JP2006293176A - 光制御素子およびその製造方法、並びに表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 剛性の高い可動部材を備え高速で駆動が可能な光制御素子およびその製造方法、並びにこの光制御素子を用いた表示装置を提供する。
【解決手段】 矩形状の平板からなる可動部材１０を、対向する２辺においてそれぞれ支持部２０を介して外枠部に連結する。可動部材１０の裏面に桟構造１１を設ける。可動部材１０自体を薄くして共振周波数を高めることができると共に、桟構造１１により可動部材１０を補強し剛性を高めることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems；微小電気機械システム）構造体を備え、例えば映像表示のために光信号の走査を行う光制御素子およびその製造方法に関する。また、本発明はこの光制御素子を用いた表示装置に関する。

従来より、光を二次元ミラーで走査し、映像を表示する方法が提案されている（例えば特許文献１および特許文献２参照。）。このような方法を用いた表示システムでは、キーパーツとなるミラー（可動部材）に対して、光を絞り込むため、ＮＡ（Numerical Aperture；開口数）の関係で１ｍｍ角程度の大きさが求められる。また、ＮＴＳＣ（National Television Systems Committee ）やハイビジョン対応の映像を１本の光を走査して表示するには、振幅すなわち回動角度が大きいことが必要であり、加えて１５ｋＨｚまたは３０ｋＨｚという高い走査周波数がそれぞれ要求される。
特表２００３−５１３３３２号公報（図１７） 特開２０００−２３５１５２号公報

このような高速でミラーを駆動するためには、基本的に、回転の慣性モーメントを小さくし、捩りバネ定数を大きくして共振点を上げる必要がある。一方、高速駆動時において、１ｍｍ角程度という大面積のミラーを平坦に保つためには、剛性の高い構造にする、すなわち厚みを大きくすることが望ましい。ところが、ミラーの厚みを大きくすると慣性モーメントが増し、高速駆動は難しくなってしまう。また、捩りバネ定数を上げると回転しづらい方向となるので、回動角度の増大には不利になるおそれがある。このように大面積、大回動角度かつ高速駆動のミラーを実現することは極めて困難であり、構造および製造方法において更に改良の余地があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、剛性の高い可動部材を備え高速で駆動が可能な光制御素子およびその製造方法、並びにこの光制御素子を用いた表示装置を提供することにある。

本発明による光制御素子は、表面に反射面を有する板状の可動部材と、可動部材の裏面に設けられた桟構造とを備えたものである。

本発明の光制御素子では、可動部材の回動に伴って光の反射方向が変化し、光が走査されるものであるが、可動部材の裏面の桟構造により可動部材自体の慣性モーメントを小さくすることができ、共振周波数が高くなる。また、桟構造により可動部材が補強され、回動時の平坦性が高くなる。よって、高速駆動の可動部材により高精度の光制御がなされる。

本発明による第１の光制御素子の製造方法は、反射面を有する板状の可動部材と、可動部材を回動可能に支持する外枠部材とを備えた光制御素子を製造するものであって、保持基板上に酸化層を間にして半導体膜を有する基板を用い、半導体膜のうち可動部材形成予定領域を残して他の少なくとも一部を、厚み方向の途中まで選択的に除去する工程と、半導体膜のうち厚み方向の途中まで除去した領域を、厚み方向の最後まで除去すると共に、可動部材形成予定領域の一部を厚み方向の途中まで選択的に除去することにより桟構造を形成する工程と、保持基板および酸化層のうち少なくとも可動部材形成予定領域を選択的に除去することにより、可動部材および外枠部材を形成する工程とを含むようにしたものである。

本発明による第１の光制御素子の製造方法では、まず、保持基板上に酸化層を間にして半導体膜を有する基板を用い、半導体膜のうち可動部材形成予定領域を残して他の少なくとも一部が、厚み方向の途中まで選択的に除去される。次いで、半導体膜のうち厚み方向の途中まで除去した領域が、厚み方向の最後まで除去されると共に、可動部材形成予定領域の一部が厚み方向の途中まで選択的に除去される。これにより、可動部材形成予定領域の裏面に桟構造が一体に形成される。続いて、保持基板および酸化層のうち少なくとも可動部材形成予定領域が選択的に除去されることにより、可動部材および外枠部材が形成される。

本発明による第２の光制御素子の製造方法は、反射面を有する板状の可動部材と、可動部材を回動可能に支持する外枠部材とを備えた光制御素子を製造するものであって、保持基板上に酸化層を間にして半導体膜を有する基板を用い、半導体膜のうち可動部材形成予定領域を残して他の少なくとも一部を選択的に除去する工程と、半導体膜上の可動部材形成予定領域の一部に選択的に半導体成長層を形成することにより桟構造を形成する工程と、保持基板および酸化層のうち少なくとも可動部材形成予定領域を選択的に除去することにより、可動部材および外枠部材を形成する工程とを含むようにしたものである。

本発明による第２の光制御素子の製造方法では、まず、保持基板上に酸化層を間にして半導体膜を有する基板を用い、半導体膜のうち可動部材形成予定領域を残して他の少なくとも一部が選択的に除去される。次いで、半導体膜上の可動部材形成予定領域の一部に選択的に半導体成長層が形成される。これにより、可動部材形成予定領域の裏面に桟構造が一体に形成される。続いて、保持基板および酸化層のうち少なくとも可動部材形成予定領域が選択的に除去されることにより、可動部材および外枠部材が形成される。

本発明による表示装置は、光源と、上記本発明の光制御素子とを備えたものである。

本発明の表示装置では、本発明の光制御素子により高速の光制御がなされ、高精度の映像が表示される。

本発明の光制御素子によれば、可動部材の裏面に桟構造を設けるようにしたので、可動部材を薄くして慣性モーメントを小さくすることにより共振周波数を高めることができると共に、桟構造により可動部材を補強することができる。よって、剛性が高く高速駆動の可能な光制御素子を実現することができ、本発明の光制御素子を備えた表示装置では、高速駆動が可能であり、ＮＴＳＣやハイビジョン対応の映像を表示することができる。

また、本発明の第１の光制御素子の製造方法、または本発明の第２の光制御素子の製造方法によれば、本発明の光制御素子を容易に製造することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

〔第１の実施の形態〕
図１は本発明の第１の実施の形態に係る光制御素子の全体構成を表すものであり、図２はその断面構成を表すものである。この光制御素子は、例えば映像表示装置やスキャナなどにおいて光信号を反射し走査するために用いられるものであり、例えば矩形状の平板からなる可動部材１０が、対向する２辺（ここでは長辺）においてそれぞれ支持部２０を介して外枠部３０に連結されている。外枠部３０には固定側電極４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄが連結され、これら固定側電極４０Ａ〜４０Ｄに対応する位置に回動側電極５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ，５０Ｄが可動部材１０に連結されて設けられている。

また、この光制御素子は、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間に静電駆動用の電圧を印加するための駆動用電源６０と、この駆動用電源６０の駆動制御を行う制御部７０と、可動部材１０に対して初期駆動力（起動力）を与えるための起動用電極８０と、この起動用電極８０と可動部材１０との間に接続された起動用電源９０とを備えている。

可動部材１０は、具体的には反射ミラーであり、例えば映像信号に応じて軸（支持部２０）を中心に回動変位することにより光の反射方向を変更する。ここで、「回動」とは、中立位置から一方向に回転して所定角度に達したのち逆方向に回転し中立位置に復帰し更に所定角度に達するまで回転する場合をいい、中立位置から一方向に所定角度だけ回転したのち逆方向に回転し中立位置に復帰するに止まる場合も含まれる。回転を開始する位置は必ずしも中立位置には限られない。反射信号の用い方としては、例えば、可動部材１０が中立状態から一方の方向に一定角度傾斜したときの反射信号が有効（すなわち、オン状態）、逆方向に一定角度傾斜したときの反射信号が無効（すなわち、オフ状態）とされるようにしてもよいし、反射信号を常に有効としてラスター走査などを行うようにしてもよい。

この可動部材１０は、例えばシリコンからなる保持基板の表面に、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂ ）などからなる酸化層およびシリコンなどよりなる半導体膜を順に積層した所謂ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を加工、すなわちＳＯＩ基板から保持基板および酸化層を選択的に除去したあとの半導体膜により構成されており、この半導体膜の平坦面が反射ミラーとして利用される。このようにＳＯＩ基板を用いると、内部応力が零の半導体膜が得られ、これにより可動部材１０に残留応力による歪みなどが生じるようなことがなくなり、反射ミラーの平坦性を高めることができる。

可動部材１０はその厚みが例えば０．４μｍの板状である。また、可動部材１０の長辺の長さＤ１は１０００μｍ以上（半長が５００μｍ以上）、短辺の長さＤ２は８００μｍ以上であることが好ましい。例えば、レーザ光の径を発光位置から３００ｍｍ程度離れたところで３００μｍ程度になるように絞り込みたい場合、回折限界の関係で発光位置では１．２２ｍｍ以上の大きさが必要であり、可動部材１０も同等の大きさが必要になるからである。レーザ光の径を更に絞りたい場合には、可動部材１０をより大きくする必要がある。更に、アライメント精度や、可動部材１０が回動して傾いた場合に光が入射可能な範囲などを考慮すると、可動部材１０には上述したような寸法が必要となる。

図３は、図１に示した可動部材１０および支持部２０を可動部材１０の裏面側から見た構成を表したものである。可動部材１０の裏面には桟構造１１が設けられている。これにより、この光制御素子では、可動部材１０自体を薄くして慣性モーメントを小さくすることにより共振周波数を高めることができると共に、桟構造１１により可動部材１０を補強し剛性を高めることができるようになっている。

桟構造１１は、例えば、可動部材１０の長辺に平行な５本の縦桟１１Ａと、短辺に平行な７本の横桟１１Ｂとを、可動部材１０の周囲および内部に格子状に配設したものである。桟構造１１は、例えば可動部材１０と同一材料すなわちシリコンにより構成されていることが好ましい。桟構造１１の内部応力を零とすることができ、可動部材１０の平坦性を高めることができるからである。なお、桟構造１１は、可動部材１０と異なる材料により構成されていてもよい。

桟構造１１の幅は、例えば３μｍ以上であることが好ましい。製造工程で安定して作製することができるからである。また、桟構造１１の厚みは、可動部材１０よりも大きいことが好ましく、例えば可動部材１０の９倍以上であることが好ましい。可動部材１０と桟構造１１とを同一材料により構成した場合にも、可動部材１０の剛性を確実に維持することができるからである。なお、桟構造１１を可動部材１０よりも強度の大きな材料により構成する場合には、桟構造１１を可動部材１０と同じ厚みまたは可動部材１０よりも薄くすることも可能である。

縦桟１１Ａおよび横桟１１Ｂの本数および間隔などは特に限定されず、後述する計算結果で説明するように、求められる可動部材１０の寸法や共振周波数に応じて設定することができる。

可動部材１０の表面の反射面には反射率を高めるために、例えばアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）などの金属材料によりなる反射膜１００が設けられている。この反射膜１００の厚みは、例えば可動部材の１０分の１以下であることが好ましい。反射膜１００の残留応力による可動部材１０の反りなどを抑え、可動部材１０の平坦性を高めることができるからである。

支持部２０は可動部材１０の回動中心の軸となる捩り梁であり、可動部材１０を左右にそれぞれ一定の角度だけ回動可能に支持するものである。この支持部２０は、可動部材１０と同様に同一のＳＯＩ基板から保持基板および酸化層を選択的に除去した半導体膜により構成されている。このようにＳＯＩ基板の半導体膜により支持部２０を構成すれば、その半導体膜には分子レベルでの格子欠陥がないので、捩れても亀裂などが成長することはなく、よって支持部２０として壊れにくく強度の高いものを得ることができる。

外枠部３０も、可動部材１０と共に同一のＳＯＩ基板から形成されたものであり、ＳＯＩ基板に必要に応じて他の膜を形成した構造を有している。なお、この外枠部３０は、必ずしも可動部材１０を取り囲むように設けられている必要はなく、少なくとも支持部２０の固定位置に設けられていればよい。

固定側電極４０Ａ〜４０Ｄは、外枠部３０に連結して形成されると共にそれぞれ複数の櫛歯４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄを有している。これら櫛歯４１Ａ〜４１Ｄはそれぞれ支持部２０の長手方向に対して垂直になるように配置されている。固定側電極４０Ａ〜４０Ｄは、可動部材１０と同様に同一のＳＯＩ基板から保持基板および酸化層を選択的に除去したのちの半導体膜の平坦面に形成されている。なお、半導体膜の固定側電極４０Ａ〜４０Ｄを構成する部分にはｐ型不純物が添加されている。

これに対して、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄは、２個の支持部２０の各々の両側に、可動部材１０側に連結して形成されたものであり、それぞれ複数の櫛歯５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄを有している。これら櫛歯５１Ａ〜５１Ｄが固定側電極４０Ａ〜４０Ｄ側の櫛歯４１Ａ〜４１Ｄと噛み合っている。櫛歯５１Ａ〜５１Ｄもそれぞれ支持部２０の長手方向に対して垂直になるように配置されている。回動側電極５０Ａ〜５０Ｄも、可動部材１０と同様に、同一のＳＯＩ基板から保持基板および酸化層を除去したあとの半導体膜の平坦面に形成されている。なお、半導体膜の回動側電極５０Ａ〜５０Ｄを構成する部分にはｐ型不純物が添加されている。

また、これら回動側電極５０Ａ〜５０Ｄは、図４に示したように、中立位置において固定側電極４０Ａ〜４０Ｄと同じ平面内にあり、両者の間には段差は生じていない。これにより、この光制御素子では、支持部２０の両側において同時に、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間に静電駆動用の電圧を印加できるようになっている。

回動側電極５０Ａ〜５０Ｄ同士は全て互いに電気的に短絡され、同じく固定側電極４０Ａ〜４０Ｄ同士もすべて互いに電気的に短絡されており、駆動用電源６０は、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間の全体にわたって均一な電位差を付与することができるようになっている。なお、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとを電気的に分離するため、外枠部３０には、支持部２０が固定された部分を囲むように、ＳＯＩ基板の酸化層まで達する溝３１が設けられている。

駆動用電源６０は、可動部材１０の高速駆動のために、交流的に電位差を生じさせるものであり、波形としては、矩形でもパルス状のものでもよい。この駆動用電源６０の周波数は、可動部材１０の共振周波数またはその倍数もしくは分数倍（１／２等）の周波数とすることが好ましい。可動部材１０が有する共振特性を効果的に利用して傾斜角度をより大きくすることができるからである。可動部材１０の共振周波数（共振点）は、可動部材１０および支持部２０により機械的に決定されるものである。なお、この駆動用電源６０および以下の制御部７０を含めて本発明の駆動手段の一具体例が構成されている。

制御部７０は駆動用電源６０のオン／オフ制御を行うものであり、本実施の形態では、可動部材１０が中立状態のときには駆動用電源６０をオフの状態とし、後述の起動手段（起動用電源９０等）により可動部材１０が支持部２０を軸として回動し一定角度傾斜することにより回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間に垂直な方向に間隙が生じた時点で駆動用電源６０をオンとし、両電極間に交流的な電位差を生じさせるようになっている。これにより、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとが引き合う方向に回動トルクＴを生じさせ、可動部材１０を回動駆動させることができる。

制御部７０は、また、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間の静電容量に基づいて可動部材１０の回動角度を検知し、これにより可動部材１０に投入される光信号とのタイミングをとることができるようになっている。そのため駆動用電源６０を含む回路の一部に抵抗Ｒが介挿されている。この抵抗Ｒでの電圧降下を観察すると回路を通る電流ｉが分かる。回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間にかかる電圧Ｖは、電圧計で測定することができる。すなわち、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとで可変容量コンデンサを構成しており、その等価回路は図５のように表すことができる。

ここで、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間の可変容量コンデンサにおけるインピーダンスＺは、数１および数２で表される。これより、静電容量Ｃは数３により与えられる。このようにして、リアルタイムで静電容量Ｃを検知することができる。この静電容量Ｃは可動部材１０の回動角度に依存して変化するので、静電容量Ｃに基づいて可動部材１０の回動角度を検知することができる。

（ωは加えた電圧の角周波数を表す。）

制御部７０は、また、このようにして検知した回動角度の変化状態に基づいて、駆動用電源６０をオンするタイミングを調整するものであり、ここでは可動部材１０が中立状態から一定角度回動して傾斜したのち、回動角度が小さくなる状態（すなわち、中立状態へ復帰しようとしている段階）で、駆動用電源６０をオンとすることが好ましい。駆動用電源６０により回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間に発生する静電力は引力のみだからである。よって、最も好ましいタイミングは、可動部材１０の回動角度が極大値に達したのち中立状態に復帰し始めるときである。

可動部材１０の初期の駆動は、制御部７０の制御の下、起動用電源９０（直流電源）により行うようになっている。すなわち、起動用電極８０は、可動部材１０との間に段差（間隙）を有しており、起動用電源９０をオンとして起動用電極８０と可動部材１０との間に電位差を与えると静電力が発生し、中立状態の可動部材１０に対して駆動トルクＴを与え、強制的に起動させる。この起動用電極８０は、外枠部３０の上に例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ_x 、例えばＳｉ₃ Ｎ₄ ）よりなる絶縁膜８１を間にして設けられている。この起動用電極８０は、可動部材１０の支持部２０が取り付けられていない側の短辺に沿って設けられ、例えば厚みが１０μｍ程度であり、アルミニウムあるいは金、またはポリシリコンにより構成されている。なお、起動用電極８０は可動部材１０の両側に配置され、各々に対応して起動用電源９０が設けられているが、２つの起動用電極８０は電気的には分離されている。起動用電極８０および起動用電源９０は可動部材１０の片側のみに設けられていてもよい。なお、この起動用電源９０および制御部７０を含めて本発明の起動手段の一具体例が構成されている。

この光制御素子は、例えば、次のようにして製造することができる。

図６はこの光制御素子の製造方法の流れを表すものであり、図７ないし図１２はその工程を順に表すものである。なお、図７ないし図１２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を表している。

まず、図７（Ａ）に示したようにＳＯＩ基板１１０を用意する。このＳＯＩ基板１１０は、シリコンよりなる保持基板１１１の表面に、厚みが例えば１μｍの二酸化ケイ素よりなる酸化層１１２および厚みが例えば２０μｍのシリコンよりなる半導体膜１１３が順に積層された構造を有するものである。ここで、半導体膜１１３の体積抵抗値は、なるべく低いことが好ましく、例えばアンチモン（Ｓｂ）が添加されていることが好ましい。

次に、図７（Ｂ）に示したように、このＳＯＩ基板１１０の両面に窒化ケイ素よりなる絶縁膜８１を形成し、例えばフォトリソグラフィ技術により、半導体膜１１３側の絶縁膜８１を、桟構造１１，支持部２０，外枠部３０，固定側電極４０Ａ〜４０Ｄおよび回動側電極５０Ａ〜５０Ｄの形成予定領域（以下、「桟構造１１等の形成予定領域」という。）を残して選択的に除去する一方、保持基板１１１側の絶縁膜８１のうち少なくとも可動部材形成予定領域１０Ａを選択的に除去する（ステップＳ１０１）。ここでは、例えば、保持基板１１１側の絶縁膜８１を、外枠部３０の形成予定領域を残して選択的に除去する。

続いて、図７（Ｃ）に示したように、半導体膜１１３および絶縁膜８１の上に、起動用電極８０を形成するためのアルミニウム膜１２０を形成する。そののち、図８（Ａ）に示したように、例えばフォトリソグラフィ技術により、アルミニウム膜１２０をパターニングして起動用電極８０を形成する（ステップＳ１０２）。

起動用電極８０を形成したのち、図８（Ｂ）に示したように、半導体膜１１３側の絶縁膜８１上に、可動部材１０，支持部２０，外枠部３０，固定側電極４０Ａ〜４０Ｄおよび回動側電極５０Ａ〜５０Ｄの形成予定領域（以下、「可動部材１０等の形成予定領域」という。）に、フォトレジスト膜１３０を形成する。

フォトレジスト膜１３０を形成したのち、図９（Ａ）に示したように、このフォトレジスト膜１３０をマスクとして、例えばディープＲＩＥ（Reactive Ion Etching) 法により、半導体膜１１３を、可動部材１０等の形成予定領域を残して、厚み方向の途中まで選択的に除去する（ステップＳ１０３）。このとき、除去される半導体膜１１３の厚みは例えば１μｍ程度とする。

半導体膜１１３を厚み方向の途中まで除去したのち、図９（Ｂ）に示したように、フォトレジスト膜１３０を除去する。次いで、図１０（Ａ）に示したように、半導体膜１１３側の絶縁膜８１をマスクとして、例えばディープＲＩＥ法により、半導体膜１１３のうち厚み方向の途中まで除去した領域を、厚み方向の最後まで除去すると共に、可動部材形成予定領域１０Ａの一部を厚み方向の途中まで選択的に除去することにより桟構造１１を形成する（ステップＳ１０４）

ここで、半導体膜１１３の反射率を測定することにより厚みを検知することが好ましい。シリコンよりなる半導体膜１１３の分光反射率は、図１３に示したように厚みにより異なるので、例えば顕微分光により半導体膜１１３の分光反射率を調べることによって半導体膜１１３の厚みを検知し、エッチング停止のタイミングを制御することができる。なお、エッチングは時間制御により行うようにしてもよい。

桟構造１１を形成したのち、図１０（Ｂ）に示したように、ＳＯＩ基板１１０の表面をフォトレジストよりなる保護膜１４０で覆う。続いて、図１１（Ａ）に示したように、例えばダイシングによりＳＯＩ基板１１０を切断し、ＳＯＩ基板１１０に設けられている複数の可動部材形成予定領域１０Ａを個々に切り離す（ステップＳ１０５）。

複数の可動部材形成予定領域１０Ａを個々に切り離したのち、図１１（Ｂ）に示したように、保持基板１１１側の絶縁膜８１をマスクとし、エッチング液としてＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いた異方性エッチングにより、保持基板１１１のうち少なくとも可動部材形成予定領域１０Ａを選択的に除去する（ステップＳ１０６）。ここでは、例えば、保持基板１１１を、外枠部３０の形成予定領域を残して選択的に除去する。

保持基板１１１を除去したのち、図１２（Ａ）に示したように、フォトレジストよりなる保護膜１４０を除去する。続いて、図１２（Ｂ）に示したように、エッチング液としてＢＨＦ（Buffered Hydrogen Fluoride；緩衝化したフッ化水素）を用いたウェットエッチングにより、酸化層１１２のうち少なくとも可動部材形成予定領域１０Ａを選択的に除去し、可動部材１０，支持部２０，外枠部３０，固定側電極４０Ａ〜４０Ｄおよび回動側電極５０Ａ〜５０Ｄを形成する（ステップＳ１０７）。ここでは、例えば、酸化層１１２を、外枠部３０の形成予定領域を残して選択的に除去する。また、その際、絶縁膜８１は、起動用電極８０と外枠部３０との間に挟まれた部分だけを残して除去される。エッチング終了後、洗浄によりフッ酸を除去し、例えば二酸化炭素（ＣＯ₂ ）雰囲気中において加圧することにより臨界乾燥を行う。

酸化層１１２および絶縁膜８１を除去したのち、図１２（Ｃ）に示したように、可動部材１０に反射膜１００を形成する（ステップＳ１０８）。その際、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間で電気的な短絡が発生するのを防ぐため、メタルマスクなどを用いて可動部材１０のみに反射膜１００を形成するようにすることが好ましい。また、反射膜１００を形成するのと同時に、電極パッド（図示せず）なども必要に応じて形成するようにしてもよい。以上により、図１ないし図４に示した光制御素子が完成する。

次に、この光制御素子の作用の一例について説明する。

この光制御素子では、可動部材１０の回動に伴って光の反射方向が変化し、光が走査される。ここで、可動部材１０の裏面に桟構造１１が設けられているので、可動部材１０を薄くして慣性モーメントを小さくすることができ、共振周波数を高めることができる。また、桟構造１１により可動部材１０が補強され、回動時の平坦性が高くなる。よって、高速で高精度に光が制御される。

以下、桟構造１１による可動部材１０の共振周波数の向上について、計算結果を参照して説明する。

表１は、図３５に示したような桟構造を有しない従来の可動部材４１０について、可動部材４１０および支持部４２０の寸法を比較例１〜１２のように変化させて共振周波数を計算した結果を表したものである。計算には表２に示した数値および計算式を使用した。

表１から分かるように、例えば可動部材４１０の厚みを２０μｍ、大きさを１ｍｍ×１．４ｍｍとし、支持部４２０の幅を２４μｍ、厚みを２０μｍ、長さを２００μｍとした比較例１２では、共振周波数は７ｋＨｚ程度にしかならず、高速とはいえない。３０ｋＨｚの共振周波数とするには、例えば比較例１０のように可動部材４１０の厚みを２μｍ程度に薄くする必要がある。可動部材４１０が厚いと慣性モーメントが大きくなり共振点が高くならないからである。しかしながら、全面２μｍの厚さとすると可動部材４１０の剛性が低く、回動駆動時に平坦性を保持することが難しくなってしまうおそれがある。

表３ないし表６は、図３に示した可動部材１０について、桟構造１１の構成、可動部材１０および支持部２０の寸法を計算例１〜３２のように変化させて共振周波数を計算した結果を表したものである。計算には表７に示した数値および計算式を使用した。なお、表３ないし表６において横桟１１Ｂの間隔ｃ２，ｄ２，ｃ３，ｄ３が空欄になっているのは、該当する横桟１１Ｂを設けていないことを表している。

また、計算例１〜９に対する比較例１３として、桟構造を設けないことを除いては計算例１〜９と同様にして共振周波数を計算した。同様にして、計算例１０から１４に対する比較例１４、計算例１５〜２６に対する比較例１５および計算例２７〜３２に対する比較例１６についても共振周波数を計算した。得られた結果をそれぞれ表３ないし表６に合わせて示す。

表３ないし表６から分かるように、計算例１〜３２で求められた共振周波数は、対応する比較例１３〜１６に比べて極めて高くなり、例えば計算例３２では約３１．４ｋＨｚという良好な結果が得られた。これは、慣性モーメントが従来構造の２０分の１程度になるので共振周波数が高くなったからである。また、可動部材１０が薄くても桟構造１１により補強されるので、可動部材１０の剛性が著しく落ちるということもない。

すなわち、可動部材１０の裏面に桟構造１１を設けることにより、慣性モーメントを小さくして共振周波数を高めることができると共に、桟構造１１により可動部材１０を補強し剛性を維持することができることが分かる。

続いて、可動部材１０の駆動制御について説明する。

静止状態では、可動部材１０は、図１，図２および図４に示したように水平状態である。よって、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄは中立位置にあり、固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとは段差のない同一平面内にある。この状態で、仮に回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間に直流の電位差を与えても、静電力による回動トルクは発生せず、可動部材１０は静止したままである。

図１４〜図１９は、この光制御素子の動作を説明するためのものである。なお、ここでは、制御部７０による制御状態をわかりやすくするため、駆動用電源６０を、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄの各々と固定側電極４０Ａ〜４０Ｄの各々との間に接続された直流電源および開閉スイッチとして表し、起動用電源９０を起動用電極８０の各々と可動部材１０との間に接続された直流電源および開閉スイッチとして表している。

まず、制御部７０は、図１４および図１５に示したように、一方の起動用電源９０をオンすることにより、片側の起動用電極８０と可動部材１０との間に電位差を与え、生じた静電力により可動部材１０をわずかに回動させる。可動部材１０に傾きが生ずると、起動用電源９０をオフすることにより起動用電極８０と可動部材１０との間の電位差をなくす。これにより可動部材１０は傾斜位置から解放され、その固有の共振周波数で微妙な自励振動を始める。このようにして、可動部材１０を強制的に起動させる。

次いで、制御部７０は、可動部材１０の自励振動に合わせて駆動用電源６０をオンとすることにより、可動部材１０の共振周波数またはその倍数もしくは分数倍の駆動周波数で、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間に所定の電位差を与える。この結果、静電力による回動トルクが発生し、可動部材１０の自励振動が増長され、回動角度が大きくなっていく。

その際、制御部７０は、図１および図５を参照して説明したように、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間の静電容量に基づいて可動部材１０の回動角度を検知する。

そして、このように検知した回動角度の変化状態に基づいて、制御部７０は、駆動用電源６０のオン／オフの切り換えを選択する。すなわち、図１６および図１７に示したように、可動部材１０が中立状態に復帰しようとして回動角度が小さくなるタイミングで駆動用電源６０をオンとし、静電力Ｓを発生させる。一方、図１８および図１９に示したように、可動部材１０が中立位置を通り越し、回動角度が大きくなる段階では、駆動用電源６０はオフとする。これにより可動部材１０の回動角度を効果的に大きくすることができる。従って、可動部材１０の回動角度が極大値に達したのち中立状態に復帰し始めるタイミングで駆動用電源６０をオン状態にすることが最も望ましい。

なお、この可動部材１０の検知角度に基づいて、光源（図示せず）から可動部材１０に入射させる光信号の投入タイミングを調整することもできる。

このように本実施の形態の光制御素子では、可動部材１０の裏面に桟構造１１を設けるようにしたので、可動部材１０を薄くして慣性モーメントを小さくすることにより共振周波数を高めることができると共に、桟構造１１により可動部材１０を補強することができる。よって、剛性が高く高速駆動が可能な光制御素子を実現することができる。

また、中立位置の回動側電極５０Ａ〜５０Ｄが固定側電極４０Ａ〜４０Ｄと段差のない同一平面上にあるようにしたので、可動部材１０の回転軸となる支持部２０の両側において、同時に、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間に電圧を印加することができる。よって、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとが水平方向に引き合う力を相殺して水平方向の無駄な動きを排除し、効率よく均整のとれた動きが可能となる。また、大きな回動トルクを得ることができ、可動部材１０の振幅を大きくすることができる。

更に、中立位置では回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間に段差がないので、可動部材１０の回動角度が大きくなるほど両者の間の間隙も広くなることになる。よって、従来のような回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの中立位置での段差を考慮する必要がなくなり、両者の間の静電容量を調べることにより可動部材１０の回動角度を容易に検知することができる。

加えて、回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとを同一工程で作製することができるようになり、従来構造の垂直櫛歯型のものに比べて製造工程を大幅に簡素化することができる。

本実施の形態の光制御素子の製造方法では、半導体膜１１３の可動部材１０の形成予定領域１０Ａの一部を厚み方向の途中まで選択的に除去することにより桟構造１１を形成するようにしたので、剛性が高く高速駆動が可能な光制御素子を容易に製造することができる。

なお、上記実施の形態では、固定側電極４０Ａ〜４０Ｄの櫛歯４１Ａ〜４１Ｄおよび回動側電極５０Ａ〜５０Ｄの櫛歯５１Ａ〜５１Ｄが、支持部２０の長手方向に対して垂直に配置されている例について説明したが、図２０に示したように、櫛歯４１Ａ〜４１Ｄおよび櫛歯５１Ａ〜５１Ｄを支持部２０の長手方向に平行に配置するようにしてもよい。この構成では、支持部２０近傍の櫛歯４１Ａ〜４１Ｄ，５１Ａ〜５１Ｄは、可動部材１０の回動角度が大きくなってもその間隔があまり離れないので、その部分の静電引力を有効に利用することができる。

〔第２の実施の形態〕
図２１は、本発明の第２の実施の形態に係る光制御素子の製造方法の流れを表すものであり、図２２ないし図２５はその工程を表すものである。この製造方法は、半導体膜１１３上の可動部材形成予定領域１０Ａの一部に選択的に半導体成長層を形成することにより桟構造１１を形成することが、第１の実施の形態で説明した製造方法とは異なるものである。なお、図２２ないし図２５は、図２１におけるＸＸＶＣ−ＸＸＶＣ線に沿った断面を表している。

まず、図２２（Ａ）に示したようにＳＯＩ基板１１０を用意する。このＳＯＩ基板１１０は、シリコンよりなる保持基板１１１の表面に、厚みが例えば１μｍの二酸化ケイ素よりなる酸化層１１２および厚みが例えば０．３μｍのシリコンよりなる半導体膜１１３が順に積層された構造を有するものである。ここで、半導体膜１１３の体積抵抗値は、なるべく低いことが好ましく、例えばアンチモン（Ｓｂ）が添加されていることが好ましい。

次に、図２２（Ｂ）に示したように、例えばディープＲＩＥ法により、半導体膜１１３を、可動部材１０等の形成予定領域を残して選択的に除去する（ステップＳ２０１）。

続いて、図２２（Ｃ）に示したように、半導体膜１１３上に、低応力ＴＥＯＳ（tetraethoxy silane）などを用いて二酸化ケイ素よりなる厚み２０μｍのマスク層１５０を形成し、例えばＲＩＥ法により、桟構造１１等の形成予定領域におけるマスク層１５０を選択的に除去する。

マスク層１５０を選択的に除去したのち、図２３（Ａ）に示したように、例えばエピタキシャル成長法により、桟構造１１等の形成予定領域に選択的に、例えばシリコンよりなる半導体成長層１６０を形成することにより桟構造１１を形成する（ステップＳ２０２）。なお、このとき、支持部２０，外枠部３０，固定側電極４０Ａ〜４０Ｄおよび回動側電極５０Ａ〜５０Ｄの形成予定領域にも選択的に半導体成長層１６０が形成されるので、これらの厚さを十分に確保することができる。

桟構造１１を形成したのち、図２３（Ｂ）に示したように、このＳＯＩ基板１１０の両面に窒化ケイ素よりなる絶縁膜８１を形成し、例えばフォトリソグラフィ技術により、保持基板１１１側の絶縁膜８１のうち少なくとも可動部材形成予定領域１０Ａを選択的に除去する（ステップＳ２０３）。ここでは、例えば、保持基板１１１側の絶縁膜８１を、外枠部３０の形成予定領域を残して選択的に除去する。

続いて、図２３（Ｃ）に示したように、保持基板１１１側の絶縁膜８１をマスクとし、エッチング液としてＴＭＡＨを用いた異方性エッチングにより、保持基板１１１のうち少なくとも可動部材形成予定領域１０Ａを、厚み方向の途中まで選択的に除去する（ステップＳ２０４）。ここでは、例えば、保持基板１１１を、外枠部３０の形成予定領域を残して、厚み方向の途中まで選択的に除去する。保持基板１１１の残部の厚みは例えば１００μｍとする。

保持基板１１１を厚み方向の途中まで除去したのち、図２４（Ａ）に示したように、半導体膜１１３側の絶縁膜８１上に、起動用電極８０を形成するための厚み１０μｍのポリシリコン膜１７０を形成する。そののち、図２４（Ｂ）に示したように、例えばディープＲＩＥ法により、ポリシリコン膜１７０をパターニングして起動用電極８０を形成する（ステップＳ２０５）。

起動用電極８０を形成したのち、図２４（Ｃ）に示したように、例えばダイシングによりＳＯＩ基板１１０を切断し、ＳＯＩ基板１１０に設けられている複数の可動部材形成予定領域１０Ａを個々に切り離す（ステップＳ２０６）。このとき、保持基板１１１の厚み方向の一部が残されているので、強度が確保されており、ダイシングによる破損などのおそれをなくすことができる。

複数の可動部材形成予定領域１０Ａを個々に切り離したのち、図２５（Ａ）に示したように、保持基板１１１側の絶縁膜８１をマスクとし、エッチング液としてＴＭＡＨを用いた異方性エッチングにより、保持基板１１１を厚み方向の最後まで除去する（ステップＳ２０７）。

保持基板１１１を除去したのち、図２５（Ｂ）に示したように、エッチング液としてＢＨＦを用いたウェットエッチングにより、酸化層１１２およびマスク層１５０のうち少なくとも可動部材形成予定領域１０Ａを選択的に除去し、可動部材１０，支持部２０，外枠部３０，固定側電極４０Ａ〜４０Ｄおよび回動側電極５０Ａ〜５０Ｄを形成する（ステップＳ２０８）。ここでは、例えば、酸化層１１２およびマスク層１５０を、外枠部３０の形成予定領域を残して選択的に除去する。また、その際、絶縁膜８１は、起動用電極８０と外枠部３０との間に挟まれた部分だけを残して除去される。エッチング終了後、第１の実施の形態と同様にして臨界乾燥を行う。

酸化層１１２，マスク層１５０および絶縁膜８１を除去したのち、図２５（Ｃ）に示したように、第１の実施の形態と同様にして、可動部材１０に反射膜１００を形成する（ステップＳ２０９）。以上により、図２１に示した光制御素子が完成する。

このように本実施の形態では、半導体膜１１３上の可動部材形成予定領域１０Ａの一部に選択的に半導体成長層１６０を形成することにより桟構造１１を形成するようにしたので、剛性が高く高速駆動が可能な光制御素子を容易に形成することができる。

〔第３の実施の形態〕
図２６は本発明の第３の実施の形態に係る光制御素子の全体構成を表すものである。この光制御素子は、第１の実施の形態の起動用電極８０を設けることなく、その機能を駆動用電源６０に持たせたことを除いては、第１の実施の形態と同一の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して、以下説明する。

本実施の形態においては、制御部７０は、中立状態にある可動部材１０の起動を駆動用電源６０による交流的電圧によって行い、可動部材１０を自励的に起動させる。これにより、この光制御素子では、起動用電極８０が不要となり、より簡単な構成で、容易に製造することができるようになっている。

この光制御素子は、例えば次のようにして製造することができる。

図２７はこの光制御素子の製造方法の流れを表すものであり、図２８ないし図３１はその工程を順に表すものである。なお、第１の実施の形態と製造工程が重複する部分については、図７（Ａ）および図７（Ｂ）を参照して説明する。

まず、図７（Ａ）に示した工程により、第１の実施の形態と同様にして、保持基板１１１の表面に酸化層１１２および半導体膜１１３が順に積層されたＳＯＩ基板１１０を用意する。

次いで、図７（Ｂ）に示した工程により、第１の実施の形態と同様にして、このＳＯＩ基板１１０の両面に絶縁膜８１を形成し、半導体膜１１３側の絶縁膜８１を、桟構造１１等の形成予定領域を残して選択的に除去する一方、保持基板１１１側の絶縁膜８１のうち少なくとも可動部材形成予定領域１０Ａを選択的に除去する（ステップＳ１０１）。ここでは、例えば、保持基板１１１側の絶縁膜８１を、外枠部３０の形成予定領域を残して選択的に除去する。

続いて、図２８（Ａ）に示したように、半導体膜１１３側の絶縁膜８１上に、可動部材１０等の形成予定領域に、フォトレジスト膜１３０を形成する。

フォトレジスト膜１３０を形成したのち、図２８（Ｂ）に示したように、このフォトレジスト膜１３０をマスクとして、例えばディープＲＩＥ法により、半導体膜１１３を、可動部材１０等の形成予定領域を残して、厚み方向の途中まで選択的に除去する（ステップＳ１０３）。このとき、除去される半導体膜１１３の厚みは例えば１μｍ程度とする。

半導体膜１１３を厚み方向の途中まで除去したのち、図２８（Ｃ）に示したように、フォトレジスト膜１３０を除去する。次いで、図２９（Ａ）に示したように、半導体膜１１３側の絶縁膜８１をマスクとして、例えばディープＲＩＥ法により、半導体膜１１３のうち厚み方向の途中まで除去した領域を、厚み方向の最後まで除去すると共に、可動部材形成予定領域１０Ａの一部を厚み方向の途中まで選択的に除去することにより桟構造１１を形成する（ステップＳ１０４）。このとき、第１の実施の形態と同様に、半導体膜１１３の反射率を測定することにより厚みを検知することが好ましい。

桟構造１１を形成したのち、図２９（Ｂ）に示したように、ＳＯＩ基板１１０の表面をフォトレジストよりなる保護膜１４０で覆う。続いて、図３０（Ａ）に示したように、例えばダイシングによりＳＯＩ基板１１０を切断し、ＳＯＩ基板１１０に設けられている複数の可動部材形成予定領域１０Ａを個々に切り離す（ステップＳ１０５）。

複数の可動部材形成予定領域１０Ａを個々に切り離したのち、図３０（Ｂ）に示したように、保持基板１１１側の絶縁膜８１をマスクとし、エッチング液としてＴＭＡＨを用いた異方性エッチングにより、保持基板１１１のうち少なくとも可動部材形成予定領域１０Ａを選択的に除去する（ステップＳ１０６）。ここでは、例えば、保持基板１１１を、外枠部３０の形成予定領域を残して選択的に除去する。

保持基板１１１を除去したのち、図３１（Ａ）に示したように、フォトレジストよりなる保護膜１４０を除去する。続いて、図３１（Ｂ）に示したように、エッチング液としてＢＨＦを用いたウェットエッチングにより、酸化層１１２のうち少なくとも可動部材形成予定領域１０Ａを選択的に除去し、可動部材１０，支持部２０，外枠部３０，固定側電極４０Ａ〜４０Ｄおよび回動側電極５０Ａ〜５０Ｄを形成する（ステップＳ１０７）。ここでは、例えば、酸化層１１２を、外枠部３０の形成予定領域を残して選択的に除去する。また、その際、絶縁膜８１は、起動用電極８０と外枠部３０との間に挟まれた部分だけを残して除去される。エッチング終了後、第１の実施の形態と同様にして臨界乾燥を行う。

酸化層１１２および絶縁膜８１を除去したのち、図３１（Ｃ）に示したように、第１の実施の形態と同様にして、可動部材１０に反射膜１００を形成する（ステップＳ１０８）。以上により、図２７に示した光制御素子が完成する。

この光制御素子では、第１の実施の形態と同様に、可動部材１０の裏面に桟構造１１が設けられているので、可動部材１０を薄くして慣性モーメントを小さくすることができ、共振周波数を高めることができる。また、桟構造１１により可動部材１０が補強され、回動時の平坦性が高くなる。よって、高速で高精度に光が制御される。

また、この光制御素子では、可動部材１０が静止状態の段階において、駆動用電源６０がオンする。これにより可動部材１０の共振周波数またはその倍数もしくは分数倍の駆動周波数を有する電圧が回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間に印加され、この高周波電圧によって可動部材１０が自励的に振動し始める。

自励振動が開始されると、この可動部材１０は、その振動が増長され、回動角度が大きくなっていく。これ以降の制御部７０による制御は、第１の実施の形態と同様である。

このように本実施の形態では、駆動用電源６０に第１の実施の形態の起動用電源９０の機能を持たせるようにしたので、簡素な構成で、可動部材１０の自励振動を発生させることができるという効果がある。

なお、本実施の形態では、第１の実施の形態の製造方法により桟構造１１を有する光制御素子を製造する場合について説明したが、第２の実施の形態の製造方法により製造するようにしてもよい。

〔第４の実施の形態〕
図３２は本発明の第４の実施の形態に係る光制御素子の全体構成を表すものであり、図３３はその断面構成を表すものである。この光制御素子は、可動部材１０を支持部２０により外枠部３０に対して連結すると共に、外枠部３０を外枠支持部２２０により固定部２３０に連結したことを除いては、第１の実施の形態と同一の構成を有している。以下、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。

可動部材１０、桟構造１１、支持部２０および反射膜１００は、第１の実施の形態と同様の構成を有している。

外枠部３０には第１固定側電極４０Ａ〜４０Ｄが連結され、各々に対応して第１回動側電極５０Ａ〜５０Ｄが設けられている。

外枠部３０は、本実施の形態では可動部材１０を取り囲むように設けられ、可動部材１０と同様に同一のＳＯＩ基板から保持基板および酸化層を選択的に除去した半導体膜により構成されている。

また、この光制御素子は、第１の実施の形態と同様に、第１回動側電極５０Ａ〜５０Ｄと第１固定側電極４０Ａ〜４０Ｄとの間に静電駆動用の電圧を印加する第１駆動用電源６０と、この第１駆動用電源６０を制御するための制御部７０と、可動部材１０の起動を開始させるための起動用電極８０と、この起動用電極８０と可動部材１０との間に接続された第１起動用電源９０とを有している。なお、図１９および図２０では、第１駆動用電源６０，制御部７０，起動用電極８０および第１起動用電源９０は省略している。

支持部２０に直交する方向に配置された外枠支持部２２０は、支持部２０と同様の捩じ梁であり、その一端において外枠部３０を可動部材１０の駆動方向に対して直交する方向に回動可能に支持する。外枠支持部２２０も、可動部材１０と共に同一のＳＯＩ基板から保持基板および酸化層を除去したのちの半導体膜により構成されている。

外枠支持部２２０の他端側は固定部２３０に固定されている。この固定部２３０は、可動部材１０と共に同一のＳＯＩ基板から形成され、必要に応じて他の膜が形成された構造を有している。なお、固定部２３０は、必ずしも外枠部３０全体を取り囲む必要はなく、少なくとも外枠支持部２２０の固定位置に設けられていればよい。

更に、この光制御素子は、外枠部３０を駆動するための外枠駆動部２００を備えている。これにより、この光制御素子では、可動部材１０を二次元方向に変位させることができるようになっている。

この外枠駆動部２００は、第２固定側電極２４０Ａ，２４０Ｂ，２４０Ｃ，２４０Ｄと、第２回動側電極２５０Ａ，２５０Ｂ，２５０Ｃ，２５０Ｄとを有するものである。なお、外枠駆動部２００による外枠部３０の駆動速度は、可動部材１０の駆動速度よりも低速であってもよい。

第２固定側電極２４０Ａ〜２４０Ｄは、固定部２３０に連結すると共にそれぞれ複数の櫛歯２４１Ａ，２４１Ｂ，２４１Ｃ，２４１Ｄを有している。これら第２固定側電極２４０Ａ〜２４０Ｄは、可動部材１０と共に同一のＳＯＩ基板から保持基板および酸化層を除去したのちの半導体膜の平坦面に形成されている。

第２回動側電極２５０Ａ〜２５０Ｄは、２個の外枠支持部２２０の各々の両側に、第２固定側電極２４０Ａ〜２４０Ｄの各々に対応して配置されている。これら第２回動側電極２５０Ａ〜２５０Ｄはそれぞれ外枠部３０に連結すると共に、櫛歯２４１Ａ〜２４１Ｄに対応して複数の櫛歯２５１Ａ〜２５１Ｄを有している。第２回動側電極２５０Ａ〜２５０Ｄも第２固定側電極２４０Ａ〜２４０Ｄと同様の構造を有している。

第２回動側電極２５０Ａ〜２５０Ｄについても、中立位置において第２固定側電極２４０Ａ〜２４０Ｄと同一平面内にあり、両者の間には段差がないことは第１の実施の形態と同様である。これにより、第２固定側電極２４０Ａ〜２４０Ｄおよび第２回動側電極２５０Ａ〜２５０Ｄと、第１固定側電極４０Ａ〜４０Ｄおよび第１回動側電極５０Ａ〜５０Ｄとを同一工程で作製可能であり、従来の垂直櫛歯型のものに比べて製造工程を大幅に簡素化することができる。

更に、この光制御素子は、図示しないが、第２回動側電極２５０Ａ〜２５０Ｄと第２固定側電極２４０Ａ〜２４０Ｄとの間に高周波電圧を印加する第２駆動用電源と、外枠部３０の初期駆動を促すための起動用電極と、この起動用電極と外枠部３０との間に起動用の塵電圧を印加するための第２起動用電源とを有している。これら第２駆動用電源および第２起動用電源は、第１駆動用電源および第１起動用電源と同様に、制御部７０を通じてオン／オフが制御されるようになっている。その基本的な原理は第１の実施の形態で説明したと同じであるので、説明は省略する。

この光制御素子は、第１固定側電極４０Ａ〜４０Ｄおよび第１回動側電極５０Ａ〜５０Ｄを作製するのと同一工程で、外枠支持部２２０、外枠部３０、第２固定側電極２４０Ａ〜２４０Ｄおよび第２回動側電極２５０Ａ〜２５０Ｄを形成することを除いては、第１の実施の形態または第２の実施の形態と同様にして製造することができる。

本実施の形態では、第１固定側電極４０Ａ〜４０Ｄおよび第１回動側電極５０Ａ〜５０Ｄにより可動部材１０が一方向に回動変位すると共に、第２固定側電極２４０Ａ〜２４０Ｄおよび第２回動側電極２５０Ａ〜２５０Ｄにより、外枠部３０が可動部材１０の回動方向とは直交する方向に変位する。これにより、可動部材１０が二次元方向に変位する。

このように本実施の形態では、外枠部３０に連結した外枠支持部２２０を捩り梁とし、これを軸として可動部材１０と共に外枠部３０を回動変位させるようにしたので、可動部材１０を二次元方向に変位させることが可能になる。

以下、本発明の光制御素子の具体的な適用例について説明する。

図３４は、本発明の光制御素子を用いた表示装置の一例を表すものである。この表示装置は、光源３１０からの光を光制御素子３２０により反射しスクリーン３３０上に映像Ｐとして投影するものである。光源３１０と光制御素子３２０との間には、光変調器３４０が設けられている。

光源３１０は、例えばレーザまたは発光ダイオードにより構成されていることが好ましい。レーザまたは発光ダイオードは、点光源に近く光密度が高いので、径の小さいビームにしやすいからである。

光制御素子３２０は、上記第４の実施の形態で説明した光制御素子により構成されている。これにより、この表示装置では、高速二次元駆動が可能であり、ＮＴＳＣやハイビジョン対応の映像を１本の光を走査して表示することができるようになっている。

光変調器３４０は、光源３１０からの光信号に映像信号を重畳するためのものである。

この表示装置では、光源３１０からの光は、光変調器３３０により映像信号が重畳されたのち、光制御素子３２０に投入され、ここで本発明の可動部材１０によりスクリーン３４０上を走査される。これにより、映像Ｐが表示される。

このように本実施の形態では、本発明の光制御素子を備えるようにしたので、高速二次元駆動が可能であり、ＮＴＳＣやハイビジョン対応の映像を１本の光を走査して表示することができる。

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、光制御素子および表示装置の構成を具体的に挙げて説明したが、光制御素子および表示装置の構成は上記実施の形態に限られない。例えば、可動部材１０の形状は矩形状に限らず、その他任意の形状とすることができる。

また、例えば、第４の実施の形態は、第１の実施の形態の光制御素子だけでなく第３の実施の形態の光制御素子にも適用可能である。

更に、例えば、第４の実施の形態において、第２駆動部２００には、電磁力または熱駆動などの静電力以外の駆動方法を用いてもよい。

加えて、例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態においては、ＴＭＡＨの代わりに水酸化カリウム（ＫＯＨ），ヒドラジン，エチレンジアミン−ピロカテコール−水（ＥＰＷ）などを用いることも可能である。

更にまた、例えば、上記実施の形態では可動部材１０として静電気力で駆動されるガルバノミラーを例として説明したが、ポリゴンミラー（回動型多面鏡）などの他のミラーでもよい。更に、本発明は、可動部材１０としてミラーに限らずジャイロなど高速変位を要する機器を駆動する場合に広く適用可能である。

加えてまた、例えば、上記実施の形態では、本発明の光制御素子を映像表示やスキャナなどに適用できるとしたが、本発明は、例えば超小型バーコードリーダ，ビームスキャナ，レーザプリンタ，光スイッチ，プロジェクタ，レーザショウ用ビームスキャナ，ディスプレイ，二次元バーコードリーダ，距離センサ，レーザソナー，共焦点顕微鏡，レーザ顕微鏡，光造形プロトタイピング，レーザ加工機，ＰｔｏＰ（ピア・ツー・ピア）光通信，光通信などの他の電子機器にも広く適用可能である。

本発明の第１の実施の形態に係る光制御素子の全体構成の一例を表す平面図である。 図１に示した光制御素子のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。 図１に示した可動部材および支持部を可動部材の裏面側から見た構成を表す斜視図である。 図１に示した光制御素子のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 図１の等価回路を表す図である。 図１に示した光制御素子の製造方法の流れを表す図である。 図１に示した光制御素子の製造方法を工程順に示す断面図である。 図７の工程に続く工程を説明するための断面図である。 図８の工程に続く工程を説明するための断面図である。 図９の工程に続く工程を説明するための断面図である。 図１０の工程に続く工程を説明するための断面図である。 図１１の工程に続く工程を説明するための断面図である。 図１０（Ａ）に示した工程において半導体膜の厚みを検知する方法を説明するための図である。 図１に示した光制御素子の起動方法を説明するための図である。 図１に示した光制御素子の起動方法を説明するための図である。 図１に示した光制御素子の動作を説明するための図である。 同じく光制御素子の動作を説明するための図である。 同じく光制御素子の動作を説明するための図である。 同じく光制御素子の動作を説明するための図である。 図１に示した光制御素子の他の構成を表す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光制御素子の製造方法の流れを表す図である。 図２１に示した製造方法を工程順に表す断面図である。 図２２の工程に続く工程を説明するための断面図である。 図２３の工程に続く工程を説明するための断面図である。 図２４の工程に続く工程を説明するための断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る光制御素子の全体構成の一例を表す平面図である。 図２６に示した光制御素子の製造方法の流れを表す図である。 図２６に示した光制御素子の製造方法を工程順に示す断面図である。 図２８の工程に続く工程を説明するための断面図である。 図２９の工程に続く工程を説明するための断面図である。 図３０の工程に続く工程を説明するための断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る光制御素子の全体構成の一例を表す平面図である。 図３２に示した光制御素子のＸＸＸＩＩＩ−ＸＸＸＩＩＩ線における断面図である。 本発明の光制御素子を備えた表示装置の一例を表す斜視図である。 従来の可動部材の一例を表す斜視図である。

符号の説明

１０…可動部材、１１…桟構造、２０…支持部、３０…外枠部、４０Ａ〜４０Ｄ…固定側電極，第１固定側電極、４１Ａ〜４１Ｄ，５１Ａ〜５１Ｄ，２４１Ａ〜２４１Ｄ，２５１Ａ〜２５１Ｄ…櫛歯、５０Ａ〜５０Ｄ…回動側電極，第１回動側電極、６０…駆動用電源、７０…制御部、８０…起動用電極、８１…絶縁膜、９０…起動用電源、１００…反射膜、１１０…ＳＯＩ基板、１１１…保持基板、１１２…酸化層、１１３…半導体膜、２００…外枠駆動部、２２０…外枠支持部、２３０…固定部、２４０Ａ〜２４０Ｄ…第２固定側電極、２５０Ａ〜２５０Ｄ…第２回動側電極、３１０…光源、３２０…光制御素子、３３０…スクリーン、３４０…光変調器

Claims (13)

1. 表面に反射面を有する板状の可動部材と、
   前記可動部材の裏面に設けられた桟構造と
   を備えたことを特徴とする光制御素子。
2. 前記桟構造は前記可動部材よりも大きな厚みを有する
   ことを特徴とする請求項１記載の光制御素子。
3. 前記可動部材の表面に反射膜を有する
   ことを特徴とする請求項１記載の光制御素子。
4. 前記可動部材の周囲に設けられた外枠部と、
   前記可動部材の相対向する位置においてそれぞれ前記可動部材と前記外枠部とを連結すると共に前記可動部材の回動中心の軸となる一対の支持部と、
   前記外枠部に連結して設けられた固定側電極と、
   前記固定側電極に対応する位置に前記可動部材に連結して設けられると共に、中立位置において前記固定側電極と同一平面内にある回動側電極と、
   前記固定側電極と回動側電極との間に電圧を印加して、前記可動部材を静電駆動させる駆動手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１記載の光制御素子。
5. 前記外枠部の周囲に設けられた固定部と、
   前記外枠部の相対向する位置において前記外枠部と前記固定部とを連結すると共に、前記外枠部を前記軸方向に回動可能に支持する一対の外枠支持部と、
   前記外枠部を前記可動部材の回動方向に対して直交する方向に回動変位させる外枠駆動部と
   を備えたことを特徴とする請求項４記載の光制御素子。
6. 反射面を有する板状の可動部材と、前記可動部材を回動可能に支持する外枠部材とを備えた光制御素子の製造方法であって、
   保持基板上に酸化層を間にして半導体膜を有する基板を用い、前記半導体膜のうち可動部材形成予定領域を残して他の少なくとも一部を、厚み方向の途中まで選択的に除去する工程と、
   前記半導体膜のうち厚み方向の途中まで除去した領域を、厚み方向の最後まで除去すると共に、前記可動部材形成予定領域の一部を厚み方向の途中まで選択的に除去することにより桟構造を形成する工程と、
   前記保持基板および酸化層のうち少なくとも前記可動部材形成予定領域を選択的に除去することにより、前記可動部材および前記外枠部材を形成する工程と
   を含むことを特徴とする光制御素子の製造方法。
7. 前記可動部材形成予定領域の一部を厚み方向の途中まで選択的に除去する際に、前記半導体膜の反射率を測定することにより前記半導体膜の厚みを検知する
   ことを特徴とする請求項６記載の光制御素子の製造方法。
8. 前記保持基板を選択的に除去する前に、前記基板を切断することにより前記基板に設けられた複数の前記可動部材形成予定領域を個別に分離する
   ことを特徴とする請求項６記載の光制御素子の製造方法。
9. 前記保持基板を選択的に除去したのち、前記可動部材の他方の面に反射膜を形成する
   ことを特徴とする請求項６記載の光制御素子の製造方法。
10. 反射面を有する板状の可動部材と、前記可動部材を回動可能に支持する外枠部材とを備えた光制御素子の製造方法であって、
    保持基板上に酸化層を間にして半導体膜を有する基板を用い、前記半導体膜のうち可動部材形成予定領域を残して他の少なくとも一部を選択的に除去する工程と、
    前記半導体膜上の前記可動部材形成予定領域の一部に選択的に半導体成長層を形成することにより桟構造を形成する工程と、
    前記保持基板および酸化層のうち少なくとも前記可動部材形成予定領域を選択的に除去することにより、前記可動部材および前記外枠部材を形成する工程と
    を含むことを特徴とする光制御素子の製造方法。
11. 前記保持基板を選択的に除去する際に複数回に分けて行うと共に、その最終回を行う前に、前記基板を切断して前記基板に設けられた複数の前記可動部材形成予定領域を個別に分離する
    ことを特徴とする請求項１０記載の光制御素子の製造方法。
12. 前記保持基板を選択的に除去したのち、前記可動部材の他方の面に反射膜を形成する
    ことを特徴とする請求項１０記載の光制御素子の製造方法。
13. 光源と、前記光源からの光を制御する光制御素子とを備えた表示装置であって、
    前記光制御素子は、
    表面に反射面を有する板状の可動部材と、
    前記可動部材の裏面に設けられた桟構造と
    を備えたことを特徴とする表示装置。
    

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