JP2007024946A - Microelectromechanical element and microelectromechanical optical modulation element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、微小電気機械素子に関し、特に微小電気機械光変調素子の長尺状の梁体に関する。 The present invention relates to a microelectromechanical element, and more particularly to a long beam body of a microelectromechanical light modulation element.
空間光変調器(SLM)は、空間パターンの入射光を変調し、電気的又は光学的入力に対応する光画像を形成する装置である。このSLMの一つに、マイクロメカニクス技術に基づきマイクロミラーを作製し、このマイクロミラーを傾けて光の偏向を図るデジタル・マイクロミラー・デバイス(DMD)がある。DMDは、モノリシック単一チップ集積回路SLMであり、例えば16ミクロン四方程度の可動マイクロミラーの高密度アレイからなる。これらのミラーは、アドレス回路上に形成され、DMDアレイの1画素を形成し、2つの位置のうち一方の位置で、入射光を投射レンズに反射し、他方の位置で入射光を光アブソーバーに偏向する。投射レンズは、表示スクリーン上へ変調光をフォーカスして画像を形成する。
明する。
A spatial light modulator (SLM) is a device that modulates incident light in a spatial pattern and forms a light image corresponding to an electrical or optical input. As one of the SLMs, there is a digital micromirror device (DMD) that produces a micromirror based on micromechanical technology and tilts the micromirror to deflect light. The DMD is a monolithic single-chip integrated circuit SLM, and is composed of a high-density array of movable micromirrors of about 16 microns square, for example. These mirrors are formed on the address circuit, form one pixel of the DMD array, reflect incident light to the projection lens at one of the two positions, and convert incident light to the optical absorber at the other position. To deflect. The projection lens focuses the modulated light on the display screen to form an image.
Light up.
図13は本発明が対象の1つとしている反射型光変調素子の従来例で、反射型光変調素子の平面図、図14は図13のA−A、B−B、C−C、D−Dの各断面視をそれぞれ(a)、(b)、(c)、(d)に表した断面図、図15は図13に示した基板の断面図、図16は図13に示した反射型光変調素子 の電極配線図である。
図13および図14において、反射型光変調素子100は、基板10と、基板10に配設された下部電極20(図で左右の20a、20b)と、この基板10から空隙G(図14)を介して梁体(以下、「ヒンジ 」と称す。)40と、ヒンジ40に形成された可動部材30とから成っている。ヒンジ40は長尺状をしたブリッジ(図14(c)参照)で、長尺方向両端の支持部41で基板10の上に立脚し、中央部分40は下部電極20aと下部電極20bとの隙間の上方に空隙Gを介して基板10と略平行に架設されている。可動部材30は導電部31とその上に形成された光反射体(以下、「ミラー部」と称す。)32とで構成され、導電部31の中央部とヒンジ40は一体となっている。
したがって、ヒンジ40の捩れによって可動部材30が回転変位し、したがってミラー部32回転変位する。
FIG. 13 is a plan view of a reflection type light modulation element which is one of the objects of the present invention, and FIG. 14 is a plan view of the reflection type light modulation element, and FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view of the substrate shown in FIG. 13, and FIG. 16 is a cross-sectional view of the substrate shown in FIG. FIG. 6 is an electrode wiring diagram of a reflective light modulation element.
13 and 14, the reflective
Therefore, the
基板10は、Si基板、ガラス基板等のいずれの素材を用いてもよい。基板10の具体例としては、図15のように、Si基板70上に素子を駆動するための回路(通常はCMOS回路71及びその配線回路73)が形成され、その上面が絶縁層75によって平坦化された基板であることが好ましい。そして、平坦化された絶縁層75の上面に下部電極20が設けられ、さらにその上方に空隙Gを介して前述の可動部材30が設けられる。これらは絶縁層75に設けられた図示しないコンタクトホールを介して電気的に接続されている。
The
下部電極20は、ヒンジ40を中心として両脇側に第1下部電極20aと第2下部電極20bとを配設されてなる。ヒンジ40の下側に、ヒンジ40を中心として二つの下部電極(第1下部電極20aと第2下部電極20b)、が配設されている。つまり、軸を中心に揺動される可動部材30の捩れ中心40C軸(図14(b))の周りに、静電気力を有効に付与する電極(第1下部電極20a、第2下部電極20b)が省スペースで配設されている。第1下部電極20aと第2下部電極20bは基板10上に固定されて形成される。第1下部電極20aと第2下部電極20bは、金属、半導体など導電性を有するものであればよい。また、この上に絶縁層があってもよい。
The
ヒンジ40の両端の支持部41は、長尺状に形成したヒンジ40の端部を、略四角錐状に凹ませた形状とすることができる。従って、支持部41(図14(c))の断面形状は、下部に平坦部を有する逆三角形状となる。ヒンジ40は、この平坦部が絶縁層75(図15)に穿設した図示しないコンタクトホールを介して配線回路73(図15)に接続されている。第1下部電極20aと第2下部電極20bの位置は、ヒンジ40の捩れ中心40Cに対して略対称に配置される。ヒンジ40は、導電性を有するものであればよい。例えば、金属、半導体が好適である。また、絶縁体と導電体の複合体であってもよい。
ヒンジ40は、長尺状の長尺方向の両端が固定され、ヒンジ40自身が捩れることによりヒンジの軸を中心に回転変位可能である。その弾性力はヒンジ40の形状(膜厚、幅、長さ)と、材料物性(ヤング率、ポアソン比など)などで任意に決定される。なお、可動部材30は左右に配設した電極による静電気力で、右回転及び左回転にアクティブ駆動が可能なため、ヒンジ40の弾性力は小さく設定できる。また、ヒンジ40の支持部41は基板10に固定されていれば如何なる構造であってもよい。
The
The
ヒンジ40(導電部31)の中央部は、両端部に対し拡幅され、水平左右方向(図13の左右方向)に延出された翼形状となり、更に左右の翼前後部がヒンジ40に沿って延在した平面視略H形状となっている。ミラー部32は、このヒンジ中央部と略同形状のH形状となっている。ミラー部32、又はミラー部32とヒンジ40は、金属、半導体などからなり、導電性を有し、基板10と反対側の表面(光入射面)が反射性を有している。
The central portion of the hinge 40 (conductive portion 31) is widened with respect to both end portions and has a wing shape extending in the horizontal left-right direction (left-right direction in FIG. 13). The extended plan view has a substantially H shape. The
図16は図13に示した反射型光変調素子の構成およびその動作を説明する図で、(1)はその電極配線を示す図、(2)は反射型光変調素子の左側傾斜状況、(3)はその右側傾斜状況をそれぞれ表した動作説明図である。
(1)に示すように、反射型光変調素子100は、第1下部電極20aが電気的に接続されて第1駆動電極81aとなり、第2下部電極20bが電気的に接続されて第2駆動電極81bとなり、可動部材30の導電部31が可動体電極80となっている。
可動部材30の捩れ中心40C軸周りに配設された第1下部電極20aと第2下部電極20bのうち、第1下部電極20a及び第2下部電極20bがそれぞれ別の電源に接続され、それぞれ別の電位が与えられ得るようになっている。これらの電極と、可動部材30の導電部31とに電圧が印加されることで、捩れ中心40Cを挟む可動部材30の左右方向両端に上下方向の回転モーメントが付与可能となり、大きな回転駆動力Fが得られるようになる。また、一動作が3電極で制御可能となっている。
FIG. 16 is a diagram for explaining the configuration and operation of the reflective light modulation element shown in FIG. 13. (1) is a diagram showing the electrode wiring, (2) is the left-side tilted state of the reflective light modulation element, 3) is an operation explanatory view showing the right-side tilt situation.
As shown in (1), in the reflective
Of the first
次に、上記のように構成された反射型光変調素子100の傾斜動作を図16の(2)及び(3)を用いて説明する。
反射型光変調素子100は、基本動作として、下部電極20と導電部31への電圧印加によって、ミラー部32を揺動変位させて、光の反射方向を偏向させるものである。
ミラー部・ヒンジ複合体の導電体(導電部31)に対し、第1下部電極20a、第2下部電極20bに電位差を与えると、それぞれの電極と、ミラー部・ヒンジ複合体の導電体との間に静電気力が発生し、ヒンジ40の捩れ中心40C軸を中心に回転トルクが働く。従って、それぞれの電極の電位を制御することにより、ミラー部32を回転変位させることが可能となる。変位する位置は、ミラー部32の状態と、その時にそれぞれの電極により発生する静電気力と、ヒンジ40の弾性力とによって決まる。
Next, the tilting operation of the reflective
As a basic operation, the reflective
When a potential difference is applied to the first
例えば、図16(2)に示すように、第1下部電極20aを基板10上で接続した第1駆動電極81aに電位V1を印加する。また、第2下部電極20bを基板10上で接続した第2駆動電極81bに電位V2を印加する。更に、ミラー部32及びヒンジ40の導電部31である可動体電極80に電位Vmを印加する。電位V1、V2、Vmは、基板10上に形成された半導体集積回路(例えばCMOS回路71)で供給、制御される。
ここで、Vmに対するV1の電位差をV(1)、Vmに対するV2の電位差をV(2)とする。V(1)=V(2)=0のときは、ミラー部32に発生する外力はゼロであり、素子形成時の状態を維持し、ミラー部32は、図16(1)に示すように、基板10に対し略水平となる。この状態はヒンジ40の弾性力により安定である。
For example, as shown in FIG. 16B, the potential V1 is applied to the
Here, the potential difference of V1 with respect to Vm is V (1), and the potential difference of V2 with respect to Vm is V (2). When V (1) = V (2) = 0, the external force generated in the
V(1)=V(2)≠0のとき、ミラー部32に発生する静電気力はヒンジ40の捩れ中心40Cを中心に対称となり、依然として素子形成時の状態を維持してミラー部32は基板10に対し略水平となる。
When V (1) = V (2) ≠ 0, the electrostatic force generated in the
V(1)、V(2)の少なくとも一方がゼロでなく、それぞれ異なる場合、ミラー部32に発生する静電気力はヒンジ40の捩れ中心40C軸を中心に非対称となり、ミラー部32は基板10に対して傾く。
When at least one of V (1) and V (2) is not zero and is different from each other, the electrostatic force generated in the
例えば、V(1)>V(2)のときには、図16(2)に示すように第1下部電極20aにより発生する静電気力Fが、第2下部電極20bにより発生する静電気力fより大きくなり、ミラー部32は左側に傾く。逆に、V(1)<V(2)のときは、図16(3)のように第2下部電極20bにより発生する静電気力Fが、第1下部電極20aにより発生する静電気力fより大きくなり、ミラー部32は右側に傾く。
この時、V(1)とV(2)が十分大きいと、V(1)とV(2)の差が小さくても、ミラー部32をフラット状態から任意の方向に回転変位させることが容易に可能である。このことは、例えば制御する電位をV1とV2とした場合、その電位差が小さくて済むため、制御回路の電圧を低くすることができ、コストや集積性に優位となる利点を有する。
このように、V1、V2、Vmに適宜電位を供給することにより、それぞれの電極に発生する静電気力と、ヒンジ40の弾性力から、ミラー部32を時計回り回転、反時計回り回転、フラットなど任意の位置に変位させることが可能となる。また、この時の駆動方法は、アナログ制御(任意の変位に制御)、デジタル制御(例えば2値の変位に制御)の何れであってもよい。
For example, when V (1)> V (2), as shown in FIG. 16 (2), the electrostatic force F generated by the first
At this time, if V (1) and V (2) are sufficiently large, the
In this way, by appropriately supplying potentials to V1, V2, and Vm, the
そして、上記の回転駆動にあっては、適当な回転ストッパを設け、ミラー部32をストッパに接触するまで回転変位させることで、回転角を精度よく制御することができる。また、電圧と変位特性のリニア領域を用いて、ミラー部32を接触させずに回転変位させることも可能である。この場合、接触部が無いので、貼り付きなどの課題が生じなくなり、信頼性を高くすることができる。なお、上記した電極配線、及び各電位制御によるミラー部32の変位動作方法は一実施例であり、これに限定されるものではない。
In the above rotational drive, the rotation angle can be accurately controlled by providing an appropriate rotation stopper and rotationally displacing the
従って、上記の反射型光変調素子100によれば、可動部材30が、ミラー部32と導電部31とを備えた捩れ可能なヒンジ40からなることで、可動部全体の質量が小さくなり、慣性モーメントを小さくして、高速可動が可能となる。
なお、基板10側に下部電極20が配設され、可動部材30を挟んで下部電極20の反対側にさらに上部電極を架設すると、ヒンジ40のバネ力によらず、上下からの静電気力によって能動的に(アクティブに)可動部材30が揺動されることができる。このことから、バネ力を利用して可動部材30を復帰作動させる構造の場合に必要となるヒンジ40のバネ力が大きくなくてもよくなり、バネ力を強くした場合の駆動抵抗が低減されて、高速かつ低電圧での駆動が可能となる。
Therefore, according to the reflection-type
Note that when the
以上のように、ヒンジ40は長尺方向に直角な面での断面で見て矩形状のものが用いられていた。しかしながら、断面矩形状のヒンジは、ヒンジ部の曲げ剛性を高めようとするとヒンジ部の捩り剛性も同様に高くなってしまい、マイクロミラー装置のサーボ帯域の広域化を図ることが困難であった。
この欠点を解決するものとして、ヒンジ部の捩り剛性をさほど変化させることなく曲げ剛性のみが大幅に高められる発明が開示された(特許文献1参照)。
In order to solve this drawback, an invention has been disclosed in which only the bending rigidity is significantly increased without significantly changing the torsional rigidity of the hinge portion (see Patent Document 1).
図17の(b)は、マイクロミラー装置(光変調素子)の特許文献1記載のヒンジ部近傍の斜視図である。図において、200は特許文献1記載の発明に係るマイクロミラー装置(光変調素子)、230は可動部材、240はヒンジ、240aはベース、240bはベース240の長尺方向に沿った中央部に形成された突部である。
従来のヒンジ40(図14(b))は断面矩形であったので、長尺方向(図14で紙面に垂直方向)の撓み剛性が弱かったのであるが、このように、ヒンジ240のベース240aの長尺方向の中央部に、その厚み方向に突出する突部240bを形成することにより、ヒンジ240の長尺方向の撓み剛性を大幅に高めるようにしている。
なお、図17の(a)は本発明に係るヒンジ部近傍の斜視図である。(これについては、後述)。
FIG. 17B is a perspective view of the vicinity of the hinge portion described in
Since the conventional hinge 40 (FIG. 14B) has a rectangular cross section, the flexural rigidity in the longitudinal direction (perpendicular to the paper surface in FIG. 14) was weak. By forming a
FIG. 17A is a perspective view of the vicinity of the hinge portion according to the present invention. (This will be described later).
このように、特許文献1記載の光変調素子200にあっては、ヒンジ240のベース240aの長尺方向の中央部に、その厚み方向に突部240bを形成しているので、ヒンジ240の長尺方向の撓み剛性を大幅に高めることができる。
しかしながら、このように製造した光変調素子においては、それまでの従来装置と同じく、ヒンジの製造プロセスのドライエッチング工程や長年の使用において、ヒンジが破損することがおきて、光変調素子が機能しなくなることがあった。
As described above, in the
However, in the light modulation element manufactured in this way, the hinge is damaged in the dry etching process and the use for many years in the manufacturing process of the hinge as in the conventional device so far, and the light modulation element functions. Sometimes it disappeared.
本出願人は、そのヒンジ破損の原因を検査したところ、ヒンジのエッジ部分に亀裂が生じやすく、ヒンジ破損の大部分がエッジ部分の亀裂に起因していることが判明した。
したがって、本発明の目的は、ヒンジのエッジ部分における亀裂を生じ難くすることによって、特許文献1記載の発明の持つ欠点を克服して光変調素子の生産性を高めると共に、しかも特許文献1記載の発明の長所であるヒンジ部の捩り剛性をさほど変化させることなく撓み剛性のみを大幅に高めることができる光変調素子を提供することにある。
When the applicant examined the cause of the hinge breakage, it was found that cracks are likely to occur at the edge portion of the hinge, and most of the hinge breakage is caused by the crack at the edge portion.
Accordingly, an object of the present invention is to make it difficult to generate cracks at the edge portion of the hinge, thereby overcoming the disadvantages of the invention described in
上記の課題を解決するため、請求項1記載の発明は微小電気機械素子に係り、基板と、該基板上に空隙を介して架設された変形可能な弾性梁体とを備え、該弾性梁体が捩れ又は撓む(以下、「変形」という。)ことにより操作される微小電気機械素子であって、その弾性梁体の両端部に、その厚み方向に突出する突部が形成されていることを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to
請求項2記載の発明は微小電気機械素子に係り、電極を備えた基板と、該基板上に空隙を介して架設された変形可能な長尺状の弾性梁体と、該梁体に取付けられて少なくとも一部分に前記電極に対向する導電部を備え該梁体の変形によって変位が可能な可動部材と、前記電極および前記導電部への電圧印加によって前記可動部材を揺動変位させる微小構造体において、前記長尺状の梁体の架設されていない自由端の両端部に、その厚み方向に突出する突部が形成されていることを特徴としている。
The invention according to
請求項3記載の発明は微小電気機械光変調素子に係り、電極を備えた基板と、該基板上に空隙を介して架設された捩れ変形可能な長尺状の弾性梁体と、該梁体に取付けられて少なくとも一部分に前記電極に対向する導電部を備え該梁体の捩れによって回転変位が可能な可動部材と、該可動部材の表面に設けられた光学機能膜と、前記電極および前記導電部への電圧印加によって前記光学機能膜を揺動変位させて、光を変調させる光変調素子において、前記長尺状の梁体の架設されていない自由端の両端部に、その厚み方向に突出する突部が形成されていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a microelectromechanical light modulation device comprising: a substrate provided with electrodes; a torsionally deformable long elastic beam member that is laid on the substrate via a gap; and the beam member. A movable member that is provided with a conductive portion facing at least a part of the beam body and is capable of rotational displacement by twisting of the beam, an optical functional film provided on a surface of the movable member, the electrode, and the conductive member. In an optical modulation element that modulates light by swinging and displacing the optical functional film by applying a voltage to the portion, it projects in the thickness direction at both ends of the free end where the elongated beam body is not installed. It is characterized in that a protruding portion is formed.
請求項4記載の発明は微小電気機械光変調素子に係り、電極を備えた基板と、該基板上に空隙を介して架設された撓み変形可能な長尺状の弾性梁体と、該梁体に取付けられて少なくとも一部分に前記電極に対向する導電部を備え該梁体の撓みによって上下変位が可能な前記電極と平行な部材と、前記電極および前記導電部への電圧印加によって前記部材を前記電極と平行に変位させて、光の変調を行う光変調素子において、前記長尺状の梁体の架設されていない自由端の両端部に、その厚み方向に突出する突部が形成されていることを特徴としている。
The invention according to
請求項5記載の発明は、請求項1〜4のいずれか1項記載の素子において、前記弾性梁体の断面形状が、両端部が突部で、中央部が薄くなった略凹状、略円弧状、略楕円弧状のいずれかであることを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the element according to any one of the first to fourth aspects, the cross-sectional shape of the elastic beam body is a substantially concave shape or a substantially circular shape in which both end portions are protrusions and the central portion is thinned. It is characterized by an arc shape or a substantially elliptical arc shape.
請求項6記載の発明は、請求項5記載の微小電気機械光変調素子において、前記突部が前記弾性梁体の部材と同一材料により形成されたことを特徴としている。 According to a sixth aspect of the present invention, in the micro electromechanical light modulation device according to the fifth aspect, the protrusion is formed of the same material as that of the elastic beam member.
請求項7記載の発明は、請求項5記載の微小電気機械光変調素子において、前記突部が前記弾性梁体の部材と異なる材料により形成されたことを特徴としている。 According to a seventh aspect of the present invention, in the micro electromechanical light modulator according to the fifth aspect, the protrusion is formed of a material different from that of the elastic beam member.
請求項8記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項記載の素子において、前記突部が前記弾性梁体の上面及び下面に形成されていることを特徴としている。
The invention according to
上記のように本発明によれば、長尺状の梁体の長尺方向に対して直角方向の両端部に、その厚み方向に突部を突出させて状の梁体の端部を補強したので、ヒンジのエッジ部分が破損し難くくなる微小電気機械素子が得られる。
また、長尺状の梁体の端部の補強を梁体の部材と同一材料により形成したので、生産性が上がるとともに、補強と梁体との境界がなくなり強度が高くなる。
あるいは、端部の補強を梁体の部材と異なる材料により形成することにより、安価な材料にできるので、コスト安となる。
As described above, according to the present invention, the end portions of the beam body are reinforced by projecting the protrusions in the thickness direction at both ends in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the long beam body. Therefore, a micro electromechanical element in which the edge portion of the hinge is difficult to break can be obtained.
Further, since the reinforcement of the end portion of the long beam body is made of the same material as that of the member of the beam body, the productivity is increased and the boundary between the reinforcement and the beam body is eliminated and the strength is increased.
Alternatively, since the end portion is made of a material different from that of the member of the beam body, an inexpensive material can be used, and the cost is reduced.
以下、本発明について図1および図2に基づいて説明する。
図1は本発明に係る反射型光変調素子の平面図、図2は図1のA−A、B−B、C−C、D−Dの各断面視をそれぞれ(a)、(b)、(c)、(d)に表した断面図である。
図1および図2において、反射型光変調素子100は、基板10と、この基板10上に空隙G(図2)を介して梁体(以下、「ヒンジ 」と称す。)40(導電部31と一体)が架設され、ヒンジ40の捩れによって回転変位が可能な光反射体(以下、「ミラー部」と称す。)32を有し、少なくとも一部分に導電部31を備えた可動部材30と、基板10側に配設され空隙Gを介して可動部材30に対向する下部電極20とを有してなる。本発明によればヒンジ40の形状が特徴であり、その他の部材は図14の従来装置と同じであるので、重複説明は省略する。
本実施例では、光学機能膜として、入射光を反射させるミラーを適用している。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
1 is a plan view of a reflective light modulation device according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along lines AA, BB, CC, and DD in FIG. It is sectional drawing represented to (c) and (d).
1 and 2, the reflective
In this embodiment, a mirror that reflects incident light is applied as the optical functional film.
ヒンジ40はベース部40aと突部40bから成り(図2(b)参照)、しかもその突部40bはベース部40aの両端(すなわち、ベース部40aの長尺方向と直角方向の端部)に形成して、その断面は全体として凹部状になっているのが特徴である。そして突部40bは、ヒンジ40の長尺方向の両端まで達している(図2(c)参照)。
The
図17の(a)は、マイクロミラー装置(光変調素子)の本発明に係るヒンジ部近傍の斜視図である。図において、100は光変調素子、30は可動部材、40はヒンジ、40aはベース、40bはベース40の長尺方向に沿って両端部に形成された突部である。
図17(b)のヒンジ240は、長尺方向に沿って中央部に突部240bが形成されていたが、ここではヒンジ40のベース40aの両端部に突出する突部40bを形成することにより、ヒンジ240と同等の撓み剛性を維持しながら、より捩れ易くすることができる。
FIG. 17A is a perspective view of the vicinity of a hinge portion according to the present invention of a micromirror device (light modulation element). In the figure, 100 is a light modulation element, 30 is a movable member, 40 is a hinge, 40a is a base, and 40b is a protrusion formed at both ends along the longitudinal direction of the
The
図3は、本発明に係る素子(図17(a))と従来素子(図17(b))のヒンジの撓み剛性と捩れ剛性についてのシミュレーション結果を示す線図である。
図において、縦軸は変位、横軸は電圧、撓みの線図の▲は本発明に係る素子、●は従来素子、捩りの線図の※は本発明に係る素子、■は従来素子である。
図から判るように、撓みに関して、本発明に係る素子(▲)は従来素子(●)と同じく、電圧を加えても撓み難く、捩れに関しては本発明に係る素子(※)は従来素子(■)と比べて、わずかな電圧で捩れ易くなることが判る。
FIG. 3 is a diagram showing simulation results on the flexural rigidity and torsional rigidity of the hinges of the element according to the present invention (FIG. 17A) and the conventional element (FIG. 17B).
In the figure, the vertical axis is displacement, the horizontal axis is voltage, the deflection diagram, ▲ is the element according to the present invention, ● is the conventional element, * in the torsional diagram is the element according to the present invention, and ■ is the conventional element .
As can be seen from the figure, regarding the bending, the element (▲) according to the present invention is difficult to bend even when a voltage is applied as in the conventional element (●). It can be seen that it becomes easier to twist with a slight voltage compared to.
以上のシミュレーション図は、本発明に係る素子の断面が図17(a)に示す凹状、従来素子の断面が図17(b)の凸状について調べたものであったが、本出願人は、他の断面形状のヒンジについても、撓み剛性と捩れ剛性のシミュレーションを行った。 図4はシミュレーションを行った他の断面形状を示している。
図から判るように、本発明に係る素子の断面は2種類で、(1)片面のみ、両端部から中央部分に向けて略円弧状又は略楕円弧状に抉(えぐ)れているものと、(2)両面とも、両端部から中央部分に向けて略円弧状又は略楕円弧状に抉(えぐ)れているもの、従来素子の断面も2種類あって、(1)片面のみ、両端部から中央部分に向けて略円弧状又は略楕円弧状に膨(ふく)らんでいるものと、(2)両面とも、両端部から中央部分に向けて略円弧状又は略楕円弧状に膨(ふく)らんでいるものである。
図4に示す断面でそれぞれシミュレーションを行った結果、撓みに関して、いずれも本発明に係る素子は従来素子と同じく、電圧を加えても撓み難く、また捩れに関しては本発明に係る素子は従来素子と比べて、わずかな電圧で捩れ易くなる傾向があることが判った。
In the above simulation diagram, the cross section of the element according to the present invention was examined for the concave shape shown in FIG. 17 (a), and the cross section of the conventional element was examined for the convex shape of FIG. 17 (b). Simulations of flexural rigidity and torsional rigidity were performed for other cross-sectional hinges. FIG. 4 shows another cross-sectional shape for which simulation was performed.
As can be seen from the figure, there are two types of cross-sections of the element according to the present invention, (1) only one side is bent in a substantially arc shape or a substantially elliptic arc shape from both end portions toward the central portion, (2) There are two types of cross-sections of both sides of the conventional element, which are bent in a substantially arc shape or a substantially elliptical arc shape from both ends toward the center portion. (1) Only one side is from both ends. (2) Both sides swell in a substantially arc shape or a substantially elliptical arc shape from both ends toward the center portion. It is what is.
As a result of performing simulations with the respective cross-sections shown in FIG. 4, regarding the bending, the element according to the present invention is not easily bent even when a voltage is applied as in the conventional element. In comparison, it was found that there was a tendency to twist easily with a slight voltage.
このように本発明によれば、ヒンジのエッジ部分を突部40bに形成するので、ヒンジの製造プロセスのドライエッチング工程や長年の使用によってもヒンジ端部から破損が始まろうとしても、ヒンジ端部が補強されているため、破損し難くくなる。
また、ヒンジ40の長尺方向に突部40bが延びているので、撓み剛性を大幅に高めることができ、しかも2本の突部40bが平行に延びているのでヒンジ部の捩り剛性は従来装置と比較して変わることがない。
As described above, according to the present invention, since the edge portion of the hinge is formed on the
Further, since the
次に、本発明に係る反射型光変調素子100の製造方法を説明する。
図5は反射型光変調素子の一般的な製造工程例をA−A、C−C断面別で(a)〜(d)に表した説明図である。
図5(a)に示すように、駆動回路基板10はSi基板70の上にCMOS回路71(図15)を形成し、その上に第1のSiO2絶縁膜(図示せず)を形成する。その表面をCMP等で平担化した後、駆動回路の出力を素子の各電極と接続するためのコンタクトホールを形成し構成されている。
駆動回路基板10上に、図示しない第1のアルミ薄膜(好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金)をスパッタで成膜し、通常のフォトリソエッチングで所望の電極形状にパターニングして第1下部電極20aと第2下部電極20bを形成する。なお、この時、上記の絶縁層75(図15参照)にはコンタクトホールが形成されていて、第1下部電極20aと第2下部電極20bとも配線回路73を介してCMOS回路71の出力に接続されて、それぞれ電位が供給可能とされる。
Next, a method for manufacturing the reflective
FIGS. 5A to 5D are explanatory views showing examples of a general manufacturing process of the reflective light modulation element, which are shown in FIGS.
As shown in FIG. 5A, in the
A first aluminum thin film (not shown) (preferably an aluminum alloy containing a refractory metal) is formed on the
次に、図5(b)に示すように、第1のポジ型のレジスト61を塗布し、ヒンジ40の支持部41となる箇所をパターニングしてハードベークする。レジスト成膜時の表面張力により、下地膜の段差によらずレジスト表面は平坦となる。この第1レジスト層61は犠牲層として機能し、後述の工程で除去される。従って、ハードベーク後のレジストの膜厚は将来の下部電極20とヒンジ40(及びミラー部32)の空隙Gを決定する。なお、レジスト61の代わりに感光性ポリイミドも使用可能である。
Next, as shown in FIG. 5B, a first positive resist 61 is applied, and a portion to be the
そして、図5(c)に示すように、ヒンジ40及びその支持部41となる第2のアルミ薄膜(好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金)93をスパッタにより成膜する。その後、PE−CVD(プラズマCVD)によりSiO2を成膜する(図示せず)。このSiO2膜は第2アルミ薄膜93のエッチングマスクとして機能する。次に、フォトリソエッチングにより所望のヒンジ40及びその支持部41の形状になるようにSiO2膜をパターニングする(なお、本発明によるヒンジ40の両端への突部の形成については、別図を用いて説明する。)。
次に、ミラー部32となる第3のアルミ薄膜(好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金)95をスパッタにより成膜する。その後、PE−CVD(プラズマCVD)によりSiO2を成膜する(図示せず)。このSiO2膜は第3アルミ薄膜95のエッチングマスクとして機能する。次に、フォトリソエッチングにより所望のミラー部形状になるようにSiO2膜をパターニングする。
さらに、上記SiO2膜をエッチングマスクとして、第3アルミ薄膜95及び第2アルミ薄膜93を連続してエッチングし、最後にSiO2膜をプラズマエッチングにより除去する。なお、アルミ薄膜のエッチングは、アルミエッチャント(リン酸、硝酸、酢酸の混合水溶液)によるウエットエッチング、又は塩素系ガスによるプラズマエッチングによってなされる。また、上記第1のSiO2絶縁膜にはコンタクトホールが形成されていて、ヒンジ40(ミラー部32)は駆動回路の出力に接続されて電位が供給される。
Then, as shown in FIG. 5C, a second aluminum thin film (preferably an aluminum alloy containing a refractory metal) 93 to be the
Next, a third aluminum thin film (preferably an aluminum alloy containing a refractory metal) 95 to be the
Further, the third aluminum
最後に、図5(d)に示すように、酸素ガス系のプラズマエッチングにより、犠牲層である第1のレジスト層91を除去して空隙Gを形成する。これにより、第1下部電極20aと第2下部電極20bの設けられた基板10上に、空隙Gを介して可動部材30が配置された反射型光変調素子100が得られる。
Finally, as shown in FIG. 5D, the first resist
なお、反射型光変調素子100の製造方法は、上記以外に以下のプロセスバリエーションを有する。即ち、ヒンジ40とミラー部32とは、単一のアルミ薄膜で構成してもよい。この場合、ヒンジ40の厚みとミラー部32の厚みが等しくなるが、工程を低減させることができる利点がある。
In addition to the above, the manufacturing method of the reflective
ミラー部32は、導電体と絶縁体の複合体でもよい。例えば、ミラー部32をヒンジ40と一体又は別体で、金属、半導体など導電体により形成し、その上に多層膜ミラーを積層して形成してもよい。多層膜ミラーとしては、例えば誘電体の多層膜、又は誘電体/金属の多層膜である干渉ミラーを用いることができ、これにより入射光による反射面の吸収を極力低減し、反射率を極めて高くする効果や、特定の波長の光を反射させる効果が得られるようになる。また、ミラー部32は導電体と絶縁体の複合であって、反射性を有する部材がミラー部32の一部に形成されてもよい。また、ミラー部32はヒンジ40と同じ材料であってもよい。上記の何れかの構成によってミラー部32の一部(ここでは下面)に導電部31が形成されている。
The
ミラー部32、又はミラー部32とヒンジ40は導電性を有し、ヒンジ40の支持部41(図2(c))を介して基板10上で電気的に接続可能となっている。 以上のように、ミラー部32とヒンジ40は、ミラー部32がヒンジ構造により、ヒンジ軸(捩れ中心40C)を中心に回転変位可能で、ミラー部32、又はミラー部32とヒンジ40が導電性を有し、且つ支持部41を介して基板10上に電気的に接続可能であれば、如何なる構造、材料であってもよい。
The
下部電極20、ヒンジ40の構造材料は、アルミ以外の導電性を有する材料であってもよい。例えば結晶Si、多結晶Si、金属(Cr、Mo、Ta、Niなど)、金属シリサイド、導電性有機材料などが好適に使用可能である。また、導電部31は、その上に保護用の絶縁膜(例えばSiO2、SiNx)を積層してもよい。この場合、SiO2、SiNx、BSG、金属酸化膜、ポリマーなどの絶縁性の薄膜に金属などの導電性薄膜を積層したハイブリッド構造も使用可能である。
The structural material of the
また、上記では、犠牲層としてレジスト材を用いたが、これに限らない。例えば、アルミ、Cu等の金属、SiO2等の絶縁性材料なども犠牲層としで好適である。この場合、構造材には犠牲層を除去する際に腐食やダメージを受けない材料が適宜選択される。
なお、上記実施例ではマスクをSiO2 としているが、構造材料と選択比がとれればどのような材料でもよい(例:レジスト)。
In the above description, the resist material is used as the sacrificial layer, but the present invention is not limited to this. For example, a metal such as aluminum or Cu, or an insulating material such as SiO 2 is suitable as the sacrificial layer. In this case, a material that is not corroded or damaged when the sacrificial layer is removed is appropriately selected as the structural material.
In the above embodiment, the mask is made of SiO 2 , but any material (eg, resist) may be used as long as the selection ratio is the same as the structural material.
また、犠牲層除去方法には、上記のドライエッチング(プラズマエッチング)の他に、構造材と犠牲層の組合せによってはウェットエッチングも使用可能である。なお、ウェットエッチングの場合は、エッチング後のリンス・乾燥工程で構造体が表面張力によりスティッキングを起こさないようにするため、超臨界乾燥法、又は凍結乾燥法による乾燥法が好ましい。
その他、本発明の主旨に沿うものであれば、構造・材料・プロセスは上記の例に限定されるものではない。
In addition to the dry etching (plasma etching) described above, the sacrificial layer removal method can use wet etching depending on the combination of the structural material and the sacrificial layer. In the case of wet etching, a supercritical drying method or a drying method using a freeze drying method is preferable in order to prevent the structure from sticking due to surface tension in the rinsing / drying step after etching.
In addition, the structure, material, and process are not limited to the above examples as long as they meet the gist of the present invention.
次に、本発明に係る凹部の形成プロセスについて、図6〜図8の斜視図で説明する。
図6(1)のSi基板Kには、上述したように、内部にCMOS回路を形成し、その上に第1のSiO2絶縁膜を形成し、その表面をCMP等で平担化した後、駆動回路の出力を素子の各電極と接続するためのコンタクトホールを形成し、駆動回路基板10上に、アルミ薄膜で成膜し、フォトリソエッチングで所望の電極形状にパターニングして第1下部電極と第2下部電極が形成されている。絶縁層にはコンタクトホールが形成されていて、第1下部電極と第2下部電極とも配線回路を介してCMOS回路の出力に接続されて、それぞれ電位が供給可能とされる。
Next, the formation process of the recessed part which concerns on this invention is demonstrated with the perspective view of FIGS.
In the Si substrate K of FIG. 6A, as described above, a CMOS circuit is formed inside, a
図6(2)において、本発明の凹部ヒンジがSi基板Kの架設される空隙Gの幅に等しい厚みに犠牲層(レジストG)を塗布し、ヒンジの支持部となる箇所をパターニングしてハードベークする。この犠牲層Gは後の工程で除去される。ハードベーク後のレジストの膜厚は下部電極とヒンジの空隙を決定する。 6 (2), the sacrificial layer (resist G) is applied to a thickness equal to the width of the gap G over which the Si substrate K is laid on the concave hinge of the present invention, and the portion that becomes the support portion of the hinge is patterned to hard Bake. This sacrificial layer G is removed in a later step. The resist film thickness after hard baking determines the gap between the lower electrode and the hinge.
図6(3)において、ヒンジ及びその支持部となるアルミ薄膜で第1材料D1をスパッタにより成膜する。このアルミ薄膜部分は本発明の凹部ヒンジの中央部の厚さとなる。 In FIG. 6 (3), the first material D1 is formed by sputtering with an aluminum thin film serving as a hinge and its support. This aluminum thin film portion is the thickness of the central portion of the concave hinge of the present invention.
その後、図7(4)で、PE−CVD(プラズマCVD)によりSiO2を成膜して第1マスクを形成し、次に、フォトリソエッチングにより本発明の凹部の中央窪みとなる部分の形状になるように第1マスク(SiO2膜)をパターニングして、図のような第1マスクM1を得る。第1マスクM1の横幅は本発明の凹部ヒンジの窪みの横幅となる。 Thereafter, in FIG. 7 (4), SiO 2 is formed by PE-CVD (plasma CVD) to form a first mask, and then the shape of the portion that becomes the central depression of the recess of the present invention is formed by photolithography etching. The first mask (SiO 2 film) is patterned to obtain a first mask M1 as shown in the figure. The horizontal width of the first mask M1 is the horizontal width of the recess of the concave hinge of the present invention.
次に、図7(5)で、第2材料D2(アルミ薄膜)をスパッタにより成膜する。この厚みは本発明の凹部ヒンジの突部の高さとなる。 Next, in FIG. 7 (5), a second material D2 (aluminum thin film) is formed by sputtering. This thickness is the height of the protrusion of the concave hinge of the present invention.
さらに、図7(6)で、この上にPE−CVD(プラズマCVD)によりSiO2膜でマスクを形成し、次に、フォトリソエッチングにより本発明の凹部ヒンジの突部の幅になるようにSiO2膜をパターニングして第2マスクM2を形成する。 Further, in FIG. 7 (6), a mask is formed with a SiO 2 film thereon by PE-CVD (plasma CVD), and then SiO 2 is formed by photolithographic etching so as to have the width of the projection of the concave hinge of the present invention. Two films are patterned to form a second mask M2.
その後、図8(7)で、上記SiO2膜をエッチングマスクとして、アルミ薄膜を垂直方向に連続してエッチングして、2層のマスクM1、M2の下部に本発明の凹部ヒンジを形成する。 Thereafter, in FIG. 8 (7), the aluminum thin film is continuously etched in the vertical direction using the SiO 2 film as an etching mask to form the concave hinge of the present invention under the two masks M1 and M2.
図8(8)で、2層のマスクM1、M2を除去すると、本発明の凹部状ヒンジが第1材料(アルミ薄膜)D1によりベースと、第2材料(アルミ薄膜)D2により突部とからできあがる。 In FIG. 8 (8), when the two-layer masks M1 and M2 are removed, the concave hinge of the present invention is formed from the base by the first material (aluminum thin film) D1 and from the protrusion by the second material (aluminum thin film) D2. It ’s done.
最後に、図8(9)に示すように、酸素ガス系のプラズマエッチングにより、犠牲層Gを除去すると空隙Gができ、ブリッジ状のヒンジが得られる(なお、図ではヒンジの架橋部が描かれており、両端の支持部は描かれていないので、Si基板Kから宙に浮いたように見えている。)。 Finally, as shown in FIG. 8 (9), when the sacrificial layer G is removed by oxygen gas-based plasma etching, a gap G is formed, and a bridge-like hinge is obtained (in the figure, a bridge bridging portion is drawn). And the support portions at both ends are not drawn, so it appears to float in the air from the Si substrate K).
なお、反射型光変調素子の製造方法は、上記以外に以下のプロセスバリエーションを有する。即ち、ヒンジ40とミラー部32とは、単一のアルミ薄膜で構成してもよい。この場合、ヒンジ40の厚みとミラー部32の厚みが等しくなるが、工程を低減させることができる利点がある。
In addition to the above, the manufacturing method of the reflective light modulation element has the following process variations. That is, the
以上の実施例は、本発明の凹部ヒンジが捩り回転する反射型光変調素子に適用した例で示してきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、ヒンジが撓み上下変位する次のような平行平板型光変調素子に適用してもよいことは言うまでもない。
平行平板型光変調素子とは、例えば、透明な電極とダイヤフラムからなる可撓薄膜を、支持部を介して基板上の固定電極に架設したものである。この平行平板型光変調素子では、両電極間に所定の電圧を印加することで電極間に静電気力を発生させ、可撓薄膜を固定電極に向かって撓ませる。これに伴って素子自体の光学的特性が変化して、光変調素子に光が透過する。一方、印加電圧をゼロにすることで可撓薄膜が弾性復帰し、光変調素子は光を遮光する。このようにして光変調が行われるものである。
図9は、干渉を利用するタイプの平行平板型光変調素子の内部構成を示す断面図で、(a)は電極間電圧ゼロの場合、(b)は電極間電圧有りの場合である。
図9において、190は平行平板型光変調素子、191はガラス基板、192と196は上下の透明電極、193と195は上下の透明絶縁膜、194はスペーサ、197は透明スペーサである。また、透明絶縁膜193と195はハーフミラーの機能を備えている。
この光変調素子では、ガラス基板191の上面に上下2枚の透明電極192、196が間隔を置いて形成されており、下側の透明電極192の上には透明絶縁膜193が配置され、スペーサ194を挟んで透明絶縁膜195が配置され、その上に透明電極196が配置されている。上記2枚の透明絶縁膜193、195と、2つのスペーサ194とに挟まれた空間には、下側の透明絶縁膜193に接して絶縁体から成る透明スペーサ197が形成されている。
The above embodiments have been shown as examples in which the concave hinge of the present invention is applied to a reflective light modulation element in which the torsion is rotated. However, the present invention is not limited to this, and the hinge is bent and displaced up and down. Needless to say, the present invention may be applied to such a parallel plate type light modulation element.
The parallel plate light modulation element is, for example, a flexible thin film made of a transparent electrode and a diaphragm, which is installed on a fixed electrode on a substrate via a support portion. In this parallel plate type light modulation element, a predetermined voltage is applied between the two electrodes to generate an electrostatic force between the electrodes, and the flexible thin film is bent toward the fixed electrode. Along with this, the optical characteristics of the element itself change, and light is transmitted to the light modulation element. On the other hand, by setting the applied voltage to zero, the flexible thin film is elastically restored, and the light modulation element blocks light. In this way, light modulation is performed.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing an internal configuration of a parallel plate type light modulation element of the type using interference. FIG. 9A shows a case where the voltage between the electrodes is zero, and FIG.
In FIG. 9, 190 is a parallel plate type light modulation element, 191 is a glass substrate, 192 and 196 are upper and lower transparent electrodes, 193 and 195 are upper and lower transparent insulating films, 194 is a spacer, and 197 is a transparent spacer. Further, the transparent insulating
In this light modulation element, upper and lower
図9(a)に示す光変調素子109には、上下2枚の透明電極192、196間には電圧が印加されていないので、上記の上側の透明絶縁膜193、195は、透明スペーサ197に密着されず、形成された状態のまま距離t1を隔てており、その結果、ガラス基板191の下方側に配置された光源から発せられた光Liは、下側の透明絶縁膜すなわちハーフミラー193で反射されて、この光変調素子本体190を透過することがない。
Since no voltage is applied between the upper and lower
図9(b)は、図9(a)に示す光変調素子190において、上下2枚の透明電極192、196間に電圧Vonを印加した場合の内部状態を示す断面図である。図9(b)に示す光変調素子190では、その上下2枚の透明電極192、196間に電圧が印加された結果、透明電極192、196間には印加した電圧による静電気力が作用し、上側の透明電極196及びその下の上側の透明絶縁膜(ハーフミラー)195は下方に押されて、上側のハーフミラー195が透明スペーサ197に密着して上下2枚ののハーフミラー193−195間の距離はt2となり、この上下2枚のハーフミラー193、195に直交する光路の光の透過率が増加し、その結果、光源から発せられた光Liは、この光変調素子本体190を透過して、光変調素子190本体の上方側に抜け出ることができる。このように平行平板型光変調素子190においても、干渉を利用することで、光の透過・遮光を行うことができる。そこで平行平板型光変調素子190の可動膜である透明絶縁膜195、透明電極196の一方又は両方の形状として、長尺状の梁体の架設されていない自由端の両端部に、その厚み方向に突出する突部が形成された形状(図17(a))とすることで、次に示すように膜応力による変形を生じ難くすることができる。
FIG. 9B is a cross-sectional view showing an internal state when the voltage Von is applied between the upper and lower
図10は本発明に係るヒンジ(図17(a))を平行平板型光変調素子に適用した場合のヒンジの撓み剛性と、ヒンジの膜応力(b)についてのシミュレーション結果を従来のヒンジ(図17(b))の場合と共に示す線図である。
図10(a)において、縦軸は変位、横軸は電圧、▲は本発明に係る素子、●は従来素子である。
図から判るように、撓みに関して、本発明に係る素子(▲)は従来素子(●)と同じ傾向にあることが判る。
図10(b)において、縦軸は変形量、横軸は応力、※は本発明に係る素子、■は従来素子である。
図から判るように、応力に関して、本発明に係る素子(※)は従来素子(■)よりもヒンジの膜応力による変形がし難いことが判る。
このように、ヒンジは捩れを利用する他に、撓みを利用することもできるので、これらの上位概念として、「変形」という用語を用いることとする。
FIG. 10 shows a simulation result of the hinge flexural rigidity and the hinge film stress (b) when the hinge according to the present invention (FIG. 17A) is applied to a parallel plate light modulation element. It is a diagram shown with the case of 17 (b)).
In FIG. 10A, the vertical axis is displacement, the horizontal axis is voltage, ▲ is an element according to the present invention, and ● is a conventional element.
As can be seen from the drawing, it can be seen that the element (▲) according to the present invention has the same tendency as the conventional element (●) with respect to the bending.
In FIG. 10 (b), the vertical axis represents the amount of deformation, the horizontal axis represents the stress, * represents the element according to the present invention, and ▪ represents the conventional element.
As can be seen from the figure, regarding the stress, the element (*) according to the present invention is less likely to be deformed by the film stress of the hinge than the conventional element (■).
As described above, since the hinge can use not only the twist but also the deflection, the term “deformation” is used as a superordinate concept thereof.
以上、本発明に係る素子の断面は図2に示す凹状や図4に示す弧状であったが、本発明はこれに限定されるものではなく、さらに図11のような断面形状のものでもよい。
図から判るように、(1)は素子の断面91がH状であり、(2)はE状である。両者が図2や図4に示されている形状と共通していることは、いずれも、両端部に凸状が形成されていることである。このようにすれば、撓みに関して撓み難く、また捩れに関してはわずかな電圧で捩れ易くなることとなる。
As described above, the cross section of the element according to the present invention is the concave shape shown in FIG. 2 or the arc shape shown in FIG. 4, but the present invention is not limited to this, and may have a cross sectional shape as shown in FIG. .
As can be seen from the figure, (1) has an H-shaped
さらに、上記説明では、端部の凸部の高さが長尺方向では一定であるように説明してきた(図2(c)の42参照)が、本発明に係る素子の長尺方向の凸部の高さは必ずしも一定である必要はなく、変化する形状のものでもよい。
図12は本発明に係る素子90の端部の凸部の高さが長尺方向に変化する例を示す斜視図である。(1)は素子端部の凸部の高さL1が長尺方向に一定の例であり、(2)は素子端部の凸部の高さL2が長尺方向に両端が低く、中央部が高くなるように変化する例であり、(3)は素子端部の凸部の高さL3が長尺方向に両端が高く、中央部が低くなるように変化する例をそれぞれ示している。(2)の例L2は撓みおよび捩れに関して共に撓みおよび捩れ難くなる傾向となり、(3)の例L3は撓みおよび捩れに関して共に撓みおよび捩れ易くなる傾向となり、(1)のL1の例はその中間に位置するものである。したがって、使用する梁の材料や形状・構造、および梁の使用方法等によって撓みおよび捩れがどのようなものが望ましいかが決まるので、それに従って、(1)〜(3)の中から適宜、選択又は組み合わせて使用すればよい。
Furthermore, in the above description, it has been described that the height of the convex portion at the end portion is constant in the longitudinal direction (see 42 in FIG. 2C), but the convex portion in the longitudinal direction of the element according to the present invention. The height of the part does not necessarily have to be constant, and may have a changing shape.
FIG. 12 is a perspective view showing an example in which the height of the convex portion at the end of the
以上の反射型光変調素子、平行平板型光変調素子の他、光変調部(可動部)を片持ち支持して成る片持形光変調素子に適用すると、従来のそれと比べて著しい効果があることも言うまでもない。
また、本発明に係る光変調素子では、光学機能膜として、反射型光変調素子に用いられるミラーに限らず、干渉膜や、平行平板型光変調素子に用いられる光透過性膜等、変調方式に応じて公知の部材を用いることができる。
In addition to the reflection type light modulation element and the parallel plate type light modulation element described above, when applied to a cantilever type light modulation element in which the light modulation part (movable part) is cantilevered, there is a significant effect compared to the conventional one. Needless to say.
Further, in the light modulation element according to the present invention, the optical functional film is not limited to the mirror used in the reflection type light modulation element, but includes a modulation method such as an interference film or a light transmissive film used in the parallel plate type light modulation element. A known member can be used depending on the case.
また、本発明に係るヒンジは光変調素子に限らず、他の分野、例えば、2枚の平行電極の接触・非接触による微小電気機械素子のマイクロスイッチに適用すれば、故障し難いスイッチが得られる。 In addition, the hinge according to the present invention is not limited to a light modulation element, but can be applied to other fields, for example, a microswitch of a microelectromechanical element by contact / non-contact of two parallel electrodes to obtain a switch that is unlikely to fail. It is done.
このように本発明によれば、ヒンジのエッジ部分を突部に形成することで、反射型光変調素子、平行平板型光変調素子、片持ち形光変調素子のいずれにおいても、ヒンジの製造プロセスのドライエッチング工程や長年の使用によってもヒンジ端部から破損が生じようとしても、ヒンジ端部が補強されているため、破損し難くくなる。
また、ヒンジの長尺方向に突部が延びているので、撓み剛性を大幅に高めることができ、しかも2本の突部が平行に延びているのでヒンジ部の捩り剛性は従来装置と比較して変わることがない。
As described above, according to the present invention, the hinge manufacturing process can be performed in any of the reflection type light modulation element, the parallel plate type light modulation element, and the cantilever type light modulation element by forming the edge portion of the hinge at the protrusion. Even if the end of the hinge is damaged by the dry etching process or long-time use, the end of the hinge is reinforced, so that it is difficult to be damaged.
Moreover, since the protrusions extend in the longitudinal direction of the hinge, the bending rigidity can be greatly increased, and since the two protrusions extend in parallel, the torsional rigidity of the hinge part is compared with that of the conventional device. Will not change.
10 基板
20 下部電極
20a 第1下部電極
20b 第2下部電極
30 可動部材
31 導電部
32 ミラー部(光反射体)
40 ヒンジ(梁体)
40a ベース部
40b 突部
41 支持部
80 可動体電極
81a 第1駆動電極
81b 第2駆動電極
100 反射型光変調素子
G 空隙
10
40 Hinge (beam)
Claims (8)
該基板上に空隙を介して架設された変形可能な長尺状の弾性梁体と、
該梁体に取付けられて少なくとも一部分に前記電極に対向する導電部を備え該梁体の変形によって変位が可能な可動部材と、
前記電極および前記導電部への電圧印加によって前記可動部材を揺動変位させる微小構造体において、
前記長尺状の梁体の架設されていない自由端の両端部に、その厚み方向に突出する突部が形成されていることを特徴とする微小電気機械素子。 A substrate with electrodes;
A deformable long elastic beam body erected on the substrate via a gap;
A movable member attached to the beam body and having a conductive portion facing the electrode at least in part and capable of being displaced by deformation of the beam body;
In the microstructure that swings and displaces the movable member by applying a voltage to the electrode and the conductive portion,
A microelectromechanical element characterized in that protrusions projecting in the thickness direction are formed at both ends of a free end where the long beam body is not installed.
該基板上に空隙を介して架設された捩れ変形可能な長尺状の弾性梁体と、
該梁体に取付けられて少なくとも一部分に前記電極に対向する導電部を備え該梁体の捩れによって回転変位が可能な可動部材と、
該可動部材の表面に設けられた光学機能膜と、
前記電極および前記導電部への電圧印加によって前記光学機能膜を揺動変位させて、光を変調させる光変調素子において、
前記長尺状の梁体の架設されていない自由端の両端部に、その厚み方向に突出する突部が形成されていることを特徴とする微小電気機械光変調素子。 A substrate with electrodes;
A torsionally deformable long elastic beam body erected on the substrate via a gap;
A movable member attached to the beam body and having a conductive portion opposed to the electrode at least in part and capable of rotational displacement by twisting of the beam body;
An optical functional film provided on the surface of the movable member;
In a light modulation element that modulates light by swinging and displacing the optical functional film by applying a voltage to the electrode and the conductive portion,
2. A micro electro mechanical light modulation element characterized in that protrusions projecting in the thickness direction are formed at both ends of a free end where the long beam body is not installed.
該基板上に空隙を介して架設された撓み変形可能な長尺状の弾性梁体と、
該梁体に取付けられて少なくとも一部分に前記電極に対向する導電部を備え該梁体の撓みによって上下変位が可能な前記電極と平行な部材と、
前記電極および前記導電部への電圧印加によって前記部材を前記電極と平行に変位させて、光の変調を行う光変調素子において、
前記長尺状の梁体の架設されていない自由端の両端部に、その厚み方向に突出する突部が形成されていることを特徴とする微小電気機械光変調素子。 A substrate with electrodes;
A long elastic beam body that can be flexibly deformed and is laid on the substrate via a gap;
A member that is attached to the beam body and has a conductive portion facing the electrode at least in part, and that is parallel to the electrode that can be vertically displaced by bending of the beam body;
In a light modulation element that modulates light by displacing the member in parallel with the electrode by applying a voltage to the electrode and the conductive portion,
2. A micro electro mechanical light modulation element characterized in that protrusions projecting in the thickness direction are formed at both ends of a free end where the long beam body is not installed.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005202888A JP2007024946A (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Microelectromechanical element and microelectromechanical optical modulation element |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2005202888A JP2007024946A (en) | 2005-07-12 | 2005-07-12 | Microelectromechanical element and microelectromechanical optical modulation element |
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Publication Number | Publication Date |
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JP (1) | JP2007024946A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8686816B2 (en) | 2009-02-24 | 2014-04-01 | Kabushiki Kaisha Toshiba | MEMS element and method of manufacturing the same |
JP2016119517A (en) * | 2014-12-18 | 2016-06-30 | セイコーエプソン株式会社 | Oscillator, electronic apparatus and movable body |
-
2005
- 2005-07-12 JP JP2005202888A patent/JP2007024946A/en active Pending
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