JP2008058604A - マイクロミラーアレイデバイス - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーアレイ内のミラー間の駆動感度特性のばらつきを抑制したマイクロミラーアレイデバイスを提供する。
【解決手段】マイクロミラー１０１は、ヒンジ１０４を介して、フレーム領域１２０に接続される。フレーム領域１２０の外側には接続領域１１０が隣接して形成され、接続領域１１０にはバンプ１０３が形成される。駆動配線基板２０１には、駆動電極２０２等が形成されている。マイクロミラーアレイ１０１は、接続領域１１０のバンプ１０３を介して、駆動配線基板２０１と電気的に接続される。かかる構成によれば、接続領域１１０がフレーム領域１２０とは別に配設されるため、ヒンジ１０４がバンプ等の接続部材１０３からの熱や機械的な応力の影響を受け難い。従って、特定のヒンジ１０４がバンプ１０３の影響を受けることが無いため、全てのマイクロミラーで駆動特性が均一なマイクロミラーアレイデバイスを提供することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロミラーアレイデバイスに関し、例えば、ＷＳＳ（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｓｗｉｔｃｈ）などに採用されるマイクロミラーアレイデバイスに関する。

従来、特許文献１に開示されるように、マイクロミラーアレイチップを駆動配線基板に接続する場合、Ａｕバンプ、ソルダバンプなどにより、ミラーとミラーの間の多数のスペースを利用して接続する技術が知られている。

具体的には、例えば、図１２に示すように、フレーム２２に回動可能に取り付けられているミラー２１を含むミラー層２０と、電極２４を含む駆動層２３（駆動配線基板）と、を含んで構成され、ミラー層２０のフレーム２２は、金属化領域２５の間に提供されるソルダボールボンド２６を介して、駆動層２３と接続される。

米国特許第６，４４２，３０７号明細書

上述したような従来のデバイスにおけるマイクロミラーアレイを含むフレームと駆動配線基板との接合方法としては、フリップチップボンディングなどの方法により、加熱、加圧して接続することが想定される。

しかしながら、バンプをマイクロミラーのヒンジ近くに配設した場合、接続時の圧力や温度が、バンプを介して、ミラーのヒンジ部に機械的応力や熱応力延いては機械的・熱的ダメージ等の悪影響を与えることとなり、以ってバンプに近いミラーのヒンジの機械的特性のみが大きく変化してしまい、アレイ内の場所によりミラーの駆動感度特性に大きなばらつきが生じてしまうという問題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、接続部材に起因する特定の弾性部材（ヒンジ）への影響を低減し、ほぼ均一な特性のミラーアレイを実現し、以ってミラーアレイ内のミラー間の駆動感度特性のばらつきを抑制することができるマイクロミラーアレイデバイスを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、駆動可能な複数のマイクロミラーを有するマイクロミラーアレイデバイスにおいて、前記マイクロミラーを駆動するための駆動電極を有する第１の基板と、フレーム領域と、接続領域とを有するマイクロミラーアレイと、を備え、前記フレーム領域と前記接続領域は互いに交わらないように形成され、前記フレーム領域には複数の前記マイクロミラーが形成され、前記接続領域には前記第１の基板と接続する接続部材が形成されていることを特徴とする。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記の接続領域はフレーム領域を空間に保持するためにフレーム領域に隣接して設けられ、前記フレーム領域は、複数の前記マイクロミラーを一体的に空間に保持する機能を有し、前記フレーム領域の、前記接続部材が前記弾性部材に影響を与えない領域に、前記弾性部材および前記マイクロミラーを形成することを特徴とすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記フレーム領域は、複数の前記マイクロミラーを一体的に空間に保持するために、前記弾性部材に隣接して配置され、前記接続領域はフレーム領域を空間に保持するために前記フレーム領域の外側に設けられていることを特徴とすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記接続領域には、複数の前記接続部材が形成され、前記接続部材は電気的な導通性を有することを特徴とすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記フレーム領域には前記マイクロミラーが１次元に並んだミラーアレイが形成され、前記接続領域は前記マイクロミラーアレイの列方向で、前記フレーム領域の外側に配置されることを特徴とすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記マイクロミラーアレイの列方向に、複数の接続部材を並べて配置した接続領域を有することを特徴とすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記フレーム領域には、１次元に並んだ前記マイクロミラーアレイが複数列平行に配置されたことを特徴とすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記マイクロミラーアレイの前記マイクロミラーは、前記マイクロミラーの列方向と平行な軸まわりに偏向可能であることを特徴とすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記接続部材は、金属部材からなることを特徴とすることができる。

また、本発明の好ましい態様によれば、前記接続部材は、金属部材と、接着剤から構成されたことを特徴とすることができる。

本発明によれば、接続部材に起因する特定の弾性部材（ヒンジ）への影響を低減して、ほぼ均一な特性のミラーアレイを実現でき、以ってミラーアレイ内のミラー間の駆動感度特性のばらつきが抑制されたマイクロミラーアレイデバイスを提供することができる。

以下に、本発明にかかるマイクロミラーアレイデバイスの実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
また、以下に説明する各実施例において同様の要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する場合がある。

図１〜図３は、本発明の実施例１にかかるマイクロミラーアレイデバイス１００を示す図である。図１は、マイクロミラーアレイデバイス１００の上面構成を示している。図２は、マイクロミラーアレイデバイス１００の裏面（下面）構成を示している。図３は、マイクロミラーアレイデバイス１００の断面構成を示している。図１〜図３に示されるように、本実施例に係るマイクロミラーアレイデバイス１００は、マイクロミラーアレイ１００Ａの外側に、接続領域１１０を設け、そこで駆動配線基板２０１と接続している。

図１、図２に示すように、マイクロミラー（以下、適宜「ミラー」という。）１０１と、フレーム領域１２０は弾性部材であるヒンジ１０４で接続され、マイクロミラー１０１は図１の左右方向（すなわち、図３の矢印方向）に偏向可能である。図１に示すように、フレーム領域１２０の外側には接続領域１１０がフレーム領域１２０に隣接して形成されている。接続領域１１０には、接続部材としてバンプ１０３が形成されている。

一方、駆動配線基板２０１には、マイクロミラー１０１を静電力で駆動させるための駆動電極２０２と、駆動電極２０２や、マイクロミラーアレイ１００Ａに通電させるための配線（図示せず）や、接続用のパッド（図示せず）が形成されている。

そして、接続領域１１０のバンプ１０３により、マイクロミラーアレイ１００Ａは駆動配線基板２０１と電気的に接続され、マイクロミラー１０１と駆動電極２０２に電位差を与えることが可能に構成される。

なお、バンプ１０３は、半田などから構成されるソルダバンプや、金のワイヤーから形成される金バンプ、スタッドバンプなどが採用可能である。

これにより、金属部材からなるバンプ１０３を配置するため、マイクロミラーアレイ１００Ａを電気的に接続することが可能である。また、金属部材であるバンプ１０３は外力により塑性変形するため、フレーム領域１２０が平坦に形成されるように、金属部材を適切に変形させることが可能である。従って、マイクロミラーアレイに電気的な接続が可能で、フレーム領域１２０の平坦性が高い、マイクロミラーアレイデバイスを得ることができる。

また、接続領域１１０が複数のマイクロミラー１０１を保持するフレーム領域１２０とは独立して別に配置されるため、ヒンジ１０４が接続部材からの熱や応力の影響を受けない。

従って、特定のヒンジ１０４が接続領域１１０の影響を受けることが無く、従ってほぼ均一な特性のミラーアレイとなるため、全てのミラー１０１で駆動特性が均一なマイクロミラーアレイデバイス１００を得ることができる。

また、バンプ１０３は、電気的な導通性を有するため、ミラーアレイを所望の部位に電気的に接続し、所望の電位を与えることが可能であるため、マイクロミラー１０１を電気的な駆動力により偏向可能とすることが可能である。従って、駆動可能なマイクロミラーアレイデバイス１００を得ることができる。

また、フレーム領域１２０や駆動配線基板２０１は、Ｓｉなどの半導体基板を用いることにより、高密度化や微細化されたアレイ構造を容易に形成することが可能である。もちろん、発明の概念に外れない範囲で様々な材料を使用することが可能である。

さらに、接続領域１１０とフレーム領域１２０は、同じ材料でも別々な領域として構成することにより、必要な機能を発現するが、異なる材料を意図的に選び、より強い作用を持たせることも有用である。

上記構成を備える本実施例に係るマイクロミラーアレイデバイス１００によれば、接続領域１１０がフレーム領域１２０とは別に配設されるため、弾性部材（ヒンジ）１０４がバンプ等の接続部材１０３からの熱や機械的な応力の影響を受けない。

このように、バンプが、ミラーアレイの外側の接続領域にのみ設けられるため、バンプとヒンジの距離が離れることにより、バンプによる熱応力や、熱の伝達範囲が接続領域に限られる。つまり、バンプに特異的に近いミラーが無いため、ヒンジの特性に大きな影響を受けるミラーが発生しない。従って、ミラーごとの駆動特性に大きなばらつきが生じることを防ぐことができる。

すなわち、特定のヒンジ１０４がバンプ１０３の影響を受けることが無く、従ってほぼ均一な特性のマイクロミラーアレイとなるため、全てのマイクロミラーで駆動特性が均一なマイクロミラーアレイデバイスを得ることができる。

更に、１次元アレイでは、フレーム領域１２０が１次元方向に細く長い構成であるため、フレームが変形しやすいなど、接続部材から受ける影響が特に大きい。本実施例では、フレーム領域１２０の外側に接続領域１１０を設けるため、ミラー１０１のヒンジ１０４が金属部材の影響を受けにくい。このため、１次元のアレイでも全てのミラー１０１のヒンジ１０４がほぼ均一な特性を維持できる。

次に、本発明の実施例２について説明する。図４、図５は、本発明の実施例２にかかるマイクロミラーアレイデバイス３００を示す図である。図４は、マイクロミラーアレイデバイス３００の下面構成を示している。図５は、マイクロミラーアレイデバイス３００の断面構成を示している。

本実施例は、図１で説明したと同様の接続領域１１０に、２つの接続部材として例えばバンプ１０３ａ、１０３ｂを配設して、接続した例を示す。

本実施例では、図４、図５に示すように、１次元のマイクロミラーアレイ１００Ａのフレーム領域１２０の外側に、接続領域１１０を設け、その接続領域１１０には、マイクロミラーアレイ１００Ａの並び方向（列方向）にそれぞれ２つのバンプ１０３ａ、１０３ｂを並べて、計４箇所、８個のバンプを設けている。

接続領域１１０はバンプ１０３ａ、１０３ｂを用いて駆動配線基板２０１と電気的および機械的に接続されている。

それぞれのマイクロミラー１０１は、駆動配線基板２０１上の駆動電極２０２により静電引力でそれぞれ独立して駆動可能な構成となっている。

ここで、例えば、マイクロミラーアレイ１００Ａが、図４の長手方向（アレイの並び方向）に反ってしまう場合も考えられる。かかる場合には、マイクロミラー１０１ごとに駆動電極基板２０１との距離が異なることになるため、静電引力が異なることになり、駆動感度がそれぞれ異なってしまうおそれがある。

この結果、マイクロミラー１０１ごとに駆動可能な範囲や、駆動させる分解能に違いが生じてしまうことになり、均一なマイクロミラーアレイを得ることができなくなる場合がある。

このような場合でも、本実施例に係るマイクロミラーアレイデバイスによれば、複数のバンプ１０３ａ、１０３ｂをマイクロミラーアレイ１００Ａの並び方向（列方向）に並べることでマイクロミラーアレイ１００Ａの反りを矯正するようにマイクロミラーアレイ１００Ａを支えることになる。このため、マイクロミラー１０１と駆動電極２０２の距離を一定にすることが可能である。

１次元のミラーアレイにおいては、接続領域１１０がアレイの並び方向（列方向）の外側に配置される。つまり、細長いアレイの両端で接続され、中央付近は拘束されないため、アレイ全体のたわみが発生しやすい。本発明では、アレイの並ぶ方向に複数の金属部材からなるバンプ１０３ａ、１０３ｂを並べて配置している。このため、金属部材が接続される複数の点でバンプ１０３ａ、１０３ｂ（接続部材）の傾きを固定することが可能である。この作用により、アレイ全体のたわみを抑制することができる。この結果、ミラー１０１と電極のギャップもアレイ全体で均一になり、ヒンジ特性のみならず駆動力も均一となる。従って、全てのミラー１０１において駆動特性が均一なミラーアレイデバイスを得ることができる。

次に、本発明の実施例３について説明する。図６は、本発明の実施例３にかかるマイクロミラーアレイデバイス４００を示す図である。

本実施例は、２次元アレイへの適用例である。図６に示すように、２次元アレイにおいても、フレーム領域１２０とは別に配設される接続領域１１０にバンプ１０３を設けることにより、バンプ１０３からのマイクロミラー１０１のヒンジ１０４への悪影響を回避することが可能である。

従って、本実施例においても、ほぼ均一な特性のマイクロミラーアレイを得ることができ、以って全てのマイクロミラーで駆動特性が均一なマイクロミラーアレイデバイスを実現することができる。

次に、本発明の実施例４について説明する。図７は、本発明の実施例４にかかるマイクロミラーアレイデバイス５００の下面構成を示す図である。図８は、マイクロミラーアレイデバイス５００の断面構成を示す図である。

本実施例は、接続部材１０３として、金属部材１０３Ａと接着剤１０３Ｂを使用した例を示している。具体的には、金属部材１０３Ａとして、例えば、金のスタッドバンプなどを使用し、接着剤１０３Ｂとして、例えば、エポキシ系の電気実装用接着剤（ＮＣＰ：Ｎｏｎ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）などを使用することができる。

本実施例では、接続部材１０３を金属部材１０３Ａと接着剤１０３Ｂから構成されるため、電気的な接続を金属部材１０３Ａの導電性で機能させるとともに、機械的な接続は接着剤１０３Ｂにより機能させることが可能である。
従って、高い導通性と、強い接続力を併せ持つ、耐久性に富んだマイクロミラーアレイデバイスを得ることができる。

次に、本発明の実施例５について説明する。図９は、本発明の実施例５にかかるマイクロミラーアレイデバイス６００を示す図である。本実施例は、１次元のマイクロミラーアレイ１００Ａを２列平行に配置した例を示す。

本実施例では、例えば、図９の上側の列１００Ａ１を光スイッチに使用し、下側の列１００Ａ２をそのバックアップ用とし、上側の列１００Ａ１で故障したマイクロミラー１０１が発生した場合、光を下側の列１００Ａ２に導く経路に切り替え、下側のマイクロミラー１０１を使用することで、システムとしての故障を回避することが可能である。

すなわち、本実施例は、上述した実施例１と同様の作用効果を奏することができることに加えて、更に、システムの信頼性を向上させることが可能となる。

このように、１次元のアレイを複数列配置しても、接続領域１１０にのみバンプ１０３を配置するため、ミラー１０１のヒンジ１０４が、バンプ１０３からの影響を受けない。従って、複数の１次元アレイを有し、全ての特性が均一なマイクロミラーアレイデバイスを得ることができる。上述のように、それぞれの１次元アレイは、主要な用途と、故障時のバックアップまたは、別な用途に利用可能であるため、複数の機能を有するマイクロミラーアレイを得ることができる。

次に、本発明の実施例６について説明する。図１０は、本発明の実施例６にかかるマイクロミラーアレイデバイス７００を示す図である。本実施例は、図１０に示すように、マイクロミラー１０１の並び方向（列方向）に平行な軸の周りに偏向可能なマイクロミラー１０１を有する、１次元のマイクロミラーアレイデバイスの例を示す。

図１０に示すように、本実施例では、マイクロミラー１０１の左右にはそれぞれヒンジ７０４が設けられ、このヒンジ７０４によりマイクロミラー１０１の並び方向（列方向）に平行な軸のまわりに偏向が可能なマイクロミラーアレイ７００Ａとなっている。

ヒンジ７０４は、フレーム１０２に接続された梁１４０によって支持されている。つまり、マイクロミラー１０１は、フレーム１０２によって一体的に支持されてマイクロミラーアレイを構成しているのである。

一方、図１で説明したと同様のフレーム領域１２０の左右には、マイクロミラー１０１のヒンジ７０４に悪影響を与えない領域で、バンプ１０３ａ、１０３ｂを配置するための接続領域１１０が設けられる。接続部材は、マイクロミラーアレイ７００Ａの長手方向に撓むのを防ぐために、長手方向に２つのバンプ１０３ａ、１０３ｂを並べて配置している。この２つのバンプ１０３ａ、１０３ｂのセットを接続領域１２０の中の４箇所に設置し、図示しない配線基板と電気的且つ、機械的に接続する。

本実施例のように、マイクロミラーアレイ７００Ａの並ぶ方向と平行な軸まわりに偏向するマイクロミラー１０１を備えたマイクロミラーアレイデバイス７００においては、長いフレーム領域１２０が反るように歪むと、偏向する軸とは直交する軸まわりに様々な傾きを有することになる。しかし、前記偏向する軸と直交する軸まわりには偏向することができないため、前記の傾きを補正することができない。

本実施例では、接続部材１０３をマイクロミラー１０１の並ぶ方向に複数のバンプ１０３ａ、１０３ｂを並べて配置する構成としたため、フレーム領域１２０の反りを最小限に抑えることが可能である。

従って、ミラーが変更不可能な方向に、望まない傾きを持つことがないマイクロミラーアレイデバイスを得ることができる。

なお、接続部材は、バンプのみでも、或いは実施例４で説明したような金属部材１０３Ａと接着剤１０３Ｂとで構成することも可能であるが、本実施例のようにマイクロミラーアレイ７００Ａの並ぶ方向と平行な軸まわりに偏向するマイクロミラー１０１を備えたマイクロミラーアレイデバイス７００においては、接続部材を金属部材１０３Ａと接着剤１０３Ｂとで構成することで、より一層、その作用効果を顕著なものとすることができる。

また、１次元アレイ７００Ａを複数列フレーム領域１２０に形成することも可能である。

次に、本発明の実施例７について説明する。図１１は、本発明の実施例７にかかるマイクロミラーアレイデバイス８００を示す図である。
本実施例は、図１１に示すように、フレーム領域１２０と接続領域１１０をより効果的に分離するため、ブリッジ領域１５０を設けている。ブリッジ領域１５０により、接続領域１１０に設置される接続部材１０３の影響を、マイクロミラー１０１がより一層受け難くできるため、より一層、均一な特性のマイクロミラーアレイデバイスを実現することが可能となる。

以上説明してきたように、接続領域１１０とフレーム領域１２０を分離し、接続領域１１０の影響をフレーム領域１２０およびマイクロミラー１０１が受けないようにする構成は全て本発明の基本的概念に沿うものであり、さまざまな変形が可能である。

以上のように、本発明にかかるマイクロミラーアレイデバイスは、高い光学的品質が要求されるマイクロミラーアレイデバイスとして有用であり、特に、ＷＳＳに用いられるマイクロミラーアレイデバイスなどに適している。

本発明の実施例１に係るマイクロミラーアレイデバイスの構成例を示す図である。 同上実施例に係るマイクロミラーアレイデバイスの構成例を示す図である。 図２のマイクロミラーアレイデバイスの側面図である。 本発明の実施例２に係るマイクロミラーアレイデバイスの構成例を示す図である。 図４のマイクロミラーアレイデバイスの側面図である。 本発明の実施例３に係るマイクロミラーアレイデバイスの構成例を示す図である。 本発明の実施例４に係るマイクロミラーアレイデバイスの構成例を示す図である。 図７のマイクロミラーアレイデバイスの側面図である。 本発明の実施例５に係るマイクロミラーアレイデバイスの構成例を示す図である。 本発明の実施例６に係るマイクロミラーアレイデバイスの構成例を示す図である。 本発明の実施例７に係るマイクロミラーアレイデバイスの構成例を示す図である。 従来のマイクロミラーアレイデバイスの構成例の一例を示す図である。

符号の説明

１００ マイクロミラーアレイデバイス
１０１ マイクロミラー
１０２ フレーム
１０３ バンプ（接続部材）
１０４ ヒンジ（弾性部材）
１１０ 接続領域
１２０ フレーム領域
２０１ 駆動配線基板
２０２ 駆動電極

Claims (10)

1. 駆動可能な複数のマイクロミラーを有するマイクロミラーアレイデバイスにおいて、
   前記マイクロミラーを駆動するための駆動電極を有する第１の基板と、
   フレーム領域と、接続領域とを有するマイクロミラーアレイと、を備え、
   前記フレーム領域と前記接続領域は互いに交わらないように形成され、
   前記フレーム領域には複数の前記マイクロミラーが形成され、
   前記接続領域には前記第１の基板と接続する接続部材が形成されていることを特徴とするマイクロミラーアレイデバイス。
2. 前記の接続領域はフレーム領域を空間に保持するためにフレーム領域に隣接して設けられ、
   前記フレーム領域は、複数の前記マイクロミラーを一体的に空間に保持する機能を有し、
   前記フレーム領域の、前記接続部材が前記弾性部材に影響を与えない領域に、前記弾性部材および前記マイクロミラーを形成することを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーアレイデバイス。
3. 前記フレーム領域は、複数の前記マイクロミラーを一体的に空間に保持するために、前記弾性部材に隣接して配置され、
   前記接続領域はフレーム領域を空間に保持するために前記フレーム領域の外側に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロミラーアレイデバイス。
4. 前記接続領域には、複数の前記接続部材が形成され、
   前記接続部材は電気的な導通性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のマイクロミラーアレイデバイス。
5. 前記フレーム領域には前記マイクロミラーが１次元に並んだミラーアレイが形成され、
   前記接続領域は前記マイクロミラーアレイの列方向で、前記フレーム領域の外側に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のマイクロミラーアレイデバイス。
6. 前記マイクロミラーアレイの列方向に、複数の接続部材を並べて配置した接続領域を有することを特徴とする請求項６に記載のマイクロミラーアレイデバイス。
7. 前記フレーム領域には、１次元に並んだ前記マイクロミラーアレイが複数列平行に配置されたことを特徴とする請求項５または６に記載のマイクロミラーアレイデバイス。
8. 前記マイクロミラーアレイの前記マイクロミラーは、前記マイクロミラーの列方向と平行な軸まわりに偏向可能であることを特徴とする請求項６に記載のマイクロアレイデバイス。
9. 前記接続部材は、金属部材からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のマイクロミラーアレイデバイス。
10. 前記接続部材は、金属部材と、接着剤から構成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のマイクロミラーアレイデバイス。
    

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