JPH07120688A

JPH07120688A - 光偏向器および該光偏向器を用いた画像表示装置

Info

Publication number: JPH07120688A
Application number: JP5270171A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Yamamoto; 智子山本; Takayuki Yagi; 隆行八木
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-10-28
Filing date: 1993-10-28
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】小型化およびアレイ化が容易でかつ面積階調
可能な光偏向器とそれを用いた画像表示装置とを提供す
る。【構成】光偏向器の固定電極３とミラー部１６との間
に電圧が印加されていないときは、ミラー部１６は固定
部材１５によりその一端が固定されて角度θをなす。両
者間に電圧印加制御部が所望の反射光量に対応した電圧
を印加することにより、ミラー部１６を固定電極３側に
静電吸引させ、所望の光量に対応した面積だけ、ミラー
部１６を前記一端側から誘電体薄膜層１２上に密着させ
る。密着したミラー部１６上には光線が入射されている
ので、密着させた面積に比例した光量が受光部に向けて
反射方向に偏向される。この光偏向器を複数配置した画
像表示装置にあっては、電圧印加制御部が各光偏向器を
独立に制御し各光偏向器からの反射光量を変化させるの
で表示すべき画像における階調を自在に変更できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光偏向器に関し、特
に、機械可動部を用いて光量制御を行う小型の光偏向器
及び該光偏向器を用いた画像表示装置に関する。

【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
射された光量を微少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。なか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、１次元にアレイ化
することにより画像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次元面に配置する液
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断が可能
であるため、多重波長光源を使用する場合や、光源の波
長変動がある場合において有用であるが、高速応答性、
小型性、アレイ化等の点で固体化光シャッターに比べて
劣り、応用分野が限られている。

【０００４】ところで、近年、半導体フォトリングラフ
ィ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。
半導体フォトリングラフィプロセスにより作製された微
小機械は、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も期待できる。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．Ｐｅｔｅｒｓｅｎにより提案されたＴｏｒ
ｓｉｏｎａｌＳｃａｎｎｉｎｎｇＭｉｒｒｏｒ（Ｉ
ＢＭＪ．ＲＥＳ．ＤＥＶＥＬＯＰ．，ＶＯＬ．２４
（１９８０）ｐ６３１−６３７）および片持ち梁の変形
によりレーザー光を走査するＭｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉ
ｃａｌｌｉｇｈｔｍｏｄｕｌａｔｏｒａｒｒａｙ
（ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅｔｔｅｒｓ，
ｖｏｌ．３１．ｎｏ．８（１９７７）ｐ５２１−５２
３）がある。また、光偏向器の画像表示装置への応用で
は空間光変調器（特開平２−８８１２）等が提案されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
機械式光学素子はＡ１等の金属薄膜をミラー部として用
いるために、十分な応力調整を行わないと膜の内部応力
に伴うミラー部の反りが発生し、偏向面が平面となら
ず、所望方向への光の偏向光量が減少する等の問題点が
ある。また、空間光変調器（特開平２ー８８１２号）に
あたっては、ミラー部と駆動用電極との間のスペーサを
フォトレジストにより形成するため、塗布する際にフォ
トレジストは有機溶媒にて適当な粘度に希釈され、使用
する際に粘度の差が生じ、これにより経時的にスペーサ
の厚みが変化することになる。これにより偏向角度にず
れが生じる。このことは、製造プロセスの歩留ま低下と
なって現れる。このため、反りのない薄膜を再現性良く
作製するプロセスコントロールを十分に行うことが必要
となる。

【０００６】光偏向器を画像表示装置に応用する場合、
特にテレビジョン装置として用いる場合には階調表示
（２５６階調程度）が不可欠である。しかし、前述の空
間光変調器（特開平２−８８１２号）は基本的動作とし
て２値表示を行うものであり、安定的に多階調表示を行
うことが困難である。したがって、空間光変調器を複数
組み合わせてその面積比で階調を表現をする面積変調方
式、または、空間光変調器に変調を掛ける時間幅で階調
を表現するパルス幅変調方式が多階調表示手段として考
えられる。面積変調方式では、例えば８ビット、２５６
階調を表示する場合、２値表示の単位素子を２５６個ま
とめて１画素とする必要があり、表示画像の空間力が著
しく低下してしまう。つまり、１空間光変調器を１単位
素子とすると、１６×１６単位素子４方で１画素を表す
ことになるので、１単位素子のサイズを１０μｍ角とす
ると１画素１６０μｍ角となり、幅３インチの画像表示
装置の場合でせいぜい５００画素程度の解像度しか得ら
れないこととなる。より高解像度を目指す場合、画像表
示装置はより大きくなり、半導体フォトリソプロセスを
用いて上記画像表示装置を作製する場合、１基板（Ｓｉ
の１ウエハ）当たりの画像表示装置の切り出し数が減る
こととなり、歩留まり率および生産数の低下を招き、画
像表示装置の価格の上昇につながる。

【０００７】一方、パルス幅変調方式では、同じく８ビ
ット、２５６階調を表示する場合、フレーム数３０Ｈｚ
を走査するためには、１３０μｓ（１／３０／２５６
秒）内に１画素走査を行う必要がある。例えば、走査線
数が１０００本の画像表示装置においては１走査線の走
査時間は０．１μｓ以内になる。また、１走査線分のデ
ータを転送するのに必要なシフトレジスタの転送は、１
走査線分の画素数が２０００個の場合、１サイクル当た
りのシフト時間は０．０６ｎｓ以内になる。したがっ
て、シフトレジスタの駆動周波数は約１６ＧＨｚとな
り、画像表示装置の画面を分割する等の駆動手段が必要
となり、駆動系の負担が非常に大きくなる。これにより
画像表示装置の駆動用周辺回路のコストアップとなり、
上述と同様に画像表示装置の価格上昇につながる。この
ため、光偏向器を用いて画像表示装置に応用する場合、
小型でかつ駆動系の負荷が小さい画像表示装置とするに
は、光偏向器毎に偏向光の光量を変え画素毎に階調表現
を与えることが望ましい。

【０００８】本発明は、上記従来技術の有する問題点に
鑑みてなされたものであり、下記のことを実現できる光
偏向器および該光偏向器を用いた画像表示装置を提供す
ることを目的としている。（１）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。（２）薄膜の応力の有無に依らず十分な平面度を有する
ミラー部を持ち、かつ製造歩留まりを高めることが可能
な光偏向器。（３）スペーサの厚みに依らず偏向角度を一定に保つこ
とが可能な光偏向器。（４）これらの内容を実現した光偏向器を複数平面上に
並べ、画像表示装置として構成し、各光偏向器を独立に
制御することにより、表示すべき画像に関し面積階調が
行える画像表示装置。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の光偏向器は、平板状の固定電極と、該固定電
極の一面を平らに覆うように形成された誘電体層と、弾
性を有する薄い金属平板からなるミラー部と該ミラー部
の一端部を支持する梁部とからなる機械可動部と、前記
固定電極と前記ミラー部との間に電圧が加えられていな
いときには、前記誘電体層に覆われた前記固定電極に対
し所定の空間間隙を保って対面するように前記ミラー部
の前記梁部を支持する支持部と、前記ミラー部の他端を
前記誘電体層上に固定するための固定部材と、前記固定
電極平面に向けて斜めに光線を入射させる光源部と、受
光部で所望の反射光量が必要になった場合、所望の反射
光に対応した電圧を前記固定電極と前記ミラー部との間
に印加し、前記ミラー部を、前記固定電極側に吸引さ
せ、前記固定部材により前記誘電体層に固定した前記ミ
ラー部の他端側から前記誘電体層上に密着させ、密着さ
せた面積に比例した光量を受光部に向けて反射偏向させ
る電圧印加制御部と、を有することを特徴とするもので
ある。

【００１０】また、前記機械可動部が、ねじり回転する
両持ち梁により支持されているものや、前記機械可動部
が、たわむ片持ち梁により支持されている。

【００１１】さらに、前記電圧印加制御部が前記固定部
材と前記ミラー部との間に印加する静電圧は、前記ミラ
ー部の前記他端側から前記誘電体層に密着させその接触
面積を変化させる偏向調節のための駆動電圧のみからな
る。

【００１２】そして、前記ミラー部は導電体薄膜よりな
るものや、前記固定電極に前記誘電体層を形成する代り
に、前記ミラー部を、導電体薄膜と、前記固定電極に対
向する誘電体薄膜との２層構成としてもよい。

【００１３】また、前記固定手段が鈎状の係止部材であ
る。

【００１４】本発明の画像表示装置は、本発明の光偏向
器を同一平面上に複数配置し、各光偏向器の電圧印加制
御部を独立に駆動できるようにして、各光偏向器からの
反射光により画像表示を行わせるものである。

【００１５】

【作用】上記のとおりに構成された本発明では、光偏向
器とミラー部との間に、電圧印加制御部が所望の反射光
量に対応した電圧を印加することにより、ミラー部を固
定電極側に吸引させ、所望の光量に対応した面積分だ
け、固定部材により固定した、ミラー部の端側から誘電
体層上に密着させる。このとき、ミラー部の前記端は固
定部材により誘電体層上に固定されているので、ミラー
部の前記端を誘電体層に密着させるためのバイアス電圧
が不要である。密着したミラー部上には光線が入射され
ているので、密着させた面積比例した光量が受光部に向
けて反射偏向される。また、この光偏向器を複数配置し
た画像表示装置にあっては、電圧印加制御部が各光偏向
器を独立に制御し各光偏向器からの反射光量を変化させ
るので、表示すべき画像における階調を自在に変更でき
る。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１７】（第１実施例）図１は本発明の光偏向器の
第１実施例の構成を説明するための斜視図、図２は図１
の断面図、図３は図１に示したミラー部の梁部の拡大
図、図４及び図５はそれぞれ本発明の光偏向器の第１実
施例の動作原理を説明するための動作説明図と偏向動作
説明図である。

【００１８】先ず、図１および図２を参照して本実施例
の光偏向器の構成について詳しく説明する。基板１には
絶縁層１１が形成され、この絶縁層１１の上には所定の
大きさの金属層からなる固定電極３が形成されている。
さらに、絶縁層１１および固定電極３の上には誘電体薄
膜層１２が形成されている。

【００１９】誘電体薄膜層１２の上にはスペーサ１３が
形成され、このスペーサ１３の上面には、金属層よりな
る支持部１４が形成されている。機械可動部２は、支持
部１４と同一部材であって、幅の狭い２つの梁部１７
ａ，１７ｂを介して支持部１４と一体化されている。す
なわち、スぺーサ１３により固定電極１５と空隙をもっ
て機械可動部２が設けてあり、この機械可動部２は、図
３に示すように矢印方向に回転支持を行う２つの梁部１
７ａ，１７ｂとミラー部１６よりなり、一端が支持部１
４により支持されている。また、機械可動部２は誘電体
薄膜層１２上に形成された鈎状の固定部材１５により他
端が誘電体薄膜層１２に接触したまま固定されている。
本実施例の光偏向器を動作するにあたり、電圧印加制御
部４により固定電極３とミラー部１６との間に直流電源
を印加し、印加電圧を変化させることにより、ミラー部
１６と誘電体薄膜層１２との接触面積を変化させ、ミラ
ー部１６による光偏向を行う。なお、固定電極に電圧を
印加し機械可動部を接地してもよく、逆に機械可動部に
電圧を印加する構成でも構わない。

【００２０】次に、本実施例の動作について、図４およ
び図５を参照して説明する。固定部材１５によってミラ
ー部１６と該ミラー部１６と接触した誘電体薄膜層１２
との成す角度をθとする。固定電極３に電圧Ｖ_b を印加
し、上げていくとミラー部１６が変形し、誘電体薄膜層
１２と固定電極３の接触面積は増加する。図４におい
て、ミラー部１６の他端（図示左端）からの誘電体薄膜
層１２への接触長さを（Ｌ）として、接触面積を図示す
る。図４において、基板とΩの角度をなし入射した入射
光５はミラー部１６の他端が接した形成されたミラーに
より反射し図中の反射方向６に偏向される（図４中、一
点鎖線参照）。印加電圧Ｖ_b を上げることにより図中の
反射方向７に偏向される。ミラー部１６の接触面積が増
すに従い反射方向７への偏向光量が増す。すなわち、電
圧Ｖ_b により機械可動部２（図１参照）と固定電極３と
の間に静電引力が生じ、２つの梁部１７ａ，１７ｂがね
じれ、ミラー部１６が変形して基板上の誘電体薄膜層１
２上をなぞるように接触することとなる。すなわち、光
偏向を行うミラー部１６のミラー面は基板の表面精度を
そのまま反映することになり、ミラー部１６の反り等が
有っても、ミラー部１６は基板と同じ面精度を保持する
ことが可能となる。さらに、ミラー部１６の偏向角度は
スぺーサ厚みに依らず基板上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。本発明の
光偏向器では固定電極３に印加する電圧により生じる静
電引力と梁部１７ａ，１７ｂのねじり剛性及びミラー部
１６の機械的弾性力による復元力との拮抗により接触面
積の平衡状態が生まれ、印加電圧を変化することにより
接触面積を変化させることが可能となり、これにより、
反射方向６への入射光５の光偏向光量を調整することが
可能となる。このようにして作製した光偏向器は極めて
小型かつ軽量にアレイ化して作製できる。

【００２１】次に、本発明の光偏向器の作製工程の一例
を図６の作製工程図を用いて説明する。

【００２２】シリコンからなる基板１に窒化シリコン膜
を低圧気相成長法により１５００Å成膜し、その上に固
定電極３となる多結晶シリコン膜を１５００Å成膜し、
その後にイオン注入法によりリン１×１０¹⁶（ｉｏｎｓ
／ｃｍ²）を注入し、１１０℃の窒素雰囲気中で１時間
拡散処理した。シリコン膜にフォトレジストを塗布し露
光、現像を行うフォトリソグラフィプロせスを用いてフ
ォトレジストのパターニングを施し、フッ素と硝酸との
混合水溶液によりシリコンをパターン形成した後にレジ
ストを剥離し、固定電極３を形成した（図６の（ａ）参
照）。次に、誘電体薄膜層１２となる酸化シリコン膜を
スパッタリング法を用いて０．５μｍ形成し、この上に
フォトレジスト１８をスピンコーターにより塗布しパタ
ーニングする。固定部材１５となる酸化シリコン膜を再
びスパッタリング法で０．５μｍ成膜パターニングす
る。スパッタリング時の基板ホルダーの温度は５℃に設
定し、成膜の際のフォトレジストの熱的ダメージを回避
すると共に酸化シリコン膜の熱応力をおさえた（図６の
（ｂ）参照）。

【００２３】スペーサ１３となるフォトレジストをスピ
ンコーターによって塗布した。フォトレジストはヘキス
ト社製ポジ型フォトレジスト（商品名ＡＺ１３５０Ｊ）
を使用した（図６の（ｃ）参照）。

【００２４】ミラー部１６及びねじり回転を行う梁部１
７ａ，１７ｂとなる電気導電体薄膜はスパッタリング法
を用いて、アルミニウム１４を３０００Å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。次に、フォトレジストを
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、Ａ１をＢＣ１₃ とＣ１₂ との混合エッチングガスに
よりＲＩＥにてバタ−ニングを行い、引き続きＲＩＥを
用いて酸素プラズマによりＡ１上部及びミラー梁下部の
フォトレジストをエッチング除去し空隙１０を形成し
た。この時のエッチング条件は酸素１００ｃｃｍ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（図６の（ｄ）参照）。

【００２５】最後に、固定電極３と機械可動部２に十分
なパレス電圧を印加しミラー部１６を固定部材１５にひ
っかける。ミラー部１６の大きさが長手方向４２μｍ、
幅２０μｍの光偏向器の場合、１００Ｖのパスル電圧印
加により固定部材１５にミラー部１６を固定することが
できた（図６の（ｅ）参照）。以上の作製工程により図
１に示した光偏向器を得ることができた。

【００２６】図６の作製工程により得られた本発明の光
偏向器の、図４に示した接触長さＬと電圧Ｖｂの関係を
図７に示す。ミラー部の自由端が基板に接するためのバ
イアス電圧は必要なく、電圧印加により、直ちに接触長
さＬが増加していく様子がわかる。すなわち、図５に示
した反射方向７の偏向光量が増していった。印加電圧を
変化させることにより、反射光量を調節することが可能
となった。

【００２７】（第２実施例）図８は本発明の光偏向器の
第２実施例の斜視図である。

【００２８】本実施例の光偏向器２０は、第１実施例の
支持部をなくし、基板１上に新たに２つのコンタクト２
４ａ，２４ｂと、コンタクト２４ａ，２４ｂとねじり回
転する梁部２６ａ，２６ｂとを結合する支持部２５ａ，
２５ｂが設けてある。さらに、誘電体薄膜層２２がミラ
ー部２３の下面（固定電極３に対向する面）に形成され
ており、ミラー部２３が導電体薄膜層と誘電体薄膜層２
２の２層構成となっている。図８においては、コンタク
ト２４ａ，２４ｂは絶縁層３３の上に形成してあるが、
これに限られず、基板１にコンタクトホールを開け、基
板１とミラー部２３を電気的に導通としても良い。

【００２９】次に、本実施例の光偏向器の作製工程の一
例を図９を用いて説明する。

【００３０】シリコンからなる基板１を１１００℃に加
熱した酸化炉に投入し、酸素と窒素の１μｍの絶縁層で
ある熱酸化シリコン膜３２を形成した後、窒化シリコン
膜３３を３０００Ａ形成し、２層膜からなる絶縁膜を形
成する。酸化シリコン膜３２は窒化シリコン３３とシリ
コンの基板１の密着性を高めるために用いた。また、絶
縁層を２層構成とすることで後工程の熱処理及び犠牲層
エッチングの際のシリコン窒化膜の剥離やクラックの発
生を防止する効果が得られる（図９の（ａ）参照）。ス
パッタリング法により酸化シリコン膜３４を０．５μｍ
成膜パターニングした後、多結晶シリコンを成膜パター
ニングし固定電極３と固定部材２７を形成する（図９の
（ｂ）参照）。空隙となる酸化シリコン膜３５をスパッ
タリング法により３μｍ形成、パターニングする（図９
の（ｃ）参照）。

【００３１】そして、ミラー部２３の誘電体薄膜層２２
となる窒化シリコン３６を低圧気相成長法で３０００Å
形成し、さらに、ミラー部２３、支持部２５ａ，２５ｂ
及び梁部２６ａ，２６ｂとなる電気導電体薄膜として、
ドーピング処理を施した低抵抗多結晶シリコン膜３７を
パターニングし、機械可動部２の構造体を形成した（図
９の（ｄ）参照）。フッ化水素酸とフッ化アンモニウム
の混合溶液でスパッタリング法により形成した酸化シリ
コン膜３４，３５を除去し空隙１０を形成した（図９の
（ｅ）参照）。

【００３２】最後に、固定電極３と機械可動部２に十分
なパルス電圧を印加してミラー部２３を固定部材２７に
ひっかける。第１実施例と同じミラー寸法である本実施
例では、第１実施例と同様に１００Ｖのパルス電圧の印
加によりミラー部２３を固定部材２７に固定することが
できた。

【００３３】本発明では、低応力窒化シリコンの形成法
としてジクロラルシラン２０ｃｃｍ，アンモニア５ｃｃ
ｍ，成膜温度８５０℃で成膜し、窒化シリコン膜の応力
は３×１０⁹ｄｙｎ／ｃｍ²の引っ張り応力となった。ま
た多結晶シリコンは、成膜温度６００℃でイオン注入法
により１×１０¹⁶（ｉｏｎｓ／ｃｍ²）注入した後１１
００℃、窒素雰囲気の拡散処理を施した。この結果、多
結晶シリコン膜の応力は１×１０⁸ｄｙｎ／ｃｍ²の圧縮
応力でありミラー部は基板上方に反ってしまった、しか
し鈎に固定され、固定電極と接触した部分が光の偏向方
向となるため膜応力等によるミラー部の反りがあっても
反射方向への安定偏向が可能になった。また、温度変化
にあっても熱膨張等によるミラーの反りも偏向動作に影
響を与えない構造となっている。また、支持部の形状を
簡単にし、犠牲層をスペーサとして残さずに除去すれば
良くなり制御しやすい形で犠牲層エッチングができるよ
うになっている。

【００３４】（第３実施例）図１０は本発明の光偏向器
の第３実施例を示す斜視図、図１１は図１０の断面図で
ある。

【００３５】基板１上に、鈎形状の固定部材５２を含む
絶縁膜５１を介して固定電極３が形成され、さらに、そ
の上に誘電体薄膜５３が形成されている。コンタクト５
４により基板１に固定された支持部５５とミラー部５６
となる片持ち梁（たわみ梁）形状の機械可動部２は、空
隙を介して基板１上に形成されている。ミラー部５６
は、１つの梁部５７を備え、たわみ変形しやすいように
根元がくびれた形となっている。第１および第２実施例
と同様に、固定電極３とコンタクト５４の間に電圧を印
加することにより、光偏向動作を行う。また、本実施例
では誘電体薄膜層５３を固定電極３上に形成したが、ミ
ラー部５６に作製してもかまわない。

【００３６】次に、第３実施例の光偏向器の作製工程の
一例を図１２を用いて説明する。

【００３７】シリコンからなる基板１を１１００℃に熱
した酸化炉に投入し、酸素と水素の混合ガスにより０．
５μｍの酸化シリコン膜４１（固定部材５２）を成膜パ
ターニングしたものをマスクとして、アンダーカットを
見込んだ６フッ化硫黄ガスによる反応性イオンエッチン
グを行う（図１２の（ａ）参照）。再び、１１００℃、
Ｈ₂／Ｏ₂雰囲気の酸化炉に投入し、絶縁膜４２となる酸
化シリコン１μｍ形成する（図１２の（ｂ）参照）。

【００３８】この絶縁膜４２上に固定電極３及びコンタ
クト５４となる金４３を抵抗加熱蒸着法で３０００Å堆
積し、フォトリソグラフィプロセスを用い金４３をパタ
ーニングした。金４３のエッチングは、ヨウ素及びヨウ
化カリウムからなるエッチング溶液によるウェットエッ
チングで行った。さらに、スパッタリング法を用いて固
定電極の上に誘電体薄膜層４４として酸化シリコンを
０．５μｍ成膜した（図１２の（ｃ）参照）。

【００３９】空隙となる部分にフォトレジスト４５を塗
布しパターニングを行った。フォトレジストにはヘキス
ト社の商品名ＡＺ１３７０Ｊを用いた。フォトレジスト
４５の上に、誘電体薄膜となる窒化アルミニウムを窒素
雰囲気のスパッタリング方法で、続いて導電体薄膜４６
となるアルミニウムをアルゴン雰囲気のスパッタリング
法で成膜パターニングした。スパッタリング時に基板ホ
ルダーの温度は５℃に設定し成膜時の熱応力を抑えた
（図１２の（ｄ）参照）。

【００４０】フォトレジスト４５を酸素プラズマにより
除去し空隙１０を形成する（図１２の（ｅ）参照）。

【００４１】最後に、第１および第２実施例と同様に、
機械可動部２のミラー部を固定部材５２に固定する（図
１２の（ｆ）参照）。

【００４２】第３実施例の場合、機械可動部２をコンタ
クト、支持部、ミラー部で構成した片持ち梁としたが、
図１３に示すように、スペーサ６３を用いた支持部を用
いた片持ち梁でもかまわない。片持ち梁の場合でも、両
持ち梁の場合と同様、印加電圧の変化により接触面積を
変化させることが可能となる。これにより、反射方向の
偏向光量を調整し階調表示可能な光偏向器の提供が可能
となった。

【００４３】以上、各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実施
例から第３実施例において固定電極を基板と絶縁層を介
して形成してあるが、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２実施例では、空隙形成材
料としてのシリコン酸化膜を用いたが、第１実施例と同
様にフォトレジストを用いて酸素プラズマにより除去す
る、あるいは他の除去方法としてフォトレジストを溶解
する例えばアセトン等の溶剤を用いても構わない。ま
た、実施例を通じて空隙形成材料としてフォトレジスト
及び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。他の空隙形成材料として、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
法等の真空蒸着法により成膜し、図６及び図９での空隙
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。また、電気導電体薄膜としてＡ１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、空隙形成材料を除去する際にミラーと誘電体薄膜が
エッチングされない材料であればＡｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｇ
ａ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｉ等の金属、半金属及び低抵抗な電
気的誘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、Ｎ
ｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｚｎ等の金属材料
を用いる。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。また、誘電体
薄膜は作製工程で用いた酸化シリコン膜、窒化シリコン
膜、窒化アルミニウム膜に限定されるものではなくＺｒ
Ｏ₂ 、ＴｉＯ₂ 、ＭｇＯ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＣ、ＳｉＯ
Ｎ、ＺｎＯ等の電気的絶縁性を有する材料であれば良
い。さらには前述作製工程で固定電極として多結晶シリ
コン、Ａｕを用いていたが、誘電体薄膜及びミラーの作
製条件にて固定電極が熱または応力等の膜損傷を起こさ
ない材料であれば金属材料を用いてもよいことは言うま
でもない。偏向光量調整のための駆動電圧を低減するに
は、誘電率の大きな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
用いることにより偏向光量調整のための駆動電圧を低減
することが可能となる。強誘電体材料としては、ＴｉＢ
ａＯ、ＰｂＺｒＴｉＯ、ＰｂＴｉＯ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
子薄膜を用いてもよく、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。有機高分子薄膜としてはポリ
イミド、ポリアミド、ＰＭＭＡ等の絶縁性を有するもの
であればよく、好ましくは誘電率の高い強誘電性を示す
ＰＶＤＦ、Ｐ（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）等の高分子材料を用
いることにより前記駆動電圧を低減することが可能であ
る。鈎の材料についても、第１〜第３実施例を通して、
酸化シリコンあるいは多結晶シリコンを用いたが、空隙
形成時にエッチングあるいは損傷をうけないものであれ
ば絶縁材でも導電材でもよい。絶縁物を用いれば、止め
金としての役目のみで用いることとなり、導電材を用い
て、新たに電極を形成したり、基板と導通させて、リー
ク電極として用いることも可能である。

【００４４】次に、本発明の光偏向器を用いた応用例で
ある画像表示装置の一実施例について、図１４および図
１５を参照して説明する。

【００４５】図１４は第２実施例の光偏向器を基板上に
ライン状にアレイ化したマイクロミラーアレイからなる
画像表示装置７１の一例を示した斜視図、図１５は図１
４の上面図である。

【００４６】図８に示した光偏向器２０がその梁部７５
ａが隣接するように複数個配列されている。各々のミラ
ー部７８ａ〜７８ｄには独立に固定電極７０ａ〜７０ｃ
がミラー部７８ａ〜７８ｄ下部に配置してあり、各固定
電極７０ａ〜７０ｃはそれぞれに電圧印加制御部７６ａ
〜７６ｃを有している。個々の光偏向器は独立に光の偏
向及び偏向光量を制御することが可能となっている。隣
合うミラー部同士のコンタクトを共通に取る共通コンタ
クト７９として基板上に設けた。

【００４７】この画像表示装置７１による静電印刷への
応用例を図１６に示す。光源７２からの光をレンズ７３
を介して画像表示装置７１に照射し、画像表示装置７１
の各各光偏向器は画像情報に応じて独立して個々の固定
電極に電圧が印加されるので、ミラー部を通じて入射光
をレンズ７４に偏向し、感光体ドラム７５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
形成がなされている。本発明の画像表示装置７１ではミ
ラー部の誘電体薄膜層と固定電極の接触面積を変化させ
ることにより偏向光量を変化することが可能となる。す
なわち、ミラー部接触面積を変調することにより感光体
ドラム７５上に結像する光の面積が調整でき、従来困難
であった機械式光偏向器による画素毎の面積階調表現が
達成できる。

【００４８】さらに、図１７および図１８に示すよう
に、基板上に２次元的に本発明の光偏向器を配置するこ
とにより画像表示装置８１を形成し、投射型ディスプレ
イへの応用が可能である。共通コンタクト８９ａを設け
て基板上に２次元的に本発明の光偏向器を配置すること
により画像表示装置８１を形成し、投射型ディスプレイ
へ応用することが可能となる。図１９は、１７および図
１８に示した画像表示装置のミラー部を１つおきに左右
交互に配置したものである。これにより、基板上で効率
的に高い密度でミラー部を配置することが可能である。
ミラー部以外の占有面積が小さくなる。

【００４９】図２０に図１７および図１８、図１９にそ
れぞれ示した本発明の画像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す。照明系８４から
の光を表示装置８１により、所望の画像データを各ミラ
ー部で反射し、さらに、投射レンズ８３及び絞り８４を
介してスクリーン８５に投影する。画像表示を行わない
場合はミラー部の角度により遮光板８６の方向に偏向す
る（図５中、反射方向４参照）。

【００５０】本発明の光偏向器を用いた画像表示装置に
より、ー画素がーミラーからなる各画素毎に面積階調が
可能な投射型ディスプレイが作製できた。この画像表示
装置により形成される画像データをカラー化するには、
一例として、図２０で示す光学系及び画像表示装置を３
つずつ設けて各々の画像表示装置８１の光路の前または
後にそれぞれ異なる色素からなるＲＥＤ（Ｒ）、ＧＲＥ
ＥＮ（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。カラー化のための他の光学系としては、
光路上で画像表示装置の前または後に図２１に示すＲＧ
Ｂからなる３色のカラーフィルターを一体化したカラー
フィルター８７を配置し回転軸８８を中心に回転するこ
とによりカラー化が可能となる（図２２参照）。この際
に画像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２０の光学系にお
いて３つの画像表示装置が必要であったが、１つの画像
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。

【００５１】図１９に示した、光偏向器を交互に異なる
方向に２次元配置した画像表示装置９１では、図２３に
示すように遮光板８６ａ，８６ｂは画像表示装置に対し
２枚配置することとなる。

【００５２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載するような効果を奏する。

【００５３】本発明の光偏向器は、（１）機械式の小型
化かつアレイ化が容易であり、（２）反射型で光量調節
が可能であり、（３）さらに、膜応力等によるミラー面
の反りによる偏向角のずれをなくすことが可能である。
また、光量調節をする以外の余分なバイアス電圧等も必
要なく、さらなる駆動電圧の低減化も望める。すなわ
ち、ミラー面積を変化可能となり、これを画像表示装置
に用いれば、画像における画素毎の面積階調表現が可能
となる。また、本発明の光偏向器においては、スペーサ
の厚みが変化してもミラーの基板との接触面にて光を偏
向するため偏向角が変化することはなく、作製上におい
ても、プロセス再現性の高い偏向器の構造を有してい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光偏向器の第１実施例の斜視図であ
る。

【図２】図１の断面図である。

【図３】図１の梁部の拡大図である。

【図４】第１実施例の光偏向器の動作原理を説明するた
めの動作説明図である。

【図５】第１実施例の光偏向器の動作原理を説明するた
めの偏向動作説明図である。

【図６】第１実施例の光偏向器の作製工程の一例を示す
工程図である。

【図７】第１実施例の光偏向器の印加電圧と接触長さの
関係を示す特性図である。

【図８】本発明の光偏向器の第２実施例の斜視図であ
る。

【図９】第２実施例の光偏向器の作製工程の一例を示す
工程図である。

【図１０】本発明の光偏向器の第３実施例の斜視図であ
る。

【図１１】図１０の断面図である。

【図１２】第３実施例の光偏向器の作製工程の一例を示
す工程図である。

【図１３】第３実施例の光偏向器の変形例の斜視図であ
る。

【図１４】本発明の図８に示した光偏向器の一次元マイ
クロミラーアレイからなる画像表示装置の一例を示す斜
視図である。

【図１５】図１４の上面図である。

【図１６】図１４および図１５の画像表示装置を用いた
静電印刷装置の構成図である。

【図１７】本発明の図８に示した光偏向器の二次元マイ
クロミラーアレイからなる画像表示装置の一例を示す斜
視図である。

【図１８】図１７の上面図である。

【図１９】本発明の光偏向器の二次元マイクロミラーア
レイからなる画像表示装置の他の例を示す上面図であ
る。

【図２０】本発明の画像表示装置を投射型ディスプレイ
に応用した光学系を示す図である。

【図２１】本発明の画像表示装置に用いる３色一体化し
たカラーフィルターの上面図である。

【図２２】本発明の図１７に示した画像表示装置をスク
リーン投影機に応用した光学系を示す図である。

【図２３】本発明の図１９に示した画像表示装置をスク
リーン投影機に応用した光学系の他の例を示す図であ
る。

【符号の説明】

１基板２機械可動
部３，７０ａ〜７０ｃ，８５ａ固定電極４，７６ａ〜７６ｃ電圧印加
制御部５入射光６電圧非印
加時の反射方向７電圧印加
時の反射方向１０空隙１１，３２，３３，５１，６１絶縁層
（膜）１２，２２，５３，６２誘電体薄
膜層１３，６３スペーサ１４，２５ａ，２５ｂ，５５，６４支持部１５，２７，５２，６５，７７ａ〜７７ｄ，８８ａ，９
０ａ固定部材１６，２３，５６，６６，７８ａ〜７８ｄ，８７ａ，９
２ａミラー部１７ａ，１７ｂ，２６ａ，２６ｂ，５７，６７，７５
ａ，８６ａ梁部１８，１９，４５
フォトレジスト２０
光偏向器２４ａ，２４ｂ，５４
コンタクト３２，３４，３５，４１，４２，４４
酸化シリコン膜３３，３６
窒化シリコン膜３７，４６
導電体薄膜４３金７１，８１，９１画像表示
装置７２光源７３，７４レンズ７５感光体ド
ラム７９，８９ａ，９９ａ共通コン
タクト８２照明系８３投射レン
ズ８４絞り８５スクリー
ン８６，８６ａ，８６ｂ遮光板８７カラーフ
ィルター８８回転軸

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平板状の固定電極と、該固定電極の一面を平らに覆うように形成された誘電体
層と、弾性を有する薄い金属平板からなるミラー部と該ミラー
部の一端部を支持する梁部とからなる機械可動部と、前記固定電極と前記ミラー部との間に電圧が加えられて
いないときには、前記誘電体層に覆われた前記固定電極
に対し所定の空間間隙を保って対面するように前記ミラ
ー部の前記梁部を支持する支持部と、前記ミラー部の他端を前記誘電体層上に固定するための
固定部材と、前記固定電極平面に向けて斜めに光線を入射させる光源
部と、受光部で所望の反射光量が必要になった場合、所望の反
射光に対応した電圧を前記固定電極と前記ミラー部との
間に印加し、前記ミラー部を、前記固定電極側に吸引さ
せ、前記固定部材により前記誘電体層に固定した前記ミ
ラー部の他端側から前記誘電体層上に密着させ、密着さ
せた面積に比例した光量を受光部に向けて反射偏向させ
る電圧印加制御部と、を有することを特徴とする光偏向
器。
【請求項２】前記機械可動部が、ねじり回転する両持
ち梁により支持されている請求項１に記載の光偏向器。
【請求項３】前記機械可動部が、たわむ片持ち梁によ
り支持されている請求項１に記載の光偏向器。
【請求項４】前記電圧印加制御部が前記固定部材と前
記ミラー部との間に印加する静電圧は、前記ミラー部の
前記他端側から前記誘電体層に密着させその接触面積を
変化させる偏向調節のための駆動電圧のみからなる請求
項１乃至３のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項５】前記ミラー部は導電体薄膜よりなる請求
項１乃至４のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項６】前記固定電極に前記誘電体層を形成する
代りに、前記ミラー部を、導電体薄膜と、前記固定電極
に対向する誘電体薄膜との２層構成とした請求項１乃至
４のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項７】前記固定手段が鈎状の係止部材である請
求項１乃至６のいずれか１項に記載の光偏向器。
【請求項８】請求項１乃至７のいずれか１項に記載の
光偏向器を同一平面上に複数配置し、各光偏向器の電圧
印加制御部を独立に駆動できるようにして、各光偏向器
からの反射光により画像表示を行わせる画像表示装置。