МАТРИЦА ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ВОЗБУЖДАЕМЫХ ОТРАЖАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ПРОЕКЦИОННЫХ СИСТЕМ Российский патент 2000 года по МПК G02B26/08 

Изобретение относится к оптическим проекционным системам, а более точно - к матрицам MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей для использования в этих системах.

Среди различных известных систем воспроизведения оптическая проекционная система обеспечивает изображение высокого качества в широком масштабе. В такой оптической проекционной системе свет от лампы постоянно падает на матрицу MхN возбуждаемых отражателей, в которой каждый из отражателей соединен с каждым из возбудителей. Возбудители могут быть выполнены из материала, обладающего электрическим смещением, такого как пьезоэлектрик или электростриктивный с обратным пьезоэлектрическим эффектом материал, который деформируется в ответ на приложенное к нему электрическое поле.

Отраженный световой луч от каждого из отражателей падает на отверстие оптического дефлектора. При приложении электрического сигнала к каждому из возбудителей, изменяется положение каждого из отражателей относительно падающего светового луча, вызывая отклонение оптического пути отраженного луча от каждого из отражателей. Так как оптический путь каждого из отраженных лучей изменяется, то количество света, отраженного от каждого из отражателей, которое проходит через отверстие, меняется, изменяя интенсивность луча. Через отверстие модулированные лучи передаются на проекционный экран через соответствующее оптическое устройство, например, проекционную линзу для воспроизведения изображения на экране.

На фиг. 1 и 2 показаны поперечный разрез и общий вид соответственно, матрицы 10 MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей 11 для использования в оптической проекционной системе, раскрытой в патенте US N 5835293.

Матрица 10' содержит активную матрицу 12, матрицу 13 MхN тонкопленочных возбуждающих элементов 14, матрицу 15 MхN опорных элементов 16 и матрицу 17 MхN отражающих слоев 18.

Активная матрица 12 включает подложку 19, матрицу MхN транзисторов (не показаны) и матрицу 20 MхN выводов 21. Каждый из возбуждающих элементов 14 в матрице 10 снабжен первой и второй частями 22 (a), 22 (b) и центральной частью 11 (c), находящейся между ними. Первая и вторая части 22 (a), 22 (b) выполнены идентично, и имеют по меньшей мере тонкопленочный слой 23 из материала, обладающего электрическим смещением, например, пьезоэлектрического материала, включая верхнюю и нижнюю поверхности 24, 25, упругий слой 26, имеющий нижнюю поверхность 41, и первый и второй электроды 28, 29. Упругий слой 26 размещен на поверхности 24 обладающего электрическим смещением тонкопленочного слоя 23. Первый и второй электроды 28, 29 расположены на верхней и нижней поверхностях 24, 25 слоя 23, соответственно. При этом электрический сигнал, подаваемый на тонкопленочный слой 23, расположенный между первым и вторым электродами 28, 29, вызывает его деформацию, и, следовательно, деформацию возбуждающих частей 22 (a), 22 (b). Каждый из опорных элементов 16 используется для поддерживания возбуждающих элементов 13, а также для электрического соединения каждого из возбуждающих элементов 14 с активной матрицей 12. Каждый из отражающих слоев 18 включает одну сторону 30, вторую противоположную сторону 31 и центральную часть 32 между ними (фиг. 2). При этом первая сторона 30, вторая противоположная сторона 31 и центральная часть 32 каждого из слоев отражателя 18 закреплены сверху первой, второй возбуждающих частей и центральной части 22 (а), 22 (b), 22 (c) каждого из возбуждающих элементов 14 соответственно. И когда первая и вторая возбуждающие части 22(a), 22(b) в каждом из элементов 14 деформируются в ответ на электрический сигнал, центральная часть 22 (c) в каждом из элементов 13, и, следовательно, центральная часть 32 соответствующего слоя отражателя 18 отклоняется, оставаясь плоской, поэтому вся центральная часть 32 отражает световые лучи, что ведет к увеличению оптической эффективности.

Одним из основных недостатков матрицы 10 тонкопленочных отражателей 11 является то, что она объединяет активную матрицу 12, включающую матрицу транзисторов для запуска, и сигналы изображения к каждому из тонкопленочных возбуждаемых отражателей 11, что ведет к значительному увеличению стоимости изготовления матрицы 10.

Изложение существа изобретения
Целью настоящего изобретения является создание матрицы MхN тонкопленочных возбуждающих отражателей, которая раскладывается с матрицей MхN транзисторов, включенной в активную матрицу для запуска и создания сигналов изображения для каждого из тонкопленочных возбуждаемых отражателей.

Другой целью настоящего изобретения является создание матрицы MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей, включающих новое средство для запуска и создания сигналов изображения для каждого из тонкопленочных возбуждаемых отражателей.

Еще одной целью изобретения является создание матрицы MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей, при этом в каждом из тонкопленочных возбуждаемых отражателей использована пара возбудителей схемы "ИЛИ".

В соответствии с одним аспектом изобретения разработана матрица MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей для использования в оптической проекционной системе, содержащая матрицу переключения, содержащую подложку, имеющую верхнюю поверхность и на которой сформированы первая, вторая и третья проводящие дорожки, сформированные на верхней поверхности, причем первая и вторая проводящие дорожки подключены к внешнему источнику и используются для передачи сигнала изображения и сигнала запуска, соответственно, а третья проводящая дорожка используется для формирования сигнал изображения к каждому из тонкопленочных возбуждаемых отражателей, матрицу MхN пар опорных элементов, где каждый из опорных элементов размещен сверху над третьей проводящей дорожкой, и матрицу MхN возбуждающих элементов, каждый из которых включает первую, вторую, центральную, третью и четвертую части контакта, отделенные одна от другой зазором, каждый из возбуждающих элементов содержит отражающий слой, упругий слой и слой, обладающий электрическим смещением, каждый из возбуждающих элементов дополнительно содержит пару возбудителей и пару логических (gate) возбудителей, и каждый из которых имеет ближайший конец и дальний конец. Каждый из возбудителей в паре размещен либо под первой и четвертой частями контакта, если каждый из логических возбудителей в паре размещен ниже второй и третьей частей контакта, соответственно, или под второй и третьей частями контакта, если каждый из логических возбудителей в паре расположен под первой и четвертой частями контакта, соответственно, каждый из возбудителей пары и каждый из логических возбудителей в паре, консольно закреплен над каждым из опорных элементов своей ближней концевой частью, а каждый из логических возбудителей снабжен изолирующим слоем, прикрепленным к нижней его части у дальнего конца, и контактным слоем, прикрепленным снизу к изолирующему слою, при этом сигнал запуска, поступающий по второй проводящей дорожке, поступает на каждый логический возбудитель, вызывая отклонение пары логических возбудителей вниз, при этом контактный слой каждого из логических возбудителей контактирует с первой и третьей проводящей дорожкой, осуществляя передачу сигнала изображения от первой проводящей дорожки к третьей и, следовательно, к каждому из возбудителей, вызывая отклонение пары возбудителей в каждом из возбуждающих элементов, и отклонение центральной части контакта, которая остается плоской, таким образом центральная часть контакта полностью отражает световые лучи.

Краткое описание чертежей
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых
фиг. 1 изображает поперечный разрез известной матрицы MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей;
фиг. 2 - общий вид известной матрицы MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей;
фиг. 3 - поперечный разрез матрицы MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей согласно изобретению;
фиг. 4 - вид сверху матрицы переключения, используемой в матрице MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей согласно изобретению;
фиг. 5 - вид сверху возбуждаемого отражателя матрицы согласно изобретению;
фиг. 6 - поперечный разрез возбудителя в возбуждаемом отражателе согласно изобретению;
фиг. 7 - поперечный разрез логического возбудителя возбуждаемого отражателя согласно изобретению.

Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
Разные виды матриц MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей используются в оптической проекционной системе, где M и N - целые числа, в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения.

Матрица 100 MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей 101 (фиг. 3) использована в оптической проекционной системе, содержащей матрицу переключения 102, матрицу 103 MхN пар (не показаны) опорных элементов 104, и матрицу 105 MхN возбуждающих элементов 106.

Каждый из возбуждающих элементов 106 включает отражающий слой 107, выполненный из светоотражающего материала, например, алюминия (А1), упругий слой 108, выполненный из изолирующего материала, например, нитрида кремния (Si₃N₄) слой (109), обладающий электрическим смещением, выполненный из пьезоэлектрического материала, например, титаната-циркония свинца (PZT) или материала, обладающего электрическим смещением, например, ниобата магния свинца (PMN).

Матрица переключения 102 включает подложку 110, имеющую верхнюю поверхность 111 и выполненную из изоляционного материала, например, окиси алюминия (Al₂O₃). Матрица переключения 102 в отличие от ранее описанной активной матрицы MхN тонкопленочных возбуждающих отражателей, имеющих матрицу MхN транзисторов, снабжена первой, второй и третьей проводящими дорожками 112, 113, 114, сформированными на ее верхней поверхности 111 (фиг. 4), при этом первая и вторая проводящие дорожки 112, 113 подключены к внешнему источнику (не показан) и используются для передачи сигнала отображения и сигнала запуска соответственно, а третья проводящая дорожка 114 используется для передачи сигнала изображения к каждому из активированных отражателей 101.

Каждый из опорных элементом 104 выполнен из того же материала, что и упругий слой 109, и размещен на верхней части второй и третьей проводящих дорожек 113, 114.

На фиг. 5 показан вид сверху возбуждающего элемента 106, образующего матрицу 100 (фиг. 3). Каждый возбуждающий элемент 106 содержит первую, вторую, центральную, четвертую части контакта 115, 116, 117, 118, 119, каждая часть отделена от другой части зазором 120.

Кроме того, каждый из возбуждающих элементов 106 содержит пару возбудителей 121 и пару логических (gate) возбудителей 122, поперечные разрезы которых показаны на фиг. 6 и 7 соответственно, при этом каждый из возбудителей 121 и каждый из логических возбудителей 122 имеет ближнюю и дальнюю концевые части 123, 124. Каждый из возбудителей 121 содержит часть отражающего слоя 107, часть упругого слоя 108, слой 12 сигнального электрода, часть обладающего электрическим смещением слоя 109 и электродный слой 126 со смещением, в котором слой сигнального электрода 125 электрически связан с третьей проводящей дорожкой 114. Каждый из возбудителей 121 закреплен консольно над опорным элементом 104 своей ближней концевой частью.

Кроме того, каждый из логических возбудителей 122 (фиг. 7) снабжен частью отражающего слоя 107, частью упругого слоя 108, слоем 127 логического сигнального электрода, частью обладающего электрическим смещением слоя 109 и логическим электродным слоем 128 со смещением, при этом слой 127 логического сигнального электрода электрически связан со второй проводящей дорожкой 113. Каждый из логических возбудителей 122 консольно закреплен над каждым из опорных элементов 104 своей ближней концевой частью 123.

Кроме того, каждый из логических возбудителей 122 снабжен изоляционным слоем 129, прикрепленным к нижней части слоя 128 логического электрода со смещением на его дальнем конце 124, а контактный слой 130 выполнен из электропроводящего материала, например, из серебра, закрепленного на нижней части изолирующего слоя 129, в котором изолирующий слой 129 использован для формирования короткой цепи между слоем 128 логического электрода со смещением и контактным слоем 130.

Слой 128 логического электрода со смещением в каждом из логических возбудителей схемы 122 электрически связан со слоем 126 в каждом из возбудителей 121, и, следовательно подаваемое на него напряжение смещения идентично.

Каждый из возбудителей 121 в возбуждающих элементах 106 размещен либо ниже первой и четвертой частями контакта 115, 119, если каждый из логических возбудителей 122 размещен ниже второй и третьей частей контакта 116, 118, соответственно, или ниже второй и третьей частей 116, 118, если каждый из логических возбудителей 122 размещен ниже первой и четвертой частей контакта 115, 119.

Когда возбуждающий сигнал в виде электрического потенциала через вторую проводящую дорожку 113, подается через часть обладающего электрическим смещением слоя 109 между слоем логического сигнального электрода 127 и слоя логического электрода со смещением 128 в каждом из логических возбудителей 122, это ведет к деформации части обладающего электрическим смещением слоя 109 в результате возникновения электрического поля от разности потенциалов между напряжением возбуждающего сигнала и напряжением смещения. Деформация части слоя 109, в свою очередь, приводит к возникновению внутреннего напряжения на границе между частью слоя 109 и частью упругого слоя 108. Если часть слоя 109 выполнена из тонкопленочного поляризованного пьезоэлектрического материала, это приведет к изгибу соответствующего логического возбудителя, направление изгиба которого зависит от полярности электрического поля. Если напряжение сигнала возбуждения больше, чем напряжение смещения, это приведет к отклонению вниз соответствующих логических возбудителей. С другой стороны, если напряжение сигнала возбуждения меньше, чем напряжение смещения, это приведет к отклонению вверх соответствующего логического возбудителя 122. Если часть слоя 109 выполнена из тонкопленочного неполяризованного пьезоэлектрического материала, это вызовет отклонение вниз соответствующего логического возбудителя. Отклонение вниз пары логических возбудителей 122 заставляет контактный слой 130 на каждом из логических возбудителей 122 контактировать с первой и третьей проводящими дорожками 112, 114 для создания между ними электрического мостика, позволяющего сигналу изображения проходить от первой проводящей дорожки 112 к третьей контактной дорожке 114, и таким образом к слою сигнального электрода 125 в каждом из возбудителей 121. Каждый из возбудителей 121 в каждой из возбуждающих элементов 126 работает также как логический возбудитель 122. Когда сигнал отображения подается через часть слоя 109 между слоем 125 сигнального электрода и слоем 126 электрода со смещением в каждом из возбудителей 121, это вызывает деформацию части слоя 109 в паре возбудителей 121, что в свою очередь вызовет отклонение центральной части контакта 117, размещенной между ними в соответствующих возбуждающих элементах 106 при сохранении плоской формы, таким образом позволяя использовать всю центральную часть контакта 117 для отражения световых лучей.

В заявленной матрице MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей 101 используется пара логических возбудителей 122 в каждом из возбуждающих элементов 106 и матрица переключения, включающая первую, вторую и третью проводящие дорожки 112, 113, 114 для подачи сигналов возбуждения и сигналов изображения к каждому из возбуждаемых отражателей 101, в отличие от вышеописанной матрицы 10 MхN тонкопленочных отражателей 11, в которой используется активная матрица, включающая матрицу M x N транзисторов.

Матрица содержит матрицу переключения, матрицу MхN опорных элементов, матрицу MхN возбуждающих элементов, каждый из которых содержит отражающий слой, а также первую, вторую, центральную, третью и четвертую части контакта, отделенные одна от другой зазором, упругий слой, слой, смещающийся под действием электрического поля, а также пару возбудителей и пару логических возбудителей. Каждый из возбудителей и логических возбудителей консольно закреплен над каждым из опорных элементов своей ближней концевой частью, каждый из логических возбудителей снабжен изолирующим слоем, прикрепленным к нижней его части у дальнего конца, и контактным слоем, прикрепленным снизу к изолирующему слою. Сигнал запуска поступает на каждый логический возбудитель, вызывая отклонение пары логических возбудителей вниз, при этом контактный слой каждого из логических возбудителей осуществляет передачу сигнала изображения к каждому из возбудителей, вызывая отклонение пары возбудителей в каждом из возбуждающих элементов и отклонение центральной части контакта, которая остается плоской и всей центральной частью отражает световые лучи. Обеспечивается создание матрицы M•N отражателей отдельно от матрицы транзисторов. 9 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Матрица MхN тонкопленочных возбуждаемых отражателей для оптических проекционных систем, содержащая матрицу переключения, включающую подложку, имеющую верхнюю поверхность и снабженную первой, второй и третьей проводящими дорожками, сформированными на верхней поверхности, матрицу MхN пар опорных элементов, матрицу MхN возбуждающих элементов, каждый из которых содержит отражающий слой, отличающаяся тем, что первая и вторая проводящие дорожки связаны с внешней цепью и предназначены для передачи сигнала изображения и сигнала запуска, соответственно, а третья проводящая дорожка используется для передачи сигнала изображения к каждому из тонкопленочных возбуждаемых отражателей, каждый из опорных элементов размещен над второй и третьей проводящими дорожками, каждый из возбуждающих элементов включает первую, вторую, центральную, третью и четвертую части контакта, отделенные одна от другой зазором, упругий слой, слой, смещающийся под действием электрического поля, а также пару возбудителей и пару логических возбудителей, каждый из которых имеет ближнюю и дальнюю концевые части, при этом каждый из возбудителей в паре размещен ниже соответственно первой и четвертой частей контакта, если каждый из логических возбудителей в паре размещен ниже соответственно второй и третьей частей контакта или ниже второй и третьей частей контакта, если каждый из логических возбудителей в паре размещен ниже соответственно первой и четвертой частей контакта, каждый из возбудителей в паре и каждый из логических возбудителей в паре консольно закреплены над каждым из опорных элементов своей ближней концевой частью, каждый из логических возбудителей снабжен изолирующим слоем, прикрепленным к нижней его части у дальнего конца, и контактным слоем, прикрепленным снизу к изолирующему слою, при этом сигнал запуска, поступающий по второй проводящей дорожке, поступает на каждый логический возбудитель, вызывая отклонение пары логических возбудителей вниз, при этом контактный слой каждого из логических возбудителей контактирует с первой и третьей проводящими дорожками, осуществляя передачу сигнала изображения от первой проводящей дорожки к третьей и, следовательно, к каждому из возбудителей, вызывая отклонение пары возбудителей в каждом из возбуждающих элементов и отклонение центральной части контакта, которая остается плоской и всей центральной частью отражает световые лучи. 2. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что каждый из возбудителей содержит часть отражающего слоя, часть упругого слоя, сигнальный электродный слой, часть слоя, смещающегося под действием электрического поля, и слой электрода смещения. 3. Матрица по п.2, отличающаяся тем, что сигнальный электродный слой в каждом из возбудителей электрически связан с третьей проводящей дорожкой. 4. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что каждый из логических возбудителей включает часть отражающего слоя, часть упругого слоя, логический сигнальный электродный слой, часть слоя, смещающегося под действием электрического поля, и слой логического электрода смещения. 5. Матрица по п. 4, отличающаяся тем, что слой логического электрода смещения электрически связан со второй проводящей дорожкой. 6. Матрица по п.2 или 4, отличающаяся тем, что слой электрода смещения в каждом из возбудителей электрически связан со слоем логического электрода смещения в каждом из логических возбудителей. 7. Матрица по п.6, отличающаяся тем, что напряжение, подаваемое на слой электрода смещения и на слой логического электрода смещения в каждом из возбудителей и в каждом из логических возбудителей, идентично. 8. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что подложка выполнена из изолирующего материала. 9. Матрица по п. 1, отличающаяся тем, что каждый из опорных элементов выполнен из изолирующего материала. 10. Матрица по п.1, отличающаяся тем, что упругий слой выполнен из изолирующего материала.