DE112005000707B4

DE112005000707B4 - Lichtmodulator, Mikrospiegel und Anzeigevorrichtung sowie Verfahren zur Modulation von Licht und Verfahren zur Herstellung und Rücksetzung eines Mikrospiegels

Info

Publication number: DE112005000707B4
Application number: DE112005000707.3T
Authority: DE
Inventors: Michael J. Regan
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2004-04-02
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2017-10-26
Anticipated expiration: 2025-03-25
Also published as: JP2007531059A; GB0619708D0; US7298542B2; GB2427483A; US7095545B2; GB2427483B; DE112005000707T5; US20050225834A1; TW200533591A; WO2005098512A1; TWI374113B; US20060227405A1

Abstract

Eine mikroelektromechanische Vorrichtung, die eine Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) aufweist, für eine Verwendung bei verschiedenen Vorrichtungen, einschließlich Anzeigevorrichtungen (900), wie beispielsweise diesen, die räumliche Lichtmodulatoren (200) verwenden. Die Vorrichtung umfasst ein optisch transmissives Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814), ein Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) und ein Bauglied (210, 410, 510, 610, 710, 810), das zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung auslenkbar ist und durch eines der Substrate (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814, 212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) getragen ist. Das auslenkbare Bauglied (210, 410, 510, 610, 710, 810) kehrt durch einen Betrieb der Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) zu einer unausgelenkten Stellung zurück.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Projektionssysteme, die Mikrospiegel und Mikrospiegelarrays aufweisen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf integrierte Schaltungen, die zumindest ein auslenkbares Element aufweisen.
Es wurden verschiedene Technologien für Projektions- und Anzeigesysteme vorgeschlagen, wie beispielsweise diese, die eine räumliche Lichtmodulation unter Verwendung verschiedener Materialien nutzen. Unter diesen sind siliziumbasierte, mikromechanische, räumliche Lichtmodulationsvorrichtungen (SLM-Vorrichtungen; SLM = Spatial Light Modulation), bei denen ein großer Abschnitt der Vorrichtung optisch aktiv ist. Bei derartigen Systemen können Mikrospiegel sich in eine oder mehrere Richtungen auslenken. Bei Architekturen z. B., die sich auf ein Passivtreibschema stützen, ist eine Spannungsvorspannung durch eine Adresselektrode erzielt. Wenn sich der Spiegel erst einmal dreht, schwebt (floatet) die Elektrode und behält der Spiegel die ausgelenkte Stellung desselben bei. Wenn die Vorspannung rückgesetzt wird, dreht sich der Spiegel zurück zu dem flachen Zustand mit einer Rate, die durch die Gelenkfederkonstante der Mikrospiegelvorrichtung begrenzt ist. Die Gelenkfederkonstante resultiert typischerweise in einem Rücksetzzyklus, der langsamer als der Treibzyklus ist. Dies begrenzt die Fähigkeit der Mikrospiegelvorrichtung, bei hohen Frequenzen zu zucken. Somit wäre es erwünscht, eine Mikrospiegelarchitektur zu liefern, die hohe Rücksetzfrequenzen ermöglichen könnte, während eine hohe Effizienz und betriebliche Integrität geliefert wird.
Aus der US 6 633 426 B2 , der US 6046 840 A und der US 2003/0 202 265 A1 sind MEMs-Bauelemente mit beweglichen Spiegeln und Rücksetzelektroden für die beweglichen Spiegel bekannt.
Zusammenfassung
Die Erfindung schafft einen räumlichen Lichtmodulator nach Anspruch 1, einen digitalen Mikrospiegel nach Anspruch 7, eine mikroelektromechanische Vorrichtung nach Anspruch 9, eine Anzeigevorrichtung nach Anspruch 11, ein Verfahren zum Rücksetzen zumindest eines digitalen Mikrospiegels nach Anspruch 14, ein Verfahren zum Herstellen einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung nach Anspruch 17, ein Verfahren zum Modulieren von Licht nach Anspruch 19 und einen räumlichen Lichtmodulator nach Anspruch 20.
Hierin ist eine mikroelektromechanische Vorrichtung offenbart, die eine Rücksetzelektrode aufweist, die für eine Verwendung bei Projektionsanzeigevorrichtungen geeignet ist, wie beispielsweise räumlichen Lichtmodulatoren. Die Vorrichtung umfasst ein optisch transmissives Substrat, ein Halbleitersubstrat, das um einen beabstandeten Abstand von dem optisch transmissiven Substrat weg positioniert ist, und ein Bauglied, das zwischen dem optisch transmissiven Substrat und dem Halbleitersubstrat positioniert ist und zwischen einer Ruhestellung und zumindest einer Betriebsstellung auslenkbar ist. Das auslenkbare Bauglied ist durch das optisch transmissive Substrat oder das Halbleitersubstrat getragen. Das auslenkbare Bauglied lenkt aus, wenn dasselbe elektrostatisch an zumindest eine Adresselektrode angezogen wird, und kehrt durch einen Betrieb einer Rücksetzelektrode zu einer unausgelenkten Stellung zurück.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1A ist eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines digitalen Lichtmodulators, der ein Array von Mikrospiegeln umfasst;
1B ist eine Detailansicht einer Gelenkkonfiguration, die für eine Verwendung mit Mikrospiegeln geeignet ist;
1C ist eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels eines digitalen Lichtmodulators, der ein Array von Mikrospiegeln umfasst, die eine Seitengelenkkonfiguration aufweisen;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Mikrospiegelvorrichtung, die eine Seitengelenkkonfiguration aufweist;
3 ist eine auseinandergezogene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Digitalmikrospiegelpixels;
4A ist eine Querschnittsansicht eines Mikrospiegels eines digitalen Mikrospiegelarrays in einer Ruhestellung, die mit 90° zu der Gelenkachse aufgenommen ist;
4B ist der digitale Mikrospiegel von 4A, der zu einer ausgelenkten oder betrieblichen Stellung getrieben ist;
4C ist der digitale Mikrospiegel von 4A in einem Rücksetzmodus;
5A ist eine Querschnittsansicht eines Mikrospiegels bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Mikrospiegelarrays in der Ruhestellung, die mit 90° zu der Gelenkachse aufgenommen ist;
5B ist der digitale Mikrospiegel von 5A, der zu einer ausgelenkten oder betrieblichen Stellung getrieben ist;
5C ist der digitale Mikrospiegel von 5A in einem Rücksetzmodus;
6A ist eine Querschnittsansicht eines Mikrospiegels bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines Mikrospiegelarrays in der Ruhestellung, die mit 90° zu der Gelenkachse genommen ist;
6B ist der digitale Mikrospiegel von 6A, der zu einer ausgelenkten oder betrieblichen Stellung getrieben ist;
6C ist der digitale Mikrospiegel von 6A, wobei eine Hochspannungselektrodenrücksetzung gezeigt ist;
6D ist der digitale Mikrospiegel von 6A in einem Rücksetzmodus;
7A ist eine Querschnittsansicht eines Mikrospiegels, der ein Seitengelenk aufweist, bei einem vierten Ausführungsbeispiel eines Mikrospiegelarrays in der Ruhestellung, die mit 90° zu der Gelenkachse genommen ist;
7B ist der digitale Mikrospiegel von 7A, der zu einer ausgelenkten oder betrieblichen Position getrieben ist;
7C ist der digitale Mikrospiegel von 7A in dem Rücksetzmodus;
8A ist eine Querschnittsansicht eines Mikrospiegels, der ein Seitengelenk aufweist, in der Ruhestellung, die mit 90° zu der Gelenkachse genommen ist;
8B ist der digitale Mikrospiegel von 8A, der zu einer ausgelenkten oder betrieblichen Stellung getrieben ist;
8C ist der digitale Mikrospiegel von 8A in einem Rücksetzmodus;
9 ist eine schematische Ansicht einer Anzeigevorrichtung, die den digitalen Mikrospiegel verwendet, der hierin gezeigt ist; und
10 ist ein Prozessdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer mikromechanischen Vorrichtung umreißt, die eine Rücksetzelektrode aufweist.
Detaillierte Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung ist auf Anzeigevorrichtungen gerichtet, insbesondere diese, die räumliche Lichtmodulatoren verwenden. Die vorliegende Offenbarung ist auch auf mikroelektromechanische Vorrichtungen gerichtet, die ein Bauglied umfassen, das zwischen einer Ruhestellung und zumindest einer Betriebsstellung auslenkbar ist. Das auslenkbare Bauglied kann aus verschiedenen reflektierenden Medien hergestellt sein, um Licht von einem Lichtweg zu einem anderen umzurichten. Reflektierende, auslenkbare Bauglieder werden typischerweise als Mikrospiegel bezeichnet.
Eine Auslenkung ist typischerweise durch eine elektrostatische Kraft erzielt, die durch zumindest eine Adresselektrode bei einer gegebenen Vorspannungsspannung erzeugt wird. Bei der hierin offenbarten Vorrichtung wird das auslenkbare Bauglied durch einen Betrieb einer Rücksetzelektrode, die unabhängig von der CMOS-Architektur wirksam ist, zu einer unausgelenkten Stellung zurückgegeben. Die Vorspannungsspannung, die durch die Rücksetzelektrode erzeugt wird, ist ausreichend, um das auslenkbare Bauglied umzurichten. In bestimmten Fällen kann die Vorspannungsspannung, die durch die Rücksetzelektrode erzeugt wird, größer als die Vorspannungsspannung sein, die durch die Adresselektrode ausgeübt wird. Somit kann die elektrostatische Kraft, die durch die Rücksetzelektrode erzeugt wird, das auslenkbare Bauglied schnell und effizient zu einer Ruhestellung zurückgeben.
Es wird betrachtet, dass die mikroelektromechanische Vorrichtung irgendein geeignetes auslenkbares Bauglied umfassen kann, das eine schnelle Rücksetzung erfordert. Zu Darstellungszwecken wird die Vorrichtung hinsichtlich einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung beschrieben. Innerhalb des Schutzbereichs und der Wesensart dieser Offenbarung können jedoch andere mikroelektromechanische Vorrichtungen und Konfigurationen wirksam genutzt werden. Digitale Mikrospiegelvorrichtungen, die für eine Verwendung bei der Schnellrücksetzkonfiguration, die hierin beschrieben ist, geeignet wären, sind in der ebenfalls anhängigen Anmeldung US 2003 0 202 264 A1 mit dem Titel „Micro-mirror Device”, eingereicht am 30. April 2002 und ebenfalls an die Entität hierin gemeinschaftlich übertragen, deren Beschreibung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschrieben. Wie es allgemein hierin erörtert ist, kann die digitale Mikrospiegelvorrichtung verschiedene planare Geometrien aufweisen, wie es erwünscht und/oder erforderlich ist. Es wird betrachtet, dass die digitale Mikrospiegelvorrichtung verschiedene Gelenkarchitekturen umfassen kann, einschließlich Architekturen mit verstecktem Gelenk, freiliegendem Gelenk und flachem Spiegel. Zu Darstellungszwecken sind verschiedene Architekturen mit verstecktem und freiliegendem Gelenk betrachtet, gezeigt und erörtert. Es ist klar, dass die hierin offenbarte Rücksetzvorrichtung bei verschiedenen Einzeldeck- und Doppeldeck-Gelenkanordnungen verwendet werden kann. 1A zeigt eine Draufsicht eines Abschnitts eines digitalen Mikrospiegelarrays 100 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1B zeigt eine Detailansicht eines darstellenden Gelenkaufbaus. 1C zeigt eine Draufsicht eines digitalen Mikrospiegelarrays 100' mit Seitengelenk. Jedes Element in dem Array kann ein Spiegelelement 102 (102' bei dem Vorrichtungsarray 100') umfassen.
Wie es in 1A, 1B und 1C zu sehen ist, ist jedes Spiegelelement 102, 102' durch eine Tragestütze 104, 104' getragen. Die Tragestütze 104, 104' kann wie erwünscht oder erforderlich positioniert sein, um einen Betrieb zu ermöglichen. Wie es in 1A gezeigt ist, kann die Tragestütze 104 relativ zu dem Spiegelelement 102 zentral positioniert sein. Es wird ferner betrachtet, dass die Tragestütze 104' in der Nähe einer geeigneten Kante 106' des Spiegelelements 102' positioniert sein kann, wie es in 1B gezeigt ist. Die Spiegelelemente 102, 102' sind in 1A und 1C als quadratische Bauglieder gezeigt. Es wird jedoch betrachtet, dass die Spiegelelemente 102, 102' irgendeine geeignete Geometrie oder Konfiguration aufweisen können.
Stützen, wie beispielsweise die Tragestützen 104, 104', sind mit dem Spiegelelement 102, 102' über geeignete Gelenkbauglieder verbunden, wie beispielsweise die Gelenke 108, die in 1B dargestellt sind. Die Gelenke 108 sind aufgebaut und konfiguriert, um eine Torsionsdrehbewegung um eine Gelenkachse 110 zu gestatten. Auf diese Weise ist eine Bewegung des Spiegelelements 102, 102' relativ zu der Stütze 104, 104' erzielt.
Das auslenkbare Bauglied ist an zumindest dem/der optisch transmissiven/transparenten Substrat/Schicht oder dem Halbleitersubstrat getragen, wie es erwünscht oder erforderlich ist. Eine nichteinschränkende Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines auslenkbaren Bauglieds (von auslenkbaren Baugliedern), wie beispielsweise einem digitalen Mikrospiegel, der an dem optisch transmissiven Substrat befestigt ist, ist in 2 gezeigt. Eine nichteinschränkende Darstellung eines zusätzlichen Ausführungsbeispiels eines auslenkbaren Bauglieds (von auslenkbaren Baugliedern), wie beispielsweise digitalen Mikrospiegelvorrichtungen, die an der Halbleiteroberfläche befestigt sind, ist in 3 dargestellt. Zu Zwecken dieser Erörterung ist das auslenkbare Bauglied ein Abschnitt einer Mikrospiegelanzeigevorrichtung. Es ist jedoch klar, dass das auslenkbare Bauglied eines sein kann, das bei anderen Vorrichtungen und elektronischen Architekturen für andere Zwecke verwendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das auslenkbare Bauglied eine starre, reflektierende Platte.
2 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht eines räumlichen Lichtmodulators 200, der Pixelzellen irgendeiner Konfiguration oder Arraygröße aufweist. Zu einer Klarheit sind lediglich vier Pixelzellen in einer 2×2-Gitterkonfiguration gezeigt. Jede Pixelzelle weist einen geeigneten Pixelabstand auf, wie es erwünscht oder erforderlich ist. Die Vorrichtung umfasst ein geeignetes Halbleitersubstrat 212, ein darüber liegendes, optisch transmissives Substrat 214 und zumindest ein auslenkbares Bauglied 210 (z. B. ein reflektierendes Bauglied), das zwischen dem Halbleitersubstrat 212 und dem optische transmissiven Substrat 214 positioniert ist. Das auslenkbare Bauglied 210 ist aus einem Spiegel 216 gebildet, der an einem geeigneten Gelenk 202 befestigt ist, das mit einer geeigneten Tragestütze 204 verbunden ist.
Überall in dieser Beschreibung werden die Wörter „optisch” und „Licht” verwendet. In der Beschreibung und in den Ansprüchen bedeutet „optisch” auf irgendeine elektromagnetische Frequenz bezogen, nicht nur Frequenzen in dem sichtbaren Bereich. Gleichermaßen umfasst Licht ein Licht in sichtbaren und nicht sichtbaren Spektren. Ein „optisch transmissives Substrat” beispielsweise ist ein Substrat, das für eine elektromagnetische Ausbreitung einer Arbeitsfrequenz transmissiv ist, ob nun in dem sichtbaren Bereich oder nicht.
Zu Darstellungszwecken ist in 3 ein repräsentatives Mikrospiegelvorrichtungspixel mit verstecktem Gelenk gezeigt. Wie es in 3 zu sehen ist, ist ein Spiegel 300 durch eine Tragestütze 302 getragen, die an einem Landungsjoch 304 getragen ist. Das Landungsjoch 304 ist an einem Ende von jedem der Torsionsgelenke 306 angebracht. Das andere Ende jedes Torsionsgelenks 306 ist an einer Gelenktragestützenabdeckung 306 auf der Gelenktragestütze 310 angebracht. Adresselektroden 312 sind durch die Adresstragestützen 314 getragen. Die Adresstragestützen 314 und die Gelenktragestützen 310 tragen die Adresselektroden 312, die Torsionsgelenke 306 und das Landungsjoch 304 weg von den Adresselektrodenanschlussflächen 316. Unter dem Joch 304 und den Adresselektrodenanschlussflächen 316 liegt ein geeignetes Halbleitersubstrat 318, das einen geeigneten CMOS und einen Speicher umfasst, wie es erwünscht oder erforderlich ist. Wie es in 3 gezeigt ist, umfasst das Pixel ferner ein geeignetes, optisch transmissives Substrat 320 in einer überlagernden Beziehung zu dem Spiegel 300.
Es wird betrachtet, dass das Pixel und die zugeordnete Vorrichtung, wie beispielsweise ein räumlicher Lichtmodulator, ferner eine Spannungssteuerung aufweisen können, die an den Adress- und Rücksetzelektroden wirksam ist, um eine Auslenkung und Rücksetzung des auslenkbaren Bauglieds zu betätigen. Die Spannungssteuerung, die in dem Siliziumsubstrat entworfen ist, kann ein geeigneter SRAM, DRAM oder ein anderer Typ einer Niederspannungshochgeschwindigkeitslogik sein. Eine Spannungssteuerschaltung ist zu Erörterungs- und Darstellungszwecken in 3 bei einem Bezugszeichen 350 definiert. Es wird ferner betrachtet, dass eine Spannungssteuerung, die mit der Rücksetzelektrode verbunden ist und mit der Spiegelversatzvorspannung verbunden ist, typischerweise als chipexterne Elektronik erzielt ist, um höhere Spannungspotentiale zu erhalten.
Bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen und Konfigurationen, wie beispielsweise diesen, die in 2 und 3 dargestellt sind, wird betrachtet, dass die optisch transmissive Schicht durch irgendein geeignetes Verfahren mit dem Substrat in Ausrichtung gehalten sein kann. Unter diesen befinden sich herkömmliche Ausrichtungsverfahren und -architekturen, sowie Verfahren, die eine extrem enge Ausrichtung erzielen, wie beispielsweise Silizium/Glas-Bondtechniken. Derartige Silizium/Glas-Bondtechniken umfassen Verfahren, durch die ein optisch transmissives Material, wie beispielsweise Glas, an ein Halbleitersubstratmaterial, wie beispielsweise Silizium, gebondet werden kann, um eine integrierte Silizium/Glas-Architektur zu erreichen.
4A, 4B und 4C zeigen ein Element eines Mikrospiegelarrays, wie es in 1A gezeigt ist. Das Mikrospiegelelement ist mit 90° zu der Gelenkachse in einem Querschnitt gezeigt. Ein Spiegel 400 ist an einer Tragestütze 402 mittels geeigneter Torsionsgelenke (nicht gezeigt) angebracht. Die Tragestütze 402 befindet sich in einer elektrischen Kommunikation mit einer Massequelle 408 über einen Ständer 406 und einen unteren Träger 404. Zusammengenommen weisen der Spiegel 400 und die zugehörige Tragestütze 402, der Ständer 406, der untere Träger 404 und das Gelenk (die Gelenke) (nicht gezeigt) eine Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 410 auf, die zwischen einem Halbleitersubstrat 412 und einem optisch transmissiven Substrat 414 positioniert ist. Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 410 gestattet eine Bewegung eines auslenkbaren Bauglieds, in diesem Fall des Mikrospiegels 400, zwischen einer Ruhestellung, wie es in 4A gezeigt ist, und zumindest einer Betriebsstellung, wie beispielsweise dieser, die in 4B gezeigt ist.
Es wird betrachtet, dass das auslenkbare Bauglied, wie beispielsweise der Mikrospiegel 400, durch das optisch transmissive Substrat 414 oder das Halbleitersubstrat 412 getragen ist. „Träger” und/oder „Tragestruktur”, wie überall in der Beschreibung verwendet, ist als eine geeignete Anbringung an einem der geeigneten Substrate 412, 414 definiert, die ausreichend ist, um eine auslenkbare Bewegung zwischen einer Ruhe- oder optisch neutralen Stellung und zumindest einer Betriebsstellung zu gestatten oder zu ermöglichen, wie es in den Zeichnungsfiguren dargestellt ist. Wie es in 4A, 4B und 4C gezeigt ist, ist die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 410 an dem Substrat 412 getragen. Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 410 ist wirksam, um ein auslenkbares Bauglied, wie beispielsweise den Spiegel 400, von der Ruhestellung zu zumindest einer ausgelenkten Stellung ansprechend auf eine elektrostatische Anziehungskraft auszulenken, die durch die Adresselektrode 416 erzeugt wird. Das auslenkbare Bauglied kehrt zu einer unausgelenkten Stellung zurück, wenn dasselbe einer geeigneten elektrostatischen Kraft unterzogen ist, die durch eine Rücksetzelektrode 418 erzeugt wird.
Wie es in 4A, 4B und 4C gezeigt ist, ist die Adresselektrode 416 in dem Substrat 412 positioniert und ist als ein Teil der CMOS-Architektur integriert. Die Rücksetzelektrode 418 ist an dem optisch transmissiven Substrat 414 positioniert oder in dasselbe integriert. Die Rücksetzelektrode 418 kann in irgendeiner geeigneten Weise konfiguriert sein. Wenn dieselbe an dem optisch transmissiven Substrat 414 positioniert ist, kann die Rücksetzelektrode 418 aus einem optisch transparenten, leitfähigen Material gebildet sein.
Geeignete, optisch transparente, leitfähige Materialien sind diese, die eine Vorrichtungsfunktion bei einer minimalen Störung oder Verschlechterung gestatten. Typischerweise sind optisch transparente, leitfähige Materialien, diese, die einen Brechungsindex zwischen etwa 1,0 und etwa 3,0 aufweisen und eine Leitfähigkeit zeigen, die ausreichend ist, um die erwünschte Vorspannungsspannung zu gestatten und zu unterstützen. Exemplarische Leitfähigkeiten würden zwischen etwa 10⁶ 1/(Ohm·cm) und 10³ 1/(Ohm·cm) liegen. Während die optischen Charakteristika des transparenten leitfähigen Materials von Anwendung zu Anwendung variieren können, zeigen geeignete, transparente, leitfähige Materialien typischerweise eine Transmission von mehr als 70 Prozent bei einer Materialdicke von 200 Angström. Nicht einschränkende Beispiele von geeigneten, transparenten, leitfähigen Materialien umfassen verschiedene Oxidmaterialien, die aus zumindest einem Element der Gruppe III und Zinn gebildet sind. Beispiele von geeigneten Elementen der Gruppe III umfassen zumindest Indium, Gallium oder Thallium. Beispiele von transparenten, leitfähigen Materialien umfassen zumindest Zinkoxid, In₂O₃, Indiumzinnoxid (ITO Indium Tin Oxide), CdSnO₄, SnO oder SnO₂.
Die optisch transparente Rücksetzelektrode 418 kann an irgendeiner geeigneten Position an dem optisch transmissiven Substrat 414 positioniert sein. Die Rücksetzelektrode 418 kann in irgendeiner geeigneten Weise konfiguriert sein, die geeignet ist, um eine Funktion zu ermöglichen. Wie es in 4A, 4B und 4C gezeigt ist, ist die optisch transparente Rücksetzelektrode 418 an der unteren Fläche 420 des optisch transmissiven Substrats 414 positioniert. Es ist klar, dass das optisch transmissive Substrat 414 auch eine obere Oberfläche aufweist, die distal zu dem Halbleitersubstrat 412 ist. Die Rücksetzelektrode 418 kann auf irgendeine geeignete Weise mit der unteren Fläche 420 des optisch transmissiven Substrats 414 verbunden sein. Wie es in 4A gezeigt ist, ist eine Elektrodendicke zu Darstellungszwecken übertrieben. Wie es gezeigt ist, ist die optisch transparente Rücksetzelektrode 418 in das optisch transmissive Substrat 414 integriert. Es wird ferner betrachtet, dass die optisch transparente Rücksetzelektrode 418 sich in einer überlagernden Beziehung zu der unteren Fläche 420 des optisch transparenten Substrat 414 befinden kann. Die Rücksetzelektrode 418 ist mit einer geeigneten Leistungsquelle (nicht gezeigt) verbunden, die unabhängig von der CMOS-Architektur und von Spannungsbeschränkungen ist. Wie es gezeigt ist, ist die Adresselektrode 416 in die CMOS-Architektur integriert.
Es wird betrachtet, dass die Adresselektrode 416, die Masseelektrode 408 und die Rücksetzelektrode 418 geeignete Spannungspotentiale aufweisen können, wie es erwunscht oder erforderlich ist, wie es durch die Anforderungen der spezifischen Architektur und Anwendung definiert ist. Abhangig von Entwurfsbeschränkungen wird betrachtet, dass ein Spannungspotential der Rücksetzelektrode 418 sich in einem Bereich befinden kann, der breit zwischen –100 V bis 100 V definiert ist, oder eine mögliche Spannung in einem Bereich, der durch eine CMOS-Architektur definiert ist. Die mögliche Spannung für die Adresselektrode 416 und die Masseelektrode 408 ist typischerweise beschränkt, falls dieselben in die CMOS-Architektur integriert sind, aber ist ausreichend, um eine Auslenkung des Spiegels 400 zu gestatten. Es wird betrachtet, dass die Rücksetzelektrode 418 und die Masseelektrode 408 ein Spannungspotential aufweisen, das ausreichend ist, um das Spannungspotential der Adresselektrode 416 zu überwinden.
In der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung, wie es in 4A gezeigt ist, zeigen die Masseelektrode 408, die Adresselektrode 416 und die Rücksetzelektrode 418 Spannungspotentiale, die gestatten, dass der Spiegel 400 in Ruhe bleibt. Durch ein Beispiel sind die Spannungspotentiale für die Masseelektrode 408 (V_g), die Adresselektrode (V_e1) und die Rücksetzelektrode (V_r) alle gleich Null.
Um den Spiegel in die Betriebsstellung zu neigen, die in 48 gezeigt ist, wird eine Vorspannungsspannung an die Adresselektrode 416 angelegt (V_e1 = +). Die angelegte Vorspannungsspannung ist eine, die ausreichend ist, um eine elektrostatische Anziehungskraft zu erzeugen, um das auslenkbare Bauglied 410 auszulenken. Es wird betrachtet, dass das Spannungspotential für die Rücksetzelektrode 418 und die Masseelektrode 408 während einer Auslenkung neutral bleiben kann. Alternativ können die Rücksetzelektrode 418 und/oder die Masseelektrode 408 vorgespannt werden, um eine Auslenkung zu ermöglichen. Falls erwünscht, kann beispielsweise die elektrostatische Anziehungskraft der Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 410 durch eine geeignete Vorspannung zu der Masseelektrode 408 (V_g = –) verstärkt werden, wie es in 4B gezeigt ist.
Um zu der optisch neutralen Stellung rückzusetzen, wie es in 4C gezeigt ist, kann eine positive Spannung durch die Rücksetzelektrode 418 hindurch eingebracht werden (V_r = +), was der Vorspannungsspannung mit negativem Potential durch die Masseelektrode 408 hindurch entgegenwirkt. Die Spannung, die durch die Adresselektrode 416 hindurch eingebracht ist, kann auf Null reduziert werden (V_e1 = 0), wodurch eine abstoßende elektrostatische Kraft erzeugt wird, die das auslenkbare Bauglied 410 zu der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung treibt.
Es wird betrachtet, dass eine Blockrücksetzung an ein gesamtes Array von Mikrospiegelvorrichtungen angelegt werden kann, um eine starke elektrostatische Kraft zu liefern, um die ausgelenkten Spiegel zu den jeweiligen flachen Zuständen derselben zu treiben.
Unter jetziger Bezugnahme auf 5A, 5B und 5C wurde ein zweites Ausführungsbeispiel der Mikrospiegelarchitektur gezeigt, bei dem die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 510 einen Spiegel 500, eine Tragestütze 502, einen unteren Träger 504 und einen Ständer 506 in Kontakt mit einer Masseelektrode 508 umfasst. Eine Rücksetzelektrode 518 ist an einer unteren Fläche 520 eines optisch transmissiven Substrats 514 getragen. Adresselektroden 516 und 522 sind in dem Halbleitersubstrat 512 getragen und sind in die CMOS-Architektur integriert. Das Vorhandensein mehrerer Elektroden, wie beispielsweise der Adresselektroden 516 und 522, erhöht den Winkelbereich des Systems. Bei der dargestellten Konfiguration kann der Spiegel 500 von der optisch neutralen Stellung, die in 5A gezeigt ist, zu einer von zwei Betriebsstellungen getrieben werden (die eine Betriebsstellung ist in 5B in einer durchgezogenen Linie gezeigt und eine entgegengesetzte Betriebsstellung ist in 5B in einem Phantombild gezeigt). Eine elektrostatische Kraft wird durch die jeweilige Adresselektrode 516, 522 ausgeübt, um den Spiegel 500 in die Betriebsstellung zu treiben. Eine Rückkehr zu der optisch neutralen Stellung ist durch die Rücksetzelektrode 518 ermöglicht. Bei dem in 5B gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Adresselektroden 516 und 522 durch eine CMOS-Schaltungsanordnung gesteuert, die in dem Halbleitersubstrat 512 resident ist. Die Rücksetzelektrode 518 und die Masseelektrode 508 können außerhalb der CMOS-Schaltungsanordnung durch eine geeignete Steuerung (nicht gezeigt) gesteuert sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Masseelektrode 508 an dem reflektierenden Element (z. B. dem Spiegel 500) angebracht und elektrisch mit dem Substrat 512 gekoppelt, derart, dass die Masseelektrode 508 für eine selektive Betätigung der elektronischen Schaltungsanordnung konfiguriert ist. Alternativ kann die Rücksetzelektrode 518 an dem CMOS gesteuert sein. Um den Spiegel 500 zu der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung rückzusetzen, wird eine elektrostatische Abstoßungskraft durch die Rücksetzelektrode 518 erzeugt. Die Abstoßungskraft ist eine, die ausreichend ist, um irgendeine Kraft zu überwinden, die durch die Adresselektroden 516, 522 erzeugt wird.
In der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung, wie es in 5A gezeigt ist, sind Spannungspotentiale für die Masseelektrode 508, die Adresselektroden 516, 522 und die Rücksetzelektrode 518 ausreichend, um zu gestatten, dass der Spiegel 500 in Ruhe bleibt. Durch ein Beispiel sind die Spannungspotentiale für die Masseelektrode 508 (V_g), die Adresselektroden 516, 522 (V_e1 und V_e2) und die Rücksetzelektrode 518 (V_r) alle gleich Null.
Um den Spiegel 500 in eine erste Betriebsstellung zu neigen, wie es in 5B gezeigt ist, wird eine Vorspannungsspannung an die Adresselektrode 516 oder 522 angelegt (V_e1 = +). Die angelegte Vorspannungsspannung ist eine, die ausreichend ist, um eine elektrostatische Anziehungskraft zu erzeugen, die ausreichend ist, um die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 510 und einen zugeordneten Spiegel 500 auszulenken. ES wird betrachtet, dass die Rücksetzelektrode 518 und/oder die Masseelektrode 508 während einer Auslenkung vorgespannt sein können, um eine Auslenkung zu erleichtern. Falls erwünscht, kann beispielsweise die elektrostatische Anziehungskraft der Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 510 durch eine geeignete Vorspannungsspannung bei der Masseelektrode 508 verstärkt werden (V_g = –).
Um zu der optisch neutralen Stellung rückzusetzen, wie es in 5C gezeigt ist, kann eine positive Spannung durch die Rücksetzelektrode 518 hindurch eingebracht werden (V_r = +), um einer Vorspannungsspannung mit negativem Potential durch die Masseelektrode 508 hindurch (V_g = –) entgegenzuwirken. Die Vorspannungsspannung, die durch die Adresselektroden 516, 522 hindurch eingebracht wird, kann auf Null reduziert werden (V_e1 = 0) und die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 510 kann zu der optisch neutralen Stellung gezogen werden.
Eine Verwendung einer Rücksetzelektrode 518, die von der CMOS-Architektur unabhängig ist, gestattet Hochspannungsrücksetzprozeduren. Wie hierin verwendet, ist der Ausdruck „Hochspannung” breit als Spannungen definiert, die diese überschreiten, die durch eine CMOS-Architektur erreicht werden können. Es wird betrachtet, dass hohe Spannungen so hoch wie ±100 V oder andere Werte sein können, die für die Schaltungsanordnung und Konfiguration geeignet sind.
Ein drittes Ausführungsbeispiel, das eine Hochspannungsrücksetzung verwendet, ist in 6A, 6B, 6C und 6D gezeigt. Eine Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 610 umfasst einen Spiegel 600, eine Tragestütze 602, einen unteren Träger 604, einen Ständer 606 und eine Masseelektrode 608. Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 610 ist durch ein Halbleitersubstrat 612 getragen. Eine Adresselektrode 616 ist ebenfalls durch das Halbleitersubstrat 612 getragen. Ein optisch transmissives Substrat 614 befindet sich in einer beabstandeten, überlagernden Beziehung mit der Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 610. Eine Rücksetzelektrode 618 ist durch das Halbleitersubstrat 612 auf eine Weise getragen, derart, dass die Masseelektrode 608 (V_g) und die Rücksetzelektrode 618 nicht auf CMOS-Spannungseinschränkungen begrenzt sind, sondern vielmehr ein Teil einer allgemeinen Versatzspannung sind, die zu einem gesamten Array von Mikrospiegeln oder anderen auslenkbaren Baugliedern eingebracht wird. Somit ist die Spannung, die zwischen die Masseelektrode 608 (V_g) und die Rücksetzelektrode 618 (V_r) angelegt ist, eventuell ausreichend hoch, um eine Hochgeschwindigkeitsspiegelrücksetzung zu ermöglichen. Es wird betrachtet, dass Spannungen bis zu ±100 V oder andere Werte betragen können, die für die Schaltungsanordnung und Konfiguration geeignet sind.
Bei einer darstellenden Betriebssequenz, wie es in 6A, 6B und 6C dargestellt ist, sind anfängliche Spannungspotentiale für die Masseelektrode 608, die Adresselektrode 616 und die Rücksetzelektrode 618 diese, die ausreichend sind, um den Spiegel 600 in der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung beizubehalten. Wie es in 6A dargestellt ist, betragen Spannungspotentiale für die Masseelektrode 608 (V_g), die Adresselektrode 616 (V_e1) und die Rücksetzelektrode 618 (V_r) alle Null.
Um den Spiegel 600 zu einer Betriebsstellung zu neigen, wie es in 6B gezeigt ist, wird eine Vorspannungsspannung an die Adresselektrode 616 angelegt (V_e1 = +). Es wird betrachtet, dass die Spannung der Masseelektrode 608 und der Rücksetzelektrode 618 während einer Auslenkung vorgespannt sein kann, um eine Auslenkung zu der Betriebsstellung zu erleichtern, falls erwünscht oder erforderlich. Falls erwünscht, kann die elektrostatische Anziehungskraft der Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 610 durch eine geeignete Vorspannungsspannung durch die Masseelektrode 608 verbessert werden (V_g = –).
Um den Spiegel 600 zu der optisch neutralen Stellung ruckzusetzen, wie es in 6C gezeigt ist, kann die Vorspannungsspannung zu der Adresselektrode 616 unterbrochen werden (V_e1 = 0) und kann eine Vorspannungsspannung an die Rücksetzelektrode 618 angelegt werden (V_r = +), während die Vorspannungsspannung, die an die Masseelektrode 608 angelegt ist, negativ bleibt (V_g = –). Diese negative Vorspannungsspannung, die an die Masseelektrode 608 angelegt ist, verstärkt eine elektrostatische Kraft der Anordnung 610 eines auslenkbaren Bauglieds. Es wird ferner betrachtet, dass in bestimmten Situationen die Vorspannungsspannung, die an die Masseelektrode 608 angelegt ist, neutral sein kann.
Wenn der Spiegel 600 erst einmal zu der optisch neutralen Stellung zurückgegeben ist, kann die Vorspannungsspannung der Rücksetzelektrode 618 unterbrochen werden (V_r = 0), wie es in 6D gezeigt ist. Eine Vorspannungsspannung der Masseelektrode 608 kann weiter gehen, wie es in 6D gezeigt ist, oder kann unterbrochen werden, wie erforderlich.
Die Rücksetzelektrode, die hierin offenbart ist, kann bei verschiedenen mikroelektromechanischen Vorrichtungen verwendet werden, die ein auslenkbares Bauglied (auslenkbare Bauglieder) aufweisen. Der Auslenkungspunkt kann ein zentraler Punkt sein, wie es vorgehend erörtert ist. Es wird ferner betrachtet, dass der Auslenkungspunkt abhängig von dem Entwurf der zugeordneten mikroelektromechanischen Vorrichtung versetzt sein kann. Bei Mikrospiegelanordnungen kann die Vorrichtung beispielsweise eine Seitengelenkbefestigung verwenden.
Ein viertes alternatives Ausführungsbeispiel, das einen Mikrospiegel mit einer Seitengelenkbefestigung zeigt, ist in 7A, 7B und 7C dargestellt. Der Mikrospiegel ist ein Element eines Mikrospiegelarrays und ist in einem Querschnitt mit 90° zu der Gelenkachse gezeigt. Ein Mikrospiegel 700 ist an einer Tragestütze 702 mittels eines geeigneten Torsionsgelenks (nicht gezeigt) angebracht. Die Tragestütze 702 befindet sich in einer elektrischen Kommunikation mit einer Masseelektrode 708 über einen Ständer 706 und einem unteren Träger 704. Zusammengenommen bilden der Spiegel 700, die Tragestütze 702, der Ständer 706, die untere Stütze 706 und das Gelenk (die Gelenke) (nicht gezeigt) eine Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 710. Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 710 ist durch ein Substrat 712 getragen. Eine Adresselektrode 716 ist ebenfalls durch das Substrat 712 getragen. Ein optisch transmissives Substrat 714 befindet sich in einer beabstandeten, überlagernden Beziehung zu dem auslenkbaren Bauglied 710 und dem Substrat 712. Eine Rücksetzelektrode 718 ist an der unteren Fläche 720 des optisch transmissiven Substrats 714 getragen. Die Rücksetzelektrode 718 kann aus einem optisch transparenten Material hergestellt sein, wie es vorhergehend erörtert ist. Die Rücksetzelektrode 718 kann irgendeine geeignete Konfiguration aufweisen, die alles oder einen Abschnitt der unteren Fläche 720 des optisch transparenten Substrats 714 bedeckt, wie es erwünscht oder erforderlich ist. In der Rücksetz- oder optisch neutralen Stellung, die in 7A gezeigt ist, beträgt das Spannungspotential der Adresselektrode 716 (V_e1), der Masseelektrode 708 (V_g) und der Rücksetzelektrode 718 jeweils Null.
Um den Spiegel 700 in die Betriebsstellung, die in 7B gezeigt ist, zu neigen oder auszulenken, wird eine Vorspannungsspannung an die Adresselektrode 716 angelegt (V_e1 = +). Die angelegte Vorspannungsspannung ist eine, um eine elektrostatische Kraft zu erzeugen, die ausreichend ist, um den Spiegel 700 auszulenken, und wird beibehalten, bis eine Rücksetzung erforderlich ist. Um eine Auslenkung zu erleichtern, kann die elektrostatische Anziehungskraft, die auf die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 710 ausgeübt wird, durch eine Anlegung einer Vorspannungsspannung der Masseelektrode 718 (V_g = –) verbessert werden.
Eine Rücksetzung zu der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung ist in 7C gezeigt. Um rückzusetzen, kann ein Spannungspotential zwischen der Rücksetzelektrode 718 und der Masseelektrode 708 eingerichtet werden. Wie es in 7C gezeigt ist, ist die Rücksetzelektrode 718 vorgespannt, derart, dass die Vorspannungsspannung (V_r) positiv ist, während die Vorspannungsspannung der Masseelektrode 708 (V_g) negativ bleibt, wobei der absolute Wert ausreichend ist, um den Mikrospiegel 700 zu der optisch neutralen oder Ruhestellung zurückzugeben. Um ferner eine schnelle Rücksetzung zu erleichtern, kann die Spannung durch die Adresselektrode 716 auf Null reduziert werden (V_e1 = 0).
Es wird ferner betrachtet, dass die Rücksetzelektrode, die hierin offenbart ist, in Konfigurationen eingesetzt werden kann, bei denen ein auslenkbares Bauglied durch das optisch transmissive Substrat getragen ist. Um dies weiter zu veranschaulichen, ist ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Mikrospiegelvorrichtung in 8A, 8B und 8C dargelegt. Eine Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 ist an einem optisch transparenten Substrat 814 getragen. Das optisch transparente Substrat 814 befindet sich in einer überlagernden Beziehung mit einem geeigneten Halbleitersubstrat 812, das eine geeignete CMOS-Architektur aufweist. Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 kann sich von einer Ruhestellung zu zumindest einer Betriebsstellung in einer Region bewegen, die zwischen dem Halbleitersubstrat 812 und dem optisch transparenten Substrat 814 definiert ist.
Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810, die in 8A, 8B und 8C gezeigt ist, umfasst einen Spiegel 800, der an einer Tragestütze 802 mittels eines geeigneten Torsionsgelenks (nicht gezeigt) befestigt ist. Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 befindet sich in elektrischem Kontakt mit einer Masseelektrode 808. Wie es in 8A, 8B und 8C gezeigt ist, ist die Masseelektrode 808 an der unteren Fläche 820 des optisch transmissiven Substrats 814 strukturiert oder in dieselbe integriert. Es wird ferner betrachtet, dass die Masseelektrode 808 durch irgendein geeignetes Verfahren an der unteren Fläche 820 befestigt sein könnte. Eine Rücksetzelektrode 818 ist ebenfalls an der unteren Fläche 820 des optisch transmissiven Substrat 814 strukturiert, in dieselbe integriert oder an derselben befestigt. Die Rücksetzelektrode 818 ist aus einem optisch transparenten Material gebildet. Es wird betrachtet, dass die Masseelektrode 808 aus irgendeinem geeigneten Material gebildet sein kann, einschließlich aber nicht begrenzt auf optisch transmissive Materialien, die hierin aufgezählt sind, wie es zutreffend wäre. Die Masseelektrode 808 und die Rücksetzelektrode 818 wirken unabhängig voneinander und sind beide unabhängig von der CMOS-Architektur, die in dem Halbleitersubstrat 812 zu finden ist. Die Adresselektrode 816 ist in dem Halbleitersubstrat 812 positioniert. Typischerweise wirkt die Adresselektrode 816 innerhalb der CMOS-Architektur.
Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 mit dem Spiegel 800 befindet sich in einer Ruhe- oder optisch neutralen Stellung, wenn die Spannungsvorspannungen zwischen der Rücksetzelektrode 818 und der Masseelektrode 808 aufgehoben sind. Eine Unterbrechung der Vorspannungsspannung in der Rücksetzelektrode 818 zusammen mit einer Einbringung einer Vorspannungsspannung, die ausreichend ist, um eine elektrostatische Anziehungskraft an der Adresselektrode 816 zu erzeugen, treibt die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 in eine geneigte oder Betriebsstellung, die in 8B dargestellt ist. Eine Rücksetzung zu der Ausgangsstellung kann durch eine Unterbrechung der Spannungsvorspannung der Adresselektrode 816 zusammen mit einer Einbringung eines Spannungspotentials in der Rücksetzelektrode 818 erzielt werden. Dieser Zustand ist in 8C dargestellt.
Wie es in 8A gezeigt ist, gleicht in dem Ruhe- oder optisch neutralen Zustand die Vorspannungsspannung der Rücksetzelektrode 818 (V_r = +) die Vorspannungsspannung der Masseelektrode 808 (V_g = –) aus oder hebt dieselbe auf. Der absolute Wert der jeweiligen Vorspannungsspannung kann irgendein geeigneter Wert sein. Typischerweise überschreitet der absolute Wert einer Vorspannungsspannung der Masseelektrode 808 und der Rücksetzelektrode 818 den absoluten Wert der Vorspannungsspannung der Adresselektrode 816. Es wird betrachtet, dass die Masseelektrode 808 und die Rücksetzelektrode 818 Vorspannungsspannungswerte zwischen –100 V und 100 V erreichen.
Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 kann in der Betriebsstellung bleiben, solange es erwünscht oder erforderlich ist. Wenn eine Rücksetzung zu der Ruhe- oder betriebsmäßig neutralen Stellung erforderlich ist, kann eine Rücksetzung durch eine Unterbrechung der Vorspannungsspannung der Adresselektrode 816 (V_e1 = 0) und eine Wiederaufnahme einer Vorspannungsspannung für die Rücksetzelektrode 818 (V_r = +) erzielt werden, wie es in 8C gezeigt ist.
Eine Position der Masseelektrode 808, der Rücksetzelektrode 818 und der zugeordneten Auslenkbares-Bauglied-Anordnung an dem optisch transparenten Substrat 814 gestattet, dass Standard-CMOS-Prozesse (wie SRAM) an dem Halbleitersubstrat 812 in der Region unter oder bedeckt durch die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 positioniert sind. Eine Integration des mikroelektromechanischen Systems, wie beispielsweise der Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 an dem Substrat 814, gestattet eine größere Flexibilität bei der Bildung einer CMOS-Architektur und einer Position an dem Halbleitersubstrat 812.
Die mikroelektromechanische Vorrichtung mit der Rücksetzelektrode, die hierin offenbart ist, kann bei einer Vielfalt von Anwendungen verwendet werden. Ein nicht einschränkendes Beispiel besteht in räumlichen Lichtmodulatoren. Es wird betrachtet, dass ein räumlicher Lichtmodulator eine Mehrzahl von MEMS-Vorrichtungen umfassen kann, wie es hierin offenbart ist, die Mikrospiegel oder andere geeignete auslenkbare digitale Lichtvorrichtungselemente aufweisen, die in einem geeigneten Array angeordnet sind. Eine optisch transmissive Schicht und ein Halbleitersubstrat können zusammenwirkend eine abgedichtete Kammer oder einen abgedichteten Hohlraum definieren, in der bzw. dem das auslenkbare Bauglied (die auslenkbaren Bauglieder) wirksam ist (sind). Typischerweise kann die abgedichtete Kammer oder der abgedichtete Hohlraum irgendein geeignetes Fluid oder gasförmiges Material zum Erleichtern eines Betriebs des auslenkbares Bauglieds (der auslenkbaren Bauglieder) umfassen. Wenn Fluide verwendet werden, wird betrachtet, dass das gewählte Fluid geeignete Eigenschaften zum Verbessern einer Funktion des auslenkbaren Bauglieds, eines optischen Reflexionsvermögens oder dergleichen aufweist. Es wird betrachtet, dass verschiedehe dielektrische Fluide im Allgemeinen und dielektrophoretische Fluide im Speziellen in die abgedichtete Kammer oder den abgedichteten Hohlraum eingebracht werden können.
Der räumliche Lichtmodulator ist aus einem optisch transmissiven Substrat, wie es hierin definiert ist, einem Halbleitersubstrat, das sich eine beabstandete Strecke von dem optisch transmissiven Substrat weg befindet, und ein auslenkbares Bauglied (auslenkbare Bauglieder) gebildet, das (die) zwischen dem optisch transmissiven Substrat und dem Halbleitersubstrat positioniert ist (sind). Das auslenkbare Bauglied (die auslenkbaren Bauglieder) kann (können) ein geeignet konfigurierter Mikrospiegel (geeignet konfigurierte Mikrospiegel) sein, der (die) zwischen dem Halbleitersubstrat und dem optisch transmissiven Substrat positioniert und durch eines der Vorhergehenden getragen ist (sind). Das auslenkbare Bauglied ist (Die auslenkbaren Bauglieder sind) konfiguriert, um sich von einer Ruhe- oder optisch neutralen Stellung zu zumindest einer Betriebsstellung auszulenken, wenn dasselbe (dieselben) elektrostatisch an zumindest eine Adresselektrode angezogen wird (werden), die an dem Halbleitersubstrat positioniert ist. Der räumliche Lichtmodulator umfasst ferner zumindest eine Rücksetzelektrode, die an dem auslenkbaren Bauglied wirksam ist, um dasselbe zu der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung rückzusetzen.
Der räumliche Lichtmodulator kann bei verschiedenen Anzeigevorrichtungen verwendet werden. Eine derartige Vorrichtung ist in 9 gezeigt. 9 ist eine schematische Ansicht eines Bildprojektionssystems 900, das eine verbesserte Mikrospiegelvorrichtung verwendet, die hierin gezeigt ist. In 9 ist Licht von einer Lichtquelle 904 durch eine Linse 906 an der Mikrospiegelvorrichtung 902 fokussiert. Obwohl dieselbe als eine einzige Linse 906 gezeigt ist, ist die Linse 906 typischerweise eine Gruppe von Linsen, Integratoren und Spiegeln, die gemeinsam Licht von der Lichtquelle 904 auf die Oberfläche der Mikrospiegelvorrichtung 902 fokussieren und richten. Bilddaten und Steuersignale von einer Steuerung 914 werden auf eine geeignete SRAM-Zelle, DRAN-Zell oder dergleichen geschrieben, die jedem Mikrospiegel zugeordnet ist. Die Daten in diesen zugeordneten Zellen bewirken, dass sich einige der Spiegel zu einer Ein-Stellung drehen. Spiegel an der Mikrospiegelvorrichtung 902, die zu einer Aus- oder Ruhestellung gedreht sind, können Licht in eine Lichtfalle 908 oder weg von einer Projektionslinse 910 reflektieren, während Spiegel, die zu einer Ein-Stellung gedreht sind, Licht zu der Projektionslinse 910 reflektieren, die der Einfachheit halber ebenfalls als eine einzige Linse gezeigt ist. Die Projektionslinse 910 fokussiert das Licht, das durch die Mikrospiegelvorrichtung 902 moduliert ist, auf eine einzige Bildebene oder einen Schirm 912.
Die Mikrospiegelvorrichtung 902 kann gemäß der Offenbarung hierin konfiguriert sein und umfasst allgemein ein optisch transmissives Substrat, ein Halbleitersubstrat und zumindest einen Mikrospiegel, der durch eines der Vorhergehenden getragen ist. Die Mikrospiegelvorrichtung 902 kann zumindest eine Adresselektrode und zumindest eine Rücksetzelektrode umfassen, wie es hierin offenbart ist.
Die hierin offenbarte Vorrichtung kann in der hierin erörterten Weise gefertigt werden, um eine mikroelektromechanische Vorrichtung mit einer Rücksetzelektrode aufzubauen. Geeignete Abstandhalterschichten und Strukturierungsprozesse können verwendet werden, um eine geeignete Struktur, wie beispielsweise Gelenktragestützen, Adresselektrodentragestützen und dergleichen an einem geeigneten Halbleitersubstrat zu definieren, an dem eine Adressschaltungsanordnung definiert ist, wie bei dem Bezugszeichen 1010 in 10.
Abhängig von der Position der Rücksetzelektrode bei der fertiggestellten mikroelektromechanischen Vorrichtung kann das Halbleitersubstrat eine Rücksetzelektrode aufweisen, die bereits an demselben definiert ist, oder die Rücksetzelektrode kann an entweder dem Halbleitersubstrat (wie bei dem Bezugszeichen 1012) oder einer Region distal zu dem Halbleitersubstrat wie bei dem Bezugszeichen 1014 eingerichtet sein.
Bei Mikrospiegelvorrichtungen wird betrachtet, dass die verschiedenen Elemente des Mikrospiegels durch verschiedene Strategien und Prozesse sequentiell eingerichtet werden können. Wenn die Rücksetzelektrode an dem Halbleitersubstrat positioniert ist, wird betrachtet, dass die Rücksetzelektrode als ein Teil der gleichen Fertigungssequenz eingerichtet werden kann. Wenn die Rücksetzelektrode an dem optisch transparenten Substrat positioniert ist, wird betrachtet, dass der Prozess eine geeignete Strukturierung und Aufbringung einer Rücksetzelektrodenregion in der Abstandhalterregion distal zu dem Halbleitersubstrat wie bei 1014 umfassen kann. Alternativ kann die Rücksetzelektrode an dem optisch transmissiven Substrat durch geeignete Aufbringungsprozeduren eingerichtet werden, einschließlich geeigneter Strukturierungs- und Ätzprozesse. Wenn die Mikrospiegelstruktur erst einmal eingerichtet ist, wie bei 1016, kann die optisch transparente Substratschicht mit einer zugeordneten Rücksetzelektrode wie bei 1018 eingerichtet werden.
Bei einer vereinfachten Skizze einer Mikrospiegelaufbausequenz wird betrachtet, dass eine erste Abstandhalterschicht eingerichtet, strukturiert und geätzt werden kann, um Strukturen zu definieren, wie beispielsweise Adresselektrodentragestützen, Gelenktragestützen und optional eine Rücksetzelektrode und dergleichen, die aufgebaut werden sollen. Gelenkelemente können in der geeigneten Abstandhalterschicht eingerichtet werden, um die Gelenke mit den Gelenktragestützen zu verbinden. Gleichermaßen können Adresselektroden an den Adresselektrodenträgern eingerichtet werden.
Um ein Spiegelelement einzurichten, kann eine zweite Abstandhalterschicht in einer überlagernden Beziehung zu der vorhergehend definierten Architektur strukturiert werden. Die Abstandhalterschicht kann strukturiert werden, um Verbindungen zwischen zumindest einem Gelenkelement und zumindest einem Spiegelelement zu definieren.
Ein optisch transparentes Substrat kann in einer abgedichteten, überlagernden Beziehung zu der Spiegelanordnung und dem Halbleitersubstrat zusammen mit einer geeigneten Entfernung von Opferschichten eingerichtet werden. Falls dieselbe nicht an dem Halbleitersubstrat definiert ist, kann zumindest eine Rücksetzelektrode auf eine Weise, die gestattet, dass die Rücksetzelektrode unabhängig von der Adresselektrode wirksam sein kann und, falls nötig, eine Vorspannungsspannung erzeugen kann, die größer als bei der Adresselektrode ist, eingerichtet und dem optisch transmissiven Substrat zugeordnet werden.
Während Ausführungsbeispiele in Verbindung damit beschrieben wurden, was gegenwärtig als die praktischsten und bevorzugtesten Ausführungsbeispiele betrachtet werden, ist klar, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel (die offenbarten Ausführungsbeispiele) begrenzt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die innerhalb der Wesensart und des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche enthalten sind, wobei dem Schutzbereich die breiteste Interpretation zugestanden werden soll, um alle derartigen Modifikationen und äquivalenten Strukturen einzuschließen, wie es gesetzlich gestattet ist.

Claims

Ein räumlicher Lichtmodulator (200), der folgende Merkmale aufweist: ein optisch transmissives Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814); ein Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812), das eine beabstandete Strecke von dem optisch transmissiven Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) weg positioniert ist; ein auslenkbares Bauglied (210, 410, 510, 610, 710, 810), das zwischen dem optisch transmissiven Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) und dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) positioniert und durch das optisch transmissive Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) oder das Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) getragen ist, wobei das Bauglied (210, 410, 510, 610, 710, 810) konfiguriert ist, um sich von einer Ruhestellung zu zumindest einer Betriebsstellung auszulenken, wenn dasselbe elektrostatisch an zumindest eine Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 818) angezogen wird, die an dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) positioniert ist, wobei das Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) eine CMOS-Schaltungsanordnung aufweist, um die zumindest eine Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 818) zu steuern; und eine Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818), die wirksam ist, um das auslenkbare Bauglied (210, 410, 510, 610, 710, 810) zu der Ruhestellung rückzusetzen, wobei die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) mit einer Leistungsquelle verbunden ist, die unabhängig von der CMOS-Schaltungsanordnung in dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) ist.
Der räumliche Lichtmodulator (200) gemäß Anspruch 1, bei dem die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) an zumindest dem optisch transmissiven Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) oder dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) positioniert ist.
Der räumliche Lichtmodulator (200) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) ein Spannungspotential (V_r) aufweist, das ausreichend ist, um eine elektrostatische Anziehung zwischen dem auslenkbaren Bauglied (210, 410, 510, 610, 710, 810) und der Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) zu überwinden.
Der räumliche Lichtmodulator (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) aus einem optisch transparenten, leitfähigen Material gebildet ist, wobei das optisch transmissive Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) eine obere Fläche distal zu dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) und eine gegenüberliegende untere Fläche (420, 520, 720, 820) aufweist, und wobei das transparente, leitfähige Material an der unteren Fläche (420, 520, 720, 820) des optisch transmissiven Substrats (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) positioniert ist.
Der räumliche Lichtmodulator (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das optisch transmissive Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) und das Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) eine abgedichtete Kammer definieren, wobei der räumliche Lichtmodulator (200) ferner ein Fluid aufweist, das in der abgedichteten Kammer enthalten ist.
Der räumliche Lichtmodulator (200) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, der ferner eine Spannungssteuerung aufweist, wobei die Spannungssteuerung an der zumindest einen Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) und der Spannungsquelle, die mit der Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) verbunden ist, wirksam ist, um eine Auslenkung und Rücksetzung des auslenkbaren Bauglieds (210, 410, 510, 610, 710, 810) zu betätigen.
Ein digitaler Mikrospiegel (902), der folgende Merkmale aufweist: ein Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812); ein optisch transmissives Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814), das eine beabstandete Strecke von dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) weg angeordnet ist; zumindest ein auslenkbares Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800), das durch zumindest das Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) oder das optisch transmissive Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) getragen ist, wobei das Spiegelbauglied (102, 102', 0216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) zwischen einer Ruhestellung und zumindest einer Betriebsstellung auslenkbar ist; zumindest eine Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816), die an dem auslenkbaren Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) wirksam ist, um das Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) in die Betriebsstellung zu bewegen, wobei die Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) ein Adresselektrodenspannungspotential (V_e1) aufweist, das durch eine CMOS-Schaltungsanordnung in dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) gesteuert wird; und zumindest eine Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818), die an dem auslenkbaren Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) wirksam ist, um das Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) in die Ruhestellung zu bewegen, wobei die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) ein Rücksetzelektrodenspannungspotential (V_r), das durch eine Steuerung außerhalb der CMOS-Schaltungsanordnung gesteuert wird, aufweist, wobei das Rücksetzelektrodenspannungspotential (V_r) ausreichend ist, um das Adresselektrodenspannungspotential (V_e1) zu überwinden.
Der digitale Mikrospiegel (902) gemäß Anspruch 7, bei dem das optisch transmissive Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) und das Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) eine abgedichtete Kammer definieren, wobei der digitale Mikrospiegel (902) ferner ein Fluid aufweist, das in der abgedichteten Kammer enthalten ist.
Eine mikroelektromechanische Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: ein Substrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812); eine optisch transmissive Schicht (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814), die eine beabstandete Strecke von dem Substrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) weg angeordnet ist, wobei das Substrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) und die optisch transmissive Schicht (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) zumindest einen Hohlraum definieren, wobei der Hohlraum ein dielektrophoretisches Fluid umfasst; eine Trägerstruktur (302, 304, 402, 404, 502, 504, 602, 604, 702, 704, 802), die mit dem Substrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) oder der optisch transmissiven Schicht (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) gekoppelt ist, wobei die Trägerstruktur (302, 304, 402, 404, 502, 504, 602, 604, 702, 704, 802) innerhalb des Hohlraums enthalten ist; ein transparentes, leitfähiges Material, das an der optisch transmissiven Schicht (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) positioniert ist; und ein reflektierendes Element (210, 410, 510, 610, 710, 810), das mit der Trägerstruktur (302, 304, 402, 404, 502, 504, 602, 604, 702, 704, 802) gekoppelt ist, wobei das reflektierende Element (210, 410, 510, 610, 710, 810) konfiguriert ist, um sich zwischen einer Ruhestellung und zumindest einer Betriebsstellung auszulenken, wenn dasselbe elektrostatisch an eine Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) angezogen wird, die an dem Substrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) positioniert ist, und zu der Ruhestellung zurückzukehren, wenn dasselbe einer elektrostatischen Kraft unterworfen ist, die durch das transparente, leitfähige Material erzeugt wird, wobei das Substrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) eine CMOS-Schaltungsanordnung aufweist, um die zumindest eine Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) zu steuern, und wobei das transparente, leitfähige Material durch eine Steuerung außerhalb der CMOS-Schaltungsanordnung in dem Substrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) gesteuert wird.
Die mikroelektromechanische Vorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der die Trägerstruktur (302, 304, 402, 404, 502, 504, 602, 604, 702, 704, 802) zumindest ein Gelenk (108, 202, 306) und zumindest eine Stütze (104, 104', 204, 302, 402, 502, 602, 702, 802) aufweist, wobei die zumindest eine Stütze (104, 104', 204, 302, 402, 502, 602, 702, 802) mit zumindest der optisch transmissiven Schicht (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) oder dem Substrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) verbunden ist, und wobei sich das zumindest eine Gelenk (108, 202, 306) von der zumindest einen Stütze (104, 104', 204, 302, 402, 502, 602, 702, 802) und in eine Verbindung mit dem reflektierenden Element (210, 410, 510, 610, 710, 810) erstreckt.
Eine Anzeigevorrichtung (900), die folgende Merkmale aufweist: eine Lichtquelle (904) zum Liefern eines Lichtstrahls entlang einem Lichtweg; eine Mikrospiegelvorrichtung (902) an dem Lichtweg zum selektiven Reflektieren eines Teils des Lichtstrahls entlang einem zweiten Lichtweg ansprechend auf Bilddatensignale; und eine Steuerung (914) zum Liefern von Bilddatensignalen zu der Mikrospiegelvorrichtung (902); wobei die Mikrospiegelvorrichtung (902) folgende Merkmale umfasst: ein Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812); eine optisch transmissive Schicht (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814), die mit dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) verbunden und eine beabstandete Strecke von demselben weg angeordnet ist; zumindest ein auslenkbares Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800), das durch zumindest das Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) oder die optisch transmissive Schicht (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) getragen ist, wobei das Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) zwischen einer Ruhestellung und zumindest einer Betriebsstellung auslenkbar ist; und zumindest eine Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818), die an dem Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) wirksam ist, um das Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) von der Betriebsstellung zu der Ruhestellung zu bewegen, wobei die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) an dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) oder der optisch transmissiven Schicht (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) positioniert ist, wobei die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) durch eine Steuerung außerhalb einer elektronischen CMOS-Schaltungsanordnung, die in dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) existiert, gesteuert wird.
Die Anzeigevorrichtung (900) gemäß Anspruch 11, bei der die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) zwischen dem Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) und der optisch transmissiven Schicht (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) angeordnet ist, wobei die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Material gebildet ist.
Die Anzeigevorrichtung (900) gemäß Anspruch 11 oder 12, bei der das Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) und die optisch transmissive Schicht (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) einen abgedichteten Hohlraum bilden, wobei der abgedichtete Hohlraum das auslenkbare Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) und ein dielektrophoretisches Fluid umfasst.
Ein Verfahren zum Rücksetzen zumindest eines digitalen Mikrospiegels (902), das folgende Schritte aufweist: Anlegen einer Vorspannungsspannung an eine Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818), die einer Auslenkbarer-Mikrospiegel-Anordnung (210, 410, 510, 610, 710, 810) zugeordnet ist, und Unterbrechen einer Anlegung der Vorspannungsspannung nach einer Auslenkung eines Mikrospiegels (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) innerhalb der Anordnung (210, 410, 510, 610, 710, 810) von einer Betriebsstellung aus, wobei die Mikrospiegel-Anordnung (210, 410, 510, 610, 710, 810) ein Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) aufweist, und wobei die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) durch eine Steuerung, die außerhalb einer elektronischen CMOS-Schaltungsanordnung, die in dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) existiert, gesteuert wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem die Mikrospiegelanordnung (210, 410, 510, 610, 710, 810) folgende Merkmale umfasst: ein optisch transmissives Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814), das eine beabstandete Strecke von dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) weg angeordnet ist; zumindest ein auslenkbares Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800), das durch zumindest das Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) oder das optisch transmissive Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) getragen ist; zumindest eine Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816), die an dem auslenkbaren Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) wirksam ist, um das Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) in zumindest eine Betriebsstellung zu bewegen, wobei die Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) ein Adresselektrodenspannungspotential (V_e1) aufweist; und zumindest eine Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818), die an dem auslenkbaren Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) wirksam ist, um das Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) in die Ruhestellung zu bewegen, wobei die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) ein Rücksetzelektrodenspannungspotential (V_r) aufweist, wobei das Rücksetzelektrodenspannungspotential (V_r) ausreichend ist, um das Adresselektrodenspannungspotential (V_e1) zu überwinden.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, bei dem die Mikrospiegelanordnung (210, 410, 510, 610, 710, 810) in einem Array (100, 100') vorhanden ist und die Vorspannungsspannung an eine Mehrzahl von Mikrospiegelanordnungen (210, 410, 510, 610, 710, 810) in dem Array (100, 100') angelegt wird.
Ein Verfahren zum Herstellen einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung (902), das folgende Schritte aufweist: Einrichten von Abstandhalterschichten und Strukturen an einem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812), das eine Adress-CMOS-Schaltungsanordnung aufweist; Aufbauen von Elementen der digitalen Mikrospiegelvorrichtung (902) an dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812), einschließlich einer Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) und eines Mikrospiegels (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800); Einrichten eines optisch transparenten Substrats (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) in einer abgedichteten, überlagernden Beziehung mit dem Mikrospiegel (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) nach einer Entfernung der Abstandhalterschichten; und Einrichten zumindest einer Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818), wobei die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) mit zumindest dem optisch transparenten Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) oder dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) verbunden ist, wobei die Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) durch eine Steuerung außerhalb der Adress-CMOS-Schaltungsanordnung, die die Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) steuert, gesteuert wird und eine Vorspannungsspannung erzeugt, die ausreichend ist, um eine Vorspannungsspannung zu überwinden, die durch die Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) erzeugt wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 17, das ferner den Schritt eines Einbringens eines dielektrophoretischen Fluids in eine abgedichtete Kammer aufweist, die zwischen dem optisch transparenten Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) und dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) gebildet ist.
Ein Verfahren zum Modulieren von Licht, das folgende Schritte aufweist: Bereitstellen eines räumlichen Lichtmodulators (200), der folgende Merkmale umfasst: ein optisch transmissives Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814); ein Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812), das eine beabstandete Strecke von dem optisch transmissiven Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) weg positioniert ist; zumindest ein auslenkbares Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800), das zwischen einer Ruhestellung und zumindest einer Betriebsstellung auslenkbar ist, wobei das zumindest eine auslenkbare Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) durch zumindest das optisch transmissive Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) oder das Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) getragen ist, wobei das zumindest eine auslenkbare Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) wirksam ist, um sich auszulenken, wenn dasselbe elektrostatisch an zumindest eine Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 818) angezogen wird, die an dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) positioniert ist; und eine Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818), die wirksam ist, um das zumindest eine auslenkbare Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) zu der Ruhestellung rückzusetzen; Liefern eines eingehenden Lichtstrahls, der das optisch transmissive Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) durchläuft; Anlegen einer Vorspannungsspannung zwischen das zumindest eine Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) und die Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816), um das zumindest eine Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) aufgrund einer elektrostatischen Anziehung auszulenken; Reflektieren von Licht zurück durch das optisch transmissive Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) und in ein Abbildungsziel, wobei sich das zumindest eine Spiegelbauglied (102, 102', 216, 300, 400, 500, 600, 700, 800) in der Betriebsstellung befindet; und Anlegen einer Vorspannungsspannung an eine Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818), wobei die Vorspannungsspannung ausreichend ist, um eine elektrostatische Anziehung an die Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) zu überwinden, wobei die Vorspannungsspannung durch eine Steuerung außerhalb einer elektronischen CMOS-Schaltungsanordnung, die in dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) existiert und die zumindest eine Adresselektrode (312, 416, 516, 522, 616, 716, 816) steuert, gesteuert wird.
Ein räumlicher Lichtmodulator (200), der folgende Merkmale aufweist: ein optisch transmissives Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814); ein Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812), das eine beabstandete Strecke von dem optisch transmissiven Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) weg positioniert ist; eine Einrichtung zum selektiven Reflektieren von Licht, wobei die Lichtreflektiereinrichtung zwischen dem optisch transmissiven Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) und dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) positioniert und durch das optisch transmissive Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814) oder das Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) getragen ist, wobei die Lichtreflektiereinrichtung konfiguriert ist, um sich von einer Ruhestellung zu zumindest einer Betriebsstellung auszulenken; und eine Einrichtung zum Rücksetzen der Lichtreflektiereinrichtung zu der Ruhestellung, wobei die Einrichtung zum Rücksetzen eine elektrostatische Kraft erzeugt, die auf die Lichtreflektiereinrichtung einwirken kann, und durch eine Steuerung außerhalb einer elektronischen CMOS-Schaltungsanordnung, die in dem Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812) existiert, gesteuert wird.