示，利用蚀刻法，待除材料450被去除，从而形成一个M×N薄膜反射镜301的阵列300。
在本发明的M×N薄膜反射镜301的阵列300及其制造方法中，各致动机构421均具有一对侧致动器430和一个中心致动器440，侧致动器430的两端固定连接在有源矩阵310上。侧致动器430的下薄膜电极365与中心致动器440的上薄膜电极385相电连接，作为信号电极，侧致动器430的上薄膜电极385与中心致动器440的下薄膜电极365相电连接，作为共同的偏置电极。当电场施加到薄膜致动反射镜301上时，侧致动器430伸展，中心致动器440向上收缩，从而使薄膜致动反射镜301以一个较大的角度倾斜。
此外，当薄膜致动反射镜由于施加到其上的电场而变形时，各薄膜反射镜460保持为平面形，从而提高了致动反射镜301的光学效率。
虽然以上仅参照优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离由所附发明保护的前提下还可以作出其它的改型及变化。
Claims (6)
1、一种在光学投影系统中使用的一个M×N薄膜致动反射镜的阵列，该阵列包括：
一有源矩阵，包括一个基底和一个M×N个连接端子的阵列；一M×N致动机构的阵列；和一个M×N薄膜反射镜的阵列，其中M和N为整数，
其特征在于，上述各致动机构均具有一对侧致动器和一中心致动器所构成的致动器对，各侧致动器的两端固定在有源矩阵上，每一个致动器包括一上薄膜电极、一个薄膜电致位移件、一个下薄膜电极件和一个弹性件；薄膜电致位移件放置在上、下薄膜电极之间，弹性件位于下薄膜电极之下，侧致动器的下薄膜电极与中心致动器的下薄膜电极不相电连接，而且各侧致动器中的下薄膜电极通过导管连接至连接端子，而且电连接到中心致动器的上薄膜电极，从而作为信号电极，各侧致动器中的上薄膜电极与大地相连接，并且与中心致动器的下薄膜电极相电连接，从而作为共同的偏置电极；上述各薄膜反射镜位于各致动机构之上，并且被悬臂支持在各致动机构的中心致动器的远端。
2、如权利要求1所述的阵列，其特征在于，该M×N薄膜致动反射镜的阵列还包括一个钝化层和一个阻蚀层。
3、如权利要求1所述的阵列，其特征在于，该各薄膜反射镜由铝制成。
4、如权利要求1所述的阵列，其特征在于，每一对致动器中的每个侧致动器还具有一个导管。
5、如权利要求1所述的阵列，其特征在于，各致动机构中的侧致动器的下薄膜电极彼此之间是电连接的。
6、一种制造用于光学反射系统的M×N个薄膜致动反射镜的阵列的方法，其中M和N为整数，其特征在于，该方法包括下列步骤：
准备一有源矩阵，该有源矩阵包括一个基底和一M×N连接端子的阵列；
在该有源矩阵的顶上依次沉积形成一钝化层、一阻蚀层和一薄膜待除层；
在该薄膜待除层中建立一M×N对空槽的阵列，各空槽对中的一个分别位于一个连接端子的四周；
在包括空槽的薄膜待除层的顶上，沉积出一弹性层；
从弹性层的顶部到连接端子的顶部，形成一个M×N导管的阵列；
将一下薄膜电极层、一薄膜电致位移层和一上薄膜电极层，形成在包括导管的该弹性层的顶部上，以形成一个多层的机构；
将多层结构构型成一个致动器机构的阵列，每一个致动器机构均具有一对侧致动器和一个中心致动器；
将致动器机构的阵列被均匀分成一个M×N致动结构的阵列，直到薄膜待除层暴露出来，从而每一个致动器机构包括一个上薄膜电极、一个薄膜电致位移件、一个下薄膜电极和一个弹性件，各致动机构中的每一个侧致动器还包括一个导管，每一个侧致动器的下薄膜电极与相应的连接端子相电连接；
在中心致动器的上薄膜电极和侧致动器的下薄膜电极之间形成电连接，在中心致动器的下薄膜电极和侧致动器的上薄膜电极之间形成电连接；
去除薄膜待除层；
将一M×N个薄膜反射镜的阵列，形成在各致动机构之上，形成一个M×N薄膜致动反射镜的阵列。
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