JP2007024947A

JP2007024947A - 光変調素子アレイ

Info

Publication number: JP2007024947A
Application number: JP2005202889A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 宏一木村
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2005-07-12
Filing date: 2005-07-12
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】入射効率を改善するとともに透過光量を制御可能な光変調素子アレイを提供する。
【解決手段】本発明の光変調素子アレイ１０は、入射光Ｌを反射によって偏向させ、光の反射光路を変化させる微小電気機械式の透過型光変調素子を１次元又は２次元に配列したものであって、入射側透明基板１１と、入射側透明基板１１に対面するように設けられた出射側透明基板１２と、入射側透明基板１１及び出射側透明基板１２の間に設けられ、入射側透明基板１１から入射した入射光Ｌを反射させる一対の光偏向手段１４，１５とを備え、一対の光偏向手段１４，１５のうち一方１５が、入射光Ｌの反射される方向を偏向するように変位可能に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射光を反射によって偏向させ、光の反射光路を変化させる光変調素子アレイに関し、特に、フォトリソグラフィ工程に使用されるオンディマンドのデジタル露光装置、デジタル露光による印刷装置などの画像形成装置、プロジェクタなどの投影表示装置、ヘッドマウントディスプレイなどのマイクロディスプレイ装置などに搭載される１次元、または２次元の光変調素子アレイに関する。

従来、空間パターンの入射光を変調し、電気的又は光学的入力に対応する光画像を形成する装置として空間光変調器（ＳＬＭ）が用いられる。例えば、この空間光変調器としては、微小な反射部材を用いて入射光を反射により偏向する光変調素子がある。

図１３は、従来の光変調素子を用いたスクリーン表示装置の構造を示す断面図である。スクリーン表示装置１００は、透明基板１０１の上面に透明対向電極（ＩＴＯ）１０２が形成され、該透明対向電極１０２と対向するように電極１０３が絶縁性スペーサ１０４を介して設けられている。電極１０３の上面にはカラーフィルタ１０５と拡散シート１０６とが設けられている。電極１０３と透明対向電極１０２との間には、透明基板１０１の下面から入射する白色の平行光（入射光）を透明基板１０１側へ反射して偏向する反射部１０７が設けられている。反射部１０７は、厚さが２μｍ〜３μｍの透明のポリマーメンブレンに金属（アルミニウム）からなる反射膜を積層させてなる。反射部１０７は、反射膜の形成されていない開口部１０７ａと、開口部１０７ａ近傍に設けられるとともに電荷を加えることで変形可能な変形部１０７ｂとを備えている。また、透明基板１０１の入射面にはアルミニウムからなる反射体１０８が設けられている（例えば、特許文献１など参照）。

スクリーン表示装置１００の動作として、電極により電荷をかけた場合には、反射膜が静電気力によって撓むことでポリマーメンブレンが凹面鏡となり、入射光を収束させて反射体１０８に反射させ、該反射体１０８によって電極１０３を介して上方に射出する。こうして、図１３中破線で示す反射光路のように入射光が透過される状態となる。また、電極１０３によって電荷をかけない場合には、反射膜及びポリマーメンブレンが平坦になって入射面に対して平行となり、入射光が反射膜によって入射面側に反射されるため、この結果、入射光が遮光された状態となる。

米国特許番号４９０９６１１

ところで、上記スクリーン表示素子１００は、透明基板１０１の厚さ寸法が３ｍｍ〜６ｍｍと大きいうえ、開口部１０７ａの開孔径も小さいので、反射膜に反射された反射光が反射体１０８に適切に照射され、且つ、反射体１０８による反射光が他の部位に遮られることなく開孔部１０７ａを通過するように精密に構成することが困難であり、精度が低下することが避けられなかった。
また、透明基板１０１の入射面に反射体１０８が配列されているため、入射光が反射体１０８によって遮られ、入射効率が低下することが避けられなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、入射効率を改善するとともに透過光量を制御可能な光変調素子アレイを提供することにある。

本発明の上記目的は、入射光を反射によって偏向させ、光の反射光路を変化させる微小電気機械式の透過型光変調素子を１次元又は２次元に配列した光変調素子アレイであって、入射側透明基板と、前記入射側透明基板に対面するように設けられた出射側透明基板と、前記入射側透明基板及び前記出射側透明基板の間に設けられ、前記入射側透明基板から入射した入射光を反射させる一対の光偏向手段とを備え、前記一対の光偏向手段のうち一方が、前記入射光の反射される方向を偏向するように変位可能に設けられていることを特徴とする光変調素子アレイによって達成される。

本発明の光変調素子アレイは、入射側透明基板と出射側透明基板との間に設けられた一対の光偏向手段の一方を変位することで、入射光を所定の方向に反射させることで入射光路を偏向することができる。このため、入射光を遮蔽する、及び、透過させて出射光として出射側透明基板から照射するといった制御を確実に行うことができる。
また、一対の光偏向手段が、入射側透明基板と出射側透明基板との間に配置されているため、入射側の透明基板の厚さに係わらず、一対の光偏向手段同士の間隔によって反射光路の長さを調整することができるうえ、両基板同士の間隔をスペーサ等で小さくすることができる。したがって、図１３のスクリーン表示装置１００に用いられる従来の光変調素子のように、光偏向手段同士の間隔が大きくなることによって精度が低下することを防止することができ、光偏向手段に要求される光学精度の低下を回避することができる。
さらに、本発明の光変調素子アレイは、図１３に示す従来の光変調素子のように透明基板の入射面側に設けられた構成ではないため、入射光がこの光変調素子によって遮られるといった問題を解決できるだけでなく、入射側透明基板の入射面に入射する全ての入射光を有効に利用することができる。

上記光変調素子アレイは、光偏向手段が、入射光を入射側透明基板に向って反射させる反射体と、反射体によって反射された入射光を出射側透明基板に向って反射させるように、又は、反射体に向って反射させるように回動可能なミラー素子であることが好ましい。
こうすれば、入射側透明基板から入射した入射光を反射体で反射してミラー素子側に偏向し、この反射光を、回動変位されたミラー素子で反射させることで出射光の方向を所定の方向に偏向することができる。入射光を透過させる場合には、反射体からの反射光をミラー素子によって出射側透明基板へ偏向することで、反射光が出射側透明基板から出射する。入射光を遮蔽させる場合には、反射体からの反射光をミラー素子によって反射体側へ再び反射させることで、入射光はこの反射体を介して入射側透明基板の入射面へ導かれる。このため、反射体とミラー素子によって反射光の光路を偏向することで、入射した光が光変調素子アレイにおける他の部材と干渉することを防止することができる。

上記光変調素子アレイは、光偏向手段が、入射光を他方の光偏向手段に向って反射させるように、又は、入射光を該入射光の進行方向反対向きに反射させるように回動可能なミラー素子と、ミラー素子によって反射された入射光を出射側透明基板に向って反射させる反射体とを備えていることが好ましい。
こうすれば、入射側透明基板から入射した入射光が、回動変位したミラー素子で反射されて所定の方向に照射されるようになる。入射光を透過させる場合には、所定の位置までミラー素子を回動変位して入射光を反射体側へ反射させ、反射光を反射体によって出射側透明基板へ偏向することで、反射光が出射側透明基板から出射する。入射光を遮蔽させる場合には、ミラー素子を所定の位置まで回動し、入射した光を反射体を介さず入射側透明基板側へ直接反射させる。このため、反射体とミラー素子によって反射光の光路を偏向することで、入射した光が光変調素子アレイにおける他の部材と干渉することを防止することができる。

上記入射側透明基板の入射面に複数のマイクロレンズが設けられ、複数のマイクロレンズはそれぞれの集光位置が光変調素子に対応するように配置されていることが好ましい。
こうすれば、入射側透明基板の入射面から入射する光をマイクロレンズによって光偏向手段に集光することでより一層効率良く入射光を利用することができる。このため、上記光変調素子アレイは、図１３に示す従来の光変調素子１００のように、入射面において入射光が反射体１０８によって遮られるといったことがない。
また、光変調素子に対応した位置にマイクロレンズを配設することで、入射光を集光すれば、光偏向手段の回転変位の変位量をより小さくすることができ、光偏向手段の回転変位構造をより小型化することができ、高速の光変調が可能になる。

本発明によれば、入射効率を改善するとともに、高精度で高速に透過光量を制御可能な光変調素子アレイを提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る光変調素子アレイの第１の実施形態を示す構成図である。図１に示すように、光変調素子アレイ１０は、入射光Ｌを反射によって偏向させ、光の反射光路を変化させる微小電気機械式の透過型光変調素子を１次元又は２次元に複数配列したものである。

光変調素子はそれぞれ、入射側透明基板１１と、該入射側透明基板１１の入射面１１ａとは反対側の面に対して対面するように平行に配置された出射側透明基板１２と、入射側透明基板１１と出射側透明基板１２との間に配置され、後述する駆動電圧制御によって入射光Ｌを偏向することができる一対の光偏向手段１４，１５とによって概略構成されている。

本実施形態の光変調素子アレイ１０において、光変調素子が単一の入射側透明基板１１と単一の出射側透明基板１２とを共有し、それぞれが一対の光偏向手段１４，１５とを有している。光変調素子それぞれの光偏向手段１４，１５を、図示しない回路基板によって独立して駆動制御することが可能である。

入射側透明基板１１の入射面（図１中下方面）１１ａには入射光を光偏向手段１４，１５に集光するマイクロレンズ１３が複数配置されている。これらマイクロレンズ１３はそれぞれの集光位置が各光変調素子の光偏向手段１４，１５に対応するように配置されている。なお、マイクロレンズ１３により集光された入射光は、光偏向手段１４，１５の近傍においてビームウェストを形成し、概ね平行光となって各光偏向手段１４，１５により反射される。

本実施形態の光変調素子アレイ１０において、一対の光偏向手段１４，１５は、少なくとも一部に反射面を有する反射体１４と、回動可能に支持されたミラー素子１５と、からなる。

反射体１４は、略三角柱状部材であり、出射側透明基板１２に一側面が固定されている。また、反射体１４は、マイクロレンズ１３を介して集光された入射光Ｌ１１の全部が上記反射面に照射されるとともに所定の方向に反射できる状態で、出射側透明基板１２の内側面（図１中下方面）１２ａにおける所定の位置に配置されている。なお、反射体１４において、一側面を反射面としてもよく、一側面の一部に反射面を設けてもよい。反射面としては、後述するミラー素子１５と同様の部材からなるものを用いることができる。

ミラー素子１５は、図１中反時計方向に回動変位することで光入射面（図１中上面）１５ａの法線方向を調整可能な構成である。また、ミラー素子１５は、回動変位させない状態で、光入射面１５ａが入射側透明基板１１と略平行となるように構成されている。

次に、本実施形態の光変調素子アレイ１０の反射光路を説明する。入射光Ｌ１１が、マイクロレンズ１３を介して入射側透明基板１１の入射面１１ａから入射しつつ該マイクロレンズ１３によって集光され、入射側透明基板１１を透過し、反射体１４の反射面に照射される。そして、入射光Ｌ１１は、反射体１４の反射面によってミラー素子１５に向って反射される。ミラー素子１５が駆動変位されていない場合、ミラー素子１５は入射側透明基板１１と略平行であるため、反射体１４によって反射された反射光Ｌ１２が出射側透明基板１２に向って反射され、該出射側透明基板１２を透過して出射される。つまり、ミラー素子１５が駆動変位されていないときは、入射光Ｌ１１が光変調素子アレイ１０を透過する状態（透過状態）となる。

一方、ミラー素子１５が駆動変位されている場合、マイクロレンズ１３により集光された入射光Ｌ２１が反射体１４により反射され、この反射光Ｌ２２がミラー素子１５によって進行方向に対して略逆方向に反射光Ｌ２３として反射され、また、反射体１４によって反射された反射光Ｌ２４が入射面側透明基板１１を透過する。このように、ミラー素子１５が駆動変位されているときは、入射光が光変調素子アレイを透過することがない状態（遮蔽状態）となる。光変調素子アレイ１０は、各光変調素子の透過状態と遮蔽状態とを切り換えることで入射光の透過光量を制御することができる構成である。

つまり、反射体１４の反射面とミラー素子の光入射面１５ａの角度は、透過状態において入射光Ｌが他の部位によって遮られることなく出射側透明基板１２を透過して光変調素子アレイ１０から出射され、且つ、遮蔽状態において入射光Ｌが反射体１４及びミラー素子１５によって入射側透明基板１１に向って完全に反射されるように調整されている。こうすることで、入射光Ｌが他の部位と干渉することに起因して出射されるべき位置から出射されずに隣り合う他の光変調素子における出射側透明基板１２から不適切な出射光として出射されたり、入射側透明基板１１へ反射されたりすることを防止することができる。

本実施形態の光変調素子アレイ１０において、一例として、入射側透明基板１１と出射側透明基板１２との間隔を５μｍ〜１００μｍとし、反射体１４の反射面の角度を出射側透明基板１２の下面１２ａに対して２°〜２０°とし、ミラー素子１５の回動変位時には光入射面１５ａが反射面と平行になるように入射側透明基板１１に対して４°〜４０°となるように変位駆動させる。また、画素のピッチは、１０μｍ〜５００μｍ、反射体１４およびミラー素子１５の平面サイズは、５μｍ〜２００μｍ程度が実用的な寸法であるが、この限りではない。

図２から図７を参照し、ミラー素子が変位駆動する機構を説明する。図２は、ミラー素子の平面図であり、（ａ）はミラー素子を出射側透明基板側から見た平面図、（ｂ）はミラー素子を構成する可動反射膜が取り外された基板の平面図、図３は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図４は図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図、図５〜図７は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面視において、ミラー素子の変位駆動の動作を示し、図５は可動反射膜が平衡状態にあるミラー素子の断面図、図６は可動反射膜が左傾状態にあるミラー素子の断面図、図７は可動反射膜が右傾状態にあるミラー素子の断面図である。

図２から図４に示すように、ミラー素子１５は、基板１８と、該基板１８上に配設された可動反射膜１６とを備える。基板１８は、Ｓｉ基板上にＣＭＯＳ駆動回路（図示せず）を形成し、このＣＭＯＳ駆動回路を形成した面にＳｉＯ_２などからなる絶縁膜（図示せず）が形成されてなる。絶縁膜にはＣＭＰ（化学的機械的研磨）などで平坦化する処理が施され、絶縁膜の表面にアルミ薄膜などの導電材料からなる第１電極１８ａ、第２電極１８ｂ、共通電極１８ｃがＣＭＯＳ駆動回路に接続されて形成されている。

図２（ｂ）に示すように、共通電極１８ｃは、平面視、略Ｉ字形のパターンとして基板１８の略中央に配置されている。第１電極１８ａおよび第２電極１８ｂは、矩形のパターンに形成され、共通電極１８ｃを挟んで互いに反対側に配置されている。第１電極１８ａはＣＭＯＳ駆動回路の第１駆動電極１９ａに、第２電極１８ｂはＣＭＯＳ駆動回路の第２駆動電極１９ｂに、共通電極１８ｃはＣＭＯＳ駆動回路の共通駆動電極１９ｃに、それぞれ接続されている（図５参照）。

第１駆動電極１９ａ，第２駆動電極１９ｂ及び共通駆動電極１９ｃは、それぞれ独立に制御駆動することができ、駆動した各駆動電極１９ａ，１９ｂ，１９ｃにより第１電極１８ａ、第２電極１８ｂおよび共通電極１８ｃに電圧を印加することができる。本実施形態においては、第１駆動電極１９ａと第２駆動電極１９ｂとのうちのいずれか一方に電圧を印加し、第１電極１８ａ、および第２電極１８ｂのうち一方に所定の電圧を印加することができる。

図２（ａ）に示すように、可動反射膜１６は、アルミニウム薄膜などにより平面視において中央部分が幅広とされた変形Ｉ字形に形成されており、矩形の反射部１６ａと、反射部１６ａの左右方向中央の上下端縁から突出する幅細部として形成された一対の梁部１６ｂ，１６ｂと、各梁部１６ｂ，１６ｂに連続して紙面の裏面方向に延設された一対の梁支持部１６ｃとが一体に形成されている。

反射部１６ａは、その上面が鏡面状に加工されており、これにより入射光による反射面の吸収を極力低減し、反射率を極めて高くする効果や、特定の波長の光を反射させる効果が得られる。

反射部１６ａは、一対の梁部１６ｂ，１６ｂが捩れ変形することにより、梁部１６ｂ，１６ｂを繋ぐ中心線ＣＬを揺動中心として揺動変位し、また梁部１６ｂ，１６ｂの弾性力により元の状態に戻るように変位する。梁体１６ｂ，１６ｂの弾性力は、該梁体１６ｂ，１６ｂの形状（厚さ、幅、長さ等）と、材料物性（ヤング率、ポアソン比等）で任意に決定される。

図３および図４に示すように、各梁支持部１６ｃは、基板１８の共通電極１８ｃ上に接触して配置されており、これにより可動反射膜１６の反射部１６ａおよび一対の梁部１６ｂ，１６ｂは、梁支持部１６ｃに支持されて基板１８との間に空隙Ｃが設けられた状態で中空に支持されている。即ち、可動反射膜１６は、共通電極１８ｃと電気的に接続すると共に、一対の梁部１６ｂ，１６ｂを繋ぐ中心線ＣＬによって２分される反射部１６ａの一方の部分が基板１８の第１電極１８ａに対応し、また他方の部分が基板１８の第２電極１８ｂに対応して配置される。

可動反射膜１６（反射部１６ａ）を変位する場合には、可動反射膜１６を回動変位させる方向に対応する方の第１電極１８ａ（又は第２電極１８ｂ）に電圧を印加することで、可動反射膜１６に対して該第１電極１８ａに電位差が生じ、電位差の生じた第１電極１８ａ（又は第２電極１８ｂ）と可動反射膜１６との間に静電気力が発生する。すると、このとき生じる静電吸引力によって、梁体１６ｂを中心に回転トルクが働き、反射部１６ａが回動変位し、反射部１６ａの法線方向が変化する。

共通電極１８ｃ（可動反射膜１６）及び第１電極１８ａに、又は、共通電極１８ｃ（可動反射膜１６）及び第２電極１８ｂに電圧が印加されることで、可動反射膜１６の中心線ＣＬを挟む幅方向（図５の左右方向）両端に上下（図５中の上下）逆方向の回転モーメントが付与可能となり、矢印ｄ１〜ｄ４に示す方向の回転駆動力が得られるようになる。

次に、図５から図７を参照して上記のように構成された光変調素子の動作の一例を説明する。

図５に示すように平衡状態にあるミラー素子１５に対して、例えば、第１駆動電極１９ａにより第１電極１８ａに電位Ｖａを印加し、共通電極１８ｃ（可動反射膜１６）に共通駆動電極１９ｃによって電位Ｖｃを印加する。また、第２駆動電極１９ｂは駆動させず、第２電極１８ｂの電位Ｖｂを０にする。すると、図６に示すように、可動反射膜１６の反射部１６ａに発生する静電気力が梁体１６ｂの中心線ＣＬを中心軸として非対称となり、可動反射膜１６の図６中の左右方向両端には、それぞれ矢印ｄ３，ｄ４方向の回転駆動力が働く。この結果、可動反射膜１６（反射部１６ａ）が上記中心軸ＣＬに対して図６中反時計回りに回動変位する。

一方、第１駆動電極１９ａを制御して、可動反射膜１６に対する第１電極１８ａの電位差を０とすると、可動反射膜１６は、梁体１６ｂの捩れによる応力によって、変位前の元の状態（平衡状態）である、図５に示す入射側透明基板１１と略平行な位置に戻る。

また、図７に示すように、例えば、第２電極１８ｂに第２駆動電極１９ｂによって電位Ｖｂを印加し、共通電極１８ｃ（可動反射膜１６）に共通駆動電極１９ｃによって電位Ｖｃを印加し、第１駆動電極１９ａは駆動させず、第１電極１８ａの電位Ｖａを０にすれば、可動反射膜１６の図７中の左右方向両端には、それぞれ矢印ｄ１，ｄ２方向の回転駆動力が働く。すると、反射部１６ａが上記中心線ＣＬに対して図７中時計回りに回動変位する。同様に、第２駆動電極１９ｂをオフとすることで、可動反射膜１６に対する第２電極１８ｂの電位差を０とすると、可動反射膜１６は、梁体１６ｂの捩れによる応力で元のように入射側透明基板１１と略平行な位置に戻る（図５参照）。

このように、光変調素子アレイ１０は、第１駆動電極１９ａ，第２駆動電極１９ｂ，共通駆動電極１９ｃの駆動電圧制御と可動反射膜１６の支持構造による機械的変位によって、可動反射膜１６の反射部１６ａの位置を任意に変位させることができる。そして、可動反射膜１６を変位することで、図１に示すように、反射体からミラー素子に向って照射される光の進行方向が逆方向に偏向される、つまり、反射体１４からの反射光が再度反射体１４側に反射される。この結果、入射光Ｌが光変調素子アレイ１０において遮蔽状態となる。

また、機械的変位によって可動反射膜１６の位置を戻すことで、ミラー素子１５の反射部１６ａが入射側透明基板１１と同様に略平行となり、反射体１４からミラー素子１５に向って照射される光の進行方向が出射側透明基板１２側へ偏向される。この結果、入射光Ｌが光変調素子アレイ１０において透過状態となる。

次に、上記した光変調素子アレイの作製方法について、図８〜図１１に基づいて説明する。図８はミラー素子モジュールの作成過程を（ａ）から（ｅ）で説明する概略図、図９は反射体アレイモジュールの作成過程を（ａ）から（ｃ）で説明する概略図、図１０は組付け直前におけるミラー素子モジュール、反射体アレイモジュールおよびマイクロレンズアレイモジュールの位置関係を示す概略図、図１１はミラー素子モジュール、反射体アレイモジュールおよびマイクロレンズアレイモジュールが組み付けられた光変調素子アレイの概略図である。

光変調素子アレイ１０は、複数のミラー素子１５がアレイ状に配置されたミラー素子モジュール４１と、出射側透明基板１２上に複数の反射体１４がアレイ状に配置された反射体アレイモジュール４２と、複数のマイクロレンズ１３が入射側透明基板１１上にアレイ状に配置されたマイクロレンズアレイモジュール４３とから構成されている。それぞれのミラー素子１５、反射体１４およびマイクロレンズ１３は、互いに対応する位置に所定の間隔で配置されている。

（ミラー素子モジュールの作製）
先ず、ミラー素子モジュール４１の作製方法について図８を参照して説明する。図８（ａ）に示すように、Ｓｉ基板上にＣＭＯＳ駆動回路（図示せず）を形成し、その上に第１のＳｉ０_２絶縁膜（図示せず）を形成してその表面をＣＭＰ（化学的機械的研磨）等で平坦化した後、ＣＭＯＳ駆動回路の出力を各電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃと接続するためのコンタクトホール(図示せず)を形成して基板１８とする。

そして、基板１８の上部に第１導電膜であるアルミ４５（好ましくは高融点金属を含有したアルミ合金）をスパッタで成膜する。第１導電膜４５は、フォトリソグラフィとエッチングによりパターニングされ、第１電極１８ａ、第２電極１８ｂ、共通電極１８ｃとなる。アルミのエッチングは、アルミエッチャント（リン酸、硝酸、酢酸の混合水溶液）によるウェットエッチング、又は塩素系ガスによるＲｌＥドライエッチングによってなされる。

次に、図８（ｂ）に示すように、犠牲層４６としてポジ型のレジストを塗布した後に、梁支持部１６ｃとなる箇所にコンタクトホール４７を形成し、ハードベークする。ハードベークはＤｅｅｐＵＶを照射しながら２００°Ｃを超える温度で行う。これにより後工程の高温プロセスにおいてもその形状を維持し、又レジスト剥離溶剤に不溶となる。また、ベーク時のリフロー効果により、下地膜の段差に依らずレジスト表面は概ね平坦となるが、更なる平坦化にはコンタクトホール４７の形成前にエッチバックや研磨法を用いることができる。

この犠牲層４６は、後述の工程で除去される。従って、ハードベーク後のレジストの膜厚ｔは将来の各電極１８ａ，１８ｂ，１８ｃと可動反射膜１６の空隙Ｃの寸法を決定する。なお、犠牲層４６として上記レジストの代わりに感光性ポリイミドも使用可能である。

図８（ｃ）に示すように、第２導電膜４８としてアルミ薄膜(又はアルミ合金)をスパッタにより成膜する。第２導電膜４８はフォトリソグラフィとエッチングにより梁部１６ｂ、１６ｂと可動反射膜１６の反射部１６ａとなる所望の形状にパターニングされる。アルミのエッチングは、アルミエッチャント（リン酸、硝酸、酢酸の混合水溶液）によるウェットエッチング、又は塩素系ガスによるＲｌＥドライェッチングによってなされる。

最後に、図８（ｄ）に示すように、酸素系ガスのプラズマエッチング（アッシング）により、犠牲層４６であるレジスト層を除去して空隙Ｃを形成し、所望構造の光変調素子を形成する。

なお、基板１８はＳｉ基板のため不透明である。このため、最終的には図８（ｅ）に示すように、少なくとも光路となる領域（Ｓｉ基板上に形成されたＣＭＯＳ駆動回路部以外の領域）を透明化する必要がある。基板１８を透明化するには、Ｓｉ基板に貫通孔を開ける方法、又はＣＭＯＳ駆動回路部の領域を残してＳｉ基板を除去し、透明基板(例えばガラス基板など)を貼り合せることで透明化することが可能である。

可動反射膜１６の他の構成例として、反射性及び導電性を有するものであればアルミ以外の部材でもよい。また、一般の導電部材上に誘電体多層膜などの干渉ミラーを積層してもよい。また、最表面に保護用の絶縁膜（例えばＳｉ０_２，ＳｉＮｘ）を積層してもよい。また、Ｓｉ０_２，ＳｉＮｘ，ＢＳＧ、金属酸化膜、ポリマーなどの絶縁性の薄膜に反射性及び導電性を有する薄膜を積層したハイブリッド構造も使用可能である。

また、上記の作製方法では、犠牲層４６としてレジスト材を用いたが、これに限らない。例えば、アルミ、Ｃｕ等の金属、Ｓｉ０_２等の絶縁性材料なども犠牲層として好適である。この場合、構造材には犠牲層を除去する際に腐食やダメージを受けない材料が適宜選択される。

犠牲層４６の除去方法は、実施例のドライエツチング(プラズマエツチング)の他に公知の構造材と犠牲層の組合せによってはウェットエッチングも使用可能である。なお、ウェットエッチングの場合は、エッチング後のリンス・乾燥工程で構造体が表面張力によりスティッキングを起こさないようにするために、超臨界乾燥法、又は凍結乾燥法による乾燥法が好ましい。
その他、本発明の主旨に沿うものであれば、構造・材料・プロセスは上記したものに限定されない。

（反射体アレイモジュールの作製）
図９（ａ）に示すように、先ず透明なガラス基板などの出射側透明基板１２上に反射構造体となる反射金属膜５１（アルミ等）を成膜する。次に、図９（ｂ）に示すように、ポジ型レジスト膜を塗布し、グレースケールフォトマスクによるフォトリソグラフィにより所望形状（例では三角柱状）の反射構造体と同様の形状にレジスト構造体５２を形成する。そして、図９（ｃ）に示すように、塩素系のＲＩＥエッチングにより反射金属膜を所望の形状(例では三角柱状)に形成する。即ちレジスト構造体５２を反射金属膜に転写して出射側透明基板１２上に所望形状（例では三角柱状）の反射体１４を形成して反射体アレイモジュール４２とする。

（マイクロレンズアレイモジュールの作製）
マイクロレンズアレイモジュール４３は、入射側透明基板１１の入射面１１ａに複数のマイクロレンズ１３がアレイ状に配置された透明部材であり、例えば、アクリル樹脂などの透明樹脂を射出成形して作製される。

（光変調素子アレイの作製）
光変調素子アレイ１０は、図１１に示すように、出射側透明基板１２上に複数の反射体１４が形成された反射体アレイモジュール４２と、少なくとも光路となる領域が透明化された基板１８上に複数のミラー素子１５がアレイ状に形成されたミラー素子モジュール４１と、入射側透明基板１１上に複数のマイクロレンズ１３がアレイ状に形成されたマイクロレンズアレイモジュール４３とを、各々アライメント調整(位置調整)しながら貼り合せて作製される。

各々のモジュール４１，４２，４３には、後述の貼り合せ工程で位置合わせを行うためのアライメントパターン(図示せず)が予め形成されている。なお、反射体アレイモジュール４２とミラー素子モジュール４１を貼り合せる時、ミラー素子モジュール４１側の反射体アレイモジュール４２の周囲に、各ミラー素子１５の距離を決定する支柱５２を形成する。

支柱５２は、UV硬化、又は熱硬化接着剤に支柱５２の高さを決めるスペーサ粒子(樹脂又はシリカ)を分散した調整液をディスペンス法、又はスクリーン印刷法等でパターニング塗布することにより作製される。また、他の方法としては、支柱５２を金属、ガラス材料、樹脂等で、成膜・フォトリソグラフィ・エッチングにより直接形成しても良い。高さは支柱５２の高さで決定される。フオトリソグラフィ法によれば高精度な形成が可能である。この後、支柱５２の貼り合せ接触部５２ａに接着材を形成する。スペーサの高さは、本発明の動作が可能となるように設計された高さに調整される。なお、本発明の主旨に沿えば上記以外の製法でもあってもよい。

本実施形態の光変調素子アレイ１０は、入射側透明基板１１と出射側透明基板１２との間に設けられた光偏向手段であるミラー素子１５を変位することで、入射光Ｌを所定の方向に反射させて入射光路を偏向し、入射光Ｌを遮蔽する、及び、透過させて出射光として出射側透明基板１２から照射させるように適宜制御することができる。

また、光偏向手段である反射体１４及びミラー素子１５はともに、入射側透明基板１１と出射側透明基板１２との間に配置されているため、図１３のスクリーン表示素子１００における光変調素子のように入射側の透明基板１０１の厚さに係わらず、一対の光偏向手段同士の間隔によって反射光路の長さを調整することができるうえ、両基板同士の間隔をスペーサ等で小さくすることができ、光偏向手段に要求される光学精度の低下を回避することができる。

さらに、本発明の光変調素子アレイ１０は、図１３の光変調素子のように透明基板１０１の入射面側に設けられた構成ではないため、透明基板に入射する入射光が遮られることないため、入射側透明基板１１の入射面側から入射する全ての入射光を有効に利用することができる。

入射側透明基板１１の入射面１１ａに複数のマイクロレンズ１３が設けられ、複数のマイクロレンズ１３はそれぞれの集光位置が光変調素子に対応するように配置されているため、入射面１１ａから入射する光をマイクロレンズ１３によって光偏向手段１４，１５に集光することでより一層効率良く入射光を利用することができる。このため、上記光変調素子アレイ１０は、図１３に示す従来の光変調素子１００のように入射した光が開口部１０７ａ以外の部位で遮られることがない。
また、マイクロレンズ１３によって光偏向手段１４，１５に集光すれば、可動反射膜１６（反射部１６ａ）の回転変位の変位量をより小さくすることができ、可動反射膜１６の回転変位構造をより小型化することができる。

上記した第１実施形態の光変調素子アレイの変形例として、反射体を出射側透明基板と平行に配置すると共に、入射光を入射側透明基板の入射面に対して斜めから入射させ、反射体で反射した反射光をミラー素子に入射させるように構成することもできる。この場合、反射体は第１実施形態で示すような三角柱状に形成する必要がなく、例えば、出射側透明基板の内側面に薄板状に形成した薄膜として構成することができる。これにより、光変調素子アレイの構造が簡略化され、製作コストの低減が図れる。

また、反射体の反射面角度、ミラー素子の角度、偏向手段、ミラー素子の変位駆動における透過／遮光などの構成、組合せは、実施例記載のものに限定されることはなく、本発明の主旨から逸脱しない限り任意である。

（第２の実施形態）
図１２に、本発明にかかる光変調素子アレイの第２の実施形態を示す。なお、以下に説明する実施形態において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。

図１２に示すように、本実施形態の光変調素子アレイ２０において、入射側透明基板２１と出射側透明基板２２との間に、マイクロレンズ２３を介して透過された入射光Ｌが照射されるように、駆動電圧制御により変位可能なミラー素子２５が配設されている。また、変位したミラー素子２５によって反射された入射光Ｌが照射されように入射側透明基板２１における入射面２１ａの反対側の面（図１２中の上面）における所定位置に反射体２４が配設されている。
なお、ミラー素子を変位させるための駆動電圧制御機構は、上記第１の実施形態と同様である。

次に、図５から図７および図１２を参照して本実施形態の光変調素子アレイ２０の動作を説明する。
上記実施形態と同様の駆動電圧制御を行って可動反射膜１６（反射部１６ａ）を変位すると、マイクロレンズ２３により集光された入射光Ｌ３１がミラー素子２５の入射面（図１２中下側の面）２５ａに入射する角度が変化し、ミラー素子２５によって反射される入射光Ｌ３２の進行方向が反射体２４側に偏向される。そして、反射光Ｌ３２は、反射体２４の反射面において反射され、出射側透明基板２２側に反射される。この結果、入射光Ｌが光変調素子アレイ２０において透過状態となる。

また、ミラー素子２５を変位させない状態、及び、機械的変位によって可動反射膜１６の位置を戻した状態で、ミラー素子２５が入射側透明基板２１と略平行となり、マイクロレンズ２３により集光された入射光Ｌ４１が略垂直にミラー素子２５の入射面２５ａに入射する。このため、入射光Ｌ４１は、入射する方向に対して反対方向に反射され、この反射光Ｌ４２が入射側透明基板２１内を図示しない光源側に向って透過する。この結果、入射光Ｌが出射側透明基板２２から照射されることがなく、光変調素子アレイ２０において遮蔽状態となる。

本実施形態の光変調素子アレイ２０によれば、上記実施形態の光変調素子アレイ１０と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、上記実施形態の光変調素子アレイ１０，２０における電極配線、駆動電圧制御によるミラー素子１５，２５の変位方法は一例であり、これに限定されるものではない。

本発明に係る光変調素子アレイの第１の実施形態を示す構成図である。ミラー素子の平面図であり、（ａ）はミラー素子を出射側透明基板側から見た平面図、（ｂ）はミラー素子を構成する可動反射膜が取り外された基板の平面図である。図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面図である。図２（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。図５〜図７は図２（ａ）におけるＡ−Ａ断面視において、ミラー素子の変位駆動の動作を示し、図５は可動反射膜が平衡状態にあるミラー素子の断面図である。可動反射膜が左傾状態にあるミラー素子の断面図である。可動反射膜が右傾状態にあるミラー素子の断面図である。ミラー素子モジュールの作成過程を（ａ）から（ｅ）で説明する概略図である。反射体アレイモジュールの作成過程を（ａ）から（ｃ）で説明する概略図である。組付け直前におけるミラー素子モジュール、反射体アレイモジュールおよびマイクロレンズアレイモジュールの位置関係を示す概略図である。ミラー素子モジュール、反射体アレイモジュールおよびマイクロレンズアレイモジュールが組み付けられた光変調素子アレイの概略図である。本発明にかかる光変調素子アレイの第２の実施形態を示す。従来の光変調素子を用いたスクリーン表示装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０光変調素子アレイ
１１入射側透明基板
１２出射側透明基板
１３マイクロレンズ
１４反射体（光偏向手段）
１５ミラー素子（光偏向手段）
Ｌ入射光

Claims

入射光を反射によって偏向させ、光の反射光路を変化させる微小電気機械式の透過型光変調素子を１次元又は２次元に配列した光変調素子アレイであって、
入射側透明基板と、前記入射側透明基板に対面するように設けられた出射側透明基板と、前記入射側透明基板及び前記出射側透明基板の間に設けられ、前記入射側透明基板から入射した入射光を反射させる一対の光偏向手段とを備え、
前記一対の光偏向手段のうち一方が、前記入射光の反射される方向を偏向するように変位可能に設けられていることを特徴とする光変調素子アレイ。
前記光偏向手段が、前記入射光を前記入射側透明基板に向って反射させる反射体と、前記反射体によって反射された前記入射光を前記出射側透明基板に向って反射させるように、又は、前記反射体に向って反射させるように回動可能なミラー素子であることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子アレイ。
前記光偏向手段が、前記入射光を他方の光偏向手段に向って反射させるように、又は、前記入射光を該入射光の進行方向反対向きに反射させるように回動可能なミラー素子と、前記ミラー素子によって反射された前記入射光を前記出射側透明基板へ向って反射させる反射体とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の光変調素子アレイ。
前記入射側透明基板の入射面に複数のマイクロレンズが設けられ、前記複数のマイクロレンズはそれぞれの集光位置が前記光変調素子に対応するように配置されていることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか１つに記載の光変調素子アレイ。