JP2009069424A - Optical deflector and optical deflector array, and image projection device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入射光に対する出射光の方向を変える光偏向装置及び光偏向装置アレイ、並びに、該光偏向装置あるいは光偏向装置アレイを光スイッチ手段として用いる投影プロジェクタやデジタルシアターシステム等の画像投影装置に関する。 The present invention relates to an optical deflection apparatus and an optical deflection apparatus array that change the direction of outgoing light with respect to incident light, and an image projection apparatus such as a projection projector or a digital theater system that uses the optical deflection apparatus or optical deflection apparatus array as an optical switch means. About.
従来、光反射面(ミラー)を持つ板状部材をバネ剛性の捻り梁ヒンジで支持した構造の光偏向装置が多く提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。また、近年は液体金属をヒンジとした光偏向装置のミラーデバイスも提案されている(例えば、非特許文献1参照)。 Conventionally, many optical deflecting devices having a structure in which a plate-like member having a light reflecting surface (mirror) is supported by a spring rigid torsion beam hinge have been proposed (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In recent years, a mirror device of an optical deflection apparatus using a liquid metal as a hinge has also been proposed (for example, see Non-Patent Document 1).
一方、本出願人は、光反射面を持つ板状部材を、ヒンジ等で支持することなく支点部材に可動的に載置し、支点部材の周囲に配設した電極群と板状部材との間に作用する静電力によって、該板状部材を、支点部材を支点に回転して傾斜方向を切り替えるようにした光偏向装置を提案した(例えば、特許文献3、特許文献4参照)。板状部材の周囲には、上部に笠形状のストッパーを設けた規制部材を配置して、板状部材の回転を規制している。 The present applicant, on the other hand, movably places a plate-like member having a light reflecting surface on a fulcrum member without being supported by a hinge or the like, and includes an electrode group and a plate-like member disposed around the fulcrum member. An optical deflecting device has been proposed in which the plate-like member is rotated about the fulcrum member as a fulcrum and the inclination direction is switched by an electrostatic force acting between them (see, for example, Patent Document 3 and Patent Document 4). Around the plate-like member, a restricting member provided with a cap-shaped stopper on the top is arranged to restrict the rotation of the plate-like member.
画像投影装置において画素数を増加し高画質化する場合、それに使用する光偏向装置の光反射面の寸法をより微細にする必要がある。また、携帯用などでプロジェクタを小型化するには、ライトバルブも小型化する必要がある。 When the number of pixels is increased in an image projection device to improve the image quality, it is necessary to make the size of the light reflecting surface of the light deflection device used therefor finer. Further, in order to reduce the size of the projector for portable use, it is necessary to reduce the size of the light valve.
バネ剛性の捻り梁ヒンジを用いた光偏向装置ではヒンジの小型化が難しく、装置の小型化には限界がある。また、捻り梁ヒンジを小型化すると、剛性が増加することやひずむ変位が大きくなり、塑性変形が起きやすい等の問題がある。 In an optical deflecting device using a spring rigid torsion beam hinge, it is difficult to reduce the size of the hinge, and there is a limit to downsizing the device. In addition, when the torsion beam hinge is downsized, there are problems such as increased rigidity and increased distortion, and plastic deformation is likely to occur.
液体金属をヒンジとした光偏向装置は、液体金属には導電性があるが、表面張力が大きく駆動に対する機械的抵抗が大きい。画像投影装置に用いられる高密度の二次元光偏向装置アレイの小型化では、例えば10μm角以下の光反射面(ミラー)が求められる。非特許文献1の液体金属だけで板状部材の支点とする構成では、小型化が難しい問題がある。液体金属だけで支点を構成した場合、小型化や機械的抵抗の低減のため表面張力の小さい液体金属を使用しようとすると、ミラーが液体金属の変形により不必要な振動を起こす。また、ミラーは液体金属のみを支点としているため、ミラーの基板に平行な面の回転が生じやすい。二次元光偏向装置アレイではミラー(板状部材)同士が近接して配置されるため、基板に平行な面の回転が生じると、ミラー同士が接触する問題がある。 In an optical deflecting device using a liquid metal as a hinge, the liquid metal has conductivity, but has a large surface tension and a large mechanical resistance to driving. In miniaturization of a high-density two-dimensional light deflector array used in an image projection apparatus, for example, a light reflection surface (mirror) of 10 μm square or less is required. In the configuration in which non-patent document 1 uses only the liquid metal as a fulcrum of the plate-like member, there is a problem that miniaturization is difficult. When the fulcrum is composed of only liquid metal, if a liquid metal having a low surface tension is used to reduce the size or reduce the mechanical resistance, the mirror causes unnecessary vibration due to deformation of the liquid metal. Further, since the mirror uses only liquid metal as a fulcrum, rotation of a plane parallel to the mirror substrate is likely to occur. In the two-dimensional optical deflector array, since the mirrors (plate members) are arranged close to each other, there is a problem that the mirrors come into contact with each other when rotation of a plane parallel to the substrate occurs.
一方、本出願人による捻り梁ヒンジを用いないで、板状部材を支点部材に可動的に載置した構造の光偏向装置は、ヒンジがないため、上述したような問題がなく、構造的に板状部材の微細化も容易である。しかしながら、板状部材の回転を規制するために、規制部材の上部にストッパーを設けており、このストッパーが板状部材に覆いかぶさり、板状部材に占める面積が大きいと入射光や反射光に影響を与える問題がある。 On the other hand, the optical deflecting device having a structure in which the plate-like member is movably mounted on the fulcrum member without using the torsion beam hinge by the present applicant has no hinge, so there is no problem as described above. It is easy to miniaturize the plate-like member. However, in order to restrict the rotation of the plate-like member, a stopper is provided on the upper part of the restriction member. When this stopper covers the plate-like member and the area occupied by the plate-like member is large, the incident light or reflected light is affected. There is a problem that gives.
本発明は、捻り梁ヒンジを用いない、板状部材(ミラー)を支点部材に可動的に載置した構造の光偏向装置のさらなる改善を図ることを目的とする。また、本発明は、そのような光偏向装置を一次元や二次元にアレイ状に配置した光偏向装置アレイ、及び、光偏向装置あるいは光偏向装置アレイを光スイッチ手段に利用した画像投影装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to further improve an optical deflection apparatus having a structure in which a plate-like member (mirror) is movably mounted on a fulcrum member without using a torsion beam hinge. The present invention also provides an optical deflector array in which such optical deflectors are arranged in an array in one or two dimensions, and an image projector using the optical deflector or the optical deflector array as an optical switch means. The purpose is to provide.
請求項1記載の発明は、支点部材と、該支点部材を挟んで配設された第1および第2電極と、光反射表面を有する導電性の板状部材とを具備し、前記板状部材が前記第1および第2電極と対向して前記支点部材に可動的に載置され、前記板状部材と前記第1および第2電極との電位差による静電力により、前記板状部材が前記支点部材を支点に第1電極側あるいは第2電極側に傾斜変位する光偏向装置において、前記板状部材に対向して液受け部材を設け、前記板状部材と前記液受け部材との空間に液状部材を保持したことを特徴とする。 The invention according to claim 1 comprises a fulcrum member, first and second electrodes disposed across the fulcrum member, and a conductive plate member having a light reflecting surface, the plate member Is movably mounted on the fulcrum member so as to face the first and second electrodes, and the plate-like member is supported by the electrostatic force due to a potential difference between the plate-like member and the first and second electrodes. In an optical deflection apparatus that tilts and displaces toward the first electrode side or the second electrode side with a member as a fulcrum, a liquid receiving member is provided facing the plate-like member, and liquid is provided in the space between the plate-like member and the liquid receiving member. The member is held.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の光偏向装置において、前記液状部材を保持した液受け部材を二つ以上設けたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the optical deflection apparatus according to the first aspect, two or more liquid receiving members holding the liquid member are provided.
請求項3記載の発明は、請求項1記載の光偏向装置において、前記支点部材を二つ以上配置し、該支点部材に段差部を設け、該段差部を液受け部材として前記液状部材を保持したことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the optical deflecting device according to the first aspect, two or more fulcrum members are arranged, a step portion is provided on the fulcrum member, and the liquid member is held using the step portion as a liquid receiving member. It is characterized by that.
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の光偏向装置において、前記液状部材は蒸気圧の低い液体であることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the optical deflecting device according to any one of the first to third aspects, the liquid member is a liquid having a low vapor pressure.
請求項5記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の光偏向装置において、前記液受け部材と前記液状部材は導電性を有することを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the optical deflecting device according to any one of the first to fourth aspects, the liquid receiving member and the liquid member have conductivity.
請求項6記載の発明は、請求項5記載の光偏向装置において、前記液状部材には液体に炭素や金属微粒子を混合した材料を使用することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the optical deflecting device according to the fifth aspect, the liquid member is made of a material in which carbon or metal fine particles are mixed in a liquid.
請求項7記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の光偏向装置において、前記板状部材の周囲に、該板状部材の前記電極に平行な面の移動を規制する規制部材をさらに設けたことを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the optical deflection device according to any one of the first to sixth aspects, wherein the movement of a plane parallel to the electrode of the plate member is restricted around the plate member. A restriction member is further provided.
請求項8記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光偏向装置において、各部材をパッケージに収納し、前記液状部材と組成の近いガスをパッケージに封入したことを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the optical deflecting device according to any one of the first to seventh aspects, each member is housed in a package, and a gas having a composition close to that of the liquid member is sealed in the package. And
請求項9記載の発明は、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光偏向装置を複数、アレイ状に配置した光偏向装置アレイを特徴とする。 A ninth aspect of the invention is characterized by an optical deflector array in which a plurality of the optical deflectors according to any one of the first to eighth aspects are arranged in an array.
請求項10記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか1項に記載の光偏向装置を複数、アレイ状に配置した光偏向装置アレイであって、該光偏向装置アレイをパッケージに収納し、前記液状部材と組成の近いガスをパッケージに封入したことを特徴とする。 A tenth aspect of the present invention is an optical deflection apparatus array in which a plurality of the optical deflection apparatuses according to any one of the first to seventh aspects are arranged in an array, and the optical deflection apparatus array is housed in a package. A gas having a composition close to that of the liquid member is sealed in a package.
請求項11記載の発明は、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の光偏向装置を投影光学系の光スイッチ手段に用いてなる画像投影装置を特徴とする。 According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an image projection apparatus using the optical deflection apparatus according to any one of the first to eighth aspects as an optical switch means of a projection optical system.
請求項12記載の発明は、請求項9もしくは10に記載の光偏向装置アレイを投影光学系の光スイッチ手段に用いてなる画像投影装置を特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an image projection apparatus using the optical deflector array according to the ninth or tenth aspect as an optical switch means of a projection optical system.
本発明の光偏向装置では、液状の物質(液状部材)により板状部材を基板側に可動的に拘束し、板状部材に対向した電極群による静電力で、傾斜変位させることで、光を偏向する。板状部材の基板側に液状部材があり、光反射面側に覆う部材が無く、入射光や反射光に影響を与えない。また、支点部材に対し板状部材が傾斜する際、板状部材と液受け部材との空間に液体部材を保持することができる。支点部材と液受け部材があるため、液状部材の変形により傾斜角が変化しない。傾斜角は支点部材と板状部材の長さで決定される。よって、安定した光偏向角が得られる。 In the light deflecting device of the present invention, the plate-like member is movably constrained to the substrate side by a liquid substance (liquid member), and the light is deflected by the electrostatic force generated by the electrode group opposed to the plate-like member. To deflect. There is a liquid member on the substrate side of the plate-like member, and there is no member covering the light reflecting surface side, so that incident light and reflected light are not affected. Further, when the plate member is inclined with respect to the fulcrum member, the liquid member can be held in the space between the plate member and the liquid receiving member. Since there is a fulcrum member and a liquid receiving member, the inclination angle does not change due to deformation of the liquid member. The inclination angle is determined by the lengths of the fulcrum member and the plate member. Therefore, a stable light deflection angle can be obtained.
また、液状部材を保持する液受け部材を二箇所以上設けることで、板状部材の基板に平行な面の回転を防止できる。また、支点部材を二箇所以上設けることで、液状部材の伸縮で板状部材の回転軸がぶれるのを防止できる。さらに、支点部材に段落部を設け、該段落部を液受け部材とすることで、支点部材を二箇所以上としても大型化を防止できる。 In addition, by providing two or more liquid receiving members that hold the liquid member, it is possible to prevent rotation of a plane parallel to the substrate of the plate-like member. Further, by providing two or more fulcrum members, it is possible to prevent the rotating shaft of the plate-like member from being shaken due to expansion and contraction of the liquid member. Furthermore, by providing a fulcrum member with a paragraph part and using the paragraph part as a liquid receiving member, an increase in size can be prevented even if the fulcrum member has two or more places.
また、板状部材の周りに規制部材を設けることで、板状部材の基板に平行な面の回転を完全に防止できる。この規制部材は上部にストッパーを設ける必要はないので、板状部材への入射光や反射光に影響を与えない。 Further, by providing the regulating member around the plate-like member, rotation of the plane of the plate-like member parallel to the substrate can be completely prevented. Since this regulating member does not need to be provided with a stopper at the top, it does not affect the incident light and reflected light on the plate-like member.
また、本発明の光偏向装置では、板状部材の支点を液体のみとせず、さらに、液体の導電性を確保していない。したがって、液状部材を液体金属に限る必要がないので、液状部材に表面張力の小さい物質も用いることができ、板状部材を小型化しても機械的な抵抗が小さく、傾斜変位を容易に行うことができる。 Further, in the optical deflecting device of the present invention, the fulcrum of the plate-like member is not limited to the liquid, and further the conductivity of the liquid is not ensured. Therefore, since it is not necessary to limit the liquid member to liquid metal, a substance having a small surface tension can be used for the liquid member, and even if the plate-like member is downsized, the mechanical resistance is small and the tilt displacement can be easily performed. Can do.
また、液受け部材とともに液状部材を導電性として、液状部材を介しても板状部材との電気伝導を確保できるようにすると、振動などで板状部材が支点部材から離れても板状部材に電位を与えることができる。この場合、液状部材として液体に炭素や金属微粒子を混ぜ合わせた材料を使用することで、液状部材の表面張力の増加を防止することができる。 In addition, if the liquid member is made conductive together with the liquid receiving member so that electric conduction with the plate member can be ensured even through the liquid member, the plate member can be changed even if the plate member is separated from the fulcrum member due to vibration or the like. A potential can be applied. In this case, an increase in the surface tension of the liquid member can be prevented by using a material in which carbon or metal fine particles are mixed in the liquid as the liquid member.
また、本発明の光偏向装置や光偏向装置アレイをパッケージ構造とし、パッケージに液状部材と同じか近い組性の物質のガスを封入することで、液状部材の気化を抑制できる。 Further, the optical deflecting device or the optical deflecting device array of the present invention has a package structure, and the gas of the material having the same or similar composition as the liquid member is sealed in the package, thereby suppressing the vaporization of the liquid member.
本発明の光偏向装置あるいは光偏向装置アレイは、そのON/OFF制御による画素の明暗制御が良好で、高速な動作が可能で、長期的な信頼性が高い画像投影表示装置を提供することができる。 The light deflecting device or the light deflecting device array of the present invention provides an image projection display device that has good pixel brightness control by ON / OFF control, can operate at high speed, and has high long-term reliability. it can.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、同一の要素もしくは対応した要素には原則として同一の符号が用いられる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is used in principle for the same element or a corresponding element.
図1は、本発明に係る光偏向装置の一実施例の構成図で、(a)は構造が分かりやすいように板状部材を省略した状態の模式的斜視図、(b)は板状部材を載置した状態の同模式的斜視図である。なお、図1(b)中のA−B、C−D、E−Fはそれぞれ断面線であるが、これについて後述する。 FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of an optical deflecting device according to the present invention, in which (a) is a schematic perspective view in a state in which a plate-like member is omitted so that the structure can be easily understood, and (b) is a plate-like member. It is the same schematic perspective view of the state which mounted. In addition, although AB, CD, and EF in FIG.1 (b) are sectional lines, respectively, this is mentioned later.
図1において、101はシリコン等の基板であり、該基板101上に酸化膜の絶縁膜102が形成され、該絶縁膜102上に支点部材104が形成され、また、該支点部材104を挟んで電極103a,103bが形成され、該電極103a,103bの外側に着地部材108が形成されている。107は表面に光反射領域を有する導電性の板状部材であり、図3に示すように支点部材104の頂点を支点としてシーソーのように回転可能に支持された構造となっている。板状部材107の傾斜角は、おおむね板状部材107の長さの半分で支点部材104の高さを割った値のarcsin(逆正弦)の値になる。
In FIG. 1,
板状部材107は、電圧の印加に応じ、該板状部材107の電極103a,103b間の静電力で第1あるいは第2の方向に傾斜変位し、着地部材108に当接する(図3(a),(b))。したがって、板状部材107と電極103a,bは接することはなく、電気的に短絡しない。板状部材107には捻り梁ヒンジは使用しておらず、復元力は発生しない。
The plate-
このような構成の光偏向装置において、絶縁膜102上に、板状部材107と対向して支点部材104とは別の部材105設け、該部材105と板状部材107の間に液体状の物質である液状部材106を配置する。ここで、液状部材106を保持している部材105を液受け部材と称する。
In the light deflector having such a configuration, a
図2は図1(b)のE−F線断面図であり、(a)は液状部材106を省略して示した図、(b)は液受け部材105に液状部材106を保持した状態を示す図である。
2A and 2B are cross-sectional views taken along the line E-F of FIG. 1B, in which FIG. 2A is a view in which the
図2に示すように、支点部材104と液受け部材105は高さが異なる。すなわち、液受け部材105の高さの方が支点部材104の高さより低い。このため、板状部材107の間に空隙が生じる(図2(a))。したがって、この空隙に液状部材106を液受け部材105に保持して配置することができる(図2(b))。液状部材106の液量は容易に設計することができる。また、液量が変化しても、支点部材104の高さにより板状部材107の傾斜角が決定されるので、傾斜角の変動はない。
As shown in FIG. 2, the
支点部材104は導体であるが、液受け部材105は必ずしも導体でなくてもよい。また、液状部材106は導電性物質であることも可能であるが、必ずしも導体性でなくともよい。板状部材107への電位の付与は、支点部材104との接触により行うことができる。
The
板状部材107は支点部材104に可動的に載置されているだけであるが、液受け部材105上の液状部材106による付着力により、板状部材107は支点部材104に反固定される。これにより、板状部材107は支点部材104を中心に基板101上の電極103aあるいは103bの近傍まで自由に回転できる。しかも、液状部材106の付着力で、板状部材107が支点部材104から外れることがない。
The plate-
液受け部材105の上面を凹部にすると、液状部材106に接する面積を増やすことが可能である。支点部材104の頂部と液状部材106に接する板状部材107の面の表面状態を表面エネルギーの高い状態にすることで、板状部材107が支点部材104から、より外れないようにできる。
When the upper surface of the
液状部材106には、シリコン、フッ素系油脂、パーフルオロポリエーテル、ハイドロフルオロエーテル、フッ素アルコール、水などか使用できる。特にパーフルオロポリエーテルなどのように蒸気圧の低い液体であることが好ましい。また、付着力の点からすると、液状部材106にカルボキシル基を含む場合は板状部材107の導電性の金属部分との塩基結合を用いるとよい。さらに、シランカップリングを用いることもできる。
For the
ガリュームや水銀のような液体になる金属は表面張力が大きすぎ、板状部材107を小型化した場合に駆動するに十分な静電力が得られず、液状部材106には適さない。また、廃棄時には環境汚染の問題もある。
A metal that becomes a liquid such as gallium or mercury has a surface tension that is too large, and when the plate-
図1の構成例では液状部材106を保持する液受け部材105を二箇所に設けるとしたが、一般には二箇所以上とすることが好ましい。液状部材106を保持する液受け部材105が二箇所以上あることで、板状部材107の基板1014に平行な面の回転が防止できる。板状部材107の基板101に平行な面の回転があると、後述の板状部材107がアレイ上に並ぶ場合に隣接する板状部材と接触する不具合が生じる。
In the configuration example of FIG. 1, the
また、液受け部材105と液状部材106を導電性にすることでもよい。これにより、振動などで板状部材107が支点部材104から離れても、液受け部材105から液状部材106を介して板状部材107に電気的に導通させることができる。この場合、液状部材106は例えば先の材料に炭素や金属微粒子を混ぜ合わせた材料を使用することができる。
Further, the
図4は、図1の光偏向装置を複数、二次元に配置した光偏向装置アレイの構成例を示す。図4において、107が一つの光偏向装置の板状部材である。光偏向装置を画像表示もしくは画像形成のための光スイッチ手段等として使用する場合、図4に模式的に示すように、複数の光偏向装置を二次元アレイ配列した構成がとられる。光偏向装置アレイの下には、同様に複数の半導体記憶素子が二次元に配列された半導体記憶装置(SRAM等)があり、一つの半導体記憶素子(メモリセル)に一つの光偏向装置(光偏向素子)が対向している。なお、用途によっては、複数の光偏向装置を一次元アレイ配列とすることも可能である。
FIG. 4 shows a configuration example of an optical deflector array in which a plurality of the optical deflectors of FIG. 1 are arranged two-dimensionally. In FIG. 4,
図5は、本発明に係る光偏向装置の別の実施例の構成図で、(a)は板状部材を省略した状態の模式的斜視図、(b)は板状部材を載置した状態の同模式的斜視図である。本実施例は、支点部材104を2箇所に設け、各支点部材104に段差を付けて該段差部を液受け部材105としたことである。それ以外は基本的に図1の構成と同様である。なお、支点部材104は2箇所に限る必要はなく、それ以上でもよい。
5A and 5B are configuration diagrams of another embodiment of the optical deflecting device according to the present invention, in which FIG. 5A is a schematic perspective view in a state in which the plate-like member is omitted, and FIG. 5B is a state in which the plate-like member is placed. It is the same schematic perspective view. In this embodiment, the
支点部材104が2箇所以上あることで、液状部材106が収縮しても、板状部材107は支点部材104に当接することで位置決めされ、板状部材107の回転軸のぶれが防止できる。なお、支点部材104の間の距離が長い方がぶれ防止には好ましい。
Since there are two or
また、図5に示すように、支点部材104に段差を付けて該段差部を液受け部材105とすれば、支点部材104が2箇所以上あっても大型化を防止できるが、支点部材104と液受け部材105は別々に設けることでもよい。
Further, as shown in FIG. 5, if a step is provided on the
図5の光偏向装置を複数、二次元に配置した光偏向装置アレイの構成は図4と同様であるので図示は省略する。 The configuration of an optical deflector array in which a plurality of optical deflectors in FIG. 5 are two-dimensionally arranged is the same as that in FIG.
ここで、図6乃至図8を参照して図1に示した光偏向装置の製造工程の一例について説明する。ここでは、板状部材107の寸法は10μm角、支点部材104の高さは0.87μm、板状部材107の傾斜角は10°を想定している。なお、図6乃至図8において、A−B,C−D断面は図1(b)の同A−B,C−D断面に対応する。
Here, an example of a manufacturing process of the optical deflector shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. Here, it is assumed that the dimension of the
工程(a):基板101としては板状部材107の駆動制御に必要な制御回路のLSIを設けたSi基板を用いる。Si基板101に絶縁膜102になるシリコン酸化膜を成膜する。
Step (a): As the
工程(b):絶縁膜102上に電極103、着地部材108となるAl−Si膜をスパッタ法で0.2μm厚に成膜する。フォトリソグラフィで有機レジストをパターンニングし、Cl2+BCl3の混合ガスによるRIE(Reactive Ion Etching)法でエッチングを行って電極103、着地部材108等を形成する。
Step (b): An Al—Si film to be the
工程(c):支点部材104となるAl−Si膜を1μm厚に成膜する。階調性のあるマスクによりフォトリソグラフィを行い有機レジストをパターンニングし、Cl2+BCl3の混合ガスによるRIE法でエッチングを行って支点部材104を形成する。同様にして液受け部材になる部分105′を形成する。
Step (c): An Al—Si film to be the
工程(d):犠牲層201になる有機レジストを塗布する。フォトリソグラフィで有機レジストをパターンニングし液受け部材105になる部分105′を開口し、Cl2+BCl3の混合ガスによるRIE法でエッチングを行って液受け部材105を形成する。
Step (d): An organic resist to be the
工程(e):アモルファスSiをSiH4とH2の混合ガスによりプラズマCVD法で0.1μm厚に成膜する。すなわち、犠牲層201に有機物を用いる場合、液状部材の塗布の前に犠牲層エッチングに対する保護層202を形成する。
Step (e): Amorphous Si is formed to a thickness of 0.1 μm by a plasma CVD method using a mixed gas of SiH 4 and H 2. That is, when an organic material is used for the
工程(f):液状部材106になる液体を形成する。例えばパーフルオロポリエーテルを塗布する。撥液性のフッ化炭素膜を成膜し、液受け部材面に対しフォトマスクにより紫外線を照射し、その部分のみ撥液性を無くす。液状部材の物質を塗布すると液受け部材105上のみ選択的に液状部材106を形成できる。
Step (f): A liquid to be the
工程(g):板状部材107となるAl合金例えばAlとTiの合金をスパッタ法で0.2μm厚に成膜する。フォトリソグラフィにより有機レジストをパターンニングし、Cl2とBCl3の混合ガスによるRIE法でエッチングする。さらにCF4によるRIE法でアモルファスSiをエッチングする。これにより板状部材107が形成される。
Step (g): An Al alloy to be the plate-
工程(h):O2プラズマにより犠牲層201の有機レジストをアッシングする。このときアモルファスSiの保護層202は有機の液体がO2プラズマでダメージを受けないように保護する役目を持つ。次にSF6とO2の混合ガスのプラズマでエッチングしアモルファスSiを取り除く。アモルファスSiが除去されると、板状部材107と液受け部材105の間で液体が広がり液状部材106となる。
Step (h): Ashing the organic resist of the
なお、図5に示した光偏向装置の製造工程も上記と基本的に同じであるのて、説明は省略する。 The manufacturing process of the optical deflecting device shown in FIG. 5 is basically the same as described above, and the description thereof is omitted.
図9は、本発明に係る光偏向装置の更に別の実施例の構成図で、(a)は板状部材を省略した状態の模式的斜視図、(b)は板状部材を載置した状態の同模式的斜視図である。本実施例は、基板101の四隅に板状部材107の電極群103a,103bに平行な面、すなわち、基板101に平行な面の移動を規制する規制部材109を設けたことである。それ以外は基本的に図1の構成と同様である。なお、図5に示した光偏向装置について、同様に規制部材109を設けることも可能である。この規制部材109の上部には、板状部材107の回転を規制するストッパーはなく、板状部材107への入射光や反射光に影響を与えない。
FIG. 9 is a configuration diagram of still another embodiment of the optical deflecting device according to the present invention, in which (a) is a schematic perspective view in a state in which the plate-like member is omitted, and (b) is a plate-like member placed thereon. It is the same schematic perspective view of a state. In this embodiment, there are provided
図10は、図9の光偏向装置を複数、二次元に配置した光偏向装置アレイの構成例を示す。規制部材109を設けることで、各板状部材107の基板に平行な移動を完全に防止することができる。また、上記のように、規制部材109には、板状部材107に覆い被さるストッパ部材がないため、入射光及び反射光に影響を与えない。
FIG. 10 shows a configuration example of an optical deflector array in which a plurality of the optical deflectors of FIG. 9 are two-dimensionally arranged. By providing the regulating
以下に、図11乃至図13を参照して、図9に示した光偏向装置の製造工程の一例について説明する。ここでも、板状部材107の寸法は10μm角、支点部材104の高さは0.87μm、板状部材107の傾斜角は10°を想定している。なお、図11乃至図13において、A−B,C−D断面は図9(b)の同A−B,C−D断面に対応する。
Hereinafter, an example of a manufacturing process of the optical deflector shown in FIG. 9 will be described with reference to FIGS. Here, the plate-
工程(a):基板101としては板状部材107の駆動制御に必要な制御回路のLSIを設けたSi基板を用いる。Si基板101に絶縁膜102になるシリコン酸化膜を成膜する。
Step (a): As the
工程(b):絶縁膜102上に電極103、着地部材108となるAl−Si膜をスパッタ法で0.2μm厚に成膜する。フォトリソグラフィで有機レジストをパターンニングし、Cl2+BCl3の混合ガスによるRIE(Reactive Ion Etching)法でエッチングを行って電極103、着地部材108等を形成する。
Step (b): An Al—Si film to be the
工程(c):支点部材104となるAl−Si膜を1μm厚に成膜する。階調性のあるマスクによりフォトリソグラフィを行い有機レジストをパターンニングし、Cl2+BCl3の混合ガスによるRIE法でエッチング行って支点部材104を形成する。同様にして液受け部材105になる部分105′を形成する。
Step (c): An Al—Si film to be the
工程(d):犠牲層201になる有機レジストを塗布する。フォトリソグラフィで有機レジストをパターンニングし液受け部材105になる部分を開口し、Cl2+BCl3の混合ガスによるRIE法でエッチングを行って液受け部材105を形成する。
Step (d): An organic resist to be the
工程(e):アモルファスSiをSiH4とH2の混合ガスによりプラズマCVD法で0.1μm厚に成膜を行って液受け部材105を形成する。
Step (e): Amorphous Si is deposited to a thickness of 0.1 μm by plasma CVD using a mixed gas of SiH 4 and H 2 to form the
工程(f):液状部材106になる液体を形成する。例えばパーフルオロポリエーテルを塗布する。撥液性のフッ化炭素膜を成膜し、液受け部材面に対しフォトマスクにより紫外線を照射し、その部分のみ撥液性を無くす。液状部材の物質を塗布すると、液受け部材105上のみ選択的に液状部材106を形成できる。
Step (f): A liquid to be the
工程(g):板状部材107となるAl合金例えばAlとTiの合金をスパッタ法で0.2μm厚で成膜する。フォトリソグラフィにより有機レジストをパターンニングし、Cl2とBCl3の混合ガスによるRIE法でエッチングする。さらにCF4によるRIEでアモルファスSiをエッチングする。これにより板状部材107が形成される。
Step (g): An Al alloy to be the
工程(h):犠牲層203になる有機レジストを塗布する。有機レジストに規制部材用の孔を開口(204)する。
Step (h): An organic resist to be the
工程(i):開口部204に規制部材109を形成する。例えば、SiH4とN2Oの混合ガスによるプラズマCVDによりシリコン酸化膜を0.2μm厚に成膜する。有機レジストのフォトリソグラフィでパターンニングし、CF4とH2のRIE法でエッチングする。
Step (i): The regulating
工程(j):O2プラズマにより犠牲層201、203の有機レジストをアッシングする。このときアモルファスSiの保護層202は有機の液体がO2プラズマでダメージを受けないように保護する役目を持つ。次にSF6とO2の混合ガスのプラズマでエッチングし、保護層202のアモルファスSiを取り除く。アモルファスSiが除去されると、板状部材107と液受け部材105間で液体が広がり液状部材106となる。板状部材107は左右いずれかの方向に傾斜するが、駆動前はその方向は任意でよい。
Step (j): Ashing the organic resists of the
図14は、本発明に係る光偏向装置の更に別の実施例の構成図で、(a)は第1基板の構成を示す模式的斜視図、(b)は第2基板の構成を示す模式的斜視図、(c)は第1基板と第2基板を接合後の構成を示す模式的斜視図である。 14A and 14B are configuration diagrams of still another embodiment of the optical deflecting device according to the present invention, in which FIG. 14A is a schematic perspective view illustrating the configuration of the first substrate, and FIG. 14B is a schematic diagram illustrating the configuration of the second substrate. (C) is a typical perspective view which shows the structure after joining a 1st board | substrate and a 2nd board | substrate.
本実施例は、電極103a,103b、支点部材104、液状部材106を保持した液受け部材105などを設けた第1基板101と、規制部材109や板状部材107などを形成した第2基板110とを接合してパッケージ構造とし、液状部材106と組成の近いガスをパッケージに封入したものである。
In this embodiment, the
ここで、電極103a,103bや支点部材104などのある第1基板と、規制部材109や板状部材107などを形成した第2基板とを張り合わせるパッケージ構造の光偏向装置は、本出願人が先に特願2007‐45591号として出願した。本発明の板状部材を液状部材を介して可動的に基板に拘束する光偏向装置においても、このようなパッケージ構造とすることができる。液状部材106と同じ材料か近い材料のガスをパッケージに封入することで、液状部材106の蒸発を防止できる。封入する際は液体であってもよく、封入後にガス化すればよい。パッケージに実装されるため、パッケージ内の雰囲気を気体材料とすることで、凝縮により液受け部材105の頂部の液状部材106が気化し消失することがない。液状部材106としては蒸気圧の低いパーフルオロポリエーテル、ハイドロフルオロエーテルなどが好適である。
Here, an optical deflector having a package structure in which a first substrate having the
第1基板101としてSi基板などが用いられる。この第1基板101上にシリコン酸化膜などの絶縁膜102を介して電極103a,103b、支点部材104、液受け部材105、着地部材108を形成する。さらに、液受け部材105にインクジェット方式などでパーフルオロポリエーテルやハイドロフルオロエーテルなどの液体を塗布し、液状部材106とする。
A Si substrate or the like is used as the
第2基板110としては、光偏向装置の透明パッケージを兼ねるため、入射光波長に対して透明、すなわち透過率が高い材質の基板が用いられる。例えば、硼珪酸ガラス、石英ガラス、プラスチックなどの基板が用いられる。この第2基板110上に規制部材109と板状部材107を設け、更に基板110と板状部材107の接触面積を低減する部材111を形成する。なお、板状部材107は先に説明したように第1基板101側に設けてもよい。
As the
このような第1基板101と第2基板110とを図14(c)に示すように向い合わせて、陽極接合や接着により接合する。例えば、第2基板110が硼珪酸ガラスである場合は、第1基板101と陽極接合が可能である。ただし液状部材106の気化条件と調整して温度を設定する。例えば200℃程度にする。また、エポキシ樹脂などによる接着も可能である。この接合の際に液状部材106と組成の近いガスを封入する。
Such
図14(c)には示されていないが、第1基板101と第2基板110を接合した状態においては、各基板101、110とその接合部分によって、板状部材107の運動空間は機密状態に封止される。第2基板110は、この機密封止のための透明パッケージを兼ねる。したがって、専用のパッケージ容器や透明窓部材を用いたパッケージングを行う必要がなく、その分だけ装置コストを削減できる。また、別々に加工された第1基板101と第2基板110とを接合する構造であるため、全体を一体的にLSIプロセス等で製作する場合に比べ歩留まりを向上させやすい。それに加えて、先に述べたように液状部材106と組成の高いガスを封入することで、液状部材106の蒸発を防止できる。
Although not shown in FIG. 14C, in the state where the
図14に示した光偏向装置を複数、二次元に配置した光偏向装置アレイの構成は図10と同様であるので、図示は省略する。なお、パッケージ容器に本光偏向装置やアレイを封止することも可能である。この場合も、液状部材106と同じ材料か近い材料のガスを封入することで、液状部材106の蒸発を防止できる。
Since the configuration of the optical deflector array in which a plurality of optical deflectors shown in FIG. 14 are two-dimensionally arranged is the same as that in FIG. 10, the illustration is omitted. In addition, it is also possible to seal this optical deflection | deviation apparatus and an array in a package container. Also in this case, it is possible to prevent evaporation of the
本発明に係る光偏向装置や光偏向装置アレイは、画像投影装置の光スイッチ手段として好適である。図15にこのような画像投影装置を模式的に示す。 The light deflecting device or the light deflecting device array according to the present invention is suitable as an optical switch means of an image projecting device. FIG. 15 schematically shows such an image projection apparatus.
図15において、1100は投影装置、1110は投影スクリーである。光源1101からのある広がり角をもった光は、回転カラーフィルタ1102を介して本発明の光偏向装置1103に入射し、その板状部材で反射する。ここで、板状部材からの反射光は、板状部材の第1の傾斜方向では、レンズ1104、1106を経て投影スクリーン1110に照射される。これが光スイッチのON状態である。しかし、板状部材の第2の傾斜方向では、板状部材からの反射光は絞りである遮光部材1105によって遮られ、投影スクリーン1110へは照射されない。これが光スイッチのOFF状態である。光偏向装置1103が二次元アレイに配置された場合、このようなON,OFFにより投影スクリーン1110に像を形成することができる。
In FIG. 15, 1100 is a projection device, and 1110 is a projection screen. Light having a certain divergence angle from the
このように、本発明の光偏向装置あるいは光偏向装置アレイは、画像投影データの表示(すなわち、画素の明暗表示)装置の光スイッチ手段として用いることができる。この場合、画素の明暗制御(すなわち光スイッチのON/OFF制御)が良好で、迷光(反射方向が乱れた時に発生する隣接素子からの反射光)を抑制でき、高速な動作が可能で、値長期的な信頼性が高く、低電圧で駆動でき、かつコントラスト比を向上できる。 As described above, the light deflecting device or the light deflecting device array of the present invention can be used as an optical switch means of a display device for image projection data (that is, bright / dark display of pixels). In this case, brightness control of the pixels (that is, ON / OFF control of the optical switch) is good, stray light (reflected light from adjacent elements generated when the reflection direction is disturbed) can be suppressed, and high-speed operation is possible. Long-term reliability is high, the device can be driven at a low voltage, and the contrast ratio can be improved.
101 基板
102 絶縁膜
103a,103b 電極
104 支点部材
105 液受け部材
106 液状部材
107 板状部材
108 着地部材
109 規制部材
110 第2基板
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記板状部材に対向して液受け部材を設け、前記板状部材と前記液受け部材との空間に液状部材を保持したことを特徴とする光偏向装置。 A fulcrum member; first and second electrodes disposed across the fulcrum member; and a conductive plate member having a light reflecting surface, wherein the plate member is the first and second electrodes. The plate-like member is movably mounted on the fulcrum member so as to face the first electrode side with the fulcrum member as a fulcrum by electrostatic force due to a potential difference between the plate-like member and the first and second electrodes. Alternatively, in the optical deflecting device that is inclined and displaced toward the second electrode side,
An optical deflecting device comprising a liquid receiving member facing the plate-like member and holding the liquid member in a space between the plate-like member and the liquid receiving member.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2007237190A JP2009069424A (en) | 2007-09-12 | 2007-09-12 | Optical deflector and optical deflector array, and image projection device |
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Publications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011133530A (en) * | 2009-12-22 | 2011-07-07 | Ricoh Co Ltd | Device and array for deflecting light, image projection display device |
-
2007
- 2007-09-12 JP JP2007237190A patent/JP2009069424A/en active Pending
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