(57)【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。
【請求項２】
請求項１に記載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。
【請求項３】
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。
【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、１２８０×１０２４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６０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、５００〜１２００℃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。
【００５１】
次に、図３（ｃ）に示すように、犠牲層６０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６０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６０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３４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２０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２０Ｂ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２０Ｃ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７０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３０Ｂ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１００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２０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ＯＮ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１３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２１１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２１０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，ＯＦＦ、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２１０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。
【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２２４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２５１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２４０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
【図１】
0003800287.tif 000002
【図２】
0003800287.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003800287.tif 000008
【図８】
0003800287.tif 000009
【図９】
0003800287.tif 000010
【図１０】
0003800287.tif 000011
【図１１】
0003800287.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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