JPH061305B2 - 光シヤツタアレイおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、電気光学効果を利用した光シャッタに関し、
特に駆動電圧の低い電極を有する光シャッタアレイおよ
びその製造方法に関する。

従来技術 近年、ＰＬＺＴ等の電気光学効果を発揮する電気光学材
料が開発されている。ここで電気光学効果とは、印加さ
れた直流または低周波（高周波に比べて）の電界によっ
て媒質の屈折率が変化する現象をいう。

このような電気光学材料の代表例としては、９／６５／
３５の比率からなるＰＬＺＴ〔Ｌａ９原子％PbZrO₃／Pb
TiO＝６５／３５（モル比）〕の透明セラミックスが周
知である。

このＰＬＺＴを利用したものとして光シャッタがある。
光シャッタは板状のＰＬＺＴ素子の片面に一定間隔を隔
てた一対の平面電極を形成したものを、偏光方向が互い
に直行する偏光子と検光子の間に設置した構造となって
おり、電極への印加電圧のＯＮ−ＯＦＦによって偏光子
側から入射する光の透過、遮断を制御することができる
ものである。

このような光シャッタにおいて、偏光子側より強度
Ｉ_０、波長λなる単色光を入射させると、検光子を通過
する光の強度Ｉは次式（１）で表わされる。

ここで、Ｌ ：光が通過する電気光学効果を有する素子
の厚み（＝有効光路長） Δｎ：複屈折 Ｉ_０：入射光強度 Ｉ ：出射光強度 （１）式において、ΔｎＬ＝λ／２となるように複屈折
を選べばＩ＝Ｉ_０となり、系を通過する光の強度Ｉは最
大となる。このとき複屈折Δｎは素子に印加する電界の
大きさによって変えることができる。例えば、素子が２
次の電気光学効果を有する場合、複屈折Δｎは印加する
電界（Ｅ）の２乗に比例して変化し、次式（２）で表わ
すことができる。

ここで、Ｒ：電気光学定数 Ｅ：電界強度 ｎ：屈折率 したがって、 なる大きさの矩形波電圧を印加すると、透過光強度Ｉは
０から最大値Ｉ_０に変化することになる。

（３）式を満足するＥを与える電圧ＶをＶ（１／２）と
書き、半波長電圧と呼ぶ。半波長電圧が光シャッタアレ
イの駆動電圧に関係する。

したがって、電界強度Ｅを大きくすれば、複屈折Δｎは
大となり、Ｉは大となる。また、有効光路長Ｌを大きく
できれば半波長電圧が小さくなり、低値の駆動電圧でも
Ｉが大となる。

Ｉが大となれば、印加電圧のＯＮ−ＯＦＦによる出射光
のコントラストが高まるから、有効光路長を長くできれ
ば、より低値の電圧で光シャッタアレイが駆動できる。

ところで、従来ＰＬＺＴ等の電気光学材料に形成される
電極２は、第３図に示すように金属蒸着等で形成される
平面電極であり、電極の幅をＷとすると、Ｌを大とする
ためにはＷを大きくとる必要があるが、電極幅Ｗを大き
くすることには限界がある。特に光シャッタアレイを高
密度化し分解能のよい精密な画像をうるためには、１つ
の画素を小さくする必要があり、電極幅Ｗは５０μｍ以
下、時には５μｍという小さいものも要求される。この
ため従来の光シャッタアレイにおいては、Ｅを高値に設
定して高いＩをうることが行われていた。しかし、Ｅが
高いとエネルギー消費が大きくなるし、デバイスとして
設計する場合にも問題点が多く、約１５〜２５KV/cm以
上では、式（２）の関係がくずれ始めるとも言われてい
る。

ＰＬＺＴ光シャッタアレイを実用化するためには、必要
駆動電圧を低減化する必要があり、現在市販の単一シャ
ッタにおけるＶ（１／２）は２８０Ｖ程度であるので、
光シャッタアレイにおいてはＶ（１／２）を８０Ｖ以下
とすることが切望されている。

このような平面電極に対して、第４図、第５図に示す溝
型電極が提案されている（特開昭５８−８２２２１号、
４４′８５秋応物学会予稿集栗田氏他）。

ここで、溝型電極とは、ＰＬＺＴ基板に形成された溝に
導電性物質を埋設した構造と電極をいう。

第４図に示す溝型電極は、フォトリソグラフィ技術によ
りＰＬＺＴ基板HCl等の強酸でウエットエッチングして
形成するものであり、第５図に示す溝型電極はＰＬＺＴ
基板上にダイシングソー等を用いて機械加工して溝を形
成するものである。このような溝型電極とすることによ
り有効光路長Ｌを大とし半波長電圧を下げようとするも
のである。

しかし、これらの溝型電極のうち、ウエットエッチング
により溝を形成したものは、実際に作製できる溝深さＤ
は、深いものでも１０μｍ前後であり、５０μｍ以上の
溝を作ることはほとんど不可能である。そのため、有効
光路長Ｌをこれ以上大きくすることはできない。

また、第５図に示すように、ダイシングソー等を用いて
機械加工して溝を形成する場合においても、Au等の金属
をスパッタリングによって蒸着しているので、溝の巾が
狭くても、深さが深い溝電極の場合、溝内の壁面に金属
膜を充分付着できない。後に実施例で述べる実験結果に
よると、電極として形成できるものは、巾４０μｍの溝
では、せいぜい深さ２０μｍ前後の有効光路長に相当す
るものができるにすぎない。巾４０μｍで深さ５０μｍ
を越えると金属を充分に付着することができず、電極が
形成できなかつた。このため駆動電力が充分には下がら
ないという欠点がある。

さらに、金属蒸着等によつて形成される溝電極からはワ
イヤボンディングなどによる接続用電極部の取出しが困
難であり、対策が望まれている。

また、平面電極やウエットエッチング等により形成され
た電極は、第３図、第４図に点線で示すように、電極が
比較的表面部に存在するため、また比較的高電圧を印加
しなければならないため、ＰＬＺＴ基板１内への電界４
の湾曲が大きく、このため１組の電極を１画素としてシ
ャッタアレイを形成した場合、ある画素の湾曲した電界
が隣接する他の画素の電極へと漏れてしまう。いわゆる
クロストークがおこり、このためＳＮ比が悪化する欠点
がある。

＜発明の目的＞ 本発明の目的は、このような欠点を改善し、電極を基板
内に深く設け、これにより駆動電圧を低下させるととも
に、隣接電極間のクロストークを防止することのできる
光シャッタアレイおよびその製造方法を提供するもので
ある。

＜発明の構成＞ 以上の目的を達成する第１の発明は、電気光学効果を発
揮する電気光学材料製の透明基板と、該基板に形成され
た少なくとも２本の、光の進行方向と平行な方向の深さ
が５０μｍ以上の平行溝に導電性樹脂を充填してなる電
極とを有することを特徴とする光シャッタアレイであ
る。

また、第２の発明は、電気光学効果を発揮する電気光学
材料製の透明基板に、少なくとも２本の平行溝を形成
し、この溝内に過剰の導電性樹脂を充填した後、表面を
研磨して平滑化することを特徴とする光シャッタアレイ
の製造方法である。

ここで、前記溝は巾は１０〜１５μｍであることが好ま
しい。また、少なくとも２本の溝の形成は、機械研削加
工あるいはドライエッチング加工により行うことが好ま
しい。

本発明を添付図面に示す好適な実施例につき以下に詳細
に説明する。

本発明の光シャッタアレイにおいて、第１図に示すよう
に、透明な電気光学材料で基板１を形成し、この基板１
に少なくとも２本の溝電極２を形成する。溝１２は基板
１表面に平行かつ等間隔に形成され、表面に垂直方向に
深さを持ち、その深さは５０μｍ以上、巾１０〜５０μ
ｍとするのが良い。溝１２の金は後に述べる導電性樹脂
充填のために、導電性樹脂中の粒子の粒径の倍以上の巾
とするのが良いが、できるだけ狭い方が光シャッタアレ
イの一画素（第７図に示す７−１，７−２）が小さくで
きる。

溝１２には導電性樹脂３が充填される。導電性樹脂は導
電性が良いものであればいかなるものを用いてもよい
が、Ag、Au、Cu等をフィラーとするポリイミド樹脂、エ
ポキシ樹脂等が好ましい。

電気光学材料としては、９／６５／３５の比率からなる
ＰＬＺＴ〔Ｌａ９原子％、PbZrO₃/PbTiO₃＝６５／３５
（モル比）〕の透明セラミックスを用いるのが最も好ま
しい。

この他にも、７／６５／３５、８／６５／３５、８／４
０／６０、１２／４０／６０、１０／６５／３５の比率
からなるＰＬＺＴ、６０／２、７０／８の比率からなる
ＰＢＬＮ、１０／６５／３５の比率からなるＰＬＺＴ、
４／６０／４０，８／６０／４０の比率からなるＰＢＬ
Ｎや、ＳＢＮ、LiTaO₃、LiNbO₃、KH₂PO₄、KD₂PO₄、ＰＮ
Ｎ、ＫＴＮも用いることが可能である。

このような電気光学材料は誘起される屈折率変化量が、
電界の１乗に比例する一時電気光学効果（ポッケルス効
果）と、電界の２乗に比例する二次電気光学効果（カー
効果）を発揮するものがあり、いずれを利用することも
可能であるが、二次電気光学効果を発揮するものが好ま
しい。

本発明の光シャッタアレイの製造法を以下に述べる。

第２ａ図に示す基板１に溝１２を形成する（第２ｂ図参
照）。溝１２の形成はHCl等を用いる基板１のウエット
エッチングによって行ってよいが、好ましくはダイシン
グソー等を用いる機械加工、またはドライエッチング加
工によって溝１２を形成する。機械加工によれば巾１０
μｍ〜５０μｍで、深さ５０μｍ以上の加工が容易であ
る。機械加工後アニールして加工歪をとり除く（第２ｃ
図参照）。

第２ｄ図に示すように、溝１２に導電性樹脂３を充填す
る。充填は溝１２の体積以上の導電性樹脂３を過剰に充
填する。

溝内に過剰に充填した導電性樹脂３を加熱等により硬化
させる（第２ｅ参照）。次に基板１表面を研磨して過剰
の導電性樹脂３を除き、表面を平滑化する（第２ｆ図参
照）。

＜発明の作用＞ 第８図に示すように、第１の発明の光シャッタアレイの
入射光１９側の偏光子１４を、出射光２０側に検光子１
５を互いに平行に対向して配置する。このとき偏光子１
４の偏光面の方向は、矢印１６で示す方向であり、検光
子１５の偏光面の方向は、これと直交する矢印１７で示
す方向である。

偏光子１４に入射光１９である平行光束を直交的に入射
される。この入射光束は自然偏光である。

すると、偏光子１４を透過した平行光束は、偏光子１４
の作用により直線偏光とされ、その偏光面は１６の方向
となる。

そして、直線偏光された平行光束は、光シャッタアレイ
の駆動部２１を透過するが、そのとき、電極に電圧が印
加されていなければ、透過光の偏光状態に何の変化も生
じない。従って偏光状態を変化させずに透過した光は、
検光子１５に到達すると、この検光子１５の偏光面の方
向と、到達した光の偏光方向とが直交することにより、
検光子１５により遮断される。即ち常閉の状態となって
いる。

光シャッタアレイの電極２に電圧が印加されていると、
駆動部２１に電界が作用し、電気光学効果を生じる。

この電気光学効果により、常光線と異常光線の間には位
相のずれが発生し、この部分を透過した光は、一般に楕
円偏光となる。

このように楕円偏光した光は、その内に、矢印１７で示
す方向の偏光成分を有しているので、この偏光成分の光
は、検光子１５を透過して出射光２０となる。

第８図に示す例と異なり、偏光子１４と検光子１５の偏
光面の方向を同一になるように偏光子１４と検光子１５
お互いに平行に対向して配置した場合には、光シャッタ
アレイの電極に電圧を印加すると透過光は検光子１５に
より遮断され、電極に電圧を印加しないと透過光はさら
に検光子１５を透過する。このような常開の状態とする
こともできる。

このように電極への印加電圧ＯＮ−ＯＦＦによって光シ
ャッタアレイの光の透過、遮断を制御することができ
る。

また、印加電圧を制御することにより、透過光の強度を
制御することもできる。

第３図に示すような従来の平面電極の光シャッタアレイ
では、電界４のもぐり込みを生じ、隣接画素間でクロス
トークを生じることがあったが、本発明の光シャッタア
レイでは電極が基板内部まで到達するような比較的深い
溝に導電性樹脂が充填して形成されているので、基板内
深部においても直線的に電界が生じ、隣接画素間でクロ
ストークを生じることが少なくなる。さらに溝の深さを
深くすればするほど有効光路長を長くとることができ、
光シャッタは低い駆動電圧で駆動するようになる。

また、深い溝内に形成された電極は基板を補強する作用
をも付加的に果たす。

この光シャッタアレイは、１例としてハードコピー用の
プリンタに利用することができる。これは、光シャッタ
アレイの出射光側に集光性伝送体アレイ、感光体、現象
装置および転写チャージャーを備えたプリンタを配置し
（図示せず）、光シャッタアレイの光の透過、遮断の制
御によって紙面に印字を行うものある。

＜実施例＞ 実施例１ モトローラ社製のＰＬＺＴウエハ（組成９／６５／３
５、0.3mm^t×２inchφ）をディスコ社製ＤＡＤ−２Ｈ／
６型ダイシングソー（ブレードＮＢＣ−Ｚ１６０６０，
50.8mm×0.035mm×４０mm、フランジＰＳ４９２４、回
転数３００００rpm、切断速度２mm／sec）を用いてダイ
シングし、１０mm×１０mm×0.3mmのＰＬＺＴチップ得
た。

次にこのＰＬＺＴチップに前記のダイシングソーを用い
て巾４０μｍ、深さ５０μｍで深さ方向がチップ表面に
垂直な溝をピッチ１００μｍで平行に３０本作製した。

このチップを電気炉内に装入して空気中で５００℃で５
時間の熱処理をして歪を除去した。次にこのチップの溝
に室町化学工業製導電製接着剤レックスボンドＴ−７０
０を溝からあふれでるまで過剰に充填した後、チップを
オーブン内に挿入１００℃で２時間、空気中で加熱して
接着剤を硬化させた。

さらにマルトー社製ＭＬ−１５０型研磨機を用いてチッ
プ表面の過剰な接着剤を研削し、ＰＬＺＴ表面を研磨し
てＰＬＺＴシャッタアレイを作製した。

このシャッタアレイを日本マイクロニクス社製ブローバ
ーを用いて直流電圧を印加してシャッタアレイ動作をさ
せたところ、半波長電圧は表１に示すとおりであった。
表１の結果をグラフに示したものが第６図である。測定
方法は第２ｇ図に示すよう隣接する電極にブローブ１０
を接触させて行った。

実施例２ ＰＬＺＴチップ表面の垂直な溝の溝深さを１００μｍと
し、その他の条件は実施例１と同様にして光シャッタア
レイを作製し、実施例１と同様に半波長電圧を測定し
た。結果を表１に示し、第６図に表１の結果をグラフで
示した。

実施例３ 実施例１と同様なＰＬＺＴ基板長さ３０mm巾３０００μ
ｍ×厚み３００μｍを用いて巾２０μｍ×深さ１００μ
ｍの溝をピッチ５０μｍで平行に形成し、第７図に示す
画素７−１、７−２、７−３、７−４の光シャッタアレ
イを構成し、光シャッタアレイ駆動を行ったところ、ク
ロストークが少なく鮮明な画像が得られた。

これは、第１図に電界４を点線で示すように、ＰＬＺＴ
表面に垂直に形成された溝電極は、第３図に示す従来例
の電極に比して基板内での電界４の湾曲が少なく、駆動
電力も低くおさえることができ、１つの画素７−１から
他の画素７−２への電極間の電界のもぐり込みが少な
く、隣り合う画素７−１、７−２間のクロストークが防
止できるからである。

比較例１ 別に比較のために実施例１と同じようにしてＰＬＺＴ板
上に溝巾４０μｍ、ピッチ１００μｍとし、溝深さ５μ
ｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍに機械
加工し、下層に金属Crを２５０Å厚スパッタ蒸着し、情
操に金属Auを１００００Å厚にスパッタ蒸着したが、溝
深さ５０μｍ、１００μｍは溝内の壁面にスパッタ膜が
十分に付着しなかった。

溝深さ５μｍ、１０μｍ、２０μｍについて実施例と同
様に波長をかけては波長電圧を測定した。結果を表１に
示し、表１の結果を第６図に示す。

これにより、金属スパッタ蒸着により作製できる溝電極
は、溝深さが５０μｍ未満の浅い溝の場合に限られるこ
とがわかる。

これに対し本発明の導電性樹脂を充填したものは５０μ
ｍ以上でも加工どおりの深い電極が形成されており、半
波長電圧が非常に低い値が得られ、駆動電圧が下がって
いる。

＜発明の効果＞ 本発明のシャッタアレイは、導電性樹脂が深い電極内に
完全に充填され、従来実現が不可能であった有効光炉長
が長い溝電極を製作することができる。これにより駆動
電圧が下がり、電極形状が電界の湾曲を少なくし、電極
間のクロストークを防止することができる 本発明のシャッタアレイの製造法は、導電性樹脂を過剰
に充填し、硬化後に余分の樹脂を研磨して溝表面を平滑
化するので、従来スパッタで行っていた電極形成と異
り、有効光路長の長い溝電極が容易に製造できる。しか
も基板上への溝形成を機械加工またはドライエッチング
によって行えば、加工精度が良い。また、導電性樹脂を
充填するので、薄いデバイスに深い溝電極を形成しても
導電性樹脂が補強材となり、デバイスの機械的度を下げ
ることがなく、電極の取出しも容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の光シャッタアレイの線図的断面図で
ある。 第２図は、本発明の光シャッタアレイの製造方法を示す
図である。 第３図は、従来の平面電極の線図的断面図である。 第４図は、従来のエッチング法による溝電極の線図的断
面図である。 第５図は、従来の金属スパッタ蒸着による溝電極の線図
的断面図である。 第６図は、半波長電圧と溝深さの関係を示すグラフであ
る。 第７図は、本発明の光シャッタアレイの１実施例を示す
斜面図である。 第８図は、光シャッタアレイの作用を説明するための線
図である。 符号の説明 １…ＰＬＺＴ基板、２…電極、３…導電性樹脂、４…電
界、６…金属スパッタ蒸着膜、７−１，７−２，７−
３，７−４…画素、８…共通電極、９…個別電極、１０
…ブローブ、１１…電源、１２…溝、Ｄ…溝深さ、Ｗ…
電極幅、Ｌ…有効光路長、１４…偏光子、１５…検光
子、１６，１７…偏光面の方向、１８…電源、１９…入
射光、２０…出射光、２１…駆動部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川尻 和廣 神奈川県足柄上群開成町宮台798番地 富 士写真フイルム株式会社内 (56)参考文献 特開 昭59−104623（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電気光学効果を発揮する電気光学材料製の
   透明基板と、該基板に形成された少なくとも２本の、光
   の進行方向と平行な方向の深さが５０μｍ以上の平行溝
   に導電性樹脂を充填してなる電極とを有することを特徴
   とする光シャッタアレイ。
2. 【請求項２】前記溝は巾１０〜５０μｍである特許請求
   の範囲第１項に記載の光シャッタアレイ。
3. 【請求項３】電気光学効果を発揮する電気光学材料製の
   透明基板に、少なくとも２本の、光の進行方向と平行な
   方向の深さ５０μｍ以上の平行溝を形成し、この溝内に
   過剰の導電性樹脂を充填した後、表面を研磨して平滑化
   することを特徴とする光シャッタアレイの製造方法。
4. 【請求項４】前記溝は巾１０〜５０μｍである特許請求
   の範囲第３項に記載の光シャッタアレイの製造方法。
5. 【請求項５】前記少なくとも２本の溝の形成は機械研削
   加工により行う特許請求の範囲第３項または第４項に記
   載の光シャッタアレイの製造方法。
6. 【請求項６】前記少なくとも２本の溝の形成はドライエ
   ッチング加工により行う特許請求の範囲第３項または第
   ４項に記載の光シャッタアレイの製造方法。