JP2001051213A - 光変調デバイス及びその製造方法並びに表示装置 - Google Patents

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
向上した光変調デバイス及びその製造方法並びにそれを
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３２，３４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において、前記第１及
び第２の電極３２，３４のそれぞれは、前記圧電素子３
０の外縁部の異なる位置から所定幅で基板１１上まで延
設されると共に前記ミラー要素２０を前記基板１１上に
支持する第１及び第２の延設部３５，３６を具備するこ
とにより、圧電素子３０の外縁部を自由端とする。

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
イス及びその製造方法並びに表示装置に関する。

【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、その静電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。ま
た、静電吸引力等によってミラーを傾斜させる光変調デ
バイスでは、デジタル的にミラーをＯＮ，ＯＦＦするた
め、高階調な映像を得ることが難しいという問題があ
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ると共に
変調精度を向上した光変調デバイス及びその製造方法並
びに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、前記第１及び第２の電極のそれぞれは、
前記圧電素子の外縁部の異なる位置から所定幅で基板上
まで延設されると共に前記ミラー要素を前記基板上に支
持する第１及び第２の延設部を具備することを特徴とす
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
する圧電素子が第１及び第２の延設部によって支持さ
れ、ミラー要素の外縁部全体が固定されていないため、
圧電素子の変形効率が向上する。

【０００８】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記第１及び第２の延設部は、その少なくとも一部
が前記圧電素子の平面方向とは交差する方向に延設され
ていることを特徴とする光変調デバイスにある。

【０００９】かかる第２の態様では、ミラー要素が基板
との間に空間を保持した状態で基板表面に支持される。

【００１０】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記圧電素子の前記圧電体層に電圧を印加す
ることにより、前記第１及び第２の延設部の内側端部の
間を支点として前記ミラー膜構造が変形され、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。

【００１１】かかる第３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。

【００１２】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記圧電素子は、当該圧電素子の厚さ
方向に貫通すると共に、前記圧電素子の外縁部の異なる
位置から面内方向略中央部に向かって形成された切欠部
を少なくとも２つ有し、前記第１及び第２の延設部のそ
れぞれは、前記各切欠部の内側端部から当該各切欠部に
対応する領域に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。

【００１３】かかる第４の態様では、圧電素子に切欠部
を設けることにより、圧電素子の中央部近傍から第１及
び第２の延設部を延設でき、圧電素子の略中央部を支点
としてミラー要素が変形される。

【００１４】本発明の第５の態様は、第４の態様におい
て、前記切欠部の幅が、前記第１及び前記第２の延設部
の幅よりも広い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、第１の延設部と第
２の延設部とが接触することがなく、これらを確実に絶
縁することができる。

【００１６】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記第１及び第２の延設部が前記駆動
素子に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、第１及び第２の延
設部によって圧電素子と駆動素子とが電気的に接続され
るため、配線構造が簡略化される。

【００１８】本発明の第７の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記第１及び第２の延設部が前記圧電
素子の一方の対角線に対して略線対称にそれぞれ一つず
つ設けられており、前記第１及び第２の延設部の延設方
向に略直交する方向の前記圧電素子の中心から外縁部ま
での長さが、前記第１及び第２の延設部の延設方向の前
記圧電素子の中心から外縁部までの長さと略同一若しく
はそれよりも長い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、圧電素子を駆動す
る際に、第１及び第２の延設部の延設方向に対して略直
交する方向で大きく変形され、効率的に入射光を変調さ
せることができる。

【００２０】本発明の第８の態様は、第１〜７の何れか
の態様において、前記駆動素子が、前記基板上に設けら
れた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。

【００２１】かかる第８の態様では、基板に設けられた
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。

【００２２】本発明の第９の態様は、第２〜８の何れか
の態様において、前記第１及び第２の延設部の前記圧電
素子の平面方向とは交差する方向に延設された部分は、
パターニングされた犠牲層の側壁上に成膜することによ
り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。

【００２３】かかる第９の態様では、犠牲層を用いるこ
とにより、第１及び第２の延設部を容易に形成すること
ができる。

【００２４】本発明の第１０の態様は、第１〜９の何れ
かの態様において、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。

【００２５】かかる第１０の態様では、圧電素子の一方
側に設けられた弾性板側に第１及び第２の延設部が延設
されているため弾性板側を支点として圧電素子が変形
し、他方面のミラー膜構造が変形する。

【００２６】本発明の第１１の態様は、第１０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。

【００２７】かかる第１１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。

【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、前記圧電素子は前記第１及び第２
の延設部の内側端部間に対応する領域から二次元方向に
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。

【００２９】かかる第１２の態様では、ミラー要素の反
射面の面積が大きくなり、入射光の集光性能を向上する
ことができる。

【００３０】本発明の第１３の態様は、第１〜１１の何
れかの態様において、前記圧電素子は前記第１及び第２
の延設部の内側端部間に対応する領域から略一方向に延
設されると共にその長手方向一端部近傍で前記第１及び
第２の支持部により片持ち梁状態で支持されていること
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、圧電素子が片持
ち梁状態で支持され、端部を支点として変形する。

【００３２】本発明の第１４の態様は、第１３の態様に
おいて、前記圧電素子の前記第１及び第２の延設部とは
反対側の長手方向端部近傍には前記ミラー膜構造を構成
するミラー部材が設けられており、当該圧電素子の駆動
により当該ミラー部材の反射面の傾斜角度が変化するこ
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、圧電素子上に設
けられたミラー部材が光を反射し、ミラー部材の傾斜角
度の変化によって光を変調させる。

【００３４】本発明の第１５の態様は、第１〜１４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。

【００３５】かかる第１５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、小型、省スペース化を可能と
した表示装置が実現できる。

【００３６】本発明の第１６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基板上に設けられた駆
動素子を有し、前記第１及び第２の電極のそれぞれは前
記圧電素子の外縁部の異なる位置から所定幅で基板上ま
で延設されると共に、その少なくとも一部が前記圧電素
子の平面方向とは交差する方向に延設されて、前記ミラ
ー要素を前記基板上に支持する第１及び第２の延設部を
具備する光変調デバイスの製造方法であって、前記基板
上の全面に犠牲層を形成する工程と、該犠牲層上の全面
に弾性板を形成すると共にパターニングする工程と、前
記犠牲層をパターニングして前記第１の延設部の前記圧
電素子の平面方向とは交差する方向に延設される部分が
形成される領域に当該犠牲層を貫通して基板を露出する
第１の露出孔を形成すると共に、前記第１の電極を成膜
後パターニングして前記第１の延設部を形成する工程
と、前記圧電素子に対応する領域並びに前記第１及び第
２の延設部の間に対応する領域に前記圧電体層を形成す
る工程と、前記犠牲層をパターニングして前記第２の延
設部の前記圧電素子の平面方向とは交差する方向に延設
される部分が形成される領域に当該犠牲層を貫通して前
記基板を露出する第２の露出孔を形成すると共に、前記
第２の電極を成膜後パターニングして前記第２の延設部
を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程とを有す
ることを特徴とする光変調デバイスの製造方法にある。

【００３７】かかる第１６の態様では、第１及び第２の
延設部を所望のパターン形状に比較的容易に形成するこ
とができる。

【００３８】本発明の第１７の態様は、第１６の態様に
おいて、前記第１及び第２の延設部を前記基板上に設け
られた前記駆動素子に電気的に接続することを特徴とす
る光変調デバイスの製造方法にある。

【００３９】かかる第１７の態様では、圧電素子と駆動
素子との配線を容易に形成することができ製造工程を簡
略化できる。

【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上面図及び断面図である。

【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を有する。また、本実施形態では、この圧電素
子３０を構成する上電極膜３４は、各圧電素子の個別電
極であると共に、入射光を反射する反射膜を兼ねてい
る。なお、勿論、上電極膜３４とは別途、反射膜を形成
するようにしてもよい。

【００４４】また、各ミラー要素２０の表面は、例え
ば、一辺が約２０μｍの略正方形を有しており、本実施
形態では、このミラー要素２０の一方の相対向する角部
２０ａ，２０ｂに対応する領域に、それぞれ、圧電素子
３０を厚さ方向に貫通すると共に各圧電素子３０の中心
方向に向かって延びる切欠部２１が形成されている。

【００４５】各ミラー要素２０の圧電素子３０を構成す
る下電極膜３２及び上電極膜３４には、それぞれ、圧電
素子３０の外縁部の異なる位置、例えば、本実施形態で
は、各切欠部２１の内側端部から切欠部２１に対向する
領域に所定幅でミラー基板１１上まで延設された下電極
延設部３５及び上電極延設部３６を有する。これら下電
極延設部３５及び上電極延設部３６は、その一部が圧電
素子３０の平面方向に交差する方向に延設されており、
ミラー要素２０をミラー基板１１との間に空間を保持し
た状態で支持している。すなわち、これらのミラー要素
２０は、下電極延設部３５及び上電極延設部３６の内側
端部間を支点として、一辺略２０μｍの領域が変形され
るようになっている。また、これら下電極延設部３５及
び上電極延設部３６は、その先端部３５ａ，３６ａがミ
ラー基板１１上に各圧電素子３０に対応して設けられ
た、例えば、トランジスタ等の駆動素子５０に電気的に
接続されている。

【００４６】ここで、下電極延設部３５及び上電極延設
部３６の幅は、特に限定されないが、圧電素子３０の変
形効率を向上するためには、ミラー要素２０を支持固定
可能な程度に細くすることが好ましい。また、下電極延
設部３５及び上電極延設部３６、すなわち下電極膜３２
及び上電極膜３４の膜厚も特に限定されず、ミラー要素
２０を支持固定可能な程度であればよく、それぞれの歪
み等を考慮して適宜決定されればよい。

【００４７】また、これら下電極延設部３５及び上電極
延設部３６が延設される切欠部２１の幅は、少なくとも
下電極延設部３５及び上電極延設部３６と接触しない程
度であれば特に限定されないが、反射面の面積を広くと
るために、できるだけ狭く形成することが好ましい。ま
た、切欠部２１の長さは、特に限定されないが、この長
さによってミラー要素２０の変形量、変形方向等が変化
するため、これらを考慮して適宜決定する必要がある。

【００４８】以下に、このような本実施形態の光変調デ
バイス１０の製造方法について説明する。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。

【００４９】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。そしてこのミラー基板１１上に犠牲層６０を形
成する。この犠牲層６０の材料としては、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（ＰＳＧ）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。

【００５０】次に、図３（ｂ）に示すように、犠牲層６
０上に、弾性板３１を形成する。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り、後
の工程で犠牲層６０をエッチングする際に除去されない
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、５００〜１
２００℃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。

【００５１】次に、図３（ｃ）に示すように、犠牲層６
０をパターニングして下電極膜３２の下電極延設部３５
が延設される領域に第１の犠牲層除去部６１を形成す
る。

【００５２】次に、図３（ｄ）に示すように、犠牲層６
０上の全面に亘って下電極膜３２を成膜すると共にパタ
ーニングする。これにより、犠牲層除去部６１内に形成
される下電極膜３２、すなわち下電極延設部３５が以下
の工程で形成される圧電素子３０の平面方向とは交差す
る方向に延設される。この下電極膜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（ＰＺＴ）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。

【００５３】次に、図４（ａ）に示すように、圧電体層
３３を犠牲層６０上の全面に亘って成膜すると共にパタ
ーニングする。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。

【００５４】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。

【００５５】何れにしても、このように成膜された圧電
体層３３は、バルクの圧電体とは異なり結晶が優先配向
しており、且つ本実施形態では、圧電体層３３は、結晶
が柱状に形成されている。なお、優先配向とは、結晶の
配向方向が無秩序ではなく、特定の結晶面がほぼ一定の
方向に向いている状態をいう。また、結晶が柱状の薄膜
とは、略円柱体の結晶が中心軸を厚さ方向に略一致させ
た状態で面方向に亘って集合して薄膜を形成している状
態をいう。勿論、優先配向した粒状の結晶で形成された
薄膜であってもよい。なお、このように薄膜工程で製造
された圧電体層の厚さは、一般的に０．２〜５μｍであ
る。

【００５６】次に、図４（ｂ）に示すように、犠牲層６
０をパターニングして上電極膜３４の上電極延設部３６
が延設される領域に第２の犠牲層除去部６２を形成す
る。

【００５７】次に、図４（ｃ）に示すように上電極膜３
４を犠牲層６０上の全面に成膜すると共にパターニング
する。これにより、下電極延設部３５と同様に、犠牲層
除去部６２内に形成される上電極膜延設部３６が以下の
工程で形成される圧電素子３０の平面方向とは交差する
方向に延設される。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３４とした。

【００５８】次いで、図４（ｄ）に示すように、犠牲層
６０をエッチングにより除去する。本実施形態では、犠
牲層６０の材料として、ＰＳＧを用いているため、弗
酸、あるいは弗化アンモニウムと一水素二弗化アンモニ
ウムとの混合水溶液等によってエッチングすることがで
きる。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。

【００５９】これにより、下電極延設部３５及び上電極
延設部３６を支持部として、ミラー要素２０がミラー基
板１１との間に空間を保持した状態で支持固定された本
実施形態の光変調デバイス１０が製造される。

【００６０】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。

【００６１】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は下電極延設部３５及び上電極延
設部３６の内側端部間、すなわち、ミラー要素２０の略
中心部分を支点として、ミラー基板１１側を凸として変
形し、反射膜を兼ねる上電極膜３４が凹面鏡となるよう
になっている。

【００６２】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２０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。

【００６３】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の反射膜である上電極膜３４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
２０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Ｏ
ＦＦ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。

【００６４】以上説明した本実施形態の光変調デバイス
では、従来の構造の光変調デバイスと比較して、入射光
を反射する反射面の面積を大きくすることができる。す
なわち、反射面の開口率が大きく、反射効率が向上する
ことができる。また、圧電素子を変形させて入射光を反
射するため、アナログ的なミラー傾斜角の制御ができ、
高階調な画像を得ることができる。さらに、下電極延設
部及び上電極延設部がミラー基板上で駆動素子と電気的
に接続されているため、圧電素子の配線構造を簡略化す
ることができる。

【００６５】なお、本実施形態では、ミラー要素２０の
平面を略正方形に形成しているが、これに限定されず、
例えば、図６（ａ）に示すように、平面が略平行四辺形
のミラー要素２０Ａとしてもよい。この場合には、対角
までの距離が短い一対の角部２０ｃ，２０ｄに対応する
領域に切欠部２１を形成すると共に、下電極延設部３５
及び上電極延設部３６を形成することが好ましい。すな
わち、下電極延設部３５及び上電極延設部３６の延設方
向に略直交する方向の圧電素子３０Ａの中心から外縁部
までの長さｈ₁が、下電極延設部３５及び上電極延設部
３６の延設方向の圧電素子３０Ａの中心から外縁部まで
の距離ｈ₂よりも大きいことが好ましい。これにより、
ミラー要素２０Ａを所望の形状に変形させて、入射光を
効率よく変調させることができる。

【００６６】また、本実施形態では、ミラー要素２０の
角部に対向する領域に切欠部２１を形成すると共に、こ
の切欠部２１に対向する領域に下電極延設部３５及び上
電極延設部３６を形成するようにしたが、これに限定さ
れず、例えば、図６（ｂ）に示すように、ミラー要素２
０Ｂの一方の相対向する辺の略中央部に、それぞれ、切
欠部２１を設けると共に下電極延設部３５及び上電極延
設部３６を形成するようにしてもよい。また、勿論、他
の位置であってもよいことは言うまでもない。

【００６７】（実施形態２）図７は、実施形態２に係る
光変調デバイスの断面図である。

【００６８】本実施形態は、下電極延設部３５及び上電
極延設部３６を２つずつ設けた例であり、図７に示すよ
うに、ミラー要素２０Ｃの各角部に対応する領域に切欠
部２１を設けると共に、この切欠部２１に対向する領域
に各下電極延設部３５及び上電極延設部３６を形成し、
４カ所でミラー要素２０Ｃを支持固定するようにした以
外、実施形態１と同様である。

【００６９】このような本実施形態の構成では、下電極
延設部３５及び上電極延設部３６によってミラー要素２
０Ｃをより確実に支持固定することができる。また、勿
論、実施形態１と同様の効果も得られる。

【００７０】（実施形態３）図８は、実施形態３に係る
光変調デバイスの平面図及び断面図である。

【００７１】本実施形態では、図８に示すように、圧電
素子３０Ｂが略長方形に形成されていると共に、下電極
延設部３５及び上電極延設部３６のそれぞれが圧電素子
３０Ｂの外縁部の長手方向略中央部から延設されてい
る。また、本実施形態では、圧電素子３０Ｂの長手方向
両端部近傍には、それぞれミラー部材７０が接合されて
ミラー要素２０Ｄが構成されている。このミラー部材７
０の形状は、特に限定されないが、本実施形態では、板
状のミラー部材７０の略中央部を一方面側に突出させる
ことにより支持部７１を形成し、この支持部７１を介し
て圧電素子３０上に接合した。なお、このような本実施
形態の光変調デバイスでは、圧電素子３０Ｂの駆動によ
り、ミラー部材７０の傾斜角度が変化して入射光が変調
される。

【００７２】このような構成では、圧電素子３０Ｂの長
手方向両端部にミラー部材７０が設けられているため反
射面の面積が大きく、上述の実施形態と同様に、効率よ
く入射光を変調させることができる。また、本実施形態
においても、ミラー要素２０Ｄが下電極延設部３５及び
上電極延設部３６で支持されているため、圧電素子３０
Ｂの配線構造を簡略化することができる。

【００７３】なお、本実施形態では、圧電素子３０Ｂの
長手方向略中央部から下電極延設部３５及び上電極延設
部３６を延設するようにしたが、これに限定されず、例
えば、図９に示すように、圧電素子３０Ｂの長手方向一
端部から下電極延設部３５及び上電極延設部３６を延設
するようにし、他端部側にミラー部材７０を設けてミラ
ー要素２０Ｅとしてもよい。

【００７４】（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
面の面積が大きくなっているため、集光性能が向上す
る。

【００７５】例えば、上述の実施形態では、表面が四角
形の圧電素子３０を例示したが、圧電素子の形状は特に
限定されず、例えば、多角形又は円形等、何れの形状で
あってもよい。

【００７６】また、上述した実施形態で１及び２では、
反射膜を兼ねる上電極膜３４を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。

【００７７】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。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。

【００７８】図１０には、上述した遮光ドットアレイ１
００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２０の焦点近傍に設けられている。

【００７９】かかる光変調デバイスでは、変形したミラ
ー要素２０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２０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Ｏ
Ｎであり、未変形の場合がＯＦＦとなる。

【００８０】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以下に示す。

【００８１】図１１〜図１３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１１〜図１
３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。

【００８２】図１１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。

【００８３】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。

【００８４】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２０は凹面鏡として働き、この変形し
たミラー要素２０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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】また、図１１で示した光学系では、光源２
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２１０から出た光の１／４程度に減衰して
いる。

【００８８】図１２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。

【００８９】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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】光変調デバイス１０を構成するミラー要素
２０の反射膜である上電極膜３４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。

【００９３】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。

【００９４】図１３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１２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。

【００９５】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２０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２５１
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２０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２
５０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２３０によ
りスクリーン２４０に結像される。

【００９６】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。

【００９７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではミラー
要素を構成する圧電素子の第１及び第２の電極のそれぞ
れを圧電素子の外縁部から延設した第１及び第２の延設
部によって基板上に支持固定するようにした。これによ
り、圧電素子の端部が自由端となり変形効率が向上する
と共に、ミラー要素の反射面の面積を大きくすることが
でき、効率よく入射光を変調させることができる。ま
た、圧電素子を変形させて入射光を反射するため、アナ
ログ的なミラーの傾斜角の制御ができ、高階調な画像を
得ることができる。

【００９８】さらに、第１及び第２の電極から延設され
た第１及び第２の延設部が基板上で駆動素子と電気的に
接続されることにより、圧電素子の配線構造を簡略化す
ることができるという効果を奏する。

【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上
面図及び断面図である。

【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１に係る光変調デバイスの変
形例を示す要部平面図である。

【図７】本発明の実施形態２に係る光変調デバイスの要
部平面図である。

【図８】本発明の実施形態３に係る光変調デバイスの要
部平面図及び断面図である。

【図９】本発明の実施形態３に係る光変調デバイスの変
形例を示す要部平面図である。

【図１０】本発明の他の実施形態に係る光変調デバイス
の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。

【図１３】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 ２０ ミラー要素 ２１ 切欠部 ３０ 圧電素子 ３１ 弾性板 ３２ 下電極膜 ３３ 圧電体層 ３４ 上電極膜 ３５ 下電極延設部 ３６ 上電極延設部 ５０ 駆動素子

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【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、 前記第１及び第２の電極のそれぞれは、前記圧電素子の
   外縁部の異なる位置から所定幅で基板上まで延設される
   と共に前記ミラー要素を前記基板上に支持する第１及び
   第２の延設部を具備することを特徴とする光変調デバイ
   ス。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記第１及び第２の
   延設部は、その少なくとも一部が前記圧電素子の平面方
   向とは交差する方向に延設されていることを特徴とする
   光変調デバイス。
3. 【請求項３】 請求項１又は２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
   及び第２の延設部の内側端部の間を支点として前記ミラ
   ー膜構造が変形され、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。
4. 【請求項４】 請求項１〜３の何れかにおいて、前記圧
   電素子は、当該圧電素子の厚さ方向に貫通すると共に、
   前記圧電素子の外縁部の異なる位置から面内方向略中央
   部に向かって形成された切欠部を少なくとも２つ有し、
   前記第１及び第２の延設部のそれぞれは、前記各切欠部
   の内側端部から当該各切欠部に対応する領域に延設され
   ていることを特徴とする光変調デバイス。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記切欠部の幅が、
   前記第１及び前記第２の延設部の幅よりも広いことを特
   徴とする光変調デバイス。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れかにおいて、前記第
   １及び第２の延設部が前記駆動素子に電気的に接続され
   ていることを特徴とする光変調デバイス。
7. 【請求項７】 請求項１〜６の何れかにおいて、前記第
   １及び第２の延設部が前記圧電素子の一方の対角線に対
   して線対称にそれぞれ一つずつ設けられており、前記第
   １及び第２の延設部の延設方向に略直交する方向の前記
   圧電素子の中心から外縁部までの長さが、前記第１及び
   第２の延設部の延設方向の前記圧電素子の中心から外縁
   部までの長さと略同一若しくはそれよりも長いことを特
   徴とする光変調デバイス。
8. 【請求項８】 請求項１〜７の何れかにおいて、前記駆
   動素子が、前記基板上に設けられたトランジスタである
   ことを特徴とする光変調デバイス。
9. 【請求項９】 請求項２〜８の何れかにおいて、前記第
   １及び第２の延設部の前記圧電素子の平面方向とは交差
   する方向に延設された部分は、パターニングされた犠牲
   層の側壁上に成膜することにより形成されていることを
   特徴とする光変調デバイス。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９の何れかにおいて、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。
11. 【請求項１１】 請求項１０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。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１の何れかにおいて、前
    記圧電素子は前記第１及び第２の延設部の内側端部間に
    対応する領域から二次元方向に延設されていることを特
    徴とする光変調デバイス。
13. 【請求項１３】 請求項１〜１１の何れかにおいて、前
    記圧電素子は前記第１及び第２の延設部の内側端部間に
    対応する領域から略一方向に延設されると共にその長手
    方向一端部近傍で前記第１及び第２の支持部により片持
    ち梁状態で支持されていることを特徴とする光変調デバ
    イス。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、前記圧電素子の
    前記第１及び第２の延設部とは反対側の長手方向端部近
    傍には前記ミラー膜構造を構成するミラー部材が設けら
    れており、当該圧電素子の駆動により当該ミラー部材の
    反射面の傾斜角度が変化することを特徴とする光変調デ
    バイス。
15. 【請求項１５】 請求項１〜１４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。
16. 【請求項１６】 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
    に対応して基板上に設けられた駆動素子を有し、前記第
    １及び第２の電極のそれぞれは前記圧電素子の外縁部の
    異なる位置から所定幅で基板上まで延設されると共に、
    その少なくとも一部が前記圧電素子の平面方向とは交差
    する方向に延設されて、前記ミラー要素を前記基板上に
    支持する第１及び第２の延設部を具備する光変調デバイ
    スの製造方法であって、 前記基板上の全面に犠牲層を形成する工程と、該犠牲層
    上の全面に弾性板を形成すると共にパターニングする工
    程と、前記犠牲層をパターニングして前記第１の延設部
    の前記圧電素子の平面方向とは交差する方向に延設され
    る部分が形成される領域に当該犠牲層を貫通して基板を
    露出する第１の露出孔を形成すると共に、前記第１の電
    極を成膜後パターニングして前記第１の延設部を形成す
    る工程と、前記圧電素子に対応する領域並びに前記第１
    及び第２の延設部の間に対応する領域に前記圧電体層を
    形成する工程と、前記犠牲層をパターニングして前記第
    ２の延設部の前記圧電素子の平面方向とは交差する方向
    に延設される部分が形成される領域に当該犠牲層を貫通
    して前記基板を露出する第２の露出孔を形成すると共
    に、前記第２の電極を成膜後パターニングして前記第２
    の延設部を形成する工程と、前記犠牲層を除去する工程
    とを有することを特徴とする光変調デバイスの製造方
    法。
17. 【請求項１７】 請求項１６において、前記第１及び第
    ２の延設部を前記基板上に設けられた前記駆動素子に電
    気的に接続することを特徴とする光変調デバイスの製造
    方法。