JP2002221678A - 光スイッチングデバイス、その製造方法および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光干渉型の光スイッチングデバイスであっ
て、製造が容易で、光学的な性能も向上できる光スイッ
チングデバイスを提供する。 【解決手段】 半透過体２２と高反射体４２との距離ｄ
を制御する干渉型の光スイッチングデバイス４におい
て、ガラス基板２１の側に薄膜状の半透過体２２を形成
し、別の基板３１にアクチュエータ３３と、このアクチ
ュエータ３３により上下方向に駆動する反射体４２とを
形成する。これら基板２１および３１は別々に製造でき
るので、歩留まりを改善できる。また、反射面４１の加
工が用意であり、反射効率が高く明るい画像を表示可能
な光スイッチングデバイスを提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、直視型の画像表示
装置あるいはプロジェクタ装置などに用いられる光スイ
ッチングデバイスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】プロジェクタなどにおいて、所望の画像
を形成する画像表示装置として、高速で光をオンオフ可
能なＤＭＤなどの光スイッチングデバイスが知られてい
る。さらに、ＤＭＤのように反射性のミラーの角度を変
えて光をオンフオフするものではなく、反射性のミラー
と半透過性のミラーを用い、それらの距離を変えて光を
制御する干渉型のデバイスが検討されている。図１２
（ａ）および（ｂ）に示す干渉型表示素子は初澤ら（T.
IEE Japan, Vol,119-E, No 12,'99,pp631-635）が提案
しているものである。この干渉型のデバイス１００は、
シリコン基板１０１に高反射性のミラー（底部ミラー）
１０２を設け、この底部ミラー１０２の上に適当な間隔
Ｄを空けてハーフミラー１０３を設けたものである。こ
のハーフミラー１０３は、透明電極１０４を兼ねてお
り、ギャップ間隔を開けるＳｉＯ２などの部材がシリコ
ン基板１０１との間に配置されている。

【０００３】この干渉型素子１００は、図１２（ｂ）に
示すように、適当な電圧が印加されると基板１０１の側
の底部ミラー１０２と上方のハーフミラー１０３との間
に静電吸引力が働く。したがって、ハーフミラー１０３
の位置が上下方向に制御され、ハーフミラー１０３と底
部ミラー１０２との光路差が半波長（λ／２）ずれるに
従って干渉が起こり、明暗のコントラスト変化が起こ
る。例えば、波長λの単色光を用いた場合は、ハーフミ
ラー１０３が上下し、底部ミラー１０２との距離Ｄがλ
／４変化すると明暗の変化が起こる。したがって、白色
光を用いて、上下に動くハーフミラー１０３の位置を高
精度に制御すれば、干渉色によりカラー表示も可能とな
る。このため、この干渉型素子１００を多数集積する
と、反射型のディスプレーを構成できる。そして、従来
の白色光を３原色の各色光に時分割するカラーフィルタ
などを用いるカラー表示方法に比べて、画素の集積度が
約３倍の向上することが期待されており、また、液晶を
用いないことで、機械要素であるミラーにすることで、
数１０μｇオーダで形成でき、高速な応答が可能であ
り、さらに、静電駆動を用いることで、消費電力を低減
できることも期待されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このように、光干渉型
素子を用いたデバイスは、従来の液晶デバイスより小型
化が容易であり、さらに高速応答が可能で消費電力も少
ないといった多くのメリットを備えている。しかしなが
ら、上記の干渉型のデバイス１００は実用化に向けて多
くの問題を抱えている。たとえば、透明電極１０４は、
ハーフミラー１０３を兼ねており、すなわち、駆動（ア
クチュエータ）構造と、光学構造とが同一の部品で形成
されている。このため、それぞれの役割を考慮して最適
化しようとしても、構造、材質などの面から非常に困難
である。たとえば、透明電極にアルミニウムなどを蒸着
して適当な反射率を一様に得ようとすることは量産レベ
ルでは不可能にちかい。さらに、静電力により透明電極
を兼ねたハーフミラーが撓んでしまうので、色のにじみ
などが表れてしまい高解像度の画像を得ることは困難で
ある。

【０００５】これに対し、Ｍ．Ｗ．Ｍｉｌｅｒ（SID 00
DIGEST/pp32-35）において、図１３に示すようような
変調器を提案している。この装置１１０では、薄膜１１
３をガラス基板上１１１に設け、それに対向するように
下方にアルミニウム製の薄膜１１２を設ける。そして、
アルミニウム製の薄膜１１２を静電力で動かすことによ
り、スイッチングする。図１３の左側に示すように、ア
ルミニウム製の薄膜１１２が離れた状態では、白色光７
１が照射されると特定の色の光７２が出力され、一方、
図１３の右側に示す、アルミニウム製の薄膜１１２が薄
膜１１３に接触すると色が変わったり黒くなったりする
ことが報告されている。

【０００６】この図１３に示された装置１１０では、ア
クチュエータとして可動する膜１１２はアルミニウム製
であるため、上記のように透明電極の透過率を適当に変
えるような作業は不要であり、その点では上記の干渉性
素子よりも量産に適している。しかしながら、アクチュ
エータとして可動する膜１１２がたわんだりすると光学
的性能が悪化するので、にじみなどの原因となり、画像
表示装置として適した構成とはなっていない。さらに、
静電特性や電極を支持する部材を配置することを考える
と、薄膜１１２の材質およびサイズ（面積）などが限定
されてしまい、選択できる範囲は広くない。

【０００７】また、薄膜１１３および１１２を支持する
基板１１１は共通で、さらに透過性の高いガラスなどに
材料が限定されてしまう。したがって、画素を制御する
回路を画像デバイス中に作り込もうとすると、液晶基板
と同様に透明電極などを用いた複雑な製造プロセスが必
要となり、低コストで製造することができない。

【０００８】このように、光干渉型のデバイスは幾つか
提案されているが、色にじみなく所望の色の画素を表示
できるデバイスはなく、また、実際に画像表示デバイス
として利用可能な程度に明るく、また、量産性が良く、
さらに低コストで歩留まり良く製造できるものは開示さ
れていない。

【０００９】そこで、本発明においては、光干渉型のデ
バイスであって、色にじみのない画素を表示可能であ
り、量産性も高く、さらに、低コストでスイッチング素
子の制御回路も組み込むことができる光スイッチングデ
バイスを提供することを目的としている。また、本発明
の光干渉型のデバイスを用いて低コストで高解像度のカ
ラー表示が可能な画像表示装置を提供することも本発明
の目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、半透過体と反射体との距離を制御する干渉型の光
スイッチングデバイスの半透過体と、反射体とを１つの
基板上に配置するのではなく、異なる基板に配置して、
それらの基板を合わせることにより干渉型のデバイスを
構成するようにしている。そして、反射体を、半透過体
と反射体との距離（位置）を制御するアクチュエータに
重ねて形成することにより、半透過体および反射体の機
能をアクチュエータの機能と分離し、それぞれを最適化
できるようにしている。

【００１１】すなわち、本発明の、透過体と反射体との
距離を変えることによりオンオフおよび／または色を制
御可能な複数の光スイッチング素子を有する光スイッチ
ングデバイスにおいては、半透過体が形成された第１の
基板と、反射体が該反射体を駆動可能なアクチュエータ
に重ねて形成された第２の基板とを有する。この光スイ
ッチングデバイスは、第１の基板に半透過体を形成する
第１の工程と、第２の基板に、反射体を、該反射体を駆
動可能なアクチュエータに重ねて形成する第２の工程
と、第１および第２の基板を半透過体と反射体とが対面
するように組み合わせる工程とを有する製造方法により
製造することができる。

【００１２】本発明の光スイッチングデバイスでは、半
透過体を第１の基板に設けることができ、動かす必要は
ない。さらに、スイッチングは別の基板に支持された反
射体を駆動することによって行われる。したがって、透
明電極を半透過性に加工する必要はなく、ガラスなどの
透明な基板上に適当な材質の半透過性の薄膜を形成する
ことにより製造できる。さらに、個々の画素を形成する
スイッチング素子のオンオフは反射体で行われ、反射体
は別基板に配置される。したがって、反射体を支持する
必要もなく、半透過体を光スイッチング素子あるいは画
素毎に分離する必要もなくなる。このため、第１の基板
をガラス板などの透明基板とし、この透明基板の一方の
面に、半透過体となる半透過層を各画素を構成する光ス
イッチング素子にわたり連続して形成することが可能で
ある。したがって、本発明の光スイッチングデバイスで
あれば、半透過体をガラス板などの透明基板を第１の基
板とし、その上にスピンコートや、誘電体や金属を多層
に蒸着するといった公知の薄膜技術により、容易に、そ
して精度良く形成できる。このため、膜厚などの性能が
均一で精度が高くバラツキの少ない半透過体を容易に設
けることができる。

【００１３】また、反射体を第１の基板とは別の第２の
基板に設けることにより、反射体を第１の基板に対して
駆動する必要がなくなるので、反射体、それ自体をアク
チュエータとしなくても、第２の基板に対して反射体を
動かすアクチュエータを設け、それにより反射体を駆動
することができる。したがって、反射体にアクチュエー
タとしての機能を兼用させる必要がなくなり、反射体が
たわんで色がにじんだりすることなく、クリアな色の画
素あるいは画像を形成可能な光スイッチングデバイスを
提供できる。

【００１４】また、反射体は光学素子としての機能を備
えていれば良いので、隣接する反射体とのクリアランス
も小さくて良い。したがって、画素の分離間隔を小さく
することが可能となり、高解像度で明るい画像を表示可
能な干渉型の光スイッチングデバイスを提供できる。

【００１５】さらに、第２の基板に対してアクチュエー
タにより駆動される光学素子が反射型であるので、第２
の基板は透明である必要がない。したがって、第２の基
板としてシリコン基板などの半導体回路を形成するが容
易で実績のある基板を用いることができる。このため、
各々の光スイッチング素子を駆動する制御回路を第２の
基板に組み込むことが容易であり、駆動回路付きの光干
渉型の光スイッチングデバイスを低コストで提供するこ
とが可能となる。

【００１６】さらに、反射体がアクチュエータを兼ねる
必要がないので、アクチュエータとしても静電型に限ら
ずピエゾなどの他の手段を用いることができる。しかし
ながら、電極を積層する静電型のアクチュエータがフォ
トリソグラフィ技術を用いて製造することが可能であ
り、消費電力が低くなるなどのメリットもあるので適し
ている。

【００１７】このように、本発明の干渉型の光スイッチ
ングデバイスは、透過体を第１の基板に形成し、反射体
を第２の基板に形成することにより、色にじみなどのな
い光学的に優れ、さらに、スイッチング面積の大きな明
るい反射型の光スイッチングデバイスである。そして、
透過体および反射体を別基板で製造するので、それぞれ
の層を製造する歩留まりが分散あるいは独立となり、こ
れらを１つの基板に作成していたときのように歩留まり
が重なって光スイッチングデバイスの歩留まりが低下す
るのを防止できる。このため、低コストで性能の良い光
スイッチングデバイスを提供することができる。そし
て、本発明の光スイッチングデバイスは反射型なので、
これを用いて反射型の液晶パネルと同様の直視型の画像
表示装置を提供できる。そして、液晶パネルより高速
で、高解像度であり、さらに、消費電力も少ない画像表
示装置を提供でき、携帯電話などの表示パネルとして採
用することが可能である。

【００１８】また、本発明の光スイッチングデバイス
と、この光スイッチングデバイスに光を入射可能な光源
と、光スイッチングバイスにより変調された光をスクリ
ーン上に投影するレンズシステムとを設けることで、ス
クリーンに画像を投影するプロジェクタ型の画像表示装
置として提供することも可能である。これらの画像表示
装置は、後で詳述するが、干渉型の光スイッチングデバ
イスは、それ自体が波長選択性があるので、カラーフィ
ルタを省くことができる。したがって、高速および高解
像度であることに加えて、フィルタを省くことにより、
高品質の画像を表示可能なコンパクトで低コストな画像
表示装置を提供することができる。

【００１９】本発明においては、上述したように、アク
チュエータと半透過体とを個別の基板上で支持するよう
に形成できることで、次のようなメリットがある。例え
ば、このような干渉性を用いた光スイッチングデバイス
を反射型として用いる場合には、第１の基板の側から所
望の光が出力されるため、対向する側の第２の基板は、
透明である必要がない。したがって、第２の基板には、
シリコン基板などを用いることが可能であり、この第２
の基板の側に容易に半導体回路を備えることができる。

【００２０】本発明の光干渉型の光スイッチングデバイ
スにおいても、半透過体と反射体との距離は所望の波長
λの色の光を出力するためには所定の距離に制御する必
要がある。したがって、画素を構成する単位となる各々
の光スイッチング素子から出射される光の波長λに対
し、反射体は、半透過体との距離ｄが以下の式（１）の
値となる位置に少なくともアクチュエータで稼動する必
要がある。ただし、ｎは１以上の整数とする。

【００２１】ｄ＝ｎλ／２ ・・・（１） また、半透過体から反射体にかけての光路差２ｄが半波
長（λ／２）ずれると波長λの光は出射されない。した
がって、光をオンオフまたは変調するには、反射体（反
射面）を半透過体（ハーフミラー面）に対して、λ／４
づつだけ動かすことで光をオンオフできる。

【００２２】このように、本発明の光干渉型の光スイッ
チングデバイスは反射体と半反射体との距離ｄにより波
長選択性がある。したがって、カラー表示を本発明の光
スイッチングデバイスを適用して実現するためには、カ
ラー表示を行うために出射する必要がある、異なる光の
波長λに対し、それに対応する異なる距離ｄを備えた少
なくとも３種類の光スイッチング素子を配列することが
可能である。これにより、少なくとも３つの画素を単位
として白色光を変調し、カラー表示することができる。

【００２３】さらには、アクチュエータを、異なる波長
λに対応する、少なくとも３種類の異なる距離ｄに、反
射体を駆動することによっても、その距離ｄに応じた色
の光のみを出力できる。このため、入射される白色光を
時分割して、カラー表示することができる。たとえば、
アクチュエータが静電駆動型のときは、反射体を駆動可
能な距離ｘの異なる少なくとも３種類の電極ペアを設け
ることで、カラー表示可能な光スイッチングデバイスを
容易に提供できる。また、駆動電圧を変えるなどの他の
方法で時分割することも可能である。

【００２４】さらに、半透過体および反射体の距離が一
定の値以下にならないようにする微小突起を、半透過体
および反射体の少なくともいずれかに設けることが望ま
しい。これにより、半透過体と反射体とが密着する位置
から引き離す際にも、吸着を防止でき、よりスムーズに
高速でスイッチングが実現できる。

【００２５】また、微小突起により半透過体および反射
体の距離ｄが厳密に制御できるので、微小突起により制
限される半透過体および反射体との距離ｄ０が光スイッ
チング素子のオンまたはオフの位置であることが望まし
い。そのためには、以下の式（２）の値を満たすことが
望ましい。ただし、ｎは１以上の整数である。

【００２６】ｄ０＝ｎλ／４ ・・・（２） 例えば、距離ｄ０の位置をオフにするためには波長のλ
／４にすればよく、このときは、反射体がλ／４移動す
ると光路差はλ／２となりオンに切替わる。したがっ
て、微小突起により制限される距離ｄ０が以下の式
（３）の値を満たせば良い。

【００２７】 ｄ０＝（２ｎ−１）λ／４ ・・・（３） また、距離ｄ０の位置をオンにするためには波長のλ／
２にすればよく、このときは、反射体がλ／４移動する
と光路差はλ３／４となりオフに切替わる。したがっ
て、微小突起により制限される距離ｄ０が以下の式
（４）の値を満たせば良い。

【００２８】ｄ０＝ｎλ／２ ・・・（４） このように、微小突起により一方の位置が厳密に制御さ
れることにより反射体の位置制御が簡略化される。さら
に、アクチュエータにより移動可能な領域にもストッパ
となる微小突起を設けて反射体の移動距離を制限してオ
ンオフ制御を簡易にすることができる。たとえば、静電
駆動型のアクチュエータであれば、半透過体と反射体と
の間に設置された微小突起により止まる位置からλ／４
動いた位置で反射体の動きが停止するように電極間にス
トッパを設けておけば、ストッパによってオンオフの位
置を規定することができ、制御が非常に楽になる。

【００２９】このような本発明の光スイッチングデバイ
スは、第１および第２の基板を別々に製造して組み合わ
せることにより製造することができる。そして、第２の
基板は非透明なシリコン基板などを利用できるので、第
２の基板を作成する第２の工程では、半導体回路を備え
た基板上に、複数のアクチュエータが配列されたアクチ
ュエータ層と、各々のアクチュエータに対応する複数の
反射体が配列された反射層とを積層するが可能であり、
駆動回路を組み込んだ光スイッチングデバイスを容易に
製造できる。

【００３０】さらに、第２の工程では、半導体回路を備
えた基板上に、複数のアクチュエータが配列されたアク
チュエータ層を形成する工程と、第３の基板に反射層と
なる光学素子層を形成する工程とを設け、第２の基板に
形成されたアクチュエータ層に光学素子層を重ねて、そ
の後に第３の基板を光学素子層から剥離する工程とを設
けることが可能である。この製造方法によれば、反射体
となる光学素子層をさらに別基板上に作成できるので、
歩留まりを独立させ、いっそう歩留まりを向上すること
ができる。

【００３１】さらに、反射体を半透過体と異なる第２の
基板に製造できるので、反射体の表面加工が可能とな
り、反射性能の良い光スイッチングデバイスを提供でき
る。すなわち、光学素子層の反射面となる面が第２の基
板上に表面を向いて形成されるので、この際、スピンコ
ートやＣＭＰなどの手法により平坦化する工程を設ける
ことが可能となり、より均一な反射面を形成できる。ま
た、面精度を上げることにより、各反射面と半透明体と
の距離ｄを均一に維持でき、より高精度なスイッチング
が可能となる光スイッチングデバイスを提供できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。図１に、本発明の光スイッチ
ングデバイス４を備えたプロジェクタ装置１の概略構成
を示してある。このプロジェクタ装置１は、キセノンラ
ンプなどの白色光７１を出力する光源部２と、この光源
部２から照射された白色の光束７１を直角に反射可能な
ビームスプリッタ３とを備えており、このビームスプリ
ッタ３を通して入射された光束７１を本例のスイッチン
グデバイス４でオンオフして画像を形成する。光スイッ
チングデバイス４でオンオフされた画像を形成する光７
２は、ビームスプリッタ３を通してレンズシステム６に
達し、スクリーン７に投写されてカラー画像が表れる。

【００３３】本例の光スイッチングデバイス４は、半透
過体と反射体とを備えた光スイッチング素子が２次元に
配列された干渉型のスイッチングデバイス４であり、駆
動回路を内蔵している。したがって、制御機構５から供
給された画像データφにしたがって駆動回路が個々の画
素を表示する光スイッチング素子をスイッチングし、画
像表示デバイスであるスイッチングデバイス４により変
調された表示光７２が出力される。

【００３４】図２に、本例の光スイッチングデバイス４
の概略構成を模式的に示してある。本例の光スイッチン
グデバイス４は、第２の基板となる半導体基板３１と、
この半導体基板３１に重ねられた第１の基板となるほぼ
透明なガラス基板２１とを有し、このガラス基板２１の
下方の面２１ａに、シリコン系の薄膜状の半透過層２２
が形成されている。

【００３５】一方、半導体基板３１は、その上方の面３
１ａに、静電型のアクチュエータ３３が２次元に配列さ
れたアクチュエータ層３２と、このアクチュエータ３３
により上下方向に駆動される反射体（光学素子）４２が
２次元に配列された光学素子層４０が下からこの順番で
積層されている。個々の反射体４２は、サポート部４３
によって個々のアクチュエータ３３に連結されており、
アクチュエータ３３によって個々に上下に動く。また、
反射体４２は、上方の半透過体２２に対面する反射面４
１を備えており、本例では反射面４１がアルミニウム製
となっており、高い反射率で光を反射することができ
る。

【００３６】アクチュエータ３３は、静電駆動型であ
り、反射体４２のサポート部４３が機械的に連結された
上電極３４と、この上電極３４と対峙した下電極３５を
備えている。上電極３４は、弾性部材としての機能を備
えており、電極３４および３５の間で静電力（静電吸引
力）が働かないときは、弾性力によって反射体４２を上
方に加圧する。また、半導体基板３１には、これらのア
クチュエータ３３を駆動する駆動回路（制御回路）３
８、さらには必要に応じてメモリなどが作り込まれてい
る。

【００３７】上層に反射体４２が形成された半導体基板
３１と、下層に半透過層２２が形成されたガラス基板２
１とは、反射体４２の反射面４１と半透過層２２の下面
（半透過面）２２ａとが向かい合うように組み合わされ
ており、それらの距離は基板３１の周囲に連続的または
断続的に形成され壁３９によって支持されている。さら
に、半透過層２２の半透過面２２ａには下方に突き出た
形状の微小突起５０が断続的に形成されており、半透過
体２２と反射体４２とが吸着しないようになっている。

【００３８】このように本例の光スイッチングデバイス
４は、半導体基板３１の上にアクチュエータ層３２と、
光学素子層４０と、半透過層２２と、透明基板２１とが
積層された構成となっており、駆動回路３８と、アクチ
ュエータ３３と、反射体４２と、これに対面する半透過
層２２によって１つの光スイッチング素子１０が形成さ
れている。したがって、光スイッチングデバイス４の全
体に複数の光スイッチング素子１０が２次元方向にアレ
イ状に配置あるいは集積された形態となっており、各々
の光スイッチング素子が画像を形成する単位である画素
に対応させて制御することにより２次元画像を表現でき
るようになっている。

【００３９】本例の光スイッチングデバイス４では、図
２の左側に示した光スイッチング素子１０ａはオフ状態
であり、図２の右側に示した光スイッチング素子１０ｂ
はオン状態である。本例の光スイッチング素子１０で
は、アクチュエータ３３を構成する電極３４および３５
の間に適当な駆動電圧が印加されると、アクチュエータ
３３の下電極３５と上電極３４との間で静電力が働き、
反射体４２が下方向に駆動される。このため、反射体４
２の高反射面４１と、対面するガラス基板２１の上の半
透過面２２ａとの距離ｄが大きくなる。一方、駆動電圧
がなくなると、上電極３４の弾性によって反射体４２は
上方向に駆動される。このため、距離ｄは小さくなる。
したがって、アクチュエータ３３に供給される駆動電圧
を制御することにより、図２の左側の光スイッチング素
子１０ａの反射体４２の位置Ｌ０から、右側の光スイッ
チング素子１０ｂに示す反射体４２の位置Ｌ１に移動さ
せることができ、その逆も可能である。

【００４０】本例の光干渉型のスイッチング素子では、
図３に示すように、半透過面２２ａと高反射面４１の距
離ｄの値により適当な波長λの光をオンオフすることが
できる。すなわち、光スイッチング素子１０から出射す
ることを希望する光の波長をλとすると、半透過面２２
ａと高反射面４１と距離ｄが半波長（λ／２）の整数倍
になると、半透過面２２ａと高反射面４１との光路差２
ｄが波長λの整数倍になるので、所望の波長λを備えた
光７２を出力できる。したがって、所望の波長λの光を
出力するためには、半透過面２２ａと高反射面４１との
距離ｄを次の式（１）の位置に制御できる必要がある。
但し、ｎは１以上の整数であり、以下の各式においても
同様である。

【００４１】ｄ＝ｎλ／２ ・・・（１） その一方、半透過面２２ａと高反射面４１と距離ｄが１
／４波長（λ／４）の奇数倍になると、半透過面２２ａ
と高反射面４１との光路差２ｄが半波長λ／２の整数倍
になるので、所望の波長λを備えた光７２は出力されな
い。このため、所望の波長λを備えた光を高いコントラ
ストでオンオフするためには、以下の式（１）´の位置
に反射体４２を制御できる必要がある。

【００４２】 ｄ＝（２ｎ−１）λ／４ ・・・（１）´ このように、本例の光スイッチングデバイス４では、反
射体４２を１／４波長だけ動かすことにより、所望の波
長λの光をオンオフすることができる。本例の光スイッ
チングデバイス４では、図２の左側に示したオフ位置Ｌ
０の距離ｄ０を（１）´式を満足する位置とし、右側に
示したオン位置Ｌ１の距離ｄ１を（１）式を満足する位
置としている。オフ位置とオン位置との関係を反対にす
ることは容易であり、いずれを採用することも可能であ
る。また、可視光程度の広がりの白色光が入射光７１で
あれば、距離ｄを適当に設定することにより、白色光の
中から所望の波長の光を選択して出力することができ
る。したがって、本例の光スイッチングデバイス４はカ
ラー表示に適した画像デバイスであるということができ
る。さらに、本例の光スイッチングデバイス４では、波
長λ程度の距離ｄを移動させるだけで、光をオンオフで
きるので、より高速で応答性が高く、さらにカラーフィ
ルタを無くして小型化できるというメリットもある。ま
た、静電駆動型のアクチュエータは消費電力も少ないの
で省電力型の画像表示デバイスとしても適している。

【００４３】さらに、本例の光スイッチングデバイス４
では、半透過体２２を第１の基板であるガラス基板２１
に設け、反射体４２を第２の基板である半導体基板３１
に設けてある。このように半透過体２２と、反射体４２
とを異なる基板２１および３１の上に形成することによ
り、上述したように、製造工程が簡略化されるだけでな
く、光学的な特性も改善できるなどの多くのメリットが
ある。すなわち、上述したような現在提案されている光
干渉型の装置は１枚の基板上にスイッチング素子を構成
しているために、電極と反射体あるいは半透過体とを兼
ねた構造が要求されている。したがって、製造工程が複
雑になったり、光学的な特性を改善しがたかったり、駆
動回路を容易には組み込めないといった欠点がある。

【００４４】これに対し、本例の光スイッチングデバイ
ス４においては、まず、半透過体２２と反射体４２とを
別々の基板上に製造できるので、歩留まりが相乗されて
悪化することがなく、極めて製造しやすい。そして、反
射体４２を別基板である半導体基板３１で支持している
ので、半導体基板３１の上にアクチュエータ３３を積層
することが可能となり、アクチュエータ３３として静電
型に限らず、ピエゾなどのタイプも採用可能となる。そ
して、反射体４２および半透過体２２が電極を兼用する
必要が無くなるので、これらの両端が基板に固定された
り、支柱に固定されたりすることがない。したがって、
スイッチングする間に撓んだり歪んだりする可能性が非
常に低くなり、反射体４２および半透過体２２の間の距
離ｄを一様に制御することができる。このため、本例の
光スイッチングデバイス４は、所望の波長λの光を極め
て精度良くオンオフすることが可能となり、コントラス
トが高く、色分離性能の良い光スイッチングデバイスと
なる。

【００４５】また、第２の基板３１は、反射体４２の反
対側に位置することになるので、透明基板である必要は
なく、半導体基板として駆動回路を従来の半導体基板を
製造するプロセスで作り込むことができる。さらには、
製造過程においては、歩留まりの向上に加えて、素子分
離で反射体４２を製造できるので、隣接する反射体との
間隔をエッチングなどによる加工限界まで狭くすること
ができ、反射面積の大きな光スイッチングデバイスを提
供できる。また、反射面４１が第２の基板３１の外面を
向くので処理がし易いなど、本例の光スイッチングデバ
イス４は反射性能の高い光スイッチングデバイスとする
のに適した構成となっている。このように、本例の光ス
イッチングデバイスは光干渉型でありながら、半透過体
２２と反射体４２とを別々の基板上に構成することによ
り、光干渉型の光スイッチング素子の各々の構成を最適
化することが可能となっており、高性能の光スイッチン
グデバイスを低コストで提供することができる。もちろ
ん、基板（第の基板）３１は、上記の半導体基板に限ら
ず、アクチュエータ３３を支持できる基板であれば、本
発明の効果が得られる。

【００４６】この光スイッチングデバイス４を製造する
プロセスの例を説明する。図４（ａ）〜（ｄ）には、ア
クチュエータと反射体を積層するタイプのプロセスの概
要を示してある。まず、図４（ａ）に示すように、駆動
回路などＣＭＯＳが構成されている半導体基板（第２の
基板）３１の表面３１ａに、アクチュエータ３３の層３
２を製造する。このプロセスは、図示していないが適当
な材質の犠牲層を用いたフォトリソ技術を用いて製造で
きる。たとえば、先ず、基板の表面３１ａに電極層（Ａ
ｌ膜）をディポジットし、ここにパターニングを行い下
電極３５とバネを兼ねた上電極３４の構造のアンカー部
分３６を形成し、不図示の犠牲層を挟み、この犠牲層の
上にバネを兼ねた上電極３４となる層（Ａｌ膜）をディ
ポジットする。そして、このＡｌ層をパターニングし
て、上電極３４およびそれを基板３１で支持するポスト
３６を形成する。犠牲層の除去はいつのタイミングでも
可能であるが、本例では、以下に示すようにＣＭＰとい
った機械加工を行うので、素子分離の最終段階で除去す
ることが望ましいであろう。

【００４７】次に、図４（ｂ）に示すように、アクチュ
エータ３３により駆動される反射体４２となる光学素子
層４０を製造する。このプロセスは、アクチュエータ層
３２に積層するように、上記と同様に犠牲層を用いたフ
ォトリソ技術により光学素子層４０を形成することも可
能であるし、型転写やスピンコーティングなどの技術を
用いて光学素子層４０を形成することも可能である。そ
して、光学素子層４０の表面にアルミニウムなどの高反
射性の素材をコーティングして反射面４１を形成し、さ
らに、ＣＭＰ法など微細研磨技術により平坦化する。こ
れにより、高い反射係数を持った平坦な反射面４１を得
ることができる。その後、各画素の単位となる光スイッ
チング素子１０ごとに、ドライエッチングなどの技術に
より素子分離する。この際、アクチュエータ層３２を構
成するための犠牲層を含めて除去することができる。ド
ライエッチングなどの素子分離の技術によって各反射体
４２を形成すると、隣接する反射体４２との間隔はエッ
チングで形成できる程度のギャップまで小さくすること
が可能である。したがって、１画素（１スイッチング素
子）当りの反射面積の大きな、反射効率の高い光スイッ
チングデバイスを製造することができる。

【００４８】なお、図示していないが、アクチュエータ
層３２および光学素子層４０を製造するプロセスと同時
に、壁３９あるいは支柱３６を半導体基板３１の上に製
造する。

【００４９】一方、図４（ａ）および（ｂ）に示した第
２の基板である半導体基板３１の上に構築物を製造する
工程と前後して、あるいは同時に、図４（ｃ）に示す、
第１の基板であるガラス基板２１に半透過層２２を形成
するプロセスも進めることができる。このプロセスで
は、ガラス基板２１の表面２１ａに、酸化シリコンなど
をスピンコートなど膜厚を容易に制御できる方法で塗布
し、薄膜状の半透明層２２を形成する。さらに、半透明
層２２の上面（半透過面）２２ａに断続した微小突起５
０を設ける。

【００５０】そして、図４（ｄ）に示すように、半透過
層２２が形成された基板２１と、アクチュエータ３２お
よび反射体４２が形成された半導体基板３１を、半透過
面２２ａと反射面４１とが対面するように組み合わせ
る。基板２１および３１との間隔は光スイッチング素子
１０の周囲に形成された柱３９によって保持され、微小
突起５０に対し、上電極３４の弾性によって高反射体４
２が多少加圧される程度に基板同士の隙間が管理される
ことが望ましい。

【００５１】このように、本例の光スイッチングデバイ
ス４では、それぞれ個別の基板２１および３１の上に半
透過体２２とアクチュエータ３３を製造できるので、製
造過程も簡略化されると共に、歩留まりが相乗されて不
良率が高くなってしまうこともない。すなわち、積層さ
れた構造体の場合、積層されるいずれかの層で不良が発
生すると、下層の構造および製造過程は全て無駄になっ
てしまう。特に、半導体集積回路上に構造体を積層する
場合は、最上層に不良が発生しただけで高価な半導体基
板が無駄になる。これに対し、本例の光スイッチングデ
バイス４では、半透過層２２を異なる基板２１の上に構
成した後に、半導体基板３１と組み合わせることになる
ので、半透過層２２に不良が発生したとしても半導体基
板３１が無駄になることがない。

【００５２】また、上述した従来の光干渉型の装置で
は、半透過面と反射面とを個別に平坦化処理できるタイ
ミングがない。したがって、面精度はフォトリソグラフ
ィ技術などによって製造する過程に依存してしまい、そ
れほど高くすることができない。これに対し、本例の光
スイッチングデバイス４では、半透過層２２および反射
体４２が各々別の基板上に形成されるので、それぞれの
面２２ａおよび４１を処理することが可能となり、面精
度の向上を図ることができる。

【００５３】半導体基板３１にアクチュエータ層３２お
よび光学素子層４０を製造するプロセスは、さらに、複
数の基板に分けてアクチュエータ層３２と光学素子層４
０を製造することにより歩留まりを改善することができ
る。図５（ａ）〜（ｃ）に、その一例を示してある。先
ず、図５（ａ）に示すように、半導体基板（第２の基
板）３１に、対になる下電極３５と、ばねを兼ねた上電
極３４とを備えたアクチュエータ３３の層３２を製造す
る。このプロセスは、図４（ａ）と同様に適当な犠牲層
を用いてフォトリソグラフィ技術により製造することが
できる。犠牲層はこの段階で除去することも可能である
が、上述したように機械加工を行う可能性ある場合は、
最終の段階で除去することが望ましい。

【００５４】この図５（ａ）に示したプロセスと前後し
て、あるいは同時に、図５（ｂ）に示すように、シリコ
ン基板などの異なる基板（第３の基板）６１の上に、高
反射体４２となる光学素子層４０を形成する。まず、こ
の基板６１に酸化シリコンなどの剥離層６２を設け、そ
の上に高反射体４２とサポート部４３とを備えた光学素
子層４０を製造する。この段階で、ドライエッチングな
どの手法により素子分離することも可能であるが、上述
したように、後のプロセスで機械加工を行う可能性ある
場合は、その後に素子分離することが望ましい。

【００５５】次に、図５（ｃ）に示すように、半導体基
板３１の上に形成されたアクチュエータ３３の層３２
に、光学素子層４０が重なるように第３の基板６１を積
層し、アクチュエータ３３の上電極３４とサポート部４
３とを接着あるいは接合する。その後、適当なエッチャ
ントにより剥離層６２を除去することにより第３の基板
を取除く。この段階で、上記の図４（ｂ）に示した、半
導体基板３１の上にアクチュエータ層３２と光学素子層
４０が製造され、高反射体４２の表面となる面４１、す
なわち剥離された面にＣＭＰなどを施し平坦化すること
ができる。アルミニウムなどの反射膜は、第３の基板６
１に光学素子層４０を形成するときに形成することも可
能であるし、平坦化した前後に適当な方法により蒸着あ
るいは塗布することも可能である。

【００５６】図５に示したプロセスのように、第３の基
板６１を用いて光学素子層４０をアクチュエータ層３２
とは別の基板上に形成することにより、さらに歩留まり
を分散することが可能であり、低コストで性能の高い光
スイッチングデバイス４を提供することが可能となる。

【００５７】以上に説明したように、本例の光スイッチ
ングデバイス４は製造が容易であり、さらに、反射面４
１の面精度も高く、半透過面２２ａと反射面４１との距
離ｄの制御も精度良く行うことができる。したがって、
複数の色で画素を表示してカラー画像を合成あるいは表
示する画像表示デバイスとして適している。カラー画像
を表示する場合は、少なくとも３原色（赤Ｒ、緑Ｇおよ
び青Ｂ）の光を空間的に分離して、または時間的に分離
して表示する必要がある。このため、光スイッチングデ
バイス４で少なくとも３つの波長の色の光を制御できる
必要がある。この点、本例の光干渉型のスイッチングデ
バイスは、上述したように、半透過体２２と高反射体４
２との間の距離ｄを制御することにより、出射する波長
を選択することができる。

【００５８】図６に各色の波長を選択する様子をグラフ
で示してある。本図に示したように、異なる３種類の波
長λＲ、λＧおよびλＢの光を光スイッチングデバイス
４で出力する必要があるが、そのためには、それぞれの
光の半波長に対応する、異なる距離ｄｒ、ｄｇ、ｄｂと
なる位置に対応する反射体４２を移動すれば良い。一
方、それぞれの波長λＲ、λＧおよびλＢの光をオフに
するためには、それぞれの光の１／４λに対応する位置
に移動することが望ましい。しかしながら、図６に示し
たように、中心波長、たとえば波長λＧの１／４波長の
位置で各波長の光の反射率は十分に小さくなるので実用
上は問題ないであろう。さらに、緑色の光の波長λＧは
可視光の中心波長に近いので、この波長の１／４の位置
に反射体４２を配置することにより、白色光をほぼオフ
にすることが可能である。したがって、白色光を入射光
として、各光スイッチング素子で各色の光を選択してカ
ラー表示する場合には１／４λＧあるいはこの奇数倍の
距離をオフ位置とすることが望ましい。

【００５９】例えば、約６５０ｎｍ付近にピークを備え
る赤色の光束７２Ｒを選択する場合には距離ｄｒは約３
２５ｎｍとなり、緑色の光束７２Ｇを出力する場合は距
離ｄｇが約２７５ｎｍとなり、青色の出射光７２Ｂを出
力する場合は距離ｄｂが約２２０ｎｍになる。そして、
オフ位置の距離ｄ０を１４０ｎｍ程度とすると、１００
ｎｍ前後の距離で反射体４２を駆動することにより、所
望の色の光を選択して出力することができる。

【００６０】図７および図８に、赤Ｒ、緑Ｇおよび青Ｂ
の各色の光を出射してカラー表示可能な本例の光スイッ
チングデバイス４の一例を示してある。本例の光スイッ
チングデバイス４も、図２に基づき説明した構成とほぼ
同じであり、ガラス基板２１に半透過体２２が形成さ
れ、半導体基板３１にアクチュエータ３３とこれにより
上下方向に駆動される高反射体４２が形成されている。
そして、各々の光スイッチング素子の構成は共通してお
り、半透過体２２と高反射体４２の距離ｄを変動させる
ことで、光をスイッチングできるものである。

【００６１】本例の光スイッチングデバイス４では、３
種類の光スイッチング素子１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂ
が適当なピッチで２次元に配置されており、これら３種
類の光スイッチング素子１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂに
より、カラー画像における１つの画素が表示される。こ
れら３種類の光スイッチング素子１０Ｒ、１０Ｇおよび
１０Ｂは構成は共通するが、各々のスイッチング素子の
高反射体４２をアクチュエータ３３により駆動する距離
（移動距離）ｘが異なっている。すなわち、光スイッチ
ング素子１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂは、図７に示すオ
フ位置から、図８に示すオン位置に反射体４２を移動距
離ｘｒ、ｘｇおよびｘｂだけ移動できるように各々のア
クチュエータ３３が構成されている。

【００６２】本例では、光スイッチング素子１０Ｒ、１
０Ｇおよび１０Ｂのアクチュエータ３３の下電極３５
ｒ、３５ｇおよび３５ｂの厚みａを変えることにより、
移動距離ｘを調整するようにしている。すなわち、青色
の光７２Ｂを出力する光スイッチング素子１０Ｂの下電
極３５Ｂの厚みａが一番大きく、緑色の光７２Ｇを出力
する光スイッチング素子１０Ｇの下電極３５ｇ、赤色の
光７２Ｒを出力する光スイッチング素子１０Ｒの下電極
３５ｒの厚みａが順番に小さくなっている。また、上電
極３４の下面は適当な非導電体によってコーティングさ
れており、下電極３５と接触してもショートせず、ま
た、密着して離れがたくならないようになっている。

【００６３】したがって、本例の光スイッチングデバイ
ス４は、図８に示すように、アクチュエータ３３に適当
な電圧が印加されると、左側に示す光スイッチング素子
１０Ｒでは、距離ｘｒだけ下方（半導体基板３１の側）
に移動し、半透過体２２と高反射体４２との間隔が距離
ｄｒになる。したがって、入射した白色光７１のうち赤
色の光７２Ｒのみがガラス基板２１を通って外部で出力
される。同様に、中央に示す光スイッチング素子１０Ｇ
では、アクチュエータ３３が駆動すると距離ｘｇだけ下
方に移動し、半透過体２２と高反射体４２との間隔は距
離ｄｇとなるので、入射した白色光７１のうち緑色の光
７２Ｇのみが出力される。左側に示す光スイッチング素
子１０Ｂでは、距離ｘｂだけ下方に移動するので、半透
過体２２と高反射体４２との間隔が距離ｄｂとなり、青
色の光７１Ｂが出力される。

【００６４】したがって、本例の光スイッチングデバイ
ス４では、入射される白色光７１を、それぞれの光スイ
ッチング素子１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂで各色の光７
２Ｒ、７２Ｇおよび７２Ｂに選択して出力することが可
能であり、カラー画像を出力することができる。すなわ
ち、本例の光スイッチングデバイス４は白色光７１を各
色のスイッチング素子１０で面積分割して出力すること
によりカラー表示している。

【００６５】本例では、図７に示した微小突起５０によ
り規定される距離をオフの距離ｄ０に設定しているが、
微小突起５０により規定される距離を上記の距離ｄｒ、
ｄｇおよびｄｂにすることによっても各スイッチング素
子１０Ｒ、１０Ｇおよび１０Ｂで各色の光を選択して出
力することができる。この場合は、アクチュエータ３３
により、各スイッチング素子の反射体４２をさらにλ／
４程度移動する必要がある。また、アクチュエータ３３
により反射体４２を移動する距離を設定する方法はいく
つかあり、上記のように電極の厚みを変える他に、電極
間にストッパを設けて電極の移動距離を制限する方法が
ある。これについては、後でさらに説明する。

【００６６】さらに、図９に、白色光を時分割してカラ
ー表示する光スイッチングデバイス４の概要を示してあ
る。この光スイッチングデバイス４も、図２に示したデ
バイスと基本構成は共通しており、ガラス基板２１に半
透過体２２が形成され、半導体基板３１にアクチュエー
タ３３とこれにより上下方向に駆動される高反射体４２
が形成されている。そして、半透過体２２と高反射体４
２の距離ｄを変動させることで、スイッチング（色変
調）できるものである。

【００６７】本例の光スイッチングデバイス４では、さ
らに、光スイッチング素子１０のアクチュエータ３３
に、高さａの異なる３種類の下電極３５ｒ、３５ｇおよ
び３５ｂが設けられている。下電極３５ｒは赤Ｒの光を
出力するための電極であり、最も厚みａが小さく、中央
に位置している。このため、上電極３４を駆動して反射
面４１を距離ｄｒの位置まで駆動することができる。下
電極３５ｇは緑Ｂの光を出力するための電極であり、厚
みａが下電極３５ｒより多少大きく、下電極３５ｒの両
側に位置している。このため、上電極３４を駆動して反
射面４１を距離ｄｇの位置まで駆動することができる。
さらに、下電極３５ｂは青Ｂの光を出力するための電極
であり、厚みａが一番大きく最も両外側に位置してい
る。上電極３４を駆動して反射面４１を距離ｄｂの位置
まで駆動することができる。

【００６８】また、本例の光スイッチングデバイス４で
は、駆動回路３８がこれらの各下電極３５ｒ、３５ｇお
よび３５ｂをそれぞれ駆動するように駆動部３８ｒ、３
８ｇおよび３８ｂを備えており、それぞれの電極３５
ｒ、３５ｇおよび３５ｂを切り替えて駆動電圧を供給す
ることができる。したがって、駆動回路３８によりアク
チュエータ３３が可動する範囲が段階的に切替えること
が可能であり、１つの光スイッチング素子１０により各
色の光７２Ｒ、７２Ｇおよび７２Ｂを別々に出力するこ
とができる。

【００６９】図１０（ａ）〜（ｃ）に本例の光スイッチ
ングデバイス４により各色の光が出射される様子を示し
てある。先ず、図１０（ａ）に示すように、一番外側の
下電極３５ｂに駆動電圧が印加されると、下電極３５ｂ
と上電極３４の間に静電力が働き、高反射体４２が下方
（半導体基板３１の側）に距離ｘｒだけ移動する。した
がって、半透過体２２と高反射体４２との間は、オフの
距離ｄ０から距離ｄｂになり、入射された白色光７１か
ら青色の光７２Ｂのみがガラス基板２１を介して出力さ
れる。

【００７０】また、図１０（ｂ）に示すように、一番外
側の下電極３５ｂと、その内側の下電極３５ｇに駆動電
圧が供給されると、これらの下電極３５ｂおよび３５ｇ
と上電極３４の間に静電力が働き、高反射体４２が下方
に距離ｘｇだけ移動し、半透過体２２と高反射体４２と
の間は、オフの距離ｄ０からオンの距離ｄｇとなる。し
たがって、入射された白色光７１から緑色の光７２Ｇの
みが出力される。同様に、図１０（ｃ）に示すように、
一番外側の下電極３５ｂと、その内側の下電極３５ｇに
加えて中央の下電極３５ｒにも駆動電圧が供給される
と、全ての下電極３５ｒ、３５ｇおよび３５ｂと、上電
極３４の間に静電力が働き、高反射体４２が移動距離ｘ
ｒだけ移動する。したがって、半透過面２２ａと反射面
４１との距離はオフ距離ｄ０から距離ｄｒとなり、入射
された白色光７１から赤色の光７２Ｒのみが出力され
る。また、図９に示したオフ位置からに限らず、図１０
（ａ）〜（ｃ）に示したいずれの状態からも図１０
（ａ）〜（ｃ）に示した状態に移行することが可能であ
り、そのタイミングは駆動回路３８により自由に制御す
ることができる。

【００７１】このように、本例の光スイッチングデバイ
ス４では、１つの光スイッチング素子１０により、白色
光７１を時分割で各色の光７２Ｒ、７２Ｇおよび７２Ｒ
を出力することが可能であり、それぞれの色の光により
カラー表示することができる。そして、本例の光スイッ
チングデバイス４であれば、異なる基板上に半透過体２
２と、反射体４２およびアクチュエータ３３が形成でき
るので、反射体とアクチュエータとの機能を分離し、上
記のような高さの異なる下電極３５を備えたアクチュエ
ータを構成することができる。また、それを駆動させる
駆動回路３８などを容易に設計および製造することがで
きる。反射体４２をオンオフ以外に波長選択性を持たせ
る複数の位置に駆動できるアクチュエータは本例に限定
されることはなく、たとえば、駆動電圧を変えて上電極
３４の弾性力と釣り合う位置を変えることにより距離ｄ
を制御することができる。また、ピエゾ素子などの圧電
体を用いたアクチュエータであれば、駆動電圧を変える
ことにより精度良く反射体の位置を制御することができ
る。

【００７２】図１１に、さらに異なる光スイッチングデ
バイス４を示してある。本例の光スイッチングデバイス
４も、図２に示したものとほぼ同様の構成であり、ガラ
ス基板２１に半透過体２２が形成され、半導体基板３１
にアクチュエータ３３とこれにより上下方向に駆動され
る高反射体４２が形成されている。したがって、半透過
体２２と高反射体４２の距離ｄを変動させることで、所
望の波長の光をスイッチングできる光スイッチングデバ
イスである。

【００７３】本例の光スイッチングデバイス４には、上
記のデバイスと同様に、半透過体２２および反射体４２
の距離ｄが一定の値以下にならないようにする微小突起
５０を半透過体２２の表面２２ａに設けてある。したが
って、半透過体２２と高反射体４２とが密着することが
なく、吸着を防止してスムーズに、そして高速で反射体
４２を動かしてスイッチングすることができる。半透過
体２２の表面２２ａに形成されている微小突起５０は、
高反射体４２の反射面４１に設けることも可能である。
しかしながら、上述したように面精度を上げて反射効率
を上げるためにＣＭＰなどの平坦化処理を行うと微小突
起の製造は難しい。したがって、本例のように平坦な連
続した面に微小突起５０を設けることが望ましく、たと
えば、酸化シリコンなどの半透過膜２２を構成する素材
に、所定の直径のギャップを確保する球状の部材を混合
して塗布することにより、反射面４１と半透過面２２ａ
との距離を適正に管理することができる。

【００７４】さらに、反射面４１が離れたときの位置を
適正に管理するために、アクチュエータ３３の側にも、
微小突起５２を設けることが可能である。静電型のアク
チュエータの場合は、図１１に示すように、上電極３４
または下電極３５の一部に対峙する電極の側に向いた微
小突起５２を設けることにより、一定以上の動きを防止
するストッパとしての機能を果たさせることができる。
また、これらのストッパ５２により上電極３４と下電極
３５とが最も接近したときでも接触しないようにするこ
とが可能であり、電極３４あるいは３５を適当な非導電
性の部材によってカバーしなくても、ショートや吸着を
防止することができる。したがって、信頼性の高い光ス
イッチングデバイスを提供することができる。

【００７５】また、上述したように、これらの微小突起
５０および５２で制限される位置をオンまたはオフの位
置にすることが可能であり、出射される光の波長を精度
良く制御する１つの手段である。オンまたはオフの位置
は、λ／４ピッチになるので、半透過面２２ａと反射面
４１との距離を規定する微小突起５０により制限される
距離ｄ０、すなわち微小突起の高さｈは以下の式（２）
の値を満たすことが要求される。

【００７６】ｄ０＝ｎλ／４ ・・・（２） そして、微小突起５０により制限される距離ｄ０がλ／
４の奇数倍、すなわち、以下の式（３）の値を満たすよ
うにすれば、微小突起５０により規定される位置がオフ
位置になる。

【００７７】 ｄ０＝（２ｎ＋１）λ／４ ・・・（３） この光スイッチングデバイスであれば、アクチュエータ
３３により移動する距離によって適当な波長を選択して
出力することが可能であり、１つの光スイッチング素子
１０により複数の波長の光を選択して出力する光スイッ
チングデバイスに適している。

【００７８】一方、微小突起５０により制限される距離
ｄ０がλ／２の整数倍、すなわち、以下の式（４）の値
を満たすようにすれば、微小突起５０により規定される
位置がオン位置になる。

【００７９】ｄ０＝ｎλ／２ ・・・（４） この光スイッチングデバイスであれば、アクチュエータ
３３によりλ／４だけ移動した位置がオフ位置になる。
したがって、そのオフ位置に対応する距離だけ動くよう
にアクチュエータ側のストッパ５２を設定することによ
り、オン位置とオフ位置とを微小突起５０とストッパ５
２により規定することが可能である。もちろん、微小突
起５０により規定される距離ｄ０がオフ位置の場合もオ
ン位置をアクチュエータ側のストッパ５２により設定す
ることが可能である。

【００８０】このように本例の光スイッチングデバイス
４０は、光干渉型の光スイッチングデバイスであり、カ
ラーフィルタを使用しないでも、各々の光スイッチング
素子１０から所望の色の光を出射することができる。し
たがって、図１に示したプロジェクタ装置１のライトバ
ルブとして使用することが可能であり、カラーフィルタ
を省略できるので、さらにコンパクトで低コストなプロ
ジェクタ装置を提供することができる。そして、上述し
たように、本例の光スイッチングデバイス４は、反射効
率を向上でき、反射面積を大きくできるので、明るい画
像を照射することができる。また、液晶表示体に比べて
高速で応答性も高いので、高解像度の画像を表示するこ
とが可能であり、消費電力も小さくできる。

【００８１】また、プロジェクタに限らず、他の画像表
示装置にも本例の光スイッチングデバイス４は利用する
ことが可能である。反射型で反射効率が高く、明るい画
像を表示できるので、直視型の画像表示装置にも適して
おり、特に、省エネルギー型になるので携帯電話などの
携帯型の情報端末の表示パネルなどに適している。

【００８２】さらに、上記では、半透過面および反射面
に対して入射光が垂直に入射される光スイッチングデバ
イスを例に本発明を説明しているが、入射光および出射
光が半透過面および反射面に対して角度を持ち傾斜して
いる場合でも本発明の光スイッチングデバイスにより変
調することが可能である。この場合は、入射および出射
光の角度を加味して半透過面および反射面の距離ｄを設
定する必要があるだけであり、そのような光スイッチン
グデバイスおよびそれを利用した画像表示装置も本発明
の範囲に含まれる。

【００８３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、半透
過体と反射体との距離を制御する干渉型の光スイッチン
グデバイスに関するものであり、半透過体と、反射体と
を異なる基板に形成することにより、歩留まりが相乗さ
れて製品不良が増加するのを防止することができなどの
製造上のメリットを得ることができる。それと共に、反
射体を別基板である半導体基板で支持することにより、
反射体とアクチュエータとしての機能を分離することが
可能となり、反射体のゆがみを防止して光学的性能を向
上することができ、さらに、半導体基板に駆動回路を組
み込むことができるなどの上記にて開示した多種多様の
効果を得ることができる。このため、本発明により、所
望の波長の光を極めて精度良くオンオフすることがで
き、コントラストが高く、色分離性能の良い光スイッチ
ングデバイスを低コストで提供することが可能となり、
明るくコンパクトな画像表示装置を提供することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光スイッチングデバイスを用いた
プロジェクタ装置の概要を示す図である。

【図２】図１に示す光スイッチングデバイスの概要を示
す図である。

【図３】図２に示す光スイッチングデバイスに供給され
る入射光の波長特性であり、距離とスイッチング（オン
オフ）の関係を示す図である。

【図４】図２に示す光スイッチングデバイスの製造方法
におけるプロセスを模式的に示す図である。

【図５】図４に示す光スイッチングデバイスの製造方法
と異なるプロセスを模式的に示す図である。

【図６】各色の入射光の波長特性であり、距離と各色光
のスイッチング（オンオフ）の関係を示す図である。

【図７】白色光を面積分割し各色の光束を出力する、異
なる光スイッチングデバイスの概要を示す図である。

【図８】図７に示した面積分割する光スイッチングデバ
イスが各色光を出力する様子を模式的に示す図である。

【図９】白色光を時分割してカラー表示する、さらに異
なる光スイッチングデバイスの概要を示す図である。

【図１０】図９に示す光スイッチングデバイスを制御し
て各色の光束を出力する様子を示す図である。

【図１１】アクチュエータの側にもストッパを備えたさ
らに異なる光スイッチングデバイスの概要を示す図であ
る。

【図１２】従来の干渉型の光スイッチングデバイスの一
例を示す概略図である。

【図１３】従来の干渉型の光スイッチングデバイスの異
なる一例を示す概略図である。

【符号の説明】

１ プロジェクタ ２ 光源 ３ ビームスプリッタ ４ 光スイッチングデバイス ５ 制御機構 ６ ズームレンズ ７ スクリーン １０ 光スイッチング素子 ２１ ガラス基板（第１の基板） ２２ 半透過体（半透過層） ２２ａ 半透過体の表面 ３１ 半導体基板（第２の基板） ３２ アクチュエータ層 ３３ アクチュエータ ３４ 上電極 ３５ 下電極 ３８ 駆動回路 ３９ 壁（支柱） ４０ 光学素子層 ４１ 高反射層の表面（高反射面） ４２ 高反射層（反射体） ４３ サポート部 ５０、５２ 微小突起 ６１ 第３の基板 ７１ 白色光の光束（入射光） ７２ 出力される表示光

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半透過体と反射体との距離を変えること
   によりオンオフおよび／または色を制御可能な複数の光
   スイッチング素子を有する光スイッチングデバイスであ
   って、 前記半透過体が形成された第１の基板と、 前記反射体が、該反射体を駆動可能なアクチュエータに
   重ねて形成された第２の基板とを有する光スイッチング
   デバイス。
2. 【請求項２】 請求項１において、当該光スイッチング
   素子から出射される光の波長λに対し、前記反射体は、
   前記半透過体との距離ｄが以下の式の値となる位置に少
   なくとも稼動可能である光スイッチングデバイス。 ｄ＝ｎλ／２ ただし、ｎは１以上の整数である。
3. 【請求項３】 請求項１において、前記第２の基板は、
   半導体回路を備えている光スイッチングデバイス。
4. 【請求項４】 請求項１において、前記第１の基板は透
   明基板であり、その一方の面に前記半透過体となる半透
   過層が複数の前記光スイッチング素子にわたり形成され
   ている光スイッチングデバイス。
5. 【請求項５】 請求項１において、前記アクチュエータ
   は、静電アクチュエータである光スイッチングデバイ
   ス。
6. 【請求項６】 請求項１において、前記半透過体および
   反射体の距離が一定の値以下にならないようにする微小
   突起が、前記半透過体および反射体の少なくともいずれ
   かに形成されている光スイッチングデバイス。
7. 【請求項７】 請求項６において、当該光スイッチング
   素子から出射される光の波長λに対し、前記微小突起に
   より制限される前記半透過体および反射体との距離ｄ０
   が以下の式の値となる光スイッチングデバイス。 ｄ０＝ｎλ／４ ただし、ｎは１以上の整数である。
8. 【請求項８】 請求項７において、前記距離ｄ０が以下
   の式の値となる光スイッチングデバイス。 ｄ０＝（２ｎ−１）λ／４ ただし、ｎは１以上の整数である。
9. 【請求項９】 請求項７において、前記距離ｄ０が以下
   の式の値となる光スイッチングデバイス。 ｄ０＝ｎλ／２ ただし、ｎは１以上の整数である。
10. 【請求項１０】 請求項６において、前記半透過体およ
    び反射体の距離が一定の値以上にならないようにするス
    トッパを備えている光スイッチングデバイス。
11. 【請求項１１】 請求項１０において、前記微小突起に
    より制限された位置から前記ストッパにより制限までの
    距離ｙが、当該光スイッチング素子から出射される光の
    波長λに対し、以下の式の値となる光スイッチングデバ
    イス。 ｙ＝ｎλ／４ ただし、ｎは１以上の整数である。
12. 【請求項１２】 請求項２において、異なる前記波長λ
    に対応する、異なる前記距離ｄを備えた少なくとも３種
    類の前記スイッチング素子が配列されている光スイッチ
    ングデバイス。
13. 【請求項１３】 請求項２において、前記アクチュエー
    タは、異なる前記波長λに対応する、少なくとも３種類
    の異なる前記距離ｄに前記反射体を駆動可能な光スイッ
    チングデバイス。
14. 【請求項１４】 請求項１３において、前記アクチュエ
    ータは静電駆動型であり、前記反射体を駆動可能な距離
    ｘの異なる少なくとも３種類の電極ペアを備えている光
    スイッチングデバイス。
15. 【請求項１５】 半透過体と反射体との距離を変えるこ
    とによりオンオフおよび／または色を制御可能な複数の
    光スイッチング素子を有する光スイッチングデバイスの
    製造方法であって、 第１の基板に前記半透過体を形成する第１の工程と、 第２の基板に、前記反射体を、該反射体を駆動可能なア
    クチュエータに重ねて形成する第２の工程と、 前記第１および第２の基板を前記半透過体と前記反射体
    とが対面するように組み合わせる工程とを有する光スイ
    ッチングデバイスの製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１５において、前記第２の工程
    では、半導体回路を備えた前記第２の基板上に、複数の
    前記アクチュエータが配列されたアクチュエータ層と、
    各々の前記アクチュエータに対応する複数の前記反射体
    が配列された反射層とを積層する光スイッチングデバイ
    スの製造方法。
17. 【請求項１７】 請求項１５において、前記アクチュエ
    ータは、静電アクチュエータである光スイッチングデバ
    イスの製造方法。
18. 【請求項１８】 請求項１５において、前記第１の工程
    では、前記第１の基板である透明基板の一方の面に前記
    半透過体となる半透過層を複数の前記光スイッチング素
    子にわたり形成する光スイッチングデバイスの製造方
    法。
19. 【請求項１９】 請求項１５において、前記第１の工程
    および／または第２の工程では、前記半透過体および反
    射体の距離が一定の値以下にならないようにする微小突
    起を前記半透過体および反射体の少なくともいずれかに
    形成する光スイッチングデバイスの製造方法。
20. 【請求項２０】 請求項１６において、前記第２の工程
    は、前記半導体回路を備えた前記第２の基板上に、前記
    アクチュエータ層を形成する工程と、 第３の基板に前記反射層となる光学素子層を形成する工
    程と、 前記アクチュエータ層に前記光学素子層を重ねた後、前
    記第３の基板を前記光学素子層から剥離する工程とを有
    する光スイッチングデバイスの製造方法。
21. 【請求項２１】 請求項１６において、前記第２の工程
    は、前記半導体回路を備えた基板上に、前記アクチュエ
    ータ層と、前記反射層となる光学素子層とを形成する工
    程と、 前記光学素子層の反射面となる面を平坦化する工程とを
    有する光スイッチングデバイスの製造方法。
22. 【請求項２２】 請求項１ないし１４のいずれかに記載
    の光スイッチングデバイスを有する直視型の画像表示装
    置。
23. 【請求項２３】 請求項１ないし１４のいずれに記載の
    光スイッチングデバイスと、 この光スイッチングデバイスに光を入射可能な光源と、 前記光スイッチングバイスにより変調された光をスクリ
    ーン上に投影するレンズシステムとを有する画像表示装
    置。