基于MOEMS技術(shù)的光柵平動(dòng)式光調(diào)制器陣列若干關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、目前，在顯示市場中，基于MOEMS(微光機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)制造的光調(diào)制器以其優(yōu)良的性能獲得高速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。MOEMS光調(diào)制器作為顯示設(shè)備的核心器件，成為帶動(dòng)顯示技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的一個(gè)重要分支。研究 MOEMS光調(diào)制器已成為國內(nèi)外信息MEMS前沿研究中的一個(gè)熱點(diǎn)，有著重要的科學(xué)意義和良好的應(yīng)用前景。
　　本文對(duì)幾種知名的MOEMS光調(diào)制器技術(shù)進(jìn)行了深入的對(duì)比分析，剖析了各自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用領(lǐng)域，提出了一種新穎的面向投影顯示的MOEM

2、S器件：光柵平動(dòng)式光調(diào)制器(GMLM)。論文的工作總結(jié)了對(duì)GMLM的設(shè)計(jì)、加工、測(cè)試中的關(guān)鍵技術(shù)和問題，最終在原理性投影演示系統(tǒng)上驗(yàn)證了它的工作原理。
　　全文內(nèi)容如下：
　　①對(duì)比分析了國外主流MOEMS光調(diào)制器優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種新穎的光柵平動(dòng)式光調(diào)制器(GMLM)。它的光調(diào)制原理與GLV類似，但從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上克服了GLV線陣不能形成面陣，需要外加高精度掃描裝置展開二維圖像的弱點(diǎn)。同時(shí)結(jié)構(gòu)和工藝又相對(duì)于DMD等微鏡裝置而言比

3、較簡單，充分考慮了國內(nèi)的MEMS加工水平。
　?、诜治隽薌MLM的工作原理，建立了GMLM的彈簧－電容等效機(jī)電模型，分析了GMLM的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性。對(duì)電容的邊緣效應(yīng)進(jìn)行了深入研究，對(duì)傳統(tǒng)的平行板電容公式進(jìn)行改進(jìn)，推導(dǎo)了適用于 GMLM的修正公式。此外，還推導(dǎo)了GMLM器件的等效彈性系數(shù)、吸合電壓、工作電壓、固有頻率、開關(guān)速度和壓膜空氣阻尼系數(shù)的理論計(jì)算公式。
　?、劾美碚摲治龅玫降挠?jì)算公式，對(duì)GMLM的機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了設(shè)

4、計(jì)。并以有限元仿真驗(yàn)證和優(yōu)化了GMLM的設(shè)計(jì)參數(shù)，得到了器件的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性數(shù)據(jù)。給出了GMLM控制和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，確定了GMLM的驅(qū)動(dòng)方式，編寫了上位機(jī)控制軟件，設(shè)計(jì)了以FPGA為核心的控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)電路。
　?、軐?duì)比了國外MOEMS光調(diào)制器的工藝流程優(yōu)缺點(diǎn)和可行性，制訂了較優(yōu)的GMLM工藝流程方案。剖析了三次工藝加工實(shí)踐中遇到的關(guān)鍵問題和改進(jìn)方法。在加工工藝設(shè)計(jì)和實(shí)踐中，研究了懸臂梁犧牲層技術(shù)，基本解決了決定GMLM加工

5、成敗的釋放、粘附、應(yīng)力翹曲等關(guān)鍵問題，得到了可以進(jìn)行原理性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的GMLM陣列。同時(shí)開發(fā)出了一套適合于GMLM以及類似的MOEMS器件，以Al膜為主要材料的工藝流程，為今后的MOEMS器件的探索奠定了工藝基礎(chǔ)。
　?、菘疾炝薌MLM的測(cè)試方法和工具，進(jìn)行了一系列測(cè)試和實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)GMLM的表面質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量，得出了表面反射率、粗糙度和表面形貌的必要參數(shù)。然后，搭建了GMLM機(jī)電特性參數(shù)測(cè)量平臺(tái)，測(cè)量了GMLM的工作電壓、吸合電壓、

6、吸合時(shí)間、釋放時(shí)間和PWM調(diào)制能力，并得出器件的等效彈性系數(shù)、殘余應(yīng)力和固有頻率。最后，設(shè)計(jì)并搭建了GMLM投影演示系統(tǒng)，進(jìn)行了靜態(tài)投影和動(dòng)態(tài)投影實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了GMLM光調(diào)制原理和投影成像原理。
　?、掎槍?duì)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的GMLM交叉效應(yīng)，提出利用滯回特性的無源驅(qū)動(dòng)法和有源矩陣驅(qū)動(dòng)法兩種各有特色的改進(jìn)方案，并針對(duì)今后大陣列的發(fā)展要求提出了GMLM與驅(qū)動(dòng)電路單片集成的方案。此外，針對(duì)光柵平動(dòng)式光調(diào)制器的幾種主要失效模式，包括污染、靜電擊毀