JP2002221678A - Optical switching device, manufacturing method thereof, and image display device - Google Patents
Optical switching device, manufacturing method thereof, and image display deviceInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光干渉型の光スイッチングデバイスであっ
て、製造が容易で、光学的な性能も向上できる光スイッ
チングデバイスを提供する。
【解決手段】 半透過体22と高反射体42との距離d
を制御する干渉型の光スイッチングデバイス4におい
て、ガラス基板21の側に薄膜状の半透過体22を形成
し、別の基板31にアクチュエータ33と、このアクチ
ュエータ33により上下方向に駆動する反射体42とを
形成する。これら基板21および31は別々に製造でき
るので、歩留まりを改善できる。また、反射面41の加
工が用意であり、反射効率が高く明るい画像を表示可能
な光スイッチングデバイスを提供できる。
(57) [Problem] To provide an optical switching device of an optical interference type, which is easy to manufacture and can improve optical performance. SOLUTION: A distance d between a semi-transmissive body 22 and a high reflector 42.
In the interference-type optical switching device 4 for controlling the light transmission, a thin-film semi-transmissive body 22 is formed on the glass substrate 21 side, an actuator 33 is provided on another substrate 31, and a reflector 42 which is vertically driven by the actuator 33. And are formed. Since the substrates 21 and 31 can be manufactured separately, the yield can be improved. In addition, it is possible to provide an optical switching device in which the processing of the reflection surface 41 is ready and which can display a bright image with high reflection efficiency.
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、直視型の画像表示
装置あるいはプロジェクタ装置などに用いられる光スイ
ッチングデバイスに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switching device used for a direct-view image display device or a projector device.
【0002】[0002]
【従来の技術】プロジェクタなどにおいて、所望の画像
を形成する画像表示装置として、高速で光をオンオフ可
能なDMDなどの光スイッチングデバイスが知られてい
る。さらに、DMDのように反射性のミラーの角度を変
えて光をオンフオフするものではなく、反射性のミラー
と半透過性のミラーを用い、それらの距離を変えて光を
制御する干渉型のデバイスが検討されている。図12
(a)および(b)に示す干渉型表示素子は初澤ら(T.
IEE Japan, Vol,119-E, No 12,'99,pp631-635)が提案
しているものである。この干渉型のデバイス100は、
シリコン基板101に高反射性のミラー(底部ミラー)
102を設け、この底部ミラー102の上に適当な間隔
Dを空けてハーフミラー103を設けたものである。こ
のハーフミラー103は、透明電極104を兼ねてお
り、ギャップ間隔を開けるSiO2などの部材がシリコ
ン基板101との間に配置されている。2. Description of the Related Art In a projector or the like, an optical switching device such as a DMD capable of turning on and off light at high speed is known as an image display device for forming a desired image. Furthermore, instead of turning on and off light by changing the angle of a reflective mirror like a DMD, an interference type device that uses a reflective mirror and a semi-transmissive mirror and changes the distance between them to control the light. Is being considered. FIG.
The interference-type display elements shown in FIGS.
IEE Japan, Vol, 119-E, No 12, '99, pp631-635). This interference type device 100
Highly reflective mirror (bottom mirror) on silicon substrate 101
A half mirror 103 is provided on the bottom mirror 102 at an appropriate interval D. The half mirror 103 also serves as the transparent electrode 104, and a member such as SiO 2 for providing a gap is disposed between the half mirror 103 and the silicon substrate 101.
【0003】この干渉型素子100は、図12(b)に
示すように、適当な電圧が印加されると基板101の側
の底部ミラー102と上方のハーフミラー103との間
に静電吸引力が働く。したがって、ハーフミラー103
の位置が上下方向に制御され、ハーフミラー103と底
部ミラー102との光路差が半波長(λ/2)ずれるに
従って干渉が起こり、明暗のコントラスト変化が起こ
る。例えば、波長λの単色光を用いた場合は、ハーフミ
ラー103が上下し、底部ミラー102との距離Dがλ
/4変化すると明暗の変化が起こる。したがって、白色
光を用いて、上下に動くハーフミラー103の位置を高
精度に制御すれば、干渉色によりカラー表示も可能とな
る。このため、この干渉型素子100を多数集積する
と、反射型のディスプレーを構成できる。そして、従来
の白色光を3原色の各色光に時分割するカラーフィルタ
などを用いるカラー表示方法に比べて、画素の集積度が
約3倍の向上することが期待されており、また、液晶を
用いないことで、機械要素であるミラーにすることで、
数10μgオーダで形成でき、高速な応答が可能であ
り、さらに、静電駆動を用いることで、消費電力を低減
できることも期待されている。As shown in FIG. 12B, when an appropriate voltage is applied, the interference type element 100 causes an electrostatic attraction between the bottom mirror 102 on the substrate 101 and the upper half mirror 103. Works. Therefore, the half mirror 103
Is controlled in the up and down direction, interference occurs as the optical path difference between the half mirror 103 and the bottom mirror 102 shifts by half a wavelength (λ / 2), and the contrast of light and dark changes. For example, when monochromatic light having a wavelength λ is used, the half mirror 103 moves up and down, and the distance D from the bottom mirror 102 becomes λ.
A change of / 4 causes a change in brightness. Therefore, if the position of the half mirror 103 that moves up and down is controlled with high accuracy using white light, color display using interference colors becomes possible. Therefore, when a large number of the interference devices 100 are integrated, a reflection type display can be configured. Compared to the conventional color display method using a color filter that time-divides white light into each of the three primary colors, the degree of integration of pixels is expected to be improved by about three times. By not using it, by making it a mirror that is a machine element,
It is expected that it can be formed on the order of several tens of μg, can respond at high speed, and can reduce power consumption by using electrostatic driving.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】このように、光干渉型
素子を用いたデバイスは、従来の液晶デバイスより小型
化が容易であり、さらに高速応答が可能で消費電力も少
ないといった多くのメリットを備えている。しかしなが
ら、上記の干渉型のデバイス100は実用化に向けて多
くの問題を抱えている。たとえば、透明電極104は、
ハーフミラー103を兼ねており、すなわち、駆動(ア
クチュエータ)構造と、光学構造とが同一の部品で形成
されている。このため、それぞれの役割を考慮して最適
化しようとしても、構造、材質などの面から非常に困難
である。たとえば、透明電極にアルミニウムなどを蒸着
して適当な反射率を一様に得ようとすることは量産レベ
ルでは不可能にちかい。さらに、静電力により透明電極
を兼ねたハーフミラーが撓んでしまうので、色のにじみ
などが表れてしまい高解像度の画像を得ることは困難で
ある。As described above, the device using the light interference type element has many advantages such as easy downsizing, higher speed response and lower power consumption than the conventional liquid crystal device. Have. However, the above-mentioned interference type device 100 has many problems for practical use. For example, the transparent electrode 104
Also serves as the half mirror 103, that is, the drive (actuator) structure and the optical structure are formed of the same component. For this reason, it is very difficult to optimize in consideration of the respective roles in terms of structure, material, and the like. For example, it is almost impossible at a mass production level to obtain an appropriate reflectivity by depositing aluminum or the like on a transparent electrode. Furthermore, since the half mirror that also serves as the transparent electrode is bent by the electrostatic force, color bleeding or the like appears, and it is difficult to obtain a high-resolution image.
【0005】これに対し、M.W.Miler(SID 00
DIGEST/pp32-35)において、図13に示すようような
変調器を提案している。この装置110では、薄膜11
3をガラス基板上111に設け、それに対向するように
下方にアルミニウム製の薄膜112を設ける。そして、
アルミニウム製の薄膜112を静電力で動かすことによ
り、スイッチングする。図13の左側に示すように、ア
ルミニウム製の薄膜112が離れた状態では、白色光7
1が照射されると特定の色の光72が出力され、一方、
図13の右側に示す、アルミニウム製の薄膜112が薄
膜113に接触すると色が変わったり黒くなったりする
ことが報告されている。On the other hand, M. W. Miler (SID 00
DIGEST / pp32-35) has proposed a modulator as shown in FIG. In this device 110, the thin film 11
3 is provided on a glass substrate 111, and a thin film 112 made of aluminum is provided below the glass substrate 111 so as to face the glass substrate. And
Switching is performed by moving the aluminum thin film 112 with electrostatic force. As shown on the left side of FIG. 13, when the aluminum thin film 112 is separated, the white light 7
1 emits a light 72 of a particular color, while
It has been reported that when the aluminum thin film 112 shown in the right side of FIG.
【0006】この図13に示された装置110では、ア
クチュエータとして可動する膜112はアルミニウム製
であるため、上記のように透明電極の透過率を適当に変
えるような作業は不要であり、その点では上記の干渉性
素子よりも量産に適している。しかしながら、アクチュ
エータとして可動する膜112がたわんだりすると光学
的性能が悪化するので、にじみなどの原因となり、画像
表示装置として適した構成とはなっていない。さらに、
静電特性や電極を支持する部材を配置することを考える
と、薄膜112の材質およびサイズ(面積)などが限定
されてしまい、選択できる範囲は広くない。In the device 110 shown in FIG. 13, since the film 112 movable as an actuator is made of aluminum, it is not necessary to appropriately change the transmittance of the transparent electrode as described above. Are more suitable for mass production than the above coherent elements. However, if the film 112 that moves as an actuator bends, the optical performance deteriorates, which causes bleeding and the like, and the structure is not suitable for an image display device. further,
Considering the electrostatic characteristics and the arrangement of the members that support the electrodes, the material and size (area) of the thin film 112 are limited, and the selectable range is not wide.
【0007】また、薄膜113および112を支持する
基板111は共通で、さらに透過性の高いガラスなどに
材料が限定されてしまう。したがって、画素を制御する
回路を画像デバイス中に作り込もうとすると、液晶基板
と同様に透明電極などを用いた複雑な製造プロセスが必
要となり、低コストで製造することができない。Further, the substrate 111 supporting the thin films 113 and 112 is common, and the material is limited to glass and the like having higher transparency. Therefore, if a circuit for controlling a pixel is to be formed in an image device, a complicated manufacturing process using a transparent electrode or the like is required as in the case of a liquid crystal substrate, and manufacturing at low cost is not possible.
【0008】このように、光干渉型のデバイスは幾つか
提案されているが、色にじみなく所望の色の画素を表示
できるデバイスはなく、また、実際に画像表示デバイス
として利用可能な程度に明るく、また、量産性が良く、
さらに低コストで歩留まり良く製造できるものは開示さ
れていない。As described above, although some light interference type devices have been proposed, there is no device capable of displaying a pixel of a desired color without bleeding, and the device is bright enough to be actually used as an image display device. , And good mass productivity,
Further, there is no disclosure of a device which can be manufactured at low cost and with good yield.
【0009】そこで、本発明においては、光干渉型のデ
バイスであって、色にじみのない画素を表示可能であ
り、量産性も高く、さらに、低コストでスイッチング素
子の制御回路も組み込むことができる光スイッチングデ
バイスを提供することを目的としている。また、本発明
の光干渉型のデバイスを用いて低コストで高解像度のカ
ラー表示が可能な画像表示装置を提供することも本発明
の目的としている。Therefore, the present invention is a light interference type device which can display pixels without color bleeding, has high mass productivity, and can incorporate a control circuit for a switching element at low cost. It is intended to provide an optical switching device. It is another object of the present invention to provide an image display device capable of performing high-resolution color display at low cost using the optical interference type device of the present invention.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】このため、本発明におい
ては、半透過体と反射体との距離を制御する干渉型の光
スイッチングデバイスの半透過体と、反射体とを1つの
基板上に配置するのではなく、異なる基板に配置して、
それらの基板を合わせることにより干渉型のデバイスを
構成するようにしている。そして、反射体を、半透過体
と反射体との距離(位置)を制御するアクチュエータに
重ねて形成することにより、半透過体および反射体の機
能をアクチュエータの機能と分離し、それぞれを最適化
できるようにしている。For this reason, in the present invention, a transflector of an interference type optical switching device for controlling the distance between the transflector and the reflector and the reflector are mounted on one substrate. Instead of placing it on a different board,
The interference type device is constituted by combining these substrates. The reflector is formed on the actuator that controls the distance (position) between the transflector and the reflector, so that the functions of the transflector and the reflector are separated from the function of the actuator, and each is optimized. I can do it.
【0011】すなわち、本発明の、透過体と反射体との
距離を変えることによりオンオフおよび/または色を制
御可能な複数の光スイッチング素子を有する光スイッチ
ングデバイスにおいては、半透過体が形成された第1の
基板と、反射体が該反射体を駆動可能なアクチュエータ
に重ねて形成された第2の基板とを有する。この光スイ
ッチングデバイスは、第1の基板に半透過体を形成する
第1の工程と、第2の基板に、反射体を、該反射体を駆
動可能なアクチュエータに重ねて形成する第2の工程
と、第1および第2の基板を半透過体と反射体とが対面
するように組み合わせる工程とを有する製造方法により
製造することができる。That is, in the optical switching device of the present invention having a plurality of optical switching elements whose ON / OFF and / or color can be controlled by changing the distance between the transmitting member and the reflecting member, a semi-transmitting member is formed. It has a first substrate and a second substrate in which the reflector is formed on an actuator capable of driving the reflector. In this optical switching device, a first step of forming a semi-transparent body on a first substrate and a second step of forming a reflector on a second substrate by overlapping the reflector with an actuator capable of driving the reflector And a step of combining the first and second substrates such that the transflector and the reflector face each other.
【0012】本発明の光スイッチングデバイスでは、半
透過体を第1の基板に設けることができ、動かす必要は
ない。さらに、スイッチングは別の基板に支持された反
射体を駆動することによって行われる。したがって、透
明電極を半透過性に加工する必要はなく、ガラスなどの
透明な基板上に適当な材質の半透過性の薄膜を形成する
ことにより製造できる。さらに、個々の画素を形成する
スイッチング素子のオンオフは反射体で行われ、反射体
は別基板に配置される。したがって、反射体を支持する
必要もなく、半透過体を光スイッチング素子あるいは画
素毎に分離する必要もなくなる。このため、第1の基板
をガラス板などの透明基板とし、この透明基板の一方の
面に、半透過体となる半透過層を各画素を構成する光ス
イッチング素子にわたり連続して形成することが可能で
ある。したがって、本発明の光スイッチングデバイスで
あれば、半透過体をガラス板などの透明基板を第1の基
板とし、その上にスピンコートや、誘電体や金属を多層
に蒸着するといった公知の薄膜技術により、容易に、そ
して精度良く形成できる。このため、膜厚などの性能が
均一で精度が高くバラツキの少ない半透過体を容易に設
けることができる。In the optical switching device of the present invention, the transflector can be provided on the first substrate and does not need to be moved. Further, switching is performed by driving a reflector supported on another substrate. Therefore, it is not necessary to process the transparent electrode to be semi-transparent, and it can be manufactured by forming a semi-permeable thin film of an appropriate material on a transparent substrate such as glass. Further, the on / off of the switching element forming each pixel is performed by a reflector, and the reflector is disposed on another substrate. Therefore, there is no need to support the reflector, and it is not necessary to separate the transflector for each optical switching element or each pixel. For this reason, the first substrate may be a transparent substrate such as a glass plate, and a semi-transmissive layer serving as a semi-transmissive body may be continuously formed on one surface of the transparent substrate over the optical switching elements constituting each pixel. It is possible. Therefore, in the case of the optical switching device of the present invention, a known thin-film technology such as a semi-transparent body as a first substrate using a transparent substrate such as a glass plate, and spin coating or depositing a dielectric or metal in multiple layers thereon. Thereby, it can be easily and accurately formed. Therefore, it is possible to easily provide a semi-transmissive body having uniform properties such as film thickness, high accuracy, and small variations.
【0013】また、反射体を第1の基板とは別の第2の
基板に設けることにより、反射体を第1の基板に対して
駆動する必要がなくなるので、反射体、それ自体をアク
チュエータとしなくても、第2の基板に対して反射体を
動かすアクチュエータを設け、それにより反射体を駆動
することができる。したがって、反射体にアクチュエー
タとしての機能を兼用させる必要がなくなり、反射体が
たわんで色がにじんだりすることなく、クリアな色の画
素あるいは画像を形成可能な光スイッチングデバイスを
提供できる。Further, since the reflector is provided on the second substrate different from the first substrate, it is not necessary to drive the reflector with respect to the first substrate. Therefore, the reflector itself is used as an actuator. If not, an actuator for moving the reflector with respect to the second substrate can be provided, and the reflector can be driven by the actuator. Therefore, it is not necessary for the reflector to also function as an actuator, and it is possible to provide an optical switching device capable of forming a pixel or image of a clear color without the reflector being bent and the color blurring.
【0014】また、反射体は光学素子としての機能を備
えていれば良いので、隣接する反射体とのクリアランス
も小さくて良い。したがって、画素の分離間隔を小さく
することが可能となり、高解像度で明るい画像を表示可
能な干渉型の光スイッチングデバイスを提供できる。Since the reflector only needs to have a function as an optical element, the clearance between the reflector and an adjacent reflector may be small. Therefore, it is possible to reduce the pixel separation interval, and it is possible to provide an interference type optical switching device capable of displaying a bright image with high resolution.
【0015】さらに、第2の基板に対してアクチュエー
タにより駆動される光学素子が反射型であるので、第2
の基板は透明である必要がない。したがって、第2の基
板としてシリコン基板などの半導体回路を形成するが容
易で実績のある基板を用いることができる。このため、
各々の光スイッチング素子を駆動する制御回路を第2の
基板に組み込むことが容易であり、駆動回路付きの光干
渉型の光スイッチングデバイスを低コストで提供するこ
とが可能となる。Furthermore, since the optical element driven by the actuator with respect to the second substrate is of a reflection type,
The substrate need not be transparent. Therefore, it is easy to form a semiconductor circuit such as a silicon substrate as the second substrate, and a substrate with a proven track record can be used. For this reason,
A control circuit for driving each optical switching element can be easily incorporated in the second substrate, and an optical interference type optical switching device with a drive circuit can be provided at low cost.
【0016】さらに、反射体がアクチュエータを兼ねる
必要がないので、アクチュエータとしても静電型に限ら
ずピエゾなどの他の手段を用いることができる。しかし
ながら、電極を積層する静電型のアクチュエータがフォ
トリソグラフィ技術を用いて製造することが可能であ
り、消費電力が低くなるなどのメリットもあるので適し
ている。Further, since the reflector does not need to double as an actuator, the actuator is not limited to the electrostatic type, and other means such as piezo can be used. However, an electrostatic actuator in which electrodes are stacked can be manufactured using a photolithography technique, and there are advantages such as low power consumption.
【0017】このように、本発明の干渉型の光スイッチ
ングデバイスは、透過体を第1の基板に形成し、反射体
を第2の基板に形成することにより、色にじみなどのな
い光学的に優れ、さらに、スイッチング面積の大きな明
るい反射型の光スイッチングデバイスである。そして、
透過体および反射体を別基板で製造するので、それぞれ
の層を製造する歩留まりが分散あるいは独立となり、こ
れらを1つの基板に作成していたときのように歩留まり
が重なって光スイッチングデバイスの歩留まりが低下す
るのを防止できる。このため、低コストで性能の良い光
スイッチングデバイスを提供することができる。そし
て、本発明の光スイッチングデバイスは反射型なので、
これを用いて反射型の液晶パネルと同様の直視型の画像
表示装置を提供できる。そして、液晶パネルより高速
で、高解像度であり、さらに、消費電力も少ない画像表
示装置を提供でき、携帯電話などの表示パネルとして採
用することが可能である。As described above, the optical switching device of the interference type according to the present invention, by forming the transmitting body on the first substrate and forming the reflecting body on the second substrate, is optically free from color blur. It is an excellent, bright reflective optical switching device with a large switching area. And
Since the transmitting body and the reflecting body are manufactured on different substrates, the yield of manufacturing each layer is dispersed or independent, and the yield is overlapped as in the case where these are manufactured on one substrate, and the yield of the optical switching device is reduced. It can be prevented from lowering. Therefore, an optical switching device with good performance at low cost can be provided. And since the optical switching device of the present invention is a reflection type,
This can be used to provide a direct-view image display device similar to a reflective liquid crystal panel. Further, it is possible to provide an image display device which is faster than a liquid crystal panel, has higher resolution, and consumes less power, and can be used as a display panel of a mobile phone or the like.
【0018】また、本発明の光スイッチングデバイス
と、この光スイッチングデバイスに光を入射可能な光源
と、光スイッチングバイスにより変調された光をスクリ
ーン上に投影するレンズシステムとを設けることで、ス
クリーンに画像を投影するプロジェクタ型の画像表示装
置として提供することも可能である。これらの画像表示
装置は、後で詳述するが、干渉型の光スイッチングデバ
イスは、それ自体が波長選択性があるので、カラーフィ
ルタを省くことができる。したがって、高速および高解
像度であることに加えて、フィルタを省くことにより、
高品質の画像を表示可能なコンパクトで低コストな画像
表示装置を提供することができる。Also, by providing the optical switching device of the present invention, a light source capable of entering light into the optical switching device, and a lens system for projecting the light modulated by the optical switching device onto the screen, It is also possible to provide a projector-type image display device that projects an image. These image display devices will be described in detail later. However, since the interference type optical switching device itself has wavelength selectivity, a color filter can be omitted. Therefore, in addition to being fast and high resolution, by omitting filters,
A compact and low-cost image display device capable of displaying a high-quality image can be provided.
【0019】本発明においては、上述したように、アク
チュエータと半透過体とを個別の基板上で支持するよう
に形成できることで、次のようなメリットがある。例え
ば、このような干渉性を用いた光スイッチングデバイス
を反射型として用いる場合には、第1の基板の側から所
望の光が出力されるため、対向する側の第2の基板は、
透明である必要がない。したがって、第2の基板には、
シリコン基板などを用いることが可能であり、この第2
の基板の側に容易に半導体回路を備えることができる。In the present invention, as described above, since the actuator and the semi-transparent body can be formed to be supported on separate substrates, there are the following advantages. For example, in the case where an optical switching device using such coherence is used as a reflection type, since desired light is output from the first substrate side, the opposing second substrate is
It does not need to be transparent. Therefore, on the second substrate,
It is possible to use a silicon substrate or the like.
The semiconductor circuit can be easily provided on the side of the substrate.
【0020】本発明の光干渉型の光スイッチングデバイ
スにおいても、半透過体と反射体との距離は所望の波長
λの色の光を出力するためには所定の距離に制御する必
要がある。したがって、画素を構成する単位となる各々
の光スイッチング素子から出射される光の波長λに対
し、反射体は、半透過体との距離dが以下の式(1)の
値となる位置に少なくともアクチュエータで稼動する必
要がある。ただし、nは1以上の整数とする。Also in the optical interference type optical switching device of the present invention, the distance between the transflector and the reflector needs to be controlled to a predetermined distance in order to output light of a desired wavelength λ. Therefore, with respect to the wavelength λ of the light emitted from each of the optical switching elements that constitute the pixels, the reflector is at least positioned at a position where the distance d from the semi-transmissive member has the value of the following formula (1). Need to work with actuator. Here, n is an integer of 1 or more.
【0021】d=nλ/2 ・・・(1) また、半透過体から反射体にかけての光路差2dが半波
長(λ/2)ずれると波長λの光は出射されない。した
がって、光をオンオフまたは変調するには、反射体(反
射面)を半透過体(ハーフミラー面)に対して、λ/4
づつだけ動かすことで光をオンオフできる。D = nλ / 2 (1) Further, if the optical path difference 2d from the semi-transmissive body to the reflector is shifted by a half wavelength (λ / 2), light of wavelength λ is not emitted. Therefore, in order to turn on / off or modulate light, the reflector (reflection surface) is set to λ / 4 with respect to the semi-transmission member (half mirror surface).
The light can be turned on and off by moving it one by one.
【0022】このように、本発明の光干渉型の光スイッ
チングデバイスは反射体と半反射体との距離dにより波
長選択性がある。したがって、カラー表示を本発明の光
スイッチングデバイスを適用して実現するためには、カ
ラー表示を行うために出射する必要がある、異なる光の
波長λに対し、それに対応する異なる距離dを備えた少
なくとも3種類の光スイッチング素子を配列することが
可能である。これにより、少なくとも3つの画素を単位
として白色光を変調し、カラー表示することができる。As described above, the optical interference type optical switching device of the present invention has wavelength selectivity depending on the distance d between the reflector and the semi-reflector. Therefore, in order to realize color display by applying the optical switching device of the present invention, different wavelengths λ of different light, which need to be emitted for performing color display, have different distances d corresponding thereto. It is possible to arrange at least three types of optical switching elements. Thus, white light can be modulated by using at least three pixels as a unit to perform color display.
【0023】さらには、アクチュエータを、異なる波長
λに対応する、少なくとも3種類の異なる距離dに、反
射体を駆動することによっても、その距離dに応じた色
の光のみを出力できる。このため、入射される白色光を
時分割して、カラー表示することができる。たとえば、
アクチュエータが静電駆動型のときは、反射体を駆動可
能な距離xの異なる少なくとも3種類の電極ペアを設け
ることで、カラー表示可能な光スイッチングデバイスを
容易に提供できる。また、駆動電圧を変えるなどの他の
方法で時分割することも可能である。Furthermore, by driving the reflector to at least three different distances d corresponding to different wavelengths λ, only light of a color corresponding to the distance d can be output. For this reason, it is possible to time-divide incident white light and display in color. For example,
When the actuator is of an electrostatic drive type, an optical switching device capable of color display can be easily provided by providing at least three types of electrode pairs having different distances x for driving the reflector. It is also possible to perform time division by another method such as changing the drive voltage.
【0024】さらに、半透過体および反射体の距離が一
定の値以下にならないようにする微小突起を、半透過体
および反射体の少なくともいずれかに設けることが望ま
しい。これにより、半透過体と反射体とが密着する位置
から引き離す際にも、吸着を防止でき、よりスムーズに
高速でスイッチングが実現できる。Further, it is desirable to provide a minute projection on at least one of the semi-transmitter and the reflector so that the distance between the semi-transmitter and the reflector does not become less than a predetermined value. Thus, even when the semi-transmissive body and the reflector are separated from the position where they are in close contact with each other, adsorption can be prevented, and smoother and faster switching can be realized.
【0025】また、微小突起により半透過体および反射
体の距離dが厳密に制御できるので、微小突起により制
限される半透過体および反射体との距離d0が光スイッ
チング素子のオンまたはオフの位置であることが望まし
い。そのためには、以下の式(2)の値を満たすことが
望ましい。ただし、nは1以上の整数である。Further, since the distance d between the semi-transmissive member and the reflector can be strictly controlled by the minute protrusion, the distance d0 between the semi-transparent member and the reflector limited by the minute protrusion is determined by the on / off position of the optical switching element. It is desirable that For that purpose, it is desirable to satisfy the value of the following equation (2). Here, n is an integer of 1 or more.
【0026】d0=nλ/4 ・・・(2) 例えば、距離d0の位置をオフにするためには波長のλ
/4にすればよく、このときは、反射体がλ/4移動す
ると光路差はλ/2となりオンに切替わる。したがっ
て、微小突起により制限される距離d0が以下の式
(3)の値を満たせば良い。D0 = nλ / 4 (2) For example, to turn off the position at the distance d0, the wavelength λ
In this case, when the reflector moves by λ / 4, the optical path difference becomes λ / 2 and the reflector is turned on. Therefore, it is sufficient that the distance d0 limited by the minute projections satisfies the value of the following expression (3).
【0027】 d0=(2n−1)λ/4 ・・・(3) また、距離d0の位置をオンにするためには波長のλ/
2にすればよく、このときは、反射体がλ/4移動する
と光路差はλ3/4となりオフに切替わる。したがっ
て、微小突起により制限される距離d0が以下の式
(4)の値を満たせば良い。D0 = (2n−1) λ / 4 (3) Further, in order to turn on the position at the distance d0, the wavelength λ /
In this case, when the reflector moves by λ / 4, the optical path difference becomes λ3 / 4 and the reflector is turned off. Therefore, it is sufficient that the distance d0 limited by the minute projections satisfies the value of the following equation (4).
【0028】d0=nλ/2 ・・・(4) このように、微小突起により一方の位置が厳密に制御さ
れることにより反射体の位置制御が簡略化される。さら
に、アクチュエータにより移動可能な領域にもストッパ
となる微小突起を設けて反射体の移動距離を制限してオ
ンオフ制御を簡易にすることができる。たとえば、静電
駆動型のアクチュエータであれば、半透過体と反射体と
の間に設置された微小突起により止まる位置からλ/4
動いた位置で反射体の動きが停止するように電極間にス
トッパを設けておけば、ストッパによってオンオフの位
置を規定することができ、制御が非常に楽になる。D0 = nλ / 2 (4) As described above, one position is strictly controlled by the minute projection, thereby simplifying position control of the reflector. Further, a minute projection serving as a stopper is provided also in a region movable by the actuator, so that the moving distance of the reflector can be limited to simplify the on / off control. For example, in the case of an actuator of an electrostatic drive type, λ / 4 is applied from a position stopped by a minute projection provided between a semi-transmissive body and a reflector.
If a stopper is provided between the electrodes so that the movement of the reflector stops at the moved position, the on / off position can be defined by the stopper, and control becomes very easy.
【0029】このような本発明の光スイッチングデバイ
スは、第1および第2の基板を別々に製造して組み合わ
せることにより製造することができる。そして、第2の
基板は非透明なシリコン基板などを利用できるので、第
2の基板を作成する第2の工程では、半導体回路を備え
た基板上に、複数のアクチュエータが配列されたアクチ
ュエータ層と、各々のアクチュエータに対応する複数の
反射体が配列された反射層とを積層するが可能であり、
駆動回路を組み込んだ光スイッチングデバイスを容易に
製造できる。Such an optical switching device of the present invention can be manufactured by separately manufacturing and combining the first and second substrates. Since the second substrate can use a non-transparent silicon substrate or the like, in the second step of forming the second substrate, an actuator layer in which a plurality of actuators are arranged is provided on a substrate provided with a semiconductor circuit. It is possible to laminate a reflective layer in which a plurality of reflectors corresponding to each actuator are arranged,
An optical switching device incorporating a drive circuit can be easily manufactured.
【0030】さらに、第2の工程では、半導体回路を備
えた基板上に、複数のアクチュエータが配列されたアク
チュエータ層を形成する工程と、第3の基板に反射層と
なる光学素子層を形成する工程とを設け、第2の基板に
形成されたアクチュエータ層に光学素子層を重ねて、そ
の後に第3の基板を光学素子層から剥離する工程とを設
けることが可能である。この製造方法によれば、反射体
となる光学素子層をさらに別基板上に作成できるので、
歩留まりを独立させ、いっそう歩留まりを向上すること
ができる。Further, in the second step, an actuator layer on which a plurality of actuators are arranged is formed on a substrate provided with a semiconductor circuit, and an optical element layer serving as a reflection layer is formed on a third substrate. And a step of superposing the optical element layer on the actuator layer formed on the second substrate, and then separating the third substrate from the optical element layer. According to this manufacturing method, the optical element layer serving as the reflector can be further formed on another substrate.
The yield can be made independent, and the yield can be further improved.
【0031】さらに、反射体を半透過体と異なる第2の
基板に製造できるので、反射体の表面加工が可能とな
り、反射性能の良い光スイッチングデバイスを提供でき
る。すなわち、光学素子層の反射面となる面が第2の基
板上に表面を向いて形成されるので、この際、スピンコ
ートやCMPなどの手法により平坦化する工程を設ける
ことが可能となり、より均一な反射面を形成できる。ま
た、面精度を上げることにより、各反射面と半透明体と
の距離dを均一に維持でき、より高精度なスイッチング
が可能となる光スイッチングデバイスを提供できる。Further, since the reflector can be manufactured on the second substrate different from the semi-transmissive body, the surface processing of the reflector can be performed, and an optical switching device having good reflection performance can be provided. That is, since the surface serving as the reflection surface of the optical element layer is formed facing the surface on the second substrate, it is possible to provide a step of flattening by a method such as spin coating or CMP. A uniform reflecting surface can be formed. Further, by increasing the surface accuracy, the distance d between each reflecting surface and the translucent body can be maintained uniform, and an optical switching device capable of performing more accurate switching can be provided.
【0032】[0032]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照しながら本発明
の実施の形態を説明する。図1に、本発明の光スイッチ
ングデバイス4を備えたプロジェクタ装置1の概略構成
を示してある。このプロジェクタ装置1は、キセノンラ
ンプなどの白色光71を出力する光源部2と、この光源
部2から照射された白色の光束71を直角に反射可能な
ビームスプリッタ3とを備えており、このビームスプリ
ッタ3を通して入射された光束71を本例のスイッチン
グデバイス4でオンオフして画像を形成する。光スイッ
チングデバイス4でオンオフされた画像を形成する光7
2は、ビームスプリッタ3を通してレンズシステム6に
達し、スクリーン7に投写されてカラー画像が表れる。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of a projector device 1 including an optical switching device 4 of the present invention. The projector device 1 includes a light source unit 2 that outputs white light 71 such as a xenon lamp, and a beam splitter 3 that can reflect a white light beam 71 emitted from the light source unit 2 at right angles. The light beam 71 incident through the splitter 3 is turned on and off by the switching device 4 of the present embodiment to form an image. Light 7 for forming an image turned on and off by the optical switching device 4
2 reaches a lens system 6 through a beam splitter 3 and is projected on a screen 7 to display a color image.
【0033】本例の光スイッチングデバイス4は、半透
過体と反射体とを備えた光スイッチング素子が2次元に
配列された干渉型のスイッチングデバイス4であり、駆
動回路を内蔵している。したがって、制御機構5から供
給された画像データφにしたがって駆動回路が個々の画
素を表示する光スイッチング素子をスイッチングし、画
像表示デバイスであるスイッチングデバイス4により変
調された表示光72が出力される。The optical switching device 4 of the present embodiment is an interference type switching device 4 in which optical switching elements each having a transflector and a reflector are two-dimensionally arranged, and includes a driving circuit. Therefore, the drive circuit switches the optical switching elements for displaying the individual pixels according to the image data φ supplied from the control mechanism 5, and the display light 72 modulated by the switching device 4 as the image display device is output.
【0034】図2に、本例の光スイッチングデバイス4
の概略構成を模式的に示してある。本例の光スイッチン
グデバイス4は、第2の基板となる半導体基板31と、
この半導体基板31に重ねられた第1の基板となるほぼ
透明なガラス基板21とを有し、このガラス基板21の
下方の面21aに、シリコン系の薄膜状の半透過層22
が形成されている。FIG. 2 shows the optical switching device 4 of this embodiment.
Is schematically shown. The optical switching device 4 of the present example includes a semiconductor substrate 31 serving as a second substrate,
A substantially transparent glass substrate 21 serving as a first substrate superposed on the semiconductor substrate 31; and a silicon-based thin-film semi-transmissive layer 22 on a lower surface 21a of the glass substrate 21.
Are formed.
【0035】一方、半導体基板31は、その上方の面3
1aに、静電型のアクチュエータ33が2次元に配列さ
れたアクチュエータ層32と、このアクチュエータ33
により上下方向に駆動される反射体(光学素子)42が
2次元に配列された光学素子層40が下からこの順番で
積層されている。個々の反射体42は、サポート部43
によって個々のアクチュエータ33に連結されており、
アクチュエータ33によって個々に上下に動く。また、
反射体42は、上方の半透過体22に対面する反射面4
1を備えており、本例では反射面41がアルミニウム製
となっており、高い反射率で光を反射することができ
る。On the other hand, the semiconductor substrate 31 is
1a, an actuator layer 32 in which electrostatic actuators 33 are two-dimensionally arranged;
The optical element layers 40 in which reflectors (optical elements) 42 driven in the vertical direction are two-dimensionally arranged are stacked in this order from the bottom. Each of the reflectors 42 includes a support 43
Are connected to the individual actuators 33 by
It is individually moved up and down by the actuator 33. Also,
The reflector 42 is a reflecting surface 4 facing the upper semi-transmissive body 22.
1, in this example, the reflection surface 41 is made of aluminum, and can reflect light with high reflectance.
【0036】アクチュエータ33は、静電駆動型であ
り、反射体42のサポート部43が機械的に連結された
上電極34と、この上電極34と対峙した下電極35を
備えている。上電極34は、弾性部材としての機能を備
えており、電極34および35の間で静電力(静電吸引
力)が働かないときは、弾性力によって反射体42を上
方に加圧する。また、半導体基板31には、これらのア
クチュエータ33を駆動する駆動回路(制御回路)3
8、さらには必要に応じてメモリなどが作り込まれてい
る。The actuator 33 is of an electrostatic drive type, and has an upper electrode 34 to which a support 43 of a reflector 42 is mechanically connected, and a lower electrode 35 facing the upper electrode 34. The upper electrode 34 has a function as an elastic member, and when the electrostatic force (electrostatic attraction force) does not act between the electrodes 34 and 35, the upper electrode 34 presses the reflector 42 upward by the elastic force. A drive circuit (control circuit) 3 for driving these actuators 33 is provided on the semiconductor substrate 31.
8. Further, a memory and the like are built as required.
【0037】上層に反射体42が形成された半導体基板
31と、下層に半透過層22が形成されたガラス基板2
1とは、反射体42の反射面41と半透過層22の下面
(半透過面)22aとが向かい合うように組み合わされ
ており、それらの距離は基板31の周囲に連続的または
断続的に形成され壁39によって支持されている。さら
に、半透過層22の半透過面22aには下方に突き出た
形状の微小突起50が断続的に形成されており、半透過
体22と反射体42とが吸着しないようになっている。The semiconductor substrate 31 on which the reflector 42 is formed on the upper layer and the glass substrate 2 on which the transflective layer 22 is formed on the lower layer
1 is combined so that the reflection surface 41 of the reflector 42 and the lower surface (semi-transmission surface) 22a of the semi-transmission layer 22 face each other, and their distance is formed continuously or intermittently around the substrate 31. And is supported by a wall 39. Further, a small projection 50 protruding downward is formed intermittently on the semi-transmissive surface 22a of the semi-transmissive layer 22, so that the semi-transmissive body 22 and the reflector 42 are not attracted.
【0038】このように本例の光スイッチングデバイス
4は、半導体基板31の上にアクチュエータ層32と、
光学素子層40と、半透過層22と、透明基板21とが
積層された構成となっており、駆動回路38と、アクチ
ュエータ33と、反射体42と、これに対面する半透過
層22によって1つの光スイッチング素子10が形成さ
れている。したがって、光スイッチングデバイス4の全
体に複数の光スイッチング素子10が2次元方向にアレ
イ状に配置あるいは集積された形態となっており、各々
の光スイッチング素子が画像を形成する単位である画素
に対応させて制御することにより2次元画像を表現でき
るようになっている。As described above, the optical switching device 4 according to the present embodiment includes the actuator layer 32 on the semiconductor substrate 31,
The optical element layer 40, the semi-transmissive layer 22, and the transparent substrate 21 are laminated, and the driving circuit 38, the actuator 33, the reflector 42, and the semi-transmissive layer 22 facing the same form one. One optical switching element 10 is formed. Therefore, the plurality of optical switching elements 10 are arranged or integrated in a two-dimensional array in the entire optical switching device 4, and each optical switching element corresponds to a pixel which is a unit for forming an image. By controlling this, a two-dimensional image can be expressed.
【0039】本例の光スイッチングデバイス4では、図
2の左側に示した光スイッチング素子10aはオフ状態
であり、図2の右側に示した光スイッチング素子10b
はオン状態である。本例の光スイッチング素子10で
は、アクチュエータ33を構成する電極34および35
の間に適当な駆動電圧が印加されると、アクチュエータ
33の下電極35と上電極34との間で静電力が働き、
反射体42が下方向に駆動される。このため、反射体4
2の高反射面41と、対面するガラス基板21の上の半
透過面22aとの距離dが大きくなる。一方、駆動電圧
がなくなると、上電極34の弾性によって反射体42は
上方向に駆動される。このため、距離dは小さくなる。
したがって、アクチュエータ33に供給される駆動電圧
を制御することにより、図2の左側の光スイッチング素
子10aの反射体42の位置L0から、右側の光スイッ
チング素子10bに示す反射体42の位置L1に移動さ
せることができ、その逆も可能である。In the optical switching device 4 of this embodiment, the optical switching element 10a shown on the left side of FIG. 2 is in the off state, and the optical switching element 10b shown on the right side of FIG.
Is on. In the optical switching element 10 of the present example, the electrodes 34 and 35 constituting the actuator 33
When an appropriate drive voltage is applied during this time, an electrostatic force acts between the lower electrode 35 and the upper electrode 34 of the actuator 33,
The reflector 42 is driven downward. Therefore, the reflector 4
The distance d between the second high-reflection surface 41 and the semi-transmissive surface 22a on the facing glass substrate 21 increases. On the other hand, when the driving voltage disappears, the reflector 42 is driven upward by the elasticity of the upper electrode 34. For this reason, the distance d decreases.
Therefore, by controlling the driving voltage supplied to the actuator 33, the position is moved from the position L0 of the reflector 42 of the left optical switching element 10a to the position L1 of the reflector 42 shown in the right optical switching element 10b in FIG. And vice versa.
【0040】本例の光干渉型のスイッチング素子では、
図3に示すように、半透過面22aと高反射面41の距
離dの値により適当な波長λの光をオンオフすることが
できる。すなわち、光スイッチング素子10から出射す
ることを希望する光の波長をλとすると、半透過面22
aと高反射面41と距離dが半波長(λ/2)の整数倍
になると、半透過面22aと高反射面41との光路差2
dが波長λの整数倍になるので、所望の波長λを備えた
光72を出力できる。したがって、所望の波長λの光を
出力するためには、半透過面22aと高反射面41との
距離dを次の式(1)の位置に制御できる必要がある。
但し、nは1以上の整数であり、以下の各式においても
同様である。In the light interference type switching element of this embodiment,
As shown in FIG. 3, light having an appropriate wavelength λ can be turned on and off depending on the value of the distance d between the semi-transmissive surface 22a and the highly reflective surface 41. That is, assuming that the wavelength of light desired to be emitted from the optical switching element 10 is λ, the semi-transmissive surface 22
When the distance d between the semi-transmissive surface 22a and the highly reflective surface 41 becomes an integral multiple of a half wavelength (λ / 2), the optical path difference 2 between the semi-transmissive surface 22a and the highly reflective surface 41 becomes larger.
Since d becomes an integral multiple of the wavelength λ, the light 72 having the desired wavelength λ can be output. Therefore, in order to output light having a desired wavelength λ, it is necessary to control the distance d between the semi-transmissive surface 22a and the high-reflection surface 41 to a position represented by the following equation (1).
Here, n is an integer of 1 or more, and the same applies to the following formulas.
【0041】d=nλ/2 ・・・(1) その一方、半透過面22aと高反射面41と距離dが1
/4波長(λ/4)の奇数倍になると、半透過面22a
と高反射面41との光路差2dが半波長λ/2の整数倍
になるので、所望の波長λを備えた光72は出力されな
い。このため、所望の波長λを備えた光を高いコントラ
ストでオンオフするためには、以下の式(1)´の位置
に反射体42を制御できる必要がある。D = nλ / 2 (1) On the other hand, the distance d between the semi-transmissive surface 22a and the highly reflective surface 41 is 1
When the wavelength becomes an odd multiple of 波長 wavelength (λ / 4), the semi-transmissive surface 22 a
Since the optical path difference 2d between the light and the high reflection surface 41 is an integral multiple of the half wavelength λ / 2, the light 72 having the desired wavelength λ is not output. For this reason, in order to turn on and off the light having the desired wavelength λ with high contrast, it is necessary to control the reflector 42 at the position of the following equation (1) ′.
【0042】 d=(2n−1)λ/4 ・・・(1)´ このように、本例の光スイッチングデバイス4では、反
射体42を1/4波長だけ動かすことにより、所望の波
長λの光をオンオフすることができる。本例の光スイッ
チングデバイス4では、図2の左側に示したオフ位置L
0の距離d0を(1)´式を満足する位置とし、右側に
示したオン位置L1の距離d1を(1)式を満足する位
置としている。オフ位置とオン位置との関係を反対にす
ることは容易であり、いずれを採用することも可能であ
る。また、可視光程度の広がりの白色光が入射光71で
あれば、距離dを適当に設定することにより、白色光の
中から所望の波長の光を選択して出力することができ
る。したがって、本例の光スイッチングデバイス4はカ
ラー表示に適した画像デバイスであるということができ
る。さらに、本例の光スイッチングデバイス4では、波
長λ程度の距離dを移動させるだけで、光をオンオフで
きるので、より高速で応答性が高く、さらにカラーフィ
ルタを無くして小型化できるというメリットもある。ま
た、静電駆動型のアクチュエータは消費電力も少ないの
で省電力型の画像表示デバイスとしても適している。D = (2n−1) λ / 4 (1) ′ As described above, in the optical switching device 4 of the present example, the desired wavelength λ is obtained by moving the reflector 42 by 1 / wavelength. Can be turned on and off. In the optical switching device 4 of this example, the off position L shown on the left side of FIG.
The distance d0 of 0 is a position satisfying the expression (1) ′, and the distance d1 of the ON position L1 shown on the right is a position satisfying the expression (1). It is easy to reverse the relationship between the off position and the on position, and any of them can be adopted. In addition, if the white light having a spread of about visible light is the incident light 71, by appropriately setting the distance d, light having a desired wavelength can be selected and output from the white light. Therefore, it can be said that the optical switching device 4 of this example is an image device suitable for color display. Furthermore, in the optical switching device 4 of the present example, light can be turned on and off only by moving the distance d of about the wavelength λ, so that there is a merit that the response is faster, the response is higher, and the size can be reduced by eliminating the color filter. . Further, an electrostatic drive type actuator is suitable for a power saving type image display device because it consumes less power.
【0043】さらに、本例の光スイッチングデバイス4
では、半透過体22を第1の基板であるガラス基板21
に設け、反射体42を第2の基板である半導体基板31
に設けてある。このように半透過体22と、反射体42
とを異なる基板21および31の上に形成することによ
り、上述したように、製造工程が簡略化されるだけでな
く、光学的な特性も改善できるなどの多くのメリットが
ある。すなわち、上述したような現在提案されている光
干渉型の装置は1枚の基板上にスイッチング素子を構成
しているために、電極と反射体あるいは半透過体とを兼
ねた構造が要求されている。したがって、製造工程が複
雑になったり、光学的な特性を改善しがたかったり、駆
動回路を容易には組み込めないといった欠点がある。Further, the optical switching device 4 of this embodiment
Then, the semi-transparent body 22 is replaced with the glass substrate 21 as the first substrate.
And the reflector 42 is provided on the semiconductor substrate 31 as the second substrate.
It is provided in. As described above, the transflector 22 and the reflector 42
As described above, there are many advantages such as not only simplification of the manufacturing process but also improvement in optical characteristics as described above. That is, since the currently proposed optical interference type device as described above has a switching element formed on a single substrate, a structure that serves both as an electrode and a reflector or a transflector is required. I have. Accordingly, there are disadvantages that the manufacturing process becomes complicated, optical characteristics are hardly improved, and a driving circuit cannot be easily incorporated.
【0044】これに対し、本例の光スイッチングデバイ
ス4においては、まず、半透過体22と反射体42とを
別々の基板上に製造できるので、歩留まりが相乗されて
悪化することがなく、極めて製造しやすい。そして、反
射体42を別基板である半導体基板31で支持している
ので、半導体基板31の上にアクチュエータ33を積層
することが可能となり、アクチュエータ33として静電
型に限らず、ピエゾなどのタイプも採用可能となる。そ
して、反射体42および半透過体22が電極を兼用する
必要が無くなるので、これらの両端が基板に固定された
り、支柱に固定されたりすることがない。したがって、
スイッチングする間に撓んだり歪んだりする可能性が非
常に低くなり、反射体42および半透過体22の間の距
離dを一様に制御することができる。このため、本例の
光スイッチングデバイス4は、所望の波長λの光を極め
て精度良くオンオフすることが可能となり、コントラス
トが高く、色分離性能の良い光スイッチングデバイスと
なる。On the other hand, in the optical switching device 4 of the present embodiment, first, since the semi-transmissive body 22 and the reflector 42 can be manufactured on different substrates, the yield is not synergistically deteriorated. Easy to manufacture. Since the reflector 42 is supported by the semiconductor substrate 31 which is a separate substrate, the actuator 33 can be stacked on the semiconductor substrate 31. The actuator 33 is not limited to the electrostatic type, and may be a type such as a piezo. Can also be adopted. Since the reflector 42 and the semi-transmissive body 22 do not need to double as electrodes, neither of these ends is fixed to the substrate or to the support. Therefore,
The possibility of bending or distortion during switching is very low, and the distance d between the reflector 42 and the transflector 22 can be controlled uniformly. For this reason, the optical switching device 4 of the present example can turn on and off light of a desired wavelength λ with extremely high accuracy, and has high contrast and good color separation performance.
【0045】また、第2の基板31は、反射体42の反
対側に位置することになるので、透明基板である必要は
なく、半導体基板として駆動回路を従来の半導体基板を
製造するプロセスで作り込むことができる。さらには、
製造過程においては、歩留まりの向上に加えて、素子分
離で反射体42を製造できるので、隣接する反射体との
間隔をエッチングなどによる加工限界まで狭くすること
ができ、反射面積の大きな光スイッチングデバイスを提
供できる。また、反射面41が第2の基板31の外面を
向くので処理がし易いなど、本例の光スイッチングデバ
イス4は反射性能の高い光スイッチングデバイスとする
のに適した構成となっている。このように、本例の光ス
イッチングデバイスは光干渉型でありながら、半透過体
22と反射体42とを別々の基板上に構成することによ
り、光干渉型の光スイッチング素子の各々の構成を最適
化することが可能となっており、高性能の光スイッチン
グデバイスを低コストで提供することができる。もちろ
ん、基板(第の基板)31は、上記の半導体基板に限ら
ず、アクチュエータ33を支持できる基板であれば、本
発明の効果が得られる。Since the second substrate 31 is located on the opposite side of the reflector 42, it does not need to be a transparent substrate, and a drive circuit is formed as a semiconductor substrate by a conventional process for manufacturing a semiconductor substrate. Can be included. Moreover,
In the manufacturing process, since the reflector 42 can be manufactured by element isolation in addition to the improvement of the yield, the interval between the adjacent reflectors can be reduced to the processing limit by etching or the like, and the optical switching device having a large reflection area can be manufactured. Can be provided. Further, the optical switching device 4 of the present example has a configuration suitable for being an optical switching device having high reflection performance, for example, since the reflection surface 41 faces the outer surface of the second substrate 31 for easy processing. As described above, while the optical switching device of the present example is of the optical interference type, the configuration of each of the optical interference type optical switching elements is achieved by forming the transflector 22 and the reflector 42 on separate substrates. Optimization is possible, and a high-performance optical switching device can be provided at low cost. Of course, the substrate (first substrate) 31 is not limited to the above-described semiconductor substrate, and the effects of the present invention can be obtained as long as the substrate can support the actuator 33.
【0046】この光スイッチングデバイス4を製造する
プロセスの例を説明する。図4(a)〜(d)には、ア
クチュエータと反射体を積層するタイプのプロセスの概
要を示してある。まず、図4(a)に示すように、駆動
回路などCMOSが構成されている半導体基板(第2の
基板)31の表面31aに、アクチュエータ33の層3
2を製造する。このプロセスは、図示していないが適当
な材質の犠牲層を用いたフォトリソ技術を用いて製造で
きる。たとえば、先ず、基板の表面31aに電極層(A
l膜)をディポジットし、ここにパターニングを行い下
電極35とバネを兼ねた上電極34の構造のアンカー部
分36を形成し、不図示の犠牲層を挟み、この犠牲層の
上にバネを兼ねた上電極34となる層(Al膜)をディ
ポジットする。そして、このAl層をパターニングし
て、上電極34およびそれを基板31で支持するポスト
36を形成する。犠牲層の除去はいつのタイミングでも
可能であるが、本例では、以下に示すようにCMPとい
った機械加工を行うので、素子分離の最終段階で除去す
ることが望ましいであろう。An example of a process for manufacturing the optical switching device 4 will be described. FIGS. 4A to 4D show an outline of a process of stacking an actuator and a reflector. First, as shown in FIG. 4A, a layer 3 of an actuator 33 is formed on a surface 31a of a semiconductor substrate (second substrate) 31 on which CMOS such as a driving circuit is formed.
2 is manufactured. This process can be manufactured using a photolithographic technique using a sacrificial layer of an appropriate material, not shown. For example, first, an electrode layer (A) is formed on the surface 31a of the substrate.
1), and patterning is performed thereon to form an anchor portion 36 having a structure of the lower electrode 35 and the upper electrode 34 which also serves as a spring. Then, a layer (Al film) serving as the upper electrode 34 is deposited. Then, the Al layer is patterned to form an upper electrode 34 and a post 36 for supporting the upper electrode 34 on the substrate 31. Although the removal of the sacrificial layer can be performed at any time, in this example, since machining such as CMP is performed as described below, it is desirable to remove the sacrificial layer at the final stage of element isolation.
【0047】次に、図4(b)に示すように、アクチュ
エータ33により駆動される反射体42となる光学素子
層40を製造する。このプロセスは、アクチュエータ層
32に積層するように、上記と同様に犠牲層を用いたフ
ォトリソ技術により光学素子層40を形成することも可
能であるし、型転写やスピンコーティングなどの技術を
用いて光学素子層40を形成することも可能である。そ
して、光学素子層40の表面にアルミニウムなどの高反
射性の素材をコーティングして反射面41を形成し、さ
らに、CMP法など微細研磨技術により平坦化する。こ
れにより、高い反射係数を持った平坦な反射面41を得
ることができる。その後、各画素の単位となる光スイッ
チング素子10ごとに、ドライエッチングなどの技術に
より素子分離する。この際、アクチュエータ層32を構
成するための犠牲層を含めて除去することができる。ド
ライエッチングなどの素子分離の技術によって各反射体
42を形成すると、隣接する反射体42との間隔はエッ
チングで形成できる程度のギャップまで小さくすること
が可能である。したがって、1画素(1スイッチング素
子)当りの反射面積の大きな、反射効率の高い光スイッ
チングデバイスを製造することができる。Next, as shown in FIG. 4B, an optical element layer 40 serving as a reflector 42 driven by the actuator 33 is manufactured. In this process, the optical element layer 40 can be formed by photolithography using a sacrificial layer in the same manner as described above so as to be stacked on the actuator layer 32, or by using a technique such as mold transfer or spin coating. It is also possible to form the optical element layer 40. Then, the reflective surface 41 is formed by coating the surface of the optical element layer 40 with a highly reflective material such as aluminum, and is flattened by a fine polishing technique such as a CMP method. Thereby, a flat reflection surface 41 having a high reflection coefficient can be obtained. After that, for each optical switching element 10 as a unit of each pixel, element isolation is performed by a technique such as dry etching. At this time, it can be removed including the sacrificial layer for forming the actuator layer 32. When each reflector 42 is formed by element isolation technology such as dry etching, the distance between adjacent reflectors 42 can be reduced to a gap that can be formed by etching. Therefore, an optical switching device having a large reflection area per pixel (one switching element) and high reflection efficiency can be manufactured.
【0048】なお、図示していないが、アクチュエータ
層32および光学素子層40を製造するプロセスと同時
に、壁39あるいは支柱36を半導体基板31の上に製
造する。Although not shown, simultaneously with the process of manufacturing the actuator layer 32 and the optical element layer 40, the wall 39 or the support 36 is manufactured on the semiconductor substrate 31.
【0049】一方、図4(a)および(b)に示した第
2の基板である半導体基板31の上に構築物を製造する
工程と前後して、あるいは同時に、図4(c)に示す、
第1の基板であるガラス基板21に半透過層22を形成
するプロセスも進めることができる。このプロセスで
は、ガラス基板21の表面21aに、酸化シリコンなど
をスピンコートなど膜厚を容易に制御できる方法で塗布
し、薄膜状の半透明層22を形成する。さらに、半透明
層22の上面(半透過面)22aに断続した微小突起5
0を設ける。On the other hand, before or after the step of manufacturing a structure on the semiconductor substrate 31 as the second substrate shown in FIGS. 4A and 4B, or at the same time, as shown in FIG.
The process of forming the semi-transmissive layer 22 on the glass substrate 21 as the first substrate can also proceed. In this process, silicon oxide or the like is applied to the surface 21a of the glass substrate 21 by a method such as spin coating in which the film thickness can be easily controlled, thereby forming a thin translucent layer 22. Further, the minute projections 5 interrupted on the upper surface (semi-transmissive surface) 22a of the translucent layer 22
0 is provided.
【0050】そして、図4(d)に示すように、半透過
層22が形成された基板21と、アクチュエータ32お
よび反射体42が形成された半導体基板31を、半透過
面22aと反射面41とが対面するように組み合わせ
る。基板21および31との間隔は光スイッチング素子
10の周囲に形成された柱39によって保持され、微小
突起50に対し、上電極34の弾性によって高反射体4
2が多少加圧される程度に基板同士の隙間が管理される
ことが望ましい。Then, as shown in FIG. 4D, the substrate 21 on which the semi-transmissive layer 22 is formed and the semiconductor substrate 31 on which the actuator 32 and the reflector 42 are formed are combined with the semi-transmissive surface 22a and the reflective surface 41. And face-to-face. The distance between the substrates 21 and 31 is held by columns 39 formed around the optical switching element 10, and the small projections 50 are caused by the elasticity of the upper electrode 34 so that the high reflector 4
It is desirable that the gap between the substrates is managed to such an extent that the substrate 2 is slightly pressed.
【0051】このように、本例の光スイッチングデバイ
ス4では、それぞれ個別の基板21および31の上に半
透過体22とアクチュエータ33を製造できるので、製
造過程も簡略化されると共に、歩留まりが相乗されて不
良率が高くなってしまうこともない。すなわち、積層さ
れた構造体の場合、積層されるいずれかの層で不良が発
生すると、下層の構造および製造過程は全て無駄になっ
てしまう。特に、半導体集積回路上に構造体を積層する
場合は、最上層に不良が発生しただけで高価な半導体基
板が無駄になる。これに対し、本例の光スイッチングデ
バイス4では、半透過層22を異なる基板21の上に構
成した後に、半導体基板31と組み合わせることになる
ので、半透過層22に不良が発生したとしても半導体基
板31が無駄になることがない。As described above, in the optical switching device 4 of this embodiment, since the semi-transmissive body 22 and the actuator 33 can be manufactured on the individual substrates 21 and 31, respectively, the manufacturing process is simplified and the yield is synergistic. The defective rate does not increase. That is, in the case of a stacked structure, if a failure occurs in any of the stacked layers, the structure of the lower layer and the manufacturing process are all wasted. In particular, when a structure is stacked on a semiconductor integrated circuit, an expensive semiconductor substrate is wasted just because a defect occurs in the uppermost layer. On the other hand, in the optical switching device 4 of the present embodiment, the semi-transmissive layer 22 is formed on a different substrate 21 and then combined with the semiconductor substrate 31, so that even if a defect occurs in the semi-transmissive layer 22, The substrate 31 is not wasted.
【0052】また、上述した従来の光干渉型の装置で
は、半透過面と反射面とを個別に平坦化処理できるタイ
ミングがない。したがって、面精度はフォトリソグラフ
ィ技術などによって製造する過程に依存してしまい、そ
れほど高くすることができない。これに対し、本例の光
スイッチングデバイス4では、半透過層22および反射
体42が各々別の基板上に形成されるので、それぞれの
面22aおよび41を処理することが可能となり、面精
度の向上を図ることができる。In the above-mentioned conventional optical interference type device, there is no timing at which the transflective surface and the reflective surface can be individually flattened. Therefore, the surface accuracy depends on the manufacturing process by the photolithography technology or the like, and cannot be made so high. On the other hand, in the optical switching device 4 of this example, since the semi-transmissive layer 22 and the reflector 42 are formed on different substrates, respectively, the respective surfaces 22a and 41 can be processed, and the surface accuracy can be improved. Improvement can be achieved.
【0053】半導体基板31にアクチュエータ層32お
よび光学素子層40を製造するプロセスは、さらに、複
数の基板に分けてアクチュエータ層32と光学素子層4
0を製造することにより歩留まりを改善することができ
る。図5(a)〜(c)に、その一例を示してある。先
ず、図5(a)に示すように、半導体基板(第2の基
板)31に、対になる下電極35と、ばねを兼ねた上電
極34とを備えたアクチュエータ33の層32を製造す
る。このプロセスは、図4(a)と同様に適当な犠牲層
を用いてフォトリソグラフィ技術により製造することが
できる。犠牲層はこの段階で除去することも可能である
が、上述したように機械加工を行う可能性ある場合は、
最終の段階で除去することが望ましい。In the process of manufacturing the actuator layer 32 and the optical element layer 40 on the semiconductor substrate 31, the actuator layer 32 and the optical element layer 4 are further divided into a plurality of substrates.
By manufacturing 0, the yield can be improved. FIGS. 5A to 5C show an example thereof. First, as shown in FIG. 5A, a layer 32 of an actuator 33 having a pair of a lower electrode 35 and an upper electrode 34 also serving as a spring is manufactured on a semiconductor substrate (second substrate) 31. . This process can be manufactured by photolithography using an appropriate sacrificial layer as in FIG. The sacrificial layer can be removed at this stage, but if there is a possibility of machining as described above,
It is desirable to remove at the final stage.
【0054】この図5(a)に示したプロセスと前後し
て、あるいは同時に、図5(b)に示すように、シリコ
ン基板などの異なる基板(第3の基板)61の上に、高
反射体42となる光学素子層40を形成する。まず、こ
の基板61に酸化シリコンなどの剥離層62を設け、そ
の上に高反射体42とサポート部43とを備えた光学素
子層40を製造する。この段階で、ドライエッチングな
どの手法により素子分離することも可能であるが、上述
したように、後のプロセスで機械加工を行う可能性ある
場合は、その後に素子分離することが望ましい。As shown in FIG. 5B, before or after the process shown in FIG. 5A, or at the same time, as shown in FIG. An optical element layer 40 to be the body 42 is formed. First, a release layer 62 of silicon oxide or the like is provided on the substrate 61, and the optical element layer 40 including the high reflector 42 and the support portion 43 is manufactured thereon. At this stage, it is possible to perform element isolation by a method such as dry etching. However, as described above, if there is a possibility that machining will be performed in a later process, it is desirable to perform element isolation thereafter.
【0055】次に、図5(c)に示すように、半導体基
板31の上に形成されたアクチュエータ33の層32
に、光学素子層40が重なるように第3の基板61を積
層し、アクチュエータ33の上電極34とサポート部4
3とを接着あるいは接合する。その後、適当なエッチャ
ントにより剥離層62を除去することにより第3の基板
を取除く。この段階で、上記の図4(b)に示した、半
導体基板31の上にアクチュエータ層32と光学素子層
40が製造され、高反射体42の表面となる面41、す
なわち剥離された面にCMPなどを施し平坦化すること
ができる。アルミニウムなどの反射膜は、第3の基板6
1に光学素子層40を形成するときに形成することも可
能であるし、平坦化した前後に適当な方法により蒸着あ
るいは塗布することも可能である。Next, as shown in FIG. 5C, a layer 32 of the actuator 33 formed on the semiconductor substrate 31 is formed.
, A third substrate 61 is laminated so that the optical element layer 40 overlaps the upper electrode 34 of the actuator 33 and the support portion 4.
3 is bonded or joined. Thereafter, the third substrate is removed by removing the release layer 62 with an appropriate etchant. At this stage, the actuator layer 32 and the optical element layer 40 are manufactured on the semiconductor substrate 31 shown in FIG. 4B, and the surface 41 serving as the surface of the high reflector 42, that is, the separated surface It can be planarized by performing CMP or the like. The reflective film of aluminum or the like is
1 can be formed when the optical element layer 40 is formed, or can be deposited or coated by an appropriate method before and after flattening.
【0056】図5に示したプロセスのように、第3の基
板61を用いて光学素子層40をアクチュエータ層32
とは別の基板上に形成することにより、さらに歩留まり
を分散することが可能であり、低コストで性能の高い光
スイッチングデバイス4を提供することが可能となる。As in the process shown in FIG. 5, the optical element layer 40 is changed to the actuator layer 32 by using the third substrate 61.
By forming the optical switching device 4 on a different substrate, the yield can be further dispersed, and the optical switching device 4 with low cost and high performance can be provided.
【0057】以上に説明したように、本例の光スイッチ
ングデバイス4は製造が容易であり、さらに、反射面4
1の面精度も高く、半透過面22aと反射面41との距
離dの制御も精度良く行うことができる。したがって、
複数の色で画素を表示してカラー画像を合成あるいは表
示する画像表示デバイスとして適している。カラー画像
を表示する場合は、少なくとも3原色(赤R、緑Gおよ
び青B)の光を空間的に分離して、または時間的に分離
して表示する必要がある。このため、光スイッチングデ
バイス4で少なくとも3つの波長の色の光を制御できる
必要がある。この点、本例の光干渉型のスイッチングデ
バイスは、上述したように、半透過体22と高反射体4
2との間の距離dを制御することにより、出射する波長
を選択することができる。As described above, the optical switching device 4 of this embodiment is easy to manufacture, and furthermore, the reflection surface 4
1, the surface precision is high, and the distance d between the semi-transmissive surface 22a and the reflective surface 41 can be accurately controlled. Therefore,
It is suitable as an image display device that displays pixels in a plurality of colors and synthesizes or displays a color image. When displaying a color image, it is necessary to display at least three primary colors (red R, green G, and blue B) separated spatially or temporally. For this reason, it is necessary for the optical switching device 4 to be able to control at least three colors of light. In this regard, as described above, the light interference type switching device of the present example has the semi-transmitter 22 and the high reflector 4.
The wavelength to be emitted can be selected by controlling the distance d between them.
【0058】図6に各色の波長を選択する様子をグラフ
で示してある。本図に示したように、異なる3種類の波
長λR、λGおよびλBの光を光スイッチングデバイス
4で出力する必要があるが、そのためには、それぞれの
光の半波長に対応する、異なる距離dr、dg、dbと
なる位置に対応する反射体42を移動すれば良い。一
方、それぞれの波長λR、λGおよびλBの光をオフに
するためには、それぞれの光の1/4λに対応する位置
に移動することが望ましい。しかしながら、図6に示し
たように、中心波長、たとえば波長λGの1/4波長の
位置で各波長の光の反射率は十分に小さくなるので実用
上は問題ないであろう。さらに、緑色の光の波長λGは
可視光の中心波長に近いので、この波長の1/4の位置
に反射体42を配置することにより、白色光をほぼオフ
にすることが可能である。したがって、白色光を入射光
として、各光スイッチング素子で各色の光を選択してカ
ラー表示する場合には1/4λGあるいはこの奇数倍の
距離をオフ位置とすることが望ましい。FIG. 6 is a graph showing how the wavelength of each color is selected. As shown in the figure, light of three different wavelengths λR, λG, and λB needs to be output by the optical switching device 4, but for that purpose, different distances dr corresponding to half wavelengths of each light are required. , Dg and db may be moved. On the other hand, in order to turn off the light of each wavelength λR, λG and λB, it is desirable to move to a position corresponding to 1 / λ of each light. However, as shown in FIG. 6, the reflectance of light of each wavelength becomes sufficiently small at the center wavelength, for example, at a position of 1 / wavelength of the wavelength λG, so that there will be no practical problem. Furthermore, since the wavelength λG of the green light is close to the center wavelength of the visible light, it is possible to substantially turn off the white light by disposing the reflector 42 at a position 1 / of this wavelength. Therefore, when white light is used as incident light and light of each color is selected by each optical switching element to perform color display, it is desirable to set the off position to 1 / λG or an odd multiple thereof.
【0059】例えば、約650nm付近にピークを備え
る赤色の光束72Rを選択する場合には距離drは約3
25nmとなり、緑色の光束72Gを出力する場合は距
離dgが約275nmとなり、青色の出射光72Bを出
力する場合は距離dbが約220nmになる。そして、
オフ位置の距離d0を140nm程度とすると、100
nm前後の距離で反射体42を駆動することにより、所
望の色の光を選択して出力することができる。For example, when selecting a red light flux 72R having a peak near about 650 nm, the distance dr is about 3
When outputting the green light flux 72G, the distance dg is about 275 nm, and when outputting the blue emission light 72B, the distance db is about 220 nm. And
If the off position distance d0 is about 140 nm, 100
By driving the reflector 42 at a distance of about nm, light of a desired color can be selected and output.
【0060】図7および図8に、赤R、緑Gおよび青B
の各色の光を出射してカラー表示可能な本例の光スイッ
チングデバイス4の一例を示してある。本例の光スイッ
チングデバイス4も、図2に基づき説明した構成とほぼ
同じであり、ガラス基板21に半透過体22が形成さ
れ、半導体基板31にアクチュエータ33とこれにより
上下方向に駆動される高反射体42が形成されている。
そして、各々の光スイッチング素子の構成は共通してお
り、半透過体22と高反射体42の距離dを変動させる
ことで、光をスイッチングできるものである。FIGS. 7 and 8 show red R, green G and blue B, respectively.
3 shows an example of the optical switching device 4 of the present example capable of emitting light of each color and displaying in color. The optical switching device 4 of the present example is also substantially the same as the configuration described with reference to FIG. 2. A reflector 42 is formed.
The optical switching elements have a common configuration, and light can be switched by changing the distance d between the semi-transmissive body 22 and the high-reflective body 42.
【0061】本例の光スイッチングデバイス4では、3
種類の光スイッチング素子10R、10Gおよび10B
が適当なピッチで2次元に配置されており、これら3種
類の光スイッチング素子10R、10Gおよび10Bに
より、カラー画像における1つの画素が表示される。こ
れら3種類の光スイッチング素子10R、10Gおよび
10Bは構成は共通するが、各々のスイッチング素子の
高反射体42をアクチュエータ33により駆動する距離
(移動距離)xが異なっている。すなわち、光スイッチ
ング素子10R、10Gおよび10Bは、図7に示すオ
フ位置から、図8に示すオン位置に反射体42を移動距
離xr、xgおよびxbだけ移動できるように各々のア
クチュエータ33が構成されている。In the optical switching device 4 of this embodiment, 3
Types of optical switching elements 10R, 10G and 10B
Are two-dimensionally arranged at an appropriate pitch, and one pixel in a color image is displayed by these three types of optical switching elements 10R, 10G, and 10B. These three types of optical switching elements 10R, 10G, and 10B have the same configuration, but differ in the distance (moving distance) x by which the high reflector 42 of each switching element is driven by the actuator 33. That is, the actuators 33 of the optical switching elements 10R, 10G, and 10B are configured such that the reflector 42 can be moved by the moving distances xr, xg, and xb from the off position shown in FIG. 7 to the on position shown in FIG. ing.
【0062】本例では、光スイッチング素子10R、1
0Gおよび10Bのアクチュエータ33の下電極35
r、35gおよび35bの厚みaを変えることにより、
移動距離xを調整するようにしている。すなわち、青色
の光72Bを出力する光スイッチング素子10Bの下電
極35Bの厚みaが一番大きく、緑色の光72Gを出力
する光スイッチング素子10Gの下電極35g、赤色の
光72Rを出力する光スイッチング素子10Rの下電極
35rの厚みaが順番に小さくなっている。また、上電
極34の下面は適当な非導電体によってコーティングさ
れており、下電極35と接触してもショートせず、ま
た、密着して離れがたくならないようになっている。In this example, the optical switching elements 10R, 1R,
Lower electrode 35 of actuator 33 of 0G and 10B
By changing the thickness a of r, 35g and 35b,
The moving distance x is adjusted. That is, the thickness a of the lower electrode 35B of the optical switching element 10B that outputs the blue light 72B is the largest, the lower electrode 35g of the optical switching element 10G that outputs the green light 72G, and the optical switching that outputs the red light 72R. The thickness a of the lower electrode 35r of the element 10R decreases in order. The lower surface of the upper electrode 34 is coated with a suitable non-conductive material so that even if it contacts the lower electrode 35, there is no short-circuit, and the lower electrode 35 is in close contact with the lower electrode 35 so as not to be separated.
【0063】したがって、本例の光スイッチングデバイ
ス4は、図8に示すように、アクチュエータ33に適当
な電圧が印加されると、左側に示す光スイッチング素子
10Rでは、距離xrだけ下方(半導体基板31の側)
に移動し、半透過体22と高反射体42との間隔が距離
drになる。したがって、入射した白色光71のうち赤
色の光72Rのみがガラス基板21を通って外部で出力
される。同様に、中央に示す光スイッチング素子10G
では、アクチュエータ33が駆動すると距離xgだけ下
方に移動し、半透過体22と高反射体42との間隔は距
離dgとなるので、入射した白色光71のうち緑色の光
72Gのみが出力される。左側に示す光スイッチング素
子10Bでは、距離xbだけ下方に移動するので、半透
過体22と高反射体42との間隔が距離dbとなり、青
色の光71Bが出力される。Therefore, as shown in FIG. 8, when an appropriate voltage is applied to the actuator 33, the optical switching device 4 of the present example is lower by the distance xr (the semiconductor substrate 31) in the optical switching element 10R shown on the left side. Side)
And the distance between the transflector 22 and the high reflector 42 becomes the distance dr. Therefore, only the red light 72R of the incident white light 71 passes through the glass substrate 21 and is output outside. Similarly, the optical switching element 10G shown at the center
Then, when the actuator 33 is driven, it moves downward by the distance xg, and the distance between the semi-transmissive body 22 and the high-reflector 42 becomes the distance dg, so that only the green light 72G of the incident white light 71 is output. . In the optical switching element 10B shown on the left side, since it moves downward by the distance xb, the distance between the semi-transmissive body 22 and the high reflector 42 becomes the distance db, and the blue light 71B is output.
【0064】したがって、本例の光スイッチングデバイ
ス4では、入射される白色光71を、それぞれの光スイ
ッチング素子10R、10Gおよび10Bで各色の光7
2R、72Gおよび72Bに選択して出力することが可
能であり、カラー画像を出力することができる。すなわ
ち、本例の光スイッチングデバイス4は白色光71を各
色のスイッチング素子10で面積分割して出力すること
によりカラー表示している。Therefore, in the optical switching device 4 of this embodiment, the incident white light 71 is converted into the light 7 of each color by the respective optical switching elements 10R, 10G and 10B.
2R, 72G, and 72B can be selectively output, and a color image can be output. That is, the optical switching device 4 of the present example performs color display by dividing the area of the white light 71 by the switching elements 10 of each color and outputting the divided light.
【0065】本例では、図7に示した微小突起50によ
り規定される距離をオフの距離d0に設定しているが、
微小突起50により規定される距離を上記の距離dr、
dgおよびdbにすることによっても各スイッチング素
子10R、10Gおよび10Bで各色の光を選択して出
力することができる。この場合は、アクチュエータ33
により、各スイッチング素子の反射体42をさらにλ/
4程度移動する必要がある。また、アクチュエータ33
により反射体42を移動する距離を設定する方法はいく
つかあり、上記のように電極の厚みを変える他に、電極
間にストッパを設けて電極の移動距離を制限する方法が
ある。これについては、後でさらに説明する。In this example, the distance defined by the minute projection 50 shown in FIG. 7 is set to the off distance d0.
The distance defined by the minute projection 50 is the above-mentioned distance dr,
By using dg and db, light of each color can be selected and output by each of the switching elements 10R, 10G and 10B. In this case, the actuator 33
As a result, the reflector 42 of each switching element is further
You need to move about four. Also, the actuator 33
There are several methods for setting the moving distance of the reflector 42 by changing the thickness of the electrodes as described above, and there is a method of limiting the moving distance of the electrodes by providing a stopper between the electrodes, as described above. This will be further described later.
【0066】さらに、図9に、白色光を時分割してカラ
ー表示する光スイッチングデバイス4の概要を示してあ
る。この光スイッチングデバイス4も、図2に示したデ
バイスと基本構成は共通しており、ガラス基板21に半
透過体22が形成され、半導体基板31にアクチュエー
タ33とこれにより上下方向に駆動される高反射体42
が形成されている。そして、半透過体22と高反射体4
2の距離dを変動させることで、スイッチング(色変
調)できるものである。FIG. 9 shows an outline of the optical switching device 4 for color-displaying white light in a time-division manner. This optical switching device 4 also has the same basic configuration as the device shown in FIG. 2, a semi-transparent body 22 is formed on a glass substrate 21, an actuator 33 is mounted on a semiconductor substrate 31, and the actuator 33 is driven vertically by the actuator 33. Reflector 42
Are formed. Then, the transflector 22 and the high reflector 4
Switching (color modulation) can be performed by changing the distance d in FIG.
【0067】本例の光スイッチングデバイス4では、さ
らに、光スイッチング素子10のアクチュエータ33
に、高さaの異なる3種類の下電極35r、35gおよ
び35bが設けられている。下電極35rは赤Rの光を
出力するための電極であり、最も厚みaが小さく、中央
に位置している。このため、上電極34を駆動して反射
面41を距離drの位置まで駆動することができる。下
電極35gは緑Bの光を出力するための電極であり、厚
みaが下電極35rより多少大きく、下電極35rの両
側に位置している。このため、上電極34を駆動して反
射面41を距離dgの位置まで駆動することができる。
さらに、下電極35bは青Bの光を出力するための電極
であり、厚みaが一番大きく最も両外側に位置してい
る。上電極34を駆動して反射面41を距離dbの位置
まで駆動することができる。In the optical switching device 4 of this embodiment, the actuator 33 of the optical switching element 10 is further provided.
Are provided with three types of lower electrodes 35r, 35g and 35b having different heights a. The lower electrode 35r is an electrode for outputting red R light, has the smallest thickness a, and is located at the center. Therefore, the upper electrode 34 can be driven to drive the reflection surface 41 to the position of the distance dr. The lower electrode 35g is an electrode for outputting green B light, has a thickness a slightly larger than the lower electrode 35r, and is located on both sides of the lower electrode 35r. Therefore, the upper electrode 34 can be driven to drive the reflection surface 41 to the position of the distance dg.
Further, the lower electrode 35b is an electrode for outputting blue B light, and has the largest thickness a and is located on the outermost sides. By driving the upper electrode 34, the reflection surface 41 can be driven to the position of the distance db.
【0068】また、本例の光スイッチングデバイス4で
は、駆動回路38がこれらの各下電極35r、35gお
よび35bをそれぞれ駆動するように駆動部38r、3
8gおよび38bを備えており、それぞれの電極35
r、35gおよび35bを切り替えて駆動電圧を供給す
ることができる。したがって、駆動回路38によりアク
チュエータ33が可動する範囲が段階的に切替えること
が可能であり、1つの光スイッチング素子10により各
色の光72R、72Gおよび72Bを別々に出力するこ
とができる。In the optical switching device 4 of this embodiment, the driving circuit 38 drives the driving sections 38r, 3g, and 3b so as to drive these lower electrodes 35r, 35g, and 35b, respectively.
8g and 38b, and each electrode 35
The drive voltage can be supplied by switching between r, 35g and 35b. Therefore, the range in which the actuator 33 can move can be switched stepwise by the drive circuit 38, and the light 72R, 72G, and 72B of each color can be separately output by one optical switching element 10.
【0069】図10(a)〜(c)に本例の光スイッチ
ングデバイス4により各色の光が出射される様子を示し
てある。先ず、図10(a)に示すように、一番外側の
下電極35bに駆動電圧が印加されると、下電極35b
と上電極34の間に静電力が働き、高反射体42が下方
(半導体基板31の側)に距離xrだけ移動する。した
がって、半透過体22と高反射体42との間は、オフの
距離d0から距離dbになり、入射された白色光71か
ら青色の光72Bのみがガラス基板21を介して出力さ
れる。FIGS. 10A to 10C show how the light of each color is emitted by the optical switching device 4 of this embodiment. First, as shown in FIG. 10A, when a driving voltage is applied to the outermost lower electrode 35b, the lower electrode 35b
An electrostatic force acts between the upper electrode 34 and the upper electrode 34, and the high reflector 42 moves downward (toward the semiconductor substrate 31) by the distance xr. Therefore, the distance between the semi-transmissive body 22 and the high-reflector 42 is from the off distance d0 to the distance db, and only the incident white light 71 to blue light 72B are output via the glass substrate 21.
【0070】また、図10(b)に示すように、一番外
側の下電極35bと、その内側の下電極35gに駆動電
圧が供給されると、これらの下電極35bおよび35g
と上電極34の間に静電力が働き、高反射体42が下方
に距離xgだけ移動し、半透過体22と高反射体42と
の間は、オフの距離d0からオンの距離dgとなる。し
たがって、入射された白色光71から緑色の光72Gの
みが出力される。同様に、図10(c)に示すように、
一番外側の下電極35bと、その内側の下電極35gに
加えて中央の下電極35rにも駆動電圧が供給される
と、全ての下電極35r、35gおよび35bと、上電
極34の間に静電力が働き、高反射体42が移動距離x
rだけ移動する。したがって、半透過面22aと反射面
41との距離はオフ距離d0から距離drとなり、入射
された白色光71から赤色の光72Rのみが出力され
る。また、図9に示したオフ位置からに限らず、図10
(a)〜(c)に示したいずれの状態からも図10
(a)〜(c)に示した状態に移行することが可能であ
り、そのタイミングは駆動回路38により自由に制御す
ることができる。As shown in FIG. 10B, when a drive voltage is supplied to the outermost lower electrode 35b and the inner lower electrode 35g, these lower electrodes 35b and 35g
An electrostatic force acts between the upper electrode 34 and the upper reflector 34, the high reflector 42 moves downward by a distance xg, and the distance between the semi-transmissive body 22 and the high reflector 42 is changed from the off distance d0 to the on distance dg. . Therefore, only the green light 72G is output from the incident white light 71. Similarly, as shown in FIG.
When a drive voltage is supplied to the center lower electrode 35r in addition to the outermost lower electrode 35b and the inner lower electrode 35g, all the lower electrodes 35r, 35g and 35b and the upper electrode 34 The electrostatic force acts, and the high reflector 42 moves x
Move by r. Therefore, the distance between the semi-transmissive surface 22a and the reflective surface 41 becomes the distance dr from the off distance d0, and only the incident white light 71 to red light 72R is output. Further, not only from the off position shown in FIG.
10 from any of the states shown in FIGS.
It is possible to shift to the states shown in (a) to (c), and the timing can be freely controlled by the drive circuit 38.
【0071】このように、本例の光スイッチングデバイ
ス4では、1つの光スイッチング素子10により、白色
光71を時分割で各色の光72R、72Gおよび72R
を出力することが可能であり、それぞれの色の光により
カラー表示することができる。そして、本例の光スイッ
チングデバイス4であれば、異なる基板上に半透過体2
2と、反射体42およびアクチュエータ33が形成でき
るので、反射体とアクチュエータとの機能を分離し、上
記のような高さの異なる下電極35を備えたアクチュエ
ータを構成することができる。また、それを駆動させる
駆動回路38などを容易に設計および製造することがで
きる。反射体42をオンオフ以外に波長選択性を持たせ
る複数の位置に駆動できるアクチュエータは本例に限定
されることはなく、たとえば、駆動電圧を変えて上電極
34の弾性力と釣り合う位置を変えることにより距離d
を制御することができる。また、ピエゾ素子などの圧電
体を用いたアクチュエータであれば、駆動電圧を変える
ことにより精度良く反射体の位置を制御することができ
る。As described above, in the optical switching device 4 of the present embodiment, the white light 71 is time-divisionally divided by the single optical switching element 10 into the light 72R, 72G and 72R of each color.
Can be output, and a color display can be performed using light of each color. In the case of the optical switching device 4 of this example, the semi-transmissive body 2 is placed on a different substrate.
2, the reflector 42 and the actuator 33 can be formed, so that the functions of the reflector and the actuator can be separated, and an actuator including the lower electrodes 35 having different heights as described above can be configured. Further, the driving circuit 38 for driving the driving circuit can be easily designed and manufactured. The actuator capable of driving the reflector 42 to a plurality of positions having wavelength selectivity other than ON / OFF is not limited to this example. By the distance d
Can be controlled. In addition, in the case of an actuator using a piezoelectric body such as a piezo element, the position of the reflector can be accurately controlled by changing the drive voltage.
【0072】図11に、さらに異なる光スイッチングデ
バイス4を示してある。本例の光スイッチングデバイス
4も、図2に示したものとほぼ同様の構成であり、ガラ
ス基板21に半透過体22が形成され、半導体基板31
にアクチュエータ33とこれにより上下方向に駆動され
る高反射体42が形成されている。したがって、半透過
体22と高反射体42の距離dを変動させることで、所
望の波長の光をスイッチングできる光スイッチングデバ
イスである。FIG. 11 shows a further different optical switching device 4. The optical switching device 4 of the present example has substantially the same configuration as that shown in FIG. 2, in which a semi-transmissive body 22 is formed on a glass substrate 21 and a semiconductor substrate 31 is formed.
, An actuator 33 and a high reflector 42 driven by the actuator 33 in the vertical direction are formed. Therefore, the optical switching device can switch light having a desired wavelength by changing the distance d between the semi-transmissive body 22 and the high reflector 42.
【0073】本例の光スイッチングデバイス4には、上
記のデバイスと同様に、半透過体22および反射体42
の距離dが一定の値以下にならないようにする微小突起
50を半透過体22の表面22aに設けてある。したが
って、半透過体22と高反射体42とが密着することが
なく、吸着を防止してスムーズに、そして高速で反射体
42を動かしてスイッチングすることができる。半透過
体22の表面22aに形成されている微小突起50は、
高反射体42の反射面41に設けることも可能である。
しかしながら、上述したように面精度を上げて反射効率
を上げるためにCMPなどの平坦化処理を行うと微小突
起の製造は難しい。したがって、本例のように平坦な連
続した面に微小突起50を設けることが望ましく、たと
えば、酸化シリコンなどの半透過膜22を構成する素材
に、所定の直径のギャップを確保する球状の部材を混合
して塗布することにより、反射面41と半透過面22a
との距離を適正に管理することができる。The optical switching device 4 of this embodiment has a semi-transparent body 22 and a reflector 42 in the same manner as the above-described device.
Are provided on the surface 22a of the semi-transmissive body 22 so that the distance d does not become less than a certain value. Therefore, the semi-transmissive body 22 and the high reflector 42 do not adhere to each other, and the switching can be performed by moving the reflector 42 smoothly and at a high speed by preventing adsorption. The minute projections 50 formed on the surface 22a of the semi-transparent body 22
It is also possible to provide it on the reflection surface 41 of the high reflector 42.
However, as described above, if a flattening process such as CMP is performed to increase the surface accuracy and increase the reflection efficiency, it is difficult to manufacture minute projections. Therefore, it is desirable to provide the fine projections 50 on a flat continuous surface as in this example. For example, a material constituting the semi-permeable film 22 such as silicon oxide may be provided with a spherical member for securing a gap having a predetermined diameter. By mixing and applying, the reflection surface 41 and the semi-transmission surface 22a
Distance can be properly managed.
【0074】さらに、反射面41が離れたときの位置を
適正に管理するために、アクチュエータ33の側にも、
微小突起52を設けることが可能である。静電型のアク
チュエータの場合は、図11に示すように、上電極34
または下電極35の一部に対峙する電極の側に向いた微
小突起52を設けることにより、一定以上の動きを防止
するストッパとしての機能を果たさせることができる。
また、これらのストッパ52により上電極34と下電極
35とが最も接近したときでも接触しないようにするこ
とが可能であり、電極34あるいは35を適当な非導電
性の部材によってカバーしなくても、ショートや吸着を
防止することができる。したがって、信頼性の高い光ス
イッチングデバイスを提供することができる。Further, in order to properly manage the position when the reflecting surface 41 is separated, the actuator 33 is also provided with
It is possible to provide the minute projection 52. In the case of an electrostatic actuator, as shown in FIG.
Alternatively, by providing the minute projection 52 facing the side of the electrode facing a part of the lower electrode 35, the function as a stopper for preventing a certain or more movement can be achieved.
Further, it is possible to prevent the upper electrode 34 and the lower electrode 35 from coming into contact with each other even when they come closest to each other by these stoppers 52, so that the electrodes 34 or 35 do not need to be covered with a suitable non-conductive member. , Short circuit and adsorption can be prevented. Therefore, a highly reliable optical switching device can be provided.
【0075】また、上述したように、これらの微小突起
50および52で制限される位置をオンまたはオフの位
置にすることが可能であり、出射される光の波長を精度
良く制御する1つの手段である。オンまたはオフの位置
は、λ/4ピッチになるので、半透過面22aと反射面
41との距離を規定する微小突起50により制限される
距離d0、すなわち微小突起の高さhは以下の式(2)
の値を満たすことが要求される。As described above, the position restricted by these minute projections 50 and 52 can be set to the on or off position, and one means for controlling the wavelength of emitted light with high accuracy. It is. Since the on or off position is at λ / 4 pitch, the distance d0 limited by the minute projection 50 that defines the distance between the semi-transmissive surface 22a and the reflecting surface 41, that is, the height h of the minute projection is given by the following equation. (2)
Is required to be satisfied.
【0076】d0=nλ/4 ・・・(2) そして、微小突起50により制限される距離d0がλ/
4の奇数倍、すなわち、以下の式(3)の値を満たすよ
うにすれば、微小突起50により規定される位置がオフ
位置になる。D0 = nλ / 4 (2) Then, the distance d0 limited by the minute projection 50 is λ / n.
If an odd multiple of 4, that is, the value of the following equation (3) is satisfied, the position defined by the minute protrusion 50 becomes the off position.
【0077】 d0=(2n+1)λ/4 ・・・(3) この光スイッチングデバイスであれば、アクチュエータ
33により移動する距離によって適当な波長を選択して
出力することが可能であり、1つの光スイッチング素子
10により複数の波長の光を選択して出力する光スイッ
チングデバイスに適している。D0 = (2n + 1) λ / 4 (3) With this optical switching device, it is possible to select and output an appropriate wavelength according to the distance moved by the actuator 33, and output one light It is suitable for an optical switching device that selects and outputs light of a plurality of wavelengths by the switching element 10.
【0078】一方、微小突起50により制限される距離
d0がλ/2の整数倍、すなわち、以下の式(4)の値
を満たすようにすれば、微小突起50により規定される
位置がオン位置になる。On the other hand, if the distance d0 limited by the minute projections 50 is an integral multiple of λ / 2, that is, the value of the following equation (4) is satisfied, the position defined by the minute projections 50 becomes the ON position. become.
【0079】d0=nλ/2 ・・・(4) この光スイッチングデバイスであれば、アクチュエータ
33によりλ/4だけ移動した位置がオフ位置になる。
したがって、そのオフ位置に対応する距離だけ動くよう
にアクチュエータ側のストッパ52を設定することによ
り、オン位置とオフ位置とを微小突起50とストッパ5
2により規定することが可能である。もちろん、微小突
起50により規定される距離d0がオフ位置の場合もオ
ン位置をアクチュエータ側のストッパ52により設定す
ることが可能である。D0 = nλ / 2 (4) With this optical switching device, the position shifted by λ / 4 by the actuator 33 becomes the off position.
Therefore, by setting the stopper 52 on the actuator side so as to move by a distance corresponding to the off position, the on position and the off position can be set to the minute protrusion 50 and the stopper 5.
2 can be specified. Of course, even when the distance d0 defined by the minute projection 50 is the off position, the on position can be set by the stopper 52 on the actuator side.
【0080】このように本例の光スイッチングデバイス
40は、光干渉型の光スイッチングデバイスであり、カ
ラーフィルタを使用しないでも、各々の光スイッチング
素子10から所望の色の光を出射することができる。し
たがって、図1に示したプロジェクタ装置1のライトバ
ルブとして使用することが可能であり、カラーフィルタ
を省略できるので、さらにコンパクトで低コストなプロ
ジェクタ装置を提供することができる。そして、上述し
たように、本例の光スイッチングデバイス4は、反射効
率を向上でき、反射面積を大きくできるので、明るい画
像を照射することができる。また、液晶表示体に比べて
高速で応答性も高いので、高解像度の画像を表示するこ
とが可能であり、消費電力も小さくできる。As described above, the optical switching device 40 of the present embodiment is an optical interference type optical switching device, and can emit light of a desired color from each optical switching element 10 without using a color filter. . Therefore, the projector can be used as a light valve of the projector 1 shown in FIG. 1 and a color filter can be omitted, so that a more compact and low-cost projector can be provided. Then, as described above, the optical switching device 4 of the present example can improve the reflection efficiency and increase the reflection area, so that a bright image can be emitted. In addition, since the response speed is higher and the response is higher than that of a liquid crystal display, a high-resolution image can be displayed and power consumption can be reduced.
【0081】また、プロジェクタに限らず、他の画像表
示装置にも本例の光スイッチングデバイス4は利用する
ことが可能である。反射型で反射効率が高く、明るい画
像を表示できるので、直視型の画像表示装置にも適して
おり、特に、省エネルギー型になるので携帯電話などの
携帯型の情報端末の表示パネルなどに適している。The optical switching device 4 of the present embodiment can be used not only for the projector but also for other image display devices. Since it is a reflection type and has high reflection efficiency and can display a bright image, it is suitable for a direct-view image display device. In particular, since it is an energy-saving type, it is suitable for a display panel of a portable information terminal such as a mobile phone. I have.
【0082】さらに、上記では、半透過面および反射面
に対して入射光が垂直に入射される光スイッチングデバ
イスを例に本発明を説明しているが、入射光および出射
光が半透過面および反射面に対して角度を持ち傾斜して
いる場合でも本発明の光スイッチングデバイスにより変
調することが可能である。この場合は、入射および出射
光の角度を加味して半透過面および反射面の距離dを設
定する必要があるだけであり、そのような光スイッチン
グデバイスおよびそれを利用した画像表示装置も本発明
の範囲に含まれる。Further, in the above description, the present invention has been described by taking as an example an optical switching device in which incident light is perpendicularly incident on the semi-transmissive surface and the reflective surface. Modulation can be performed by the optical switching device of the present invention even when the optical switching device of the present invention is inclined at an angle to the reflecting surface. In this case, it is only necessary to set the distance d between the semi-transmissive surface and the reflective surface in consideration of the angles of the incident light and the emitted light, and such an optical switching device and an image display device using the same are also provided by the present invention. Included in the range.
【0083】[0083]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明は、半透
過体と反射体との距離を制御する干渉型の光スイッチン
グデバイスに関するものであり、半透過体と、反射体と
を異なる基板に形成することにより、歩留まりが相乗さ
れて製品不良が増加するのを防止することができなどの
製造上のメリットを得ることができる。それと共に、反
射体を別基板である半導体基板で支持することにより、
反射体とアクチュエータとしての機能を分離することが
可能となり、反射体のゆがみを防止して光学的性能を向
上することができ、さらに、半導体基板に駆動回路を組
み込むことができるなどの上記にて開示した多種多様の
効果を得ることができる。このため、本発明により、所
望の波長の光を極めて精度良くオンオフすることがで
き、コントラストが高く、色分離性能の良い光スイッチ
ングデバイスを低コストで提供することが可能となり、
明るくコンパクトな画像表示装置を提供することが可能
となる。As described above, the present invention relates to an interference type optical switching device for controlling the distance between a transflector and a reflector, wherein the transflector and the reflector are provided on different substrates. In this case, it is possible to prevent the increase in product defects due to the synergistic yield, and to obtain a manufacturing advantage. At the same time, by supporting the reflector on a separate substrate, a semiconductor substrate,
The function of the reflector and the function of the actuator can be separated, the distortion of the reflector can be prevented, the optical performance can be improved, and further, the drive circuit can be incorporated into the semiconductor substrate. The disclosed various effects can be obtained. Therefore, according to the present invention, light of a desired wavelength can be turned on and off with extremely high accuracy, and a high-contrast optical switching device with good color separation performance can be provided at low cost.
It is possible to provide a bright and compact image display device.
【図1】本発明に係る光スイッチングデバイスを用いた
プロジェクタ装置の概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a projector device using an optical switching device according to the present invention.
【図2】図1に示す光スイッチングデバイスの概要を示
す図である。FIG. 2 is a diagram showing an outline of the optical switching device shown in FIG.
【図3】図2に示す光スイッチングデバイスに供給され
る入射光の波長特性であり、距離とスイッチング(オン
オフ)の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a wavelength characteristic of incident light supplied to the optical switching device shown in FIG. 2, and showing a relationship between a distance and switching (on / off).
【図4】図2に示す光スイッチングデバイスの製造方法
におけるプロセスを模式的に示す図である。FIG. 4 is a view schematically showing a process in a method for manufacturing the optical switching device shown in FIG. 2;
【図5】図4に示す光スイッチングデバイスの製造方法
と異なるプロセスを模式的に示す図である。FIG. 5 is a view schematically showing a process different from the method for manufacturing the optical switching device shown in FIG. 4;
【図6】各色の入射光の波長特性であり、距離と各色光
のスイッチング(オンオフ)の関係を示す図である。FIG. 6 is a graph showing wavelength characteristics of incident light of each color, showing a relationship between a distance and switching (on / off) of each color light.
【図7】白色光を面積分割し各色の光束を出力する、異
なる光スイッチングデバイスの概要を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an outline of a different optical switching device that divides white light into areas and outputs luminous flux of each color.
【図8】図7に示した面積分割する光スイッチングデバ
イスが各色光を出力する様子を模式的に示す図である。FIG. 8 is a diagram schematically showing a state in which the area-divided optical switching device shown in FIG. 7 outputs each color light.
【図9】白色光を時分割してカラー表示する、さらに異
なる光スイッチングデバイスの概要を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an outline of still another optical switching device that displays white light in a time-division manner and performs color display.
【図10】図9に示す光スイッチングデバイスを制御し
て各色の光束を出力する様子を示す図である。10 is a diagram illustrating a state in which the optical switching device illustrated in FIG. 9 is controlled to output a luminous flux of each color.
【図11】アクチュエータの側にもストッパを備えたさ
らに異なる光スイッチングデバイスの概要を示す図であ
る。FIG. 11 is a diagram showing an outline of still another optical switching device having a stopper on the actuator side.
【図12】従来の干渉型の光スイッチングデバイスの一
例を示す概略図である。FIG. 12 is a schematic view showing an example of a conventional interference type optical switching device.
【図13】従来の干渉型の光スイッチングデバイスの異
なる一例を示す概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing another example of a conventional interference type optical switching device.
1 プロジェクタ 2 光源 3 ビームスプリッタ 4 光スイッチングデバイス 5 制御機構 6 ズームレンズ 7 スクリーン 10 光スイッチング素子 21 ガラス基板(第1の基板) 22 半透過体(半透過層) 22a 半透過体の表面 31 半導体基板(第2の基板) 32 アクチュエータ層 33 アクチュエータ 34 上電極 35 下電極 38 駆動回路 39 壁(支柱) 40 光学素子層 41 高反射層の表面(高反射面) 42 高反射層(反射体) 43 サポート部 50、52 微小突起 61 第3の基板 71 白色光の光束(入射光) 72 出力される表示光 REFERENCE SIGNS LIST 1 projector 2 light source 3 beam splitter 4 optical switching device 5 control mechanism 6 zoom lens 7 screen 10 optical switching element 21 glass substrate (first substrate) 22 semi-transmissive body (semi-transmissive layer) 22a surface of semi-transmissive body 31 semiconductor substrate (Second substrate) 32 Actuator layer 33 Actuator 34 Upper electrode 35 Lower electrode 38 Drive circuit 39 Wall (post) 40 Optical element layer 41 Surface of high reflection layer (High reflection surface) 42 High reflection layer (Reflector) 43 Support Units 50, 52 Microprojections 61 Third substrate 71 Light flux of white light (incident light) 72 Display light to be output
Claims (23)
によりオンオフおよび/または色を制御可能な複数の光
スイッチング素子を有する光スイッチングデバイスであ
って、 前記半透過体が形成された第1の基板と、 前記反射体が、該反射体を駆動可能なアクチュエータに
重ねて形成された第2の基板とを有する光スイッチング
デバイス。1. An optical switching device having a plurality of optical switching elements capable of controlling on / off and / or color by changing a distance between a semi-transmissive body and a reflector, wherein the semi-transmissive body is formed with a plurality of optical switching elements. An optical switching device comprising: a first substrate; and a second substrate in which the reflector is formed so as to overlap an actuator capable of driving the reflector.
素子から出射される光の波長λに対し、前記反射体は、
前記半透過体との距離dが以下の式の値となる位置に少
なくとも稼動可能である光スイッチングデバイス。 d=nλ/2 ただし、nは1以上の整数である。2. The light emitting device according to claim 1, wherein the reflector has a wavelength λ of light emitted from the optical switching element.
An optical switching device operable at least at a position where a distance d from the semi-transmissive member has a value of the following expression. d = nλ / 2 where n is an integer of 1 or more.
半導体回路を備えている光スイッチングデバイス。3. The method according to claim 1, wherein the second substrate comprises:
An optical switching device including a semiconductor circuit.
明基板であり、その一方の面に前記半透過体となる半透
過層が複数の前記光スイッチング素子にわたり形成され
ている光スイッチングデバイス。4. The optical switching device according to claim 1, wherein the first substrate is a transparent substrate, and a semi-transmissive layer serving as the semi-transmissive body is formed on one surface of the first substrate over the plurality of optical switching elements. .
は、静電アクチュエータである光スイッチングデバイ
ス。5. The optical switching device according to claim 1, wherein the actuator is an electrostatic actuator.
反射体の距離が一定の値以下にならないようにする微小
突起が、前記半透過体および反射体の少なくともいずれ
かに形成されている光スイッチングデバイス。6. The light according to claim 1, wherein minute projections are formed on at least one of the semi-transmissive body and the reflector to prevent the distance between the semi-transmissive body and the reflector from becoming less than a predetermined value. Switching device.
素子から出射される光の波長λに対し、前記微小突起に
より制限される前記半透過体および反射体との距離d0
が以下の式の値となる光スイッチングデバイス。 d0=nλ/4 ただし、nは1以上の整数である。7. The distance d0 between the semi-transmissive body and the reflector limited by the minute projection with respect to a wavelength λ of light emitted from the optical switching element.
Is an optical switching device having the following formula: d0 = nλ / 4 where n is an integer of 1 or more.
の式の値となる光スイッチングデバイス。 d0=(2n−1)λ/4 ただし、nは1以上の整数である。8. The optical switching device according to claim 7, wherein the distance d0 has a value represented by the following expression. d0 = (2n-1) λ / 4 where n is an integer of 1 or more.
の式の値となる光スイッチングデバイス。 d0=nλ/2 ただし、nは1以上の整数である。9. The optical switching device according to claim 7, wherein the distance d0 has a value represented by the following expression. d0 = nλ / 2 where n is an integer of 1 or more.
び反射体の距離が一定の値以上にならないようにするス
トッパを備えている光スイッチングデバイス。10. The optical switching device according to claim 6, further comprising a stopper for preventing a distance between the transflector and the reflector from being equal to or greater than a predetermined value.
より制限された位置から前記ストッパにより制限までの
距離yが、当該光スイッチング素子から出射される光の
波長λに対し、以下の式の値となる光スイッチングデバ
イス。 y=nλ/4 ただし、nは1以上の整数である。11. The optical system according to claim 10, wherein a distance y from the position restricted by the minute projection to the position restricted by the stopper is a value of the following formula with respect to a wavelength λ of light emitted from the optical switching element. Optical switching device. y = nλ / 4 where n is an integer of 1 or more.
に対応する、異なる前記距離dを備えた少なくとも3種
類の前記スイッチング素子が配列されている光スイッチ
ングデバイス。12. The method according to claim 2, wherein the different wavelengths λ
An optical switching device in which at least three types of the switching elements having different distances d are arranged.
タは、異なる前記波長λに対応する、少なくとも3種類
の異なる前記距離dに前記反射体を駆動可能な光スイッ
チングデバイス。13. The optical switching device according to claim 2, wherein the actuator can drive the reflector at at least three different distances d corresponding to the different wavelengths λ.
ータは静電駆動型であり、前記反射体を駆動可能な距離
xの異なる少なくとも3種類の電極ペアを備えている光
スイッチングデバイス。14. The optical switching device according to claim 13, wherein the actuator is of an electrostatic drive type and includes at least three types of electrode pairs having different distances x capable of driving the reflector.
とによりオンオフおよび/または色を制御可能な複数の
光スイッチング素子を有する光スイッチングデバイスの
製造方法であって、 第1の基板に前記半透過体を形成する第1の工程と、 第2の基板に、前記反射体を、該反射体を駆動可能なア
クチュエータに重ねて形成する第2の工程と、 前記第1および第2の基板を前記半透過体と前記反射体
とが対面するように組み合わせる工程とを有する光スイ
ッチングデバイスの製造方法。15. A method of manufacturing an optical switching device having a plurality of optical switching elements capable of controlling on / off and / or color by changing a distance between a transflector and a reflector, wherein the first substrate has A first step of forming a semi-transparent body; a second step of forming the reflector on a second substrate so as to overlap an actuator capable of driving the reflector; and the first and second substrates. And combining the semi-transparent body and the reflector so that they face each other.
では、半導体回路を備えた前記第2の基板上に、複数の
前記アクチュエータが配列されたアクチュエータ層と、
各々の前記アクチュエータに対応する複数の前記反射体
が配列された反射層とを積層する光スイッチングデバイ
スの製造方法。16. The method according to claim 15, wherein, in the second step, an actuator layer in which a plurality of the actuators are arranged on the second substrate provided with a semiconductor circuit;
A method for manufacturing an optical switching device in which a plurality of the reflectors corresponding to the respective actuators are stacked with a reflective layer.
ータは、静電アクチュエータである光スイッチングデバ
イスの製造方法。17. The method according to claim 15, wherein the actuator is an electrostatic actuator.
では、前記第1の基板である透明基板の一方の面に前記
半透過体となる半透過層を複数の前記光スイッチング素
子にわたり形成する光スイッチングデバイスの製造方
法。18. The method according to claim 15, wherein, in the first step, a semi-transmissive layer serving as the semi-transmissive body is formed on one surface of the transparent substrate as the first substrate over the plurality of optical switching elements. A method for manufacturing an optical switching device.
および/または第2の工程では、前記半透過体および反
射体の距離が一定の値以下にならないようにする微小突
起を前記半透過体および反射体の少なくともいずれかに
形成する光スイッチングデバイスの製造方法。19. The semi-transparent body according to claim 15, wherein in the first step and / or the second step, the minute projection for preventing the distance between the semi-transmissive body and the reflector from being less than a predetermined value. And a method for manufacturing an optical switching device formed on at least one of the reflectors.
は、前記半導体回路を備えた前記第2の基板上に、前記
アクチュエータ層を形成する工程と、 第3の基板に前記反射層となる光学素子層を形成する工
程と、 前記アクチュエータ層に前記光学素子層を重ねた後、前
記第3の基板を前記光学素子層から剥離する工程とを有
する光スイッチングデバイスの製造方法。20. The method according to claim 16, wherein in the second step, the actuator layer is formed on the second substrate provided with the semiconductor circuit, and the reflection layer is formed on a third substrate. A method for manufacturing an optical switching device, comprising: a step of forming an optical element layer; and a step of, after laminating the optical element layer on the actuator layer, removing the third substrate from the optical element layer.
は、前記半導体回路を備えた基板上に、前記アクチュエ
ータ層と、前記反射層となる光学素子層とを形成する工
程と、 前記光学素子層の反射面となる面を平坦化する工程とを
有する光スイッチングデバイスの製造方法。21. The optical element according to claim 16, wherein in the second step, the actuator layer and an optical element layer serving as the reflection layer are formed on a substrate having the semiconductor circuit. Flattening a surface to be a reflection surface of the layer.
の光スイッチングデバイスを有する直視型の画像表示装
置。22. A direct-view image display device having the optical switching device according to claim 1.
光スイッチングデバイスと、 この光スイッチングデバイスに光を入射可能な光源と、 前記光スイッチングバイスにより変調された光をスクリ
ーン上に投影するレンズシステムとを有する画像表示装
置。23. The optical switching device according to claim 1, a light source capable of entering light into the optical switching device, and a lens system for projecting light modulated by the optical switching device onto a screen. An image display device comprising:
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