JP2000028933A - アレイ型光変調素子、アレイ型露光素子、及び平面型ディスプレイ、並びにアレイ型光変調素子の駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置コストの増大するレーザ光を用いること
なく高速化を可能に、且つ光変調部の設計自由度を向上
させると共に、各光変調部が２値モードであっても一画
素単位での多階調制御を可能にする。 【解決手段】 可撓薄膜２７を有する光変調部３３を一
次元又は二次元に配列し、可撓薄膜２７を静電気応力に
よって変形させ、可撓薄膜２７を透過する光の透過率を
変化させるアレイ型光変調素子３５において、一画素Ｓ
を複数に分割したそれぞれの領域ｍに、光変調部３３を
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、可撓薄膜を用いて
光の透過率を変化させるアレイ型光変調素子と、紫外線
感光材料、可視光感光材料、赤外光感光材料などの露光
に用いて好適なアレイ型露光素子と、アレイ型光変調素
子によって蛍光体を発光表示させる平面型ディスプレ
イ、及びアレイ型光変調素子の駆動方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、各種作像プロセスに用いるデジタ
ル露光方法としては、レーザ光を用いるものや、ＵＶ光
源とＬＣＤシャッターとを用いるもの、或いは、ＵＶ光
源と電気光学結晶シャッターを用いるものなどがある。

【０００３】レーザ光を用いるものは、像形成体と、レ
ーザビームとを相対的に移動させる例えばラスタ走査に
より連続的な露光を行う。この方法は、微細な像の作像
を、それ自体の像発生機能を用いて行うことができる。

【０００４】ＵＶ光源とＬＣＤシャッターとを用いるも
のは、ＬＣＤシャッターの有する、電界による分子の配
列変化に伴う光学的性質の変化を利用して、紫外線を選
択的に遮断することで露光を制御する。

【０００５】ＵＶ光源と電気光学結晶シャッターとを用
いるものは、屈折率変化が印加電界の１乗に比例する電
気光学結晶の一次電気光学効果を利用する。この電気光
学結晶シャッターとしては、例えばポッケルスセルがあ
る。ポッケルスセルは、電気光学結晶の平行平面板を光
学軸に垂直に切り出し、光学軸方向に電界を印加すると
ともに、この方向に紫外線を透過した時に生じる複屈折
を利用して露光を制御する。

【０００６】また、薄型の平面表示装置としては、従来
種々のものが提案されており、代表的なものに、例えば
液晶表示装置、プラズマ表示装置、フィールドエミッシ
ョンディスプレイ（ＦＥＤ）等がある。

【０００７】液晶表示装置は、導電性透明膜を形成した
一対の基板間に、配向した液晶を入れて封止し、これを
直交した偏光板で挟んだ構造を有する。液晶表示装置に
よる表示は、導電性透明膜に電圧を印加することで、液
晶分子を基板に対して垂直に配向し、バックライトから
の光の透過率を変化させることで行う。フルカラー表示
や、動画像対応性を持たせるためには、ＴＦＴ（薄膜ト
ランジスタ）を用いたアクティブマトリクス液晶パネル
が使用される。

【０００８】プラズマ表示装置は、ネオン等の希ガスを
封入した二枚のガラス板の間に、陽極と陰極に相当する
規則的に配列した直交方向の電極を多数配置し、それぞ
れの対向電極の交点部を単位画素とした構造を有する。
プラズマ表示装置による表示は、画像情報に基づき、そ
れぞれの交点部を特定する対向電極に、選択的に電圧を
印加することにより、この交点部を放電発光させ、発生
した紫外線により蛍光体を励起させて行う。

【０００９】ＦＥＤは、微小間隔を介して一対のパネル
を対向配置し、これらパネルの周囲を封止する平板状の
表示管としての構造を有する。表示面側のパネルの内面
には、蛍光膜を設け、背面パネル上には個々の単位発光
領域ごとに電界放出陰極を配列する。電界放出陰極は、
微小サイズのエミッタティプと称される錐形突起状の電
界放出型マイクロカソードを有している。ＦＥＤによる
表示は、エミッタティプを用いて電子を取出し、これを
蛍光体に加速照射することで、蛍光体を励起させて行
う。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
光変調素子、露光素子、平面型ディスプレイには、以下
に述べる種々の問題があった。即ち、レーザ光を用いる
ものでは、装置が大型化するとともに、装置コストが増
大する不利がある。また、レーザビームを走査すること
により露光を行うため、像形成体に対して全面露光を行
うことができず、マルチチャンネル化が難しく、高速露
光が困難であった。ＵＶ光源とＬＣＤシャッターとを用
いるものでは、ＬＣＤシャッターを構成する複数の透過
要素を透過させるため、光利用効率が低下するととも
に、ＬＣＤシャッターの紫外線に対する耐久性が低い問
題もあった。ＵＶ光源と電気光学結晶シャッターとを用
いるものは、駆動電圧が高いとともに、ＡＤＰ（ＮＨ₄
Ｈ₂ＰＯ₄）、ＫＤＰ（ＫＨ₂ＰＯ₄）などの結晶を切り出
して電気光学結晶シャッターを作成するため、二次元ア
レイ化が困難である問題があった。

【００１１】また、上述の各平面表示装置には、以下に
述べる種々の問題があった。即ち、液晶表示装置では、
バックライトからの光を、偏光板、透明電極、カラーフ
ィルターの多数層に透過させるため、光利用効率が低下
する問題があった。また、高品位型にはＴＦＴが必要と
され、且つ二枚の基板間に液晶を注入し、配向させなけ
ればならないことも相まって、大面積化が困難である欠
点があった。更に、配向した液晶分子に光を透過させる
ため、視野角度が狭くなる欠点があった。プラズマ表示
装置では、画素毎にプラズマを発生させるための隔壁形
成と、高度な真空封止とが要求され、製造コストが高く
なるとともに、大重量となる欠点があった。また、単位
画素ごとに、陽極と陰極に相当する多数の電極を規則的
に配列しなければならないため、電極数が多くなるとと
もに、高精細、高輝度の画像が得にくい欠点があった。
更に、駆動電圧が高く、駆動ＩＣが高価な欠点もあっ
た。ＦＥＤでは、放電を高効率且つ安定化させるため
に、パネル内を高真空にする必要があり、プラズマ表示
装置と同様に製造コストが高くなる欠点があった。ま
た、電界放出した電子を加速して蛍光体へ照射するた
め、高電圧が必要となる不利もあった。

【００１２】更に、光変調素子には、図２０に示すよう
に、基板１上に支柱３を設け、支柱３の上端に基板１と
平行な可撓薄膜５を設けてなるものがある。可撓薄膜５
上には遮光膜７を形成してある。基板１上と、遮光膜７
上には、透明電極９ａ、９ｂを対向させて形成してあ
る。

【００１３】この光変調素子１１は、透明電極９ａ、９
ｂに電圧を印加することにより、図２１に示すように、
静電気応力によって可撓薄膜５を変位（電気機械動作）
させ、ＵＶ平面光源からの光を変調可能としている。

【００１４】従来、この種の光変調素子１１は、一画素
に、一変調部を対応させて構成していた。従って、画素
サイズが大きくなると、相対的に、変調部を大きくする
必要があった。例えば、角度１０インチのディスプレイ
で、ＶＧＡ解像度（６４０×４８０画素）の画素サイズ
では、約３００μｍ×３００μｍとなる。従って、上述
の光変調素子１１の構造では、支柱の高さが３００μｍ
以上必要となり、薄膜プロセスによる製造が困難となっ
た。また、可撓薄膜を撓ませるための印加電圧が高くな
り、駆動回路の負担が大きくなる問題が生じた。更に、
必要とする変位が大きいため、応答時間が長くなり、十
分な高速化が図れず、且つストレス増大に伴い材料の寿
命が短くなる問題があった。これに加え、このような２
値の変調モードでは、多階調が困難であった。

【００１５】そして、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１２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）状態の状態
では、ＶgsがＶth(L)以下ではＯＦＦ状態を維持し、Ｖg
s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Ｖth(H)以上では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。

【００１６】このようなヒステリシス特性を示すもので
は、書き込みを行う前の可撓薄膜の状態に次の動作が影
響を受けるため、再現良く正確に書き込み動作をさせる
ためには、書き込み動作の前にリセット動作、即ち、一
旦平衡状態（ＯＦＦ状態）にして、その後に所望の透過
率となるように書き込み動作を行うことが望ましい。し
かし、単純に書き込み動作の前にリセット動作を行う
と、１行当たりの走査時間が長くなり、マトリクスの行
数を多くすることができず、また、時分割により階調を
得る駆動方法においては、階調数を多くすることができ
ないといった問題を生じることになる。

【００１７】そこで、光変調素子の可撓部分の剛性を高
めることで高速応答性を得ることが考えられるが、その
反面、駆動電圧が増大するために駆動回路の負担が大き
くなり、低コスト・小型化を妨げる要因となり得る。

【００１８】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、その第一の目的とするところは、装置コストの増大
するレーザ光を用いず、高速化が可能で、しかも、光変
調部の設計自由度が高いアレイ型光変調素子、アレイ型
露光素子、及び平面型ディスプレイを提供することにあ
る。

【００１９】また、第二の目的とするところは、各光変
調部が２値のモードであっても、一画素単位での多階調
制御が可能となるアレイ型光変調素子の駆動方法を提供
することにある。

【００２０】さらに、第三の目的とするところは、光変
調素子自体がヒステリシス特性を有するものであって
も、安定した動作が得られるアレイ型光変調素子の駆動
方法を提供することにある。

【００２１】

【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のアレイ型光変調素子は、可撓
薄膜を有する光変調部を一次元又は二次元に配列し、前
記可撓薄膜を静電気応力によって変形させ、光の透過率
を変化させるアレイ型光変調素子において、一画素を複
数に分割したそれぞれの領域に、前記光変調部を設けた
ことを特徴とする。

【００２２】このアレイ型光変調素子では、一画素を複
数に分割したそれぞれの領域に光変調部が設けられるた
め、個々の光変調部を小さく形成することができる。光
変調部のサイズが小さくなることにより、薄膜プロセス
が容易となり、特に可撓薄膜を撓ませて光変調を行う機
構の場合には、この小サイズ化により印加電圧を低くす
ることができる。また、可撓薄膜の必要変位量が小さく
なることから、応答時間が短くなり、高速化が可能にな
る。

【００２３】請求項２のアレイ型露光素子は、前記一画
素のそれぞれの領域に設けられた複数の前記光変調部が
共通の電極で接続され、一画素内での各光変調部の動作
が等しいことを特徴とする。

【００２４】このアレイ型光変調素子では、一画素内で
の各光変調部が共通に動作し、小さな光変調部の集合体
で、一つの画素の動作が可能となる。

【００２５】請求項３のアレイ型露光素子は、前記一画
素のそれぞれの領域に設けられた複数の前記光変調部が
異なる電極で接続され、一画素内での各光変調部の動作
が異なることを特徴とする。

【００２６】このアレイ型光変調素子では、一画素内で
の各光変調部の動作がそれぞれ異なるため、各光変調部
の動作を組み合わせることにより、一画素内で複数階調
で動作、即ち多階調動作が可能になる。

【００２７】請求項４のアレイ型光変調素子は、前記一
画素を異なる面積の領域に分割したことを特徴とする。

【００２８】このアレイ型光変調素子では、一画素を分
割したそれぞれの領域を異なる面積とすることで、同一
面積で分割した場合と比較して、同一分割数であって
も、より多くの階調を得ることができる。

【００２９】請求項５のアレイ型光変調素子は、各画素
を、単純マトリクス構造で配列したことを特徴とする。

【００３０】このアレイ型光変調素子では、単純マトリ
クス構造での光変調部の小サイズ化、高速化が可能にな
る。

【００３１】請求項６記載のアレイ型光変調素子は、各
画素を、能動素子の付加されたアクティブマトリクス構
造で配列したことを特徴とする。

【００３２】このアレイ型光変調素子では、アクティブ
マトリクス構造での光変調部の小サイズ化、高速化が可
能となる。

【００３３】請求項７記載のアレイ型露光素子は、請求
項１〜請求項６のいずれか１項記載の前記アレイ型光変
調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光
源とを具備し、該平面光源から出射される光を前記アレ
イ型光変調素子によって光変調することを特徴とする。

【００３４】このアレイ型露光素子では、平面光源から
出射される光がアレイ型光変調素子によって光変調され
る。そして、アレイ型光変調素子は、上述したように、
一画素を複数に分割したそれぞれの領域に光変調部が設
けられる。これにより、個々の光変調部を小さくしたア
レイ型露光素子の形成が可能となる。また、露光制御の
ための印加電圧が低くなり、更に、露光制御のための応
答時間が短くなり、高速化な露光が可能になる。

【００３５】請求項８記載のアレイ型露光素子は、請求
項１〜請求項６のいずれか１項記載の前記アレイ型光変
調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光
源と、前記アレイ型光変調素子を挟み該平面光源の反対
側に設けた蛍光体とを具備し、前記アレイ型光変調素子
から出射される光を前記蛍光体によって可視光又は赤外
光に波長変換することを特徴とする。

【００３６】このアレイ型露光素子では、平面光源から
出射される光が、アレイ型光変調素子によって光変調さ
れ、更にその光が蛍光体によって可視光又は赤外光に波
長変換される。従って、可視光又は赤外光のアレイ型露
光素子において、上述同様に光変調部の小サイズ化、露
光制御電圧の低減、露光の高速化が可能になる。

【００３７】請求項９記載のアレイ型露光素子は、前記
平面光源が、紫外線出射光源であることを特徴とする。

【００３８】このアレイ型露光素子では、紫外線感光材
料の露光、或いは、蛍光体を励起することによる可視光
感光材料、赤外光感光材料などの露光、更には、蛍光体
を励起することによる発光表示が可能になる。

【００３９】請求項１０記載の平面ディスプレイは、請
求項１〜請求項６のいずれか１項記載の前記アレイ型光
変調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面
光源と、前記アレイ型光変調素子を挟み該平面光源の反
対側に設けた蛍光体とを具備し、前記アレイ型光変調素
子から出射される光によって前記蛍光体を発光表示させ
ることを特徴とする。

【００４０】この平面型ディスプレイでは、平面光源か
ら出射される光がアレイ型光変調素子によって光変調さ
れ、更にその光が蛍光体を発光表示させる。従って、平
面型ディスプレイにおいて、光変調部の小サイズ化、表
示制御電圧の低減、表示の高速化が可能になる。

【００４１】請求項１１記載の平面型ディスプレイは、
前記平面光源が、紫外線出射光源であることを特徴とす
る。

【００４２】この平面型ディスプレイでは、紫外線感光
材料の露光、或いは、蛍光体を励起することによる可視
光感光材料、赤外光感光材料などの露光、更には、蛍光
体を励起することによる発光表示が可能になる。

【００４３】請求項１２記載のアレイ型光変調素子の駆
動方法は、請求項１〜請求項１１のいずれか１項記載の
アレイ型光変調素子の駆動方法において、一画素を複数
に分割したそれぞれの領域に、前記光変調部を設け、複
数の該光変調部を異なる電極で接続し、各光変調部を異
なるように動作させ、一画素単位の透過光量を変えて階
調制御を行うことを特徴とする。

【００４４】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
一画素を分割したそれぞれの領域に設けられた光変調部
が異なるように動作される。これにより、一画素単位の
透過光量が可変となり、一画素で多階調動作が可能にな
る。

【００４５】請求項１３記載のアレイ型光変調素子の駆
動方法は、前記一画素を異なる面積の領域に分割して駆
動することを特徴とする。

【００４６】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
同一面積で分割した複数の領域に設けた同一の光変調部
を組み合わせて駆動する場合と比較して、同一分割数で
あっても、より多くの階調が得られる駆動法となる。

【００４７】請求項１４記載のアレイ型光変調素子の駆
動方法は、前記光変調部が、単純マトリクス駆動される
ことを特徴とする。

【００４８】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
光変調部を小サイズ化した単純マトリクス構造により駆
動されることで、一画素の多階調化が可能になる。

【００４９】請求項１５のアレイ型光変調素子の駆動方
法は、前記光変調部が、アクティブマトリクス駆動され
ることを特徴とする。

【００５０】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
光変調部を小サイズ化したアクティブマトリクス構造に
より駆動されることで、一画素の多階調化が可能にな
る。

【００５１】請求項１６のアレイ型光変調素子の駆動方
法は、請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアレ
イ型光変調素子の駆動方法であって、前記光変調素子
は、静電気力による可撓薄膜の変位動作と、該可撓薄膜
の弾性復帰動作とによって光変調を行い、前記光変調素
子の弾性復帰動作を行うリセット走査の後に、変位動作
又は状態維持を選択する書き込み走査を行うことを特徴
とする。

【００５２】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
光変調素子のリセット走査の後に、該素子の変位動作又
は状態維持を選択する書き込み走査を行うことで、素子
のヒステリシス特性によって書き込み走査前の状態が次
の動作に影響を及ぼすことが防止され、安定した書き込
み走査を行うことができる。また、素子のヒステリシス
特性により、単純マトリクス構成の二次元光変調アレイ
を矛盾無く、即ち、非選択走査ライン上の画素が、書き
込み走査時に設定されたＯＮ／ＯＦＦ状態を確実に維持
されるように駆動することが可能となる。

【００５３】請求項１７記載のアレイ型光変調素子の駆
動方法は、請求項６又は請求項１５記載のアレイ型光変
調素子の駆動方法であって、前記光変調素子は、静電気
力による可撓薄膜の変位動作と、該可撓薄膜の弾性復帰
動作とによって光変調を行い、前記光変調素子に所望の
電圧を印加する書き込み走査を行うことを特徴とする。

【００５４】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
光変調素子に所望の電圧を印加する書き込み走査を行う
ことで、ヒステリシス特性を有することなく印加電圧に
対してリニアに動作する素子において、リセット動作に
よらずにアクティブマトリクス構造の各光変調素子を安
定して駆動することができる。

【００５５】請求項１８記載のアレイ型光変調素子の駆
動方法は、請求項６又は請求項１５記載のアレイ型光変
調素子の駆動方法であって、前記光変調素子は、静電気
力による可撓薄膜の変位動作と、該可撓薄膜の弾性復帰
動作とによって光変調を行い、前記光変調素子の復帰動
作を行うリセット信号を印加した後に所望の電圧を印加
する書き込み走査を行うことを特徴とする。

【００５６】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
リセット信号を印加した後に光変調素子に所望の電圧を
印加する書き込み走査を行うことで、素子のヒステリシ
ス特性によって書き込み走査前の状態が次の動作に影響
を及ぼすことが防止され、安定した書き込み走査を行う
ことができる。また、素子のヒステリシス特性により、
アクティブマトリクス構成の二次元光変調アレイを矛盾
無く、即ち、非選択走査ライン上の画素が、書き込み走
査時に設定されたＯＮ／ＯＦＦ状態を確実に維持される
ように駆動することが可能になる。

【００５７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るアレイ型光変
調素子、アレイ型露光素子、及び平面型ディスプレイ並
びにアレイ型光変調素子の駆動方法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
アレイ型光変調素子の第一実施形態の断面図、図２は図
１に示したアレイ型光変調素子の動作状態を説明する断
面図である。

【００５８】紫外線に対して透明な基板２１上には、紫
外線に対して透明な複数の基板側透明電極２３を設けて
ある。基板２１上には、それぞれの基板側透明電極２３
に対応させて、その近傍に、絶縁性の支柱２５を設けて
ある。支柱２５の上端には、基板２１に平行な可撓薄膜
２７の一端を固定してある。可撓薄膜２７は、一端を支
柱２５に固定することで、片持ち梁状となっている。

【００５９】可撓薄膜２７には、略同一面積の遮光膜２
９を被着してある。更に、可撓薄膜２７には、紫外線に
対して透明な膜側透明電極３１を形成してある。この膜
側透明電極３１は、基板側透明電極２３に対向状態とな
っている。

【００６０】遮光膜２９と膜側透明電極３１とは、兼用
するものであってもよい。この場合、遮光膜２９は、導
電性で紫外線を吸収、又は反射する材料により形成す
る。具体的には、紫外線を反射するアルミ、クロムなど
の金属薄膜、紫外線を吸収するポリシリコンなどの半導
体による単体構成や、シリコン酸化物、シリコン窒化物
などの絶縁膜、ポリシリコンなどの半導体薄膜に金属を
蒸着した構成、又は誘電体多層膜などのフィルターを蒸
着した複合構成とすることができる。

【００６１】基板側透明電極２３、支柱２５、可撓薄膜
２７、遮光膜２９、膜側透明電極３１は、一つの光変調
部３３を構成している。この光変調部３３は、基板２１
上に、一次元又は二次元に配列される。光変調部３３
は、一画素の領域Ｓを複数に分割したそれぞれの領域ｍ
ごとに設けてある。即ち、一画素は、複数の光変調部３
３によって構成されている。

【００６２】また、それぞれの領域ｍに設けられた光変
調部３３は、一画素ごとに、基板側透明電極２３同士、
及び膜側透明電極３１同士が、共通に接続されている。
即ち、一画素内における光変調部３３は、同等に動作す
るようになっている。

【００６３】このように構成された光変調部３３を有す
るアレイ型光変調素子３５を、不図示の平面光源上に配
置する。基板側透明電極２３と膜側透明電極３１との間
に電圧を印加しないときは、可撓薄膜２７が基板２１と
平行に対向する。従って、図１に示すように、基板側透
明電極２３を透過した紫外線は、遮光膜２９によって吸
収又は反射される。

【００６４】一方、基板側透明電極２３と膜側透明電極
３１との間に電圧を印加すると、図２に示すように、両
者間に働く静電気応力により、可撓薄膜２７が基板２１
側に移動し、折り畳まれた状態となる。即ち、遮光膜２
９による光の遮断がなくなる。一画素内の光変調部３３
は、基板側透明電極２３同士、及び膜側透明電極３１同
士が共通に接続されていることから、一画素内で各光変
調部が等しく動作する。これにより基板２１、基板側透
明電極２３を透過した紫外線は、更に前方に進み、光変
調部３３から出射されることとなる。そして、再度電圧
をゼロにすると、可撓薄膜２７は弾性力により図１に示
す元の位置に復帰する。

【００６５】このように、アレイ型光変調素子３５は、
一画素の領域Ｓを複数の領域ｍに分割し、それぞれの領
域ｍに光変調部３３を設けている。そして、一画素内に
おけるそれぞれの光変調部３３の基板側透明電極２３同
士、及び膜側透明電極３１同士を共通に接続している。
これにより、個々の光変調部３３を小さく形成すること
ができる。

【００６６】例えば、パネルの画素サイズが、約３００
μｍ×３００μｍの場合、一画素を縦１０分割、横１０
分割として１００個の光変調部３３に分割すると、各光
変調部３３のサイズは相対的に１０分の１以下に小さく
することが可能となる。

【００６７】このように、光変調部３３の小サイズ化が
可能になると、以下の種々の効果を得ることができる。
即ち、一画素を複数の領域に分割し、光変調部３３をこ
れに応じて小さくしたので、光変調部の設計自由度を高
くできる。上述の例の場合、支柱２５の高さを３０μｍ
程度にすることができ、薄膜プロセスが容易となる。支
柱２５を形成する場合、成膜後に通常のＲＩＥエッチン
グが十分に可能となる。成膜する厚みが薄くなるので、
スループットが向上し、コストの低減が可能になる。可
撓薄膜２７を撓ませるための印加電圧が低くなる。これ
により、駆動回路のコスト低減が可能となる。可撓薄膜
２７の必要変位量を小さくできるので、応答時間を短く
でき、しかも、疲労を少なくして寿命を長くすることが
できる。

【００６８】このアレイ型光変調素子３５は、アレイ型
露光素子の要部に用いることができる。このアレイ型露
光素子は、アレイ型光変調素子３５に、不図示の平面光
源を対向配置して構成する。平面光源としては、例えば
紫外線を出射するものを用いる。これにより、平面光源
から出射される紫外線をアレイ型光変調素子３５によっ
て光変調し、紫外線感光材料を露光することができる。

【００６９】また、アレイ型光変調素子３５は、可視光
感光材料、赤外光感光材料を露光するアレイ型露光素子
の要部に用いることができる。このアレイ型露光素子
は、アレイ型光変調素子３５に、不図示の平面光源を対
向配置し、更にアレイ型光変調素子３５を挟み平面光源
の反対側に不図示の蛍光体を設ける。このように構成し
たアレイ型露光素子では、アレイ型光変調素子３５から
出射される光を蛍光体によって可視光又は赤外光に波長
変換して、可視光感光材料、赤外光感光材料を露光する
ことができる。

【００７０】更に、このアレイ型光変調素子３５は、平
面型ディスプレイの要部に用いることができる。この平
面型ディスプレイは、アレイ型光変調素子３５に、不図
示の平面光源を対向配置し、更にアレイ型光変調素子３
５を挟み平面光源の反対側に不図示の蛍光体を設ける。
このように構成した平面型ディスプレイでは、アレイ型
光変調素子３５から出射される光によって蛍光体を発光
表示させることができる。従って、各画素ごとの光変調
部３３に、画像情報に基づく電圧を印加することで、所
望の画像形成が可能となる。

【００７１】次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図３は第二実施形態を示す平面図、図４は図３のＡ−Ａ
断面図、図５は図３に示した光変調部の動作状態を説明
する平面図、図６は図５の断面図、図７は図３に示した
光変調部を一画素の領域に複数形成したアレイ型光変調
素子の平面図である。

【００７２】紫外線に対して透明な基板３７上には、一
対の平行な支柱３９を突設してある。一対の支柱３９の
間には、支柱３９間の距離の略半分の長さの二対の対向
電極４１、４１を左右の支柱３９方向に並べて配設して
ある。一方の対向電極４１の間には、基板３７を覆う遮
光膜４３を形成してある。即ち、基板３７は、遮光膜４
３を形成した部分が非開口部４５となり、遮光膜４３を
形成していない部分が開口部４７となる。従って、基板
３７を透過する光は、開口部４７のみから出射すること
となる。

【００７３】二対の対向電極４１、４１の対向空間に
は、支柱３９間の距離の略半分の長さの電極遮光板４９
を設けてある。電極遮光板４９は、両側を可撓部材（例
えば折れ線バネ）５１を介して、左右の支柱３９に支持
してある。電極遮光板４９は、折れ線バネ５１を弾性変
形させることで、平行移動して左右いずれかの対向電極
４１、４１側に片寄せられるようになっている。

【００７４】基板３７、遮光膜４３、支柱３９、対向電
極４１、４１、電極遮光板４９、折れ線バネ５１は、光
変調部５３を構成している。この光変調部５３は、図７
に示すように、基板３７上に、例えば二次元に配列され
る。光変調部５３は、一画素の領域Ｓを複数に分割した
それぞれの領域ｍごとに設けてある。即ち、一画素は、
複数の光変調部５３によって構成されている。

【００７５】また、それぞれの領域ｍに設けられた光変
調部５３は、一画素ごとに、対向電極４１、４１同士、
及び電極遮光板４９同士が、共通に接続されている。即
ち、一画素内における各光変調部５３は、同等に動作す
るようになっている。

【００７６】このように構成された光変調部５３を有す
るアレイ型光変調素子５５を、不図示の平面光源上に配
置する。そして、電極遮光板４９に電圧ゼロを印加し、
開口部４７側の対向電極４１のみに電圧を印加すると、
静電気応力によって電極遮光板４９は、図５（ａ）、図
６（ａ）に示すように、開口部４７側へ移動する。これ
により、開口部４７を通過しようとする光は、電極遮光
板４９によって遮光されることとなる。

【００７７】一方、電極遮光板４９に＋Ｖの電圧を印加
し、開口部４７側の対向電極４１のみに電圧を印加する
と、静電気応力によって電極遮光板４９は、図５
（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、遮光膜４３側へ移動
する。これにより、開口部４７を通過した光は、光変調
部５３から出射することとなる。一画素内の光変調部５
３は、対向電極４１、４１同士、及び電極遮光板４９同
士が共通に接続されていることから、一画素内で各光変
調部５３が等しく動作する。そして、再度電圧をゼロに
すると、電極遮光板４９は、折れ線バネ５１の弾性力及
び静電気応力により元の位置に復帰する。

【００７８】このように、アレイ型光変調素子５５は、
一画素の領域Ｓを複数の領域ｍに分割し、それぞれの領
域ｍに光変調部５３を設けている。そして、一画素内に
おけるそれぞれの光変調部５３の対向電極４１、４１同
士、及び電極遮光板４９同士を共通に接続している。こ
れにより、個々の光変調部５３を小さく形成することが
できる。

【００７９】この結果、上述のアレイ型光変調素子３５
と同様な以下の効果を得ることができる。即ち、 (1)薄膜プロセスが容易となる。 (2)通常のＲＩＥエッチングが可能となる。 (3)成膜する厚みが薄くなり、コストの低減が可能にな
る。 (4)印加する電圧が低くなり、駆動回路のコスト低減が
可能となる。 (5)応答時間を短くでき、しかも、寿命を長くすること
ができる。

【００８０】なお、このアレイ型光変調素子５５も、上
述のアレイ型光変調素子３５の場合と同様にして、アレ
イ型露光素子、平面型ディスプレイを構成することがで
きるものである。

【００８１】次に、本発明の第三実施形態を説明する。
図８は第三実施形態を示す平面図、図９は図８のＢ−Ｂ
断面図、図１０は図８のＣ−Ｃ断面図、図１１は図８に
示した露光素子の動作状態を説明する断面図である。

【００８２】紫外線に対して透明な基板５７上には、誘
電体多層膜ミラー５９を設けてある。基板５７上には、
誘電体多層膜ミラー５９を挟んで両側に一方の電極６１
を一対設けてある。基板５７上には、電極６１の左右側
（図８の左右側）に支柱６３を設けてある。支柱６３の
上端面には、可撓薄膜であるダイヤフラム６５を設けて
ある。ダイヤフラム６５の下面には、誘電体多層膜ミラ
ー６７を設けてある。誘電体多層膜ミラー５９と誘電体
多層膜ミラー６７との間には、空隙６９が形成されてい
る。ダイヤフラム６５の表面には、電極６１と対向する
ように、他方の電極７１を一対設けてある。なお、図１
０中の、７３はスペーサである。

【００８３】基板５７は、板状の平面光源７５（図１１
参照）の上方に設けられる。平面光源７５の側面には例
えば不図示のブラックライト用紫外線ランプ（低圧水銀
ランプ）を配設してある。平面光源７５は、ブラックラ
イト用低圧水銀ランプからの紫外線を側面から取り入れ
て、表面（図１１の上面）から出射する。

【００８４】基板５７、誘電体多層膜ミラー５９、６
７、支柱６３、ダイヤフラム６５、電極６１、７１は、
光変調部７９を構成している。

【００８５】このように構成された光変調部７９を有す
るアレイ型光変調素子８１において、電圧ＯＦＦのとき
の空隙６９の間隔をｔoffとする（図１１の左側の状
態）。また電圧を印加したとき静電気力により空隙６９
の間隔が短くなるがこれをｔonとする（図１１の右側の
状態）。

【００８６】ここで、ｔon、ｔoffを下記のように設定
する。 ｔon＝１／２×λ₀＝１８０ｎｍ （λ₀：紫外線の中心
波長） ｔoff＝３／４×λ₀＝２７０ｎｍ

【００８７】ここで、平面光源７５からの紫外線は、３
６０ｎｍ付近に中心波長λ₀を持つ分光特性を有してい
る。

【００８８】また、誘電体多層膜ミラー５９、６７は、
光強度反射率をＲ＝０．８５とする。更に、空隙６９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７９に入射す
る入射角ｉ（面の垂線と入射光線とのなす角）は、略ゼ
ロである。光変調部７９の光強度透過率は、ｔoff時に
２７０ｎｍ近傍でピークとなり、ｔon時に３６０ｎｍ近
傍でピークとなる。一方、平面光源７５からの紫外線
は、３６０ｎｍ付近に中心波長λ₀を持つ。従って、図
１１（ａ）に示すように、電圧を印加しないときはｔof
f＝２７０ｎｍとなり、紫外線はほとんど透過しない。
また、図１１（ｂ）に示すように、電圧を印加してｔon
＝１８０ｎｍとなると、紫外線は透過する。

【００８９】このように、光変調部７９を有したアレイ
型光変調素子８１は、ダイヤフラム６５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。以上がアレイ型光変調素子８１の
光変調部７９による基本動作である。以上の第一〜第三
実施形態に示す光変調部以外の構成、原理であっても、
趣旨が同一であって、可撓薄膜を静電気力により変形さ
せ、光の透過率を変化させるアレイ型光変調素子であれ
ば、同様にして適用可能である。

【００９０】次に、このアレイ型光変調素子８１の駆動
方法を説明する。駆動方法の説明に先立ち、先ずダイヤ
フラム６５の印加電圧と光透過率との特性を説明する。
図１２は印加電圧と光透過率との特性を示したヒステリ
ス線図である。可撓薄膜であるダイヤフラム６５を静電
気応力によって変形及び弾性復帰させる場合、印加電圧
Ｖgsと、ダイヤフラム６５の変位との関係は、ヒステリ
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１２に示すようなヒステリス特性を示す。

【００９１】このヒステリス特性によれば、ＯＦＦ（光
遮蔽）状態の光変調部７９は、ＶgsがＶth(L) 以下では
ＯＦＦ状態を維持する。一方、ＶgsがＶs (H) 以上にな
ると、光変調部７９は、ＯＮ（光透過）状態に飽和す
る。その後、光変調部７９は、ＶgsがＶth(H) 以上であ
るときはＯＮ状態を維持したままとなる。そして、Ｖgs
がＶs (L) 以下になると、光変調部７９は、ＯＦＦ状態
に飽和する。即ち、光変調部７９は、ＶgsがＶth(H) と
Ｖth(L) との範囲であれば、Ｖgsの履歴によって、Ｔ
（０Ｎ）、Ｔ（ＯＦＦ）の二つの状態を得ることができ
る。なお、Ｖgsの極性が負の場合には、上述と縦軸対象
の特性になる。

【００９２】図１３はマトリクス状に光変調部を配置し
たアレイ型光変調素子の平面図である。この実施形態で
は、例えば２行２列のマトリクスの各交点Ｔr(1,1)、Ｔ
r(1,2)、Ｔr(2,1)、Ｔr(2,2)に光変調部７９を配置し、
アレイ型光変調素子８１を構成してある。各光変調部７
９は、一画素の領域に対応させてある。

【００９３】同じ行に配列された光変調部７９のそれぞ
れの電極７１は、共通に接続して走査電極としてある。
この走査電極には電位Ｖg が印加される。また、同じ列
に配列された光変調部７９のそれぞれの電極６１は、共
通に接続して信号電極としてある。この信号電極には電
位Ｖb が印加される。従って、各光変調部７９に印加さ
れる電極６１、７１間の電圧Ｖgsは（Ｖb −Ｖg ）とな
る。

【００９４】アレイ型光変調素子８１を駆動するには、
走査信号に従って、行順次に電極７１を走査し、これと
同期させ、走査された電極７１に対応するデータ信号を
電極６１に印加する。

【００９５】ここで、走査電極には、リセット信号、選
択信号、非選択信号の三種類の信号（電圧）が与えられ
る。リセット信号は、光変調部７９の以前の状態に拘わ
らず、その行の光変調部７９をＯＦＦ（光遮蔽）にす
る。この時の走査電極の電圧をＶg(r)とする。

【００９６】選択信号は、その行にデータを書き込むた
めの信号である。この信号と同時に、信号電極に印加さ
れた電圧に従い、光変調部７９の状態がＯＮ（光透過）
又はＯＦＦ（光遮蔽）に決定される。この時の走査電極
の電圧をＶg(s)とする。

【００９７】非選択信号は、選択がなされないときの信
号である。この時、信号電極の電圧に拘わることなく光
変調部７９の状態は変わらず、前の状態が維持される。
この時の走査電極の電圧をＶg(ns) とする。

【００９８】一方、信号電極には、ＯＮ信号、ＯＦＦ信
号の二種類の信号（電圧）が与えられる。ＯＮ信号は、
選択された行の光変調部７９に対し、光変調部７９の状
態をＯＮ（光透過）にする。この時の信号電極の電圧を
Ｖb(on) とする。

【００９９】ＯＦＦ信号は、選択された行の光変調部７
９に対し、光変調部７９の状態をＯＦＦ（光遮蔽）にす
る。但し、実際には、直前で光変調部７９がリセットさ
れることを想定しているので、光変調部７９の状態をＯ
ＦＦ（光遮蔽）にする場合は、前の状態（ＯＦＦ状態）
を維持する信号でよい。この時の信号電極の電圧をＶb
(off)とする。

【０１００】以上の走査電極電圧、信号電極電圧の組み
合わせにより、光変調部７９の電極間電圧Ｖgsは、以下
の６種類の電圧に分けられる。また、電極間電圧Ｖgsと
透過率の特性により、特定の条件が与えられることにな
る。

【０１０１】 Ｖgs(r-on)＝Ｖb(on) −Ｖg(r)≦Ｖs(L) Ｖgs(r-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(r)≦Ｖs(L) Ｖgs(s-on)＝Ｖb(on) −Ｖg(s)≧Ｖs(H) Ｖgs(s-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(s)≦Ｖth(L) Ｖgs(ns-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(ns) ≦Ｖth(L) Ｖgs(ns-off)＝Ｖb(off)−Ｖg(ns) ≧Ｖth(H)

【０１０２】以上の条件をまとめると、図１４に示すと
おりになる。図１４は走査電極電圧Ｖg 及び信号電極電
圧Ｖb の組み合わせと、光変調部の電極間電圧Ｖgs（Ｖ
b −Ｖg ）との関係を示した説明図である。例えば、走
査電極電圧Ｖg がリセットＶg(r)で、信号電極電圧Ｖb
がＯＮ即ちＶb(on) の場合には、Ｖs(H)より大きい値の
信号電極電圧Ｖb （図中太実線８３）から、Ｖs(H)とＶ
th(L) との間の値の走査電極電圧Ｖg （図中太実線８
５）が減算され、その値（図中太実線８７）がＶs(L)よ
り小さくなる。即ち、 Ｖgs(r-on)≦Ｖs(L) となる。その他同様にして、６種類の電圧が定まること
になる。

【０１０３】次に、このような電極間電圧Ｖgsと透過率
との関係を利用して、光変調部７９を二次元に配置した
マトリクスにデータを書き込む方法を説明する。図１５
はマトリクス状に配置した各光変調部に異なる波形の電
圧を印加してデータを書き込む方法の説明図である。

【０１０４】マトリクスとしては、図１３に示した２行
２列のマトリクスを用いてデータの書き込みを行う。マ
トリクスの各光変調部７９には、以下のＯＮ、ＯＦＦデ
ータを書き込むものとする。 Ｔr(1,1) → ＯＮ Ｔr(1,2) → ＯＦＦ Ｔr(2,1) → ＯＦＦ Ｔr(2,2) → ＯＮ

【０１０５】マトリクスには、図１５に示すような波形
の電圧を印加する。例えば、１行目Ｖg(1)には、 ｔ１：リセット電圧 ｔ２：選択電圧 ｔ３：非選択電圧 ｔ４：非選択電圧 を印加する。１列目Ｖb(1)には、 ｔ１：don't care ｔ２：ＯＮ電圧 ｔ３：ＯＦＦ電圧 ｔ４：don't care を印加する。これにより、各光変調部７９に所望のデー
タが行順次で書き込まれる。

【０１０６】即ち、例えば上述の１行１列目のマトリク
スＴr(1,1)の場合では、Ｖgs：Ｖb(1)−Ｖg(1)であるか
ら、 ｔ１：リセット電圧（ＯＦＦ） ｔ２：ＯＮ ｔ３＝状態維持 ｔ４＝状態維持となる。

【０１０７】従って、ｔ２におけるＯＮの状態が維持
（メモリー）され、その結果、マトリクスＴr(1,1)は光
変調部７９が「ＯＮ」の状態となる。その他、同様にし
て、他のマトリクスＴr(1,2)は「ＯＦＦ」、Ｔr(2,1)は
「ＯＦＦ」、Ｔr(2,2)は「ＯＮ」の状態となる。

【０１０８】このように、光変調素子のリセット走査の
後に、該素子の変位動作又は状態維持を選択する書き込
み走査を行うことで、素子のヒステリシス特性により書
き込み走査前の状態が次の動作に影響を及ぼすことが防
止され、安定した書き込み走査を行うことができる。ま
た、素子のヒステリシス特性により、単純マトリクス構
成の二次元光変調アレイを矛盾無く駆動することが可能
である。なお、ここでいう矛盾無くとは、書き込み選択
走査ライン上の画素にはＯＮかＯＦＦかが決定され、非
選択走査ライン上の画素は選択時に書き込まれた状態を
維持することを意味する。

【０１０９】次に、本発明の第三実施形態の変形例１を
説明する。図１６は、第三実施形態の変形例１を示す単
純マトリクスの平面図である。この変形例では、一画素
の領域Ｓを、縦三つ、横三つの合計九つの領域ｍに分割
してある。それぞれの領域ｍには、光変調部７９を設け
てある。一画素内の各光変調部７９は、一画素に接続し
た異なる三つの走査電極Ｖg(1)a 、Ｖg(1)b 、Ｖg(1)c
と、異なる三つの信号電極Ｖb(1)a 、Ｖb(1)b 、Ｖb(1)
c のそれぞれに接続されている。

【０１１０】つまり、一画素に設けられた各光変調部７
９は、これらの走査電極と信号電極とに、上述したよう
な電圧を印加することで、独立して動作するようになっ
ている。

【０１１１】この変形例によるアレイ型光変調素子９１
は、各光変調部７９を小さく形成できるので、薄膜プロ
セスが容易となる。可撓薄膜２７を撓ませるために印加
する電圧が低くなる。可撓薄膜２７の必要変位量を小さ
くできるので、応答時間を短くできる。

【０１１２】これに加えて、２値の状態をとる光変調部
７９を用いた場合であっても、一画素の面積を分割する
ことにより、一画素で九種類の階調を得ることができ
る。

【０１１３】アレイ型光変調素子９１は、この階調方式
に、他の階調方式（例えば、フィールド内時間分割階
調）を組み合わせることで、更なる多階調化を図るもの
であってもよい。また、３値以上のモードであれば、面
積と各光変調部毎の重みづけ階調などの多階調化も可能
となる。

【０１１４】なお、このアレイ型光変調素子９１も、上
述のアレイ型光変調素子３５の場合と同様にして、アレ
イ型露光素子、平面型ディスプレイを構成することがで
きるものである。

【０１１５】次に、本発明の第四実施形態を説明する。
図１７は第四実施形態を示す平面図である。この実施形
態によるアレイ型光変調素子１０１は、一画素の領域Ｓ
を異なった面積の複数の領域ｍ１、ｍ２、ｍ３に分割し
てある。領域ｍ１、ｍ２、ｍ３の面積比は、１：２：４
となっている。それぞれの領域ｍ１、ｍ２、ｍ３には、
その面積に対応した光変調部１０３ａ、１０３ｂ、１０
３ｃを設けてある。これらの光変調部１０３ａ、１０３
ｂ、１０３ｃの走査電極部には、共通の走査電圧Ｖg(1)
を印加する。一方、信号電極部には、光変調部１０３
ａ、１０３ｂ、１０３ｃに対応させて異なる信号電圧Ｖ
b(1)a 、Ｖb(1)b 、Ｖb(1)c を印加するようになってい
る。

【０１１６】従って、このアレイ型光変調素子１０１に
よれば、各光変調部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃのＯ
Ｎ、ＯＦＦ動作を組み合わせることにより、一画素の透
過光量が異なるものとなる。この結果、各光変調部が２
値に状態変化する場合であっても、その組み合わせによ
って、表１に示す８階調の透過光量を得ることができ
る。

【０１１７】

【表１】

【０１１８】なお、このアレイ型光変調素子１０１も、
上述のアレイ型光変調素子３５の場合と同様にして、ア
レイ型露光素子、平面型ディスプレイを構成することが
できるものである。

【０１１９】次に、本発明の第五実施形態を説明する。
図１８は第五実施形態の画素部の等価回路図である。こ
の実施形態によるアレイ型光変調素子１１１は、一画素
の領域Ｓを複数に分割したそれぞれの領域ｍごとに、光
変調部１１３を設けてある。また、一画素に対応させて
能動素子（例えばＴＦＴ）１１５を設けてある。能動素
子１１５は、ゲート電極１１７、ドレイン電極１１９、
ソース電極１２１を有する。

【０１２０】ゲート電極１１７には、行ごとの走査信号
ライン１２３を接続してある。ドレイン電極１１９に
は、列ごとの画像信号ライン１２５を接続してある。ソ
ース電極１２１には、各光変調部１１３の一方の対向電
極が共通に接続してある。また、各光変調部１１３の他
方の対向電極には、共通電極１２７を接続してある。

【０１２１】即ち、このアレイ型光変調素子１１１は、
一つの能動素子１１５によって、一画素内の複数の光変
調部１１３が共通に制御可能になっている。

【０１２２】このように構成されたアレイ型光変調素子
１１１では、ゲート電極１１７に接続された走査信号ラ
イン１２３に、能動素子１１５を導通させる電圧が印加
される。そして、ドレイン電極１１９に接続された画像
信号ライン１２５に所望の画像信号が印加されると、ド
レイン電極１１９とソース電極１２１とが導通する。従
って、画像信号が光変調部１１３の一方の対向電極に印
加されることになる。これにより、一方の対向電極と、
共通電極１２７に接続された他方の対向電極との電圧に
より、各光変調部１１３が一画素ごとに共通に動作す
る。

【０１２３】このアレイ型光変調素子１１１によれば、
他の行の走査のために、能動素子１１５が非導通となっ
ても光変調部１１３の状態を維持することができる。従
って、各光変調部１１３を一画素ごとに共通に動作させ
る、アクティブマトリクス駆動が可能となる。

【０１２４】なお、このアレイ型光変調素子１１１も、
上述のアレイ型光変調素子３５の場合と同様にして、ア
レイ型露光素子、平面型ディスプレイを構成することが
できるものである。

【０１２５】次に、本発明の第六実施形態を説明する。
図１９は第六実施形態の画素部の等価回路図である。こ
の実施形態によるアレイ型光変調素子１３１は、一画素
の領域Ｓを複数に分割したそれぞれの領域ｍごとに、光
変調部１３３を設けてある。一画素には、各光変調部１
３３に対応させて複数の能動素子１１５を設けてある。

【０１２６】各能動素子１１５のゲート電極１１７に
は、行ごとの走査信号ライン１２３を共通に接続してあ
る。一方、各能動素子１１５のドレイン電極１１９に
は、異なる画像信号ライン１２５ａ、１２５ｂ、１２５
ｃを接続してある。各能動素子１１５のソース電極１２
１には、各光変調部１３３の一方の対向電極を接続して
ある。また、各光変調部１３３の他方の対向電極には、
共通電極１２７を接続してある。

【０１２７】即ち、このアレイ型光変調素子１３１は、
一つの画素が、複数の能動素子１１５と、各能動素子１
１５に接続された光変調部１３３とによって制御可能に
なっている。

【０１２８】このように構成されたアレイ型光変調素子
１３１では、ドレイン電極１１９に接続された異なる画
像信号ライン１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃに所望の画
像信号が印加される。これにより、一方の対向電極と、
共通電極１２７に接続された他方の対向電極との電圧に
より、各光変調部１３３が一画素内で異なって動作す
る。

【０１２９】このアレイ型光変調素子１３１によれば、
能動素子１１５を用いたアクティブマトリクス駆動にお
いて、一つの画素内で分割された複数の光変調部１３３
をそれぞれ個別に駆動することができる。この結果、各
光変調部１３３を駆動する組み合わせを変えることによ
り、一画素で複数階調の透過光量を得ることができる。

【０１３０】なお、このアレイ型光変調素子１３１も、
上述のアレイ型光変調素子３５の場合と同様にして、ア
レイ型露光素子、平面型ディスプレイを構成することが
できるものである。

【０１３１】次に、上記アクティブマトリクス構成によ
り、アレイ型光変調素子１３１をアクティブマトリクス
駆動する方法を以下に説明する。

【０１３２】まず、上記アレイ型光変調素子１３１がヒ
ステリシス特性を有しない場合にアクティブマトリクス
駆動する方法を説明する。図２０は２行２列に配列した
半導体アクティブマトリクスの等価回路図、図２１は半
導体アクティブマトリクスの各光変調部に異なる波形の
電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図である。
尚、光変調素子の印加電圧Ｖgsと光透過率Ｔの特性は、
上述の図１２で説明した特性と同じものとする。

【０１３３】ここで、図２０に示す２行２列の画素電極
に、以下の電位を書き込む具体的な駆動方法を説明す
る。 Ｔr(1,1)＝ＯＮ Ｔr(1,2)＝ＯＦＦ Ｔr(2,1)＝ＯＦＦ Ｔr(2,2)＝ＯＮ

【０１３４】同じ行に配列したＴr(1,1)、Ｔr(1,2)、又
はＴr(2,1)、Ｔr(2,2)の画素電極８７は、共通の走査信
号ライン９１に接続してある。この走査信号ライン９１
には、電位Ｖg が印加される。また、同じ列に配列した
Ｔr(1,1)、Ｔr(2,1)、又はＴr(1,2)、Ｔr(2,2)の画素電
極は、共通の画像信号ライン８９に接続してある。この
画像信号ラインには、電位Ｖb が印加される。

【０１３５】このように構成したアクティブマトリクス
素子を駆動するには、走査信号に従って、行順次にＴr
(1,1)、Ｔr(1,2)、又はＴr(2,1)、Ｔr(2,2)の画素電極
を走査し、これと同期させ、走査された画素電極に対応
するデータ信号を列に配列したＴr(1,1)、Ｔr(2,1)、又
はＴr(1,2)、Ｔr(2,2)の画素電極に印加する。

【０１３６】この際、マトリクスには図２１に示す波形
の電圧を印加する。例えば、１行目Ｖg(1)には、 ｔ１：走査ＯＮ（導通）電圧 ｔ２：走査ＯＦＦ（非導通）電圧 を印加する。

【０１３７】２行目Ｖg(2)には、 ｔ１：走査ＯＦＦ（非導通）電圧 ｔ２：走査ＯＮ（導通）電圧 を印加する。

【０１３８】１列目Ｖb(1)には、 ｔ１：Ｔr(1,1)へＯＮ（透過）電圧 ｔ２：Ｔr(2,1)へＯＦＦ（遮光）電圧 を印加する。

【０１３９】２列目Ｖb(2)には、 ｔ１：Ｔr(1,2)へＯＦＦ（遮光）電圧 ｔ２：Ｔr(2,2)へＯＮ（透過）電圧 を印加する。

【０１４０】これにより、Ｔr(1,1)の電位Ｖgsは、ｔ１
で電位がＶs(H)となり、その結果、画素の状態がＯＮと
なり、ｔ２以降はＯＮ状態が保持される。Ｔr(1,2)の電
位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(L)となり、その結果、画素
の状態がＯＦＦとなり、ｔ２以降は保持される。Ｔr(2,
1)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(L)となり、その結
果、画素の状態がＯＦＦとなり、ｔ２以降は保持され
る。Ｔr(2,2)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(H)とな
り、その結果、画素の状態がＯＮとなり、ｔ２以降はＯ
Ｎ状態が保持される。これにより、図２０で意図した書
き込み動作が予定通り実行されたことになる。

【０１４１】以上のように、走査ゲート電極を行順次で
ＯＮ（導通）にし、それと同期させてデータ信号電極か
らＯＮ（透過）又はＯＦＦ（遮光）の電位を印加する。
その後、走査ゲート電極をＯＦＦ（非導通）にしても、
光変調素子が容量性の場合、画素電極の電位は保持され
ることとなる。

【０１４２】次に、上記アクティブマトリクス構成のア
レイ型光変調素子１３１が、図１２に示すヒステリシス
特性を有する場合にアクティブマトリクス駆動する方法
を以下に説明する。

【０１４３】上記同様に、図２０のような２行２列の各
画素に対し、以下の２値のデータを書き込む場合のアク
ティブマトリクス構成の駆動について説明する。 Tr(1,1)＝ＯＮ Tr(1,2)＝ＯＦＦ Tr(2,1)＝ＯＦＦ Tr(2,2)＝ＯＮ 図２２は図２０に示すアクティブマトリクス構成の駆動
電圧Ｖｇ、Ｖｂを示す図である。

【０１４４】この場合の印加電圧は、図２２に示すよう
に、 １行目Ｖｇ ｔ１：走査ＯＮ （導通） ｔ２：走査ＯＦＦ（非導通） ２行目Ｖｇ ｔ１：走査ＯＦＦ（非導通） ｔ２：走査ＯＮ （導通） １列目Ｖｂ ｔ１の前半：Tr(1,1)へリセット（遮光）電圧印加 ｔ１の後半：Tr(1,1)へＯＮ （透過）電圧印加 ｔ２の前半：Tr(2,1)へリセット（遮光）電圧印加 ｔ２の後半：Tr(2,1)へＯＦＦ （遮光）電圧印加 ２列目Ｖｂ ｔ１の前半：Tr(1,2)へリセット（遮光）電圧印加 ｔ１の後半：Tr(1,2)へＯＦＦ （遮光）電圧印加 ｔ２の前半：Tr(2,2)へリセット（遮光）電圧印加 ｔ２の後半：Tr(2,2)へＯＮ （透過）電圧印加 となる。

【０１４５】このように走査ゲート電極を行順次でＶｇ
−ｏｎによりＯＮ（導通）にし、それと同期させてデー
タ信号電極からＯＮ（透過）又はＯＦＦ（遮光）の電位
を供給する。その後、走査ゲート電極をＯＦＦ（非導
通）にしても、画素電位の電位は保持される。

【０１４６】これら図２２、２３の結果は、それぞれ、
Tr(1,1)は「ＯＮ」、Tr(1,2)は「ＯＦＦ」、Tr(2,1)は
「ＯＦＦ」、Tr(2,2)は「ＯＮ」となる。これにより、
光変調素子がヒステリシス特性を有していても、図２０
で意図した書き込み動作を矛盾無く予定通り実行するこ
とができる。。

【０１４７】さらに、リセット期間と書き込み期間とを
各々独立で走査する駆動方法としても同様にしてアクテ
ィブマトリクス駆動を行うことができる。以上説明した
アクティブマトリクス駆動では、書き込み走査時に所定
の一定レベルの電圧を印加することで「ＯＮ」，「ＯＦ
Ｆ」の二値を制御しているが、これに限らず、印加電圧
を任意のレベルの電圧に設定して多階調制御する駆動方
法としても良い。

【０１４８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るアレイ型光変調素子、アレイ型露光素子、及び平面型
ディスプレイは、一画素を複数に分割したそれぞれの領
域に、光変調部を設けた。このため、光変調部の小サイ
ズ化が可能になり、光変調部の設計自由度を高くでき
る。例えば、支柱の高さを低くすることができ、薄膜プ
ロセスが容易となる。また、可撓薄膜の必要変位量を小
さくできるので、応答時間が短くなり、高速化が可能と
なる。

【０１４９】アレイ型光変調素子と、アレイ型露光素子
及び平面型ディスプレイのアレイ型光変調素子に対する
駆動方法は、一画素を複数に分割したそれぞれの領域
に、光変調部を設け、各光変調部を異なるように動作さ
せる。このため、各光変調部が２値のモードであって
も、一画素単位での多階調制御を可能にできる。

【０１５０】また、光変調素子の弾性復帰動作を行うリ
セット走査の後に、該素子の変位動作又は状態維持を選
択する書き込み走査を行う。このため、光変調素子がヒ
ステリシス特性を有していても、光変調素子を矛盾無く
安定して駆動することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアレイ型光変調素子の第一実施形
態の断面図である。

【図２】図１に示したアレイ型光変調素子の動作状態を
説明する断面図である。

【図３】第二実施形態を示す平面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。

【図５】図３に示した光変調部の動作状態を説明する平
面図である。

【図６】図５の断面図である。

【図７】図３に示した光変調部を一画素の領域に複数形
成したアレイ型光変調素子の平面図である。

【図８】第三実施形態を示す平面図である。

【図９】図８のＢ−Ｂ断面図である。

【図１０】図８のＣ−Ｃ断面図である。

【図１１】図８に示した露光素子の動作状態を説明する
断面図である。

【図１２】印加電圧と光透過率との特性を示したヒステ
リス線図である。

【図１３】マトリクス状に光変調部を配置したアレイ型
光変調素子の平面図である。

【図１４】走査電極電圧及び信号電極電圧の組み合わせ
と、光変調部の電極間電圧との関係を示した説明図であ
る。

【図１５】マトリクス状に配置した各光変調部に異なる
波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図で
ある。

【図１６】第三実施形態の変形例１を示す単純マトリク
スの平面図である。

【図１７】第四実施形態を示す平面図である。

【図１８】第五実施形態の画素部の等価回路図である。

【図１９】第六実施形態の画素部の等価回路図である。

【図２０】アクティブマトリクス構成による画素部の等
価回路図である。

【図２１】マトリクス状に配置した各光変調部に異なる
波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図で
ある。

【図２２】マトリクス状に配置した各光変調部に印加す
る電圧の波形を示す図である。

【図２３】マトリクス状に配置した各光変調部の電極に
印加される電圧の波形を示す図である。

【図２４】従来の光変調素子の要部側面図である。

【図２５】従来の光変調素子の動作状態の要部側面図で
ある。

【符号の説明】

２７、６５ 可撓薄膜 ３３、５３、７９、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１
１３、１３３ 光変調部 ３５、５５、８１、９１、１０１、１１１、１３１ ア
レイ型光変調素子 ７５ 平面光源 １１５ 能動素子

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可撓薄膜を有する光変調部を一次元又は
   二次元に配列し、前記可撓薄膜を静電気応力によって変
   形させ、光の透過率を変化させるアレイ型光変調素子に
   おいて、 一画素を複数に分割したそれぞれの領域に、前記光変調
   部を設けたことを特徴とするアレイ型光変調素子。
2. 【請求項２】 前記一画素のそれぞれの領域に設けられ
   た複数の前記光変調部が共通の電極で接続され、一画素
   内での各光変調部の動作が等しいことを特徴とする請求
   項１記載のアレイ型光変調素子。
3. 【請求項３】 前記一画素のそれぞれの領域に設けられ
   た複数の前記光変調部が異なる電極で接続され、一画素
   内での各光変調部の動作が異なることを特徴とする請求
   項１記載のアレイ型光変調素子。
4. 【請求項４】 前記一画素を異なる面積の領域に分割し
   たことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項
   記載のアレイ型光変調素子。
5. 【請求項５】 各画素を、単純マトリクス構造で配列し
   たことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項
   記載のアレイ型光変調素子。
6. 【請求項６】 各画素を、能動素子の付加されたアクテ
   ィブマトリクス構造で配列したことを特徴とする請求項
   １〜請求項４のいずれか１項記載のアレイ型光変調素
   子。
7. 【請求項７】 請求項１〜請求項６のいずれか１項記載
   の前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に
   対向配置した平面光源とを具備し、該平面光源から出射
   される光を前記アレイ型光変調素子によって光変調する
   ことを特徴とするアレイ型露光素子。
8. 【請求項８】 請求項１〜請求項６のいずれか１項記載
   の前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に
   対向配置した平面光源と、前記アレイ型光変調素子を挟
   み該平面光源の反対側に設けた蛍光体とを具備し、前記
   アレイ型光変調素子から出射される光を前記蛍光体によ
   って可視光又は赤外光に波長変換することを特徴とする
   アレイ型露光素子。
9. 【請求項９】 前記平面光源が、紫外線出射光源である
   ことを特徴とする請求項７又は請求項８記載のアレイ型
   露光素子。
10. 【請求項１０】 請求項１〜請求項６のいずれか１項記
    載の前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子
    に対向配置した平面光源と、前記アレイ型光変調素子を
    挟み該平面光源の反対側に設けた蛍光体とを具備し、前
    記アレイ型光変調素子から出射される光によって前記蛍
    光体を発光表示させることを特徴とする平面型ディスプ
    レイ。
11. 【請求項１１】 前記平面光源が、紫外線出射光源であ
    ることを特徴とする請求項１０記載の平面型ディスプレ
    イ。
12. 【請求項１２】 請求項１〜請求項１１のいずれか１項
    記載のアレイ型光変調素子の駆動方法において、 一画素を複数に分割したそれぞれの領域に、前記光変調
    部を設け、複数の該光変調部を異なる電極で接続し、各
    光変調部を異なるように動作させ、一画素単位の透過光
    量を変えて階調制御を行うことを特徴とするアレイ型光
    変調素子の駆動方法。
13. 【請求項１３】 前記一画素を異なる面積の領域に分割
    して駆動することを特徴とする請求項１２記載のアレイ
    型光変調素子の駆動方法。
14. 【請求項１４】 前記光変調部が、単純マトリクス駆動
    されることを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載
    のアレイ型光変調素子の駆動方法。
15. 【請求項１５】 前記光変調部が、アクティブマトリク
    ス駆動されることを特徴とする請求項１２又は請求項１
    ３記載のアレイ型光変調素子の駆動方法。
16. 【請求項１６】 請求項１〜請求項１５のいずれか１項
    記載のアレイ型光変調素子の駆動方法であって、 前記光変調素子は、静電気力による可撓薄膜の変位動作
    と、該可撓薄膜の弾性復帰動作とによって光変調を行
    い、前記光変調素子の弾性復帰動作を行うリセット走査
    の後に、変位動作又は状態維持を選択する書き込み走査
    を行うことを特徴とするアレイ型光変調素子の駆動方
    法。
17. 【請求項１７】 請求項６又は請求項１５記載のアレイ
    型光変調素子の駆動方法であって、 前記光変調素子は、静電気力による可撓薄膜の変位動作
    と、該可撓薄膜の弾性復帰動作とによって光変調を行
    い、前記光変調素子に所望の電圧を印加する書き込み走
    査を行うことを特徴とするアレイ型光変調素子の駆動方
    法。
18. 【請求項１８】 請求項６又は請求項１５記載のアレイ
    型光変調素子の駆動方法であって、 前記光変調素子は、静電気力による可撓薄膜の変位動作
    と、該可撓薄膜の弾性復帰動作とによって光変調を行
    い、前記光変調素子の復帰動作を行うリセット信号を印
    加した後に所望の電圧を印加する書き込み走査を行うこ
    とを特徴とするアレイ型光変調素子の駆動方法。