[发明专利]反射式空间光调节器

说明书

技术领域

本发明涉及空间光调节器(SLM)，更为确切地说，涉及用于显示设备中带有电子可寻址控制电路的微镜阵列。

背景技术

空间光调节器(SLM)在光学信息处理、投影显示、视频和图形监视器、电视和电子照相印刷等领域里有着大量的应用。反射式SLM是在空间模式中调制入射光以反射对应于电子或光学输入的图像的设备。可以对入射光进行相位、强度、偏振或偏转方向等方面的调制。反射式SLM一般由能够反射入射光的可寻址图片元件(像素)的区域或二维阵列组成。源像素数据首先经过有关的控制电路的处理，然后被加载到像素阵列上，一次加载一框架。

现有技术的SLM具有多种缺点。这些缺点包括：不够优化的光学有效区域(通过测量设备表面中的反射部分所占比例而得，也叫做“填充比”)减少了光学效率，粗糙的反射表面降低了镜的反射性，衍射降低了显示的对比度，使用的材料在长期耐用性方面存在问题，还有，复杂的制造过程增加了产品的生产成本。

许多现有技术的设备包括了在其表面上基本不反射的区域。这使它具有低填充比和低的最佳反射效率。例如，美国专利号4,229,732中公开的MOSFET器件是在镜以及设备表面上形成的。这些MOSFET器件占用了表面面积，减少了设备区域中的光学有效部分，并且减少了反射效率。该设备表面上的MOSFET器件还衍射入射光，这会降低显示的对比度。进而，照射到暴露的MOSFET器件的强光通过对MOSFET器件进行充电和使电路过热，从而干扰了这些器件的正常工作。

一些SLM设计具有粗糙的表面，这也降低了反射效率。例如，在一些SLM设计中，反射表面为淀积于LPCVD硅氮化物层上的铝膜。由于它们是淀积的薄膜，因此很难控制这些反射镜面的光滑度。这样，最终产品就具有粗糙的表面，因此降低了反射效率。    

降低一些SLM设计，特别是一些上方悬挂镜的设计的反射效率的另一个问题，是大面积暴露的铰链表面区域。这些大面积暴露的铰链表面区域不得不在铰链上部使用一般由钨制成的厚片来遮挡，以防止入射光的散射。这些厚片大大地减少了光学有效面积，降低了反射效率。

诸如美国专利号4,566,935中公开的SLM等许多现有的SLM，都有由铝合金制成的铰链。铝以及其他金属，容易发生疲性和塑性变形，导致长期耐用性问题。另外，铝易受单元“记忆”的影响，其中其他位置开始朝向最频繁被占用的位置倾斜。进而，在4,566,935号专利中公开的镜通过从下部切割镜面来释放出来。这一技术在释放期间，经常导致精细微镜结构的毁损。它还需要镜之间具有大的隙缝，这样将减少设备区域中的光学有效部分。

理想情况下需要的是反射效率和SLM设备长期耐用性经过改善的SLM，并且制造过程得到了简化。

发明内容

本发明提出一种空间光调节器(SLM)。在一个实施例中，SLM具有由第一衬底制造的反射式、偏转可选的微镜阵列，其中第一衬底被压焊到具有单个可寻址电极的第二衬底。第二衬底也可具有用于微镜阵列的寻址和控制电路。可选情况下，寻址和控制电路部分位于单独的衬底上，并且连接到位于第二衬底上的电路和电极。

微镜阵列包括受控可偏转的镜板，它具有反射表面，用于反射入射光。镜板通过连接器与垂直铰链相连接，该铰链然后再通过支撑杆连接到隔离壁。镜板、连接器、垂直铰链、支撑杆和隔离壁中的每一个都是由第一衬底来制造的。在一个实施例中，该第一衬底是由单一材料如单晶硅组成的晶片。隔离壁在镜板和与镜板有关并控制着镜板偏转的电极之间提供隔离，隔离壁位于被压焊到微镜阵列的第二衬底上。对于微镜阵列，镜板的紧密间距和铰链的垂直方向使得反射表面具有很高的填充比。很少光能够通过微镜阵列，照射到位于第二衬底上的电路上。

空间光调节器的制造只需要很少的步骤，这降低了制造成本和复杂度。空穴是在第一衬底的第一侧面形成的。这是通过在一个实施例中进行单个各向异性蚀刻来完成的。电极和寻址与控制电路是在第二衬底的第一侧面上以并列的方式制造的。第一衬底的第一侧面被压焊到第二衬底的第一侧面上。这些侧面经过对齐，以便第二衬底上的电极与电极控制的镜板处在正确的关系中。第一衬底的第二侧面薄到预期厚度。可选地，可以将反射材料层淀积在第一衬底的第二侧面上。第二各向异性蚀刻限定了支撑柱、垂直铰链和连接器，并且从第一衬底的第二侧面释放出镜板。这样，仅通过两个主要蚀刻步骤就可以制造出空间光调节器。

附图说明

图1示出了根据本发明的一个实施例的空间光调节器的总体结构。

图2a和2b为单个微镜的透视图。