DE60214111T2 - Jochlose digitale Mikrospiegel-Vorrichtung mit verdecktem Gelenk - Google Patents

Jochlose digitale Mikrospiegel-Vorrichtung mit verdecktem Gelenk Download PDF

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    • GPHYSICS
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Description

  • TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft mikro-elektromechanische Vorrichtungen und ihre Herstellung und insbesondere eine digitale Mikrospiegelvorrichtung mit einem verbesserten Entwurf.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Eine digitale Mikrospiegelvorrichtung ("Digital Micromirror DeviceTM" – DMDTM) ist ein Typ einer Vorrichtung eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS). Die 1987 bei Texas Instruments Incorporated erfundene DMD ist ein schneller, reflektierender, digitaler Lichtschalter. Sie kann mit Bildverarbeitung, einem Speicher, einer Lichtquelle und Optik kombiniert werden, um ein digitales Lichtverarbeitungssystem zu bilden, das in der Lage ist, große und helle Farbbilder mit einem hohen Kontrast zu projizieren.
  • Die DMD wird unter Verwendung CMOS-artiger Prozesse über einem CMOS-Speicher hergestellt. Sie weist eine Anordnung einzeln adressierbarer Spiegelelemente auf, die jeweils einen Aluminiumspiegel aufweisen, der Licht, abhängig vom Zustand einer darunter liegenden Speicherzelle, in eine von zwei Richtungen reflektieren kann. Wenn sich die Speicherzelle in einem ersten Zustand befindet, dreht sich der Spiegel zu +10 Grad. Wenn sich die Speicherzelle in einem zweiten Zustand befindet, dreht sich der Spiegel zu –10 Grad. Durch Kombinieren der DMD mit einer geeigneten Lichtquelle und Projektionsoptik reflektiert der Spiegel einfallendes Licht entweder in die Pupille der Projektionslinse oder aus dieser heraus. Demgemäß erscheint der erste Zustand des Spiegels hell und der zweite Zustand des Spiegels dunkel. Eine Grauskala wird durch binäre Pulsbreitenmodulation des einfallenden Lichts erreicht. Farbe wird durch die Verwendung von stationären oder drehbaren Farbfiltern in Kombination mit einem, zwei oder drei DMD-Chips erreicht.
  • DMD können eine Vielzahl von Entwürfen bzw. Konstruktionen aufweisen, und der beliebteste Entwurf, der gegenwärtig verwendet wird, ist eine Struktur, die aus einem Spiegel besteht, welcher starr mit einem darunter liegenden Joch verbunden ist. Das Joch ist wiederum durch zwei dünne, mechanisch biegsame Torsionsgelenke mit Tragstäben verbunden, die an dem darunter liegenden Substrat angebracht sind. Zwischen der darunter liegenden Speicherzelle und dem Joch und dem Spiegel entwickelte elektrostatische Felder bewirken eine Drehung in positiver oder negativer Drehrichtung.
  • Die Herstellung der vorstehend beschriebenen DMD-Überstruktur beginnt mit einer fertigen CMOS-Speicherschaltung. Durch die Verwendung von sechs Photomaskenschichten wird die Überstruktur mit alternierenden Schichten aus Aluminium für die Adresselektrode, das Gelenk, das Joch und Spiegelschichten und gehärtetem Photoresist für Opferschichten, die Luftspalte bilden, hergestellt.
  • DMD mit einer Gelenkschicht mit Federspitzen sind in EP-A-0 783 124 und EP-A-0 980 014 offenbart.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Aspekt der Erfindung ist eine Anordnung digitaler Mikrospiegel-Pixelelemente. Die Anordnung weist eine durch drei voneinander beabstandete Schichten, zwischen denen sich jeweils ein Luftspalt befindet, definierte Struktur auf. Eine Spiegelschicht weist einen jedem Pixelelement zugeordneten reflektierenden Spiegel auf. Eine Gelenkschicht ist beabstandet unter der Spiegelschicht angeordnet und weist unter jedem Spiegel ein Torsionsgelenk auf, das so an dem Spiegel angebracht ist, dass sich ein Spiegel oberhalb der Gelenkschicht neigen kann. Eine Adressschicht ist unter der Gelenkschicht beabstandet angeordnet und weist eine Schaltungsanordnung zum Steuern des Betriebs der Pixelelemente auf. Die Gelenkschicht weist weiter unter jedem Spiegel Federspitzen, die mechanisch mit der Adressschicht verbunden sind, und eine Adresselektrode, die von den Federspitzen in Bezug auf die Drehachse zur Platine hin angeordnet ist, auf.
  • Wie im Hintergrund der Erfindung erwähnt wurde, weisen herkömmliche DMD-Entwürfe unter dem Spiegel auf der Gelenkebene ein Joch auf. Während des Betriebs setzt das Joch an Stelle des Spiegels auf einer darunter liegenden Aufsetzfläche auf. Das Joch weist Federspitzen auf, die für das Aufsetzen verwendet werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es kein Joch, und der Spiegel setzt auf Federspitzen auf, die unter dem Spiegel in der Gelenkebene stationär sind.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Jochstruktur früherer DMD-Entwürfe beseitigt ist. Dies vereinfacht in hohem Maße die DMD-Struktur sowie ihre Herstellung. Verschiedene Strukturierungs- und Ätzschritte, die mit dem Joch verbunden sind, werden überflüssig gemacht. Es wird erwartet, dass die Herstellung von DMD gemäß der Erfindung die gegenwärtige DMD-Ausbeute erheblich vergrößert.
  • Weiterhin bewegt sich der Spiegel mit einer geringeren Trägheit als bei früheren DMD-Entwürfen, bei denen ein Joch verwendet wurde. Dies ermöglicht schnellere Spiegelübergangszeiten.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine Einzelteilansicht eines DMD-Pixelelements gemäß der Erfindung,
  • 2 ist eine Schnittansicht der Schichten eines DMD-Wafers durch Abscheiden und Ätzen einer ersten Abstandsschicht,
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht der Oberfläche der ersten Abstandsschicht,
  • 4 ist eine Schnittansicht der Schichten eines DMD-Wafers durch Abscheiden einer Gelenkmetallschicht und einer Oxidschicht,
  • 5 ist eine Schnittansicht der Schichten eines DMD-Wafers durch Abscheiden und Ätzen einer ersten Abstandsschicht,
  • 6 ist eine Schnittansicht der Schichten eines DMD-Wafers durch Abscheiden einer Gelenkstrukturierungsschicht,
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht der Oberfläche der Gelenkschicht nach der Strukturierung,
  • 8 ist eine Schnittansicht der Schichten eines DMD-Wafers durch Abscheiden einer zweiten Abstandsschicht,
  • 9 ist eine Schnittansicht der Schichten eines DMD-Wafers durch Abscheiden einer Spiegelmetallschicht,
  • 10 ist eine Schnittansicht der Schichten eines DMD-Wafers durch Abscheiden einer Spiegelstrukturierungsschicht,.
  • 11 ist eine Draufsicht der Spiegelelemente einer DMD-Anordnung,
  • 12 zeigt die drei Schichten einer orthogonalen Ausführungsform der Erfindung, und
  • 13 ist eine schematische Darstellung eines Projektionsanzeigesystems mit einer DMD-Anordnung gemäß der Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 ist eine Einzelteilansicht eines DMD-Pixelelements 10 gemäß der Erfindung. Das Pixelelement 10 ist ein Element von einer Anordnung solcher unter Verwendung von Halbleiterfertigungstechniken auf einem Wafer hergestellter Elemente.
  • Das DMD-Pixelelement 10 ist eine monolithisch integrierte MEMS-Überstrukturzelle, die über einer CMOS-SRAM-Zelle 11 hergestellt ist. Zwei Opferschichten (siehe die 2 und 10) wurden durch Plasmaätzen entfernt, um Luftspalte zwischen drei Metallschichten der Überstruktur zu erzeugen. Für die Zwecke dieser Beschreibung sind die drei Metallschichten dadurch "beabstandet", dass sie durch diese Luftspalte getrennt sind.
  • Die oberste Metallschicht 14 weist einen reflektierenden Spiegel 14a auf. Der Luftspalt unter dem Spiegel 14a ermöglicht es, dass der Spiegel 14a frei um ein biegsames Torsionsgelenk 13a drehbar ist, das Teil der zweiten Metallschicht 13 ist. Eine dritte Metallschicht (M3-Schicht) 12 weist Adresselektroden 12a für den Spiegel 14a auf, wobei die Adresselektroden 12a mit der SRAM-Zelle 11 verbunden sind. Die M3-Schicht 12 weist weiter einen Vorspannungsbus 12b auf, der die Spiegel 14a aller Pixel mit einer Bondkontaktstelle im Außenbereich des Chips verbindet. Ein sich außerhalb des Chips befindender Treiber führt die Vorspannungswellenform zu, die für einen geeigneten digitalen Betrieb erforderlich ist.
  • Die DMD-Spiegel 14a messen jeweils 16 μm im Quadrat und bestehen aus Aluminium, um einen maximalen Reflexionsgrad zu erzielen. Sie sind an 17 μm beabstandeten Zentren angeordnet, um eine Matrix mit einem hohen Füllfaktor (~90 %) zu bilden. Der hohe Füllfaktor erzeugt eine hohe Wirksamkeit für die Lichtausnutzung auf der Pixelebene und ein nahtloses (pixelierungsfreies) projiziertes Bild. Die Gelenkschicht 13 unter den Spiegeln 14a ermöglicht eine dichte Beabstandung der Spiegel 14, und wegen der unten liegenden Anordnung der Gelenke wird eine Anordnung von Pixelelementen 10 als DMD-Architektur "mit verborgenen Gelenken" bezeichnet.
  • Beim Betrieb werden elektrostatische Felder zwischen dem Spiegel 14a und seinen Adresselektroden 12a entwickelt, wodurch ein elektrostatisches Drehmoment erzeugt wird. Dieses Drehmoment wirkt dem rückstellenden Drehmoment des Gelenks 13a entgegen, um eine Spiegeldrehung in positiver oder in negativer Richtung zu erzeugen. Der Spiegel 14a dreht sich, bis er gegen Federspitzen 13c, die Teil der Gelenkschicht 13 sind, zur Ruhe kommt (oder auf diesen aufsetzt). Diese Federspitzen 13c sind an der Adressierungsschicht 12 befestigt und stellen demgemäß eine stationäre, jedoch flexible Aufsetzfläche für den Spiegel 14a bereit.
  • Die 210 veranschaulichen den DMD-Herstellungsprozess. Wie nachstehend erklärt wird, folgt dieser Prozess der herkömmlichen DMD-Fertigung bis zur Abscheidung einer ersten Abstandsschicht S1.
  • 2 ist eine Schnittansicht der Schichten eines DMD-Wafers durch die Abscheidung der ersten Abstandsschicht (S1-Schicht) 21. Die Herstellung der DMD-Überstruktur beginnt mit einer fertigen CMOS-Speicherschaltung 11. Die Schaltung 11 kann eine herkömmliche 5T- oder 6T-SRAM-Zelle sein. Ein Dickoxid wird auf die CMOS-Oberfläche aufgebracht und dann planarisiert, was beispielsweise durch eine chemisch-mechanische Poliertechnik (CMP-Technik) geschieht. Der CMP-Schritt liefert ein vollkommen flaches Substrat für die Herstellung der DMD-Überstruktur.
  • Durch die Verwendung von Photomaskentechniken wird die M3-Schicht 12 über der CMOS-Schaltung 11 gebildet. Diese M3-Schicht 12 wird mit Aluminium für die Adress- und Busschaltungsanordnung gebildet. Das Aluminium wird durch Sputtern aufgebracht und unter Verwendung von durch Plasma abgeschiedenem SiO2 als Ätzmaske plasmageätzt. Die M3-Schicht 12 kann in einem für DMD-Strukturen verwendeten Muster geätzt werden, wie zuvor in US-A-6 028 690 mit dem Titel "Reduced Micromirror Gaps for Improved Contrast Ratio" und in US-A-5 583 688 mit dem Titel "Multi-level Digital Micromirror Device", die beide auf Texas Instruments Incorporated übertragen wurden, beschrieben wurde. Es sei hier auf diese Patente verwiesen.
  • Eine mit S1 bezeichnete Abstandsschicht 21 wird dann über der M3-Schicht 11 abgeschieden. Die Abstandsschicht 21 kann aus gehärtetem Photoresist bestehen. Später beim Montagevorgang wird diese Abstandsschicht 21 plasmaverascht, um einen Luftspalt zu bilden. Eine Anzahl von Durchgangslöchern wird dann in der Abstandsschicht 21 durch herkömmliche Strukturierungs- und Ätztechniken gebildet.
  • 3 ist eine perspektivische Ansicht der Oberfläche der ersten Abstandsschicht 21, nachdem die Durchgangslöcher gebildet worden sind. Sie zeigt Federspitzenträger-Durchgangslöcher 31, Gelenkträger-Durchgangslöcher 32 und Elektrodenträger-Durchgangslöcher 33.
  • Die 46 zeigen die Herstellung der Gelenkschicht 13. Wie nachstehend erklärt wird, enthält die Gelenkschicht 13 ein Gelenk 13a, Federspitzenausleger 13b und Federspitzen 13c, die sich von den Federspitzenauslegern 13b erstrecken.
  • Mit Bezug auf 4 sei bemerkt, dass die Gelenkschicht 13 durch Abscheiden der Gelenkmetallschicht 13 und einer Oxidschicht 42 gebildet wird. Das Gelenkmetall ist typischerweise eine Aluminiumlegierung, wie AlTiO. Ein Beispiel einer geeigneten Dicke für die Gelenkschicht 13 ist 840 Angstrom. Ein Beispiel einer geeigneten Dicke für die Oxidschicht 42 ist 5000 Angstrom.
  • 5 zeigt einen Abschnitt der teilweise hergestellten DMD mit einem Durchgangsloch 31, 32 oder 33 und das Ergebnis eines strukturierten Ätzprozesses. Das Ätzen belässt eine Oxidbeschichtung innerhalb der Durchgangslöcher 31, 32 oder 33. Das Oxid am Boden der Durchgangslöcher bedeckt das dünne Metall am Boden jedes Durchgangslochs, wodurch eine Verstärkung erzielt wird. Es wird dann ein Entwicklungsspülen oder eine andere Reinigung ausgeführt, um Reste zu entfernen und eine Oberflächenkontamination zu verhindern. Als eine Alternative zu einem strukturierten Ätzen könnte ein unstrukturiertes Ätzen verwendet werden, was dazu neigen würde, das Oxid an den Seitenwänden der Durchgangslöcher zu belassen. Als eine Alternative zur Oxidschicht 42 könnte ein Metallmaterial an Stelle von Oxid abgeschieden werden.
  • 6 zeigt die Abscheidung und Strukturierung einer Gelenkstrukturierungsschicht 61. Die Strukturierungsschicht 61 wird mit einer Gelenkätzmaske in dem in 1 dargestellten Muster geätzt. Die Strukturierungsschicht 61 wird chemisch entfernt. Die strukturierte Gelenkschicht 13 wird dann gereinigt.
  • 7 ist eine perspektivische Ansicht der Oberfläche der strukturierten Gelenkschicht 13. Die verschiedenen Durchgangslöcher 31, 32, 33 sind ebenso wie eine Gelenkauflage 71, auf der das Spiegeldurchgangsloch 14a enden wird, dargestellt. Unter erneutem Bezug auf 1 sei bemerkt, dass die Durchgangslöcher, die nun mit abgeschiedenem Oxidmaterial gefüllt sind, hohle Tragstäbe bilden, nachdem die Abstandsschicht 21 entfernt wurde. Zwei Federspitzen 13c befinden sich unter jeder der zwei geneigten Ecken des Spiegels 14a. Gemäß der Ausführungsform aus 7 bilden das Gelenk 13a und die Federspitzen 13b ein kontinuierliches Muster, wobei sich die beiden Federspitzenausleger 13b unter einem Winkel von jedem Ende des Gelenks 13a erstrecken, es sind jedoch auch andere Muster möglich. Beispielsweise können eine oder zwei Aufsetzspitzen unter einer Orientierung von 45 Grad oder 90 Grad zu dem Gelenk verwendet werden.
  • 8 zeigt das Abscheiden der zweiten Abstandsschicht (S2-Schicht) 81. Das in 1 dargestellte Spiegeldurchgangsloch 14a wird strukturiert und geätzt. Der Abstandsresist wird dann getrocknet, und die Oberfläche wird gereinigt. Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Spalt zwischen der Spiegelschicht 14 und der Gelenkschicht 13, verglichen mit herkömmlichen DMD-Entwürfen, verkleinert werden kann. Hierdurch wird die Reflexion an der Gelenkebene in dem Spalt verringert, was zu einer besseren Bildqualität führt.
  • 9 zeigt das Abscheiden einer Metallspiegelschicht 91, anhand derer der Spiegel 14a strukturiert wird. Eine typische Dicke der Spiegelschicht 91 beträgt 3300 Angstrom. Das Metall für die Spiegelschicht 91 ist typischerweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung.
  • 10 zeigt das Abscheiden einer Spiegelstrukturierungsschicht 101, welche zum Strukturieren des Spiegels 14a verwendet wird. Die Spiegelschicht 14 wird strukturiert und geätzt, so dass der Spiegel 14 aus 1 verbleibt.
  • Der Montagevorgang beginnt damit, dass die Wafer entlang den Chip-Ritzlinien bis zu einer Tiefe teilweise gesägt werden, die ermöglicht, dass die Chips später leicht auseinander gebrochen werden. Vor dem Trennen der Chips voneinander wird jeder Chip durch ein schnelles automatisches Wafertestgerät auf die vollständige elektrische und optische Funktionalität getestet. Die Chips werden dann von dem Wafer getrennt und an eine Plasmaätzvorrichtung weitergeleitet, die verwendet wird, um die organischen Opferschichten S1 und S2 selektiv unter der Spiegelschicht 14 und der Gelenkschicht 13 zu entfernen. Die Chips werden dann plasmagereinigt, wieder eingefettet und hermetisch in ein Gehäuse eingeschlossen.
  • 11 ist eine Draufsicht einer Anordnung 110 von Spiegelelementen 10. DMD-Anordnungen haben häufig mehr als tausend Zeilen und Spalten von Pixelelementen 10. Gekapselte DMD-Chips sind im Handel in verschiedenen Anordnungsgrößen verfügbar. Beispielsweise wurden SVGA-(800 × 600)- und SXGA-(1280 × 1024)-Anordnungen hergestellt. Die Diagonalen der aktiven Fläche messen 0,7 Zoll bzw. 1,1 Zoll.
  • Der vorstehend beschriebene Entwurf ist ein "diagonaler" Entwurf, bei dem sich der Spiegel 14 um seine Diagonale dreht. Der gleiche Entwurf kann leicht zu einem "orthogonalen" Entwurf modifiziert werden, bei dem sich der Spiegel 14 um seine flachen Seiten dreht.
  • 12 zeigt eine Adressierungsschicht 120, eine Gelenkschicht 121 und eine Spiegelschicht 122 eines orthogonalen DMD-Entwurfs. Drei Schichten sind mit durchgezogenen, gepunkteten bzw. unterbrochenen Linien dargestellt. Wie bei dem vorstehend beschriebenen diagonalen Entwurf weist die Gelenkschicht 121 ein Gelenk 121a, Federspitzenausleger 121b und Federspitzen 121c auf. Ein Vorteil eines orthogonalen Entwurfs besteht darin, dass ein Projektionssystem, bei dem solche DMD verwendet werden, verkleinerte optische Weglängen und dementsprechend eine kompaktere Größe haben kann.
  • Beim Betrieb verringert das Ausüben von Drehmoment um die aufgesetzte Federspitze 13b während des Aufsetzens das Ausüben von Drehmoment in Gegenrichtung von der nicht aufsetzenden Spitze 13b. Hierdurch wird der Neigungswinkel vergrößert. Ein Rücksetzsignal, das in die Vorspannungsleitung eintritt, sollte nicht erforderlich sein, um einen Übergang einzuleiten. Es wird erwartet, dass das Vorspannungspotential und die Adressierungsspannungen zum Betätigen des Pixels 10 ausreichen, wobei angenommen wird, dass der zeitliche Vorspannungsausschaltparameter ausreicht, um die Vorspannung wieder anzulegen, um dadurch den gewünschten Übergang zu erreichen. Weil die Federspitzen 13b in einem dichteren Radius beim Gelenk 13a liegen als in dem Fall herkömmlicher DMD-Entwürfe, sind die Wirkungen jedes Haltedrehmoments infolge eines Anhaftens verringert. Überdies stellt das Pixel 10 für die Zwecke des gewünschten elektrostatischen Betriebs ein größeres Drehmoment für eine gegebene Pixelelektroden-Potentialdifferenz bereit. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der größte Teil der aktiven Drehmoment ausübenden Flächen der Adresselektroden und des Spiegels so weit wie möglich radial nach außen angeordnet ist. Das Gelenkmetall kann infolge der erhöhten elektrostatischen Wirksamkeit dicker sein.
  • 13 ist eine schematische Ansicht eines Bildprojektionssystems 1300 mit einer verbesserten Mikrospiegelvorrichtung 1302 gemäß der Erfindung. Licht von einer Lichtquelle 1304 wird durch eine Linse 1306 auf die Mikrospiegelvorrichtung 1302 fokussiert. Wenngleich die Linse 1306 als eine Einzellinse dargestellt ist, besteht sie typischerweise aus einer Gruppe von Linsen und Spiegeln, welche gemeinsam Licht von der Lichtquelle 1304 auf die Oberfläche der Mikrospiegelvorrichtung 1302 fokussieren und richten. Spiegel auf der Mikrospiegelvorrichtung, die in eine Aus-Position gedreht sind, reflektieren Licht zu einer Lichtfalle 1308, während Spiegel, die in eine Ein-Position gedreht sind, Licht zu einer Projektionslinse 1310 reflektieren, die der Einfachheit halber als eine Einzellinse dargestellt ist. Die Projektionslinse 1310 fokussiert das von der Mikrospiegelvorrichtung 1302 modulierte Licht auf eine Bildebene oder einen Bildschirm 1312. Spiegel im Außenrandbereich der Mikrospiegelvorrichtung 1302 richten das auf den Randbereich einfallende Licht zur Lichtfalle 1308, wodurch gewährleistet wird, dass der Randbereich der Anzeige 1314 sehr dunkel ist und ein scharfer Kontrast zum inneren Bildabschnitt 1316 der Bildebene erzeugt wird. Eine Steuereinrichtung 1320 liefert Zeit- und Steuersignale zum Betätigen der Pixelelemente in der vorstehend und in den erwähnten Patenten beschriebenen Weise.

Claims (8)

  1. Anordnung (110) digitaler Mikropixelelemente (10) mit: einer Spiegelschicht (14) mit einem jedem Pixelelement zugeordneten Spiegel, einer Gelenkschicht (13), die von der Spiegelschicht beabstandet ist, wobei die Gelenkschicht ein jedem Spiegel zugeordnetes Gelenk aufweist, welches den Spiegel trägt, so dass sich der Spiegel in Bezug auf die Gelenkschicht um eine Achse neigen kann, und einer Adressschicht (12), die von der Gelenkschicht beabstandet ist, wobei die Adressschicht eine Schaltungsanordnung (11) zum Steuern des Betriebs der Pixelelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkschicht weiter Federspitzen (13b) aufweist, die jedem Spiegel entsprechen und von diesem beabstandet sind und positioniert sind, um den entsprechenden Spiegel zu berühren, wenn dieser Spiegel geneigt wird, wodurch die Bewegung dieses Spiegels eingeschränkt wird, die Gelenkschicht weiter eine Adresselektrode aufweist und die Adresselektrode von den Federspitzen in Bezug auf die Drehachse zur Platine hin angeordnet ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, wobei jeder Spiegel rechteckig geformt ist, wobei das Gelenk unter dem diagonalen Zugang des Spiegels liegt, so dass sich der Spiegel um den diagonalen Zugang neigt, und sich die Federspitzen unter den sich neigenden Ecken des Spiegels befinden.
  3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Federspitzen und das Gelenk aus demselben Material hergestellt sind.
  4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich die Federspitzen von mindestens einem Federspitzenausleger erstrecken, der mit einem oder mehreren Federspitzenträger-Durchgangslöchern mit der Adressschicht verbunden ist.
  5. Anordnung nach Anspruch 4, wobei das Gelenk und die Federspitzenausleger ein zusammenhängendes Muster der Gelenkschicht bilden.
  6. Verfahren zum Herstellen einer Mikrospiegelanordnung mit den folgenden Schritten: Bilden einer Steuerschaltungsanordnung auf einem Halbleitersubstrat, Abscheiden einer ersten Schicht auf das Substrat, Strukturieren der ersten Abstandsschicht, um Gelenkträger-Durchgangslöcher und Federspitzenträger-Durchgangslöcher auszubilden, Abscheiden einer Gelenkschicht über der ersten Abstandsschicht, Bilden mindestens einer Gelenk-Ätzmaske auf der Gelenkschicht, Strukturieren der Gelenkschicht zur Bildung mindestens eines Gelenks, einer Adresselektrode und mindestens zweier Federspitzenausleger, wobei jeder Federspitzenausleger eine Federspitze aufweist, die sich von einem Ende des Federspitzenauslegers über die Adresselektrode hinaus erstreckt, Abscheiden einer zweiten Abstandsschicht über der Gelenkschicht, Strukturieren der zweiten Abstandsschicht zum Ausbilden reiner Trägerdurchgangslöcher, Abscheiden einer Metallspiegelschicht über der zweiten Abstandsschicht, Strukturieren der Metallspiegelschicht zur Bildung einer Anordnung von Mikrospiegeln und Entfernen der ersten und der zweiten Abstandsschicht.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem weiter eine Oxidschicht über der Gelenkschicht abgeschieden wird und die Oxidschicht so geätzt wird, dass die Innenflächen der Gelenkspitzenträger-Durchgangslöcher und der Federspitzenträger-Durchgangslöcher mit Oxid beschichtet werden.
  8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei bei dem Schritt des Strukturierens der Metallspiegelschicht die Metallspiegelschicht zur Bildung rechteckiger Spiegel strukturiert wird, wobei sich das Gelenk unter dem diagonalen Zugang des Spiegels befindet, so dass sich der Spiegel um den ringförmigen Zugang neigt, und sich die Federspitzen unter den sich neigenden Ecken des Spiegels befinden.
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Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE60214111T2 (de) * 2001-11-21 2007-02-22 Texas Instruments Inc., Dallas Jochlose digitale Mikrospiegel-Vorrichtung mit verdecktem Gelenk
US6856446B2 (en) * 2001-12-12 2005-02-15 Texas Instruments Incorporated Digital micromirror device having mirror-attached spring tips
US7088486B2 (en) * 2002-01-31 2006-08-08 Texas Instruments Incorporated Yokeless hidden hinge micromirror device with double binge layer
US6992810B2 (en) * 2002-06-19 2006-01-31 Miradia Inc. High fill ratio reflective spatial light modulator with hidden hinge
US6825968B2 (en) * 2002-10-11 2004-11-30 Exajoule, Llc Micromirror systems with electrodes configured for sequential mirror attraction
EP1636628A4 (de) * 2003-06-02 2009-04-15 Miradia Inc Reflektiver raum-lichtmodulator mit hohem füllverhältnis mit verborgenem schwenkglied
US8061854B2 (en) * 2003-11-01 2011-11-22 Silicon Quest Kabushiki-Kaisha Projection display system with varying light source
US7796321B2 (en) * 2003-11-01 2010-09-14 Silicon Quest Kabushiki-Kaisha Mirror device
US7354865B2 (en) * 2003-12-31 2008-04-08 Texas Instruments Incorporated Method for removal of pattern resist over patterned metal having an underlying spacer layer
US7072094B2 (en) * 2003-12-31 2006-07-04 Texas Instruments Incorporated Via adhesion in multilayer MEMS structure
US8115986B2 (en) * 2004-08-14 2012-02-14 Silicon Quest Kabushiki-Kaisha Mirror device comprising drive electrode equipped with stopper function
JP4610262B2 (ja) * 2004-08-30 2011-01-12 富士フイルム株式会社 投写型画像表示装置
US7529026B2 (en) * 2005-04-28 2009-05-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Optical system with nanoscale projection antireflection layer/embossing
US7826128B2 (en) * 2005-05-23 2010-11-02 Silicon Quest Kabushiki-Kaisha Projection display system with varying light source
US20070048120A1 (en) * 2005-08-15 2007-03-01 Texas Instruments Incorporated Vacuum shroud for a die attach tool
US7871931B2 (en) * 2005-09-20 2011-01-18 Texas Instruments Incorporated Method for chemical mechanical planarization of a metal layer located over a photoresist layer and a method for manufacturing a micro pixel array using the same
US7362495B2 (en) * 2006-04-24 2008-04-22 Texas Instruments Incorporated Electrostatic fins for a MEMS device
US7355777B2 (en) * 2006-05-09 2008-04-08 Texas Instruments Incorporated Energy storage structures using electromechanically active materials for micro electromechanical systems
US20070273954A1 (en) * 2006-05-24 2007-11-29 Texas Instruments Incorporated Hinge assembly for a digital micromirror device
US8749782B1 (en) 2006-12-19 2014-06-10 J.A. Woollam Co., Inc. DLP base small spot investigation system
US8345241B1 (en) 2006-12-19 2013-01-01 J. A. Woollam Co., Inc. Application of digital light processor in imaging ellipsometer and the like systems
WO2008082506A1 (en) * 2006-12-19 2008-07-10 J.A. Woollam Co., Inc. Application of digital light processor in scanning spectrometer and imaging ellipsometer and the like systems
US20090161223A1 (en) * 2007-02-26 2009-06-25 Hirotoschi Ichikawa Anti-reflection layer with nano particles
US7548365B2 (en) * 2007-06-06 2009-06-16 Texas Instruments Incorporated Semiconductor device and method comprising a high voltage reset driver and an isolated memory array
US20090141336A1 (en) * 2007-11-30 2009-06-04 Lumination Llc Projection display devices employing frustrated total internal reflection
US8314984B2 (en) * 2008-02-14 2012-11-20 Miradia Inc. Method and system for optical MEMS with flexible landing structures
US8541850B2 (en) * 2008-12-12 2013-09-24 Texas Instruments Incorporated Method and system for forming resonators over CMOS
US7973999B2 (en) * 2009-02-06 2011-07-05 Texas Instruments Information System for on-chip actuation
JP5135505B2 (ja) 2009-04-30 2013-02-06 歸山 敏之 双安定光位相変調装置
US9091854B2 (en) * 2012-07-06 2015-07-28 Himax Display, Inc. Micro mirror structure and projection apparatus
US9348136B2 (en) 2013-05-14 2016-05-24 Texas Instruments Incorporated Micromirror apparatus and methods
TWI526771B (zh) 2014-07-04 2016-03-21 台達電子工業股份有限公司 光源系統
US9864188B2 (en) * 2014-11-03 2018-01-09 Texas Instruments Incorporated Operation/margin enhancement feature for surface-MEMS structure; sculpting raised address electrode
US10589980B2 (en) 2017-04-07 2020-03-17 Texas Instruments Incorporated Isolated protrusion/recession features in a micro electro mechanical system
US10746983B2 (en) 2017-08-29 2020-08-18 Silicon Light Machines Corporation Spatial light modulators for phased-array applications
US11016287B2 (en) 2018-11-08 2021-05-25 Silicon Light Machines Corporation High étendue spatial light modulator
CN111240144B (zh) * 2018-11-29 2022-08-05 青岛海信激光显示股份有限公司 实现投影成像中数字微反射镜片驱动控制的方法
US12117606B2 (en) 2019-08-27 2024-10-15 SCREEN Holdings Co., Ltd. MEMs phased-array for LiDAR applications

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5111693A (en) * 1988-01-13 1992-05-12 The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. Motion restraints for micromechanical devices
US5583688A (en) 1993-12-21 1996-12-10 Texas Instruments Incorporated Multi-level digital micromirror device
US5535047A (en) * 1995-04-18 1996-07-09 Texas Instruments Incorporated Active yoke hidden hinge digital micromirror device
US5739941A (en) * 1995-07-20 1998-04-14 Texas Instruments Incorporated Non-linear hinge for micro-mechanical device
US5867202A (en) 1995-12-15 1999-02-02 Texas Instruments Incorporated Micromechanical devices with spring tips
US5771116A (en) * 1996-10-21 1998-06-23 Texas Instruments Incorporated Multiple bias level reset waveform for enhanced DMD control
US5953153A (en) * 1996-10-29 1999-09-14 Texas Instruments Incorporated Spatial light modulator with improved light shield
EP0877272B1 (de) * 1997-05-08 2002-07-31 Texas Instruments Incorporated Verbesserungen für räumliche Lichtmodulatoren
US6028690A (en) 1997-11-26 2000-02-22 Texas Instruments Incorporated Reduced micromirror mirror gaps for improved contrast ratio
US6323982B1 (en) * 1998-05-22 2001-11-27 Texas Instruments Incorporated Yield superstructure for digital micromirror device
US6147790A (en) * 1998-06-02 2000-11-14 Texas Instruments Incorporated Spring-ring micromechanical device
US6285490B1 (en) * 1998-12-30 2001-09-04 Texas Instruments Incorporated High yield spring-ring micromirror
US6191883B1 (en) * 1998-12-30 2001-02-20 Texas Instruments Incorporated Five transistor SRAM cell for small micromirror elements
KR100708077B1 (ko) * 2000-05-01 2007-04-16 삼성전자주식회사 화상표시장치용 마이크로미러 디바이스
DE60214111T2 (de) * 2001-11-21 2007-02-22 Texas Instruments Inc., Dallas Jochlose digitale Mikrospiegel-Vorrichtung mit verdecktem Gelenk
US6856446B2 (en) * 2001-12-12 2005-02-15 Texas Instruments Incorporated Digital micromirror device having mirror-attached spring tips
US7088486B2 (en) * 2002-01-31 2006-08-08 Texas Instruments Incorporated Yokeless hidden hinge micromirror device with double binge layer
US6798560B2 (en) * 2002-10-11 2004-09-28 Exajoula, Llc Micromirror systems with open support structures

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