JP2000098269A - アレイ型光変調素子及び平面ディスプレイの駆動方法 - Google Patents
アレイ型光変調素子及び平面ディスプレイの駆動方法Info
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Abstract
する応答時間の長いものであっても、画質を低下させる
ことなく復帰時間によるロスを防止して実質的な応答時
間を飛躍的に向上させることができるアレイ型光変調素
子及び平面ディスプレイの駆動方法を提供する。 【解決手段】 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により光変調を行う電気機械的な
光変調素子を2次元のマトリクス状に配列したアレイ型
光変調素子において、光変調素子のリセット動作を、現
在走査ライン以外の走査ラインに対する書き込み動作期
間と同時に行うことで、前記光変調素子の書き込み動作
より前に完了させ、各走査ラインの書き込み動作を間断
なく行い駆動する。
Description
グにより作製され、電気機械動作により光の透過率を変
化させるアレイ型光変調素子、及び該アレイ型光変調素
子を用いた平面ディスプレイの駆動方法に関し、特に、
アレイ型光変調素子及び平面ディスプレイの応答速度を
向上させる技術に関する。
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なわれる。
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17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、
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。
に基づいて、可撓薄膜に静電気応力が生じていない平衡
状態(OFF状態)から印加電圧VgsとしてVs(H)を加
え、その後、可撓薄膜が十分に変形してからVgsをゼロ
としたときの透過光の応答特性を図18に示した。
り時間τrは、静電気力(引力)のため変位応答が速
く、これによる光学応答も速い。さらに、印加電圧Vgs
を高くすることで応答時間を短縮することが可能であ
る。一方、立ち下がり時間τfは、可撓薄膜の材質や形
状等により決定される弾性復帰時間であり、一般に立ち
上がり時間τrより遅くなる。また、印加電圧による制
御は当然ながら不可能である。
で駆動する場合、光変調画素に入力する画像信号を書き
込むための走査時間τは、遅い方の応答時間に律速され
てしまう。上記例では、走査時間τは立ち下がり時間τ
fとなる。このように走査時間が遅くなると、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。
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さらに長くなり、上
記問題を助長することになる。
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。
なされたもので、電気機械的光変調素子が復帰に長い時
間を要する応答時間の長いものであっても、画質を低下
させることなく復帰時間によるロスを防止して実質的な
応答時間を飛躍的に向上させることができるアレイ型光
変調素子及び平面ディスプレイの駆動方法を提供するこ
とを目的としている。
め、請求項1に記載のアレイ型光変調素子の駆動方法
は、静電気力による可撓部の変位動作と、該可撓部の弾
性復帰動作により光変調を行う電気機械的な光変調素子
を2次元のマトリクス状に配列したアレイ型光変調素子
において、前記光変調素子の復帰動作を行うリセット走
査を、リセットされる走査ライン以外の走査ラインに対
して、前記素子の変位動作又は状態維持の選択を行う書
き込み走査と同時に行い、各走査ラインの書き込み走査
を間断なく行い駆動することを特徴とする。
光変調素子のリセット走査を、リセットされる走査ライ
ン以外の走査ラインに対する書き込み走査期間と同時に
行い駆動するため、各走査ラインの書き込み走査は、長
い弾性復帰時間を要する光変調素子であっても時間をロ
スすることなく行うことができ、アレイ型光変調素子の
応答時間を飛躍的に向上させることができる。
方法は、前記リセット走査時間を前記書き込み走査時間
の整数倍に設定することを特徴とする。
リセット走査時間を書き込み走査時間の整数倍に設定す
ることにより、設計の自由度を損なうことなく、単純な
設計変更によりリセット走査時間を延長することがで
き、より長い弾性復帰時間を要する素子であっても、応
答速度を低下させることなく駆動することができる。
は、前記リセット走査の駆動時間を前記可撓部の弾性復
帰時間以上に設定することを特徴とする。
動作が光変調素子の可撓部の弾性復帰動作であって、可
撓部の弾性復帰時間以上にリセット駆動時間を設定する
ことにより、書き込み動作の開始タイミングが弾性復帰
途中になることはなく、確実に弾性復帰を保証した駆動
方法とすることができる。また、リセット駆動時間を弾
性復帰時間に近づけることで素子の書き込み動作をリセ
ット直後に行うことができ、効率良く素子を駆動させる
ことができる。
は、前記光変調素子の弾性復帰動作が、復帰後に遮光状
態となる動作であることを特徴とする。
子のリセット動作である弾性復帰動作の完了後に遮光状
態となるため、リセット動作を行う際、画像として
“黒"を出力するときは遮光されたままとなり、“白"を
出力するときはリセット期間だけ出力が減少するが殆ど
問題となることはない。逆に、リセット動作を光透過状
態とした場合、画像として“黒"を出力するときに、リ
セット動作による光透過が発生し、コントラストが著し
く低下することになる。従って、このようなコントラス
トの低下を防止することができる。
方法は、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、アレイ型光変調素子を
挟み前記平面光源の反対側に配設した蛍光体と、を備
え、前記アレイ型光変調素子を請求項1〜請求項4のい
ずれか1項記載の駆動方法により駆動して、前記アレイ
型光変調素子から出射される光によって蛍光体を発光表
示させることを特徴とする。
子の書き込み動作の前にリセット動作を完了させて応答
時間の高速化を図った電気機械的なアレイ型光変調素子
を用い、アレイ型光変調素子を通過した光源光により蛍
光体を発光表示させる構成としているので、平面ディス
プレイを高速に駆動することが可能になる。
方法は、前記平面光源は、前記蛍光体を励起させる紫外
線出射光源であることを特徴とする。
面光源からの出射紫外線光を光変調素子で透過、遮光し
て蛍光体を発光励起させることができる。
参照して説明する。図1に本発明の第1実施形態に係る
光変調素子の構成を示す。
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)。
線に対して透明な一方の電極(信号電極)2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
ワイドハンドギャップ半導体などが好適である。
してある。支持部3には、例えばシリコン酸化物、シリ
コン窒化物、セラミック、樹脂などを用いることができ
る。支持部3の上端面には、ダイヤフラム4を形成して
ある。電極2とダイヤフラム4との間には、空隙(キャ
ビティ)5が形成されている。このダイヤフラム4に
は、ポリシリコンなどの半導体、絶縁性のシリコン酸化
物、シリコン窒化物、セラミック、樹脂などを用いるこ
とができる。また、ダイヤフラム4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。
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。
な他方の電極(走査電極)7を形成してある。例として
電極2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4、光拡散層6、電極7は、可撓部としての可
撓薄膜8を構成している。
5が存在するが、この空隙5は支持部3の高さで略決定
される。空隙5の高さは、例えば、0.1μmから10
μm程度が好ましい。この空隙5は、通常、犠牲層のエ
ッチングにより形成される。
4と光拡散層6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4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。
の動作原理を説明する。電圧OFF時、両電極2、7の
電圧がゼロで、ダイヤフラム4と導光板1との間に空隙
5(例:空気)が存在する場合、導光板1の屈折率をn
w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(a)に示すように、導光板1内を全反
射しながら進む。
し、ダイヤフラム4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1(b)に示すように、紫外線
は、ダイヤフラム4側に伝搬透過し、更に光拡散層6に
より拡散されて表面側に出射する。
ば、電圧印加によるダイヤフラム4の位置制御により、
光変調を行うことができる。尚、導光板1とダイヤフラ
ム4の間には紫外線に対して透明な電極2が存在する
が、通常使用される薄膜の厚さ(2000A)程度であ
れば、上述の動作上問題の生ずることはない。
変調素子10がn行m列の2次元状に配列される。即
ち、マトリクスの各交点Tr(1,1)、Tr(1,2)、Tr(2,
1)、Tr(2,2)には光変調素子10がそれぞれ配置され、
アレイ型光変調素子50を構成する。各光変調素子10
は、一画素の領域に対応させてある。尚、ここではマト
リクスの一部である二行二列のマトリクスに着目して説
明することにする。尚、このアレイ型光変調素子50
は、単純マトリクス駆動により動作する。
ぞれの電極は、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、同じ行に
配列された光変調素子10のそれぞれの電極は、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V
bが印加される。従って、各光変調素子10に印加され
る電極間電圧Vgsは、(Vb−Vg)となる。
走査信号に従って、行順次に走査電極7を走査し、これ
と同期させて、走査された電極7に対応するデータ信号
を信号電極2に印加する。
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、光変調素子10の以前の状態に
拘わらず、その行の光変調素子10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。
めの信号(書き込み動作用の信号)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、光変調素子
10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。
号である。この時、信号電極の電圧に拘わることなく光
変調素子10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。
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素子10に対し、光変調素子
10の状態をON(光透過)にする。この時の信号電極
2の電圧をVb(on) とする。
10に対し、光変調素子10の状態をOFF(光遮蔽)
にする。但し、実際には、直前で光変調素子10がリセ
ットされることを想定しているので、光変調素子10の
状態をOFF(光遮蔽)にする場合は、前の状態(OF
F状態)を維持する信号でよい。この時の信号電極2の
電圧をVb(off)とする。
合わせにより、光変調素子10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。
りになる。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61)から、Vs(H)とVth(L) との間の走査電極電圧
Vg (図中太実線63)が減算され、その値(図中太実
線65)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。
との関係を利用して、光変調素子10を2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。マト
リクスとして図2に示した2行2列のマトリクスを用
い、データの書き込みを行う。マトリクスの各光変調素
子10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
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、各光変調素子10に所望のデ
ータが行順次で書き込まれる。そして、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、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。
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。
(メモリー)され、その結果、マトリクスTr(1,1)は光
変調素子10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。
素子に対する走査電圧の印加状態は、図5のチャートに
示すようになる。即ち、任意のi行目の走査電極にリセ
ット電圧、選択電圧が順次印加されると共に、i+1行
目の走査ラインでは、i行目の走査ラインにおける選択
電圧印加期間終了後、間断なく直ちに選択電圧が印加さ
れる。この場合、i+1行目のリセット電圧印加期間
は、i行目の選択電圧印加期間とオーバーラップさせて
いる。他の走査ラインに対しても同様に、リセット電圧
印加期間を前行の選択電圧印加期間にオーバーラップさ
せている。
0は、他の行の選択期間(書き込み期間)と同時にリセ
ット動作を行うことで、走査時間を長くすることなく、
安定した書き込み動作が得られる。従って、光変調素子
の可撓部分の弾性特性やリセット信号の印加により走査
時間が遅くなることが防止され、確実な動作を実現しつ
つアレイ型光変調素子の大型化、高精細化を図ることが
できる。
の第2実施形態を説明する。本実施形態は、復帰時間
(立ち下がり時間)τfが大きく遅延する(τf≫τr)
光変調素子を用いた場合の駆動方法である。図6は、各
光変調素子への印加電圧の波形を示している。本実施形
態では、リセット電圧の印加期間を前述の第1実施形態
の3倍に設定している。即ち、図6においては、図4に
示す1行目のリセット期間t1が図6のt1〜t3に相
当しており、リセット電圧の印加期間が走査期間τの3
倍に設定されている。この場合の各走査ラインの光変調
素子に対する走査電圧の印加状態は、図7のチャートに
示すようになる。図7によれば、第1実施形態の場合と
同様に、i+1行目の走査ラインでは、i行目の走査ラ
インにおける選択電圧印加期間終了後、直ちに選択電圧
が印加される。この場合、i+1行目のリセット電圧印
加期間は、i行目の選択電圧印加期間及びそれ以前の期
間(図ではリセット電圧印加期間の一部)にオーバーラ
ップさせており、他の走査ラインに対しても同様にオー
バーラップさせている。
させることにより、復帰時間の長い光変調素子であって
も走査期間を長くすることなく正確な応答性を得ること
が可能となる。
と画素Tr(1,2)に対する印加電圧Vgsと透過光の応答の
チャートを示している。図8(a)に示すように、画素Tr
(1,1)は、画素のリセット期間内に立ち下がり時間τfを
終了させ、画素をON状態にする信号は予め画素をリセ
ットさせた後に印加させている。このため、立ち上がり
時間τrだけで画素をON状態にすることができる。ま
た、図8(b)に示すように、画素Tr(1,2)は、画素のリ
セット期間内に立ち下がり時間τfを終了させ、その後
状態を維持することで画素をOFF状態にしている。
は、光変調素子の平衡状態(復帰状態)、又は、リセッ
ト状態が光遮断となる構成が好ましい。リセット状態が
素子のON(光透過)状態であると、画素として“黒"
を出力させるときは、リセット動作による光透過が発生
し、コントラストが著しく悪くなる。一方、リセット状
態がOFF(光遮断)であれば、“黒"出力のときは全
く光透過はなく、コントラストは殆ど変化しない。
“白"出力のとき、リセット期間だけ出力が減るが、こ
の場合は視覚的に殆ど問題にならない。これは、例えば
行数が500〜1000行のパネルの場合、その数行分
のリセット期間であっても、これによる光量低下は1%
程度と僅かなためである。また、素子自体の応答性が遅
いため、出力は直ちにONからOFFにならず、徐々に
減光するためと、人間の視覚特性が、背景輝度が高いと
きは輝度変化に対して鈍感になるためでもある。
図1に示す導光拡散作用を利用した光変調素子を用いた
が、本発明による駆動方式はこれに限定されることな
く、導光反射による光変調素子にも適用できる。これ
は、ダイヤフラム上に適度に傾斜したアルミ等の反射膜
を設けて、これを可撓薄膜とした構成であり、電圧ON
時に可撓薄膜へ導光された光を反射膜により導光板側に
反射させて出射する光変調素子である。この他、以下に
示す光変調素子に対しても良好に適用できる。以下、上
述した各実施形態における平面表示装置における光変調
素子の他の各構成例を、図9〜図16を参照して順次説
明する。
調する動作原理として、ファブリペロー干渉を利用した
例を説明する。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、無限遠におう
て重なり合い干渉する。面の垂線入射光線とのなす角を
iとすれば、隣り合う光線間の光路差はx=nt・co
si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。
可撓薄膜を移動させることにより、透明基板から出射さ
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。
光変調素子を平面光源と組み合わせて平面ディスプレイ
とした具体的な構成を以下に説明する。図9は光変調素
子及び平面光源の概略断面図である。光変調素子20
は、紫外線に対して透明な基板21上に設けられた図示
しない基板上電極及びダイヤフラム22上に設けられた
図示しないダイヤフラム上電極への電圧印加によってダ
イヤフラム22を変位させ、多層膜干渉効果を生じさせ
ることにより、平面光源23からの紫外線を光変調す
る。
ト23a、及び平面光源ユニット23aの側方に設けら
れたブラックライト用紫外線ランプ(低圧水銀ランプ)
23bからなる。平面光源23は、ブラックライト用低
圧水銀ランプ23bからの紫外線を、平面光源ユニット
23aの側面から入射させて上面から出射させる。低圧
水銀ランプ23bの内壁にブラックライト用の蛍光物質
(例えば、BaSi2 O5 :Pb2+) を塗布した場合、
発光紫外線の分光特性としては、図10に示すように、
360nm付近に中心波長λ0を有する。この紫外線を
バックライト光として使用する。
9の紙面垂直方向に所定の間隔をあけて一対設けられ
る。基板21上における各基板上電極の間には、誘電体
多層膜ミラー25,26が設けられる。
に形成された支持部24に懸架され、基板21と所定の
間隔をあけて設けられる。ダイヤフラム22の下面に
は、誘電体多層膜ミラー25が、基板21上の誘電体多
層膜ミラー26と所定の間隙tをあけて対向して設けら
れる。
いて、各電極への印加電圧をOFFにしたときの空隙2
7の間隔をtoffとする(図9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27の間隔が短
くなるが、これをtonとする(図9の右側に示す状
態)。tonは、各電極への電圧印加に伴ってダイヤフラ
ム22に作用する静電気力と、ダイヤフラム22の変形
に伴って生じる復元力をバランスさせることで適切に設
定する。
示しない)を電極上に設け、スペーサによってダイヤフ
ラム22の変位を物理的に規制することにより、ダイヤ
フラム22の変位量が一定となるように構成する。スペ
ーサを絶縁体とした場合は、その比誘電率(1以上)に
より各電極への印加電圧を低減する効果を生じる。ま
た、スペーサが導電性の場合は更にこの効果は大きくな
る。尚、スペーサは各電極と同一材料で形成しても良
い。
する。(m=1) ton =1/2×λ0=180nm (λ0:紫外線の中
心波長) toff =3/4×λ0=270nm
それぞれ、光強度反射率をR=0.85とする。また、
空隙27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、光変調素子
20に入射する入射角i(誘電体多層膜ミラー面の垂線
と入射光線のなす角)は略ゼロである。このときの光変
調素子20の光強度透過率は図11に示すようになる。
toff =270nmであり、光変調素子20は紫外線を
殆ど透過させない。一方、各電極に電圧を印加してton
=180nmとすると、光変調素子20は紫外線を透過
させる。
隔t、屈折率n、各誘電体多層膜ミラー25,26の光
強度反射率R等はいずれの組合せでも良い。また電圧値
により、間隙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。つまり、各電極間の印加電圧の変更による階調制御
が可能である。
て、ブラックライト用水銀ランプ23b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、254nmの線スペクトルを主成分とする低圧水
銀ランプを光源とし、石英ガラス等からなる透明基板と
組み合わせることにより、バックライトユニットを構成
する。他の波長は、フィルター等によりカットする。こ
のときの紫外線バックライトの分光特性は図12に示す
ようになる。また、この光変調素子においては、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、基板等)は、254nmの紫外線を透過する材料と
する。
する。(m=1)。 ton =1/2×λ0=127nm (λ0:紫外線の中
心波長) toff =3/4×λ0=191nm
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13に示すようになる。従って、
各電極に電圧を印加しないときはtoff =191nmで
あり、光変調素子は紫外線を殆ど透過させず、電圧を印
加したときはton=127nmになり、光変調素子は紫
外線を透過させる。
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。また、この
変形例においても、干渉の条件を満たせば、空隙27の
間隔t、屈折率n、各誘電体多層膜ミラー25,26の
光強度反射率R等はいずれの組合せでも良い。
ることにより、間隙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。つまり、各電極への印加電圧の変更による階調
制御が可能となる。
用いて説明する。図14は光変調素子及び平面光源の概
略断面図である。光変調素子30は、遮光板31及び透
明電極32への電圧印加に伴う静電気応力によって遮光
板31を変位させ、平面光源33からの紫外線の進路を
変更することにより光変調を行う。平面光源33の構成
は、図9に示す平面光源23と同様である。
4上に設けられており、紫外線を透過させる。基板34
上の透明電極32以外の部位には、絶縁性の遮光膜35
が設けられる。透明電極32及び遮光膜35の上面に
は、絶縁膜36が積層される。
柱37を介して、基板34の上方に基板34と所定の間
隔をあけて片持ち梁構造として設けられる。遮光板31
の形状は、対向する基板34上の透明電極32の形状に
対応しており、透明電極32よりも若干大きくしてあ
る。
らなり、例えば紫外線を吸収、若しくは反射する材料か
らなる単一の導電性薄膜、又は複数の導電性薄膜で構成
される。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が挙げられる。また、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もでき
る。
次のように動作する。光変調素子30において、遮光板
31及び透明電極32間に電圧を印加しない状態では、
遮光板31は透明電極32と対向しており、透明電極3
2を透過した紫外線は遮光板31によって吸収又は反射
される(図14の左側の状態)。
圧を印加すると、両者間に作用する静電気力により、遮
光板31が捩じれながら透明電極32側に変位する(図
14の右側の状態)。これにより、平面光源33から透
明電極32を透過した紫外線は、遮光板31に遮蔽され
ることなく、上方に出射される。そして、再び遮光板3
1及び透明電極32間への印加電圧をゼロにすると、遮
光板31は、遮光板31自体及び支柱37の弾性によっ
て初期位置に戻る。
16を用いて説明する。図15は光変調素子40の概略
構成図であり、図15(a)は平面図、図15(b)は図15
(a)のB−B断面図である。
び電極遮光板43への電圧印加に伴う静電気力によっ
て、電極遮光板43を図15で左右方向に変位させるこ
とにより、図示しない平面光源からの光を遮光させ、又
は透過させる。
する基板44上で所定の間隔をあけて対向して対をな
し、図15(a)において並列に計2対設けられる。ま
た、基板44上における図15右側の対向電極42間に
は、遮光膜45が設けられる。
で基板44から図15(b)の上方に所定の間隔をあけた
位置に、左右方向に変位可能に設けられる。即ち、電極
遮光板43の左右両側は、折れ線バネ46等の可撓部材
を介して支持部47に支持されている。電極遮光板43
は、対向電極41,42への電圧印加に伴う静電気力に
よって、折れ線バネ46を弾性変形させつつ、図15の
左右方向に変位する。電極遮光板43の左右方向の寸法
は、支持部47間の左右方向に沿う距離の略半分であ
る。
次のように動作する。即ち、光変調素子40において、
電極遮光板43に電圧ゼロを印加した状態で、図15の
左側の対向電極41のみに電圧を印加すると、電極遮光
板43は、静電気力によって図15の左側の対向電極4
1間に移動する(図15に示す状態)。これにより、平
面光源から出射され、遮光膜45で遮光されずに基板4
4を透過した光は、電極遮光板43によって遮光され
る。
した状態で、図16の左側の対向電極41のみに電圧を
印加すると、電極遮光板43は、静電気力によって図1
6の右側の対向電極42間に移動する(図16に示す状
態)。これにより、平面光源から出射され、遮光膜45
で遮光されずに基板44を透過した光は、電極遮光板4
3によっても遮光されることなく、図16(b)の上方に
出射される。そして、再び印加電圧をゼロにすると、電
極遮光板43は、折れ線バネ46の弾性力及び静電気力
によって初期位置に戻る。このように、各種光変調素子
の構成が考えられるが、本発明は前述の各構成に限定さ
れるものではなく、同等の機能を有するものであれば他
の如何なる構成のものであっても良い。
静電気力による可撓部の変位動作と、可撓部の弾性復帰
動作により光変調を行う電気機械的な光変調素子を2次
元のマトリクス状に配列したアレイ型光変調素子の駆動
方法であって、光変調素子の復帰動作を行うリセット走
査を、リセットされる走査ライン以外の走査ラインに対
して、素子の変位動作又は状態維持の選択を行う書き込
み走査と同時に行い、各走査ラインの書き込み走査を間
断なく行い駆動する。これにより、弾性復帰時間の長い
光変調素子であっても時間をロスすることなく画像表示
をより高速に行うことが可能になり、応答時間を飛躍的
に向上させることができる。
間を書き込み走査時間の整数倍等の弾性復帰時間以上に
設定することにより、弾性復帰動作に長い時間を要する
光変調素子であっても時間をロスすることなく適切な走
査で高速応答性を得ることができる。
クス状に配列したアレイ型光変調素子に対向して紫外線
を出射する平面光源を設け、アレイ型光変調素子を挟ん
だ平面光源の反対側に蛍光体を設け、光変調素子から出
射される光によって蛍光体を発光させて平面ディスプレ
イを駆動することにより、コントラストが低下すること
の無い高速応答性を備えた平面ディスプレイが得られ
る。
調動作を説明する断面図である。
型光変調素子の平面図である。
と、光変調素子の電極間電圧との関係を示した説明図で
ある。
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。
を走査前行の書き込み動作と同時に行うことを説明する
チャート図である。
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。
を走査前行の書き込み動作と同時に行うことを説明する
チャート図である。
図である。
明図である。
性を示すグラフである。
合の光変調素子の光強度透過率を示すグラフである。
である。
る。
断面図である。
動作を説明する図である。
る図である。
光透過率のヒステリシス特性を説明する図である。
特性を説明する図である。
Claims (6)
- 【請求項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により光変調を行う電気機械的な
光変調素子を2次元のマトリクス状に配列したアレイ型
光変調素子において、 前記光変調素子の復帰動作を行うリセット走査を、リセ
ットされる走査ライン以外の走査ラインに対して、前記
素子の変位動作又は状態維持の選択を行う書き込み走査
と同時に行い、各走査ラインの書き込み走査を間断なく
行い駆動することを特徴とするアレイ型光変調素子の駆
動方法。 - 【請求項2】 前記リセット走査時間を前記書き込み走
査時間の整数倍に設定す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の駆動方法。 - 【請求項3】 前記リセット走査の駆動時間を前記可撓
部の弾性復帰時間以上に設定することを特徴とする請求
項1又は請求項2記載のアレイ型光変調素子の駆動方
法。 - 【請求項4】 前記光変調素子の弾性復帰動作は、復帰
後に遮光状態となる動作である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
の駆動方法。 - 【請求項5】 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、アレイ型光変調
素子を挟み前記平面光源の反対側に配設した蛍光体と、
を備え、前記アレイ型光変調素子を請求項1〜請求項4
のいずれか1項記載の駆動方法により駆動して、前記ア
レイ型光変調素子から出射される光によって蛍光体を発
光表示させることを特徴とする平面ディスプレイの駆動
方法。 - 【請求項6】 前記平面光源は、前記蛍光体を励起させ
る紫外線出射光源であることを特徴とする請求項5記載
の平面ディスプレイの駆動方法。
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