JP2007024947A

JP2007024947A - Optical modulation element array

Info

Publication number: JP2007024947A
Application number: JP2005202889A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 宏一木村
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-02-01

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical modulation element array in which incident efficiency is improved and light transmission quantity can be controlled. <P>SOLUTION: The optical modulation element array 10 is configured by one-dimensionally or two-dimensionally arraying microelectromechanical type transmissive optical modulation elements which deflect incident light L by reflection and vary the reflection optical path of the light. The optical modulation element array 10 comprises: an incident side transparent substrate 11; an emission side transparent substrate 12 provided facing the incident side substrate 11; and a pair of light deflection means 14 and 15 which are provided between the incident side substrate 11 and the emission side substrate 12, and reflect incident light L made incident from the incident side substrate 11. The light deflection means 15 of the pair of light deflection means 14 and 15 is provided so that it can be displaced and the direction of the reflection of the incident light L can be deflected. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、入射光を反射によって偏向させ、光の反射光路を変化させる光変調素子アレイに関し、特に、フォトリソグラフィ工程に使用されるオンディマンドのデジタル露光装置、デジタル露光による印刷装置などの画像形成装置、プロジェクタなどの投影表示装置、ヘッドマウントディスプレイなどのマイクロディスプレイ装置などに搭載される１次元、または２次元の光変調素子アレイに関する。 The present invention relates to a light modulation element array that deflects incident light by reflection and changes a reflected light path of the light, and more particularly, an on-demand digital exposure apparatus used in a photolithography process, and an image forming apparatus such as a printing apparatus using digital exposure. The present invention relates to a one-dimensional or two-dimensional light modulation element array mounted on a projection display device such as a projector or a micro display device such as a head-mounted display.

従来、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として空間光変調器（ＳＬＭ）が用いられる。例えば、この空間光変調器としては、微小な反射部材を用いて入射光を反射により偏向する光変調素子がある。 Conventionally, a spatial light modulator (SLM) is used as a device that modulates incident light of a spatial pattern and forms an optical image corresponding to an electrical or optical input. For example, as this spatial light modulator, there is a light modulation element that deflects incident light by reflection using a minute reflecting member.

図１３は、従来の光変調素子を用いたスクリーン表示装置の構造を示す断面図である。スクリーン表示装置１００は、透明基板１０１の上面に透明対向電極（ＩＴＯ）１０２が形成され、該透明対向電極１０２と対向するように電極１０３が絶縁性スペーサ１０４を介して設けられている。電極１０３の上面にはカラーフィルタ１０５と拡散シート１０６とが設けられている。電極１０３と透明対向電極１０２との間には、透明基板１０１の下面から入射する白色の平行光（入射光）を透明基板１０１側へ反射して偏向する反射部１０７が設けられている。反射部１０７は、厚さが２μｍ〜３μｍの透明のポリマーメンブレンに金属（アルミニウム）からなる反射膜を積層させてなる。反射部１０７は、反射膜の形成されていない開口部１０７ａと、開口部１０７ａ近傍に設けられるとともに電荷を加えることで変形可能な変形部１０７ｂとを備えている。また、透明基板１０１の入射面にはアルミニウムからなる反射体１０８が設けられている（例えば、特許文献１など参照）。 FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of a screen display device using a conventional light modulation element. In the screen display device 100, a transparent counter electrode (ITO) 102 is formed on the upper surface of a transparent substrate 101, and an electrode 103 is provided via an insulating spacer 104 so as to face the transparent counter electrode 102. A color filter 105 and a diffusion sheet 106 are provided on the upper surface of the electrode 103. Between the electrode 103 and the transparent counter electrode 102, a reflection unit 107 is provided that reflects and deflects white parallel light (incident light) incident from the lower surface of the transparent substrate 101 toward the transparent substrate 101. The reflecting portion 107 is formed by laminating a reflective film made of metal (aluminum) on a transparent polymer membrane having a thickness of 2 μm to 3 μm. The reflective portion 107 includes an opening 107a in which no reflective film is formed, and a deformable portion 107b that is provided near the opening 107a and can be deformed by applying an electric charge. In addition, a reflector 108 made of aluminum is provided on the incident surface of the transparent substrate 101 (see, for example, Patent Document 1).

スクリーン表示装置１００の動作として、電極により電荷をかけた場合には、反射膜が静電気力によって撓むことでポリマーメンブレンが凹面鏡となり、入射光を収束させて反射体１０８に反射させ、該反射体１０８によって電極１０３を介して上方に射出する。こうして、図１３中破線で示す反射光路のように入射光が透過される状態となる。また、電極１０３によって電荷をかけない場合には、反射膜及びポリマーメンブレンが平坦になって入射面に対して平行となり、入射光が反射膜によって入射面側に反射されるため、この結果、入射光が遮光された状態となる。 As an operation of the screen display device 100, when an electric charge is applied by an electrode, the polymer film becomes a concave mirror because the reflective film is bent by electrostatic force, and the incident light is converged and reflected by the reflector 108. 108 is emitted upward through the electrode 103 by 108. Thus, the incident light is transmitted as shown by the reflected light path indicated by the broken line in FIG. In addition, when no charge is applied by the electrode 103, the reflective film and the polymer membrane are flat and parallel to the incident surface, and the incident light is reflected by the reflective film toward the incident surface. The light is shielded.

米国特許番号４９０９６１１US Patent No. 4,909,611

ところで、上記スクリーン表示素子１００は、透明基板１０１の厚さ寸法が３ｍｍ〜６ｍｍと大きいうえ、開口部１０７ａの開孔径も小さいので、反射膜に反射された反射光が反射体１０８に適切に照射され、且つ、反射体１０８による反射光が他の部位に遮られることなく開孔部１０７ａを通過するように精密に構成することが困難であり、精度が低下することが避けられなかった。
また、透明基板１０１の入射面に反射体１０８が配列されているため、入射光が反射体１０８によって遮られ、入射効率が低下することが避けられなかった。 By the way, in the screen display element 100, since the transparent substrate 101 has a large thickness of 3 mm to 6 mm and the opening 107a has a small hole diameter, the reflected light reflected by the reflective film is appropriately applied to the reflector 108. In addition, it is difficult to precisely configure the reflected light from the reflector 108 so as to pass through the aperture 107a without being blocked by other parts, and it is inevitable that the accuracy is lowered.
In addition, since the reflectors 108 are arranged on the incident surface of the transparent substrate 101, it is inevitable that incident light is blocked by the reflectors 108 and the incident efficiency is lowered.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、入射効率を改善するとともに透過光量を制御可能な光変調素子アレイを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an optical modulation element array capable of improving the incident efficiency and controlling the transmitted light amount.

本発明の上記目的は、入射光を反射によって偏向させ、光の反射光路を変化させる微小電気機械式の透過型光変調素子を１次元又は２次元に配列した光変調素子アレイであって、入射側透明基板と、前記入射側透明基板に対面するように設けられた出射側透明基板と、前記入射側透明基板及び前記出射側透明基板の間に設けられ、前記入射側透明基板から入射した入射光を反射させる一対の光偏向手段とを備え、前記一対の光偏向手段のうち一方が、前記入射光の反射される方向を偏向するように変位可能に設けられていることを特徴とする光変調素子アレイによって達成される。 The above object of the present invention is a light modulation element array in which microelectromechanical transmission type light modulation elements that deflect incident light by reflection and change the light reflection optical path are arranged one-dimensionally or two-dimensionally. A side transparent substrate, an exit side transparent substrate provided so as to face the entrance side transparent substrate, and an entrance incident from the entrance side transparent substrate provided between the entrance side transparent substrate and the exit side transparent substrate. A pair of light deflecting means for reflecting light, and one of the pair of light deflecting means is provided so as to be displaceable so as to deflect the direction in which the incident light is reflected. This is achieved by the modulation element array.

本発明の光変調素子アレイは、入射側透明基板と出射側透明基板との間に設けられた一対の光偏向手段の一方を変位することで、入射光を所定の方向に反射させることで入射光路を偏向することができる。このため、入射光を遮蔽する、及び、透過させて出射光として出射側透明基板から照射するといった制御を確実に行うことができる。
また、一対の光偏向手段が、入射側透明基板と出射側透明基板との間に配置されているため、入射側の透明基板の厚さに係わらず、一対の光偏向手段同士の間隔によって反射光路の長さを調整することができるうえ、両基板同士の間隔をスペーサ等で小さくすることができる。したがって、図１３のスクリーン表示装置１００に用いられる従来の光変調素子のように、光偏向手段同士の間隔が大きくなることによって精度が低下することを防止することができ、光偏向手段に要求される光学精度の低下を回避することができる。
さらに、本発明の光変調素子アレイは、図１３に示す従来の光変調素子のように透明基板の入射面側に設けられた構成ではないため、入射光がこの光変調素子によって遮られるといった問題を解決できるだけでなく、入射側透明基板の入射面に入射する全ての入射光を有効に利用することができる。 The light modulation element array according to the present invention is configured to reflect incident light in a predetermined direction by displacing one of a pair of light deflection means provided between the incident side transparent substrate and the emission side transparent substrate. The optical path can be deflected. For this reason, it is possible to reliably perform control such as blocking incident light and transmitting and irradiating the incident light as outgoing light from the outgoing side transparent substrate.
Further, since the pair of light deflecting means is disposed between the incident side transparent substrate and the exit side transparent substrate, the light is reflected by the distance between the pair of light deflecting means regardless of the thickness of the incident side transparent substrate. The length of the optical path can be adjusted, and the distance between the two substrates can be reduced with a spacer or the like. Therefore, as in the conventional light modulation element used in the screen display device 100 of FIG. 13, it is possible to prevent the accuracy from being lowered due to an increase in the distance between the light deflection means, which is required for the light deflection means. A decrease in optical accuracy can be avoided.
Furthermore, since the light modulation element array of the present invention is not configured on the incident surface side of the transparent substrate like the conventional light modulation element shown in FIG. 13, the incident light is blocked by this light modulation element. In addition to solving the above, it is possible to effectively use all incident light incident on the incident surface of the incident-side transparent substrate.

上記光変調素子アレイは、光偏向手段が、入射光を入射側透明基板に向って反射させる反射体と、反射体によって反射された入射光を出射側透明基板に向って反射させるように、又は、反射体に向って反射させるように回動可能なミラー素子であることが好ましい。
こうすれば、入射側透明基板から入射した入射光を反射体で反射してミラー素子側に偏向し、この反射光を、回動変位されたミラー素子で反射させることで出射光の方向を所定の方向に偏向することができる。入射光を透過させる場合には、反射体からの反射光をミラー素子によって出射側透明基板へ偏向することで、反射光が出射側透明基板から出射する。入射光を遮蔽させる場合には、反射体からの反射光をミラー素子によって反射体側へ再び反射させることで、入射光はこの反射体を介して入射側透明基板の入射面へ導かれる。このため、反射体とミラー素子によって反射光の光路を偏向することで、入射した光が光変調素子アレイにおける他の部材と干渉することを防止することができる。 In the light modulation element array, the light deflecting unit reflects the incident light toward the incident-side transparent substrate and reflects the incident light reflected by the reflector toward the output-side transparent substrate, or It is preferable that the mirror element is rotatable so as to be reflected toward the reflector.
In this way, the incident light incident from the incident side transparent substrate is reflected by the reflector and deflected to the mirror element side, and the reflected light is reflected by the rotationally displaced mirror element so that the direction of the emitted light is predetermined. Can be deflected in the direction of. When transmitting incident light, the reflected light is emitted from the output-side transparent substrate by deflecting the reflected light from the reflector to the output-side transparent substrate by the mirror element. When shielding the incident light, the reflected light from the reflector is reflected again to the reflector side by the mirror element, so that the incident light is guided to the incident surface of the incident side transparent substrate through the reflector. For this reason, it is possible to prevent the incident light from interfering with other members in the light modulation element array by deflecting the optical path of the reflected light by the reflector and the mirror element.

上記光変調素子アレイは、光偏向手段が、入射光を他方の光偏向手段に向って反射させるように、又は、入射光を該入射光の進行方向反対向きに反射させるように回動可能なミラー素子と、ミラー素子によって反射された入射光を出射側透明基板に向って反射させる反射体とを備えていることが好ましい。
こうすれば、入射側透明基板から入射した入射光が、回動変位したミラー素子で反射されて所定の方向に照射されるようになる。入射光を透過させる場合には、所定の位置までミラー素子を回動変位して入射光を反射体側へ反射させ、反射光を反射体によって出射側透明基板へ偏向することで、反射光が出射側透明基板から出射する。入射光を遮蔽させる場合には、ミラー素子を所定の位置まで回動し、入射した光を反射体を介さず入射側透明基板側へ直接反射させる。このため、反射体とミラー素子によって反射光の光路を偏向することで、入射した光が光変調素子アレイにおける他の部材と干渉することを防止することができる。 The light modulation element array is rotatable such that the light deflecting means reflects incident light toward the other light deflecting means, or reflects the incident light in the direction opposite to the traveling direction of the incident light. It is preferable to include a mirror element and a reflector that reflects incident light reflected by the mirror element toward the output-side transparent substrate.
In this way, the incident light incident from the incident-side transparent substrate is reflected by the mirror element that is rotationally displaced and is irradiated in a predetermined direction. When transmitting incident light, the mirror element is rotated and displaced to a predetermined position, the incident light is reflected to the reflector side, and the reflected light is deflected to the output side transparent substrate by the reflector, so that the reflected light is emitted. The light is emitted from the side transparent substrate. In order to shield the incident light, the mirror element is rotated to a predetermined position, and the incident light is directly reflected to the incident side transparent substrate side without passing through the reflector. For this reason, it is possible to prevent the incident light from interfering with other members in the light modulation element array by deflecting the optical path of the reflected light by the reflector and the mirror element.

上記入射側透明基板の入射面に複数のマイクロレンズが設けられ、複数のマイクロレンズはそれぞれの集光位置が光変調素子に対応するように配置されていることが好ましい。
こうすれば、入射側透明基板の入射面から入射する光をマイクロレンズによって光偏向手段に集光することでより一層効率良く入射光を利用することができる。このため、上記光変調素子アレイは、図１３に示す従来の光変調素子１００のように、入射面において入射光が反射体１０８によって遮られるといったことがない。
また、光変調素子に対応した位置にマイクロレンズを配設することで、入射光を集光すれば、光偏向手段の回転変位の変位量をより小さくすることができ、光偏向手段の回転変位構造をより小型化することができ、高速の光変調が可能になる。 It is preferable that a plurality of microlenses are provided on the incident surface of the incident-side transparent substrate, and the plurality of microlenses are arranged so that the respective condensing positions correspond to the light modulation elements.
By so doing, incident light can be used more efficiently by condensing the light incident from the incident surface of the incident side transparent substrate onto the light deflecting means by the microlens. Therefore, in the light modulation element array, unlike the conventional light modulation element 100 shown in FIG. 13, the incident light is not blocked by the reflector 108 on the incident surface.
In addition, by disposing the microlens at a position corresponding to the light modulation element, if the incident light is condensed, the amount of rotational displacement of the light deflecting means can be further reduced, and the rotational displacement of the light deflecting means. The structure can be further miniaturized and high-speed light modulation can be achieved.

本発明によれば、入射効率を改善するとともに、高精度で高速に透過光量を制御可能な光変調素子アレイを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while improving incident efficiency, the light modulation element array which can control a transmitted light quantity with high precision and high speed can be provided.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る光変調素子アレイの第１の実施形態を示す構成図である。図１に示すように、光変調素子アレイ１０は、入射光Ｌを反射によって偏向させ、光の反射光路を変化させる微小電気機械式の透過型光変調素子を１次元又は２次元に複数配列したものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a light modulation element array according to the present invention. As shown in FIG. 1, the light modulation element array 10 has a plurality of one-dimensional or two-dimensional arrays of microelectromechanical transmissive light modulation elements that deflect incident light L by reflection and change the reflected light path of the light. Is.

光変調素子はそれぞれ、入射側透明基板１１と、該入射側透明基板１１の入射面１１ａとは反対側の面に対して対面するように平行に配置された出射側透明基板１２と、入射側透明基板１１と出射側透明基板１２との間に配置され、後述する駆動電圧制御によって入射光Ｌを偏向することができる一対の光偏向手段１４，１５とによって概略構成されている。 Each of the light modulation elements includes an incident-side transparent substrate 11, an output-side transparent substrate 12 arranged in parallel so as to face a surface opposite to the incident surface 11 a of the incident-side transparent substrate 11, and an incident-side It is arranged between the transparent substrate 11 and the emission-side transparent substrate 12, and is roughly constituted by a pair of light deflecting means 14 and 15 that can deflect the incident light L by drive voltage control described later.

本実施形態の光変調素子アレイ１０において、光変調素子が単一の入射側透明基板１１と単一の出射側透明基板１２とを共有し、それぞれが一対の光偏向手段１４，１５とを有している。光変調素子それぞれの光偏向手段１４，１５を、図示しない回路基板によって独立して駆動制御することが可能である。 In the light modulation element array 10 of the present embodiment, the light modulation elements share a single incident-side transparent substrate 11 and a single emission-side transparent substrate 12, each having a pair of light deflection means 14 and 15. is doing. It is possible to independently drive and control the light deflection means 14 and 15 of each light modulation element by a circuit board (not shown).

入射側透明基板１１の入射面（図１中下方面）１１ａには入射光を光偏向手段１４，１５に集光するマイクロレンズ１３が複数配置されている。これらマイクロレンズ１３はそれぞれの集光位置が各光変調素子の光偏向手段１４，１５に対応するように配置されている。なお、マイクロレンズ１３により集光された入射光は、光偏向手段１４，１５の近傍においてビームウェストを形成し、概ね平行光となって各光偏向手段１４，１５により反射される。 On the incident surface (lower surface in FIG. 1) 11a of the incident side transparent substrate 11, a plurality of microlenses 13 for condensing incident light on the light deflecting means 14 and 15 are arranged. These microlenses 13 are arranged so that the respective condensing positions correspond to the light deflecting means 14 and 15 of the respective light modulation elements. The incident light collected by the microlens 13 forms a beam waist in the vicinity of the light deflection means 14 and 15 and is reflected by the light deflection means 14 and 15 as substantially parallel light.

本実施形態の光変調素子アレイ１０において、一対の光偏向手段１４，１５は、少なくとも一部に反射面を有する反射体１４と、回動可能に支持されたミラー素子１５と、からなる。 In the light modulation element array 10 of the present embodiment, the pair of light deflecting units 14 and 15 includes a reflector 14 having a reflection surface at least partially and a mirror element 15 that is rotatably supported.

反射体１４は、略三角柱状部材であり、出射側透明基板１２に一側面が固定されている。また、反射体１４は、マイクロレンズ１３を介して集光された入射光Ｌ１１の全部が上記反射面に照射されるとともに所定の方向に反射できる状態で、出射側透明基板１２の内側面（図１中下方面）１２ａにおける所定の位置に配置されている。なお、反射体１４において、一側面を反射面としてもよく、一側面の一部に反射面を設けてもよい。反射面としては、後述するミラー素子１５と同様の部材からなるものを用いることができる。 The reflector 14 is a substantially triangular prism-shaped member, and one side surface is fixed to the emission side transparent substrate 12. In addition, the reflector 14 irradiates all of the incident light L11 collected through the microlens 13 onto the reflecting surface and reflects it in a predetermined direction. 1 (lower side in the middle) 12a at a predetermined position. In the reflector 14, one side surface may be a reflection surface, and a reflection surface may be provided on a part of one side surface. As the reflecting surface, a material made of the same member as the mirror element 15 described later can be used.

ミラー素子１５は、図１中反時計方向に回動変位することで光入射面（図１中上面）１５ａの法線方向を調整可能な構成である。また、ミラー素子１５は、回動変位させない状態で、光入射面１５ａが入射側透明基板１１と略平行となるように構成されている。 The mirror element 15 is configured to be able to adjust the normal direction of the light incident surface (upper surface in FIG. 1) 15a by being rotationally displaced counterclockwise in FIG. The mirror element 15 is configured such that the light incident surface 15a is substantially parallel to the incident-side transparent substrate 11 in a state where the mirror element 15 is not rotationally displaced.

次に、本実施形態の光変調素子アレイ１０の反射光路を説明する。入射光Ｌ１１が、マイクロレンズ１３を介して入射側透明基板１１の入射面１１ａから入射しつつ該マイクロレンズ１３によって集光され、入射側透明基板１１を透過し、反射体１４の反射面に照射される。そして、入射光Ｌ１１は、反射体１４の反射面によってミラー素子１５に向って反射される。ミラー素子１５が駆動変位されていない場合、ミラー素子１５は入射側透明基板１１と略平行であるため、反射体１４によって反射された反射光Ｌ１２が出射側透明基板１２に向って反射され、該出射側透明基板１２を透過して出射される。つまり、ミラー素子１５が駆動変位されていないときは、入射光Ｌ１１が光変調素子アレイ１０を透過する状態（透過状態）となる。 Next, the reflected light path of the light modulation element array 10 of this embodiment will be described. Incident light L11 is collected by the microlens 13 while entering from the incident surface 11a of the incident side transparent substrate 11 through the microlens 13, passes through the incident side transparent substrate 11, and irradiates the reflecting surface of the reflector 14. Is done. The incident light L11 is reflected toward the mirror element 15 by the reflecting surface of the reflector 14. When the mirror element 15 is not driven and displaced, since the mirror element 15 is substantially parallel to the incident-side transparent substrate 11, the reflected light L12 reflected by the reflector 14 is reflected toward the emission-side transparent substrate 12, The light is transmitted through the emission-side transparent substrate 12 and emitted. That is, when the mirror element 15 is not driven and displaced, the incident light L11 is transmitted through the light modulation element array 10 (transmission state).

一方、ミラー素子１５が駆動変位されている場合、マイクロレンズ１３により集光された入射光Ｌ２１が反射体１４により反射され、この反射光Ｌ２２がミラー素子１５によって進行方向に対して略逆方向に反射光Ｌ２３として反射され、また、反射体１４によって反射された反射光Ｌ２４が入射面側透明基板１１を透過する。このように、ミラー素子１５が駆動変位されているときは、入射光が光変調素子アレイを透過することがない状態（遮蔽状態）となる。光変調素子アレイ１０は、各光変調素子の透過状態と遮蔽状態とを切り換えることで入射光の透過光量を制御することができる構成である。 On the other hand, when the mirror element 15 is driven and displaced, the incident light L21 collected by the microlens 13 is reflected by the reflector 14, and the reflected light L22 is reflected by the mirror element 15 in a direction substantially opposite to the traveling direction. The reflected light L24 reflected as the reflected light L23 and reflected by the reflector 14 passes through the incident surface side transparent substrate 11. Thus, when the mirror element 15 is driven and displaced, the incident light is not transmitted through the light modulation element array (shielded state). The light modulation element array 10 is configured to control the transmitted light amount of incident light by switching between the transmission state and the shielding state of each light modulation element.

つまり、反射体１４の反射面とミラー素子の光入射面１５ａの角度は、透過状態において入射光Ｌが他の部位によって遮られることなく出射側透明基板１２を透過して光変調素子アレイ１０から出射され、且つ、遮蔽状態において入射光Ｌが反射体１４及びミラー素子１５によって入射側透明基板１１に向って完全に反射されるように調整されている。こうすることで、入射光Ｌが他の部位と干渉することに起因して出射されるべき位置から出射されずに隣り合う他の光変調素子における出射側透明基板１２から不適切な出射光として出射されたり、入射側透明基板１１へ反射されたりすることを防止することができる。 In other words, the angle between the reflecting surface of the reflector 14 and the light incident surface 15a of the mirror element is such that the incident light L is transmitted through the emission-side transparent substrate 12 without being blocked by other parts in the transmissive state. In the shielded state, the incident light L is adjusted so that it is completely reflected toward the incident-side transparent substrate 11 by the reflector 14 and the mirror element 15. As a result, the incident light L is not emitted from the position where the incident light L should be emitted due to interference with other parts, and is inappropriate as the outgoing light from the outgoing-side transparent substrate 12 in another adjacent light modulation element. It can be prevented from being emitted or reflected to the incident-side transparent substrate 11.

本実施形態の光変調素子アレイ１０において、一例として、入射側透明基板１１と出射側透明基板１２との間隔を５μｍ〜１００μｍとし、反射体１４の反射面の角度を出射側透明基板１２の下面１２ａに対して２°〜２０°とし、ミラー素子１５の回動変位時には光入射面１５ａが反射面と平行になるように入射側透明基板１１に対して４°〜４０°となるように変位駆動させる。また、画素のピッチは、１０μｍ〜５００μｍ、反射体１４およびミラー素子１５の平面サイズは、５μｍ〜２００μｍ程度が実用的な寸法であるが、この限りではない。 In the light modulation element array 10 of the present embodiment, as an example, the interval between the incident side transparent substrate 11 and the emission side transparent substrate 12 is 5 μm to 100 μm, and the angle of the reflection surface of the reflector 14 is the lower surface of the emission side transparent substrate 12. 2 ° to 20 ° with respect to 12a, and when the mirror element 15 is rotated and displaced, the light incident surface 15a is displaced so as to be 4 ° to 40 ° with respect to the incident-side transparent substrate 11 so as to be parallel to the reflecting surface. Drive. Further, although the pixel pitch is 10 μm to 500 μm and the planar size of the reflector 14 and the mirror element 15 is about 5 μm to 200 μm, the practical dimensions are not limited thereto.

図２から図７を参照し、ミラー素子が変位駆動する機構を説明する。図２は、ミラー素子の平面図であり、（ａ）はミラー素子を出射側透明基板側から見た平面図、（ｂ）はミラー素子を構成する可動反射膜が取り外された基板の平面図、図３は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図４は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、図５〜図７は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面視において、ミラー素子の変位駆動の動作を示し、図５は可動反射膜が平衡状態にあるミラー素子の断面図、図６は可動反射膜が左傾状態にあるミラー素子の断面図、図７は可動反射膜が右傾状態にあるミラー素子の断面図である。 With reference to FIG. 2 to FIG. 7, a mechanism for displacement driving of the mirror element will be described. 2A and 2B are plan views of the mirror element, in which FIG. 2A is a plan view of the mirror element viewed from the output-side transparent substrate side, and FIG. 2B is a plan view of the substrate from which the movable reflective film constituting the mirror element is removed. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 2A, FIG. 4 is a sectional view taken along line BB in FIG. 2A, and FIGS. 5 to 7 are sectional views taken along line AA in FIG. FIG. 5 is a sectional view of the mirror element in which the movable reflecting film is in an equilibrium state, FIG. 6 is a sectional view of the mirror element in which the movable reflecting film is tilted to the left, and FIG. 7 is a movable reflecting film. FIG. 3 is a cross-sectional view of a mirror element in a state of being tilted to the right.

図２から図４に示すように、ミラー素子１５は、基板１８と、該基板１８上に配設された可動反射膜１６とを備える。基板１８は、Ｓｉ基板上にＣＭＯＳ駆動回路（図示せず）を形成し、このＣＭＯＳ駆動回路を形成した面にＳｉＯ_２などからなる絶縁膜（図示せず）が形成されてなる。絶縁膜にはＣＭＰ（化学的機械的研磨）などで平坦化する処理が施され、絶縁膜の表面にアルミ薄膜などの導電材料からなる第１電極１８ａ、第２電極１８ｂ、共通電極１８ｃがＣＭＯＳ駆動回路に接続されて形成されている。 As shown in FIGS. 2 to 4, the mirror element 15 includes a substrate 18 and a movable reflective film 16 disposed on the substrate 18. The substrate 18 is formed by forming a CMOS drive circuit (not shown) on a Si substrate and forming an insulating film (not shown) made of SiO ₂ or the like on the surface on which the CMOS drive circuit is formed. The insulating film is flattened by CMP (chemical mechanical polishing) or the like, and the first electrode 18a, the second electrode 18b, and the common electrode 18c made of a conductive material such as an aluminum thin film are formed on the surface of the insulating film by CMOS. It is connected to the drive circuit.

図２（ｂ）に示すように、共通電極１８ｃは、平面視、略Ｉ字形のパターンとして基板１８の略中央に配置されている。第１電極１８ａおよび第２電極１８ｂは、矩形のパターンに形成され、共通電極１８ｃを挟んで互いに反対側に配置されている。第１電極１８ａはＣＭＯＳ駆動回路の第１駆動電極１９ａに、第２電極１８ｂはＣＭＯＳ駆動回路の第２駆動電極１９ｂに、共通電極１８ｃはＣＭＯＳ駆動回路の共通駆動電極１９ｃに、それぞれ接続されている（図５参照）。 As shown in FIG. 2B, the common electrode 18c is arranged in the approximate center of the substrate 18 as a substantially I-shaped pattern in plan view. The first electrode 18a and the second electrode 18b are formed in a rectangular pattern, and are arranged on opposite sides of the common electrode 18c. The first electrode 18a is connected to the first drive electrode 19a of the CMOS drive circuit, the second electrode 18b is connected to the second drive electrode 19b of the CMOS drive circuit, and the common electrode 18c is connected to the common drive electrode 19c of the CMOS drive circuit. (See FIG. 5).

第１駆動電極１９ａ，第２駆動電極１９ｂ及び共通駆動電極１９ｃは、それぞれ独立に制御駆動することができ、駆動した各駆動電極１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより第１電極１８ａ、第２電極１８ｂおよび共通電極１８ｃに電圧を印加することができる。本実施形態においては、第１駆動電極１９ａと第２駆動電極１９ｂとのうちのいずれか一方に電圧を印加し、第１電極１８ａ、および第２電極１８ｂのうち一方に所定の電圧を印加することができる。 The first drive electrode 19a, the second drive electrode 19b, and the common drive electrode 19c can be independently controlled and driven, and the driven electrode 19a, 19b, 19c drives the first electrode 18a, the second electrode 18b, and the common drive electrode 19a. A voltage can be applied to the electrode 18c. In the present embodiment, a voltage is applied to one of the first drive electrode 19a and the second drive electrode 19b, and a predetermined voltage is applied to one of the first electrode 18a and the second electrode 18b. be able to.

図２（ａ）に示すように、可動反射膜１６は、アルミニウム薄膜などにより平面視において中央部分が幅広とされた変形Ｉ字形に形成されており、矩形の反射部１６ａと、反射部１６ａの左右方向中央の上下端縁から突出する幅細部として形成された一対の梁部１６ｂ，１６ｂと、各梁部１６ｂ，１６ｂに連続して紙面の裏面方向に延設された一対の梁支持部１６ｃとが一体に形成されている。 As shown in FIG. 2 (a), the movable reflective film 16 is formed in a deformed I-shape having a wide central portion in plan view with an aluminum thin film or the like, and includes a rectangular reflective portion 16a and a reflective portion 16a. A pair of beam portions 16b, 16b formed as width details projecting from the upper and lower edges of the center in the left-right direction, and a pair of beam support portions 16c extending in the direction of the back of the paper surface continuously to each beam portion 16b, 16b. And are integrally formed.

反射部１６ａは、その上面が鏡面状に加工されており、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。 The upper surface of the reflecting portion 16a is processed into a mirror surface, thereby reducing the absorption of the reflecting surface by incident light as much as possible, and obtaining the effect of extremely increasing the reflectivity and the effect of reflecting light of a specific wavelength. It is done.

反射部１６ａは、一対の梁部１６ｂ，１６ｂが捩れ変形することにより、梁部１６ｂ，１６ｂを繋ぐ中心線ＣＬを揺動中心として揺動変位し、また梁部１６ｂ，１６ｂの弾性力により元の状態に戻るように変位する。梁体１６ｂ，１６ｂの弾性力は、該梁体１６ｂ，１６ｂの形状（厚さ、幅、長さ等）と、材料物性（ヤング率、ポアソン比等）で任意に決定される。 The reflecting portion 16a is oscillated and displaced with the center line CL connecting the beam portions 16b and 16b as a oscillating center when the pair of beam portions 16b and 16b are torsionally deformed, and the reflecting portion 16a is deformed by the elastic force of the beam portions 16b and 16b. Displace to return to the state of. The elastic force of the beam bodies 16b, 16b is arbitrarily determined by the shape (thickness, width, length, etc.) of the beam bodies 16b, 16b and the material properties (Young's modulus, Poisson's ratio, etc.).

図３および図４に示すように、各梁支持部１６ｃは、基板１８の共通電極１８ｃ上に接触して配置されており、これにより可動反射膜１６の反射部１６ａおよび一対の梁部１６ｂ，１６ｂは、梁支持部１６ｃに支持されて基板１８との間に空隙Ｃが設けられた状態で中空に支持されている。即ち、可動反射膜１６は、共通電極１８ｃと電気的に接続すると共に、一対の梁部１６ｂ，１６ｂを繋ぐ中心線ＣＬによって２分される反射部１６ａの一方の部分が基板１８の第１電極１８ａに対応し、また他方の部分が基板１８の第２電極１８ｂに対応して配置される。 As shown in FIGS. 3 and 4, each beam support portion 16c is disposed in contact with the common electrode 18c of the substrate 18, whereby the reflecting portion 16a of the movable reflecting film 16 and the pair of beam portions 16b, 16b is supported in a hollow state in a state where a gap C is provided between the support 16b and the substrate 18 supported by the beam support 16c. That is, the movable reflective film 16 is electrically connected to the common electrode 18c, and one portion of the reflective portion 16a divided by the center line CL connecting the pair of beam portions 16b and 16b is the first electrode of the substrate 18. 18a, and the other part is arranged corresponding to the second electrode 18b of the substrate 18.

可動反射膜１６（反射部１６ａ）を変位する場合には、可動反射膜１６を回動変位させる方向に対応する方の第１電極１８ａ（又は第２電極１８ｂ）に電圧を印加することで、可動反射膜１６に対して該第１電極１８ａに電位差が生じ、電位差の生じた第１電極１８ａ（又は第２電極１８ｂ）と可動反射膜１６との間に静電気力が発生する。すると、このとき生じる静電吸引力によって、梁体１６ｂを中心に回転トルクが働き、反射部１６ａが回動変位し、反射部１６ａの法線方向が変化する。 When the movable reflective film 16 (reflecting portion 16a) is displaced, by applying a voltage to the first electrode 18a (or the second electrode 18b) corresponding to the direction in which the movable reflective film 16 is rotationally displaced, A potential difference is generated in the first electrode 18a with respect to the movable reflective film 16, and an electrostatic force is generated between the first electrode 18a (or the second electrode 18b) in which the potential difference has occurred and the movable reflective film 16. Then, due to the electrostatic attractive force generated at this time, rotational torque works around the beam body 16b, the reflecting portion 16a is rotationally displaced, and the normal direction of the reflecting portion 16a changes.

共通電極１８ｃ（可動反射膜１６）及び第１電極１８ａに、又は、共通電極１８ｃ（可動反射膜１６）及び第２電極１８ｂに電圧が印加されることで、可動反射膜１６の中心線ＣＬを挟む幅方向（図５の左右方向）両端に上下（図５中の上下）逆方向の回転モーメントが付与可能となり、矢印ｄ１〜ｄ４に示す方向の回転駆動力が得られるようになる。 By applying a voltage to the common electrode 18c (movable reflective film 16) and the first electrode 18a or to the common electrode 18c (movable reflective film 16) and the second electrode 18b, the center line CL of the movable reflective film 16 is A rotational moment in the vertical direction (vertical in FIG. 5) can be applied to both ends of the sandwiched width direction (horizontal direction in FIG. 5), and rotational driving force in the directions indicated by arrows d1 to d4 can be obtained.

次に、図５から図７を参照して上記のように構成された光変調素子の動作の一例を説明する。 Next, an example of the operation of the light modulation element configured as described above will be described with reference to FIGS.

図５に示すように平衡状態にあるミラー素子１５に対して、例えば、第１駆動電極１９ａにより第１電極１８ａに電位Ｖａを印加し、共通電極１８ｃ（可動反射膜１６）に共通駆動電極１９ｃによって電位Ｖｃを印加する。また、第２駆動電極１９ｂは駆動させず、第２電極１８ｂの電位Ｖｂを０にする。すると、図６に示すように、可動反射膜１６の反射部１６ａに発生する静電気力が梁体１６ｂの中心線ＣＬを中心軸として非対称となり、可動反射膜１６の図６中の左右方向両端には、それぞれ矢印ｄ３，ｄ４方向の回転駆動力が働く。この結果、可動反射膜１６（反射部１６ａ）が上記中心軸ＣＬに対して図６中反時計回りに回動変位する。 As shown in FIG. 5, with respect to the mirror element 15 in an equilibrium state, for example, the potential Va is applied to the first electrode 18a by the first drive electrode 19a, and the common drive electrode 19c is applied to the common electrode 18c (movable reflective film 16). To apply the potential Vc. Further, the second drive electrode 19b is not driven, and the potential Vb of the second electrode 18b is set to zero. Then, as shown in FIG. 6, the electrostatic force generated in the reflecting portion 16a of the movable reflective film 16 becomes asymmetrical with the center line CL of the beam body 16b as the central axis, and the movable reflective film 16 has both ends in the left-right direction in FIG. Are driven by rotational driving forces in the directions of arrows d3 and d4, respectively. As a result, the movable reflective film 16 (reflecting portion 16a) is rotationally displaced counterclockwise in FIG. 6 with respect to the central axis CL.

一方、第１駆動電極１９ａを制御して、可動反射膜１６に対する第１電極１８ａの電位差を０とすると、可動反射膜１６は、梁体１６ｂの捩れによる応力によって、変位前の元の状態（平衡状態）である、図５に示す入射側透明基板１１と略平行な位置に戻る。 On the other hand, when the first drive electrode 19a is controlled so that the potential difference of the first electrode 18a with respect to the movable reflective film 16 is zero, the movable reflective film 16 is in its original state before displacement due to the stress caused by the twist of the beam body 16b ( It returns to a position substantially parallel to the incident-side transparent substrate 11 shown in FIG.

また、図７に示すように、例えば、第２電極１８ｂに第２駆動電極１９ｂによって電位Ｖｂを印加し、共通電極１８ｃ（可動反射膜１６）に共通駆動電極１９ｃによって電位Ｖｃを印加し、第１駆動電極１９ａは駆動させず、第１電極１８ａの電位Ｖａを０にすれば、可動反射膜１６の図７中の左右方向両端には、それぞれ矢印ｄ１，ｄ２方向の回転駆動力が働く。すると、反射部１６ａが上記中心線ＣＬに対して図７中時計回りに回動変位する。同様に、第２駆動電極１９ｂをオフとすることで、可動反射膜１６に対する第２電極１８ｂの電位差を０とすると、可動反射膜１６は、梁体１６ｂの捩れによる応力で元のように入射側透明基板１１と略平行な位置に戻る（図５参照）。 Further, as shown in FIG. 7, for example, the potential Vb is applied to the second electrode 18b by the second drive electrode 19b, the potential Vc is applied to the common electrode 18c (movable reflective film 16) by the common drive electrode 19c, If the first drive electrode 19a is not driven and the potential Va of the first electrode 18a is set to 0, rotational drive forces in the directions of arrows d1 and d2 act on the left and right ends of the movable reflective film 16 in FIG. Then, the reflection part 16a is rotationally displaced clockwise in FIG. 7 with respect to the center line CL. Similarly, when the potential difference of the second electrode 18b with respect to the movable reflective film 16 is set to 0 by turning off the second drive electrode 19b, the movable reflective film 16 is incident as originally due to the stress caused by the twist of the beam body 16b. It returns to a position substantially parallel to the side transparent substrate 11 (see FIG. 5).

このように、光変調素子アレイ１０は、第１駆動電極１９ａ，第２駆動電極１９ｂ，共通駆動電極１９ｃの駆動電圧制御と可動反射膜１６の支持構造による機械的変位によって、可動反射膜１６の反射部１６ａの位置を任意に変位させることができる。そして、可動反射膜１６を変位することで、図１に示すように、反射体からミラー素子に向って照射される光の進行方向が逆方向に偏向される、つまり、反射体１４からの反射光が再度反射体１４側に反射される。この結果、入射光Ｌが光変調素子アレイ１０において遮蔽状態となる。 As described above, the light modulation element array 10 includes the movable reflective film 16 by controlling the drive voltage of the first drive electrode 19a, the second drive electrode 19b, and the common drive electrode 19c and mechanical displacement by the support structure of the movable reflective film 16. The position of the reflecting portion 16a can be arbitrarily displaced. Then, by displacing the movable reflective film 16, the traveling direction of the light irradiated from the reflector toward the mirror element is deflected in the opposite direction, as shown in FIG. The light is reflected again to the reflector 14 side. As a result, the incident light L is blocked in the light modulation element array 10.

また、機械的変位によって可動反射膜１６の位置を戻すことで、ミラー素子１５の反射部１６ａが入射側透明基板１１と同様に略平行となり、反射体１４からミラー素子１５に向って照射される光の進行方向が出射側透明基板１２側へ偏向される。この結果、入射光Ｌが光変調素子アレイ１０において透過状態となる。 Further, by returning the position of the movable reflecting film 16 by mechanical displacement, the reflecting portion 16 a of the mirror element 15 becomes substantially parallel like the incident side transparent substrate 11 and is irradiated from the reflector 14 toward the mirror element 15. The traveling direction of the light is deflected toward the emitting side transparent substrate 12 side. As a result, the incident light L is transmitted through the light modulation element array 10.

次に、上記した光変調素子アレイの作製方法について、図８〜図１１に基づいて説明する。図８はミラー素子モジュールの作成過程を（ａ）から（ｅ）で説明する概略図、図９は反射体アレイモジュールの作成過程を（ａ）から（ｃ）で説明する概略図、図１０は組付け直前におけるミラー素子モジュール、反射体アレイモジュールおよびマイクロレンズアレイモジュールの位置関係を示す概略図、図１１はミラー素子モジュール、反射体アレイモジュールおよびマイクロレンズアレイモジュールが組み付けられた光変調素子アレイの概略図である。 Next, a method for manufacturing the above-described light modulation element array will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the mirror element module creation process from (a) to (e), FIG. 9 is a schematic diagram for explaining the reflector array module creation process from (a) to (c), and FIG. FIG. 11 is a schematic diagram showing the positional relationship between the mirror element module, the reflector array module, and the microlens array module immediately before assembly, and FIG. 11 shows the light modulation element array in which the mirror element module, reflector array module, and microlens array module are assembled. FIG.

光変調素子アレイ１０は、複数のミラー素子１５がアレイ状に配置されたミラー素子モジュール４１と、出射側透明基板１２上に複数の反射体１４がアレイ状に配置された反射体アレイモジュール４２と、複数のマイクロレンズ１３が入射側透明基板１１上にアレイ状に配置されたマイクロレンズアレイモジュール４３とから構成されている。それぞれのミラー素子１５、反射体１４およびマイクロレンズ１３は、互いに対応する位置に所定の間隔で配置されている。 The light modulation element array 10 includes a mirror element module 41 in which a plurality of mirror elements 15 are arranged in an array, and a reflector array module 42 in which a plurality of reflectors 14 are arranged in an array on the emission-side transparent substrate 12. A plurality of microlenses 13 are composed of a microlens array module 43 arranged in an array on the incident-side transparent substrate 11. Each mirror element 15, the reflector 14, and the microlens 13 are arranged at predetermined intervals at positions corresponding to each other.

（ミラー素子モジュールの作製）
先ず、ミラー素子モジュール４１の作製方法について図８を参照して説明する。図８（ａ）に示すように、Ｓｉ基板上にＣＭＯＳ駆動回路（図示せず）を形成し、その上に第１のＳｉ０_２絶縁膜（図示せず）を形成してその表面をＣＭＰ（化学的機械的研磨）等で平坦化した後、ＣＭＯＳ駆動回路の出力を各電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃと接続するためのコンタクトホール(図示せず)を形成して基板１８とする。 (Production of mirror element module)
First, a manufacturing method of the mirror element module 41 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8 (a), on a Si substrate to form a CMOS drive circuit (not shown), the surface to form a first Si0 ₂ insulating film (not shown) thereon CMP ( After planarization by chemical mechanical polishing or the like, a contact hole (not shown) for connecting the output of the CMOS drive circuit to each electrode 18a, 18b, 18c is formed to form a substrate 18.

そして、基板１８の上部に第１導電膜であるアルミ４５（好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金）をスパッタで成膜する。第１導電膜４５は、フォトリソグラフィとエッチングによりパターニングされ、第１電極１８ａ、第２電極１８ｂ、共通電極１８ｃとなる。アルミのエッチングは、アルミエッチャント（リン酸、硝酸、酢酸の混合水溶液）によるウェットエッチング、又は塩素系ガスによるＲｌＥドライエッチングによってなされる。 Then, an aluminum 45 (preferably an aluminum alloy containing a refractory metal) as a first conductive film is formed on the substrate 18 by sputtering. The first conductive film 45 is patterned by photolithography and etching to form the first electrode 18a, the second electrode 18b, and the common electrode 18c. Etching of aluminum is performed by wet etching with an aluminum etchant (mixed aqueous solution of phosphoric acid, nitric acid, and acetic acid) or RlE dry etching with a chlorine-based gas.

次に、図８（ｂ）に示すように、犠牲層４６としてポジ型のレジストを塗布した後に、梁支持部１６ｃとなる箇所にコンタクトホール４７を形成し、ハードベークする。ハードベークはＤｅｅｐＵＶを照射しながら２００°Ｃを超える温度で行う。これにより後工程の高温プロセスにおいてもその形状を維持し、又レジスト剥離溶剤に不溶となる。また、ベーク時のリフロー効果により、下地膜の段差に依らずレジスト表面は概ね平坦となるが、更なる平坦化にはコンタクトホール４７の形成前にエッチバックや研磨法を用いることができる。 Next, as shown in FIG. 8B, after applying a positive resist as the sacrificial layer 46, a contact hole 47 is formed at a location to be the beam support portion 16c and hard-baked. Hard baking is performed at a temperature exceeding 200 ° C. while irradiating with Deep UV. As a result, the shape is maintained even in a high-temperature process as a subsequent step, and becomes insoluble in the resist stripping solvent. In addition, although the resist surface is substantially flat regardless of the level difference of the base film due to the reflow effect at the time of baking, etching back or a polishing method can be used before the contact hole 47 is formed for further flattening.

この犠牲層４６は、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ｔは将来の各電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃと可動反射膜１６の空隙Ｃの寸法を決定する。なお、犠牲層４６として上記レジストの代わりに感光性ポリイミドも使用可能である。 The sacrificial layer 46 is removed in a process described later. Therefore, the resist film thickness t after hard baking determines the dimension of the gap C between each of the electrodes 18a, 18b, 18c and the movable reflective film 16 in the future. Note that photosensitive polyimide can also be used as the sacrificial layer 46 instead of the resist.

図８（ｃ）に示すように、第２導電膜４８としてアルミ薄膜(又はアルミ合金)をスパッタにより成膜する。第２導電膜４８はフォトリソグラフィとエッチングにより梁部１６ｂ、１６ｂと可動反射膜１６の反射部１６ａとなる所望の形状にパターニングされる。アルミのエッチングは、アルミエッチャント（リン酸、硝酸、酢酸の混合水溶液）によるウェットエッチング、又は塩素系ガスによるＲｌＥドライェッチングによってなされる。 As shown in FIG. 8C, an aluminum thin film (or aluminum alloy) is formed as the second conductive film 48 by sputtering. The second conductive film 48 is patterned into a desired shape to be the beam portions 16b and 16b and the reflective portion 16a of the movable reflective film 16 by photolithography and etching. Etching of aluminum is performed by wet etching with an aluminum etchant (mixed aqueous solution of phosphoric acid, nitric acid and acetic acid) or RlE dry etching with a chlorine-based gas.

最後に、図８（ｄ）に示すように、酸素系ガスのプラズマエッチング（アッシング）により、犠牲層４６であるレジスト層を除去して空隙Ｃを形成し、所望構造の光変調素子を形成する。 Finally, as shown in FIG. 8D, the resist layer, which is the sacrificial layer 46, is removed by plasma etching (ashing) of oxygen-based gas to form the gap C, thereby forming a light modulation element having a desired structure. .

なお、基板１８はＳｉ基板のため不透明である。このため、最終的には図８（ｅ）に示すように、少なくとも光路となる領域（Ｓｉ基板上に形成されたＣＭＯＳ駆動回路部以外の領域）を透明化する必要がある。基板１８を透明化するには、Ｓｉ基板に貫通孔を開ける方法、又はＣＭＯＳ駆動回路部の領域を残してＳｉ基板を除去し、透明基板(例えばガラス基板など)を貼り合せることで透明化することが可能である。 The substrate 18 is opaque because it is a Si substrate. For this reason, finally, as shown in FIG. 8E, it is necessary to make at least a region to be an optical path (a region other than the CMOS driving circuit portion formed on the Si substrate) transparent. In order to make the substrate 18 transparent, the Si substrate is made transparent by removing a Si substrate while leaving a region of a CMOS driving circuit section or by bonding a transparent substrate (for example, a glass substrate). It is possible.

可動反射膜１６の他の構成例として、反射性及び導電性を有するものであればアルミ以外の部材でもよい。また、一般の導電部材上に誘電体多層膜などの干渉ミラーを積層してもよい。また、最表面に保護用の絶縁膜（例えばＳｉ０_２，ＳｉＮｘ）を積層してもよい。また、Ｓｉ０_２，ＳｉＮｘ，ＢＳＧ、金属酸化膜、ポリマーなどの絶縁性の薄膜に反射性及び導電性を有する薄膜を積層したハイブリッド構造も使用可能である。 As another configuration example of the movable reflective film 16, a member other than aluminum may be used as long as it has reflectivity and conductivity. Further, an interference mirror such as a dielectric multilayer film may be laminated on a general conductive member. It may be laminated insulating film for protecting the outermost surface (e.g. _Si0 2, SiNx). Further, Si0 _2, SiNx, BSG, metal oxide, hybrid structure formed by laminating a thin film having a reflective property and conductivity on an insulating thin film such as a polymer can be used.

また、上記の作製方法では、犠牲層４６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、Ｓｉ０_２等の絶縁性材料なども犠牲層として好適である。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。 In the above manufacturing method, a resist material is used as the sacrificial layer 46, but the present invention is not limited to this. For example, aluminum, metals such as Cu, is suitable as a sacrificial layer also including an insulating material such as Si0 _2. In this case, a material that is not corroded or damaged when the sacrificial layer is removed is appropriately selected as the structural material.

犠牲層４６の除去方法は、実施例のドライエツチング(プラズマエツチング)の他に公知の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に、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・プロセスは上記したものに限定されない。 As a method for removing the sacrificial layer 46, in addition to the dry etching (plasma etching) of the embodiment, wet etching may be used depending on the combination of a known 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 those described above as long as they meet the gist of the present invention.

（反射体アレイモジュールの作製）
図９（ａ）に示すように、先ず透明なガラス基板などの出射側透明基板１２上に反射構造体となる反射金属膜５１（アルミ等）を成膜する。次に、図９（ｂ）に示すように、ポジ型レジスト膜を塗布し、グレースケールフォトマスクによるフォトリソグラフィにより所望形状（例では三角柱状）の反射構造体と同様の形状にレジスト構造体５２を形成する。そして、図９（ｃ）に示すように、塩素系のＲＩＥエッチングにより反射金属膜を所望の形状(例では三角柱状)に形成する。即ちレジスト構造体５２を反射金属膜に転写して出射側透明基板１２上に所望形状（例では三角柱状）の反射体１４を形成して反射体アレイモジュール４２とする。 (Production of reflector array module)
As shown in FIG. 9A, first, a reflective metal film 51 (aluminum or the like) serving as a reflective structure is formed on the emission-side transparent substrate 12 such as a transparent glass substrate. Next, as shown in FIG. 9B, a positive resist film is applied, and the resist structure 52 is formed into a shape similar to a reflective structure having a desired shape (triangular prism shape in the example) by photolithography using a gray scale photomask. Form. Then, as shown in FIG. 9C, the reflective metal film is formed in a desired shape (in the example, a triangular prism shape) by chlorine-based RIE etching. That is, the resist structure 52 is transferred to the reflective metal film, and the reflector 14 having a desired shape (in the example, a triangular prism shape) is formed on the emission-side transparent substrate 12 to form the reflector array module 42.

（マイクロレンズアレイモジュールの作製）
マイクロレンズアレイモジュール４３は、入射側透明基板１１の入射面１１ａに複数のマイクロレンズ１３がアレイ状に配置された透明部材であり、例えば、アクリル樹脂などの透明樹脂を射出成形して作製される。 (Production of microlens array module)
The microlens array module 43 is a transparent member in which a plurality of microlenses 13 are arranged in an array on the incident surface 11a of the incident side transparent substrate 11, and is produced by injection molding a transparent resin such as an acrylic resin, for example. .

（光変調素子アレイの作製）
光変調素子アレイ１０は、図１１に示すように、出射側透明基板１２上に複数の反射体１４が形成された反射体アレイモジュール４２と、少なくとも光路となる領域が透明化された基板１８上に複数のミラー素子１５がアレイ状に形成されたミラー素子モジュール４１と、入射側透明基板１１上に複数のマイクロレンズ１３がアレイ状に形成されたマイクロレンズアレイモジュール４３とを、各々アライメント調整(位置調整)しながら貼り合せて作製される。 (Production of light modulation element array)
As shown in FIG. 11, the light modulation element array 10 includes a reflector array module 42 in which a plurality of reflectors 14 are formed on the emission-side transparent substrate 12, and a substrate 18 in which at least a region serving as an optical path is made transparent. A mirror element module 41 in which a plurality of mirror elements 15 are formed in an array and a microlens array module 43 in which a plurality of microlenses 13 are formed in an array on the incident-side transparent substrate 11 are respectively adjusted in alignment ( (Position adjustment).

各々のモジュール４１，４２，４３には、後述の貼り合せ工程で位置合わせを行うためのアライメントパターン(図示せず)が予め形成されている。なお、反射体アレイモジュール４２とミラー素子モジュール４１を貼り合せる時、ミラー素子モジュール４１側の反射体アレイモジュール４２の周囲に、各ミラー素子１５の距離を決定する支柱５２を形成する。 In each of the modules 41, 42, and 43, an alignment pattern (not shown) is formed in advance for alignment in a bonding process described later. In addition, when the reflector array module 42 and the mirror element module 41 are bonded together, a support column 52 that determines the distance of each mirror element 15 is formed around the reflector array module 42 on the mirror element module 41 side.

支柱５２は、UV硬化、又は熱硬化接着剤に支柱５２の高さを決めるスペーサ粒子(樹脂又はシリカ)を分散した調整液をディスペンス法、又はスクリーン印刷法等でパターニング塗布することにより作製される。また、他の方法としては、支柱５２を金属、ガラス材料、樹脂等で、成膜・フォトリソグラフィ・エッチングにより直接形成しても良い。高さは支柱５２の高さで決定される。フオトリソグラフィ法によれば高精度な形成が可能である。この後、支柱５２の貼り合せ接触部５２ａに接着材を形成する。スペーサの高さは、本発明の動作が可能となるように設計された高さに調整される。なお、本発明の主旨に沿えば上記以外の製法でもあってもよい。 The struts 52 are produced by patterning and applying an adjustment liquid in which spacer particles (resin or silica) that determine the height of the struts 52 are dispersed in UV-curing or thermosetting adhesive by a dispensing method or a screen printing method. . As another method, the support columns 52 may be directly formed of metal, glass material, resin, or the like by film formation, photolithography, or etching. The height is determined by the height of the column 52. High-precision formation is possible by photolithography. Thereafter, an adhesive is formed on the bonding contact portion 52 a of the support column 52. The height of the spacer is adjusted to a height designed to allow operation of the present invention. A manufacturing method other than the above may be used in accordance with the gist of the present invention.

本実施形態の光変調素子アレイ１０は、入射側透明基板１１と出射側透明基板１２との間に設けられた光偏向手段であるミラー素子１５を変位することで、入射光Ｌを所定の方向に反射させて入射光路を偏向し、入射光Ｌを遮蔽する、及び、透過させて出射光として出射側透明基板１２から照射させるように適宜制御することができる。 The light modulation element array 10 of the present embodiment displaces the incident light L in a predetermined direction by displacing the mirror element 15 that is a light deflection unit provided between the incident side transparent substrate 11 and the emission side transparent substrate 12. The incident light path can be deflected and the incident light L can be blocked, and the incident light L can be transmitted and emitted as emitted light from the emission side transparent substrate 12 as appropriate.

また、光偏向手段である反射体１４及びミラー素子１５はともに、入射側透明基板１１と出射側透明基板１２との間に配置されているため、図１３のスクリーン表示素子１００における光変調素子のように入射側の透明基板１０１の厚さに係わらず、一対の光偏向手段同士の間隔によって反射光路の長さを調整することができるうえ、両基板同士の間隔をスペーサ等で小さくすることができ、光偏向手段に要求される光学精度の低下を回避することができる。 Further, since both the reflector 14 and the mirror element 15 which are light deflecting means are disposed between the incident side transparent substrate 11 and the emission side transparent substrate 12, the light modulation elements of the screen display element 100 of FIG. Thus, regardless of the thickness of the transparent substrate 101 on the incident side, the length of the reflected light path can be adjusted by the distance between the pair of light deflecting means, and the distance between the two substrates can be reduced by a spacer or the like. It is possible to avoid a decrease in optical accuracy required for the light deflection means.

さらに、本発明の光変調素子アレイ１０は、図１３の光変調素子のように透明基板１０１の入射面側に設けられた構成ではないため、透明基板に入射する入射光が遮られることないため、入射側透明基板１１の入射面側から入射する全ての入射光を有効に利用することができる。 Furthermore, since the light modulation element array 10 of the present invention is not configured on the incident surface side of the transparent substrate 101 like the light modulation element of FIG. 13, incident light incident on the transparent substrate is not blocked. All incident light incident from the incident surface side of the incident side transparent substrate 11 can be used effectively.

入射側透明基板１１の入射面１１ａに複数のマイクロレンズ１３が設けられ、複数のマイクロレンズ１３はそれぞれの集光位置が光変調素子に対応するように配置されているため、入射面１１ａから入射する光をマイクロレンズ１３によって光偏向手段１４，１５に集光することでより一層効率良く入射光を利用することができる。このため、上記光変調素子アレイ１０は、図１３に示す従来の光変調素子１００のように入射した光が開口部１０７ａ以外の部位で遮られることがない。
また、マイクロレンズ１３によって光偏向手段１４，１５に集光すれば、可動反射膜１６（反射部１６ａ）の回転変位の変位量をより小さくすることができ、可動反射膜１６の回転変位構造をより小型化することができる。 Since a plurality of microlenses 13 are provided on the incident surface 11a of the incident-side transparent substrate 11, and the plurality of microlenses 13 are arranged so that the respective condensing positions correspond to the light modulation elements, they are incident from the incident surface 11a. The incident light can be used more efficiently by condensing the light to the light deflecting means 14 and 15 by the microlens 13. For this reason, in the light modulation element array 10, the incident light is not blocked by portions other than the opening 107a as in the conventional light modulation element 100 shown in FIG.
Further, if the light is condensed on the light deflecting means 14 and 15 by the microlens 13, the amount of rotational displacement of the movable reflective film 16 (reflecting portion 16a) can be reduced, and the rotational displacement structure of the movable reflective film 16 can be reduced. It can be made smaller.

上記した第１実施形態の光変調素子アレイの変形例として、反射体を出射側透明基板と平行に配置すると共に、入射光を入射側透明基板の入射面に対して斜めから入射させ、反射体で反射した反射光をミラー素子に入射させるように構成することもできる。この場合、反射体は第１実施形態で示すような三角柱状に形成する必要がなく、例えば、出射側透明基板の内側面に薄板状に形成した薄膜として構成することができる。これにより、光変調素子アレイの構造が簡略化され、製作コストの低減が図れる。 As a modification of the above-described light modulation element array of the first embodiment, a reflector is disposed in parallel with the output-side transparent substrate, and incident light is incident obliquely with respect to the incident surface of the incident-side transparent substrate. It is also possible to configure so that the reflected light reflected by the light enters the mirror element. In this case, the reflector does not need to be formed in a triangular prism shape as shown in the first embodiment, and can be configured as a thin film formed in a thin plate shape on the inner side surface of the emission side transparent substrate, for example. Thereby, the structure of the light modulation element array is simplified, and the manufacturing cost can be reduced.

また、反射体の反射面角度、ミラー素子の角度、偏向手段、ミラー素子の変位駆動における透過／遮光などの構成、組合せは、実施例記載のものに限定されることはなく、本発明の主旨から逸脱しない限り任意である。 Further, the configuration and combination of the reflecting surface angle of the reflector, the angle of the mirror element, the deflection means, the transmission / light shielding in the displacement driving of the mirror element, and the like are not limited to those described in the embodiments, and the gist of the present invention As long as it does not deviate from.

（第２の実施形態）
図１２に、本発明にかかる光変調素子アレイの第２の実施形態を示す。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。 (Second Embodiment)
FIG. 12 shows a second embodiment of the light modulation element array according to the present invention. In the embodiments described below, members having the same configuration / action as those already described are denoted by the same or corresponding reference numerals in the drawings, and description thereof is simplified or omitted.

図１２に示すように、本実施形態の光変調素子アレイ２０において、入射側透明基板２１と出射側透明基板２２との間に、マイクロレンズ２３を介して透過された入射光Ｌが照射されるように、駆動電圧制御により変位可能なミラー素子２５が配設されている。また、変位したミラー素子２５によって反射された入射光Ｌが照射されように入射側透明基板２１における入射面２１ａの反対側の面（図１２中の上面）における所定位置に反射体２４が配設されている。
なお、ミラー素子を変位させるための駆動電圧制御機構は、上記第１の実施形態と同様である。 As shown in FIG. 12, in the light modulation element array 20 of the present embodiment, the incident light L transmitted through the microlens 23 is irradiated between the incident side transparent substrate 21 and the emission side transparent substrate 22. As described above, the mirror element 25 that can be displaced by driving voltage control is provided. Further, the reflector 24 is arranged at a predetermined position on the surface opposite to the incident surface 21a (upper surface in FIG. 12) of the incident side transparent substrate 21 so that the incident light L reflected by the displaced mirror element 25 is irradiated. Has been.
The driving voltage control mechanism for displacing the mirror element is the same as that in the first embodiment.

次に、図５から図７および図１２を参照して本実施形態の光変調素子アレイ２０の動作を説明する。
上記実施形態と同様の駆動電圧制御を行って可動反射膜１６（反射部１６ａ）を変位すると、マイクロレンズ２３により集光された入射光Ｌ３１がミラー素子２５の入射面（図１２中下側の面）２５ａに入射する角度が変化し、ミラー素子２５によって反射される入射光Ｌ３２の進行方向が反射体２４側に偏向される。そして、反射光Ｌ３２は、反射体２４の反射面において反射され、出射側透明基板２２側に反射される。この結果、入射光Ｌが光変調素子アレイ２０において透過状態となる。 Next, the operation of the light modulation element array 20 of this embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 7 and FIG.
When the movable reflective film 16 (reflecting portion 16a) is displaced by performing the same drive voltage control as in the above embodiment, the incident light L31 collected by the microlens 23 is incident on the incident surface of the mirror element 25 (the lower side in FIG. 12). The angle of incidence on the surface 25a changes, and the traveling direction of the incident light L32 reflected by the mirror element 25 is deflected to the reflector 24 side. Then, the reflected light L32 is reflected on the reflecting surface of the reflector 24, and is reflected on the emitting side transparent substrate 22 side. As a result, the incident light L is transmitted through the light modulation element array 20.

また、ミラー素子２５を変位させない状態、及び、機械的変位によって可動反射膜１６の位置を戻した状態で、ミラー素子２５が入射側透明基板２１と略平行となり、マイクロレンズ２３により集光された入射光Ｌ４１が略垂直にミラー素子２５の入射面２５ａに入射する。このため、入射光Ｌ４１は、入射する方向に対して反対方向に反射され、この反射光Ｌ４２が入射側透明基板２１内を図示しない光源側に向って透過する。この結果、入射光Ｌが出射側透明基板２２から照射されることがなく、光変調素子アレイ２０において遮蔽状態となる。 Further, the mirror element 25 is substantially parallel to the incident-side transparent substrate 21 and is condensed by the microlens 23 in a state where the mirror element 25 is not displaced and in a state where the position of the movable reflective film 16 is returned by mechanical displacement. Incident light L41 is incident on the incident surface 25a of the mirror element 25 substantially vertically. Therefore, the incident light L41 is reflected in the direction opposite to the incident direction, and the reflected light L42 is transmitted through the incident side transparent substrate 21 toward the light source (not shown). As a result, the incident light L is not irradiated from the exit-side transparent substrate 22 and is in a shielding state in the light modulation element array 20.

本実施形態の光変調素子アレイ２０によれば、上記実施形態の光変調素子アレイ１０と同様の効果を得ることができる。 According to the light modulation element array 20 of the present embodiment, the same effects as those of the light modulation element array 10 of the above embodiment can be obtained.

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、上記実施形態の光変調素子アレイ１０，２０における電極配線、駆動電圧制御によるミラー素子１５，２５の変位方法は一例であり、これに限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A suitable deformation | transformation, improvement, etc. are possible.
For example, the method of displacing the mirror elements 15 and 25 by the electrode wiring and the drive voltage control in the light modulation element arrays 10 and 20 of the above embodiment is an example, and is not limited thereto.

本発明に係る光変調素子アレイの第１の実施形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows 1st Embodiment of the light modulation element array which concerns on this invention. ミラー素子の平面図であり、（ａ）はミラー素子を出射側透明基板側から見た平面図、（ｂ）はミラー素子を構成する可動反射膜が取り外された基板の平面図である。It is a top view of a mirror element, (a) is the top view which looked at the mirror element from the radiation | emission side transparent substrate side, (b) is a top view of the board | substrate from which the movable reflecting film which comprises a mirror element was removed. 図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing in Fig.2 (a). 図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing in Fig.2 (a). 図５〜図７は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面視において、ミラー素子の変位駆動の動作を示し、図５は可動反射膜が平衡状態にあるミラー素子の断面図である。5 to 7 show the displacement drive operation of the mirror element in the AA sectional view in FIG. 2A, and FIG. 5 is a sectional view of the mirror element in which the movable reflective film is in an equilibrium state. 可動反射膜が左傾状態にあるミラー素子の断面図である。It is sectional drawing of the mirror element in which a movable reflecting film is in the left-tilt state. 可動反射膜が右傾状態にあるミラー素子の断面図である。It is sectional drawing of the mirror element in which a movable reflection film is in a right inclination state. ミラー素子モジュールの作成過程を（ａ）から（ｅ）で説明する概略図である。It is the schematic explaining the creation process of a mirror element module from (a) to (e). 反射体アレイモジュールの作成過程を（ａ）から（ｃ）で説明する概略図である。It is the schematic explaining the creation process of a reflector array module from (a) to (c). 組付け直前におけるミラー素子モジュール、反射体アレイモジュールおよびマイクロレンズアレイモジュールの位置関係を示す概略図である。It is the schematic which shows the positional relationship of a mirror element module, a reflector array module, and a micro lens array module just before an assembly | attachment. ミラー素子モジュール、反射体アレイモジュールおよびマイクロレンズアレイモジュールが組み付けられた光変調素子アレイの概略図である。It is the schematic of the light modulation element array by which the mirror element module, the reflector array module, and the micro lens array module were assembled | attached. 本発明にかかる光変調素子アレイの第２の実施形態を示す。2 shows a second embodiment of a light modulation element array according to the present invention. 従来の光変調素子を用いたスクリーン表示装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the screen display apparatus using the conventional light modulation element.

Explanation of symbols

１０光変調素子アレイ
１１入射側透明基板
１２出射側透明基板
１３マイクロレンズ
１４反射体（光偏向手段）
１５ミラー素子（光偏向手段）
Ｌ入射光 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Light modulation element array 11 Incident side transparent substrate 12 Outgoing side transparent substrate 13 Micro lens 14 Reflector (light deflecting means)
15 Mirror element (light deflection means)
L Incident light

Claims

A light modulation element array in which microelectromechanical transmission type light modulation elements that deflect incident light by reflection and change a light reflection optical path are arranged one-dimensionally or two-dimensionally;
An incident-side transparent substrate, an exit-side transparent substrate provided to face the incident-side transparent substrate, and provided between the incident-side transparent substrate and the exit-side transparent substrate, are incident from the incident-side transparent substrate. A pair of light deflecting means for reflecting incident light,
One of said pair of light deflection | deviation means is provided so that a displacement is possible so that the direction in which the said incident light is reflected may be deflected, The light modulation element array characterized by the above-mentioned.

The light deflector reflects the incident light toward the incident-side transparent substrate, and reflects the incident light reflected by the reflector toward the emission-side transparent substrate, or The light modulation element array according to claim 1, wherein the light modulation element array is a mirror element that is rotatable so as to be reflected toward the reflector.

A mirror element rotatable so that the light deflecting means reflects the incident light toward the other light deflecting means, or reflects the incident light in the direction opposite to the traveling direction of the incident light; The light modulation element array according to claim 1, further comprising a reflector that reflects the incident light reflected by the mirror element toward the emission-side transparent substrate.

2. The incident surface of the incident side transparent substrate is provided with a plurality of microlenses, and the plurality of microlenses are arranged so that their respective condensing positions correspond to the light modulation elements. The light modulation element array according to any one of 1 to 3.