專利名稱：用于光學(xué)投影系統(tǒng)中的薄膜致動反射鏡陣列及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光學(xué)投影系統(tǒng)；且更具體地，涉及一種用于該系統(tǒng)中的M×N薄膜致動反射鏡陣列及其制造方法。
在現(xiàn)有技術(shù)的各種視頻顯示系統(tǒng)中，已知一種光學(xué)投影系統(tǒng)能夠提供大幅度的高質(zhì)量顯示。在這樣一光學(xué)投影系統(tǒng)中，來自一燈的光線被均勻地照射在例如一M×N致動反射鏡陣列上以使各反射鏡與各反致動器相耦合。這些致動器可由響應(yīng)施加于其的電場而變形的電致位移材料制成。例如為壓電材料或電致伸縮材料。
來自各反射鏡的反射光束入射在一反射體的孔徑上。通過對各致動器施加一電信號，各反射鏡與入射光束的相對位置被改變，從而導(dǎo)致來自各反射鏡的反射光束的光路發(fā)生偏差。當(dāng)各反射光束的光路發(fā)生變化時，自各反射鏡反射的通過該孔徑的光量被改變，從而調(diào)制光束的強(qiáng)度。通過該孔徑被調(diào)制的光束經(jīng)一適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)裝置，例如一投影透鏡被傳送到一投影屏幕上，從而在其上顯示一圖象。
在
圖1中，示有用于一光學(xué)投影系統(tǒng)中的一M×N電致位移致動反射鏡陣列10的截面視圖，該陣列公開在題為“電致位移致動反射鏡陣列”，美國序列號為08/278,472的共有未決且同時申請的專利申請中，其包括一有源矩陣11，包括一基底12及其上的M×N晶體管陣列；一M×N電致位移致動器30的陣列13，各電致位移動器30包括一對致動元件14、15，一對偏置電極16、17，及一公共信號電極18；一M×N鉸鏈31的陣列19，各鉸鏈31安裝在各電致位移致動器30中；一M×N連接端22的陣列20，各連接端22用于將信號電極18與有源矩陣11電連接；及一M×N反射鏡23的陣列21。各反射鏡23安裝在各M×N鉸鏈31的頂上。
上述電致位移致動反射鏡陣列存在有許多問題，首先，由于電致位移材料采用塊狀的形式制做致動元件，在持續(xù)使用后很可能會惡化，從而影響陣列中致動反射鏡的性能。而且，由于各致動反射鏡互相之間沒有被電或物理地隔開，各致動反射鏡的動作受到了相鄰的致動反射鏡的影響。
在上述共有未決的同時申請中，還公開有一種制造這樣一采用厚度為30至50μm陶瓷片的M×N電致位移致動反射鏡陣列的方法。
然而，對上述制造M×N電致位移致動器陣列的方法尚有改進(jìn)的余地。首先，獲得厚度為30至50μm的陶瓷片是相當(dāng)困難的；再者，即使陶瓷片的厚度被減少到30至50μm的范圍，其機(jī)械性能多半會降低，這又使其制造過程難以實(shí)現(xiàn)。
并且，上述方法涉及消耗時間多，難以控制，及處理過程冗長，從而使得難以獲得所期望的再現(xiàn)性，可靠性及產(chǎn)量；且進(jìn)而，可能會使其尺寸進(jìn)一步減小受到限制。
因此，本發(fā)明的一個主要目的是提供一種免除使用薄的電致位移陶瓷片的M×N致動反射鏡陣列的制造方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造具有更高的再現(xiàn)性?？煽啃约爱a(chǎn)量的M×N致動反射鏡陣列的改進(jìn)且新穎的方法。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種具有一新結(jié)構(gòu)且在持續(xù)使用后能保持性能完整性的M×N致動反射鏡陣列。
本發(fā)明的再一個目的是提供一種具有提高的光效率的M×N致動反射鏡陣列。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供有一種用于一光學(xué)投影系統(tǒng)中的M×N薄膜致動反射鏡陣列，該陣列包括由一基底、一M×N晶體管陣列及一M×N連接端陣列組成的有源矩陣；一M×N薄膜致動機(jī)構(gòu)陣列，各致動機(jī)構(gòu)包括第一及第二致動部分，該第一及第二致動部分為同一結(jié)構(gòu)，各第一及第二致動部分具有一頂表面及一底表面、一近端及一遠(yuǎn)端，各第一及第二致動部分具有至少一由運(yùn)動感應(yīng)材料制成的，具有一頂表面及一底表面的薄膜層，和第一及第二電極，該第一電極位于運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的頂表面上及該第二電極位于運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的底表面上，其中在各致動部分的第一及第二電極之間的運(yùn)動感應(yīng)薄膜層上施加的電信號使該運(yùn)動感應(yīng)薄膜層發(fā)生變形，及因此使該致動部分發(fā)生變形；一M×N支持元件陣列，各支持元件具有一頂表面及一底表面，其中各支持元件用于將各致動機(jī)構(gòu)固定就位且將各致動機(jī)構(gòu)與有源矩陣電連接；及一M×N反射鏡層陣列，各反射鏡層包括一反射光束的反射鏡及一支持層，各反射鏡層還包括一第一側(cè)、一第二相對側(cè)及位于它們之間的中央部分，其中各反射鏡層的第一側(cè)及第二相對側(cè)分別固定在各致動機(jī)構(gòu)的第一及第二致動部分的頂上，以使當(dāng)各致動機(jī)構(gòu)中的第一及第二致動部分向應(yīng)電信號而發(fā)生變形時，相應(yīng)的反射鏡層的中央部分發(fā)生傾斜但仍保持為平的，從而使所有的中央部分反射光束，獲得提高的光效率。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供有一種采用已知薄膜技術(shù)制造用于一光學(xué)投影系統(tǒng)中的M×N致動反射鏡陣列的新方法，該方法包括有以下步驟(a)提供一具有一頂表面及一底表面的有源矩陣，該有源矩陣包括一基底、一M×N晶體管陣列及一M×N連接端陣列；(b)在有源矩陣的頂表面上形成第一支持層，該第一支持層包括一對應(yīng)于該M×N薄膜致動反射鏡陣列中的M×N支持元件陣列的M×N基座陣列及第一待除區(qū)；(c)對第一支持層的該第一待除區(qū)進(jìn)行處理以使可被去除；(d)在第一支持層上沉積第一薄膜電極層；(e)在第一薄膜電極層上提供一薄膜運(yùn)動感應(yīng)層；(f)在薄膜運(yùn)動感應(yīng)層上形成第二薄膜電極層；(g)將第一薄膜電極層、薄膜運(yùn)動感應(yīng)層及第二薄膜電極層構(gòu)型成一M×N致動機(jī)構(gòu)陣列及一環(huán)繞其的空白區(qū)，各致動機(jī)構(gòu)還包括第一及第二致動部分；(h)在環(huán)繞各致動機(jī)構(gòu)的空白區(qū)上形成第二待除層；(i)處理該第二待除層以使可被去除；(j)將第二待除層構(gòu)型成一M×N待除元件陣列；(k)在M×N致動機(jī)構(gòu)陣列及在先前步驟中被構(gòu)型的第二待除層的頂上沉積第二支持層；(l)在第二支持層的頂上沉積一反光層；(m)將該反光層及第二支持層構(gòu)型成一M×N反射鏡層陣列；及(n)去除第一待除區(qū)及M×N待除元件陣列，從而形成所述M×N薄膜致動反射鏡陣列。
從下面結(jié)合附圖給出的優(yōu)選實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的上述及其它目的與特征將是一目了然的，附圖中圖1示出了先前公開的M×N電致位移動反射鏡陣列的截面視圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的M×N薄膜致動反射鏡的截面視圖；圖3示出了圖2中所示的本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜致動反射鏡陣列的詳細(xì)截面視圖；圖4示出了圖2中所示的本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜致動反射鏡陣列的俯視圖；圖5示出了圖2中所示的本發(fā)明第一實(shí)施例的薄膜致動反射鏡陣列的詳細(xì)透視圖；圖6示出了第一實(shí)施例的另一種可能的反射鏡層結(jié)構(gòu)；圖7示出了致動狀態(tài)中的第一實(shí)施例的薄膜致動反射鏡的截面視圖；圖8示出了第二實(shí)施例的具有一雙壓電晶片結(jié)構(gòu)的薄膜致動反射鏡的截面視圖；圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例的M×N薄膜致動反射鏡的截面視圖；圖10示出了圖9中所示的本發(fā)明第三實(shí)施例的薄膜致動反射鏡陣列的詳細(xì)截面視圖；圖11示出了圖9中所示的本發(fā)明第三實(shí)施例的薄膜致動反射鏡陣列的透視圖；及圖12A至12J再現(xiàn)了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的制造步驟的概略性截面視圖。
現(xiàn)參照圖2至12，它們提供了根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于一光學(xué)投影系統(tǒng)中的M×N薄膜致動反射鏡陣列及其制造方法的概略性截面視圖，其中M及N為整數(shù)，應(yīng)當(dāng)指出，圖2至12中出現(xiàn)的相同部分用相同的參照數(shù)字表示。
在圖2中，示有第一實(shí)施例的一M×N薄膜致動反射鏡51的陣列50的截面視圖，該陣列50包括一有源矩陣52、一M×N薄膜致動機(jī)構(gòu)54的陣列53、一M×N支持元件56的陣列55、及一M×N反射鏡層58的陣列57。
圖3示出了圖2中所示的該薄膜致動反射鏡陣列50的詳細(xì)截面視圖。該有源矩陣52包括一基底59、一M×N晶體管陣列(未示出)及一M×N連接端61的陣列60。各致動機(jī)構(gòu)54包括相同構(gòu)成的第一致動部分及第二致動部分62(a)、62(b)，其中各致動部分，例如62(a)具有一頂表面及一底表面63、64、一近端及一遠(yuǎn)端65、66。各致動部分，例如62(a)還具有至少一由例如為壓電材料、電致伸縮材料或磁致伸縮材料的運(yùn)動感應(yīng)材料制成的，包括一頂表面及一底表面68、69的薄膜層67，及第一和第二電極70、71，該第一電極70位于該運(yùn)動感應(yīng)層67的頂表面上及該第二電極71位于該運(yùn)動感應(yīng)層67的底表面71上。在運(yùn)動感應(yīng)層67由例如鋯鈦酸鉛(PZT)的壓電材料制成的情況下，它必須被極化(poled)。該第一及第二電極由例如金(Au)或銀(Ag)的金屬制成。
帶有一頂表面及一底表面72、73的各M×N支持元件56用于將各致動機(jī)構(gòu)的第一及第二致動部分62(a)、62(b)固定就位，并通過提供一由例如金屬的導(dǎo)電材料制成的導(dǎo)管99，使各致動機(jī)構(gòu)54中第一及第二致動部分62(a)、62(b)內(nèi)的第二電極71與有源矩陣52上相應(yīng)的連接端61電連接。在本發(fā)明的M×N薄膜致動反射鏡51的陣列50中，通過將各致動機(jī)構(gòu)54中的各第一及第二致動部分62(a)、62(b)安裝在各致動機(jī)構(gòu)54中各第一及第二致動部分62(a)、62(b)的近端65的底表面64上的各支持元件56的頂表面73上，各致動機(jī)構(gòu)54中的各第一及第二致動部分62(a)、62(b)從各支持元件56上伸出懸臂，且各支持元件56的底表面74位于有源矩陣52的頂上。
并且，由反射光束的一反射鏡75一具有一頂表面77的支持層76組成的各反射鏡層58具有一第一側(cè)78，一第二相對側(cè)79及位于兩側(cè)之間的一中央部分80，如圖4所示。各反射鏡層58的第一側(cè)78及第二相對側(cè)79分別位于各致動機(jī)構(gòu)54的第一及第二致動部分62(a)、62(b)的頂上。
當(dāng)在各致動機(jī)構(gòu)54中各致動部分62(a)、62(b)的第一及第二電極70、71之間的運(yùn)動感應(yīng)層67上施加一電場時，該運(yùn)動感應(yīng)層67將發(fā)生變形，進(jìn)而使相應(yīng)反射鏡層58的第一側(cè)78及第二相對側(cè)79發(fā)生變形。在這樣一情況下，該相應(yīng)反射鏡層58的中央部分80不象第一側(cè)78及第二相對側(cè)79那樣，將不會發(fā)生變形，即它將保持為平的，從而提高了光效率。在圖5及6中，分別示有第一實(shí)施例的薄膜致動反射鏡51及用于M×N薄膜致動反射鏡51的陣列50的另一種可能的反射鏡層結(jié)構(gòu)的透視圖。
制造各反射鏡層58中支持層76的材料也可以是例如鋁(Al)的反光材料，這將使其的頂表面77也能起到各薄膜致動反射鏡51中反射鏡75的作用。
當(dāng)各致動機(jī)構(gòu)54中運(yùn)動感應(yīng)薄膜層67的頂表面及底表面68、69被第一及第二電極70、71完全覆蓋或各致動機(jī)構(gòu)54中運(yùn)動感應(yīng)薄膜層67的頂表面68或底表面69被第一及第二電極70、71部分覆蓋時，可能使本發(fā)明的薄膜致動反射鏡51的陣列50工作得一樣好。
借助于第一實(shí)施例的例子，圖3及圖7中示有一M×N薄膜致動反射鏡51的陣列50，其包括一由例如PZT的壓電材料制成的M×N致動機(jī)構(gòu)54的陣列53。在位于各致動機(jī)構(gòu)54中各致動部分62(a)、62(b)內(nèi)的第一及第二電極70、71之間的壓電薄膜層67上施加一電場。該施加的電場根據(jù)與壓電材料的極性相對的電場的極性，使該壓電材料收縮或擴(kuò)張。如果該電場的極性對應(yīng)于壓電材料的極性，該壓電材料將收縮，如果該電場的極性與壓電材料的極性相反，該壓電材料將擴(kuò)張。
在圖7中，壓電材料的極性對應(yīng)于施加電場的極性，使壓電材料發(fā)生收縮。在這樣一情況下，各致動機(jī)構(gòu)54的第一及第二致動部分62(a)、62(b)向下彎曲，如圖7中所示，從而使反射鏡58的第一側(cè)78及第二相對側(cè)79向下傾斜一個角度。然而，反射鏡58的中央部分80仍保持為平的，結(jié)果使反射鏡58的有效長度為反射鏡58的中央部分80的整個長度。比較起來，如果反射鏡層58直接固定于致動機(jī)構(gòu)54。固定至支持元件56的該部分反射鏡58不會感應(yīng)該電場而發(fā)生變形，仍固定在原位。這樣，反射鏡層58的有效長度小掉固定至支持元件56的該部分致動機(jī)構(gòu)54的長度。因此圖3中所示的第一實(shí)施例中的第一側(cè)78、第二相對側(cè)79及連接至其的第一及第二致動部分62(a)、62(b)的實(shí)現(xiàn)提高了反射鏡層58的陣列57的占空因數(shù)及效率。現(xiàn)參照圖3及7，可以看出，照射在圖7中所示的致動反射鏡51的反射鏡層58上的光線以大于自圖3中所示的未被驅(qū)動的致動反射鏡51反射的光線角度的一角度被偏轉(zhuǎn)。另一方面，可在運(yùn)動感應(yīng)薄膜壓電層67上施加一相反極性的電場，使壓電材料擴(kuò)張。在該例子中，致動機(jī)構(gòu)54向上彎曲(未示出)。照射在向上驅(qū)動的反射鏡51的反射鏡層58上的光線以小于自圖3中所示的未被驅(qū)動的致動反射鏡51偏轉(zhuǎn)的光線角度的一角度被偏轉(zhuǎn)。
圖8示出了第二實(shí)施例的M×N薄膜致動反射鏡101的陣列100的截面視圖，其中除各致動機(jī)構(gòu)54中各第一及第二致動部分62(a)、62(b)為一雙壓電晶片結(jié)構(gòu)外，第二實(shí)施例與第一實(shí)施例相類似，該各第一及第二致動部分62(a)、62(b)包括一第一電極70、一第二電極71、一中間金屬層87、具有一頂表面及一底表面90、91的上運(yùn)動感應(yīng)薄膜層89及具有一頂表面及一底表面93、94的下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層92、在各致動部分62(a)、62(b)中，該上及下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層89、92由中間金屬層87、位于上運(yùn)動感應(yīng)薄膜層89頂表面90上的第一電極70、及位于下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層92底表面94上的第二電極71所分開。
如在第一實(shí)施例的情況下那樣，各致動機(jī)構(gòu)54中的上及下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層89、92由壓電材料、電致伸縮陶瓷或磁致伸縮陶瓷制成。在當(dāng)上及下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層89、92由例如壓電陶瓷或壓電聚合物的壓電材料制成的情況下，該上及下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層89、92必須以這樣的方式被極化上運(yùn)動感應(yīng)薄膜層89中壓電材料的極化方向與下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層92中壓電材料的極化方向相反。
作為一個第二實(shí)施例如何工作的例子，假定圖8中所示的M×N薄膜致動反射鏡101的陣列100中的上及下運(yùn)動感應(yīng)層89、90由例如PZT的壓電材料制成。當(dāng)在各致動機(jī)構(gòu)54上施加一電場時，致動機(jī)構(gòu)54的上及下運(yùn)動感應(yīng)薄膜壓電層89、92將根據(jù)壓電材料的極化及電場的極性而向上彎曲或向下彎曲。例如，如果極性使上運(yùn)動感應(yīng)薄膜壓電層89收縮，并使下運(yùn)動感應(yīng)薄膜壓電層92擴(kuò)張，各致動機(jī)構(gòu)54中的致動部分62(a)、62(b)將向上彎曲。在這種情況下，照射光線以比來自未被驅(qū)動的致動反射鏡51的偏轉(zhuǎn)光線的角度小的一角度自致動反射鏡51被偏轉(zhuǎn)。然而，如果壓電材料及電場的極性使上運(yùn)動感應(yīng)薄膜壓電層89擴(kuò)張且使下運(yùn)動感應(yīng)薄膜壓電層92收縮，該致動機(jī)構(gòu)54將向下彎曲。在這種情況下，照射光線以比來自未被驅(qū)動的致動反射鏡51的偏轉(zhuǎn)光線的角度大的一角度自致動反射鏡51被偏轉(zhuǎn)。
圖9示出了第三實(shí)施例的M×N薄膜致動反射鏡201的陣列200的一概略性截面視圖。除各致動機(jī)構(gòu)54由第一及第二致動部分62(a)、62(b)缺少反射鏡層58中的支持層76外，該第三實(shí)施例與第一實(shí)施例類似。所替代的，第三實(shí)施例中各致動機(jī)構(gòu)54的第一及第二致動部分62(a)、62(b)具有一位于運(yùn)動感應(yīng)層67的底表面69上的彈性層202，如圖10中所示。通常，當(dāng)在一致動反射鏡中提供有一彈性層時，該運(yùn)動感應(yīng)及彈性層常由例如鉑(pt)的昂貴的導(dǎo)電金屬層所分開，以提高其間的附著力。
然而，如果制做彈性層及運(yùn)動感應(yīng)層的材料的熱膨脹系數(shù)相互間有很大的差別且該彈性層與導(dǎo)電金屬之間的連接面或運(yùn)動感應(yīng)層與導(dǎo)電層之間的連接很弱，將導(dǎo)致導(dǎo)電金屬層的脫落，從而降低了致動反射鏡的整體性能。對該問題的一個可能的解決方法是采用具有相同結(jié)構(gòu)的材料，例如鈣鈦礦來形成彈性及運(yùn)動感應(yīng)層。由于制做彈性層及運(yùn)動感應(yīng)層的材料結(jié)構(gòu)相似，使其間的附著力更佳，從而省去了形成導(dǎo)電金屬層的需要，并可更容易地控制其間的變形能量。這些材料的一種可能的組合為運(yùn)動感應(yīng)層采用PZT及彈性層采用鉛鈦酸鹽(pbTiO3)。在這種情況下，制做彈性層的材料的特點(diǎn)在于具有一高絕緣系數(shù)(∈)及一低壓電系數(shù)(d)。
并且，如果第一電極由例如Al的反光材料制成，可省去反射鏡層58。這樣第一電極將還起到反射鏡層58的作用。
圖12A至12J示出了本發(fā)明第一實(shí)施例的制造中所包含的制造步驟。制造第一實(shí)施例，即M×N薄膜致動反射鏡51的陣列50(其中M×N為整數(shù))的處理過程從準(zhǔn)備有源矩陣52開始，該有源矩陣52具有一頂表面及一底表面102、103，包括基底59、M×N晶體管陣列(未示出)及M×N連接端105的陣列104，如圖12A中所示。
在接著的步驟中，在有源矩陣52的頂表面上形成第一支持層106，該支持層106包括一對應(yīng)于M×N支持元件56的陣列55的M×N基座108的陣列107及第一待除區(qū)109，其中第一支持層106是這樣形成的在有源矩陣52的整個頂表面102上沉積第一待除層(未示出)；形成一M×N空槽陣列(未示出)，從而生成第一待除區(qū)109，各空槽位于各M×N連接端61的四周；并在各空槽中置入一基座108，如圖12B所示。該第一待除層是用濺射法形成的，該空槽陣列采用蝕刻法形成，這些基底采用濺射法或化學(xué)汽相淀積(CVD)法，隨后采用蝕刻法形成。然后對第一支持層106的待除區(qū)109進(jìn)行處理以使在后面使用蝕刻法或化學(xué)劑可被去除。
通過首先使用蝕刻法，建立一自各基座108的頂部延伸至相應(yīng)連接端61的頂部的孔，隨后在孔中填入導(dǎo)電材料，在各基座108中形成由例如鎢(W)的導(dǎo)電材料制成的，電連接各連接端與各第二電極71的一導(dǎo)管99，如圖12C所示。
在接著的步驟中，如圖12D所示，在第一支持層106上沉積由例如Au的導(dǎo)電材料制成的第一薄膜電極111。然后，在該第一薄膜電極111上形成由例如PZT的運(yùn)動感應(yīng)材料制成的一薄膜運(yùn)動感應(yīng)層112及一第二薄膜電極層113。
然后，將第一薄膜電極層111、薄膜運(yùn)動感應(yīng)層112及第二薄膜電極層113構(gòu)型成一M×N致動機(jī)構(gòu)54的陣列53及一環(huán)繞各致動機(jī)構(gòu)54的空白區(qū)(未示出)，其中各致動機(jī)構(gòu)54包括第一及第二致動部分62(a)、62(b)，如圖12E所示。
接著，在環(huán)繞各致動機(jī)構(gòu)54的空白區(qū)上形成第二待除層114，如圖12F所示。然后處理第二待除層114以使在后可被去除。
如圖12G所示，將該待除層114構(gòu)型成一M×N待除元件116的陣列115。隨后在M×N致動機(jī)構(gòu)54的陣列53及先前構(gòu)型的第二待除層116的頂上序列地沉積第二支持層117及一包括反射鏡層58的反光層119，如圖12H所示。
然后將反光層119及第二支持層117構(gòu)型成一M×N反射鏡58的陣列57，如圖12I所示。
可采用例如濺射、sol-gel、蒸鍍、蝕刻及微機(jī)械加工等已知的薄膜技術(shù)沉積并構(gòu)型這些導(dǎo)電、運(yùn)動感應(yīng)及反光材料的薄膜層。
然后，通過采用化學(xué)的方法去除或消除第一待除區(qū)109及M×N待除元件116的陣列115，從而形成所述M×N薄膜致動反射鏡51的陣列50，如圖12J所示。
第二實(shí)施例的構(gòu)成與第一實(shí)施例相似，只是第二實(shí)施例需要兩個附加的步驟，該兩附加的步驟為形成一附加的運(yùn)動感應(yīng)層及一中間金屬層。
在第三實(shí)施例中，由于各致動機(jī)構(gòu)54中的各第一及第二致動部分62(a)、62(b)具有位于運(yùn)動感應(yīng)層67底表面上的一彈性層202而去掉了支持層76，第三實(shí)施例的制造步驟與第一實(shí)施例基本相同，只是次序稍有改變。而且，如果第二電極層由例如Al的反光材料制成，在全部制造步驟中也可省去形成反光層119的步驟。
雖然僅對于優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但熟悉本技術(shù)的人員可以作出各種改型與變化，而不脫離下述權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1，一種用于光學(xué)投影系統(tǒng)中的M×N薄膜致動反射鏡陣列，該陣列包括有一有源矩陣，包括一基底、一M×N晶體管陣列及一M×N連接端陣列；一M×N薄膜致動機(jī)構(gòu)陣列，各致動機(jī)構(gòu)包括第一及第二致動部分，該第一及第二致動部分結(jié)構(gòu)相同，各第一及第二致動部分具有一頂表面及一底表面，一近端及一遠(yuǎn)端，各第一及第二致動部分具有一由運(yùn)動感應(yīng)材料制成的，包括一頂表面及一底表面的薄膜層及第一和第二電極，第一電極位于該運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的頂表面上，及第二電極位于該運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的底表面上，其中在各致動部分的第一及第二電極間的運(yùn)動感應(yīng)薄膜層上施加一電信號，使該運(yùn)動感應(yīng)薄膜層發(fā)生變形，并進(jìn)而使致動部分發(fā)生變形；一M×N支持元件陣列，各支持元件具有一頂表面及一底表面，其中各支持元件用于將各致動機(jī)構(gòu)固定就位，并使各致動機(jī)構(gòu)與有源矩陣電連接；及一M×N反射鏡層陣列，各反射鏡層包括一反射光束的反射鏡及一支持層，各反射鏡層包括一第一側(cè)、一第二相對側(cè)及該兩側(cè)之間的中央部分，其中各反射鏡層的第一側(cè)及第二相對側(cè)分別固定在各致動機(jī)構(gòu)的第一及第二致動部分的頂上，以使當(dāng)各致動機(jī)構(gòu)中第一及第二致動部分響應(yīng)電信號而發(fā)生變形時，相應(yīng)的反射鏡層的中央部分仍保持為平的，從而使全部的中央部分反射光束。提高了光效率。
2，根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動反射鏡，其中通過將各致動機(jī)構(gòu)的第一及第二致動部分安裝在第一及第二致動部分近端的底表面上各支持元件的頂表面上，使各致動機(jī)構(gòu)的第一及第二致動部分從各支持元件上伸出懸臂。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動反射鏡，其中各支持元件的底表面位于有源矩陣的頂上。
4，根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動反射鏡，其中各致動機(jī)構(gòu)中的第一及第二致動部分為雙壓電晶片結(jié)構(gòu)并包括有第一電極、第二電極，一中間金屬層，具有一頂表面及一底表面的上運(yùn)動感應(yīng)薄膜層及具有一頂表面及一底表面的下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層，其中上及下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層由中間金屬層分開，第一電極位于上運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的頂表面上及第二電極位于下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的底表面上。
5，根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動反射鏡，其中運(yùn)動感應(yīng)薄膜層由壓電陶瓷或壓電聚合物制成。
6，根據(jù)權(quán)利要求5所述的致動反射鏡，其中運(yùn)動感應(yīng)薄膜層被極化。
7，根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動反射鏡，其中運(yùn)動感應(yīng)薄膜層由電致伸縮材料制成。
8，根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動反射鏡，其中運(yùn)動感應(yīng)薄膜層由磁致伸縮材料制成。
9，根據(jù)權(quán)利要求4所述的致動反射鏡，其中上及下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層由壓電材料制成。
10，根據(jù)權(quán)利要求9所述的致動反射鏡，其中上運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的壓電材料以與下運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的壓電材料相反的方向被極化。
11，根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動反射鏡，共中各支持元件具有一導(dǎo)管，用于將各致動機(jī)構(gòu)的第一及第二致動部分中第二電極與有源矩陣上的相應(yīng)連接端電連接。
12，根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動反射鏡，其中第一及第二電極分別完全覆蓋了運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的頂表面及底表面。
13，根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動反射鏡，其中第一或第二電極部分地覆蓋了運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的頂表面或底表面。
14，根據(jù)權(quán)利要求1所述的致動反射鏡，其中支持層由反光材料制成，從而使支持層也起到薄膜致動反射鏡中反射鏡的作用。
15，一種光學(xué)投影系統(tǒng)，包括有權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的M×N薄膜致動反射鏡陣列。
16，一種用于光學(xué)投影系統(tǒng)中的M×N薄膜致動反射鏡陣列，該陣列包括有一有源矩陣，包括一基底、一M×N晶體管陣列及一M×N連接端陣列；一M×N薄膜致動機(jī)構(gòu)陣列，各致動機(jī)構(gòu)包括第一及第二致動部分，該第一及第二致動部分具有相同的結(jié)構(gòu)，各第一及第二致動部分具有一頂表面及一底表面，一近端及一遠(yuǎn)端，各第一及第二致動部分具有至少由運(yùn)動感應(yīng)材料制成，包括一頂表面及一底表面的薄膜層、一具有一底表面的彈性層、及第一及第二電極，該彈性層位于運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的底表面上，第一及第二電極分別位于運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的頂表面及彈性層的底表面上，其中在第一及第二電極之間的運(yùn)動感應(yīng)薄膜層及彈性層上施加一電信號，使其發(fā)生變形，并進(jìn)而使致動部分發(fā)生變形；一M×N支持元件陣列，各支持元件具有一頂表面及一底表面，其中各支持元件用于將各致動機(jī)構(gòu)固定就位并也使各致動機(jī)構(gòu)與有源矩陣電連接；及一M×N反射鏡層陣列，用于反射光束，各反射鏡層包括一第一側(cè)、一第二相對側(cè)及該兩側(cè)之間的中央部分，其中各反射鏡層的該第一側(cè)及第二相對側(cè)分別固定在各致動機(jī)構(gòu)的第一及第二致動部分的頂上，以使當(dāng)各致動機(jī)構(gòu)中第一及第二致動部分響應(yīng)電信號而發(fā)生變形時，相應(yīng)反射鏡層的中央部分發(fā)生傾斜但仍保持為平的，從而使全部的中央部分反射光束，提高了光效率。
17，根據(jù)權(quán)利要求16所述的致動反射鏡，其中運(yùn)動感應(yīng)薄膜層及彈性層由結(jié)構(gòu)相似的材料制成。
18，根據(jù)權(quán)利要求16所述的致動反射鏡，其中運(yùn)動感應(yīng)薄膜層由鈣鈦礦制成。
19，根據(jù)權(quán)利要求17所述的致動反射鏡，其中由鈣鈦礦制成的彈性層，其特點(diǎn)在于具有高絕緣系數(shù)(∈)及低壓電系數(shù)(d)。
20，根據(jù)權(quán)利要求16所述的致動反射鏡，其中第一電極由反光材料制成，從而使第一電極也起到反射鏡層的作用。
21，一種光學(xué)投影系統(tǒng)，包括有權(quán)利要求16至20中任一項(xiàng)所述的M×N薄膜致動反射鏡陣列。
22，一種制造用于光學(xué)投影系統(tǒng)中的M×N薄膜致動反射鏡陣列的方法，其中M及N為整數(shù)，該方法包括有以下步驟(a)，提供具有一頂表面及一底表面的有源矩陣，該有源矩陣包括一基底、一M×N晶體管陣列及一M×N連接端陣列；(b)在有源矩陣的頂表面上形成第一支持層，該第一支持層包括一對應(yīng)于M×N薄膜致動反射鏡陣列中M×N支持元件陣列的M×N基座陣列及第一待除區(qū)；(c)處理第一支持層的第一待除區(qū)以使可被去除；(d)在第一支持層上沉積第一薄膜電極層；(e)在第一薄膜電極層上提供一薄膜運(yùn)動感應(yīng)層；(f)在薄膜運(yùn)動感應(yīng)層上形成第二薄膜電極層；(g)將第一薄膜電極層、薄膜運(yùn)動感應(yīng)層及第二薄膜電極層構(gòu)型成一M×N致動機(jī)構(gòu)陣列及一環(huán)繞其的空白區(qū)，各致動機(jī)構(gòu)還包括第一及第二致動部分；(h)在環(huán)繞各致動機(jī)構(gòu)的空白區(qū)上形成第二待除層；(i)處理第二待除層以使可能去除；(j)將第二待除層構(gòu)型成一M×N待除元件陣列；(k)在M×N致動機(jī)構(gòu)及先前步驟中被構(gòu)型的第二待除層的頂上沉積第二支持層；(l)在第二支持層的頂上沉積一反光層；(m)將反光層及第二支持層構(gòu)型成一M×N反射鏡層陣列；及(n)去除第一待除區(qū)及M×N待除元件陣列，從而形成所述M×N薄膜致動反射鏡陣列。
23，根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中使用濺射法形成第一及第二薄膜電極層。
24，根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中使用濺射法形成薄膜運(yùn)動感應(yīng)層。
25，根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中使用化學(xué)汽相淀積法形成薄膜運(yùn)動感應(yīng)層。
26，根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中使用sol-gel法形成薄膜運(yùn)動感應(yīng)層。
27，根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中使用濺射法形成反射鏡層。
28，根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中第一支持層通過以下步驟形成(a)在有源矩陣的頂表面上沉積第一待除層；(b)在該待除層上提供一第一空槽陣列，各第一空槽位于各M×N連接端的四周；及(c)在各第一空槽中形成一基底。
29，根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中使用濺射法形成第一待除層。
30，根據(jù)權(quán)利要求28所述的方去，其中使用蝕刻法形成第一M×N空槽陣列。
31，根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中使用濺射法，隨后使用蝕刻法形成基座。
32，根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中使用化學(xué)汽相淀積法，隨后使用蝕刻法形成基座。
33，根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中使用濺射法形成第二待除層及第二支持層。
34，一種光學(xué)投影系統(tǒng)，包括有根據(jù)權(quán)利要求22至33中任一項(xiàng)所述的方法所建立的M×N薄膜致動反射鏡陣列。
35，一種制造用于光學(xué)投影系統(tǒng)中的一M×N薄膜致動反射鏡陣列的方法，其中M及N為整數(shù)，該方法包括有以下步驟(a)提供一具有一頂表面及一底表面的有源矩陣，該有源矩陣包括一基底、一M×N晶體管陣列及一M×N連接端陣列；(b)在該有源矩陣的頂表面上形成一支持層，該支持層包括一對應(yīng)于M×N薄膜致動反射鏡陣列中M×N支持元件陣列的M×N基座陣列及一待除區(qū)；(c)處理該支持層的待除區(qū)以可被去除；(d)在該支持層上沉積第一薄膜電極層；(e)在第一薄膜電極的頂上形成一絕緣層；(f)在該絕緣層上提供一薄膜運(yùn)動感應(yīng)層；(g)在該薄膜運(yùn)動感應(yīng)層上提供第二薄膜電極層；(h)將第一薄膜電極層、絕緣層、薄膜運(yùn)動感應(yīng)層及第二薄膜電極層構(gòu)型成一M×N致動機(jī)構(gòu)陣列及一環(huán)繞各致動機(jī)構(gòu)的空白區(qū)，各致動機(jī)構(gòu)還包括第一及第二致動部分；(i)在該致動機(jī)構(gòu)陣列，包括環(huán)繞其的該空白區(qū)的頂上形成第二支持層；(j)在該支持層上沉積一反光層；(k)將該反光層及第二支持層構(gòu)型成一M×N反射鏡層陣列；及(l)去除第一待除區(qū)，從而形成所述M×N薄膜致動反射鏡陣列。
36，一種光學(xué)投影系統(tǒng)，包括有根據(jù)權(quán)利要求35所述方法建立的一M×N薄膜致動反射鏡陣列。
37，一種制造用于光學(xué)投影系統(tǒng)中的一M×N薄膜致動反射鏡陣列的方法，其中M及N為整數(shù)，該方法包括有以下步驟(a)提供一具有一頂表面及一底表面的有源矩陣，該有源矩陣包括一基底、一M×N晶體管陣列及一M×N連接端陣列；(b)在該有源矩陣的頂表面上形成第一支持層，該第一支持層包括一對應(yīng)于M×N薄膜致動反射鏡陣列中M×N支持元件陣列的M×N基座陣列及第一待除區(qū)；(c)處理第一支持層的第一待除區(qū)以使可被去除；(d)在第一支持層上沉積第一薄膜電極層；(e)在第一薄膜電極層上形成一彈性層；(f)在該彈性層上提供一薄膜運(yùn)動感應(yīng)層；(g)在該薄膜運(yùn)動感應(yīng)層上形成第二薄膜電極層；(h)將第一薄膜電極層、彈性層、薄膜運(yùn)動感應(yīng)層及第二薄膜電極層構(gòu)型成一M×N致動機(jī)構(gòu)陣列及一環(huán)繞其的空白區(qū)，各致動機(jī)構(gòu)還包括第一及第二致動部分；(i)在環(huán)繞各致動機(jī)構(gòu)的空白區(qū)上形成第二待除層；(j)處理第二待除層以使可被去除；(k)將第二待除層構(gòu)型成一M×N待除元件陣列；(l)在該M×N致動機(jī)構(gòu)陣列及在先前步驟中被構(gòu)型的第二待除層的頂上沉積一反光層；(m)將該反光層構(gòu)型成一M×N反射鏡層陣列；及(n)去除第一待除區(qū)及M×N待除元件陣列，從而形成所述M×N薄膜致動反射鏡陣列。
38，一種光學(xué)投影系統(tǒng)，包括有根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法建立的M×N薄膜致動反射鏡陣列。
全文摘要
一種用于光學(xué)投影系統(tǒng)中的M×N薄膜致動反射鏡陣列，包括一有源矩陣，一M×N薄膜致動機(jī)構(gòu)陣列，各薄膜致動機(jī)構(gòu)具有第一及第二致動部分(62a，62b)，各第一及第二致動部分包括至少一運(yùn)動感應(yīng)材料的薄膜層(67)、一對電極(70、71)，各電極位于運(yùn)動感應(yīng)薄膜層的頂及底上，一M×N支持元件(56)陣列，各支持元件(56)用于將各致動機(jī)構(gòu)固定就位，從各致動機(jī)構(gòu)上伸出懸臂，并使各致動機(jī)構(gòu)與有源矩陣電連接，一反射光束的M×N反射鏡層陣列，各反射鏡層還包括一第一側(cè)，一第二相對側(cè)及該兩側(cè)之間的中間部分，其中各反射鏡層的第一側(cè)及第二相對側(cè)分別固定在各致動機(jī)構(gòu)的第一及第二致動部分(62a，62b)的頂上，以使當(dāng)各致動機(jī)構(gòu)中的第一及第二致動部分(62a，62b)響應(yīng)施加在第一及第二電極(70，71)之間一電信號而發(fā)生變形時，相應(yīng)反射鏡層的中央部分發(fā)生傾斜但仍保持為平的，從而使所有的中央部分反射光束，提高了光效率。
文檔編號B81B3/00GK1135276SQ94194178
公開日1996年11月6日 申請日期1994年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月16日
發(fā)明者閔庸基, 金明震 申請人:大宇電子株式會社