(57)【要約】【課題】垂直くし型電極を具備したアクチュエータを提供する。【解決手段】第１方向に揺動運動するステージ１２０と、ステージ１２０の揺動運動を支持する支持部１３０と、ステージ１２０の第１方向の対向する両側から外側に延びた垂直型駆動くし型電極１２２と、基板１１０上で駆動くし型電極１２２と交互に配置されるように形成された垂直型固定くし型電極１３２とを具備するステージ駆動部と、を具備し、固定くし型電極１４０は、駆動くし型電極１２２よりも低く基板１１０上に形成された第１固定くし型電極１４３と、第１固定くし型電極１４３上に形成された絶縁層１４４と、絶縁層１４４上で駆動くし型電極１２２の下部面よりも高く形成された第２固定くし型電極１４５と、を具備する。【選択図】図５
2006353081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１方向に揺動運動するステージと、
前記ステージの揺動運動を支持する支持部と、
前記ステージの前記第１方向の対向する両側から外側に延びた垂直型駆動くし型電極と、基板上で前記駆動くし型電極と交互に配置されるように形成された垂直型固定くし型電極とを有するステージ駆動部と、を具備し、
前記固定くし型電極は、前記駆動くし型電極よりも低く前記基板上に形成された第１固定くし型電極と、前記第１固定くし型電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に前記駆動くし型電極の下部面よりも高く形成された第２固定くし型電極と、を具備することを特徴とする垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項２】
前記第２固定くし型電極の上部面は、前記駆動くし型電極の上部面よりも低く形成されたことを特徴とする請求項１に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項３】
前記支持部は、
前記第１方向と直交する第２方向に、前記ステージの対向する両側から延びる一対のトーションスプリングと、
前記基板の上方で前記トーションスプリングが懸垂されるように、前記トーションスプリングの一端を固定する固定フレームと、を具備することを特徴とする請求項１に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項４】
前記第１固定くし型電極及び第２固定くし型電極には、同じ電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項５】
前記駆動くし型電極及び第２固定くし型電極は、第１導電層、絶縁層、及び第２導電層からなるＳＯＩ基板の前記第１導電層から製造され、
前記第１固定くし型電極は、前記第２導電層から製造されたことを特徴とする請求項１に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項６】
基板の上方で懸垂されて第１方向に揺動運動するステージと、
前記ステージの揺動運動を支持する支持部と、
前記ステージの前記第１方向の対向する両側から外側に延びた垂直型駆動くし型電極と、前記基板上で前記駆動くし型電極と交互に配置されるように形成された垂直型固定くし型電極とを有するステージ駆動部と、を具備し、
前記駆動くし型電極は、前記固定くし型電極よりも高く前記基板上に形成された第１駆動くし型電極と、前記第１駆動くし型電極の下部面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の下部面に前記固定くし型電極の上部面よりも低く形成された第２駆動くし型電極と、を具備することを特徴とする垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項７】
前記第２駆動くし型電極の下部面は、前記固定くし型電極の下部面よりも高く形成されたことを特徴とする請求項６に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項８】
前記支持部は、
前記第１方向と直交する第２方向に、前記ステージの対向する両側から延びる一対のトーションスプリングと、
前記基板の上方で前記トーションスプリングが懸垂されるように、前記トーションスプリングの一端を固定する固定フレームと、を具備することを特徴とする請求項６に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項９】
前記第１駆動くし型電極及び第２駆動くし型電極には、同じ電圧が印加されることを特徴とする請求項６に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１駆動くし型電極は、第１導電層、絶縁層、及び第２導電層からなるＳＯＩ基板の前記第１導電層から製造され、
前記第２駆動くし型電極及び固定くし型電極は、前記第２導電層から製造されたことを特徴とする請求項６に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項１１】
第１方向に揺動運動するステージと、
前記ステージを支持する第１支持部と、
前記ステージの前記第１方向の対向する両側から外側に延びた第１駆動くし型電極と、前記第１駆動くし型電極と対向する前記第１支持部から、前記第１駆動くし型電極と交互に配置されるように延びた第１固定くし型電極とを具備するステージ駆動部と、
前記第１方向と直交する第２方向に前記第１支持部が揺動運動するように、前記第１支持部を支持する第２支持部と、
前記第１支持部に設置された第２駆動くし型電極と、前記第２駆動くし型電極に対応するように形成された第２固定くし型電極とを有する第１支持部駆動部と、を具備し、
前記第２固定くし型電極は、前記第２駆動くし型電極よりも低く形成された第３固定くし型電極と、前記第３固定くし型電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に前記第２駆動くし型電極の下部面よりも高く形成された第４固定くし型電極と、を具備することを特徴とする垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項１２】
前記第１支持部は、
前記ステージの両側から前記第２方向に延びる一対の第１トーションスプリングと、
前記第１トーションスプリングがそれぞれ連結される相互平行な一対の第１部分と、前記第２方向に平行に延びる一対の第２部分とを有する四角枠型運動フレームと、を具備することを特徴とする請求項１１に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項１３】
前記第２支持部は、
前記第１支持部の第２部分から前記第１方向に延長された一対の第２トーションスプリングと、
前記第２トーションスプリングが連結される平行な一対の第３部分と、前記第１方向に平行に延びる一対の第４部分とを有した四角枠型固定フレームと、を具備することを特徴とする請求項１２に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項１４】
前記第１支持部駆動部は、
前記運動フレームから前記第２トーションスプリングと平行に延びた第１延長部材を具備し、
前記第２駆動くし型電極は、前記第１延長部材から対向する前記第２支持部の第４部分に向かって延び、
前記第２固定くし型電極は、前記第２支持部から前記第１延長部材に対応するように延びた第２延長部材から延びるように形成されたことを特徴とする請求項１３に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項１５】
前記第４固定くし型電極の上部面は、前記第２駆動くし型電極の上部面よりも低く形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項１６】
前記第３固定くし型電極及び第４固定くし型電極には、同じ電圧が印加されることを特徴とする請求項１１に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項１７】
前記第１固定くし型電極は、前記第１駆動くし型電極よりも低く形成された第５固定くし型電極と、前記第５固定くし型電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に前記第１駆動くし型電極の下部面よりも高く形成された第６固定くし型電極と、を具備することを特徴とする請求項１１に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項１８】
前記第１駆動くし型電極、第２駆動くし型電極、第４固定くし型電極、及び第６固定くし型電極は、第１導電層、絶縁層、及び第２導電層からなるＳＯＩ基板の前記第１導電層から製造され、
前記第３固定くし型電極及び第５固定くし型電極は、前記第２導電層から製造されたことを特徴とする請求項１７に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項１９】
第１方向に揺動運動するステージと、
前記ステージを支持する第１支持部と、
前記ステージの前記第１方向の対向する両側から外側に延びた第１駆動くし型電極と、前記第１駆動くし型電極と対向する前記第１支持部から、前記第１駆動くし型電極と交互に配置されるように延びた第１固定くし型電極とを具備するステージ駆動部と、
前記第１方向と直交する第２方向に前記第１支持部が揺動運動するように、前記第１支持部を支持する第２支持部と、
前記第１支持部に設置された第２駆動くし型電極と、前記第２駆動くし型電極に対応するように形成された第２固定くし型電極とを有する第１支持部駆動部と、を具備し、
前記第２駆動くし型電極は、前記第２固定くし型電極よりも高く形成された第３駆動くし型電極と、前記第３駆動くし型電極の下部面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の下部面に前記第２固定くし型電極の上部面よりも低く形成された第４駆動くし型電極と、を具備することを特徴とする垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項２０】
前記第１支持部は、
前記ステージの両側から前記第２方向に延びる一対の第１トーションスプリングと、
前記第１トーションスプリングがそれぞれ連結される相互平行な一対の第１部分と、前記第２方向に平行に延びる一対の第２部分とを有する四角枠型運動フレームと、を具備することを特徴とする請求項１９に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項２１】
前記第２支持部は、
前記第１支持部の第２部分から前記第１方向に延長された一対の第２トーションスプリングと、
前記第２トーションスプリングが連結される平行な一対の第３部分と、前記第１方向に平行に延びる一対の第４部分とを有した四角枠型固定フレームと、を具備することを特徴とする請求項２０に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項２２】
前記第１支持部駆動部は、
前記運動フレームから前記第２トーションスプリングと平行に延びた第１延長部材を具備し、
前記第２駆動くし型電極は、前記第１延長部材から対向する前記第２支持部の第４部分に向かって延び、
前記第２固定くし型電極は、前記第２支持部から前記第１延長部材に対応するように延びた第２延長部材から延びるように形成されたことを特徴とする請求項２１に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項２３】
前記第４駆動くし型電極の下部面は、前記第２固定くし型電極の下部面よりも高く形成されたことを特徴とする請求項１９に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項２４】
前記第３駆動くし型電極及び第４駆動くし型電極には、同じ電圧が印加されることを特徴とする請求項１９に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項２５】
前記第１駆動くし型電極は、前記第１固定くし型電極よりも高く形成された第５駆動くし型電極と、前記第５駆動くし型電極の下部面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の下部面に前記第１固定くし型電極の上部面よりも低く形成された第６駆動くし型電極と、を具備することを特徴とする請求項１９に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【請求項２６】
前記第３駆動くし型電極及び第５駆動くし型電極は、第１導電層、絶縁層、及び第２導電層からなるＳＯＩ基板の前記第１導電層から製造され、
前記第１固定くし型電極、第２固定くし型電極、第４駆動くし型電極、及び第６駆動くし型電極は、前記第２導電層から製造されたことを特徴とする請求項２５に記載の垂直くし型電極を具備したアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術で製造される垂直くし（ｃｏｍｂ）型電極を具備したアクチュエータに係り、さらに詳細には、固定くし型電極と駆動くし型電極との間に重なる領域が形成され、製造方法が容易な垂直型くし型電極を具備したアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直くし型電極を具備したアクチュエータは、大型ディスプレイ装置において光（レーザ光）を走査するための光スキャナに使われうる。光スキャナであるアクチュエータの駆動速度は、ディスプレイ装置の解像度と関係があり、駆動角度は画面サイズと関係がある。すなわち、マイクロミラーの駆動速度が速いほど解像度は高まり、駆動角度が大きいほど大型ディスプレイ装置に使われうる。従って、大型及び高解像度のディスプレイを具現するためには、高速で駆動しつつも、大きい駆動角度を有するアクチュエータの確保が必須である。
【０００３】
一方、ディスプレイの垂直スキャニングに使われる光スキャナは、線形的な駆動が要求される。
【０００４】
図１は、一般的なアクチュエータの平面図であり、図２は、図１のII−II線に沿った断面図である。図１及び図２を共に参照すれば、パイレックスガラスなどからなる基板５上にステージ１が、その両側を支持するトーションスプリング２及びアンカ６によって懸架されている。ステージ１の両側には、駆動くし型電極３が複数個平行に所定長に形成されている。基板５の上面には、駆動くし型電極３と交差するように位置する固定くし型電極４が複数個平行に形成されている。
【０００５】
上記のような構造のアクチュエータは、駆動くし型電極３と固定くし型電極４との間の静電気力によりステージ１が揺動運動する。例えば、トーションスプリング２を中心軸とし、左側に位置する固定くし型電極４に所定の電圧Ｖｄ１を印加すれば、駆動くし型電極３と固定くし型電極４との間に静電力が発生して駆動くし型電極３が駆動され、ステージ１が左に動く。そして、右側に位置する固定くし型電極４に所定の電圧Ｖｄ２を印加すれば、駆動くし型電極３及び固定くし型電極４により引力が作用してステージ１が右に動く。元の位置に復帰するのは、トーションスプリング２の弾性係数を利用した復原力による。左側と右側とに反復的に駆動電圧を印加して交互に静電気力を発生させることにより、ステージ１の揺動運動が発生する。
【０００６】
図２に示されたアクチュエータは、駆動くし型電極３と固定くし型電極４とが互いに重ならないように形成されるので、製作時にＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ−Ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の下部導電層として固定くし型電極４を形成し、上部導電層として駆動くし型電極３を形成し、下部導電層と上部導電層との間の絶縁層をエッチングして容易に垂直くし型電極構造を製作できる。しかし、２μｍ厚の絶縁層が形成されたＳＯＩ基板を使用する場合、駆動力が低下し、線形性が低減するという問題がある。かかる駆動力低減は、駆動くし型電極と固定くし型電極との間のギャップが形成されたためである。
【０００７】
また、駆動くし型電極の製作時に、駆動くし型電極の下部がエッチングされるノッチングが起こり、固定くし型電極と駆動くし型電極との間のギャップがさらに広がり、駆動力がさらに低減し、線形性がさらに低下する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、ＳＯＩ基板で容易に垂直くし型電極構造を製造しつつ、同時に駆動力を向上させるように駆動くし型電極と固定くし型電極との間の互いに重なる領域に新しい電極を形成した垂直くし型電極を具備したアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の実施の形態による垂直くし型電極を具備したアクチュエータは、第１方向に揺動運動するステージと、前記ステージの揺動運動を支持する支持部と、前記ステージの前記第１方向の対向する両側から外側に延びた垂直型駆動くし型電極と、基板上で前記駆動くし型電極と交互に配置されるように形成された垂直型固定くし型電極とを具備するステージ駆動部と、を具備し、前記固定くし型電極は、前記駆動くし型電極よりも低く前記基板上に形成された第１固定くし型電極と、前記第１固定くし型電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上で前記駆動くし型電極の下部面よりも高く形成された第２固定くし型電極と、を具備することを特徴とする。
【００１０】
前記第２固定くし型電極の上部面は、前記駆動くし型電極の上部面よりも低く形成される。
【００１１】
前記支持部は、前記第１方向と直交する第２方向に、前記ステージの対向する両側から延びる一対のトーションスプリングと、前記基板の上方で前記トーションスプリングが懸垂されるように、前記トーションスプリングの一端を固定する固定フレームと、を具備することが望ましい。
【００１２】
また、前記第１固定くし型電極及び第２固定くし型電極には、同じ電圧が印加されることが望ましい。
【００１３】
前記駆動くし型電極及び第２固定くし型電極は、第１導電層、絶縁層、及び第２導電層からなるＳＯＩ基板の前記第１導電層から製造され、前記第１固定くし型電極は、前記第２導電層から製造されることが望ましい。
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明の第２の実施の形態による垂直くし型電極を具備したアクチュエータは、基板の上方で懸垂されて第１方向に揺動運動するステージと、前記ステージの揺動運動を支持する支持部と、前記ステージの前記第１方向の対向する両側から外側に延びた垂直型駆動くし型電極と、前記基板上で前記駆動くし型電極と交互に配置されるように形成された垂直型固定くし型電極とを具備するステージ駆動部と、を具備し、前記駆動くし型電極は、前記固定くし型電極よりも高く前記基板上に形成された第１駆動くし型電極と、前記第１駆動くし型電極の下部面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の下部面に前記固定くし型電極の上部面より低く形成された第２駆動くし型電極と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
上記の目的を達成するために本発明の第３の実施の形態による垂直くし型電極を具備したアクチュエータは、第１方向に揺動運動するステージと、前記ステージを支持する第１支持部と、前記ステージの前記第１方向の対向する両側から外側に延びた第１駆動くし型電極と、前記第１駆動くし型電極と対向する前記第１支持部から、前記第１駆動くし型電極と交互に配置されるように延びた第１固定くし型電極とを具備するステージ駆動部と、前記第１方向と直交する第２方向に前記第１支持部が揺動運動するように、前記第１支持部を支持する第２支持部と、前記第１支持部に設置された第２駆動くし型電極と、前記第２駆動くし型電極に対応するように形成された第２固定くし型電極とを有する第１支持部駆動部と、を具備し、前記第２固定くし型電極は、前記第２駆動くし型電極よりも低く形成された第３固定くし型電極と、前記第３固定くし型電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上で前記第２駆動くし型電極の下部面よりも高く形成された第４固定くし型電極と、を具備することを特徴とする。
【００１６】
前記第１固定くし型電極は、前記第１駆動くし型電極よりも低く形成された第５固定くし型電極と、前記第５固定くし型電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上で前記第１駆動くし型電極の下部面より高く形成された第６固定くし型電極と、を具備できる。
【００１７】
上記の目的を達成するために本発明の第４の実施の形態による垂直くし型電極を具備したアクチュエータは、第１方向に揺動運動するステージと、前記ステージを支持する第１支持部と、前記ステージの前記第１方向の対向する両側から外側に延びた第１駆動くし型電極と、前記第１駆動くし型電極と対向する前記第１支持部から、前記第１駆動くし型電極と交互に配置されるように延びた第１固定くし型電極とを具備するステージ駆動部と、前記第１方向と直交する第２方向に前記第１支持部が揺動運動するように、前記第１支持部を支持する第２支持部と、前記第１支持部に設置された第２駆動くし型電極と、前記第２駆動くし型電極に対応するように形成された第２固定くし型電極とを有する第１支持部駆動部と、を具備し、前記第２駆動くし型電極は、前記第２固定くし型電極よりも高く形成された第３駆動くし型電極と、前記第３駆動くし型電極の下部面に形成された絶縁層と、前記絶縁層の下部面に前記第２固定くし型電極の上部面よりも低く形成された第４駆動くし型電極と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明のアクチュエータによれば、垂直型駆動くし型電極と固定くし型電極とが重なって形成されてステージの線形駆動がなされる。また、駆動力の上昇により、駆動角度の増大にも寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明による垂直くし型電極を具備したアクチュエータの望ましい実施の形態を説明する。以下の実施の形態の説明で、図面に示された構成要素は、必要によって誇張して表現されていたり、または、図面の複雑性を避けて理解を助けるために特定図面で省略されたりしており、かかる変形された図面上の表現は、本願発明の技術的範囲を制限するものではないということを明らかにしておく。
【００２０】
図３は、本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの概略的斜視図であり、図４は、図３に示すアクチュエータの平面図であり、図５は、図４のV−V線に沿った断面図である。
【００２１】
図３〜図５を共に参照すれば、パイレックスガラスなどからなる基板１１０の上方に、ステージ１２０がその両側を支持する支持部によって懸架されている。支持部は、ステージ１２０の両側の中間部分に連結され、ステージ１２０の揺動運動（シーソー運動）を支持するトーションスプリング１３０と、このトーションスプリング１３０を基板１１０上方で懸架されるように支持する四角枠型固定フレーム１４０と、を具備する。
【００２２】
ステージ１２０の両側には、駆動くし型電極１２２が複数個平行に所定長に形成されている。固定フレーム１４０には、駆動くし型電極１２２と交差するように位置する固定くし型電極１４２が形成されている。基板１１０には、駆動くし型電極１２２の回動のための空間１１２が設けられうる。
【００２３】
固定くし型電極１４２は、駆動くし型電極１２２よりも低く形成された第１固定くし型電極１４３と、第１固定くし型電極１４３上に形成された絶縁層１４４と、絶縁層１４４上で駆動くし型電極１２２の下部面よりも高く形成された第２固定くし型電極１４５と、を具備する。第２固定くし型電極１４５の上部面は、駆動くし型電極１２２の上部面よりも低く形成される。第１固定くし型電極１４３及び第２固定くし型電極１４５には、同じ電圧が印加される。
【００２４】
ステージ１２０、トーションスプリング１３０、駆動くし型電極１２２、及び第２固定くし型電極１４５は、１枚のＳＯＩ基板で上部導電層（第１導電層）として形成され、第１固定くし型電極１４３は、ＳＯＩ基板で下部導電層（第２導電層）として形成されうる。ＳＯＩ基板は、ドーピングされたポリシリコン層と、ポリシリコン層間の絶縁層、例えば、ＳｉＯ２層とから形成されている。
【００２５】
第２固定くし型電極１４５の上部面は、駆動くし型電極１２２の下部面よりも高く形成される。また、駆動くし型電極１２２の下部面がノッチングにより除去されても、第２固定くし型電極１４５の高さを伸ばし、固定くし型電極１４２と駆動くし型電極１２２とを垂直方向に互いに重ならせる。
【００２６】
本実施の形態によるアクチュエータの作用を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２７】
駆動くし型電極１２２に所定の電圧、例えば、グラウンド電圧Ｖｇを印加した状態で、トーションスプリング１３０を中心に、図５で、左側の第１固定くし型電極１４３及び第２固定くし型電極１４５に同じ電圧Ｖｄ１を印加すれば、駆動くし型電極１２２と固定くし型電極１４２との間に静電力が発生して駆動くし型電極１２２が駆動され、ステージ１２０が左に動く。そして、右側に位置する固定くし型電極１４２に所定の電圧Ｖｄ２を印加すれば、駆動くし型電極１２２及び固定くし型電極１４２により引力が作用し、ステージ１２０が右に動く。ステージ１２０が元の状態に復帰するのは、トーションスプリング１３０の弾性係数を利用した復原力による。左側と右側とに反復的に駆動電圧を印加し、交互に静電気力を発生させることにより、ステージ１２０の揺動運動が発生する。
【００２８】
一方、本実施の形態によるアクチュエータは、固定くし型電極１４２及び駆動くし型電極１２２が重なって垂直に設置され、駆動くし型電極１２２が、図６で分かるように、駆動くし型電極１２２の下部面がノッチングされていない場合（本発明のアクチュエータ）及びノッチングされている場合（本発明のアクチュエータ＋ノッチング）で、いずれも固定くし型電極１４２間に位置するので、一般的なアクチュエータ（一般的なアクチュエータ）及びノッチングされている一般的なアクチュエータ（一般的なアクチュエータ＋ノッチング）と比較して駆動力が向上し、線形性が向上する。
【００２９】
図７Ａ〜図７Ｃは、一般的なアクチュエータと本実施の形態によるアクチュエータとに、３００Ｖの駆動電圧を印加したとき、駆動電極と固定電極との間の電場を示した図である。
【００３０】
図７Ａを参照すれば、一般的なアクチュエータでは、固定くし型電極４と駆動くし型電極３との間のギャップが２μｍである場合、等電位線の間隔が広く、シミュレーションにより算出された駆動力は、９．１４μＮであった。
【００３１】
図７Ｂを参照すれば、一般的なアクチュエータでノッチングが発生し、固定くし型電極４と駆動くし型電極３との間のギャップが１２μｍである場合、等電位線の間隔がさらに広く、シミュレーションにより算出された駆動力は、３．６μＮとさらに低くなった。
【００３２】
一方、図７Ｃを参照すれば、本発明によるアクチュエータは、駆動くし型電極１２２に１０μｍのノッチングが発生したが、第２固定くし型電極が１２μｍ高に形成され、駆動くし型電極１２２が固定くし型電極１４２間に配置された。駆動くし型電極１２２と固定くし型電極１４２との間の等電位線は、間隔が狭く形成され、シミュレーションにより算出された駆動力は、１１．１５μＮに向上していることが分かる。
【００３３】
以下、本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータを製造する方法を段階別に説明する。必要により、図３〜図５に示された構成要素が参照番号と共に引用される。図８Ａ〜図８Ｉは、便宜のために図４のVIII−VIII線に沿った断面図で示した。
【００３４】
図８Ａを参照すれば、４００μｍ厚のパイレックスガラス１１０を準備した後、ガラス１１０上に、ほぼ２００μｍ深さに湿式エッチングして駆動空間１１２を形成する。
【００３５】
図８Ｂを参照すれば、５００μｍほどの厚さを有し、エッチング阻止層として使用するために、第１シリコン層５０１と第２シリコン層５０３との間に、２μｍ厚にＳｉＯ２絶縁層５０２が形成されているＳＯＩ基板５００を準備する。第２シリコン層５０３上に、所定形状のフォトレジストマスク５０４を形成する。ここで、マスク５０４に覆われている部分は、固定フレーム部分Ｗ１及び第１固定くし型電極部分Ｗ２である。
【００３６】
図８Ｃを参照すれば、第２シリコン層５０３で、マスク５０４に覆われていない部分をＩＣＰＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法によりエッチングし、マスク５０４の露出領域を介して絶縁層５０２を露出させる。エッチングが完了した後、マスク５０４をストリッピングなどにより除去する。
【００３７】
図８Ｄを参照すれば、絶縁層５０２上に、固定フレーム１４０及び第１固定くし型電極１４３が形成される。
【００３８】
図８Ｅを参照すれば、前述の過程を介して得られたガラス基板１１０に、第２シリコン層５０３がエッチングされた基板５００をボンディングする。このときに使われる接合法は、陽極接合法であり、第２シリコン層５０３をガラス基板１１０と接触させる。次に、第１シリコン層５０１の上面をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により、第１シリコン層５０１をほぼ７０μｍ厚に研磨する。
【００３９】
図８Ｆを参照すれば、第１シリコン層５０１上に所定形状の第１マスク５０６を形成する。ここで、第１マスク５０６に覆われた部分は、固定フレーム部分Ｗ３及び駆動くし型電極部分Ｗ５であり、ステージ部分（図示せず）及びトーションスプリング部分（図示せず）も含まれる。
【００４０】
次に、固定フレーム部分Ｗ３、駆動くし型電極部分Ｗ５、ステージ部分、トーションスプリング部分、及び第２固定くし型電極部分Ｗ４に、第１マスク５０６と選択的にエッチングされる第２マスク５０７を形成する。
【００４１】
図８Ｇを参照すれば、第１シリコン層５０１で、マスク５０６，５０７に覆われていない部分をＩＣＰＲＩＥ法によりエッチングし、マスク５０６，５０７の露出領域を介して絶縁層５０２を露出させる。
【００４２】
図８Ｈを参照すれば、第２マスク５０７を除去した後、第２固定くし型電極部分Ｗ４の上部をエッチングする。
【００４３】
図８Ｉを参照すれば、露出された絶縁層５０２を除去する。そして、第１マスク５０６を除去する。
【００４４】
図９は、本発明の第２の実施の形態によるアクチュエータの概略的な断面図であり、第１の実施の形態と実質的に同じ構成要素には、同じ参照番号を使用して詳細な説明は省略する。
【００４５】
図９を参照すれば、駆動くし型電極１２２は、固定くし型電極１４２よりも高く形成された第１駆動くし型電極１２３と、第１駆動くし型電極１２３の下部面に形成された絶縁層１２４と、絶縁層１２４の下部面に固定くし型電極１４２の上部面よりも低く形成された第２駆動くし型電極１２５と、を具備する。第２駆動くし型電極１２５の下部面は、固定くし型電極１４２の下部面よりも高く形成される。第１駆動くし型電極１２３及び第２駆動くし型電極１２５には、同じ電圧が印加される。
【００４６】
また、固定くし型電極１４２及び第２駆動くし型電極１２５は、ＳＯＩ基板の下部導電層５０３で形成され、第１駆動くし型電極１２２は、上部導電層５０１で形成される。かかる構造の駆動くし型電極１４２と固定くし型電極１２２は、垂直面上で互いに重なるように形成されるので、第１の実施の形態で説明したように、駆動力が向上して線形的に駆動する。
【００４７】
図１０は、本発明の第３の実施の形態によるアクチュエータの概略的な斜視図であり、図１１は、図１０に示すアクチュエータの平面図であり、図１２は、図１１のXII−XII線に沿った断面図である。なお、本実施の形態のアクチュエータは、たとえば、光スキャナとして用いられる。
【００４８】
図１０〜図１２を参照すれば、パイレックスなどからなる基板２１０の上方に、ステージ２００がその両側を支持する第１支持部により懸架されている。
【００４９】
ステージ２００は、第１トーションスプリング３１０及び四角枠型運動フレーム３００を備える第１支持部により、第１方向（Ｘ方向）に揺動運動自在に支持される。第１トーションスプリング３１０は、曲がりくねったメンダスプリング構造により形成されることが望ましい。
【００５０】
第１支持部は、第２トーションスプリング４１０及び四角枠型固定フレーム４００を備える第２支持部により、第１方向と直交する方向である第２方向（Ｙ方向）に揺動運動自在に支持される。従って、ステージ２００は、第１支持部及び第２支持部により、二軸方向へ運動自在に支持される。
【００５１】
さらに具体的に説明すれば、ステージ２００が第２方向に形成された２つの第１トーションスプリング３１０により、四角枠型運動フレーム３００に連結されている。従って、四角枠型運動フレーム３００は、第１トーションスプリング３１０を中心に揺動運動自在に支持される。
【００５２】
四角枠型運動フレーム３００は、第１トーションスプリング３１０がその中央に連結され、第１方向に平行な２つの第１部分３００Ｘと、後述する第２トーションスプリング４１０がその中央に連結され、第２方向に平行な第２部分３００Ｙと、を具備する。四角枠型運動フレーム３００の周囲には、これを取り囲み、第１方向に延びる第１部分（第４部分）４００Ｘと第２方向に延びる第２部分（第３部分）４００Ｙとを備えた四角枠型固定フレーム４００が設けられる。固定フレーム４００と運動フレーム３００は、それぞれの第２部分３００Ｙ，４００Ｙ間の中央に位置する前述した第２トーションスプリング４１０に連結される。第２トーションスプリング４１０は、第１方向に延びる。従って、運動フレーム３００は、第２トーションスプリング４１０を中心に揺動運動自在に支持される。
【００５３】
ステージ２００の揺動運動を発生させるステージ駆動部は、ステージ２００の外側に形成された第１駆動くし型電極２２０及び運動フレーム３００から第１駆動くし型電極２２０と互い違いに延びた第１固定くし型電極３２０を具備する。これらのくし型電極２２０，３２０は、垂直に形成される。
【００５４】
第１固定くし型電極３２０は、第１駆動くし型電極２２０よりも低く形成された第５固定くし型電極３２１と、第５固定くし型電極３２１上に形成された絶縁層３２２と、絶縁層３２２上で第１駆動くし型電極２２０の下部面よりも高く形成された第６固定くし型電極３２３と、を具備する。第６固定くし型電極３２３の上部面は、第１駆動くし型電極２２０の上部面より低く形成される。第５固定くし型電極３２１及び第６固定くし型電極３２３には、同じ電圧が印加される。
【００５５】
一方、運動フレーム３００と固定フレーム４００との間に、第１支持部駆動部が設けられる。第２トーションスプリング４１０の両側に、運動フレーム３００の第２部分３００Ｙから、これに対向する固定フレーム４００の第２部分４００Ｙ側に延長された第１延長部材３３０が形成されている。第１延長部材３３０には、第２駆動くし型電極３４０が形成されている。また、第１延長部材３３０に対応するように第２延長部材４４０が固定フレーム４００から延びて形成されている。第２延長部材４４０の第１延長部材３３０と対向する側面に、第２駆動くし型電極３４０と対応するように形成された第２固定くし型電極４５０が形成されている。これらのくし型電極３４０，４５０は、図１１で分かるように、交互に配置されている。
【００５６】
第２固定くし型電極４５０は、第２駆動くし型電極３４０よりも低く形成された第３固定くし型電極４５１と、第３固定くし型電極４５１上に形成された絶縁層４５２と、絶縁層４５２上で第２駆動くし型電極３４０の下部面よりも高く形成された第４固定くし型電極４５３と、を具備する。第４固定くし型電極４５３の上部面は、第２駆動くし型電極３４０の上部面よりも低く形成される。第３固定くし型電極４５１及び第４固定くし型電極４５３には、同じ電圧が印加される。
【００５７】
ステージ２００、第１トーションスプリング３１０、第２トーションスプリング４１０、第１駆動くし型電極２２０、第２駆動くし型電極３４０、第１延長部材３３０、第６固定くし型電極３２３、及び第４固定くし型電極４５３は、１枚のＳＯＩ基板で上部導電層として形成され、第５固定くし型電極３２１及び第３固定くし型電極４５１は、ＳＯＩ基板で下部導電層として形成されうる。ＳＯＩ基板は、ドーピングされたポリシリコン層と、ポリシリコン層間の絶縁層、例えば、ＳｉＯ２層とから形成されている。
【００５８】
上記のような第３の実施の形態による二軸アクチュエータは、平面ディスプレイ適用時に、ステージ駆動部は、水平走査に使われ、第１支持部駆動部は、垂直走査に使われうる。本発明の特徴部である複層として形成された固定くし型電極を具備する駆動部は、垂直走査では、線形性向上に寄与でき、水平走査でも、向上した駆動力でもって駆動角度の向上に寄与できる。
【００５９】
なお、本発明の第３の実施の形態によるアクチュエータの作用は、実質的に第１の実施の形態のアクチュエータと同一なので、詳細な説明は省略する。
【００６０】
また、第３の実施の形態では、第１の実施の形態のアクチュエータと類似した構造の二軸アクチュエータを用いた。しかしながら、第２の実施の形態と類似した構造が用いられることもできる。本発明の第４の実施の形態では、第２駆動くし型電極は、第２固定くし型電極よりも高く形成された第３駆動くし型電極と、第３駆動くし型電極の下部面に形成された絶縁層と、絶縁層の下部面に第２固定くし型電極の上部面よりも低く形成された第４駆動くし型電極と、を具備する。また、第１駆動くし型電極は、第１固定くし型電極よりも高く形成された第５駆動くし型電極と、第５駆動くし型電極の下部面に形成された絶縁層と、絶縁層の下部面に第１固定くし型電極の上部面よりも低く形成された第６駆動くし型電極と、を具備する。
【００６１】
このとき、第３駆動くし型電極及び第５駆動くし型電極は、ＳＯＩ基板の上部導電層から製造され、第１固定くし型電極、第２固定くし型電極、第４駆動くし型電極、及び第６駆動くし型電極は、下部導電層から製造される。なお、上述した点を除けば、本実施の形態におけるアクチュエータは、第３の実施の形態におけるアクチュエータと同様であるため詳細な説明は省略する。
【００６２】
以上で説明した内容を介し、当業者ならば、本発明の技術思想を外れない範囲で多様な変更及び修正が可能であるということが分かるであろう。従って、本考案の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容により限定されるものではなく、特許請求の範囲により定められるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明の垂直くし型電極を具備したアクチュエータは、例えば、大型ディスプレイ関連の技術分野に効果的に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】一般的な垂直型アクチュエータの平面図である。
【図２】図１のII−II線に沿った断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの概略的な斜視図である。
【図４】図３に示すアクチュエータの平面図である。
【図５】図４のV−V線に沿った断面図である。
【図６】駆動くし型電極と固定くし型電極との間のギャップによる駆動力を示したグラフである。
【図７Ａ】一般的なアクチュエータに３００Ｖの駆動電圧を印加したとき、駆動電極及び固定電極間の電場を示した図である。
【図７Ｂ】一般的なアクチュエータに３００Ｖの駆動電圧を印加したとき、駆動電極及び固定電極間の電場を示した図である。
【図７Ｃ】本発明の第一の実施の形態によるアクチュエータに３００Ｖの駆動電圧を印加したとき、駆動電極と固定電極との間の電場を示した図面である。
【図８Ａ】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図８Ｂ】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図８Ｃ】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図８Ｄ】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図８Ｅ】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図８Ｆ】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図８Ｇ】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図８Ｈ】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図８Ｉ】本発明の第１の実施の形態によるアクチュエータの製造方法を段階別に示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態によるアクチュエータの概略的な断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態によるアクチュエータの概略的な斜視図である。
【図１１】図１０に示すアクチュエータの平面図である。
【図１２】図１１のＸII−ＸII線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１，１２０，２００    ステージ、
２，１３０    トーションスプリング、
３，１２２    駆動くし型電極、
４，１４２    固定くし型電極、
５，１１０，２１０，５００    基板、
６    アンカ、
１１２    空間、
１４０    固定フレーム、
１４３，３２０    第１固定くし型電極、
１４４，３２２，４５２    絶縁層、
１４５，４５０    第２固定くし型電極、
２２０    第１駆動くし型電極、
３００    運動フレーム、
３００Ｘ，４００Ｘ    第１部分、
３００Ｙ，４００Ｙ    第２部分、
３１０    第１トーションスプリング、
３２１    第５固定くし型電極、
３２３    第６固定くし型電極、
３３０    第１延長部材、
３４０    第２駆動くし型電極、
４００    固定フレーム、
４１０    第２トーションスプリング、
４４０    第２延長部材、
４５１    第３固定くし型電極、
４５３    第４固定くし型電極、
５０１    第１シリコン層、
５０２    ＳｉＯ絶縁層、
５０３    第２シリコン層、
５０４    フォトレジストマスク、
５０６    第１マスク、
５０７    第２マスク、
Ｖｄ１，Ｖｄ２    所定電圧、
Ｖｇ    グラウンド電圧、
Ｗ１，Ｗ３    固定フレーム部分、
Ｗ２    第１固定くし型電極部分、
Ｗ４    第２固定くし型電極部分、
Ｗ５    駆動くし型電極部分。
【図１】
2006353081.tif 000003
【図２】
2006353081.tif 000004
【図３】
2006353081.tif 000005
【図４】
2006353081.tif 000006
【図５】
2006353081.tif 000007
【図６】
2006353081.tif 000008
【図７Ａ】
2006353081.tif 000009
【図７Ｂ】
2006353081.tif 000010
【図７Ｃ】
2006353081.tif 000011
【図８Ａ】
2006353081.tif 000012
【図８Ｂ】
2006353081.tif 000013
【図８Ｃ】
2006353081.tif 000014
【図８Ｄ】
2006353081.tif 000015
【図８Ｅ】
2006353081.tif 000016
【図８Ｆ】
2006353081.tif 000017
【図８Ｇ】
2006353081.tif 000018
【図８Ｈ】
2006353081.tif 000019
【図８Ｉ】
2006353081.tif 000020
【図９】
2006353081.tif 000021
【図１０】
2006353081.tif 000022
【図１１】
2006353081.tif 000023
【図１２】
2006353081.tif 000024