Brevet FR2825479A1 — publié le 20021206

DISPOSITIF DE MODULATION DE LUMIERE PAR REFLEXION, ET SON PROCEDE DE FABRICATION. La présente invention, a pour but un dispositif de modulation de lumière par réflexion, et son procédé de fabrication. Elle trouve une application dans le domaine de la projection grand écran. Parmi les dispositifs de projection grand écran, on trouve les dispositifs de modulation de lumière par réflexion, qui utilisent des valves de lumière à cristaux liquides, ou à micro-mirroirs, comme ceux développés par Texas Instrument sous le langage anglo-saxon Digital Micromirror Device . De façon plus précise, le brevet 4229732 de 1978, décrit des micro-miroirs constitués de Si02 et d'un métal amorphe, au dessus d'une cavité au fond de laquelle, on trouve une électrode de commande. En 1982, le brevet 4292435, décrit des doigts déformables réfléchissants, face à face, et décalés les uns des autres, disposés également au dessus d'une cavité. Seules les extrémités des doigts se déforment, ce qui limite la surface active du dispositif. Le brevet 4596992 de Hornleck décrit également des micromiroirs au dessus d'une cavité faite sur un substrat de silicium comprenant des circuits de commande. En 1993, on trouve le brevet 0614101, qui décrit des micro-miroirs tenus par des barres de torsion décalées d'une certaine hauteur par rapport au substrat qui les supporte. Sur le substrat, on trouve deux électrodes situées de part et d'autre des barres de torsion, permettent de faire pivoter les micromiroirs dans une sens ou dans un autre par rapport à leur position de repos. Afin d'augmenter l'angle de rotation, on peut pratiquer dans le substrat des tranchées. Le brevet 5784190 prévoit que le substrat supportant les micro-miroirs soit transparent. Le brevet 5835256 décrit un dispositif où les micromiroirs sont tenus par un substrat transparent, face à un autre substrat de silicium, contenant l'électronique de commande. Le même auteur, dans le brevet 6046840, décrit une butée mécanique aux micromiroirs, reprises dans le brevet 6172797. Ces dispositifs, décrivent des micro-miroirs attirés par une électrode, le retour en position de repos se faisant par la force élastique produite par la barre de torsion, ou la poutre déformable. Pour que le micro-miroir soit parfaitement plan, il faut que son épaisseur soit suffisante. Sa masse est donc relativement importante. De plus, son retour en position de repos, se fait par la simple force élastique. Comme le micro-miroir doit tourner rapidement, il faut que la rigidité de la barre de torsion ou la poutre déformable, soit assez grande, ce qui induit des tensions de commande importantes. Les positions des micro-miroirs sont imprécises. Enfin les cavités pratiquées sur le substrat de silicium sont complexes à faire ce qui affecte les rendements de fabrication lorsque sur le même dispositif, il faut réaliser un très grand nombre de ces cavités. La demande de brevet 0103569 déposée le 16 mars 2001, décrit des micro-volets qui selon l'application peuvent être des mciro-miroirs. Ils sont très fins, et présentent une très faible rigidité mécanique qui n'est pas utilisée pour créer par force de rappel élastique, les mouvements des mciro-miroirs. Ils sont encadrés de surfaces planes comprenant des électrodes, qui en attirant les micro-volets, les font s'appliquer sur les surfaces planes. Les microvolets épousent donc la planéité de ces surfaces. De plus, leur position de travail, est extrêmement précise, car elle est donnée par les surfaces planes qui encadrent les micro-miroirs, ce qui permet une meilleure optimisation optique. Si cette dernière structure présente de nombreux avantages par rapport à celles décrites dans les brevets cités précédemment" elle est assez mal adaptée aux dispositifs de projection. En effet, les électrodes verticales décrites dans cette demande de brevet, sont difficiles à réaliser en petite dimension, compatibles avec la taille d'un dispositif de projection. La présente invention a justement pour but de remédier à ces inconvénients, en proposant un dispositif de modulation de lumière par réflexion, et son procédé de fabrication, dans lequel les micromiroirs sont réalisés sur une surface plane de silicium, sans micro-cavité, chaque mouvement de ces micro-miroirs est activé par des forces électrostatiques, les forces élastiques étant très faibles, les micro-miroirs ont des positions précises, un temps de réponse très court. La structure proposée n'utilise pas de parois verticales. Un second objet de l'invention, est de décrire un procédé de fabrication très simple, permettant d'obtenir des rendements élevés. De façon plus précise, la présente invention a pour but un dispositif de modulation de lumière, et son procédé de fabrication. Le dispositif selon l'invention, prévoit des micro-miroirs, déposés sur le plan d'une surface de silicium, comprenant une première électrode, sans cavité sous jacente. Les micro-miroirs sont tenus par des barres de torsion, dont les surfaces d'encrage sont sur le même plan de silicium, sans structure de séparation. Les micromiroirs forment une seconde électrode. Un second substrat transparent, comprenant une couche conductrice transparente isolée, comprend des motifs sous forme de sillons parallèles. Le second substrat est appliqué sur le premier substrat de silicium, les micro-miroirs attirés par des forces électrostatiques, sont sur les parois des sillons du second substrat, pour venir plaquer contre leur surface. La lumière traverse le second substrat, et se réfléchit sur la surface des micro-miroirs qui sont plaqués soit sur la surface du premier substrat, soit sur la surface des sillons du second substrat. Le procédé de fabrication selon l'invention, prévoit selon un premier mode, que le substrat de silicium comprend des circuits d'adressage, et selon un second mode, des plots de sortie de lignes et de colonnes, pour être connectés par hybridation à des circuits de commande. La première électrode est déposée, puis isolée par une couche diélectrique. On dépose une couche sacrificielle, plane, puis on réalise sur cette couche, les micro-miroirs que l'on libère par élimination de la couche sacrificielle. Sur un second substrat constitué d'un matériau plastique, comme du plycarbonate par exemple, on réalise par pressage, les sillons parallèles. On couvre la surface ainsi préparée d'une couche conductrice transparente, comme de l'oxyde d'indium et d'étain, que l'on isole par une couche diélectrique. On rapproche les deux substrat que l'on assemble par un cordon périphérique de résine, si besoin sous un vide partiel. De toute façon, les caractéristiques et avantages de l'invention, apparaîtront mieux après la description qui suit, donnée à titre explicatif et nullement limitatif. Cette description se réfère à des dessins annexés, dans lesquels : --La figure 1 montre les micro-miroirs vus en plan --La figure 2 montre une section du substrat de silicium comprenant les micro-miroirs. --La figure 3 montre une section du dispositif avec le second substrat transparent. --La figure 4 montre un mode particulier de l'invention. La figure 1 montre des micro-miroirs (100) et (101) vus en plan, selon un mode particulier de l'invention, où les micro-miroirs sont assemblés par paire, partageant les mêmes surfaces d'encrage (102). Ces surfaces d'encrages sont connectées à une source de tension soit au travers de lignes, soit par l'intermédiaire de circuits réalisés sur le substrat de silicium supportant les micro-miroirs. La figure montre également un exemple de barres de torsions (103) connues de l'homme de l'art. La figure 2 montre une section, selon l'axe (A) de la figure 1. Sur le substrat de silicium (200), on réalise une première couche diélectrique (201) qui peut être du Si02 par exemple. Sur cette couche, on réalise les premières électrodes (202), que l'on isole par une seconde couche diélectrique (203). Les électrodes (202) sont reliées à une source de tension par l'intermédiaire de colonnes, ou en relation avec des circuits réalisés sur le substrat (200), non représentés sur la figure. Sur la couche (203), on dépose une couche sacrificielle, connue de l'homme de l'art. Cette couche sacrificielle a été gravée pour libérer les surfaces d'encrage (102), afin que la couche mince conductrice, en aluminium par exemple constituant les micro-miroirs, au travers des surfaces gravées dans la couche sacrificielle, prenne contact sur la couche isolante (203). Les paires de micro-miroirs (100) et (101) peuvent être connectés en lignes avec d'autres paires, chaque ligne étant en contact avec l'électronique de balayage ligne, ou peuvent être en contact avec des circuits réalisés sur la surface du substrat de silicium (200). On grave ensuite la couche conductrice d'aluminium par exemple, au travers d'une lithographie, pour faire les micro-miroirs, leurs barres de torsion, leur surface d'encrage, avec la même étape de gravure. On grave ensuite la couche sacrificielle, ce qui libère les micro-miroirs. Sur un autre substrat (300) qui peut être par exemple du polycarbonate, on réalise par pressage à l'aide d'une matrice adaptée, des sillons (302), comme représentés sur la figure 3. Les flancs des sillons peuvent être inclinés de 10 à 20 par rapport au plan du substrat (300). Sur cette surface, on dépose une couche de Si02 à basse température, par dépôt dit PECVD, comme Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition selon le langage anglo-saxon, procédé connu de l'homme de l'art. Sur cette couche de Si02, on dépose une couche conductrice transparente (301) comme de l'ITO par exemple qui est un oxyde d'étain et d'indium, connue de l'homme de l'art. On isole cette couche d'ITO par une seconde couche de Si02. On assemble les deux substrats par un cordon de résine à la périphérie du dispositif, afin que les parties saillantes (303) des sillons du substrat (300) soient situées parallèlement et entre les barres de torsion (103) des micro-miroirs (100) et (101). Selon un second mode de l'invention, les sillons obtenus par pressage sur le second substrat (300), ont une forme asymétrique comme le montre la figure 4. Un des flancs (400) de chaque sillon, a une inclinaison selon un angle (I) par rapport au plan du second substrat, cet angle (I) étant égal à l'angle du faisceau lumineux incident (401) qui en traversant le substrat transparent (300) se réfléchit sur les micro-miroirs. Selon ce mode, le faisceau incident (401) ne verra aucune séparation entre les micromiroirs adjacents. Selon ce mode, les micro-miroirs ne sont plus appairés, et peuvent être commandé individuellement ou selon une ligne de micro-miroirs individuels (100) ou (101). Chaque pixel du dispositif selon l'invention, peut comprendre plusieurs micro-miroirs. Ces micromiroirs, sont commandés par des tentions appliquées aux différentes électrodes (202), (301) et aux micromiroirs. Les tensions de commande sont appliquées aux lignes constituées par les micro-miroirs d'une même ligne connectés en série, à des colonnes constituées d'électrodes (203) gravées sous la forme de colonnes, et à l'électrode (301) qui est commune à tous les pixels du dispositif. Une autre solution, consiste à adresser chaque pixel individuellement par des circuits situés sous les micro-miroirs, sur le plan de la surface de silicium du substrat (200). REVENDICATIONS. 1. Dispositif de modulation de lumière par réflexion, comprenant des micro-miroirs (100), (101) déposés sur le plan du substrat de silicium (200) ayant une électrode isolée (203), et un second substrat transparent (300) ayant des sillons (302) sur la surface desquels est déposée une électrode transparente (301), les deux substrats étant assemblés, afin que par rotation autour des barres de torsion (103), les micro-miroirs viennent prendre appui sur les surfaces planes des flancs des sillons (302), ou sur la surface plane de la couche isolante (203) du substrat (200). 2. Dispositif de modulation de lumière par réflexion, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sillons (302) sont symétriques la partie saillante des sillons (303) étant parallèle et située entre les barres de torsion (103) des micro-miroirs (100) et (101). 3. Dispositif de modulation de lumière par réflexion, selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sillons parallèles (302) sont asymétriques, un de leur flanc (400), faisant un angle I par rapport au plan du substrat transparent (300), le dit angle I étant égal à l'angle du faisceau de lumière incident (401) par rapport au plan du substrat transparent (300). 4. Dispositif de modulation de lumière par réflexion, selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce que les micro-miroirs sont connectés par paire aux surfaces d'encrage (102). 5. Dispositif de modulation de lumière par réflexion, selon la revendication 1 et 3, caractérisé en ce que les micro-miroirs sont connectés individuellement aux surfaces d'encrage (102). 6. Procédé de fabrication d'un dispositif de modulation de lumière comme revendiqué selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que sur un premier substrat de silicium on réalise les étapes suivantes : --Dépôt d'une couche isolante (201) --Dépôt d'électrodes (202) --Dépôt d'une seconde couche isolante (203) --Dépôt d'une couche sacrificielle (204) --Ouverture de fenêtres dans la couche sacrificielle pour réaliser les surfaces d'encrage (102) --Dépôt d'une couche conductrice fine constituant les micro-miroirs --Lithographie et gravure de la couche conductrice constituant les micro-miroirs, pour réaliser les micro-miroirs (100), (101), les barres de torsion (103), et les surfaces d'encrage (102). --Elimination de la couche sacrificielle. --Sur un second substrat transparent, en matériau organique, pressage des sillons (302) --Dépôt d'une couche de Si02 à basse température. --Dépôt d'une couche d'ITO --Dépôt d'une seconde couche de Si02. --Assemblage des deux substrats, par un cordon périphérique de résine, afin que par rotation, les micro-miroirs viennent prendre appui sur les flancs des sillons (302).