(57)【要約】【課題】複雑度の高いシステムを改善し，当該システムの作製方法を改善する。【解決手段】本発明は，概して，光ビームステアリング装置と，光ビームステアリング装置を製造する方法とに関する。本発明は特に，ＲＯＡＤＭ（reconfigurable optical add drop multiplexer）等の光アド／ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）に関する。一実施形態において，光ビームステアリング装置は，第１の表面を有するスラブと，上記スラブの上記第１の表面内または上記第１の表面上に配置される，少なくとも１つのＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）素子を有する複数の光学素子と，第２の表面とを具備し，上記第２の表面による反射を介して，少なくとも１本の光ビームが，上記スラブ内において上記複数の光学素子のうち１つの光学素子から上記複数の光学素子の別の光学素子へ実質的に自由に伝播することができるように構成される。【選択図】図１ａ
2012508908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面を有するスラブと，
前記スラブの前記第１の表面内または前記第１の表面上に配置される，少なくとも１つのＬＣＯＳ（liquid crystal on silicon）素子を有する複数の光学素子と，
第２の表面とを具備し，
前記第２の表面による反射を介して，少なくとも１本の光ビームが，前記スラブ内において前記複数の光学素子のうち１つの光学素子から前記複数の光学素子の別の光学素子へ実質的に自由に伝播することができるように構成される
光ビームステアリング装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光ビームステアリング装置であって，
前記少なくとも１つのＬＣＯＳ素子は，前記ＬＣＯＳ素子アレイを含む
光ビームステアリング装置。
【請求項３】
先行の請求項のいずれか一項に記載の光ビームステアリング装置であって，
前記少なくとも１つのＬＣＯＳ素子は，ホログラフィック素子である
光ビームステアリング装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光ビームステアリング装置であって，さらに，
シリコン素子上の複数の前記シリコン素子を有する，再構成可能なホログラムを具備する
光ビームステアリング装置。
【請求項５】
先行の請求項のいずれか一項に記載の光ビームステアリング装置であって，
前記スラブは，ガラス，ＵＬＥ７９７１（商標），アクリル，シリコン，石英およびＢｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）のいずれか１つから形成される
光ビームステアリング装置。
【請求項６】
先行の請求項のいずれか一項に記載の光ビームステアリング装置であって，
前記少なくとも１本の光ビームが前記スラブ内において実質的に自由に伝播することができる前記１つの光学素子は，ＬＣＯＳ素子である
光ビームステアリング装置。
【請求項７】
先行の請求項のいずれか一項に記載の光ビームステアリング装置であって，
前記第２の表面は，前記スラブの表面である
光ビームステアリング装置。
【請求項８】
先行の請求項のいずれか一項に記載の光ビームステアリング装置であって，
前記スラブは，ペンタプリズムである
光ビームステアリング装置。
【請求項９】
先行の請求項のいずれか一項に記載の光ビームステアリング装置であって，
前記第２の表面は，前記複数の光学素子の前記別の光学素子へ前記少なくとも１本の光ビームを反射するように湾曲している，前記スラブの表面である
光ビームステアリング装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の光ビームステアリング装置であって，
前記第２の表面は，前記少なくとも１本の光ビームを受けて，前記スラブから，前記第１の表面内または前記第１の表面内上における前記複数の光学素子の前記別の光学素子へ反射するように構成される湾曲したミラーである
光ビームステアリング装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光ビームステアリング装置であって，さらに，
半導体材料から形成される基板と，
前記スラブである，光透過性材料から形成されるパネルと，
前記基板と前記パネルとの間に画定される間隙内に配置される液晶層とを具備し，
少なくとも前記基板の第１の領域に，前記基板内または前記基板上に形成される電子回路部品と電気的に連通する基板電気接点が形成され，
前記基板の前記第１の領域に対応する，前記パネルの少なくとも第１の領域に，パネル電気接点が形成され，
前記基板電気接点と，前記パネル電気接点とは互いに対して対向し，剛性の電気接続部によって互いに対して電気的に接続される
光ビームステアリング装置。
【請求項１２】
先行の請求項のいずれか一項に記載の光ビームステアリング装置を具備する，光ビームステアリング用の光アド／ドロップマルチプレクサ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の，光ビームステアリング用の光アド／ドロップマルチプレクサであって，
前記光アド／ドロップマルチプレクサは再構成可能である
光ビームステアリング用の光アド／ドロップマルチプレクサ。
【請求項１４】
請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光ビームステアリング装置の製造方法であって，
前記複数の光学素子のうち前記１つの光学素子からの前記少なくとも１本の光ビームが前記第２の表面から前記複数の光学素子のうち前記別の光学素子へ反射することができるように，ロボットによる配置，フリップチップ技術およびプリントのうち１つまたは複数を用いて，前記スラブの前記第１の表面内または前記第１の表面上において複数の光学素子を位置決めする
光ビームステアリング装置の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の，光ビームステアリング装置の製造方法であって，さらに，
前記スラブの前記第２の表面を研磨する工程を含む
光ビームステアリング装置の製造方法。
【請求項１６】
波長分割多重システムにおける選択波長切り替え用の再構成可能な光ドロップマルチプレクサであって，
入力波長分割多重信号を受信するための入力ポートと，
前記入力波長分割多重信号の波長チャネルを分離するための波長スプリッタと，
１つまたは複数の波長チャネルを伝達するためのドロップポートと，
出力波長分割多重信号を伝達するための出力ポートと，
制御信号に応じて，前記スプリッタによって分離された前記波長チャネルを前記出力ポートおよび前記ドロップポートへ反射するように構成される複数のＬＣＯＳ素子とが載置される複数の表面を有する，スラブと，
前記入力波長分割多重信号の前記波長チャネルを反射するように構成される少なくとも１つの反射面とを具備し，
前記入力波長分割多重信号の前記波長チャネルを，前記スラブ内において前記入力ポートから前記ドロップポートおよび前記出力ポートへ，前記複数のＬＣＯＳ素子および少なくとも１つの反射面を介して実質的に自由に伝播させるように構成される
波長分割多重システムにおける選択波長切り替え用の再構成可能な光ドロップマルチプレクサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，概して，光ビームステアリング装置と，光ビームステアリング装置の製造方法とに関する。本発明は特に，光ビームステアリング装置を具備するＲＯＡＤＭ（Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer）等の光アド／ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
光相関器や，高性能なコンピューティングシステム用の光配線等の複雑度の高い光学系に対する要求が高まっている。とりわけ，通信ポート間ルーティングのための光アド／ドロップマルチプレクサ，特に，再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサに対する要求が存在する。
【０００３】
表示装置のように液晶を用いる光学系は，比較的複雑度が高い。例えば，カラー液晶ディスプレイは，透過および非透過状態と，中間（グレイスケール）状態とにそれぞれ切り換わることができる赤，緑および青のサブピクセルに分割される透過性液晶ピクセルアレイを有する。液晶のさらなる用途には，例えば，プロジェクタのＬＣＯＳ（Liquid Crystal on Silicon）が含まれる。
【０００４】
本発明を理解するために，以下の開示を参照されたい。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】"High information-content projection display based on reflective LC-on-silicon light valves", R.L. Melcher, M. Ohhata, K. Enami, J. SID 6/4 (1998) p.253-256)
【非特許文献２】"Semiconductor manufacturing techniques for ferroelectric liquid crystal microdisplays", M. Handschy, Solid State Technology May 2000, 151-161
【非特許文献３】"Two-dimensional reconfigurable interconnect in a planar optics configuration", N. Collings et al., OSA Proceedings on Photonic Switching, H. Scott Hinton and Joseph W. Goodman, eds. (Optical Society of America, Washington, DC 1991), Vol.8, pp. 81-84
【非特許文献４】"Reflective liquid crystal wavefront corrector used with tilt incidence", Zhaoliang Cao, Quanquan Mu, Lifa Hu, Yonggang Liu, Zenghui Peng, and Li Xuan, Applied Optics, Vol. 47, Issue 11, pp. 1785-1789
【非特許文献５】"Five-channel surface-normal wavelength-division demultiplexer using substrate-guided waves in conjunction with a polymer-based Littrow hologram", M.M. Li and R.T. Chen, Opt. Lett. 20, (1995), 797-799
【非特許文献６】"Beam Divergence from an SMF-28 Optical Fiber", Kowalevicz, Andrew M. and Bucholtz, Frank
【非特許文献７】"Refractive-diffractive micro-optics for permutation interconnects", Opt. Eng., Vol. 33, 1550 (1994)
【非特許文献８】"High efficiency, high dispersion diffraction gratings based on total internal reflection", Opt. Lett. Vol 29, 542 (2004)
【非特許文献９】News release by JVC describing a 1.27-inch 4K2K D-ILA Device (http://pro.jvc.com/pro/pr/2007/infocomm/victor_release.html)
【非特許文献１０】Planar-Integrated Free-Space Optical Fan-Out Module for MT-Connected Fiber Ribbons, Matthias Gruber, Journal of Lightwave Technology, vol. 22, No. 9, September 2004, p.2218
【非特許文献１１】Scaling Properties of Planar Optical Interconnections, J. Jahns, S. Sinzinger, M. Testorf, Fernuniversitat-Hagen
【非特許文献１２】Compact wavelength division multiplexers and demultiplexers, Schechter R., Yaakov Amitai, Friesem A.A., Applied Optics, Vol. 41, No. 7, p. 1256, 1/3/2002
【非特許文献１３】"Reconfigurable MicroPhotonic add/drop multiplexer architecture", Ahderom, S. T., Raisi, M., Alameh, K. and Eshraghian, K. in Electronic Design, Test and Applications, 2004, DELTA 2004, Second IEEE International Workshop on 28-30 Jan 2004, page(s) 203-207
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光通信の分野では，複雑度の高いシステムの改善および当該システムの作製方法の改善が依然として必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によると，第１の表面を有するスラブと，上記スラブの上記第１の表面内または上記第１の表面上に配置される，少なくとも１つのＬＣＯＳ素子を有する複数の光学素子と，第２の表面とを具備し，上記第２の表面による反射を介して，少なくとも１本の光ビームが，上記スラブ内において上記複数の光学素子のうち１つの光学素子から上記複数の光学素子の別の光学素子へ実質的に自由に伝播することができるように構成される，光ビームステアリング装置が提供される。上記スラブは，ガラス，ＵＬＥ７９７１（商標），アクリル，シリコン，石英およびＢｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）のうちの１つから形成してもよい。
【０００８】
上記光ビームステアリング装置において，上記少なくとも１つのＬＣＯＳ素子をＬＣＯＳ素子アレイとしてもよく，上記少なくとも１つのＬＣＯＳ素子をホログラフィック素子としてもよい。したがって，上記少なくとも１つのＬＣＯＳ素子をピクセルアレイとしてもよく，有限数のピクセルを１つまたは複数のホログラフィック素子としてもよい。したがって，複数の上記ＬＣＯＳ素子，例えば，係るＬＣＯＳ素子アレイを有するホログラムを提供してもよい。本明細書全体で用いられる「ホログラム」は，当該ホログラム内の個々のＬＣＯＳ素子の制御によって再構成可能としてもよい。
【０００９】
上記第２の表面を，上記複数の光学素子の上記別の光学素子へ上記少なくとも１本の光ビームを反射するように湾曲している，上記スラブの表面として提供してもよい。代替的には，湾曲したミラーが，上記スラブから上記少なくとも１本の光ビームを受けて，上記第１の表面上の上記複数の光学素子の上記別の光学素子へ反射してもよい。
【００１０】
さらなる態様では，上記光ビームステアリング装置を具備する，光ビームステアリング用の光アド／ドロップマルチプレクサ（ＯＡＤＭ）が提供される。したがって，上記光ビームステアリング装置を用いて，光アド／ドロップマルチプレクサを実現してもよい。ここで，上記光アド／ドロップマルチプレクサは，再構成可能としてもよい（すなわち，ＲＯＡＤＭであってもよい）。
【００１１】
本発明の第２の態様によると，上記光ビームステアリング装置の製造方法であって，上記複数の光学素子のうち上記１つの光学素子からの上記少なくとも１本の光ビームが上記第２の表面から上記複数の光学素子のうち上記別の光学素子へ反射することができるように，ロボットによる配置，フリップチップ技術およびプリントのうち１つまたは複数を用いて，上記スラブの上記第１の表面内または上記第１の表面上において複数の光学素子を位置決めする方法が提供される。
【００１２】
上記光ビームステアリング装置はさらに，半導体材料から形成される基板と，上記スラブである，光透過性材料から形成されるパネルと，上記基板と上記パネルとの間に画定される間隙内に配置される液晶層とを具備してもよく，少なくとも上記基板の第１の領域に，上記基板内または上記基板上に形成される電子回路部品と電気的に連通する基板電気接点が形成され，上記基板の上記第１の領域に対応する，上記パネルの少なくとも第１の領域に，パネル電気接点が形成され，上記基板電気接点と，上記パネル電気接点とは互いに対して対向し，剛性の電気接続部によって互いに対して電気的に接続される。
【００１３】
本発明のさらに別の態様によると，波長分割多重システムにおける選択波長切り替え用の再構成可能な光ドロップマルチプレクサが提供される。当該再構成可能な光ドロップマルチプレクサは，スラブであって，入力波長分割多重信号を受信するための入力ポートと，上記入力波長分割多重信号の波長チャネルを分離するための波長スプリッタと，１つまたは複数の波長チャネルを伝達するためのドロップポートと，出力波長分割多重信号を伝達するための出力ポートと，制御信号に応じて，上記スプリッタによって分離された上記波長チャネルを上記出力ポートおよび上記ドロップポートへ反射するように構成される複数のＬＣＯＳ素子とが載置される複数の表面を有する，スラブと，上記入力波長分割多重信号の上記波長チャネルを反射するように構成される少なくとも１つの反射面とを具備し，上記入力波長分割多重信号の上記波長チャネルを，上記スラブ内において上記入力ポートから上記ドロップポートおよび上記出力ポートへ，上記複数のＬＣＯＳ素子および少なくとも１つの反射面を介して実質的に自由に伝播させるように構成される。
【００１４】
上記再構成可能な光ドロップマルチプレクサでは，さらに，１つまたは複数の波長チャネルを受けるためのアドポートの形態でアド機能を提供し，また，上記１つまたは複数の波長チャネルと，出力（エクスプレス（Express））ポートへの出力用の上記入力波長分割多重信号の選択チャネルとを結合するための結合器を提供してもよい。このようにして，再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサ（ＲＯＡＤＭ）を実現することができる。また，上記再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサに結合器を設け，実施形態によってはアドチャネルと組み合わせて，上記出力ポートを通じて，例えば，光ファイバ内へ伝播される上記波長分割多重信号を形成するために，分離された波長チャネルを再結合してもよい。ＬＣＯＳ素子は，ホログラフィックとしてもよく，ＬＣＯＳ素子アレイまたはマトリックスを含んでもよい。したがって，複数のＬＣＯＳ素子，例えば，係るＬＣＯＳ素子アレイを有するホログラムを設けてもよい。上記光ビームステアリング装置と同様に，スラブは，ガラス，ＵＬＥ７９７１（商標），アクリル，シリコン，石英またはＢｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）のうちの１つから形成してもよく，反射面を，好ましくは研磨されかつ／または湾曲した，スラブの表面として設けてもよい。代替的には，好ましくは湾曲したミラーを反射面として設けてもよい。
【００１５】
さらなる態様によると，本発明は，上述の装置およびデバイスのそれぞれに対応する方法と，上述の方法によって製造される装置と，上述の装置またはデバイスを具備するかまたは上述の方法を用いて実現されるシステムとを提供する。
【００１６】
好ましい実施形態は，添付の従属項に規定されている。
【００１７】
本発明をより良く理解するために，また，本発明を実施する方法を示すために，例として添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１ａ】シングルモードファイバコネクタとスラブとの間の鉛直方向の光結合の改良（variant）による一実施形態を示す図である。
【図１ｂ】シングルモードファイバコネクタとスラブとの間の鉛直方向の光結合の改良によるさらなる実施形態を示す図である。
【図２】シングルモードファイバコネクタとスラブとの間の鉛直方向の光結合の改良によるさらなる実施形態を示す図である。
【図３】スラブを介したシングルモードファイバコネクタに対するエクスプレスポート結合を示す図である。
【図４】既知のフリップチップ組立プロセスの，概略的なフローチャートと，イラストとを示す図である。
【図５】フリップチップによる組立体の概略的な断面図を示す図である。
【図６】ペンタプリズムを具備する再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサを示す図である。
【図７】ペンタプリズムを具備する再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサの一変更形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は，光学系構造体に対してスラブ光学系による方法（slab optics approach）を用いる。後述するように，スラブ光学系による方法は，ロバストで再現性があり，定量化に対する精度（quantifiable precision）を有するシステムの設計を可能にするという利点を有する。本発明は，特に，波長選択スイッチ等の光学系，例えば，再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサが，本明細書に記載のスラブ光学系による方法を保証するような複雑度を得ることができるようにすることを視野に入れてなされている。したがって，本明細書に記載の光ビームステアリング装置の装置実施形態を，波長選択スイッチを実現するのに用いることができる。
【００２０】
詳細には，一実施形態では，位置および／または向きに影響を受け易い素子（例えば，部品またはデバイス）を光学スラブ（板）の第１の表面（例えば，上面）に配置することができる。好適なスラブは，例えば，ガラスブロックである。特定の光ビーム（例えば，単一ビーム）が，反射を介して，さらには，可能性として，中間の素子（素子は全て第１の表面上にある）を介して，或る素子から別の素子へ伝播することができる。換言すると，少なくとも１本の光ビームが第２の表面で反射して，スラブ内において第１の表面上の素子間を自由に伝播することができる。（例えば，連続的なデバイス間におけるビームの伝播は，スラブ内において複合式のものである）。このような一実施形態は，平行なビームの伝播のためだけにスラブを用いるシステムと比較することができる。
【００２１】
第２の表面は，例えば，スラブの底面であってもよく，またはスラブの底面に面するミラーであってもよい。
【００２２】
第２の表面での全内部反射は，スラブ光学系による方法によって，「折りたたみオプティクス（folded optics）」が，１つの素子からスラブを伝播する光ビーム（複数可）に起因して連続的な素子へ反射し返されることを意味する。とりわけ，ビームは，利用可能な空間，特に，第１の表面に平行な横寸法の空間をさらに有効活用することができる。したがって，スラブ光学系による方法を用いることによって，多数のポートによって動作するように縮小化されている小型の再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサモジュール等において，デバイスを小型化し，かつ／または複雑度を高めることができる。これは，第１の表面および／または第２の表面が高度に研磨される場合に当てはまる。研磨は，上面上の素子の所望のアライメント精度を軽減し，かつ／または挿入損失をもたらす散乱を抑制するのに有効である。また，第１の表面および／または第２の表面には，反射コーティングが塗布（形成）されてもよい。
【００２３】
偏光依存性の損失を回避するために，偏光ダイバーシティ技術を採用することによって，光を２つの直交する偏光に分割し，１つまたは２つの別個のＬＣＯＳ素子上の別個のホログラフィック素子を用いることによって，例えば，それぞれがＬＣＯＳ素子を有する別個のホログラムを用いることによって，各ビームをルーティングすることができる（例えば，上述したような実施形態において，第２の表面での全内部反射を利用する場合には，例えば，偏光ダイバーシティ技術が有利である）。波長分割多重回折の偏光依存性と，全内部反射または堆積したミラーによるスラブ面での反射率とを考慮することが好ましい。代替的には，光の分割の結果として得られる２本のビームは，これら２本のビームのうちの一方の偏光を９０°だけ回転させることによって，同じ偏光方向にすることができる。
【００２４】
スラブ内の上述の伝播を鑑みて，固定導波路等の導波路特性または連続的な素子の光ファイバ接続は必要とされない。これは，導波路の必要性から付加的な製造工程，例えば，導波路エッチングまたはドーピングが必要になるという不利点を有する他のシステムとは対照的である。
【００２５】
さらなる利点として，ハイレベルな統合が可能になり，それによって，必要とされる物理的インタフェース，例えば，ファイバコネクタの点数が減るため，スラブ光学系による方法は反射を回避するのに役立つ。このような反射の低減によって，再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサ等のモジュールの臨界パラメータとなり得る挿入損失が低減される。とりわけ，スラブ光学系による方法を利用することは，連続的な素子間の光ビーム経路の実質的に全体がスラブ内に収まり，すなわち，空気に一切触れなくてもよくなり，これによって，例えば，コネクタおよび粗表面における反射損失が低減されることを意味する。
【００２６】
スラブ光学系による方法を利用することによってハイレベルな統合が可能になるため，よりロバストなデバイスを提供することも可能になる。
【００２７】
上記を鑑みて，本明細書に記載する本発明の実施形態は，例えば，スラブ光学デバイス（slab optics device）がＣバンドでの動作を目的として設計され，かつ／または複雑度および／または堅牢性に対する厳しい要求に応える必要がある光通信での利用に特に適用可能である。対照的に，ＬＣＯＳアレイは，より一般的には，本発明によって達成されるように，近赤外線，赤外線バンドまたは光通信バンドよりも可視光技術に用いられる。これらをＣバンド通信波長に好適なものとするためには，より厚い液晶層を用いればよい。
【００２８】
本実施形態の第２の表面として別個のミラーを用いない場合，スラブを実質的に平坦にして，スラブの表面での全内部反射によって，ビームを第１の表面上の後続の素子に反射し返すことができる，すなわち，第２の表面は，スラブの実質的に平坦な表面である。この場合，スラブは，有利には，図１ａ，図１ｂおよび図２に示すように，良好な平行性を有している。研磨によって，これらの表面間の平行性を向上させてもよい。
【００２９】
湾曲した第２の表面を用いる場合には，システムをより小型化することができるという利点が得られる。それゆえ，反射性の第２の表面を，例えば，スラブの曲面，好ましくは，研磨された底面としてもよい。代替的には，後続の素子へビーム（複数可）を反射する湾曲したミラーを，第１の表面に対向する，スラブの実質的に無反射表面の下に配置して，これを第２の表面としてもよい。
【００３０】
第１の表面上に載置される素子は，少なくとも１つのＬＣＯＳ素子を含んでもよい。例えば，画像を提示するためには，ＬＣＯＳ技術は，透過ではなく反射に依拠する。ＬＣＯＳデバイスは，好適な集積回路と共にシリコン基板を有することで，ピクセルアレイ用の制御電子回路を提供する。反射層（典型的には，アルミニウム）は，制御電子回路にわたって設けられる。反射層の上方の液晶層は，カラー液晶ディスプレイと同様に制御することができ，これによって，各ピクセルが，例えば，反射光の強度を制御することができる。上方の基板は，任意の所望の反射防止層を含むガラスから形成することができる。光学接着剤を用いてガラスをガラススラブに接着する場合，この反射防止層は不要である。
【００３１】
反射アーキテクチャを用いることで，シリコン（または他の半導体）基板を用いることができる。これは，シリコン処理技術を利用することによってピクセル毎に複数の電子部品を設けることができる結果として，ピクセルサイズを劇的に縮小することができることを意味する。つまり，中程度のサイズのチップ上に多数のピクセルを形成することが可能になる。従来の液晶ディスプレイに用いられていた薄膜トランジスタに比べ，シリコンＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタの性能はかなり良好であり，より複雑な制御回路を各サブピクセルに含めることができる。さらに，行および列のアクセス回路を含めることができる。ＬＣＯＳチップサイズは，対角線で約０．７インチ（約１８ｍｍ）であり，１９２０×１０８０ピクセルを担持することが可能である。さらに，光が制御電子回路を通過する必要がないため，ＬＣＯＳデバイスはより効率的に動作することが可能になる。ＬＣＯＳデバイスにおける各ピクセルのアドレシングは，ＴＦＴカラー液晶ディスプレイにおける行および列のアドレシングと同じである。
【００３２】
ＬＣＯＳチップの液晶層厚さは，１ミクロン〜５ミクロンとすることができる。
【００３３】
ＬＣＯＳチップは，ＣＭＯＳ技術を用いて形成される。これによって，ピクセルを制御するための所望の電子部品から成る非常に高密度なアレイを形成することができるため，非常に高密度なピクセルアレイを形成することができる。ＬＣＯＳチップは，例えば，現在の９０ナノメートルまたは４５ナノメートル程度の処理技術または他のディープサブミクロンシリコンＣＭＯＳ技術を用いて形成することができる。
【００３４】
一般的には，上方基板と下方基板との間隔は，ＬＣＯＳデバイスの液晶層を均一な厚さにするために，ＬＣＯＳデバイスにわたって可能な限り均一であることが有利である。
【００３５】
特に有利には，本実施形態は，複数の光ビームをステアリングするためのＬＣＯＳ素子アレイを設けるように縮小化される。このＬＣＯＳ素子アレイは，例えば，再構成可能な（例えば，プログラム可能な）光アド／ドロップマルチプレクサとして，または大容量光スイッチとして実現される。係るＬＣＯＳ素子アレイは，無数のＬＣＯＳホログラフィック素子等の素子（ピクセル）から成る高密度アレイ等のマトリックスを含む。ここで，各ホログラフィック素子は，有限数のピクセル（例えば，３２×３２）から成り，１つの波長チャネルに対して１つの素子が設けられる。より正確には，係るＬＣＯＳ素子アレイ等の複数のＬＣＯＳ素子を具備するホログラムをアレイとして設けることができる。したがって，並列したビームをステアリングするように動作可能な，高度にスケーラブルなＯＡＤＭを実現することができる。外部の供給源からの複数のビームの各々，例えば，スラブにおける各波長チャネルを，必要に応じて対応のビームをステアリングするように適切にプログラミングされた対応の素子およびホログラム素子に指向することができる。
【００３６】
また，スラブ光学系による方法によって，改善した回折光学素子およびデバイスと，ＲＯＡＤＭ等の複雑なシステムとを用いることが可能になるため，システム性能が向上する。
【００３７】
上記スラブ光学系による方法を実現するための一方法の実施形態では，一般的に非常に時間がかかる能動的なシステムアライメントではなく，精密ｘ／ｙステージによってシステム素子の配置を行う。対照的に，光学系の個々の素子は一般的に，迅速かつ／または高精度に組み立てることができない。例えば，個々のミラーが，比較的粗い傾斜能力しか有していない場合があり，これは，小型デバイスを効率良く組み立てるためにはふさわしくない。また，一般的には自由空間に配置される，このような個々の素子のキットを具備する光学系は，光路が長くなりがちであり，最小化が困難である。
【００３８】
精密ｘ／ｙステージを用いることによって，本発明のスラブ光学系（slab optics system）またはスラブ光学デバイスを，事前に計算された既知の経路長を有するように製造することが可能である。これは特に，ロボットによる第１の表面上への載置および／または素子の（例えば，格子の）プリントによって正確な位置決めが行われる場合に，達成可能である。とりわけ，素子は，自動的にアライメントされるため，アライメント用の付加的な工程が不要であり，製造プロセスが低費用になる。したがって，個別設定が必要な比較的多数の調整ブロックを必要とする他の技術と比較して，安価なデバイスを実現することができる。
【００３９】
第１のスラブ表面に対して素子を画定するのにプリントを利用する実施形態では，基板に対してプリントを行うことで，小型化をさらに進めることができる。詳細には，プリントによって，波長を広く分散させる比較的高い分解能の格子を実現することができる。結果的に，より短い経路を用いて，デバイス／システムにわたって波長を拡張することができる。したがって，より小型のシステムが実現可能である。プリント格子は，例えば，ナノインプリントリソグラフィーによって形成することができる。本スラブ光学技術によって，プリントデバイスを，自動的にアライメントされるＬＣＯＳデバイスに実装することができる。
【００４０】
光ビーム経路および／または上面上素子の正確な位置制御は，光が伝播する安定した媒体がスラブによって提供されるため，スラブ内の光路を維持することによって達成される。これは，一実施形態において，軸外ビーム（すなわち，デバイスに対する非垂直入射）が例えば，空気中の４５°の軸外ビームとして用いられる場合に，平坦なアライメントされたデバイスにおいて利用可能な位相変調を３０％だけ減少させることができるため，特に意義深いものである。表１に示すもの等のスラブ材料の好適な選択が，光線経路を変える熱膨張の事情に関して役立つであろう。
【００４１】
表１は，想定されるスラブブロック材料に関する限定的なリストを示している。なお，スラブが厚い方が経路を長くすることができるため，シリコンよりもガラスまたは石英が好ましい。スラブは，反射回数を低減しかつ横寸法を抑えることができるように十分に厚いのが理想的である。厚さは，特に，例えばフロートガラスを用いる場合，良好に平行な表面を有するように実際に作製可能なものに限定される。
【００４２】
【表１】
2012508908.tif 000003
【００４３】
Ｃｏｒｎｉｎｇ  ＵＬＥ（商標）７９７１の利用は，熱膨張率がガラスの１００分の１，すなわち，０．０６ｐｐｍ／℃（表１）であるため，特に有利である。
【００４４】
代替的には，Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）シートを用いてもよい。係る実施形態では，１０度の温度上昇に対して３ｐｐｍの膨張率であるということは，２５ｍｍ厚だったＢｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）シートの厚さが一波長または二波長ずつ増えることを意味する。これは，スラブに対する素子の配置精度の範囲内である。
【００４５】
温度変動による経路長の変化は，例えば，ＬＣＯＳのプログラマブル性を利用して，経路長の変化の原因となるＬＣＯＳ上のホログラム素子を調整することによってさらにまたは代替的に解消することができる。
【００４６】
ＬＣＯＳは，調整可能であるため，温度変動に起因するもの等のビーム経路の変化を補償するのに用いることが可能である。これを，所望のビームステアリングを実現するためにＬＣＯＳのプログラミングと組み合わせてもよい。
【００４７】
本発明の実施形態によれば，例えば，図１ａ，図１ｂおよび図２に示すようなＬＣＯＳが用いられる。ＬＣＯＳを例えば，ガラスまたは石英製のスラブ上に載置する。ＬＣＯＳをスラブ上に載置する特定の一方法は，溶融状態のはんだを用いた自発的な（natural）アライメントによるフリップチップ技術を用いることであり得る。特に有利な技術として，個別素子の，ロボットによるスラブ上への載置と，フリップチップ技術と，格子等のデバイスを形成する，スラブに対する光学的なプリントとが組み合わせて利用される。
【００４８】
本明細書に記載の全ての装置実施形態に関して，係るスラブ上にＬＣＯＳアレイ，例えば，複数の個別のＬＣＯＳホログラフィック素子を設けることによって，低費用で高密度なビームステアリングアレイを提供することができる。
【００４９】
図１ａ，図１ｂに示す実施形態では，ＭＴ１２シングルモードファイバコネクタとスラブとの間で鉛直方向の結合が行われる。図２は関連する改良である。
【００５０】
図１ａおよび図１ｂでは，格子結合器（ＧＣ）とレンズとによって，スラブとＭＴ１２シングルモードファイバコネクタとの間で光が結合される。格子結合器は，ビームを拡張させることができる。例えば，格子結合器は，光ビームステアリングデバイスの入力光を供給するファイバからの波長を拡張することができる。格子結合器を用いることで，光を正しい角度でスラブ内に送ることができ，これを波長の拡張と組み合わせることができる。出力格子結合器は，波長を結合しかつ角度を正して，光ファイバへの結合を行うことができる。
【００５１】
図２に示すように，ファイバ・オン・シリコンＶ溝（ＦＳＶＧ：Fibres on Silicon V−grooves）を用いて入力端子および／またはファイバを取り付けることができる。これには，ファイバまたはスラブ（例えば，シリコン）を損傷させることなく，しっかりとした接合がもたらされるという利点がある。
【００５２】
図１ａ，図１ｂおよび図２に示すように，スラブの上面に載置されている素子は，集光ミラー（または回折レンズタイプ素子）（ＣＭ）および／またはＬＣＯＳ，例えば，ＬＣＯＳプログラマブル回折格子を有することができる。
【００５３】
アクティブビーム偏向器をスラブ光学設計に，例えば，格子デマルチプレクサのために取り入れることができる。特に，一実施形態によれば，有利には，ＬＣＯＳのフリップチップボンディングと合わせて，スラブ光学系による方法を用いて実現されるＲＯＡＤＭを提供することができる。
【００５４】
図３に示すような光ビームステアリング装置を作製するのに好適であり得る詳細な作製方法の実施形態によると，１５５０ｎｍで推定屈折率１．４５６を有するガラス製の均一なスラブ（例えば，２５ｍｍ厚のＳｃｈｏｔｔ  Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）３３）を用いることができる。その結果，全内部反射の限界角が４３．４°となる。エッジはべベルによって，または，プリズムを光学接着剤によって直線状のエッジに接着することによって用意される。ベベル角度は，当該エッジに対して作製される，波長多重格子またはホログラムの設計に応じて算出される。
【００５５】
Ｃｏｒｎｉｎｇ（商標）ＳＭＦ２８（商標）を巻いた（populated with）ＭＴ１２ファイバリボンコネクタを，当該コネクタの２本のピンを，Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）ガラスに穿孔した孔に挿入することで鉛直方向に取り付けることができる。１５５０ｎｍのＣｏｒｎｉｎｇ（商標）ＳＭＦ２８（商標）から出射するビームは，ビームウエストが５．２５ミクロン，ビーム発散角が１００ｍｒａｄ（ミリラジアン）であるガウスビームとすることができる。
【００５６】
マイクロレンズは，ファイバからのビームの発散角を低減するように，Ｂｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）基板に対して取り付けられる。ビームの伝播距離が，スラブ内の反射経路に関して十分であるように，大口径マイクロレンズを用いることが有利である。ガラス基板を用いる１つの利点は，スラブの屈折率によって，ビームの発散が低減し，所与の幾何学形状に対して，配線長が長くなるということである。マイクロレンズベースの配線の最大伝播距離は，Πω２／λである。それゆえ，１．５５ミクロン波長のスラブの３ｃｍダブルパスの場合，マイクロレンズにおいて１００ミクロンのビームウエスト半径が必要となる。ビームクリッピングを低減するかまたは回避するために，マイクロレンズの矩形状口径の辺を３００ミクロン（またはこれ以上）にする。それゆえ，ＭＴｌ２コネクタに６本のファイバ（ファイバ間の間隔が５００ミクロンである）を巻いてもよい。マイクロレンズの直径が３００ミクロンである場合，ビームウエスト（平坦な位相フロント）が波長多重格子（ＷＤＭ）に収まることができるため，有利である。デマルチプレクサは，高分散および高効率で波長を分割することができる。例えば，全内部反射格子によって，２０ｎｍ帯域幅にわたって，ＴＭ偏光およびＴＥ偏光の両方に関して１００％に近い効率をもたらすことができる。これらの高効率に関して，入射ビームおよび回折ビームは，有利には，全内部反射条件を満たす角度である。それゆえ，格子は，図３に示すように，ｍ＝−ｌ回折次数がほぼリトロー状態で反射されるように設計してもよい。これには，標準的な手法によってＢｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）ガラスにエッチングされるサブ波長格子が必要とされる。
【００５７】
上記詳細な作製方法によって作製されるデバイスでは，スラブのエッジが６０°の傾斜にされている場合，マイクロレンズからの光は，波長多重格子に６０°で入射することになる。４５°の−１回折次数を有する全内部反射格子によって，約１ｍｒａｄ（ミリラジアン）／ｎｍの基板内で分散が起こる。この−１回折次数のものは，上面を銀でコーティングされた平凸レンズ，例えば，銀でコーティングされた平凸マイクロレンズまたは銀でコーティングされた平凸円柱レンズがスラブに接着されている，スラブの上面に伝播する。ビームは銀表面にて反射し，分散によってビームがＬＣＯＳデバイス上で十分に分離するまで，底面の銀ミラーと，上面の銀ミラーまたは銀でコーティングされた平凸レンズ（例えば，上記マイクロレンズまたは円柱レンズ）とにおいて反射しながらスラブ内でジグザグに伝播し続ける。上記十分な分離とは，各波長チャネル（他のチャネルから０．４ｎｍ分離された）が，例えば，偏向ホログラムが書き込まれているＬＣＯＳ上に３２×３２または５００×３ピクセル面積を有することを可能にするような分離である。例えば，ＬＣＯＳデバイス上の３２ピクセルが２１８μｍをカバーし，かつ全内部反射ホログラムにて回折された隣り合う２つのチャネル間の角度が０．４ｍｒａｄ（ミリラジアン）である場合，必要な伝播距離は５４５ｍｍである。代替的には，分離によって，５００×３のＬＣＯＳ上のピクセル面積がもたらされる場合，必要な伝播距離は５１ｍｍである。この場合，２５ｍｍ厚のＢｏｒｏｆｌｏａｔ（商標）基板内において，ちょうど２回反射が起きる。この伝播距離は，追加の波長多重格子を用いるかまたは同じ波長多重格子に逆反射させることで反射毎の分散を増加させることによって，短縮することが可能である。つまり，分散を増加させると，十分なチャネル分離に必要な伝播距離を短縮することができる。
【００５８】
各チャネルは，ＬＣＯＳデバイス上に専用の場所（real estate）を有している。ビームは，特別に設計されたホログラムによって鏡面反射または回折することができる。ホログラムが，隣り合うチャネルが０．４ｍｒａｄ（ミリラジアン）のインクリメントで偏向されるように，複数のチャネルに対して選択されている場合，これらの波長チャネルは，共線的に伝播することができ，大口径レンズによって集められ，シングルモードファイバの一端で合焦する。
【００５９】
上記のものは，チャネルを分岐しないが，全波長チャネルを出力（エクスプレス（Express））ポートへ送るＲＯＡＤＭの機能に対応する。チャネルの分岐は，チャネルの上記場所に指定されたホログラムがチャネルをスラブ上の異なる位置へ，すなわち，異なるシングルモードファイバへ回折する場合に起こり得る。
【００６０】
チャネルのモニタリングを改善するために，ホログラムを，回折光全体のうち少量を，ファイバ出力へ指向してモニタリングに用いるように設計してもよい。
【００６１】
マルチキャストを改善するために，ホログラムは，同量のチャネルを，選択された各出力チャネルに向かわせるものであってもよい。チャネルの上記場所に指定されたホログラムがエクスプレスポートに伝播するビームと同じ角度に光を回折する場合にチャネルの挿入が行われ得る。
【００６２】
偏向ホログラムは，焼きなまし法によって，高効率偏向，マルチキャストまたは一定比率の分割（例えば，９０％が偏向され，１０％がモニタリングチャネルに入る）のために設計してもよい。とりわけ，回折効率の最適化のために光学系に対して焼きなまし法を行うことができる。
【００６３】
図３は，スラブを介したＭＴ１２シングルモードファイバコネクタに対するエクスプレスポート結合を示す。本実施形態は，シングルモードファイバアレイ（ＳＭＦＡ）と，マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）と，波長多重格子（ＷＤＭ）と，Ｈ１およびＨ２ビーム偏向ホログラムを有するＬＣＯＳプログラムマブル回折格子とを含む。
【００６４】
さらなる一実施形態は，ＲＯＡＤＭであり，図６に示すようにペンタプリズムを備える。３つの光学部品は，全て，市場で入手可能である：ペンタプリズム（Ｅｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｂ４９−０１０），直角プリズム（right angular prism）（Ｅｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｂ４９−４１３），および反射型ホログラフィック格子（Ｎｅｗｐｏｒｔ  Ｍａｓｔｅｒ  ５１９０）。空間光変調器（ＳＬＭ）は，反射角において１°の変化を生み出すようにプログラムされている。経路が長いことによって（空間光変調器後，１７２ｍｍ），入射ビームと比較して，出射ビームに２．９ｍｍの偏差が生じる。
【００６５】
図６には，側方変位偏光ビームスプリッタ（lateral displacement polarizing beamsplitters）（Ｅｄｍｕｎｄ  Ｏｐｔｉｃｓ  Ｂ４７−５４０），４分の１波長板（Ｐ⇔Ｓ偏光），または合焦オプティクスは示していない。後者の位置および焦点距離は，入射光学組立体によって決まる。
【００６６】
図６の実施形態の利点は，以下の１つまたは複数を含む：
【００６７】
−小型：本デバイスは，３ｃｍ×４ｃｍしかなく，Ｃバンド全体を，空間光変調器のファセット（facet：小面）いっぱいの１ｃｍの「レインボー」に回折する。よって，小さい。
【００６８】
−空間光変調器に対する垂直入射：空間光変調器を出た位相制御ビーム偏向の全角度範囲は，波長または／およびファイバスイッチングに利用可能である。空間光変調器にバイアスをかけて角度偏差を補償する必要はない。
【００６９】
−ガラスファセットに対する垂直入射：光ビームは，ペンタプリズムおよび直角プリズムに，それらの各ファセットに対して９０°でまたは９０°に非常に近い角度で入射および出射する。これは，温度に起因するガラスの屈折率の変化によって生じる回折オフセットを最小化するため，非垂直入射よりも有利である。これによって，システムの温度感受性が有意義に低減される。また，垂直入射は，任意の反射防止コーティングが，非垂直入射の場合に比して広範な波長範囲にわたって有効であることを意味する。
【００７０】
−内部反射：全ての反射が，コーティングされた金ファセットによる内部反射である。これは，これらの反射の，周囲の損傷に対する感受性が低減されることを意味する。
【００７１】
−位置および角度の非感受性：入射ビームおよび出射ビームの方向が，直角プリズムの横方向（ｙ軸），縦方向（ｘ軸）または角の回転に影響されない。結果的に，製造およびアライメントの許容値が実際には非常に高くなる。これは，空間光変調器にバイアスをかけることによって入射角の変化を補償する必要があることで波長およびファイバスイッチングのダイナミックレンジが減少する平面ミラーとは異なる。
【００７２】
−任意の感受性：再構成可能な光アド／ドロップマルチプレクサの感受性は，直角プリズムの，空間光変調器表面に対する位置によって適宜制御される。ペンタプリズムに対して反射器を遠ざけたり，近付けたりすることで，感受性が高まったり，低減したりする。
【００７３】
−高角分散：角分散は，ここでは，波長の変化による角度変化率として定義され，以下の式で表される。
Δθ／Δλ＝ｍ／ｄｃｏｓθ
ここで，ｍ＝格子次数であり，ｄ＝格子周期である。入射波長分割多重信号がθ＝６７°３０’で回折格子にぶつかるため，角分散が通常（θ＝０°）の２．６倍になることを意味する。
【００７４】
−格子の高反射率：Newport Corporation (Richardson Gratings, 705 St. Paul Street, Rochester, New York 14605, USA;http://www.newport.com/)は，Ｓ偏向平面効率（S-plane efficiencies）が９４％より高い，反射型ホログラフィック格子の範囲を定めている。対照的に，Ｐ偏向平面効率（P-plane efficiencies）は，Ｃバンド範囲の１０％未満である。これは，空電（stray）Ｐ偏向平面に偏光された光が迅速に構造体外へ拡散されることを意味する。これに関して，本発明者らは，Newport Corporation product Master 5190，カタログ番号：53-^-544Hを参照している（回折次数：１；溝周波数：１１００ｇ／ｍｍ；格子タイプ：ホログラフィック平面；コーティング：アルミニウム；変調：高；推奨スペクトル領域：４００ｎｍ−１．７μｍ；Ｓ偏向平面効率およびＰ偏向平面効率曲線（効率−％対波長−μｍ）（http://gratings.newport.com/products/efficiency/effFrame.asp?sku=020|53-*-544H参照））。
【００７５】
−回折格子：上記に示した回折格子は，ペンタプリズムの全長をカバーする。このようにして，光が，この構造体を通じてその経路上で４回回折される（空間光変調器に入る前に２回，空間光変調器を出た後に２回）。しかし，格子サイズを限定することによって，回折／反射の回数を２回に減らすことも可能である。
【００７６】
−空間光変調器の位置調整：回折光の中心位置を，反射プリズムの角度をわずかに回転させることによって空間光変調器のファセットを横切って調整することができる。これを図７に示す。ここで，本発明者らは，反射したビームを左側ではなく中央で空間光変調器にぶつけるプリズムを７°だけ回転させた。図７を図６と比べると，上記回転および空間光変調器のオフセットが励起ビームの位置に影響を及ぼさないことも分かる。概して，回折波長分割多重スペクトルおよび空間光変調器は，反射プリズムを単に回転させるだけでアライメントすることができる。
【００７７】
上記のように，本発明の任意の実施形態において，フリップチップボンディングを利用して，１つまたは複数のＬＣＯＳ素子をスラブ上に載置することができる。このようにして，ＲＯＡＤＭが，スラブ光学系による方法によって実現される。特定の一フリップチップボンディング技術を，液晶デバイスおよび液晶デバイスの製造方法を参照して説明する。特にかつ単に，当該技術を本発明に適用する方法を理解し易くするために，フリップチップボンディング技術を表示デバイスのＬＣＯＳ素子のボンディングに関連して説明する。
【００７８】
フリップチップ技術は，集積回路の製造および実装において既知の技術である。このフリップチップ技術では，導体バンプ（electrical contact bump）（典型的には，はんだバンプ）を形成された金属化導体パッドを集積回路チップに設ける。これらは，プリント回路基板上の対応の導体パッドにはんだバンプを接触させ，はんだを融解し，剛性の電気接続部を集積回路チップとプリント回路基板との間に形成させることによって，（例えば）プリント回路基板に電気的に接続される。用語「フリップチップ（flip-chip）」は，従来のワイヤボンディングとは異なり，集積回路チップをプリント回路基板に対して反転させることに由来する。
【００７９】
マイクロエレクトロニックデバイスのフリップチップ実装についての次の一般参考書を参考されたい："Low Cost Flip Chip Technologies: For DCA, WLCSP, and PBGA Assemblies" by John H. Lau (McGraw-Hill Professional, 2000, ISBN 0071351418)。
【００８０】
図４は，既知のフリップチップ組立プロセスの，概略的なフローチャートと，イラストとを示している。プロセスの各工程には，１０〜２４の番号が付されている。集積回路デバイスアレイを不図示の工程によってウェハ上に形成し，これを，工程１０において切断するかまたはさいの目に切ることで集積回路チップ３０を形成する。工程１２および１４において，例えば超音波を利用してはんだバンプ３４を再融解させることによって，はんだバンプ３４を介して集積回路チップ３０を回路基板３２と電気的に接続させる。チップ３０と回路基板３２との組立体を工程１６において洗浄する。
【００８１】
典型的には，次の工程としてアンダーフィル工程を行う。チップ３０と回路基板３２とから成る組立体は，当該チップ３０と回路基板３２との間に小さな間隙を有している。工程１８においてアンダーフィル材料３６をこの小さな間隙に供給し，工程２０において硬化させて硬化アンダーフィル層３６ａを形成する。
【００８２】
代替的なプロセスでは，アンダーフィル工程１８，２０を成形工程に代えてもよい。チップ３０と回路基板３２とから成る組立体を，対応の鋳型３８内に入れ，チップ３０を囲むように成形材料を当該鋳型に注入する。工程２４において，この成形材料を硬化させ，チップをカプセル化させる。
【００８３】
アンダーフィル処理および成形処理において，はんだのみの場合と比べて，硬化アンダーフィル材料または成形材料によって，チップと回路基板との間に改善した機械的接続部が設けられる。
【００８４】
回路基板３２の代わりに，スラブ，例えば，ガラスブロックを用いる場合，上記フリップチップ処理を用いて本発明のＬＣＯＳデバイス／システムを作製してもよい。
【００８５】
図５に関連して以下に説明するフリップチップボンディングのための代替的な技術は，本発明によるデバイス／システムを製造するための，スラブ上へのＬＣＯＳの載置に広く適用可能である。この場合，以下で言及されるようなパネル５８は，本発明のようなスラブに代えられる。また，回路基板５４は，本発明の一実施形態では省略してもよい。しかし，回路基板５４を用いることで，本発明のプログラマブル素子，例えば，プログラマブルＬＣＯＳアレイを，外部の電気的制御装置と接続してもよい。また，回路基板を省略する場合，周縁領域６４と中心領域６６とから成る段形状を省略してもよい。
【００８６】
図５は，実装されたＬＣＯＳデバイス５０の一部の概略的な断面図を示す。基板５２がシリコンウェハから形成され，サブピクセル（後述する）用の制御電子回路を有する。この制御電子回路は，ディープサブミクロンプロセスを介して，例えば，９０ナノメートルまたは４５ナノメートルＣＭＯＳプロセスを介して形成される。基板５２が，回路基板５４に形成された開口５６内に配置される。ＬＣＯＳデバイスの熱管理を補助するために，ヒートシンクまたはペルティエ冷却器（図示せず）を基板５２と熱的に接触するように配置してもよい。この構成では，基板５２を回路基板５４に直接取り付ける必要はない。しかし，他の構成では，開口５６を省略して，基板を機械的に回路基板５４に取り付けることが可能である。回路基板５４によって，ＬＣＯＳデバイスをエレクトロニクスインタフェース（図示せず）に接続するための電気接続部が提供される。
【００８７】
基板の表面とパネル５８の背面との間に間隙６０を画定するように，光透過性ガラスまたは石英パネル５８が基板５２の前面にわたって設けられる。液晶は，ＬＣＯＳデバイスに関する既知の方法で間隙６０内に配置される。
【００８８】
光透過性パネル５８は，平坦な前面６２を有する。一方，その背面は，段付き形状を有しており，第１の厚さの第１の周縁領域６４と，第１の厚さよりも厚い第２の厚さの第２の中心領域６６とを提供している。厚さの相違は，光透過性パネルの背面をエッチングすることによって形成される段部６８によってもたらされる。パネルの第２の中心領域は，インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明電極を介して液晶層６０と接触している。
【００８９】
基板５２は，フリップチップ処理において既知の方法ではんだバンプ７２が形成された金属化周縁パッド７０を有する。金属化周縁パッド７０は，Ｃｒ−Ａｕから形成することができる。ＬＣＯＳデバイスを製造する際に，基板５２は，はんだバンプ７２が光透過性パネル５８の第１の周縁領域６４上の対応の金属化パッド７４と少なくともほぼ一致するように，光透過性パネル５８に対して対向するように配置される。金属化パッド７４は，Ｃｒ−Ａｕから形成することができる（Ｃｒの層がガラスパネルに接触するように形成され，Ａｕの層がこのＣｒにわたって形成される）。この段階では，間隙６０にはまだ液晶は充填されておらず，スペーサ部材７６が，間隙６０内のパネルの第２の中心領域６６の周囲に配置される。はんだバンプは，超音波によってリフロー処理される。金属化パッド７４と接触状態にある，溶融した（または部分的に溶融した）はんだバンプの表面張力効果によって，基板５２とパネル５８とが，低エネルギー構成の相互アライメントに到達するようにアライメントされる。したがって，プロセスの開始時に基板５２とパネル５８とが，光学的にアライメントされていない場合，リフロー工程によって，基板５２とパネル５８とが，十分にアライメントされた状態になる。次いで，はんだを固化することによって，基板５２とパネル５８との間に剛性の電気接続部を形成することができる。
【００９０】
間隙６０の間隔は，既知のフリップチップ処理を用いて非常に正確に制御することができ，典型的には，１μｍ〜２０μｍの範囲，好ましくは，２μｍ〜５μｍの範囲である。間隙６０の幅の均一性は，上述の理由から，ＬＣＯＳデバイスの性能にとって非常に重要なものであるため，このことはＬＣＯＳデバイスにとって驚くべき成果である。したがって，ＬＣＯＳデバイスにフリップチップ技術を適用することによって，ＬＣＯＳデバイスの大量生産に関して驚くほど効果的かつ効率的な手段が提供される。
【００９１】
リフロー処理後の基板５２と，パネル５８の第１の周縁領域６４との間の間隙の間隔は，典型的には，２０μｍより広く，例えば，約１００μｍ以上である。それゆえ，段部６８の高さは，典型的には，少なくとも１５μｍであり，通常は，約９５μｍ以上である。
【００９２】
シリコン基板５２は，典型的には，厚さが０．２５ｍｍ〜０．３８ｍｍ（約０．０１０インチ〜約０．０１５インチ）である。光透過性パネル５８は，典型的には，厚さが，エッチングの前では，０．７ｍｍ〜２ｍｍである。
【００９３】
光透過性パネルの前面には，ＬＣＯＳデバイスに関して既知の方法で，一連の反射防止コーティング（ＡＲＣ）が形成される。
【００９４】
リフロー処理後，基板とパネルとから成る組立体をアンダーフィル処理にかける。アンダーフィル材料７８を基板とパネルの第１の周縁領域６４との間の空間に流し込む。アンダーフィル材料は，スペーサ部材７６によって間隙６０に流入するのを実質的に防止される。アンダーフィル材料７８の硬化後に液晶が空間６０に充填することができるように，少なくとも１本の導管（図示せず）の口を空間６０に開けておく。スペーサ部材７６は，好ましくは，液晶に適合した材料から形成する必要があり，ＬＣＯＳデバイス用の典型的なシール材料から形成してもよい。
【００９５】
パネル５８の第１の周縁領域６４上の金属化パッド７４は，トラックを介して別の金属化パッド８０に接続される。本構成では，これらのパッド８０は，回路基板５４の対応のパッド８４にはんだバンプ８２を介して電気的に接続される。この接続は，上述したものと同様のフリップチップ処理を介して行われる。しかし，別の構成では，パネル５８と回路基板５４との間の上記電気接続部は，ワイヤボンディング技術によって形成することができる。
【００９６】
パネル５８と回路基板５４との機械的な取り付けは，基板５２とパネル５８とに関して既に述べたようなアンダーフィルによって補助することができるが，パネル５８と回路基板５４との間のアンダーフィル材料は，図５に示していない。
【００９７】
間隙６０の幅の良好な均一性を確保するために，基板５２とパネル５８との間に精密スペーサ（precision spacer）を用いることもできる。これは，特に，大きくて左右対称なＬＣＯＳデバイスに適用可能である。
【００９８】
図５の上記デバイスは，従来の液晶ディスプレイにおいて厚さが不均一である場合に液晶の電気光学的応答が不均一になって色ずれが生じることを考慮に入れて作製した。初期の捩れネマチックディスプレイでは，色分散は，捩れ構造を通じた光の偏光方向の導波（waveguiding）によって最小化された。より現代的な従来のディスプレイ（例えば，垂直配向ネマチック（ＶＡＮ：vertically aligned nematic）構造を用いる）や，ＬＣＯＳによってもたらされる位相のみのホログラフィックディスプレイは，係る捩れ構造を用いない。ＬＣＯＳに基づくホログラム投影ディスプレイまたはビーム偏向デバイスでは，厚さを精度よく制御する必要があり，よって，ホログラムが表示されないときに位相差が均一に２πである。これが達成されない場合，光は，ネマチック液晶デバイスの場合に画像の中心にあるゼロ次スポットに指向される。これらの例において，目標とされる厚さの均一性は，１００ナノメートル〜２００ナノメートルである（または，可能であれば，より良好にされる）。これは，非常に厳しい要件となる場合がある。
【００９９】
従来のＬＣＯＳデバイスおよび製造方法は，得られるデバイスの製造効率および／または性能に関して有益な成果が得られるように改善することができるか，または少なくとも変更することができる。とりわけ，フリップチップ技術のいつくかの態様をＬＣＯＳ技術と組み合わせる場合，有益な成果が得られる。
【０１００】
以下，改善された液晶デバイスを説明する。液晶デバイスは，半導体材料から形成される基板と，光透過性材料から形成されるパネルと，上記基板と上記パネルとの間に画定される間隙に配置される液晶層とを有し，上記基板の少なくとも第１の領域において，上記基板内または上記基板上において形成される電子回路部品と電気的に連通する基板電気接点が形成され，上記基板の上記第１の領域に対応する，上記パネルの少なくとも第１の領域において，パネル電気接点が形成され，上記基板電気接点と上記パネル電気接点とは互いに対して対向し，剛性の電気接続部によって互いに対して電気的に接続される。
【０１０１】
また，以下において，半導体材料から形成される基板と，光透過性材料から形成されるパネルと，上記基板と上記パネルとの間に画定される間隙に配置される液晶層とを有する液晶デバイスを製造する，改善した方法も説明する。上記基板の少なくとも第１の領域において，上記基板内または上記基板上において形成される電子回路部品と電気的に連通する基板電気接点が形成され，上記基板の上記第１の領域に対応する，上記パネルの少なくとも第１の領域において，パネル電気接点が形成され，上記方法は，上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを互いに対して対向するように配置し，上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを剛性の電気接続部を介して互いに対して電気的に接続する。
【０１０２】
したがって，上記液晶デバイスの液晶層の厚さを良好に確定された均一なものとすると同時に，基板と部品との間に確実な電気接点を提供することができる。
【０１０３】
John H．Lau著の上記一般参考書に関して，高度に開発されたフリップチップ技術をＬＣＯＳデバイスに適用することで，パネルの接点と基板の接点とを良好にアライメントすることができ，パネルと基板との間にロバストな物理的接続部を設けることができ，かつパネルと基板との間の間隙，すなわち，上記液晶層を高度に均一な厚さにすることができるという，すばらしい利点の組合せを提供することができることに留意されたい。
【０１０４】
パネルの第１の領域は，周縁領域とすることができる。パネルの第１の領域は，パネルの周囲に延伸してもよい。
【０１０５】
好ましくは，スペーサ部材が，上記液晶層と，基板の第１の領域およびパネルの第１の領域との間に形成される。スペーサ部材は，好ましくは，上記液晶デバイス内に上記液晶層を封止するのを補助する。
【０１０６】
好ましくは，アンダーフィル材料が供給されて，少なくとも部分的に上記基板電気接点と上記パネル電気接点とをカプセル化する。このアンダーフィル材料は，好ましくは硬化性材料である。アンダーフィル材料は，液状，すなわち，未硬化形態で適用して，後に硬化させてもよい。
【０１０７】
パネルは，好ましくは，上記液晶層に対応する位置に第２の領域を有する。この第２の領域は，好ましくは，上記パネルの中央部に位置する。
【０１０８】
上記基板と，上記パネルの上記第１の領域の表面との間の最小距離は，典型的には，上記基板と，上記パネルの上記第２の領域の表面との間の最小距離よりも長い。上記液晶が配置される間隙は，典型的には，上記基板と，上記パネルの上記第２の領域の表面との距離である。上記間隙の幅は，好ましくは，少なくとも１μｍである。より好ましくは，上記間隙の幅は，少なくとも２μｍである。間隙の幅は，好ましくは２０μｍ以下，より好ましくは１５μｍ以下か，または１０μｍ以下か，または５μｍ以下である。
【０１０９】
完成した液晶デバイスにおいて，上記基板と，上記パネルの上記第１の領域との間の上記間隙の間隔は，典型的には，２０μｍより広いか，５０μｍより広い。この間隔に関して好ましい範囲は，１００μｍ以上である。
【０１１０】
好ましくは，上記第１の領域と上記第２の領域との間の，上記パネルの移行領域に段部が形成される。上記段部の高さは，典型的には，少なくとも５μｍ，より好ましくは，少なくとも１０μｍ，より好ましくは，少なくとも２０μｍ，より好ましくは，少なくとも４０μｍ，より好ましくは，少なくとも６０μｍ，より好ましくは，少なくとも８０μｍ，または約１００μｍ以上である。
【０１１１】
好ましくは，半導体基板の厚さは，少なくとも０．２ｍｍである。この厚さは，好ましくは１ｍｍ以下である。好ましくは，第２の領域で測定されるパネルの厚さは，少なくとも０．５ｍｍである。この厚さは，好ましくは５ｍｍ以下であるか，または，より好ましくは２ｍｍ以下である。
【０１１２】
好ましくは，上記スペーサ部材は，上記基板と，上記パネルの上記第２の領域との間に配置される。好ましくは，上記アンダーフィル材料は，上記スペーサ部材によって，上記パネルの上記第２の領域に到達するのを実質的に防止される。
【０１１３】
好ましくは，上記基板および上記パネルはそれぞれ，矩形（または正方形）である。上記パネルの上記第１の領域は，上記矩形の少なくとも二辺の周囲に延伸することが好ましい。
【０１１４】
好ましくは，剛性の電気接続部が，溶融によって形成される。剛性の電気接続部は，溶融されるはんだバンプ接続部としてもよい。
【０１１５】
好ましくは，パネルの電気接点が，キャリア部材に電気的に接続される。パネルの電気接点とキャリア部材の電気接点との電気接続は，好ましくは，剛性の電気接続部を介して行われる。
【０１１６】
上記キャリア部材は，上記基板と一致する位置に開口を有してもよい。ヒートシンクおよび／または冷却手段を，上記開口を介して上記基板と接触するように設けてもよい。
【０１１７】
上記液晶デバイスを製造する際，上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを電気的に接続する工程において，上記基板電気接点は，始めは，上記パネル電気接点に少なくとも部分的に一致しないように配置される。上記基板電気接点は，上記電気接続部が形成される際にそれぞれ一致するようになる。
【０１１８】
好ましくは，上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを電気的に接続した後，上記液晶材料が上記基板と上記パネルとの間の上記間隙に充填される。
【０１１９】
液晶材料は，垂直配向ネマチック液晶とすることができる。
【０１２０】
好ましくは，上記アンダーフィル材料によって，上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを少なくとも部分的にカプセル化させる。好ましくは，上記アンダーフィル材料によって，上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを少なくとも部分的にカプセル化させた後，上記液晶材料が上記基板と上記パネルとの間の上記間隙に充填される。上記液晶材料に，上記アンダーフィル材料の少なくとも１つの開口を通じて上記基板と上記パネルとの間の上記間隙を充填させてもよい。上記開口は，その後封鎖してもよい。
【０１２１】
上記パネルをエッチングによって処理し，上記パネルの上記第１の領域と上記第２の領域との間で高さを異ならせることができる。
【０１２２】
図５に関連したフリップチップデバイスの上記説明に関して，デバイスおよびプロセスを以下のＥｌ〜Ｅ２７に要約することができる。
【０１２３】
Ｅ１．
半導体材料から形成される基板と，
光透過性材料から形成されるパネルと，
上記基板と上記パネルとの間に画定される間隙内に配置される液晶層とを具備し，
少なくとも上記基板の第１の領域に，上記基板内または上記基板上に形成される電子回路部品と電気的に連通する基板電気接点が形成され，
上記基板の上記第１の領域に対応する，上記基板の少なくとも第１の領域に，パネル電気接点が形成され，
上記基板電気接点と，上記パネル電気接点とは互いに対して対向し，剛性の電気接続部によって互いに対して電気的に接続される
液晶デバイス。
【０１２４】
Ｅ２．
Ｅ１に記載の液晶デバイスであって，
上記液晶デバイス内において上記液晶層の封止を補助するために，上記液晶層と，上記基板の上記第１の領域および上記パネルの第１の領域との間にスペーサ部材が形成される
液晶デバイス。
【０１２５】
Ｅ３．
Ｅ１またはＥ２に記載の液晶デバイスであって，
上記基板電気接点と，上記パネル電気接点とを少なくとも部分的に封入するアンダーフィル材料が設けられる
液晶デバイス。
【０１２６】
Ｅ４．
Ｅ１〜Ｅ３のいずれか１つに記載の液晶デバイスであって，
上記パネルは，上記液晶層に対応した位置に第２の領域を有し，
上記基板と上記パネルの上記第１の領域の表面との間の最小距離は，上記基板と上記パネルの上記第２の領域の表面との間の最小距離よりも長い
液晶デバイス。
【０１２７】
Ｅ５．
Ｅ４に記載の液晶デバイスであって，
上記パネルの上記第１の領域と上記第２の領域との間の移行領域に，段部が形成される
液晶デバイス。
【０１２８】
Ｅ６．
Ｅ４またはＥ５に記載の液晶デバイスであって，
上記基板と上記パネルの上記第１の領域の上記表面との上記最小距離は，２０μｍ以上である
液晶デバイス。
【０１２９】
Ｅ７．
Ｅ４またはＥ５のいずれか１つに記載の液晶デバイスであって，
上記基板と上記パネルの上記第１の領域の上記表面との上記最小距離は，１００μｍ以上である。
液晶デバイス。
【０１３０】
Ｅ８．
Ｅ４〜Ｅ７のいずれか１つに記載の液晶デバイスであって，
上記基板と，上記パネルの上記第２の領域の上記表面との上記最小距離は，２０μｍ未満である
液晶デバイス。
【０１３１】
Ｅ９．
Ｅ２の特徴を有する，Ｅ４〜Ｅ８のいずれか１つに記載の液晶デバイスであって，
上記スペーサ部材は，上記基板と上記パネルの上記第２の領域との間に配置される
液晶デバイス。
【０１３２】
Ｅ１０．
Ｅ４〜９のいずれか１つに記載の液晶デバイスであって，
上記アンダーフィル材料が上記パネルの上記第２の領域に到達することがスペーサ部材によって防止される
液晶デバイス。
【０１３３】
Ｅ１１．
Ｅ１〜Ｅ１０のいずれか１つに記載の液晶デバイスであって，
上記基板および上記パネルは，実質的に矩形であり，
上記パネルの上記第１の領域は，上記矩形の少なくとも二辺の周囲に延伸する
液晶デバイス。
【０１３４】
Ｅ１２．
Ｅ１〜Ｅ１１のいずれか１つに記載の液晶デバイスであって，
上記剛性の電気接続部は，溶融によって形成される
液晶デバイス。
【０１３５】
Ｅ１３．
Ｅ１〜Ｅ１２のいずれか１つに記載の液晶デバイスであって，
上記剛性の電気接続部は，溶融されるはんだバンプ接続部である
液晶デバイス。
【０１３６】
Ｅ１４．
Ｅ１〜Ｅ１３のいずれか１つに記載の液晶デバイスであって，
上記パネル上の上記電気接点は，キャリア部材に電気的に接続される
液晶デバイス。
【０１３７】
Ｅ１５．
Ｅ１４に記載の液晶デバイスであって，
上記パネルの上記電気接点と上記キャリア部材との間の電気接続は，上記剛性の電気接続部を介して行われる
液晶デバイス。
【０１３８】
Ｅ１６．
Ｅ１４またはＥ１５に記載の液晶デバイスであって，
上記キャリア部材は，上記基板に一致した位置に開口を有する
液晶デバイス。
【０１３９】
Ｅ１７．
Ｅ１６に記載の液晶デバイスであって，
ヒートシンクおよび／または冷却手段が，上記開口を介して上記基板に接触した状態で設けられる
液晶デバイス。
【０１４０】
Ｅ１８．
液晶デバイスの製造方法であって，上記液晶デバイスは，半導体材料から形成される基板と，光透過性材料から形成されるパネルと，上記基板と上記パネルとの間に画定される間隙内に配置される液晶層とを具備し，少なくとも上記基板の第１の領域に，上記基板内または上記基板上に形成される電子回路部品と電気的に連通する基板電気接点が形成され，上記基板の上記第１の領域に対応する，上記基板の少なくとも第１の領域に，パネル電気接点が形成され，上記液晶デバイスの製造方法は，
上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを互いに対して対向するように配置し
上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを，剛性の電気接続部を介して電気的に接続する
液晶デバイスの製造方法。
【０１４１】
Ｅ１９．
Ｅ１８に記載の液晶デバイスの製造方法であって，
上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを互いに対して対向するように配置する上記工程において，上記基板電気接点は，始めは，上記パネル電気接点に少なくとも部分的に一致しないように配置され，上記電気接続部が形成される際にそれぞれ一致するようになる
液晶デバイスの製造方法。
【０１４２】
Ｅ２０．
Ｅ１８またはＥ１９に記載の液晶デバイスの製造方法であって，
上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを電気的に接続した後，液晶材料が上記基板と上記パネルとの間の上記間隙に充填される
液晶デバイスの製造方法。
【０１４３】
Ｅ２１．
Ｅ１８〜Ｅ２０のいずれか一項に記載の液晶デバイスの製造方法であって，
アンダーフィル材料に，上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを少なくとも部分的に封入させる
液晶デバイスの製造方法。
【０１４４】
Ｅ２２．
Ｅ２１に記載の液晶デバイスの製造方法であって，
上記アンダーフィル材料に，上記基板電気接点と上記パネル電気接点とを少なくとも部分的に封入させた後，上記液晶材料を上記基板と上記パネルとの間の上記間隙に充填する
液晶デバイスの製造方法。
【０１４５】
Ｅ２３．
Ｅ２２に記載の液晶デバイスの製造方法であって，
上記液晶材料に，後に封鎖される，アンダーフィル材料の少なくとも１つの開口を通じて，上記基板と上記パネルとの間の上記間隙を充填させる
液晶デバイスの製造方法。
【０１４６】
Ｅ２４．
Ｅ１８〜Ｅ２３のいずれか一項に記載の液晶デバイスの製造方法であって，
上記パネルが，上記液晶層に対応する第２の領域を有し，
上記基板と上記パネルの上記第１の領域の表面との上記最小距離は，上記基板と上記パネルの上記第２の領域の表面との上記最小距離より長く，
上記パネルは，エッチングによって，上記第１の領域と上記第２の領域との高さが異なるように形成される
液晶デバイスの製造方法。
【０１４７】
Ｅ２５．
Ｅ１８〜Ｅ２４のいずれか一項に記載の液晶デバイスの製造方法であって，
上記基板電気接点上に，はんだバンプが形成される
液晶デバイスの製造方法。
【０１４８】
Ｅ２６．
Ｅ１８〜Ｅ２５のいずれか一項に記載の液晶デバイスの製造方法であって，さらに，
上記パネル電気接点をキャリア部材に剛性の電気接続部を介して電気的に接続する工程を含む
液晶デバイスの製造方法。
【０１４９】
Ｅ２７．
Ｅ２６に記載の液晶デバイスの製造方法であって，
はんだバンプがキャリア部材電気接点上に形成される
液晶デバイスの製造方法。
【０１５０】
無論，多くの他の有効な代替実施形態が当業者には想定されるであろう。本発明は，上述の実施形態に限定されず，本発明の精神および添付の特許請求の範囲内において，当業者にとって明白な変更形態を包含していることを理解されたい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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】
2012508908.tif 000011
【国際調査報告】
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2012508908.tif 000013
2012508908.tif 000014