JPH06230295A

JPH06230295A - 光偏向器、その作製方法、および光偏向器を用いた表示装置

Info

Publication number: JPH06230295A
Application number: JP1654693A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Yagi; 隆行八木; Tomoko Yamamoto; 智子山本; Hirotsugu Takagi; 博嗣高木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-02-03
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1994-08-19

Abstract

(57)【要約】【目的】駆動電圧を低減でき、かつ、偏向角を大きく
取ることができる、小型化かつアレイ化が容易である。【構成】片側上面にＶ型の溝１０を設けた基板１を有
し、基板１の上面には絶縁層１３を介して固定電極１４
および固定電極１５が所定位置に設けられている。絶縁
層１３上面には支持部１８に支持された機械可動部１１
が絶縁層１３の両端面にそれぞれスペーサ１６を介して
設けられており、スペーサ１６によって機械可動部１１
と絶縁層１３上面の間に空隙１１１が形成されている。
機械可動部１１は、光偏向板としてのミラー１１ａとこ
の両端にそれぞれ形成される梁１１ｂからなり、梁１１
ｂの一端が支持部１８に支持されている。また、支持部
１８、梁１１ｂ、ミラー１１ａは電気導電体薄膜より構
成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に機械可動部を用い
て光制御を行う小型の光偏向器、その作製方法、光偏向
器を用いた表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、主な光偏向器には、カメラ等の光
量調整に用いられる機械式絞り、液晶セルまたはＰＬＺ
Ｔ等の強誘電体材料の電気光学効果を用いて背面から照
射された光量を微小面積で制御する固体化光シャッター
（電子写真学会誌、第３０巻、第４号、１９９１、ｐ４
４７〜４９４）等がある。中でも上記光シャッターは、
光ファイバー伝送路や末端装置の切り替えのために用い
られる光スイッチ等の光偏向器、一次元にアレイ化する
ことにより表示装置として電子写真式プリンタの光プリ
ンタヘッド、液晶セルを２次元面配置する液晶ディスプ
レイ等の様々な応用が検討されている。

【０００３】機械式光偏向器は、光スイッチ等の光通信
用光学素子としては光の波長によらず偏向や遮蔽が可能
であるため、多重波長光源を使用する場合や、光源の波
長変動等がある場合において有用であるが、高速応答
性、小型化、アレイ化等の点で固体化光シャッターに比
して劣り、応用分野が限られている。

【０００４】ところで、近年半導体フォトリソプロセス
を用いた極めて小型の可動機構を有する微小機械がマイ
クロメカニクス技術により検討されている。これら微小
機械は、半導体フォトリソプロセスにより作製されアレ
イ化、低コスト化が容易であり、小型化することで高速
応答性を期待できる。マイクロメカニクス技術を用いた
機械式光学素子である光偏向器としては、K. E. Peters
en等により提案されたシリコンによるTorsional Scanni
ng Mirror(IBM J. RES. DEVELOP., VOL.24,NO.5,9,198
0.p631-637)及びDisplay device(U.S.Pat.No.4,229,73
2)、L. J. HornbeckのＡｌ薄膜を用いた空間光変調器
（特開平２−８８１２号公報参照）等が提案されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これら機械式光学素子
は、図２９に示すように機械可動部３が光偏向板として
のミラー３ａとミラー３ａを支持する梁３ｂからなり、
ミラー３ａと基板上に形成した固定電極２との間に駆動
電圧を印加し生じる静電引力により梁にねじりモーメン
トを与えねじり回転し、ミラー３ａの偏向角度を変える
ものである。ミラー部の最大偏向角はミラー部と基板と
の空隙間隔（ｔ０）にて一義的に決定される（図２９参
照、図２９は従来の光偏向器を示す図である）。光偏向
器においては偏向角が大きいほど良く、これには空隙間
隔を大きくとる必要がある。光偏向器を複数配置し電子
写真式プリンタの光プリンタヘッドやディスプレイ等の
表示装置に応用する場合、偏向角を大きくとり光学系と
の空間的配置を小さくすることが表示装置を小型化する
上で好ましい。小型化する上で重要な他の要素としては
個々独立に光偏向器を駆動するための駆動回路のＩＣ化
が必要であり、集積化が可能であることが必要となる。
また、周辺回路のコストを下げるためにもＩＣ化による
消費電力の低減等が必要となる。PenersenによるTorsio
nal Scanning Mirror においては、ガラス基板とミラー
及びそれを支持する梁を形成したＳｉを接合するために
小型化する上で接合時のアライメント及び作製時のハン
ドリング等の点で問題があり、アレイ化し集積化するこ
とが困難となり、上記プリンター及びディスプレイ等の
表示装置への応用は難しい。

【０００６】集積化が可能な Petersen等のDisplay dev
ice 及び Hornbeck の空間光変調器においては、空隙間
隔を大きく取ることは、固定電極と電気導電体であるミ
ラー部との距離が増しミラーを回転するに必要な回転モ
ーメントを大きくすることとなり駆動電圧を上げる必要
がある。逆に、低電圧を図るには空隙間隔を短くし偏向
角を抑える必要があり、集積化可能な機械式の光偏向器
を表示装置に用いる場合、駆動電圧の低減化と大偏向角
化は合い矛盾する課題であった。

【０００７】本発明は、上述のような従来技術の有する
問題点に鑑みてなされたものであって、駆動電圧を低減
でき、かつ、偏向角を大きく取ることができる、集積化
が可能な小型化かつアレイ化が容易な光反射型の機械式
の光偏向器、その作製方法、および光偏向器を用いた表
示装置を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、上面に少なくとも一つ以上の固定電極を設
けた基板と、該基板上に空隙を介して形成した機械可動
部を有し、前記固定電極に電圧を印加することにより前
記機械可動部を固定電極方向に空間的に変位させて前記
基板に入射する光を偏向する光偏向器において、前記機
械可動部が、電気導電体薄膜からなり、かつ、光偏向板
を備えており、前記基板には、前記機械可動部を変位さ
せたときの光偏向板の少なくとも一方の自由端が入る溝
が穿設されていることを特徴とし、前記機械可動部が光
偏向板と、該光偏向板を支持するとともにねじり回転す
る梁からなるものや、前記溝がＶ型形状であるもので、
前記固定電極の少なくとも一つがＶ型溝の一辺に設けら
れていることを特徴とするものや、前記固定電極が光偏
向板下部の溝が穿設されていない基板面上に配設された
ことを特徴とするものや、前記固定電極上に誘電体薄膜
を形成してなるもので、前記光偏向板が固定電極上に形
成した誘電体薄膜面に面接触することを特徴とするもの
や、また、上記機械可動部が、溝が穿設されていない基
板面上に設けたコンタクトを介して形成した支持部と片
持ち板とからなり、該片持ち板が光偏向板となるもの
や、機械可動部がたわみ板と、たわみ板の自由端となる
一端面上に設けた光偏向板と、前記たわみ板の他端面を
溝が穿設されていない基板面上に固定するコンタクトか
らなるもので、空隙が溝のみからなるものでもよい。

【０００９】また、前記電気誘電体薄膜が金属薄膜から
なるものでもよい。

【００１０】基板上に薄膜形成方法を用いて作製する光
偏向器の作製方法において、前記基板に溝を形成する工
程と、前記溝に形成した基板に固定電極を形成する工程
と、前記溝を埋め込み材料により埋め込み平坦化する工
程と、平坦化した基板上に光偏向板を有する機械可動部
を形成する工程と、前記埋め込み材料を除去する工程を
用いて作製することを特徴とする。

【００１１】さらに、上述の光偏向器を複数用い、各々
の光偏向器が他の光偏向器とは独立に変位するための変
位手段を有し、画像表示を行うことを特徴とする表示装
置である。

【００１２】

【作用】上述のように構成された本発明の光偏向器で
は、基板上に設けられた固定電極に電圧を印加すると、
基板上に形成した機械可動部に備えられた光偏向板と固
定電極との間に静電引力が生じ、該光偏向板は固定電極
方向に引き付けられて空間的に変位する。このとき、光
偏向板の少なくとも一方の自由端が入る溝が基板に穿設
されているので、機械可動部を駆動させた際の光偏向板
の空間変位量が大きくとれる。これにより、基板に入射
する光は前記光偏向板により大きな角度で偏向される。

【００１３】そして、基板に光偏向板の少なくとも一方
の自由端が入る溝が設けられたことにより、大きな偏向
角度を必要とするときに従来のように固定電極と機械可
動部との間の空隙間隔を長く設ける必要がないので、省
電力化が図れる。

【００１４】

【実施例】次に本発明にかかる光偏向器、その作製方
法、光偏向器を用いた表示装置の実施例について図１乃
至図２８の図面を参照して詳細に説明する。

【００１５】（第１実施例）図１は本発明の光偏向器の
第１実施例を示す平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線
断面図である。

【００１６】本発明の光偏向器は図２に示すような片側
上面にＶ型の溝１０を設けた基板１を有し、基板１の上
面には絶縁層１３を介して固定電極１４および固定電極
１５が所定位置に設けられている。さらに絶縁層１３上
面には図１に示すような支持部１８に支持された機械可
動部１１が絶縁層１３の両端面にそれぞれスペーサ１６
を介して設けられており、スペーサ１６によって機械可
動部１１と絶縁層１３上面の間に空隙１１１が形成され
ている。機械可動部１１は、光偏向板としてのミラー１
１ａとこの両端にそれぞれ形成される梁１１ｂからな
り、図１に示すように梁１１ｂの一端が支持部１８に支
持されている。また、支持部１８、梁１１ｂ、ミラー１
１ａは電気導電体薄膜より構成されている。

【００１７】前記固定電極１４は、可動時にミラー１１
ａの自由端が溝１０の絶縁層１３に接触しても固定電極
１４とミラー１１ａが接触することがないように絶縁層
１３上に配置されている。固定電極１５についても同様
にミラー１１ａの他方の自由端が絶縁層１３に接触した
際に固定電極１５とミラー１１ａが接触しない配置とさ
れる。上述のように溝１０を設けることで偏向角度が大
きくとれるとともに、実行的に固定電極１４および固定
電極１５とミラー１１ａの距離は小さく取ることが可能
となる。

【００１８】図３は本発明の光偏向器の第１実施例の動
作原理を示す動作説明図である。この図には示してない
がミラー１１ａは梁１１ｂを介して支持部１８（図１参
照）にて電気的に接地されている。固定電極１４，１５
に電圧が印加されていない時ミラー１１ａは絶縁層１３
上面と距離ｔ１を隔てた平行な面で停止している。この
とき固定電極１４に電圧Ｖａを印加すると、ミラー１１
ａが固定電極１４に引き寄せられて梁１１ｂがねじれ、
ミラー１１ａの一方の自由端が基板に形成した溝１０
（図２参照）に接触する。この時、接地時のミラー１１
ａの停止位置に対して溝１０に接触したときのミラー１
１ａの位置が角度βを成す（このときの接地時のミラー
１１ａの停止位置と溝との空隙間隔はｔ₂である）。次
に、固定電極１４への電圧印加を止めて固定電極１５に
電圧を印加するとミラー１１ａの他方の自由端が絶縁層
１３に接触し、これにより接地時のミラー１１ａの停止
位置に対して溝１０に接触したときのミラー１１ａの位
置が角度αを成す。このようにしてミラー１１ａの梁１
２を中心とした回転角度が決定し、ミラー１１ａに光を
照射することにより光の偏向角度を（α＋β）まで変え
る。この偏向角度αおよびβは、ミラー１１ａの長手方
向の長さ、ミラー１１ａと絶縁層１３との空隙間隔ｔ
₁ 、Ｖ型の溝１０（図２参照）の配置により一義的に決
定される。

【００１９】本発明の実施例ではミラー１１ａの形状を
梁１１ｂに対して非対称の片持ち支持形状としたが、対
称の形状となってもよいことは言うまでもない。しか
し、ミラー１１ａを梁１１ｂに対して非対称形状とする
ことで偏向角度αを大きく取ることが可能となる。ミラ
ー１１ａを梁１１ｂに対して対称とする場合には、固定
電極１５の側にも溝を設けることで偏向角度αを大きく
取ることが可能であり、他の方法として基板に対する溝
の成す角度θを大きく取ることにより偏向角度βを大き
くしても良い。

【００２０】図４は本発明の光偏向器の第１実施例の動
作による偏向動作図である。図４において、基板１の垂
線と角度Ωをなして入射した入射光２は、固定電極１５
に電圧を印加することにより図中の反射方向４（破線に
て指示）に偏向される。固定電極１５の電圧印加を止め
固定電極１４に電圧を印加することにより入射光２は反
射方向３（破線にて指示）に偏向される。すなわち最大
偏向角として（２α＋２β）を得ることができる。ま
た、本発明の光偏向器ではミラーの自由端がＶ型溝の一
辺に接触するために溝を設けていないものに比べて、ス
ペーサ１６の高さ（図３に示した距離ｔ₁ に相当する）
が変動した場合にも溝の傾斜により空隙間隔の変動を補
正するように働き、偏向角のずれを低減する効果も得る
ことができる。

【００２１】次に、本発明の光偏向器の作製方法につい
て説明する。図５乃至図７のそれぞれは、本発明の光偏
向器における溝の作成方法を示す図である。

【００２２】溝の形成、特にＶ型溝の形成においては、
Ｓｉの結晶面によりエッチング速度が異なることを利用
した異方性エッチング(D. M.Allen et al,"Anisotropic
Etching of Silicon", IEEE Proc., Vol.130,Pt. I, N
o.2,1983,pp.49-56 ）を用いることによりＶ型溝を形成
することが可能である。異方性エッチングを用いるエッ
チング液としてはアルカリ金属水酸化物水溶液（ＫＯ
Ｈ，ＮａＯＨ，ＣｓＯＨ等）やアミン系水溶液（ヒドラ
ジン、エチレンジアミン等）等があり、金属イオンによ
る基板の汚染を考えた場合金属イオンを含まないＴＥＡ
Ｈ（tetraethyl ammoniumhydroxide) 、ＴＭＡＨ（tetr
amethyl ammoniumhydroxide ）等のエッチング水溶液
（O. Tabata et al,"Anisotropic Etching of Silicon
with Quaternary Ammoniumhydroxide Solutions",TECHN
ICAL DIGEST OF THE 9TH SENSOR SYMPOSIUM,1990.pp15-
18）が好ましい。図５に示すように、例えば、（１０
０）面を表面とするＳｉ基板１に適当な形状にフォトリ
ソグラフィによりパターニングしたシリコン酸化膜、シ
リコン窒化膜、金属膜等のエッチング液に耐性を有する
エッチングマスク５を施し、異方性エッチングを行うこ
とによりＶ型溝を得ることが可能である。また、図６に
示すように、Ｖ型溝の面は（１１１）面からなり、Ｓｉ
基板１の切り出し面を（１１１）面に対してθの角度を
切り出し、その面を表面として異方性エッチングとすれ
ば一辺の長いＶ型溝を精度良く作製することが可能であ
る。

【００２３】他のＶ型溝の形成方法としては、フォトレ
ジストをマスクとし、マスクと基板とのエッチング速度
の差を利用して、基板に溝を作製する斜め方向からのイ
オンエッチング方法がある（S. Matsui et al,Jpn. J.
Appl. Phys.,Vol.19,PP.L126-L128,1980, または佐野
等、応用物理、第４８巻、第６号、pp539-544 、197
9）。この方法では、基板の結晶面によらずに所望の角
度のＶ型溝を作製することが可能である。また、他のＶ
型溝の形成方法としてはフォトレジストをフォトリソグ
ラフィプロセスを用いて露光現像しＶ型溝を形成した後
に、半導体プレーナプロセスの絶縁層平坦化技術の一つ
であるエッチバック法（Y. Homma et al,J, Electroche
m. Soc.,Vol.126,pp1531-1533 ）があり、この方法を用
いてフォトレジストに形成したＶ型溝を基板にイオンエ
ッチングし転写して行う。

【００２４】フォトレジストを現像しＶ型溝を形成する
方法としては、W.E.Feely により提案されたハーフトー
ンのマスクを用いてマイクロ構造体を形成する方法を用
いる（"MICRO-STRUCTURES",IEEE SOLID-STATE SENSOR A
ND ACTUATOR workshop,Hilton Head Island,June 6-9,1
988,pp13-15）。この形成方法の概略を図７に示す。図
７において一部がハーフトーン８となるフォトマスク７
に光を照射し、フォトレジスト６を露光しＶ型溝を形成
する。この図ではハーフトーン８は４諧調として示して
あるがＶ型溝を得るためにはハーフトーン８はなだらか
に透過光量が変化するものである必要がある。また、フ
ォトレジスト６としてはポジ型レジストを用いている。

【００２５】本発明の光偏向器の第１実施例の作製工程
を以下に説明する。図８は、本発明の光偏向器の第１実
施例の作成工程を示す工程図である。

【００２６】まず、Ｓｉからなる基板１上にＶ型の溝１
０を上述した異方性エッチングにより形成する（図８
（Ａ））。この時、図６をもとにして説明した角度θが
１９．４°のシリコン基板を使用した。これによりＶ型
溝の一方の（１１１）面は基板１と垂直な面となり、溝
の最大深さは３．５μｍとなった。

【００２７】次いで、図８（Ｂ）に示すようにＶ型溝１
０を有するＳｉ基板１を、１１００℃に加熱した酸化炉
に投入し酸素と水素の混合酸化ガスを導入して絶縁層１
３となる１μｍの熱シリコン酸化膜を形成し、次いで固
定電極１４，１５となるポリシリコン膜を減圧ＣＶＤ
（ＬＰＣＶＤ）により１５００Å成膜し、その後にイオ
ン注入法によりリン（Ｐ）を１×１０¹⁶（ｉｏｎｓ／ｃ
ｍ² ）注入し、１１００℃の窒素雰囲気中で１時間拡散
処理を施した。この結果ポリシリコン膜のシート抵抗は
１２Ω／口となった。前記ポリシリコン膜にフォトレジ
スト１００を塗布し露光、現像を行うフォトリソグラフ
ィプロセスを用いてフォトレジストのパターニングを施
し、フッ酸と硝酸の混合水溶液によりポリシリコンをパ
ターン形成した後にレジストを剥離し、図８（Ｃ）に示
す固定電極１４，１５を形成した。

【００２８】次に、図８（Ｃ）に示すように溝１０を埋
め込み平坦化し、スペーサ１６を形成する。ここでは、
溝１０の埋め込みとスペーサ１６（図２参照）を同時に
形成する方法としてフォトレジスト１１６を塗布した。
フォトレジスト１１６はヘキスト（Hoechst ）社製フォ
トレジストである商品名ＡＺ１３５０Ｊを溶剤により適
当な粘度にして塗布し、平滑な面が形成されるまで塗布
を繰り返し行った。その後、スペーサ厚み（図３に示し
た距離ｔ₁ に相当する）が０．５μｍとなるようＣＦ₄
ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により
エッチバックを行った。

【００２９】さらに、ミラー１１ａおよびねじり回転を
行う梁１１ｂ（図２参照）となる電気導電体薄膜におい
ては、図８（Ｄ）に示すようにスパッタリング法を用い
てアルミニウム（Ａｌ）をアルゴンによりスパッタリン
グし３０００ÅのＡｌを薄膜堆積し形成した。スパッタ
リング時の基板ホルダーの温度を５℃に設定し成膜時の
熱応力を抑えた。

【００３０】次に、図８（Ｅ）に示すようにフォトレジ
スト１０１を塗布しフォトリソグラフィプロセスにより
パターニングし、ＡｌをＢＣｌ₃ とＣｌ₂ との混合エッ
チングガスによりＲＩＥにてパターニングを行う。

【００３１】引き続づきＲＩＥを用いて酸素プラズマに
よりＡｌ膜１１７上部、ミラー１１ａおよび梁１１ｂ下
部のフォトレジスト１１６をエッチング除去し空隙１１
１を形成した。この時のエッチング条件は酸素１００ｃ
ｃｍ以上、エッチング時のガス圧力２０Ｐａ以上とし、
サイドエッチを大きく取る条件を採用した。以上の作製
工程により図８（Ｆ）に示す光偏向器を得ることができ
た。

【００３２】作製した光偏向器は、図１においてミラー
１１ａの梁１１ｂに片持ち支持された長い方の自由端の
長手方向を９．５μｍ、幅の長さを１０μｍとした。固
定電極１４に電圧を３０Ｖ印加した時、ミラー１１ａの
自由端が溝の斜面に接触し、この時のミラー１１ａと基
板１との成す角度は２０．６°（図３の角度β）となっ
た。基板１にＶ型溝１０を形成せずに図８（Ｂ）以降の
作製工程により空隙をスペーサにて形成しミラー１１ａ
が基板１と接触した時の電圧を測定したところ４０Ｖが
必要であった。本発明の第１実施例では基板に形成した
Ｖ型溝の一辺に固定電極を形成することによりミラーと
固定電極の空隙間隔が短くなり従来に比して静電引力が
増し、低電圧化を図ることが可能となった。さらに、低
電圧化するには、図８（Ｄ）でのＡｌの膜厚を薄膜化す
れば良く、また、他の方法としては梁部のみを薄膜化し
ても良く、半導体基板上に形成した駆動回路によっても
ミラー駆動することが可能となる。このようにして作製
した光偏向器は極めて小型かつ計量にアレイ化して作製
できる。

【００３３】次に本発明の光偏向器の第１実施例の他の
固定電極配置、および溝形状の例について図９乃至図１
１をもとに説明する。図９は本発明の光偏向器の第１実
施例における固定電極を基板面上に配置した場合の図で
あり、図１０および図１１のそれぞれは、本発明の光偏
向器の第１実施例における固定電極を基板上に配置する
とともに、溝形状を凹型にした場合の図である。

【００３４】図９に示す光偏向器は固定電極の配置以外
において同様の構成を示しており、溝の一辺に固定電極
を形成した場合に比して電気導電体薄膜であるミラー２
１ａと固定電極２４の間がより短くなり、低電圧化を図
ることが可能となる。

【００３５】また、図１０は溝形状が凹型の溝３０とし
て基板をエッチングすることにより形成され、ミラー３
１ａの自由端は溝３０の底面に接触している。溝形状は
この図に示すような垂直に基板をエッチングする方向性
のあるエッチングの必要はなく、固定電極３４と電気導
電体であるミラー３１ａが接触しなければ良く、化学反
応を利用する等方性エッチングにて形成した溝形状でも
良いことは言うまでもない。

【００３６】図１１に示すような凹型溝４０では溝４０
の端部にミラー４１の下面が接触し光の偏向角度を安定
して保つことが固定電極４４、ミラー４１ａおよび梁４
１ｂの空間配置により可能となる。この場合、固定電極
の空間配置については、図９，１０に示した例に比べ
て、制限が緩やかとなる。

【００３７】図１２は本発明の光偏向器の第１実施例の
支持部の他の構成を説明する斜視図である。図１ではミ
ラー１１ａおよび梁１１ｂの支持部１８をミラー１１ａ
の一面と同一面で保持したが、図１２では基板上に設け
たコンタクト５９を介してミラー５１ａおよび梁５１ｂ
を支持する支持部５８を設けた。このように支持部５８
を配置することにより図１の支持部１８の面における入
射光の反射を抑えることが可能となる。また、支持部１
８を固定するスペーサ１６をなくすことができ、本発明
の光偏向器を複数配置した際の光偏向器の隣合う距離を
短くすることが可能であり、より高密度に光偏向器を配
置することが可能となる。このような構成を取るにあた
っては、図８に示した作製工程において図８（Ｃ）で埋
め込み及びスペーサを形成した後にフォトレジスト１１
６の一部にコンタクトホールを開け基板の一部を露出し
た後にＡｌ膜を成膜し同様の工程を経ることにより作製
する。図１２の構成では埋め込み部分とスペーサ部分を
除去することとなる。スペーサをなくしたことによる他
の効果としては、従来技術で述べた空間光変調器（特開
平２−８８１２号公報）および図１に示す実施例のよう
にスペーサとして有機高分子からなる膜を残す場合に比
べて、例えば光源の異常加熱などによる外的な不慮にお
いて光偏向器の温度が著しく上昇しても熱収縮や熱固化
などの熱的ダメージに敏感な有機高分子がない為に熱損
傷などが発生しにくい熱耐性の高い光偏向器となる。と
ころで、偏向を行うための電圧印加の方法としては第１
実施例では示さなかったが、固定電極５４および固定電
極５５への電圧印加の方法として図１２に示すような直
流電圧源にスイッチを取り付けて固定電極への電圧印加
を切り替えることも可能である。本発明の電圧印加の方
法として共通に用いることが可能である。スイッチとし
て、図８（Ｂ），（Ｃ）の工程上で、基板面または溝の
一辺に成形したＭＯＳトランジスタを用い集積化を図る
こととなる。

【００３８】（第２実施例）図１３は、本発明の光偏向
器の第２実施例の構成を説明するための断面図である。
本発明の光偏向器の第１実施例と比して、固定電極６４
および固定電極６５上に誘電体薄膜６７が形成してあ
る。固定電極上に誘電体薄膜を設けることによりミラー
６１ａが固定電極６４，６５に接触し電気的に導通する
ことを防ぐことが可能であり、固定電極６４，６５とミ
ラー６１ａとの配置の限定が緩やかに成る。さらにミラ
ー６１ａの一方の片持ち板がＶ型溝６０の一辺上に設け
た誘電体薄膜６７の表面に面接触しており、ミラー６１
ａの反り等があってもミラー６１ａが静電引力により誘
電体薄膜６７に面で接触するために、ミラー面がＶ型溝
の誘電体薄膜面の表面精度をそのまま反映することとな
り、ミラー６１ａの反りによる偏向面積の低下などの問
題を低減することが可能となる。さらにミラー６１ａの
偏向角度はスペーサ厚みに依らず基板の面にて固定され
ることとなり、偏向角度のずれ等の問題を回避できる。

【００３９】図１４は本発明の第２実施例の他の構成を
説明するための断面図を示す。図１４ではミラー７１ａ
の他方の片持ち板自由端が基板面に形成した固定電極７
５上の誘電体薄膜７７に面で接触するものである。これ
により、図１３に示す実施例と同様にミラー７１ａの反
りに対して基板の面精度を反映し偏向面積の角度の補償
を可能にする。なお誘電体薄膜７７は固定電極７４，７
５と電気導電体であるミラー７１ａとの絶縁性を保つと
同時に、ミラー７１ａが固定電極７５を介して接触した
際に、接触していない時と比べ電気容量がその比誘電率
に比例して増加、する。このため、誘電体薄膜７７は固
定電極７５とミラー７１ａとの間に生じる静電引力を大
きくする効果がある。すなわち、低電圧にてミラー７１
ａが膜の内部応力によって反っていてもミラー７１ａと
誘電体薄膜７７との密着性を上げることが可能である。
よって比誘電率の大きい、すなわち強誘電性を示す誘電
体薄膜はより好ましい。

【００４０】次に、図１４に示した光偏向器の作製工程
の一例を図１５をもとに説明する。図１５は、本発明の
第２実施例の作製工程図である。

【００４１】まず、図１５（Ａ）に示すように、Ｓｉか
らなる基板上にＶ型溝を前述の斜め方向からのイオンエ
ッチング方法を用いて形成した。イオンエッチング装置
によりＡｒイオンを加速電圧１．５ｋＶ、イオン電流
１．５ｍＡの条件でＳｉ基板をイオンの入射角に対して
７０°に設置し、グレーティング形状にパターニングし
たフォトレジストをマスクとして用い、角度θ（図３参
照）が１７°のＶ型の溝７０をシリコン基板に形成し
た。これによりＶ型溝７０の溝の最大深さは３μｍであ
った。

【００４２】次いで、このＶ型溝７０を有するＳｉ基板
を１１００℃に加熱した酸化炉に投入し酸素と水素の混
合酸化ガスを導入して図１５（Ｂ）に示す絶縁層７３と
なる１μｍの熱シリコン酸化膜を形成する。次にＡｌ膜
１７４をスパッタリング法により１０００Å成膜し、塗
布、露光、現像しパターニングしたフォトレジスト１０
２をマスクとして用い（図１５（Ｂ））、Ａｌ膜１７４
をＢＣｌ₃ とＣｌ₂ との混合エッチングガスにより反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）にてパターニングを行っ
て図１２（Ｃ）に示すように固定電極７４，７５を形成
した。そして、固定電極７４，７５上にスパッタリング
法によりＡｌをターゲット材料とし窒素ガスをスパッタ
リングガスとして反応性スパッタリングを行いＡｌＮか
らなる誘電体薄膜７７を成膜した。

【００４３】次に、溝７０を埋め込み平坦化し、スペー
サ７６（図１４参照）を形成する。ここでは、溝の埋め
込みとスペーサ７６（図１４参照）を同時に形成する方
法として図１５（Ｄ）に示すようなフォトレジスト１７
６を塗布した。ここでフォトレジスト１７６としてはヘ
キスト（Hoechst ）社製ポジ型フォトレジストである商
品名ＡＺ４６２０を用い、これを溶剤により適当な粘度
にして塗布し、平滑な面を形成した。スペーサ厚み（図
３に示したｔ₁ ）が１．５μｍとなるようＣＦ ₄ ガスを
用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりフォト
レジスト１７６のエッチバックを行った。

【００４４】次に、図１５（Ｅ）に示すように、フォト
レジスト１７６にＶ型溝を前述のハーフトーンのマスク
を用いたマイクロ構造体を形成する図７の方法を用いて
形成した。フォトレジスト１７６に形成したＶ型溝は基
板上に形成したＶ型溝の角度とほぼ同様に成るようにし
てある。ハーフトーンのマスクは石英基板上にフォトリ
ソグラフィ時の露光の遮光部となるクロムの厚みを調整
して形成してある。

【００４５】そして、図１５（Ｆ）に示すように、真空
蒸着法の一つである抵抗加熱蒸着法によりタングステン
（Ｗ）ボートを用いて金（Ａｕ）を３０００Å薄膜堆積
し、ミラーおよびねじり回転を行う梁となるＡｕ薄膜１
７１を形成した。次に、金（Ａｕ）の表面にフォトレジ
スト１０３を塗布してフォトリソグラフィプロセスによ
りパターニングし、このパターンによりＡｕをヨウ素及
びヨウ化カリウムからなるエッチング水溶液にてエッチ
ングし、その後ＲＩＥを用いて酸素プラズマによりＡｕ
上部およびミラーおよび梁の下部のフォトレジスト１０
３，１７６をエッチング除去し図１４に示す光偏向器を
作製した。酸素プラズマによるフォトレジストのエッチ
ング条件は第１実施例の作製条件と同様である。フォト
レジストを除去した後、固定電極７５の誘電体薄膜７７
にミラー７１ａが面接触する位置に梁７１ｂのパターン
を形成した。このようにして作製した光偏向器の固定電
極７５に電圧１０Ｖを印加したところミラー７１ａが誘
電体薄膜７７に接触したが、ミラー７１ａの自由端は基
板上方に１μｍ反っていた。さらに電圧を上げて３０Ｖ
印加したところミラー自由端も基板に接触し、面接触す
ることが可能となった。本発明の光偏向器は、ミラーが
反っていてもミラーの偏向面の角度補償をすることが可
能となった。

【００４６】（第３実施例）図１６は本発明の光偏向器
の第３実施例の構成を説明するための斜視図であり、図
１７はその断面図である。

【００４７】溝８０を有する基板上には絶縁層８３を介
して固定電極８４が設けられており、絶縁層８３上には
コンタクト８９を介した支持部８１ｂによりミラー８１
ａが片持ち板形状となって支持されている。ミラー８１
ａおよび支持部８１ｂは機械可動部８１とされ、固定電
極８４に電圧を印加することによりミラー面が静電引力
により固定電極８４側に変位する。このとき、ミラー８
１ａの根本となる支持部８１ｂとのＬ形の部分および支
持部８１ｂとコンタクト８９とのＬ形の部分で変形し、
ミラー面は変形しない。図１７に示すように、固定電極
８４に電圧を印加しない時のミラー停止位置を基板面か
らの距離ｔ₃ で表し、ミラー８１ａの自由端が溝８０の
一辺に接触する時のミラー停止位置からの距離をｔ₄ と
する。溝がない場合、光偏向器の最大偏向角度は距離ｔ
₃ とミラー８１ａの長手方向の長さにより決定するが、
本実施例に示すような溝８０を形成することにより偏向
角度をさらに大きくすることが可能となる。また、固定
電極８４とミラー８１ａとの距離は偏向角度に対して実
行的に短くなり、低電圧化を図ることが可能となってい
る。さらに、本実施例の光偏向器ではスペーサを除去し
てあり、アレイ化するに適した構成を持つことは図１２
に示す第１実施例について述べた光偏向器と同様の理由
により明らかである。図１７においてコンタクト８９が
絶縁層８３に形成されてあるが、基板と電気的に接地す
る場合はコンタクト８９を基板と電気的に接触するよう
に絶縁層８３にコンタクト用の窓を開け電気的に接続す
るようにしても良い。

【００４８】次に、上述の光偏向器の第３実施例の作製
工程の一例を図１８をもとに説明する。図１８は、本発
明の光偏向器の第３実施例の作製工程図である。

【００４９】まず、図１８（Ａ）に示すように、Ｓｉか
らなる基板上にＶ型溝を上述した異方性エッチングによ
り形成した。この時、角度θ（図６参照）が１９．４°
のシリコン基板を使用した。これによりＶ型溝の一方の
（１１１）面は基板と垂直な面を取り、溝の最大深さは
３．５μｍであった。

【００５０】次に、そのＶ型溝を有するＳｉ基板にシリ
コン窒化膜を減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）により３０００
Å成膜し絶縁層８３を形成した。固定電極となるポリシ
リコン膜１８４をＬＰＣＶＤにより６２０℃にて１５０
０Å成膜し、その後にイオン注入法によりリン（Ｐ）を
１×１０¹⁶（ｉｏｎｓ／ｃｍ² ）注入し、１１００℃の
窒素雰囲気中で１時間拡散処理を施した。この結果、ポ
リシリコンのシート抵抗は１２Ω／口となった。ポリシ
リコン膜１８４にフォトレジスト１０４を塗布し、露
光，現像を行うフォトリソグラフィプロセスを用いてフ
ォトレジスト１０３にパターニングを施し（図１８
（Ｂ））、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）により
エッチングガスとしてＣＦ₄ を用いポリシリコン膜１８
４をパターン形成した後にレジストを剥離し、図１８
（Ｃ）に示す固定電極８４を形成した。そして、図１８
（Ｃ）に示すように固定電極上に最終的に除去して空隙
部分となるシリコン酸化膜１８６をバイアス・スパッタ
リング法（月間Semiconductor World.プレスジャーナ
ル，1984.10.pp121-128 ）を用いて成膜した。具体的に
は、基板に（−２００Ｖ）のバイアス電圧を印加するこ
とにより、溝を埋め込み、かつ、平坦化したシリコン酸
化膜１８６を形成し、図１７に示した距離ｔ₃ が１．５
μｍとなるようにシリコン酸化膜１８６をＣＦ₄ ガスを
用いてエッチバックした。エッチバックの際に成膜した
シリコン酸化膜の平坦化をさらに増すためにレジストを
塗布しエッチバックすることにより平坦化を上げた。シ
リコン酸化膜１８６は、図１８（Ｃ）に示すようにコン
タクト８９を形成する為に一部フォトリソグラフィによ
り除去してある。シリコン酸化膜の除去は、レジストを
マスクとしてエッチングした時の膜側面が基板に垂直に
なるようにＣＨＦ₃とＣＦ₄の混合ガスを用い反応性イオ
ンエッチングにて行った。

【００５１】次いで、図１８（Ｄ）に示すようにミラ
ー、支持部、およびコンタクトとなる電気導電体薄膜と
してポリシリコン膜１８１を用い、シリコン酸化膜１８
６上にＬＰＣＶＤにより６００℃にて３０００Å成膜
し、その後にイオン注入法によりリン（Ｐ）を１×１０
¹⁶（ｉｏｎｓ／ｃｍ² ）注入し、１１００℃の窒素雰囲
気中で３時間拡散処理を施した。この結果、ポリシリコ
ン膜の応力は圧縮性応力であり、１．２×１０⁸ ｄｙｎ
／ｃｍ² となった。コンタクト８９のシリコン酸化膜の
ステップ上のポリシリコンは薄膜化し、変形しやすくな
っている。

【００５２】そして、図１８（Ｅ）に示すようにミラ
ー、支持部、およびコンタクトとなるように電気導電体
薄膜１８１にフォトリソグラフィによりフォトレジスト
１０５をパターニングし、固定電極８４であるポリシリ
コンと同様のエッチング方法を用いて行った。

【００５３】最後に、フッ酸水溶液にてバイアス・スパ
ッタリング法により形成したシリコン酸化膜１８６をエ
ッチング除去し図１８（Ｆ）に示す本実施例の光偏向器
を作製した。

【００５４】以上の作製工程にて、図１６，１７に示し
た本発明の光偏向器を作製した。このように支持部８１
ｂを配置することにより図１２に示した光偏向器と同様
に支持部での入射光の反射を抑えることが可能であり、
スペーサをなくすことにより本実施例の光偏向器を複数
配置した際の光偏向器の隣合う距離を短くでき、より高
密度に光偏向器を配置することが可能であり、熱損傷等
が発生しにくい熱耐性の高い光偏向器となる。さらに、
ミラーが片持ち板の形状を取ることにより、光偏向器が
温度上昇した場合でも、基板とミラーとの熱膨張係数差
により生じるミラーへの熱応力による機械的な変形を回
避できる。また、第１および第２実施例で示したと同様
に基板に溝を形成したことにより偏向角度を大きく取れ
ると同時に低電圧化を図ることも可能となった。

【００５５】（第４実施例）図１９は本発明の光偏向器
の第４実施例の構成を説明するための斜視図であり、図
２０はその断面図である。

【００５６】溝９０を有する基板上には、絶縁層９３を
介して固定電極９４が設けられており、絶縁層９３を伴
う基板上にはたわみ可能なたわみ板９１ｂがコンタクト
９９を介して片持ち板形状に支持され、さらにたわみ板
９１ｂにミラー９１ａが設けられている。固定電極９４
に電圧を印加することによりミラー面が静電引力により
固定電極９４側に変位する。このとき、たわみ板９１ｂ
は撓むが、ミラー面は変形しない。固定電極９４に電圧
を印加しない時のミラーは基板と同一平面上に停止して
いる。第１から第３実施例で示したような支持部および
スペーサなどは本実施例の光偏向器では設けておらず、
溝の深さにて偏向角が決定され、作製工程においてもス
ペーサを形成することなく溝の埋め込みのみでよい。固
定電極とミラーとの距離は偏向角度に対して実行的に短
く成り、低電圧化を図ることが可能となっている。本実
施例の光偏向器ではスペーサを必要とせず、アレイ化す
るに適し且つ熱的安定性のある構成を持つことは図１２
に示した第１実施例の説明および片持ち板形状をもつ第
３実施例と同様の理由により明らかである。図２０にお
いてコンタクト９９が絶縁層９３上に形成されている
が、基板を電気的に接地する場合はコンタクト９９を基
板と電気的に接触するように絶縁層９３にコンタクト用
の窓を開け電気的に接続するようにしても良い。また、
集積化に際しては溝の一辺にトランジスタを形成してお
くことも可能である。

【００５７】次に、上述の光偏向器の作製工程の一例を
図２１をもとに説明する。図２１は、本発明の光偏向器
の第４実施例の作製工程図を用いて説明する。

【００５８】まず、図２１（Ａ）に示すようにＳｉから
なる基板上にＶ型溝を上述した異方性エッチングにより
形成した。本実施例では第１実施例と同様の基板を用い
た。

【００５９】次いで、図２１（Ｂ）に示すようにＳｉ基
板上に絶縁層９３として１μｍの熱シリコン酸化膜を形
成し、そしてＡｌ膜１９４をスパッタリング法により１
０００Å成膜し、フォトレジスト１０６を塗布、露光、
現像しパターニングしてマスクとして用いた。

【００６０】そして、図２１（Ｃ）に示すようにＡｌ膜
１９４をＢＣｌ₃ とＣｌ₂ との混合エッチングガスによ
りＲＩＥにてパターニングを行い固定電極７４を形成し
た。さらに、溝９０に樹脂である溝埋め込みレジスト１
９６を塗布して埋め込んだ後に、ＣＦ₄ ガスを用いたＲ
ＩＥによるエッチバックを行い溝埋め込みレジスト１９
６を基板面と同一面と成るまで平坦化した。このように
本実施例の光偏向器ではスペーサ部を形成しない。

【００６１】次に電気導電性を有するたわみ板９１ｂと
なるＡｌ膜１９２をスパッタリング法を用いてアルミニ
ウム（Ａｌ）をアルゴンによりスパッタリングし１００
０Å薄膜堆積した。さらに、図２１（Ｄ）に示すよう
に、Ａｌ膜１９２上にフォトレジスト１０７（日立化
成、ネガレジスト、商品名ＲＤ２０００Ｎ）を塗布、露
光し、レジストパターンの断面が逆テーパ形状となるよ
うに現像した。

【００６２】次に、図２１（Ｅ）に示すように真空電子
ビーム蒸着法によりＡｌ膜１９１を３０００Å成膜し
た。

【００６３】そして、図２１（Ｆ）に示すようにフォト
レジスト１０７を剥離液により剥離除去することにより
フォトレジスト１０７上のＡｌ膜１９１をリフトオフ
し、ミラー９１ａおよびコンタクト９９を形成した。リ
フトオフを行うにあたり、溝９０の埋め込みに用いた溝
埋め込みレジスト１９６が剥離液により剥離しないこと
が必要であり、例えばポリイミド、ポリアミド等を使用
すれば良い。次に、たわみ板及びコンタクトをフォトレ
ジスト１０８で覆い、Ａｌ膜１９２をＢＣｌ₃ とＣｌ₂
との混合エッチングガスによりＲＩＥにてパターニング
を行う。

【００６４】引き続づきＲＩＥを用いて酸素プラズマに
よりＡｌ膜１９４上部のフォトレジスト１０８およびミ
ラー９１ａ下部の溝埋め込みレジスト１９６をエッチン
グ除去し、図２１（Ｇ）に示す本実施例の光偏向器を作
製した。

【００６５】以上の作製工程にて、図１９，２０に示し
た本実施例の光偏向器を作製した。このように基板に溝
を形成し、ミラー９１ａの厚みに比べて薄くたわみ可能
なたわみ板９１ｂを設けることでスペースのとらない光
偏向器となる。スペーサをなくすことにより本実施例の
光偏向器を複数配置した際の光偏向器の隣合う距離を短
くでき、より高密度の光偏向器を配置することが可能で
あり、熱損傷等が発生しにくい熱耐性の高い光偏向器と
成る。また、第１および第２実施例と同様に基板に溝を
形成したことにより偏向角度を大きく取れると同時に低
電圧化を図ることも可能となった。また、スペーサとし
てフォトレジストを用いる場合、有機溶媒にて適当な粘
度に希釈されたフォトレジストを塗布するため、使用す
るに伴い粘度の変化が生じスペーサの厚みが変化した際
に偏向角度にずれが生ずる可能性がある。このため、十
分なプロセスコントロールが必要である。ところが、本
実施例の光偏向器にあってはスペーサを形成する必要が
ないため、製造上の歩留り低下を招くことがない優れた
光偏向器となる。

【００６６】以上、実施例を用いて本発明の光偏向器の
構成、作製工程及び動作について説明した。第１乃至第
４実施例において固定電極を基板上に絶縁層を介して形
成したが、基板がガラス等の電気的絶縁性を有するもの
であれば絶縁層を設ける必要はない。さらに、基板とし
てシリコン（Ｓｉ）等の半導体材料を用いる場合、固定
電極としてイオン注入等により不純物導入した拡散層を
用いることが可能である。第３実施例の作製方法では溝
の埋め込みおよびスペーサの材料としてのシリコン酸化
膜を用いたが第１，４実施例と同様にフォトレジストま
たはレジストを用いて酸素プラズマにより除去しても良
い。図１２，図１６，図１９に示したようなコンタクト
を有する構造では、溝埋め込みの材料としてフォトレジ
ストまたはレジストを用いる場合、それらを溶解する溶
剤を用いても構わない。また、実施例を通じて溝の埋め
込みまたは溝の埋め込みおよびスペーサの材料としてフ
ォトレジストやシリコン酸化膜を用いたが特に限定され
るものではない。他の材料として、ＴｉまたはＴｉ／Ｗ
からなる金属合金薄膜を抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸
着法などの真空蒸着法により成膜し、図９および図１２
では空隙形成材料の除去に過酸化水素水を用いてエッチ
ング除去することによって同様の本発明の光偏向器を形
成することが可能である。この場合、固定電極および機
械可動部はエッチングされない材料を用いる。また、溝
を埋め込む材料とスペーサの材料は同一である必要はな
く、第４実施例で示したような方法で溝を埋め込んだ後
に新たに他の材料でスペーサを形成してもよい。電気電
導体薄膜としてＡｌ，Ａｕ及びイオン注入にて低抵抗に
したポリシリコン膜を用いたが、溝の埋め込みおよびス
ペーサの材料を除去する際に光偏向器の構成要素となる
ミラー、固定電極、誘電体薄膜等がエッチングされない
材料であればＡｌ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｇａ，Ｇｅ，Ｉｎ，Ｓ
ｉ等の金属、半金属および低抵抗の電気的導電性を有す
る半導体であればいずれを用いることも可能である。ミ
ラーに用いる薄膜材料としては、偏向すべき光の波長に
より反射率の高い材料を選択する必要がある。よって、
ミラーに用いる材料として好ましくは、赤外から紫外域
に高反射率となるＡｇ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃ
ｕ，Ｔｉ，Ｃｏ，Ｚｎ等の金属材料である。これら金属
材料は単元素に規定されるものではなく、２種類以上の
金属元素からなる合金化された金属を用いてもよいこと
は言うまでもない。第２実施例にて誘電体薄膜を用いた
が、誘電体薄膜は作製工程例で用いたＡＩＮ膜に限定さ
れたものでなくＳｉＯ，Ｓｉ₃ Ｎ₄ ，ＺｒＯ₂ ，ＴｉＯ
₂ ，ＭｇＯ，Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＳｉＣ，ＳｉＯＮ，ＺｎＯ，
Ｔａ₂ Ｏ₅ 等の電気的絶縁性を有する材料であれば良
い。第２実施例において固定電極への印加電圧を低減す
るには、誘電率の大きな誘電体材料を用いることにより
達成できる。すなわち、静電引力は誘電率に比例するこ
とから、誘電率を大きく取れる絶縁性を有する誘電体薄
膜材料を用いることによりミラーと誘電体薄膜の面接触
を行うに必要な電圧を低減することが可能となる。強誘
電体材料としてはＴｉＢａＯ，ＰｂＺｒＴｉＯ，ＰｂＴ
ｉＯ等の薄膜作製ができる材料であればよい。また、誘
電体薄膜として有機高分子薄膜を用いても良く、空隙を
作製する際に誘電体薄膜として用いる有機高分子薄膜の
エッチングが起こらない空隙材料を用いれば良い。ま
た、溝の埋め込みに関しては、フォトレジストまたはレ
ジスト（樹脂）の塗布とエッチバックの組み合わせおよ
びバイアス・スパッタリング法による平坦化技術を用い
た。他の方法としては有機シリコンをソースとした、例
えばＴＥＯＳ（tetre ethyl ortho silicate:Si(OC₂H₅)
₄)等の材料を化学気相成長法（ＣＶＤ法）またはプラズ
マＣＶＤにより溝を埋め込み平坦化する方法（月間Semi
conductor World,1992,1,pp140-173) を用いても良い。

【００６７】次に本発明の光偏向器を用いた応用例であ
る表示装置の例を示す。図２２は図１２に示した第１実
施例の構成を有する光偏向器を一基板上にアレイ化した
マイクロミラーアレイからなる表示装置の一例を示した
図である。図２３は、図２２に示した表示装置の静電印
刷への応用例を示す図である。

【００６８】各ミラー２０２の下部には図示していない
が独立に固定電極が配置されており、個々の光偏向器は
独立に光の偏向および偏向光量を制御することが可能と
なっている。隣合うミラー２０２どうしのコンタクトを
共通に取るコンタクト２０９が基板上に設けられてい
る。このような表示装置２０１の静電印刷への応用例を
図２３に示す。光源２１２からの光は、レンズ２１３を
介して表示装置２０１に照射される。表示装置２０１の
各光偏向器は、画像情報に応じて独立して個々の固定電
極に電圧を印加してミラーを制御し、ミラーを通じて入
射光をレンズ２１４に偏向し感光体ドラム２１５上に偏
向光を結像させる。静電印刷は従来と同様の方法を用い
て画像が形成される。本発明の表示装置ではミラー偏向
角度を大きく取ることができ、低電圧なのでミラーを駆
動する消費電力が小さい小型の表示装置となっている。

【００６９】さらに、図２４は図２２の表示装置を２次
元アレイ化した平面図であり、図２５は図１６または図
１９の光偏向器を２次元アレイ化した表示装置の平面図
である。これらの図に示す表示装置２２１、表示装置２
３１を用いることにより投射型ディスプレイへ応用する
ことが可能となる。これら表示装置は実施例で示した光
偏向器の１つが１つの画素を形成する。また、コンタク
トは夫々の光偏向器に応じてコンタクト２２９、共通コ
ンタクト２３９のように配置してある。

【００７０】図２６は図２４に示した本発明の表示装置
を投射型ディスプレイに応用した際の光学系の一例を示
した図である。照明系２４２からの光を表示装置２２１
により、所望の画像データを各ミラーにより反射し、投
射レンズ２４３および絞り２４４を介してスクリーン２
４５に投影する。画像表示を行わない場合はミラーの角
度により遮光板２４６の方向に偏向する（図４における
反射方向４）。本発明の光偏向器を用いた表示装置によ
り、一画素が一ミラーからなる投射型ディスプレイが作
製できた。この表示装置により形成される画像データを
カラー化するには、図２６で示す光学系および表示装置
を３つずつ設けて各々の表示装置２２１（図２４参照）
の光路の前または後にそれぞれ異なる色素からなるＲＥ
Ｄ（Ｒ），ＧＲＥＥＮ（Ｇ），ＢＬＵＥ（Ｂ）の各カラ
ーフィルターを配置し、同一スクリーン上に投影するこ
とによりカラー化が達成できる。

【００７１】図２７は図２６に示す表示装置のカラー化
を達成するためのカラーフィルターの図であり、図２８
は図２７に示すカラーフィルターを用いた光学系を示し
た図である。カラー化の為の他の光学系としては、図２
８に示すように光路上で表示装置の前または後にＲＧＢ
からなる３色のカラーフィルター（図２７に示す）を一
体化したカラーフィルター２４７を配置し回転軸２４８
を中心に回転することによりカラー化が可能となる。こ
の際に表示装置は各色に応じて同期しつつ独立して画像
を形成することとなる。これにより図２６の光学系にお
いて３つの表示装置が必要であったが１つの表示装置で
カラー投射型ディスプレイが作製可能となった。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したような本発明の光偏向器に
よれば、基板に機械可動部に備えられた光偏向板の少な
くとも一方の自由端が入る溝が穿設されたことで、基板
と機械可動部との間の空隙間隔を長くしなくても、偏向
角度を大きく取れると同時に低電圧にて光偏向板の駆動
が可能となる。

【００７３】また、基板へ溝形成を行うことにより空隙
を設けるためのスペーサを必要としない光偏向器を作製
することが可能となり、作製上の工程管理の容易な構造
が提供できる。

【００７４】さらに、固定電極上に誘電体薄膜を設け、
光偏向板の一方の面を固定電極上に設けた誘電体薄膜に
面接触することにより、膜応力などによる光偏向板面の
反りによる偏向角のずれをなくすことができる。

【００７５】そして、本発明の光偏向器をアレイ化する
ことにより小型で安価な表示装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光偏向器の第１実施例を示す平面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明の光偏向器の第１実施例の動作原理を示
す動作説明図である。

【図４】本発明の光偏向器の第１実施例の動作による偏
向動作図である。

【図５】本発明の光偏向器における溝の作成方法を示す
図である。

【図６】本発明の光偏向器における溝の作成方法を示す
図である。

【図７】本発明の光偏向器における溝の作成方法を示す
図である。

【図８】本発明の光偏向器の第１実施例の作成工程を示
す工程図である。

【図９】本発明の光偏向器の第１実施例における固定電
極を基板面上に配置した場合の図である。

【図１０】本発明の光偏向器の第１実施例における固定
電極を基板上に配置するとともに、溝形状を凹型にした
場合の図である。

【図１１】本発明の光偏向器の第１実施例における固定
電極を基板上に配置するとともに、溝形状を凹型にした
場合の図である。

【図１２】本発明の光偏向器の第１実施例の支持部の他
の構成を説明する斜視図である。

【図１３】本発明の光偏向器の第２実施例の構成を説明
するための断面図である。

【図１４】本発明の第２実施例の他の構成を説明するた
めの断面図を示す。

【図１５】本発明の第２実施例の作製工程図である。

【図１６】本発明の光偏向器の第３実施例の構成を説明
するための斜視図である。

【図１７】図１６に示す光偏向器の断面図である。

【図１８】本発明の光偏向器の第３実施例の作製工程図
である。

【図１９】本発明の光偏向器の第４実施例の構成を説明
するための斜視図である。

【図２０】図１９に示す光偏向器の断面図である。

【図２１】本発明の光偏向器の第４実施例の作製工程図
を用いて説明する。

【図２２】図１２に示した第１実施例の構成を有する光
偏向器を一基板上にアレイ化したマイクロミラーアレイ
からなる表示装置の一例を示した図である。

【図２３】図２２に示した表示装置の静電印刷への応用
例を示す図である。

【図２４】図２２に示した表示装置を２次元アレイ化し
た平面図である。

【図２５】図１６または図１９に示した光偏向器を２次
元アレイ化した表示装置の平面図である。

【図２６】図２４に示した表示装置を投射型ディスプレ
イに応用した際の光学系の一例を示した図である。

【図２７】図２６に示す表示装置のカラー化を達成する
ためのカラーフィルターの図である。

【図２８】図２７に示すカラーフィルターを用いた光学
系を示した図である。

【図２９】従来の光偏向器を示す図である。

【符号の説明】

１基板５エッチングマスク６フォトレジスト７フォトマスク８ハーフトーン１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９
０溝１１ａ，２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａ，７
１ａ，８１ａ，９１ａミラー１１ｂ，２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ，６１ｂ，７
１ｂ梁１３，２３，３３，４３，５３，６３，７３，８３，９
３絶縁層１４，１５，２４，２５，３４，３５，４４，４５，５
４，５５，６４，６５，７４，７５，８４，９４固
定電極１６，２６，３６，４６，６６，７６スペーサ１８，２８，３８，４８，５８，６８，７８，８８
支持部５９，８９，９９，２０９，２２９コンタクト６７，７７誘電体薄膜９１ｂたわみ板１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１
０６，１０７，１０８，１１６，１７６フォトレジ
スト１１１空隙１１４，１８１，１８４ポリシリコン膜１１７，１７４，１９１，１９４Ａｌ膜１７１Ａｕ薄膜１８６シリコン酸化膜１９６溝埋め込みレジスト２０１，２２１，２３１表示装置２１２光源２１３，２１４レンズ２１５感光体ドラム２３９共通コンタクト２４２照明系２４３投影レンズ２４４絞り２４５スクリーン２４６遮光板２４７カラーフィルター２４８回転軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】上面に少なくとも一つ以上の固定電極を
設けた基板と、該基板上に空隙を介して形成した機械可
動部を有し、前記固定電極に電圧を印加することにより
前記機械可動部を固定電極方向に空間的に変位させて前
記基板に入射する光を偏向する光偏向器において、前記機械可動部が、電気導電体薄膜からなり、かつ、光
偏向板を備えており、前記基板には、前記機械可動部を変位させたときの光偏
向板の少なくとも一方の自由端が入る溝が穿設されてい
ることを特徴とする光偏向器。
【請求項２】機械可動部が光偏向板と、該光偏向板を
支持するとともにねじり回転する梁からなることを特徴
とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】溝がＶ型形状である請求項１に記載の光
偏向器。
【請求項４】固定電極の少なくとも一つがＶ型溝の一
辺に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の
光偏向器。
【請求項５】固定電極が光偏向板下部の溝が穿設され
ていない基板面上に配設されたことを特徴とする請求項
１に記載の光偏向器。
【請求項６】固定電極上に誘電体薄膜を形成してなる
ことを特徴とする請求項２に記載の光偏向器。
【請求項７】光偏向板が固定電極上に形成した誘電体
薄膜面に面接触することを特徴とする請求項６に記載の
光偏向器。
【請求項８】機械可動部が、溝が穿設されていない基
板面上に設けたコンタクトを介して形成した支持部と片
持ち板とからなり、該片持ち板が光偏向板となることを
特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項９】機械可動部がたわみ板と、たわみ板の自由端となる一端面上に設けた光偏向板と、前記たわみ板の他端面を溝が穿設されていない基板面上
に固定するコンタクトからなることを特徴とする請求項
１に記載の光偏向器。
【請求項１０】空隙が溝のみからなることを特徴とす
る請求項９に記載の光偏向器。
【請求項１１】電気導電体薄膜が金属薄膜からなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の光偏向器。
【請求項１２】基板上に薄膜形成方法を用いて作製す
る光偏向器の作製方法において、前記基板に溝を形成する工程と、前記溝に形成した基板に固定電極を形成する工程と、前記溝を埋め込み材料により埋め込み平坦化する工程
と、平坦化した基板上に光偏向板を有する機械可動部を形成
する工程と、前記埋め込み材料を除去する工程を用いて作製すること
を特徴とする光偏向器の作製方法。
【請求項１３】請求項１に記載の光偏向器を複数用
い、各々の光偏向器が他の光偏向器とは独立に変位する
ための変位手段を有し、画像表示を行うことを特徴とす
る表示装置。