(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧電体層とこれを挟持する一対の下電極及び上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、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２】
請求項１に記載の光変調デバイスにおいて、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または請求項２の何れか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。
【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、圧電体層とこれを挟持する一対の下電極及び上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、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。
【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と共に、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。
【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。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、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】
本発明の好ましい態様は、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】
本発明の好ましい態様は、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】
本発明の好ましい態様は、前記ミラー要素の前記圧電素子以外の領域が、前記上電極と前記圧電素子の前記基板側に設けられる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】
本発明の好ましい態様は、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】
本発明の好ましい態様は、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】
本発明の好ましい態様は、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】
本発明の好ましい態様は、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３の態様は、第１または第２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３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５００μｍ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，２０ｂ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１２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，２０ｂ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（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。
【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３１ａ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３１ａ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６００〜１０００℃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。
【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３０に対応してパターニングする。すなわち、各犠牲層６０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。
【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３０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。
【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７０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３０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２０Ｂ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３０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２０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１０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。
【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。
【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，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。
【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。
【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。
【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
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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