JPS6285218A - 光シヤツタアレイおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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（光周波に比べて）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、９７６５／
３５の比率からなるＰＬＺＴ　（Ｌａ９原ｆ％Ｐｂ７．
ｒ０３　／　ＰｂＴｉ０＝　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゛Ｃ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ｆと検光ｆ−の間に設置した構造とな
っており、電極への印加電圧の０Ｎ−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、偏光イー側より強度１
ｏ、波長λなる単色光を入射させると、検光ｆを通過す
る光の強度■は次式（１）で表わされる。

１＝Ｉｏ　５ｉｎ２　（”ｊΔｎ）　　　　”（１）こ
こで、Ｌ　：光が通過する電気光学効果を有する素ｒの
厚み（＝有効光路長） Δｎ：複屈折 ＩＯ二人射光強度 ■　＝出射光強度 （１）式において、ΔｎＬ＝λ／２となるように複屈折
を選らへばＩ　＝　Ｉ　Ｏとなり、系を通過する尤の強
度Ｉは最大となる。このとき複屈折Δｎは素ｒ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ｆ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ｌノ、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■は
Ｏから最大値ＩＯに変化することになる。

（３）式を満足するＥを５−える電圧ＶをＶ　（１／２
）とｒ膝き、半波長電圧と呼ぶ、、Ｔ−波長電圧が光シ
ャッタアレイの駆動電圧に関係する。

したがフて、電界強度Ｅを大きくすれば、複屈折Δｎは
大となり、■は大となる。また、（■効光路長りを大き
くできれば゛ト波長電圧が小さくなり、低値の駆動電圧
でも■が大となる。

■が大となれば、印加電圧の０Ｎ−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
・Ｙ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鯖密な画像をつるためには、１
つの画素を小さくする必要があり、電極幅Ｗは５０μｌ
以ド、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！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人きくなるし、デバイスとし
て設計する場合にも問題点が多く、約１５〜２５にＶ／
ｃｍ以りでは、式（２）の関係がくずれ始めるとも１ニ
ーわれている。

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（Ｌ／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Ｆ
とすることが切望されている。

このような下面電極に対して、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Ｙ−槁東栗１０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の電極をいう。

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基板を１１（，４１等の強酸でウェットエツ
チングして形成するものであり、第５図に示ず溝型電極
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り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、ウェットエツチング
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１０μｍｕ後であり、５０μｍ以−ヒ
の溝を作ることはほとんど不可能である。そのため、有
効光路長りをこれ以Ｆ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、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４０１．１ｍ
の溝では、せいぜい深さ２０μｍ＠後の有効光路長に相
当するものができるにすぎない。巾４０μ謹で深さ５０
μｍを越えると金属を充分に付着することができず、電
極が形成できなかった。このため駆動電力が充分にはド
がらないという欠点がある。

さらに、金属蒸着等によって形成される溝電極からはワ
イヤポ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、ｆ面電極やウェットエツ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市することのできる
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本の平行溝に導電性樹脂を充填してなる
電極とを打することを特徴′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ｆ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、前記溝は深さ５０μｍ以上であることが好まし
い。

本発明を添付図面に示す好適な実施例につき以ドに詳細
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、透明な電気光学効果で基板１を形成酸する。溝１２
は基板１表面に平行かつ等間隔に形成され、表面に組直
方向に深さを持ち、その深さは５０μｍ以上、巾１０〜
５０μｌとするのが良い。溝１２の巾は後に述べる導電
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−・画素（第７図に示す７−１゜７−２）が
小さくできる。

満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ｈ’　６
　ｆ、ｔ　６　Ｐ　Ｌ　Ｚ　Ｔ　（Ｌ　ａ　９原７−％
、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。

１０／６５／３５の比率からなるＰＬＨＴ、４／６０／
４０．８／６Ｏ／４０の比率からなるＰＢＬＮや、Ｓ　
Ｂ　Ｎ　、　　ＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３、にＨ２Ｐ
Ｏ４、ＫＯ２ＰＯ４、ＢＮＮ、　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−・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）を発揮するものかあり、いずれを利用すること
も可能であるが、−７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ドに述べる。

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Ｈ（４等を用いる基板１のウェッ
トエツチングによって行ってもよいが、好ましくはダイ
シングソー等を用いる機械加玉、またはドライエツチン
グ加工によって溝１２ｆ！−形成する。機械加重によれ
ば巾１０μｌ〜５０μｍで、深さ５０μ１以上の加りが
容易である。機械加Ｈ＆アニール１）で加１’、　５ｉ
をとり除く（第２ｃ図参照）。

第２ｄ図に刀くずように、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４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谷照）。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１−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側に偏光ｆ１４を、出射光２０側に検光Ｆ１
５をＩノーいに平行に対向して配置する。このとき偏光
ｆ−１４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１
７で示す方向である。

偏光ｆ−１４に入射光１９である平行光束を直交的に入
射させる。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％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７’−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％常光線との間には
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ｉ’−１５を透過して出Ｑ４光２０となる。

第８図に示す例と異なり、偏光／−１４と検光Ｆ−１５
の偏光面のＪＪ′向を同一になるように偏光ｆ１４と検
光ｆ−ｉｓ４互いにｉｒ−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ｆ−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の０Ｎ−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
ル制御することもできる。

第３図に示すような従来の゛Ｐ−面２ｉｇ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かあったが、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４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光伝送体アレイ、感光体、現
像装置および転写チャージャーを備えたプリンタを配置
しく図示せず）、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である。

く実　施　例〉 実施例１ モトローラ社製のＰＬＺＴウェハ（組成９／６５／３５
．０．３　ｍｍｔＸ　２１ｎｃｈφ）をディスコ社製Ｄ
ＡＤ−２Ｈ／６型ダイシングソー（ブレードＭＢＣ−Ｚ
　ｌ　０６０．５Ｇ、８　ｍｍ　ＸＯ，Ｑ１５　ｍｍＸ
４０ｍｍ、７ランジＰＳ４９２４、回転数３００００ｒ
ｐ＋ｗ　、切断速度２　ｍｗ／５ｅｃ）を用いてダイシ
ングし、１０　ｍｍＸ　１０　ｍａ＋Ｘ　Ｏ，３ｍｍの
ＰＬＺＴチップを得た。

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５０μＩで深さ方向がチップ表面に
垂直な溝をピッチ１００μｍで、７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
クスポンドＴ−７００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装入して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−社製ＭＬ−１５０型研磨機を型砕磨機ッ
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プローバ
ーを用いて直流電圧を印加してシャッタ動作をさせたと
ころ、単波長電圧は表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図に示すように隣接する電極にプローブ１０を接
触させて行った。

実施例２ ＰＬＺＴチップ表面に毛直な溝の溝深さを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と同様に単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３０００
μｍＸＪ’、Ｉみ３００　μｍを用いて巾２０μｌ×深
さ１００μｍの溝をピッチ５０μｌで下行に形成し、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かえられた。

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
ｓ、１０μｍ、２０μｍ、５０μ１１１５１００μｍに
機械加重し、■層に金属Ｃｒを２５０人厚スパッタ蒸着
し、Ｆ層に金属Ａｕをｔｏｏｏｏλ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１分に付着しなかった。

溝深さ５μＩ、１０μｌ、２０μＩＣついて実施例と同
様に波長をかえて゛ト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横電極
は、溝深さが５０μｌ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
ｌ以上でも加重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、駆動電圧がドがって
いる。

表　１　電極溝深さと半波長電圧 〈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フた有効光路長
が長い横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
、有効光路長の長い横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重またはドライエツチングに
よって行えば、加り積度が良い。また、導電性樹脂を充
填するので、薄いデバイスに深い横電極を形成しても導
電性樹脂が補強材となり、デバイスの機械的強度をトげ
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力法を示す
図である。 第３図は、従来の・Ｆ面電極の線図的断面図である。 第４図は、従来のエツチング法による横電極の線図的断
面図である。。 第５図は、従来の金属スパッタ蒸着による横電極の線区
的断面図である。 第６図は、゛ｉ半波長電圧溝深さの関係を示すクラ７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だめの線
図である。 符号の説明 １−Ｐ　Ｌ　ＺＴ基板、２・・・電極、３・−・導電性
樹脂、４−・電界、６・・・金属スパッタ蒸着１１Ｑ、
７−１゜７−２．７−３．７−４・・・画素、８−・共
通電極、９−・個別電極、１０・−プローブ、１１−・
・電源。 １２・・・溝、Ｄ・・・溝深さ、Ｗ・・・電極幅、し・
・・有効光路長、１４−１を九Ｆ、１５−・・検光子−
１１６，１７・・・偏光面の方向、ｉ　ｓ　−・・電源
、１９−・・入射光、２０・−出射光、２１−・・駆動
部特許出願人　　　富上写真フィルム株式会社ＦＩＧ、
１ ＦＩ　Ｇ、２ａ　　　　　　　ＦＩ　Ｇ、２ｂ　　　　
　ＦＩＧ、２ｃＦＩＧ、６ 潰深さＤ（μｍ） ＦＩＧ、８ １問ト２ネ市汀−Ｈ−ｐ４ｑ　（自発）昭和６１年１０
　Ｊ’ｌ　３１　Ｆｌ ｌ昭和６隼 ２、発明の名称 光シャッタアレイおよびその製造方法 ３。補正をする者 ′Ｉ■件との関係　　　特許出願人 件　　所　　神奈川県南足柄市中沼２１０番地名　　称
　　（５２０）富ト写貞フィルム株式会社代表者　　大
　西　　　實 ４、代理人　〒１０１電話８６１ー４４９８住　　所　
　東京都「代［１１［メ岩本町ＬＩ’ｒｌＺ番２叶丁ー
代口Ｉ岩本ビル　４階 氏　　名　　（８０１５）弁理上　渡　辺　望　稔　ど
］　　。 工；・、　　。 ５、補正の対象　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　−図面 ６、補正の内容 ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２ａ　　　　　　ＦＩＧ、２ｂ　　　　′ＦＩ
Ｇ、２ｃｄ　　　１２　　（ ＦＩＧ、６ 溝深さＤ（刃ｍ）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （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. （２）前記溝は深さ５０μｍ以上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. （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. （４）前記溝は深さ５０μｍ以上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. （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. （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。