【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１０１０Ωｃｍ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１０１０Ωｃｍ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１０１０Ωｃｍ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、ＢａＳｉ２Ｏ５ ：Ｐｂ２＋） 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ｔｏｆｆ 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ｔｏｎとする（図１１の右側の状態）。ｔｏｎ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、ｔｏｎ、ｔｏｆｆ を下記のように設定する。（ｍ＝１）。
ｔｏｎ ＝１／２×λ０＝１８０ｎｍ （λ０：紫外線の中心波長）
ｔｏｆｆ ＝３／４×λ０＝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ｔｏｆｆ ＝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ｔｏｎ＝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、ｔｏｎ、ｔｏｆｆ を下記のように設定する。（ｍ＝１）。
ｔｏｎ ＝１／２×λ０＝１２７ｎｍ （λ０：紫外線の中心波長）
ｔｏｆｆ ＝３／４×λ０＝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ｔｏｆｆ ＝１９１ｎｍであり、紫外線は殆ど透過せず、電圧を印加してｔｏｎ＝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、ＳｎＯ２ 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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light modulation element and a flat display element that change light transmittance by electromechanical operation, and more particularly to prevention of charge charge generation during operation of the light modulation element.
[0002]
[Prior art]
An electromechanical light modulation element that performs light modulation by mechanically operating a flexible thin film manufactured by micromachining by electrostatic force is known. As this light modulation element, for example, there is one in which a flexible thin film made of a transparent electrode and a diaphragm is installed on a fixed electrode on a light guide plate via a support portion.
In this light modulation element, by applying a predetermined voltage between both electrodes, an electrostatic force is generated between the electrodes, and the flexible thin film is bent toward the fixed electrode. Along with this, the optical characteristics of the element itself change, and light is transmitted to the light modulation element. On the other hand, by setting the applied voltage to zero, the flexible thin film is elastically restored, and the light modulation element blocks light. In this way, light modulation is performed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1] Japanese Patent Laid-Open No. 11-258558 [0004]
By the way, when the flexible thin film is deformed by electrostatic force or elastically restored, the relationship between the applied voltage Vgs and the displacement of the flexible thin film shows a hysteresis characteristic. Therefore, the relationship between the applied voltage Vgs and the light transmittance T also exhibits hysteresis characteristics as shown in FIG.
According to this hysteresis characteristic, when the light modulation element is OFF (light shielding), the OFF state is maintained when Vgs is equal to or lower than Vth (L), and the ON state is maintained when Vgs is equal to or higher than Vth (H). Then, the light modulation element remains in the ON state when Vgs is equal to or higher than Vs (H), and is saturated to the OFF state when equal to or lower than Vs (L). In addition, when the polarity of Vgs is negative, it becomes a characteristic of positive polarity symmetry in the vertical axis.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional light modulation element, the flexible thin film that is the movable part is made of an insulating material, and the flexible thin film is constructed by a support part having an insulating property. When it is moved, it comes into contact with the fixed part contact surface of the insulating layer covering the fixed electrode. When the flexible thin film repeatedly contacts and separates from the fixed part contact surface by continuous driving of the light modulation element, it is electrically insulated. Charge charge is generated in the flexible thin film in the state.
This charge charge has become a factor that deteriorates the drive characteristics of the light modulation element over time, for example, by inhibiting normal bending of the flexible thin film.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has an object to reduce the occurrence of charge charge in the movable portion of a light modulation element that performs electromechanical operation by electrostatic force, thereby preventing the deterioration of drive characteristics over time. And
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the light modulation element according to the first aspect of the present invention is the light that passes through the flexible portion by the displacement operation of the flexible portion by electrostatic force and the elastic return operation of the flexible portion. In the electromechanical light modulation element that performs the modulation, the flexible portion contact surface of the flexible portion is made of a conductive material.
[0007]
In this light modulation element, the flexible portion contact surface of the flexible portion is made of a conductive material, and even if the flexible portion repeatedly contacts and separates from the fixed portion contact surface, the charged charge generated by friction is charged. Is not gradually discharged and stored in the flexible part. Therefore, in the continuous drive of the electromechanical light modulation element in which the flexible part is displaced by the electrostatic force, normal bending of the flexible part can be maintained, and deterioration of the drive characteristic of the light modulation element with time is prevented. Will be.
[0008]
The light modulation element according to claim 2, wherein the electromechanical light modulation element modulates light passing through the flexible part by a displacement operation of the flexible part by an electrostatic force and an elastic return operation of the flexible part. In the present invention, a conductive material layer is provided on both the flexible part contact surface and the fixed part contact surface that contacts the flexible part contact surface.
[0009]
In this light modulation element, a conductive material layer is provided on both the flexible part contact surface and the fixed part contact surface that contacts the flexible part contact surface. Each time they come into contact, the potentials of the material layers provided on the both become the same potential, and no charge charge is generated in the flexible portion. Therefore, also in this light modulation element, normal bending of the flexible portion can be maintained, and deterioration with time in the drive characteristics of the light modulation element is prevented.
[0010]
The light modulation element according to claim 3 is characterized in that the conductive material has a volume resistance of 10 10 Ωcm or less.
[0011]
In this light modulation element, the conductive material has a volume resistance of 10 10 Ωcm or less, and even if the flexible part repeatedly contacts the fixed part, the charge is not accumulated in the flexible part. There is no charge.
[0012]
The light modulation element according to claim 4, wherein layers (conductors) of a conductive material provided on the flexible portion contact surface and the fixed portion contact surface are electrically connected to each other. And
[0013]
In this light modulation element, the conductors provided on the flexible part contact surface and the fixed part contact surface are electrically connected in advance, and the flexible part contact surface and the fixed part contact surface are in contact with each other. Alternatively, regardless of the time of separation, the electric potentials of the conductors provided on both sides become equal, and no charge charge is generated in the flexible portion. Therefore, also in this light modulation element, normal bending of the flexible portion can be maintained, and deterioration of the drive characteristics of the light modulation element with time is prevented.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, the electrically connected conductors are grounded.
[0015]
In this light modulation element, the conductors provided on the flexible portion contact surface and the fixed portion contact surface that are electrically connected in advance are grounded, and the conductors are not only between the conductors but also between other members. It is always kept in a stable state with zero potential. Therefore, also in this light modulation element, normal bending of the flexible portion can be maintained, and deterioration of the drive characteristics of the light modulation element with time is prevented.
[0016]
The light modulation element according to claim 6 is characterized in that the flexible part is constructed by an insulating support part.
[0017]
In this light modulation element, the flexible portion is installed by the support portion having insulation properties. However, by adopting the configuration according to any one of claims 1 to 5, the flexible portion is installed by the support portion having insulation properties. Even if it is done, the charge charge is not stored in the flexible part by the above-described action. That is, even in the flexible part support structure using the support part, normal bending of the flexible part can be maintained.
[0018]
The light modulation element according to claim 7 is characterized in that the flexible portion is disposed to face the fixed portion contact surface across a flexible space formed by the sacrificial layer.
[0019]
In this light modulation element, the flexible portion has a flexible space formed by a sacrificial layer and is disposed to face the fixed portion contact surface. The structure according to any one of claims 1 to 5 is provided. By taking this, the charge charge is not stored in the flexible portion by the above-described action. That is, even in a flexible part support structure that is relatively easy to manufacture without using the support part, normal bending of the flexible part can be maintained.
[0020]
The flat display element according to claim 8 is an arrangement in which the light modulation elements according to any one of claims 1 to 7 are arranged in a two-dimensional matrix, and the electrodes provided in the flexible part and the fixing part Each pixel is selected by applying a scanning signal to any one of the provided electrodes, and each light modulation element is driven by applying an image signal to any other electrode.
[0021]
In this flat display element, light modulation elements are arranged in a two-dimensional matrix, each pixel is selected according to a scanning electrode signal, and a data signal is applied to the pixel electrode to display an image. And the light modulation element which comprises each pixel takes the structure of any one of Claims 1-7, Therefore A charge charge cannot be stored in a flexible part. As a result, deterioration of the drive characteristics of the light modulation element over time does not occur, and a high-quality image without pixel omission can be displayed over a long period of time.
[0022]
The flat display element according to claim 9 is characterized in that an AC signal is applied to the electrode.
[0023]
In this flat display element, an AC signal is applied to both electrodes of the flexible portion and the fixed portion contact surface, and the potentials of both electrodes increase in a positive direction or a negative direction with time. Accordingly, coupled with the operation of the configuration according to any one of claims 1 to 5, charge charge is not stored in the flexible portion, deterioration of the drive characteristics of the light modulation element over time does not occur, and pixel omission occurs. It is possible to display a high-quality image without a long-term.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of a light modulation element and a flat display element according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the light modulation element according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the operating state of the light modulation element shown in FIG.
[0025]
The principle of operation for optically modulating a flexible thin film, which is a flexible part, by electromechanical operation is to perform a light guide diffusion action (hereinafter referred to as light guide diffusion) by separating or contacting the flexible thin film and a transparent signal electrode. .) Can be used. In light guide diffusion, when the gap is formed as a light transmission resistance, when the gap is formed, the emitted light from the signal electrode is blocked or attenuated, while only when the flexible thin film is brought into contact with the signal electrode, Light emitted from the signal electrode is guided (mode coupled) to the flexible thin film, and the light is diffused in the flexible thin film, thereby controlling the intensity of light emitted from the flexible thin film (modulating light).
[0026]
As shown in FIG. 1, an electrode (signal electrode) 3 that is transparent to ultraviolet rays is formed on a light guide plate 1 that is a fixed portion. Examples of this include metal oxides such as ITO with high electron density, very thin metal thin films (aluminum, etc.), thin films in which metal fine particles are dispersed in a transparent insulator, or highly doped wide band gap semiconductors. is there.
[0027]
An insulating support 7 is formed on the signal electrode 3. For the support portion 7, for example, silicon oxide, silicon nitride, ceramic, resin, or the like can be used. A diaphragm 9 serving as a flexible portion is formed on the upper end surface of the support portion 7. The diaphragm 9 is made of a conductive material. A flexible space (cavity) 11 is formed between the signal electrode 3 and the diaphragm 9.
The conductive material has a volume resistance of 10 10 Ωcm or less. The refractive index of the diaphragm 9 is preferably equal to or higher than the refractive index of the light guide plate 1.
[0028]
On the diaphragm 9, a light diffusing layer 13, for example, an inorganic or organic transparent material with irregularities formed thereon, a microprism, a microlens, an inorganic or organic porous material, or a refractive index A material in which different fine particles are dispersed in a transparent substrate is formed.
[0029]
On the light diffusion layer 13, the other electrode 17 transparent to ultraviolet rays is formed. As an example, a material similar to that of the electrode 3 can be used. The diaphragm 9, the light diffusion layer 13, and the electrode 17 constitute a flexible thin film.
[0030]
A flexible space 11 exists between the light guide plate 1 and the diaphragm 9, and the flexible space 11 is substantially determined by the height of the support portion 7. The height of the flexible space 11 is preferably about 0.1 μm to 10 μm, for example. The flexible space 11 is usually formed by etching a sacrificial layer.
[0031]
In addition to the above configuration example, the diaphragm 9 and the light diffusion layer 13 may be composed of the same material. For example, the diaphragm 9 can be made of a silicon nitride film, and unevenness can be formed on the surface on the upper surface side, thereby providing a diffusion function. In this case, a layer made of a conductive material as described above is provided on the flexible portion contact surface of the diaphragm 9 that contacts the electrode 3 on the light guide plate 1.
[0032]
The operation principle of light modulation of the light modulation element 21 configured as described above will be described.
When the voltage is OFF, the voltages of the electrodes 3 and 17 are zero, and there is a flexible space 11 (eg, air) between the diaphragm 9 and the light guide plate 1.
When the refractive index of the light guide plate 1 is nw, the total reflection critical angle θc at the interface with air is
θc = sin −1 (nw).
Accordingly, when the incident angle θ to the interface is θ> θc, the ultraviolet rays travel while being totally reflected in the light guide plate 1 as shown in FIG.
[0033]
When the voltage is applied to both electrodes 3 and 17 when the voltage is ON and the diaphragm 9 and the surface of the light guide plate 1 are brought into contact with each other or close to a sufficient distance, ultraviolet rays propagate and transmit to the diaphragm 9 side as shown in FIG. Further, it is diffused by the light diffusion layer 13 and emitted to the surface side.
[0034]
According to the light modulation element 21 according to this embodiment, light modulation can be performed by position control of the diaphragm 9 by voltage application. The diaphragm 9 is made of a conductive material, and even if the flexible portion contact surface of the diaphragm 9 repeatedly contacts and separates from the fixed portion contact surface (contact surface of the light guide plate 1), it is generated by friction. The charged electric charge is not gradually discharged and stored in the diaphragm 9. Therefore, even when the electromechanical light modulation element that continuously moves the diaphragm 9 by electrostatic force is driven, normal deflection of the diaphragm 9 can be maintained, and deterioration of the drive characteristics of the light modulation element 21 with time is prevented. be able to.
[0035]
In the light modulation element 21, the gap distance and the contact area between the diaphragm 9 and the light guide plate 1 can be changed according to the voltage value. As a result, the amount of transmitted light can be controlled. By utilizing such an action, gradation can be controlled by varying the applied voltage.
[0036]
Next, a second embodiment of the light modulation element according to the present invention will be described.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the light modulation unit of the second embodiment. In the following embodiments, the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0037]
In the light modulation element 23 according to this embodiment, material layers (conductors) 25 and 25 having conductivity are provided on both the contact surface of the diaphragm 24 and the contact surface of the light guide plate 1. The diaphragm 24 is made of a complete insulator. The conductors 25 and 25 are insulated from each other, and are brought into contact with each other by the flexibility of the diaphragm 24 so as to have the same potential. In the present embodiment, the conductors 25 are not in contact with each other when the diaphragm 24 is not operating.
[0038]
Therefore, every time the diaphragm 24 comes into contact with the light guide plate 1, the electric potentials of the conductors 25, 25 provided on both of them are the same, and no charge is generated in the diaphragm 24. Accordingly, in this light modulation element 23, the normal deflection of the diaphragm 24 can be maintained, and deterioration of the drive characteristics of the light modulation element 23 with time can be prevented.
[0039]
In the present embodiment, the conductors 25 and 25 may be electrically connected in advance. In this case, the conductors 25 and 25 are in contact with each other even when the diaphragm 24 is not operating. Therefore, regardless of when the diaphragm 24 and the light guide plate 1 are in contact with or separated from each other, the potentials of the conductors 25, 25 provided on both are equal, and no charge is generated in the diaphragm 24. Therefore, also in this light modulation element, normal bending of the flexible portion can be maintained, and deterioration with time in the drive characteristics of the light modulation element can be prevented.
[0040]
Further, the electrically connected conductors 25 and 25 may be grounded. According to the light modulation element having such a configuration, not only the conductors 25 and 25 but also other members are always kept in a stable state with zero potential. Therefore, also in this light modulation element, the normal bending of the flexible portion can be maintained.
[0041]
Next, a third embodiment of the light modulation element according to the present invention will be described.
4 is a plan view showing the light modulation unit of the third embodiment, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 4, FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. FIG.
[0042]
Although the light modulation elements 21 and 23 of the first and second embodiments described above enable simple matrix driving, the light modulation elements according to the present invention may perform active driving.
That is, in the light modulation element 31 according to this embodiment, an active element (TFT as an example) 33 is provided for each pixel. The TFT 33 includes a gate electrode 35, an insulating film 37, an a-Si: H layer 39, one electrode (drain electrode) 41, and one electrode (source electrode) 43. The TFT 33 is formed on the substrate 45.
[0043]
A pixel electrode 47 is connected to the source electrode 43 of the TFT 33. An image signal line 49 for each column is connected to the drain electrode 41. A scanning signal line 51 for each row is connected to the gate electrode 35.
[0044]
The pixel electrode 47 is stacked on the upper part of the diaphragm 9 in the light modulation unit 53. The diaphragm 9 is cross-linked to the support portion 7. In addition, another electrode (common electrode) 55 is provided on the substrate 45 so as to face the pixel electrode 47, and a potential Vcom is applied thereto.
[0045]
In the light modulation unit 53 of the light modulation element 31 configured as described above, a voltage for conducting the TFT 33 is applied to the scanning signal line 51 connected to the gate electrode 35. When a desired image signal voltage is applied to the image signal line 49 connected to the drain electrode 41, the drain electrode 41 and the source electrode 43 are brought into conduction. Accordingly, the image signal voltage is applied to the pixel electrode 47. Thereby, electrostatic stress acts by the voltage between the potential Vcom of the common electrode 55 and the potential of the pixel electrode 47, and desired light modulation can be performed.
[0046]
After this, another row is scanned, so that the above-described light modulation state is maintained even if the TFT 33 is turned off, and matrix modulation of a plurality of rows is possible.
[0047]
Next, a fourth embodiment of the light modulation element according to the present invention will be described.
Fabry-Perot interference can be used as the operating principle of optical modulation of the flexible thin film by electromechanical operation. In Fabry-Perot interference, in a state where two planes are arranged in parallel to each other, incident light is repeatedly reflected and transmitted and divided into a number of light beams, which are parallel to each other. The transmitted light overlaps and interferes at infinity. If the angle formed by the perpendicular of the surface and the incident light beam is i, the optical path difference between two adjacent light beams is given by x = nt · cosi. However, n is a refractive index between two surfaces, and t is an interval. If the optical path difference x is an integral multiple of the wavelength λ, the transmission lines reinforce each other, and if the optical path difference x is an odd multiple of the half wavelength, they cancel each other. That is, if there is no phase change during reflection,
2nt · cosi = mλ is the maximum transmitted light,
2nt · cosi = (2m + 1) λ / 2 and the transmitted light is minimized. However, m is a positive integer.
[0048]
That is, by moving the flexible thin film so that the optical path difference x becomes a predetermined value, the light emitted from the signal electrode side can be modulated and emitted from the flexible thin film.
[0049]
A specific example of an optical modulation element using such Fabry-Perot interference will be described with reference to FIGS.
8 is a plan view showing the light modulation element of the fourth embodiment, FIG. 9 is a sectional view taken along the line CC in FIG. 8, FIG. 10 is a sectional view taken along the line DD in FIG. FIG. 12 is an explanatory view showing the spectral characteristics of a low-pressure mercury lamp for black light, FIG. 13 is an explanatory view showing the light intensity transmittance of the light modulation element, and FIG. 14 is a view using a low-pressure mercury lamp. FIG. 15 is an explanatory diagram showing the light intensity transmittance of the light modulation element.
[0050]
In the present embodiment, the light modulation element 91 is configured as follows.
A dielectric multilayer mirror 73 is provided on a substrate 71 transparent to ultraviolet rays. On the substrate 71, a pair of electrodes (electrodes) 75 are provided on both sides of the dielectric multilayer mirror 73. On the substrate 71, support portions 7 are provided on the left and right sides of the electrode 75 (left and right sides in FIG. 8). A diaphragm 9 is provided on the upper end surface of the support portion 7. A dielectric multilayer mirror 77 is provided on the lower surface of the diaphragm 9 facing the dielectric multilayer mirror 73. A flexible space 11 is formed between the dielectric multilayer mirror 73 and the dielectric multilayer mirror 77. A pair of other electrodes (electrodes) 79 are provided on the surface of the diaphragm 9 so as to face the electrode 75. In the figure, reference numeral 80 denotes a spacer.
[0051]
As shown in FIG. 11, an ultraviolet lamp (low pressure mercury lamp) 83 for black light is disposed on the side surface of the plate-like flat light source unit 81. The flat light source unit 81 takes in the ultraviolet rays from the low pressure mercury lamp 83 for black light from the side surface and emits it from the front side.
[0052]
When a phosphor for black light (for example, BaSi 2 O 5 : Pb 2+ ) is applied to the inner wall of the low-pressure mercury lamp 83, the spectral characteristics of the emitted ultraviolet light are as shown in FIG. That is, it has a center wavelength λ0 in the vicinity of 360 nm. This ultraviolet light is used as backlight light.
[0053]
In the light modulation unit 85 of the light modulation element 91 configured as described above, the interval between the flexible spaces 11 when the voltage is OFF is set to t off (the state on the left side in FIG. 11). This can be controlled during device fabrication. Although the spacing of the flexible space 11 by an electrostatic force when a voltage is applied to shorten this to t on (right in the state of FIG. 11). Control of t on the electrostatic force and the diaphragm 9 to be applied is possible by the balance of the restoration force generated when deformed. In order to perform more stable control, a spacer may be formed on the electrode so that the displacement is constant. In the case of an insulator, this spacer has an effect of reducing the applied voltage due to its relative dielectric constant (1 or more). In the case of conductivity, this effect is further increased. Further, the electrode and the spacer may be formed of the same material.
[0054]
Here, t on and t off are set as follows. (M = 1).
ton = 1/2 × λ 0 = 180 nm (λ 0 : center wavelength of ultraviolet rays)
toff = 3/4 × λ 0 = 270 nm
[0055]
The dielectric multilayer mirrors 73 and 77 have a light intensity reflectance of R = 0.85. Further, the flexible space 11 is air or a rare gas, and its refractive index is n = 1. Since the ultraviolet rays are collimated, the incident angle i incident on the light modulator 85 is substantially zero. The light intensity transmittance of the light modulator 85 at this time is as shown in FIG. Therefore, when no voltage is applied, t off = 270 nm, and almost no ultraviolet rays are transmitted. On the other hand, when a voltage is applied and t on = 180 nm, ultraviolet rays are transmitted.
[0056]
According to the light modulation element 91 having the light modulation unit 85, the diaphragm 9 is bent in this manner, thereby generating a multilayer film interference effect and performing light modulation of ultraviolet rays. The diaphragm 9 is made of a conductive material, and even if the diaphragm 9 repeatedly contacts and separates from the fixed portion contact surface (contact surface of the light guide plate 1), the charge generated by friction is gradually discharged. And is not stored in the diaphragm 9. Therefore, even with continuous driving in which the diaphragm 9 is displaced, deterioration with time in the driving characteristics of the light modulation element 91 can be prevented.
[0057]
If the interference condition is satisfied, the interval t of the flexible space 11, the refractive index n, the light intensity reflectance R of the dielectric multilayer mirrors 73 and 77, etc. may be any combination.
[0058]
Further, if the interval t is continuously changed according to the voltage value, the center wavelength of the transmission spectrum can be arbitrarily changed. As a result, the amount of transmitted light can be continuously controlled. That is, gradation control by the applied voltage is possible.
[0059]
As a modification of the light modulation unit 85 according to this embodiment, a backlight using a low-pressure mercury lamp can be used instead of the above-described low-pressure mercury lamp 83 for black light.
That is, the main component of the direct emission spectral characteristic of the low-pressure mercury lamp is the line spectrum of 254 nm. This lamp is used as a light source and combined with a light guide plate made of quartz glass or the like to constitute a backlight unit. Other wavelengths are cut with a filter or the like. At this time, the spectral characteristics of the ultraviolet backlight are as shown in FIG.
[0060]
In the light modulator, the constituent material (diaphragm, dielectric multilayer mirror, substrate, etc.) of the effective pixel area is a material that transmits ultraviolet light of 254 nm.
[0061]
Here, t on and t off are set as follows. (M = 1).
t on = 1/2 × λ 0 = 127 nm (λ 0 : center wavelength of ultraviolet rays)
t off = 3/4 × λ 0 = 191 nm
[0062]
Other conditions are the same as in the above example, and R = 0.85, n = 1, and i = 0. The light intensity transmittance of the light modulation element at this time is as shown in FIG. Therefore, when no voltage is applied, t off = 191 nm, and almost no ultraviolet rays are transmitted. When a voltage is applied and t on = 127 nm, the ultraviolet rays are transmitted. In this way, light modulation is possible.
[0063]
In particular, in the case of this modification, since ultraviolet rays are a line spectrum, it exhibits a very high energy transmittance, and modulation with high efficiency and high contrast becomes possible.
[0064]
In this modification as well, any combination of the spacing t of the flexible space 11, the refractive index n, the light intensity reflectance R of the dielectric multilayer mirrors 73 and 77, etc. may be used as long as the interference condition is satisfied.
[0065]
Also in this modified example, if the interval t is continuously changed according to the voltage value, the center wavelength of the transmission spectrum can be arbitrarily changed. As a result, the amount of transmitted light can be continuously controlled. That is, gradation control by the applied voltage is possible.
[0066]
In addition, although the light modulation element in each above-mentioned embodiment demonstrated the case where the flexible thin film was supported by support parts, such as a support | pillar, the light modulation element which concerns on this invention is shown in FIG. As described above, the diaphragm 9 may have the flexible space 11 formed by the sacrificial layer and be disposed to face the fixed portion contact surface.
By adopting such a configuration, it is possible to maintain normal bending of the flexible portion even in a flexible portion support structure that is relatively easy to manufacture without using a support column.
[0067]
Next, a flat display element according to the fifth embodiment of the present invention using the light modulation element 21 will be described.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a flat display element according to the fifth embodiment, and FIG. 18 is a view taken along the line EE of FIG.
On the light guide plate 1, a plurality of strip-like transparent electrodes (signal electrodes) 3 are arranged in parallel at intervals. A support column 7 is formed on the light guide plate 1 to partition adjacent signal electrodes 3. The column 7 can be formed, for example, by etching the same material as the light guide plate 1. An ultraviolet lamp (low pressure mercury lamp) 83 serving as a light source is disposed on the side surface of the light guide plate 1, and light from the low pressure mercury lamp 83 is guided to the surface of the light guide plate 1 (upper surface in FIG. 17).
[0068]
A transparent diaphragm 9 is joined to the upper end surface of the column 7 at a position away from the signal electrode 3. Therefore, a flexible space 11 is formed between the signal electrode 3 and the diaphragm 9. On the upper surface of the diaphragm 9, a plurality of other transparent strip-like electrodes (scanning electrodes) 17 that are long in the direction orthogonal to the signal electrodes 3 are arranged in parallel with a gap therebetween. That is, as shown in FIG. 18, the signal electrode 3 and the scanning electrode 17 are arranged in a lattice shape arranged in directions orthogonal to each other. The signal electrode 3 and the scanning electrode 17 are matrix electrodes that can designate specific counter electrode portions by selecting predetermined ones. The light guide plate 1, the signal electrode 3, the diaphragm 9, and the scanning electrode 17 constitute a light modulation unit 103.
[0069]
A power source 105 is connected to each signal electrode 3 and the scanning electrode 17, and the power source 105 can selectively apply a voltage to each predetermined one based on image information.
[0070]
In the flat display element 107 configured as described above, the light guide plate 1 can be formed of a resin film such as polyethylene terephthalate or polycarbonate in addition to a transparent glass plate.
[0071]
Further, the signal electrode 3 and the scanning electrode 17 are made of a transparent conductive material. The transparent electrode has a material that transmits ultraviolet light or an optical property. In general, it is composed of a metal or a conductive metal oxide made transparent by micronization. As this metal, gold, silver, palladium, zinc, aluminum, or the like can be used. As the metal compound, iridium oxide, zinc oxide, aluminum oxide, or the like can be used. Specific examples include SnO 2 film (nesa film) and ITO film.
[0072]
The signal electrode 3 and the scanning electrode 17 are formed by laminating a thin film of the above-described conductive material on the surface of the light guide plate 1 or the diaphragm 9 by a sputtering method or a vacuum deposition method, applying a resist on the surface of the thin film, exposing, It can be formed by developing. Exposure is performed by placing a photomask on the photoresist and irradiating it with ultraviolet rays, and development is performed by processing with a developer that can remove soluble portions of the photoresist.
[0073]
The power supply circuit connected to the signal electrode 3 and the scan electrode 17 can also be patterned simultaneously with the formation of the signal electrode 3 and the scan electrode 17.
[0074]
FIG. 19 is a cross-sectional view showing a state during operation of the flat display element shown in FIG.
In the flat display element 107, when a voltage is applied between the signal electrode 3 and the scanning electrode 17 by the power source 105, the diaphragm 9 is attracted by the electrostatic force and bent toward the flexible space 11. As a result, the light emitted from the light guide plate 1 through the diaphragm 9 is modulated. Therefore, desired display control can be performed by selectively applying the voltage of the power source 105 to each signal electrode 3 and the scanning electrode 17 based on the image information. In FIG. 19, reference numeral 108 denotes a color filter for wavelength selection.
[0075]
Therefore, according to the flat display element 107, no charge is generated in the diaphragm 9, no deterioration with time in the driving characteristics of the light modulation element 21 occurs, and a high-quality image without pixel omission can be displayed over a long period of time. become.
[0076]
In the flat display element 107, an AC signal may be applied to the electrodes 3 and 17. That is, an AC signal is applied to both the electrodes 3 and 17 of the diaphragm 9 and the light guide plate 1, and the potentials of both electrodes increase in a positive direction or a negative direction with time. Thereby, combined with the operation of the configuration of the light modulation element 21 described above, charge charging in the diaphragm 9 can be more reliably prevented.
[0077]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the light modulation device of the present invention, the flexible portion contact surface of the flexible portion is made of a conductive material, and therefore the flexible portion contacts the fixed portion contact surface. Even if the separation is repeated, the charged charges generated by friction are gradually discharged and are not stored in the flexible part. Accordingly, normal bending of the flexible portion can be maintained even by continuous driving of the light modulation element, and deterioration with time in the drive characteristics of the light modulation element can be prevented.
[0078]
Further, according to the light modulation element of the present invention, the layer made of a conductive material is provided on both the flexible part contact surface and the fixed part contact surface that contacts the flexible part contact surface. Therefore, each time the flexible part comes into contact with the fixed part, the potentials of the layers (conductors) provided on both of them become the same potential, and no charge charge is generated in the flexible part. Accordingly, normal bending of the flexible portion can be maintained even by continuous driving of the light modulation element, and deterioration with time in the drive characteristics of the light modulation element can be prevented.
[0079]
Further, according to the flat display element according to the present invention, the light modulation elements are arranged in a two-dimensional matrix, each pixel is selected according to the scanning electrode signal, and a data signal is given to the pixel electrode to display an image. . In the light modulation elements constituting each pixel, no charge charge is generated in the flexible portion, so that the drive characteristics of the light modulation elements do not deteriorate with time, and high-quality images without pixel omissions are generated over a long period of time. Can be displayed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a light modulation element according to the present invention.
2 is a cross-sectional view for explaining an operation state of the light modulation element shown in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a light modulation unit according to a second embodiment.
FIG. 4 is a plan view illustrating a light modulation unit according to a third embodiment.
5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
6 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
7 is an equivalent circuit diagram of the pixel unit shown in FIG. 4. FIG.
FIG. 8 is a plan view showing a light modulation element according to a fourth embodiment.
9 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
10 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
11 is a cross-sectional view for explaining an operation state of the light modulation element shown in FIG. 8. FIG.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing spectral characteristics of a low-pressure mercury lamp for black light.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing light intensity transmittance of a light modulation element.
FIG. 14 is an explanatory diagram showing spectral characteristics of a backlight using a low-pressure mercury lamp.
FIG. 15 is an explanatory diagram showing light intensity transmittance of a light modulation element.
FIGS. 16A and 16B are explanatory diagrams showing a diaphragm manufactured by a sacrificial layer when not driven (a) and when driven (b); FIGS.
FIG. 17 is a cross-sectional view of a flat display element according to a fifth embodiment.
18 is a view taken in the direction of arrows EE in FIG.
19 is a cross-sectional view showing a state during operation of the light modulation element shown in FIG.
FIG. 20 is a diagram showing hysteresis characteristics of a conventional light modulation element.
[Explanation of symbols]
3, 75 Electrode 7 provided on the fixed part Column (support part)
9, 24 Diaphragm (flexible part)
11 Flexible spaces 17 and 79 formed by a sacrificial layer Electrodes 21, 31 and 91 provided in a flexible part Light modulation element 25 Conductor