JPH10508118A - 光投射システムで用いられる薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイは、映像信号及び駆動信号を各薄膜アクチュエーテッドミラーに供給するためのトランジスタのアレイを用いずに、アレイ製造のコストの節減及び光効率の増大させ、上面１１１を有し、その上に第１、第２及び第３導電性ラインパターン１１２、１１３、１１４を有する基板１１０が設けられるスイッチングマトリックス１０２と、各々が第２及び第３導電性ラインパターンの上に位置するＭ×Ｎ対の支持部材１０４のアレイ１０３と、各々が、ギャップ１２０により区切りされた第１、第２、中央、第３及び第４タブ部１１５、１１６、１１７、１１８、１１９と、反射層１０７、弾性層１０８及び電気的に変形可能な層１０９とを有し、また、各々が近位端１２３及び遠位端１２４を有する一対のアクチュエータ１２１及び一対のゲートアクチュエータ１２２をも備えるＭ×Ｎ個の駆動構造体１０６のアレイ１０５とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 光投射システムで用いられる薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ 発明の技術分野 本発明は光投射システムに関し、特に、そのシステムで用いるＭ×Ｎ個の薄膜 アクチュエーテッドミラーからなるアレイに関する。 背景技術 従来、多様なビデオディスプレーシステムのうち、光投射システムは大画面で 高画質の映像を表示し得るものとして知られている。そのような光投射システム において、ランプから発せられた光線は、例えば、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッ ドミラーからなるアレイ（以下、「アクチュエーテッドミラーアレイ」と称す） に向かって一様に入射される。ここで、各ミラーは各アクチュエータに接続され ている。このアクチュエータは、印加された電界信号に応じて変形を起こす圧電 物質または電歪物質のような電気的に変形可能な物質でできている。 各ミラーから反射せられた光線（以下、「反射光線」と称す）は開口（例えば 、光学バッフル）へ入射される。電気信号を各アクチュエータへ印加することに よって、入射光線に対する各ミラーの相対的な位置が変更されて、各ミラーから の反射光線の光路が偏向される。各反射光線の光路が変更されるため、開口を通 じて各ミラーから反射された光線の量が変化されることによって、該当光線の強 さが調節される。開口を通じて調節された光線は適切な光学デバイス（例えば、 投射レンズ）を介して投射スクリーンに入射されて、その上に像をディスプレイ する。 図１及び図２には、光投射システムに用いられる、Ｍ×Ｎ個の薄膜アクチュエ ーテッドミラー１１からなるアレイ１０の断面図及び斜示図が各々示されている 。ここで、Ｍ及びＮは正の整数である。このアレイ１０は、本特許出願と出願人 を同じくする係属中の米国特許出願０８／３４０，７６２号明細書に、「ARRAY OF THINFILM ACTUATED MIRRORS FOR USE IN AN OPTICAL PROJECTION SYSTEM AND METHOD FOR THE MANUFACTURE THEREOF」との名称で開示されており、能動マ トリックス１２、Ｍ×Ｎ個の駆動構造体１４のアレイ１３、Ｍ×Ｎ個の支持部材 １６のアレイ１５及びＭ×Ｎ個のミラー層１８のアレイ１７から構成されている 。 能動マトリックス１２は基板１９、Ｍ×Ｎ個のトランジスタのアレイ（図示せ ず）及びＭ×Ｎ個の接続端子２１のアレイ２０を有する。アレイ１０でのＭ×Ｎ 個の駆動構造体１４の各々には、第１及び第２駆動部２２（ａ）及び２２（ｂ） と、それらの間に位置する中央駆動部２２（ｃ）とが設けられている。ここで、 第１及び第２駆動部２２（ａ）、２２（ｂ）は同一の構造に形成され、少なくと も、例えば圧電材料等の電気的に変形可能な物質からなり、上面２４、下面２５ を有する変形可能な薄膜層２３と、下面４１を有する弾性層２６と、第１電極２ ８及び第２電極２９とを備える。弾性層２６は変形可能な薄膜層２３の上面２４ に形成される。第１及び第２電極２８、２９は変形可能な薄膜層２３の上面２４ 、下面２５に各々形成されている。ここで、電気信号が第１電極２８と第２電極 ２９との間に位置する変形可能な薄膜層２３の両端に印加される場合、それ自体 のみならず第１駆動部２２（ａ）、２２（ｂ）に変形を引き起こす。各支持部材 １６は各駆動構造体１３を支持し、各駆動構造体１４と能動マトリックス１２と の間の電気的な接続のために用いられる。図２に示したように、各ミラー層１８ は第１側部３０、対向側部３１及びそれらの間の中央部３２を有する。各ミラー 層１８での第１側部３０、対向側部３１及び中央部３２は各駆動構造体１４の第 １駆動部２２（ａ）、第２駆動部２２（ｂ）及び中央駆動部２２（ｃ）の上に各 々固定されて、各駆動構造体１４の第１駆動部２２（ａ）及び第２駆動部２２（ ｂ）が電気信号により変形される時、各駆動構造体１４の中央駆動部２２（ｃ） のみならず対応するミラー層１８の中央部３２も湾曲されることによって、中央 部３２全体が入射光線を反射して光効率が増大される。 しかしながら、前述した従来の薄膜アクチュエーテッドミラー１１のアレイ１ ０は、映像信号及び駆動信号を各アクチュエーテッドミラー１１に供給するため のトランジスタのアレイを有する能動マトリックス１２をアレイ内に組み込むこ とによって、アレイ製造のコストが高まる欠点を有する。 発明の開示 従って、本発明の目的は、映像信号及び駆動信号を各薄膜アクチュエーテッド ミラーに供給するためのトランジスタのアレイを用いることなく、アレイ製造の コストの節減及び光効率の増大ができるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラ ーアレイを提供することにある。 本発明の他の目的は、映像信号及び駆動信号を各薄膜アクチュエーテッドミラ ーに供給するための新規な装置が組み込まれるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッ ドミラーアレイを提供することにある。 本発明のさらに他の目的は、各々が、一対のゲートアクチュエータを用いるＭ ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイを提供することにある。 上記の目的を達成するために、本発明の好適実施例によれば、光投射システム に用いられる、ＭｘＮ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイであって、上面 を有し、該上面に第１、第２及び第３導電性ラインパターンを有する基板が設け られているスイッチングマトリックスであって、前記第１及び第２導電性ライン パターンが外部回路に接続されて、映像信号及び駆動信号を各々伝送するに用い られ，前記第３導電性ラインパターンが前記映像信号を前記薄膜アクチュエーテ ッドミラーに伝送するに用いられる、前記スイッチングマトリックスと、各々が 前記第２及び第３導電性ラインパターンの上に位置する、Ｍ×Ｎ対の支持部材か らなるアレイと、各々が、それらの間に設けられたギャップにより区切りされた 第１、第２、中央、第３及び第４タブ部と、反射層、弾性層及び電気的に変形可 能な層とを有し、また、各々が近位端及び遠位端を有する一対のアクチュエータ 及び一対のゲートアクチュエータをも備えるＭ×Ｎ個の駆動構造体からなるアレ イとを含み、前記対における各ゲートアクチュエータが、前記第２及び第３タブ 部の下に位置する場合、前記対での各アクチュエータは前記第１及び第４タブ部 の下に各々位置し、または、前記対での各ゲートアクチュエータが前記第１及び 第４タブ部の下に位置する場合には、対での各アクチュエータは前記第２及び第 ３タブ部の下に各々位置し、前記各アクチュエータ及び前記各ゲートアクチュエ ータはそれらの各近位端で前記支持部材の各々に片持ちされており、前記ゲート アクチュエータの各々には、前記遠位端側の下に付着される絶縁層及び該絶縁層 の下に付着される接触層が設けられ、前記第２導電性ラインパターンを通じて供 給された前記駆動信号が前記ゲートアクチュエータの各々に印加される場合、前 記一対のゲートアクチュエータは下向けに湾曲されて、前記ゲートアクチュエー タ上の前記接触層が前記第１及び第３導電性ラインパターンと接触されることに よって、前記第１導電性ラインパターンからの前記映像信号は前記第３導電性ラ インパターン及び各アクチュエータに伝送されて、各駆動構造体における前記一 対のアクチュエータを傾け、前記中央タブ部が傾き、その結果前記中央タブ部全 体が光線を反射するに用いられるようにすることを特徴とする。 図面の簡単な説明 図１は、従来によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイの断面図 である。 図２は、同じく、従来のアレイの斜示図である。 図３は、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイの断面 図である。 図４は、図３示したアレイに用いられるスイッチングマトリックスの部分平面 図である。 図５は、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーの平面図であ る。 図６は、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのアクチュエ ータの断面図である。 図７は、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのゲートアク チュエータの断面図である。 発明の実施の態様 以下、本発明の好適実施例について図面を参照しながらより詳しく説明する。 図３〜図７には、本発明に基づいて、光投射システム用のＭ×Ｎ個の薄膜アク チュエーテッドミラーからなるアレイを説明するための概略的な断面図が各々示 されている。ここで、Ｍ及びＮは正の整数である。各図中で、同一部分は同一の 参照符号を付して表示したことに注意されたい。 図３を参照すると、スイッチングマトリックス１０２、Ｍ×Ｎ対（図示せず） の支持部材１０４のアレイ１０３及びＭ×Ｎ個の駆動構造体１０６のアレイ１０ ５を有する、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー１０１のア レイ１００の断面図が示されている。 図３に示したように、各駆動構造体１０６は、例えばＡ１等の光反射性の物質 からなる反射層１０７と、例えば窒化シリコン（Ｓｉ₃Ｎ₄）等の絶縁性物質から なる弾性層１０８と、例えばＰＺＴ等の圧電材料、またはＰＭＮ等の電歪材料か らなる電気的に変形可能な層（以下、「変形可能層」と称する）１０９とから構 成されている。 スイッチングマトリックス１０２は上面１１１を有し、例えば、アルミナ（Ａ ｌ₂Ｏ₃）等の絶縁性物質からなる基板１１０を備える。従来、Ｍ×Ｎ個のトラン ジスタのアレイを有するＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイでの能 動マトリックスとは異なり、スイッチングマトリックス１０２には図４に示した ように、その上面１１１に第１、第２、第３導電性ラインパターン１１２、１１ ３、１１４が設けられている。ここで、第１及び第２導電性ラインパターン１１ ２及び１１３は外部ソース（図示せず）に接続されており、映像信号及び駆動信 号を各々伝送するに用いられ、第３導電性ラインパターン１１４は映像信号を各 アクチュエーテッドミラー１０１に供給するのに用いられる。 各支持部材１０ ４は弾性層１０８と同一の物質からなり、第２及び第３導電性ラインパターン１ １３及び１１４の上に位置する。 図５は、図３に示したアレイ１００を構成する駆動構造体１０６の詳細な平面 図である。各駆動構造体１０６では、ギャップ１２０により区切りされる第１、 第２、中央、第３、第４タブ部１１５、１１６、１１７、１１８及び１１９が形 成されている。 また、図６及び図７の断面図に各々示したように、各駆動構造体１０６は一対 のアクチュエータ１２１及び一対のゲートアクチュエータ１２２を有する。ここ で、各アクチュエータ１２１及び各ゲートアクチュエータ１２２には近位端１２ ３、遠位端１２４が各々設けられている。図６に示したように、各アクチュエー タ１２１は反射層１０７の部分、弾性層１０８の部分、信号電極層１２５、電気 的に変形可能な層１０９の部分及びバイアス電極層１２６を有する。信号電極層 １２５は第３導電性ラインパターン１１４に電気的に接続されている。各アクチ ュエータ１２１は、その近位端１２３で各支持部材１０４に片持ちされている。 さらに、図７に示したように、各ゲートアクチュエータ１２２には、反射層１ ０７の部分、弾性層１０８の部分、ゲート信号電極層１２７、電気的に変形可能 な層１０９の部分及びゲートバイアス電極層電極層１２８を有する。ゲート信号 電極層１２７は第２導電性ラインパターン１１３に電気的に接続されている。各 アクチュエータ１２１の場合と同様に、各ゲートアクチュエータ１２２もその近 位端１２３で各支持部材１０４に片持ちされている。 また、各ゲートアクチュエータ１２２にはその遠位端１２４でゲートバイアス 電極層１２８の下面に付着された絶縁層１２９と、この絶縁層１２９の下面に付 着され、例えばＡｇ等の導電性の物質からなる接触層１３０とが設けられている 。ここで、絶縁層１２９はゲートバイアス電極層１２８と接触層１３０との間の 短絡を防ぐのに用いられる。 各ゲートアクチュエータ１２２におけるゲートバイアス電極層１２８は、各ア クチュエータ１２１でのバイアス電極層１２６に電気的に接続され、印加された バイアス電圧は互いに同一である。 各ゲートアクチュエータ１２２が第２及び第３タブ部１１６、１１８の下に位 置する場合、駆動構造体１０６での各アクチュエータ１２１は第１及び第４タブ 部１１５、１１９の下に各々位置し、または、各ゲートアクチュエータ１２２が 第１及び第４タブ部１１５、１１９の下に位置する場合には、各アクチュエータ １２１は第２及び第３タブ部１１６、１１８の下に各々位置する。 第２導電性ラインパターン１１３を通じて供給された駆動信号（電位のある） がゲート信号電極層１２７と各ゲートアクチュエータ１２２のゲートバイアス電 極層１２８との間の変形可能層１０９の部分に印加される場合、駆動信号電圧と バイアス電圧との間の電位差による電界に応動して、変形可能層１０９の部分が 変形される。かくして、変形可能層１０９の部分の変形は変形可能層１０９の部 分と弾性層１０８の部分との間の境界での内部応力をもたらすことになる。もし 変形可能層１０９の部分が、分極された薄膜圧電材料からなる場合、対応するゲ ートアクチュエータは湾曲される。この時、湾曲方向は電界の分極方向により左 右される。もし、駆動信号電圧がバイアス電圧より大きい場合、対応するゲート アクチュエータ１２２は下向きに湾曲される。一方、駆動信号電圧がバイアス電 圧より小さい場合は、対応するゲートアクチュエータ１２２は上向きに湾曲され る。また、変形可能層１０９の部分が分極されない薄膜圧電材料からなる場合、 対応するゲートアクチュエータは下向きに湾曲される。一対のゲートアクチュエ ータ１２２の下向きへの湾曲は、各ゲートアクチュエータ１２２上の接触層１３ ０を第１、第３導電性ラインパターン１１２、１１４と接触させることによって 、それらの間に電気的なブリッジが形成されて、映像信号が第１導電性ラインパ ターン１１２から第３導電性ラインパターン１１４へ、各アクチュエータ１２１ での信号電極層１２５へ伝送されることになる。各駆動構造体１０６における各 アクチュエータ１２１は、基本的にゲートアクチュエータ１２２と同一の機能を 果たす。一旦、映像信号が信号電極層１２５とアクチュエータ１２１のバイアス 電極層１２６との間の変形可能層１０９の部分に印加されると、一対のアクチュ エータ１２１での変形可能層１０９部分が変形されて、対応する駆動構造体１０ ６でそれらの間に位置した中央タブ部１１７を傾けて、中央タブ部１１７全体が 光線を反射することになる。 本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー１０１のアレイ１００ では、従来のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー１１のアレイ１０とは異 なり、各駆動構造体１０６に於ける一対のゲートアクチュエータ１２２及び第１ 、第２、第３導電性ラインパターン１１２、１１３、１１４を有するスイッチン グマトリックスを用いて、映像信号及び駆動信号を各アクチュエーテッドミラー １０１に供給する。ここで、Ｍ×Ｎ個のトランジスタのアレイを有する能動マト リックスが用いられる。 上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求 範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光投射システムに用いられる、Ｍ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーア レイであって、 上面を有し、該上面に第１、第２及び第３導電性ラインパターンを有する基 板が設けられているスイッチングマトリックスであって、前記第１及び第２導電 性ラインパターンが外部回路に接続されて、映像信号及び駆動信号を各々伝送す るに用いられ，前記第３導電性ラインパターンが前記映像信号を前記薄膜アクチ ュエーテッドミラーに伝送するに用いられる、前記スイッチングマトリックスと 、 各々が前記第２及び第３導電性ラインパターンの上に位置する、Ｍ×Ｎ対の 支持部材からなるアレイと、 各々が、それらの間に設けられたギャップにより区切りされた第１、第２、 中央、第３及び第４タブ部と、反射層、弾性層及び電気的に変形可能な層とを有 し、また、各々が近位端及び遠位端を有する一対のアクチュエータ及び一対のゲ ートアクチュエータをも備えるＭ×Ｎ個の駆動構造体からなるアレイとを含み、 前記各ゲートアクチュエータが、前記第２及び第３タブ部の下に位置する場 合、対での各アクチュエータは前記第１及び第４タブ部の下に各々位置し、また は、対での各ゲートアクチュエータが前記第１及び第４タブ部の下に位置する場 合には、対での各アクチュエータは前記第２及び第３タブ部の下に各々位置し、 前記各アクチュエータ及び前記各ゲートアクチュエータはそれらの各近位端で前 記支持部材の各々に片持ちされており、前記ゲートアクチュエータの各々には、 前記遠位端側の下に付着される絶縁層及び該絶縁層の下に付着される接触層が設 けられ、前記第２導電性ラインパターンを通じて供給された前記駆動信号が前記 ゲートアクチュエータの各々に印加される場合、前記一対のゲートアクチュエー タは下向けに湾曲されて、前記ゲートアクチュエータ上の前記接触層が前記第１ 及び第３導電性ラインパターンと接触されることによって、前記第１導電性ライ ンパターンからの前記映像信号は前記第３導電性ライン パターン及び各アクチュエータに伝送されて、各駆動構造体における前記一対の アクチュエータを傾け、前記中央タブ部が傾き、その結果前記中央タブ部全体が 光線を反射するに用いられるようにすることを特徴とするＭ×Ｎ個の薄膜アクチ ュエーテッドミラーアレイ。 ２．前記アクチュエータの各々が、前記反射層の部分、前記弾性層の部分、信号 電極層、前記電気的に変形可能な層の部分及びバイアス電極層を有することを特 徴とする請求の範囲１に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ 。 ３．前記各アクチュエータにおける前記信号電極層が、前記第３導電性ラインパ ターンと電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲２に記載のＭ×Ｎ 個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。 ４．前記ゲートアクチュエータの各々が、前記反射層の部分、前記弾性層の部分 、ゲート信号電極層、前記電気的に変形可能な層の部分及びゲートバイアス電極 層を有することを特徴とする請求の範囲１に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエー テッドミラーアレイ。 ５．前記各ゲートアクチュエータにおける前記ゲート信号電極層が、前記第２導 電性ラインパターンと電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲４に 記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。 ６．前記各アクチュエータにおける前記バイアス電極層が、前記ゲートアクチュ エータの各々での前記ゲートバイアス電極層と電気的に接続されていることを特 徴とする請求の範囲２及び４に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー アレイ。 ７．前記各アクチュエータでの前記バイアス電極層、及び前記各ゲートアクチュ エータでの前記ゲートバイアス電極層に印加される電圧が、互いに同一であるこ とを特徴とする請求の範囲６に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー アレイ。 ８．前記基板が絶縁性物質からなることを特徴とする請求の範囲１に記載のＭ× Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。 ９．前記支持部材の各々が、絶縁性物質からなることを特徴とする請求の範囲１ に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。 １０．前記弾性層が、絶縁性物質からなることを特徴とする請求の範囲１に記載 のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。