JP2003057571A - 光学多層構造体および光スイッチング素子、並びに画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、小型軽量であるとともに、紫
外光に対して高速スイッチングが可能な光学多層構造体
を提供する。 【構成】 ガラスからなる基板１０の上に、フッ化マグ
ネシウム（ＭｇＦ₂ ）からなる低屈折率層１２Ａ〜１２
Ｈと酸化アンチモン（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ）からなる高屈折率層
１３Ａ〜１３Ｈとを交互に積層する。間隙部１４（低屈
折率層１２Ｅ）を挟んで、基板１０側の低屈折率層１２
Ａから高屈折率層１３Ｄまでが第１の層１５を形成して
おり、基板１０と反対側の高屈折率層１３Ｅから高屈折
率層１３Ｈまでが第２の層１６を形成している。紫外光
を透過させるための窓１７Ａ，１８Ａが形成された金属
薄膜からなる下部電極層１７および上部電極層１８を設
け、両者の間に生じる静電力により間隙部１４の光学的
大きさを変化させ、紫外光の反射または透過の量を切り
換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、紫外光を反射また
は透過させる機能を有する光学多層構造体、およびこれ
を用いた光スイッチング素子並びに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（ライトバルブ）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（ＤＭＤ；Digtal Micro Miror D
evice 、ディジタルマイクロミラーデバイス、テキサス
インスツルメンツ社の登録商標）、回折格子を用いたも
の（ＧＬＶ：Grating Light Valve,グレーティングライ
トバルブ、ＳＬＭ（シリコンライトマシン）社）等があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】液晶を用いた従来の反
射型画像表示装置は、ガラスからなる一対の基板の内側
に透明電極が形成されており、両基板の透明電極の間に
液晶分子が封入された構造になっている。ガラス基板の
外側はさらに一対の偏光板で覆われ、背面からバックラ
イトで照らされている。透明電極間に電圧を印加し、液
晶分子の方向を制御して偏光面を回転させることにより
光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の
で、高速応答が要求される光通信，光演算，ホログラム
メモリ等の光記憶装置，光プリンタなどへの適用は非常
に難しい。また、偏光板を必要とするため、光の利用効
率が低い。さらに、液晶が強い光には耐えられないの
で、強いレーザ光のようなエネルギー密度の高い光のス
イッチングを行うことはできない。近年では、カラー画
像表示装置としての明るさ、色再現性、正確な階調表示
など高品位な画質への要求が高まっており、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にお
いて不充分な点が出てきている。

【０００５】マイクロミラーを用いた光スイッチング素
子は、マイクロミラーの角度を制御することにより入射
光をスイッチングするものである。マイクロミラーを用
いた光スイッチング素子は、ＤＭＤ（Digital Micro Mi
ror Device，デジタルマイクロミラーデバイス、米国テ
キサスインスツルメンツ社の登録商標）に代表されるよ
うに、既に多くの実施例を有している。マイクロミラー
は、大きく分けて一点で支持される片持ち梁構造と二点
で支持される捩れヒンジ構造との二種類に分類され、静
電力、圧電素子、熱アクチュエータなどを利用して駆動
される。

【０００６】片持ち梁構造の場合、各マイクロミラーは
基板に対して水平な状態で支持され、マイクロミラーと
これに対応する駆動電極との間に電位差を与えると、静
電引力が発生し、そのマイクロミラーが対応する駆動電
極に向かって傾斜する。傾斜したマイクロミラーと傾斜
していないマイクロミラーとでは入射光を異なる角度で
反射させるので、これにより入射光を二方向にスイッチ
ングすることができる。マイクロミラーと駆動電極との
間に与えた電位差を取り除くと、マイクロミラーを支持
しているヒンジ部のばね力によって、マイクロミラーは
元の位置に復帰する。

【０００７】一方、捩れヒンジ構造のマイクロミラーで
は、各マイクロミラーが一対のヒンジ部により共通の上
部基板に支持されている。下部基板には、各マイクロミ
ラーに対応させて、それぞれ一対の電極が設けられてい
る。各マイクロミラーと一対の電極のうちの一方の電極
との間、およびそのマイクロミラーと他方の電極との間
には、同じ電位差を生じさせており、これにより、その
マイクロミラーは下部基板に対して水平に保たれてい
る。

【０００８】ここで、例えば一方の電極に加える電圧を
大きくし、他方の電極に加える電圧を小さくすることに
よって、マイクロミラーと対応する一対の電極のそれぞ
れとの間に生じる静電引力に不釣合いを生じさせ、マイ
クロミラーを一対の電極のうちのどちらかに向かって傾
ける。これにより、マイクロミラーは異なる二方向のう
ちのどちらかに傾くことになるので、入射光を異なる二
方向に反射させてスイッチングすることができる。この
ようなマイクロミラーにおいては、光を偏向できる角
度、すなわち、二方向の反射光の角度の差が機械的なミ
ラーの振れ角の二倍となり、偏向できる角度が大きくな
る。

【０００９】しかしながら、このようなマイクロミラー
の応答速度は一般に数マイクロ秒程度であり、高速性が
十分ではない。また、画像表示装置に用いる場合には、
コントラストを向上させるために光を偏向できる角度を
増大させる必要があり、そのため応答速度が一層低下す
るという問題がある。したがって、マイクロミラーを用
いた光スイッチング素子は、プロジェクション型の画像
表示装置には既に用いられているが、直視型の画像表示
装置への適用は困難である。

【００１０】また、回折格子を用いた光スイッチング素
子として、例えば特表平１０−５１０３７４号公報に開
示されたＧＬＶ（Grating Light Valve,グレーティング
ライトバルブ、ＳＬＭ（シリコンライトマシン）社）が
ある。このＧＬＶにおいては、光反射面を持つリボン状
のミラーと下部電極との間に電位差を生じさせ、これに
より発生する静電引力によって、リボン状ミラーを入射
光の波長の１／４動かす。こうして、静止状態のリボン
状ミラーと可動リボン状ミラーとの間に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次回折光方向と１次回折光方向とにスイッチングす
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次回折光の強度をコントロールするこ
とも可能である。

【００１１】ＧＬＶは、非常に軽いリボン状ミラーを小
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
きるので、応答速度が数十ナノ秒と速く、高速スイッチ
ングに適しているが、以下のようないくつかの問題も有
している。

【００１２】第１に、光の回折を生じさせるためには少
なくとも二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四本以上、現実的には六本のリボ
ン状ミラーが必要となる。したがって、１次元に配列し
て用いた場合、全体の小型化が困難となる。

【００１３】第２に、１次回折光は、０次回折光の光軸
に対称な二方向に対してある角度をもって生じるので、
１次回折光を利用するためにはこの二方向に進む光を集
めて一本にするための複雑な光学系が必要となる。

【００１４】第３に、電極に電圧を加えない状態では、
静止状態のリボン状ミラーの反射面と可動リボン状ミラ
ーの反射面とは理想的には同一平面上にあるはずである
が、実際には同一平面上に揃わない。したがって、下部
電極にそれぞれ小さい電圧を加えてすべてのミラーの反
射面が同一平面上に揃うよう調整が必要となる。

【００１５】第４に、ＧＬＶは、光源としてレーザを用
い、一次元アレイ状に集積されたスイッチング素子にラ
イン状に成形した光を照射し、その光をミラー等でスキ
ャンすることによって２次元画像を得るようにしたプロ
ジェクション型の画像表示装置には適しているが、レー
ザ以外の光源を用いたり、直視型の画像表示装置に用い
ることは原理的に非常に困難である。

【００１６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、簡単な構成で、小型軽量であるとと
もに、紫外光に対して高速スイッチングが可能な光学多
層構造体、およびこれを用いた光スイッチング素子並び
に画像表示装置を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明による光学多層構
造体は、紫外光に対して透明な基板と、基板上に低屈折
率層と高屈折率層とを交互に積層してなる光学多層膜構
造に含まれる低屈折率層の一つとして形成され、光の干
渉現象を起こしうる大きさを有すると共にその大きさが
可変な間隙部と、間隙部に関して基板側に積層された低
屈折率層と高屈折率層とからなる第１の層と、間隙部に
関して基板と反対側に積層された低屈折率層と高屈折率
層とからなる第２の層とを有するものである。

【００１８】本発明による光スイッチング素子は、紫外
光に対して透明な基板と、基板上に低屈折率層と高屈折
率層とを交互に積層してなる光学多層膜構造に含まれる
低屈折率層の一つとして形成され、光の干渉現象を起こ
しうる大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部
と、間隙部に関して基板側に積層された低屈折率層と高
屈折率層とからなる第１の層と、間隙部に関して基板と
反対側に積層された低屈折率層と高屈折率層とからなる
第２の層とを有する光学多層構造体と、間隙部の光学的
な大きさを変化させるための駆動手段とを備えたもので
ある。

【００１９】本発明による画像表示装置は、１次元また
は２次元に配列された複数の光スイッチング素子と、紫
外光源と、蛍光体とを備え、複数の光スイッチング素子
に紫外光源からの紫外光を照射して蛍光体を励起するこ
とで２次元画像を表示するものであって、光スイッチン
グ素子が、紫外光に対して透明な基板と、基板上に低屈
折率層と高屈折率層とを交互に積層してなる光学多層膜
構造に含まれる低屈折率層の一つとして形成され、光の
干渉現象を起こしうる大きさを有すると共にその大きさ
が可変な間隙部と、間隙部に関して基板側に積層された
低屈折率層と高屈折率層とからなる第１の層と、間隙部
に関して基板と反対側に積層された低屈折率層と高屈折
率層とからなる第２の層とを有する光学多層構造体と、
間隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手段と
を備えたものである。

【００２０】本発明による光学多層構造体では、間隙部
の大きさを、「λ／２」（λは入射光の設計波長）の奇
数倍と「λ／２」の偶数倍（０を含む）との間で、２値
的あるいは連続的に変化させると、入射光の反射または
透過の量が２値的あるいは連続的に変化する。

【００２１】本発明による光スイッチング素子では、駆
動手段によって、光学多層構造体の間隙部の光学的な大
きさが変化することにより、入射光に対してスイッチン
グ動作がなされる。

【００２２】本発明による画像表示装置では、１次元あ
るいは２次元に配列された本発明の複数の光スイッチン
グ素子に対して紫外光源からの紫外光が照射され蛍光体
が励起されることによって２次元画像が表示される。

【００２３】

【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。

【００２４】〔光学多層構造体〕図１および図２は、本
発明の一実施の形態に係る光学多層構造体１の基本的な
構成を表すものである。図１は光学多層構造体１におけ
る後述の間隙部１４が存在し、低透過時の状態、図２は
光学多層構造体１の間隙部１４がなく、高透過時の状態
をそれぞれ示している。なお、この光学多層構造体１は
具体的には例えば紫外光に対する光スイッチング素子と
して用いられ、この光スイッチング素子を複数個１次元
または２次元に配列することにより、画像表示装置を構
成することができる。

【００２５】本実施の形態の光学多層構造体１は、基板
１０の上に、低屈折率層１２Ａ〜１２Ｈと高屈折率層１
３Ａ〜１３Ｈとを交互に積層した光学多層膜構造１１を
有する。具体的には、光学多層膜構造１１は、低屈折率
層１２Ａ、高屈折率層１３Ａ、低屈折率層１２Ｂ、高屈
折率層１３Ｂ、低屈折率層１２Ｃ、高屈折率層１３Ｃ、
低屈折率層１２Ｄ、高屈折率層１３Ｄ、低屈折率層１２
Ｅ、高屈折率層１３Ｅ、低屈折率層１２Ｆ、高屈折率層
１３Ｆ、低屈折率層１２Ｇ、高屈折率層１３Ｇ、低屈折
率層１２Ｈ、高屈折率層１３Ｈをこの順で含んでいる。
表１に、波長３００ｎｍの紫外光に対して最適設計した
場合の光学多層膜構造１１の各層の詳細な構成を示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】また、表１に示した構成を有する光学多層
構造体１について、波長３００ｎｍの紫外光を入射角
０．００度で入射させた場合の透過特性を図３に示す。
図３から分かるように、波長３００ｎｍの紫外光に対し
て、光学多層構造体１の高透過時の透過率は９４．５
％、低透過時の透過率は０．２３％となっており、光学
多層膜構造１１を設けることにより優れた光学的特性が
得られる。なお、図３において、符号３００Ｈで示した
曲線は高透過時の透過特性を、符号３００Ｌで示した曲
線は低透過時の透過特性を表す。

【００２８】低屈折率層１２Ａ〜１２Ｈのうち、低屈折
率層１２Ｅは空気で充たされており、間隙部１４を形成
している。間隙部１４を挟んで、基板１０側の低屈折率
層１２Ａから高屈折率層１３Ｄまでが第１の層１５を形
成しており、基板１０と反対側の高屈折率層１３Ｅから
高屈折率層１３Ｈまでが第２の層１６を形成している。

【００２９】本実施の形態では、基板１０として紫外光
に対して透明な、例えばガラスからなる基板が用いられ
ている。また、間隙部１４となる低屈折率層１２Ｅ以外
の低屈折率層１２Ａ〜１２Ｄ，１２Ｆ〜１２Ｈは、屈折
率が１．３８７と比較的低いフッ化マグネシウム（Ｍｇ
Ｆ₂ ）から構成されている。高屈折率層１３Ａ〜１３Ｈ
は、屈折率が２．２９０と比較的高い酸化アンチモン
（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ）から構成されている。

【００３０】間隙部１４は、後述の駆動手段によって、
その光学的な大きさ（第１の層１５と第２の層１６との
間隔）が可変であるように設定されている。間隙部１４
を埋める媒体は、紫外光に対して透明であれば気体でも
液体でもよい。気体としては、例えば、空気、窒素（Ｎ
₂ ）、ヘリウム（Ｈｅ）など、液体としては、水、シリ
コーンオイル、エチルアルコール、グリセリン、ジョー
ドメタンなどが挙げられる。なお、間隙部１４を真空状
態とすることもできる。

【００３１】間隙部１４の光学的な大きさは、例えば
「λ／２の奇数倍」と「λ／２の偶数倍（０を含む）」
との間で、２値的あるいは連続的に変化するものであ
る。これにより入射紫外光の反射または透過の量が２値
的あるいは連続的に変化する。なお、λ／２の倍数から
多少ずれても、他の層の膜厚あるいは屈折率の多少の変
化で補完できるので、「λ／２」の表現には、「ほぼλ
／２」の場合も含まれるものとする。

【００３２】間隙部１４の光学的な大きさを変化させて
紫外光のスイッチングを行うための駆動手段として、第
１の層１５の下に下部電極層１７が、第２の層１６の上
に上部電極層１８が設けられている。下部電極層１７
は、本実施の形態では基板１０に埋め込まれるようにし
て形成された金属薄膜であり、紫外光を透過させるため
の窓１７Ａが形成されている。上部電極層１８は、第２
の層１６を覆うように形成された金属薄膜であり、下部
電極層１７の窓１７Ａに対応する位置に、紫外光を透過
させるための窓１８Ａが設けられている。下部電極層１
７および上部電極層１８の材料としては、アルミニウム
（Ａｌ），金（Ａｕ），クロム（Ｃｒ），チタン（Ｔ
ｉ）が挙げられる。

【００３３】このような光学多層構造体１は、図４ない
し図１５に示した製造プロセスにより作製することがで
きる。図４ないし図１５においては、基板１０上に３個
の光学多層構造体１を一方向に配列して作製する場合に
ついて説明する。なお、図４ないし図１５においては、
簡単のため、第１の層１５および第２の層１６は単一の
層として示している。

【００３４】まず、図４に示したように、紫外光に対し
て透明な、例えばガラスからなる基板１０を用意する。
そして、図５に示したように、イオンビームにより基板
１０に、下部電極層１７を埋め込み形成するための溝１
０Ａを加工する。溝１０Ａの加工深さは、電気抵抗等を
考慮し例えば１μｍとすることができる。島１０Ｂは、
下部電極層１７において紫外光を透過させるための窓１
７Ａとなるものである。

【００３５】溝１０Ａが加工された基板１０に、例えば
クロムからなる下部電極層１７を成膜する。このときの
成膜厚さは、図５に示した溝１０Ａの加工深さ（本実施
の形態では１μｍ）以上とする。その後、図６に示した
ように、下部電極層１７と基板１０の表面が同一平面と
なるように平坦化する。これにより、紫外光を透過させ
るための窓１７Ａを有する下部電極層１７が基板１０に
埋め込まれた状態で形成される。

【００３６】下部電極層１７を形成した後、フッ化マグ
ネシウムからなる低屈折率層１２Ａ〜１２Ｄと、酸化ア
ンチモンからなる高屈折率層１３Ａ〜１３Ｄとを表１に
示した膜厚で交互に積層し、図７に示したように、エッ
チングにより所定の形状にパターニングし、第１の層１
５を形成する。このときのエッチングは、例えばＲＩＥ
（Reactive Ion Etching）により行うことができる。

【００３７】さらに、間隙部１４を形成するための犠牲
層として、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層１９を成膜す
る。このとき成膜される非晶質シリコン層１９の膜厚
は、間隙部１４の光学的な大きさ（本実施の形態では、
表１に示したように、１８９．３ｎｍ）とする。その
後、図８に示したように、非晶質シリコン層１９をエッ
チングにより所定の形状にパターニングする。このとき
のエッチングもまた、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etc
hing）により行うことができる。

【００３８】続いて、酸化アンチモンからなる高屈折率
層１３Ｅ〜１３Ｈと、フッ化マグネシウムからなる低屈
折率層１２Ｆ〜１２Ｈとを表１に示した膜厚で交互に積
層し、図９に示したように、エッチングにより所定の形
状にパターニングし、第２の層１６を形成する。このと
きのエッチングは、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etchi
ng）により行うことができる。なお、符号２０で示した
のは、後述のスペーサ２１を形成するための開口であ
る。

【００３９】第２の層１６を形成した後、アルミニウム
からなる上部電極層１８を成膜し、図１０に示したよう
に所定の形状にパターニングし、紫外光を透過させるた
めの窓１８Ａを形成する。

【００４０】次いで、光学多層構造体１と後述のカバー
ガラスとの間に挿入されるスペーサ２１として、二酸化
ケイ素（ＳｉＯ₂ ）膜を基板１０の表面から測って２μ
ｍの厚さになるよう成膜し、リフトオフ法により、図１
１および図１２に示したように所定の形状にパターニン
グする。

【００４１】最後に、非晶質シリコン層１９をゼノンダ
イフロライド（ＸｅＦ₂ ）を用いたドライエッチングに
より除去し、図１３ないし図１５に示したように、間隙
部１４を形成する。これにより、図１に示した光学多層
構造体１が完成する。なお、図１３に示したような３個
の光学多層構造体１を一方向に配列した状態での平面形
状における寸法は、例えば５インチＳＶＧＡ，８００×
６００ピクセルの直視・反射型画像表示装置の場合であ
れば、縦１４７μｍ×横１４７μｍに収まっている。

【００４２】上記のような構造を有する光学多層構造体
１は、下部電極層１７と上部電極層１８への電圧の印加
によって発生した静電力により駆動される。すなわち、
上部電極層１８と、下部電極層１７との間への電圧印加
による電位差で生じた静電引力によって、間隙部１４の
光学的な大きさを、λ／２の奇数倍とλ／２の偶数倍
（０を含む）との間（例えば「λ／２」と「０」との
間）で２値的に切り替え、これにより、入射した紫外光
の反射または透過の量を変化させる。勿論、上部電極層
１８、下部電極層１７への電圧印加を連続的に変化させ
ることにより、間隙部１４の大きさをある値の範囲で連
続的に変化させ、入射した紫外光の反射または透過の量
を連続的（アナログ的）に変化させるようにすることも
できる。

【００４３】ここで、間隙部１４の光学的な大きさを例
えば上記の「λ／２」と「０」との間で２値的に切り替
えるとする。上部電極層１８と下部電極層１７との間の
電位差が０Ｖであるときは、図１に示したように、第２
の層１６は第１の層１５に対して離間した状態となり、
間隙部１４の光学的な大きさは「λ／２」である。この
とき、基板１０の裏面から入射した紫外光ＵＶ１は透過
することができない。

【００４４】これに対し、上部電極層１８に正の電圧
（本実施の形態では例えば＋１０Ｖ）を印加し、下部電
極層１７を接地し０Ｖとすると、静電引力が発生する。
この静電引力により、図２に示したように、第２の層１
６が、第１の層１５に密着する。こうして間隙部１４の
光学的な大きさが「０」となる。このとき、基板１０の
裏面から入射した紫外光ＵＶ１は、窓１７Ａ，１８Ａを
通って基板１０、第１の層１５および第２の層１６を透
過することができる（図２のＵＶ２）。

【００４５】〔光スイッチング装置〕図１６および図１
７は、上記光学多層構造体１を用いた光スイッチング装
置３０の構成を表すものである。この光スイッチング装
置３０は、具体的には紫外光のスイッチングにより画像
表示を行う直視・透過型の画像表示装置として用いられ
る。

【００４６】光スイッチング装置３０は、共通の基板３
１上に、複数（図では１２個）の光スイッチング素子３
０Ａ〜３０Ｌを２次元アレイ状に配設したものである。
図１５では、光スイッチング素子３０Ａ〜３０Ｃのみが
完全に示されている。なお、２次元に限らず、１次元に
配列した構成としてもよい。光スイッチング素子３０Ａ
〜３０Ｌのそれぞれは、上記実施の形態の光学多層構造
体１と同様の構成を有しているので、同一の構成要素に
は同一の符号を付してその説明を省略する。また、基板
３１としては上述の実施の形態における基板１０と同じ
ものを用いることができる。

【００４７】図１６において、各光スイッチング素子３
０Ａ〜３０Ｌのスペーサ２１には、共通のカバーガラス
３２が接合されている。内部は窒素（Ｎ₂ ）またはヘリ
ウム（Ｈｅ）雰囲気にして封止される。内部の圧力は、
用途に応じて必要な素子の減衰を考慮して決定され、本
実施の形態では例えば０．５ＫＰａのヘリウム雰囲気と
している。光スイッチング装置３０は画像表示装置とし
て用いられるので、カバーガラス３２の内側には、赤色
（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の各色の蛍光体３３
Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂがパターニングされている。蛍光体
３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂとしては、紫外光により励起さ
れるものを用いる。

【００４８】基板３１の光スイッチング素子３０Ａ〜３
０Ｌと反対側には、紫外光源３４が設けられている。ま
た、基板３１の裏面には、紫外光の利用効率を高めるた
めのマイクロレンズアレイ３５が接合される。光スイッ
チング素子３０Ａ〜３０Ｌにおいては、紫外光は下部電
極層１７に遮られて窓１７Ａ，１８Ａしか透過すること
ができないが、マイクロレンズアレイ３５を設けること
により紫外光の利用効率を高めることができる。なお、
図１７においては、紫外光源３４は図示していない。

【００４９】図１６または図１７からわかるように、こ
の光スイッチング装置３０において、光スイッチング素
子３０Ａ，３０Ｃは低透過（高反射）状態であり、光ス
イッチング素子３０Ｂは高透過（低反射）状態となって
いる。したがって、図１７に示したように、光スイッチ
ング素子３０Ａ，３０Ｃに入射した紫外光ＵＶＡ，ＵＶ
Ｃは透過することができず、光スイッチング素子３０
Ａ，３０Ｃは画面上暗部となる。一方、光スイッチング
素子３０Ｂにおいては、紫外光ＵＶＢ１は透過してＵＶ
Ｂ２となり、更に蛍光体３３Ｇとカバーガラス３２とを
透過してＵＶＢ３となり、画面上明部となる。

【００５０】〔画像表示装置〕図１６および図１７に示
した光スイッチング装置３０は、例えばＰＤＡ（Person
al Digital Assistant）やコンピュータのモニタなどの
直視型画像表示装置にこのまま適用することができる。

【００５１】以上説明したように、本実施の形態の光学
多層構造体１によれば、基板１０の上に、低屈折率層１
２Ａ〜１２Ｈと高屈折率層１３Ａ〜１３Ｈとを交互に積
層した光学多層膜構造１１を作製し、低屈折率層１２Ｅ
を間隙部１４としたので、優れた光学的特性を発揮する
ことができる。さらに、３個の光学多層構造体１が画面
上の１ピクセルを構成するので、例えば１つのピクセル
に６本の格子状のリボンが必要となるＧＬＶに比べて構
成が簡単であり、寸法を小さくすることができる。した
がって、画像表示装置に適用した場合に、小型軽量化が
可能となるとともに、小型であるだけに応答速度が速く
なるので、動きの速い動画表示の品質向上が期待でき
る。

【００５２】本実施の形態では、低屈折率層１２Ｅ（す
なわち間隙部１４）以外の低屈折率層１２Ａ〜１２Ｈを
フッ化マグネシウム、高屈折率層１３Ａ〜１３Ｈを酸化
アンチモンで構成したので、所望の光学的特性を得るこ
とができる。

【００５３】また、間隙部１４の光学的な大きさを切り
換える駆動手段として、金属薄膜からなる下部電極層１
７および上部電極層１８を設け、さらに下部電極層１７
および上部電極層１８に紫外線を透過させるための窓１
７Ａ，１８Ａを形成したので、光学多層構造体１を静電
力により駆動して紫外光をスイッチングすることができ
る。現在のところ紫外光に対して透明（吸収がない）で
かつ導電性を有する材料は存在しないが、本実施の形態
に係る光学多層構造体１においては、低屈折率層１２Ａ
〜１２Ｈおよび高屈折率層１３Ａ〜１３Ｈは紫外光に対
して透明であるとともに、下部電極層１７および上部電
極層１８として導電性の金属薄膜を用い、窓１７Ａ，１
８Ａを通して紫外光を透過させることができる。さら
に、光学多層構造体１においては、可動部分である第２
の層１６および上部電極層１８を小さく軽くすることが
できるので、高速スイッチングが可能となる。

【００５４】本実施の形態の光スイッチング装置３０に
よれば、各光スイッチング素子３０Ａ〜３０Ｌとして本
実施の形態の光学多層構造体１を用いているので、紫外
光の高速スイッチングが可能であり、かつ所望の光学的
特性を得られる。

【００５５】また、光スイッチング装置３０は、紫外光
により励起される蛍光体３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂやマイ
クロレンズアレイ３５などと組み合わせて種々の画像表
示装置に適用可能である。光スイッチング装置３０を用
いた画像表示装置は偏光板が不要であるので、光利用効
率が高い直視型フルカラー画像表示装置が実現できる。
また、紫外光を光源として蛍光体を励起する構成なので
陰極線管と同じく自発光型の画像表示装置であり、液晶
を用いた画像表示装置に比べてはるかに明るい画像表示
が可能となる。

【００５６】さらに、光学多層構造体１は小型軽量であ
って高速スイッチングが可能であるので、光スイッチン
グ装置３０を用いた画像表示装置は携帯情報機器などの
用途に最適であるとともに、速い動きの動画表示にも対
応することができる。

【００５７】また、光スイッチング装置３０の光スイッ
チング素子３０Ａ〜３０Ｌは、静電力により駆動される
光学多層構造体１を用いた電圧制御の素子であるので、
光スイッチング装置３０を直視・透過型画像表示装置と
して用いた場合、消費電力が非常に小さくなる。

【００５８】加えて、本実施の形態では、１ピクセルに
複数の光学多層構造体１を割り当てれば、それぞれ独立
に駆動可能であるため、画像表示装置として画像表示の
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可能である。

【００５９】以上実施の形態を挙げて本発明を説明した
が、本発明は上記実施の形態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、基板１０に下部電極層１７を埋め込むための溝１０
Ａをイオンビームにより加工するようにしたが、ウエッ
トエッチングやＲＩＥ等による加工も可能である。

【００６０】また、表１に示した光学多層構造体１の各
層の膜厚は波長３００ｎｍの紫外光に対して最適となる
よう設計されている。しかしながら、使用される蛍光体
３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂにより最も効率良く励起できる
波長が異なるので、その波長に合わせた最適設計を行う
必要がある。したがって、光学多層構造体１の各層の膜
厚は必ずしも表１に示したとおりである必要はない。

【００６１】また、図１６および図１７に示した光スイ
ッチング装置３０ないしこれを用いた画像表示装置にお
いて、さらに、基板３１とマイクロレンズアレイ３５と
の間にカラーフィルタを組み合わせることにより、紫外
光の利用効率を一層向上させることができる。

【００６２】上記実施の形態では、図１３に示したよう
な３個の光学多層構造体１を一方向に配列した状態での
平面形状における寸法を、例えば５インチＳＶＧＡ，８
００×６００ピクセルの直視・反射型画像表示装置の場
合であれば、縦１４７μｍ×横１４７μｍに収まるよう
にしたが、光学多層構造体１の寸法を数μｍまで小さく
することにより、ヘッドマウントディスプレイ，フェイ
スマウントディスプレイへの応用も可能である。このよ
うに、光学多層構造体１の寸法を変化させるだけで、フ
ェイスマウントディスプレイから大型直視型画像表示装
置まで基本的に同じ構成で実現することができる。

【００６３】更に、上記実施の形態では、光スイッチン
グ装置３０を直視・透過型画像表示装置に用いた例につ
いて説明したが、直視・透過型画像表示装置に限らず、
プロジェクション型などの他の画像表示装置への適用も
可能である。さらに、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、画像表示装置以外
の光プリンタなどの各種デバイスにも適用することも可
能である。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１ないし請
求項４のいずれか１に記載の光学多層構造体によれば、
低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した光学多層膜
構造を形成し、低屈折率層の一つを間隙部に置き換える
ようにしたので、優れた光学的特性を得ることができる
とともに、小型軽量化が可能となり、応答速度が向上す
る。

【００６５】特に、請求項２記載の光学多層構造体によ
れば、間隙部以外の低屈折率層をフッ化マグネシウム、
高屈折率層を酸化アンチモンで構成したので、所望の光
学的特性を得ることができる。

【００６６】また、特に、請求項３または請求項４に記
載の光学多層構造体によれば、間隙部の光学的な大きさ
を切り換える駆動手段として、紫外線を透過させるため
の窓が形成された金属薄膜からなる下部電極層および上
部電極層を設けたので、光学多層構造体を静電力により
駆動して紫外光をスイッチングすることができる。この
光学多層構造体は電圧制御の素子であるので、画像表示
装置に用いた場合、消費電力が非常に小さくなる。

【００６７】請求項５記載の光スイッチング素子によれ
ば、本発明の光学多層構造体を用いているので、小型軽
量であり、スイッチング動作が高速化される。この光ス
イッチング素子は、したがって、携帯情報機器などの画
像表示装置の用途に最適である。

【００６８】請求項６または請求項７記載の画像表示装
置によれば、本発明の光学多層構造体ないし光スイッチ
ング素子を用いるので、小型軽量化が求められる携帯情
報機器などの用途に最適である。また、応答速度が速く
なるので、動きの速い動画表示の品質向上が期待でき
る。この画像表示装置は偏光板が不要であるので、光利
用効率が高い直視型フルカラー画像表示装置が実現でき
る。また、紫外光を光源として蛍光体を励起する構成な
ので陰極線管と同じく自発光型の画像表示装置であり、
液晶を用いた画像表示装置に比べてはるかに明るい画像
表示が可能となる。

【００６９】特に、請求項７記載の画像表示装置によれ
ば、マイクロレンズを更に備えたので、光の利用効率を
大幅に高めることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る光学多層構造体の
間隙部の光学的大きさが「λ／２」のときの構成を表す
断面図である。

【図２】図１に示した光学多層構造体の間隙部の光学的
大きさが「０」のときの構成を表す断面図である。

【図３】図１に示した光学多層構造体の透過特性を示す
特性図である。

【図４】図１に示した光学多層構造体の製造工程を説明
するための斜視図である。

【図５】図４の工程に続く工程を説明するための斜視図
である。

【図６】図５の工程に続く工程を説明するための斜視図
である。

【図７】図６の工程に続く工程を説明するための斜視図
である。

【図８】図７の工程に続く工程を説明するための斜視図
である。

【図９】図８の工程に続く工程を説明するための斜視図
である。

【図１０】図９の工程に続く工程を説明するための斜視
図である。

【図１１】図１０の工程に続く工程を説明するための斜
視図である。

【図１２】図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ線に沿った断面図で
ある。

【図１３】図１１の工程に続く工程を説明するための斜
視図である。

【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線に沿った断面図で
ある。

【図１５】図１３のＸＶ−ＸＶ線に沿った断面図であ
る。

【図１６】本実施の形態に係る画像表示装置に適用可能
な光スイッチング装置の概略構成を表す斜視図である。

【図１７】図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線に沿った断面
図である。

【符号の説明】

１…光学多層構造体、１０…基板、１１…光学多層膜構
造、１２Ａ〜１２Ｈ…低屈折率層、１３Ａ〜１３Ｈ…高
屈折率層、１４…間隙部、１５…第１の層、１６…第２
の層、１７…下部電極層、１８…上部電極層、１７Ａ，
１８Ａ…窓、３０…光スイッチング装置、３０Ａ〜３０
Ｃ…光スイッチング素子、３１…基板、３２…カバーガ
ラス、３３Ｒ，３３Ｇ，３３Ｂ…蛍光体、３４…紫外光
源、３５…マイクロレンズアレイ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB14 AB40 AC06 AZ02 AZ05 AZ08 2H048 GA04 GA13 GA23 GA43 GA60 GA61 2H049 AA07 AA33 AA37 AA51 AA60 AA68

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 紫外光に対して透明な基板と、 前記基板上に低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層し
   てなる光学多層膜構造に含まれる低屈折率層の一つとし
   て形成され、光の干渉現象を起こしうる大きさを有する
   と共にその大きさが可変な間隙部と、 前記間隙部に関して前記基板側に積層された前記低屈折
   率層と前記高屈折率層とからなる第１の層と、 前記間隙部に関して前記基板と反対側に積層された前記
   低屈折率層と前記高屈折率層とからなる第２の層とを有
   することを特徴とする光学多層構造体。
2. 【請求項２】 前記基板はガラスから構成されており、
   前記間隙部に対応する低屈折率層以外の前記低屈折率層
   はフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂ ）から構成されてお
   り、前記高屈折率層は酸化アンチモン（Ｓｂ₂ Ｏ₃ ）か
   ら構成されていることを特徴とする請求項１記載の光学
   多層構造体。
3. 【請求項３】 更に、前記間隙部の光学的な大きさを変
   化させる駆動手段として、 前記第１の層と前記基板との間に設けられるとともに、
   紫外光を透過させるための窓が形成された金属薄膜であ
   る下部電極層と、 前記第２の層の前記基板と反対側に設けられるととも
   に、紫外光を透過させるための窓が形成された金属薄膜
   である上部電極層とを有し、前記駆動手段によって前記
   間隙部の大きさを変化させることにより、入射した光の
   反射または透過の量を変化させることを特徴とする請求
   項１記載の光学多層構造体。
4. 【請求項４】 前記上部電極層および前記下部電極層
   は、アルミニウム（Ａｌ），金（Ａｕ），クロム（Ｃ
   ｒ），チタン（Ｔｉ）から構成されていることを特徴と
   する請求項３記載の光学多層構造体。
5. 【請求項５】 紫外光に対して透明な基板と、前記基板
   上に低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層してなる光
   学多層膜構造に含まれる低屈折率層の一つとして形成さ
   れ、光の干渉現象を起こしうる大きさを有すると共にそ
   の大きさが可変な間隙部と、前記間隙部に関して前記基
   板側に積層された前記低屈折率層と前記高屈折率層とか
   らなる第１の層と、前記間隙部に関して前記基板と反対
   側に積層された前記低屈折率層と前記高屈折率層とから
   なる第２の層とを有する光学多層構造体と、 前記間隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手
   段とを備えたことを特徴とする光スイッチング素子。
6. 【請求項６】 １次元または２次元に配列された複数の
   光スイッチング素子と、 紫外光源と、 蛍光体とを備え、前記複数の光スイッチング素子に前記
   紫外光源からの紫外光を照射して前記蛍光体を励起する
   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、 紫外光に対して透明な基板と、前記基板上に低屈折率層
   と高屈折率層とを交互に積層してなる光学多層膜構造に
   含まれる低屈折率層の一つとして形成され、光の干渉現
   象を起こしうる大きさを有すると共にその大きさが可変
   な間隙部と、前記間隙部に関して前記基板側に積層され
   た前記低屈折率層と前記高屈折率層とからなる第１の層
   と、前記間隙部に関して前記基板と反対側に積層された
   前記低屈折率層と前記高屈折率層とからなる第２の層と
   を有する光学多層構造体と、 前記間隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手
   段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
7. 【請求項７】 さらに、前記基板と前記紫外光源との間
   に、マイクロレンズを備えたことを特徴とする請求項６
   記載の画像表示装置。