專利名稱：有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，更具體的說，本發(fā)明是通過有源矩陣 控制MEMS光柵光調(diào)制器的電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)制。
背景技術(shù)：
隨著MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，基于光MEMS技術(shù)的用于投影 顯示的光調(diào)制器被提出。在這些光調(diào)制器中，以數(shù)字微鏡器件(DMD)、光柵光閥(GLV)為 代表。它們?cè)谏虡I(yè)應(yīng)用中已經(jīng)取得巨大成功。
DMD是有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。DMD響應(yīng)快，對(duì)比度、亮度和均勻性都非 常好。GLV與DMD不同之處在于，它是利用光柵衍射原理實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)制，其響應(yīng)速度 更高，電路簡(jiǎn)單，加工工藝簡(jiǎn)單，良品率高。
但是，DMD和GLV也存在不足之處。
DMD缺陷在于，其復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)導(dǎo)致加工工藝復(fù)雜，良品率低下。 GLV的缺點(diǎn)在于它較難保證構(gòu)成光柵的柵條處于同一平面內(nèi)；光柵條之間的間隙影 響衍射效率；可動(dòng)光柵上真正有效的衍射面積較?。粏蝹€(gè)像素長(zhǎng)度大，使的GLV只能做成 線陣，需要增大光學(xué)掃描機(jī)構(gòu)才能用于光學(xué)投影系統(tǒng)，增加了光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性，增加了成本。
重慶大學(xué)提出的光柵光調(diào)制器，其專利號(hào)為ZL200510020186.8。該器件的加工較DMD 簡(jiǎn)單，同時(shí)解決了 GLV難于形成面陣的缺點(diǎn)。但是，目前設(shè)計(jì)的MEMS光柵光調(diào)制器屬 于無源矩陣驅(qū)動(dòng)方式。由于矩陣電容的耦合效應(yīng)，無源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器陣列存在 明顯的交叉效應(yīng)，導(dǎo)致光學(xué)對(duì)比度較低。交叉效應(yīng)表現(xiàn)為當(dāng)選通某個(gè)像素時(shí)，該像素會(huì)引 起周圍像素電壓的變化，可能導(dǎo)致暗態(tài)的像素顯示亮態(tài)。并且，無源矩陣驅(qū)動(dòng)的GLM陣 列進(jìn)行逐行掃描時(shí)，只有一行能夠顯示，光利用率只有1/N(N為行數(shù))。這些都限制了 GLM 器件面向高分辨率、高清晰度的投影顯示的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服無源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器存在的交叉效應(yīng)，對(duì)比度不高、光利用率低等 不足，本發(fā)明的提出一種有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，它由下層的有源矩陣和上層的光 柵光調(diào)制器構(gòu)成，通過控制有源矩陣的輸出電壓，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵光調(diào)制器電壓的控制， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)制。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所釆用的技術(shù)方案如下
一種有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，包括上層MEMS光柵光調(diào)制器和下層的有源矩 陣，在所述上層MEMS光柵光調(diào)制器與下層有源矩陣之間存在氧化層，氧化層將所述上層 MEMS光柵光調(diào)制器和所述下層的有源矩陣隔離，實(shí)現(xiàn)上層MEMS光柵光調(diào)制器和下層 的有源矩陣單芯片集成在硅襯底上，所述有源矩陣具有保持輸出電壓的作用，通過在所述 氧化層中的通孔將有源矩陣輸出電壓傳輸?shù)轿挥谘趸瘜由系腗EMS光柵光調(diào)制器的下電 極，從而控制上層MEMS光柵光調(diào)制器。
當(dāng)有源矩陣采用多個(gè)基于靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器SRAM的有源矩陣單元組成時(shí)，形成基于 SRAM的有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，有源矩陣單元由一個(gè)NMOS開關(guān)管和兩個(gè)反相器 組成。行掃描信號(hào)連接NMOS開關(guān)管的柵極，列數(shù)據(jù)信號(hào)線連接NMOS開關(guān)管的漏極， NMOS開關(guān)管的源極連接到由兩個(gè)反相器組成的串聯(lián)環(huán)形電路一端，其輸出端連接到 MEMS光柵光調(diào)制器像素的下電極。光柵光調(diào)制器的可動(dòng)光柵(上電極)接地。行掃描信 號(hào)控制NMOS開關(guān)管的開啟或者截止。當(dāng)行掃描信號(hào)為高電平時(shí)，NMOS開關(guān)管開啟，列 數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)開關(guān)管寫入由兩個(gè)反相器組成的串型環(huán)路，然后輸入到光柵光調(diào)制器。當(dāng)行掃 描信號(hào)為低電平時(shí)，NMOS開關(guān)管截止，串型環(huán)路輸出電壓保持，從而光柵光調(diào)制器的電 壓保持。
當(dāng)有源矩陣釆用多個(gè)基于動(dòng)態(tài)隨機(jī)存貯器DRAM的有源矩陣驅(qū)動(dòng)單元組成時(shí)，形成基 于DRAM的有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，有源矩陣單元由一個(gè)NMOS晶體管和一個(gè)存 儲(chǔ)電容組成。開關(guān)管柵極連接行掃描信號(hào)，開關(guān)管漏極連接列數(shù)據(jù)信號(hào)，源極同時(shí)連接一 個(gè)存儲(chǔ)電容和MEMS光柵光調(diào)制器下電極。存儲(chǔ)電容的另一端和光柵光調(diào)制器的可動(dòng)光柵 (上電極)都接地。行掃描信號(hào)控制NMOS開關(guān)管的開啟或者截止。當(dāng)行掃描信號(hào)為高電 平時(shí)，NMOS開關(guān)管開啟，列數(shù)據(jù)信號(hào)從開關(guān)管的漏極傳輸?shù)酱鎯?chǔ)電容；當(dāng)行掃描信號(hào)為 低電平時(shí)，開關(guān)管截止，存儲(chǔ)電容保持電壓。由于存儲(chǔ)電容連接到MEMS光柵光調(diào)制器的
下電極，光柵光調(diào)制器的電壓與存儲(chǔ)電容的電壓相等，這樣MEMS光柵光調(diào)制器上、下電 極的電勢(shì)差就可以通過DRAM存儲(chǔ)電路控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)MEMS光柵光調(diào)制器的有源驅(qū)動(dòng)。
與當(dāng)前面向投影顯示的無源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果 在MEMS光柵光調(diào)制器的下面集成有源矩陣，可以消除無源矩陣驅(qū)動(dòng)固有的交叉效應(yīng)，提 高對(duì)比度、分辨率、占空比，使顯示特性面向高清晰、高分辨率投影顯示技術(shù)。有源矩陣 驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，降低對(duì)光柵光調(diào)制器動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)間要求，可以獲得更加豐富的灰度
色彩調(diào)制。


圖l (a)、圖l (b)單個(gè)有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器結(jié)構(gòu)圖； 圖2有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器結(jié)構(gòu)圖陣列結(jié)構(gòu)圖； 圖3 (a)基于SRAM單元的有源矩陣單元；
圖3 (b)單個(gè)基于SRAM的有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器的剖析圖； 圖4(a)基于DRAM單元的有源矩陣單元；
圖4 (b)單個(gè)基于DRAM的有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器的剖析圖中，1有源矩陣單元；2氧化層；3光柵光調(diào)制器下電極；4絕緣層；5可動(dòng)光柵；
6通孔。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明
圖1 (a)、圖1 (b)中，有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器的加工工藝首先，利用CMOS
工藝在硅襯底上加工出有源矩陣單元l;接著淀積氧化層2，刻蝕通孔6;然后利用化學(xué)機(jī) 械打磨技術(shù)(CMP)打磨，淀積、刻蝕光柵光調(diào)制器下電極3;接著淀積絕緣層4;最后
通過表面微機(jī)械加工技術(shù)，形成上層可動(dòng)光柵5。通孔6將上層MEMS光柵光調(diào)制器和下 層有源矩陣單元1相連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)光柵光調(diào)制器的獨(dú)立控制。有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光 柵光調(diào)制器消除了無源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器存在的交叉效應(yīng)，從而提高了光柵光調(diào)制 器的對(duì)比度、分辨率和光利用率。
圖2中，顯示了有源驅(qū)動(dòng)光柵光調(diào)制器像素陣列。每個(gè)MEMS光柵光調(diào)制器的下電極
電勢(shì)由單獨(dú)的CMOS有源矩陣單元控制。將上層全部可動(dòng)光柵陣列連接在一起，并接地。 這樣，可以減小像素之間的間隙，提高像素的填充率。當(dāng)RGB三色光入射到光柵光調(diào)制器 陣列上，可以實(shí)現(xiàn)彩色圖像的顯示。
圖3 (a)中，基于SRAM的有源矩陣單元由5個(gè)MOS管組成。Tl管為開關(guān)管，T2、 T3管組成第一個(gè)反相器，T4、 T5管組成第二個(gè)反相器。T2、 T4管的源極接地，T3 、 T5 管的源極接電源Vdd。 T2管與T3管的柵極相連接，作為第一個(gè)反相器的輸入端；T2管與 T3管的漏極相連接，作為第一個(gè)反相器的輸出端。T4管與T5管的柵極相連接，作為第二 個(gè)反相器的輸入端；T4管與T5管的漏極相連接，作為第二個(gè)反相器的輸出端。第一個(gè)反 相器的輸出端連接到第二個(gè)反相器的輸入端；第二個(gè)反相器的輸出端連接到第一個(gè)反相器 的輸入端。行掃描信號(hào)控制開關(guān)管Tl的開啟或截止，當(dāng)行掃描信號(hào)為高電平時(shí)，列數(shù)據(jù) 信號(hào)經(jīng)過開關(guān)管Tl傳輸?shù)接傻谝粋€(gè)反相器和第二個(gè)反相器組成的串聯(lián)環(huán)型電路。當(dāng)行掃 描信號(hào)為低電平時(shí)，串聯(lián)環(huán)型電路輸出電壓保持不變，保持電壓不隨時(shí)間的增加而減少。 由于串聯(lián)環(huán)型電路輸出端連接到光柵光調(diào)制器的下電極，從而控制光柵光調(diào)制器的電壓， 實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)制。
圖3 (b)中，基于SRAM有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，有源矩陣單元由兩個(gè)反 相器和一個(gè)NMOS開關(guān)管組成。兩個(gè)反相器組成的串型環(huán)路具有保持電壓的作用，串型環(huán) 路輸出端連接MEMS光柵光調(diào)制器下電極。通過開關(guān)管的開啟或者截止，實(shí)現(xiàn)對(duì)MEMS 光柵光調(diào)制器下電極電勢(shì)的控制。
圖4 (a)中，基于DRAM的有源矩陣單元由1個(gè)NMOS開關(guān)管T6和一個(gè)存儲(chǔ)電容 Cs組成。行掃描信號(hào)控制開關(guān)管的開啟或者截止。當(dāng)行掃描信號(hào)為高電平時(shí)，NMOS開關(guān) 管T6開啟，列數(shù)據(jù)信號(hào)經(jīng)過開關(guān)管傳輸?shù)酱鎯?chǔ)電容。當(dāng)行掃描信號(hào)為低電平時(shí)，開關(guān)管 T6截止，存儲(chǔ)電容保持電壓。由于開關(guān)管存在漏電流，存儲(chǔ)電容端電壓會(huì)逐漸減小，故需 要對(duì)DRAM存儲(chǔ)電路進(jìn)行不斷刷新。由于存儲(chǔ)電容輸出端連接到光柵光調(diào)制器的下電極， 從而控制光柵光調(diào)制器的電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)光的調(diào)制。
圖4 (b)中，基于DRAM有源驅(qū)動(dòng)光柵平動(dòng)式光調(diào)制器結(jié)構(gòu)，由NMOS開關(guān)管和存 儲(chǔ)電容組成，存儲(chǔ)電容接地，另一端連接MEMS光柵光調(diào)制器下電極。通過開關(guān)管的開啟 或者截止，實(shí)現(xiàn)對(duì)MEMS光柵光調(diào)制器下電極電勢(shì)的控制。
以上采用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述。那些只有在本領(lǐng)域的技術(shù)人員閱讀了本公開文 件之后才變得一目了然的改進(jìn)和修改，仍然屬于本申請(qǐng)的精神和范疇。
權(quán)利要求
1、一種有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，包括上層MEMS光柵光調(diào)制器和下層的有源矩陣，其特征在于在所述上層MEMS光柵光調(diào)制器與下層有源矩陣之間存在氧化層，氧化層將所述上層MEMS光柵光調(diào)制器和所述下層的有源矩陣隔離，實(shí)現(xiàn)上層MEMS光柵光調(diào)制器和下層的有源矩陣單芯片集成在硅襯底上，所述有源矩陣具有保持輸出電壓的作用，通過在所述氧化層中的通孔將有源矩陣輸出電壓傳輸?shù)轿挥谘趸瘜由系腗EMS光柵光調(diào)制器的下電極，從而控制上層MEMS光柵光調(diào)制器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，其特征在于所述的有源矩陣 是由多個(gè)基于SRAM的有源矩陣單元組成，該有源矩陣單元由一個(gè)NMOS開關(guān)管和兩個(gè) 反相器組成，行掃描信號(hào)連接NMOS開關(guān)管的柵極，列數(shù)據(jù)信號(hào)線連接NMOS開關(guān)管一 端，NMOS開關(guān)管的另一端連接到由兩個(gè)反相器組成的串聯(lián)環(huán)形電路一端，串聯(lián)環(huán)形電路 的輸出端連接到MEMS光柵光調(diào)制器的下電極，MEMS光柵光調(diào)制器的可動(dòng)光柵即上電 極接地。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，其特征在于行掃描信號(hào)控制 NMOS開關(guān)管的開啟或者截止，控制串聯(lián)環(huán)形電路輸出電壓的更新或者保持，從而實(shí)現(xiàn) MEMS光柵光調(diào)制器對(duì)光的調(diào)制。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，其特征在于所述有源矩陣是 由多個(gè)基于DRAM的有源矩陣單元組成，該有源矩陣單元由一個(gè)NMOS開關(guān)管和一個(gè)存 儲(chǔ)電容組成，開關(guān)管柵極連接行掃描信號(hào)，開關(guān)管漏極連接列數(shù)據(jù)信號(hào)，源極分別連接到 一個(gè)存儲(chǔ)電容的一端和MEMS光柵光調(diào)制器的下電極，存儲(chǔ)電容的另一端和光柵光調(diào)制器 的可動(dòng)光柵即上電極都接地。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，其特征在于掃描信號(hào)控制 NMOS管的開啟或截止，控制存儲(chǔ)電容輸出電壓的更新或保持，從而實(shí)現(xiàn)MEMS光柵光調(diào) 制器對(duì)光的調(diào)制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種有源矩陣驅(qū)動(dòng)的光柵光調(diào)制器，由上層的光柵光調(diào)制器和下層的有源矩陣驅(qū)動(dòng)組成。掃描信號(hào)線和數(shù)據(jù)信號(hào)線分別連接到有源矩陣中開關(guān)管的柵極和漏極，有源矩陣的輸出連接到光柵光調(diào)制器的下電極，而光柵光調(diào)制器上電極接地。有源矩陣的輸出電壓等于光柵光調(diào)制器的電壓。當(dāng)掃描信號(hào)線為高電平時(shí)，有源矩陣開啟，數(shù)據(jù)信號(hào)線對(duì)有源矩陣的輸出電壓進(jìn)行更新；當(dāng)掃描信號(hào)線為低電平時(shí)，有源矩陣截止，有源矩陣的輸出電壓保持。這樣，通過控制有源矩輸出電壓的更新或者保持，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵光調(diào)制器運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的控制。本光柵光調(diào)制器可以消除交叉效應(yīng)，提高光學(xué)對(duì)比度和光利用率，真正面向高清晰、高分辨率的投影顯示。
文檔編號(hào)G02B26/08GK101382655SQ20081023283
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月9日
發(fā)明者潔 張, 張智海, 寧 王, 珠 金, 瑋 韋 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)