JP2001100119A

JP2001100119A - 光変調デバイス及び表示装置

Info

Publication number: JP2001100119A
Application number: JP28027599A
Authority: JP
Inventors: Shiro Yazaki; 士郎矢崎
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-09-30
Filing date: 1999-09-30
Publication date: 2001-04-13
Anticipated expiration: 2019-09-30
Also published as: JP3800292B2

Abstract

(57)【要約】【課題】曲率変化を向上すると共に集光性能を向上し
た光変調デバイス及び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一対の
電極３２，３４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とを有す
る光変調デバイスにおいて、前記ミラー要素２０を当該
ミラー要素２０の中心を挟んで面内方向に沿って相対向
する外縁部の二点の支持部２０ａ，２０ｂで基板１１に
支持することにより、曲率変化が向上する。

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、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るた
め、圧電素子の表面に十分な曲率が得られないという問
題がある。また、圧電素子の表面に十分な曲率を得るた
めには、圧電素子の長手方向の長さ、すなわち、梁の長
さを長くしなければならないという問題がある。

【０００５】本発明は、このような事情に鑑み、曲率変
化を向上すると共に集光性能を向上した光変調デバイス
及び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一対の
電極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、前記ミラー要素は、当該ミラー要素の中心を挟んで
面内方向に沿って相対向する外縁部の二点の支持部で基
板に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。

【０００７】かかる第１の態様では、ミラー要素が外縁
部の二点のみで基板上に支持され、他の部分が自由端と
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、前記ミラー要素の支持部間の長さは、当該支持部間
の方向とは略直交する方向の長さよりも短いことを特徴
とする光変調デバイスにある。

【０００９】かかる第２の態様では、支持部間の長さに
対して自由端間の長さが長いため、圧電素子の駆動によ
るミラー要素の変形量が向上する。

【００１０】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記ミラー要素を構成する前記圧電素子が、
当該ミラー要素の外縁部のみに設けられていることを特
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、圧電素子がミラー
要素の外縁部のみに設けられて他の部分の膜厚が薄いた
め、圧電素子の駆動により他の部分が変形し易く、曲率
変化がより大きくなる。

【００１２】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記ミラー要素は、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、前記圧電素子が前記支持部
を支点として当該基板とは反対側に変形されると共に前
記圧電素子以外の部分が前記基板側に変形されることを
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、ミラー要素の圧電
素子と他の部分とが逆方向に変形されるため、ミラー要
素の曲率変化がさらに大きくなる。

【００１４】本発明の第５の態様は、第３又は４の態様
において、前記圧電素子の実質的な駆動部である圧電体
能動部の表面積が前記ミラー要素の表面積の５〜５０％
であ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、ミラー要素の圧電
体能動部の割合を所定の範囲内とすることにより、ミラ
ー要素を効率的に変形させることができる。

【００１６】本発明の第６の態様は、第３〜５の何れか
の態様において、前記ミラー要素の前記圧電素子の実質
的な駆動部である圧電体能動部以外の領域が、少なくと
も前記下電極からな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、ミラー要素の圧電
体能動部以外の領域の膜厚が薄いため、変形量が向上す
る。

【００１８】本発明の第７の態様は、第３〜５の何れか
の態様において、前記ミラー要素の前記圧電素子以外の
領域が、前記上電極と前記弾性板とからなることを特徴
とする光変調デバイスにある。

【００１９】かかる第７の態様では、ミラー要素の圧電
素子以外の領域の膜厚が薄いため、変形量が向上する。

【００２０】本発明の第８の態様は、第７の態様におい
て、前記下電極は、配線引き出し部以外は前記圧電素子
を構成する前記圧電体層に覆われていることを特徴とす
る光変調デバイスにある。

【００２１】かかる第８の態様では、ミラー要素上の下
電極の端面が圧電体層によって覆われているため、下電
極と上電極との間の短絡が確実に防止される。

【００２２】本発明の第９の態様は、第１〜８の何れか
の態様において、前記基板の前記各ミラー要素に対応す
る領域に凹部が設けられており、前記ミラー要素が前記
基板の凹部を塞ぐように設けられると共に最終的に除去
される犠牲層上に形成された薄膜で構成されていること
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、犠牲層が凹部に充
填されることにより、凹部に対向する領域に薄膜プロセ
スでミラー要素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基板側に弾性板
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、圧電素子の基板
側に弾性板が設けられているので、圧電素子が基板とは
反対側に変形される。

【００２６】本発明の第１１の態様は、第１〜１０の何
れかの態様において、前記圧電素子は前記基板とは反対
側の面に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。

【００２７】かかる第１１の態様では、圧電素子の一方
面側が支持部によって基板上に接合されているので、こ
の支持部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。

【００２８】本発明の第１２の態様は、第１〜１１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。

【００２９】かかる第１２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、より鮮明な映像を投影できる
表示装置を実現できる。

【００３０】

【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。

【００３１】（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
の一画素内のミラー要素を示す上面図及び断面図であ
る。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図
であり、図２（ｃ）は、図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面図で
ある。

【００３２】図示するように、本実施形態の光変調デバ
イス１０は、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。

【００３３】ミラー基板１１は、例えば、厚さが５００
μｍのシリコン（Ｓｉ）基板等からなり、各ミラー要素
２０に対応する領域には、ミラー要素２０よりも若干大
きい開口の凹部１２が形成されている。

【００３４】各ミラー要素２０は、ミラー基板１１上の
各凹部１２に対応して、例えば、１２８０×１０２４要
素の２次元アレイ状に設けられ、各ミラー要素２０の中
心を挟んで相対向する外縁部の二点の支持部２０ａ，２
０ｂによってミラー基板１１上に支持されている。本実
施形態では、各ミラー要素２０は、一辺が約２０μｍの
略正方形を有し、一方の相対向する角部がそれぞれ支持
部２０ａ，２０ｂとなっている。

【００３５】本実施形態では、ミラー基板１１の凹部１
２は、基本的にはミラー要素２０よりも若干大きい略正
方形の開口であるが、一方の相対向する角部には、それ
ぞれ、ミラー要素２０に対向する領域まで張り出した張
り出し部１３が設けられている。すなわち、この張り出
し部１３に対応する部分のミラー要素２０が、それぞれ
支持部２０ａ，２０ｂとなっており、各ミラー要素２０
は、その外縁部の二つの支持部２０ａ，２０ｂのみによ
ってミラー基板１１上に支持されており、他の部分は全
て自由端となっている。

【００３６】なお、ミラー要素２０の支持部２０ａ，２
０ｂの構造は、特に限定されず、何れの構造であっても
よい。

【００３７】また、各ミラー要素２０は、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からなる圧電素子３０を有す
る。また、この圧電素子３０の両電極への電圧の印加に
より電圧歪みが生じる部分、本実施形態では、ミラー基
板１１の凹部１２に対向する領域の圧電素子を圧電体能
動部３０ａという。このような圧電素子３０は、本実施
形態では、各ミラー要素２０の外縁部のみに形成され、
ミラー要素２０の圧電体能動部３０ａ以外の部分は、弾
性板３１及び下電極膜３２で構成されており、この下電
極膜３２が入射光を反射する反射膜を兼ねている。

【００３８】ここで、各ミラー要素２０の外縁部に設け
られた圧電素子３０は、その圧電体能動部３０ａの表面
積の割合がミラー要素２０の表面積の５〜５０％程度と
なるように、略均一な幅で形成することが好ましく、こ
れにより、ミラー要素２０の変形効率が向上する。

【００３９】また、このような圧電素子３０を構成する
上電極膜３４は、各圧電素子３０の個別の電極であり、
ミラー要素２０の一方の支持部２０ａを介してミラー基
板１１上に延設され、Ｃ−ＭＯＳトランジスタ等の駆動
素子（図示なし）と電気的に接続されている。一方、下
電極膜３２は、各圧電素子３０の共通の電極であり、ミ
ラー要素２０の他方の支持部２０ｂを介してミラー基板
１１上に延設され、各圧電素子３０の下電極膜３２と接
続されている。

【００４０】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
図であり、図２（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。

【００４１】まず、図３（ａ）に示すように、ミラー基
板１１は、本実施形態では、Ｃ−ＭＯＳトランジスタか
らなる駆動素子が設けられたシリコン単結晶基板であ
り、このミラー基板１１をパターニングして、各ミラー
要素２０を形成する領域に所定形状の凹部１２を形成す
る。

【００４２】次に、図３（ｂ）に示すように、この凹部
１２内に犠牲層６０を充填する。その方法は、特に限定
されないが、例えば、本実施形態では、ミラー基板１１
上全面に犠牲層６０を形成後、凹部１２以外の領域の犠
牲層６０をパターニングにより除去して、凹部１２内に
犠牲層６０を充填した。

【００４３】この犠牲層６０の材料は、特に限定されな
いが、例えば、ポリシリコン、リンドープ酸化シリコン
（ＰＳＧ）又はボロン・リンドープ酸化シリコン（ＢＰ
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。

【００４４】次に、図３（ｃ）に示すように、ミラー基
板１１の表面に全面に亘って弾性板３１を形成すると共
に、エッチング等によって各ミラー要素２０毎にパター
ニングする。このとき、少なくとも各凹部１２の周縁部
に対向する領域の弾性板３１を除去して弾性板除去部３
１ａを形成し、犠牲層６０の一部を露出させる。

【００４５】このような弾性板３１の材料は、弾性変形
可能であると共に所定の剛性を有し、且つ後の工程で犠
牲層６０をエッチングする際に除去されない材料であれ
ば特に限定されず、例えば、本実施形態では、ジルコニ
ウム層を約０．２μｍの厚さで形成後、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。

【００４６】次に、図３（ｄ）に示すように、弾性板除
去部３１ａにさらに犠牲層６１を充填する。その方法
は、特に限定されないが、例えば、本実施形態では、弾
性板３１上全面に犠牲層６１を形成後、弾性板除去部３
１ａ以外の犠牲層６１を除去した。

【００４７】なお、この犠牲層６１は、後述する工程で
圧電素子３０を構成する各層を形成する際に、これら各
層によって弾性板除去部３１ａが埋まるのを防止するた
めのものである。

【００４８】次に図４（ａ）に示すように下電極膜３２
をミラー基板１１上に全面に成膜すると共にパターニン
グする。

【００４９】また、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６００〜１００
０℃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。

【００５０】また、本実施形態では、下電極膜３２が反
射膜を兼ねているため、光の反射率の高い材料であるこ
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。

【００５１】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。

【００５２】次に、図４（ｂ）に示すように、下電極膜
３２上に圧電体層３３を成膜すると共に、各圧電素子３
０に対応してパターニングする。すなわち、各犠牲層６
０上にパターニングされた各下電極膜３２の外縁部のみ
に圧電体層３３を形成する。

【００５３】ここで、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、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、この圧電体膜３３の成膜方法
は、特に限定されず、例えば、スパッタリング法又はＭ
ＯＤ法（有機金属熱塗布分解法）等のスピンコート法に
より成膜してもよい。

【００５４】さらに、ゾル−ゲル法又はスパッタリング
法もしくはＭＯＤ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（ｃ）に示すように、ミラー基
板１１上の全面に亘って上電極膜３４を形成後パターニ
ングして、各圧電体層３３上に上電極膜３４を形成す
る。

【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、銀等の多
くの金属や、導電性酸化物等を使用できる。また、下電
極膜３２と同様に、上電極膜３４が反射膜を兼ねるよう
にしてもよく、この場合、導電性を有すると共に光の反
射率の高い材料を用いることが好ましい。

【００５８】その後、図４（ｄ）に示すように、各凹部
１２内の犠牲層６０，６１を弾性板除去部３１ａ内の犠
牲層６１の表面からエッチングによって除去することに
より、外縁部の二点で支持された本実施形態のミラー要
素２０が形成される。

【００５９】なお、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、弗酸水溶液によって
エッチングした。また、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】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の駆動状態を示す模式
図であり、図６は、本実施形態の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】本実施形態の光変調デバイスでは、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、ミラー要素２０の圧電素子３
０に電圧を印加して駆動すると、圧電素子３０の圧電体
層３３が面内方向に収縮して、図５に示すように、圧電
素子３０が設けられているミラー要素２０の外縁部は、
ミラー基板１１とは離れる方向（図中上方向）に変形す
る。また、圧電素子３０が設けられていないミラー要素
２０の中央部は、外縁部とは反対にミラー基板１１の凹
部１２側（図中下方向）に変形される。すなわち、ミラ
ー要素２０が変形することにより略凹面鏡として作用
し、入射光の変調効率を向上することができる。

【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６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。

【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７０がミラー要素
２０の反射膜である下電極膜３２に対して略直角に入射
されるため、入射光７０は入射光路と略同一光路で出射
される。一方、圧電素子３０に電圧が印加された状態で
はミラー要素２０が変形されて略凹面鏡となるため、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１
０１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７０は反射された後、遮光ドット１０
１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７０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。

【００６４】以上のように、本実施形態では、ミラー要
素２０をその中心を挟んで相対向する外縁部の二点の支
持部２０ａ，２０ｂによってミラー基板１１上に支持す
るようにしたので、片持ち梁形状のミラー要素と比較し
て、より大きな曲率変化が得られる。また、圧電素子３
０をミラー要素２０の外縁部のみに設けるようにしたの
で、圧電素子３０の駆動の際に、圧電素子３０以外の領
域のミラー要素２０が圧電素子３０とは反対側に変位
し、ミラー要素２０全体が凹面として作用するため集光
性能が向上する。さらに、各ミラー要素２０に設けられ
る圧電素子３０が比較的小さくて済むため、消費電力を
抑えることができる。

【００６５】なお、本実施形態では、ミラー要素２０を
一方の相対向する角部でミラー基板１１上に支持するよ
うにしたが、これに限定されず、ミラー要素２０の中心
を挟んで相対向する二点であれば、外縁部の何れの二点
で支持するようにしてもよい。

【００６６】（実施形態２）図７は、実施形態２に係る
光変調デバイスを示す図である。なお、図７（ａ）は、
光変調デバイスの要部を示す上面図であり、図７（ｂ）
は、そのＣ−Ｃ’断面図であり、図７（ｃ）は、Ｄ−
Ｄ’断面図である。

【００６７】本実施形態は、図７に示すように、上電極
膜３４をミラー要素２０Ａの全面に設け、この上電極膜
３４が光を反射する反射膜を兼ねるようにした例であ
る。

【００６８】すなわち、本実施形態では、圧電素子３０
を構成する上電極膜３４が、ミラー要素２０Ａ上の圧電
体層３３及び弾性板３１に対向する領域に亘って全面に
形成されている。一方、下電極膜３２は配線引き出し部
以外は圧電体層３３内に存在するようにして、ミラー要
素２０Ａの圧電素子３０以外の部分は弾性板３１及び上
電極膜３４のみで形成するようにし、ミラー要素２０Ａ
の曲率変化を大きくするようにしている。また、下電極
膜３２の端面が圧電体層３３によって覆われるようにし
て、下電極膜３２と上電極膜３４との短絡を防止してい
る。なお、その他の構造は、実施形態１と同様である。

【００６９】このような構成では、ミラー要素２０Ａ全
体を反射膜を兼ねる上電極膜３４が覆っているため、光
の反射率を向上すると共に、信頼性を向上することがで
きる。

【００７０】また、上電極膜３４は、上述した構成で
は、圧電体層３３をパターニングして焼成後に設けられ
るので、高温等に弱い材料あっても用いることができ
る。すなわち、上電極膜３４としては、アルミニウム
（Ａｌ）等の比較的剛性の低い材料を使うことができる
ため、この上電極膜３４をミラー要素の全面に設けるこ
とにより、例えば、白金からなる下電極膜３２を全面に
設けるよりも、ミラー要素の剛性を低下させることがで
き、曲率変化を大きくすることができる。

【００７１】さらに、本実施形態では、下電極膜３２の
端面が圧電体層３３で覆われているため、上電極膜３４
をミラー要素の全面に設けても下電極膜３２との間で短
絡することがない。

【００７２】（実施形態３）図８は、実施形態３に係る
光変調デバイスの要部を示す上面図である。

【００７３】本実施形態は、図８に示すように、ミラー
要素２０Ｂの表面を略楕円形状とした以外は、実施形態
１と同様である。

【００７４】すなわち、ミラー要素２０Ｂは、略楕円形
状を有すると共に、その外縁部のみに圧電素子３０が設
けられている。また、本実施形態では、ミラー要素２０
Ｂは、その面方向の長さが最も短い部分の外縁部が支持
部２０ａ，２０ｂによってミラー基板１１上に支持され
ている。

【００７５】ここで、本実施形態のように、ミラー要素
２０Ｂを楕円形状等の面方向の長さが異なる表面形状と
する場合には、支持部間の長さａが支持部間の方向とは
略直交する方向の長さｂよりも短くなるような位置に、
支持部を設けることが好ましい。

【００７６】このような構成とすることにより、圧電素
子３０の駆動によるミラー要素２０の変形量をさらに向
上することができる。また、勿論、実施形態１と同様の
効果も得ることができる。

【００７７】（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。

【００７８】例えば、上述の実施形態では、圧電素子３
０をミラー要素の外縁部のみに形成するようにしたが、
これに限定されず、勿論ミラー要素２０の全面に設ける
ようにしてもよい。

【００７９】また、例えば、上述の実施形態１では、ミ
ラー要素２０の圧電体能動部３０ａ以外の領域は、弾性
板３１及び下電極膜３２で構成されているが、これに限
定されず、例えば、弾性板３１を除去して下電極膜３２
のみで構成するようにしてもよい。何れにしても、ミラ
ー要素２０の圧電体能動部３０ａ以外の領域の膜厚をで
きるだけ薄くすることにより、さらに変形量を増加させ
ることができる。

【００８０】また、例えば、上述の実施形態では、ミラ
ー要素の各ミラー要素に対応する領域に凹部１２を設
け、犠牲層６０を用いてこの凹部１２に対向する領域に
ミラー要素２０を形成することにより、各ミラー要素２
０を二点で支持するようにしたが、これに限定されず、
例えば、ミラー基板１１上に各ミラー要素２０を形成
後、ミラー要素２０とは反対側からミラー基板１１をエ
ッチング等により除去して、各ミラー要素２０を二点で
支持するようにしてもよい。

【００８１】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。

【００８２】図９及び図１０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９及び図１
０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。

【００８３】図９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２１
１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２
３０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。

【００８４】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。

【００８５】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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】また、図９で示した光学系では、光源２１
０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。

【００８９】図１０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。

【００９０】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。

【００９１】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。

【００９２】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。

【００９３】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。

【００９４】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。

【００９５】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。

【００９６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではミラー
要素をその中心を挟んで面内方向に沿って相対向する外
縁部の二点の支持部で基板に支持するようにしたので、
外縁部の他の部分が自由端となっており、圧電素子の駆
動による変形量を向上することができる。また、圧電素
子をミラー要素の外縁部のみに設けることにより、ミラ
ー要素の圧電体能動部の部分の変形方向と、それ以外の
部分の変形方向とが反対方向となるため、より大きな曲
率変化が得られると共に集光性能を向上することができ
る。さらには、各ミラー要素の圧電素子が比較的小さく
て済むため、消費電力を抑え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要
部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変
形状態を示す概略断面図である。

【図６】本発明の実施形態１に係る光変調デバイスの光
学系の概略断面図である。

【図７】本発明の実施形態２に係る光変調デバイスの要
部上面図及び断面図である。

【図８】本発明の実施形態３に係る光変調デバイスの要
部を示す上面図である。

【図９】本発明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１０】本発明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凹部２０，２０Ａ，２０Ｂミラー要素２０ａ，２０ｂ支持部３０圧電素子３０ａ圧電体能動部３１弾性板３２下電極膜３３圧電体層３４上電極膜

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一対の電極
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、前記ミラー要素は、当該ミラー要素の中心を挟んで面内
方向に沿って相対向する外縁部の二点の支持部で基板に
支持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、前記ミラー要素の支
持部間の長さは、当該支持部間の方向とは略直交する方
向の長さよりも短い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、前記ミラー要
素を構成する前記圧電素子が、当該ミラー要素の外縁部
のみに設けられてい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、前記ミラー要素は、
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、前記圧電素子が前記支持部を支点として当該基板と
は反対側に変形されると共に前記圧電素子以外の部分が
前記基板側に変形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３又は４において、前記圧電素子
の実質的な駆動部である圧電体能動部の表面積が前記ミ
ラー要素の表面積の５〜５０％であることを特徴とする
光変調デバイス。
【請求項６】請求項３〜５の何れかにおいて、前記ミ
ラー要素の前記圧電素子の実質的な駆動部である圧電体
能動部以外の領域が、少なくとも前記下電極からなるこ
とを特徴とする光変調デバイス。
【請求項７】請求項３〜５の何れかにおいて、前記ミ
ラー要素の前記圧電素子の実質的な駆動部である圧電体
能動部以外の領域が、前記上電極と前記弾性板とからな
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、前記下電極は、配線
引き出し部以外は前記圧電素子を構成する前記圧電体層
に覆われていることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項９】請求項１〜８の何れかにおいて、前記基
板の前記各ミラー要素に対応する領域に凹部が設けられ
ており、前記ミラー要素が前記基板の凹部を塞ぐように
設けられると共に最終的に除去される犠牲層上に形成さ
れた薄膜で構成されていることを特徴とする光変調デバ
イス。
【請求項１０】請求項１〜９の何れかにおいて、前記
圧電素子は前記基板側に弾性板を有することを特徴とす
る光変調デバイス。
【請求項１１】請求項１〜１０の何れかにおいて、前
記圧電素子は前記基板とは反対側の面に前記ミラー膜構
造を有することを特徴とする光変調デバイス。
【請求項１２】請求項１〜１１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。