JP2002006241A

JP2002006241A - 光スイッチング素子およびこれを用いたスイッチング装置並びに画像表示装置

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Publication number: JP2002006241A
Application number: JP2000183439A
Authority: JP
Inventors: Takuya Makino; 拓也牧野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-06-19
Filing date: 2000-06-19
Publication date: 2002-01-09
Also published as: US7061455B2; US20020024483A1; US20050190131A1; US20050179681A1; US6990266B2; US7199772B2; US6917352B2; US20050179680A1

Abstract

(57)【要約】【課題】簡単な構成で、高速応答が可能であり、かつ
面積階調による階調表示が可能な光スイッチング素子を
提供する。【解決手段】光抽出部１７ａが上部基板１１に密着さ
れている状態では、光Ｐ ₁は上部基板１１から光抽出部
１７ａに入り、光抽出部１７ａの裏面から出射され、そ
の後、下部基板２１を通過して透過光Ｐ₂となる。光抽
出部１７ａが下部基板２１側に引き付けられた状態で
は、入射光Ｐ₁は全反射面１１Ａで全反射し、この全反
射光Ｐ₃がＶ字溝１１ｂより出射される。入射光Ｐ₁を
透過光Ｐ₂と全反射光Ｐ₃の２方向に切り替えて取り出
すことができる。１画素を表示するのに、この光抽出部
１７ａと他の複数の光抽出部において、選択的に入射光
Ｐ₁を透過光Ｐ₂と全反射光Ｐ₃の２方向に切り替えて
取り出すことにより、面積階調による階調表示が可能に
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を２方向に
偏光可能な光スイッチング素子、この光スイッチング素
子を用いた光スイッチング装置および画像表示装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、映像情報の表示デバイスとしての
ディスプレイの重要性が高まっており、このディスプレ
イ用の素子として、更には、光通信，光記憶装置，光プ
リンタなどの素子として、高速で動作する光スイッチン
グ素子の開発が要望されている。従来、この種の素子と
しては、液晶を用いたもの、マイクロミラーを用いたも
の、回折格子を用いたもの等がある。液晶を用いたもの
の一例を図２５、マイクロミラーを用いたものの一例を
図２６〜図２９、回折格子を用いたものの一例を図３０
に示す。

【０００３】液晶を用いた光スイッチング素子（図２
５）は、２枚の偏光板１０１ａ，１０１ｂ、２枚のガラ
ス基板１０２ａ，１０２ｂ、透明電極１０３ａ，１０３
ｂ，１０３ｃ，１０３ｄおよび２枚のガラス基板１０２
ａ，１０２ｂの間に封入された液晶１０４によって構成
されている。この光スイッチング素子では、透明電極１
０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄ間に電圧を印加
して液晶分子の方向を制御し、偏光面を回転させること
によりスイッチングを行う。

【０００４】しかしながら、液晶は、応答速度が速いも
のでも数ミリ秒程度でしかなく、高速応答特性が悪いと
いう問題がある。このため、高速応答を要求される光通
信、光演算、ホログラムメモリ等の光記憶装置、光プリ
ンタ等への適用は非常に難しい。また、液晶を用いた光
スイッチング素子では、２枚の偏光板を必要とするた
め、光の利用効率が低下してしまうという問題もある。
更に、液晶が強い光には耐えられないため、強いレーザ
光のようなエネルギー密度の高い光のスイッチングは行
うことができない。また、特に、ディスプレイに用いる
場合、近年より一層の高品位な画質が求められており、
現状の液晶を用いた光スイッチング素子では階調表示の
正確さという点で不充分な部分が出始めてきている。

【０００５】マイクロミラーを用いた光スイッチング素
子では、米ＴＩ社のＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー
・デバイス）に代表されるように、すでに多くの実例が
存在している。構造としては、大きく分けてマイクロミ
ラーを片持ちで支持したもの（図２６，図２７）と両持
ちで支持したもの（図２８，図２９）との２種類に分類
でき、マイクロミラーの駆動方法としては、静電引力を
利用したものや圧電素子を利用したもの、熱アクチュエ
ータを利用したもの等がある。構造、駆動方法等の違い
はあるにしても、その機能としては、入射光をマイクロ
ミラーの角度を制御することによりスイッチングすると
いう、非常に単純なものである。

【０００６】ここでは、静電引力を利用したタイプのマ
イクロミラーを例にして説明する。マイクロミラーの駆
動原理は、片持ちで支持されている場合（図２６，図２
７）には、マイクロミラー１０５と駆動電極１０６との
間に電位差を与えることにより、静電引力を発生させて
マイクロミラー１０５を傾ける。与えた電位差を取り除
くと、マイクロミラー１０５を支持しているヒンジ部分
１０５ａのばね力によって元の状態に戻る。

【０００７】両持ちで支持されている場合（図２８，図
２９）には、マイクロミラー１０８とそのマイクロミラ
ー１０８に対向する２つの電極１０７ａ，１０７ｂとの
間に同じ電位差を生じさせる。その状態から、例えば一
方の電極１０７ａに加える電圧を小さく、もう一方の電
極１０７ｂに加える電圧を大きくすることで、それぞれ
の電極１０７ａ，１０７ｂとマイクロミラー１０８との
間に生じる静電引力に不釣り合いを生じさせてマイクロ
ミラー１０８を傾ける。

【０００８】光のスイッチングは、片持ちで支持されて
いるマイクロミラーの場合（図２６，図２７）、入射光
Ｐ₁₀₀に対して、マイクロミラー１０５が傾いていない
状態ではＰ₁₀₁の方向に、マイクロミラー１０５が傾い
た状態ではＰ₁₀₂の方向に反射光が進むことにより行わ
れる。両持ちで支持されているマイクロミラーの場合
（図２８，図２９）も同様に、入射光Ｐ₁₀₀に対して、
マイクロミラー１０８が一方に傾いている状態ではＰ
₁₀₃の方向に、マイクロミラー１０８がもう一方に傾い
た状態ではＰ₁₀₄の方向に反射光が進むことにより行わ
れる。

【０００９】しかしながら、これらの応答速度は、数マ
イクロ秒程度のものが多く、まだまだ高速性が十分とは
言えず、時分割によるディジタル制御によって階調表示
を行うためには、画像上の１画素に対して一つのマイク
ロミラーが必要、つまり二次元のマイクロミラーアレイ
が必要となる。今後ますます高画質化の要求が高まって
くると考えられるが、その場合、必要な二次元マイクロ
ミラーアレイの製作は非常に困難になると予想される。
また、マイクロミラーを用いた光スイッチング素子で
は、光を偏光できる角度（２つの反射光の角度差）が機
械的なミラーの振れ角の２倍となるものの、ディスプレ
イに用いる場合、コントラストを大きくするために、こ
の２つの反射光Ｐ₁₀₃，Ｐ₁₀₄の角度差を大きくしなく
てはならず、そのため、ますます応答速度が遅くなって
しまうという問題がある。

【００１０】回折格子を用いた光スイッチング素子（図
３０（Ａ），（Ｂ））では、特表平１０−５１０３７４
にも示されるように、光反射面を持つリボン状の可動ミ
ラー１０９ａを、可動ミラー１０９ａと下部電極１１０
ａとの間に電位差を生じさせることにより発生する静電
引力によって、入射光Ｐ₁₀₀の波長の１／４動かすこと
で、リボン状の静止ミラー１０９ｂと可動ミラー１０９
ａとの間に１／２波長分の光路差を作り出すことにより
回折光を生じさせ、反射光を０次回折光Ｐ₁₀₅の方向と
１次回折光Ｐ₁₀₆の方向とに切り替える。このとき、光
路差を１／２波長までの範囲で制御することにより、１
次回折光Ｐ₁₀₆の強度をコントロールすることも可能で
ある。回折格子を用いた光スイッチング素子では、非常
に軽いリボン状のミラーを小さい距離動かすだけで光の
スイッチングを行うことができるため、応答速度が早く
（数十ナノ秒程度）、高速のスイッチングに適してい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、１次元
回折光は、０次元回折光の光軸に対象な２方向にある角
度をもって生じるため、１次回折光を利用するためには
この２方向に進む光を集めて１本にするための複雑な光
学系が必要となる。また、光の回折を生じさせるために
は、１画素あたり、最低でも２本のリボン状ミラーが必
要であり、光の利用効率を高めるためには４本以上、現
実的には６本のリボン状ミラーが必要となる。このよう
に１画素あたり６本のリボン状ミラーが、必要な画素数
分、１次元にアレイ化されたライトバルブ（空間光変調
器）では、電極に電圧を加えない状態において１次回折
光が生じないように、静止ミラー１０９ｂの反射面と可
動ミラー１０９ａの反射面とが同一平面上にあることが
望まれるが、実際には、うまく同一平面上に揃わない。
このため、下部電極１１０ａ，１１０ｂにそれぞれ小さ
な電圧を印加して全てのミラー面が同一平面上に揃うよ
うな微調整が必要になる。

【００１２】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的は、簡単な構成で、小型軽量であ
り、高速応答が可能であり、かつ画像表示装置に用いて
面積階調による階調表示が可能な光スイッチング素子お
よびこれを用いた光スイッチング装置を提供することに
ある。

【００１３】また、本発明の第２の目的は、上記光スイ
ッチング素子を用いて超高精度の階調表示を行うことが
可能で、高品位の画質が得られる画像表示装置を提供す
ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明による光スイッチ
ング素子は、入射光を全反射可能な全反射面を有する全
反射部材と、この全反射部材の全反射面に対して密着も
しくは近接場光を抽出できる距離以下に近接した第１の
位置と、近接場光を抽出できる距離以上に離れた第２の
位置との間で位置の切り替えが可能であると共に１画素
を構成する透光性の複数の光抽出部とを備えている。

【００１５】本発明による光スイッチング装置は、本発
明による光スイッチング素子を複数個、１次元または二
次元に配列したものである。

【００１６】本発明による画像表示装置は、本発明によ
る光スイッチング素子を複数個配列し、３原色の光を照
射し、スキャナによって走査することで２次元画像を表
示するものである。

【００１７】本発明による光スイッチング素子、光スイ
ッチング装置および画像表示装置では、光抽出部が第２
の位置のときには、全反射部材と透光性の光抽出部とが
離間しているため、全反射部材への入射光は全反射面に
おいて全反射し、その反射光が一方向に導かれる。光抽
出部が第１の位置のときには、全反射部材と光抽出部と
が密着もしくは近接しているため、全反射部材への入射
光は全反射面において全反射することなく、光抽出部を
介して全反射部材とは反対側の他の方向に導かれる。よ
って、１画素について、このような第１の位置と第２の
位置との切替えを複数の光抽出部それぞれにおいて選択
的に行うことによって、面積階調による階調表示を行う
ことが可能になる。なお、「近接場光を抽出できる距離
に近接」とは、光抽出部を全反射部材に完全に密着させ
なくても、実質的に入射光を抽出できる距離であればよ
いので、それを含む意味である。ちなみに、入射光の波
長（λ）の１／４０程度の距離まで光抽出部が全反射部
材に近接していれば、入射光の９０％以上を抽出するこ
とができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１９】図１は本発明の一実施の形態に係る光スイ
ッチング装置１の部分構成を表すものである。図１で
は、簡略化のため、１画素分に対応する光スイッチング
素子１０を有する光スイッチング装置１を表している
が、本発明の光スイッチング装置１は、この光スイッチ
ング素子１０を複数備えた１次元アレイ構造を有してい
る。この光スイッチング装置１によって、例えば後述の
画像表示装置が構成される。

【００２０】光スイッチング装置１は、透光性の上部基
板１１と、この上部基板１１に対向して配設された透光
性の下部基板２１とを備えている。上部基板１１および
下部基板２１はそれぞれ透光性基板であり、例えばガラ
ス基板や透明プラスチック基板により形成される。

【００２１】上部基板１１は上下の面が平行になってお
り、上面には光の入射部となるＶ字溝１１ａおよび出射
部となるＶ字溝１１ｂが形成されている。これらＶ字溝
１１ａ，１１ｂを含む上面に例えばＭｇＦ₂（フッ化マ
グネシウム）からなる反射防止(Anti Reflection) 膜１
２が形成されている。上部基板１１の下面は入射光を全
反射させるための全反射面１１Ａとなっている。Ｖ字溝
１１ａ，１１ｂそれぞれの傾斜角は、その傾斜面に直交
する方向から入射した光が全反射面１１Ａで全反射する
ための臨界角以上となる角度である。

【００２２】上部基板１１の全反射面１１Ａ側には、図
示を省略したが、例えばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide: イ
ンジウムと錫の酸化物混合膜）からなる上部透明電極が
形成されている。上部基板１１の全反射面１１Ａ側に
は、また、例えば窒化珪素膜（ＳｉＮｘ）からなる、例
えば４本の薄いリボン状の光抽出部１７ａ，１７ｂ，１
７ｃ，１７ｄが配設されている。光抽出部１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ，１７ｄは、その幅（面積）の比が２ⁿ（ｎ
は０以上の整数）であることが望ましく、ここでは例え
ば１：２：４：８となっている。本実施の形態では、こ
れらの４本の光抽出部１７ａ〜１７ｄによって、画像表
示装置における１画素が構成されている。なお、これら
の光抽出部１７ａ〜１７ｄは、図１においては構造を分
かりやすくするため、上部基板１１から切り離して図示
している。

【００２３】光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ
は、その両端部がそれぞれ上部基板１１に支持された架
橋構造を有すると共に、中間部が透明電極への電圧印加
による電位差によって生じた静電引力によって、上部基
板１１の全反射面１１Ａに対して密着もしくは近接場光
を抽出できる距離以下に近接した第１の位置（図１では
光抽出部１７ａ，１７ｄの状態）と、近接場光を抽出で
きる距離以上に離れた第２の位置（図１では光抽出部１
７ｂ，１７ｃの状態）との間で位置の切り替えが可能な
ようになっている。なお、上部基板１１の全反射面１１
Ａ、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄおよび下
部基板２１の上面にそれぞれ形成された透明電極と電圧
印加手段（図示せず）とにより、本発明の駆動手段が構
成されている。

【００２４】下部基板２１には、複数のスペーサ２４ａ
および複数の基板間スペーサ２５がそれぞれ配設されて
いる。スペーサ２４ａおよび基板間スペーサ２５それぞ
れは、例えば多結晶シリコン膜により形成されている。
スペーサ２４ａは、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，
１７ｄが第２の位置に変位したときにストッパ兼支持部
として機能するものであり、ここでは光抽出部１７ａ，
１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの配列方向に沿って２列に設け
られている。基板間スペーサ２５は、下部基板２１と上
部基板１１との間の間隔を光抽出部１７ａ，１７ｂ，１
７ｃ，１７ｄが第１の位置と第２の位置との間で変位可
能な距離に保持するためのものである。また、図示を省
略したが、下部基板２１のスペーサ２４ａ、基板間スペ
ーサ２５が形成される面には、例えばＩＴＯからなる上
部透明電極が形成されている。

【００２５】なお、本実施の形態では、異なった幅（面
積）を持つ４本の光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１
７ｄによって１画素に対応する１（ライン）の光スイッ
チング素子１０が構成され、この光スイッチング素子１
０が複数個アレイ状に並設されることにより１次元の光
スイッチング装置１が構成されている。

【００２６】次に、この光スイッチング装置１の具体的
な製造方法について説明する。なお、ここでは、異なっ
た幅（面積）を持つ４本の光抽出部１７ａ，１７ｂ，１
７ｃ，１７ｄを備えた光スイッチング素子１０を有する
光スイッチング装置１の製造工程について説明する。

【００２７】まず、図２（Ａ），（Ｂ）に示したよう
に、透光性基板、例えばガラス基板からなる上部基板１
１の上面に、例えばエッチングなどの物理的加工やグラ
インダなどの機械加工によって光の入射部となるＶ字溝
１１ａ、出射部となるＶ字溝１１ｂをそれぞれ形成す
る。続いて、これらのＶ字溝１１ａ，１１ｂが形成され
た面に、例えば真空蒸着法によりＡＲ（無反射）コーテ
ィングを施し、例えばＭｇＦ２からなる反射防止膜１２
を形成する。次いで、この上部基板１１のＶ字溝１１
ａ，１１ｂが形成された面とは反対側の面（全反射面１
１Ａ）側に、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Depositio
n:化学的気相成長 )により、例えば膜厚５０ｎｍの透明
電極（例えばＩＴＯ膜）、および例えば膜厚３０ｎｍの
（透明）絶縁膜（例えば酸化珪素（ＳｉＯ₂）膜）をこ
の順で形成し、この上部透明電極を含む積層膜１３をエ
ッチングにより電極形状（光抽出部１７ａ，１７ｂ，１
７ｃ，１７ｄに対応する形状）にパターニングする。な
お、絶縁膜は上部透明電極（ＩＴＯ膜）の保護膜となる
ものである。

【００２８】次に、図３に示したように電極パターン間
に、不要な光を吸収するための光吸収層１４を例えば真
空蒸着法により電極部の厚さよりも薄く形成する。続い
て、図４に示したように、例えばフッ素樹脂からなる例
えば膜厚２ｎｍの付着防止層１５を形成する。続いて、
この付着防止層１５上に例えばアモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）からなる例えば膜厚４００ｎｍの犠牲層１
６を形成し、エッチングによって光抽出部１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ，１７ｄの形状にパターニングする。付着防
止層１５は、後述の薄いリボン状の光抽出部１７ａが上
部基板１１に付着することを防止するためのものであ
る。一方、犠牲層１６は、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１
７ｃ，１７ｄの中間部分が上部基板１１の全反射面１１
Ａから１／２波長以上離間した架橋構造となるように作
製するためのものである。

【００２９】続いて、図５（Ａ），（Ｂ）に示したよう
に光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの構造材と
して、例えばＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapo
r Deposition ,低圧化学的気相成長法) 法により例えば
膜厚１００ｎｍの窒化珪素膜１７を形成する。次に、図
６に示したように、例えば膜厚５０ｎｍの透明可動電極
としてのＩＴＯ膜１８を成膜し、このＩＴＯ膜１８上
に、例えば膜厚２０ｎｍのアルミニウム（Ａｌ）膜１９
を形成する。このアルミニウム膜１９は、後述の酸化珪
素膜（ＳｉＯ₂）２０のテーパ加工を行う際に、ＩＴＯ
膜１８の保護層として機能するものである。

【００３０】次に、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，
１７ｄに入った光が、この光抽出部１７ａ，１７ｂ，１
７ｃ，１７ｄの裏面で全反射しないようにテーパ加工を
施す。この加工を行うためには、まず、図７に示したよ
うに、例えばＬＰＣＶＤ法により例えば膜厚１μｍの酸
化珪素膜２０を成膜する。続いて、図８に示したよう
に、酸化珪素膜２０上にレジスト膜２１を塗布形成し、
このレジスト膜２１をグレースケールマスクを用いて露
光し、テーパ状に加工する。続いて、図９に示したよう
に、テーパ状のレジスト膜２１をマスクとして例えばＲ
ＩＥ（Reactive Ion Etching) により酸化珪素膜２０を
選択的に除去することにより、テーパ加工部２０ａを形
成する。

【００３１】次に、図１０（Ａ），（Ｂ）に示したよう
に、窒化珪素膜１７、ＩＴＯ膜１８、アルミニウム膜１
９、テーパ加工部２０ａ、付着防止層１５および犠牲層
１６をドライエッチングにより光抽出部１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ，１７ｄに対応する形状にパターニングす
る。この後、ドライエッチングによりアモルファスシリ
コンからなる犠牲層１６をフッ化キセノン（ＸｅＦ₂）
を用いたドライエッチングにより除去する。これにより
窒化珪素膜１７が薄いリボン状で架橋構造を有する光抽
出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄとなる。なお、こ
れらの４本の光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ
の幅（面積）は、例えば１：２：４：８の比とする。

【００３２】次に、図１１に示したように、光入射側と
反対側に配設される下部基板２１を用意する。この下部
基板２１の片面には、例えばＡＲ（無反射）コーティン
グを施し、ＭｇＦ₂からなる内面反射防止用の反射防止
膜２２を形成し、この反射防止膜２２とは反対側の面
に、下部透明電極となる例えばＩＴＯ膜と、例えば酸化
珪素膜（ＳｉＯ₂）からなる絶縁層と、例えばＭｇＦ₂
からなる反射防止膜とを順次この順に形成する。更に、
この積層膜２３上に、例えばＬＰＣＶＤ法により例えば
膜厚１．１μｍの多結晶シリコン膜２４を形成する。

【００３３】次に、図１２（Ａ），（Ｂ）に示したよう
に多結晶シリコン膜２４をパターニングして、先の工程
で上部基板１１側に形成した光抽出部１７ａ，１７ｂ，
１７ｃ，１７ｄと、下部基板２１側の下部透明電極（Ｉ
ＴＯ膜）とが接触することを防止するためのスペーサ２
４ａを形成する。続いて、積層膜２３を電極形状（上部
基板１１側に形成した光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７
ｃ，１７ｄに対応する形状）にパターニングする。

【００３４】次に、図１３（Ａ），（Ｂ）に示したよう
に、例えば膜厚２．２μｍの多結晶シリコン膜を形成す
る。続いて、この多結晶シリコン膜をパターニングする
ことにより、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ
が形成された上部基板１１と、下部透明電極が形成され
た下部基板２１との間の基板間スペーサ２５を形成す
る。

【００３５】最後に、図１４に示したように、例えば接
合層としてＩｎ（インジウム）を用いて上部基板１１と
下部基板２１とを基板間スペーサ２５を介して接合させ
ることによって一連のプロセスが終了し、異なった幅
（面積）を持つ４本の光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７
ｃ，１７ｄを備えた光スイッチング素子１０を有する光
スイッチング装置１が完成する。

【００３６】なお、上記製作プロセスの説明に用いた図
の縦横比は、分かりやすくするため、実際のものとは異
なるようにしている。実際には、例えば、リボン状の光
抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの可動部の長さ
が１２０μｍ、幅がそれぞれ４μｍ，８μｍ，１６μ
ｍ，３２μｍで、隣接する光抽出部１７ａ間の距離は
０．５μｍとなっている。

【００３７】次に、本実施の形態による光スイッチング
素子１０を構成する薄いリボン状の光抽出部１７ａにつ
いての動作を図１５（Ａ），（Ｂ）を参照して説明す
る。なお、光抽出部１７ａ以外の他の残り３本の光抽出
部１７ｂ，１７ｃ，１７ｄについても動作は同様であ
り、それぞれ独立して駆動可能である。

【００３８】まず、薄いリボン状の光抽出部１７ａ上に
形成された透明可動電極（図示せず）を接地させ電位を
０Ｖとし、上部基板１１上に形成された上部透明電極
（図示せず）に例えば＋１２Ｖの電圧を印加する。この
電位差により光抽出部１７ａと上部基板１１との間に静
電引力が発生し、図１５（Ａ）に示したように光抽出部
１７ａが上部基板１１に密着される（第１の位置）。こ
の状態で、上部基板１１のＶ字溝１１ａの傾斜面に光Ｐ
₁を垂直に入射させると、入射光Ｐ₁は上部基板１１を
透過して光抽出部１７ａに入り、光抽出部１７ａの裏面
に形成されたテーパ加工部２０ａから出射し、その後、
下部基板２１を通過して透過光Ｐ₂となる。

【００３９】次に、光抽出部１７ａを上部基板１１から
引き離して図１５（Ｂ）の状態にする。すなわち、上部
基板１１上に形成された上部透明電極（図示せず）を接
地させて電池を０Ｖとし、同時に下部基板２１上に形成
した下部透明電極（図示せず）に例えば＋１２Ｖの電圧
を印加する。その電位差により、下部基板２１の下部透
明電極と電位が０Ｖである光抽出部１７ａ上の透明可動
電極との間に静電引力が発生し、光抽出部１７ａが下部
基板２１側に引き付けられる。このとき光抽出部１７ａ
は下部基板２１上のストッパ２４ａに接触したところで
止まる（第２の位置）。この状態では、入射光Ｐ₁が、
上部基板１１の下面（全反射面１１Ａ）で全反射を起こ
し、入射側とは別に加工されたもう一方のＶ字溝１１ｂ
より全反射光Ｐ₃として出射される。

【００４０】このようにして、本実施の形態では、光抽
出部１７ａの動作により、入射光Ｐ ₁を透過光Ｐ₂と全
反射光Ｐ₃の２方向に切り替えて取り出すことができ
る。また、この光スイッチング素子１０では、可動部分
が、光抽出部１７ａだけであり、かつ光抽出部１７ａの
動かなくてはならない距離が、大きくても入射光の１波
長程度であるため、スイッチング動作が非常に高速にな
る。また、可動部となる光抽出部１７ａの上下に電極を
形成することができるため、機械的共振周波数に因らず
高速応答が可能である。

【００４１】それに加えて、本実施の形態の光スイッチ
ング素子１０では、光抽出部１７ａを含めた４本の幅
（面積）の異なる独立に駆動可能な薄いリボン状の光抽
出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄによって１画素に
ついて構成しているために、画像表示の階調表示を行う
場合に、時分割による方法だけではなく、面積による階
調表示も行うことができる。

【００４２】具体的に、１画素についての面積階調表示
と時分割による階調表示とを組み合わせた階調表示の方
法の一例について図１６を用いて説明する。面積階調表
示と時分割による階調表示とを組み合わせた場合には、
「面積×時間」で階調番号が表現できる。ここでは、階
調番号が小さいものが暗く、大きいものが明るい状態を
表している。つまり、０が最も暗い状態（黒）を表して
いる。本実施の形態ではリボン状光抽出部１７ａ，１７
ｂ，１７ｃ，１７ｄの幅（面積）をそれぞれ１：２：
４：８の比にしているために、この４つの組み合わせで
面積階調によって表示できる階調数は０から１５までの
１６段階となる。また、時分割によって表示できる階調
数は、時間を例えば１〜１６の１６段階に変化させると
して１６段階となる。そうすると、最も明るい階調の番
号は、１５×１６＝２４０となり、これに０を加えて２
４１段階の階調表示が可能ということになる。

【００４３】但し、単純な時間と面積の組み合わせだけ
では、階調番号に重複が生じるために、図１６で白抜き
数字で表示されている階調番号の部分の表示にとどま
り、表示できる階調数は９９であり、９９段階の階調表
示ができることになる。なお、階調番号が重複する場合
には、時間が大きい方を優先している。残りの２４１−
９９＝１４２種類の階調番号の表示は、この白抜き数字
で表示されている９９種類の階調番号を組み合わせるこ
とにより行われる。例えば、階調番号２３９を表示した
い場合には、面積１５で時間１５の間、その後、面積を
１４にして残りの時間１の間表示を行えば、１５×１５
＋１４×１＝２３９となる。他の階調番号についても同
様に表示することが可能であり、２４１段階の階調表示
が可能である。

【００４４】このように本実施の形態では、４本の幅
（面積）の異なる独立に駆動可能な薄いリボン状の光抽
出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを備えた光スイッ
チング素子１０を用いることによって、同一画素内で面
積階調表示と時分割による階調表示を組み合わせて使用
でき、２４１段階もの階調表示が可能である。よって、
この光スイッチング素子１０を１次元に配列して構成し
たもので、超高精細化に対応することができる。また、
ディジタル制御による階調表示が可能であるため、階調
表現が非常に正確な光スイッチング素子１０を実現でき
る。現状のＴＶシステムで使用される程度の解像度であ
れば、１画素について１本の光抽出部を使用し、時分割
のみで階調表示を行うことも可能であるが、今後ますま
す高解像度化が進められていくと、時分割だけで階調表
示を行うには、光スイッチング素子そのものの周波数特
性だけでなく、駆動回路や信号処理回路にも非常に高い
周波数特性（数１００ＭＨｚ〜数ＧＨｚ）が要求される
ようになる。この場合においても、本実施の形態の光ス
イッチング素子１０によれば、面積階調表示と時分割に
よる階調表示を組み合わせることができるので、この駆
動周波数を数１０分の１以下にすることができ、光スイ
ッチング素子１０および駆動回路・信号処理回路の負担
を軽くすることができる。

【００４５】本実施の形態では、入射光Ｐ₁に対して、
上部基板１１の全反射面１１Ａからの全反射光Ｐ₃、お
よび光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを透過し
た透過光Ｐ₂の双方を利用することもでき、透過光Ｐ₂
または全反射光Ｐ３のいずれか一方を利用することもで
きる。透過光Ｐ₂および全反射光Ｐ₃の両方を利用する
場合には、非常にクロストークの少ない２方向の光偏光
素子として使用することができる。全反射光Ｐ₃のみを
利用する場合には光効率の高いスイッチング素子を構成
することができ、透過光Ｐ₂のみを利用する場合には、
コントラストの高い光スイッチング素子を構成できる。
なお、いずれか一方の光を利用する場合の具体的な構成
については後述する。

【００４６】ところで、このような全反射部材を利用し
た光スイッチング素子１０では、全反射面１１Ａに全反
射条件を満たす角度で入射光Ｐ１を入射させる必要があ
る。つまり、上部基板１１の片側を全反射面として利用
する場合には、両面が平行なガラス基板そのままでは、
全反射条件を満たす入射角（臨界角）で光を入射させる
ことができない。

【００４７】これに対して、本実施の形態では、上部基
板１１にエッチングや成型、機械加工等によってＶ字溝
１１ａの加工を施し、臨界角以上の入射角で光を入射さ
せることができるようにしている。同様に、全反射光Ｐ
₃が上部基板１１の表面において再び全反射してしまわ
ないように、全反射光Ｐ₃の上部基板１１からの出射部
にも同様のＶ字溝１１ｂの加工を施している。これによ
り本実施の形態では、入射光Ｐ₁に対して全反射光Ｐ₃
を効率良く取り出すことができる。

【００４８】なお、このようなＶ字溝１１ａ，１１ｂの
加工を施す代わりに、光の入射部および反射光の出射部
の両方を覆うマイクロプリズム、または入射部および出
射部それぞれを覆うマイクロプリズムを用いることでも
同様な効果が期待できる。また、マイクロプリズムでは
なく、光の入射部および反射光の出射部の両方を覆い、
かつ全反射面に中心のあるシリンドリカルレンズでも代
用することが可能である。これらの具体的な例について
は変形例として後述する。

【００４９】また、本実施の形態では、光抽出部１７ａ
を上部基板１１の全反射面１１Ａに密着もしくは近接場
光を抽出できる距離以下に近接させて光を抽出した場
合、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄでの抽出
光の処理が問題となる。すなわち、光抽出部１７ａ，１
７ｂ，１７ｃ，１７ｄの光抽出面と対向する面が平行の
ままで何の処理も施されていない場合には、この対向面
から光が出射することがなく、全反射して光スイッチン
グ素子として機能しなくなる。そこで、本実施の形態で
は、この光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの光
抽出面と対向する面にエッチング加工により、光の入射
角が臨界角よりも小さくなるよう角度をつけた部分（テ
ーパ加工部２０ａ）を設け、このテーパ加工部２０ａか
ら光が出射できるようにしている。

【００５０】これにより、この光スイッチング素子１０
では、入射光Ｐ１に対して、光抽出部１７ａ，１７ｂ，
１７ｃ，１７ｄの透過光Ｐ２および上部基板１１での全
反射光Ｐ₃の両方の光を利用することが可能となる。な
お、全反射光Ｐ₃のみを利用する光スイッチング素子と
して使用する場合には、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７
ｃ，１７ｄの光抽出面と対向する面上に、光吸収層を設
けることにより、一方向のみの光スイッチングが可能と
なる（図２２参照）。

【００５１】逆に、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，
１７ｄの透過光Ｐ₂のみを利用する光スイッチング素子
として使用する場合には、全反射光Ｐ₃の上部基板１１
からの出射部にＶ字溝の加工を施すことなく平面のま
ま、もしくは、全反射する角度に加工しておくことで、
再び全反射を起こし反射光は上部基板１１から出射しな
いで、上部基板１１内をその基板と平行な方向に導き出
すことができる（図２１参照）。但し、このような構成
とする場合には、基板上に製作した構造物、成膜された
層の影響により光が減衰したり、しみ出したりすること
があるため、コントラストを悪化させる原因となる場合
があるので十分注意が必要である。同様に、光抽出部１
７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの透過光Ｐ₂のみを利用
する光スイッチング素子とする場合には、全反射光Ｐ₃
の上部基板１１からの出射部にＶ字溝加工を施す代わり
に光吸収層を設けることで、上部基板からの光の出射を
吸収してしまうことも可能である（図２０参照）。

【００５２】本実施の形態では、可動部分が薄いリボン
状の光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄのみであ
るため、可動部分が小型軽量となり、その駆動には大き
な力を必要とせず、静電引力で十分である。この際、静
電引力を発生させる電極として、上部基板１１の全反射
面１１Ａおよび光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７
ｄの双方に透明電極を設けることも、光が透過する部分
だけ避けるように成膜された不透明の導電膜、例えばア
ルミニウム（Ａｌ）膜等を用いることも可能である。

【００５３】また、上部基板１１の全反射面１１Ａに光
抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが付着（スティ
ッキング）してしまうのを防ぐため、スイッチングを行
っていない間、全反射ミラー面と光抽出部が離れた状態
にするためと、より高速に駆動できるようにするため
に、上部基板１１と光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，
１７ｄを挟んで対向する下部基板２１上にも、透明電極
を用いているが、光が透過する部分だけ避けるように成
膜された不透明の電極を用いることもできる。

【００５４】なお、例えば、付着防止層１５によって光
抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの全反射面１１
Ａへの付着（スティッキング）を十分に防ぐことができ
たり、駆動の高速性を十分に保つことができる場合等に
は、必ずしも下部基板１１を用いる必要はない。

【００５５】また、入射光Ｐ₁に対して全反射光Ｐ₃だ
けを利用する光スイッチング素子において、光抽出部１
７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄの光抽出面と対向する面
上に光吸収層を設ける場合には、全反射面を持たない下
部基板２１としては、ガラスである必要はなく、シリコ
ン（Ｓｉ）基板を使用することも可能である。勿論、こ
の場合、透明電極を用いる必要も、不透明な電極を光が
透過する部分だけ避ける形状に成膜する必要もない。

【００５６】以下、図１７〜図２３を参照して、上述し
た本実施の形態の変形例について説明する。なお、上記
実施の形態と同一構成部分については、同一を符号を付
してその説明は省略する。また、基本的な構成および作
用効果は上記実施の形態と同様であるので、以下では異
なる部分についてのみ説明する。

【００５７】図１７〜図１９は、それぞれ上部基板１１
における全反射光および光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７
ｃ，１７ｄの透過光を共に利用可能な光スイッチング素
子、図２０は、透過光のみ利用可能な光スイッチング素
子、図２１は、基本的には透過光のみ利用するスイッチ
ング素子ではあるが、全反射光も利用可能となり得る光
スイッチング素子、図２２および図２３は、全反射光の
み利用可能なスイッチング素子をそれぞれ示している。

【００５８】〔変形例１〕図１７に示した光スイッチン
グ素子では、図１５において上部基板１１の下面で全反
射可能な角度で光Ｐ₁を入射させるために用いたＶ字溝
１１ａ，１１ｂの代わりに、上部基板１１の下面に中心
を持つシリンドリカルレンズ４１を用いたものである。
この光スイッチング素子では、上部基板１１の下面で全
反射可能な角度に光Ｐ₁を入射させることができる。但
し、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ上に形成
するテーパ加工部２０ａの角度および大きさは、図１５
の場合とは異なる値に設定する必要がある。

【００５９】〔変形例２〕図１８に示した光スイッチン
グ素子では、図１５のＶ字溝１１ａ，１１ｂの代わり
に、断面が等脚台形のマイクロプリズム４２を用いてい
る。光の入射角度が図１５の場合と同じで、台形断面の
傾斜面が光の入射角度に垂直であるならば（すなわち、
図１５のＶ字溝１１ａ，１１ｂの傾斜角度と台形断面の
傾斜角度とが等しければ）、上部基板１１を除く光抽出
部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ等その他の部分の構
造は、図１５と同じでよい。

【００６０】図１９に示した光スイッチング素子では、
図１５のＶ字溝１１ａ，１１ｂの代わりに、断面が二等
辺三角形のマイクロプリズム４３を光の入射部と全反射
光の出射部とにそれぞれ用いている。図１８の場合と同
様に、光の入射角度が図１５の場合と同じで、二等辺三
角形断面の底角が光の入射角度に垂直であるならば（す
なわち、図１５のＶ字溝１１ａ，１１ｂの傾斜角度と二
等辺三角形断面の底角とが等しければ）、上部基板１１
を除く光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ等その
他の部分の構造は、図１５と全く同じで構わない。

【００６１】図２０に示した光スイッチング素子では、
図１５の上部基板１１の出射側のＶ字溝１１ｂの代わり
に、光吸収層４４を設けている。この光吸収層４４によ
り上部基板１１の底面からの全反射光Ｐ３が吸収される
ので、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄからの
透過光Ｐ２のみ有効に利用可能である。

【００６２】図２１に示した光スイッチング素子では、
上部基板１１の出射側のＶ字溝１１ｂの上部基板１１の
上面となす角度θを、入射側のＶ字溝１１ａとは異な
り、全反射光Ｐ₃が基板内を基板上面にほぼ平行に進む
ような角度に設定している。例えば、入射光Ｐ₁の上部
基板１１に対する入射角を４５度とした場合、θ＝１５
７．５度にすればよい。これにより、上部基板１１の下
面での全反射光Ｐ₃がＶ字溝１１ｂで再度全反射し、上
部基板１１内を進行して基板外に導かれる。この光は、
基板端面や基板外部で吸収してしまったり、スイッチン
グされた光として利用することも可能である。但し、上
部基板１１の上に種々の構造物が製作された場合には、
その部分に光が入射してしまうと、ノイズになったり減
衰したりしてしまうので、注意が必要である。

【００６３】図２２に示した光スイッチング素子は、図
１５における光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ
上に形成されたテーパ加工部２０ａの代わりに、光吸収
層４５を形成したものである。この光吸収層４５により
上部基板１１から光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１
７ｄに透過してきた光Ｐ２が吸収され、全反射光Ｐ３の
み有効な光スイッチング素子となる。勿論、このスイッ
チング素子では、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１
７ｄにテーパ加工部を設ける必要はない。

【００６４】図２３に示した光スイッチング素子は、下
部基板２１上の光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７
ｄを透過してきた光Ｐ₂が当たる部分に光吸収層４６を
形成したものである。これにより全反射光Ｐ₃のみ有効
な光スイッチング素子となる。

【００６５】以上、変形例について説明したが、上記の
Ｖ字溝と光吸収層との組み合わせだけでなく、マイクロ
プリズムやシリンドリカルレンズと光吸収層との組み合
わせを適用することも可能である。

【００６６】〔画像表示装置〕図２４は、上記スイッチ
ング素子１０ないしスイッチング装置１を用いた画像表
示装置の一例として、プロジェクションディスプレイの
構成を表すものである。ここでは、スイッチング素子１
０からの全反射光Ｐ３を画像表示に使用する例について
説明する。勿論、光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１
７ｄの透過光Ｐ２を利用するようにしてもよい。

【００６７】このプロジェクションディスプレイは、赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）各色の光源３１ａ，３１
ｂ，３１ｃと、各光源に対応して設けられたスイッチン
グ素子アレイ３２ａ，３２ｂ，３２ｃ、ミラー３３ａ，
３３ｂ，３３ｃ、プロジェクションレンズ３４、１軸ス
キャナとしてのガルバノミラー３５およびスクリーン３
６を備えている。ＲＧＢの光源３１ａ，３１ｂ，３１ｃ
としては、ＲＧＢのレーザを用いる方法、白色光源から
の光にダイクロイックミラーやカラーフィルタ等を用い
てＲＧＢの光を作る方法等がある。なお、３原色は、赤
緑青の他、シアン，マゼンダ，イエローとしてもよい。
スイッチング素子アレイ３２ａ，３２ｂ，３２ｃはそれ
ぞれ、上記スイッチング素子１０を紙面に対して垂直な
方向に複数、必要画素数分、例えば１０００個が１次元
に配列され、ライトバルブ（空間光変調器）を構成して
いる。

【００６８】このプロジェクションディスプレイでは、
ＲＧＢ各色の光源３１ａ，３１ｂ，３１ｃから出た光
は、それぞれ光スイッチング素子アレイ３２ａ，３２
ｂ，３２ｃに入射される。各光スイッチング素子１０か
らの全反射光Ｐ₃は、ミラー３３ａ，３３ｂ，３３ｃに
よりプロジェクションレンズ３４に集光される。プロジ
ェクションレンズ３４で集光された光は、ガルバノミラ
ー３５によりスキャンされ、スクリーン３６上に２次元
の画像として投影される。

【００６９】このように、このプロジェクションディス
プレイでは、複数個の光スイッチング素子１０を１次元
に配列し、ＲＧＢの光をそれぞれ照射し、スイッチング
後の光を１軸スキャナにより走査することによって、２
次元画像を表示することができる。

【００７０】ここで、上述のように本実施の形態におけ
る４本の幅（面積）の異なる独立に駆動可能な薄いリボ
ン状の光抽出部１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄを備え
た光スイッチング素子１０では、同一画素内で面積階調
表示と時分割による階調表示とを組み合わせたディジタ
ル制御による２４１段階もの階調表示が行われるので、
超高精細な階調表示を非常に正確に行うことが可能にな
る。

【００７１】なお、光スイッチング素子１０の応答速度
が十分高速であるために、ＲＧＢ各色につき１つの光ス
イッチング素子１次元アレイを用い、この光スイッチン
グ素子１次元アレイに対してＲＧＢの光を時分割で切り
換えて照射して、カラー画像表示を行うこともできる。

【００７２】以上実施の形態および変形例を挙げて本発
明を説明したが、本発明は上記実施の形態および変形例
に限定されるものではなく、種々変形可能である。例え
ば、上記実施の形態では、光スイッチング装置１とし
て、光スイッチング素子１０を１次元に配列した構成の
ものとしたが、２次元に配列したものとしてもよい。

【００７３】また、上記実施の形態では、１画素を構成
する光抽出部を４本とし、それぞれの幅（面積）が異な
り１：２：４：８の比になる例について説明したが、光
抽出部は複数であれば何本でもよく、また、その幅は何
本かが同じ幅であっても、全部が同じ幅であってもよ
い。１画素を構成する複数の光抽出部をすべて同じ幅に
した場合には、光抽出部の本数を多くしなくては、上記
実施の形態と同様な駆動周波数低下効果は得られない
が、その反面、光抽出部の製造プロセス上は同じ構造を
複数作るだけでよくなるので、製造がより容易になる。

【００７４】更に、上記実施の形態では、本発明の光ス
イッチング素子をディスプレイに用いた例について説明
したが、本発明の光スイッチング素子を例えば光プリン
タに用いて感光性ドラムへの画像の描きこみをする等、
ディスプレイ以外のデバイスにも適用することも可能で
ある。

【００７５】

【発明の効果】以上説明したように本発明の光スイッチ
ング素子または光スイッチング装置によれば、入射光を
全反射可能な全反射面を有する全反射部材と、この全反
射部材の全反射面に対して密着もしくは近接場光を抽出
できる距離以下に近接した第１の位置と、近接場光を抽
出できる距離以上に離れた第２の位置との間で位置の切
り替えが可能であると共に１画素を構成する透光性の複
数の薄い光抽出部とを備えるようにしたので、可動部分
の光抽出部を小型軽量にできるため、高速応答が可能に
なるとともに、１画素について複数の光抽出部の位置の
切り替えを選択的に行うことができるので、面積階調に
よる階調表示が可能になる。

【００７６】また、本発明の画像表示装置によれば、本
発明の光スイッチング素子を１次元に配列し、この１次
元アレイ構造の光スイッチング装置に、３原色の光を照
射し一軸スキャナによって走査するようにしたので、２
次元画像を表示できると共に、超高精度で階帳表現が非
常に正確なディジタル階調表示が可能になり超高品位の
画質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る光スイッチング装
置の構成を表す斜視図である。

【図２】図１に示した光スイッチング装置の製造工程を
説明するための平面図および断面図である。

【図３】図２の工程に続く工程を説明するための平面図
である。

【図４】図３の工程に続く工程を説明するための断面図
である。

【図５】図４の工程に続く工程を説明するための平面図
および断面図である。

【図６】図５の工程に続く工程を説明するための断面図
である。

【図７】図６の工程に続く工程を説明するための断面図
である。

【図８】図７の工程に続く工程を説明するための断面図
である。

【図９】図８の工程に続く工程を説明するための断面図
である。

【図１０】図９の工程に続く工程を説明するための平面
図である。

【図１１】図１０の工程に続く工程を説明するための断
面図である。

【図１２】図１１の工程に続く工程を説明するための断
面図である。

【図１３】図１２の工程に続く工程を説明するための平
面図である。

【図１４】図１３の工程に続く工程を説明するための断
面図である。

【図１５】図１に示した光スイッチング装置の動作を説
明するための断面図である。

【図１６】図１に示した光スイッチング装置において、
１画素についての面積階調表示と時分割による階調表示
とを組み合わせた階調表示の方法の一例を示す説明図で
ある。

【図１７】図１に示した光スイッチング装置の変形例を
説明するための断面図である。

【図１８】図１に示した光スイッチング装置の他の変形
例を説明するための断面図である。

【図１９】図１に示した光スイッチング装置の更に他の
変形例を説明するための断面図である。

【図２０】図１に示した光スイッチング装置の更に他の
変形例を説明するための断面図である。

【図２１】図１に示した光スイッチング装置の更に他の
変形例を説明するための断面図である。

【図２２】図１に示した光スイッチング装置の更に他の
変形例を説明するための断面図である。

【図２３】図１に示した光スイッチング装置の更に他の
変形例を説明するための断面図である。

【図２４】図１に示した光スイッチング装置を適用した
ディスプレイの構成図である。

【図２５】従来の液晶を用いた光スイッチング素子の構
成図である。

【図２６】従来のマイクロミラー（片持ち式）を用いた
光スイッチング素子の構成図である。

【図２７】図２６の光スイッチング素子の作用を説明す
るための図である。

【図２８】従来のマイクロミラー（両持ち式）を用いた
光スイッチング素子の構成図である。

【図２９】図２８の光スイッチング素子の作用を説明す
るための図である。

【図３０】従来の回折格子を用いた光スイッチング素子
の作用を説明するための図である。

【符号の説明】

１１…上部基板（全反射部材）、１１ａ，１１ｂ…Ｖ字
溝、１１Ａ…全反射面、１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７
ｄ…光抽出部、２１…下部基板、２４ａ…スペーサ、２
５…基板間スペーサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光を全反射可能な全反射面を有する
全反射部材と、この全反射部材の全反射面に対して密着もしくは近接場
光を抽出できる距離以下に近接した第１の位置と、前記
近接場光を抽出できる距離以上に離れた第２の位置との
間で位置の切り替えが可能であると共に、１画素を構成
する透光性の複数の光抽出部とを備えたことを特徴とす
る光スイッチング素子。
【請求項２】前記複数の光抽出部のうち、少なくとも
２つは入射光を抽出する面の面積が互いに異なることを
特徴とする請求項１記載の光スイッチング素子。
【請求項３】前記複数の光抽出部の全てが入射光を抽
出する面の面積が互いに異なることを特徴とする請求項
２記載の光スイッチング素子。
【請求項４】前記複数の光抽出部の入射光を抽出する
面の面積の比が２ⁿ（ｎは０以上の整数）であることを
特徴とする請求項３記載の光スイッチング素子。
【請求項５】前記光抽出部を入射光の導出方向に応じ
て第１の位置または第２の位置に変位させるための駆動
手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光スイッ
チング素子。
【請求項６】前記光抽出部が第２の位置にあるとき
に、前記全反射部材の全反射面からの反射光を利用する
ことを特徴とする請求項１記載の光スイッチング素子。
【請求項７】前記光抽出部が第１の位置にあるとき
に、前記全反射部材および前記光抽出部を透過した光を
利用することを特徴とする請求項１記載の光スイッチン
グ素子。
【請求項８】前記全反射部材からの全反射光および前
記光抽出部を透過した透過光の双方を利用し、２方向の
光の偏光素子として使用されることを特徴とする請求項
１記載の光スイッチング素子。
【請求項９】前記全反射部材は、一方の面が光入射面
であり、他方の面が前記光抽出部が第２の位置にあると
きに全反射面または前記光抽出部が第１の位置にあると
きに光出射面となる一対の平行面を有する透光性基板で
あることを特徴とする請求項５記載の光スイッチング素
子。
【請求項１０】前記透光性基板の光入射面側に、一対
のＶ字溝を有し、一方のＶ字溝で入射光を前記全反射面
に導き、他方のＶ字溝で前記全反射面での反射光を外部
に導くことを特徴とする請求項９記載の光スイッチング
素子。
【請求項１１】前記透光性基板の光入射面側に、入射
光の導入部および前記全反射面での反射光の出射部とな
るマイクロプリズムが配設されていることを特徴とする
請求項９記載の光スイッチング素子。
【請求項１２】前記透光性基板の光入射面側に、入射
光の導入部および前記全反射面での反射光の出射部とな
るマイクロシリンドリカルレンズが配設されていること
を特徴とする請求項９記載の光スイッチング素子。
【請求項１３】前記光抽出部は、架橋構造を有する板
状の透光性基板であることを特徴とする請求項１記載の
光スイッチング素子。
【請求項１４】前記光抽出部の全反射部材側とは反対
側の面に、前記光抽出部が第１の位置にあるときに、前
記全反射部材を透過した入射光の前記光抽出部での全反
射を防止する全反射防止部を有することを特徴とする請
求項１記載の光スイッチング素子。
【請求項１５】前記全反射防止部は、全反射しない角
度を有し、入射光を前記全反射部材側とは反対の方向へ
導く透光性のテーパ加工部であることを特徴とする請求
項１４記載の光スイッチング素子。
【請求項１６】前記全反射防止部は、入射光を吸収す
る光吸収層であることを特徴とする請求項１４記載の光
スイッチング素子。
【請求項１７】前記透光性基板の光入射側の面に全反
射面からの反射光を吸収する全反射光吸収層を有するこ
とを特徴とする請求項９記載の光スイッチング素子。
【請求項１８】前記透光性基板は、前記全反射面から
の反射光を基板内での全反射の繰り返しにより端面方向
に導くための全反射部を有し、前記透光性基板の端面方向と前記光抽出部の透過方向と
の２方向に光を偏光することを特徴とする請求項９記載
の光スイッチング素子。
【請求項１９】前記駆動手段は、前記全反射部材の全
反射面および前記光抽出部に互いに対向して配設された
一対の透明電極と、前記一対の透明電極に電圧を印加す
る電圧印加手段とを有し、前記光抽出部の駆動が前記透
明電極間の電位差によって生じた静電引力により行われ
ることを特徴とする請求項１記載の光スイッチング素
子。
【請求項２０】更に、前記光抽出部の前記透光性基板
とは反対側の位置に前記全反射部材に対向し、前記光抽
出部から出射された光が入射される他の透光性基板を備
えたことを特徴とする請求項９記載の光スイッチング素
子。
【請求項２１】前記他の透光性基板の光入射側の面に
前記光抽出部から出射された光を吸収する光吸収層を有
することを特徴とする請求項２０記載の光スイッチング
素子。
【請求項２２】前記駆動手段は、前記全反射部材の全反射面、前記光抽出部、および前記
他の透光性基板の前記光抽出部との対向面にそれぞれ互
いに対向して配設された３つの透明電極と、前記３つの
透明電極に電圧を印加する電圧印加手段とを有し、前記
光抽出部の駆動が透明電極間の電位差によって生じた静
電引力により行われることを特徴とする請求項２０記載
の光スイッチング素子。
【請求項２３】複数の光スイッチング素子を有するス
イッチング装置であって、前記光スイッチング素子が、入射光を全反射可能な全反
射面を有する全反射部材と、この全反射部材の全反射面
に対して密着もしくは近接場光を抽出できる距離以下に
近接した第１の位置と、前記近接場光を抽出できる距離
以上に離れた第２の位置との間で位置の切り替えが可能
であると共に１画素を構成する透光性の複数の光抽出部
とを備えたことを特徴とするスイッチング装置。
【請求項２４】前記スイッチング装置が、前記複数の
光スイッチング素子が１次元に配列された空間光変調器
であることを特徴とする請求項２３記載のスイッチング
装置。
【請求項２５】複数の光スイッチング素子に、３原色
の光を照射しスキャナによって走査することで２次元画
像を表示する画像表示装置であって、前記光スイッチング素子が、入射光を全反射可能な全反
射面を有する全反射部材と、この全反射部材の全反射面
に対して密着もしくは近接場光を抽出できる距離以下に
近接した第１の位置と、前記近接場光を抽出できる距離
以上に離れた第２の位置との間で位置の切り替えが可能
であると共に、１画素を構成する透光性の複数の光抽出
部とを備えたことを特徴とする画像表示装置。