专利名称：有源矩阵驱动的光栅光调制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有源矩阵驱动的光栅光调制器，更具体的说，本发明是通过有源矩阵 控制MEMS光栅光调制器的电压，实现对光的调制。
背景技术：
随着MEMS (微机电系统)技术的不断发展和成熟，基于光MEMS技术的用于投影 显示的光调制器被提出。在这些光调制器中，以数字微镜器件(DMD)、光栅光阀(GLV)为 代表。它们在商业应用中已经取得巨大成功。
DMD是有MEMS技术制造的上百万个可偏转的反射微镜构成的调制器。DMD微镜的 紧密间隙令投射的影像产生更细致的无缝画面。DMD响应快，对比度、亮度和均匀性都非 常好。GLV与DMD不同之处在于，它是利用光栅衍射原理实现对光的调制，其响应速度 更高，电路简单，加工工艺简单，良品率高。
但是，DMD和GLV也存在不足之处。
DMD缺陷在于，其复杂的多层结构导致加工工艺复杂，良品率低下。 GLV的缺点在于它较难保证构成光栅的栅条处于同一平面内；光栅条之间的间隙影 响衍射效率；可动光栅上真正有效的衍射面积较小；单个像素长度大，使的GLV只能做成 线阵，需要增大光学扫描机构才能用于光学投影系统，增加了光学系统的复杂性，增加了成本。
重庆大学提出的光栅光调制器，其专利号为ZL200510020186.8。该器件的加工较DMD 简单，同时解决了 GLV难于形成面阵的缺点。但是，目前设计的MEMS光栅光调制器属 于无源矩阵驱动方式。由于矩阵电容的耦合效应，无源矩阵驱动的光栅光调制器阵列存在 明显的交叉效应，导致光学对比度较低。交叉效应表现为当选通某个像素时，该像素会引 起周围像素电压的变化，可能导致暗态的像素显示亮态。并且，无源矩阵驱动的GLM阵 列进行逐行扫描时，只有一行能够显示，光利用率只有1/N(N为行数)。这些都限制了 GLM 器件面向高分辨率、高清晰度的投影显示的发展。
发明内容
为了克服无源矩阵驱动的光栅光调制器存在的交叉效应，对比度不高、光利用率低等 不足，本发明的提出一种有源矩阵驱动的光栅光调制器，它由下层的有源矩阵和上层的光 栅光调制器构成，通过控制有源矩阵的输出电压，可以实现对光栅光调制器电压的控制， 从而实现对光的调制。
本发明解决其技术问题所釆用的技术方案如下
一种有源矩阵驱动的光栅光调制器，包括上层MEMS光栅光调制器和下层的有源矩 阵，在所述上层MEMS光栅光调制器与下层有源矩阵之间存在氧化层，氧化层将所述上层 MEMS光栅光调制器和所述下层的有源矩阵隔离，实现上层MEMS光栅光调制器和下层 的有源矩阵单芯片集成在硅衬底上，所述有源矩阵具有保持输出电压的作用，通过在所述 氧化层中的通孔将有源矩阵输出电压传输到位于氧化层上的MEMS光栅光调制器的下电 极，从而控制上层MEMS光栅光调制器。
当有源矩阵采用多个基于静态随机存储器SRAM的有源矩阵单元组成时，形成基于 SRAM的有源矩阵驱动的光栅光调制器，有源矩阵单元由一个NMOS开关管和两个反相器 组成。行扫描信号连接NMOS开关管的栅极，列数据信号线连接NMOS开关管的漏极， NMOS开关管的源极连接到由两个反相器组成的串联环形电路一端，其输出端连接到 MEMS光栅光调制器像素的下电极。光栅光调制器的可动光栅(上电极)接地。行扫描信 号控制NMOS开关管的开启或者截止。当行扫描信号为高电平时，NMOS开关管开启，列 数据信号经开关管写入由两个反相器组成的串型环路，然后输入到光栅光调制器。当行扫 描信号为低电平时，NMOS开关管截止，串型环路输出电压保持，从而光栅光调制器的电 压保持。
当有源矩阵釆用多个基于动态随机存贮器DRAM的有源矩阵驱动单元组成时，形成基 于DRAM的有源矩阵驱动的光栅光调制器，有源矩阵单元由一个NMOS晶体管和一个存 储电容组成。开关管栅极连接行扫描信号，开关管漏极连接列数据信号，源极同时连接一 个存储电容和MEMS光栅光调制器下电极。存储电容的另一端和光栅光调制器的可动光栅 (上电极)都接地。行扫描信号控制NMOS开关管的开启或者截止。当行扫描信号为高电 平时，NMOS开关管开启，列数据信号从开关管的漏极传输到存储电容；当行扫描信号为 低电平时，开关管截止，存储电容保持电压。由于存储电容连接到MEMS光栅光调制器的
下电极，光栅光调制器的电压与存储电容的电压相等，这样MEMS光栅光调制器上、下电 极的电势差就可以通过DRAM存储电路控制，实现对MEMS光栅光调制器的有源驱动。
与当前面向投影显示的无源矩阵驱动的光栅光调制器技术相比，本发明的有益效果 在MEMS光栅光调制器的下面集成有源矩阵，可以消除无源矩阵驱动固有的交叉效应，提 高对比度、分辨率、占空比，使显示特性面向高清晰、高分辨率投影显示技术。有源矩阵 驱动的光栅光调制器，降低对光栅光调制器动态相应时间要求，可以获得更加丰富的灰度
色彩调制。
图l (a)、图l (b)单个有源矩阵驱动的光栅光调制器结构图； 图2有源矩阵驱动的光栅光调制器结构图阵列结构图； 图3 (a)基于SRAM单元的有源矩阵单元；
图3 (b)单个基于SRAM的有源矩阵驱动的光栅光调制器的剖析图； 图4(a)基于DRAM单元的有源矩阵单元；
图4 (b)单个基于DRAM的有源矩阵驱动的光栅光调制器的剖析图中，1有源矩阵单元；2氧化层；3光栅光调制器下电极；4绝缘层；5可动光栅；
6通孔。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明
图1 (a)、图1 (b)中，有源矩阵驱动的光栅光调制器的加工工艺首先，利用CMOS
工艺在硅衬底上加工出有源矩阵单元l;接着淀积氧化层2，刻蚀通孔6;然后利用化学机 械打磨技术(CMP)打磨，淀积、刻蚀光栅光调制器下电极3;接着淀积绝缘层4;最后
通过表面微机械加工技术，形成上层可动光栅5。通孔6将上层MEMS光栅光调制器和下 层有源矩阵单元1相连接，可以实现对每个光栅光调制器的独立控制。有源矩阵驱动的光 栅光调制器消除了无源矩阵驱动的光栅光调制器存在的交叉效应，从而提高了光栅光调制 器的对比度、分辨率和光利用率。
图2中，显示了有源驱动光栅光调制器像素阵列。每个MEMS光栅光调制器的下电极
电势由单独的CMOS有源矩阵单元控制。将上层全部可动光栅阵列连接在一起，并接地。 这样，可以减小像素之间的间隙，提高像素的填充率。当RGB三色光入射到光栅光调制器 阵列上，可以实现彩色图像的显示。
图3 (a)中，基于SRAM的有源矩阵单元由5个MOS管组成。Tl管为开关管，T2、 T3管组成第一个反相器，T4、 T5管组成第二个反相器。T2、 T4管的源极接地，T3 、 T5 管的源极接电源Vdd。 T2管与T3管的栅极相连接，作为第一个反相器的输入端；T2管与 T3管的漏极相连接，作为第一个反相器的输出端。T4管与T5管的栅极相连接，作为第二 个反相器的输入端；T4管与T5管的漏极相连接，作为第二个反相器的输出端。第一个反 相器的输出端连接到第二个反相器的输入端；第二个反相器的输出端连接到第一个反相器 的输入端。行扫描信号控制开关管Tl的开启或截止，当行扫描信号为高电平时，列数据 信号经过开关管Tl传输到由第一个反相器和第二个反相器组成的串联环型电路。当行扫 描信号为低电平时，串联环型电路输出电压保持不变，保持电压不随时间的增加而减少。 由于串联环型电路输出端连接到光栅光调制器的下电极，从而控制光栅光调制器的电压， 实现对光的调制。
图3 (b)中，基于SRAM有源矩阵驱动的光栅光调制器结构，有源矩阵单元由两个反 相器和一个NMOS开关管组成。两个反相器组成的串型环路具有保持电压的作用，串型环 路输出端连接MEMS光栅光调制器下电极。通过开关管的开启或者截止，实现对MEMS 光栅光调制器下电极电势的控制。
图4 (a)中，基于DRAM的有源矩阵单元由1个NMOS开关管T6和一个存储电容 Cs组成。行扫描信号控制开关管的开启或者截止。当行扫描信号为高电平时，NMOS开关 管T6开启，列数据信号经过开关管传输到存储电容。当行扫描信号为低电平时，开关管 T6截止，存储电容保持电压。由于开关管存在漏电流，存储电容端电压会逐渐减小，故需 要对DRAM存储电路进行不断刷新。由于存储电容输出端连接到光栅光调制器的下电极， 从而控制光栅光调制器的电压，实现对光的调制。
图4 (b)中，基于DRAM有源驱动光栅平动式光调制器结构，由NMOS开关管和存 储电容组成，存储电容接地，另一端连接MEMS光栅光调制器下电极。通过开关管的开启 或者截止，实现对MEMS光栅光调制器下电极电势的控制。
以上采用实施例对本发明进行了描述。那些只有在本领域的技术人员阅读了本公开文 件之后才变得一目了然的改进和修改，仍然属于本申请的精神和范畴。
权利要求
1、一种有源矩阵驱动的光栅光调制器，包括上层MEMS光栅光调制器和下层的有源矩阵，其特征在于在所述上层MEMS光栅光调制器与下层有源矩阵之间存在氧化层，氧化层将所述上层MEMS光栅光调制器和所述下层的有源矩阵隔离，实现上层MEMS光栅光调制器和下层的有源矩阵单芯片集成在硅衬底上，所述有源矩阵具有保持输出电压的作用，通过在所述氧化层中的通孔将有源矩阵输出电压传输到位于氧化层上的MEMS光栅光调制器的下电极，从而控制上层MEMS光栅光调制器。
2、 根据权利要求1所述的有源矩阵驱动的光栅光调制器，其特征在于所述的有源矩阵 是由多个基于SRAM的有源矩阵单元组成，该有源矩阵单元由一个NMOS开关管和两个 反相器组成，行扫描信号连接NMOS开关管的栅极，列数据信号线连接NMOS开关管一 端，NMOS开关管的另一端连接到由两个反相器组成的串联环形电路一端，串联环形电路 的输出端连接到MEMS光栅光调制器的下电极，MEMS光栅光调制器的可动光栅即上电 极接地。
3、 根据权利要求2所述的有源矩阵驱动的光栅光调制器，其特征在于行扫描信号控制 NMOS开关管的开启或者截止，控制串联环形电路输出电压的更新或者保持，从而实现 MEMS光栅光调制器对光的调制。
4、 根据权利要求1所述的有源矩阵驱动的光栅光调制器，其特征在于所述有源矩阵是 由多个基于DRAM的有源矩阵单元组成，该有源矩阵单元由一个NMOS开关管和一个存 储电容组成，开关管栅极连接行扫描信号，开关管漏极连接列数据信号，源极分别连接到 一个存储电容的一端和MEMS光栅光调制器的下电极，存储电容的另一端和光栅光调制器 的可动光栅即上电极都接地。
5、 根据权利要求4所述的有源矩阵驱动的光栅光调制器，其特征在于扫描信号控制 NMOS管的开启或截止，控制存储电容输出电压的更新或保持，从而实现MEMS光栅光调 制器对光的调制。
全文摘要
本发明涉及一种有源矩阵驱动的光栅光调制器，由上层的光栅光调制器和下层的有源矩阵驱动组成。扫描信号线和数据信号线分别连接到有源矩阵中开关管的栅极和漏极，有源矩阵的输出连接到光栅光调制器的下电极，而光栅光调制器上电极接地。有源矩阵的输出电压等于光栅光调制器的电压。当扫描信号线为高电平时，有源矩阵开启，数据信号线对有源矩阵的输出电压进行更新；当扫描信号线为低电平时，有源矩阵截止，有源矩阵的输出电压保持。这样，通过控制有源矩输出电压的更新或者保持，可以实现对光栅光调制器运动状态的控制。本光栅光调制器可以消除交叉效应，提高光学对比度和光利用率，真正面向高清晰、高分辨率的投影显示。
文档编号G02B26/08GK101382655SQ20081023283
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者洁 张, 张智海, 宁 王, 珠 金, 玮 韦 申请人:重庆大学