[發明專利]光調制器像素單元及其制作方法

有效

• 申請號: 201010230027.1
• 申請日: 2010-07-15
• 公開（公告）號: CN102338931A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 毛劍宏;唐德明;韓鳳芹
• 申請（專利權）人: 江蘇麗恒電子有限公司
• 主分類號: G02B26/00
• 分類號: G02B26/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及光調制器，特別涉及應用于微顯示系統的光調制器像素單元及其制作方法。

背景技術

在投影系統中，關鍵的組成部件是光調制器。現有的光調制器包括微機電部件(Micro-Electro-Mechanical?Systems，MEMS)，所述光調制器通過控制施加于微機電部件上的電信號，控制微機電部件進行移動，利用微機電部件的移動對入射光調制器的光線進行調制，輸出具有一定灰度的光線。

通常光調制器包括多個呈矩陣排布的像素單元，現有的光調制器像素單元有兩種：利用光的反射原理的數字鏡面器(digital?mirror?device，DMD)和利用光的衍射原理的光柵光閥(grating?light?valve，GLV)。其中數字鏡面器單個像素的能耗大，特別是在應用于高分辨率的微顯示系統時，整體能耗大；而光柵光閥的單個像素的能耗小，整體能耗較小，且由于光柵光閥具有模擬灰度好、光學效率高、調制速度快等優點，成為目前的主流技術。

在國際申請號為PCT/US2002/009602?2002.3.27的國際申請中公開了一種現有技術的光調制器像素單元，所述光調制器像素單元采用光柵光閥。請參考圖1，光柵光閥100包括：半導體襯底101；位于半導體襯底101上的反射層102，所述反射層102遠離半導體襯底101的一側具有第一反射表面103，所述反射層102的材質為金屬；所述第一反射表面103上方設置透明絕緣層107；所述第一反射表面103和透明絕緣層107上方具有至少一個反射條帶104，所述反射條帶104與所述第一反射表面103之間具有一定間隔，所述反射條帶104具有第二反射表面106，所述反射條帶104的材質為金屬；所述反射條帶104之間具有至少一個開口105，用于使光線通過并且入射到下方的第一反射表面103上。

在所述反射條帶104和反射層102之間施加靜電力，反射條帶104發生偏移，反射條帶與透明絕緣層107接觸，反射條帶偏移的距離取決于透明絕緣層107的厚度；靜電力撤去后，反射條帶104回到初始位置(即偏移前的位置)。

以待調制光線波長為λ為例，現有的光柵光閥工作原理如下：所述反射條帶104靜電力的作用下向半導體襯底101偏移，所述偏移距離設置為λ/4的奇數倍，使得入射所述光柵光閥的表面的光線形成衍射。具體地，入射光線在光柵光閥100表面被分為第一部分光線和第二部分光線，其中第一部分光線被第二反射表面106反射，第二部分光線通過開口105入射至第一反射表面103，并且被第一反射表面103反射，在反射條帶104處發生衍射從而繞過所述反射條帶104向上傳播。由于被第一反射表面103反射后在反射條帶104處衍射的第二部分光線與第一部分光線的頻率相同，第一部分光線與第二部分光線的波長差為λ/2的奇數倍，因此第二部分光線在反射條帶104上方與第一部分光線發生相消干涉，從而光柵光閥上方為全黑，沒有光線輸出。當控制反射條帶104的靜電力撤去后，反射條帶104回復至初始位置，入射至所述光柵光閥的光線也被分為第一部分光線和第二部分光線，其中第一部分光線被第二反射表面106反射，第二部分通過開口105入射第一反射表面103，并且被第一反射表面103反射，被第一反射表面103反射的第二部分光線在反射條帶104處發生衍射從而繞過所述反射條帶104向上傳播。此時第二部分光線與第一部分光線波長差為λ/2的奇數倍以外的其他距離，從而第二部分光線與第一部分光線共同輸出。

從上述分析可以看出，現有技術根針對特定調制光線的波長，對應設置光柵光閥的反射條帶104的偏移距離，從而對應設置透明絕緣層107的厚度。在透明絕緣層107的厚度確定后，對應的偏移距離為固定值，光柵光閥調制與偏移距離對應的光線；當光線的波長為其他波長的情況，所述光柵光閥將無法調制，因為現有的光柵光閥是針對特定調制光線的波長設定的反射條帶的偏移距離，該偏移距離無法通過調制靜電力的大小進行調節，只能夠調制一種波長的光線，即現有光柵光閥僅能夠調制一種顏色光線。若要應用于彩色顯示系統(形成彩色像素)，現有技術至少需要3個光柵光閥配合工作。其中一個光柵光閥專用于調制紅色光線，另一個光柵光閥專用于調制藍色光線，第三個光柵光閥專用于調制綠色光線。3個光柵光閥的在控制電路的控制下依次工作，分別輸出對應的具有一定灰度的光線(包括紅色光線、綠色光線、藍色光線)。為了保證觀察者看到的彩色像素具有對比度，現有光柵光閥輸出的光線需要經過過濾透鏡的過濾，僅使零階光或一階光透過到達觀察者的視覺系統，經過過濾的光線在觀察者的視覺系統中合成，成為一個彩色像素。