JP2001318324A - Optical switching unit, method for manufacturing the same and image display device - Google Patents

Optical switching unit, method for manufacturing the same and image display device

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JP2001318324A
JP2001318324A JP2000138763A JP2000138763A JP2001318324A JP 2001318324 A JP2001318324 A JP 2001318324A JP 2000138763 A JP2000138763 A JP 2000138763A JP 2000138763 A JP2000138763 A JP 2000138763A JP 2001318324 A JP2001318324 A JP 2001318324A
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JP
Japan
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optical switching
switching unit
wall
light
light guide
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Withdrawn
Application number
JP2000138763A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Tsuchiya
豊 土屋
Takashi Takeda
高司 武田
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To assure spacings of extremely good accuracy with light guides of an optical switching unit of an active type to move macrooptical elements and further to assure reliability and high-speediness. SOLUTION: This optical switching unit is provided with walls 30 so as to enclose spaces 15 where the optical switching elements 10 line up, by which the dimensions between the light guides 1 and a substrate 20 are assured and the sealing of the spaces 15 with the substrate 20 and the walls 30 is made possible. Resistance is eliminated and the driving of the optical switching elements at high speed is made possible by reducing the pressure in the spaces 15 and further, the problem, such as deterioration by adsorption and oxidation may be solved.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、データプロジェク
タ、ビデオプロジェクタなどの映像投映装置あるいは画
像表示装置に適した画像表示デバイスなどに用いられる
光スイッチングユニットおよびそれを用いた画像表示装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switching unit used for an image projection device such as a data projector and a video projector or an image display device suitable for an image display device, and an image display device using the same. .

【0002】[0002]

【従来の技術】プロジェクタなどの画像表示装置のライ
トバルブとして光をオンオフ制御できる画像表示デバイ
スとしては、液晶を用いたものが知られている。しかし
ながら、この液晶を用いた画像表示デバイスは、高速応
答特性が悪く、たかだか数ミリ秒程度の応答速度でしか
動作しない。このため、高速応答を要求されるような高
解像度の画像を表示する装置、さらには、光通信、光演
算、ホログラムメモリー等の光記録装置、光プリンター
は、液晶を用いたスイッチングデバイスで実現するのは
難しい。
2. Description of the Related Art As a light valve of an image display apparatus such as a projector, an image display device using liquid crystal is known as an image display device capable of controlling light on / off. However, an image display device using this liquid crystal has a poor high-speed response characteristic and operates only at a response speed of at most several milliseconds. Therefore, a device that displays a high-resolution image that requires a high-speed response, an optical recording device such as an optical communication device, an optical operation device, and a hologram memory, and an optical printer are realized by a switching device using a liquid crystal. Difficult.

【0003】そこで、上記のような用途に対応できる高
速動作可能なスイッチングデバイスあるいは画像表示デ
バイスが求められており、ミクロンオーダあるいはさら
に小さなサブミクロンオーダの微細構造(マイクロスト
ラクチャ)を備えたスイッチングデバイスの開発が鋭意
進められている。
Therefore, there is a need for a switching device or an image display device capable of operating at a high speed capable of coping with the above-mentioned applications, and a switching device having a microstructure on the order of microns or a smaller submicron order. Development is under way.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】その1つは、本願出願
人が出願中の、光を全反射して伝達可能な導光部(光ガ
イド)の全反射面に対し光学素子の抽出面を接触させて
エバネセント光を抽出し、光学素子の1波長程度あるい
はそれ以下の微小な動きによって、高速で光を変調制御
可能な光スイッチングデバイスである。
One of the problems is that the extraction surface of the optical element is applied to the total reflection surface of the light guide (light guide) capable of totally reflecting and transmitting light, which is filed by the present applicant. It is an optical switching device capable of extracting evanescent light by making contact with it, and controlling the modulation of light at high speed by a small movement of about one wavelength or less of the optical element.

【0005】図1に、エバネセント光によるスイッチン
グを行う画像表示デバイス(光スイッチングデバイス)
を用いた画像表示装置の一例としてプロジェクタ80の
概略を示してある。このプロジェクタ80は、白色光源
81と、この白色光源81からの光を3原色に分解して
画像表示ユニット(光スイッチングユニット)55の導
光板(光ガイド)1に入射させる回転色フィルタ82
と、各色の光を変調して出射する画像表示ユニット55
と、出射された光85を投映する投写用レンズ86とを
備えている。そして、各色毎の変調された光85がスク
リーン89に投写され、時間的に混色されることにより
多階調マルチカラーの画像が出力される。プロジェクタ
80は、さらに、画像表示ユニット55および回転色フ
ィルタ82を制御してカラー画像を表示する制御回路8
4を備えている。画像表示ユニット55は、光ガイド1
と以下に詳述する画像表示デバイス(光スイッチングデ
バイス)50とにより構成されており、この制御回路8
4からカラー画像を表示するためのデータφなどは画像
表示デバイス50に供給される。
FIG. 1 shows an image display device (optical switching device) that performs switching by evanescent light.
The outline of a projector 80 is shown as an example of an image display device using the. The projector 80 includes a white light source 81 and a rotary color filter 82 that separates light from the white light source 81 into three primary colors and causes the light to enter the light guide plate (light guide) 1 of the image display unit (light switching unit) 55.
Display unit 55 that modulates and emits light of each color
And a projection lens 86 for projecting the emitted light 85. Then, the modulated light 85 for each color is projected on a screen 89 and mixed with time to output a multi-tone multi-color image. The projector 80 further controls the image display unit 55 and the rotary color filter 82 to display a color image.
4 is provided. The image display unit 55 includes the light guide 1
And an image display device (optical switching device) 50 described in detail below.
The data φ and the like for displaying a color image from 4 are supplied to the image display device 50.

【0006】画像表示ユニット55は、光を受光あるい
は入射する面1bを備えた台形プリズム状の光ガイド1
を備えており、図1に示したプロジェクタ80において
は、その光ガイド1の入射面1bに対し投影用の光を供
給する光源81および光ガイド1から出射された光を投
写するレンズ86などを備えた光を入出力する手段と、
光ガイド1に供給された投映用の光を全反射面1aで変
調する画像表示デバイス50とを備えている。そして、
この画像表示デバイス50により光ガイド1から漏出す
るエバネセント光を制御して画像が表示される。
The image display unit 55 is a trapezoidal prism-shaped light guide 1 having a surface 1b for receiving or entering light.
The projector 80 shown in FIG. 1 includes a light source 81 for supplying light for projection to the incident surface 1 b of the light guide 1, a lens 86 for projecting light emitted from the light guide 1, and the like. Means for inputting and outputting light provided
An image display device 50 for modulating the projection light supplied to the light guide 1 on the total reflection surface 1a is provided. And
The image display device 50 controls the evanescent light leaking from the light guide 1 to display an image.

【0007】図2に、エバンセント波(エバネセント
光)を利用して光を変調する画像表示デバイス(エバネ
セント光スイッチングデバイス)50の概要を示してあ
る。画像表示デバイス50は複数の能動型の光スイッチ
ング素子(光スイッチング機構)10が2次元に配列さ
れたスイッチングデバイスであり、個々の光スイッチン
グ素子10は、入射した光2を全反射して伝達可能な導
光板(光ガイド)1に接近および離反して光を変調可能
な光学素子(スイッチング部)3と、この光学素子部3
を駆動するアクチュエータ6とを備えている。そして、
光学素子3の層およびアクチュエータ6の層がアクチュ
エータ6を駆動する駆動回路およびデジタル記憶回路
(記憶ユニット)が作りこまれた半導体基板20の上に
積層され、1つの画像表示デバイスとして集積化されて
いる。
FIG. 2 shows an outline of an image display device (evanescent light switching device) 50 for modulating light using an evanescent wave (evanescent light). The image display device 50 is a switching device in which a plurality of active optical switching elements (optical switching mechanisms) 10 are two-dimensionally arranged. Each of the optical switching elements 10 can transmit the incident light 2 by total reflection. Optical element (switching unit) 3 capable of modulating light by approaching and moving away from a light guide plate (light guide) 1;
And an actuator 6 for driving the actuator. And
The layer of the optical element 3 and the layer of the actuator 6 are stacked on a semiconductor substrate 20 on which a drive circuit for driving the actuator 6 and a digital storage circuit (storage unit) are built, and are integrated as one image display device. I have.

【0008】図2を参照してエバネセント光を利用した
本例の画像表示デバイス50についてさらに詳しく説明
しておく。個々の光スイッチング素子10をベースに説
明すると、図2の左側に示した光スイッチング素子10
aはオン状態であり、右側に示した光スイッチング素子
10bがオフ状態である。光学素子3は、光ガイド1の
全反射面1aに密着する面(接触面または抽出面)3a
と、この面3aが全反射面1aに密着したときに漏れ出
たエバネセント波を抽出して内部で導光板1に対しほほ
垂直な方向に反射するV字型の反射プリズム(マイクロ
プリズム)4と、このV字型のプリズム4を支持するサ
ポート構造5とを備えている。
Referring to FIG. 2, the image display device 50 of the present embodiment using evanescent light will be described in more detail. When the individual optical switching elements 10 are described as a base, the optical switching elements 10 shown on the left side of FIG.
a is an ON state, and the optical switching element 10b shown on the right side is an OFF state. The optical element 3 has a surface (contact surface or extraction surface) 3a that is in close contact with the total reflection surface 1a of the light guide 1.
A V-shaped reflecting prism (microprism) 4 for extracting evanescent waves leaked when the surface 3a is in close contact with the total reflection surface 1a and internally reflecting the evanescent wave in a direction substantially perpendicular to the light guide plate 1; And a support structure 5 for supporting the V-shaped prism 4.

【0009】図2に示したアクチュエータ6は、光学素
子3を静電駆動するタイプであり、そのために、光学素
子3のサポート構造5と機械的に連結されて光学素子3
と共に動く上電極7と、この上電極7と対峙した位置で
半導体基板20に固定された下電極8とを備えている。
さらに、上電極7はアンカープレート9から上方に伸び
た支柱11により支持されており、上電極7はアンカー
プレート9を介して半導体基板20の最上面20aに機
械的に取付けられている。したがって、上電極7と下電
極8に異なる電圧を供給すると上電極7が下方に動き、
これに連動して光学素子3が光ガイド1から離れる(第
2の位置)。一方、上電極7は弾性部材としての機能を
部分的に備えており、上電極7および下電極8に供給さ
れていた電圧が除去されると上電極7が離れ、上電極7
の弾性により光学素子3が光ガイド1の全反射面1aに
密着する(第1の位置)。
The actuator 6 shown in FIG. 2 is of a type for driving the optical element 3 electrostatically. For this purpose, the actuator 6 is mechanically connected to the support structure 5 of the optical element 3.
And a lower electrode 8 fixed to the semiconductor substrate 20 at a position facing the upper electrode 7.
Further, the upper electrode 7 is supported by columns 11 extending upward from the anchor plate 9, and the upper electrode 7 is mechanically attached to the uppermost surface 20 a of the semiconductor substrate 20 via the anchor plate 9. Therefore, when different voltages are supplied to the upper electrode 7 and the lower electrode 8, the upper electrode 7 moves downward,
In conjunction with this, the optical element 3 separates from the light guide 1 (second position). On the other hand, the upper electrode 7 partially has a function as an elastic member. When the voltage supplied to the upper electrode 7 and the lower electrode 8 is removed, the upper electrode 7 separates and the upper electrode 7 separates.
Causes the optical element 3 to adhere to the total reflection surface 1a of the light guide 1 (first position).

【0010】図1に示したように、光ガイド1は台形状
になっており入射面1bに対し垂直に入射された照明光
(入射光)2が全反射面1aで全反射する角度で伝達さ
れる。したがって、光ガイド1の内部では全ての界面、
すなわち、光学素子3に面した側1aと、上方の面(出
射面)において光が繰り返し全反射し、導光板1の内部
が光線で満たされる。この状態で巨視的には照明光2は
導光板1の内部に閉じ込められ、その中を損失なく伝播
している。一方、微視的には、導光板1の全反射してい
る面1aの付近では、導光板1から光の波長程度のごく
僅かな距離だけ、入射光2が一度漏出し、進路を変えて
再び導光板1の内部に戻るという現象が起きている。こ
のように面1aから漏出した光を一般にエバネッセント
波と呼ぶ。このエバネッセント波は、全反射面1aに光
の波長程度またはそれ以下の距離で光学素子を接近させ
ることにより取り出すことができる。本例の光スイッチ
ング素子10は、この現象を利用して導光板1を伝達す
る光を高速で変調、すなわち、スイッチング(オンオ
フ)することを目的としてデザインされている。
As shown in FIG. 1, the light guide 1 has a trapezoidal shape, and transmits the illumination light (incident light) 2 perpendicularly incident on the incident surface 1b at an angle at which it is totally reflected by the total reflection surface 1a. Is done. Therefore, all interfaces inside the light guide 1,
That is, light is repeatedly totally reflected on the side 1a facing the optical element 3 and on the upper surface (emission surface), and the inside of the light guide plate 1 is filled with light rays. In this state, the illumination light 2 is macroscopically confined inside the light guide plate 1 and propagates therein without any loss. On the other hand, microscopically, near the total reflection surface 1a of the light guide plate 1, the incident light 2 leaks from the light guide plate 1 only for a very small distance of about the wavelength of light, and changes its course. The phenomenon of returning to the inside of the light guide plate 1 again occurs. The light leaked from the surface 1a in this manner is generally called an evanescent wave. The evanescent wave can be extracted by bringing the optical element close to the total reflection surface 1a at a distance of about the wavelength of light or less. The optical switching element 10 of the present embodiment is designed to modulate light transmitted through the light guide plate 1 at high speed, that is, to switch (on / off) using this phenomenon.

【0011】図2の光スイッチング素子10aでは、光
学素子3が導光板1の全反射面1aに圧迫され、抽出面
3aが全反射面1aに接近または密着した状態となるの
で、光学素子3にエバネセント波を抽出することができ
る。このため、光学素子3のマイクロプリズム4で光2
は角度が変えられて出射光2aとなり、図1に示すプロ
ジェクタ80の投映用の光85として利用される。
In the optical switching element 10a shown in FIG. 2, the optical element 3 is pressed against the total reflection surface 1a of the light guide plate 1, and the extraction surface 3a comes close to or in close contact with the total reflection surface 1a. Evanescent waves can be extracted. For this reason, the micro prism 4 of the optical element 3
Is changed in angle to become emitted light 2a, which is used as light 85 for projection of the projector 80 shown in FIG.

【0012】一方、光スイッチング素子10bでは、電
極7および8に静電力が作用するので光学素子3が全反
射面1aから離れた第2の位置に動かされる。したがっ
て、光学素子3によってエバネセント波は抽出されず、
光2は全反射面1aによって反射され光ガイド1の内部
から出ない。
On the other hand, in the optical switching element 10b, an electrostatic force acts on the electrodes 7 and 8, so that the optical element 3 is moved to the second position away from the total reflection surface 1a. Therefore, the evanescent wave is not extracted by the optical element 3,
The light 2 is reflected by the total reflection surface 1a and does not exit from inside the light guide 1.

【0013】エバネセント波を用いた光スイッチング素
子は単独でも光をスイッチングできる装置として機能す
るが、図2に示したように、これらを1次元あるいは2
次元方向、さらには3次元に並べて配置することができ
る構成になっている。特に、2次元にマトリクスあるい
はアレイ状に並べて配置することにより、液晶あるいは
DMDと同様に平面的な画像を表示可能な画像表示デバ
イス50、および光ガイドと一体となった画像表示ユニ
ット55を提供することができる。そして、エバネセン
ト光を用いた画像表示ユニット55では、スイッチング
部である光学素子3の移動距離がサブミクロンオーダと
なるので、液晶より1桁あるいはそれ以上応答速度の速
い光変調装置として利用でき、これを用いた高速動作が
可能なプロジェクタ80あるいは直視型の画像表示装置
を提供することが可能となる。さらに、エバネセント光
を用いた光スイッチング素子10は、サブミクロンオー
ダの動きで光をほぼ100パーセントオンオフすること
が可能であり、非常にコントラストの高い画像を表現す
ることができる。このため、時間的な分解能を高くする
ことが容易であり、高コントラストの画像表示装置を提
供できる。
An optical switching element using an evanescent wave functions as a device capable of switching light by itself, but as shown in FIG.
It is configured so that it can be arranged in a three-dimensional direction, or even three-dimensionally. In particular, an image display device 50 capable of displaying a two-dimensional image like a liquid crystal or a DMD by arranging two-dimensionally in a matrix or an array, and an image display unit 55 integrated with a light guide are provided. be able to. In the image display unit 55 using the evanescent light, the moving distance of the optical element 3 as a switching unit is on the order of submicron, so that it can be used as an optical modulator having a response speed one digit or more faster than that of liquid crystal. It is possible to provide a projector 80 or a direct-view type image display device capable of high-speed operation using a camera. Further, the optical switching element 10 using the evanescent light can turn on and off the light almost 100% with a movement on the order of submicron, and can express an image with a very high contrast. For this reason, it is easy to increase the temporal resolution, and a high-contrast image display device can be provided.

【0014】さらに、この光スイッチングユニット55
は、駆動回路などが作りこまれた半導体集積基板20に
アレイ状に配置されたアクチュエータ6および光学素子
3が積層された構成の1チップの画像表示デバイス50
と光ガイド1の組み合わせで構成することが可能であ
る。すなわち、半導体基板20の上にアクチュエータ6
および光学素子3といったマイクロストラクチャが構築
されたマイクロマシンあるいは集積化デバイスである画
像表示デバイス50と光ガイド1とを組み立てることに
より画像表示ユニット55を供給でき、これを組み込む
ことにより動作速度が速く高解像で、さらに、高コント
ラストの画像を表示できるプロジェクタを提供できる。
Further, the optical switching unit 55
Is a one-chip image display device 50 having a configuration in which actuators 6 and optical elements 3 arranged in an array are stacked on a semiconductor integrated substrate 20 in which a drive circuit and the like are built.
And the light guide 1. That is, the actuator 6 is placed on the semiconductor substrate 20.
The image display unit 55 can be supplied by assembling the light guide 1 with the image display device 50, which is a micromachine or an integrated device in which a microstructure such as the optical element 3 is constructed, and by incorporating this, the operation speed is high and the resolution is high. A projector capable of displaying a high-contrast image with an image can be provided.

【0015】エバネセント光を用いたスイッチングデバ
イスおよび光スイッチングユニットを構成するためのア
クチュエータ6は、図2の上下1対の電極を備えたもの
に限定されず、図3に示すように、上電極7および下電
極8に加え、これらの間で動く中間電極(可動電極)5
1を設け、この中間電極51に連動して光学素子3が駆
動されるようにすることも可能である。この画像表示デ
バイス50は、アクチュエータ6の構成が複雑になるが
低電圧で駆動できるというメリットを備えている。さら
に、電極対を使用した静電アクチュエータの代わりに、
ピエゾ素子などの他の電気信号により駆動力を供給可能
な機構を用いてアクチュエータを構成することも可能で
ありアクチュエータとしてはいくつかのものが考えられ
ている。したがって、以下、本明細書では、簡単のため
上下電極の静電駆動タイプのアクチュエータに基づき説
明するが、アクチュエータの構成はこれに限定されるも
のではない。
The actuator 6 for forming the switching device and the optical switching unit using the evanescent light is not limited to the one having the pair of upper and lower electrodes shown in FIG. 2, but the upper electrode 7 shown in FIG. An intermediate electrode (movable electrode) 5 that moves between the
1 can be provided so that the optical element 3 is driven in conjunction with the intermediate electrode 51. The image display device 50 has a merit that the configuration of the actuator 6 is complicated but can be driven at a low voltage. Furthermore, instead of electrostatic actuators using electrode pairs,
It is also possible to configure the actuator using a mechanism capable of supplying a driving force by another electric signal such as a piezo element, and some actuators are considered. Therefore, in the following description, the description will be made based on an actuator of an electrostatic drive type with upper and lower electrodes for simplicity, but the configuration of the actuator is not limited to this.

【0016】このように、エバネセント光を用いた光ス
イッチングユニットは、光導入プリズム(光ガイド)の
下面の全反射面に接触する位置と、サブミクロンだけ間
隔を開けた位置への移動により光スイッチングを行う光
スイッチング素子あるいはそれらの集合であり、高速駆
動が可能である。さらに、半導体基板上にマイクロアク
チュエータおよびマイクロ光学素子をアレイ状に配置し
た構成になるので、非常にコンパクトで高分解能および
高コントラストの画像表示用ユニットとして提供でき
る。
As described above, the optical switching unit using the evanescent light performs optical switching by moving to a position in contact with the total reflection surface on the lower surface of the light introducing prism (light guide) and a position separated by a submicron. , Or an assembly thereof, and can be driven at high speed. Furthermore, since the microactuator and the micro-optical element are arranged in an array on the semiconductor substrate, it can be provided as a very compact image display unit with high resolution and high contrast.

【0017】その反面、マイクロ光学素子の上面が光導
入プリズムの下面に対し接触すると共に、それからサブ
ミクロンだけ間隔を開けた位置への移動するサブミクロ
ンの距離を動くミクロンオーダあるいはサブミクロンオ
ーダのスイッチングユニットであるので、組み立て精
度、信頼性、耐久性などの諸性能を吟味する必要があ
る。すなわち、マイクロ光学素子が移動する距離を正確
に確保する必要がある。また、スイッチング速度を上げ
るには、常圧下では空気が光学素子およびアクチュエー
タの動作に障害となることがありえる。さらに、高速に
動かそうとすると、水分の介在などにより、光学素子を
構成する樹脂と、光ガイドを構成するガラスとの間で吸
着が起こり、スイッチング速度が低下したり、スイッチ
ングするときのパワーが必要になったり、さらには、ス
ティッキングによりスイッチング動作できなくなる可能
性がある。電極間の接触を防止するために絶縁層を設け
るときには僅かではあるが電荷が溜まり、その電荷によ
って静電吸着を起す。したがって、このような負荷をな
くすと共に、水分などの機械的な要因による吸着力はで
きる限り小さくしておくことが望ましい。また、プリズ
ムの反射面に金属膜を用いている場合は、酸化により反
射率が低下することも考えられる。さらに、光との相互
作用により、光学素子を構成する樹脂が劣化する。
On the other hand, micron-order or submicron-order switching in which the upper surface of the micro-optical element contacts the lower surface of the light introducing prism and moves a sub-micron distance to a position spaced apart by a sub-micron therefrom. Because it is a unit, it is necessary to examine various performances such as assembly accuracy, reliability, and durability. That is, it is necessary to accurately secure the moving distance of the micro optical element. In order to increase the switching speed, air may impede the operation of the optical element and the actuator under normal pressure. Furthermore, when trying to move at high speed, adsorption occurs between the resin constituting the optical element and the glass constituting the light guide due to the interposition of moisture, etc., and the switching speed is reduced or the power at the time of switching is reduced. There is a possibility that the switching operation may be required or the switching operation may not be possible due to sticking. When an insulating layer is provided to prevent contact between the electrodes, a small amount of electric charge is accumulated, and the electric charge causes electrostatic attraction. Therefore, it is desirable to eliminate such a load and to minimize the attraction force due to mechanical factors such as moisture. When a metal film is used for the reflection surface of the prism, the reflectance may be reduced by oxidation. Further, the interaction with light deteriorates the resin constituting the optical element.

【0018】このため、本発明においては、これらの性
能、信頼性および耐久性の高い光スイッチングユニット
を提供することを目的としている。さらに、非常に簡単
な構造で、信頼性の高い光スイッチングユニットおよび
これを用いた画像表示装置を提供することを目的として
いる。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide an optical switching unit having high performance, reliability and durability. It is still another object of the present invention to provide a highly reliable optical switching unit having a very simple structure and an image display device using the same.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】このため、本発明の光ス
イッチングユニットは、基板と、この基板上に配置され
た少なくとも1つの駆動用のアクチュエータと、このア
クチュエータにより駆動される光学素子と、さらに、入
射した光を伝達する全反射面を備えた光ガイドとを有
し、この光ガイドの全反射面に対し、アクチュエータに
より光学素子がエバネセント光を抽出する位置および抽
出しない位置に駆動される光スイッチングユニットであ
って、アクチュエータおよび光学素子を取囲むように配
置された壁をさらに設け、この壁、基板および光ガイド
によりアクチュエータおよび光学素子を封止できるよう
にしている。すなわち、基板と、この基板上に配置され
た少なくとも1つの駆動用のアクチュエータと、このア
クチュエータにより駆動される光学素子と、入射した光
を伝達する全反射面を備えた光ガイドとを有し、この光
ガイドの全反射面に対し、アクチュエータにより光学素
子がエバネセント光を抽出する位置および抽出しない位
置に駆動される光スイッチングユニットの製造方法にお
いては、アクチュエータおよび光学素子を囲むように配
置された壁により、基板および光ガイドと共にアクチュ
エータおよび光学素子を封止する工程を設けるようにし
ている。
For this purpose, an optical switching unit according to the present invention comprises a substrate, at least one driving actuator disposed on the substrate, an optical element driven by the actuator, and A light guide having a total reflection surface for transmitting incident light, and a light driven by the actuator to a position where the optical element extracts evanescent light and a position where the evanescent light is not extracted with respect to the total reflection surface of the light guide. The switching unit further includes a wall disposed so as to surround the actuator and the optical element, and the wall, the substrate, and the light guide can seal the actuator and the optical element. That is, it has a substrate, at least one driving actuator disposed on the substrate, an optical element driven by the actuator, and a light guide having a total reflection surface for transmitting incident light, In a method of manufacturing an optical switching unit in which an optical element is driven by an actuator to a position at which evanescent light is extracted and a position at which evanescent light is not extracted with respect to a total reflection surface of the light guide, a wall disposed so as to surround the actuator and the optical element. Thus, a step of sealing the actuator and the optical element together with the substrate and the light guide is provided.

【0020】本発明の光スイッチングユニットにおいて
は、この壁によって全反射面と基板との距離を精度良く
保持できる。それと共に、その内側、すなわち、アクチ
ュエータと光学素子が動く空間を封止できるので、その
空間を減圧することが可能である。したがって、空気抵
抗をなくす、あるいは減少することによりスイッチング
速度を上げることができる。また、減圧することにより
水分の分圧も減るので水分が光学素子と光ガイドとの間
に介在するのも防止できる。したがって、これによる吸
着の問題を未然に防止できる。さらに、減圧することに
より、酸素分圧も減るので、プリズムの反射面に金属膜
を用いている場合でも酸化を防止でき、それに伴う反射
率の低下も防止できる。また、酸素があることによる光
との相互作用により光学素子を構成する樹脂が劣化する
のも防止できる。したがって、減圧することにより、性
能の向上、信頼性および耐久性の向上を図ることができ
る。
In the optical switching unit of the present invention, the distance between the total reflection surface and the substrate can be accurately maintained by the wall. At the same time, the space inside, that is, the space in which the actuator and the optical element move can be sealed, so that the space can be depressurized. Therefore, the switching speed can be increased by eliminating or reducing the air resistance. In addition, since the partial pressure of water is reduced by reducing the pressure, the water can be prevented from intervening between the optical element and the light guide. Therefore, the problem of adsorption due to this can be prevented beforehand. Furthermore, since the oxygen partial pressure is reduced by reducing the pressure, even when a metal film is used for the reflection surface of the prism, oxidation can be prevented, and a reduction in reflectance due to the oxidation can be prevented. In addition, it is possible to prevent the resin constituting the optical element from deteriorating due to interaction with light due to the presence of oxygen. Therefore, by reducing the pressure, it is possible to improve performance, reliability and durability.

【0021】この壁が全反射面と接触する領域では、入
射した光が全反射しなくなる。したがって、壁が光ガイ
ドと接触する面には反射膜を形成しておくことが望まし
い。また、光ガイドの壁と接する領域と、全反射面との
間に型成形により適当なサイズの段差を精度良く、簡単
に設けることができる。このため、さらに、基板と全反
射面との間の距離を精度良く管理できる。壁により封止
された空間、すなわち、光学素子とアクチュエータが配
置された空間内に少なくとも1つの突起を設け、この突
起を光ガイドおよび基板の両方に接することが望まし
い。空間の外を形成する壁で精度を出すのに加えて、空
間内部の寸法を精度良く維持するのが簡単になる。
In a region where the wall is in contact with the total reflection surface, the incident light is not totally reflected. Therefore, it is desirable to form a reflective film on the surface where the wall contacts the light guide. In addition, a step having an appropriate size can be easily and accurately provided between the region in contact with the wall of the light guide and the total reflection surface by molding. For this reason, the distance between the substrate and the total reflection surface can be further accurately controlled. It is desirable that at least one protrusion is provided in a space sealed by the wall, that is, a space in which the optical element and the actuator are arranged, and the protrusion is in contact with both the light guide and the substrate. In addition to providing accuracy with walls forming the outside of the space, it becomes easier to accurately maintain the dimensions inside the space.

【0022】壁、基板および光ガイドで囲われた領域を
減圧するには、減圧雰囲気でこれらをすべて組み立てる
方法がある。しかしながら、減圧雰囲気内でこれらの組
立作業を行うためには、そのような環境を構築する施設
に費用がかかり、作業員のアクセスが難しい。これに対
し、壁を貫通して、壁により封止された空間と外側を連
絡する連通部を予め、この連通部を介して内部を減圧し
た後に、連通部だけ塞ぐことにより、組み立ての大部分
は通常の条件で行うことができる。したがって、製造コ
ストを下げることができる。
In order to decompress the area surrounded by the wall, the substrate and the light guide, there is a method of assembling them all in a decompressed atmosphere. However, in order to perform these assembling operations in a reduced-pressure atmosphere, facilities for constructing such an environment are expensive, and it is difficult for workers to access them. On the other hand, most of the assembly is performed by closing the communication portion after penetrating the wall and communicating with the space sealed by the wall and communicating with the outside in advance through the communication portion. Can be performed under normal conditions. Therefore, manufacturing costs can be reduced.

【0023】また、光ガイドは一般に画像を形成するた
めの光を入射する面を設けるために、台形、平行四辺形
などの多面体となり、厚いプリズムが要求される。した
がって、このような光ガイドをそのまま用いて空間を封
止しようとすると光ガイドのハンドリングが大変であ
り、また、組たったサイズも大きい。このため,真空チ
ェンバーなどの減圧スペースの占有率が高くなり製造効
率が悪くなるなどの問題がある。そこで、本発明におい
ては、封止する部分として用いる光ガイドは、光を入射
する部分を備えた本体と分離された平板状のカバー部材
にすることにより、減圧処理する際のユニットのサイズ
を減少している。たとえば、空間をほぼ真空にしたとき
(圧力差1気圧)にカバー部材が大きく変形すると、光
学素子と全反射面との密着度が低下してエバネセント光
の抽出効率が低下する。全反射面のゆがみが30nm程
度以下であれば、エバネセント光の抽出効率は80%以
上となる。この程度の変形度、あるいはそれ以下の変形
度を維持するには、カバー部材として一辺が5mmから
10mm程度のサイズの石英ガラスを用いた場合、その
厚みは3mm程度以上が望ましい。
The light guide generally has a polyhedral shape such as a trapezoid or a parallelogram in order to provide a surface on which light for forming an image is incident, and a thick prism is required. Therefore, if it is attempted to seal the space by using such a light guide as it is, handling of the light guide is difficult and the assembled size is large. For this reason, there is a problem that the occupation rate of the decompression space such as the vacuum chamber is increased and the production efficiency is deteriorated. Therefore, in the present invention, the light guide used as the sealing portion is a flat cover member separated from the main body having the light incident portion, thereby reducing the size of the unit during the decompression process. are doing. For example, if the cover member is greatly deformed when the space is substantially evacuated (the pressure difference is 1 atm), the degree of adhesion between the optical element and the total reflection surface is reduced, and the evanescent light extraction efficiency is reduced. When the distortion of the total reflection surface is about 30 nm or less, the extraction efficiency of evanescent light becomes 80% or more. In order to maintain this degree of deformation or a degree of deformation lower than that, when quartz glass having a size of about 5 mm to 10 mm on one side is used as the cover member, its thickness is preferably about 3 mm or more.

【0024】また、壁、基板および光ガイドで囲まれた
空間の密閉度を上げるには、壁の外側を樹脂モールドす
ることが望ましい。さらには、壁を樹脂モールドで構成
することも可能である。このときは、基板と光ガイド
(全反射面)との距離を精度良く確保するために、仮止
めする部分を設け、距離を調整した後に壁を本格成形す
ることが望ましい。
In order to increase the degree of sealing of the space surrounded by the wall, the substrate and the light guide, it is desirable to mold the outside of the wall with a resin. Further, the wall can be made of a resin mold. At this time, in order to ensure the distance between the substrate and the light guide (total reflection surface) with high accuracy, it is desirable to provide a temporary fixing portion, adjust the distance, and then form the wall in full scale.

【0025】モールド用の樹脂は、粘度が低すぎると内
部の空間に侵入してアクチュエータなどの動作の障害に
なる可能性がある。一方、粘度が高すぎると作業性が悪
い。このため、モールド用樹脂の硬化前の粘度は2万か
ら15万cPに調整することが望ましい。また、硬化後
のアウトガスは少ないほうが良く、透湿および酸素透過
性も少ないことが望ましい。そして、硬化する際に壁あ
るいは壁の内部に侵入する量の調整をするには、UV硬
化性の樹脂、たとえば、アクリル樹脂、UV硬化性のエ
ポキシ樹脂が望ましい。さらに、モールド用の樹脂に所
定の寸法を保持するためのギャップ剤(スペーサ)を入
れておくことも有効である。
If the viscosity of the molding resin is too low, the resin may penetrate into the internal space and hinder the operation of the actuator and the like. On the other hand, if the viscosity is too high, workability is poor. Therefore, the viscosity of the molding resin before curing is desirably adjusted to 20,000 to 150,000 cP. Further, it is preferable that the outgas after curing is small, and it is desirable that moisture permeability and oxygen permeability are also small. Then, in order to adjust the amount of intrusion into the wall or the inside of the wall during curing, a UV-curable resin, for example, an acrylic resin or a UV-curable epoxy resin is desirable. Further, it is also effective to put a gap agent (spacer) for maintaining a predetermined size in the molding resin.

【0026】モールド樹脂により壁および連通部を形成
し、減圧した後に塞ぐ方法はいくつかある。熱硬化性樹
脂を用いると、100℃程度に加温しながら塗布するこ
とにより硬化させて連通部を塞ぐことができる。UV硬
化性樹脂を使用すれば、UV透過性のチャンバーを使用
することにより、適当なタイミングで外部から連通部を
塞ぐことができる。さらに、減圧した後に、連通部を塞
ぐ材料を真空蒸着することも可能であり、真空チェンバ
ー内において,減圧および封止を連続した工程で実現で
きる。したがって、真空を維持しやすく、光学素子およ
びアクチュエータが動く空間が高真空になった光スイッ
チングユニットを提供できる。
There are several methods for forming a wall and a communicating portion with a mold resin and closing the wall after reducing the pressure. When a thermosetting resin is used, it can be cured by being applied while being heated to about 100 ° C. to close the communicating portion. If a UV-curable resin is used, the communication part can be closed from the outside at an appropriate timing by using a UV-transmissive chamber. Further, it is also possible to vacuum-deposit a material that closes the communicating part after the pressure is reduced, and the pressure reduction and sealing can be realized in a continuous process in the vacuum chamber. Therefore, it is possible to provide an optical switching unit in which the vacuum is easily maintained and the space in which the optical element and the actuator move is in a high vacuum.

【0027】モールド用樹脂は、その外面がテーパ状に
なるように形成することが望ましい。半円状あるいは半
楕円状になると、基板と光ガイドに接する面積が小さく
なるので密閉性が確保しにくく、信頼性および耐久性の
大幅な向上が望みにくい。また、以下において、ガスバ
リア膜を蒸着するもの難しくなる。
It is desirable that the molding resin is formed so that its outer surface is tapered. If the shape is semicircular or semi-elliptical, the area in contact with the substrate and the light guide becomes small, so that it is difficult to secure the hermeticity, and it is difficult to expect a significant improvement in reliability and durability. In the following, it becomes difficult to deposit a gas barrier film.

【0028】樹脂モールドにより封止した後は、このモ
ールド樹脂を透過して酸素あるいは水分が空間に侵入し
ないようにすることが望ましい。そこで、本発明におい
ては、金属酸化物製のガスバリア膜をさらにモールド樹
脂の外側に形成し、水分および酸素などの気体ができる
限り侵入しないようにしている。ガスバリア膜を製膜す
る方法には、真空蒸着法、イオンアシスト蒸着法、イオ
ンプレーティング蒸着法、酸化反応蒸着法などを用いる
ことができる。さらに、素材としては、酸化シリコン、
酸化アルミニウムなどの金属酸化物、窒化シリコンなど
の金属窒化物、アルミニウムなどの金属膜がある。これ
らのうち金属製のガスアリア膜は導電性であるので、配
線などの接触しないように形成する注意が必要である。
そして、膜厚は50から5000オングストローム程度
が良好である。
After sealing with a resin mold, it is desirable to prevent oxygen or moisture from penetrating into the space through this mold resin. Therefore, in the present invention, a gas barrier film made of a metal oxide is further formed outside the mold resin so as to prevent gas such as moisture and oxygen from entering as much as possible. As a method of forming the gas barrier film, a vacuum evaporation method, an ion-assisted evaporation method, an ion plating evaporation method, an oxidation reaction evaporation method, or the like can be used. Furthermore, as a material, silicon oxide,
There are metal oxides such as aluminum oxide, metal nitrides such as silicon nitride, and metal films such as aluminum. Of these, metal gas aria films are conductive, so care must be taken to avoid contact with wiring and the like.
The thickness is preferably about 50 to 5000 angstroms.

【0029】このように、本発明に係る光スイッチング
ユニットは、動作速度がさらに速く、信頼性も高く、そ
して耐久性も良い。したがって、本発明に係る光スイッ
チングユニット、特に、アクチュエータおよび光学素子
がアレイ状に配置されている光スイッチングユニット
と、この光スイッチングユニットに対し表示用の光を入
出力する手段とを用いることにより、エバネセント光に
よるスイッチングのメリットを活かした、高速で、コン
トラストが高く、高解像度の画像を表示でき、さらに,
信頼性および耐久性の高い画像表示装置を提供できる。
As described above, the operation speed of the optical switching unit according to the present invention is higher, the reliability is higher, and the durability is better. Therefore, by using the optical switching unit according to the present invention, in particular, an optical switching unit in which actuators and optical elements are arranged in an array, and a unit for inputting and outputting display light to and from the optical switching unit, High-speed, high-contrast, high-resolution images can be displayed, taking advantage of the advantages of switching by evanescent light.
An image display device with high reliability and durability can be provided.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】第1の実施の形態 以下に図面を参照しながら、本発明についてさらに説明
する。図4は本発明に係る光スイッチングユニット55
であり、図3に基づき説明したエバネセント光を用いた
光スイッチング素子10がアレイ状に配置されたデバイ
ス50と、光ガイド1とが組み合わされている。また、
図5は、図4における光スイッチングユニット55の断
面を示した図である。なお、光スイッチング素子の数は
説明のために簡略化しており、図示された数に限られる
ものではない。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First Embodiment The present invention will be further described below with reference to the drawings. FIG. 4 shows an optical switching unit 55 according to the present invention.
A device 50 in which the optical switching elements 10 using evanescent light described with reference to FIG. 3 are arranged in an array and the light guide 1 are combined. Also,
FIG. 5 is a diagram showing a cross section of the optical switching unit 55 in FIG. Note that the number of optical switching elements is simplified for explanation, and is not limited to the illustrated number.

【0031】図4および図5に示した光スイッチングユ
ニット55は、3×3に光スイッチング素子10がアレ
イ状になった能動型の光学素子デバイスであり、個々の
光スイッチング素子10が隣のスイッチング素子と間隔
12を開けて並べられている。さらに、これらのアレイ
状に配列された光スイッチング素子10を囲む壁30が
設けられている。上述したように、本例の光スイッチン
グ素子10は、アクチュエータ6として下電極8と中間
電極51を有し、これらに電位差を与える事により引力
が発生し、中間電極51はばねとしても機能し、それを
撓ませながら下方向に移動する。同様に、上電極7と、
中間電極51に電位差を与える事により引力が発生し、
中間電極は上方向に移動する。中間電極51は一方の端
は支柱52を介してマイクロ光学素子3に接続されてい
る。従って、中間電極が静電力により上方または下方に
移動すると同時に、支柱52に接続されたマイクロ光学
素子3も同様に上方または下方に移動する。マイクロ光
学素子3はV形の反射ミラー4aを持ち、V形の反射ミ
ラー4aの上部は透明部材によるプリズム4であり、そ
の上面は平面の抽出面3aになっている。
The optical switching unit 55 shown in FIGS. 4 and 5 is an active optical element device in which the optical switching elements 10 are arranged in an array of 3.times.3. The elements are arranged with an interval 12 therebetween. Further, a wall 30 surrounding the optical switching elements 10 arranged in an array is provided. As described above, the optical switching element 10 of the present example has the lower electrode 8 and the intermediate electrode 51 as the actuator 6, and generates an attractive force by applying a potential difference to the lower electrode 8 and the intermediate electrode 51, and the intermediate electrode 51 also functions as a spring. It moves downward while bending it. Similarly, the upper electrode 7 and
An attractive force is generated by applying a potential difference to the intermediate electrode 51,
The intermediate electrode moves upward. One end of the intermediate electrode 51 is connected to the micro optical element 3 via a support 52. Therefore, at the same time when the intermediate electrode moves upward or downward by the electrostatic force, the micro-optical element 3 connected to the support 52 also moves upward or downward. The micro optical element 3 has a V-shaped reflection mirror 4a, the upper part of the V-shaped reflection mirror 4a is a prism 4 made of a transparent member, and the upper surface thereof is a flat extraction surface 3a.

【0032】これらのアレイ状の光スイッチング素子1
0の回りには壁30が設けてあり、壁30により基板2
0の上に光導入プリズム(光ガイド)1が固定されてい
る。光ガイド1の下面に全反射面1aに斜入射した光線
2は、マイクロ光学素子3がアクチュエータ6によって
下方に移動している時には、マイクロ光学素子3の上面
3aと光導入プリズム1の下面1aとに間隔が生ずるた
め、光導入プリズム1の下面1aで方向2bに全反射さ
れる。一方、マイクロ光学素子3がアクチュエータ6に
よって上方に移動しおり、マイクロ光学素子3の上面3
aと光導入プリズム1の下面1aが接触しているときに
は、光導入プリズム1の下面に斜入射した光線2は、マ
イクロ光学素子3の上面3aを透過し、マイクロ光学素
子3に設けられたV型の反射ミラー4aによって反射さ
れ出射光線2aとなり上方に出射する。この原理によ
り、光線はマイクロ光学素子3の上下の動きにより、2
a方向と2b方向に光をスイッチングさせる事が出来る
のである。
These array-shaped optical switching elements 1
0, a wall 30 is provided.
A light introducing prism (light guide) 1 is fixed on the reference numeral 0. The light beam 2 obliquely incident on the lower surface of the light guide 1 and on the total reflection surface 1a is transmitted to the lower surface 1a of the micro optical element 3 and the lower surface 1a of the light introducing prism 1 when the micro optical element 3 is moved downward by the actuator 6. Are totally reflected in the direction 2b on the lower surface 1a of the light introducing prism 1. On the other hand, the micro optical element 3 is moved upward by the actuator 6, and the upper surface 3 of the micro optical element 3 is moved.
a is in contact with the lower surface 1 a of the light introducing prism 1, the light beam 2 obliquely incident on the lower surface of the light introducing prism 1 passes through the upper surface 3 a of the micro optical element 3, and V The light is reflected by the reflection mirror 4a of the mold and becomes an outgoing light beam 2a, and is emitted upward. According to this principle, the light beam is moved up and down by the micro-optical element 3 for two times.
Light can be switched in the directions a and 2b.

【0033】このように全反射面1aから漏れ出したエ
バネセント光を効率よく、高速でオンオフするには、マ
イクロ光学素子3をアクチュエータ6により高速で精度
良く動かす必要がある。そのためには、1つには、基板
20と光ガイド1の全反射面1aとの間の寸法が精度良
く維持されていることが重要になる。本例の光スイッチ
ングユニット55では、アレイ状に配置された光スイッ
チング素子10の外周を壁30が取囲み、これにより、
全反射面1aと基板20の上面20aとの間隔が精度良
く保持でき、さらに、設置や組み立てなどのときのショ
ックによって間隔が変わるようなことも防止できる。す
なわち、壁30で光導入プリズム1の下面1aを壁30
の上面31で接触させ固定することにより、マイクロ光
学素子3が、光ガイドの下面1aに接触したり、全反射
光がマイクロ光学素子3に進入しない距離(0.5μm
以上)に移動したりする間隔を確保することができる。
In order to efficiently turn on and off the evanescent light leaked from the total reflection surface 1a in this manner, it is necessary to move the micro optical element 3 by the actuator 6 at high speed and with high accuracy. To this end, it is important, for one thing, that the dimension between the substrate 20 and the total reflection surface 1a of the light guide 1 is accurately maintained. In the optical switching unit 55 of the present example, the wall 30 surrounds the outer periphery of the optical switching elements 10 arranged in an array, whereby
The distance between the total reflection surface 1a and the upper surface 20a of the substrate 20 can be accurately maintained, and the distance can be prevented from changing due to a shock at the time of installation or assembly. That is, the lower surface 1a of the light introducing prism 1 is
The micro optical element 3 does not contact the lower surface 1a of the light guide or the distance (0.5 μm
Above) can be secured.

【0034】さらに、壁30はアレイ状に配置された光
スイッチング素子10を囲む構造であり、アレイ状に光
スイッチング素子10が配置された空間15を壁30
と、基板20と、さらに光ガイド1で封止することがで
きる。したがって、この空間15を不活性気体で充填し
たり、さらには、外気圧に対し空間15の内部を加圧又
は減圧に保持したりすることが可能となる。不活性気体
を充填することにより、水分により密着性が上がってし
まう現象、あるいは酸素により耐久性が劣化する現象を
避けることができ光スイッチング素子が保護できる。こ
のため、信頼性および耐久性が飛躍的に向上する。
Further, the wall 30 has a structure surrounding the optical switching elements 10 arranged in an array. The space 15 in which the optical switching elements 10 are arranged in an array is
, The substrate 20 and the light guide 1. Therefore, it is possible to fill the space 15 with an inert gas or to maintain the inside of the space 15 at a pressurized or reduced pressure with respect to the external pressure. By filling with an inert gas, a phenomenon that the adhesion is increased by moisture or a phenomenon that the durability is deteriorated by oxygen can be avoided, and the optical switching element can be protected. Therefore, reliability and durability are dramatically improved.

【0035】一方、スイッチング速度を改善するために
は、空間15の内部を減圧することがのぞましい。図6
に、本願発明者らがシミュレーションした結果を示して
ある。このシミュレーションは、図2に示した上下の電
極で動くタイプの光スイッチング素子を対象に行ってい
るが、大気圧(760torr)から1/100気圧
(7.6torr)に減圧することにより応答時間は1
/4から1/6程度にまで向上し、応答速度は4倍から
6倍になる。さらに、減圧することにより、空間15の
内部の水分および酸素も除去できる。したがって、これ
らに起因する、吸着の問題、腐食あるいは劣化の問題も
解決することができる。このため、壁30を設けて、光
スイッチング素子の外側を覆い、内部を減圧することに
より、応答速度がさらに速く、信頼性および耐久性がさ
らに高い光スイッチングデバイス50および光スイッチ
ングユニット55を提供することができる。また、この
光スイッチングユニット55を用いて図1に示したよう
な画像表示装置80を構成することにより、いっそう解
像度が高く、信頼性および耐久性の高い画像表示装置を
提供することができる。
On the other hand, in order to improve the switching speed, it is desirable to reduce the pressure inside the space 15. FIG.
FIG. 2 shows the result of simulation performed by the inventors of the present application. This simulation is performed for an optical switching element of the type shown in FIG. 2 that moves with the upper and lower electrodes. The response time is reduced by reducing the pressure from atmospheric pressure (760 torr) to 1/100 atmospheric pressure (7.6 torr). 1
The response speed is improved from / 4 to about 1/6, and the response speed is increased from 4 times to 6 times. Further, by reducing the pressure, moisture and oxygen inside the space 15 can also be removed. Therefore, it is possible to solve the problem of adsorption, the problem of corrosion or deterioration caused by these. For this reason, by providing the wall 30 to cover the outside of the optical switching element and decompress the inside, the optical switching device 50 and the optical switching unit 55 having higher response speed, higher reliability and durability are provided. be able to. In addition, by configuring the image display device 80 as shown in FIG. 1 using the optical switching unit 55, it is possible to provide an image display device with higher resolution, higher reliability and higher durability.

【0036】図7に、光スイッチング素子10がアレイ
状に配列された光スイッチングデバイス50において、
光スイッチング素子10と共に壁30を形成する製造工
程の一例を示してある。光スイッチング素子10はミク
ロンあるいはそれ以下のオーダの精度が要求されるの
で、本例ではフォトリソグラフィー技術と、本願発明者
らが開発した型転写により微細構造を成形する技術を用
いてアクチュエータ6およびマイクロ光学素子3を製造
している。さらに、壁30により光ガイド1の全反射面
1aと光学素子3の抽出面3aとの距離を精度良く組み
立てられるようにする必要がある。このため、本例で
は、壁30の高さと、光学素子3の抽出面3aとの間に
所定のサイズの段差16を作るように型成形し、壁30
に光ガイド1を乗せるだけで所望の精度が維持できるよ
うにしている。
FIG. 7 shows an optical switching device 50 in which the optical switching elements 10 are arranged in an array.
An example of a manufacturing process for forming the wall 30 together with the optical switching element 10 is shown. Since the optical switching element 10 is required to have an accuracy on the order of microns or less, in this example, the actuator 6 and the microcircuit are formed using a photolithography technique and a technique for forming a fine structure by die transfer developed by the present inventors. The optical element 3 is manufactured. Further, the distance between the total reflection surface 1a of the light guide 1 and the extraction surface 3a of the optical element 3 needs to be accurately assembled by the wall 30. For this reason, in the present example, the mold is formed so as to form a step 16 having a predetermined size between the height of the wall 30 and the extraction surface 3a of the optical element 3, and the wall 30 is formed.
The desired accuracy can be maintained simply by placing the light guide 1 on the light guide.

【0037】まず、図7(a)に示すように、マイクロ
光学素子3を動かす為のアクチュエータ構造6をフォト
リソ工程を用いて作成する。フォトリソ工程により、下
電極8、ばね性の中間電極51および上電極7、さらに
マイクロ光学素子3との接続する為の支柱52ができ、
それらの隙間に犠牲層109が詰まった状態となる。さ
らに、外側には、壁30の下半部30aが形成されてい
る。そして、犠牲層をエッチングする前に、以下に示す
ように、マイクロ光学素子の原形を樹脂成形によって作
成する。その上に、光学素子3のV形の反射ミラー4a
の基礎となるサポート構造5を樹脂で形成し、反射ミラ
ー4aとなる金属、たとえば、アルミニウムなどをスパ
ッタリングなどの方法により付着し成膜する。これらに
重ねて、さらに、透明樹脂18をV形の溝に充填し、壁
30との間に段差101を有する成形型100によって
光学素子3の形状を成形する。これにより、V形の溝に
充填された透明樹脂の上面をフラットにしつつ、壁30
との間に段差101を正確に成形できる。
First, as shown in FIG. 7A, an actuator structure 6 for moving the micro optical element 3 is formed by using a photolithography process. By the photolithography process, the lower electrode 8, the resilient intermediate electrode 51, the upper electrode 7, and the support 52 for connection with the micro optical element 3 are formed.
The gap is filled with the sacrifice layer 109. Further, a lower half 30a of the wall 30 is formed on the outside. Then, before etching the sacrificial layer, a prototype of the micro optical element is formed by resin molding as described below. On top of that, a V-shaped reflecting mirror 4a of the optical element 3
Is formed of a resin, and a metal serving as the reflection mirror 4a, for example, aluminum is adhered by a method such as sputtering to form a film. On top of these, the transparent resin 18 is further filled in a V-shaped groove, and the shape of the optical element 3 is molded by a mold 100 having a step 101 between itself and the wall 30. Thereby, the upper surface of the transparent resin filled in the V-shaped groove is flattened, and
And the step 101 can be accurately formed.

【0038】その後、図7(b)に示すように、レジス
ト膜102を塗布し、部分的に除去するための開口10
3をパターンニングする。その後、パターンニングによ
ってレジスト膜の除去された場所103を垂直にエッチ
ングする。
Thereafter, as shown in FIG. 7B, a resist film 102 is applied and an opening 10 for partially removing the resist film 102 is formed.
3 is patterned. Thereafter, the portion 103 where the resist film has been removed by patterning is vertically etched.

【0039】レジスト膜102を除去すれば、図7
(c)に示す形状になる。すなわち、透明な樹脂層4を
サポートするV字型の構造5が素子毎に分離され、上面
に抽出面3aを備えたマイクロ光学素子3が形成され
る。また、壁30の上半部30bが同時に形成され、下
半部30aおよび上半部30bが重なり、所定の高さの
壁30が構成される。一方、樹脂のエッチングでは犠牲
層109はエッチングされない為、アクチュエータ6で
は犠牲層の表面108が露出しただけとなる。
When the resist film 102 is removed, FIG.
The shape shown in FIG. That is, the V-shaped structure 5 supporting the transparent resin layer 4 is separated for each element, and the micro optical element 3 having the extraction surface 3a on the upper surface is formed. Also, the upper half 30b of the wall 30 is formed at the same time, and the lower half 30a and the upper half 30b overlap to form the wall 30 having a predetermined height. On the other hand, the sacrifice layer 109 is not etched by the resin etching, so that only the surface 108 of the sacrifice layer is exposed in the actuator 6.

【0040】その後、犠牲層109をプラズマエッチン
グするなどの方法によって犠牲層109が除去される
と、図7(d)に示す様に、アクチュエータ6が静電力
で動け、それともに光学素子3が移動できるる空間15
が生成される。そして、光学素子3の上面3aと、壁3
0の上面31との間の段差形成は、成形型100にエッ
チング等で非常に正確な段差101をつけておけばそれ
が反映されて極めて精度が高くなる。さらに、マイクロ
光学素子3の上面3aと壁30の上面31を形成する型
100が同じであるので、正確に段差101が転写され
る。したがって、本例の製造方法により、正確なサブミ
クロンの段差16が壁30とスイッチング素子10との
間に形成された光スイッチングデバイス50を製造する
ことができる。この光スイッチングデバイス50に、光
ガイド1を重ねて組み立てることにより、寸法精度が高
く、さらに、壁30により周囲が覆われた光スイッチン
グユニット55を提供することができる。
Thereafter, when the sacrifice layer 109 is removed by a method such as plasma etching of the sacrifice layer 109, as shown in FIG. 7D, the actuator 6 can be moved by electrostatic force, and the optical element 3 moves together. Available space 15
Is generated. Then, the upper surface 3a of the optical element 3 and the wall 3
If a very accurate step 101 is formed on the mold 100 by etching or the like, the step is formed between the zero and the upper surface 31 and the accuracy is extremely increased. Further, since the upper surface 3a of the micro optical element 3 and the mold 100 forming the upper surface 31 of the wall 30 are the same, the step 101 is accurately transferred. Therefore, the optical switching device 50 in which the accurate submicron step 16 is formed between the wall 30 and the switching element 10 can be manufactured by the manufacturing method of this example. By assembling the optical guide 1 on the optical switching device 50, it is possible to provide the optical switching unit 55 having high dimensional accuracy and further covered with the wall 30.

【0041】図8に示した光スイッチングユニット55
は、上記の製造方法により製造された光スイッチングデ
バイス50に、光ガイド1を重ねたものである。さら
に、本例では、壁30の上面31に反射膜32が蒸着さ
れている。これにより、光ガイド1の中を伝搬する光線
2は、壁30の上面31設けられた反射膜32によって
全反射と同じ方向2bに反射する。従って、壁30の上
面31に光ガイド1の下面1aが密着しても、壁30の
上端に光線2が透過して散乱光等が発生することがな
く、光ガイド1の内部を光線2が伝達される。このた
め、非常に光スイッチングのS/N比が高くなり、信頼
性の高い能動型光学素子がアレイ状に配置された光スイ
ッチングユニット55を提供できる。
The optical switching unit 55 shown in FIG.
Is obtained by superposing the light guide 1 on the optical switching device 50 manufactured by the above manufacturing method. Further, in this example, a reflective film 32 is deposited on the upper surface 31 of the wall 30. Accordingly, the light beam 2 propagating in the light guide 1 is reflected by the reflective film 32 provided on the upper surface 31 of the wall 30 in the same direction 2b as the total reflection. Therefore, even if the lower surface 1 a of the light guide 1 is in close contact with the upper surface 31 of the wall 30, the light beam 2 does not pass through the upper end of the wall 30 to generate scattered light and the like, and the light beam 2 passes through the inside of the light guide 1. Is transmitted. For this reason, the S / N ratio of the optical switching becomes extremely high, and the optical switching unit 55 in which active optical elements with high reliability are arranged in an array can be provided.

【0042】図9に示した光スイッチングユニット55
は、図7に示した成形型100には段差を設けずに、光
学素子3と全反射面1aとの間の距離を精度良く設定で
きるようにした例である。成形型100に段差を設けな
いために、犠牲層をエッチングした後の光スイッチング
デバイス50の形状は、図9に示すように、光学素子3
の抽出面3aと、壁30の上面31のレベルがそろった
状態である。したがって、壁30の上面31に、この上
面31と接する領域1bと、光学素子3が接する領域
(全反射面)1aとの間に所定の段差16がある光ガイ
ド1を接続する。この方法によっても、マイクロ光学素
子3と、全反射面1aとの間に所定の距離を精度良く確
保することができる。すなわち、マイクロ光学素子3
が、光導入プリズム1の下面1aに接触したり、全反射
光がマイクロ光学素子3に進入しない距離(0.5μm
以上)に移動したりする間隔を確保することができる。
The optical switching unit 55 shown in FIG.
Is an example in which a distance between the optical element 3 and the total reflection surface 1a can be accurately set without providing a step in the molding die 100 shown in FIG. The optical switching device 50 after the sacrificial layer has been etched so that no step is formed in the mold 100, as shown in FIG.
And the upper surface 31 of the wall 30 are in the same level. Therefore, the light guide 1 having a predetermined step 16 is connected to the upper surface 31 of the wall 30 between the region 1b in contact with the upper surface 31 and the region (total reflection surface) 1a in contact with the optical element 3. According to this method as well, a predetermined distance can be accurately secured between the micro optical element 3 and the total reflection surface 1a. That is, the micro optical element 3
Does not come into contact with the lower surface 1a of the light introducing prism 1 or the distance (0.5 μm
Above) can be secured.

【0043】光ガイド1の段差16はエッチング等で正
確に出来る。このため、光ガイド1の側に段差をつける
方法により、光学素子3を成形する成形型100を平面
にすることが可能となり、成形時の位置合わせ等に許容
誤差の大きな製造方法が採用できる。さらに、マイクロ
光学素子3の上面3aと光ガイド1の下面1aとの間
に、正確なサブミクロン単位のギャップ17が容易に形
成できる。
The step 16 of the light guide 1 can be accurately formed by etching or the like. For this reason, the method of forming a step on the side of the light guide 1 makes it possible to make the molding die 100 for molding the optical element 3 a flat surface, and a manufacturing method having a large permissible error in the positioning and the like during molding can be adopted. Further, a precise submicron gap 17 can be easily formed between the upper surface 3a of the micro optical element 3 and the lower surface 1a of the light guide 1.

【0044】また、本例においても、壁30が光ガイド
1と接触する部分は上記と同様に反射膜を形成しておく
ことが望ましい。さらに、光ガイド1の段差16の部分
も全反射面にならず、入射光2が透過する。したがっ
て、反射膜を形成するか、あるいは、入射光2と同じ角
度の段差として乱反射を防止することが望ましい。
Also in this embodiment, it is desirable that a portion where the wall 30 contacts the light guide 1 be formed with a reflective film in the same manner as described above. Furthermore, the step 16 of the light guide 1 does not become a total reflection surface, and the incident light 2 is transmitted. Therefore, it is desirable to form a reflective film or to prevent irregular reflection as a step having the same angle as the incident light 2.

【0045】また、これらの例では、さらに、マイクロ
光学素子3の上面3aと光ガイド1の下面1aとの間
に、正確なサブミクロン単位のギャップ17が容易に形
成できる。したがって、中間電極51と、上電極7との
間にストッパを設けなくて良い。すなわち、中間電極5
1と上電極7との間に電位差を与えることにより引力が
発生し、中間電極は上方向に移動し、マイクロ光学素子
3は上方へ移動する。この際、中間電極51と上電極7
とが接触すると導通してしまう。このため、中間電極5
1と上電極7とが接触しないように、ストッパを設ける
かあるいはいずれか一方の電極を絶縁体で覆う必要があ
る。しかしながら、本例の光スイッチングユニットにお
いては、光学素子3と光ガイド1との距離が非常に精度
良く決まるので、光学素子3が光ガイド1に当たった位
置で、中間電極51と上電極7との間に微小な空間が保
持されるようにすることが可能であり、そのような設計
を非常に高精度および高信頼性で実現あるいは実装する
ことができる。したがって、ストッパあるいは絶縁体の
層を省くことが可能となり、製造コストを低減すること
ができる。さらに、絶縁層をなくすことにより、絶縁層
での帯電も無く、繰り返し耐久性の良い光スイッチング
素子を持つ能動型の光学スイッチングユニットを実現で
きる。
Further, in these examples, a precise submicron gap 17 can be easily formed between the upper surface 3a of the micro optical element 3 and the lower surface 1a of the light guide 1. Therefore, it is not necessary to provide a stopper between the intermediate electrode 51 and the upper electrode 7. That is, the intermediate electrode 5
An attractive force is generated by giving a potential difference between 1 and the upper electrode 7, the intermediate electrode moves upward, and the micro optical element 3 moves upward. At this time, the intermediate electrode 51 and the upper electrode 7
When they come into contact with each other, they become conductive. For this reason, the intermediate electrode 5
It is necessary to provide a stopper or to cover one of the electrodes with an insulator so that the upper electrode 7 does not contact the upper electrode 1. However, in the optical switching unit of the present example, the distance between the optical element 3 and the light guide 1 is determined very accurately, so that the intermediate electrode 51 and the upper electrode 7 are positioned at the position where the optical element 3 hits the light guide 1. It is possible to maintain a small space between them, and such a design can be realized or implemented with very high accuracy and high reliability. Therefore, it is possible to omit the stopper or the insulator layer, and it is possible to reduce the manufacturing cost. Further, by eliminating the insulating layer, it is possible to realize an active type optical switching unit having an optical switching element having good repetitive durability without charging in the insulating layer.

【0046】第2の実施の形態 図10および図11に本発明に係る光スイッチングユニ
ットの異なる例を示してある。図10は、本例の光スイ
ッチングユニット55を上方から光ガイド1を透かして
見た平面図であり、図11は断面図である。本例の光ス
イッチングユニット55も、3×3に光スイッチング素
子10がアレイ状に配置された能動型の光学デバイスで
あり、個々の光スイッチング素子10が隣のスイッチン
グ素子と間隔12を開けて配置されている。また、これ
らの光スイッチング素子10を囲むように段差となる壁
30が設けられている。さらに、光スイッチング素子1
0の間12に、周囲の壁30の上面31と高さが同じ上
面を持つ突起19が配置されている。
Second Embodiment FIGS. 10 and 11 show different examples of the optical switching unit according to the present invention. FIG. 10 is a plan view of the optical switching unit 55 of the present example as seen through the light guide 1 from above, and FIG. 11 is a cross-sectional view. The optical switching unit 55 of this example is also an active optical device in which the 3 × 3 optical switching elements 10 are arranged in an array, and the individual optical switching elements 10 are arranged at intervals 12 with the adjacent switching elements. Have been. A wall 30 serving as a step is provided so as to surround these optical switching elements 10. Further, the optical switching element 1
The projections 19 having the upper surface having the same height as the upper surface 31 of the surrounding wall 30 are arranged in the interval 12 between 0.

【0047】本例の光スイッチングユニット55も、静
電型のアクチュエータ6により光学素子3が駆動される
タイプの能動型の光スイッチングユニットである。個々
の光スイッチング素子10の構成は、上記にて説明した
ものと同様である。そして、本例の光スイッチングユニ
ット55においても、壁30がアレイ状の光スイッチン
グ素子10を囲む構造であり、アレイ状の光スイッチン
グ素子の空間15を基板20、光ガイド1と共に壁30
で封止し、空間15に不活性気体を充填したり、減圧し
たりできる構造になっている。したがって、本例の光ス
イッチングユニット55においても、減圧することによ
り、動作速度を早くでき、さらに、光スイッチング素子
を保護することにより信頼性および耐久性が飛躍的に向
上した光スイッチングユニットを提供することができ
る。
The optical switching unit 55 of this embodiment is also an active type optical switching unit in which the optical element 3 is driven by the electrostatic actuator 6. The configuration of each optical switching element 10 is the same as that described above. Also, in the optical switching unit 55 of this example, the wall 30 surrounds the array-like optical switching elements 10, and the space 15 of the array-like optical switching elements together with the substrate 20 and the light guide 1 forms the wall 30.
And the space 15 can be filled with an inert gas or decompressed. Therefore, also in the optical switching unit 55 of the present example, an operation speed can be increased by reducing the pressure, and furthermore, an optical switching unit having significantly improved reliability and durability by protecting the optical switching element is provided. be able to.

【0048】さらに、アレイ状に配置された光スイッチ
ング素子10の中あるいは間12に設けた突起19は、
壁30と同様に、光ガイド1の下面1aと上面19aで
接触し、光ガイド1を固定する機能を果たす。したがっ
て、光ガイド1の下面の面精度が多少悪い場合、あるい
は、スイッチング素子10を囲む空間15が減圧されて
周囲との圧力差により光ガイド1の下面1aに撓みがで
る場合においても、マイクロ光学素子3の上面3aが光
ガイド1の下面(全反射面)1aに接触したり、全反射
光がマイクロ光学素子に進入しない距離(0.5μm以
上)に移動したりする間隔をより正確に確保する事が出
来る。
Further, the protrusions 19 provided in or between the optical switching elements 10 arranged in an array form
Similarly to the wall 30, the lower surface 1a and the upper surface 19a of the light guide 1 are in contact with each other and serve to fix the light guide 1. Therefore, even when the surface accuracy of the lower surface of the light guide 1 is somewhat poor, or when the space 15 surrounding the switching element 10 is depressurized and the lower surface 1a of the light guide 1 is bent due to a pressure difference from the surroundings, the micro-optics can be used. More precisely, the interval at which the upper surface 3a of the element 3 contacts the lower surface (total reflection surface) 1a of the light guide 1 or moves to a distance where the totally reflected light does not enter the micro optical element (0.5 μm or more). You can do it.

【0049】また、本例においても、突起あるいは支柱
19が光ガイドの全反射面1aと接触する部分19aで
は、光が乱反射したり、支柱19に光が抜けることがあ
る。したがって、支柱の上面19aに反射膜を形成して
おくことが望ましく、これにより光2を他の面と同様に
全反射して伝達することができる。
Also in this example, at the portion 19a where the protrusion or the post 19 contacts the total reflection surface 1a of the light guide, light may be irregularly reflected or light may pass through the post 19. Therefore, it is desirable to form a reflection film on the upper surface 19a of the support, so that the light 2 can be totally reflected and transmitted like the other surfaces.

【0050】第3の実施の形態 図12および図13に本発明に係る光スイッチングユニ
ットのさらに異なる例を示してある。図12は、本例の
光スイッチングユニット55を上方から光ガイド1を透
かして見た平面図であり、図13は断面図である。本例
の光スイッチングユニット55も、3×3に光スイッチ
ング素子10がアレイ状に配置された能動型の光学デバ
イスであり、個々の光スイッチング素子10が隣のスイ
ッチング素子と間隔12を開けて配置されている。ま
た、これらの光スイッチング素子10を囲むように段差
となる壁30が設けられている。
Third Embodiment FIGS. 12 and 13 show still another example of the optical switching unit according to the present invention. FIG. 12 is a plan view of the optical switching unit 55 of the present example as seen through the light guide 1 from above, and FIG. 13 is a cross-sectional view. The optical switching unit 55 of this example is also an active optical device in which the 3 × 3 optical switching elements 10 are arranged in an array, and the individual optical switching elements 10 are arranged at intervals 12 with the adjacent switching elements. Have been. A wall 30 serving as a step is provided so as to surround these optical switching elements 10.

【0051】本例の壁30は、アレイ状に配置された光
スイッチング素子10を囲む構造であるとともに、その
一部33aおよび33bに窪みを設けてある。窪み33
aと33bは同様な窪みであるので、以降では窪み33
bについてのみ説明する。窪み33bを横切る面におけ
る断面図が図13である。本図に示したように、光ガイ
ド1の下面1aが壁30の上面31に密着固定されてお
り、壁30、光ガイド1および基板20により、光スイ
ッチング素子10を囲む空間15が封止されている。さ
らに、本例の壁30には窪み33bにより壁30を貫通
する孔が形成されている状態である。したがって、この
窪み33bにより孔を通して、光ガイド1を段差となる
壁30に固定した後、アレイ状に配置された光スイッチ
ング素子10が存在する空間15の雰囲気を制御するこ
とが可能であり、不活性気体を入れて、吸着防止処理あ
るいは酸化などによる耐久性の劣化を防止することがで
きる。また、空間15を減圧することにより、これらの
効果に加え、空気抵抗を低くしてスイッチング速度を高
めるとともに駆動電力を下げて消費電力を低減できる光
スイッチングユニットを提供することができる。
The wall 30 of the present embodiment has a structure surrounding the optical switching elements 10 arranged in an array, and has recesses 33a and 33b in a part thereof. Hollow 33
Since a and 33b are similar depressions, the depression 33
Only b will be described. FIG. 13 is a cross-sectional view of a plane crossing the depression 33b. As shown in the drawing, the lower surface 1a of the light guide 1 is fixedly adhered to the upper surface 31 of the wall 30, and the space 15 surrounding the optical switching element 10 is sealed by the wall 30, the light guide 1 and the substrate 20. ing. Furthermore, a hole penetrating the wall 30 is formed in the wall 30 of the present example by the depression 33b. Therefore, after the light guide 1 is fixed to the stepped wall 30 through the hole by the recess 33b, it is possible to control the atmosphere in the space 15 where the optical switching elements 10 arranged in an array exist. By activating gas, deterioration of durability due to adsorption prevention treatment or oxidation can be prevented. In addition, by reducing the pressure in the space 15, in addition to these effects, it is possible to provide an optical switching unit that can lower the air resistance to increase the switching speed and reduce the driving power to reduce the power consumption.

【0052】上述した壁を備えた光スイッチングユニッ
トにおいては、空間15を減圧する場合、真空チャンバ
ーなどの真空雰囲気の中で、壁30が形成された基板2
0の上に、光導入プリズムである光ガイド1を固定する
作業を行う必要があった。これに対し、本例の光スイッ
チングユニット55においては、図14に示すように、
壁30に貫通孔33が設けられているので、予め光ガイ
ド1を固定した後に、真空チャンバーなどの真空雰囲気
にできる容器に入れることができる。したがって、空間
15を減圧するのが容易となる。
In the optical switching unit having the above-described wall, when the space 15 is decompressed, the substrate 2 on which the wall 30 is formed is placed in a vacuum atmosphere such as a vacuum chamber.
It was necessary to perform an operation of fixing the light guide 1 as the light introducing prism on the light guide 0. On the other hand, in the optical switching unit 55 of this example, as shown in FIG.
Since the through hole 33 is provided in the wall 30, after the light guide 1 is fixed in advance, the light guide 1 can be placed in a container such as a vacuum chamber capable of creating a vacuum atmosphere. Therefore, it is easy to reduce the pressure in the space 15.

【0053】そして、図15に示すように、空間15の
空気が排出された後に、接着剤34を塗布することによ
り窪みあるいは孔33aおよび33bを塞ぐことができ
る。この方法により、アレイ状に配置された光スイッチ
ング素子10が存在する空間15を満たす気体が減圧さ
れた状態で空間15を封止できる。さらに、減圧する前
に、空間15を不活性な気体で置換することにより、さ
らに、残存する空気または湿分あるいは水分による影響
を防止することができる。この様に、アレイ状の光スイ
ッチング素子10が存在する空間15を不活性な気体を
減圧して保つことにより、スイッチングユニット55の
信頼性を高めると同時に、エアーダンピング効果を減少
させ、より高速な光スイッチングを行うことができる光
スイッチングユニット55を提供することができる。
Then, as shown in FIG. 15, after the air in the space 15 is exhausted, the depressions or holes 33a and 33b can be closed by applying an adhesive 34. According to this method, the space 15 can be sealed in a state where the gas filling the space 15 in which the optical switching elements 10 arranged in an array exists is decompressed. Further, by replacing the space 15 with an inert gas before the pressure is reduced, the influence of the remaining air, moisture, or moisture can be further prevented. In this manner, by maintaining the space 15 in which the array-like optical switching elements 10 are present in a state where the inert gas is depressurized, the reliability of the switching unit 55 is increased, and at the same time, the air damping effect is reduced and the speed is increased. An optical switching unit 55 capable of performing optical switching can be provided.

【0054】図16および図17に壁30を貫通する孔
およびそれを塞ぐ手段の異なった例を示してある。本例
では、アレイ状の光スイッチング素子10が存在する空
間15の周囲を取囲む壁30の窪み33cが壁30の上
面31の一部が凹むように設けられており、壁30の上
面31に光ガイド1を固定した状態では壁30を貫通す
る孔が形成される。この状態で、撥水処理、気体の封
入、加圧又は減圧を行うことができる。その後、壁30
の上面31に窪み33cを覆うように膜着けを行い、パ
ターンニングによって窪み33cを封止する形状とす
る。これにより、貫通穴33cが膜34によって塞がれ
るので、アレイ状に光スイッチング素子10が存在する
空間15を封止することが出来る。この様な方法を用い
ると、孔を塞ぐための接着剤が固まる前に、壁の上面と
光ガイドの下面との間に侵入し、全反射面1aを汚染し
たり、光学素子3が全反射面1aに付着するような不具
合が発生する可能性をなくすことができる。また、接着
剤の硬化時における変形などもないので、光ガイド1と
光学素子3との間の距離をさらに正確に設定することが
でき、強固な封止が容易に実現できる。
FIGS. 16 and 17 show different examples of holes penetrating the wall 30 and means for closing the holes. In this example, a recess 33c of the wall 30 surrounding the space 15 in which the arrayed optical switching elements 10 exist is provided so that a part of the upper surface 31 of the wall 30 is recessed. When the light guide 1 is fixed, a hole penetrating the wall 30 is formed. In this state, a water-repellent treatment, gas filling, pressurization or decompression can be performed. Then the wall 30
A film is formed on the upper surface 31 so as to cover the depression 33c, and the depression 33c is sealed by patterning. Thus, the through holes 33c are closed by the film 34, so that the space 15 in which the optical switching elements 10 exist in an array can be sealed. If such a method is used, before the adhesive for closing the hole hardens, it penetrates between the upper surface of the wall and the lower surface of the light guide to contaminate the total reflection surface 1a or cause the optical element 3 to be totally reflected. It is possible to eliminate the possibility that a problem such as sticking to the surface 1a occurs. Further, since there is no deformation or the like at the time of curing of the adhesive, the distance between the light guide 1 and the optical element 3 can be set more accurately, and strong sealing can be easily realized.

【0055】第4の実施の形態 図18ないし図21に本発明に係る光スイッチングユニ
ットのさらに異なる例を示してある。図18は、本例の
光スイッチングユニット54を上方から光ガイド1を透
かして見た平面図であり、図19ないし図21は断面図
である。本例の光スイッチングユニット54も、3×3
に光スイッチング素子10がアレイ状に配置された能動
型の光学デバイスであり、個々の光スイッチング素子1
0が隣のスイッチング素子と間隔12を開けて配置され
ている。また、これらの光スイッチング素子10を囲む
ように段差となる壁30が設けられている。さらに、壁
30には、貫通あるいは連通するように孔33aおよび
33bが設けられており、これらの孔33aおよび33
bを通じて空間15が減圧された後、適当な樹脂による
膜34により孔33aおよび33bは封止されている。
さらに、壁30および封止膜34は金属酸化膜あるいは
金属薄膜35によりコーディングされており、さらにガ
スが透過しないようになっている。
Fourth Embodiment FIGS. 18 to 21 show still another example of the optical switching unit according to the present invention. FIG. 18 is a plan view of the optical switching unit 54 of the present example as seen through the light guide 1 from above, and FIGS. 19 to 21 are sectional views. The optical switching unit 54 of this example is also 3 × 3
Is an active optical device in which the optical switching elements 10 are arranged in an array.
0 is arranged at an interval 12 from the adjacent switching element. A wall 30 serving as a step is provided so as to surround these optical switching elements 10. Further, holes 33a and 33b are provided in the wall 30 so as to penetrate or communicate with each other.
After the space 15 is decompressed through the hole b, the holes 33a and 33b are sealed by a film 34 made of a suitable resin.
Further, the wall 30 and the sealing film 34 are coded by a metal oxide film or a metal thin film 35 so that gas does not pass therethrough.

【0056】また、本例の光スイッチングユニット54
においては、図19ないし図21に示すように、光スイ
ッチング素子10がアレイ状に配置された空間15は、
壁30と、基板20と、平板状のカバー60とにより囲
われており、平板状のカバー60が光導入用のプリズム
本体61に密着し、光ガイド1としての機能を果たすよ
うになっている。すなわち、平板状のカバー(以降では
封止板あるいは封止プリズム)60は光導入プリズム6
1と同じ屈折率の透明な部材により構成されており、そ
の下面が全反射面1aとしての機能を果たし、光導入プ
リズム61に入射した光2は封止プリズム60の下面1
aで全反射される。そして、光スイッチング素子10の
光学素子3が、封止プリズム60の下面1aに接触した
り、離れることにより光がスイッチングされる。
The optical switching unit 54 of this embodiment
In FIG. 19, as shown in FIGS. 19 to 21, the space 15 in which the optical switching elements 10 are arranged in an array is
It is surrounded by the wall 30, the substrate 20, and the flat cover 60, and the flat cover 60 is in close contact with the prism body 61 for introducing light, and functions as the light guide 1. . That is, the flat cover (hereinafter referred to as a sealing plate or a sealing prism) 60 is provided with the light introducing prism 6.
1 is formed of a transparent member having the same refractive index as that of FIG. 1, the lower surface of which functions as a total reflection surface 1a.
The light is totally reflected at a. Then, light is switched when the optical element 3 of the optical switching element 10 comes into contact with or separates from the lower surface 1a of the sealing prism 60.

【0057】光ガイド1を、このような平板状の封止プ
リズム60と、光導入プリズム61とに分け、封止プリ
ズム60だけを取り付けた状態でいったんユニット54
を製造することにより、空間15を封止するときには大
型の光導入プリズム61を基板20に組み立てる必要が
なくなる。したがって、減圧処理する際のデバイスの寸
法は小さくなり、非常にハンドリングしやすくなる。さ
らに、図18に示すように基板20の表面20aには、
光スイッチング素子10に駆動信号を供給するための電
極70が配列されるが、光導入プリズム61を取り付け
た状態では電極70に対しボンディング作業がし難いの
に対し、封止プリズム60を取り付けた状態では充分な
スペースが確保されるのでボンディング作業が行い易い
といったメリットもある。
The light guide 1 is divided into such a plate-shaped sealing prism 60 and a light introducing prism 61, and the unit 54 is temporarily mounted with only the sealing prism 60 attached.
When the space 15 is sealed, it is not necessary to assemble the large light introducing prism 61 on the substrate 20. Therefore, the size of the device during the decompression process is reduced, and handling becomes very easy. Further, as shown in FIG. 18, on the surface 20a of the substrate 20,
Electrodes 70 for supplying a drive signal to the optical switching element 10 are arranged. However, when the light introducing prism 61 is attached, it is difficult to perform a bonding operation on the electrode 70. On the other hand, when the sealing prism 60 is attached. In this case, there is an advantage that a sufficient space is secured, so that the bonding operation can be easily performed.

【0058】この封止プリズム(封止板、カバーガラ
ス)60は、デバイス全体の厚みを薄くするという点で
は、封止プリズム自体も薄い方が望ましい。しかしなが
ら、減圧したとき、すなわち、外気との圧力差が1気圧
になると、それに起因する応力によって封止プリズム6
0が内部に歪む。この歪が大きいと、スイッチング素子
10の光学素子3が封止プリズム60の下面1aに密着
しにくくなり、エバネセント光の抽出効率が低下する。
このため、封止プリズム60は気圧差による変形が一定
の範囲内に収まる厚みにすることが望ましい。たとえ
ば、封止プリズム60として石英ガラスを用い、変形を
5mmに対し30nm程度以下、すなわち、10- 5から
10- 6程度の変形度に収めるためには、一辺が5mmか
ら10mm程度のサイズの石英ガラス製の封止プリズム
60ではその厚みを3mm程度以上にすることが望まし
い。
The sealing prism (sealing plate, cover glass) 60 is desirably thinner in terms of reducing the thickness of the entire device. However, when the pressure is reduced, that is, when the pressure difference from the outside air becomes 1 atm, the sealing prism 6 is caused by the stress caused by the pressure difference.
0 is distorted inside. If the distortion is large, the optical element 3 of the switching element 10 is less likely to adhere to the lower surface 1a of the sealing prism 60, and the evanescent light extraction efficiency is reduced.
For this reason, it is desirable that the sealing prism 60 has such a thickness that the deformation due to the pressure difference falls within a certain range. For example, the quartz glass used as a sealing prism 60, more than about 30nm the deformation to 5mm, i.e., 10 - 5 to 10 - to fit the 6 degree of deformation degree, one side of the size of about 10mm from 5mm quartz The thickness of the sealing prism 60 made of glass is desirably about 3 mm or more.

【0059】さらに、本例の光スイッチングユニット5
4においては、壁30を樹脂モールド39により成形し
ている。したがって、基板20と、封止プリズム60と
の間隔を適当に設定した後に樹脂をそれらの周囲に沿っ
て注入あるいは塗布などの方法により壁30を形成す
る。この際、基板20と封止プリズム60との間隔を精
度良く設定するためには、接着剤などにより仮止めした
後に、モールド用の樹脂を注入したり、あるいは、適当
な高さのスペーサを挟んで基板20と封止プリズム60
との高さを設定した後にモールド用の樹脂を注入するこ
とが望ましい。
Further, the optical switching unit 5 of this embodiment
In 4, the wall 30 is formed by a resin mold 39. Therefore, after appropriately setting the distance between the substrate 20 and the sealing prism 60, the wall 30 is formed by a method of injecting or applying resin along the periphery thereof. At this time, in order to accurately set the interval between the substrate 20 and the sealing prism 60, after temporarily fixing with an adhesive or the like, a molding resin is injected or a spacer having an appropriate height is sandwiched. The substrate 20 and the sealing prism 60
It is desirable to inject a molding resin after setting the height.

【0060】さらに、先の実施の形態において説明した
ように、型成形などによってリジッドな壁30を成形
し、その外側にモールド樹脂39を塗布して空間15を
封止することも可能である。さらには、樹脂の中に距離
を維持するスペーサあるいはフィラーなどを混入した状
態で塗布した後に封止プリズム60を組み立てることも
可能である。
Further, as described in the previous embodiment, it is also possible to form the rigid wall 30 by molding or the like and apply the molding resin 39 to the outside of the rigid wall 30 to seal the space 15. Further, it is also possible to assemble the sealing prism 60 after applying in a state where a spacer or a filler for maintaining the distance is mixed in the resin.

【0061】仮止め用の接着剤あるいはモールド用の樹
脂39としては、UV硬化型の樹脂で、さらに、粘度も
高く硬化後のアウトガスの量が少ないものが望ましい。
基板20と封止プリズム60の間に適当に侵入した状態
で硬化させるには、アクリル樹脂あるいはエポキシ樹脂
系のUV硬化型の樹脂が取り扱いしやすい。樹脂の粘度
が低いと、空間15の内部に浸透してしまいスイッチン
グ素子10の作動を阻害する可能性がある。一方、粘度
が高いと作業性が悪化する。このため、粘度は2万から
15万cP程度が適当である。また、モールド樹脂によ
る空間内部を減圧封止するのであるが、封止した後に樹
脂からアウトガスが発生すると減圧効果が薄れる。この
ため、アウトガスはできるだけ少ないことが望ましい。
たとえば、硬化後、120℃で2時間加熱したときに減
量、すなわち、ガス化するレートが0.5%程度以下の
樹脂を選択することが望ましい。さらに、ガス、たとえ
ば、空気、水蒸気などの透過率のできるだけ低い樹脂が
望ましい。このような条件を満たす樹脂はいくつかあ
り、たとえば、協立化学産業株式会社製のワールドロッ
クNo.8723を挙げることができる。
As the adhesive for temporary fixing or the resin 39 for molding, it is desirable to use a UV-curable resin which has a high viscosity and a small amount of outgas after curing.
In order to cure the resin in a state in which it is properly inserted between the substrate 20 and the sealing prism 60, an acrylic resin or an epoxy resin-based UV-curable resin is easy to handle. If the viscosity of the resin is low, the resin may penetrate into the space 15 and hinder the operation of the switching element 10. On the other hand, when the viscosity is high, workability deteriorates. For this reason, the viscosity is suitably about 20,000 to 150,000 cP. Further, the inside of the space is sealed under reduced pressure by the mold resin. If outgas is generated from the resin after sealing, the effect of reducing the pressure is weakened. For this reason, it is desirable that outgassing be as small as possible.
For example, it is desirable to select a resin that loses weight when heated at 120 ° C. for 2 hours after curing, that is, a gasification rate of about 0.5% or less. Further, a resin having a transmittance as low as possible for gas, for example, air and water vapor, is desirable. There are several resins that satisfy such conditions. For example, World Rock No. manufactured by Kyoritsu Chemical Industry Co., Ltd. 8723.

【0062】そして、本例においては、図19に示すよ
うに、樹脂モールド39により壁30を成形する際に、
壁30の外周面36を封止プリズム60から基板20に
向かって徐々に広がるテーパ状にしている。モールド樹
脂のつけ方はいくつか考えら得るが、半球状などの状態
で成形すると、モールド樹脂と封止プリズム60あるい
は基板20との接触面積が小さくなりやすく、外気が侵
入しやすい。さらに、以下で、モールド樹脂39の表面
を金属薄膜35で覆い、ガスバリアを製造しているが、
蒸着あるいはスパッタリングなどにより金属薄膜35を
成膜するときに、面が一方向に一様に広がった形状であ
ると均質な膜を作りやすい。これに対し、半球状などの
ように面に凹凸があると成膜できない部分が発生し、ガ
スバリア膜を成形しても充分な効果が得られない。
In this example, as shown in FIG. 19, when the wall 30 is formed by the resin mold 39,
The outer peripheral surface 36 of the wall 30 is tapered so as to gradually spread from the sealing prism 60 toward the substrate 20. There are several ways to apply the mold resin, but if the resin is molded in a hemispherical shape or the like, the contact area between the mold resin and the sealing prism 60 or the substrate 20 tends to be small, and the outside air tends to enter. Further, in the following, a gas barrier is manufactured by covering the surface of the mold resin 39 with the metal thin film 35.
When the metal thin film 35 is formed by vapor deposition, sputtering, or the like, it is easy to form a uniform film if the surface is uniformly spread in one direction. On the other hand, if the surface has irregularities such as a hemisphere, a portion where a film cannot be formed occurs, and a sufficient effect cannot be obtained even if a gas barrier film is formed.

【0063】図20に、モールド樹脂による壁30の外
側にガスバリア膜35を成形した状態を示してある。上
述したように、本例の光スイッチングユニット54にお
いては、封止プリズム60と基板20との間にモールド
樹脂39により壁30を成形し、その際に空間15と外
部とを連通する連通孔33が開いた壁30とする。そし
て、真空チェンバーなどに入れて内部の空間15を減圧
する。その後、封止膜34を成形して空間15が減圧さ
れた状態とする。これらの工程は、たとえば、UV透過
性の真空チェンバーを用いれば、真空に減圧された状態
で、壁および連通孔33を封止する膜34を硬化させる
ことができ、チェンバー内で連続作業することにより空
間15を高真空にすることができる。さらに、後処理と
して、ガスバリア膜35をモールド樹脂による壁30お
よび封止膜34の外側に成形することにより、密着性を
高めると共に、壁30を透過してガスが空間15に侵入
するのを防止している。
FIG. 20 shows a state in which the gas barrier film 35 is formed outside the wall 30 by the mold resin. As described above, in the optical switching unit 54 of the present example, the wall 30 is formed by the mold resin 39 between the sealing prism 60 and the substrate 20, and at this time, the communication holes 33 for communicating the space 15 with the outside are formed. Is an open wall 30. Then, the internal space 15 is put in a vacuum chamber or the like to reduce the pressure. After that, the sealing film 34 is formed so that the space 15 is depressurized. In these steps, for example, if a vacuum chamber that transmits UV light is used, the film 34 that seals the walls and the communication holes 33 can be cured in a state where the pressure is reduced to a vacuum. Thereby, the space 15 can be made high vacuum. Further, as a post-processing, the gas barrier film 35 is formed outside the wall 30 and the sealing film 34 by the mold resin, thereby improving the adhesion and preventing the gas from passing through the wall 30 and entering the space 15. are doing.

【0064】ガスバリア膜としては、緻密な薄膜を成形
できる、酸化シリコン、酸化アルミニウムなどの金属酸
化物、窒化シリコンなどの金属窒化物、アルミニウムな
どの金属を用いることが望ましい。これらにより、50
から5000オングストローム、すなわち、5から50
0nmの膜厚のガスバリア膜を成膜することによりガス
透過率を大幅に改善できる。
As the gas barrier film, it is desirable to use a metal oxide such as silicon oxide and aluminum oxide, a metal nitride such as silicon nitride, and a metal such as aluminum, which can form a dense thin film. By these, 50
To 5000 angstroms, or 5 to 50
By forming a gas barrier film having a thickness of 0 nm, gas permeability can be significantly improved.

【0065】さらに、成膜に際しては、真空蒸着法を用
いることができるが、イオンアシスト蒸着法、イオンプ
レーティング蒸着法、酸化反応蒸着法などの蒸着法を素
材に合わせて採用することにより、緻密でガスバリア効
果の高い薄膜を成形することができる。金属製又はその
他の導電性のガスバリア膜を形成する場合は、周囲に配
置されている電極との干渉を避けるように蒸着すること
が要求される。
Further, when forming a film, a vacuum evaporation method can be used. However, by adopting an evaporation method such as an ion-assisted evaporation method, an ion plating evaporation method, or an oxidation reaction evaporation method in accordance with the material, a dense film is formed. Thus, a thin film having a high gas barrier effect can be formed. In the case of forming a metal or other conductive gas barrier film, it is required to perform vapor deposition so as to avoid interference with surrounding electrodes.

【0066】このようにして、スイッチング素子が並ん
だ空間15を減圧処理した光スイッチングユニット54
を、図21に示すように、光ガイド1の本体となる光導
入プリズム61に取り付けることにより、導入された光
をスイッチングすることができる光スイッチングユニッ
ト55を組み立てることができる。
In this manner, the optical switching unit 54 which performs the decompression processing on the space 15 in which the switching elements are arranged
As shown in FIG. 21, as shown in FIG. 21, the optical switching unit 55 capable of switching the introduced light can be assembled by attaching the light guiding prism 61 serving as the main body of the light guide 1.

【0067】これらの実施の形態で示した光スイッチン
グユニットは、光スイッチング素子が並んだ空間15が
外界に対し封止されており、その内部を減圧することが
できる。したがって、空気抵抗を少なくすることがで
き、シミュレーションでは動作速度を4倍以上まで高速
化できる。さらに、水分による吸着効果もなくなるの
で、実際に高速化に寄与する率はいっそう高いと考えら
れる。
In the optical switching unit shown in these embodiments, the space 15 in which the optical switching elements are arranged is sealed from the outside, and the inside can be decompressed. Therefore, the air resistance can be reduced, and the operation speed can be increased to four times or more in the simulation. Furthermore, since the effect of adsorption by moisture is also eliminated, the rate of actually contributing to speeding up is considered to be higher.

【0068】そして、光スイッチング素子の光学素子を
駆動する際の気体による抵抗力が減少し、また、水分な
どによるスイッチングに対処するためのパワーが不要に
なる。さらに、電極間の接触を防止するために絶縁層を
設けると僅かではあるが電荷が溜まり、その電荷によっ
て静電吸着を起すが、上述したようにギャップを精度良
く管理することにより光ガイドをストッパとして利用し
て絶縁層も省くことができる。したがって、本発明の光
スイッチングユニットにおいてはこれらの要因によりア
クチュエータを駆動するのに必要とする電力も下げるこ
とが可能となり、消費電力が少なく、高速で動作する光
スイッチングユニットを提供することができる。
Then, the resistance due to gas when driving the optical element of the optical switching element is reduced, and power for coping with switching due to moisture or the like becomes unnecessary. Further, if an insulating layer is provided to prevent contact between the electrodes, a small amount of electric charge accumulates, and the electric charge causes electrostatic attraction. However, as described above, the gap is precisely controlled to stop the light guide. The insulating layer can be omitted. Therefore, in the optical switching unit of the present invention, it is possible to reduce the power required to drive the actuator due to these factors, and to provide an optical switching unit that consumes less power and operates at high speed.

【0069】空間15を減圧することにより、さらに、
プリズムの反射面4aに金属膜を用いている場合は、減
圧することにより、酸化を防止でき、それによる反射率
が低下することも防止できる。また、酸素を介在とした
光との相互作用により、光学素子を構成する樹脂が劣化
することも防止できる。このため、本発明の光スイッチ
ングユニットにおいては、光学特性も良好のまま保持す
ることができ、耐久性および信頼性を大幅に向上でき
る。
By reducing the pressure in the space 15,
When a metal film is used for the reflection surface 4a of the prism, oxidation can be prevented by reducing the pressure, and the reflectance can be prevented from lowering. Further, it is possible to prevent the resin constituting the optical element from deteriorating due to the interaction with light through oxygen. For this reason, in the optical switching unit of the present invention, the optical characteristics can be kept good, and the durability and reliability can be greatly improved.

【0070】なお、上記では、アクチュエータ6として
上下の電極7および8に加え、中間電極51を備えた光
スイッチング素子および光スイッチングユニットに基づ
き本発明を説明しているが、上下電極でアクチュエータ
を構成する光スイッチング素子および光スイッチングユ
ニットであっても良いことはもちろんである。さらに、
静電式のアクチュエータに変わり、ピエゾ素子などの他
の形式のアクチュエータを用いた装置にも本発明を提供
することができる。また、上記の実施の形態のいくかで
は、壁30の上面31が反射性であることを記載してい
ないが、先に説明したように、上面には反射膜を形成す
ることにより光の有効利用が図れ、また、画像形成する
場合はコントラストを上げることができる。
In the above description, the present invention has been described based on an optical switching element and an optical switching unit having an intermediate electrode 51 in addition to the upper and lower electrodes 7 and 8 as the actuator 6, but the actuator is constituted by the upper and lower electrodes. It is needless to say that the optical switching element and the optical switching unit may be used. further,
Instead of an electrostatic actuator, the present invention can be provided to an apparatus using another type of actuator such as a piezo element. In some of the above embodiments, it is not described that the upper surface 31 of the wall 30 is reflective. However, as described above, by forming a reflective film on the upper surface, light can be effectively emitted. It can be used, and the contrast can be increased when forming an image.

【0071】そして、これらの本発明に係る光スイッチ
ングユニット55は、いずれも、図1に示した画像表示
装置80にライトバルブとして適用可能なものであり、
光源81より出射した光はレンズなどにより色フィルタ
82に集光させ、コリメートレンズなどを経てより平行
光となり、光導入プリズムとしての機能を備えた光ガイ
ド1に入射する。光ガイド1に入射した光は、全反射面
1aに取り付けたられた上述した能動型の光スイッチン
グデバイス50に入射し、それらにアレイ状に配列され
た光スイッチング素子10あるいは光学素子3により画
素表示をするために選択的にスイッチングされ出射され
る。画像情報を持った光85は投射レンズ86によって
スクリーン89に投影され、動画等を表示する。このよ
うに、構造が複雑でなく、工程も少ない能動型の光学素
子およびそれを備えた光スイッチングユニット55を実
現できるため、画像表示装置に要求される、信頼性、耐
久性が非常に良い画像表示装置を提供できる。また、導
入プリズム、投射レンズ等が小さくできる為、軽量で、
省電力な画像表示装置を実現できる。
Each of these optical switching units 55 according to the present invention is applicable as a light valve to the image display device 80 shown in FIG.
The light emitted from the light source 81 is condensed on a color filter 82 by a lens or the like, becomes more parallel light through a collimator lens or the like, and enters the light guide 1 having a function as a light introducing prism. The light incident on the light guide 1 is incident on the above-mentioned active optical switching device 50 attached to the total reflection surface 1a, and the optical switching device 10 or the optical element 3 arranged in the array forms a pixel display. Is selectively switched and emitted. Light 85 having image information is projected on a screen 89 by a projection lens 86 to display a moving image or the like. As described above, since an active optical element having a simple structure and a small number of steps and the optical switching unit 55 including the active element can be realized, an image with very high reliability and durability required for an image display device is obtained. A display device can be provided. In addition, because the introduction prism, projection lens, etc. can be made smaller,
A power-saving image display device can be realized.

【0072】さらに、本発明に係る光スイッチングユニ
ットは、光をデジタル的に高速でオンオフできるもので
あり、画像表示装置に限らず、光コンピュータ、光プリ
ンタなどの現在開発が進んでおり、今後実用化が望まれ
る光を媒体として装置に対し適用できるものである。
Further, the optical switching unit according to the present invention is capable of turning light on and off digitally at high speed, and is being developed not only for image display devices but also for optical computers and optical printers. The present invention can be applied to a device using light whose conversion is desired as a medium.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
スイッチング素子の光学素子が動く1ミクロン以下の間
隔を非常に精度良く実現でき、しかも、精度の良い間隔
を確保する為の段差あるいは壁を容易に作ることができ
る。したがって、光学素子を駆動するアクチュエータの
駆動電圧のばらつきが抑えられ、しかも、間隔を狭く出
来る為、低い電圧での駆動も可能となり、省電力な能動
型の光スイッチングユニットを提供できる。
As described above, according to the present invention, an interval of 1 micron or less, at which the optical element of the optical switching element moves, can be realized with very high accuracy, and a step or a gap for ensuring an accurate interval. Walls can be easily made. Therefore, variation in the drive voltage of the actuator that drives the optical element can be suppressed, and the interval can be narrowed, so that driving at a low voltage is also possible, and a power-saving active optical switching unit can be provided.

【0074】このような、非常に精度の高い壁は、樹脂
転写技術によりマイクロ光学素子を製作する工程と同じ
工程で同時に出来る。したがって、非常に安価で省エネ
ルギーの製作工程が実現できた。
Such a highly accurate wall can be formed at the same time as the step of manufacturing the micro optical element by the resin transfer technique. Therefore, a very inexpensive and energy-saving manufacturing process was realized.

【0075】そして、壁を用いて、光スイッチング素子
が並んだ空間を光ガイドおよび基板との間を精度良く維
持できると共に、壁によりこの空間を封止できる。した
がって、本発明においては、光学素子およびアクチュエ
ータを備えた光スイッチング素子の信頼性を高めると同
時に、この空間を減圧状態に保つことにより光スイッチ
ング速度を上げることもできる。
By using the wall, the space where the optical switching elements are arranged can be accurately maintained between the light guide and the substrate, and this space can be sealed by the wall. Therefore, in the present invention, the reliability of the optical switching element including the optical element and the actuator can be improved, and at the same time, the optical switching speed can be increased by keeping the space under reduced pressure.

【0076】また、光スイッチング素子が並んだ領域を
封止して減圧することにより、水分によるスティンキン
グ、プリズムの反射面を構成する金属膜の劣化、酸化に
よる光学素子などの材料劣化なども防止することができ
る。
Further, by sealing the area where the optical switching elements are arranged and reducing the pressure, it is possible to prevent stinking due to moisture, deterioration of the metal film forming the reflection surface of the prism, and deterioration of the material of the optical elements due to oxidation. can do.

【0077】従って、本発明の光スイッチングユニット
により、高速で、コントラストが高く、信頼性および耐
久性が高く、さらに、高諧調表示が可能なデジタル光変
調装置を提供できる。このため、本発明の光スイッチン
グユニットをライトバルブとして用いることにより、信
頼性および耐久性が非常に良い画像表示装置が実現で
き、軽量で、省電力な画像表示装置が実現できる。
Therefore, with the optical switching unit of the present invention, it is possible to provide a digital light modulator capable of high-speed, high-contrast, high-reliability and durability, and capable of high-gradation display. For this reason, by using the optical switching unit of the present invention as a light valve, an image display device with extremely high reliability and durability can be realized, and a light-weight and power-saving image display device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】エバネセント光を利用した画像表示デバイスを
用いたプロジェクタの概要示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a projector using an image display device using evanescent light.

【図2】エバネセント光を利用した画像表示デバイス
(光スイッチングデバイス)の概要を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an outline of an image display device (optical switching device) using evanescent light.

【図3】エバネセント光を利用した光スイッチングデバ
イスの異なる例を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating another example of an optical switching device using evanescent light.

【図4】本発明の第1の実施の形態に係る光スイッチン
グユニットの概要を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an outline of an optical switching unit according to the first embodiment of the present invention.

【図5】図4に示す光スイッチングユニットの断面図で
ある。
FIG. 5 is a sectional view of the optical switching unit shown in FIG.

【図6】応答速度と空気圧力との関係をシミュレーショ
ンした結果を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing a result of simulating a relationship between a response speed and an air pressure.

【図7】図4に示す光スイッチングユニットの製造方法
の一例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of a method of manufacturing the optical switching unit illustrated in FIG.

【図8】上記と異なる光スイッチングユニットの一例を
示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing an example of an optical switching unit different from the above.

【図9】上記とさらに異なる光スイッチングユニットの
一例を示す図である。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an optical switching unit that is further different from the above.

【図10】本発明の第2の実施の形態に係る光スイッチ
ングユニットの概略を示す図である。
FIG. 10 is a diagram schematically illustrating an optical switching unit according to a second embodiment of the present invention.

【図11】図10に示す光スイッチングユニットの断面
図である。
11 is a sectional view of the optical switching unit shown in FIG.

【図12】本発明の第3の実施の形態に係る光スイッチ
ングユニットの概略を示す図である。
FIG. 12 is a diagram schematically illustrating an optical switching unit according to a third embodiment of the present invention.

【図13】図12に示す光スイッチングユニットの断面
図である。
FIG. 13 is a sectional view of the optical switching unit shown in FIG.

【図14】図12に示す光スイッチングユニットで減圧
する様子を示す図である。
FIG. 14 is a diagram showing a state where the pressure is reduced by the optical switching unit shown in FIG. 12;

【図15】図12に示す光スイッチングユニットで連通
孔を封止する様子を示す図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a state in which a communication hole is sealed by the optical switching unit illustrated in FIG. 12;

【図16】上記と異なる封止膜の構成を示す図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of a sealing film different from the above.

【図17】図16の断面図である。FIG. 17 is a sectional view of FIG. 16;

【図18】本発明の第4の実施の形態に係る光スイッチ
ングユニットの概略を示す図である。
FIG. 18 is a diagram schematically illustrating an optical switching unit according to a fourth embodiment of the present invention.

【図19】図18に示す光スイッチングユニットの断面
図であり、モールド樹脂により壁を形成した状態を示す
図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view of the optical switching unit shown in FIG. 18, showing a state where a wall is formed by a mold resin.

【図20】図18に示す光スイッチングユニットの断面
図であり、ガスバリア膜を形成した状態を示す図であ
る。
20 is a cross-sectional view of the optical switching unit shown in FIG. 18, showing a state where a gas barrier film is formed.

【図21】光導入プリズムを重ねた状態を示す断面図で
ある。
FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state where light introducing prisms are superimposed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 導光板(光ガイド) 1a 全反射面 2 照明(入射)光 2a 出射光 3 光学素子 3a 抽出面 4 マイクロプリズム 5 V型のサポート構造 6 アクチュエータ 7 上電極およびばね構造 8 下電極 9 アンカー 10 光スイッチング素子 11 ポスト(支柱) 15 光スイッチング素子が並んだ空間 17 全反射面と抽出面とのギャップ 20 半導体基板 30 壁 31 壁の上面 32 反射膜 33 壁の貫通孔(窪みまたは連絡孔) 34 封止膜 35 ガスバリア 36 モールド樹脂の外面 39 モールド樹脂 50 光スイッチングデバイス(画像表示デバイス) 51 中間電極 54 封止プリズムを採用した光スイッチングユニッ
ト 55 光スイッチングユニット(画像表示ユニット) 60 平板状のカバーガラス(封止プリズム、封止
板) 61 光ガイドの光導入プリズム(台形プリズム) 70 ボンディングパット(接続用の電極) 80 プロジェクタ
Reference Signs List 1 light guide plate (light guide) 1a total reflection surface 2 illumination (incident) light 2a emission light 3 optical element 3a extraction surface 4 microprism 5 V-type support structure 6 actuator 7 upper electrode and spring structure 8 lower electrode 9 anchor 10 light Switching element 11 Post (post) 15 Space in which optical switching elements are arranged 17 Gap between total reflection surface and extraction surface 20 Semiconductor substrate 30 Wall 31 Upper surface of wall 32 Reflection film 33 Through hole (dent or communication hole) in wall 34 Sealing Stop film 35 Gas barrier 36 Outer surface of mold resin 39 Mold resin 50 Optical switching device (image display device) 51 Intermediate electrode 54 Optical switching unit employing sealing prism 55 Optical switching unit (image display unit) 60 Flat cover glass ( (Sealing prism, sealing plate) 61 Of the light introducing prism (trapezoidal prism) 70 bonding pad (electrode for connection) 80 projector

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と、この基板上に配置された少なく
とも1つの駆動用のアクチュエータと、このアクチュエ
ータにより駆動される光学素子と、 入射した光を伝達する全反射面を備えた光ガイドとを有
し、この光ガイドの前記全反射面に対し、前記アクチュ
エータにより前記光学素子がエバネセント光を抽出する
位置および抽出しない位置に駆動される光スイッチング
ユニットであって、 前記アクチュエータおよび光学素子を囲むように配置さ
れた壁をさらに有し、この壁、前記基板および光ガイド
により前記アクチュエータおよび光学素子を封止した光
スイッチングユニット。
1. A substrate, at least one driving actuator disposed on the substrate, an optical element driven by the actuator, and a light guide having a total reflection surface for transmitting incident light. An optical switching unit driven by the actuator to a position where evanescent light is extracted and a position where evanescent light is not extracted with respect to the total reflection surface of the light guide, wherein the actuator surrounds the actuator and the optical element. An optical switching unit further comprising a wall disposed on the actuator, wherein the wall, the substrate, and the light guide seal the actuator and the optical element.
【請求項2】 請求項1において、前記壁が前記光ガイ
ドと接触する面に反射膜が形成されている光スイッチン
グユニット。
2. The optical switching unit according to claim 1, wherein a reflection film is formed on a surface where the wall contacts the light guide.
【請求項3】 請求項1において、前記光ガイドの前記
壁と接する領域と、前記全反射面との間に段差がある光
スイッチングユニット。
3. The optical switching unit according to claim 1, wherein a step is formed between a region of the light guide contacting the wall and the total reflection surface.
【請求項4】 請求項1において、前記壁により封止さ
れた空間内に少なくとも1つの突起を有し、この突起が
前記光ガイドおよび基板の両方に接している光スイッチ
ングユニット。
4. The optical switching unit according to claim 1, further comprising at least one projection in a space sealed by the wall, wherein the projection is in contact with both the light guide and the substrate.
【請求項5】 請求項1において、前記壁を貫通して、
当該壁により封止された空間と外側を連絡する連通部を
有し、この連通部が塞がれている光スイッチングユニッ
ト。
5. The method of claim 1, wherein
An optical switching unit that has a communication part that communicates the outside with the space sealed by the wall, and the communication part is closed.
【請求項6】 請求項1において、前記光ガイドは、光
を入射する部分を備えた本体と分離された平板状のカバ
ー部材である光スイッチングユニット。
6. The optical switching unit according to claim 1, wherein the light guide is a flat plate-shaped cover member separated from a main body having a portion through which light is incident.
【請求項7】 請求項6において、前記カバー部材は厚
みが3mm以上である光スイッチングユニット。
7. The optical switching unit according to claim 6, wherein the cover member has a thickness of 3 mm or more.
【請求項8】 請求項1において、前記壁の外側を樹脂
モールドした光スイッチングユニット。
8. The optical switching unit according to claim 1, wherein the outside of the wall is resin-molded.
【請求項9】 請求項1において、前記壁が樹脂モール
ドである光スイッチングユニット。
9. The optical switching unit according to claim 1, wherein the wall is a resin mold.
【請求項10】 請求項9において、前記壁を形成する
樹脂モールドは、仮止め部分と、前記壁を成形する部分
の2段階に形成されている光スイッチングユニット。
10. The optical switching unit according to claim 9, wherein the resin mold forming the wall is formed in two stages: a temporary fixing portion and a portion forming the wall.
【請求項11】 請求項8または9において、前記樹脂
モールドの外面はテーパ状になっている光スイッチング
ユニット。
11. The optical switching unit according to claim 8, wherein an outer surface of the resin mold is tapered.
【請求項12】 請求項8または9において、前記樹脂
モールドの外面に、金属酸化膜、金属窒化膜または金属
膜が形成されている光スイッチングユニット。
12. The optical switching unit according to claim 8, wherein a metal oxide film, a metal nitride film, or a metal film is formed on an outer surface of the resin mold.
【請求項13】 請求項1において、前記壁、基板およ
び光ガイドにより封止された空間が減圧されている光ス
イッチングユニット。
13. The optical switching unit according to claim 1, wherein a space sealed by the wall, the substrate, and the light guide is reduced in pressure.
【請求項14】 請求項13において、前記封止された
空間には減圧された不活性ガスあるいは空気が存在して
いる光スイッチングユニット。
14. The optical switching unit according to claim 13, wherein a reduced pressure inert gas or air is present in the sealed space.
【請求項15】 請求項1ないし14のいずれかにおい
て、前記アクチュエータおよび光学素子がアレイ状に配
置されている光スイッチングユニット。
15. The optical switching unit according to claim 1, wherein the actuator and the optical elements are arranged in an array.
【請求項16】 請求項15に記載の光スイッチングユ
ニットと、この光スイッチングユニットに対し表示用の
光を入出力する手段とを有する画像表示装置。
16. An image display device comprising: the optical switching unit according to claim 15; and means for inputting and outputting display light to and from the optical switching unit.
【請求項17】 基板と、この基板上に配置された少な
くとも1つの駆動用のアクチュエータと、このアクチュ
エータにより駆動される光学素子と、 入射した光を伝達する全反射面を備えた光ガイドとを有
し、この光ガイドの前記全反射面に対し、前記アクチュ
エータにより前記光学素子がエバネセント光を抽出する
位置および抽出しない位置に駆動される光スイッチング
ユニットの製造方法であって、 前記アクチュエータおよび光学素子を取囲むように配置
された壁により、前記基板および光ガイドと共に前記ア
クチュエータおよび光学素子を封止する工程を有する光
スイッチングユニットの製造方法。
17. A substrate, at least one driving actuator disposed on the substrate, an optical element driven by the actuator, and a light guide having a total reflection surface for transmitting incident light. A method of manufacturing an optical switching unit, wherein the optical element is driven by the actuator to a position where evanescent light is extracted and a position where evanescent light is not extracted with respect to the total reflection surface of the light guide, wherein the actuator and the optical element A method for manufacturing an optical switching unit, comprising a step of sealing the actuator and the optical element together with the substrate and the light guide by a wall arranged so as to surround the optical switching unit.
【請求項18】 請求項17において、前記封止する工
程は、前記壁を貫通して、当該壁により封止された空間
と外側を連絡する連通部を設ける工程と、 前記壁、基板および光ガイドにより封止された空間を減
圧する工程と、 前記連通部を塞ぐ工程とを備えている光スイッチングユ
ニットの製造方法。
18. The method according to claim 17, wherein, in the step of sealing, a step of penetrating the wall and providing a communicating portion communicating the space sealed by the wall with the outside is provided; A method for manufacturing an optical switching unit, comprising: a step of reducing the pressure of a space sealed by a guide; and a step of closing the communication part.
【請求項19】 請求項17において、前記光ガイド
は、光を入射する部分を備えた本体と分離された平板状
のカバー部材である光スイッチングユニットの製造方
法。
19. The method for manufacturing an optical switching unit according to claim 17, wherein the light guide is a flat plate-shaped cover member separated from a main body having a portion through which light is incident.
【請求項20】 請求項17において、前記壁の外側を
樹脂モールドする工程をさらに有する光スイッチングユ
ニットの製造方法。
20. The method according to claim 17, further comprising a step of resin-molding the outside of the wall.
【請求項21】 請求項17において、樹脂モールドに
より前記壁を形成する光スイッチングユニットの製造方
法。
21. The method according to claim 17, wherein the wall is formed by a resin mold.
【請求項22】 請求項21において、前記壁を形成す
る樹脂モールドは、仮止め部分と、前記壁を成形する部
分の2段階に形成されている光スイッチングユニットの
製造方法。
22. The method for manufacturing an optical switching unit according to claim 21, wherein the resin mold forming the wall is formed in two stages: a temporary fixing portion and a portion forming the wall.
【請求項23】 請求項21または22において、前記
樹脂モールドの外面をテーパ状にすることを特徴とする
光スイッチングユニットの製造方法。
23. The method according to claim 21, wherein an outer surface of the resin mold is tapered.
【請求項24】 請求項21ないし23のいずれかにお
いて、前記樹脂モールドの外面に、金属酸化膜、金属窒
化膜または金属膜を形成する工程をさらに有する光スイ
ッチングユニットの製造方法。
24. The method of manufacturing an optical switching unit according to claim 21, further comprising a step of forming a metal oxide film, a metal nitride film, or a metal film on an outer surface of the resin mold.
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