CN1116716A - 薄膜驱动反射镜阵列及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
MXN薄膜驱动反射镜阵列，包括一有源矩阵、一MXN驱动结构阵列、一MXN反射镜层阵列、及一MXN支持单元阵列。各驱动结构含有相同的第一、第二和第三驱动部分，各驱动部分至少有一移动源薄膜层、第一、第二电极。各第一电极与地连接，起偏置电极的作用，各第二电极起信号电极的作用。各反射镜层有奇数个翼片部分，各相邻翼片部分间有分割缝。第二驱动部分粘接在中央翼片上，第一和第三驱动部分分别粘接在中央翼片部分两侧的隔开一个翼片部分的翼片部分上。
Description
本发明涉及一种光学投影系统，较具体地，涉及一种用于具有改善的光学效率的系统中的M×N薄膜驱动反射镜阵列及其制作方法。
在本技术领域中可以获得的各种视象显示系统中，已知有一种光学投影系统能够以大尺寸提供高质量的显示。在这种光学投影系统中，从光源灯发出的光均匀地照射在一个例如M×N的被驱动反射镜阵列上，其中每个反射镜都与一个相应的驱动器相耦合。驱动器可以用诸如电致位移材料或电致伸缩材料做成，它们在对施加于其上的电场作出响应时将发生形变。
从各个反射镜反射的光入射到一个挡光板的孔位上。通过在每个驱动器上加上一个电信号，可以使各个反射镜相对于入射光束的位置发生改变，从而使从各个反射镜上反射的光路发生偏移。当各个反射光束的光路发生变化时，能够穿过孔径的各个反射镜的反射光量也发生变化，从而实现了对光束强度的调制。借助于一个适当的光学器件，例如一个投影透镜，穿过孔径的调制光束便被投射到一个投影屏上，从而在其上显示出一个图象。
图1中示出了一个用于光学投影系统的M×N个薄膜驱动反射镜5的阵列10，它已在审议中的标题为“薄膜驱动反射镜阵列及其制作方法”的联合专利申请：美国专利申请中公布，它包括：一个含有基底12、M×N晶体管阵列(未示出)、和M×N个接线端14的阵列13的有源矩阵11；一个M×N个薄膜驱动结构16的阵列15，每个驱动结构16至少含有一个移动源材料薄膜层17，一个第一电极18，和一个第二电极19，第一和第二电极分别位在薄膜移动源层17的顶面和底面；M×N个支持单元21的阵列20，各个支持单元21的用途是：以使各个驱动结构16成悬臂状态的方式固定各个驱动结构16，和使各个驱动结构16与主动矩阵11进行电连接；以及M×N个用来反射光束的反射镜23的阵列22，各个反射镜分别位在各个驱动结构16的顶部。在薄膜驱动反射镜阵列10中，在每个驱动结构16中的位在一对电极18和19之间的移动源材料薄膜层17上施加电信号，使其发生形变，该形变又使位在薄膜层17顶部的反射镜23发生形变，从而改变入射光束的光路。
上述薄膜驱动反射镜阵列的主要问题之一是阵列10的总体光学效率问题。当每个驱动结构16在施加于其中的薄膜移动源层17上的电场作用之下发生形变时，粘接在薄膜层17上的反射镜23也发生形变。然而，在阵列10中，固定在支持单元21上的那一部分反射镜23并不在电场作用下形变，而是保持在固定的位置上，另外，该变形的反射镜的部分弯曲使得产生一弯曲的上表面，光束即被从该表面上反射。其结果，由于反射镜23的有效长度减少了固定在支持单元21上的驱动结构的那部分的长度，也由于当反射镜23弯曲时的弯曲上表面，阵列10的总体光效率下降。
因此，本发明的第一个目的是提供一种具有改善的光学效率的M×N驱动反射镜阵列。
本发明的另一个目的是提供该M×N驱动反射镜阵列的制作方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于光学投影系统的M×N薄膜驱动反射镜阵列，该阵列包括：
一个含有基底、M×N晶体管阵列、以及M×N接线电极阵列的有源矩阵；一个M×N薄膜驱动结构阵列，每个驱动结构含有第一、第二和第三驱动部分，第一、第二和第三驱动部分的结构相同，各个第一、第二和第三驱动部分都具有一个顶面和一个底面，以及一个近端和一个远端，各个第一、第二和第三驱动部分都至少含有一个由移动源材料构成的含有一个顶面和一个底面的薄膜层，各个第一、第二和第三驱动部分还具有第一电极和第二电极，第一电极位在移动源薄膜层的顶面上，第二电极位在移动源层的底面上，各个驱动结构中的第一、第二和第三驱动部分的第一电极都与地连接，起着偏置电极的作用，各个驱动结构中的第一、第二和第三驱动部分的第二电极都连接在对应于该驱动部分的一个共同信号源上，起着信号电极的作用，其中施加在位于各个驱动部分的第一和第二电极之间的移动源薄膜层上的电信号使移动源薄膜层发生形变，从而使上述各个驱动部分发生形变；一个M×N支持单元阵列，各个支持单元用来使各个驱动结构位在各自的位置上，其中各个驱动结构的驱动部分的近端固定在相应的支持单元上；一个M×N反射镜层阵列，每个反射镜层含有一个用来反射光束的反射镜和一个支持层，每个反射镜层都具有奇数个(大于或等于5)翼片部分，每个翼片部分与其相邻的翼片部分之间都有一个分离缝使它们部分地分离，其中第二驱动部分位在中央翼片部分的底部，而第一和第三驱动部分则分别位在中央翼片部分两侧的隔开一个翼片部分的翼片部分的底部，使得当各个驱动结构中的第一、第二和第三驱动部分在电信号作用之下发生形变时，粘接有驱动部分的翼片部分将发生倾斜，而包括没有粘接驱动部分的翼片部分在内的反射镜层的其余部分则保持平面形状，从而使得包括没有粘接驱动部分的翼片部分在内的反射镜的其余部分能够反射光束，获得增加光学效率的效果。
根据本发明的另一个方面，提供一种制作用于光学投影系统的M×N薄膜驱动反射镜阵列的方法，该反射镜阵列包括一个有源矩阵，一个M×N薄膜驱动结构阵列，一个M×N支持单元阵列，以及一个M×N反射镜层阵列，其中每个驱动结构还进一步包括第一、第二和第三驱动部分；上述方法包括以下步骤：(a)提供具有顶面的有源矩阵，该有源矩阵包括一个基底，一个M×N晶体管阵列和一个M×N接线端阵列；(b)在有源矩阵的顶面上形成第一支持层，该支持层含有一个对应于M×N支持单元阵列的M×N基座和一个待除区；(c)对待除区进行处理使之可以去除；(d)在第一支持层上淀积第一薄膜电极层；(e)使第一薄膜电极层成形为具有第一电极图案形状，包括各个驱动结构中的第一、第二和第三驱动部分的信号电极；(f)在顶部已带有第一电极图案的支持层上提供薄膜移动源层；(g)在薄膜移动源层上形成第二薄膜电极层；(h)使第二薄膜电极层成形为具有第二电极图案的形状，包括在每个驱动结构中的第一、第二和第三驱动部分的偏置电极；(i)在顶部带有第二电极图案的薄膜移动源层的顶部淀积第二支持层；(j)在第二支持层顶部形成光反射层；(k)使光反射层、第二支持层和分别在其顶部和底部带有第一和第二电极图案的移动源薄膜层形成图案；(1)去除第一支持层中的待除区，从而得到上述M×N薄膜驱动反射镜阵列。
本发明的上述目的和其他目的以及特色将通过下面结合附图对优选实施例的说明而变得清楚明白，在附图中，
图1示出过去公开的M×N薄膜驱动反射镜阵列的截面图；
图2示出根据本发明的一个优选实施例的M×N薄膜反射镜阵列的截面图；
图3示出构成图2所示阵列的一个薄膜驱动反射镜的详细截面图；
图4示出图3所示的阵列中的一个薄膜驱动反射镜的顶视图；以及
图5A至5F示出根据本发明的第一实施例在各制作步骤过程中的示意性截面图。
现在参考图2至5，那里突出了根据本发明的优选实施例的用于光学投影系统的M×N薄膜驱动反射镜阵列的示意性截面图和顶视图以及该阵列的制作方法的示意性截面图，其中M和N都是整数。需要注意图2至5中相同的部分用相同的代号表示。
在图2中画出了第一实施例的M×N个薄膜驱动反射镜51的阵列50的截面图，它包括主动矩阵52，M×N个薄膜驱动结构54的阵列53，M×N个支持单元56的阵列55，以及M×N个反射镜层58的阵列57。
图3示出构成图2所示的阵列50的一个薄膜驱动反射镜51的详细截面图。有源矩阵52包含一个基底59，一个M×N晶体管阵列(未示出)和一个M×N个接一端61的阵列60。每个驱动结构54包含第一、第二和第三驱动部分62(a)，62(b)和62(c)，其中每一个驱动部分，例如62(a)，都具有顶面和底面63、64，以及近端和远端65、66。每个驱动部分，例如62(a)，还进一步含有至少一个薄膜层67，该薄膜层67由例如压电材料或电致伸缩材料那样的移动源材料组成，薄膜层67有顶面和底面68、69以及第一和第二电极70、71，第一电极70位在移动源薄膜层67的顶间68上，第二电极71位在其底面69上。如果移动源薄膜层67由压电材料，例如钛酸铅锆(PZT)组成，则必须予以极化。第一、第二和第三驱动部分62(a)、62(b)、62(c)的第一电极70与地连接，因此超着偏置电极的作用，而它们的第二电极71则起着信号电极的作用。第一和第二电极70.71由诸如铂(Pt)或铂/钽(Pt/Ta)那样的金属组成。
对每个驱动部分62(a)、62(b)和62(c)中位于第一和第二电极70、71之间的移动源薄膜层67所施加的电信号将使移动源薄膜层67变形，从而使驱动部分62(a)、62(b)和62(c)变形。
M×N个支持单元56中的每一个都有顶面和底面72、73，各个支持单元56用来使各个驱动结构54中的各个驱动部分62(a)、62(b)和62(c)保持在一定位置上，还通过提供例如由钨(W)或钛(Ti)组成的金属导体99使各个驱动结构54中的第一、第二和第三驱动部分62(a)、62(b)和62(c)的第二电极71与有源矩阵52上的相应接线端61实现电连接。在本发明的阵列50中，各个驱动结构54中的第一、第二和第三驱动部分62(a)、62(b)和62(c)通过使其近端65部分的底面64安装在相应支持单元56的顶面72上面以悬臂形式位在相应的支持单元56上，各个支持单元56的底面73位在有源矩阵的顶面上。支持单元56由陶瓷组成。
每个反射镜层58都含有一个用来反射光束的反射镜74和一个支持层75。并且，如图4所示，每个反射镜层58都有奇数个(等于或大于5个)翼片部分76，每个翼片部分与相邻的翼片部分之间都有一个分割缝77使它们部分地分离。在图4所示的实施例中，每个反射镜层58有7个翼片部分76。
在各个薄膜驱动反射镜51中，第二驱动部分62(b)都位在中央翼片部分的底部，而第一和第三驱动部分62(a)、62(c)则分别位在中央翼片部分两侧的隔开一个翼片部分的翼片部分的底部所以当在电信号作用下各个驱动结构54中的第一、第二和第三驱动部分62(a)、62(b)和62(c)发生形变时，粘接有驱动部分的翼片部分就会倾斜，而包括没有粘接驱动部分的翼片部分在内的反射镜层58的其余部分则保持为平面形状，其结果是，反射镜层58的有效长度变成为其全部长度，因此比过去公开的阵列10的光学效率有一个净增加量。
图5A至5F画出了关于制作本发明第一实施例阵列的制作步骤。第一实施例的M×N个薄膜驱动反射镜51的阵列50的制作过程从制备有源矩阵52开始，如图5A所示，该有源矩阵有一个顶面101，并包含有基底59，M×N晶体管阵列(未示出)和M×N个接线端61的阵列60。
在下一个步骤中，如图5B所示，在有源矩阵52的顶面101上形成第一支持层102，它包括对应于M×N个支持单元56的阵列55的M×N个基座104的阵列103和环绕基座104的待除区105，其中第一支持层102是这样形成的：在有源矩阵52的整个顶面101上淀积一个待除层(未示出)；形成M×N空槽阵列(未示出)以产生待除区105，各个空槽都位在M×N个接线端61中相应接线端的周围；在每个空槽中提供一个基座104。待除层是用例如化学气相淀积法(CVD)形成的，空槽阵列是用例如溅射方法或化学气相淀积法以及随后的腐蚀方法形成的。然后处理第一支持层102的待除区105，使之以后可以用腐蚀方法或者用加适当的化学药品的方法予以去除。
用来使各驱动结构54中的各驱动部分62(a)、62(b)和62(c)的第二电极71与相应的接线端61实现电连接的导体99是由诸如钨(W)或钛(Ti)那样的金属组成的，在各个基座104中形成导体99的方法是，首先采用腐蚀方法产生一个从基座104的顶部到相应的接线端61的顶部的空洞，然后在空洞中注入诸如钨那样的金属，如图5C所示。
接着，如图5D所示，在第一支持层102上淀积一层由例如银那样的导电材料组成的第一薄膜电极层106。其后，使第一薄膜电极层(未示出)形成第一电极图案106，包括每个驱动结构54中的第一、第二和第三驱动部分62(a)、62(b)和62(c)的第二电极71。在下一步骤中，如图5D所示，在带有第一电极图案106的第一支持层102的顶部相继地形成一个由移动源材料(例如PZT)组成的薄膜层107和由导电材料(例如银)组成的第二薄膜电极层(未示出)。第一和第二薄膜电极层是用溅射法形成的，而移动源薄膜层是用溅射法、CVD法、或溶胶一凝胶法(sol-gel法)中的一个方法形成的。其后，使第二薄膜电极层成形为第二电极图案108，包括每个驱动结构54中的第一、第二和第三驱动部分62(a)、62(b)和62(c)的第一电极70。
如图5E所示，在顶部带有第二电极图案的移动源薄膜层107的顶部淀积由陶瓷组成的第二支持层109。接着，用溅射法在第二支持层109顶部形成光反射层110。
然后，如图5F所示，使先反射层110、第二支持层109和分别在顶部和底部带有第一和第二电极图案的移动源薄膜层107形成图案，去除第一支持层102中的待除区105，从而形成M×N个薄膜驱动反射镜51的阵列50。
如前所述，导电薄膜层、移动源薄膜层和反光材料薄膜层都是用已知的薄膜技术，便如溅射、溶胶-凝胶、蒸镀、腐蚀和微加工技术来淀积和形成图案的。
尽管本发明仅仅对某些实施例进行了说明，然而可以在不偏离由下述权利要求所规定的本发明的范畴的情况下，作出其他修改和变动。
Claims (18)
1、一种用于光学投影系统的M×N薄膜驱动反射镜阵列，其中M和N为整数，上述阵列包括：
一个有源矩阵，它含有一个基底，一个M×N晶体管阵列和一个M×N接线端阵列；
一个M×N薄膜驱动结构阵列，每个驱动结构都含有第一、第二和第三驱动部分，第一、第二和第三驱动部分的结构相同，第一、第二和第三驱动部分都有一个顶面和一个底面以及一个近端和一个远端，第一、第二和第三驱动部分都至少含有一个具有顶面和底面的移动源材料薄膜层，第一、第二和第三驱动部分还都带有第一电极和第二电极，第一电极位在移动源薄膜层的顶面，第二电极位在移动源薄膜层的底面，各个驱动结构中的第一、第二和第三驱动部分的第一电极都与地连接，从而超着偏置电极的作用，各个驱动结构中的第一、第二和第三驱动部分的第二电极与相应驱动部分中的一个共同信号源相连接，从而起着信号电极的作用，其中施加在各个驱动部分的第一和第二电极之间的移动源薄膜层上的电信号造成移动源薄膜层的形变，从而造成各个驱动部分的形变；
一个M×N支持单元阵列，每个支持单元用来把各自的驱动部分保持在固定位置上，其中各个驱动结构中的驱动部分的近端粘接在相应的支持单元上；
一个M×N反射镜层阵列，每个反射镜层都含有一个用来反射光束的反射镜和一个支持层，每个反射镜层上有等于或大于5个的奇数个翼片部分，每个翼片部分与其相邻的翼片部分被它们之间的分割缝部分地分离，其中，第二驱动部分位在中央翼片部分的底部，第一和第三驱动部分分别位在中央翼片部分两侧的隔开一个翼片部分的翼片部分的底部，使得当各个驱动结构中的第一、第二和第三驱动部分在电信号作用下发生形变时，粘接有驱动部分的那些翼片部分发生倾斜，而包括没有粘接驱动部分的那些翼片部分在内的反射镜层的其余部分则保持平面形状，因此允许包括没有粘接驱动部分的那些翼片部分在内的反射镜层的其余部分能够反射光束，从而增加了光学效率。
2、根据权利要求1的薄膜驱动反射镜阵列，其中的各个支持单元由陶瓷组成。
3、根据权利要求2的薄膜驱动反射镜阵列，其中的各个支持单元带有一个导体，用来实现各个驱动结构中的各驱动部分的第二电极与有源矩阵上的接线端之间的电连接。
4、根据权利要求3的薄膜驱动反射镜阵列，其中的导体由钨或钛组成。
5、根据权利要求1的薄膜驱动反射镜阵列，其中的各个支持层由陶瓷组成。
6、根据权利要求1的薄膜驱动反射镜阵列，其中的移动源薄膜层由电致伸缩材料或在电材料组成。
7、一种光学投影系统，它包括一个具有权利要求1至6中的任一个所规定的结构的M×N薄膜驱动反射镜阵列。
8、一种制作用于光学投影系统的M×N薄膜驱动反射镜阵列的方法，所述阵列含有一个有源矩阵、一个M×N薄膜驱动结构阵列、一个M×N支持单元阵列和一个M×N反射镜层阵列，每个驱动结构还进一步含有第一、第二和第三驱动部分，上述方法包括以下步骤：
(a)提供具有一个顶面的有源矩阵，该有源矩阵含有一个基底、一个M×N晶体管阵列和一个M×N接线端阵列；
(b)在有源矩阵的顶面上形成第一支持层，该支持层含有对应于M×N支持单元阵列的M×N基座阵列和待除区；
(c)把待涂区处理得可以去除；
(d)在第一支持层上淀积一个第一薄膜电极层；
(e)使第一薄膜电极层成形为第一电极图案，该图案包括备个驱动结构中的第一、第二和第三驱动部分的信号电极；
(f)在顶部已带有第一电极图案的支持层上提供薄膜移动源层；
(g)在薄膜移动源层上形成一个第二薄膜电极层；
(h)使第二薄膜电极层成形为第二电极图案，该图案包括各个驱动结构中的第一、第二和第三驱动部分的偏置电极；
(i)在顶部已带有第二电极图案的薄膜移动源层顶部淀积一个第二支持层；
(j)在第二支持层顶部形成一个光反射层；
(k)使光反射层、第二支持层和分别在顶部和底部已带有第一和第二电极图案的移动源薄膜层成形为图案；以及
(1)去除第一支持层中的待除区域，以得到上述M×N薄膜驱动反射镜阵列。
9、根据权利要求8的方法，其中的第一和第二薄膜电极层利用溅射法形成。
10、根据权利要求8的方法，其中的移动源薄膜层用溅射法或化学气相淀积法或溶胶-凝胶法形成。
11、根据权利要求8的方法，其中的光反射层用溅射法形成。
12、根据权利要求8的方法，其中的第一和第二电极图案用腐蚀法得到。
13、根据权利要求8的方法，其中的第一支持层用以下步骤形成：
(a)在有源矩阵的顶面上淀积一个第一待除层；
(b)在待除层上提供一个M×N第一空槽阵列，各个第一空槽分别位在M×N个接线端的周围；以及
(c)在每个第一空槽中形成基座。
14、根据权利要求13的方法，其中的第一待除层由溅射法形成。
15、根据权利要求13的方法，其中的M×N第一空槽阵列由腐蚀法形成。
16、根据权利要求13的方法，其中的基座由溅射法以及随后的腐蚀法形成。
17、根据权利要求13的方法，其中的基座由化学气相淀积法以及随后的腐蚀法形成。
18、一种包含有用权利要求8至17中的任一个权利要求所规定的方法制备的M×N薄膜驱动反射镜阵列的光学投影系统。
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