專利名稱：懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器及陣列的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光束調(diào)制裝置。更具體地說，本發(fā)明涉及一種懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器，它具有基本上為平面的反射表面，該表面具有可選擇地變形，以提供閃耀衍射光柵。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)公開了多種可以單獨(dú)使用或與其他調(diào)制器一起使用的基于MEMS工藝的光調(diào)制器，這些調(diào)制器包括數(shù)字式微反射鏡器件(DMD)及光柵光閥(GLV)等。
DMD則是由MEMS技術(shù)制造的上百萬個(gè)可偏轉(zhuǎn)的反射微鏡構(gòu)成的調(diào)制器。DMD成像器件的總出光效率大大提高，調(diào)制速度快，對比度、亮度和均勻性都非常出色，微鏡的緊密間隙令投射的影像產(chǎn)生更細(xì)致的無縫畫面，分析力特別高。但它仍存在制作過程復(fù)雜，良品率低的缺點(diǎn)。
GLV是一種典型的微光機(jī)械系統(tǒng)，用于光開關(guān)、光衰減器和高清晰度電視中的關(guān)鍵器件等。GLV器件是通過衍射效應(yīng)對光束起到開關(guān)或衰減的作用，而不是采用鏡面反射或偏振調(diào)制。該器件是在硅基上構(gòu)造多個(gè)懸浮在基底上的平行微帶狀物，這些帶狀物具有電耦合性，當(dāng)為其提供一個(gè)電壓時(shí)，可動(dòng)帶狀物將向基底彎折，從而形成很好的衍射光柵。衍射光柵的光閥陣列具體包括一行彼此平行對準(zhǔn)、隔開、可移動(dòng)的細(xì)長反射部件，每個(gè)可移動(dòng)的反射部件均可以平行且隔開的平面內(nèi)相對于固定反射部件獨(dú)立移動(dòng)?？梢苿?dòng)的和固定的反射部件如此配置，使得相應(yīng)的可移動(dòng)和固定反射部件一起導(dǎo)致入射于其上的光在不同的狀態(tài)下發(fā)生反射或(和)衍射。當(dāng)偏移量為λ/4的奇數(shù)倍時(shí)，經(jīng)由不同的帶狀物反射的入射光束產(chǎn)生π/2的奇數(shù)倍的相位差，因此在衍射圖像的一級得到最大光強(qiáng)；偏移量為λ/2的偶數(shù)倍時(shí)，經(jīng)由不同的帶狀物反射的入射光束產(chǎn)生π的偶數(shù)倍的相位差，因此在衍射圖像的零級得到最大光強(qiáng)，這樣就達(dá)到光束調(diào)制的目的。
上述GLV存在的問題如下(1)如果入射光波并非精確為λ的話，那么所謂的黑象素將表現(xiàn)出一定的亮色，而所謂的亮象素并不會表現(xiàn)出完全的亮色。因此基于上述原理的顯示所能得到的對比度與理論結(jié)果相比較差。
(2)必須要盡量保證未施加電壓時(shí)，即器件處于關(guān)態(tài)，柵條處于同一平面內(nèi)，達(dá)到完全反射入射光的目的，否則，若柵條不處于同一平面內(nèi)，也將形成光柵，就會產(chǎn)生我們不希望得到的衍射光，降低器件顯示的對比度；而在施加偏壓時(shí)，即器件處于開態(tài)，又必須要保證一個(gè)像素中的可動(dòng)?xùn)艞l均下降到同一高度，這些對器件的制作精度和工藝都提出了很高的要求。
(3)由于結(jié)構(gòu)及工藝局限，兩條柵條之間存在一個(gè)間隙wg，該間隙將影響光柵的衍射效率。
(4)為得到合適的偏移以及更大的有效衍射面積，柵條的長度應(yīng)為100微米左右，這樣，該器件只能用于線陣，在用于顯示時(shí)，需要借助機(jī)械掃描，無法形成如DMD的面陣結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的諸多問題，本發(fā)明的目的在于提供一種懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器及陣列，擴(kuò)大器件的有效面積，實(shí)現(xiàn)調(diào)制器的面陣結(jié)構(gòu)，提高器件的光學(xué)衍射效率，簡化器件的加工工藝。
本發(fā)明的發(fā)明目的采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)本發(fā)明設(shè)計(jì)的懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器具有如下結(jié)構(gòu)，它具有一個(gè)基底和一個(gè)電驅(qū)動(dòng)裝置，基底上依次形成有絕緣層和電極層，在電極層上方懸浮有多個(gè)具有反射表面的帶狀物，電極層和帶狀物之間留有間隙，這些帶狀物由各自的一個(gè)端部支撐在基底上，形成懸臂梁式結(jié)構(gòu)，帶狀物按行列位置并列布置，形成面陣，所有的帶狀物在自由狀態(tài)時(shí)基本共面。在電驅(qū)動(dòng)下，所有的帶狀物的懸浮端將被偏置到支撐凸臺，形成閃耀光柵。
當(dāng)器件未被施加電壓時(shí)，所有的帶狀物都位于第一位置內(nèi)，器件處于OFF態(tài)，見圖3，衍射光柵將光束反射，大部分的能量集中在0級。當(dāng)通過在電極層和帶狀物之間施加適當(dāng)?shù)钠珘?，靜電力就會使這些懸浮的帶狀物向下變形，由于其是懸臂梁式結(jié)構(gòu)，因此所有的懸浮帶狀物都向下傾斜相同角度，形成一個(gè)閃耀角為θb的閃耀光柵，帶狀物位于第二位置，器件處于ON態(tài)，見圖4，此時(shí)器件對入射光有衍射的作用，根據(jù)衍射理論，大部分的光能量將集中在設(shè)計(jì)需要的級次上(一般為1級)，這樣就達(dá)到了對光的調(diào)制作用。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)如下(1)由于采用閃耀光柵的原理，理想情況下可使光能量全部集中在1級；(2)由于采用懸臂梁結(jié)構(gòu)，制作的工藝比較簡單；(3)通過對電極層施加適當(dāng)?shù)钠珘?，以及支撐凸臺的作用，使所有的反射表面都可以保持在預(yù)定的傾斜角度下，那么可以在預(yù)定的接收角度下得到高的衍射效率；(4)在保證足夠剛度的條件下，可以增加閃耀面積，相對的有效面積比光柵光閥大，容易形成面陣；


圖1是本發(fā)明提出的懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器的三維結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明提出的工藝流程；圖3是圖1所示的光調(diào)制器在“OFF”態(tài)的狀態(tài)示意圖；圖4是圖1所示的光調(diào)制器在“ON”態(tài)的狀態(tài)示意圖；圖5是兩種狀態(tài)的衍射效率分布圖；圖6是本發(fā)明提出的懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器形成面陣的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1、2，懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器具有以下組成結(jié)構(gòu)一個(gè)基底21和一個(gè)電驅(qū)動(dòng)裝置200，基底上依次形成有下電極層22和絕緣層23，在絕緣層上方懸浮有多個(gè)具有反射表面的具有懸臂梁結(jié)構(gòu)的帶狀物25，絕緣層23和帶狀物25之間留有間隙，這些帶狀物25由各自的一個(gè)端部支撐在基底上，形成懸臂梁式結(jié)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)電路200通過線路連接上、下電極，驅(qū)動(dòng)電路200采用本領(lǐng)域現(xiàn)有的成熟技術(shù)，多采用電壓驅(qū)動(dòng)。根據(jù)不同的陣列要求，采用并行或串行驅(qū)動(dòng)方式。同時(shí)驅(qū)動(dòng)電路的電極引出線可在制作該結(jié)構(gòu)的同時(shí)得到。當(dāng)圖1中的驅(qū)動(dòng)電路200所施加適當(dāng)?shù)钠珘簳r(shí)，帶狀物25保持水平共面；當(dāng)200所施加的電壓為特定偏壓時(shí)，帶狀物將偏斜，形成閃耀光柵。帶狀物按行列位置并列布置，形成面陣。
上述結(jié)構(gòu)按以下工藝獲得1.在硅襯底為基底21，在其上淀積一層金屬鋁作為下電極層22；2.淀積一層SiO2作為電絕緣層23；
3.掩模腐蝕形成支撐凸臺24；4.淀積一層犧牲層，犧牲層材料為PSG，掩模腐蝕犧牲層，并淀積一層金屬鋁膜形成上電極，也作為光反射層；5.掩?？涛g形成懸臂梁結(jié)構(gòu)25；6.釋放犧牲層，獲得整個(gè)結(jié)構(gòu)。
上述結(jié)構(gòu)的光調(diào)制器在未施加電壓時(shí)，其帶狀物25從端部被懸浮起來，保持共面。通過對上下電極層施加適當(dāng)?shù)钠珘?，以及支撐凸臺24的作用，使所有的反射表面都可以保持在預(yù)定的傾斜角度θb下。當(dāng)所有的帶狀物都位于第一平面內(nèi)時(shí)(OFF態(tài)，圖3)，入射的光將全部被反射。當(dāng)這些帶狀物位于第二位置(ON態(tài)，圖4)，即存在相同的傾斜角度時(shí)，衍射光柵將使光束發(fā)生衍射，將絕大部分的能量衍射到需要的級次上(一般1級)，如圖5所示。也就是說，當(dāng)結(jié)構(gòu)起反射鏡的作用時(shí)，所用的光都被反射回去，不發(fā)生衍射，大部分的能量都集中在0級。當(dāng)結(jié)構(gòu)處于“ON”態(tài)時(shí)，其將起到衍射光柵的作用，通過設(shè)計(jì)光調(diào)制器的各個(gè)參數(shù)值，可以使得能量都集中到需要的某一級次上。
該懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器形成的面陣結(jié)構(gòu)如圖6所示。
權(quán)利要求
1.懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器，它具有一個(gè)基底和一個(gè)電驅(qū)動(dòng)裝置，基底上依次形成有下電極層和絕緣層，其特征在于在絕緣層上方懸浮有多個(gè)具有反射表面的帶狀物，絕緣層和帶狀物之間留有間隙，這些帶狀物由各自的一個(gè)端部支撐在絕緣層上，同時(shí)帶狀物上的一層金屬鋁膜形成上電極，也作為光反射層，整個(gè)形成懸臂梁式結(jié)構(gòu)，帶狀物按行列位置并列布置，形成面陣，所有的帶狀物在自由狀態(tài)時(shí)基本共面，在電驅(qū)動(dòng)下，所有的帶狀物的懸浮端將被偏置到支撐凸臺，形成閃耀光柵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器，其特征在于在基底上設(shè)置有多個(gè)高度一致的支撐凸臺，這些支撐凸臺分別對應(yīng)每一個(gè)懸臂梁式帶狀物的懸浮端。
3.一種懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器陣列，其特征在于使用多個(gè)權(quán)利要求1或2所述的光調(diào)制器按行排列成陣列，每個(gè)光調(diào)制器都可以獨(dú)立施加偏置電壓，形成衍射效果不同的點(diǎn)陣。
4.一種懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器陣列，其特征在于使用多個(gè)權(quán)利要求1或2所述的光調(diào)制器按行和列排列成面列，每個(gè)光調(diào)制器都可以獨(dú)立施加偏置電壓，可以在一個(gè)面上形成衍射效果不同的點(diǎn)陣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種懸臂梁式閃耀光柵光調(diào)制器及陣列，它具有一個(gè)基底和一個(gè)電驅(qū)動(dòng)裝置，基底上依次形成有下電極層和絕緣層，在絕緣層上方懸浮有多個(gè)具有反射表面的帶狀物，絕緣層和帶狀物之間留有間隙，這些帶狀物由各自的一個(gè)端部支撐在絕緣層上，同時(shí)帶狀物上的一層金屬鋁膜形成上電極，也作為光反射層，整個(gè)形成懸臂梁式結(jié)構(gòu)，帶狀物按行列位置并列布置，形成面陣，所有的帶狀物在自由狀態(tài)時(shí)基本共面。通過施加偏壓，所有的反射平面都可以保持在第一平面內(nèi)。當(dāng)所有的部件位于第一平面內(nèi)時(shí)，衍射光柵反射入射光束。當(dāng)所述預(yù)定的帶狀物位于設(shè)定的傾斜角度時(shí)，衍射光柵衍射入射光束，此時(shí)，該閃耀光柵將光能量閃耀到預(yù)定的衍射級次上。
文檔編號G02F1/01GK1658008SQ20051002018
公開日2005年8月24日 申請日期2005年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者黃尚廉, 張潔, 付紅橋, 閆許, 張智海, 伍藝 申請人:重慶大學(xué)