专利名称：数字微反射镜外壳中的孔径边缘的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及有透辐射窗口的盖子，具体涉及这样的盖子，它有与窗口相邻的带孔径不透明层。
背景技术：
一种现有装置，包括由盖子闭合的开孔外壳，盖子有框架和与框架密封的窗口，窗口可以透预定波段的辐射。铬层设置在窗口的一侧，并有近似矩形的孔径通过，矩形孔径有直的侧边和略微圆的角度。该装置在外壳内包含已知类型的数字微反射镜装置(DMD)。
辐射光束通过盖子中的窗口进入外壳，并由DMD进行处理以形成多个子光束。然后，一些子光束通过孔径和窗口从外壳中射出，为的是便于产生投射到屏幕上的图像，例如，电视机和电影院中的屏幕。虽然已知的这种类型盖子通常适用于其预期的目的，但是它们并不是在各个方面都是令人满意的。
关于这一点，当通过窗口和孔径从外壳射出的子光束在屏幕上形成图像时，这个图像的周围通常应该有相对暗的边界区域。然而，强光的明显线条或区域有时出现在暗的边界区域内。在某些情况下，两个或多个这些多余的强光线或区域同时出现。人们相信，这些多余的光线是由于已知盖子的原因造成的，虽然还不清楚地明白盖子是如何引起这个问题。
发明内容
根据以上的描述，可以知道需要一种方法和有盖子的设备，它可以避免投影图像周围边界上多余的照明区域。按照本发明的第一形式，提供一种满足这个需要的方法和设备，并涉及提供透预定波长辐射的窗口，该窗口上有表面；提供与窗口上表面相邻的薄层，该薄层不透预定波长辐射并有穿过它的孔径；和配置围绕孔径周长延伸的薄层边缘，它相对于窗口上表面形成约大于15°锐角的延伸斜坡。
按照本发明的不同形式，一种方法包括提供透预定波长辐射的窗口，窗口上有第一部分和第二部分的表面；在该表面的第一部分和第二部分上形成正性光刻胶材料层；去掉该表面第一部分上选取的光刻胶材料部分，为的是在该表面第二部分上留下其余的光刻胶材料部分；在其余的光刻胶材料部分和该表面的第一部分上加另一种材料层，该材料不透预定波长的辐射，包括沿不垂直于该表面的方向加另一种材料，使该表面第一部分上的另一种材料有边缘部分，边缘部分与其余的光刻胶部分相邻并围绕它延伸，和边缘部分相对于该表面形成约大于15°锐角的延伸斜坡；以及此后去掉其余的光刻胶材料部分和另一种材料层的部分，为的是通过另一种材料留下孔径，该孔径有沿其周长延伸的另一层边缘部分。
根据以下结合附图的详细描述，可以更好地理解本发明的内容，其中图1是包含本发明特征的设备剖面侧视图；图2是图1的设备中盖子部件的顶视图；图3是沿图2中剖面线3-3的剖面侧视图，它表示选取部分的图2中盖子；和图4是类似于图3的剖面侧视图，它表示在加工制造的中间阶段的选取部分盖子。
具体实施例方式
图1是包含本发明特征的设备10剖面侧视图，在包括图1的这些附图中，某些结构不是按比例画出的，为的是更简洁和清晰地理解本发明。作为一个例子，从以下的讨论中可以看出，附图中某些薄层的厚度相对于其他薄层的厚度是夸大的。作为另一个例子，出于相同的原因，画出一些夸大尺寸的角度。
在图1中，设备10包括外壳11，外壳有小室12以及在它的顶壁有通过的垂直开孔13。在外壳12底壁的上表面中心位置，已知类型的数字微反射镜装置(DVD)16被支承在小室12内。
DMD 16属于通常称之为微机电系统(MEMS)装置中的一类装置。DMD 16的上部有二维阵列的微小反射镜，这些反射镜在附图中是看不见的。每个微小反射镜对应于图像中一个像素，并且响应于电控制信号，它可以由DMD 16独立地驱动。
盖子17安装在外壳的顶部。按照已知的方法，盖子17的周围边缘与外壳11的上表面之间有缝焊接，从而在外壳11的内部与外部之间形成气密接头。在小室12内的区域18中有气体，而盖子17确保这种气体不会从小室12中逸出。气体的作用是润滑DMD 16上二维阵列中的反射镜，便于它们的运动，以及确保它们有相当长的工作寿命。然而，这种气体还有一些腐蚀性，因此，本实施例中的外壳11和盖子17配置成防止这种气体的腐蚀性损伤。
现在更详细地描述盖子17，图2是盖子的顶视图，为了清晰起见，省略了防反射涂层。参照图1和图2，盖子17包括盘状的金属框架21，本实施例中的金属框架是利用商品化钢材料制成，例如，ASTM-F15。框架21是近似的正方形，它有矩形横断面的环形槽22，环形槽22沿其上部框架的整个周围边缘延伸，为的是限定向外凸出的环形法兰24。如图1所示，法兰24啮合外壳11上部的环形表面部分，它是围绕开孔13延伸的。
框架21有垂直延伸通过框架中心的开孔23。在本实施例中，开孔23是带圆角的近似矩形。盘状窗口41的周围边缘与开孔23有相同的形状和尺寸，并牢固地安装在开孔23内。更具体地说，窗口41是有平行上表面和下表面的盘状玻璃元件。在本实施例中，玻璃元件41是利用硼硅酸盐玻璃材料制成，例如，Virginia州Danville市Corning公司制造的商品号7056。这种特殊玻璃材料可以透射中心波长约为545nm范围内的辐射，其波长范围可以从约420nm至约700nm。然而，还可以利用透射其他波长范围内辐射的不同材料。在组装盖子17时，把框架21和玻璃元件41加热到这样高的温度，使玻璃元件41的周围边缘软化，再使盖子冷却回到室温，为的是按照已知的方式使玻璃元件的周围边缘和开孔23的周围边缘熔合在一起。
玻璃元件41在其下侧有薄的铬层42。铬层42的厚度约为1500，它对于从约420nm至700nm波长范围内的辐射是不透明的。从图2中可以看出，铬层42有垂直延伸通过的孔径43。在本实施例中，铬层42包括没有分别画出的三个子层，具体地说，两个隔开的铬层之间有二氧化铬层。然而，还可以利用一些其他的合适材料制成薄层42，或薄层42可以有一些其他的合适结构。
玻璃元件41和铬层42夹在两个防反射材料涂层56与57之间。在本实施例中，防反射涂层56和57都是现有技术中已知类型的多层涂层。所以，此处不详细描述各种类型的涂层和制成它们所用的材料。盖子17底部的涂层57是利用抗外壳11区域18内腐蚀性气体的材料制成，提到这些内容已足够。在本实施例中，它也可以是一些其他的合适材料，例如，二氧化硅。涂层56和57的各自厚度约为2600。涂层56和57可以透预定波长范围内的辐射，包括如上所述约420nm至约700nm的波长。
在没有单独描述的本实施例变化方案中，防反射涂层57可以在铬层42之前加到玻璃元件41。所以，铬层42可以形成在防反射涂层57上。
图3是沿图2中剖面线3-3的部分剖面侧视图，并以放大的比例画出图1中部分盖子17。如图3所示，铬层42在限定孔径43的最内侧边缘附近有延伸的周长边缘部分61，它相对于玻璃元件41的下表面64形成锐角62的斜坡。在本实施例中，锐角62约为22.5°。在原有的盖子中，斜坡的角度远远小于22.5°，例如，4°至6°。
现在简要地描述图1-3中实施例的运行。图1中两个箭头71所示入射的辐射光束传输通过玻璃元件41和防反射涂层56-57，并传播到DMD 16。DMD 16中的每个反射镜沿该反射镜中电流实际位置所确定的各自方向反射各自的部分光束。此处，原始光束中这些各种独立反射的部分称之为子光束。然后，这些子光束沿各种不同的方向离开DMD 16，其中至少一些子光束沿相反方向返回通过玻璃元件41和防反射涂层56-57，如两个箭头72所示。为了简单化，代表入射辐射71和出射辐射72的箭头在图1中是用垂直线表示，但是应当明白，各种不同的光束和子光束通常是沿各种不同的方向传播。
一般地说，当DMD中任何一个反射镜处在“on”状态时，到达反射镜的入射辐射71被反射，它沿着相反的方向传输通过玻璃元件41和防反射涂层56-57。与此对比，当反射镜处在“off”状态时，到达反射镜的入射辐射71被反射，它沿着不同于到达玻璃元件41的方向传播，一般地说，这种辐射就消耗在外壳11内。在本实施例中，处在二维反射镜阵列周围的几行反射镜始终保持在“off”状态，其目的是确定这样一个反射镜环，这些反射镜始终是在“off”状态，因此，它们在其余反射镜产生的图像周围形成一个清晰的矩形边缘或边界。当每个其余的反射镜处在“on”状态时，它反射各自子光束形式的辐射，这些子光束是沿相反的方向传输通过玻璃元件41和防反射涂层56-57。在从铬层42边缘43向内隔开的位置上，来自“on”状态反射镜的所有这些子光束传输通过铬层42内的孔径43。
参照图3，传输通过防反射涂层56和玻璃元件41的一些辐射71入射到铬层42。如上所述，铬层42包含三个子层，中间的二氧化铬子层夹在两个铬层之间。二氧化铬容易吸收预定波长范围内的辐射。因此，在铬层42有全厚度的位置，入射到铬层42的辐射71容易被吸收。然而，在铬层42的锥形边缘部分61，二氧化铬子层也是锥形。因此，二氧化铬子层在锥形边缘部分61的厚度比铬层42中其他部分的薄，它吸收较少的辐射71。所以，边缘部分61可以反射一些辐射71，如数字81所示。
如以上所说明的，本实施例中边缘部分61形成22.5°锐角62的斜坡，它是充分大的角度，使反射的辐射81沿着与形成规定图像的反射子光束72(图1)相差很大的不同方向传播。按照本发明，为了避免多余的光学效应，锐角62应当约大于15°，最好是约大于20°。与此对比，原有盖子中边缘61的角度非常小，例如，4°至6°，如以下所讨论的。
在这种原有盖子中，铬层的边缘部分可以反射沿与子光束72略微不同方向的辐射，如数字82所示。沿方向82的反射光强度还可以高于反射光81，例如，这是由于产生这些反射光的各个边缘部分中吸收能量的二氧化铬有不同的厚度。所以，在利用原有盖子的系统中，多余的反射光82可以在围绕投影图像的边界产生多余的光线或区域。但是，由于本实施例中边缘部分61的角度62远远大于原有盖子中的角度，任何多余的反射光81沿着与图像传播方向相差很大的方向传输，从而在围绕投影图像的边界中避免多余的光线或区域。
现在描述加工制造铬层42边缘部分61的技术，使它具有角度62约为22.5°的优点。由于现有技术中已经知道制造盖子17多个特征的合适技术，以下的讨论中不涉及制造盖子17的整个过程，而是把重点放在与涉及制造铬层42的部分过程，使它的边缘部分61有合适的斜坡或锥形。
关于这一点，图4是类似于图3的部分剖面侧视图，但它展示制造盖子17过程的早期阶段，它是在加上防反射涂层56-57之前的阶段。在形成铬层42之前，负性光刻胶材料层101形成在玻璃元件41的表面64上。在本实施例中，光刻胶101是商品化材料，它是Massachusetts州Marlborough市Shipley公司生产的商品号S1818。从其他的制造商可以获得类似的光刻胶材料，此外，还可以利用一些其他合适的正性光刻胶材料。
光刻胶材料101加到表面64上以形成大致均匀的厚度，该厚度是铬层42规定厚度的几倍。这个大致均匀的厚度在图4中用虚线102表示。在本实施例中，光刻胶材料101的厚度是约2.4μm至约2.7μm，换句话说，该厚度是铬层42规定厚度的16.3倍。
加适当厚度光刻胶材料101的一种合适技术是，把预定量的光刻胶材料101放置在表面64的中心，然后，以合适速度旋转包含玻璃元件41的盖子17一个适当的时间间隔，因此，离心力使整个表面64上的光刻胶材料形成均匀分布。然而，还可以利用任何其他合适的技术，使光刻胶材料101有所需的厚度。例如，正确选取光刻胶材料，可以把它喷洒到旋转的盖子上。
其次，把已知类型未画出的玻璃母模图形紧紧放置在光刻胶材料101层附近。该图形在孔径43(图2)的出口区是近似矩形掩模。对光刻胶材料101通过玻璃母模图形进行曝光，然后去掉该图形。在此之后，把具有光刻胶材料101的盖子17放置在已知类型的化学浴中，去掉已曝光的光刻胶材料101部分，从而留下图4中实线所示的光刻胶材料101层部分，该部分是利用掩模遮挡住光。
其次，制成铬层42。在本实施例中，这是在包含一定量铬的未画出真空室内实现玻璃板41的行星式转动完成的，一定量的铬与玻璃板41隔开一段距离并作为铬源。由于在真空中，铬是从铬源蒸发并沉积在真空室内各处，不但包括玻璃板41的表面64，还包括光刻胶材料101的外表面。虽然在整个过程中真空室是在真空下，但是在约1/3的整个过程中引入一定量的氧气，因此，随后沉积的材料是二氧化铬而不是铬。然后，在约2/3的整个过程中，对真空室抽气以去除氧气，因此再次沉积铬。所以，铬层42实际上是包括没有分别画出的三个子层，包括两个铬子层和夹在它们之间的二氧化铬子层。虽然本实施例利用真空从铬源蒸发铬材料，然后把这个材料沉积到玻璃板41上，但是可以利用任何其他合适的技术制成铬层42，例如，溅射铬材料。
由于各种因素，例如，玻璃板41的上述行星式转动，铬和/或二氧化铬材料以各种方向接近玻璃板41和光刻胶材料101，这些方向中的大部分方向并不垂直于表面64。所以，由于光刻胶材料101的厚度约为铬层42规定厚度的16倍，光刻胶层101容易“遮挡”玻璃元件41上表面64的区域，它立刻沉积到光刻胶层101附近并围绕它延伸。因此，沿路径116流动的铬或二氧化铬材料通过光刻胶101并沉积在光刻胶层101附近的表面64上。另一方面，沿相邻路径117流动的铬或二氧化铬材料朝这样的方向运动，使它到达非常接近于光刻胶材料101边缘的部分表面64。然而，在这个材料到达表面64之前，它冲击到光刻胶层101并沉积在那里。为了清晰起见，在附图中没有画出光刻胶层101上沉积的铬和二氧化铬材料。
由于这个遮挡效应，在紧邻光刻胶层101区域的表面64上沉积的铬和二氧化铬材料数量小于表面64上其他部分沉积的数量。这就产生铬层42的锥形或倾斜边缘部分61，它形成相对于表面64的锐角62。
在形成铬层42之后，把包括框架21，玻璃板41，光刻胶层101和铬层42的组合放置在已知类型的化学浴中以溶解光刻胶层101，从而去掉玻璃元件41表面64上所有的剩余光刻胶材料101。已经沉积在光刻胶层101上的铬和二氧化铬材料因太薄而不能在没有光刻胶层101支承下就地保存，所以，它随着光刻胶层101的溶解而剥落。已经直接沉积在玻璃板41表面64上的铬层42就地保持，它是图1-3中所示的铬层42。
制造盖子的现有技术使用负性光刻胶而不是正性光刻胶，如数字101所示。在本领域中众所周知，负性光刻胶是这样的光刻胶，其中在局部曝光之后化学溶解的部分是没有曝光的部分而不是已曝光的部分。在这个化学过程结束时，负性光刻胶容易形成这样的边缘，它相对于表面64有十分陡的角度，如图4中虚线131所示。应当注意，在使用正性光刻胶材料101的情况下，沿路程116流动的铬或二氧化铬材料到达玻璃板41的表面64。与此对比，在使用负性光刻胶材料101的情况下，沿路程116流动的铬或二氧化铬材料冲击到光刻胶层131，甚至在没有到达表面64之前就沉积在那里。
所以，使用负性光刻胶材料131形成铬层42的边缘部分，如图4中的虚线136所示，它相对于表面64形成约4°至6°的非常小锐角137。如以上结合图3所讨论的，具有这个小锐角137的边缘部分136可以在沿图3中82所示的方向产生反射光，它导致多余的光学效应。与此对比，边缘部分61有很大的锐角62，它使反射光沿图3中所示81的方向传播，从而避免多余的光学效应。
本发明具有几个技术的优点。一个技术优点是，在围绕投影图像的边界上可靠地避免了多余的光学效应。这是通过增大铬层边缘部分的斜坡实现的，它改变某些多余反射光的强度和/或方向。一个相关的优点来源于形成铬层的制造过程，使铬层边缘部分有理想的斜坡。另一个相关的优点是通过这种制造过程实现的，它涉及使用正性光刻胶材料而不是负性光刻胶材料，与现有的制造过程比较，可以避免附加的过程步骤或附加的成本。
虽然我们已详细地说明和描述一个实施例，但是应当明白，在不偏离以下权利要求书限定本发明精神和范围的条件下，各种替换和改动是可行的。
权利要求
1.一种有盖子的设备，包括透预定波长辐射的窗口，该窗口的一侧有一个表面；和与所述窗口上所述表面相邻的薄层，该薄层不透所述预定波长辐射，并有穿过它的孔径，所述薄层的边缘围绕所述孔径周长延伸，并相对于所述表面形成约大于15°锐角的延伸斜坡。
2.按照权利要求1的设备，其中所述锐角约大于20°。
3.按照权利要求2的设备，其中所述锐角约等于22.5°。
4.按照权利要求1的设备，包括两个分隔的防反射材料涂层，所述窗口和所述薄层都设置在所述涂层之间。
5.按照权利要求1的设备，其中所述盖子包含有开孔穿过的框架，所述窗口牢固地安装在穿过所述框架的所述开孔内。
6.按照权利要求1的设备，包括有小室和开孔的外壳，开孔与所述小室相通，所述盖子阻塞所述开孔并与所述外壳密封，以及包括所述外壳内支承的数字微反射镜装置，它相对于所述窗口有选取的方向。
7.一种方法，包括以下步骤提供透预定波长辐射的窗口，该窗口上有一个表面；提供与所述窗口上所述表面相邻的薄层，该薄层不透所述预定波长辐射，并有穿过它的孔径；和配置围绕所述孔径周长延伸的所述薄层边缘，它相对于所述表面形成约大于15°锐角的延伸斜坡。
8.按照权利要求7的方法，其中所述配置步骤包括步骤选取所述锐角约大于20°。
9.按照权利要求8的方法，其中所述配置步骤包括步骤选取所述锐角约等于22.5°。
10.一种方法，包括以下步骤提供透预定波长辐射的窗口，该窗口上有第一部分和第二部分的表面；在所述表面的第一部分和第二部分上形成正性光刻胶材料层；去掉所述表面的所述第一部分上选取的所述光刻胶材料部分，为的是在所述表面的所述第二部分上留下其余的所述光刻胶材料部分；在所述其余的所述光刻胶材料部分和所述表面的所述第一部分上加另一种材料层，该材料不透预定波长辐射，包括沿不垂直于表面的方向加所述另一种材料，使所述表面的所述第一部分上的所述另一种材料有边缘部分，边缘部分与所述其余的所述光刻胶部分相邻并围绕它延伸，和边缘部分相对于所述表面形成约大于15°锐角的延伸斜坡；以及此后去掉所述其余的所述光刻胶材料部分和所述另一种材料层的部分，为的是通过所述另一种材料的所述薄层留下一个孔径，该孔径有沿其周长延伸的所述另一层的所述边缘部分。
11.按照权利要求10的方法，包括步骤使所述边缘部分的所述斜坡约大于20°。
12.按照权利要求11的方法，包括步骤使所述边缘部分的所述斜坡约等于22.5°。
13.按照权利要求10的方法，其中所述去掉步骤包括步骤在所述光刻胶材料层上形成图形以区分所述选取部分和所述其余部分，然后用化学方法去掉所述光刻胶材料的所述选取部分。
14.按照权利要求10的方法，其中执行形成所述光刻胶材料层和加所述另一种材料层的所述步骤，使所述光刻胶材料层的厚度是所述另一种材料层厚度的几倍。
15.按照权利要求14的方法，其中执行形成所述光刻胶材料层和加所述另一种材料层的所述步骤，使所述光刻胶材料层的厚度是所述另一种材料层厚度的约16倍。
全文摘要
一种设备(10)，包括设置在外壳(11)内的数字微反射镜装置(16)，外壳有盖子(17)密封的开孔(13)。盖子包括金属框架(21)，透辐射窗口元件(41)，它支承在通过框架的开孔(23)中，和窗口元件一侧上的铬层(42)。铬层有通过它的孔径(43)，与孔径相邻的铬层边缘部分(61)相对于窗口元件形成大于原有装置中的锐角(62)。形成这个锐角的技术涉及使用正光刻胶材料(101)。
文档编号B81B7/00GK1602439SQ03801706
公开日2005年3月30日 申请日期2003年1月28日 优先权日2002年1月30日
发明者斯蒂芬·M.·肖克 申请人:雷斯昂公司