TWI467231B - 操作微鏡陣列之方法 - Google Patents

Description

操作微鏡陣列之方法

本發明係關於空間光調變器(SLM)，特別關於具有隱藏式鉸鏈以使像素填充比最大、使散射及漫射最小、以及取得高對比和高影像品質的微鏡結構。

在光資訊處理、投射式顯示器、影像及圖形監視器、電視、及電子照相列印領域中，空間光調變器具有不同的應用。反射式SLM是以空間圖案調變入射以反射對應於電或光輸入的影像。入射光可以在相位上、強度上、或偏轉反向上被調變。反射式SLM典型上包含能夠反射入射光之可尋址的畫素(像素)之區域或二維陣列。SLM的關鍵參數，特別是在顯示器應用上，係光學上主動區至像素區的部份(也以反映SLM的全部表面區之SLM表面區的一部份作為量測，也稱為填充比)。需要有高的填充比。

習知的SLM具有不同的缺點。這些缺點包含但不限於：(1)低於最佳光學主動區，降低光學效率；(2)粗糙的反射表面，降低鏡的反射率；(3)繞射及散射，降低顯示器的對比；(4)所使用的材料具有長期可靠性問題；及(5)複雜製程，增加開銷及降低裝置產能。

很多習知的裝置在它們的表面上包含實質上非反射的區域。這提供低填充比，以及提供低於最佳反射效率。舉例而言，美國專利號4,229,732揭示形成於裝置表面上的MOSFET裝置以及鏡。這些MOSFET裝置佔據表面區，降低典型上是光學是主動之裝置面積的部份以及降低反射效率。在裝置的表面上之MOSFET裝置也會使入射光繞射，降低顯示器的對比。此外，撞擊曝露的MOSFET裝置之強光會使MOSFET裝置充電及使電路過熱，因而干擾裝置的適當操作。

某些SLM設計具有使入射光散射及降低反射率之粗糙表面。舉例而言，在某些SLM設計中，反射表面是沈積於LPCVD氮化矽層上的鋁膜。由於這些反射鏡的表面是沈積有薄膜，所以，它們的平滑度難以控制。因此，最後的產品具有粗糙表面，降低反射效率。

因某些SLM設計(特別是某些懸吊鏡設計)而降低反射效率之另一問題是大的曝露鉸鏈表面積。這些曝露的鉸鏈表面積會因鉸鏈結構而造成散射及漫射，相較於其它參數，不利於對比。

很多傳統的SLM，例如美國專利號4,566,935中所揭示之SLM具有由鋁合金製成的鉸鏈。鋁、以及其它金屬易於受到疲勞及塑膠變形影響，導致長期可靠度的問題。而且，鋁易於受到胞「記憶」影響，其中，其餘位置開始向其最經常被佔據的位置傾斜。此外，4,566,935專利中所揭示的鏡會因移除鏡表面下方的犧牲材料而被釋放。此技術通常造成精密的微鏡結構於釋放期間斷裂。其也需也在鏡之間有大間隙以便蝕刻劑移除鏡下方的犧牲材料，降低光學上主動的裝置區之部份。

其它傳統的SLM需要多層，包含用於鏡之分離層、鉸鏈、電極及/或控制電路。例如如多層SLM等的製造需要使用多層薄膜堆疊以及蝕刻技術和製程。使用這些技術和製程是昂貴並造成低產能。舉例而言，使用這些技術通常會牽涉到大規模沈積及移除鏡板之下的犧牲材料。鏡板表面之下的多層薄膜沈積及堆疊會造成較粗糙的鏡表面，藉因降低鏡的反射效率。此外，由於在不同層或基底中具有鏡及鉸鏈，所以在鏡偏向時造成平移偏移。由於平移偏移，陣列中的鏡必須相間隔以避免相鄰的鏡之間的機械干擾。由於陣列中的鏡無法被設置成太接近陣列中的其它鏡，所以，SLM會苦於比最佳光學主動區還低或較低填充比。

需要具有增進的反射效率、SLM裝置長期可靠度、及簡化的製程之SLM。

本發明係空間光調變器(SLM)。在一實施例中，SLM具有由第一基底製成之反射選擇性可偏轉微鏡陣列，第一基底接合至具有個別可尋址的電極之第二基底。第二基底也具有用於微鏡陣之定址及控制電路。或者，定址及控制電路的部份是在分別的基底上且連接至第二基底上的電路及電極。

微鏡陣列包含設有高度反射表面以反射入射光之可控制地偏轉鏡板。此第一基底是單一材料的晶圓，在一實施例中為單晶矽。間隔器支撐壁在鏡板及電極之間提供分離，該電極係與該鏡板相關連，控制鏡板的偏轉。電極設於第二基底上，第二基底接合至微鏡陣列。

由於鉸鏈及鏡板係在相同基底中(亦即，在相同層中)，所以，當鏡圍繞鉸鏈的縱軸旋轉時，不會有平移移動或位移。由於沒有平移位移，所以，鏡與支撐壁之間的間隙僅受限於製造技術及製程。鏡板的緊密間隔及鉸鏈實質上隱藏設於反射表面下方會允許微鏡陣列有高填充比、增進的對比、最小化光的散射及繞射，以及實際地消除通過微鏡陣列而撞擊第二基底上的電路之光。

此外，由於在較佳實施例中鏡板及鉸鏈是由單晶矽材料製成，所以，所造成的鉸鏈較強固且更可靠且實際上不會苦於記憶效應、延著晶粒邊界斷裂或疲勞。單晶矽基底比其它材料(特別是沈積的薄膜)具有顯著較少的微缺陷及斷裂。結果，較不易延著裝置中的晶界斷裂(或增生微斷裂)。而且，在本發明中使用單基底會最少使用多層薄膜堆疊以及蝕刻製程及技術。

結果，所造成的SLM能夠取得高光學效率及性能以可靠地及成本上有效地產生高品質影像。

反射式空間光調變器(SLM)100具有可偏轉鏡202的陣列103。藉由在該鏡202與對應的電極126之間施加偏壓，可選擇性地偏轉個別鏡202。每一鏡202的偏轉會控制從光源反射至視頻顯示器之光。如此，控制鏡202的偏轉會允許撞擊該鏡202之光於選擇的方向上反射，並因而允許控制視頻顯示器上像素之出現。

空間光調變器概述

圖1係顯示根據本發明的一實施例之SLM 100的一般架構。所示之實施例具有三層。第一層是鏡層103，具有多個可偏轉的微鏡202。在一較佳實施例中，微鏡陣列103係由例如單晶矽之單一材料的第一基底105製造。

第二層是具有多個用於控制微鏡202之電極126之電極陣列104。每一電極126與微鏡202是相關連的並控制該微鏡202的偏轉。尋址電路允許選取單一電極126，該電極126係用於控制與其相關連之特定微鏡202。

第三層是控制電路106的層。此控制電路106具有尋址電路，允許控制電路106控制施加至被選取的電極126之電壓。這會允許控制電路106經由電極126來控制鏡陣列103中的鏡202之偏轉。典型上，控制電路106也包含顯示控制108、線記憶體緩衝器110、脈衝寬度調變陣列112、及用於視頻訊號120及繪圖訊號122之輸入。在某些實施例中，微控制器114、光控制電路116、及快閃記憶體118可以是連接至控制電路106之外部元件、或是包含於控制電路106中。在不同的實施例中，上述所列之控制電路106的某些構件可以不存在、可以是在分別的基底上及連接至控制電路106、或是其它增加的元件可以存在以作為控制電路106的部份或連接至控制電路106。

在一實施例中，在單一第二基底107上，使用半導體製造技術，製造第二層104及第三層106。亦即，第二層104無須分開且在第三層106上方。然而，「層」一詞係有助於概念化空間光調變器100的不同構件。舉例而言，在一實施例中，電極126的第二層104係製於電制電路106的第三層的頂部上，二者均製於單一第二基底107上。亦即，在一實施例中，電極126、以及顯示控制108、線記憶體緩衝器110、和脈衝寬度調變陣列112均製於單一基底上。相較於顯示控制108、線記憶體緩衝器110、及脈衝寬度調變陣列112製於分別的基底上之傳統的液晶顯示裝置，控制電路106的數個功能元件整合於相同基底上會提供增進的資料傳送率之優點。此外，電極陣列104的第二層及控制電路106的第三層製於單一基底107上會提供簡單及便宜的製造、以及輕巧的最終產品之優點。

在製造層103及107之後，它們會被接合在一起以形成SLM 100。具有鏡陣列103之第一層會遮蓋總稱107之第二及第三層104和106。在鏡陣列103中的鏡202之下的層會決定第一層103之下有多少空間用於電極126、及尋址和控制電路106。在鏡陣列103中微鏡202之下具有有限的空間以適用於電極126和適用於形成顯示控制108、線記憶體緩衝器110、及脈衝寬度調變陣列112之電子元件。本發明允許在鏡陣列103的微鏡之下的有限區域中將例如顯示控制108、線記憶體緩衝器110、及脈衝寬度調變陣列112等更多項目整合於與電極126相同的基底上。在與電極126相同的基底107上包含此控制電路106，會增進SLM 100的性能。這允許在微鏡陣列103中的微鏡之下有限的面積中，將例如顯示控制108、線記憶體緩衝器110、及脈衝寬度調變陣列112等更多項目與電極126集成於相同基底上。在與電極126相同的基底107上包含此控制電路106，會增進SLM 100的性能。在其它實施例中，電極126與控制電路的元件之不同組合可以製於不同基底上及電連接。

在其它實施例中，電極126與控制電路的元件之不同組合可以製於不同基底上及電連接。

鏡：

圖2是單一微鏡202的一實施例之立體視圖，圖2b是圖2a中所示的微鏡202之角落236的更詳細立體視圖。在一較佳實施例中，微鏡202包含至少一鏡板204、鉸鏈206、連接器216及反射表面203。在另一實施例中，微鏡202又包含間隔器支撐框210，用於支撐鏡板、鉸鏈206、反射表面203及216。較佳地，鏡板204、鉸鏈206、連接器216及間隔器支撐框210係由例如單晶矽等單一材料的晶圓所製成。如此，在此實施例之圖1中所示的第一基底105係單晶矽晶圓。從單材料晶圓製造微鏡202會大幅地簡化鏡202的製造。此外，單晶矽可以被拋光以產生平滑鏡面，此平滑鏡面之表面粗糙度在量值等級上比沈積膜之表面粗糙度更加平滑。由單晶矽製成的鏡202在機械上是堅硬的，防止不必要的鏡表面彎曲或捲曲，以及，由單晶矽製成的鉸鏈較強固、更可靠並實質上未遭受微鏡陣列中所使用的很多其它材料製成的鉸鏈所共有之記憶影響、延著晶界之斷裂等不利影響。在其它實施例中，可以使用其它材料取代單晶矽。一種可能是使用其它型式的矽(例如多晶矽、或非晶矽)於微鏡202，或是，完全從金屬(例如鋁合金、或鎢合金)中製造鏡202。而且，在本發明中使用單晶可以避免使用多層薄膜堆疊及蝕刻製程和技術。

如圖2a-b、3、4a-b、7a及8所示及如上所述，微鏡202具有鏡板204。鏡板204是微鏡202的部份，其以連接器216耦合至鉸鏈206及藉由施加偏壓於鏡202與對應的電極126之間而被選擇性地偏轉。圖3中所示的實施例中之鏡板204包含三角部份204a4及204b。在圖9a、9b及10所示的實施例中，鏡板204之形狀為實質方形，且對於225微米平方之近似面積，幾乎為15微米乘15微米，但是，其它形狀及尺寸也是可能的。鏡板204具有上表面205及下表面201。上表面205較佳地為高度平滑表面，平均粗糙度小於2埃均方根且較佳地構成微鏡204的表面積之大部份。在鏡板204的上表面205上及在鉸鏈206的部份上方，沈積例如鋁或任何其它高度反射材料之反射表面203。較佳地此反射表面203具有300或更小的厚度。反射表面或材料203的薄度確保其繼承上表面205之平滑表面。此反射表面203的面積大於鏡板204的上表面205的面積，以及，以鏡板204的偏轉所決定之角度，反射來自光源的光。注意，扭力彈簧鉸鏈206實質上形成於鏡板204的上表面之下，且實質上由沈積於上表面205上及鉸鏈206部份之上方的反射表面203所隱蔽。圖2a與3之間的差異在於圖2a顯示之鏡板204具有加至上表面205且實質上隱蔽鉸鏈206的反射表面203，而圖3顯示之鏡板204未具有反射表面203，因此，露出鉸鏈206。由於鉸鏈206及鏡板204是在相同基底105中，且如圖7a及7b所示，鉸鏈206的中心高度796與鏡板204的中心高度795或797實質上是共平面的，當鏡202繞著鉸鏈206的縱軸旋轉時，不會有平移移動或位移。由於沒有平移位移，所以，鏡板204與間隔器支撐框210的支撐間隔器壁之間的間隙僅受限於製造技術及製程，典型上小於0.1。鏡板204的緊密間隔與鉸鏈206實質上隱蔽在反射表面203之下，允許微鏡陣列103有高填充比、增加的對比、最小的光散射及繞射、以及實質消除通過微鏡陣列103的光撞擊在第二基底107上的電路。

如圖2a-b、3、4a-b、7a、8、9a、9b及10，鏡板204藉由連接器216連接至扭力彈簧鉸鏈206。扭力彈簧鉸鏈206連接至間隔器支撐框210，支撐框210將扭力彈簧206、連接器216、及鏡板204固持在原位。鉸鏈206包含第一臂206a及第二臂206b。如圖3及10所示，每一臂206a及206b的一端連接至間隔器支撐框210，而另一端連接至連接器216。在另一實施例中，可以在鏡板204、鉸鏈206、及間隔器支撐框201之間使用其它彈簧、鉸鏈及連接設計。如同圖3及4a清楚所示，扭力鉸鏈206較佳地相對於間隔器支撐壁210而在對角線上定向(例如，45度角)，並將鏡板204分成二部份、或複數側邊：第一側204a及第二側204b。如圖7b所示，二電極126與鏡202、用於第一側204a的一電極126a及用於第二側204b之一電極126b相關連。這允許側204a或204b附著至電極126a或126b之一之下並向下樞轉以及提供寬廣範圍的角度運動。當藉由施加電壓於鏡202與對應的電極126之間以將例如靜電力等力量施加至鏡板204時，扭力彈簧206允許鏡板204繞著鉸鏈206的縱軸、相對於間隔器支撐框210旋轉。此旋轉產生角度偏轉以在選取方向上將光反射。由於鉸鏈206及鏡板204是在相同基底105中，以及，如圖7a及7b所示，鉸鏈206的中心高度796與鏡板204的中心高度795或797實質上共平面，所以，鏡202會繞著鉸鏈206純旋轉地移動而無平移位移。在一實施例中，如圖7a及8所示，扭力彈簧鉸鏈206具有寬度222，寬度222小於鉸鏈206的深度223(垂直於鏡板204之上表面205)。鉸鏈206的寬度222較佳地在約0.12微米至約0.2微米之間，且深度較佳地在約0.2微米與約0.3微米之間。

如圖2a-b、3、4a-b、6、及7a所示，間隔器支撐框210將鏡板204定位於電極126及尋址電路上方的預定距離處，以致於鏡板204可以向下偏轉至預定角度。如圖2a、4a、9a及10所示，間隔器支撐框210包含間隔器支撐壁，間隔器支撐壁較佳地由相同的第一基底105形成並較佳地正交定位。這些壁有助於界定間隔器支撐框210的高度。根據鏡板204與電極126之間所需的分離、以及電極的拓蹼設計，選擇間隔器支撐框210的高度。較大的高度允許鏡板204更多偏轉、以及更高的偏轉角度。較大的偏轉角度通常提供更高的對比。在一實施例中，鏡板204的偏轉角度是12度。在較佳實施例中，假使被供予足夠的間隔及驅動電壓時，鏡板204可以旋轉多達90度。間隔器支撐框210也提供支撐給鉸鏈206以及使鏡板204與鏡陣列103中其它的鏡板204相間隔。間隔器支撐框210具有間隔器壁寬度212，當加上鏡板204與支撐框210之間的間隙時，間隔器壁寬度212實質上等於相鄰的微鏡202之間的距離。在一實施例中，間隔器壁寬度212是1微米或更少。在一較佳實施例中，間隔器壁寬度212是0.5微米或更少。這會將這些鏡板204設置成緊密地在一起以增加鏡陣列103的填充比。

在某些實施例中，微鏡202包含元件405a或405b，當鏡板204向下偏轉至預定角度時，元件405a或405b會停止鏡板204的偏轉。典型上，這些元件包含止動件405a或405b以及著陸尖端710a或710b。如圖4a、6、7a、8、10及12所示，當鏡表面204偏轉時，在鏡板204上的止動件405a或405b會接觸著陸尖端710(710a或710b)。當此發生時，鏡板204不會進一步偏轉。止動件405a或405b及著陸尖端710a或710b有數種可能的配置。在圖4a、6、7a、8、10及12中所示的實施例中，止動件是圓柱或機械止動件405a或405b，附著至鏡板204的下表面201，著陸尖端710是第二基底107上對應的圓形區。在圖7a、7b及8中所示的實施例中，著陸尖端710a及710b電連接至間隔器支撐框210，因此，相對於止動件405a或405b，具有零電壓差，以防止止動件405a或405b分別黏著或熔接至著陸尖端710a或710b。如此，當鏡板204相對於間隔器支撐框210旋轉至預定角度(由機械止動件405a或405b的長度及位置所決定)之外時，機械止動件405a或405b將與著陸尖端710a或710b分別進入實體接觸，以及，防止鏡板204任何進一步的旋轉。

在較佳實施例中，止動件405a或405b由第一基底105及由與鏡板204、鉸鏈206、連接器216和間隔器支撐框210相同的材料所製成。著陸尖端710a或710b也較佳地由同於止動件405a或405b、鉸鏈206、連接器216及間隔器支撐框210的材料所製成。在材料單晶矽之實施例中，止動件405a或405b以及著陸尖端710a或710b因而由具有長的作用壽命之硬材料製成，這允許鏡陣列103維持長時間。此外，由於單晶矽是硬材料，所以，止動件405a或405b及著陸尖端710a或710b可以由小面積製成，在此小面積中，止動件450a或450b會分別接觸著陸尖端710a或710b，大幅降低黏著力及允許鏡板204自由地偏轉。而且，此意指止動件405a或405b及著陸尖端710a或710b維持在相同的電位，防止因止動件405a或405b及著陸尖端710a或710b在不同電位時經由熔接或電荷注入處理而發生之黏著。本發明不限於停止上述鏡板204的偏轉之元件或技術。可以使用此技藝中所習知的任何元件及技術。

圖4a是立體視圖，顯示單一微鏡202之下側，包含支撐壁210、鏡板204(包含側204a和204b並具有上表面205和下表面201)、鉸鏈206、連接器216和機械止動件405a和405b。圖4b係圖4a中所示的微鏡之角落237的更詳細立體視圖。

圖5是立體視圖，顯示具有微鏡202-1至202-9之微鏡陣列103的頂部及側邊。雖然圖5顯示具有三列和三行的微鏡陣列103，總共九個微鏡202，但是，其它尺寸的微鏡陣列103也是可能的。典型上，每一微鏡202對應於視頻顯示器上的像素。如此，具有更多微鏡202的較大陣列會提供具有更多像素的視頻顯示器。

如圖5所示，微鏡陣列103的表面具有大的填充比。亦即，微鏡陣列103的表面的大部份是由微鏡202的反射表面203製成。微鏡陣列103的表面之非常小的部份是非反射的。如圖5所示，微鏡陣列103的表面之非反射部份是在微鏡202的反射表面203之間的區域。舉例而言，鏡202-1與202-2之間的區域的寬度是由間隔器支撐壁寬度212與微鏡202-1與202-2的鏡板204與間隔器支撐壁210之間的間隙之寬度總合所決定。注意，雖然單一鏡202如圖2a、2b、3、4a及4b所示般被描述成具有其自己的間隔器支撐框210，但是，典型上，在例如鏡202-1與202-2等鏡與鏡之間，未具有二分開的鄰接間隔器壁210。然而，在鏡202-1與20-2之間典型上會有支撐框210的一實體間隔器壁。由於在偏轉鏡板204時無平移位移，所以，間隙與間隔器壁寬度212可以製成與製造技術所支援的特徵尺寸一般小。因此，在一實施例中，間隙是0.2微米，在另一實施例中，間隙是0.13微米或更小。由於半導體製造技術允許更小的尺寸，所以，間隔器壁210與間隙的尺寸可以降低而允許更高的填充比。本發明的實施例允許高填充比。在較佳實施例中，填充比是96%或更高。

圖6是立體視圖，顯示具有九個微鏡的微鏡陣列103之底部及側邊。如圖6所示，微鏡202的間隔器支撐框210的支撐壁界定鏡板204之下的穴，這些穴提供空間給鏡板204以向下偏轉，也允許鏡板204之下的大區域用於配置具有電極126之第二層104，以及/或用於具有控制電路106的第三層。圖6也顯示鏡板204(包含側邊204a和204b)的下表面201，及間隔器支撐框210、扭力彈簧鉸鏈206、連接器216、及止動件405a和405b的底部。

如圖5及6所示，正交於鏡板204之非常少的光可以通過微鏡陣列103之外而到達微鏡陣列103下方的任何電極或控制電路106。這是因為間隔器支撐框210及鏡板204的上表面205上和鉸鏈206的部份之上方的反射表面203幾乎完全遮蓋微鏡陣列103之下的電路。而且，由於間隔器支撐框210會將鏡板204與微鏡陣列103之下的電路分開，所以，以非垂直角度行進至鏡板204並通至鏡板204之外的光容易撞擊間隔器支撐框210的壁以及不會到達微鏡陣列103之下。由於入射於微鏡陣列103之少量強光會到達電路，所以，SLM 100可以避免與強光撞擊電路有關的問題。這些問題包含入射光將電路加熱，以及入射光子使電路元件充電，這二者均會造成電路固障。

圖9a係根據本發明的另一實施例之微鏡202的立體視圖，圖9b係微鏡202的角落238之更詳細的立體視圖。本實施例中的扭力鉸鏈206與間隔器支撐框210的間隔器支撐壁平行。在鏡板204與對應的電極126之間施加偏壓，會使鏡板204選擇性地朝向電極偏轉。圖9a中所示的實施例比具有對角鉸鏈206之圖2a和2b中所示的鏡202提供更小的角運動的總範圍，此範圍係始於相同支撐壁高度。然而，如同圖2a及2b中所示的實施例般，圖9a和9b中所示的實施例中的鉸鏈206是在鏡板204的上表面下方且由反射表面203隱蔽，造成具有高填充比、高光學效率、高對比、低的光繞射和散射以及可靠和成本上有效的性能之SLM 100。圖9b是微鏡202的角落之更詳細的立體視圖，並顯示鏡板204、鉸鏈206、間隔器支撐框210的支撐壁及反射表面203。圖10顯示單一微鏡202的下側，其包含鉸鏈206、連接器216及止動件405a。在其它實施例中，鉸鏈206可以實質上平行於鏡板204的一側以及仍然設置成將鏡板204分成二部份405a和405b。圖11和12提供如圖9a、9b和10中所示的多個微鏡202所組成之微鏡陣列的立體視圖。

圖13係形成於第二基底107上的電極126之一實施例的立體視圖。在本實施例中，每一微鏡202具有對應的電極126。在此所示的實施例中，電極126係被製成高於第二基底上的電路的其它部份。在較佳實施例中，電極126設於與第二基底上的電路之其它部份相同水平。在另一實施例中，電極126延伸至電路上方。在本發明的一實施例中，電極126係配接於微鏡板之下的個別鋁墊。電極的形狀係取決於微鏡202的實施例。舉例而言，在圖2a、2b及3所示的實施例中，較佳地有二電極126在鏡202之下，每一電極126具有如圖7b所示之三角形。在圖9a、9b及10中所示的實施例中，較佳地有單一的、方形的電極126在鏡202之下。這些電極126係製於第二基底107的表面上。在本實施例中電極126的大表面積會造成下拉鏡板204至機械止動所需之相當低的尋址電壓，因而造成微板204之全預角偏轉。

選項：

在操作上，個別反射式微鏡202會被選擇性地偏轉並用以在空間上調變入射至鏡202及由其反射之光。

圖7a及8係顯示延著圖2a中的虛線250所示之微鏡202的剖面視圖。注意，此剖面視圖係偏移微鏡202的中心對角線，藉以顯示鉸鏈206的輪廓。圖7c係顯示延著圖2a中的虛線250所示的微鏡202之不同剖面視圖。注意，此剖面視圖是延著中心對角線，垂直於鉸鏈206。圖7a、7c及8是顯示電極126上方的微鏡202。在操作上，將電壓施加至微鏡202的一側上之電極126以控制電極126上方的鏡板204之對應部份的偏轉(圖8中的側204a)。如圖8所示，當電壓施加至電極126時，鏡板204a的一半會附著至電極126，而鏡板204b的另一半會因鏡板204的結構及剛性而被移離電極126及第二基底107。這會造成鏡板204圍繞扭力彈簧鉸鏈206旋轉。當電壓移離電極126時，如圖7a所示，鉸鏈206會造成鏡板204彈回至其未經偏移的位置。或者，在具有如圖2a、2b及3所示的對角鉸鏈206之實施例中，電壓可以施加至鏡板204的另一側上的電極126，以使鏡202在相反方向上偏轉。如此，撞擊鏡202之光會在藉由施加電壓至電極126而受控之方向上反射。

一實施例如下述般操作。起先，鏡202如圖7a及7c般未經偏轉。在此未偏移的狀態下，自光源歪斜地入射至SLM 100之入射光會由平面鏡202反射。外離的、經過反射的光會由例如光泵所接收。從未經偏轉的鏡202反射的光不會被反射至視頻顯示器。

當電壓偏壓施加於鏡板204a的半部與其下方的電極126之間時，鏡202會因靜電吸引而偏轉。在一實施例中，當鏡板204a如圖8所示般向下偏轉時，Ve1較佳地為12伏特，Vb為-10伏特，及Ve2為0伏特。同樣地(或相反地)，當微板204b向下偏轉時，Ve1較佳地為0伏特，Vb為-10伏特，及Ve2為12伏特。由於鉸鏈206的設計，鏡板204a或204b的一側(亦即，位於具有偏壓的電極126的上方的側)會向下偏轉(朝向第二基底107)，而鏡板204b或204a的另一側會移離第二基底107。注意，在一較佳實施例中，實質上所有的彎曲發生於鉸鏈206中的而非鏡板204。在一實施例中，藉由使鉸鏈寬度222薄，以及連接鉸鏈206至僅位於二端上的支撐柱，而達成此點。如上所述般，鏡板204的偏轉受限於止動件405a或405b。鏡板204的全部偏轉會使外離的反射光偏轉至成像光件及視頻顯示器。

當鏡板204偏轉通過「快動」或「下拉」電壓時(在一實施例中幾乎為12伏特或更低)，鉸鏈206之恢復的機械力或扭力無法再平衡靜電力或扭力，且在其下具有靜電力之鏡板204的一半204a或204b會快速朝向其下的電極126以取得完全偏轉，於所需時僅受限於止動件405a或405b。在如圖9a、9b及10所示之鉸鏈206平行於間隔器支撐框210的支撐壁之實施例中，為了將鏡板204從其完全偏轉的位置釋放，電壓必須被關閉。在如圖2a、2b及3所示之鉸鏈為對角線的實施例中，為了將鏡板204從其完全偏轉的位置釋放，當其它電極正被致能時電壓必須被關閉，且鏡202附著至另一側。

微鏡202是機電雙穩態裝置。在釋放電壓與快動電壓之間給予特定電壓，則取決於鏡202偏轉的歷史，鏡板204會有二種可能的偏轉角度。因此，鏡202偏轉表現如同佇鎖。由於鏡202的偏轉所需之機械力相對於偏轉角度大致上為線性的，所以，這些雙穩定性及佇鎖特性會存在，而相反的靜電力是與鏡板204與電極126之間的距離成反比。

由於鏡板204與電極126之間的靜電力取決於鏡板204與電極126之間的總電壓差，所以，施加至鏡板204的負電壓會降低施加至電極126所需之正電壓而取得給定的偏轉量。如此，施加電壓至鏡陣列103可以降低電極126的電壓量值需求。此點是有的，舉例而言，在某些應用中，因為5V的切換能力在半導體工業中是更加通用且成本上更有效，所以，需要使必須施加至電極126的最大電壓保持在12V以下。

由於鏡202的最大偏轉是固定的，所以，假使SLM 100以超過快動電壓之電壓操作，則其可以以數位方式操作。在如圖2a、2b及3所示之鉸鏈平行於間隔器支撐框210的支撐壁之實施例中，由於鏡板204會因電壓施加至相關連的電極126而完全向下偏轉，或是無電壓施加至相關連的電極126時，允許鏡板204向上彈，所以，操作基本上是數位的。在具有如圖12a、12b及13所示的鉸鏈206對角線之實施例中，當使鏡板204的另一側上的其它電極126致能時，鏡板204會因電壓施加至鏡板204的一側上之相關連的電極126而完全向下偏轉至鏡板204的另一側。造成鏡板204完全向下偏轉直到由停止鏡板204的偏轉之實體元件停止為止的電壓係稱為「快動」或「下拉」電壓。如此，為了使鏡板204完全向下偏轉，將等於或大於快動電壓之電壓施加至對應的電極126。在視頻顯示應用中，當鏡板204完全向下偏轉時，入射於鏡板204上的入射光會被反射至視頻顯示螢幕上對應的像素，且像素會呈現明亮的。當鏡板204被允許向上彈時，光會以不會撞擊視頻顯示螢幕之方式被偏轉，且像素呈現暗的。

在此數位操作期間，在相關連的鏡板204被完全偏轉之後，無須在電極126上保持完全快動電壓。在「尋址階段」期間，用在對應於應被完全偏轉的鏡板204之被選取電極126的電壓會被設定於偏轉鏡板204所需的位準。在所討論之鏡板204因電極126上的電壓而被偏轉時，用以將鏡板204固持於偏轉位置所需之電壓會小於真正偏轉所需的電壓。這是因為被偏轉的鏡板204與尋址電極126之間的間隙比鏡板204在被偏轉的過程中時還小。因此，在尋址階段之後的「固持階段」中，施加至所選取的電極126之電壓會從其原先所需的位準縮減，卻不會實質地影響鏡板204的偏轉狀態。具有較低固持階段之一優點係附近的未被偏轉之鏡板204會遭受較小的靜電吸力，且它們因而保持較接近零偏轉位置。這會改進偏轉鏡板204與未偏轉的鏡板204之間的光學對比。

藉由適當選取尺寸(在一實施例中，鏡板204與電極126之間的支撐框210分離取決於鏡結構及偏轉角度需求而為1至5微米，且鉸鏈206厚度為0.05至0.45微米)及材料(例如單晶矽(100))，可以將反射式SLM 100製成操作電壓僅為數伏特。由單晶矽製成的扭力彈簧206的剪力模數可以為5 x 1010牛頓/半徑平方米。將鏡板204維持在適當電壓(負偏壓)而非接地，可以使電極126操作以完全偏轉相關連的鏡板204之電壓更低。對於施加至電極126之給定電壓，這會造成更大的偏轉角度。最大的負偏壓是釋放電壓，所以，當尋址電壓降至零時，鏡板204可以快動回至未偏轉的位置。

也能夠以更「類比」的方式，控制鏡板204的偏轉。施加小於「快動電壓」之電壓以將鏡板204偏轉以及控制入射光被反射的方向。

其它應用

除了視頻顯示器之外，空間光調變器100在其它應用中也是有用的，一種此應用是無掩罩微影術，其中，空間光調變器100會導引光以使所沈積的光阻顯影。這將不需掩罩而能以所需圖案使光阻正確地顯影。

雖然已參考多個實施例，特別地顯示及說明本發明，但是，習於相關技藝者應瞭解，在不悖離本發明的精神及範圍之下，可以在形式上及細節上作不同的改變。舉例而言，鏡板204可以藉由靜電吸引以外的其它方法而偏轉。替代地，可以使用磁、熱或壓電致動以偏轉鏡板204。

100．．．空間光調變器

103．．．可偏轉的鏡陣列

104．．．電極陣列

105．．．第一基底

106．．．控制電路

107．．．第二基底

108．．．顯示控制

110．．．線記憶體緩衝器

112．．．脈衝調變陣列

114．．．微控制器

116．．．光控制電路

118．．．快閃記憶體

120．．．視頻訊號

122．．．繪圖訊號

126．．．電極

126a．．．電極

126b．．．電極

201．．．下表面

202．．．微鏡

202-1~202-9．．．微鏡

203．．．反射表面

204．．．鏡板

204a．．．第一側

204b．．．第二側

205．．．上表面

206．．．鉸鏈

206a．．．第一臂

206b．．．第二臂

210．．．間隔器支撐框

212．．．間隔器壁寬度

216．．．連接器

222．．．寬度

223．．．深度

236．．．角落

237．．．角落

238．．．角落

405a．．．止動件

405b．．．止動件

710a．．．著陸尖端

710b．．．著陸尖端

圖1係說明根據本發明的一實施例之空間光調變器的一般架構。

圖2a係本發明的一實施例中單一微鏡之立體視圖。

圖2b係圖2a的微鏡之角落的立體視圖。

圖3係無反射表面之單一微鏡的立體視圖，顯示本發明一實施例中的微鏡陣列的鏡板之頂部及側邊。

圖4a係本發明的一實施例中單一微鏡的底部及側邊。

圖4b係圖4a的微鏡之角落的立體視圖。

圖5係立體視圖，顯示本發明的一實施例中微鏡的頂部及側邊。

圖6係立體視圖，顯示本發明的一實施例中微鏡陣列的底部及側邊。

圖7a係延著偏移對角剖面之圖2a中所示的未經偏轉的微鏡之剖面視圖。

圖7b係在本發明的一實施例中形成於第二基底中的鏡板下方的電極及著陸尖梢。

圖7c係延著中心對角線剖面之圖2a中所示的未經偏轉的微鏡之剖面視圖。

圖8係顯示於圖2a中的偏轉的微鏡之剖面視圖。

圖9a係微鏡的另一實施例中的頂部及側邊的立體視圖。

圖9b係圖9a的微鏡之角落之立體視圖。

圖10係立體視圖，顯示微鏡的另一實施例的底部及側邊。

圖11係立體視圖，顯示微鏡陣列的另一實施例之頂部及側邊。

圖12係立體視圖，顯示微鏡陣列的另一實施例之底部及側邊。

圖13係立體視圖，顯示形成於第二基底上的電極之一實施例。

202．．．微鏡

203．．．反射表面

204．．．鏡板

206．．．鉸鏈

210．．．間隔器支撐框

236．．．角落

250．．．虛線

Claims (3)

1. 一種操作微鏡陣列之方法，包括：在陣列中選取要偏轉之微鏡；以及施加電壓至對應於被選取的微鏡之電極，使得該微鏡圍繞鉸鏈旋轉，該鉸鏈設置成實質上位於在該微鏡的上表面之下及在該微鏡的反射表面之下方，以及允許撞擊該微鏡的光在所需方向上反射；其中，該微鏡又具有：鏡板，在該鏡板上沈積有該反射表面，以及間隔器支撐框，該鉸鏈、該鏡板及該間隔器支撐框均由單件材料製成。
2. 如申請專利範圍第1項之操作微鏡陣列之方法，又包括從對應於所選取的微鏡之該電極移除電壓，允許該微鏡回至未被偏移的位置。
3. 如申請專利範圍第1項之操作微鏡陣列之方法，又包括使用止動件以停止該微鏡圍繞該鉸鏈之旋轉。