JPH11202222A - Optical switching element and image display device - Google Patents
Optical switching element and image display deviceInfo
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- JPH11202222A JPH11202222A JP914898A JP914898A JPH11202222A JP H11202222 A JPH11202222 A JP H11202222A JP 914898 A JP914898 A JP 914898A JP 914898 A JP914898 A JP 914898A JP H11202222 A JPH11202222 A JP H11202222A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、光通信、光演算、
光記憶装置、光プリンター、画像表示装置等に使用され
る光スイッチング素子（ライトバルブ）に関するもので
あり、特に画像表示装置に適した光スイッチング素子お
よび画像表示装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to optical communication, optical operation,
The present invention relates to an optical switching element (light valve) used for an optical storage device, an optical printer, an image display device, and the like, and particularly to an optical switching device and an image display device suitable for an image display device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来の光スイッチング素子は液晶を用い
たものが知られている。図１２にその概略構成を示すよ
うに、従来の光スイッチング素子９００は、偏光板９０
１および９０８、ガラス板９０２および９０３、透明電
極９０４および９０５、液晶９０６および９０７より構
成され、透明電極間に電圧を印加することにより液晶分
子の方向を変えて偏光面を回転させ光スイッチングを行
うものであった。そして、従来の画像表示装置は、この
ような光スイッチング素子（液晶セル）を二次元に並べ
た液晶パネルを用い、階調表現は印加電圧を調整するこ
とにより液晶分子の向く方向をコントロールするもので
あった。2. Description of the Related Art A conventional optical switching element using a liquid crystal is known. As schematically shown in FIG. 12, a conventional optical switching element 900 includes a polarizing plate 90.
1 and 908, glass plates 902 and 903, transparent electrodes 904 and 905, and liquid crystals 906 and 907. By applying a voltage between the transparent electrodes, the direction of liquid crystal molecules is changed to rotate the plane of polarization and perform optical switching. Was something. The conventional image display device uses a liquid crystal panel in which such optical switching elements (liquid crystal cells) are arranged two-dimensionally, and the gradation expression controls the direction of liquid crystal molecules by adjusting an applied voltage. Met.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、液晶は
高速応答特性が悪く、たかだか数ミリ秒程度の応答速度
でしか動作しない。このため高速応答を要求される、光
通信、光演算、ホログラムメモリー等の光記憶装置、光
プリンター等へ液晶を用いた光スイッチング素子を適用
することは難しかった。また、液晶を用いた光スイッチ
ング素子では、偏光板により光の利用効率が低下してし
まうという問題もあった。However, the liquid crystal has a poor high-speed response characteristic and operates only at a response speed of at most several milliseconds. For this reason, it has been difficult to apply an optical switching element using a liquid crystal to an optical storage device such as an optical communication device, an optical operation device, a hologram memory, or an optical printer, which requires a high-speed response. Further, in an optical switching element using a liquid crystal, there is a problem that light use efficiency is reduced by a polarizing plate.
【０００４】また、画像表示装置においては、近年、い
っそう高品位な画像品質が要求されており、液晶を用い
た光スイッチング素子よりさらに階調表現が正確な表示
を行える光スイッチング素子が求められている。In recent years, in image display devices, higher quality image quality has been demanded, and an optical switching element capable of performing more accurate gradation display than an optical switching element using a liquid crystal has been demanded. I have.
【０００５】そこで、本発明は、光のロスが少なく、高
速応答が可能な光スイッチング素子を提供することを目
的としている。さらに、均質なコントラストが得られ、
画質の良い表示が得られる光スイッチング素子を提供す
ることを目的としている。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an optical switching element which has a small loss of light and can respond at high speed. Furthermore, a uniform contrast is obtained,
It is an object of the present invention to provide an optical switching element capable of obtaining a display with good image quality.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、光を全反射して伝達可能な導光部に対し光スイッ
チング部の透光性の抽出面を接触させてエバネセント光
を抽出し、光スイッチング部の１波長程度あるいはそれ
以下の微小な動きによって、光を高速でオンオフ制御可
能な光スイッチング素子を用い、さらに、光スイッチン
グ部を反射型にして、導光部、光スイッチング部および
この光スイッチング部を駆動する駆動部を光の照射方向
からこの順番に配置して階層構造化できるようにしてい
る。そして、出射される光量が大きく、その出射される
光のロスは少なく、さらに、高速応答が可能な光スイッ
チング素子を実現している。すなわち、本発明の光スイ
ッチング素子は、光を全反射して伝達可能な全反射面を
備えた導光部と、全反射面に対しエバネセント光が漏出
する抽出距離以下に接近する第１の位置、および抽出距
離以上に離れる第２の位置に移動可能な透光性の抽出面
を備え、抽出した光を導光部の方向に反射する光スイッ
チング部と、この光スイッチング部を駆動する駆動部と
を有し、これらの導光部、光スイッチング部および駆動
部が光の出射方向に対しこの順番で積層されていること
を特徴としている。Therefore, in the present invention, the evanescent light is extracted by bringing the light-extracting surface of the optical switching portion into contact with the light-guiding portion capable of transmitting the light by total reflection. An optical switching element capable of turning on and off light at high speed by a small movement of about one wavelength or less of the optical switching part, and further, by making the optical switching part a reflection type, a light guide part, an optical switching part and The drive units for driving the optical switching units are arranged in this order from the light irradiation direction so that a hierarchical structure can be obtained. Further, an optical switching element which emits a large amount of light, has a small loss of the emitted light, and can respond at high speed is realized. That is, the optical switching element of the present invention comprises a light guide section having a total reflection surface capable of transmitting light by total reflection, and a first position approaching the extraction distance at which evanescent light leaks from the total reflection surface. An optical switching unit that includes a light-transmitting extraction surface movable to a second position that is longer than the extraction distance, and that reflects the extracted light in the direction of the light guide unit; and a driving unit that drives the optical switching unit. The light guide section, the optical switching section, and the drive section are stacked in this order in the light emission direction.
【０００７】本発明の光スイッチング素子は、導光部、
光スイッチング部およびその駆動部を積層化することに
より、光スイッチング素子を導光部、光スイッチング部
およびその駆動部の各々の部分の機能を備えたほぼ独立
した層構造のパーツを積み重ねて構成する階層構造にす
ることができる。従って、それぞれの部分を最適化する
ことが容易である。特に、本発明の光スイッチング素子
は、光スイッチング部によって光が導光部に向かって反
射され、駆動部は光が透過しない形態となっている。従
って、駆動部は光学的な考慮をはらわずに最適化するこ
とが可能であり、例えば、光スイッチング部を駆動部の
側からサポートするようにすることで、導光部を光スイ
ッチング部の側を平面となったパネル構造にすることが
できる。また、導光部がフラットな面となり、光スイッ
チング部を支持する部分を設けなければ、導光部の殆ど
の面積を光を抽出する面として使用することができるの
で、光が出射する開口面積が大きく、開口率の高い、光
量の大きな光スイッチング素子を実現できる。さらに、
駆動部は、駆動部を制御するＩＣ基板上に形成すること
も可能であり、画面制御用のＩＣチップと一体化した光
スイッチング素子を実現することも可能である。[0007] The optical switching element of the present invention comprises a light guide,
By laminating the optical switching unit and its driving unit, the optical switching element is configured by stacking parts of a substantially independent layer structure having the functions of the light guiding unit, the optical switching unit, and the driving unit. It can have a hierarchical structure. Therefore, it is easy to optimize each part. In particular, the optical switching element of the present invention is configured such that light is reflected by the optical switching section toward the light guide section, and the driving section does not transmit light. Therefore, the drive unit can be optimized without taking optical considerations into account.For example, by supporting the optical switching unit from the drive unit side, the light guide unit can be optimized on the side of the optical switching unit. Can be made into a flat panel structure. In addition, if the light guide portion is a flat surface, and if no portion for supporting the optical switching portion is provided, most of the area of the light guide portion can be used as a surface for extracting light, so that an opening area from which light is emitted , An optical switching element having a high aperture ratio and a large amount of light can be realized. further,
The driving section can be formed on an IC substrate for controlling the driving section, and can realize an optical switching element integrated with an IC chip for screen control.
【０００８】このような本発明の光スイッチング素子
は、それを１画素とし、複数の光スイッチング素子を２
次元的に配置して導光部は白色または３原色の光が伝達
可能なように接続することにより画像表示装置を構成す
ることができ、高速で解像度の高い画像表示が可能な画
像表示装置を階層構造化して低コストで提供することが
できる。また、ＩＣチップと一体化した画像表示装置と
することももちろん可能となる。[0008] Such an optical switching element of the present invention uses one pixel as a pixel and a plurality of optical switching elements as two pixels.
An image display device can be formed by dimensionally arranging the light guides and connecting them so that white or three primary colors of light can be transmitted. Hierarchical structure can be provided at low cost. Further, it is of course possible to form an image display device integrated with an IC chip.
【０００９】反射型の光スイッチング部とするために、
抽出された光を出射する出射体として、抽出面によって
抽出された光を反射するマイクロプリズムまたは光散乱
性のものを用いることができ、出射光の方向を制御して
導光部の全反射面に対して垂直方向に近づけることがで
きる。In order to form a reflection type optical switching unit,
A microprism that reflects the light extracted by the extraction surface or a light-scattering device can be used as an emission body that emits the extracted light, and the direction of the emission light is controlled to control the total reflection surface of the light guide. To the vertical direction.
【００１０】駆動部には、駆動力が印加されないとき
に、光スイッチング部を第１の位置で導光部に向かって
加圧可能な弾性体と、この弾性体の弾性力に対抗して光
スイッチング部を第２の位置に電力を用いて移動可能な
第１の駆動力発生部とを設けることが望ましい。電力を
用いて制御される第１の駆動力発生部は制御が容易であ
るが電圧あるいは電流の変動に伴って駆動力が変化す
る。これに対し、弾性体を用いた駆動力は機械的で安定
している。従って、光スイッチング部の抽出面を導光部
の全反射面に接近させて光スイッチング部をオン状態に
する駆動力として安定した弾性体を用いた駆動手段を採
用することができる。さらに、適当な距離を開けること
によって光をオフ状態にする駆動力として制御が容易な
電力を用いた駆動手段を採用することにより、安定した
光量が確保でき、制御能力の高い光スイッチング素子を
提供することができる。An elastic body capable of pressing the optical switching section toward the light guide section at the first position when no driving force is applied to the driving section, and an optical element opposing the elastic force of the elastic body. It is desirable to provide a first driving force generation unit that can move the switching unit to the second position using electric power. The first driving force generation unit controlled using electric power is easy to control, but the driving force changes with a change in voltage or current. On the other hand, the driving force using the elastic body is mechanical and stable. Therefore, it is possible to employ a driving unit using a stable elastic body as a driving force for bringing the light switching unit into an ON state by bringing the extraction surface of the light switching unit close to the total reflection surface of the light guide unit. Furthermore, by using a driving unit that uses power that can be easily controlled as a driving force that turns off light by setting an appropriate distance, a stable light amount can be secured and an optical switching element with high control capability is provided. can do.
【００１１】この弾性体は、光スイッチング部が第１の
位置になったときに撓んだ状態が残るように設定するこ
とが望ましい。撓んだ状態を残すことにより、オン状態
では、導光部の全反射面に対し抽出面が弾性体によって
加圧された状態となるので抽出面が全反射面に密着さ
れ、オンのときは明るく、オン・オフのコントラストの
高い光スイッチング素子を提供することができる。ま
た、弾性体に撓みを持たせることにより、振動、温度変
化あるいはその他の経時変化による導光部と光スイッチ
ング部の間隔、あるいは光スイッチング部と駆動部の間
隔などの変化を吸収することが可能となる。It is desirable that the elastic body be set so that the elastic body remains bent when the optical switching section is at the first position. By leaving the bent state, in the on state, the extraction surface is pressed by the elastic body against the total reflection surface of the light guide part, so the extraction surface is in close contact with the total reflection surface, and when on, An optical switching element that is bright and has high on / off contrast can be provided. In addition, by making the elastic body bend, it is possible to absorb changes such as the distance between the light guide and the optical switching unit or the distance between the optical switching unit and the driving unit due to vibration, temperature change, or other temporal changes. Becomes
【００１２】さらに、駆動部として、光スイッチング部
を第２の位置に電力を用いて移動あるいは保持可能な第
２の駆動発生部を設けることができる。弾性体に加え
て、第１の駆動発生部および第２の駆動発生部を設ける
ことにより、光スイッチング部を第１および第２の位置
に安定して保持できるので、制御の安定した動作の信頼
性の高い光スイッチング素子を提供できる。Further, a second drive generating section capable of moving or holding the optical switching section to the second position by using electric power can be provided as the driving section. By providing the first drive generating section and the second drive generating section in addition to the elastic body, the optical switching section can be stably held at the first and second positions. An optical switching element having high performance can be provided.
【００１３】駆動力発生部には、駆動用電極を設けるこ
とによって、光スイッチング部を静電気力で動かすこと
が可能であり、簡易な構成で信頼性が高く、十分な駆動
力を得ることができる。By providing the driving electrode in the driving force generating section, the optical switching section can be moved by the electrostatic force, and it is possible to obtain a high reliability and a sufficient driving force with a simple configuration. .
【００１４】さらに、光スイッチング部と共に動く第１
の駆動用電極と、基板に設置された第２の駆動用電極と
を設け、さらに、第１および第２の駆動用電極の距離が
狭くなる第１のスペースと、バネ部材が収納可能なよう
に基板および光スイッチング部の距離が広くなる第２の
スペースとを形成するスペーサ、例えば、駆動部を下と
して見たときに断面がＴ字形あるいは逆台形状などのス
ペーサを設けることが望ましい。駆動部においては、狭
い第１のスペースの駆動用の電極に電圧を印加すること
により、スペーサを介して光スイッチング部をオンオフ
できるので、駆動のための電圧を低くすることができ、
高速動作が可能となる。一方、弾性体であるバネ部材は
広い第２のスペースに収納することができるので有効長
が長くとれ、光スイッチング部を加圧する力を調整する
ことが可能である。従って、駆動用電極による駆動力は
小さくともオンオフ動作が確実に行える弾性力が得られ
るように調整できる。また、Ｔ字形あるいは逆台形状の
スペーサを採用することにより、光スイッチング部の面
積を割かずにバネ部材の有効長を確保できるので、光が
出射される開口率が高く、画像表示装置を構成したとき
に隣接する光スイッチング素子同士がほとんど繋がった
シームレスとなる光スイッチング素子を提供することが
できる。Further, the first working together with the optical switching unit.
And a second driving electrode provided on the substrate, and a first space in which the distance between the first and second driving electrodes is reduced, and a spring member can be stored. It is desirable to provide a spacer that forms a second space in which the distance between the substrate and the optical switching unit is increased, for example, a spacer having a T-shaped or inverted trapezoidal cross section when the driving unit is viewed downward. In the drive unit, by applying a voltage to the drive electrode in the narrow first space, the optical switching unit can be turned on and off via the spacer, so that the drive voltage can be reduced.
High-speed operation becomes possible. On the other hand, the spring member, which is an elastic body, can be accommodated in the wide second space, so that the effective length can be long, and the force for pressing the optical switching unit can be adjusted. Therefore, even if the driving force by the driving electrode is small, it can be adjusted so as to obtain an elastic force capable of reliably performing the on / off operation. Also, by adopting a T-shaped or inverted trapezoidal spacer, the effective length of the spring member can be ensured without breaking the area of the optical switching section, so that the aperture ratio through which light is emitted is high, and the image display device is configured. Thus, it is possible to provide a seamless optical switching element in which adjacent optical switching elements are almost connected to each other.
【００１５】駆動部の弾性体としての機能を発揮するバ
ネ部材は、コイルバネなどの任意な形状のものを用いる
ことができる。しかしながら、バネ部材は、光スイッチ
ング部（素子）の境界近傍の支持部で一端が支持され、
他端が光スイッチング部に繋がった板状のバネを採用す
ることにより、バネ部材により光スイッチング部の位置
決めを行うことができる。この際、バネ部材には、境界
近傍にスリットまたは穴が形成された板状のバネを採用
することにより、隣接する光スイッチング部に対する影
響を防止でき、また、バネ部材の弾性係数を光スイッチ
ング部を駆動するのに適当な値に設定することができ
る。例えば、このような板状のバネは、境界近傍に設け
られた支柱に一端が接続され、光スイッチング部から放
射状に延びた幅の狭いバネ部材となる。このようなバネ
部材に対し、第１の駆動用電極を光スイッチング部から
放射状に広がっている構造にすることにより、電極面積
を広くできるので、低電圧で高い駆動力が得られ、駆動
電圧を下げることができる。また、バネ部材は、境界に
沿って延びた螺旋状の部分を備えた板状のバネとするこ
とにより、面積を増やさずにバネの有効長を長くできる
ので、光スイッチング部を駆動するための電圧を下げ、
消費電力を低減することができる。さらに、二重螺旋構
造を用いることもできる。また、バネの屈曲部（両支点
の中間部）を、他の部分より薄くすることにより弾性係
数を下げてバネの有効長を長くしたのと同じ効果を得る
ことも可能である。このような板バネの支持部は、境界
近傍に規則的に配置され、複数の光スイッチング素子を
用いて画像表示装置を構成したときに隣接するスイッチ
ング素子と共用するように構成することができる。支持
部は光スイッチング素子同士の境界に沿って長く延びた
突起のようなものであっても良いが、境界に沿って断続
的に存在する支柱を採用することにより、支持部の占め
るスペースを減らすことが可能であり、そのスペースを
電極あるいは他のスペースとして用いることができる。
また、支柱はランダムに配置することも可能であるが、
所定の規則に沿って配置することによりシンメトリで組
み立てやすく性能の安定した光スイッチング素子および
画像表示装置を提供することができる。As the spring member which functions as an elastic body of the drive section, any shape such as a coil spring can be used. However, one end of the spring member is supported by a support portion near the boundary of the optical switching portion (element),
By employing a plate-like spring whose other end is connected to the optical switching unit, the optical switching unit can be positioned by the spring member. At this time, by adopting a plate-shaped spring in which a slit or a hole is formed in the vicinity of the boundary as the spring member, it is possible to prevent the influence on the adjacent optical switching unit, and to set the elastic coefficient of the spring member to the optical switching unit. Can be set to an appropriate value to drive the. For example, one end of such a plate-shaped spring is connected to a support provided near the boundary, and is a narrow spring member radially extending from the optical switching unit. With respect to such a spring member, the first driving electrode has a structure in which the first driving electrode extends radially from the optical switching unit, so that the electrode area can be increased. Therefore, a high driving force can be obtained at a low voltage, and the driving voltage can be reduced. Can be lowered. In addition, the spring member is a plate-shaped spring having a spiral portion extending along the boundary, so that the effective length of the spring can be increased without increasing the area, so that the optical switching unit is driven. Lower the voltage,
Power consumption can be reduced. Further, a double helical structure can be used. Further, by making the bent portion of the spring (the middle portion between the two fulcrums) thinner than the other portions, it is possible to obtain the same effect as lowering the elastic coefficient and increasing the effective length of the spring. Such a supporting portion of the leaf spring is regularly arranged near the boundary, and can be configured to be shared with an adjacent switching element when an image display device is configured using a plurality of optical switching elements. The support portion may be like a protrusion extending long along the boundary between the optical switching elements, but by employing a column intermittently present along the boundary, the space occupied by the support portion is reduced. The space can be used as an electrode or other space.
In addition, it is possible to arrange the columns randomly,
By arranging them in accordance with a predetermined rule, it is possible to provide an optical switching element and an image display device which are easy to assemble by symmetry and have stable performance.
【００１６】バネ部材としては、ボロンドープされたシ
リコン薄膜のような導電性のある薄膜部材を採用するこ
とができ、駆動用の電極を兼ねた構造にすることが可能
である。従って、基板側の第２の駆動用電極に対峙した
領域が第１の駆動用電極として機能し、その他の部分が
バネ部材として機能するようにすることができる。As the spring member, a conductive thin film member such as a boron-doped silicon thin film can be adopted, and it is possible to adopt a structure which also serves as a driving electrode. Therefore, the region facing the second drive electrode on the substrate side can function as the first drive electrode, and the other portion can function as a spring member.
【００１７】一方、導光部とバネ部材との間に補助支持
部を設け、さらに、バネ部材に上記のようなスリットあ
るいは穴などを設けずに、光スイッチング部の側をほぼ
密封できる板状のバネにして、光スイッチング部の側を
駆動部の側より負圧にすることができる。これにより、
外気圧によってバネ部材が補助支持部に押しつけられ、
光スイッチング部との隙間を均等に保つことができる。
また、圧力差によってオンのときに光スイッチング部が
導光部に密着される。従って、安定した動作が行われ、
コントラストの高い光スイッチング素子を提供すること
ができる。On the other hand, an auxiliary support portion is provided between the light guide portion and the spring member, and a plate-like member capable of substantially sealing the optical switching portion side without providing the above-described slit or hole in the spring member. By using the spring described above, the pressure on the side of the optical switching unit can be made more negative than that of the drive unit. This allows
The spring member is pressed against the auxiliary support by the external pressure,
The gap with the optical switching unit can be kept uniform.
Also, when turned on due to the pressure difference, the optical switching unit is brought into close contact with the light guide unit. Therefore, stable operation is performed,
An optical switching element with high contrast can be provided.
【００１８】また、駆動部と光スイッチング部を有する
空間すなわち光スイッチング素子の内部が密封された空
間になるようにして、内部の圧力を低くするか、また
は、不活性ガス等の気体を空気と置換し内部の圧力を低
くすると、スイッチング動作時の気体の流動抵抗を低く
できるので、気体によるダンパー効果などの摩擦が生じ
なくなり、駆動電圧を下げ、駆動速度を上げ、さらにオ
ンオフの切り替えを高速で行うことができる。よって、
高速応答が可能な光スイッチング素子の提供が可能とな
る。Further, the space having the drive section and the optical switching section, that is, the inside of the optical switching element is made a sealed space so that the pressure inside is reduced, or a gas such as an inert gas is mixed with air. Replacing and lowering the internal pressure can reduce the flow resistance of gas during switching operation, so that friction such as damper effect due to gas does not occur, lower drive voltage, increase drive speed, and switch on / off at high speed. It can be carried out. Therefore,
An optical switching element capable of high-speed response can be provided.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】〔第１の実施の形態〕図１に、本
発明の光スイッチング素子１を複数用いた画像表示装置
２の概略構成を示してある。本例のスイッチング素子１
は、ガラス製あるいは透明プラスチック製などの使用す
る光の透過率の高い光ガイドとなる導光部２０を有して
いる。この導光部２０は、入射光１０が全反射により伝
達されるように、入射光１０の入射角に対して適当な角
度となる全反射面２２が形成されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS [First Embodiment] FIG. 1 shows a schematic configuration of an image display device 2 using a plurality of optical switching elements 1 according to the present invention. Switching element 1 of this example
Has a light guide portion 20 which is made of glass or transparent plastic and serves as a light guide having a high light transmittance. The light guide section 20 has a total reflection surface 22 formed at an appropriate angle with respect to the incident angle of the incident light 10 so that the incident light 10 is transmitted by total reflection.
【００２０】本例のスイッチング素子１は、この導光部
２０の下方（全反射面２２の側）に、導光部２０から光
を抽出して上方に反射する光スイッチング部３０の層、
この光スイッチング部３０を動かす駆動部４０の層、お
よび駆動部４０を制御する駆動用ＩＣが構成されたシリ
コン基板７０の層が順番に積層されており、それぞれの
機能部分が階層構造を成している。The switching element 1 of this embodiment includes a layer of a light switching section 30 that extracts light from the light guide section 20 and reflects the light upward from the light guide section 20 (toward the total reflection surface 22).
The layer of the driving section 40 for moving the optical switching section 30 and the layer of the silicon substrate 70 on which the driving IC for controlling the driving section 40 is formed are sequentially laminated, and the respective functional portions form a hierarchical structure. ing.
【００２１】光スイッチング部３０は、導光部の全反射
面２２の側が全反射面２２にほぼ密着可能な平坦な抽出
面３２となったマイクロプリズム３４を出射体として備
えている。本例のマイクロプリズム３４は、抽出面３２
が底面となった三角形のプリズムになっており、全反射
面２２から抽出した光を全反射面２２にほぼ垂直な方向
に反射して導光部２０の全反射面２２の反対側の投写面
２１から出射できるようになっている。The light switching section 30 has, as an emitting body, a microprism 34 in which the side of the total reflection surface 22 of the light guide section is a flat extraction surface 32 which can be almost adhered to the total reflection surface 22. The microprism 34 of the present example includes the extraction surface 32
Is a triangular prism having a bottom surface, and reflects light extracted from the total reflection surface 22 in a direction substantially perpendicular to the total reflection surface 22 to project the light guide unit 20 on the opposite side of the total reflection surface 22. 21 can be emitted.
【００２２】この光スイッチング部３０を駆動するため
に、光スイッチング部３０の下層に設けられた駆動部４
０は、マイクロプリズム３４を支持する断面が略Ｔ字形
となったスペーサ４２と、このスペーサ４２を介して光
スイッチング部３０の抽出面３２を導光部２０の全反射
面２２に接する第１の位置で導光部２０に向かって加圧
可能な弾性体である板状のバネ部材５０と、静電気力を
用いて抽出面３２を全反射面２２から離れた第２の位置
に移動する電極６０および６２のセット（第１の動力発
生部）を備えている。従って、本例の光スイッチング素
子１では、駆動部２０に電力が供給されていないと、バ
ネ部材５０によって抽出面３２が全反射面２２に接近
（第１の位置）し、導光部２０から光が抽出されて投写
面２１から出射される（オン状態）。一方、駆動部２０
に電力が供給されると、電極６０および６２により離れ
るので（第２の位置）、光は導光部２０から抽出および
出射されなくなる（オフ状態）。In order to drive the optical switching unit 30, a driving unit 4 provided below the optical switching unit 30
Reference numeral 0 denotes a first spacer 42 that supports the microprism 34 and has a substantially T-shaped cross section, and the extraction surface 32 of the optical switching unit 30 contacts the total reflection surface 22 of the light guide unit 20 via the spacer 42. A plate-like spring member 50 which is an elastic body which can be pressed toward the light guide portion 20 at a position, and an electrode 60 which moves the extraction surface 32 to a second position away from the total reflection surface 22 by using electrostatic force. And 62 sets (first power generation unit). Therefore, in the optical switching element 1 of the present example, when power is not supplied to the drive unit 20, the extraction surface 32 approaches the total reflection surface 22 by the spring member 50 (first position), and Light is extracted and emitted from the projection surface 21 (ON state). On the other hand, the driving unit 20
When the power is supplied to the light guide 20, the light is separated by the electrodes 60 and 62 (second position), so that light is no longer extracted and emitted from the light guide 20 (off state).
【００２３】さらに、本例の画像表示装置２は、このよ
うな構成の光スイッチング素子１が図１の横方向と同様
に紙面に垂直な方向にも２次元的に配置されており、こ
れら光スイッチング素子１が１画素として画像を表示で
きるようになっている。Further, in the image display device 2 of the present embodiment, the optical switching elements 1 having such a configuration are two-dimensionally arranged in the direction perpendicular to the paper as in the horizontal direction in FIG. The switching element 1 can display an image as one pixel.
【００２４】また、この画像表示装置２は、駆動部４０
を制御する回路が構成されたシリコン基板７０の表面に
形成されており、画像駆動用のＩＣ７０と一体となった
画像表示装置２が実現されている。The image display device 2 includes a driving unit 40
Are formed on the surface of a silicon substrate 70 on which a circuit for controlling the image display is formed, and an image display device 2 integrated with an image driving IC 70 is realized.
【００２５】図２に、光スイッチング素子１を光スイッ
チング部３０を中心に拡大して示してある。本図に示し
た左側の光スイッチング素子１ａはオン状態を示してあ
り、右側の光スイッチング素子１ｂはオフ状態を示して
ある。本例の光スイッチング素子１は、導光部２０の全
反射面２２から漏出しているエバネセント波を抽出面３
２で捉えて画像形成などのために利用できるようにして
いる素子である。FIG. 2 shows the optical switching element 1 in an enlarged manner centering on the optical switching section 30. The left optical switching element 1a shown in the figure shows an ON state, and the right optical switching element 1b shows an OFF state. The optical switching element 1 according to the present embodiment extracts the evanescent wave leaking from the total reflection surface 22 of the light guide 20 to the extraction surface 3.
2 is an element that can be used for image formation and the like by capturing the image by the number 2.
【００２６】図３にエバネセント波の透過率の例をいく
つか示してある。全反射されている面に透明体を近接す
ると、エバネセント波が透明体側に漏れ出て光が透過す
る。エバネセント波の透過率は、媒体の屈折率や入射角
度などによって相違するが、図３に、波長λが５００ｎ
ｍの光に対して入射角を５０°としたときにエバネセン
ト波の透過率（％）を全反射面２２と抽出面（透明体）
３２との間隔（μｍ）に対して測定した透過曲線１４を
示してある。同様に入射角６０°のときの特性曲線１
５、入射角７０°の特性曲線１６、入射角８０°の特性
曲線１７も示してある。これら特性曲線は、ほぼ同じよ
うな傾向を示しており、抽出面３２が全反射面２２に
０．１〜０．０５μｍ以下に接近する（第１の位置）と
透過率が５０％程度になる。一方、抽出面３２が全反射
面２２から０．２μｍ以上離れる（第２の位置）と透過
率は１０％以下になり、さらには、抽出面３２の距離が
０．３μｍを越えると透過率はほぼ０％になる。従っ
て、図２の光スイッチング素子１ａで示すオン状態と、
光スイッチング素子１ｂで示すオフ状態とでは、光スイ
ッチング部３２を０．２〜０．３μｍ程度移動させるだ
けで良い。このため、本例の光スイッチング素子１を用
いることにより、高速で画素を制御でき、コントラスト
の高い画像を得ることができる。また、光スイッチング
部３２の移動距離が短くて済むので、駆動電極６０およ
び６２の間隔も短くなる。従って、これらの電極によっ
て静電気力を発生するための駆動電圧も小さくて良く、
消費電力の少ない画像表示装置２を提供することができ
る。FIG. 3 shows several examples of evanescent wave transmittance. When the transparent body is brought close to the surface that is totally reflected, the evanescent wave leaks to the transparent body side and light is transmitted. Although the transmittance of the evanescent wave differs depending on the refractive index of the medium, the incident angle, and the like, FIG.
The transmittance (%) of the evanescent wave is set to the total reflection surface 22 and the extraction surface (transparent) when the incident angle is set to 50 ° with respect to the light of m.
The transmission curve 14 measured for an interval (μm) with 32 is shown. Similarly, characteristic curve 1 at an incident angle of 60 °
5, a characteristic curve 16 at an incident angle of 70 ° and a characteristic curve 17 at an incident angle of 80 ° are also shown. These characteristic curves show almost the same tendency. When the extraction surface 32 approaches the total reflection surface 22 by 0.1 to 0.05 μm or less (first position), the transmittance becomes about 50%. . On the other hand, when the extraction surface 32 is separated from the total reflection surface 22 by 0.2 μm or more (the second position), the transmittance becomes 10% or less. Further, when the distance of the extraction surface 32 exceeds 0.3 μm, the transmittance becomes smaller. It is almost 0%. Therefore, the ON state shown by the optical switching element 1a in FIG.
In the off state indicated by the optical switching element 1b, it is only necessary to move the optical switching unit 32 by about 0.2 to 0.3 μm. For this reason, by using the optical switching element 1 of this example, the pixels can be controlled at high speed, and an image with high contrast can be obtained. Further, since the moving distance of the optical switching unit 32 is short, the interval between the drive electrodes 60 and 62 is also short. Therefore, the driving voltage for generating electrostatic force by these electrodes may be small,
The image display device 2 with low power consumption can be provided.
【００２７】図２に基づいて、本例の光スイッチング素
子１の構成をさらに詳しく説明する。本例の光スイッチ
ング素子１は、光スイッチング素子１ａに示すように、
駆動部４０に設けられたバネ部材５０によってスペーサ
４２が押し上げられ、光スイッチング部３０の抽出面３
２が全反射面２２に対し、上述したような間隔でほとん
ど密着することによってエバネセント波を捉えることが
できる。そして、捉えられたエバネセント波１０は出射
体であるプリズム３４の反射面３４ａで反射して導光部
２０から外界に放出される。一方、光スイッチング素子
１ｂに示すように、電極６０および６２の静電気力によ
ってプリズム３４がバネ５０に逆らって下に動き、抽出
面３２と全反射面２２との間に上述したような間隔が開
くと、エバネセント波をプリズム３４で捉えることがで
きなくなる。Referring to FIG. 2, the structure of the optical switching device 1 of the present embodiment will be described in more detail. The optical switching element 1 of the present example is, as shown in the optical switching element 1a,
The spacer 42 is pushed up by a spring member 50 provided in the driving unit 40, and the extraction surface 3 of the optical switching unit 30 is extracted.
The evanescent wave can be caught by the 2 being almost in close contact with the total reflection surface 22 at the above-described interval. Then, the captured evanescent wave 10 is reflected by the reflecting surface 34a of the prism 34, which is an emitting body, and is emitted from the light guide unit 20 to the outside. On the other hand, as shown in the optical switching element 1b, the prism 34 moves down against the spring 50 due to the electrostatic force of the electrodes 60 and 62, and the above-described space is opened between the extraction surface 32 and the total reflection surface 22. Then, the evanescent wave cannot be captured by the prism 34.
【００２８】プリズム３４を支持する本例のスペーサ４
２は、断面がほぼＴ字形をしており、中心が基板７０の
表面７１とスペーサ４２の下面４２ａとの隙間が狭くな
った第１のスペース４５になっており、両側が基板の表
面７１とスペーサ４２の下面４２ｂとの隙間が広くなっ
た第２のスペース４６となっている。隙間の狭い第１の
スペース４５を挟むように、スペーサ４２の下面４２ａ
と基板の表面７１に電極６２および６０が設けられてい
る。一方、間隔の広い第２のスペース４６には、バネ部
材５０が設けられており、このバネ部材５０がスイッチ
ング素子１の境界に設けられた支柱４４とスペーサ４２
を接続し、光スイッチング部３０のマイクロプリズム３
４の位置が決まるようになっている。さらに、光スイッ
チング素子１ａおよび１ｂに示すように、Ｔ字形のスペ
ーサ４２で形成された第２のスペース４６で板状のバネ
部材５０が変形できるようになっており、電極６０およ
び６２の間隔（第１のスペース）を開けずに、バネ部材
５０の設置スペースが確保できている。従って、電極６
０および６２に供給する駆動電圧は低くて良いので、上
述したように消費電力を抑えることができる。The spacer 4 of the present embodiment for supporting the prism 34
2 has a substantially T-shaped cross section, the center is a first space 45 in which the gap between the surface 71 of the substrate 70 and the lower surface 42a of the spacer 42 is narrow, and both sides are the same as the surface 71 of the substrate. A second space 46 is formed in which a gap between the lower surface 42b of the spacer 42 and the lower surface 42b is increased. The lower surface 42a of the spacer 42 is sandwiched by the first space 45 having a narrow gap.
And electrodes 62 and 60 on the surface 71 of the substrate. On the other hand, a spring member 50 is provided in the second space 46 having a large space, and the spring member 50 is connected to the support 44 and the spacer 42 provided at the boundary of the switching element 1.
And the micro-prism 3 of the optical switching unit 30
4 is determined. Further, as shown in the optical switching elements 1a and 1b, the plate-shaped spring member 50 can be deformed in the second space 46 formed by the T-shaped spacer 42, and the distance between the electrodes 60 and 62 ( A space for installing the spring member 50 can be secured without opening the (first space). Therefore, the electrode 6
Since the drive voltage supplied to 0 and 62 may be low, power consumption can be suppressed as described above.
【００２９】また、Ｔ字形のスペーサ４２を採用するこ
とにより、プリズム３４の下の駆動部４０の層に位置す
るスペース４６をバネ部材５０の設置スペースとするこ
とができる。このように、駆動部４０の部材であるバネ
部材５０の処理を駆動部４０の層で処理することによ
り、光スイッチング部３０の層では、隣接する光スイッ
チング素子１ａおよび１ｂの間にバネ部材５０を設置す
るためのスペースが不要である。従って、プリズム３４
の面積を大きくすることが可能となり、導光部２０から
光を抽出できる面積率（開口率）を高くし、出射される
光量の大きな明るい光スイッチング素子を提供すること
ができる。Further, by employing the T-shaped spacer 42, the space 46 located in the layer of the drive section 40 below the prism 34 can be used as the installation space for the spring member 50. As described above, the processing of the spring member 50, which is a member of the driving unit 40, is performed by the layer of the driving unit 40, so that the layer of the optical switching unit 30 has the spring member 50 between the adjacent optical switching elements 1a and 1b. There is no need for space for installation. Therefore, the prism 34
It is possible to increase the area ratio (aperture ratio) from which light can be extracted from the light guide section 20 and provide a bright optical switching element with a large amount of emitted light.
【００３０】さらに、本例の光スイッチング素子１で
は、駆動部４０の層に支柱４４を設けて駆動部４０で光
スイッチング部３０をサポートできるようにしており、
導光部２０にプリズム３４を支持する構造をエッチング
などを用いて形成する必要がない。従って、導光部２０
の全反射面２２は、複数の光スイッチング素子１に対し
てフラットな平面となり、シンプルな形状の部材を導光
部２０として採用できる。そして、バネ部材５０を設置
する空間も駆動部４０に設けることができるので、光ス
イッチング部３０としては光スイッチング素子１ａおよ
び１ｂを間隔を殆ど開けずに配置することが可能とな
る。従って、本例の光スイッチング素子を用いることに
より画素同士の間が殆ど開かない、画素の境目が判らな
いシームレスな、あるいはシームレスに近い画像を形成
可能な画像表示装置２を提供することができる。Further, in the optical switching element 1 of the present embodiment, the support 44 is provided on the layer of the drive section 40 so that the drive section 40 can support the optical switching section 30.
It is not necessary to form a structure for supporting the prism 34 on the light guide section 20 by etching or the like. Therefore, the light guide section 20
Is a flat plane with respect to the plurality of optical switching elements 1, and a member having a simple shape can be adopted as the light guide section 20. Further, since a space for installing the spring member 50 can also be provided in the drive unit 40, it is possible to arrange the optical switching elements 1a and 1b as the optical switching unit 30 with almost no gap. Therefore, by using the optical switching element of the present example, it is possible to provide the image display device 2 that can form a seamless or almost seamless image in which the space between pixels hardly opens and the boundaries between pixels are not recognized.
【００３１】さらに、本例の光スイッチング素子１にお
いては、光スイッチング素子１ａに示すように、オン状
態では静電気力を用いずにバネ部材５０の力でマイクロ
プリズム３４の抽出面３２を導光部２０の全反射面２２
に押しつけるようにしている。また、オン状態では、さ
らに、バネ部材５０に多少の変位５１を持たせ、プリズ
ム３４を全反射面２２に押圧できるようにしている。電
力を用いて制御される静電気力は、制御が容易であるが
供給電圧が変動すると抽出面３２を全反射面２２に押し
つける力が変化する。図３に示したように、電圧が下が
って押圧が不足し、抽出面３２と全反射面２２との隙間
が０．１〜０．１５μｍ程度になると透過量は２０％近
傍あるいはそれ以下となり、オンオフのコントラストが
低下してしまう。これに対し、バネ部材５０によって得
られる力は、機械的で電圧変動に関係なく安定してい
る。従って、本例のスイッチング素子１においては、オ
ン状態にする駆動力として安定したバネ部材５０の力を
用い、一方、オフ状態にする駆動力として制御が容易な
静電気力を用いることにより、安定した光量を確保する
と共に、制御能力の高い光スイッチング素子を提供でき
るようにしている。Further, in the optical switching element 1 of this embodiment, as shown in the optical switching element 1a, the extraction surface 32 of the microprism 34 is guided by the force of the spring member 50 without using the electrostatic force in the ON state. 20 total reflection surfaces 22
I try to press. In the ON state, the spring member 50 further has a slight displacement 51 so that the prism 34 can be pressed against the total reflection surface 22. The electrostatic force controlled using electric power is easy to control, but when the supply voltage fluctuates, the force pressing the extraction surface 32 against the total reflection surface 22 changes. As shown in FIG. 3, when the voltage drops and the pressing is insufficient, and when the gap between the extraction surface 32 and the total reflection surface 22 becomes about 0.1 to 0.15 μm, the transmission amount becomes close to 20% or less, On / off contrast is reduced. On the other hand, the force obtained by the spring member 50 is mechanical and stable regardless of voltage fluctuation. Therefore, in the switching element 1 of the present example, a stable force of the spring member 50 is used as a driving force for turning on, and an easily controlled electrostatic force is used as a driving force for turning off, so that the switching element 1 is stabilized. In addition to securing a sufficient amount of light, an optical switching element having high control ability can be provided.
【００３２】さらに、オン状態のバネ部材５０に変位
（撓み）５１を持たしておくことにより、適度な力で抽
出面３２を全反射面２２に押し当てることが可能とな
る。従って、振動、温度変化あるいはその他の経時変化
による導光部と光スイッチング部の間隔、あるいは光ス
イッチング部と駆動部の間隔などが変化した場合でもそ
れを吸収して、オンオフのコントラストが低下するのを
防止できる。さらに、本例のスイッチング素子１は、上
述したようにＴ字形のスペーサ４２によってバネ部材５
０の設置スペースとして広いスペース４６が確保されて
いるので、その内部でバネ部材５０を変位させておくこ
とが可能である。この撓み５１の程度はオフ状態の間隔
より少ない、すなわち、０．１〜０．２μｍ程度が好ま
しい。Furthermore, by providing the spring member 50 in the ON state with the displacement (deflection) 51, the extraction surface 32 can be pressed against the total reflection surface 22 with an appropriate force. Therefore, even if the distance between the light guide section and the optical switching section or the distance between the optical switching section and the driving section due to vibration, temperature change, or other aging changes is absorbed, it is absorbed and the on / off contrast is reduced. Can be prevented. Further, as described above, the switching element 1 of the present example is provided with the spring member 5 by the T-shaped spacer 42.
Since the large space 46 is secured as the installation space for the “0”, it is possible to displace the spring member 50 therein. The degree of the bending 51 is preferably smaller than the interval between the OFF states, that is, about 0.1 to 0.2 μm.
【００３３】さらに、本例のバネ部材５０は、ボロンド
ープされたシリコン製の薄膜４９で形成されており、導
電性がある。従って、広いスペース４６の領域では、こ
の薄膜４９をバネ部材５０として機能させ、狭いスペー
ス４５の領域では、スペーサ４２にこの薄膜４９を固定
して電極６２として機能させることができる。Further, the spring member 50 of this embodiment is formed of a boron-doped silicon thin film 49 and has conductivity. Therefore, in the region of the wide space 46, the thin film 49 can function as the spring member 50, and in the region of the narrow space 45, the thin film 49 can be fixed to the spacer 42 and function as the electrode 62.
【００３４】駆動部４０に備えられているバネ部材５０
は、弾性係数を適度な値にすることが重要である。弾性
係数が高すぎると、短い間隔でも動かすのに非常に力が
必要になり、大きな静電気力が要求されるので、駆動電
圧が高くなってしまう。一方、弾性係数が低すぎると、
プリズム３４の抽出面３２を全反射面２２に押しつける
力が得られるなくなる。画像表示装置２に用いられて画
素を構成するような光スイッチング素子１のサイズは、
十数ミクロンから数百ミクロンであり、このようなマイ
クロマシンにおいては、バネ部材５０の有効長を長くし
て弾性係数を低く抑えることが重要である。このため、
本例の光スイッチング素子１においては、Ｔ字形のスペ
ーサ４２を用いて確保された広くスペース４６内にバネ
部材５０を配置して有効長を長くすると共にさらにバネ
部材５０を細くして有効長を長くするようにしている。The spring member 50 provided in the drive section 40
It is important that the elastic coefficient has an appropriate value. If the elastic modulus is too high, a very large force is required to move even a short interval, and a large electrostatic force is required, so that the driving voltage increases. On the other hand, if the elastic modulus is too low,
A force for pressing the extraction surface 32 of the prism 34 against the total reflection surface 22 cannot be obtained. The size of the optical switching element 1 used in the image display device 2 and constituting a pixel is as follows.
In such a micromachine, it is important to increase the effective length of the spring member 50 to keep the elastic coefficient low. For this reason,
In the optical switching element 1 of the present example, the spring member 50 is disposed in a wide space 46 secured by using the T-shaped spacer 42 to increase the effective length, and furthermore, the spring member 50 is further narrowed to reduce the effective length. I try to make it longer.
【００３５】図４に、本例の光スイッチング素子１の駆
動部４０の配置を底面（基板７０の側）より見た様子を
示してある。シリコン薄膜４９は、四方の支柱４４から
スペーサ４２の底面４２ａに向かって放射状に延びたバ
ネ部材５０（明示するために縦線で示してある）を形成
するために、隣接する他のスイッチング素子との境界に
なる支柱４４の周囲が大きくカットされて穴５２が形成
されている。また、底面４２ａに残ったシリコン薄膜４
９はほぼ四角形の電極６２（明示するために斜線で示し
てある）を形成している。このように、幅の狭い板状の
バネ部材５０を形成することにより、有効長を長くして
駆動電圧を下げることができる。また、画像表示装置に
おいては、隣接する光スイッチング素子との接続部分が
細くなるので、光スイッチング素子で構成される画素の
間でオンオフ状態が相互に影響を及ぼすのを未然に防ぐ
ことができる。FIG. 4 shows the arrangement of the drive section 40 of the optical switching element 1 of the present embodiment as viewed from the bottom (the side of the substrate 70). The silicon thin film 49 is connected to another adjacent switching element to form a spring member 50 (shown by a vertical line for clarity) extending radially from the four pillars 44 toward the bottom surface 42 a of the spacer 42. The hole 52 is formed by largely cutting the periphery of the column 44 which is the boundary of the column. The silicon thin film 4 remaining on the bottom surface 42a
Reference numeral 9 designates a substantially rectangular electrode 62 (shown by oblique lines for clarity). As described above, by forming the plate-shaped spring member 50 having a small width, the effective length can be increased and the driving voltage can be reduced. Further, in the image display device, since the connection portion between the adjacent optical switching elements becomes thinner, it is possible to prevent the on / off state of the pixels constituted by the optical switching elements from affecting each other.
【００３６】図５に、本例の上記と異なったバネ部材５
０の例を示してある。本例では、シリコン薄膜４９に、
スペーサ４２から支柱４４の方向に延びた放射状にスリ
ット５３を形成して細長いバネ部材５０を形成すると共
に、スペーサ４２の底面４２ａに取り付けられた電極６
２から放射状の電極６２ａをさらに広げて形成し、電極
の面積を広く確保している。このように、電極６２の面
積を広げることにより、光スイッチング部３０を駆動す
るために印加する駆動電圧を小さくすることが可能とな
る。FIG. 5 shows a spring member 5 of this embodiment which is different from the above.
An example of 0 is shown. In this example, the silicon thin film 49
A slit 53 is formed radially extending from the spacer 42 in the direction of the support 44 to form an elongated spring member 50, and the electrode 6 attached to the bottom surface 42a of the spacer 42 is formed.
2, a radial electrode 62a is further expanded to form a large area of the electrode. As described above, by enlarging the area of the electrode 62, it becomes possible to reduce the drive voltage applied to drive the optical switching unit 30.
【００３７】図６に、上記とさらに異なったバネ部材５
０の例を示してある。図６（ａ）および図６（ｂ）に
は、画像表示装置を構成するために２次元的に配置され
た複数の光スイッチング素子１のうち、４つの光スイッ
チング素子１が配置された状態をシリコン基板７０の側
から見た様子を示してある。本例においては、シリコン
薄膜４９にそれぞれの光スイッチング素子１の境界に沿
った方向にスリット５３を形成し、スペーサ４２の周
囲、すなわち、光スイッチング素子１の境界に沿って螺
旋状に延びたバネ部材５０を構成している。このよう
に、バネ部材５０を境界に沿った方向に延ばすことによ
り、バネ部材５０の有効長をさらに長くすることがで
き、その一方で、スペーサ４２の底面４２ａを広げて電
極６２の面積を広く確保することができる。従って、こ
れらの効果により、駆動電圧を大幅に下げることが可能
となる。図６（ｂ）は、さらに、スリット５３を長くし
てバネ部材５０がスイッチング素子１の境界に沿った２
辺に達するまで長くを螺旋状にさらに確保できるように
した例であり、バネ部材５０の有効長をいっそう長し、
駆動電圧を下げることができる。もちろん、さらにスリ
ット５３を長くして、境界に沿って有効長の長いバネ部
材５０を形成することも可能である。FIG. 6 shows a further different spring member 5 from the above.
An example of 0 is shown. FIGS. 6A and 6B show a state in which four optical switching elements 1 are arranged among a plurality of optical switching elements 1 arranged two-dimensionally to constitute an image display device. The view from the side of the silicon substrate 70 is shown. In this example, a slit 53 is formed in the silicon thin film 49 in a direction along the boundary of each optical switching element 1, and a spring spirally extends around the spacer 42, that is, along the boundary of the optical switching element 1. The member 50 is constituted. In this way, by extending the spring member 50 in the direction along the boundary, the effective length of the spring member 50 can be further increased, while the bottom surface 42a of the spacer 42 is widened and the area of the electrode 62 is widened. Can be secured. Therefore, these effects make it possible to greatly reduce the drive voltage. FIG. 6B further shows that the slit 53 is made longer so that the spring member 50 is moved along the boundary of the switching element 1.
This is an example in which a longer length can be further secured in a spiral shape until reaching the side, and the effective length of the spring member 50 is further increased.
The driving voltage can be reduced. Of course, it is also possible to further lengthen the slit 53 and form the spring member 50 having a long effective length along the boundary.
【００３８】図７に、さらに異なったバネ部材の例を示
してある。本例では、バネ部材５０がスペーサ４２と接
する部分、あるいは支柱４４と接続されている部分と比
較し、その中央部５５の厚みを薄くして弾性係数を下
げ、駆動電圧を低減できるようにしている。このよう
に、上記に示した幾つかの例あるいはこれらを組み合わ
せることにより、バネ部材５０の弾性係数を下げること
ができるので、光スイッチング部３０を動かすために電
極６０および６２に印加して静電気力を発生される駆動
電圧を小さくすることができる。従って、低電気消費量
で稼動可能な光スイッチング素子１を提供することがで
き、画像表示装置２の全体の電力を押さえることが可能
となる。FIG. 7 shows still another example of the spring member. In this example, compared with a portion where the spring member 50 is in contact with the spacer 42 or a portion where the spring member 50 is connected to the column 44, the thickness of the central portion 55 is made thinner to lower the elastic coefficient so that the driving voltage can be reduced. I have. As described above, the elastic modulus of the spring member 50 can be reduced by combining some of the above examples or a combination thereof, so that the electrostatic force is applied to the electrodes 60 and 62 to move the optical switching unit 30. Can be reduced. Therefore, it is possible to provide the optical switching element 1 operable with low electric power consumption, and it is possible to suppress the entire power of the image display device 2.
【００３９】本例の光スイッチング素子１は、導光部２
０、光スイッチング部３０および駆動部４０が順番に積
層された構造を採用し、反射型の光スイッチング部３０
とすることにより、出射方向が積層された方向、すなわ
ち、導光部２０を向いた光スイッチング素子であり、駆
動部４０を抽出した光が通過しない構成の光スイッチン
グ素子を提供することができる。従って、駆動部４０は
光学的な特性を考慮せずに設計できるので、光スイッチ
ング部３０を支持し駆動する構成を上述したように全て
駆動部４０で実現するように最適化することが可能とな
り、光スイッチング部３０および導光部２０の構成を非
常にシンプルにすることができる。そして、導光部２
０、光スイッチング部３０および駆動部４０を層構造に
して独立した設計が可能となり、導光部２０は全反射面
２２がフラットな平板状の部材を用いることができる。
また、光スイッチング部３０には抽出面３２の広いプリ
ズムなどの出射体３４を用いることができる。さらに、
駆動部４０には、オンオフ動作を高速で安定して行える
信頼性の高いメカニズムを採用することができる。この
ため、本発明により光量が多く光のロスの少ない光スイ
ッチング素子を提供可能であり、さらに、オンオフのコ
ントラストも高く画質の良い光スイッチング素子を提供
することができる。The optical switching element 1 of the present embodiment comprises a light guide 2
0, an optical switching unit 30 and a driving unit 40 are sequentially stacked, and the reflection type optical switching unit 30
With this configuration, it is possible to provide an optical switching element in which the emission directions are stacked, that is, the optical switching element is directed to the light guide unit 20 and the light extracted from the driving unit 40 does not pass through. Therefore, since the driving unit 40 can be designed without considering the optical characteristics, it is possible to optimize the configuration for supporting and driving the optical switching unit 30 so as to be realized by the driving unit 40 as described above. The configuration of the optical switching unit 30 and the light guide unit 20 can be made very simple. And the light guide 2
0, the optical switching unit 30 and the driving unit 40 can have a layered structure and can be designed independently, and the light guide unit 20 can be a flat-plate member having a flat total reflection surface 22.
Further, the light switching unit 30 can use an emission body 34 such as a prism having a wide extraction surface 32. further,
The drive unit 40 can employ a highly reliable mechanism capable of performing on-off operation stably at high speed. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide an optical switching element having a large amount of light and a small loss of light, and to provide an optical switching element having a high on-off contrast and high image quality.
【００４０】さらに、本例の光スイッチング素子１は、
駆動部４０を駆動回路などが構成されたシリコンＩＣ基
板上に、エッチングなどの微細加工に適した半導体製造
技法あるいはマイクロマシンの製造技術を用いて製造す
ることができ、複数の光スイッチング素子１を高密度で
集積化することも容易である。従って、本発明の光スイ
ッチング素子を用いることにより、薄くて解像度の高い
画像表示装置２を提供することができる。Further, the optical switching element 1 of this embodiment is
The drive unit 40 can be manufactured on a silicon IC substrate on which a drive circuit and the like are configured by using a semiconductor manufacturing technique suitable for fine processing such as etching or a micromachine manufacturing technique. It is easy to integrate at a high density. Therefore, by using the optical switching element of the present invention, a thin and high-resolution image display device 2 can be provided.
【００４１】図８に、本発明に係る画像表示装置２を用
いた投射装置６を示してある。本例の投写装置６は、導
光部２の全反射面２２に、駆動回路と共に光スイッチン
グ部３０および駆動部４０が搭載されたＩＣチップ５が
取り付けられている。画像表示装置２の導光部２０に
は、一方に入射用の面８１が用意されており、この面に
向かって光源から赤緑青（ＲＧＢ）、またはシアン、マ
ゼンダ、イエローなどの光の３原色が時分割で入射され
る。本例の光源８０は、白色のメタルハライドランプ８
０ａと、モータで回転される３色分割フィルタ８０ｂと
を備えており、３色分割フィルタ８０ｂで色分割された
光線がコリメータレンズ８０ｃを通して並行光束化され
て入射面８１から導光部２０に入射される。そして、全
反射面２２に到達した入射光１０は、ＩＣチップ５を用
いて構成された個々の光スイッチング素子によって反射
されて導光部２０を透過する出射光１２となって出射さ
れ、投射レンズ８５を通ってスクリーンなどに投写され
て所望の画像が形成される。一方、光スイッチング素子
によって出射光に変換されなかった入射光１０は、全反
射によって導光部２０の入射面８１と反対側の反射面８
２に到達し、この面で反射されて再び導光部２０内を伝
達し、光スイッチング素子に到達する。FIG. 8 shows a projection device 6 using the image display device 2 according to the present invention. In the projection device 6 of the present example, the IC chip 5 on which the optical switching unit 30 and the driving unit 40 are mounted together with the driving circuit is attached to the total reflection surface 22 of the light guide unit 2. The light guide section 20 of the image display device 2 is provided with an incident surface 81 on one side, and the three primary colors of light such as red, green, blue (RGB) or cyan, magenta, and yellow from a light source are directed toward this surface. Are time-divisionally incident. The light source 80 of this example is a white metal halide lamp 8.
0a, and a three-color division filter 80b rotated by a motor. Light beams color-divided by the three-color division filter 80b are converted into parallel light beams through a collimator lens 80c, and are incident on the light guide unit 20 from the entrance surface 81. Is done. The incident light 10 arriving at the total reflection surface 22 is reflected by individual optical switching elements formed by using the IC chip 5 and is emitted as the emission light 12 that passes through the light guide section 20, and is emitted. The image is projected on a screen or the like through 85 and a desired image is formed. On the other hand, the incident light 10 that has not been converted into the outgoing light by the optical switching element is reflected by the reflection surface 8 on the opposite side of the incident surface 81 of the light guide unit 20 by total reflection.
2 and is reflected by this surface and transmitted again in the light guide section 20 to reach the optical switching element.
【００４２】このように、本例の画像表示装置２は、時
分割され入射光に同期してＩＣチップ５により構成され
た光スイッチング素子を操作することによりカラー画像
を投射することができる。もちろん、白色光を入射光１
０として採用し、波長選択性のある光抽出部を用いた光
スイッチング素子によってカラー画像を投射も可能であ
る。As described above, the image display device 2 of the present embodiment can project a color image by operating the optical switching element constituted by the IC chip 5 in a time-division manner and in synchronization with the incident light. Of course, white light is
A color image can be projected by an optical switching element employing a light extraction unit having wavelength selectivity, which is adopted as 0.
【００４３】〔第２の実施の形態〕図９に、上記と異な
る光スイッチング素子の例を示してある。本例の光スイ
ッチング素子１も、出射光１２の方向に対し、導光部２
０、反射型の光スイッチング部３０および駆動部４０が
この順番に積層された階層構造となっており、上述した
実施例と共通する部分については同じ符号を付して説明
を省略する。本例の光スイッチング素子１は、光スイッ
チング部３０の駆動部４０として、駆動電極６０および
６２のセット（第１の駆動部）に加え、新たに光スイッ
チング部３０を上方、すなわち、オン状態に引っ張り上
げる駆動電極６４および６６のセット（第２の駆動部）
が設けられている。本例においては、スペーサ４２から
プリズム３４を支持するバッファ部材３５の側面に、ほ
ぼコの字型の切り欠き３８を対称な位置に形成し、その
スペース３８に支柱４４から延ばした補助柱４７を挿入
し、スペース４８と補助柱４７とに新たな電極６４およ
び６６をそれぞれ固定して第２の駆動部を形成してい
る。本例の光スイッチング素子１においては、オフ状態
を電力を用いて制御する電極６０および６２からなる第
１のセットに加え、オン状態も電力（静電気力）を用い
て制御できる電極６４および６６の第２のセットが設け
られている。このため、バネ部材５０の駆動力に加えて
電力を用いてオンオフの両方の状態を制御することがで
きるので、より安定した駆動制御が可能であり、いっそ
う信頼性の高い光スイッチング素子１を提供することが
できる。[Second Embodiment] FIG. 9 shows an example of an optical switching element different from the above. The optical switching element 1 of the present example also has a
0, the reflection type optical switching unit 30 and the driving unit 40 have a hierarchical structure in which the components are stacked in this order. The optical switching element 1 of the present example, as the drive unit 40 of the optical switching unit 30, sets the drive electrodes 60 and 62 (first drive unit) and newly sets the optical switching unit 30 upward, that is, in the ON state. Set of drive electrodes 64 and 66 pulled up (second drive unit)
Is provided. In this example, a substantially U-shaped notch 38 is formed at a symmetrical position on the side surface of the buffer member 35 supporting the prism 34 from the spacer 42, and an auxiliary column 47 extending from the column 44 is formed in the space 38. The second driving unit is formed by inserting new electrodes 64 and 66 into the space 48 and the auxiliary pillar 47 respectively. In the optical switching element 1 of this example, in addition to the first set of the electrodes 60 and 62 for controlling the OFF state using electric power, the ON state of the electrodes 64 and 66 for which the ON state can be controlled using electric power (electrostatic force). A second set is provided. For this reason, since both ON and OFF states can be controlled using electric power in addition to the driving force of the spring member 50, more stable driving control is possible, and the optical switching element 1 with higher reliability is provided. can do.
【００４４】〔第３の実施の形態〕図１０に、本発明に
係る光スイッチング素子の異なった例を示してある。光
スイッチング素子１も、導光部２０と、光スイッチング
３０と、駆動部４０とがこの順番にＩＣ部７０の基盤に
積層されており、上述した実施例と共通する部分につい
ては同じ符号を付して説明を省略する。本例の光スイッ
チング素子１では、バネ部材５０および電極６２を兼ね
て支柱４４およびスペーサ４２を接続するように設置さ
れた薄膜４９が導光部２０に対して補助柱４８によって
支持されており、抽出面３２と全反射面２２との間隔が
光スイッチング素子１の間でほぼ均等に保たれるように
なっている。さらに、薄膜４９には穴あるいはスリット
が形成されておらず、光スイッチング部３０の層を薄膜
４９と導光部２０で密封できるようになっている。そし
て、光スイッチング部３０の圧力が外気に対し負圧にな
るように調整されている。これにより薄膜４９が補助柱
４８に密着され、複数の光スイッチング素子１を２次元
的に並べて画像表示装置２を構成したときに薄膜４９と
全反射面２２との間隔、すなわち、薄膜４９に取り付け
られた光スイッチング部３０の抽出面３２と導光部２０
の全反射面２２との隙間をほぼ均等に保つことができ
る。従って、複数の光スイッチング素子１で構成される
画像表示装置２の全画素で安定したスイッチング動作が
行われ、全ての画素で高いコントラストを得ることがで
きる。この補助柱４８は、全ての画素を構成するスイッ
チング素子に設ける必要はなく、適当な間隔を開けた
り、あるいはランダムに配置してももちろん良い。Third Embodiment FIG. 10 shows a different example of the optical switching element according to the present invention. The optical switching element 1 also includes a light guide section 20, an optical switching section 30, and a drive section 40 stacked in this order on the base of the IC section 70, and the same reference numerals are given to parts common to the above-described embodiment. And the description is omitted. In the optical switching element 1 of the present example, the thin film 49 installed so as to connect the support 44 and the spacer 42 as the spring member 50 and the electrode 62 is supported by the auxiliary guide 48 with respect to the light guide unit 20, The distance between the extraction surface 32 and the total reflection surface 22 is kept substantially equal between the optical switching elements 1. Further, no holes or slits are formed in the thin film 49, so that the layer of the optical switching unit 30 can be sealed with the thin film 49 and the light guide unit 20. The pressure of the optical switching unit 30 is adjusted so as to be a negative pressure with respect to the outside air. As a result, the thin film 49 is adhered to the auxiliary column 48, and when the image display device 2 is configured by arranging the plurality of optical switching elements 1 two-dimensionally, the distance between the thin film 49 and the total reflection surface 22, that is, the thin film 49 is attached. Extraction surface 32 of light switching unit 30 and light guide unit 20
Can be maintained substantially uniformly with the total reflection surface 22. Therefore, a stable switching operation is performed in all pixels of the image display device 2 including the plurality of optical switching elements 1, and high contrast can be obtained in all pixels. The auxiliary columns 48 do not need to be provided in the switching elements constituting all the pixels, and may be arranged at appropriate intervals or randomly.
【００４５】さらに、光スイッチング部３０の側が負圧
になるように調整されているので、外気圧によって光ス
イッチング部３０の抽出面３２は全反射面２２に対し押
圧される。従って、本例の光スイッチング素子１におい
ては、バネ部材５０の力に加えて大気圧も利用して抽出
面３２を全反射面２２に対し密着させて、高いコントラ
ストを得ることができる。Further, since the pressure on the side of the optical switching unit 30 is adjusted to a negative pressure, the extraction surface 32 of the optical switching unit 30 is pressed against the total reflection surface 22 by the external air pressure. Therefore, in the optical switching element 1 of this example, the extraction surface 32 is brought into close contact with the total reflection surface 22 by utilizing the atmospheric pressure in addition to the force of the spring member 50, and a high contrast can be obtained.
【００４６】また、本例の光スイッチング素子１におい
ては、バネ部材５０とプリズム３４の間に位置するスペ
ーサ４２としてＴ字形に代わり逆台形状のものを採用し
ている。このように、逆台形状のスペーサ４２を用いて
もバネ部材５０を配置する広いスペース４６と、電極６
０および６２を配置する狭いスペース４５を確保するこ
とが可能である。Further, in the optical switching element 1 of this embodiment, an inverted trapezoidal one is employed as the spacer 42 located between the spring member 50 and the prism 34 instead of the T-shape. As described above, even if the inverted trapezoidal spacer 42 is used, the large space 46 for disposing the spring member 50 and the electrode 6
It is possible to reserve a narrow space 45 for arranging 0 and 62.
【００４７】さらに、光スイッチング部３０に加えて、
駆動部４０も密封し、導光部２０およびシリコン基板７
０で囲われた領域全体を密封して負圧にすることも可能
である。この領域の圧力を下げることにより、光スイッ
チング部３０および駆動部４０を構成するプリズム３
４、バネ部材５０などがスイッチング動作するために動
くときに気体の流動抵抗がなくなり、ダンパー効果など
による抵抗が大幅に低下する。従って、オンオフ動作の
ときの駆動速度を上げることが可能となり、また、駆動
力を低減できるので、高速動作が可能で消費電力の低い
スイッチング素子および画像表示装置を提供することが
できる。また、上記密封された空間を水分を含まない気
体で置換し、しかも外部より負圧にすることにより、上
述の効果に加え、吸着等の原因となる水分を除去でき、
しかも、不活性ガスであれば、酸化等の変質を防止でき
る。Further, in addition to the optical switching unit 30,
The drive unit 40 is also sealed, and the light guide unit 20 and the silicon substrate 7 are sealed.
It is also possible to create a negative pressure by sealing the entire area enclosed by zero. By lowering the pressure in this region, the prism 3 constituting the optical switching unit 30 and the driving unit 40
4. When the spring member 50 and the like move for the switching operation, the flow resistance of the gas disappears, and the resistance due to the damper effect and the like is greatly reduced. Accordingly, it is possible to increase the driving speed at the time of the on / off operation and to reduce the driving force, so that it is possible to provide a switching element and an image display device which can operate at a high speed and consume low power. In addition, by replacing the sealed space with a gas containing no water, and by applying a negative pressure from the outside, in addition to the above-described effects, water that causes adsorption or the like can be removed,
In addition, an inert gas can prevent deterioration such as oxidation.
【００４８】〔第４の実施の形態〕図１１に、本発明の
光スイッチング素子の他の例を示してある。本例の光ス
イッチング素子１も、導光部２０と、光スイッチング３
０と、駆動部４０とがこの順番にＩＣ部の基板７０に積
層されており、上述した実施例と共通する部分について
は同じ符号を付して説明を省略する。本例の光スイッチ
ング素子１では、光スイッチング部３０では複数の反射
体を含んだ反射型の出射体３６を採用している。従っ
て、オン状態で抽出面３２によって捉えられたエバネセ
ント光は出射体３６で導光部２０の側に適度な角度で散
乱され、広い視野角で見える画像を形成することができ
る。Fourth Embodiment FIG. 11 shows another example of the optical switching device of the present invention. The optical switching element 1 of this example also includes a light guide section 20 and an optical switching section 3.
0 and the drive unit 40 are laminated in this order on the substrate 70 of the IC unit. Portions common to the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In the optical switching element 1 of the present example, the light switching section 30 employs a reflection-type emitting body 36 including a plurality of reflectors. Therefore, the evanescent light captured by the extraction surface 32 in the ON state is scattered by the light emitting body 36 toward the light guide unit 20 at an appropriate angle, and an image that can be viewed at a wide viewing angle can be formed.
【００４９】さらに、本例の光スイッチング素子１では
スイッチング部３０を駆動する駆動部として静電力の代
わりにピエゾ素子６９による電歪力を用いている。本例
のピエゾ素子６９は、分極方向が異なる２層を積層した
バイモルフタイプであり、電力を与えると湾曲した状態
から直線状態に延びてバネ部材５０を引っ張り、光スイ
ッチング素子１をオフ状態にできるようになっている。
一方、電力を与えないと湾曲した弾性力のある状態とな
り、バネ部材５０の弾性力と共に適当な力で光スイッチ
ング部３０を導光部２０に向けて押圧し、コントラスト
の高い光スイッチング素子を実現できるようになってい
る。Further, in the optical switching element 1 of the present embodiment, the electrostrictive force of the piezo element 69 is used instead of the electrostatic force as the driving section for driving the switching section 30. The piezo element 69 of this example is a bimorph type in which two layers having different polarization directions are stacked, and when power is applied, the piezo element 69 extends from a curved state to a linear state, pulls the spring member 50, and turns off the optical switching element 1. It has become.
On the other hand, when no power is applied, the optical switching unit 30 is in a state having a curved elastic force, and presses the optical switching unit 30 toward the light guide unit 20 with an appropriate force together with the elastic force of the spring member 50, thereby realizing an optical switching element with high contrast. I can do it.
【００５０】なお、本発明に係る光スイッチング素子１
は、導光部２０、光スイッチング部３０、および駆動部
４０が階層構造を成しているので、上述した各々の実施
の形態に係る光スイッチング部３０あるいは駆動部４０
を自由に組み合わせて用途に適した光スイッチング素子
１を構成することができる。また、本発明の光スイッチ
ング素子は、画像表示装置に限定されるものではなく、
光プリンターのライン状ライトバルブ、三次元ホログラ
ムメモリ用の光空間変調器などその応用範囲は非常に広
く、従来の液晶を用いた光スイッチング素子が適用され
ている分野はもちろん、液晶を用いた光スイッチング素
子では動作速度や光強度が不足する分野および応用機器
に対して、本発明の光スイッチング素子は特に適してい
る。さらに、本発明の光スイッチング素子は微細加工が
可能であるので、従来の液晶の光スイッチング素子より
も小型化、薄型化を図ることができ、高集積化すること
も可能である。The optical switching element 1 according to the present invention
Since the light guide unit 20, the optical switching unit 30, and the driving unit 40 form a hierarchical structure, the optical switching unit 30 or the driving unit 40 according to each of the above-described embodiments.
Can be freely combined to form the optical switching element 1 suitable for the application. Further, the optical switching element of the present invention is not limited to the image display device,
Its application range is very wide, such as linear light valves for optical printers and spatial light modulators for three-dimensional hologram memories. The optical switching element of the present invention is particularly suitable for fields and application equipment in which the operating speed and light intensity are insufficient with the switching element. Furthermore, since the optical switching element of the present invention can be finely processed, it can be made smaller and thinner than the conventional liquid crystal optical switching element, and can be highly integrated.
【００５１】[0051]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光スイ
ッチング素子は、光を全反射して伝達可能な全反射面を
備えた導光部に抽出面を接し、全反射面から漏出するエ
バネセント光を捉えて画像を形成可能とするものであ
り、導光部、反射型の光スイッチング部および駆動部を
出射方向に対しこの順番に積層することにより、抽出し
た光を光スイッチング部で導光部の方向にほぼ垂直に反
射し、駆動部における光の損失がない明るい光スイッチ
ング素子を提供することができる。さらに、このような
積層構造を採用することにより、導光部、光スイッチン
グ部および駆動部の各々の階層を最適な構造にすること
が可能であり、また、機能あるいは構造の異なる階層を
自由に組み合わせることも可能となる。特に、駆動部で
光スイッチング部の位置決めを行い、さらに弾性体であ
るバネ部材の設置スペースを設けることにより、導光部
をフラットな部材とし、また、光スイッチング部の抽出
面の面積を大きくすることができる。従って、開口率の
大きな明るくコントラストの高い光スイッチング素子を
提供することが可能となり、本発明の光スイッチング素
子を用いることにより、画質の良い画像が得られる画像
表示装置を提供することができる。As described above, in the optical switching element of the present invention, the extraction surface comes into contact with the light guide portion having the total reflection surface capable of transmitting light by total reflection, and leaks from the total reflection surface. An image can be formed by capturing the evanescent light, and the extracted light is guided by the optical switching unit by stacking the light guide unit, the reflection type optical switching unit, and the drive unit in this order in the emission direction. It is possible to provide a bright optical switching element that reflects light almost perpendicularly to the direction of the light section and has no light loss in the drive section. Furthermore, by adopting such a laminated structure, it is possible to optimize each layer of the light guide section, the optical switching section and the drive section, and to freely select layers having different functions or structures. It is also possible to combine them. In particular, the positioning of the optical switching unit is performed by the driving unit, and the installation space for the spring member, which is an elastic body, is provided to make the light guide unit a flat member and to increase the area of the extraction surface of the optical switching unit. be able to. Therefore, a bright and high-contrast optical switching element having a large aperture ratio can be provided. By using the optical switching element of the present invention, an image display device capable of obtaining a high-quality image can be provided.
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光スイッチン
グ素子の概略構成を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a schematic configuration of an optical switching element according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１に示す光スイッチング素子の構成を拡大し
て示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged configuration of the optical switching element shown in FIG.
【図３】エバネセント波の透過率を全反射面と抽出面と
の距離に対して示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a transmittance of an evanescent wave with respect to a distance between a total reflection surface and an extraction surface.
【図４】図１に示す光スイッチング素子のバネ部材の構
成を基板の方向から見た様子を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a spring member of the optical switching element illustrated in FIG. 1 when viewed from a substrate direction.
【図５】図４に示したバネ部材と異なる例を示す図であ
る。FIG. 5 is a view showing an example different from the spring member shown in FIG. 4;
【図６】図４に示したバネ部材とさらに異なる例を示す
図である。FIG. 6 is a view showing an example further different from the spring member shown in FIG. 4;
【図７】図４に示したバネ部材とさらに異なる例を示す
図である。FIG. 7 is a view showing an example further different from the spring member shown in FIG. 4;
【図８】図１に示す画像表示装置を用いた投写装置の例
を示す図である。8 is a diagram showing an example of a projection device using the image display device shown in FIG.
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る光スイッチン
グ素子の概略構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical switching element according to a second embodiment of the present invention.
【図１０】本発明の第３の実施の形態に係る光スイッチ
ング素子の概略構成を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical switching element according to a third embodiment of the present invention.
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る光スイッチ
ング素子の概略構成を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a schematic configuration of an optical switching element according to a fourth embodiment of the present invention.
【図１２】従来の液晶を用いた光スイッチング素子を示
す図である。FIG. 12 is a view showing an optical switching element using a conventional liquid crystal.
１・・光スイッチング素子 ２・・画像表示装置 ６・・投写装置 １０・・入射光 １２・・出射光 ２０・・導光部 ２２・・全反射面 ３０・・光スイッチング部 ３２・・抽出面 ３４・・出射体（プリズム） ３６・・出射体（散乱体） ４０・・駆動部 ４２・・スペーサ ４４・・支柱 ４５・・駆動電極用の狭いスペース（第１のスペース） ４６・・バネ部材用の広いスペース（第２のスペース） ４７、４８・・補助柱 ４９・・シリコン薄膜 ５０・・バネ部材 ５１・・バネ部材の撓み ５２・・穴 ５３・・スリット ６０、６２・・駆動電極（第１のセット） ６４、６６・・駆動電極（第２のセット） ６９・・ピエゾ素子 ７０・・ＩＣ部 ８０・・光源 ８０ａ・・メタルハイランドランプ ８０ｂ・・３色分割フィルター ８１・・入射用の面 ８２・・反射面 ８５・・撮影レンズ ９０・・大気圧 ９０８・・偏光板 ９０３・・ガラス板 ９０４、９０５・・透明電極 ９０６、９０７・・液晶 1, optical switching element 2, image display device 6, projection device 10, incident light 12, output light 20, light guide 22, total reflection surface 30, optical switching unit 32, extraction surface 34 ... Emitting body (prism) 36 ... Emitting body (scattering body) 40 ... Driver 42 ... Spacer 44 ... Support column 45 ... Narrow space (first space) for drive electrode 46 ... Spring member Wide space for use (second space) 47, 48 Auxiliary column 49 Silicon thin film 50 Spring member 51 Deflection of spring member 52 Hole 53 Slit 60, 62 Drive electrode ( First set) 64, 66 Drive electrode (second set) 69 Piezo element 70 IC section 80 Light source 80a Metal highland lamp 80b Three-color splitting filter 81 Incident Face 2 ... reflective surface 85 ... imaging lens 90 ... atmospheric pressure 908 · polarizer 903 ... glass plates 904, 905 ... transparent electrode 906, 907 ... liquid crystal
Claims (21)
えた導光部と、 前記全反射面に対しエバネセント光が漏出する抽出距離
以下に接近する第１の位置、および前記抽出距離以上に
離れる第２の位置に移動可能な透光性の抽出面を備え、
抽出した光を前記導光部の方向に反射する光スイッチン
グ部と、 この光スイッチング部を駆動する駆動部とを有し、 前記導光部、光スイッチング部および駆動部が光の出射
方向に対しこの順番で積層されていることを特徴とする
光スイッチング素子。1. A light guide unit having a total reflection surface capable of transmitting light by total reflection, a first position approaching an extraction distance at which evanescent light leaks to the total reflection surface, and the extraction. A translucent extraction surface movable to a second position separated by a distance or more,
An optical switching unit that reflects the extracted light in the direction of the light guiding unit, and a driving unit that drives the optical switching unit, wherein the light guiding unit, the optical switching unit, and the driving unit are arranged with respect to the light emitting direction. An optical switching element characterized by being stacked in this order.
ッチング部および駆動部は、階層構造となっていること
を特徴とする光スイッチング素子。2. The optical switching element according to claim 1, wherein the light guide section, the optical switching section, and the driving section have a hierarchical structure.
光スイッチング部の側がフラットな平面となったパネル
状の部材であることを特徴とする光スイッチング素子。3. The optical switching element according to claim 1, wherein the light guide section is a panel-shaped member having a flat plane on the side of the optical switching section.
基板上に配置されていることを特徴とする光スイッチン
グ素子。4. The device according to claim 1, wherein the driving unit is an IC.
An optical switching element, which is arranged on a substrate.
部は、前記抽出面によって抽出された光を反射するマイ
クロプリズムまたは光散乱性の出射体を備えていること
を特徴とする光スイッチング素子。5. The optical switching device according to claim 1, wherein the optical switching unit includes a microprism or a light scattering body that reflects the light extracted by the extraction surface.
力が印加されないときに前記光スイッチング部を前記第
１の位置で前記導光部に向かって加圧可能な弾性体と、
この弾性体の弾性力に対抗して前記光スイッチング部を
前記第２の位置に電力を用いて移動可能な第１の駆動力
発生部とを備えていることを特徴とする光スイッチング
素子。6. The elastic body according to claim 1, wherein the driving section is capable of pressing the optical switching section toward the light guide section at the first position when no driving force is applied.
An optical switching element, comprising: a first driving force generation unit capable of moving the optical switching unit to the second position using electric power in opposition to the elastic force of the elastic body.
光スイッチング部が前記第１の位置になったときに撓ん
だ状態が残るように設定されたバネ部材であることを特
徴とする光スイッチング素子。7. The elastic member according to claim 6, wherein the elastic member is a spring member set so that a bent state remains when the optical switching section is at the first position. Optical switching element.
部を前記第２の位置に電力を用いて移動あるいは保持可
能な第２の駆動発生部を有することを特徴とする光スイ
ッチング素子。8. The optical switching element according to claim 6, further comprising a second drive generating section capable of moving or holding the optical switching section at the second position using electric power.
は、前記光スイッチング部を静電気力で動かすための駆
動用電極を備えていることを特徴とする光スイッチング
素子。9. The optical switching element according to claim 6, wherein the driving force generating unit includes a driving electrode for moving the optical switching unit by electrostatic force.
は、前記光スイッチング部を静電気力で動かすために前
記光スイッチング部と共に動く第１の駆動用電極と、基
板に設置された第２の駆動用電極とを備えており、さら
に、 前記駆動部は、前記第１および第２の駆動用電極の距離
が狭くなる第１のスペースと、前記バネ部材が収納可能
なように前記基板および光スイッチング部の距離が広く
なる第２のスペースとを形成するスペーサを備えている
ことを特徴とする光スイッチング素子。10. The driving force generation unit according to claim 7, wherein the driving force generation unit includes a first driving electrode that moves together with the optical switching unit to move the optical switching unit by electrostatic force, and a second driving electrode installed on the substrate. A driving electrode; and the driving unit further includes: a first space in which a distance between the first and second driving electrodes is narrow; and the substrate and the light so that the spring member can be housed. An optical switching element, comprising: a spacer forming a second space in which a distance of a switching unit is widened.
前記光スイッチング素子の境界近傍の支持部で一端が支
持され、他端が前記光スイッチング部に繋がった板状の
バネであり、前記スペーサは断面がＴ字形あるいは逆台
形状であることを特徴とする光スイッチング素子。11. The spring member according to claim 10, wherein one end of the spring member is supported by a support portion near the boundary of the optical switching element, and the other end is a plate-shaped spring connected to the optical switching portion. An optical switching element having a T-shaped or inverted trapezoidal cross section.
は、前記境界近傍にスリットまたは穴が形成された板状
のバネであることを特徴とする光スイッチング素子。12. The optical switching element according to claim 11, wherein the spring member is a plate-shaped spring having a slit or a hole formed near the boundary.
は、前記境界近傍に設けられた支柱に前記一端が接続さ
れ、前記光スイッチング部から放射状に延びた幅の狭い
板状のバネであることを特徴とする光スイッチング素
子。13. The spring member according to claim 11, wherein the one end is connected to a support provided near the boundary, and the spring member is a narrow plate-shaped spring radially extending from the optical switching unit. Characteristic optical switching element.
ング部から放射状に前記第１の駆動用電極が広がってい
ることを特徴とする光スイッチング素子。14. The optical switching element according to claim 13, wherein the first driving electrode extends radially from the optical switching section.
は、前記境界に沿って延びた螺旋状の部分を備えた板状
のバネであることを特徴とする光スイッチング素子。15. The optical switching element according to claim 11, wherein the spring member is a plate-shaped spring having a spiral portion extending along the boundary.
は、中央付近の厚みが薄くなった板状のバネであること
を特徴とする光スイッチング素子。16. The optical switching element according to claim 11, wherein the spring member is a plate-like spring having a reduced thickness near the center.
前記導光部の側から支持する補助支持部を有し、さら
に、 前記バネ部材は、前記光スイッチング部の側をほぼ密封
できる板状のバネであり、前記光スイッチング部の側が
前記駆動部の側より負圧になっていることを特徴とする
光スイッチング素子。17. The light-emitting device according to claim 11, further comprising an auxiliary supporting portion for supporting the spring member from the light guide portion side, wherein the spring member has a plate shape capable of substantially sealing the optical switching portion side. An optical switching element, being a spring, wherein the side of the optical switching unit has a lower pressure than the side of the driving unit.
ング素子の内部が密封された空間になっており、圧力の
低い状態で前記光スイッチング部を駆動できるようにな
っていることを特徴とする光スイッチング素子。18. The optical switching device according to claim 11, wherein the interior of the optical switching element is a sealed space, and the optical switching unit can be driven in a low pressure state. element.
記境界近傍に規則的に、または、ランダムに配置された
支柱であることを特徴とする光スイッチング素子。19. The optical switching element according to claim 11, wherein the support portion is a pillar arranged regularly or randomly near the boundary.
導電性の部材であり、前記光スイッチング部に繋がった
部分が前記第１の駆動用電極を兼ねていることを特徴と
する光スイッチング素子。20. The optical switching element according to claim 11, wherein the spring member is a conductive member, and a portion connected to the optical switching unit also serves as the first driving electrode.
を複数有し、これらの光スイッチング素子が２次元的に
配置され、前記導光部は白色または３原色の光が伝達可
能なように接続されていることを特徴とする画像表示装
置。21. A plurality of the optical switching elements according to claim 1, wherein the optical switching elements are two-dimensionally arranged, and the light guides are connected so that white or three primary colors of light can be transmitted. An image display device characterized in that:
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| US09/381,495 US6381381B1 (en) | 1998-01-20 | 1998-11-27 | Optical switching device and image display device |
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1998
- 1998-01-20 JP JP914898A patent/JP3658965B2/en not_active Expired - Lifetime
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