JP4958041B2 - 回折格子、光変調器及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、回折格子、光変調器及び表示装置に関し、具体的には周期を可変とした回折格子、光変調器及びこの光変調器を利用した表示装置に関する。

近年MEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用した電子デバイス、センサ、アクチュエータなどの高機能デバイスが急速に発展している。表示装置やスキャナなどの光学機器へＭＥＭＳ技術を応用したものとしては、ＭＥＭＳデバイスによりピクセル毎に入射光を変調する技術がある。この場合、ＭＥＭＳデバイスは、光波にＯＮ／ＯＦＦ制御を行うスイッチングデバイスの役割を果たしている。

光波を変調する機構としては、ＤＭＤ（Digital Mirror Device）に代表されるミラータイプと、ＧＬＶ（Grating Light Valve）に代表される回折格子タイプの２種類に分類される。ＤＭＤは、例えば１５〜２５μｍ程度のサイズの反射鏡を前後に１０度程度傾斜可能とし、光軸の反射方向を可変としたものである。しかし、ＤＭＤは反射鏡を傾斜させる機構が必要となるため、鏡面を支持するヒンジ部の構造が複雑で製造コストが高く、製造歩留まりなどの点で解決すべき課題も多い。

一方、ＧＬＶとしては、リボン状の回折素子をシリコン基板上に一列に並べた構造を有するものが開示されている（非特許文献１）。これら回折素子は、固定されたものと、静電力で引き込むことで下方に湾曲可能としたものと、が交互に設けられている。バイアスを印加しない状態では、全ての回折素子は同一平面上にあり、回折光は生じない。一方、バイアスを印加すると可動する回折素子が下方に湾曲し、固定された回折素子との間で凹凸面が形成される。この凹凸面により光が回折され、回折光が生ずる。

このようなグレーティングを利用したＭＥＭＳデバイスは、小さな機械的変位で大きな光学変調がかけられ、また高速応答が可能であるという利点を持つ。また、機械的な信頼性も高い。このため、ディプレイデバイス、プリンタのスキャナ、光通信用ゲイン・イコライザーなどに応用されている。
D. Bloom,"The Grating Light Valve:Revolutionizing Display Technology," Projection Displays III Symposium, SPIE Proceedings Volume 3013, February 1997

しかし、従来のＧＬＶは、リボン状の回折素子を下方に湾曲させるため、回折素子の下には、エア・ギャップを介して対向電極を設ける必要がある。このような構造は、構造が複雑で製造も容易ではない。また、回折素子の下方に対向電極が設けられるため、入射光に対して反射する方向の回折光しか取り出すことができず、光学的な自由度が制限される点でも改善の余地があった。
本発明は、新規な発想に基づいた回折格子、光変調器及びこれを用いた表示装置を提供する。

本発明の一態様によれば、同一面上において第１の方向に併設された複数の梁体を備え、前記第１の方向にみた前記梁体の間隔が可変とされ、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が第１の周期を有する第１の状態と、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２の状態と、を選択的に形成可能であり、前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか一方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、等間隔に併設され、前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか他方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、第１の間隔と、前記第１の間隔とは異なる第２の間隔と、が交互に表れるように併設されてなることを特徴とする回折格子が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、同一面上において第１の方向に併設された複数の梁体を備え、前記第１の方向にみた前記梁体の間隔が可変とされ、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が第１の周期を有する第１の状態と、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２の状態と、を選択的に形成可能であり、前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか一方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、等間隔に併設され、前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか他方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、第１の間隔と、前記第１の間隔とは異なる第２の間隔と、が交互に表れるように併設され、前記第１の状態と前記第２の状態のいずれかにおいて、隣接する前記梁体の間に静電吸引力が作用することを特徴とする回折格子が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、同一面上において第１の方向に併設された複数の梁体と、第１の電極と、前記第１の電極とは異なる第２の電極と、を備え、前記第１の方向にみた前記梁体の間隔が可変とされ、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が第１の周期を有する第１の状態と、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２の状態と、を選択的に形成可能であり、前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか一方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、等間隔に併設され、前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか他方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、第１の間隔と、前記第１の間隔とは異なる第２の間隔と、が交互に表れるように併設され、前記複数の梁体は、前記第１の電極に接続された梁体と、前記第２の電極に接続された梁体と、が前記第１の方向に交互に併設されてなる部分を含むことを特徴とする回折格子が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、同一面上において第１の方向に併設された複数の梁体を備え、前記第１の方向にみた前記梁体の間隔が可変とされ、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が第１の周期を有する第１の状態と、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２の状態と、を選択的に形成可能であり、前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか一方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、等間隔に併設され、前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか他方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、第１の間隔と、前記第１の間隔とは異なる第２の間隔と、が交互に表れるように併設され、前記複数の梁体のそれぞれは、その両端の少なくともいずれか一方に支持部が接続され、前記支持部の一部は、共通の部材に固定されてなり、前記複数の梁体のそれぞれに接続された前記支持部の間隔を前記第１の方向にみたとき、大なる間隔と小なる間隔とが交互に設けられたことを特徴とする回折格子が提供される。

また、本発明の一態様によれば、上記の複数の回折格子を前記第１の方向に併設したことを特徴とする光変調器が提供される
また、本発明の他の一態様によれば、光源と、上記の光変調器と、前記光変調器に設けられた前記回折格子の前記第１及び第２の状態のいずれかにおいて生じた回折光を選択的に取り出す光学手段と、前記光学手段により取り出された前記回折光をスクリーンに投影する投影手段と、を備えたことを特徴とする表示装置が提供される。

本発明によれば、新規な発想に基づいた回折格子、光変調器及びこれを用いた表示装置が提供される。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面は模式的または概念的なものである場合もあり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。

図１及び図２は、本発明の実施の形態にかかる回折格子を表す概念図である。
本実施形態の回折格子１０は、同一面上において、第１の方向Ｘに併設された複数の梁体１２Ａ、１２Ｂを有する。これら梁体１２Ａ、１２Ｂは、この平面内で相互に間隔が可変とされている。すなわち、第１の方向Ｘにみた梁体１２Ａ、１２Ｂの配置が第１の周期を有する第１の状態と、第１の方向Ｘにみた梁体１２Ａ、１２Ｂの配置が第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２の状態と、が選択的に形成可能とされている。

例えば、図１（ａ）に表した状態においては、梁体１２Ａ、１２Ｂの間隔は一定である。一方、図１（ｂ）に表した状態においては、梁体１２Ａとその右側の梁体１２Ｂとの間隔が小さく、梁体１２Ａとその左側の梁体１２Ｂとの間隔は広くなっている。これは、例えば、図１（ｂ）に矢印Ａで表したように、梁体１２Ｂが梁体１２Ａの方向に移動することにより実現される。または、梁体１２Ａが矢印Ａとは反対に方向に移動してもよい。またさらに、図２（ｂ）に表したように、梁体１２Ａと梁体１２Ｂが矢印Ｂで表したように、相互に接近するようにそれぞれ移動してもよい。

図１（ａ）及び図２（ａ）に表した状態においては、梁体１２Ａ及び梁体１２Ｂにより形成される回折格子の周期、すなわち回折効果を生ずる繰り返し構造の最小単位の長さは、Λである。一方、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に表した状態においては、これら梁体１２Ａ、１２Ｂにより形成される回折格子の周期は、Λの２倍の２Λとなる。このように、回折格子の周期が変化することにより、回折光の方向が変化する。

すなわち、図１（ａ）及び図２（ａ）に表した状態において、入射光１００が与えられたとき、回折格子１０により鏡面反射される０次光１１０と、周期Λの回折格子により回折されるプラスマイナス１次の回折光１２０およびさらに高次の回折光（図示せず）が生ずる。一方、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に表した状態においては、入射光１００に対して、０次光１１０と、周期２Λの回折格子により回折されるプラスマイナス１次の回折光１３０が生ずる。
このように回折格子の周期が変化することにより、図１（ａ）及び図２（ａ）に表した状態で生ずる１次の回折光１２０に対して、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に表した状態で生ずる１次の回折光１３０の回折方向は、より０次光１１０に近い方向となる。

従って、例えば、図１（ａ）及び図２（ａ）に表したプラス１次の回折光１２０を通過させるスリット２００を設け、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に表した回折光１３０はスリット２００により遮蔽されるようにすると、光の変調あるいはスイッチングが可能となる。またこの際に、プラス１次の回折光１２０のみではなく、マイナス１次の回折光１２０も取り出して光学的に合成すると、さらに高い出力が得られる。つまり、プラス１次とマイナス１次の回折光１２０はスリット２００を通過し、それ以外の０次光１１０、回折光１３０はスリット２００により遮蔽するようにしてもよい。

なお、図１及び図２においては、スリット２００により回折光１２０を取り出す場合を例示したが、これとは反対に回折光１３０を取り出し回折光１２０は遮蔽するようにしても、光の変調あるいはスイッチングは可能である。そして、この場合にも、プラス１次とマイナス１次の回折光１３０をそれぞれ取り出して合成すれば、より高い出力が得られる。
また、梁体１２Ａ、１２Ｂに、その母材よりも光反射率の高い材料からなる反射層１４を設けると反射効果により回折光の強度を上げることが可能となる。

また、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に表した状態においては、梁体１２Ａとこれに隣接する梁体１２Ｂとは、密着していてもよいが、離間していてもよい。
図３は、梁体１２Ａと梁体１２Ｂとが離間しつつ、周期２Λの回折格子が形成されることを表した模式図である。なお、図３以降の図については、既出の図に関して前述したのものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図３（ａ）に表した状態においては、梁体１２Ａと梁体１２Ｂとの間隔は一定であり、周期Λの回折格子が形成されている。一方、図３（ｂ）に表した状態においては、梁体１２Ａと梁体１２Ｂとは離間しつつ間隔が変化し、周期が２Λの回折格子が形成されている。このような場合でも、回折光の方向を変化させ、光の変調あるいはスイッチングが可能である。

またさらに、図１〜図３に表したものとは逆の動作をさせてもよい。
図４は、本実施形態の第２の具体例にかかる回折格子を表す模式図である。
本具体例においては、図４（ａ）に表したように、隣接する一対の梁体１２Ａ、１２Ｂの間隔が小さい状態が初期状態とされている。この場合も、近接する梁体１２Ａ、１２Ｂは密着していてもよく、または図３に関して前述したように離間していてもよい。この状態において、梁体１２Ａ、１２Ｂにより形成される回折格子の周期は２Λである。そして、この時に生ずる回折光１３０をスリット２００により取り出す。

図４（ｂ）は、梁体１２Ａ、１２Ｂの間隔が一定となった状態を表す。すなわち、梁体１２Ｂが矢印Ａの方向に移動するか、または梁体１２Ａが矢印Ａとは反対の方向に移動する。または、梁体１２Ａ、１２Ｂが両方とも移動してもよい。この状態において、梁体１２Ａ、１２Ｂにより形成される回折格子の周期は２Λの半分のΛである。そして、この時に生ずる回折光１２０はスリット２００により遮蔽され取り出されない。このようにしても、光の変調あるいはスイッチングは可能である。なお、図４に表した具体例においても、スリット２００により回折光１３０を取り出す代わりに、回折光１２０を取り出し回折光１３０を遮蔽するようにしても、光の変調あるいはスイッチングは可能である。

以上説明した回折格子１０の動作は、静電吸引力を利用して実現できる。
図５は、梁体１２Ａ、１２Ｂの間隔を変化させるメカニズムを説明するための概念図である。
例えば梁体１２Ａを接地電位Ｇに接続し、梁体１２ＢをスイッチＳＷを介して電源Ｖに接続する。そして、スイッチＳＷをオンにして電源Ｖに電圧を印加すると、梁体１２Ａと梁体１２Ｂとの間に静電吸引力が生ずる。その結果として、図５（ｂ）に表したように、梁体１２Ａと梁体１２Ｂとを接近させることができる。静電吸引力を利用する場合、図５に例示した如く、梁体１２Ａと梁体１２Ｂとの対向面積が大きくなるように、梁体１２Ａ、１２Ｂを縦長に形成するとよい。

このような回折格子１０を用いると、光の変調またはスイッチングが可能となり、光スキャナー、プリンタ、ダイナミック・ゲイン・イコライザー、表示装置などの各種の用途に用いることができる。本実施形態の回折格子１０は、高速応答が可能であり、挿入損失が少なく、ダイナミック・レンジが広いという特徴を有する。さらに、アナログ駆動が可能であり、信頼性や安定性に優れ、また、後に詳述するように、生産性が高く、半導体プロセスとの整合性がよくＣＭＯＳ論理回路との集積化も容易である。
図６は、画素毎に光の変調・スイッチングを可能とした本実施形態の光変調器５０を表す模式図である。
すなわち、本具体例においても、同一面上において、第１の方向Ｘに併設された複数の梁体１２Ａ、１２Ｂを有する。そして、本実施形態においては、２対の梁体１２Ａ、１２Ｂからなる回折格子のグループＧ１、Ｇ２、Ｇ３・・・が等間隔に設けられている。それぞれのグループの梁体１２Ａは個別のスイッチＳＷを介して電源Ｖに接続され、梁体１２Ｂは接地電位Ｇに接続されている。つまり、電源Ｖからの駆動電圧をスイッチＳＷによりオン・オフすることで、図１〜図４に関して前述したようにグループ毎に回折格子の周期を変化させることができる。このようにして、グループ毎に光の変調・スイッチングを独立に行うことができる。この光変調器５０を光スキャナー、プリンタ、表示装置などに応用した場合には、グループＧ１、Ｇ２・・はピクセルまたは画素毎に光の変調・スイッチングを行う。なお、図６においては、グループ毎に２対の梁体１２Ａ、１２Ｂが設けられた具体例を表したが、本発明はこれには限定されず、グループ毎に３対またはそれ以上の梁体１２Ａ、１２Ｂを設けてもよい。

図７は、本実施形態の光変調器を用いた表示装置の構成を表す概念図である。
レーザ３００から放出されたレーザ光は、光学系４００を介して光変調器５０に入射される。光変調器５０は、図６に関して前述した如く、グループ毎に独立して回折格子の周期を可変としている。光変調器５０において生じた回折光１２０は、スリット２００を介して取り出され、回折光１３０はスリット２００により遮蔽される。すなわち、スリット２００は、回折光を選択的に取り出す光学手段として作用する。なお、これとは反対に回折光１３０を取り出し、回折光１２０はスリット２００により遮蔽してもよい。スリット２００を介して取り出した回折光１２０を光学系５００により広げ、ガルバノミラー６００で走査してスクリーン７００に投影する。すなわち、光学系５００及びガルバノミラー６００は、スリット２００を介して取り出された回折光をスクリーン７００に投影する投影手段として作用する。なお、スクリーン７００への投影は、表示面側から（フロントプロジェクション方式）でもよく、表示面に対して背面側から（リアプロジェクション方式）でもよい。

例えば、縦４８０画素、横６４０画素のＶＧＡ表示をする場合、光変調器５０には、縦４８０画素に対応する４８０個のグループ（図６参照）が設けられている。そして、各グループの回折格子の間隔を図１〜図５に関して前述したように適宜変化させることにより、光の変調を行い、縦４８０画素に対応する画像情報を同時に出力可能としている。なお、カラー表示する場合には、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のレーザ３００をそれぞれ用いるか、あるいは、光学系４００と光変調器５０との間に色フィルタを設けてＲＧＢをそれぞれ投影すればよい。また、表示品質についても、ＶＧＡには限定されず、ハイビジョンあるいはさらに高精細の表示も可能である。

次に、本実施形態の回折格子の製造方法について説明する。
図８及び図９は、本実施形態の回折格子１０の製造方法を例示する工程断面図である。 本実施形態の回折格子１０は、半導体リソグラフィ技術を用いて駆動回路と集積化させることができる。
図８（ａ）は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウェーハの断面を表す。ＳＯＩウェーハ２０は、シリコンからなる支持基板２２と酸化シリコンからなる酸化膜２４とシリコンからなる活性層２６とを積層した構造を有する。そして、このＳＯＩウェーハ２０には、回折格子領域２０Ａと、駆動回路領域２０Ｂと、が設けられている。図８（ａ）は、駆動回路領域２０ＢにＣＭＯＳなどを含む駆動回路が形成された状態を表す。活性層２６上には層間絶縁膜３２が形成されている。

次に、図８（ｂ）に表したように、駆動回路領域２０Ｂの配線層から回折格子に接続するための配線３４を形成する。そして、回折格子領域２０Ａの層間絶縁膜３２を除去する。 しかる後に、図８（ｃ）、図９（ａ）及び（ｂ）に表したように、レジストなどからなるマスク９０を形成し、活性層２６をパターニングする。ここで、図９は、回折格子領域２０Ａの断面を表し、図９（ａ）、（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）、（ｉ）は、梁体１２Ａ、１２Ｂの長手方向に対して平行な方向からみた断面図であり、図９（ｂ）、（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）、（ｊ）は梁体１２Ａ、１２Ｂの長手方向に対して垂直な方向からみた断面図である。

次に、図８（ｄ）、図９（ｃ）及び（ｄ）に表したように、回折格子領域２０Ａと駆動回路領域２０Ｂの全体をレジストなどの保護膜９２で覆う。そして、支持基板２２の裏面側にマスク９４を形成し、回折格子領域２０Ａの支持基板２２を選択的にエッチング除去する。そして、図９（ｅ）及び（ｆ）に表したように、酸化膜２４をエッチングし除去する。

その後、図８（ｅ）、図９（ｇ）及び（ｈ）に表したように、マスク９０及び保護膜９２を除去すれば、梁体１２Ａ、１２Ｂを有する回折格子１０が完成する。これら梁体１２Ａ、１２Ｂに対して、図５及び図６に関して前述したように、配線層を介して電源Ｖまたは接地電位Ｇを接続することにより、梁体１２Ａ、１２Ｂの間隔を可変させることができる。

ここで、図９（ｈ）に表したように、梁体１２Ａ、１２Ｂの両端には支持部１２Ｃが設けられている。支持部１２Ｃの端部は、酸化膜２４により支持され、支持基板２２に固定されている。梁体１２Ａ、１２Ｂの間に静電吸引力が作用すると、これら両端の支持部１２Ｃの先端を支点として左右に撓むことにより、梁体１２Ａ、１２Ｂの間隔が変化する。

なお、このように梁体１２Ａ、１２Ｂの下方の支持基板２２を除去すると、下方から光を入射させることも可能となる。その結果として、後に詳述するように、等価型の光学配置も可能となる。
一方、図９（ｉ）及び（ｊ）に表したように、支持基板２２の除去部を充填する下部層３６を新たに設けてもよい。下部層３６は、樹脂や半導体などにより形成できる。

図１０は、本実施形態の回折格子１０の製造方法のもうひとつの具体例を表す工程図である。すなわち、図１０（ａ）、（ｃ）、（ｆ）は、梁体１２Ａ、１２Ｂの長手方向に対して平行な方向からみた断面図であり、図１０（ｂ）、（ｄ）、（ｇ）は垂直な方向からみた断面図である。また、図１０（ｅ）は、ウェーハ上方からみた平面図である。

本具体例においても、図１０（ａ）及び（ｂ）に表したように活性層２６をパターニングする。そして、図１０（ｃ）、（ｄ）及び（ｅ）に表したように、梁体１２Ａ、１２Ｂとなる領域の周囲に保護膜９６を形成する。この状態で、シリコンに対してはエッチング速度が小さく、酸化シリコンに対してはエッチング速度が大きいエッチング方法により、酸化膜２４をエッチングする。すると、梁体１２Ａ、１２Ｂの間に露出している酸化膜２４からエッチングが進行し、梁体１２Ａ、１２Ｂの下の酸化膜もサイドエッチングにより除去される。一方、保護膜９６の下の酸化膜２４は、サイドエッチングにより周囲がエッチングされるのみである。なお、このエッチングとしては、例えば、フッ酸系のウェットエッチャントまたは気相エッチャントを用いることができる。

このようにして、図１０（ｆ）及び（ｇ）に表したように、梁体１２Ａ、１２Ｂの下の酸化膜２４を選択的に除去した回折格子１０が完成する。この回折格子１０においても、梁体１２Ａ、１２Ｂの両端には、図１０（ｇ）に表したように酸化膜２４により固定された支持部１２Ｃが設けられている。従って、静電吸引力が作用すると、支持部１２Ｃの先端を支点として左右に撓むことにより、梁体１２Ａ、１２Ｂの間隔が変化する。

図１１は、本実施形態の回折格子のもうひとつの具体例を表す模式図である。すなわち、図１１（ａ）及び（ｃ）は回折格子１０の斜視図であり、図１１（ｂ）及び（ｄ）は梁体１２Ａ、１２Ｂの中央付近の断面図である。
本具体例においても、梁体１２Ａ、１２Ｂの両端には、支持部１２Ｃが設けられている。支持部１２Ｃの先端は、酸化膜２４などのアンカーに固定されている。そして、これら支持部１２Ｃに切り欠き部１３が設けられている。すなわち、梁体１２Ａに接続された支持部１２Ｃには、向かって左側に切り欠き部１３が設けられている。一方、梁体１２Ｂに接続された支持部１２Ｃには、向かって右側に切り欠き部１３が設けられている。このように、梁体１２Ａと梁体１２Ｂに接続された支持部１２Ｃに対して、それぞれ反対側に切り欠き部１３を設けると、電源Ｖから所定の電圧を印加した時に、梁体１２Ａと梁体１２Ｂの移動方向をそれぞれ特定の方向に誘導できる。

例えば、図１１（ａ）に表した回折格子１０の向かって左側の梁体１２Ａ及び梁体１２Ｂについてみると、これらに接続された支持部１２Ｃの間には切り欠き１３が設けられていない。一方、この梁体１２Ｂとその右側に隣接する梁体１２Ａについてみると、これらに接続された支持部１２Ｃの間には切り欠き部１３が設けられている。電源Ｖに所定の電圧を印加した時、この梁体１２Ｂ及びこれに接続された支持部１２Ｃと、その左右の梁体１２Ａ及びこれらに接続された支持部１２Ｃと、の間には同一の電圧が印加される。しかし、切り欠き部１３が設けていないほうが支持部１２Ｃの間の距離が小さいので、相対的に大きな静電吸引力が発生する。その結果として、図１１（ｃ）及び（ｄ）に表したように、梁体１２Ｂに接続された支持部１２Ｃは、向かって左側の梁体１２Ａの方向に撓み、同様に梁体１２Ａに接続された支持部１２Ｃは向かって右側の梁体１２Ｂの方向に撓む。このようにして、梁体１２Ａ、１２Ｂを規則的に所定の方向に移動させることができる。その結果として、図１〜図５に関して前述したように、回折格子１０の周期をΛから２Λに変化させることができる。
また、支持部１２Ｃにこのような切り欠き部１３を設けることにより、支持部１２Ｃが変型しやすくなり、梁体１２Ａ、１２Ｂを柔軟に支持するサスペンションとして作用させることもできる。

なお、このような切り欠き部１３は、必ずしも梁体１２Ａ、１２Ｂにそれぞれ接続された支持部１２Ｃの全てに設ける必要はない。例えば、梁体１２Ａ、１２Ｂのいずれか一方に接続された支持部１２Ｃのみに切り欠き部１３を設けても同様の効果は得られる。すなわち、電圧を印加した時に、互いに接近させたい梁体に接続された支持部１２Ｃの間の間隔に比べて、互いに離間させたい梁体に接続された支持部１２Ｃの間の間隔のほうが大きくなるようにすればよい。換言すると、梁体１２Ａ、１２Ｂのそれぞれに接続された支持部１２Ｃの間隔を第１の方向Ｘにそってみたとき、大なる間隔と小なる間隔とが交互に設けられるようにすればよい。
また例えば、図１に関して前述したように梁体１２Ａはほぼ固定され、梁体１２Ｂを移動させて回折格子の周期を変化させたいような場合は、梁体１２Ａを支持する支持部１２Ｃには切り欠き部１３を設けず、梁体１２Ｂを支持する支持部１２Ｃに切り欠き部１３を設ければよい。切り欠き部１３を設けない梁体１２Ａの支持部１２Ｃは機械的な変型をしにくくなり、一方、切り欠き部１３を設けた梁体１２Ｂの支持部１２Ｃは変型しやすいので、静電吸引力が作用すると、梁体１２Ａはほぼ固定され梁体１２Ｂが移動する。この場合、静電吸引力が作用すると、梁体１２Ｂは、切り欠き部１３Ｂが設けられた側とは反対側の梁体１２Ａに向かって移動する。

図１２及び図１３は、本発明者が試作した回折格子１０を例示する写真である。図１２には、試作した大小２種類のチップを表した。この試作例においては、回折格子１０と、その駆動回路とをそれぞれのチップ上に集積した。図１３に表した拡大写真において、駆動回路３０の一部と、回折格子１０の一部とが表されている。

図１４は、回折格子１０の拡大写真である。図１〜図５に関して前述したように、梁体１２Ａと梁体１２Ｂとが交互に形成されている。これら梁体１２Ａ、１２Ｂの両端には、下層に支持基板に固定された支持部１２Ｃが接続されている。そして、図１１に関して前述したように、梁体１２Ａ、１２Ｂの両端の近傍には、切り欠き部１３が交互に設けられている。これにより、梁体１２Ａに電圧を印加した時に、梁体１２Ａと梁体１２Ｂとはそれぞれ所定の方向に撓む。

図１５は、梁体１２Ａ、１２Ｂが移動する様子を表す拡大写真である。図１５（ａ）は電圧を印加しない状態を表す。梁体１２Ａ、１２Ｂの幅は３マイクロメータであり、隣接する梁体１２Ａ、１２Ｂの間隔は、１マイクロメータとした。すなわち、回折格子の周期Λを、４マイクロメータとした。なお、梁体１２Ａ、１２Ｂの厚み（活性層２６の厚みに対応する）は、５マイクロメータとした。

この回折格子１０の梁体１２Ａに４０ボルトの直流電圧を印加したところ、図１５（ｂ）に表したように、梁体１２Ａとその右側の梁体１２Ｂとが互いに接近し、ほぼ接触した状態となった。その結果として、回折格子１０の周期は８マイクロメータとなった。

図１６は、この回折格子１０によりレーザ光の回折実験を行った結果を表す写真である。 図１６（ａ）は、回折格子１０に電圧を印加しない状態を表す。この時、鏡面反射による０次光１１０（Oth order）と、周期４マイクロメータの回折格子に対応する１次の回折光１２０（1st order）が観察されている。一方、梁体１２Ａに４０ボルトの直流電圧を印加して梁体１２Ａ、１２Ｂを変位させたところ、図１６（ｂ）に表したように、周期８マイクロメータに対応する１次の回折光１３０（Modulated light）が出現した。すなわち、回折格子１０の周期が変化したことによる光の変調が成功したことが確認できた。なお、図１６（ｂ）において、周期４マイクロメータに対応する１次の回折光１２０が表れているのは、光源となるレーザ光が梁体１２Ａ、１２Ｂの支持部１２Ｃにまで照射されていることに起因する。

以上、説明したように、本発明者の試作の結果、駆動回路３０を集積させた回折格子１０を形成し、回折格子１０の周期を変化させることによる光の変調に成功した。このような集積型の回折格子は、半導体プロセスとの整合性がよく、確立されたプロセス技術を用いて高い生産性で量産が容易となる。また、同一チップ上に駆動回路３０と回折格子１０とを集積すると、駆動回路３０と回折格子１０とを接続する配線（例えば、配線３４）も半導体プロセスにより形成でき、メガヘルツのオーダーの制御信号に対してもＳ／Ｎの優れた駆動信号を回折格子１０に供給できる。

以下、本実施形態の回折格子１０のさらなる具体例について説明する。
図１７は、ブレーズを設けた回折格子１０を表す模式図である。
すなわち、本具体例においては、梁体１２Ａ、１２Ｂの上面が傾斜したブレーズ面１２Ｄとされている。このようなブレーズ面１２Ｄを設けると、１次の回折光のうちで、プラス１次の回折光１２０Ａの強度が増加し、０次光１１０と、マイナス１次の回折光１２０Ｂの強度は低下する。つまり、周期Λに対応するプラス１次の回折光１２０Ａの強度を高くして出力させることができる。その結果として、例えば、マイナス１次の回折光１２０Ｂを取り出して合成しなくても高い出力が得られ、光学系をシンプルにすることも可能となる。なお、ブレーズ面１２Ｄにおける反射効果をさらに高くするために、梁体１２Ａ、１２Ｂの上面に反射率が高い材料からなる反射層を設けてもよい。

図１８は、透過型の光学配置を表す模式図である。
本具体例においては、入射光１００が梁体１２Ａ、１２Ｂの下方から入射される。そして、回折格子１０を透過した０次光１１０と、回折された回折光１２０は、梁体１２Ａ、１２Ｂの上方に向けて放射される。このような光学配置の場合にも、回折格子１０の周期に応じて回折光の方向が変化する。すなわち、図１８（ａ）に表したように周期がΛの場合には１次の回折光１２０が放射され、図１８（ｂ）に表したように周期が２Λに変化すると、これに対応した１次の回折光１３０は、回折光１２０とは異なる方向に放射される。従って、光の変調・スイッチングが同様に可能となる。また、本具体例の場合、梁体１２Ａ、１２Ｂにより回折された１次の回折光のうちでプラス１次の回折光１２０Ａの強度がマイナス１次の回折光１２０Ｂの強度よりも高くなる傾向があることが認められた。

本具体例の如く透過型の場合、光学系の設計や配置がより容易となる利点がある。すなわち、図１〜図４などに関して前述した反射型の場合には、入射側の光学系と取り出し側の光学系をいずれも、回折格子１０の上面側に配置しなければならず、光学的な設計や配置の自由度が小さい。これに対して、本具体例のような透過型の場合には、入射側の光学系と取り出し側の光学系とを回折格子１０の両側に分けて配置できるので、光学的な設計が容易となり、またシステムのサイズをコンパクトにすることが容易である。

図１９は、透過型の回折格子１０を例示する模式図である。すなわち、本具体例は、図１１に関して前述したものと同様の構成を有するが、梁体１２Ａ、１２Ｂの下方が開放されている。この回折格子１０は、例えば、図８及び図９に関して前述した方法により製造することができる。

図２０は、透過型の回折格子１０のもうひとつの具体例を表す模式図である。
本具体例においては、梁体１２Ａ、１２Ｂの側面が傾斜しブレーズ面１２Ｅが形成されている。入射光１００の方向に対して、図２０に例示したように傾斜させたブレーズ面１２Ｅを設けた場合、その反射効果により、プラス１次の回折光１２０Ａの強度は低下し、マイナス１次の回折光１２０Ｂの強度が増加する。つまり、マイナス１次の回折光１２０Ｂを利用するような場合には、このようなブレーズ面１２Ｅを設けるとよい。一方、これとは反対の方向に傾斜させたブレーズ面を梁体１２Ａ、１２Ｂの側面に設けると、プラス１次の回折光１２０Ａの強度を増加させ、マイナス１次の回折光１２０Ｂの強度を低下させることができる。つまり、どの回折光を取り出すかにより、ブレーズ面を適宜設けることができる。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、上述した各具体例に限定されるものではない。すなわち、図１〜図２０に関して前述した各具体例のふたつまたはそれ以上を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の範囲に包含される。

また、本発明において用いる梁体、電源、駆動回路、光源、光学系、スリット、ガルバノミラー、スクリーンなどの構造、形状、材質、配置関係などについては、前述した具体例には限定されず、当業者が適宜設計変更したものも、本発明の特徴を有する限り本発明の範囲に包含される。すなわち、本発明は各具体例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能であり、これらすべては本発明の範囲に包含される。

本発明の実施の形態にかかる回折格子を表す概念図である。 本発明の実施の形態にかかる回折格子を表す概念図である。 梁体１２Ａと梁体１２Ｂとが離間しつつ、周期２Λの回折格子が形成されることを表した模式図である。 本実施形態の第２の具体例にかかる回折格子を表す模式図である。 梁体１２Ａ、１２Ｂの間隔を変化させるメカニズムを説明するための概念図である。 画素毎に光の変調・スイッチングを可能とした本実施形態の回折格子１０を表す模式図である。 本実施形態の回折格子を用いた表示装置の構成を表す概念図である。 本実施形態の回折格子１０の製造方法を例示する工程断面図である。 本実施形態の回折格子１０の製造方法を例示する工程断面図である。 本実施形態の回折格子１０の製造方法のもうひとつの具体例を表す工程図である。 本実施形態の回折格子のもうひとつの具体例を表す模式図である。 本発明者が試作した回折格子１０を例示する写真である。 本発明者が試作した回折格子１０を例示する写真である。 回折格子１０の拡大写真である。 梁体１２Ａ、１２Ｂが移動する様子を表す拡大写真である。 回折格子１０によりレーザ光の回折実験を行った結果を表す写真である。 ブレーズを設けた回折格子１０を表す模式図である。 透過型の光学配置を表す模式図である。 透過型の回折格子１０を例示する模式図である。 透過型の回折格子１０のもうひとつの具体例を表す模式図である。

符号の説明

１０ 回折格子、 １２Ａ、１２Ｂ 梁体、 １２Ｃ 支持部、 １２Ｄ、１２Ｅ ブレーズ面、 １３ 切り欠き部、 １４ 光反射層、２０ ＳＯＩウェーハ、 ２０Ａ 回折格子領域、 ２０Ｂ 駆動回路領域、 ２２ 支持基板、 ２４ 酸化膜、 ２６ 活性層、 ３０ 駆動回路、 ３２ 層間絶縁膜、 ３４ 配線、 ３６ 下部層、 ５０ 光変調器、９０ マスク、 ９２ 保護膜、 ９４ マスク、 ９６ 保護膜、１００ 入射光、１１０ ０次光、１２０、１２０Ａ、１２０Ｂ、１３０ 回折光、２００ スリット、３００ レーザ、４００ 光学系、５００ 光学系、６００ ガルバノミラー、７００ スクリーン

Claims (11)

1. 同一面上において第１の方向に併設された複数の梁体を備え、
   前記第１の方向にみた前記梁体の間隔が可変とされ、
   前記第１の方向にみた前記梁体の配置が第１の周期を有する第１の状態と、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２の状態と、を選択的に形成可能であり、
   前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか一方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、等間隔に併設され、
   前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか他方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、第１の間隔と、前記第１の間隔とは異なる第２の間隔と、が交互に表れるように併設されてなることを特徴とする回折格子。
2. 同一面上において第１の方向に併設された複数の梁体を備え、
   前記第１の方向にみた前記梁体の間隔が可変とされ、
   前記第１の方向にみた前記梁体の配置が第１の周期を有する第１の状態と、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２の状態と、を選択的に形成可能であり、
   前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか一方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、等間隔に併設され、
   前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか他方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、第１の間隔と、前記第１の間隔とは異なる第２の間隔と、が交互に表れるように併設され、
   前記第１の状態と前記第２の状態のいずれかにおいて、隣接する前記梁体の間に静電吸引力が作用することを特徴とする回折格子。
3. 同一面上において第１の方向に併設された複数の梁体と、
   第１の電極と、
   前記第１の電極とは異なる第２の電極と、
   を備え、
   前記第１の方向にみた前記梁体の間隔が可変とされ、
   前記第１の方向にみた前記梁体の配置が第１の周期を有する第１の状態と、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２の状態と、を選択的に形成可能であり、
   前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか一方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、等間隔に併設され、
   前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか他方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、第１の間隔と、前記第１の間隔とは異なる第２の間隔と、が交互に表れるように併設され、
   前記複数の梁体は、前記第１の電極に接続された梁体と、前記第２の電極に接続された梁体と、が前記第１の方向に交互に併設されてなる部分を含むことを特徴とする回折格子。
4. 同一面上において第１の方向に併設された複数の梁体を備え、
   前記第１の方向にみた前記梁体の間隔が可変とされ、
   前記第１の方向にみた前記梁体の配置が第１の周期を有する第１の状態と、前記第１の方向にみた前記梁体の配置が前記第１の周期とは異なる第２の周期を有する第２の状態と、を選択的に形成可能であり、
   前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか一方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、等間隔に併設され、
   前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか他方において、前記複数の梁体は、前記第１の方向にみて、第１の間隔と、前記第１の間隔とは異なる第２の間隔と、が交互に表れるように併設され、
   前記複数の梁体のそれぞれは、その両端の少なくともいずれか一方に支持部が接続され、
   前記支持部の一部は、共通の部材に固定されてなり、
   前記複数の梁体のそれぞれに接続された前記支持部の間隔を前記第１の方向にみたとき、大なる間隔と小なる間隔とが交互に設けられたことを特徴とする回折格子。
5. 前記梁体及び前記支持部は、シリコンにより形成され、
   前記共通の部材は、シリコン基板であり、
   前記支持部は、酸化シリコン膜を介して前記シリコン基板に固定されてなることを特徴とする請求項４記載の回折格子。
6. 前記梁体は、シリコンよりも光反射率の高い材料からなる反射層を有することを特徴とする請求項５記載の回折格子。
7. 前記第１の状態と前記第２の状態のいずれか一方からいずれか他方に遷移するときに、隣接する前記梁体が互いに接近することを特徴とする請求項１または３に記載の回折格子。
8. 前記第１の状態と前記第２の状態のいずれかにおいて、隣接する前記梁体の間に静電吸引力が作用することを特徴とする請求項１、３〜６のいずれか１つに記載の回折格子。
9. 前記第１の周期と前記第２の周期のいずれか一方は、いずれか他方の２倍であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の回折格子。
10. 請求項１〜９のいずれか１つに記載の複数の回折格子を前記第１の方向に併設したことを特徴とする光変調器。
11. 光源と、
    前記光源から放射された光が入射される請求項１０記載の光変調器と、
    前記光変調器に設けられた前記回折格子の前記第１及び第２の状態のいずれかにおいて生じた回折光を選択的に取り出す光学手段と、
    前記光学手段により取り出された前記回折光をスクリーンに投影する投影手段と、
    を備えたことを特徴とする表示装置。