JP4581453B2 - Mems素子、光学mems素子、回折型光学mems素子、並びにレーザディスプレイ - Google Patents
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Description
基板2は、例えば、シリコン(Si)やガリウム砒素(GaAs)などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板などが用いられる。基板側電極3は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜(例えばW,Cr蒸着膜)等で形成される。ビーム6は、例えばシリコン窒化膜(SiN膜)等の絶縁薄膜4と、その上面に形成された膜厚100nm程度の金属薄膜、例えばAl膜からなる反射膜を兼ねる駆動電極層5とから構成される。このビーム6は、いわゆる2層膜構造であり、一端が支持された片持ち梁式構造となっている。
この光学MEMS素子1では、基板側電極3と駆動電極層5に与える電位に応じて、ビーム6が基板側電極3との間の静電引力又は静電反発により変位し、例えば図11Bで示すように、基板側電極3に対して平行状態(実線)から傾斜状態(破線)に変位する。
この光学MEMS素子11では、基板側電極3と駆動電極層5に与える電位に応じて、ビーム12と基板側電極3との間の静電引力又は静電反発により変位し、例えば図12Bの実線と破線で示すように、基板側電極3に対して平行状態と凹み状態に変位する。
この光学MEMS素子13では、図11、図12と同様に、基板側電極3と駆動電極層5とに与えられる電位差に応じてビーム15及び反射部14が平行状態と、凹み状態あるいは傾斜状態とに変位する。4つの基板側電極3A〜3Dに同時に同じ電位が与えられたときには、図11と同様の凹み状態に変位し、4つの基板側電極3A〜3Dのうちの任意の基板側電極3を選択して電位を与えたときには、その選択された基板側電極3に応じて所要の2次元的な傾斜状態に変位する。
また、特許文献2には、後述の課題で取り上げる、薄膜の内部応力を緩和するための処理方法、すなわち、薄膜構造体を駆動する半導体デバイスにおいて、その薄膜自体の内部応力を緩和するためにアニール処理を施す方法が記載されている。
しかしながら、現状の構造においてこれらのスペックを達成することは困難であると言わざるを得ない。なお、図14のGLV素子は、ビーム12に傾きを生み出すために、ビーム12の両端側の一部に段差部18を設けて構成されている。図14において、図12に対応する部分は同一符号で示す。
また本発明は、光強度変調素子として、かかる回折型光学MEMS素子を備えたレーザディスプレイを提供するものである。
本発明に係る光学MEMS素子は、 基板側電極と、基板側電極に対向して配置されたビームとを有する。ビームは、絶縁薄膜によるベース層と、ベース層の上面に形成された駆動電極層と、駆動電極層の上面に形成された反射膜と、ベース層の下面に形成されて駆動電極層と同じ材料でかつ同じ膜厚の第1膜及び第1膜の下面に形成されて反射膜と同じ材料でかつ同じ膜厚の第2膜からなる応力バランス調整層との積層膜で形成された構成とする。
本発明に係る回折型光学MEMS素子は、共通の基板側電極と、基板側電極に対向して配列された複数のビームとを有する。ビームは、絶縁薄膜によるベース層と、ベース層の上面に形成された駆動電極層と、駆動電極層の上面に形成された反射膜と、ベース層の下面に形成されて駆動電極層と同じ材料でかつ同じ膜厚の第1膜及び第1膜の下面に形成されて反射膜と同じ材料でかつ同じ膜厚の第2膜からなる応力バランス調整層との積層膜で形成された構成とする。
例えば高周波フィルタでは共振周波数が精度良く得られ、微小流体駆動装置では流量、吐出量が精度良く得られる。また光学MEMS素子では光効率を向上する。
本実施の形態に係る光学MEMS素子31は、基板32上に基板側電極(いわゆる下部電極)33を形成し、この基板側電極33をブリッジ状に跨ぐように、両端を支持部37〔37A,37B〕で支持したビーム36を配置して構成される。ビーム36と基板側電極33とは、その間の空隙38によって電気的に絶縁される。
前述したと同様に、基板32は、例えばシリコン(Si)やガリウム砒素(GaAs)などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板等が用いられる。基板側電極33は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜(多結晶W,Crの蒸着膜)等で形成される。ビーム36を構成する絶縁薄膜34としては、例えばシリコン窒化膜(SiN膜)、シリコン酸化膜(SiO2 膜)、本例では強度、弾性定数などの物性値がビーム36の機械的駆動に対して適切なシリコン窒化膜が用いられる。反射膜兼駆動電極層35及び応力バランス調整層41とし 例えばAl単体膜、Al合金膜(これらを総称してAl膜という)、その他の光反射効率のよい金属膜で形成される。
先ず、図2Aに示すように、基板、例えばシリコン基板の上面にSiO2 、SiN等の絶縁膜を形成した基板32上に、所要の導電膜、本例では多結晶シリコン膜による基板側電極33を形成し、基板側電極33を被覆するように絶縁膜43、例えばシリコン酸化膜(SiO2 膜)を形成する。
次に、図2Cに示すように、犠牲層44の表面を含む絶縁膜43上に応力バランス調整層41、本例では後で形成する反射膜兼駆動電極層35と同じ膜厚のAl膜を蒸着法で形成する。
次に、図3Eに示すように、絶縁薄膜34上に反射膜兼駆動電極層35、本例ではAl膜を蒸着法で形成する。
各膜41、34、35に対するエッチングによるビーム形状にパターニングする。このパターニングは、各膜41、34、35を形成する度に行ってもよく、あるいは3層の膜41、34、35を係止した後に行ってもよく、どの順序で行ってもよい。このパターニングにより、3層膜構造による両支持部37〔37A,37B〕及びビーム36を一体に形成する。
従って、光学MEMS素子31の動作時の光効率が向上する。例えば、回折型光学MEMS素子に適用した場合には、回折効率が向上する。また、光スイッチに適用した場合には、光反射方向が変位せず、例えば光ファイバーへ反射光を入射させるときの光挿入損失を低減することができる。
本実施の形態に係る光学MEMS素子51は、基板32上に基板側電極(いわゆる下部電極)33を形成し、この基板側電極33をブリッジ状に跨ぐように、両端を支持部37〔37A,37B〕で支持したビーム52を配置して構成される。ビーム52と基板側電極33とは、その空隙38によって電気的に絶縁される。
従って、光学MEMS素子51の動作時の光効率が向上する。例えば、回折型光学MEMS素子に適用した場合には、回折効率が向上する。また、光スイッチに適用した場合には、光反射方向が変位せず、例えば光ファイバーへ反射光を入射させるときの光挿入損失を低減することができる。
参考例に係る光学MEMS素子61は、基板32上の基板側電極(いわゆる下部電極)33を形成し、この基板側電極33をブリッジ状に跨ぐように、両端を支持部37〔37A,37B〕で支持したビーム62を配置して構成される。ビーム62と基板側電極33とは、その空隙38によって電気的に絶縁される。
GLV素子71は、基板72上に共通の基板側電極73が形成され、この基板側電極73に交差してブリッジ状に跨ぐ複数、本例では5本のビーム77〔771、772、773、774、775〕が並列配置されて成る。このビーム77のうち、一方の一つ置きのビーム、例えばビーム771、73、775が固定ビームとして作用し、他方の一つ置きのビーム772、774が可動ビームとして作用する。
レーザ光源82R,82G,82Bは、それぞれ例えば、R(波長642nm、光出力約3W)、G(波長532nm、光出力2W)B(波長457nm、光出力1.5W)のレーザを出射する。
更に、各レーザ光は、GLV素子88R,88G,88Bによって回折されることにより空間変調され、これら3色の回折光が色合成フィルタ90により合成され、続いて空間フィルタ92によって信号成分のみが取り出される。
次で、このRGBの画像信号は、ディフューザ94によってレーザスペックルが低減され、ミラー96を経て、画像信号と同期するガルバノスキャナ98により空間に展開され、投影光学系100によってスクリーン102上にフルカラー画像として投影される。
本実施の形態のレーザディスプレイ81によれば、88R,88G,88Bを用いることにより、GLV素子88R,88G,88Bのビームのたわみ、反りを減少させることができ、回折効率を向上させることができる。
Claims (6)
- 基板側電極と、
前記基板側電極に対向して配置されたビームと
を有し、
前記ビームは、絶縁薄膜によるベース層と、前記ベース層の上面に形成された駆動電極層と、前記ベース層の下面に形成されて前記駆動電極層と同じ材料で且つ同じ膜厚の応力バランス調整層との積層膜で形成される
MEMS素子。 - 基板側電極と、
前記基板側電極に対向して配置されたビームと
を有し、
前記ビームは、絶縁薄膜によるベース層と、前記ベース層の上面に形成された反射膜兼駆動電極層と、前記ベース層の下面に形成されて前記反射膜兼駆動電極層と同じ材料で且つ同じ膜厚の応力バランス調整層との積層膜で形成される
光学MEMS素子。 - 基板側電極と、
前記基板側電極に対向して配置されたビームと
を有し、
前記ビームは、絶縁薄膜によるベース層と、前記ベース層の上面に形成された駆動電極層と、前記駆動電極層の上面に形成された反射膜と、前記ベース層の下面に形成されて前記駆動電極層と同じ材料でかつ同じ膜厚の第1膜及び前記第1膜の下面に形成されて前記反射膜と同じ材料でかつ同じ膜厚の第2膜からなる応力バランス調整層との積層膜で形成される
光学MEMS素子。 - 共通の基板側電極と、
前記基板側電極に対向して配列された複数のビームと
を有し、
前記ビームは、絶縁薄膜によるベース層と、前記ベース層の上面に形成された反射膜兼駆動電極層と、前記ベース層の下面に形成されて前記反射膜兼駆動電極層と同じ材料で且つ同じ膜厚の応力バランス調整層との積層膜で形成される
回折型光学MEMS素子。 - 共通の基板側電極と、
前記基板側電極に対向して配列された複数のビームと
を有し、
前記ビームは、絶縁薄膜によるベース層と、前記ベース層の上面に形成された駆動電極層と、前記駆動電極層の上面に形成された反射膜と、前記ベース層の下面に形成されて前記駆動電極層と同じ材料でかつ同じ膜厚の第1膜及び前記第1膜の下面に形成されて前記反射膜と同じ材料でかつ同じ膜厚の第2膜からなる応力バランス調整層との積層膜で形成される
回折型光学MEMS素子。 - レーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光の光軸上に配置され、レーザ光の光強度を変調する回折型光学MEMS素子と
を有し、
前記回折型光学MEMS素子が、請求項4又は5に記載の回折型光学MEMS素子で構成される
レーザディスプレイ。
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