(57)【要約】【課題】回折光学素子に用いられるリボン同士が吸着することを防ぎ、かつ光効率を向上させることのできる回折光学素子を提供する。【解決手段】基板上に形成された基板側電極３０と、前記基板側電極３０に対向するように並列に配置された反射部４３を有する複数のリボン４０とを備え、前記基板側電極３０を前記反射部４３に対向するように分割して形成し、この基板側電極３０に前記反射部４３を駆動するための静電力を発生させる駆動電圧Ｖを印加するように回折光学素子１を構成する。【選択図】図２
2008070565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された基板側電極と、
反射部を有する複数のビームとを備えた回折光学素子であって、
前記ビームを駆動するための静電力を発生させる駆動電圧を前記基板側電極に印加すること
を特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
前記基板側電極は分割されており、
前記分割された基板側電極の幅が前記ビームの幅よりも小さいこと
を特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
ビーム間のギャップ幅をＸとし、ビームの幅をＹとして、
Ｘ３×Ｙ≦０．２４
を満足するようにしたこと
を特徴とする請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項４】
フィルファクタＺをＺ＝Ｙ／Ｘ＋Ｙと定義したときに、
Ｚ＞０．９を満足する場合に、
前記並列に配置された複数のビームがブレーズ構造であること
を特徴とする請求項３に記載の回折光学素子。
【請求項５】
赤色波長、緑色波長および青色波長を有する光を順次出射する光出力部と、
画像信号に応じて、前記光出力部から出射した前記光を回折する回折光学素子と、
前記回折光学素子から出射した回折光を投影面に向けて結像する結像レンズと、を備えた画像表示装置であって、
前記回折光学素子は、基板上に形成された基板側電極と、反射部を有する複数のビームとを備え、前記ビームを駆動するための静電力を発生させる駆動電圧を前記基板側電極に印加すること
を特徴とする画像表示装置。
【請求項６】
基板上に形成された基板側電極と、反射部を有する複数のビームとを備えた回折光学素子の製造方法であって、
前記複数のビームを電気的に短絡させた状態で、エッチング等のプロセス処理を行なうことを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高度化された半導体加工技術によって作られる光学素子に係り、特に、光を干渉・回折する回折光学素子と、その回折光学素子を用いた画像表示装置、及び回折光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、基板上の微細化製造技術の進展に伴って、ＭＥＭＳ素子（超小型電気的・機械的複合体：Micro Electro  Mechanical  Systems）や、そのＭＥＭＳ素子を組み込んだ小型機器等が注目されている。ＭＥＭＳ素子は、可動構造体である振動子と、その振動子の駆動を制御する半導体集積回路等とを、電気的・機械的に結合させた素子である。そして、素子の一部に組み込まれた振動子を、電極間の静電力等によって電気的に駆動するようにしている。
【０００３】
ＭＥＭＳ素子のうち、図１２に示すような回折格子２００は、光学素子としてレーザディスプレイ等の画像表示装置に用いられるものである（例えば、特許文献１参照）。この素子は、メンブレン（Membrane）と呼ばれるリボン２２０を、基板２１１との間にエアギャップ２１４を介して、互いに平行に並べることにより構成されている。これらリボン２２０には、上部電極２１５と反射面２１６とが構成されている。各リボンの反射面２１６は、素子内の同一平面上に位置するように形成されている。素子に入射した光は、これら反射面２１６で反射され、戻り光は、入射光と同一位相で同一の光路をとる。また、リボン２２０は、例えば一列おきに可動または固定となるように構成されている。
【０００４】
図１３に示すように、リボン２２０の上部電極２１５に電圧Ｖを印加すると、上部電極２１５と基板に設けられた下部電極２１３との間に発生する静電力により、可動リボン２２０が下部電極２１３側に引き付けられる。これにより、図１２に示すようにリボン２２０の反射面２１６全体には、規則的な凹凸面、すなわち回折面が形成される。このような回折面に光が入射すると、入射角と異なる角度に回折光が生じる。
【０００５】
従って、戻り光を遮断し、回折光を検出するようにすれば、高いコントラストで反射光を変調させることができる。また、リボン２２０は微小であり、高速でスイッチング動作を行なうことができるため、リボンを多数並べて画像表示素子を構成し、プロジェクター等の画像表示装置に用いることが知られている。
【０００６】
また、このような光を回折する光学素子において、入射した光が、素子の反射面で反射する割合（光効率）は、隣り合うリボン間のギャップの幅（ギャップ幅）と、リボンの幅（リボン幅）とによって決定される。すなわち、ギャップ幅を狭くする若しくはリボン幅を広くすると、光の反射面積が相対的に大きくなるので、光学素子の光効率を増加させることができることが知られている。
【０００７】
【特許文献１】特許３１６４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、光学素子の光効率を増加させるためにギャップ幅を狭くしようとすると、以下に述べるような問題が生じる。
【０００９】
図１４は、図１２に示した光学素子の断面図である。
ここでは、固定リボン２２０ａの両隣に位置する可動リボン２２０ｂ、２２０ｃに対して、異なる値の駆動電圧Ｖ１、Ｖ２を印加する。また、可動リボン２２０ｂ、２２０ｃが基板電極２１１に変位する距離を異ならせるために、可動リボン２２０ｂには０Ｖ、可動リボン２２０ｃには２０Ｖの電圧をそれぞれ印加する。このように隣接するリボンに異なる電圧が印加されると、固定リボン２２０ａ上には、不均衡な静電引力が発生し、この不均衡な静電引力によって、固定リボン２２０ａは、可動リボン２２０ｃ側へ引き寄せられる現象が生じる。
【００１０】
特に、素子の光効率を向上させるためにリボン間のギャップ幅を狭くすると、引き寄せられた固定リボン２２０ａが可動リボン２２０ｃに吸着してしまい、この吸着した部分に過電流が流れ、リボンを構成する導電膜等を溶かしてしまう。この結果、固定リボン２２０ａと可動リボン２２０ｃとが溶着固定されてしまうという問題が生じる。
【００１１】
本発明の第１の目的は、上記のような問題点を考慮し、隣接するリボン同士が吸着することを防止し、かつ光効率の優れた回折光学素子と、それを用いた画像表示装置を提供することである。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は、均一な形状のリボンを備えた回折光学素子を製造することのできる回折光学素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明による回折光学素子は、基板上に形成された基板側電極と、反射部を有する複数のビームとを備え、ビームを駆動するための静電力を発生させる駆動電圧を基板側電極に印加する構成にしたものである。
【００１４】
また、本発明による画像表示装置は、本発明の回折光学素子を含む構成にしたものである。
【００１５】
本発明による回折光学素子では、ビームに対向するように形成された基板側電極に駆動電圧を印加し、静電力を発生させてビームを駆動する。
【００１６】
また、本発明による画像表示装置では、本発明の回折光学素子を含んで構成されているので、ビームに対向するように形成された基板側電極に駆動電圧を印加して、静電力を発生させてビームを駆動し、画像を投影面に表示する。
【００１７】
本発明による回折光学素子の製造方法は、複数のビームを電気的に短絡させた状態で、エッチング等のプロセス処理を行ない、回折光学素子を形成するものである。
【００１８】
本発明による回折光学素子の製造方法では、複数のビームを電気的に短絡させた状態で、エッチング等のプロセス処理を行うので、プロセス処理中の各ビームの帯電量を均一にすることができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の回折光学素子によれば、隣接するビーム同士が吸着することを防止しつつ、ビーム間のギャップ幅を狭くして、素子の光効率を向上させることができる。
【００２０】
また、本発明の画像表示装置によれば、本発明の回折光学素子を含むように構成されているので、光の利用効率を高めることができ、解像度の高い画像を表示することができる。
【００２１】
また、本発明の回折光学素子の製造方法によれば、ビームの形状が均一で、品質の高い回折光学素子を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の回折光学素子を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、本発明の画像表示装置の実施の形態については、回折光学素子の説明と併せて説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態に係る回折光学素子１を示す斜視図であり、図２は、図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【００２４】
本実施形態の回折光学素子１は、ＭＥＭＳ素子であり、図１に示すように、平板形状の基板１０上に絶縁膜２０を配置し、この絶縁膜２０の上に複数のビーム（梁）としてのリボン４０を所定間隔で配置するようにして構成されている。
【００２５】
複数のリボン４０のそれぞれは、その長手方向の両端に設けられた固定部４１，４２を介して、絶縁膜２０上に固定されている。固定部４１，４２間には、反射部である平板形状のリボンミラー部４３が、傾斜部４４，４５を介して、それぞれの固定部４１，４２に連接するようにして設けられている。このリボンミラー部４３の上面には、それぞれ入射する光を反射する反射面４３ａが形成されており、リボンミラー部４３と絶縁膜２０との間には、所定の間隙４８が形成されている。
【００２６】
複数のリボン４０は、長手方向がそれぞれ同一方向に向けられており、隣接しあうリボン４０同士が、絶縁膜２０上で互いに平行に配列されている。ここで、複数のリボン４０は、それぞれリボンの幅方向に所定の間隔で離れるように配列されており、このように、隣接するリボン４０間に設けられた間隔（リボン間ギャップ幅）は、リボン４０の幅と比べて十分に小さくなるように構成されている。
【００２７】
図２に示すように、複数のリボン４０は、それぞれ厚さ方向に、支持膜４６と上部電極層４７とを積層して構成されている。支持膜４６は、例えば窒化珪素からなり、固定部４１，４２に対応する位置の支持膜４６が、絶縁膜２０上に固定されるようになっている。また、上部電極４７は、支持膜４６の上面を覆うように成膜された金属膜で構成されている。すなわち、リボン４０は、支持膜４６と上部電極４７とが一体となって構成されており、固定部４１，４２、リボンミラー部４３及び傾斜部４４，４５とを備えている。また、複数のリボン４０は、可動リボン４０ａと固定リボン４０ｂとが交互に配置されるように構成されている。
【００２８】
基板１０上には、下部電極３０が形成されている。下部電極３０は、基板１０と絶縁膜２０との間であって、リボンミラー部４３の厚さ方向に対応する位置に埋め込まれている。下部電極３０は、絶縁膜２０によって、上方に配置されたリボン４０の上部電極４７から絶縁されている。
【００２９】
下部電極３０は、対向するリボンミラー部４３の長手方向に沿うように、分割して形成されている。すなわち、分割して形成された各下部電極３０は、リボン４０の各リボンミラー部４３に対向するように構成されている。下部電極３０は、基板１０上で互いに平行に配列されており、隣り合う下部電極３０とは、絶縁膜２０によって絶縁されている。したがって、下部電極３０は、各々電気的に独立した構造を有するように構成されている。
【００３０】
また、本実施形態では、下部電極３０の幅Ｗが、リボン４０の幅Ｙよりも小さくなるように形成されており、具体的には、リボン４０の幅Ｙを１とすると、下部電極３０の幅Ｗが０．８となるような関係に構成されている。
【００３１】
下部電極３０から引き出された配線には、図示せぬ電圧印加手段によって所定の電圧が印加されるように構成されている。なお、下部電極３０の配線は、リボンが形成される領域の外側に引き出すことにより、容易に形成することができる。本実施の形態では、下部電極３０に対して、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３がそれぞれ独立に印加される。
【００３２】
これにより、回折光学素子１では、各可動リボン４０ａとその下方に配置された下部電極３０との間に、それぞれ独立に電位差を生じさせることができる。各可動リボン４０ａの上部電極４７と下部電極３０との間の電位差が所定値以上となると、可動リボン４０ａは、両電極間に作用する静電気力によって傾斜部４４，４５とリボンミラー部４３との間において折り曲げられる。これにより、リボンミラー部４３が厚み方向に変位し、間隙４８の方向に移動する。したがって、変位した可動リボン４０ａのリボンミラー部４３は、隣接する変位していない固定リボン４０ｂのリボンミラー部４３よりも下方に押し下げられた状態となる。本実施形態の回折光学素子１では、駆動電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が印加された下部電極３０に対向する可動リボン４０ａのリボンミラー部４３が、基板１０側に押し下げられる。
【００３３】
このように、回折光学素子１は、リボン４０を所定間隔おきに変位させることにより、回折光学素子１上に入射する光をその波長に応じて選択的に所定の回折角で回折させる反射型の回折格子として機能する。ここで、回折光学素子１に入射する光の波長をλ、入射角をθＯ、回折角をθｍ、リボン４０の変位周期をｄとすると、回折条件は、以下の式によって表される。
【００３４】
〔数１〕
ｄ（ｓｉｎθｍ−ｓｉｎθ０）＝ｍλ ・・・（１）
ここで、ｍは回折次数であって、整数である。
【００３５】
式（１）から理解されるように、入射角θ０および回折角θｍが決定されているとすると、所定の回折方向に回折される光の波長λは、回折格子の変位周期に比例する。
【００３６】
本実施形態の回折光学素子１によれば、リボン４０を駆動する駆動電圧を下部電極３０に印加する構成としたので、従来のようにリボンの上部電極に対して駆動電圧を印加する必要がなくなる。このため、リボンを変位させる際に、隣接するリボンの上部電極をすべて同電位にすることができる。したがって、リボンを動かすための駆動電圧を回折光学素子に印加した場合に、隣接するリボンの方向へ移動するような不均衡な静電引力が、可動リボンに発生することを防止できる。これにより、原理的には、製造プロセスの限界値まで、隣接するリボン間ギャップを狭めることができ、回折光学素子の光効率を向上させることができる。また、隣接するリボン間ギャップを狭めることにより、素子の小型化を図ることができる。
【００３７】
図３は、フィルファクタを説明するために使用する、図２に示した回折光学素子の一部拡大図である。
ここで、フィルファクタ(fill factor)とは、光学素子における受光部分の総表面積の割合を示し、有効な光の割合を示す値をいう。
本実施形態の回折光学素子のフィルファクタＺは、隣接するリボン間のギャップ幅Ｘと、リボン幅Ｙとによって、以下の式（２）によって表される。
【００３８】
〔数２〕
Ｚ＝Ｙ／Ｘ＋Ｙ・・・（２）
【００３９】
上述したように、本実施形態の回折光学素子１によれば、製造プロセスの限界値までリボン間ギャップ幅Ｘを小さくすることができるので、フィルファクタＺが０．８以上の関係を満足するような回折光学素子とすることができる。また、このように回折光学素子１のフィルファクタＺを０．８以上とすることで回折光学素子の光反射率を向上させることができる。
【００４０】
図４は、従来の回折光学素子のリボンピッチを４．２５μｍとした場合において、リボン間ギャップ幅Ｘと、静電気力により可動リボンが横方向に移動して隣接するリボンと吸着するという不良が発生する電圧（不良発生電圧）と、の関係を表したグラフである。なお、グラフの縦軸は不良発生電圧（Ｖ）を示し、横軸はリボン間ギャップ幅Ｘ（μｍ）を示す。また、リボンピッチは、リボン間ギャップ幅Ｘ＋リボン幅Ｙにより定義される。
【００４１】
図４に示すように、リボン間ギャップ幅Ｘが０．４μｍの場合には、不良発生電圧はおよそ２３．６Ｖである。この場合、不良発生電圧は、素子の最大駆動電圧の２０Ｖに対して余裕があるため、素子は正常に動作する。これに対して、リボン間ギャップ幅Ｘが０．２μｍの場合には、ギャップが狭くなりリボンの横方向への吸着が起こりやすくなるため、不良発生電圧が８．４Ｖまで低下する。この場合、不良発生電圧は、素子の最大駆動電圧よりも低い値となり、素子は通常の動作を行なうことができなくなる。
【００４２】
従来の回折光学素子における不良発生電圧Ｖは、以下の式（３）で表される。
【００４３】
【数３】
2008070565.tif 000003
（ｋ：リボンのバネ定数、Ｓ：リボン側面の面積、ε：誘電率）
なお、リボンのバネ定数ｋはリボン断面積に比例するため、リボンの厚さを一定とすると、バネ定数ｋはリボン幅Ｙに比例することになる。
【００４４】
上述したように、リボンピッチが４．２５μｍの場合において、リボン間ギャップ幅Ｘを０．４μｍとしたときの不良発生電圧Ｖはおよそ２３Ｖであるが、素子の最大駆動電圧との余裕度を考えると、２３Ｖが、不良発生電圧の限界値（下限値）と考えることができる。
【００４５】
ここで、リボン間ギャップ幅Ｘとリボン幅Ｙとの関係としてＸ３×Ｙを定義すると、式（１）から明らかなように、Ｘ３×Ｙの値が一定の場合は不良発生電圧の値は変化しない。しかし、Ｘ３×Ｙの値が小さくなると、不良発生電圧Ｖが低下するため、素子の最大駆動電圧を下回るおそれが生じる。
【００４６】
リボンピッチが４．２５μｍ（リボン間ギャップ幅Ｘ＝０．４μｍ）の回折光学素子の場合は、Ｘ３×Ｙ＝０．４３×（４．２５−０．４）＝０．２４となる。すなわち、Ｘ３×Ｙの値が０．２４よりも小さくなると、従来の回折光学素子では素子が通常の動作を行なうことができなくなるおそれが生じる。したがって、従来の回折光学素子では、リボン間ギャップ幅Ｘとリボン幅Ｙとの関係Ｘ３×Ｙを０．２４よりも大きくなるように設定することにより、素子を正常に動作させることができる。
【００４７】
本実施形態の回折光学素子１は、電気的に独立した下部電極に駆動電圧を印加するようにしたので、全てのリボンは同電位となり、隣接するリボン間の静電気力はゼロとなる。このため、Ｘ３×Ｙ≦０．２４となる場合でも、リボン同士の吸着を発生させることなく、素子を正常に動作させることができる。すなわち、従来の設計限界を超えて、リボン間ギャップ幅Ｘを狭めることができるので、従来の光学素子と比べて素子のフィルファクタＺを向上させることができる。なお、現在のプロセスルールおよび加工装置を用いれば、０．２μｍ程度のリボン間ギャップ幅Ｘの光学素子を作成することができる。
【００４８】
また、素子を小型にするためには、リボン幅Ｙを狭める必要があるが、リボンの幅を狭めると横方向の剛性が低下する。このため、隣接するリボン間で、静電力による吸着現象が生じやすくなる。また、リボン間ギャップ幅Ｘが同じであっても、リボン幅Ｙが狭まると、素子のフィルファクタＺは低下するため、素子の光効率が低下してしまうという問題がある。
【００４９】
図５は、従来の回折光学素子のギャップ幅Ｘを０．４μｍとした場合において、リボンピッチと、リボンが横方向へ移動して隣接するリボンと吸着するという不良が発生する電圧（不良発生電圧）との関係を表したグラフである。
【００５０】
図５に示すように、例えば、リボンピッチが４．２５μｍ（リボン幅Ｙ＝３．８５μｍ）の場合には、不良発生電圧がおよそ２３Ｖとなる。したがって、この場合には、不良発生電圧は、素子の最大駆動電圧の２０Ｖに対して余裕があり、素子は正常に動作する。
【００５１】
しかし、リボンピッチが２．０μｍ（リボン幅Ｙ＝１．６０μｍ）の場合には、リボンの横方向の剛性が小さくなるため、不良発生電圧は１５．２Ｖまで低下する。この場合、素子の最大駆動電圧より低い値となり、素子は通常の動作を行なうことができなくなる。
【００５２】
なお、計算からは、リボンピッチが２．０μｍの場合において、リボンピッチが４．２５μｍのときと同様の電圧余裕を得るためには、ギャップ幅Ｘを０．５６μｍまで広げる必要があることが判明している。しかし、この場合には、素子のフィルファクタＺが低下してしまい、素子の最大光効率は、リボンピッチが４．２５μｍの場合の５２％となる。したがって、リボンピッチが２．０μｍの場合は、リボンピッチが４．２５μｍの場合の３分の２以下の光量しか確保できないことになる。
【００５３】
本実施形態の回折光学素子によれば、電気的に独立した下部電極に駆動電圧を印加するようにしたので、リボンの横吸着を発生させることなく、リボン間ギャップ幅Ｘを狭くすることができる。例えば、現在のプロセスルールおよび加工装置を用いれば、０．２μｍ程度のギャップ幅Ｘの光学素子を作成することができる。したがって、リボン幅Ｙを小さくすると同時にギャップ幅Ｘも小さくすることができるので、素子のフィルファクタＺを低下させることなく、光学素子の大きさを小さくすることができる。
【００５４】
さらに、下部電極の幅Ｗを広く取りすぎると、下部電極と、この下部電極に対向するリボンに隣接するリボンの上部電極との間に、静電引力が作用してしまうという問題（クロストーク）がある。一方、下部電極の幅Ｗを狭くしすぎると、下部電極と、この下部電極に対向するリボンとの間に発生する静電引力が弱くなるために、下部電極に印加する駆動電圧を大きくしなければならないという問題が生じる。
【００５５】
たとえば、リボン幅Ｙが４．０μｍ、リボン間ギャップ幅Ｘが０．２５μｍ（この場合のフィルファクタＺは０．９４）であって、下部電極とリボンとの距離が１．０μｍの光学素子の場合に、下部電極幅Ｗを３．６μｍ（リボン幅Ｙの９０％）とし、この下部電極に所定の駆動電圧を印加して構造計算を行なう。この場合には、リボンの横方向への変位量は１ナノメートル以下となり、ほぼ無視できる範囲になるが、その一方で、隣接するリボンの下部電極側への変位量は約４ナノメートルになる。
【００５６】
同様にして、下部電極幅Ｗを３．２μｍ（リボン幅Ｙの８０％）として構造計算を行なうと、隣接するリボンの下部電極３０側への変位量は１．１ｎｍとなり、下部電極幅Ｗが３．６μｍの場合と比較すると変位量が小さくなる。ただし、下部電極３０の電極面積が小さくなるため、素子を動かすために必要な駆動電圧は約５％程度上昇する。
【００５７】
したがって、駆動電圧に対する要求がそれほど厳しくない回折光学素子の場合には、下部電極の幅Ｗを対向するリボンの幅Ｙよりも小さくなるように構成することにより、この下部電極に対向するリボンに隣接するリボンの上部電極との間に生じるクロストークを抑えることができる。特に、下部電極幅Ｗをリボン幅Ｙの８０％程度にすることで、下部電極とこの下部電極に対向するリボンに隣接するリボンの上部電極との間に生じるクロストークを、ナノメートル以下に抑えることができる。
【００５８】
図６は、ブレーズ構造を用いた回折光学素子と、フラット構造を用いた回折光学素子との比較を示すグラフである。グラフの縦軸は素子の光効率を示し、横軸は素子のフィルファクタＺを示す。また、図中の破線はフラット構造の場合のデータを示し、図中の実線はブリーズ構造の場合のデータを示す。ここで、フラット構造とは、図７（ａ）に示すように、リボン４０の頂面が、下部電極３０の頂面と平行になるようなものをいい、ブレーズ構造とは、図７（ｂ）に示すように、リボン４０の頂面が、下部電極３０の頂面に対してブレーズ角θＤだけ傾いているようなものをいう。
【００５９】
図６に示すように、素子のフィルファクタＺが０．９０６の場合には、フラット構造の光効率とブレーズ構造の光効率とが略等しくなる。また、フィルファクタＺが０．９５３の場合、フラット構造の光効率と比較すると、ブレーズ構造の光効率は約１１％向上する。これは、ブレーズ構造が有する光路差によって、入射光と反射光の位相が揃い＋１次の回折光のみが出射されるため、素子の光効率がフラット構造のものよりも相対的に向上するからである。すなわち、素子のフィルファクタＺが０．９を超えるような場合には、フラット構造でなく、ブレーズ構造を採用することによって、回折光学素子の光効率を向上させることができる。
【００６０】
次に、本発明の回折光学素子を用いた画像表示装置について、図８を用いて説明する。
【００６１】
図８は、本発明の回折光学素子１が適用された画像表示装置１００を示す図である。
図８に示すように、本実施形態の画像表示装置１００は、所定の光量の光１０１を出力する光源１１０と、光源１１０から出力した光１０１を赤、青及び緑色波長の光に時分割で変換するフィルタ部１２０と、フィルタ部１２０から送られた光１０２を所定の光路に沿って反射するミラー１３０と、ミラー１３０からの光を平行光に変換するコリメータレンズ１３５と、コリメータレンズから送られる平行光１０３を選択的に出力側に出力する回折光学素子アレイ１４０と、アレイ１４０によって選択された光１０５を投影面１５０に投影し、結像する投影レンズ１４５と、を備えている。なお、光源１１０は、キセノン、メタルハライドランプ、超高圧水銀灯等の高出力ランプである。
【００６２】
ミラー１３０では、カラーフィルタ１２３を出射した光１０２が、アレイ１４０に対して所定の入射角度で入射するような角度で反射する。ミラー１３０を出射した光１０２は、コリメータレンズ１３５によって、平行光１０３に変換される。この平行光１０３は、全面にわたって同じ入射角度で入射するようにアレイ１４０に送られる。
【００６３】
回折光学素子アレイ１４０は、回折光学素子１が、同一平面上に複数個二次元配列されたものであり、ＧＬＶ（Grating Light Valve）を構成している。このアレイ１４０上の各回折光学素子１には、コリメータレンズ１３０から送られる平行光１０３がそれぞれ入射するように構成されている。
【００６４】
すなわち、回折光学素子１４０上の各回折光学素子１は、画像表示装置１００の一つの画素に対応し、その画素位置におけるＲＧＢ信号の色比率に応じた時間だけ、赤、緑、青の各色光が回折光学素子１によって順次回折され、投影面１５０に投影される。これにより、画像表示装置１００は、投影面１５０上に、１フレーム分のＲＧＢ信号に応じた光を時分割表示する。また、投影面１５０を見るユーザの網膜には、時分割された光が順次焼き付けられ、赤、緑、青の発行時間に応じた色が表示されているとして認識する。
【００６５】
画像表示装置１００においては、投影面１５０に投影すべき映像信号であるＲＧＢ信号は、外部入力部１６０を介して受け取られる。この外部入力部１６０で受け取ったＲＧＢ信号は、主制御部１７０に送られる。主制御部１７０は、受け取ったＲＧＢ信号を各フレーム及び各画素毎に、ＲＧＢ信号を時分割表示用の変調信号に変換し、回折光学素子制御部１８０に出力する。光変調素子制御部１８０は、主制御部１７０から出力された変調信号に応じて、光変調素子アレイ１４０上の各回折光学素子１の駆動制御を行う。すなわち、光変調素子制御部１８０は、回折光学素子アレイ１４０上の各光変調素子１の下部電極３０に選択的に所定電圧を印加することにより、下部電極３０とリボン４０との間に静電力を生じさせ、リボン４０を選択的に変位させる。
【００６６】
本実施形態の画像表示装置１００によれば、電気的に独立した下部電極として駆動電圧を印加するようにした回折光学素子１を用いるので、光の利用効率を高くして、解像度の高い画像を投影面に表示することができる。
【００６７】
次に、本発明の回折光学素子の製造方法の実施の形態について、図９を用いて説明する。なお、本発明の回折光学素子の製造方法は、以下の実施の形態に限られるものではない。
【００６８】
先ず、図９（ａ）に示すように、シリコンウェハーで構成された基板１０の上面に、導電性のある多結晶シリコン薄膜を成膜する。次に、このシリコン薄膜上にレジストマスクを形成し、このレジストマスクを介して例えばドライエッチング法により多結晶シリコン薄膜を選択的にエッチング除去して下部電極３０を形成する。下部電極３０は、後に形成されるリボン４０に対向する位置に複数形成される。
【００６９】
次に、図９（ｂ）に示すように、形成された複数の下部電極３０に対して、絶縁膜として酸化シリコン薄膜２０を成膜する。
【００７０】
次に、図９（ｃ）に示すように、成膜された酸化シリコン薄膜２０を化学機械研磨法（ＣＭＰ）により平坦化する。
【００７１】
次に、図９（ｄ）に示すように、平坦化した薄膜上に下部電極３０とリボン４０との間隔に応じた膜厚の犠牲層５０、例えば酸化シリコン薄膜を形成する。さらには、犠牲層５０上に、リボン４０を構成する誘電体材料による支持膜４６と光反射材料による上部電極膜４７とを形成する。
【００７２】
次に、図９（ｅ）に示すように、例えばドライエッチング法により、支持膜４６と上部電極膜４７とをパターニングして、複数形成された下部電極３０に対向する位置にリボン４０を形成する。
【００７３】
次に、図９（ｆ）に示すように、犠牲層５０である酸化シリコン薄膜を、例えばフッ酸を含むエッチング液を用いて選択的にエッチング除去し、下部電極３０とリボン４０との間に間隙４８を形成し、回折光学素子１を製造する。
【００７４】
また、本実施形態の製造方法では、エッチング等のバイアスを印加するプロセス処理を行なう際に、複数のリボン４０を電気的にショートさせた状態で行なう。
【００７５】
なお、回折光学素子の製造にあたっては、犠牲層に対してもＣＭＰを行なうようにしてもよい。また、下部電極３０を形成する際には、イオンインプランテーションを用いて形成するようにしてもよい。
【００７６】
図１０は、回折光学素子のリボン幅のばらつきを、従来のプロセスで形成した回折光学素子のリボンと、本実施形態のプロセスで形成した回折光学素子のリボンとで比較したグラフである。グラフの横軸は、回折光学素子におけるリボンの配置位置を示し、縦軸は、回折光学素子が有する全リボンの幅の平均値からのばらつき量を示す。
【００７７】
図中の折れ線ａは、従来のプロセスで形成した回折光学素子のリボン幅Ｙのばらつき量を表している。図から明らかなように、各リボン幅Ｙは、全体のリボン幅の平均値から規則的に上下変動している。これは、従来の回折光学素子のリボンでは、電気的に見て一本ずつ独立するように構成されているので、プロセス処理のチャージングの結果、各リボンの帯電量が異なる場合がある。このように各リボンが不均衡に帯電していると、犠牲層の除去の際に、可動リボンのエッジが不均一に削られる等の現象が生じ、図１１に示すように、素子内のリボン２００の形状や配置位置が異なってしまう場合がある。
【００７８】
このように回折光学素子内の隣り合うリボンの形状や配置位置が大きく異なっていると、素子に電圧を印加しないＯＦＦレベルにおいて、漏れ光が発生し、ＳＮ比が悪くなるという問題が生じる。
【００７９】
これに対して、図中の折れ線ｂは、本実施形態の製造方法により形成された回折光学素子におけるリボン幅のばらつき量を表している。図に示すように、リボン幅の変動は多少生じているが、従来の素子の折れ線ａと比較するとばらつき量は少ないことがわかる。これは、複数のリボンを電気的にショートさせた状態でプロセス処理のチャージングを行なうため、各リボンの帯電量を等しくして成型時の誤差をなくし、リボンの形状や配置位置を同じにすることができるからである。
【００８０】
本実施形態の回折光学素子の製造方法によれば、リボンを全て電気的に短絡させた状態で素子の形成を行なうので、プロセス処理の際のリボンの帯電量を均一にして、リボンの形状や素子内での高さを等しくすることができる。これにより、ＳＮ比等が優れており、品質が均一で高性能な回折光学素子を製造することができる。
【００８１】
なお、本発明の回折光学素子は、上述の各形態に限定されるものではなく、その他材料、構成等において本発明の構成を逸脱しない範囲において種々の変形、変更が可能であることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る回折光学素子の概略構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る回折光学素子の断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る回折光学素子の一部拡大断面図である。
【図４】回折光学素子におけるリボン間ギャップ幅Ｘと不良発生電圧の関係を示す図である。
【図５】回折光学素子におけるリボンピッチと不良発生電圧との関係を示す図である。
【図６】回折光学素子におけるフィルファクタＺと光効率との関係を示す図である。
【図７】回折光学素子におけるフラット構造とブリーズ構造との違いを説明するための図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る画像表示装置の概略構成図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る回折光学素子の製造方法を説明するための工程図である。
【図１０】回折光学素子のリボン幅のばらつきを、従来のプロセスで形成した回折光学素子のリボンと、本発明の実施形態に係るプロセスで形成した回折光学素子のリボンとで比較したグラフである。
【図１１】従来の回折光学素子におけるリボンの形状や配置高さのばらつきを示す図である。
【図１２】従来の回折光学素子の概略構成図である。
【図１３】従来の回折光学素子のリボンの断面図であり、上部電極が基板側に引きつけられた状態を示す図である。
【図１４】従来の回折光学素子の断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１・・回折光学素子、１０・・基板、２０・・絶縁膜、３０・・下部電極（基板側電極）、４０・・リボン、４１，４２・・固定部、４３・・リボンミラー部（反射部）、４４，４５・・傾斜部、４８・・間隙、Ｘ・・リボン間ギャップ幅、Ｙ・・リボン幅、Ｗ・・下部電極幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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