(57)【要約】【課題】  多層膜の膜密着度の良い光学機能膜を提供するとともに、光学機能を付与させることが可能で、応力制御が容易であり同時に屈折率制御も可能であって、多層膜全体の応力制御が可能であり、成膜速度が速い光学機能膜を提供すること。【解決手段】  複数の積層された膜を有する多層膜を含む光学機能膜であって、複数の膜が同じ材料から形成されるとともに、複数の膜の隣り合う膜の屈折率が互いに異なるように製造する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の積層された膜を有する多層膜を含む光学機能膜であって、前記複数の膜が同じ材料から形成されるとともに、前記複数の膜の隣り合う膜の屈折率が互いに異なる光学機能膜。
【請求項２】
前記多層膜の前記複数の膜の所定膜の応力は、隣接する膜に対して反対の符号を有する請求項１記載の光学機能膜。
【請求項３】
前記多層膜の前記複数の膜の所定膜の応力は、隣接する膜に対して反対の符号を有するとともに、等しい大きさを有する請求項１記載の光学機能膜。
【請求項４】
前記多層膜はＣＶＤにより成膜された請求項１記載の光学機能膜。
【請求項５】
ＣＶＤにより複数の膜を積層させて形成された多層膜を含む光学機能膜の形成方法において、原材料として同じ材料を用い、各層の膜の形成において印加する高周波電圧の周波数、ＲＦ  power 及びガス流量比の少なくとも一つを調整して、それぞれの膜の応力及び屈折率を制御し、隣り合う膜の屈折率が異なるように形成することを含む光学機能膜形成方法。    
【請求項６】
電極層を有する支持基板と、少なくとも電極層を有すると共に前記支持基板に向かって撓み変形可能に前記支持基板上に所定の離間間隔で対向配置される可動薄膜とを備え、前記支持基板の電極層と前記可動薄膜の電極層との間に所定の駆動電圧を印加して、両電極層間に作用する静電気力により前記可動薄膜を前記支持基板側に撓ませることで入射光に対する素子の光学特性を変化させ、入射光に対する光変調を行う光変調素子であって、
前記可動薄膜と前記支持基板それぞれの相対向する側に請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学機能膜が設けられ、
前記光学的特性が、前記可動薄膜と前記支持基板との離間間隔、及び入射光の波長に応じた光干渉特性であることを特徴とする光変調素子。
【請求項７】
請求項６記載の光変調素子を、１次元又は２次元状に複数配列したことを特徴とする光変調素子アレイ。
【請求項８】
光源と、請求項７記載の光変調素子アレイと、前記光源からの光を前記光変調素子アレイに照射する照明光学系と、前記光変調素子アレイから出射される光を画像形成面に投影する投影光学系とを備えたことを特徴とする画像形成装置。
【請求項９】
紫外線を出射する光源と、請求項７記載の光変調素子アレイと、前記光源からの光を前記光変調素子アレイに照射する照明光学系と、前記光変調素子アレイから出射される光に励起されて発光する蛍光体とを備えたことを特徴とする平面表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同じ材料から形成された積層膜で光学機能を有し、各層の応力制御を行った光学機能膜、及びその形成方法、並びにこの光学機能膜を用いた光変調素子、光変調素子アレイ、画像形成装置、平面表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の誘電体多層膜は高屈折率と低屈折率を交互に積み上げて作成されるもので、使用する材料としては、例えば、高屈折率にはＴｉＯ２、低屈折率にはＳｉＯ２などが一般的に使用されている。こうした誘電体多層膜を光反射膜として作成する場合には、上記材料を光の波長に対してλ／４の光学長として、高、低（屈折率）と積み上げる。この時問題になるのが、誘電体多層膜の内部応力による支持体の湾曲、クラック、膜はがれである。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示の「ダイクロイックミラーの製造方法」には、基板上に光の透過率を波長別に変化させる誘電体薄膜を積層させたダイクロイックミラーの誘電体薄膜を真空蒸着などにより、真空中あるいは特定ガスの雰囲気中でＳｉＯ２等の低屈折率の誘電体薄膜と、ＴｉＯ２等の高屈折率の誘電体薄膜とを、成膜する際に生ずる湾曲を、湾曲とは逆形状の基板上に成膜することで補正する方法が示されている。
また、特許文献２の「多層膜構造および面発光レーザ」には、面発光レーザの反射ミラー等に応用する多層膜４を２のＳｉＯ２および３のＴｉＯ２などの誘電体多層膜で形成する場合に、図１６（Ｂ）に示すように、矢印で示すＳｉＯ２膜に生ずる収縮応力と、ＴｉＯ２膜に生ずる伸長応力の大きさが異なるので積層面への収縮や、伸長が生じて基板内部に歪みが起きるが、図１６（Ａ）では、伸長応力と圧縮応力とが同一の大きさを持つように蒸着速度、蒸着雰囲気の条件等を選択して制御が行われ、交互に積層される層に生ずる伸長応力と収縮応力とが同一となって平衡・相殺するように、収縮応力／引張応力の制御されるので、歪みは発生しないように改善されている。
【０００４】
また、図１７は特許文献３記載の誘電体多層膜を利用したファブリペロー・フィルタの例で、可動ミラー側として圧縮応力を示す高屈折率膜Ｆ１、引張応力を示す低屈折率膜Ｆ２、圧縮応力を示す高屈折率膜Ｆ３の３層構造が示されている。この多層光学薄膜は、光学膜厚が、λ／４であること、すなわち光学膜厚λ／４の単層膜相当の多層膜である。
引張応力を示す膜（引張応力膜）と圧縮応力を示す膜（圧縮応力膜）とを積層してなる多層光学薄膜、又は互いに異なる引張応力を示す引張応力膜を積層してなる多層光学薄膜により可動鏡を形成することで、自立した可動鏡を上に凸、下に凸にすることが可能で、これらの引張応力膜及び圧縮応力膜はそれぞれ例えばポリシリコン（単結晶シリコン）、酸化シリコン、窒化シリコン等で形成することができる。引張応力膜と圧縮応力膜の組み合わせ又は引張応力膜同士の組み合わせとしては、圧縮応力膜（ポリシリコン）と引張応力膜（窒化シリコン）の組み合わせ・圧縮応力膜（ポリシリコン）と引張応力膜（酸化シリコン）の組み合わせ・圧縮応力膜（酸化シリコン）と引張応力膜（ポリシリコン）の組み合わせ・圧縮応力膜（窒化シリコン）と引張応力膜（ポリシリコン）の組み合わせ・引張応力膜（ポリシリコン）と引張応力膜（窒化シリコン）の組み合わせ・引張応力膜（ポリシリコン）と引張応力膜（酸化シリコン）の組み合わせなどがある。
このように、多層光学薄膜（可動鏡）は、高屈折率膜Ｆ１／低屈折率膜Ｆ２／高屈折率膜Ｆ３をこの順で積層した多層構造の光学薄膜とすることで膜応力設計の自由度を高くすることができるというものである。
【特許文献１】特開平６−１８６４１８号公報、（段落番号［０００９］〜［００１１］）
【特許文献２】特開平８−３０７００８号公報、（段落番号［００２２］〜［００２９］、図２）
【特許文献３】特開２００２−１７４７２１号公報、（段落番号［００２５］〜［００３５］、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術においては、いずれの場合も依然として膜間の密着が悪いといった大きな問題があった。
そこで本出願人は、膜間の密着が悪くなる原因を究明したところ、屈折率の高い材料と屈折率が低い材料を２種類以上の材料で形成することに問題があることが判明した。
また、これがために特定ガスの雰囲気中での蒸着などによる成膜時の材料補給、脱ガス、装置のクリーニングのために時間が掛かるといった問題も判明した。
そこで、本発明の目的は、多層膜の膜密着度の良い光学機能膜を提供することにあり、これと同時に、光学機能を付与させることが可能で、応力制御が容易であり同時に屈折率制御も可能であって、多層膜全体の応力制御が可能であり、成膜速度が速い光学機能膜を提供することにある。またさらに、このような光学機能膜を用いた光変調素子、光変調素子アレイ、画像形成装置、平面表示装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、複数の積層された膜を有する多層膜を含む光学機能膜であって、前記複数の膜が同じ材料から形成されるとともに、前記複数の膜の隣り合う膜の屈折率が互いに異なることを特徴としている。
この光学機能膜では、多層膜の各層ともに同じ材料から形成するので、同一製造装置で同一プロセス同一条件で製造でき、使用するガス種類も少なくて済み、また装置のクリーニングの必要が無く、成膜時の材料補給、脱ガスに時間が掛からず、耐久性に優れ、歩留まりが良く、同一材料であるが故に膜密着度が良好となる。
【０００７】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１記載の光学機能膜において、前記多層膜の前記複数の膜の所定膜の応力は、隣接する膜に対して反対の符号を有することを特徴としている。
この光学機能膜では、第１層を収縮（圧縮）応力状態、第２層を伸長（引張）応力状態として交互に積層することで、平面度の良い多層膜を成膜できる。
【０００８】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１記載の光学機能膜において、前記多層膜の前記複数の膜の所定膜の応力は、隣接する膜に対して反対の符号を有するとともに、等しい大きさを有することを特徴としている。
この光学機能膜では、第１層を収縮（圧縮）応力状態、第２層を伸長（引張）応力状態とするとともに、等しい大きさの応力値として交互に積層することで、平面度の良い多層膜を成膜できる。
【０００９】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１記載の光学機能膜において、前記多層膜はＣＶＤにより成膜することを特徴としている。
この光学機能膜では、材料ガスの種類が少なくて済み、良好な成膜が可能で、成膜速度が速く、脱ガスに時間が掛からなくなる。
そして請求項５記載の光学機能膜形成方法の発明は、ＣＶＤにより複数の膜を積層させて形成された多層膜を含む光学機能膜の形成方法において、原材料として同じ材料を用い、各層の膜の形成において印加する高周波電圧の周波数、ＲＦ  ｐｏｗｅｒ 及びガス流量比の少なくとも一つを調整して、それぞれの膜の応力及び屈折率を制御し、隣り合う膜の屈折率が異なるように形成することを含むことを特徴とする。
ＣＶＤにて高周波電圧の周波数、ＲＦ  ｐｏｗｅｒ、ガス流量比を調整すること自体は公知であるものの、原材料として同じ材料を用いて制御することは新規であり、この方法によれば応力・屈折率の制御がより容易となる効果が生じる。
【００１０】
また請求項６記載の光変調素子の発明は、電極層を有する支持基板と、少なくとも電極層を有すると共に前記支持基板に向かって撓み変形可能に前記支持基板上に所定の離間間隔で対向配置される可動薄膜とを備え、前記支持基板の電極層と前記可動薄膜の電極層との間に所定の駆動電圧を印加して、両電極層間に作用する静電気力により前記可動薄膜を前記支持基板側に撓ませることで入射光に対する素子の光学特性を変化させ、入射光に対する光変調を行う光変調素子であって、前記可動薄膜と前記支持基板それぞれの相対向する側に請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光学機能膜が設けられ、前記光学的特性が、前記可動薄膜と前記支持基板との離間間隔、及び入射光の波長に応じた光干渉特性であることを特徴とする。
この光変調素子では、支持基板と可動薄膜とに多層反射膜をそれぞれ対向配置して、これらの多層反射膜間の離間間隔を変更することにより、入射光の波長に応じてファブリペロー干渉効果等により光干渉が行われる。
【００１１】
また請求項７記載の光変調素子アレイの発明は、請求項６記載の光変調素子を、１次元又は２次元状に複数配列したことを特徴とする。
この光変調素子アレイでは、１次元又は２次元状に光変調素子を複数配列することで、１次元又は２次元の光変調が可能となる。
また請求項８記載の画像形成装置の発明は、光源と、請求項７記載の光変調素子アレイと、前記光源からの光を前記光変調素子アレイに照射する照明光学系と、前記光変調素子アレイから出射される光を画像形成面に投影する投影光学系とを備えたことを特徴とする。
この画像形成装置では、光源からの光が照明光学系により光変調素子に照射され、光変調素子アレイによって変調された光が投影光学系によって画像形成面に投影される。
【００１２】
また請求項９記載の平面表示装置の発明は、紫外線を出射する光源と、請求項７記載の光変調素子アレイと、前記光源からの光を前記光変調素子アレイに照射する照明光学系と、前記光変調素子アレイから出射される光に励起されて発光する蛍光体とを備えたことを特徴とする。
この平面表示装置では、光源からの紫外光が光変調素子アレイに照射され、光変調素子アレイから変調動作により出射された紫外光が蛍光体に照射され、蛍光体は励起して表示光を発光する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、同じ材料を用いてプラズマＣＶＤにより成膜する多層膜の上下の膜の応力の符号が逆で、大きさは等しくなるように制御されるので、応力、屈折率制御が容易で、多層膜全体の応力制御が可能であって、成膜速度が速く、膜密着度が良いという効果がある。
したがって、従来の誘電体多層膜を使用していた装置はことごとく本発明に係る光学機能膜にそのまま置き換えることで、応力、屈折率制御が容易で、多層膜全体の応力制御が可能であって、成膜速度が速く、膜密着度が良いものとなる。
さらには、光変調素子の柱を兼ねさせることができ、歪みが生じにくく、製造も簡単で、製造コストも易いものとなる。また、光変調素子、光変調素子アレイ、画像形成装置、平面表示装置を安価に製造することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る光学機能膜の断面図である。
図１において、１は膜の材料としてＳｉＮｘなどの同じ材料を用いて積層した誘電体多層膜ミラー構成である。ここで言う「同じ材料」とは、成膜時に用いる主材料が同一であるものを言い、「同じ材料から形成される膜」は同一種類の元素からなる膜となる。例えば誘電体としてＳｉＮｘをプラズマＣＶＤ法によって誘電体膜を形成する場合には、原料ガスとしてシランガス、アンモニアガスを用い、添加ガスとして水素、窒素を用いて高周波電力により分解させ薄膜が形成されるが、この場合、主材料は原料ガスであるシランガス、アンモニアガスのことを言う。ＳｉＮｘに代わる他の膜の材料としてはＳｉＯＮｘ、ＳｉＯｘなども使用できる。また正珪酸四エチル（ＴＥＯＳ）：Ｓｉ（ＯＣ2Ｈ5）4 も使用することができる。その場合、液体ソースＣＶＤにより薄膜が形成される。形成される膜は同一種類の元素からなるが、膜形成時の制御により膜の組成比を異なるものに制御しうる為、膜の屈折率、緻密性、膜内の応力は異なるものを形成できる。図において、ｎ１、ｎ２、ｎ３・・・、は各膜の屈折率を表し、ｎ１＝Ｈ、Ｎ２＝Ｌ、（但し、Ｈ：高屈折率、Ｌ：低屈折率）と言うように高低、交互に同一材料で積層されているのが特徴である。つまり、複数の膜が同じ材料から形成されるとともに、複数の膜の隣り合う膜の屈折率が互いに異なる構成となっている。
屈折率の高低差はほぼ１．７〜２．３程度である。
また、各層の厚みはλ／４ｎの光学長となる。
また、層数が多くなるほど反射率は大となり、ＨとＬの差が大きくなるほど反射率が大きくなる。
【００１５】
つぎに成膜方法について説明する。
ここでは誘電体多層膜をプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によってＳｉＮｘ膜を作成する例について説明する。
プラズマＣＶＤでは、反応容器内に対向配置される高周波電極と基板加熱用ヒータに、高周波電源から、例えば、１３．５６ＭＨｚ等の高周波電力を印加し、ガス導入管から導入されるシランガス、アンモニヤガスなどの原料ガスを高周波電源によるグロー放電プラズマにより分解させて基板上に薄膜を形成させ、残留ガスはポンプで容器外へ排出させるものであるが、本実施の形態では複数の薄膜を同じ材料から形成して積層するので材料の種類も少なくて済み、残留ガスの排気時間も速い。
【００１６】
先ず、屈折率の制御については、成膜されるＳｉＮｘの薄膜の特性は、図２のＳｉＮｘ膜の特性を示す図のように、図２（ａ）には、基板温度と屈折率の関係が、図２（ｂ）には高周波出力と屈折率の関係が示されている。
図２（ａ）の場合は、温度の上昇と共にほぼ直線的に屈折率ｎも増加し、図２（ｂ）では、高周波出力の増加と共に屈折率ｎは減少カーブとなる。これによって屈折率の制御を行うことができる。
また、プラズマＣＶＤにおける応力と屈折率の関係は成膜条件によって、
「圧縮応力を加えれば、屈折率高、引張応力を加えれば、屈折率低」の場合と、「圧縮応力を加えれば、屈折率低、引張応力を加えれば、屈折率高」のケースとがある。
また、引張応力、又は圧縮応力が大きくなると、高屈折率の場合はより大きい方向へ、又低屈折率の場合は小さくなる方向へシフトする。これらの条件を加味して補正制御を行えばよい。
【００１７】
次に、応力の制御方法については、図３の説明図に示すように、
（Ａ）プラズマを発生させるための高周波の周波数を可変、
（Ｂ）高周波電力を可変、
（Ｃ）使用するガス流量比を可変することによって行う。
（Ａ）の周波数可変では、低周波数で引張応力、高周波数側で圧縮応力側へ制御できる。
（Ｂ）のＲＦ  Ｐｏｗｅｒ可変では、低電力で引張応力、高電力で圧縮応力側へ制御できる。
（Ｃ）のガス流量比可変では、（ＳｉＨ４／ＮＨ３／Ｎ２／Ｈ２）などのガス濃度が変化し、ガス圧が変化するので応力の制御ができる。
（Ｄ）の以上の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）を２つ以上組合せた制御を行うことで、より精細な設計が可能になる。つまり、各層の膜の形成において印加する高周波電圧の周波数、ＲＦ  power 及びガス流量比の少なくとも一つを調整して、それぞれの膜の応力及び屈折率を制御し、隣り合う膜の屈折率が異なるように形成する。
これによって応力制御（圧縮か引張）が容易になり、応力を変えれば屈折率も変るので、同時に屈折率制御（高いか低いか）が可能になり、各層の応力から多層膜全体の応力制御も、各層の膜厚との関係より可能になる。
【００１８】
このような成膜制御による誘電体多層膜１の成膜は、先ず、第１層は高屈折率で制御して成膜を行う。この時の応力値と同じ値になるように低屈折率で制御した第２層を成膜し、両方の応力を相互にキャンセルされるように制御する。つまり、多層膜の複数の膜の所定膜の応力を、隣接する膜に対して反対の符号を有するようにする。また、これとともに、所定膜の応力を、隣接する膜の応力と等しい大きさにする。
同じようにして第３膜、第４膜と成膜して行くことで良好な平面度が得られる。
又、同じ反射率を得ようとした時、屈折率Ｈ（高）とＬ（低）の差が小さいと層数が多く必要となる。つまり、各層の応力は大きい方が層数は少なくなる。
【００１９】
このようにして得られた誘電体多層膜の応用例として、先に本出願人が開示した特開平１１−２５８５５８号公報記載のファブリペロー干渉を利用した平面表示装置への応用が考えられる。
図４〜図９はこのようなファブリペロー干渉を利用した平面表示装置の具体例を説明する図で、図４はこの平面表示装置の光変調部を示す平面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図６は図４のＢ−Ｂ断面図、図７は図４に示した平面表示装置の動作状態を説明する断面図、図８はブラックライト用低圧水銀ランプの分光特性を示す説明図、図９は光変調素子の光強度透過率を示す説明図である。
【００２０】
紫外線に対して透明な基板７１上には、誘電体多層膜ミラー７３を設けてある。基板７１上には、誘電体多層膜ミラー７３を挟んで両側に一方の電極７５を一対設けてある。基板７１上には、電極７５の左右側（図４の左右側）に支柱５を設けてある。支柱５の上端面には、ダイヤフラム５３を設けてある。誘電体多層膜ミラー７３に対向するダイヤフラム５３の下面には、誘電体多層膜ミラー７７を設けてある。誘電体多層膜ミラー７３と誘電体多層膜ミラー７７との間には、空隙１１が形成されている。ダイヤフラム５３の表面には、電極７５と対向するように、他方の電極７９を一対設けてある。なお、図６中、８０はスペーサである。
【００２１】
換言すると、この光変調素子は、電極層を有する支持基板（基板７１）と、少なくとも電極層（電極７５）を有すると共に支持基板７１に向かって撓み変形可能に支持基板７１上に所定の離間間隔で対向配置される可動薄膜（ダイヤフラム５３）とを備え、支持基板７１の電極層７５と可動薄膜５３の電極層（電極７９）との間に所定の駆動電圧を印加して、両電極層７５，７９間に作用する静電気力により可動薄膜５３を支持基板７１側に撓ませることで入射光に対する素子の光学特性を変化させ、入射光に対する光変調を行う。  そして、可動薄膜５３と支持基板７１それぞれの相対向する側に前述の光学機能膜（誘電体多層膜１）が設けられる。この場合の光学的特性は、詳細は後述するが、可動薄膜５３と支持基板７１との離間間隔、及び入射光の波長に応じた光干渉特性を意味する。
【００２２】
図７に示すように、板状の平面光源ユニット８１の側面には、ブラックライト用紫外線ランプ（低圧水銀ランプ）８３を配設してある。平面光源ユニット８１は、ブラックライト用低圧水銀ランプ８３からの紫外線を側面から取り入れて、表面側から出射する。
低圧水銀ランプ８３の内壁にブラックライト用の蛍光体（例えば、ＢａＳｉ2Ｏ5 ：Ｐｂ2+) を塗布した場合、その発光紫外線の分光特性は、図８のようになる。即ち、３６０ｎｍ付近に中心波長λ0を持つ。この紫外線をバックライト光として使用する。
【００２３】
このように構成される光変調部８５において、電圧ＯＦＦのときの空隙１１の間隔をｔoff とする（図７の左側の状態）。これは素子作製時に制御可能である。また電圧を印加したとき静電気力により空隙１１の間隔が短くなるがこれをｔonとする（図７の右側の状態）。ｔonの制御は、印加する静電気応力とダイヤフラム５３が変形したとき発生する復元力のバランスで可能である。より安定な制御を行うには、この例のように、変位が一定となるようにスペーサ８０を電極上に形成してもよい。このスペーサは絶縁体の場合、その比誘電率（１以上）により、印加電圧を低減する効果がある。また、導電性の場合には、更にこの効果は大きくなる。また、電極とスペーサとは、同一材料で形成してもよい。なお、個々の光変調部８５は、一次元又は二次元状に複数配列されることで光変調素子アレイを形成している。
【００２４】
ここで、ｔon、ｔoff を下記のように設定する。
ｔon ＝１／２×λ0＝１８０ｎｍ （λ0：紫外線の中心波長）
ｔoff ＝３／４×λ0＝２７０ｎｍ
また、誘電体多層膜ミラー７３、７７は、光強度反射率をＲ＝０．８５とする。更に、空隙１１は空気又は希ガスとし、その屈折率はｎ＝１とする。紫外線は、コリメートされているので光変調部８５に入射する入射角ｉは、略ゼロである。このときの光変調部８５の光強度透過率は図９のようになる。従って、電圧を印加しないときはｔoff ＝２７０ｎｍであり、紫外線はほとんど透過しない。一方、電圧を印加してｔon＝１８０ｎｍとなると、紫外線は透過する。
【００２５】
この光変調部８５を有した平面表示装置９１によれば、このようにして、ダイヤフラム５３を撓ませることにより、多層膜干渉効果を発生させて、紫外線の光変調を行うことができる。
なお、干渉の条件を満たせば、空隙１１の間隔ｔ、屈折率ｎ、誘電体多層膜ミラー７３、７７の光強度反射率Ｒなどはいずれの組合せでも良い。
また、電圧の値により、間隔ｔを連続的に変化させると、透過スペクトルの中心波長を任意に変化させることが可能である。これにより透過光量を連続的に制御することも可能である。即ち、印加電圧による階調制御が可能となる。
【００２６】
この誘電体多層膜ミラー７３、７７に本発明の誘電体多層膜ミラー１（図１）を適用すれば、誘電体多層膜ミラー１は各層、又は多層膜ミラー全体の応力、屈折率、反射率、光学長などが設定可能なので、透過波長の設定も自由であり、低圧水銀ランプ光源に限らず、各種の無機ＥＬ、低分子型有機ＥＬ、高分子型のＥＬ、無機半導体ＬＥＤ、ＦＥＤ、などの発光素子にも対応可能な光変調部にも使用することができる。
また、空隙間隔ｔの変化に応じた透過スペクトルの中心波長を変化させることも自由なので、カラーフラット・ディスプレーなどの階調制御で、高精細な階調制御が可能になり、特性の大幅な改善が見込める。
そして、同一材料であるが故に何より膜密着度が良好となる。
【００２７】
図１０は上記の平面表示装置９１の光路前方に蛍光体８６を配設した構成を示す断面図である。
蛍光体８６は、光変調素子アレイを構成する光変調部８５から出射された光を受け、励起して発光する。蛍光体８３は、例えば、三原色（赤・青・緑、或いは、シアン・マゼンダ・イエロー等）に発色する蛍光体を適宜な順番で配列させることで、フルカラー表示が可能となる。
この構成の平面表示装置では、蛍光体８６により紫外光から可視光への変換が行われ、可視光の表示が行える。
【００２８】
図１１はさらに上記応用例の改良例を示す図５に対応する平面表示装置の光変調部の断面図である。
本改良例によれば、本発明に係る誘電体多層膜を用いて、図５の誘電体多層膜ミラー７７のみならず支柱５とダイヤフラム５３とを形成させるものである。
図において、９１’は本改良例に係る平面表示装置、７３，７７’は本発明に係る誘電体多層膜、７５，７９は透明電極、１１は空隙で、全体でファブリペロー干渉型平面表示装置９１’を構成している。
誘電体多層膜および透明電極の組成は上述のものと同一でよい。
ここでは誘電体多層膜７７’を製造過程における犠牲層の上にブリッジ状に敷設した後、犠牲層を除去してダイヤフラム部分Ａと柱部分Ｂとを誘電体多層膜７７’で一体に形成させている。
このようにすることにより、図５のファブリペロー干渉型平面表示装置の誘電体多層膜ミラー７７と支柱５とダイヤフラム５３とを同一材料で形成しているので、歪みが生じにくく、製造も簡単で、製造コストも易く、材料も一種類でよいので在庫管理等の面からも大きな効果がある。
【００２９】
さらに、本発明に係る誘電体多層膜は光路長を変えれば反射ミラーとしての機能を持つので反射型光変調素子にも適用可能である。
図１２は反射型光変調素子の光変調部を表す構成図、図１３は図１２に示した光変調素子の動作説明図である。光変調素子１００は、微小な反射体１０１を変位させることにより、光の反射光路を変化させる微小電気機械式の反射型の光変調素子を構成している。透明基板１０３にはＣＭＯＳからなる画素回路１０５が一画素領域ごとに形成される。透明基板１０３の画素回路１０５には、一対の固定電極１０７ａ、１０７ｂが形成されている。
透明基板１０３の上方には可動部である反射体１０１が設けられている。反射体１０１は、ヒンジ１０７に固定される可動板１０９と、可動板１０９の表面に形成された干渉ミラー１１１と、ヒンジ１０７に翼状に張り出して固着された可動電極１１３とからなる。  ヒンジ１０７は可撓材料からなり、図１２の紙面垂直方向の両端部が透明基板１０３等に固着して支持される。したがって、ヒンジ１０７と一体となる可動板１０９、干渉ミラー１１１は、ヒンジ１０７の断面中心を通る図１２の紙面垂直方向の回動軸回りに揺動自在に支持されている。
【００３０】
光変調素子１００は、画素回路１０５からの電気信号によって可動電極１１３と、固定電極１０７ａ又は固定電極１０７ｂとの間に電圧が印加されることで、静電気によるクーロン力によって図１３に示すように反射体１０１が揺動変位（電気機械動作）して、この反射体１０１に入射する光の反射光路を変化させるように動作する。
この光変調素子１００は、一次元又は二次元状に複数のものを配設した光変調素子アレイとすることができる。このように複数の光変調素子１００からなる行を、多数行配設した二次元マトリクス状の光変調素子アレイによれば、そのミラー密度により解像度において陰極線管に匹敵する画像を表示することができる。
また、光変調素子１００は、少なくとも光の入射側に、集光領域を有するマイクロレンズ１１５が設けられ、この集光領域には、上記の反射体１０１が配設されている。
【００３１】
光変調素子１００の反射体１０１には、上記の干渉ミラー１１１が設けられている。干渉ミラー１１１は、少なくとも反射体１０１の光入射領域に、入射する光のスペクトル域に渡って光非吸収性を有する。干渉ミラー１１１は、光波長程度の薄膜による干渉を利用し、特定の波長域を反射させる誘電体薄膜で、厚さや屈折率の異なる誘電体を多層に形成した誘電体多層膜とすることができる。
この干渉ミラー１１１に本発明に係る誘電体多層膜１（図１）を使用している。
金属フィルターを反射膜として用いた場合に比べ、光の照射にさらされる反射体１０１の光吸収が極めて少なくなり、反射体１０１の光吸収による発熱が低減され、したがって反射型の光変調素子１００においての高出力の光に対する高パワー耐性がより高まり、動作信頼性の向上が可能となる。
また、異なる材料による誘電体多層膜を使用した場合と比べ、膜密着度が良いので経年変化に耐える誘電体多層膜となる。
【００３２】
また、本発明に係る誘電体多層膜１（図１）を前述の図１５のファブリペロー・フィルタに適用すれば、同一材料であるが故に何より膜密着度が良好となり、また応力制御・屈折率制御がより精細に実施できるので、透過特性の設計の自由度が拡大され、フィルタ特性の大幅な改善が可能になる。
【００３３】
以上、本実施の形態では、誘電体多層膜ミラー、平面表示装置の光変調部、ファブリヘロー・フィルタ等について説明したが、これに限定するものではなく、ディスプレイ装置のコリメータ及びバックライトシステムや、半導体レーザなどの反射ミラー、その他有機、無機の各種発光素子用ミラーなど、高機能、高寿命の光学機能膜として、あらゆる用途に適用できるものである。
【００３４】
次に、以上説明した本発明に係る誘電体多層膜１が含まれる光変調部８５を複数用い、１次元又は２次元状に配列させて光変調素子アレイを形成し、この光変調素子アレイ用いて画像形成装置を構成した例について説明する。ここでは、画像形成装置の例として、まず露光装置１１０について説明する。
図１４は、本発明の光変調素子アレイを用いて構成した露光装置の概略構成を示す図である。
露光装置１１０は、照明光源６１と、照明光学系６２と、上述した光変調部である光変調素子を同一平面状で２次元状に複数配列した光変調素子アレイ６３と、投影光学系６４とを備える。
【００３５】
照明光源６１は、レーザ、高圧水銀ランプ、及びショートアークランプ等の光源である。
【００３６】
照明光学系６２は、例えば、照明光源６１から出射された面状の光を平行光化するコリメートレンズである。コリメートレンズを透過した平行光は光変調素子アレイ６３の各光変調素子の光学機能膜に垂直に入射する。
照明光源６１から出射された面状の光を平行光化する手段としては、コリメートレンズ以外にも、マイクロレンズを２つ直列に配置する方法等がある。又、照明光源６１としてショートアークランプ等の発光点が小さいものを使用することで、照明光源６１を点光源とみなし、光変調素子アレイ６３に平行光を入射するようにしても良い。また、照明光源６１として光変調素子アレイ６３の各光変調素子に対応するＬＥＤを有するＬＥＤアレイを使用し、ＬＥＤアレイと光変調素子アレイ６３とを近接させて光を発光させることで、光変調素子アレイ６３の各光変調素子に平行光を入射するようにしても良い。なお、照明光源６１としてレーザを用いた場合には、照明光学系６２は省略しても良い。
【００３７】
投影光学系６４は、画像形成面である記録媒体６５に対して光を投影するためのものであり、例えば、光変調素子アレイ６３の各光変調素子に対応したマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ等である。
【００３８】
以下、露光装置１１０の動作を説明する。
照明光源６１から出射された面状の光が照明光学系６２に入射し、ここで平行光された光が光変調素子アレイ６３に入射する。光変調素子アレイ６３の各光変調素子の光学機能膜に入射される光は、画像信号に応じてその透過率が制御される。光変調素子アレイ６３から出射された光は、投影光学系６４により記録媒体６５の画像形成面に投影露光される。投影光は記録媒体６５に対して相対的に走査方向に移動しながら投影露光され、広い面積を高解像度で露光することができる。
【００３９】
このように、コリメートレンズを光変調素子アレイ６３の光の入射面側に設けることで、各光変調素子の平面基板に入射する光を平行光化することができる。
【００４０】
なお、光変調素子アレイ６３は、例えば前述した光変調部８５と蛍光体８６とを組み合わせた素子を同一平面上に１次元状に複数配列したものを用いることができる。
【００４１】
この露光装置１１０は、照明光学系６２としてコリメートレンズを用いることに限らず、マイクロレンズアレイを用いて構成することができる。この場合、マイクロレンズアレイの各マイクロレンズは、光変調素子アレイ６３の各光変調素子に対応し、マイクロレンズの光軸と焦点面が光変調素子の中心に合うように設計、調整される。
【００４２】
照明光源６１からの入射光は、マイクロレンズアレイにより、光変調素子の光学機能膜よりも面積が小さい領域に集光され、光変調素子アレイ６３に入射する。光変調素子アレイ６３の各光変調素子に入射される光は、図示しない制御装置によって、入力される画像信号に応じてその透過率が制御される。光変調素子アレイ６３から出射された光は、投影光学系６４により記録媒体６５の画像形成面に投影露光される。投影光は記録媒体６５に対して相対的に走査方向に移動しながら投影露光され、広い面積を高解像度で露光することができる。
【００４３】
このように、マイクロレンズアレイによって照明光源６１からの光を集光することができるため、光利用効率を向上させた露光装置を実現することができる。
【００４４】
なお、マイクロレンズのレンズ面形状は、球面、半球面など、特に形状は限定されず、凸曲面であっても凹曲面であってもよい。さらに、屈折率分布を有する平坦形状なマイクロレンズアレイであってもよく、フレネルレンズやバイナリーオプティクスなどによる回折型レンズがアレイされたものであってもよい。
【００４５】
マイクロレンズの材質としては、例えば、透明なガラスや樹脂である。量産性の観点では樹脂が優れており、寿命、信頼性の観点からはガラスが優れている。光学的な観点上、ガラスとしては石英ガラス、溶融シリカ、無アルカリガラス等が好ましく、樹脂としてはアクリル系、エポキシ系、ポリエステル系、ポリカーボネイト系、スチレン系、塩化ビニル系等が好ましい。なお、樹脂としては、光硬化型、熱可塑型などがあり、マイクロレンズの製法に応じて適宜選択することが好ましい。
【００４６】
マイクロレンズの製法としては、金型によるキャスト成形法、プレス成形法、射出成形法、印刷法、フォトリソグラフィ法などが実用的である。特に、微細で高精度に形成でき、しかも生産性が良い製法としては、樹脂系の材質でマイクロレンズアレイを形成する場合には光（紫外線など）硬化性樹脂による金型成形法や、ポジ型又はネガ型のレジスト材によるフォトリソグラフィ法が好ましく、ガラス系のマイクロレンズアレイを形成する場合にはＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によるレジスト転写法、等方性エッチング法、又は、イオン交換法が好ましい。
【００４７】
金型成形法でマイクロレンズアレイを形成する場合、例えば、熱可塑樹脂をマイクロレンズ形状の金型で加熱プレスする。より微細な成形を行うには、光硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を金型に充填して押圧し、その後、光又は熱によって樹脂を硬化させ、金型から樹脂を剥離させることが好適であり、これにより、微細な成形が可能になる。特に、微細で高い精度が要求される場合には、熱による膨張、収縮が少ない光硬化性樹脂を用いることが好ましい。
【００４８】
樹脂からなるマイクロレンズアレイをフォトリソグラフィ法で形成する場合、例えば、透明なフォトレジストに代表される光溶解樹脂又は光硬化性樹脂にパターンニングされた遮光マスクを適宜介して紫外線（又は司視光線）で露光し、それぞれ露光部又は未露光部の溶解現像を行うことにより形成される。これにより、樹脂材料と露光量分布とにより所望の形状のマイクロレンズを得ることが可能である。また、樹脂材料によっては、現像後に高湿ベーク処理を行い、熱軟化時の表面張力により所望の形状のマイクロレンズアレイを得ることが可能である（リフロー法）。
【００４９】
ガラスからなるマイクロレンズアレイをフォトリソグラフィ法で形成する場合、例えば、光変調素子を構成し上記光源からの入射光が透過可能な透明基板をエッチング加工することにより形成する。エッチング加工する際、マイクロレンズアレイに相当する形状に塗布膜を塗布しておくと、所望の形状に加工し易い。
【００５０】
次に、画像形成装置の他の例として、投影装置について説明する。
図１５は、本発明の光変調素子アレイを用いて構成した投影装置の概略構成を示す図である。図１４と同様の構成には同一符号を付し、その説明は省略するものとする。
投影装置としてのプロジェクタ１２０は、照明光源６１と、照明光学系６２と、光変調素子アレイ６３と、投影光学系７４とを備える。
【００５１】
投影光学系７４は、画像形成面であるスクリーン７８に対して光を投影するための投影装置用の光学系である。
【００５２】
照明光学系６２は、前述したコリメータレンズであってもよく、マイクロレンズアレイであってもよい。
【００５３】
以下、投影装置１２０の動作を説明する。
照明光源６１からの入射光は、例えばマイクロレンズアレイにより、光変調素子の光学機能膜よりも面積が小さい領域に集光され、光変調素子アレイ６３に入射する。光変調素子アレイ６３の各光変調素子の光学機能膜に入射される光は、画像信号に応じてその透過率が制御される。光変調素子アレイ６３から出射された光は、投影光学系７４によりスクリーン７８の画像形成面に投影露光される。
【００５４】
このように、本発明に係る誘電体多層膜１が含まれる光変調素子を用いて、平面表示装置９１，９１’、光変調素子アレイ６３、画像形成装置としての露光装置１１０や投影装置１２０を形成することで、各装置を簡易な製造プロセスで、低い製造コストで作製することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態に係る光学機能膜の断面図である。
【図２】本発明のプラズマＣＶＤによる成膜特性を示す図である。
【図３】図２に示すプラズマＣＶＤによる応力制御の方法を示す図である。
【図４】ファブリペロー干渉を利用した平面表示装置の光変調部を示す平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図４に示した平面表示装置の動作状態を説明する断面図である。
【図８】ブラックライト用低圧水銀ランプの分光特性を示す説明図である。
【図９】光変調素子の光強度透過率を示す説明図である。
【図１０】図４に示した平面表示装置に蛍光体を配置した構成を示す断面図である。
【図１１】図５の変形例である。
【図１２】反射型光変調素子の光変調部を表す構成図である。
【図１３】図１２に示した光変調素子の動作説明図である。
【図１４】光変調素子アレイを用いて構成した露光装置を示す概略構成図である。
【図１５】光変調素子アレイを用いて構成した投影装置を示す概略構成図である。
【図１６】特許文献２記載の多層膜構造の断面図である。
【図１７】特許文献３記載の誘電体多層膜を利用したファブリペロー・フィルタの断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１  本発明に係る誘電体多層膜（光学機能膜）
５  支柱
１１  空隙
７１  透明基板
７３  誘電体多層膜ミラー
７５  電極
７７  誘電体多層膜ミラー
７７’  誘電体多層膜
５３  ダイヤフラム
７９  電極
８０  スペーサ
８１  平面光源ユニット
８３  ブラックライト用紫外線ランプ（低圧水銀ランプ）
８５  光変調部
９１  応用例に係る平面表示装置
９１’  改良例に係る平面表示装置
１００  光変調素子
１０１  反射体
１０３  透明基板
１０５  画素回路
１０７ａ、１０７ｂ  固定電極
１０７  ヒンジ
１０９  可動板
１１０  露光装置（画像形成装置）
１１１  干渉ミラー
１１３  可動電極
１２０  プロジェクタ（画像形成装置）
【図１】
2004240413.tif 000003
【図２】
2004240413.tif 000004
【図３】
2004240413.tif 000005
【図４】
2004240413.tif 000006
【図５】
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【図６】
2004240413.tif 000008
【図７】
2004240413.tif 000009
【図８】
2004240413.tif 000010
【図９】
2004240413.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2004240413.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2004240413.tif 000015
【図１４】
2004240413.tif 000016
【図１５】
2004240413.tif 000017
【図１６】
2004240413.tif 000018
【図１７】
2004240413.tif 000019