專利名稱：包括衍射光學(xué)調(diào)制單元的顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及調(diào)制光強度用的調(diào)制器及其制造方法，包括該調(diào)制器的紅外傳感器及其制造方法，以及包括該調(diào)制器的顯示裝置。
衍射光學(xué)調(diào)制器，通過利用衍射現(xiàn)象來對入射光的強度進行調(diào)制。傳統(tǒng)的衍射光學(xué)調(diào)制器，例如已被公開在O.Solgaard等人的″可變形光柵光學(xué)調(diào)制器″中，參見《光學(xué)通訊》，Vol，17，No.9，1992，5，1。公開在該文章中的衍射光學(xué)調(diào)制器是通過利用光的衍射作用來對光的強度進行調(diào)制的。該調(diào)制器可通過集成電路方法以縮小的尺寸制造，以使其適合于批量生產(chǎn)。
公開在該文中的衍射光學(xué)調(diào)制器，包括有硅片、在該硅片上外圍區(qū)域中形成的隔離層(或者氧化硅薄膜)，以及有許多細(xì)的介電桁條(或者富硅的氮化硅薄膜)構(gòu)成的光柵，其兩端由隔離層支撐住。在該光柵的上部表面上還提供有作為電極用的反光膜。當(dāng)電壓加到該反射膜和硅片之間時，使在其間產(chǎn)生出靜電力(或者庫倫力)，以使該光柵偏轉(zhuǎn)。其結(jié)果是，被偏轉(zhuǎn)光柵的下表面將同硅片的上部表面接觸。由于提供在光柵上表面上的反射膜和提供在硅片上表面上的反射膜之間的距離是隨所加電壓變化的，故衍射效率也隨之改變。
在傳統(tǒng)型衍射光學(xué)調(diào)制器中，該桁條是由介電材料制做的，而且該調(diào)制器是靠在桁條上表面和基片上表面提供的兩反射膜間施加電壓驅(qū)動的。因此，在對長波光如紅外光進行調(diào)制的情況下，上下電極之間的距離變大，以致于驅(qū)動電壓需要不利地提高。此外，桁條是由氮化物薄膜形成的，因而在薄膜中會產(chǎn)生很強的殘余拉伸應(yīng)力。氮化物薄膜中的殘余應(yīng)力，通常差不多有1千兆帕那樣大。在上述傳統(tǒng)型實例中，桁條是由富硅的氮化物薄膜形成的，以使殘余應(yīng)力減小到約為200兆帕。然而，按照這種方法去減小應(yīng)力，將拉伸應(yīng)力減小到這樣小是非常困難的，而且薄膜的均勻性將要降低。此外，隔離層是由氧化硅薄膜構(gòu)成的，然后通過濕腐蝕法(W/E)除去。當(dāng)光柵于漂洗之后進行干燥時，清洗液的表面張力會有害地使桁架粘附在基片表面上。為了解決這個問題，所采用的方法是，在桁條的下表面提供突起以防粘附，或者采用所謂的凍干方法，其中的桁條例如在清洗之后在純水中冷凍，并在真空下使冷凍的純水升華。然而，這兩種方法的缺點是使生產(chǎn)工藝變得復(fù)雜。
本發(fā)明的衍射光學(xué)調(diào)制器，包括有其一部分用作第一電極的平板，在該平板上形成的隔離層，以及由許多其一部分用作第二電極的桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支撐在隔離層之上。在該衍射光學(xué)調(diào)制器中，通過調(diào)節(jié)施加在第一及第二電極之間的電壓，可以改變桁條和平板之間的距離，從而控制衍射效率，并且在平板和許多桁條之間進一步提供有絕緣層。
在一實施例中，反射薄膜是在絕緣層表面上和桁條表面上形成的。
在另一實施例中，平板是由用作第一電極的半導(dǎo)體構(gòu)成的。
在又一實施例中，平板是由用作第一電極的導(dǎo)電層和支撐該導(dǎo)電層的絕緣基片構(gòu)成的。
在又一實施例中，至少桁條的下表面是由導(dǎo)電材料構(gòu)成的。
在又一實施例中，至少桁條的下表面是由基本上不會氧化的導(dǎo)電材料構(gòu)成的。
在又一實施例中，隔離層是由有機材料制成的。
在又一實施例中，導(dǎo)電材料選自一組由Au，Pt，Ti以及NiCr合金、CuNi合金、不銹鋼和導(dǎo)電的有機材料構(gòu)成的材料。
在又一實施例中，隔離層是由與許多桁條材料相同的材料構(gòu)成。
在又一實施例中，支撐在隔離層上的桁條的寬度，沿其縱向方向小于該桁條厚度的兩倍。
根據(jù)本發(fā)明另一方面的衍射光學(xué)調(diào)制器，包括有其一部分用作第一電極的平板，以及上表面和下表面；在平板上表面上形成的隔離層，以及由許多其一部分用作第二電極的桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支撐在隔離層之上。在該衍射光學(xué)調(diào)制器中，通過調(diào)節(jié)施加在第一和第二電極之間的電壓，可以改變桁條和平板之間的距離，從而控制衍射效率。而且，由絕緣材料構(gòu)成的第一個減反射膜進一步提供在該平板上表面之上，而由絕緣材料構(gòu)成的第二個減反射膜進一步提供在該平板下表面之上；并且每一桁條都由用作第二電極的細(xì)束狀反射膜構(gòu)成；且由導(dǎo)電材料制造，并在細(xì)束狀反射膜上形成有彈性層。
根據(jù)本發(fā)明又一方面的衍射光學(xué)調(diào)制器，包括有其一部分用作第一電極的平板，在該平板上形成的隔離層，以及由許多其一部分用作第二電極的桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支撐在隔離層之上。
在該衍射光學(xué)調(diào)制器中，通過調(diào)節(jié)施加在第一和第二電極之間的電壓，可以改變桁條和平板之間的距離，從而控制衍射效率。而且，這許多桁條的配置方式，是使這許多桁條和平板之間的可變動距離在入射光的光軸方向上變?yōu)樽钚　?br> 根據(jù)本發(fā)明又一方面的衍射光學(xué)調(diào)制器，包括有其一部分用作第一電極的平板，在該平板上形成的隔離層，以及由許多其一部分用作第二電極的桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支撐在隔離層之上，在該衍射光學(xué)調(diào)制器中，通過改變施加在第一和第二電極之間的電壓，可以改變桁條和平板之間的距離，從而控制衍射效率，而且這許多桁條的厚度可以調(diào)節(jié)，以使其在入射光的光軸方向上為最小。
在一實施例中，第一電極是接地的，而且電壓是加在細(xì)束狀反射膜上面。
在另一實施例中彈性層是由與細(xì)束狀反射膜相同的材料制成的。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供一種制造衍射光學(xué)調(diào)制器的方法。該方法包括以下步驟在平板上沉積用作隔離層的第一膜層，并在此隔離層之上沉積起桁條作用的第二膜層。按照該方法，在沉積第一膜層的步驟中，第一膜層的沉積是，當(dāng)位于沉積源(用來將第一膜層所需材料提供給平板)和平板之間的屏蔽板移動時進行的，從而在相應(yīng)位置改變第一膜層的厚度。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供一種制造衍射光學(xué)調(diào)制器的方法。該方法包括以下步驟在平板上沉積用作隔離層的第一膜層，并在此隔離層之上沉積起桁條作用的第二膜層。按照該方法，在沉積第二膜層的步驟中，第二膜層的沉積是，當(dāng)位于沉積源(用來將第二膜層所需材料提供給平板)和平板之間的屏蔽板移動時進行的，從而在相應(yīng)位置改變第二膜層的厚度。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供一種制造衍射光學(xué)調(diào)制器的方法。該方法包括如下步驟在其一部分用作一電極的平板上加工出絕緣薄膜，在該絕緣膜上沉積一層有機物薄膜，在有機物薄膜上沉積出導(dǎo)電的細(xì)薄膜，賦于該導(dǎo)電薄膜以圖型，從而形成許多用作第二電極的桁條，并且通過干腐蝕法除去有機物薄膜的預(yù)定部分，從而形成用于支撐這許多桁條兩端的隔離層。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供一種驅(qū)動衍射光學(xué)調(diào)制器的方法。按照該方法，電壓是以具有相等絕對值且極性相反的矩形波形分別施加在第一電極和第二電極上的。
根據(jù)本發(fā)明又一方面提供的紅外傳感器，包括有會聚紅外光用的透鏡和熱電元件。在該紅外傳感器中，衍射光學(xué)調(diào)制器進一步被提供用于接收該透鏡會聚的紅外光并將其至少一部分輸出給熱電元件。該衍射光學(xué)調(diào)制器包括有其一部分用作第一電極的平板，在該平板上形成的隔離層，以及由許多其一部分用作第二電極的桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支撐在隔離層之上。在此紅外傳感器中，通過調(diào)節(jié)施加在第一和第二電極之間的電壓，可以改變桁條和平板之間的距離，從而控制衍射光學(xué)調(diào)制器的衍射效率。
在一實施例中，紅外傳感器進一步包括與熱電元件相連的信號放大器，用于將由熱電元件接收的表示紅外光大小的電信號輸出以及與衍射光學(xué)調(diào)制器的第一及第二電極和信號放大器及熱電元件相連的許多電極引線，這些電極引線從密封外殼底面上向外伸出。
在另一實施例中，紅外傳感器進一步包括，用由支撐熱電元件和信號放大器的支撐板。
在又一實施例中，至少許多電極引線之一伸到密封外殼內(nèi)部，而且至少有一根電極引線支承該支撐板。
在又一實施例中，紅外傳感器進一步包括，位于熱電元件和衍射光學(xué)元件之間并且接地的屏蔽罩。
在又一實施例中，衍射光學(xué)調(diào)制器相對于密封外殼上表面具有45°或者更小的傾斜角(θt)。
在又一實施例中，傾斜角(θt)為25°或者更小。
在又一實施例中，支撐板是傾斜放置的，以使相對于該平板主平面的法線與透鏡光軸不平行。
在又一實施例中，衍射光學(xué)調(diào)制器的配置，是使只有被光柵衍射的零級衍射光能夠入射在熱電元件上，而且零級以外的衍射光都不入射在熱電元件上。
在又一實施列中，零級衍射光的大小，是根據(jù)桁條和衍射光學(xué)調(diào)制器平板之間距離的變化而變化的。
在又一實施例中，帶有開口的密封外殼中包括衍光學(xué)調(diào)制器和熱電元件。
在又一實施例中，提供有會聚紅外光用的透鏡，以便遮蓋密封外殼的開口。
在又一實施例中，密封外殼包括有用于支承透鏡的上表面，與上表面平行的下表面，以及用于支承衍射光學(xué)調(diào)制器的傾斜件，以使衍射光學(xué)調(diào)制器能以傾斜角(θt)相對下表面傾斜，且衍射光學(xué)調(diào)制器裝在此傾斜件上面。
在又一實施例中，會聚紅外光用的透鏡是衍射透鏡。
在又一實施例中，會聚紅外光用的透鏡是有與透鏡的相位調(diào)制相應(yīng)的波紋形結(jié)構(gòu)，而且是由選自Si，Ge，GaAs，InP，GaP，ZnSe，ZnS一組的材料制成的。
在又一實施例中，光柵的周期為紅外光波長的七倍或者更高。
在又一實施例中，許多桁條的配置，是使光柵的可變動距離在入射紅外光的光軸方向上變?yōu)樽钚　?br> 在又一實施例中，許多桁條的厚度是可調(diào)的，以便在入射紅外光的光軸方向上為最小。
在又一實施例中，衍射光學(xué)調(diào)制器的配置，是使平行于平板主平面且垂直于桁條的方向與透鏡的光軸垂直。
在又一實施例中，桁條的可變動距離被設(shè)置為λ/(4cosθ)，其中λ為紅外光的波長，θ為相對于衍射光學(xué)調(diào)制器平板主平面的法線和透鏡光軸之間形成的角度。
在又一實施例中，桁條的厚度被設(shè)置為λ/(4cosθ)，其中λ為紅外光的波長，θ為相對于衍射光學(xué)調(diào)制器平板主平面的法線和透鏡光軸之間形成的角度。
在又一實施例中，衍射光學(xué)調(diào)制器和桁條之間配備有絕緣層。
在又一實施例中，衍射光學(xué)調(diào)制器的桁條是由導(dǎo)電材料構(gòu)成的。
根據(jù)本發(fā)明又一方面的紅外傳感器，包括有用于輸出至少一部分入射的紅外光的衍射光學(xué)調(diào)制器，透鏡和熱電元件。在該紅外傳感器中，由透鏡將由衍射光學(xué)調(diào)制器輸出的紅外光會聚在熱電元件上，而且衍射光學(xué)調(diào)制器包括其一部分用作第一電極的平板，在該平板上形成的隔離層，以及由許多其一部分用作第二電極的桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支承在隔離層之上。在該紅外傳感器中，通過調(diào)節(jié)施加在第一和第二電極之間的電壓，可以改變桁條和平板間的距離，從而控制衍射光學(xué)調(diào)制器的衍射效率。
在一實施例中，紅外傳感器進一步還包括與熱電元件相連的信號放大器，用于輸出一個表示由熱電元件接收的紅外光大小的電信號；以及許多與衍射光學(xué)調(diào)制器的第一及第二電極和信號放大器及熱電元件相連的電極引線，這些電極引線都由密封外殼的底面的向外伸出。
在另一實施例中，帶有開口的密封外殼中，包括有衍射光學(xué)調(diào)制器、熱電元件和透鏡。
在又一實施例中，提供有紅外波長濾光片，以便遮蓋密封外殼的開口。
在又一實施例中，紅外傳感器進一步包括，為開口配備的開口控制機構(gòu)。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供一種制造紅外傳感器的方法。該紅外傳感器包括，用于會聚紅外光的透鏡，熱電元件，以及用于接收透鏡會聚的紅外光并將至少一部分紅外光輸出給熱電元件的衍射光學(xué)調(diào)制器。制造該衍射光學(xué)調(diào)制器的方法包括如下步驟在平板上沉積出用作隔離層的第一層膜，并在隔離層上面沉積出用作柵條的第二層膜。按照這種方法，在沉積第一層膜的步驟中，第一層膜的沉積是，當(dāng)位于沉積源(用于將第一膜層材料提供給平板)和平板之間的屏蔽板移動時進行的，從而在相應(yīng)部位改變第一層膜的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種制造紅外傳感器的方法。該紅外傳感器包括，用于會聚紅外光的透鏡，熱電元件，以及用于接收透鏡會聚的紅外光并將至少一部分紅外光輸出給熱電元件的衍射光學(xué)調(diào)制器。制造該衍射光學(xué)調(diào)制器的方法包括如下步驟在平板上沉積出用作隔離層的第一層膜，并在隔離層上面沉積出用作衍條的第二層膜。按照這種方法，在沉積第二層膜的步驟中，第二層膜的沉積是，當(dāng)位于沉積源(用于將第二膜層材料提供給平板)和平板之間的屏蔽板移動時進行的，從而在相應(yīng)部位改變第二層膜的厚度。
根據(jù)本發(fā)明又一方面，提供一種制造紅外傳感器的方法。該紅外傳感器包括用于會聚紅外光的透鏡，熱電元件，以及用于接收透鏡會聚的紅外光并將至少一部分紅外光輸出給熱電元件的衍射光學(xué)調(diào)制器。制造該衍射光學(xué)調(diào)制器的方法包括如下步驟在其一部分用作第一電極的平板上形成絕緣薄膜，在該絕緣薄膜上面沉積一層有機物薄膜，在該有機物薄膜上面沉積出導(dǎo)電的細(xì)薄膜，賦于該導(dǎo)電細(xì)薄膜以圖型，從而形成許多用作第二電極的桁條，并且通過于腐蝕法除去有機物薄膜的預(yù)定部分，從而形成用于支撐這許多桁條兩端的隔離層。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種顯示裝置。該顯示裝置包括一個光源，一個在由光源發(fā)出的光的光路上配置的衍射光學(xué)調(diào)制單元，以及一個用于使該衍射光學(xué)調(diào)制單元輸出的光成象的光學(xué)元件。該衍射光學(xué)調(diào)制單元配備有衍射光柵裝置，從而對衍射光柵裝置的衍射效率進行控制。
在一實施例中，衍射光柵裝置為反射型裝置。
在另一實施例中，衍射光柵裝置的柵距為光波段中心值的七倍或者更高。
在又一實施例中，衍射光學(xué)調(diào)制單元包括按二維排列作為衍射光柵裝置的許多衍射光學(xué)調(diào)制器，以及分別與許多象素對應(yīng)的許多衍射光學(xué)調(diào)制器。許多衍射光學(xué)調(diào)制器中的每個調(diào)制器都包括其一部分用作第一電極的平板，在該平板上形成的隔離層，以及由其一部分用作第二電極的許多桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支承在隔離層之上。衍射光學(xué)調(diào)制器，通過調(diào)節(jié)施加在第一和第二電極之間的電壓而改變桁條和平板之間的間隙，從而對其衍射效率進行控制。
在又一實施例中，許多衍射光學(xué)調(diào)制器進一步還包括在平板和許多桁條之間形成的絕緣層。
在又一實施例中，在這許多衍射光學(xué)調(diào)制器的相鄰調(diào)制器之間提供有用于形成相位差為光波長一半的區(qū)域。
在又一實施例中，該顯示裝置進一步包括分光裝置，用于將光源發(fā)出的光分成許多具有不同波段的光束。衍射光學(xué)調(diào)制單元則安裝在此許多光束的每一光束的光路上。
在又一實施例中，衍射光學(xué)調(diào)制單元包括按二維方式排列為衍射光柵裝置的許多衍射光學(xué)調(diào)制器，以及分別與許多象素對應(yīng)的許多衍射光學(xué)調(diào)制器。許多衍射光學(xué)調(diào)制器中的每個調(diào)制器都包括其一部分用作第一電極的平板，在該平板上形成的支撐桁條，以及由其一部分用作第二電極的許多桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支撐在支撐桁條之上。支撐桁條的寬度小于許多桁條中每一桁條可變動部分的寬度。衍射光學(xué)調(diào)制器，通過調(diào)節(jié)施加在第一及第二電極之間的電壓而改變桁條和平板之間的間隙，從而對其衍射效率進行控制。
因此，在此描述的本發(fā)明使得下述優(yōu)點成為可能(1)提供一種衍射光學(xué)調(diào)制器，可以較小的尺寸規(guī)格容易制造，并可以較低的電壓驅(qū)動，并呈現(xiàn)特別好的耐久性和響應(yīng)特性，以及用于制造該調(diào)制器的方法；(2)提供包括這種衍射光學(xué)調(diào)制器的紅外傳感器及其制造方法，以及(3)提供包括這種衍射光學(xué)調(diào)制器的顯示裝置。
本發(fā)明的這些以及其它一些優(yōu)點，對于發(fā)領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員來說，依據(jù)閱讀和理解參照附圖所作的以下詳細(xì)描述，將變得更清楚。


圖1為表示根據(jù)本發(fā)明第一實例的紅外傳感器基本結(jié)構(gòu)的截面圖；圖2為表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的衍射光學(xué)調(diào)制器和熱電元件之間位置關(guān)系，從密封外殼上方看到的平面圖；圖3A為未加電壓狀態(tài)下第一實例中衍射光學(xué)調(diào)制器截面圖，而圖3B為加電壓狀態(tài)下該調(diào)制器截面圖；圖4為對于本發(fā)明第一實例的紅外傳感器，表示衍射效率和衍射光學(xué)調(diào)制器中相位移大小之間關(guān)系的曲線圖；圖5為對于本發(fā)明第二實例的紅外傳感器，表示其衍射光學(xué)調(diào)制器基本結(jié)構(gòu)的截面圖；圖6為示意表示第二實例的制造方法中沉積薄膜工藝的截面圖；圖7A為根據(jù)本發(fā)明第三實例的紅外傳感器平面圖，而圖7B為沿圖7A中A-A′線所取的截面圖；圖8A至8G為對于生產(chǎn)本發(fā)明第三實例的衍射光學(xué)調(diào)制器的方法步驟的截面圖；圖9A為未加電壓狀態(tài)下，第三實例中衍射光學(xué)調(diào)制器的截面圖，而圖9B為加電壓狀態(tài)下，該調(diào)制器的截面圖；圖10為對于本發(fā)明第四實例的紅外傳感器，其衍射光學(xué)調(diào)制器的截面圖；圖11A至圖11I為對于制造本發(fā)明第四實例中衍射光學(xué)調(diào)制器的方法步驟的截面圖；圖12A為未加電壓狀態(tài)下，第四實例中衍射光學(xué)調(diào)制器的截面圖，而圖12B為加電壓狀態(tài)下，該調(diào)制器的截面圖；圖13為對于本發(fā)明第五實例的紅外傳感器中，衍射光學(xué)調(diào)制器的截面圖；圖14A至14G為對于制造本發(fā)明第五實例中衍射光學(xué)調(diào)制器的方法步驟的截面圖；圖15A至15C表示加在本發(fā)明衍射光學(xué)調(diào)制器上的驅(qū)動電壓的典型波形；圖16為對于本發(fā)明第六實例的紅外傳感器的結(jié)構(gòu)和排列的透視圖；圖17為根據(jù)本發(fā)明第六實例表示安裝在紅外傳感器支撐板上的裝置的基本結(jié)構(gòu)的透視圖；圖18為表示本發(fā)明第六實例中紅外傳感器基本結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖19A為根據(jù)本發(fā)明第六實例的衍射光學(xué)調(diào)制器平面圖，而圖19B為沿圖19A中A-A′所取的截面圖；圖20A至20F為對于制造本發(fā)明第六實例的衍射光學(xué)調(diào)制器的方法步驟的截面圖；圖21A為表示當(dāng)電壓斷開時第六實例中衍射光學(xué)調(diào)制器如何工作的截面圖，而圖21B為表示當(dāng)電壓接通時，其如何工作的截面圖；圖22A為表示第六實列的衍射光學(xué)調(diào)制器中傾斜角和桁條最佳厚度之間關(guān)系的曲線圖，而圖22B為表示傾斜角和驅(qū)動電壓增大之間關(guān)系的曲線圖；圖23A為第六實例的衍射光學(xué)調(diào)制器(其桁條具有被氧化的下表面)中，表示由于加電壓造成的電荷狀態(tài)的截面圖；圖23B表示在其相接觸部位附近電子的運行狀態(tài)；圖23C表示在其相接觸部位附近由于去掉所加電壓造成的電荷的狀態(tài)；圖24為表示謀求驅(qū)動衍射光學(xué)調(diào)制器同時強制去除其殘余電荷的典型波形變化的曲線；圖25A為表示當(dāng)電壓接通時第六實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中的電荷運行狀態(tài)的截面圖，而圖25B為當(dāng)電壓斷開時表示其電荷運行狀態(tài)的截面圖；圖26為表示根據(jù)本發(fā)明第七實例的紅外傳感器基本結(jié)構(gòu)的側(cè)面圖；圖27A為根據(jù)本發(fā)明第八實例的衍射光學(xué)調(diào)制器的平面圖，而圖27B為沿圖27A中A-A′線所取的截面圖；圖28A至28E為沿圖27A中A-A′線所取的截面圖，表示用于制造本發(fā)明第八實例的衍射光學(xué)調(diào)制器的方法的各個步驟；圖29A至29E為沿圖27A中B-B′線所取的截面圖，表示用于制造本發(fā)明第八實例的衍射光學(xué)調(diào)制器的方法的各個步驟；圖30為表示根據(jù)本發(fā)明第九實例的紅外傳感器基本結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖31為根據(jù)本發(fā)明第十實例的衍射光學(xué)調(diào)制器的截面圖；圖32A至32F為表示用于生產(chǎn)本發(fā)明第十實例的衍射光學(xué)調(diào)制器的方法的各步驟截面圖；圖33A為表示當(dāng)未加電壓時第十實例的衍射光學(xué)調(diào)制器如何工作的截面圖，而圖33B為表示當(dāng)加電壓時該調(diào)制器如何工作的截面圖；圖34為根據(jù)本發(fā)明第十一實例的紅外傳感器截面圖；圖35為根據(jù)本發(fā)明第十二實例的紅外傳感器截面圖；圖36為根據(jù)本發(fā)明第十三實例的紅外傳感器截面圖37示意表示根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置的工作原理；圖38示意表示根據(jù)本發(fā)明實例的顯示裝置的布局；圖39A為根據(jù)本發(fā)明另一實例的顯示裝置的透視圖，而圖39B為沿圖39A中A-A′所取的截面圖；圖40A為根據(jù)本發(fā)明又一實例的顯示裝置的平面圖，而圖40B為沿圖40A中A-A′線所取的截面圖。
下面，本發(fā)明參照附圖通過實例加以說明。實例1參照附圖1至4，將對本發(fā)明第一實例的紅外傳感器進行描述。
本實例的紅外傳感器，包括在密封外殼開口上提供的透鏡，被封閉在密封外殼中的衍射光學(xué)調(diào)制器以及熱電元件。這樣一種布局，使得生產(chǎn)微型的紅外傳感器成為可能。衍射光學(xué)調(diào)制器本身也可用低的電能消耗驅(qū)動，并且在壽命和響應(yīng)速度方面極好。
如圖1所示，用于會聚紅外光的透鏡，具有與透鏡的相位調(diào)制相應(yīng)的波紋形光柵結(jié)構(gòu)。例如，該透鏡為一具有3mm孔徑和6mm焦距的衍射透鏡8。該透鏡是由許多同心的光柵環(huán)帶構(gòu)成的，而且這些環(huán)帶中的光柵周期，是朝著其外圍逐漸減小的。這些光柵環(huán)帶的橫截面，例如具有的最大凹槽深度為3μm，是一種所謂的多級形狀，例如大致具有按照四個梯級的鋸齒形狀。透鏡8通過利用衍射現(xiàn)象將入射的光會聚。這種衍射透鏡8是直接在硅片的反面形成的，其上沉積有起紅外波長濾光片作用的薄膜，而且該透鏡8設(shè)置在密封外殼5的開口上。按照這種結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)實例中要求的由硅制做的球面透鏡不再需要了。因此，很容易地就能以較低的成本制作較小的紅外傳感器。
這種衍射透鏡8，是通過相對于整個硅片兩次進行的光刻法步驟，繼之以活性離子蝕刻(RIE)工藝制造的。該方法能夠同時產(chǎn)生出每單塊硅片上多達數(shù)百至數(shù)千的透鏡。作為硅的替代物，基片(或者晶片)也可以由在紅外區(qū)為透明的Ge，GaAs，Inp，Gap，ZnSe或者ZnS來制做。
衍射光學(xué)調(diào)制器9，例如具有2.5mm×2.5mm的面積和0.4mm的厚度，而且在密封外殼5中相對電熱元件2是傾斜的。衍射光學(xué)調(diào)制器9是一塊反射的衍射光學(xué)元件，它可以通過控制施加其上的電壓改變其反射率(或者零級衍射效率)。在圖1及2表示的坐標(biāo)系中，衍射光學(xué)調(diào)制器9具有一個以角度θt(例如45°)相對于透鏡8的配置平面(xy平面)傾斜的配置平面(x′y平面)。其結(jié)果是，如圖1所示，波長λ為10μm的會聚紅外光7的光軸被衍射光學(xué)調(diào)制器9折彎例如90°，以使其零級衍射光11能夠入射在位于該調(diào)制器9左方的熱電元件2上。零級衍射光11按照由位于調(diào)制器9位置上的原始反射鏡反射光相同的方向射出。具有彎折光路的這種光學(xué)系統(tǒng)，其優(yōu)點是能夠降低密封外殼5的高度。
當(dāng)電壓加在此衍射光學(xué)調(diào)制器9上時，零級衍射光11消失，而且正一級的衍射光10a和負(fù)一級的衍射光10b在圖2中如虛線表示的那樣產(chǎn)生，以使這兩條光10a和10b中每條光與整個光之比為0.41。然后，這兩條衍射光10a和10b被會聚在熱電元件2的外邊。所以紅外光并不入射在熱電元件2上。因此，通過接通/斷開加在衍射光學(xué)調(diào)制器9上的電壓，可以改變?nèi)肷湓跓犭娫?上的紅外光的大小，因此可以按照普通斷續(xù)器同樣的方式操作衍射光學(xué)調(diào)制器9。
如圖2及圖3A和3B所示，這種衍射光學(xué)調(diào)制器9包括硅基片14以及由許多可以垂直運動的桁條121，122，……12N構(gòu)成的光柵12。該光柵12是由SiN層16或類似層形成的，并且具有2mm的長度，L為3.5μm的厚度，以及∧為100μm的光柵周期。
SiO2層13是作為隔離層提供在光柵12和基片14之間的。構(gòu)成光柵12的每條桁條的兩端均由此隔離層支承。光柵12和基片14之間的距離，例如為3.5μm。通過改變隔離層的厚度，可以調(diào)節(jié)此距離。
由Au制做的反射膜15a及15b，提供在光柵12的表面上和基片14的表面上。反射膜15a是通過隔離層13(SiO2層)與基片14絕緣的。
在本實例中，整個平板型的Si的基片14起著第一電極的作用。反射膜15a起著第二電極的作用。通過在基片14和反射膜15a之間加電壓。從而會在其間產(chǎn)生出靜電力，并且光柵12的被支承部分在其兩端附近會發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而使光柵12進入與基片14相接觸，如圖3b所示。光柵12的長度被設(shè)置為大于由圖2中虛線表示的光束的孔徑，例如1.8mm，當(dāng)會聚的紅外光7被衍射光學(xué)調(diào)制器9反射時，使該光完全被調(diào)制。然而，如果此長度設(shè)置太大，那么入射在被探測區(qū)域之外其它區(qū)域的不需要的紅外光，在光柵12未被利用的外圍區(qū)中就可能產(chǎn)生衍射，然后入射在熱電元件2上。因此，在本實例中，光柵12的長度被設(shè)置在約比被反射光束的孔徑大5-20％。
本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)，光柵12的最佳厚度和間隙(可移動距離)的最佳高度取決于衍射光學(xué)調(diào)制器9的傾角θt；SiN層16的厚度L為λ/4cosθt)，例如3.5μm，其中λ為入射光的波長；而且光柵12和基片14之間間隙的高度S也為λ/4(cosθt)，例如3.5μm。當(dāng)不加電壓時，沿Z′方向由光柵12表面上的反射層15a反射的光和由基片14表面上的反射層15b反射的光之間的相位移變?yōu)?π。由于相位是精確匹配的，所以衍射光學(xué)調(diào)制器9僅起反射鏡的作用，而且零級衍射光的衍射效率變?yōu)榻咏?00％(除了反射損失之外)，以致于只有零級的衍射(或反射)光11能夠產(chǎn)生。另一方面，當(dāng)加電壓時，則由反射層15a反射的光和由反射層15b反射的光之間的相移相應(yīng)地分別變?yōu)棣?。在這種情況下，由于相位彼此是完全相反的，所以零級衍效率變?yōu)?％，而且正、負(fù)一級衍射光10a和10b分別以41％的衍射效率產(chǎn)生。然而，即使高度S和厚度L多少有點變化，衍射光學(xué)調(diào)制器9仍可起到斷續(xù)器的作用。在由O.Solgaard等人在″可變形光柵光學(xué)調(diào)制器″一文公開的已有技術(shù)中，參見《光學(xué)通訊》，Vol，17，No.9，1992，5.1，被準(zhǔn)直的可見光(例如具有λ為0.6328μm的光波長)被垂直入射在該裝置(或衍射光學(xué)調(diào)制器)上，從而使入射光難以同反射的零級衍射光分開。此外，光柵的周期∧可以為2、3或者4μm，但光柵的寬度變?yōu)楣鈻胖芷诘囊话?，即?，1.5或者2μm。由于光柵的寬度太小，故此光柵難以制造。進一步說來，由于光柵的厚度或間隙的高度都非常小，例如約為0.2μm，故在其制造過程中，在沉積膜的厚度方面很可能產(chǎn)生誤差。因此，難以按照高的生產(chǎn)率生產(chǎn)出具有極好性能的衍射光學(xué)調(diào)制器。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的紅外傳感器，利用中心波長為10μm的紅外線作為入射光，使得要制造的光柵的寬度變得非常大，例如約為50μm。因而，很容易地就能實現(xiàn)形成光柵圖案的工藝。此外，最佳的光柵厚度和最佳的間隙高度兩者都變得非常大，例如約3.5μm，打算沉積的薄膜厚度也能得到非常滿意地控制。并且，通常在薄膜中容易產(chǎn)生的顆粒和細(xì)的不平整度，當(dāng)入射可見光時會給出不利的影響，例如使光散射。然而，本發(fā)明的紅外傳感器，在上述任何情況下均不受影響。
在本實例中，垂直于衍射光學(xué)調(diào)制器9的縱向方向(或者x′的方向)，且處在提供有光柵的表面上的光柵向量的方向(或者y方向)，是和由透鏡8會聚的紅外光7的光軸(或者-z方向)相垂的，而且衍射光學(xué)調(diào)制器9的配置平面(x′y平面)是相對透鏡8的配置平面(xy平面)傾斜的。本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)通過采用這種結(jié)構(gòu)，入射的會聚紅外光能夠令人滿意地與輸出的零級衍射光11分開；而且當(dāng)不加電壓時，零級衍射效率約為100％。
在本發(fā)明的紅外傳感器中，并非準(zhǔn)直光而是會聚光入射在衍射光學(xué)調(diào)制器9上。本發(fā)明還發(fā)現(xiàn)當(dāng)不加電壓時，沿y方向在光柵12的中心部位的桁條(例如當(dāng)桁條個數(shù)為10時的桁條124，125和126)中，零級衍射效率大約變?yōu)?00％；但是沿y′方向在光柵12外圍的桁條(例如桁條121，122，129和1210)中，零級衍射效率逐漸減小，這是由于光的入射角度是傾斜的。由于同樣的理由，當(dāng)加電壓時，在外圍桁條中的零級衍射效率從0％開始增大，而且可變光大小的寬度作為整體在減小。然而，正如本發(fā)明所揭露的那樣，假如光柵12的周期∧為紅外光波長的7倍或者更高些，即Λ/λ≥7，那么即使在光傾斜入射時，衍射效率的變化也不大，并且在本發(fā)明的紅外傳感器中，入射會聚光也不會產(chǎn)生問題。此外，在A/λ≥7的情況下，打算生產(chǎn)的光柵的線寬大到35μm或者更大，這種光柵很容易生產(chǎn)。
在本實例中，衍射光學(xué)調(diào)制器是通過利用Si基片來生產(chǎn)的?；蛘邠Q一種方式，通過在絕緣的基片如玻璃基片上形成導(dǎo)電層而獲得的基片，也可被使用。任何基片均可使用，只要該基片是用于支承光柵的平板形元件，且其一部分用作第一電極，以便在光柵和基片之間產(chǎn)生出靜電力。最好是采用半導(dǎo)體基片，因為細(xì)的圖案成形工藝如光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)在生產(chǎn)半導(dǎo)體器件的領(lǐng)域已被發(fā)現(xiàn)可用在生產(chǎn)光柵的過程中。這適用于所有以下實例。實例2參見圖5和圖6，將對根據(jù)本發(fā)明第二實例的紅外傳感器進行描述。
第二實例的紅外傳感器與第一實例的紅外傳感器的區(qū)別，僅在于衍射光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)。因此，以下將對衍射光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)進行描述。
在本實例中的衍射光學(xué)調(diào)制器9′中，如圖5所示，光柵12′的厚度L在相應(yīng)部位是變化的。這就是說，在入射的紅外光7的光軸方向上厚度L變?yōu)樽钚?例如厚度L4為λ/4cosθt)，并且厚度向著光柵12′的外圍逐漸增大(L1＞L2＞L3＞L4＜L5＜L6＜L7)。同樣的相互關(guān)系可應(yīng)用于光柵12′和基片14之間間隙的高度S方面。更準(zhǔn)確地說，在入射的紅外光7的光軸方向上光柵12′的可垂直移動距離也為最小(例如高度S為λ/4cosθt)，而且厚度是朝著光柵12′外圍逐漸增大的(S1＞S2＞S3＞S4＜S5＜S6＜S7)。在圖5中，衍射光學(xué)調(diào)制器在光柵12′中有7個桁條。然而，光柵12′中包含的桁條數(shù)目并不局限于此。
本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)，當(dāng)公式L＝λ/4cosθ.cosθt得到滿足時(其中L為光柵12′的厚度，θ為入射在光柵12′部分上的紅外光7的入射角)，且當(dāng)公式S＝λ/4cosθ.cosθt得到滿足時(其中S為間隙的高度)，可以避免在不加電壓時零級衍射效率的減小和加電壓時零級衍射效率的增大，而且外圍部分中的調(diào)制效率可以大到傾斜光入射的情況。因此，即使∧/λ＜7，而且光柵的周期很小，零級衍射光11的調(diào)制效率也可以很大。如果，或者厚度L或者高度S具有最佳分布，那么調(diào)制效率就可以改善。
圖5中表示的衍射光學(xué)調(diào)制器，是按照如下方式制造的。
首先在Si基片上沉積一層SiO2薄膜13，作為第一薄膜用于限定光柵12和Si基片14之間的距離。接下去，沉積打算作光柵12第二層薄膜的SiN薄膜16。當(dāng)沉積第一層薄膜時，在x′方向上伸展的細(xì)長的屏蔽板18，沿著y方向在用于沉積該薄膜的沉積源17和基片14之間運動，如圖6所示。通過控制屏蔽板18沿y方向運動的速度，可以控制該薄膜的沉積大小。其結(jié)果是，SiO2薄膜13的厚度可以控制。如果將屏蔽板18移動的速度設(shè)定為圍繞中心為低，而在外圍則高，那么SiO2薄膜13的厚度便可以得到如圖6所示的分布。假如在沉積第二層薄膜時執(zhí)行類似上述的工藝，那么SiN薄膜16的厚度分布也會象圖6中表示的SiO2薄膜那樣。
隨后，通過進行光刻和蝕刻工藝，便可形成圖5所示的光柵。
另一方面，通過使用帶有許多在x′方向上伸展的細(xì)長部分的屏蔽板18，就能很容易制造出衍射光學(xué)調(diào)制器9′的陣列。實例3參照圖7A及7B，將對本發(fā)明第三實例的紅外傳感器進行描述。第三實例的紅外傳感器與第一實例紅外傳感器的區(qū)別，僅在于衍射光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)。因此，以下將對衍射光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)進行描述。
本實例衍射光學(xué)調(diào)制器的設(shè)計，是對波長λ為10.6μm，具有θt為45°入射角的紅外光進行調(diào)制。自不待言，可以使用具有不同結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)調(diào)制器。
在圖7A及7B中，衍射光學(xué)調(diào)制器包括有基片21，例如本實例中為Si基片；絕緣層22；隔離層23，在本實例中由厚度λ/4cosθt為3.75μm的正光刻膠制成；導(dǎo)電薄膜24，通過沉積鋁之類層以便得到3.75μm的厚度；以及通過沉積Au獲得的反射膜25。
隨后，參照圖8A至8G，將對本實例衍射光學(xué)調(diào)制器的制造方法進行描述。
在該附圖中，編號26表示用于使導(dǎo)電薄膜24形成圖象的掩膜；27a至27b表示桁條；28a至28e表示開口；29a至29d表示上反射膜；30a至30e表示下反射膜。光柵由上反射膜29a和29d和桁條27a至27d構(gòu)成。
如圖8A所示，首先將Si基片21在1050°的溫度下加熱氧化一小時，從而在Si基片21上形成由0.1μm厚度的熱氧化膜構(gòu)成的絕緣層22。
接下去，如圖8B所示，通過離心涂敷方法將光刻膠加到絕緣層22上，以形成隔離層23。在加上光刻膠之后，使其在160℃的溫度下烘干20分鐘。在本實例中，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)數(shù)和光刻膠的粘度和溫度，在烘干之后將隔離層23的厚度設(shè)置為3.75μm。
然后如圖8C所示，通過蒸發(fā)鍍膜方法或者濺射方法，在隔離層23上沉積3.75μm厚的鋁膜，以便形成導(dǎo)電薄膜24。
接下去，如圖80所示，將光刻膠加到導(dǎo)電薄膜24上面，然后曝光和顯影，以形成面層26。
隨后，如圖8E所示，通過濕蝕刻(此后稱之為W/E)將由鋁構(gòu)成的導(dǎo)電薄膜24除去(所使用的蝕刻溶液由磷酸、醋酸和硝酸組成)，從而在導(dǎo)電薄膜24中形成開口28a至28e以及由導(dǎo)電材料構(gòu)成的許多桁條27a至27d。在本實例中，為了控制直徑為1.8mm的入射光，桁27a至27d的長度(沿垂直于紙面方向測得的)設(shè)置為2mm。
然后，如圖8F所示，通過均質(zhì)干蝕刻(此后稱之為D/E)將面層26和隔離層23除去。處在桁條27a至27d下面的隔離層23部分還要進行均質(zhì)蝕刻，以使隔離層23僅在基片21的外圍部分中保留，如圖8F所示，并且對桁條27a至27d的兩端進行支撐。
最后如圖8G所示，在基片21的上表面沉積Au，從而形成厚度為0.15μm的反射膜25。該反射膜25包括，在桁條27a至27d上形成的上反射膜29a至29d及在絕緣膜22上表面上形成的下反射膜30a至30d，以便敞開開口28a至28e。
在加工出桁條長度顯著地大于其寬度的光柵的情況下，如果隔離層23是靠W/E除去的，那么在沖洗和干燥過程中產(chǎn)生的液體表面張力，會意外地將桁條附著在基片一側(cè)。然而，根據(jù)本實例的制造方法，由于隔離層23是靠D/E有選擇地去除的，所以粘附的問題完全被限制，而且生產(chǎn)率可以顯著地提高。
按桁條的長度變化多大，沿著開口28a到28e的橫向方向(或者圖7A中的垂直方向)蝕刻隔離層23。在本發(fā)明的桁射光學(xué)調(diào)制器中，除了每個桁條27a至27d的長度設(shè)定為固定值之外，相應(yīng)桁條恢復(fù)的速率在調(diào)制器被驅(qū)動時是變化的，與此同時光的衍射變得均勻。假如隔離層23是靠W/E去除的，那么處在相應(yīng)桁條27a至27d之下的蝕刻劑量是流動的，而且沖洗去除蝕刻劑所需要的時間，在相應(yīng)的桁條27a至27d之間稍有不同，以致于最后得到的桁條27a至27d長度在衍射光學(xué)調(diào)制器中是變化的。然而，在靠D/E法去除隔離層23的情況下，桁條27a至27d的長度幾乎變?yōu)橄嗤?br> 接下去參照圖9a及9B，將對本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器運轉(zhuǎn)進行描述。
在圖9a及9B中，編號31表示入射光，32表示零級衍射光；33a至33d表示通過均質(zhì)蝕刻隔離層23而由懸浮在空氣中的桁條27a至27d形成的空氣層；34表示由導(dǎo)電薄膜24和反射膜25構(gòu)成的上部電極，35a和35b表示正、負(fù)一級的衍射光。圖9A表示上電極34和基片21之間未電加電壓時的工作狀態(tài)。上反射膜29a至29d和下反射膜30a至30e之間高度方面的差異，例如為7.5μm。
在導(dǎo)電薄膜24和基片21之間加正電壓的狀態(tài)下，桁條27a至27d和下電極(即基片21)之間形成一個由空氣層33a至33d和絕緣層22構(gòu)成的電容。其結(jié)果是，用作上電極的桁條27a至27d帶正電荷，而基片21帶負(fù)電荷。由于這些電荷之間靜電吸引力的產(chǎn)生，所以桁條27a至27d被拉向絕緣層22，直至其與絕緣層22相接觸為止，如圖9B所示。在此階段，上反射膜29a至29d表面和下反射膜30a至30e表面之間高度方面的差異，例如為3.75μm。
如從以上描述可以清楚的了解，由于本第三實例的衍射光學(xué)調(diào)制器是按照類似第一實例的方式工作的，所以第三實例的衍射光學(xué)調(diào)制器也能對波長例如10.6μm的入射光進行調(diào)制，即通過接通/斷開加在導(dǎo)電薄膜24和基片21之間的電壓進行調(diào)制。
在第三實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，起上電極作用的導(dǎo)電薄膜24和起下電極作用的基片21之間的距離，小于第一實例衍射光學(xué)調(diào)制器中的該距離，從而在其間能夠產(chǎn)生更強的靜電力。因此，本實例的調(diào)制器有利的方面在于可以較低的電壓驅(qū)動。
如上所述，根據(jù)本實例的方法，隔離層是由有機物薄膜形成的，并且通過D/E去除，以致于在沖洗和干燥的過程中桁條不會附著在基片上，而且隔離層可以令人滿意的可再現(xiàn)性均勻地除去。因而，可以形成具有相同長度的許多桁條，并可消除運行方面的變化。此外，與第一實例的衍射光學(xué)調(diào)制器相比，本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，上下電極之間的間隙變小，從而使本實例的調(diào)制器可在低電壓下驅(qū)動。實例4參照圖10，將對本發(fā)明第四實例的紅外傳感器進行描述。本實例的紅外傳感器與第一實例紅外傳感器的區(qū)別，僅在于衍射光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)。因此，以下將對衍射光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)進行描述。
在圖10中，衍射光學(xué)調(diào)制器包括基片36，例如本實例中為Si基片；絕緣層37；隔離層38，在本實例中是由3.75μm厚的光刻膠制成；起上電極和上反射膜作用的導(dǎo)電薄膜39，在本實例中是通過沉積鋁形成的3.75μm厚度的膜層；以及下反射膜40a至40e，是由與導(dǎo)電薄膜39相同的材料或與其反射率基本相同的材料制成，例如本實例中為鋁。
隨后，參照圖11A至11I，將對本實例制造衍射光學(xué)調(diào)制器的方法進行描述。在圖11A至11I中，編號41表示反射膜，42a至42e表示表層。
如圖11A所示，首先將Si基片36在1050℃溫度下加熱氧化1小時，從而在硅片36上形成由0.1μm厚的熱氧化膜構(gòu)成的絕緣層37。
接下去，如圖11B所示，通過蒸發(fā)鍍膜方法，在絕緣層37上沉積0.15μm厚的鋁，從而形成反射膜41。通過離心涂敷方法，將光刻膠加到反射膜41上，然后曝光和顯影，從而形成表層42a至42e。
隨后，如圖11C所示，通過使用蝕刻溶液(該溶液由磷酸、醋酸和硝酸組成)，進行W/E法除去由鋁形成的反射膜41。
然后，如圖11D所示，除去表層42a至42e，從而形成下反射膜40a至40e。
接下去如圖11E所示，通過離心涂敷方法，將光刻膠加上，然后烘干，從而形成隔離層38。在本實例中，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)數(shù)以及光刻膠的粘性和溫度，在烘干之后將隔離層38的厚度設(shè)定在例如3.75μm，并使隔離層38的表面呈平坦。
然后，如圖11F所示，通過蒸發(fā)鍍膜方法，將例如3.9μm厚的鋁膜沉積在隔離層38上，從而形成導(dǎo)電薄膜39。由于下反射膜40a至40e的厚度例如是0.15μm，所以設(shè)定導(dǎo)電薄膜39的厚度比3.75μm大例如0.15μm，即3.9μm。
隨后，如圖11G所示，將光刻膠加到導(dǎo)電薄膜36上，然后曝光和顯影，從而形成面層43。
接下，如圖11H所示，使用蝕刻溶液(例如由磷酸、醋酸和硝酸組成)通過W/E法除去由鋁形成的導(dǎo)電薄膜39，從而形成桁條44a至44d和開口45a至45e。
最后，如圖11I所示，通過D/E除去面層43，與此同時，處在桁條44a至44d之下的隔離層38部分也被均質(zhì)蝕刻。
通過完成以上工藝步驟，便能制成圖10結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)調(diào)制器。
此后，將參照圖12A及12B，對上述結(jié)構(gòu)衍射光學(xué)調(diào)制器的操作進行描述。在該圖中，與圖10中相同的元件用相同的編號表示，其描述在此省略。在圖12A及12B中，編號46表示入射光；47表示零級衍射光；48a至48d表示通過均質(zhì)蝕刻隔離層38而由懸浮在空氣中的桁條44a至44d形成的空氣層；49a及49b表示正、負(fù)一級衍射光。圖12A表法導(dǎo)電薄膜39和基片36之間未加電壓的狀態(tài)。桁條44a至44d的表面和下反射膜40a至40e之間在高度方面差異，例如為7.5μm。在導(dǎo)電薄膜39和基片36之間加正電壓的狀態(tài)下，桁條44a至44d和下電極(即基片36)構(gòu)成電容，以將空氣層48a至48d和絕緣層37介入。其結(jié)果是，用作桁條44a至44d的上電極帶正電荷，而基片36帶負(fù)電荷。由于這些電荷之間產(chǎn)生靜電吸力，故桁條44a至44d被拉向絕緣層37，直到其與該絕緣層37相接觸為止，如圖12B所示。在此階段，桁條44a至44d表面和下反射膜40a至40e表面之間在高度方面的差異，例如為7.5μm。
從以上描述可以清楚，由于本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器是按照類似第一實例的方式工作的，所以本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器也能對例如波長10.6μm的入射光進行調(diào)制，即通過接通/斷開加在導(dǎo)電薄膜39和基片36之間的電壓。
在本實例中，由于下反射膜是預(yù)先形成的，故桁條可以起上反射膜的作用，而且最后的反射膜無需沉積。因此，特別是在需要厚的反射膜的情況下，完全可以避免由于下反射膜和附在桁條兩側(cè)的反射膜相接觸引起的不適當(dāng)操作。
導(dǎo)電薄膜在本實例中是由鋁制成的。當(dāng)然，導(dǎo)電薄膜也可由其它材料制做。在本實例中，鋁膜是靠蒸發(fā)鍍膜方法沉積的。然而，鋁膜也可通過濺射或噴鍍法沉積。隔離層是由光刻膠制成的。換一種方式，隔離層也可由有機材料如聚酰亞胺制成。實例5參照圖13，將對本發(fā)明第五實例的紅外傳感器進行描述。
在圖13中，第五實例的衍射光學(xué)調(diào)制器包括基片50，例如在本實例中為硅片；由厚度0.1μm的加熱氧化膜構(gòu)成的絕緣層51，例如通過加熱氧化基片50得到；以及厚度0.5μm的氮化物膜，例如通過低壓化學(xué)蒸發(fā)沉積(LPCVD)法得到；厚度3.75μm的隔離層52，例如通過LPCVD法沉積硅的氧化物得到；厚度3.75μm的介電層53，例如通過LPCVD法沉積氮化物膜得到，該介電層53是形成圖案的，以便形成支撐在其兩端并具有降低了的殘余拉張應(yīng)力(例如約為200兆帕)的桁條(通過對氮化物膜使用富硅的組分)；兩端被懸浮在空氣中的隔離層52支撐的桁條54a至54d；開口55a至55e；以及反射膜56，通過沉積0.15μm厚的Au薄膜得到，例如通過蒸發(fā)鍍膜方法。如圖13所示，反射膜56不僅在桁條54a至54d的表面上形成上反射膜57a至57d，而且在絕緣層51通到開口55a至55e的表面上形成下反射膜58a至58e。光柵就是由這些上反射膜57a至57d和桁條54a至54d形成的。
此后，參照圖14A至14G，將對本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器制造方法進行描述。
如圖14A所示，首先將硅片50在1050℃溫度下加熱氧化例如1小時，從而形成0.1μm厚度的熱氧化膜。隨后通過LPCVD法在其上沉積例如0.5μm厚度的氮化硅膜，從而形成絕緣層51。
接下去，如圖14B所示，通過LPCVD法將由硅的氧化膜構(gòu)成的隔離層52沉積在絕緣層51上。
然后，如圖14C所示，通過LPCVD法將富硅的氮化硅膜沉積在隔離層52上，從而形成介電層53。
隨后，如圖14D所示，通過離心涂敷法將光刻膠59加到介電層53上，然后曝光和顯影，從而按照預(yù)定的形狀形成面層。
接下去，如圖14E所示，通過D/E法使介電層53形成圖案，從而形成桁條54a和54d。
然后，如圖14F所示，將光刻膠59除去，并且通過W/E法使用緩沖的氫氟酸除去隔離層52，從而除掉處在桁條54a至54d之下的隔離層52，并且形成其兩端被支撐的桁條。
最后，如圖14G所示，通過濺射法沉積例如由0.15μm厚的Au構(gòu)成的反射膜56，從而形成上反射膜57a至57d和下反射膜58a至58e。通過完成上述工藝步驟，便可以形成圖13結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)調(diào)制器。
由于具有上述結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)調(diào)制器是按照類似于第三或第四實例的方法工作的，所以本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器也能對例如波長10.6μm的入射光進行調(diào)制，即通過接通/斷開加在起上電極作用的反射膜56和起下電極作用的基片50之間的電壓，如圖13所示。
在本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，由于氮化物膜被采用桁條的材料，故可以引起例如200兆帕的殘余拉張應(yīng)力。其結(jié)果是，與第三或第四實例的衍射光學(xué)調(diào)制器相比，其驅(qū)動電壓變得相當(dāng)高。然而，有利的是能夠形成其長度比厚度大得多的桁條。因此具有更大直徑的入射光可被調(diào)制。在不帶絕緣層51的第一實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，當(dāng)沉積反射膜時，該反射膜會意外地到達桁條兩側(cè)，從而使，當(dāng)調(diào)制器被驅(qū)動時上反射膜與基片之間導(dǎo)電。其結(jié)果是，在其間產(chǎn)生電流，從而使調(diào)制器不能滿足要求地運轉(zhuǎn)，而生產(chǎn)率也不會有害地被降低。然而，在本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，在下反射膜58a至58e和基片50之間提供有絕緣層51。因此，當(dāng)沉積反射膜56時，即使該反射膜56能夠到達桁條54a至54d的兩側(cè)，而且上反射膜57a至57d變成與下反射膜58a至58e電導(dǎo)通，上反射膜57a至57d與基片50之間的電導(dǎo)通總可以消除，因為下反射膜58a至58e和基片50是電絕緣的。因此，就能提供相應(yīng)運行且生產(chǎn)率改進的衍射光學(xué)調(diào)制器。
如上所述，在第一實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，當(dāng)沉積反射膜時，該反射層能夠到達基片的兩側(cè)，且當(dāng)調(diào)制器被驅(qū)動時，上反射膜能夠同下反射膜相接觸，從而產(chǎn)生短路電流，而且調(diào)制器趨于不能滿足要求地運轉(zhuǎn)。然而，在本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，由于在下反射膜和基片之間提供有絕緣層，故調(diào)制器能夠穩(wěn)定地運轉(zhuǎn)。
接下去參照圖9A和9B以及圖15A至15C，將對本發(fā)明衍射光學(xué)調(diào)制器加電壓的方法進行描述。
圖15A表示，通過加電壓裝置將電壓加在衍射光學(xué)調(diào)制器上時所加電壓的波形。具有這種波形的驅(qū)動電壓，對應(yīng)于光的調(diào)制發(fā)生在例如20ms周期(相應(yīng)于50周的頻率)的情況下，如第三和第四實例所述。
圖15A中表示的驅(qū)動電壓的波形，在AB區(qū)內(nèi)的極性是和CD區(qū)內(nèi)的極性相反的，但在這兩個區(qū)域AB和CD內(nèi)的電平是相同的。圖15A中表示的區(qū)域A對應(yīng)于圖9B表示的工作狀態(tài)，其中例如+15V的電壓被加在上電極34和基片21之間。在這種情況下，如第三、第四或第五實例中描述的那樣，上電極34是帶正電荷的，而基片21是帶負(fù)電荷的。其結(jié)果是，桁行27a至27d將發(fā)生偏轉(zhuǎn)并附著到絕緣層22上，如圖9B所示。圖15A中表示的下一個區(qū)域B對應(yīng)的是不加電壓工作狀態(tài)，而且?guī)缀跛械碾姾啥急怀?。然而，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)有一些電荷被作為殘余電荷保留下來。由于桁條27a至27d的恢復(fù)力大于殘余電荷的附著力，故桁條27a至27d能夠恢復(fù)到其起始位置，并且如圖9A所示懸浮在空氣中。為了下一次能夠通過加相同極性的電壓使桁條27a至27d工作，就需要加比前述電壓高一些的電壓，這是由于殘余電荷的影響。換句話說，桁條27a至27d不會附著在絕緣層22上。因此，在下一區(qū)域C中，通過加與A區(qū)域中相反極性的電壓，例如-15V的電壓，保留在相應(yīng)電極上的殘余電荷被強制去除，與此同時，具有相反極性的電荷被充上。其結(jié)果是桁條27a至27d再一次附著在絕緣層22上。區(qū)域D以及B對應(yīng)于不加電壓的狀態(tài)，而且在區(qū)域D中也保留一些電荷作為殘余電荷。
如上所述，在本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，加驅(qū)動電壓時的殘余電荷，換一種方式可通過加相反極性的電壓來去除。在傳統(tǒng)的衍射光學(xué)調(diào)制器中，由于殘余電荷會隨調(diào)制器的驅(qū)動次數(shù)而增加，故要求需要的驅(qū)動電壓更高以除去增加的殘余電荷。然而在本實例中，這個問題可以解決。
如果所加的電壓從與圖15A表示的電壓相反的極性開始，那么可可得到相同的運轉(zhuǎn)。
圖15B表示另一驅(qū)動電壓的波形。
圖15B表示的區(qū)域A對應(yīng)于圖9B中表示的工作狀態(tài)，其中在上電極34和基片21之間加的是例如+50V的電壓。在這種情況下，上電極34帶正電荷，而基片帶負(fù)電荷。其結(jié)果是桁條27a至27d將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，并附著到絕緣層22上，如圖9B所示。圖15B中表示的下一區(qū)域B和C對應(yīng)于圖9A表示的工作狀態(tài)。在區(qū)域B中，為了促進殘余電荷的去除，在開始的短周期內(nèi)加相反極性如-50V的電壓。
圖15C表示又一驅(qū)動電壓的波形。此電壓波形與圖15B中表示的電壓波形的區(qū)別在于，開始時短周期內(nèi)有B區(qū)域所加的電壓，并不具有與A區(qū)域中電壓相反極性但比其低些的電壓。通過加這種波形的電壓就能促進電荷的去除，并使桁條高速度地恢復(fù)。實例6參照圖16，將對本發(fā)明第六實例的紅外傳感器進行描述。本實例的紅外傳感器被設(shè)計來檢測例如波長10μm的紅外光。
該紅外傳感器包括裝在密封外殼開口上的透鏡，包括在密封外殼之中的衍射光學(xué)調(diào)制器，以及熱電元件。與傳統(tǒng)的使用斷路器的紅外傳感器相比，本實例紅外傳感器的尺寸可以減小。此外，衍射光學(xué)調(diào)制器本身可以較低的電能消耗來驅(qū)動，且在壽命和響應(yīng)速度方面極好。
首先，將描述本實例紅外傳感器的結(jié)構(gòu)。
在圖16中，編號61表示密封外殼。密封外殼61的一部分在此省略，目的是為說明其內(nèi)部。透鏡62為衍射透鏡，例如具有3mm的孔徑和6mm的焦距，是加工在由透過紅外線的材料如硅制成的基片上的。衍射光學(xué)調(diào)制器63能對例如10μm波長的紅外光進行調(diào)制。隔離片64具有傾斜角θt。雖然圖16中未予表示，在支承平板65的相反一側(cè)安裝有電子學(xué)部件如熱電元件和信號放大器。電極引線由66a至66d表示，然而電極引線66d在圖16中未表示，因其處在圖中看不見的部位。電極引線66a至66d分別用于接地、對衍射光學(xué)調(diào)制器63加電壓、接電源或?qū)⑿盘栞敵鼋o熱電元件和圖中未表示的其它電子學(xué)部件。
圖17為從圖16底側(cè)看上去表示支撐平板65的透視圖。在圖17中，與圖16中相同的元件用相同的編號表示，其描述在此省略。在圖17中，熱電元件由67表示；用于放大熱電元件67輸出信號的信號放大器用68表示。
圖18為表示本實例紅外傳感器基本結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。熱電元件67是安裝在支撐平板65一端附近的，因而傾斜角θt被設(shè)定為盡可能小。如以下詳細(xì)描述的那樣，傾斜角θt愈小，驅(qū)動電壓愈低。在這種情況下，如果透鏡62的焦距例如10mm，那么傾斜角度變?yōu)?7°。其結(jié)果是，與傾斜角θt為零的情況相比，驅(qū)動電壓的增長被壓縮在約10％之內(nèi)。此外，本實例的紅外傳感器具有簡單的結(jié)構(gòu)。就是說，熱電元件67和信號放大器68裝在支撐平板65上，而且支撐平板65至少由電極引線66a至66d之一支承。對此，并不特殊需要提供復(fù)雜的導(dǎo)線和密封就容易實現(xiàn)。
圖19A為表示本實例衍射光學(xué)調(diào)制器的平面圖，而圖19B為沿圖19A中A-A′線所取截面圖。在圖19A和19B中，衍射光學(xué)調(diào)制器包括基片69，例如為硅的基片；通過將硅基片69加熱氧化而得到的0.1μm厚的氧化膜構(gòu)成的絕緣層70；隔離層71，通過離心涂敷方法加聚酰亞胺并將其烘干得到；以及桁條72。本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)不論隔離層還是桁條的最佳厚度，對于最高調(diào)制度均為λ/4cosθt，其中λ為被檢測光的波長。如從本公式中可以理解，傾斜角θt變得越大，隔離層和調(diào)制器的桁條的最佳厚度變得越大。例如，λ為10μm且θt為25°，那么相應(yīng)層的厚度為2.8μm。假如θt為45°，則此厚度為3.5μm。該衍射光學(xué)調(diào)制器進一步包括反射膜73，通過蒸發(fā)鍍膜方法沉積Au之類獲得的，厚度0.1μm，非氧化的導(dǎo)電薄膜74，由在大氣中或氧等離子氣體中不易被氧化的材料制成，通過沉積Au或Pt來獲得；以及通過沉積如鋁獲得的彈性體75。如圖18所示，桁條72由非氧化的導(dǎo)電薄膜74和彈性體75構(gòu)成。
然后參照圖20A至20F，將對制造本實例衍射光學(xué)調(diào)制器的方法進行描述。
如圖20A所示，首先將硅基片69在1050°溫度加熱氧化例如1小時，從而在硅片69上形成由0.1μm厚的熱氧化膜構(gòu)成的絕緣層70。然后，通過離心涂敷方法將聚酰亞胺加在絕緣層70上，從而形成隔離層71。所加的聚酰亞胺在200℃溫度烘干20分鐘。在本實例中，通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)數(shù)和聚酰亞胺的粘性和溫度，在烘干之后隔離層71的厚度設(shè)定為例如2.8μm。
接下去，如圖20B所示，通過蒸發(fā)鍍膜方法將0.1μm厚的Au沉積在隔離層71上，以便形成非氧化的導(dǎo)電薄膜74，然后通過蒸發(fā)鍍膜方法將2.7μm厚的Al沉積其上，以便形成彈性體75。
隨后，如圖20C所示，將正光刻膠加到彈性體75上，然后曝光和顯影，以便形成面層76。此后使用蝕刻溶液(由磷酸、醋酸和硝酸組成)，通過W/E法除去彈性體75。
然后，如圖20D所示，通過D/E法蝕刻出非氧化的導(dǎo)電薄膜74。隨后如圖20E所示，通過D/E法除去面層76，與此同時，隔離層71被均質(zhì)蝕刻，從而使桁條72下面的部分也被蝕刻。
最后，如圖20F所示，沉積0.1μm厚的Au，以便形成反射膜73。其結(jié)果是具有圖19所示結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)調(diào)制器被加工完成。
具有上述結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)調(diào)制器的操作，將參照圖21A及21B進行描述。在該圖中，編號77表示入射光，78表示被反射的零級衍射光，79表示通過均質(zhì)蝕刻隔離層71由懸浮在空氣中的桁條72形成的空氣層，80表示上反射膜(即在桁條72上形成的反射膜73)，81表示下反射膜(即在絕緣層70上形成的反射膜73)，82a及82b表示正負(fù)一級衍射光。
圖21A表示非氧化的導(dǎo)電薄膜74和基片69之間未加電壓的工作狀態(tài)。上反射膜80和下反射膜81之間高度方面的差異為λ/2COSθt，如圖21A所示。例如，λ為10μm且θt為25°，則差異為5.5μm。在這種情況下，由上反射膜80反射的光的相位，同下反射膜81反射的光的相位相匹配。其結(jié)果是，衍射光學(xué)調(diào)制器只起反射鏡的作用，而且入射光77變成了零級衍射光78。
另一方面，例如在非氧化的導(dǎo)電薄膜74和基片69之間加正電壓的狀態(tài)下，由此兩者構(gòu)成電容，從而介入空氣層79和絕緣層70。其結(jié)果是，起上電極作用的非氧化的導(dǎo)電薄膜74帶正電荷，而起下電極作用的基片69帶負(fù)電荷。由于這些電荷之間產(chǎn)生的靜電吸引力，桁條72被拉向絕緣層70直至其與該絕緣層70接觸為止，如圖21B所示。在此階段，上反射膜80表面和下反射膜81表面之間高度方面的差異，例如為2.8μm。在這種情況下，由上反射膜80反射的光的相位，不同于下反射膜81反射的光的相位，其相位差為半個波長(π)。其結(jié)果是，這兩束光彼此相消，從而使零級衍射光消失，并被零級衍射光之外的更高級衍射光所替代。例如以41％的衍射效率產(chǎn)生正負(fù)一級的衍射光82a和82b。通過接通/斷開加在非氧化的導(dǎo)電薄膜74和基片69之間的電壓，便可以對光進行調(diào)制。
如上所述，在本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，隔離層是由有機物膜形成的，并通過D/E法去除，從而使桁條在沖洗和干燥過程中不會附著在基片上，不象傳統(tǒng)調(diào)制器那樣。此外，隔離層可以均勻地除去，具有相同長度的桁條可以形成，而且操作上的變化可以消除。而且，形成桁條的材料是通過蒸發(fā)鍍膜之類被沉積的，殘余的應(yīng)力容易在沉積溫度下加以控制。進一步說來，殘余的應(yīng)力可被壓縮到很低的水平，從而可形成以低電壓工作的衍射光學(xué)調(diào)制器。此外，至少桁條的下表面是由導(dǎo)電材料制成的，并且在桁條的下表面和基片之間配置薄的氧化物膜，以使上下電極之間的距離顯著地減小，而且調(diào)制器可用低電壓驅(qū)動。
接下去，將對本實例的紅外傳感器各元件，對于以低電壓驅(qū)動衍射光學(xué)調(diào)制器時的最佳配置進行描述。如上所述，衍射光學(xué)調(diào)制器中桁條和隔離層的最佳厚度是隨傾斜角θt變化的。圖22A表示傾斜角和本實例紅外傳感器的衍射光學(xué)調(diào)制器中桁條和隔離層最佳厚度之間關(guān)系的曲線。圖22B表示驅(qū)動電壓隨傾斜角增加而增加。在圖22B中，傾斜角為0°時的驅(qū)動電壓歸一化為1。如圖22B所示，假如傾斜角θt被設(shè)定為45°或者更小，那么驅(qū)動電壓的增加可被壓縮為兩倍或者更小一些。而且本發(fā)明還曾發(fā)現(xiàn)，如果衍射光學(xué)調(diào)制器的傾斜角θt被設(shè)置為25°或者更小一些，那么入射光和零級衍射光之間的分離，以及低電壓驅(qū)動(電壓的增加被壓縮在20％或者更小一些)可以同時達到。更確切地說，包括具有3mm長度的桁條以及被壓縮為+10兆帕或更小拉張應(yīng)力的殘余應(yīng)力的衍射光學(xué)調(diào)制器可被5V或者更小的低電壓驅(qū)動。
接下去，參照圖23A至23C，將對本實例衍射光學(xué)調(diào)制器中的桁條下表面上通過提供非氧化層獲得的效果進行描述。
首先將對桁條的下表面并非由不可能被氧化的導(dǎo)電材料制做的情況進行描述。例如，桁條的下表面在大氣中被自然地氧化，或者當(dāng)隔離層使用氧的等離子氣體之類通過D/E法除去時，該下表面也被氧化，從而形成氧化物膜。在圖23A至23C所示的衍射光學(xué)調(diào)制器中，桁條的下表面并非由不可能被氧化的材料制做，不象本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器那樣。然而圖23A至23C中表示的衍射光學(xué)調(diào)制器其余的元件，是和本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中相同的。
圖23A為衍射光學(xué)調(diào)制器沿桁條縱向方向的截面圖。圖23B為接觸部位附近區(qū)域放大圖，即圖23A中表示的A區(qū)域放大圖。圖23C為當(dāng)電壓斷開時A區(qū)域的放大圖。在這些圖中，編號83表示由進行拋光時在大氣或氧的等離子氣體中被氧化的桁條72構(gòu)成的氧化物膜；84表示未被氧化的桁條72的導(dǎo)電部分；85表示絕緣層70內(nèi)部或表面上存在的電子；86表示由于電子85運動形成的空穴(或正電荷)。
圖23A表示電壓V(70)加在上下電極之間時的工作狀態(tài)。導(dǎo)電部分84充以正電荷，基片69充以負(fù)電荷。在圖23B中，電場是靠加電壓產(chǎn)生的，以致于存在于絕緣層70內(nèi)部或表面上的一部分電子朝向氧化物膜83的表面或內(nèi)部運動，從而形成空穴84。圖23C表示從圖23B表示的工作狀態(tài)通過除去所加電壓得到的工作狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，由于外界未加電壓，所以已經(jīng)運動到氧化物膜83中的電子85，不會移動到絕緣膜70，但仍保留在氧化物膜83中，從而產(chǎn)生殘留的電位差V殘留。因此，被驅(qū)動的桁條次數(shù)越多，驅(qū)動的電壓越高。歸根結(jié)底，電子85和空穴86的密度增大，其間的靜電力也增大，以致于杵條72保持在與絕緣層70附著，并且不再能夠恢復(fù)的狀態(tài)。
為了防止驅(qū)動電壓增加和桁條附著，有可能通過加一個如圖24的波形電壓強制除掉殘留電荷而驅(qū)動桁條。按照這種加電壓方法，桁條被驅(qū)動是當(dāng)除去殘留電荷的時候，即通過在區(qū)域A和C中交替地加上相反極性的電壓，從而防止V殘留的絕對值增加。然而，按照這種加電壓方法，在實際生產(chǎn)過程中需要有絕對值高出兩倍的供電電壓的電壓源。除非除去電荷，保留的正或負(fù)電荷的數(shù)目都會變大；桁條保持附著并且不能再恢復(fù)。
接下去將對本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中桁條的下表面由在大氣或氧的等離子氣體中不可能被氧化的材料制做時所獲得的效果進行描述。
圖25A及25B表示本實例衍射光學(xué)調(diào)制器中在相接觸部位電荷的運動。圖25A表示，當(dāng)電壓(＞0)加在基片69和非氧化的導(dǎo)電薄膜74之間時，接觸部位工作狀態(tài)的放大圖。在這種狀態(tài)下，非氧化的導(dǎo)電薄膜74充以正電荷，基片69充以負(fù)電荷。在此階段，電場靠加電壓產(chǎn)生，以致于存在于絕緣層70內(nèi)部或表面上的一部分電子朝著非氧化的導(dǎo)電薄膜74移動，從而形成空穴26。然而，已經(jīng)移動到非氧化的導(dǎo)電薄膜74中的電子85，因同預(yù)先充的正電荷結(jié)合而消失。圖25B表示，由圖25A的工作狀態(tài)通過除去所加電壓得到的工作狀態(tài)。正電荷仍保留在此絕緣層70中。然而，由于負(fù)電荷并不保留，故電場不會產(chǎn)生，殘留的電位差也不產(chǎn)生。因此，即使多次驅(qū)動桁條也不需要增高驅(qū)動電壓，而且無需通過加相反極性的電壓來強制去除殘留的電荷。其結(jié)果是，基本上可以實行低電壓驅(qū)動，并且驅(qū)動可以穩(wěn)定地進行。
如從以上描述可以清楚，在本實例的紅外傳感器中，通過將衍射光學(xué)調(diào)制器中的傾斜角θt設(shè)定為45°或者更小一些，同光垂直入射的情況相比(即傾斜角θt為0°)，驅(qū)動電壓的增加可被壓縮兩倍或少一些。進一步說來，假如傾斜角θt被在設(shè)置在25°或者更小，桁條的長度設(shè)置為3mm，而且殘留的應(yīng)力被控制在+10兆帕或更小的拉張應(yīng)力，那么以5V或者更低的低電壓驅(qū)動變?yōu)榭赡埽筒恍枰獮樘岣唠妷旱碾娐?，而且紅外傳感器可以低成本生產(chǎn)。此外，由于熱電元件和信號放大器是配備在支撐平板上的，并且該平板又是由電極引線支撐的，故此紅外傳感器容易制做。況且，在本實例紅外傳感器用的衍射光學(xué)調(diào)制器中，桁條的下表面是由不可能被氧化的導(dǎo)電材料制成的，以致于該調(diào)制器可以通過加正或負(fù)的脈沖電壓來驅(qū)動。其結(jié)果是所加波形的細(xì)控不再需要，并且調(diào)制器能夠穩(wěn)定地驅(qū)動。
在本實例描述的衍射光學(xué)調(diào)制器中，桁條的長度為3mm?；蛘邠Q一種方式，通過將桁條長度設(shè)置更長，則調(diào)制器可以更大的傾斜角θt在甚至更低的電壓下驅(qū)動。然而，假如桁條變得過長，那么因于慣性力的影響，調(diào)制器不能高速度運行，而且桁條可能畸變，從而降低調(diào)制效率。
在本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，桁條是由彈性體和非氧化的導(dǎo)電薄膜構(gòu)成?；蛘邠Q一種方式，彈性體可以由與非氧化導(dǎo)電薄膜相同的材料制成。就是說，整個桁條都可以由非氧化的導(dǎo)電薄膜形成。當(dāng)然，反射膜也可由相同的材料制成。在本實例中，Au被用作不可能被氧化的材料。換一種方式，還可以利用Pt，Ti，NiCr合金，CuNi合金，不銹鋼或其它導(dǎo)電的有機材料。本實例的彈性體是由Al制成的。然而該彈性體也可由絕緣材料如有機物制成。
在生產(chǎn)本實例衍射光學(xué)調(diào)制器的過程中，在彈性體圖案形成之后，通過D/E法使非氧化的導(dǎo)電薄膜形成圖案。當(dāng)然，非氧化的導(dǎo)電薄膜還可通過W/E法除掉。換一種方式，桁條也可按以下方式成形。即，在非氧化的導(dǎo)電薄膜被沉積之后，讓該薄膜一次形成圖案。此后沉積彈性體膜層，然后讓該彈性體膜層再一次形成圖案。
在本實例中，沉積主要是靠蒸發(fā)鍍膜方法實現(xiàn)的。另，也可由其它方法實現(xiàn)沉積，例如濺射法或涂敷法。實例7下面對第七實例的紅外傳感器將參照圖26進行描述。第七實例的紅外傳感器與第六實例紅外傳感器的區(qū)別僅在于，相應(yīng)元件的位置。因此下面將描述其相應(yīng)位置。
圖26為表示本實例紅外傳感器基本結(jié)構(gòu)的截面圖。如第六實例所述，該衍射光學(xué)調(diào)制器的傾斜角為25°。在圖26中，與圖18中表示的元件相同的元件用同一編號表示，且其描述在此省略。在圖26中，編號87表示支撐用的隔離器。透鏡26為例如孔徑為3mm焦距為6mm的衍射透鏡，而且隔離器64具有θt為25°的傾斜角。支撐隔離器87的傾斜角α設(shè)置為40°，以使紅外光垂直入射在熱電元件67上。在本實例中，由于隔離器64的傾斜角θt設(shè)置為25°，如果桁條的長度設(shè)置為3mm，那么驅(qū)動可使用例如0V和+5V的電壓進行。
本實例的紅外傳感器配備有支撐隔離器87，從而可以垂直接收衍射光學(xué)調(diào)制器衍射的紅外光。其結(jié)果是檢測可以較高的靈敏度進行。此外，由于入射光很容易地就能同衍射光學(xué)調(diào)制器衍射的零級衍射光分開，所以尺寸比第六實例中小的紅外傳感器可通過使用短焦距透鏡來生產(chǎn)。實例8對本發(fā)明第八實例的衍射光學(xué)調(diào)制器將參照圖27A和27B進行描述。圖27A為表示第八實例衍射光學(xué)調(diào)制器的平面圖，圖27B為沿圖27A中A-A′所取截面圖。如圖27A及27B所示，本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器包括基片88，例如硅片；由0.1μm厚度的氧化物膜構(gòu)成的絕緣層89，通過加熱氧化硅片88獲得；隔離層90，通過離心涂敷法加上感光的聚酰亞胺膜，并通過對該膜曝光、顯影、烘干使該膜形成圖案來獲得；以及桁條91。在本實例中，隔離層90的厚度和桁條91的厚度被設(shè)置約為λ/4COSθt。例如，假如λ為10μm且θt為25°，則最佳厚度為2.8μm。本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器進一步包括反射膜92，通過蒸發(fā)鍍膜法沉積0.1μm厚的Au層獲得；由在大氣或氧的等離子氣體中不可能被氧化的材料制成的非氧化導(dǎo)電薄膜93，通過由蒸發(fā)鍍膜法沉積Au，Pt層獲得；以及通過蒸發(fā)鍍膜法沉積Al層獲得的彈性體94。如圖27B所示，桁條91由非氧化的導(dǎo)電薄膜93和彈性體94構(gòu)成。
接下去參照圖28A至28E以及29A至29E，將對生產(chǎn)本實例衍射光學(xué)調(diào)制器的方法進行描述。圖28A至28E為沿圖27A中A-A′所取截面圖。圖29A至29E為沿圖27A中B-B′所取截面圖。
首先如圖28A和29A所示，將硅基片88在1050℃的溫度下加熱氧化例如1小時，從面在該硅片88上形成由例如0.1μm厚的熱氧化膜構(gòu)成的絕緣層89。
接下去如圖28B和29B所示，通過離心涂敷方法將感光的聚酰亞胺膜加到絕緣層89上。在該感光膜被曝光和顯影以形成圖案之后，將該膜在200℃溫度下烘干例如20分鐘。在這種情況下，烘干后的隔離層90其厚度被設(shè)置為例如2.8μm，系通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)數(shù)或聚酰亞胺的粘性和溫度取得。
隨后如圖28C和29C所示，將例如0.1μm厚的Au層沉積在隔離層90之上，從而形成非氧化的導(dǎo)電薄膜93，然后通過蒸發(fā)鍍膜法將厚度例如2.7μm的Al膜進一步沉積其上，從而形成彈性體94。在這種情況下，通過將聚酰亞胺圖案的間隙(圖27B中由δ表示)設(shè)置在小于非氧化導(dǎo)電薄膜93與彈性體94厚度之和的兩倍，就能如圖28C所示充填聚酰亞胺圖案的間隙δ。在本實例中，δ被設(shè)置為3μm。
然后，如圖28D及29D所示，將正光刻膠加在彈性體94上，并且曝光和顯影，以形成面層102。隨后，使用蝕刻溶液(由磷酸、醋酸和硝酸組成)通過W/E方法除去Al形成的彈性體94。然后，通過D/E方法蝕刻出非氧化的導(dǎo)電薄膜93。
接下去，如圖28E及29E所示，使用氧的等離子氣體通過D/E法除去面層95，與此同時，包括桁條91底下部分在內(nèi)的隔離層90被均質(zhì)蝕刻出來。由于隔離層90的某些部分并不同氧的等離子氣體接觸，故此部分未被除去而保留下來。最后，通過蒸發(fā)鍍膜方法將厚度0.1μm的Au沉積，從而形成反射膜92。通過進行以上步驟，具有圖27A及27B結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)調(diào)制器便制成。
具有此結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)調(diào)制器，其工作方式類似于第六實例。因此，通過接通/斷開加在基片88和非氧化的導(dǎo)電薄膜93之間的電壓，便可對入射光進行調(diào)制。
在第六實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，桁條的長度是由去除隔離層所需要的時間決定的。另一方面，在本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，由于桁條的長度是由隔離層的圖案決定的，所以包括同樣長度的桁條的衍射光學(xué)調(diào)制器，可以令人滿意的進行重復(fù)性生產(chǎn)。由于桁條的長度對調(diào)制器的驅(qū)動電壓有影響，所以生產(chǎn)本實例衍射光學(xué)調(diào)制器的方法能夠消除衍射光學(xué)調(diào)制器驅(qū)動電壓的變化。實例9本發(fā)明實例9的紅外傳感器，將參照圖30進行描述。
本實例的紅外傳感器，可適用在檢測紅外光的信噪比設(shè)置大的情況下，以及生產(chǎn)特別小規(guī)格的紅外傳感器的情況下。一般說來，在檢測紅外光的信噪比設(shè)置大的情況下，通過接通/斷開加在衍射光學(xué)調(diào)制器上的電壓，能夠有害地影響熱電元件和信號放大器的電磁噪聲便會產(chǎn)生，從而使噪聲變短。另一方面，在生產(chǎn)小規(guī)格紅外傳感器的情況下，包括在其中的衍射光學(xué)調(diào)制器的尺寸也就變小。其結(jié)果是，由于桁條的長度變矩，所以該調(diào)制器上除非加比較高的電壓才能工作。如果加這樣高的電壓，那么也能產(chǎn)生大的電磁噪聲以致于熱電元件和信號放大器都要受到很強的噪聲干擾。
圖30為表示本實例紅外傳感器基本結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。在圖30中，與圖18中相同的元件將用相同的編號表示，且其描述在此省略。在圖30中，電磁屏蔽罩96是通過導(dǎo)線(未表示)接地的，并由導(dǎo)電的透紅外光材料制成。由于在電磁屏蔽罩96的表面上提供減反射膜，故由衍射光學(xué)調(diào)制器衍射的零級衍射光能夠基本上無損耗地透過該屏蔽罩96。另一方面，衍射光學(xué)調(diào)制器被驅(qū)動時產(chǎn)生的電磁噪聲受到該屏蔽罩96的屏蔽，因而噪聲不再對熱電元件67和信號放大器68產(chǎn)生不利的影響。
從以上描述可以清楚，在本實例的紅外傳感器中，在衍射光學(xué)調(diào)制器和熱電元件或信號放大器等器件間提供有屏蔽罩而且接地，從而可屏蔽掉由衍射光學(xué)調(diào)制器產(chǎn)生的電磁噪聲。實例10接下去參照圖31將對本發(fā)明第十實例的紅外傳感器進行描述。本實例的紅外傳感器同第六實例的區(qū)別僅在于衍射光學(xué)調(diào)制器的結(jié)構(gòu)。本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器的構(gòu)成，是使電磁噪聲至少不對熱電元件和信號放大器所處的部位產(chǎn)生，因而無須提供第九實例中所述的電磁屏蔽罩。
本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器描述如下。如圖31所示，該調(diào)制器包括基片97，例如硅片，其兩個表面都是鏡面拋光的；由絕緣材料如ZnS膜(厚度1.1μm)形成的減反射膜98；通過沉積0.1μm厚的Au并使其形成圖案而得到的反射膜99；以及通過離心涂敷方法加上聚酰亞胺膜層并將其烘干而獲得的隔離層100。在本實例中，隔離層100的最佳厚度約為λ/4COSθt。例如，在λ為10.0μm且θt為25°時，則此最佳厚度為2.8μm。本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器進一步包括由在大氣或氧的等離子氣體中不可能被氧化的導(dǎo)電材料制成且具有與反射膜99基本相同的反射率的非氧化導(dǎo)電反射膜101，通過蒸發(fā)鍍膜方法沉積0.1μm的Au獲得；以及通過上述方法沉積1μm的Al獲得的彈性層102。
參照圖32A至32F，將對本實例衍射光學(xué)調(diào)制器的生產(chǎn)方法進行描述。在這些圖中，編號103和104表示面層；105表示由非氧化的導(dǎo)電反射膜101和彈性體102構(gòu)成的桁條。同時，與圖31中相同的元件用相同的編號表示，對其描述在此省略。
首先，如圖32A所示，通過濺射方法在硅片97的兩個鏡面拋光表面上沉積厚度λ/4n(其中n為ZnS的折射率＝2.3)為1.1μm的ZnS，從而形成減反射膜38。
接下去，如圖32B所示，通過蒸發(fā)鍍膜方法沉積0.1μm厚的Au膜層；通過離心涂敷方法在其上加正光刻膠，并曝光和顯影，以便形成面層103；然后使用蝕刻溶液(由碘、碘化鉀構(gòu)成)通過W/E法除去沉積的Au，從而形成反射膜99。
然后，如圖32C所示，除去面層103，并通過離心涂敷方法在其上加聚酰亞胺膜層，以形成隔離層100。在聚酰亞胺膜層加上之后，使該膜層在200℃的溫度下烘干例如20分鐘。在這種情況下，烘干后隔離層100的厚度設(shè)置在λ/4COSθt，而且反射膜的不均勻度是平滑的(通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)數(shù)或聚酰亞胺的粘性和溫度作到)。
接下去，如圖32D所示，通過蒸發(fā)鍍膜方法在隔離層100上面沉積0.1μm厚的Au膜層，從而形成非氧化的導(dǎo)電反射膜101；以及通過上述方法在其上沉積例如1μm厚的Al膜層，以形成彈性體102。隨后在其上加正光刻膠，以及曝光和顯影，以形成面層104。
接下去，如圖32E所示，使用蝕刻溶液(例如由磷酸、醋酸和硝酸組成)通過W/E法除法Al形成的彈性體102，并且使用氮氣通過D/E法蝕刻出非氧化的導(dǎo)電反射膜101。
最后，如圖32F所示，使用氧的等離子氣體通過D/E法除去面層104，與此同時，包括桁條105底下部分在內(nèi)的隔離層100被均質(zhì)蝕刻。通過完成上述步驟，圖30所示結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)調(diào)制器便加工完成。
參照圖33A及33B，將對本實例衍射光學(xué)調(diào)制器的操作進行描述。在這些圖中，編號106表示入射光，107a及107b表示正負(fù)一級的衍射光，108表示由于隔離層100的均質(zhì)蝕刻而由懸浮在空氣中的桁條52形成的空氣層，49表示反射光。圖33A表示非氧化的導(dǎo)電反射膜101和基片97間未加電壓時的工作狀態(tài)。反射膜99和非氧化的導(dǎo)電反射膜101之間在高度方面的差異是λ/4COSθt，如圖33A所示，例如，在λ為10μm且θt為25°時，則此差異為2.8μm。入射光106將通過上減反膜98、硅基片97以及下減反膜98，并入射在由反射膜99和非氧化的導(dǎo)電反射膜101組成的光柵部分上。在這種情況下，由于反射膜99反射光的相位與非氧化的導(dǎo)電反射膜101反射光的相位之間相差半個波長π，所以這兩束光彼此相消，而且較高級的衍射光被衍射。例如分別以41％的衍射效率產(chǎn)生出正負(fù)一級的衍射光107a和107b。
圖33B表示非氧化的導(dǎo)電反射膜101和基片97之間例如加正電壓時的工作狀態(tài)?；?7是接地的。在這種情況下，反射膜101和基片97形成電容，以將空氣層108和減反膜98介入其間。起下電極作用的非氧化導(dǎo)電薄膜101充正電荷，而起上電極作用的基片97充負(fù)電荷。由于這些電荷之間產(chǎn)生的靜電吸引力，則桁條105被拉向減反膜98直到其與減反膜98接觸為止，如圖33B所示。在這種情況下，反射膜99的表面和非氧化的導(dǎo)電反射膜101的表面處在同一平面上，從而使衍射光學(xué)調(diào)制器起反射鏡作用，而且所有入射光106變成反射光109。
從以上描述可以清楚，通過接通/斷開加在非氧化的導(dǎo)電反射膜101和基片97之間的電壓，可對光進行調(diào)制。
在本實例紅外傳感器用的衍射光學(xué)調(diào)制器中，基片97是接地的，電壓是加在非氧化的導(dǎo)電反射膜101上的，而且入射光是通過接地的基片97射在該反射膜上的。因此，在檢測非常弱的紅外光的過程中，或者在通過施加較高電壓驅(qū)動衍射光學(xué)調(diào)制器的過程中，在光被調(diào)制的一側(cè)并不產(chǎn)生電磁噪聲，因為基片97本身起電磁屏蔽板的作用。
在本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，減反射膜起絕緣層的作用，而且此膜具有較大厚度，例如厚度為1.1μm的ZnS膜。因此，驅(qū)動調(diào)制器的電壓似乎要高一些。然而，由于ZnS膜實際上的相關(guān)介電常數(shù)為8或更大一些，所以有效長度(即厚度的八分之一)為0.14μm(＝1.1μ÷8)。因此，驅(qū)動電壓并不會變得過高。此外，由于桁條105的厚度并不受波長λ或傾角θt的特別限制，所以與第一或第三實例的衍射光學(xué)調(diào)制器相比，通過將桁條的厚度設(shè)置小一些，本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器可以低電壓驅(qū)動。更確切地說，如果波長λ為10μm，傾角θt為25°且桁條厚度設(shè)置為2μm或更小，則本實例的調(diào)制器可用0.5V的電壓來驅(qū)動。實例11下面將參照圖34對本發(fā)明第十一實例的紅外傳感器進行描述。本實例紅外傳感器與前述那些紅外傳感器的實例區(qū)別在于用于將紅外光會聚在熱電元件上的透鏡是裝在熱電元件和衍射光學(xué)調(diào)制器之間的。在上述一些實例中，該會聚紅外光透鏡的安裝是將密封外殼的開口遮蓋。
如圖34所示，本實例的紅外傳感器包括用于衍射至少一部分入射的紅外光206為零級衍射光211的衍射光學(xué)調(diào)制器209，衍射透鏡208，以及熱電元件202。衍射透鏡208將由衍射光學(xué)調(diào)制器209衍射的紅外光會聚到熱電元件202上。上述任一實例的衍射光學(xué)調(diào)制器均可用作衍射光學(xué)調(diào)制器209。
本實例中，衍射光學(xué)調(diào)制器209、熱電元件202和透鏡208均被包括在帶開口的密封外殼205中。就是說密封外殼205的開口是未被遮蓋的。衍射透鏡208是通過在起入射紅外波長濾光片204作用的基片上形成衍射光柵來得到的。在本實例中，衍射透鏡208本身作為密封外殼205的一部分來工作。
在本實例中，由于入射到衍射光學(xué)調(diào)制器上的是接近準(zhǔn)直的光，故調(diào)制效率有所改善。此外，由衍射光學(xué)調(diào)制器209的工作產(chǎn)生的噪聲不可能影響熱電元件202。實施例12下面將參照圖35對本發(fā)明第十二實例的紅外傳感器進行描述。本實例的紅外傳感器與上述1至10實例紅外傳感器的區(qū)別在于用于將紅外光會聚在熱電元件上的透鏡安裝在熱電元件和衍射光學(xué)調(diào)制器之間。在實例1至10中，用于會聚紅外光的透鏡的安裝是將密封外殼的開口遮蓋。
本實例的紅外傳感器與圖34所示第十一實例的紅外傳感器的區(qū)別在于，密封外殼205的開口是用入射紅外波長濾光片204遮蓋的。本實例的透鏡208′不是衍射透鏡，而是由硅做的拋光透鏡，或者聚乙烯透鏡。在本實例中，只有透過射入紅外波長濾光片204的光能夠入射在衍射光學(xué)調(diào)制器209上。由于該調(diào)制器209處在密封的環(huán)境中，故其對環(huán)境的抵抗力有所改善。實例13下面將參照圖36對本發(fā)明第十三實例的紅外傳感器進行描述。本實例的紅外傳感器與圖34所示第十一實例紅外傳感器的區(qū)別在于，密封外殼205的開口上配備有圓柱形的開口控制件215，如從圖36中可見。此開口控制件215的口徑被設(shè)置為3mm，且其軸向長度被設(shè)置為例如30mm。此開口控制件215是由能夠擋斷紅外光的材料制成的。它能夠阻擋除由被檢測物件輸出的紅外光之外的紅外光入射到衍射光學(xué)調(diào)制器上，從而使輸出信號的信噪比得以改善。
在上述實例1至13中，本發(fā)明的衍射光學(xué)調(diào)制器被應(yīng)用于紅外傳感器。在以下實例中，將對利用本發(fā)明調(diào)制器的顯示裝置進行描述。實例14參照圖37，首先將對本發(fā)明實例顯示裝置的基本布局進行描述。在本實例中，由光源224發(fā)出的光被衍射光學(xué)調(diào)制器225衍射，然后被投影透鏡226會聚。由衍射光學(xué)調(diào)制器225輸出給透鏡226的光的強度，按照加給調(diào)制器225的電壓被調(diào)制。
接下去參照圖38，將對本發(fā)明這一實例的顯示裝置更詳細(xì)的布局進行描述。圖38表示的顯示裝置包括白光光源224，例如金屬鹵素?zé)艉碗療?；用于有選擇性地反射紅光的二向色反射鏡229a；用于有選擇地反射藍光的二向色反射鏡229b；用于有選擇地反射綠光的二向色反射鏡229c。用于透過熱射線或紅外射線并反射可見光的冷反射鏡227，安裝在光源224的后面。由光源224發(fā)出的光以及由冷反射鏡227反射的光，均被會聚透鏡228準(zhǔn)直或者會聚。
在本實例中采用了三個具有上述結(jié)構(gòu)的衍射光學(xué)調(diào)制器225a至225c。其中調(diào)制器225a安裝在一定位置，以便接收由二向色反射鏡229a反射的紅光R。調(diào)制器225b安裝在一定位置，以便接收由二向色的射鏡229b反射的藍光B。調(diào)制器225c安裝在一定位置，以便接收由二向色反射鏡229b透過的綠光G。在本實例中，受調(diào)制器225a衍射紅光通過反射鏡230a射向耦合棱鏡231。受調(diào)制器225c衍射的綠光接下去被二向色反射鏡229c和反射鏡230b反射，以便射向耦合棱鏡231。受調(diào)制器225b衍射的藍光則透過二向色反射鏡229c，然后由反射鏡230b反射，以便射向耦合棱鏡231。由耦合棱鏡231輸出的光則射過投影透鏡226，以便在屏幕(未表示)上形成圖象。
三個衍射光學(xué)調(diào)制器225a至225c通過控制器(未表示)在象素基底上被接通或關(guān)斷。其結(jié)果是，入射光在象素基底上受到調(diào)制，而且入射光的空間調(diào)制是由零級衍射光輸出的象素和零級衍射光未輸出的象素來完成。
如果衍射光學(xué)調(diào)制器的格柵柵距∧與入射光中心波長λ之比為7，那么由此調(diào)制器產(chǎn)生的一級衍射光的衍射角為8.2°。因此，為了防止該一級衍射光進入投影透鏡226孔徑中，要求該投影透鏡的F值(＝焦距/透鏡的有效口徑)為3.5或者更大。因而會聚透的F值也要求為3.5或者更大。通過采用這種透鏡，投影到屏上的光量基本上變均勻。
在本實例中，由光源發(fā)出的光被分光為紅、綠、藍三種基色，配備三個衍射光學(xué)調(diào)制器以與相應(yīng)的基色對應(yīng)，而且λ/∧被設(shè)置為7，從而可以獲得用于投影基本均勻的光量到屏上的具有高光學(xué)效率的顯示裝置。實例15參照圖39A和39B，將對本發(fā)明另一實例的顯示裝置作出描述。本實例顯示裝置與前一實例的區(qū)別僅在于衍射光學(xué)調(diào)制器。因此，除調(diào)制器之外的元件在此不作描述。
圖39A和39B表示衍射光學(xué)調(diào)制器一象素的結(jié)構(gòu)。在該圖中，編號232a至232e表示具有厚度為四分之一入射光波長的桁條。在該桁條232a至232e的上表面上沉積鋁、銀層，以便起到電極和反射膜的作用。隔離層233同樣具有入射光波長四分之一的厚度。提供在基片(未表示)上的電極234，對入射光進行反射。為觀察方便，沉積在隔離層233下方的電極234，如圖39B所示處在隔離層233下表面的同一平面上。
在本實例的衍射光學(xué)調(diào)制器中，安裝在隔離層233上的桁條232a和232e，均勻施加靜電力時并不偏轉(zhuǎn)。因此，由桁條232a和232e的上表面反射的光的相位和隔離層233上表面反射的光的相位之間的相位差，總為半波長。而且在桁條232b、232c和232d被隔離層233支撐的部分中，相位差也總為半個波長。因此，在相鄰象素之間的所有區(qū)域內(nèi)，相位差為半個波長。因而，由于零級衍射光不會從相鄰象素之間的區(qū)域中產(chǎn)生，所以相應(yīng)的象素很容易容易區(qū)分開而不必特別提供黑底。實例16參照圖40A和40B，將對本發(fā)明又一實例的顯示裝置作出描述。
本實例的顯示裝置與第十四實例的顯示裝置的區(qū)別僅在于衍射光學(xué)調(diào)制器。因此，除衍射光學(xué)調(diào)制器外的其它元件將不描述。在這些圖中，介電薄膜235具有入射光波長四分之一的厚度，而且在此介電薄膜235的上表面沉積有鋁、銀膜層，以便起到電極和反射膜的作用。狹縫236a至236I是通過蝕刻介電薄膜235形成的。支撐桁條237也是通過蝕刻介電薄膜235形成的。隔離層用238表示，而且電極239也反光。
接下去將對本實例衍射光學(xué)調(diào)制器的操作進行描述。介電薄膜235是靠支撐桁條237和隔離層238支撐在空氣中的。當(dāng)電壓加在介電薄膜235上表面提供的電極和電極239之間時，其間便產(chǎn)生靜電力，從而使該介電薄膜235與電極239相接觸。由于支撐桁條237的寬度小于介電薄膜235可動部分的寬度，故支撐桁條237可能變形，且介電薄膜235和電極239間接觸部分的面積變得很大。因此，作為調(diào)制零級衍射光的面積變大，因而有效孔徑變大。
通過使支撐桁條的寬度小于可動部分的寬度，支撐桁條有可能變形。其結(jié)果是，未對零級衍射光的調(diào)制作出貢獻的盲區(qū)將被有益地減小。
在本實例中，通過讓構(gòu)成衍射光學(xué)調(diào)制器的每一桁條的寬度僅在隔離層238附近小一些，也可以達到同樣的效果。
在本發(fā)明的衍射光學(xué)調(diào)制器中，在可動光柵和平板之間提供有絕緣層，所以構(gòu)成光柵的材料可自由選擇而不考慮其導(dǎo)電性。如果桁條是由導(dǎo)電材料制成的，或者如果桁條的下表面是由導(dǎo)電材料制成的，從而起到第二電極的作用，那么平板和第二電極之間的間隙可以減小，因而就能在低電壓下工作。在使用衍射光學(xué)調(diào)制器于較長波長紅外光的情況下，減小電極間的距離是有效的。
此外，如果桁條的下表面由不可能被氧化的導(dǎo)電材料制作，則當(dāng)調(diào)制器被驅(qū)動時在接觸部位無剩余電荷保留，從而使殘留電位差不能產(chǎn)生。因此，不需要象調(diào)制器被驅(qū)動時那樣許多倍增加驅(qū)動電壓，而且不需要通過加相反極性的電壓來強制除去剩余電荷。因此，用于加相反極性電壓的電源不再需要，從而實現(xiàn)低成本。此外，電壓波形的細(xì)控也變得不需要，而且調(diào)制器一直能穩(wěn)定地驅(qū)動。
按照本發(fā)明衍射光學(xué)調(diào)制器的生產(chǎn)方法，隔離層是由有機物層形成的，且其預(yù)定部分可通過干蝕刻方法除去，從而使通常產(chǎn)生的在沖洗和干燥過程中桁條附著到基片上的現(xiàn)象可避免。此外，由于隔離層是被均質(zhì)蝕刻的，故可形成具有相同長度的桁條，從而可以消除調(diào)制器工作的變化。
由于桁條的長度是由隔離層的圖案決定的，所以包括具有相同長度的桁條的衍射光學(xué)調(diào)制器可以令人滿意的重復(fù)生產(chǎn)出來。而且衍射光學(xué)調(diào)制器最低的驅(qū)動電壓可由桁條的長度決定。因此，許多衍射光學(xué)調(diào)制器之間的驅(qū)動電壓可以找齊。
進一步說來，根據(jù)本發(fā)明，機械斷續(xù)器不再需要，并能提供工作在低能耗的小尺寸規(guī)格的紅外傳感器。其壽命也有所改善。如果衍射光學(xué)調(diào)制器的傾角θt被設(shè)定為例如45°或者更小，那么與光垂直入射的情況相反，驅(qū)動電壓的增加可壓縮到兩倍或者更大。進一步說來，如果傾角被設(shè)置為25°或者更小，桁條的長度設(shè)置為3mm或者更小，殘余應(yīng)力被控制為+10兆帕的拉張應(yīng)力，那么該調(diào)制器可使用+5V或更低的電壓驅(qū)動。其結(jié)果是不再需要提高電壓的電路，而且降低成本能夠?qū)崿F(xiàn)。況且，通過將熱電元件和信號放大器裝在支撐平板上，并由電極引線支承該支撐平板，就能很容易構(gòu)成紅外傳感器。
同液晶顯示器件相比，本發(fā)明的顯示裝置能以更大的有效孔徑實現(xiàn)光的空間調(diào)制。此外，由于不再需要偏振，故光學(xué)效率可以改善。因此可以得到更亮的圖象。
其它各種變更方案都是明顯的，而且很容易就能被本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員作出，但不離開本發(fā)明的范圍和精神。因此，并不是將所附權(quán)利要求的范圍局限于在此所作的描述，而應(yīng)對權(quán)利要求作廣泛解釋。
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置，包括光源；在由光源發(fā)出的光的光路上提供的衍射光學(xué)調(diào)制單元；以及使由該衍射光學(xué)調(diào)制單元輸出的光成象用的光學(xué)元件，其中，該衍射光學(xué)調(diào)制單元配備有衍射光柵裝置，從而對該衍射光柵裝置的衍射效率加以控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其中，衍射光柵裝置是反射型的裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其中，衍射光柵裝置的柵格柵距為光的中心波長值的7倍或更多。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其中，衍射光學(xué)調(diào)制單元包括許多按二維排列成衍射光柵裝置的衍射光學(xué)調(diào)制器，以及許多分別同一些象素對應(yīng)的衍射光學(xué)調(diào)制器，每一衍射光學(xué)調(diào)制器又包括其一部分起第一電極作用的平板；在該平板上形成的隔離層，以及由許多其一部分起第二電極作用的桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支撐在該隔離層上；通過調(diào)節(jié)加在第一和第二電極之間的電壓，改變桁條和平板之間的間隙，而由衍射光學(xué)調(diào)制器來控制衍射效率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的顯示裝置，其中，許多衍射光學(xué)調(diào)制器進一步包括在平板和許多桁條之間形成的絕緣層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的顯示裝置，其中，在許多衍射光學(xué)調(diào)制器的相鄰調(diào)制器之間提供有用以形成光的半波長相位差的區(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，進一步包括用于將光源發(fā)出的光分成許多具有不同波長光束的分光裝置，其中，衍射光學(xué)調(diào)制單元配置在其中每一光束的光路上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示裝置，其中，衍射光學(xué)調(diào)制單元包括許多按二維排列為衍射光柵裝置的衍射光學(xué)調(diào)制器，以及許多分別同一些象素對應(yīng)的衍射光學(xué)調(diào)制器，每一衍射光學(xué)調(diào)制器又包括其一部分起第一電極作用的平板；在該平板上形成的支撐桁條，以及由許多其一部分起第二電極作用的桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支承在支撐桁條上；支撐桁條的寬度小于其它許多桁條中每一桁條可動部分的寬度；通過調(diào)節(jié)加在第一和第二電極間的電壓，改變桁條和平板之間的間隙，從而由衍射光學(xué)調(diào)制器來控制衍射效率。
全文摘要
本發(fā)明的衍射光學(xué)調(diào)制器包括其一部分起第一電極作用的平板；在該平板上形成的隔離層；以及由許多其一部分起第二電極作用的桁條構(gòu)成的光柵，桁條的兩端支撐在該隔離層上。在衍射光學(xué)調(diào)制器中，通過調(diào)節(jié)加在第一和第二電極之間的電壓，桁條和平板間的距離將發(fā)生變化，從而控制其衍射效率。在平板和許多桁條之間進一步提供有絕緣層。
文檔編號G03B9/36GK1395142SQ01145188
公開日2003年2月5日 申請日期2001年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月21日
發(fā)明者鹽野照弘, 上田路人, 伊藤達男, 橫山和夫, 水口信一 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社