CN1065965C - 制造电位移致动反射镜阵列的方法 - Google Patents
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Abstract
光学投影系统中电位移致动反射镜的阵列其形成的方法是：制取有顶和底面的陶瓷薄片；底面上提供第一电极的阵列；顶面上形成第一金属化层；掩模粘结；用喷砂形成致动单元阵列；把陶瓷薄片置在工作矩阵上；去除掩模形成第二金属化层提供第一光致抗蚀剂层；电成形；去除第一光致抗蚀剂层提供第二光致抗蚀剂层；形成平坦顶表面平台提供光反射层；使光反射层图形化形成镜面的阵列；去除第二光致抗蚀剂层，由此形成一种具有电位移致动反射镜的阵列。
Description
本发明涉及一种光学投影系统，尤其是一种制造用在光学投影系统中的电位移致动反射镜阵列的改进方法。
在用于本技术领域的各种视频显示系统中，已知其中光学投影系统能在大的范围内提供一种高质量的显示。在这样一种光学投影系统中，灯光源发出的光均匀地照射到一个例如M×N致动反射镜的阵列上，致动反射镜的每面镜与相应的致动器耦合，致动器可以用电位移材料，例如一种压电或电致伸缩材料制成，电位移材料随着加在其上的电场而变形。
从致动镜的每面镜上反射的光投射到一个挡光板的孔上。在每个致动器上加电信号，每面镜相对于入射光的位移得到改变，因此使由每面镜所反射的光束的光程有一个偏差。由于每个反射光束的光程受到改变，所以从每个镜面反射的通过挡光板上孔径的光量也改变，因此使光束的强度受到调制。通过孔径受到调制的光束经由一种合适的光学器件，例如投影透镜，被投射到一个投影屏上，并在其上显示图象。
在图1A至1F中，表示一种制取用在一个光学系统中的M×N电位移致动镜50的阵列100的方法，该方法公开在一件待批的，共有的美国专利申请，名称为“电位移致动镜阵列”，其制造方法包括：(1)制取一个陶瓷薄片10，它由电位移材料制成，其顶、底表面分别为1和2；(2)在陶瓷薄片10的底表面2上形成一个M×N个第一电极4的阵列3；(3)在陶瓷薄片10的顶表面上覆盖一层导电金属层5；(4)在金属层5的上面形成一层电致伸缩层6；(5)采用例如蚀刻方法，在按照步骤(2)-(4)所处理的陶瓷薄片10的顶表面1上提供M个垂直方向的沟槽7，每个沟槽的宽度为50-70μm，深度为50-100μm；(6)利用蚀刻方法，在经过步骤(2)-(5)处理的陶瓷薄片10的顶表面1上形成N-1个水平方向的凹槽(图未示)，由此形成一个具有M×N电位移致动器18的阵列17；(7)除去电致伸缩层6；(8)把经过步骤(2)-(6)处理的陶瓷薄片10安置在一个工作矩阵8上，该矩阵由一个基衬9和M×N致动器的阵列组成(图未示)；)9)把具有M×N节点12的阵列11放置在经过上述步骤处理过的陶瓷薄片10上，其中M×N节点12中的每一个都具有一个突起15，用来使每个节点适配到M个沟槽7的每一个中；(10)在M×N个节点12的每一个的平的顶表面13上形成反射镜19；(11)进行电连接，由此形成具有M×N个电位移致动镜50的阵列100。
上述用于制造M×N电位移致动镜的阵列的方法其主要缺点在于，费时，难予控制和冗长的处理过程。这种处理过程之一是形成M个垂直方向的沟槽，如上所述，每个沟槽宽度为50-70μm，深度为50-100μm，它们是利用惯用的蚀刻方法来形成的。然而，利用上述方法在电位移材料上精确的形成M个沟槽是相当困难和费时的。
本发明的主要目的在于提出一种制造M×N电位移致动镜的阵列的改进的方法，这种制造方法省时，不麻烦并且容易控制。
按照本发明的一种情况，在于提供一种制造用于光学投影系统中的M×N个电位移致动反射镜的阵列的方法，其中M和N是整数，包括下述步骤：(a)制取具有顶和底表面的由电位移材料制成的陶瓷薄片；(b)在所说陶瓷薄片的整个底表面上提供M×N个具有规则间距和相同尺寸的第一电极的阵列；(c)在陶瓷薄片的顶表面上覆盖一层具有上表面的导电的第一金属化层；(d)在导电的第一金属化层上表面粘结M个具有规则间距的，垂直取向的掩模，其中每一个位于所说陶瓷薄片底表面上的第一电极在被投影到所说的陶瓷薄片的上表面时，将与两相邻掩模的部分重叠；(e)通过形成具有预定宽度和深度的几个垂直方向的沟槽，在经过上述步骤(b)-(d)处理的陶瓷薄片上形成具有M×N个致动单元的阵列，每个致动单元具有平坦的顶表面和一对侧表面，其中M个沟槽中的每一个还具有N-1个水平取向的固定尺寸的凹槽；(f)把按照所说步骤(b)-(e)处理过的陶瓷薄片安置到一个工作矩阵上，该矩阵包括一个基衬，一个M×N个晶体管的阵列，一个M×N个连接端的阵列，使第一电极中的每一个与连接端中的相应的一个连接；(g)去除掩模，由此使每个致动单元上的第一金属化导电层的平坦顶表面受到曝露；(h)用第二金属化导电层覆盖每个致动单元上的第一金属化层的上表面和成对的侧表面；(i)在第二金属化层的上表面上提供光致抗蚀剂层，但对于每个致动单元上部分覆盖成对侧表面的部位除外；(j)对于在每个致动单元上部分覆盖着成对侧表面的第二金属化层的部位实施电成形，由此减小每个M沟槽的宽度；(k)去除位于每个致动单元上的第二金属化层上部的第一光致抗蚀剂层；(l)在每个致动单元上的第二金属化层的上部提供第二光致抗蚀剂层；(m)通过在按照步骤(b)-(l)处理的陶瓷薄片的整个上表面，包括M个沟槽上覆盖环氧树脂，形成具有平坦上表面的平台；(n)在该平台的平坦上表面上提供一层光反射层，由此形成一层反射镜面层；(o)使镜面反射层和平台图案化，形成M×N镜面的阵列；(p)去除位于每个致动单元上的第二金属化层上面的第二光致抗蚀剂层，由此形成M×N个电位移致动反射镜的阵列。
本发明的上述的和其它目的以及特征可在下述优选实施例并结合附图的说明中进一步地了解。
图1A-图1F表示在先公开的制取M×N电位移致动镜阵列的诸步骤的示意横截面图；
图2A-2K表示按本发明优选实施例的制取步骤的示意横截向图。
按照本发明的制取M×N电位移致动镜的阵列的方法，其中M和N是整数。参见图2A，首先是陶瓷薄片50的制取，陶瓷薄片50由电位移材料，例如压电材料(钛锆酸铅)，或电致伸缩材料(铌酸镁铝-钛酸铅(PMN-PT)制成，具有顶表面51，底表面52，他们是平坦的，互相平行的表面。
第二步，参见图2B，在陶瓷薄片50的底表面上，提供具有M×N规则间距、相同尺寸第一电极54的阵列，电极是由溅涂电导金属(例如铜)到陶瓷薄片50的底表面52上并对所制取的层使用光刻方法在其上形成所需的电极图形来形成的。
之后，参见图2C，通过用电导金属，例如铜，对陶瓷薄片的顶表面51溅涂，使陶瓷薄片50的顶表面51完全被具有顶表面71的导电第一金属化层55覆盖。
在随后的步骤中，使M个规则间距，垂直取向的掩模56粘结到第一金属化层55的顶表面71，其中在陶瓷薄片50的底表面52上提供每个第一电极54，当被投射到顶表面51上时，重叠在两个相邻掩模56、56’，如图2D所示的部分。
之后，利用一种喷砂或与其相等价的方法，使具有预定深度和宽度的M个垂直取向的沟槽58形成在没有由M个垂直取向掩模56覆盖的第一金属化层55的顶表面71的部分处，其中每个M沟槽58还具有N-1个固定大小的水平方向凹槽(图未示)，由此形成M×N个致动单元57的阵列60，图2E表示具有平坦顶表面61和一对侧表面59的每个致动单元57。由于喷砂方法包括通过喷砂粉末与欲去除部分的碰撞未去除所希望去除的部分，因此这种方法，除了容易控制之外，还相比于惯用的化学蚀刻方法更为快速。
随后，利用导电粘合剂，通过每个第一电极54与每个相应的连接端的电极相连接，把按照上述步骤处理的陶瓷薄片50安置到由基衬65，晶体管阵列(图未示)和M×N连接端64的阵列组成的工作矩阵62上，参见图2F。
如果陶瓷薄片50是由压电材料，例如PZT制成的，则陶瓷薄片50被安置到工作矩阵62上之前必须以下述方法予以极化，即压电材料在两个水平相邻的致动单元内的极化方向彼此是相反的，而两个垂直相邻的致动单元的极化方向是相同的。
在去除M个垂直取向的掩模56之后，在每个致动单元57上曝露出第一金属化层的顶表面71，所以需要用第二金属化层66来涂覆顶表面71和成对的侧表面59，如图2E所示。
在以后的步骤中，如图2H所示，在第二金属化层66的顶表面提供第一光致抗蚀剂层67，但对每个致动单元57上部分地覆盖着成对侧表面59的部位除外。
之后，在每个致动单元57上部分地覆盖着成对侧表面59的第二金属化层66的部位处进行电成形，由此减小每个M沟槽的宽度，一旦完成电成形后，去除第一光致抗蚀剂层67，该步骤被示意说明在图2I中。随着第二光致抗蚀剂层68的形成，一层由环氧树脂构成的，具有平坦顶表面72的平台69，是通过采用环氧树脂使顶表面(包括M个沟槽)完全覆盖来使得按照上述步骤处理的陶瓷薄片上形成的，如图2J所示。所用的环氧树脂是由紫外光照下会固化的材料制成。
之后，利用在平坦的顶表面72上溅涂反光材料，如铝(A1)来使光反射层形成在平台69的平坦顶表面72上，由此形成内含反光层和平台69的镜面层。之后把镜面层图案化，形成具有M×N个镜面76的阵列。
接着，如图2K所示，去除M×N个致动单元57的每一个上的第二金属化层66的顶表面上的第二光致抗蚀剂层68，由此形成具有M×N电位移致动镜80的阵列100。
虽然本发明只对某些优选的实施例作了描述，但是不偏离在权利要求书中提出的本发明范围的其它变动也是可以作出的。
Claims (9)
1、一种制造用于光学投影系统中的M×N个电位移致动反射镜的阵列的方法，其中M和N是整数，包括下述步骤：
(a)制取具有顶和底表面的由电位移材料制成的陶瓷薄片；
(b)在所说陶瓷薄片的整个底表面上提供M×N个具有规则间距和相同尺寸的第一电极的阵列；
(c)在陶瓷薄片的顶表面上覆盖一层具有上表面的导电的第一金属化层；
(d)在导电的第一金属化层上表面粘结M个具有规则间距的，垂直取向的掩模，其中每一个位于所说陶瓷薄片底表面上的第一电极在被投影到所说的陶瓷薄片的上表面时，将与两相邻掩模的部分重叠；
(e)通过形成具有预定宽度和深度的几个垂直方向的沟槽，在经过上述步骤(b)-(d)处理的陶瓷薄片上形成具有M×N个致动单元的阵列，每个致动单元具有平坦的顶表面和一对侧表面，其中M个沟槽中的每一个还具有N-1个水平取向的固定尺寸的凹槽；
(f)把按照所说步骤(b)-(e)处理过的陶瓷薄片安置到一个工作矩阵上，该矩阵包括一个基衬，一个M×N个晶体管的阵列，一个M×N个连接端的阵列，使第一电极中的每一个与连接端中的相应的一个连接；
(g)去除掩模，由此使每个致动单元上的第一金属化导电层的平坦顶表面受到曝露；
(h)用第二金属化导电层覆盖每个致动单元上的第一金属化层的上表面和成对的侧表面；
(i)在第二金属化层的上表面上提供光致抗蚀剂层，但对于每个致动单元上部分覆盖成对侧表面的部位除外；
(j)对于在每个致动单元上部分覆盖着成对侧表面的第二金属化层的部位实施电成形，由此减小每个M沟槽的宽度；
(k)去除位于每个致动单元上的第二金属化层上部的第一光致抗蚀剂层；
(l)在每个致动单元上的第二金属化层的上部提供第二光致抗蚀剂层；
(m)通过在按照步骤(b)-(l)处理的陶瓷薄片的整个上表面，包括M个沟槽上覆盖环氧树脂，形成具有平坦上表面的平台；
(n)在该平台的平坦上表面上提供一层光反射层，由此形成一层反射镜面层；
(o)使镜面反射层和平台图案化，形成M×N镜面的阵列；
(p)去除位于每个致动单元上的第二金属化层上面的第二光致抗蚀剂层，由此形成M×N个电位移致动反射镜的阵列。
2、如权利要求1所述的方法，其特征是，所说的陶瓷薄片是由压电材料制成的。
3、如权利要求2所述的方法，其特征是，所说的陶瓷薄片在把它安置在工作矩阵上之前先进行极化。
4、如权利要求3所述的方法，其特征是，所说的陶瓷薄片其极化方式是，在两个水平相邻的致动单元内的压电材料的极化方向互相相反，两个垂直相邻的致动单元内的压电材料的极化方向相同。
5、如权利要求1所述的方法，其特征是，采用对所说陶瓷薄片的底表面用导电金属溅涂，然后用光刻法获得所需的电极图案，以此形成M×N个第一电极的阵列。
6、如权利要求1所述的方法，其特征是，采用导电金属溅涂所说陶瓷薄片的顶表面，以此形成第一导电金属化层。
7、如权利要求1所述的方法，其特征是，采用喷砂的方法形成M个沟槽。
8、如权利要求1所述的方法，其特征是，环氧树脂是由在紫外光作用下固化的材料制成。
9、如权利要求1的方法，其特征是，采用溅涂的方法在平台的平坦顶表面上形成光反射层。
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