(57)【要約】【課題】ミラーを支持する下部支持台が、ミラーの内部ストレス値による撓み方向とは反対方向の撓み方向のストレス値を有するようにして、全体として撓み力が平衡となるようにした回折光変調器を提供する。【解決手段】回折光変調器は、基板と、入射光を通過させる少なくとも１つのオープンホールとを含み、第１ストレス値を有する第１反射部と、前記第１反射部の基板対向面に接合され、第２ストレス値を有する第１支持層と、前記第１支持層の基板対向面に接合され、第３ストレス値を有する第２支持層と、第２支持層と前記基板との間に位置した第２反射部と、第１反射部を相対的に動かして回折光の光量を変化させるための駆動手段などで構成される。【選択図】図６Ａ
2006215567.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板から離隔し、入射光を反射する反射面として機能する第１表面と、前記第１表面に形成され、入射光を通過させる少なくとも１つのオープンホールとを含み、前記基板によって支持され、第１ストレス値を有する第１反射部と、
前記第１反射部の基板対向面に接合されており、前記第１反射部に形成されたオープンホールに対応する部分にオープンホールが形成され、第２ストレス値を有する第１支持層と、
前記第１支持層の基板対向面に接合されており、前記第１反射部に形成されたオープンホールに対応する部分にオープンホールが形成され、第３ストレス値を有する第２支持層と、
前記第２支持層と前記基板との間に位置し、前記第２支持層から離隔している第２反射部であって、前記第１反射部の少なくとも１つのオープンホールを通過した入射光を反射する反射面として機能する第２表面を含む第２反射部と、
前記第２反射部に対して前記第１反射部を相対的に動かして、前記第１反射部および前記第２反射部による反射光によって形成される回折光の光量を変化させるための駆動手段と、を備えることを特徴とする回折光変調器。
【請求項２】
前記第１反射部と前記第１支持層との間に位置し、前記第１反射部と第１支持層の接合のための接着層をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の回折光変調器。
【請求項３】
前記第３ストレス値が前記第２ストレス値より大きいことを特徴とする請求項１に記載の回折光変調器。
【請求項４】
前記第１反射部が引張応力を受ける場合、前記第３ストレス値が前記第２ストレス値より大きいことを特徴とする請求項１に記載の回折光変調器。
【請求項５】
前記第１反射部が圧縮応力を受ける場合、前記第３ストレス値が前記第２ストレス値より小さいことを特徴とする請求項１に記載の回折光変調器。
【請求項６】
前記基板は、空間を提供するための陥没部を形成し、
前記第２反射部は、前記基板の陥没部に形成され、
前記第１反射部は、中間部分が前記第２反射部から離隔するように、陥没を横切って配置されることを特徴とする請求項１に記載の回折光変調器。
【請求項７】
前記駆動手段は、
一端が前記第１反射部の第１端に位置し、他端が前記第１反射部の中間部分から第１側に離隔して位置し、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層の両側に電圧が印加されると収縮及び膨脹によって上下駆動力を発生する第１圧電層と、
一端が前記第１反射部の第２端に位置し、他端が前記第１反射部の中間部分から第２側に離隔して位置し、薄膜の圧電材料層を含み、前記圧電材料層の両側に電圧が印加されると収縮及び膨脹によって上下駆動力を発生する第２圧電層と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の回折光変調器。
【請求項８】
前記第１及び第２圧電層は、
両側に電圧が印加されると収縮及び膨脹によって駆動力を発生する複数の圧電材料層と、
前記複数の圧電材料層間に位置し、圧電電圧を供給する複数の第１電極層と、
圧電材料層の最外層に位置し、圧電電圧を供給する第２電極層とを備え、
前記第１反射部が、第１及び第２圧電層の電極として機能することを特徴とする請求項７に記載の回折光変調器。
【請求項９】
基板と、
前記基板から離隔し、入射光を反射する反射面として機能する第１表面と、前記第１表面に形成され、入射光を通過させる少なくとも１つのオープンホールとを含み、前記基板によって支持され、第１ストレス値を有する第１反射部と、
前記第１反射部の基板対向面に接合されており、前記第１反射部に形成されたオープンホールに対応する部分にオープンホールが形成され、前記第１反射部から遠くなるにつれてストレス値が変化し、ストレス値の平均値が第２ストレス値である支持層と、
前記支持層と前記基板との間に位置し、前記支持層から離隔している第２反射部であって、前記第１反射部の少なくとも１つのオープンホールを通過した入射光を反射する反射面として機能する第２表面を含む第２反射部と、
前記第２反射部に対して前記第１反射部を相対的に動かして、前記第１反射部および前記第２反射部による反射光によって形成される回折光の光量を変化させるための駆動手段と、を備えることを特徴とする回折光変調器。
【請求項１０】
前記第１反射部と前記支持層との間に位置し、前記第１反射部と支持層の接合のための接着層をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載の回折光変調器。
【請求項１１】
前記支持層のストレス値が線形的に変化していることを特徴とする請求項９に記載の回折光変調器。
【請求項１２】
基板と、
前記基板から離隔し、入射光を反射する反射面として機能する第１表面を有し、前記基板によって支持され、第１ストレス値を有する第１反射部と、
前記第１反射部の基板対向面に接合され、第２ストレス値を有する第１支持層と、
前記第１支持層の基板対向面に接合され、第３ストレス値を有する第２支持層と、
前記第２支持層と前記基板との間に位置し、前記第２支持層から離隔している第２反射部であって、入射光を反射する反射面として機能する第２表面を含む第２反射部と、
前記第２反射部に対して前記第１反射部を相対的に動かして、前記第１反射部および前記第２反射部による反射光によって形成される回折光の光量を変化させるための駆動手段と、を備えることを特徴とする回折光変調器。
【請求項１３】
前記第１反射部と前記第１支持層との間に位置し、前記第１反射部と第１支持層の接合のための接着層をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の回折光変調器。
【請求項１４】
前記第３ストレス値が前記第２ストレス値より大きいことを特徴とする請求項１２に記載の回折光変調器。
【請求項１５】
前記第１反射部が引張応力を受ける場合、前記第３ストレス値が前記第２ストレス値より大きいことを特徴とする請求項１２に記載の回折光変調器。
【請求項１６】
前記第１反射部が圧縮応力を受ける場合、前記第３ストレス値が前記第２ストレス値より小さいことを特徴とする請求項１２に記載の回折光変調器。
【請求項１７】
前記基板は、空間を提供するための陥没部を形成し、
前記第２反射部は、前記基板の陥没部に形成され、
前記第１反射部は、中間部分が前記第２反射部から離隔するように、陥没部を横切って配置されることを特徴とする請求項１２に記載の回折光変調器。
【請求項１８】
基板と、
前記基板から離隔し、入射光を反射する反射面として機能する第１表面を有し、前記基板によって支持され、第１ストレス値を有する第１反射部と、
前記第１反射部の基板対向面に接合され、前記第１反射部から遠くなるにつれてストレス値が変化し、ストレス値の平均値が第２ストレス値である支持層と、
前記支持層と前記基板との間に位置し、前記支持層から離隔している第２反射部であって、入射光を反射する反射面として機能する第２表面を含む第２反射部と、
前記第２反射部に対して前記第１反射部を相対的に動かして、前記第１反射部および前記第２反射部による反射光によって形成される回折光の光量を変化させるための駆動手段と、を備えることを特徴とする回折光変調器。
【請求項１９】
前記第１反射部と前記支持層との間に位置し、前記第１反射部と支持層の接合のための接着層をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の回折光変調器。
【請求項２０】
前記支持層のストレス値が線形的に変化していることを特徴とする請求項１８に記載の回折光変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光変調器に係り、特にミラーの下部支持台を、ミラーの内部ストレス値を考慮して設計することにより、ミラーの平坦度が向上した回折光変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光信号処理は、大量のデータの実時間処理が不可能な既存のデジタル情報処理とは異なって、高速性、並列処理能力、大容量の情報処理という利点を有し、空間光変調理論を利用した、２値位相フィルタ、光論理ゲート、光増幅器、画像処理技術、光学素子、光変調器などの設計及び製作についての研究が行われてる。
【０００３】
このうち、空間光変調器は、光メモリ、光ディスプレイ、プリンタ、光インターコネクション、ホログラムなどの分野に使用され、これを用いた表示装置の開発研究が行われている。
【０００４】
このような空間光変調器の例として、図１に断面図として示すように、韓国の三星電機（株）が開発した陥没型薄膜圧電光変調器がある。
【０００５】
図１を参照して、従来技術による陥没型薄膜圧電光変調器は、シリコン基板１０１と、エレメント１１０とを具備している。
【０００６】
ここで、エレメント１１０は一定幅を有し、複数のエレメント１１０が規則的に整列して陥没型薄膜圧電光変調器を構成する。その代替として、このようなエレメント１１０が異なる幅を有し、交互に整列して、陥没型薄膜圧電光変調器を構成してもよい。また、このようなエレメント１１０は、一定間隔（エレメント１１０の幅とほぼ同じ間隔）で離隔して配置してもよい。この場合、シリコン基板１０１の上全面に形成されたマイクロミラー層が、入射光を反射して回折させる。
【０００７】
シリコン基板１０１は、エレメント１１０に空間を提供するために、陥没部を具備しており、絶縁層１０２がシリコン基板１０１の上表面に蒸着されており、陥没部の両側には、エレメント１１０の端部が接合している。
【０００８】
エレメント１１０は棒状をなし、その中央部がシリコン基板１０１の陥没部から離隔して位置決めされるように、エレメント１１０の両端下面は、シリコン基板１０１の陥没部外側の両側領域にそれぞれ接合している。エレメント１１０は、シリコン基板１０１の陥没部上方に位置した部分が上下に移動可能な下部支持台１１１を含む。
【０００９】
また、エレメント１１０は、下部支持台１１１の左側端に積層され、圧電電圧を供給するための下部電極層１１２と、下部電極層１１２に積層され、両面に電圧が印加されると、収縮及び膨脹により上下駆動力を発生する圧電材料層１１３と、圧電材料層１１３に積層され、圧電材料層１１３に圧電電圧を供給するための上部電極層１１４とを含む。
【００１０】
また、エレメント１１０は、下部支持台１１１の右側端に積層され、圧電電圧を供給するための下部電極層１１２’と、下部電極層１１２’に積層され、両面に電圧が印加されると、収縮及び膨脹により上下駆動力を発生する圧電材料層１１３’と、圧電材料層１１３’に積層され、圧電材料層１１３’に圧電電圧を供給するための上部電極層１１４’とを含む。
【００１１】
また、下部支持台１１１の中央部には、上部マイクロミラー層１１５が設けられ、これは金属層に入射する光を反射する。
【００１２】
特許文献１には、前述した陥没型の外に、突出型光変調器について詳細に開示されている。
【００１３】
一方、前述した三星電機（株）などの特許に開示されたようなタイプの光変調器は、画像を表示するための素子として利用できる。この場合、最小で２つの隣接エレメントが１つの画素を形成することができる。もちろん、３つのエレメントで１つの画素を形成したり、４つのエレメントで１つの画素を形成したり、あるいは６つのエレメントで１つの画素を形成してもよい。
【００１４】
特許文献２の「オープンホール方式の回折光変調器」には、シリコン基板に下部マイクロミラーを備え、下部支持台などにオープンホールを備えることで、上部および下部マイクロミラーが画素を形成するようにした、オープンホールを利用した回折光変調器を開示している。すなわち、図１において、下部支持台に複数のオープンホールが形成されている。
【００１５】
しかし、このようなオープンホール方式の回折光変調器は、ミラーなどが光処理に使用されるため、優れた性能のためにミラー面の精密な平坦度が要求されるが、下部支持台にオープンホールが形成されているため、撓み現象が発生する。
【００１６】
図２Ａは、従来のオープンホール方式の回折光変調器の部分平面図で、下部支持台には複数のオープンホールが縦方向に形成されている。図２Ｂは、従来のオープンホール方式の回折光変調器の部分平面図で、下部支持台には複数のオープンホールが横方向に形成されている。
【００１７】
このような従来のオープンホール方式の回折光変調器のＸＡ−ＸＡ’線に沿った切断面を図３Ａに示している。図３Ａを参照して、中央部が全体として下方に垂れて撓んでいる。しかし、このようなＸＡ−ＸＡ’線に沿った撓みは、光変調のために使用する部分が中央部であることから、光変調に大きな影響を及ぼさない（ＸＢ−ＸＢ’線に沿った断面図の場合にも同様に理解される）。
【００１８】
そして、従来のオープンホール方式の回折光変調器のＹＡ−ＹＡ’線による切断面を図３Ｂに示している。図３Ｂを参照して、中央部が下方に垂れて撓んでいることが分かる。このようなＹＡ−ＹＡ’線に沿った撓みは、入射光の波長をλとして、回折光変調器において一般的に要求される位相差がλ／４であることを考慮すると、ＸＡ−ＸＡ’線に沿った撓みとは異なり、光効率を大きく低下させることになる（ＹＢ−ＹＢ’線に沿った断面図の場合にも同様に理解される）。
【００１９】
一方、前記ＹＡ−ＹＡ’線に沿った撓みは、図４に示すように、異なるストレス値を有する上部マイクロミラー層１１５と下部支持台１１１が互いに接合された場合に発生する。すなわち、上部マイクロミラー層１１５は金属層で、固有ストレス値を有し、また下部支持台１１１は窒化物層で、固有ストレス値を有するが、これらのストレス値は互いに異なっている。その結果、図４に示すように、ストレス値が互いに異なる上部マイクロミラー層１１５と下部支持台１１１が接合すると、撓みが発生することになる。
【００２０】
【特許文献１】米国特許出願第１０／９５２，５５６号明細書
【特許文献２】米国特許出願第１０／９５２，５７３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
したがって、本発明の目的は、前記のような問題点を解決するためになされたもので、ミラーを支持する下部支持台が、ミラーの内部ストレス値による撓み方向とは反対方向の撓み方向のストレス値を有するようにして、全体として撓み力が平衡となるようにした回折光変調器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
前記目的を達成するため、本発明は、基板と、
前記基板から離隔し、入射光を反射する反射面として機能する第１表面と、前記第１表面に形成され、入射光を通過させる少なくとも１つのオープンホールとを含み、前記基板によって支持され、第１ストレス値を有する第１反射部と、
前記第１反射部の基板対向面に接合されており、前記第１反射部に形成されたオープンホールに対応する部分にオープンホールが形成され、第２ストレス値を有する第１支持層と、
前記第１支持層の基板対向面に接合されており、前記第１反射部に形成されたオープンホールに対応する部分にオープンホールが形成され、第３ストレス値を有する第２支持層と、
前記第２支持層と前記基板との間に位置し、前記第２支持層から離隔している第２反射部であって、前記第１反射部の少なくとも１つのオープンホールを通過した入射光を反射する反射面として機能する第２表面を含む第２反射部と、
前記第２反射部に対して前記第１反射部を相対的に動かして、前記第１反射部および前記第２反射部による反射光によって形成される回折光の光量を変化させるための駆動手段と、を備えることを特徴とする回折光変調器を提供する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ミラー等に使用される金属層の内部ストレス値を考慮して設計することにより、ミラー面の平坦度を向上させる効果がある。
【００２４】
また、本発明は、ミラー面の平坦度が向上することによって、光効率が向上する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図５以下の図面を参照して本発明の望ましい実施形態を詳しく説明する。
【００２６】
図５は、本発明の実施形態に係る、ミラー面の平坦度が改善したオープンホール方式の回折光変調器を利用したディスプレイ装置のブロック図である。このディスプレイ装置に使用される光学系はプリンタなどにも使用可能である。この場合、後述するスクリーン４１８の代わりにドラムが使用される。こうしたドラムは回転体であるため、ディスプレイ装置のように、別の走査光学部は必ずしも必要でない。
【００２７】
図５を参照して、本発明の実施形態に係る、ミラー面の平坦度が改善した回折光変調器を利用したディスプレイ装置は、ディスプレイ光学系４０２と、ディスプレイ電子系４０４を含む。ディスプレイ光学系４０２は、光源４０６と、光源４０６から出た光を用いて直線的な光を生成し、オープンホール方式の回折光変調器４１０に照射する照明光学部４０８と、照明光学部４０８から照射された直線光を変調して、回折光を生成するオープンホール方式の回折光変調器４１０と、オープンホール方式の回折光変調器４１０で変調された回折光を次数分離して、多くの次数の回折光の中から所望の次数の回折光を通過させるフィルタリング光学部４１２と、フィルタリング光学部４１２を通過した回折光を集光し、集光された点状の光を走査して２次元画像を生成する投映走査光学部４１６と、画像を表示するディスプレイスクリーン４１８とを含む。
【００２８】
ディスプレイ電子系４０４は、光源４０６、オープンホール方式の回折光変調器４１０及び投映走査光学部４１６に接続される。
【００２９】
動作について、オープンホール方式の回折光変調器４１０は、照明光学部４０８から直線光が入射すると、ディスプレイ電子系４０４の制御によって入射光を変調し、回折光を生成して出射する。このようなオープンホール方式の回折光変調器４１０は、後述する本発明の実施形態のように、ミラーの下部支持台をミラーの内部ストレス値を考慮して設計することによって、ミラーの平坦度が向上し、その結果、光効率が改善される。
【００３０】
フィルタリング光学系４１２は、多くの回折次数を有する回折光が入射すると、所望の回折次数の回折光を分離する。フィルタリング光学系４１２はフーリエレンズ（図示せず）とフィルター（図示せず）から構成され、入射する回折光の中から０次回折光または±１次回折光を選択的に通過させる。
【００３１】
そして、投映走査光学部４１６は、集光レンズ（図示せず）と走査ミラー（図示せず）を具備し、ディスプレイ電子系４０４の制御によって、入射した回折光をスクリーン４１８上で走査する。
【００３２】
ディスプレイ電子系４０４は、投映走査光学部４１６の走査ミラー（図示せず）を駆動する。投映走査光学部４１６は、ディスプレイスクリーン４１８上に２次元画像を形成するために、画像をディスプレイスクリーン４１８上に投映して走査する。
【００３３】
図５で説明したディスプレイ装置は、モノクロ画像を生成する装置であるが、カラー画像を生成することもできる。そうするためには、ディスプレイ光学系４０２に２つの追加光源、３つの追加回折光変調器、及び追加フィルタなどを備えればよい。
【００３４】
図６Ａは、本発明の第１実施形態に係る、ミラー面の平坦度が改善した回折光変調器の断面斜視図である。
【００３５】
図６Ａを参照して、本発明の第１実施形態に係る、ミラー面の平坦度が改善した回折光変調器は、シリコン基板５０１ａと、絶縁層５０２ａと、下部マイクロミラー５０３ａと、エレメント５１０ａとを備える。ここで、絶縁層５０２ａと下部マイクロミラー５０３ａを別個の層として構成したが、絶縁層に光を反射する性質があれば、絶縁層そのものが下部マイクロミラーとして機能することもできる。
【００３６】
シリコン基板５０１ａは、エレメント５１０ａに空間を提供するために、陥没部を備えており、絶縁層５０２ａはシリコン基板５０１上に積層されている。下部マイクロミラー５０３は、絶縁層５０２ａ上に蒸着によって形成されている。エレメント５１０ａの下面は、陥没部外側の両側領域にそれぞれ接合している。シリコン基板５０１ａを構成する材料としては、Ｓｉ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、石英(quartz)、ＳｉＯ２などの単一材料が使用できるが、基板５０１ａの下側部分（図６Ａ中の点線より下）と上側部分（図６Ａ中の点線より上）を別々の材料で形成してもよい。
【００３７】
下部マイクロミラー５０３ａは、シリコン基板５０１ａの上面側に蒸着されており、入射する光を反射して回折させる。下部マイクロミラー５０３ａに使用される材料としては、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｒ、Ａｇなどの金属を使用することができる。
【００３８】
エレメント５１０ａは、リボン形状の下部支持台５１１ａを含む。リボン形状の下部支持台５１１ａの両端下面は、シリコン基板５０１ａの陥没部外側の両側にそれぞれ接合され、下部支持台５１１ａの中央部は、シリコン基板５０１ａの陥没部から離隔するように位置決めされる。
【００３９】
ここで、下部支持台５１１ａは、異なるストレス値を有する２層の下部支持層５１１ａ１、５１１ａ２で構成される。もちろん、下部支持台５１１ａは、異なるストレス値を有する多層で形成することができ、あるいは上部マイクロミラー５３０ａから遠くなるにつれて、ストレス値が線形的に減少または増加する単一層で実現することもできる。
【００４０】
下部支持台５１１ａの両側には、圧電層５２０ａ、５２０ａ’が備えられており、この圧電層５２０ａ、５２０ａ’の収縮及び膨脹によってエレメント５１０ａの駆動力が発生する。
【００４１】
下部支持台５１１ａを構成する材料としては、ＳｉＯ２などのシリコン酸化物、Ｓｉ３Ｎ４などのシリコン窒化物、Ｓｉ、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３などのセラミック基板、シリコンカーバイドなどが使用できる。
【００４２】
そして、左側の圧電層５２０ａおよび右側の圧電層５２０ａ’は、圧電電圧を供給するための下部電極層５２１ａ、５２１ａ’と、下部電極層５２１ａ、５２１ａ’に積層され、両面に電圧が印加されると、収縮及び膨脹により上下駆動力を発生する圧電材料層５２２ａ、５２２ａ’と、圧電材料層５２２ａ、５２２ａ’に積層され、圧電材料層５２２ａ、５２２ａ’に圧電電圧を供給するための上部電極層５２３ａ、５２３ａ’とをそれぞれ含む。上部電極層５２３ａ、５２３ａ’と下部電極層５２１ａ、５２１ａ’に電圧が印加されると、圧電材料層５２２ａ、５２２ａ’が収縮及び膨脹して、下部支持台５１１ａの上下運動を発生させる。
【００４３】
電極５２１ａ、５２１ａ’、５２３ａ、５２３ａ’の電極材料としては、Ｐｔ、Ｔａ／Ｐｔ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ、ＩｒＯ２、ＲｕＯ２などが使用でき、厚さ０．０１〜３μｍの範囲となるように、スパッタまたは蒸発(evaporation)などの方法で蒸着する。
【００４４】
一方、下部支持台５１１ａの中央部には、上部マイクロミラー５３０ａが蒸着により形成されており、複数のオープンホール５３１ａ１〜５３１ａ３を具備している。ここで、オープンホール５３１ａ１〜５３１ａ３の形状は矩形状が望ましいが、円形、楕円形など、どんな閉曲線の形状でも可能である。
【００４５】
ここで、上部マイクロミラー５３０ａが固有の内部ストレス値を有する。ストレス値が０Ｐａの材料からなるベース層を上部マイクロミラー５３０ａの下面に接合させた場合、下に膨らむように撓む場合（引張応力という）と、上に膨らんで撓む場合（圧縮応力という）がある。下に膨らんで撓む場合は、一例として、上部マイクロミラー５３０ａの材質がアルミニウム（Ａｌ）である場合である。
【００４６】
このとき、下部支持台５１１ａを、上部マイクロミラー５３０ａの固有の内部ストレス値を考慮して設計すれば、上部マイクロミラー５３０ａの反射面が平坦になる。
【００４７】
このように、下部支持台５１１ａが、上部マイクロミラー５３０ａが有する内部ストレス値による撓み力と大きさがほぼ等しく反対方向の撓み力を有するようにするためには、異なるストレス値を有する２層または多層で構成することが望ましく、図７Ａ〜図９Ｂにその例を示している。
【００４８】
図７Ａは、本発明の一実施形態に従ってミラー面の平坦度を改善するために、異なるストレス値を有する多層で構成した下部支持台の概念図である。
【００４９】
図７Ａを参照して、金属層からなり、あるストレス値を有する上部マイクロミラー層５３０ａが設けられ、次に、窒化物層からなり、他のストレス値（第２下部支持台５１１ａ２のストレス値に比べて相対的に低い値）を有する第１下部支持層５１１ａ１が設けられ、その次に、窒化物層からなり、第１下部支持層５１１ａ１に比べて相対的に高いストレス値を有する第２下部支持台５１１ａ２が設けられている。
【００５０】
このとき、図７Ａに示すように、上部マイクロミラー層５３０ａと第１下部支持層５１１ａ１と第２下部支持層５１１ａ２を互いに接合すれば、撓みが発生しない。
【００５１】
図７Ｂは、本発明の他の実施形態に従ってミラー面の平坦度を改善するために、異なるストレス値を有する多層で構成した下部支持台の概念図である。図７Ａと比較すると、接着層５１３ａがさらに追加されている。このような接着層５１３ａは、上部マイクロミラー層５３０ａと第１下部支持層５１１ａ１の接着力を良くするためのもので、Ｔｉ、Ｔａ、Ｃｒなどが使用可能である。このような接着層５１３ａは、その厚さが薄いため、ストレス値の変化に大きい影響を及ぼさない。
【００５２】
このとき、一例として、上部マイクロミラー層５３０ａは５００Åの厚さを有し、接着層５１３ａは２００Åの厚さを有し、成膜直後のストレス値の合計は−３００ＭＰａであり、後工程を行った後の最終的なストレス値は１３０ＭＰａである。
【００５３】
そして、第１下部支持層５１１ａ１は、３８００Åの厚さと１５０ＭＰａのストレス値を有し、第２下部支持層５１１ａ２は、２００Åの厚さと４００ＭＰａのストレス値を有する。このような厚さとストレス値を有することにより、上部マイクロミラー層５３０ａのミラー面は平坦になる。
【００５４】
ここで、窒化物層は、その主成分がＳｉ３Ｎ４であり、Ｓｉ量を増加させればストレス値が増加し、Ｓｉ量が減少すればストレス値が減少することになる。もちろん、Ｓｉ量の増加は、窒化物層の成膜時にチャンバ内のソースガスであるＤＣＳ（ジクロロシラン）の量を増加させることで可能であり、Ｓｉ量の減少は、窒化物層の成膜時にチャンバ内のソースガスであるシランの量を増加させることで可能である。
【００５５】
一方、図８Ａの場合は、上部マイクロミラー層５３０ａが上に膨らんで撓むため、下部支持台５１１ａが下に膨らんで撓むように形成する必要がある。このような撓み構造は、上部マイクロミラー層５３０ａとして金を使用する場合に実現することができる。
【００５６】
このような撓み構造を実現させるために、図８Ａに示すように、下部支持台５１１ａを、第２下部支持層５１１ａ２に比べて相対的に低いストレス値を有する第１下部支持層５１１ａ１と、その上に積層され、第１下部支持層５１１ａ１に比べて高いストレス値を有する第２下部支持層５１１ａ２との２層構造に製作すれば良い。このとき必要に応じて、上部マイクロミラー層５３０ａと下部支持台５１１ａの接合力を容易かつ堅固にするために、接着層５１３ａをさらに設けることができ、上部マイクロミラー層５３０ａが金である場合、クロムを使用することが望ましい。このようにすれば、図８Ｂに示すように、下部支持台５１１ａは上部マイクロミラー層５３０ａのストレス値と接着層５１３ａのストレス値の合計による撓み力とは反対方向の撓み力を有することになって、全体として撓み力のバランスを保つことができる。
【００５７】
一方、下部支持台５１１ａのさらに他の実施形態では、２層または多層で実現する代わりに、単一層の構造において上部マイクロミラー５３０ａから遠くなるにつれて、内部ストレス値が線形的に変化するように実現することができる。図９Ａはこれを詳細に図示しており、図９Ｂは、図９Ａの下部支持台５１１ａのストレス値の大きさの変化を示すグラフである。符号５１３ａは接着層を示す。図９Ａ及び図９Ｂを参照して、窒化物ベースの下部支持台５１１ａを形成する際、ソースガスであるジクロロシラン（ＤＣＳ）とシランの量を調整して、ストレス値を線形的に増加（または減少）させることができる。すなわち、図９ＡのＡ点は、図９Ｂから分かるように、３００ＭＰａのストレス値を有し、下部支持台５１１ａの中央点であるＢ点は、２００ＭＰａのストレス値を有し、そしてＣ点は１００ＭＰａのストレス値を有する。そのため下部支持台５１１ａは、平均して２００ＭＰａのストレス値を有することになる。このようにすれば、下部支持台５１１ａのストレス値を上部マイクロミラー層５３０ａのストレス方向と反対方向にすることができるので、全体としてストレス値のバランスを保つことができる。
【００５８】
動作に関して、オープンホール５３１ａ１〜５３１ａ３には、エレメント５１０ａに入射する入射光が通過して、オープンホール５３１ａ１〜５３１ａ３の形成された部分に対応する下部マイクロミラー５０３ａに入射し、これにより、下部マイクロミラー５０３ａと上部マイクロミラー５３０ａが画素を形成する。
【００５９】
すなわち、一例として、オープンホール５３１ａ１〜５３１ａ３が形成された上部マイクロミラー５３０ａのＡ部分と、下部マイクロミラー５０３ａのＢ部分が１つの画素を形成することができる。
【００６０】
このとき、上部マイクロミラー５３０ａのオープンホール５３１ａ１〜５３１ａ３が形成された部分を通過した入射光は、下部マイクロミラー５０３ａの該当部分に到達することができ、上部マイクロミラー５３０ａと下部マイクロミラー５０３ａの間隔がλ／４の奇数倍であるとき、最大の回折光を発生させる。
【００６１】
図６Ｂは、本発明の第２実施形態に係る、ミラー面の平坦度が改善した回折光変調器の断面斜視図であり、シリコン基板５０１ｂと下部マイクロミラー５０３ｂとエレメント５１０ｂから構成されている。
【００６２】
図６Ｂの第２実施形態が図６Ａの第１実施形態と相違する点は、オープンホール５３１ｂ１〜５３１ｂ３が横方向に整列されなくて、長手方向に整列されていることである。その外の構造は図６Ａと同一である。
【００６３】
なお本明細書では、圧電材料層が単層の場合を主に説明したが、圧電材料層が多層で積層された多層型も可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明によれば、回折光変調器におけるミラー面の平坦度が向上して、光効率が向上するため、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】従来技術による陥没型薄膜圧電光変調器の断面図である。
【図２Ａ】下部支持台に複数のオープンホールが縦方向に形成された、従来のオープンホール方式の回折光変調器の部分平面図である。
【図２Ｂ】下部支持台に複数のオープンホールが横方向に形成された、従来のオープンホール方式の回折光変調器の部分平面図である。
【図３Ａ】図２のＸＡ−ＸＡ’線に沿った切断面の高さを示す図である。
【図３Ｂ】図２のＹＡ−ＹＡ’線に沿った切断面の高さを示す図である。
【図４】従来の回折光変調器における撓みの発生を説明するための概念図である。
【図５】本発明の実施例によるミラー面の平坦度が改善した回折型光変調器が適用されるディスプレイ装置の構成図である。
【図６Ａ】本発明の第１実施形態に係る、ミラー面の平坦度が改善した回折型光変調器の断面斜視図である。
【図６Ｂ】本発明の第２実施形態に係る、ミラー面の平坦度が改善した回折型光変調器の断面斜視図である。
【図７Ａ】本発明の一実施形態に従ってミラー面の平坦度を改善するために、異なるストレス値を有する３層で構成した下部支持台の概念図である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態に従ってミラー面の平坦度を改善するために、異なるストレス値を有する４層で構成した下部支持台の概念図である。
【図８Ａ】相対的に低いストレス値を有する第１下部支持層と、その上に積層され、相対的に高いストレス値を有する第２下部支持層との２層構造で構成された下部支持台の断面図である。
【図８Ｂ】下部支持台が、上部マイクロミラー層のストレス値と接着層のストレス値の合計による撓み力とは反対方向の撓み力を有することにより、全体として撓み力のバランスを保った状態を示す断面図である。
【図９Ａ】単一層の構造において、上部マイクロミラーから遠くなるにつれて内部ストレス値が線形的に変化している下部支持台を示す断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの下部支持台のストレス値の大きさの変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
５０１ａ、５０１ｂ    シリコン基板
５１０ａ、５１０ｂ    エレメント
５１１ａ１、５１１ａ２    下部支持層
５１１ａ、５１１ｂ    下部支持台
５１３ａ    接着層
【図１】
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【図２Ａ】
2006215567.tif 000004
【図２Ｂ】
2006215567.tif 000005
【図３Ａ】
2006215567.tif 000006
【図３Ｂ】
2006215567.tif 000007
【図４】
2006215567.tif 000008
【図５】
2006215567.tif 000009
【図６Ａ】
2006215567.tif 000010
【図６Ｂ】
2006215567.tif 000011
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
2006215567.tif 000013
【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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