JPH11212000A - 光シャッタ及びその製造方法 - Google Patents

光シャッタ及びその製造方法

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JPH11212000A
JPH11212000A JP10026345A JP2634598A JPH11212000A JP H11212000 A JPH11212000 A JP H11212000A JP 10026345 A JP10026345 A JP 10026345A JP 2634598 A JP2634598 A JP 2634598A JP H11212000 A JPH11212000 A JP H11212000A
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JP
Japan
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flexible thin
thin film
electrode plate
shutter
substrate
Prior art date
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Application number
JP10026345A
Other languages
English (en)
Inventor
Shinya Hara
信也 原
Yoshihiko Suzuki
美彦 鈴木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐久性があり、かつ開口率を大きくできる光
シャッタ及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 仕切板2で区切られた一列中の電極板3
に交互に正負の電圧を印加しておく。そして、シャッタ
を閉としたい単位シャッタ要素について、可撓性薄膜4
に、それに近接する電極板3と同じ極性の電圧を加え
る。すると、可撓性薄膜4とそれに近接する電極板3の
間にクーロン力による反発力が作用し、可撓性薄膜4と
それと離れた電極板3の間にはクーロン力による吸引力
が作用する。よって、可撓性薄膜4は、それと離れた電
極板3側に曲がり、光の通路となっていた空間をふさ
ぐ。可撓性薄膜4に電圧を印加しないでおけば、上記の
ようなことは起こらず、可撓性薄膜4は直立したままで
ある。よって、光の通路となっている空間はふさがれな
いので、シャッタは開のままである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜を使用して光
の透過を1次元的又は2次元的に制御する微小な光シャ
ッタに関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、半導体製造技術から派生した技術
であるマイクロマシニング工程を使用して、様々な光学
素子を製造する研究開発が活発に行われており、面内に
マイクロシャッタを集積化し、2次元的に光のオン・オ
フを制御する光学素子も開発されている。その1例とし
て、Transducers' 93, p132-135に「Design and Fabric
ation of an Electrostatically Driven Micro-Shutte
r」として紹介されている例を図3に示す。図3におい
て、11は支持体、12は絶縁体、13は可動電極、1
4はビーム、15と16は電極、17はストッパであ
る。
【0003】(100)面のシリコンからなる平面形状
がコ字状の支持体11の上面には、絶縁体12がパター
ニングされている。そして、支持体11の間の空間部に
は、可動電極13がその空間部を覆うように、ビーム1
4に支えられて設けられている。電極15は支持体11
に接続され、電極16はビーム14を介して可動電極1
3に接続されている。電極15と電極16の間に電圧を
印加すると、支持体11と可動電極13の間にクーロン
力が働き、可動電極が支持体11に引き付けられて、ビ
ーム14を中心にして捩じれ、ストッパ17に当たるま
で回転する。電圧の印加を停止すると、可動電極はビー
ム14の弾性力により復元し、元の位置に戻る。
【0004】支持体11の中間で、可動電極13に覆わ
れている部分に光を通過させるようにしておけば、電圧
が印加されていない状態では、光は可動電極13によっ
て遮られて通過できず、電圧を印加した状態では、光は
捩じれた可動電極13の間を通過できる。よって、この
素子はマイクロシャッタとして使用できる。この単位素
子を2次元平面に亘って複数形成することにより、2次
元の光シャッタ(マイクロシャッタ)が実現できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うなマイクロシャッタにおいては、シャッタである可動
電極を保持しているビームがシャッタの開閉に伴って捩
じれることになるため、応力がビームに集中し、耐久性
が低いという問題点を有している。また、シャッタと同
じ面にビームを形成する必要があるので、図3を見ても
分かるようにシャッタの開口率が大きくできないという
問題点も有している。
【0006】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、シャッタの耐久性があり、かつ開口率を大き
くできる光シャッタ及びその製造方法を提供することを
課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の第1の手段は、透明な絶縁体からなる基板上に、列を
なすように平行に立設された複数の仕切板と、前記基板
上に、前記仕切板と微小な間隔をあけて、かつ前記仕切
板とで桝目をなすように立設された複数の電極板と、前
記桝目中に1個ずつ前記電極板のひとつに近接して平行
に立設された複数の可撓性薄膜と、前記絶縁体に配線さ
れ、前記電極板と前記可撓性薄膜につながる透明電気配
線を有してなることを特徴とする光シャッタ(請求項
1)である。
【0008】この手段においては、仕切板と電極板で構
成される桝目が、単位シャッタ要素となり、この単位シ
ャッタ要素が、1次元的又は2次元的に複数配列されて
いる。そして、単位シャッタ要素中に立設されている可
撓性薄膜がシャッタ部を構成する。同じ仕切板で囲まれ
た電極板には、隣り合う電極板毎に交互に正負の電圧を
与えておく。
【0009】シャッタを開としたい単位シャッタ要素の
可撓性薄膜には、電圧を加えないか近接する電極板と異
なる極性の電圧を印加する。すると、可撓性薄膜は、直
立したままであるか、近接する電極板に引かれて近接す
る電極板方に曲がる。よって、可撓性薄膜とそれに近接
しない電極板の間には光が通過できる空間がそのまま維
持される。
【0010】シャッタを閉としたい単位シャッタ要素の
可撓性薄膜には、近接する電極板と同じ極性の電圧を印
可する。すると、可撓性薄膜は、近接する電極板と反発
し、近接しない電極板に引き付けられて、近接しない電
極板側に曲がる。よって、可撓性薄膜とそれに近接しな
い電極板の間に形成されている空間が可撓性薄膜によっ
て覆われ、光が通過できなくなる。
【0011】よって、透明な基板に垂直に光を投射し、
各可撓性薄膜に印加する電圧を制御することにより、1
次元又は2次元の光シャッタが実現できる。この手段に
よれば、シャッタ部(可撓性薄膜)が細いビームによっ
て支えられていることがないので、耐久性を有するもの
とすることができる。また、可撓性薄膜と電極板の間隔
を小さくすることにより、開口率の大きなものとするこ
とができる。
【0012】前記課題を解決するための第2の手段は、
前記第1の手段であって、マイクロマシニング工程で製
造されたことを特徴とするものである。
【0013】マイクロマシニング工程とは、リソグラフ
ィ、エッチング、気相成長法等半導体製造工程で使用さ
れる技術を使用して、微小な機械部品や電気部品を製造
する工程のことをいう。前記光シャッタをマイクロマシ
ニング工程で製造することにより、大量の光シャッタを
安価に製造することができる。
【0014】前記課題を解決するための第3の手段は、
前記第1の手段を製造する方法であって、(a) シリコン
基板上面に熱酸化により酸化珪素膜を形成する工程と、
(b)前記仕切板、前記電極板、及び前記可撓性薄膜に相
当する部分のみに酸化珪素膜が残るように、フォトリソ
グラフィとエッチングにより酸化珪素膜をパターニング
する工程と、(c) 酸化珪素膜が形成されていない前記シ
リコン基板下面に、前記電極板と前記可撓性薄膜に電圧
を供給するための透明電気配線が配線された透明な絶縁
体を接合する工程と、(d) 前記シリコン基板を、パター
ニングされた酸化珪素膜をマスクとして、エッチングに
より基板に垂直な方向にエッチングする工程とを有して
なるものである。
【0015】この製造方法により、多量の光シャッタを
安価に製造することができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の例を
図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態の一
例である光シャッタの概略構造を示す図である。図1に
おける(a)は光シャッタの斜視図であり、(b)はA−A’
に沿って垂直に切断した縦断面図である。図1におい
て、1は透明な絶縁体からなる基板、2は仕切板、3は
電極板、4は可撓性薄膜である。
【0017】基板1の上に、シリコンからなる仕切板2
が、列をなすように平行に複数立設されている。そし
て、各仕切板2の間には、シリコンからなる複数の電極
板3が、仕切板2とで桝目をなすように立設されてい
る。仕切板2と電極板3は繋がっておらず、両者の間に
は微小な隙間がある。この隙間は、両者を電気的に絶縁
するだけの大きさがあれば良く、その範囲でなるべく小
さいことが、隣り合う単位シャッタ要素関のクロストー
クを防止する観点から好ましい。各桝目には、1個の可
撓性薄膜4が立設されている。可撓性薄膜4もシリコン
から形成され、一つの桝目で相対する電極板3の一方に
近接してかつ当該電極板3と平行に設けられている。そ
して、可撓性薄膜4及びそれと離れている電極板3との
間に光の通路が形成されている。
【0018】基板1はほう珪酸ガラスから形成され、そ
の表面には、各電極板3と可撓性薄膜4への透明な電気
配線が設けられている。基板1の下方又は上方から、基
板1に垂直に光を投射することにより、この構造体は、
各桝目を単位シャッタ要素とする2次元シャッタアレイ
としての働きをする。図1(a) において、可撓性薄膜4
が直立したままになっているのが、シャッタが開となっ
ている要素であり、可撓性薄膜4が傾いて、対向する電
極板3との空間をふさいでいるのがシャッタが閉となっ
ている要素である。
【0019】図1においては、2次元のシャッタアレイ
が示されているが、1次元のシャッタアレイの場合は、
2枚の仕切板2の間に、複数の電極板3を設けて1列の
桝目が形成されるようにし、各桝目に1個の可撓性薄膜
4を設けるようにすればよい。
【0020】シャッタの開閉の制御方法を図1(b) を参
照して説明する。仕切板2で区切られた一列中の電極板
3に交互に正負の電圧を印加しておく。そして、シャッ
タを閉としたい単位シャッタ要素について、可撓性薄膜
4に、それに近接する電極板3と同じ極性の電圧を加え
る。すると、可撓性薄膜4とそれに近接する電極板3の
間にクーロン力による反発力が作用し、可撓性薄膜4と
それと離れた電極板3の間にはクーロン力による吸引力
が作用する。よって、可撓性薄膜4は、それと離れた電
極板3側に曲がり、光の通路となっていた空間をふさ
ぐ。この状態が、図1(b) の(イ)、(ハ)に示されて
いる。
【0021】シャッタを開としたい場合には、可撓性薄
膜4に電圧を印加しないでおけば、上記のようなことは
起こらず、可撓性薄膜4は直立したままである。この状
態が、図1(b) の(ロ)、(ニ)に示されている。この
状態においては、光の通路となっている空間はふさがれ
ないので、シャッタは開のままである。
【0022】場合によっては、可撓性薄膜4に電圧を印
加しない場合に、可撓性薄膜4が近接する電極板4側に
湾曲することも考えられるが、その場合でもシャッタの
開閉作用に何ら影響を与えない。また、シャッタを開と
したい場合に、積極的に、可撓性薄膜4に、近接する電
極板4と異なる極性の電圧を与え、近接する電極板3側
に湾曲させてもかまわない。
【0023】次に、本発明の光シャッタの製造方法を図
を用いて説明する。図2は、本発明の光シャッタの製造
方法の一例を示す図である。図2において、5はシリコ
ン基板、6は酸化珪素膜、7はほう珪酸ガラスである。
【0024】まず、仕切板、電極板及び可撓性薄膜とな
るシリコン基板5の上面に、熱酸化により酸化珪素膜を
堆積する。そして、仕切板、電極板及び可撓性薄膜を形
成する部位の酸化珪素膜6が残るように、フォトリソグ
ラフィと、フッ酸を用いたウェットエッチングにより酸
化珪素膜をパターニングする(a)。
【0025】次に、シリコン基板5の、酸化珪素膜6が
形成されていない下面に、ほう珪酸ガラス7を陽極接合
する。ほう珪酸ガラスには、予め電極板と可撓性薄膜に
電圧を供給するための、ITO(Indium Tin Oxide)か
らなる透明配線を設けておく(b)。
【0026】最後に、シリコン基板5を、パターニング
された酸化珪素膜6をマスクとして、SF6をエッチン
グガスとした極低温ドライエッチング方により、基板に
垂直な方向にエッチングすると、仕切板、電極板3、可
撓性薄膜4が形成される(c)。このようにして、本発
明に係る光シャッタを多量に、かつ安価に製造すること
ができる。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、透明な
絶縁体からなる基板上に、列をなすように平行に立設さ
れた複数の仕切板と、前記基板上に、前記仕切板と微小
な間隔をあけて、かつ前記仕切板とで桝目をなすように
立設された複数の電極板と、前記桝目中に1個ずつ前記
電極板の1つに近接して平行に立設された複数の可撓性
薄膜と、前記絶縁体に配線され、前記電極板と前記可撓
性薄膜につながる透明電気配線を有してなることを特徴
とする光シャッタであるので、耐久性があり、かつ開口
率を大きくすることができる。
【0028】また、本発明に係る光シャッタを、マイク
ロマシニング工程で製造することにより、大量に、かつ
安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例である光シャッタの
概略構造を示す図である。
【図2】本発明の光シャッタの製造方法の一例を示す図
である。
【図3】従来のマイクロシャッタの例を示す図である。
【符号の説明】
1…基板、2…仕切板、3…電極板、4…可撓性薄膜、
5…シリコン基板、6…酸化珪素膜、7…ほう珪酸ガラ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 透明な絶縁体からなる基板上に、列をな
    すように平行に立設された複数の仕切板と、前記基板上
    に、前記仕切板と微小な間隔をあけて、かつ前記仕切板
    とで桝目をなすように立設された複数の電極板と、前記
    桝目中に1個ずつ前記電極板の1つに近接して平行に立
    設された複数の可撓性薄膜と、前記絶縁体に配線され、
    前記電極板と前記可撓性薄膜につながる透明電気配線を
    有してなることを特徴とする光シャッタ。
  2. 【請求項2】 マイクロマシニング工程で製造されたこ
    とを特徴とする請求項1に記載の光シャッタ。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の光シャッタの製造方法
    であって、(a) シリコン基板上面に熱酸化により酸化珪
    素膜を形成する工程 (b) 前記仕切板、前記電極板、前記可撓性薄膜に相当す
    る部分のみに酸化珪素膜が残るように、フォトリソグラ
    フィとエッチングにより酸化珪素膜をパターニングする
    工程 (c) 酸化珪素膜が形成されていない前記シリコン基板下
    面に、前記電極板と前記可撓性薄膜に電圧を供給するた
    めの透明電気配線が配線された透明な絶縁体を接合する
    工程 (d) 前記シリコン基板を、パターニングされた酸化珪素
    膜をマスクとして、エッチングにより基板に垂直な方向
    にエッチングする工程とを有してなる光シャッタの製造
    方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170055612A (ko) * 2015-11-11 2017-05-22 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
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