JP2004219843A

JP2004219843A - 光変調器、表示装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2004219843A
Application number: JP2003008766A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Makigaki; 奉宏牧垣
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2003-01-16
Publication date: 2004-08-05
Also published as: US7034981B2; US20040184134A1; CN1517743A; CN1262864C

Abstract

【課題】耐久性、発色性が良好で、かつ、簡略な工程で製造し得る光変調器、表示装置、及び、これらの製造方法を提供する。
【解決手段】静電力の付与によって揺動する可動反射膜（１０１）を有する第１の基板（１）と、第１の基板に対向して配置され、可動反射膜（１０１）に対応する位置に静電力を付与する透明電極（２０３）を形成した光を透過する第２の基板（２）と、第１の基板及び第２の基板によって画定されて可動反射膜の揺動範囲を制限する空洞部（２０４）とを備える。基板の一部によって可動反射膜を形成し、基板間の空隙によって可動反射膜の揺動範囲を決めることにより、高耐久性、高精度の光変調器が得られる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静止画や動画の表示、その他の各種表示に使用可能な光変調器に関し、特に、干渉性光変調を使用した光変調器、表示装置の改良及びこれらの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光変調器は、光学系における光の透過率、屈折率、反射率、偏向度、干渉性等の光学的パラメータを変調信号に応じて変化させて通過光に所要の光強度や色等を生ぜしめる。
【０００３】
例えば、光の干渉を利用した光変調器は、変調信号によって位置が微小変化する反射膜を使用して光経路を異にする２つの光波を重畳し、両波の干渉を利用して光の強度や色を変化させている。このような干渉型の光変調器では、反射膜を微小距離離間した２つの位置間で正確に揺動させる機構が必要となる。
【０００４】
例えば、特許文献１によって記載されている光変調器は、半導体プロセス技術を用いて基板上への成膜、パターニング等の工程を繰り返して、基板に反射膜、誘導吸収体等を形成し、反射膜が離間位置と誘導吸収体密着位置とに変化する構造を得ている。
【０００５】
【特許文献１】
特表２０００−５００２４５号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、干渉型光変調器の製造工程は、一の基板上で各種機能膜の成膜、エッチバック、パターニング等を繰り返すので製造工程が複雑となって製造時間も掛かり、製造コストが高くなる。また、反射膜の揺動可能回数が実質的に光変調器の寿命を決定するので、より信頼性の高い反射膜を形成することが望ましい。
【０００６】
よって、本発明は、製造工程がより簡単な光変調器を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は、より信頼性の高い反射膜を備える光変調器を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、反射膜の揺動範囲を正確に定めることを可能とする光変調器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明の光変調器は、静電力の付与により揺動する可動反射膜を有する第１の基板と、上記第１の基板に対向して配置され、上記可動反射膜に対応する位置に上記静電力を付与する透明電極を形成した光を透過する第２の基板と、上記第１の基板及び第２の基板によって画定されて上記可動反射膜の揺動範囲を制限する空洞部と、を備える。
【００１０】
かかる構成によれば、第１の基板と第２の基板によって可動反射膜の揺動範囲を制限する空洞部を形成するので、精度良く空洞部を画定することができ、可動反射膜の揺動位置（範囲）を正確に設定して色発現を改善することが可能となる。また、基板の一部で可動反射膜を形成すると、成膜によって可動反射膜を形成した場合よりも耐久性のある反射膜を得ることが可能となり、より信頼性の高い反射膜を有する光変調器の提供が可能となる。
【００１１】
上記可動反射膜の揺動範囲を制限する空洞部は、上記第２の基板に設けられた凹部又は溝部と上記第１の基板の平坦な面とで構成され、上記第２の基板の上記凹部又は溝部の開口部に対応する上記第１の基板の部位に上記可動反射膜が形成されていてもよい。
【００１２】
また、上記可動反射膜の揺動範囲を制限する空洞部は、上記第１の基板に設けられた凹部又は溝部と上記第２の基板上の平坦な面とで構成され、上記第１の基板の上記凹部又は溝部の面に上記可動反射膜が形成されていてもよい。
【００１３】
さらに、上記可動反射膜の揺動範囲を制限する空洞部は、上記第１の基板に設けられた凹部又は溝部と上記第２の基板に設けられた凹部又は溝部により構成され、上記第１の基板の上記凹部内の面が可動反射膜であってもよい。
【００１４】
また、本発明の光変調器は、底面に静電力によって揺動する可動反射膜を形成した１又は複数の第１の溝を一方の面に有する第１の基板と、上記第１の基板に対向して配置されて、該対向面に前記第１の溝と略直交する方向に延在し、底面に透明電極が形成された１又は複数の第２の溝を有する透光性の第２の基板とを備えている。
【００１５】
かかる構成によれば、第１の基板と第２の基板に形成された溝によって可動反射膜の揺動範囲を制限する空洞部を形成するので、精度良く空洞部を画定することができ、可動反射膜の揺動位置を正確に設定して色発現を改善することが可能となる。また、さらに、複数の第１の溝と第２溝を設けることで第１の溝と第２の溝が交差する各交点に画素を形成することとができるため、色の発現が改善された複数の画素を簡易な方法で同時に形成することが可能となる。
【００１６】
上述した可動反射膜は、導電体膜、不純物がドープされた半導体膜及び誘電体膜のいずれか若しくはこれらを組み合わせた積層膜によって形成されていてもよい。それにより所要の特性の可動反射膜を得ることが可能となる。
【００１７】
上述した第１の基板は半導体基板によって形成することができる。また、上述した可動反射膜をこの半導体基板の一部を使用して形成することが可能である。半導体基板を用いることにより、半導体製造プロセスを使用でき、また、加工容易性、耐久性を向上させることが可能となる。特に、単結晶シリコン基板を使用した場合には、高品質の可動反射膜が得られ、長寿命の変調器を構成することが可能となって具合がよい。
【００１８】
上記第１の基板を一方の極性の半導体基板によって形成し、上記可動反射膜を他方の極性の半導体膜によって形成することが可能である。
【００１９】
上記構成によれば、第１の基板と可動反射膜との間でＰＮ接合を形成することができるので、基板と可動反射膜を絶縁することができる。これにより、可動反射膜に電圧を印加した場合にも、可動反射膜以外の部分へ影響を与えることなく、複数の可動反射膜を独立に駆動することが可能となる。
【００２０】
上記第１の基板と前記第２の基板は陽極接合されていることが好ましい。それにより、接着剤等を用いずに接合することができる。接着層の厚みによる空洞部の高さの変動を考慮しなくてもよいので、空洞部の高さをより精度良く調整することが可能となる利点がある。
【００２１】
上記第２の基板は、例えばホウ珪酸ガラスであることが好ましい。ホウ珪酸ガラスは、アルカリイオンを多く含み、陽極接合に好適であるだけでなく、熱膨張係数がシリコン基板とほぼ一致するため、基板の接合面における歪みが少なく、確実に接合させることが可能となる。
【００２２】
上記透明電極の上面に、光吸収体が形成されていることが好ましい。光吸収体に可動反射膜が密着すると、第１の基板を通り入射する光及び可動反射膜から反射する光のうち、光吸収体特有の波長の光が吸収・減衰され、これにより低輝度状態を形成するとともに、色調を調整することが可能となる。
【００２３】
本発明の表示装置は、上記光変調器を表示部として含んで形成されることを特徴としている。本発明の表示装置は、上記光変調器を表示部に含んで形成されているので、より高品質な画像を提供することができる。また、製品寿命が向上する。
【００２４】
本発明の光変調器の製造方法は、静電力の付与によって揺動する可動反射膜を有する第１の基板を形成する第１の基板形成工程と、上記静電力を付与するための透明電極を含む第２の基板を形成する第２の基板形成工程と、上記可動反射膜と上記透明電極とが互いに対向するように相互の位置を合わせて上記第１及び第２の基板を接合する接合工程と、を備えている。
【００２５】
このように、可動反射膜を有する第１の基板と、透明電極を含む第２の基板を別工程で並行して作製することができるので、製作時間を短縮することが可能となる。また、成膜によらず可動反射膜を作成できるので、簡略な加工工程により光変調装置を製造することが可能となる。
【００２６】
また、上記第１の基板形成工程は、半導体基板の一面側の上記可動反射膜が形成されるべき領域に不純物をドープしてエッチング阻止膜を形成する工程と、上記半導体基板の他面側から上記エッチング阻止膜まで上記半導体基板のエッチングをし、あるいはパターニングを行って上記エッチング阻止膜を揺動可能として可動反射膜を形成する工程と、を含むことが好ましい。これにより、エッチング阻止膜を可動反射膜として用いることができるので、可動反射膜の厚みを精度よく調整することができ、簡易な方法で製造が可能となる。また、不純物を適宜選択することにより、可動反射膜と第１の基板との間でＰＮ接合を形成して電気的に絶縁することができるので、第１の基板上に複数の可動反射膜が形成されている場合においても、互いに影響を及ぼすことなく、各々独立に駆動することが可能な光変調器を製造し得る。
【００２７】
更に、上記エッチング阻止膜に絶縁膜を形成する工程を含んでもよい。それにより、可動反射膜が駆動電極としての透明電極膜あるいは光吸収体に接触しても短絡が発生することを防止し得る。
【００２８】
上記第２の基板の形成工程は、透明基板を上記第１の基板の可動反射膜の配置に対応してパターニングして凹部又は溝部を形成する工程と、上記透明基板の凹部又は溝部内に透明電極膜を形成する工程と、上記透明基板の凹部又は溝部内の透明電極膜上に、入射する光を一定の条件下で吸収するための吸収体膜を形成する工程と、を含むことが好ましい。色の発現の精度を決定する空洞部を、凹部又は溝部により形成するので、成膜により形成する場合よりも、形成精度が高く、より一層、色発現を改善できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施形態における光変調器を説明するための説明図である。具体的には、図１（ａ）は、本実施形態における光変調器の構造及び動作機構を説明するための断面図であり、同図（ｂ）及び（ｃ）は、光変調器の他の実施形態を例示するための断面図である。
【００３０】
まず、本実施形態における光変調器の構造及び動作機構について、図１（ａ）を参照しながら説明する。
【００３１】
同図に示すように、光変調器は、第１の基板１と第２の基板２とを接合して形成されており、第１の基板１と第２の基板２により画定される空洞部２０４を有している。この空洞部２０４内には透明電極２０３及び光吸収体２０５が形成される。
【００３２】
第１の基板１は、例えば、半導体基板、より具体的には、Ｎ型シリコン基板により形成され、この基板の一方の面には凹部又は溝部が形成される。当該凹部又は溝部の底面は、静電力の付与によって揺動する可動反射膜１０１となっている。なお、第１の基板は、例えばＮ型シリコン以外の他の半導体基板等によって形成することもできる。シリコン基板を用いる場合には、例えば結晶方位が（１１０）又は（１００）等のものを用いることができ、特に、成形精度の観点からは、（１１０）のものが使用し易い。特に、光変調器を画像表示装置に用いる場合には、成形精度が向上し得るので、画素密度を上げることが可能となる。
【００３３】
可動反射膜１０１は、例えばＰ型不純物がドープされたシリコン膜等の半導体膜１０１ａと、誘電体膜１０１ｂを積層して構成されている。誘電体膜としては、例えばＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４等を使用可能である。誘電体膜１０１ｂをシリコン膜１０１ａ上に設けることで、電気的絶縁を確保してシリコン膜１０１ａと透明電極２０３間等の絶縁破壊或いはショートを防止する。また、誘電体膜１０１ｂ上に、さらに、反射率を向上させるために、例えばＡｇ，Ａｕ，又はＰｔ等の金属等を用いた導電体膜が形成されていてもよい。なお、可動反射膜１０１は、第２の基板上の透明電極２０３あるいは光吸収体２０５と頻繁に接触するものであり機械的動作を行うので、上記膜は、反射率を向上し得るのみでなく、耐久性の高いことも必要である。このような観点からは、単結晶基板、例えばシリコン単結晶基板が好ましい。なお、可動反射膜１０１の構成は、上記構成に限定されるものではない。例えば導電体膜（金属膜）、不純物がドープされた半導体膜及び誘電体膜のいずれか若しくはこれらを組合わせた積層膜によって形成されていてもよい。
【００３４】
本実施形態においては、上記のように第１の基板１はＮ型シリコンから形成されており、シリコン膜１０１ａにはＰ型不純物がドープされているので、両者間にはＰＮ接合が形成されることになる。したがって、シリコン膜１０１ａに電圧をかけた場合に、ＰＮ接合に対して逆バイアスとなるようにすれば、シリコン膜１０１ａ以外への電流のリークを最小限に抑えることが可能となる。なお、本実施形態では、Ｎ型シリコン基板（半導体基板）からなる第１の基板に、Ｐ型不純物がドープされたシリコン膜が設けられているが、Ｐ型シリコン基板からなる第１の基板に、Ｎ型不純物がドープされたシリコン膜（半導体膜）が設けられたものであってもよい。
【００３５】
第２の基板２は、光を透過する透光性材料で形成されている。このような材料としては、例えば、ガラス、プラスチック等の略透明な部材を用いることができる。第２の基板２には、可動反射膜１０１に対応する位置に凹部又は溝部が形成されており、当該凹部又は溝部の内側の可動反射膜１０１に対向する位置に、空洞部２０４による隙間を隔てて、透明電極２０３を下層とし、光吸収体２０５をその上層とする二層膜が形成されている。透明電極２０３としては、例えば、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜等を用いることができる。光吸収体２０５は、可動反射膜１０１が密着した場合に反射率を低くし、或いは、光吸収体特有の波長の光を吸収し減衰させる。このような光吸収体２０５は、例えば、タングステン等の金属膜、半導体膜、あるいはこれ等を組合わせた積層膜を含んで形成される。また、光吸収体２０５は、例えば可動反射膜１０１と透明電極２０３との屈折率の差を調整し得るような膜をさらに含んで形成されていてもよい。
【００３６】
次に、上述した光変調器の動作機構について説明する。
【００３７】
透明電極２０３と可動反射膜１０１の間に電圧を印加したり、解除（非印加）したりすることにより、可動反射膜１０１は、空洞部の隙間（揺動範囲）を揺動することが可能となる。すなわち、透明電極２０３と可動反射膜１０１に電位差を与えることにより、可動反射膜１０１は、透明電極（対向電極）２０３に静電力により引き寄せられて、対向電極２０３と当接し、電位差を解除すると、対向電極２０３と当接していた可動反射膜１０１は、その復元力により元の位置に戻ることになる。
【００３８】
ところで、この種の光変調器では、可動反射膜１０１と対向電極２０３は、電位差を付与し解除する度に、当接を繰り返すことになるため、可動反射膜と電極が付着して離れにくくなることが考えられる。しかし、本発明によれば、可動反射膜の周囲は基板に支えられた構造を有しており、基板の固定力を利用して、元の位置に戻ることができる。したがって、可動反射膜の信頼性がより高く、長期使用にも耐え得る。
【００３９】
図１（ａ）中、画素（素子）Ｐ_１、Ｐ_２は、各々電圧非印加時と電圧印加時の可動反射膜１０１の位置を示している。
【００４０】
同図中の画素Ｐ_１に示すように、第１の基板１に形成した可動反射膜１０１と、第２の基板２上の凹部又は溝部に形成された透明電極２０３は、空洞部２０４の隙間を介して対向している。この空洞部２０４の隙間高さを可視光波長と同程度の値になるように適切に設定すると、第２の基板２底部外側から入射した入射光３０１（例：白色光）は、第２の基板２表面で反射し、また、空洞部２０４内で反射を繰り返した後に出射する。これらの反射光が互いに干渉し合い、変調されるので、着色光３０２として外部から観察される。なお、ここで、空洞部２０４の隙間とは、静止した可動反射膜１０１と第２の基板２の凹部又は溝部に設けられた膜の最上層（本実施形態においては、光吸収体２０５）との距離を指す。したがって、具体的には、反射光を、例えば青色、緑色、赤色、及び白色光に設定したい場合には、各画素における当該距離を各々、例えば、３２５ｎｍ、４３５ｎｍ、２３０ｎｍ、及び７００ｎｍ程度に設定することにより、各々の色を発現することが可能となる。当該距離は、空洞部２０４を構成する第２の基板２に設けられた凹部又は溝部の深さと該凹部又は溝部内に設けられた透明電極２０３及び光吸収体２０５等より形成される膜の厚みにより決定される。空洞部２０４は、基板に設けられた凹部又は溝部の形状によりほぼ決定することができるので、長期使用においても、空洞部の隙間はほぼ変動することなく、また、凹部又は溝部及び透明電極等は単純な工程により精度よく形成することができるので、より精度良く所望の色を発現することが可能となる。
【００４１】
また、入射光３０１は、本発明の目的を達成し得る限り白色光に限られず、目的に応じた光源色を用いることができる。
【００４２】
次に、可動反射膜１０１と透明電極２０３の間に電圧を印加すると、同図中の画素Ｐ_２に示されるように、可動反射膜１０１は静電力により透明電極２０３に引き寄せられて当接する。この時、可動反射膜１０１と透明電極２０３間の空隙はほぼなくなり、反射光３０３の干渉状態が変わる。このため、反射光３０３は、電圧印加前と異なる色の光、例えば、入射光と異なる着色光、あるいは黒色又は白色光等として観察される。このように、可動反射膜１０１と透明電極２０３間に電位差を付与することにより、第２の基板２側に出射する光を変調することができる。
【００４３】
このように観察される光の色を決定する空洞部２０４は、第１の基板と第２の基板により画定されていればよく、上記形態に限定されない。
【００４４】
例えば、図１（ｂ）或いは（ｃ）に示したように、空洞部２０４が第１の基板１側、或いは第１の基板１と第２の基板２との間にまたがって形成されたものであってもよい。さらには、第１の基板１の両面から、凹部又は溝部を形成して、凹部又は溝部の底面に可動反射膜１０１を形成し、一方の凹部又は溝部を第２の基板２の平坦な面により塞ぐことにより、空洞部２０４が形成されていてもよい。なお、この場合、第２の基板２上の第１の基板１の凹部又は溝部に対応する位置に、透明電極２０３を下層とし、光吸収体２０５を上層とする二層膜が形成される。
【００４５】
また、図１（ｃ）に示したように、第１の基板１の両面から、凹部又は溝部を形成して、凹部又は溝部の底面に可動反射膜１０１を形成し、第２の基板２に設けられた凹部又は溝部の開口部と、第１の基板１の一方の面の凹部又は溝部の開口部が対向するような位置に、第１の基板１と第２の基板２を接合することにより、空洞部２０４が形成されていてもよい。なお、この場合、第２の基板に設けられた凹部又は溝部の底面に、透明電極２０３を下層とし、光吸収体２０５を上層とする二層膜を形成することができる。
【００４６】
なお、図１に示したように、本実施形態では、第１の基板１又は第２の基板２に形成した凹部又は溝部の形状は、断面形状が長方形状のものを例示したが、本発明の目的を達成し得る限り、凹部又は溝部の形状は特に限定するものではない。したがって、断面形状（溝部の場合、長手方向に垂直な断面形状）は、長方形状、正方形状、台形状又はＵ字状等であってもよい。しかし、可動反射膜の揺動し易さを考慮すると、断面が長方形状、正方形状、台形状になっているものが好ましい。凹部又は溝部内の側面と底面のなす角は、本発明の目的を達成し得る限り特に限定するものではないが、可動反射膜の揺動のし易さ、成形の容易性等を考慮すると、直角又は鈍角を形成していることが好ましい。また、凹部又は溝部が開放端を有していてもよい。具体的には、溝部の一端又は両端が開放端であってもよい。
【００４７】
このような光変調器の機構を利用し、光変調器を画素として用いることにより表示装置を形成し得る。すなわち、本発明の光変調器は、表示装置の一画素或いは複数画素として機能するものであってもよい。また、上記実施の形態においては、一画素に対応する光変調器について例示したが、複数画素に対応するものであってもよい。具体的には、底面に静電力によって揺動する可動反射膜を形成した１又は複数の第１の溝を一方の面に有する第１の基板と、前記第１の基板に対向して配置されて、該対向面に前記第１の溝と略直交する方向に延在し、底面に透明電極が形成された１又は複数の第２の溝を有する透光性の基板と、を含む光変調器を構成することができる。このように、第１の基板と第２の基板が複数の第１の溝と複数の第２の溝を有することで、各交点を画素として機能し得るので、簡単な構造で精度の良い光変調可能な複数の画素（表示画面）を提供し得る。
【００４８】
次に、本発明に係る表示装置について図２及び図３を参照して説明する。
【００４９】
図２は、複数の溝を有する光変調器によって形成された本発明の表示装置を説明するための斜視図である。
【００５０】
同図に示すように、本実施形態の表示装置は、例えば、Ｎ型シリコン単結晶基板からなる第１の基板１と透光性の部材（例えばガラス等）からなる第２の基板２とを備えている。基板１には、その一方の面に、底面に静電力によって揺動する可動反射膜１０１を形成した複数の第１の溝１０２が設けられており、また、第２の基板２には、基板１に対向して配置されて、該対向面に溝１０２と略直交する方向に延在するように、複数の第２の溝２０２が設けられており、溝２０２の底面には透明電極２０３及び光吸収体２０５（図３参照）が形成されている。
【００５１】
複数の溝１０２と複数の溝２０２の各交点は、各々画素として機能する。透明電極２０３は、第２の基板２の端部において外部接続用の配線端子２０１となっている。これらの画素を各々駆動することで、画像或いは文字等を表示することが可能となる。
【００５２】
図３（ａ）は、図２のＸ−Ｘ方向における断面図を示す。Ｎ型シリコン単結晶からなる第１の基板１に形成された溝１０２の底部には、可動反射膜１０１が設けられている。可動反射膜１０１は、不純物拡散層１０１ａと絶縁膜（誘電体膜）１０１ｂによって形成される。不純物拡散層１０１ａには、ボロン等のＰ型不純物が、隣接する溝１０２の底部の可動反射膜１０１に侵入しない程度に拡散されている。Ｐ型不純物の不純物拡散層１０１ａとそれ以外の基板部分とでＰＮ接合が形成されている。ＰＮ接合によって可動反射膜１０１に電圧を印加したときに、可動反射膜１０１から第１の基板１への電流のリークを防止できる。複数の可動反射膜１０１の電気的絶縁がなされて各々を独立に駆動することができる。また、可動反射膜１０１をパターンを適宜になすことによって、図３（ａ）に示すように、第２の基板２側に形成した接続端子部（シリコン基板側端子）１１０に接続している。
【００５３】
第１の基板１の底面は、絶縁破壊或いはショートを防止するために、絶縁膜１０１ｂにより被覆されている。このような膜１０１ｂとしては、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）を用いることができる。シリコン基板側端子１１０とＰ型不純物拡散部を接続させるため、接続部では誘電体膜１０１ｂが一部除去されている。
【００５４】
第２の基板２に形成された複数の溝２０２と対向する第１の基板１の底面との間には、空洞部２０４が形成される。溝２０２内には、透明電極２０３及び光吸収体２０５が配置されている。第１の基板１の底部と光吸収体２０５との間には所要の空隙が設置される。
【００５５】
第２の基板２の溝の深さは、可動反射膜の揺動範囲を決定するものであり、入射光が第２の基板２の溝と可動反射膜１０１で構成される空洞部内で反射し干渉して出てくる反射光が、所望の色となるように設定される。具体的には、反射光を、例えば青色、緑色、赤色、及び白色光に設定したい場合には、溝の深さをそれぞれ、例えば、３２５ｎｍ、４３５ｎｍ、２３０ｎｍ、及び７００ｎｍ程度とする。
【００５６】
図３（ｂ）に示すように、第２の基板２に設けられた溝２０２は、接続端子２０１側で、外気と遮断するために、封止材２０６により封止されている。当該封止材２０６としては、適度な弾力性と絶縁性に優れた材料を用いるのがよい。例えば、エポキシ樹脂等を用いることができる。当該溝２０２の内部には、空気、窒素等の気体が封入されていてもよい。
【００５７】
なお、上記の例においては、第１の基板１としては、Ｎ型シリコン単結晶により形成されたものを挙げたが、これに限定されない。例えば、シリコン多結晶基板等の他のシリコン基板、シリコン以外の他の半導体基板、更には絶縁基板を用いてもよい。
【００５８】
また、実施例では、第１の基板１として、Ｎ型のシリコン単結晶を用い、第１の溝底部において、Ｐ型不純物を拡散しているが、第１の基板１にＰ型シリコン単結晶を用い、第１の溝底部にＮ型不純物を拡散してもＰＮ接合を形成し得るので、同様の効果を得ることができる。
【００５９】
このように上記実施例によれば、半導体基板を用いることにより、一の基板内において可動反射膜と可動反射膜以外の領域との間でＰＮ接合を形成し得るので、可動反射膜にかけた電圧による影響が可動反射膜以外の他の領域に及ぶのを防止することができる。また、可動反射膜とそれ以外の部分を一のシリコン基板で形成することができ、比較的に簡略な工程で、導電性膜を有する可動反射膜を備えた第１の基板を製造することができる。さらに、可動反射膜と第１の基板が一体となっているので、強度的にも優れる。
【００６０】
図４は、本発明の表示装置の動作機構を説明する図である。
【００６１】
図４（ａ）は、本発明の表示装置の動作機構を説明するための断面斜視図である。同図に示すように、第１の基板１上の一の可動反射膜１０１と第２の基板２上の一の透明電極２０３の間に電圧を印加すると、電圧が印加された可動反射膜１０１と透明電極２０３の交差する位置（画素）でのみ可動反射膜１０１を透明電極２０３に当接させることができるので、特定の画素のみを独立に駆動することができる。
【００６２】
図４（ｂ）は、印加電圧と可動反射膜の変位のヒステリシスを示す図である。同図に示すように、印加電圧ＶをＶ_１からＶ_２、Ｖ_３に順次増加していくと、当接曲線Ａ−Ｂ−Ｃに示すように可動反射膜１０１は変位する。すなわち、印加電圧がＶ_２を越えて可動反射膜１０１の弾性力（復元力）よりも静電力が大きくなった時点Ｂから、可動反射膜１０１の変位も急激に大きくなる。電圧Ｖ_３で、可動反射膜１０１と透明電極２０３は完全に当接する。これに対し、印加電圧を下げていく場合には、離脱曲線Ｃ−Ｄ−Ａに示すように、当接した電極間に電荷が保持されており、電極間の距離も小さいため静電力の影響が大きく、電圧Ｖ_２を下回る当接時よりも低い電圧で電極が離れ（Ｄ地点）、離脱することになる。このように、可動反射膜１０１を離脱状態から直ちに当接状態にすることはできないが、当接状態を維持できる電圧をＶ_２と設定する。
【００６３】
図５は、本発明の表示装置の電気的等価回路図を示している。電気的観点からみた可動反射膜１０１のＰ型不純物拡散部１０１ａは、Ｎ型シリコン基板とＰ型不純物拡散部との境界にＰＮ接合を形成するため、この部分はダイオードとみなせる。したがって、同一基板内に形成されたＰ型不純物拡散部１０１ａ同士は、逆向きのダイオードを介して接続されるため、相互に絶縁された配線となる。同図中、Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３は、シリコン基板１側の端子部１１０に接続されたＰ型不純物拡散部１０１ａによる配線端子を示す。Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３はガラス基板２側の端子部２０１に接続された透明電極による配線２０３の端子を示す。また、透明電極２０３と当該透明電極２０３と交差する可動反射膜の不純物拡散部１０１ａは電気的にはコンデンサとみなせるため、同図中においては、コンデンサＣとして示される。
【００６４】
図６は、シリコン基板側端子（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）とガラス基板側端子（Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３）にかける電圧のタイミングを表すタイミングチャートを示す。同図中のＳ_１からの配線とＧ_１からの配線が交差する点に位置するコンデンサをＣ（Ｓ_１，Ｇ_１）として、Ｓ_１とＧ_１間の電位差を図６の（ｇ）に示した。Ｃ（Ｓ_２，Ｇ_２）、Ｃ（Ｓ_３，Ｇ_２）についても同様に、各々同図中の（ｈ）、（ｉ）に示した。
【００６５】
図６において、シリコン基板側端子Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３及びガラス基板側端子Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３の初期状態を、いずれもＶ_２（電位）とする。この場合には、各コンデンサの端子間電圧は０ボルトとなる。
【００６６】
図６の時刻ｔ_１においては、Ｓ_１の電位をＶ_３に上げ、Ｇ_１の電位を０Ｖに下げているので、コンデンサＣ（Ｓ_１，Ｇ_１）の電位差はＶ_３となり、可動反射膜が透明電極に当接されて駆動状態となる。なお、Ｓ_２，Ｓ_３，Ｇ_２，Ｇ_３の電位は初期状態のＶ２のままであるので、Ｃ（Ｓ_２，Ｇ_２）、Ｃ（Ｓ_３，Ｇ_２）では、電位差０Ｖのままで駆動されない（非駆動状態）。
【００６７】
時刻ｔ_２においては、Ｓ_２の電位をＶ_３に上げ、Ｇ_２の電位を０Ｖに下げているので、Ｃ（Ｓ_２，Ｇ_２）は電位差がＶ３となり駆動状態となる。なお、その他の電位は初期状態のＶ２のままであるので、Ｃ（Ｓ_１，Ｇ_１）は電位差０Ｖのまま駆動されず、また、Ｃ（Ｓ_３，Ｇ_２）は電位差がＶ_２となるが、当接する電位差Ｖ_３に達していないため、駆動されない。
【００６８】
時刻ｔ_３においても同様で、Ｓ_３をＶ_３ボルトとし、Ｇ_２を０ボルトとすることにより、Ｃ（Ｓ_３，Ｇ_２）は駆動状態となるが、Ｃ（Ｓ_１，Ｇ_１）及びＣ（Ｓ_２，Ｇ_２）では非駆動状態のままである。
【００６９】
次に、本発明の光変調器の製造方法について、図７乃至図９を参照して説明する。
【００７０】
図７は、本発明の光変調器を構成する第１の基板の製造工程を示す工程図であり、図８は、本発明の光変調器を構成する第２の基板の製造工程を示す工程図である。また、図９は、図７及び図８の工程により得られた第１の基板と第２の基板を、第１の基板の底面と第２の基板の溝が形成された面が対向するように張り合わせることにより製造される、本発明の光変調器を示す断面図である。
【００７１】
第１の基板の製造工程について図７（ａ）乃至同（ｊ）に基づき説明する。
【００７２】
（ａ）まず、Ｎ型シリコン基板１の溝形成側面１１とドープ側面１２をそれぞれ鏡面研磨する。
【００７３】
（ｂ）次に、Ｎ型シリコン基板１の表面に熱酸化等の処理を用いて酸化膜（ＳｉＯ_２）１３を形成する。具体的には、例えば、Ｎ型シリコン基板１を熱酸化炉にセットして、酸素及び水蒸気雰囲気下にて酸化処理を施すことにより、基板表面に所要の膜厚の熱酸化膜１３を形成することができる。
【００７４】
（ｃ）可動反射膜（溝の底部）が形成されるべきドープ側面１２にレジスト１４を塗布し、パターニングする。それにより、Ｐ型不純物を拡散させる部分のレジストを除去し、それ以外の部分をレジストによってマスクする。
【００７５】
（ｄ）レジスト１４をマスクとしてＳｉＯ_２膜（シリコン酸化膜）１３をフッ酸水溶液等のエッチング液でエッチングして基板１を露出する。さらにコーティングされたレジスト１４を剥離する。
【００７６】
（ｅ）ＳｉＯ_２膜１３をマスクとして基板１のドープ側面１２に、Ｐ型不純物を拡散させる。例えば、基板１の露出部分に熱拡散させ、ボロン拡散層１０１ａを形成する。ボロン拡散層１０１ａの深さは、概ね可動反射膜の厚さと同程度とし、拡散原子濃度は、１×１０^１８ａｔｏｍ／ｃｍ^３以上の高濃度拡散とする。
【００７７】
（ｆ）その後、基板１からＳｉＯ_２膜１３を例えばフッ酸水溶液等のエッチング液で除去する。
【００７８】
（ｇ）基板１を再度、熱酸化等によりＳｉＯ_２で被覆する。
【００７９】
（ｈ）このＳｉＯ_２膜１３をパターニングして、溝のエッチングマスクを形成する。
【００８０】
（ｉ）マスク１３を施した基板１を例えば水酸化カリウム水溶液に浸し、高濃度ボロン拡散層１０１ａをエッチングストッパとしてエッチングを行い、溝１０２を形成する。
【００８１】
（ｊ）その後、マスクとして使用したＳｉＯ_２膜をフッ酸水溶液等のエッチング液を用いて除去する。さらに基板のドープ側面１２に、熱酸化やＣＶＤ法等を用いて所定の膜厚でＳｉＯ_２膜１０１ｂを形成する。
【００８２】
なお、エッチング保護膜としては、ＳｉＯ_２の代わりに窒化膜、又はＡｕ膜を用いてもよい。Ａｕ膜を用いる場合には、Ａｕ膜の密着性を高めるため、下地としてＣｒを用いてもよい。
【００８３】
また、上記例においては、エッチングはウェットエッチングを用いたが、これに限定されるものではなく、ドライエッチングを用いてもよい。
【００８４】
さらに、上記例では、Ｎ型シリコン基板を用いて、溝底部にＰ型不純物を拡散させた光変調器の製造方法を挙げたが、Ｐ型シリコン基板を用いた場合にも同様の方法により、溝底部にＮ型不純物を拡散させた光変調器を製造することができる。
【００８５】
次に、第２の基板の製造工程について図８を参照して説明する。
【００８６】
（ａ）ガラス基板２の上面２１に、スパッタリング等の方法でＡｕを成膜し、パターニングして溝形成用のマスクを得る。
【００８７】
（ｂ）Ａｕ膜２３を保護膜として、ガラスを例えばフッ酸等でエッチングして、溝２０２を形成し、残留するＡｕ膜２３を除去する。
【００８８】
（ｃ）基板２の上面２１に、透明電極膜２４（例えば、ＩＴＯ）を成膜し、フォトリソグラフィーにより溝内に残す部分にレジスト２５をパターニングする。
【００８９】
（ｄ）ＩＴＯ膜を、例えば、塩酸硝酸水溶液を用いてエッチングして、溝２０２内底部にＩＴＯを透明電極２０３として形成する。
【００９０】
（ｅ）次に、吸収体膜２６（例えば、タングステン膜）を成膜し、フォトリソグラフィーの手法を用い溝内に残すレジスト２５をパターニングする。
【００９１】
（ｆ）吸収体膜２６をＣＦ_４ガスによりドライエッチングして、ＩＴＯ膜（透明電極２０３）上の所定の部分に吸収体２０５を形成する。
【００９２】
なお、エッチング保護膜、エッチング液、エッチングガスは、上記例示のものに限定されない。また、ウェットエッチング・ドライエッチングは、各々代替可能である。
【００９３】
以上の工程により製造された第１の基板と第２の基板は、図９に示すように位置合わせされて接合される。このような基板の接合方法としては、基板間の空隙の精度の観点から、陽極接合、又は直接接合が好ましく用いられる。ただし、従来公知の接着剤を使用して接合する方法を排除するものではない。
【００９４】
陽極接合を行う場合には、上記ガラス基板として、特にホウ珪酸ガラスが好ましく用いられる。ホウ珪酸ガラスは、アルカリイオンを多く含むからである。また、ホウ珪酸ガラスは、熱膨張係数がシリコン基板とほぼ一致するため、基板の接合面における歪みが小さく、確実に接合することができる。
【００９５】
なお、上記光変調器の製造方法において、各工程は、本発明の効果を達成し得る限り、代替可能な従来公知の工程と置き換えられてもよい。
【００９６】
また、本発明の表示装置についても、上記と同様の工程により行われる。
【００９７】
本発明の表示装置は、白黒画像、カラー画像の表示が可能であり、例えば、低消費電力が要求される携帯電話の表示パネル等として好適に用いられる。
【００９８】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の実施形態における光変調器を説明するための図である。
【図２】図２は、複数の溝を有する光変調器によって形成された本発明の表示装置を説明するための斜視図である。
【図３】図３は、本発明の表示装置の断面図を示す。
【図４】図４は、本発明の表示装置の動作機構を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の表示装置の電気的等価回路図を示す。
【図６】図６には、シリコン基板側端子（Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）とガラス基板側端子（Ｇ_１，Ｇ_２，Ｇ_３）にかける電圧のタイミングを表すタイミングチャートを示す。
【図７】図７は、本発明の光変調器を構成する第１の基板の製造工程を示す工程図である。
【図８】図８は、本発明の光変調器を構成する第２の基板の製造工程を示す工程図である。
【図９】図９は、本発明の光変調器を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・第１の基板、２・・・第２の基板、１０１・・・可動反射膜、１０１ａ・・・不純物拡散部、１０１ｂ・・・誘電体膜、１０２・・・溝、２０２・・・溝、２０３・・・透明電極、２０４・・・空洞、２０５・・・光吸収体

Claims

静電力の付与によって揺動する可動反射膜を有する第１の基板と、
前記第１の基板に対向して配置され、前記可動反射膜に対応する位置に前記静電力を付与する透明電極を形成した光を透過する第２の基板と、
前記第１の基板及び第２の基板によって画定されて前記可動反射膜の揺動範囲を制限する空洞部と、
を備える光変調器。
前記可動反射膜の揺動範囲を制限する空洞部が、前記第２の基板に設けられた凹部又は溝部と前記第１の基板の平坦な面とで構成され、前記第２の基板の前記凹部又は溝部の開口部に対応する前記第１の基板の部位に前記可動反射膜が形成されている、請求項１に記載の光変調器。
前記可動反射膜の揺動範囲を制限する空洞部が、前記第１の基板に設けられた凹部又は溝部と前記第２の基板上の平坦な面とで構成され、前記第１の基板の前記凹部又は溝部の面に前記可動反射膜が形成されている、請求項１に記載の光変調器。
底面に静電力によって揺動する可動反射膜を形成した１又は複数の第１の溝を一方の面に有する第１の基板と、
前記第１の基板に対向して配置されて、該対向面に前記第１の溝と略直交する方向に延在し、底面に透明電極が形成された１又は複数の第２の溝を有する透光性の第２の基板と、
を含む光変調器。
前記可動反射膜が、導電体膜、不純物がドープされた半導体膜及び誘電体膜のいずれか若しくはこれらを組み合わせた積層膜によって形成される、請求項１乃至４のいずれかに記載の光変調器。
前記第１の基板が半導体基板によって形成される、請求項１乃至５のいずれかに記載の光変調器。
前記第１の基板が一方の極性の半導体基板によって形成され、前記可動反射膜が他方の極性の半導体膜によって形成される、請求項６に記載の光変調器。
前記半導体基板がシリコン基板である請求項６又は７に記載の光変調器。
前記第１の基板と前記第２の基板が陽極接合される、請求項１乃至８のいずれかに記載の光変調器。
前記第２の基板がホウ珪酸ガラスである、請求項１乃至９のいずれかに記載の光変調器。
前記透明電極の上面に光吸収体が形成される、請求項１乃至１０のいずれかに記載の光変調器。
請求項１乃至１１のいずれかに記載の光変調器を含んで形成される表示装置。
静電力の付与によって揺動する可動反射膜を有する第１の基板を形成する第１の基板形成工程と、
前記静電力を付与するための透明電極を含む第２の基板を形成する第２の基板形成工程と、
前記可動反射膜と前記透明電極とが互いに対向するように相互の位置を合わせて前記第１及び第２の基板を接合する接合工程と、
を備える、光変調器の製造方法。
前記第１の基板形成工程は、
半導体基板の一面側の前記可動反射膜が形成されるべき領域に不純物をドープしてエッチング阻止膜を形成する工程と、
前記半導体基板の他面側から前記エッチング阻止膜まで前記半導体基板のエッチングを行って前記エッチング阻止膜を揺動可能として可動反射膜を形成する工程と、
を含む請求項１３に記載の光変調器の製造方法。
更に、前記エッチング阻止膜に絶縁膜を形成する工程を含む請求項１４に記載の光変調器の製造方法。
前記第２の基板の形成工程は、
透明基板を前記第１の基板の可動反射膜の配置に対応してパターニングして凹部又は溝部を形成する工程と、
前記透明基板の凹部又は溝部内に透明電極膜を形成する工程と、
前記透明基板の凹部又は溝部内の透明電極膜上に、入射する光を一定の条件下で吸収するための吸収体膜を形成する工程と、
を含む請求項１３に記載の光変調器の製造方法。