用在光學投影系統中的薄膜驅動反射鏡陣列的制作方法

專利名稱：用在光學投影系統中的薄膜驅動反射鏡陣列的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學投影系統，更具體地涉及用在該系統中的M×N薄膜驅動反射鏡陣列及其制造方法。
在本技術中可資利用的各種視頻顯示系統中，光學投影系統是已知能提供大規模高質量顯示的。在這種光學投影系統中，燈光均勻地照射在一個諸如M×N驅動反射鏡的陣列上，其中各反射鏡與各驅動器相連。這些驅動器可用電致位移材料制成，諸如壓電或電致伸縮材料，它們根據作用在其上的電場而變形。
各反射鏡反射的光束入射在諸如光學隔板等的一個小孔上。通過在各驅動器上作用一個電信號，便改變了各反射鏡對入射光束的相對位置，進而導致各反射鏡的反射光束的光徑的偏斜。隨著各反射光束的光徑的改變，各反射鏡反射的通過小孔的光的量也改變了，借此調制光束的強度。將通過小孔的調制的光束經由諸如投影透鏡等適當的光學器件透射到一個投影屏幕上，而在其上顯示一個圖象。


圖1中示出了美國專利號為No.08/331,399的名稱為“薄膜驅動的反射鏡陣列及其制造方法”(THIN FILM ACTUATED MIRROR ARRAY AND METHODFOR THE MANUFACTURE THEREOF)的未決共有申請中所公開的用于光學投影系統中的一個M×N薄膜驅動的反射鏡11的陣列10的剖視圖，其中包括一個有源矩陣12、M×N個薄膜驅動結構14的一個陣列13，M×N個支承件16的一個陣列15以及M×N塊反射鏡18的一個陣列17。
有源矩陣12包含一塊基板19、M×N個晶體管(未示出)的一個陣列以及M×N個接線端21的一個陣列20。陣列10中的各驅動結構14設置有至少一個諸如鈦酸鉛鋯(PZT)等壓電材料或鈮酸鉛鎂(PMN)等電致伸縮材料的電致位移材料的薄膜層22、一個第一電極23、一個第二電極24及一個由陶瓷制成的彈性層25，其中的第一與第二電極23、24分別置于電致位移層22的頂部與底部，而彈性層25則置于第二電極24的底部。各支承件16用于通過用懸臂支承各驅動結構14而使各驅動結構14就位，并通過提供一個由諸如鎢(W)等金屬制成的導管26而電連接各驅動結構14與有源矩陣12。再者，將由諸如鋁(Al)等反光材料制成的各反射鏡18置于各驅動結構14頂上。
在薄膜驅動的反射鏡陣列10中，將一個電信號跨越作用在位于各驅動結構14中的第一與第二電極23、24之間的電致位移層22上而導致其變形，并進而使置于其上的反射鏡18變形，借此改變入射光束的光徑。
上述薄膜驅動反射鏡11的陣列10存在著若干與之相關的問題。首先要提到的是在其操作中由其中各驅動反射鏡11中的電致位移層22與彈性層25之間產生的應力引起的陣列10的光學效率的降低。其間產生的應力會導致在反射鏡18和第一電極23上形成裂縫，或者在某些情況中，甚至會將反射鏡18和第一電極23從各驅動反射鏡11上剝離，再者，應力會施加到電致位移層22上，從而使連接在其上面的反射鏡18與第一電極23以不規則的形式彎曲，所有這些都會引起陣列10的光學效率的降低。
因此，本發明的主要目的為提供一個M×N驅動反射鏡的陣列，其中由一個電致位移層與一個彈性層構成的各驅動反射鏡能夠解除在正常操作期間電致位移層與彈性層之間產生的應力。
本發明的另一目的為提供制造這種M×N驅動反射鏡的陣列的方法。
按照本發明的一個方面，提供了用在一個光學投影系統中的M×N薄膜驅動的反射鏡的一種陣列，各該M×N薄膜驅動的反射鏡能夠導致一個入射光束的光徑的偏斜，所述陣列包括包含一塊基板的一個有源矩陣；用于將偏壓帶給各薄膜驅動的反射鏡的一個導線圖案；M×N個晶體管的一個陣列，各該晶體管能將一個電信號提供給各該薄膜驅動的反射鏡；以及M×N個接線端的一個陣列，其中各該接線端是電連接在各晶體管上的；M×N個支承件的一個陣列，各該支承件上設置有一個導管；以及M×N個薄膜驅動結構的一個陣列，各該薄膜驅動結構包含由導電與反光材料制成的一個第一層、具有一個頂面與一個底面的一個電致位移層，由導電材料制成的一個第二層以及由陶瓷制成的一個彈性層，第一與第二層分別放置在電致位移層的頂面與底面上，彈性層置于第二層的底上，各該驅動結構分成一個近端與一個遠端，各該驅動結構的近端固定在各支承件的頂上，用間隙將各該驅動結構中的第一層分成一個近端與一個遠端，近端與遠端是在物理上與電氣上互相分隔的，其近端是與導線圖案電連接的，借此使之能作為一個偏壓電極工作，而其遠端則作為反射光束的一塊反射鏡工作，并且其中的第二層通過各支承件中的導管電連接在連在晶體管上的接線端上，從而使它作為一個信號電極工作，其中跨越作用在第一層的近端與第二層之間的各驅動結構中的電致位移層上的電信號導致其變形，并從而導致包含作為反射鏡工作的第一層的遠端在內的所述各驅動結構的變形，借此改變入射光束的光徑。
按照本發明的另一方面，提供了制造所述M×N薄膜驅動的反射鏡的陣列的一種方法，所述方法包括下述步驟(a)提供一個具有一個頂面的有源矩陣，該有源矩陣包括一塊基板、M×N個晶體管的一個陣列、在其頂面上的M×N個接線端的一個陣列及一個導線圖案；(b)以下述方式在有源矩陣的頂面上形成一個待除層，使得該待除層完全覆蓋M×N個接線端的陣列；(c)去掉各接線端周圍的待除層部分；(d)通過在這些部分中填充一種絕緣材料而在各接線端周圍形成一個支承件；(e)在包含支承件的待除層上面涂覆一個用陶瓷制成的彈性層；(f)在各支承件中形成一個導管，各該導管從彈性層的頂部延伸到各接線端上，其中的導管是電連接在晶體管上的；(g)在彈性層上面噴鍍由導電材料制成的一個第二薄膜層；(h)在第二層上面形成一個電致位移層；(i)噴鍍由導電與反光材料制成的一個第一薄膜層以形成一個驅動反射鏡結構；(j)將該致動反射鏡結構制成M×N個半成品驅動反射鏡結構的一個陣列的圖形；(k)將各該半成品驅動反射鏡結構中的第一薄膜層制成一個近端與一個遠端的圖形以形成M×N個驅動反射鏡結構的一個陣列，其中其近端與遠端是用一個間隙在物理上與電氣上互相隔離，并且其近端是與導線圖案電連接的；以及(l)去掉各驅動反射鏡結構中的待除層，從而形成所述的M×N薄膜驅動反射鏡的陣列。
從以下對結合附圖給出的較佳實施例的描述中，本發明的上述及其他目的與特征將是顯而易見的，附圖中圖1示出在先公開的M×N薄膜驅動反射鏡陣列的剖視圖；圖2示出按照本發明的較佳實施例的M×N薄膜驅動反射鏡陣列的剖視圖；圖3表示構成圖2中所示的陣列的一塊薄膜驅動反射鏡的俯視圖；以及圖4(A)至4(H)再現為按照本發明的較佳實施例提出的制造步驟的示意性剖視圖。
參見圖2至4，其中提供了按照本發明的較佳實施例的用于光學投影系統中的M×N薄膜驅動反射鏡201的一個陣列200及其制造方法的示意性剖視與俯視圖，其中M與N為整數。應指出，出現在圖2至4中的相同部件是用相同的參照數字表示的。
在圖2中，示出了包括一個有源矩陣202、M×N個支承件204的一個陣列203及M×N個薄膜致動結構207的一個陣列206的陣列200的剖視圖。
有源矩陣202包括一塊基板208、M×N個晶體管的一個陣列(未示出)、M×N個接線端210的一個陣列209以及一個導線圖案(未示出)，其中各晶體管用于將一個電信號提供給各薄膜驅動反射鏡201，導線圖案用于將一個偏壓提供給各薄膜驅動反射鏡201，而各接線端210則電連接在各晶體管上。
在各該由諸如氮化硅(Si3N4)等絕緣材料制成的支承件204上設置有由諸如鎢(W)等金屬制成的一個導管104，其中位于各支承件204中的各導管104電連接在連在各晶體管上的各接線端210上。
各驅動結構207包含一個第一層211、具有一個頂面與一個底面213、214的一個電致位移層212、一個第二層215以及一個彈性層205。再者，各該驅動結構207上設置有一個近端與一個遠端216、217。第一層211由諸如銀(Ag)等導電與反光材料制成，并具有500-2000的厚度，電致位移層212由諸如PZT等壓電材料或諸如PMN等電致伸縮材料制成，并具有0.7-2μm的厚度，第二層215由諸如鉑(Pt)等導電材料制成，并具有0.7-2μm的厚度，彈性層205由諸如SiO2等絕緣材料制成。
在各該驅動結構207中，第一與第二層211、215置于電致位移層212的頂面與底面213、214上，彈性層205置于第二層215的底部，而其近端216則固定在各支承件204的頂上。各驅動結構207的第二層215通過導管104連接在晶體管上，借此使它能作為一個信號電極工作。如圖3中所示，第一層211分成一個近端與一個遠端216、217，其中其近端與遠端216、217是用一個間隙125在物理上與電氣上互相隔離的，并且其近端216是與導線圖案電連接的，借此使之能作為一個偏壓電極工作，而其遠端則作為反射光束的一塊反射鏡工作。
當在第一層211的近端與第二層215之間的電致位移層212上跨越作用一個電信號時，便導致其變形，并從而導致包含作為反射鏡工作的第一層211的遠端在內的驅動結構207的變形，借此改變入射光束的光徑。
圖4A至4H中示出了涉及制造M×N薄膜驅動反射鏡201的創造性陣列200的制造步驟。制造陣列200的工藝從制備具有一個頂面220的有源矩陣202開始，其中包括基板208、M×N個晶體管的陣列(未示出)、導線圖案(未示出)以及M×N個接線端210的陣列209，如圖4A中所示。
在下一步驟中，在有源矩陣202的頂面上形成一個厚度為1-2μm并由諸如銅(Cu)或鎳(Ni)金屬、磷硅玻璃(PSG)或多晶硅(poly-Si)制成的待除層221，如果待除層221是由金屬制成的則采用陰極真空噴鍍法，如果待除層221是由PSG制成的則采用化學蒸鍍(CVD)法或旋轉涂敷，而如果待除層是由多晶硅制成的則采用CVD法，如圖4B中所示。
接著，形成包含M×N個支承件204的陣列203與待除層221的一個第一支承層222，其中該第一支承層222是用下述方法形成的使用光刻法建立M×N個空槽的一個陣列(未示出)，各該空槽位于各接線端210周圍；并采用陰極真空噴鍍法或CVD法在位于各接線端210周圍的各空槽中形成由諸如Si3N4等絕緣材料制成的一個支承件204，如圖4C中所示。
在隨后的步驟中，在包含支承件204的待除層221的頂上形成由諸如氧化硅(SiO2)等絕緣材料制成的一個彈性層105。
此后，用下述方法在各支承件204中形成用于電連接第二層215與晶體管的由諸如W等金屬制成的導管104首先采用蝕刻法建立一個空洞，該空洞從彈性層105的頂部延伸到對應的接線端210的頂部；以及用諸如W等金屬填滿其中，如圖4D中所描繪的。
隨后如圖4E中所示，采用陰極真空噴鍍法在第一支承層222的頂上形成由諸如Pt等導電材料制成并具有0.7-2μm厚度的一個第二薄膜層223。各該驅動反射鏡中的各第二層215是通過形成在各支承件204中的導管104電連接在對應的晶體管上的。
此后，如圖4F中所示，采用溶膠-凝膠(sol-gel)法或陰極真空噴鍍法在第二薄膜層223的頂上形成由諸如PZT等壓電材料或諸如PMN等電致伸縮材料諸如制成并具有0.7-2μm厚度的一個薄膜電致位移層225，然后對其進行熱處理使其產生相轉移。由于該電致位移層225是充分地薄的，因此沒有必要極化它；它可用在對應的驅動反射鏡201的操作期間所作用的電信號來極化。
在圖4G中所描繪的后續步驟中，采用陰極真空噴鍍法在薄膜電致位移層225的頂上形成由諸如銀等導電與反光材料制成并具有500-2000厚度的一個第一薄膜層226，而得到一塊驅動的反射鏡結構227。
然后采用光刻法或激光剪裁法將驅動反射鏡結構227成形為M×N個半成品驅動反射鏡結構的一個陣列(未示出)。然后采用光刻法將各該半成品驅動反射鏡結構中的第一薄膜層226成形為一個近端與一個遠端以形成M×N個驅動反射鏡結構的一個陣列(未示出)，其中其近端與遠端是用間隙125在物理上與電氣上互相隔離的，并且其近端是與導線圖案電連接的，借此作為偏壓電極工作。
然后采用蝕刻法去掉各該驅動反射鏡結構中的待除層221以形成M×N薄膜驅動反射鏡201的陣列200，如圖4H中所示。
雖然只對某些較佳實施例描述了本發明，可以在不脫離所附權利要求書中所提出的本發明的范圍的條件下，作出其他的改型與變化。
權利要求
1.用在光學投影系統中的M×N塊薄膜驅動反射鏡的一種陣列，各該M×N薄膜驅動反射鏡能夠導致一個入射光束的光徑的偏斜，所述陣列包括一個有源矩陣，包括一塊基板、用于將一個偏壓帶給各薄膜驅動反射鏡的一個導線圖案、M×N個晶體管的一個陣列，各該晶體管能夠將一個電信號提供給各薄膜驅動反射鏡，以及M×N個接線端的一個陣列，其中各該接線端是電連接在各晶體管上的；M×N個支承件的一個陣列，各該支承件上設置有一個導管；以及M×N個薄膜驅動結構的一個陣列，各該薄膜驅動結構包含由導電與反光材料制成的一個第一層，具有一個頂面與一個底面的一個電致位移層，由導電材料制成的一個第二層，以及由絕緣材料制成的一個彈性層，第一與第二層分別置于電致位移層的頂面與底面上，彈性層置于第二層的底部，各該驅動結構分成一個近端與一個遠端，各該驅動結構的近端固定在各支承件的頂上，各該驅動結構中的第一層是用一個間隙分成一個近端與一個遠端的，近端與遠端是在物理上與電氣上互相隔離的，其近端與導線圖案電連接借此使其能作為一個偏壓電極工作，而其遠端則作為一塊反射光束的反射鏡工作，并且其中的第二層通過各支承件中的導管電連接在連在晶體管上的接線端上，借此使它能作為一個信號電極工作，其中在第一層的近端與第二層之間的各該驅動結構中的電致位移層上跨越作用的電信號導致其變形，并從而導致包含作為反射鏡工作的第一層的遠端在內的所述各驅動結構的變形，借此改變入射光束的光徑。
2.權利要求1的陣列，其中各該驅動反射鏡中的第二層具有0.7-2μm的厚度。
3.權利要求1的陣列，其中各該驅動反射鏡中的電致位移層具有0.7-2μm的厚度。
4.權利要求1的陣列，其中各該驅動反射鏡中的第一層具有500-2000的厚度。
5.權利要求1的陣列，其中該電致位移層是由壓電材料或電致伸縮材料制成的。
6.一種光學投影系統，包括具有權利要求1至5中任何一項中所述的結構的M×N薄膜驅動反射鏡的一個陣列。
7.制造所述M×N薄膜驅動反射鏡的陣列的一種方法，所述方法包括下述步驟(a)提供具有一個頂面的一個有源矩陣，該有源矩陣包含一塊基板、M×N個晶體管的一個陣列，在其頂面上的M×N個接線端的一個陣列以及一個導線圖案；(b)以下述方式在該有源矩陣的頂面上形成一個待除層，使得該待除層完全覆蓋M×N個接線端的陣列；(c)去掉各該接線端周圍的待除層部分；(d)通過以絕緣材料填滿這些部分而在各接線端周圍形成一個支承件；(e)在包含支承件在內的待除層的頂上涂覆由絕緣材料制成的一個彈性層；(f)在各該支承件中形成一個導管，各該導管從彈性層的頂部延伸到各接線端上，其中該導管是電連接在晶體管上的；(g)在彈性層頂上噴鍍由導電材料制成的一個第二薄膜層；(h)在第二層頂上形成一個電致位移層；(i)噴鍍由導電與反光材料制成的一個第一薄膜層而構成一個驅動反射鏡結構；(j)將該驅動反射鏡結構成形為M×N個半成品驅動反射鏡結構的一個陣列；(k)將各該半成品驅動反射鏡結構中的第一薄膜層成形為一個近端與一個遠端以形成M×N個驅動反射鏡的一個陣列，其中其近端與遠端是用一個間隙在物理上與電氣上互相隔離的，并且其近端是與該導線圖案電連接的；以及(l)去掉各該驅動反射鏡結構中的待除層，借此構成所述M×N薄膜驅動反射鏡的陣列。
8.權利要求7的方法，其中如果該待除層是由金屬制成的則采用陰極真空噴鍍法來形成該待除層，如果該待除層是由磷硅玻璃制成的則采用化學蒸鍍法，或者如果該待除層是由多晶硅制成的則采用旋轉涂敷法。
9.權利要求7的方法，其中該第二薄膜層是采用陰極真空噴鍍法形成的。
10.權利要求7的方法，其中該薄膜電致位移層是采用溶膠-凝膠法或陰極真空噴鍍法形成的。
11.權利要求7的方法，其中該第一薄膜層是采用陰極真空噴鍍法或真空蒸發法形成的。
12.權利要求7的方法，其中該導管是采用光刻法、隨后用陰極真空噴鍍法形成的。
13.權利要求7的方法，其中該驅動反射鏡結構是采用光刻法或激光剪裁法成形的。
14.權利要求7的方法，其中該待除層是采用蝕刻法去掉的。
15.一種光學投影系統，包括按照權利要求7至14中任何一項中所述的方法制備的M×N薄膜驅動反射鏡的一個陣列。
全文摘要
用在光學投影系統中的M×N薄膜驅動反射鏡陣列，包括有源矩陣、M×N個支承件陣列及M×N個薄膜驅動結構陣列。各驅動結構包含第一層、電致位移層、第二層及彈性層，其中第一與第二層置于電致位移層的頂面與底面上，彈性層置于第二層的底部。將第一層分成近端與遠端。在各驅動反射鏡中，第一層的近端連接在導線圖案上作為偏壓電極工作，第二層通過位于各支承件中的導管電連接在晶體管之一上作為信號電極工作。第一層的遠端作為反射光束的反射鏡工作。
文檔編號H04N5/74GK1125328SQ9510475
公開日1996年6月26日 申請日期1995年4月28日 優先權日1994年4月30日
發明者閔雇基 申請人:大宇電子株式會社