專利名稱：光學裝置和圖像生成裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光學裝置和圖像生成裝置。
背景技術：
在例如日本專利No.3,401,250(這之后稱為專利文獻2)和日本專利No.3,164,825(這之后稱為專利文獻3)中公開并從其公知了例如投影機和打印機(例如，參見日本專利申請公開No.2003-140354，這之后稱為專利文獻1)的圖像形成裝置，其中，來自一維圖像生成裝置的光束由光掃描模塊掃描，并被投射到圖像形成模塊以形成二維圖像。在專利文獻2和專利文獻3中公開的一維圖像生成裝置包括光學器件，在其中以一維陣列設置有多個衍射光柵調(diào)制器件(GLVGrating Light Valve，光柵閥)。在下面的描述中，如剛提到過的這種光學器件有時被稱為衍射光柵調(diào)制裝置。通常，衍射光柵調(diào)制裝置(光學器件)還包括由玻璃板制成的、與多個衍射光柵調(diào)制器件相對的光傳播部件，用于通過它傳播入射到衍射光柵調(diào)制裝置的入射光以及從衍射光柵調(diào)制裝置射出的出射光。衍射光柵調(diào)制器件應用微機械生產(chǎn)技術生成，并且由反射型的衍射光柵形成。衍射光柵調(diào)制器件具有光切換作用并通過電學控制光的通/斷(傳播/截留)來顯示圖像。具體地說，從衍射光柵調(diào)制裝置的衍射光柵調(diào)制器件發(fā)出的光被掃描鏡掃描，以獲得二維圖像。因此，為了顯示由M×N(例如1,920×1,080)像素形成的二維圖像，衍射光柵調(diào)制裝置應該由N(＝1,080)個衍射光柵調(diào)制器件形成。此外，為了彩色顯示，應該使用每一個都包括如剛剛描述的這種衍射光柵調(diào)制裝置的三個圖像生成裝置。
圖8示意性地示出了包括衍射光柵調(diào)制器件的衍射光柵調(diào)制裝置，并具體地示出了衍射光柵調(diào)制器件21的下部電極22、固定電極31、可移動電極32等的排列。圖9A是沿圖8中線B-B的示意性部分截面視圖，示出了固定電極31等，圖9B和圖10A是沿圖8中線A-A的示意性部分截面視圖，示出了可移動電極32等。此外，圖10B沿圖8中線C-C的示意性部分截面視圖，示出了固定電極31、可移動電極32等。這里，可移動電極32在它被移位之前被示出在圖9B中以及圖10B的左側(cè)，而可移動電極32在它被移位之后被示出在圖10A中以及圖10B的右側(cè)。此外，在圖8中，對下部電極22、固定電極31、可移動電極32和支持部分23、24、25和26使用斜線，以清楚地指示它們。
現(xiàn)在參照圖8到圖10B，所示衍射光柵調(diào)制器件21包括下部電極22、帶狀(絲帶狀)的固定電極31和帶狀(絲帶狀)的可移動電極32。下部電極22形成在支持部件12上。同時，固定電極31被支持在支持部分23和24上，并且在下部電極22上方延伸?？梢苿与姌O32被支持在支持部分25和26上，并且在下部電極22上方與固定電極31成并列關系地延伸。衍射光柵調(diào)制器件21中的每一個都由三個固定電極31和三個可移動電極32組成。三個可移動電極32被共同連接到控制電極，該控制電極被連接到未示出的連接端子部分。同時，三個固定電極31被共同連接到偏壓電極。偏壓電極對多個衍射光柵調(diào)制器件21是共用的，并且通過未示出的偏壓電極端子部分而被接地。此外，下部電極22對多個衍射光柵調(diào)制器件21是共用的，并且通過未示出的下部電極端子部分而被接地。
如果通過連接端子部分和控制電極對任意可移動電極32施加電壓，并對下部電極22(實際上下部電極22處于接地狀態(tài))施加另一電壓，那么在可移動電極32與下部電極22之間產(chǎn)生靜電力(庫侖力)?？梢苿与姌O32由于靜電力而向下朝下部電極22偏移?；诳梢苿与姌O32的這種偏移，由可移動電極32和固定電極31形成了反射型的衍射光柵。
這里，如果相鄰固定電極31之間的距離由d表示(參照圖10B)，入射到可移動電極32和固定電極31的光(入射角θi)的波長由λ表示，衍射角由θm表示，那么滿足下面的表達式d[sin(θi)-sin(θm)]＝m·λ其中，m是級數(shù)，并且假設值為0，±1，±2，…。
這樣，在可移動電極32的頂面與固定電極31的頂面之間的高度差Δh1(參照圖10B)為λ/4時，衍射光顯示出最大強度。
衍射光柵調(diào)制裝置11被形成為使得多個衍射光柵調(diào)制器件21被形成在支持部件12的表面上。圖11示出了衍射光柵調(diào)制裝置11的概念性截面視圖?，F(xiàn)在參照圖11，衍射光柵調(diào)制裝置11還包括由玻璃板形成的平板狀的光傳播部件13。要注意，在圖11中，沒有示出衍射光柵調(diào)制器件。支持部件12和光傳播部件13通過低熔點金屬材料層14被彼此粘附在一起。從支持部件12的表面到光傳播部件13的距離(L)大約為0.1mm。
圖13示出了傳統(tǒng)圖像生成裝置的概念性部分截面視圖。現(xiàn)在參照圖13，除了衍射光柵調(diào)制裝置11之外，傳統(tǒng)圖像生成裝置還包括安裝襯底350(更具體地，例如由玻璃環(huán)氧樹脂鍍銅層合板形成的印刷電路板)和光源(在圖13中未示出)。要注意，衍射光柵調(diào)制裝置11和安裝襯底350的組合在這之后有時被稱為衍射光柵調(diào)制裝置組合件。在安裝襯底350上設置有用于處理從外部輸入的、用于驅(qū)動衍射光柵調(diào)制裝置11的信號的電路以及其他電路。支持部件12通過粘合劑43被固定到安裝襯底350的面350A。光源被形成為激光光源，其發(fā)射作為光原色的紅光、綠光和藍光的其中一種光。
在其上形成有用于驅(qū)動衍射光柵調(diào)制裝置11所必需的電路的半導體芯片40，通過粘合劑44被固定到安裝襯底350的面350A。衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40、半導體芯片40和安裝襯底350例如通過連接線被電學連接。衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40被框架部件41圍住，并埋在封裝樹脂42中，以保護連接線。
圖12示出了圖像形成裝置的概念?，F(xiàn)在參照圖12，圖像形成裝置包括三個圖像生成裝置101R、101G和101B。圖像生成裝置101R包括衍射光柵調(diào)制裝置組合件102R和激光光源(紅光發(fā)射半導體激光器)100R。圖像生成裝置101G包括衍射光柵調(diào)制裝置組合件102G和激光光源(綠光發(fā)射半導體激光器)100G。圖像生成裝置101B包括衍射光柵調(diào)制裝置組合件102B和激光光源(藍光發(fā)射半導體激光器)100B。要注意，從激光光源(紅光發(fā)射半導體激光器)100R發(fā)射的紅色激光束由虛線指示，而從激光光源(綠光發(fā)射半導體激光器)100G發(fā)射的綠色激光束由實線指示。此外，從激光光源(藍光發(fā)射半導體激光器)100B發(fā)射的藍色激光束由點劃線指示。圖像形成裝置還包括集光透鏡(未示出)，用于聚集從激光光源100R、100G和100B發(fā)射的激光束，并將被聚集的激光束引入衍射光柵調(diào)制裝置103R、103G和103B(每一個的構造和結構都與衍射光柵調(diào)制裝置11的構造和結構相同)。圖像形成裝置還包括用于將從衍射光柵調(diào)制裝置103R、103G和103B發(fā)射的激光束組合成單個光束的L形棱鏡104，以及原色光組合后的光束通過的透鏡105和空間濾光片106。圖像形成裝置還包括圖像形成透鏡(未示出)，用于將已經(jīng)通過空間濾光片106的單個光束聚焦，以形成圖像。圖像形成裝置還包括用于掃描已經(jīng)通過圖像形成透鏡的單個光束的掃描鏡(電控光束掃描鏡，galvano mirror)107，以及由掃描鏡107掃描的光被投射到其上的屏幕108。要注意，在使用圓柱透鏡作為聚光透鏡時，在X方向上被聚集到預定光斑大小而在Y方向上被準直到預定寬度的準直光束可以被引入到衍射光柵調(diào)制裝置103R、103G和103B?？臻g濾光片106被設置在例如傅立葉平面上。
在具有如上所述構造的圖像形成裝置中，在衍射光柵調(diào)制器件21不工作的狀態(tài)下，這時可移動電極32處于圖9B中示出的狀態(tài)下并位于圖10B的左側(cè)，由可移動電極32和固定電極31的頂面反射的光被空間濾光片106截留。另一方面，在衍射光柵調(diào)制器件21工作的狀態(tài)下，這時可移動電極32處于圖10A中示出的狀態(tài)下并位于圖10B的右側(cè)，由可移動電極32和固定電極31衍射的正負一級(m＝±1)衍射光通過空間濾光片106。在圖像形成裝置被以這種方式構造時，可以控制將要被投射到屏幕108上的光的通/斷。此外，可以通過改變施加給可移動電極32的電壓來改變可移動電極32的頂面與固定電極31的頂面之間的高度差Δh1，從而，可以改變衍射光的強度以進行等級控制。
因為可移動電極32在尺寸上非常小，所以通過衍射光柵調(diào)制裝置，可以實現(xiàn)高分辨率、高速切換操作和較寬的帶寬顯示。此外，由于衍射光柵調(diào)制裝置以較低的施加電壓工作，所以預見可以實現(xiàn)非常小尺寸的圖像形成裝置。此外，由于掃描是由掃描鏡107進行的，所以與流行的二維圖像生成裝置相比，例如使用液晶顯示板等的投影型顯示裝置，如上所述的這種圖像形成裝置可以表現(xiàn)出非常平滑和自然的圖像。此外，因為使用半導體激光器產(chǎn)生作為原色的紅光、綠光和藍光，并且它們的光束被混合，所以圖像形成裝置具有傳統(tǒng)圖像形成裝置所不能實現(xiàn)的這種優(yōu)良顯示性能，即能夠顯示具有非常寬的自然色再現(xiàn)(regeneration)的圖像。
在衍射光束調(diào)制裝置11需要如104流明的這種高亮度的情況下，例如被應用作為影院中的投影機，照射到衍射光束調(diào)制裝置11上的激光束的功率具有非常高的值，如大約為50到100W。因此，在衍射光束調(diào)制裝置11中產(chǎn)生大量的熱，并且熱被傳到安裝襯底350，導致安裝襯底350的顯著的熱膨脹。要注意，由玻璃環(huán)氧樹脂鍍銅層合板形成的印刷電路板而形成的安裝襯底350的熱膨脹率例如大約為3.1×10-6/K。此外，由玻璃環(huán)氧樹脂鍍銅層合板形成的印刷電路板而形成的安裝襯底350的楊氏模量例如大約為25GPa，并且安裝襯底350被認為柔性很好。
如果安裝襯底350發(fā)生大量的熱膨脹，那么在形成衍射光柵調(diào)制器件21的固定電極31和可移動電極32之間會出現(xiàn)位置偏移。如以上參照圖12描述的，在圖像形成裝置中，由從三個衍射光柵調(diào)制裝置103R、103G和103B衍射的激光束(紅色、藍色和綠色激光束的衍射光)形成一個像素并被顯示。因此，如果在形成衍射光柵調(diào)制器件21的固定電極31和可移動電極32之間出現(xiàn)位置偏移，那么在由衍射光柵調(diào)制裝置103R、103G和103B發(fā)射的、用于形成和顯示像素的激光束衍射光中出現(xiàn)偏移。結果，出現(xiàn)顏色模糊等，因此難以形成清晰的圖像。隨著衍射光柵調(diào)制裝置尺寸的減小以及分辨率的提高，這種顏色模糊等問題變得更加突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有某種構造和結構的光學裝置，通過這種構造和結構，即使在衍射光柵調(diào)制裝置等中的光學器件產(chǎn)生了熱，但由光學器件發(fā)射的光也很少可能在其間發(fā)生偏移。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種光學裝置，包括光學器件；安裝襯底；
支持部件；以及冷卻/散熱部件；所述支持部件被連接到所述安裝襯底的第一面；所述光學器件被連接到所述安裝襯底的第二面；所述冷卻/散熱部件被連接到所述支持部件；所述光學器件和所述支持部件通過設置在所述安裝襯底內(nèi)部的傳熱單元而被彼此熱連接；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種光學裝置，包括光學器件；安裝襯底；以及支持部件；所述安裝襯底在其中形成有開口；所述支持部件被連接到所述安裝襯底的一個面；所述光學器件被連接到所述支持部件的暴露在形成于安裝襯底內(nèi)的開口中的部分；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種光學裝置，包括光學器件；安裝襯底；以及支持部件；所述支持部件以從安裝襯底的邊緣部分延伸到安裝襯底外側(cè)的方式而被連接到所述安裝襯底的一個面；所述光學器件被連接到所述支持部件的延伸到所述安裝襯底外側(cè)的部分；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種圖像生成裝置，包括光源；以及光學裝置，其包括用于發(fā)射從光源入射的光的光學器件、安裝襯底、支持部件和冷卻/散熱部件；所述支持部件被連接到所述安裝襯底的第一面；所述光學器件被連接到所述安裝襯底的第二面；所述冷卻/散熱部件被連接到所述支持部件；所述光學器件和所述支持部件通過設置在所述安裝襯底內(nèi)部的傳熱單元而被彼此熱連接；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供了一種圖像生成裝置，包括光源；以及光學裝置，其包括用于發(fā)射從光源入射的光的光學器件、安裝襯底和支持部件；所述安裝襯底在其中形成有開口；所述支持部件被連接到所述安裝襯底的一個面；所述光學器件被連接到所述支持部件的暴露在形成于安裝襯底內(nèi)的開口中的部分；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供了一種圖像生成裝置，包括光源；以及光學裝置，其包括用于發(fā)射從光源入射的光的光學器件、安裝襯底和支持部件；所述支持部件以從安裝襯底的邊緣部分延伸到安裝襯底外側(cè)的方式而被連接到所述安裝襯底的一個面；所述光學器件被連接到所述支持部件的延伸到所述安裝襯底外側(cè)的部分；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
在根據(jù)本發(fā)明第一模式的光學裝置和圖像生成裝置中，光學器件和支持部件通過設置在安裝襯底內(nèi)部的傳熱單元而被彼此熱連接。更具體地，熱連接被這樣建立，使得光學器件與傳熱單元的一端彼此直接或間接地接觸，并且支持部件與傳熱單元的另一端彼此直接或間接地接觸。在連接到安裝襯底第二面的光源器件部分的面積(即，直接或間接接觸安裝襯底第二面的光學器件部分的面積)由S0表示，用于將光學器件和支持部件彼此熱連接的傳熱單元沿平行于安裝襯底表面的平面的截面面積由S1表示(在包括多個這樣的傳熱單元的情況下，傳熱單元的截面面積的總面積由S1表示)的情況下，優(yōu)選地，面積S0和S1滿足關系0.01×S0≤S1≤0.5×S0。
在根據(jù)本發(fā)明第二模式的光學裝置和圖像生成裝置中，所述光學器件被連接到所述支持部件的暴露在形成于安裝襯底內(nèi)的開口中的部分。支持部件的該部分的表面(1)可以與安裝襯底的一個面基本上齊平，(2)可以被定位在形成于安裝襯底中的開口的內(nèi)部，(3)可以與安裝襯底的另一個面基本上齊平，或者(4)可以從安裝襯底的另一個面突出。
要注意，在(2)到(4)中的任何一種情況下，以下將支持部件被定位在形成于安裝襯底中的開口內(nèi)部的部分有時可能稱為支持部件突出部。
在根據(jù)本發(fā)明第一模式的光學裝置和圖像生成裝置中，傳熱單元可以由形成在安裝襯底內(nèi)部、用于傳熱的過孔形成。光學裝置還可以包括半導體芯片，該芯片包括驅(qū)動光學器件所必需的電路，半導體芯片被連接到安裝襯底的第二面。用于傳熱的過孔可以具有這樣的結構，使得形成于安裝襯底內(nèi)部的通孔被具有高熱導率的材料(例如銅或銀)填充。同樣，在根據(jù)本發(fā)明第二或第三模式的光學裝置和圖像生成裝置中，其中包括驅(qū)動光學器件所必需的電路的半導體芯片被連接到安裝襯底的另一個面，優(yōu)選地，半導體芯片和支持部件通過設置在安裝襯底內(nèi)部的傳熱單元而被彼此熱連接。更優(yōu)選地，傳熱單元由形成于安裝襯底內(nèi)部的、用于傳熱的過孔形成。優(yōu)選地，用于傳熱的過孔被構造成使得其一端直接或間接地接觸光學器件，而其另一端直接或間接地接觸支持部件。此外，優(yōu)選地，用于傳熱的另一過孔被構造成使得其一端直接或間接地接觸半導體芯片，而其另一端直接或間接地接觸支持部件。
在根據(jù)本發(fā)明第二模式的光學裝置和圖像生成裝置中，光學裝置還可以包括連接到支持部件的冷卻/散熱部件。光學裝置還可以包括帶有驅(qū)動光學器件所必需的電路的半導體芯片，所述半導體芯片被連接到支持部件的暴露在形成于安裝襯底中的開口中的部分。
在根據(jù)本發(fā)明第三模式的光學裝置和圖像生成裝置中，光學裝置還可以包括連接到支持部件的冷卻/散熱部件。光學裝置還可以包括帶有驅(qū)動光學器件所必需的電路的半導體芯片，所述半導體芯片被連接到支持部件的延伸到安裝襯底外側(cè)的部分(在這之后有時稱為支持部件突出部)。
關于驅(qū)動光學器件所必需的電路，可以列舉出例如10位或12位驅(qū)動器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)。
雖然在根據(jù)本發(fā)明第一到第三模式的光學裝置和圖像生成裝置中，支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成，但支持部件熱導率的上限實質(zhì)上可以是任意值。這里，優(yōu)選地，支持部件由鋁(Al)、銅(Cu)、鈹銅合金、銀或金制成。在下面的表1中列出了上述材料的熱導率。或者，支持部件優(yōu)選地由選自上述材料中的至少兩種材料制成。在這種情況下，可以使用這樣的結構，其中，由某種材料制成的支持部件突出部與由另一種材料制成的、支持部件的除了支持部件突出部之外的部分被彼此粘附到一起。要注意，下面給出的熱導率值是在0℃下的值。
熱導率(W/m·K)鋁236銅403鈹銅合金 230銀428金319在本發(fā)明的第一到第三模式的光學裝置和圖像生成裝置中，安裝襯底可以由印刷電路板形成。關于印刷電路板，可以列出在其一個或兩個面上形成有布線的剛性印刷電路板、多層剛性印刷電路板和多層彎曲(flex)剛性印刷電路板，在其一個或兩個面上形成有布線的金屬芯印刷電路板和多層金屬芯印刷電路板，以及在其一個或兩個面上形成有布線的金屬基印刷電路板、多層金屬基印刷電路板、堆疊多層印刷電路板和陶瓷電路板。各種印刷電路板可以使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法來生成。這種電路可以通過包括板面電鍍方法和圖案電鍍方法的差減(substractive)法來形成，或者通過例如半疊加法或全疊加法的疊加(additive)法來形成。形成印刷電路板的基底部件的構造實質(zhì)上是任意的，下面可以作為示例紙/苯酚樹脂，紙/環(huán)氧樹脂，玻璃織物/環(huán)氧樹脂，玻璃無紡織物/環(huán)氧樹脂，玻璃織物/玻璃無紡織物/環(huán)氧樹脂，合成纖維/環(huán)氧樹脂，玻璃織物/聚酰亞胺樹脂，玻璃織物/改性聚酰亞胺樹脂，玻璃織物/環(huán)氧樹脂改性聚酰亞胺樹脂，玻璃纖維/雙馬來酰亞胺/三嗪/環(huán)氧樹脂，玻璃織物/碳氟樹脂，玻璃織物/PPO(聚苯醚)樹脂和玻璃織物/PPE(聚苯醚)的組合。
在根據(jù)本發(fā)明第一到第三模式的光學裝置中，衍射光柵調(diào)制裝置、半導體激光器、發(fā)光二極管和數(shù)字微鏡器件(DMD)可以被列為光學器件。同時，在根據(jù)本發(fā)明第一到第三模式的圖像生成裝置中，衍射光柵調(diào)制裝置可以被列為光學器件。這里，衍射光柵調(diào)制裝置可以被具體地構造成使得它包括下部電極、被支持在下部電極上方的帶狀固定電極和被支持在下部電極上方的、與固定電極成并列關系的帶狀可移動電極，多個衍射光柵調(diào)制器件的其中每一個都包括由于可移動電極在靜電力作用下向下部電極偏移而由可移動電極和固定電極形成的衍射光柵，所述靜電力通過對可移動電極和下部電極施加電壓產(chǎn)生并且在可移動電極和形成在支持部件表面上的下部電極之間起作用。
要注意，優(yōu)選地，衍射光柵調(diào)制裝置還包括與固定電極和可移動電極相對設置的光傳播部件，用于通過它傳播入射到固定電極和可移動電極的入射光以及從固定電極和可移動電極射出的出射光。
形成衍射光柵調(diào)制裝置的固定電極和可移動電極可以應用例如微機械技術來生產(chǎn)。由可移動電極和固定電極形成的衍射光柵起反射型的衍射光柵的作用。
硅半導體襯底可以作為用于形成衍射光柵調(diào)制裝置中支持部件的材料的示例。
關于用于形成衍射光柵調(diào)制裝置的下部電極和偏壓電極的材料，選自鋁(Al)、鈦(Ti)、金(Au)、銀(Ag)、鎢(W)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鈷(Co)、鋯(Zr)、鐵(Fe)、鉑(Pt)或鋅(Zn)中的至少一種金屬；包含上述任意金屬元素的合金或化合物(例如，如TiN的氮化物或如WSi2、MoSi2、TiSi2或TaSi2的硅化物)；例如硅(Si)的半導體和例如ITO(銦錫氧化物)、氧化銦或氧化鋅的導電金屬氧化物可以作為示例。為了生產(chǎn)下部電極或偏壓電極，可以使用公知的薄膜形成方法，例如CVD方法、濺射方法、氣相沉積方法、剝離(liftoff)方法、離子鍍方法、電解電鍍方法、無電鍍方法、絲網(wǎng)印刷方法、激光磨蝕方法或者溶膠凝膠方法來在支持部件的表面上形成由上述任何材料構成的薄膜。
此外，衍射光柵調(diào)制器件的固定電極和可移動電極優(yōu)選地具有光反射層(上層)和介電材料層(下層)的兩層結構。具體地，兩層結構可以是例如鋁層(上層)和SiN層(下層)的疊層結構，鋁層(上層)和SiO2層(下層)的疊層結構，其中添加Si的鋁層(上層)和SiN層(下層)的疊層結構，其中添加Cu的鋁層(上層和鋁/銅合金層)和SiN層(下層)的疊層結構(關于添加率，可以以重量的0.1％到5％作為示例，這類似地也適用于下面的描述)，其中添加Cu的鋁層(上層)和SiO2層(下層)的疊層結構，二氧化鈦層(上層)和SiN層(下層)的疊層結構，或者二氧化鈦層(上層)和SiO2層(下層)的疊層結構。要注意，下層可以具有SiO2層和SiN層的兩層構造。
此外，在衍射光柵調(diào)制器件中，用于支持固定電極的支持部分優(yōu)選地由固定電極延伸形成，并且用于支持可移動電極的支持部分優(yōu)選地由可移動電極延伸形成。
在每一個衍射光柵調(diào)制器件中，關于下部電極的頂面與固定電極的頂面之間的高度差Δh0，3.0×10-7(m)到1.5×10-6(m)；優(yōu)選地4.5×10-7(m)到1.2×10-6(m)可以作為示例。此外，當衍射光柵調(diào)制器件不工作時，可移動電極的頂面與固定電極的頂面之間的高度差優(yōu)選地盡可能近似為0。此外，當衍射光柵調(diào)制器件工作時，可移動電極的頂面與固定電極的頂面之間的高度差Δh1(可移動電極向下偏移的量)的最大值Δh1- MAX優(yōu)選地滿足
Δ/4≤Δh1-MAX，這里，到衍射光柵調(diào)制器件或衍射光柵調(diào)制裝置的入射光的波長由λ表示。此外，Δh1-MAX和Δh0之間的關系優(yōu)選地滿足Δh1-MAX≤(Δh0/3)。
要注意，可移動電極的頂面與固定電極的頂面之間的高度差Δh1(可移動電極向下偏移的量)可以通過改變施加給可移動電極的電壓來改變。因為這可以改變衍射光的強度，從而可以進行等級控制。
此外，在衍射光柵調(diào)制器件中，相鄰固定電極之間的距離d優(yōu)選地但不限于1×10-6(m)到2×10-5(m)，更優(yōu)選地為2×10-6(m)到1×10-5(m)。此外，存在于任一固定電極與相鄰的可移動電極之間的間隙SP(包括一個衍射光柵調(diào)制器件內(nèi)的間隙以及相鄰衍射光柵調(diào)制器件之間的間隙)優(yōu)選地但不限于1×10-7(m)到2×10-6(m)，更優(yōu)選地是2×10-7(m)到5×10-7(m)。此外，固定電極的寬度WF是但不限于1×10-6(m)到1×10-5(m)，更優(yōu)選地是2×10-6(m)到5×10-6(m)。此外，固定電極的有效長度LF是但不限于2×10-5(m)到5×10-4(m)，更優(yōu)選地是1×10-4(m)到3×10-4(m)。同時，可移動電極的寬度WM是但不限于1×10-6(m)到1×10-5(m)，更優(yōu)選地是2×10-6(m)到5×10-6(m)。此外更優(yōu)選地，可移動電極的寬度WM等于固定電極的寬度WF。此外，可移動電極的有效長度LM優(yōu)選是但不限于2×10-5(m)到5×10-4(m)，更優(yōu)選地是1×10-4(m)到3×10-4(m)。要注意，在固定電極和可移動電極其中每一個都由支持部分支持的構造中，固定電極的有效長度LF和可移動電極的有效長度LM表示在其支持部分之間任意固定電極部分的長度以及任意可移動電極部分的長度。
此外，在衍射光柵調(diào)制裝置中，形成一個衍射光柵調(diào)制器件的固定電極和可移動電極的數(shù)量沒有具體地限制，但是在一個固定電極和一個可移動電極被視為一組的情況，至少需要一組。但是，這種組的數(shù)量最多可以是3。此外，關于多個衍射光柵調(diào)制器件在衍射光柵調(diào)制裝置中的排列，它們可以被排列在一維陣列中。具體地，形成多個衍射光柵調(diào)制器件的固定電極和可移動電極可以沿著與固定電極和可移動電極的軸向相垂直的方向而并列放置。衍射光柵調(diào)制器件的數(shù)量可以根據(jù)光學裝置或圖像生成裝置所需的像素數(shù)量來確定。
關于用于形成衍射光柵調(diào)制裝置的連接端子部分和控制電極的材料，可以使用以上提到的用于下部電極和偏壓電極的這些材料，所述連接端子部分用于建立到外部電路的電連接，所述控制電極使連接端子部分和可移動電極彼此電學連接。同樣，形成連接端子部分或控制電極的方法可以是與上述形成下部電極和偏壓電極的方法相類似的方法。要注意，下部電極、偏壓電極、連接端子部分和控制電極可以同時被形成，或者以任意組合同時形成這四種不同種類的電極。此外，可以單獨地使這些電極的膜厚做得更厚些。
光傳播部件可以由玻璃板或塑料板形成，例如由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚碳酸酯(PC)形成的板，但優(yōu)選地由玻璃板形成。
在衍射光柵調(diào)制器件中，每一個可移動電極的頂面和每一個固定電極的頂面可以平行于下部電極的頂面，或者可以相對于下部電極的頂面傾斜一個閃耀角(blaze angle)θD以形成如閃耀類型的衍射光柵調(diào)制器件，使得例如只有正1級衍射光可以被發(fā)射。在應用閃耀類型的衍射光柵調(diào)制器件時，可以以例如60％或更大的高衍射效率顯示圖像。在應用到例如投影機的圖像形成裝置中，閃耀類型的器件在黑色水平(black level)與中間等級之間的范圍中具有對所施加電壓的平滑響應特性。采用閃耀類型的衍射光柵調(diào)制器件，通過其可以容易地實現(xiàn)高等級的圖像顯示，這也是優(yōu)選的。
在根據(jù)本發(fā)明的光學裝置和圖像生成裝置中，使水或冷卻劑循環(huán)用于冷卻的散熱片、Peltier設備、冷卻裝置，以及用于強制吹風的風扇可以用作冷卻/散熱部件。
在根據(jù)本發(fā)明的光學裝置和圖像生成裝置中支持部件到安裝襯底的第一面或一個面的連接，在根據(jù)本發(fā)明第一模式的光學裝置和圖像生成裝置中光學器件到安裝襯底的第二面或另一個面的連接，以及在根據(jù)本發(fā)明第二或第三模式的光學裝置和圖像生成裝置中光學器件到支持部件的連接，可以通過使用粘合劑的方法(例如，涂敷熱固型粘合劑、然后加熱該粘合劑以實現(xiàn)連接或粘附的方法)來進行。同時，冷卻/散熱部件到支持部件的連接，可以使用螺絲或使用粘合劑(例如，涂敷可紫外線固化樹脂、然后用紫外線照射該樹脂以實現(xiàn)連接或粘附的方法)來進行。
在根據(jù)本發(fā)明第一到第三模式的圖像生成裝置中，可以使用半導體激光器作為光源。
在光(激光束)被照射到例如設置在衍射光柵調(diào)制裝置中的光學器件上時所產(chǎn)生的過熱會對光學器件(例如在支持部件上的衍射光柵調(diào)制器件)的元件位置的精確度造成不良的影響。因此，有必要對熱采取足夠的應對措施。在根據(jù)本發(fā)明第一到第三模式的光學裝置和圖像生成裝置中，支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成，以使在光(激光束)被照射到光學器件(例如衍射光柵調(diào)制裝置)上時所產(chǎn)生的熱通過支持部件被輻射掉。結果，可以防止光學器件的元件受到熱的影響。因此，可以消除顏色模糊等的問題，并且圖像生成裝置可以實現(xiàn)尺寸上的進一步減小、性能的進一步增強、分辨率的進一步增加以及圖像質(zhì)量的進一步改善。此外，可以提高光學器件、光學裝置和圖像生成裝置的操作穩(wěn)定性，并且可以增加它們的壽命。
此外，因為在光(激光束)被照射到光學器件上時所產(chǎn)生的熱通過支持部件被輻射掉，所以可以抑制由光學器件溫度升高形成的溫度梯度所導致的問題的發(fā)生(例如在固定電極或可移動電極上出現(xiàn)孔洞或凸起(hillock))。結果，可以改進光學器件的耐久性，并且可以預計光學器件的壽命會增加。要注意，在不能抑制孔洞或凸起出現(xiàn)的情況下，有可能會導致黑色水平的劣化，并且在最壞的情形下，可能導致電斷開、故障等。
在根據(jù)本發(fā)明第二模式的光學裝置或圖像生成裝置中，因為開口被設置在安裝襯底中，并且光學器件被連接到支持部件的暴露在設置于安裝襯底內(nèi)的開口中的部分，所以不僅可以預見到結構的簡化，而且設計的自由度也升高。
當在其上設置有驅(qū)動光學器件所必需的電路的半導體芯片被連接到支持部件時，可以有效地進行半導體芯片的散熱和冷卻，此外也方便了布線工藝(引線接合)，這有助于改進可加工性。
從下面結合附圖的描述和所附的權利要求中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征以及優(yōu)點將變得更加清楚，在附圖中相同的部分或器件由相同的標號指代。


圖1A是作為根據(jù)本發(fā)明實施例1的光學裝置的衍射光柵調(diào)制裝置組合件的示意性部分截面視圖；圖1B是作為根據(jù)本發(fā)明實施例2的光學裝置的衍射光柵調(diào)制裝置組合件的示意性部分截面視圖；圖2A是作為根據(jù)本發(fā)明實施例3的光學裝置的衍射光柵調(diào)制裝置組合件的示意性部分截面視圖；圖2B是作為根據(jù)對本發(fā)明實施例2進行修改的光學裝置的衍射光柵調(diào)制裝置組合件的示意性部分截面視圖；圖3A是作為根據(jù)本發(fā)明實施例4的光學裝置的衍射光柵調(diào)制裝置組合件的示意性部分截面視圖；圖3B是圖3A中所示安裝襯底的示意性部分平面視圖；圖4是作為根據(jù)本發(fā)明實施例1的光學裝置的衍射光柵調(diào)制裝置組合件的示意性底部平面視圖；圖5A是在作為本發(fā)明實施例2的光學裝置的衍射光柵調(diào)制裝置組合件中安裝板的示意性部分截面視圖；圖5B是圖5A中所示安裝板以及支持部件的示意性部分透視圖；圖6A和圖6B分別是作為本發(fā)明實施例2的光學裝置的衍射光柵調(diào)制裝置組合件中、以及對該衍射光柵調(diào)制裝置組合件的改變中的安裝板的示意性部分平面視圖；圖7A和圖7B分別是作為本發(fā)明實施例3的光學裝置的衍射光柵調(diào)制裝置組合件中、以及對該衍射光柵調(diào)制裝置組合件的改變中的安裝板進行修改后的示意性部分平面視圖；圖8是示意性地示出了形成衍射光柵調(diào)制器件的下部電極、固定電極和可移動電極的排列的圖；圖9A是沿圖8的線B-B表示固定電極等的示意性截面視圖；圖9B是沿圖8的線A-A表示可移動電極等的示意性截面視圖，其中衍射光柵調(diào)制器件處于不工作的狀態(tài)；圖10A是沿圖8的線A-A表示可移動電極等的示意性截面視圖，其中衍射光柵調(diào)制器件處于工作的狀態(tài)；圖10B是沿圖8的線C-C表示固定電極、可移動電極等的截面視圖；圖11是表示衍射光柵調(diào)制裝置組合件的部分的概念截面視圖；圖12是圖像形成裝置的概念性視圖，其中組合了三個衍射光柵調(diào)制裝置組合件；以及圖13是傳統(tǒng)衍射光柵調(diào)制裝置組合件的示意性部分截面視圖。
具體實施例方式
在描述本發(fā)明的不同實施例之前，先描述在實施例中經(jīng)常使用的衍射光柵調(diào)制裝置和衍射光柵調(diào)制器件。
現(xiàn)在參照圖1A到圖7B以及圖8到圖13，在本發(fā)明中使用的衍射光柵調(diào)制裝置11包括支持部件12和在支持部件12的表面上形成的多個(例如1,080)衍射光柵調(diào)制器件21，與圖8、9A、9B、10A和10B中的那些相似。衍射光柵調(diào)制裝置11還包括由玻璃板形成的光傳播部件13。衍射光柵調(diào)制器件21包括下部電極22、固定電極31和可移動電極32。光傳播部件13以與固定電極31和可移動電極32相對的關系被設置，并且通過它來傳播將要入射到固定電極31和可移動電極32的入射光以及從固定電極31和可移動電極32射出的出射光。
下部電極22由摻有雜質(zhì)的多晶硅制成，并且被形成在由硅半導體襯底形成的支持部件12的表面上。要注意，由SiO2形成的絕緣保護膜(未示出)形成在下部電極22的表面上，使得在形成固定電極31和可移動電極32時，下部電極22不會被毀壞。帶狀(絲帶狀)固定電極31被支持在下部電極22上并且在其上方延伸，并且可移動電極32與固定電極31并列，具體地由作為可移動電極32的延伸部分的支持部分25、26支持。固定電極31和可移動電極32具有由光反射層(上層)和由SiN制得的介電材料層(下層)組成的疊層結構，其中光反射層由添加Cu的鋁形成(Cu的添加率為0.5重量％)。要注意，在圖中，固定電極31和可移動電極32被表示在一個層中。
由衍射光柵調(diào)制裝置11和光傳播部件13限定的空間被保持在密封狀態(tài)。氫氣、氦氣、氮氣或它們的混合氣體被密封在該空間中。這抑制了由于衍射光柵調(diào)制元件工作時溫度增加而形成的溫度梯度導致的固定電極31和可移動電極32的劣化，從而實現(xiàn)耐久性和可靠性的改進。
支持部件12和光傳播部件13通過低熔點金屬材料層14被連接在一起。低熔點金屬材料層14可以被形成在支持部件12表面的周邊部分和光傳播部件13的周邊部分的期望位置。層14可以利用例如氣相沉積、濺射或離子鍍的真空薄膜形成技術來形成。在某些情況下，由具有低熔點的金屬材料制成的引線部件或箔片可以被設置在或者應用到支持部件12等的期望位置。與低熔點金屬材料層14的接合具體地通過加熱低熔點金屬材料層14來進行。具體地，低熔點金屬材料層14的加熱可以通過公知的加熱方法來進行，例如使用燈、激光、爐子等來加熱。
低熔點金屬材料層14可以由熔點約為120℃到400℃的低熔點金屬材料制成。關于這種低熔點金屬材料，可以列出例如Au80Sn20(熔點為260℃到320℃)的錫金型低熔點合金。此外，可以使用In(銦熔點157℃)；錫(Sn)型高溫用焊料，例如Sn80Ag20(熔點為220℃到370℃)和Sn95Cu5(熔點為227℃到370℃)；鉛(Pb)的高溫用焊料，例如Pb97.5Ag2.5(熔點為304℃)和Pb94.5Ag5.5(熔點為304℃到365℃)以及Pb97.5Ag1.5Sn1.0(熔點為309℃)；鋅(Zn)型的高溫用焊料，例如Zn95Al5(熔點為380℃)；錫鉛型標準焊料，例如Sn5Pb95(熔點為300℃到314℃)和Sn2Pb98(熔點為316℃到322℃)；以及焊料材料，例如Au88Ga12(熔點為381℃)。
多個衍射光柵調(diào)制器件21在衍射光柵調(diào)制裝置11中的排列是一維陣列。更具體地，用于形成多個(例如1,080)衍射光柵調(diào)制器件21的固定電極31和可移動電極32沿著垂直于固定電極31和可移動電極32的軸向(X方向)的方向(Y方向)并列排列。固定電極31和可移動電極32的總數(shù)例如是1,080×6。
要注意，連接端子部分(未示出)被設置用于電連接到半導體芯片40，在半導體芯片40上例如設置有用于驅(qū)動衍射光柵調(diào)制裝置11所必需的電路，使得所述電路暴露在外部，并被電連接到可移動電極32。更具體地，衍射光柵調(diào)制器件21中的每一個都由三個固定電極31和三個可移動電極32組成。這三個可移動電極32被共同連接到一個控制電極，該控制電極被連接到連接端子部分中的相應一個。同時，這三個固定電極31被共同連接到偏壓電極，該偏壓電極被設置成由多個衍射光柵調(diào)制器件21共用。偏壓電極通過作為偏壓電極的延伸部分的偏壓電極端子部分(未示出)被連接到半導體芯片40，并被接地。此外，下部電極22由多個衍射光柵調(diào)制器件21共用。下部電極22通過作為下部電極22的延伸部分的下部電極端子部分(未示出)被連接到半導體芯片40，并被接地。
連接端子部分、下部電極端子部分和偏壓電極端子部分(未示出)被設置在支持部件12上、相對于低熔點金屬材料層14的外側(cè)的區(qū)域中(參照圖11)。用于連接上述端子部分和各種電極(例如控制電極、偏壓電極等)的布線具有防止低熔點金屬材料層14的布線短路的結構(例如，控制電極和偏壓電極被涂覆有絕緣材料層)。
如果通過連接端子部分從外部電路對可移動電極32中的任一個施加電壓，并對下部電極22施加另一個電壓，那么靜電力(庫侖力)在可移動電極32和下部電極22之間起作用，使得可移動電極32朝向下部電極22偏移。更具體地，如果從外部電路通過連接端子部分和控制電極給可移動電極32施加電壓，并從外部電路通過下部電極端子部分給下部電極22施加另一個電壓(實際上下部電極22處于接地狀態(tài))，那么在可移動電極32和下部電極22之間產(chǎn)生靜電力(庫侖力)。然后，可移動電極32由于靜電力而向下朝下部電極22偏移。要注意，在可移動電極32偏移之前階段的可移動電極32和下部電極22被示出在圖9B中和圖10B的左側(cè)，而在可移動電極32偏移之后的另一個狀態(tài)的可移動電極32和下部電極22被示出在圖10A中和圖10B的右側(cè)?；诳梢苿与姌O32的這種偏移，由可移動電極32和固定電極31形成反射型的衍射光柵。
下部電極22的頂面與固定電極31的頂面之間的高度差Δh0被設定為下面表2中給出的值。此外，在衍射光柵調(diào)制器件21不工作時，可移動電極32的頂面與固定電極31的頂面之間的高度差被設定為盡可能近似為0。此外，在衍射光柵調(diào)制器件21工作時，可移動電極32的頂面與固定電極31的頂面之間的高度差Δh1(可移動電極32向下偏移的量)的最大值Δh1-MAX滿足Δh1-MAX＝λ/4，這里，到衍射光柵調(diào)制器件21或衍射光柵調(diào)制裝置11的入射光的波長由λ表示。此外，Δh1-MAX和Δh0之間的關系滿足Δh1-MAX≤(Δh0/3)。
要注意，可以通過改變施加給可移動電極32的電壓來改變可移動電極32的頂面與固定電極31的頂面之間的高度差Δh1(可移動電極32向下偏移的量)。因為這可以改變衍射光的強度，所以可以進行等級控制。
此外，相鄰固定電極31之間的距離d，存在于任意固定電極與相鄰的可移動電極之間的間隙SP，固定電極31的寬度WF，固定電極31的有效長度LF，可移動電極32的寬度WM，可移動電極32的有效長度LM，被設定為下面表2中給出的值。表2中的單位是μm。
Δh0＝0.85d＝8.0SP＝0.40WF＝3.6LF＝200WM＝3.6LM＝200包括三個圖像生成裝置101R、101G和101B的圖像形成裝置可以概念性地具有與上面參照圖12描述的相類似的構造，其中，圖像生成裝置101R、101G和101B分別包含衍射光柵調(diào)制裝置組合件102R、102G和102B和光源(激光光源100R、100G和100B)，衍射光柵調(diào)制裝置組合件102R、102G和102B包括如上所述的這種衍射光柵調(diào)制裝置103R、103G和103B(具有與衍射光柵調(diào)制裝置11相同的構造和結構)。同樣，包括三個圖像生成裝置101R、101G和101B的圖像形成裝置的操作也類似于前面參照圖12所描述的。因此，在這里省略了對圖像形成裝置的構造和結構以及操作的詳細描述，以避免冗余。
實施例1實施例1涉及根據(jù)用來實施本發(fā)明的第一模式的光學裝置和圖像生成裝置。實施例1的光學裝置包括光學器件，其中，多個衍射光柵調(diào)制器件(GLV)被排列為一維陣列。要注意，在下面的描述中，光學器件有時被稱為衍射光柵調(diào)制裝置，并且光學裝置有時被稱為衍射光柵調(diào)制裝置組合件。此外，實施例1的圖像形成裝置包括類似于在圖12中示出的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)和光源(半導體激光器)。實施例1的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的示意性部分截面視圖在圖1A中示出，光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的示意性底部平面視圖在圖4中示出。要注意，在圖1A、1B、2A、2B和3A中，省略了衍射光柵調(diào)制器件等。
更具體地，實施例1的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)包括(A)光學器件(衍射光柵調(diào)制裝置11)，(B)安裝襯底50，(C)支持部件60，以及(D)由散熱片形成的冷卻/散熱部件70。
支持部件60通過粘合劑45被管芯接合(die bonding)到安裝襯底50的面50A，安裝襯底50由印刷電路板形成，該印刷電路板由玻璃環(huán)氧樹脂鍍銅層合板形成。同時，衍射光柵調(diào)制裝置11通過粘合劑43的管芯接合而被連接到安裝襯底50的另一個面50B。要注意，用于處理從外部輸入的用于驅(qū)動衍射光柵調(diào)制裝置的信號的電路以及其他必要的電路被設置在安裝襯底50上。這類似地也適用于在這之后描述的實施例2到4。此外，冷卻/散熱部件70通過螺絲或粘合劑而被連接到支持部件60上。支持部件60充當用作由散熱片形成的冷卻/散熱部件70的接合板。衍射光柵調(diào)制裝置組合件可以通過螺絲、粘合劑等類似方式而被連接到圖像形成裝置的主體部分。
實施例1中的衍射光柵調(diào)制裝置組合件還包括在其上設置有用于驅(qū)動衍射光柵調(diào)制裝置11所必需的電路(例如10位或12位驅(qū)動器)的半導體芯片40。半導體芯片40通過粘合劑44的管芯接合而被連接到安裝襯底50的面50B上。
要注意，在使用粘合劑43、44或45的接合中，可以通過將其加熱到例如130到200℃來接合，不過這取決于粘合劑43、44或45的規(guī)格。這類似地適用于在這之后描述的實施例2和4。
在實施例1中，支持部件60由具有230W/m·K熱導率的材料制成，具體地由厚度(t)為4mm的鋁(Al)板制成。更具體地，由鋁制成的支持部件60可以通過切割生成。
衍射光柵調(diào)制裝置11和支持部件60通過設置在安裝襯底50內(nèi)部的傳熱單元、具體地通過傳熱過孔51而被彼此熱連接。傳熱過孔51可以通過在安裝襯底50中形成通孔，并將具有高熱導率的材料(例如銅或銀)填充到通孔中來獲得。更具體地，可以使用通過絲網(wǎng)印刷方法來將具有高熱導率的膏狀材料(例如銅膏或銀膏)填充到通孔中的方法，以及通過電鍍方法填充具有高熱導率的材料(例如銅)的方法。傳熱過孔51中每一個的一端都間接地接觸(即，通過粘合劑43或44)光學器件(更具體地，接觸組成衍射光柵調(diào)制裝置11的支持部件12)，或者接觸半導體芯片40。傳熱過孔51的另一端間接地接觸(即，通過粘合劑45)支持部件60。
此外，衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40，以及半導體芯片40和設置在安裝襯底50上的布線，例如通過連接線而被彼此電學連接。衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40由框架部件41(由熱固性樹脂材料制成)圍住。此外，衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40被密封在封裝樹脂42中，以保護其連接線。在衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40，以及半導體芯片40和設置在安裝襯底50上的布線以這種方式通過連接線而被彼此電學連接時，衍射光柵調(diào)制裝置組合件可以形成為具有減小的尺寸和減小的重量。
在實施例1中以及在這之后描述的實施例2至4中，由玻璃板形成的平板狀光傳播部件13和支持部件12通過由Au80Sn20制成的低熔點金屬材料層14而被接合(連接)在一起，如圖11中概念性示出的。
在實施例1中，因為使用支持部件60，且除此之外還設置有傳熱過孔51，所以來自衍射光柵調(diào)制裝置11的熱以及來自半導體芯片40的熱可以被有效地傳送到冷卻/散熱部件70。此外，在使用支持部件60的實施例1中，可以充分地保證衍射光柵調(diào)制器件21的位置的高精確度，而這在只有具有高線性膨脹系數(shù)(例如大約為14×10-6/K，這高于支持部件12的線性膨脹系數(shù)3.1×10-6/K)和大約25GPa楊氏模量且柔性很大的安裝襯底350的情況下是較難的。
在計算關于實施例1的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的熱阻值(單位℃/W)時，獲得了在下面的表3中列出的這些值。此外，關于圖13中所示傳統(tǒng)裝置的熱阻值的計算結果在表3中也列出作為對比示例1。此外，關于對沒有設置傳熱過孔51的實施例1的結構的熱阻值計算結果在表3中列出作為對比示例2。要注意，S1和S0具有關系S1＝0.1×S0。
表3

從表3中，可以區(qū)別出，與對比示例1中的值相比，在支持部件60由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成，并且光學器件(衍射光柵調(diào)制裝置11)和支持部件60通過設置在安裝襯底50中的傳熱裝置(傳熱過孔51)而被彼此熱連接的情況下，實施例1的整個系統(tǒng)中的熱阻值可以被降低到約1/14。
實施例2實施例2涉及根據(jù)用來實施本發(fā)明的第二模式的光學裝置和圖像形成裝置。同樣，實施例2的光學裝置具體地包括光學器件(衍射光柵調(diào)制裝置)，其中，多個衍射光柵調(diào)制器件(GLV)被排列為一維陣列。此外，實施例2的圖像生成裝置包括與前面參照圖12描述的相類似的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)和光源(半導體激光器)。實施例2的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的示意性部分截面視圖在圖1B中示出，光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的安裝襯底的示意性部分透視圖在圖5A中示出。此外，光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的安裝襯底和支持部件的示意性部分透視圖在圖5B中示出，并且安裝襯底的示意性部分平面視圖在圖6A中示出。要注意，在圖6A、6B、7A、7B和3B中，衍射光柵調(diào)制裝置要被放置的位置由點劃線指示，并且半導體芯片要被放置的位置由虛線指示。
更具體地，實施例2的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)包括(A)光學器件(衍射光柵調(diào)制裝置11)，(B)安裝襯底150，(C)支持部件160。
安裝襯底150由印刷電路板形成并在其中形成有開口152，該印刷電路板由玻璃環(huán)氧樹脂鍍銅層合板形成。支持部件160通過與實施例1類似的粘合劑45的管芯接合而被連接到安裝襯底150的面150A上。衍射光柵調(diào)制裝置11通過粘合劑43的管芯接合而被連接到支持部件160的通過形成在安裝襯底150中的開口152而暴露在外面的部分(支持部件突出部161)。支持部件突出部161的表面基本上與安裝襯底150的另一個面150B齊平。此外，由散熱片形成的冷卻/散熱部件70通過螺絲或粘合劑(這并非必要的)而被連接到支持部件160上。
實施例2中的衍射光柵調(diào)制裝置組合件還包括半導體芯片40，其每一個都包括用于驅(qū)動衍射光柵調(diào)制裝置11所必需的電路(例如10位或12位驅(qū)動器)。半導體芯片40通過粘合劑44的管芯接合而被連接到安裝襯底150的面150B上。此外，半導體芯片40和支持部件160通過設置在安裝襯底150中的傳熱途徑、具體地是設置在安裝襯底150中的傳熱過孔151而被彼此熱連接。傳熱過孔151中的每一個在其一端間接地接觸(即，通過粘合劑44)半導體芯片40，而在其另一端間接地接觸(即，通過粘合劑45)支持部件160。
此外，在實施例2中，支持部件160由具有230W/m·K或更大熱導率的材料形成，更具體地由在其支持部件突出部161處厚度為4mm、而其其他部分具有1.6mm厚度的鋁(Al)板形成。更具體地，由鋁制成的支持部件160可以通過切割形成。
此外，在實施例2中，衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40，以及半導體芯片40和設置在安裝襯底150上的布線，通過連接線而被彼此電學連接。衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40由框架部件41(由熱固性樹脂材料制成)圍住，并被埋在封裝樹脂42中，以保護連接線。在衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40，以及半導體芯片40和作為布線的電路以這種方式通過連接線而被彼此電學連接時，衍射光柵調(diào)制裝置可以形成為具有減小的尺寸和減小的重量。
在實施例2中，因為衍射光柵調(diào)制裝置11被連接到支持部件160暴露在形成于安裝襯底150中的開口152中的部分(支持部件突出部161)，所以來自衍射光柵調(diào)制裝置11的熱可以被有效地輻射。結果，可以充分保證衍射光柵調(diào)制器件21的位置的高精確度。
計算關于實施例2的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的熱阻值。計算表明各個位置的熱阻值(單位℃/W)表現(xiàn)為與表3中列出的、表示從實施例1中獲得的值基本上相等(更具體地，這些值增加了0.002℃/W)。
要注意，開口152可以被設置在與安裝襯底150的邊緣間隔開的區(qū)域中，如圖6A所示，或者可以被設置成沿著安裝襯底150的邊緣部分150C的切掉部分，如圖6B所示。
實施例3實施例3是對實施例2的修改。在實施例2中，半導體芯片40被連接到安裝襯底150的面150B上。另一方面，在實施例3中，半導體芯片40通過粘合劑44的管芯接合而被連接到支持部件160暴露在形成于安裝襯底150中的開口152中的部分(支持部件突出部161)，如在圖2A中所示，其示出了光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的示意性部分截面視圖。要注意，安裝襯底150的示意性部分透視圖與在圖5A中示出的一樣，并且安裝襯底150和支持部件160的示意性部分透視圖與在圖5B中示出的類似。安裝襯底150的示意性部分平面視圖在圖7A中示出。
除了剛剛描述的半導體芯片40的這種連接狀態(tài)之外，光學器件(衍射光柵調(diào)制裝置)、光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)和圖像生成裝置的構造和結構與以上結合實施例2描述的一樣。因此，在這里省略了對它們的重復描述，以避免冗余。
要注意，開口152可以被設置在與安裝襯底150的邊緣間隔開的區(qū)域中，如圖7A所示，或者可以被設置成沿著安裝襯底150的邊緣部分150C的切掉部分的形狀。
實施例4實施例4涉及根據(jù)用來實施本發(fā)明的第三模式的光學裝置和圖像生成裝置。同樣，實施例4的光學裝置具體地包括光學器件(衍射光柵調(diào)制裝置)，其中，多個衍射光柵調(diào)制器件(GLV)被排列為一維陣列。此外，實施例4的圖像形成裝置包括與前面圖12中所示裝置類似的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)和光源(半導體激光器)。實施例4的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的示意性部分截面視圖在圖3A中示出，并且安裝襯底和支持部件的示意性部分平面視圖在圖3B中示出。
更具體地，實施例4的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)，與在實施例2中類似地包括(A)光學器件(衍射光柵調(diào)制裝置11)，(B)安裝襯底250，以及(C)支持部件260。
支持部件260通過粘合劑45的管芯接合而被連接到安裝襯底250的面250A上，使得它從安裝襯底250的邊緣部分250C延伸到安裝襯底250的外側(cè)，所述安裝襯底250由玻璃環(huán)氧樹脂鍍銅層合板形成。同時，光學器件(衍射光柵調(diào)制裝置11)通過粘合劑43的管芯接合而被連接到支持部件260延伸到安裝襯底250的外側(cè)的部分(支持部件突出部261)。此外，由散熱片形成的冷卻/散熱部件70通過螺絲或粘合劑(并非必要的)而被連接到支持部件260上。
實施例4中的衍射光柵調(diào)制裝置組合件還包括半導體芯片40，在其中每一個上都設置有用于驅(qū)動衍射光柵調(diào)制裝置11所必需的電路(例如10位或12位驅(qū)動器)。半導體芯片40通過粘合劑44的管芯接合被連接到支持部件260。
此外，在實施例4中，支持部件260由具有230W/m·K或更大熱導率的材料形成，更具體地由在其支持部件突出部261處厚度為4mm、而其其他部分具有1.6mm厚度的鋁(Al)板形成。更具體地，由鋁制成的支持部件260可以通過切割形成。
此外，在實施例4中，衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40，以及半導體芯片40和作為布線設置在安裝襯底250上的電路，通過連接線而被彼此電學連接。衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40由框架部件41(由熱固性樹脂材料制成)圍住，并被埋在封裝樹脂42中，以保護連接線。在衍射光柵調(diào)制裝置11和半導體芯片40，以及半導體芯片40和作為布線的電路以這種方式通過連接線而被彼此電學連接時，衍射光柵調(diào)制裝置可以形成為具有減小的尺寸和減小的重量。
在實施例4中，因為衍射光柵調(diào)制裝置11被連接到支持部件突出部261，所以來自衍射光柵調(diào)制裝置11的熱可以被有效地輻射。結果，可以充分保證衍射光柵調(diào)制器件21的位置的高精確度。
計算關于實施例4的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的熱阻值。計算表明各個位置的熱阻值(單位℃/W)表現(xiàn)為基本上與從實施例2中獲得的值相等。
除了上述之外，實施例4的光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)的構造和結構可以與以上結合實施例2描述的一樣。因此，在這里省略了對它們的重復描述，以避免冗余。
要注意，半導體芯片40可以通過粘合劑的管芯接合而被連接到安裝襯底250的另一個面250B上。在這種情況下，半導體芯片40和支持部件260優(yōu)選地通過設置在安裝襯底250中的傳熱途徑、具體地通過用于傳熱的過孔而彼此熱連接。用于傳熱的過孔可以被構造成使得它們中的每一個在其一端間接地(即，通過粘合劑)接觸半導體芯片40，而在其另一端間接地(即，通過粘合劑45)接觸支持部件260。
雖然結合本發(fā)明的優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但是本發(fā)明不限于此。衍射光柵調(diào)制器件、光學器件(衍射光柵調(diào)制裝置)、光學裝置(衍射光柵調(diào)制裝置組合件)和圖像生成裝置的結構和構造僅僅是說明性的，并且可以被適當?shù)馗淖?。同樣，形成衍射光柵調(diào)制裝置組合件、衍射光柵調(diào)制器件的各種部件的材料，以及部件的尺寸等僅僅是說明性的，并且可以被適當?shù)馗淖儭?br> 在半導體芯片產(chǎn)生的熱較少時，不需要設置用于將半導體芯片與支持部件彼此熱連接而傳熱的過孔。
雖然在實施例2中支持部件突出部161被設置在支持部件160上，但是支持部件160暴露在形成于安裝襯底150的開口152中的部分的表面可以基本上與安裝襯底150的面150A齊平，如在圖2B示意性部分截面視圖中可見的。要注意，剛剛描述的結構也可以應用于實施例3或?qū)嵤├?。
雖然在上述的實施例中，支持部件60、160和260由鋁(Al)制成，但它們可以由銅(Cu)、鈹銅合金、銀或金制成?；蛘撸鼈兛梢杂蛇x自上述材料中的至少兩種材料制成。在這種情況下，支持部件優(yōu)選地形成在多層結構中。
雖然在上述的實施例中，可移動電極32的頂面和固定電極31的頂面平行于下部電極22的頂面延伸，但可移動電極32和固定電極31可以被形成為相對于下部電極22的頂面傾斜閃耀角θD的閃耀類型的電極，使得例如只可以發(fā)射正一級(m＝+1)的衍射光。
雖然已經(jīng)使用特定的術語描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但是這種描述只是為了說明的目的，應該理解，可以作出改變和變化而不會脫離所附權利要求的精神或范圍。
權利要求
1.一種光學裝置，包括光學器件；安裝襯底；支持部件；以及冷卻/散熱部件；所述支持部件被連接到所述安裝襯底的第一面；所述光學器件被連接到所述安裝襯底的第二面；所述冷卻/散熱部件被連接到所述支持部件；所述光學器件和所述支持部件通過設置在所述安裝襯底內(nèi)部的傳熱單元而被彼此熱連接；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
2.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置，其中，所述傳熱單元由形成在所述安裝襯底內(nèi)部的、用于傳熱的過孔形成。
3.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置，其中，所述支持部件由鋁、銅、鈹銅合金、銀或金制成。
4.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置，其中，所述安裝襯底由印刷電路板形成。
5.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置，還包括半導體芯片，所述半導體芯片包括用于驅(qū)動所述光學器件所必需的電路，所述半導體芯片被連接到所述安裝襯底的第二面。
6.根據(jù)權利要求1所述的光學裝置，其中，所述光學器件由衍射光柵調(diào)制裝置形成。
7.根據(jù)權利要求6所述的光學裝置，其中，所述衍射光柵調(diào)制裝置包括下部電極、被支持在所述下部電極上方的帶狀固定電極和被支持在所述下部電極上方、與所述固定電極具有并列關系的帶狀可移動電極，多個衍射光柵調(diào)制器件的其中每一個都包括由于所述可移動電極在靜電力作用下向所述下部電極偏移而由所述可移動電極和所述固定電極形成的衍射光柵，所述靜電力通過對所述可移動電極和所述下部電極施加電壓產(chǎn)生并且在所述可移動電極和形成在所述支持部件表面上的所述下部電極之間起作用。
8.一種光學裝置，包括光學器件；安裝襯底；以及支持部件；所述安裝襯底在其中形成有開口；所述支持部件被連接到所述安裝襯底的一個面；所述光學器件被連接到所述支持部件的暴露在形成于所述安裝襯底內(nèi)的所述開口中的部分；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
9.根據(jù)權利要求8所述的光學裝置，還包括連接到所述支持部件的冷卻/散熱部件。
10.根據(jù)權利要求8所述的光學裝置，其中，所述支持部件由鋁、銅、鈹銅合金、銀或金制成。
11.根據(jù)權利要求8所述的光學裝置，其中，所述安裝襯底由印刷電路板形成。
12.根據(jù)權利要求8所述的光學裝置，還包括半導體芯片，所述半導體芯片包括用于驅(qū)動所述光學器件所必需的電路，所述半導體芯片被連接到所述支持部件的暴露在形成于所述安裝襯底內(nèi)的所述開口中的部分。
13.根據(jù)權利要求8所述的光學裝置，其中，所述光學器件由衍射光柵調(diào)制裝置形成。
14.根據(jù)權利要求13所述的光學裝置，其中，所述衍射光柵調(diào)制裝置包括下部電極、被支持在所述下部電極上方的帶狀固定電極和被支持在所述下部電極上方、與所述固定電極具有并列關系的帶狀可移動電極，多個衍射光柵調(diào)制器件的其中每一個都包括由于所述可移動電極在靜電力作用下向所述下部電極偏移而由所述可移動電極和所述固定電極形成的衍射光柵，所述靜電力通過對所述可移動電極和所述下部電極施加電壓產(chǎn)生并且在所述可移動電極和形成在所述支持部件表面上的所述下部電極之間起作用。
15.一種光學裝置，包括光學器件；安裝襯底；以及支持部件；所述支持部件以從所述安裝襯底邊緣部分延伸到所述安裝襯底外側(cè)的方式而被連接到所述安裝襯底的一個面；所述光學器件被連接到所述支持部件的延伸到所述安裝襯底的外側(cè)的部分；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
16.根據(jù)權利要求15所述的光學裝置，還包括連接到所述支持部件的冷卻/散熱部件。
17.根據(jù)權利要求15所述的光學裝置，其中，所述支持部件由鋁、銅、鈹銅合金、銀或金制成。
18.根據(jù)權利要求15所述的光學裝置，其中，所述安裝襯底由印刷電路板形成。
19.根據(jù)權利要求15所述的光學裝置，還包括半導體芯片，所述半導體芯片包括用于驅(qū)動所述光學器件所必需的電路，所述半導體芯片被連接到所述支持部件的延伸到所述安裝襯底的外側(cè)的部分。
20.根據(jù)權利要求15所述的光學裝置，其中，所述光學器件由衍射光柵調(diào)制裝置形成。
21.根據(jù)權利要求20所述的光學裝置，其中，所述衍射光柵調(diào)制裝置包括下部電極、被支持在所述下部電極上方的帶狀固定電極和被支持在所述下部電極上方、與所述固定電極具有并列關系的帶狀可移動電極，多個衍射光柵調(diào)制器件的其中每一個都包括由于所述可移動電極在靜電力作用下向所述下部電極偏移而由所述可移動電極和所述固定電極形成的衍射光柵，所述靜電力通過對所述可移動電極和所述下部電極施加電壓產(chǎn)生并且在所述可移動電極和形成在所述支持部件表面上的所述下部電極之間起作用。
22.一種圖像生成裝置，包括光源；以及光學裝置，其包括用于發(fā)射從所述光源入射的光的光學器件、安裝襯底、支持部件和冷卻/散熱部件；所述支持部件被連接到所述安裝襯底的第一面；所述光學器件被連接到所述安裝襯底的第二面；所述冷卻/散熱部件被連接到所述支持部件；所述光學器件和所述支持部件通過設置在所述安裝襯底內(nèi)部的傳熱單元而被彼此熱連接；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
23.一種圖像生成裝置，包括光源；以及光學裝置，其包括用于發(fā)射從所述光源入射的光的光學器件、安裝襯底和支持部件；所述安裝襯底在其中形成有開口；所述支持部件被連接到所述安裝襯底的一個面；所述光學器件被連接到所述支持部件的暴露在形成于所述安裝襯底內(nèi)的所述開口中的部分；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
24.一種圖像生成裝置，包括光源；以及光學裝置，其包括用于發(fā)射從所述光源入射的光的光學器件、安裝襯底和支持部件；所述支持部件以從所述安裝襯底的邊緣部分延伸到所述安裝襯底外側(cè)的方式而被連接到所述安裝襯底的一個面；所述光學器件被連接到所述支持部件的延伸到所述安裝襯底的外側(cè)的部分；所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光學裝置，通過該裝置，即使在衍射光柵調(diào)制裝置中的光學器件產(chǎn)生了熱，由光學器件發(fā)射的光也很少可能在其間發(fā)生偏移。光學裝置包括光學器件、安裝襯底、支持部件以及冷卻/散熱部件。支持部件被連接到安裝襯底的第一面，而光學器件被連接到所述安裝襯底的第二面。冷卻/散熱部件被連接到所述支持部件。所述光學器件和所述支持部件通過設置在所述安裝襯底內(nèi)部的傳熱單元而被彼此熱連接。所述支持部件由具有230W/m·K或更大熱導率的材料制成。
文檔編號G02B26/08GK1627178SQ200410096600
公開日2005年6月15日 申請日期2004年12月8日 優(yōu)先權日2003年12月8日
發(fā)明者鬼木一直, 玉田仁志 申請人:索尼株式會社