JP2007206434A - Spatial light modulation apparatus and display using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空間光変調装置及びこれを用いた表示装置に関するものである。 The present invention relates to a spatial light modulation device and a display device using the same.
現在、空間光変調装置として、液晶パネルが広く用いられている。この液晶パネルで構成された空間光変調装置は、投射型表示装置(プロジェクタ)に用いられたり(例えば、特許文献1の図3参照)、直視型表示装置としての液晶表示装置(LCD)に用いられたりしている。
しかしながら、従来の空間光変調装置では、液晶パネルで構成され、液晶を用いるが故に、本質的に光の利用効率が低下していた。すなわち、液晶は、一方の偏光光を除去し、透過又は反射される他方の偏光光を利用するものであるため、光源の光量の半分は無駄にされる。このため、暗い光になるばかりではなく、無駄な消費電力も生じてしまう。 However, the conventional spatial light modulator is composed of a liquid crystal panel and uses liquid crystal, so that the light use efficiency is essentially reduced. That is, the liquid crystal removes one polarized light and uses the other polarized light that is transmitted or reflected, so that half of the light amount of the light source is wasted. For this reason, not only does it become dark light, but wasteful power consumption also occurs.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、液晶パネルで構成された従来の空間光変調装置に比べて光の利用効率を高めることができる空間光変調装置、及び、これを用いた表示装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a spatial light modulation device capable of increasing the light use efficiency as compared with a conventional spatial light modulation device configured with a liquid crystal panel, and uses the same. It is an object to provide a display device.
前記課題を解決するため、本発明の第1の態様による空間光変調装置は、入射光を受けて前記入射光を入力信号に応じて変調する空間光変調装置であって、(i)基板に対して角度に関する姿勢が変化し得る可動部を有するマイクロアクチュエータを複数有し、当該複数のマイクロアクチュエータの前記可動部が前記基板の一方の面側に1次元状又は2次元状に配置されたマイクロアクチュエータアレーと、(ii)前記各マイクロアクチュエータの前記可動部に設けられ波長選択特性を持つ透過型又は反射型の光学フィルタであって、当該光学フィルタに対する入射光の入射角度に応じて前記波長選択特性が変化する光学フィルタと、(iii)前記入力信号に応じて前記各マイクロアクチュエータの前記可動部の姿勢を制御する制御部と、を備えたものである。 In order to solve the above problems, a spatial light modulation device according to a first aspect of the present invention is a spatial light modulation device that receives incident light and modulates the incident light in accordance with an input signal. A micro actuator having a plurality of microactuators having movable parts whose attitudes relating to angles can be changed, and the movable parts of the microactuators are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on one surface side of the substrate. An actuator array; and (ii) a transmissive or reflective optical filter provided on the movable portion of each microactuator and having wavelength selection characteristics, wherein the wavelength selection is performed according to an incident angle of incident light with respect to the optical filter. An optical filter whose characteristics change; and (iii) a control unit that controls the posture of the movable part of each microactuator in accordance with the input signal. It is intended.
本発明の第2の態様による空間光変調装置は、前記第1の態様において、前記各光学フィルタは、前記波長選択特性として1つ以上の通過波長帯を持つバンドパス特性を有するものである。 In the spatial light modulation device according to the second aspect of the present invention, in the first aspect, each of the optical filters has a bandpass characteristic having one or more pass wavelength bands as the wavelength selection characteristic.
本発明の第3の態様による空間光変調装置は、前記第1又は第2の態様において、前記制御部は、前記各マイクロアクチュエータに関して、前記入力信号に応じて、当該マイクロアクチュエータの前記光学フィルタが前記入射光のうちの所定波長領域内の少なくとも一部の波長帯の光を通過させる第1の状態及び前記入射光のうちの前記所定波長領域内の光を実質的に通過させない第2の状態のうちの選択された状態となるように、当該マイクロアクチュエータの前記可動部の姿勢を制御するものである。 The spatial light modulation device according to a third aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to the first or second aspect, wherein the control unit relates to each of the microactuators according to the input signal. A first state in which light in at least a part of a wavelength band within a predetermined wavelength region of the incident light is allowed to pass and a second state in which light within the predetermined wavelength region of the incident light is not substantially passed. The position of the movable part of the microactuator is controlled so as to be in a selected state.
本発明の第4の態様による空間光変調装置は、前記第3の態様において、前記所定波長領域が可視領域であるものである。 A spatial light modulation device according to a fourth aspect of the present invention is the spatial light modulation apparatus according to the third aspect, wherein the predetermined wavelength region is a visible region.
本発明の第5の態様による空間光変調装置は、前記第3又は第4の態様において、前記制御部は、前記各マイクロアクチュエータに関して、所定周期における当該マイクロアクチュエータの前記第1の状態の積算時間と前記第2の状態の積算時間との比が前記入力信号が示す当該マイクロアクチュエータの前記光学フィルタを通過すべき光の階調に応じて設定されるように、各マイクロアクチュエータの前記可動部の姿勢を制御するものである。 The spatial light modulation device according to a fifth aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to the third or fourth aspect, wherein the control unit, with respect to each microactuator, is an accumulated time of the first state of the microactuator in a predetermined cycle. Of the movable part of each microactuator so that the ratio of the accumulated time of the second state and the accumulated time of the second state is set according to the gradation of light that should pass through the optical filter of the microactuator indicated by the input signal It controls the posture.
本発明の第6の態様による空間光変調装置は、前記第3乃至第5のいずれかの態様において、前記各光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は、互いに実質的に同じ波長成分の光であるものである。 A spatial light modulation device according to a sixth aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to any one of the third to fifth aspects, wherein each of the optical filters is in the first state within the predetermined wavelength region of the incident light. The light to be transmitted is light having substantially the same wavelength component.
本発明の第7の態様による空間光変調装置は、前記第6の態様において、前記各光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は、赤色、緑色及び青色のうちのいずれか1つの色の波長帯の光であるか、赤色、緑色及び青色のうちのいずれか2つの色の波長帯の光であるか、あるいは、赤色、緑色及び青色の全ての色の波長帯の光であるものである。 The spatial light modulation device according to a seventh aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to the sixth aspect, wherein the light that each optical filter passes in the first state within the predetermined wavelength region of the incident light is red. , Light in a wavelength band of any one color of green and blue, light in a wavelength band of any two colors of red, green and blue, or red, green and blue It is the light of the wavelength band of all the colors.
本発明の第8の態様による空間光変調装置は、前記第6又は第7の態様において、前記各光学フィルタは、当該光学フィルタに対する入射光の入射角度が同じである場合において互いに実質的に同一の波長選択特性を有するものである。 A spatial light modulation device according to an eighth aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to the sixth or seventh aspect, wherein each of the optical filters is substantially identical to each other when the incident angles of the incident light with respect to the optical filter are the same. It has the following wavelength selection characteristics.
本発明の第9の態様による空間光変調装置は、前記6乃至第8のいずれかの態様において、(i)前記入射光の前記所定波長領域内の光は、離散的な複数の波長帯の光からなり、(ii)前記各光学フィルタは、前記波長選択特性として離散的な複数の通過波長帯を持つバンドパス特性を有し、(iii)前記各光学フィルタに関して、前記第1の状態で前記入射光の前記複数の波長帯の光が当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯とそれぞれ重なるように、当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯が設定されたものである。 A spatial light modulation device according to a ninth aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to any one of the sixth to eighth aspects, wherein (i) the light in the predetermined wavelength region of the incident light has a plurality of discrete wavelength bands. (Ii) each of the optical filters has a bandpass characteristic having a plurality of discrete pass wavelength bands as the wavelength selection characteristic, and (iii) the optical filter in the first state The plurality of pass wavelength bands of the optical filter are set so that light of the plurality of wavelength bands of the incident light overlaps with the plurality of pass wavelength bands of the optical filter, respectively.
本発明の第10の態様による空間光変調装置は、前記第9の態様において、前記入射光を構成する前記離散的な複数の波長帯の光は、赤色の波長帯の光、緑色の波長帯の光及び青色の波長帯の光であるものである。 The spatial light modulation device according to a tenth aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to the ninth aspect, wherein the light of the plurality of discrete wavelength bands constituting the incident light is light in a red wavelength band, green wavelength band. And light in the blue wavelength band.
本発明の第11の態様による空間光変調装置は、前記第3乃至第5のいずれかの態様において、前記各光学フィルタは複数のグループに分けられ、同じグループの前記光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は、互いに実質的に同じ波長成分の光であり、異なるグループの前記光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は、互いに実質的に異なる波長成分の光であるものである。 In the spatial light modulation device according to an eleventh aspect of the present invention, in any one of the third to fifth aspects, the optical filters are divided into a plurality of groups, and the optical filters of the same group are Lights that pass in the first state within the predetermined wavelength region are light of substantially the same wavelength component, and different groups of the optical filters are within the predetermined wavelength region of the incident light. The light transmitted in the first state is light having wavelength components that are substantially different from each other.
本発明の第12の態様による空間光変調装置は、前記第11の態様において、同じグループの前記光学フィルタは、当該光学フィルタに対する入射光の入射角度が同じである場合において互いに実質的に同一の波長選択特性を有し、異なるグループの前記光学フィルタは、当該光学フィルタに対する入射光の入射角度が同じである場合において互いに実質的に異なる波長選択特性を有するものである。 A spatial light modulation device according to a twelfth aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to the eleventh aspect, wherein the optical filters of the same group are substantially identical to each other when the incident angles of incident light to the optical filters are the same. The optical filters of different groups having wavelength selection characteristics have wavelength selection characteristics that are substantially different from each other when incident angles of incident light to the optical filters are the same.
本発明の第13の態様による空間光変調装置は、前記第10又は第11の態様において、前記各光学フィルタは第1乃至第3のグループに分けられ、前記第1のグループの前記光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は赤色の波長帯の光であり、前記第2のグループの前記光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は緑色の波長帯の光であり、前記第3のグループの前記光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は青色の波長帯の光であるものである。 In the spatial light modulation device according to a thirteenth aspect of the present invention, in the tenth or eleventh aspect, each of the optical filters is divided into first to third groups, and the optical filters of the first group are The light that passes in the first state within the predetermined wavelength region of the incident light is light in a red wavelength band, and the optical filter of the second group has the predetermined wavelength of the incident light. The light transmitted in the first state in the region is light in a green wavelength band, and the optical filter of the third group is in the first state in the predetermined wavelength region of the incident light. The light to be transmitted is light in the blue wavelength band.
本発明の第14の態様による空間光変調装置は、前記第1乃至第13のいずれかの態様において、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも1つのマイクロアクチュエータの前記可動部は、トーションヒンジにより前記基板に対して所定の回転軸回りに回転可能に支持された回転部を含み、前記少なくとも1つのマイクロアクチュエータは、前記回転部に少なくとも一方の回転方向への付勢力を付与し得る付勢力付与部を有するものである。 The spatial light modulation device according to a fourteenth aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to any one of the first to thirteenth aspects, wherein the movable part of at least one of the plurality of microactuators is a torsion hinge. An urging force application unit including a rotator supported to be rotatable about a predetermined rotation axis with respect to the substrate, wherein the at least one microactuator can apply an urging force in at least one rotation direction to the rotator. It is what has.
本発明の第15の態様による空間光変調装置は、前記第1乃至第13のいずれかの態様において、前記複数のマイクロアクチュエータのうちの少なくとも1つのマイクロアクチュエータの前記可動部は片持ち梁構造を持ち、当該可動部は所定の姿勢に復帰しようとする復帰力が生ずるように設けられ、当該可動部は前記復帰力に抗した駆動力を生じ得る駆動力発生部を有するものである。 In the spatial light modulation device according to a fifteenth aspect of the present invention, in any one of the first to thirteenth aspects, the movable portion of at least one microactuator of the plurality of microactuators has a cantilever structure. The movable part is provided so as to generate a return force for returning to a predetermined posture, and the movable part has a drive force generating part capable of generating a drive force against the return force.
本発明の第16の態様による空間光変調装置は、前記第1乃至第15のいずれかの態様において、前記各光学フィルタは透過型の光学フィルタであり、前記基板は、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記各光学フィルタが通過させる波長成分の光に対して透明であり、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記各光学フィルタが通過させる波長成分の光が前記基板を透過した後に前記各光学フィルタに入射するか、あるいは、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記各光学フィルタが通過させる波長成分の光が前記各光学フィルタを透過した後に前記基板を透過するものである。 The spatial light modulation device according to a sixteenth aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to any one of the first to fifteenth aspects, wherein each of the optical filters is a transmissive optical filter, and the substrate is formed of the incident light. The wavelength component light that is transparent to the wavelength component light that passes through each optical filter in the predetermined wavelength region and that passes through the optical filter in the predetermined wavelength region out of the incident light is the substrate. The light is incident on the optical filter after passing through the optical filter, or light having a wavelength component that passes through the optical filter in the predetermined wavelength region of the incident light passes through the optical filter, and then the substrate is passed through the optical filter. It is transparent.
本発明の第17の態様による空間光変調装置は、前記第16の態様において、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記各光学フィルタが通過させる波長成分の光が前記基板を透過した後に前記各光学フィルタに入射し、前記基板における前記入射光の入射側に、前記入射光を前記光学フィルタに集光するマイクロレンズが形成されたものである。 A spatial light modulation device according to a seventeenth aspect of the present invention is the spatial light modulation device according to the sixteenth aspect, wherein light of a wavelength component transmitted through the respective optical filters in the predetermined wavelength region of the incident light is transmitted through the substrate. A microlens that subsequently enters each optical filter and collects the incident light on the optical filter is formed on the incident light incident side of the substrate.
本発明の第18の態様による投射型又は直視型の表示装置は、前記第1乃至第17のいずれかの態様による空間光変調装置を備えたものである。 A projection-type or direct-view display device according to an eighteenth aspect of the present invention includes the spatial light modulation device according to any one of the first to seventeenth aspects.
本発明によれば、液晶パネルで構成された従来の空間光変調装置に比べて光の利用効率を高めることができる空間光変調装置、及び、これを用いた表示装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a spatial light modulation device capable of increasing the light use efficiency as compared with a conventional spatial light modulation device configured with a liquid crystal panel, and a display device using the spatial light modulation device.
以下、本発明による空間光変調装置及びこれを用いた表示装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a spatial light modulation device and a display device using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態] [First Embodiment]
図1は、本発明の第1の実施の形態による投射型表示装置(プロジェクタ)を示す概略構成図である。説明の便宜上、図1に示すように、互いに直交するX軸、Y軸及びZ軸を定義する(後述する図についても同様である。)。また、Z軸方向のうち矢印の向きを+Z方向又は+Z側、その反対の向きを−Z方向又は−Z側と呼び、X軸方向及びY軸方向についても同様とする。Z軸がこの投射型表示装置の光軸と平行となっている。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a projection display device (projector) according to a first embodiment of the present invention. For convenience of explanation, as shown in FIG. 1, an X axis, a Y axis, and a Z axis that are orthogonal to each other are defined (the same applies to the drawings described later). The direction of the arrow in the Z-axis direction is called the + Z direction or + Z side, and the opposite direction is called the -Z direction or -Z side, and the same applies to the X-axis direction and the Y-axis direction. The Z axis is parallel to the optical axis of the projection display device.
本実施の形態による投射型表示装置は、白黒の表示装置として構成され、図1に示すように、光源1と、光源1からの光束を平行光束にするレンズ2と、空間光変調装置3と、表示画像をスクリーン5に照射する投射光学系としての投射レンズ4とを備えている。なお、本実施の形態では、空間光変調装置3として、透過型の空間光変調装置が用いられているが、反射型の空間光変調装置を用いてもよい。
The projection display device according to the present embodiment is configured as a black and white display device. As shown in FIG. 1, a light source 1, a
本実施の形態では、光源1は、離散的な複数の波長帯の光として、赤色の波長帯の光(R光)、緑色の波長帯の光(G光)及び青色の波長帯の光(B光)からなる光を発する。光源1として、具体的には、例えば、R、G、Bの三つのLEDがセットになったLEDが用いられ、光源1から出射される光の3つの波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBは、470nm付近、、550nm付近及び650nm付近のそれぞれの比較的狭い波長帯となっている。また、光源1として、例えば、可視領域内において連続的なスペクトルの光を発するハロゲンランプ等と、その光を濾波して離散的なR光、G光及びB光を得る透過型又は反射型の3バンド光学フィルタとを、組み合わせたものを用いてもよい。 In the present embodiment, the light source 1 includes light in a red wavelength band (R light), light in a green wavelength band (G light), and light in a blue wavelength band (R light) as light in a plurality of discrete wavelength bands. B light). Specifically, for example, an LED in which three LEDs of R, G, and B are used as a set is used as the light source 1, and the three wavelength bands ΔλR, ΔλG, and ΔλB of the light emitted from the light source 1 are 470 nm. There are relatively narrow wavelength bands near, 550 nm, and 650 nm. Further, as the light source 1, for example, a halogen lamp that emits light having a continuous spectrum in the visible region, and a transmission type or a reflection type that obtains discrete R light, G light, and B light by filtering the light. A combination of a three-band optical filter may be used.
本実施の形態では、光源1からの光は、レンズ2により平行光束にされ、平行光束として空間光変調装置3に入射するようになっている。もっとも、空間光変調装置3に入射させる光は平行光束でなくてもよく、レンズ2は必ずしも設ける必要はない。
In the present embodiment, the light from the light source 1 is converted into a parallel light beam by the
空間光変調装置3は、レンズ2を介して入射した光源1からの光を、外部から入力される画像信号(本実施の形態では、白黒画像を示す画像信号)によって変調して、白黒の画像光(変調光)を生成する。この画像光は、投射レンズ4によりスクリーン5上に投射される。
The spatial
図2は、図1中の空間光変調装置3を模式的に示す概略平面図である。なお、図2は大幅に簡略化して示しており、基板11、回転板12及び光学フィルタ13のみしか示していない。図3は、図2中の隣り合う2つの単位素子(画素。以下、単に「素子」と記す。)10を模式的に示す概略平面図である。図4は、図3中のA−A’線に沿った概略断面図である。図5は、図3中のB−B’線に沿った概略断面図である。なお、図2及び図3において、光学フィルタ13には、ハッチングを付している。
FIG. 2 is a schematic plan view schematically showing the spatial
本実施の形態では、空間光変調装置3は、透過型として構成され、かつ、基板11側(すなわち、−Z側)を光入射側としている。空間光変調装置3は、前述したR光、G光及びB光を含む可視領域の光に対して透明であるパイレックス(登録商標)ガラス基板やサファイヤ基板等の基板11と、該基板11上に2次元状に配置された4×4個の素子10と、基板11に搭載され外部から入力される画像信号に応じてこれらの素子10を制御する制御部をなす駆動回路(図示せず)と、を備えている。勿論、素子10の数は特に限定されるものではない。基板11の+Z側の面は、XY平面と平行となっている。
In the present embodiment, the spatial
各素子10は、基板11に対して角度に関する姿勢が変化し得る可動部としての回転板12と、回転板12に設けられ波長選択特性を持つ透過型の光学フィルタ13であって当該光学フィルタ13に対する入射光の入射角度に応じて前記波長選択特性が変化する光学フィルタ13と、を有している。各素子10の光学フィルタ13は、光源1からの入射光の部分光束をそれぞれ受ける。
Each
回転板12は、SiN(SiNx)膜21によって矩形の平板状に構成され、その周囲には剛性を高めるための段差12aが形成されている。なお、SiN膜は、可視領域の光に対して透明である。回転板12の+Y側の一辺の中央部及び−Y側の一辺の中央部が、基板11から立ち上がるポスト14にトーションヒンジ15を介して支持され、回転板12は、トーションヒンジ15によってY軸と平行な回転軸回りに回転可能に支持されている。回転板12が回転すると、回転板12のXY平面に対する傾斜角度(すなわち、基板11の+Z側の面に対する傾斜角度)θが変化する。回転板12に後述する静電力が付与されていない場合には、トーションヒンジ15の復帰力によって、回転板12がXY平面と平行となる姿勢に復帰するようになっている。回転板12を構成するSiN膜21は、そのままトーションヒンジ15及びポスト14に延在している。
The rotating
回転板12上にはITO膜22からなる可動電極16が形成され、更に可動電極16上に光学フィルタ13が形成されている。ITO膜22は可視領域の光に対して透明である。光学フィルタ13は、図3に示すように、回転板12の周囲の段差12a付近を除く回転板12の平面部の大部分の領域に形成されている。可動電極16も回転板12の同様の領域に形成されている。可動電極16を構成するITO膜22は、図5に示すように、可動電極16の配線の一部として、トーションヒンジ及びポスト14にも延在しており、ポスト14においてSiN膜21に形成したコンタクトホールを介してITO膜からなる基板11上の配線17に接続されている。配線17によって、全ての素子10の可動電極16が電気的に共通に接続されている。なお、本実施の形態では、2つのポスト14においてそれぞれ2本の配線17に接続されているが、可動電極16は一本の配線17に接続するだけでもよい。トーションヒンジ15及びポスト14は、回転板12から延在するSiN膜21及び可動電極16から延在するITO膜22によって構成されている。
A
本実施の形態では、光学フィルタ13は、誘電体多層膜(例えば、SiO2層とNb2O5層との交互層を多数積層した構成の誘電体多層膜)により、後述する波長選択特性を持つように構成されている。誘電体多層膜に対する入射光の入射角度が変化すると、その入射角度に応じて各層の実効的な厚さが変化するため、その入射角度に応じて波長選択特性が変化する。例えば、誘電体多層膜が透過特性に関する波長選択特性としてバンドパス特性を有している場合、誘電体多層膜の法線方向に対する入射光の傾きが大きくなるほど、透過波長帯は短波長側へシフトしていく。光学フィルタ13の波長選択特性については、後に詳述する。なお、光学フィルタ13は、誘電体多層膜に限定されるものではなく、例えば、フォトニック結晶により構成してもよい。
In this embodiment, the
基板11上には、可動電極16の−X側の領域に対向するITO膜からなる第1の固定電極18aと、可動電極16の+X側の領域に対向するITO膜からなる第2の固定電極18bとが、形成されている。第1の固定電極18aはそれを構成するITO膜がそのまま延びることによって構成された配線19aに接続され、第2の固定電極18bはそれを構成するITO膜がそのまま延びることによって構成された配線19bに接続されている。各素子10の固定電極18a,18bは、配線19a,19bによって、各電極18a,18b毎にも各素子10毎にも独立して配線されている。
On the
配線17,19a,19b、固定電極18a,18b及び前記駆動回路は、可視領域の光に対して透明であるSiN膜又はSiO2膜からなる絶縁膜20で覆われている。
The
素子10は、前述したように可動電極16並びに第1及び第2の固定電極18a,18bを有しているので、可動電極16と第1の固定電極18aとの間に電圧を印加すると、両者の間に駆動力としての静電力が作用し、回転板12は、2つのトーションヒンジ15を結ぶY軸と平行な回転軸回りに、可動電極16の−X側の領域が基板11側へ近づく回転方向へ回転する。そして、回転板12は、基板11上の絶縁膜20に当接しその状態で保持される。この状態において、回転板12の傾斜角度(XY平面に対する傾斜角度)θが所定の傾斜角度θ1となるように、ポスト14の高さ等が設定されている。この傾斜角度θ1については、後に詳述するが、例えば、光学フィルタ13が光源1からのR光、G光及びB光のいずれも透過させない傾斜角度である。
Since the
同様に、可動電極16と第2の固定電極18bとの間に電圧を印加すると、両者の間に、両者の間に駆動力としての静電力が作用し、回転板12は、2つのトーションヒンジ15を結ぶY軸と平行な回転軸回りに、可動電極16の+X側の領域が基板11側へ近づく回転方向へ回転する。そして、回転板12は、基板11上の絶縁膜20に当接しその状態で保持される。この状態において、回転板12の傾斜角度θが、可動電極16と第1の固定電極18aとの間に電圧を印加した場合と同じく、前記傾斜角度θ1となるようになっている。
Similarly, when a voltage is applied between the
そして、可動電極16と第1の固定電極18aとの間にも可動電極16と第2の固定電極18bとの間にも電圧が印加されていない場合には、トーションヒンジ15の復帰力によって、回転板12がXY平面と平行となる姿勢、すなわち、回転板12の傾斜角度θが0度に復帰し、その状態を保持する。後に詳述するが、傾斜角度θが0度の場合には、例えば、光学フィルタ13が光源1からのR光、G光及びB光のいずれも透過させるように設定される。
When no voltage is applied between the
本実施の形態では、全ての素子10の光学フィルタ13は全く同一に構成されており、これにより、全ての素子10の光学フィルタ13は、回転板12の傾斜角度が同じである場合(すなわち、光学フィルタ13に対する入射光の入射角度が同じである場合)において互いに実質的に同一の波長選択性を有している。また、全ての素子10の他の構成も全く同一に構成されている。
In the present embodiment, the
前記駆動回路は、前記配線17,19a,19bを介して、各素子10毎に独立して、各素子10の可動電極16と固定電極18a,18bとの間に所定の電圧を印加し得るようになっている。前記駆動回路は、外部から入力される画像信号に応じて、可動電極16と固定電極18a,18bとの間に印加する電圧のタイミングや期間を制御することで、回転板12の姿勢を制御する。本実施の形態では、前記駆動回路は、各素子10に関して、所定周期における当該素子10の回転板12の傾斜角度θが0度付近となって光学フィルタ13が光源1からのR光、G光及びB光のいずれも透過する第1の状態の積算時間と、前記所定周期における当該素子10の回転板12の傾斜角度θが前記傾斜角度θ1付近となって光学フィルタ13が光源1からのR光、G光及びB光のいずれも透過しない第2の状態の積算時間との比が、当該素子10の光学フィルタ13が通過すべき光の階調に応じて設定されるように、回転板12の姿勢を制御する。
The drive circuit can apply a predetermined voltage between the
例えば、前記駆動回路は、前記階調がゼロである場合は、前記所定周期の全体に渡って、固定電極18a,18bのいずれか一方と可動電極16との間に所定電圧を印加して回転板12の傾斜角度θを前記傾斜角度θ1に保持し続ける。前記駆動回路は、前記階調が最大値である場合は、前記所定周期の全体に渡って、固定電極18a,18bの両方と可動電極16との間に電圧を印加せずに、回転板12の傾斜角度θを0度に保持し続ける。また、前記駆動回路は、前記階調が中間値である場合は、前記所定周期中に、固定電極18aと可動電極16との間と固定電極18bと可動電極16との間に、交互に電圧を印加することで、回転板12を0度を中心にして一方側へほぼ傾斜角度θ1回転した状態と他方側へほぼ傾斜角度θ1回転した状態との間で往復させ、前記所定周期における回転板12の傾斜角度θが0度となる積算時間の比がその中間値に応じた値となるように印加電圧のタイミング及び期間を設定する。このようにして、前記駆動回路は、時分割による階調制御を実現する。
For example, when the gradation is zero, the driving circuit rotates by applying a predetermined voltage between one of the fixed
なお、前記駆動回路は、固定電極18a,18bの一方には常に電圧を印加せずに、固定電極18a,18bの他方に印加する電圧のみのタイミングと期間を制御することで、所定周期における前記第1の積算時間と前記第2の状態の積算時間との比を設定してもよい。この場合、固定電極18a,18bの一方は不要であり除去しておいてもよい。
The drive circuit does not always apply a voltage to one of the fixed
前記駆動回路は、図面には示していないが、例えば、LCDやDMD(Digital Micro-mirror Device)などで用いられている駆動回路に準じて、走査回路や各素子に対応して設けられたトランジスタ等のスイッチング素子などを用いて構成することができる。透過型LCDで採用されている技術を利用して前記駆動回路を構成すれば、光源1からの光が前記駆動回路(特に、スイッチング素子やアドレス線等)によって遮られないようにすることも可能である。 Although the drive circuit is not shown in the drawing, for example, according to a drive circuit used in an LCD, a DMD (Digital Micro-mirror Device) or the like, a transistor provided corresponding to a scanning circuit or each element It can be configured by using a switching element or the like. If the drive circuit is configured using the technology adopted in the transmissive LCD, it is possible to prevent the light from the light source 1 from being blocked by the drive circuit (especially switching elements and address lines). It is.
前述したように、基板11、絶縁膜20、固定電極18a,18b、回転板12、可動電極16等は可視領域の光に対して透明であるので、光源1からのR光、G光及びB光が遮られることはない。
As described above, since the
そして、本実施の形態では、基板11の光入射側に、オンチップで、各素子10の光学フィルタ13に対して対応して、入射光を当該光学フィルタ13に集光するマイクロレンズ11aが形成されている。本実施の形態では、マイクロレンズ11aは、基板11を加工することで基板11と一体に同じ材料で形成されているが、基板11とは別の材料で形成してもよい。本実施の形態では、このマイクロレンズ11aを採用することで、マイクロレンズ11aがなければ光学フィルタ13間に入射してしまって光学フィルタ13に入射し得ないような光も有効に利用することができ、これにより、光の利用効率をより高めることができる。なお、マイクロレンズ11aとして集光率が良いレンズを用いるなら、配線や電極等が配置される部分を光路から避けることも可能である。このような場合には、必ずしも透明電極物質を用いて配線や電極等を構成する必要はない。
In the present embodiment, on the light incident side of the
もっとも、マイクロレンズ11aは必ずしも形成する必要はなく、この場合には、必要に応じて、光学フィルタ13に入射しない光は図示しない遮光部で遮光すればよい。このようにマイクロレンズ11aを形成しない場合、本実施の形態とは逆に、光学フィルタ13側(すなわち、+Z側)を光入射側としてもよい。ただし、光学フィルタ13側を光入射側とする場合、空間光変調装置3とは別に構成したマイクロレンズアレイを光学フィルタ13の+Z側に配置して、光の利用効率を高めるようにしてもよい。
However, it is not always necessary to form the
本実施の形態では、素子10のうち光学フィルタ13以外の部分が1つのマイクロアクチュエータを構成している。そして、空間光変調装置3を構成している複数の素子10のうち各光学フィルタ13を除いた部分が、複数のマイクロアクチュエータを備えたマイクロアクチュエータアレーを構成している。
In the present embodiment, the part other than the
次に、空間光変調装置3の製造方法の一例について、図6乃至図8を参照して説明する。図6乃至図8は、この製造方法における各工程の状態を模式的に示す概略断面図であり、図3中のA−A’線に沿った断面(ただし、1つの素子10の断面のみ)に相当している。なお、以下の説明における材料や寸法は例示であり、それらに限定されるものではない。
Next, an example of a method for manufacturing the spatial
まず、パイレックスガラス基板やサファイヤ基板等の基板11上に、LCD等の駆動回路の形成方法に準じた方法で、前記駆動回路(図示せず)を形成する。このとき、基板11上に、厚さ0.3μmのITO膜を形成し、このITO膜を、固定電極18a,18b及び配線17,19a,19b等の形状にパターニングしておく。そして、それらや前記駆動回路の上に基板11上の全面に渡ってSiN膜又はSiO2膜等からなる厚さ0.5μmの絶縁膜20を形成する(図6(a))。
First, the drive circuit (not shown) is formed on a
次に、図6(a)に示す状態の基板上の全面に、犠牲層としての厚さ12μmのレジスト42を塗布する(図6(b))。更に、レジスト42上に、回転板12に合わせた犠牲層としての厚さ3μmのレジスト43を島状に形成する(図7(a))。次に、レジスト42及び絶縁膜20に、ポスト14におけるコンタクトホールに応じた開口(一辺5μmの正方形状の開口)を形成する。
Next, a resist 42 having a thickness of 12 μm as a sacrificial layer is applied to the entire surface of the substrate in the state shown in FIG. 6A (FIG. 6B). Further, a resist 43 having a thickness of 3 μm is formed in an island shape on the resist 42 as a sacrificial layer in accordance with the rotating plate 12 (FIG. 7A). Next, an opening corresponding to the contact hole in the post 14 (a square opening with a side of 5 μm) is formed in the resist 42 and the insulating
その後、SiN膜21を形成し、このSiN膜21を、回転板12、ポスト14及びトーションヒンジ15の形状にパターニングする(図7(b))。このとき、このSiN膜21には、ポスト14におけるコンタクトホールに応じた開口を形成する。
Thereafter, a
次に、厚さ0.3μmのITO膜22を形成し、このITO膜22を、可動電極16及びその配線の一部の形状にパターニングする。更に、SiO2層とNb2O2層との交互層を多数積層した構成の全体の層厚が約4μmの誘電体多層膜を形成し、この誘電体多層膜を光学フィルタ13の形状にパターニングする(図7(c))。
Next, an
次いで、図7(c)の状態の基板上に保護層としてのレジスト44を形成する。更に、基板11の下面上に、マイクロレンズ11aの形状に合わせた曲面を持つようにグレイトーンマスク等で露光・現像したレジスト45を形成する(図8(a))。
Next, a resist 44 as a protective layer is formed on the substrate in the state of FIG. Further, a resist 45 exposed and developed with a gray-tone mask or the like is formed on the lower surface of the
その後、基板11の下面側がマイクロレンズ11aとなるように、レジスト45をマスクとして基板11の下面側をドライエッチングする(図8(b))。
Thereafter, the lower surface side of the
最後に、レジスト42〜44をプラズマアッシング法等により除去する。これにより、空間光変調装置3が完成する。
Finally, the resists 42 to 44 are removed by a plasma ashing method or the like. Thereby, the spatial
ここで、光学フィルタ13の波長選択特性について、図9を参照して説明する。図9は、光源1からの離散的なR光、G光及びB光の波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBと、光学フィルタ13の離散的な透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3との関係を、模式的に示す図である。図9(a)は回転板12の傾斜角度θが0゜の場合、図9(b)は回転板12の傾斜角度θが前述した傾斜角度θ1の場合を、それぞれ示している。
Here, the wavelength selection characteristic of the
前述したように、本実施の形態では、光源1からの光の波長成分は、可視領域において、離散的なR光、G光及びB光の波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBのみしか有していない。 As described above, in the present embodiment, the wavelength component of the light from the light source 1 has only discrete wavelength bands ΔλR, ΔλG, ΔλB of the discrete R light, G light, and B light in the visible region. .
そして、本実施の形態では、空間光変調装置3の各素子10の光学フィルタ13は、図9に示すように、可視領域において、離散的な3つの透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3を持つバンドパス特性(いわゆる3バンドパス特性)を有している。回転板12が傾くほど(すなわち、傾斜角度θが大きくなるほど)、光学フィルタ13を構成する誘電体多層膜の各層の実効的な厚さが厚くなるため、図9に示すように、透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3は短波長側にシフトしていく。なお、本実施の形態では、基板11に対する入射光の入射角度は不変である。
In the present embodiment, the
本実施の形態では、θ=0゜の場合には、図9(a)に示すように、3つの透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3が3つの波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBとそれぞれ重なっている。一方、θ=θ1の場合には、3つの透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3は、いずれの波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBとも重ならない。本実施の形態では、空間光変調装置3の各素子10の光学フィルタ13は、このような関係を満たすように、傾斜角度θ1及び透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3が設定されている。なお、例えば、光学フィルタ13を構成する層数や層厚等を適宜設定することで、光学フィルタ13に3バンドパス特性を持たせて透過波長帯Δλ1,Δλ2,Δλ3を適宜設定することができることは周知である。
In this embodiment, when θ = 0 °, as shown in FIG. 9A, the three transmission wavelength bands Δλ1, Δλ2, and Δλ3 overlap with the three wavelength bands ΔλR, ΔλG, and ΔλB, respectively. . On the other hand, when θ = θ1, the three transmission wavelength bands Δλ1, Δλ2, and Δλ3 do not overlap any of the wavelength bands ΔλR, ΔλG, and ΔλB. In the present embodiment, the
したがって、本実施の形態では、回転板12の傾斜角度θを0゜にすると、光学フィルタ13はR光、G光及びB光を全て透過して透過後の光も透過前の光とほぼ同じ白色光となる。一方、回転板12の傾斜角度θを前記傾斜角度θ1にすると、R光、G光及びB光のいずれの波長帯の光も透過せず、光源1からの光は完全に遮光される。
Therefore, in this embodiment, when the tilt angle θ of the
ここで、図9に示すような関係に設定する場合のシミュレーション結果の一例を、図11及び図12に示す。このシミュレーションでは、ハロゲンランプからの光を図10に示す3バンドパス特性を有する光学フィルタ(入射光作製用の光学フィルタ)を透過させた光が、光学フィルタ13に対する入射光であるものとした。そして、この入射光を光学フィルタ13にその法線方向に入射させた場合(θ=0゜の場合に相当)の、光学フィルタ13を透過した後の光のスペクトルのシミュレーション結果を、図11に示す。また、この入射光を光学フィルタ13の法線方向に対して30゜傾けて光学フィルタ13に入射させた場合(θ=θ1=30゜の場合に相当)の、光学フィルタ13を透過した後の光のスペクトルのシミュレーション結果を、図12に示す。このシミュレーションに際し、光学フィルタ13は、30層の積層膜であるものとし、その各層の物質及び膜厚は下記の表1に示す通りとした。なお、表1では、各層に対して積層順に層番号を付している。層番号1の層の側が基板側であり、層番号30の層の側が光入射側である。
Here, FIG. 11 and FIG. 12 show examples of simulation results when the relationship shown in FIG. 9 is set. In this simulation, it is assumed that the light transmitted through the light from the halogen lamp through the optical filter having the three-band characteristics shown in FIG. 10 (the optical filter for producing incident light) is incident light on the
図11及び図12から、光学フィルタ13の構成としてそのシミュレーション時のような構成を採用し、傾斜角度θ1を30゜に設定すれば、光学フィルタ13は、θ=0゜の場合にR光、G光及びB光からなる白色光が透過し、θ=θ1の場合にいずれの波長帯の光も遮光されることがわかる。
From FIGS. 11 and 12, if the configuration of the
本実施の形態では、前述した空間光変調装置3が用いられており、光学フィルタ13の波長選択特性を利用して空間光変調を行うので、空間光変調装置3の代わりに偏光を利用する液晶パネルで構成された従来の空間光変調装置を用いる場合に比べて、光の利用効率が大幅に高まる。
In the present embodiment, the spatial
なお、本発明では、各素子10の光学フィルタ13の波長選択特性は前述した例に限定されるものではない。例えば、各素子10の光学フィルタ13は、θ=0゜の場合に、R光、G光及びB光のうちのいずれか1つの色の波長帯の光のみを透過させるか、あるいは、R光、G光及びB光のうちのいずれか2つの色の波長帯の光を選択的に透過させ、θ=θ1の場合にいずれの波長帯の光も遮光してもよい。
In the present invention, the wavelength selection characteristic of the
例えば、各素子10の光学フィルタ13は、θ=0゜の場合にG光のみを透過させるとともにθ=θ1の場合にいずれの光も遮光するように構成してもよい。この場合、図1に示す投射型表示装置は、白黒表示の一種として、緑の単色表示を行うことになる。この場合、光源1として、G光の波長帯ΔλGの光のみを発するものを用いてもよい。このとき、各素子10の光学フィルタ13は、図13に示すように、遮断波長以下の波長帯ΔλSを透過させるショートパス特性を持つように構成してもよい。なお、このようなG光のみを透過させ得る空間光変調装置3は、例えば、いわゆる3板式の投射型表示装置におけるG光用の空間光変調装置としても用いることができる。
For example, the
また、本発明では、透過・遮光の関係が本実施の形態とは逆になるように、各素子10の光学フィルタ13は、θ=0゜の場合にいずれの波長帯の光も遮光するとともに、θ=θ1の場合にR光、G光及びB光のうちの1つ以上の波長帯の光を透過させる波長選択特性を持つように構成してもよい。
In the present invention, the
なお、本実施の形態では、前述したように、全ての素子10の光学フィルタ13が同一の波長選択特性を有しているが、本発明では必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ある素子10の光学フィルタ13は、図9に示す波長選択特性を有する一方、他の素子10の光学フィルタ13は、θ=0゜の場合にいずれの波長帯の光も遮光するとともに、θ=θ1の場合にR光、G光及びB光の波長帯の光を透過させる波長選択特性を有してもよい。
In the present embodiment, as described above, the
[第2の実施形態] [Second Embodiment]
図14は、本発明の第2の実施の形態による投射型表示装置で用いられる空間光変調装置52の隣り合う2つの単位素子60を模式的に示す概略平面図であり、図3に対応している。図15は、図14中のC−C’線に沿った概略断面図である。図14及び図15において、図3及び図4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
FIG. 14 is a schematic plan view schematically showing two
本実施の形態による投射型表示装置が前記第1の実施の形態による投射型表示装置と異なる所は、空間光変調装置3に代えて空間光変調装置52が用いられ、これに伴い、駆動回路3から各素子60に供給される信号が電圧信号ではなく、後述する電流信号である点のみである。なお、図面には示していないが、空間光変調装置52では、単位素子10に代わる単位素子60が、基板11上に2次元状に複数配置されている。
The projection display device according to the present embodiment is different from the projection display device according to the first embodiment in that a spatial
空間光変調装置52が空間光変調装置3と基本的に異なる所は、空間光変調装置3では可動部としての回転板12が回転可能に支持されているのに対し、空間光変調装置52では、以下に説明するように、片持ち梁構造が採用されている点である。
The spatial
各素子60は、基板11に対して角度に関する姿勢が変化し得る可動部としての可動板62と、可動62に設けられた光学フィルタ13(この光学フィルタ13は、空間光変調装置3の光学フィルタ13と同一である。)と、を有している。ただし、前記第1の実施の形態の場合と同様に、光学フィルタ13の構成を変形してもよい。
Each
可動板62は、下側のSiN膜71と上側のSiN膜72とによって矩形の平板状に構成され、その周囲には剛性を高めるための段差62aが形成されている。光学フィルタ13は、SiN膜72上に形成されている。
The
可動板62の−X側の一辺における両側部分が、それぞれ基板11から立ち上がるポスト64に板ばねをなすヒンジ65を介して支持され、可動板62は、ヒンジ65によって傾き可能に支持されている。本実施の形態では、このように、ヒンジ65によって一端辺が支持される片持ち梁構造が採用されている。可動板62に後述するローレンツ力が付与されていない場合には、ヒンジ65の復帰力(本実施の形態では、バネ力)によって、可動板62がXY平面と平行となる姿勢に復帰するようになっている。可動板62を構成するSiN膜71,72は、そのままヒンジ65及びポスト64に延在している。
Both side portions on one side of the −X side of the
SiN膜71,72間には、図14に示すように、+Y側のポスト64から、+Y側のヒンジ65、可動板62の+Y側の辺付近、可動板62の+X側の辺付近、可動板62の−Y側の辺付近、−Y側のヒンジ65を通って、−Y側のポスト64に至るAl膜からなる配線63が形成されている。本実施の形態では、配線63は光学フィルタ13と重ならないように配置されているが、重なるように配置した場合には、配線63をITO膜等で構成すればよい。図示していない永久磁石(電磁石等でもよい。)によって、X軸方向に沿ってその一方側へ向かう略均一な磁界を発生している。
As shown in FIG. 14, between the
配線63のうち、可動板62の+X側の一辺に沿ってY軸方向に延びた直線状の部分63aが、前記磁石による磁界内に配置されて通電により駆動力としてのローレンツ力を生じる電流路(ローレンツ力用電流路)を構成している。配線63の他の部分は、ローレンツ力電流路63aに電流を供給するための供給路となっている。前記磁石によって前記磁界が発生しているので、ローレンツ力電流路63aに流す電流の向きに応じて、−Z方向又は+Z方向のローレンツ力がローレンツ力電流路63a(ひいては、可動板62)に作用する。本実施の形態では、ローレンツ力電流路63aが駆動力発生部となっているが、駆動力は必ずしもローレンツ力に限定されるものではない。
Of the
なお、ヒンジ65及びポスト64は、可動板62から延在するSiN膜71,72及び配線63によって構成されている。
The
配線63の一端は、+Y側のポスト64において、SiN膜71に形成したコンタクトホールを介して、基板11上に形成されたAl膜からなる配線66aに接続されている。同様に、配線63の他端は、−Y側のポスト64において、SiN膜71に形成したコンタクトホールを介して、基板11上に形成されたAl膜からなる配線66bに接続されている。配線66a,66bは、SiN膜又はSiO2膜からなる絶縁膜80で覆われている。
One end of the
本実施の形態では、駆動回路は、前記配線66a,66bを介して、各素子60毎に独立して、各素子60のローレンツ力電流路63aに所定の電流を流し得るようになっている。
In the present embodiment, the drive circuit can cause a predetermined current to flow through the Lorentz force
この空間光変調装置52では、ローレンツ力電流路63aにローレンツ力用電流を流すと、ローレンツ力電流路63aに生ずるローレンツ力とヒンジ65のバネ力とが釣り合う傾斜角度まで可動板62が傾斜し、その状態を保持する。したがって、ローレンツ力電流路63aに電流を流す際にその大きさを設定することで、保持される可動板62の傾きを設定することができる。なお、ローレンツ力の向きは+Z方向でもよいし、−Z方向でもよい。
In the spatial
前記駆動回路は、外部から入力される画像信号に応じて、ローレンツ力電流路63aにローレンツ力用電流を流すタイミングや期間を制御することで、可動板62の姿勢を制御する。
The drive circuit controls the posture of the
本実施の形態においても、光学フィルタ13は前記第1の実施の形態の場合と同じであるので、本実施の形態では、前記駆動回路は、各素子60に関して、所定周期における当該素子60の可動板62の傾斜角度θが0度付近となって光学フィルタ13が光源1からのR光、G光及びB光のいずれも透過する第1の状態の積算時間と、前記所定周期における当該素子60の可動板62の傾斜角度θが前記傾斜角度θ1付近となって光学フィルタ13が光源1からのR光、G光及びB光のいずれも透過しない第2の状態の積算時間との比が、当該素子60の光学フィルタ13が通過すべき光の階調に応じて設定されるように、可動板62の姿勢を制御する。
Also in the present embodiment, the
例えば、前記駆動回路は、前記階調がゼロである場合は、前記所定周期の全体に渡って、ローレンツ力電流路63aに所定の大きさの電流を流して可動板62の傾斜角度θを前記傾斜角度θ1に保持し続ける。前記駆動回路は、前記階調が最大値である場合は、前記所定周期の全体に渡って、ローレンツ力電流路63aに電流を流さずに、可動板62の傾斜角度θを0度に保持し続ける。また、前記駆動回路は、前記階調が中間値である場合は、前記所定周期中に、ローレンツ力電流路63aへの電流のオン・オフを繰り返すことで、可動板62の傾斜角度θがほぼ前記傾斜角度θ1の状態とほぼ0度の状態とを繰り返させ、前記所定周期における回転板12の傾斜角度θが0度となる積算時間の比がその中間値に応じた値となるようにローレンツ力電流路63aに流す電流のタイミング及び期間を設定する。このようにして、前記駆動回路は、時分割による階調制御を実現する。
For example, when the gradation is zero, the driving circuit causes the current of a predetermined magnitude to flow through the Lorentz force
本実施の形態では、素子60のうち光学フィルタ13以外の部分が1つのマイクロアクチュエータを構成している。そして、空間光変調装置52を構成している複数の素子60のうち各光学フィルタ13を除いた部分が、複数のマイクロアクチュエータを備えたマイクロアクチュエータアレーを構成している。
In the present embodiment, the part of the
次に、空間光変調装置52の製造方法の一例について、図16乃至図18を参照して説明する。図16乃至図18は、この製造方法における各工程の状態を模式的に示す概略断面図であり、図15に示す断面図に対応している。ただし、図16乃至図18では、1つの素子60の断面のみについて示している。なお、以下の説明における材料や寸法は例示であり、それらに限定されるものではない。
Next, an example of a method for manufacturing the spatial
まず、パイレックスガラス基板やサファイヤ基板等の基板11上に、LCD等の駆動回路の形成方法に準じた方法で、前記駆動回路(図示せず)を形成する。このとき、基板11上に、厚さ0.3μmのAl膜を形成し、このAl膜を、配線66a,66b等の形状にパターニングしておく。そして、それらや前記駆動回路の上に基板11上の全面に渡ってSiN膜又はSiO2膜等からなる厚さ0.5μmの絶縁膜80を形成する(図16(a))。
First, the drive circuit (not shown) is formed on a
次に、絶縁膜20上の全体に、犠牲層としての厚さ3μmのレジスト91を形成する(図16(b))。更に、レジスト91上に、可動板62に合わせた犠牲層としての厚さ3μmのレジスト92を島状に形成する(図16(c))。
Next, a resist 91 having a thickness of 3 μm is formed as a sacrificial layer on the entire insulating film 20 (FIG. 16B). Further, a resist 92 having a thickness of 3 μm as a sacrificial layer matched with the
引き続いて、レジスト91及び絶縁膜80に、ポスト64におけるコンタクトホールに応じた開口(一辺5μmの正方形状の開口)を形成する(図16(d))。
Subsequently, an opening (a square opening with a side of 5 μm) corresponding to the contact hole in the
その後、SiN膜71を形成し、このSiN膜71を、可動板62、ポスト64及びヒンジ65の形状にパターニングする(図17(a))。このとき、このSiN膜71には、ポスト64におけるコンタクトホールに応じた開口を形成する。
Thereafter, a
次に、厚さ0.3μmのAl膜を形成し、このAl膜を配線63の形状にパターニングする(図17(b))。更に、その上に厚さ0.3μmのSiN膜72を形成し、そのSiN膜72を、可動板62、ポスト64及びヒンジ65の形状にパターニングする(図17(c))。
Next, an Al film having a thickness of 0.3 μm is formed, and this Al film is patterned into the shape of the wiring 63 (FIG. 17B). Further, a 0.3 μm
次いで、SiO2層とNb2O2層との交互層を多数積層した構成であって全体の層厚が約4μmの誘電体多層膜を形成し、この誘電体多層膜を光学フィルタ13の形状にパターニングする(図17(d))。
Next, a dielectric multilayer film having a structure in which a large number of alternating layers of SiO 2 layers and Nb 2 O 2 layers are laminated and having an overall layer thickness of about 4 μm is formed, and this dielectric multilayer film is formed into the shape of the
次いで、図17(d)の状態の基板上に保護層としてのレジスト93を形成する。更に、基板11の下面上に、マイクロレンズ11aの形状に合わせた曲面を持つようにグレイトーンマスク等で露光・現像したレジスト94を形成する(図18(a))。
Next, a resist 93 as a protective layer is formed on the substrate in the state of FIG. Further, a resist 94 exposed and developed with a gray-tone mask or the like is formed on the lower surface of the
その後、基板11の下面側がマイクロレンズ11aとなるように、レジスト94をマスクとして基板11の下面側をドライエッチングする(図18(b))。
Thereafter, the lower surface side of the
最後に、レジスト91〜93をプラズマアッシング法等により除去する。これにより、空間光変調装置52が完成する。
Finally, the resists 91 to 93 are removed by a plasma ashing method or the like. Thereby, the spatial
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様に、光の利用効率が大幅に高まる。 Also according to the present embodiment, the light use efficiency is significantly increased as in the first embodiment.
[第3の実施の形態] [Third Embodiment]
図19は、本発明の第3の実施の形態による投射型表示装置で用いられる空間光変調装置のB光用の素子10の光学フィルタ13の特性を模式的に示す図である。図20は、本発明の第3の実施の形態による投射型表示装置で用いられる空間光変調装置のG光用の素子10の光学フィルタ13の特性を模式的に示す図である。図21は、本発明の第3の実施の形態による投射型表示装置で用いられる空間光変調装置のR光用の素子10の光学フィルタ13の特性を模式的に示す図である。
FIG. 19 is a diagram schematically showing the characteristics of the
本実施の形態による投射型表示装置が前記第1の実施の形態による投射型表示装置と異なる所は、以下に説明する点のみである。 The projection display apparatus according to this embodiment is different from the projection display apparatus according to the first embodiment only in the points described below.
すなわち、前記第1の実施の形態では、全ての素子10の光学フィルタ13が図9に示す特性を有しているのに対し、本実施の形態では、全ての素子10の光学フィルタ13は、R光用、G光用及びB光用の3つのグループに分けられ、グループ毎に異なる波長選択特性を有している。
That is, in the first embodiment, the
本実施の形態では、B光用の素子10の光学フィルタ13は、図19に示すように、1つの透過波長帯Δλ21のみを持つ単一バンドパス特性を有している。θ=0゜の場合には、透過波長帯Δλ21が波長帯ΔλBと重なる(図19(a))一方、θ=θ1の場合には、両者は重ならない(図19(b))。
In the present embodiment, the
また、G光用の素子10の光学フィルタ13は、図20に示すように、1つの透過波長帯Δλ22のみを持つ単一バンドパス特性を有している。θ=0゜の場合には、透過波長帯Δλ22が波長帯ΔλGと重なる(図20(a))一方、θ=θ1の場合には、両者は重ならない(図20(b))。
Further, as shown in FIG. 20, the
さらに、R光用の素子10の光学フィルタ13は、図21に示すように、1つの透過波長帯Δλ23のみを持つ単一バンドパス特性を有している。θ=0゜の場合には、透過波長帯Δλ23が波長帯ΔλRと重なる(図21(a))一方、θ=θ1の場合には、両者は重ならない(図21(b))。
Furthermore, as shown in FIG. 21, the
R光用、G光用及びB光用の素子10は、それぞれ赤色画素、緑色画素及び青色画素に相当しているが、それらの配置としては、例えば、液晶パネルで構成された従来のフルカラーの空間光変調装置で知られている配置を採用すればよい。
The
以上の説明からわかるように、前記第1の実施の形態による投射型表示装置は、白黒の表示装置であるのに対し、本実施の形態による投射型表示装置は、フルカラーの表示を行うフルカラーの投射型表示装置となる。 As can be seen from the above description, the projection display device according to the first embodiment is a monochrome display device, whereas the projection display device according to the present embodiment is a full-color display that performs full-color display. A projection display device is obtained.
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様に、光の利用効率が大幅に高まる。 Also according to the present embodiment, the light use efficiency is significantly increased as in the first embodiment.
なお、R光用、G光用及びB光用の素子10の光学フィルタ13の特性は、図19乃至図21に示す例に限定されるものではない。例えば、B光用の素子の光学フィルタ13は、図22に示すように、遮断波長以下の波長帯Δλ31を透過させるショートパス特性を持つように構成してもよい。
Note that the characteristics of the
なお、前記第1の実施の形態を変形して本実施の形態を得たのと同様の変形を、前記第2の実施の形態に適用することによっても、フルカラーの表示を行うフルカラーの投射型表示装置を得ることができる。 Note that a full-color projection type that performs full-color display can be obtained by applying the same modification as the one obtained by modifying the first embodiment to the second embodiment. A display device can be obtained.
[第4の実施の形態] [Fourth Embodiment]
図23は、本発明の第4の実施の形態による直視型表示装置を模式的に示す一部切欠き概略側面図である。 FIG. 23 is a partially cutaway schematic side view schematically showing a direct-view display device according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施の形態による直視型表示装置は、前記第1の実施の形態による投射型表示装置で用いられていたものと同じ構成を有する空間光変調装置3と、空間光変調装置3にその後側から照明光を照射するバックライト部101と、空間光変調装置3の回転板12及び光学フィルタ13等を保護するようにスペーサ102を介して設けられた透明な保護板103と、を備えている。
The direct-view display device according to this embodiment includes a spatial
バックライト部101は、LCDのバックライト部と同様に構成することができ、例えば、LEDアレイを用いて構成することができる。本実施の形態では、バックライト部101は、前述した3つの波長帯ΔλR,ΔλG,ΔλBの光を発するようになっている。
The
本実施の形態によれば、光学フィルタ13を利用した空間光変調装置3が用いられているので、LCDに比べて光利用効率が大幅に向上した直視型表示装置を得ることができる。
According to the present embodiment, since the spatial
なお、本実施の形態において、空間光変調装置3に代えて、前記第2の実施の形態で採用されている空間光変調装置52や、前記第3の実施の形態で採用されている空間光変調装置を、用いてもよい。
In this embodiment, instead of the spatial
なお、本実施の形態は、透過型の表示装置として構成されているが、空間光変調装置3を反射型として構成すれば、反射型の直視型表示装置として構成することもできる。この場合、バックライト部101は不要である。
Although the present embodiment is configured as a transmissive display device, if the spatial
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
例えば、本発明による空間光変調装置は、投射型表示装置や直視型表示装置以外の用途にも用いてもよい。 For example, the spatial light modulation device according to the present invention may be used for applications other than projection display devices and direct view display devices.
前記各実施の形態で採用されている空間光変調装置では、各単位素子が2次元状に配置されていたが、用途によっては1次元状に配置してもよい。 In the spatial light modulation device employed in each of the above embodiments, each unit element is arranged two-dimensionally, but may be arranged one-dimensionally depending on the application.
前記各実施の形態で採用されている空間光変調装置は、透過型として構成されていたが、反射型として構成してもよい。反射型の構成を採用する場合には、各素子において透過型の光学フィルタ13に代えて反射型の光学フィルタを採用すればよい。このとき、入射光を基板11側からではなく光学フィルタ側から入射させれば、基板11等を透明材料で構成する必要はない。この場合、基板11としてシリコン基板等を用いれば、駆動回路を容易に形成することができる。また、この場合、マイクロレンズ11aには光が入射しないので、マイクロレンズ11aを形成しておく必要はない。
The spatial light modulation device employed in each of the above embodiments is configured as a transmissive type, but may be configured as a reflective type. When a reflection type configuration is employed, a reflection type optical filter may be employed instead of the transmission type
1 光源
3,52 空間光変調装置
4 投射レンズ
10,60 素子
11 基板
11a マイクロレンズ
12 回転板
13 光学フィルタ
15 トーションヒンジ
62 可動板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (18)
基板に対して角度に関する姿勢が変化し得る可動部を有するマイクロアクチュエータを複数有し、当該複数のマイクロアクチュエータの前記可動部が前記基板の一方の面側に1次元状又は2次元状に配置されたマイクロアクチュエータアレーと、
前記各マイクロアクチュエータの前記可動部に設けられ波長選択特性を持つ透過型又は反射型の光学フィルタであって、当該光学フィルタに対する入射光の入射角度に応じて前記波長選択特性が変化する光学フィルタと、
前記入力信号に応じて前記各マイクロアクチュエータの前記可動部の姿勢を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする空間光変調装置。 A spatial light modulator that receives incident light and modulates the incident light according to an input signal,
There are a plurality of microactuators having movable parts that can change the posture with respect to the angle with respect to the substrate, and the movable parts of the plurality of microactuators are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on one surface side of the substrate. Microactuator array
A transmission type or reflection type optical filter provided in the movable part of each microactuator and having a wavelength selection characteristic, wherein the wavelength selection characteristic changes according to an incident angle of incident light with respect to the optical filter; ,
A control unit for controlling the attitude of the movable part of each microactuator in response to the input signal;
A spatial light modulation device comprising:
前記各光学フィルタは、前記波長選択特性として離散的な複数の通過波長帯を持つバンドパス特性を有し、
前記各光学フィルタに関して、前記第1の状態で前記入射光の前記複数の波長帯の光が当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯とそれぞれ重なるように、当該光学フィルタの前記複数の通過波長帯が設定されたことを特徴とする請求項6乃至8のいずれかに記載の空間光変調装置。 The light in the predetermined wavelength region of the incident light consists of light of a plurality of discrete wavelength bands,
Each of the optical filters has a bandpass characteristic having a plurality of discrete pass wavelength bands as the wavelength selection characteristic,
With respect to each of the optical filters, the plurality of pass wavelength bands of the optical filter so that the light of the plurality of wavelength bands of the incident light overlaps with the plurality of pass wavelength bands of the optical filter in the first state, respectively. The spatial light modulation device according to claim 6, wherein: is set.
同じグループの前記光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は、互いに実質的に同じ波長成分の光であり、
異なるグループの前記光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は、互いに実質的に異なる波長成分の光であることを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の空間光変調装置。 Each optical filter is divided into a plurality of groups,
Lights that the optical filters of the same group pass in the first state within the predetermined wavelength region of the incident light are light having substantially the same wavelength components,
4. The light that the optical filters of different groups pass in the first state within the predetermined wavelength region of the incident light are light having substantially different wavelength components. The spatial light modulation device according to any one of 5.
異なるグループの前記光学フィルタは、当該光学フィルタに対する入射光の入射角度が同じである場合において互いに実質的に異なる波長選択特性を有することを特徴とする請求項11記載の空間光変調装置。 The optical filters of the same group have substantially the same wavelength selection characteristics as each other when the incident angles of incident light to the optical filters are the same,
12. The spatial light modulator according to claim 11, wherein the optical filters of different groups have wavelength selection characteristics that are substantially different from each other when the incident angles of incident light with respect to the optical filters are the same.
前記第1のグループの前記光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は赤色の波長帯の光であり、
前記第2のグループの前記光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は緑色の波長帯の光であり、
前記第3のグループの前記光学フィルタが前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記第1の状態で通過させる光は青色の波長帯の光であることを特徴とする請求項10又は11記載の空間光変調装置。 The optical filters are divided into first to third groups,
The light that the optical filter of the first group passes in the first state within the predetermined wavelength region of the incident light is light in a red wavelength band,
The light that the optical filter of the second group passes in the first state within the predetermined wavelength region of the incident light is light in a green wavelength band,
The light that the optical filter of the third group passes in the first state within the predetermined wavelength region of the incident light is light in a blue wavelength band. The spatial light modulation device described.
前記少なくとも1つのマイクロアクチュエータは、前記回転部に少なくとも一方の回転方向への付勢力を付与し得る付勢力付与部を有することを特徴とする請求項1乃至13のいずれかに記載の空間光変調装置。 The movable portion of at least one microactuator of the plurality of microactuators includes a rotating portion that is supported by a torsion hinge so as to be rotatable about a predetermined rotation axis with respect to the substrate,
The spatial light modulation according to any one of claims 1 to 13, wherein the at least one microactuator has a biasing force applying unit that can apply a biasing force in at least one rotation direction to the rotating unit. apparatus.
前記基板は、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記各光学フィルタが通過させる波長成分の光に対して透明であり、
前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記各光学フィルタが通過させる波長成分の光が前記基板を透過した後に前記各光学フィルタに入射するか、あるいは、前記入射光のうちの前記所定波長領域内の前記各光学フィルタが通過させる波長成分の光が前記各光学フィルタを透過した後に前記基板を透過する、ことを特徴とする請求項1乃至15のいずれかに記載の空間光変調装置。 Each optical filter is a transmissive optical filter,
The substrate is transparent to light of a wavelength component that the optical filters in the predetermined wavelength region of the incident light pass through,
Light of a wavelength component that passes through each optical filter in the predetermined wavelength region of the incident light passes through the substrate and then enters the optical filter, or the predetermined wavelength of the incident light 16. The spatial light modulation device according to claim 1, wherein light having a wavelength component that is transmitted by each optical filter in a region is transmitted through the substrate after being transmitted through the optical filter.
前記基板における前記入射光の入射側に、前記入射光を前記光学フィルタに集光するマイクロレンズが形成されたことを特徴とする請求項16記載の空間光変調装置。 After the light of the wavelength component that the optical filters in the predetermined wavelength region of the incident light pass through the substrate, the light enters the optical filters,
17. The spatial light modulation device according to claim 16, wherein a microlens for condensing the incident light on the optical filter is formed on the incident side of the incident light on the substrate.
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