DE602004004984T2

DE602004004984T2 - Optische Modulationsvorrichtung mit Beugungsgitter, die eine verbesserte Wärmestabilität aufweist

Info

Publication number: DE602004004984T2
Application number: DE602004004984T
Authority: DE
Inventors: Kazunao c/o Sony Corporation Oniki; Hitoshi C/O Sony Corporation Tamada
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: EP1542058B1; CN100523998C; US20050133698A1; EP1542058A1; CN1627178A; KR20050055589A; JP2005197659A; DE602004004984D1

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine optische Vorrichtung und eine Bilderzeugungsvorrichtung.
Das Dokument US2003/0142928 beschreibt einen optoelektronischen integrierten Schaltkreis zum Reduzieren der Wärme, welche bei einer Treiberschaltung für einen optischen Modulator erzeugt wird.
Das Dokument US6273620 beschreibt ein Fasergitterlasermodul, welches einen optischen Halbleiterverstärker und eine Gitterfaser umfasst, und welches durch ein Peltierelement gekühlt wird.
Das Dokument EP0604335 legt eine optische Baugruppe offen, welche eine Laserstrahlquelle umfasst, welche an einem Metallgestell montiert ist, und welche durch ein thermoelektrisches Modul und eine Wärmesenke gekühlt wird.
Das Dokument JP 59015206 beschreibt eine Lasereinheit, welche eine Laserlichtquelle, eine Wärmesenke, eine Trägerbaugruppe und eine Kollimatorlinse umfasst, wobei sich die Trägerbaugruppe gemäß den Temperaturveränderungen thermisch ausdehnt.
Das Dokument EP1243971 beschreibt eine Belichtungsvorrichtung, welche ein GLV-Element (Gitterlichtventilelement) umfasst, und welche als ein Lichtmodulatorfeld in einem Belichtungskopf zum Datenlesen angewendet wird.
Das Dokument JP54139423 beschreibt eine Aufnahmevorrichtung, bei welcher eine Kupferwärmesenke mit einem Lastkupplungselement und mit einem Kühlelement verbunden ist.
Das Dokument US 2003/0035195 beschreibt eine Gitterlichtventilvorrichtung mit einer Vielbandstruktur, welche durch eine dünne Reflexionsschicht bedeckt ist, wobei der Energieverlust der dünnen Reflexionsschicht reduziert ist.
Das Dokument US6339605 beschreibt ein Aktivspiegelverstärkerlasermodul mit einem Substrat, welches eine Vielzahl von Mikrokanälen aufweist, durch welche ein Kühlmittel zirkuliert.
Eine Bildformungsvorrichtung wie beispielsweise ein Projektor und ein Drucker (siehe beispielsweise Japanische Patent-Offenlegung 2003-140354, nachfolgend als Patentdokument 1 bezeichnet), bei welcher ein Lichtstrom von einer Eindimensionsbilderzeugungsvorrichtung durch einen optischen Abtastblock abgetastet wird und zu einem Bildformungsblock projiziert wird, um ein zweidimensionales Bild zu formen, ist offengelegt in und bekannt von beispielsweise dem Japanischen Patent mit Nummer 3401250 (nachfolgend als Patentdokument 2 bezeichnet) und dem Japanischen Patent mit Nummer 3164825 (nachfolgend als Patentdokument 3 bezeichnet). Die Eindimensionsbilderzeugungsvorrichtung, welche in Patentdokument 2 und Patentdokument 3 offengelegt ist, umfasst ein optisches Element, bei welchem eine Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen (GLV: Gitterlichtventil) in einem eindimensionalen Feld angeordnet sind. In der nachfolgenden Beschreibung wird ein solches optisches Element, wie eben genannt, manchmal als optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung bezeichnet. Gewöhnlich umfasst die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung (das optische Element) weiter ein Lichtübertragungselement, welches aus einer Glasplatte gefertigt ist und gegenüber einer Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen zum Übertragen von Eingangslicht angeordnet ist, welches in die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung eintritt, und von Ausgangslicht, welches aus der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung durch diese hindurch austritt. Die optischen Beugungsgittermodulationselemente werden hergestellt, indem eine Mikromaschinenproduktionstechnik angewendet wird, und werden von Beugungsgittern vom Reflexionstyp gebildet. Die optischen Beugungsgittermodulationselemente besitzen eine Lichtschaltwirkung und zeigen ein Bild durch das elektrische Einschalten/Ausschalten (Übertragung/Unterbrechung) von Licht an. Insbesondere wird das Licht, welches von den optischen Beugungsgittermodulationselementen der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung emittiert wird, durch einen Abtastspiegel abgetastet, um ein zweidimensionales Bild zu erhalten. Dementsprechend sollte zur Anzeige eines zweidimensionalen Bildes, welches von M × N (beispielsweise, 1920 × 1080) Pixeln gebildet wird, die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung aus N (=1080) optischen Beugungsgittermodulationselementen gebildet werden. Weiter sollten zur Farbanzeige drei Bilderzeugungsvorrichtungen angewendet werden, wobei jede eine solche optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung wie eben beschrieben umfasst.
Die 8 zeigt schematisch eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung, welche optische Beugungsgittermodulationselemente umfasst, und zeigt insbesondere eine Anordnung von der unteren Elektrode 22, den fixierten Elektroden 31, den beweglichen bzw. bewegbaren Elektroden 32 und so weiter, von den optischen Beugungsgittermodulationselementen 21. Die 9A ist eine schematische Teilschnittansicht, welche entlang der Linie B-B von 8 aufgenommen ist, und welche eine fixierte Elektrode 31 und so weiter zeigt, und die 9B und 10A sind schematische Teilschnittansichten, welche entlang der Linie A-A von 8 aufgenommen sind, und welche eine bewegliche Elektrode 32 und so weiter zeigen. Weiter ist die 10B eine schematische Teilschnittansicht, welche entlang der Linie C-C von 8 aufgenommen ist, und welche eine fixierte Elektrode 31, eine bewegliche Elektrode 32 und so weiter zeigt. Hier ist die bewegliche Elektrode 32, bevor sie verschoben wird, in der 9B und auf der linken Seite in der 10B dargestellt, und ist die bewegliche Elektrode 32, nachdem sie verschoben ist, in der 10A und auf der rechten Seite in der 10B dargestellt. Weiter sind in der 8 schräge Linien an der unteren Elektrode 22, den fixierten Elektroden 31 und den beweglichen Elektroden 32, und den Trägerabschnitten 23, 24, 25 und 26 angebracht, um sie deutlich anzuzeigen.
Mit Bezug auf die 8 bis 10B umfasst ein optisches Beugungsgittermodulationselement 21, welches dargestellt ist, eine untere Elektrode 22, gurtförmige (bandförmige) fixierte Elektroden 31 und gurtförmige (bandförmige) bewegliche Elektroden 32. Die untere Elektrode 22 ist auf einem Trägerelement 12 ausgebildet. Währenddessen die fixierten Elektroden 31 auf den Trägerabschnitten 23 und 24 gelagert sind und sich über der unteren Elektrode 22 erstrecken. Die beweglichen Elektroden 32 sind auf den Trägerabschnitten 25 und 26 gelagert und erstrecken sich über der unteren Elektrode 22 nebengeordnet zu den fixierten Elektroden 31. Jedes von den optischen Beugungsgittermodulationselementen 21 besteht aus drei fixierten Elektroden 31 und drei beweglichen Elektroden 32. Die drei beweglichen Elektroden 32 sind gemeinsam mit einer Steuerelektrode verbunden, welche mit einem Verbindungsterminalabschnitt verbunden ist, welcher nicht abgebildet ist. Währenddessen sind die drei fixierten Elektroden 31 gemeinsam mit einer Vorspannungselektrode verbunden. Die Vorspannungselektrode ist eine gemeinsame Elektrode für die Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen 21 und ist durch einen Vorspannungselektrodenterminalabschnitt geerdet, welcher nicht abgebildet ist. Auch die untere Elektrode 22 ist eine gemeinsame Elektrode für die Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen 21 und ist durch einen unteren Elektrodenterminalabschnitt geerdet, welcher nicht abgebildet ist.
Sofern eine Spannung an irgendeiner beweglichen Elektrode 32 durch den Verbindungsterminalabschnitt und die Steuerelektrode angelegt wird, und eine andere Spannung an der unteren Elektrode 22 (tatsächlich ist die untere Elektrode 22 in einem geerdeten Zustand) angelegt wird, dann wird eine elektrostatische Kraft (Coulomb-Kraft) zwischen der beweglichen Elektrode 32 und der unteren Elektrode 22 erzeugt. Die bewegliche Elektrode 32 wird durch die elektrostatische Kraft abwärts in Richtung zu der unteren Elektrode 22 verschoben. Basierend auf einer solchen Verschiebung von der beweglichen Elektrode 32 wird ein Beugungsgitter vom Reflexionstyp aus der beweglichen Elektrode 32 und der fixierten Elektrode 31 gebildet.
Hier wird, sofern der Abstand zwischen den benachbarten Elektroden von den fixierten Elektroden 31 durch d repräsentiert wird (siehe 10B), die Wellenlänge von dem Licht (Einfallswinkel: θ_i), welches zu der beweglichen Elektrode 32 und der fixierten Elektrode 31 kommt, durch λ, und der Beugungswinkel durch θ_m, dann der nachfolgende Ausdruck erfüllt: d [sin (θi) – sin (θm)] = m·λwobei m die Ordnung ist, und die Werte 0, ±1, ±2, ... annimmt.
Folglich zeigt, wo die Höhendifferenz Δh₁ (siehe 10B) zwischen der Oberseitenfläche von der beweglichen Elektrode 32 und der Oberseitenfläche von der fixierten Elektrode 31 λ/4 ist, das gebeugte Licht eine Maximalintensität.
Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 ist derart ausgebildet, dass eine Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen 21 auf der Oberfläche von dem Trägerelement 12 ausgebildet ist. Die 11 zeigt eine konzeptive Schnittansicht von der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11. Mit Bezug auf die 11 umfasst die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 weiter ein Lichtübertragungselement 13, welches aus einer Glasplatte in der Form von einer ebenen Platte gebildet ist. Es ist zu beachten, dass in der 11 die optischen Beugungsgittermodulationselemente nicht abgebildet sind. Das Trägerelement 12 und das Lichtübertragungselement 13 sind durch eine Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoffschicht 14 aneinander gebunden. Der Abstand (L) von der Oberfläche von dem Trägerelement 12 zu dem Lichtübertragungselement 13 ist näherungsweise 0,1 mm.
Die 13 zeigt eine konzeptive Teilschnittansicht von einer konventionellen Bilderzeugungsvorrichtung. Mit Bezug auf die 13 umfasst die konventionelle Bilderzeugungsvorrichtung zusätzlich zu der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 ein Montagesubstrat 350 (genauer ausgedrückt, eine gedruckte Leiterplatte, welche beispielsweise aus einer verkupferten Glasepoxidlaminatplatte gebildet ist) und eine Lichtquelle (in der 13 nicht abgebildet). Es ist zu beachten, dass eine Baugruppe aus der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und dem Montagesubstrat 350 nachfolgend manchmal als optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe bezeichnet wird. Eine Schaltung zum Verarbeiten eines Signals, welches von außen zum Ansteuern der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 eingegeben wird, und andere Schaltungen sind auf dem Montagesubstrat 350 vorgesehen. Das Trägerelement 12 ist an einer Fläche 350A von dem Montagesubstrat 350 durch das Klebemittel 43 befestigt. Die Lichtquelle ist als eine Laserlichtquelle ausgebildet, welche eines von Rotlicht, Grünlicht und Blaulicht emittiert, welche die Primärlichtfarben sind. Die Halbleiterchips 40, auf welchen eine Schaltung ausgebildet ist, welche zum Ansteuern der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 erforderlich ist, sind an der Fläche 350A von dem Montagesubstrat 350 durch das Klebemittel 44 befestigt. Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40, und die Halbleiterchips 40 und das Montagesubstrat 350 sind beispielsweise durch aufgeklebte Leitungen elektrisch verbunden. Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40 sind von einem Rahmenelement 41 umschlossen, und sind in einen Vergusskunstharz 42 eingebettet, um die aufgeklebten Leitungen zu schützen.
Die 12 zeigt ein Konzept von der Bildformungsvorrichtung. Mit Bezug auf die 12 umfasst die Bildformungsvorrichtung drei Bilderzeugungsvorrichtungen 101R, 101G und 101B. Die Bilderzeugungsvorrichtung 101R umfasst eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe 102R und eine Laserlichtquelle (Rotlichtemitterhalbleiterlaser) 100R. Die Bilderzeugungsvorrichtung 101G umfasst eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe 102G und eine Laserlichtquelle (Grünlichtemitterhalbleiterlaser) 100G. Die Bilderzeugungsvorrichtung 101B umfasst eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe 102B und eine Laserlichtquelle (Blaulichtemitterhalbleiterlaser) 100B. Es ist zu beachten, dass ein Rotlichtlaserstrahl, welcher von der Laserlichtquelle (Rotlichtemitterhalbleiterlaser) 100R emittiert wird, durch eine Strichlinie gekennzeichnet ist, und ein Grünlichtlaserstrahl, welcher von der Laserlichtquelle (Grünlichtemitterhalbleiterlaser) 100G emittiert wird, durch eine Volllinie gekennzeichnet ist. Weiter ist ein Blaulichtlaserstrahl, welcher von der Laserlichtquelle (Blaulichtemitterhalbleiterlaser) 100B emittiert wird, durch eine Strichpunktlinie gekennzeichnet. Die Bildformungsvorrichtung umfasst weiter, Kondensorlinsen (nicht abgebildet) zum Fokussieren der Laserstrahlen, welche von den Laserlichtquellen 100R, 100G und 100B emittiert werden, und zum Einleiten der fokussierten Laserstrahlen in die optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungen 103R, 103G und 103B (jede mit derselben Konfiguration und derselben Struktur wie jene von der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11). Die Bildformungsvorrichtung umfasst weiter, ein L-förmiges Prisma 104 zum Kombinieren der Laserstrahlen, welche von den optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungen 103R, 103G und 103B emittiert werden, zu einem einzelnen Lichtstrom, und eine Linse 105 und ein Raumfilter 106, durch welche der kombinierte Primärfarbenlichtstrom läuft.
Die Bildformungsvorrichtung umfasst weiter, eine Bildformungslinse (nicht abgebildet) zum Fokussieren des einzelnen Lichtstroms, nachdem er durch das Raumfilter 106 gelaufen ist, um ein Bild zu formen. Die Bildformungsvorrichtung umfasst weiter, einen Abtastspiegel (galvanischer Spiegel) 107 zum Abtasten des einzelnen Lichtstroms, nachdem er durch die Bildformungslinse gelaufen ist, und einen Bildschirm 108, auf welchen das Licht projiziert wird, welches durch den Abtastspiegel 107 abgetastet wird. Es ist zu beachten, dass bei Anwendung einer zylindrischen Linse für die Kondensorlinsen kollimierte Lichtstrahlen, welche auf eine vorherbestimmte Punktgröße in X-Richtung fokussiert sind, aber auf eine vorherbestimmte Breite in Y-Richtung kollimiert sind, in die optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungen 103R, 103G und 103B eingeleitet werden können. Das Raumfilter 106 ist beispielsweise auf der Fourier-Ebene angeordnet.
In einer Bildformungsvorrichtung mit einer solchen Konfiguration, wie sie oben beschrieben ist, wird in einem Ruhezustand von einem optischen Beugungsgittermodulationselement 21, bei welchem die bewegliche Elektrode 32 in einem Zustand ist, welcher in der 9B und auf der linken Seite von der 10B dargestellt ist, das Licht, welches durch die Oberseitenflächen von der beweglichen Elektrode 32 und der fixierten Elektrode 31 reflektiert wird, durch das Raumfilter 106 aufgefangen. Auf der andere Seite läuft in einem Betriebszustand von dem optischen Beugungsgittermodulationselement 21, bei welchem die bewegliche Elektrode 32 in einem Zustand ist, welcher in der 10A und auf der rechten Seite von der 10B dargestellt ist, gebeugtes Licht von ± erster Ordnung (m = ±1), welches durch die bewegliche Elektrode 32 und die fixierte Elektrode 31 gebeugt wird, durch den Raumfilter 106. Bei einer derartigen Konfiguration der Bildformungsvorrichtung kann der Zustand An/Aus von Licht, welches auf den Bildschirm 108 projiziert wird, gesteuert werden. Weiter kann die Höhendifferenz Δh₁ zwischen der Oberseitenfläche von der beweglichen Elektrode 32 und der Oberseitenfläche von der fixierten Elektrode 31 durch variieren der Spannung variiert werden, welche an der beweglichen Elektrode 32 angelegt wird, und als ein Ergebnis kann die Intensität von dem gebeugten Licht variiert werden, um eine Gradationsteuerung auszuführen.
Da die bewegliche Elektrode 32 eine sehr kleine Größe besitzt kann eine hohe Auflösung, ein Hochgeschwindigkeitsschaltbetrieb und eine Anzeige von einer breiten Bandbreite mit der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung erzielt werden. Weiter wird antizipiert, da die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung mit einer niedrigen Anwendungspannung arbeitet, dass eine Bildformungsvorrichtung von einer sehr kleinen Größe implementiert wird. Weiter kann, da das Abtasten durch den Abtastspiegel 107 ausgeführt wird, eine solche Bildformungsvorrichtung, wie sie oben beschrieben ist, ein sehr gleichmäßiges und natürliches Bild darstellen, wenn sie mit einer gängigen Zweidimensionsbilderzeugungsvorrichtung verglichen wird, wie beispielsweise einer Anzeigevorrichtung vom Projektionstyp, welche ein Flüssigkristallfeld oder dergleichen anwendet. Außerdem besitzt, da Halbleiterlaser für Rotlicht, Grünlicht und Blaulicht von den Primärfarben angewendet werden, und die Lichtstrahlen von ihnen vermischt werden, die Bildformungsvorrichtung eine solche ausgezeichnete Anzeigeleistung, welche durch eine konventionelle Bildformungsvorrichtung nicht erzielt werden kann, insofern kann ein Bild von einem sehr breiten natürlichen Farbregenerationbereich dargestellt werden.
Wo eine solche hohe Leuchtdichte wie 10⁴ Lumen für die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 in einer solchen Anwendung wie einem Kinoprojektor gefordert ist, besitzt die Leistung von dem Laserstrahl, welcher auf die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 gestrahlt wird, einen solchen sehr hohen Wert wie näherungsweise 50 bis 100W. Dementsprechend wird in der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 eine große Wärmemenge erzeugt, und wird die Wärme auf das Montagesubstrat 350 übertragen, welches zu einer signifikanten Wärmeausdehnung von dem Montagesubstrat 350 führt. Es ist zu beachten, dass die Wärmeausdehnung von dem Montagesubstrat 350, welches aus einer gedruckten Leiterplatte gebildet ist, welche aus einer verkupferten Glasepoxidlaminatplatte gebildet ist, beispielsweise näherungsweise 3,1 × 10^–6/K beträgt. Weiter beträgt der Elastizitätsmodul von dem Montagesubstrat 350, welches aus einer gedruckten Leiterplatte gebildet ist, welche aus einer verkupferten Glasepoxidlaminatplatte gebildet ist, beispielsweise näherungsweise 25 GPa, wobei das Montagesubstrat 350 als sehr flexibel betrachtet wird.
Sofern ein großer Wärmeausdehnungsbetrag bei dem Montagesubstrat 350 auftritt, zeigt sich dann eine Positionsverschiebung zwischen den fixierten Elektroden 31 und den beweglichen Elektroden 32, welche die optischen Beugungsgittermodulationselemente 21 bilden. Wie hier oben mit Bezug auf die 12 beschrieben ist, wird in der Bildformungsvorrichtung ein Pixel von Laserstrahlen (gebeugtes Licht von Laserstrahlen mit Rotlicht, Blaulicht und Grünlicht) ausgebildet und angezeigt, welche von den drei optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungen 103R, 103G und 103B gebeugt werden. Deshalb erfolgt, sofern eine Positionsverschiebung zwischen den fixierten Elektroden 31 und den beweglichen Elektroden 32 auftritt, welche die optischen Beugungsgittermodulationselemente 21 bilden, dann eine Verschiebung zwischen den gebeugten Lichtstrahlen von den Laserstrahlen, welche von den optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungen 103R, 103G und 103B zum Ausbilden und Anzeigen von Pixeln emittiert werden. Als ein Ergebnis entsteht Farbunschärfe oder dergleichen, und es ist schwierig, ein einwandfreies Bild zu formen. Da die Größenreduzierung und die Auflösungserhöhung von einer optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung voranschreiten, wird das Problem von einer solchen Farbunschärfe und so weiter weiter auffällig sein.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine optische Vorrichtung mit einer Konfiguration und einer Struktur gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1, 4, 6 zu schaffen, durch welche, selbst sofern Wärme mit den optischen Elementen in einer optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung oder dergleichen erzeugt wird, die Lichtstrahlen, welche von den optischen Elementen emittiert werden, weniger wahrscheinlich von einer Verschiebung dazwischen leiden werden.
Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch 1 ist da eine optische Vorrichtung vorgesehen, welche umfasst:
ein optisches Element;
ein Montagesubstrat;
ein Trägerelement; und
ein Kühl-/Wärmeabstrahlelement;
wobei das Trägerelement an einer ersten Fläche von dem Montagesubstrat befestigt ist;
wobei das optische Element an einer zweiten Fläche von dem Montagesubstrat befestigt ist;
wobei das Kühl-/Wärmeabstrahlelement an dem Trägerelement befestigt ist;
wobei das optische Element und das Trägerelement durch ein Wärmeübertragungselement thermisch miteinander verbunden sind, welches im Inneren von dem Montagesubstrat vorgesehen ist;
wobei das Trägerelement aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gefertigt ist.
Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie er durch Anspruch 4 definiert ist, ist da eine optische Vorrichtung vorgesehen, welche umfasst:
ein optisches Element;
ein Montagesubstrat; und
ein Trägerelement;
wobei das Montagesubstrat eine darin ausgebildete Öffnung aufweist;
wobei das Trägerelement an einer Fläche von dem Montagesubstrat befestigt ist;
wobei das optische Element an einem Abschnitt von dem Trägerelement befestigt ist, welcher zu der Öffnung exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat ausgebildet ist;
wobei das Trägerelement aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gefertigt ist.
Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wie er durch Anspruch 6 definiert ist, ist da eine optische Vorrichtung vorgesehen, welche umfasst:
ein optisches Element;
ein Montagesubstrat; und
ein Trägerelement;
wobei das Trägerelement an einer Fläche von dem Montagesubstrat in einer solchen Weise befestigt ist, so dass es sich von einem Randabschnitt von dem Montagesubstrat bis zu der Außenseite von dem Montagesubstrat erstreckt;
wobei das optische Element an dem Abschnitt von dem Trägerelement befestigt ist, welcher sich bis zu der Außenseite von dem Montagesubstrat erstreckt;
wobei das Trägerelement aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gefertigt ist.
Gemäß dem vierten Aspekt von der vorliegenden Erfindung ist da eine Bilderzeugungsvorrichtung vorgesehen, welche umfasst:
eine Lichtquelle; und
eine optische Vorrichtung, welche umfasst, ein optisches Element zum Emittieren von Licht, welches von der Lichtquelle kommt, ein Montagesubstrat, ein Trägerelement, und ein Kühl-/Wärmeabstrahlelement;
wobei das Trägerelement an einer ersten Fläche von dem Montagesubstrat befestigt ist;
wobei das optische Element an einer zweiten Fläche von dem Montagesubstrat befestigt ist;
wobei das Kühl-/Wärmeabstrahlelement an dem Trägerelement befestigt ist;
wobei das optische Element und das Trägerelement durch ein Wärmeübertragungselement thermisch miteinander verbunden sind, welches im Inneren von dem Montagesubstrat vorgesehen ist;
wobei das Trägerelement aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gefertigt ist.
Gemäß dem fünften Aspekt von der vorliegenden Erfindung ist da eine Bilderzeugungsvorrichtung vorgesehen, welche umfasst:
eine Lichtquelle; und
eine optische Vorrichtung, welche umfasst, ein optisches Element zum Emittieren von Licht, welches von der Lichtquelle kommt, ein Montagesubstrat, und ein Trägerelement;
wobei das Montagesubstrat eine darin ausgebildete Öffnung aufweist;
wobei das Trägerelement an einer Fläche von dem Montagesubstrat befestigt ist;
wobei das optische Element an einem Abschnitt von dem Trägerelement befestigt ist, welcher zu der Öffnung exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat ausgebildet ist;
wobei das Trägerelement aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gefertigt ist.
Gemäß dem sechsten Aspekt von der vorliegenden Erfindung ist da eine Bilderzeugungsvorrichtung vorgesehen, welche umfasst:
eine Lichtquelle; und
eine optische Vorrichtung, welche umfasst, ein optisches Element zum Emittieren von Licht, welches von der Lichtquelle kommt, ein Montagesubstrat, und ein Trägerelement;
wobei das Trägerelement an einer Fläche von dem Montagesubstrat in einer solchen Weise befestigt ist, so dass es sich von einem Randabschnitt von dem Montagesubstrat bis zu der Außenseite von dem Montagesubstrat erstreckt;
wobei das optische Element an dem Abschnitt von dem Trägerelement befestigt ist, welcher sich bis zu der Außenseite von dem Montagesubstrat erstreckt;
wobei das Trägerelement aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gefertigt ist.
In der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Form von der vorliegenden Erfindung sind das optische Element und das Trägerelement durch das Wärmeübertragungselement thermisch miteinander verbunden, welches im Inneren von dem Montagesubstrat vorgesehen ist. Genauer ausgedrückt, die thermische Verbindung ist derart aufgebaut, dass das optische Element und ein Ende von dem Wärmeübertragungselement direkt oder indirekt miteinander kontaktieren, und das Trägerelement und das andere Ende von dem Wärmeübertragungselement direkt oder indirekt miteinander kontaktieren. Wo die Fläche von dem Abschnitt von dem optischen Element, welcher an der zweiten Fläche von dem Montagesubstrat befestigt ist (das heißt, die Fläche von dem Abschnitt von dem optischen Element, welcher direkt oder indirekt mit der zweiten Fläche von dem Montagesubstrat kontaktiert), durch S₀ repräsentiert ist, und die Schnittfläche von dem Wärmeübertragungselement zum thermischen Miteinanderverbinden von optischem Element und Trägerelement entlang einer Ebene parallel zu der Oberfläche von dem Montagesubstrat durch S₁ repräsentiert ist (wo eine Vielzahl von solchen Wärmeübertragungselementen involviert ist, wird die Gesamtfläche von den Schnittflächen von den Übertragungselementen durch S₁ repräsentiert), erfüllen die Flächen S₀ und S₁ vorzugsweise die nachfolgende Beziehung: 0,01 × S0 ≤ S1 ≤ 0,5 × S0.
In der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der zweiten Form von der vorliegenden Erfindung ist das optische Element an dem Abschnitt von dem Trägerelement befestigt, welcher zu der Öffnung exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat ausgebildet ist.
Die Oberfläche von dem Trägerelementabschnitt

(1) kann im Wesentlichen auf einer Ebene mit der einen Fläche von dem Montagesubstrat sein,
(2) kann im Inneren von der Öffnung positioniert werden, welche in dem Montagesubstrat ausgebildet ist,
(3) kann im Wesentlichen auf einer Ebene mit der anderen Fläche von dem Montagesubstrat sein, oder
(4) kann von der anderen Fläche von dem Montagesubstrat herausragen.

Es ist zu beachten, dass im Falle von irgendeiner der Möglichkeiten (2) bis (4), der Trägerelementabschnitt, welcher im Inneren von der Öffnung positioniert ist, welche in dem Montagesubstrat ausgebildet ist, manchmal nachfolgend als Trägerelementprojektion bezeichnet werden kann.
In der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Form von der vorliegenden Erfindung kann das Wärmeübertragungselement von einem Wärmeübertragungsdurchgangsloch gebildet werden, welches im Inneren von dem Montagesubstrat ausgebildet ist. Die optische Vorrichtung kann weiter einen Halbleiterchip umfassen, welcher eine Schaltung umfasst, welche zum Ansteuern des optischen Elements notwendig ist, wobei der Halbleiterchip an der zweiten Fläche von dem Montagesubstrat befestigt ist. Das Wärmeübertragungsdurchgangsloch kann derart aufgebaut sein, dass ein Durchgangsloch, welches im Inneren von dem Montagesubstrat ausgebildet ist, mit einem Werkstoff (beispielsweise Kupfer oder Silber) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit aufgefüllt ist. Auch in der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der zweiten oder dritten Form von der vorliegenden Erfindung sind, wo ein Halbleiterchip, welcher eine Schaltung umfasst, welche zum Ansteuern des optischen Elements notwendig ist, an der anderen Fläche von dem Montagesubstrat befestigt ist, der Halbleiterchip und das Trägerelement vorzugsweise durch ein Wärmeübertragungselement thermisch miteinander verbunden, welches im Inneren von dem Montagesubstrat vorgesehen ist. Weiter vorzugsweise wird das Wärmeübertragungselement von einem Wärmeübertragungsdurchgangsloch gebildet, welches im Inneren von dem Montagesubstrat ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Wärmeübertragungsdurchgangsloch derart konfiguriert, dass es an einem Ende davon direkt oder indirekt mit dem optischen Element kontaktiert, und an dem anderen Ende davon direkt oder indirekt mit dem Trägerelement kontaktiert. Weiter vorzugsweise ist ein anderes Wärmeübertragungsdurchgangsloch derart konfiguriert, dass es an einem Ende davon direkt oder indirekt mit dem Halbleiterchip kontaktiert, und an dem anderen Ende davon direkt oder indirekt mit dem Trägerelement kontaktiert.
In der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der zweiten Form von der vorliegenden Erfindung kann die optische Vorrichtung weiter ein Kühl-/Wärmeabstrahlelement umfassen, welches an dem Trägerelement befestigt ist. Die optische Vorrichtung kann weiter einen Halbleiterchip umfassen, welcher eine Schaltung umfasst, welche zum Ansteuern des optischen Elements notwendig ist, wobei der Halbleiterchip an dem Trägerelementabschnitt befestigt ist, welcher zu der Öffnung exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat ausgebildet ist.
In der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der dritten Form von der vorliegenden Erfindung kann die optische Vorrichtung weiter ein Kühl-/Wärmeabstrahlelement umfassen, welches an dem Trägerelement befestigt ist. Die optische Vorrichtung kann weiter einen Halbleiterchip umfassen, welcher eine Schaltung umfasst, welche zum Ansteuern des optischen Elements notwendig ist, wobei der Halbleiterchip an dem Trägerelementabschnitt (welcher nachfolgend manchmal als Trägerelementprojektion bezeichnet wird) befestigt ist, welcher sich bis zu der Außenseite von dem Montagesubstrat erstreckt.
Als Schaltung, welche zum Ansteuern des optischen Elements notwendig ist, können beispielsweise ein 10- oder 12-Bit-Treiber und ein Digital-Analog-Umsetzer (DAC) aufgeführt werden.
Während in der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß den ersten bis dritten Formen von der vorliegenden Erfindung das Trägerelement aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gefertigt ist, kann die obere Grenze für die Wärmeleitfähigkeit von dem Trägerelement im Wesentlichen ein beliebiger Wert sein. Hier ist das Trägerelement vorzugsweise aus Aluminium (Al), Kupfer (Cu), einer Beryllium-Kupfer-Legierung, Silber oder Gold gefertigt. Die Wärmeleitfähigkeiten von den genannten Werkstoffen sind in der Tabelle 1 hier nachfolgend aufgelistet. Alternativ dazu ist das Trägerelement vorzugsweise aus einem Werkstoff von zumindest zwei Werkstoffen gefertigt, welche aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche aus den genannten Werkstoffen besteht. In diesem Fall kann eine Struktur, bei welcher die Trägerelementprojektion, welche aus einem bestimmten Werkstoff gefertigt ist, und der Trägerelementabschnitt, welcher anders als die Trägerelementprojektion aus einem anderen Werkstoff gefertigt ist, aneinander gebunden sind, angewendet werden. Es ist zu beachten, dass die nachfolgend angegebenen Wärmeleitfähigkeitswerte jene bei 0°C sind.
[Tabelle 1]
In der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung von den ersten bis dritten Formen von der vorliegenden Erfindung kann das Montagesubstrat von einer gedruckten Leiterplatte gebildet werden. Als gedruckte Leiterplatte können aufgeführt werden, eine starre gedruckte Leiterplatte, eine mehrschichtige starre gedruckte Leiterplatte und eine mehrschichtige flexible starre gedruckte Leiterplatte, welche Leitungsstränge aufweisen, welche auf einer oder zwei Flächen davon ausgebildet sind, eine gedruckte Metallkernleiterplatte und eine mehrschichtige gedruckte Metallkernleiterplatte, welche Leitungsstränge aufweisen, welche auf einer oder zwei Flächen davon ausgebildet sind, und eine gedruckte Metallbasisleiterplatte, eine mehrschichtige gedruckte Metallbasisleiterplatte, eine mehrschichtige gedruckte Aufbauleiterplatte und eine Keramikleiterplatte, welche Leitungsstränge aufweisen, welche auf einer oder zwei Flächen davon ausgebildet sind. Die verschiedenen gedruckten Leiterplatten können unter Anwendung von einem konventionellen Produktionsverfahren hergestellt werden. Solche Schaltungen können durch ein Subtraktivverfahren ausgebildet werden, welches ein Flächengalvanisierungsverfahren und ein Leiterbildgalvanisierungsverfahren umfasst, oder durch ein Additivverfahren, wie beispielsweise ein Halbadditivverfahren oder ein Volladditivverfahren. Die Konfiguration von einem Basiselement, welches die gedruckte Leiterplatte bildet, ist im Wesentlichen beliebig, wobei die nachfolgenden Konfigurationen beispielhaft genannt werden können: Kombinationen von Papier/Phenolharz, Papier/Epoxidharz, Glasfasergewebe/Epoxidharz, Glasvliesstoff/Epoxidharz, Glasfasergewebe/Glasvliesstoff/Epoxidharz, Kunstfaser/Epoxidharz, Glasfasergewebe/Polyimidharz, Glasfasergewebe/modifiziertes Polyimidharz, Glasfasergewebe/Epoxid modifiziertes Polyimidharz, Glasfaser/Bismaleimid/Triazin/Epoxidharz, Glasfasergewebe/Fluorkohlenwasserstoffharz, Glasfasergewebe/PPO(Polyphenylenoxid)-Harz, und Glasfasergewebe/PPE (Polyphenylenether).
In der optischen Vorrichtung gemäß den ersten bis dritten Formen von der vorliegenden Erfindung wird dieses optische Element aus einer optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung gebildet. Hier ist die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung derart konfiguriert, dass sie umfasst, eine untere Elektrode, eine gurtförmige fixierte Elektrode, welche über der unteren Elektrode gelagert ist, und eine gurtförmige bewegliche Elektrode, welche über der unteren Elektrode nebengeordnet zu der fixierten Elektrode gelagert ist, eine Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen, von welchen jedes ein Beugungsgitter umfasst, welches von der beweglichen Elektrode und der fixierten Elektrode gebildet wird, wobei die bewegliche Elektrode in Richtung zu der unteren Elektrode durch eine elektrostatische Kraft verschoben wird, welche durch das Anlegen von Spannungen an der beweglichen Elektrode und der unteren Elektrode erzeugt wird, und welche zwischen der beweglichen Elektrode und der unteren Elektrode wirkt, welche auf einer Oberfläche von dem Trägerelement ausgebildet sind.
Es ist zu beachten, dass die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung vorzugsweise weiter ein Lichtübertragungselement umfasst, welches in einer gegenüberliegenden Beziehung zu den fixierten Elektroden und den beweglichen Elektroden angeordnet ist, um dadurch das Eingangslicht zu übertragen, welches in die fixierten Elektroden und die beweglichen Elektroden eintritt, und das Ausgangslicht, welches aus den fixierten Elektroden und den beweglichen Elektroden austritt.
Die fixierten Elektroden und die beweglichen Elektroden, welche die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung bilden, können hergestellt werden, indem beispielsweise eine Mikromaschinenproduktionstechnik angewendet wird. Die Beugungsgitter, welche von den beweglichen Elektroden und den fixierten Elektroden gebildet werden, wirken als Beugungsgitter vom Reflexionstyp.
Ein Siliciumhalbleitersubstrat kann beispielhaft als ein Werkstoff zum Ausbilden des Trägerelements in der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung genannt werden.
Als ein Werkstoff zum Ausbilden der unteren Elektrode und der Vorspannungselektroden von der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung kann beispielhaft genannt werden, zumindest ein Metall, welches aus einer Gruppe ausgewählt wird, welche besteht aus, Aluminium (Al), Titan (Ti), Gold (Au), Silber (Ag), Wolfram (W), Niob (Nb), Tantal (Ta), Molybdän (Mo), Chrom (Cr), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Kobalt (Co), Zirkon (Zr), Eisen (Fe), Platin (Pt) und Zink (Zn); eine Legierung oder eine Verbindung, welche irgendeines von den genannten metallischen Elementen enthält (beispielsweise ein Nitrid, wie beispielsweise TiN, oder ein Silicid, wie beispielsweise WSi₂, MoSi₂, TiSi₂, oder TaSi₂); ein Halbleiter, wie beispielsweise Silicium (Si); und ein leitfähiges Metalloxid, wie beispielsweise ITO (Indiumzinnoxid), Indiumoxid oder Zinkoxid. Zur Herstellung von der unteren Elektrode oder den Vorspannungselektroden kann ein bekanntes Dünnschichtbildungsverfahren, wie beispielsweise ein CVD-Verfahren, ein Zerstäubungsverfahren, ein Bedampfungsverfahren, ein Liftoff-Verfahren, ein Ionenplattierungsverfahren, ein elektrolytisches Plattierungsverfahren, ein stromloses Plattierungsverfahren, ein Siebdruckverfahren, ein Laserabrasionsverfahren, oder ein Sol-Gel-Verfahren angewendet werden, um eine Dünnschicht aus irgendeinem der oben genannten Werkstoffe auf der Oberfläche von dem Trägerelement zu bilden.
Weiter besitzen die fixierten Elektroden und die beweglichen Elektroden von den optischen Beugungsgittermodulationselementen vorzugsweise eine Zweischichtstruktur aus einer Lichtreflexionsschicht (obere Schicht) und einer dielektrischen Werkstoffschicht (untere Schicht). Insbesondere kann die Zweischichtstruktur beispielsweise sein, eine Laminatstruktur aus einer Aluminiumschicht (obere Schicht) und einer SiN-Schicht (untere Schicht), eine Laminatstruktur aus einer Aluminiumschicht (obere Schicht) und einer SiO₂-Schicht (untere Schicht), eine Laminatstruktur aus einer Aluminiumschicht (obere Schicht), zu welcher Si hinzugefügt ist, und einer SiN-Schicht (untere Schicht), eine Laminatstruktur aus einer Aluminiumschicht (obere Schicht und Legierungsschicht aus Aluminium/Kupfer), zu welcher Cu hinzugefügt ist, und einer SiN-Schicht (untere Schicht) (als Beimengungsverhältnis kann beispielhaft 0,1 Gewichtsprozent bis 5 Gewichtsprozent genannt werden: dies gilt ähnlich in der nachfolgenden Beschreibung), eine Laminatstruktur aus einer Aluminiumschicht (obere Schicht), zu welcher Cu hinzugefügt ist, und einer SiO₂-Schicht (untere Schicht), eine Laminatstruktur aus einer Titanoxidschicht (obere Schicht) und einer SiN-Schicht (untere Schicht), oder eine Laminatstruktur aus einer Titanoxidschicht (obere Schicht) und einer SiO₂-Schicht (untere Schicht). Es ist zu beachten, dass die untere Schicht eine Zweischichtkonfiguration aus einer SiO₂-Schicht und einer SiN-Schicht besitzen kann.
Weiter werden bei den optischen Beugungsgittermodulationselementen die Trägerabschnitte zum Lagern der fixierten Elektroden vorzugsweise von Erweiterungsstücken von den fixierten Elektroden gebildet, und werden die Trägerabschnitte zum Lagern der beweglichen Elektroden vorzugsweise von Erweiterungsstücken von den beweglichen Elektroden gebildet.
In jedem von den optischen Beugungsgittermodulationselementen kann als Höhendifferenz Δh₀ zwischen der Oberseitenfläche von der unteren Elektrode und der Oberseitenfläche von der fixierten Elektrode beispielhaft 3,0 × 10^–7 (m) bis 1,5 × 10^–6 (m), vorzugsweise 4,5 × 10^–7 (m) bis 1,2 × 10^–6 (m) genannt werden. Weiter ist die Höhendifferenz zwischen der Oberseitenfläche von der beweglichen Elektrode und der Oberseitenfläche von der fixierten Elektrode, wenn das optische Beugungsgittermodulationselement in einem Ruhezustand ist, vorzugsweise so nahe wie möglich an Null. Darüber hinaus erfüllt der Maximalwert Δh_1-MAX von der Höhendifferenz Δh₁ (Abwärtsverschiebungshöhe von der beweglichen Elektrode) zwischen der Oberseitenfläche von der beweglichen Elektrode und der Oberseitenfläche von der fixierten Elektrode, wenn das optische Beugungsgittermodulationselement in einem Betriebszustand ist, vorzugsweise Δ/4 ≤ Δh1-MAX , wobei die Wellenlänge von dem Eingangslicht in das optische Beugungsgittermodulationselement oder die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung durch λ repräsentiert ist.
Weiter erfüllt das Verhältnis zwischen Δh und Δh₀ vorzugsweise Δh1-MAX ≤ (Δh0/3).
Es ist zu beachten, dass die Höhendifferenz Δh₁ (Abwärtsverschiebungshöhe von der beweglichen Elektrode) zwischen der Oberseitenfläche von der beweglichen Elektrode und der Oberseitenfläche von der fixierten Elektrode durch Variieren der Spannung variiert werden kann, welche an der beweglichen Elektrode angelegt wird.
Da dies die Intensität von dem gebeugten Licht variieren kann, kann eine Gradationssteuerung ausgeführt werden.
Weiter ist in den optischen Beugungsgittermodulationselementen der Abstand d zwischen benachbarten Elektroden von den fixierten Elektroden vorzugsweise, aber nicht beschränkt auf 1 × 10^–6 (m) bis 2 × 10^–5 (m), und mehr vorzugsweise 2 × 10^–6 (m) bis 1 × 10^–5 (m). Weiter ist der Spalt SP, welcher zwischen irgendeiner fixierten Elektrode und einer benachbarten beweglichen Elektrode vorhanden ist (sowohl ein Spalt im Inneren eines optischen Beugungsgittermodulationselements als auch ein Spalt zwischen benachbarten Elementen von den optischen Beugungsgittermodulationselementen) vorzugsweise, aber nicht beschränkt auf 1 × 10^–7 (m) bis 2 × 10^–6 (m), und mehr vorzugsweise 2 × 10^–7 (m) bis 5 × 10^–7 (m). Weiter ist die Breite W_F von den fixierten Elektroden vorzugsweise, aber nicht beschränkt auf 1 × 10^–6 (m) bis 1 × 10^–5 (m), und mehr vorzugsweise 2 × 10^–6 (m) bis 5 × 10^–6 (m). Darüber hinaus ist die effektive Länge L_F von den fixierten Elektroden vorzugsweise, aber nicht beschränkt auf 2 × 10^–5 (m) bis 5 × 10^–4 (m), und mehr vorzugsweise 1 × 10^–4 (m) bis 3 × 10^–9 (m). Währenddessen ist die Breite W_M von den beweglichen Elektroden vorzugsweise, aber nicht beschränkt auf 1 × 10^–6(m) bis 1 × 10^–5 (m), und mehr vorzugsweise 2 × 10^–6 (m) bis 5 × 10^–6 (m). Weiter vorzugsweise ist die Breite W_M von den beweglichen Elektroden gleich der Breite W_F von den fixierten Elektroden. Weiter ist die effektive Länge L_M von den beweglichen Elektroden vorzugsweise, aber nicht beschränkt auf 2 × 10^–5 (m) bis 5 × 10^–4 (m), und genauer ausgedrückt 1 × 10^–4 (m) bis 3 × 10^–4 (m). Es ist zu beachten, dass die effektive Länge L_F von den fixierten Elektroden und die effektive Länge L_M von den beweglichen Elektroden die Längen von einem Abschnitt von irgendeiner fixierten Elektrode und einem Abschnitt von irgendeiner beweglichen Elektrode zwischen Trägerabschnitten davon in der Konfiguration anzeigen, bei welcher jede fixierte Elektrode und bewegliche Elektrode durch die Trägerabschnitte gelagert ist.
Weiter ist in der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung die Anzahl von fixierten Elektroden und beweglichen Elektroden, welche ein optisches Beugungsgittermodulationselement bilden, nicht besonders beschränkt, obwohl, wo eine fixierte Elektrode und eine bewegliche Elektrode als ein Satz betrachtet werden, zumindest nur ein Satz gefordert wird. Jedoch kann die Anzahl von solchen Sätzen maximal drei sein. Weiter können sie, wie die Anordnung von einer Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen in der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung, in einem eindimensionalen Feld angeordnet werden. Insbesondere können die fixierten Elektroden und die beweglichen Elektroden, welche die Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen bilden, entlang einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung von den fixierten Elektroden und den beweglichen Elektroden nebengeordnet sein. Die Anzahl von den optischen Beugungsgittermodulationselementen kann basierend auf der Pixelanzahl bestimmt werden, welche für die optische Vorrichtung oder die Bilderzeugungsvorrichtung gefordert wird.
Als ein Werkstoff zum Ausbilden von Verbindungsterminalabschnitten von der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung zum Aufbauen einer elektrischen Verbindung mit einer externen Schaltung und von Steuerelektroden zum elektrischen Miteinanderverbinden der Verbindungsterminalabschnitte und der beweglichen Elektroden können solche Werkstoffe angewendet werden, welche für die untere Elektrode und die Vorspannungselektroden angewendet werden, wie hier oben genannt ist. Auch das Verfahren des Ausbildens der Verbindungsterminalabschnitte oder der Steuerelektroden kann ein Verfahren sein, welches dem Verfahren des Ausbildens der unteren Elektrode und der Vorspannungselektroden ähnlich ist, welches oben beschrieben ist. Es ist zu beachten, dass die untere Elektrode, die Vorspannungselektroden, die Verbindungsterminalabschnitte und die Steuerelektroden gleichzeitig ausgebildet werden können, oder die vier verschiedenen Arten von Elektroden können in einer beliebigen Kombination gleichzeitig ausgebildet werden. Weiter kann die Schichtdicke von den Elektroden separat dicker gefertigt werden.
Das Lichtübertragungselement kann von einer Glasplatte oder einer Kunststoffplatte gebildet werden, beispielsweise einer Platte, welche aus Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polycarbonat (PC) gefertigt ist, aber wird vorzugsweise von einer Glasplatte gebildet.
In den optischen Beugungsgittermodulationselementen können die Oberseitenfläche von jeder beweglichen Elektrode und die Oberseitenfläche von jeder fixierten Elektrode parallel zu der Oberseitenfläche von der unteren Elektrode sein, oder können mit Bezug auf die Oberseitenfläche von der unteren Elektrode um einen Blazewinkel θ_D geneigt sein, um die optischen Beugungsgittermodulationselemente wie jene von dem Blazetyp zu formen, so dass beispielsweise nur gebeugtes Licht von + erster Ordnung emittiert werden kann. Wo die optischen Beugungsgittermodulationselemente von dem Blazetyp angewendet werden, kann ein Bild mit einer hohen Beugungseffizienz von beispielsweise 60% oder höher angezeigt werden. In Anwendungen von einer Bildformungsvorrichtung wie beispielsweise einem Projektor besitzen die Elemente von dem Blazetyp in dem Bereich zwischen dem Dunkelniveau und der Mittelgradation ein gleichmäßiges Übertragungsverhalten im Verhältnis zu der angelegten Spannung. Es ist auch wünschenswert, optische Beugungsgittermodulationselemente von dem Blazetyp anzuwenden, durch welche eine Bildanzeige mit hohen Gradationen leicht erzielt werden kann.
In der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können eine Wärmesenke, eine Peltier-Vorrichtung, eine Kühlvorrichtung, welche Wasser oder ein Kühlmittel zum Kühlen zirkuliert, und ein Ventilator zur Zwangsbelüftung als das Kühl-/Wärmeabstrahlelement angewendet werden.
Die Befestigung von dem Trägerelement an der ersten oder einen Fläche von dem Montagesubstrat in der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die Befestigung von dem optischen Element an der zweiten oder anderen Fläche von dem Montagesubstrat in der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der ersten Form von der vorliegenden Erfindung, und die Befestigung von dem optischen Element an dem Trägerelement in der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der zweiten oder dritten Form der vorliegenden Erfindung kann durch ein Verfahren ausgeführt werden, welches ein Klebemittel anwendet (beispielsweise ein Verfahren des Anwendens eines Klebemittels von einem Wärmehärtungstyp und dann des Anwärmens des Klebemittels, um eine Verbindung oder eine Klebung zu bewirken). Währenddessen kann die Befestigung von dem Kühl-/Wärmeabstrahlelement an dem Trägerelement mittels Schrauben oder mittels eines Klebemittels ausgeführt werden (beispielsweise ein Verfahren des Anwendens eines ultravioletthärtenden Harzes und dann des Strahlens von ultravioletten Strahlen auf das Harz, um eine Verbindung oder eine Klebung zu bewirken).
In der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß den ersten bis dritten Formen von der vorliegenden Erfindung kann ein Halbleiterlaser als Lichtquelle angewendet werden.
Eine exzessive Wärme, welche erzeugt wird, wenn das Licht (der Laserstrahl) auf ein optisches Element gestrahlt wird, welches beispielsweise in einer optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung vorgesehen ist, besitzt eine ungünstige Auswirkung auf die Positionsgenauigkeit von einer Komponente von dem optischen Element (beispielsweise einem optischen Beugungsgittermodulationselement auf einem Trägerelement). Deshalb ist es notwendig, eine ausreichende Gegenmaßnahme gegen die Wärme vorzunehmen. In der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß den ersten bis dritten Formen von der vorliegenden Erfindung ist das Trägerelement aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gefertigt, so dass die erzeugte Wärme, wenn das Licht (der Laserstrahl) auf das optische Element (beispielsweise die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung) gestrahlt wird, durch das Trägerelement abgestrahlt wird. Folglich können die Komponenten von dem optischen Element vor der Wärmeeinwirkung bewahrt werden. Deshalb können die Probleme von Farbunschärfe und so weiter beseitigt werden, und können eine weitere Größenreduzierung, eine weitere Leistungssteigerung, eine weitere Auflösungserhöhung und eine weitere Verbesserung von der Bildqualität durch die Bilderzeugungsvorrichtung erzielt werden. Weiter kann die Betriebsfestigkeit von dem optischen Element, der optischen Vorrichtung und der Bilderzeugungsvorrichtung gesteigert werden, und kann die Lebensdauer von ihnen erhöht werden.
Weiter kann, da die erzeugte Wärme, wenn das Licht (der Laserstrahl) auf das optische Element gestrahlt wird, durch das Trägerelement abgestrahlt wird, das Auftreten von einem Problem, welches auf einen Temperaturgradienten zurückzuführen ist, welcher durch eine Temperaturerhöhung von dem optischen Element verursacht wird (beispielsweise das Auftreten von einer Pore oder einer Unebenheit auf den fixierten Elektroden oder den beweglichen Elektroden), unterdrückt werden. Folglich kann die Haltbarkeit von dem optischen Element verbessert werden, und kann eine Erhöhung der Lebensdauer von dem optischen Element antizipiert werden. Es ist zu beachten, dass, wo das Auftreten von einer Pore oder einer Unebenheit nicht unterdrückt werden kann, die Möglichkeit besteht, dass dies zu einer Verschlechterung von dem Dunkelniveau führen kann, und in dem ungünstigsten Fall, zu einer elektrischen Trennung, einem Defekt oder dergleichen.
In der optischen Vorrichtung oder der Bilderzeugungsvorrichtung gemäß der zweiten Form von der vorliegenden Erfindung kann, da die Öffnung in dem Montagesubstrat vorgesehen ist, und das optische Element an dem Abschnitt von dem Trägerelement befestigt ist, welcher in der Öffnung exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat vorgesehen ist, nicht nur eine Strukturvereinfachung antizipiert werden, sondern wird auch der Konstruktionsfreiheitsgrad hoch.
Wo ein Halbleiterchip, auf welchem eine Schaltung vorgesehen ist, welche zum Ansteuern von dem optischen Element notwendig ist, an dem Trägerelement befestigt ist, kann das Abstrahlen der Wärme und das Kühlen von dem Halbleiterchip effizient ausgeführt werden, und außerdem wird der Verdrahtungsvorgang (Drahtanschluss) erleichtert, welches zu einer Verbesserung bei der Verarbeitbarkeit beiträgt.
Die oben genannten und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, vorgenommen in Verbindung mit den Begleitzeichnungen, in welchen gleiche Teile oder Elemente durch gleiche Bezugssymbole gekennzeichnet sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1A ist eine schematische Teilschnittansicht von einer optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe als eine optische Vorrichtung von einer Ausführungsform 1 von der vorliegenden Erfindung;
die 1B ist eine schematische Teilschnittansicht von einer optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe als eine optische Vorrichtung als eine Ausführungsform 2 von der vorliegenden Erfindung;
die 2A ist eine schematische Teilschnittansicht von einer optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe als eine optische Vorrichtung von einer Ausführungsform 3 von der vorliegenden Erfindung;
die 2B ist eine schematische Teilschnittansicht von einer optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe als eine optische Vorrichtung gemäß einer Modifikation an der Ausführungsform 2 von der vorliegenden Erfindung;
die 3A ist eine schematische Teilschnittansicht von einer optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe als eine optische Vorrichtung von einer Ausführungsform 4 von der vorliegenden Erfindung;
die 3B ist eine schematische Teildraufsicht von einem Montagesubstrat, welches in 3A dargestellt ist;
die 4 ist eine schematische Untersicht von der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe als die optische Vorrichtung von der Ausführungsform 1 von der vorliegenden Erfindung;
die 5A ist eine schematische Teilschnittansicht von einer Montageplatte in der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe als die optische Vorrichtung von der Ausführungsform 2 von der vorliegenden Erfindung;
die 5B ist eine schematische Teilperspektivansicht von der Montageplatte, welche in 5A dargestellt ist, und einem Trägerelement;
die 6A und 6B sind schematische Teildraufsichten von den Montageplatten in der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe als die optische Vorrichtung von der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung beziehungsweise einer Modifikation an der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe;
die 7A und 7B sind schematische Teildraufsichten von Modifikationen an den Montageplatten in der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe als die optische Vorrichtung von der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung beziehungsweise der Modifikation an der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe;
die 8 ist eine Ansicht, welche schematisch die Anordnung von einer unteren Elektrode, fixierten Elektroden und beweglichen Elektroden zeigt, welche ein optisches Beugungsgittermodulationselement bilden;
die 9A ist eine schematische Schnittansicht, welche entlang der Linie B-B von 8 aufgenommen ist, welche eine fixierte Elektrode und so weiter zeigt;
die 9B ist eine schematische Schnittansicht, welche entlang der Linie A-A von 8 aufgenommen ist, welche eine bewegliche Elektrode und so weiter zeigt, wobei das optische Beugungsgittermodulationselement in einem Ruhezustand ist;
die 10A ist eine schematische Schnittansicht, welche entlang der Linie A-A von 8 aufgenommen ist, welche die bewegliche Elektrode und so weiter zeigt, wobei das optische Beugungsgittermodulationselement in einem Betriebszustand ist;
die 10B ist eine schematische Schnittansicht, welche entlang der Linie C-C von 8 aufgenommen ist, welche eine fixierte Elektrode, eine bewegliche Elektrode und so weiter zeigt;
die 11 ist eine konzeptive Schnittansicht, welche einen Teil von einer optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe zeigt;
die 12 ist eine konzeptive Ansicht von einer Bildformungsvorrichtung, bei welcher drei optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppen kombiniert sind; und
die 13 ist eine schematische Teilschnittansicht von einer konventionellen optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON DEN BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Bevor verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, werden eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung und ein optisches Beugungsgittermodulationselement beschrieben, welche gemeinsam in den Ausführungsformen angewendet werden.
Mit Bezug auf die 1A bis 7B sowie die 8 bis 13 umfasst die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11, welche in der vorliegenden Erfindung angewendet wird, ein Trägerelement 12 und eine Vielzahl von (beispielsweise 1.080) optischen Beugungsgittermodulationselementen 21, welche auf der Oberfläche von dem Trägerelement 12 ausgebildet ist, ähnlich wie jene von den 8, 9A, 9B, 10A und 10B. Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 umfasst weiter ein Lichtübertragungselement 13, welches von einer Glasplatte gebildet wird. Die optischen Beugungsgittermodulationselemente 21 umfassen eine untere Elektrode 22, fixierte Elektroden 31 und bewegliche Elektroden 32. Ein Lichtübertragungselement 13 ist in einer gegenüberliegenden Beziehung zu den fixierten Elektroden 31 und den beweglichen Elektroden 32 angeordnet, und überträgt dadurch das Eingangslicht, welches in die fixierten Elektroden 31 und die beweglichen Elektroden 32 eintritt, und das Ausgangslicht, welches aus den fixierten Elektroden 31 und den beweglichen Elektroden 32 austritt.
Die untere Elektrode 22 ist aus einem polykristallinen Silicium gefertigt, welches mit einer Verunreinigung dotiert ist, und ist auf der Oberfläche von dem Trägerelement 12 ausgebildet, welches von einem Siliciumhalbleitersubstrat gebildet wird. Es ist zu beachten, dass eine Schutzisolierschicht (nicht abgebildet), welche aus SiO₂ gefertigt ist, auf der Oberfläche von der unteren Elektrode 22 ausgebildet ist, so dass die untere Elektrode 22 nicht beschädigt werden kann, wenn die fixierten Elektroden 31 und die beweglichen Elektroden 32 ausgebildet werden. Die gurtförmigen (bandförmigen) fixierten Elektroden 31 sind gelagert auf und erstrecken sich über der unteren Elektrode 22, und sind nebengeordnet zu den fixierten Elektroden 31, und sind insbesondere durch die Trägerabschnitte 25 und 26 gelagert, welche Erweiterungsstücke von den beweglichen Elektroden 32 sind. Die fixierten Elektroden 31 und die beweglichen Elektroden 32 besitzen eine Laminatstruktur (Beimengungsverhältnis von Cu: 0,5 Gewichtsprozent) aus einer Lichtreflexionsschicht (obere Schicht), welche aus Aluminium gefertigt ist, zu welchem Cu hinzugefügt ist, und einer dielektrischen Werkstoffschicht (untere Schicht), welche aus SiN gefertigt ist. Es ist zu beachten, dass in den Figuren die fixierten Elektroden 31 und die beweglichen Elektroden 32 in einer Schicht dargestellt sind.
Ein Raum, welcher durch die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und das Lichtübertragungselement 13 definiert ist, wird in einem luftdichten Zustand gehalten. Wasserstoffgas, Heliumgas, Stickstoffgas oder ein Mischgas aus ihnen ist in dem Raum eingeschlossen. Dies unterdrückt eine Verschlechterung von den fixierten Elektroden 31 und den beweglichen Elektroden 32, welche auf einen Temperaturgradient zurückzuführen ist, welcher durch eine Temperaturerhöhung von den optischen Beugungsgittermodulationselementen bei Betrieb verursacht wird, um dadurch eine Verbesserung in der Haltbarkeit und der Zuverlässigkeit zu erzielen.
Das Trägerelement 12 und das Lichtübertragungselement 13 sind mittels einer Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoffschicht 14 zusammengefügt. Die Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoffschicht 14 kann an gewünschten Stellen von einem peripheren Randabschnitt der Oberfläche von dem Trägerelement 12 und einem peripheren Randabschnitt von dem Lichtübertragungselement 13 ausgebildet werden. Die Schicht 14 kann unter Anwendung von einer Vakuumdünnschichtbildungstechnik, wie beispielsweise Bedampfung, Zerstäubung oder Ionenplattierung, ausgebildet werden. Unter bestimmten Umständen kann ein Drahtelement oder ein Folienelement, welches aus einem Metallwerkstoff mit einem niedrigen Schmelzpunkt gefertigt ist, platziert werden auf oder angebracht werden an gewünschten Stellen von dem Trägerelement 12 und so weiter. Die Verbindung mit der Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoffschicht 14 wird insbesondere durch Anwärmen der Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoffschicht 14 ausgeführt. Insbesondere kann das Anwärmen von der Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoffschicht 14 durch ein bekanntes Anwärmverfahren ausgeführt werden, wie beispielsweise das Anwärmen unter Anwendung von einer Leuchte, einem Laser, einem Wärmeofen oder dergleichen.
Die Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoffschicht 14 kann aus einem Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoff mit einem Schmelzpunkt von näherungsweise 120 bis 400°C gefertigt sein. Als solcher Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoff kann eine Niedrigschmelzpunktlegierung von dem Zinngoldtyp, wie beispielsweise Au₈₀Sn₂₀ (Schmelzpunkt 260 bis 320°C), aufgelistet werden. Außerdem können angewendet werden, In (Indium: Schmelzpunkt 157°C); Hochtemparaturlötmetalle von dem Zinntyp (Sn), wie beispielsweise Sn₈₀Ag₂₀ (Schmelzpunkt 220 bis 370°C) und Sn₉₅Cu₅ (Schmelzpunkt 227 bis 370°C); Hochtemparaturlötmetalle von dem Bleityp (Pb), wie beispielsweise Pb_97,5Ag_2, ₅ (Schmelzpunkt 304°C), Pb_94,5Ag_5,5 (Schmelzpunkt 304 bis 365°C) und Pb_97,5Ag_1,5Sn_1,0 (Schmelzpunkt 309°C); Hochtemparaturlötmetalle von dem Zinktyp (Zn), wie beispielsweise Zn₉₅Al₅ (Schmelzpunkt 380°C); Standardlötmetalle von dem Zinnbleityp, wie beispielsweise Sn₅Pb₉₅ (Schmelzpunkt 300 bis 314°C) und Sn₂Pb₉₈ (Schmelzpunkt 316 bis 322°C); und Lötmetallwerkstoffe, wie beispielsweise Au₈₈Ga₁₂ (Schmelzpunkt 381°C).
Die Anordnung von der Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen 21 in der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 ist ein eindimensionales Feld. Genauer ausgedrückt, die fixierten Elektroden 31 und die beweglichen Elektroden 32, welche die Vielzahl von (beispielsweise 1.080) optischen Beugungsgittermodulationselementen 21 bilden, sind nebengeordnet entlang einer Richtung (Y-Richtung) senkrecht zu der axialen Richtung (X-Richtung) von den fixierten Elektroden 31 und den beweglichen Elektroden 32.
Die Gesamtanzahl von den fixierten Elektroden 31 und den beweglichen Elektroden 32 ist beispielsweise 1.080 × 6.
Es ist zu beachten, dass die Verbindungsterminalabschnitte (nicht abgebildet) zur elektrischen Verbindung mit den Halbleiterchips 40 vorgesehen sind, auf welchen beispielsweise eine Schaltung, welche zum Ansteuern der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 notwendig ist, derart vorgesehen ist, dass sie zu der Außenseite exponiert ist, und elektrisch mit den beweglichen Elektroden 32 verbunden sind. Genauer ausgedrückt, jedes von den optischen Beugungsgittermodulationselementen 21 besteht aus drei fixierten Elektroden 31 und drei beweglichen Elektroden 32. Die drei beweglichen Elektroden 32 sind gemeinsam mit einer einzelnen Steuerelektrode verbunden, welche mit dem entsprechenden einen von den Verbindungsterminalabschnitten verbunden ist. Währenddessen sind die drei fixierten Elektroden 31 gemeinsam mit einer Vorspannungselektrode verbunden, welche für die Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen 21 gemeinsam vorgesehen ist. Die Vorspannungselektrode ist mit den Halbleiterchips 40 durch einen Vorspannungselektrodenterminalabschnitt (nicht abgebildet) verbunden, welcher eine Erweiterung von der Vorspannungselektrode ist, und ist geerdet. Auch die untere Elektrode 22 ist eine gemeinsame Elektrode für die Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen 21. Die untere Elektrode 22 ist mit den Halbleiterchips 40 durch einen unteren Elektrodenterminalabschnitt (nicht abgebildet) verbunden, welcher eine Erweiterung von der unteren Elektrode 22 ist, und ist geerdet.
Die Verbindungsterminalabschnitte, der untere Elektrodenterminalabschnitt und der Vorspannungselektrodenterminalabschnitt (nicht abgebildet) sind in einem Bereich von dem Trägerelement 12 auf der Außenseite mit Bezug auf die Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoffschicht 14 (siehe 11) vorgesehen. Die Leitungsstränge zum Verbinden der genannten Terminalabschnitte und der verschiedenen Elektroden (beispielsweise die Steuerelektroden, die Vorspannungselektroden und so weiter) besitzen eine Struktur, welche das Kurzschließen von den Leitungssträngen durch die Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoffschicht 14 verhindert (beispielsweise sind die Steuerelektroden und die Vorspannungselektroden mit einer Isolierwerkstoffschicht beschichtet).
Sofern eine Spannung an irgendeiner von den beweglichen Elektroden 32 angelegt wird, während eine andere Spannung von der externen Schaltung durch die Verbindungsterminalabschnitte an der unteren Elektrode 22 angelegt wird, wirkt dann eine elektrostatische Kraft (Coulomb-Kraft) zwischen der beweglichen Elektrode 32 und der unteren Elektrode 22, so dass die bewegliche Elektrode 32 in Richtung zu der unteren Elektrode 22 verschoben wird. Genauer ausgedrückt, sofern eine Spannung von der externen Schaltung durch den Verbindungsterminalabschnitt und die Steuerelektrode an der beweglichen Elektrode 32 angelegt wird, und eine andere Spannung von der externen Schaltung durch den unteren Elektrodenterminalabschnitt an der unteren Elektrode 22 angelegt wird (tatsächlich ist die untere Elektrode 22 in einem geerdeten Zustand), dann wird eine elektrostatische Kraft (Coulomb-Kraft) zwischen der beweglichen Elektrode 32 und der unteren Elektrode 22 erzeugt. Dann wird die bewegliche Elektrode 32 abwärts in Richtung zu der unteren Elektrode 22 durch die elektrostatische Kraft verschoben. Es ist zu beachten, dass die beweglichen Elektroden 32 und die untere Elektrode 22 in einem Stadium vor der Verschiebung von den beweglichen Elektroden 32 auf der linken Seite in den 9B und 10B abgebildet sind, und die beweglichen Elektroden 32 und die untere Elektrode 22 in einem anderen Zustand nach der Verschiebung von den beweglichen Elektroden 32 auf der rechten Seite von den 10A und 10B abgebildet sind. Basierend auf einer solchen Verschiebung von der beweglichen Elektrode 32 wird ein Beugungsgitter vom Reflexionstyp aus der beweglichen Elektrode 32 und der fixierten Elektrode 31 gebildet.
Die Höhendifferenz Δh₀ zwischen der Oberseitenfläche von der unteren Elektrode 22 und der Oberseitenfläche von der fixierten Elektrode 31 wurde auf einen Wert eingestellt, welcher in der Tabelle 2 nachfolgend angegeben ist. Weiter ist die Höhendifferenz zwischen der Oberseitenfläche von der beweglichen Elektrode 32 und der Oberseitenfläche von der fixierten Elektrode 31, wenn das optische Beugungsgittermodulationselement 21 in einem Ruhezustand ist, auf einen Wert so nahe wie möglich an Null eingestellt. Darüber hinaus erfüllt der Maximalwert Δh_1-MAX von der Höhendifferenz Δh₁ (Abwärtsverschiebungshöhe von der beweglichen Elektrode 32) zwischen der Oberseitenfläche von der beweglichen Elektrode 32 und der Oberseitenfläche von der fixierten Elektrode 31, wenn das optische Beugungsgittermodulationselement 21 in einem Betriebszustand ist, die Beziehung Δh1-MAX = λ/4,wobei die Wellenlänge von dem Eingangslicht in das optische Beugungsgittermodulationselement 21 oder die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 durch λ repräsentiert ist.
Weiter erfüllt das Verhältnis zwischen Δh_1-MAX und Δh₀ die Beziehung Δh1-MAX ≤ Δh0/3.
Es ist zu beachten, dass die Höhendifferenz Δh₁ (Abwärtsverschiebungshöhe von der beweglichen Elektrode 32) zwischen der Oberseitenfläche von der beweglichen Elektrode 32 und der Oberseitenfläche von der fixierten Elektrode 31 durch Variieren der Spannung variiert werden kann, welche an der beweglichen Elektrode 32 angelegt wird. Da dies die Intensität von dem gebeugten Licht variieren kann, kann eine Gradationssteuerung ausgeführt werden.
Weiter sind der Abstand d zwischen den benachbarten Elektroden von den fixierten Elektroden 31, der Spalt SP, welcher zwischen irgendeiner fixierten Elektrode und einer benachbarten beweglichen Elektrode vorhanden ist, die Breite W_F von den fixierten Elektroden 31, die effektive Länge L_F von den fixierten Elektroden 31, die Breite W_M von den beweglichen Elektroden 32 und die effektive Länge L_M von den beweglichen Elektroden 32 auf solche Werte eingestellt, wie sie in der Tabelle 2 nachfolgend angegeben sind. Die Einheit in der Tabelle 2 ist μm.
[Tabelle 2]
Eine Bildformungsvorrichtung, welche die drei Bilderzeugungsvorrichtungen 101R, 101G und 101B umfasst, welche wiederum die optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppen 102R, 102G und 102B umfassen, welche solche optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungen 103R, 103G und 103B umfassen (mit einer gleichen Konfiguration und Struktur wie jene von der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11), wie sie oben beschrieben sind, beziehungsweise die Lichtquellen (Laserlichtquellen 100R, 100G und 100B), kann konzeptiv eine Konfiguration ähnlich wie diese besitzen, welche hier oben mit Bezug auf die 12 beschrieben ist. Auch der Betrieb von der Bildformungsvorrichtung, welche die drei Bilderzeugungsvorrichtungen 101R, 101G und 101B umfasst, ist ähnlich wie dieser, welcher hier oben mit Bezug auf die 12 beschrieben ist. Deshalb wird hier eine detaillierte Beschreibung von der Konfiguration und der Struktur und dem Betrieb von der Bildformungsvorrichtung weggelassen, um eine Redundanz zu vermeiden.
Ausführungsform 1
Eine Ausführungsform 1 bezieht sich auf eine optische Vorrichtung und eine Bilderzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 1. Die optische Vorrichtung von der Ausführungsform 1 umfasst ein optisches Element, bei welchem eine Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen (GLV) in einem eindimensionalen Feld angeordnet ist. Es ist zu beachten, dass in der nachfolgenden Beschreibung das optische Element manchmal als optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung bezeichnet wird, und die optische Vorrichtung manchmal als optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe bezeichnet wird. Weiter umfasst die Bildformungsvorrichtung von der Ausführungsform 1 die optische Vorrichtung (optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) und eine Lichtquelle (Halbleiterlaser), ähnlich zu dieser, welche in der 12 dargestellt ist. Eine schematische Teilschnittansicht von der optischen Vorrichtung (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) von der Ausführungsform 1 ist in der 1A dargestellt, und eine schematische Untersicht von der optischen Vorrichtung (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) ist in der 4 dargestellt. Es ist zu beachten, dass in den 1A, 1B, 2A, 2B und 3A ein optisches Beugungsgittermodulationselement und so weiter weggelassen sind.
Genauer ausgedrückt, die optische Vorrichtung (optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) von der Ausführungsform 1 umfasst

(A) eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11,
(B) ein Montagesubstrat 50,
(C) ein Trägerelement 60, und
(D) ein Kühl-/Wärmeabstrahlelement 70, welches von einer Wärmesenke gebildet wird.

Das Trägerelement 60 ist durch ein Klebemittel 45 zum Die-Bonden an einer Fläche 50A von dem Montagesubstrat 50 befestigt, welches von einer gedruckten Leiterplatte gebildet wird, welche aus einer verkupferten Glasepoxidlaminatplatte gebildet ist. Währenddessen ist die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 mit der anderen Fläche 50B von dem Montagesubstrat 50 durch ein Klebemittel 43 zum Die-Bonden verbunden. Es ist zu beachten, dass eine Schaltung zum Verarbeiten eines Signals, welches von der Außenseite zum Ansteuern der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung eingegeben wird, und andere notwendige Schaltungen auf dem Montagesubstrat 50 vorgesehen sind. Dies gilt ähnlich auch für die Ausführungsformen 2 bis 4, welche hier nachfolgend beschrieben sind. Weiter ist das Kühl/Wärmeabstrahlelement 70 an dem Trägerelement 60 mittels Schrauben oder eines Klebemittels befestigt. Das Trägerelement 60 wirkt als eine Verbindungsplatte für das Kühl-/Wärmeabstrahlelement 70, welches von einer Wälrmesenke gebildet wird. Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe kann an einem Hauptabschnitt von der Bildformungsvorrichtung mittels Schrauben, eines Klebemittels oder dergleichen befestigt werden.
Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe umfasst in der Ausführungsform 1 weiter die Halbleiterchips 40, auf welchen eine Schaltung (beispielsweise ein 10-Bit- oder 12-Bittreiber), welche zum Ansteuern der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 notwendig ist, vorgesehen ist. Die Halbleiterchips 40 sind an der Fläche 50B von dem Montagesubstrat 50 durch das Klebemittel 44 zum Die-Bonden befestigt.
Es ist zu beachten, dass nach dem Kleben, bei welchem das Klebemittel 43, 44 oder 45 angewendet wird, es zum Kleben angewendet werden kann, indem es beispielsweise auf 130 bis 200°C angewärmt wird, obwohl dies von den Spezifikationen von dem Klebemittel 43, 44 oder 45 abhängig ist. Dies gilt ähnlich für die Ausführungsformen 2 und 4, welche hier nachfolgend beschrieben sind.
In der Ausführungsform 1 ist das Trägerelement 60 aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K gefertigt, insbesondere aus einer Aluminiumplatte (Al) mit ein Dicke (t) von 4 mm. Genauer ausgedrückt, das Trägerelement 60, welches aus Aluminium gefertigt ist, kann durch Stanzen hergestellt werden.
Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und das Trägerelement 60 sind durch ein Wärmeübertragungselement thermisch miteinander verbunden, welches im Inneren von dem Montagesubstrat 50 vorgesehen ist, insbesondere durch Wärmeübertragungsdurchgangslöcher 51. Die Wärmeübertragungsdurchgangslöcher 51 können durch das Ausbilden von Durchgangslöchern in dem Montagesubstrat 50 und das Füllen von einem Werkstoff (beispielsweise Kupfer oder Silber) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit in die Durchgangslöcher erhalten werden. Genauer ausgedrückt, ein Verfahren des Füllens von einem pastenartigen Werkstoff (beispielsweise Kupferpaste oder Silberpaste) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit in die Durchgangslöcher durch ein Siebdruckverfahren und ein Verfahren des Füllens von einem Werkstoff (beispielsweise Kupfer) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit durch ein Plattierungsverfahren kann angewendet werden. Ein Ende von jedem von den wärmeübertragungsdurchgangslöchern 51 kontaktiert indirekt (das heißt, durch das Klebemittel 43 oder 44) mit dem optischen Element (genauer ausgedrückt, mit dem Trägerelement 12, welches die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 bildet), oder kontaktiert mit einem Halbleiterchip 40. Das andere Ende von dem Wärmeübertragungsdurchgangsloch 51 kontaktiert indirekt (das heißt, durch das Klebemittel 45) mit dem Trägerelement 60.
Weiter sind die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40, und die Halbleiterchips 40 und die Leitungsstränge, welche auf dem Montagesubstrat 50 vorgesehen sind, elektrisch miteinander verbunden, beispielsweise durch aufgeklebte Leitungen. Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40 sind von einem Rahmenelement 41 umschlossen (gefertigt aus einem Wärmehärtungsharzwerkstoff). Weiter sind die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40 in das Vergusskunstharz 42 eingeschlossen, um die aufgeklebten Leitungen davon zu schützen. Wo die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40, und die Halbleiterchips 40 und die Leitungsstränge, welche auf dem Montagesubstrat 50 vorgesehen sind, durch aufgeklebte Leitungen auf diese Weise elektrisch miteinander verbunden sind, kann die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe in einer reduzierten Größe und mit einem reduzierten Gewicht ausgebildet werden.
In der Ausführungsform 1 und auch in den Ausführungsformen 2 bis 4, welche hier nachfolgend beschrieben werden, sind das Lichtübertragungselement 13, welches von einer Glasplatte in der Form von einer ebenen Platte gebildet wird, und das Trägerelement 12, wie konzeptiv in der 11 dargestellt ist, durch eine Niedrigschmelzpunktmetallwerkstoffschicht 14, welche aus Au₈₀Sn₂₀ gefertigt ist, zusammengefügt (befestigt).
In der Ausführungsform 1 kann, da das Trägerelement 60 angewendet wird und außerdem die Wälrmeübertragungsdurchgangslöcher 51 vorgesehen sind, die Wärme von der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Wärme von den Halbleiterchips 40 effizient zu dem Kühl/Wärmeabstrahlelement 70 übertragen werden. Außerdem kann in der Ausführungsform 1 unter Anwendung von dem Trägerelement 60 ein hoher Positionsgenauigkeitsgrad von dem optischen Beugungsgittermodulationselement 21 ausreichend gewährleistet werden, welches schwierig ist, wo nur ein Montagesubstrat 350 vorhanden ist, welches einen hohen linearen Ausdehnungskoeffizient besitzt (beispielsweise näherungsweise 14 × 10^–6/K, welcher höher als der lineare Ausdehnungskoeffizient 3,1 × 10^–6/K von dem Trägerelement 12 ist), und einen Elastizitätsmodul von näherungsweise 25 Gpa besitzt, und sehr flexibel ist.
Wo Wärmewiderstandswerte (Einheit: °C/W) mit Bezug auf die optische Vorrichtung (optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) von der Ausführungsform 1 berechnet wurden, wurden solche Werte erhalten, wie sie in der Tabelle 3 nachfolgend aufgelistet sind. Weiter sind die Ergebnisse der Berechnung von dem Wärmewiderstandswert mit Bezug auf die konventionelle Vorrichtung, welche in 13 dargestellt ist, wie jene von einem Vergleichsbeispiel 1 in der Tabelle 3 aufgelistet. Weiter sind die Ergebnisse der Berechnung von dem Wärmewiderstandswert mit Bezug auf die Struktur von der Ausführungsform 1, wo die Wärmeübertragungsdurchgangslöcher 51 nicht vorgesehen sind, wie jene von einem Vergleichsbeispiel 2 in der Tabelle 3 aufgelistet. Es ist zu beachten, dass S₁ und So eine Beziehung von S₁ = 0,1 × S₀ besitzen.
Tabelle 3
Anhand der Tabelle 3 kann unterschieden werden, dass, wo das Trägerelement 60 aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gefertigt ist, und das optische Element (die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11) und das Trägerelement 60 durch das Wärmeübertragungsmittel (die Wärmeübertragungsdurchgangslöcher 51) thermisch miteinander verbunden sind, welches in dem Montagesubstrat 50 vorgesehen ist, der Wärmewiderstandswert in dem Gesamtsystem in der Ausführungsform 1 auf näherungsweise 1/14 reduziert werden kann, wenn er mit jenem in dem Vergleichsbeispiel 1 verglichen wird.
Ausführungsform 2
Eine Ausführungsform 2 bezieht sich auf eine optische Vorrichtung und eine Bildformungsvorrichtung gemäß Anspruch 4. Die optische Vorrichtung von der Ausführungsform 2 umfasst eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung, bei welcher eine Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen (GLV) in einem eindimensionalen Feld angeordnet ist. Auch die Bilderzeugungsvorrichtung von der Ausführungsform 2 umfasst die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe und eine Lichtquelle (Halbleiterlaser), ähnlich zu dieser, welche hier oben mit Bezug auf die 12 beschrieben ist. Eine schematische Teilschnittansicht von der optischen Vorrichtung (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) von der Ausführungsform 2 ist in der 1B dargestellt, und eine schematische Teilperspektivansicht von einem Montagesubstrat von der optischen Vorrichtung (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) ist in der 5A dargestellt. Weiter ist eine schematische Teilperspektivansicht von dem Montagesubstrat und einem Trägerelement von der optischen Vorrichtung (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) in der 5B dargestellt, und ist eine schematische Teildraufsicht von dem Montagesubstrat in der 6A dargestellt. Es ist zu beachten, dass in den 6A, 6B, 7A, 7B und 3B die Position, an welcher eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung angeordnet wird, durch eine Strichpunktlinie gekennzeichnet ist, und die Position, an welcher ein Halbleiterchip angeordnet wird, durch eine Strichlinie gekennzeichnet ist.
Genauer ausgedrückt, die optische Vorrichtung (optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) von der Ausführungsform 2 umfasst

(A) eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11,
(B) ein Montagesubstrat 150, und
(C) ein Trägerelement 160.

Das Montagesubstrat 150 wird von einer gedruckten Leiterplatte gebildet, welche aus einer verkupferten Glasepoxidlaminatplatte gebildet ist, und besitzt eine Öffnung 152, welche darin ausgebildet ist. Das Trägerelement 160 ist an einer Fläche 150A von dem Montagesubstrat 150 durch das Klebemittel 45 zum Die-Bonden befestigt, ähnlich wie in der Ausführungsform 1. Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 ist durch das Klebemittel 43 zum Die-Bonden an einem Abschnitt (Trägerelementprojektion 161) von dem Trägerelement 160 befestigt, welcher zu der Außenseite durch die Öffnung 152 exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat 150 ausgebildet ist. Die Oberfläche von der Trägerelementprojektion 161 ist im Wesentlichen auf gleicher Ebene mit der anderen Fläche 150B von dem Montagesubstrat 150. Weiter ist das Kühl/Wärmeabstrahlelement 70, welches von einer Wärmesenke gebildet wird, an dem Trägerelement 160 mittels Schrauben oder eines Klebemittels befestigt, obwohl dies nicht wesentlich ist.
Die optische
Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe umfasst in der Ausführungsform 2 weiter die Halbleiterchips 40, welche wiederum jeder eine Schaltung umfassen (beispielsweise einen 10-Bit- oder 12-Bittreiber), welche zum Ansteuern der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 notwendig ist. Die Halbleiterchips 40 sind durch das Klebemittel 44 zum Die-Bonden an der Fläche 150B von dem Montagesubstrat 150 befestigt. Weiter sind die Halbleiterchips 40 und das Trägerelement 160 durch ein Wärmeübertragungsmittel thermisch miteinander verbunden, welches in dem Montagesubstrat 150 vorgesehen ist, insbesondere durch Wärmeübertragungsdurchgangslöcher 151, welche in dem Montagesubstrat 150 vorgesehen sind. Jedes von den Wärmeübertragungsdurchgangslöchern 151 kontaktiert an einem Ende davon indirekt (das heißt, durch das Klebemittel 44) mit einem Halbleiterchip 40, und kontaktiert an dem anderen Ende davon indirekt (das heißt, durch das Klebemittel 45) mit dem Trägerelement 160.
Auch in der Ausführungsform 2 wird das Trägerelement 160 aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gebildet, genauer ausgedrückt, aus einer Aluminiumplatte (Al), welche an der Trägerelementprojektion 161 davon eine Dicke von 4 mm besitzt, aber an dem anderen Abschnitt davon eine andere Dicke von 1,6 mm besitzt. Genauer ausgedrückt, das Trägerelement 160, welches aus Aluminium gefertigt ist, kann durch Stanzen ausgebildet werden.
Auch in der Ausführungsform 2 sind die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40, und die Halbleiterchips 40 und die Schaltungen als Leitungsstränge, welche auf dem Montagesubstrat 150 vorgesehen sind, durch aufgeklebte Leitungen elektrisch miteinander verbunden. Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40 sind von einem Rahmenelement 41 (gefertigt aus einem Wärmehärtungsharzwerkstoff) umschlossen, und sind in Vergusskunstharz 42 eingebettet, um die aufgeklebten Leitungen zu schützen. Wo die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40, und die Halbleiterchips 40 und die Schaltungen als Leitungsstränge durch die aufgeklebten Leitungen auf diese Weise elektrisch miteinander verbunden sind, kann die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung in einer reduzierten Größe und mit einem reduzierten Gewicht ausgebildet werden.
In der Ausführungsform 2 kann, da die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 an dem Abschnitt (Trägerelementprojektion 161) von dem Trägerelement 160 befestigt ist, welcher in der Öffnung 152 exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat 150 ausgebildet ist, die Wärme von der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 effizient abgestrahlt werden. Folglich kann ein hoher Positionsgenauigkeitsgrad von dem optischen Beugungsgittermodulationselement 21 ausreichend gewährleistet werden.
Der Wärmewiderstandswert wurde mit Bezug auf die optische Vorrichtung (optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) von der Ausführungsform 2 berechnet. Die Berechnung zeigte, dass die Wärmewiderstandswerte (Einheit: °C/W) von den Stellen im Wesentlichen gleiche Werte aufwiesen wie jene, welche in der Tabelle 3 aufgelistet sind, und die Werte repräsentieren, welche von der Ausführungsform 1 erhalten wurden (genauer ausgedrückt, Werte, welche um 0,002°C/W erhöht sind).
Es ist zu beachten, dass die Öffnung 152 in einem Bereich vorgesehen werden kann, welcher im Abstand zu einem Rand des Montagesubstrats 150 angeordnet ist, wie dargestellt in der 6A, oder gleich einem Ausschnitt entlang eines Randabschnitts 150C des Montagesubstrats 150 vorgesehen werden kann, wie dargestellt in der 6B.
Ausführungsform 3
Die Ausführungsform 3 ist eine Modifikation zu der Ausführungsform 2. In der Ausführungsform 2 sind die Halbleiterchips 40 an der Fläche 150B von dem Montagesubstrat 150 befestigt. Auf der anderen Seite sind in der Ausführungsform 3 die Halbleiterchips 40 an dem Abschnitt (Trägerelementprojektion 161) von dem Trägerelement 160, welcher in der Öffnung 152 exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat 150 ausgebildet ist, mittels eines Klebemittels 44 zum Die-Bonden befestigt, wie dargestellt in 2A, welche eine schematische Teilschnittansicht von der optischen Vorrichtung (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) zeigt. Es ist zu beachten, dass die schematische Teilperspektivansicht von dem Montagesubstrat 150 dieselbe ist, wie jene, welche in der 5A dargestellt ist, und die schematische Teilperspektivansicht von dem Montagesubstrat 150 und dem Trägerelement 160 ähnlich ist, wie jene, welche in der 5B dargestellt ist. Eine schematische Teildraufsicht von dem Montagesubstrat 150 ist in der 7A dargestellt.
Mit Ausnahme eines solchen Befestigungszustands von den Halbleiterchips 40, wie er eben beschrieben worden ist, sind die Konfiguration und die Struktur von dem optischen Element (der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung), der optischen Vorrichtung (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) und der Bilderzeugungsvorrichtung dieselben wie jene, welche hier oben in Verbindung mit der Ausführungsform 2 beschrieben sind. Deshalb wird eine überlappende Beschreibung von ihnen hier weggelassen, um eine Redundanz zu vermeiden.
Es ist zu beachten, dass die Öffnung 152 in einem Bereich vorgesehen werden kann, welcher im Abstand zu einem Rand des Montagesubstrats 150 angeordnet ist, wie dargestellt in der 7A, oder in der Form von einem Ausschnitt entlang des Randabschnitts 150C des Montagesubstrats 150 vorgesehen werden kann, wie dargestellt in der 7B.
Ausführungsform 4
Die Ausführungsform 4 bezieht sich auf eine optische Vorrichtung und eine Bilderzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 6. Die optische Vorrichtung von der Ausführungsform 4 umfasst insbesondere eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung, bei welcher eine Vielzahl von optischen Beugungsgittermodulationselementen (GLV) in einem eindimensionalen Feld angeordnet ist. Außerdem umfasst die Bildformungsvorrichtung von der Ausführungsform 4 eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe und eine Lichtquelle (Halbleiterlaser), ähnlich zu der Vorrichtung, welche in der 12 dargestellt ist. Eine schematische Teilschnittansicht von der optischen Vorrichtung (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) von der Ausführungsform 4 ist in der 3A dargestellt, und eine schematische Teildraufsicht von einem Montagesubstrat und einem Trägerelement ist in der 3B dargestellt.
Genauer ausgedrückt, die optische Vorrichtung (optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) von der Ausführungsform 4 umfasst, ähnlich wie in der Aussführungsform 2,

(A) ein optisches Element (eine optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11),
(B) ein Montagesubstrat 250, und
(C) ein Trägerelement 260.

Das Trägerelement 260 ist an einer Fläche 250A von dem Montagesubstrat 250 durch das Klebemittel 45 zum Die-Bonden derart befestigt, dass es sich von einem Randabschnitt 250C des Montagesubstrats 250, welches von einer verkupferten Glasepoxidlaminatplatte gebildet wird, zu der Außenseite von dem Montagesubstrat 250 erstreckt. Währendessen ist das optische Element (die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11) an einem Abschnitt (Trägerelementprojektion 261) von dem Trägerelement 260, welcher sich zu der Außenseite von dem Montagesubstrat 250 erstreckt, durch das Klebemittel 43 zum Die-Bonden befestigt. Weiter ist das Kühl/Wärmeabstrahlelement 70, welches von einer Wärmesenke gebildet wird, an dem Trägerelement 260 mittels Schrauben oder eines Klebemittels befestigt, obwohl dies nicht wesentlich ist.
Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe umfasst in der Ausführungsform 4 weiter die Halbleiterchips 40, von welchen auf jedem eine Schaltung (beispielsweise ein 10-Bit- oder 12-Bittreiber), welche zum Ansteuern der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 notwendig ist, vorgesehen ist. Die Halbleiterchips 40 sind an dem Trägerelement 260 durch das Klebemittel 44 zum Die-Bonden befestigt.
Außerdem wird in der Ausführungsform 4 das Trägerelement 260 aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/m·K oder höher gebildet, genauer ausgedrückt, von einer Aluminiumplatte (Al), welche an der Trägerelementprojektion 261 davon eine Dicke von 4 mm besitzt, aber an dem anderen Abschnitt davon eine andere Dicke von 1,6 mm besitzt. Genauer ausgedrückt, das Trägerelement 260, welches aus Aluminium gefertigt ist, kann durch Stanzen ausgebildet werden.
Außerdem sind in der Ausführungsform 4 die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40, und die Halbleiterchips 40 und die Schaltungen als Leitungsstränge, welche auf dem Montagesubstrat 150 vorgesehen sind, durch aufgeklebte Leitungen elektrisch miteinander verbunden. Die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40 sind von einem Rahmenelement 41 (gefertigt aus einem Wärmehärtungsharzwerkstoff) umschlossen, und sind in Vergusskunstharz 42 eingebettet, um die aufgeklebten Leitungen zu schützen. Wo die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 und die Halbleiterchips 40, und die Halbleiterchips 40 und die Schaltungen als Leitungsstränge durch die aufgeklebten Leitungen auf diese Weise elektrisch miteinander verbunden sind, kann die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung in einer reduzierten Größe und mit einem reduzierten Gewicht ausgebildet werden.
In der Ausführungsform 4 kann, da die optische Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 an der Trägerelementprojektion 261 befestigt ist, die Wärme von der optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtung 11 effizient abgestrahlt werden. Folglich kann ein hoher Positionsgenauigkeitsgrad von dem optischen Beugungsgittermodulationselement 21 ausreichend gewährleistet werden.
Der Wärmewiderstandswert wurde mit Bezug auf die optische Vorrichtung (optische Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) von der Ausführungsform 4 berechnet. Die Berechnung zeigte, dass die Wärmewiderstandswerte (Einheit: °C/W) von den Stellen im Wesentlichen gleiche Werte aufwiesen, wie jene, welche von der Ausführungsform 2 erhalten wurden.
Mit Ausnahme des Vorhergehenden können die Konfiguration und die Struktur von der optischen Vorrichtung (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppe) von der Ausführungsform 4 dieselben sein, wie jene, welche hier oben in Verbindung mit der Ausführungsform 2 beschrieben sind. Deshalb wird eine überlappende Beschreibung von ihnen hier weggelassen, um eine Redundanz zu vermeiden.
Es ist zu beachten, dass die Halbleiterchips 40 auf andere Weise an der anderen Fläche 250B von dem Montagesubstrat 250 mittels eines Klebemittels zum Die-Bonden befestigt werden können. In diesem Fall sind die Halbleiterchips 40 und das Trägerelement 260 vorzugsweise durch ein Wärmeübertragungsmittel thermisch miteinander verbunden, welches in dem Montagesubstrat 250 vorgesehen ist, insbesondere durch die Wärmeübertragungsdurchgangslöcher. Die Wärmeübertragungsdurchgangslöcher können derart konfiguriert werden, dass jedes von ihnen an einem Ende davon indirekt (das heißt, durch das Klebemittel) mit einem Halbleiterchip 40 kontaktiert, und an dem anderen Ende davon indirekt (das heißt, durch das Klebemittel 45) mit dem Trägerelement 260.
Während die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen davon beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf sie. Die Strukturen und die Konfigurationen von den optischen Beugungsgittermodulationselementen, den optischen Elementen (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungen), den optischen Vorrichtungen (optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppen) und den Bilderzeugungsvorrichtungen dienen lediglich zur Veranschaulichung und können entsprechend geändert werden. Außerdem dienen die Werkstoffe, welche die verschiedenen Elemente von den optischen Beugungsgittermodulationsvorrichtungsbaugruppen und den optischen Beugungsgittermodulationselementen bilden, und die Abmessungen von den Elementen und so weiter lediglich zur Veranschaulichung und können entsprechend geändert werden.
Wo die Wärmemenge, welche von den Halbleiterchips erzeugt wird, klein ist, brauchen die Wärmeübertragungsdurchgangslöcher zum thermischen Miteinanderverbinden von dem Halbleiterchip und dem Trägerelement nicht vorgesehen werden.
Obwohl in der Ausführungsform 2 die Trägerelementprojektion 161 auf dem Trägerelement 160 vorgesehen ist, kann die Oberfläche von dem Abschnitt von dem Trägerelement 160, welcher in der Öffnung 152 exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat 150 ausgebildet ist, im Wesentlichen auf einer Ebene mit der Fläche 150A von dem Montagesubstrat 150 sein, wie von der schematischen Teilschnittansicht von 2B gesehen wird. Es ist zu beachten, dass auch die Struktur, welche eben beschrieben worden ist, bei der Ausführungsform 3 oder der Ausführungsform 4 angewendet werden kann.
Während in den Ausführungsformen, welche oben beschrieben sind, die Trägerelemente 60, 160 und 260 aus Aluminium (Al) gefertigt sind, können sie ansonsten aus Kupfer (Cu), einer Beryllium-Kupfer-Legierung, Silber oder Gold gefertigt sein. Alternativ können sie aus einem Werkstoff aus zumindest zwei Werkstoffen gefertigt sein, welche aus einer Gruppe ausgewählt werden, welche aus den genannten Werkstoffen besteht. In diesem Fall ist das Trägerelement vorzugsweise in einer Mehrschichtstruktur ausgebildet.
Während sich in den Ausführungsformen, welche oben beschrieben sind, die Oberseitenflächen von den beweglichen Elektroden 32 und die Oberseitenflächen von den fixierten Elektroden 31 parallel zu der Oberseitenfläche von der unteren Elektrode 22 erstrecken, können die beweglichen Elektroden 32 und die fixierten Elektroden 31 als Elektroden von dem Blazetyp ausgebildet werden, welche um einen Blazewinkel θ_D mit Bezug auf die Oberseitenfläche von der unteren Elektrode 22 geneigt sind, so dass, beispielsweise nur gebeugtes Licht von + erster Ordnung (m = +1) emittiert werden kann.
Während bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Anwendung von spezifischen Begriffen beschrieben worden sind, ist eine solche Beschreibung nur für Erläuterungszwecke, und es ist zu verstehen, dass Änderungen und Variationen gemacht werden können, ohne sich von dem Anwendungsbereich der nachfolgenden Ansprüche zu entfernen.

Claims

Optische Vorrichtung, welche umfasst: ein optisches Element (11); ein Montagesubstrat (50); ein Trägerelement (60); und ein Kühl-/Wärmeabstrahlelement (70); wobei das Trägerelement (60) an einer ersten Fläche (50A) des Montagesubstrats (50) befestigt ist; wobei das optische Element (11) an einer zweiten Fläche (50B) des Montagesubstrats (50) befestigt ist; wobei das Kühl-/Wärmeabstrahlungselement (70) an dem Trägerelement (60) befestigt ist; wobei das optische Element (11) und das Trägerelement (60) thermisch mittels eines Wärmeübertragungselements (51) miteinander verbunden sind, welches im Inneren des Montagesubstrats (50) vorgesehen ist; wobei das Trägerelement (60) aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 30 W/mK oder höher gefertigt ist; wobei die optische Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das optische Element (11) aus einer optischen Modulationsvorrichtung (11) mit einem Beugungsgitter gebildet ist, einschließlich einer unteren Elektrode (22), einer bandförmigen fixierten Elektrode (31), die über der unteren Elektrode (22) gelagert ist, und einer bandförmigen beweglichen Elektrode (32), die über der unteren Elektrode (22), und nebengeordnet zu der fixierten Elektrode (31) gelagert, einer Vielzahl von optischen Modulationselementen (21) mit einem Beugungsgitter, von welchen jedes ein Beugungsgitter umfasst, welches aus der beweglichen Elektrode (32) und der fixierten Elektrode (31) gebildet ist, wobei die bewegliche Elektrode (32) in Richtung zu der unteren Elektrode (22) durch eine elektrostatische Kraft verschoben wird, welche durh das Anlegen von Spannungen an die bewegliche Elektrode (32) und die untere Elektrode (22) erzeugt wird und zwischen der beweglichen Elektrode (32) und der unteren Elektrode (22) wirkt, die auf einer Oberfläche des Trägerelements ausgebildet ist..
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Wärmeübertragungselement aus einem Durchgangsloch (51) zur Wärmeübertragung gebildet ist, das im Inneren des Montagesubstrats (50) ausgebildet ist.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, welche weiter einen Halbleiterchip (40) mit einer Schaltung umfasst, welche zum Ansteuern des optischen Elements (11) benötigt wird, wobei der Halbleiterchip (40) an der zweiten Fläche (50B) des Montagesubstrats (50) befestigt ist.
Optische Vorrichtung, welche umfasst: ein optisches Element (11); ein Montagesubstrat (150) zur Montage von Halbleiterchips (40); und ein Trägerelement (160); wobei das Montagesubstrat (150) eine darin ausgebildete Öffnung (152) aufweist: wobei das Trägerelement (160) an einer Fläche (150A) des Montagesubstrats (150) befestigt ist; wobei das optische Element (11) an einem Abschnitt (161) des Trägerelements (160) befestigt ist, welcher zu der Öffnung (152) exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat (150) ausgebildet ist; wobei das Trägerelement (160) aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/mK oder höher gefertigt ist; wobei die optische Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das optische Element (11) aus einer optischen Modulationsvorrichtung mit einem Beugungsgitter gebildet ist, einschließlich einer unteren Elektrode (22), einer bandförmigen fixierten Elektrode (31), die über der unteren Elektrode (22) gelagert ist, und einer bandförmigen beweglichen Elektrode (32), die über der unteren Elektrode (22), und nebengeordnet zu der fixierten Elektrode (31) gelagert ist, einer Vielzahl von optischen Modulationselementen (21) mit einem Beugungsgitter, von welchen jedes ein Beugungsgitter umfasst, welches aus der beweglichen Elektrode (32) und der fixierten Elektrode (31) gebildet ist, wobei die bewegliche Elektrode (32) in Richtung zu der unteren Elektrode (22) durch eine elektrostatische Kraft verschoben wird, welche durch das Anlegen von Spannungen an die bewegliche Elektrode (32) und die untere Elektrode (22) erzeugt wird und zwischen der beweglichen Elektrode (32) und der unteren Elektrode (22) wirkt, die auf einer Oberfläche des Trägerelements ausgebildet ist.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 4, welche weiter einen Halbleiterchip (40) mit einer Schaltung umfasst, welche zum Ansteuern des optischen Elements (11) benötigt wird, wobei der Halbleiterchip (40) an einem Abschnitt (161) des Trägerelements (160) befestigt ist, welcher zu der Öffnung (152) exponiert ist, welche in dem Montagesubstrat (150) ausgebildet ist.
Optische Vorrichtung, welche umfasst: ein optisches Element (11); ein Montagesubstrat (250) zur Montage von Halbleiterchips (40); und ein Trägerelement (260); wobei das Trägerelement (260) an einer Fläche (250A) des Montagesubstrats (250) befestigt ist, und zwar derart, dass es sich von einem Randabschnitt (250C) des Montagesubstrats (250) aus bis zu einer Fläche (250A) des Montagesubstrats (250) erstreckt; wobei das optische Element (11) an einem Abschnitt (261) des Trägerelements (260) befestigt ist, welcher sich bis zur Außenseite des Montagesubstrats (250) erstreckt: wobei das Trägerelement (260) aus einem Werkstoff mit einer Wärmeleitfähigkeit von 230 W/mK oder höher gefertigt ist; wobei die optische Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass das optische Element (11) aus einer optischen Modulationsvorrichtung mit einem Beugungsgitter gebildet ist. einschließlich einer unteren Elektrode (22), einer bandförmigen fixierten Elektrode (31), die über der unteren Elektrode (22) gelagert ist, und einer bandförmigen beweglichen Elektrode (32), die über der unteren Elektrode (22), und nebengeordnet zu der fixierten Elektrode (31) gelagert ist, einer Vielzahl von optischen Modulationselementen (21) mit einem Beugungsgitter, von welchen jedes ein Beugungsgitter umfasst, welches aus der beweglichen Elektrode (32) und der fixierten Elektrode (31) gebildet ist, wobei die bewegliche Elektrode (32) in Richtung zu der unteren Elektrode (22) durch eine elektrostatische Kraft verschoben wird, welche durch glas Anlegen von Spannungen an die bewegliche Elektrode (32) und die untere Elektrode (22) erzeugt wird und zwischen der beweglichen Elektrode (32) und der unteren Elektrode (22) wirkt, die auf einer Oberfläche des Trägerelements ausgebildet ist.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 4 und 6, welche weiter ein Kühl-/Wärmeabstrahlelement (70) umfasst, welches an dem Trägerelement (160; 260) befestigt ist.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 4 und 6, wobei das Trägerelement (60; 160; 260) aus Aluminium, Kupfer, einer Beryllium-KupferLegierung, Silber oder Gold gefertigt ist.
Optische Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 4 und 6, wobei das Montagesubstrat (50; 150; 250) aus einer gedruckten Leiterplatte gebildet ist.
Optische Vorrichtung gemäß Anspruch 6, welche weiter einen Halbleiterchip (40) mit einer Schaltung umfasst, welche zum Ansteuern des optischen Elements (11) benötigt wird, wobei der Halbleiterchip (40) an einem Abschnitt (261) des Trägerelements (260) befestigt ist, welcher sich bis zur Außenseite des Montagesubstrats (250) erstreckt.
Bilderzeugungsvorrichtung, welche umfasst, eine Lichtquelle; und eine optische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das optische Element (11) zum Emittieren von Licht vorgesehen ist, welches von der Lichtquelle kommt.
Bilderzeugungsvorrichtung, welche umfasst: eine Lichtquelle; und eine optische Vorrichtung gemäß Anspruch 4, wobei das optische Element (11) zum Emittieren von Licht vorgesehen ist, welches von der Lichtquelle kommt.
Bilderzeugungsvorrichtung, welche umfasst: eine Lichtquelle; und eine optische Vorrichtung gemäß Anspruch 6, wobei das optische Element (11) zum Emittieren von Licht vorgesehen ist, welches von der Lichtquelle kommt.