JP2000131627A - 光変調素子及びアレイ型光変調素子並びに平面表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光利用効率が良く、高真空化が不要で、且つ
安価なコストで大面積化が可能であり、しかも、高画質
が得られると共に、駆動電圧が低い光変調素子、及びア
レイ型光変調素子、並びに、それを用いた平面表示装置
を提供する。 【解決手段】 光変調素子２０は、対をなす電極である
複数の格子壁５及び可動子１５への電圧印加に伴う静電
気の作用によって、各可動子１５を隣接する格子壁５間
で透明基板１と略平行に所定量変位させ、透明基板１の
光変調領域１３に対する各可動子１５の相対位置を変化
させる。これにより光変調素子２０は、透明基板１に導
入された光を光変調する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気応力により
可動子を位置変化させて光変調を行う光変調素子、及び
アレイ型光変調素子、並びに、それを用いた平面表示装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】入射光の振幅（強度）、位相又は進行方
向などを制御して、画像やパターン化されたデータ等を
処理・表示するものに、光変調素子がある。光変調素子
は、光を透過させる物質の屈折率を物質に印加する外場
によって変化させ、屈折、回折、吸収、散乱等などの光
学現象を介して、最終的にこの物質を透過又は反射する
光の強度を制御する。この光変調素子の一つには、液晶
の電気光学効果を利用した液晶光変調素子がある。この
液晶光変調素子は、薄型の平面表示装置である液晶表示
装置に好適に用いられている。

【０００３】液晶表示装置は、一対の導電性透明膜を形
成した基板間に、基板と平行に且つ両基板間で９０°ね
じれた状態にするように配向したネマティック液晶を入
れて封止し、これを直交した偏光板で挟んだ構造を有す
る。この液晶表示装置による表示は、導電性透明膜に電
圧を印加することで液晶分子の長軸方向が基板に対して
垂直に配向され、バックライトからの光の透過率が変化
することを利用して行われる。良好な動画像対応性を持
たせるためには、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いた
アクティブマトリクス液晶パネルが使用される。

【０００４】プラズマ表示装置は、ネオン、ヘリウム、
キセノン等の希ガスを封入した二枚のガラス板の間に、
放電電極に相当する規則的に配列した直交方向の電極を
多数配置し、それぞれの対向電極の交点部を単位画素と
した構造を有する。このプラズマ表示装置による表示
は、画像情報に基づき、それぞれの交点部を特定する対
向電極に、選択的に電圧を印加することにより、交点部
を放電発光させ、発生した紫外線により蛍光体を励起発
光させて行われる。

【０００５】ＦＥＤは、微小間隔を介して一対のパネル
を対向配置し、これらパネルの周囲を封止する平板状の
表示管としての構造を有する。表示面側のパネルの内面
には、蛍光膜が設けられ、背面パネル上には個々の単位
発光領域毎に電界放出陰極が配列される。代表的な電界
放出陰極は、微小サイズのエミッタティプと称される錐
状突起状の電界放出型マイクロカソードを有している。
このＦＥＤによる表示は、エミッタティプを用いて電子
を取り出し、これを蛍光体に加速照射することで、蛍光
体を励起させて行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の平面表示装置には、以下に述べる種々の問題が
あった。即ち、液晶表示装置では、バックライトからの
光を偏光板、透明電極、カラーフィルターの多数層に透
過させるため、光利用効率が低下する問題があった。ま
た、高品位型にはＴＦＴが必要とされ、且つ二枚の基板
間に液晶を注入して配向させなければならないことも相
まって、大面積化が困難である。さらに、配向した液晶
分子に光を透過させるため、視野角度が狭くなるという
欠点があった。

【０００７】プラズマ表示装置では、画素毎にプラズマ
を発生させるための隔壁形成により製造コストが高くな
ると共に、大重量となる欠点があった。また、放電電極
に相当する多数の電極を、単位画素毎に規則的に配列し
なければならない。このため、高精細になると放電効率
が低下し、また真空紫外線励起による蛍光体の発光効率
が低いために、高電力効率で高精細、高輝度の画像が得
難い欠点があった。さらに、駆動電圧が高く、駆動ＩＣ
が高価な欠点もあった。

【０００８】ＦＥＤでは、放電を高効率且つ安定化させ
るために、パネル内を超高真空にする必要があり、プラ
ズマ表示装置と同様に製造コストが高くなる欠点があっ
た。また、電界放出した電子を加速して蛍光体へ照射す
るため、高電圧が必要となる不利もあった。

【０００９】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、光利用効率が良く、高真空化が不要で、且つ安価な
コストで大面積化が可能であり、しかも、高画質が得ら
れると共に、駆動電圧が低い光変調素子、及びアレイ型
光変調素子、並びに、それを用いた平面表示装置を提供
することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る請求項１の光変調素子は、変調する光に
対して透明な透明基板と、該透明基板上に立設され導電
性を有する固定壁と、前記透明基板上の固定壁の立設領
域外に光変調領域となる開口部を残して敷設された遮光
膜と、前記開口部上を略水平方向に移動可能に支持され
た遮光性及び導電性を有する可動子と、前記固定壁と前
記可動子との間に電圧を印加することで、前記可動子を
静電気力により移動させ、前記開口部を覆う遮光面積を
変化させる可動子移動手段と、を備え、前記可動子の移
動により前記光変調領域を通る光の透過率を変化させて
光変調することを特徴とする。

【００１１】この光変調素子では、各可動子を静電気の
作用によって透明基板と略平行に変位させ、透明基板の
光透過領域及び遮光領域に対する各可動子の相対位置を
変化させる。これにより透明基板に入射する光を光変調
する。即ち、各可動子を透明基板の光変調領域に重なる
位置に移動させることにより、透明基板に導入された光
を遮光する一方、各可動子を透明基板上の遮光膜に重な
る位置に移動させることにより、透明基板に導入された
光を光変調素子の上方に出射することができる。

【００１２】請求項２の光変調素子は、前記固定壁は、
所定間隔を空けて略平行に複数本立設され、各格子壁の
間に前記遮光膜と前記可動子とをそれぞれ設けたことを
特徴とする。

【００１３】この光変調素子では、前記固定壁を所定間
隔を空けて略平行に複数本立設し、各格子壁の間に遮光
膜と可動子とをそれぞれ設けたことにより、複数の光変
調領域に対して光の透過率を変化させることができる。
また、可動子の変位量を少なくすることができ、可動子
も小型軽量化できることから、低電圧で高速な光変調を
安定して行うことができる。

【００１４】請求項３の光変調素子は、前記遮光膜が、
隣接する前記格子壁の間で、一方の格子壁の側に接して
他方の格子壁の側に開口部を形成するように敷設され、
前記可動子は前記開口部を覆うように前記他方の格子壁
の側に設けられたことを特徴とする。

【００１５】この光変調素子では、隣接する格子壁の間
で、一方の格子壁の側に接して他方の格子壁の側に開口
部を形成するように遮光膜を敷設して、形成された開口
部が覆われるように可動子を他方の格子壁の側に設ける
ことにより、透明基板、格子壁、及び可動子の遮光領域
を、セルフアライメントにより同時に形成することが可
能となる。

【００１６】請求項４の光変調素子は、前記固定壁が、
遮光性を有していることを特徴とする。

【００１７】この光変調素子では、固定壁が遮光性を有
していることで、光変調に寄与しない透明基板に導入さ
れる光を確実に遮光することができ、光変調能力を向上
させることができる。

【００１８】請求項５の光変調素子は、前記可動子が、
前記透明基板に対して略垂直に形成された導電部と遮光
部とからなることを特徴とする。

【００１９】この光変調素子では、可動子の導電部及び
遮光部を透明基板に対して略垂直に形成することで、導
電部による静電気力の発生効率を向上させ、より安定し
て可動子が移動可能になる。

【００２０】請求項６の光変調素子は、前記可動子が、
前記透明基板に対して略垂直に形成された導電部と、前
記透明基板に対して略水平に形成された遮光部とからな
ることを特徴とする。

【００２１】この光変調素子では、可動子の導電部を透
明基板に対して略垂直に、遮光部を透明基板に対して略
水平に形成することで、導電部による静電気力の発生効
率を向上させつつ、遮光部による遮光効率を高めて必要
最小限の膜厚で良好な遮光性を得ることができる。

【００２２】請求項７の光変調素子は、前記可動子移動
手段が、各可動子の非動作時には前記可動子と固定壁と
の間の電位を一致させる一方、各可動子の動作時には該
可動子の移動方向側の固定壁と前記可動子との間に異な
る電位を印加することを特徴とする。

【００２３】この光変調素子では、各可動子の非動作時
には、可動子と固定壁との間の電位が一致しているため
に静電気力は作用せずにニュートラル位置で静止する。
また、各可動子の動作時には、可動子と固定壁との間が
異なる電位となり、可動子は発生する静電吸引力により
固定壁側に移動する。この移動によって正確且つ安定し
て光変調が行われる。

【００２４】請求項８の光変調素子は、前記可動子移動
手段が、前記可動子に隣接する一方の固定壁を画像信号
電極に接続すると共に、他方の固定壁を走査信号電極に
接続し、前記可動子を近接する側の固定壁と同じ電極に
接続することを特徴とする。

【００２５】この光変調素子では、固定壁を交互に画像
信号電極と走査信号電極に接続することにより、可動子
の動作時に、可動子が極性の異なる側の固定壁に吸引さ
れて移動することで光変調される。

【００２６】請求項９の光変調素子は、前記可動子移動
手段が、前記走査信号電極又は画像信号電極のいずれか
一方の電極を前記固定壁に接続すると共に、他方の電極
を前記可動子に接続することを特徴とする。

【００２７】この光変調素子では、走査信号電極又は画
像信号電極のいずれか一方の電極に可動子が全て接続さ
れ、他方の電極に格子壁が全て接続されるので、配線構
造及びその形成プロセスが簡略化される。

【００２８】本発明に係る請求項１０のアレイ型光変調
素子は、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の光変
調素子を、一次元又は二次元のマトリクス状に配置して
構成したことを特徴とする。

【００２９】このアレイ型光変調素子では、一次元又は
二次元のマトリクス状に配列された光変調素子を、画像
情報に基づき選択的に駆動することで、画像情報の表示
処理が可能になる。

【００３０】本発明に係る請求項１１の平面表示装置
は、請求項１０記載のアレイ型光変調素子と、該アレイ
型光変調素子に対向配置した平面光源と、前記アレイ型
光変調素子を挟み前記平面光源の反対側に設けた蛍光体
と、を具備し、前記アレイ型光変調素子を透過した光に
よって前記蛍光体を発光表示させることを特徴とする。

【００３１】この平面表示装置では、電気機械動作によ
って可動子が透明基板上の遮光膜に重なり合うと、透明
基板に導入された光は光変調領域を通過して光変調素子
の上方へ出射され、出射した光が蛍光体を励起して画像
情報に基づいた画像の表示を可能にする。

【００３２】請求項１２の平面表示装置は、前記平面光
源が、前記光変調素子の透明基板を導光板とすると共
に、該透明基板に光源からの光を導入して構成したこと
を特徴とする。

【００３３】この平面表示装置では、光変調素子の透明
基板を導光板として使用するため、平面表示装置の構成
が簡略化され、装置の小型化、低コスト化を図ることが
できる。

【００３４】請求項１３の平面表示装置は、前記平面光
源から出射される光が、紫外光であることを特徴とす
る。

【００３５】この平面表示装置では、蛍光体を励起する
ことによる発光表示が可能となる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光変調素子及
びアレイ型光変調素子並びに平面表示装置の好適な実施
の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１に本発明
に係る光変調素子の一部分を切り欠いた斜視図、図２に
図１に示す光変調素子を単純マトリクス構成として配列
したアレイ型光変調素子の平面図、図３に図１に示す光
変調素子をアクティブマトリクス構成として配列したア
レイ型光変調素子の平面図を示した。

【００３７】図１に示すように、絶縁性を有し変調しよ
うとする光に対して透明な透明基板１上には、一定の間
隔を隔てて複数の遮光膜３を形成してある。この遮光膜
３は、透明基板下側からの光を遮光して上側への光出射
を阻止している。また、透明基板１上には隣接する遮光
膜３の間に格子壁５を一方の遮光膜３に接して設けてあ
る。格子壁５の内部には、帯状の導電体（帯電体）８が
形成されており、この導電体８の表面は絶縁体９によっ
て被覆されている。そして、格子壁５の上端面には遮光
膜１１が形成されている。従って、透明基板１の下方か
ら導入された光は、図１に示す状態においては格子壁５
の上端面から出射されないようになっている。この格子
壁５は、光変調素子及び表示装置として用いた場合、コ
ントラスト比を向上させるブラックマトリクスとして利
用することができる。

【００３８】格子壁５と、格子壁５に接しない他方の遮
光膜３との間には、光変調領域１３が形成される。透明
基板１の下方から導入された光は、この光変調領域１３
を通過して透明基板１の上側へ出射される。この光変調
領域１３の上方には可動子１５が配設される。可動子１
５は、長手方向の両端に断面積の小さくなったくびれ部
１５ａを有しており、このくびれ部１５ａが脆弱部とな
って変形することで、可動子１５が透明基板１に対して
平行な方向に移動可能となっている。 可動子１５に
は、帯状の導電体（帯電体）１８と、該導電体１８の上
面に遮光膜１９とがそれぞれ形成されている。この導電
体１８と遮光膜１９とは、遮光性導電膜により一体に形
成したものであっても良い。例えば、可動子１５は、金
属、金属化合物、高不純物ドープ半導体、導電性高分子
等を用いることができ、それ自身に遮光性を付与しても
良い。また、絶縁体の周囲（特に可動子の側面）に導電
性膜を形成しても良い。この可動子１５は、ニュートラ
ル状態のとき（各導電体が同電位で静電気力が作用しな
いとき）、光変調領域１３上に配置され、光変調領域１
３を通過した光が光変調素子２０上側へ出射されること
を阻止する。

【００３９】このように構成された光変調素子２０は、
図２に一例として示す二次元のアレイ型光変調素子２３
を形成することができる。アレイ型光変調素子２３は、
複数の走査信号電極２５を平行に配列すると共に、複数
の画像信号電極２９を走査信号電極２５に直交させて平
行に配列している。勿論、この例に限らず、光変調素子
を一次元に配列したアレイ型光変調素子としても良い。
この走査信号電極２５，画像信号電極２９、及び、これ
らに出力する信号を制御する図示しない制御装置が可動
子移動手段に相当する。ここにおいて、図２は単純マト
リクスの構成図であるが、図３に示すようにＴＦＴ等の
半導体スイッチ２８を画素毎に設けたアクティブマトリ
クスや、図示は省略するが、接点部を有する可撓薄膜の
静電気動作により動作させる電気機械スイッチを画素毎
に設けたアクティブマトリクスの構成でも良い。尚、図
１の光変調素子は、主としてフォトリソによるパターニ
ング、エッチング、メッキ、印刷、転写等の種々の薄膜
プロセス、厚膜プロセスにより形成可能である。

【００４０】次に、単純マトリクス構成における画素部
について説明する。光変調素子２０は、走査信号電極２
５と画像信号電極２９の交差部にそれぞれ設けてある。
これらの各光変調素子２０は、図４(a)に示すように、
１つの可動子１５に隣接する２つの格子壁５のうち、一
方の格子壁を画像信号電極に接続すると共に、他方の格
子壁を走査信号電極に接続している。そして、可動子
は、近接する側の格子壁と同じ電極に接続している。即
ち、２つの格子壁５に挟まれた可動子１５と遮光膜３が
それぞれ１つの光変調部を形成している。このような素
子構成と電極接続により、走査信号電極２５に対する画
像信号電極２９の電圧が０［Ｖ］のときは、図４(a)に
示すように可動子はニュートラル状態である遮光状態と
なり、Ｖａ［Ｖ］のときは、図４(b)に示すように可動
子は静電気力により移動して光透過状態となる。

【００４１】次に、このように構成される光変調素子２
０、及びアレイ型光変調素子２３の具体的な駆動方法を
説明する。図５(a)に示すように、走査信号電極２５、
画像信号電極２９が同電位（０［Ｖ］）である場合は、
可動子１５は光変調領域１３の上方に重なって位置し、
光変調領域１３を通過した光の光変調素子２０上側への
出射を阻止する。

【００４２】一方、図５(b)に示すように、走査時、画
像信号電極２９に画像信号電圧Ｖａが印加され、走査信
号電極２５に０［Ｖ］の電圧が印加された場合は、画像
信号電極２９と格子壁５の導電体８、及び走査信号電極
２５と可動子１５の導電体１８とに蓄えられた電荷相互
間の静電吸引力によって、可動子１５が格子壁５に吸引
されて、図中矢印で示すように透明基板１に対して平行
に移動する。この結果、光変調領域１３における可動子
１５による光の遮断がなくなり、透明基板１を通過した
光が光変調領域１３から出射され、２値の光変調が可能
になる。この基本原理により、図２に示した単純マトリ
クス構造で２次元光変調アレイを駆動することができ
る。この例では、走査信号電極２５と画像信号電極２９
との電圧と、それによる可動子１５の変位との関係がヒ
ステリシス特性を有することを利用し、その特性に応じ
て適応な電圧を両電極２５，２９に印加することにより
行われる。

【００４３】尚、上記第１実施形態において、印加電圧
を全て０［Ｖ］としたニュートラル位置を図４(a)に示
す遮光位置に設定し、図４(a)に示す遮光位置と図４(b)
に示す光透過位置との２値制御とすると、透明基板１、
格子壁５、及び可動子１５の遮光領域を、セルフアライ
メントにより同時に形成することが可能となる。

【００４４】即ち、可動子１５を透明基板１に対して遮
光位置となるように位置させた状態（図４(a)に示す状
態）で、可動子１５及び透明基板１に、上方から金属薄
膜等を蒸着することにより、透明基板１、格子壁５、及
び可動子１５の遮光領域を同時に形成することができ
る。これにより、可動子１５上の遮光膜１９と透明基板
１上の遮光膜３、及び格子壁５上の遮光膜１１との位置
合わせが不要となり（セルフアライメント）、製造プロ
セスを高い形成精度を保ちつつ簡単にすることでき、以
て、製造コストを低減することができる。また、漏れ光
の極めて少ない遮光膜を得ることができる。尚、上記例
の他に、格子壁５と可動子１５及び遮光膜３の配置は如
何なる配置形態であっても良い。また、それに伴う各電
極の接続方法、及び印加電圧は本発明の主旨に添うもの
であれば如何なる組み合わせであっても良い。例えば、
図６(a)に本実施形態の一変形例として示すように、遮
光膜３を、格子壁５に右側に接する位置と左側に接する
位置とで交互に敷設すると共に、これに合わせてニュー
トラル位置における可動子１５の位置を、光変調領域１
３の上方に重なるように位置させる配置形態としても良
い。この配置形態によれば、画像信号電極に可動子が全
て接続され、走査信号電極に格子壁のみが接続されるの
で、配線構造及びその形成プロセスが簡略化される。

【００４５】また、図７に示すように、図６(a)のニュ
ートラル状態における可動子側の格子壁を透明基板１上
の遮光膜３で代用した構成としても良い。この構成で
は、格子壁を１つおきに省略することができ、配線構造
及びその形成プロセスがより簡略化される。尚、図７に
おいては、可動子を画像信号電極に接続し、格子壁を走
査信号電極に接続した例を示しているが、可動子を走査
信号電極に、格子壁を画像信号電極に接続した構成であ
っても良く、この場合も同様な動作が得られる。

【００４６】上記各構成の光変調素子は、透明基板上で
高密度に配列することが可能であり、高い解像度を容易
に得ることができる。そして、１画素を格子状とするこ
とで変調に必要な可動子の変位量を小さくできると共
に、可動子も小型軽量化できる。従って、低電圧で高速
な光変調を安定して行うことが可能となる。さらに、本
実施形態の光変調素子を図３に示すようなアクティブマ
トリクス構成で駆動する場合は、前例の走査信号電極を
共通電極として例えば０［Ｖ］を印加し、画像信号電極
には画素スイッチを通じて所望の電圧（例えば０［Ｖ］
〜Ｖａ［Ｖ］）を印加することにより駆動できる。この
場合では、より大きなコントラスト比を得ることがで
き、また、印加電圧の値、印加時間等を適宜設定するこ
とにより連続階調を得ることができる。尚、本実施形態
においては、１画素に６つの光変調領域を備えた構成を
示しているが、これに限らず、任意の複数個の光変調領
域を備えた構成としても良い。また、透明基板１上の遮
光膜３は、光変調素子２０とは別体にして設けられた他
の透明基板上に敷設して、該他の透明基板と透明基板１
とを位置合わせしつつ接合した構成としても良い。この
構成では光変調素子２０の作製プロセスが単純化され
る。

【００４７】次に、本発明に係る光変調素子の第２実施
形態を説明する。図８に本実施形態に係る光変調素子の
遮光状態及び透過状態を示す要部断面図を示した。 本
実施形態の光変調素子３０では、各可動子１６の格子壁
５の反対側端部に導電体１８ａを垂設した構成となって
いる。このように導電体１８ａを薄肉化することで各可
動子１６の軽量化を図ることができ、以て、光変調を行
う際の可動子１６の移動動作に良好な高速応答性を持た
せることができる。また、印加電圧を全て０［Ｖ］とし
たニュートラル位置を図８(a)に示す遮光位置に設定す
ることで、２値の光変調を可能にしている。

【００４８】これらの各光変調素子２０は、図８(a)に
示すように、１つの可動子１６に隣接する２つの格子壁
５のうち、一方の格子壁を画像信号電極に接続すると共
に、他方の格子壁を走査信号電極に接続している。そし
て、可動子は、近接する側の格子壁と同じ電極に接続し
ている。即ち、２つの格子壁５に挟まれた可動子１５と
遮光膜３がそれぞれ１つの光変調部を形成している。

【００４９】この光変調素子３０による光変調動作を以
下に説明する。図８(a)に示すように、各格子壁５及び
各可動子１６の導電体８，１８ａの電圧が共に０［Ｖ］
となるニュートラル状態においては、各可動子１６は、
くびれ部１５ａの弾性力によって光変調領域１３の上方
で静止する。これにより、透明基板１下方から導入され
た光は、光変調領域１３を通過するが、可動子１６の遮
光膜１９により遮光される（遮光状態）。

【００５０】一方、図８(b)に示すように、各格子壁５
及び各可動子１６の導電体８，１８ａにそれぞれ、所定
の駆動電圧Ｖａ及び電圧０［Ｖ］を交互に印加すると、
各可動子１６は、静電気力の作用によって隣接する格子
壁５側に吸引されて移動し、光変調領域１３の上方を開
口する。これにより、透明基板１下方から導入された光
は、光変調領域１３を通過して光変調素子４０の上方に
出射される（光透過状態）。そして、再び各格子壁５及
び各可動子１６の導電体８，１８ａへの印加電圧を０
［Ｖ］にすると、各可動子１５は、くびれ部１５ａの弾
性力によって図８(a)に示すニュートラル位置に戻る。

【００５１】尚、本実施形態においては、図９に示すよ
うに、各格子壁５及び各可動子１６の導電体位置をアン
バランスにすることで、各格子壁５の導電体８に印加す
る電圧を全て０［Ｖ］、各可動子１６の導電体１８ａに
印加する電圧を全てＶａとすることもできる。この場合
は、配線プロセスが単純となると共に、格子壁５と可動
子１６の導電体同士の距離がより短くなるので、低電圧
駆動で高速応答が可能となる。

【００５２】次に、上述の光変調素子を用いて平面表示
装置を構成した第３実施形態を説明する。図１０に本発
明に係る平面表示装置４０の断面図を示した。本実施形
態の光変調素子としては第１実施形態の光変調素子２０
を一例として用いている。本実施形態の平面表示装置４
０の構成では、光変調素子２０の透明基板１の下面に紫
外線出力部となる紫外線平面光源３１を配設している。
そして、光変調素子２０の上方には前面板３５が設けら
れ、該前面板３５の光変調素子２０側の面には蛍光体３
３ａ、３３ｂ、…が各光変調素子２０毎に設けてある。
また、各蛍光体の間にはブラックマトリクス３４が設け
られ、表示画像のコントラストを向上させている。この
ような平面表示装置４０の構成により、平面光源３１か
らの光は透明基板１内に進入し、光変調素子の光透過時
においては図１０における透明基板１の上面へ導かれ
る。そして、光変調素子２０からの光が蛍光体に照射さ
れることで、蛍光体は励起して発光し、所望の画像が形
成される。上記蛍光体としては、三原色（例えばＲ、
Ｇ、Ｂ）の蛍光体を順次設けてカラー画像を表示可能に
しても良く、単色の蛍光体だけで構成してモノクロ画像
表示用としても良い。

【００５３】尚、平面表示装置４０の光変調素子２０
は、透明基板１と前面板３５との間を脱気した後、希ガ
スを封入して全体を封止し、外乱の影響を防止して安定
化を図るものであっても良い。また、第２実施形態にお
ける光変調素子３０に対しても同様にして平面表示装置
４０に適用することができる。

【００５４】次に、このように構成された平面表示装置
４０の作用を説明する。走査信号電極２５、画像信号電
極２９が同電位の場合、可動子１５は、光変調領域１３
の上方に重なって位置し、平面光源３１からの光は、可
動子１５と、遮光性導電膜３とで阻止され、透明基板１
の上面側へは透過しない。

【００５５】走査時、画像信号電極２９と走査信号電極
２５との間に十分な電圧が印加されると、静電吸引力に
よって、１画素領域内の各可動子１５が格子壁５に向か
って一斉に移動する。この結果、可動子１５による光の
遮断がなくなり、透明基板１を通った光が光変調領域１
３から出射される。出射した光は、蛍光体３３ａ、３３
ｂを励起して、画像情報に基づいた画像を表示する。

【００５６】この光変調素子が２値で制御される場合、
１画面を表示するフィールド周期を複数のサブフィール
ドに分割し、各々のサブフィールドで独立に２値制御を
行って多階調を得る駆動方法によってフルカラー表示が
可能である。また、アクティブマトリクス駆動方法によ
れば様々な連続階調の光変調が可能で、フルカラー表示
が可能となる。

【００５７】このように、上述の平面表示装置５０によ
れば、透明基板１から出射された光が、直接蛍光体３３
ａ、３３ｂを照射して励起するので、光利用効率を向上
させることができる。また、蛍光体は散乱発光するの
で、液晶分子の配向により光を透過させる液晶表示装置
に比べ、視野角度を広くすることができる。さらに、ア
レイ化が容易であるので、製造コストを安価にできる。
そして、可動子１５の材料に低弾性材料、例えばポリイ
ミド等の高分子を用いたり、形状を最適化することによ
り、プラズマ表示装置等に比べて十分駆動電圧を低くす
ることができる。

【００５８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る光変調素子によれば、各可動子を静電気の作用によっ
て透明基板に対して略平行に変位させ、透明基板上の光
変調領域との相対位置を変化させることにより、透明基
板に導入される光を変調する。従って、低コストで駆動
電圧を低く抑えることができると共に、光変調に要する
可動子の必要変位量を小さくすることができ、優れた高
速応答性を確保することができる。また、導電体を必要
最小限に小型化することにより、可動子が軽量化され、
より高速な応答性を得ることができる。

【００５９】そして、本発明に係るアレイ型光変調素子
は、光変調素子を一次元又は二次元のマトリクス状に配
置して構成することで、一次元又は二次元の光変調を簡
便に行うことができる。さらに、プラズマ表示のように
画素毎にプラズマを発生させるための隔壁形成や、ＦＥ
Ｄのように超高真空化が不要となるので、軽量化、且つ
大面積化が容易となり、製造コストも安価にできる。

【００６０】そして、本発明に係る平面表示装置は、透
明基板から出射された光が、直接蛍光体を励起するの
で、光利用効率の低減を抑止しつつ高輝度で、視野角依
存性の無い表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光変調素子の一部分を切り欠いた
斜視図である。

【図２】図１の光変調素子を単純マトリクス構成として
配列したアレイ型光変調素子の平面図である。

【図３】図１の光変調素子をアクティブマトリクス構成
として配列したアレイ型光変調素子の平面図である。

【図４】光変調素子の走査信号ライン及び画像信号ライ
ンとの結線状態を示す結線図である。

【図５】第１実施形態の光変調素子の各動作状態を説明
する要部断面図である。

【図６】第１実施形態の光変調素子における変形例を示
す要部断面図である。

【図７】第１実施形態の光変調素子における他の変形例
を示す要部断面図である。

【図８】第２実施形態の光変調素子の各動作状態を説明
する要部断面図である。

【図９】第２実施形態の光変調素子の変形例を示す要部
断面図である。

【図１０】平面表示装置の構成を示す要部断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 透明基板 ３ 遮光性導電膜 ５ 格子壁 ８、１８，１８ａ 導電体 １３ 光変調領域 １５、１６ 可動子 ２０、３０ 光変調素子 ２３ アレイ型光変調素子 ２５ 走査信号電極 ２９ 画像信号電極 ３１ 紫外線平面光源 ３３ａ、３３ｂ 蛍光体 ４０ 平面表示装置

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変調する光に対して透明な透明基板と、 該透明基板上に立設され導電性を有する固定壁と、 前記透明基板上の固定壁の立設領域外に光変調領域とな
   る開口部を残して敷設された遮光膜と、 前記開口部上を略水平方向に移動可能に支持された遮光
   性及び導電性を有する可動子と、 前記固定壁と前記可動子との間に電圧を印加すること
   で、前記可動子を静電気力により移動させ、前記開口部
   を覆う遮光面積を変化させる可動子移動手段と、を備
   え、 前記可動子の移動により前記光変調領域を通る光の透過
   率を変化させて光変調することを特徴とする光変調素
   子。
2. 【請求項２】 前記固定壁は、所定間隔を空けて略平行
   に複数本立設され、各格子壁の間に前記遮光膜と前記可
   動子とをそれぞれ設けたことを特徴とする請求項１記載
   の光変調素子。
3. 【請求項３】 前記遮光膜は、隣接する前記格子壁の間
   で、一方の格子壁の側に接して他方の格子壁の側に開口
   部を形成するように敷設され、前記可動子は前記開口部
   を覆うように前記他方の格子壁の側に設けられたことを
   特徴とする請求項２記載の光変調素子。
4. 【請求項４】 前記固定壁は、遮光性を有していること
   を特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の
   光変調素子。
5. 【請求項５】 前記可動子は、前記透明基板に対して略
   垂直に形成された導電部と遮光部とからなることを特徴
   とする請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の光変調
   素子。
6. 【請求項６】 前記可動子は、前記透明基板に対して略
   垂直に形成された導電部と、前記透明基板に対して略水
   平に形成された遮光部とからなることを特徴とする請求
   項１〜請求項４のいずれか１項記載の光変調素子。
7. 【請求項７】 前記可動子移動手段は、各可動子の非動
   作時には前記可動子と固定壁との間の電位を一致させる
   一方、各可動子の動作時には該可動子の移動方向側の固
   定壁と前記可動子との間に異なる電位を印加することを
   特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の光
   変調素子。
8. 【請求項８】 前記可動子移動手段は、前記可動子に隣
   接する一方の固定壁を画像信号電極に接続すると共に、
   他方の固定壁を走査信号電極に接続し、前記可動子を近
   接する側の固定壁と同じ電極に接続することを特徴とす
   る請求項７記載の光変調素子。
9. 【請求項９】 前記可動子移動手段は、前記走査信号電
   極又は画像信号電極のいずれか一方の電極を前記固定壁
   に接続すると共に、他方の電極を前記可動子に接続する
   ことを特徴とする請求項７記載の光変調素子。
10. 【請求項１０】 請求項１〜請求項９のいずれか１項記
    載の光変調素子を、一次元又は二次元のマトリクス状に
    配置して構成したことを特徴とするアレイ型光変調素
    子。
11. 【請求項１１】 請求項１０記載のアレイ型光変調素子
    と、 該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源と、 前記アレイ型光変調素子を挟み前記平面光源の反対側に
    設けた蛍光体と、を具備し、 前記アレイ型光変調素子を透過した光によって前記蛍光
    体を発光表示させることを特徴とする平面表示装置。
12. 【請求項１２】 前記平面光源は、前記光変調素子の透
    明基板を導光板とすると共に、該透明基板に光源からの
    光を導入して構成したことを特徴とする請求項１１記載
    の平面表示装置。
13. 【請求項１３】 前記光源から出射される光が、紫外光
    であることを特徴とする請求項１１又は請求項１２記載
    の平面表示装置。