基于MOEMS技術(shù)的光柵平動式光調(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)展和廣泛的應用。MOEMS光調(diào)制器作為顯示設(shè)備的核心器件，成為帶動顯示技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的一個重要分支。研究 MOEMS光調(diào)制器已成為國內(nèi)外信息MEMS前沿研究中的一個熱點，有著重要的科學意義和良好的應用前景。
　　本文對幾種知名的MOEMS光調(diào)制器技術(shù)進行了深入的對比分析，剖析了各自的優(yōu)缺點和適用領(lǐng)域，提出了一種新穎的面向投影顯示的MOEM

2、S器件：光柵平動式光調(diào)制器(GMLM)。論文的工作總結(jié)了對GMLM的設(shè)計、加工、測試中的關(guān)鍵技術(shù)和問題，最終在原理性投影演示系統(tǒng)上驗證了它的工作原理。
　　全文內(nèi)容如下：
　?、賹Ρ确治隽藝庵髁鱉OEMS光調(diào)制器優(yōu)缺點，提出了一種新穎的光柵平動式光調(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。同時結(jié)構(gòu)和工藝又相對于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－電容等效機電模型，分析了GMLM的靜態(tài)和動態(tài)特性。對電容的邊緣效應進行了深入研究，對傳統(tǒng)的平行板電容公式進行改進，推導了適用于 GMLM的修正公式。此外，還推導了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)的理論計算公式。
　?、劾美碚摲治龅玫降挠嬎愎?，對GMLM的機械結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了設(shè)

4、計。并以有限元仿真驗證和優(yōu)化了GMLM的設(shè)計參數(shù)，得到了器件的靜態(tài)和動態(tài)特性數(shù)據(jù)。給出了GMLM控制和驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計方案，確定了GMLM的驅(qū)動方式，編寫了上位機控制軟件，設(shè)計了以FPGA為核心的控制系統(tǒng)和驅(qū)動電路。
　?、軐Ρ攘藝釳OEMS光調(diào)制器的工藝流程優(yōu)缺點和可行性，制訂了較優(yōu)的GMLM工藝流程方案。剖析了三次工藝加工實踐中遇到的關(guān)鍵問題和改進方法。在加工工藝設(shè)計和實踐中，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、應力翹曲等關(guān)鍵問題，得到了可以進行原理性驗證實驗的GMLM陣列。同時開發(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的測試方法和工具，進行了一系列測試和實驗。通過對GMLM的表面質(zhì)量進行測量，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機電特性參數(shù)測量平臺，測量了GMLM的工作電壓、吸合電壓、

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