KR20050055589A - 광학 장치 및 화상 생성 장치 - Google Patents

광학 장치 및 화상 생성 장치 Download PDF

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KR20050055589A
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오니키가즈나오
다마다히토시
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

예를 들면 회절 격자-광변조 장치로 예시되는 광학 소자에 발열이 생긴 경우라도, 광학 소자로부터 사출되는 사출광에 차이가 생기기 어려운 구성, 구조를 가지는 광학 장치를 제공한다.
광학 장치는 광학 소자(11), 실장용 기판(50), 지지 부재(60) 및 냉각／방열 부재(70)을 갖추고 지지 부재(60)는 실장용 기판(50)의 한쪽 면(50A)에 장착되어 있고, 광학 소자(11)는 실장용 기판(50)의 다른 면(50B)에 장착되어 있고, 냉각／방열 부재(70)는 지지 부재(60)에 장착되어 있고, 광학 소자(11)로 지지 부재(60)는 실장용 기판(50) 내부에 설치된 전열 수단(51)에 의해서 열적으로 접속되어 있고, 지지 부재(60)는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있다.

Description

광학 장치 및 화상 생성 장치{The optical apparatus and image producing apparatus}
본 발명은 광학 장치 및 화상 생성 장치에 관한 것이다.
프로젝터나 프린터(예를 들면, 특개 2003－140354 참조) 등의 화상 형성 장치에 있어서, 일차원적인 화상 생성 장치로부터의 광속을 광주사 수단으로 주사하면서 화상 형성 수단에 투영하는 것으로 2차원 화상을 형성하는 장치가, 예를 들면, 특허 제 3401250호나 특허 제 3164824호로부터 주지이다. 이 일차원적인 화상 생성 장치는 복수의 회절 격자-광변조 소자(GLV：Grating Light Valve)가 일차원적으로 어레이(array)장에 배열되어 완성되는 광학 소자를 갖추고 있다. 또한, 이하에 이와 같은 광학 소자를 회절 격자-광변조 장치로 부르는 경우가 있다. 회절 격자-광변조 장치(광학 소자)는 통상, 복수의 회절 격자-광변조 소자에 대향하여, 회절 격자-광변조 장치에 입사하는 입사광 및 회절 격자-광변조 장치로부터 사출하는 사출광을 투과시키는 유리판으로부터 완성되는 광투과 부재를 더 갖추고 있다. 회절 격자-광변조 소자는 마이크로 머신 제조 기술을 응용하여 제조되고, 반사형의 회절 격자로부터 구성되어 있고 광스위칭 작용을 가지고, 빛의 온／오프 제어를 전기적으로 제어하는 것으로 화상을 표시한다. 즉, 회절 격자-광변조 장치에 있어서의 회절 격자-광변조 소자의 각각으로부터 사출된 빛을 스캔 밀러로 주사하여 2차원 화상을 얻는다. 따라서, M×N(예를 들면 1920×1080)의 화소(픽셀)로부터 구성된 2차원 화상을 표시하기 위해서, N개(=1080개)의 회절 격자-광변조 소자로부터 회절 격자-광변조 장치를 구성하면 좋다. 또한, 칼라 표시를 위해서는 이와 같은 회절 격자-광변조 장치를 갖춘 3개의 화상 생성 장치를 이용하면 좋다.
회절 격자-광변조 소자(21)를 구성하는 하부 전극(22), 고정 전극(31), 가동 전극(32)등의 배치를 도 8에 모식적으로 나타낸다. 또, 도 8의 화살표 B－B에 따른 고정 전극(31)등의 모식적인 일부 단면도를 도 9(a)에 나타내고, 도 8의 화살표 A－A에 따른 가동 전극(32)등의 모식적인 일부 단면도를 도 9(b) 및 도 10(a)에 나타내고, 도 8의 화살표 C－C에 따른 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)등의 모식적인 일부 단면도를 도 10(b)에 나타낸다. 여기서, 가동 전극(32)의 변위 전 상태를 도 9(b) 및 도 10(b)의 좌측으로 나타내고, 변위 후의 상태를 도 10(a) 및 도 10(b)의 우측으로 나타낸다. 또, 도 8에 있어서는, 하부 전극(22), 고정 전극(31), 가동 전극(32), 지지부(23, 24, 25, 26)를 명시하기 위해서, 이들에 사선을 교부했다.
이 회절 격자-광변조 소자(21)는 하부 전극(22), 띠모양(리본 모양)의 고정 전극(31) 및 띠모양(리본 모양)의 가동 전극(32)으로부터 완성된다. 하부 전극(22)은 지지체(12)상에 형성되어 있다. 또, 고정 전극(31)은 지지부(23, 24)에 지지를 받고, 하부 전극(22)의 상방으로 지지되어 걸쳐져 있다. 또한, 가동 전극(32)은, 지지부(25, 26)에 지지를 받아 하부 전극(22)의 상방으로 지지되어 걸쳐져 있고, 고정 전극(31)에 대하여 병치되어 있다. 도시한 예에 있어서, 1개의 회절 격자-광변조 소자(21)는 3개의 고정 전극(31)과 3개의 가동 전극(32)으로부터 구성되어 있다. 3개의 가동 전극(32)은 통합하여 제어 전극에 접속되고, 제어 전극은 도시하지 않은 접속 단자부에 접속되어 있다. 한편, 3개의 고정 전극(31)은 통합하여 바이어스 전극에 접속되어 있다. 바이어스 전극은 복수의 회절 격자-광변조 소자(21)에 있어서 공통으로 되어 있고, 도시하지 않는 바이어스 전극 단자부를 거쳐서 접지되어 있다. 하부 전극(22)도 복수의 회절 격자-광변조 소자(21)에 있어서 공통으로 되어 있고, 도시하지 않는 하부 전극 단자부를 거쳐서 접지되어 있다.
　접속 단자부, 제어 전극을 거쳐서 가동 전극(32)에 전압을 인가하고, 한편, 하부 전극(22)에 전압을 인가하면(실제로는, 하부 전극(22)은 접지 상태에 있다), 가동 전극(32)과 하부 전극(22)과의 사이에 정전기력(쿨롱력)이 발생한다. 그리고, 이 정전기력에 의해서 하부 전극(22)으로 향하여 가동 전극(32)이 하부로 변위한다. 그리고, 이와 같은 가동 전극(32)의 변위에 근거하고, 가동 전극(32)과 고정 전극(31)에 의해서 반사형의 회절 격자가 형성된다.
여기서, 인접하는 고정 전극(31)의 사이의 거리를 d(도 10(b) 참조), 가동 전극(32) 및 고정 전극(31)에 입사하는 빛(입사각：θi)의 파장을 λ, 회절각을 θm으로 하면,
d［sin(θi)－sin(θm)］=m·λ
으로 나타낼 수 있다. 또한, m은 차수이며, 0, ±1, ±2···의 값을 가진다.
그리고, 가동 전극(32)의 정면과 고정 전극(31)의 정면의 높이의 차이 Δh1(도 10(b) 참조)이 (λ／4) 일때, 회절광의 빛강도는 최대의 값이 된다.
회절 격자-광변조 장치(11)는, 회절 격자-광변조 소자(21)가 복수 지지체(12)의 표면에 형성되어 완성된다. 또, 도 11에 개념적인 단면도를 도시한 바와 같이, 회절 격자-광변조 장치(11)는 평판 모양의 유리판으로부터 완성되는 광투과 부재(13)를 더 갖추고 있다. 한층, 도 11 에 있어서, 회절 격자-광변조 소자의 도시는 생략하고 있다. 그리고, 지지체(12)와 광투과 부재(13)는 저융점 금속재료층(14)에 의해서 접합되어 있다. 지지체(12)의 표면으로부터 광투과 부재까지의 거리(L)는 0.1 mm정도이다.
도 13에 개념적인 일부 단면도를 도시한 바와 같이, 종래의 화상 생성 장치는 회절 격자-광변조 장치(11)에 부가하고, 실장용 기판(350)(보다 구체적으로는 예를 들면, 유리 에폭시 동(銅)으로 펴지는 적층판으로부터 완성되는 프린트 배선판) 및 광원(도 13에는 도시하지 않음)을 갖추고 있다. 또한, 회절 격자-광변조 장치(11)와 실장용 기판(350)과의 조립체를 회절 격자-광변조 장치조립체라고 부르는 경우가 있다. 실장용 기판(350)에는 외부로부터 입력되는 회절 격자-광변조 장치(11)를 구동하기 위한 신호를 처리하는 회로등이 설치되어 있다. 그리고, 지지체(12)가 실장용 기판(350)의 한쪽 면(350A)에 접착제(43)를 거쳐서 장착되어 있다. 광원은 빛의 3원색인 적색의 빛, 녹색의 빛, 청색의 빛을 어느 쪽이든지 사출하는 레이저 광원으로부터 완성된다.
실장용 기판(350)의 한쪽 면(350A)에는 또한, 회절 격자-광변조 장치(11)의 구동에 필요하게 되는 회로가 형성된 반도체 칩(40)이 접착제(44)를 거쳐서 장착되어 있다. 회절 격자-광변조 장치(11)와 반도체 칩(40), 반도체 칩(40)과 실장용 기판(350)이란 예를 들면, 와이어 본딩에서 전기적으로 접속되어 있고 회절 격자-광변조 장치(11) 및 반도체 칩(40)은 틀(41)에 의해서 둘러싸여 있고, 또, 와이어 본딩 보호를 위해서, 포팅(potting)수지(42)에 의해서 봉합되어 있다.
화상 형성 장치의 개념도를 도 12에 나타낸다. 화상 형성 장치는 회절 격자-광변조 장치조립체(102R) 및 레이저 광원(적색 발광 반도체 레이저)(100R)으로부터 완성되는 화상 생성 장치(101R)와 회절 격자-광변조 장치조립체(102G) 및 레이저 광원(녹색 발광 반도체 레이저)(100G)으로부터 완성되는 화상 생성 장치(101G)로 회절 격자-광변조 장치조립체(102B) 및 레이저 광원(청색 발광 반도체 레이저)(100B)으로부터 완성되는 화상 생성 장치(101B)를 갖추고 있다.
또한, 레이저 광원(적색 발광 반도체 레이저)(100R)으로부터 사출된 적색의 레이저 빛을 점선으로 나타내고, 레이저 광원(녹색 발광 반도체 레이저)(100G)으로부터 사출된 녹색의 레이저 빛을 실선으로 나타내고, 레이저 광원(청색 발광 반도체 레이저)(100B)으로부터 사출된 청색의 레이저 빛을 일점쇄선으로 나타낸다. 화상 형성 장치는 또한, 이들 레이저 광원(100R, 100G, 100B)으로부터 사출된 빛을 집광하고, 회절 격자-광변조 장치(103R, 103G, 103B)(구성, 구조는 회절 격자-광변조 장치(11)와 같다)로 입사시키는 집광렌즈(도시하지 않음), 회절 격자-광변조 장치(103R, 103G, 103B)로부터 사출된 빛이 입사되어, 1개의 광속으로 통합하여 L형 프리즘(104), 통합된 3원색의 빛이 통과하는 렌즈(105) 및 공간 필터(106), 공간 필터(106)를 통과한 1개의 광속을 결상시킨다.
결상 렌즈(도시하지 않음), 결상 렌즈를 통과한 1개의 광속을 주사하는 스캔 밀러(갈바노(galvano) 밀러)(107) 및 스캔 밀러(107)에서 주사된 빛을 투영하는 스크린(108)으로부터 구성되어 있다. 또한, 집광렌즈로서 원통 렌즈를 이용하는 것에 의해, X방향으로는 소정의 스포트 사이즈에 집광되고 Y방향으로는 소정 폭에 콜리메이트(collimate)된 콜리메이트광을 회절 격자-광변조 장치(103R, 103G, 103B)에 조사할 수 있다. 또, 공간 필터(106)는 예를 들면, 푸리에 면에 배치되어 있다.
이와 같은 화상 형성 장치에 있어서는, 가동 전극(32)이 도 9(b) 및 도 10(b)의 좌측으로 나타낸 상태인 회절 격자-광변조 소자(21)의 불(不)작동시, 가동 전극(32) 및 고정 전극(31)의 정면에서 반사된 빛은 공간 필터(106)에서 차단된다.한편, 가동 전극(32)이 도 10(a) 및 도 10(b)의 우측으로 나타낸 상태인 회절 격자-광변조 소자(21)의 작동시, 가동 전극(32) 및 고정 전극(31)으로 회절된 ±1차(m = ±1)의 회절광은 공간 필터(106)를 통과한다. 이와 같은 구성으로 하는 것으로, 스크린(108)으로 투영해야 할 빛의 온(on)／오프(off) 제어를 제어할 수 있다. 또, 가동 전극(32)에 인가하는 전압을 변화시키는 것으로, 가동 전극(32)의 정면과 고정 전극(31)의 정면의 높이 차이(Δh1)를 변화 시킬 수 있고, 그 결과 회절광의 강도를 변화시키고, 계조(階調) 제어를 실시할 수 있다.
가동 전극(32)은 치수가 매우 작기 때문에 회절 격자-광변조 장치에 있어서, 높은 해상도, 고속 스위칭 동작 및 넓은 대역폭의 표시가 가능해진다. 또한, 낮은 인가 전압으로 동작시킬 수 있으므로, 매우 소형화된 화상 형성 장치를 실현하는 것이 기대된다. 또, 이와 같은 화상 형성 장치는, 통상의 이차원 화상 생성 장치, 예를 들면, 액정패널 등을 이용한 투사형 표시장치와 비교하고, 스캔 밀러(107)에 의해서 스캔을 실시하므로, 아주 매끄럽고 자연스러운 화상 표현이 가능해진다. 또한, 3원색인 적색, 녹색, 청색의 반도체 레이저를 광원으로 하고, 이들의 빛을 혼합하므로, 아주 넓고, 자연스러운 색 재현 범위의 화상을 표현할 수 있다라고 하는 종래에는 없는 뛰어난 표시 성능을 가진다.
[특허 문헌 1] 특개 2003－140354
[특허 문헌 2] 특허 제 3401250호
[특허 문헌 3] 특허 제 3164824호
예를 들면, 극장용 프로젝터 등의 용도에 있어서, 회절 격자-광변조 장치(11)에 104루멘(lumen)이라고 하는 고휘도가 요구되는 경우, 예를 들면, 회절 격자-광변조 장치(11)에 조사된 레이저광의 파워는 50~100W정도라고 하는 매우 비싼 값이 된다. 따라서, 회절 격자-광변조 장치(11)에 있어서 큰 발열이 생기고 이 열이 실장용 기판(350)에 전해지는 결과, 실장용 기판(350)에 큰 열팽창이 발생한다. 또한, 유리 에폭시 동으로 펴지는 적층판으로부터 완성되는 프린트 배선판으로부터 구성된 실장용 기판(350)의 열팽창은 예를 들면, 14×10-6／K정도이며, 한편, 실리콘 반도체 기판으로부터 완성되는 지지체(12)의 열팽창은 예를 들면, 3.1×10-6／K정도이다. 또, 유리 에폭시 동으로 펴지는 적층판으로부터 완성되는 프린트 배선판으로부터 구성된 실장용 기판(350)의 신장 탄성률은 예를 들면, 25 GPa 정도이며, 매우 부드럽다고 전할 수 있다.
실장용 기판(350)에 큰 열팽창이 발생하면, 회절 격자-광변조 소자(21)를 구성하는 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)에 위치 차이가 생긴다. 도 12를 참조하여 먼저 설명한 바와 같이, 화상 형성 장치에 있어서는 3개의 회절 격자-광변조 장치(103R, 103G, 103B)로부터의 회절된 레이저광(적색, 청색 및 녹색의 레이저광회절광)에 의해서, 1개의 화소가 형성 표시된다. 그러므로, 회절 격자-광변조 소자(21)를 구성하는 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)에 위치 차이가 생기면, 각 회절 격자-광변조 장치(103R, 103G, 103B)로부터 사출되어 각 화소를 구성, 표시하기 위한 3개의 레이저광 회절광에 차이가 발생한다. 그 결과, 색 어두움 등이 생겨서, 선명한 화상을 형성하는 것이 어려워진다. 회절 격자-광변조 장치의 소형화, 고해상도화에 수반하여, 이와 같은 색 어두움 등의 문제는 한층 현저하게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 예를 들면 회절 격자-광변조 장치로 예시되는 광학 소자에 발열이 생긴 경우에도, 광학 소자로부터 사출되는 사출광에 차이가 생기기 어려운 구성, 구조를 가지는 광학 장치 및 관계되는 광학 장치를 조립한 화상 생성 장치를 제공하는 것에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1의 모양과 관련되는 광학 장치는,
(A) 광학 소자,
(B) 실장용 기판,
(C) 지지 부재 및,
(D) 냉각／방열 부재,
를 갖춘 광학 장치이며,
지지 부재는 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
광학 소자는 실장용 기판의 다른 면에 장착되어 있고,
냉각／방열 부재는 지지 부재에 장착되어 있고,
광학 소자와 지지 부재는, 실장용 기판 내부에 설치된 전열 수단에 의해서 열적으로 접속되어 있고,
지지 부재는 230W／m·K이상, 바람직하게는 250W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2의 모양과 관련되는 광학 장치는,
(A) 광학 소자,
(B) 실장용 기판 및,
(C) 지지 부재,
를 갖춘 광학 장치이며,
실장용 기판에는 개구부가 설치되어 있고,
지지 부재는, 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
광학 소자는, 실장용 기판에 설치된 개구부에 있어서 노출한 지지 부재의 부분에 잡아 장착되어 있고,
지지 부재는 230W／m·K이상, 바람직하게는 250W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3의 모양과 관련되는 광학 장치는,
(A) 광학 소자,
(B) 실장용 기판 및,
(C) 지지 부재,
를 갖춘 광학 장치이며,
지지 부재는 실장용 기판의 가장자리로부터 실장용 기판의 외측으로 늘어나도록 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
광학 소자는 실장용 기판의 외측으로 늘어난 지지 부재의 부분에 장착되어 있고,
지지 부재는 230W／m·K이상, 바람직하게는 250W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 1의 모양과 관련되는 화상 생성 장치는 광원 및 광학 장치를 구비하고,
광학 장치는,
(A) 이 광원으로부터 입사된 빛을 사출하는 광학 소자,
(B) 실장용 기판,
(C) 지지 부재 및,
(D) 냉각／방열 부재,
를 갖추고 있는 화상 생성 장치이며,
지지 부재는 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
광학 소자는 실장용 기판의 다른 면에 장착되어 있고,
냉각／방열 부재는 지지 부재에 장착되어 있고,
광학 소자와 지지 부재는 실장용 기판 내부에 설치된 전열 수단에 의해서 열적으로 접속되어 있고,
지지 부재는 230W／m·K이상, 바람직하게는 250W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 2의 모양과 관련되는 화상 생성 장치는 광원 및 광학 장치를 구비하고,
광학 장치는,
　(A) 이 광원으로부터 입사된 빛을 사출하는 광학 소자,
　(B) 실장용 기판 및,
　(C) 지지 부재,
를 갖추고 있는 화상 생성 장치이며,
실장용 기판에는 개구부가 설치되어 있고,
지지 부재는, 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
광학 소자는 실장용 기판에 설치된 개구부에 있어서 노출한 지지 부재의 부분에 장착되어 있고,
지지 부재는 230W／m·K이상, 바람직하게는 250W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제 3의 모양과 관련되는 화상 생성 장치는 광원 및 광학 장치를 구비하고,
　광학 장치는,
　(A) 이 광원으로부터 입사된 빛을 사출하는 광학 소자,
　(B) 실장용 기판 및,
　(C) 지지 부재,
를 갖추고 있는 화상 생성 장치이며,
지지 부재는 실장용 기판의 가장자리로부터 실장용 기판의 외측으로 늘어나도록, 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
광학 소자는 실장용 기판의 외측으로 늘어난 지지 부재의 부분에 장착되어 있고,
지지 부재는 230W／m·K이상, 바람직하게는 250W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 1의 모양과 관련되는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치에 있어서는, 광학 소자와 지지 부재는 실장용 기판 내부에 설치된 전열 수단에 의해서 열적으로 접속되어 있지만, 구체적으로는 광학 소자와 전열 수단의 일단이 직접적으로 혹은, 간접적으로 접촉하고 있고, 지지 부재와 전열 수단의 타단이 직접적으로 혹은, 간접적으로 접촉하고 있는 상태를 나타낸다. 여기서, 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있는 광학 소자의 부분의 면적(실장용 기판의 다른 면과 직접적으로 혹은, 간접적으로 접촉하고 있는 광학 소자의 부분의 면적)을 S0, 광학 소자와 지지 부재를 열적으로 접속하고 있는 전열 수단의 실장용 기판 표면과 평행한 면에 따른 단면적을 S1으로 했을 때(전열 수단은 복수 설치되고 있는 경우에는 복수의 전열 수단의 단면적 종합계를 S1으로 한다), 0.01×S0≤S1≤0.5×S0을 만족하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2의 모양과 관련되는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치에 있어서는, 광학 소자는 성장용 기판에 설치된 개구부에 있어서 노출한 지지 부재의 부분에 장착되고 있지만, 지지 부재와 관계되는 부분의 표면은,
(1) 실장용 기판의 한쪽 면과 대략 같은 수준이어도 좋고,
(2) 실장용 기판에 설치된 개구부의 내부에 위치하고 있어도 좋고,
(3) 실장용 기판의 다른 면과 대략 같은 수준이어도 좋고,
(4) 실장용 기판의 다른 면으로부터 돌출하고 있어도 좋다.
또한, (2) ~ (4)의 경우, 실장용 기판에 설치된 개구부내에 위치하는 지지 부재의 부분을 지지 부재 돌출부로 부르는 경우가 있다.
본 발명의 제 1의 모양과 관련되는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치에 있어서, 전열 수단은 실장용기판의 내부에 형성된 전열용 비어홀로부터 완성되는 구성으로 할 수 있다. 또, 광학 장치는 광학 소자의 구동에 필요하게 되는 회로가 설치된 반도체 칩을 또한 가지고, 반도체 칩은 실장용 기판의 다른 면에 장착되어 있는 구성으로 할 수 있다. 전열용 비어홀은 예를 들면, 실장용 기판의 내부에 형성된 관통공내가 높은 열전도율을 가지는 재료(예를 들면, 동이나 은)로 매립된 구조를 가진다. 본 발명의 제 2의 모양 혹은 제 3의 모양과 관련되는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치에 있어서도, 광학 소자의 구동에 필요하게 되는 회로가 설치된 반도체 칩이 실장용 기판의 다른 면에 장착되어 있는 경우, 반도체 칩과 지지 부재와는 실장용 기판 내부에 설치된 전열 수단에 의해서 열적으로 접속되어 있는 것이 바람직하고, 또한, 이 전열 수단은 실장용 기판의 내부에 형성된 전열용 비어홀로부터 완성되는 것이 바람직하다. 전열용 비어홀의 일단은 직접적으로 혹은 간접적으로 광학 소자와 접하고, 이 전열용 비어홀의 타단은 직접적으로 혹은 간접적으로, 지지 부재와 접하고 있는 구조로 하는 것이 바람직하다. 또, 다른 전열용 비어홀의 일단이 직접적으로 혹은 간접적으로 반도체 칩과 접하고, 이 전열용 비어홀 타단은 직접적으로 혹은 간접적으로 지지 부재와 접하고 있는 구조로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 제 2의 모양과 관련되는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치에 있어서는 광학 장치는, 냉각／방열 부재를 또한 갖추고, 냉각／방열 부재는, 지지 부재에 장착되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또, 광학 장치는 광학 소자의 구동에 필요하게 되는 회로가 설치된 반도체 칩을 또한 가지고, 반도체 칩은 실장용 기판에 설치된 개구부에 있어서 노출된 지지 부재의 상기 부분에 장착되어 있는 구성으로 할 수 있다.
본 발명의 제 3의 모양과 관련되는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치에 있어서도 광학 장치는, 냉각／방열 부재를 또한 갖추고, 냉각／방열 부재는, 지지 부재에 장착되어 있는 구성으로 할 수 있다. 또, 광학 장치는 광학 소자의 구동에 필요하게 되는 회로가 설치된 반도체 칩을 또한 가지고, 반도체 칩은 실장용 기판의 외측으로 늘어난 지지 부재의 상기 부분(지지 부재 돌기부로 부르는 경우가 있다)에 장착되어 있는 구성으로 할 수 있다.
여기서, 광학 소자의 구동에 필요하게 되는 회로로서 예를 들면, 10비트 또는 12 비트의 구동 드라이버나, 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 들 수 있다.
본 발명의 제 1의 모양 ~ 제 3의 모양과 관련되는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치(이하, 이들을 총칭하고, 단지, 본 발명으로 부르는 경우가 있다)에 있어서, 지지 부재는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있지만, 지지 부재의 열전도율의 상한은 본질적으로 임의의 값으로 할 수 있다. 여기서, 지지 부재는 알루미늄(Al), 동(Cu), 베릴륨동, 은, 또는, 금으로부터 제작되는 것이 바람직하다. 이들 재료의 열전도율을 이하의 표 1에 나타낸다. 혹은 또, 지지 부재는 이들의 재료로부터 완성되는 군으로부터 선택된 적어도 2종류의 재료로부터 제작되는 것이 바람직하다. 이 경우 예를 들면, 지지 부재 돌출부를 어떤 재료로부터 제작하고, 지지 부재 돌출부 이외의 지지 부재의 부분을 다른 재료로부터 제작하고, 이들을 접합시킨 구조를 예시할 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서 열전도율의 값은, 0˚C에 있어서의 열전도율의 값으로 한다.
[표 1]
　　　　열전도율(W／m·K)
Al　 　　　　　　　236
Cu　 　　　　　　　403
베릴륨동 　　　　230
은　　　　 　　　　428
금 319
또, 본 발명에 있엇서, 실장용 기판을 프린트 배선판으로부터 구성할 수 있다. 프린트 배선판으로서 한면 혹은 양면에 배선이 형성된 리지드(rigid)프린트 배선판, 다층 리지드 프린트 배선판, 다층 플렉스(flex) 리지드 프린트 배선판, 한 면 혹은 양면에 배선이 형성된 금속 코어 프린트 배선판, 다층 금속 코어 프린트 배선판, 한 면 혹은 양면에 배선이 형성된 금속 베이스 프린트 배선판, 다층 금속 베이스 프린트 배선판, 빌드업(build-up) 다층 프린트 배선판, 세라믹스 배선판을 예시할 수 있다. 이들 각종의 프린트 배선판의 제조 방법은 종래의 방법으로 하면 좋다. 회로등의 형성은 패널 도금법 및 패턴 도금법을 포함한 소위 서브트렉티브(subtractive)방식이어도, 세미 애디티브(semiadditive) 방식 및 풀 애디티브(fulladditive) 방식이라고 하는 애디티브 방식이어도 좋다. 프린트 배선판을 구성하는 기재의 구성은 본질적으로는 임의이며, 예를 들면, 종이／페놀 수지, 종이／에폭시 수지, 유리옷감／에폭시 수지, 유리 부직포(不織布)／에폭시 수지, 유리옷감／유리 부직포／에폭시 수지, 합성 섬유／에폭시 수지, 유리옷감／폴리아미드 수지, 유리옷감／변성 폴리이미드 수지, 유리옷감／에폭시 변성 폴리이미드 수지, 유리옷감／비스말레이미드／트리아진／에폭시 수지, 유리옷감／불소계 수지, 유리옷감／PPO(폴리페닐렌 옥사이드) 수지, 유리옷감／PPE(폴리페닐렌 에테르) 수지의 조합을 예시할 수 있다.
본 발명의 제 1의 모양 ~ 제 3의 모양과 관련되는 광학 장치에 있어서, 광학 소자로서 회절 격자－광변조 장치, 반도체 레이저, 발광 다이오드, 디지털 마이크로 밀러 디바이스(DMD)를 들 수 있고, 또, 본 발명의 제 1의 모양 ~ 제 3의 모양과 관련되는 화상 생성 장치에 있어서, 광학 소자로서 회절 격자-광변조 장치를 들 수 있다. 여기서, 회절 격자-광변조 장치는 구체적으로
(a) 하부 전극,
(b) 하부 전극의 상방으로 지지를 받은 띠모양의 고정 전극 및,
(c) 하부 전극의 상방으로 지지를 받아 고정 전극에 대하여 병치된 띠모양의 가동 전극으로부터 완성되고,
가동 전극 및 하부 전극에의 전압의 인가에 근거하여 발생한 가동 전극과 하부 전극과의 사이에 움직이는 정전기력에에 의해서, 하부 전극으로 향하여 가동 전극이 변위하는 것으로, 가동 전극과 고정 전극에 의하여 회절 격자가 형성되는 회절 격자-광변조 소자가 복수 지지체의 표면에 형성되어서 완성되는 구성으로 할 수 있다.
또한, 회절 격자-광변조 장치는 고정 전극 및 가동 전극에 대향하고, 고정 전극 및 가동 전극에 입사하는 입사광 및 고정 전극 및 가동 전극으로부터 사출하는 사출광을 투과시키는 광투과 부재를 또한 갖추고 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.
회절 격자-광변조 소자를 구성하는 가동 전극 및 고정 전극은 예를 들면, 마이크로 머신기술을 응용하여 제작할 수 있고, 가동 전극과 고정 전극에 의해서 형성되는 회절 격자는 소위 반사형 회절 격자로부터 구성되어 있다.
회절 격자-광변조 장치에 있어서의 지지체를 구성하는 재료로서 실리콘 반도체 기판을 예시 할 수 있다.
회절 격자-광변조 소자에 있어서의 하부 전극이나 바이어스 전극을 구성하는 재료로서 알루미늄(Al), 티탄(Ti), 금(Au), 은(Ag), 텅스텐(W), 니오브(Nb), 탄탈(Ta), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 동(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co), 지르코늄(Zr), 철(Fe), 백금(Pt) 및 아연(Zn)으로부터 완성되는 군으로부터 선택된 적어도 1종류의 금속인 이들 금속 원소를 포함한 합금 혹은 화합물(예를 들면 TiN등의 질화물이나,WSi2, MoSi2, TiSi2, TaSi2등의 실리사이드) 그리고 실리콘(Si) 등의 반도체 그리고 ITO(인듐 주석 산화물), 산화 인듐, 산화 아연등의 도전성 금속 산화물을 예시할 수 있다. 하부 전극이나 바이어스 전극을 제작하려면 , CVD법, 스패터링법, 증착법, 리프트 오프법, 이온 도금법, 전해 도금법, 무전해 도금법, 스크린 인쇄법, 레이저 애블레이션(ablation)법, 콜로이드 용액-겔법등의 공지의 박막 형성 기술에 의해, 상술의 구성 재료인로부터 완성되는 박막을 지지체의 표면에 형성하면 좋다.
또, 회절 격자-광변조 소자에 있어서의 고정 전극, 가동 전극은 광반사층(상층)과 유전체 재료층(하층)의 2층 구조로부터 완성되는 것이 바람직하고, 구체적으로는 예를 들면, 알류미늄층(상층)과 SiN층(하층)과의 적층 구조, 알루미늄층(상층)과 SiO2층(하층)과의 적층 구조, Si를 첨가한 알루미늄층(상층)과 SiN층(하층)과의 적층 구조, Si를 첨가한 알루미늄층(상층)과 SiO2층(하층)과의 적층 구조, Cu를 첨가한 알루미늄층(상층이며, 알루미늄／동의 합금층이다)과 SiN층(하층)과의 적층 구조(Cu의 첨가율로서 0.1％ 중량 내지 5％ 중량을 예시할 수 있고, 이하의 설명에 있어서도 동일하다), Cu를 첨가한 알루미늄층(상층)과 SiO2층(하층)과의 적층 구조, 산화 티탄층(상층)과 SiN층(하층)과의 적층 구조, 산화 티탄층(상층)과 SiO2층(하층)과의 적층 구조로부터 구성할 수 있다. 또한, 하층을 SiO2층과 SiN층의 2층 구성으로 할 수도 있다.
또한, 회절 격자-광변조 소자에 있어서, 고정 전극을 지지하기 위한 지지부는 고정 전극의 연재부(延在部)로부터 구성하는 것이 바람직하고, 또, 가동 전극을 지지하기 위한 지지부는 가동 전극의 연재부로부터 구성하는 것이 바람직하다.
회절 격자-광변조 소자에 있어서, 하부 전극의 정면과 고정 전극의 정면의 높이의 차이(Δh0)로서, 3.0×10-7(m) 내지 1.5×10-6(m), 바람직하게는 4.5×10-7(m) 내지 1.2×10-6(m)를 예시할 수 있다. 또, 회절 격자-광변조 소자의 불작동시에 있어서의 가동 전극의 정면과 고정 전극의 정면의 높이의 차이는 가능한 한 0에 가까운 것이 바람직하다. 또한, 회절 격자-광변조 소자의 작동시에 있어서의 가동 전극의 정면과 고정 전극의 정면의 높이의 차이(Δh1)(가동 전극의 하부에의 변위량)의 최대치(Δh1-MAX)는 회절 격자-광변조 소자 혹은 회절 격자-광변조 장치에의 입사광의 파장을 λ로 했을 때,
λ／4≤Δh1-MAX
를 만족하는 것이 바람직하다. 또, Δh1-MAX와 Δh0와의 관계는,
Δh1-MAX≤(Δh0／3)
를 만족하는 것이 바람직하다. 또한, 가동 전극에 인가하는 전압을 변화시키는 것으로, 가동 전극의 정면과 고정 전극의 정면의 높이의 차이(Δh1)(가동 전극의 하부에의 변위량)을 변화시킬 수 있다. 그리고, 이것에 의해서 회절광의 강도를 변화시킬 수 있기 때문에, 계조 제어를 실시할 수 있다.
또, 회절 격자-광변조 소자에 있어서, 인접하는 고정 전극의 사이의 거리(d)는 한정하는 것은 아니지만, 1×10-6(m) 내지 2×10-5(m), 바람직하게는 2×10-6 (m) 내지 1×10-5(m)인 것이 바람직하다. 또한, 인접하는 고정 전극과 가동 전극과의 사이에 존재하는 극간 SP(1개의 회절 격자-광변조 소자내에 있어서의 극간, 인접하는 회절 격자－광변조 소자간에 있어서의 극간의 양쪽 모두)는, 한정하는 것은 아니지만, 1×10-7(m) 내지 2×10-6(m), 바람직하게는 2×10-7(m) 내지 5×10 -7(m)인 것이 바람직하다. 또, 고정 전극의 폭(WF)으로서 한정하는 것은 아니지만, 1×10-6(m) 내지 1×10-5(m), 바람직하게는 2×10-6(m) 내지 5×10-6(m)을 예시할 수 있고, 고정 전극의 실효 길이(LF)로서 한정하는 것은 아니지만, 2×10-5(m) 내지 5×10-4(m), 바람직하게는 1×10-4(m) 내지 3×10-4(m)을 예시할 수 있다. 한편, 가동 전극의 폭WM로서 한정하는 것은 아니지만, 1×10-6(m) 내지 1×10-5(m), 바람직하게는 2×10-6(m) 내지 5×10-6(m)을 예시 할 수 있고, 또한, 고정 전극의 폭(WF )과 동일한 것이 바람직하다. 또, 가동 전극의 실효 길이(LM)로서 한정하는 것은 아니지만, 2×10-5(m) 내지 5×10-4(m), 바람직하게는 1×10-4(m) 내지 3×10 -4(m)을 예시할 수 있다. 또한, 고정 전극의 실효 길이(LF), 가동 전극의 실효 길이(LM)란, 고정 전극 및 가동 전극이 지지부에 따라서 지지를 받고 있는 구성에 있어서, 지지부와 지지부와의 사이의 고정 전극의 부분 및 가동 전극의 부분의 길이를 의미한다.
또한, 회절 격자-광변조 장치에 있어서, 1개의 회절 격자-광변조 소자를 구성하는 고정 전극과 가동 전극의 각각의 수는 1개의 고정 전극과 1개의 가동 전극을 1조로 한 경우, 최저 1조이면 좋고, 한정하는 것은 아니지만, 최대 3조를 들 수 있다. 또, 회절 격자-광변조 장치에 있어서의 복수의 회절 격자-광변조 소자의 배치 상태는, 일차원 어레이장으로 하면 좋다. 즉, 고정 전극 및 가동 전극의 축선방향과 직각의 방향에 따라서 복수의 회절 격자-광변조 소자를 구성하는 고정 전극 및 가동 전극을 병치하면 좋다. 회절 격자-광변조 소자의 수는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치에 요구되는 화소(畵素) 수에 근거하여 결정하면 좋다.
외부의 회로와 전기적으로 접속시키기 위한 회절 격자-광변조 장치에 있어서의 접속 단자부, 접속 단자부와 가동 전극을 전기적으로 접속하기 위한 제어 전극을 구성하는 재료로서 상술한 하부 전극이나 바이어스 전극을 구성하는 재료를 예시할 수 있고, 접속 단자부, 제어 전극의 형성 방법도 상술한 하부 전극이나 바이어스 전극의 형성 방법과 같은 형성 방법으로 하면 좋다. 또한, 하부 전극, 바이어스 전극, 접속 단자부 및 제어 전극을 동시에 형성할 수 있고, 이들의 4종류의 전극을 임의의 편성으로 동시에 형성할 수도 있다.
또, 두께에 관해서는 별도로 두껍게 형성할 수도 있다.
광투과 부재를 유리판이나 플라스틱판［예를 들면, 폴리 메틸 메타크릴레이트(PMMA)나 폴리카보네이트(polycarbonate)(PC)로부터 완성되는 판］으로부터 구성할 수 있지만, 중에서도 유리판으로부터 구성하는 것이 바람직하다.
회절 격자-광변조 소자에 있어서, 가동 전극의 정면 및 고정 전극의 정면은 하부 전극의 정면과 평행이어도 좋고, 하부 전극의 정면에 대해서 블레이즈(blades)각(θD)만큼 기운 블레이즈형으로 하고, 예를 들면, ＋1차의 회절광만을 사출하는 구성으로 할 수도 있다. 블레이즈형을 채용함으로써, 예를 들면, 60％이상의 높은 회절 효율을 가지고 화상을 표시할 수 있다. 프로젝터등의 화상 형성 장치로의 적용에 있어서는 특히, 인가 전압에 대하는 다크(dark) 레벨로부터 중간 계조에 걸친 응답 특성이 완만하고, 고계조의 화상 표시를 영역에 달성할 수 있는 블레이즈형의 사용이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 냉각／방열 부재로서 히트 싱크(heat sink)나 펠티에(peltier) 소자, 물이나 냉매를 순환시켜 냉각하는 냉각 장치, 강제 송풍을 위한 팬을 둘 수 있다.
본 발명에 있어서의 실장용 기판의 한쪽 면에의 지지 부재의 설치 방법, 본 발명의 제 1의 모양과 관계되는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치에 있어서의 실장용 기판의 다른 면에의 광학 소자의 설치 방법, 본 발명의 제 2의 모양 혹은 제 3의 모양과 관련되는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치에 있어서의 지지 부재에의 광학 소자의 설치 방법으로서 접착제를 이용하는 방법(예를 들면, 열경화형의 접착제를 도포하고, 접착제를 가열하는 것으로 접합·접착하는 방법)을 둘 수 있다. 또, 냉각／방열 부재의 지지 부재에의 설치 방법으로서 나사 고정, 접착제를 이용하는 방법(예를 들면, 자외선 경화 수지를 도포하고, 그 후, 자외선 조사에 의해 접합·접착하는 방법)을 들 수 있다.
본 발명의 제 1의 모양 ~ 제 3의 모양과 관련되는 화상 생성 장치에 있어서, 광원으로서 반도체 레벨을 들 수 있다.
이하, 도면을 참조하고, 실시예에 근거하여 본 발명을 설명하지만, 각 실시예에 있어서 공통인 회절 격자-광변조 장치, 회절 격자-광변조 소자에 대하여, 먼저, 설명한다.
지지체(12)를 갖춘 회절 격자-광변조 장치(11)는 도 8, 도 9(a), (B), 도 10(a), (B)에 나타낸 바와 같이 지지체(12)의 표면에 형성된 복수(예를 들면 1080개)의 회절 격자-광변조 소자(21)으로부터 구성되어 있다. 또한, 회절 격자-광변조 장치(11)는 유리판으로부터 완성되는 광투과 부재(13)를 갖추고 있다. 회절 격자-광변조 소자(21)는 하부 전극(22), 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)으로부터 완성된다. 광투과 부재(13)는 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)에 대향하고, 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)에 입사하는 입사광 및 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)으로부터 사출하는 사출광을 투과시킨다.
불순물이 도핑된 폴리 실리콘으로부터 완성되는 하부 전극(22)은, 실리콘 반도체 기판으로부터 완성되는 지지체(12)의 표면에 형성되어 있다. 또한, 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)을 형성할 경우에 하부 전극(22)에 손상이 발생하지 않도록 하부 전극(22)의 표면에는 SiO2로부터 완성되는 보호 절연막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 또, 띠모양(리본 모양)의 고정 전극(31)은 하부 전극(22)의 위쪽에 지지되어 걸쳐져 있고 구체적으로는 고정 전극(31)의 연재부인 지지부(23, 24)에 의해서 지지를 받고 있다. 또한, 띠모양(리본 모양)의 가동 전극(32)은 하부 전극(22)의 위쪽에 지지되어 걸쳐져 고정 전극(31)에 대해서 병치되어 있고, 구체적으로는 가동 전극(32)의 연재부인 지지부(25, 26)에 의해서 지지를 받고 있다. 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)은 Cu를 첨가한 알루미늄으로부터 완성되는 광반사층(상층)과 SiN로부터 완성되는 유전체 재료층(하층)과의 적층 구조(Cu의 첨가율：0.5％ 중량)를 가진다. 또한, 도면에 있어서는 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)을 1층에서 나타냈다.
회절 격자-광변조 장치(11)와 광투과 부재(13)에 의해서 끼워진 공간은 기밀 상태로 되어 있고, 이 공간에는 수소 가스, 헬륨 가스, 질소 가스 혹은 이들의 혼합 가스 등이 봉입되어 있다. 그리고, 이것에 의해서 회절 격자-광변조 소자의 작동시에 있어서의 온도 상승에 의해서 생기는 온도의 경사진 정도에 기인하는 고정 전극(31)이나 가동 전극(32)의 열화를 억제하고, 내구성 및 신뢰성의 향상을 도모하고 있다.
지지체(12)와 광투과 부재(13)는, 저융점 금속재료층(14)에 의해서 접합되어 있다. 여기서, 저융점 금속재료층(14)은 예를 들면, 증착법, 스패터링법, 이온·플레이팅법 등의 진공박막 형성 기술을 이용하고, 지지체(12)의 표면의 주연부, 광투과 부재(13)의 주연부의 소망한 부위에 형성하면 좋다. 경우에 따라서는, 저융점 금속재료로부터 완성되는 선재 철강이나 금박을 지지체(12) 등의 소망한 부위에 설치하거나 장착해도 좋다. 저융점 금속재료층(14)에 의한 접합은 구체적으로는, 저융점 금속재료층(14)을 가열하는 것에 의해서 행해지지만, 저융점 금속재료층(14)의 가열은 구체적으로는, 램프를 이용한 가열, 레이저를 이용한 가열, 노(爐)를 이용한 가열등의 공지의 가열 방법에 의해 실시할 수 있다.
저융점 금속재료층(14)을 구성하는 재료로서 융점이 120 ~ 400˚C정도의 소위저융점 금속재료를 들 수 있다. 관계되는 저융점 금속재료로서 Au80Sn20(융점 260 ~ 320˚C)라고 하는 주석-금계(系)의 저융점 합금 이외에도, In(인듐：융점 157˚C)；Sn80Ag20(융점 220 ~ 370˚C), Sn95Cu5(융점 227 ~ 370˚C) 등의 주석(Sn) 계 고온땜납；Pb97.5Ag2.5(융점 304˚C), Pb94.5Ag5.5(융점 304~365˚C), Pb97.5Ag1.5Sn1.0(융점 309˚C) 등의 납(Pb)계 고온땜납；Zn95Al5(융점 380˚C) 등의 아연(Zn)계 고온땜납；Sn5Pb95(융점 300~314˚C), Sn2Pb98(융점 316~322˚C) 등의 주석-납계 표준땜납；Au88Ga12(융점 381˚C) 등의 납재(이상의 첨자는 모두 원자 ％를 나타낸다)를 예시할 수 있다.
회절 격자-광변조 장치(11)에 있어서의 복수의 회절 격자-광변조 소자(21)의 배치 상태는 1차원 어레이장이다. 구체적으로는 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)의 축선방향(X방향)과 직각의 방향(Y방향)에 따라서, 복수(예를 들면 1080개)의 회절 격자-광변조 소자(21)를 구성하는 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)이 병치되어 있다. 고정 전극(31) 및 가동 전극(32)의 총계는 예를 들면, 1080×6(개)이다.
또한, 접속 단자부(도시하지 않음)가 예를 들면, 회절 격자-광변조 장치(11)의 구동에 필요하게 되는 회로가 설치된 반도체 칩(40)과의 상기적 접속을 위해서 설치되고, 외부에 노출하고, 가동 전극(32)에 전기적으로 접속되어 있다. 구체적으로는, 회절 격자-광변조 소자(21)는 3개의 고정 전극(31)과 3개의 가동 전극(32)으로부터 구성되어 있다. 3개의 가동 전극(32)은 통합되어 1개의 제어 전극에 접속되고, 제어 전극은 대응하는 접속 단자부에 접속되어 있다. 한편, 3개의 고정 전극(31)은 통합되어 바이어스 전극에 접속되어 있다. 바이어스 전극은 복수의 회절 격자-광변조 소자(21)에 있어서 공통으로 되어 있고, 바이어스 전극의 연재부인 바이어스 전극 단자부(도시하지 않음)를 거쳐서 반도체 칩(40)에 접속되어 접지된다. 하부 전극(22)도 복수의 회절 격자-광변조 소자(21)에 있어서 공통으로 되어 있고, 하부 전극(22)의 연재부인 하부 전극 단자부(도시하지 않음)를 거쳐서 반도체 칩(40)에 접속되어 접지된다.
저융점 금속재료층(14)(도 11 참조)보다 외측의 지지체(12)의 영역에 접속 단자부, 하부 전극 단자부, 바이어스 전극 단자부(이들은 도시하지 않음)가 설치되어 있다. 이들의 단자부와 각종 전극을 묶는 배선(예를 들면, 제어 전극이나 바이어스 전극 등)은 저융점 금속재료층(14)에 의해서는 합선하지 않는 구조(예를 들면, 제어 전극이나 바이어스 전극이 절연 재료로 피복된 구조)로 되어 있다.
그리고, 접속 단자부를 거쳐서 외부 회로로부터의 가동 전극으로의 전압의 인가 및 하부 전극(22)으로의 전압의 인가에 근거하여 발생한 가동 전극(32)과 하부 전극(22)과의 사이에 움직이는 정전기력(쿨롱력)에 의해서, 하부 전극(22)으로 향하여 가동 전극(32)이 변위한다. 즉, 외부 회로로부터 접속 단자부, 제어 전극을 거쳐서 가동 전극(32)에 전압을 인가하고, 한편, 외부 회로로부터 하부 전극 단자부를 거쳐서 하부 전극(22)에 전압을 인가하면(실제로는 하부 전극(22)은 접지 상태에 있다), 가동 전극(32)과 하부 전극(22)과의 사이에 정전기력(쿨롱력)이 발생한다. 그리고, 이 정전기력에 의해서 하부 전극(22)으로 향하여 가동 전극(32)이 아래쪽으로 변위한다. 또한, 가동 전극(32)의 변위 전 상태를 도 9(b) 및 도 10(b)의 좌측으로 나타내고, 변위 후 상태를 도 10(a) 및 도 10(b)의 우측으로 나타낸다. 그리고, 이와 같은 가동 전극(32)의 변위에 근거하여 가동 전극(32)과 고정 전극(31)에 의해서 반사형의 회절격자가 형성된다.
하부 전극(22)의 정면과 고정 전극(31)의 정면의 높이의 차이(Δh0)를, 이하의 표 2에 나타내는 값으로 했다. 또, 회절 격자-광변조 소자(21)의 불작동시에 있어서의 가동 전극(32)의 정면과 고정 전극(31)의 정면의 높이의 차이를 가능한 한 0에 가까운 값으로 했다. 또한, 회절 격자-광변조 소자(21)의 작동시에 있어서의 가동 전극(32)의 정면과 고정 전극(31)의 정면의 높이의 차이(Δh1)(가동 전극 (32)의 하부에의 변위량)의 최대치(Δh1-MAX)는 회절 격자-광변조 소자(21) 혹은 회절 격자-광변조 장치(11)에의 입사광의 파장을 λ로 했을 때,
Δh1-MAX = λ／4
를 만족하다. 또, Δh1-MAX와 Δh0과의 관계는,
Δh1-MAX ≤Δh0／3
를 만족하다. 또한, 가동 전극(32)에 인가하는 전압을 변화시키는 것으로, 가동 전극(32)의 정면과 고정 전극(31)의 정면의 높이의 차이(Δh1)(가동 전극(32)의 하부에의 변위량)을 변화시킬 수 있다. 그리고, 이것에 의해서 회절광의 강도를 변화시킬 수 있으므로, 계조 제어를 실시할 수 있다.
또, 인접하는 고정 전극(31)의 사이의 거리(d), 인접하는 고정 전극과 가동 전극과의 사이에 존재하는 극간(SP), 고정 전극(31)의 폭(WF), 고정 전극(31)의 실효 길이(LF), 가동 전극(32)의 폭(WM), 가동 전극(32)의 실효 길이(LM)를, 이하의 표 2와 같이 했다. 표 2에 있어서의 단위는μm이다.
[표 2]
Δh0 =　 0.85
d　 =　 8.0
SP =　 0.40
WF　=　 3.6
LF　= 200
WM　=　 3.6
LM　= 200
이와 같은 회절 격자-광변조 장치(103R, 103G, 103B)(구성, 구조는 회절 격자-광변조 장치(11)와 같다)를 포함한 회절 격자-광변조 장치조립체(102R, 102G, 102B)와 광원(레이저 광원(100R, 100G, 100B))으로부터 구성된 화상 생성 장치(101R, 101G, 101B)를 3개 갖춘 화상 형성 장치는 개념도를 도 12에 나타낸 것과 동일한 구성으로 할 수 있고, 화상 생성 장치(101R, 101G, 101B)를 3개 갖춘 화상 형성 장치의 동작도 도 12를 참조하여 설명한 동작과 동일하기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
[실시예 1]
실시예 1은, 본 발명의 제 1의 모양과 관련되는 광학 장치 및 화상 생성 장치에 관한 것이다. 실시예 1의 광학 장치는 보다 구체적으로는, 복수의 회절 격자-광변조 소자(GLV)가 일차원적으로 어레이장에 배열되어서 완성되는 광학 소자를 갖추고 있다. 또한, 이하 이 광학 소자를 회절 격자-광변조 장치로 부르고, 광학 장치를 회절 격자-광변조 장치조립체로 부르는 경우가 있다. 또, 실시예 1의 화상 생성 장치는 도 12에 나타낸 것과 동일하게 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)와 광원(반도체 레이저)을 갖추고 있다. 실시예 1의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 모식적인 일부 단면도를 도 1(a)에 나타내고, 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 모식적인 저면도를 도 4에 나타낸다. 또한, 도 1(a), (B), 도 2(a), (B), 도 3(a)에 있어서는 회절 격자-광변조 소자 등의 도시를 생략하고 있다.
구체적으로는, 실시예 1의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)는
(A) 광학 소자(회절 격자-광변조 장치(11)),
(B) 실장용 기판(50),
(C) 지지 부재(60) 및,
(D) 히트 싱크로부터 완성되는 냉각／방열 부재(70),
를 갖추고 있다.
여기서, 지지 부재(60)는 유리 에폭시 동으로 펴지는 적층판으로부터 완성되는 프린트 배선판으로부터 구성된 실장용 기판(50)의 한쪽 면(50A)에 다이본딩용의 접착제(45)를 거쳐서 장착되어 있다. 또, 회절 격자-광변조 장치(11)는, 실장용 기판(50)의 한쪽 면(50B)에, 다이본딩용의 접착제(43)를 거쳐서 장착되어 있다. 또한, 실장용 기판(50)에는, 외부로부터 입력되는 회절 격자-광변조 장치를 구동하기 위한 신호를 처리하는 회로 등이 설치되어 있다. 후술하는 실시예 2 ~ 실시예 4에 있어서도 동일하다. 또한, 냉각／방열 부재(70)가 나사 고정 혹은 접착제를 이용하는 방법에 의해서, 지지 부재(60)에 장착되어 있다. 지지 부재(60)는 히트 싱크로부터 완성되는 냉각／방열 부재(70)의 접합판으로서의 기능을 이루고 있다. 회절 격자-광변조 장치조립체는 화상 생성 장치의 본체부에 나사 고정 또는 접착제등에 의해서 장착할 수 있다.
실시예 1의 회절 격자-광변조 장치조립체에 있어서는 회절 격자-광변조 장치(11)의 구동에 필요하게 되는 회로(예를 들면, 10비트 또는 12비트의 구동 드라이버)가 설치된 반도체 칩(40)을 또한 가지고, 반도체 칩(40)은 실장용 기판(50)의 한쪽 면(50B)에 다이본딩용의 접착제(44)를 거쳐서 장착되어 있다.
또한, 접착제(43, 44, 45)의 사양에 의존하지만, 접착시에 접착제(43, 44, 45)를 예를 들면, 130~200℃에 가열하는 것으로 접착할 수 있다. 이하에 설명하는 실시예 2, 실시예 4에 있어서도 동일하다.
실시예 1에 있어서, 지지 부재(60)는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료, 구체적으로는 두께(t)가 4mm의 알루미늄(Al)으로부터 제작되어 있다. 구체적으로는 절삭 가공법에 근거하여 알루미늄으로부터 완성되는 지지 부재(60)를 제작할 수 있다.
그리고, 회절 격자-광변조 장치(11)와 지지 부재(60)는, 실장용 기판(50)의 내부에 설치된 전열 수단 구체적으로는, 전열용 비어홀(51)에 의해서 열적으로 접속되어 있다. 여기서, 전열용 비어홀(51)은 실장용 기판(50)의 내부에 관통공을 형성하고, 이 관통공내를 높은 열전도율을 가지는 재료(예를 들면, 동이나 은)로 매립하는 것으로 얻을 수 있다.
구체적으로는 예를 들면, 스크린 인쇄법에 근거하여 높은 열전도율을 가지는 페이스트 모양의 재료(예를 들면, 동페이스트나 은페이스트)로 관통공을 매립하는 방법, 도금법에 근거하여 높은 열전도율을 가지는 재료(예를 들면, 동)로 관통공을 매립하는 방법을 들 수 있다. 전열용 비어홀(51)의 일단은 간접적으로(즉, 접착제(43, 44)를 거쳐서), 광학 소자(보다 구체적으로는 회절 격자-광변조 장치(11)를 구성하는 지지체(12))와 접하고, 혹은, 반도체 칩(40)과 접하고, 전열용 비어홀(51)의 타단은 간접적으로(즉, 접착제(45)를 거쳐서), 지지 부재(60)와 접하고 있다.
또, 회절 격자-광변조 장치(11)와 반도체 칩(40)과의 사이 및 반도체 칩(40)과 실장용 기판(50)에 설치된 배선으로서의 회로와의 사이는 예를 들면, 와이어 본딩에서 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 회절 격자-광변조 장치(11) 및 반도체 칩(40)은 틀(41)(열경화형 수지로부터 완성된다)에 의해서 둘러싸여 와이어 본딩 보호를 위해서, 회절 격자-광변조 장치(11) 및 반도체 칩(40)은 포팅 수지(42)에 의해서 봉합되어 있다. 이와 같이, 회절 격자-광변조 장치(11)와 반도체 칩(40)과의 사이 및 반도체 칩(40)과 배선으로서의 회로와의 사이를 와이어 본딩에서 전기적으로 접속하는 것에 의해서, 회절 격자-광변조 장치조립체를 소형, 경량화하는 것이 가능해진다.
실시예 1 혹은 후술하는 실시예 2 ~ 실시예 4에 있어서는 도 11에 개념적인 단면도를 도시한 바와 같이, 평판 모양의 유리판으로부터 완성되는 광투과 부재(13)와 지지체(12)는 Au80Sn20으로부터 완성되는 저융점 금속재료층(14)에 의해서 접합되어 있다(장착되어 있다).
실시예 1에 있어서는 지지 부재(60)를 이용하는 것으로, 또한, 전열용 비어홀(51)을 설치하는 것으로, 회절 격자-광변조 장치(11)로부터의 열 및 반도체 칩(40)으로부터의 열효율을 좋게 냉각／방열 부재(히트 싱크)(70)로 전열하는 것이 가능해진다. 또한, 도 13에 나타낸 종래 예와 같이, 선팽창율이 크고(예를 들면, 14×10-6／K정도이며, 지지체(12)의 선팽창율 3.1×10-6／K에 비해 큰 경우), 신장 탄성률이 25GPa정도로 매우 부드러운 실장용 기판(350)만을 이용한 것은 곤란하며 , 회절 격자-광변조 소자(21)의 높은 위치 정도를 실시예 1에 대해 지지 부재(60)를 이용하는 것으로 충분히 확보할 수 있다.
실시예 1의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)에 대하여 열저항치를 산출한 결과, 각부의 열저항치(단위：˚C／W)는 이하의 표 3에 나타내는 대로되었다. 또, 도 13에 나타낸 종래예에 대하여 열저항치를 산출한 결과를 표 3에 비교예 1로서 나타낸다. 또한, 실시예 1에 나타낸 구조에 있어서, 전열용 비어홀(51)을 설치하지 않는 경우의 열저항치를 산출해낸 결과를 표 3에 비교예 2로서 나타낸다. 또한, S1=0.1×S0의 관계에 있다.
[표 3]
실시예 1 비교예 2 비교예 2
회절격자-광변조 장치(11) 0. 022 0. 022 0. 022
접착제(43) 0. 440 0. 440 0. 440
실장용 기판(250) --- 7. 85 7.85
전열용 비어홀(51) 0. 000 --- ---
접착제(45) 0. 085 --- 0. 085
지지 부재(60) 0. 049 --- 0. 049
합계 0. 596 8. 31 8. 45
표 3으로부터, 지지 부재(60)를 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작하고, 또한, 광학 소자(회절 격자-광변조 장치(11))와 지지 부재(60)를 실장용 기판(50)의 내부에 설치된 전열 수단(전열용 비어홀(51))에 의해서 열적으로 접속하는 것에 의해, 전체의 계(系)에 있어서의 열저항치를 비교예 1과 비교하고, 실시예 1에 있어서는, 약 14 분의 1에까지 저감할 수 있는 것으로 판단된다.
[실시예 2]
실시예 2는 본 발명의 제 2의 모양과 관련되는 광학 장치 및 화상 생성 장치에 관한 것이다. 실시예 2의 광학 장치도 보다 구체적으로는, 복수의 회절 격자-광변조 소자(GLV)가 일차원적으로 어레이장에 배열되어 완성되는 광학 소자(회절 격자-광변조 장치)를 갖추고 있다. 또, 실시예 2의 화상 생성 장치도, 도 12에 나타낸 것과 동일하게 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)와 광원(반도체 레이저)을 갖추고 있다. 실시예 2의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 모식적인 일부 단면도를 도 1(b)에 나타내고, 실장용 기판의 모식적인 부분적 사시도을 도 5(a)에 나타내고, 실장용 기판 및 지지 부재의 모식적인 부분적 사시도를 도 5(b)에 나타내고, 실장용 기판의 모식적인 부분적 평면도를 도 6(a)에 나타낸다. 또한, 도 6(a), (B), 도 7(a), (B), 도 3(b)에 있어서는, 회절 격자-광변조 장치를 배치해야 할 위치를 일점쇄선으로 나타내고, 반도체 칩을 배치해야 할 위치를 점선으로 나타낸다.
구체적으로는, 실시예 2의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)는,
(A) 광학 소자(회절 격자-광변조 장치(11)),
(B) 실장용 기판(150) 및,
(C) 지지 부재(160),
를 갖추고 있다.
여기서, 유리 에폭시 동으로 펴지는 적층판으로부터 완성되는 프린트 배선판으로부터 구성된 실장용 기판(150)에는, 개구부(152)가 설치되어 있다. 또, 지지 부재(160)는 실시예 1과 동일하게 실장용 기판(150)의 한쪽 면(150A)에 다이본딩용의 접착제(45)를 거쳐서 장착되어 있다. 그리고, 회절 격자-광변조 장치(11)는 실장용 기판(150)에 설치된 개구부(152)에 있어서 노출한 지지 부재(160)의 부분(지지 부재 돌출부(161))에 다이본딩용의 접착제(43)를 거쳐서 장착되어 있다. 지지 부재 돌출부(161)의 표면은 실장용 기판(150)의 한쪽 면(150B)과 대략 동일한 수준이다. 또한, 필수는 아니지만, 히트 싱크로부터 완성되는 냉각／방열 부재(70)가 나사 정지 혹은 접착제를 이용하는 방법에 의해서, 지지 부재(160)에 장착되어 있다.
실시예 2의 회절 격자-광변조 장치조립체에 있어서는 회절 격자-광변조 장치(11)의 구동에 필요하게 되는 회로(예를 들면, 10비트 또는 12비트의 구동 드라이버)가 설치된 반도체 칩(40)을 또한 가지고, 반도체 칩(40)은 실장용 기판(150)의 한쪽 면(150B)에, 다이본딩용의 접착제(44)를 거쳐서 장착되어 있다. 또, 반도체 칩(40)과 지지 부재(160)는 실장용 기판(150)의 내부에 설치된 전열 수단, 구체적으로는, 전열용 비어홀(151)에 의해서 열적으로 접속되어 있다. 전열용 비어홀(151)의 일단은 간접적으로(즉, 접착제(44)를 거쳐서) 반도체 칩(40)과 접하고, 전열용 비어홀(151)의 타단은 간접적으로(즉, 접착제(45)를 거쳐서) 지지 부재(160)로 접하고 있다.
실시예 2에 있어서도 지지 부재(160)는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료, 구체적으로는, 지지 부재 돌출부(161)의 두께가 4mm, 그 이외의 부분의 두께가 1.6mm의 알루미늄(Al)으로부터 제작되어 있다. 구체적으로는 절삭 가공법에 근거하여 알루미늄으로부터 완성되는 지지 부재(160)를 제작할 수 있다.
실시예 2에 있어서도, 회절 격자-광변조 장치(11)와 반도체 칩(40)과의 사이 및 반도체 칩(40)과 실장용 기판(150)에 설치된 배선으로서의 회로와의 사이는, 예를 들면, 와이어 본딩에서 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 회절 격자-광변조 장치(11) 및 반도체 칩(40)은 틀(41)(열경화형 수지로부터 완성된다)에 의해서 둘러싸여 와이어본딩 보호를 위해서, 회절 격자-광변조 장치(11) 및 반도체 칩(40)은 포팅 수지(42)에 의해서 봉합되어 있다. 이와 같이, 회절 격자-광변조 장치(11)와 반도체 칩(40)과의 사이 및 반도체 칩(40)과 배선으로서의 회로와의 사이를 와이어본딩에서 전기적으로 접속하는 것에 의해서, 회절 격자-광변조 장치조립체를 소형, 경량화하는 것이 가능해진다.
실시예 2에 있어서는, 회절 격자-광변조 장치(11)는 실장용 기판(150)에 설치된 개구부(152)에 있어서 노출한 지지 부재(160)의 부분(지지 부재 돌출부(161))에 장착되어 있으므로, 회절 격자-광변조 장치(11)로부터의 열을 효율 좋게 방열할 수 있고, 회전 격자-광변조 소자(21)의 높은 위치 정도를 충분히 확보할 수 있다.
실시예 2의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)에 대하여 열저항치를 산출한 결과, 각부의 열저항치(단위：˚C／W)는 표 3의 실시예 1에 나타낸 값과 대략 동일한 값(보다 정확한 것에는 0.002˚C／W만 증가한 값)으로 되었다.
또한, 개구부(152)를 도 6(a)에 도시한 바와 같이, 실장용 기판(150)의 가장자리로부터 떨어진 영역에 설치해도 좋고, 도 6(b)에 도시한 바와 같이, 실장용 기판(150)의 가장자리(150C)에 따라서 절결 모양으로 설치해도 좋다.
[실시예 3]
실시예 3은 실시예 2의 변형이다. 실시예 2에 있어서는 반도체 칩(40)이 실장용 기판(150)의 한쪽 면(150B)에 장착되어 있다. 한편, 실시예 3에 있어서는 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 모식적인 일부 단면도를 도 2(a)에 도시한 바와 같이, 반도체 칩(40)은 실장용 기판(150)에 설치된 개구부(152)에 대해 노출한 지지 부재(160)의 부분(지지 부재 돌출부(161))에 다이본딩용의 접착제(44)를 거쳐서 장착되어 있다. 또한, 실장용 기판(150)의 모식적인 부분적 사시도는 도 5(a)에 나타낸 것과 동일하게, 실장용 기판(150) 및 지지 부재(160)의 모식적인 부분적 사시도는 도 5(b)에 나타낸 것과 동일하다. 실장용 기판(150)의 모식적인 부분적 평면도를 도 7(a)에 나타낸다.
이와 같은 반도체 칩(40)의 장착 상태를 제외하고, 광학 소자(회절 격자-광변조 장치), 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체) 및 화상 생성 장치의 구성, 구조는 실시예 2에 있어서 설명한 광학 소자(회절 격자-광변조 장치), 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체) 및 화상 생성 장치의 구성, 구조와 동일하게 할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 개구부(152)를 도 7(a)에 도시한 바와 같이, 실장용 기판(150)의 가장자리로부터 떨어진 영역에 설치해도 좋고, 도 7(b)에 도시한 바와 같이, 실장용 기판(150)의 가장자리(150C)에 따라서 절결 모양으로 설치해도 좋다.
[실시예 4]
실시예 4는 본 발명의 제 3의 모양과 관련되는 광학 장치 및 화상 생성 장치에 관한 것이다. 실시예 4의 광학 장치도 보다 구체적으로는, 복수의 회절 격자-광변조 소자(GLV)가 일차원적으로 어레이장에 배열되어서 완성되는 광학 소자(회절 격자-광변조 장치)를 갖추고 있다. 또, 실시예 4의 화상 생성 장치도 도 12에 나타낸 것과 동일하게 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)와 광원(반도체 레이저)을 갖추고 있다. 실시예 4의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 모식적인 일부 단면도를 도 3(a)에 나타내고, 실장용 기판 및 지지 부재의 모식적 부분적 평면도를 도 3(b)에 나타낸다.
구체적으로는, 실시예 4의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)는 실시예 2와 동일하게,
(A) 광학 소자(회절 격자-광변조 장치(11)),
(B) 실장용 기판(250) 및,
(C) 지지 부재(260),
를 갖추고 있다.
지지 부재(260)는 유리 에폭시 동으로 펴지는 적층판으로부터 완성되는 실장용 기판(250)의 가장자리(250C)로부터, 실장용 기판(250)의 외측으로 늘어나도록 실장용 기판(250)의 한쪽 면(250A)에 다이본딩용의 접착제(45)를 거쳐서 장착되어 있다. 또, 광학 소자(회절 격자-광변조 장치(11))는, 실장용 기판(250)의 외측으로 늘어난 지지 부재(260)의 부분(지지 부재 돌기부(261))에, 다이본딩용의 접착제(43)를 거쳐서 장착되어 있다. 또한, 필수는 아니지만, 히트 싱크로부터 완성되는 냉각／방열 부재(70)가, 나사 고정 혹은 접착제를 이용하는 방법에 의해서, 지지 부재(260)에 장착되어 있다.
실시예 4의 회절 격자-광변조 장치조립체에 있어서는, 회절 격자-광변조 장치(11)의 구동에 필요하게 되는 회로(예를 들면, 10비트 또는 12비트의 구동 드라이버)가 설치된 반도체 칩(40)을 또한 가지고, 반도체 칩(40)은 지지 부재(260)에 다이본딩용의 접착제(44)를 거쳐서 장착되어 있다.
실시예 4에 있어서도 지지 부재(260)는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료, 구체적으로는 지지 부재 돌기부(261)의 두께가 4mm, 그 이외의 부분의 두께가 1.6mm의 알루미늄(Al)으로부터 제작되어 있다. 구체적으로는 절삭 가공법에 근거하여 알루미늄으로부터 완성되는 지지 부재(260)를 제작할 수 있다.
실시예 4에 있어서도 회절 격자-광변조 장치(11)와 반도체 칩(40)과의 사이 및 반도체 칩(40)과 실장용 기판(250)에 설치된 배선으로서의 회로와의 사이는 예를 들면, 와이어본딩에서 전기적으로 접속되어 있다. 그리고, 회절 격자-광변조 장치(11) 및 반도체 칩(40)은 틀(41)(열경화형 수지로부터 완성된다)에 의해서 둘러싸여 와이어본딩 보호를 위해서, 회절 격자-광변조 장치(11) 및 반도체 칩(40)은 포팅 수지(42)에 의해서 봉합되어 있다. 이와 같이, 회절 격자-광변조 장치(11)와 반도체 칩(40)과의 사이 및 반도체 칩(40)과 배선으로서의 회로와의 사이를 와이어본딩에서 전기적으로 접속하는 것에 의해서, 회절 격자-광변조 장치조립체를 소형, 경량화하는 것이 가능하게 된다.
실시예 4에 있어서는, 회절 격자-광변조 장치(11)는 지지 부재 돌기부(261)에 장착되어 있으므로, 회절 격자-광변조 장치(11)로부터의 열효율을 좋게 방열할 수 있고, 회절 격자-광변조 소자(21)의 높은 위치 정도를 충분히 확보할 수 있다.
실시예 4의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)에 대하여 열저항치를 산출한 결과, 각 부의 열저항치(단위：˚C／W)는 실시예 2에 나타낸 값과 대략 동일한 값이 되었다.
이상으로 설명한 점을 제외하고, 실시예 4의 회절 격자-광변조 장치조립체의 구성, 구조는 실시예 2의 회절 격자-광변조 장치조립체의 구성, 구조와 동일하게 할 수 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 반도체 칩(40)을 실장용 기판(250)의 다른 면(250B)에 다이본딩용의 접착제를 거쳐서 장착해도 좋다. 이 경우, 반도체 칩(40)과 지지 부재(260)는 실장용 기판(250)의 내부에 설치된 전열 수단, 구체적으로는 전열용 비어홀에 의해서 열적으로 접속되고 있는 것이 바람직하다. 전열용 비어홀의 일단은 간접적으로(즉, 접착제를 거쳐서) 반도체 칩(40)과 접하고, 전열용 비어홀의 타단은 간접적으로(즉, 접착제(45)를 거쳐서) 지지 부재(260)와 접하고 있는 구성으로 할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 근거하여 설명했지만, 본 발명은 이와 같은 실시예에 한정되는 것은 아니다. 실시예에서 설명한 회절 격자-광변조 소자, 광학 소자(회절 격자-광변조 장치), 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체), 화상 생성 장치의 구성, 구조는 예시이고, 적당히 변경할 수 있고, 회절 격자-광변조 장치조립체나 회절 격자-광변조 장치, 회절 격자-광변조 소자에 있어서의 각종 부재를 구성하는 재료나 부재의 치수등도 예시이며, 적당히 변경할 수 있다.
반도체 칩의 발열이 적은 경우에는 반도체 칩과 지지 부재를 열적으로 접속하는 전열용 비어홀을 설치하지 않아도 좋다.
실시예 2에 있어서는 지지 부재(160)에 지지 부재 돌출부(161)을 설치했지만, 도 2의(B)에 모식적인 일부 단면도를 도시한 바와 같이, 실장용 기판(150)에 설치된 개구부(152)에 있어서 노출한 지지 부재(160)의 부분의 표면은 실장용 기판(150)의 한쪽 면(150A)와 대략 동일한 수준이어도 좋다. 또한, 이와 같은 구조를 실시예 3 혹은 실시예 4에 적용할 수도 있다.
실시예에 있어서는 지지 부재(60, 160, 260)를 알루미늄(Al)으로부터 제작했지만, 그 대신에 동(Cu), 베릴륨동, 은 또는 금으로부터 제작할 수도 있다. 혹은 지지 부재를 이들의 재료로부터 완성되는 군으로부터 선택된 적어도 2 종류의 재료로부터 제작할 수도 있고, 이 경우에는, 지지 부재를 다층 구조로 하는 것이 바람직하다.
실시예에 대해서는 가동 전극(32)의 정면 및 고정 전극(31)의 정면을 하부 전극(22)의 정면과 평행으로 했지만, 그 대신에 하부 전극(22)의 정면에 대하여 블레이즈각(θD)만큼 기울인 블레이즈형으로 하고, 예를 들면,＋1차(m = ＋1)의 회절광만을 사출하는 구성으로서도 좋다.
예를 들면 회절 격자-광변조 장치에 예시되는 광학 소자에 빛(레이저광)이 조사되는 것에 수반하는 과도의 열은 광학 소자를 구성하는 부재(예를 들면, 지지체상에 있어서의 회절 격자-광변조 소자)의 위치 정도로 악영향을 미치므로, 열대책을 충분히 강구할 필요가 있다. 본 발명에 있어서는 지지 부재를 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작하는 것에 의해서, 광학 소자(예를 들면 회절 격자-광변조 장치)에 빛(레이저광)이 조사되는 것에 수반하는 열을 지지 부재를 거쳐서 방열하므로, 광학 소자를 구성하는 부재의 위치가 이 열에 의해서 영향을 받는 것을 회피할 수 있다. 그러므로, 색 어두움 등의 문제를 해소할 수 있고, 화상 생성 장치의 한층 더 소형화, 고성능화, 고해상도화, 화질의 향상을 도모할 수 있고, 광학 소자, 광학 장치, 화상 생성 장치의 동작 안정성을 높이고 장기 수명화를 도모할 수 있다.
또, 광학 소자에 빛(레이저광)이 조사되는 것에 수반하는 열을 지지 부재를 거쳐서 방열하므로, 광학 소자의 온도 상승에 의해 생기는 온도의 경사진 정도에 기인한 문제의 발생(예를 들면, 고정 전극이나 가동 전극에 있어서의 보이드(void)나 힐럭(hillock)등의 발생)을 억제할 수 있고, 광학 소자의 내구성을 향상시킬 수 있고, 장기 수명화를 도모할 수 있다. 또한, 보이드나 히록 등의 발생을 억제할 수 없는 경우, 다크 레벨의 악화나 극단적인 경우, 전기적인 단선, 기능 부전등을 일으킬 가능성이 있다.
본 발명의 제 2의 모양과 관련되는 광학 장치 혹은 화상 생성 장치에 있어서는, 실장용 기판에는 개구부가 설치되어 있고, 광학 소자는 실장용 기판에 설치된 개구부에 있어서 노출한 지지 부재의 부분에 장착되고 있으므로, 구조의 간소화를 도모하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 설계상의 자유도가 높다.
광학 소자의 구동에 필요하게 되는 회로가 설치된 반도체 칩을 지지 부재에 설치되면, 반도체 칩의 방열이나 냉각을 효과적으로 실시할 수 있고, 배선 처리(와이어 본딩)가 실시하기 쉬워져서 작업성의 향상에 기여한다.
도 1(a)은 실시예 1의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 모식적인 일부 단면도이며, 도 1(b)은 실시예 2의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 모식적인 일부 단면도이다.
도 2(a) 및 (b)는 각각 실시예 3의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 모식적인 일부 단면도 및 실시예 2의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 변형예의 모식적인 일부 단면도이다.
도 3(a) 및 (b)은 각각 실시예 4의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 모식적인 일부 단면도 및 실장용 기판의 모식적인 부분적 평면도이다.
도 4는 실시예 1의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)의 모식적인 저면도이다.
도 5(a) 및 (b)는 각각 실시예 2의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체)에 있어서의, 실장용 기판의 모식적인 부분적 사시도 및 실장용 기판 및 지지 부재의 모식적인 부분적 사시도이다.
도 6(a) 및 (b)은 각각 실시예 2의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체) 및 그 변형예에 있어서의 실장용 기판의 모식적인 부분적 평면도이다.
도 7(a) 및 (b)은 각각 실시예 3의 광학 장치(회절 격자-광변조 장치조립체) 및 그 변형예에 있어서의 실장용 기판의 변형 예의 모식적인 부분적 평면도이다.
도 8은 회절 격자-광변조 소자를 구성하는 하부 전극, 고정 전극, 가동 전극의 배치를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9(a)는 도 8의 화살표(B－B)에 따른 고정 전극 등의 모식적인 단면도이며, 도 9(b)는 도 8의 화살표(A－A)에 따른 가동 전극 등의 모식적인 단면도(단, 회절 격자-광변조 소자가 작동하고 있지 않는 상태에 있다)이다.
도 10(a)은 도 8의 화살표(A－A)에 따른 가동 전극 등의 모식적인 단면도이며(단, 회절 격자-광변조 소자가 작동하고 있는 상태에 있다), 도 10(b)은 도 8의 화살표(C－C)에 따른 고정 전극, 가동 전극 등의 모식적인 단면도이다.
도 11은 회절 격자-광변조 장치조립체의 일부분을 나타내는 개념적인 단면도이다.
도 12는, 3개의 회절 격자-광변조 장치조립체가 조립된 화상 형성 장치의 개념도이다.
도 13은 종래의 회절 격자-광변조 장치조립체의 개념적인 일부 단면도이다.
*부호의 설명
11···회절 격자-광변조 장치 12···지지체
13···광투과 부재(유리판) 14···저융점 금속재료층
21···회절 격자-광변조 소자 22···하부 전극
23, 24, 25, 26···지지부 31···고정 전극
32···가동 전극, 40···반도체 칩
41···틀 42···포팅 수지
43, 44, 45···접착제 50, 150, 250···실장용 기판
51, 151···전열용 비어홀 152···개구부
60, 160, 260···지지 부재 161···지지 부재 돌출부
261···지지 부재 돌기부 70···냉각／방열 부재(히트 싱크)
100R, 100G, 100B···레이저 광원
101R, 101G, 101B···화상 생성 장치
102R, 102G, 102B···회절 격자-광변조 장치조립체
103R, 103G, 103B···회절 격자-광변조 장치
104···L형 프리즘 105···렌즈
106···공간 필터 107···스캔 밀러,
108···스크린

Claims (24)

  1. (A) 광학 소자,
    (B) 실장용 기판,
    (C) 지지 부재 및,
    (D) 냉각／방열 부재,
    를 갖춘 광학 장치이며,
    지지 부재는 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
    광학 소자는 실장용 기판의 다른 면에 장착되어 있고,
    냉각／방열 부재는 지지 부재에 장착되어 있고,
    광학 소자와 지지 부재는 실장용 기판 내부에 설치된 전열 수단에 의해서 열적으로 접속되어 있고,
    지지 부재는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    전열 수단은 실장용 기판의 내부에 형성된 전열용 비어홀로부터 완성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    지지 부재는 알루미늄, 동, 베릴륨동, 은 또는 금으로부터 제작되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    실장용 기판은 프린트 배선판으로부터 완성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    광학 소자의 구동에 필요하게 되는 회로가 설치된 반도체 칩을 또한 가지고, 반도체 칩은 실장용 기판의 다른 면에 장착되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    광학 소자는 회절 격자-광변조 장치로부터 완성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    회절 격자-광변조 장치는,
    (a) 하부 전극,
    (b) 하부 전극의 위쪽에 지지를 받은 띠모양의 고정 전극 및,
    (c) 하부 전극의 위쪽에 지지를 받아 고정 전극에 대하여 병치된 띠모양의 가동 전극으로부터 완성되고,
    가동 전극 및 하부 전극에의 전압의 인가에 근거하여 발생한 가동 전극과 하부 전극과의 사이에 움직이는 정전기력에 의해서, 하부 전극으로 향하여 가동 전극이 변위하는 것으로, 가동 전극과 고정 전극에 의해서 회절 격자가 형성되는 회절 격자-광변조 소자가 복수 지지체의 표면에 형성되어 완성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  8. (A) 광학 소자,
    (B) 실장용 기판 및,
    (C) 지지 부재,
    를 갖춘 광학 장치이며,
    실장용 기판에는 개구부가 설치되어 있고,
    지지 부재는 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
    광학 소자는 실장용 기판에 설치된 개구부에 있어서 노출한 지지 부재의 부분에 장착되어 있고,
    지지 부재는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    냉각／방열 부재를 또한 갖추고,
    냉각／방열 부재는 지지 부재에 장착되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  10. 제 8항에 있어서,　
    지지 부재는 알루미늄, 동, 베릴륨동, 은, 또는, 금으로부터 제작되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    실장용 기판은 프린트 배선판으로부터 완성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    광학 소자의 구동에 필요하게 되는 회로가 설치된 반도체 칩을 또한 가지고, 반도체 칩은 실장용 기판에 설치된 개구부에 있어서 노출한 지지 부재의 상기 부분에 장착되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  13. 제 8항에 있어서,
    광학 소자는 회절 격자-광변조 장치로부터 완성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    회절 격자-광변조 장치는,
    (a) 하부 전극,
    (b) 하부 전극의 위쪽에 지지를 받은 띠모양의 고정 전극 및,
    (c) 하부 전극의 위쪽에 지지를 받아 고정 전극에 대하여 병치된 띠모양의 가동 전극으로부터 완성되고,
    가동 전극 및 하부 전극에의 전압의 인가에 근거하여 발생한 가동 전극과 하부 전극과의 사이에 움직이는 정전기력에 의해서, 하부 전극으로 향하여 가동 전극이 변위하는 것으로, 가동 전극과 고정 전극에 의해서 회절 격자가 형성되는 회절 격자-광변조 소자가 복수 지지체의 표면에 형성되어 완성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  15. (A) 광학 소자,
    (B) 실장용 기판 및,
    (C) 지지 부재,
    를 갖춘 광학 장치이며,
    지지 부재는 실장용 기판의 가장자리로부터 실장용 기판의 외측으로 늘어나도록 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
    광학 소자는 실장용 기판의 외측으로 늘어난 지지 부재의 부분에 장착되어 있고,
    지지 부재는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    냉각／방열 부재를 또한 갖추고,
    냉각／방열 부재는 지지 부재에 장착되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  17. 제 15항에 있어서,
    지지 부재는 알루미늄, 동, 베릴륨동, 은 또는 금으로부터 제작되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  18. 제 15항에 있어서,
    실장용 기판은 프린트 배선판으로부터 완성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  19. 제 15항에 있어서,
    광학 소자의 구동에 필요하게 되는 회로가 설치된 반도체 칩을 또한 가지고, 반도체 칩은 실장용 기판의 외측으로 늘어난 지지 부재의 상기 부분에 장착되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  20. 제 15항에 있어서,
    광학 소자는 회절 격자-광변조 장치로부터 완성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  21. 제 20항에 있어서
    회절 격자-광변조 장치는,
    (a) 하부 전극,
    (b) 하부 전극의 위쪽에 지지를 받은 띠모양의 고정 전극 및,
    (c) 하부 전극의 위쪽에 지지를 받아 고정 전극에 대하여 병치된 띠모양의 가동 전극으로부터 완성되어,
    가동 전극 및 하부 전극에의 전압의 인가에 근거하여 발생한 가동 전극과 하부 전극과의 사이에 움직이는 정전기력에 의해서, 하부 전극으로 향하여 가동 전극이 변위하는 것으로, 가동 전극과 고정 전극에 의해서 회절 격자가 형성되는 회절 격자-광변조 소자가 복수 지지체의 표면에 형성되어 완성되는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 광학 장치.
  22. 광원 및 광학 장치를 구비하고,
    광학 장치는,
    (A) 이 광원으로부터 입사된 빛을 사출하는 광학 소자,
    (B) 실장용 기판,
    (C) 지지 부재 및,
    (D) 냉각／방열 부재,
    를 갖추고 있는 화상 생성 장치이며,
    지지 부재는 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
    광학 소자는 실장용 기판의 다른 면에 장착되어 있고,
    냉각／방열 부재는, 지지 부재에 장착되어 있고,
    광학 소자와 지지 부재는 실장용 기판 내부에 설치된 전열 수단에 의해서 열적으로 접속되어 있고,
    지지 부재는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
  23. 광원 및, 광학 장치를 구비하고,
    광학 장치는,
    (A) 이 광원으로부터 입사된 빛을 사출하는 광학 소자,
    (B) 실장용 기판 및,
    (C) 지지 부재,
    를 갖추고 있는 화상 생성 장치이며,
    실장용 기판에는 개구부가 설치되어 있고,
    지지 부재는 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
    광학 소자는 실장용 기판에 설치된 개구부에 있어서 노출한 지지 부재의 부분에 설치되어 있고,
    지지 부재는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
  24. 광원 및 광학 장치를 구비하고,
    광학 장치는,
    (A) 이 광원으로부터 입사된 빛을 사출하는 광학 소자,
    (B) 실장용 기판 및,
    (C) 지지 부재,
    를 갖추고 있는 화상 생성 장치이며,
    지지 부재는 실장용 기판의 가장자리로부터 실장용 기판의 외측으로 늘어나도록 실장용 기판의 한쪽 면에 장착되어 있고,
    광학 소자는 실장용 기판의 외측으로 늘어난 지지 부재의 부분에 장착되어 있고,
    지지 부재는 230W／m·K이상의 열전도율을 가지는 재료로부터 제작되어 있는 것을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 화상 생성 장치.
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