(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口とこの開口を囲む枠部とからなる網目状の平面形状を有する基板上に、前記開口の上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において前記枠部により支持された第１の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第２の層をこの順で配設した構造を有し、前記第１の層および前記第２の層のうち少なくとも一方の他方に近づく方向への変位に応じて、入射した光の反射、透過あるいは吸収の量を変化させ、
前記第１の層は、前記間隙部の側から、透明層である内側の第１の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第１の層とをこの順に有し、
前記第２の層は、前記間隙部の側から、透明層である内側の第２の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第２の層とをこの順に有する
光学多層構造体。
【請求項２】
前記基板はシリコン（Ｓｉ）基板である
請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項３】
前記基板の前記開口は、矩形の平面形状を有する
請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項４】
前記基板の前記開口は、円形，楕円形または曲線を含む形状の平面形状を有する
請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項５】
前記第２の層は、少なくともその周縁部の対向する２箇所において前記枠部または前記第１の層に固定されている
請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項６】
前記第２の層は、その周縁部において一様に前記枠部または前記第１の層に固定されている
請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項７】
前記第２の層は、前記間隙部に連通する貫通孔を有する
請求項６記載の光学多層構造体。
【請求項８】
前記第２の層は、矩形の平面形状を有する
請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項９】
前記第２の層は、円形，楕円形または曲線を含む形状の平面形状を有する
請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項１０】
更に、前記間隙部の光学的な大きさを変化させる駆動手段を有し、前記駆動手段によって前記間隙部の大きさを変化させることにより、前記基板側もしくは前記基板とは反対側より入射した光の反射もしくは透過の量を変化させる
請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項１１】
前記駆動手段は、前記金属層への電圧の印加によって発生した静電力により、前記間隙部の光学的な大きさを変化させるものである
請求項１０記載の光学多層構造体。
【請求項１２】
前記間隙部の光学的な大きさがλ／４（λは入射光の設計波長を表す）である
請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項１３】
前記透明層は、屈折率が２．０以上である少なくとも一種の高屈折率材料からなる
請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項１４】
前記高屈折率材料は、ＴｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｎＯ2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＩＴＯ，ＺｎＯ，ＳｉＯからなる群から選ばれる
請求項１３記載の光学多層構造体。
【請求項１５】
前記駆動手段は、磁力を用いて前記間隙部の光学的な大きさを変化させるものである
請求項１０記載の光学多層構造体。
【請求項１６】
開口とこの開口を囲む枠部とからなる網目状の平面形状を有する基板上に、前記開口の上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において前記枠部により支持された第１の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第２の層を配設した構造を有し、前記第１の層および前記第２の層のうち少なくとも一方の他方に近づく方向への変位に応じて、入射した光の反射、透過あるいは吸収の量を変化させる光学多層構造体の製造方法であって、
基板上に、第１の層を形成する工程と、
この第１の層の上に、所定の膜厚の犠牲層を形成し、前記犠牲層の表面および側面部を覆う第２の層を形成する工程と、
前記犠牲層をエッチングにより選択的に除去することにより前記第１の層と前記第２の層との間に間隙部を形成する工程と、
前記基板の前記光学多層構造体と反対側から前記基板をエッチングにより選択的に除去することにより、前記基板に前記第１の層に達する開口とこの開口を囲む枠部とを形成する工程と
を含み、
前記第１の層を形成する工程は、金属層である外側の第１の層を形成する工程と、前記外側の第１の層に内部観察用の開口部を設ける工程と、前記外側の第１の層の上に透明層である内側の第１の層を形成する工程と、前記内側の第１の層を所定の形状に成形する工程と、前記外側の第１の層を所定の形状に成形する工程とを含み、
前記第２の層を形成する工程は、透明層である内側の第２の層を形成する工程と、この内側の第２の層の上に金属層である外側の第２の層を形成する工程と、前記外側の第２の層に内部観察用の開口部を設ける工程と、前記外側の第２の層を所定の形状に成形する工程と、前記内側の第２の層を所定の形状に成形する工程とを含む
光学多層構造体の製造方法。
【請求項１７】
前記第２の層を形成する工程において、前記第２の層に、前記犠牲層に達するエッチング用の貫通孔を形成し、
前記間隙部を形成する工程において、前記貫通孔を通して前記犠牲層をエッチングする
請求項１６記載の光学多層構造体の製造方法。
【請求項１８】
開口とこの開口を囲む枠部とからなる網目状の平面形状を有する基板上に、前記開口の上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において前記枠部により支持された第１の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第２の層をこの順で配設した構造を有し、前記第１の層および前記第２の層のうち少なくとも一方の他方に近づく方向への変位に応じて、入射した光の反射、透過あるいは吸収の量を変化させる光学多層構造体と、
この光学多層構造体の間隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手段と
を備え、
前記第１の層は、前記間隙部の側から、透明層である内側の第１の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第１の層とをこの順に有し、
前記第２の層は、前記間隙部の側から、透明層である内側の第２の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第２の層とをこの順に有する
光スイッチング素子。
【請求項１９】
上記光学多層構造体が１次元または２次元アレイ状に配列されている
請求項１８記載の光スイッチング素子。
【請求項２０】
１次元または２次元に配列された複数の光スイッチング素子に光を照射することで２次元画像を表示する画像表示装置であって、
前記光スイッチング素子は、
開口とこの開口を囲む枠部とからなる網目状の平面形状を有する基板上に、前記開口の上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において前記枠部により支持された第１の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第２の層をこの順で配設した構造を有し、前記第１の層および前記第２の層のうち少なくとも一方の他方に近づく方向への変位に応じて、入射した光の反射、透過あるいは吸収の量を変化させる光学多層構造体と、
この光学多層構造体の間隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手段と
を備え、
前記第１の層は、前記間隙部の側から、透明層である内側の第１の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第１の層とをこの順に有し、
前記第２の層は、前記間隙部の側から、透明層である内側の第２の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第２の層とをこの順に有する
画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光を反射若しくは透過させる機能を有する光学多層構造体およびその製造方法、この光学多層構造体を用いた光スイッチング素子並びに画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、映像情報の表示デバイスとしてのディスプレイの重要性が高まっており、このディスプレイ用の素子として、更には、光通信，光記憶装置，光プリンタなどの素子として、高速で動作する光スイッチング素子（ライトバルブ）の開発が要望されている。従来、この種の素子としては、液晶を用いたもの、マイクロミラーを用いたもの（ＤＭＤ；Digital Micro Mirror Device 、ディジタルマイクロミラーデバイス、テキサスインスツルメンツ社の登録商標）、回折格子を用いたもの（ＧＬＶ：Grating Light Valve,グレーティングライトバルブ、ＳＬＭ（シリコンライトマシン）社）等がある。
【０００３】
ＧＬＶは回折格子をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems) 構造で作製し、静電力で１０ｎｓの高速ライトスイッチング素子を実現している。ＤＭＤは同じくＭＥＭＳ構造でミラーを動かすことによりスイッチングを行うものである。これらのデバイスを用いてプロジェクタ等のディスプレイを実現できるものの、液晶とＤＭＤは動作速度が遅いために、ライトバルブとしてディスプレイを実現するためには２次元配列としなければならず、構造が複雑となる。一方、ＧＬＶは高速駆動型であるので、１次元アレイを走査することでプロジェクションディスプレイを実現することができる。
【０００４】
しかしながら、ＧＬＶは回折格子構造であるので、１ピクセルに対して６つの素子を作り込んだり、２方向に出た回折光を何らかの光学系で１つにまとめる必要があるなどの複雑さがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このようなことから、本出願人と同一出願人は、先に、簡単な構成で、小型軽量であると共に、構成材料の選択にも自由度があり、可視光領域においても高速応答が可能であって、画像表示装置に好適に用いることができる光学多層構造体を提案している（例えば、特願２０００−２００８８２、特願２０００−２０２８３１および特願２０００−２１９５９９）。
【０００６】
図４７は、上記提案のうち、例えば特願２０００−２００８８２に係る光学多層構造体を用いた光スイッチング装置１００の構成の一例を表すものである。この光スイッチング装置１００は、例えばガラスからなる透明基板１０１上に複数（図では４個）の光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄを一次元アレイ状に配設したものである。なお、１次元に限らず、２次元に配列した構成としてもよい。この光スイッチング装置１００では、透明基板１０１の表面の一方向（素子配列方向）に沿って例えばＴｉＯ2 膜１０２が形成されている。ＴｉＯ2 膜１０２上には、例えばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide：インジウムとスズの酸化物混合膜）膜１０３が形成されている。
【０００７】
透明基板１０１上には、ＴｉＯ2 膜１０２およびＩＴＯ膜１０３に対して直交する方向に、複数本のＢｉ2 Ｏ3 膜１０５が配設されている。Ｂｉ2 Ｏ3 膜１０５の外側には透明導電膜としてのＩＴＯ膜１０６が形成されている。これらＩＴＯ膜１０６およびＢｉ2 Ｏ3 膜１０５は、ＩＴＯ膜１０３を跨ぐ位置において架橋構造となっている。ＩＴＯ膜１０３とＩＴＯ膜１０６との間には、スイッチング動作（オン・オフ）に応じてその大きさが変化する間隙部１０４が設けられている。間隙部１０４の光学膜厚は、入射光の波長（λ＝５５０ｎｍ）に対しては、例えば「λ／４」（１３７．５ｎｍ）と「０」との間で変化するようになっている。
【０００８】
光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄは、透明導電膜（ＩＴＯ膜１０３，１０６）への電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部１０４の光学膜厚を、例えば「λ／４」と「０」との間で切り替える。図４７では、光スイッチング素子１００Ａ，１００Ｃが間隙部１０４が「０」の状態（すなわち、低反射状態）、光スイッチング素子１００Ｂ，１００Ｄが間隙部１０４が「λ／４」の状態（すなわち、高反射状態）を示している。
【０００９】
この光スイッチング装置１００では、ＩＴＯ膜１０３を接地して電位を０Ｖとし、ＩＴＯ膜１０６に例えば＋１２Ｖの電圧を印加すると、その電位差によりＩＴＯ膜１０３，１０６間に静電引力が発生し、光スイッチング素子１００Ａ，１００ＣのようにＩＴＯ膜１０３，１０６が密着し、間隙部１０４が「０」の状態となる。この状態では、入射光Ｐ1 は上記光スイッチング素子を透過し、更に透明基板１０１を通過して透過光Ｐ2 となる。
【００１０】
次に、ＩＴＯ膜１０６を接地させ電位を０Ｖにすると、ＩＴＯ膜１０３，１０６間の静電引力がなくなり、図１７では光スイッチング素子１００Ｂ，１００ＤのようにＩＴＯ膜１０３，１０６間が離間して、間隙部１０４が「λ／４」の状態となる。この状態では、入射光Ｐ1 は反射され、反射光Ｐ3 となる。
【００１１】
このようにして、光スイッチング装置１００では、光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄ各々において、入射光Ｐ1 を静電力により間隙部を２値に切り替えることによって、反射光がない状態と反射光Ｐ3 が発生する状態の２値に切り替えて取り出すことができる。勿論、前述のように間隙部の大きさを連続的に変化させることにより、入射光Ｐ1 を反射がない状態から反射光Ｐ3 が発生する状態に連続的に切り替えることも可能である。
【００１２】
ところで、上記提案に係る光学多層構造体では、基板の材質が光学特性に関係するので、基板の材料の選択の幅が狭くなる。例えば、上記提案では、光学変調特性を向上させるために、ガラスやカーボンから構成されている基板を用いるようにしている。しかしながら、ガラスは高温プロセスに向かないし、カーボンは高価であること、入手しにくいこと等の問題を有している。高温プロセスに適した基板としてシリコン（Ｓｉ）ウェハが考えられるが、シリコンウェハの光学特性は必ずしも理想的なものではないという問題がある。
【００１３】
なお、平面形状が正方形の光学薄膜に、卍型の支持部を設けた構造も提案されている（米国特許公報第５，５００，７６１号）が、このような光学薄膜も基板上に作製されており、基板の材質がその光学特性に関わってくることは容易に想像できる。
【００１４】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、基板の材質を考慮せず任意の基板上に作製できる光学多層構造体およびその製造方法を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第２の目的は、上記光学多層構造体を用いて、スペース効率が高く安価な光スイッチング素子および画像表示装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明による光学多層構造体は、開口とこの開口を囲む枠部とからなる網目状の平面形状を有する基板上に、開口の上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部により支持された第１の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第２の層をこの順で配設した構造を有し、第１の層および第２の層のうち少なくとも一方の他方に近づく方向への変位に応じて、入射した光の反射、透過あるいは吸収の量を変化させ、第１の層は、間隙部の側から、透明層である内側の第１の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第１の層とをこの順に有し、第２の層は、間隙部の側から、透明層である内側の第２の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第２の層とをこの順に有するものである。
【００１７】
本発明による光学多層構造体の製造方法は、基板上に、第１の層を形成する工程と、この第１の層の上に、所定の膜厚の犠牲層を形成し、犠牲層の表面および側面部を覆う第２の層を形成する工程と、犠牲層をエッチングにより選択的に除去することにより第１の層と第２の層との間に間隙部を形成する工程と、基板の光学多層構造体と反対側から基板をエッチングにより選択的に除去することにより、基板に第１の層に達する開口とこの開口を囲む枠部とを形成する工程とを含み、第１の層を形成する工程は、金属層である外側の第１の層を形成する工程と、外側の第１の層に内部観察用の開口部を設ける工程と、外側の第１の層の上に透明層である内側の第１の層を形成する工程と、内側の第１の層を所定の形状に成形する工程と、外側の第１の層を所定の形状に成形する工程とを含み、第２の層を形成する工程は、透明層である内側の第２の層を形成する工程と、この内側の第２の層の上に金属層である外側の第２の層を形成する工程と、外側の第２の層に内部観察用の開口部を設ける工程と、外側の第２の層を所定の形状に成形する工程と、内側の第２の層を所定の形状に成形する工程とを含むものである。
【００１８】
本発明による光スイッチング素子は、開口とこの開口を囲む枠部とからなる網目状の平面形状を有する基板上に、開口の上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部により支持された第１の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第２の層をこの順で配設した構造を有し、第１の層および第２の層のうち少なくとも一方の他方に近づく方向への変位に応じて、入射した光の反射、透過あるいは吸収の量を変化させる光学多層構造体と、この光学多層構造体の間隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手段とを備え、第１の層は、間隙部の側から、透明層である内側の第１の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第１の層とをこの順に有し、第２の層は、間隙部の側から、透明層である内側の第２の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第２の層とをこの順に有するものである。
【００１９】
本発明による画像表示装置は、１次元または２次元に配列された複数の光スイッチング素子に光を照射することで２次元画像を表示するものであって、光スイッチング素子は、開口とこの開口を囲む枠部とからなる網目状の平面形状を有する基板上に、開口の上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部により支持された第１の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第２の層をこの順で配設した構造を有し、第１の層および第２の層のうち少なくとも一方の他方に近づく方向への変位に応じて、入射した光の反射、透過あるいは吸収の量を変化させる光学多層構造体と、この光学多層構造体の間隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手段とを備え、第１の層は、間隙部の側から、透明層である内側の第１の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第１の層とをこの順に有し、第２の層は、間隙部の側から、透明層である内側の第２の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第２の層とをこの順に有するものである。
【００２０】
本発明による光学多層構造体およびその製造方法では、基板が開口とこの開口を囲む枠部とからなる網目状の平面形状を有し、第１の層が、開口の上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部により支持されるようにしたので、基板の材質の光学特性に対する影響を考慮する必要がなくなる。
【００２１】
本発明による光スイッチング素子では、駆動手段によって、第１の層および第２の層のうち少なくとも一方が他方に近づく方向に変位し、間隙部の光学的な大きさが変化することにより、入射光に対してスイッチング動作がなされる。
【００２２】
本発明による画像表示装置では、１次元あるいは２次元に配列された本発明の複数の光スイッチング素子に対して光が照射されることによって２次元画像が表示される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
〔第１の実施の形態〕
図１および図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光学多層構造体１の概略構成を表すものである。なお、この光学多層構造体１は具体的には例えば光スイッチング素子として用いられ、この光スイッチング素子を複数個１次元または２次元のアレイ状に配列することにより画像表示装置を構成することができる。
【００２５】
光学多層構造体１は、基板１０の上に形成されている。基板１０は、開口１０Ａとこの開口１０Ａを囲む枠部１０Ｆとからなる網目状の平面形状を有している。基板１０は、後述する製造方法の観点から、高温プロセスに適したシリコン（Ｓｉ）基板であることが好ましい。基板１０の厚さは例えば５００μｍ程度である。本実施の形態においては、開口１０Ａは矩形の平面形状を有しており、枠部１０Ｆは格子状となっている。
【００２６】
光学多層構造体１は、基板１０上に、開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部１０Ｆにより支持された第１の層１１と、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさを変化させることのできる間隙部１２、および第２の層１３をこの順で配設して構成したものである。
【００２７】
第１の層１１は、上述のように、基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部１０Ｆにより支持されている。第２の層１３は、本実施の形態においては、矩形の平面形状を有し、その周縁部の対向する２箇所において枠部１０Ｆに固定されている。図１または図２に示すように、第１の層１１および第２の層１３は複数の光学多層構造体１にわたって連続した帯状とすることができ、これにより製造工程を簡略化することができる。第２の層１３の固定されていない部分は可動部分であり、第１の層１１に近づく方向に変位可能となっており、後述のように間隙部１２の大きさを変化させることができる。
【００２８】
第１の層または第２の層１３は単一の層でもよいし、複数の層からなる複合層でもよい。その材質としては、屈折率が２以上である少なくとも一種の高屈折率材料を用いることができ、具体的には酸化チタン（ＴｉＯ2 ）（屈折率２．４），窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）（屈折率２．０），酸化亜鉛（ＺｎＯ）（屈折率２．０），酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）（屈折率２．２），酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）（屈折率２．１），酸化珪素（ＳｉＯ）（屈折率２．０）などの誘電体と、酸化スズ（ＳｎＯ2 ）（屈折率２．０），ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide) （屈折率２．０）などの導電材料とからなる群から選ぶことができる。複合層とする場合には、上記の材料のうち誘電体からなる層と導電材料からなる層とを組み合わせてもよい。
【００２９】
第１の層１１および第２の層１３の光学的な膜厚は、基板１０の光学特性を考慮することなく、例えば「λ／４」（λは入射光の設計波長）とすることができる。その理由は、従来の光学多層構造体においては下部電極層が基板に接して設けられていたので、基板の光学定数を考慮して各層の膜厚を設定する必要があったのに対して、本実施の形態においては、第１の層１１は基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部１０Ｆに支持されているだけであり、第２の層１３の可動部分も基板１０の開口１０Ａの上にあることになり、膜厚設計の際に基板１０の光学特性を考慮する必要がないからである。したがって、高温プロセスには適している反面必ずしも理想的な光学特性を有するとはいえないシリコン基板であっても、基板１０として用いることが可能となる。
【００３０】
なお、以上の膜厚は厳密に「λ／４」でなくとも、これらの近傍の値でもよい。これは、例えば、一方の層の光学膜厚がλ／４より厚くなった分、他方の層を薄くするなどして補完できるからである。このことは他の実施の形態においても同様である。よって、本明細書においては、「λ／４」の表現には「ほぼλ／４」の場合も含まれるものとする。
【００３１】
第１の層１１および第２の層１３を、互いに光学的特性の異なる２以上の層で構成された複合層とする場合には、複合層における合成した光学的特性（光学アドミッタンス）が単層の場合と同等な特性を有するものとする必要がある。
【００３２】
間隙部１２は、図示しない駆動手段によって、その大きさ（第１の層１１と第２の層１３との間隔）が可変である。間隙部１２を埋める媒体は、透明であれば気体でも液体でもよい。気体としては、例えば、空気（ナトリウムＤ線（５８９．３ｎｍ）に対する屈折率ｎD ＝１．０）、窒素（Ｎ2 ）（ｎD ＝１．０）など、液体としては、水（ｎD ＝１．３３３）、シリコーンオイル（ｎD ＝１．４〜１．７）、エチルアルコール（ｎD ＝１．３６１８）、グリセリン（ｎD ＝１．４７３０）、ジョードメタン（ｎD ＝１．７３７）などが挙げられる。なお、間隙部１２を真空状態とすることもできる。
【００３３】
本実施の形態では、第１の層１１は外側の第１の層１１Ａと内側の第１の層１１Ｂとの２層からなる複合層であり、第２の層１３は外側の第２の層１３Ａと内側の第２の層１３Ｂとの２層からなる複合層である。また、本実施の形態では、第１の層１１および第２の層１３とはいずれも透明層である。具体的には、内側の第１の層１１Ｂおよび内側の第２の層１３Ｂは例えば窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）から構成されており、外側の第１の層１１Ａおよび外側の第２の層１３Ａは例えばＩＴＯから構成されている。このように、本実施の形態に係る光学多層構造体１は、間隙部１２に関して対称な構成を有している。
【００３４】
内側の第１の層１１Ｂおよび内側の第２の層１３ＢをＳｉ3 Ｎ4 で形成するのは、これらの層がスイッチング動作時において、後述のように可動部として作用するものであり、ヤング率が高く丈夫なＳｉ3 Ｎ4 で形成されたものであることが好ましいからである。しかしながら、内側の第１の層１１Ｂおよび内側の第２の層１３Ｂは、Ｓｉ3 Ｎ4 以外にも、上記の他の材料、例えばＴｉＯ2 から構成することも可能であることは言うまでもない。
【００３５】
ＩＴＯからなる外側の第１の層１１Ａおよび外側の第２の層１３Ａは、静電気により駆動する場合の透明導電膜として機能する。スイッチング動作時においては第１の層１１と第２の層１３とが接触するので、接触時に電気的に短絡しないように、内側の第１の層１１Ｂおよび内側の第２の層１３ＢをＳｉ3 Ｎ4 で形成し、外側の第１の層１１Ａおよび外側の第２の層１３ＡをＩＴＯで形成している。
【００３６】
Ｓｉ3 Ｎ4 とＩＴＯとを用いる場合、両者の屈折率は同等であるので、それぞれどの程度の膜厚にするかは任意であり、両者を合わせて「λ／４」の膜厚となるようにすればよい。本実施の形態においては、第１の層１１，間隙部１２，第２の層１３の膜厚（または大きさ）は、表１のようになっている。
【００３７】
【表１】
0004720022.tif 000002
【００３８】
次に、図３および上述の図２を参照して、光学多層構造体１の動作について説明する。
【００３９】
上記のような構造を有する光学多層構造体１は、間隙部１２の光学的な大きさを、λ／４の奇数倍とλ／４の偶数倍（０を含む）との間（例えば「λ／４」と「０」との間）で、２値的あるいは連続的に変化させることによって、入射した光の反射，透過若しくは吸収の量を変化させるものである。
【００４０】
本実施の形態においては、光学多層構造体１は、静電気により駆動される。すなわち、外側の第２の層１３Ａと外側の第１の層１１Ａとの間への電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部１２の光学的な大きさを、例えば「λ／４」と「０」との間で２値的に切り替える。勿論、外側の第２の層１３Ａ、外側の第１の層１１Ａへの電圧印加を連続的に変化させることにより、間隙部１２の大きさをある値の範囲で連続的に変化させ、入射した光の反射、若しくは透過あるいは吸収等の量を連続的（アナログ的）に変化させるようにすることもできる。
【００４１】
ここで、外側の第２の層１３Ａと外側の第１の層１１Ａとの間の電位差が０Ｖであるときは、図２に示したように、第２の層１３は第１の層１１に対して離間した状態となり、間隙部１２の光学的な大きさは例えば「λ／４」である。このとき、光学多層構造体１の反射率は高くなり、入射光は反射される。
【００４２】
これに対し、外側の第２の層１３Ａに正の電圧（本実施の形態では例えば＋１０Ｖ）を印加し、外側の第１の層１１Ａを接地し０Ｖとすると、静電引力が発生する。この静電引力により、図３に示したように、第２の層１３が、第１の層１１に密着する。こうして間隙部１２の光学的な大きさが「０」となる。このとき、光学多層構造体１の反射率は低くなり、入射した光は吸収される。
【００４３】
図４は、上記の表１に示した本実施の形態に係る光学多層構造体１について、入射角０．００度、設計波長５５０ｎｍとしたときの反射特性を表している。図４において、符号１４で示す曲線は、Ｔ＝１３７．５ｎｍ（Ｔは間隙部１２の大きさを表す）のときの反射率を示し、符号１５で示す曲線は、Ｔ＝０のときの反射率を示す。図４から、Ｔ＝１３７．５ｎｍ（間隙部１２の大きさが「λ／４」）のときは反射率が高く、Ｔ＝０（間隙部１２の大きさが「０」）のときは反射率が低くなっていることがわかる。
【００４４】
表２は、内側の第１の層１１Ｂおよび内側の第２の層１３Ｂを、Ｓｉ3 Ｎ4 よりも屈折率の高いＴｉＯ2 で構成したときの各層（または間隙部）の膜厚（または大きさ）を表している。
【００４５】
【表２】
0004720022.tif 000003
【００４６】
図５は、表２に示した構成を有する光学多層構造体の反射特性を表している。
図４の場合と同様に、入射角０．００度、設計波長５５０ｎｍである。図５において、符号１６で示す曲線は、Ｔ＝１３７．５ｎｍ（Ｔは間隙部１２の大きさを表す）のときの反射率を示し、符号１７で示す曲線は、Ｔ＝０のときの反射率を示す。図５から、ＴｉＯ2 を用いた場合には、高反射時（間隙部１２の大きさＴが１３７．５ｎｍ（「λ／４」）のとき）の反射率が、Ｓｉ3 Ｎ4 を用いた場合に比べて高くなっていることがわかる。
【００４７】
上記間隙部１２を有する光学多層構造体１は、図６ないし図３０に示した製造プロセスにより作製することができる。まず、図６に示したように例えばシリコンからなる基板１０を用意する。そして、図７に示すように、基板１０の全面にわたって、例えばスパッタリング法により、ＩＴＯからなる外側の第１の層１１Ａを形成する。更に、図８に示すように、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）法により、外側の第１の層１１Ａの全面にわたってＳｉ3 Ｎ4 からなる内側の第１の層１１Ｂを形成する。
【００４８】
続いて、図９に示したように、内側の第１の層１１Ｂの全面にわたってフォトレジスト膜２１を塗布する。このフォトレジスト膜２１を、図示しないマスクを用いて図１０に示すように第１の層１１の平面形状に合わせてパターニングする。
【００４９】
このフォトレジスト膜２１をマスクとして、例えばＳＦ6 を用いたドライエッチングにより、Ｓｉ3 Ｎ4 からなる内側の第１の層１１Ｂを選択的に除去し、図１１に示すようにパターニングする。続いて、例えば王水系のエッチャントを用いたウエットエッチングにより、ＩＴＯからなる外側の第１の層１１Ａも選択的に除去し、図１２に示すようにパターニングする。その後、図１３に示すように、フォトレジスト膜２１を除去する。こうして、ＩＴＯからなる外側の第１の層１１ＡとＳｉ3 Ｎ4 からなる内側の第１の層１１Ｂとからなる第１の層１１が形成される。
【００５０】
次に、基板１０および第１の層１１の上に、図１４に示したように、例えばＣＶＤ法により非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜２２を形成する。続いて、図１５に示したように、非晶質シリコン膜２２の全面にわたって、フォトレジスト膜２３を形成する。このフォトレジスト膜２３を、図１６に示したように、間隙部１２の形状に従って、図示しないマスクを用いてパターニングする。そして、図１７に示したようにこのフォトレジスト膜２３をマスクとして、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching) により非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜２２を選択的に除去し、間隙部１２の形状に合うようにパターニングする。こうして、図１８に示すように、フォトレジスト膜２３を除去し、第１の層１１上に間隙部１２を形成するための犠牲層としての非晶質シリコン膜２２を形成する。
【００５１】
次に、図１９に示したように、非晶質シリコン膜２２，第１の層１１および基板１０の全面にわたって、例えばＣＶＤ法により、Ｓｉ3 Ｎ4 からなる内側の第２の層１３Ｂを形成する。次いで、図２０に示したように、内側の第２の層１３Ｂの全面にわたって、例えばスパッタリング法により、ＩＴＯからなる外側の第２の層１３Ａを形成する。
【００５２】
続いて、図２１に示したように、外側の第２の層１３Ａの全面にわたってフォトレジスト膜２４を形成する。このフォトレジスト膜２４を、図２２に示したように、第２の層１３の形状に合わせて図示しないマスクを用いて成形する。このフォトレジスト膜２４をマスクとして、例えば王水系エッチャントを用いたウエットエッチングにより、ＩＴＯからなる外側の第２の層１３Ａを選択的に除去し、図２３に示したようにパターニングする。さらに、例えばＣＦ4 ガスを用いたドライエッチングによりＳｉ3 Ｎ4 からなる内側の第２の層１３Ａを選択的に除去し、図２４に示したようにパターニングする。その後、図２５に示すように、フォトレジスト膜２４を取り除く。こうして、ＩＴＯからなる外側の第２の層１３ＡとＳｉ3 Ｎ4 からなる内側の第２の層１３Ｂとからなる第２の層１３が完成する。
【００５３】
次に、例えばＸｅＦ2 をエッチャントとして用いたドライエッチングにより非晶質シリコン膜２２を除去し、図２６に示したように、第１の層１１と第２の層１３との間に間隙部１２が形成される。
【００５４】
これに続く図２７から図３０までの工程は、基板１０に開口１０Ａと枠部１０Ｆとを形成するための工程である。なお、図２７（Ｂ），図２８（Ｂ），図２９（Ｂ）および図３０（Ｂ）はいずれも基板１０の下面図である。
【００５５】
まず、図２７に示したように、基板１０の裏面全面にわたって、フォトレジスト膜２５を塗布し、さらに、図２８に示したように、基板１０の表面に形成されている第１の層１１や第２の層１３と位置合わせしつつ、開口１０Ａおよび枠部１０Ｆの平面形状に合わせて、図示しないマスクを用いてフォトレジスト膜２５をパターニングする。
【００５６】
続いて、フォトレジスト膜２５をマスクとして、例えばＣ4 Ｆ8 ガスとＳＦ6 ガスとを切り替えて高密度プラズマを発生させてシリコンのエッチングを行うディープシリコンＲＩＥ法により、基板１０を裏面からエッチングし、図２９に示すように、基板１０に開口１０Ａを形成する。基板１０のエッチングは、開口１０Ａが外側の第１の層１１Ａに達するまで行う。最後に、図３０に示すように、フォトレジスト膜２５を除去して、本実施の形態に係る光学多層構造体１が完成する。
【００５７】
本実施の形態の光学多層構造体１では、基板１０が開口１０Ａとこの開口１０Ａを囲む枠部１０Ｆとからなる網目状の平面形状を有し、第１の層１１は基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部１０Ｆに支持されている。また、第２の層１３の可動部分も基板１０の開口１０Ａの上にある。したがって、膜厚設計の際に基板１０の光学特性を考慮する必要がなくなり、基板の材質は任意に選ぶことが可能である。
【００５８】
特に、ここで、高温プロセスに適したシリコンからなる基板１０を選択すれば、簡単な工程で、開口１０Ａと枠部１０Ｆを有する網目状の平面形状を形成することができ、本実施の形態の光学多層構造体１を容易に作製することが可能になる。また、例えばＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition；低圧ＣＶＤ法）のような８００℃程度の加熱を伴うプロセスがあっても基板１０に影響がなく、プロセスの自由度が増す。例えば、基板１０に予め半導体プロセスで駆動回路を作製し、その後、この光学多層構造体１を同一の基板１０に作り込むようにすることができる。これにより、一貫した工程で、スペース効率が高く安価な光スイッチング素子を作製することができる。したがって、この光スイッチング素子を用いた画像表示装置は、特にモバイル系の端末への応用が期待できる。また、この光スイッチング素子は、これを用いた装置を作製する際に、外部回路が簡単になるという更なる利点も有している。
【００５９】
〔第２の実施の形態〕
次に、図３１および図３２を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る光学多層構造体について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６０】
本実施の形態に係る光学多層構造体３は、図３１および図３２に示したように、基板１０上に、第１の層３１、間隙部１２、第２の層３３をこの順で配設した構造を有している。第１の層３１は、外側の第１の層３１Ａと内側の第１の層３１Ｂとの２層からなる複合層である。第２の層３３は、外側の第２の層３３Ａと内側の第２の層３３Ｂとの２層からなる複合層である。内側の第１の層３１Ｂおよび内側の第２の層３３Ｂは、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）から構成されている。外側の第１の層３１Ａおよび外側の第２の層３３Ａは金属層であり、光学多層構造体３の駆動の際に導電膜として機能するものである。外側の第１の層３１Ａおよび外側の第２の層３３は、例えばタンタル（Ｔａ），アルミニウム（Ａｌ）またはクロム（Ｃｒ）から構成されている。本実施の形態では、タンタルを用いている。このように、光学多層構造体３は、間隙部１２に関して対称な構成を有している。
【００６１】
外側の第１の層３１Ａおよび外側の第２の層３３Ａは、例えばタンタル，アルミニウム，クロムなどの金属層であり、不透明であるが、本実施の形態においては、外側の第２の層３３Ａに、内部観察用の開口部３３Ｃが設けられている。外側の第１の層３１Ａにも、開口部３３Ｃに対向する位置に、内部観察用の開口部３１Ｃが設けられている。開口部３１Ｃ，３３Ｃは、当然ながら、基板１０の開口１０Ａの上に設けられることになる。
【００６２】
光学多層構造体３は、静電気により駆動される。すなわち、外側の第２の層３３Ａと外側の第１の層３１Ａとの間への電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部１２の光学的な大きさを、例えば「λ／４」と「０」との間で２値的に切り替えるようになっている。
【００６３】
光学多層構造体３は、内部観察用の開口部３１Ｃ，３３Ｃの形成を除けば、第１の実施の形態に示した光学多層構造体１と同様の製造工程により製造することができる。内部観察用の開口部３１Ｃは、例えば、図３０に示した開口１０Ａの作製後、外側の第１の層１１Ａの所定の位置に開口部３１Ｃを形成することにより形成される。内部観察用の開口部３３Ｃは、例えば、図２３に示した外側の第２の層１３Ａの形成工程時に、外側の第２の層１３Ａの所定の位置に開口部３３Ｃを形成することにより形成される。ただし、この場合、内側の第２の層１３Ｂのパターン用のマスクとは別のマスクを用いる。
【００６４】
本実施の形態の光学多層構造体３では、基板１０が開口１０Ａとこの開口１０Ａを囲む枠部１０Ｆとからなる網目状の平面形状を有し、第１の層３１は基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部１０Ｆに支持されているだけである。また、第２の層３３の可動部分も基板１０の開口１０Ａの上にある。したがって、膜厚設計の際に基板１０の光学特性を考慮する必要がなくなり、第１の実施の形態と同様の優れた効果が実現できる。
【００６５】
加えて、本実施の形態では、第１の層３１および第２の層３３は、導電膜として例えばタンタルからなる外側の第１の層３１Ａおよび外側の第２の層３３Ａを有しているので、優れた特性を有する光学多層構造体３を得ることができる。また、外側の第１の層３１Ａには内部観察用の開口部３１Ｃを設けると共に、外側の第２の層３３Ａには内部観察用の開口部３３Ｃを設けたので、開口部３３Ｃ，３１Ｃを通して、Ｓｉ3 Ｎ4 からなる内側の第２の層３３Ｂや内側の第１の層３１Ｂを観察することができる。
【００６６】
〔第３の実施の形態〕
次に、図３３および図３４を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る光学多層構造体について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００６７】
本実施の形態に係る光学多層構造体４は、図３３に示したように、基板１０上に、第１の層４１、間隙部１２、第２の層４３をこの順で配設した構造を有している。第１の層４１は、外側の第１の層４１Ａと内側の第１の層４１Ｂとの２層からなる複合層である。第２の層４３は、外側の第２の層４３Ａと内側の第２の層４３Ｂとの２層からなる複合層である。
【００６８】
内側の第１の層４１Ｂおよび内側の第２の層４３Ｂは、屈折率が２．０以上の高屈折率材料から構成されている。具体的には、この高屈折率材料は、ＴｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＳｎＯ2 ，Ｎｂ2 Ｏ5 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，ＩＴＯ，ＺｎＯ，ＳｉＯからなる群から選ばれたものであることが好ましい。本実施の形態においては、内側の第１の層４１Ｂおよび内側の第２の層４３Ｂは、ＴｉＯ2 から構成されている。
【００６９】
一方、外側の第１の層４１Ａおよび外側の第２の層４３Ａは屈折率が１．０より大きく２．０より小さい低屈折率材料から構成されている。具体的には、この低屈折率材料は、ＭｇＦ2 またはＳｉＯ2 であることが好ましい。本実施の形態においては、外側の第１の層４１Ａおよび外側の第２の層４３Ａは、例えばＭｇＦ2 から構成されている。このように、光学多層構造体４は、間隙部１２に関して対称な構成を有している。
【００７０】
表３は、光学多層構造体４の各層（または間隙部）の膜厚（または大きさ）を表している。
【００７１】
【表３】
0004720022.tif 000004
【００７２】
図３４は入射角０．００度、設計波長５５０ｎｍにおける光学多層構造体４の反射率特性を表している。図３４において、符号４４で示す曲線は、Ｔ＝１３７．５ｎｍ（Ｔは間隙部１２の大きさを表す）のときの反射率を示し、符号４５で示す曲線は、Ｔ＝０のときの反射率を示す。図３４から分かるように、Ｔ＝０のとき、波長５００ｎｍ付近からグラフがフラットとなっており、広帯域で低反射特性が得られる。
【００７３】
本実施の形態の光学多層構造体４では、基板１０が開口１０Ａとこの開口１０Ａを囲む枠部１０Ｆとからなる網目状の平面形状を有し、第１の層４１は基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部１０Ｆに支持されている。そして、第２の層４３の可動部分も基板１０の開口１０Ａの上にある。したがって、膜厚設計の際に基板１０の光学特性を考慮する必要がなく、第１の実施の形態と同様の優れた効果が実現できる。
【００７４】
加えて、本実施の形態では、内側の第１の層４１Ｂおよび内側の第２の層４３Ｂを屈折率が２．０以上の高屈折率材料であるＴｉＯ2 で構成し、外側の第１の層４１Ａおよび外側の第２の層４３Ａを屈折率が１．０より大きく２．０より小さい低屈折率材料であるＭｇＦ2 で構成したので、広帯域で低反射特性が得られる。
【００７５】
〔第４の実施の形態〕
上述の第１ないし第３の実施の形態においては、光学多層構造体１，３，４はいずれも間隙部１２に関して対称な構成を有していたが、本発明は間隙部１２に関して対称な構成を有しない光学多層構造体にも適用することが可能である。次に、図３５および図３６を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る光学多層構造体について説明する。なお、以下の説明において、第１の実施の形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００７６】
本実施の形態に係る光学多層構造体５は、図３５に示したように、基板１０上に、第１の層５１、間隙部１２、第２の層１３をこの順で配設した構造を有している。第１の層５１は、光の吸収のある層であり、より具体的には金属，半導体または金属窒化物からなることが好ましい。本実施の形態では、第１の層５１は例えばタンタル（Ｔａ）から構成されている。
【００７７】
表４は、光学多層構造体５の各層（または間隙部）の膜厚（または大きさ）を表している。
【００７８】
【表４】
0004720022.tif 000005
【００７９】
図３６は入射角０．００度、設計波長５５０ｎｍにおける光学多層構造体５の反射率特性を表している。図３６において、符号５４で示す曲線は、Ｔ＝１３７．５ｎｍ（Ｔは間隙部１２の大きさを表す）のときの反射率を示し、符号５５で示す曲線は、Ｔ＝０のときの反射率を示す。図３６から分かるように、Ｔ＝０のとき、設計波長である５５０ｎｍ付近からグラフがほぼフラットとなっており、広帯域で低反射特性が得られる。
【００８０】
本実施の形態の光学多層構造体５では、基板１０が開口１０Ａとこの開口１０Ａを囲む枠部１０Ｆとからなる網目状の平面形状を有し、第１の層５１は基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部の少なくとも一部において枠部１０Ｆに支持されている。そして、第２の層１３の可動部分も基板１０の開口１０Ａの上にある。したがって、膜厚設計の際に基板１０の光学特性を考慮する必要がなく、第１の実施の形態と同様の優れた効果を得ることができる。
【００８１】
更に、本実施の形態では、第１の層５１がタンタルからなる単一の層であるので、構成や製造がより簡単になると共に、低反射時のバンド幅特性が向上し、優れた特性を有する光学多層構造体５を得ることができる。
【００８２】
〔第５の実施の形態〕
上記の第１ないし第４の実施の形態においては、第２の層１３，３３，４３はいずれも平面形状が矩形の帯状であって、その周縁部の対向する２箇所で枠部１０Ｆに固定され、間隙部１２は開放されている。しかしながら、本実施の形態に係る光学多層構造体６においては、図３７および図３８に示すように、第２の層６３はその周縁部において一様に第１の層６１に支持されている。そして、第１の層６１は、基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共にその周縁部において枠部１０Ｆにより支持され、間隙部６２は第１の層６１と第２の層６３の周縁部とによって閉鎖された構成となっている。
【００８３】
第１の層６１および第２の層６３の構成および材料は、例えば第１の実施の形態と同様とすることができる。具体的には、内側の第１の層６１Ｂおよび内側の第２の層６３Ｂを例えば窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）、外側の第１の層６１Ａおよび外側の第２の層６３Ａを例えばＩＴＯから構成することができる。しかしながら、本実施の形態は、上述の第２ないし第４の実施の形態であっても適用できることは勿論であり、第１の層６１および第２の層６３の構成および材料は、第２ないし第４の実施の形態と同様としてもよい。
【００８４】
第１の層６１は、第１の実施の形態における第１の層１１と同様に、基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部において枠部１０Ｆに支持されている。また、第２の層６３の可動部分も基板１０の開口１０Ａの上にある。したがって、膜厚設計の際に基板１０の光学特性を考慮する必要がなくなる。
【００８５】
第２の層６３には、犠牲層エッチング工程においてエッチャントを犠牲層に到達させるための貫通孔６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ，６４Ｄが設けられている。これらの貫通孔６４Ａ，６４Ｂ，６４Ｃ，６４Ｄは、図３７の右端の光学多層構造体６において一部切り欠いて示されている貫通孔６４Ａからわかるように、外側の第２の層６３Ａと内側の第２の層６３Ｂの両方を貫通して間隙部６２に通じている。
【００８６】
本実施の形態においては、光学多層構造体６は、静電気により駆動される。すなわち、外側の第２の層６３Ａと外側の第１の層６１Ａとの間への電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部６２の光学的な大きさを、例えば「λ／４」と「０」との間で２値的に切り替える。ここで、外側の第２の層６３Ａと外側の第１の層６１Ａとの間の電位差が０Ｖであるときは、図３８に示したように、第２の層１３は第１の層１１に対して離間した状態となり、間隙部１２の光学的な大きさは例えば「λ／４」である。このとき、光学多層構造体６の反射率は高くなり、入射光は反射される。
【００８７】
これに対し、外側の第２の層６３Ａに正の電圧（本実施の形態では例えば＋１０Ｖ）を印加し、外側の第１の層６１Ａを接地し０Ｖとすると、静電引力が発生する。この静電引力により、図３９に示したように、第２の層６３および第１の層６１が互いに他方に近づく方向に変位し、両者が密着する。こうして間隙部６２の光学的な大きさが「０」となる。このとき、光学多層構造体６の反射率は低くなり、入射した光は吸収される。
【００８８】
本実施の形態では、基板１０が開口１０Ａとこの開口１０Ａを囲む枠部１０Ｆとからなる網目状の平面形状を有し、第１の層６１は基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部において枠部１０Ｆに支持されているだけである。そして、第２の層６３の可動部分も基板１０の開口１０Ａの上にある。したがって、膜厚設計の際に基板１０の光学特性を考慮する必要がなく、第１の実施の形態と同様の優れた効果を得ることができる。
【００８９】
〔第６の実施の形態〕
本実施の形態では、図４０に示すように、第２の層７３の平面形状が円形となっている。なお、第２の層７３の平面形状は、円形に限らず、楕円形状、矩形の２辺を曲線とした形状等の曲線を含む形状とすることもできる。
【００９０】
第１の層７１および第２の層７３の構成および材料は、例えば第１の実施の形態と同様とすることができる。しかしながら、本実施の形態は、上述の第２ないし第４の実施の形態であっても適用できることは勿論であり、第１の層７１および第２の層７３の構成および材料は、第２ないし第４の実施の形態と同様にしてもよい。
【００９１】
第１の層７１は、第１の実施の形態における第１の層１１と同様に、基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部において枠部１０Ｆに支持されている。また、第２の層７３の可動部分も基板１０の開口１０Ａの上にある。したがって、膜厚設計の際に基板１０の光学特性を考慮する必要がなくなる。
【００９２】
第２の層７３には、犠牲層エッチング工程においてエッチャントを犠牲層に到達させるための貫通孔７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ，７４Ｄが設けられている。これらの貫通孔７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ，７４Ｄは、図４０の右端の光学多層構造体７において一部切り欠いて示されている貫通孔７４Ａからわかるように、外側の第２の層７３Ａと内側の第２の層７３Ｂの両方を貫通して間隙部７２に通じている。
【００９３】
本実施の形態では、基板１０が開口１０Ａとこの開口１０Ａを囲む枠部１０Ｆとからなる網目状の平面形状を有し、第１の層７１は基板１０の開口１０Ａの上に設けられると共に周縁部において枠部１０Ｆに支持されている。そして、第２の層７３の可動部分も基板１０の開口１０Ａの上にある。したがって、膜厚設計の際に基板１０の光学特性を考慮する必要がなく、第１の実施の形態と同様の顕著な効果を享受することができる。
【００９４】
〔第７の実施の形態〕
本実施の形態では、図４１に示すように、基板８０の開口８０Ａの平面形状が円形となっており、基板８０の平面形状は網目状となっている。なお、開口８０Ａの平面形状は、円形に限らず、楕円形状、矩形の２辺を曲線とした形状等の曲線を含む形状とすることもできる。これ以外は、基板８０は基板１０と同様であり、本実施の形態に係る光学多層構造体８は図４０に示した第６の実施の形態に係る光学多層構造体７と同様であるので、同一の構成要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００９５】
本実施の形態では、基板８０が開口８０Ａとこの開口８０Ａを囲む枠部８０Ｆとからなる網目状の平面形状を有し、第１の層７１は基板８０の開口８０Ａの上に設けられると共に周縁部において枠部８０Ｆに支持されている。そして、第２の層７３の可動部分も基板８０の開口８０Ａの上にある。したがって、膜厚設計の際に基板８０の光学特性を考慮する必要がなく、第１の実施の形態と同様の優れた効果を得ることが可能になる。
【００９６】
〔光スイッチング装置〕
図４２および図４３は、例えば上記第２の実施の形態に係る光学多層構造体（図３１参照）を用いた光スイッチング装置２００の構成を表すものである。この光スイッチング装置２００は、開口２１０Ａとこの開口２１０Ａを囲む枠部２１０Ｆとからなる、例えばシリコンからなる基板２１０上に複数（図では４個）の光スイッチング素子２００Ａ〜２００Ｄを二次元アレイ状に配設したものである。なお、２次元に限らず、１次元に配列した構成としてもよい。また、光スイッチング装置２００を構成する光学多層構造体は、前述のその他の構造の光学多層構造体を用いてもよい。
【００９７】
この光スイッチング装置２００では、例えばシリコンからなる基板２１０の表面に互いに絶縁された複数の第１の層２０１が形成されている。第１の層２０１上には、これと直交する方向に延びる連続した帯状の第２の層２０３が配設されている。第１の層２０１と第２の層２０３との間には、スイッチング動作（オン・オフ）に応じてその大きさが変化する間隙部２０２（図４３参照）が設けられている。間隙部２０２の光学膜厚は、入射光の波長（λ＝５５０ｎｍ）に対しては、例えば「λ／４」（１３７．５ｎｍ）と「０」との間で変化するようになっている。
【００９８】
光スイッチング素子２００Ａ〜２００Ｄは、第１の層２０１および第２の層２０３への電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部２０２の光学膜厚を、例えば「λ／４」と「０」との間で切り替える。図４３では、光スイッチング素子２００Ａ，２００Ｃが間隙部２０２が「０」の状態（すなわち、低反射状態）を示し、光スイッチング素子２００Ｂ，２００Ｄが間隙部２０２が「λ／４」の状態（すなわち、高反射状態）を示している。なお、第１の層２０１および第２の層２０３と電圧印加装置（図示せず）とにより、本発明の「駆動手段」を構成している。
【００９９】
この光スイッチング装置２００では、第１の層２０１を接地して電位を０Ｖとし、第２の層２０３に例えば＋１２Ｖの電圧を印加すると、その電位差により第１の層２０１，第２の層２０３間に静電引力が発生し、図４３の光スイッチング素子２００Ａに示したように第１の層２０１と第２の層２０３とがほぼ密着し、間隙部２０２が「０」の状態となる。この状態では、入射光Ｐ1 は上記多層構造体を透過して透過光Ｐ2 となる。
【０１００】
次に、第２の層２０３を接地させ電位を０Ｖにすると、第１の層２０１と第２の層２０３と間の静電引力がなくなり、図４３の光スイッチング素子２００Ｂに示したように第１の層２０１と第２の層２０３との間が離間して、間隙部２０２が「λ／４」の状態となる。この状態では、入射光Ｐ1 は反射され、反射光Ｐ3 となる。
【０１０１】
このようにして、本実施の形態では、光スイッチング素子２００Ａ〜２００Ｄ各々において、入射光Ｐ1 を静電力により間隙部を２値に切り替えることによって、透過光Ｐ2 および反射光Ｐ3 の２方向に切り替えて取り出すことができる。勿論、前述のように間隙部の大きさを連続的に変化させることにより、入射光Ｐ1 を透過光Ｐ2 から反射光Ｐ3 に連続的に切り替えることも可能である。
【０１０２】
これら光スイッチング素子２００Ａ〜２００Ｄでは、第１の層２０１が基板２１０の開口２１０Ａの上に形成されており、第２の層２０３の可動部分も開口２１０Ａの上に形成されているので、基板２１０の光学特性が光スイッチング素子２００Ａ〜２００Ｄに影響を及ぼすことがない。よって、光スイッチング素子２００は、任意の基板上に形成することが可能である。特に、ここで、シリコンからなる基板２１０を用いると、例えばＬＰＣＶＤのような８００℃程度の加熱を伴うプロセスがあっても基板２１０に影響がないので、プロセスの自由度が一層高まる。
【０１０３】
加えて、本実施の形態では、１ピクセルに複数の光スイッチング素子を割り当てれば、それぞれ独立に駆動可能であるため、画像表示装置として画像表示の階調表示を行う場合に、時分割による方法だけではなく、面積による階調表示も可能である。
【０１０４】
なお、図４２の例ではこれら光スイッチング素子２００Ａ〜２００Ｄを互いに離間して配置しているが、第５の実施の形態（図３７参照）のように、例えば障子の枠にスペーサを介して障子紙を２枚重ねて貼ったような構成にすれば、これら光スイッチング素子は近接して、開口率を上げることができる。
【０１０５】
〔画像表示装置〕
図４４は、上記光スイッチング装置２００を用いた画像表示装置の一例として、プロジェクションディスプレイの構成を表すものである。ここでは、光スイッチング素子２００Ａ〜２００Ｄからの反射光Ｐ3 を画像表示に使用する例について説明する。
【０１０６】
このプロジェクションディスプレイは、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）各色のレーザからなる光源３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃと、各光源に対応して設けられた光スイッチング素子アレイ３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃ、ダイクロイックミラー３０２Ａ，３０２Ｂ，３０２Ｃ、プロジェクションレンズ３０３、１軸スキャナとしてのガルバノミラー３０４および投射スクリーン３０５を備えている。なお、３原色は、赤緑青の他、シアン，マゼンダ，イエローとしてもよい。スイッチング素子アレイ３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃはそれぞれ、上記スイッチング素子を紙面に対して垂直な方向に複数、必要画素数分、例えば１０００個を１次元に配列したものであり、これによりライトバルブを構成している。
【０１０７】
このプロジェクションディスプレイでは、ＲＧＢ各色の光源３００Ａ，３００Ｂ，３００Ｃから出た光は、それぞれ光スイッチング素子アレイ３０１Ａ，３０１Ｂ，３０１Ｃに入射される。なお、この入射角は偏光の影響がでないように、なるべく０に近くし、垂直に入射させるようにすることが好ましい。各光スイッチング素子からの反射光Ｐ3 は、ダイクロイックミラー３０２Ａ，３０２Ｂ，３０２Ｃによりプロジェクションレンズ３０３に集光される。プロジェクションレンズ３０３で集光された光は、ガルバノミラー３０４によりスキャンされ、投射スクリーン３０５上に２次元の画像として投影される。
【０１０８】
このように、このプロジェクションディスプレイでは、複数個の光スイッチング素子を１次元に配列し、ＲＧＢの光をそれぞれ照射し、スイッチング後の光を１軸スキャナにより走査することによって、２次元画像を表示することができる。
【０１０９】
また、本実施の形態では、光スイッチング素子アレイ３００Ａ〜３００Ｃの各々を構成する光スイッチング素子として、本発明に係る光学多層構造体を用いているので、前述のように第１の層および第２の層が基板の開口の上に形成されており、基板の光学特性が光スイッチング素子の特性に影響を及ぼすことがない。よって、光スイッチング素子アレイ３００Ａ〜３００Ｃは、任意の基板上に形成することが可能である。
【０１１０】
特に、ここで、シリコン基板を用いると、例えばＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition；低圧ＣＶＤ法）のような８００℃程度の加熱を伴うプロセスであっても基板２１０に影響がないので、プロセスの自由度が増す。例えば、予めこのシリコン基板上に半導体プロセスで駆動回路を作製し、その後、本発明の光学多層構造体を同一のシリコン基板上に作製すれば、駆動回路を含んだ光スイッチング素子アレイ３００Ａ〜３００Ｃを形成することができる。また、ガラス基板を用いれば、ＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）回路と本発明の光学多層構造体とを一体化することが可能となる。
【０１１１】
なお、この場合のＴＦＴや駆動回路は、本発明の光学多層構造体のための特別なものではなく、一般に用いられているもので良い。また、例えば液晶ディスプレイ駆動用のＴＦＴの画素電極はＩＴＯに限られるが、本発明の光学多層構造体と一体化される場合にはこのような制限はない。光学多層構造体では下部電極層が透明ではない場合もあり、例えばタンタルなどの金属を下部電極に用いることにより光学多層構造体の特性が良くなるからである。
【０１１２】
更に、本発明の光学多層構造体と同一基板上に作製される回路は、光学多層構造体の下側にあってもよいし、基板の光学多層構造体とは反対側の面にあってもよい。光学多層構造体は光の反射を制御するものであり、光は透過する必要はないからである。また、基板の光学多層構造体とは反対側の面に回路がある場合には、基板の厚さ方向に配線を作製すればよい。
【０１１３】
以上実施の形態および変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および変形例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、光源としてレーザを用いて一次元アレイ状のライトバルブを走査する構成のディスプレイについて説明したが、図４５に示したように、二次元状に配列された光スイッチング装置３０６に白色光源３０７からの光を照射して投射スクリーン３０８に画像の表示を行う構成とすることもできる。なお、光源としてはその他発光ダイオード等を用いるようにしてもよい。
【０１１４】
また、上記実施の形態では、光学多層構造体の駆動手段として静電気を用いる例について説明したが、その他、圧電素子を用いる方法や磁力を利用する方法なども適用可能である。磁力を利用する方法としては、例えば、光学薄膜の上に、光の入射する位置に開口部を有する磁性層を設ける一方、基板の下部に電磁コイルを設け、この電磁コイルのオン・オフの切り替えにより、間隙部の大きさを例えば「λ／４」と「０」との間で切り替え、これにより反射率を変化させる方法が考えられる。
【０１１５】
また、上記実施の形態では、基板としてシリコン基板を用いる例について説明したが、透明または不透明な基板を用いてもよい。また、図４６に示したように、例えば厚さ２ｍｍ以内の柔軟性を有する（フレキシブルな）基板３０９を用いたペーパ−状のディスプレイとし、直視により画像を見ることができるようにしてもよい。
【０１１６】
更に、上記実施の形態では、本発明の光学多層構造体をディスプレイに用いた例について説明したが、例えば光プリンタに用いて感光性ドラムへの画像の描きこみをする等、ディスプレイ以外の光プリンタなどの各種デバイスにも適用することも可能である。
【０１１７】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１ないし１５のいずれか１に記載の光学多層構造体、請求項１６または１７に記載の光学多層構造体の製造方法、請求項１８または１９に記載の光スイッチング素子、および請求項２０記載の画像表示装置によれば、基板を、開口とこの開口を囲む枠部とからなる網目状の平面形状とし、この基板の開口の上に第１の層、間隙部および第２の層をこの順で設けるようにしたので、基板の光学特性が光学多層構造体や光スイッチング素子の特性に影響を及ぼすことがなく、任意の基板を用いることができるという効果を奏する。また、第１の層は、間隙部の側から、透明層である内側の第１の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第１の層とをこの順に有し、第２の層は、間隙部の側から、透明層である内側の第２の層と、金属層であると共に内部観察用の開口部を有する外側の第２の層とをこの順に有するようにしたので、開口部を通して、内側の第２の層または内側の第１の層を観察することが可能となる。
【０１１８】
特に、請求項２記載の光学多層構造体によれば、シリコン基板を用いるので、本発明の光学多層構造体を簡単な工程で作製することができ、高温加熱を伴うプロセスによっても基板への影響はなく、プロセスの自由度が一層向上するという更なる効果が得られる。例えば、基板に予め半導体プロセスで駆動回路を作製し、その後、この光学多層構造体を同一の基板に作り込むようにすることができる。これにより、一貫した工程で、スペース効率が高く安価な光スイッチング素子を作製することができる。したがって、この光スイッチング素子を用いた画像表示装置は、特にモバイル系の端末への応用が期待できる。また、この光スイッチング素子は、これを用いた装置を作製する際に、外部回路が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光学多層構造体の構成を表す斜視図である。
【図２】図１に示した光学多層構造体の２−２線に沿った断面図である。
【図３】図１に示した光学多層構造体の動作を説明するための断面図である。
【図４】図１に示した光学多層構造体の反射率特性を表す図である。
【図５】本実施の形態に係る他の光学多層構造体の反射率特性を表す図である。
【図６】図１に示した光学多層構造体の製造工程を説明するための斜視図である。
【図７】図６の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図８】図７の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図９】図８の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図１０】図９の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図１１】図１０の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図１２】図１１の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図１３】図１２の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図１４】図１３の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図１５】図１４の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図１６】図１５の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図１７】図１６の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図１８】図１７の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図１９】図１８の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図２０】図１９の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図２１】図２０の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図２２】図２１の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図２３】図２２の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図２４】図２３の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図２５】図２４の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図２６】図２５の工程に続く工程を説明するための斜視図である。
【図２７】図２６の工程に続く工程を説明するための図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は下面図である。
【図２８】図２７の工程に続く工程を説明するための図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は下面図である。
【図２９】図２８の工程に続く工程を説明するための図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は下面図である。
【図３０】図２９の工程に続く工程を説明するための図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は下面図である。
【図３１】本発明の第２の実施の形態に係る光学多層構造体の構成を表す斜視図である。
【図３２】図３１に示した光学多層構造体の３２−３２線に沿った断面図である。
【図３３】本発明の第３の実施の形態に係る光学多層構造体の構成を表す斜視図である。
【図３４】図３３に示した光学多層構造体の反射率特性を表す図である。
【図３５】本発明の第４の実施の形態に係る光学多層構造体の構成を表す斜視図である。
【図３６】図３５に示した光学多層構造体の反射率特性を表す図である。
【図３７】本発明の第５の実施の形態に係る光学多層構造体の構成を、一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図３８】図３７に示した光学多層構造体の３８−３８線に沿った断面図である。
【図３９】図３７に示した光学多層構造体の動作を説明するための断面図である。
【図４０】本発明の第６の実施の形態に係る光学多層構造体の構成を、一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図４１】本発明の第７の実施の形態に係る光学多層構造体の構成を、一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図４２】本発明の第２の実施の形態に係る光学多層構造体を用いて構成した光スイッチング装置の一例の構成を表す平面図である。
【図４３】図４２の４３−４３線に沿った断面図である。
【図４４】ディスプレイの一例の構成を表す図である。
【図４５】ディスプレイの他の例を表す図である。
【図４６】ペーパー状ディスプレイの構成図である。
【図４７】本出願人が先に出願した光スイッチング装置の一例の構成を表す図である。
【符号の説明】
１，３，４，５，６，７…光学多層構造体、１０，２１０…基板、１０Ａ，２１０Ａ…開口、１０Ｆ，２１０Ｆ…枠部、１１，３１，４１，５１，６１，７１，２０１…第１の層、１１Ａ，３１Ａ，４１Ａ，６１Ａ，７１Ａ…外側の第１の層、１１Ｂ，３１Ｂ，４１Ｂ，６１Ｂ，７１Ｂ…内側の第１の層、１２，６２，７２，２０２…間隙部、１３，３３，４３，６３，７３，２０３…第２の層、１３Ａ，３３Ａ，４３Ａ，６３Ａ，７３Ａ…外側の第２の層、１３Ｂ，３３Ｂ，４３Ｂ，６３Ｂ，７３Ｂ…内側の第２の層、３１Ｃ，３３Ｃ…内部観察用の開口部、２００…光スイッチング装置、２００Ａ〜２００Ｄ…光スイッチング素子
【図１】
0004720022.tif 000006
【図２】
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【図３】
0004720022.tif 000008
【図４】
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【図５】
0004720022.tif 000010
【図６】
0004720022.tif 000011
【図７】
0004720022.tif 000012
【図８】
0004720022.tif 000013
【図９】
0004720022.tif 000014
【図１０】
0004720022.tif 000015
【図１１】
0004720022.tif 000016
【図１２】
0004720022.tif 000017
【図１３】
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【図１４】
0004720022.tif 000019
【図１５】
0004720022.tif 000020
【図１６】
0004720022.tif 000021
【図１７】
0004720022.tif 000022
【図１８】
0004720022.tif 000023
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
0004720022.tif 000026
【図２２】
0004720022.tif 000027
【図２３】
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【図２４】
0004720022.tif 000029
【図２５】
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【図２６】
0004720022.tif 000031
【図２７】
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【図２８】
0004720022.tif 000033
【図２９】
0004720022.tif 000034
【図３０】
0004720022.tif 000035
【図３１】
0004720022.tif 000036
【図３２】
0004720022.tif 000037
【図３３】
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【図３４】
0004720022.tif 000039
【図３５】
0004720022.tif 000040
【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
0004720022.tif 000046
【図４２】
0004720022.tif 000047
【図４３】
0004720022.tif 000048
【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
0004720022.tif 000051
【図４７】
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