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1、第卷第期光电子技术年月数字微镜器件及其应用刘晓彦关旭东孙卫翟霞云韩汝琦北京大学微电子研究所年月日收到,以其为主要摘要数字微镜器件是一种新型的全数字化的平板显示器件组件的大屏幕投影显示技术获得了良好的市场反映。本文将具体介绍数字微镜器件的工作原理、像素结构、制作工艺及图像显示原理等。关键词数字微镜器件投影显示技术微电子机械系统引言,早数字微镜器件期也称为是一种〔‘一习,新型的全数字化的平板显示器件它将反射微镜阵列和集成在同一芯片上。技术是近年来正在逐步走向实用的微电子机械系统的成功应用之一。采用为主要组件的大屏幕投影显示技术获得了良好的市场反映。,在这种显示,全数字化和高像质是的两大特色技术中由
2、于反射镜面占有,因此可,单元的绝大部分显示面积以制作出无表观线结构的高亮度和高像质的系统它消除,、、、。了困扰着其它投影显示技术的一些障碍在尺寸重量像质亮度等方面均具有优势、、、,本文将具体介绍的显示原理像素结构制作工艺灰度和彩色控制等并与其它投影系统的性能进行比较。及其显示原理的工作原理成像是靠微镜转动完成的。每一个像素上均有一个可,以转动的微镜微镜的位置,,。“”不同反射光的出射角度就不相同因此每个微镜相当于一个光开关当光开关处于开态,,“”,反时反射光就可以通过投影透镜投到屏幕上屏幕上出现亮态当光开关处于关态时射,,,。光投不到屏幕上屏幕上出现暗态根据需要控制微镜亮暗位置从而实现显示如图
3、,,,所示像素微镜水平放置投影透镜放置在像素微镜的中垂线上如果人射光线,则反,,与微镜垂线之间夹角为夕射光线与微镜中垂线之间的夹角也为氏在这种情况下,只有很少量的光通过透镜到达投影屏,一反射光线不能进入投影透镜的光瞳般称这种状态为“”在,平态人射光线的入射方向和投影透镜的位置不变的情况下当像素微镜第期刘晓彦等数字微镜器件及其应用夕,顺时针转动则出射光线与入射光线的夹角就为,氏这时的出射光线正好沿投影透镜的光轴方向,于是几乎全部通过投影透镜,并投射到投影屏上,出现,“开态”亮态称为当像素微镜由水平位屏幕置,,转动一夕时人射光方向和透镜位置不变出射光,与透镜光轴方向之间的夹角为出射光远离,,“”。
4、透镜光瞳在投影屏上出现暗态称为关态这,样把微镜排成阵列通过控制光开关的位置便可在投影屏上显示出图像。通常为,微镜有较平态大的转动角,能,有效地控制光的开态和关态保持高的对比度。一氏、、、的像素单元结构关态主要由存储图像信号的存储单元,支撑微镜的支柱和转动铰链,,,和三镜架反射微镜个电极等几大部分组成。图是一个新型的像素微镜的结构,每个拌义拼,单元的面积为最底层的存储单元,以控制上面微镜的偏转角一。存有或或图显示原理示意图“一,主底层之上为金属层要是基准,,复位电极和镜架寻址电极基准复位电极与铰链和微镜相连并由片外驱动电路直接提供所需的电压和波形,其作用主要是减小驱动微镜转动所需的电压。镜架寻址
5、电极和其上层的,微镜寻址电极分别与互补的两个输出端相连通过静电引力或斥力控制微镜的转。,、,动再上一层是的机械部分由镜架铰链和微镜寻址电极组成固定在支柱上的转动,,可。铰链可带动镜架转动最上层为反射微镜它固定在镜架上随镜架一起转动这种把微镜,,可,,安装在镜架上由镜架带动微镜转动的结构以大大增加微镜的面积几乎覆盖整个单元,。,开口率在以上从而提高亮度和像质早期那种由铰链直接带动微镜转动的结构微镜,。面积远小于上述结构因此目前很少被采用,只要,微镜转动角度的大小是由几何尺寸和结构决定的精心设计就可以精确控制微镜,。,的转动角度和均匀性从而确保了投影亮度的一致性早期的电平衡方式结构其显示效果就不十
6、分理想。制造工艺。图给出了的制作工艺流程首先采用双层金属布线和。拼工艺制备,随,。即对这块硅圆片进行化学机械抛光使圆片的表面平坦化处理,,是制造中的关键步骤它提供了一个平坦的衬底表面保证了投影亮度的一致性。,和较高的对比度在刻蚀与单元的两个互补电极相连的通孔后再淀积一层铝第卷反射微镜支撑徽镜的支柱转动铰链定位点镜架铰链支柱电极支柱寻址电极通孔定位处基准复位电极图像素微镜的结构接训一,。,,并形成所需的电极随后是旋涂一层牺牲层光刻出通孔在后续的金属铝淀积中形,这层金属,,而成支柱然后是溅射一层薄的金属铝用来形成铰链溅射后并不刻蚀,。,是在上面直接淀积再把刻出铰链的图形做为掩膜以备后用然后再溅射一
7、层较,同,,厚的铝用来形成镜架样再淀积并刻形成镜架的图形在铰链支柱和微镜寻址。,电极图形的掩蔽下用离子洗刻蚀铝离子洗同时刻蚀镜架层和铰链层的金属铝当铰链上的,,,而镜架层金属被刻蚀掉以后由于层的掩膜作用刻蚀在这里就停止了其它不在这两,这层掩膜下的金属全被刻蚀掉了样一步刻蚀就完成了不同厚度的铰链和镜架的刻,而。,蚀且确保了铰链和镜架的可靠连接去掉后再旋涂一层牺牲层刻蚀通孔后再溅射铝,。最后是,。并刻
