JP2002023070A

JP2002023070A - Optical multilayer structure, optical switching element, and image display device

Info

Publication number: JP2002023070A
Application number: JP2000202831A
Authority: JP
Inventors: Hirokazu Ishikawa; 博一石川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-07-04
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2002-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】可視光領域においても、高速応答が可能であ
り、画像表示装置に好適に用いることができる光学多層
構造体を提供する。【構成】光学多層構造体１は、例えばクロム（Ｃｒ）
などの金属からなる基板１０の上に、例えばＴｉＯ
₂（ｎ＝２．４０）などの高屈折率材料からなる第１の
透明層１１、例えばＭｇＦ₂（ｎ＝１．３８）などの低
屈折率材料からなる第２の透明層１２、光の干渉現象を
起こし得る大きさを有すると共にその大きさを変化させ
ることのできる間隙部１３、およびＴｉＯ₂などの高屈
折率材料からなる第３の透明層１４を積層して構成され
ている。間隙部１３の大きさを変化させることにより、
基板１１の反対側より入射した光の反射の量が変化す
る。 (57) [Problem] To provide an optical multilayer structure capable of high-speed response even in a visible light region and suitable for use in an image display device. [Constitution] The optical multilayer structure 1 is made of, for example, chromium (Cr).
On a substrate 10 made of a metal such as
_A first transparent layer 11 made of a high refractive index material such as ₂ (n = 2.40), a second transparent layer 12 made of a low refractive index material such as MgF ₂ (n = 1.38), A gap 13 having a size capable of causing an interference phenomenon and having a variable size, and a third transparent layer 14 made of a high refractive index material such as TiO ₂ are laminated. By changing the size of the gap 13,
The amount of reflection of light incident from the opposite side of the substrate 11 changes.

Description

DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光の反射の量
を変化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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical multilayer structure having a function of changing the amount of reflection of incident light, an optical switching element using the same, and an image display device.

【０００２】[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
インスツルメント社の登録商標）、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。2. Description of the Related Art In recent years, the importance of a display as a display device for video information has been increasing. There is a demand for the development of optical switching elements (light valves). Conventionally, as this type of device, a device using a liquid crystal and a device using a micromirror (DMD; Digital Micro Mirror D)
evice, a digital micromirror device, a registered trademark of Texas Instruments), a device using a diffraction grating (GLV: Grating Light Valve, SLM (Silicon Light Machine)) and the like.

【０００３】ＧＬＶは回折格子をＭＥＭＳ（Micro Elec
tro Mechanical Systems) 構造で作製し、静電力で１０
ｎｓの高速ライトスイッチング素子を実現している。Ｄ
ＭＤは同じくＭＥＭＳ構造でミラーを動かすことにより
スイッチングを行うものである。これらのデバイスを用
いてプロジェクタ等のディスプレイを実現できるもの
の、液晶とＤＭＤは動作速度が遅いために、ライトバル
ブとしてディスプレイを実現するためには２次元配列と
しなければならず、構造が複雑となる。一方、ＧＬＶは
高速駆動型であるので、１次元アレイを走査することで
プロジェクションディスプレイを実現することができ
る。GLV uses a diffraction grating as a MEMS (Micro Elec).
tro Mechanical Systems)
ns is realized. D
The MD performs switching by moving a mirror in a MEMS structure. Although a display such as a projector can be realized by using these devices, the operation speed of the liquid crystal and the DMD is slow, so that a two-dimensional array is required to realize the display as a light valve, and the structure becomes complicated. . On the other hand, since the GLV is a high-speed drive type, a projection display can be realized by scanning a one-dimensional array.

【０００４】しかしながら、ＧＬＶは回折格子構造であ
るため、１ピクセルに対して６つの素子を作り込んだ
り、２方向に出た回折光を何らかの光学系で１つにまと
める必要があるなどの複雑さがある。[0004] However, since the GLV has a diffraction grating structure, it is complicated to build six elements for one pixel and to combine diffracted lights emitted in two directions into one by some optical system. There is.

【０００５】簡単な構成で実現できるものとしては、米
国特許公報５５８９９７４号や米国特許公報５５００７
６１号に開示されたものがある。このライトバルブは、
ガラスからなる透明基板（屈折率ｎ_S）の上に間隙部
（ギャップ層）を挟んで、屈折率が√ｎ_Sの透光性の薄
膜を設けた構造を有している。この素子は、静電力を利
用して薄膜を駆動し、基板と薄膜との間の距離、すなわ
ち、間隙部の大きさを変化させることにより、光信号を
透過あるいは反射させるものである。ここで、薄膜の屈
折率は基板の屈折率ｎ_Sに対して、√ｎ_Sとなってお
り、このような関係を満たすことにより、高コントラス
トの光変調を行うことができるとされている。[0005] US Pat. No. 5,589,974 and US Pat.
No. 61 has disclosed. This light valve is
It has a structure in which a transparent thin film having a refractive index of Δn _S is provided on a transparent substrate (refractive index n _S ) made of glass with a gap (gap layer) interposed therebetween. This element transmits or reflects an optical signal by driving a thin film using electrostatic force and changing the distance between the substrate and the thin film, that is, the size of the gap. Here, the refractive index of the thin film is Δn _S with respect to the refractive index n _{S of the} substrate, and it is described that high contrast light modulation can be performed by satisfying such a relationship.

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構成の素子では、基板の屈折率ｎ_Sが「４」など
の大きな値でなければ、可視光領域においては実現する
ことはできないという問題がある。すなわち、透光性薄
膜としては、構造体であることを考えると、窒化珪素
（ＳｉＮ）（屈折率ｎ＝２．０）などの材料が望ましい
ので、その場合には基板の屈折率ｎ_S＝４となる。可視
光領域では、このような透明基板は入手が困難であり、
材料の選択肢は狭い。赤外線等の通信用波長では、ゲル
マニウム（Ｇｅ）（ｎ＝４）などを用いることにより実
現可能であるが、ディスプレイなどの用途には現実的に
は適用することは難しいと思われる。However, the element having the above-mentioned structure cannot be realized in the visible light region unless the refractive index n _{S of the} substrate is a large value such as “4”. There is. That is, considering that the light-transmitting thin film is a structural body, a material such as silicon nitride (SiN) (refractive index n = 2.0) is desirable. In that case, the refractive index of the substrate n _S = It becomes 4. In the visible light region, such transparent substrates are difficult to obtain,
The choice of materials is narrow. Communication wavelengths such as infrared rays can be realized by using germanium (Ge) (n = 4) or the like, but it is considered difficult to apply them practically to applications such as displays.

【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的は、簡単な構成で、小型軽量であ
ると共に、構成材料の選択にも自由度があり、可視光領
域においても、高速応答が可能であり、画像表示装置に
好適に用いることができる光学多層構造体を提供するこ
とにある。The present invention has been made in view of the above problems, and a first object of the present invention is to provide a simple structure, small size and light weight, and a high degree of freedom in selecting constituent materials. Another object of the present invention is to provide an optical multilayer structure that can respond at high speed and can be suitably used for an image display device.

【０００８】また、本発明の第２の目的は、上記光学多
層構造体を用いた高速応答が可能な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にある。A second object of the present invention is to provide an optical switching element and an image display device using the above-mentioned optical multilayer structure and capable of high-speed response.

【０００９】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明による第１の光学
多層構造体は、入射光の透過が０となる吸収のある層、
部分若しくは基板または透明基板上に、低屈折率材料よ
りなる第１の透明層、および高屈折率材料よりなる第２
の透明層をこの順で配し、かつ、光の干渉現象を起こし
得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部
を、入射光の透過が０となる吸収のある層、部分若しく
は基板と第１の透明層との間、または、第１の透明層と
第２の透明層との間に設けた構成を有するものである。
なお、この第１の光学多層構造体では、入射光の透過が
０となる吸収のある層、部分若しくは基板または透明基
板の屈折率ｎ_mと消衰係数ｋ_m（透明基板の場合は０）
とが次式（１），（２）の関係を満たすことが望まし
い。 According to the present invention, there is provided a first optical multi-layer structure, comprising: an absorbing layer having a transmission of incident light of zero;
A first transparent layer made of a low-refractive-index material and a second transparent layer made of a high-refractive-index material on a portion or a substrate or a transparent substrate;
Are arranged in this order, and a gap having a size capable of causing a light interference phenomenon and having a variable size is provided with an absorbing layer, portion or substrate having zero transmission of incident light. And a first transparent layer, or between the first transparent layer and the second transparent layer.
Incidentally, (0 for transparent substrate) In the first optical multilayer structure, a layer of absorbing the transmission of the incident light becomes zero, the refractive index of the portion or substrate or the transparent substrate n _m and an extinction coefficient k _m
Preferably satisfy the following equations (1) and (2).

【００１０】なお、本明細書においては、「高屈折率材
料」とは、ＴｉＯ₂（ｎ＝２．４），Ｎｂ₂Ｏ₅（ｎ＝
２．１），Ｔａ₂Ｏ₅（ｎ＝２．１）などの屈折率ｎが
２．０以上のものをいい、「低屈折率材料」とは、例え
ばＭｇＦ₂（ｎ＝１．３８），ＳｉＯ₂（ｎ＝１．４
６），Ａｌ₂Ｏ₃（ｎ＝１．６７）などの屈折率ｎが
２．０未満のものをいうものとする。In the present specification, “high-refractive-index material” means TiO ₂ (n = 2.4), Nb ₂ O ₅ (n =
2.1), those having a refractive index n of 2.0 or more, such as Ta ₂ O ₅ (n = 2.1), and “low-refractive-index material” is, for example, MgF ₂ (n = 1.38). , SiO ₂ (n = 1.4
6), those having a refractive index n of less than 2.0, such as Al ₂ O ₃ (n = 1.67).

【００１１】本発明による第２の光学多層構造体は、入
射光の透過が０となる吸収のある層、部分若しくは基板
上に、高屈折率材料よりなる第１の透明層、低屈折率材
料よりなる第２の透明層、および高屈折率材料よりなる
第３の透明層をこの順で配し、光の干渉現象を起こし得
る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部を、
入射光の透過が０となる吸収のある層、部分若しくは基
板と第１の透明層との間、第１の透明層と第２の透明層
との間、または、第２の透明層と第３の透明層との間に
設けた構成を有するものである。なお、この第２の光学
多層構造体では、入射光の透過が０となる吸収のある
層、部分若しくは基板の屈折率ｎ_mと消衰係数ｋ_mとが
次式（３），（４）の関係を満たし、かつ、上記（１），（２）式の関係を満たさないことが
望ましい。The second optical multilayer structure according to the present invention comprises a first transparent layer made of a high-refractive-index material, a low-refractive-index material, A second transparent layer made of a high refractive index material and a third transparent layer made of a high refractive index material are arranged in this order, and a gap portion having a size capable of causing a light interference phenomenon and having a variable size is formed.
Between the first transparent layer, between the first transparent layer and the second transparent layer, or between the first transparent layer and the second transparent layer, 3 is provided between the transparent layer and the transparent layer. In this second optical multilayer structure, a layer of absorbing the transmission of the incident light becomes zero, and the refractive index n _m of the part or substrate and the extinction coefficient k _m following formula (3), (4) Satisfies the relationship In addition, it is desirable that the relationship of the above equations (1) and (2) is not satisfied.

【００１２】本発明による第１の光スイッチング素子
は、本発明の第１の光学多層構造体と、この光学多層構
造体における間隙部の光学的な大きさを変化させる駆動
手段とを備えたものであり、また、本発明による第２の
光スイッチング素子は、本発明の第２の光学多層構造体
と、この光学多層構造体における間隙部の光学的な大き
さを変化させる駆動手段とを備えたものである。A first optical switching element according to the present invention includes the first optical multilayer structure according to the present invention and driving means for changing the optical size of a gap in the optical multilayer structure. The second optical switching element according to the present invention includes the second optical multilayer structure according to the present invention, and driving means for changing the optical size of a gap in the optical multilayer structure. It is a thing.

【００１３】本発明による第１の画像表示装置は、本発
明による第１の光スイッチング素子を複数個、１次元あ
るいは２次元に配列したものであり、３原色の光を照射
することで２次元画像を表示するものである。A first image display device according to the present invention has a plurality of first optical switching elements according to the present invention arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and is two-dimensionally irradiated by irradiating light of three primary colors. An image is displayed.

【００１４】本発明による第２の画像表示装置は、本発
明による第２の光スイッチング素子を複数個、１次元あ
るいは２次元に配列したものであり、同じく、３原色の
光を照射することで２次元画像を表示するものである。A second image display device according to the present invention has a plurality of the second optical switching elements according to the present invention arranged one-dimensionally or two-dimensionally, and similarly emits light of three primary colors. A two-dimensional image is displayed.

【００１５】本発明による第１の光学多層構造体では、
第１の透明層と第２の透明層との間の間隙部の大きさ
を、λ／４の奇数倍とλ／４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ことにより、
入射光の透過が０となる吸収のある層、部分若しくは基
板または透明基板の反対側から入射した入射光の反射の
量が２値的あるいは連続的に変化する。In the first optical multilayer structure according to the present invention,
The size of the gap between the first transparent layer and the second transparent layer is binary or continuous between an odd multiple of λ / 4 and an even multiple of λ / 4 (including 0). By changing
The amount of reflection of incident light incident from the opposite side of the absorbing layer, portion or substrate or transparent substrate where the transmission of the incident light becomes zero changes binaryly or continuously.

【００１６】また、本発明による第２の光学多層構造体
では、第１の透明層と第２の透明層との間の間隙部の大
きさを、同じく、λ／４の奇数倍とλ／４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
ことにより、入射光の透過が０となる吸収のある層、部
分若しくは基板の反対側から入射した入射光の反射の量
が２値的あるいは連続的に変化する。Further, in the second optical multilayer structure according to the present invention, the size of the gap between the first transparent layer and the second transparent layer is similarly set to an odd multiple of λ / 4 and λ / Even multiples of 4 (0
), The amount of reflection of incident light incident from the opposite side of a layer, portion or substrate having an absorption in which the transmission of incident light becomes zero is reduced to 2 or more. It changes numerically or continuously.

【００１７】本発明による第１および第２の光スイッチ
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。In the first and second optical switching elements according to the present invention, the switching operation is performed on the incident light by changing the optical size of the gap of the optical multilayer structure by the driving means. .

【００１８】本発明による第１および第２の画像表示装
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光が照射されることに
よって２次元画像が表示される。In the first and second image display devices according to the present invention, a two-dimensional image is displayed by irradiating light to a plurality of optical switching elements of the present invention arranged one-dimensionally or two-dimensionally. You.

【００１９】[0019]

【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。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【００２０】〔第１の実施の形態〕図１および図２は、
本発明の第１の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。このうち図１は光学多層
構造体１における後述の間隙部１３が存在している状
態、図２は光学多層構造体１の間隙部がないときの状態
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次元のアレイ状ま
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。[First Embodiment] FIG. 1 and FIG.
1 shows a basic configuration of an optical multilayer structure 1 according to a first embodiment of the present invention. 1 shows a state in which a gap 13 described later exists in the optical multilayer structure 1, and FIG. 2 shows a state in which there is no gap in the optical multilayer structure 1. The optical multilayer structure 1 is specifically used as, for example, an optical switching element.
By arranging a plurality of these optical switching elements in a one-dimensional array or two-dimensionally, an image display device can be configured.

【００２１】本実施の形態の光学多層構造体１は、例え
ば金属からなる基板１０の上に、高屈折率材料からなる
第１の透明層１１、低屈折率材料からなる第２の透明層
１２、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共に
その大きさを変化させることのできる間隙部１３、およ
び高屈折率材料からなる第３の透明層１４を積層して構
成したものである。The optical multilayer structure 1 of the present embodiment comprises a first transparent layer 11 made of a high-refractive-index material and a second transparent layer 12 made of a low-refractive-index material on a substrate 10 made of, for example, a metal. And a third transparent layer 14 made of a high-refractive-index material, the gap 13 having a size capable of causing a light interference phenomenon and being changeable in size.

【００２２】なお、間隙部１３の位置は、図１に示した
例（第２の透明層１２と第３の透明層１４との間）に限
るものではなく、基板１０と第１の透明層１１との間、
あるいは第１の透明層１１と第２の透明層１２との間に
設けるようにしてもよい。但し、高反射側での反射特性
は、その間隙部の位置によって異なる。The position of the gap 13 is not limited to the example shown in FIG. 1 (between the second transparent layer 12 and the third transparent layer 14). Between 11,
Alternatively, it may be provided between the first transparent layer 11 and the second transparent layer 12. However, the reflection characteristics on the high reflection side differ depending on the position of the gap.

【００２３】また、本実施の形態では、基板１０の屈折
率をｎ_m、消衰係数ｋ_mとが次式（５），（６）の関係
を満たし、かつ、次式（７），（８）の関係を満たさないように構
成されている。その意義については後述する。 Further, in the present embodiment, the n _m the refractive index of the substrate 10, the extinction coefficient k _m and the following equation (5), satisfy the relationship (6), In addition, it is configured not to satisfy the following equations (7) and (8). The significance will be described later.

【００２４】基板１０の具体的な材質としては、例えば
クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）などの金属が挙げられ
るが、その他、窒化チタン（ＴｉＮ_X）などの窒化金
属、ゲルマニウム（Ｇｅ）などの半導体、または酸化ク
ロム（ＣｒＯ）などの不透明な酸化物よりなるものでも
よい。Specific examples of the material of the substrate 10 include metals such as chromium (Cr) and titanium (Ti). In addition, metals such as titanium nitride (TiN _x ) and germanium (Ge) It may be made of a semiconductor or an opaque oxide such as chromium oxide (CrO).

【００２５】第１の透明層１１および第３の透明層１４
を構成する「高屈折率材料」とは、屈折率ｎが２．０以
上のものをいい、例えばＴｉＯ₂（ｎ＝２．４）、Ｎｂ
₂Ｏ ₅（ｎ＝２．１），Ｔａ₂Ｏ₅（ｎ＝２．１）など
が挙げられる。一方、第２の透明層１２を構成する「低
屈折率材料」とは、屈折率ｎが２．０未満のものをい
い、例えばＭｇＦ₂（ｎ＝１．３８），ＳｉＯ₂（ｎ＝
１．４６），Ａｌ₂Ｏ₃（ｎ＝１．６７）などが挙げら
れる。なお、低屈折率の第２の透明層１２は、後述の間
隙部１３と同じような空気層（ｎ＝１．０）などにより
構成するようにしてもよい。但し、この場合にはこの第
２の透明層（空気層）の大きさｄ₂は一定とする。First transparent layer 11 and third transparent layer 14
The “high-refractive index material” constituting
The upper one, for example TiO_Two(N = 2.4), Nb
_TwoO _Five(N = 2.1), Ta_TwoO_Five(N = 2.1) etc.
Is mentioned. On the other hand, “low” forming the second transparent layer 12
"Refractive index material" refers to a material having a refractive index n of less than 2.0.
For example, MgF_Two(N = 1.38), SiO_Two(N =
1.46), Al_TwoO_Three(N = 1.67)
It is. Note that the second transparent layer 12 having a low refractive index will be described later.
By the air layer (n = 1.0) similar to the gap 13
It may be configured. However, in this case,
Size d of transparent layer (air layer) 2_TwoIs constant.

【００２６】なお、ここでは、最下層の部分を基板１０
としているが、入射光を吸収し、例えば１００ｎｍ以上
のＣｒ膜などの透過光が実質的に０となる層や部分に置
き換えてもよい。In this case, the lowermost layer is the substrate 10
However, it may be replaced with a layer or a portion that absorbs incident light and has substantially zero transmitted light, such as a Cr film of 100 nm or more.

【００２７】第１の透明層１１および第２の透明層１２
の光学的な膜厚ｄ₁，ｄ₂は、「λ／２」以下（λは入
射光の設計波長）である。また、第３の透明層１４の光
学的な膜厚ｄ₃は、「λ／４」である。なお、これら膜
厚ｄ₁，ｄ₂は厳密に「λ／２」や「λ／４」でなくと
も、その近傍の値でもよい。これは、例えば第１の透明
層１１の膜厚ｄ₁がλ／２より厚くなった分、第２の透
明層１２を薄くするなどすることにより補完できるから
であり、また、式（５）〜（８）での屈折率の理想値か
らの多少のずれは膜厚で補完できる場合があるからであ
る。よって、本明細書においては、「λ／２」や「λ／
４」の表現には、「ほぼλ／２」や「ほぼλ／４」の場
合も含まれるものとする。First transparent layer 11 and second transparent layer 12
The optical film thicknesses d ₁ and d ₂ are not more than “λ / 2” (λ is the design wavelength of the incident light). The optical thickness d ₃ of the third transparent layer 14 is “λ / 4”. Note that these film thicknesses d ₁ and d ₂ are not strictly “λ / 2” or “λ / 4” but may be values in the vicinity thereof. This, for example, amount that the film thickness d ₁ becomes thicker than lambda / 2 of the first transparent layer 11, is because it complemented by such thinning the second transparent layer 12, also of the formula (5) This is because the slight deviation of the refractive index from the ideal value in (8) can be complemented by the film thickness in some cases. Therefore, in this specification, “λ / 2” and “λ /
The expression "4" includes "almost λ / 2" and "almost λ / 4".

【００２８】なお、第２の透明層１２および第３の透明
層１４は、いずれも互いに光学的特性の異なる２以上の
層で構成された複合層としてもよいが、この場合には複
合層における合成した光学的特性（光学アドミッタン
ス）が単層の場合と同等な特性を有するものとする必要
がある。The second transparent layer 12 and the third transparent layer 14 may each be a composite layer composed of two or more layers having different optical characteristics from each other. It is necessary that the combined optical characteristics (optical admittance) have characteristics equivalent to those of a single layer.

【００２９】間隙部１３は、後述の駆動手段によって、
その大きさ（第２の透明層１２と第３の透明層１４との
間隔）が可変である。間隙部１３を埋める媒体は、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（ナトリウムＤ線（５８９．３ｎｍ）に対する
屈折率ｎ_D＝１．０）、窒素（Ｎ₂）（ｎ_D＝１．０）
など、液体としては、水（ｎ_D＝１．３３３）、シリコ
ーンオイル（ｎ_D＝１．4〜１．７）、エチルアルコー
ル（ｎ_D＝１．３６１８）、グリセリン（ｎ_D＝１．４
７３０）、ジョードメタン（ｎ_D＝１．７３７）などが
挙げられる。なお、間隙部１３を真空状態とすることも
できる。The gap 13 is formed by driving means described later.
The size (the distance between the second transparent layer 12 and the third transparent layer 14) is variable. The medium filling the gap 13 may be a gas or a liquid as long as it is transparent. Examples of the gas include air (refractive index n _D = 1.0 for sodium D line (589.3 nm)), nitrogen (N ₂ ) (n _D = 1.0).
Etc., as the liquid, water (n _D = 1.333), silicone oil (n _D = 1.4~1.7), ethyl alcohol (n _D = 1.3618), glycerin (n _D = 1.4
730), and jod methane (n _D = 1.737). Note that the gap 13 can be in a vacuum state.

【００３０】間隙部１３の光学的な大きさｄ₄は、「λ
／４の奇数倍」と「λ／４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
れにより入射光の反射の量が２値的あるいは連続的に変
化する。なお、上記第３の透明層１４の膜厚の場合と同
様に、「λ／４」の表現には、「ほぼλ／４」の場合も
含まれるものとする。The optical size d ₄ of the gap 13 is “λ
It changes in a binary or continuous manner between “an odd multiple of / 4” and “even multiple of λ / 4 (including 0)”. As a result, the amount of reflection of the incident light changes binaryly or continuously. Note that the expression of “λ / 4” includes the case of “substantially λ / 4” as in the case of the thickness of the third transparent layer 14.

【００３１】上記間隙部１３を有する光学多層構造体１
は、例えば図３および図４に示した製造プロセスにより
作製することができる。まず、図３（Ａ）に示したよう
に例えばＣｒからなる基板１０の上に、例えばスパッタ
リング法によりＴｉＯ₂からなる第１の透明層１１を形
成し、次いで，図３（Ｂ）に示したように、第１の透明
層１１上に例えばスパッタリング法によりＳｉＯ₂から
なる第２の透明層１２を形成し、次いで例えばＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長 )法によ
り犠牲層としての非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜１３ａ
を形成する。続いて、図３（Ｃ）に示したように、間隙
部１３のパターン形状を有するフォトレジスト膜２０を
形成し、図３（Ｄ）に示したようにこのフォトレジスト
膜２０をマスクとして、例えばＲＩＥ（Reactive Ion E
tching) により非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜１３ａを
選択的に除去する。Optical multilayer structure 1 having gap 13
Can be manufactured by the manufacturing process shown in FIGS. 3 and 4, for example. First, as shown in FIG. 3A, a first transparent layer 11 made of TiO ₂ is formed on a substrate 10 made of, for example, Cr by sputtering, for example, and then shown in FIG. 3B. As described above, the second transparent layer 12 made of SiO ₂ is formed on the first transparent layer 11 by, for example, a sputtering method, and then, for example, CVD.
(Chemical Vapor Deposition) Amorphous silicon (a-Si) film 13a as a sacrificial layer by the method
To form Subsequently, as shown in FIG. 3C, a photoresist film 20 having a pattern shape of the gap 13 is formed, and as shown in FIG. RIE (Reactive Ion E
(Tching) to selectively remove the amorphous silicon (a-Si) film 13a.

【００３２】次に、図４（Ａ）に示したようにフォトレ
ジスト膜２０を除去した後、図４（Ｂ）に示したように
例えばスパッタリング法によりＴｉＯ₂からなる第３の
透明層１４を形成する。次いで、図４（Ｃ）に示したよ
うに、ドライエッチングにより非晶質シリコン（ａ−Ｓ
ｉ）膜１３ａを除去する。これにより、間隙部１３を備
えた光学多層構造体１を作製することができる。Next, after removing the photoresist film 20 as shown in FIG. 4A, a third transparent layer 14 made of TiO _{2 is formed} by, for example, a sputtering method as shown in FIG. 4B. Form. Next, as shown in FIG. 4C, the amorphous silicon (a-S
i) The film 13a is removed. Thereby, the optical multilayer structure 1 having the gap 13 can be manufactured.

【００３３】本実施の形態の光学多層構造体１では、間
隙部１３の光学的な大きさを変化させることにより、基
板１０の反対側より入射した光の反射の量を変化させる
ものである。具体的には、間隙部１３の光学的な大きさ
を、λ／４の奇数倍とλ／４の偶数倍（０を含む）との
間（例えば、「λ／４」と「０」との間）で、２値的あ
るいは連続的に変化させることによって、入射光の反射
の量を２値的あるいは連続的に変化させることができ
る。In the optical multilayer structure 1 according to the present embodiment, the amount of reflection of light incident from the opposite side of the substrate 10 is changed by changing the optical size of the gap 13. Specifically, the optical size of the gap 13 is set to be between an odd multiple of λ / 4 and an even multiple of λ / 4 (including 0) (for example, “λ / 4” and “0”). ), The amount of reflection of incident light can be changed in a binary or continuous manner.

【００３４】次に、図５〜図９を参照して、上記の式
（５）〜（８）の意義について説明する。Next, the significance of the above equations (5) to (8) will be described with reference to FIGS.

【００３５】光学多層構造体１のフィルタ特性は、光学
アドミッタンスによって説明することができる。光学ア
ドミッタンスｙは、複素屈折率Ｎ（＝ｎ−ｉ・ｋ、ｎは
屈折率，ｋは消衰係数）と値が同じである。例えば、空
気のアドミッタンスはｙ(air) ＝1 、ｎ(air) ＝1 、ガ
ラスのアドミッタンスはｙ(glass) ＝1.５２、ｎ(glas
s) ＝1.５２である。The filter characteristics of the optical multilayer structure 1 can be explained by optical admittance. The optical admittance y has the same value as the complex refractive index N (= n−ik, where n is the refractive index and k is the extinction coefficient). For example, the admittance of air is y (air) = 1, n (air) = 1, the admittance of glass is y (glass) = 1.52, and n (glas
s) = 1.52.

【００３６】基板上に光学膜を形成すると、図５（Ｂ）
に示したような光学アドミッタンスダイヤグラム上で、
膜厚に伴い円弧を描いて軌跡が移動する。ここに、横軸
はアドミッタンスの実軸（Ｒ_e），縦軸はアドミッタン
スの虚軸（Ｉ_m）をそれぞれ示している。例えば、ｎ＝
ｙ＝１．５２のガラス基板上にｎ＝ｙ＝２．４０のＴｉ
Ｏ₂などを成膜すると、その合成アドミッタンスの軌跡
は、膜厚の増加に伴ってｙ＝１．５２の点から円弧を描
きながら移動する。もし、ＴｉＯ₂の光学的な膜厚がλ
／４のときには、合成アドミッタンスの軌跡は、実軸上
の３．７９の点に帰着する（λ／４法則）。これはガラ
ス基板（透明基板）上にλ／４の膜厚のＴｉＯ₂膜を成
膜したときの合成アドミッタンスである。つまり、この
構造体を上から見ると、ｎ＝３．７９の一体の基板を見
ているのと同じようになる。このときの反射率は、空気
との界面では次式（９）で求まるので、反射率Ｒ＝３
３．９％となる。When an optical film is formed on the substrate, FIG.
On the optical admittance diagram as shown in
The locus moves in an arc along with the film thickness. Here, the horizontal axis indicates the real axis of admittance (R _e ), and the vertical axis indicates the imaginary axis of admittance (I _m ). For example, n =
Ti on n = y = 2.40 on a glass substrate with y = 1.52
When O ₂ or the like is formed, the locus of the synthetic admittance moves while drawing an arc from the point of y = 1.52 as the film thickness increases. If the optical thickness of TiO ₂ is λ
At / 4, the locus of the combined admittance results in a point at 3.79 on the real axis (λ / 4 law). This is a composite admittance when a TiO ₂ film having a thickness of λ / 4 is formed on a glass substrate (transparent substrate). That is, when this structure is viewed from above, it is the same as when an integrated substrate with n = 3.79 is viewed. At this time, the reflectance at the interface with the air is obtained by the following equation (9), so that the reflectance R = 3
3.9%.

【００３７】Ｒ＝（ｎ−１／ｎ＋１）²・・・・・（９）R = (n−1 / n + 1) ² (9)

【００３８】次に、この光学多層構造体の上に、更に、
ｎ＝ｙ＝１．９４７の膜を光学膜厚＝λ／４だけ成膜す
ると、光学アドミッタンスダイヤグラム上では、３．７
９の点から右回りに軌跡が移動する。その合成アドミッ
タンスは、Ｙ＝１．０となり、実軸上の１．０の点とな
る。すなわち、これは合成アドミッタンス＝合成屈折率
が１．０と同等、つまり空気と同等となるので、その界
面では反射がなくなり、所謂Ｖコートの反射膜とみなす
ことができる。Next, on this optical multilayer structure,
When a film with n = y = 1.947 is formed with an optical film thickness = λ / 4, 3.7 in the optical admittance diagram.
The locus moves clockwise from point 9. The resultant admittance is Y = 1.0, which is a 1.0 point on the real axis. That is, since the composite admittance is equal to the composite refractive index of 1.0, that is, equivalent to air, there is no reflection at the interface, and it can be regarded as a so-called V-coated reflective film.

【００３９】一方、上記ＴｉＯ₂膜（ｎ＝２．４）の膜
の上に、ｎ＝１（空気）の間隙部を光学膜厚＝λ／４だ
け設けた場合には、その合成アドミッタンスは、図６
（Ａ），（Ｂ）に示したように、Ｙ₂＝０．２６３８と
なる。更に、その間隙部上にｎ＝ｙ＝１．９４７の膜を
光学膜厚＝λ／４だけ成膜すると、その合成アドミッタ
ンスは、Ｙ₃＝１４．３７となり、実軸上の１４．３７
の点となる。そのときの反射率は上記（９）式のｎをＹ
₃＝１４．３７として求まり、このとき反射率Ｒ＝７６
％となる。以上のことから、間隙部１３の空気層を
「０」から「λ／４」の光学膜厚まで変化させると、反
射率は「０％」から「７６％」へと変化することがわか
る。On the other hand, when a gap of n = 1 (air) is provided by an optical film thickness = λ / 4 on the TiO ₂ film (n = 2.4), the combined admittance is , FIG.
As shown in (A) and (B), Y ₂ = 0.2638. Further, when a film of n = y = 1.947 is formed on the gap by an optical film thickness = λ / 4, the resultant admittance is Y ₃ = 14.37, which is 14.37 on the real axis.
Point. The reflectance at that time is obtained by replacing n in the above equation (9) with Y
₃ = 14.37, and at this time, the reflectance R = 76
%. From the above, it is understood that when the air layer of the gap 13 is changed from “0” to the optical film thickness of “λ / 4”, the reflectance changes from “0%” to “76%”.

【００４０】以上は基板がガラスなどの透明な非金属材
料、すなわち、前述の複素屈折率Ｎ＝ｎ−ｉ・ｋにおい
て、ｋ＝０の場合である。これに対して、基板が不透明
な金属材料の場合には、ｋ＝０ではないので、アドミッ
タンスダイヤグラムの軌跡の出発点は、ダイヤグラム上
で（ｎ，−ｋ）となる。基板が例えばクロム（Ｃｒ）の
場合には、図７に示したように、入射波長λ＝５５０ｎ
ｍに対してはｎ＝３．１１、ｋ＝４．４２である。先の
例と同じように、反射防止特性を得るために、Ｃｒの点
（３．１１，−４．４２）上にＴｉＯ₂（ｎ＝２．４
０）などの高屈折率層（第１の透明層１１）を形成し、
この第１の透明層１１上にＳｉＯ₂（ｎ＝１．４６）な
どの低屈折率層（第２の透明層１２）を形成すると、合
成アドミッタンスは実軸Ｒ_e上で（０，５．７６）の点
となる。よって、この第２の透明層１２の上に、膜厚λ
／４でＴｉＯ₂（ｎ＝２．４）などの高屈折率層（第３
の透明層１４）を形成すると、合成アドミッタンスの軌
跡は実軸（０，１）の点に帰着し、反射がなくなる。す
なわち、図２に示したように、光学多層構造体１の間隙
部１３が「０」の状態では、入射光は吸収され、反射光
は生じない。The above is the case where the substrate is a transparent non-metallic material such as glass, that is, k = 0 in the above-mentioned complex refractive index N = nik. On the other hand, if the substrate is an opaque metal material, k is not 0, so the starting point of the trajectory of the admittance diagram is (n, -k) on the diagram. When the substrate is, for example, chromium (Cr), the incident wavelength λ = 550 n as shown in FIG.
For m, n = 3.11 and k = 4.42. As in the previous example, TiO ₂ (n = 2.4) was placed on the Cr point (3.11, -4.42) to obtain the anti-reflection property.
0) and the like and a high refractive index layer (first transparent layer 11) is formed,
To form a SiO ₂ (n = 1.46) a low refractive index layer (such as the second transparent layer 12) on the first transparent layer 11, the synthetic admittance on a real axis R _e (0, 5. 76). Therefore, on the second transparent layer 12, the film thickness λ
/ 4 and a high refractive index layer such as TiO ₂ (n = 2.4)
When the transparent layer 14) is formed, the locus of the combined admittance results in the point of the real axis (0, 1), and there is no reflection. That is, as shown in FIG. 2, when the gap 13 of the optical multilayer structure 1 is “0”, incident light is absorbed and reflected light is not generated.

【００４１】〔第２の実施の形態〕上記の説明では、基
板１０の上に、高屈折率材料よりなる第１の透明層１
１、低屈折率材料よりなる第２の透明層１２、および高
屈折率材料よりなる第３の透明層１４を、この順で配し
た構成としているが、基板１０が不透明の金属材料から
なる場合には、その複素屈折率つまりアドミッタンスの
出発点によって、図８あるいは図９に示したように、基
板１０の上に、低屈折率材料よりなる第１の透明層２
１、および高屈折率材料よりなる第２の透明層２２を、
この順で配した構成とする必要がある場合がある。[Second Embodiment] In the above description, the first transparent layer 1 made of a high refractive index material
1. A configuration in which the second transparent layer 12 made of a low refractive index material and the third transparent layer 14 made of a high refractive index material are arranged in this order, but the substrate 10 is made of an opaque metal material According to the complex refractive index, that is, the starting point of the admittance, as shown in FIG. 8 or FIG.
1, and a second transparent layer 22 made of a high refractive index material,
It may be necessary to arrange in this order.

【００４２】ここで、図８に示した光学多層構造体２
は、低屈折率材料よりなる第１の透明層２１と高屈折率
材料よりなる第２の透明層２２との間に、例えば空気層
からなる間隙部２３を設け、一方、図９に示した光学多
層構造体３は、基板１０と低屈折率材料よりなる第１の
透明層２１との間に、例えば空気層からなる間隙部２３
を設けたものである。なお、低屈折率の第１の透明層２
１は、間隙部２３と同じ空気層（ｎ＝１．０）により構
成するようにしてもよい。但し、このときの空気層は間
隙部２３とは異なり、その大きさは変わらないものとす
る。Here, the optical multilayer structure 2 shown in FIG.
In FIG. 9, a gap 23 made of, for example, an air layer is provided between a first transparent layer 21 made of a low refractive index material and a second transparent layer 22 made of a high refractive index material. The optical multilayer structure 3 includes a gap 23 made of, for example, an air layer between the substrate 10 and the first transparent layer 21 made of a low refractive index material.
Is provided. The first transparent layer 2 having a low refractive index
1 may be constituted by the same air layer (n = 1.0) as the gap 23. However, the size of the air layer at this time is different from that of the gap portion 23, and the size thereof is not changed.

【００４３】図１０は、第１の実施の形態（図１）と、
第２の実施の形態（図８および図９）の光学多層構造体
の設計上の相違点を説明するためのアドミッタンスダイ
ヤグラムである。この図は、可視光域において現実的に
使用可能なものの中で、第１の透明層１１として屈折率
が最も高いＴｉＯ₂（ｎ＝２．４）、第２の透明層１２
として屈折率が最も低いＭｇＦ₂（ｎ＝１．３８）を用
いた構成の場合と、逆に、第１の透明層２１としてＭｇ
Ｆ₂（ｎ＝１．３８）、第２の透明層２２としてＴｉＯ
₂（ｎ＝２．４）を用いた構成の場合の、適用可能な基
板の出発材料の範囲を示したものである。FIG. 10 shows the first embodiment (FIG. 1),
11 is an admittance diagram for explaining a design difference of the optical multilayer structure of the second embodiment (FIGS. 8 and 9). This figure shows that the first transparent layer 11 has the highest refractive index of TiO ₂ (n = 2.4) and the second transparent layer 12 among those which can be actually used in the visible light range.
And the first transparent layer 21 is made of MgF ₂ (n = 1.38) having the lowest refractive index.
F ₂ (n = 1.38), TiO 2 as the second transparent layer 22
₃ shows the range of applicable starting materials for a substrate in the case of a configuration using ₂ (n = 2.4).

【００４４】図１０において、左下がりのハッチングで
示した第１の領域Ａが、基板１０の上に低屈折率の第１
の透明層２１および高屈折率の第２の透明層２２を形成
した構成の場合（すなわち、図８または図９の光学多層
構造体２，３）に対応している。この第１の領域Ａに対
応する基板材料としては、カーボン（Ｃ），シリコン
（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ），タンタル（Ｔａ）な
どがある。一方、右下がりのハッチングで示した第２の
領域Ｂが、基板１０の上に高屈折率の第１の透明層１
１、低屈折率の第２の透明層１２、間隙部１３および高
屈折率の第３の透明層１４を形成した構成の場合（すな
わち、図１の光学多層構造体１）に対応する。なお、こ
の第２の領域Ｂには、前述のように間隙部１３の位置
が、基板１０と第１の透明層１１との間、あるいは第２
の透明層１２と第３の透明層１４との間にある構成の場
合も含まれている。この第２の領域Ｂに対応する基板材
料としては、上述のＣｒの他、Ｔｉ，Ｎｂがある。In FIG. 10, a first region A indicated by hatching in the lower left direction has a low refractive index first region on the substrate 10.
(That is, the optical multilayer structures 2 and 3 in FIG. 8 or FIG. 9) in which the transparent layer 21 and the second transparent layer 22 having a high refractive index are formed. Substrate materials corresponding to the first region A include carbon (C), silicon (Si), germanium (Ge), tantalum (Ta), and the like. On the other hand, a second region B indicated by hatching in the lower right direction is the first transparent layer 1 having a high refractive index on the substrate 10.
1. This corresponds to the case where the second transparent layer 12 having a low refractive index, the gap 13 and the third transparent layer 14 having a high refractive index are formed (that is, the optical multilayer structure 1 in FIG. 1). In the second region B, as described above, the position of the gap 13 is set between the substrate 10 and the first transparent layer 11 or the second region B.
The configuration between the transparent layer 12 and the third transparent layer 14 is also included. Substrate materials corresponding to the second region B include Ti and Nb in addition to Cr described above.

【００４５】ここで、図８または図９の光学多層構造体
２，３に適用される第１の領域Ａは、入射光の波長λに
対して、基板１０の材料の屈折率をｎ_m、消衰係数をｋ
_m（透明基板の場合は０）とすると、前述の式（７），
（８）の関係を満たす領域である。Here, the first region A applied to the optical multilayer structures 2 and 3 shown in FIG. 8 or 9 is such that the refractive index of the material of the substrate 10 is n _m , with respect to the wavelength λ of the incident light. Extinction coefficient k
_m (0 for a transparent substrate), the above equation (7),
This is an area that satisfies the relationship (8).

【００４６】一方、図１の光学多層構造体１に適用され
る第２の領域Ｂは、前式（５），（６）の関係を満た
し、かつ、式（７），（８）の関係を満す領域（第１の
領域Ａ）の部分を除いた領域である。なお、基板／低屈
折率層／間隙部／高屈折率層の構成を有する光学多層構
造体２（図８）、あるいは基板／間隙部／低屈折率層／
高屈折率層の構成を有する光学多層構造体３（図９）の
場合には、屈折率ｎ＝１．９０以上、５．７６以下で、
消衰係数ｋ＝０の透明基板も式（７），（８）の関係を
満足するので、金属以外の、ガラス，プラスチック等か
らなる透明基板も適用可能である。On the other hand, the second region B applied to the optical multilayer structure 1 of FIG. 1 satisfies the relations of the above equations (5) and (6), and also satisfies the relations of the equations (7) and (8). Is a region excluding a region (first region A) satisfying. The optical multilayer structure 2 (FIG. 8) having the structure of substrate / low refractive index layer / gap / high refractive index layer, or substrate / gap / low refractive index layer /
In the case of the optical multilayer structure 3 (FIG. 9) having the configuration of the high refractive index layer, the refractive index n is 1.90 or more and 5.76 or less,
Since a transparent substrate having an extinction coefficient k = 0 also satisfies the relations of Expressions (7) and (8), a transparent substrate made of glass, plastic, or the like other than metal can be applied.

【００４７】なお、ｎの値のより低い高屈折率材料やｎ
の値のより高い低屈折率材料を用いると、上記の範囲は
狭くなり、また、上記範囲外の部分であっても解はある
が、層数は増す。Incidentally, a high refractive index material having a lower value of n or n
When a low-refractive index material having a higher value is used, the above range becomes narrower, and even if there is a solution outside of the above range, the number of layers increases.

【００４８】〔具体例〕図１１は図１の光学多層構造体
１において、基板１０としてＣｒ（ｎ_m＝３．１２，ｋ
＝４．４２）、第１の透明層１１としてＴｉＯ₂膜（ｎ
₁＝２．３２）、第２の透明層１２としてＳｉＯ₂膜
（ｎ＝１．４６）、間隙部１３として空気層（ｎ＝１．
００）、第３の透明層１４としてＴｉＯ₂膜を用いた場
合の入射光の波長（設計波長５５０ｎｍ）と反射率との
関係を表すものである。ここでは、間隙部（空気層）の
光学膜厚が「０」と「λ／４」の場合の特性を表してい
る。[Specific Example] FIG. 11 shows the optical multilayer structure 1 of FIG. 1 in which Cr (n _m = 3.12, k
= 4.42), and a TiO ₂ film (n
₁ = 2.32), an SiO ₂ film (n = 1.46) as the second transparent layer 12, and an air layer (n = 1.
00) and the relationship between the wavelength of incident light (design wavelength 550 nm) and the reflectance when a TiO ₂ film is used as the third transparent layer 14. Here, the characteristics when the optical film thickness of the gap (air layer) is “0” and “λ / 4” are shown.

【００４９】図１２（Ａ），（Ｂ）はこのときのアドミ
ッタンスダイヤグラムを表すものであり、図１２（Ａ）
は間隙部（空気層）の光学膜厚が「０」の場合の特性
（すなわち、低反射時の特性）、図１２（Ｂ）は間隙部
（空気層）の光学膜厚が「λ／４」の場合の特性（すな
わち、高反射時の特性）をそれぞれ示している。FIGS. 12A and 12B show an admittance diagram at this time, and FIG.
FIG. 12B shows the characteristic when the optical film thickness of the gap (air layer) is “0” (that is, the characteristic at the time of low reflection), and FIG. 12B shows that the optical film thickness of the gap (air layer) is “λ / 4”. "(That is, the characteristic at the time of high reflection).

【００５０】図１１に示した特性図からも明らかなよう
に、図１に示した光学多層構造体１では、間隙部（空気
層）１３の光学膜厚が「λ／４」の場合には入射光（λ
＝５５０ｎｍ）に対して高反射特性、間隙部１３の光学
膜厚が０の場合には低反射特性をそれぞれ示すことが分
かる。As is clear from the characteristic diagram shown in FIG. 11, in the optical multilayer structure 1 shown in FIG. 1, when the optical film thickness of the gap (air layer) 13 is "λ / 4", Incident light (λ
= 550 nm), and when the optical film thickness of the gap 13 is 0, low reflection characteristics are exhibited.

【００５１】更に、図１３および図１４は、図１の光学
多層構造体１における高反射時の反射率特性が、間隙部
１３の位置によって異なる状況を表すものである。図１
３中、（ａ）は基板１０と第１の透明層（高屈折率層）
１１との間、（ｂ）は第１の透明層（高屈折率層）１１
と第２の透明層（低屈折率層）１２との間、（ｃ）は第
２の透明層１２と第３の透明層１４との間（図１，図１
１，図１２の例に対応）に間隙部１３を設けた場合の特
性をそれぞれ示している。高反射時の反射率特性として
は、（ａ）の構成の場合が最も良く、続いて、（ｃ），
（ｂ）の場合の構成となっている。なお、（ｄ）は低反
射時の反射率特性を示している。FIGS. 13 and 14 show a situation in which the reflectance characteristic of the optical multilayer structure 1 of FIG. 1 at the time of high reflection differs depending on the position of the gap 13. Figure 1
3, (a) shows the substrate 10 and the first transparent layer (high refractive index layer)
(B) shows the first transparent layer (high refractive index layer) 11
FIG. 1C shows a state between the second transparent layer 12 and the third transparent layer 14 (FIG. 1 and FIG. 1).
1 (corresponding to the example of FIG. 12) when the gap 13 is provided. As the reflectivity characteristics at the time of high reflection, the configuration of (a) is the best, and then, (c),
This is the configuration in the case of (b). (D) shows the reflectance characteristic at the time of low reflection.

【００５２】図１５は、図８に示した構成の光学多層構
造体２において、基板１０としてタンタル（Ｔａ）（ｎ
_m＝２．４６，ｋ＝１．９０）、第１の透明層（低屈折
率層）１１としてＭｇＦ₂膜（ｎ₁＝１．３８）、第２
の透明層（高屈折率層）１２としてＴｉＯ₂膜（ｎ＝
２．３２）、第１の透明層１１と第２の透明層１２との
間に配置される間隙部１３として空気層（ｎ＝１．０
０）を用いた場合の入射光（設計波長５５０ｎｍ）に対
する反射特性を表すものである。ここでは、間隙部（空
気層）の光学膜厚が「０」と「λ／４」の場合の特性を
表している。FIG. 15 shows a structure of the optical multilayer structure 2 shown in FIG. 8 in which tantalum (Ta) (n
_m = 2.46, k = 1.90), an MgF ₂ film (n ₁ = 1.38) as the first transparent layer (low refractive index layer) 11,
A TiO ₂ film (n =
2.32), an air layer (n = 1.0) as a gap 13 disposed between the first transparent layer 11 and the second transparent layer 12.
0) is used to represent the reflection characteristics with respect to incident light (design wavelength: 550 nm). Here, the characteristics when the optical film thickness of the gap (air layer) is “0” and “λ / 4” are shown.

【００５３】図１６（Ａ），（Ｂ）はこのときのアドミ
ッタンスダイヤグラムを表すものであり、図１６（Ａ）
は間隙部（空気層）の光学膜厚が「０」の場合の特性
（低反射時の特性）、図１６（Ｂ）は間隙部（空気層）
の光学膜厚が「λ／４」の場合の特性（高反射時の特
性）をそれぞれ示している。FIGS. 16A and 16B show an admittance diagram at this time, and FIG.
FIG. 16B shows the characteristics when the optical film thickness of the gap (air layer) is “0” (characteristics at the time of low reflection), and FIG. 16B shows the gap (air layer).
(Characteristics at the time of high reflection) when the optical film thickness is “λ / 4”.

【００５４】図１７は、図９に示した構成の光学多層構
造体３において、基板１０としてタンタル（Ｔａ）（ｎ
_m＝２．４６，ｋ＝１．９０）、第１の透明層（低屈折
率層）１１としてＭｇＦ₂膜（ｎ₁＝１．３８）、第２
の透明層（高屈折率層）１２としてＴｉＯ₂膜（ｎ＝
２．３２）、基板１０と第１の透明層１１との間に配置
される間隙部１３として空気層（ｎ＝１．００）を用い
た場合の入射光（設計波長５５０ｎｍ）に対する反射特
性を表すものである。ここでも、間隙部（空気層）の光
学膜厚が「０」と「λ／４」の場合の特性を表してい
る。図１８は光学膜厚が「λ／４」のときのアドミッタ
ンスダイヤグラムを表すものである。FIG. 17 shows the optical multilayer structure 3 having the structure shown in FIG.
_m = 2.46, k = 1.90), an MgF ₂ film (n ₁ = 1.38) as the first transparent layer (low refractive index layer) 11,
A TiO ₂ film (n =
2.32), the reflection characteristics for incident light (design wavelength 550 nm) when an air layer (n = 1.00) is used as the gap 13 disposed between the substrate 10 and the first transparent layer 11. It represents. Here also, the characteristics are shown when the optical film thickness of the gap (air layer) is “0” and “λ / 4”. FIG. 18 shows an admittance diagram when the optical film thickness is “λ / 4”.

【００５５】図１５および図１６のいずれの構成の場合
も、間隙部（空気層）１３の光学膜厚が「λ／４」の場
合には入射光（λ＝５５０ｎｍ）に対して高反射特性、
間隙部１３の光学膜厚が「０」の場合には低反射特性を
それぞれ示し、また、両者はほぼ同等の特性を有するこ
とが分かる。In each of the configurations shown in FIGS. 15 and 16, when the optical film thickness of the gap (air layer) 13 is “λ / 4”, the high reflection characteristic with respect to incident light (λ = 550 nm) is obtained. ,
When the optical film thickness of the gap 13 is “0”, it shows low reflection characteristics, and both have almost the same characteristics.

【００５６】このように第１および第２の実施の形態の
光学多層構造体１〜３では、例えば５５０ｎｍなどの可
視光領域においても、高コントラストな変調を行うこと
ができる。しかも、簡単な構成であり、可動部分の移動
範囲も高々「λ／２」あるいは「λ／４」であるため、
高速応答が可能になる。従って、この光学多層構造体を
用いることにより、高速な光スイッチング素子および画
像表示装置を実現することができる。As described above, the optical multilayer structures 1 to 3 of the first and second embodiments can perform high-contrast modulation even in a visible light region such as 550 nm. Moreover, since the configuration is simple and the moving range of the movable part is at most “λ / 2” or “λ / 4”,
Fast response is possible. Therefore, by using this optical multilayer structure, a high-speed optical switching element and an image display device can be realized.

【００５７】以上の実施の形態では、光学多層構造体の
間隙部を一層としたが、複数層、例えば図１９に示した
ように２層設けるようにしてもよい。すなわち、基板１
０上に、第１の透明層１１、第２の透明層１２、第１の
間隙部１３、第３の透明層１４、第２の間隙部３０、第
３の透明層３１をこの順に形成し、第２の透明層１３お
よび第３の透明層３１それぞれを例えば窒化シリコンか
らなる支持体３２により支持したものである。In the above embodiment, the optical multilayer structure has one gap, but a plurality of layers, for example, two layers as shown in FIG. 19 may be provided. That is, the substrate 1
On the first transparent layer 11, a first transparent layer 11, a second transparent layer 12, a first gap 13, a third transparent layer 14, a second gap 30, and a third transparent layer 31 are formed in this order. , The second transparent layer 13 and the third transparent layer 31 are each supported by a support 32 made of, for example, silicon nitride.

【００５８】この光学多層構造体では、中間の第２の透
明層１２が上下に変位し、第１の間隙部１３と第２の間
隙部３０の一方の間隙が狭くなった分、他方の間隙部が
広まることにより、反射特性が変化する。In this optical multilayer structure, the intermediate second transparent layer 12 is vertically displaced and one of the first gap 13 and the second gap 30 is narrowed, and the other gap is narrowed. As the portion spreads, the reflection characteristics change.

【００５９】〔駆動方法〕次に、上記光学多層構造体１
における間隙部１３の大きさを変化させるための具体的
な手段について説明する。なお、光学多層構造体２，３
の場合についても同様である。[Driving Method] Next, the optical multilayer structure 1
Specific means for changing the size of the gap 13 in the above will be described. The optical multilayer structures 2 and 3
The same applies to the case of.

【００６０】図２０は、静電気により光学多層構造体１
を駆動する例を示している。この光学多層構造体は、基
板１０の上の第１の透明層１１の両側にそれぞれ例えば
アルミニウム（Ａｌ）からなる電極１６ａ，１６ａを設
けると共に、第３の透明層１４を例えば窒化シリコン
（Ｓｉ₃Ｎ₄）からなる支持体１５により支持し、この
支持体１５の電極１６ａ，１６ａに対向する位置に電極
１６ｂ，１６ｂを形成したものである。FIG. 20 shows an optical multilayer structure 1 caused by static electricity.
Is shown. In this optical multilayer structure, electrodes 16a, 16a made of, for example, aluminum (Al) are provided on both sides of the first transparent layer 11 on the substrate 10, and the third transparent layer 14 is made of, for example, silicon nitride (Si _3). N ₄ ) is supported by a support 15, and electrodes 16 b, 16 b are formed on the support 15 at positions facing the electrodes 16 a, 16 a.

【００６１】この光学多層構造体１では、電極１６ａ，
１６ａおよび電極１６ｂ，１６ｂ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１３の光学膜厚
を、例えば「λ／４」と「０」との間との間で２値的に
切り替えるものである。勿論、電極１６ａ，１６ａ、電
極１６ｂ，１６ｂへの電圧印加を連続的に変化させるこ
とにより、間隙部１３の大きさをある値の範囲で連続的
に変化させ、入射した光の反射の量を連続的（アナログ
的）に変化させるようにすることも可能である。In this optical multilayer structure 1, the electrodes 16a,
The optical thickness of the gap 13 is changed between “λ / 4” and “0”, for example, in a binary manner by electrostatic attraction caused by a potential difference due to voltage application to the electrodes 16a and the electrodes 16b, 16b. Switch. Of course, by continuously changing the voltage application to the electrodes 16a, 16a and the electrodes 16b, 16b, the size of the gap 13 is changed continuously within a certain value range, and the amount of reflection of the incident light is reduced. It is also possible to make it change continuously (analog).

【００６２】光学多層構造体を静電気で駆動するものと
しては、その他、例えば図２１に示した方法によっても
よい。この光学多層構造体は、第２の透明層１２上に例
えばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide) からなる透明導電膜１
７ａを設けると共に、例えばＳｉ₃Ｎ₄などからなる第
３の透明層１４を架橋構造に形成し、この第３の透明層
１４の内面に同じくＩＴＯからなる透明導電膜１７ｂを
設けたものである。透明導電膜としては、ＩＴＯの他、
酸化スズ（ＳｎＯ₂）および酸化亜鉛（ＺｎＯ）なども
用いることができる。For driving the optical multilayer structure by static electricity, for example, a method shown in FIG. 21 may be used. The optical multilayer structure is formed on the second transparent layer 12 by a transparent conductive film 1 made of, for example, ITO (Indium-Tin Oxide).
7a, a third transparent layer 14 made of, for example, Si ₃ N ₄ is formed in a cross-linked structure, and a transparent conductive film 17b also made of ITO is provided on the inner surface of the third transparent layer 14. . As the transparent conductive film, in addition to ITO,
Tin oxide (SnO ₂ ) and zinc oxide (ZnO) can also be used.

【００６３】この光学多層構造体では、透明導電膜１７
ａ，１７ｂ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１３の光学膜厚を切り替えることが
できる。なお、静電気で駆動する方法としては、２つの
透明導電膜間に電圧を印加する方法だけでなく、基板１
０を導電性材料により構成し、この基板１０と透明導電
膜との間に電圧を印加する方法もある。In this optical multilayer structure, the transparent conductive film 17
The optical film thickness of the gap 13 can be switched by an electrostatic attraction generated by a potential difference due to the application of a voltage between a and 17b. The method of driving by static electricity includes not only a method of applying a voltage between two transparent conductive films but also a method of driving the substrate 1.
There is also a method in which 0 is made of a conductive material and a voltage is applied between the substrate 10 and the transparent conductive film.

【００６４】光学多層構造体の駆動は、このような静電
気の他、トグル機構や圧電素子などのマイクロマシンを
用いる方法、磁力を用いる方法や、形状記憶合金を用い
る方法など、種々考えられる。図２２（Ａ），（Ｂ）は
磁力を用いて駆動する態様を示したものである。この光
学多層構造体では、第３の透明層１４の上に開孔部を有
するコバルト（Ｃｏ）などの磁性材料からなる磁性層４
０を設けると共に基板１０の下部に電磁コイル４１を設
けたものであり、この電磁コイル４１のオン・オフの切
り替えにより、間隙部１３の間隔を例えば「λ／４」
（図２２（Ａ））と「０」（図２２（Ｂ））との間で切
り替え、これにより反射率を変化させることができる。Various driving methods for the optical multilayer structure can be considered, such as a method using a micromachine such as a toggle mechanism or a piezoelectric element, a method using a magnetic force, and a method using a shape memory alloy, in addition to such static electricity. FIGS. 22A and 22B show a mode of driving using a magnetic force. In this optical multilayer structure, the magnetic layer 4 made of a magnetic material such as cobalt (Co) having an opening on the third transparent layer 14 is formed.
0, and an electromagnetic coil 41 is provided below the substrate 10. By switching the electromagnetic coil 41 on and off, the interval of the gap 13 is set to, for example, “λ / 4”.
Switching between (FIG. 22 (A)) and “0” (FIG. 22 (B)) allows the reflectance to be changed.

【００６５】〔光スイッチング装置〕図２３は、上記光
学多層構造体１を用いた光スイッチング装置１００の構
成を表すものである。光スイッチング装置１００は、金
属例えばＣｒからなる基板１０１上に複数（図では４
個）の光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄを一次元
アレイ状に配設したものである。なお、１次元に限ら
ず、２次元に配列した構成としてもよい。この光スイッ
チング装置１００では、基板１０１の表面の一方向（素
子配列方向）に沿って例えば高屈折率のＴｉＯ₂膜１０
２ａおよび低屈折率のＳｉＯ₂膜１０２ｂがこの順で形
成されている。ＳｉＯ₂膜１０２ｂ上には、例えばＩＴ
Ｏ（Indium-Tin Oxide: インジウムと錫の酸化物混合
膜）膜１０３が形成されている。ここで、ＴｉＯ₂膜１
０２ａが第１の透明層、ＳｉＯ₂膜１０２ｂが第２の透
明層にそれぞれ対応している。[Optical Switching Device] FIG. 23 shows the configuration of an optical switching device 100 using the optical multilayer structure 1 described above. A plurality of optical switching devices 100 (4 in FIG.
) Of optical switching elements 100A to 100D are arranged in a one-dimensional array. Note that the arrangement is not limited to one-dimensional, but may be a two-dimensional arrangement. In this optical switching device 100, for example, a high refractive index TiO ₂ film 10 is formed along one direction of the surface of the substrate 101 (element arrangement direction).
2a and a low refractive index SiO ₂ film 102b are formed in this order. On the SiO ₂ film 102b, for example, IT
An O (Indium-Tin Oxide: mixed oxide film of indium and tin) film 103 is formed. Here, the TiO ₂ film 1
02a corresponds to the first transparent layer, and the SiO ₂ film 102b corresponds to the second transparent layer.

【００６６】基板１０１上には、ＴｉＯ₂膜１０２ａ、
ＳｉＯ₂膜１０２ｂおよびＩＴＯ膜１０３に対して直交
する方向に、４本の高屈折率のＴｉＯ₂膜１０５が配設
されている。ＴｉＯ₂膜１０５の外側には透明導電膜と
してのＩＴＯ膜１０６が形成されている。ＴｉＯ₂膜１
０５が第１の実施の形態の第３の透明層に対応するもの
で、ＩＴＯ膜１０３を跨ぐ位置において架橋構造となっ
ている。第１の透明層および第２の透明層の光学的な膜
厚は、例えば「λ／４」（λは入射光の波長（５５０ｎ
ｍ））程度である。ＩＴＯ膜１０３とＩＴＯ膜１０６と
の間には、スイッチング動作（オン・オフ）に応じてそ
の大きさが変化する間隙部１０４が設けられている。間
隙部１０４の光学膜厚は、例えば「λ／４」（１３７．
５ｎｍ）と「０」との間で変化するようになっている。
なお、ここでは、図１に示した光学多層構造体１を適用
した例について説明しているが、図８あるいは図９に示
した光学多層構造体２，３を適用するようしてもよい。On the substrate 101, a TiO ₂ film 102a,
Four high refractive index TiO ₂ films 105 are arranged in a direction orthogonal to the SiO ₂ film 102b and the ITO film 103. An ITO film 106 as a transparent conductive film is formed outside the TiO ₂ film 105. TiO ₂ film 1
05 corresponds to the third transparent layer of the first embodiment, and has a cross-linking structure at a position straddling the ITO film 103. The optical thickness of the first transparent layer and the second transparent layer is, for example, “λ / 4” (where λ is the wavelength of the incident light (550 n
m)). Between the ITO film 103 and the ITO film 106, a gap 104 whose size changes according to a switching operation (ON / OFF) is provided. The optical film thickness of the gap 104 is, for example, “λ / 4” (137.
5 nm) and “0”.
Although an example in which the optical multilayer structure 1 shown in FIG. 1 is applied is described here, the optical multilayer structures 2 and 3 shown in FIG. 8 or FIG. 9 may be applied.

【００６７】光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄ
は、透明導電膜（ＩＴＯ膜１０３，１０６）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１０
４の光学膜厚を、例えば「λ／４」と「０」との間で切
り替える。図２３では、光スイッチング素子１００Ａ，
１００Ｃが間隙部１０４が「０」の状態（すなわち、低
反射状態）、光スイッチング素子１００Ｂ，１００Ｄが
間隙部１０４が「λ／４」の状態（すなわち、高反射状
態）を示している。なお、透明導電膜（ＩＴＯ膜１０
３，１０６）と電圧印加装置（図示せず）とにより、本
発明の「駆動手段」を構成している。Optical switching elements 100A to 100D
The gap 10 is caused by electrostatic attraction caused by a potential difference caused by voltage application to the transparent conductive film (ITO films 103 and 106).
The optical film thickness of No. 4 is switched, for example, between “λ / 4” and “0”. In FIG. 23, the optical switching element 100A,
100C indicates a state where the gap 104 is “0” (ie, a low reflection state), and the optical switching elements 100B and 100D indicate a state where the gap 104 is “λ / 4” (ie, a high reflection state). The transparent conductive film (ITO film 10)
3, 106) and a voltage applying device (not shown) constitute the "driving means" of the present invention.

【００６８】この光スイッチング装置１００では、第１
の透明層側のＩＴＯ膜１０３を接地して電位を０Ｖと
し、第２の透明層側に形成されたＩＴＯ膜１０６に例え
ば＋１２Ｖの電圧を印加すると、その電位差によりＩＴ
Ｏ膜１０３，１０６間に静電引力が発生し、図２３では
光スイッチング素子１００Ａ，１００ＣのようにＩＴＯ
膜１０３，１０６が密着し、間隙部１３が「０」の状態
となる。この状態では、入射光Ｐ₁は上記多層構造体に
吸収される。In this optical switching device 100, the first
When the potential of, for example, +12 V is applied to the ITO film 106 formed on the second transparent layer side by grounding the ITO film 103 on the transparent layer side of the
An electrostatic attraction is generated between the O films 103 and 106, and in FIG. 23, ITO is used as in the optical switching elements 100A and 100C.
The films 103 and 106 are in close contact with each other, and the gap 13 is in a state of “0”. In this state, the incident light P ₁ is absorbed in the multilayer structure.

【００６９】次に、第２の透明層側の透明導電膜１０６
を接地させ電位を０Ｖにすると、ＩＴＯ膜１０３，１０
６間の静電引力がなくなり、図２３では光スイッチング
素子１００Ｂ，１００ＤのようにＩＴＯ膜１０３，１０
６間が離間して、間隙部１０４が「λ／４」の状態とな
る。この状態では、入射光Ｐ₁は素子により反射され、
反射光Ｐ₃となる。Next, the transparent conductive film 106 on the second transparent layer side
Are grounded and the potential is set to 0 V, the ITO films 103 and 10
23, there is no electrostatic attraction between the ITO films 103 and 10 in FIG.
6 are separated from each other, and the gap 104 is in the state of “λ / 4”. In this state, the incident light P ₁ is reflected by the element,
The reflected light P _3.

【００７０】このようにして、本実施の形態では、光ス
イッチング素子１００Ａ〜１００Ｄ各々において、入射
光Ｐ₁を静電力により間隙部を２値に切り替えることに
よって、反射光Ｐ₃の取り出しの有無を選択することが
できる。[0070] Thus, in the present embodiment, in the optical switching element 100A~100D each by switching the gap in binary by an electrostatic force incident light P _1, the presence or absence of extraction of the reflected light P ₃ You can choose.

【００７１】これら光スイッチング素子１００Ａ〜１０
０Ｄでは、可動部分の動かなくてはならない距離が、大
きくても入射光の「λ／２（あるいはλ／４）」程度で
あるため、応答速度が１０ｎｓ程度に十分高速である。
よって、一次元アレイ構造で表示用のライトバルブを実
現することが可能となる。These optical switching elements 100A to 100A
In 0D, the distance at which the movable part must move is at most about “λ / 2 (or λ / 4)” of the incident light, so that the response speed is sufficiently high at about 10 ns.
Therefore, it is possible to realize a light valve for display with a one-dimensional array structure.

【００７２】加えて、本実施の形態では、１ピクセルに
複数の光スイッチング素子を割り当てれば、それぞれ独
立に駆動可能であるため、これら光スイッチング素子１
００Ａ〜１００Ｄによって１画素を構成すれば、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。In addition, in this embodiment, if a plurality of optical switching elements are assigned to one pixel, they can be driven independently of each other.
If one pixel is constituted by 00A to 100D, the image display device can perform not only the time-division method but also the gradation display based on the area when performing the gradation display of the image display.

【００７３】〔画像表示装置〕図２４は、上記光スイッ
チング装置１００を用いた画像表示装置の一例として、
プロジェクションディスプレイの構成を表すものであ
る。ここでは、光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄ
からの反射光Ｐ₃を画像表示に使用する例について説明
する。[Image Display Apparatus] FIG. 24 shows an example of an image display apparatus using the optical switching device 100.
It shows the configuration of a projection display. Here, the optical switching elements 100A to 100D
For an example of using the reflection light P ₃ on the image display from the explained.

【００７４】このプロジェクションディスプレイは、赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）各色のレーザからなる光源
２００ａ，２００ｂ，２００ｃと、各光源に対応して設
けられた光スイッチング素子アレイ２０１ａ，２０１
ｂ，２０１ｃ、ダイクロイックミラー２０２ａ，２０２
ｂ，２０２ｃ、プロジェクションレンズ２０３、１軸ス
キャナとしてのガルバノミラー２０４および投射スクリ
ーン２０５を備えている。なお、３原色は、赤緑青の
他、シアン，マゼンダ，イエローとしてもよい。スイッ
チング素子アレイ２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃはそれ
ぞれ、上記スイッチング素子を紙面に対して垂直な方向
に複数、必要画素数分、例えば１０００個を１次元に配
列したものであり、これによりライトバルブを構成して
いる。This projection display comprises light sources 200a, 200b, and 200c composed of red (R), green (G), and blue (B) lasers, and optical switching element arrays 201a and 201a provided for the respective light sources. 201
b, 201c, dichroic mirrors 202a, 202
b, 202c, a projection lens 203, a galvano mirror 204 as a one-axis scanner, and a projection screen 205. The three primary colors may be cyan, magenta, and yellow in addition to red, green, and blue. Each of the switching element arrays 201a, 201b, and 201c is a one-dimensional array of a plurality of the switching elements in a direction perpendicular to the paper, the number corresponding to the required number of pixels, for example, 1000. ing.

【００７５】このプロジェクションディスプレイでは、
ＲＧＢ各色の光源２００ａ，２００ｂ，２００ｃから出
た光は、それぞれ光スイッチング素子アレイ２０１ａ，
２０１ｂ，２０１ｃに入射される。なお、この入射角は
偏光の影響がでないように、なるべく０に近くし、垂直
に入射させるようにすることが好ましい。各光スイッチ
ング素子からの反射光Ｐ₃は、ダイクロイックミラー２
０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃによりプロジェクションレ
ンズ２０３に集光される。プロジェクションレンズ２０
３で集光された光は、ガルバノミラー２０４によりスキ
ャンされ、投射スクリーン２０５上に２次元の画像とし
て投影される。In this projection display,
Light emitted from the light sources 200a, 200b, and 200c for each of the RGB colors is respectively connected to the optical switching element arrays 201a and 201a.
The light is incident on 201b and 201c. It is preferable that the incident angle be as close to 0 as possible so as not to be affected by polarized light, and that the light is incident perpendicularly. The reflected light P ₃ from each optical switching element is transmitted to the dichroic mirror 2
The light is condensed on the projection lens 203 by 02a, 202b, and 202c. Projection lens 20
The light condensed at 3 is scanned by the galvano mirror 204 and projected on the projection screen 205 as a two-dimensional image.

【００７６】このように、このプロジェクションディス
プレイでは、複数個の光スイッチング素子を１次元に配
列し、ＲＧＢの光をそれぞれ照射し、スイッチング後の
光を１軸スキャナにより走査することによって、２次元
画像を表示することができる。As described above, in this projection display, a plurality of optical switching elements are arranged one-dimensionally, each of them is irradiated with RGB light, and the light after switching is scanned by a one-axis scanner, thereby obtaining a two-dimensional image. Can be displayed.

【００７７】また、本実施の形態では、低反射時の反射
率を０．１％以下、高反射時の反射率を７０％以上とす
ることができるので、１，０００対１程度の高コントラ
ストの表示を行うことができると共に、素子に対して光
が垂直に入射する位置で特性を出すことができるので、
光学系を組み立てる際に、偏光等を考慮にする必要がな
く、構成が簡単である。In this embodiment, the reflectance at low reflection can be 0.1% or less and the reflectance at high reflection can be 70% or more. Therefore, a high contrast of about 1,000 to 1 can be obtained. Can be displayed, and characteristics can be obtained at a position where light is perpendicularly incident on the element.
When assembling the optical system, there is no need to consider polarization and the like, and the configuration is simple.

【００７８】以上実施の形態および変形例を挙げて本発
明を説明したが、本発明は上記実施の形態および変形例
に限定されるものではなく、種々変形可能である。例え
ば、上記実施の形態では、光源としてレーザを用いて一
次元アレイ状のライトバルブを走査する構成のディスプ
レイについて説明したが、図２５に示したように、二次
元状に配列された光スイッチング装置２０６に白色光源
２０７からの光を照射して投射スクリーン２０８に画像
の表示を行う構成とすることもできる。Although the present invention has been described with reference to the embodiment and the modified examples, the present invention is not limited to the above-described embodiment and modified examples, and can be variously modified. For example, in the above embodiment, a display configured to scan a one-dimensional array of light valves using a laser as a light source has been described. However, as shown in FIG. 25, optical switching devices arranged two-dimensionally A configuration in which an image is displayed on the projection screen 208 by irradiating the light from the white light source 207 to the 206 may be employed.

【００７９】また、基板としては、図２６に示したよう
な例えば厚さ２ｍｍ以内の柔軟性を有する（フレキシブ
ルな）基板２０９を用いるようにしてもよい。これによ
り、直視により画像を見ることができるペーパ−状のデ
ィスプレイを実現することが可能になる。As the substrate, a flexible (flexible) substrate 209 having a thickness of, for example, 2 mm or less as shown in FIG. 26 may be used. As a result, it is possible to realize a paper-like display that allows an image to be viewed directly.

【００８０】更に、上記実施の形態では、本発明の光学
多層構造体をディスプレイに用いた例について説明した
が、例えば光プリンタに用いて感光性ドラムへの画像の
描きこみをする等、ディスプレイ以外の光プリンタなど
の各種デバイスにも適用することも可能である。Further, in the above-described embodiment, an example in which the optical multilayer structure of the present invention is used for a display has been described. However, for example, an image is drawn on a photosensitive drum using an optical printer. It is also possible to apply to various devices such as an optical printer.

【００８１】[0081]

【発明の効果】以上説明したように本発明の光学多層構
造体および光スイッチング素子によれば、入射光の透過
が０となる吸収のある層、部分若しくは基板または透明
基板上に、低屈折率材料よりなる第１の透明層、および
高屈折率材料よりなる第２の透明層をこの順で配し、か
つ、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にそ
の大きさが可変な間隙部を、入射光の透過が０となる吸
収のある層、部分若しくは基板と第１の透明層との間、
または、第１の透明層と前記第２の透明層との間に設け
る構成、あるいは、入射光の透過が０となる吸収のある
層、部分若しくは基板上に、高屈折率材料よりなる第１
の透明層、低屈折率材料よりなる第２の透明層、および
高屈折率材料よりなる第３の透明層をこの順で配し、光
の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大き
さが可変な間隙部を、入射光の透過が０となる吸収のあ
る層、部分若しくは基板と第１の透明層との間、第１の
透明層と第２の透明層との間、または、第２の透明層と
第３の透明層との間に設ける構成とするようにしたの
で、間隙部の大きさを変化させることにより、基板の反
対側より入射した光の反射の量を変化させることがで
き、簡単な構成で、特に可視光領域においても、高速応
答が可能になる。As described above, according to the optical multilayer structure and the optical switching element of the present invention, a low refractive index is formed on a layer, a portion, a substrate or a transparent substrate having an absorption in which the transmission of incident light becomes zero. A first transparent layer made of a material and a second transparent layer made of a high-refractive-index material are arranged in this order, and the gap portion has a size capable of causing a light interference phenomenon and has a variable size. Between the first transparent layer and the absorbing layer, portion or substrate where the transmission of the incident light is zero,
Alternatively, a structure provided between the first transparent layer and the second transparent layer, or a first layer made of a high-refractive-index material formed on a layer, a portion, or a substrate having absorption in which incident light transmission becomes zero.
And a second transparent layer made of a low-refractive-index material and a third transparent layer made of a high-refractive-index material are arranged in this order, and have a size capable of causing a light interference phenomenon. Is variable between the first transparent layer, the first transparent layer, between the first transparent layer and the absorbing layer or part or substrate where the transmission of incident light is zero, or Since the structure is provided between the second transparent layer and the third transparent layer, the amount of reflection of light incident from the opposite side of the substrate is changed by changing the size of the gap. With a simple configuration, a high-speed response is possible, especially in the visible light region.

【００８２】また、本発明の画像表示装置によれば、本
発明の光スイッチング素子を１次元に配列し、この１次
元アレイ構造の光スイッチング装置を用いて画像表示を
行うようにしたので、高コントラストの表示を行うこと
ができると共に、素子に対して光が垂直に入射する位置
で特性を出すことができるので、光学系を組み立てる場
合に、偏光等を考慮にする必要がなく、構成が簡単とな
る。Further, according to the image display device of the present invention, the optical switching elements of the present invention are arranged one-dimensionally, and an image is displayed using the optical switching device having the one-dimensional array structure. Contrast can be displayed, and characteristics can be obtained at the position where light is perpendicularly incident on the element. Therefore, when assembling an optical system, there is no need to consider polarization, etc., and the configuration is simple. Becomes

[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光学多層構造
体の間隙部が「λ／４」のときの構成を表す断面図であ
る。FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration when a gap of an optical multilayer structure according to a first embodiment of the present invention is “λ / 4”.

【図２】図１に示した光学多層構造体の間隙部が「０」
のときの構成を表す断面図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of the optical multilayer structure shown in FIG.
It is sectional drawing showing the structure at the time of.

【図３】図１に示した光学多層構造体の製造工程を説明
するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the optical multilayer structure shown in FIG.

【図４】図３の工程に続く工程を説明するための平面図
である。FIG. 4 is a plan view for explaining a step that follows the step of FIG.

【図５】反射防止特性をアドミッタンスダイヤグラムで
説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining an antireflection characteristic by an admittance diagram.

【図６】図５に示した光学多層構造体に間隙部「λ／
４」を挿入した場合の特性を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of the optical multilayer structure shown in FIG.
FIG. 14 is a diagram for explaining characteristics when “4” is inserted.

【図７】基板が金属のときのアドミッタンスダイヤグラ
ムである。FIG. 7 is an admittance diagram when the substrate is metal.

【図８】本発明の第２の実施の形態に係る光学多層構造
体の構成を表す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an optical multilayer structure according to a second embodiment of the present invention.

【図９】第２の実施の形態の変形例を説明するための断
面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a modification of the second embodiment.

【図１０】第１の実施の形態および第２の実施の形態の
適用範囲の相違を説明するためのアドミッタンスダイヤ
グラムである。FIG. 10 is an admittance diagram for explaining a difference in applicable range between the first embodiment and the second embodiment.

【図１１】図１に示した光学多層構造体の反射特性を表
す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating reflection characteristics of the optical multilayer structure illustrated in FIG.

【図１２】図１に示した光学多層構造体の光学アドミッ
タンスを説明するための図である。FIG. 12 is a view for explaining the optical admittance of the optical multilayer structure shown in FIG. 1;

【図１３】第１の実施の形態での間隙部の位置による反
射特性の相違を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining a difference in reflection characteristics depending on a position of a gap in the first embodiment.

【図１４】図１３に対応して間隙部の位置を説明するた
めの図である。FIG. 14 is a diagram for explaining a position of a gap corresponding to FIG. 13;

【図１５】図８に示した光学多層構造体の反射特性を表
す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating reflection characteristics of the optical multilayer structure illustrated in FIG.

【図１６】図８に示した光学多層構造体の光学アドミッ
タンスを説明するための図である。FIG. 16 is a diagram for explaining the optical admittance of the optical multilayer structure shown in FIG.

【図１７】図９に示した光学多層構造体の反射特性を表
す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating reflection characteristics of the optical multilayer structure illustrated in FIG. 9;

【図１８】図９に示した光学多層構造体の光学アドミッ
タンスを説明するための図である。FIG. 18 is a diagram for explaining the optical admittance of the optical multilayer structure shown in FIG.

【図１９】第１の実施の形態の変形例を説明するための
図である。FIG. 19 is a diagram illustrating a modification of the first embodiment.

【図２０】光学多層構造体の静電気による駆動方法を説
明するための断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view for describing a method of driving the optical multilayer structure by static electricity.

【図２１】光学多層構造体の静電気による他の駆動方法
を説明するための断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining another method of driving the optical multilayer structure by static electricity.

【図２２】光学多層構造体の磁気による駆動方法を説明
するための断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view for explaining a method of driving the optical multilayer structure by magnetism.

【図２３】光スイッチング装置の一例の構成を表す図で
ある。FIG. 23 is a diagram illustrating a configuration of an example of an optical switching device.

【図２４】ディスプレイの一例の構成を表す図である。FIG. 24 is a diagram illustrating a configuration example of a display.

【図２５】ディスプレイの他の例を表す図である。FIG. 25 is a diagram illustrating another example of a display.

【図２６】ペーパー状ディスプレイの構成図である。FIG. 26 is a configuration diagram of a paper display.

[Explanation of symbols]

１…光学多層構造体、１０…基板、１１…第１の透明
層、１２…第２の透明層、１３…間隙部、１４…第３の
透明層、１００─光スイッチング装置DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Optical multilayer structure, 10 ... Substrate, 11 ... 1st transparent layer, 12 ... 2nd transparent layer, 13 ... gap part, 14 ... 3rd transparent layer, 100 degree optical switching device

Claims

[Claims]

An absorption layer in which the transmission of incident light is zero,
A first transparent layer made of a low-refractive-index material and a second transparent layer made of a high-refractive-index material on a portion or a substrate or a transparent substrate;
Are arranged in this order, and a gap having a size capable of causing a light interference phenomenon and having a variable size is formed by absorbing a layer, a portion, or a portion in which the transmission of the incident light becomes zero. An optical multilayer structure provided between a substrate and the first transparent layer or between the first transparent layer and the second transparent layer.

Wherein said layer of permeation of 0 become absorption of incident light, (in the case of the transparent substrate 0) moiety or the substrate or the refractive index of the transparent substrate n _m and an extinction coefficient k _m and the following equation relationships Satisfy The optical multilayer structure according to claim 1, wherein:

3. A driving unit for changing the optical size of the gap, and the driving unit changes the size of the gap to reduce the transmission of the incident light to zero. 2. The optical multilayer structure according to claim 1, wherein the amount of reflection of light incident from the opposite side of the absorbing layer, portion or substrate or transparent substrate is changed.

4. The optical system according to claim 1, wherein the first transparent layer and the second transparent layer have an optical thickness of λ / 4 (λ is a design wavelength of incident light) or less. Optical multilayer structure.

5. The optical multilayer structure according to claim 1, wherein the first transparent layer having a low refractive index is a gap.

6. The driving unit changes the optical size of the gap portion into an odd multiple of λ / 4 and an even multiple of λ / 4 (0
4. The optical multilayer structure according to claim 3, wherein the amount of reflection of the incident light is changed in a binary or continuous manner by changing the amount of the incident light in a binary or continuous manner. .

7. The optical multilayer structure according to claim 1, wherein the layer, portion or substrate absorbing incident light is made of metal, metal nitride, semiconductor or opaque oxide.

8. The method according to claim 1, wherein at least one of the first transparent layer and the second transparent layer is a composite layer including two or more layers having different optical characteristics. 2. The optical multilayer structure according to 1.

9. At least one of the first transparent layer and the second transparent layer is partially made of a transparent conductive film, and the driving means is provided between the two transparent conductive films or the transparent conductive film. By the electrostatic force generated by applying a voltage between the film and the conductive layer, portion or substrate,
2. The optical multilayer structure according to claim 1, wherein an optical size of the gap is changed.

10. The transparent conductive film is made of ITO, SnO ₂
The optical multilayer structure according to claim 9, wherein the optical multilayer structure is formed of any one of ZnO and ZnO.

11. The optical multilayer structure according to claim 1, wherein the gap is filled with air or a transparent gas or liquid.

12. The optical multilayer structure according to claim 1, wherein the gap is in a vacuum state.

13. The optical multilayer structure according to claim 2, wherein said driving means changes the optical size of said gap using magnetic force.

14. A first layer made of a high-refractive-index material is formed on a layer, a portion, or a substrate having absorption in which transmission of incident light becomes zero.
A transparent layer, a second transparent layer made of a low-refractive-index material, and a third transparent layer made of a high-refractive-index material. A variable gap, between the first transparent layer and the absorbing layer, portion or substrate where the transmission of the incident light is 0, the first transparent layer and the second transparent layer An optical multilayer structure provided between the second transparent layer and the third transparent layer.

15. satisfies the layers permeation of 0 become absorption of incident light, the refractive index of the portion or substrate and the n _m and an extinction coefficient k _m is the following relationship, And does not satisfy the relationship The optical multilayer structure according to claim 14, wherein:

16. A driving unit for changing the optical size of the gap, and the drive unit changes the size of the gap, so that the transmission of the incident light becomes zero. 15. The optical multilayer structure according to claim 14, wherein the amount of reflection of light incident from the opposite side of the absorbing layer, portion or substrate is changed.

17. The method according to claim 14, wherein the optical thicknesses of the first transparent layer and the second transparent layer are not more than λ / 2 (where λ is a design wavelength of incident light). Optical multilayer structure.

18. The optical thickness of the third transparent layer is as follows:
18. The optical multilayer structure according to claim 17, wherein [lambda] / 4 ([lambda] is a design wavelength of the incident light).

19. The driving unit changes the optical size of the gap between an odd multiple of λ / 4 and an even multiple of λ / 4 (including 0) in a binary or continuous manner. The optical multilayer structure according to claim 14, wherein the amount of reflection of the incident light is changed in a binary or continuous manner by changing the amount of the incident light.

20. The optical multilayer structure according to claim 14, wherein the layer, portion or substrate having absorption of incident light is made of metal, metal nitride, semiconductor or opaque oxide.

21. At least one of the second transparent layer and the third transparent layer is a composite layer composed of two or more layers having optical characteristics different from each other. 15. The optical multilayer structure according to 14.

22. A part of at least one of the second transparent layer and the third transparent layer is formed of a transparent conductive film, and the driving unit operates between the two transparent conductive films or the transparent conductive film. 15. The optical device according to claim 14, wherein the optical size of the gap is changed by an electrostatic force generated by applying a voltage between the film and the conductive layer, portion or substrate. Optical multilayer structure.

23. The transparent conductive film is made of ITO, SnO ₂
The optical multilayer structure according to claim 22, wherein the optical multilayer structure is formed of any one of ZnO and ZnO.

24. The optical multilayer structure according to claim 14, wherein the gap is filled with air or a transparent gas or liquid.

25. The optical multilayer structure according to claim 14, wherein the gap is in a vacuum state.

26. The optical multilayer structure according to claim 16, wherein said driving means changes the optical size of said gap using magnetic force.

27. A first transparent layer made of a low-refractive-index material and a second transparent material made of a high-refractive-index material on an absorbing layer, portion or substrate or a transparent substrate where the transmission of incident light becomes zero. The layers are arranged in this order, and the gap having a size capable of causing a light interference phenomenon and having a variable size is formed as a layer, portion or substrate having absorption in which the transmission of the incident light is zero. An optical multilayer structure having a configuration provided between the first transparent layer or between the first transparent layer and the second transparent layer; An optical switching element, comprising: a driving means for changing.

28. The layer permeation of 0 become absorption of incident light, (in the case of the transparent substrate 0) moiety or the substrate or the refractive index of the transparent substrate n _m and an extinction coefficient k _m and the following equation relationships Satisfy 28. The optical switching device according to claim 27, wherein:

29. A first layer made of a high-refractive-index material is formed on a layer, a portion, or a substrate having absorption in which transmission of incident light becomes zero.
And a second transparent layer made of a low-refractive-index material and a third transparent layer made of a high-refractive-index material are arranged in this order, and have a size capable of causing a light interference phenomenon. A variable gap, between the first transparent layer and the absorbing layer, portion or substrate where the transmission of the incident light is 0, the first transparent layer and the second transparent layer An optical multilayer structure having a configuration provided between the second transparent layer and the second transparent layer, and a driving unit for changing an optical size of the gap. An optical switching element characterized by the above-mentioned.

30. satisfies the layers permeation of 0 become absorption of incident light, the refractive index of the portion or substrate and the n _m and an extinction coefficient k _m is the following relationship, And does not satisfy the relationship 30. The optical switching device according to claim 29, wherein:

31. An image display device for displaying a two-dimensional image by irradiating a plurality of one-dimensionally or two-dimensionally arranged optical switching elements with light, wherein the optical switching elements are capable of transmitting incident light. A first transparent layer made of a low-refractive-index material and a second transparent layer made of a high-refractive-index material are arranged in this order on a layer, a portion or a substrate or a transparent substrate having an absorption of 0, and A gap having a size capable of causing a light interference phenomenon and having a variable size, the absorption layer where the transmission of the incident light becomes zero, between the portion or the substrate and the first transparent layer, Alternatively, an optical multilayer structure having a configuration provided between the first transparent layer and the second transparent layer, and a driving unit for changing an optical size of the gap portion are provided. Characteristic image display device.

32. An image display device for displaying a two-dimensional image by irradiating a plurality of one-dimensionally or two-dimensionally arranged optical switching elements with light, wherein the optical switching elements are capable of transmitting incident light. A first transparent layer made of a high-refractive-index material, a second transparent layer made of a low-refractive-index material, and a third transparent layer made of a high-refractive-index material on a layer, a portion or a substrate having an absorption of 0 Are arranged in this order, and a gap portion having a size capable of causing a light interference phenomenon and having a variable size is formed through the gap portion where the transmission of the incident light is zero.
Between the first transparent layer, between the first transparent layer and the second transparent layer, or between the second transparent layer and the third transparent layer. An image display device comprising: an optical multilayer structure having a configuration provided between the transparent layer and the transparent layer; and driving means for changing an optical size of the gap.