Матрица управляемых тонкопленочных отражателей, предназначенная для использования в оптической проекционной системе, и способ ее изготовления

 

Изобретение относится к оптической проекционной системе. Матрица из М х N тонкопленочных управляемых отражателей, предназначенная для использования в оптической проекционной системе, включает в себя активную матрицу, матрицу из М х N тонкопленочных управляющих структур, каждая из которых содержит первую и вторую управляющие части, каждая из которых включает в себя по меньшей мере тонкопленочный слой вызывающего перемещение материала, пару электродов, причем каждый из электродов размещен на верхней и нижней поверхности вызывающего перемещение тонкопленочного слоя, матрицу из М х N поддерживающих элементов, каждый из которых предназначен для поддержания каждой из управляющих структур на месте посредством закрепления их на одном конце и для электрического соединения каждой из управляющих структур и активной матрицы, и матрицу из М х N отражательных слоев, предназначенных для отражения световых лучей, причем каждый из отражательных слоев включает в себя первую сторону, вторую противолежащую сторону и расположенный между ними центральный участок, где первая сторона и вторая противолежащая сторона каждого из отражательных слоев закреплена на верху соответственно первой и второй управляющих частей каждого из управляющих структур, так, что, когда первая и вторая управляющие части в каждой из управляющих структур деформируются под действием электрического сигнала, прикладываемого между первым и вторым электродами, центральный участок соответствующего отражательного слоя наклоняется, оставаясь плоским, обеспечивая возможность отражения световых лучей от всего центрального участка и, тем самым, увеличивая оптический коэффициент полезного действия. Технический результат состоит в создании способа изготовления матрицы из М х N управляемых отражателей, не требующего использования тонкой электросмещаемой керамической пластинки. 10 с. и 28 з.п.ф-лы, 12 ил.

Настоящее изобретение относится к оптической проекционной системе, более конкретно к матрице из М_x тонкопленочных управляемых отражателей, предназначенной для использования в такой системе, и к способу ее изготовления.

Среди различных имеющихся в технике систем отображения видеосигналов известна оптическая проекционная система, обеспечивающая высококачественное отображение в крупном масштабе. В такой оптической проекционной системе свет от лампы равномерно облучает матрицу, например, состоящую из MxN управляемых отражателей, каждый из которых соединен с соответствующим приводом. Приводы могут быть изготовлены из материала, перемещение которого формируется электрическим путем, например, из пьезоэлектрического или электрострикционного материала, который деформируется под действием приложенного к нему электрического поля.

Отраженный луч света от каждого из отражателей падает на отверстие дефлектора. Посредством приложения электрического сигнала к каждому из приводов изменяется взаимное положение каждого из отражателей относительно падающего луча света, вызывая тем самым отклонение оптического пути луча, отраженного от каждого из отражателей. Поскольку оптический путь каждого из отраженных лучей изменяется, изменяется количество света, отраженного от каждого из отражателей и проходящего через отверстие, модулируя тем самым интенсивность луча. Модулированные лучи через отверстие передаются на проекционный экран через соответствующее оптическое устройство типа проекционного объектива для отображения изображения на экране.

На фиг. 1 показан вид в поперечном разрезе матрицы 10 из MxN электросмещаемых управляемых отражателей, предназначенной для использования в оптической проекционной системе, раскрытой в совместно поданной заявке на патент США N 08/278 472 "Матрица электросмещаемых управляемых отражателей". Известное устройство содержит активную матрицу 11, включающую в себя подложку 12 и матрицу из MxN транзисторов на ней; матрицу 13 из MxN электросмещаемых приводов 30, где каждый из электросмещаемых приводов 30 включает в себя пару управляемых элементов 14, 15, пару электродов смещения 16, 17 и общий сигнальный электрод 18; матрицу 19 из MxN навесок 31, где каждая из навесок 31 установлена в каждом из электросмещаемых приводов 30; матрицу 20 из MxN соединенных выводов 22, каждый из которых используется для электрического соединения каждого из сигнальных электродов 18 с активной матрицей 11, и матрицу 21 из MxN отражателей 23, каждый из которых размещен на каждой из MxN подвесок 31.

Имеется ряд проблем, связанных с вышеописанной матрицей электросмещаемых управляемых отражателей. Прежде всего, поскольку электросмещаемый материал, состоящий из управляющих элементов, используется в объемной форме, он, по всей вероятности, ухудшается после продолжительного использования, что, в свою очередь, влияет на характеристики управляемых отражателей в матрице. Кроме того, поскольку каждый из управляемых отражателей не отделен электрически или физически друг от друга, на действие каждого управляемого отражателя оказывают влияние соседние управляемые отражатели.

В вышеупомянутой совместно поданной заявке раскрыт также способ изготовления такой матрицы из MxN электросмещаемых управляемых отражателей, в которой используется керамическая пластинка, имеющая толщину 30-50 мкм.

Однако имеется необходимость дальнейших усовершенствований вышеописанного способа изготовления матрицы из MxN электросмещаемых приводов. Прежде всего, довольно трудно получить керамическую пластинку, имеющую толщину 30-50 мкм; и, кроме того, при уменьшении толщины керамической пластинки до диапазона 30-50 мкм, вероятно, ухудшатся механические свойства, что, в свою очередь, затруднит процесс изготовления.

Кроме того, это связано с затратами определенного количества времени, трудностями управления и трудоемкими процессами, в результате чего трудно обеспечить необходимую воспроизводимость, надежность и производительность, а также оказываются ограниченными возможности дальнейшего уменьшения размеров изготавливаемых изделий.

Поэтому задачей настоящего изобретения является создание способа изготовления матрицы из MxN управляемых отражателей, не требующего использования тонкой электросмещаемой керамической пластинки.

Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание усовершенствованного нового способа изготовления матрицы из MxN управляемых отражателей, обеспечивающего более высокую воспроизводимость, надежность и производительность.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание матрицы из MxN управляемых отражателей, имеющей новую структуру, способную сохранять свои рабочие характеристики после длительного использования и имеющую улучшенный оптический коэффициент полезного действия (КПД).

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения матрица из MxN тонкопленочных управляемых отражателей, предназначенная для использования в оптической проекционной системе, содержит активную матрицу, включающую в себя подложку, матрицу из MxN транзисторов и матрицу из MxN соединительных выводов, матрицу из MxN тонкопленочных управляемых структур, при этом каждая из управляющих структур включает в себя первую и вторую управляющие части идентичной структуры, каждая из первой и второй управляющих частей имеет верхнюю и нижнюю поверхности, ближний и дальний концы, каждая из первой и второй управляющих частей имеет по меньшей мере тонкопленочный слой вызывающего перемещение материала, имеющий верхнюю и нижнюю поверхности и первый, и второй электроды, причем первый электрод расположен на верхней поверхности вызывающего перемещение тонкопленочного слоя, а второй электрод - на нижней поверхности вызывающего перемещение тонкопленочного слоя, при этом электрический сигнал, прикладываемый к вызывающему перемещение тонкопленочному слою между первым и вторым электродами каждой управляющей части, вызывает деформирование вызывающего перемещение тонкопленочного слоя и, следовательно, управляющей части; матрицу из MxN поддерживающих элементов, каждый из которых имеет верхнюю и нижнюю поверхности и используется для поддержания каждой из управляющих структур на месте, а также для электрического соединения каждой из управляющих структур с активной матрицей, и матрицу из MxN отражательных слоев, каждый из которых включает в себя зеркало для отражения световых лучей, и поддерживающий слой, каждый из отражательных слоев, кроме того, имеет первую сторону, вторую противолежащую сторону и центральный расположенный между ними участок, причем первая сторона и вторая противолежащая стороны каждого из отражательных слоев прикреплены на верху первой и второй управляющих частей каждой из управляющих структур соответственно так, что, когда первая и вторая управляющие части каждой из управляющих структур деформируются под действием электрического сигнала, центральный участок соответствующего отражательного слоя наклоняется, оставаясь плоским, позволяя тем самым всему центральному участку отражать световые лучи и обеспечивая повышение оптического КПД.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен новый способ изготовления матрицы из MxN управляемых отражателей, предназначенной для использования в оптической проекционной системе, в которой используются известные тонкопленочные технологии, причем способ включает в себя этапы: обеспечения активной матрицы, имеющей верхнюю и нижнюю поверхности и включающей в себя подложку, матрицу из MxN транзисторов и матрицу из MxN соединительных выводов; формирования первого поддерживающего слоя на верхней поверхности активной матрицы, включающего в себя матрицу из MxN оснований, соответственно матрице из MxN поддерживающих элементов в матрице из MxN тонкопленочных управляемых отражателей и первую жертвенную область; обработки первой жертвенной области первого поддерживающего слоя для обеспечения возможности ее удаления; нанесения первого тонкопленочного электродного слоя на первый поддерживающий слой; формирования тонкопленочного вызывающего перемещение слоя на первом тонкопленочном электродном слое; формирования второго тонкопленочного электродного слоя на тонкопленочном вызывающем перемещение слое; формирования рисунка (структурирования) первого тонкопленочного электродного слоя, тонкопленочного вызывающего перемещение слоя и второго тонкопленочного электродного слоя в виде матрицы MxN управляемых структур и окружающих их пустых областей, причем каждая из управляющих структур включает в себя первую и вторую управляющие части; формирования второго жертвенного слоя на пустой области, окружающей каждую из управляющих структур; обработки второго жертвенного слоя, который должен быть удален; формирования рисунка (структурирование) второго жертвенного слоя в виде матрицы из MxN жертвенных элементов; нанесения второго поддерживающего слоя на матрицу из MxN управляющих структур и второй жертвенный слой, структурированный на предыдущем этапе; нанесения отражающего свет слоя на второй поддерживающий слой; формирования рисунка отражающего свет слоя и второго поддерживающего слоя в виде матрицы из MxN отражательных слоев; и удаления первого жертвенного слоя и матрицы из MxN жертвенных элементов для формирования таким образом упомянутой матрицы из MxN тонкопленочных управляемых отражателей.

Вышеприведенные и другие цели и особенности настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания предпочтительных вариантов его осуществления, иллюстрируемого чертежами, на которых представлено следующее: фиг. 1 - вид в поперечном разрезе известной конструкции матрицы из MxN электросмещаемых управляемых отражателей; фиг. 2 - вид в поперечном разрезе MxN тонкопленочных управляемых отражателей в соответствии с первым предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения; фиг. 3 - детальный вид в поперечном разрезе первого варианта осуществления матрицы тонкопленочных управляемых отражателей по фиг. 2; фиг. 4 - вид сверху первого варианта осуществления матрицы тонкопленочных управляемых отражателей по фиг. 2; фиг. 5 - детальное пространственное представление первого варианта осуществления тонкопленочных управляемых отражателей по фиг. 2; фиг. 6 - другая возможная конфигурация отражательного слоя для первого варианта осуществления изобретения; фиг. 7 - вид в поперечном разрезе тонкопленочного управляемого отражателя согласно первому варианту осуществления изобретения в возбужденном состоянии; фиг. 8 - вид в поперечном разрезе тонкопленочного управляемого отражателя биморфной структуры согласно второму варианту осуществления изобретения; фиг. 9 - вид в поперечном разрезе матрицы из MxN тонкопленочных управляемых отражателей, соответствующей третьему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 10 - детальный вид в поперечном разрезе соответствующей третьему варианту осуществления матрицы тонкопленочных управляемых отражателей по фиг. 9;
фиг. 11 - пространственное представление соответствующей третьему варианту осуществления матрицы тонкопленочных управляемых отражателей по фиг. 9;
фиг. 12A - 12J - схематичное представление в поперечном разрезе, иллюстрирующее этап изготовления конструкции согласно первому варианту осуществления изобретения.

На фиг. 2 - 12 схематично представлены виды в поперечном разрезе заявленной матрицы из MxN тонкопленочных управляемых отражателей, где M и N - целые числа, предназначенной для использования в оптической проекционной системе, и иллюстрации способа ее изготовления, соответствующие предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что одинаковые элементы на фиг. 2 - 12 обозначены одинаковыми позициями.

На фиг. 2 представлен вид в поперечном разрезе первого варианта матрицы 50 из MxN тонкопленочных управляемых отражателей 51, содержащей активную матрицу 52, матрицу 53 из MxN тонкопленочных управляющих структур 54, матрицу 55 из MxN поддерживающих элементов 56 и матрицу 57 из MxN отражательных слоев 58.

На фиг. 3 представлен детальный вид в поперечном разрезе показанной на фиг. 2 матрицы 50 тонкопленочных управляемых отражателей. Активная матрица 52 включает в себя подложку 59, матрицу из MxN транзисторов (не показаны) и матрицу из MxN соединительных выводов 61. Каждая из управляющих структур 54 включает в себя идентичные первую и вторую управляющие части 62(a), 62(b), причем каждая управляющая часть, например 62(a), имеет верхнюю и нижнюю поверхности 63, 64, ближний и дальний концы 65, 66. Каждая управляющая часть, например 62(b), дополнительно имеет по меньшей мере тонкопленочный слой 67 вызывающего перемещение материала, например пьезоэлектрического материала, электрострикционного материала или магнитострикционного материала, имеющего верхнюю и нижнюю поверхности 68, 69 и первый и второй электроды 70, 71, причем первый электрод 70 расположен на верхней поверхности 68 вызывающего перемещение слоя 67, а второй электрод 71 расположен на нижней поверхности 69 вызывающего перемещение слоя 67. Если вызывающий перемещение слой 67 выполнен из пьезоэлектрического материала, например, титаната циркония-свинца, он должен быть поляризован. Первый и второй электроды выполняют из материала типа золота (Au) или серебра (Ag).

Каждый из MxN поддерживающих элементов 56, имеющий верхнюю и нижнюю поверхности 72, 73, используется для поддержания первой и второй управляющих частей 62(a), 62(b) каждой из управляющих структур 54 на месте; а также для электрического соединения второго электрода 71 в первой и второй управляющих частях 62(a), 62(b) в каждой из управляющих структур 54 с соответствующим соединительным выводом 61 на активной матрице 52 посредством обеспечения перемычки 99 из электрически проводящего материала, например металла. В этой соответствующей изобретению матрице 50 из MxN тонкопленочных управляемых отражателей 51, каждая из первой и второй управляющих частей 62(a), 62(b) в каждой из управляющих структур 54 заделана одним концом в соответствующем элементе 56 посредством закрепления на верхней поверхности 72 каждого из поддерживающих элементов 56 на нижней поверхности 64 каждой из первой и второй управляющих частей 62(a), 62(b) в каждой из управляющих структур 54 на ближнем ее конце 65, а нижняя поверхность 73 каждого из поддерживающих элементов 56 расположена на верху активной матрицы 52.

Каждый отражательный слой 58, включающий отражатель 75, предназначенный для отражения световых лучей, и поддерживающий слой 76, имеющий верхнюю поверхность 77, имеет первую сторону 78, вторую противолежащую сторону 79 и расположенный между ними центральный участок 80, как показано на фиг. 4. Первая сторона 78 и вторая противолежащая сторона 79 каждого из отражательных слоев 58 расположены на верху первой и второй управляющих частей 62(a), 62(b) каждой из управляющих структур 54 соответственно.

Когда электрическое поле прикладывается к вызывающему перемещение слою 67 между первым и вторым электродами 70, 71 каждой из управляющих частей 62(a), 62(b) в каждой из управляющих структур 54, вызывающий перемещение слой 67 деформируется, что, в свою очередь, вызывает деформирование первой стороны 78 и второй противолежащей стороны соответствующего отражательного слоя 58. При такой ситуации центральный участок 80 соответствующего отражательного слоя 58 в отличие от первой стороны 78 и второй противолежащей стороны 79 не деформируется, то есть остается плоским, обеспечивая увеличение оптического КПД.

На фиг. 5 и 6 показано пространственное представление тонкопленочного управляемого отражателя 51 согласно первому варианту осуществления и второй возможной конфигурации отражательного слоя для матрицы 50 из MxN тонкослойных управляемых отражателей 51 соответственно.

Материал, из которого изготавливают поддерживающий слой 76 в каждом из отражательных слоев 58, может быть также светоотражающим, например алюминием (Al), что позволяет использовать его верхнюю поверхность 77 в качестве отражателя 75 в каждом из тонкопленочных управляемых отражателей 51.

В случае предложенной матрицы 50 тонкопленочных управляемых отражателей 51 она может функционировать в равной степени хорошо благодаря наличию верхней и нижней поверхностей 68, 69 вызывающего перемещение тонкопленочного слоя 67 в каждой из управляющих структур 54, полностью покрытых первым и вторым электродами 70, 71, или благодаря наличию одной из поверхностей 68, 69 вызывающего перемещение тонкопленочного слоя 67 в каждой из управляющих структур 54, покрытой частично первым и вторым электродами 70, 71.

В качестве примера первого варианта осуществления изобретения на фиг. 3 и 7 показана матрица 50 из MxN тонкопленочных управляемых отражателей 51, содержащая матрицу 53 из MxN управляющих структур 54, выполненных из пьезоэлектрического материала, например, свинцового титаната циркония-свинца. Электрическое поле прикладывают к пьезоэлектрическому тонкопленочному слою 67, расположенному между первым и вторым электродами 70, 71 в каждой из управляющих частей 62(a), 62(b) в каждой из управляющих структур 54. Положение электрического поля заставляет пьезоэлектрический материал либо сжиматься, либо растягиваться в зависимости от полярности электрического поля относительно поляризации пьезоэлекрического материала. Если полярность электрического поля соответствует полярности пьезоэлектрического материала, пьезоэлектрический материал сжимается. Если полярность электрического поля противоположна полярности пьезоэлектрического материала, пьезоэлектрический материал растягивается.

На фиг. 7 полярность пьезоэлектрического материала соответствует полярности приложенного электрического поля, вызывая сжатие пьезоэлектрического материала. В таком случае первая и вторая управляющие части 62(a), 62(b) каждой из управляющих структур 54 изогнуты вниз, как показано на фиг. 7, наклоняя тем самым первую сторону 78 и вторую противолежащую сторону 79 отражательного слоя 58 вниз на определенный угол. Однако центральный участок 80 отражательного слоя 58 остается плоским, и в результате этого эффективная длина отражательного слоя 58 представляет собой полную длину центрального участка 80 отражательного слоя 58. В противоположность этому, если отражательный слой 58 непосредственно прикрепить к управляющей структуре 54, участок отражательного слоя 58, прикрепленный к поддерживающему элементу 56, не деформируется под действием электрического поля, а сохраняет свое положение. В результате этого эффективная длина отражательного слоя 58 оказывается меньше длины участка управляющей структуры 54, прикрепленной к поддерживающему элементу 56. Поэтому выполнение первой стороны 78, второй противолежащей стороны 79 и прикрепленных к ним первой и второй управляющих частей 62(a), 62(b) соответственно в первом, показанном на фиг. 3, варианте увеличивает коэффициент заполнения и эффективность матрицы 57 отражательных слоев 58. Как следует из фиг. 3 и 7, свет, падающий на отражательный слой 58 показанного на фиг. 7 управляемого отражателя 52, отклоняется на больший угол, чем свет, отраженный от незадействованного управляемого отражателя 51, показанного на фиг. 3. Как вариант, к вызывающему перемещение тонкопленочному пьезоэлектрическому слою 67 можно приложить электрическое поле обратной полярности, вызывающее растяжение пьезоэлектрического материала. В этом случае управляющая структура 54 изгибается вверх (не показано). Свет, падающий на отражательный слой 58 изогнутого вверх управляемого отражателя 51, отклоняется под меньшим углом, чем свет, отклоненный от незадействованного управляемого отражателя 51, показанного на фиг. 3.

На фиг. 8 представлен вид в поперечном разрезе второго варианта осуществления матрицы 100 из MxN тонкопленочных управляемых отражателей 101, причем второй вариант осуществления аналогичен первому варианту, за исключением того, что каждая из первой и второй управляющих частей 62(a), 62(b) в каждой из управляющих структур 54 представляет собой биморфную структуру, включающую первый электрод 70, второй электрод 71, промежуточный металлический слой 87, верхний вызывающий перемещение тонкопленочный слой 89, имеющий верхнюю и нижнюю поверхности 90, 91, и нижний вызывающий перемещение тонкопленочный слой 92, имеющий верхнюю и нижнюю поверхности 93, 94. В каждой из управляющих частей 62(a), 62(b) верхний и нижний вызывающие перемещение тонкопленочные слои 89, 92 разделены промежуточным металлическим слоем 87, причем первый электрод 70 расположен на верхней поверхности 90 верхнего вызывающего перемещения тонкопленочного слоя 89, а второй электрод 71 расположен на нижней поверхности 94 нижнего вызывающего перемещение тонкопленочного слоя 92.

Как и в случае первого варианта, верхний и нижний вызывающие перемещение тонкопленочные слои 89, 92 в каждой из управляющих структур 54 выполнены из пьезоэлектрического материала, электрострикционной керамики или магнитострикционной керамики. В случае, когда верхний и нижний вызывающие перемещение тонкопленочные слои 89, 92 изготавливают из пьезоэлектрического материала, например, из пьезоэлектрической керамики или пьезоэлектрического полимера, верхний и нижний вызывающие перемещение тонкопленочные слои 89, 92 должны быть поляризованы таким образом, чтобы направление поляризации пьезоэлектрического материала в верхнем вызывающем перемещение тонкопленочном слое 89 было противоположным направлению поляризации в нижнем вызывающем перемещение тонкопленочном слое 92.

В качестве примера функционирования второго варианта осуществления изобретения предположим, что верхний и нижний вызывающие перемещение слои 89, 92 в матрице 100 из MxN тонкопленочных управляемых отражателей 101, показанных на фиг. 8, изготовлены из пьезоэлектрического материала, например, из титаната циркония свинца (ТЦС). При приложении к каждой из управляющих структур 54 электрического поля верхний и нижний вызывающие перемещение тонкопленочные пьезоэлектрические слои 89, 92 управляющих структур 54 изгибаются вверх или вниз в зависимости от поляризации пьезоэлектрического материала и полярности электрического поля. Например, если полярность верхнего вызывающего перемещение тонкопленочного пьезоэлектрического слоя 89 заставляет его сжиматься, а нижний вызывающий перемещение тонкопленочный пьезоэлектрический слой 92 растягивается, то управляющие части 62(a), 62(b) в каждой из управляющих структур 54 изгибаются вверх. В этой ситуации падающий свет отклоняется от управляемого отражателя 51 под меньшим углом, чем отклоняемый свет от незадействованного управляемого отражателя 51. Однако, если полярность пьезоэлектрического материала и электрического поля заставляет верхний вызывающий перемещение тонкопленочный пьезоэлектрический слой 89 растягиваться, а нижний вызывающий перемещение тонкопленочный пьезоэлектрический слой 92 сжиматься, то управляющая структура 54 изгибается вниз. В этой ситуации падающий свет отклоняется под большим углом от управляемого отражателя 51, чем в случае отклонения света от незадействованного управляемого отражателя.

На фиг. 9 схематично показан вид в поперечном разрезе третьего варианта матрицы 200 из MxN тонкопленочных управляемых отражателей 201. Третий вариант аналогичен первому варианту, за исключением того, что в первой и второй управляющих частях 62(a), 62(b) каждой управляющей структуры 54 отсутствует поддерживающий слой 76 в отражательном слое 58. Вместо этого они снабжены эластичным слоем 202, расположенным на нижней поверхности 69 вызывающего перемещения слоя 67, как показано на фиг. 10. Обычно, когда эластичный слой предусматривается в управляемом отражателе, то вызывающий перемещение и эластичный слои, как правило, разделяют слоем дорогостоящего электрически проводящего металла, например платины (Pt), для улучшения адгезии между ними.

Однако, если коэффициент теплового расширения материалов, образующих эластичный слой и вызывающий перемещение слой, сильно отличаются друг от друга, а контакт между эластичным слоем и электрически проводящим металлическим слоем или контакт между вызывающим перемещение слоем и электрически проводящим слоем слабый, то это может привести к отслаиванию электрически проводящего металлического слоя, снижая тем самым рабочие характеристики управляемого отражателя. Эту проблему можно решить за счет выполнения эластичного и вызывающего перемещение слоев из материалов, имеющих одинаковую структуру, например, перовскита. Поскольку материалы, составляющие эластичный и вызывающий перемещение слои, имеют аналогичную структуру, улучшается адгезия между ними, устраняя тем самым необходимость использования электрически проводящего металлического слоя, а также обеспечивая возможность легче управлять потенциальной энергией деформации между ними. Одним из возможных сочетаний таких материалов является ТЦС для вызывающего перемещение слоя и титанат свинца (PbTiO₃) для эластичного слоя. В этом случае материал эластичного слоя отличается высокой диэлектрической проницаемостью (ε) и низкой пьезоэлектрической постоянной (d).

Кроме того, если первый электрод выполнен из светоотражающего материала, например из алюминия, то отражательный слой 58 можно исключить. В таком случае первый электрод также функционирует как отрицательный слой 58.

На фиг. 12A-12J показаны этапы изготовления, используемые при изготовлении конструкции по первому варианту осуществления настоящего изобретения. Процесс изготовления первого варианта, то есть матрицы 50 из MxN тонкопленочных управляемых отражателей 51, где M и N - целые числа, начинается с приготовления активной матрицы 52, имеющей верхнюю и нижнюю поверхности 102, 103, включающей подложку 59, матрицу из MxN транзисторов (не показаны) и матрицу из MxN соединительных выводов 61, как показано на фиг. 12A.

На следующем этапе на верхней поверхности 102 активной матрицы 52 образуют первый поддерживающий слой 106, включающий в себя матрицу из MxN оснований 108, соответствующих матрице 55 из MxN поддерживающих элементов 56, и первую жертвенную область 109, при этом первый поддерживающий слой 106 образуют посредством нанесения первого жертвенного слоя (не показано) на всю верхнюю поверхность 102 активной матрицы 52; образования матрицы из MxN пустых прорезей (не показаны) для образования тем самым первой жертвенной области 109, где каждая из пустых прорезей расположена вокруг каждого из MxN соединительных выводов 61; и формирования основания 108 в каждой из пустых прорезей, как показано на фиг. 12B. Первый жертвенный слой образуют способом напыления, матрицу пустых прорезей - способом травления, а оснований - способом напыления или химического осаждения из паровой фазы, с последующим травлением. Затем жертвенную область 109 первого поддерживающего слоя 106 обрабатывают таким образом, чтобы ее можно было позже удалить с использованием травления или применением химических реактивов.

В каждом из оснований 108 образуют перемычку 99, предназначенную для электрического соединения каждого из соединительных выводов 61 с каждым из верхних электродов 71, выполненную из электрически проводящего материала, например, вольфрама (W), посредством создания вначале отверстия, проходящего от верха основания к верхней части соответствующего соединительного вывода 61, с использованием метода травления, а затем заполнения его электрически проводящим материалом, как показано на фиг. 12C.

На следующем этапе, как показано на фиг. 12D, на первый поддерживающий слой 106 наносят первый тонкопленочный электродный слой 111 из электрически проводящего материала, например из золота (Au). После этого на первом тонкопленочном электродном слое 111 формируют вызывающий перемещение слой 112 из вызывающего перемещение материала, например ТЦС, и второй тонкопленочный электродный слой 113.

После этого в первом тонкопленочном электродном слое 111, тонкопленочном вызывающем перемещение слое 112 и втором тонкопленочном электродном слое 113 создают рисунок (структурируют указанные слои) в виде матрицы 53 из MxN управляющих структур 54 и пустой области (не показана), окружающей каждую из управляющих структур 54, причем каждая из управляющих структур 54 включает в себя первую и вторую управляющие части 62(a), 62(b), как показано на фиг. 12E.

После этого на пустой области, окружающей каждую из управляющих структур 54, формируют второй жертвенный слой 114, как показано на фиг. 12F. Затем второй жертвенный слой 114 обрабатывают таким образом, чтобы его можно было впоследствии удалить.

Затем в жертвенном слое, как показано на фиг. 12G, создают рисунок в виде матрицы из MxN жертвенных элементов 116. После этого на верх матрицы 53 из MxN управляющих структур 54 и на второй жертвенный слой 116 с предварительно созданным рисунком последовательно наносят второй поддерживающий слой 117 и светоотражающий слой 119, содержащий в себе отражательный слой 58, как показано на фиг. 12H.

Затем в светоотражательном слое 119 и втором поддерживающем слое 117 создают рисунок в виде матрицы 57 из MxN отражательных слоев 58, как показано на фиг. 121.

Тонкопленочные слои электрически проводящего, вызывающего перемещение и отражающего свет материалов можно наносить и создавать в них рисунок известными тонкопленочными методами, например, напылением, золь-гелевым способом, выпариванием, травлением и микромеханической обработкой.

После этого первую жертвенную область 109 и матрицу 115 из MxN жертвенных элементов 116 удаляют или растворяют посредством применения химических реактивов, образуя, таким образом, упомянутую матрицу 50 из MxN тонкопленочных управляемых отражателей 51, как показано на фиг. 12J.

Изготовление второго варианта осуществляется аналогично изготовлению первого варианта за исключением того, что требуются два дополнительных этапа: формирование дополнительного вызывающего перемещение слоя и промежуточного металлического слоя.

В случае третьего варианта осуществления изобретения, поскольку каждую из первой и второй управляющих частей 62(a), 62(b) в каждой из управляющих структур 54 снабжают эластичным слоем 202 на нижней поверхности вызывающего перемещение слоя 67, исключая поддерживающий слой 76, этапы изготовления третьего варианта осуществления изобретения по существу такие же, как и этапы изготовления первого варианта, с несколько измененной последовательностью. Кроме того, если второй эластичный слой изготавливают из отражающего свет материала, например алюминия, то этап, включающий формирование отражающего свет слоя 119, можно также исключить из общей процедуры изготовления.

Хотя настоящее изобретение описано только относительно определенных предпочтительных вариантов его осуществления, могут быть осуществлены другие модификации и видоизменения изобретения без изменения объема настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения.

Формула изобретения

1. Матрица из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, предназначенная для использования в оптической проекционной системе, содержащая активную матрицу, включающую в себя подложку, матрицу из M · N транзисторов и матрицу из M · N соединительных выводов, отличающаяся тем, что содержит матрицу M · N тонкопленочных управляющих структур, причем каждая из управляющих структур включает в себя первую и вторую управляющие части идентичной структуры, каждая из которых имеет верхнюю и нижнюю поверхности, ближний и дальний концы, каждая из первой и второй управляющих частей имеет по меньшей мере тонкопленочный слой из вызывающего перемещение материала, имеющий верхнюю и нижнюю поверхности и первый и второй электроды, первый электрод расположен на верхней поверхности вызывающего перемещение тонкопленочного слоя, второй электрод расположен на нижней поверхности вызывающего перемещение тонкопленочного слоя, причем электрический сигнал, прикладываемый к вызывающему перемещение тонкопленочному слою между первым и вторым электродами каждой управляющей части вызывает деформирование вызывающего перемещение тонкопленочного слоя, и тем самым, управляющей части; матрицу из M · N поддерживающих элементов, причем каждый из поддерживающих элементов имеет верхнюю и нижнюю поверхности и предназначен для поддержания каждой из управляющих структур на месте и для электрического соединения каждой из управляющих структур с активной матрицей и матрицу из M · N отражательных слоев, каждый из которых включает в себя зеркало, предназначенное для отражения световых лучей, и поддерживающий слой, каждый из отражательных слоев имеет первую сторону, вторую противолежащую сторону и расположенный между ними центральный участок, при этом первая сторона и вторая противолежащая сторона каждой из отражательных слоев закреплена на верху соответственно первой и второй управляющих частей каждой из управляющих структур, так что, когда первая и вторая управляющие части в каждой из управляющих структур деформируются под действием электрического сигнала, центральный участок соответствующего отражательного слоя наклоняется, оставаясь плоским, обеспечивая отражение световых лучей от всего центрального участка и тем самым увеличение оптического коэффициента полезного действия.

2. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что первая и вторая управляющие части каждой из управляющих структур прикреплены одним концом к каждому из поддерживающих элементов посредством крепления на верхней поверхности каждого из поддерживающих элементов соответственно нижней поверхности первой и второй управляющих частей на ближнем конце.

3. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что нижняя поверхность каждого из поддерживающих элементов расположена на верху активной матрицы.

4. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что первая и вторая управляющие части в каждой из управляющих структур выполнены в виде биморфной структуры и включают в себя первый электрод, второй электрод, промежуточный металлический слой, верхний вызывающий перемещение тонкопленочный слой, имеющий верхнюю и нижнюю поверхности, и нижний вызывающий перемещение тонкопленочный слой, имеющий верхнюю и нижнюю поверхности, при этом верхний и нижний вызывающие перемещение тонкопленочные слои разделены промежуточным металлическим слоем, первый электрод расположен на верхней поверхности верхнего вызывающего перемещение тонкопленочного слоя, а второй электрод расположен на нижней поверхности нижнего вызывающего перемещение тонкопленочного слоя.

5. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что вызывающий перемещение тонкопленочный слой выполнен из пьезоэлектрической керамики или пьезоэлектрического полимера.

6. Матрица по п.5, отличающаяся тем, что вызывающий перемещение тонкопленочный слой поляризован.

7. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что вызывающий перемещение тонкопленочный слой выполнен из электрострикционного материала.

8. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что вызывающий перемещение тонкопленочный слой выполнен из магнитострикционного материала.

9. Матрица по п. 4, отличающаяся тем, что верхний и нижний вызывающие перемещение тонкопленочные слои выполнены из пьезоэлектрического материала.

10. Матрица по п.9, отличающаяся тем, что пьезоэлектрический материал верхнего вызывающего перемещение тонкопленочного слоя поляризован в направлении, противоположном направлению поляризации нижнего вызывающего перемещение тонкопленочного слоя.

11. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что каждый из поддерживающих элементов снабжен перемычкой, предназначенной для электрического соединения второго электрода в первой и второй управляющих частях каждой из управляющих структур с соответствующим соединительным выводом на активной матрице.

12. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что первый и второй электроды полностью покрывают соответственно верхнюю и нижнюю поверхности вызывающего перемещение тонкопленочного слоя.

13. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что либо первый, либо второй электрод частично покрывает верхнюю или нижнюю поверхность вызывающего перемещение тонкопленочного слоя.

14. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что поддерживающий слой изготовлен из отражающего свет материала для обеспечения возможности поддерживающему слою функционировать также в качестве отражателя в каждом из тонкопленочных управляемых отражателей.

15. Оптическая проекционная система, содержащая матрицу из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, имеющую структуру по пп.1 - 14.

16. Матрица из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, предназначенная для использования в оптической проекционной системе, содержащая активную матрицу, включающую в себя подложку, матрицу из M · N транзисторов и матрицу из M · N соединительных выводов, отличающаяся тем, что содержит матрицу из M · N тонкопленочных управляющих структур, причем каждая из управляющих структур включает в себя первую и вторую управляющие части идентичной структуры, каждая из которых имеет верхнюю и нижнюю поверхности, ближний и дальний концы, каждая из первой и второй управляющих частей имеет по меньшей мере тонкопленочный слой вызывающего перемещение материала, имеющий верхнюю и нижнюю поверхности, эластичный слой, имеющий нижнюю поверхность, и первый и второй электроды, причем эластичный слой расположен на нижней поверхности вызывающего перемещение тонкопленочного слоя, первый и второй электроды расположены соответственно на верхней поверхности вызывающего перемещение тонкопленочного слоя и нижней поверхности эластичного слоя, при этом электрический сигнал приложенный к вызывающему перемещение тонкопленочному и эластичному слоям между первым и вторым электродами, обеспечивает деформирование указанных слоев и, тем самым, управляющей части; матрицу из M · N поддерживающих элементов, каждый из которых имеет верхнюю и нижнюю поверхности и предназначен для поддержания каждой из управляющих структур на месте, а каждый для электрического соединения каждой из управляющих структур с активной матрицей, и матрицу из M · N отражательных слоев, предназначенную для отражения световых лучей, причем каждый из отражательных слоев имеет первую сторону, вторую противолежащую сторону и расположенный между ними центральный участок, первая сторона и вторая противолежащая сторона каждого из отражательных слоев прикреплена на верху соответственно первой и второй управляющих частей каждой из управляющих структур, так что первая и вторая управляющие части в каждой из управляющих структур деформируются под действием диэлектрического сигнала, а центральный участок соответствующего отражательного слоя наклоняется, оставаясь плоским, обеспечивая отражение световых лучей от всего центрального участка и тем, самым, увеличение оптического КПД.

17. Матрица по п.16, отличающаяся тем, что вызывающий перемещение тонкопленочный слой и эластичный слой выполнен из аналогичных по структуре материалов.

18. Матрица по п.16, отличающаяся тем, что вызывающий перемещение тонкопленочный слой выполнен из перовскита.

19. Матрица по п.17, отличающаяся тем, что эластичный слой, выполнен из перовскита характеризуется высокой диэлектрической проницаемостью ε и низким пьезоэлектрическим коэффициентом d.

20. Матрица по п.16, отличающаяся тем, что первый электрод выполнен из отражающего свет материала для обеспечения возможности использования первого электрода в качестве отражательного слоя.

21. Оптическая проекционная система, содержащая матрицу из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, имеющую структуру по любому из пп.16 - 20.

22. Способ изготовления матрицы из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, предназначенной для использования в оптической проекционной системе, где M и N - целые числа, включающий обеспечение активной матрицы, имеющей верхнюю и нижнюю поверхности, причем активная матрица включает в себя подложку, матрицу из M · N транзисторов и матрицу из M · N соединительных выводов, отличающийся тем, что включает образование первого поддерживающего слоя на верхней поверхности активной матрицы, включающего в себя матрицу из M · N оснований, соответствующую матрице из M · N поддерживающих элементов в матрице из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, и первую жертвенную область; обработку первой жертвенной области первого поддерживающего слоя для обеспечения возможности ее удаления; нанесение первого тонкопленочного электродного слоя на первый поддерживающий слой; формирование тонкопленочного вызывающего перемещение слоя на первом тонкопленочном электродном слое; формирование второго тонкопленочного электродного слоя на тонкопленочном вызывающем перемещение слое; формирование рисунка в первом тонкопленочном электродном слое, тонкопленочном вызывающем перемещение слое и втором тонкопленочном электродном слое в виде матрицы из M · N управляемых структур и окружающей их пустой области, где каждая из управляющих структур включает в себя первую и вторую управляющие части; формирование второго жертвенного слоя на пустой области, окружающей каждую из управляющих структур; обработку второго жертвенного слоя для обеспечения возможности его удаления; формирование рисунка во втором жертвенном слое и в виде матрицы из M · N жертвенных элементов; нанесение второго поддерживающего слоя на верху матрицы из M · N управляющих структур и второго жертвенного слоя со сформированным на предыдущем этапе рисунком; нанесение отражающего свет слоя на верху второго поддерживающего слоя; формирование рисунка в отражающем свет слое и втором поддерживающем слое в виде матрицы из M · N отражательных слоев и удаление первой жертвенной области и матрицы из M · N жертвенных элементов для образования тем самым упомянутой матрицы из M · N тонкопленочных управляемых отражателей.

23. Способ по п.22, отличающийся тем, что первый и второй тонкопленочные электродные слои формируют напылением.

24. Способ по п.22, отличающийся тем, что тонкопленочный вызывающий перемещение слой формируют напылением.

25. Способ по п.22, отличающийся тем, что тонкопленочный вызывающий перемещение слой формируют химическим осаждением из паровой фазы.

26. Способ по п.22, отличающийся тем, что тонкопленочный вызывающий перемещение слой формируют золь-гелевым способом.

27. Способ по п.22, отличающийся тем, что отражательный слой формируют напылением.

28. Способ по п. 22, отличающийся тем, что первый поддерживающий слой формируют нанесением первого жертвенного слоя на верхнюю поверхность активного материала; формирование матрицы из M · N первых пустых прорезей на жертвенном слое, причем каждую из первых пустых прорезей размещают вокруг каждого из M · N соединительных выводов, и формированием основания в каждой из первых пустых прорезей.

29. Способ по п.28, отличающийся тем, что первый жертвенный слой формируют напылением.

30. Способ по п.28, отличающийся тем, что матрицу из M · N первых пустых прорезей формируют с использованием травления.

31. Способ по п. 28, отличающийся тем, что основания формируют с использованием напыления с последующим травлением.

32. Способ по п. 28, отличающийся тем, что основания формируют с использованием химического осаждения из паровой фазы с последующим травлением.

33. Способ по п. 22, отличающийся тем, что второй жертвенный слой и второй поддерживающий слой формируют напылением.

34. Оптическая проекционная система, содержащая в себе матрицу из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, изготовленную способом по пп.22 - 33.

35. Способ изготовления матрицы из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, предназначенный для использования в оптической проекционной системе, где M и N - целые числа, включающий обеспечение активной матрицы, имеющей верхнюю и нижнюю поверхности, причем активная матрица включает в себя подложку, матрицу из M · N транзисторов и матрицу из M · N соединительных клемм, отличающийся тем, что включает операции: формирования поддерживающего слоя на верхней поверхности активной матрицы, включающего в себя матрицу из M оснований, соответствующую матрице из M · N поддерживающих элементов в матрице из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, жертвенную область; обработки жертвенной области поддерживающего слоя для обеспечения возможности ее удаления; нанесения первого тонкопленочного электродного слоя на поддерживающий слой; формирования диэлектрического слоя на верху первого тонкопленочного электродного слоя; формирования тонкопленочного вызывающего перемещение слоя на верху диэлектрического слоя; формирования второго тонкопленочного электродного слоя на тонкопленочном вызывающем перемещение слое; формирование рисунка в первом тонкопленочном электродном слое, диэлектрическом слое тонкопленочном вызывающем перемещение слое и втором тонкопленочном электродном слое в виде матрицы из M · N управляющих структур и пустой области, окружающей каждую из управляющих структур, каждая из которых включает в себя первую и вторую управляющие части; формирование второго поддерживающего слоя на верху матрицы управляющих структур включающего окружающую их пустую область; нанесения отражающего свет слоя на поддерживающий слой; формирования рисунка в светоотражающем слое и втором поддерживающем слое в виде матрицы из M · N отражательных слоев и удаление первой жертвенной области для формирования тем самым упомянутой матрицы из M · N тонкопленочных управляемых отражателей.

36. Оптическая проекционная система, содержащая матрицу из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, изготовленную способом по п.35.

37. Способ изготовления матрицы из M · N тонкопленочных приводимых в действие отражателей, предназначенной для использования в оптической проекционной системе, где M и N целые числа, включающий обеспечение активной матрицы, имеющей верхнюю и нижнюю поверхности, причем активная матрица включает в себя подложку, матрицу из M · N транзисторов и матрицу из M · N соединительных выводов, отличающийся тем, что включает операции формирования первого поддерживающего слоя на верхней поверхности активной матрицы, включающего в себя матрицу из M · N оснований, соответствующую матрице из M · N поддерживающих элементов в матрице из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, и первую жертвенную область, обработки первой жертвенной области первого поддерживающего слоя для обеспечения возможности его удаления; нанесения первого тонкопленочного электродного слоя на первый поддерживающий слой; формирования эластичного слоя на первом тонкопленочном слое; формирования тонкопленочного вызывающего перемещение слоя на эластичном слое; формирования второго тонкопленочного электродного слоя на тонкопленочном вызывающем перемещение слое; формирования рисунка в первом тонкопленочном электродном слое, эластичном слое, тонкопленочном вызывающем перемещение слое и втором тонкопленочном электродном слое в виде матрицы из M · N управляющих структур и окружающей их пустой области, причем каждая из управляющих структур дополнительно включает в себя первую и вторую управляющие части; формирования второго жертвенного слоя на пустой области, окружающей каждую из управляющих структур; обработку второго теряемого слоя для обеспечения возможности его удаления; формирования рисунка во втором жертвенном слое в виде матрицы из M · N жертвенных элементов; нанесения отражающего свет слоя на верх матрицы из M · N управляющих структур и второго жертвенного слоя со сформированным на предыдущем этапе рисунком; формирования рисунка в отражающем свет слое в виде матрицы из M · N отражательных слоев и удаления первых жертвенных областей и матрицы из M · N жертвенных элементов для формирования тем самым упомянутой матрицы из M · N тонкопленочных управляемых отражателей.

38. Оптическая проекционная система, содержащая матрицу из M · N тонкопленочных управляемых отражателей, изготовленную способом по п.36.

приоритет по пунктам:
Приоритет 16.11.93. по пп.1 - 27, 33 - 38;
Приоритет 30.12.93. по пп.28 - 32.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16