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
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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
【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。
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。
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。
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。
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
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Δh1max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、
Δh1max=λ/4
となるように設計される。また、Δh1maxとΔh0との関係は、
Δh1max≦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。
Δh1max=λ/4
となるように設計される。また、Δh1maxとΔh0との関係は、
Δh1max≦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。
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。
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。
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。
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。
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。
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LR、LG及びLB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LF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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2007
- 2007-03-06 JP JP2007056137A patent/JP2008216796A/ja active Pending
Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
US20110298993A1 (en) * | 2010-06-04 | 2011-12-08 | Hitachi Consumer Electronics Co., Ltd. | Rear-surface projection-type video display apparatus |
US8384995B2 (en) * | 2010-06-04 | 2013-02-26 | Hitachi Consumer Electronics Co., Ltd. | Rear-surface projection-type video display apparatus |
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