JP2001075027A

JP2001075027A - 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

Info

Publication number: JP2001075027A
Application number: JP24807499A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Kamei; 宏行亀井
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1999-09-01
Filing date: 1999-09-01
Publication date: 2001-03-23

Abstract

(57)【要約】【課題】変調効率及び信頼性を向上した光変調デバイ
ス及び表示装置並びに光変調デバイスの駆動方法を提供
する。【解決手段】一対の支持部１３を介して回動可能に基
板１１上に支持されると共に光を反射するミラー１２
と、圧電体層３３と該圧電体層３３を挟持する第１及び
第２の電極３２，３４からなる圧電素子３０と前記基板
１１とにより前記ミラー１２に対向する領域に画成され
て気体を保持する圧力室２０と、前記圧電素子３０の前
記ミラー１２に対向する領域に設けられて前記圧力室２
０内の気体を吐出する少なくとも一つの吐出孔２１とを
有し、圧電素子３０の駆動により圧力室２０内の気体を
吐出孔２１から吐出する。

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】静電力を利用したものとしては、特開平５
−１５０１７３号公報に見られるように、Ｃ−ＭＯＳ基
板上に設けたミラーと、基板上に設けられた一対あるい
は二対の電極間の静電気力によりミラーを傾斜させ、入
射光を変調するものが提案されている。

【０００４】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。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、静電力
を利用した光変調デバイスにおいては、ミラーに電荷が
蓄積された場合、この蓄積された電荷によってミラーが
誤作動するという問題がある。

【０００６】また、圧電素子を利用した光変調デバイス
においては、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。

【０００７】本発明は、このような事情に鑑み、変調効
率及び信頼性を向上した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、一対の支持部を介して回動可能に基
板上に支持されると共に光を反射するミラーと、圧電体
層と該圧電体層を挟持する第１及び第２の電極からなる
圧電素子と前記基板とにより前記ミラーに対向する領域
に画成されて気体を保持する圧力室と、前記圧電素子の
前記ミラーに対向する領域に設けられて前記圧力室内の
気体を吐出する少なくとも一つの吐出孔とを有すること
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、圧電素子の駆動に
よって圧力室内の気体が圧縮されて吐出孔から吐出さ
れ、その圧力によってミラーを効率的に回動することが
でき、変調効率が向上する。

【００１０】本発明の第２の態様は、第１の態様におい
て、前記一対の支持部が前記ミラーの相対向する縁部の
略中央に設けられており、前記圧力室が前記支持部同士
を結ぶ軸を挟んだ両側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、それぞれの圧力室
を構成する圧電素子を駆動することにより、ミラーが支
持部同士を結ぶ軸を中心として両方向にそれぞれ回動さ
れる。

【００１２】本発明の第３の態様は、第１又は２の態様
において、前記支持部は弾性を有する材料で形成されて
前記ミラーの回動によってねじり変形される梁部を有す
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、回動されたミラー
が梁部の弾性によって、初期状態である基板と略平行な
状態に戻される。

【００１４】本発明の第４の態様は、第１〜３の何れか
の態様において、前記支持部及び前記ミラーが薄膜によ
って一体的に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４の態様では、前記支持部を弾性
を有する材料で比較的容易に形成することができる。

【００１６】本発明の第５の態様は、第１〜４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、このＣ−ＭＯＳトランジスタが前記圧電
素子を駆動する駆動素子であ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、基板に形成された
Ｃ−ＭＯＳトランジスタを介して各圧電素子が駆動され
る。

【００１８】本発明の第６の態様は、第１〜５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
イスの前記ミラーの所定の回動時に反射光を出射する光
学系とを具備することを特徴とする表示装置にある。

【００１９】かかる第６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した表
示装置が実現できる。

【００２０】本発明の第７の態様は、一対の支持部を介
して回動可能に基板上に支持されると共に光を反射する
ミラーと、圧電体層と該圧電体層を挟持する第１及び第
２の電極からなる圧電素子と前記基板とにより前記ミラ
ーに対向する領域に画成されて気体を保持する圧力室
と、前記圧電素子の前記ミラーに対向する領域に設けら
れて前記圧力室内の気体を吐出する少なくとも一つの吐
出孔とを有する光変調デバイスの駆動方法であって、前
記圧電素子の前記圧電体層に電圧を印加又は解除するこ
とによって前記圧力室内の気体を前記吐出孔から吐出さ
せ、その気体の圧力によって前記ミラーを前記支持部同
士を結ぶ軸を中心として回動させることにより前記ミラ
ーに入射する光を変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。

【００２１】かかる第７の態様では、ミラーを容易且つ
確実に所定量だけ回動させることができ、変調効率が向
上する。

【００２２】本発明の第８の態様は、第７の態様におい
て、前記吐出孔から吐出させて前記ミラーを回動させる
気体として、非腐食性のガスを使用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、光変調デバイスを
長期間に亘って確実に駆動させることができる。

【００２４】本発明の第９の態様は、第７又は８の態様
において、前記圧力室を前記支持部同士を結ぶ軸を挟ん
だ両側に設け、一方の前記圧電素子を駆動して前記ミラ
ーを回動させて所定角度で入射する反射光を出射させ、
他方の前記圧電素子を駆動して前記ミラーを反対側に回
動させて反射光を出射させないようにすることを特徴と
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、各圧力室を構成す
る圧電素子の駆動により、反射光の出射を容易且つ確実
に制御することができる。

【００２６】本発明の第１０の態様は、第９の態様にお
いて、前記一方の圧電素子の駆動による前記ミラーの回
動によって反射光を出射させる一方、前記圧電素子の非
駆動時に反射光の一部を出射させることにより出射光を
デジタル的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。

【００２７】かかる第１０の態様では、各圧力室を構成
する圧電素子を選択的にオン、オフすることにより、出
射光を容易に階調することができる。

【００２８】

【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。

【００２９】（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（ａ）
はその要部を示す上面図であり、図２（ｂ）は、図２
（ａ）のＡ−Ａ’断面図の一部であり、図２（ｃ）は、
図２（ａ）のＢ−Ｂ’断面図の一部である。

【００３０】図示するように、本実施形態の光変調デバ
イス１０では、例えば、厚さが５００〜７００μｍのシ
リコン（Ｓｉ）基板等からなるミラー基板１１上にミラ
ー１２が２次元アレイ状に設けられている。

【００３１】ミラー１２は、各画素毎に設けられると共
に光変調デバイスに入射された光を反射するための反射
膜であり、本実施形態では、薄膜で構成されている。ま
た、各ミラー１２は、相対向する縁部の略中央に設けら
れた一対の支持部１３によって、それぞれミラー基板１
１上に回動可能に支持されている。

【００３２】各ミラー１２を支持する支持部１３は、ミ
ラー基板１１上に設けられてミラー基板１１とは略垂直
方向に延びる支柱１３ａと、この支柱１３ａの先端部と
ミラー１２とを連結する梁部１３ｂとからなる。そし
て、各ミラー１２は、この梁部１３ｂがねじり方向に弾
性変形することにより回動するようになっている。

【００３３】また、このような支持部１３は、本実施形
態では、薄膜によってミラーと一体的に形成されてお
り、梁部１３ｂはミラー１２の一部を除去して所定の幅
とすることにより形成されている。この梁部１３ｂの幅
は、特に限定されないが、ミラー１２を回動可能な程度
な剛性を有すると共に、詳しくは後述するが、回動され
たミラー１２を初期状態、すなわち、ミラー基板１１と
略平行となるように戻すことのできる弾性を有する程度
に適宜決定する必要がある。

【００３４】また、ミラー１２に対向する領域のミラー
基板１１上には、ミラー１２を支持する一対の支持部１
３同士を結ぶ軸を挟んで両側に、圧電素子３０とミラー
基板１１との間に、気体を保持する空間である圧力室２
０が画成されている。すなわち、この圧力室２０は少な
くともミラー１２に対向する一面が弾性板３１と、この
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で構成されてい
る。なお、圧力室２０のその他の面は、例えば、本実施
形態では、弾性板３１で構成されている。勿論、全ての
面が圧電素子で構成されていてもよい。

【００３５】この圧力室２０の形状は、特に限定されな
いが、例えば、本実施形態では、駆動素子５０がミラー
基板１１上の支持部１３間の略中央部近傍に各圧電素子
３０毎に設けられているため、圧力室２０はこの駆動素
子５０を露出するように、支持部１３間の略中央部の一
部が他の部分よりも狭い幅で形成されている。

【００３６】ここで、圧力室２０の一面を構成する圧電
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から接続配線３５が層間絶縁
膜３６を介して所定幅でミラー基板１１上まで延設さ
れ、駆動素子５０に対向する領域のミラー基板１１上に
設けられて駆動素子５０を露出する接続孔２２を介し
て、駆動素子５０と電気的に接続されている。

【００３７】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。

【００３８】また、このような圧電素子３０のミラー１
２に対向する領域には、圧力室２０に連通して圧力室２
０内の気体を吐出する吐出孔２１が少なくとも一つ形成
されている。この吐出孔２１の数及び大きさ等は、特に
限定されず、その一面を構成する圧電素子３０の駆動を
妨げない程度であり、且つ圧力室２０内の気体を吐出可
能であればよい。

【００３９】このような本発明の構成では、圧力室２０
を構成する圧電素子３０の圧電体層３３に電圧を印加し
て駆動することにより、圧力室２０内の気体を圧縮して
吐出孔２１から吐出させることにより、この吐出された
気体の圧力によってミラー１２を支持部１３同士を結ぶ
軸を中心に回動させる。

【００４０】なお、このように吐出孔２１から吐出され
てミラー１２を回動させる気体としては、例えば、空
気、窒素又はアルゴン等の非腐食性のガスであることが
好ましく、本実施形態では、吐出孔２１から空気を吐出
させてその圧力によってミラー１２を回動させている。
このように、気体として非腐食性のガスを用いることに
より、光変調デバイスを長期間に亘って確実に駆動させ
ることができる。

【００４１】また、上述の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。

【００４２】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１５を形成する。
この絶縁膜１５は、後述する第１の犠牲層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、第１の犠牲層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法によって形成し
た。また、この絶縁膜１５の膜厚は、特に限定されない
が、例えば、０．３〜１μｍ程度であることが好まし
く、例えば、本実施形態では、約０．５μｍとした。

【００４３】次に、図３（ｂ）に示すように、この絶縁
膜１５上に全面に亘って第１の犠牲層６０を形成後、各
圧力室２０が設けられる領域、本実施形態では支持部１
３を結ぶ軸を挟む両側に対応する部分に、それぞれ、第
１の犠牲層６０を圧力室２０と同一形状にパターニング
する。ここで、この第１の犠牲層６０は圧力室２０を形
成するためのものであり、その厚さは約５０〜２００ｎ
ｍ程度であることが好ましく、本実施形態では１５０ｎ
ｍとした。

【００４４】この第１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
（ＢＰＳＧ）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。

【００４５】次に、図３（ｃ）に示すように、第１の犠
牲層６０に沿って、弾性板３１を、例えば、０．５〜２
μｍ程度の厚さ、本実施形態では１μｍで形成すると共
にパターニングする。このとき、弾性板３１は第１の犠
牲層６０の側面を介して絶縁膜１５上まで連続して形成
され、第１の犠牲層６０は弾性板３１によって完全に覆
われる。すなわち、後述する工程で第１の犠牲層６０を
除去することにより、弾性板３１の内部の空間が圧力室
２０となる。また、弾性板３１を形成後、パターニング
することにより各圧電素子３０に設けられる吐出孔２１
となる部分に第１の貫通孔３１ａを形成する。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１５を露出する第１の露出孔３１ｂを形
成する。この第１の露出孔３１ｂ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、本実施形態では、ジルコニウム層を約１
μｍの厚さで形成後、例えば、５００〜１２００℃の拡
散炉で熱酸化してなる酸化ジルコニウムを弾性板３１と
した。

【００４６】次に、図３（ｄ）に示すように、弾性板３
１及び第１の犠牲層６０上に亘って、１５０〜５００ｎ
ｍの厚さ、例えば、本実施形態では、膜厚２００ｎｍ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の第１の貫通
孔３１ａに対向する部分にこの第１の貫通孔３１ａに連
通する第２の貫通孔３２ａを形成すると共に、弾性板３
１の第１の露出孔３１ｂに対向する領域の下電極膜３２
に第１の露出孔３１ｂに連通する第２の露出孔３２ｂを
形成する。この下電極膜３２の材料としては、イリジウ
ム，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。

【００４７】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、第１の犠牲層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
き第１及び第２の貫通孔３１ａ，３２ａに対向する領域
の圧電体層３３及び上電極膜３４を貫通して吐出孔２１
を形成すると共に、第１及び第２の露出孔３１ｂ，３２
ｂに対向する領域の絶縁膜１５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、反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）又はイオンミリング等で行えばよい。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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３６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３６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。

【００５３】次に、図４（ｃ）に示すように、圧電素子
３０上に層間絶縁膜３６上に接続配線３５を形成すると
共にパターニングして、この接続配線３５によって圧電
素子３０の上電極膜３４と駆動素子５０とを接続孔２２
を介して電気的に接続する。

【００５４】次に、図５（ａ）に示すように、ミラー基
板１１の全面に亘って、第２の犠牲層６１を形成後、そ
の表面を平坦化する。この第２の犠牲層６１は、ミラー
１２を形成するためのものであり、平坦化後の圧電素子
３０上の厚さが約４．５〜１０μｍ程度となるように形
成するのが好ましい。また、このとき、図示しないが支
持部１３の支柱１３ａを形成するための凹部を形成して
おく。

【００５５】次に、図５（ｂ）に示すように、第２の犠
牲層６１上の全面に亘ってミラー膜１２０を形成すると
共にパターニングしてミラー１２とする。このとき、図
示しないが、支持部１３の梁部１３ｂを同時にパターニ
ングによって形成する。

【００５６】このミラー１２の材料としては、光に対す
る反射性が良い材料、例えば、アルミニウム、銀等が好
ましく、本実施形態では、アルミニウムを使用した。

【００５７】その後、図５（ｃ）に示すように、第２の
犠牲層６１をエッチングにより除去すると共に吐出孔２
１から第１の犠牲層６０をエッチングにより除去するこ
とにより、図示しない支持部１３を介してミラー１２が
ミラー基板１１上に支持されると共に、このミラー１２
に対向する領域に一面が圧電素子３０で構成される圧力
室２０が形成される。

【００５８】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。

【００５９】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６
は、本実施形態の光変調デバイスの動作を示す概略図で
あり、図７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。なお、図６及び図７において、各ミラー１２毎に設
けられた一対の圧力室２０、吐出孔２１、及び圧電素子
３０のそれぞれを左右で区別するためにＡ、Ｂを付して
示してある。また、図７に図示したミラー１２は左右で
区別してＡ、Ｂを付して示してある。

【００６０】本実施形態の光変調デバイス１０は、図６
（ａ）に示すように、ミラー１２に対向する領域に設け
られた圧力室２０Ａ、２０Ｂを構成する圧電素子３０
Ａ、３０Ｂに電圧が印加されていない状態、すなわち、
待機状態では、ミラー１２は、ミラー基板１１と略平行
となっている。

【００６１】そして、図６（ｂ）に示すように、駆動素
子５０のスイッチングによって一方の圧力室２０Ａを構
成する圧電素子３０Ａに電圧を印加して駆動することに
より、圧電素子３０Ａが圧力室２０Ａ側に変形して圧力
室２０Ａ内の気体が圧縮され、吐出孔２１Ａから吐出さ
れる。この吐出された気体の圧力によって、ミラー１２
が支持部１３同士を結ぶ軸を中心として回動され、他方
の圧力室２０Ｂを構成する圧電素子３０Ｂに当接するこ
とにより停止する。

【００６２】また、図６（ｃ）に示すように、他方の圧
力室２０Ｂを構成する圧電素子３０Ｂに電圧を印加して
駆動することにより、上述同様、ミラー１２が圧電素子
３０Ａの駆動による回動とは反対方向に回動されて一方
の圧電素子３０Ａに当接することにより停止する。

【００６３】ここで、本実施形態では、ミラー基板１１
の表面に対して、ミラー１２が±１０°ずつ回動するよ
うにしている。このミラー１２の回動角度は、圧電素子
３０とミラー１２との間隔を調整することにより、容易
に調整することができる。

【００６４】また、本実施形態の光変調デバイス１０で
は、図７に示すように、各画素となる領域の周囲を覆う
ように遮光マスク８０が設けられている。例えば、この
遮光マスク８０は、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。

【００６５】このような構成では、図７に示すように、
入射光７０は、ミラー基板１１に対して所定の角度、例
えば、本実施形態では約２０°傾斜して遮光マスク８０
の貫通孔８１を介して入射される。そして、一方の圧電
素子３０Ａに電圧が印加された状態では、ミラー１２Ａ
は入射光７０の傾斜方向と同一方向に約１０°回動され
るため、入射光７０はミラー１２Ａによってミラー基板
１１に対して略垂直方向に偏向されて貫通孔８１から出
射される。一方、他方の圧電素子３０Ｂに電圧が印加さ
れた状態では、ミラー１２Ｂが入射光７０の傾斜方向と
は反対方向に約１０°回動されるため、入射光７０は、
ミラー基板１１に対して約４０°の方向に反射されて遮
光マスク８０に集光して吸収されるため、貫通孔８１か
ら出射されることがない。

【００６６】なお、ミラー１２と遮光マスク８０の距離
は、ミラー１２の回動角度と入射光７０の入射角度を考
慮して適宜決定すればよい。

【００６７】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、各圧力室２０を構成する圧電素子３０
に選択的に電圧を印加することにより、入射光７０のＯ
Ｎ、ＯＦＦの制御を容易に行うことができる。

【００６８】なお、本実施形態では、圧力室２０を構成
する圧電素子３０を圧力室２０側に変形させて、圧力室
２０内の気体を吐出孔２１から吐出するようにしたが、
これに限定されず、例えば、予め、圧電素子３０を圧力
室２０とは反対方向に変形させて圧力室２０の体積を拡
げておき、圧電素子３０の駆動を解除することにより、
圧力室２０内の気体を吐出するようにしてもよい。

【００６９】また、ミラー１２は、一旦、圧電素子３０
の駆動によって回動されると、その後、さらに圧電素子
３０が駆動されない場合には、支持部１３を構成する梁
部１３ｂの弾性力によって初期状態であるミラー基板１
１と略平行な状態に戻る。したがって、このミラー１２
の初期状態を利用して、入射光７０を三方向に偏向する
ことも可能である。これにより、例えば、ミラー１２が
初期状態である場合に、入射光７０の一部が貫通孔８１
から出射するようにすれば、デジタル的に階調すること
もできる。

【００７０】以上のように本実施形態では、ミラー基板
１１上に支持部１３を介して支持された各ミラー１２に
対向する領域に、少なくとも一面に圧電素子３０を有す
る圧力室２０を設けると共に、圧電素子３０に圧力室２
０の気体を吐出するための吐出孔２１を設けるようにし
た。これにより、圧力室２０を構成する圧電素子３０に
電圧を印加することにより圧力室２０内の気体が吐出孔
２１から吐出され、ミラー１２を効率的に回動させるこ
とができ、高い変調効率を得ることができる。

【００７１】（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。

【００７２】例えば、上述の実施形態では、各ミラー１
２に対応して２つの圧力室２０を設けるようにしたが、
これに限定されず、勿論３つ以上設けるようにしてもよ
い。

【００７３】また、例えば、上述した実施形態では、各
ミラー１２を各画素毎に設けるようにしたが、これに限
定されず、例えば、各画素毎に複数のミラーを設けるよ
うにしてもよい。このような構成では、各ミラーに対応
して設けられた圧力室を構成する圧電素子に個別に選択
的に電圧を印加することにより、圧電素子のＯＮ、ＯＦ
Ｆ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。

【００７４】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。

【００７５】図８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。

【００７６】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。

【００７７】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
な光となってミラー２２０に入射し、ミラー２２０で反
射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を構成するミラー１２
のうちで、駆動素子５０を介して一方の圧力室２０Ａの
圧電素子３０Ａが駆動されて回動しているミラー１２Ａ
に入射した光は、反射されて貫通孔８１を介して出射さ
れ、投影レンズ２３０によって像面であるスクリーン２
４０上に結像される。一方、他方の圧力室２０Ｂの圧電
素子３０Ｂが駆動されて回動しているミラー１２Ｂ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、貫通孔８１からは出射されない。

【００７９】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１２がスクリーン２
４０上の画素に対応し、各ミラー１２に対応して設けら
れた圧力室２０を構成する圧電素子３０のＯＮ，ＯＦ
Ｆ、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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではミラー
に対向する領域に、圧電素子と基板とによって気体を保
持する圧力室を設けると共に、圧電素子に圧力室内の気
体を吐出する吐出孔を設けるようにした。これにより、
各圧力室を構成する圧電素子に電圧を印加することによ
り、圧力室内の気体が吐出孔から吐出され、その圧力に
よってミラーを効率的に回動させることができ、変調効
率及び信頼性を向上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製
造方法を示す断面図である。

【図６】本発明の実施形態１に係る光変調デバイスの動
作を模式的に示す概略図である。

【図７】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。

【符号の説明】

１０光変調デバイス１１ミラー基板１２ミラー１３支持部２０圧力室２１吐出孔３０圧電素子３１弾性板３２下電極膜３３圧電体層３４上電極膜５０駆動素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の支持部を介して回動可能に基板上
に支持されると共に光を反射するミラーと、圧電体層と
該圧電体層を挟持する第１及び第２の電極からなる圧電
素子と前記基板とにより前記ミラーに対向する領域に画
成されて気体を保持する圧力室と、前記圧電素子の前記
ミラーに対向する領域に設けられて前記圧力室内の気体
を吐出する少なくとも一つの吐出孔とを有することを特
徴とする光変調デバイス。
【請求項２】請求項１において、前記一対の支持部が
前記ミラーの相対向する縁部の略中央に設けられてお
り、前記圧力室が前記支持部同士を結ぶ軸を挟んだ両側
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３】請求項１又は２において、前記支持部は
弾性を有する材料で形成されて前記ミラーの回動によっ
てねじり変形される梁部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１〜３の何れかにおいて、前記支
持部及び前記ミラーが薄膜によって一体的に形成されて
いることを特徴とする光変調デバイス。
【請求項５】請求項１〜４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、このＣ−
ＭＯＳトランジスタが前記圧電素子を駆動する駆動素子
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１〜５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ミラーの所定
の回動時に反射光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。
【請求項７】一対の支持部を介して回動可能に基板上
に支持されると共に光を反射するミラーと、圧電体層と
該圧電体層を挟持する第１及び第２の電極からなる圧電
素子と前記基板とにより前記ミラーに対向する領域に画
成されて気体を保持する圧力室と、前記圧電素子の前記
ミラーに対向する領域に設けられて前記圧力室内の気体
を吐出する少なくとも一つの吐出孔とを有する光変調デ
バイスの駆動方法であって、前記圧電素子の前記圧電体層に電圧を印加又は解除する
ことによって前記圧力室内の気体を前記吐出孔から吐出
させ、その気体の圧力によって前記ミラーを前記支持部
同士を結ぶ軸を中心として回動させることにより前記ミ
ラーに入射する光を変調させることを特徴とする光変調
デバイスの駆動方法。
【請求項８】請求項７において、前記吐出孔から吐出
させて前記ミラーを回動させる気体として、非腐食性の
ガスを使用することを特徴とする光変調デバイスの駆動
方法。
【請求項９】請求項７又は８において、前記圧力室を
前記支持部同士を結ぶ軸を挟んだ両側に設け、一方の前
記圧電素子を駆動して前記ミラーを回動させて所定角度
で入射する反射光を出射させ、他方の前記圧電素子を駆
動して前記ミラーを反対側に回動させて反射光を出射さ
せないようにすることを特徴とする光変調デバイスの駆
動方法。
【請求項１０】請求項９において、前記一方の圧電素
子の駆動による前記ミラーの回動によって反射光を出射
させる一方、前記圧電素子の非駆動時に反射光の一部を
出射させることにより出射光をデジタル的に階調するこ
とを特徴とする光変調デバイスの駆動方法。