Устройство со светопоглощающей маской и способ его изготовления

Устройство со светопоглощающей маской и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

[0001] Изобретение относится к оптическим устройствам. В частности, оно относится к микрооптическим электромеханическим устройствам и к способу их изготовления.

Уровень техники

[0002] В настоящее время с использованием технологий микрообработки и микроэлектронного изготовления может быть изготовлено широкое разнообразие оптических устройств, таких как устройства микроэлектромеханических систем (МЭМС, от англ. «Microelectromechanical Systems» или MEMS).

[0003] Например, в некоторых случаях устройства МЭМС могут включать в себя оптические компоненты, и поэтому более конкретно их называют микро-опто-электро-механическими системами или устройствами «МОЭМС» (от англ. «micro-opto-electro-mechanical systems» или «MOEMS» devices). Одним из примеров такого устройства МОЭМС является устройство интерференционного модулятора (ИМОД, от англ. «Interferometric Modulator» или IMOD), описанное в патенте США №5835255. ИМОД-устройства согласно патенту США №5835255 могут изготавливаться в виде матрицы и использоваться в отражающем дисплее, в котором каждый ИМОД функционирует в качестве пикселя (минимального элемента изображения) с обеспечением требуемого оптического отклика.

[0004] Для того чтобы улучшить требуемый оптический отклик, следует уменьшить вклад окружающего света, отраженного от определенных неактивных областей ИМОД-устройств. Таким образом, эти неактивные области ИМОД-устройств должны быть изготовлены так, чтобы быть светопоглощающими, что в характерном случае приводит к потребности замаскировать или сделать светопоглощающими неактивные области в оптических устройствах в целом.

Сущность изобретения

[0005] Согласно одному аспекту изобретения предложен способ изготовления устройства интерференционного модулятора со светопоглощающей маской, содержащего по меньшей мере один активный оптический компонент и неактивные области, сформированные поверх прозрачной подложки, включающий в себя: определение области устройства интерференционного модулятора, которая должна быть светопоглощающей, причем эта определенная область смещена вбок от упомянутого по меньшей мере одного активного оптического компонента, чтобы замаскировать неактивные области; изготовление светопоглощающей маски поверх подложки для маскирования упомянутой определенной области; и изготовление механической мембраны поверх светопоглощающей маски, причем упомянутая механическая мембрана образует часть упомянутого активного оптического компонента, при этом механическую мембрану выполняют с возможностью приведения ее в движение к подложке для получения оптического отклика; и изготовление по меньшей мере одной опоры, расположенной поверх подложки, для поддержания механической мембраны, при этом активный оптический компонент содержит интерференционный модулятор. Предпочтительно, активный оптический компонент содержит пиксель, причем упомянутые неактивные области ограничивают этот пиксель. Предпочтительно, упомянутая светопоглощающая маска содержит органический материал, и упомянутый органический материал предпочтительно содержит фотоопределяемый черный полимер. Предпочтительно, механическая мембрана имеет приведенное и неприведенное состояния, каждое из которых имеет характерный оптический отклик на падающий свет, причем механическая мембрана приводится ближе к подложке в приведенном состоянии, чем в неприведенном состоянии. Предпочтительно, упомянутая по меньшей мере одна опора содержит подпорку. Предпочтительно, упомянутая по меньшей мере одна подпорка содержит по меньшей мере часть упомянутых неактивных областей. Предпочтительно, способ также включает в себя изготовление отражающего слоя поверх упомянутой подложки, причем упомянутую механическую мембрану располагают поверх упомянутого отражающего слоя. Предпочтительно, светопоглощающая маска уменьшает отражение окружающего света от неактивных областей, который проходит через подложку и виден наблюдателю. Предпочтительно, светопоглощающую маску изготавливают перед изготовлением упомянутого по меньшей мере одного активного оптического компонента. Предпочтительно, светопоглощающую маску изготавливают перед изготовлением механической мембраны. Предпочтительно, упомянутая подпорка действует в качестве черной маски.

[0006] Согласно второму аспекту изобретения устройство интерференционного модулятора со светопоглощающей маской, содержащее: подложку; активный оптический компонент и неактивную область, сформированные поверх подложки, при этом активный оптический компонент имеет первый и второй режимы, в каждом из которых производится разный оптический отклик на падающий на него свет, и содержит механическую мембрану, которая выполнена с возможностью приведения ее в движение к подложке для получения желательного оптического отклика; и по меньшей мере одну опору, расположенную поверх подложки, для поддержания механической мембраны, при этом светопоглощающая маска поглощает свет; при этом светопоглощающая маска сформирована поверх подложки и под механической мембраной и смещена вбок от активного оптического компонента, чтобы замаскировать неактивную область, и при этом активный оптический компонент содержит интерференционный модулятор. Предпочтительно, светопоглощающая маска содержит органический материал. Предпочтительно, упомянутая опора содержит подпорку. Предпочтительно, упомянутая светопоглощающая маска уменьшает отражение окружающего света, отражаемого от упомянутой подпорки, который проходит через подложку и виден наблюдателю. Предпочтительно, упомянутая по меньшей мере одна подпорка действует в качестве черной маски. Предпочтительно, упомянутая по меньшей мере одна подпорка содержит черный полимер. Предпочтительно, устройство также содержит отражающий слой поверх упомянутой подложки, причем упомянутая механическая мембрана расположена поверх упомянутого отражающего слоя. Предпочтительно, светопоглощающая маска содержит черную маску. Предпочтительно, упомянутая по меньшей мере одна опора содержит органический материал. Предпочтительно, органический материал содержит фотоопределяемый черный полимер.

[0007] Согласно третьему аспекту изобретения предложен способ изготовления устройства, включающий в себя формирование статического оптического компонента на подложке, при этом статический оптический компонент поглощает свет; и формирование динамического оптического компонента, примыкающего к статическому оптическому компоненту, при этом динамический оптический компонент имеет приведенное состояние и неприведенное состояние, каждое из которых имеет характерный оптический отклик на падающий свет.

[0008] Согласно еще одному аспекту изобретения предложено устройство, содержащее подложку; статический оптический компонент на этой подложке, причем статический оптический компонент поглощает свет; и динамический оптический компонент, примыкающий к статическому оптическому компоненту, причем динамический оптический компонент имеет приведенное состояние и неприведенное состояние, каждое из которых имеет характерный оптический отклик на падающий свет.

Краткое описание чертежей

[0009] На Фиг.1 показан вид с торца дисплея, имеющего неактивные области, которые были замаскированы в соответствии с настоящим изобретением;

[0010] На Фиг.2 показано сечение устройства МЭМС, имеющего черную маску или светопоглощающий участок в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения;

[0011] На Фиг.3 показан другой вариант воплощения устройства МЭМС, имеющего черную маску или светопоглощающий участок в соответствии с другим вариантом воплощения изобретения;

[0012] На Фиг.4 показаны различные слои, составляющие светопоглощающий слой или слой черной маски устройства МЭМС по Фиг.2;

[0013] На Фиг.5А-5С показаны различные стадии, используемые при изготовлении устройства МЭМС в соответствии с изобретением.

Подробное описание

[0014] В нижеследующем описании, приведенном с целью разъяснения, многочисленные конкретные подробности излагаются для обеспечения исчерпывающего понимания изобретения. Однако специалисту в данной области техники будет очевидно, что изобретение может быть применено на практике без этих конкретных подробностей.

[0015] Ссылка в этом описании на «один вариант воплощения» или просто «вариант воплощения» означает, что особый признак, структура или характеристика, описанные в связи с этим вариантом воплощения, включены в по меньше мере один вариант воплощения изобретения. Все случаи появления фразы «в одном варианте воплощения» в различных местах описания не обязательно относятся к одному и тому же варианту воплощения, а также не являются отдельными или альтернативными вариантами воплощения, взаимоисключающими по отношению к другим вариантам воплощения. Кроме того, описаны различные признаки, которые могут присутствовать в некоторых вариантах воплощения и отсутствовать в других. Подобным же образом описаны различные требования, которые могут представлять собой требования лишь к некоторым вариантам воплощения, но не к другим вариантам воплощения.

[0016] Настоящее изобретение раскрывает в одном из своих вариантов воплощения устройство МЭМС в виде устройства МОЭМС, содержащего статический оптический компонент и динамический оптический компонент, при этом статический оптический компонент действует как «черная маска» для поглощения окружающего (не исходящего от какого-либо конкретного источника) или постороннего (рассеянного) света, чтобы тем самым улучшить оптический отклик динамического оптического компонента.

[0017] Хотя для описания настоящего изобретения будет использоваться устройство МЭМС, которое включает в себя ИМОД, следует понимать, что изобретение охватывает другие оптические устройства, такие как различные дисплеи воспроизведения изображения и оптоэлетронные устройства вообще, которые имеют неактивные области к которым предъявляется требование быть светопоглощающими, но которые не включают в себя ИМОД-устройства.

[0018] Обратимся теперь к Фиг.1, на которой показан вид с торца дисплея 100. Следует понимать, что многие компоненты дисплея 100 были опущены для обеспечения большей ясности настоящего изобретения. Дисплей 100 включает в себя два активных оптических компонента в виде ИМОД-устройств 104, которые в типичном случае содержат конструкцию из отражающих пленок, которые при приведении в движение к подложке 102 в направлении, указанном стрелками 106, производят желательный оптический отклик. Работа ИМОД-устройств 104 была описана в патенте США №5835255, который включен в данное описание посредством этой ссылки. Ссылочные позиции 108 указывают неактивные области ИМОД-устройств 104, к которым предъявляется требование быть светопоглощающими или выполнять функцию «черной маски» таким образом, чтобы при взгляде наблюдателя на дисплей 100 с направления, указанного стрелкой 110, реальный оптический отклик, производимый ИМОД-устройствами 104, не ухудшался из-за отражения окружающего света от неактивных областей 108.

[0019] Каждая неактивная область 108 может быть изготовлена из материалов, выбранных так, чтобы иметь оптический отклик, при котором свет поглощается или ослабляется. Согласно вариантам воплощения изобретения каждая неактивная область 108 может быть изготовлена в виде стопки тонких пленок. Например, в одном варианте воплощения стопка тонких пленок может содержать не поглощающий свет слой диэлектрика (диэлектрический слой), проложенный между двумя отражающими свет слоями хрома, как будет более полно описано ниже. В других вариантах воплощения неактивные области 108 могут содержать единственный слой из органического или неорганического материалов, который ослабляет или поглощает свет.

[0020] На Фиг.2 показано сечение ИМОД-устройства 200 в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения. ИМОД-устройство 200 включает в себя активный компонент, содержащий отражательный слой 204 хрома, слой 206 оксида кремния, воздушный зазор 208 и механическую мембрану 210, изготовленную на подложке 202. Механическая мембрана 210 опирается на полимерные подпорки 212. Во время использования механическая мембрана 210 приводится в движение для обеспечения контакта со слоем 206 оксида кремния с тем, чтобы произвести желаемый оптический отклик при наблюдении с направления, указанного стрелкой 214.

[0021] Области каждого ИМОД 200, на которых сформированы полимерные подпорки 212, не являются частью активного компонента ИМОД и, следовательно, должны быть светопоглощающими для того, чтобы уменьшить количество постороннего или окружающего света, интерферирующего с желаемым оптическим откликом активных компонентов ИМОД. Эти неактивные области определяют (образуют) статические компоненты, которые указаны обведенными штриховой линией областями 216, и изготавливаются путем формирования стопки пленок, выбранных так, что эта стопка имеет оптическое свойство, заключающееся в том, что она является светопоглощающей. В одном варианте воплощения настоящее изобретение включает в себя определение того, какие области подложки 202 должны быть светопоглощающими, и изготовление светопоглощающей или черной маски на этих определенных областях перед формированием активных оптических компонентов ИМОД-устройств. Черная маска может включать в себя стопку тонких пленок, которая в одном варианте воплощения может содержать хромовую основу 218, оксидный промежуточный слой 220 и слои 204 хрома.

[0022] Обратимся теперь к Фиг.3, на которой ссылочный номер 300 указывает в целом на другой вариант воплощения ИМОД-устройства в соответствии с одним аспектом изобретения. ИМОД-устройство 300 является подобным ИМОД-устройству 200, и, соответственно, были использованы одинаковые или подобные ссылочные номера для обозначения одинаковых или подобных компонентов. Основное различие между ИМОД 300 и ИМОД 200 состоит в том, что полностью полимерные подпорки 212 содержат органический материал, например, фотоопределяемый черный полимер (смолу), такой как материал, известный под маркой DARC 100 и производимый фирмой Brewer Science Inc., который эффективно действует как светопоглощающая или черная маска. Одно из преимуществ ИМОД 300 состоит в том, что подпорки 212 выполняют две функции. Во-первых, подпорки 212 действуют как механическая опора для механической мембраны 210. Во-вторых, подпорки 212 действуют как оптическая маска, чтобы замаскировать или сделать светопоглощающими неактивные области ИМОД.

[0023] На Фиг.4 представлен схематический чертеж, на котором показаны различные слои, составляющие тонкопленочную черную маску в соответствии с одним вариантом воплощения изобретения.

[0024] Обратимся к Фиг.4, на которой показана тонкопленочная черная маска, изготовленная на подложке 400. Черная маска 402 содержит три слоя пленки, которая включает в себя слой 404 хрома, слой 406 оксида кремния и слой 408 алюминия. Для изготовления черной маски могут быть выбраны различные материалы. Согласно одному варианту воплощения пленки, которые образуют черную маску, являются теми же самыми пленками, которые используются при изготовлении активных компонентов ИМОД, тем самым делая возможным использование одинаковых параметров осаждения для изготовления активных и неактивных компонентов.

[0025] Различные стадии, используемые при производстве тонкопленочной черной маски 402, будут теперь описаны со ссылкой на Фиг.5A-5G чертежей.

[0026] Как показано на Фиг.5А, после начальной стадии подготовки, на которой готовят стеклянную подложку 500, например очищают ее, на подложку 500 наносят отражающий слой 502 хрома, например, путем осаждения распылением. В одном варианте воплощения толщина слоя 502 хрома может составлять примерно 60 ангстрем.

[0027] После этого на слое 502 хрома формируют шаблон, и он проявляется с использованием обычных технологий для того, чтобы оставить обнажения хрома, которые будут служить базовым слоем для стопки тонких пленок, которая служит в качестве черной маски (см. Фиг.5В).

[0028] Затем наносят оксидный слой 504 черной маски, например, SiO₂, обычно - примерно от 300 до 800 ангстрем, путем осаждения распылением. Толщина оксидного слоя черной маски зависит от требуемого качества состояния черноты.

[0029] Далее, на оксидном слое 504 черной маски осаждают распылением дополнительный отражающий слой 506 хрома. Слой 506 обычно составляет примерно 60 ангстрем в толщину, и его точная толщина зависит от требуемой яркости конечного дисплея, причем более тонкий слой дает более яркий дисплей.

[0030] После этого на слой 506 осаждают распылением соответственно слои 508 и 510. Слой 508 содержит оксид кремния и составляет примерно от 300 до 800 ангстрем, тогда как слой 510 является содержащим молибден расходуемым слоем и обычно составляет примерно от 0,2 до 1,2 микрона в толщину. Таким образом, слои с 504 по 510 образуют стопку толстых пленок на подложке 502, как можно видеть на Фиг.5С.

[0031] Как показано на Фиг.50, выполняют стадию формирования шаблона и стадию травления для формирования выемок 512, которые простираются через стопку тонких пленок до обнажений 502 хрома.

[0032] Как показано на Фиг.5Е, в выемках 512 поверх стопки тонких пленок формируют полимерные подпорки 514 путем центрифугирования материала негативного фоторезиста, например, материала, известного как NR7-350P от компании Futurex Inc.; экспонирования его через подходящий фотошаблон и проявления с формированием подпорок 514. Эти стадии являются традиционными, и поэтому не были описаны более подробно.

[0033] Как показано на Фиг.5F, на молибденовый слой 510 наносят путем осаждения распылением механическую мембрану 516, содержащую, в одном варианте воплощения, алюминиевый сплав.

[0034] После этого молибденовый слой 510 вытравливают, оставляя воздушный зазор 516, как показано на Фиг.5С.

[0035] Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на конкретные, приведенные в качестве примеров варианты воплощения, будет очевидно, что в эти варианты воплощения могут быть внесены различные модификации и изменения без отступления от сущности изобретения в более широком ее смысле, определенной в формуле изобретения. Соответственно, описание и чертежи должны рассматриваться в иллюстративном смысле, а не в ограничивающем смысле.

1. Способ изготовления устройства интерференционного модулятора со светопоглощающей маской, содержащего по меньшей мере один активный оптический компонент и неактивные области, сформированные поверх прозрачной подложки, включающий в себя: определение области устройства интерференционного модулятора, которая должна быть светопоглощающей, причем эта определенная область смещена вбок от упомянутого по меньшей мере одного активного оптического компонента, чтобы замаскировать неактивные области; изготовление светопоглощающей маски поверх подложки для маскирования упомянутой определенной области; изготовление механической мембраны поверх светопоглощающей маски, причем упомянутая механическая мембрана образует часть упомянутого активного оптического компонента, при этом механическую мембрану выполняют с возможностью приведения ее в движение к подложке для получения оптического отклика; и изготовление по меньшей мере одной опоры, расположенной поверх подложки, для поддержания механический мембраны, при этом активный оптический компонент входит в состав интерференционного модулятора.

2. Способ по п.1, в котором упомянутый активный оптический компонент содержит пиксель, причем упомянутые неактивные области ограничивают этот пиксель.

3. Способ по п.1, в котором упомянутая светопоглощающая маска содержит органический материал.

4. Способ по п.3, в котором упомянутый органический материал содержит фотоопределяемый черный полимер.

5. Способ по п.1, в котором механическая мембрана имеет приведенное и неприведенное состояния, каждое из которых имеет характерный оптический отклик на падающий свет, причем механическая мембрана приводится ближе к подложке в приведенном состоянии, чем в неприведенном состоянии.

6. Способ по п.1, в котором упомянутая по меньшей мере одна опора содержит подпорку.

7. Способ по п.6, в котором упомянутая, по меньшей мере, одна подпорка содержит, по меньшей мере, часть упомянутых неактивных областей.

8. Способ по п.1, включающий в себя изготовление отражающего слоя поверх упомянутой подложки, причем упомянутую механическую мембрану располагают поверх упомянутого отражающего слоя.

9. Способ по п.1. в котором светопоглощающая маска уменьшает отражение окружающего света от неактивных областей, который проходит через подложку и виден наблюдателю.

10. Способ по п.1, в котором светопоглощающую маску изготавливают перед изготовлением упомянутого, по меньшей мере, одного активного оптического компонента.

11. Способ по п.1, в котором светопоглощающую маску изготавливают перед изготовлением механической мембраны.

12. Способ по п.6, в котором упомянутая подпорка действует в качестве черной маски.

13. Устройство интерференционного модулятора со светопоглощающей маской, содержащее: подложку; активный оптический компонент и неактивную область, сформированные поверх подложки, при этом активный оптический компонент имеет первый и второй режимы, в каждом из которых производится разный оптический отклик на падающий на него свет, и содержит механическую мембрану, которая выполнена с возможностью приведения ее в движение к подложке для получения желательного оптического отклика; и, по меньшей мере, одну опору, расположенную поверх подложки, для поддержания механической мембраны, при этом светопоглощающая маска поглощает свет; при этом светопоглощающая маска сформирована поверх подложки и под механической мембраной и смещена вбок от активного оптического компонента, чтобы замаскировать неактивную область, и при этом активный оптический компонент входит в состав интерференционного модулятора.

14. Устройство по п.13, в котором светопоглощающая маска содержит органический материал.

15. Устройство по п.13, в котором упомянутая опора содержит подпорку.

16. Устройство по п.15, в котором упомянутая светопоглощающая маска уменьшает отражение окружающего света, отражаемого от упомянутой подпорки, который проходит через подложку и виден наблюдателю.

17. Устройство по п.15, в котором упомянутая, по меньшей мере, одна подпорка действует в качестве черной маски.

18. Устройство по п.17, в котором упомянутая по меньшей мере, одна подпорка содержит черный полимер.

19. Устройство по п.13, содержащее отражающий слой поверх упомянутой подложки, причем упомянутая механическая мембрана расположена поверх упомянутого отражающего слоя.

20. Устройство по п.13, в котором светопоглощающая маска содержит черную маску.

21. Устройство по п.13, в котором упомянутая, по меньшей мере, одна опора содержит органический материал.

22. Устройство по п.13, в котором органический материал содержит фотоопределяемый черный полимер.

23. Способ изготовления оптического устройства со светопоглощающей маской, содержащего, по меньшей мере, один активный оптический компонент и неактивные области, сформированные поверх прозрачной подложки, включающий в себя: определение области оптического устройства, которая должна быть светопоглощающей, причем эта определенная область смещена вбок от упомянутого, по меньшей мере, одного активного оптического компонента, чтобы замаскировать неактивные области; изготовление светопоглощающей маски поверх подложки для маскирования упомянутой определенной области; изготовление механической мембраны поверх светопоглощающей маски, причем упомянутая механическая мембрана образует часть упомянутого активного оптического компонента, при этом механическую мембрану выполняют с возможностью приведения ее в движение к подложке для получения оптического отклика; и изготовление, по меньшей мере, одной опоры, расположенной поверх подложки, для поддержания механический мембраны, при этом светопоглощающая маска уменьшает отражение окружающего света от упомянутой опоры.

24. Способ по п.23, в котором упомянутый активный оптический компонент содержит пиксель, причем упомянутые неактивные области ограничивают этот пиксель.

25. Способ по п.23, в котором упомянутая светопоглощающая маска содержит органический материал.

26. Способ по п.25, в котором упомянутый органический материал содержит фотоопределяемый черный полимер.

27. Способ по п.23, в котором механическая мембрана имеет приведенное и неприведенное состояния, каждое из которых имеет характерный оптический отклик на падающий свет, причем механическая мембрана приводится ближе к подложке в приведенном состоянии, чем в неприведенном состоянии.

28. Способ по п.23, в котором упомянутая по меньшей мере одна опора содержит подпорку.

29. Способ по п.28, в котором упомянутая по меньшей мере одна подпорка содержит по меньшей мере часть упомянутых неактивных областей.

30. Способ по п.28, в котором упомянутая подпорка действует в качестве черной маски.

31. Способ по п.23, включающий в себя изготовление отражающего слоя поверх упомянутой подложки, причем упомянутую механическую мембрану располагают поверх упомянутого отражающего слоя.

32. Способ по п.23, в котором светопоглощающую маску изготавливают перед изготовлением упомянутого по меньшей мере одного активного оптического компонента.

33. Способ по п.23, в котором светопоглощающую маску изготавливают перед изготовлением механической мембраны.

34. Оптическое устройство со светопоглощающей маской, содержащее: подложку; активный оптический компонент и неактивную область, сформированные поверх подложки, при этом активный оптический компонент имеет первый и второй режимы, в каждом из которых производится разный оптический отклик на падающий на него свет, и содержит механическую мембрану, которая выполнена с возможностью приведения ее в движение к подложке для получения желательного оптического отклика; и при этом светопоглощающая маска уменьшает отражение окружающего света от по меньшей мере одной опоры, расположенной поверх подложки, для поддержания механической мембраны, при этом светопоглощающая маска сформирована поверх подложки и под механической мембраной и смещена вбок от активного оптического компонента, чтобы замаскировать неактивную область.

35. Устройство по п.34, в котором светопоглощающая маска содержит органический материал.

36. Устройство по п.35, в котором органический материал содержит фотоопределяемый черный полимер.

37. Устройство по п.34, в котором упомянутая опора содержит подпорку.

38. Устройство по п.37, в котором упомянутая по меньшей мере одна подпорка действует в качестве черной маски.

39. Устройство по п.37, в котором упомянутая по меньшей мере одна подпорка содержит черный полимер.

40. Устройство по п.34, содержащее отражающий слой поверх упомянутой подложки, причем упомянутая механическая мембрана расположена поверх упомянутого отражающего слоя.

41. Устройство по п.34, в котором светопоглощающая маска содержит черную маску.

42. Устройство по п.34, в котором упомянутая по меньшей мере одна опора содержит органический материал.