[发明专利]数字微镜器件

说明书

技术领域

本发明涉及数字镜器件(DMD)。本发明被开发主要是为了提供一种可以用直接的MEMS(微电子机械系统)制造步骤制造的改善的器件。

背景技术

数字微镜器件(DMD)现在比较常见于诸如数据投影机之类的众多光学设备中。在这样的设备中，图像由在半导体芯片(DMD)上排列成矩阵的多个微小的反射镜生成。每个反射镜表示所投影的图像内的一个或多个像素。反射镜的数目与所投影的图像的分辨率相应。

DMD技术由德克萨斯仪器公司在二十世纪八十年代开发(例如，参见US 4,956,619、US 4,662,746以及有关专利)。

DMD芯片的表面上有几十万个微小的反射镜，这些反射镜被排列成矩形阵列，与要显示的图像内的像素相应。可以使这些反射镜各自转动±10-12°，成为接通或断开状态。在接通状态，将来自投影机灯泡的光线反射入镜头，使像素在屏幕上呈现为亮的。在断开状态，将光线导向别处(通常是引导到一个散热器上)，使像素呈现为暗的。

为了产生灰度，使反射镜非常快地进行通断切换，而接通时间与断开时间之比就确定了所产生的色调(二进制脉冲宽度调制)。现代DMD芯片可以产生多达1024个灰色调。

反射镜本身由铝制成，通常为边长约16微米的正方形。每个反射镜通过从反射镜的下表面伸出的刚性杆安装在轭架上。轭架由柔顺的扭铰链支承，使得轭架(从而反射镜)可以在它的接通和断开的位置之间运动。扭铰链是比较耐疲劳和抗震的。

电极通过静电引力/斥力来控制反射镜的位置。铰链的每一侧都设置有一对电极，一个作用于轭架而另一个直接作用于铝反射镜。大约20-30伏的偏置电位加到反射镜和轭架上，而用5伏的CMOS(互补金属氧化物半导体)访问电极。因此，在反射镜一侧的电极被驱动到+5V时，反射镜就向电极处于0V的相对侧倾斜。使CMOS电压反向，就导致反射镜反向倾斜。因此，每个反射镜的接通/断开状态是可通过CMOS控制的。

对于诸如上述的DMD的更为详细的说明，可参见David Armitage等人的“Introduction to Microdisplays”(John Wiley and Sons，2006)。

DMD的设计在过去的十来年间相对没有什么改变。然而，它们在每个反射镜组件内有若干活动部件的较为复杂的设计需要相应复杂的MEMS制造工艺。这种复杂性增大了制造成本，而且可能影响到每个反射镜组件可以小型化的程度。所希望的是提供一种比已知的DMD设计相对简单的DMD。

发明内容

在第一方面，提供了一种包括位于基片上的微镜组件的阵列的数字微镜器件，每个微镜组件包括：

与基片隔开的反射镜，所述反射镜具有上反射面和下支承面；

支承反射镜的杆，所述杆从所述基片延伸到所述下支承面，所述杆形成反射镜的倾斜轴；

第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极分别位于所述杆的两侧，每个电极都是可通过所述基片内的电子电路个别访问的，

其中，所述杆由弹挠性材料构成，使得所述反射镜能够凭借静电力向所述第一电极或向所述第二电极倾斜。

由于所述反射镜绕挠性杆倾斜，本发明避免了在常规的DMD内的轭架和扭铰链结构。这大大地简化了DMD的总体设计和制造。

任选的是，所述杆由诸如聚二甲基硅氧烷(PDMS)之类的聚合物构成。PDMS具有较小的杨氏模量(小于1000MPa)，使杆能被通过电极所施加的静电力弯曲。此外，本申请人以前已说明PDMS在MEMS器件中的应用和它容易结合入MEMS制造工艺的情况。

任选的是，所述上反射面整个区域是平的。这与现有技术的DMD在上反射面内有着由于与杆连接而产生的压痕完全不同。与现有技术的器件相比，完全平的上反射面有益地改善了光学质量。

任选的是，所述反射镜包括形成上反射面的金属板。任选的是，所述金属板是铝板。

任选的是，所述反射镜还包括所述金属板的支承台，所述支承台形成所述下支承面。因此，反射镜通常是合成一体的包括上金属板和金属板的下支承台的两部分结构。

任选的是，所述支承台与所述金属板是基本上共同延伸的。

任选的是，所述支承台和所述杆由同样的材料构成。通常，杆和支承台在单个淀积步骤中一起形成。例如，淀积PDMS可以一起形成杆和支承台。

任选的是，所述第一电极和第二电极形成所述反射镜的第一和第二着落垫。