JP4389504B2 - 電気機械装置、電気機械光変調装置、および画像表示装置 - Google Patents
電気機械装置、電気機械光変調装置、および画像表示装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に機械的共振周波数成分を有する機械要素を具備し、電気的駆動信号によって機械的駆動がなされる電気機械素子が設けられて成る電気機械装置、電気機械光変調装置、および画像表示装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザおよび周辺技術の著しい発展により、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子と呼称される、機械的な動作機構と電気回路を統合した微細素子が開発されるようになった。ＭＥＭＳ素子は、例えば半導体のチップないしは基板内に、稼動部分となる機械要素を盛り込む技術による素子であり、中でも、回折格子により構成される所謂ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）による光変調素子（ＧＬＶ素子）は、例えばカラー投影に利用した場合、従来のブラウン管方式に比べて、国際照明委員会（ＣＩＥ）の１９３１色度図の面積比で２倍以上という広い範囲の色表現が可能であるため、注目されている。
【０００３】
このＧＬＶ素子の、例えば張力による復元力を有するマイクロリボンなどの機械要素においては、静電場などにより機械要素の駆動がなされる。
マイクロリボンのような機械要素においては、例えば静電場の印加または遮断の直後に機械的共振周波数をもって振動し、一定の時間を経て振動が減衰する。一般的なＭＥＭＳ素子の機械要素は、寸法が０．１μｍ（ミクロン）〜数１００ｎｍと小さく、それに対して共振周波数は、一般的な機械の共振周波数（＜＜１０ｋＨｚ以下）に比べてはるかに高く、例えば１００ｋＨｚ〜数ＧＨｚに及ぶ。このようにＭＥＭＳ素子は共振周波数が高いことから、その機械的応答速度は、１μ秒（マイクロ秒）前後の実現が可能である。
【０００４】
しかし一方で、上述の機械要素の振動における機械的共振周波数は、静電場の制御に用いられる電気的信号によって共振が助長される周波数でもあるため、この共振の低減もしくは回避が必要となる。
【０００５】
このＭＥＭＳ素子における機械要素の共振について、ＭＥＭＳ素子の一種である光変調素子すなわち電気機械光変調素子としてのＧＬＶ素子を例に説明する。このＧＬＶ素子は、例えば図１６Ａにその概略斜視図を示す素子構成ユニット４４を有する。素子構成ユニット４４は、回折格子を構成する機械要素すなわちマイクロリボン７２が、基板７１の上に、互いに平行配列されて、例えば両端が支持されて成る。これらマイクロリボン７２は、例えば６本を１組とし、これらマイクロリボン７２の配列部下に差し渡って、基板７１上に、共通の対向電極７３が、マイクロリボン７２との間に、所要の間隙を保持するように形成されて成る。
【０００６】
そして、これらのマイクロリボン７２は、素子構成ユニットにおいて１つおきのマイクロリボンが可動マイクロリボンとされ、これら可動マイクロリボン７２と対向電極７３との間に所要の信号電圧を印加することによって静電場を形成し、これらリボン７２の中央部が基板７１に向かって移行するようになされる。
こうして形成される可動マイクロリボンと固定マイクロリボンの相対位置関係によって回折格子が形成され、図１６Ｂに示すように、入射光Ｌｉの存在下で回折光（図においては±１次光±Ｌｒのみを示している）が発生される。
【０００７】
ＧＬＶ素子などのＭＥＭＳ素子は、上述した機械応答速度の速さを利用して例えば光変調素子としての機能をもたせ、画像表示や通信などを行うものである。ＧＬＶ素子は、例えば図１７にその概略図を示すように、素子構成ユニット４４を、複数１次元的に配列した１次元光変調素子とすることができる。この１次元光変調素子により形成される１次元画像を、その１次元方向と直交する方向に走査（スキャニング）することによって、２次元画像が得られるものである。
【０００８】
スキャニングは、例えばガルバノミラーによるスキャナの例えば往復回転によってなされるが、その往復に関してはいくつかの手法が用いられる。
例えば、図１８Ａに示すように、往路においてのみスキャニングを行い、区間Δ（デルタ）ａを復路（戻り時間；フライバック時間）としてスキャニングを繰り返す手法がある。この場合、区間Δ（デルタ）ａの始まりと終わりとが過渡期に相当する。
また、例えば、図１８Ｂに示すように、往路と復路の両方でスキャニングを行い、区間Δ（デルタ）ｂを反転時間として設ける手法がある。この場合、区間Δ（デルタ）ｂが過渡期に相当する。
【０００９】
このようなスキャニングの過渡期において、例えば電気的信号の導入によって、可動マイクロリボンの動作の制御がなされる。
すなわち、ＧＬＶ素子においては、例えばマイクロリボンの変位がなされていない状態では、図１９Ａに示すように入射光は反射されるのみで、回折光が発生することはない。このとき、図１９Ｂに示すように、電圧Ｖは印加されておらず（Ｖ＝０）、電気的駆動信号は与えられていない。
これに対し、図２０Ａに示すように、可動マイクロリボンの変位がなされた状態、すなわち図２０Ｂに示すように電圧Ｖが印加された（Ｖ＝ＶＯＮ）、つまり電気的駆動信号が与えられた状態では、相互のマイクロリボンの位置関係によって回折格子が形成され、入射光Ｌｉの１次回折光±Ｌｒが発生する。
【００１０】
マイクロリボンの変位は電気的駆動信号の有無によって二極的になされるのが理想であるが、電気的駆動信号の入力／停止の直後、例えば図２１Ｂに示すような、電圧変化の生じた直後においては、電気的駆動信号の周波数が電気機械光変調素子の機械要素の機械的共振周波数成分に近い場合、可動マイクロリボンが変位する際の、静電場によって与えられる力とマイクロリボン自体が有する復元力とによって発生する共振が、導入された電気的駆動信号によって助長されてしまう（図２１Ａ）。
そして、この共振は、一定の時間を経て減衰し、信号入力直後においては図２２Ａに示すように、また、信号停止直後においては図２２Ｂに示すように、一定の時間を経て減衰し、その後、リボンは本来目的とする光変調状態もしくは非光変調状態に至るものである。
【００１１】
繊細な濃淡表現が可能であるＧＬＶ素子においては、このような共振は直接に光変調に影響し、例えば図２３に示すような、スキャニングにおける時間的位置、すなわち表示画像における空間的位置による光変調むらの発生など、画質の低下を招くことになる。
すなわち、電気機械光変調素子においては、上述したように機械応答速度の速さを利用して光変調素子としての機能がなされるものであるが、スキャニングにおいては、表示される画像の１ピクセルあたりの通過時間が定められており、この時間よりも十分早く上述の振動が減衰しない場合には、隣接ピクセルに対するクロストークが発生し、これが画像全体の解像度の低下や残像の発生の原因となる。
【００１２】
このクロストークの発生特性に関して説明する。マイクロリボンの過渡特性による回折光強度の時間変化すなわち１ピクセルあたりのスキャニング時間に対する隣接ピクセルにおける平均光強度の変化は、[数１]により表される。
【００１３】
【数１】
ここで、[数１]において、ｓｔｒは初期リボン位置、ｔｒｍは最終リボン位置、ＲｅｓＦはリボン共振周波数、Ｔａｕはリボンの機械減衰係数、λ（ラムダ）は光源波長、ｔは時間である。
よって隣接ピクセルへの影響であるクロストークは立ち上がり（あるいは立下り）直後のピクセル１区間の通過時間内で上記式を平均化した値となり、その結果は図２４の概略図に示すようになる。
図２４に示した曲線８１と８２とは、ひとつの素子構成ユニットにおける、電気的駆動信号入力が開始されると同時に隣接する素子構成ユニットへの電気的駆動信号入力の停止がなされた場合と、ひとつの素子構成ユニットにおける、電気的駆動信号入力が停止されると同時に隣接する素子構成ユニットへの電気的駆動信号入力の開始がなされた場合とにおける、単位ピクセル通過時間ごとの平均光強度を示す曲線である。
この図に示されたように、１ピクセルあたりのスキャニング時間が少ない場合には、リンギングによる隣接ピクセル干渉は特に顕著となる。
【００１４】
この電気機械光変調素子における機械要素の振動を抑制する方法としては、例えばマイクロリボン周囲の雰囲気に粘性の高いものを用いる、或いはＭＥＭＳ素子の共振周波数を駆動信号の周波数帯域より十分高くなるよう製造する、などの方法が考えられるが、雰囲気の粘性を高くした場合にはＭＥＭＳ素子の駆動信頼性の低下が、共振周波数が高くなるよう製造した場合には駆動電圧の上昇や機械要素の可動範囲の制限が、それぞれ発生してしまう。
【００１５】
この問題に対し、振動発生後に逆位相のパルス波を導入することで、この振動を低減するという方法の提案がなされた（例えば特許文献１参照）。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００１−１７４７２０号、請求項１、および段落番号［００１４］。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、素子構成ユニットの数の増大化を図る場合、必然的に単位時間あたりのマイクロリボン動作回数を増やすことが求められるが、上述した共振を回避しない限り、動作回数の増加による画質向上と共振による画質低下が共存することとなり、実質的な画質向上は、制限を免れない。
また、ＧＬＶ素子に限らず、ＭＥＭＳ素子は一般に微細な構造を有するため、構造内部で生じた不具合に対して、内部にそれを解決する機能を持たせることは難しく、また適切でない。
そして、電気機械光変調素子は上述のように素子構成ユニットが１次元的に配列される構成をとり得るものであるが、例えば通常のテレビ画像であれば素子構成ユニットは５００個以上必要であり、またＨＤＴＶ（Ｈｉｇｈ Ｄｉｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）においては１０００個以上配列されることが求められる。また、電気機械光変調素子は半導体製造における微細製造技術を用いて製作されるのが一般的であるため、素子構成ユニットに対して、共振に対する解決手段を別途設けることは現実的でない。
【００１８】
本発明は、電気機械装置、電気機械光変調装置および画像表示装置におけるＭＥＭＳ素子すなわち電気機械素子に係わる諸問題の解決を図るものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明による電気機械装置は、電気的駆動信号によって駆動される電気機械装置であって、機械的共振周波数成分を有する機械要素を具備する電気機械素子と、該電気機械素子を駆動する駆動信号の信号源と、この信号源からの駆動信号から上記共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段、すなわち例えばＲＣ（抵抗容量）回路による高周波遮断回路とを有する。
【００２０】
また、本発明による電気機械装置においては、上述の機械要素の少なくとも一部が電気的駆動信号によって駆動変位され得る。
そして、本発明による電気機械装置においては、機械要素の駆動は、電気的駆動信号による静電駆動によってなされ得る。
また、本発明による電気機械装置においては、電気機械素子と、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とが、一体として形成され得る。
そして、本発明による電気機械装置においては、上述の共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段は、高周波遮断回路より構成され得る。
【００２１】
本発明による電気機械光変調装置は、電気的駆動信号によって駆動される電気機械光変調装置であって、機械的共振周波数成分を有する機械要素を回折格子とする光変調素子を構成する電気機械光変調素子と、この電気機械光変調素子を駆動する駆動信号の信号源と、この信号源からの駆動信号から上述の共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とを有する。
【００２２】
また、本発明による電気機械光変調装置においては、上述の機械要素は、その少なくとも一部の要素が電気的駆動信号によって駆動変位されるものであり、機械要素の変位によって、入射光の変調がなされるものである。
また、本発明による電気機械光変調装置においては、機械要素の駆動は、上述の電気的駆動信号による静電駆動によってなされ得る。
そして、本発明による電気機械光変調装置においては、電気機械光変調素子と、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とが、一体として形成され得る。
そして、本発明による電気機械光変調装置においては、上述の共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段は、高周波遮断回路より構成され得る。
【００２３】
本発明による画像表示装置は、電気的駆動信号によって駆動される電気機械光変調装置から成る。
また、本発明による画像表示装置においては、機械的共振周波数成分を有する機械要素を具備する電気機械素子と、この電気機械素子を駆動する電気的駆動信号の信号源と、その共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とを有する。
そして、本発明による画像表示装置においては、上述の機械要素の変位によって、入射光の変調がなされる光変調機構を有する。
【００２４】
本発明による電気機械装置、電気機械光変調装置、および画像表示装置においては、信号源からの電気的駆動信号から機械素子の共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段を設けて、機械要素を駆動する電気的信号が機械要素に到達する前に、この機械要素の共振周波数成分に相当する信号を遮断ないし減少させるものであるから、電気機械素子の共振を回避ないしは低減でき、この共振発生による素子の動特性の低下が改善される。
すなわち、この手段は、例えばＲＣ回路による高周波遮断回路によって構成するが、この回路の遮断周波数は、（抵抗値×容量／２π）で与えられることから、ＲおよびＣの設定によって、遮断周波数が機械要素の共振周波数よりも低いように設定することにより、上述の共振周波数成分の遮断ないし減少がなされる。
【００２５】
本発明における電気機械素子および電気機械光変調素子においては、駆動に要する電力は通常極めて小さく（＜＜ｎＷ）、これに対して共振周波数は上述のように高いため、例えばＲＣ回路による高周波遮断回路を構成する抵抗およびコンデンサは、充分現実的に製造可能な抵抗およびコンデンサとすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明による電気機械装置の実施の形態例として、電気機械光変調装置を示して説明するが、本発明は、この実施の形態例に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００２７】
本発明による電気機械装置すなわち電気機械光変調装置１の実施の形態例を、図１の概略構成図を参照して説明する。
この電気機械光変調装置１は、例えば機械的共振周波数成分を有する機械要素５例えばマイクロリボンから成る光変調素子を構成する電気機械光変調素子２例えばＧＬＶ素子と、この電気機械光変調素子を駆動する電気的駆動信号の信号源３と、この信号源３からの電気的駆動信号から上述の共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段例えばＲＣ回路による高周波遮断回路４とを有する。
ここで、電気機械光変調素子は、上述したように、例えば図１６Ａにその概略斜視図を示す複数の機械要素例えばマイクロリボン７２が、基板７１の上に、互いに平行配列されて、例えば両端が支持されて成る。これらマイクロリボン７２は、例えば６本を１組とし、これらマイクロリボン７２の配列部下に差し渡って、基板７１上に、共通の対向電極７３が、マイクロリボン７２との間に、所要の間隙を保持するように形成されて成る。
そして、これらのマイクロリボン７２は、素子構成ユニットにおいて１つおきのマイクロリボンが可動マイクロリボンとされ、これら可動マイクロリボン７２と対向電極７３との間に所要の電圧を印加することによって、これらリボン７２の中央部が基板７１に向かって移行するようになされる。
こうして形成される可動マイクロリボンと固定マイクロリボンの相対位置関係によって回折格子として機能し、図１６Ｂに示すように、入射光の存在下で回折光の発生をなし得るものである。
信号源３からの駆動信号によって、電気機械光変調素子２が光変調を行うための機械要素例えばマイクロリボン５の駆動、すなわち変位がなされ、回折格子が形成されることから、電気機械光変調素子２が光変調素子として機能し得るものである。
上述したように、高周波遮断回路４において、信号源３からの駆動信号のうち、機械要素例えばマイクロリボン５の共振周波数に相当する成分が遮断ないし減少されることによって、機械要素例えばマイクロリボン５に対し、この共振周波数成分が与えられないことから、共振が低減もしくは回避される。
【００２８】
次に、本発明による電気機械光変調装置における、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段による、上述した機械要素の共振の低減もしくは回避について、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。
【００２９】
図２Ａにおいて、曲線６および曲線７は、それぞれ本発明による光変調装置と、従来技術による光変調装置とにおける、上述した駆動信号の入力が開始される前後の光変調の様子を示している。
本発明による光変調装置においては、駆動信号の入力開始の後、従来技術においてみられたような光変調状態／非光変調状態間の繰り返し変動すなわち共振はみられず、スムーズに光変調状態へと移行している。更に、その結果として、従来技術に比べて、光変調状態への移行時間も短縮されている。
【００３０】
次に、図２Ｂにおいて、曲線８および曲線９は、それぞれ本発明による光変調装置と、従来技術による光変調装置とにおける、上述した駆動信号の入力が停止される前後の光変調の様子を示している。
本発明による光変調装置においては、駆動信号の入力停止の後、従来技術においてみられたような光変調状態／非光変調状態間の繰り返し変動すなわち共振はみられず、スムーズに非光変調状態へと移行している。更に、その結果として、従来技術に比べて、非光変調状態への移行時間も短縮されている。
【００３１】
次に、本発明による電気機械光変調装置の第１の実施の形態例を、図３を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
この実施の形態においては、電気機械光変調装置１が、電気機械素子例えば電気機械光変調素子２と、機械要素を駆動する電気的駆動信号の信号源３と、高周波遮断回路４とを有して成る。高周波遮断回路４は、抵抗１０と、電気機械光変調素子が形成された基板例えば半導体Ｓｉ基板に形成された容量１４とより構成される。
この例において、容量１４は、電気機械光変調素子に電気的駆動信号を供給する信号源３と、この電気的駆動信号が供給される電気機械光変調素子の回折格子の構成要素すなわち機械要素との結線の上面または下面のいずれか少なくとも一方に対向して導電体１１を形成し、この導電体１１と結線との間に形成される分布容量によって容量１４を構成した場合である。
そして、この抵抗１０と、導電体１１による容量１４とによる高周波遮断回路４は、これによる遮断周波数がＧＬＶ素子の回折格子の構成要素すなわち機械要素の共振周波数を下回るように形成される。
信号源３からの、電気機械光変調素子２内の機械要素を駆動する駆動信号の、電気機械素子２の機械要素の共振周波数に相当する成分は、例えば抵抗１０と導電体１１とによって構成される高周波遮断回路によって遮断ないし減少をなされる。
【００３２】
次に、本発明による電気機械光変調装置の第２の実施の形態例を、図４を参照して説明する。
〔第２の実施の形態〕
この実施の形態においては、電気機械光変調装置１が、電気機械素子例えば電気機械光変調素子２と、電気機械光変調素子を駆動する電気的駆動信号の信号源３と、高周波遮断回路４とを有して成る。この高周波遮断回路４は、例えば電気機械光変調素子と一体に形成した抵抗１０と容量１４とより構成される。
この例において、容量１４は、電気機械光変調素子２に電気的駆動信号を供給する信号源３と、この電気的駆動信号が供給されるＧＬＶの回折格子の構成要素すなわち機械要素との結線の上面または下面のいずれか少なくとも一方に対向して導電体１１を形成し、この導電体１１と結線との間に形成される分布容量によって構成した場合である。すなわち、この実施の形態においては、抵抗と容量の分散回路が形成されるものである。
そして、この抵抗１０と導電体１１とによる高周波遮断回路４は、これによる遮断周波数がＧＬＶの回折格子の構成要素すなわち機械要素の共振周波数を下回るように形成される。
信号源３からの、電気機械光変調素子２内の機械要素を駆動する駆動信号の、電気機械光変調素子２の機械要素の共振周波数に相当する成分は、例えば抵抗１０と導電体１１とによって構成される高周波遮断回路によって遮断ないし減少をなされる。
そして、この例においては、高周波遮断回路４が、直列的に複数配置される抵抗と導電体とによって構成されるため、電気機械素子２内の機械要素の共振周波数に相当する成分の遮断ないし減少が、より正確かつ厳密な制御を以ってなされ得る。
【００３３】
次に、本発明による電気機械光変調装置の第３の実施の形態例を、図５を参照して説明する。
〔第３の実施の形態〕
この実施の形態においては、電気機械光変調装置１が、電気機械素子例えば電気機械光変調素子２と、電気機械光変調素子を駆動する電気的駆動信号の信号源３と、高周波遮断回路４と、増幅器１３とを有して成る。高周波遮断回路４は、例えば抵抗と容量とより構成される。これらが、例えば増幅器１３が形成される半導体集積回路に組み込まれて形成される。
そして、この場合においては、高周波遮断回路４は、これによる遮断周波数がＧＬＶの回折格子の構成要素すなわち機械要素の共振周波数を下回るように形成される。
信号源３からの、電気機械光変調素子２内の機械要素を駆動する駆動信号の、電気機械光変調素子２の機械要素の共振周波数に相当する成分は、例えば高周波遮断回路によって、遮断ないし減少をなされる。
この場合、信号源３からの、共振周波数成分の遮断ないし減少をなされた駆動信号は、増幅器１３によって、電気機械光変調素子２の機械要素の共振周波数に相当しない成分を増幅をなされて、電気機械光変調素子２に供給される。
すなわち、この例では、必要かつ十分な駆動信号の伝達が、上述の機械要素に対する駆動信号の到達を妨げない形でなされる。
【００３４】
以上の実施の形態例において示したように、本発明による電気機械装置、電気機械光変調装置、および画像表示装置においては、上述の機械要素の共振周波数に相当する成分が単に遮断ないし減少をなされるだけでなく、必要に応じて、機械要素に到達する駆動信号を増幅するなど、使用態様を望ましい種々の構成とし得るものである。
また、電気機械光変調素子を構成する機械要素は、このようなマイクロリボンによるものに限られるものではなく、例えば所謂ブレーズによって回折格子を形成する方式のものなどとすることもできる。
【００３５】
次に、本発明による電気機械装置としての電気機械光変調装置の一例の具体的構造を、その理解を容易にするために、その製造方法の一例と共に説明する。この例においては、電気機械素子と、共振周波数成分を遮断ないし減少させる高周波遮断回路４とを、同一基板上に形成した場合であり、その製造プロセスを、図６〜図１４を参照して説明する。
【００３６】
図６は、目的とする電気機械光変調装置の一例の一製造過程における要部の上面図を示す。図７Ａ〜Ｃは、この図６で示す過程に至る工程の、図６におけるａ−ａ´線上の断面図を示す。
この例においては、まずＳｉ基板２１上に、この基板２１の表面酸化によるＳｉＯ２によって第１の絶縁層２２を形成する（図７Ａ）。次に、この第１の絶縁層２２上に、全面的に例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって多結晶Ｓｉ層２３を形成する（図７Ｂ）。次に、この多結晶Ｓｉ層２３をパターンエッチングして、例えば最終的に回折格子の構成要素を形成する領域下の対向電極２３ｓと、最終的に抵抗とそのコンタクト部を構成する抵抗層２３ｒを残して他部を除去する。その後、表面熱酸化して、これらの表面に例えばＳｉＯ２より成る第２の絶縁層２５を形成する。
尚、図７Ｃにおいては、最終的に容量が形成される領域を容量部とし、その両側に抵抗と機械要素例えばマイクロリボンが形成される領域を、それぞれ抵抗部とリボン部として模式的に示した。
【００３７】
次に、図８Ａ〜Ｃで示す工程が採られる。
この工程では、上述の工程で形成されたリボン部側の第２の絶縁層２５上に、多結晶Ｓｉ層３１を多結晶Ｓｉ層２３におけると同様に例えばＣＶＤおよびパターンエッチングによって形成する（図８Ａ）。この場合、目的とするリボン（回折格子の構成要素）の固定端に透孔が形成される。
そして、例えばスパッタにより第３の絶縁層３２を全面的に形成する。この抵抗部側の多結晶Ｓｉ層２３ｒの上部の第２の絶縁層２５および第３の絶縁層３２をエッチングによって除去する（図８Ｂ）。
その後、全面的に例えばスパッタによってＡｌ層３３を全面的に形成する（図８Ｃ）。
【００３８】
次に、図９に上面図を示すように、Ａｌ層３３をパターンエッチングして、最終的に複数のリボンを形成するリボン形成領域３３ａと、これより延長してリボンの端子導出部３３ｃと、容量形成の下層電極部３３ｂと、抵抗形成部３３ｅとを残して他部を除去する。
【００３９】
図１０Ａは、図９のｂ−ｂ´線の断面図で、上述の工程により、Ｓｉ基板２１上に、第１の絶縁層２２と、多結晶Ｓｉ層２３ｓと、第２の絶縁層２５と、多結晶Ｓｉ層３１と、第３の絶縁層３２と、リボン形成領域３３ａとが積層された状態が示されている。
そして、例えば、上面からのドライエッチングにより、最終的に得るリボンを区分する溝を形成し、多結晶Ｓｉ層３１の一部が表面に露出した状態とすると共に、リボンを形成する領域３３ａと第３の絶縁層３２とをカットして、各々独立した、それぞれ絶縁層３２によって裏打ちされたリボン成型領域３３ｄによって構成されたマイクロリボン（機械要素）７２が形成される（図１０Ｂ）。ここで、溝は多結晶Ｓｉ層３１に達していればよく、必ずしも３１を掘削していなくともよい。
その後、例えばドライエッチングにより、多結晶Ｓｉ層３１の除去がなされる（図１０Ｃ）。これにより、電気機械光変調装置１において、各マイクロリボン７２の、例えば静電駆動による垂直方向への移行保持が可能となる。
この工程により形成される要部の概略上面図を、図１１に示す。
【００４０】
図１２Ａは、続く工程における断面図を示す。図１３は、この図１２Ａで示す工程より形成される、要部の概略上面図である。
この例においては、上述の製造工程で形成したＡｌ層３３の容量部に、例えばＣＶＤによる酸化シリコンなどの容量形成用絶縁膜３４が形成される。
【００４１】
図１２Ｂは、上述の製造工程に続く工程における断面図を示す。図１４は、この図１２Ｂで示す工程により形成される、要部の概略上面図である。
この工程においては、容量形成用絶縁膜３４の上面に、Ａｌ層３３のうち容量部に位置する下層電極３３ｄの対向電極３５と、固定マイクロリボンの固定電位を与える電極３６とを、それぞれ例えばスパッタ等により形成する。
このようにして、絶縁膜３４を挟んで対向する下層電極３３ｂと対向電極３５との間に、容量１４が形成され、一方、多結晶Ｓｉ層３３ｒによって抵抗１１が形成され、高周波遮断回路４が形成される。
なお、図１４に示したように、可動マイクロリボンと固定マイクロリボンおよびそれぞれのリボン端子導出部３３ｃは、マイクロリボン７２からみて交互に配するのが、装置の空間的構成上望ましい。
【００４２】
本発明による電気機械装置および電気機械光変調装置においては、例えば上述したような製造工程によって、電気機械素子と、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とが一体とされた構造が形成され得る。
【００４３】
次に、本発明による画像表示装置の実施の形態例を、図１５を参照して説明する。
この例においては、画像表示装置５１は、例えば３箇所の光源部６１ａ、６１ｂ、６１ｃと、これら光源部からの光を変調する機能を有する、本発明による電気機械光変調装置１と、変調された光を反射／合成するダイクロイックミラー６３および６４と、合成された光を投影光として導入する投影レンズ６５と、投影光の例えば水平方向へのスキャニングを行うスキャナ６６と、スキャニングされた投影光が像を形成するスクリーン６７とを有する。また、この例においては、ミラー６８および集光レンズ６９が併設されて成る。
【００４４】
本発明による画像表示装置においては、電気機械光変調装置１内の電気機械光変調素子２において、機械要素の共振が回避ないし低減を図られることから、良好な応答性による適切な光変調がなされ、スキャナ６６によるスキャニングで生成する、スクリーン６７上の投影像の画質劣化の回避が図られるものである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明による電気機械装置および電気機械光変調装置においては、信号源からの電気的駆動信号の、各装置内の素子を構成する機械要素の共振周波数成分が遮断ないしは減少をなされるため、機械要素の共振の回避ないしは低減が図られる。
したがって、本発明による画像表示装置においては、動作回数の増加による画質向上と共振による画質低下との共存が回避されることから、実質的な画質向上に対する制限の緩和が図られる。
【００４６】
更に、本発明による電気機械装置、電気機械光変調装置および画像表示装置においては、電気機械素子と、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とが、例えば同一基板上に一体として形成されることから、製造工程の簡略化や断線の回避による歩留まりの向上が図られるなど、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気機械装置の代表例としての電気機械光変調装置の、一例の概略模式図である。
【図２】本発明による電気機械光変調装置の一例における、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段による、機械要素の共振抑制に関する測定結果の概略図である。
【図３】本発明による電気機械光変調装置の、一例の概略構成図である。
【図４】本発明による電気機械光変調装置の、別の一例の概略構成図である。
【図５】本発明による電気機械光変調装置の、別の一例の概略構成図である。
【図６】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の、一製造工程における概略上面図である。
【図７】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の一製造工程における、一部の概略断面図である。
【図８】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の一製造工程における、一部の概略断面図である。
【図９】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の、一製造工程における概略上面図である。
【図１０】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の一製造工程における、一部の概略断面図である。
【図１１】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の、一製造工程における概略上面図である。
【図１２】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の一製造工程における、一部の概略断面図である。
【図１３】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の、一製造工程における概略上面図である。
【図１４】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の、一製造工程における概略上面図である。
【図１５】本発明による、電気機械光変調装置から成る画像表示装置の一例の概略構成図である。
【図１６】電気機械素子内の素子構成ユニットの概略斜視図、および素子構成ユニットにおける、マイクロリボンの変位と回折光発生との関係を示す概略図である。
【図１７】本発明による電気機械装置および電気機械光変調装置を構成する、各素子内の素子構成ユニットの配列構成例を示した概略図である。
【図１８】本発明による電気機械光変調装置を用いた画像表示における、スキャニングの例を示した概略図である。
【図１９】本発明による電気機械光変調装置における、駆動信号の入力がなされていない状態でのマイクロリボンの相対位置および電圧印加の状態を示す概略図である。
【図２０】本発明による電気機械光変調装置における、駆動信号の入力がなされている状態でのマイクロリボンの相対位置および電圧印加の状態を示す概略図である。
【図２１】本発明による電気機械光変調装置における、駆動信号の入力がなされる前後でのマイクロリボンの相対位置および電圧印加の状態を示す概略図である。
【図２２】機械要素の一例すなわちマイクロリボンの、駆動信号の入力および停止がなされた直後の、ＧＬＶを構成する各リボンの共振状態の一例を示す概略図である。
【図２３】機械要素の一例すなわちマイクロリボンの共振による、投影像の画質に対してスキャニングにより発生する影響の一例を示す概略図である。
【図２４】本発明による電気機械光変調装置を有する画像表示装置における、クロストークによる隣接ピクセル干渉とスキャニングの速度との関係を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・電気機械光変調装置、２・・・電気機械素子、３・・・信号源、４・・・高周波遮断回路、５・・・機械要素、６・・・本発明における電気機械素子への信号入力開始前後の回折光強度波形、７・・・従来技術における電気機械素子への信号入力開始前後の回折光強度波形、８・・・本発明における電気機械素子への信号入力停止前後の回折光強度波形、９・・・従来技術における電気機械素子への信号入力停止前後の回折光強度波形、１０・・・抵抗、１１・・・導電体、１２・・・基板、１３・・・増幅器、１４・・・容量、２１・・・Ｓｉ基板、２２・・・第１の絶縁層、２３・・・多結晶Ｓｉ層、２３ｒ・・多結晶Ｓｉ（抵抗部側）、２３ｓ・・・多結晶Ｓｉ（リボン部側）、２５・・・第２の絶縁層、３１・・・多結晶Ｓｉ層、３２・・・第３の絶縁層、３３・・・Ａｌ層、３３ａ・・・リボン形成領域、３３ｂ・・・下層電極、３３ｃ・・・リボン端子導出部、３３ｄ・・・リボン成型領域、３３ｅ・・・抵抗形成部、３４・・・容量形成用絶縁膜、３５・・・対向電極、３６・・・電極、４４・・・素子構成ユニット、４５・・・素子構成ユニット配列例、５１・・・画像表示装置、６１ａ・・・光源部、６１ｂ・・・光源部、６１ｃ・・・光源部、６３・・・ダイクロイックミラー、６４・・・ダイクロイックミラー、６５・・・投影レンズ、６６・・・スキャナ、６７・・・スクリーン、６８・・・ミラー、６９・・・集光レンズ、７１・・・基板、７２・・・機械要素（マイクロリボン）、７３・・・対向電極、８１・・・曲線、８２・・・曲線
【発明の属する技術分野】
本発明は、特に機械的共振周波数成分を有する機械要素を具備し、電気的駆動信号によって機械的駆動がなされる電気機械素子が設けられて成る電気機械装置、電気機械光変調装置、および画像表示装置に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザおよび周辺技術の著しい発展により、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）素子と呼称される、機械的な動作機構と電気回路を統合した微細素子が開発されるようになった。ＭＥＭＳ素子は、例えば半導体のチップないしは基板内に、稼動部分となる機械要素を盛り込む技術による素子であり、中でも、回折格子により構成される所謂ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）による光変調素子（ＧＬＶ素子）は、例えばカラー投影に利用した場合、従来のブラウン管方式に比べて、国際照明委員会（ＣＩＥ）の１９３１色度図の面積比で２倍以上という広い範囲の色表現が可能であるため、注目されている。
【０００３】
このＧＬＶ素子の、例えば張力による復元力を有するマイクロリボンなどの機械要素においては、静電場などにより機械要素の駆動がなされる。
マイクロリボンのような機械要素においては、例えば静電場の印加または遮断の直後に機械的共振周波数をもって振動し、一定の時間を経て振動が減衰する。一般的なＭＥＭＳ素子の機械要素は、寸法が０．１μｍ（ミクロン）〜数１００ｎｍと小さく、それに対して共振周波数は、一般的な機械の共振周波数（＜＜１０ｋＨｚ以下）に比べてはるかに高く、例えば１００ｋＨｚ〜数ＧＨｚに及ぶ。このようにＭＥＭＳ素子は共振周波数が高いことから、その機械的応答速度は、１μ秒（マイクロ秒）前後の実現が可能である。
【０００４】
しかし一方で、上述の機械要素の振動における機械的共振周波数は、静電場の制御に用いられる電気的信号によって共振が助長される周波数でもあるため、この共振の低減もしくは回避が必要となる。
【０００５】
このＭＥＭＳ素子における機械要素の共振について、ＭＥＭＳ素子の一種である光変調素子すなわち電気機械光変調素子としてのＧＬＶ素子を例に説明する。このＧＬＶ素子は、例えば図１６Ａにその概略斜視図を示す素子構成ユニット４４を有する。素子構成ユニット４４は、回折格子を構成する機械要素すなわちマイクロリボン７２が、基板７１の上に、互いに平行配列されて、例えば両端が支持されて成る。これらマイクロリボン７２は、例えば６本を１組とし、これらマイクロリボン７２の配列部下に差し渡って、基板７１上に、共通の対向電極７３が、マイクロリボン７２との間に、所要の間隙を保持するように形成されて成る。
【０００６】
そして、これらのマイクロリボン７２は、素子構成ユニットにおいて１つおきのマイクロリボンが可動マイクロリボンとされ、これら可動マイクロリボン７２と対向電極７３との間に所要の信号電圧を印加することによって静電場を形成し、これらリボン７２の中央部が基板７１に向かって移行するようになされる。
こうして形成される可動マイクロリボンと固定マイクロリボンの相対位置関係によって回折格子が形成され、図１６Ｂに示すように、入射光Ｌｉの存在下で回折光（図においては±１次光±Ｌｒのみを示している）が発生される。
【０００７】
ＧＬＶ素子などのＭＥＭＳ素子は、上述した機械応答速度の速さを利用して例えば光変調素子としての機能をもたせ、画像表示や通信などを行うものである。ＧＬＶ素子は、例えば図１７にその概略図を示すように、素子構成ユニット４４を、複数１次元的に配列した１次元光変調素子とすることができる。この１次元光変調素子により形成される１次元画像を、その１次元方向と直交する方向に走査（スキャニング）することによって、２次元画像が得られるものである。
【０００８】
スキャニングは、例えばガルバノミラーによるスキャナの例えば往復回転によってなされるが、その往復に関してはいくつかの手法が用いられる。
例えば、図１８Ａに示すように、往路においてのみスキャニングを行い、区間Δ（デルタ）ａを復路（戻り時間；フライバック時間）としてスキャニングを繰り返す手法がある。この場合、区間Δ（デルタ）ａの始まりと終わりとが過渡期に相当する。
また、例えば、図１８Ｂに示すように、往路と復路の両方でスキャニングを行い、区間Δ（デルタ）ｂを反転時間として設ける手法がある。この場合、区間Δ（デルタ）ｂが過渡期に相当する。
【０００９】
このようなスキャニングの過渡期において、例えば電気的信号の導入によって、可動マイクロリボンの動作の制御がなされる。
すなわち、ＧＬＶ素子においては、例えばマイクロリボンの変位がなされていない状態では、図１９Ａに示すように入射光は反射されるのみで、回折光が発生することはない。このとき、図１９Ｂに示すように、電圧Ｖは印加されておらず（Ｖ＝０）、電気的駆動信号は与えられていない。
これに対し、図２０Ａに示すように、可動マイクロリボンの変位がなされた状態、すなわち図２０Ｂに示すように電圧Ｖが印加された（Ｖ＝ＶＯＮ）、つまり電気的駆動信号が与えられた状態では、相互のマイクロリボンの位置関係によって回折格子が形成され、入射光Ｌｉの１次回折光±Ｌｒが発生する。
【００１０】
マイクロリボンの変位は電気的駆動信号の有無によって二極的になされるのが理想であるが、電気的駆動信号の入力／停止の直後、例えば図２１Ｂに示すような、電圧変化の生じた直後においては、電気的駆動信号の周波数が電気機械光変調素子の機械要素の機械的共振周波数成分に近い場合、可動マイクロリボンが変位する際の、静電場によって与えられる力とマイクロリボン自体が有する復元力とによって発生する共振が、導入された電気的駆動信号によって助長されてしまう（図２１Ａ）。
そして、この共振は、一定の時間を経て減衰し、信号入力直後においては図２２Ａに示すように、また、信号停止直後においては図２２Ｂに示すように、一定の時間を経て減衰し、その後、リボンは本来目的とする光変調状態もしくは非光変調状態に至るものである。
【００１１】
繊細な濃淡表現が可能であるＧＬＶ素子においては、このような共振は直接に光変調に影響し、例えば図２３に示すような、スキャニングにおける時間的位置、すなわち表示画像における空間的位置による光変調むらの発生など、画質の低下を招くことになる。
すなわち、電気機械光変調素子においては、上述したように機械応答速度の速さを利用して光変調素子としての機能がなされるものであるが、スキャニングにおいては、表示される画像の１ピクセルあたりの通過時間が定められており、この時間よりも十分早く上述の振動が減衰しない場合には、隣接ピクセルに対するクロストークが発生し、これが画像全体の解像度の低下や残像の発生の原因となる。
【００１２】
このクロストークの発生特性に関して説明する。マイクロリボンの過渡特性による回折光強度の時間変化すなわち１ピクセルあたりのスキャニング時間に対する隣接ピクセルにおける平均光強度の変化は、[数１]により表される。
【００１３】
【数１】
よって隣接ピクセルへの影響であるクロストークは立ち上がり（あるいは立下り）直後のピクセル１区間の通過時間内で上記式を平均化した値となり、その結果は図２４の概略図に示すようになる。
図２４に示した曲線８１と８２とは、ひとつの素子構成ユニットにおける、電気的駆動信号入力が開始されると同時に隣接する素子構成ユニットへの電気的駆動信号入力の停止がなされた場合と、ひとつの素子構成ユニットにおける、電気的駆動信号入力が停止されると同時に隣接する素子構成ユニットへの電気的駆動信号入力の開始がなされた場合とにおける、単位ピクセル通過時間ごとの平均光強度を示す曲線である。
この図に示されたように、１ピクセルあたりのスキャニング時間が少ない場合には、リンギングによる隣接ピクセル干渉は特に顕著となる。
【００１４】
この電気機械光変調素子における機械要素の振動を抑制する方法としては、例えばマイクロリボン周囲の雰囲気に粘性の高いものを用いる、或いはＭＥＭＳ素子の共振周波数を駆動信号の周波数帯域より十分高くなるよう製造する、などの方法が考えられるが、雰囲気の粘性を高くした場合にはＭＥＭＳ素子の駆動信頼性の低下が、共振周波数が高くなるよう製造した場合には駆動電圧の上昇や機械要素の可動範囲の制限が、それぞれ発生してしまう。
【００１５】
この問題に対し、振動発生後に逆位相のパルス波を導入することで、この振動を低減するという方法の提案がなされた（例えば特許文献１参照）。
【００１６】
【特許文献１】
特開２００１−１７４７２０号、請求項１、および段落番号［００１４］。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、素子構成ユニットの数の増大化を図る場合、必然的に単位時間あたりのマイクロリボン動作回数を増やすことが求められるが、上述した共振を回避しない限り、動作回数の増加による画質向上と共振による画質低下が共存することとなり、実質的な画質向上は、制限を免れない。
また、ＧＬＶ素子に限らず、ＭＥＭＳ素子は一般に微細な構造を有するため、構造内部で生じた不具合に対して、内部にそれを解決する機能を持たせることは難しく、また適切でない。
そして、電気機械光変調素子は上述のように素子構成ユニットが１次元的に配列される構成をとり得るものであるが、例えば通常のテレビ画像であれば素子構成ユニットは５００個以上必要であり、またＨＤＴＶ（Ｈｉｇｈ Ｄｉｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）においては１０００個以上配列されることが求められる。また、電気機械光変調素子は半導体製造における微細製造技術を用いて製作されるのが一般的であるため、素子構成ユニットに対して、共振に対する解決手段を別途設けることは現実的でない。
【００１８】
本発明は、電気機械装置、電気機械光変調装置および画像表示装置におけるＭＥＭＳ素子すなわち電気機械素子に係わる諸問題の解決を図るものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明による電気機械装置は、電気的駆動信号によって駆動される電気機械装置であって、機械的共振周波数成分を有する機械要素を具備する電気機械素子と、該電気機械素子を駆動する駆動信号の信号源と、この信号源からの駆動信号から上記共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段、すなわち例えばＲＣ（抵抗容量）回路による高周波遮断回路とを有する。
【００２０】
また、本発明による電気機械装置においては、上述の機械要素の少なくとも一部が電気的駆動信号によって駆動変位され得る。
そして、本発明による電気機械装置においては、機械要素の駆動は、電気的駆動信号による静電駆動によってなされ得る。
また、本発明による電気機械装置においては、電気機械素子と、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とが、一体として形成され得る。
そして、本発明による電気機械装置においては、上述の共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段は、高周波遮断回路より構成され得る。
【００２１】
本発明による電気機械光変調装置は、電気的駆動信号によって駆動される電気機械光変調装置であって、機械的共振周波数成分を有する機械要素を回折格子とする光変調素子を構成する電気機械光変調素子と、この電気機械光変調素子を駆動する駆動信号の信号源と、この信号源からの駆動信号から上述の共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とを有する。
【００２２】
また、本発明による電気機械光変調装置においては、上述の機械要素は、その少なくとも一部の要素が電気的駆動信号によって駆動変位されるものであり、機械要素の変位によって、入射光の変調がなされるものである。
また、本発明による電気機械光変調装置においては、機械要素の駆動は、上述の電気的駆動信号による静電駆動によってなされ得る。
そして、本発明による電気機械光変調装置においては、電気機械光変調素子と、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とが、一体として形成され得る。
そして、本発明による電気機械光変調装置においては、上述の共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段は、高周波遮断回路より構成され得る。
【００２３】
本発明による画像表示装置は、電気的駆動信号によって駆動される電気機械光変調装置から成る。
また、本発明による画像表示装置においては、機械的共振周波数成分を有する機械要素を具備する電気機械素子と、この電気機械素子を駆動する電気的駆動信号の信号源と、その共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とを有する。
そして、本発明による画像表示装置においては、上述の機械要素の変位によって、入射光の変調がなされる光変調機構を有する。
【００２４】
本発明による電気機械装置、電気機械光変調装置、および画像表示装置においては、信号源からの電気的駆動信号から機械素子の共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段を設けて、機械要素を駆動する電気的信号が機械要素に到達する前に、この機械要素の共振周波数成分に相当する信号を遮断ないし減少させるものであるから、電気機械素子の共振を回避ないしは低減でき、この共振発生による素子の動特性の低下が改善される。
すなわち、この手段は、例えばＲＣ回路による高周波遮断回路によって構成するが、この回路の遮断周波数は、（抵抗値×容量／２π）で与えられることから、ＲおよびＣの設定によって、遮断周波数が機械要素の共振周波数よりも低いように設定することにより、上述の共振周波数成分の遮断ないし減少がなされる。
【００２５】
本発明における電気機械素子および電気機械光変調素子においては、駆動に要する電力は通常極めて小さく（＜＜ｎＷ）、これに対して共振周波数は上述のように高いため、例えばＲＣ回路による高周波遮断回路を構成する抵抗およびコンデンサは、充分現実的に製造可能な抵抗およびコンデンサとすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明による電気機械装置の実施の形態例として、電気機械光変調装置を示して説明するが、本発明は、この実施の形態例に限定されるものではないことは言うまでもない。
【００２７】
本発明による電気機械装置すなわち電気機械光変調装置１の実施の形態例を、図１の概略構成図を参照して説明する。
この電気機械光変調装置１は、例えば機械的共振周波数成分を有する機械要素５例えばマイクロリボンから成る光変調素子を構成する電気機械光変調素子２例えばＧＬＶ素子と、この電気機械光変調素子を駆動する電気的駆動信号の信号源３と、この信号源３からの電気的駆動信号から上述の共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段例えばＲＣ回路による高周波遮断回路４とを有する。
ここで、電気機械光変調素子は、上述したように、例えば図１６Ａにその概略斜視図を示す複数の機械要素例えばマイクロリボン７２が、基板７１の上に、互いに平行配列されて、例えば両端が支持されて成る。これらマイクロリボン７２は、例えば６本を１組とし、これらマイクロリボン７２の配列部下に差し渡って、基板７１上に、共通の対向電極７３が、マイクロリボン７２との間に、所要の間隙を保持するように形成されて成る。
そして、これらのマイクロリボン７２は、素子構成ユニットにおいて１つおきのマイクロリボンが可動マイクロリボンとされ、これら可動マイクロリボン７２と対向電極７３との間に所要の電圧を印加することによって、これらリボン７２の中央部が基板７１に向かって移行するようになされる。
こうして形成される可動マイクロリボンと固定マイクロリボンの相対位置関係によって回折格子として機能し、図１６Ｂに示すように、入射光の存在下で回折光の発生をなし得るものである。
信号源３からの駆動信号によって、電気機械光変調素子２が光変調を行うための機械要素例えばマイクロリボン５の駆動、すなわち変位がなされ、回折格子が形成されることから、電気機械光変調素子２が光変調素子として機能し得るものである。
上述したように、高周波遮断回路４において、信号源３からの駆動信号のうち、機械要素例えばマイクロリボン５の共振周波数に相当する成分が遮断ないし減少されることによって、機械要素例えばマイクロリボン５に対し、この共振周波数成分が与えられないことから、共振が低減もしくは回避される。
【００２８】
次に、本発明による電気機械光変調装置における、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段による、上述した機械要素の共振の低減もしくは回避について、図２Ａおよび図２Ｂを参照して説明する。
【００２９】
図２Ａにおいて、曲線６および曲線７は、それぞれ本発明による光変調装置と、従来技術による光変調装置とにおける、上述した駆動信号の入力が開始される前後の光変調の様子を示している。
本発明による光変調装置においては、駆動信号の入力開始の後、従来技術においてみられたような光変調状態／非光変調状態間の繰り返し変動すなわち共振はみられず、スムーズに光変調状態へと移行している。更に、その結果として、従来技術に比べて、光変調状態への移行時間も短縮されている。
【００３０】
次に、図２Ｂにおいて、曲線８および曲線９は、それぞれ本発明による光変調装置と、従来技術による光変調装置とにおける、上述した駆動信号の入力が停止される前後の光変調の様子を示している。
本発明による光変調装置においては、駆動信号の入力停止の後、従来技術においてみられたような光変調状態／非光変調状態間の繰り返し変動すなわち共振はみられず、スムーズに非光変調状態へと移行している。更に、その結果として、従来技術に比べて、非光変調状態への移行時間も短縮されている。
【００３１】
次に、本発明による電気機械光変調装置の第１の実施の形態例を、図３を参照して説明する。
〔第１の実施の形態〕
この実施の形態においては、電気機械光変調装置１が、電気機械素子例えば電気機械光変調素子２と、機械要素を駆動する電気的駆動信号の信号源３と、高周波遮断回路４とを有して成る。高周波遮断回路４は、抵抗１０と、電気機械光変調素子が形成された基板例えば半導体Ｓｉ基板に形成された容量１４とより構成される。
この例において、容量１４は、電気機械光変調素子に電気的駆動信号を供給する信号源３と、この電気的駆動信号が供給される電気機械光変調素子の回折格子の構成要素すなわち機械要素との結線の上面または下面のいずれか少なくとも一方に対向して導電体１１を形成し、この導電体１１と結線との間に形成される分布容量によって容量１４を構成した場合である。
そして、この抵抗１０と、導電体１１による容量１４とによる高周波遮断回路４は、これによる遮断周波数がＧＬＶ素子の回折格子の構成要素すなわち機械要素の共振周波数を下回るように形成される。
信号源３からの、電気機械光変調素子２内の機械要素を駆動する駆動信号の、電気機械素子２の機械要素の共振周波数に相当する成分は、例えば抵抗１０と導電体１１とによって構成される高周波遮断回路によって遮断ないし減少をなされる。
【００３２】
次に、本発明による電気機械光変調装置の第２の実施の形態例を、図４を参照して説明する。
〔第２の実施の形態〕
この実施の形態においては、電気機械光変調装置１が、電気機械素子例えば電気機械光変調素子２と、電気機械光変調素子を駆動する電気的駆動信号の信号源３と、高周波遮断回路４とを有して成る。この高周波遮断回路４は、例えば電気機械光変調素子と一体に形成した抵抗１０と容量１４とより構成される。
この例において、容量１４は、電気機械光変調素子２に電気的駆動信号を供給する信号源３と、この電気的駆動信号が供給されるＧＬＶの回折格子の構成要素すなわち機械要素との結線の上面または下面のいずれか少なくとも一方に対向して導電体１１を形成し、この導電体１１と結線との間に形成される分布容量によって構成した場合である。すなわち、この実施の形態においては、抵抗と容量の分散回路が形成されるものである。
そして、この抵抗１０と導電体１１とによる高周波遮断回路４は、これによる遮断周波数がＧＬＶの回折格子の構成要素すなわち機械要素の共振周波数を下回るように形成される。
信号源３からの、電気機械光変調素子２内の機械要素を駆動する駆動信号の、電気機械光変調素子２の機械要素の共振周波数に相当する成分は、例えば抵抗１０と導電体１１とによって構成される高周波遮断回路によって遮断ないし減少をなされる。
そして、この例においては、高周波遮断回路４が、直列的に複数配置される抵抗と導電体とによって構成されるため、電気機械素子２内の機械要素の共振周波数に相当する成分の遮断ないし減少が、より正確かつ厳密な制御を以ってなされ得る。
【００３３】
次に、本発明による電気機械光変調装置の第３の実施の形態例を、図５を参照して説明する。
〔第３の実施の形態〕
この実施の形態においては、電気機械光変調装置１が、電気機械素子例えば電気機械光変調素子２と、電気機械光変調素子を駆動する電気的駆動信号の信号源３と、高周波遮断回路４と、増幅器１３とを有して成る。高周波遮断回路４は、例えば抵抗と容量とより構成される。これらが、例えば増幅器１３が形成される半導体集積回路に組み込まれて形成される。
そして、この場合においては、高周波遮断回路４は、これによる遮断周波数がＧＬＶの回折格子の構成要素すなわち機械要素の共振周波数を下回るように形成される。
信号源３からの、電気機械光変調素子２内の機械要素を駆動する駆動信号の、電気機械光変調素子２の機械要素の共振周波数に相当する成分は、例えば高周波遮断回路によって、遮断ないし減少をなされる。
この場合、信号源３からの、共振周波数成分の遮断ないし減少をなされた駆動信号は、増幅器１３によって、電気機械光変調素子２の機械要素の共振周波数に相当しない成分を増幅をなされて、電気機械光変調素子２に供給される。
すなわち、この例では、必要かつ十分な駆動信号の伝達が、上述の機械要素に対する駆動信号の到達を妨げない形でなされる。
【００３４】
以上の実施の形態例において示したように、本発明による電気機械装置、電気機械光変調装置、および画像表示装置においては、上述の機械要素の共振周波数に相当する成分が単に遮断ないし減少をなされるだけでなく、必要に応じて、機械要素に到達する駆動信号を増幅するなど、使用態様を望ましい種々の構成とし得るものである。
また、電気機械光変調素子を構成する機械要素は、このようなマイクロリボンによるものに限られるものではなく、例えば所謂ブレーズによって回折格子を形成する方式のものなどとすることもできる。
【００３５】
次に、本発明による電気機械装置としての電気機械光変調装置の一例の具体的構造を、その理解を容易にするために、その製造方法の一例と共に説明する。この例においては、電気機械素子と、共振周波数成分を遮断ないし減少させる高周波遮断回路４とを、同一基板上に形成した場合であり、その製造プロセスを、図６〜図１４を参照して説明する。
【００３６】
図６は、目的とする電気機械光変調装置の一例の一製造過程における要部の上面図を示す。図７Ａ〜Ｃは、この図６で示す過程に至る工程の、図６におけるａ−ａ´線上の断面図を示す。
この例においては、まずＳｉ基板２１上に、この基板２１の表面酸化によるＳｉＯ２によって第１の絶縁層２２を形成する（図７Ａ）。次に、この第１の絶縁層２２上に、全面的に例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって多結晶Ｓｉ層２３を形成する（図７Ｂ）。次に、この多結晶Ｓｉ層２３をパターンエッチングして、例えば最終的に回折格子の構成要素を形成する領域下の対向電極２３ｓと、最終的に抵抗とそのコンタクト部を構成する抵抗層２３ｒを残して他部を除去する。その後、表面熱酸化して、これらの表面に例えばＳｉＯ２より成る第２の絶縁層２５を形成する。
尚、図７Ｃにおいては、最終的に容量が形成される領域を容量部とし、その両側に抵抗と機械要素例えばマイクロリボンが形成される領域を、それぞれ抵抗部とリボン部として模式的に示した。
【００３７】
次に、図８Ａ〜Ｃで示す工程が採られる。
この工程では、上述の工程で形成されたリボン部側の第２の絶縁層２５上に、多結晶Ｓｉ層３１を多結晶Ｓｉ層２３におけると同様に例えばＣＶＤおよびパターンエッチングによって形成する（図８Ａ）。この場合、目的とするリボン（回折格子の構成要素）の固定端に透孔が形成される。
そして、例えばスパッタにより第３の絶縁層３２を全面的に形成する。この抵抗部側の多結晶Ｓｉ層２３ｒの上部の第２の絶縁層２５および第３の絶縁層３２をエッチングによって除去する（図８Ｂ）。
その後、全面的に例えばスパッタによってＡｌ層３３を全面的に形成する（図８Ｃ）。
【００３８】
次に、図９に上面図を示すように、Ａｌ層３３をパターンエッチングして、最終的に複数のリボンを形成するリボン形成領域３３ａと、これより延長してリボンの端子導出部３３ｃと、容量形成の下層電極部３３ｂと、抵抗形成部３３ｅとを残して他部を除去する。
【００３９】
図１０Ａは、図９のｂ−ｂ´線の断面図で、上述の工程により、Ｓｉ基板２１上に、第１の絶縁層２２と、多結晶Ｓｉ層２３ｓと、第２の絶縁層２５と、多結晶Ｓｉ層３１と、第３の絶縁層３２と、リボン形成領域３３ａとが積層された状態が示されている。
そして、例えば、上面からのドライエッチングにより、最終的に得るリボンを区分する溝を形成し、多結晶Ｓｉ層３１の一部が表面に露出した状態とすると共に、リボンを形成する領域３３ａと第３の絶縁層３２とをカットして、各々独立した、それぞれ絶縁層３２によって裏打ちされたリボン成型領域３３ｄによって構成されたマイクロリボン（機械要素）７２が形成される（図１０Ｂ）。ここで、溝は多結晶Ｓｉ層３１に達していればよく、必ずしも３１を掘削していなくともよい。
その後、例えばドライエッチングにより、多結晶Ｓｉ層３１の除去がなされる（図１０Ｃ）。これにより、電気機械光変調装置１において、各マイクロリボン７２の、例えば静電駆動による垂直方向への移行保持が可能となる。
この工程により形成される要部の概略上面図を、図１１に示す。
【００４０】
図１２Ａは、続く工程における断面図を示す。図１３は、この図１２Ａで示す工程より形成される、要部の概略上面図である。
この例においては、上述の製造工程で形成したＡｌ層３３の容量部に、例えばＣＶＤによる酸化シリコンなどの容量形成用絶縁膜３４が形成される。
【００４１】
図１２Ｂは、上述の製造工程に続く工程における断面図を示す。図１４は、この図１２Ｂで示す工程により形成される、要部の概略上面図である。
この工程においては、容量形成用絶縁膜３４の上面に、Ａｌ層３３のうち容量部に位置する下層電極３３ｄの対向電極３５と、固定マイクロリボンの固定電位を与える電極３６とを、それぞれ例えばスパッタ等により形成する。
このようにして、絶縁膜３４を挟んで対向する下層電極３３ｂと対向電極３５との間に、容量１４が形成され、一方、多結晶Ｓｉ層３３ｒによって抵抗１１が形成され、高周波遮断回路４が形成される。
なお、図１４に示したように、可動マイクロリボンと固定マイクロリボンおよびそれぞれのリボン端子導出部３３ｃは、マイクロリボン７２からみて交互に配するのが、装置の空間的構成上望ましい。
【００４２】
本発明による電気機械装置および電気機械光変調装置においては、例えば上述したような製造工程によって、電気機械素子と、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とが一体とされた構造が形成され得る。
【００４３】
次に、本発明による画像表示装置の実施の形態例を、図１５を参照して説明する。
この例においては、画像表示装置５１は、例えば３箇所の光源部６１ａ、６１ｂ、６１ｃと、これら光源部からの光を変調する機能を有する、本発明による電気機械光変調装置１と、変調された光を反射／合成するダイクロイックミラー６３および６４と、合成された光を投影光として導入する投影レンズ６５と、投影光の例えば水平方向へのスキャニングを行うスキャナ６６と、スキャニングされた投影光が像を形成するスクリーン６７とを有する。また、この例においては、ミラー６８および集光レンズ６９が併設されて成る。
【００４４】
本発明による画像表示装置においては、電気機械光変調装置１内の電気機械光変調素子２において、機械要素の共振が回避ないし低減を図られることから、良好な応答性による適切な光変調がなされ、スキャナ６６によるスキャニングで生成する、スクリーン６７上の投影像の画質劣化の回避が図られるものである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明による電気機械装置および電気機械光変調装置においては、信号源からの電気的駆動信号の、各装置内の素子を構成する機械要素の共振周波数成分が遮断ないしは減少をなされるため、機械要素の共振の回避ないしは低減が図られる。
したがって、本発明による画像表示装置においては、動作回数の増加による画質向上と共振による画質低下との共存が回避されることから、実質的な画質向上に対する制限の緩和が図られる。
【００４６】
更に、本発明による電気機械装置、電気機械光変調装置および画像表示装置においては、電気機械素子と、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とが、例えば同一基板上に一体として形成されることから、製造工程の簡略化や断線の回避による歩留まりの向上が図られるなど、本発明構成によれば、重要かつ多くの効果をもたらすことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気機械装置の代表例としての電気機械光変調装置の、一例の概略模式図である。
【図２】本発明による電気機械光変調装置の一例における、共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段による、機械要素の共振抑制に関する測定結果の概略図である。
【図３】本発明による電気機械光変調装置の、一例の概略構成図である。
【図４】本発明による電気機械光変調装置の、別の一例の概略構成図である。
【図５】本発明による電気機械光変調装置の、別の一例の概略構成図である。
【図６】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の、一製造工程における概略上面図である。
【図７】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の一製造工程における、一部の概略断面図である。
【図８】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の一製造工程における、一部の概略断面図である。
【図９】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の、一製造工程における概略上面図である。
【図１０】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の一製造工程における、一部の概略断面図である。
【図１１】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の、一製造工程における概略上面図である。
【図１２】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の一製造工程における、一部の概略断面図である。
【図１３】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の、一製造工程における概略上面図である。
【図１４】本発明による電気機械光変調装置の一例における、電気機械素子内の要部の、一製造工程における概略上面図である。
【図１５】本発明による、電気機械光変調装置から成る画像表示装置の一例の概略構成図である。
【図１６】電気機械素子内の素子構成ユニットの概略斜視図、および素子構成ユニットにおける、マイクロリボンの変位と回折光発生との関係を示す概略図である。
【図１７】本発明による電気機械装置および電気機械光変調装置を構成する、各素子内の素子構成ユニットの配列構成例を示した概略図である。
【図１８】本発明による電気機械光変調装置を用いた画像表示における、スキャニングの例を示した概略図である。
【図１９】本発明による電気機械光変調装置における、駆動信号の入力がなされていない状態でのマイクロリボンの相対位置および電圧印加の状態を示す概略図である。
【図２０】本発明による電気機械光変調装置における、駆動信号の入力がなされている状態でのマイクロリボンの相対位置および電圧印加の状態を示す概略図である。
【図２１】本発明による電気機械光変調装置における、駆動信号の入力がなされる前後でのマイクロリボンの相対位置および電圧印加の状態を示す概略図である。
【図２２】機械要素の一例すなわちマイクロリボンの、駆動信号の入力および停止がなされた直後の、ＧＬＶを構成する各リボンの共振状態の一例を示す概略図である。
【図２３】機械要素の一例すなわちマイクロリボンの共振による、投影像の画質に対してスキャニングにより発生する影響の一例を示す概略図である。
【図２４】本発明による電気機械光変調装置を有する画像表示装置における、クロストークによる隣接ピクセル干渉とスキャニングの速度との関係を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・電気機械光変調装置、２・・・電気機械素子、３・・・信号源、４・・・高周波遮断回路、５・・・機械要素、６・・・本発明における電気機械素子への信号入力開始前後の回折光強度波形、７・・・従来技術における電気機械素子への信号入力開始前後の回折光強度波形、８・・・本発明における電気機械素子への信号入力停止前後の回折光強度波形、９・・・従来技術における電気機械素子への信号入力停止前後の回折光強度波形、１０・・・抵抗、１１・・・導電体、１２・・・基板、１３・・・増幅器、１４・・・容量、２１・・・Ｓｉ基板、２２・・・第１の絶縁層、２３・・・多結晶Ｓｉ層、２３ｒ・・多結晶Ｓｉ（抵抗部側）、２３ｓ・・・多結晶Ｓｉ（リボン部側）、２５・・・第２の絶縁層、３１・・・多結晶Ｓｉ層、３２・・・第３の絶縁層、３３・・・Ａｌ層、３３ａ・・・リボン形成領域、３３ｂ・・・下層電極、３３ｃ・・・リボン端子導出部、３３ｄ・・・リボン成型領域、３３ｅ・・・抵抗形成部、３４・・・容量形成用絶縁膜、３５・・・対向電極、３６・・・電極、４４・・・素子構成ユニット、４５・・・素子構成ユニット配列例、５１・・・画像表示装置、６１ａ・・・光源部、６１ｂ・・・光源部、６１ｃ・・・光源部、６３・・・ダイクロイックミラー、６４・・・ダイクロイックミラー、６５・・・投影レンズ、６６・・・スキャナ、６７・・・スクリーン、６８・・・ミラー、６９・・・集光レンズ、７１・・・基板、７２・・・機械要素（マイクロリボン）、７３・・・対向電極、８１・・・曲線、８２・・・曲線
Claims (10)
- 電気的駆動信号によって駆動される電気機械装置であって、
機械的共振周波数成分を有する機械要素を具備する電気機械素子と、該電気機械素子を駆動する電気的駆動信号の信号源と、該信号源からの駆動信号から上記共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とを有し、
上記共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段は、上記電気機械素子と一体に形成された複数の直列配置された抵抗と容量とからなるものを複数並列に配置させて成ることを特徴とする電気機械装置。 - 上記機械要素は、その少なくとも一部の機械要素が上記電気的駆動信号によって駆動変位されることを特徴とする請求項１に記載の電気機械装置。
- 上記機械要素の駆動は、上記電気的駆動信号による静電駆動によることを特徴とする請求項１に記載の電気機械装置。
- 上記共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段が、高周波遮断回路であることを特徴とする請求項１に記載の電気機械装置。
- 電気的駆動信号によって駆動される電気機械光変調装置であって、
機械的共振周波数成分を有する機械要素を回折格子とする光変調素子を構成する電気機械光変調素子と、該電気機械光変調素子を駆動する電気的駆動信号の信号源と、該信号源からの駆動信号から上記共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とを有し、上記共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段は、上記電気機械光変調素子と一体に形成された複数の直列配置された抵抗と容量とからなるものを複数並列に配置させて成ることを特徴とする電気機械光変調装置。 - 上記機械要素は、その少なくとも一部の要素が上記電気的駆動信号によって駆動変位されることを特徴とする請求項５に記載の電気機械光変調装置。
- 上記機械要素の変位によって、入射光の変調がなされることを特徴とする請求項５に記載の電気機械光変調装置。
- 上記機械要素の駆動は、上記電気的駆動信号による静電駆動によることを特徴とする請求項５に記載の電気機械光変調装置。
- 上記共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段が、高周波遮断回路であることを特徴とする請求項５に記載の電気機械光変調装置。
- 電気的駆動信号によって駆動される電気機械光変調装置を有する画像表示装置であって、
機械的共振周波数成分を有する機械要素を具備する電気機械素子と、該電気機械素子を駆動する駆動信号の信号源と、該信号源からの駆動信号から上記共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段とを有し、上記共振周波数成分を遮断ないし減少させる手段は、上記電気機械素子と一体に形成された複数の直列配置された抵抗と容量とからなるものを複数並列に配置させて成り、上記機械要素の変位によって入射光の変調がなされる電気機械光変調装置を有することを特徴とする画像表示装置。
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