[发明专利]光调制器像素单元及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光调制器，特别涉及应用于微显示系统的光调制器像素单元及其制作方法。

背景技术

在投影系统中，关键的组成部件是光调制器。现有的光调制器包括微机电部件(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)，所述光调制器通过控制施加于微机电部件上的电信号，控制微机电部件进行移动，利用微机电部件的移动对入射光调制器的光线进行调制，输出具有一定灰度的光线。

通常光调制器包括多个呈矩阵排布的像素单元，现有的光调制器像素单元有两种：利用光的反射原理的数字镜面器(digital mirror device，DMD)和利用光的衍射原理的光栅光阀(grating light valve，GLV)。其中数字镜面器单个像素的能耗大，特别是在应用于高分辨率的微显示系统时，整体能耗大；而光栅光阀的单个像素的能耗小，整体能耗较小，且由于光栅光阀具有模拟灰度好、光学效率高、调制速度快等优点，成为目前的主流技术。

在国际申请号为PCT/US2002/009602 2002.3.27的国际申请中公开了一种现有技术的光调制器像素单元，所述光调制器像素单元采用光栅光阀。请参考图1，光栅光阀100包括：半导体衬底101；位于半导体衬底101上的反射层102，所述反射层102远离半导体衬底101的一侧具有第一反射表面103，所述反射层102的材质为金属；所述第一反射表面103上方设置透明绝缘层107；所述第一反射表面103和透明绝缘层107上方具有至少一个反射条带104，所述反射条带104与所述第一反射表面103之间具有一定间隔，所述反射条带104具有第二反射表面106，所述反射条带104的材质为金属；所述反射条带104之间具有至少一个开口105，用于使光线通过并且入射到下方的第一反射表面103上。

在所述反射条带104和反射层102之间施加静电力，反射条带104发生偏移，反射条带与透明绝缘层107接触，反射条带偏移的距离取决于透明绝缘层107的厚度；静电力撤去后，反射条带104回到初始位置(即偏移前的位置)。

以待调制光线波长为λ为例，现有的光栅光阀工作原理如下：所述反射条带104静电力的作用下向半导体衬底101偏移，所述偏移距离设置为λ/4的奇数倍，使得入射所述光栅光阀的表面的光线形成衍射。具体地，入射光线在光栅光阀100表面被分为第一部分光线和第二部分光线，其中第一部分光线被第二反射表面106反射，第二部分光线通过开口105入射至第一反射表面103，并且被第一反射表面103反射，在反射条带104处发生衍射从而绕过所述反射条带104向上传播。由于被第一反射表面103反射后在反射条带104处衍射的第二部分光线与第一部分光线的频率相同，第一部分光线与第二部分光线的波长差为λ/2的奇数倍，因此第二部分光线在反射条带104上方与第一部分光线发生相消干涉，从而光栅光阀上方为全黑，没有光线输出。当控制反射条带104的静电力撤去后，反射条带104回复至初始位置，入射至所述光栅光阀的光线也被分为第一部分光线和第二部分光线，其中第一部分光线被第二反射表面106反射，第二部分通过开口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反射的第二部分光线在反射条带104处发生衍射从而绕过所述反射条带104向上传播。此时第二部分光线与第一部分光线波长差为λ/2的奇数倍以外的其他距离，从而第二部分光线与第一部分光线共同输出。

从上述分析可以看出，现有技术根针对特定调制光线的波长，对应设置光栅光阀的反射条带104的偏移距离，从而对应设置透明绝缘层107的厚度。在透明绝缘层107的厚度确定后，对应的偏移距离为固定值，光栅光阀调制与偏移距离对应的光线；当光线的波长为其他波长的情况，所述光栅光阀将无法调制，因为现有的光栅光阀是针对特定调制光线的波长设定的反射条带的偏移距离，该偏移距离无法通过调制静电力的大小进行调节，只能够调制一种波长的光线，即现有光栅光阀仅能够调制一种颜色光线。若要应用于彩色显示系统(形成彩色像素)，现有技术至少需要3个光栅光阀配合工作。其中一个光栅光阀专用于调制红色光线，另一个光栅光阀专用于调制蓝色光线，第三个光栅光阀专用于调制绿色光线。3个光栅光阀的在控制电路的控制下依次工作，分别输出对应的具有一定灰度的光线(包括红色光线、绿色光线、蓝色光线)。为了保证观察者看到的彩色像素具有对比度，现有光栅光阀输出的光线需要经过过滤透镜的过滤，仅使零阶光或一阶光透过到达观察者的视觉系统，经过过滤的光线在观察者的视觉系统中合成，成为一个彩色像素。