JP2004212638A - 光変調素子及び平面表示素子 - Google Patents

Abstract

【課題】静電気力により電気機械的動作をさせる光変調素子の可動部における電荷チャージを低減し、駆動特性の経時劣化を防止する。
【解決手段】静電気力による可撓部９の変位動作と、この可撓部９の弾性復帰動作とにより可撓部９を通過する光の変調を行う電気機械的な光変調素子２１において、可撓部９の可撓部接触面が導電性を有する材料からなる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機械動作により光の透過率を変化させる光変調素子及び平面表示素子に関し、特に、光変調素子の動作時における電荷チャージ発生の防止に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシニングにより作製された可撓薄膜を、静電気力により機械的動作させることで光変調を行う電気機械的な光変調素子が知られている。この光変調素子としては、例えば透明な電極とダイヤフラムからなる可撓薄膜を、支持部を介して導光板上の固定電極に架設したものがある。
この光変調素子では、両電極間に所定の電圧を印加することで電極間に静電気力を発生させ、可撓薄膜を固定電極に向かって撓ませる。これに伴って素子自体の光学的特性が変化して、光変調素子に光が透過する。一方、印加電圧をゼロにすることで可撓薄膜が弾性復帰し、光変調素子は光を遮光する。このようにして光変調が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２５８５５８号公報
【０００４】
ところで、可撓薄膜を静電気力によって変形させたり弾性復帰させる場合、印加電圧Ｖｇｓと可撓薄膜の変位の関係はヒステリシス特性を示す。従って、印加電圧Ｖｇｓと光透過率Ｔとの関係も図２０に示すようにヒステリシス特性を示すことになる。
このヒステリシス特性によれば、光変調要素がＯＦＦ（光遮蔽）の状態では、ＶｇｓがＶｔｈ（Ｌ） 以下でＯＦＦ状態を維持し、ＶｇｓがＶｔｈ（Ｈ） 以上になるとＯＮ状態を維持する。そして、光変調要素は、ＶｇｓがＶｓ（Ｈ）以上でＯＮ状態を維持したままとなり、Ｖｓ（Ｌ）以下となるとＯＦＦ状態に飽和する。尚、Ｖｇｓの極性が負の場合は、正極性の縦軸対称の特性となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の光変調素子は、可動部である可撓薄膜が、絶縁材料からなり、且つこの可撓薄膜が絶縁性を有する支持部によって架設されているため、可撓薄膜が撓みにより可動されると、固定電極を覆う絶縁層の固定部接触面に接触し、光変調素子の連続駆動により、可撓薄膜が固定部接触面に対して接触・離反を繰り返すと、電気的に絶縁状態となっている可撓薄膜には電荷チャージが発生する。
この電荷チャージは、可撓薄膜の正常な撓みを阻害する等して、光変調素子の駆動特性を経時劣化させる要因となった。
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、静電気力により電気機械的動作をさせる光変調素子の可動部における電荷チャージの発生を低減し、もって、駆動特性の経時劣化防止を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１記載の光変調素子は、静電気力による可撓部の変位動作と、該可撓部の弾性復帰動作とにより該可撓部を通過する光の変調を行う電気機械的な光変調素子において、前記可撓部の可撓部接触面が導電性を有する材料からなることを特徴とする。
【０００７】
この光変調素子では、可撓部の可撓部接触面が導電性を有する材料からなり、可撓部が固定部接触面に対して接触・離反を繰り返しても、摩擦によって発生し帯電した電荷が徐々にディスチャージされて可撓部に蓄えられることがない。従って、静電気力によって可撓部を変位動作させる電気機械的な光変調素子の連続駆動において、可撓部の正常な撓みを維持することができ、光変調素子の駆動特性における経時劣化が防止されることになる。
【０００８】
請求項２記載の光変調素子は、静電気力による可撓部の変位動作と、該可撓部の弾性復帰動作とにより該可撓部を通過する光の変調を行う電気機械的な光変調素子において、可撓部接触面と、該可撓部接触面に接触する固定部接触面との双方に、導電性を有する材料の層が設けられたことを特徴とする。
【０００９】
この光変調素子では、可撓部接触面と、可撓部接触面に接触する固定部接触面との双方に、導電性を有する材料の層が設けられ、可撓部が固定部に対して接触する都度、両者に設けられた材料の層の電位が同電位となり、可撓部に電荷チャージが発生しない。従って、この光変調素子においても、可撓部の正常な撓みを維持することができ、光変調素子の駆動特性における経時劣化が防止されることになる。
【００１０】
請求項３記載の光変調素子は、前記導電性を有する材料は、体積抵抗が１０^１０Ωｃｍ以下であることを特徴とする。
【００１１】
この光変調素子では、導電性を有する材料は、体積抵抗が１０^１０Ωｃｍ以下であり、可撓部が固定部に対して繰り返し接触しても、可撓部に電荷が蓄えられることなく、電荷チャージが発生しない。
【００１２】
請求項４記載の光変調素子は、前記可撓部接触面と前記固定部接触面とに設けられた導電性を有する材料の層（導体）同士が、電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１３】
この光変調素子では、可撓部接触面と前記固定部接触面とに設けられた導体同士が、予め電気的に接続された状態となり、可撓部接触面と固定部接触面との接触時又は離反時にかかわらず、両者に設けられた導体の電位が等しくなり、可撓部に電荷チャージが発生しない。従って、この光変調素子においても、可撓部の正常な撓みを維持することができ、光変調素子の駆動特性における経時劣化が防止される。
【００１４】
請求項５記載の光変調素子は、電気的に接続された前記導体同士が、接地されていることを特徴とする。
【００１５】
この光変調素子では、予め電気的に接続された可撓部接触面と固定部接触面とに設けられた導体同士が接地され、導体同士のみならず、他の部材に対しても導体同士が常に電位ゼロの安定した状態に保たれることになる。従って、この光変調素子においても、可撓部の正常な撓みを維持することができ、光変調素子の駆動特性における経時劣化が防止される。
【００１６】
請求項６記載の光変調素子は、前記可撓部が、絶縁性を有する支持部によって架設されていることを特徴とする。
【００１７】
この光変調素子では、可撓部が絶縁性を有する支持部によって架設されるが、請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の構成をとることにより、絶縁性を有する支持部によって架設されても、上記した作用により可撓部に電荷チャージが蓄えられることがない。つまり、支持部を用いた可撓部支持構造においても、可撓部の正常な撓みが維持できる。
【００１８】
請求項７記載の光変調素子は、前記可撓部が、犠牲層によって形成された可撓空間を隔てて固定部接触面に対向配置されていることを特徴とする。
【００１９】
この光変調素子では、可撓部が犠牲層によって形成された可撓空間を有して固定部接触面に対向配置されるが、請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の構成をとることにより、上記した作用により可撓部に電荷チャージが蓄えられることがない。つまり、支持部を用いない比較的製作容易な可撓部支持構造においても、可撓部の正常な撓みが維持できる。
【００２０】
請求項８記載の平面表示素子は、請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の光変調素子を２次元のマトリクス状に配列し、前記可撓部に設けられる電極と、固定部に設けられる電極とのいずれか一方の電極に、走査信号を印加して各画素を選択し、いずれか他方の電極に、画像信号を印加して各光変調素子を駆動することを特徴とする。
【００２１】
この平面表示素子では、光変調素子が２次元のマトリクス状に配列され、走査電極信号に従い各画素が選択され、画素電極にデータ信号が与えられて画像が表示される。そして、各画素を構成する光変調素子が、請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の構成をとることにより、可撓部に電荷チャージが蓄えられなくなる。これにより、光変調素子の駆動特性における経時劣化が発生せず、画素抜け等のない高品位な画像が長期間にわたって表示可能になる。
【００２２】
請求項９記載の平面表示素子は、前記電極に、交流信号が印加されることを特徴とする。
【００２３】
この平面表示素子では、可撓部と、固定部接触面との双方の電極に交流信号が印加され、時間と共に双方の電極の電位が正の向き又は負の向きに増大することになる。これにより、請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の構成による作用とも相まって、可撓部に電荷チャージが蓄えられなくなり、光変調素子の駆動特性における経時劣化が発生せず、画素抜け等のない高品位な画像が長期間にわたって表示可能になる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光変調素子及び平面表示素子の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明に係る光変調素子の第一実施形態を示す断面図、図２は図１に示した光変調素子の動作状態を説明する断面図である。
【００２５】
可撓部である可撓薄膜を電気機械動作させて光変調させる動作原理としては、可撓薄膜と透明な信号電極とを離反又は接触させることによる導光拡散作用（以下、導光拡散と称する。）を利用することができる。導光拡散では、空隙を光の透過抵抗として、空隙が形成されている際には、信号電極からの出射光を遮断若しくは減衰させる一方、可撓薄膜を信号電極に接触させた時のみに、信号電極からの出射光を可撓薄膜へ導光（モード結合）させ、その光を可撓薄膜において拡散させることで、可撓薄膜からの出射光の強度を制御する（光変調する）。
【００２６】
図１に示すように、固定部である導光板１上には、紫外線に対して透明な一方の電極（信号電極）３を形成してある。この例としては、電子密度の高いＩＴＯなどの金属酸化物、非常に薄い金属薄膜（アルミ等）、金属微粒子を透明絶縁体に分散した薄膜、又は高濃度ドープしたワイドバンドギャップ半導体などが好適である。
【００２７】
信号電極３の上には、絶縁性を有する支持部７を形成してある。支持部７には、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、樹脂等を用いることができる。支持部７の上端面には、可撓部となるダイヤフラム９を形成してある。ダイヤフラム９は、導電性を有する材料からなる。信号電極３とダイヤフラム９との間には、可撓空間（キャビティ）１１が形成されている。
導電性を有する材料は、体積抵抗が１０^１０Ωｃｍ以下に設定されている。また、ダイヤフラム９の屈折率は、導光板１の屈折率と同等かそれ以上が好ましい。
【００２８】
ダイヤフラム９の上には、光拡散層１３、例えば、無機、有機透明材料の表面に凹凸を形成したもの、マイクロプリズム、マイクロレンズを形成したものや、無機、有機多孔質材料、又は屈折率の異なる微粒子を透明基材に分散したものなどを形成してある。
【００２９】
光拡散層１３の上には、紫外線に対して透明な他方の電極１７を形成してある。例として電極３と同様の材料のものを用いることができる。ダイヤフラム９、光拡散層１３、電極１７は、可撓薄膜を構成している。
【００３０】
導光板１とダイヤフラム９との間には可撓空間１１が存在するが、この可撓空間１１は支持部７の高さで略決定される。可撓空間１１の高さは、例えば、０．１μｍから１０μｍ程度が好ましい。この可撓空間１１は、通常、犠牲層のエッチングにより形成される。
【００３１】
また、上述の構成例の他に、ダイヤフラム９と光拡散層１３とを同一の材料で構成しても良い。例えば、窒化シリコン膜でダイヤフラム９を構成し、上面側の表面に凹凸を形成することによって、拡散機能を持たせることができる。この場合には、導光板１上の電極３と接触するダイヤフラム９の可撓部接触面に、既述したような導電性を有する材料からなる層を設ける。
【００３２】
このように構成した光変調素子２１の光変調の動作原理を説明する。
電圧ＯＦＦ時、両電極３、１７の電圧がゼロで、ダイヤフラム９と導光板１との間に可撓空間１１（例：空気）が存在する場合、
導光板１の屈折率をｎｗとすると、空気との界面における全反射臨界角θｃは、
θｃ＝ｓｉｎ^−１（ｎｗ） となる。
従って、紫外線は、界面への入射角θが、θ＞θｃのとき、図１に示すように、導光板１内を全反射しながら進む。
【００３３】
電圧ＯＮ時、両電極３、１７に電圧を印加し、ダイヤフラム９と導光板１表面とを接触又は十分な距離に近づけた場合、図２に示すように、紫外線は、ダイヤフラム９側に伝搬透過し、更に光拡散層１３により拡散されて表面側に出射する。
【００３４】
この実施形態による光変調素子２１によれば、電圧印加によるダイヤフラム９の位置制御により、光変調を行うことができる。そして、ダイヤフラム９が導電性を有する材料からなり、ダイヤフラム９の可撓部接触面が、固定部接触面（導光板１の接触面）に対して接触・離反を繰り返しても、摩擦によって発生し帯電した電荷が徐々にディスチャージされてダイヤフラム９に蓄えられることがない。従って、静電気力によってダイヤフラム９を変位動作させる電気機械的な光変調素子の連続駆動においても、ダイヤフラム９の正常な撓みを維持することができ、光変調素子２１の駆動特性における経時劣化を防止することができる。
【００３５】
また、この光変調素子２１では、電圧の値により、ダイヤフラム９と導光板１との間隙距離、接触面積を変化させることができる。これによって、透過光量の制御が可能となる。このような作用を利用することにより、印加電圧を可変して階調制御も可能にできる。
【００３６】
次に、本発明に係る光変調素子の第二実施形態を説明する。
図３は第二実施形態の光変調部を示す断面図である。なお、以下の各実施の形態において、図１に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００３７】
この実施の形態による光変調素子２３は、ダイヤフラム２４の接触面と、導光板１の接触面との双方に、導電性を有する材料層（導体）２５、２５が設けられている。ダイヤフラム２４は、完全な絶縁体からなる。導体２５、２５は、それぞれが絶縁され、ダイヤフラム２４の可撓によって接触することで、同電位となるようになっている。また、本実施の形態では、導体２５、２５同士は、ダイヤフラム２４が非動作時に非接触となる。
【００３８】
従って、ダイヤフラム２４が導光板１に対して接触する都度、両者に設けられた導体２５、２５の電位が同電位となり、ダイヤフラム２４に電荷チャージが発生しない。従って、この光変調素子２３においても、ダイヤフラム２４の正常な撓みを維持することができ、光変調素子２３の駆動特性における経時劣化を防止することができる。
【００３９】
なお、本実施の形態において、導体２５、２５は、予め電気的に接続されているものであってもよい。この場合、導体２５、２５同士は、ダイヤフラム２４が非動作時においても接触状態となる。従って、ダイヤフラム２４と導光板１との接触時又は離反時にかかわらず、両者に設けられた導体２５、２５の電位が等しくなり、ダイヤフラム２４に電荷チャージが発生しない。従って、この光変調素子においても、可撓部の正常な撓みを維持することができ、光変調素子の駆動特性における経時劣化を防止することができる。
【００４０】
また、電気的に接続された導体２５、２５同士は、接地されてもよい。このような構成の光変調素子によれば、導体２５、２５同士のみならず、他の部材に対しても導体が常に電位ゼロの安定した状態に保たれることになる。従って、この光変調素子においても、可撓部の正常な撓みを維持することができる。
【００４１】
次に、本発明に係る光変調素子の第三実施形態を説明する。
図４は第三実施形態の光変調部を示す平面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図６は図４のＢ−Ｂ断面図、図７は図４に示した画素部の等価回路図である。
【００４２】
上述した第一、第二実施形態の光変調素子２１、２３は単純マトリクス駆動を可能としたが、本発明に係る光変調素子はアクティブ駆動を行うものであってもよい。
即ち、この実施形態による光変調素子３１では、画素毎に能動素子（例としてＴＦＴ）３３を設けてある。ＴＦＴ３３は、ゲート電極３５、絶縁膜３７、ａ−Ｓｉ：Ｈ層３９、一方の電極（ドレイン電極）４１、一方の電極（ソース電極）４３から構成される。このＴＦＴ３３は、基板４５上に形成される。
【００４３】
ＴＦＴ３３のソース電極４３には、画素電極４７が接続される。ドレイン電極４１には、列毎の画像信号ライン４９が接続される。ゲート電極３５には、行毎の走査信号ライン５１が接続される。
【００４４】
画素電極４７は、光変調部５３にあるダイヤフラム９の上部に積層される。ダイヤフラム９は、支持部７に架橋される。また、画素電極４７と対向して、基板４５には他の電極（共通電極）５５が設けられ、電位Ｖｃｏｍが印加される。
【００４５】
このように構成された光変調素子３１の光変調部５３では、ゲート電極３５に接続された走査信号ライン５１にＴＦＴ３３を導通させる電圧が印加される。そして、ドレイン電極４１に接続された画像信号ライン４９に所望の画像信号電圧が印加されると、ドレイン電極４１とソース電極４３とが導通する。従って、画像信号電圧が、画素電極４７に印加されることになる。これにより、共通電極５５の電位Ｖｃｏｍと画素電極４７の電位との電圧により静電気応力が働き、所望の光変調を行うことができる。
【００４６】
この後に他の行の走査のため、ＴＦＴ３３が非導通となっても上述の光変調状態は維持され、複数の行のマトリクス変調が可能となる。
【００４７】
次に、本発明に係る光変調素子の第四実施形態を説明する。
可撓薄膜を電気機械動作させて光変調させる動作原理としては、ファブリペロー干渉を利用することができる。ファブリペロー干渉では、二枚の平面が向かい合わせに平行に配置された状態において、入射光線は、反射と透過を繰り返して多数の光線に分割され、これらは互いに平行となる。透過光線は、無限遠において重なり合い干渉する。面の垂線と入射光線のなす角をｉとすれば、相隣る二光線間の光路差はｘ＝ｎｔ・ｃｏｓｉで与えられる。但し、ｎは二面間の屈折率、ｔは間隔である。光路差ｘが波長λの整数倍であれば透過線は互いに強め合い、半波長の奇数倍であれば互いに打ち消し合う。即ち、反射の際の位相変化がなければ、
２ｎｔ・ｃｏｓｉ＝ｍλ で透過光最大となり、
２ｎｔ・ｃｏｓｉ＝（２ｍ＋１）λ／２ で透過光最小となる。但し、ｍは正整数である。
【００４８】
即ち、光路差ｘが所定の値となるように、可撓薄膜を移動させることにより、信号電極側から出射される光を、光変調して可撓薄膜から出射させることが可能となる。
【００４９】
このようなファブリペロー干渉を利用した光変調素子の具体例を図８〜図１５を参照して説明する。
図８は第四実施形態の光変調素子を示す平面図、図９は図８のＣ−Ｃ断面図、図１０は図８のＤ−Ｄ断面図、図１１は図８に示した光変調素子の動作状態を説明する断面図、図１２はブラックライト用低圧水銀ランプの分光特性を示す説明図、図１３は光変調素子の光強度透過率を示す説明図、図１４は低圧水銀ランプによるバックライトの分光特性を示す説明図、図１５は光変調素子の光強度透過率を示す説明図である。
【００５０】
本実施の形態では、光変調素子９１が以下のように構成されている。
紫外線に対して透明な基板７１上には、誘電体多層膜ミラー７３を設けてある。基板７１上には、誘電体多層膜ミラー７３を挟んで両側に一方の電極（電極）７５を一対設けてある。基板７１上には、電極７５の左右側（図８の左右側）に支持部７を設けてある。支持部７の上端面には、ダイヤフラム９を設けてある。誘電体多層膜ミラー７３に対向するダイヤフラム９の下面には、誘電体多層膜ミラー７７を設けてある。誘電体多層膜ミラー７３と誘電体多層膜ミラー７７との間には、可撓空間１１が形成されている。ダイヤフラム９の表面には、電極７５と対向するように、他方の電極（電極）７９を一対設けてある。なお、図中、８０はスペーサである。
【００５１】
図１１に示すように、板状の平面光源ユニット８１の側面には、ブラックライト用紫外線ランプ（低圧水銀ランプ）８３を配設してある。平面光源ユニット８１は、ブラックライト用低圧水銀ランプ８３からの紫外線を側面から取り入れて、表面側から出射する。
【００５２】
低圧水銀ランプ８３の内壁にブラックライト用の蛍光体（例えば、ＢａＳｉ_２Ｏ_５ ：Ｐｂ^２＋） を塗布した場合、その発光紫外線の分光特性は、図１２のようになる。即ち、３６０ｎｍ付近に中心波長λ０を持つ。この紫外線をバックライト光として使用する。
【００５３】
このように構成される光変調素子９１の光変調部８５において、電圧ＯＦＦのときの可撓空間１１の間隔をｔ_ｏｆｆ とする（図１１の左側の状態）。これは素子作製時に制御可能である。また電圧を印加したとき静電気力により可撓空間１１の間隔が短くなるがこれをｔ_ｏｎとする（図１１の右側の状態）。ｔ_ｏｎの制御は、印加する静電気力とダイヤフラム９が変形したとき発生する復元力のバランスで可能である。より安定な制御を行うには、変位が一定となるようにスペーサを電極上に形成してもよい。このスペーサは絶縁体の場合、その比誘電率（１以上）により、印加電圧を低減する効果がある。また、導電性の場合には、更にこの効果は大きくなる。また、電極とスペーサとは、同一材料で形成してもよい。
【００５４】
ここで、ｔ_ｏｎ、ｔ_ｏｆｆ を下記のように設定する。（ｍ＝１）。
ｔｏｎ ＝１／２×λ_０＝１８０ｎｍ （λ_０：紫外線の中心波長）
ｔｏｆｆ ＝３／４×λ_０＝２７０ｎｍ
【００５５】
また、誘電体多層膜ミラー７３、７７は、光強度反射率をＲ＝０．８５とする。更に、可撓空間１１は空気又は希ガスとし、その屈折率はｎ＝１とする。紫外線は、コリメートされているので光変調部８５に入射する入射角ｉは、略ゼロである。このときの光変調部８５の光強度透過率は図１３のようになる。従って、電圧を印加しないときはｔ_ｏｆｆ ＝２７０ｎｍであり、紫外線はほとんど透過しない。一方、電圧を印加してｔ_ｏｎ＝１８０ｎｍとなると、紫外線は透過する。
【００５６】
この光変調部８５を有した光変調素子９１によれば、このようにして、ダイヤフラム９を撓ませることにより、多層膜干渉効果を発生させて、紫外線の光変調を行うことができる。そして、ダイヤフラム９が導電性を有する材料からなり、ダイヤフラム９が固定部接触面（導光板１の接触面）に対して接触・離反を繰り返しても、摩擦によって発生し帯電した電荷が徐々にディスチャージされてダイヤフラム９に蓄えられることがない。従って、ダイヤフラム９を変位動作させる連続駆動においても、光変調素子９１の駆動特性における経時劣化を防止することができる。
【００５７】
なお、干渉の条件を満たせば、可撓空間１１の間隔ｔ、屈折率ｎ、誘電体多層膜ミラー７３、７７の光強度反射率Ｒなどはいずれの組合せでも良い。
【００５８】
また、電圧の値により、間隔ｔを連続的に変化させると、透過スペクトルの中心波長を任意に変化させることが可能である。これにより透過光量を連続的に制御することも可能である。即ち、印加電圧による階調制御が可能となる。
【００５９】
この実施形態による光変調部８５の変形例として、上述のブラックライト用低圧水銀ランプ８３に代えて、低圧水銀ランプによるバックライトを用いることもできる。
即ち、低圧水銀ランプの直接発光分光特性は、２５４ｎｍの線スペクトルが主な成分である。このランプを光源とし、石英ガラスなどによる導光板と組み合わせてバックライトユニットを構成する。他の波長は、フィルターなどでカットする。このとき、紫外線バックライトの分光特性は図１４のようになる。
【００６０】
また、光変調部において、有効画素エリアの構成材料（ダイヤフラム、誘電体多層膜ミラー、基板など）は、２５４ｎｍの紫外線を透過する材料とする。
【００６１】
ここで、ｔ_ｏｎ、ｔ_ｏｆｆ を下記のように設定する。（ｍ＝１）。
ｔ_ｏｎ ＝１／２×λ_０＝１２７ｎｍ （λ_０：紫外線の中心波長）
ｔ_ｏｆｆ ＝３／４×λ_０＝１９１ｎｍ
【００６２】
その他の条件は、上述の例と同じでＲ＝０．８５、ｎ＝１、ｉ＝０とする。このときの光変調素子の光強度透過率は図１５のようになる。従って、電圧を印加しないときはｔ_ｏｆｆ ＝１９１ｎｍであり、紫外線は殆ど透過せず、電圧を印加してｔ_ｏｎ＝１２７ｎｍになると紫外線は透過する。このようにして光変調が可能である。
【００６３】
特にこの変形例の場合、紫外線は線スペクトルなので非常に高いエネルギー透過率を示し、高効率でコントラストの高い変調が可能となる。
【００６４】
なお、この変形例においても、干渉の条件を満たせば、可撓空間１１の間隔ｔ、屈折率ｎ、誘電体多層膜ミラー７３、７７の光強度反射率Ｒなどはいずれの組合せでも良い。
【００６５】
また、この変形例においても、電圧の値により、間隔ｔを連続的に変化させると、透過スペクトルの中心波長を任意に変化させることが可能である。これにより透過光量を連続的に制御することも可能である。即ち、印加電圧による階調制御が可能となる。
【００６６】
なお、上記した各実施の形態における光変調素子は、可撓薄膜が支柱等の支持部によって支持される構造の場合を例に説明したが、本発明に係る光変調素子は、図１６に示すように、ダイヤフラム９が、犠牲層によって形成された可撓空間１１を有して固定部接触面に対向配置されるものであってもよい。
このような構成とすることにより、支柱を用いない比較的製作容易な可撓部支持構造においても、可撓部の正常な撓みを維持することができる。
【００６７】
次に、上記の光変調素子２１を用いた本発明の第五実施形態に係る平面表示素子を説明する。
図１７は第五実施形態に係る平面表示素子の断面図、図１８は図１７のＥ−Ｅ矢視図である。
導光板１上には帯状の透明な一方の電極（信号電極）３を、間隔を有して平行に複数並設してある。導光板１上には隣接する信号電極３同士を仕切る支柱７を形成してある。支柱７は、例えば導光板１と同質材料をエッチングすることにより形成することができる。導光板１の側面には、光源となる紫外線ランプ（低圧水銀ランプ）８３を配設してあり、低圧水銀ランプ８３からの光は、導光板１の表面（図１７の上面）へ導かれる。
【００６８】
支柱７の上端面には、信号電極３から離れた位置で透明なダイヤフラム９を接合してある。従って、信号電極３とダイヤフラム９との間には、可撓空間１１が形成されている。ダイヤフラム９の上面には、信号電極３と直交する方向に長い透明な帯状の他方の電極（走査電極）１７を、間隔を有して平行に複数並設してある。即ち、信号電極３と走査電極１７とは、図１８に示すように、相互に直交する方向に並んだ格子状に配設されている。信号電極３と走査電極１７とは、所定のものを選択することで、特定の対向電極部を指定できるマトリックス電極となっている。導光板１、信号電極３、ダイヤフラム９、走査電極１７は、光変調部１０３を構成している。
【００６９】
それぞれの信号電極３と走査電極１７とには電源１０５を接続してあり、電源１０５は画像情報に基づきそれぞれ所定のものに選択的に電圧が印加できるようになっている。
【００７０】
このように構成される平面表示素子１０７は、導光板１を透明ガラス板の他、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどの樹脂フィルムにより形成することができる。
【００７１】
また、信号電極３、走査電極１７は、透明な導電性材料で構成される。この透明電極は、紫外線を透過する材料又は光学特性を有する。一般的には微粒子化により透明になされた金属或いは導電性を有する金属酸化物で構成される。この金属としては、金、銀、パラジウム、亜鉛、アルミニウムなどを用いることができ、金属化合物としては、酸化イリジウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウムなどを用いることができる。具体的には、ＳｎＯ_２ 膜（ネサ膜）、ＩＴＯ膜などを挙げることができる。
【００７２】
信号電極３、走査電極１７は、導光板１又はダイヤフラム９の表面に上述した導電性材料の薄膜を、スパッタリング法、真空蒸着法により積層し、この薄膜の表面にレジストを塗布して、露光、現像を行うことで形成できる。露光はフォトレジストの上にフォトマスクを配置し、その上から紫外線を照射して行い、現像はフォトレジストの可溶部が除去できる現像液にて処理することにより行う。
【００７３】
信号電極３、走査電極１７に接続される電源供給回路も、これら信号電極３及び走査電極１７の形成と同時にパターン形成することができる。
【００７４】
図１９は図１７に示した平面表示素子の動作時の状態を示す断面図である。
この平面表示素子１０７では、信号電極３と走査電極１７との間に電源１０５により電圧を印加すると、静電気力によってダイヤフラム９が吸引されて可撓空間１１側に撓む。これにより、導光板１からダイヤフラム９を透過して出射される光が変調されることになる。従って、画像情報に基づき、電源１０５の電圧をそれぞれの信号電極３と走査電極１７とに選択的に印加することで、所望の表示制御が可能となる。なお、図１９中１０８は波長選択用の色フィルターを示す。
【００７５】
従って、平面表示素子１０７によれば、ダイヤフラム９に電荷チャージが発生しなくなり、光変調素子２１の駆動特性における経時劣化が発生せず、画素抜け等のない高品位な画像を長期間にわたって表示可能になる。
【００７６】
また、平面表示素子１０７は、電極３、１７に、交流信号が印加されてもよい。つまり、ダイヤフラム９と、導光板１との双方の電極３、１７に交流信号が印加され、時間と共に双方の電極の電位が正の向き又は負の向きに増大することになる。これにより、上記した光変調素子２１の構成による作用とも相まって、ダイヤフラム９における電荷チャージをより確実に防止することができる。
【００７７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る光変調素子によれば、可撓部の可撓部接触面が導電性を有する材料からなるので、可撓部が固定部接触面に対して接触・離反を繰り返しても、摩擦によって発生し帯電した電荷が徐々にディスチャージされて可撓部に蓄えられることがない。これにより、光変調素子の連続駆動によっても、可撓部の正常な撓みを維持することができ、光変調素子の駆動特性における経時劣化を防止することができる。
【００７８】
また、本発明に係る光変調素子によれば、可撓部接触面と、該可撓部接触面に接触する固定部接触面との双方に、導電性を有する材料からなる層が設けられているので、可撓部が固定部に対して接触する都度、両者に設けられた層（導体）の電位が同電位となり、可撓部に電荷チャージが発生しない。これにより、光変調素子の連続駆動によっても、可撓部の正常な撓みを維持することができ、光変調素子の駆動特性における経時劣化を防止することができる。
【００７９】
また、本発明に係る平面表示素子によれば、光変調素子が２次元のマトリクス状に配列され、走査電極信号に従い各画素が選択され、画素電極にデータ信号が与えられて画像が表示される。そして、各画素を構成する光変調素子は、可撓部に電荷チャージが発生しないので、光変調素子の駆動特性における経時劣化が発生せず、画素抜け等のない高品位な画像を長期間にわたって表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光変調素子の第一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した光変調素子の動作状態を説明する断面図である。
【図３】第二実施形態の光変調部を示す断面図である。
【図４】第三実施形態の光変調部を示す平面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図４に示した画素部の等価回路図である。
【図８】第四実施形態の光変調素子を示す平面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ断面図である。
【図１０】図８のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】図８に示した光変調素子の動作状態を説明する断面図である。
【図１２】ブラックライト用低圧水銀ランプの分光特性を示す説明図である。
【図１３】光変調素子の光強度透過率を示す説明図である。
【図１４】低圧水銀ランプによるバックライトの分光特性を示す説明図である。
【図１５】光変調素子の光強度透過率を示す説明図である。
【図１６】犠牲層によって製作されたダイヤフラムを非駆動時（ａ）、駆動時（ｂ）で示した説明図である。
【図１７】第五実施形態に係る平面表示素子の断面図である。
【図１８】図１７のＥ−Ｅ矢視図である。
【図１９】図１７に示した光変調素子の動作時の状態を示す断面図である。
【図２０】従来の光変調素子のヒステリシス特性を示す図である。
【符号の説明】
３、７５ 固定部に設けられる電極
７ 支柱（支持部）
９、２４ ダイヤフラム（可撓部）
１１ 犠牲層によって形成された可撓空間
１７、７９ 可撓部に設けられる電極
２１、３１、９１ 光変調素子
２５ 導体

Claims (9)

1. 静電気力による可撓部の変位動作と、該可撓部の弾性復帰動作とにより該可撓部を通過する光の変調を行う電気機械的な光変調素子において、
   前記可撓部の可撓部接触面が導電性を有する材料からなることを特徴とする光変調素子。
2. 静電気力による可撓部の変位動作と、該可撓部の弾性復帰動作とにより該可撓部を通過する光の変調を行う電気機械的な光変調素子において、
   可撓部接触面と、該可撓部接触面に接触する固定部接触面との双方に、導電性を有する材料の層が設けられたことを特徴とする光変調素子。
3. 前記導電性を有する材料は、体積抵抗が１０^１０Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光変調素子。
4. 前記可撓部接触面と前記固定部接触面とに設けられた導電性を有する材料の層（導体）同士が、電気的に接続されていることを特徴とする請求項２記載の光変調素子。
5. 電気的に接続された前記導体同士が、接地されていることを特徴とする請求項４記載の光変調素子。
6. 前記可撓部が、絶縁性を有する支持部によって架設されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の光変調素子。
7. 前記可撓部が、犠牲層によって形成された可撓空間を隔てて固定部接触面に対向配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項記載の光変調素子。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか１項記載の光変調素子を２次元のマトリクス状に配列し、前記可撓部に設けられる電極と、固定部に設けられる電極とのいずれか一方の電極に、走査信号を印加して各画素を選択し、いずれか他方の電極に、画像信号を印加して各光変調素子を駆動することを特徴とする平面表示素子。
9. 前記電極に、交流信号が印加されることを特徴とする請求項８記載の平面表示素子。

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