JP2008216796A - 光変調装置組立体とその製造方法、及び画像生成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】実装コストを低減し、パッケージを小型化した光変調装置組立体、及びその製造方法、及び高画質化を実現した画像生成装置を提供する。
【解決手段】支持部材６４と、支持部材６４に支持された一次元型の光変調装置６３及び光変調装置６３を駆動する駆動部６６と、光変調装置６３の上部に配された光変調装置６３に光を透過させることのできる光透過部材６５とを有する光変調装置組立体であって、支持部材６４は、対向する第１の面６４ａ、第２の面６４ｂ及び、前記第１の面６４ａ、第２の面６４ｂを貫通する開口部６４ｃを有し、開口部６４ｃの第１の面側に、光透過部材６５が接合され、開口部６４ｃの第２の面側に光変調装置６５が接合されて成る。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば回折格子より成る１次元型の光変調装置を有する光変調装置組立体とその製造方法、及びこの光変調装置組立体を備えた画像生成装置に関する。

光学的な機能を有する微小電気機械素子、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いた製品開発は現在数多く行われており、その多くは光の進行方向の制御や光のオン／オフを行うような、広義の光スイッチングシステムとして用いられている。この光スイッチングシステムの一種として、回折格子の機能を有する光ＭＥＭＳ素子より成るいわゆる１次元型の光変調装置が知られている（特許文献１及び２参照。）。

図１０は、このような１次元型の光変調装置の一例の要部の概略斜視構成図である。この光変調素子１は、基体１２上に形成した下部電極３３と、この下部電極３３をブリッジ状に跨ぐように配置したリボン状の第１及び第２の電極３１及び３２とを有して構成される。第１及び第２の電極３１及び３２は例えば交互に配置され、これら第１及び第２の電極３１及び３２と下部電極３３とは、その間の空間によって電気的に絶縁されている。また、第１及び第２の電極３１及び３２は、例えばその両端が屈曲されて支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂとされ、この支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂを介して基体１２に支持されて構成される。

ここで基体１２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板などが用いられる。下部電極３３は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（多結晶Ｗ，Ｃｒ）などで形成される。第１及び第２の電極３１及び３２は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の絶縁性材料より成る下地膜７と、その上面に形成され、導電性を有する材料から成る上部電極８とから構成される。この場合上部電極８としては、例えば高い反射率を有するＡｌ等より成り、少なくともその上面中央部が反射領域９として構成される。

図１０においては、１つおきに設けた第１の電極３１を例えば固定電極とし、第２の電極３２を可動電極としてこれに電圧を印加して、静電引力によって基体１２側にたわませた状態を示す。図示の例においては、３本の第１の電極３１と２本の第２の電極のみを示しているが、光変調素子１としては、１本〜数本ずつ、例えば３本ずつの合計６本の第１及び第２の電極３１及び３２より構成することができる。図１０に示す状態の第１の電極３１及び第２の電極３２の長手方向の概略断面構成図を図１１Ａ及びＢにそれぞれ示す。
上述したように、第２の電極３２に電圧を印加すると、下部電極３３は例えば接地状態にあるので、第２の電極３２と下部電極３３との間に静電気力（クーロン力）が発生し、この静電気力によって第２の電極３２が下部電極３３側に変位する。そして、このような第２の電極３２の変位に基づき、第２の電極３２と第１の電極３１とによって反射型の回折格子が形成される。図１１Ｂにおいて、電圧を印加しない状態の第２の電極３２の形状を破線で示す。
ここで、隣接する第１の電極３１の間の間隔をｄ、第１及び第２の電極３１及び３２に入射する光の入射角をθｉ、波長をλ、回折角をθmとすると、
ｄ×［ｓｉｎ（θｉ）−ｓｉｎ（θm）］＝ｍ×λ
で表すことができる。ここで、ｍは次数であり、０，±１，±２・・・の値をとる。
そして、第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差が（λ／４）のとき、回折光の光強度は最大の値となる。第２の電極３２に印加する電圧を適切に制御することによって、回折角度を連続的に変化させることが可能である。

図１２においては、各電極の断面構成図を示し、図１２Ａは電圧を印加しない非駆動状態、図１２Ｂは電圧を印加した駆動状態を示す。図１２Ａ及びＢにおいて、図１０と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。第１及び第２の電極３１及び３２の上側表面を反射面とすることによって、図１２Ａに示すように、非駆動状態では、入射光Ｌｉに対し入射方向に戻る０次光Ｌ０が反射される。電圧を印加した駆動状態では、図１２Ｂに示すように、第２の電極３２が矢印Ｓで示すように下部電極３３側に変位して回折格子が構成され、入射光Ｌｉに対し±１次回折光Ｌ（＋１）及びＬ（−１）が回折される。
この回折作用により、すなわち第２の電極３２の駆動位置に応じてその光の反射方向が異なることを利用して、一方向の反射光を検出してスイッチ機能を持たせた光スイッチに適用できる。またこのような回折素子を多数並列配置して、所定の方向へ反射（回折）する光の強度を連続的に変える光変調装置として用いることができる。具体的には、例えば画像表示素子として、米国Silicon Light Machines社が開発した回折ライトバルブ（ＧＬＶ：Grating Light Valve）が知られている。この回折ライトバルブをプロジェクターの光変調素子として用いる場合には、第１及び第２の電極を一列に並べてできる１次元の画像をスキャニング、すなわち走査照射することによって２次元の画像を表示することができる。

上述したような光変調装置をモジュールに組み込んだ光変調装置組立体の一例の概略断面構成図を図１３に示す。
この光変調装置組立体１０は、例えば図１０に示す構成のリボン状の電極が基体１２上に多数配置されて成る光変調装置１３を用いるもので、この光変調装置１３のリボン部１３ａの周囲はガラス等の光透過性部材から成るカバー部１５に覆われ、低融点金属材料等より成る封止材１４により例えば気密に光変調装置１３上に接合される。そしてこの光変調装置１３に隣接してこれを駆動する駆動部１６、いわゆるドライバーチップが、光変調装置１３と共に、枠体を有する支持部材２５（いわゆるパッケージ）上に接着剤２１を介して配置される。

以上のような光変調装置組立体１０においては、光変調装置１３と駆動部１６は、それぞれワイヤーによるワイヤー配線５６によって接続される。このとき、光変調装置１３側のワイヤー配線５６は、光変調装置１３の表面領域の封止材１４よりも外側の部分にある電極パッドに接続される。同様に、駆動部１６側のワイヤー配線も駆動部の電極パッドに接続される。そして、支持部材２５上の光変調装置１３及び駆動部１６等は、光透過性材料により成る樹脂埋め込み層２４により埋め込まれる。さらに、支持部材２５の枠体の外部には、例えばフレキシブルプリント基板等の配線取り出し電極５５が接続されており、駆動部１６のワイヤー配線が接続された導電層５２，５７を介して駆動部１６と接合される。
特許第３４０１２５０号公報 特許第３１６４８２４号公報

しかしながら、従来の光変調装置組立体１０においては、光変調装置１３を、光変調装置１３を駆動するための駆動部１６、又は支持部材２５に、ワイヤー配線５６で接合している。このため、製造コストが嵩んでしまう上に、ワイヤー配線５６を行うスペースを必要とするため、光変調装置組立体１０のパッケージ全体の面積が増大してしまう。パッケージ面積は、モジュール全体のサイズを大きくしてしまうのに加え、コストに大きく影響してしまう部分である。さらに、従来の光変調装置組立体１０においては、光変調装置１３と光透過部材（カバー部１５）との距離が近いために、光透過部材上の異物の影響を受けやすいことが問題であった。

本発明は、上述の点に鑑み、実装コストを低減し、パッケージを小型化した光変調装置組立体、及びその製造方法、及び高画質化を実現した画像生成装置を提供するものである。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の光変調装置組立体は、支持部材と、支持部材に支持された一次元型の光変調装置及び光変調装置を駆動する駆動部と、光変調装置の上部に配された光変調装置に光を透過させることのできる光透過部材とを有する光変調装置組立体であって、支持部材は、対向する第１の面、第２の面及び、第１の面、第２の面を貫通する開口部を有し、開口部の第１の面側に、光透過部材が接合され、開口部の第２の面側に光変調装置が接合されて成ることを特徴とする。

本発明の光変調装置組立体では、支持部材を介して、光変調装置と光透過部材が配置されるため、光変調装置上に光透過部材を直接構成する必要がないため、ウェーハプロセス時に光透過部材を張り合わせる工程を省くことが出来る。さらに、ウェーハのダイシングが、通常の半導体ウェーハ同様に行うことが出来る。

本発明の光変調装置組立体の製造方法は、対向する第１の面及び第２の面を貫通する開口部を有する支持部材を形成する工程と、支持部材の開口に対応して第１の面に光透過部材を所望の接合剤により接合し、開口部に対応して第２の面に一次元型の光変調装置をフリップチップ接合し、第２の面の他部に光変調装置を駆動させるための駆動部を接合する工程とを有することを特徴とする。

本発明の光変調装置組立体の製造方法では、光変調装置が支持部材にフリップチップ接合されるため、パッケージが簡素化、軽量化される。

本発明の画像生成装置は、光源と、光源から出射される光を情報に応じて変調する光変調部と、光変調部から出射される光を投射する投射光学部と、を少なくとも有する画像投射装置であって、光変調部には一以上の光変調装置組立体が配置され、光変調装置組立体は、支持部材と、支持部材に支持された一次元型の光変調装置及び光変調装置を駆動する駆動部と、光変調装置の上部に配された光変調装置に光を透過させることのできる光透過部材とを有し、支持部材は、対向する第１の面、第２の面及び、第１の面、第２の面を貫通する開口部を有し、開口部の第１の面側に、光透過部材が接合され、開口部の第２の面側に光変調装置が接合されて成ることを特徴とする。

本発明の画像生成装置では、光変調装置組立体において、光変調装置と光透過部材とが、支持部材を介して配置されるため、光変調装置と光透過部材の距離を大きく取ることができる。これにより、光透過部材上の異物の影響が低減される。

本発明によれば、光変調装置組立体において、光変調装置と光透過部材を支持部材を介して配置することによって、パッケージを小型化することができる。さらに、光変調装置と光透過部材の距離を大きくし、光透過部材の異物の影響を低減することができるので、この光変調装置組立体を画像生成装置に用いた場合、画像のコントラストを向上させることができる。

以下、図を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

先ず、本発明の光変調装置組立体に用いることができる1次元型の光変調装置の一例について図面を参照して説明する。
この場合、回折格子の機能を有する光変調装置を示し、その要部の概略平面構成を図１に示す。この光変調装置１３は、図示しないシリコン等の基体上に、例えば不純物がドーピングされたポリシリコンから成る下部電極３３と、この下部電極３３とは空間を介して対向し、両端の支持部により張架されたリボン状の第１の電極３１及び第２の電極３２とを備える構成とされる。第１及び第２の電極３１及び３２は、ＳｉＮ等の誘電体材料より成る下層とＣｕを例えば０．５重量％添加したＡｌ等より成る上層の光反射層との積層構造とされる。これら第１及び第２の電極３１及び３２と、下部電極３３との位置関係を明確にするために、第１の電極３１及び下部電極３３に斜線を付して示す。第１及び第２の電極３１及び３２は、その長手方向を矢印Ｘ、幅方向を矢印Ｙで示すように、幅方向（Ｙ方向）に交互に並置配列され、１〜数本ずつ、図示の例では３本ずつの第１の電極３１及び第２の電極３２によって、回折格子型の光変調素子が構成される。

ここで例えば第１の電極３１を固定電極とし、第２の電極３２を可動電極とする。そして、可動電極となる第２の電極３２を、情報に対応したオン／オフを行う共通の制御電極に、接続端子部（図示せず）を介して接続する。固定電極となる第１の電極３１は、共通のバイアス電極（図示せず）に同様に接続される。バイアス電極は、複数の第１の電極３１、例えば全ての第１の電極３１に共通とされており、バイアス電極の延在部であるバイアス電極端子部（図示せず）を介して駆動回路等の外部回路に接続され、接地される。下部電極３３も複数の光変調素子において共通とされ、下部電極３３の延在部である下部電極用端子部（図示せず）を介して駆動回路等の外部回路に接続され、接地される。なお、製造プロセス時のばらつき等を考慮して、一部の固定電極すなわち第１の電極３１に例えば光変調素子毎に、或いは共通の適切なバイアス電圧を印加してもよい。

なお、図１における矢印Ｂ−Ｂ線上の第１の電極３１の概略断面構成図は、前述の図１１Ａにおいて説明した例と同様であり、図１における矢印Ａ−Ａ線上の第２の電極３２の概略断面構成図は、駆動状態においては、前述の図１１Ｂにおいて説明した例と同様となる。
すなわち駆動状態では、接続端子部を介して外部回路からの光変調装置１３内の各電極への電圧の印加、具体的には第２の電極３２への電圧の印加、及び、下部電極３３の電圧の印加（接地）に基づき発生した第２の電極３２と下部電極３３との間に働く静電気力（クーロン力）によって、下部電極３３に向かって第２の電極３２が変位する。即ち、外部回路から接続端子部、制御電極を介して第２の電極３２へ電圧を印加し、且つ、外部回路から下部電極端子部を介して下部電極３３へ電圧を印加すると（実際には、下部電極３３は接地状態にある）、第２の電極３２と下部電極３３との間に静電気力（クーロン力）が発生する。そして、この静電気力によって、下部電極３３に向かって第２の電極３２が下方に変位する。第２の電極３２の変位前の状態では、前述の図１１Ａ又は図１２Ａにおいて説明した例と同様に、入射光を入射方向に反射し、変位後の状態では、前述の図１１Ｂ又は図１２Ｂにおいて説明した例と同様に、±１次回折光を反射する。このように、第２の電極３２の変位に基づき、第２の電極３２と第１の電極３１とによって反射型の回折格子が形成される。

この光変調装置１３を後述する画像投射装置に適用する場合は、光変調素子を１次元アレイ状に配置する。具体的には、第１及び第２の電極３１及び３２の矢印Ｙで示す幅方向に沿って、複数（例えば１０８０個）の光変調素子が配列され、各光変調素子に、それぞれ例えば３本ずつの第１及び第２の電極３１及び３２が並置配列される。すなわち第１及び第２の電極３１及び３２の総計は、例えば、１０８０×６（本）となる。

一例として、下部電極３３の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差Δｈ０及び各電極３１及び３２の寸法形状を示すと、以下の通りとなる。なお、第１の電極３１のピッチ（回折格子のピッチとなる）をｄ、隣接する第１の電極３１と第２の電極３２との間の間隔をＳＰ、第１の電極３１の幅をＷＦ、第１の電極３１の実効長さをＬＦ、第２の電極３２の幅をＷＭ、第２の電極３２の実効長さをＬＮとして示す。
Δｈ０＝８５０ｎｍ
ｄ＝８μｍ
ＳＰ＝４００ｎｍ
ＷF＝４μｍ
ＬF＝２００μｍ
ＷM＝４μｍ
ＬN＝２００μｍ

なお、光変調装置１３の非駆動時における第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差は、できる限り０に近い値とすることが望ましい。また、光変調装置１３の駆動時における第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差Δｈ１（第２の電極３２の下方への変位量）の最大値Δｈ１_ｍａｘは、光変調素子あるいは光変調装置１３への入射光の波長をλとしたとき、
Δｈ１_ｍａｘ＝λ／４
となるように設計される。また、Δｈ１_ｍａｘとΔｈ０との関係は、
Δｈ１_ｍａｘ≦３Δｈ０
を満足しているものとする。
このような構成において、第２の電極３２に印加する電圧を変化させることで、第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差Δｈ１（第２の電極３２の下方への変位量）を変化させることができる。そして、これによって、回折光の強度を変化させることができるので、階調制御を行うことができる。

次にこのような構成の光変調装置を組み込んだ光変調装置組立体の各実施の形態について以下説明する。

図２に、本発明の第１実施の形態に係る光変調装置組立体の要部の概略断面構成を示す。図２において、図１のＸ方向に対応する方向をｘ、Ｙ方向に対応する方向をｙとする。
本実施の形態の光変調装置組立体８０は、所要の厚さを有する平板状の支持部材６４に表裏両面を貫通する開口部６４ｃが形成され、この開口部６４ｃを挟んで表面に光透過部材６５が接合され、裏面に光変調装置６３が接合され、さらに裏面の他部に光変調装置６３を駆動するための駆動部６６が接合されて構成される。光変調装置６３は前述したように、基体上に複数のリボン状の梁（ビーム）となる電極、すなわちリボン部６３ａを有して構成される。支持部材６４においては、光透過部材６５が配置される表面を第１の面６４ａ、光変調装置６３が配置される裏面を第２の面６４ｂとする。支持部材６４には、線膨張係数の比較的低いセラミック材料が用いられる。

本実施の形態の光変調装置組立体８０においては、まず、支持部材６４は開口部が設けられ、その開口部に、光変調装置６３のリボン部６３ａが臨むように光変調装置６３が支持部材６４の第２の面６４ｂに接合されている。また、駆動部６６、いわゆるドライバーチップは、光変調装置６３の両脇に配置される。支持部材６４の第２の面６４ｂには、所要の配線パターンが形成される。光変調装置６３と駆動部６６とは電気的に接続され、駆動部６６と支持部材６４の配線パターンとは電気的に接続される。光変調装置６３及び駆動部６６における接合は、後述するように、フリップチップ接合、あるいは、半田接合、シール性金属材料による接合、あるいはワイヤーボンドなどのいずれかを用いることができる。

そして、リボン部６３ａが臨む開口部を覆うように、支持部材６４の第１の面６４ａにガラスなどよりなる光透過部材６５が形成される。また、光透過部材６５は、光入射側の表面（第１の面６４ａ）に対して接合材（半田またはシール性金属材料等）により接合される。光透過部材６５によって覆われた開口部の内側空間は気密状態としてもよく、例えば、温度上昇や、光変調装置の電極表面の変質を抑制する目的で、水素ガス、ヘリウムガス、窒素ガス、あるいは、これらの混合ガスなどを封入してもよい。光透過部材６５接合は、ガラスなどの光透過部を直接支持部材に接合しても、セラミック、金属などの枠にはめたものを接合しても良い。

本実施の形態では、光変調装置６３のリボン部６３ａの高さは、ミクロンオーダーであり、支持部材６４の厚さはそれに比べると十分に大きい。よって、光変調装置６３のリボン部６３ａと光透過部材６５の距離は支持部材６４の厚さ分あるので、本例では、光変調装置６３と光透過部材６５は十分に距離が保たれる。このようにして、本実施の形態の光変調装置組立体８０は構成される。

次に、図３を用いて、第１実施の形態の光変調装置組立体の製造方法の一実施例を説明する。まず、図３Ａに示すように、例えばセラミック基板よりなり、中央部分に板厚方向に貫通する開口部６４ｃを有し、第２の面６４ｂ（裏面）に所要の配線パターン７１を形成した平板状の支持部材６４を用意する。
配線パターン７１は、例えばＡｌ配線パターンで形成され、その接続部分上に電極パッド（図示せず）、例えば金パッドが形成される。一方、光変調装置６３及び駆動部６６の各電極パッド（図示せず）、例えばＡｌパッド上には、金属バンプ７３、例えばＡｕバンプが形成されている。

続いて、図３Ｂに示すように、支持部材６４の第２面６４ｂ上に開口部６４ｃを覆うように光変調装置６３を配置し、また、光変調装置６３の両脇に並列されるように、駆動部６６を配置する。このとき、光変調装置６３の金属バンプ７３と支持部材６４の電極パッドとが対接し、駆動部６６の金属バンプ７３と、支持部材６４の電極パッドとが対接する。そして、光変調装置６３、及び駆動部６６上に形成された金属バンプ７３を支持部材６４の電極パッド上にアライメントし、圧着させる。このようにして、支持部材６４の第２の面６４ｂと光変調装置６３及び駆動部６６はフリップチップ接合される。

このように、金属バンプ７３と、配線パターン７１上の電極パッドを設け、フリップチップ接合により、支持部材６４と光変調装置６３及び駆動部６６とを接合する。フリップチップ接合は、例えば、ＧＧＩ（Gold to Gold Interconnection）工法により、光変調装置６３の電極パターン７１上、例えばアルミパッド上に形成した金属バンプ７３と支持部材６４上の電極パッド、例えば金パッドを、熱圧着する接合としてもよい。接合は、ＧＧＩ工法以外にも、金―錫共晶結合や半田バンプ接合なども可能である。また、接合方法については、加圧、加熱、超音波接合などが可能である。

光変調装置６３、または駆動部６６を支持部材６４のフリップチップ接合することにより、ワイヤー配線に比べ、実装コストを約３割抑えられるうえに、省スペース化も可能となり、モジュールの小型化、軽量化にも繋がる。

次に、図３Ｃに示すように、支持部材６４の第１の面６４ａ（表面）の開口部６４ｃを塞ぐように、所要の厚さの光透過部材６５、例えばガラス材を接合部材、例えばシール性金属材料等を介して接合する。本実施の形態においては、配線パターン７１を支持部材の第２の面上に形成する構成としたが、支持部材６４内部に配線パターン形成する構成とすることもできる。この場合、多層の配線回路とすることができる。

また、図３の例では、金属バンプ７３を光変調装置６３及び駆動部６６側に設けたが、支持部材６４側に金属バンプを設けてフリップチップ接合するようにしてもよい。この場合には、光変調装置６３、または駆動部６６側は電極パッドのみとしてもよいし、金属バンプを設けるようにしてもよい。
図３の例では、フリップチップ接合を用いたが、半田材を用いて支持部材と光変調装置６３及び駆動部６６とを接合（いわゆる半田接合）するようにしてもよい。

上述の第１の実施の形態に係る光変調装置組立体８０によれば、平板状の支持部材６４の表裏両面に、開口部６４ｃを挟むように、光変調装置６３を接合し、さらに、光変調装置６３と同じ裏面に、駆動部６６を接合して、光変調装置組立体８０が構成されるので、構造的に簡素化され、小型化することができる。特に、平板状の支持部材６４により、いわゆるパッケージが構成されるので、パッケージを簡素、小型化することができる。これにより、実装コストを低減することができる。このようにして、目的とする第１実施の形態の光変調装置組立体８０を得る。

また、光透過部材６５と光変調装置６３は、支持部材６４を介して形成されるため、光透過部材６５を光変調装置６３上に直接形成する必要がない。このため、ウェーハプロセス時に光透過部材６５を貼り合わせる工程を省くことが出来る上、ウェーハのダイシング時に光透過部材６５がウェーハ上に搭載されていないため、ダイシングが通常の半導体ウェーハ同様に行えるという効果がある。また、光変調装置６３と光透過部材６５の間の距離を長く取ることが可能となるため、光透過部材６５上の欠陥の影響も受けにくく、歩留まりを向上させることが出来る。さらに、光透過部材６５上の異物、例えばごみ等の影響を低減できることから、本例の光変調装置組立体８０を画像生成装置に用いた場合、画像のコントラストが向上する。また、光変調装置６３と光透過部材６５間の距離を長くすることができるので、光透過部材６５上の異物の影響を低減させることができる。これにより、光透過部材のスペックを緩和することができるため、光透過部材のコストを削減することができる。

図８は光変調装置と光透過部材の間の距離に対する画像のダークレベルを示した図である。光変調装置と光透過部材の間隔が大きくするほど、ガラス等の光透過部材付近の異物の影響を低減させることができるため、ダークレベルを低減させることができる。ダークレベルが低いほど画像のコントラストが良いことを表す。図８によれば、光変調装置と光透過部材の間の距離が大きくなるにしたがって、ダークレベルが下がっていることがわかる。このように、光変調装置と光透過部材間の距離を大きくすることによって、画像のコントラストが良くなることが数値的に理解できる。

図４に、本発明の第２実施の形態における光変調装置組立体の要部の概略構成を示す。
本実施の形態に係る光変調装置８１においては、図４に示すように、光変調装置６３と駆動部６６を有する支持部材６５の第２の面６４ｂを樹脂埋め込み層７４で被覆して構成される。その他の構成は、図２と同様であるので、図４において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この第２実施の形態によれば、光変調装置６３及び駆動部６６が樹脂埋め込み層７４で覆われることによって、湿気などから光変調装置６３、駆動部６６及び図示しない配線層などを保護することができる。

図５に第２実施の形態と同様の樹脂埋め込み層７４を有した、本発明の第３実施の形態における光変調装置組立体の概略構成を示す。
本実施の形態に係る光変調装置８２においては、支持部材６４と光変調装置６３、及び駆動部６６はフリップチップ接合７０にて接合される。本実施の形態においては、図３の例で示したフリップチップ接合を用い、支持部材６４に光変調装置６３、及び駆動部６６を接合する。図５においては、配線層を図示しないが、図３と同様、支持部材の第２の面６４ｂ、または、支持部材６４内部に配線パターンを形成する構成とする。また、その他の構成は、図４と同様であるので、図５において、図４と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この第３実施の形態によれば、第２実施の形態と同様、光変調装置６３及び駆動部６６が樹脂埋め込み層７４で覆われることによって、湿気などから光変調装置６３、駆動部６６及び配線層などを保護することができる。また、光変調装置６３、または駆動部６６を支持部材６４のフリップチップ接合することにより、ワイヤー配線に比べ、実装コストを約３割抑えられるうえに、省スペース化も可能となり、モジュールの小型化、軽量化にも繋がる。

図６に本発明の第４実施の形態に係る光変調装置組立体８３の概略構成を示す。本実施の形態における光変調装置組立体８３は、支持部７６aの周囲に枠体７６ｂを一体に有する支持部材７６をもうけ、この支持部材７６の異なる面に光透過部材７５と、光変調装置６３及び駆動部６６が配置されてなる。ここでも、第１〜第３実施の形態と同様、支持部材７６の光変調装置６３及び、駆動部６６が形成される面を第２の面７６ｄとし、光透過部材７５が形成される面を、第１の面７６ｃとよぶ。支持部材７６の枠体７６ｂは、第１の面７６ｃ側と第２の面７６ｄ側にそれぞれ垂直に設けられる。図７において、図５と対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。

本実施の形態においては、支持部材７６に形成された配線パターン（図示せず）と光変調装置６３及び駆動部６６の電極パッド（図示せず）は、それぞれ、フリップチップ接合７０によって接合される。接合時の様子は、図３で示した一実施例と同様であるから、重畳説明は省略する。また、本実施の形態においては、駆動部６６の取り出し電極（図示せず）に繋がる配線はワイヤーボンドによるワイヤー配線７７とする。
光透過部材７５は、支持部材７６の第２の面７６ｄ上の枠体７６ｂ上に、半田、またはシール性金属材料等により、気密に配置される。また、支持部材７６の第２の面７６ｄ側を樹脂埋め込み層７４で埋め込む構成とすることによって、ワイヤー配線の短絡を防止し、光変調装置６３及び駆動部６６等を湿気から保護する。本実施の形態においては、駆動部６６の取り出し電極に繋がる配線をワイヤー配線７７としたが、第３実施の形態と同様に、フリップチップ接合としてもよい。

以上のように、光変調装置６３及び駆動部６６と、光透過部材７５は支持部材７６の異なる面（第１の面７６ｃ、第２の面７６ｄ）に形成され、光変調装置６３及び駆動部６６は、支持部材７６の第２の面７６ｄに直接フリップチップ接合７０されるために、省スペース化が図られる。また、フリップチップ接合７０により、製造コストも低減される。さらに、支持部材７６に枠体７６ｂを設け、その枠体７６ｂ上に光透過部材７５を接合することによって、光変調装置６３と光透過部材７５との距離をさらに枠体７６ｂの分だけ長くとることができ、ガラス上の異物の影響を低減することが出来る。よって、図８で述べたように、この光変調装置組立体８３を画像生成装置に用いた場合、ダークレベルが低減し、画像のコントラストが向上する。

次に、図７に、本発明の第５実施の形態に係る光変調装置組立体８４の概略構成を示す。図７において、図６に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。
本実施の形態における光変調装置組立体８４においては、平板上の支持部７９aの裏面（第２の面７９ｄ）側にのみに、枠体７９ｂを有する支持部材７９を設ける。本実施の形態でもまた、支持部材７９の表面である第１の面７９ｃに光透過部材７８が設けられ、裏面である第２の面７６ｄに光変調装置６３及び駆動部６６が設けられる。また、本実施の形態における光透過部材７８は、所要の高さをもって、支持部材７９の第１の面７９ｃに接合されるように、光透過部材と一体の枠体７８ａを有する。光透過部材７８と一体の枠体７８ａを有することにより、光変調装置６３と光透過部材７８との距離を長く取ることができるので、第４実施の形態と同様、ガラス上の異物の影響を低減することが出来る。よって、本実施の形態においても同様に、図８で述べたように、この光変調装置組立体８４を画像生成装置に用いた場合、ダークレベルが低減し、画像のコントラストが向上する。本実施の形態においても、駆動部６６の取り出し電極に繋がる配線をワイヤー配線７７としたが、第３実施の形態と同様に、フリップチップ接合としてもよい。

上述の本発明に係る光変調装置組立体は、プロジェクターやプリンターなどの画像生成装置に用いられる。

次に、本発明の光変調装置組立体を備えた画像生成装置の一実施形態例について説明する。図９にこの実施形態例による画像生成装置の概略構成図を示す。
この場合、上述した本発明構成の光変調装置組立体を３つ備えた画像生成装置を示す。即ち、この画像生成装置１５０は、その光変調部１３０に、例えば光の３原色である赤色光（破線で示す）、緑色光（実線で示す）、青色光（一点鎖線で示す）を射出する例えば半導体レーザ等を備えた光源１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂ、ミラー１１１〜１１６、光変調装置組立体１１０Ｒ、１１０Ｇ及び１１０Ｂ、各色光の光軸を合成するＬ型プリズム等より成る色合成部１１７を有し、投射光学系１４０としてレンズ１１８、空間フィルター１１９、スキャンミラー、例えばガルバノミラーより成る走査光学系１２０を備えた構成とされる。

このような構成において、光源１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂから射出された光Ｌ_Ｒ、Ｌ_Ｇ及びＬ_Ｂはそれぞれ、円筒レンズ等の集光レンズ（図示せず）、ミラー１１１、１１３及び１１５を介して光変調装置組立体１１０Ｒ、１１０Ｇ及び１１０Ｂに入射される。なお、集光レンズを円筒レンズとすることによって、図１において示す矢印Ｘで示す長手方向には所定のスポットサイズに集光され、矢印Ｙで示す幅方向には所定幅にコリメートされたコリメート光を光変調装置組立体１１０Ｒ、１１０Ｇ及び１１０Ｂに照射することができる。これらの光変調装置組立体１１０Ｒ、１１０Ｇ及び１１０Ｂによって、所定の画像情報に対応して回折により変調された各色光は、ミラー１１２、１１４及び１１６を介して光軸を合成するＬ型プリズム等より成る色合成部１１７に入射される。この色合成部１１７において光軸を合成された光Ｌ_Ｆは、レンズ１１８及び空間フィルター１１９を通過して、結像レンズ（図示せず）を介して走査光学系１２０に入射される。空間フィルター１１９は、例えばフーリエ面に配置する。走査光学系１２０として例えばガルバノスキャナーを用いる場合、図１３に示すように、矢印ｒで示すように動かすことによって、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・で示すように光が走査される。走査方向を矢印Ｓｃで示す。このように走査された光をスクリーン１２１に投影することによって、１次元型の光変調装置により情報に対応して変調された線状の光が、スクリーン１２１上において２次元画像となって表示される。

なお、このような画像生成装置にあっては、上述した光変調装置内の第２の電極３２が例えば図１２Ａに示すように非駆動状態である場合は、第２の電極３２及び第１の電極３１の頂面で反射された光は空間フィルター１１９で遮られる。一方、第２の電極３２が駆動されて、前述の図１２Ｂに示す駆動状態である場合は、第２の電極３２及び第１の電極３１で回折された±１次（ｍ＝±１）回折光は空間フィルター１１８を通過する。光変調装置として前述の図１３Ａ及びＢにおいて説明したいわゆるブレーズ型構成の光変調装置を用いる場合は、駆動状態では、＋１次回折光のみが空間フィルター１１８を通過する構成となる。このような構成にすることで、スクリーン１２１に投影すべき光のオン／オフ又は階調制御が行われる。すなわち、駆動部から光変調装置の第２の電極３２に印加する電圧を変化させることで、第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差Δｈ１を変化させることができ、その結果、回折光の角度を変化させることによって空間フィルター１１８を通過する光の強度を変化させ、階調制御を行うことができる。

このような回折格子を利用する光変調装置は、また第１及び第２の電極の寸法形状が、光の波長に対応して非常に微小化されるので、高い解像度、高速なスイッチング動作及び広い帯域幅の表示が可能となる。更には、低い印加電圧で動作させることができるので、非常に小型化された画像生成装置を実現することが期待されている。
またこの光変調装置を用いた画像生成装置は、通常の２次元画像表示装置、例えば、液晶パネル等を用いた画像生成装置と比べて、ガルバノミラーなどによってスキャンを行うので、極めて滑らかで自然な画像表現が可能である。しかも、３原色である赤色、緑色、青色のレーザを光源とし、これらの光を混合する構成とすることが可能であり、極めて広い、自然な色再現範囲の画像を表現することができるといった、従来にはない優れた表示性能を有する。
また、本発明の光変調装置組立体を用いることによって、光透過部材上の異物の影響を低減することが出来るので、画像のコントラストが向上する。また、本発明の光変調装置組立体においては、パッケージが小型化されるため画像生成装置において、省スペース化が図られる。

光変調装置の一実施形態例の概略平面構成図である。 本発明の第１実施の形態に係る光変調装置組立体の概略断面構成図である。 Ａ，Ｂ，Ｃ 本発明の第１実施の形態に係る光変調装置組立体の一実施例に係る製造工程図である。 本発明の第２実施の形態に係る光変調装置組立体の概略断面構成図である。 本発明の第３実施の形態に係る光変調装置組立体の概略断面構成図である。 本発明の第４実施の形態に係る光変調装置組立体の概略断面構成図である。 本発明の第５実施の形態に係る光変調装置組立体の概略断面構成図である。 光変調装置と光透過部材の距離に対する画像のダークレベルを示した図である。 本発明の実施形態例における画像生成装置の概略構成図である。 光変調素子の一例の概略斜視構成図である。 Ａは図１０に示す光変調素子の第１の電極の概略断面構成図である。Ｂは図１４に示す光変調素子の第２の電極の駆動状態における概略断面構成図である。 Ａは光変調素子の非駆動状態の概略断面構成図である。Ｂは光変調素子の駆動状態の概略断面構成図である。 従来の光変調装置組立体の概略断面構成図である。

符号の説明

１２・・基体、１３、６３・・光変調装置、１３ａ、６３ａ・・リボン部、１５・・カバー部、１６、６６・・駆動部、５５・・取り出し電極、５６、７７・・ワイヤー配線、２５、６４、７６、７９・・支持部材、７６ａ、７９ａ・・支持部、６４ａ、７６ｃ、７９ｃ・・第１の面、６４ｂ、７６ｄ、７９ｄ・・第２の面、６５、７５、７８・・光透過部材、６４ｃ・・開口部、７１・・配線パターン、７３・・金属バンプ、７４・・樹脂埋め込み層、７６ｂ、７９ｂ・・枠体、７０・・フリップチップ接合、２１・・接着剤、３１・・第１の電極、３２・・第２の電極、３３・・下部電極、１０、８０、８１、８２、８３、８４・・光変調装置組立体、１００Ｒ・・光源、１００Ｇ・・光源、１００Ｂ・・光源、１１０Ｒ・・光変調装置組立体、１１０Ｇ・・光変調装置組立体、１１０Ｂ・・光変調装置組立体、１１１〜１１６・・ミラー、１１７・・色合成部、１１８・・レンズ、１１９・・空間フィルター、１２０・・走査光学系、１２１・・スクリーン、１３０・・光変調部、１４０・・投射光学系、１５０・・画像生成装置

Claims (9)

1. 支持部材と、
   前記支持部材に支持された一次元型の光変調装置及び前記光変調装置を駆動する駆動部と、
   前記光変調装置の上部に配された光変調装置に光を透過させることのできる光透過部材とを有する光変調装置組立体であって、
   前記支持部材は、対向する第１の面、第２の面及び、前記第１の面、第２の面を貫通する開口部を有し、
   前記開口部の前記第１の面側に、前記光透過部材が接合され、前記開口部の前記第２の面側に前記光変調装置が接合されて成る
   ことを特徴とする光変調装置組立体。
2. 前記光変調装置は、支持部材にフリップチップ接合により接着される
   ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置組立体。
3. 前記駆動部が、前記支持部材の第２の面側に形成されてなる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光変調装置組立体。
4. 前記駆動部が、前記支持部材の第２の面側に形成されてなる
   ことを特徴とする請求項２に記載の光変調装置組立体。
5. 前記駆動部が、支持部材にフリップチップ接合により接着される
   ことを特徴とする請求項３に記載の光変調装置組立体。
6. 対向する第１の面及び第２の面を貫通する開口部を有する支持部材を形成する工程と、
   前記支持部材の開口に対応して第１の面に光透過部材を所望の接合剤により接合し、
   前記開口部に対応して前記第２の面に一次元型の光変調装置をフリップチップ接合し、前記第２の面の他部に光変調装置を駆動させるための駆動部を接合する工程とを有する
   ことを特徴とする光変調装置組立体の製造方法。
7. 前記駆動部の接合を、フリップチップ接合とする
   ことを特徴とする請求項６に記載の光変調装置組立体の製造方法。
8. 前記光変調装置及び前記駆動部を樹脂封止する工程を有する
   ことを特徴とする請求項６に記載の光変調装置組立体の製造方法。
9. 光源と、前記光源から出射される光を情報に応じて変調する光変調部と、前記光変調部から出射される光を投射する投射光学部と、を少なくとも有する画像投射装置であって、
   前記光変調部には一以上の光変調装置組立体が配置され、
   前記光変調装置組立体は、支持部材と、
   前記支持部材に支持された一次元型の光変調装置及び前記光変調装置を駆動する駆動部と、
   前記光変調装置の上部に配された光変調装置に光を透過させることのできる光透過部材とを有し、
   前記支持部材は、対向する第１の面、第２の面及び、前記第１の面、第２の面を貫通する開口部を有し、
   前記開口部の前記第１の面側に、前記光透過部材が接合され、前記開口部の前記第２の面側に前記光変調装置が接合されて成る
   ことを特徴とする画像生成装置。

Images