アクチュエーター、光制御装置、電気光学装置、及び電子機器
【課題】小型化されたアクチュエーターを提供する。
【解決手段】本発明のアクチュエーター２００は、基板１８上に、いずれも櫛歯状を成し、互いの開放端側で対向する第１固定電極１１及び第２固定電極１２と、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間に配置され、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間を移動可能とされた平面視蛇行形状の可動電極１３と、を有することを特徴とする。
【解決手段】本発明のアクチュエーター２００は、基板１８上に、いずれも櫛歯状を成し、互いの開放端側で対向する第１固定電極１１及び第２固定電極１２と、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間に配置され、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間を移動可能とされた平面視蛇行形状の可動電極１３と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエーター、光制御装置、電気光学装置、及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術によるアクチュエーターを用いた光制御装置が公知である。例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device；登録商標）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）などの反射型光制御装置が実用化されていた。しかし、反射型光制御装置をプロジェクタなどの製品に適用した場合、投射表示に用いない光を適切に処理するための光路設計が複雑になるという課題があり、透過型光制御装置の開発が待たれていた。
【０００３】
一方、透過型の光制御装置としては、例えば特許文献１に記載の静電アクチュエーターを用いたものが知られていた。かかる光制御装置は、光が通過する開口部、光をオン／オフする遮蔽板、遮蔽板を駆動するアクチュエーター、及びアクチュエーターの可動部を支持するバネ構造部などを備えて構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４３６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の透過型光制御装置では、駆動力の弱い静電アクチュエーターを用いていたため、静電アクチュエーターが大型にならざるを得なかった。また、遮蔽板の側方に接続された静電アクチュエーターにより遮蔽板を水平移動させる構造であったため、光を透過させる開口領域のほかに、遮蔽板を退避させる領域と静電アクチュエーターを設置する領域と静電アクチュエーター及び遮蔽板を指示するバネ構造部を設置する領域とを確保する必要があり、そのために十分な光利用効率を得ることができないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、小型化されたアクチュエーターと、光利用効率を高めた光制御装置とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアクチュエーターは、基板上に、いずれも櫛歯状を成し、互いの開放端側で対向する第１固定電極及び第２固定電極と、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に配置され、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間を移動可能とされた平面視蛇行形状の可動電極と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、いずれも櫛歯状の第１及び第２固定電極を形成し、これらの固定電極に噛み合う蛇行形状の可動電極を用いているので、固定電極と可動電極の双方を櫛歯電極とした構成に比して大きな駆動力を得ることができ、確実に可動電極を移動させることが可能である。これにより、十分な駆動力を確保しつつアクチュエーターを小型化することが可能になる。
また、可動電極の移動範囲のうち、おおよそ半分の領域は第１固定電極と可動電極との間に電圧を印加することにより可動電極の移動を行い、残りの領域は第２固定電極と可動電極との間に電圧を印加することにより可動電極の移動を行うことができる。したがって、電極間に印加する電圧を比較的低くすることができる。
【０００９】
前記可動電極が平面視略矩形波状であることが好ましい。このような構成とすれば、櫛歯状の第１及び第２固定電極との間に形成される電界を大きくすることができ、駆動力を向上させることができる。
【００１０】
前記可動電極の前記基板と反対側の面に板状部材が設けられていることが好ましい。このような構成とすれば、上記の板状部材によって蛇行形状の可動電極の反りや曲がりを防止することができ、アクチュエーターの信頼性を向上させることができる。
【００１１】
前記可動電極の少なくとも一部が中空構造であることが好ましい。この構成によれば、可動電極を軽量化することができ、必要な駆動力を小さくすることができる。したがって、アクチュエーターのさらなる小型化に有利な構成となる。
【００１２】
前記可動電極の移動方向が、前記基板の主面に対して略平行方向であることが好ましい。この構成によれば、第１又は第２固定電極と可動電極との間に形成される電界の方向に沿った移動方向となり、大きな駆動力を得ることができる。
【００１３】
本発明の光制御装置は、先に記載のアクチュエーターと、前記可動電極と接続された遮光部材とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、小型化されたアクチュエーターにより遮光板を駆動することで、開口率を高めた光制御装置が得られる。
【００１４】
本発明の光制御装置は、基板上に、櫛歯状の第１固定電極と、前記第１固定電極と互いの開放端側で対向配置された櫛歯状の第２固定電極と、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に配置され、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間を移動可能とされた蛇行形状の可動電極と、前記基板を貫通し、前記可動電極の移動領域内に開口する貫通孔と、を有することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、いずれも櫛歯状の第１及び第２固定電極を形成し、これらの固定電極に噛み合う蛇行形状の可動電極を用いているので、固定電極と可動電極の双方を櫛歯電極とした構成に比して大きな駆動力を得ることができ、確実に可動電極を移動させることが可能である。また、可動電極の移動範囲のうち、おおよそ半分の領域は第１固定電極と可動電極との間に電圧を印加することにより可動電極の移動を行い、残りの領域は第２固定電極と可動電極との間に電圧を印加することにより可動電極の移動を行うことができる。したがって、電極間に印加する電圧を比較的低くすることができる。
この構成によれば、第１固定電極と第２固定電極との間に配置された可動電極の移動領域内に貫通孔が開口しているので、貫通孔から射出される光の通過／遮断状態を可動電極の移動によって切り換えることができる。これにより、第１及び第２固定電極の外側に貫通孔を設ける従来例に比して開口率を高めることができる。
【００１６】
前記可動電極の前記基板と反対側の面に、前記貫通孔の開口部を平面視で遮蔽可能の遮光部材が設けられていることが好ましい。この構成によれば、遮光板の移動によって貫通孔から射出される光の通過／遮断状態を切り換えることができる。遮光板は可動電極よりも大きくすることができるので、貫通孔を大きくすることが可能になり、さらに開口率を高めることが可能である。
【００１７】
本発明の電気光学装置は、先に記載の光制御装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、高開口率の透過型の電気光学装置を提供することができる。
【００１８】
本発明の電子機器は、先に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、高輝度、高コントラストの表示が可能な表示手段を具備した電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】光制御装置の一実施形態を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う位置における光制御装置の断面図。
【図３】実施形態に係る光制御装置の動作説明図。
【図４】実施形態に係る光制御装置の製造工程を示す断面図。
【図５】実施形態に係る光制御装置の製造工程を示す断面図。
【図６】アクチュエーターの一実施形態を示す平面図。
【図７】電気光学装置の一実施形態を示す図。
【図８】電子機器の一実施形態であるプロジェクターを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（光制御装置）
以下、図面を用いて本発明の光制御装置について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせている。
【００２１】
図１は、本発明の光制御装置の一実施形態を示す平面図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線に沿う位置における光制御装置の断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の光制御装置１００は、基体としての基板１８と、第１固定電極１１と、第２固定電極１２と、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間に配置された可動電極１３と、可動電極１３の移動領域内で開口する貫通孔１４と、を備えて構成されている。
【００２３】
基板１８は、例えばシリコンやガラス等からなり、その表面に遮光膜や絶縁膜が形成されたものであってもよい。基板１８には、平面視矩形状を成して基板１８を厚さ方向に貫通する貫通孔１４が形成されている。本実施形態の場合、貫通孔１４の形成領域に対応して第１固定電極１１が形成されており、貫通孔１４の側方に第２固定電極１２が形成されている。
【００２４】
第１固定電極１１及び第２固定電極１２は、例えば不純物をドープした多結晶シリコンや金属材料からなり、いずれも平面視略櫛歯状に形成されている。第１固定電極１１は、図示上下方向に延在する幹電極１１ａと、幹電極１１ａから第２固定電極１２側（図示右側）に延出された複数（図１では６本）の枝電極１１ｂとからなる。第１固定電極１１の両端に位置する枝電極１１ｂ、１１ｂの間の領域に、幹電極１１ａに沿って延びる貫通孔１４が配置されている。
第２固定電極１２は、図示上下方向に延在する幹電極１２ａと、幹電極１２ａから第１固定電極１１側に延出された複数（図１では５本）の枝電極１２ｂとからなる。
【００２５】
第１固定電極１１と第２固定電極１２とは、互いの開放端（枝電極１１ｂ、１２ｂの先端）を対向させた状態で基板１８上に配置されている。第１固定電極１１及び第２固定電極１２の長手方向（図示上下方向）において、第１固定電極１１の枝電極１１ｂと第２固定電極１２の枝電極１２ｂとが交互に配置されている。
【００２６】
第１固定電極１１の幹電極１１ａには、基板１８上に形成された配線１７ａが接続されており、第２固定電極１２の幹電極１２ａには、基板１８上に形成された配線１７ｂが接続されている。光制御装置１００の動作時には、配線１７ａ、１７ｂを介して、図示略の電位制御回路から第１固定電極１１及び第２固定電極１２に所定の電位が入力される。
【００２７】
可動電極１３は、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間に配置されており、例えば、不純物をドープした多結晶シリコンや金属材料からなる。可動電極１３は、平面視蛇行形状に形成されており、本実施形態の場合、平面視矩形波状に形成されている。可動電極１３の形状は、矩形波状に限らず、三角波状のジグザグ形状や、正弦波状のような曲線形状であってもよい。
【００２８】
可動電極１３は、互いに対向して配置された第１固定電極１１と第２固定電極１２との間の矩形波状の平面領域に沿って形成されている。そして、可動電極１３は、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間の領域を、第１固定電極１１と第２固定電極１２の対向方向（図示左右方向）に移動可能である。
【００２９】
より詳しくは、可動電極１３は、第１固定電極１１側に位置する複数の第１Ｕ形電極部１３ａと、第２固定電極１２側に位置する複数の第２Ｕ形電極部１３ｂとを相互に接続した構成を有している。第１Ｕ形電極部１３ａと第２Ｕ形電極部１３ｂとは、可動電極１３の長手方向（図示上下方向）に沿って交互に配列され、全体として矩形波状を成している。
【００３０】
第１Ｕ形電極部１３ａの外側部は、第１固定電極１１の枝電極１１ｂ、１１ｂ間に噛み合うように配置され、第１Ｕ形電極部１３ａの内側部は、第２固定電極１２の枝電極１２ｂに噛み合うように配置されている。
一方、第２Ｕ形電極部１３ｂの外側部は、第２固定電極１２の枝電極１２ｂ、１２ｂ間に噛み合うように配置され、第２Ｕ形電極部１３ｂの内側部は、第１固定電極１１の枝電極１１ｂと噛み合うように配置されている。
【００３１】
ここで、図２（ｂ）〜図２（ｆ）は、図１のＢ−Ｂ’線に沿う位置の可動電極１３の断面構造を複数例示する図である。可動電極１３は、図２（ａ）に示すように中実な構造であってもよいが、図２（ｂ）に示すように内部に空間を有する中空構造をであってもよい。さらに、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、一部に開口を有する中空構造であってもよい。さらにまた、図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示すように、２枚の壁体を接続した断面Ｌ形の構造であってもよい。
【００３２】
可動電極１３は、その全体が上記のような中空構造であってもよく、一部のみに中空構造が形成された構造であってもよい。例えば、第１Ｕ形電極部１３ａ及び第２Ｕ形電極部１３ｂのみを図２（ｂ）〜（ｆ）の中空構造とし、連結部１３ｃ、１３ｄは中実構造とすれば、可動電極１３を軽量化しつつ、弾性梁部１５ａ〜１５ｄとの接続部の強度を確保することが可能である。
【００３３】
可動電極１３の両端には、可動電極１３の矩形波状の部位から第１固定電極１１の外側に延出された連結部１３ｃ、１３ｄが形成されている。連結部１３ｃの両側（図示左右側）の側壁面には、可動電極１３の移動方向（図示左右方向）に伸縮可能な弾性梁部１５ａ、１５ｂがそれぞれ接続されている。また、連結部１３ｄの両側には、弾性梁部１５ｃ、１５ｄがそれぞれ接続されている。
弾性梁部１５ａ〜１５ｄは、平面視略矩形波状の弾性体であり、例えば不純物をドープした多結晶シリコンや金属材料からなる。
【００３４】
弾性梁部１５ａ、１５ｂの先端は、それぞれ、基板１８上に形成された支持部１６ａ、１６ｂと接続されている。また、弾性梁部１５ｃ、１５ｄの先端は、それぞれ、基板１８上に形成された支持部１６ｃ、１６ｄと接続されている。
支持部１６ａ〜１６ｄは、基板１８上に固定されており、弾性梁部１５ａ〜１５ｄは、図示左右方向に移動可能な自由端で連結部１３ｃ、１３ｄに接続されている。
支持部１６ａ〜１６ｄは、例えば不純物をドープした多結晶シリコンや金属材料からなる。
【００３５】
本実施形態の場合、支持部１６ａ及び１６ｃに、基板１８上に形成された配線１７ｃが接続されている。光制御装置１００の動作時には、配線１７ｃを介して、図示略の電位制御装置から支持部１６ａ、１６ｃに所定の電位が入力される。そして、支持部１６ａ、１６ｃから弾性梁部１５ａ、１５ｃ、及び連結部１３ｃ、１３ｄを介して、可動電極１３に上記の電位が入力される。
【００３６】
可動電極１３の平面視矩形波状の部位を覆うようにして、遮光板１９が設けられている。遮光板１９は、例えば、多結晶シリコンや金属材料などの遮光性材料からなる。遮光板１９は可動電極１３と接続されており、可動電極１３と一体に水平移動する。遮光板１９は、基板１８の裏面（図１奥側の面）から照射され、貫通孔１４を通過した光のシャッターとして機能する部材であり、所定位置で貫通孔１４を覆う大きさに形成される。
【００３７】
図２に示す断面構造を見ると、基板１８上に絶縁膜２１が形成されており、絶縁膜２１上に第１固定電極１１及び第２固定電極１２が形成されている。可動電極１３は絶縁膜２１から図示上方に離間状態で配設され、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間を水平移動可能に構成されている。可動電極１３上には、複数の支柱部１９ａを介して遮光板１９が接続されている。貫通孔１４は基板１８及び絶縁膜２１を厚さ方向（図示上下方向）に貫通して形成されている。
【００３８】
図３は、光制御装置１００の動作説明図である。図３には、図１に示す光制御装置１００の要部が拡大表示されている。
光制御装置１００は、可動電極１３及び遮光板１９を一体に水平移動させることで貫通孔１４上に遮光板１９を進退させる。これにより、貫通孔１４を介して入射する光の遮光板１９による通過／遮断状態を切り換えることで光制御を行う。
【００３９】
図３（ａ）は、光遮断状態の光制御装置１００を示す図である。図３（ａ）では、第１固定電極１１と可動電極１３との間に、電源３０によって電圧が印加されている。本実施形態の場合、第１固定電極１１が相対的に高電位、可動電極１３が相対的に低電位とされているが、電位の高低関係は逆であってもよい。すなわち、第１固定電極１１と可動電極１３との間に電位差を生じさせれば、可動電極１３を移動させることができる。なお、このときの第２固定電極１２は、可動電極１３の動作を妨げなければ任意の電位状態とすることができる。第２固定電極１２の電位は、例えば、可動電極１３と同電位とすればよく、電気的に切断された状態であってもよい。
【００４０】
このように電圧を印加すると、第１固定電極１１と可動電極１３との間の静電引力が生じ、可動電極１３が第１固定電極１１側へ引き寄せられる。そうすると、可動電極１３とともに第１固定電極１１側に移動した遮光板１９によって貫通孔１４が覆われ、貫通孔１４から射出される光が遮光板１９により遮断された状態となる。
【００４１】
一方、図３（ｂ）に示す光通過状態では、第２固定電極１２が相対的に高電位、可動電極１３が相対的に低電位となるように第２固定電極１２と可動電極１３との間に電圧を印加する。そうすると、可動電極１３が第２固定電極１２側へ引き寄せられ、遮光板１９が貫通孔１４上から後退する。これにより、貫通孔１４から射出される光が光制御装置１００を透過する状態となる。
【００４２】
このように、本実施形態の光制御装置１００は、第１固定電極１１、第２固定電極１２、及び可動電極１３の電位状態を制御することで、可動電極１３を第１固定電極１１側又は第２固定電極１２側に水平移動させ、遮光板１９によって貫通孔１４から射出される光の通過／遮断状態を切り換えることができる。
【００４３】
次に、上記実施形態の光制御装置１００の製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５に示す工程図は、図１のＡ−Ａ’線に沿う位置における各工程での状態を示す断面図である。
【００４４】
まず、図４（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる基板１８を用意し、基板１８の一面側に絶縁膜２１を形成する。絶縁膜２１は、シリコンからなる基板１８を熱酸化して形成してもよいし、ＣＶＤ法やスパッタ法などの成膜法を用いて形成してもよい。また、絶縁膜２１は、シリコン酸化物膜に限らず、シリコン窒化物やシリコン酸化窒化物膜であってもよい。
【００４５】
次いで、絶縁膜２１上に、例えばシリコン窒化物からなる犠牲層２２をパターン形成する。犠牲層２２は、光制御装置１００における可動部を基板１８から浮かせて形成するために用いられる。したがって、犠牲層２２が形成される平面領域は、図１に示した第１固定電極１１の複数の枝電極１１ｂ、第２固定電極１２の複数の枝電極１２ｂ、可動電極１３、及び弾性梁部１５ａ〜１５ｄを内包する領域である。
【００４６】
なお、実際の工程では、犠牲層２２を形成する前に、絶縁膜２１上に、図１に示した配線１７ａ〜１７ｃを形成する工程が実施される。本実施形態の場合、配線１７ｂ、１７ｃと弾性梁部１５ｃ、１５ｄが平面視で重なる位置に形成されるので、犠牲層２２は、配線１７ｂ、１７ｃの一部を覆うようにして形成される。
【００４７】
次に、図４（ｂ）に示すように、犠牲層２２及び絶縁膜２１を覆うように、導電膜２３をスパッタ法などの公知の成膜法により形成する。導電膜２３は、例えば、不純物をドープした多結晶シリコン膜である。
【００４８】
次に、図４（ｃ）に示すように、導電膜２３をフォトリソグラフィー工程でパターニングする。このパターニングにより、第１固定電極１１、第２固定電極１２、可動電極１３、弾性梁部１５ａ〜１５ｄ、及び支持部１６ａ〜１６ｄが形成される。
図示のように、第１固定電極１１及び第２固定電極１２の幹電極１１ａ、１２ａが、犠牲層２２の外側の絶縁膜２１上に形成され、幹電極１１ａ、１２ａから内側に延びる枝電極１１ｂ、１２ｂは犠牲層２２上に形成される。また、光制御装置１００の可動部である可動電極１３及び弾性梁部１５ａ〜１５ｄも犠牲層２２上に形成される。一方、支持部１６ａ〜１６ｄは、絶縁膜２１上に形成され、さらに支持部１６ａ、１６ｃは配線１７ａと一部重なって形成される。
【００４９】
次に、図４（ｄ）に示すように、基板１８上の全面に犠牲層２４を形成する。その後、犠牲層２４の表面を、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などの処理により平坦化する。犠牲層２２は、先の犠牲層２４と同様の材料を用いて形成してもよいし、異なる材料を用いて形成してもよい。犠牲層２４に犠牲層２２と異なる材料を用いる場合には、同等のエッチング速度が得られる材料を用いることが好ましい。犠牲層２４は、例えばシリコン酸化物膜やシリコン窒化物膜とすることができる。
【００５０】
次に、図４（ｅ）に示すように、犠牲層２４を貫通して可動電極１３に達するコンタクトホール２４ａを、フォトリソグラフィー工程により形成する。コンタクトホール２４ａは、遮光板１９を支持する支柱部１９ａを形成するためのものであり、遮光板１９と可動電極１３との接続信頼性を確保できる範囲で任意の大きさと個数で形成してよい。
【００５１】
次に、図５（ａ）に示すように、遮光性材料からなる遮光膜２５を、犠牲層２４上に形成する。遮光膜２５は、アルミニウムやクロムなどの金属材料やシリコンなど、遮光性を有し、可動電極１３との密着性が良好な材料を用いて形成することができる。
次に、図５（ｂ）に示すように、遮光膜２５をフォトリソグラフィー工程によりパターニングして遮光板１９を形成する。遮光板１９は支柱部１９ａを介して可動電極１３と接続されている。
【００５２】
次に、図５（ｃ）に示すように、基板１８を裏面（図示下面）からエッチングすることで、基板１８及び絶縁膜２１を厚さ方向に貫通する貫通孔１４を形成する。
次に、図５（ｄ）に示すように、フッ酸系のエッチング液やエッチングガスを用いたエッチング工程により、犠牲層２２及び犠牲層２４を除去する。これにより、基板１８上に、貫通孔１４上で水平移動可能の可動電極１３及び遮光板１９が形成される。
以上の工程により、光制御装置１００を製造することができる。
【００５３】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の光制御装置１００では、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間に水平移動可能の可動電極１３と遮光板１９を形成し、可動電極１３及び遮光板１９を貫通孔１４上に進退させることで、貫通孔１４から射出される光の通過／遮断状態を制御することができる。
【００５４】
本実施形態では、可動電極１３が、第１固定電極１１と第２固定電極１２の双方に噛み合うような平面視矩形波状に形成されている。これにより、図３に示したように、第１固定電極１１又は第２固定電極１２と、可動電極１３との間隔を比較的狭くすることができる。したがって、第１固定電極１１又は第２固定電極１２と、可動電極１３との間に作用する静電引力を大きくすることができ、小型であっても可動電極１３を確実に動作させることができる光制御装置１００を実現することができる。
【００５５】
また、貫通孔１４が、第１固定電極１１の枝電極１１ｂが配列された領域に形成されている。すなわち、アクチュエーターとして機能する第１固定電極１１、第２固定電極１２の内側に、貫通孔１４が配置されている。したがって、アクチュエーターの外側に貫通孔を形成する場合に比して、光制御装置１００の平面積を小さくすることができる。
【００５６】
また、遮光板１９が可動電極１３上に配設されており、遮光板１９もアクチュエーター（第１固定電極１１、第２固定電極１２、可動電極１３）の内側でのみ移動する。かかる構成も、光制御装置１００の小型化に寄与する。
より詳しくは、従来技術のようにアクチュエーターの外側に貫通孔が設けられている場合には、貫通孔から遮光板を後退させたときに遮光板が配置される領域（退避領域）を確保しなければならないが、本実施形態ではアクチュエーターの内側で遮光板１９が移動するため、上記の退避領域を設ける必要が無く、その結果、光制御装置１００を小型化することができる。
【００５７】
また、本実施形態の光制御装置１００では、電極１１〜１３に電位を入力しない状態において、可動電極１３が、弾性梁部１５ａ〜１５ｄによって第１固定電極１１と第２固定電極１２との中間位置に付勢されている。
これにより、遮光板１９を貫通孔１４上に進出させるときに第１固定電極１１と可動電極１３との間に印加する電圧と、遮光板１９を貫通孔１４上から後退させるときに第２固定電極１２と可動電極１３との間に印加する電圧とを、ほぼ同じ電圧とすることができ、動作制御が容易な構成を実現することができる。
【００５８】
また上記構成によれば、可動電極１３を第１固定電極１１又は第２固定電極１２に引き寄せている状態で、第１固定電極１１又は第２固定電極１２と可動電極１３への電位入力を停止すれば、弾性梁部１５ａ〜１５ｄの弾性復帰力により可動電極１３を中間位置に戻る。
かかる弾性復帰作用を利用すれば、電力を消費することなく可動電極１３を中央位置に戻せるため、可動電極１３を例えば第１固定電極１１側から第２固定電極１２側へ大きく移動させる際にも、可動電極１３を中間位置から第２固定電極１２側へ引き寄せるための電圧を印加すればよい。したがって、本実施形態の光制御装置１００では、可動電極１３を連続的に移動させる場合の印加電圧を比較的小さくすることができ、消費電力の点でも有利である。
【００５９】
また、本実施形態の光制御装置１００では、貫通孔１４上に第１固定電極１１の枝電極１１ｂが配置されている。そこで、第１固定電極１１の少なくとも枝電極１１ｂを、透明導電材料を用いて形成してもよい。このような構成とすれば、貫通孔１４から射出されて枝電極１１ｂを透過した光を利用することができ、開口率を高めることができる。
【００６０】
また本実施形態では、貫通孔１４が１つのみ形成されている構成について説明したが、貫通孔１４の形状や個数については適宜変更することができる。例えば、第１固定電極１１の枝電極１１ｂ間の各領域に独立の貫通孔１４を形成してもよい。
【００６１】
（アクチュエーター）
図６は、本発明のアクチュエータの一実施形態を示す平面図である。以下、図面を参照しつつ説明する。
なお、図６において、図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、それら共通の構成要素についての説明は適宜省略することとする。
【００６２】
本実施形態のアクチュエーター２００は、図６に示すように、基板１８上に、第１固定電極１１と、第２固定電極１２と、可動電極１３と、弾性梁部１５ａ〜１５ｄと、支持部１６ａ〜１６ｃと、を備えて構成されている。
すなわち、アクチュエーター２００は、先の実施形態の光制御装置１００において遮光板１９を移動させる駆動部をその構成要素とするものである。
【００６３】
本実施形態のアクチュエーター２００によれば、可動電極１３が、第１固定電極１１と第２固定電極１２の双方に噛み合うような平面視矩形波状に形成されている。これにより、第１固定電極１１又は第２固定電極１２と、可動電極１３との間隔を比較的狭くすることができる。したがって、第１固定電極１１又は第２固定電極１２と、可動電極１３との間に作用する静電引力を大きくすることができ、小型であっても駆動力の大きいアクチュエーターを実現することができる。
【００６４】
先の実施形態では、第１固定電極１１の形成領域に対応して貫通孔１４を設け、可動電極１３上に配設した遮光板１９により光の通過／遮断状態を制御するものとしたが、光制御装置１００の駆動部であるアクチュエーター２００は、種々の形態の光制御装置に使用することができる。
【００６５】
例えば、図６に示すように、可動電極１３の連結部１３ｄに、遮光板２９Ａを接続した構成としてもよい。また、遮光板２９Ａの可動電極１３と反対側（図示下側）に、他のアクチュエーター２００をもう１つ接続し、２個のアクチュエーター２００により遮光板２９Ａを移動させる構成としてもよい。
あるいは、図示のように、アクチュエーター２００の側方（図示右側）に遮光板２９Ｂを配置し、遮光板２９Ｂから延出された接続梁部２９ａを介して可動電極１３と接続した構成としてもよい。
【００６６】
また本実施形態のアクチュエーター２００では、図６に示すように、可動電極１３上に、板状部材３９を設けることが好ましい。このような構成とすることで、線状に形成された電極材を蛇行させた可動電極１３を、板状部材３９によって平面状に支持することができ、可動電極１３の反りや湾曲を防止することができる。
【００６７】
（電気光学装置）
図７は、先の実施形態の光制御装置１００を備えた電気光学装置４０の概略平面図である。
電気光学装置４０は、図７に示すように、基板１８と、基板１８上に形成された表示領域５０と、表示領域５０の側方に形成された駆動回路６０とを備えて構成されている。表示領域５０には、複数の光制御装置１００が平面視マトリクス状に配列されており、各々の光制御装置１００は、図示略の配線を介して駆動回路６０に接続されている。
【００６８】
本実施形態の電気光学装置４０は、光制御装置１００を画素として備えており、各々の光制御装置１００において、貫通孔１４から射出される光の通過／遮断状態を遮光板１９の水平移動によって独立に制御することができる。
【００６９】
先に説明したように、本発明に係る光制御装置１００は、貫通孔１４と遮光板１９とがアクチュエーターの平面領域内に設けられていることで、高い開口率を得ることができる。したがって、本実施形態の電気光学装置４０によれば、表示領域を構成する画素において高い開口率を得ることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、電気光学装置４０の画素として光制御装置１００を用いた場合について説明したが、上述したアクチュエーター２００を備えた光制御装置によって画素を構成してもよいのはもちろんである。
【００７１】
（電子機器）
次に、本発明の電子機器の一実施形態について説明する。
図８は、上記実施形態の電気光学装置を備えた電子機器の一例であるプロジェクターを示す図である。
【００７２】
図８に示すように、プロジェクター４００は、三原色に対応する原色光を各々出力する光源装置４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂと、透過型ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂと、ダイクロイックプリズム４４と、投射光学系４５とを備えている。
透過型ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂは、先に説明した本発明に係る電気光学装置４０からなり、透過型の光制御装置１００を画素として備えたライトバルブである。
【００７３】
光源装置４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を射出し、射出された各色光は、それぞれ透過型ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂに入射して変調される。変調された各色光は、ダイクロイックプリズム４４によって合成され、合成された光は投射光学系４５によってスクリーン等に投射される。
【００７４】
また、本実施形態のプロジェクター４００は、照度均一化光学系４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを含んでいる。照度均一化光学系４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂは、レーザー光源やＬＥＤ光源を備えた光源装置４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂから射出された出力光の照度分布を均一化する。照度均一化光学系４２Ｒは、ホログラム４２１Ｒとフィールドレンズ４２２Ｒ等により構成されている。照度均一化光学系４２Ｇ、４２Ｂは、照度均一化光学系４２Ｒと同様に、ホログラム４２１Ｇ、４２１Ｂ、フィールドレンズ４２２Ｇ、４２２Ｂを備えた構成になっている。
【００７５】
透過型ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの各々により変調された色光は、ダイクロイックプリズム４４に入射する。ダイクロイックプリズム４４は４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面（直角プリズムの表面）に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。３つの色光は、これらの誘電体多層膜によって合成され、カラー画像を表す光になる。合成された光が投射光学系４５によりスクリーンや壁等の被投射面４５０に拡大投射されることにより、投射画像が表示される。
【００７６】
本実施形態のプロジェクター４００によれば、透過型ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂとして、本発明に係る電気光学装置４０を備えているので、高輝度、高コントラストの表示が得られるプロジェクターとなっている。
【００７７】
なお、上記したプロジェクターの構成は一例であり、その構成は適宜変更することができる。例えば、プロジェクター４００では色光合成素子としてダイクロイックプリズムを用いているが、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するものや、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するもの等を用いた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１００ 光制御装置、２００ アクチュエーター、４００ プロジェクター（電子機器）、１１ 第１固定電極、１１ａ，１２ａ 幹電極、１１ｂ，１２ｂ 枝電極、１２ 第２固定電極、１３ 可動電極、１３ａ 第１Ｕ形電極部、１３ｂ 第２Ｕ形電極部、１３ｃ，１３ｄ 連結部、１４ 貫通孔、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 弾性梁部、１６ 支持部、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 配線、１８ 基板、１９，２９Ａ，２９Ｂ 遮光板、３９ 板状部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエーター、光制御装置、電気光学装置、及び電子機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）技術によるアクチュエーターを用いた光制御装置が公知である。例えば、ＤＭＤ（Digital Micromirror Device；登録商標）、ＧＬＶ（Grating Light Valve）などの反射型光制御装置が実用化されていた。しかし、反射型光制御装置をプロジェクタなどの製品に適用した場合、投射表示に用いない光を適切に処理するための光路設計が複雑になるという課題があり、透過型光制御装置の開発が待たれていた。
【０００３】
一方、透過型の光制御装置としては、例えば特許文献１に記載の静電アクチュエーターを用いたものが知られていた。かかる光制御装置は、光が通過する開口部、光をオン／オフする遮蔽板、遮蔽板を駆動するアクチュエーター、及びアクチュエーターの可動部を支持するバネ構造部などを備えて構成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−４３６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１記載の透過型光制御装置では、駆動力の弱い静電アクチュエーターを用いていたため、静電アクチュエーターが大型にならざるを得なかった。また、遮蔽板の側方に接続された静電アクチュエーターにより遮蔽板を水平移動させる構造であったため、光を透過させる開口領域のほかに、遮蔽板を退避させる領域と静電アクチュエーターを設置する領域と静電アクチュエーター及び遮蔽板を指示するバネ構造部を設置する領域とを確保する必要があり、そのために十分な光利用効率を得ることができないという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、小型化されたアクチュエーターと、光利用効率を高めた光制御装置とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアクチュエーターは、基板上に、いずれも櫛歯状を成し、互いの開放端側で対向する第１固定電極及び第２固定電極と、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に配置され、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間を移動可能とされた平面視蛇行形状の可動電極と、を有することを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、いずれも櫛歯状の第１及び第２固定電極を形成し、これらの固定電極に噛み合う蛇行形状の可動電極を用いているので、固定電極と可動電極の双方を櫛歯電極とした構成に比して大きな駆動力を得ることができ、確実に可動電極を移動させることが可能である。これにより、十分な駆動力を確保しつつアクチュエーターを小型化することが可能になる。
また、可動電極の移動範囲のうち、おおよそ半分の領域は第１固定電極と可動電極との間に電圧を印加することにより可動電極の移動を行い、残りの領域は第２固定電極と可動電極との間に電圧を印加することにより可動電極の移動を行うことができる。したがって、電極間に印加する電圧を比較的低くすることができる。
【０００９】
前記可動電極が平面視略矩形波状であることが好ましい。このような構成とすれば、櫛歯状の第１及び第２固定電極との間に形成される電界を大きくすることができ、駆動力を向上させることができる。
【００１０】
前記可動電極の前記基板と反対側の面に板状部材が設けられていることが好ましい。このような構成とすれば、上記の板状部材によって蛇行形状の可動電極の反りや曲がりを防止することができ、アクチュエーターの信頼性を向上させることができる。
【００１１】
前記可動電極の少なくとも一部が中空構造であることが好ましい。この構成によれば、可動電極を軽量化することができ、必要な駆動力を小さくすることができる。したがって、アクチュエーターのさらなる小型化に有利な構成となる。
【００１２】
前記可動電極の移動方向が、前記基板の主面に対して略平行方向であることが好ましい。この構成によれば、第１又は第２固定電極と可動電極との間に形成される電界の方向に沿った移動方向となり、大きな駆動力を得ることができる。
【００１３】
本発明の光制御装置は、先に記載のアクチュエーターと、前記可動電極と接続された遮光部材とを備えたことを特徴とする。
この構成によれば、小型化されたアクチュエーターにより遮光板を駆動することで、開口率を高めた光制御装置が得られる。
【００１４】
本発明の光制御装置は、基板上に、櫛歯状の第１固定電極と、前記第１固定電極と互いの開放端側で対向配置された櫛歯状の第２固定電極と、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に配置され、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間を移動可能とされた蛇行形状の可動電極と、前記基板を貫通し、前記可動電極の移動領域内に開口する貫通孔と、を有することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、いずれも櫛歯状の第１及び第２固定電極を形成し、これらの固定電極に噛み合う蛇行形状の可動電極を用いているので、固定電極と可動電極の双方を櫛歯電極とした構成に比して大きな駆動力を得ることができ、確実に可動電極を移動させることが可能である。また、可動電極の移動範囲のうち、おおよそ半分の領域は第１固定電極と可動電極との間に電圧を印加することにより可動電極の移動を行い、残りの領域は第２固定電極と可動電極との間に電圧を印加することにより可動電極の移動を行うことができる。したがって、電極間に印加する電圧を比較的低くすることができる。
この構成によれば、第１固定電極と第２固定電極との間に配置された可動電極の移動領域内に貫通孔が開口しているので、貫通孔から射出される光の通過／遮断状態を可動電極の移動によって切り換えることができる。これにより、第１及び第２固定電極の外側に貫通孔を設ける従来例に比して開口率を高めることができる。
【００１６】
前記可動電極の前記基板と反対側の面に、前記貫通孔の開口部を平面視で遮蔽可能の遮光部材が設けられていることが好ましい。この構成によれば、遮光板の移動によって貫通孔から射出される光の通過／遮断状態を切り換えることができる。遮光板は可動電極よりも大きくすることができるので、貫通孔を大きくすることが可能になり、さらに開口率を高めることが可能である。
【００１７】
本発明の電気光学装置は、先に記載の光制御装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、高開口率の透過型の電気光学装置を提供することができる。
【００１８】
本発明の電子機器は、先に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、高輝度、高コントラストの表示が可能な表示手段を具備した電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】光制御装置の一実施形態を示す平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ’線に沿う位置における光制御装置の断面図。
【図３】実施形態に係る光制御装置の動作説明図。
【図４】実施形態に係る光制御装置の製造工程を示す断面図。
【図５】実施形態に係る光制御装置の製造工程を示す断面図。
【図６】アクチュエーターの一実施形態を示す平面図。
【図７】電気光学装置の一実施形態を示す図。
【図８】電子機器の一実施形態であるプロジェクターを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（光制御装置）
以下、図面を用いて本発明の光制御装置について説明する。
なお、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせている。
【００２１】
図１は、本発明の光制御装置の一実施形態を示す平面図である。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’線に沿う位置における光制御装置の断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本実施形態の光制御装置１００は、基体としての基板１８と、第１固定電極１１と、第２固定電極１２と、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間に配置された可動電極１３と、可動電極１３の移動領域内で開口する貫通孔１４と、を備えて構成されている。
【００２３】
基板１８は、例えばシリコンやガラス等からなり、その表面に遮光膜や絶縁膜が形成されたものであってもよい。基板１８には、平面視矩形状を成して基板１８を厚さ方向に貫通する貫通孔１４が形成されている。本実施形態の場合、貫通孔１４の形成領域に対応して第１固定電極１１が形成されており、貫通孔１４の側方に第２固定電極１２が形成されている。
【００２４】
第１固定電極１１及び第２固定電極１２は、例えば不純物をドープした多結晶シリコンや金属材料からなり、いずれも平面視略櫛歯状に形成されている。第１固定電極１１は、図示上下方向に延在する幹電極１１ａと、幹電極１１ａから第２固定電極１２側（図示右側）に延出された複数（図１では６本）の枝電極１１ｂとからなる。第１固定電極１１の両端に位置する枝電極１１ｂ、１１ｂの間の領域に、幹電極１１ａに沿って延びる貫通孔１４が配置されている。
第２固定電極１２は、図示上下方向に延在する幹電極１２ａと、幹電極１２ａから第１固定電極１１側に延出された複数（図１では５本）の枝電極１２ｂとからなる。
【００２５】
第１固定電極１１と第２固定電極１２とは、互いの開放端（枝電極１１ｂ、１２ｂの先端）を対向させた状態で基板１８上に配置されている。第１固定電極１１及び第２固定電極１２の長手方向（図示上下方向）において、第１固定電極１１の枝電極１１ｂと第２固定電極１２の枝電極１２ｂとが交互に配置されている。
【００２６】
第１固定電極１１の幹電極１１ａには、基板１８上に形成された配線１７ａが接続されており、第２固定電極１２の幹電極１２ａには、基板１８上に形成された配線１７ｂが接続されている。光制御装置１００の動作時には、配線１７ａ、１７ｂを介して、図示略の電位制御回路から第１固定電極１１及び第２固定電極１２に所定の電位が入力される。
【００２７】
可動電極１３は、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間に配置されており、例えば、不純物をドープした多結晶シリコンや金属材料からなる。可動電極１３は、平面視蛇行形状に形成されており、本実施形態の場合、平面視矩形波状に形成されている。可動電極１３の形状は、矩形波状に限らず、三角波状のジグザグ形状や、正弦波状のような曲線形状であってもよい。
【００２８】
可動電極１３は、互いに対向して配置された第１固定電極１１と第２固定電極１２との間の矩形波状の平面領域に沿って形成されている。そして、可動電極１３は、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間の領域を、第１固定電極１１と第２固定電極１２の対向方向（図示左右方向）に移動可能である。
【００２９】
より詳しくは、可動電極１３は、第１固定電極１１側に位置する複数の第１Ｕ形電極部１３ａと、第２固定電極１２側に位置する複数の第２Ｕ形電極部１３ｂとを相互に接続した構成を有している。第１Ｕ形電極部１３ａと第２Ｕ形電極部１３ｂとは、可動電極１３の長手方向（図示上下方向）に沿って交互に配列され、全体として矩形波状を成している。
【００３０】
第１Ｕ形電極部１３ａの外側部は、第１固定電極１１の枝電極１１ｂ、１１ｂ間に噛み合うように配置され、第１Ｕ形電極部１３ａの内側部は、第２固定電極１２の枝電極１２ｂに噛み合うように配置されている。
一方、第２Ｕ形電極部１３ｂの外側部は、第２固定電極１２の枝電極１２ｂ、１２ｂ間に噛み合うように配置され、第２Ｕ形電極部１３ｂの内側部は、第１固定電極１１の枝電極１１ｂと噛み合うように配置されている。
【００３１】
ここで、図２（ｂ）〜図２（ｆ）は、図１のＢ−Ｂ’線に沿う位置の可動電極１３の断面構造を複数例示する図である。可動電極１３は、図２（ａ）に示すように中実な構造であってもよいが、図２（ｂ）に示すように内部に空間を有する中空構造をであってもよい。さらに、図２（ｃ）及び図２（ｄ）に示すように、一部に開口を有する中空構造であってもよい。さらにまた、図２（ｅ）及び図２（ｆ）に示すように、２枚の壁体を接続した断面Ｌ形の構造であってもよい。
【００３２】
可動電極１３は、その全体が上記のような中空構造であってもよく、一部のみに中空構造が形成された構造であってもよい。例えば、第１Ｕ形電極部１３ａ及び第２Ｕ形電極部１３ｂのみを図２（ｂ）〜（ｆ）の中空構造とし、連結部１３ｃ、１３ｄは中実構造とすれば、可動電極１３を軽量化しつつ、弾性梁部１５ａ〜１５ｄとの接続部の強度を確保することが可能である。
【００３３】
可動電極１３の両端には、可動電極１３の矩形波状の部位から第１固定電極１１の外側に延出された連結部１３ｃ、１３ｄが形成されている。連結部１３ｃの両側（図示左右側）の側壁面には、可動電極１３の移動方向（図示左右方向）に伸縮可能な弾性梁部１５ａ、１５ｂがそれぞれ接続されている。また、連結部１３ｄの両側には、弾性梁部１５ｃ、１５ｄがそれぞれ接続されている。
弾性梁部１５ａ〜１５ｄは、平面視略矩形波状の弾性体であり、例えば不純物をドープした多結晶シリコンや金属材料からなる。
【００３４】
弾性梁部１５ａ、１５ｂの先端は、それぞれ、基板１８上に形成された支持部１６ａ、１６ｂと接続されている。また、弾性梁部１５ｃ、１５ｄの先端は、それぞれ、基板１８上に形成された支持部１６ｃ、１６ｄと接続されている。
支持部１６ａ〜１６ｄは、基板１８上に固定されており、弾性梁部１５ａ〜１５ｄは、図示左右方向に移動可能な自由端で連結部１３ｃ、１３ｄに接続されている。
支持部１６ａ〜１６ｄは、例えば不純物をドープした多結晶シリコンや金属材料からなる。
【００３５】
本実施形態の場合、支持部１６ａ及び１６ｃに、基板１８上に形成された配線１７ｃが接続されている。光制御装置１００の動作時には、配線１７ｃを介して、図示略の電位制御装置から支持部１６ａ、１６ｃに所定の電位が入力される。そして、支持部１６ａ、１６ｃから弾性梁部１５ａ、１５ｃ、及び連結部１３ｃ、１３ｄを介して、可動電極１３に上記の電位が入力される。
【００３６】
可動電極１３の平面視矩形波状の部位を覆うようにして、遮光板１９が設けられている。遮光板１９は、例えば、多結晶シリコンや金属材料などの遮光性材料からなる。遮光板１９は可動電極１３と接続されており、可動電極１３と一体に水平移動する。遮光板１９は、基板１８の裏面（図１奥側の面）から照射され、貫通孔１４を通過した光のシャッターとして機能する部材であり、所定位置で貫通孔１４を覆う大きさに形成される。
【００３７】
図２に示す断面構造を見ると、基板１８上に絶縁膜２１が形成されており、絶縁膜２１上に第１固定電極１１及び第２固定電極１２が形成されている。可動電極１３は絶縁膜２１から図示上方に離間状態で配設され、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間を水平移動可能に構成されている。可動電極１３上には、複数の支柱部１９ａを介して遮光板１９が接続されている。貫通孔１４は基板１８及び絶縁膜２１を厚さ方向（図示上下方向）に貫通して形成されている。
【００３８】
図３は、光制御装置１００の動作説明図である。図３には、図１に示す光制御装置１００の要部が拡大表示されている。
光制御装置１００は、可動電極１３及び遮光板１９を一体に水平移動させることで貫通孔１４上に遮光板１９を進退させる。これにより、貫通孔１４を介して入射する光の遮光板１９による通過／遮断状態を切り換えることで光制御を行う。
【００３９】
図３（ａ）は、光遮断状態の光制御装置１００を示す図である。図３（ａ）では、第１固定電極１１と可動電極１３との間に、電源３０によって電圧が印加されている。本実施形態の場合、第１固定電極１１が相対的に高電位、可動電極１３が相対的に低電位とされているが、電位の高低関係は逆であってもよい。すなわち、第１固定電極１１と可動電極１３との間に電位差を生じさせれば、可動電極１３を移動させることができる。なお、このときの第２固定電極１２は、可動電極１３の動作を妨げなければ任意の電位状態とすることができる。第２固定電極１２の電位は、例えば、可動電極１３と同電位とすればよく、電気的に切断された状態であってもよい。
【００４０】
このように電圧を印加すると、第１固定電極１１と可動電極１３との間の静電引力が生じ、可動電極１３が第１固定電極１１側へ引き寄せられる。そうすると、可動電極１３とともに第１固定電極１１側に移動した遮光板１９によって貫通孔１４が覆われ、貫通孔１４から射出される光が遮光板１９により遮断された状態となる。
【００４１】
一方、図３（ｂ）に示す光通過状態では、第２固定電極１２が相対的に高電位、可動電極１３が相対的に低電位となるように第２固定電極１２と可動電極１３との間に電圧を印加する。そうすると、可動電極１３が第２固定電極１２側へ引き寄せられ、遮光板１９が貫通孔１４上から後退する。これにより、貫通孔１４から射出される光が光制御装置１００を透過する状態となる。
【００４２】
このように、本実施形態の光制御装置１００は、第１固定電極１１、第２固定電極１２、及び可動電極１３の電位状態を制御することで、可動電極１３を第１固定電極１１側又は第２固定電極１２側に水平移動させ、遮光板１９によって貫通孔１４から射出される光の通過／遮断状態を切り換えることができる。
【００４３】
次に、上記実施形態の光制御装置１００の製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５に示す工程図は、図１のＡ−Ａ’線に沿う位置における各工程での状態を示す断面図である。
【００４４】
まず、図４（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる基板１８を用意し、基板１８の一面側に絶縁膜２１を形成する。絶縁膜２１は、シリコンからなる基板１８を熱酸化して形成してもよいし、ＣＶＤ法やスパッタ法などの成膜法を用いて形成してもよい。また、絶縁膜２１は、シリコン酸化物膜に限らず、シリコン窒化物やシリコン酸化窒化物膜であってもよい。
【００４５】
次いで、絶縁膜２１上に、例えばシリコン窒化物からなる犠牲層２２をパターン形成する。犠牲層２２は、光制御装置１００における可動部を基板１８から浮かせて形成するために用いられる。したがって、犠牲層２２が形成される平面領域は、図１に示した第１固定電極１１の複数の枝電極１１ｂ、第２固定電極１２の複数の枝電極１２ｂ、可動電極１３、及び弾性梁部１５ａ〜１５ｄを内包する領域である。
【００４６】
なお、実際の工程では、犠牲層２２を形成する前に、絶縁膜２１上に、図１に示した配線１７ａ〜１７ｃを形成する工程が実施される。本実施形態の場合、配線１７ｂ、１７ｃと弾性梁部１５ｃ、１５ｄが平面視で重なる位置に形成されるので、犠牲層２２は、配線１７ｂ、１７ｃの一部を覆うようにして形成される。
【００４７】
次に、図４（ｂ）に示すように、犠牲層２２及び絶縁膜２１を覆うように、導電膜２３をスパッタ法などの公知の成膜法により形成する。導電膜２３は、例えば、不純物をドープした多結晶シリコン膜である。
【００４８】
次に、図４（ｃ）に示すように、導電膜２３をフォトリソグラフィー工程でパターニングする。このパターニングにより、第１固定電極１１、第２固定電極１２、可動電極１３、弾性梁部１５ａ〜１５ｄ、及び支持部１６ａ〜１６ｄが形成される。
図示のように、第１固定電極１１及び第２固定電極１２の幹電極１１ａ、１２ａが、犠牲層２２の外側の絶縁膜２１上に形成され、幹電極１１ａ、１２ａから内側に延びる枝電極１１ｂ、１２ｂは犠牲層２２上に形成される。また、光制御装置１００の可動部である可動電極１３及び弾性梁部１５ａ〜１５ｄも犠牲層２２上に形成される。一方、支持部１６ａ〜１６ｄは、絶縁膜２１上に形成され、さらに支持部１６ａ、１６ｃは配線１７ａと一部重なって形成される。
【００４９】
次に、図４（ｄ）に示すように、基板１８上の全面に犠牲層２４を形成する。その後、犠牲層２４の表面を、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などの処理により平坦化する。犠牲層２２は、先の犠牲層２４と同様の材料を用いて形成してもよいし、異なる材料を用いて形成してもよい。犠牲層２４に犠牲層２２と異なる材料を用いる場合には、同等のエッチング速度が得られる材料を用いることが好ましい。犠牲層２４は、例えばシリコン酸化物膜やシリコン窒化物膜とすることができる。
【００５０】
次に、図４（ｅ）に示すように、犠牲層２４を貫通して可動電極１３に達するコンタクトホール２４ａを、フォトリソグラフィー工程により形成する。コンタクトホール２４ａは、遮光板１９を支持する支柱部１９ａを形成するためのものであり、遮光板１９と可動電極１３との接続信頼性を確保できる範囲で任意の大きさと個数で形成してよい。
【００５１】
次に、図５（ａ）に示すように、遮光性材料からなる遮光膜２５を、犠牲層２４上に形成する。遮光膜２５は、アルミニウムやクロムなどの金属材料やシリコンなど、遮光性を有し、可動電極１３との密着性が良好な材料を用いて形成することができる。
次に、図５（ｂ）に示すように、遮光膜２５をフォトリソグラフィー工程によりパターニングして遮光板１９を形成する。遮光板１９は支柱部１９ａを介して可動電極１３と接続されている。
【００５２】
次に、図５（ｃ）に示すように、基板１８を裏面（図示下面）からエッチングすることで、基板１８及び絶縁膜２１を厚さ方向に貫通する貫通孔１４を形成する。
次に、図５（ｄ）に示すように、フッ酸系のエッチング液やエッチングガスを用いたエッチング工程により、犠牲層２２及び犠牲層２４を除去する。これにより、基板１８上に、貫通孔１４上で水平移動可能の可動電極１３及び遮光板１９が形成される。
以上の工程により、光制御装置１００を製造することができる。
【００５３】
以上、詳細に説明したように、本実施形態の光制御装置１００では、第１固定電極１１と第２固定電極１２との間に水平移動可能の可動電極１３と遮光板１９を形成し、可動電極１３及び遮光板１９を貫通孔１４上に進退させることで、貫通孔１４から射出される光の通過／遮断状態を制御することができる。
【００５４】
本実施形態では、可動電極１３が、第１固定電極１１と第２固定電極１２の双方に噛み合うような平面視矩形波状に形成されている。これにより、図３に示したように、第１固定電極１１又は第２固定電極１２と、可動電極１３との間隔を比較的狭くすることができる。したがって、第１固定電極１１又は第２固定電極１２と、可動電極１３との間に作用する静電引力を大きくすることができ、小型であっても可動電極１３を確実に動作させることができる光制御装置１００を実現することができる。
【００５５】
また、貫通孔１４が、第１固定電極１１の枝電極１１ｂが配列された領域に形成されている。すなわち、アクチュエーターとして機能する第１固定電極１１、第２固定電極１２の内側に、貫通孔１４が配置されている。したがって、アクチュエーターの外側に貫通孔を形成する場合に比して、光制御装置１００の平面積を小さくすることができる。
【００５６】
また、遮光板１９が可動電極１３上に配設されており、遮光板１９もアクチュエーター（第１固定電極１１、第２固定電極１２、可動電極１３）の内側でのみ移動する。かかる構成も、光制御装置１００の小型化に寄与する。
より詳しくは、従来技術のようにアクチュエーターの外側に貫通孔が設けられている場合には、貫通孔から遮光板を後退させたときに遮光板が配置される領域（退避領域）を確保しなければならないが、本実施形態ではアクチュエーターの内側で遮光板１９が移動するため、上記の退避領域を設ける必要が無く、その結果、光制御装置１００を小型化することができる。
【００５７】
また、本実施形態の光制御装置１００では、電極１１〜１３に電位を入力しない状態において、可動電極１３が、弾性梁部１５ａ〜１５ｄによって第１固定電極１１と第２固定電極１２との中間位置に付勢されている。
これにより、遮光板１９を貫通孔１４上に進出させるときに第１固定電極１１と可動電極１３との間に印加する電圧と、遮光板１９を貫通孔１４上から後退させるときに第２固定電極１２と可動電極１３との間に印加する電圧とを、ほぼ同じ電圧とすることができ、動作制御が容易な構成を実現することができる。
【００５８】
また上記構成によれば、可動電極１３を第１固定電極１１又は第２固定電極１２に引き寄せている状態で、第１固定電極１１又は第２固定電極１２と可動電極１３への電位入力を停止すれば、弾性梁部１５ａ〜１５ｄの弾性復帰力により可動電極１３を中間位置に戻る。
かかる弾性復帰作用を利用すれば、電力を消費することなく可動電極１３を中央位置に戻せるため、可動電極１３を例えば第１固定電極１１側から第２固定電極１２側へ大きく移動させる際にも、可動電極１３を中間位置から第２固定電極１２側へ引き寄せるための電圧を印加すればよい。したがって、本実施形態の光制御装置１００では、可動電極１３を連続的に移動させる場合の印加電圧を比較的小さくすることができ、消費電力の点でも有利である。
【００５９】
また、本実施形態の光制御装置１００では、貫通孔１４上に第１固定電極１１の枝電極１１ｂが配置されている。そこで、第１固定電極１１の少なくとも枝電極１１ｂを、透明導電材料を用いて形成してもよい。このような構成とすれば、貫通孔１４から射出されて枝電極１１ｂを透過した光を利用することができ、開口率を高めることができる。
【００６０】
また本実施形態では、貫通孔１４が１つのみ形成されている構成について説明したが、貫通孔１４の形状や個数については適宜変更することができる。例えば、第１固定電極１１の枝電極１１ｂ間の各領域に独立の貫通孔１４を形成してもよい。
【００６１】
（アクチュエーター）
図６は、本発明のアクチュエータの一実施形態を示す平面図である。以下、図面を参照しつつ説明する。
なお、図６において、図１と共通の構成要素には同一の符号を付し、それら共通の構成要素についての説明は適宜省略することとする。
【００６２】
本実施形態のアクチュエーター２００は、図６に示すように、基板１８上に、第１固定電極１１と、第２固定電極１２と、可動電極１３と、弾性梁部１５ａ〜１５ｄと、支持部１６ａ〜１６ｃと、を備えて構成されている。
すなわち、アクチュエーター２００は、先の実施形態の光制御装置１００において遮光板１９を移動させる駆動部をその構成要素とするものである。
【００６３】
本実施形態のアクチュエーター２００によれば、可動電極１３が、第１固定電極１１と第２固定電極１２の双方に噛み合うような平面視矩形波状に形成されている。これにより、第１固定電極１１又は第２固定電極１２と、可動電極１３との間隔を比較的狭くすることができる。したがって、第１固定電極１１又は第２固定電極１２と、可動電極１３との間に作用する静電引力を大きくすることができ、小型であっても駆動力の大きいアクチュエーターを実現することができる。
【００６４】
先の実施形態では、第１固定電極１１の形成領域に対応して貫通孔１４を設け、可動電極１３上に配設した遮光板１９により光の通過／遮断状態を制御するものとしたが、光制御装置１００の駆動部であるアクチュエーター２００は、種々の形態の光制御装置に使用することができる。
【００６５】
例えば、図６に示すように、可動電極１３の連結部１３ｄに、遮光板２９Ａを接続した構成としてもよい。また、遮光板２９Ａの可動電極１３と反対側（図示下側）に、他のアクチュエーター２００をもう１つ接続し、２個のアクチュエーター２００により遮光板２９Ａを移動させる構成としてもよい。
あるいは、図示のように、アクチュエーター２００の側方（図示右側）に遮光板２９Ｂを配置し、遮光板２９Ｂから延出された接続梁部２９ａを介して可動電極１３と接続した構成としてもよい。
【００６６】
また本実施形態のアクチュエーター２００では、図６に示すように、可動電極１３上に、板状部材３９を設けることが好ましい。このような構成とすることで、線状に形成された電極材を蛇行させた可動電極１３を、板状部材３９によって平面状に支持することができ、可動電極１３の反りや湾曲を防止することができる。
【００６７】
（電気光学装置）
図７は、先の実施形態の光制御装置１００を備えた電気光学装置４０の概略平面図である。
電気光学装置４０は、図７に示すように、基板１８と、基板１８上に形成された表示領域５０と、表示領域５０の側方に形成された駆動回路６０とを備えて構成されている。表示領域５０には、複数の光制御装置１００が平面視マトリクス状に配列されており、各々の光制御装置１００は、図示略の配線を介して駆動回路６０に接続されている。
【００６８】
本実施形態の電気光学装置４０は、光制御装置１００を画素として備えており、各々の光制御装置１００において、貫通孔１４から射出される光の通過／遮断状態を遮光板１９の水平移動によって独立に制御することができる。
【００６９】
先に説明したように、本発明に係る光制御装置１００は、貫通孔１４と遮光板１９とがアクチュエーターの平面領域内に設けられていることで、高い開口率を得ることができる。したがって、本実施形態の電気光学装置４０によれば、表示領域を構成する画素において高い開口率を得ることができる。
【００７０】
なお、本実施形態では、電気光学装置４０の画素として光制御装置１００を用いた場合について説明したが、上述したアクチュエーター２００を備えた光制御装置によって画素を構成してもよいのはもちろんである。
【００７１】
（電子機器）
次に、本発明の電子機器の一実施形態について説明する。
図８は、上記実施形態の電気光学装置を備えた電子機器の一例であるプロジェクターを示す図である。
【００７２】
図８に示すように、プロジェクター４００は、三原色に対応する原色光を各々出力する光源装置４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂと、透過型ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂと、ダイクロイックプリズム４４と、投射光学系４５とを備えている。
透過型ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂは、先に説明した本発明に係る電気光学装置４０からなり、透過型の光制御装置１００を画素として備えたライトバルブである。
【００７３】
光源装置４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂは、それぞれ赤色光、緑色光、青色光を射出し、射出された各色光は、それぞれ透過型ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂに入射して変調される。変調された各色光は、ダイクロイックプリズム４４によって合成され、合成された光は投射光学系４５によってスクリーン等に投射される。
【００７４】
また、本実施形態のプロジェクター４００は、照度均一化光学系４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂを含んでいる。照度均一化光学系４２Ｒ、４２Ｇ、４２Ｂは、レーザー光源やＬＥＤ光源を備えた光源装置４１Ｒ、４１Ｇ、４１Ｂから射出された出力光の照度分布を均一化する。照度均一化光学系４２Ｒは、ホログラム４２１Ｒとフィールドレンズ４２２Ｒ等により構成されている。照度均一化光学系４２Ｇ、４２Ｂは、照度均一化光学系４２Ｒと同様に、ホログラム４２１Ｇ、４２１Ｂ、フィールドレンズ４２２Ｇ、４２２Ｂを備えた構成になっている。
【００７５】
透過型ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂの各々により変調された色光は、ダイクロイックプリズム４４に入射する。ダイクロイックプリズム４４は４つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面（直角プリズムの表面）に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。３つの色光は、これらの誘電体多層膜によって合成され、カラー画像を表す光になる。合成された光が投射光学系４５によりスクリーンや壁等の被投射面４５０に拡大投射されることにより、投射画像が表示される。
【００７６】
本実施形態のプロジェクター４００によれば、透過型ライトバルブ４０Ｒ、４０Ｇ、４０Ｂとして、本発明に係る電気光学装置４０を備えているので、高輝度、高コントラストの表示が得られるプロジェクターとなっている。
【００７７】
なお、上記したプロジェクターの構成は一例であり、その構成は適宜変更することができる。例えば、プロジェクター４００では色光合成素子としてダイクロイックプリズムを用いているが、ダイクロイックミラーをクロス配置とし色光を合成するものや、ダイクロイックミラーを平行に配置し色光を合成するもの等を用いた構成としてもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１００ 光制御装置、２００ アクチュエーター、４００ プロジェクター（電子機器）、１１ 第１固定電極、１１ａ，１２ａ 幹電極、１１ｂ，１２ｂ 枝電極、１２ 第２固定電極、１３ 可動電極、１３ａ 第１Ｕ形電極部、１３ｂ 第２Ｕ形電極部、１３ｃ，１３ｄ 連結部、１４ 貫通孔、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ 弾性梁部、１６ 支持部、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 配線、１８ 基板、１９，２９Ａ，２９Ｂ 遮光板、３９ 板状部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、
いずれも櫛歯状を成し、互いの開放端側で対向する第１固定電極及び第２固定電極と、
前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に配置され、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間を移動可能とされた平面視蛇行形状の可動電極と、
を有することを特徴とするアクチュエーター。
【請求項２】
前記可動電極が平面視略矩形波状であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項３】
前記可動電極の前記基板と反対側の面に板状部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエーター。
【請求項４】
前記可動電極の少なくとも一部が中空構造であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアクチュエーター。
【請求項５】
前記可動電極の移動方向が、前記基板の主面に対して略平行方向であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアクチュエーター。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のアクチュエーターと、前記可動電極と接続された遮光部材とを備えたことを特徴とする光制御装置。
【請求項７】
基板上に、
櫛歯状の第１固定電極と、
前記第１固定電極と互いの開放端側で対向配置された櫛歯状の第２固定電極と、
前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に配置され、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間を移動可能とされた蛇行形状の可動電極と、
前記基板を貫通し、前記可動電極の移動領域内に開口する貫通孔と、
を有することを特徴とする光制御装置。
【請求項８】
前記可動電極の前記基板と反対側の面に、前記貫通孔の開口部を平面視で遮蔽可能の遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光制御装置。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか１項に記載の光制御装置を備えたことを特徴とする電気光学装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
基板上に、
いずれも櫛歯状を成し、互いの開放端側で対向する第１固定電極及び第２固定電極と、
前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に配置され、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間を移動可能とされた平面視蛇行形状の可動電極と、
を有することを特徴とするアクチュエーター。
【請求項２】
前記可動電極が平面視略矩形波状であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエーター。
【請求項３】
前記可動電極の前記基板と反対側の面に板状部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のアクチュエーター。
【請求項４】
前記可動電極の少なくとも一部が中空構造であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアクチュエーター。
【請求項５】
前記可動電極の移動方向が、前記基板の主面に対して略平行方向であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のアクチュエーター。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のアクチュエーターと、前記可動電極と接続された遮光部材とを備えたことを特徴とする光制御装置。
【請求項７】
基板上に、
櫛歯状の第１固定電極と、
前記第１固定電極と互いの開放端側で対向配置された櫛歯状の第２固定電極と、
前記第１固定電極と前記第２固定電極との間に配置され、前記第１固定電極と前記第２固定電極との間を移動可能とされた蛇行形状の可動電極と、
前記基板を貫通し、前記可動電極の移動領域内に開口する貫通孔と、
を有することを特徴とする光制御装置。
【請求項８】
前記可動電極の前記基板と反対側の面に、前記貫通孔の開口部を平面視で遮蔽可能の遮光部材が設けられていることを特徴とする請求項６に記載の光制御装置。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか１項に記載の光制御装置を備えたことを特徴とする電気光学装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電気光学装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２１０８１３（Ｐ２０１０−２１０８１３Ａ）
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５５４３２（Ｐ２００９−５５４３２）
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２４日（２０１０．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月９日（２００９．３．９）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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