JP4835024B2 - Light control element, manufacturing method thereof, and display device - Google Patents
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Description
本発明は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems;微小電気機械システム)構造体を備え、例えば映像表示のために光信号の走査を行う光制御素子およびその製造方法に関する。また、本発明はこの光制御素子を用いた表示装置に関する。 The present invention relates to a light control element that includes a micro electro mechanical systems (MEMS) structure and performs scanning of an optical signal for image display, for example, and a manufacturing method thereof. The present invention also relates to a display device using this light control element.
従来より、光を二次元ミラーで走査し、映像を表示する方法が提案されている(例えば特許文献1および特許文献2参照。)。このような方法を用いた表示システムでは、キーパーツとなるミラー(可動部材)に対して、光を絞り込むため、NA(Numerical Aperture;開口数)の関係で1mm角程度の大きさが求められる。また、NTSC(National Television Systems Committee )やハイビジョン対応の映像を1本の光を走査して表示するには、振幅すなわち回動角度が大きいことが必要であり、加えて15kHzまたは30kHzという高い走査周波数がそれぞれ要求される。
このような高速でミラーを駆動するためには、基本的に、回転の慣性モーメントを小さくし、捩りバネ定数を大きくして共振点を上げる必要がある。一方、高速駆動時において、1mm角程度という大面積のミラーを平坦に保つためには、剛性の高い構造にする、すなわち厚みを大きくすることが望ましい。ところが、ミラーの厚みを大きくすると慣性モーメントが増し、高速駆動は難しくなってしまう。また、捩りバネ定数を上げると回転しづらい方向となるので、回動角度の増大には不利になるおそれがある。このように大面積、大回動角度かつ高速駆動のミラーを実現することは極めて困難であり、構造および製造方法において更に改良の余地があった。 In order to drive the mirror at such a high speed, it is basically necessary to reduce the rotational moment of inertia and increase the torsion spring constant to raise the resonance point. On the other hand, in order to keep a mirror having a large area of about 1 mm square during flat driving at high speed, it is desirable to have a highly rigid structure, that is, to increase the thickness. However, increasing the thickness of the mirror increases the moment of inertia and makes high-speed driving difficult. Further, if the torsion spring constant is increased, the direction becomes difficult to rotate, which may be disadvantageous for increasing the rotation angle. Thus, it is extremely difficult to realize a mirror having a large area, a large rotation angle, and a high-speed drive, and there is room for further improvement in the structure and the manufacturing method.
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、剛性の高い可動部材を備え高速で駆動が可能な光制御素子およびその製造方法、並びにこの光制御素子を用いた表示装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a light control element that includes a highly rigid movable member and can be driven at high speed, a method for manufacturing the same, and a display device using the light control element. It is to provide.
本発明による光制御素子の製造方法は、表面に反射面を有する板状の可動部材と、可動部材を回動可能に支持する外枠部材と、可動部材の相対向する位置においてそれぞれ可動部材と外枠部材とを連結すると共に可動部材の回動中心の軸となる一対の支持部とを備えた光制御素子の製造方法であって、保持基板上に酸化層を間にして半導体膜を有する基板を用い、半導体膜のうち可動部材、支持部および外枠部材の形成予定領域を残して他の領域を選択的に除去する工程と、半導体膜上の可動部材形成予定領域の一部に選択的に半導体成長層を形成することにより、可動部材の裏面に桟幅が3μm以上の桟構造を形成する工程と、保持基板および酸化層のうち少なくとも可動部材形成予定領域を選択的に除去することにより、可動部材および外枠部材を形成する工程とを含むようにしたものである。 Method for manufacturing an optical control element according to the present invention comprises a plate-like movable member having a reflecting surface to the surface, respectively the movable member and the outer frame member, at a position facing each of the movable member supporting a variable rotary members rotatably And a frame member, and a pair of support portions that serve as a pivot center of the movable member . The light control element manufacturing method comprises a semiconductor substrate with an oxide layer on a holding substrate. A step of selectively removing other regions of the semiconductor film while leaving a region where the movable member , the support portion, and the outer frame member are to be formed, and a portion of the region where the movable member is to be formed on the semiconductor film. By selectively forming a semiconductor growth layer, a step of forming a crosspiece structure having a crosspiece width of 3 μm or more on the back surface of the movable member, and at least a movable member formation region of the holding substrate and the oxide layer are selectively removed. The movable member and It is obtained as a step of forming a frame member.
本発明による光制御素子の製造方法では、まず、保持基板上に酸化層を間にして半導体膜を有する基板を用い、半導体膜のうち可動部材形成予定領域を残して他の少なくとも一部が選択的に除去される。次いで、半導体膜上の可動部材形成予定領域の一部に選択的に半導体成長層が形成される。これにより、可動部材形成予定領域の裏面に桟構造が一体に形成される。続いて、保持基板および酸化層のうち少なくとも可動部材形成予定領域が選択的に除去されることにより、可動部材および外枠部材が形成される。 In the method of manufacturing by that the light control device of the present invention, first, a substrate having a semiconductor film and between the oxide layer on the holding substrate, at least another part, leaving the movable member forming region of the semiconductor film Are selectively removed. Next, a semiconductor growth layer is selectively formed in a part of the movable member formation scheduled region on the semiconductor film. Thereby, the crosspiece structure is integrally formed on the back surface of the movable member formation scheduled area. Subsequently, the movable member and the outer frame member are formed by selectively removing at least the movable member formation scheduled region of the holding substrate and the oxide layer.
本発明の光制御素子の製造方法によれば、可動部材の裏面に桟構造を形成するようにしたので、可動部材を薄くして慣性モーメントを小さくすることにより共振周波数を高めることができると共に、桟構造により可動部材を補強した光制御素子を製造することができる。よって、剛性が高く高速駆動の可能な光制御素子を製造することができる。 According to the manufacturing how the light control device of the present invention, since to form the crosspiece structure on the back surface of the movable member, it is possible to increase the resonance frequency by decreasing the moment of inertia by reducing the moving member The light control element in which the movable member is reinforced by the crosspiece structure can be manufactured. Therefore, a light control element having high rigidity and capable of being driven at high speed can be manufactured.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態の説明に先立ち参考例に係る光制御素子について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Prior to the description of the embodiment, a light control element according to a reference example will be described.
〔参考例〕
図1は光制御素子の全体構成を表すものであり、図2はその断面構成を表すものである。この光制御素子は、例えば映像表示装置やスキャナなどにおいて光信号を反射し走査するために用いられるものであり、例えば矩形状の平板からなる可動部材10が、対向する2辺(ここでは長辺)においてそれぞれ支持部20を介して外枠部30に連結されている。外枠部30には固定側電極40A,40B,40C,40Dが連結され、これら固定側電極40A〜40Dに対応する位置に回動側電極50A,50B,50C,50Dが可動部材10に連結されて設けられている。
[ Reference example ]
FIG. 1 shows the overall configuration of the light control element, and FIG. 2 shows its cross-sectional configuration. The light control element is used to reflect and scan an optical signal in, for example, an image display device or a scanner. For example, the
また、この光制御素子は、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間に静電駆動用の電圧を印加するための駆動用電源60と、この駆動用電源60の駆動制御を行う制御部70と、可動部材10に対して初期駆動力(起動力)を与えるための起動用電極80と、この起動用電極80と可動部材10との間に接続された起動用電源90とを備えている。
The light control element includes a
可動部材10は、具体的には反射ミラーであり、例えば映像信号に応じて軸(支持部20)を中心に回動変位することにより光の反射方向を変更する。ここで、「回動」とは、中立位置から一方向に回転して所定角度に達したのち逆方向に回転し中立位置に復帰し更に所定角度に達するまで回転する場合をいい、中立位置から一方向に所定角度だけ回転したのち逆方向に回転し中立位置に復帰するに止まる場合も含まれる。回転を開始する位置は必ずしも中立位置には限られない。反射信号の用い方としては、例えば、可動部材10が中立状態から一方の方向に一定角度傾斜したときの反射信号が有効(すなわち、オン状態)、逆方向に一定角度傾斜したときの反射信号が無効(すなわち、オフ状態)とされるようにしてもよいし、反射信号を常に有効としてラスター走査などを行うようにしてもよい。
The
この可動部材10は、例えばシリコンからなる保持基板の表面に、二酸化シリコン(SiO2 )などからなる酸化層およびシリコンなどよりなる半導体膜を順に積層した所謂SOI(Silicon on Insulator)基板を加工、すなわちSOI基板から保持基板および酸化層を選択的に除去したあとの半導体膜により構成されており、この半導体膜の平坦面が反射ミラーとして利用される。このようにSOI基板を用いると、内部応力が零の半導体膜が得られ、これにより可動部材10に残留応力による歪みなどが生じるようなことがなくなり、反射ミラーの平坦性を高めることができる。
The
可動部材10はその厚みが例えば0.4μmの板状である。また、可動部材10の長辺の長さD1は1000μm以上(半長が500μm以上)、短辺の長さD2は800μm以上であることが好ましい。例えば、レーザ光の径を発光位置から300mm程度離れたところで300μm程度になるように絞り込みたい場合、回折限界の関係で発光位置では1.22mm以上の大きさが必要であり、可動部材10も同等の大きさが必要になるからである。レーザ光の径を更に絞りたい場合には、可動部材10をより大きくする必要がある。更に、アライメント精度や、可動部材10が回動して傾いた場合に光が入射可能な範囲などを考慮すると、可動部材10には上述したような寸法が必要となる。
The
図3は、図1に示した可動部材10および支持部20を可動部材10の裏面側から見た構成を表したものである。可動部材10の裏面には桟構造11が設けられている。これにより、この光制御素子では、可動部材10自体を薄くして慣性モーメントを小さくすることにより共振周波数を高めることができると共に、桟構造11により可動部材10を補強し剛性を高めることができるようになっている。
FIG. 3 illustrates a configuration in which the
桟構造11は、例えば、可動部材10の長辺に平行な5本の縦桟11Aと、短辺に平行な7本の横桟11Bとを、可動部材10の周囲および内部に格子状に配設したものである。桟構造11は、例えば可動部材10と同一材料すなわちシリコンにより構成されていることが好ましい。桟構造11の内部応力を零とすることができ、可動部材10の平坦性を高めることができるからである。なお、桟構造11は、可動部材10と異なる材料により構成されていてもよい。
The
桟構造11の幅は、例えば3μm以上であることが好ましい。製造工程で安定して作製することができるからである。また、桟構造11の厚みは、可動部材10よりも大きいことが好ましく、例えば可動部材10の9倍以上であることが好ましい。可動部材10と桟構造11とを同一材料により構成した場合にも、可動部材10の剛性を確実に維持することができるからである。なお、桟構造11を可動部材10よりも強度の大きな材料により構成する場合には、桟構造11を可動部材10と同じ厚みまたは可動部材10よりも薄くすることも可能である。
The width of the
縦桟11Aおよび横桟11Bの本数および間隔などは特に限定されず、後述する計算結果で説明するように、求められる可動部材10の寸法や共振周波数に応じて設定することができる。
The number and interval of the
可動部材10の表面の反射面には反射率を高めるために、例えばアルミニウム(Al)や金(Au)などの金属材料によりなる反射膜100が設けられている。この反射膜100の厚みは、例えば可動部材の10分の1以下であることが好ましい。反射膜100の残留応力による可動部材10の反りなどを抑え、可動部材10の平坦性を高めることができるからである。
A
支持部20は可動部材10の回動中心の軸となる捩り梁であり、可動部材10を左右にそれぞれ一定の角度だけ回動可能に支持するものである。この支持部20は、可動部材10と同様に同一のSOI基板から保持基板および酸化層を選択的に除去した半導体膜により構成されている。このようにSOI基板の半導体膜により支持部20を構成すれば、その半導体膜には分子レベルでの格子欠陥がないので、捩れても亀裂などが成長することはなく、よって支持部20として壊れにくく強度の高いものを得ることができる。
The
外枠部30も、可動部材10と共に同一のSOI基板から形成されたものであり、SOI基板に必要に応じて他の膜を形成した構造を有している。なお、この外枠部30は、必ずしも可動部材10を取り囲むように設けられている必要はなく、少なくとも支持部20の固定位置に設けられていればよい。
The
固定側電極40A〜40Dは、外枠部30に連結して形成されると共にそれぞれ複数の櫛歯41A,41B,41C,41Dを有している。これら櫛歯41A〜41Dはそれぞれ支持部20の長手方向に対して垂直になるように配置されている。固定側電極40A〜40Dは、可動部材10と同様に同一のSOI基板から保持基板および酸化層を選択的に除去したのちの半導体膜の平坦面に形成されている。なお、半導体膜の固定側電極40A〜40Dを構成する部分にはp型不純物が添加されている。
The fixed
これに対して、回動側電極50A〜50Dは、2個の支持部20の各々の両側に、可動部材10側に連結して形成されたものであり、それぞれ複数の櫛歯51A,51B,51C,51Dを有している。これら櫛歯51A〜51Dが固定側電極40A〜40D側の櫛歯41A〜41Dと噛み合っている。櫛歯51A〜51Dもそれぞれ支持部20の長手方向に対して垂直になるように配置されている。回動側電極50A〜50Dも、可動部材10と同様に、同一のSOI基板から保持基板および酸化層を除去したあとの半導体膜の平坦面に形成されている。なお、半導体膜の回動側電極50A〜50Dを構成する部分にはp型不純物が添加されている。
On the other hand, the
また、これら回動側電極50A〜50Dは、図4に示したように、中立位置において固定側電極40A〜40Dと同じ平面内にあり、両者の間には段差は生じていない。これにより、この光制御素子では、支持部20の両側において同時に、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間に静電駆動用の電圧を印加できるようになっている。
Moreover, as shown in FIG. 4, these
回動側電極50A〜50D同士は全て互いに電気的に短絡され、同じく固定側電極40A〜40D同士もすべて互いに電気的に短絡されており、駆動用電源60は、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間の全体にわたって均一な電位差を付与することができるようになっている。なお、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとを電気的に分離するため、外枠部30には、支持部20が固定された部分を囲むように、SOI基板の酸化層まで達する溝31が設けられている。
The rotation-
駆動用電源60は、可動部材10の高速駆動のために、交流的に電位差を生じさせるものであり、波形としては、矩形でもパルス状のものでもよい。この駆動用電源60の周波数は、可動部材10の共振周波数またはその倍数もしくは分数倍(1/2等)の周波数とすることが好ましい。可動部材10が有する共振特性を効果的に利用して傾斜角度をより大きくすることができるからである。可動部材10の共振周波数(共振点)は、可動部材10および支持部20により機械的に決定されるものである。なお、この駆動用電源60および以下の制御部70を含めて本発明の駆動手段の一具体例が構成されている。
The driving
制御部70は駆動用電源60のオン/オフ制御を行うものであり、ここでは、可動部材10が中立状態のときには駆動用電源60をオフの状態とし、後述の起動手段(起動用電源90等)により可動部材10が支持部20を軸として回動し一定角度傾斜することにより回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間に垂直な方向に間隙が生じた時点で駆動用電源60をオンとし、両電極間に交流的な電位差を生じさせるようになっている。これにより、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとが引き合う方向に回動トルクTを生じさせ、可動部材10を回動駆動させることができる。
The
制御部70は、また、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間の静電容量に基づいて可動部材10の回動角度を検知し、これにより可動部材10に投入される光信号とのタイミングをとることができるようになっている。そのため駆動用電源60を含む回路の一部に抵抗Rが介挿されている。この抵抗Rでの電圧降下を観察すると回路を通る電流iが分かる。回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間にかかる電圧Vは、電圧計で測定することができる。すなわち、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとで可変容量コンデンサを構成しており、その等価回路は図5のように表すことができる。
The
ここで、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間の可変容量コンデンサにおけるインピーダンスZは、数1および数2で表される。これより、静電容量Cは数3により与えられる。このようにして、リアルタイムで静電容量Cを検知することができる。この静電容量Cは可動部材10の回動角度に依存して変化するので、静電容量Cに基づいて可動部材10の回動角度を検知することができる。
Here, the impedance Z in the variable capacitor between the rotation-
制御部70は、また、このようにして検知した回動角度の変化状態に基づいて、駆動用電源60をオンするタイミングを調整するものであり、ここでは可動部材10が中立状態から一定角度回動して傾斜したのち、回動角度が小さくなる状態(すなわち、中立状態へ復帰しようとしている段階)で、駆動用電源60をオンとすることが好ましい。駆動用電源60により回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間に発生する静電力は引力のみだからである。よって、最も好ましいタイミングは、可動部材10の回動角度が極大値に達したのち中立状態に復帰し始めるときである。
The
可動部材10の初期の駆動は、制御部70の制御の下、起動用電源90(直流電源)により行うようになっている。すなわち、起動用電極80は、可動部材10との間に段差(間隙)を有しており、起動用電源90をオンとして起動用電極80と可動部材10との間に電位差を与えると静電力が発生し、中立状態の可動部材10に対して駆動トルクTを与え、強制的に起動させる。この起動用電極80は、外枠部30の上に例えば窒化ケイ素(SiNx 、例えばSi3 N4 )よりなる絶縁膜81を間にして設けられている。この起動用電極80は、可動部材10の支持部20が取り付けられていない側の短辺に沿って設けられ、例えば厚みが10μm程度であり、アルミニウムあるいは金、またはポリシリコンにより構成されている。なお、起動用電極80は可動部材10の両側に配置され、各々に対応して起動用電源90が設けられているが、2つの起動用電極80は電気的には分離されている。起動用電極80および起動用電源90は可動部材10の片側のみに設けられていてもよい。なお、この起動用電源90および制御部70を含めて本発明の起動手段の一具体例が構成されている。
The initial driving of the
この光制御素子は、例えば、次のようにして製造することができる。 This light control element can be manufactured as follows, for example.
図6はこの光制御素子の製造方法の流れを表すものであり、図7ないし図12はその工程を順に表すものである。なお、図7ないし図12は、図1におけるII−II線に沿った断面を表している。 FIG. 6 shows the flow of the manufacturing method of the light control element, and FIGS. 7 to 12 show the steps in order. 7 to 12 show cross sections taken along line II-II in FIG.
まず、図7(A)に示したようにSOI基板110を用意する。このSOI基板110は、シリコンよりなる保持基板111の表面に、厚みが例えば1μmの二酸化ケイ素よりなる酸化層112および厚みが例えば20μmのシリコンよりなる半導体膜113が順に積層された構造を有するものである。ここで、半導体膜113の体積抵抗値は、なるべく低いことが好ましく、例えばアンチモン(Sb)が添加されていることが好ましい。
First, an
次に、図7(B)に示したように、このSOI基板110の両面に窒化ケイ素よりなる絶縁膜81を形成し、例えばフォトリソグラフィ技術により、半導体膜113側の絶縁膜81を、桟構造11,支持部20,外枠部30,固定側電極40A〜40Dおよび回動側電極50A〜50Dの形成予定領域(以下、「桟構造11等の形成予定領域」という。)を残して選択的に除去する一方、保持基板111側の絶縁膜81のうち少なくとも可動部材形成予定領域10Aを選択的に除去する(ステップS101)。ここでは、例えば、保持基板111側の絶縁膜81を、外枠部30の形成予定領域を残して選択的に除去する。
Next, as shown in FIG. 7B, insulating
続いて、図7(C)に示したように、半導体膜113および絶縁膜81の上に、起動用電極80を形成するためのアルミニウム膜120を形成する。そののち、図8(A)に示したように、例えばフォトリソグラフィ技術により、アルミニウム膜120をパターニングして起動用電極80を形成する(ステップS102)。
Subsequently, as illustrated in FIG. 7C, an
起動用電極80を形成したのち、図8(B)に示したように、半導体膜113側の絶縁膜81上に、可動部材10,支持部20,外枠部30,固定側電極40A〜40Dおよび回動側電極50A〜50Dの形成予定領域(以下、「可動部材10等の形成予定領域」という。)に、フォトレジスト膜130を形成する。
After forming the starting
フォトレジスト膜130を形成したのち、図9(A)に示したように、このフォトレジスト膜130をマスクとして、例えばディープRIE(Reactive Ion Etching) 法により、半導体膜113を、可動部材10等の形成予定領域を残して、厚み方向の途中まで選択的に除去する(ステップS103)。このとき、除去される半導体膜113の厚みは例えば1μm程度とする。
After forming the
半導体膜113を厚み方向の途中まで除去したのち、図9(B)に示したように、フォトレジスト膜130を除去する。次いで、図10(A)に示したように、半導体膜113側の絶縁膜81をマスクとして、例えばディープRIE法により、半導体膜113のうち厚み方向の途中まで除去した領域を、厚み方向の最後まで除去すると共に、可動部材形成予定領域10Aの一部を厚み方向の途中まで選択的に除去することにより桟構造11を形成する(ステップS104)
After removing the
ここで、半導体膜113の反射率を測定することにより厚みを検知することが好ましい。シリコンよりなる半導体膜113の分光反射率は、図13に示したように厚みにより異なるので、例えば顕微分光により半導体膜113の分光反射率を調べることによって半導体膜113の厚みを検知し、エッチング停止のタイミングを制御することができる。なお、エッチングは時間制御により行うようにしてもよい。
Here, it is preferable to detect the thickness by measuring the reflectance of the
桟構造11を形成したのち、図10(B)に示したように、SOI基板110の表面をフォトレジストよりなる保護膜140で覆う。続いて、図11(A)に示したように、例えばダイシングによりSOI基板110を切断し、SOI基板110に設けられている複数の可動部材形成予定領域10Aを個々に切り離す(ステップS105)。
After the
複数の可動部材形成予定領域10Aを個々に切り離したのち、図11(B)に示したように、保持基板111側の絶縁膜81をマスクとし、エッチング液としてTMAH(水酸化テトラメチルアンモニウム)を用いた異方性エッチングにより、保持基板111のうち少なくとも可動部材形成予定領域10Aを選択的に除去する(ステップS106)。ここでは、例えば、保持基板111を、外枠部30の形成予定領域を残して選択的に除去する。
After individually separating the plurality of movable member formation scheduled
保持基板111を除去したのち、図12(A)に示したように、フォトレジストよりなる保護膜140を除去する。続いて、図12(B)に示したように、エッチング液としてBHF(Buffered Hydrogen Fluoride;緩衝化したフッ化水素)を用いたウェットエッチングにより、酸化層112のうち少なくとも可動部材形成予定領域10Aを選択的に除去し、可動部材10,支持部20,外枠部30,固定側電極40A〜40Dおよび回動側電極50A〜50Dを形成する(ステップS107)。ここでは、例えば、酸化層112を、外枠部30の形成予定領域を残して選択的に除去する。また、その際、絶縁膜81は、起動用電極80と外枠部30との間に挟まれた部分だけを残して除去される。エッチング終了後、洗浄によりフッ酸を除去し、例えば二酸化炭素(CO2 )雰囲気中において加圧することにより臨界乾燥を行う。
After removing the holding
酸化層112および絶縁膜81を除去したのち、図12(C)に示したように、可動部材10に反射膜100を形成する(ステップS108)。その際、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間で電気的な短絡が発生するのを防ぐため、メタルマスクなどを用いて可動部材10のみに反射膜100を形成するようにすることが好ましい。また、反射膜100を形成するのと同時に、電極パッド(図示せず)なども必要に応じて形成するようにしてもよい。以上により、図1ないし図4に示した光制御素子が完成する。
After removing the
次に、この光制御素子の作用の一例について説明する。 Next, an example of the operation of this light control element will be described.
この光制御素子では、可動部材10の回動に伴って光の反射方向が変化し、光が走査される。ここで、可動部材10の裏面に桟構造11が設けられているので、可動部材10を薄くして慣性モーメントを小さくすることができ、共振周波数を高めることができる。また、桟構造11により可動部材10が補強され、回動時の平坦性が高くなる。よって、高速で高精度に光が制御される。
In this light control element, the light reflection direction changes with the rotation of the
以下、桟構造11による可動部材10の共振周波数の向上について、計算結果を参照して説明する。
Hereinafter, the improvement of the resonance frequency of the
表1は、図35に示したような桟構造を有しない従来の可動部材410について、可動部材410および支持部420の寸法を比較例1〜12のように変化させて共振周波数を計算した結果を表したものである。計算には表2に示した数値および計算式を使用した。
Table 1 shows the result of calculating the resonance frequency of the conventional
表1から分かるように、例えば可動部材410の厚みを20μm、大きさを1mm×1.4mmとし、支持部420の幅を24μm、厚みを20μm、長さを200μmとした比較例12では、共振周波数は7kHz程度にしかならず、高速とはいえない。30kHzの共振周波数とするには、例えば比較例10のように可動部材410の厚みを2μm程度に薄くする必要がある。可動部材410が厚いと慣性モーメントが大きくなり共振点が高くならないからである。しかしながら、全面2μmの厚さとすると可動部材410の剛性が低く、回動駆動時に平坦性を保持することが難しくなってしまうおそれがある。
As can be seen from Table 1, for example, in Comparative Example 12 in which the thickness of the
表3ないし表6は、図3に示した可動部材10について、桟構造11の構成、可動部材10および支持部20の寸法を計算例1〜32のように変化させて共振周波数を計算した結果を表したものである。計算には表7に示した数値および計算式を使用した。なお、表3ないし表6において横桟11Bの間隔c2,d2,c3,d3が空欄になっているのは、該当する横桟11Bを設けていないことを表している。
Tables 3 to 6 show the results of calculating the resonance frequency of the
また、計算例1〜9に対する比較例13として、桟構造を設けないことを除いては計算例1〜9と同様にして共振周波数を計算した。同様にして、計算例10から14に対する比較例14、計算例15〜26に対する比較例15および計算例27〜32に対する比較例16についても共振周波数を計算した。得られた結果をそれぞれ表3ないし表6に合わせて示す。 Further, as Comparative Example 13 with respect to Calculation Examples 1 to 9, the resonance frequency was calculated in the same manner as Calculation Examples 1 to 9 except that no crosspiece structure was provided. Similarly, the resonance frequency was calculated for Comparative Example 14 for Calculation Examples 10 to 14, Comparative Example 15 for Calculation Examples 15 to 26, and Comparative Example 16 for Calculation Examples 27 to 32. The obtained results are shown in Tables 3 to 6 respectively.
表3ないし表6から分かるように、計算例1〜32で求められた共振周波数は、対応する比較例13〜16に比べて極めて高くなり、例えば計算例32では約31.4kHzという良好な結果が得られた。これは、慣性モーメントが従来構造の20分の1程度になるので共振周波数が高くなったからである。また、可動部材10が薄くても桟構造11により補強されるので、可動部材10の剛性が著しく落ちるということもない。
As can be seen from Tables 3 to 6, the resonance frequencies obtained in the calculation examples 1 to 32 are extremely higher than those of the corresponding comparison examples 13 to 16. For example, in the calculation example 32, a good result of about 31.4 kHz is obtained. was gotten. This is because the resonance frequency is increased because the moment of inertia is about 1/20 that of the conventional structure. Further, even if the
すなわち、可動部材10の裏面に桟構造11を設けることにより、慣性モーメントを小さくして共振周波数を高めることができると共に、桟構造11により可動部材10を補強し剛性を維持することができることが分かる。
That is, it can be seen that by providing the
続いて、可動部材10の駆動制御について説明する。
Next, drive control of the
静止状態では、可動部材10は、図1,図2および図4に示したように水平状態である。よって、回動側電極50A〜50Dは中立位置にあり、固定側電極40A〜40Dとは段差のない同一平面内にある。この状態で、仮に回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間に直流の電位差を与えても、静電力による回動トルクは発生せず、可動部材10は静止したままである。
In the stationary state, the
図14〜図19は、この光制御素子の動作を説明するためのものである。なお、ここでは、制御部70による制御状態をわかりやすくするため、駆動用電源60を、回動側電極50A〜50Dの各々と固定側電極40A〜40Dの各々との間に接続された直流電源および開閉スイッチとして表し、起動用電源90を起動用電極80の各々と可動部材10との間に接続された直流電源および開閉スイッチとして表している。
14 to 19 are for explaining the operation of the light control element. Here, in order to make the control state by the
まず、制御部70は、図14および図15に示したように、一方の起動用電源90をオンすることにより、片側の起動用電極80と可動部材10との間に電位差を与え、生じた静電力により可動部材10をわずかに回動させる。可動部材10に傾きが生ずると、起動用電源90をオフすることにより起動用電極80と可動部材10との間の電位差をなくす。これにより可動部材10は傾斜位置から解放され、その固有の共振周波数で微妙な自励振動を始める。このようにして、可動部材10を強制的に起動させる。
First, as shown in FIG. 14 and FIG. 15, the
次いで、制御部70は、可動部材10の自励振動に合わせて駆動用電源60をオンとすることにより、可動部材10の共振周波数またはその倍数もしくは分数倍の駆動周波数で、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間に所定の電位差を与える。この結果、静電力による回動トルクが発生し、可動部材10の自励振動が増長され、回動角度が大きくなっていく。
Next, the
その際、制御部70は、図1および図5を参照して説明したように、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間の静電容量に基づいて可動部材10の回動角度を検知する。
At that time, as described with reference to FIGS. 1 and 5, the
そして、このように検知した回動角度の変化状態に基づいて、制御部70は、駆動用電源60のオン/オフの切り換えを選択する。すなわち、図16および図17に示したように、可動部材10が中立状態に復帰しようとして回動角度が小さくなるタイミングで駆動用電源60をオンとし、静電力Sを発生させる。一方、図18および図19に示したように、可動部材10が中立位置を通り越し、回動角度が大きくなる段階では、駆動用電源60はオフとする。これにより可動部材10の回動角度を効果的に大きくすることができる。従って、可動部材10の回動角度が極大値に達したのち中立状態に復帰し始めるタイミングで駆動用電源60をオン状態にすることが最も望ましい。
Then, based on the detected change state of the rotation angle, the
なお、この可動部材10の検知角度に基づいて、光源(図示せず)から可動部材10に入射させる光信号の投入タイミングを調整することもできる。
In addition, based on the detection angle of this
このようにこの光制御素子では、可動部材10の裏面に桟構造11を設けるようにしたので、可動部材10を薄くして慣性モーメントを小さくすることにより共振周波数を高めることができると共に、桟構造11により可動部材10を補強することができる。よって、剛性が高く高速駆動が可能な光制御素子を実現することができる。
Thus, in this light control element, since the
また、中立位置の回動側電極50A〜50Dが固定側電極40A〜40Dと段差のない同一平面上にあるようにしたので、可動部材10の回転軸となる支持部20の両側において、同時に、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間に電圧を印加することができる。よって、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとが水平方向に引き合う力を相殺して水平方向の無駄な動きを排除し、効率よく均整のとれた動きが可能となる。また、大きな回動トルクを得ることができ、可動部材10の振幅を大きくすることができる。
Moreover, since the rotation-
更に、中立位置では回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間に段差がないので、可動部材10の回動角度が大きくなるほど両者の間の間隙も広くなることになる。よって、従来のような回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの中立位置での段差を考慮する必要がなくなり、両者の間の静電容量を調べることにより可動部材10の回動角度を容易に検知することができる。
Furthermore, since there is no step between the
加えて、回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとを同一工程で作製することができるようになり、従来構造の垂直櫛歯型のものに比べて製造工程を大幅に簡素化することができる。
In addition, the rotation-
この光制御素子の製造方法では、半導体膜113の可動部材10の形成予定領域10Aの一部を厚み方向の途中まで選択的に除去することにより桟構造11を形成するようにしたので、剛性が高く高速駆動が可能な光制御素子を容易に製造することができる。
In this light control element manufacturing method, the
なお、上記では、固定側電極40A〜40Dの櫛歯41A〜41Dおよび回動側電極50A〜50Dの櫛歯51A〜51Dが、支持部20の長手方向に対して垂直に配置されている例について説明したが、図20に示したように、櫛歯41A〜41Dおよび櫛歯51A〜51Dを支持部20の長手方向に平行に配置するようにしてもよい。この構成では、支持部20近傍の櫛歯41A〜41D,51A〜51Dは、可動部材10の回動角度が大きくなってもその間隔があまり離れないので、その部分の静電引力を有効に利用することができる。
In the above SL, comb
〔第1の実施の形態〕
図21は、本発明の第1の実施の形態に係る光制御素子の製造方法の流れを表すものであり、図22ないし図25はその工程を表すものである。この製造方法は、半導体膜113上の可動部材形成予定領域10Aの一部に選択的に半導体成長層を形成することにより桟構造11を形成することが、上記参考例で説明した製造方法とは異なるものである。よって、各部の構成は上記参考例と同じであり、対応する構成要素には同一の符号を付して、以下説明する。なお、図22ないし図25は、図1におけるII−II線に沿った断面を表している。
First Embodiment
FIG. 21 shows the flow of the manufacturing method of the light control element according to the first embodiment of the present invention, and FIGS. 22 to 25 show the process. In this manufacturing method, the
まず、図22(A)に示したようにSOI基板110を用意する。このSOI基板110は、シリコンよりなる保持基板111の表面に、厚みが例えば1μmの二酸化ケイ素よりなる酸化層112および厚みが例えば0.3μmのシリコンよりなる半導体膜113が順に積層された構造を有するものである。ここで、半導体膜113の体積抵抗値は、なるべく低いことが好ましく、例えばアンチモン(Sb)が添加されていることが好ましい。
First, an
次に、図22(B)に示したように、例えばディープRIE法により、半導体膜113を、可動部材10等の形成予定領域を残して選択的に除去する(ステップS201)。
Next, as shown in FIG. 22B, the
続いて、図22(C)に示したように、半導体膜113上に、低応力TEOS(tetraethoxy silane)などを用いて二酸化ケイ素よりなる厚み20μmのマスク層150を形成し、例えばRIE法により、桟構造11等の形成予定領域におけるマスク層150を選択的に除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 22C, a
マスク層150を選択的に除去したのち、図23(A)に示したように、例えばエピタキシャル成長法により、桟構造11等の形成予定領域に選択的に、例えばシリコンよりなる半導体成長層160を形成することにより桟構造11を形成する(ステップS202)。なお、このとき、支持部20,外枠部30,固定側電極40A〜40Dおよび回動側電極50A〜50Dの形成予定領域にも選択的に半導体成長層160が形成されるので、これらの厚さを十分に確保することができる。
After selectively removing the
桟構造11を形成したのち、図23(B)に示したように、このSOI基板110の両面に窒化ケイ素よりなる絶縁膜81を形成し、例えばフォトリソグラフィ技術により、保持基板111側の絶縁膜81のうち少なくとも可動部材形成予定領域10Aを選択的に除去する(ステップS203)。ここでは、例えば、保持基板111側の絶縁膜81を、外枠部30の形成予定領域を残して選択的に除去する。
After the
続いて、図23(C)に示したように、保持基板111側の絶縁膜81をマスクとし、エッチング液としてTMAHを用いた異方性エッチングにより、保持基板111のうち少なくとも可動部材形成予定領域10Aを、厚み方向の途中まで選択的に除去する(ステップS204)。ここでは、例えば、保持基板111を、外枠部30の形成予定領域を残して、厚み方向の途中まで選択的に除去する。保持基板111の残部の厚みは例えば100μmとする。
Subsequently, as shown in FIG. 23C, at least the movable member formation scheduled region of the holding
保持基板111を厚み方向の途中まで除去したのち、図24(A)に示したように、半導体膜113側の絶縁膜81上に、起動用電極80を形成するための厚み10μmのポリシリコン膜170を形成する。そののち、図24(B)に示したように、例えばディープRIE法により、ポリシリコン膜170をパターニングして起動用電極80を形成する(ステップS205)。
After removing the holding
起動用電極80を形成したのち、図24(C)に示したように、例えばダイシングによりSOI基板110を切断し、SOI基板110に設けられている複数の可動部材形成予定領域10Aを個々に切り離す(ステップS206)。このとき、保持基板111の厚み方向の一部が残されているので、強度が確保されており、ダイシングによる破損などのおそれをなくすことができる。
After forming the
複数の可動部材形成予定領域10Aを個々に切り離したのち、図25(A)に示したように、保持基板111側の絶縁膜81をマスクとし、エッチング液としてTMAHを用いた異方性エッチングにより、保持基板111を厚み方向の最後まで除去する(ステップS207)。
After individually separating the plurality of movable member formation scheduled
保持基板111を除去したのち、図25(B)に示したように、エッチング液としてBHFを用いたウェットエッチングにより、酸化層112およびマスク層150のうち少なくとも可動部材形成予定領域10Aを選択的に除去し、可動部材10,支持部20,外枠部30,固定側電極40A〜40Dおよび回動側電極50A〜50Dを形成する(ステップS208)。ここでは、例えば、酸化層112およびマスク層150を、外枠部30の形成予定領域を残して選択的に除去する。また、その際、絶縁膜81は、起動用電極80と外枠部30との間に挟まれた部分だけを残して除去される。エッチング終了後、上記参考例と同様にして臨界乾燥を行う。
After removing the holding
酸化層112,マスク層150および絶縁膜81を除去したのち、図25(C)に示したように、上記参考例と同様にして、可動部材10に反射膜100を形成する(ステップS209)。以上により、図21に示した光制御素子が完成する。
After removing the
このように本実施の形態では、半導体膜113上の可動部材形成予定領域10Aの一部に選択的に半導体成長層160を形成することにより桟構造11を形成するようにしたので、剛性が高く高速駆動が可能な光制御素子を容易に形成することができる。
As described above, in the present embodiment, since the
〔第2の実施の形態〕
図26は本発明の第2の実施の形態に係る光制御素子の全体構成を表すものである。この光制御素子は、上記の起動用電極80を設けることなく、その機能を駆動用電源60に持たせたことを除いては、上記参考例と同一の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して、以下説明する。
Second Embodiment
FIG. 26 shows the overall configuration of the light control element according to the second embodiment of the present invention. This light control element has the same configuration as that of the above-described reference example except that the
本実施の形態においては、制御部70は、中立状態にある可動部材10の起動を駆動用電源60による交流的電圧によって行い、可動部材10を自励的に起動させる。これにより、この光制御素子では、起動用電極80が不要となり、より簡単な構成で、容易に製造することができるようになっている。
In the present embodiment, the
この光制御素子は、例えば次のようにして製造することができる。 This light control element can be manufactured as follows, for example.
図27はこの光制御素子の製造方法の流れを表すものであり、図28ないし図31はその工程を順に表すものである。なお、上記参考例と製造工程が重複する部分については、図7(A)および図7(B)を参照して説明する。
FIG. 27 shows the flow of the manufacturing method of the light control element, and FIGS. 28 to 31 show the steps in order. Note that portions where the reference example and the manufacturing process overlap will be described with reference to FIGS. 7A and 7B.
まず、図7(A)に示した工程により、上記と同様にして、保持基板111の表面に酸化層112および半導体膜113が順に積層されたSOI基板110を用意する。
7A, an
次いで、図7(B)に示した工程により、上記と同様にして、このSOI基板110の両面に絶縁膜81を形成し、半導体膜113側の絶縁膜81を、桟構造11等の形成予定領域を残して選択的に除去する一方、保持基板111側の絶縁膜81のうち少なくとも可動部材形成予定領域10Aを選択的に除去する(ステップS101)。ここでは、例えば、保持基板111側の絶縁膜81を、外枠部30の形成予定領域を残して選択的に除去する。
Next, by the process shown in FIG. 7B, the insulating
続いて、図28(A)に示したように、半導体膜113側の絶縁膜81上に、可動部材10等の形成予定領域に、フォトレジスト膜130を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 28A, a
フォトレジスト膜130を形成したのち、図28(B)に示したように、このフォトレジスト膜130をマスクとして、例えばディープRIE法により、半導体膜113を、可動部材10等の形成予定領域を残して、厚み方向の途中まで選択的に除去する(ステップS103)。このとき、除去される半導体膜113の厚みは例えば1μm程度とする。
After the formation of the
半導体膜113を厚み方向の途中まで除去したのち、図28(C)に示したように、フォトレジスト膜130を除去する。次いで、図29(A)に示したように、半導体膜113側の絶縁膜81をマスクとして、例えばディープRIE法により、半導体膜113のうち厚み方向の途中まで除去した領域を、厚み方向の最後まで除去すると共に、可動部材形成予定領域10Aの一部を厚み方向の途中まで選択的に除去することにより桟構造11を形成する(ステップS104)。このとき、上記参考例と同様に、半導体膜113の反射率を測定することにより厚みを検知することが好ましい。
After removing the
桟構造11を形成したのち、図29(B)に示したように、SOI基板110の表面をフォトレジストよりなる保護膜140で覆う。続いて、図30(A)に示したように、例えばダイシングによりSOI基板110を切断し、SOI基板110に設けられている複数の可動部材形成予定領域10Aを個々に切り離す(ステップS105)。
After the
複数の可動部材形成予定領域10Aを個々に切り離したのち、図30(B)に示したように、保持基板111側の絶縁膜81をマスクとし、エッチング液としてTMAHを用いた異方性エッチングにより、保持基板111のうち少なくとも可動部材形成予定領域10Aを選択的に除去する(ステップS106)。ここでは、例えば、保持基板111を、外枠部30の形成予定領域を残して選択的に除去する。
After individually separating the plurality of movable member formation scheduled
保持基板111を除去したのち、図31(A)に示したように、フォトレジストよりなる保護膜140を除去する。続いて、図31(B)に示したように、エッチング液としてBHFを用いたウェットエッチングにより、酸化層112のうち少なくとも可動部材形成予定領域10Aを選択的に除去し、可動部材10,支持部20,外枠部30,固定側電極40A〜40Dおよび回動側電極50A〜50Dを形成する(ステップS107)。ここでは、例えば、酸化層112を、外枠部30の形成予定領域を残して選択的に除去する。また、その際、絶縁膜81は、起動用電極80と外枠部30との間に挟まれた部分だけを残して除去される。エッチング終了後、上記と同様にして臨界乾燥を行う。
After removing the holding
酸化層112および絶縁膜81を除去したのち、図31(C)に示したように、上記と同様にして、可動部材10に反射膜100を形成する(ステップS108)。以上により、図27に示した光制御素子が完成する。
After removing the
この光制御素子では、上記と同様に、可動部材10の裏面に桟構造11が設けられているので、可動部材10を薄くして慣性モーメントを小さくすることができ、共振周波数を高めることができる。また、桟構造11により可動部材10が補強され、回動時の平坦性が高くなる。よって、高速で高精度に光が制御される。
In this light control element, since the
また、この光制御素子では、可動部材10が静止状態の段階において、駆動用電源60がオンする。これにより可動部材10の共振周波数またはその倍数もしくは分数倍の駆動周波数を有する電圧が回動側電極50A〜50Dと固定側電極40A〜40Dとの間に印加され、この高周波電圧によって可動部材10が自励的に振動し始める。
In this light control element, the driving
自励振動が開始されると、この可動部材10は、その振動が増長され、回動角度が大きくなっていく。これ以降の制御部70による制御は、上記参考例と同様である。
When the self-excited vibration is started, the vibration of the
このように本実施の形態では、駆動用電源60に上記参考例の起動用電源90の機能を持たせるようにしたので、簡素な構成で、可動部材10の自励振動を発生させることができるという効果がある。
As described above, in the present embodiment, the
なお、本実施の形態では、上記参考例の製造方法により桟構造11を有する光制御素子を製造する場合について説明したが、第1の実施の形態の製造方法により製造するようにしてもよい。
In the present embodiment, the case where the light control element having the
〔第3の実施の形態〕
図32は本発明の第3の実施の形態に係る光制御素子の全体構成を表すものであり、図33はその断面構成を表すものである。この光制御素子は、可動部材10を支持部20により外枠部30に対して連結すると共に、外枠部30を外枠支持部220により固定部230に連結したことを除いては、上記参考例と同一の構成を有している。以下、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
[ Third Embodiment]
FIG. 32 shows the overall configuration of the light control element according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 33 shows its cross-sectional configuration. The light control element is configured to couple the
可動部材10、桟構造11、支持部20および反射膜100は、上記参考例と同様の構成を有している。
The
外枠部30には第1固定側電極40A〜40Dが連結され、各々に対応して第1回動側電極50A〜50Dが設けられている。
The first
外枠部30は、本実施の形態では可動部材10を取り囲むように設けられ、可動部材10と同様に同一のSOI基板から保持基板および酸化層を選択的に除去した半導体膜により構成されている。
In the present embodiment, the
また、この光制御素子は、上記と同様に、第1回動側電極50A〜50Dと第1固定側電極40A〜40Dとの間に静電駆動用の電圧を印加する第1駆動用電源60と、この第1駆動用電源60を制御するための制御部70と、可動部材10の起動を開始させるための起動用電極80と、この起動用電極80と可動部材10との間に接続された第1起動用電源90とを有している。なお、図19および図20では、第1駆動用電源60,制御部70,起動用電極80および第1起動用電源90は省略している。
Further, in the same manner as described above , the light control element includes a first
支持部20に直交する方向に配置された外枠支持部220は、支持部20と同様の捩じ梁であり、その一端において外枠部30を可動部材10の駆動方向に対して直交する方向に回動可能に支持する。外枠支持部220も、可動部材10と共に同一のSOI基板から保持基板および酸化層を除去したのちの半導体膜により構成されている。
The outer
外枠支持部220の他端側は固定部230に固定されている。この固定部230は、可動部材10と共に同一のSOI基板から形成され、必要に応じて他の膜が形成された構造を有している。なお、固定部230は、必ずしも外枠部30全体を取り囲む必要はなく、少なくとも外枠支持部220の固定位置に設けられていればよい。
The other end side of the outer
更に、この光制御素子は、外枠部30を駆動するための外枠駆動部200を備えている。これにより、この光制御素子では、可動部材10を二次元方向に変位させることができるようになっている。
Further, the light control element includes an outer
この外枠駆動部200は、第2固定側電極240A,240B,240C,240Dと、第2回動側電極250A,250B,250C,250Dとを有するものである。なお、外枠駆動部200による外枠部30の駆動速度は、可動部材10の駆動速度よりも低速であってもよい。
The outer
第2固定側電極240A〜240Dは、固定部230に連結すると共にそれぞれ複数の櫛歯241A,241B,241C,241Dを有している。これら第2固定側電極240A〜240Dは、可動部材10と共に同一のSOI基板から保持基板および酸化層を除去したのちの半導体膜の平坦面に形成されている。
The second fixed-
第2回動側電極250A〜250Dは、2個の外枠支持部220の各々の両側に、第2固定側電極240A〜240Dの各々に対応して配置されている。これら第2回動側電極250A〜250Dはそれぞれ外枠部30に連結すると共に、櫛歯241A〜241Dに対応して複数の櫛歯251A〜251Dを有している。第2回動側電極250A〜250Dも第2固定側電極240A〜240Dと同様の構造を有している。
The second rotation side electrodes 250 </ b> A to 250 </ b> D are disposed on both sides of each of the two outer
第2回動側電極250A〜250Dについても、中立位置において第2固定側電極240A〜240Dと同一平面内にあり、両者の間には段差がないことは上記参考例と同様である。これにより、第2固定側電極240A〜240Dおよび第2回動側電極250A〜250Dと、第1固定側電極40A〜40Dおよび第1回動側電極50A〜50Dとを同一工程で作製可能であり、従来の垂直櫛歯型のものに比べて製造工程を大幅に簡素化することができる。
The second
更に、この光制御素子は、図示しないが、第2回動側電極250A〜250Dと第2固定側電極240A〜240Dとの間に高周波電圧を印加する第2駆動用電源と、外枠部30の初期駆動を促すための起動用電極と、この起動用電極と外枠部30との間に起動用の塵電圧を印加するための第2起動用電源とを有している。これら第2駆動用電源および第2起動用電源は、第1駆動用電源および第1起動用電源と同様に、制御部70を通じてオン/オフが制御されるようになっている。その基本的な原理は上記参考例で説明したのと同じであるので、説明は省略する。
Further, although not shown, the light control element includes a second driving power source that applies a high-frequency voltage between the second
この光制御素子は、第1固定側電極40A〜40Dおよび第1回動側電極50A〜50Dを作製するのと同一工程で、外枠支持部220、外枠部30、第2固定側電極240A〜240Dおよび第2回動側電極250A〜250Dを形成することを除いては、上記参考例または第1の実施の形態と同様にして製造することができる。
This light control element is the same process as the first fixed
本実施の形態では、第1固定側電極40A〜40Dおよび第1回動側電極50A〜50Dにより可動部材10が一方向に回動変位すると共に、第2固定側電極240A〜240Dおよび第2回動側電極250A〜250Dにより、外枠部30が可動部材10の回動方向とは直交する方向に変位する。これにより、可動部材10が二次元方向に変位する。
In the present embodiment, the
このように本実施の形態では、外枠部30に連結した外枠支持部220を捩り梁とし、これを軸として可動部材10と共に外枠部30を回動変位させるようにしたので、可動部材10を二次元方向に変位させることが可能になる。
As described above, in this embodiment, the outer
以下、本発明の光制御素子の具体的な適用例について説明する。 Hereinafter, specific application examples of the light control element of the present invention will be described.
図34は、本発明の光制御素子を用いた表示装置の一例を表すものである。この表示装置は、光源310からの光を光制御素子320により反射しスクリーン330上に映像Pとして投影するものである。光源310と光制御素子320との間には、光変調器340が設けられている。
FIG. 34 shows an example of a display device using the light control element of the present invention. In this display device, light from the light source 310 is reflected by the
光源310は、例えばレーザまたは発光ダイオードにより構成されていることが好ましい。レーザまたは発光ダイオードは、点光源に近く光密度が高いので、径の小さいビームにしやすいからである。 The light source 310 is preferably composed of, for example, a laser or a light emitting diode. This is because a laser or a light emitting diode is close to a point light source and has a high light density, so that a beam with a small diameter is easily obtained.
光制御素子320は、上記第3の実施の形態で説明した光制御素子により構成されている。これにより、この表示装置では、高速二次元駆動が可能であり、NTSCやハイビジョン対応の映像を1本の光を走査して表示することができるようになっている。
The
光変調器340は、光源310からの光信号に映像信号を重畳するためのものである。 The optical modulator 340 is for superimposing the video signal on the optical signal from the light source 310.
この表示装置では、光源310からの光は、光変調器330により映像信号が重畳されたのち、光制御素子320に投入され、ここで本発明の可動部材10によりスクリーン340上を走査される。これにより、映像Pが表示される。
In this display device, the light from the light source 310 is superimposed on the video signal by the
このように本実施の形態では、本発明の光制御素子を備えるようにしたので、高速二次元駆動が可能であり、NTSCやハイビジョン対応の映像を1本の光を走査して表示することができる。 As described above, in the present embodiment, since the light control element of the present invention is provided, high-speed two-dimensional driving is possible, and NTSC and high-definition images can be displayed by scanning one light. it can.
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、光制御素子および表示装置の構成を具体的に挙げて説明したが、光制御素子および表示装置の構成は上記実施の形態に限られない。例えば、可動部材10の形状は矩形状に限らず、その他任意の形状とすることができる。
The present invention has been described with reference to the embodiment. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, in the above-described embodiment, the configurations of the light control element and the display device have been specifically described, but the configurations of the light control element and the display device are not limited to the above-described embodiment. For example, the shape of the
また、例えば、第3の実施の形態は、上記参考例の光制御素子だけでなく第2の実施の形態の光制御素子にも適用可能である。 For example, the third embodiment can be applied not only to the light control element of the reference example but also to the light control element of the second embodiment.
更に、例えば、第3の実施の形態において、第2駆動部200には、電磁力または熱駆動などの静電力以外の駆動方法を用いてもよい。
Furthermore, for example, in the third embodiment, the
加えて、例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚み、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態においては、TMAHの代わりに水酸化カリウム(KOH),ヒドラジン,エチレンジアミン−ピロカテコール−水(EPW)などを用いることも可能である。 In addition, for example, the material and thickness of each layer described in the above embodiment, the film formation method and the film formation conditions are not limited, and other materials and thicknesses may be used, or other film formation methods. Alternatively, film forming conditions may be used. For example, in the above embodiment, potassium hydroxide (KOH), hydrazine, ethylenediamine-pyrocatechol-water (EPW) or the like can be used instead of TMAH.
更にまた、例えば、上記実施の形態では可動部材10として静電気力で駆動されるガルバノミラーを例として説明したが、ポリゴンミラー(回動型多面鏡)などの他のミラーでもよい。更に、本発明は、可動部材10としてミラーに限らずジャイロなど高速変位を要する機器を駆動する場合に広く適用可能である。
Furthermore, for example, in the above-described embodiment, the galvanometer mirror that is driven by electrostatic force is described as an example of the
加えてまた、例えば、上記実施の形態では、本発明の光制御素子を映像表示やスキャナなどに適用できるとしたが、本発明は、例えば超小型バーコードリーダ,ビームスキャナ,レーザプリンタ,光スイッチ,プロジェクタ,レーザショウ用ビームスキャナ,ディスプレイ,二次元バーコードリーダ,距離センサ,レーザソナー,共焦点顕微鏡,レーザ顕微鏡,光造形プロトタイピング,レーザ加工機,PtoP(ピア・ツー・ピア)光通信,光通信などの他の電子機器にも広く適用可能である。 In addition, for example, in the above-described embodiment, the light control element of the present invention can be applied to an image display, a scanner, and the like. However, the present invention can be applied to, for example, a micro bar code reader, a beam scanner, a laser printer, an optical switch. , Projector, laser scanner for laser show, display, two-dimensional barcode reader, distance sensor, laser sonar, confocal microscope, laser microscope, stereolithography prototyping, laser processing machine, PtoP (peer-to-peer) optical communication, optical The present invention can be widely applied to other electronic devices such as communication.
10…可動部材、11…桟構造、20…支持部、30…外枠部、40A〜40D…固定側電極,第1固定側電極、41A〜41D,51A〜51D,241A〜241D,251A〜251D…櫛歯、50A〜50D…回動側電極,第1回動側電極、60…駆動用電源、70…制御部、80…起動用電極、81…絶縁膜、90…起動用電源、100…反射膜、110…SOI基板、111…保持基板、112…酸化層、113…半導体膜、200…外枠駆動部、220…外枠支持部、230…固定部、240A〜240D…第2固定側電極、250A〜250D…第2回動側電極、310…光源、320…光制御素子、330…スクリーン、340…光変調器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
保持基板上に酸化層を間にして半導体膜を有する基板を用い、前記半導体膜のうち前記可動部材、前記支持部および前記外枠部材の形成予定領域を残して他の領域を選択的に除去する工程と、
前記半導体膜上の可動部材形成予定領域の一部に選択的に半導体成長層を形成することにより、前記可動部材の裏面に桟幅が3μm以上の桟構造を形成する工程と、
前記保持基板および酸化層のうち少なくとも前記可動部材形成予定領域を選択的に除去することにより、前記可動部材および前記外枠部材を形成する工程と
を含む光制御素子の製造方法。 A plate-shaped movable member having a reflective surface on the surface, an outer frame member that rotatably supports the movable member, and the movable member and the outer frame member are connected to each other at positions opposite to each other. And a method for manufacturing a light control element comprising a pair of support portions that serve as pivot axes of the movable member ,
And between the oxide layer on the holding substrate using a substrate having a semiconductor film, selectively removing the other regions leaving the movable member, forming region of the support and the outer frame member of said semiconductor film And a process of
By selectively forming the semiconductor growth layer on a part of the variable rotary members forming region on the semiconductor film, a step of桟幅on the back surface of the movable member forms a more crosspiece structure 3 [mu] m,
Forming the movable member and the outer frame member by selectively removing at least the movable member formation scheduled region of the holding substrate and the oxide layer.
請求項1記載の光制御素子の製造方法。 When selectively removing the holding substrate, it is divided into a plurality of times, and before the final round is performed, the substrate is cut to separately form a plurality of movable member formation scheduled regions provided on the substrate. The method for manufacturing a light control element according to claim 1.
請求項1記載の光制御素子の製造方法。 The method for manufacturing a light control element according to claim 1, wherein after the holding substrate is selectively removed, a reflective film is formed on the other surface of the movable member.
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