一种具有微镜片阵列的小片本申请为分案申请，其原申请是2003年1月30日进入中国国家
阶段、国际申请日为2001年8月3日的国际专利申请PCT/US01/24332，
该原申请的中国国家申请号是01813608.7，发明名称为“微镜片元件、
微镜片元件的封装及其投影系统”。
技术领域
本发明涉及一种小片，特别是涉及一种具有微镜片阵列的小片。
背景技术
Huibers的美国专利5,835,256号和6,046,840号，和Huibers等人
的美国专利申请09/617,419，每个专利(申请)的主题内容通过参考被
结合在此，这些专利(申请)披露了用于控制光束的微机电器件
(MEMS)，例如在光学开关中，和/或者用于显示器(例如投影显示器)。
一个共同的特性是可以移动的微镜片，以便于依靠微镜片元件的倾角
通过不同的角度偏转光束。在一种常规的直观显示系统或者投影显示
系统的类型中，反射的微镜片元件用于产生图像。典型的微镜片元件
是正方形，并且对于“开”状态具有一个单独的倾角，对于“关”状
态是平直的，或者对于“开”状态和“关”状态有同样的倾角，但是
有相反符号。
发明内容
本发明提供了一种由晶片制成的、并且其上形成有以两维形式排
列的微镜片阵列的单独小片；在该小片中，构成所述微镜片阵列的微
镜片被设置在用以静电地驱动该微镜片的电路和电极的上方；其中该
微镜片是四边形的，并且没有边是与该小片的边平行的；其中该微镜
片阵列是矩形的，并且其具有从1平方厘米到1平方英寸的面积；其
中该微镜片的水平行，依平行于该矩形图像的一边的行，而从一个角
落到另一角落地延伸，并且其中在各行中与寻址列对应的垂直线从每
个微镜片延伸而连接到每个其它行的微镜片；并且其中该微镜片的垂
直列，依平行于该矩形图像的一边的列，而从一个角落到另一角落地
延伸，并且其中在各列中与寻址行对应的水平线从每个微镜片延伸并
且连接到每个其它列的微镜片；其中设置有多条行线和列线用于对该
微镜片寻址，并且其中行线的数量乘以列线的数量大于像素的数量。
为了将沿着开关方向的光衍射减小到最小，特别是将达到收集光
学系统(collection optics)的接受光锥区的光衍射减小到最小，在本发
明中，使用非矩形的微镜片(这里所说的“矩形”包括正方形微镜片)。
这里所说的衍射表示周期性结构的光离开的散射，其中光不必须是单
色的或者是相位相干的。同样，为了将照明光学系统的成本和本发明
的显示单元的尺寸减小到最小，光源被放置成与阵列的行(或者列)
正交，并且/或者光源被放置成与框架的一边正交，该框架限定阵列的
有效面积。入射光束虽然与行(或者列)以及/或者有效面积的边正交，
对于阵列中的单个的微镜片的边正交不是必须的。正交的边引起入射
光束沿着微镜片开关的方向衍射，并且导致光“泄露”进入到“开”
状态，即使微镜片是在“关”状态。这种光衍射减小了微镜片的反差
比。
本发明优化了微镜片阵列的反差比，这样当微镜片在它们的“关”
状态时，它们发送最少的光到空间区域，该空间区域就是当微镜片在
它们的“开”状态时光被控制到达的区域。更具体地说，本发明包括
一个特别定位的光源和入射光束、和特别设计的在阵列中的微镜片，
该微镜片使达到投影(或者观测)光学系统的接受光锥区的光衍射减
小到最小，以便提供改进的反差比。通过考虑微镜片的紧配合以及从
“关”状态到“开”状态具有低衍射的大的填充系数(fill factor)，即
使在阵列被沿着微镜片周期的光轴照明时，本发明的排列和结构也将
阵列中的非反射面积减小到最小。也就是，通过有角度的边不与微镜
片的旋转轴平行，该结构优化了反差比，并且通过铰链(hinge)优化
了填充系数，该铰链需要相对小的面积并且允许相邻的微镜片和极少
量被浪费的非反射区域一起倾斜。本发明各种各样的例子的微镜片的
结构和形状也减小了在微镜片被静电地偏转时相邻微镜片之间的串
扰。
本发明的另一个方面是微镜片阵列，在该阵列中单个的微镜片绕
着一个平直的或者非偏转的状态不对称地倾斜。通过使微镜片的“关”
状态处在一个角度，该角度比在“开”状态的微镜片的相反的角度小，
a)来自微镜片的边缘并进入收集光学系统的衍射光被减到最小；b)
从微镜片的底下被散射并且进入收集光学系统的光也被减到最小；c)
微镜片的行程被减小，这样将邻近的微镜片相互碰撞的可能性减小到
最小，这反过来又减小微镜片之间的缝隙以及增加微镜片的填充系数；
d)微镜片偏转的角度能够被增加到更大的范围，该范围比对于开状态
和关状态具有同样的偏转角度的微镜片阵列排列的范围更大。
本发明的另一个方面是微镜片阵列的封装，该封装具有一个能透
射光的部分，该部分不平行于微镜片构成在其上的衬底。透射光的部
分可以是任何适合的材料，例如玻璃板，石英或者聚合物，并且考虑
引导来自透射光的衬底的镜面反射而不是来自在封装中的平行的透射
光板引起的镜面反射。最好镜面反射被引导到足够远离收集光学系统
以便照明圆锥体的尺寸的增加将使镜面反射不进入收集光学系统。
本发明还有一个方面是一个投影系统，包括一个被布置成矩形的
有效微镜片阵列，该微镜片能够围绕关状态和开状态之间的开关轴转
动，微镜片对应于观测图像中的像素；包括一个用于将光引导到微镜
片阵列的光源，该光源被设置成以便于引导光不垂直于每个微镜片的
至少两条边，并且，当每个微镜片被作为俯视图观测时，平行于每个
微镜片的至少另外两条边；包括被布置成接受来自开状态下的微镜片
的光的收集光学系统。
本发明的另一个方面是一个投影系统，包括一个微镜片阵列，每
个微镜片对应观测图像中的一个像素，并且具有凹多边形或者一个或
多个非矩形平行四边形的形状；一个用于将光引导到微镜片阵列收集
光学系统的光源，该收集光学系统被布置成接受来自微镜片反射的光。
本发明的另一个方面仍然是一个投影系统，包括一个用于提供入
射光束的光源，一个可移动的反射元件的阵列，和一个用于投影来自
阵列的光的收集光学系统，其中来自投影系统的投影图像将以矩形图
像被显示在目标上，该图像由成千到数百万的像素构成，每个像素的
形状是凹多边形、一个单一的非矩形平行四边形、或者非矩形平行四
边形的组合。
本发明的另一个方面还是一个投影系统，包括一个光源，一个可
移动微镜片元件的阵列，和收集光学系统，其中阵列中的每个微镜片
元件具有一个开关轴，该开关轴基本平行于阵列有效面积的至少一条
边，并且与微镜片元件的一条或多条边成35到60度的角度。
本发明的另一个方面是一个投影系统，包括一个光源和一个可移
动微镜片元件的阵列，每个微镜片元件具有一条前面的边(leading
side)，该边不垂直于入射光束，也不垂直于有效面积的任何边，以便
其反差比与具有与入射光束相垂直的边的微镜片元件相比增加2到10
倍。
本发明的另一个方面是一个投影系统，包括一个光源，收集光学
系统和一个可移动微镜片元件的阵列，该投影系统具有与图21C中所
示的基本一样的衍射模式(pattern)。
本发明的另一个方面仍然是一个投影系统，包括一个光源和一个
矩形的可移动的微镜片阵列，微镜片能够在开状态和关状态之间移动，
并且能够将开状态下的光反射到预定的空间区域，其中光源被布置成
以基本90度角将光引导到由阵列限定的矩形的至少一条边，并且其中
当微镜片在关状态时，基本上没有衍射光进入到预定的空间区域。
本发明的另一个方面是将图像投影到目标上的方法，包括：引导
光束到矩形的微镜片阵列，光束被引导成与矩形阵列前面的边成一个
角度，该角度在正90度加或减40度的范围之内，并且其中阵列中的
微镜片的形状是多边形而且被定位成以便于光束以不同于90度的角度
入射到多边形所有的边上；以及将来自微镜片的光投影到目标上以便
在其上形成图像。
本发明的另一个部分是一个投影系统，包括一个光源，光收集系
统和一个微镜片阵列，该阵列被布置成空间地调制来自光源的光，该
阵列形成于衬底上并且构造成使每个微镜片在没有被启动时能够在第
一位置上，每个微镜片能够移动到开位置上以将光引导到阵列的光收
集系统，并且能够在相反的方向上移动到关位置上以引导光离开光收
集系统，所说的开位置和关位置两者均与所说的第一位置不同，并且
其中开位置相对于第一位置成一个角度，该角度不同于关位置的角度。
本发明的另一个方面是一种用于空间地调制光束的方法，包括通
过微镜片阵列将来自光源的光束引导到光收集系统，该微镜片阵列设
置成空间地调制来自光源的光束，该阵列形成在衬底上并且当不调制
时每个微镜片处于第一位置，在阵列中调制微镜片使每个微镜片移动
到开位置，在该位置将光引导到阵列的光收集系统，并且移动到关位
置，以引导光离开光收集系统，所说的开位置和关位置两者均不同于
所说的第一位置，并且其中开位置相对于第一位置成一个角度的数值
不同于在关位置时的角度的数值。
本发明的另一个方面还是一个构成在衬底上的光学微机械元件，
该元件在相对于衬底的第一角度数值上具有开位置，在相对于衬底上
第二角度的数值上有关位置，第一和第二数值不同，并且具有基本上
平行于衬底的第三位置，开位置和关位置都由紧靠着衬底的或者紧靠
着形成在所说的衬底上的结构的光学微机械元件所限定。
本发明的另一个方面仍然是用于调制光的方法，包括反射来自被
布置在平面的衬底上的可偏转微镜片阵列的光，所说的微镜片倾斜到
第一位置或倾斜到第二位置；在其中在所说的第一位置和衬底之间形
成的角度和在所说的第二位置和衬底之间形成的角度明显不同。
本发明的另一个方面是用于调制光的方法，包括一个光源，一个
平面的光调制器阵列，该阵列包括可偏转元件和收集光学系统，其中
阵列中的元件有选择地配置成至少两种状态，其中在第一状态元件引
导来自光源的光经过第一角度进入收集光学系统，在第二状态元件引
导来自光源的光经过第二角度进入收集光学系统，第三角度代表光从
阵列被反射，如同阵列是微镜片化的表面，其中第一角度和第三角度
的差与第二角度和第三角度的差是明显不同的。
本发明的另一个方面是一个投影系统，包括用于提供光束的光源；
一个微镜片阵列，该阵列包括多个被设置在该光束路径中的微镜片；
和收集光学系统，该系统设置成在光束入射到微镜片阵列上并且反射
离开阵列中的做为开和关微镜片模式的多数微镜片之后、在光束的光
路中；其中微镜片阵列包括一个衬底，微镜片阵列被固定在衬底上，
在衬底上的每个微镜片能够从非偏转的位置移动到开位置和关位置，
其中开位置和关位置相对于非偏转位置成不同的角度。
本发明的另一个部分还是一种用于将图像投影到目标的方法，包
括将来自光源的光束引导到微镜片阵列上；调制每个微镜片到开位置
或者关位置，其中在开位置中，微镜片引导光到收集光学系统，该系
统设置成用于接收当微镜片处于开位置时来自微镜片的光，其中开和
关微镜片的图案形成图像；并且其中，在微镜片开位置中微镜片的位
置成的角度的数值与在微镜片关位置中微镜片的位置成的角度的数值
是不同的。
本发明的另一个部分仍然是用于空间调制光束的方法，包括引导
光束到微镜片阵列上，微镜片阵列能够移动到第一或者第二位置，其
中在第一位置中微镜片引导入射到其上的光束的一部分进入到收集光
学系统，并且其中每个微镜片在第二位置时的相邻微镜片之间的最小
距离小于每个微镜片在第一位置时的相邻微镜片之间的最小距离。
本发明的另一个方面是一种装置，包括一个衬底，衬底上构成一
个反射的或者衍射的微机械装置；用于固定衬底和可移动微机械装置
的封装；在其中封装包括光学透射窗口，该窗口与衬底不平行。
本发明更另一部分是一个投影系统，包括一个光源；光收集光学
系统；一个衬底，在该衬底上构成一个反射或者衍射微机械装置；用
于固定衬底和可移动微机械装置的封装；其中封装包括与衬底不平行
的光学透射窗口；设置在来自光源的光束的路径中的封装的微机械装
置用于调制来自该光束的光，并且收集光学系统收集调制过的光。
本发明更进一步的另一个部分还是一个投影仪(projector)，包括
一个光源，一个封装的微机电(MEMS)装置，该微机电装置具有一
个衬底和一个在封装内的窗口，在该衬底上有一个微机械装置，该窗
口被设置成与衬底成一个角度，还包括收集光学系统，被设置成接收
来自光源的被封装的微机电装置(MEMS)调制过的光。
本发明的另一个方面是一种用于制造微镜片的方法，包括提供一
个衬底；
在衬底上沉积第一牺牲(sacrificial layer)层并使第一牺牲形成图
案(patterning)；在牺牲层上沉积至少一层铰链(hinge)层，并且使至
少一层铰链层形成图案以构成至少一个柔性的铰链；沉积第二牺牲层
并使第二牺牲层形成图案，在第二牺牲层上沉积至少一层镜片层，并
且使至少一层镜片层形成图案以构成一镜片元件，并且移去第一和第
二牺牲层以便于释放微镜片。
本发明的另一个方面仍然还是光学微机械装置，包括一个衬底；
一个在衬底上的第一柱；一个柔性铰链，其中该柔性铰链的近端在该
柱上；一个连接于柔性铰链的远端的第二柱；和一个连接于第二柱上
的板。
附图说明
图1是本发明的微镜片的一个实施例的俯视图；
图2A到图2E是微镜片的横截面视图，取自沿着图1的线2-2，
用于说明本发明的一种制造微镜片的方法；
图3A到3D是示于图2A到图2E相同的微镜片的横截面视图，但
是取自沿着图1的线3-3；
图4A到图4J是微镜片的横截面视图，用于说明本发明的另一种
制造微镜片的方法；
图5A到图5G是微镜片的横截面视图，用于说明本发明的又一种
制造微镜片的方法；
图6A到6C是不同形状的微镜片和铰链组合的平面视图；
图7是具有多个与图6A中相同的微镜片的微镜片阵列的一部分的
平面视图；
图8是本发明的一个实施例的部分分解的立体视图；
图9A到9C是横截面视图，示出了图8的实施例的微镜片的动作；
图10A到10D是仍然依照本发明的另一个实施例的过程的横截面
视图；
图11A到11C是横截面图，示出了依照在图10A到10D中阐明的
方法制造的微镜片的动作。
图12是依照图11A到11C的方法构成的微镜片阵列中的多个微镜
片的平面视图。
图13是图12的微镜片的部分分解的立体视图。
图14A到14C示出了具有平坦的非偏转的“关”状态的微镜片。
图15A到15C示出了具有相等角度的偏转的“开”和“关”状态
的微镜片。
图16A到16C示出了“开”状态的角度大于“关”状态的角度的
微镜片。
图17A到17E示出了微镜片的封装装置，该封装装置具有成角度
的窗口。
图18是本发明的微镜片阵列的照明系统的例图。
图19A到19E示出了入射光、微镜片的边、和有效面积的边之间
的关系。
图20是现有技术的微镜片阵列的实例图。
图21和图22是本发明的实施例的图，在其中正方形的微镜片与
有效面积的边成一个角度。
图23到图25示出了微镜片，其中，微镜片的“前边缘”和“后
边缘”不垂直于入射光束。
图26A到26F和27A到27F是具有一个或多个平行四边形形状的
微镜片的例图。
图28是单个微镜片的例图。
图29是微镜片阵列的例图，该微镜片阵列具有垂直于入射光束的
前和后边，还具有与入射光束成45度角的另一部分。
图30和31是微镜片阵列的例图，其中微镜片没有边平行于或者
垂直于入射光束和阵列的有效区域的边。
图32A到32J是具有相应的铰链结构的微镜片的例图。
图33A到33C是衍射图案的例图，该衍射图案具有通过收集光学
系统(33A)的接受光锥区的衍射线条，并且避开接受光锥区(33B和
33C)。
具体实施方式
用于微制造可移动的微镜片或者微镜片阵列的方法披露在Huiber
的美国专利5,835,256号和6,046,840号中，每个专利的主题内容通过
参考被结合在此。用于构成本发明的微镜片的一种相似的方法示于图1
到图3中。图1是本发明的微镜片的一个实施例的俯视图。正如在图1
中所能够看到的，柱21a和21b通过在衬底上面的铰链120a和120b
支撑微镜片板24，该衬底具有在其上的电极(没有表示出)，电极用于
引起微镜片板24的偏转。虽然没有在图1中示出，但是将在这里进一
步讨论，成千甚至数百万的微镜片24能够被设置在阵列中，用于反射
其上的入射光束并投影图像到观察器或者目标/荧光屏。
微镜片24和阵列中的其他微镜片能够用很多种不同的方法被制
造。其中一种方法示于图2A到图2E中(取自沿着图1的横截面2-2)，
其中微镜片最好被制造在透射光的衬底上，该衬底然后与电路衬底结
合在一起。这种方法被进一步披露在于2000年8月30日提交的Llkov
等人的美国专利临时申请60/2,292,46号中，和于2000年12月7日提
交的Llkov等人的美国专利申请09/7,324,445号中。虽然该方法将被连
同透射光的衬底一起被描述，但是任何其它合适的衬底也能够被使用，
例如具有电路的半导体衬底。如果半导体衬底例如单晶硅被使用，也
许最好将微镜片的柱带电地连接到集成电路IC过程中的金属的3层，
并且使用导电的材料作为微镜片的至少一部分。直接在电路衬底上构
成微镜片的方法(代替在分离的透射光衬底上)将被在此更详细地讨
论。
如同在图2A中所能够看到的，透光的衬底13(至少在其上增加
层之前)例如玻璃(例如Corning 1737F或者Eagle2000)，石英，PyrexTM，
蓝宝石等等被提供。透光的衬底可以将选择的光阻隔层添加到它的下
边以帮助在加工期间处理衬底。这样的光阻隔层可以是TiN层，该TiN
层是通过反作用的溅射成2000埃的厚度沉积到透射光的衬底的后边，
该TiN层一旦加工完成后将被除去。衬底可以是任何形状和尺寸，虽
然用在集成电路制造中的标准晶片的形状是被优选的。
如同在图2A中所能够看到的，一个牺牲层14，例如非晶硅，被
沉积。牺牲层可以是其它适合的材料，该材料以后能够从微机械结构
材料(例如SiO2，多晶硅，聚酰亚胺，酚醛清漆等等)下清除。牺牲
层的厚度范围很宽，取决于可移动元件/微镜片的尺寸和所需要的倾角，
虽然厚度从500埃到50000埃，但是最好是大约5000埃。作为非晶硅
的替代物，牺牲层能够是许多聚合物的任意一种，光致抗蚀剂
(photoresist)或者其他有机材料(或者甚至多晶硅，氮化硅，二氧化
硅等等，取决于所选择的对蚀刻剂有抵抗力的材料，和所选择的蚀刻
剂)。选择的粘和增进剂(adhesion promoting)(例如SiO2或者SiN)
可以在沉积牺牲材料之前被应用。
为了在衬底13和后面沉积的微机械结构层之间提供接触区域，具
有宽度“d”的孔6被形成在牺牲层中。通过在光致抗蚀剂上旋转并且
引导光通过掩膜以增加或减少抗蚀剂的溶解性(取决于抗蚀剂是正抗
蚀剂还是负抗蚀剂)来形成孔。尺寸“d”的大小可以从0.2到2微米
(最好大约是0.7微米)，取决于最终的微镜片和微镜片阵列的尺寸。
当显影抗蚀剂以除去孔的区域中的抗蚀剂之后，孔被氯或者其它合适
的蚀刻剂(取决于牺牲的材料)蚀刻在牺牲层的非晶硅中。剩余的光
致抗蚀剂然后被除去，例如用氧的等离子体。在牺牲层中的孔可以是
任何合适的尺寸，虽然优选具有从0.1到1.5μm的直径，更优选的是
大约0.7+/-0.25μm。蚀刻一直进行到玻璃/石英衬底，或者直到任何中
间层，例如粘和增进剂层，如果透射光的衬底完全被蚀刻，最好是在
小于2000埃的数量。如果牺牲层14是能直接形成图案的材料(例如
酚醛清漆(novolac)或者其它的光敏光致抗蚀剂)，那么被沉积和被显
影在牺牲层14之上的附加的光致抗蚀剂层是不需要的。在这样的情况
下，光致抗蚀剂的牺牲层被形成图案以除去在孔6的区域中的材料，
并且然后在沉积附加层之前被有选择地变硬。
在这一点上，如同在图2B中所能够看到的，第一结构层7被例如
化学蒸汽(vapor)沉积作用沉积。优选该材料是被LPCVD(低气压化
学蒸气沉积)或者PECVD(等离子体增强的化学蒸气沉积)沉积的氮
化硅或者氧化硅，然而任何适合的薄膜材料例如多晶硅，金属或者金
属合金，碳化硅或者有机化合物能够被沉积在这点(当然牺牲层和蚀
刻剂应该适合于所使用的结构材料)。第一层的厚度因可移动元件的尺
寸和所需要的元件硬度的大小而可以变化，然而在一个实施例中该层
具有从100埃到3200埃的厚度，更优选的是在900埃到1100埃之间。
如同在图2B中所能够看到的，层7延伸到在牺牲层中蚀刻的孔里。
如同在图2C中所能够看到的，第二层8被沉积。材料可以和第一
层的材料相同(例如氮化硅)或者是不同的(氧化硅、碳化硅、多晶
硅等等)，并且能够被如同用于第一层的化学蒸气沉积作用沉积。第二
层的厚度可以比第一层大或者小，取决于可移动元件所需要的硬度，
铰链所需要的柔性，所使用的材料等等。在一个实施例中，第二层的
厚度从50埃到2100埃，并且优选大约是900埃。在另一个实施例中，
第一层被PECVD沉积而第二层被LPCVD沉积。
在示于图2A到2E中的实施例中，第一层和第二层都被沉积在限
定了可移动(微镜片)元件和柱的区域中。根据想得到的用于微镜片
元件的硬度，在微镜片元件的区域中的只沉积第一层或者第二层中的
任何一层也是可能的。同样地，也可以用单独的层以代替7、8两层来
用于整个的微结构区域，虽然这能涉及板的硬度和铰链的易弯曲性的
折中。同样地，如果一个单独的层被使用，构成铰链的区域能够被部
分地蚀刻以降低在这个区域中的厚度并提高因而引起的铰链的易弯曲
性。使用超过两层来产生分层的(laminate)可移动元件也是可能的，
这在可移动元件的尺寸被增加例如用于在光学开关中开关光束是特别
希望的。用于这样的层或者多层的材料也可以包括金属合金和电介质
材料或者金属和氮、氧、碳的化合物(特别是过渡金属)。一部分这些
可选择的材料披露于美国专利申请60/228,007号，该专利的主题内容
通过参考被结合于此。
如同在图2D中所能看到的，一个反射层9被沉积。反射材料可以
是金、银、钛、铝或者其它的金属，或者多于一种金属的合金，虽然
优选是通过PVD沉积的铝。金属层的厚度能够从50埃到2000埃，最
好大约是500埃。可以添加一个可选择的金属钝化层，例如一个通过
PECVD沉积到9层上面的10到1100埃的氧化硅层。其它的金属沉积
技术也可以用于沉积金属层9，例如化学液体沉积作用和电镀。沉积9
层之后，光致抗蚀剂被旋转并形成图案，跟着是用合适的金属蚀刻剂
蚀刻金属层。在铝层的情况下，氯(或者溴)化学物质能够被使用(例
如用具有可选择的最好是惰性的稀释的例如Ar和/或者He的Cl2和/
或者BCl3(或者Cl2、CCl4、Br2、CBr4等等)的等离子体/RIE蚀刻)。
应该注意反射层不需要最后被沉积，但是更合适能够被直接沉积在牺
牲层14上，在形成微镜片元件的其它层之间，或者作为形成微镜片元
件的唯一的层。然而，在一些方法中，由于在较高的温度下电介质被
沉积，也许需要沉积电介质层之后沉积金属层。
涉及图2E，第一层和第二层7、8能够在反射层之后用已知的蚀
刻剂或者蚀刻剂的组合(取决于所使用的金属和需要的各向同性的等
级)被蚀刻。例如，第一层和第二层能够被用氯化学或者氟化学(或
者其它的卤化物)(例如用F2、CF4、CHF3、C3F8、CH2F2、C2F6、
SF6等等的等离子体/RIE蚀刻，或者更多的类似上述的、或者附加的气
体的组合，例如CF4/H2、SF6/Cl2或者使用超过一种蚀刻种类的气体，
例如CF2Cl2，所有的可能都带有一种或者多种可选择惰性稀释，)蚀刻。
当然，如果不同的物质用于第一层和第二层，那么使用不同的蚀刻剂
来蚀刻每一层(根据所使用的材料在本领域中已知的等离子体蚀刻化
学)。如果反射层在第一层和第二层之前被沉积，所使用的蚀刻化学应
被颠倒。或者，取决于所使用的材料，所有的层能够被一起蚀刻。示
于图2E的具有宽度“e”的缝隙20a和20b用于把柱21与微镜片体22
分开。
图3A到3D示出了取自沿着不同的横截面(在图1中的横截面3-3)
的相同的过程，并且示出了透射光的衬底13，在该衬底上沉积了牺牲
层14。在牺牲层14上沉积了结构层7。如同在图3B到3C中所能看到
的，层7的一部分在附加层8和层9之前被除去。这个被除去的部分
在构成铰链的区域中以增加铰链区域的柔性。这种使铰链区域“变薄”
的方式，在2000年1月28日提交的True等人的美国临时专利申请
60/178,902号中被提出，还在2001年1月22日提交的True等人的美
国专利申请09/767,632中被提出，每个专利的主题内容通过参考被结
合于此。除去层7和层8的部分并且层9被添加之后，跟着是如同上
面提出的层7、层8和层9的图案的形成。如同在图3D中所能够看到
的，铰链23的宽度“a”从0.1μm到10μm，优选为大约0.7μm。铰
链23被缝隙“b”彼此分开，被缝隙“c”与邻近的微镜片板分开，缝
隙“c”的宽度“a”也可以从0.1μm到10μm，优选为大约0.7μm。
上面一般提及的处理步骤，能够被以多种方式实现。例如，玻璃
晶片(例如Corning1737F，Eagle2000，石英或者蓝宝石晶片)能够被
提供并且在其背面被涂以2000埃的厚度的不透明的涂层，例如Cr，Ti，
Al，TaN，多晶硅，或者TiN，或者其它的不透明的涂层，这是为了使
透明衬底临时的不透明而用于处理。然后，依照，图1-4，一个可选择
的粘和层被沉积后(例如带有硅的不饱和键的物质，如，SiNx-或者
SiOx，或者导电材料，例如玻璃态石墨，或者氧化锡铟)，然后氢化的
非晶体硅的牺牲材料在等离子体增强的化学蒸气沉积系统中，以5000
埃的厚度被沉积(气体＝SiH4(200sccm)，1500sccm的Ar，功率＝100W，
压力＝3.5T，温度＝380℃，电极间距＝350mil；或者气体＝150sccm的SiHy，
100sccm的Ar，功率＝55W，压力＝3Torr，温度＝380℃，电极间距＝350mil；
或者气体＝200sccm的SiH4，1500sccm的Ar，功率＝100W，温度＝300
℃，压力＝3.5T；或者在这些设置之间的其它的处理点)在透明的晶片
上，例如应用材料公司(Applied Materials)的P5000。或者牺牲的材
料能用Huiber等人的美国专利5,835,256号中提出的线，在560℃下被
LPCVD沉积，该专利主题内容通过参考结合于此。或者，牺牲材料能
够通过溅射被沉积，或者可以是包含有机物质的不含硅材料(后面将
被除去，例如等离子体氧化灰)。a-SiN被形成图案(光致抗蚀剂并用
氯化学被蚀刻，例如Cl2、BCl3和N2)，以便于形成用于将玻璃衬底
和微镜片孔固定在一起的孔。用于在微镜片中产生硬度并用于将微镜
片连接到玻璃上的第一氮化硅层，通过PECVD被沉积(射频RF功率
＝150W，压力＝3Torr，温度＝360℃，电极间距＝570mil，气体＝
N2/SiH4/NH3(1500/25/10)；或者射频RF功率＝127W，压力＝2.5Torr，
温度＝380℃，气体＝N2/SiH4/NH3(1500/25/10sccm)，电极间距＝
550mil，或者其它的处理参数可以被使用，例如，功率在175W和压力
在3.5Torr)到900埃的厚度，并且被形成图案(压力＝800mT，射频
RF功率＝100到200W，电极间距＝0.8到1.1mm，气体＝CF4/CHF3/Ar
(60或70/40到70/600到800sccm，He＝0到200sccm)，以便除去微
镜片铰链形成的区域中的氮化硅。接着，第二氮化硅层通过PECVD以
900埃的厚度被沉积(射频RF功率＝127W，压力＝2.5T，温度＝380
℃，气体＝N2/SiH4/NH3(1500/25/10sccm)，电极间距＝550mil)。然
后，铝以500埃的厚度并在140℃到180℃的温度被溅射到第二氮化硅
层，功率＝2000W，Ar＝135sccm。或者，代替铝的金属可以是铝合金(Al-Si
(1％)，Al-Cu(0.5％)或者AlSiCu或者AlTi)以及注入的铝或者目
标掺杂的铝。铝被用氯化学(压力＝40mT，功率＝550W，气体＝
BCl3/Cl2/N2＝50/15/30sccm)在P5000中形成图案。然后，SiN层被蚀刻
(压力＝100mT，功率＝460W，气体＝CF4/N2(9/20sccm))，跟着在
等离子体中在H2O+O2+N2化学中灰化。接着，剩余的结构被ACT清
洗(丙酮+DI晶片溶液)并且被旋转干燥。(这个清洗可以用EKC技术
的EKS265光致抗蚀剂剩余物清除剂或者其它基于清洁剂的溶液)。抗
蚀剂涂在其上面具有微结构的晶片上之后，背面的TiN在等离子体中
被BCl3/Cl2/CF4化学蚀刻(或者其它的来自金属蚀刻剂的CRC手册的
金属蚀刻剂)，或者被抛光或者用CMP碾碎，或者使用酸性蒸汽例如
HF清除一接着是第二次的ACT清除(丙酮+DI晶片溶液)和第二次
旋转干燥。晶片被分成单独的小片，并且每个小片被暴露给300W的
CF4等离子体(压力＝150Torr，用于60秒的85sccm，接着是在He，
XeF2和N2中的300秒的蚀刻(蚀刻压力158Torr))。蚀刻通过在大约
400Torr的N2的气室中提供小片被完成。第二区域/气室具有在其内的
3.5Torr的XeF2和38.5Torr的He。两个区域/气室之间的屏障被除去，
造成了组合的XeF2、He和N2的蚀刻混合物。
或者，透明的晶片(例如Corning1737F)在玻璃晶片的背面被涂
以厚度为2000埃的TiN。然后，依照图1-4，在没有粘和层的情况下，
氢化的非晶硅的牺牲层在应用材料公司的P5000中被以5300埃的厚度
沉积(功率＝100W，压力＝3.5T，温度＝300℃，SiH4＝200sccm，
Ar＝1500sccm，或者压力＝2.5Torr，功率＝50W，温度＝360℃，电极间距
＝350mil，SH4流＝200sccm，Ar流＝2000sccm)在玻璃晶片上。a-Si被
形成图案(光致抗蚀剂和被氯化学蚀刻，例如Cl2，BCl3和N2-500W)，
以便于形成用于将微镜片固定到玻璃衬底的孔。用于在微镜片中产生
并用于将微镜片连接到玻璃上的第一氮化硅层，通过PECVD被沉积
(压力＝3Torr，1500W，360℃，缝隙＝570，SiH4＝25sccm，
NH3＝10sccm，N2＝1500sccm)到900埃的厚度，并且被形成图案
(CF4/CHF3)，以便除去微镜片铰链将被形成的区域中的氮化硅。接
着，第二氮化硅层通过PECVD以900埃的厚度被沉积(和沉积第一层
相同的条件)。然后，铝被以500埃的厚度(150C)溅射到第二氮化硅
层。或者，代替铝的金属可以是铝合金(Al-Si(1％)，Al-Cu(0.5％)
或者AlSiCu或者AlTi)以及注入的铝或者目标掺杂的铝。铝被用氯化
学(BCl3，Cl2，N2)在P5000中形成图案。然后，SiN层被蚀刻(CHF3，
CF4)，跟着在隔开的灰化器中灰化(在250C的O2，CH3OH)。接着，
剩余的结构被用EKC技术的EKS265光致抗蚀剂剩余物清除剂清除。
在抗蚀剂涂在其上面具有微结构的晶片上之后，背面的TiN在等离子
体中被SF6/Ar蚀刻，接着是第二次的清除和第二次旋转干燥。
在晶片衬底上沉积了牺牲层和结构层之后，晶片被分成单独的小
片，并且每个小片然后被放置在Dryrec parallel plate RF等离子体反应
器中。100sccm的CF4和30sccm的O2流向等离子体室，该等离子体
室在大约200mtorr下工作80秒。然后，小片在143Torr的蚀刻压力下
(组合的XeF2、He和N2)被蚀刻300秒。蚀刻通过在大约400Torr
的N2的气室中提供小片来实现。第二区域/气室具有在其内具有5.5Torr
的XeF2和20Torr的He。在两个区域/气室之间的屏障被除去，造成组
合的XeF2、He和N2的蚀刻混合物。上面的步骤也能够在一个300W
功率、CF4(150Torr、85sccm)、工作120秒的平行板等离子体蚀刻器
中完成。第二蚀刻(化学的，非等离子体的)的附加的特性披露在于
1999年10月26日提交的Patel等人的美国专利申请09/427,841中，和
于2000年8月28日提交的Patel等人的美国专利申请09/649,569中，
每个专利申请的主题内容通过参考被结合于此。
虽然每个微镜片的铰链能够如同上面所提出的，在和微镜片元件
(用于微镜片体的层7，8和9对图3中的用于微镜片铰链的层8和9)
相同的平面中基本上形成，但是它们也能够在不同的平面上与微镜片
元件分开地构成并且平行于微镜片元件，并且做为一个单独的处理步
骤的一部分(第二牺牲层材料沉积之后)。这个放在上面的类型的铰链
在前面提到的美国专利6,046,840的图8和图9中被披露，并且更详细
地披露在于2000年8月3日提交的Huibers等人的美国专利申请
09/631,536中，其主题内容通过参考被结合于此。无论是如图中一样与
一层牺牲层一起构成，还是如放在上面的的铰链一样用两层(或者更
多)牺牲层构成，这样的牺牲层都要像下面将要讨论的一样被用各向
同性的蚀刻剂除去。微镜片的“释放”能够在接着上面描述的步骤被
立即完成，或者能够在与第二衬底上的电路组合之前被立即完成。如
果电路、电极和微镜片不是构成在同一个衬底上，那么像上面所提出
的在透光的衬底上构成微镜片之后，第二衬底被提供，该衬底包括在
衬底(例如硅晶片)上面的金属层(例如金属3)上的大电极阵列。如
同在图11A中所能看到的一样，像上面讨论的在其上构成了微镜片44
的阵列的透光衬底40，被结合到第二衬底60上，第二衬底具有在电压
Vo、Va、Vb下的电路和电极，电路和电极作为最后一层形成在衬底
上。(每个微镜片一个单独的电极也能够被用于带有单一的移动方向
的微镜片的实施例，例如在图1中被阐明的。)微镜片44通过分隔器
(spacer)41(例如与每个微镜片邻近的光致抗蚀剂间隔器和/或把衬底
40结合到衬底60时沉积在环氧树脂之内的间隔器。)与衬底60上的
电极保持分离。在电路衬底上的一个或多个电极静电地控制微显示器
像素点(pixol)(在上面的光透射传输衬底上的一个微镜片)。在背面
表面上的每个电极上的电压，决定它对应的微显示器的像素是光学
“开”还是“关”。从而在微显示器上构成可见的图像。用于产生脉宽
调制的灰度级或彩色图像的背面和方法的细节在Richards申请的美国
专利09/564069号中被披露，其主题内容通过参考被结合于此。第一衬
底和第二衬底的组合在前面涉及到的Llkov等人的专利申请中被详细
地示出，很多不同类型的晶片的结合在本领域中中是已知的。如粘合、
阳极化、光晶体的融合、微波焊料和热压结合。
本发明的微镜片的释放，根据所使用的牺牲材料的类型的处理类
型，可以是单步骤的或者多步骤的处理。在本发明的一个实施例中，
第一蚀刻的完成具有相对较低的选择率(例如低于200∶1，优选低于
100∶1，更优选低于10∶1)，而接着的第二蚀刻具有较高的选择率(例
如高于100∶1，优选高于200∶1，更优选高于1000∶1)。这样的双
蚀刻在2001年5月22日提交的Patol等人在美国专利申请60/293,032
号中被更进一步的示出，并通过参考被结合于此。当然，其他的释放
方法能够被使用，取决于牺牲材料。例如，如果光致抗蚀剂或者其他
的有机材料是牺牲材料，氧等离子体灰化或超临界液体释放能够被使
用。包含纯氧的等离子体能够产生腐蚀有机物的物质以形成作为产品
的H2O、CO和CO2，并且不蚀刻SiO2、Al或者Si。或者如果牺牲材
料是SiO2，那么例如各向同性的干燥蚀刻剂(CHF3+O2，HF3或SF6)
能够被使用。如果牺牲材料是氮化硅，那么氟原子能够被用来各向同
性地蚀刻氮化硅(例如CF4/O2，CHF3/O2，CH2F2或者CH3F等离子
体)。如果牺牲材料是非晶硅，那么以XeF2，BrF3或者BrCl3形式的
氟原子能够被使用，如果牺牲材料是铝，那么氟原子(BCL3，CCl4，
sicl4)能够被使用。当然任何蚀刻剂(和牺牲材料)将根据蚀刻所需
要凹进的量至少被部分地选择。
另一个用于形成微镜片的过程示于图4A到4J中。如同在图4A
中所能看到的，衬底30(这能够是任何适合的衬底，例如玻璃/石英衬
底或者半导体电路衬底)在其上沉积了牺牲材料31。任何适合的牺牲
材料能够被使用，优选是在被蚀刻的材料和牺牲材料之间有大的蚀刻
选择率的材料。一种可能的牺牲材料是一种有机的牺牲材料，例如光
致抗蚀剂或者其他的有机材料，例如在2001年6月15日提交的Reid
等人的美国专利申请60/298,529中所提出的。根据确切的结构层的组
成，其他已知的微机电(MEMS)牺牲层，例如非晶硅或者PSG能够
被使用。如果牺牲材料不是能直接形成图案的，那么光致抗蚀剂层32
被添加并且被显影以形成一个或多个孔径(图4B)。然后如在图4C中
所看到的，孔径34被蚀刻到牺牲材料31中并且光致抗蚀剂32被除去。
如同在图4D中所能看到的，一个(最好是导电的)层35被沉积，这
将最终至少构成1用于MEMS器件(在这个例子中是微镜片结构)的
柔性部分。层35也能够形成用于将微镜片固定到衬底上的柱36，或甚
至微镜片体的全部或部分。如同将在此更进一步讨论的，本发明的优
选实施例中的导电层35包括金属-硅、铝、硼-氮，优选金属是过渡
金属，特别是后面的过渡金属。层35也可以是多(最好导电)层。或
者在多个其它类型的层之间的导电层。(结构的电介质层、反射层、抗
静摩擦层等等)。层35不必是导电的，并且根据恰当的方法、目标材
料和沉积过程中所使用的气体，层35也能够绝缘的。
图4E显示了光致抗蚀剂37(形成图案的)的附加部分，其后跟
着一部分氮化物层35的蚀刻和除去光致抗蚀剂(图4F)。然后，如同
在图4G中所能看到的，微镜片结构材料层38被沉淀。该材料可以是
导电的或绝缘的，并且可以是多层。如果材料是单一的层，最好是反
射的(例如铝层或者金层或者金属合金层)。然后，如同在图4H中所
能看到的，光致抗蚀剂39被添加并且被显影，接着是蚀刻除去层38
的部分(例如在将进行弯曲操作的部分区域)。最后，如同在图4J中
所能看到的，牺牲层被除去以释放微机电装置以便于MEMS自由固定
在衬底上。在图4中没有示出形成在衬底30上或内部(如果衬底是电
路衬底)的电路和在衬底30上的光阻隔层，该阻隔层用于改进衬底的
自动处理(如果衬底是透光衬底，例如玻璃，石英，蓝宝石等等)。
如同从图4A到4J中所能看到的，一个自由直立的MEMS微机电
结构被形成在层35以构成MEMS装置的柔性部分地方，而层38构成
由于层35的易弯曲的性质而移动的结构。如同能看到的，层38构成
在衬底30上的支撑MEMS结构的柱和壁以及可移动的部分。可移动
的元件可以做为层38和35(如果需要还可以附加层)的叠层被构成，
或者单独由层38构成，或甚至完全由层35构成。可移动且易弯曲的
元件的组成取决于最终所需要的硬度或易弯曲性，最终所需要的导电
率，正在被构成的MEMS装置等等。
依照图1到图4形成的微镜片优选构成在透光的衬底上并且具有
非偏转的“关”状态和偏转的“开”状态，然而，微镜片可以和微镜
片驱动电路和电极在同样的衬底上构成，同样地，微镜片的“开”状
态和“关”状态可以在不是平直的非偏转状态的位置。在示于图5-9
的实施例中，微镜片和用于移动微镜片的电路和电极被构成在相同的
衬底上。并且，微镜片不仅具有偏转的“开”和“关”状态，而且具
有在“开”和“关”之间的不一样的偏转角度。如同在图5A到5G
中所示出的，具有形成于其上的电路和电极的半导体衬底可以是依照
本发明的用于制造微镜片的起始(starting)衬底。
如同在图5A中所能看到的，具有用于控制微镜片的电路的半导
体衬底10具有一个构成在其上的离散区域12a-12e的形成图案的金
属层——典型的是铝(例如，在半导体处理中的最后的金属层)。如同
在图5B中所能看到的，一个牺牲层14被沉积在其上。如同在前面的
实施例中，取决于临近的结构和所需要的蚀刻剂，牺牲层材料能够从
许多材料中被选择。在目前的例子中，牺牲层材料是酚醛清漆光致抗
蚀剂。如同在图5B中也能看到的，孔15a到15c通过标准的用于酚醛
清漆光致抗蚀剂的形成图案的方式被形成在牺牲材料中，以便于形成
连接到金属区域12a到12c的孔径15a到15c。如同在图5C中所能看
到的，形成孔15a到15c之后，依照标准的插头(plug)形成方法，形
成插头或者其它的连接件16a到16c。例如钨(W)能够通过CVD用
下面的反应被沉积：a)硅还原：(这个还原
通常通过允许WF6气体与在大约300℃温度下的晶片衬底上的暴露的
固体硅的区域接触来产生)，b)氢还原：(这个
过程在减小的气压下进行，通常在低于450℃的温度下)，c)硅烷还原：
(这个反应(在大约300℃的LPCVD)
被广泛地用于产生氢化反应的W核层)。其它的导电材料，特别是其它
的难熔金属，可以被用于插头16a到16c。沉积插头材料层之后，进行
化学机械抛光直到牺牲层，以便于形成如图5c所示的插头。对于一些
插头材料，或许最好首先沉积一层衬垫以避免剥落(例如，对于钨插
头TiN，TiW或者TIWN衬垫能够被沉积在牺牲材料的孔中以包围钨
并且随后要在牺牲层)。
如同在图5D中能够看到的，一个导电层被沉积并且被形成图案以
便于形成离散的金属区域18a到18c，每个区域都分别通过插头16a到
16c被分别电气连接到底层金属区域12a到12c。导电层可以是任何适
合的材料(铝、铝合金、或者其它的金属合金、导电陶瓷等等)该材
料通过适合的方式例如物理蒸汽沉积方式或者电镀被沉积。材料最好
应该具有导电性及适当的硬度和弹性等的组合(如同将看到的，区域
18c将作为用于微镜片的铰链被构成)。当然，离散区域18a到18c不
需要同时被形成，如果需要不同的材料或特性构成一个离散区域到下
一个离散区域。(并且有其它的构成在装置中的区域，例如区域12a到
12e和插头18a到18c)。当然少量的处理步骤被涉及，如果在一层中的
每个离散区域是在同一时间被沉积的材料。在优选实施例中，这个导
电层可以是铝合金或者导电的二元或三元多更高的化合物，例如披露
在2000年8月23日提交的Reid的美国专利申请60/228007和于2001
年6月22日提交的Reid的美国专利申请60/300533中的这些化合物。
两个专利申请通过参考被结合于此。这些化合物通过反作用的溅射被
沉积。适当的蚀刻化学被用来对导电层形成图案。(例如用于铝的氯化
学)以便形成离散的导电区域18a到18c。
如同在图5E中更进一步地示出，牺牲层20的第二层被沉积，该
层可以和层14的牺牲材料相同或者不同(最好是相同的材料以便两层
能同时被除去)。然后，层20被形成图案以便于形成直到区域18c的
孔20a。如同在牺牲层14中构成孔，这可以用一个附加的层来完成，
或者层20能被直接形成图案，如果材料是光致抗蚀剂或者其它能直接
形成图案的材料。如同在图5F中所能看到的，一个插头或接头22通
过在牺牲层20上沉积最好是导电材料而形成，接着是化学机械抛光，
使插头22被连接到离散区域(“铰链”)18c。然后，如同在图5G中能
看到的，微镜片体24通过沉积(最好是导电的)层构成，接着是形成
图案在所需要的微镜片形状中。很多微镜片形状是可能的，例如示于
图6A中的，并且将在此更进一步地讨论。然而，依照本发明的这个例
子的微镜片的形状可以具有任何形状，示于图6B和6C中的正方形或
菱形。当然，这些允许紧凑的微镜片封装并且因此有高填充系数的形
状是优选的。(例如示于图7中的紧密配合阵列中的图6A中的微镜片
的形状)。图6C中(后面的图12中)的点划线是微镜片的轴或者旋转。
依照图5A到5G，用于制造微镜片的各层作为单个的层被示出。
然而，每个层(无论是结构层还是牺牲层)能够作为叠层被提供。例
如，叠层中的一层具有改进的机械特性而另一层具有改进的导电性。
同样地，虽然在优选实施例中结构层是导电的，但是使微镜片元件24
(或者在叠层24中的一个层)以及驱动电极12d和18d(和将电极12d
和18d连接到半导体衬底上的层/材料)导电是可能的。更进一步，
上面披露的材料(金属，金属合金，金属-陶瓷合金等等)不需要包
含任何金属，但是能够包含例如硅(如多晶硅)或者硅的化合物(如
Si3N4、SiC、SiO2等等)。如果Si3N4作为结构材料被使用，并且非
晶硅作为牺牲材料被使用，二氟化氙能够做为气相蚀刻剂被使用，以
便除去牺牲的非晶硅。如果需要，被用作结构材料的硅或者硅化物(或
其他的化合物)能够在除去牺牲层以前和/或者之后被韧化(be
annealed)以提高结构层的应力特性。图8是按照图5A到图5G构成
的微镜片的分解的立体视图。
制造微镜片的最后的步骤之一是除去牺牲层14和20。图9 A是除
去牺牲层之后的微镜片的视图，示出了通过柱22、铰链18c、柱16c
和金属区域22连接到衬底10上的微镜片24。由于没有电压被施加到
任何底层的电极(在上述处理中形成的离散金属区域)，例如电极18b
或12d，示于图9A的微镜片没有被移动或偏转。这个非偏转的位置不
是微镜片的“关”位置，对于投影系统这通常是远离“开”位置的最
远角(为了达到被投影图像的最佳反差比)。微镜片的“开”位置，即
微镜片偏转光到收集光学系统的接受光圆锥体的位置，被示于图9B。
电压VA被施加到电极12d上，为了静电地下拉微镜片板24直到板24
的边缘碰撞到电极12e。微镜片板24和电极12e处于相同的电势下，
在这个例子中是电压Vo。如同图9C所示，当电压VB被施加到电极
18b上，微镜片板24偏转到一个相反的位置，它的移动被电极18a停
止。电极18a和微镜片板24出在相同的电势下。(在这个例子中是电
压Vo)。取决于电极18b。对电极12d的尺寸和这些电极和微镜片板
24之间的距离，施加到电极18b和12d上的电压不必是一样的。示于
于图9C中的偏转位置是“关”位置，并且被偏转的光离收集光学系统
最远。
如同通过比较图9B和9C所能看到的，“关”位置比“开”位置形
成一个较低的角度(与衬底)。在下文，当涉及到开位置和关位置(或
相对于衬底的这样的角度或非偏转的微镜片位置)，一个角度的符号将
被使用(相对于衬底是正或负，或非偏转位置)。符号是任意的，但是
表明了微镜片向着“开”位置的方向转动并且在“关”位置的相反的
方向转动。这样的不对称性的好处将在下面更详细地讨论。在本发明
的一个例子中，开位置是从0到+30度，而关位置是从0到-30度。向
开位置移动，比向关位置移动大：例如，开位置能够从+10到+30度(或
者+12到+20度或者+10到+15度)，而关位置能够大于0和在0到-30
度之间(或者在一个较小的范围之内，在0和-10或-12度之间，或从
-1到-12，或从-1到-10或-11度，或从-2到-7度)。在另一个例子中，
微镜片能够旋转至少+12度到开位置和在-4到-10度的关位置。取决于
用于铰链的材料，使用更大的角度能够被达到，例如一个从+10到+35
度的开的旋转和从-2到-25度的关的旋转(当然材料疲劳和塑性变形
在大角度时会成为问题)。不考虑旋转的方向，最好开和关位置在相对
0于衬底是大于3度但小于30度的角度，最好开位置是大于+10度，
并且镜片在开方向上比在关方向多转动1度(或更多)。
图10AA到10DD示出了另一种方法和微镜片结构。在材料、层、
牺牲的蚀刻、结构层的沉积等等上的变化，都是就前面描述的过程而
言。对于示于图10A到10D中的方法，衬底40能够是透光的衬底(后
来被连接到具有电路和电极的第二衬底上)或者已经具有了在其上的
电路和电极的半导体衬底。在图11A到11B中能看到的本例中，电路
和电极构成或在分离的衬底上。
在图10A中，牺牲层42被沉积并且被形成图案以便于构成孔43，
然后，如同在图10B中所示出的，插头46被构成(最好是如同在图
5A到5B的过程中一沉积金属。金属合金或者其它的导电层或平面化
的(例如被CMP)来形成插头)。然后，如同在图10C中所能看到的，
铰链50被通过沉积导电材料构成(具有适合的非晶易组织，弹性，硬
度，密度等等)。在本例中，铰链(和/或微镜片)是早期过渡金属的
硅的氮化物。例如Ta-Si-N，后期过度金属的硅的氮化物例如
Co-Si-N或金属或金属-陶瓷合金例如钛铝氧化物合金。沉积这样的材料
之后，沉积光致抗蚀剂，并且形成图案，以便于允许蚀刻/除去除了
铰链区域50以外的所有区域。然后，如同在图10D中所能看到的，微
镜片板44通过用光致抗蚀剂首先保护铰链被构成，并且然后沉积一
个铰链结构层并形成图案以便于构成部分地与铰链50重叠并因此与铰
链50连接的微镜片板44。如同在其他的实施例中，成千甚至数百万的
这样的镜片阵列在阵列中被同时构成。
然后，无论是在晶片级别还是小片级别，具有微镜片的衬底被连
接到具有驱动电路和电极的衬底上。在本例中每个微镜片至少应该有
两个电极。每个用于一个偏转方向，优选具有第三个电极用于允许微
镜片通过撞在具有和微镜片自身一样的电势的材料上来停止其移动
(在一个方向上)。具有用于偏转微镜片的电极72和74的第二衬底60
和焊盘或电极70示于图11A。在图11A中微镜片在非偏转的位置。当
电压VA被施加在电极72上，微镜片44被偏转直到它碰撞电极70(图
11B)。这是微镜片的开位置，其允许光进入系统的收集光学系统。在
衬底之间设计缝隙是可能的，以便于将片4的末端同时碰撞电极70和
衬底40。当VB被施加到电极74上，微镜片板44在相反的方向上偏转
直到微镜片的末端碰撞衬底40。这是微镜片的关位置。由于铰链50
和柱46的位置，在这个关位置的微镜片的角度小于在开位置的微镜片
的角度。这样的微镜片的阵列示于图12。并且依照图10A到10D的过
程制造的微镜片的分解视图被示于图13。
图14A是在阵列中的多个微镜片的横截面视图，在该阵列中在
“关”状态的微镜片没有被偏转(组100)，而在“开”状态的微镜片
(组102)被从平直的状态移动以便于投影光到光能被看到的地方(直
接地，到整体装置中的目标上，穿过一个屋子到屏幕上等等)。这样的
微镜片阵列的排列较好地示于图14B和图14C中。如同在图14B中所
能看到的，在微镜片的开状态，光50的入射光锥被偏转到微镜片的关
(在这个图中所有的微镜片在开状态)，光52的光锥被向远处投影到
输出孔60，并且在大多数情况下将前进到图像系统(例如投影透镜或
透镜组)。光锥54代表来自透明盖的镜面反射。图14C是在关状态的
微镜片的图。其中光锥52表示在这个关状态下来自微镜片的反射光。
光的入射圆锥和反射圆锥将收缩到整个阵列上，虽然在这些图中，为
了图解容易，光锥被当作单个微镜片上的拉锥被示出。
图14B和14C的排列具有当微镜片在它们的关非偏转的状态时有
没什么光能够通过微镜片之间的缝隙传播，而引起所不需要的“缝隙
散射”的好处。然而，如同图14C中所示衍射光被微镜片的重复模式
引起(延伸到偏转的关的光52的圆锥体之外的光61a和61b)。这个不
需要的光被来自微镜片的边缘的散射或衍射引起(边缘衍射)，特别是，
因为入射光锥(及这样的出射光锥)被做成尽可能大，以便增加效率，
例如延伸到偏转的关的光的圆锥体之外的光61a的衍射光能够进入到
输出孔60(例如收集光学系统)并且会不希望地减小反差比。
为了避免这种减小反差比的关状态的光(包括衍射光)和开状态
的光的重叠，开状态的光和关状态的光能够通过偏转用于开和关状态
的微镜片被进一步地彼此分离。如同在图15A中所能看到的，如果微
镜片如同在这个图中所示出的一样在它的关状态被偏转，一些光将如
被示出的光线116一样被适当地偏转到远离开状态的方向(例如光学
收集系统)。其它的光112将不会射到微镜片上，但是将在较低的衬底
(例如在较低的电路和电极上)的上表面散射，并且进入光学收集系
统，即使相邻的微镜片在关的状态。或者如同通过光线114所能看到
的，入射的光能照到微镜片上，还仍然导致缝隙散射，而不是像光线
116那样被适当地引导到关的角度。如示于图15B中的开的排列和图
14B中的一样。然而如同图15C中所示出的，由微镜片的同期性引起
的具有衍射61a的关状态，被进一步远离“开”的角度移动，以便于
导致因衍射和边缘衍射造成的改进的反差比。(虽然如同上面提到的
由于缝隙造成反差比的减小)。
改进的微镜片阵列将使关的光锥和开的光锥之间的距离最大化
(减少进入接受光锥区的边缘散射)，还将相邻微镜片之间的缝隙减小
到最小(最小化缝隙散射)。一个被试验过的解决方案提供了具有微镜
片的微镜片阵列，该微镜片如同图15A到15C一样，在用于开和关状
态的相反的方向上偏转，并且在微镜片下面提供一个光吸收层以便于
减小缝隙散射。不幸的是，这增加了处理的复杂性，或吸收了照射到
微镜片阵列组合上的光(进入光阀)，这增加了光阀上的温度并引起由
于热膨胀而造成的问题，增加了微镜片结构的疲劳和下垂，增加了钝
化膜的断裂，自组合的单分子层和/或润滑剂等等。
如同在图16A到16C中所能看到的，在开和关状态上被偏转，并
在偏转不同的角度的微镜片被提供。如同在图16A中所能看到的，微
镜片100在关状态被偏转，也就是其偏转角小于微镜片102在其开状
态上的偏转角(从平直的或非偏转状态向相反的方向上偏转)。如同在
图16B中所能看到的，开状态和一些镜面反射54是没有变化的(入射
光50作为出射光52被投影进入输出孔60)。在图16C中微镜片处于
足够地偏转位置的关状态，以便于进入输出孔60的边缘散射光61a被
减少到最少，而只偏转这么多足以使这样的边缘散射光在接收光锥区
之外，是为了将由于大的关状态偏转造成的来自微镜片下面的缝隙散
射光减小到最小。
本发明的一个附加特征是器件的封装。如同上面提到的，离开光
透明的衬底的反射，能够引起镜面反射。如同在图17A中所能看到的，
入射光锥50在开位置反射离开微镜片，作为反射光锥52被示出。从
透光衬底32的表面反射的镜面光示作为光锥54。在制造投影系统中，
希望增加圆锥体的扩张角以便于增加etendue和投影系统的效率。然
而，如同在图17A中所能看到的，增加光锥50的扩张角将导致光锥
52和54的扩张角的增加，这样来自光锥54的镜面反射光将会进入输
出孔60，即使微镜片处在其关状态(这样减小了反差比)。
为了允许更大的光锥的扩张角，又要避免镜面反射进入输出孔，
如同在图17B所能看到的，透光衬底32被放置成相对衬底有一个角度。
在很多情况下，衬底30是微镜片(或其他光学MEMS元件)构成于
其上的衬底，而衬底32是用于光学MEMS装置的封装中的透光窗口。
窗口的角度大于-1度(负号与角度的方向或微镜片的方向一致)。在
一个例子中，窗口在从-2到-15度的角度中，或者在从-3到-10
度的范围中。无论怎样，窗口在相对于衬底的角度上，该角度最好和
微镜片的关位置在相同的方向上。(相对于微镜片衬底和/或封装底
部)。如同在图17B中所能看到的，当微镜片在开状态时，在作为来自
开的微镜片的反射光(光反射圆锥52)和镜面反射光(光锥54)之间
有一个缝隙。这个“缝隙”是由于镜面反射圆锥54在一个较大的距离
下被反射，这个较大的距离是由于有角度的光透明衬底。这个排列允
许，如同在图17C中所能看到的，增加来自开的微镜片(光锥52)和
光透明衬底(光锥54)的入射光锥(和相应的反射光锥)的扩张角。
(为了照明容易，光锥的反射点在介于微镜片和透光衬底中间，虽然
实际光锥52自微镜片反射而镜面反射光锥4自衬底32反射)。如图解
17B和17C中的有角度的透光窗口允许较大的通过量、较大的系统效
率、较大的光值etendue(etendue＝立体角乘面积)。如图17B和17C
中示出的光阀能够调制一个较大的etendue光束，并且能够通过更多
的来自光源的光，因而这样更有效率。
一个被封装的器件示于图17D和图17E。如同在图17D中所看到
的，入射光40(这个视图与前一个视图相反)入射到阵列上并从那里
被反射。如同在图17E中所能看到的，一个有角度的透光衬底32(具
有掩膜区域34a和34b)不仅允许如同上面所述的增加光锥的扩张角，
而且另外允许窗口32的掩膜和微镜片阵列之间的缝隙被最小化，这样
减小了光散射和聚集在封装上的温度。透光衬底相对于衬底的角度是
从1-15度，最好是从2-15度，或甚至是从3-10度。如同在图17D
到图17E中所能看到的，在封装中的衬底的一端的连接线37(从电气
上把衬底连接到封装上，用以微镜片或其它微机械元件的驱动)被布
置在有角度的窗口比衬底相反的一端距离更大的地方。这样，有角度
的窗口允许连线的存在，还使得透光窗口和在没有连线的衬底一端的
微镜片衬底之间的距离最小。注意，光从与有角度的窗口升高的一边
和连线的位置相对应的封装的一端入射到微镜片阵列上。能够存在于
封装中的附加的成分是封装粘合剂，分子清除剂或其它的吸气剂，一
种静摩擦清除剂源(如：氯硅烷、全氟化的n-碱基酸、环己烷二矽酸
等等)。
如果本发明的微镜片用于投影显示器，应该有一个适合的光源，
这个光源照明阵列并通过收集光学系统把图像投影到目标上。光源和
入射到阵列上并入射到每个微镜片的光束的排列能够改进反差比，而
本发明中最小化投影系统的轨迹，可以在图18和19A到19C中看到。
如同在图18中所能看到的，光源114引导光束116与阵列的有效区域
的前边93成90度角。(阵列的有效区域在图中作为矩形94被示出)。
有效区域94在通常的矩形阵列中一般具有从64,000到大约2,000,000
个像素点，例如在图18中所示。有效区域94反射光(通过开状态微
镜片)通过接收光学系统115到达目标以在目标上(例如墙或屏幕)
形成相应的矩形图像。当然，阵列能够是不同于矩形的其他形状，并
且在目标上产生相应的形状(除非通过一个掩膜)。来自光源114的光
反射离开阵列中特定的微镜片(那些在开状态的)，并且通过光学系统
115(为清楚起见简化为两片透镜)。在其关状态的微镜片，引导光达
到图18中的区域99。图18是投影系统的简化，该投影系统可以具有
附加元件，例如TIR棱镜、附加的聚焦或放大透镜、用于提供彩色图
像的彩色转盘(color wheel)、光管等等，这些在本领域都是已知的。
当然，如果投影系统是用于无掩膜光刻术或非彩色应用，而不是彩色
图像投影应用(例如前屏幕或后屏幕投影电视、计算机监视器等等)，
那么，彩色转盘和不同的收集光学系统都能够被使用。并且，目标可
以不是屏幕或光致抗蚀剂，但可以是作为直接观测显示器的观测者的
视网膜。如同在图18中所能看到的，阵列中所有开的微镜片引导光一
起进入一个单独的收集光学系统，该系统可以是一个或一组用于引导
/聚焦/投影光到目标上的透镜。
无论被观测到的图像是在计算机、电视或电影屏幕上，在屏幕上
的图像上的像素点(每个被观测到的图像或投影的图像上的的像素点
与陈列中的微镜片元件相对应)具有至少不平行于形成矩形屏幕图像
的四条边中的两条边。如同在图19A-19E中的微镜片元件的一个例子
中所能看到的，入射光束不会垂直地射到任何微镜片元件的边上。图
19A是光照射在一个单个的微镜片元件上的透视图，而图19B是俯视
图，图19C是侧视图。入射光束可以是偏离垂直于微镜片阵列的平面
10度到50度(例如20度)。
无论入射光束与微镜片的平面形成的角度是怎样，没有微镜片的
边将会垂直于入射到其上的光束(见图19D)。在优选的实施例中，微
透镜的边将被布置成关于在微镜片平面上的入射光束光轴的投影或一
个小于80度的角度(131)或优选的是55度或更小，更优选的是45
度或更小，最优选的是40度或更小。相反，角度132应该是100度或
更大，优选是125度或更大，更优选是135度或更大，最优选是140
度或更大。微镜片的开关(也就是旋转)轴在图19D中被标示为点线
103。取决于所使用的铰链的类型，这个开关轴能够在沿着微镜片的其
它位置，例如线106。如同在图19D中所能看到的，开关轴(例如103
或106)当投影到微镜片平面时垂直于被投影到微镜片的平面上的入射
光束102。图19E和图19D一样是俯视图，然而一个微镜片阵列与照
射到2维(2-D)阵列微镜片上的入射光束102一起示于图19E中。注
意图19E中的每个微镜片具有示于图19A-19D中的微镜片的形状。
如同在图19E中所能看到的，整个微镜片阵列的形状是矩形。阵列四
条边中的每一条，117-120，通过在有效区域(121-124)最后的行
和列中最边缘的像素点之间划线而形成(例如，边119通过贯穿角落
上的像素点123和122的线而形成)。虽然在图19E中能够看到“前面
的”(最接近光源的)和“后面的”(离光源最远的)有效区域的边119、
117由于有效区域中的微镜片的形状而是“锯齿形状”的，但是应该记
住在从1平方厘米到1平方英寸的区域中能够有多达3,000,000或更多
的微镜片。因此，除非在极度放大的情况下，有效区域将基本上是矩
形的，同时有效区域的边118和120(或117和119)平行于图19D中
的微镜片的边107和109(图19D中的微镜片是图19E的有效区域之
内的一个微镜片元件)；并且同时有效区域117和119(或118和1290)
是不垂直于微镜片的前面的或后面的边125a-d(见图19D)。图19E
也能够被看作包括大量被投影的像素的图像。(每个投影的像素具有
示于图19D中的形状)。依照上面所述，因此被投影的图像的边118和
120(或117和119)是平行于被投影的像素的边107和108，并且被
投影的图像的边117和119(或118和120)不垂直于投影的像素的边
125a-d。
图20是一个2维微镜片阵列的视图(当然具有比在典型的有效区
域中少得多的像素点)。为了是图示方便(在图20中和图21-26和29
-32一样)，少于60个的微镜片/像素被示出。虽然典型的显示器具有
从64像素(320×200)到1920K像素(1600×1200像素＝U×*GA)，
或更高的(例如1920×1080＝HDTV；2048×1536＝Q×GA)。由于本
发明中的每个像素尺寸非常小，能达到的分辨率基本没有限制。如同
在图20中所能看到的，每个像素的边是平行有效区域的相对应的边。
这样，每个微镜片的边或者垂直于有效区域的边，或者平行于有效区
域的边。形成对比的是，如同在图21中所示出的，微镜片的边既不平
行于也不垂直于有效区域的边。如同在下面将会看到的，在其他的实
施例中，一些边既不平行于也不垂直于有效区域的边，而一些边能够
平行于有效区域的边(只要边平行于来自入射光束的被置于微镜片的
平面上的线)。
如图22中所示出的微镜片阵列达到了高反差比。然而，如示于图
23-29的微镜片的排列简化了寻址方式。更特别的是，图23-29具有
不把像素点放置在与阵列的X轴和Y轴成角度排列的格点上的好处。
因为典型的视频图像源在X-Y轴栅格上提供像素的彩色数据，图23
-29中的像素的排列为了在显示器上再现可接受的图像而避免了非无
价值的(non-trivial)视频预处理。同样的图23-29的排列避免了更复
杂的显示器后平面的布局(关于图13和14，需要两倍于像素控制单元
的行线或列线)。图22中的水平线80连接微镜片元件的顶部的行，而
竖直的线81A-D从顶部行的微镜片延伸(这些水平的和竖直的线对
应于阵列中寻址的行和列)。如同在图22中所能看到的，仅仅每隔一
个微镜片以这种方式被连接。这样，为了所有的微镜片被寻址，需要
两倍的行和列，这样在寻址阵列中导致了增加了复杂性。图22也显示
出了在微镜片的角上的支撑柱83，该支撑柱连接在每个微镜片元件
(“放在上面的铰链”在上文讨论过)下面的铰链(没有示出)上并连
接到在微镜片元件上面的光透射衬底上(没有示出)。
在如图23所示的本发明优选实施例中，一个阵列92被提供。光
束90被引导到阵列上，成为没有微镜片的边是垂直于入射光束的。在
图23中，微镜片前面的边(相对入射光束90)与入射光束90成大约
135度的角。优选这个角度大于100度，最好大于130度。如果入射光
束的前面的边之间的角度是135度或更大，并且甚至能到140度或更
大，那么反差比被进一步提高。如同在图23中所能看到的，微镜片元
件的定位不会引起上面讨论的与图22相关的寻址问题。柱95连接到
图23中的每个微镜片元件下面的铰链上(未示出)。铰链在垂直于入
射光束的方向延伸(并且平行于有效区域的前面的边和后面的边91B
和91D)。铰链允许垂直于入射光束的微镜片的轴旋转。
图24是与示于图23的相似的微镜片的视图。然而，在图24中，
微镜片元件是“相反”地并且用它们“凹”的部分作为它们前面的边。
即使图24中的微镜片与示于图23中的微镜片相反的，这里仍然没有
垂直于入射光束的微镜片的边。图24示出了设置在与铰链连接在一起
的微镜片同样的平面上的铰链101。两种类型的铰链被披露于上面提到
的840号专利中。图25也示出了和微镜片阵列在同一平面中的铰链
110，并且示出了在每个微镜片前面的边上的双“凸”的部分112(“突
起部”)和“凹”的部分113(“切除部”)。由于每个微镜片的凹的或切
掉的部分，每个微镜片是凹多边形的形状。虽然微镜片能够是凸多边
形(如果没有凸多边形的微镜片的边是平行于有效区域的前面的边)，
优选微镜片具有凹多边形形状。凸多边形作为在多边形中没有包含多
边形的边的线能穿过其内部的多边形是已知道。一个多边形当且仅当
不是凸多边形时是凹多边形。凹多边形形状可以是一系列(非矩形的)
平行四边形的形式，或者具有至少一个凹的和至少一个匹配的凸的部
分(用于配合相邻的微镜片的凹的部分)，虽然任何凹多边形的形状是
可能的。虽然是不太被优选，如同上面提到的，微镜片的形状也能够
是那种单个的(非矩形的)平行四边形。虽然没有被图示出，相配合
的一个或多个突起部和一个或多个切除部不需要由直线构成(没有任
何就此而言的微镜片的边)，但是可以是曲线。在这个实施例中，突起
部和切除部是半圆形，虽然被说明的有角度的突起部和切除部是优选
的。
图26A到26F示出了本发明的另一个实施例。虽然微镜片的形状
在每个图中是不同的，但是每一个微镜片在没有任何边是垂直于入射
光束上是一样的。当然，当一个微镜片的边改变方向，这里有一个点，
然而很小，在这点边能够被认为是垂直的，如果仅仅是瞬间的。然而，
当说明没有任何边垂直时，意味着没有实质部分是垂直的，或至少在
微镜片的前面的边或者后面的边没有这样的实质部分。即使前面的边
的方向逐渐地改变(或前面的边的一部分垂直于入射光束，例如示于
图29中的)，优选的是不会有超过前面的边的1/2垂直于入射光束，更
优选的是不超过1/4，最优选的是1/10或者更小。前面的边和后面的边
垂直于入射光束的部分越少，反差比的改进越大。
很多微镜片的实施例能够被视为一个或多个平行四边形(例如：
同一个多边形)的组合。如同在图27A中所能看到的，一个单个的平
行四边形由于其没有垂直于入射光束的边，所以对于减少光的衍射是
有效的(光束具有从页面的底部到顶部的方向并且起始于页面平面之
外)。图27A示出了一个单个的平行四边形，水平箭头表示平行四边形
的宽“d”.图27A中(和图27B到27F)的微镜片的开关轴也是在这
个水平的方向。例如，开关轴能够沿着图27A中的虚线。图27B和27C
示出了两个和三个平行四边形微镜片的图形，在其中每个随后的平行
四边形有和前一个相同的形状、尺寸和外形。这种排列形成了微镜片
元件的“锯齿”形的前面的边和后面的边。图27D到27F示出2到4
个平行四边形。然而，在图27D到27F中，每个随后的平行四边形是
前一个平行四边形的微镜面图像，而不是同一个平行四边形的图像这
种排列构成微镜片元件的“锯齿形边”。应该注意平行四边形不需要每
个有相同的宽度，并且，连接锯齿的顶点的线或连接锯齿边的线不需
要垂直于入射光束。每个平行四边形的宽度，如果它们被构造成相同
的宽度，宽度将是“d”＝M/N，其中M是微镜片的总宽度，N是平行
四边形的数目。随着平行四边形数目的增加，宽度“d”是递减的(假
设微镜片宽度是常数)。然而，宽度“d”应该最好是大大地大于入射
光的波长。为了保持高的反差比，平行四边形的数目N(或者微镜片
的前面的边改变方向的次数)应该小于或等于0.5M/λ，或最好是小于
或等于0.2M/λ，并且甚至小于等于0.1M/λ，其中λ是入射光的波长。
虽然平行四边形的数目在图27中是从1到4，但是任何数目是可能的，
虽然15或更少，并且最好是10或更少将形成更好的反差比。图27中
的平行四边形的数目最优选的(4或者更少)。
如同在图28中所能看到的，铰链(柔性件)191、193被设置在和
微镜片元件190在同一平面上。来自图28的平面外的光源的入射光束
195照射到微镜片190前面的边上，没有一条边是垂直的。最好铰链的
任何部分不垂直于入射光束，以便于减少在微镜片开关方向上的光衍
射。
同样的，应该注意示作平行于有效区域的边的“直”的微镜片的
边(例如图28中微镜片的边194、196)也可以具有其他的图形。上面
的图21是一个例子，在其中没有垂直于入射光束的85的微镜片的边。
图30和图31是另一个例子，在其中没有微镜片的边垂直于或平行于
入射光束，也没有如同图22的增加的寻址的复杂性。入射光束能够被
实际地引导成垂直于图30中的四个有效区域的任何边(见箭头1-4)
并且不会垂直地入射到任何微镜片的边上。这个独一无二的特性也存
在于示于图31的阵列中。如同在图29中能看到的，每个微镜片的前
面的边的部分垂直于入射光束而部分不垂直于入射光束也是可能的。
图32A到32J示出了用于本发明的微镜片的可能的铰链。与图24
相似，图32A式出了具有平行于入射光束延伸的柔性件96的微镜片(当
在这个图中作为俯视图来看时)并且该弯柔性件将微镜片97连接到将
微镜片元件固定到衬底上的柱98上。入射光束能够被引导到在图32A
中的箭头5或6的方向上的阵列上(从上面所能看到的)。当然入射光
束起源于平面之外(见图11A到11E)。这样的入射光束对于图32B到
32L是一样的。图32C到32E是这种类型的铰链的另一个实施例。图
32F到32L是另一个铰链和微镜片的实施例的视图，其中除了图32J，
铰链都不平行于入射光束或前面的有效区域的边延伸，并且仍然能导
致微镜片绕着垂直于入射光束的转动轴转动。
当平行于微镜片的转动轴(和垂直于入射光束)的微镜片的边没
有被最小化时，被这样的微镜片的边衍射的光将通过收集光学系统，
即使微镜片在关状态，这样减小了反差比。如同在图33A中所能见到
的，一个“+”形状的衍射图案(由照明大体的正方形微镜片阵列引
起的，例如图20的与阵列前面的边成90度角的微镜片)贯穿接收光
锥区(图中的圆圈)。衍射图案在这个图中能够作为一系列暗点被看见
(与相对应的较亮的背景)，该衍射图案形成一条垂直的和一条水平的
线，并且正好从接受光锥区体的圆圈下面穿过，该圆圈作为一个圆形
黑实线被加在衍射图案上。虽然没有被示出，但是在微镜片的开状态
下，两条衍射线将穿过接受光锥区的圆圈之内。因此，如同在图33A
中所能看到的，垂直的衍射线将进入收集光学系统的接受关锥区，即
使当微镜片在关状态，这样减小了反差比。图33B是由照明一个成45
度角的正方形微镜片的阵列引起的衍射图案。如同在图38B中所能看
到的，与图33A相比，穿过接受光锥区(图33B中的黑色小实心圆圈)
的衍射光被减少了。然而，如同上面提到的，虽然通过这样的照明衍
射被减小了，但是回引起其它的问题。
作为对比，如同在图33C中所能看到的，本发明的衍射图案(来
自图28的在关状态的微镜片)没有延伸通过收集光学系统接受光锥区
的衍射线，或者当微镜片在开状态时光线被引导到的空间区域。这样，
基本上上没有衍射光通过当微镜片在开状态时光线经过的区域。随着
正交于阵列的有效区域(和/或正交于列或行)的照明光，产生这样
一种衍射图案的微镜片阵列是新的。同样的，微镜片结构、因此铰链
和微镜片的光源装置、有效区域的边/或者寻址的行和列也是新的。
本发明根据具体实施例被描述。然而，熟悉本领域的技术人员将
会理解很多变化存在于这里所描述的实施例的说明中。例如，本发明
的微镜片的形状能够被用于光学开关中的微镜片(例如，如披露在于
2000年7月17日提交的Huibers等人的美国专利申请09/617,149中
和于2000年9月8日提交的Huibers的美国专利申请60/231,041中，
两个专利申请通过参考被结合于此)以减少开关中的衍射。此外，本
发明的微镜片能够依照结构和方式被制造。如同那些披露在于2001年
1月22日提交的T rue等人的美国专利申请09/767,632，于2000年8
月3日提交的Huibers等人的美国专利申请09/631,536，于2001年5
月22日提交的Patel等人的美国专利申请60/293,092，以及于2000
年8月11日提交的Haiber等人的美国专利申请06/637,479中的。同
样，虽然一个标准的红/绿/蓝或红/绿/白色度转轮能够在结合了本发
明的微镜片的投影显示器中被使用。但是其他的色度转轮也能被使用，
例如披露在提交于2001年2月9日提交的Huibers的美国临时专利申
请60/267,648，和于2001年2月6日提交的Richards等人的美国专
利申请60/266,780中的，两个专利申请通过参考被结合于此。
同样的，本发明适合于使用可移动(和可替换)衬底的方法，可
移动(和可替换)的衬底用于单个和组合目的，例如披露在于2001年
3月15日提交的Patel等人的美国临时专利申请60/276,222中的。此
外，本发明的微镜片能够在阵列中通过脉宽调制被驱动，例如如同在
于2000 5月3日提交的Richards的美国专利申请09/564,069中的，
其主题内容通过参考被结合于此。更进一步地，如果卤化物或惰性气
提交的Patel等人的美国专利申请09/427,841和于2000年8月28日
提交Patel等人的美国专利申请09/649,569中的方法能够被使用，两
个专利申请通过参考被结合于此。或者牺牲材料以及用于去除它们的
方法能够是那些于2001年6月5日提交的reid等人的美国专利申请
60/298,529中提出的。此外其他的结构材料能够被使用，例如，于2000
年8月23日提交的美国专利申请60/228,007中提出的和于2001年6
月22日提交的美国专利申请60/300,533中的MEMS材料。上述每个专
利和申请通过参考被结合于此。
贯穿本申请的结构或层作为在上面(或沉积在上面)、或跨过其它
的层或结构或在其它的层或结构之上、或临接其它的层或结构等等被
公开。应该认识到这意味着，直接或间接的在上面、跨过、在上方、
临接等等。由于应该认识到在现有技术中多种中间层或结构能够被放
入包括但并不限于密封层、粘和层、导电层、用于减小摩擦的层等等。
以同样的方式，由于附加的结构或层，例如衬底或层这样的结构能够
是一个叠层。同样地，当短语“至少一个”或“一个或多个”(或类似
的)被使用时，是用来强调特定的结构或者层的潜在的复数性质，然
而这个措辞应该决不意味着没有以这种方式提出的特定的结构或者层
缺少复数性质。以同样的方式，当短语“直接或间接”被使用，应该
决不限制这些短语没有被使用的地方，意味着在别的任何地方是直接
或间解的意思。同样地，“MESE”、“微机械的”和“微机电的”在此是
可替代地被使用，并且结构可以有也可以没有电气元件。最后，短语
“用于…的装置”中的“装置”在权利要求中特别地提出，这并不意
味着在权利要求中是任何元件，而是依照特定的关于短语“用于…的
装置”的特定规定解释。