(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光投射システムに用いられる、Ｍ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイであって、
上面を有し、該上面に第１、第２及び第３導電性ラインパターンを有する基板が設けられているスイッチングマトリックスであって、前記第１及び第２導電性ラインパターンが外部回路に接続されて、映像信号及び駆動信号を各々伝送するに用いられ，前記第３導電性ラインパターンが前記映像信号を前記薄膜アクチュエーテッドミラーに伝送するに用いられる、前記スイッチングマトリックスと、
各々が前記第２及び第３導電性ラインパターンの上に位置する、Ｍ×Ｎ対の支持部材からなるアレイと、
各々が、それらの間に設けられたギャップにより区切りされた第１、第２、中央、第３及び第４タブ部と、反射層、弾性層及び電気的に変形可能な層とを有し、また、各々が近位端及び遠位端を有する一対のアクチュエータ及び一対のゲートアクチュエータをも備えるＭ×Ｎ個の駆動構造体からなるアレイとを含み、
前記各ゲートアクチュエータが、前記第２及び第３タブ部の下に位置する場合、対での各アクチュエータは前記第１及び第４タブ部の下に各々位置し、または、対での各ゲートアクチュエータが前記第１及び第４タブ部の下に位置する場合には、対での各アクチュエータは前記第２及び第３タブ部の下に各々位置し、前記各アクチュエータ及び前記各ゲートアクチュエータはそれらの各近位端で前記支持部材の各々に片持ちされており、前記ゲートアクチュエータの各々には、前記遠位端側の下に付着される絶縁層及び該絶縁層の下に付着される接触層が設けられ、前記第２導電性ラインパターンを通じて供給された前記駆動信号が前記ゲートアクチュエータの各々に印加される場合、前記一対のゲートアクチュエータは下向けに湾曲されて、前記ゲートアクチュエータ上の前記接触層が前記第１及び第３導電性ラインパターンと接触されることによって、前記第１導電性ラインパターンからの前記映像信号は前記第３導電性ラインパターン及び各アクチュエータに伝送されて、各駆動構造体における前記一対のアクチュエータを傾け、前記中央タブ部が傾き、その結果前記中央タブ部全体が光線を反射するに用いられるようにすることを特徴とするＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。
【請求項２】
前記アクチュエータの各々が、前記反射層の部分、前記弾性層の部分、信号電極層、前記電気的に変形可能な層の部分及びバイアス電極層を有することを特徴とする請求の範囲１に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。
【請求項３】
前記各アクチュエータにおける前記信号電極層が、前記第３導電性ラインパターンと電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲２に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。
【請求項４】
前記ゲートアクチュエータの各々が、前記反射層の部分、前記弾性層の部分、ゲート信号電極層、前記電気的に変形可能な層の部分及びゲートバイアス電極層を有することを特徴とする請求の範囲１に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。
【請求項５】
前記各ゲートアクチュエータにおける前記ゲート信号電極層が、前記第２導電性ラインパターンと電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲４に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。
【請求項６】
前記各アクチュエータにおける前記バイアス電極層が、前記ゲートアクチュエータの各々での前記ゲートバイアス電極層と電気的に接続されていることを特徴とする請求の範囲２及び４に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。
【請求項７】
前記各アクチュエータでの前記バイアス電極層、及び前記各ゲートアクチュエータでの前記ゲートバイアス電極層に印加される電圧が、互いに同一であることを特徴とする請求の範囲６に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。
【請求項８】
前記基板が絶縁性物質からなることを特徴とする請求の範囲１に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。
【請求項９】
前記支持部材の各々が、絶縁性物質からなることを特徴とする請求の範囲１に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。
【請求項１０】
前記弾性層が、絶縁性物質からなることを特徴とする請求の範囲１に記載のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイ。
【発明の詳細な説明】
発明の技術分野
本発明は光投射システムに関し、特に、そのシステムで用いるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイからなるアレイに関する。
背景技術
従来、多様なビデオディスプレーシステムのうち、光投射システムは大画面で高画質の映像を表示し得るものとして知られている。そのような光投射システムにおいて、ランプから発せられた光線は、例えば、Ｍ×Ｎ個のアクチュエーテッドミラーからなるアレイ（以下、「アクチュエーテッドミラーアレイ」と称す）に向かって一様に入射される。ここで、各ミラーは各アクチュエータに接続されている。このアクチュエータは、印加された電界信号に応じて変形を起こす圧電物質または電歪物質のような電気的に変形可能な物質でできている。
各ミラーから反射せられた光線（以下、「反射光線」と称す）は開口（例えば、光学バッフル）へ入射される。電気信号を各アクチュエータへ印加することによって、入射光線に対する各ミラーの相対的な位置が変更されて、各ミラーからの反射光線の光路が偏向される。各反射光線の光路が変更されるため、開口を通じて各ミラーから反射された光線の量が変化されることによって、該当光線の強さが調節される。開口を通じて調節された光線は適切な光学デバイス（例えば、投射レンズ）を介して投射スクリーンに入射されて、その上に像をディスプレイする。
図１及び図２には、光投射システムに用いられる、Ｍ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー11からなるアレイ10の断面図及び斜示図が各々示されている。ここで、Ｍ及びＮは正の整数である。このアレイ10は、本特許出願と出願人を同じくする係属中の米国特許出願08/340,762号明細書に、「ARRAY OF THINFILM ACTUATED MIRRORS FOR USE IN AN OPTICAL PROJECTION SYSTEM AND METHOD FOR THE MANUFACTURE THEREOF」との名称で開示されており、能動マトリックス12、Ｍ×Ｎ個の駆動構造体14のアレイ13、Ｍ×Ｎ個の支持部材16のアレイ15及びＭ×Ｎ個のミラー層18のアレイ17から構成されている。
能動マトリックス12は基板19、Ｍ×Ｎ個のトランジスタのアレイ（図示せず）及びＭ×Ｎ個の接続端子21のアレイ20を有する。アレイ10でのＭ×Ｎ個の駆動構造体14の各々には、第１及び第２駆動部22（ａ）及び22（ｂ）と、それらの間に位置する中央駆動部22（ｃ）とが設けられている。ここで、第１及び第２駆動部22（ａ）、22（ｂ）は同一の構造に形成され、少なくとも、例えば圧電材料等の電気的に変形可能な物質からなり、上面24、下面25を有する変形可能な薄膜層23と、下面41を有する弾性層26と、第１電極28及び第２電極29を備える。弾性層26は変形可能な薄膜層23の上面24に形成される。第１及び第２電極28、29は変形可能な薄膜層23の上面24、下面25に各々形成されている。ここで、電気信号が第１電極28と第２電極29との間に位置する変形可能な薄膜層23の両端に印加される場合、それ自体のみならず第１駆動部22（ａ）、22（ｂ）に変形を引き起こす。各支持部材16は各駆動構造体13を支持し、各駆動構造体14と能動マトリックス12との間の電気的な接続のために用いられる。図２に示したように、各ミラー層18は第１側部30、対向側部31及びそれらの間の中央部32を有する。各ミラー層18での第１側部30、対向側部31及び中央部32は各駆動構造体14の第１駆動部22（ａ）、第２駆動部22（ｂ）及び中央駆動部22（ｃ）の上に各々固定されて、各駆動構造体14の第１駆動部22（ａ）及び第２駆動部22（ｂ）が電気信号により変形される時、各駆動構造体14の中央駆動部22（ｃ）のみならず対応するミラー層18の中央部32も湾曲されることによって、中央部32全体が入射光線を反射して光効率が増大される。
しかしながら、前述した従来の薄膜アクチュエーテッドミラー11のアレイ10は、映像信号及び駆動信号を各アクチュエーテッドミラー11に供給するためのトランジスタのアレイを有する能動マトリックス12をアレイ内に組み込むことによって、アレイ製造のコストが高まる欠点を有する。
発明の開示
従って、本発明の目的は、映像信号及び駆動信号を各薄膜アクチュエーテッドミラーに供給するためのトランジスタのアレイを用いることなく、アレイ製造のコストの節減及び光効率の増大ができるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイを提供することにある。
本発明の他の目的は、映像信号及び駆動信号を各薄膜アクチュエーテッドミラーに供給するための新規な装置が組み込まれるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、各々が、一対のゲートアクチュエータを用いるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明の好適実施例によれば、光投射システムに用いられる、Ｍ  ｘ  Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイであって、上面を有し、該上面に第１、第２及び第３導電性ラインパターンを有する基板が設けられているスイッチングマトリックスであって、前記第１及び第２導電性ラインパターンが外部回路に接続されて、映像信号及び駆動信号を各々伝送するに用いられ，前記第３導電性ラインパターンが前記映像信号を前記薄膜アクチュエーテッドミラーアレイに伝送するに用いられる、前記スイッチングマトリックスと、各々が前記第２及び第３導電性ラインパターンの上に位置する、Ｍ×Ｎ対の支持部材からなるアレイと、各々が、それらの間に設けられたギャップにより区切りされた第１、第２、中央、第３及び第４タブ部と、反射層、弾性層及び電気的に変形可能な層とを有し、また、各々が近位端及び遠位端を有する一対のアクチュエータ及び一対のゲートアクチュエータをも備えるＭ×Ｎ個の駆動構造体からなるアレイとを含み、前記対における各ゲートアクチュエータが、前記第２及び第３タブ部の下に位置する場合、前記対での各アクチュエータは前記第１及び第４タブ部の下に各々位置し、または、前記対での各ゲートアクチュエータが前記第１及び第４タブ部の下に位置する場合には、対での各アクチュエータは前記第２及び第３タブ部の下に各々位置し、前記各アクチュエータ及び前記各ゲートアクチュエータはそれらの各近位端で前記支持部材の各々に片持ちされており、前記ゲートアクチュエータの各々には、前記遠位端側の下に付着される絶縁層及び該絶縁層の下に付着される接触層が設けられ、前記第２導電性ラインパターンを通じて供給された前記駆動信号が前記ゲートアクチュエータの各々に印加される場合、前記一対のゲートアクチュエータは下向けに湾曲されて、前記ゲートアクチュエータ上の前記接触層が前記第１及び第３導電性ラインパターンと接触されることによって、前記第１導電性ラインパターンからの前記映像信号は前記第３導電性ラインパターン及び各アクチュエータに伝送されて、各駆動構造体における前記一対のアクチュエータを傾け、前記中央タブ部が傾き、その結果前記中央タブ部全体が光線を反射するに用いられるようにすることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイの断面図である。
図２は、同じく、従来のアレイの斜示図である。
図３は、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイの断面図である。
図４は、図３示したアレイに用いられるスイッチングマトリックスの部分平面図である。
図５は、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーの平面図である。
図６は、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのアクチュエータの断面図である。
図７は、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーのゲートアクチュエータの断面図である。
発明の実施の態様
以下、本発明の好適実施例について図面を参照しながらより詳しく説明する。
図３〜図７には、本発明に基づいて、光投射システム用のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーからなるアレイを説明するための概略的な断面図が各々示されている。ここで、Ｍ及びＮは正の整数である。各図中で、同一部分は同一の参照符号を付して表示したことに注意されたい。
図３を参照すると、スイッチングマトリックス102、Ｍ×Ｎ対（図示せず）の支持部材104のアレイ103及びＭ×Ｎ個の駆動構造体106のアレイ105を有する、本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー101のアレイ100の断面図が示されている。
図３に示したように、各駆動構造体106は、例えばAl等の光反射性の物質からなる反射層107と、例えば窒化シリコン（Si3N4）等の絶縁性物質からなる弾性層108と、例えばPZT等の圧電材料、またはPMN等の電歪材料からなる電気的に変形可能な層（以下、「変形可能層」と称する）109とから構成されている。
スイッチングマトリックス102は上面111を有し、例えば、アルミナ（Al2O3）等の絶縁性物質からなる基板110を備える。従来、Ｍ×Ｎ個のトランジスタのアレイを有するＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラーアレイでの能動マトリックスとは異なり、スイッチングマトリックス102には図４に示したように、その上面111に第１、第２、第３導電性ラインパターン112、113、114が設けられている。ここで、第１及び第２導電性ラインパターン112及び113は外部ソース（図示せず）に接続されており、映像信号及び駆動信号を各々伝送するに用いられ、第３導電性ラインパターン114は映像信号を各アクチュエーテッドミラー101に供給するのに用いられる。各支持部材104は弾性層108と同一の物質からなり、第２及び第３導電性ラインパターン113及び114の上に位置する。
図５は、図３に示したアレイ100を構成する駆動構造体106の詳細な平面図である。各駆動構造体106では、ギャップ120により区切りされる第１、第２、中央、第３、第４タブ部115、116、117、118及び119が形成されている。
また、図６及び図７の断面図に各々示したように、各駆動構造体106は一対のアクチュエータ121及び一対のゲートアクチュエータ122を有する。ここで、各アクチュエータ121及び各ゲートアクチュエータ122には近位端123、遠位端124が各々設けられている。図６に示したように、各アクチュエータ121は反射層107の部分、弾性層108の部分、信号電極層125、電気的に変形可能な層109の部分及びバイアス電極層126を有する。信号電極層125は第３導電性ラインパターン114に電気的に接続されている。各アクチュエータ121は、その近位端123で各支持部材104に片持ちされている。
さらに、図７に示したように、各ゲートアクチュエータ122には、反射層107の部分、弾性層108の部分、ゲート信号電極層127、電気的に変形可能な層109の部分及びゲートバイアス電極層電極層128を有する。ゲート信号電極層127は第２導電性ラインパターン113に電気的に接続されている。各アクチュエータ121の場合と同様に、各ゲートアクチュエータ122もその近位端123で各支持部材104に片持ちされている。
また、各ゲートアクチュエータ122にはその遠位端124でゲートバイアス電極層128の下面に付着された絶縁層129と、この絶縁層120の下面に付着され、例えばAg等の導電性の物質からなる接触層130とが設けられている。ここで、絶縁層129はゲートバイアス電極層128と接触層130との間の短絡を防ぐのに用いられる。
各ゲートアクチュエータ122におけるゲートバイアス電極層128は、各アクチュエータ121でのバイアス電極層126に電気的に接続され、印加されたバイアス電圧は互いに同一である。
各ゲートアクチュエータ122が第２及び第３タブ部116、118の下に位置する場合、駆動構造体106での各アクチュエータ121は第１及び第４タブ部115、119の下に各々位置し、または、各ゲートアクチュエータ122が第１及び第４タブ部115、119の下に位置する場合には、各アクチュエータ121は第２及び第３タブ部116、118の下に各々位置する。
第２導電性ラインパターン113を通じて供給された駆動信号（電位のある）がゲート信号電極層127と各ゲートアクチュエータ122のゲートバイアス電極層128との間の変形可能層109の部分に印加される場合、駆動信号電圧とバイアス電圧との間の電位差による電界に応動して、変形可能層109の部分が変形される。かくして、変形可能層109の部分の変形は変形可能層109の部分と弾性層108の部分との間の境界での内部応力をもたらすことになる。もし変形可能層109の部分が、分極された薄膜圧電材料からなる場合、対応するゲートアクチュエータは湾曲される。この時、湾曲方向は電界の分極方向により左右される。もし、駆動信号電圧がバイアス電圧より大きい場合、対応するゲートアクチュエータ122は下向きに湾曲される。一方、駆動信号電圧がバイアス電圧より小さい場合は、対応するゲートアクチュエータ122は上向きに湾曲される。また、変形可能層109の部分が分極されない薄膜圧電材料からなる場合、対応するゲートアクチュエータは下向きに湾曲される。一対のゲートアクチュエータ122の下向きへの湾曲は、各ゲートアクチュエータ122上の接触層130を第１、第３導電性ラインパターン112、114と接触させることによって、それらの間に電気的なブリッジが形成されて、映像信号が第１導電性ラインパターン112から第３導電性ラインパターン114へ、各アクチュエータ121での信号電極層125へ伝送されることになる。各駆動構造体106における各アクチュエータ121は、基本的にゲートアクチュエータ122と同一の機能を果たす。一旦、映像信号が信号電極層125とアクチュエータ121のバイアス電極層126との間の変形可能層109の部分に印加されると、一対のアクチュエータ121での変形可能層109部分が変形されて、対応する駆動構造体106でそれらの間に位置した中央タブ部117を傾けて、中央タブ部117全体が光線を反射することになる。
本発明によるＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー101のアレイ100では、従来のＭ×Ｎ個の薄膜アクチュエーテッドミラー11のアレイ10とは異なり、各駆動構造体106に於ける一対のゲートアクチュエータ122及び第１、第２、第３導電性ラインパターン112、113、114を有するスイッチングマトリックスを用いて、映像信号及び駆動信号を各アクチュエーテッドミラー101に供給する。ここで、Ｍ×Ｎ個のトランジスタのアレイを有する能動マトリックスが用いられる。
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【図１】
0003595556.tif 000002
【図２】
0003595556.tif 000003
【図３】
0003595556.tif 000004
【図４】
0003595556.tif 000005
【図５】
0003595556.tif 000006
【図６】
0003595556.tif 000007
【図７】
0003595556.tif 000008