(57)【要約】【課題】光の利用効率が高く、コントラストのさらに大きな光スイッチング素子およびデバイスを提供する。【解決手段】アクチュエータ４０の偏向エレメント４１によりマイクロミラー３０の角度を変えて入射光をスイッチングする光スイッチング素子２０であって、マイクロミラー３０と偏向エレメント４１とを複数の支柱３６により接続し、それらの支柱３６を、マイクロミラー３０を製膜する工程で同時に形成する。そして、複数の支柱３６を設けることにより、マイクロミラー３０の表面３１に形成される凹み３２を少なくすることが可能となり、反射面積の大きな光スイッチング素子２０を提供できる。さらに、個々の凹み３２が浅くなるので光の回折による光量の損失やコントラストの低下も防止できる。【選択図】　　　　図１
2004109446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を反射する第１のエレメントと、前記第１のエレメントを駆動する第２のエレメントとを有する光スイッチング素子の製造方法であって、
前記第１のエレメントを製膜により形成する製膜工程を有し、
この製膜工程において、前記第１のエレメントと第２のエレメントとを連結するための複数の支柱を形成する光スイッチング素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１において、前記製膜工程の前に、前記第２のエレメント上に、前記第１のエレメントと前記第２のエレメントを分離するための犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層に複数のコンタクトホールをパターニングする工程とを有し、
前記製膜工程では、前記複数のコンタクトホールにより前記複数の支柱が形成される光スイッチング素子の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、前記コンタクトホールの内径は、前記第１のエレメントの厚みの２倍以下である光スイッチング素子の製造方法。
【請求項４】
請求項２において、前記コンタクトホールの内径は、前記第１のエレメントの厚みの２倍である光スイッチング素子の製造方法。
【請求項５】
光を反射する第１のエレメントと、
前記第１のエレメントを駆動する第２のエレメントと、
前記第１のエレメントと第２のエレメントとを連結する複数の支柱であって、前記第１のエレメントを製膜する際に成形される複数の支柱とを有する光スイッチング素子。
【請求項６】
請求項５において、前記複数の支柱は２〜４個である光スイッチング素子。
【請求項７】
請求項５において、前記複数の支柱は、前記第１のエレメントの重心に対して対称な位置に配置されている光スイッチング素子。
【請求項８】
請求項７において、前記第２のエレメントは、前記第１のエレメントの平面的な中心の下方を通り、前記第１のエレメントに対する駆動力を発揮するねじれバネ部を備えており、
前記複数の支柱は、前記ねじれバネ部に対して線対称な位置に配置されている光スイッチング素子。
【請求項９】
請求項５において、前記第２のエレメントは、前記第１のエレメントの角度を変える光スイッチング素子。
【請求項１０】
請求項５において、前記第１のエレメントの表面のうち、前記複数の支柱が下方に伸びた部分は、凹んでいる光スイッチング素子。
【請求項１１】
請求項５において、前記第１のエレメントの表面のうち、前記複数の支柱が下方に伸びた部分は、下方に細くなった円錐または角錐状の凹みである光スイッチング素子。
【請求項１２】
請求項５において、前記第１のエレメントの表面のうち、前記複数の支柱が下方に伸びた部分は、突き出ている光スイッチング素子。
【請求項１３】
請求項５において、前記第１のエレメントの表面のうち、前記複数の支柱が下方に伸びた部分は、上方に細くなった円錐または角錐状に突き出ている光スイッチング素子。
【請求項１４】
請求項５において、前記複数の支柱の外径は、前記第１のエレメントの膜厚の２倍以下である光スイッチング素子。
【請求項１５】
請求項５において、前記複数の支柱の外径は、前記第１のエレメントの膜厚の２倍である光スイッチング素子。
【請求項１６】
請求項５において、前記第２のエレメントは、
第１の軸の周りに回転可能な第１の偏向エレメントと、
前記１の偏向エレメントに連結されている第２の偏向エレメントであって、第２の軸の周りに回転可能な第２の偏向エレメントとを有し、
前記第１の軸と前記第２の軸とは互いに直交している光スイッチング素子。
【請求項１７】
請求項５ないし１６のいずれかに記載の光スイッチング素子を複数有し、それらの光スイッチング素子が２次元に配置されている光スイッチングデバイス。
【請求項１８】
請求項１７に記載の光スイッチングデバイスと、その光スイッチングデバイスに照明光を照射する光源と、前記光スイッチングデバイスにより反射された光をスクリーンに投影する投写レンズとを有するプロジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイ、プロジェクタ装置などに好適な光スイッチングデバイスおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクタなどにおいて入射光または照明光をドット単位で変調して画像を形成するライトバルブとして、マイクロミラーを機械的に高速で駆動し、その角度を変えて光をオンオフするＤＭＤ（デジタルマイクロミラーデバイス）などの光スイッチングデバイスが知られている。このマイクロミラーデバイスは、液晶デバイスより応答速度が速く、明るい画像が得られるので、小型でありながら高輝度で高品質な画像を表示でき、小型のプロジェクタなどの画像表示装置に適している。
【０００３】
マイクロミラーデバイスはドット単位で光を変調するマイクロミラーを備えたスイッチング素子が２次元にアレイ状またはマトリクス状に配列されたものである。スイッチング素子の一例は、特許文献１（米国特許５，８６７，２０２号）に開示されているようなものである。例えば、図１０（ａ）に拡大して示すように、スイッチング素子３９８は、マイクロミラー３３０と、それを駆動するアクチュエータ３４０とを備えており、アクチュエータ３４０は半導体基板３２１の上に形成される。そして、アクチュエータ３４０とマイクロミラー３３０とは、マイクロミラー３３０のほぼ中心に形成されたポスト（支柱）３９９を介して接続されている。アクチュエータ３４０は、半導体基板３２１の上に配列された一対の電極３４２ａおよび３４２ｂと、それらの電極３４２ａおよび３４２ｂの上で旋回する偏向エレメント３４１とを備えている。電極３４２ａおよび３４２ｂは、半導体基板３２１に作り込まれた駆動回路３４９により駆動され、電極３４２ａまたは３４２ｂに電圧が加わると、その方向に偏向エレメント３４１が旋回し、偏向エレメント３４１とポスト３９９で連結されたマイクロミラー３３０も旋回する。したがって、マイクロミラー３３０は、図１０（ｂ）に示すように、駆動回路３４９からの信号によって傾き、斜めに入射した入射光束７１を上方のオン方向に射出光７２として反射する。このため、スイッチング素子３９８に対し垂直方向に投写レンズが配置されていれば、この状態がオン状態となる。
【０００４】
【特許文献１】
米国特許第５，８６７，２０２号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなティルトミラー型のスイッチング素子３９８においては、マイクロミラー３３０の表面３３１のポスト３９９の部分は大きな凹み３９９ａとなって反射効率が低下するだけではなく、この凹み３９９ａで反射された光は回折光となって有効光との区別が難しくなり、コントラストが低下の要因となる。したがって、スイッチングデバイス３９５における光の利用効率を向上し、画像品質の向上するためには、凹み３９９ａを小さくすることが望ましい。
【０００６】
スイッチング素子３９８をフォトリソグラフィー技術により形成する場合、マイクロミラー３３０を製膜する際にポスト３９９も同時に形成するのが最も簡単で工数が少ない方法である。したがって、強度的に充分な断面積を備えたポスト３９９を成形しようとすると、ポスト３９９の直径は大きくなり、それに伴って鏡面３１に形成される凹み３９９ａは大きくなってしまう。
【０００７】
ポスト３９９とマイクロミラー３３０とをプロセスを分けて製造することも可能である。しかしながら、偏向エレメント３４１の上に、ポスト３９９を製造する層と、マイクロミラー３３０を製造する層を積層する必要があるので、プロセスが増える。また、ミクロンオーダあるいはそれ以下の微細な機械をフォトリソグラフィー技術により形成する場合、マスクの位置あわせや膜厚の管理などを考えると、積層される数を１つ増やすことは非常な手間であり、工数が増加するだけではなく、マスクの数も増加し、さらに、歩留まりも大幅に下がる。したがって、同じプロセスで形成できていたマイクロミラー３３０とポスト３９９を異なるプロセスで実行することは大きなディメリットであり、ケースによっては、実質的に製造が不可能なこともある。
【０００８】
そこで、本発明においては、プロセスを増やさずに、すなわち、積層構造を増やさずに、鏡面の有効面積を増加することができるスイッチング素子またはスイッチングデバイスの製造方法、およびそれにより製造されたスイッチング素子およびスイッチングデバイスを提供することを目的している。そして、さらに光の利用効率が高く、コントラストも高いスイッチング素子およびスイッチングデバイスを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては、支柱（ポスト）を成形するプロセスを分けるのではなく、支柱を複数に分割することにより、支柱とマイクロミラーを同じプロセスで製造しながら鏡面の有効面積を増加するようにしている。光を反射する第１のエレメントと、第１のエレメントを駆動する第２のエレメントとを有する本発明の光スイッチング素子の製造方法は、第１のエレメントを製膜により形成する製膜工程を有し、この製膜工程において、第１のエレメントと第２のエレメントとを連結するための複数の支柱を形成するようにしている。本発明の製造方法によって、光を反射する第１のエレメントと、第１のエレメントを駆動する第２のエレメントとを有し、第１のエレメントを製膜する際に成形される複数の支柱により第１のエレメントと第２のエレメントとが連結された光スイッチング素子を提供することができる。
【００１０】
さらに、本発明の光スイッチング素子が２次元に配列された光スイッチングデバイスは、光を反射する第１のエレメントが複数配列された第１のエレメント層と、第１のエレメントを駆動する第２のエレメントが複数配列された第２のエレメント層とを有する光スイッチングデバイスであり、この光スイッチングデバイスの製造方法においては、第１のエレメント層を製膜による形成する製膜工程を設け、この製膜工程において、第１のエレメント毎に、その第１のエレメントに対応する第２のエレメントとを連結するための複数の支柱を形成する。
【００１１】
支柱の径を小さくして本数を増やすことにより、支柱のトータルの断面積を確保しながら、支柱により形成される鏡面の凹みを小さくすることが可能となり、鏡面の有効面積を増加できる。したがって、マイクロミラーとなる第１のエレメントを製膜する際に複数の支柱を形成することにより、第２のエレメントとの接続強度を維持しながら支柱による表面欠損の少ない、あるいは全くない、光の利用効率の高い光スイッチング素子を製造できる。そして、本発明の光スイッチング素子を複数有し、それらの光スイッチング素子が２次元に配置されている光スイッチングデバイスを製造および提供することにより、光の利用効率が高く、コントラストも大きな、高品質の画像を形成することが可能な光スイッチングデバイスを提供できる。したがって、この光スイッチングデバイスを採用し、光スイッチングデバイスに照明光を照射する光源と、光スイッチングデバイスにより反射された光をスクリーンに投影する投写レンズとを有するプロジェクタにより、光の利用効率が高く、コントラストも高い、高品質なカラー画像を表示できるプロジェクタを提供できる。
【００１２】
本発明の光スイッチング素子の製造方法では、製膜工程において複数の支柱を形成するために、製膜工程の前に、第１のエレメント（第１のエレメント層）と第２のエレメント（第２のエレメント層）を分離する犠牲層を形成する工程と、犠牲層に複数のコンタクトホールをパターニングする工程とを設ける。これにより製膜工程では、複数のコンタクトホールにより製膜材料、たとえば、反射性の高いＡｌやＡｇ等からなる支柱が形成される。
【００１３】
コンタクトホールの内径は、第１のエレメント（第１のエレメント層）の厚みの２倍以下であることが望ましい。すなわち、複数の支柱の外径は、第１のエレメント（第１のエレメント層）の膜厚の２倍以下にすることが望ましい。支柱の内部に続く深い凹みを無くすことができる、または、凹みが形成されるとしても、その深さは第１のエレメントの膜厚程度、あるいはそれ以下にすることが可能となり、第１のエレメントで反射する光の波長以下の深さの凹みにできる。このため、凹みが小さくなることにより反射率が向上すると共に、凹みでの反射による回折光を防止することが可能となり、コントラストの高いスイッチングが可能なスイッチング素子およびデバイスを提供できる。
【００１４】
支柱の内部の大部分がマイクロミラーを製膜される材料で埋まったとしても表面に支柱の影響が現れることが多い。たとえば、第１のエレメントの表面のうち、複数の支柱が下方に伸びた部分は、微小ではあっても下方に細くなった円錐または角錐状の凹みとなったり、複数の支柱が下方に伸びた部分は、上方に細くなった円錐または角錐状に突き出た部分となる。したがって、凹みがなくなるとしても支柱の数は少ないに越したことない。一方、支柱の直径が小さくなると個々の支柱の強度は低下し、また、コンタクトホールが小さくなることによりマイクロミラーを製膜する材料がコンタクトホールの内部に侵入しにくくなり、支柱に欠陥が生ずる可能性もある。したがって、もっとも少ない本数の支柱により、支柱内部の凹みを数値的に無くすことができ、表面に現れる波長程度以下の凹凸にすることができる条件、すなわち、コンタクトホールの内径が、第１のエレメント（第１のエレメント層）の厚みの２倍という条件は、本発明のスイッチング素子あるいはスイッチングデバイスを製造する上で有利な条件の１つである。一方、アルミニウムなどの第１のエレメントを形成する素材をディポジットする場合は、コンタクトホールの内面などの垂直な面に対しては素材が着き難く、厚みを確保することが難しく、コンタクトホールの内部では、第１のエレメントと同様の膜厚を管理することが難しい。したがって、複数の支柱の外径は、第１のエレメントの膜厚の２倍以下にすることが望ましい。
【００１５】
また、反射面に表れるのは、底が平らな凹みあるいは窪みではなく、円錐状あるいは角錐状の凹みあるいは突起となる。したがって、反射面と窪みの底の平面による光の干渉がなくなり、この点でもコントラストが向上する。
【００１６】
上述したように、本発明では、各支柱の大きさ（一辺または直径）を小さくし、全体の本数を増やすことで、強度を確保するようにしており、１つの光スイッチング素子あたりに、支柱は２〜４個程度、形成されることが望ましい。その際には、これらの支柱は、バランスよく、互いに、第１のエレメントの重心に対して対称な位置に配置されることが望ましい。第２のエレメントが、第１のエレメントの角度を変えるように駆動する場合は、第２のエレメントは、第１のエレメントの平面的な中心の下方を通り、第１のエレメントに対する駆動力を発揮する、ねじれバネ部を備えていることが望ましく、複数の支柱は、ねじれバネ部に対して線対称な位置に配置されることが望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１に本例の光スイッチング素子の概略構造を断面により示してある。また、図２に、光スイッチング素子を上方から見た様子を示してある。この光スイッチング素子２０は、先に図１０を参照して説明したように、駆動される際に反射面が１０度程度の範囲で角度を変えて光をスイッチングするマイクロミラーデバイスである。また、後述する図９に示したようなプロジェクタ１のライトバルブ、すなわち空間光変調装置、等に用いられるものである。
【００１８】
本例の光スイッチング素子２０は、光７１を反射してオンオフ可能なアルミニウム製のマイクロミラー（第１のエレメント）３０と、このマイクロミラー３０を駆動するアクチュエータ部４０とを備えており、駆動回路４９が作り込まれた半導体基板２１の上に形成されている。アクチュエータ４０は、半導体基板２１の上に配列された一対の電極４２ａおよび４２ｂと、それらの電極４２ａおよび４２ｂの上で旋回する偏向エレメント４１（第２のエレメント）とを備えており、マイクロミラー３０と偏向エレメント４１とは、マイクロミラー３０と同じプロセスで製造される複数の支柱（ポスト）３６により連結されている。マイクロミラー３０の表面（反射面）３１には、複数の支柱３６が下方に伸びた部分（領域）３３に、若干の凹み３２が支柱３６の影響として残っている。
【００１９】
アクチュエータ部４０の偏向エレメント４１は、基板の電極４２ａおよび４２ｂと協働してエレメント４１を駆動する駆動電極４３を備えている。さらに、偏向エレメント４１は、マイクロミラー３０の平面的な中心（形状中心）２９の下方を通る、ねじれバネ（可動部）４８により、旋回可能なように半導体基板２１から伸びた柱２８に対して取り付けられている。そして、このねじれバネ４８に対して、２本の支柱３６は、偏向エレメント４１の上の線対称な位置に配置されている。したがって、２本の支柱３６は、マイクロミラー３０の重心３５に対して互いに対称な位置に配置されていることになる。
【００２０】
この光スイッチング素子２０は、図３に示すように、アクチュエータ部４０の電極４２ａまたは４２ｂに電圧が加わると、静電力により偏向エレメント４１が傾き、偏向エレメント４１と支柱３６により連結されたマイクロミラー３０も同様に傾く。電極４２ａおよび４２ｂから電圧が除去されると、ねじれバネ４１の弾力により、偏向エレメント４１は水平な状態に戻り、偏向エレメント４１と支柱３６により連結されたマイクロミラー３０も同様に水平な状態に戻る。本例では、左側の斜め上方から入射光７１が照射されており、電極４２ａに電圧が加わってマイクロミラー３０が左側に傾いた状態がオン状態であり、垂直方向の投写レンズに向けて射出光７２が出力される。
【００２１】
そして、２本の支柱３６によりマイクロミラー３０と偏向エレメント４１とが接続されているので、支柱３６の直径Ｌを図１０に示した１本の支柱の場合に対してほぼ半分程度にすることが可能となる。このため、マイクロミラー３０を製膜する際に支柱３６を形成するときに、マイクロミラー３０を製造するアルミニウムなどの製膜用の材料で支柱３６の内部をほとんど埋めることができ、マイクロミラー３０の表面３１に支柱３６の影響が現れるのを小さくできる。その結果、表面３１の凹み３２の面積を大幅に小さくすることが可能となり、反射効率の高いマイクロミラー素子２０を提供することができる。これらのマイクロミラー素子２０を２次元に配列することにより、ドット単位で光を変調することができるマイクロミラーデバイス９５とすることが可能であり、図９に示したような画像を形成するためのライトバルブとして提供することができる。
【００２２】
以下に、この光スイッチング素子２０が複数配列された光スイッチングデバイス１０を製造する様子を、図４を参照しながら説明する。本図では、アクチュエータ４０の偏向エレメント４１までの構造が形成されて犠牲層により保護された上にマイクロミラー３０を形成するプロセスを示してある。
【００２３】
先ず、図４（ａ）に示すように、半導体基板２１に形成されたアクチュエータ４０の偏向エレメント４１がマトリクス状に形成された第２のエレメント層６２の上に、有機膜、ＳｉＯ２等の犠牲層６９を形成する。この犠牲層６９は、後に第２のエレメントである偏向エレメント４１と第１のエレメントであるマイクロミラー３０とを分離する層となる。
【００２４】
次に、図４（ｂ）に示すように、犠牲層６９の表面にレジストを塗布してパターニングしたのち、犠牲層６９をエッチングし、複数の支柱３６を形成するための複数のコンタクトホール６８を形成する。本例では、この孔６８の内径Ｌは、マイクロミラー３０を形成するために蒸着するアルミニウム層の厚みｄの２倍以下程度に設定される。たとえば、マイクロミラー３０を形成するアルミニウム層の厚みは０．５μｍ程度であるので、コンタクトホール６８の内径Ｌは１．０μｍ程度あるいはそれ以下とする。
【００２５】
図４（ｃ）に示すように、コンタクトホール６８が形成された犠牲層６９の上から、反射部材となるアルミニウムを蒸着する。これにより、マイクロミラー３０となる第１のエレメント層６１が形成されると共に、コンタクトホール６８の内部に蒸着したアルミニウムにより２本の支柱３６が形成され、マイクロミラー３０と偏向エレメント４１が接続される。
【００２６】
さらに、第１のエレメント層６１の上にレジストを塗布したのち、パターニングし、エッチングしてマイクロミラー３０を素子分離する。その後、犠牲層６９を除去することにより、図４（ｄ）に示すように、偏向エレメント６１の上に複数の支柱３６により支持されたマイクロミラー３０を有する光スイッチング素子が形成される。また、この段階で、複数の光スイッチング素子２０がマトリクス状に２次元に配列された光スイッチングデバイス１０が製造される。
【００２７】
このように、本例の光スイッチングデバイス１０は、複数の支柱３６とマイクロミラー３０とを同一の工程で製造するので、製造プロセスが増えず、製造が容易であり、歩留まりも高い。そして、それぞれのマイクロミラー３０に対して複数の支柱３６を設けて偏向エレメント４１と接続しているので、支柱３６の直径Ｌは小さくでき、マイクロミラー３０を製膜するためのアルミニウム層により支柱３６の内部の空隙が小さくなり、反射面３１に対する影響を少なくすることができる。
【００２８】
すなわち、図５に支柱３６の部分を拡大して示してあるように、各々のマイクロミラーに対して複数の支柱３６を設けることにより、支柱３６を形成するためのコンタクトホールの内径Ｌは小さくすることができる。そして、マイクロミラー３０を製膜するアルミニウム層の膜厚ｄの２倍以下程度にコンタクトホール６８の内径Ｌを設定すると、支柱３６の奥に達するような凹みは形成されず、反射面３１の表面のうち、複数の支柱３６が下方に伸びた部分には、下方に細くなった円錐または角錐状の微小な凹みまたは窪み３２が形成されるだけになる。したがって、マイクロミラー３０の平坦な反射面３１の面積が増加し、反射効率が高く、光の利用効率の高い光スイッチング素子２０を提供できる。また、窪み３２の底が平らではなくなるので、窪み３２で反射しても反射面３１の反射光との干渉は少なくなり、それによるコントラストの低下は防止できる。
【００２９】
さらに、マイクロミラー３０を製膜するアルミニウム層の膜厚ｄの２倍以下程度にコンタクトホール６８の内径Ｌを設定すると、支柱３６の奥（基板側）に達するような凹みは形成されず、反射面３１の表面のうち、複数の支柱３６が下方に伸びた部分には、下方に細くなった円錐または角錐状の微小な凹みまたは窪み３２が形成されるだけになる。このため、凹み３２の深さもアルミニウム層の膜厚ｄあるいはそれ以下となり、反射する光の波長よりも小さくできる。その結果、凹み３２により回折される光によりコントラストが低下したり有効光が低下したりすることもない。
【００３０】
もちろん、コンタクトホール６８の内径Ｌが、膜厚ｄの２倍以上の場合であっても、コンタクトホール６８の内径を従来よりも小さくすることにより本発明の効果は得られる。支柱３６の直径Ｌを小さくすることにより、支柱３６の強度的な断面積の低下より、凹みとして反射に寄与しない面積の減少の方が大きいので、マイクロミラー３０の鏡面３１の有効面積が増加するからである。
【００３１】
さらに、支柱３６の数を増やし、支柱の一辺長をさらに小さくすることも可能である。図６および図７には、本発明の異なる実施例として、マイクロミラー３０を４本の支柱３６により支持した光スイッチング素子２０を示してある。支柱３６の数を増加することにより、支柱の直径Ｌはさらに小さくすることが可能である。その結果、図７に示したように、マイクロミラー３０の反射面３１のうち、複数の支柱３６が下方に伸びた部分に、上方に円錐または角錐状に突き出た突起３４が形成されている。本例の光スイッチング素子２０も、図４（ａ）〜（ｄ）に示したような製造方法で作成されるが、製膜する際は、製膜する材料が垂直な面には着き難くても、垂直な面と水平な面とのコーナの部分には着き易いので、コンタクトホールが小さくなるとコーナの部分の影響が強く表れて、突起３４が形成される可能性がある。しかしながら、突起３４が形成されても、その径は図５に示した凹み３２と同程度あるいはそれ以下であり、同様にスイッチング光の波長以下となる。したがって、鏡面３１の反射率の低下を防止でき、回折の度合いも少なくできる。
【００３２】
そして、支柱３６を複数にすることにより、支柱３６をマイクロミラー３０を製膜する工程で同時に成形しても支柱３６の内側が大きく凹むことはない。このため、スイッチング素子２０またはスイッチングデバイス１０を製造するプロセスを増やさなくても、光の利用効率の高いスイッチング素子およびデバイスを提供できる。したがって、低コストで、歩留まりが良く、高性能の光スイッチング素子およびデバイスを提供できる。
【００３３】
これらの光スイッチング素子およびデバイスに示したように、マイクロミラー３０を、それを駆動する偏向エレメント４１に接続する支柱３６を複数にすることにより、マイクロミラー３０の表面３１に表れる支柱３６の影響を大幅に小さくできる。また、支柱３６を複数設けることで、支柱３６の太さあるいは一辺（幅）を細くしても、マイクロミラー３０を支持する支柱全体としては、十分な強度が得られる。さらに、複数の支柱３６を偏向エレメント４１の上に分散して配置することにより、１点を支持する場合よりも安定する。そして、各々の支柱３６は、可動部であり、マイクロミラー３０の重心３５の下を通る、ねじれバネ４１に対して線対称な位置に置くことで、不要な振動モードが発生せず、安定してマイクロミラー３０を駆動でき、安定したスイッチング動作が得られる。すなわち、ティルトモードが安定に動作する。
【００３４】
図８に示したスイッチング素子１００は、本発明の他の例である。図８（ａ）は、スイッチング素子１００の平面図であるが、説明の便宜のため、マイクロミラー３０の図示が省略されている。この光スイッチング素子１００は２軸型のスイッチング素子であり、基板２１に対して第１の軸２９ａの周りに旋回するように第１のトーションバネ４８ａを介して接続された第１の偏向エレメント４１ａと、この第１の偏向エレメント４１ａに対して第２のトーションバネ４８ｂにより、第１の軸２９ａと直交する第２の軸２９ｂの回りに旋回するように取り付けられた第２の偏向エレメント４１ｂとを備えている。内側の第２の偏向エレメント４１ｂには、４本の支柱３６を介して図示しないマイクロミラー３０が固定されている。
【００３５】
第１の偏向エレメント４１ａは、図８（ｂ）に示すように、一対の駆動電極１０３ａおよび１０３ｂを有していて、そして、駆動電極１０３ａおよび１０３ｂは、それぞれ基板２１上に設けられた電極１０２ａおよび１０２ｂと対向する。第１の偏向エレメントは、電極１０２ａおよび１０２ｂに与える電位が制御されることで、第１の偏向エレメント４１ａは軸４８ｂの周りで旋回する。一方、第２の偏向エレメント４１ｂは、軸４８ｂの周りで旋回する自由度を残して第１の偏向エレメント４８ａに固定されている。また、図８（ａ）および（ｂ）には図示されていないが、図１に示したように、第２の偏向エレメントを駆動するための電極４２ａおよび４２ｂが基板２１上に位置している。このため、電極４２ａ、４２ｂおよび電極１０２ａ、１０２ｂに与える電位が制御されることで、第２の偏向エレメントは、４つの方向に傾く。この結果、マイクロミラー３０は、その法線が４つの異なる方向に向くような傾きを得ることができる。
【００３６】
なお、上記の例では、２本または４本の支柱をそれぞれのマイクロミラー３０と偏向エレメント４１との間に配置してマイクロミラー３０を偏向エレメント４１に固定しているが、支柱の本数は５本以上であっても良い。ただし、支柱が細すぎると、支柱自体の形状を維持できる強度が確保できなくなるし、製膜するときに所望の形状の支柱ができなくなる可能性がある。したがって、支柱の直径はマイクロミラー３０の膜厚の２倍前後が望ましい。また、支柱の数は偶数に限らず、奇数であっても良いが、３個あるいは５個の支柱を全体的なバランスを考慮して配置する必要がある。
【００３７】
また、本例のマイクロミラー３０は、上述したように、支柱３６の内側が大きく凹むことがないため、高反射率の光スイッチング素子および光スイッチングデバイスを提供することが可能となる等の画像表示装置、たとえばプロジェクタに好適である。図９に示したプロジェクタ１は、白色光源９１と、この光源９１からの光束７１を均一化するロッドレンズ９２と、光束７１を３原色に時分割する回転式のカラーフィルタ９３と、このフィルタ９３を回転駆動するモータ９３Ｍとを備えている。さらに、このプロジェクタ１は、時分割された光束７１をマイクロミラーデバイス９５に集光する、跳ね上げミラー９４などの照明系と、各色の光束７１にタイミングを合わせて駆動され、それぞれの色の光を変調してマルチカラーの画像を生成するマイクロミラーデバイス９５と、変調した光束（表示光）７２を投写する投写レンズ９６を備えており、このプロジェクタ１により、マルチカラーの画像がスクリーン９７に投影される。このマイクロミラーデバイス９５には、上述の光スイッチング素子２０または光スイッチング素子１００がマトリクス状に配列されていて、マイクロミラーデバイス９５は空間光変調装置として機能する。
【００３８】
本発明が適用可能な反射型の光スイッチング素子は、上述した偏向エレメントによりマイクロミラーが傾くティルトミラー型に限られない。たとえば、上下に動く駆動エレメントとマイクロミラーとを複数の支柱で接続したピストンモーション型のマイクロミラーデバイスにも本発明は適用される。また、マイクロミラーはアルミニウム製に限定されることはなく、銀やその他の反射率の高い金属層であっても良く、その層を形成するときに複数の支柱を形成することにより本発明を適用できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上に説明したように、支柱の数を増やすことにより、支柱１つ当たりの断面積を削減し、そのような支柱を、マイクロミラーを製膜する工程で同時に形成するようにしている。したがって、スイッチング素子あるいはデバイスを製造する工程を増やさずにマイクロミラーの鏡面の有効面積を増加することができる。このため、光の利用効率が高く、コントラストも高いスイッチング素子およびスイッチングデバイスを歩留まり良く、低コストで提供することが可能となる。また、複数の支柱を設けることにより、マイクロミラーの表面に形成される個々の凹みが浅くなるので光の回折による光量の損失やコントラストの低下も防止できる。したがって、本発明の光スイッチングデバイスをライトバルブとして使用することにより、明るく鮮明な画像を投写できるプロジェクタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る複数の支柱を備えた光スイッチング素子の概要を示す図である。
【図２】図１に示した光スイッチング素子をマイクロミラーの方向から見た様子を示す平面図である。
【図３】図１に示した光スイッチング素子のオン状態を示す図である。
【図４】図１に示した光スイッチング素子のマイクロミラーの層を製造するプロセスを示す図である。
【図５】マイクロミラーと支柱の部分を拡大して示す図である。
【図６】本発明に係る光スイッチング素子の異なる例を示す図である。
【図７】図６に示した光スイッチング素子を上方から見た様子を示す図である。
【図８】本発明に係る光スイッチング素子のさらに異なる例を示す図であり、図８（ａ）は平面図、図８（ｂ）はＡ−Ａ´断面図である。
【図９】本発明に係る光スイッチングデバイスを用いたプロジェクタ型の表示装置の概要を示す図である。
【図１０】従来の光スイッチング素子を示す図である。
【符号の説明】
１　　プロジェクタ
１０　　光スイッチングデバイス
２０、１００　　光スイッチング素子
３０　　マイクロミラー（第１のエレメント）
３１　　反射面
３２　　窪み
３３　　支柱が連結された領域
３４　　突起
３６　　支柱
４０　　アクチュエータ
４１　　偏光エレメント（第２のエレメント）
７１　　入射光
【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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