JP2001004932A

JP2001004932A - 光変調デバイス及び表示装置

Info

Publication number: JP2001004932A
Application number: JP11173876A
Authority: JP
Inventors: Mari Sakai; 真理酒井; Osamu Yokoyama; 修横山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】反射面の曲率変化を大きくして集光性能を向
上させ、ＳＮ比を向上させると共に小型、省スペース化
を可能とした光変調デバイス及びそれを用いた表示装置
を提供する。【解決手段】圧電体層３３及びこれを挟持する第１及
び第２の電極３２，３３とからなる圧電素子３０を有す
ると共に光を反射するミラー膜構造３５を有するミラー
要素２０と、該ミラー要素２０に対応して設けられた駆
動素子５０とを有する光変調デバイス１０において、前
記圧電素子３０をその一方面の略中央部に設けられた第
１の支持部材４０を介して第１の基板１１上に固定し、
前記圧電素子３０を第１の支持部材４０との接続部分を
支点として変形させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射ミラーの変形
によって入射光を変調して表示を行うための光変調デバ
イス及び表示装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、光を変調して表示を行うための光変
調デバイスとしては、例えば、基板上に設けた電極に電
圧を印加し、その吸引力等によってミラーを傾斜させて
入射光を変調させるものや、圧電体層を一対の電極膜で
挟持した圧電素子上にミラーを設け、圧電素子を変形さ
せることによりこのミラーを傾斜させて入射光を変調さ
せるもの等が知られている。

【０００３】また、圧電素子を利用したものとしては、
特表平９−５０４３８７号公報に見られるように、片持
ち梁状の圧電素子の表面に薄膜等からなるミラー膜を形
成し、圧電素子を変形させることによりこのミラー膜を
屈曲させて入射光の方向を変えるものも提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな圧電素子を利用した光変調デバイスは、何れにして
も、圧電素子の長手方向一端部を支持した片持ち梁状の
構造であり、この構造の場合、圧電素子をその長手方向
に沿った一方向のみに変形させることで光の方向を変え
て変調するため、変調性能が低いという問題がある。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑み、反射面
の曲率変化を大きくして集光性能を向上させ、ＳＮ比を
向上させると共に小型、省スペース化を可能とした光変
調デバイス及びそれを用いた表示装置を提供することを
課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の第１の態様は、圧電体層及びこれを挟持する第１及
び第２の電極とからなる圧電素子を有すると共に光を反
射するミラー膜構造を有するミラー要素と、該ミラー要
素に対応して設けられた駆動素子とを有する光変調デバ
イスにおいて、前記圧電素子は、その一方面の略中央部
に設けられた第１の支持部材を介して第１の基板上に固
定されていることを特徴とする光変調デバイスにある。

【０００７】かかる第１の態様では、ミラー要素を構成
する圧電素子がその中央部に設けられた第１の支持部材
との接続部を支点として変形され、変形する端部は自由
端となっているので、曲率変化を大きくすることができ
る。

【０００８】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記圧電素子の前記圧電体層に電圧を印加すること
により、前記第１の支持部材との接続部を支点として前
記ミラー膜構造が変形されて、当該ミラー膜構造に入射
する光が変調されることを特徴とする光変調デバイスに
ある。

【０００９】かかる第２の態様では、圧電素子の駆動に
よる曲率変化が大きくなるため、ミラー膜構造に入射す
る光の集光性能を向上させることができる。

【００１０】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧電素子は前記一方面側には弾性板を有
すると共に他方面側には前記ミラー膜構造を有すること
を特徴とする光変調デバイスにある。

【００１１】かかる第３の態様では、圧電素子の一方側
に設けられた弾性板の中央部に支持部材が接合されてい
るので、この接合部を支点として圧電素子が変形し、他
方面にミラー膜構造が変形する。

【００１２】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記圧電素子の前記ミラー膜構造は、前記他方面側
の前記第２の電極又はこの上に設けられた反射膜から構
成されることを特徴とする光変調デバイスにある。

【００１３】かかる第４の態様では、圧電素子の第２の
電極又は反射膜が光を反射する。

【００１４】本発明の第５の態様は、第１〜４の何れか
の態様において、前記第１の支持部材が前記圧電素子の
前記一方面側を構成する層を前記第１の基板側に突出さ
せて形成されていることを特徴とする光変調デバイスに
ある。

【００１５】かかる第５の態様では、圧電素子と第１の
支持部材とが確実に固定されると共に、製造工程が簡略
化される。

【００１６】本発明の第６の態様は、第５の態様におい
て、前記第１の支持部材を構成する層が前記圧電素子の
前記一方面側の前記第１の電極であり、当該第１の電極
が前記駆動素子と電気的に接続されていることを特徴と
する光変調デバイスにある。

【００１７】かかる第６の態様では、圧電素子の一方面
側の第１の電極と対応する駆動素子とが、第１の支持部
材自体によって電気的に接続され、構造が簡略化され
る。

【００１８】本発明の第７の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧電素子の前記一方面側に前記ミラー膜
構造を有し、当該ミラー膜構造に入射する光は前記第１
の基板を通過して入射することを特徴とする光変調デバ
イスにある。

【００１９】かかる第７の態様では、第１の基板を介し
て入射された光がミラー膜構造で反射され、第１の基板
を介して出射する。

【００２０】本発明の第８の態様は、第７の態様におい
て、前記第１の基板は、前記ミラー膜構造に光を入射す
るための貫通孔を有する材料又は透光性材料からなるこ
とを特徴とする光変調デバイスにある。

【００２１】かかる第８の態様では、貫通孔を介して又
は透光性材料を介してミラー膜構造に光が入射される。

【００２２】本発明の第９の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧電素子の前記他方面側には、前記第１
の基板に相対向する第２の基板が設けられ且つ前記ミラ
ー膜構造に入射する光は前記第１の基板又は第２の基板
を通過して入射することを特徴とする光変調デバイスに
ある。

【００２３】かかる第９の態様では、ミラー要素は第１
の基板に支持されているが、光は第２の基板を介してミ
ラー膜構造に入射される。

【００２４】本発明の第１０の態様は、第９の態様にお
いて、前記第１又は第２の基板の少なくとも何れか一方
は、前記ミラー膜構造に光を入射するための貫通孔を有
する材料又は透光性材料からなることを特徴とする光変
調デバイスにある。

【００２５】かかる第１０の態様では、貫通孔を介して
又は透光性材料を介してミラー膜構造に光が入射され
る。

【００２６】本発明の第１１の態様は、第９又は１０の
態様において、前記第２の基板と前記圧電素子とは、前
記第１の支持部材に対向する位置に設けられた第２の支
持部材により連結されていることを特徴とする光変調デ
バイスにある。

【００２７】かかる第１１の態様では、ミラー要素は第
１及び第２の支持部材を介して第１及び第２の基板に安
定して支持されるが、圧電素子の変形は阻害されること
はない。

【００２８】本発明の第１２の態様は、第１〜１１の何
れかの態様において、前記駆動素子が、前記第１又は第
２基板上に設けられた薄膜トランジスタであることを特
徴とする光変調デバイスにある。

【００２９】かかる第１２の態様では、第１又は第２の
基板に設けられた薄膜トランジスタを介して各ミラー要
素の圧電素子が駆動される。

【００３０】本発明の第１３の態様は、第１〜１２の何
れかの態様において、前記圧電素子の前記第１及び第２
の電極から延設される接続配線が、それぞれ前記第１又
は第２の支持部材を介して前記第１又は第２の基板上ま
で延設されていることを特徴とする光変調デバイスにあ
る。

【００３１】かかる第１３の態様では、各圧電素子の第
１及び第２の電極への接続配線が第１及び第２の支持部
材を介して基板上まで延設されているので、変形を阻害
することがない。

【００３２】本発明の第１４の態様は、第１３の態様に
おいて、前記接続配線を介して前記圧電素子の前記第１
又は第２の電極と前記駆動素子とが接続されていること
を特徴とする光変調デバイスにある。

【００３３】かかる第１４の態様では、第１又は第２の
支持部材を介して延設された接続配線を介して第１及び
第２の電極と駆動素子とが接続される。

【００３４】本発明の第１５の態様は、第１〜１４の何
れかの態様において、前記第１及び第２の基板の少なく
とも一方は、前記圧電素子の駆動時には対向する前記第
１又は第２の電極と略同一電位になっていることを特徴
とする光変調デバイスにある。

【００３５】かかる第１５の態様では、第１又は第２の
電極と対向する基板が電極と同一電位になっているの
で、帯電による静電力で変位が阻害されることがない。

【００３６】本発明の第１６の態様は、第１〜１４の何
れかの態様において、前記第１及び第２の基板の少なく
とも一方の上には前記第１又は第２の電極に対向する対
向電極が設けられ、該対向電極と前記第１又は第２の電
極との間には、前記圧電素子の駆動を補助する方向に静
電力が発生するように電圧が印加されることを特徴とす
る光変調デバイスにある。

【００３７】かかる第１６の態様では、前記第１又は第
２の電極と対向電極との間に電圧を印加することによ
り、圧電素子の駆動を補助する方向に静電力を発生さ
せ、変位量を向上させることができる。

【００３８】本発明の第１７の態様は、第１〜１６の何
れかの態様の光変調デバイスと、光源と、この光源から
の光を前記光変調デバイスに入射すると共に当該光変調
デバイスの前記圧電素子の駆動時又は非駆動時の何れか
一方の反射光のみを出射する光学系とを具備することを
特徴とする表示装置にある。

【００３９】かかる第１７の態様では、ミラー膜構造の
曲率変化を大きくして集光性能を向上させた光変調デバ
イスを用いることにより、ＳＮ比を向上させると共に小
型、省スペース化を可能とした表示装置が実現できる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施形態に基づい
て詳細に説明する。

【００４１】（実施形態１）図１は、実施形態１に係る
光変調デバイスの概略を示す斜視図であり、図２は、そ
の一つのミラー要素を示す断面図である。

【００４２】図１に示すように、本実施形態の光変調デ
バイス１０は、例えば、厚さが５００μｍのシリコン
（Ｓｉ）基板等で形成されたミラー基板１１と、このミ
ラー基板１１上に、２次元アレイ状に設けられたミラー
要素２０とからなる。

【００４３】これらのミラー要素２０は、例えば、１２
８０×１０２４要素の２次元アレイ状に設けられ、例え
ば、図２に示すように、弾性板３１上に形成された下電
極膜３２、圧電体層３３及び上電極膜３４を有する圧電
素子３０と、この圧電素子３０の上電極膜３４上に略全
面に亘って設けられた反射膜３５とを有する。

【００４４】また、各ミラー要素２０の表面は、例え
ば、一辺が約２０μｍの略正方形を有し、その一方面の
略中央部、例えば、本実施形態では、弾性板３１の略中
央部には、外形が略円形の支持部材４０が設けられ、ミ
ラー要素２０はこの支持部材４０を介してミラー基板１
１に固定されている。すなわち、これらのミラー要素２
０は、支持部材４０が接合された接合部２１を支点とし
て、一辺略２０μｍの領域が変形されるようになってい
る。このようなミラー要素２０を保持する支持部材４０
の外径は、特に限定されないが、ミラー要素２０を確実
に保持可能な程度に小さいことが好ましい。

【００４５】また、この支持部材４０及びミラー要素２
０の接合部２１には、これらを貫通してミラー基板１１
を露出する貫通孔４５が形成されており、この貫通孔４
５に対応する領域のミラー基板１１には、圧電素子３０
を駆動するための薄膜トランジスタ等の駆動素子５０が
各圧電素子３０に対応して設けられている。

【００４６】ここで、圧電素子３０の上電極膜３４は、
各圧電素子３０の個別の電極であり、この貫通孔４５を
介して延設される上電極用接続配線３６によって各駆動
素子５０と接続されている。例えば、本実施形態では、
反射膜３５が上電極膜３４と駆動素子５０とを接続する
上電極用接続配線３６を兼ねており、上電極膜３４上か
ら貫通孔４５内に延設されて駆動素子５０と接続されて
いる。

【００４７】一方、下電極膜３２は、例えば、本実施形
態では、一端部が下電極膜３２に接続される下電極用接
続配線３７が貫通孔４５を介してミラー基板１１上まで
延設され、駆動素子５０と接続される。また、これら上
電極用接続配線３６と下電極用接続配線３７とは、絶縁
層６０によって絶縁されている。

【００４８】なお、本実施形態では、下電極膜３２を弾
性板３１上に形成するようにしたが、これに限定され
ず、下電極膜３２が弾性板３１を兼ねるようにしてもよ
い。

【００４９】また、このような本実施形態の光変調デバ
イス１０の製造方法は、特に限定されないが、本実施形
態では、以下の工程で製造した。なお、図３及び図４
は、本実施形態の光変調デバイスの製造方法を示す断面
図である。

【００５０】まず、図３（ａ）に示すように、シリコン
基板上に半導体プロセスにより所定の薄膜トランジスタ
からなる駆動素子５０を形成し、これをミラー基板１１
とする。このミラー基板１１上に犠牲層７０を形成する
と共にパターニングして各駆動素子５０に対応してミラ
ー要素２０を形成する領域にリング状の犠牲層除去部７
１を形成する。すなわち、この犠牲層７０は、各ミラー
要素２０を保持する支持部材４０を形成するためのもの
であり、詳しく後述するが、リング状の犠牲層除去部７
１に支持部材４０が形成され、その中央部の犠牲層７０
ａとなっている部分が支持部材４０の貫通孔４５とな
る。このような犠牲層の材料は、特に限定されないが、
例えば、ポリシリコン又はリンドープ酸化シリコン（Ｐ
ＳＧ）等を用いることが好ましく、本実施形態では、エ
ッチングレートが比較的速いＰＳＧを用いた。

【００５１】次に、図３（ｂ）に示すように、犠牲層除
去部７１内に支持部材材料層４１を形成する。本実施形
態では、支持部材４０となる支持部材材料層４１をミラ
ー基板１１の全面に亘って形成後、犠牲層除去部７１内
の支持部材材料層４１を残して、犠牲層７０上の支持部
材材料層４１ａをパターニングにより除去することによ
り形成した。

【００５２】次に、図３（ｃ）に示すように、犠牲層７
０及び支持部材材料層４１上に亘って、圧電素子３０を
構成する弾性板３１、下電極膜３２、圧電体層３３及び
上電極膜３４を順次積層する。

【００５３】弾性板３１の材料は、弾性変形可能で且つ
所定の剛性を有する材料であれば、特に限定されない
が、例えば、本実施形態では、ジルコニウム層を形成
後、例えば、５００〜１２００℃の拡散炉で熱酸化して
酸化ジルコニウムからなる弾性板３１とした。

【００５４】下電極膜３２の材料としては、白金等が好
適である。これは、後述するように、スパッタリング法
やゾル−ゲル法で圧電体層３３を形成する際、成膜後に
大気雰囲気下又は酸素雰囲気下で６００〜１０００℃程
度の温度で焼成して結晶化させる必要があるからであ
る。すなわち、下電極膜３２の材料は、このような高
温、酸化雰囲気下で導電性を保持できなければならず、
殊に、圧電体層３３としてチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺ
Ｔ）を用いた場合には、酸化鉛（ＰｂＯ）の拡散による
導電性の変化が少ないことが望ましい。これらの理由か
ら、本実施形態では、白金をスパッタリング法により形
成することにより下電極膜３２とした。

【００５５】圧電体層３３の材料としては、チタン酸ジ
ルコン酸鉛（ＰＺＴ）系の材料が好ましく、本実施形態
では、金属有機物を触媒に溶解・分散したいわゆるゾル
を塗布乾燥してゲル化し、さらに高温で焼成することで
金属酸化物からなる圧電体層３３を得る、いわゆるゾル
−ゲル法を用いて形成した。なお、この圧電体層３３の
成膜方法は、特に限定されず、例えばスパッタリング法
で形成してもよい。

【００５６】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法等によりチタン酸ジルコン酸鉛の前駆体膜を形成後、
アルカリ水溶液中での高圧処理法にて低温で結晶成長さ
せる方法を用いてもよい。

【００５７】上電極膜３４は、導電性の高い材料であれ
ばよく、アルミニウム、金、ニッケル、白金等の多くの
金属や、導電性酸化物等を使用できる。本実施形態で
は、白金をスパッタリング法により成膜して上電極膜３
４とした。

【００５８】次に、図３（ｄ）に示すように、圧電素子
３０を構成する上電極膜３４及び圧電体層３３をエッチ
ングによりパターニングし、続いて、下電極膜３２及び
弾性板３１をエッチングによりパターニングして、ミラ
ー要素２０を構成する各圧電素子３０を形成すると共
に、各圧電素子３０の略中央部に貫通孔４５の一部とな
る貫通部３０ａを形成する。

【００５９】次いで、図３（ｅ）に示すように、犠牲層
７０をエッチングにより除去することにより、支持部材
４０を形成すると共に貫通孔４５の一部となる貫通部４
０ａを形成する。本実施形態では、犠牲層７０の材料と
して、ＰＳＧを用いているため、弗酸水溶液によってエ
ッチングした。なお、ポリシリコンを用いた場合には、
弗酸及び硝酸の混合水溶液、あるいは水酸化カリウム水
溶液によってエッチングすることができる。

【００６０】次に、図４（ａ）に示すように、貫通孔４
５の内周面に下電極用接続配線３７を形成する。下電極
用接続配線３７の材料は、導電性の材料であれば、特に
限定されず、例えば、アルミニウム、金、ニッケル、白
金等の多くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。

【００６１】次に、図４（ｂ）に示すように、貫通孔４
５の内周面に、圧電体層３３の側面及び下電極用接続配
線３７を覆って絶縁層６０を形成する。絶縁層６０の材
料としては、特に限定されず、例えば、ポリイミド，酸
化珪素，窒化珪素等の絶縁材料を用いればよい。

【００６２】次いで、図４（ｃ）に示すように、反射膜
３５を形成する。すなわち、上電極膜３４、貫通孔４５
内面の絶縁層６０及びミラー基板１１上に連続的に反射
膜３５を形成する。本実施形態では、反射膜３５が上電
極膜３４と駆動素子５０とを接続する上電極用接続配線
３６を兼ねているため、反射膜３５の材料は、導電性の
材料であり且つ光の反射率が高いことが好ましく、例え
ば、アルミニウム（Ａｌ）又は銀（Ａｇ）等を用いるこ
とが好ましい。

【００６３】以上が、本実施形態の光変調デバイスの一
連の製造工程である。

【００６４】ここで、このように形成された本実施形態
の光変調デバイスの動作について説明する。なお、図５
は、本実施形態の光変調デバイス及び光変調デバイスに
照射される光の光路を模式的に示した図である。

【００６５】光変調デバイス１０は、ミラー要素２０を
変形させることにより光を変調させるものであり、本実
施形態では、ミラー要素２０は、圧電素子３０に電圧が
印加されない状態ではほぼ平坦となっており、駆動素子
５０のスイッチングによって圧電素子３０に電圧が印加
されると圧電素子３０の圧電体層３３が面内方向に収縮
して、ミラー要素２０は支持部材４０が接合された接合
部２１を支点として、支持部材４０との接合部２１側を
凸として変形し、反射膜３５が凹面鏡となるようになっ
ている。

【００６６】また、このような本実施形態の光変調デバ
イス１０は、例えば、図５に示すように、ミラー要素２
０に相対向する位置に、遮光ドットアレイ１００を具備
する。この遮光ドットアレイ１００は、例えば、ガラス
等の透明基板からなり、各ミラー要素に対向して遮光ド
ット１０１が設けられている。この遮光ドット１０１
は、光吸収材料からなり、例えば、樹脂に分散されたカ
ーボンブラック、黒色顔料、黒色染料等が挙げられる。
また、遮光ドットアレイ１００は、各遮光ドット１０１
が変形したミラー要素２０Ｂの焦点近傍に設けられてい
る。例えば、本実施形態の構成では、ミラー要素２０の
変形量は０．２μｍであるため、遮光ドット１０１は各
ミラー要素２０から約０．２ｍｍの距離で設けられてい
る。

【００６７】このような構成では、圧電素子３０に電圧
が印加されていない状態では、入射光９０がミラー要素
２０の反射膜３５に対して略直角に入射されるため、入
射光９０は入射光路と略同一光路で出射される。一方、
駆動素子５０によって圧電素子３０に電圧が印加された
状態ではミラー要素２０が変形されて凹面鏡となるた
め、反射された後には変形したミラー要素２０Ｂの焦点
方向に集光される。本実施形態では、上述のように遮光
ドット１０１が変形したミラー要素２０の焦点近傍に設
けられているため、入射光９０は反射された後、遮光ド
ット１０１に集光されて入射方向にもどることはない。
すなわち、このような光変調デバイス１０を表示装置等
に用いた場合、圧電素子３０に電圧を印加する、しない
によって、入射光９０のＯＮ、ＯＦＦの制御を容易に行
うことができる。なお、上述した例では、圧電素子３０
が変形しない場合がＯＮ、変形した場合がＯＦＦとなる
が、勿論、これと逆になるように設定することもでき
る。

【００６８】以上のような本実施形態の構成では、ミラ
ー要素の周囲を保持して変形させる構成に比べて、ミラ
ー要素の変形量を十分に大きくすることができる。ま
た、反射面の開口率が大きく反射効率が向上する。さら
には、集光率が高く、ＳＮが大きい変調デバイスを実現
することができる。また、圧電素子の少なくとも上電極
膜と駆動素子とを接続する配線を、ミラー要素の実質的
に変形されない部分に設けているため、配線により変形
が拘束されることがなく、性能の低下を防止することが
できる。

【００６９】（実施形態２）図６は、実施形態２に係る
光変調デバイスの断面図である。

【００７０】本実施形態では、図６に示すように、下電
極膜３２Ａが弾性板３１を兼ねると共に、下電極膜３２
Ａと支持部材４０Ａとが一体的に形成されている。ま
た、上電極膜３３が反射膜３５を兼ねるようにした以外
は、実施形態１と同様である。

【００７１】このような本実施形態の構成では、支持部
材４０Ａ自体が導電性を有し、下電極膜３２Ａから延設
される下電極用接続配線を兼ねるため、別途、下電極用
接続配線を設ける必要がない。

【００７２】また、本実施形態では、上電極膜３４が反
射膜３５を兼ねているため、上電極膜３４上に反射膜３
５を設ける必要がなく、上電極膜３４の端部近傍と駆動
素子５０とを接続する上電極用接続配線３６を設けるだ
けでよい。したがって、製造工程が簡略化され、製造コ
ストを低減することができる。

【００７３】また、本実施形態の構成では、上電極膜３
４と圧電体層３３とを入射光が透過するようにして、入
射光を下電極膜３４で反射させることもできる。この場
合、上電極膜の膜厚を薄くすることができるため、上電
極膜の剛性によってミラー要素の変形が抑制されること
がなくミラー要素の変形量をさらに向上することができ
る。

【００７４】（実施形態３）図７は、実施形態３に係る
光変調デバイスの断面図である。

【００７５】本実施形態は、ミラー要素２０に対し、ミ
ラー基板１１側から光を入射するようにしたものであ
る。すなわち、図７に示すように、ミラー要素２０の反
射膜３５を弾性板３１側に設け、ミラー基板１１の反射
膜３５に光が入射される領域には厚さ方向に貫通する貫
通孔１１ａを形成したものである。したがって、入射光
９０は、ミラー基板１１の貫通孔１１ａを介して入射さ
れ、反射膜３５で反射された光は、再び貫通孔１１ａを
介して出射されることになる。なお、弾性板が反射膜を
兼ねるようにしてもよく、下電極膜が弾性板及び反射膜
を兼ねるようにしてもよい。

【００７６】また、本実施形態では、ミラー基板をシリ
コン基板で形成するようにしたが、これに限定されず、
例えば、ガラス板等の透過性を有する材料で形成するよ
うにしてもよい。これにより、入射光が入射する領域に
貫通孔を設ける必要がなく、より容易に製造することが
できる。

【００７７】（実施形態４）図８は、実施形態４に係る
光変調デバイスの断面図である。

【００７８】本実施形態は、ミラー要素２０をその両面
側で固定するようにした例である。図８に示すように、
ミラー要素２０の反射膜３５側にミラー基板１１に相対
向する第２のミラー基板１２が設けられ、この第２のミ
ラー基板１２とミラー要素２０とが支持部材４０に対向
する位置に設けられた第２の支持部材４６を介して連結
されている。

【００７９】この第２のミラー基板１２は、例えば、ミ
ラー基板１１と同様に、シリコン基板等からなり、反射
膜３５に光が入射される領域には第２のミラー基板１２
の厚さ方向に貫通する貫通孔１２ａが形成されている。
したがって、入射光９０は、第２のミラー基板１２の貫
通孔１２ａを介して入射され、反射膜３５で反射された
光は、再び貫通孔１２ａを介して出射されることにな
る。

【００８０】なお、このような構成の場合、駆動素子５
０はミラー基板１１又は第２のミラー基板１２の何れに
設けるようにしてもよく、例えば、駆動素子５０を第２
のミラー基板１２に設けるようにしてもよい。この場
合、第２の支持部材４６を導電性の材料で形成し、上電
極膜３４と駆動素子５０とを接続する上電極用接続配線
を兼ねるようにし、下電極用接続配線を支持部材４０を
介してミラー基板１１上に延設するようにすれば、より
容易に接続配線を形成することができる。勿論、実施形
態２と同様に、下電極膜３２と支持部材４０とを一体的
に形成するようにしてもよい。

【００８１】このような構成により、ミラー要素の変形
部の剛性を高めることなく、より確実に固定することが
でき、光変調デバイスの耐久性及び信頼性を向上するこ
とができる。また、勿論、上述の実施形態と同様の効果
が得られる。

【００８２】なお、本実施形態では、第２のミラー基板
をシリコン基板で形成するようにしたが、これに限定さ
れず、例えば、ガラス板等の透過性を有する材料で形成
するようにしてもよい。これにより、入射光が入射する
領域に貫通孔を設ける必要がなく、より容易に製造する
ことができる。

【００８３】（他の実施形態）以上、本発明の各実施形
態を説明したが、本発明の光変調デバイスは上述した実
施形態に限定されるものではないが、何れにしても反射
面の曲率変化を大きくして集光性能を向上させたので、
ＳＮ比が向上する。

【００８４】上述した実施形態では、ミラー基板１１側
から入射させる第３の実施形態の場合を除いて反射膜３
５は凹面鏡として作用するものとしたが、これに限定さ
れず、成膜条件等を適宜調整して凸面鏡として作用させ
るようにしてもよい。

【００８５】以下には、遮光ドットアレイ以外を用いた
光変調デバイスの構成例、及び凸面鏡として作用させた
場合の構成例を示す。なお、ミラー基板を両側に具備す
る構成及びミラー基板を介して入射光を入射させる構成
は特に図示しないが、適宜選択可能であることはいうま
でもない。また、本発明は集光性能の向上により入射光
を反射面に集光させる特別な光学系を必要としないとい
う効果を奏するものであるが、入射光を集光させる光学
系を用いてもよく、以下にはこのような構成も示す。

【００８６】図９には、上述した遮光ドットアレイ１０
０の代わりに、ピンホールアレイ１１０及びマイクロレ
ンズアレイ１２０を設けた光変調デバイスの概略構成を
示す。ここで、ピンホールアレイ１１０は、各ミラー要
素２０に対向する位置にピンホール１１１を有し、ま
た、各マイクロレンズアレイ１２０は、各ミラー要素２
０に対向する位置に凸レンズ１２１を有する。なお、ピ
ンホールアレイ１１０の各ピンホール１１１は、変形し
たミラー要素２０Ｂの焦点近傍に設けられている。

【００８７】かかる光変調デバイスでは、変形したミラ
ー要素２０Ｂに入射した光はピンホールアレイ１１０の
ピンホール１１１を通過して戻るが、変形していないミ
ラー要素２０Ａに入射した光はピンホールアレイ１１０
の遮光部１１２に遮断される。すなわち、この例では、
上述した例とは反対に、ミラー要素２０を変形した場合
がＯＮであり、未変形の場合がＯＦＦとなる。

【００８８】なお、ミラー要素２０を支持部材４０とは
反対側に凸に変形するようにして凸面鏡として作用して
も光変調デバイスとすることができる。このような光変
調デバイスを用いた表示装置の一例を後述する。

【００８９】また、以上説明した各実施形態において
は、圧電素子３０の変形の際に圧電素子３０と対向する
ミラー基板１１又は１２が帯電し、静電力により圧電素
子３０の変形が阻害される場合があると考えられる。従
って、このような問題を解消するために、上述した構成
に加えて、さらに、圧電素子３０の下電極膜３２又は上
電極膜３４に対向するミラー基板１１又は第２のミラー
基板１２を、対向する下電極膜３２又は上電極膜３４と
略同一電位にするようにしてもよい。すなわち、相対向
する電極が共通電極で接地されている状態の場合には、
基板も接地状態にする。これにより、圧電素子３０の電
極とミラー基板との電位差による帯電が生じなくなり、
ミラー要素２０の変形が阻害されることがなく、ミラー
要素２０の変位量の低下を抑えることができる。

【００９０】また、例えば、下電極膜３２又は上電極膜
３４に対向するミラー基板１１又は第２のミラー基板１
２上に対向電極を設け、この対向電極と下電極膜３２又
は上電極膜３４との間に、圧電素子３０の変形を補助す
る方向に静電力が生じるように電圧を印加するようにし
てもよい。このような構成では、ミラー要素２０の変位
量をさらに増加させることができ、集光率をさらに高
め、ＳＮ比の向上を図ることができる。

【００９１】さらに、以上説明した実施形態では、各ミ
ラー要素２０の下電極膜３２又は上電極膜３４への配線
は、全て支持部材４０又は４６を介してミラー基板１１
又は１２まで延設するようにしたが、これに限定される
ものではない。例えば、下電極膜３２への配線のみは支
持部材４０を介してミラー基板１１へ延設し、上電極膜
３４への配線は支持部材４０とは反対側の先端部の一部
に接触するように設けてもよい。この場合、圧電素子３
０の変形を妨げることがないようにする必要があること
は言うまでもない。

【００９２】以上説明した各構成の本発明の光変調デバ
イスは、例えば、表示装置の一部として用いられる。

【００９３】図１０〜図１２には本発明の光変調デバイ
スを用いた表示装置の一例を示す。なお、図１０〜図１
２は表示装置を構成する光学系の概略断面図であり、レ
ンズ、光変調デバイス等は大幅に簡略化して描いてあ
る。

【００９４】図１０に示す表示装置は、光源であるメタ
ルハライドランプ２１０及び放射面形状のリフレクタ２
１１と、このメタルハライドランプ２１０からの光を光
変調デバイス１０に入射させるハーフミラー２２０と、
光変調デバイス１０からの出射光を結像する投影レンズ
２３０と、投影レンズ２３０により結像された像を表示
するスクリーン２４０とを具備する。

【００９５】かかる表示装置では、光源であるメタルハ
ライドランプ２１０を有し、メタルハライドランプ２１
０から出た光は、リフレクタ２１１で反射されて略平行
な光となってハーフミラー２２０に入射し、ハーフミラ
ー２２０で反射されて光変調デバイス１０に入射され
る。なお、ハーフミラー２２０はキューブ型のハーフプ
リズムとしてもよい。

【００９６】光変調デバイス１０を構成するミラー要素
２０のうちで、駆動素子５０を介して駆動されて変形し
ているミラー要素２０Ｂは凹面鏡として働き、この変形
したミラー要素２０Ｂに入射した光は反射されて遮光ド
ット１０１に向かって集光され、ハーフミラー２２０方
向には戻らない。一方、変形していないミラー要素２０
Ａに入射した光は反射されて、投影レンズ２３０によっ
て像面であるスクリーン２４０上に結像される。

【００９７】以上のような光学系の構成によって、光変
調デバイス１０を構成する各ミラー要素２０がスクリー
ン２４０上の画素に対応し、ミラー要素２０のＯＮ，Ｏ
ＦＦ、すなわち、変形していない、変形しているによっ
てスクリーン２４０上の表示画像を変化させることがで
きる。

【００９８】なお、スクリーン２４０としては反射型の
スクリーンあるいは透過性型のスクリーンを用いること
ができる。

【００９９】また、図１０で示した光学系では、光源１
１０から放出された光のうち、ハーフミラー２２０でそ
の約半分だけが光変調デバイス１０を照明し、残りの半
分はハーフミラー２２０を透過して無駄な光となる。さ
らに、光変調デバイス１０で反射した光のうちその半分
だけがハーフミラー２２０を透過して投影レンズ２３０
へ向かう。すなわち、光源から出てスクリーン２４０に
到達する光は、途中でのロスがないとして理想的に見積
もっても光源１１０から出た光の１／４程度に減衰して
いる。

【０１００】図１１に示す表示装置では、ハーフミラー
２２０の代わりに、３つの偏光ビームスプリッタ２２
１、２２２及び２２４を用いることにより、光源から放
射されるエネルギを原理的にロスなくスクリーン２４０
に導くようにしている。

【０１０１】図示するように、光源であるメタルハライ
ドランプ２１０から出た光は、放物面形状のリフレクタ
２１１で反射され略平行な光に変換され、第１の偏光ビ
ームスプリッタ２２１に入射する。以下、偏光ビームス
プリッタ２２１はＰ偏光は透過し、Ｓ偏光は反射するも
のとする。

【０１０２】光源２１０からでた光は、その振動方向が
ランダムな方向を向いている自然光なので、そのうちの
Ｐ偏光成分（図中ｐで示す）は第１の偏光ビームスプリ
ッタ２２１を透過し、Ｓ偏光成分（図中ｓで参照）は反
射される。この反射されたＳ偏光成分の光は隣接する第
２の偏光ビームスプリッタ２２２に入射し、そこで反射
されて第２の偏光ビームスプリッタ２２２をＳ偏光とし
て出射する。一方、第１の偏光ビームスプリッタ２２１
を透過したＰ偏光は、第１のビームスプリッタ２２１の
出射面に設けられた１／２波長板２２３によってＳ偏光
に変換される。したがって、第３の偏光ビームスプリッ
タ２２４に入射される光はＳ偏光に揃っている。

【０１０３】Ｓ偏光として第３の偏光ビームスプリッタ
２２４に入射された光は、全て光変調デバイス１０の方
向へ反射されるが、第３の偏光ビームスプリッタ２２４
の光変調デバイス１０側の面に設けられた１／４波長板
２２５によって円偏光に変換されて光変調デバイス１０
に入射される。

【０１０４】光変調デバイス１０を構成するミラー要素
２０の反射膜で反射した光は、入射光の円偏光とは反対
方向に偏光する円偏光となり、１／４波長板２２５で今
度はＰ偏光となって第３のビームスプリッタ２２４に入
射される。このＰ偏光は第３のビームスプリッタ２２４
で反射されることなく原理的には全て透過されて投影レ
ンズ２３０に到達する。

【０１０５】以上述べたように、光源から出た光の振動
方向を揃えることによって、ハーフミラーを用いた場合
のような光のロスがなく、光源から放射されるエネルギ
を原理的にロスなくスクリーンに導くことができる。す
なわち、明るい表示が可能な表示装置を構成することが
できる。

【０１０６】図１２には、他の実施形態の表示装置の構
成を示す。この表示装置では、遮光ドットアレイ１００
を有さず且つ各ミラー要素２０が駆動された場合に凸面
鏡として作用する光変調デバイス１０Ａを用いると共に
図１１の装置の第３の偏光ビームスプリッタ２２４と投
影レンズ２３０との間に、第３のビームスプリッタ２２
４を透過する所定の発散光は投影レンズ２３０に透過す
るが、平行光は遮断するレンズ２５０及び微小ミラー２
５１を設けたものである。なお、投影レンズ２３０は所
定の発散光でレンズ２５０を通過した光をスクリーン２
４０に結像するものである。

【０１０７】かかる構成では、光変調デバイス１０Ａの
変形していないミラー要素２０Ａに入射した光は平行光
のまま反射されてレンズ２５０に到達するが、この光
は、レンズ２５０の焦点近傍に配置された微小ミラー２
５１に集光されて発散され、スクリーン２４０には到達
しない。一方、変形したミラー素子２０Ｂに入射された
光は仮想光源２６０から出ているような発散光としてレ
ンズ２５０に到達するので、微小ミラー２５１に遮られ
ることなく投影レンズ２３０に到達し、投影レンズ２３
０によりスクリーン２４０に結像される。

【０１０８】なお、以上の説明では表示装置としては一
枚の光変調デバイスを用いた表示装置を説明したが、従
来から知られているように、３枚の光変調デバイスを用
い、それぞれの光変調デバイスが赤、緑、青それぞれの
光を変調し、その変調光を色合成して投写するカラー表
示装置としても本発明を用いることができることはいう
までもない。

【０１０９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではミラー
要素の略中央部を支持部材で支持する構造としたことに
より、ミラー要素の曲率変化を十分に大きくして、集光
率を著しく向上することができる。したがって、ＳＮ比
を向上させることができると共に小型化しても十分な曲
率変化が得られる光変調デバイスを実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る光変調デバイスの概
略を示す斜視図である。

【図２】本発明の実施形態１に係る光変調デバイスの要
部断面図である。

【図３】本発明の実施形態１に係る光変調デバイスの製
造方法を示す断面図である。

【図４】本発明の実施形態１に係る光変調デバイスの製
造方法を示す断面図である。

【図５】本発明の実施形態１に係る光変調デバイスの光
学系の概略断面図である。

【図６】本発明の実施形態２に係る光変調デバイスの要
部断面図である。

【図７】本発明の実施形態３に係る光変調デバイスの要
部断面図である。

【図８】本発明の実施形態４に係る光変調デバイスの要
部断面図である。

【図９】本発明の他の実施形態に係る光変調デバイスの
光学系の概略断面図である。

【図１０】本発明の他の実施形態に係る光変調デバイス
を用いた表示装置を構成する光学系の概略断面図であ
る。

【図１１】本発明の他の実施形態に係る光変調デバイス
を用いた表示装置を構成する光学系の概略断面図であ
る。

【図１２】本発明の他の実施形態に係る光変調デバイス
を用いた表示装置を構成する光学系の概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１０光変調デバイス１１ミラー基板１２第２のミラー基板２０ミラー要素３０圧電素子３１弾性板３２，３２Ａ下電極膜３３圧電体層３４上電極膜３５反射膜４０，４０Ａ支持部材４６第２の支持部材５０駆動素子１００遮光ドットアレイ１１０ピンホールアレイ１２０マイクロレンズアレイ２１０メタルハライドランプ２２０ハーフミラー２３０投影レンズ２４０スクリーン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】圧電体層及びこれを挟持する第１及び第
２の電極とからなる圧電素子を有すると共に光を反射す
るミラー膜構造を有するミラー要素と、該ミラー要素に
対応して設けられた駆動素子とを有する光変調デバイス
において、前記圧電素子は、その一方面の略中央部に設けられた第
１の支持部材を介して第１の基板上に固定されているこ
とを特徴とする光変調デバイス。
【請求項２】請求項１において、前記圧電素子の前記
圧電体層に電圧を印加することにより、前記第１の支持
部材との接続部を支点として前記ミラー膜構造が変形さ
れて、当該ミラー膜構造に入射する光が変調されること
を特徴とする光変調デバイス。
【請求項３】請求項１又は２において、前記圧電素子
は前記一方面側には弾性板を有すると共に他方面側には
前記ミラー膜構造を有することを特徴とする光変調デバ
イス。
【請求項４】請求項３において、前記圧電素子の前記
ミラー膜構造は、前記他方面側の前記第２の電極又はこ
の上に設けられた反射膜から構成されることを特徴とす
る光変調デバイス。
【請求項５】請求項１〜４の何れかにおいて、前記第
１の支持部材が前記圧電素子の前記一方面側を構成する
層を前記第１の基板側に突出させて形成されていること
を特徴とする光変調デバイス。
【請求項６】請求項５において、前記第１の支持部材
を構成する層が前記圧電素子の前記一方面側の前記第１
の電極であり、当該第１の電極が前記駆動素子と電気的
に接続されていることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項７】請求項１又は２において、前記圧電素子
の前記一方面側に前記ミラー膜構造を有し、当該ミラー
膜構造に入射する光は前記第１の基板を通過して入射す
ることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項８】請求項７において、前記第１の基板は、
前記ミラー膜構造に光を入射するための貫通孔を有する
材料又は透光性材料からなることを特徴とする光変調デ
バイス。
【請求項９】請求項１又は２において、前記圧電素子
の前記他方面側には、前記第１の基板に相対向する第２
の基板が設けられ且つ前記ミラー膜構造に入射する光は
前記第１の基板又は第２の基板を通過して入射すること
を特徴とする光変調デバイス。
【請求項１０】請求項９において、前記第１又は第２
の基板の少なくとも何れか一方は、前記ミラー膜構造に
光を入射するための貫通孔を有する材料又は透光性材料
からなることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項１１】請求項９又は１０において、前記第２
の基板と前記圧電素子とは、前記第１の支持部材に対向
する位置に設けられた第２の支持部材により連結されて
いることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項１２】請求項１〜１１の何れかにおいて、前
記駆動素子が、前記第１又は第２基板上に設けられた薄
膜トランジスタであることを特徴とする光変調デバイ
ス。
【請求項１３】請求項１〜１２の何れかにおいて、前記
圧電素子の前記第１及び第２の電極から延設される接続
配線が、それぞれ前記第１又は第２の支持部材を介して
前記第１又は第２の基板上まで延設されていることを特
徴とする光変調デバイス。
【請求項１４】請求項１３において、前記接続配線を
介して前記圧電素子の前記第１又は第２の電極と前記駆
動素子とが接続されていることを特徴とする光変調デバ
イス。
【請求項１５】請求項１〜１４の何れかにおいて、前
記第１及び第２の基板の少なくとも一方は、前記圧電素
子の駆動時には対向する前記第１又は第２の電極と略同
一電位になっていることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項１６】請求項１〜１４の何れかにおいて、前
記第１及び第２の基板の少なくとも一方の上には前記第
１又は第２の電極に対向する対向電極が設けられ、該対
向電極と前記第１又は第２の電極との間には、前記圧電
素子の駆動を補助する方向に静電力が発生するように電
圧が印加されることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項１７】請求項１〜１６の何れかの光変調デバ
イスと、光源と、この光源からの光を前記光変調デバイ
スに入射すると共に当該光変調デバイスの前記圧電素子
の駆動時又は非駆動時の何れか一方の反射光のみを出射
する光学系とを具備することを特徴とする表示装置。