JP2001059943A - 光変調デバイス及び表示装置並びに光変調デバイスの駆動方法及び製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 変調効率を高めると共に、一画素毎に比較的
容易に階調することのできる光変調デバイス及び表示装
置並びに光変調デバイスの駆動方法及び製造方法を提供
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において、前記ミ
ラー要素２０を一画素内に複数個設けると共に前記各圧
電素子３０を一画素を構成する領域の周縁部分に対向す
る端部で支持部２１を介して基板１１上に片持ち梁状態
で支持する。

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
イス及び表示装置並びに光変調デバイスの駆動方法及び
製造方法に関する。

【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、何れにして
も、圧電素子を駆動することによりミラー膜を屈曲させ
て入射光を一方向に集光させることにより変調している
ため、変調効率が悪いという問題がある。

【０００５】また、より細かい映像を投影するために一
画素毎に入射光を階調させる場合があるが、従来の光変
調デバイスでは、一画素内の圧電素子が一つであるた
め、圧電素子に印加する電圧を変化すれば可能である
が、制御系が煩雑になるという問題がある。

【０００６】また、特開平８−２３５００号公報に見ら
れるように、一画素内に複数のミラーを設けて入射光を
階調するものも提案されているが、２対の静電吸着電極
を用いて１つのミラーを傾斜させるいわゆる静電型の光
変調デバイスであり、各ミラーの駆動にはそれぞれ２つ
のドライバが必要となり、高密度にミラーを配置するこ
とが困難であるという問題がある。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑み、変調効
率を高めると共に、一画素毎に比較的容易に階調するこ
とのできる光変調デバイス及び表示装置並びに光変調デ
バイスの駆動方法及び製造方法を提供することを課題と
する。

【０００８】

【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、前記ミラー要素が一画素内に複数個設け
られると共に前記各圧電素子が一画素を構成する領域の
周縁部分に対向する端部で支持部を介して基板上に片持
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。

【０００９】かかる第１の態様では、各画素内の複数個
のミラー要素によって、入射光を各画素の外側に向かっ
て分散して偏向することができ、変調効率が向上する。
また、一画素内の複数のミラー要素を個別に選択的に駆
動することにより比較的容易に階調することができる。

【００１０】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、一画素内に設けられた複数の前記ミラー要素は、前
記圧電素子の前記支持部とは面方向に相対向する領域で
相互に分割されるよう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２の態様では、各画素に入射する
入射光を２方向以上に分散して偏向することができ、よ
り確実に変調効率が向上する。

【００１２】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基板側の一方面側には弾
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。

【００１３】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端部に支持部が設けられているの
で、この支持部に対応する部分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。

【００１４】本発明の第４の態様は、第３の態様におい
て、前記支持部は少なくとも前記弾性板及び前記圧電素
子の一方の電極からなることを特徴とする光変調デバイ
スにある。

【００１５】かかる第４の態様では、弾性板及び圧電素
子の電極を圧電素子に対向する領域から連続的に形成す
ることにより、支持部を比較的容易に形成される。

【００１６】本発明の第５の態様は、１〜４の何れかの
態様において、前記圧電素子の前記ミラー膜構造は、前
記支持部とは反対面側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。

【００１７】かかる第５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。

【００１８】本発明の第６の態様は、第１〜５の何れか
の態様において、前記基板はＣ−ＭＯＳトランジスタが
形成された基板であり、前記駆動素子がＣ−ＭＯＳ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。

【００１９】かかる第６の態様では、基板に形成された
Ｃ−ＭＯＳ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。

【００２０】本発明の第７の態様は、第１〜６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。

【００２１】かかる第７の態様では、変調効率を向上し
た光変調デバイスを用いることにより、より鮮明な映像
を投影できるとともに小型、省スペース化を可能とした
表示装置が実現できる。

【００２２】本発明の第８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
有し、前記ミラー要素が一画素内に複数個設けられると
共に前記各圧電素子が一画素を構成する領域の周縁部分
に対向する端部で支持部を介して基板上に片持ち梁状態
で支持された光変調デバイスの駆動方法であって、各画
素内に設けられた複数の前記ミラー要素を構成する前記
各圧電素子の少なくとも一つに選択的に電圧を印加する
ことを特徴とする光変調デバイスの駆動方法にある。

【００２３】かかる第８の態様では、各画素に入射する
入射光を比較的容易に階調できる。

【００２４】本発明の第９の態様は、第８の態様におい
て、前記各画素内に設けられた複数の前記ミラー要素を
構成する前記各圧電素子を個別に選択的に電圧を印加し
て駆動させることにより、各画素からの出射光をデジタ
ル的に複数段階に階調することを特徴とする光変調デバ
イスの駆動方法にある。

【００２５】かかる第９の態様では、各圧電素子を個別
に選択的にオン、オフするのみで、各画素からの出射光
を容易に階調できる。

【００２６】本発明の第１０の態様は、第８又は９の態
様において、前記各画素内に設けられた複数の前記ミラ
ー要素を構成する前記各圧電素子に印加する電圧を変化
させて前記各ミラー要素の変形量を制御することによ
り、各画素からの出射光をアナログ的に階調させること
を特徴とする光変調デバイスの駆動方法にある。

【００２７】かかる第１０の態様では、各画素からの出
射光を無段階で階調することができ、より鮮明な映像を
投影できる。

【００２８】本発明の第１１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
を有し、前記ミラー要素が一画素内に複数個設けられる
と共に前記各圧電素子が一画素を構成する領域の周縁部
分に対向する端部で支持部を介して基板上に片持ち梁状
態で支持された光変調デバイスの製造方法であって、前
記基板上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜上に犠牲
層を成膜すると共に各画素内の前記圧電素子毎にパター
ニングする工程と、前記犠牲層の表面に沿って弾性板を
形成後前記各圧電素子に対向する領域にパターニングす
る工程と、前記弾性板上に前記第１の電極、前記圧電体
層及び前記第２の電極を順次積層すると共にパターニン
グして前記圧電素子を形成する工程と、前記第１の電
極、前記弾性板及び前記絶縁膜をパターニングして前記
駆動素子を露出する接続孔を形成する工程と、前記接続
孔を介して前記第２の電極と前記駆動素子とを接続する
配線電極兼反射膜を層間絶縁膜を介してパターン形成す
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。

【００２９】かかる第１１の態様では、各画素内に複数
のミラー要素を比較的容易に形成することができる。

【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。

【００３２】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）基板等からなるミラー基板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２
０とからなる。

【００３３】各ミラー要素２０は、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。このミラー要素２０の表
面は略矩形を有し、その一方の端部には、その一辺全体
に亘って支持部２１が設けられている。すなわち、ミラ
ー要素２０はこの支持部２１を介してミラー基板１１と
の間に所定の空間を保持した状態でミラー基板１１上に
支持されている。また、このようなミラー要素２０は、
一画素内に複数個、本実施形態では、２個設けられてお
り、それぞれ支持部２１とは反対側の端面が相対向する
ように配置されている。

【００３４】このような圧電素子３０を支持する支持部
２１は、圧電素子３０に対向する領域からミラー基板１
１上まで延設された弾性板３１、下電極膜３２及び後述
する層間絶縁膜によって構成されている。また、ミラー
基板１１には、各圧電素子３０を駆動するための、例え
ば、Ｃ−ＭＯＳ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おり、支持部２１の各駆
動素子５０に対応する領域には、これら圧電素子３０と
駆動素子５０とを接続するための接続孔２２が形成され
ている。

【００３５】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、各上電極膜３４か
ら延設された接続配線３６と各駆動素子５０とがこの接
続孔２２を介して電気的に接続されている。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５
０とを接続する接続配線３６を兼ねており、この接続配
線３６が上電極膜３４に対向する領域の反射膜３５から
所定幅で層間絶縁膜３７を介して接続孔２２まで延設さ
れて駆動素子５０と接続されている。

【００３６】一方、下電極膜３２は、各圧電素子３０の
共通の電極であり、図示しないがミラー基板１１上で各
圧電素子３０の下電極膜３２と接続されている。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。

【００３７】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。

【００３８】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５０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上に絶縁膜１２を形成する。
この絶縁膜１２は、後述する犠牲層６０をエッチングす
る際に、そのエッチングを停止させるための膜であり、
犠牲層６０のエッチングを停止可能であればその材質は
特に限定されず、例えば、本実施形態では、窒化シリコ
ン（ＳｉＮ）をＣＶＤ法によって約０．５μｍの厚さで
形成した。

【００３９】次に、図３（ｂ）に示すように、この絶縁
膜１２上に全面に亘って犠牲層６０を、例えば、１〜３
μｍ程度の厚さで形成後、一画素内の圧電素子３０に対
応する領域毎、すなわち、本実施形態では、２つの圧電
素子３０に対応する領域毎にパターニングする。

【００４０】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。

【００４１】次に、図３（ｃ）に示すように、犠牲層６
０上に沿って、弾性板３１を、例えば、０．５〜２μｍ
程度の厚さで形成後、各圧電素子３０毎にパターニング
する。また、同時に、各圧電素子３０の駆動素子５０に
対向する領域の弾性板３１に、絶縁膜１２を露出する露
出孔３１ａを形成する。この露出孔３１ａは、上電極膜
３４と駆動素子５０とを電気的に接続するための接続孔
２２の一部を構成する。このような弾性板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
ルコニウム層を約１μｍの厚さで形成後、例えば、５０
０〜１２００℃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。

【００４２】次に、図３（ｄ）に示すように、弾性板３
１及び犠牲層６０上に亘って、２００〜６００ｎｍの厚
さ、例えば、本実施形態では、膜厚３００ｎｍで下電極
膜３２を形成すると共に各圧電素子３０毎にパターニン
グする。また、同時に、弾性板３１の露出孔３１ａに対
向する領域の下電極膜３２に、この露出孔３１ａに連通
する第１の連通孔３２ａを形成する。この下電極膜３２
の材料としては、イリジウム又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、イリジウム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。

【００４３】次に、図４（ａ）に示すように、下電極膜
３２上に全面に亘って、例えば、厚さ０．４〜３μｍ、
本実施形態では、１．５μｍの圧電体層３３及び例え
ば、厚さ３０〜１００ｎｍ、本実施形態では、５０ｎｍ
の上電極膜３４を順次形成すると共に、これらを各圧電
素子３０毎、すなわち、犠牲層６０上の下電極膜３２に
対向する領域にパターニングする。また、このとき弾性
板３１の露出孔３１ａに対向する領域の下電極膜３２及
び絶縁膜１２を除去して駆動素子５０を露出する接続孔
２２とする。なお、このパターニング方法は、特に限定
されず、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）又
はイオンミリング等で行えばよい。

【００４４】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、チタン酸バリ
ウム（ＢＴＯ）、チタン酸バリウムとチタン酸ストロン
チウムの混晶［（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ₃（ＢＳＴ）］等
が好ましく、本実施形態では、ＰＺＴ系の材料を使用
し、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ＭＯＤ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。

【００４５】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（ゾル−ゲル水熱法）を用い
てもよい。

【００４６】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０．５〜５μｍであ
る。

【００４７】上電極膜３４の材料としては、導電性が高
く、エレクトロマイグレーションの発生がほとんど無
い、例えば、イリジウム，白金等の金属及びその酸化物
が好ましい。本実施形態では、イリジウムをスパッタリ
ング法により成膜して上電極膜３４とした。

【００４８】次に、図４（ｂ）に示すように、圧電素子
３０及び接続孔２２の内面を覆って層間絶縁膜３７を形
成すると共にパターニングする。詳しくは、上電極膜３
４上の周縁部を残して上電極膜３４が露出する上電極露
出部３４ａを形成すると共に、接続孔２２内に形成され
た層間絶縁膜３７を少なくとも下電極膜３２の端面が覆
われるようにパターニングする。

【００４９】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電素子
３０に対向する領域及び層間絶縁膜３７上に反射膜３５
を形成すると共にパターニングして、圧電素子３０の上
電極膜３４と接続孔２２を介して駆動素子５０とを電気
的に接続する接続配線３６を形成する。

【００５０】本実施形態では、反射膜３５が接続配線３
６を兼ねているため、反射膜３５の材料としては、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。

【００５１】その後、犠牲層６０をエッチングにより除
去することにより、弾性板３１、下電極膜３２及び層間
絶縁膜３７によって支持部２１が形成され、この支持部
２１を介して圧電素子３０の一端部でミラー基板１１と
は空間を保持した状態で支持される本実施形態のミラー
要素２０となる。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。

【００５２】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。

【００５３】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、図５（ａ）に示すように、一画素内に２つ
のミラー要素２０が相対向して設けられ、圧電素子３０
に電圧が印加されない状態ではそれぞれほぼ平坦となっ
ている。そして、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、図５（ｂ）に示す
ように、圧電素子３０の圧電体層３３が面内方向に収縮
して、各ミラー要素２０は支持部２１に対向する部分を
支点として、支持部２１側を凸として変形する。すなわ
ち、一画素内では、その略中央部から各圧電素子３０が
それぞれ外側に向かって湾曲される。

【００５４】また、本実施形態の光変調デバイス１０で
は、各画素となる領域の周囲を覆うように遮光マスク８
０が設けられている。例えば、この遮光マスク８０は、
図６に示すように、各画素に対向する領域に入射光が通
過する貫通孔８１を有する略井桁形状を有する。この遮
光マスク８０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。

【００５５】このような構成では、図５（ａ）に示すよ
うに、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が遮光マスク８０の貫通孔８１を介して
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７０は入射光路と略同一光路で貫通孔８
１から出射される。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、図５（ｂ）に示す
ように、ミラー要素２０が変形されて湾曲しているた
め、入射光７０は反射面で各画素の周囲の遮光マスク８
０の方向に偏向される。すなわち、この偏向された光
は、遮光マスク８０に集光されて吸収されるため、貫通
孔８１から出射されることがない。

【００５６】ここで、入射光７０は、反射面で偏向され
ると反射面に対する法線に対称的な方向に偏向される。
すなわち、入射光７０の入射方向と法線との角度がθで
あれば、入射光７０は、その倍の角度２θだけ偏向され
る。そのため、ミラー要素２０と遮光マスク８０の距離
は、ミラー要素２０の変形量に応じて決定する必要があ
る。

【００５７】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、一画素内の各圧電素子３０に同時に電
圧を印加する、しないによって、入射光７０のＯＮ、Ｏ
ＦＦ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。

【００５８】また、本発明の光変調デバイス１０では、
各画素内に複数の圧電素子３０が設けられているため、
比較的容易に階調することができる。例えば、本実施形
態では、一画素内の一方の圧電素子３０に電圧を印加し
て駆動することによって比較的明るさの弱い光と、両方
の圧電素子３０に電圧を印加しないことによって比較的
明るさの強い光との２段階の光を出射させることがで
き、全体として比較的容易に階調することができる。す
なわち、ミラー要素２０を構成する圧電素子３０に個別
に選択的に電圧を印加することにより、圧電素子３０の
ＯＮ、ＯＦＦのみで、各画素からの出射光をデジタル的
に容易に階調することができる。

【００５９】また、各圧電素子３０に印加する電圧を調
整すれば、無段階、すなわちアナログ的にも階調するこ
ともできる。ただし、このようにアナログ的に階調する
場合、制御系が煩雑になってしまうため、例えば、幾つ
かの所定の印加電圧に限定する等してもよい。また、上
述のデジタル的に階調する駆動方法と組み合わせて用い
てもよい。

【００６０】以上のような本実施形態の構成では、各画
素内に入射される入射光を複数方向に分散して集光させ
ることができるので、変調効率を向上することができ
る。また、一画素内に、複数のミラー要素２０が設けら
れているため、印加電圧を変えることなくデジタル的に
比較的容易に階調することができる。さらに、ミラー要
素２０は、圧電素子３０の一端部が支持された片持ち梁
状であるため、ミラー要素一つに対して駆動素子が一つ
で済むため、静電型のデバイスと比較してミラー要素を
高密度に配置することができる。

【００６１】（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。

【００６２】本実施形態は、図７に示すように、一画素
内に４つのミラー要素を設けた例であり、各ミラー要素
２０Ａの表面は三角形を有し、その一辺側の端部で支持
部２１を介してミラー基板１１上に支持されている。ま
た、これら４つの各ミラー要素２０Ａは、支持部２１と
は異なる二辺側の端面がそれぞれ相対向するように配置
され、全体として表面形状が略正方形となっている以
外、実施形態１と同様の構成である。

【００６３】このような構成では、実施形態１と同様
に、一画素内の各圧電素子２０Ａがその中央部から外側
に向かってそれぞれ異なる方向に変形されるため、入射
光を４方向に分散して集光させることができ、さらに集
光効率を向上することができる。また、これら４つのミ
ラー要素２０Ａの圧電素子３０に異なるタイミングで電
圧を印加して駆動することにより、さらに多段階に階調
することができる。

【００６４】（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。

【００６５】例えば、上述した実施形態では、各ミラー
要素２０の反射面を略同一の形状及び表面積としたが、
これに限定されず、例えば、それぞれ異なる形状及び表
面積としてもよい。これにより、駆動するミラー要素の
組み合わせによって、より多段階に階調することができ
る。

【００６６】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。

【００６７】図８及び図９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８及び図９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。

【００６８】図８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。

【００６９】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。

【００７０】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の反射面は曲面となっているた
め、この変形したミラー要素２０Ｂに入射した光は反射
されて遮光マスク８０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２３
０によって像面であるスクリーン２４０上に結像され
る。

【００７１】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。

【００７２】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。

【００７３】また、図８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。

【００７４】図９に示す表示装置では、ハーフミラー２
２０の代わりに、３つの偏光ビームスプリッタ２２１、
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。

【００７５】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。

【００７６】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。

【００７７】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。

【００７８】光変調デバイス１０を構成する変形したミ
ラー要素２０Ｂ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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では一画素
内に片持ち梁状のミラー要素を複数個設けるようにした
ので、入射光を２方向以上に分散して集光させることが
でき、集光効率を向上することができる。また、一画素
内の圧電素子に異なるタイミングで電圧を印加して駆動
することにより、印加電圧を変えることなく比較的容易
に階調することができる。さらには、１つの圧電素子に
対して１つの駆動素子で済むため、ミラー要素を高密度
に配置することができ、光変調デバイスの小型化を図る
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】本発明の光変調デバイスに用いられる遮光マス
クの概略図である。

【図７】本発明の実施形態２に係る光変調デバイスの概
略を示す上面図である。

【図８】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。

【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 支持部 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 反射膜 ５０ 駆動素子

Claims (11)

【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、 前記ミラー要素が一画素内に複数個設けられると共に前
   記各圧電素子が一画素を構成する領域の周縁部分に対向
   する端部で支持部を介して基板上に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。
2. 【請求項２】 請求項１において、一画素内に設けられ
   た複数の前記ミラー要素は、前記圧電素子の前記支持部
   とは面方向に相対向する領域で相互に分割されるように
   設けら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
   は前記基板側の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。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記支持部は少なく
   とも前記弾性板及び前記圧電素子の一方の電極からなる
   ことを特徴とする光変調デバイス。
5. 【請求項５】 請求項１〜４の何れかにおいて、前記圧
   電素子の前記ミラー膜構造は、前記支持部とは反対面側
   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。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れかにおいて、前記基
   板はＣ−ＭＯＳトランジスタが形成された基板であり、
   前記駆動素子がＣ−ＭＯＳトランジスタであることを特
   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。
8. 【請求項８】 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し、前記ミラー要素
   が一画素内に複数個設けられると共に前記各圧電素子が
   一画素を構成する領域の周縁部分に対向する端部で支持
   部を介して基板上に片持ち梁状態で支持された光変調デ
   バイスの駆動方法であって、 各画素内に設けられた複数の前記ミラー要素を構成する
   前記各圧電素子の少なくとも一つに選択的に電圧を印加
   することを特徴とする光変調デバイスの駆動方法。
9. 【請求項９】 請求項８において、前記各画素内に設け
   られた複数の前記ミラー要素を構成する前記各圧電素子
   を個別に選択的に電圧を印加して駆動させることによ
   り、各画素からの出射光をデジタル的に複数段階に階調
   することを特徴とする光変調デバイスの駆動方法。
10. 【請求項１０】 請求項８又は９において、前記各画素
    内に設けられた複数の前記ミラー要素を構成する前記各
    圧電素子に印加する電圧を変化させて前記各ミラー要素
    の変形量を制御することにより、各画素からの出射光を
    アナログ的に階調させることを特徴とする光変調デバイ
    スの駆動方法。
11. 【請求項１１】 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し、前記ミラー要
    素が一画素内に複数個設けられると共に前記各圧電素子
    が一画素を構成する領域の周縁部分に対向する端部で支
    持部を介して基板上に片持ち梁状態で支持された光変調
    デバイスの製造方法であって、 前記基板上に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜上に犠
    牲層を成膜すると共に各画素内の前記圧電素子毎にパタ
    ーニングする工程と、前記犠牲層の表面に沿って弾性板
    を形成後前記各圧電素子に対向する領域にパターニング
    する工程と、前記弾性板上に前記第１の電極、前記圧電
    体層及び前記第２の電極を順次積層すると共にパターニ
    ングして前記圧電素子を形成する工程と、前記第１の電
    極、前記弾性板及び前記絶縁膜をパターニングして前記
    駆動素子を露出する接続孔を形成する工程と、前記接続
    孔を介して前記第２の電極と前記駆動素子とを接続する
    配線電極兼反射膜を層間絶縁膜を介してパターン形成す
    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。