專利名稱：共振型微鏡光柵掃描式激光投影顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光投影顯示系統(tǒng)，特別涉及一種使用共振型微鏡實(shí)現(xiàn)光柵 掃描的激光投影顯示器。
背景技術(shù)：
大屏幕一直是顯示技術(shù)發(fā)展的重大方向之一，CRT在大屏幕化的進(jìn)程中逐 漸被淘汰，未來屏幕會(huì)更大，那么LCD技術(shù)就會(huì)面臨生產(chǎn)線成本極高的瓶頸。 但大屏幕化的趨勢不可逆轉(zhuǎn)，人們所要尋找的是一種新的方案。投影顯示是實(shí)現(xiàn)大屏幕的最廉價(jià)，最有效的方案。傳統(tǒng)投影技術(shù)有壽命短， 亮度底，發(fā)熱量大，體積大等缺點(diǎn)。在目前家用大屏幕顯示領(lǐng)域的競爭卻處于劣 勢。MEMS技術(shù)是隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，于20世紀(jì)80年代出現(xiàn)的新興交叉 學(xué)科，現(xiàn)在在生物、電子、醫(yī)療、傳感等領(lǐng)域展露強(qiáng)勁潛力并取得許多重大成果。 MEMS技術(shù)的優(yōu)勢在于體積小、重量輕、穩(wěn)定性好、能耗小。將MEMS技術(shù)引 進(jìn)投影技術(shù)的重大成果之一就是DLP技術(shù)。激光技術(shù)是隨著人類對(duì)光的本質(zhì)探究的深入，于上世紀(jì)60年代發(fā)展起來的 新興技術(shù)，它的特殊性質(zhì)是以前任何一種光源所不能比擬的。將激光技術(shù)運(yùn)用于 顯示技術(shù)，首先能極大地提高發(fā)光效率。實(shí)現(xiàn)小功耗，高亮度。其次是更好地重 現(xiàn)自然色彩，據(jù)統(tǒng)計(jì)，傳統(tǒng)的使用磷光體和燈泡的顯示器只能表達(dá)出人眼所見自 然色彩的30%，而激光顯示能表達(dá)出83%。在這樣的背景下，將MEMS技術(shù)和激光技術(shù)應(yīng)用于顯示領(lǐng)域顯然是今后的 一個(gè)趨勢。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種有助于提高系統(tǒng)可靠性并能夠增大驅(qū)動(dòng)力矩，相應(yīng)減小驅(qū)動(dòng) 力的共振型微鏡光柵掃描式激光投影顯示裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種共振型微鏡光柵掃描式激光投影顯示裝置，由紅、綠、藍(lán)激光器、光纖 混色器、掃描微、第二反射鏡、靜態(tài)鏡及屏幕組成，紅、綠、藍(lán)激光器發(fā)出的光 經(jīng)光纖混色器、掃描微、第二反射鏡及靜態(tài)鏡，投射到屏幕上，掃描微采用共振 型掃描微鏡，該共振型掃描微鏡包括下基板及上透光板，在下基板與上透光板 之間設(shè)有鏡面及靜電驅(qū)動(dòng)器且上透光板位于鏡面的上方，在下基板上設(shè)有支架， 鏡面通過設(shè)在鏡面左右兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)臂與支架連接，上述靜電驅(qū)動(dòng)器包括動(dòng)極板及 定極板，動(dòng)極板與定極板相面對(duì)，動(dòng)極板與鏡面的側(cè)面連接。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1. 本顯示系統(tǒng)由于采用激光作為光源，激光具有最飽和的顏色，可以很有 效地?cái)U(kuò)展色三角形的區(qū)域，與使用熒光粉或是弧光燈做光源的微反射鏡 投影系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具有更寬闊的色閾。2. 相對(duì)于線性矩陣或是面矩陣式的微反射鏡激光投影技術(shù)，比如利用DLP芯片的激光投影等，激光光柵掃描方式在不改變微反射鏡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的情 況下非常容易提高分辨率，使得系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)極高的分辨率，而矩陣式微 反射鏡激光投影技術(shù)卻要求重新設(shè)計(jì)芯片，并且隨著矩陣數(shù)目的加大以 及矩陣單元結(jié)構(gòu)小型化，對(duì)制造工藝也是一種挑戰(zhàn)。所以光柵掃描式結(jié) 構(gòu)的擴(kuò)容性更好，具有極小的形狀系數(shù)。3. 相對(duì)于LCOS激光投影技術(shù)的液晶透射結(jié)構(gòu)，本系統(tǒng)的反射結(jié)構(gòu)的光學(xué) 效率更高。降低了對(duì)光源亮度的要求，從而降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，降低 成本。4. 相對(duì)于傳統(tǒng)的非共振型雙掃描投影裝置，本系統(tǒng)的突出有點(diǎn)在于機(jī)械效 率高。在共振條件下，很小的驅(qū)動(dòng)電壓就可以產(chǎn)生很大的擺幅。5. 本系統(tǒng)中的新型共振型微反射鏡的優(yōu)點(diǎn)在于，拉大梳狀靜電驅(qū)動(dòng)器部分 與轉(zhuǎn)動(dòng)軸之間的距離，這樣產(chǎn)生相同的力矩只要用更小的力，即僅需要 更小的靜電引力，從而降低了驅(qū)動(dòng)電壓的要求，而連接梳狀靜電驅(qū)動(dòng)器 部分的那一部分和鏡面是同樣的材料，就意味著加大了垂直于轉(zhuǎn)動(dòng)軸方 向的鏡面面積，而這部分面積很有意義，可以降低入射激光束對(duì)準(zhǔn)的精 度要求，原來需要對(duì)準(zhǔn)正中，現(xiàn)在即使偏一些也在允許范圍內(nèi)。這使得 在系統(tǒng)處于振動(dòng)等外部不利條件下仍可以保持可靠性。6. 本系統(tǒng)中的新型共振型微反射鏡釆用梳狀靜電驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)在于增加兩 電極之間的有效面積，從而增加電容。使得在相同的驅(qū)動(dòng)電壓條件下在 電極兩端產(chǎn)生更多的電荷，從而增大靜電引力。 7.本系統(tǒng)中的新型共振型微反射鏡的生產(chǎn)工藝過程簡單，成品尺寸大小在 幾個(gè)毫米左右，鏡面大小只有一個(gè)毫米，可以在一片原片上制造若干， 可以將成本降至極低。


圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明共振型微反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明共振型微反射鏡的制備工藝流程圖。
具體實(shí)施方式
一種共振型微鏡光柵掃描式激光投影顯示裝置，由紅、綠、藍(lán)激光器l、光 纖混色器2、掃描微3、第二反射鏡4、靜態(tài)鏡5及屏幕6組成，紅、綠、藍(lán)激 光器1發(fā)出的光經(jīng)光纖混色器2、掃描微3、第二反射鏡4及靜態(tài)鏡5，投射到 屏幕6上，掃描微3采用共振型掃描微鏡，該共振型掃描微鏡包括下基板311 及上透光板312，在下基板311與上透光板312之間設(shè)有鏡面32及靜電驅(qū)動(dòng)器 且上透光板312位于鏡面32的上方，在下基板311上設(shè)有支架33，鏡面32通 過設(shè)在鏡面32左右兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)臂321與支架33連接，上述靜電驅(qū)動(dòng)器包括動(dòng)極 板41及定極板42，動(dòng)極板41與定極板42相面對(duì)，動(dòng)極板41與鏡面32的側(cè)面 連接，動(dòng)極板41可以采用1個(gè)并與鏡面32的單個(gè)側(cè)面連接，動(dòng)極板41也可以 采用2個(gè)并與鏡面32的上下兩個(gè)側(cè)面連接。所述的共振型微鏡光柵掃描式激光 投影顯示裝置，動(dòng)極板41采用梳狀電極板。所述的共振型微鏡光柵掃描式激光 投影顯示裝置，其特征在于定極板42采用梳狀電極板。所述的共振型微鏡光柵 掃描式激光投影顯示裝置，在動(dòng)極板41與鏡面32的側(cè)面之間設(shè)有用于增大驅(qū)動(dòng) 力矩的電極支撐臂322。所述的共振型微鏡光柵掃描式激光投影顯示裝置，電極 支撐臂322由鏡面32延伸形成。下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明作出更為具體的說明 本發(fā)明采用的結(jié)構(gòu)如附圖1本顯示系統(tǒng)由視頻處理模塊，控制模塊5，共振型掃描微鏡，第二反射鏡， 激光器及調(diào)制器，光纖混色器組成。首先，視頻信號(hào)經(jīng)過視頻處理模塊后得到需顯示的信號(hào)序列，將這一序列加 到激光調(diào)制器上，實(shí)現(xiàn)灰度控制。將調(diào)制后的三束激光引入光纖實(shí)現(xiàn)混色。以實(shí)現(xiàn)彩色顯示。出射光照在共振 型微反射鏡上，實(shí)現(xiàn)行掃。然后光束射向第二反射鏡，實(shí)現(xiàn)列掃?？刂颇K負(fù)責(zé)控制微鏡實(shí)現(xiàn)行掃和列掃。不同制式的微鏡共振頻率如下表:顯示類 型QVGAVGASVGAXGASXGAUXGAHDTV水平分 辨率3206408001024128016001920垂直分 辨率240480600768102412001080行掃頻 率(Hz)8000160002畫025600341334000036000傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的掃描鏡在這樣的頻率條件下，驅(qū)動(dòng)難度極大，需要很高的驅(qū)動(dòng)電 壓，才能實(shí)現(xiàn)較寬的偏轉(zhuǎn)角度。數(shù)值模擬表明，在外部驅(qū)動(dòng)電壓不變的條件下， 改變驅(qū)動(dòng)頻率，相同器件在共振的條件下與不共振的條件下的振幅相差達(dá)到數(shù)千 倍。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的掃描鏡尺寸較大，共振頻率只有幾百赫茲，不能實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)目的。本系統(tǒng)中的核心部件是共振型微反射鏡。微鏡由懸臂、鏡面、梳狀靜電驅(qū)動(dòng)器電極支撐臂四部分組成，結(jié)構(gòu)如附圖2微鏡的工作原理為，在靜電驅(qū)動(dòng)器上施加電壓后，靜電力相對(duì)于懸臂軸有一 個(gè)力矩，使得微鏡轉(zhuǎn)動(dòng)某個(gè)角度。若電壓周期性改變，則可實(shí)現(xiàn)微鏡的周期性扭 轉(zhuǎn)振動(dòng)。從而實(shí)現(xiàn)光束掃描的作用。微鏡的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在顯示系統(tǒng)做要求的行掃頻率與列掃頻率下，以較小的驅(qū) 動(dòng)電壓達(dá)到較大的擺幅，以實(shí)現(xiàn)寬視角。換句話說就是以較少的電磁能量輸入得 到較大的機(jī)械效應(yīng)。研究表明只有使得微鏡的扭轉(zhuǎn)共振頻率與所要求的行掃頻 率、列掃頻率相一致。才能達(dá)到這個(gè)目的，我們稱之為共振型微反射鏡。微鏡的共振頻率滿足以下方程"0 =2兀/0 = A是指彈性常數(shù)，/是指轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，^G是自然頻率<formula>formula see original document page 7</formula>t為彈性梁的厚度，》、為彈性梁的寬度，t為彈性梁的長度。 按照此關(guān)系，鏡面形狀，鏡面形狀，都會(huì)影響到轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。而懸臂的長度、寬度、高度、材質(zhì)都會(huì)影響到k。而驅(qū)動(dòng)部件的位置與結(jié)構(gòu)則影響到驅(qū)動(dòng)電壓的大小，是能不能降低驅(qū)動(dòng)電壓的關(guān)鍵之一。綜上所訴，微鏡的設(shè)計(jì)過程是的實(shí)證的過程，類似于尋找一個(gè)平衡點(diǎn)的過程。 任何參數(shù)的變化都會(huì)使得共振這一條件不再成立。我們所設(shè)計(jì)的微鏡，鏡面長2600微米左右，寬1000微米，懸臂長為1000 微米，寬為100微米。厚度為70微米。通過這種參數(shù)的微反射鏡與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的 反射鏡相比的最主要特征就是尺寸小。不能通過傳統(tǒng)的制造方式得到。微鏡的制造使用淀積工藝，制作過程如附圖首先是上半部分的制作首先在玻璃上制作穿孔，然后鍵合一層多晶硅并拋 光，之后制作信號(hào)線以及用于與下半部連接的部件。再之后腐蝕出梳狀驅(qū)動(dòng)部件。其次是下半部分的制作首先在硅襯底上鍵和一層隔離層，通常選用phosphosilicate glass。將隔離層腐蝕成所需的形狀，再在其上淀積一層多晶硅， 之后再腐蝕出我們做需要的鏡面形狀。然后有選擇地去除隔離層。將上下兩部分連在一起，就得到本發(fā)明的核心部件。過程如附圖3。
權(quán)利要求
1、一種共振型微鏡光柵掃描式激光投影顯示裝置，由紅、綠、藍(lán)激光器(1)、光纖混色器(2)、掃描微(3)、第二反射鏡(4)、靜態(tài)鏡(5)及屏幕(6)組成，紅、綠、藍(lán)激光器(1)發(fā)出的光經(jīng)光纖混色器(2)、掃描微(3)、第二反射鏡(4)及靜態(tài)鏡(5)，投射到屏幕(6)上，其特征在于掃描微(3)采用共振型掃描微鏡，該共振型掃描微鏡包括下基板(311)及上透光板(312)，在下基板(311)與上透光板(312)之間設(shè)有鏡面(32)及靜電驅(qū)動(dòng)器且上透光板(312)位于鏡面(32)的上方，在下基板(311)上設(shè)有支架(33)，鏡面(32)通過設(shè)在鏡面(32)左右兩端的轉(zhuǎn)動(dòng)臂(321)與支架(33)連接，上述靜電驅(qū)動(dòng)器包括動(dòng)極板(41)及定極板(42)，動(dòng)極板(41)與定極板(42)相面對(duì)，動(dòng)極板(41)與鏡面(32)的側(cè)面連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的共振型微鏡光柵掃描式激光投影顯示裝置，其特 征在于動(dòng)極板(41)采用梳狀電極板。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的共振型微鏡光柵掃描式激光投影顯示裝置， 其特征在于定極板(42)采用梳狀電極板。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的共振型微鏡光柵掃描式激光投影顯示裝置，其特 征在于在動(dòng)極板(41)與鏡面(32)的側(cè)面之間設(shè)有用于增大驅(qū)動(dòng)力矩的電極支 撐臂(322)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的共振型微鏡光柵掃描式激光投影顯示裝置，其特 征在于電極支撐臂(322)由鏡面(32)延伸形成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種使用共振型微鏡實(shí)現(xiàn)光柵掃描的激光投影顯示方法。由視頻處理模塊，控制模塊，共振型掃描微鏡，激光機(jī)及調(diào)制器，光纖混色器組成。視頻信號(hào)經(jīng)過視頻處理模塊后得到需顯示的信號(hào)序列，將這一序列加到激光調(diào)制器上，實(shí)現(xiàn)灰度控制。將調(diào)制后的三束激光引入光纖實(shí)現(xiàn)混色。以實(shí)現(xiàn)彩色顯示。出射光照在微反射鏡上?？刂颇K負(fù)責(zé)控制微鏡實(shí)現(xiàn)行掃和列掃。
文檔編號(hào)G02B26/10GK101149476SQ200710135118
公開日2008年3月26日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者劉文景, 湯勇明, 王保平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)