(57)【要約】【課題】光変調装置組立体における放熱性の向上を図る。【解決手段】基体１２上に形成された１次元型の光変調装置１３と、光変調装置１３を変調する駆動部１６，１７と、これらを支持する支持部材２５とより構成され、支持部材２５に、層状の高熱伝導材料部５３を設ける。横方向への熱伝導を確保し、支持部材全体の放熱性を向上させる。【選択図】図３
2007233188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体上に形成された１次元型の光変調装置と、光変調装置を駆動する駆動部と、これらを支持する支持部材とより構成され、
前記支持部材に、高熱伝導材料部が設けられて成る
ことを特徴とする光変調装置組立体。
【請求項２】
前記高熱伝導材料部が、前記支持部材の内部に層状に設けられる
ことを特徴とする請求項１記載の光変調装置組立体。
【請求項３】
前記高熱伝導材料部が、金属より成る
ことを特徴とする請求項1記載の光変調装置組立体。
【請求項４】
前記高熱伝導材料部の熱伝導率が、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とされて成る
ことを特徴とする請求項1記載の光変調装置組立体。
【請求項５】
前記高熱伝導材料部が、２層以上設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の光変調装置組立体。
【請求項６】
前記支持部材の排熱面に、排熱部が設けられて成る
ことを特徴とする請求項１記載の光変調装置組立体。
【請求項７】
光源と、前記光源から出射される光を情報に応じて変調する光変調光学部と、前記光変調光学部から出射される光を投射する投射光学部と、を少なくとも有する画像投射装置であって、
前記光変調光学部には一以上の光変調装置組立体が配置され、
前記光変調装置組立体は、基体上に形成された１次元型の光変調装置と、光変調装置を駆動する駆動部と、これらを支持する支持部材とより構成され、
前記支持部材に、高熱伝導材料部が設けられて成る
ことを特徴とする画像投射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば回折格子より成る１次元型の光変調装置を有する光変調装置組立体及びこれを用いた画像投射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学的な機能を有する微小電気機械素子、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）素子を用いた製品開発は現在数多く行われており、その多くは光の進行方向の制御や光のオン／オフを行うような、広義の光スイッチングシステムとして用いられている。この光スイッチングシステムの一種として、回折格子の機能を有する光ＭＥＭＳ素子より成るいわゆる１次元型の光変調装置が知られている（特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
図１１は、このような1次元型の光変調装置の一例の要部の概略斜視構成図である。この光変調素子１は、基板１２上に形成した下部電極３３と、この下部電極３３をブリッジ状に跨ぐように配置したリボン状の第1及び第２の電極３１及び３２とを有して構成される。第１及び第２の電極３１及び３２は例えば交互に配置され、これら第１及び第２の電極３１及び３２と下部電極３３とは、その間の空間によって電気的に絶縁されている。また、第１及び第２の電極３１及び３２は、例えばその両端が屈曲されて支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂとされ、この支持部３１Ａ及び３１Ｂ、３２Ａ及び３２Ｂを介して基板１２に支持されて構成される。
【０００４】
ここで基板１２は、例えば、シリコン（Ｓｉ）やガリウム砒素（ＧａＡｓ）などの半導体基板上に絶縁膜を形成した基板、石英基板やガラス基板のような絶縁性基板などが用いられる。下部電極３３は、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜、金属膜（多結晶Ｗ，Ｃｒ）などで形成される。第１及び第２の電極３１及び３２は、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の絶縁性材料より成る下地膜７と、その上面に形成され、導電性を有する材料から成る上部電極８とから構成される。この場合上部電極８としては、例えば高い反射率を有するＡｌ等より成り、少なくともその上面中央部が反射領域９として構成される。
【０００５】
図１１においては、１つおきに設けた第１の電極３１を例えば固定電極とし、第２の電極３２を可動電極としてこれに電圧を印加して、静電引力によって基板１２側にたわませた状態を示す。図示の例においては、３本の第１の電極３１と２本の第２の電極のみを示しているが、光変調素子１としては、１本〜数本ずつ、例えば３本ずつの合計６本の第１及び第２の電極３１及び３２より構成することができる。図１１に示す状態の第１の電極３１及び第２の電極３２の長手方向の概略断面構成図を図１２Ａ及びＢにそれぞれ示す。
上述したように、第２の電極３２に電圧を印加すると、下部電極３３は例えば接地状態にあるので、第２の電極３２と下部電極３３との間に静電気力（クーロン力）が発生し、この静電気力によって第２の電極３２が下部電極３３側に変位する。そして、このような第２の電極３２の変位に基づき、第２の電極３２と第１の電極３１とによって反射型の回折格子が形成される。図１２Ｂにおいて、電圧を印加しない状態の第２の電極３２の形状を破線で示す。
ここで、隣接する第１の電極３１の間の間隔をｄ、第１及び第２の電極３１及び３２に入射する光の入射角をθｉ、波長をλ、回折角をθmとすると、
ｄ×［ｓｉｎ（θｉ）−ｓｉｎ（θm）］＝ｍ×λ
で表すことができる。ここで、ｍは次数であり、０，±１，±２・・・の値をとる。
そして、第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差が（λ／４）のとき、回折光の光強度は最大の値となる。第２の電極３２に印加する電圧を適切に制御することによって、回折角度を連続的に変化させることが可能である。
【０００６】
図１３においては、各電極の断面構成図を示し、図１３Ａは電圧を印加しない非駆動状態、図１３Ｂは電圧を印加した駆動状態を示す。図１３Ａ及びＢにおいて、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。第１及び第２の電極３１及び３２の上側表面を反射面とすることによって、図１３Ａに示すように、非駆動状態では、入射光Ｌｉに対し入射方向に戻る０次光Ｌ０が反射される。電圧を印加した駆動状態では、図１３Ｂに示すように、第２の電極３２が矢印Ｓで示すように下部電極３３側に変位して回折格子が構成され、入射光Ｌｉに対し±１次回折光Ｌ（＋１）及びＬ（−１）が回折される。
この回折作用により、すなわち第２の電極３２の駆動位置に応じてその光の反射方向が異なることを利用して、一方向の反射光を検出してスイッチ機能を持たせた光スイッチに適用できる。またこのような回折素子を多数並列配置して、所定の方向へ反射（回折）する光の強度を連続的に変える光変調装置として用いることができる。具体的には、例えば画像表示素子として、米国Silicon Light Machine社が開発した回折ライトバルブ（ＧＬＶ：Grating Light Valve）が知られている。この回折ライトバルブをプロジェクターの光変調素子として用いる場合には、第１及び第２の電極を一列に並べてできる１次元の画像をスキャニング、すなわち走査照射することによって２次元の画像を表示することができる。
【０００７】
更に、このような光変調素子において、第１及び第２の電極がその幅方向に傾斜するいわゆるブレーズ構造を採用することで、より高いコントラスト、輝度を実現することが可能である。これは、ブレーズ構造として電極を傾けることによって、回折光を２方向から１方向に限定できるためである。
図１４Ａ及びＢはこの様子を示す。図１４Ａ及びＢは、第１及び第２の電極３１及び３２の概略断面構造を省略して示したものであり、図１４Ａにおいては、電圧を印加しない非駆動状態を示し、入射光Ｌ０に対し０次回折光Ｌ０と２次回折光Ｌ２が生じている様子を示す。これに対し、図１４Ｂに示すように、1つおきの第２の電極３２に適切な電圧を印加すると、静電引力により下部電極３３側にこれら第２の電極３２がたわみ、回折格子が構成され、入射光Ｌ０に対し＋1次回折光Ｌ１のみが生じる。したがって、プロジェクターなどの光学装置にこのような光変調素子を用いる場合は、1次回折光が射出される方向に空間フィルターを設けることによって、より高いコントラスト及び輝度を実現できることとなる。
例えばＭ×Ｎ（例えば１９２０×１０８０）の画素（ピクセル）から構成された２次元画像を表示するためには、Ｎ個（＝１０８０個）の光変調素子から光変調装置を構成すればよい。更には、カラー表示のためには、３つの光変調装置組立体を用いればよい。
【特許文献１】特許第３４０１２５０号公報
【特許文献２】特許第３１６４８２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような光変調装置をモジュールに組み込んだ光変調装置組立体の一例の概略断面構成図を図１５に示す。この光変調装置組立体１０は、例えば図１１に示す構成の光変調素子が基体１２上に多数配置されて成る光変調装置１３を用いるもので、この光変調装置１３の周囲はガラス等の光透過性部材から成るカバー部１５に覆われ、低融点金属材料等より成る封止材１４により例えば気密に基体１２上に接合される。そしてこの光変調装置１３に隣接してこれを駆動する駆動部１６及び１７いわゆるドライバーチップが、光変調装置１３と共に、支持部材２５上に配置される。支持部材２５には、外部の電圧供給手段等に接続される配線構造が形成されており、例えば光変調装置１３及び駆動部１６及び１７を配置する側の面の周囲に枠体２６及び２７を設け、枠体２６及び２７の内側に光透過性材料より成る埋め込み樹脂２４により光変調装置１３と駆動部１６及び１７とが埋め込まれる。支持部材２５の裏面には例えばこの光変調装置組立体１０を組み込む装置内への接合部４１及び４２が設けられ、また図示しないがヒートシンクなどの排熱部材が必要に応じて設けられる。
【０００９】
このような光変調装置組立体を、上述したようなプロジェクターの光変調装置として用いる場合、光学系との光軸合わせや焦点距離の調整などにおいて精度良く位置合わせをする必要がある。このため、レーザ光等を照射した場合の光変調装置の発熱や、駆動部の発熱による温度上昇に対して、光変調装置を支持する支持部材の熱膨張による影響を最小減に抑制することが要求される。
【００１０】
しかしながら、従来の光変調装置組立体にあっては、光変調装置と駆動部からの発熱が光変調装置組立体の内部にこもってしまい、十分な放熱性を確保できないという問題があった。光変調装置組立体の放熱性が確保できず、光変調装置の各電極等がヒロック等により劣化してしまうと、反射特性が劣化し、画像投射装置に用いる場合、コントラストの悪化など画質の低下を招来するという問題がある。
【００１１】
そこで、光変調装置組立体の放熱部材への熱伝導性を高めるためには、光変調装置組立体内の支持部材を薄くする必要があるが、薄くすると光変調装置と駆動部との間の熱伝導が悪くなり、熱抵抗が増大し、例えば部分的な温度上昇が生じるなどの不都合を生じる。また、位置精度確保のため光変調装置組立体の支持部材の材料として、線膨張率を低く、かつ熱伝導率の高い材料を使用すると、材料が高価になり、光変調装置組立体のコスト高を招来する恐れがある。
【００１２】
以上の問題に鑑みて、本発明は、光変調装置組立体における放熱性の向上を図ることを特徴とする目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明による光変調装置組立体は、基体上に形成された１次元型の光変調装置と、光変調装置を駆動する駆動部と、これらを支持する支持部材とより構成され、支持部材に、高熱伝導材料部を設ける構成とする。
また本発明は、上述の光変調装置組立体において、高熱伝導材料部を、支持部材の内部に層状に設ける構成とする。
【００１４】
また、本発明による画像投射装置は、光源と、光源から出射される光を情報に応じて変調する光変調部と、光変調部から出射される光を投射する投射光学部と、を少なくとも有する画像投射装置であって、光変調部には一以上の光変調装置組立体を配置し、光変調装置組立体を、基体上に形成された１次元型の光変調装置と、光変調装置を駆動する駆動部と、これらを支持する支持部材とより構成して、この支持部材に、高熱伝導材料部を設ける構成とする。
【００１５】
上述したように、本発明の光変調装置組立体及びこれを用いた画像投射装置においては、１次元型の光変調装置を組み込む光変調装置組立体において、光変調装置及び駆動部を配置する支持部材に、例えば層状の高熱伝導材料部を設ける構成とするものである。
このように、支持部材の内部に高熱伝導材料部を設けることにより、支持部材自体が比較的熱伝導率の低い材料より成る場合においても、この高熱伝導材料部の存在によって、光変調装置又は駆動部から発生する熱を排熱面、例えば裏面に効率よく伝導することができる。また、特に支持部材を薄くし、いわば光変調装置及び駆動部から排熱面までの間隔を短くする場合においても、高熱伝導材料部を内部に設けることによって横方向への熱伝導も確保し、結果的に熱を効率よく排熱面に伝えることが可能となる。したがって、光変調装置組立体の放熱性を向上することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の光変調装置組立体によれば、光変調装置組立体における光変調装置及び駆動部からの放熱性を向上することができる。
また、本発明の画像投射装置によれば、本発明による光変調装置組立体を用いることによって、その放熱性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下本発明を実施するための最良の形態の例を説明するが、本発明は以下の例に限定されるものではない。
先ず、本発明の光変調装置組立体に用いることができる1次元型の光変調装置の一例について図面を参照して説明する。
この場合、回折格子の機能を有する光変調装置を示し、その要部の概略平面構成を図１に示す。この光変調装置１３は、シリコン等の基体１２上に、例えば不純物がドーピングされたポリシリコンから成る下部電極３３と、この下部電極３３とは空間を介して対向し、両端の支持部により張架されたリボン状の第１の電極３１及び第２の電極３２とを備える構成とされる。第１及び第２の電極３１及び３２は、ＳｉＮ等の誘電体材料より成る下層とＣｕを例えば０．５重量％添加したＡｌ等より成る上層の光反射層との積層構造とされる。これら第１及び第２の電極３１及び３２と、下部電極３３との位置関係を明確にするために、第１の電極３１及び下部電極３３に斜線を付して示す。第１及び第２の電極３１及び３２は、その長手方向を矢印Ｘ、幅方向を矢印Ｙで示すように、幅方向（Ｙ方向）に交互に並置配列され、１〜数本ずつ、図示の例では３本ずつの第１の電極３１及び第２の電極３２によって、回折格子型の光変調素子が構成される。
【００１８】
ここで例えば第１の電極３１を固定電極とし、第２の電極３２を可動電極とする。そして、可動電極となる第２の電極３２を、情報に対応したオン／オフを行う共通の制御電極に、接続端子部（図示せず）を介して接続する。固定電極となる第１の電極３１は、共通のバイアス電極（図示せず）に同様に接続される。バイアス電極は、複数の第１の電極３１、例えば全ての第１の電極３１に共通とされており、バイアス電極の延在部であるバイアス電極端子部（図示せず）を介して駆動回路等の外部回路に接続され、接地される。下部電極３３も複数の光変調素子において共通とされ、下部電極３３の延在部である下部電極用端子部（図示せず）を介して駆動回路等の外部回路に接続され、接地される。なお、製造プロセス時のばらつき等を考慮して、一部の固定電極すなわち第１の電極３１に例えば光変調素子毎に、或いは共通の適切なバイアス電圧を印加してもよい。
【００１９】
なお、図１における矢印Ｂ−Ｂ線上の第１の電極３１の概略断面構成図は、前述の図９Ａにおいて説明した例と同様であり、図１における矢印Ａ−Ａ線上の第２の電極３２の概略断面構成図は、駆動状態においては、前述の図９Ｂにおいて説明した例と同様となる。
すなわち駆動状態では、接続端子部を介して外部回路からの光変調装置１３内の各電極への電圧の印加、具体的には第２の電極３２への電圧の印加、及び、下部電極３３の電圧の印加（接地）に基づき発生した第２の電極３２と下部電極３３との間に働く静電気力（クーロン力）によって、下部電極３３に向かって第２の電極３２が変位する。即ち、外部回路から接続端子部、制御電極を介して第２の電極３２へ電圧を印加し、且つ、外部回路から下部電極端子部を介して下部電極３３へ電圧を印加すると（実際には、下部電極３３は接地状態にある）、第２の電極３２と下部電極３３との間に静電気力（クーロン力）が発生する。そして、この静電気力によって、下部電極３３に向かって第２の電極３２が下方に変位する。第２の電極３２の変位前の状態では、前述の図１０Ａ又は図１１Ａにおいて説明した例と同様に、入射光を入射方向に反射し、変位後の状態では、前述の図１０Ｂ又は図１１Ｂにおいて説明した例と同様に、±1次回折光を反射する。このように、第２の電極３２の変位に基づき、第２の電極３２と第１の電極３１とによって反射型の回折格子が形成される。
【００２０】
この光変調装置１３を後述する画像投射装置に適用する場合は、光変調素子を１次元アレイ状に配置する。具体的には、第１及び第２の電極３１及び３２の矢印Ｙで示す幅方向に沿って、複数（例えば１０８０個）の光変調素子が配列され、各光変調素子に、それぞれ例えば３本ずつの第１及び第２の電極３１及び３２が並置配列される。すなわち第１及び第２の電極３１及び３２の総計は、例えば、１０８０×６（本）となる。
【００２１】
一例として、下部電極３３の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差Δｈ０及び各電極３１及び３２の寸法形状を示すと、以下の通りとなる。なお、第１の電極３１ピッチ（回折格子のピッチとなる）をｄ、隣接する第１の電極３１と第２の電極３２との間の間隔をＳＰ、第１の電極３１の幅をＷＦ、第１の電極３１の実効長さをＬＦ、第２の電極３２の幅をＷＭ、第２の電極３２の実効長さをＬＮとして示す。
Δｈ０＝８５０ｎｍ
ｄ＝８μｍ
ＳＰ＝４００ｎｍ
ＷF＝４μｍ
ＬF＝２００μｍ
ＷM＝４μｍ
ＬN＝２００μｍ
【００２２】
なお、光変調装置１３の非駆動時における第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差は、できる限り０に近い値とすることが望ましい。また、光変調装置１３の駆動時における第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差Δｈ１（第２の電極３２の下方への変位量）の最大値Δｈ１ｍａｘは、光変調素子あるいは光変調装置１３への入射光の波長をλとしたとき、
Δｈ１ｍａｘ＝λ／４
となるように設計される。また、Δｈ１ｍａｘとΔｈ０との関係は、
Δｈ１ｍａｘ≦３Δｈ０
を満足しているものとする。
このような構成において、第２の電極３２に印加する電圧を変化させることで、第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差Δｈ１（第２の電極３２の下方への変位量）を変化させることができる。そして、これによって、回折光の強度を変化させることができるので、階調制御を行うことができる。
【００２３】
次に、このような構成の光変調装置１３を組み込んだ光変調装置組立体１０の各実施形態例について、以下説明する。
〔１〕第１の実施形態例
図２は、本発明の第１の実施形態例による光変調装置組立体１０の要部の概略断面構成図である。なお、図１中矢印Ｘ及びＹで示す方向に対応する方向を、図２において矢印ｘ及びｙとして示す。この場合、光変調装置１３及び駆動部１６及び１７いわゆるドライバーチップは、支持部材２５の表面上に光変調装置１３を挟んで配置した例を示す。駆動部として例えば４つのドライバーチップを用いる場合は、駆動部１６及び１７の他、２つの駆動部を、矢印ｙで示す方向に駆動部１６及び１７に隣接して配置することができる。光変調装置１３内の各電極は、矢印ｙで示す方向（図２の紙面と直交する方向）に並置配列される。
基体１２上に形成された光変調装置１３の周囲は、図２に示すように、入射光に対して光透過性を有するガラス等より成るカバー部１５に覆われ、低融点金属材料等の封止材１４により例えば気密に接合される。カバー部１５によって覆われた空間は気密状態としてもよく、例えば温度上昇や、光変調装置１３の電極表面の変質を抑制する目的で、水素ガス、ヘリウムガス、窒素ガス、あるいは、これらの混合ガス等を封入してもよい。
【００２４】
また封止材１４よりも外側の基体１２上の表面領域には、図示しないが上述した接続端子部、下部電極端子部、バイアス電極端子部が設けられている。これらの端子部と各種電極を結ぶ配線（例えば、制御電極やバイアス電極等）は、封止材１４によっては短絡しない構造（例えば、制御電極やバイアス電極が絶縁材料で被覆された構造）となっている。
【００２５】
光変調装置１３及びその駆動を行う駆動部１６及び１７は、例えば樹脂等の接着剤２１〜２３により１５０℃程度の温度で溶融接着される。光変調装置１３と駆動部１６及び１７の接着は同時に行ってもよく、順次接着しても良い。また、図示の例のように接着剤による接着の他、ネジや押さえ込みによる接合でも可能である。
これら光変調装置１３と支持部材２５の表面上の配線構造、または、駆動部１６及び１７と支持部材２５の裏面上の配線構造とは例えばリードワイヤ３４〜３７により接続される。
【００２６】
また、支持部材２５の縁部には、光変調装置１３を配置する表面側に枠体２６及び２７、駆動部１６及び１７を配置する裏面側に枠体２８及び２９が形成される。この枠体２６〜２９は例えば後述する支持部材の製造工程中に積層形成するか、又は後から貼り付けてもよい。
そして、光変調装置１３と、駆動部１６及び１７とを埋め込むように、光透過性樹脂等より成る埋め込み樹脂２４が、熱硬化、紫外線硬化等によって形成される。
【００２７】
本発明においては、この支持部材２５の排熱面２５Ｓに排熱部２８、例えばヒートシンクを配置している。そしてこの排熱面２５Ｓの近傍に、図示の例では層状の高熱伝導材料部、この例においては金属部５１を設ける構成とする。
【００２８】
なお、上述したような端子部及び配線構造を有する支持部材２５としては、例えば３層以上の多層構成とすることができる。即ち、支持部材２５の内部に回路が形成されている態様としてもよい。このような支持部材２５は、例えば、以下に説明する方法で作製することができる。
すなわち、先ず、線膨張係数の比較的低いセラミック材料、例えばアルミナ（ＡｌＯ３、熱伝導率２９Ｗ／（ｍ・Ｋ））等より成るセラミックグリーンシートを準備し、セラミックグリーンシートに、外形打ち抜き加工、及び、パンチングによるビヤホールやスルーホール用の穴を開ける穴開け加工を施す。次いで、セラミックグリーンシートに、接続端子部、ランド部、配線等を、例えばスクリーン印刷法に基づき、例えば金パウダーを含む金属ペーストを用いて形成する。また、別のセラミックグリーンシートにも、同様に、接続端子部、ランド部、配線等を形成する。更には、必要に応じて、セラミックグリーンシートの表面にコンデンサ用材料を貼り合わせる。そして、これらのセラミックグリーンシートを、熱プレス装置を用いて積層して熱プレスし、互いに接着一体化する。このとき、表面及び裏面に枠体２６〜２９を同様に接着一体化してもよい。その後、積層されたセラミックグリーンシート及び金属ペーストを同時に焼成することで、複数の配線構造が積層された支持部材２５を得ることができる。次いで、必要に応じて、支持部材２５の表面及び裏面に、スクリーン印刷法に基づき抵抗ペーストを用いて厚膜抵抗を形成する。こうして、内部（内層）にまで回路が形成された３層以上の多層構成の支持部材２５を得ることができる。
【００２９】
そして本例にあっては、図２に示すように、ＡｌＯ３等より成る支持部材２５の内部、図示の例ではその裏面すなわち排熱面２５Ｓの近傍に、層状の金属部５１、例えばＣｕ（熱伝導率４０３Ｗ／（ｍ・Ｋ））を挟む構成とする。本実施形態例において、この金属部５１の厚さは１００ｎｍ以上１ｍｍ以下、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下の例えば１０μｍとし得る。厚くし過ぎると製造が困難となり、支持部材２５全体の厚さが大となってしまうこと、一方薄くし過ぎると熱伝導性の効果が低減してしまうことによる。またこの金属部５１を設ける位置は排熱面２５Ｓから例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下の間隔として形成し得る。金属部５１の形成方法は、支持部材２５を構成する積層材に挟み込む方法、支持部材２５内に配線として設ける方法、スパッタ、蒸着、印刷等により形成する方法など、手段は問わない。また、金属部５１の材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｂｅ、その他合金など熱伝導率の高い材料であれば、種類を問わない。
【００３０】
上述したように、例えば画像投射装置に組み込むために、光変調装置の位置精度を確保する必要性から、支持部材２５を線膨張係数が低く、したがって比較的低い熱伝導率の材料により構成する場合においては、十分な放熱性を確保することは難しい。これに対し本発明によれば、支持部材２５の内部に、高熱伝導材料部、例えば金属部を設けることによって、放熱は支持部材のみを介して排熱面に伝わるのではなく、層状の高熱伝導材料部、例えば金属部を介して横方向（排熱面に平行な面内の方向）に伝わるため、より早く平均的に排熱面に熱が伝導されることとなり、大幅に放熱性が向上する。特に、放熱性を確保するために、支持部材２５自体を薄くする場合においても、このように層状の高熱伝導部を設けることによって、横方向のへの熱伝導性を高めることにより、支持部材２５の局所的な温度上昇を避け、より均一な放熱を行うことが可能となる。
なお、このように、横方向への熱伝導を行うためには、高熱伝導材料部を例えば網目状、格子状等のように、一部に開口を設けた層状パターンとしてもよいが、より高く確実な横方向の熱伝導を確保するためには、ほぼ全面にわたって一様な層状とすることが望ましい。
【００３１】
このように、本実施形態例によれば、高熱伝導材料部として金属部を設ける構成とすることによって、確実に放熱性を向上させることができる。また、その形成方法として、支持部材の製造工程中において配線パターンを形成する工程に金属部を成膜する工程を追加するのみの簡易な製造方法により形成することが可能である。
【００３２】
〔２〕第２の実施形態例
図３は、本発明の第２の実施形態例による光変調装置組立体の概略断面構成図である。図３において、図２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この実施形態例においては、上述の第１の実施形態例と同様に、支持部材２５の排熱面２５Ｓに近接して高熱伝導材料部５３を設けるものであり、この場合、高熱伝導材料部５３の材料は金属に限定されることなく、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率材料を使用する例を示す。
【００３３】
熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率材料としては、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｂｅ、Ｓｉ、ＧａＳｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、各種セラミックなどを用いることができる。上述の第１の実施態様例と同様、形成方法は問わず、例えば上述のグリーンシート等を積層する過程においてシート間に挟み込む方法、支持部材２５内に配線として設ける方法、スパッタ、蒸着、印刷等により形成する方法などいずれでも可能である。
【００３４】
このように、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率材料の材料を支持部材２５の排熱面２５Ｓの近傍に層状に設けることによって、後述するように、確実に温度上昇を抑えることができ、放熱性を高めることができることが確認された。したがって、用いる支持部材２５の材料によって、もっとも製造方法が容易で且つコストの低いものを選定すればよいこととなる。
また、高熱伝導材料部５３を設ける場合においても、その厚さは１００ｎｍ以上１ｍｍ以下、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下の例えば１０μｍとし得る。厚くし過ぎると製造が困難となり、支持部材２５全体の厚さが大となってしまうこと、薄くし過ぎると熱伝導性の効果が低減してしまうことによる。またこの高熱伝導材料部５３においても、その位置は排熱面２５Ｓから例えば１０μｍ以上１ｍｍ以下の間隔として形成し得る。
【００３５】
〔３〕第３の実施形態例
図４は、本発明の第３の実施形態例による光変調装置組立体の概略断面構成図である。図４において、図２及び図３と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この実施形態例においては、支持部材２５の排熱面２５Ｓに近接して高熱伝導材料部として２層の金属部５１及び５２を設けるものである。なお、金属部としては、２層に限定されることなく、３層以上とすることも可能である。このように、金属部を２層以上にすることによって、各層を薄くしても全体としての熱伝導性を向上させることが可能となる。金属部５１及び５２の材料としては、上述の第１の実施形態例と同様に、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｂｅ、その他合金など熱伝導率の高い材料であれば、種類を問わない。
【００３６】
〔４〕第４の実施形態例
図５は、本発明の第４の実施形態例による光変調装置組立体の概略断面構成図である。図５において、図２〜図４と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。この実施形態例においては、支持部材２５の排熱面２５Ｓに近接して２層の高熱伝導材料部５３及び５４を設けるものである。この場合においても、高熱伝導材料部を３層以上設ける構成とすることも可能である。このように、高熱伝導材料部を２層以上とすることによって、各層を薄くしても全体としての熱伝導性を向上させることができる。高熱伝導材料部の材料としては、上述の第２の実施形態例と同様に、５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する材料であればよく、Ｃｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｍｏ、Ｂｅ、Ｓｉ、ＧａＳｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、各種セラミックなどを用いることができる。
また、以上説明した第２〜第４の実施形態例において、層状の高熱伝導材料部の形状としては、網目状、格子状等の横方向に適切な熱伝導を行うことが可能なパターンでもよく、また一様な層として形成されていてもよい。
【００３７】
以上説明したように、本発明によれば、光変調装置及び駆動部を組み込む光変調装置組立体の支持部材の排熱面近傍に、層状の高熱伝導率部を設けることにより、光変調装置及び駆動部からの放熱性を向上することが可能となる。支持部材として線膨張係数の低い材料を用いて、光変調装置の高い位置精度安定性を維持するとともに、高い放熱性を実現することができて、低線膨張係数と高熱伝導率を両立する安価な材料の光変調装置組立体を提供することができることとなる。特に、後述する画像投射装置に用いる場合においても、例えば画質を向上させるためにレーザ照射量を高くしても、光変調装置及び駆動部の放熱性を確保できることから、その劣化を抑えることができ、特性の安定した光変調装置組立対を提供することができる。
【００３８】
図６においては、従来構成の光変調装置組立体、すなわち支持部材をアルミナのみより構成した場合において、その裏面に対して光変調装置の表面及び駆動部表面の温度上昇を測定した結果を示す。
一方、図７は、本発明の第１の実施形態例における光変調装置組立体において、同様に支持部材の裏面に対して、光変調装置の表面及び駆動部の表面の温度上昇を測定した結果を示す。図６及び図７において、領域Ｓ１及びＳ３は駆動部１６及び１７の表面、領域Ｓ２は光変調装置の表面を示す。図６及び図７を比較して明らかなように、本発明構成による光変調装置組立体においては、熱伝導率を高めることによって温度上昇を抑えることができ、放熱性向上の効果が得られることがわかる。
【００３９】
また、図８は、支持部材中に設ける高熱伝導材料部の材料を変化させて熱伝導度を変えた各光変調装置組立体において、−２０℃から８０℃の温度変化を、各３０分１０００サイクル行う温度サイクル信頼性試験を行った場合の温度上昇を示す。熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の材料を用いることによって、温度上昇を１０℃以下に抑えられることがわかる。
したがって、高熱伝導材料部としては、熱伝導率が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の材料であることが望ましい。
【００４０】
また、従来構成の光変調装置組立体と、上述の第1の実施形態例と同様の構成による本の光変調装置組立体において、光変調装置の長手方向（長軸方向）と、幅方向（短軸方向）とにおける最大位置変動量の変化を測定した。この結果を図９に示す。
図９から明らかなように、本発明においては、低線膨張係数の支持部材の一部に熱伝導率の高い材料、すなわち比較的線膨張係数の大きい材料を形成するにもかかわらず、最大位置変動量が殆ど変わらず、位置変動に対して影響がないことが確認できた。
【００４１】
また、従来の光変調装置組立体のコストを１００％とすると、低線膨張係数の材料であるアルミナのみによって支持部材を構成した場合はコストが１３０％に上昇するが、上述したように、例えば一部にＣｕより成る金属部を高熱伝導材料部として設ける場合は、コストを従来と同様に１００％程度に抑えることが可能である。その他の比較的低コストの高熱伝導材料部を設ける場合、同様に、支持部材のコストの低減化を図ることが可能となることはいうまでもない。
【００４２】
次に、本発明の光変調装置組立体を備えた画像投射装置の一実施形態例について説明する。図１０にこの実施形態例による画像投射装置の概略構成図を示す。
この場合、上述した本発明構成の光変調装置組立体を３つ備えた画像投射装置を示す。即ち、この画像投射装置１５０は、その光変調部１３０に、例えば光の３原色である赤色光（破線で示す）、緑色光（実線で示す）、青色光（一点鎖線で示す）を射出する例えば半導体レーザ等を備えた光源１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂ、ミラー１１１〜１１６、光変調装置組立体１１０Ｒ、１１０Ｇ及び１１０Ｂ、各色光の光軸を合成するＬ型プリズム等より成る色合成部１１７を有し、投射光学系１４０としてレンズ１１８、空間フィルター１１９、スキャンミラー、例えばガルバノミラーより成る走査光学系１２０を備えた構成とされる。
【００４３】
このような構成において、光源１００Ｒ、１００Ｇ及び１００Ｂから射出された光ＬＲ、ＬＧ及びＬＢはそれぞれ、円筒レンズ等の集光レンズ（図示せず）、ミラー１１１、１１３及び１１５を介して光変調装置組立体１１０Ｒ、１１０Ｇ及び１１０Ｂに入射される。なお、集光レンズを円筒レンズとすることによって、図１において示す矢印Ｘで示す長手方向には所定のスポットサイズに集光され、矢印Ｙで示す幅方向には所定幅にコリメートされたコリメート光を光変調装置組立体１１０Ｒ、１１０Ｇ及び１１０Ｂに照射することができる。これらの光変調装置組立体１１０Ｒ、１１０Ｇ及び１１０Ｂによって、所定の画像情報に対応して回折により変調された各色光は、ミラー１１２、１１４及び１１６を介して光軸を合成するＬ型プリズム等より成る色合成部１１７に入射される。この色合成部１１７において光軸を合成された光ＬＦは、レンズ１１８及び空間フィルター１１９を通過して、結像レンズ（図示せず）を介して走査光学系１２０に入射される。空間フィルター１１９は、例えばフーリエ面に配置する。走査光学系１２０として例えばガルバノスキャナーを用いる場合、図７に示すように、矢印ｒで示すように動かすことによって、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３・・・で示すように光が走査される。走査方向を矢印Ｓｃで示す。このように走査された光をスクリーン１２１に投影することによって、１次元型の光変調装置により情報に対応して変調された線状の光が、スクリーン１２１上において２次元画像となって表示される。
【００４４】
なお、このような画像投射装置にあっては、上述した光変調装置内の第２の電極３２が例えば図１２Ａに示すように非駆動状態である場合は、第２の電極３２及び第１の電極３１の頂面で反射された光は空間フィルター１１８で遮られる。一方、第２の電極３２が駆動されて、前述の図１２Ｂに示す駆動状態である場合は、第２の電極３２及び第１の電極３１で回折された±１次（ｍ＝±１）回折光は空間フィルター１１８を通過する。光変調装置として前述の図１３Ａ及びＢにおいて説明したいわゆるブレーズ型構成の光変調装置を用いる場合は、駆動状態では、＋１次回折光のみが空間フィルター１１８を通過する構成となる。このような構成にすることで、スクリーン１２１に投影すべき光のオン／オフ又は階調制御が行われる。すなわち、駆動部から光変調装置の第２の電極３２に印加する電圧を変化させることで、第２の電極３２の頂面と第１の電極３１の頂面の高さの差Δｈ１を変化させることができ、その結果、回折光の角度を変化させることによって空間フィルター１１８を通過する光の強度を変化させ、階調制御を行うことができる。
【００４５】
このような回折格子を利用する光変調装置は、また第１及び第２の電極の寸法形状が、光の波長に対応して非常に微小化されるので、高い解像度、高速なスイッチング動作及び広い帯域幅の表示が可能となる。更には、低い印加電圧で動作させることができるので、非常に小型化された画像投射装置を実現することが期待されている。
またこの光変調装置を用いた画像投射装置は、通常の２次元画像表示装置、例えば、液晶パネル等を用いた画像投射装置と比べて、ガルバノミラーなどによってスキャンを行うので、極めて滑らかで自然な画像表現が可能である。しかも、３原色である赤色、緑色、青色のレーザを光源とし、これらの光を混合する構成とすることが可能であり、極めて広い、自然な色再現範囲の画像を表現することができるといった、従来にはない優れた表示性能を有する。
【００４６】
そして本発明によれば、上述したように、光変調装置組立体の支持部材を比較的低い線膨張係数の材料により構成する場合においても、その排熱面近傍に層状の高熱伝導材料部、例えば金属部を設けることによって、より光変調部及び駆動部の温度上昇及び位置変動を抑えることができ、またコストの低減化を図ることができる。したがって、このような本発明構成の光変調装置組立体を用いる本発明の画像投射装置においては、光変調装置及び駆動部の放熱性を向上して画像表示特性を保ち、かつコスト高を抑制することができる。
【００４７】
なお、本発明は、上述の各実施形態例に限定されるものではなく、その他例えば光変調装置として、前述の図１４Ａ及びＢにおいて説明したような、第１及び第２の電極３１及び３２の頂面が傾斜したいわゆるブレーズ型構成とするなど、本発明構成を逸脱しない範囲において、光変調装置組立体及び画像投射装置の各部の材料、構成を変形、変更することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】光変調装置の一実施形態例の概略平面構成図である。
【図２】本発明の実施形態例による光変調装置組立体の概略断面構成図である。
【図３】本発明の実施形態例による光変調装置組立体の概略断面構成図である。
【図４】本発明の実施形態例による光変調装置組立体の概略断面構成図である。
【図５】本発明の実施形態例による光変調装置組立体の概略断面構成図である。
【図６】比較例による光変調装置組立体上の位置に対する温度上昇を示す図である。
【図７】本発明の実施形態例による光変調装置組立体上の位置に対する温度上昇を示す図である。
【図８】支持部材の熱伝導率を変化させた場合の温度サイクル信頼性試験後の位置精度の変化を示す図である。
【図９】比較例及び本発明の実施形態例による光変調装置組立体の温度サイクル信頼性試験後の位置精度変化のばらつきを示す図である。
【図１０】本発明の実施形態例による画像投射装置の一例の概略構成図である。
【図１１】光変調素子の一例の概略斜視構成図である。
【図１２】Ａは図１１に示す光変調素子の第１の電極の概略断面構成図である。Ｂは図１１に示す光変調素子の第２の電極の駆動状態における概略断面構成図である。
【図１３】Ａは光変調素子の非駆動状態の概略断面構成図である。Ｂは光変調素子の駆動状態の概略断面構成図である。
【図１４】Ａはブレーズ型構成の光変調素子の非駆動状態の概略断面構成図である。Ｂはブレーズ型構成の光変調素子の駆動状態の概略断面構成図である。
【図１５】従来の光変調装置組立体の概略断面構成図である。
【符号の説明】
【００４９】
１．光変調素子、１０．光変調装置組立体、１２．基体、１３．光変調装置、１４．封止材、１５．カバー部、１６〜１９．駆動部、２１〜２３．接着剤、２４．埋め込み樹脂、２５．支持部材、２５Ｓ．排熱面、２６．枠体、２７．枠体、２８．排熱部、３１．第１の電極、３２．第２の電極、３３．下部電極、３４〜３７．リードワイヤ、５１．金属部、５２．金属部、５３．高熱伝導材料部、５４．高熱伝導材料部、１００Ｒ．光源、１００Ｇ．光源、１００Ｂ．光源、１１０Ｒ．光変調装置組立体、１１０Ｇ．光変調装置組立体、１１０Ｂ．光変調装置組立体、１１１〜１１６．ミラー、１１７．色合成部、１１８．レンズ、１１９．空間フィルター、１２０．走査光学系、１２１．スクリーン、１３０．光変調部、１４０．投射光学系、１５０．画像投射装置
【図１】
2007233188.tif 000003
【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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【図１５】
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