JP3919954B2 - アレイ型光変調素子及び平面ディスプレイの駆動方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシニングにより作製され、電気機械動作により光の透過率を変化させるアレイ型光変調素子、及び該アレイ型光変調素子を用いた平面ディスプレイの駆動方法に関し、特に、アレイ型光変調素子及び平面ディスプレイの交流駆動に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシニングにより作製された可撓薄膜を、静電気力により機械的動作させることで光変調を行う電気機械的な光変調素子が知られている。この光変調素子としては、例えば、透明な電極とダイヤフラムからなる可撓薄膜を、支持部を介して導光板上の固定電極に架設したものがある。
この光変調素子では、両電極間に所定の電圧を印加することで電極間に静電気力を発生させ、可撓薄膜を固定電極に向かって撓ませる。これに伴って素子自体の光学的特性が変化して、光変調素子に光が透過する。一方、印加電圧をゼロにすることで可撓薄膜が弾性復帰し、光変調素子は光を遮光する。このようにして光変調が行なわれる。
【０００３】
ところで、可撓薄膜を静電気力によって変形させたり弾性復帰させる場合、印加電圧Ｖgsと可撓薄膜の変位の関係はヒステリシス特性を示す。従って、印加電圧Ｖgsと光透過率Ｔとの関係も図３０に示すようにヒステリシス特性を示すことになる。
このヒステリシス特性によれば、光変調要素がＯＦＦ（光遮蔽）状態の状態では、ＶgsがＶth(L)以下ではＯＦＦ状態を維持し、ＶgsがＶth(H)以上になるとＯＮ状態を維持する。そして、光変調要素は、ＶgsがＶth(H)以上ではＯＮ状態を維持したままとなり、Ｖs(L)以下となるとＯＦＦ状態に飽和する。尚、Ｖgsの極性が負の場合は、正極性の縦軸対称の特性となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、以上のような特性を利用して変調要素を２次元に配置して、マトリクス駆動を行うことにより２次元の光変調素子を構成できるが、マトリクス駆動には単純マトリクスとアクティブマトリクス駆動があって、何れの駆動方法においても先述の変調要素の特性から、変調要素に印加する電圧は片方の極性で駆動可能であり、変調要素には直流電圧成分が印加される。
ところが、直流成分が加わる駆動では、可撓薄膜の内部を絶縁体で構成すると、電極−絶縁体−電極構造という構造において、絶縁体のマイグレーションによる絶縁不良、あるいは空間電荷の発生／トラップにより寄生の内部電界等が発生して動作が不安定になる可能性がある。液晶等では直流成分が加わる駆動の不安定さを避けるために交流駆動方式が行われているが、特に、絶縁体が高分子等で構成する場合に不安定な状態になる可能性が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、変調要素への印加電圧波形を交流駆動による駆動波形とすることによって、絶縁体のマイグレーションによる絶縁不良や空間電荷の発生を防止して、安定動作可能なアレイ型光変調素子及び平面ディスプレイの駆動方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載のアレイ型光変調素子の駆動方法は、静電気力による可撓部の変位動作と、該可撓部の弾性復帰動作により光変調を行う電気機械的な光変調素子を２次元の単純マトリクス構造状に配列して走査電極信号に従い各画素を選択し、画素電極にデータ信号を与えて駆動するアレイ型光変調素子の駆動方法において、前記光変調素子は、前記可撓部側の電極と固定側の電極とが絶縁体部材を介して当接するものであり、前記光変調素子の電極に直流成分を含まない交流信号を印加して、単純マトリクス駆動に基づく交流駆動を行うに際し、前記走査駆動信号の基本周期を奇数フレームと偶数フレームに分割し、前記奇数フレームと偶数フレームでは、前記走査電極および信号電極に印加される電圧を同じ極性として駆動信号の極性を反転するとともに、前記偶数フレームの走査電極および信号電極に印加される電圧Ｖ ｅｖｅｎ を、前記光変調素子のＯＮ状態、ＯＦＦ状態を維持するために最小限必要な印加電圧Ｖ ｍａｘ と奇数フレームの走査電極および信号電極に印加される電圧Ｖ ｏｄｄ との差に設定することを特徴とする。
【０００７】
このアレイ型光変調素子の駆動方法では、直流成分を含まない交流駆動とすることで、直流成分が加わる駆動に付随する絶縁体のマイグレーションによる絶縁不良、内部電界の発生による動作の不安定さを解消することができる。そして、単純マトリクス駆動で、ｎ行×ｍ列の単純マトリクス構成の光変調素子を交流駆動することができる。
また、奇数フレームの駆動信号を、例えば、正極性とし、偶数フレームの駆動信号を負極性とすれば、１フレーム周期のトータルで変調素子への印加電圧は交流駆動となり平衡性を保持することができる。
そして、１周期間の奇数フレームの駆動電圧に対して、偶数フレームの駆動電圧の極性を反転させて交流駆動を行うことができる。
【００１８】
請求項２記載の平面ディスプレイの駆動方法は、前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源と、アレイ型光変調素子を挟み前記平面光源の反対側に配設した蛍光体と、を備え、前記アレイ型光変調素子を請求項１記載の駆動方法により、前記アレイ型光変調素子から出射される光によって蛍光体を発光表示させることを特徴とする。
【００１９】
この平面ディスプレイの駆動方法では、電気機械的なアレイ型光変調素子を交流駆動として、アレイ型光変調素子を通過した光源光により蛍光体を発光表示させる構成としているので、平面ディスプレイを安定、高精細に駆動することが可能になる。
【００２０】
請求項３記載の平面ディスプレイの駆動方法は、前記平面光源が、前記蛍光体を励起させる紫外線出射光源であることを特徴とする。
【００２１】
この平面ディスプレイの駆動方法では、平面光源からの出射紫外線光を光変調素子で透過、遮光して蛍光体を発光励起させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る光変調素子の構成図で、図２は図１に示す光変調素子の印加電圧と光透過率の特性を示す図で、図３は図１に示す光変調素子を２次元配列したアレイ型光変調素子の平面図である。
【００２３】
可撓薄膜を電気機械動作させて光変調させる動作原理としては、可撓薄膜と透明な信号電極とを離反又は接触させることによる導光拡散作用（以下、導光拡散と称する。）を利用することができる。導光拡散では、空隙を光の透過抵抗として、空隙が形成されている際には、信号電極からの出射光を遮断もしくは減衰させる一方、可撓薄膜を信号電極に接触させた時のみに、信号電極からの出射光を可撓薄膜へ導光（モード結合）させ、その光を可撓薄膜において拡散させることで、可撓薄膜からの出射光の強度を制御する（光変調する）。
【００２４】
図１に示すように、導光板１上には、紫外線に対して透明な一方の電極（信号電極）２を形成してある。この例としては、電子密度の高いＩＴＯ等の金属酸化物、非常に薄い金属薄膜（アルミ等）、金属微粒子を透明絶縁体に分散した薄膜、又は高濃度ドープしたワイドハンドギャップ半導体等が好適である。
【００２５】
電極２の上には、絶縁性の支持部３を形成してある。支持部３には、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、樹脂等を用いることができる。支持部３の上端面には、ダイヤフラム４を形成してある。電極２とダイヤフラム４との間には、空隙（キャビティ）５が形成されている。このダイヤフラム４には、ポリシリコン等の半導体、絶縁性のシリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、樹脂等を用いることができる。また、ダイヤフラム４の屈折率は、導光板１の屈折率と同等かそれ以上が好ましい。
【００２６】
ダイヤフラム４の上には、光拡散層６、例えば、無機、有機透明材料の表面に凹凸を形成したもの、マイクロプリズム、マイクロレンズを形成したものや、無機、有機多孔質材料、又は屈折率の異なる微粒子を透明基材に分散したもの等を形成してある。
【００２７】
光拡散層６の上には、紫外線に対して透明な他方の電極（走査電極）７を形成してある。例として電極２と同様の材料のものを用いることができる。これらダイヤフラム４、光拡散層６、電極７は、可撓部としての可撓薄膜８を構成している。
【００２８】
導光板１とダイヤフラム４との間には空隙５が存在するが、この空隙５は支持部３の高さで略決定される。空隙５の高さは、例えば、０．１μｍから１０μｍ程度が好ましい。この空隙５は、通常、犠牲層のエッチングにより形成される。
【００２９】
また、上述の構成例の他に、ダイヤフラム４と光拡散層６とを同一の材料で構成しても良い。例えば、窒化シリコン膜でダイヤフラム４を構成し、上面側の表面に凹凸を形成することによって、拡散機能を持たせることができる。
【００３０】
次に、このように構成した光変調素子１０の動作原理を説明する。
電圧ＯＦＦ時、両電極２、７の電圧がゼロで、ダイヤフラム４と導光板１との間に空隙５（例：空気）が存在する場合、導光板１の屈折率をｎｗとすると、空気との界面における全反射臨界角θｃは
θｃ＝ｓｉｎ-1（ｎｗ）
となる。従って、紫外線は、界面への入射角θが、θ＞θｃのとき、図１(a)に示すように、導光板１内を全反射しながら進む。
【００３１】
電圧ＯＮ時、両電極２、７に電圧を印加し、ダイヤフラム4と導光板１表面とを接触又は十分な距離に近づけた場合、図１(b)に示すように、紫外線は、ダイヤフラム４側に伝搬透過し、更に、光拡散層６により拡散されて表面側に出射する。
【００３２】
この実施形態による光変調素子１０によれば、電圧印加によるダイヤフラム４の位置制御により、光変調を行うことができる。
尚、導光板１とダイヤフラム４の間には紫外線に対して透明な電極２が存在するが、通常使用される薄膜の厚さ（２０００Å）程度であれば、上述の動作上問題の生ずることはない。
【００３３】
また、可撓薄膜８を静電気応力により変形／弾性復帰させる場合、印加電圧Ｖｇｓと可撓薄膜の変位の関係はヒステリシス特性を示す。従って、印加電圧Ｖｇｓと光透過率Ｔの関係も図２に示すようなヒステリシス特性を示す。
【００３４】
ヒステリシス特性は、変調要素（光変調素子）がＯＦＦ（光遮蔽）状態では、Ｖｇｓが０Ｖ〜Ｖｔｈ（Ｌ）ではＯＦＦ状態を維持する。ＶｇｓがＶｓ（Ｈ）以上になるとＯＮ状態に飽和する。その後、ＶｇｓがＶｔｈ（Ｈ）以上ではＯＮ状態を維持する。さらに、Ｖｇｓが０Ｖ〜Ｖｓ（Ｌ）となるとＯＦＦ状態に飽和する。
尚、このヒステリシス特性はＶｇｓの極性に対して縦軸対称の特性となる。本実施形態では、Ｖｇｓの極性が負の場合には図２の左側のヒステリシスループとなり、正の場合には右側のヒステリシスループとなるため、左側のヒステリシスループを偶数フレーム用のヒステリシス特性、右側のヒステリシスループを奇数フレーム用のヒステリシス特性として用いている。また、この逆であっても良い。
【００３５】
以上、詳述した導光板による光変調部以外にも、後述のような薄膜を静電気力により変形、移動させて光変調を行う型等あっても同様なヒステリシス特性となり、同様に極性の正負を偶数フレーム、奇数フレームに対応させて用いることができる。
【００３６】
本実施の形態では、図３に示すように、光変調素子１０がｎ行×ｍ列の２次元マトリクス状に配列される。即ち、マトリクスの各交点Ｔr(1,1)、Ｔr(1,2)、Ｔr(2,1)、Ｔr(2,2)には光変調素子１０がそれぞれ配置され、アレイ型光変調素子５０を構成する。
各光変調素子１０は、一画素の領域に対応させてある。尚、ここではマトリクスの一部である図３の２行２列のマトリクスに着目して説明することにする。
尚、このアレイ型光変調素子５０は、単純マトリクス駆動により動作する。
【００３７】
同じ行に配列された光変調素子１０の一方のそれぞれの電極は、共通に接続して走査電極７としてある。この走査電極には電位Ｖgが印加される。又、同じ行に配列された光変調素子１０のそれぞれの電極は、共通に接続して信号電極２としてある。この信号電極には電位Ｖbが印加される。従って、各光変調素子１０に印加される電極間電圧ＶgsはＶb−Ｖgとなる。
【００３８】
アレイ型光変調素子５０を駆動するには、走査信号に従って、行順次に走査電極７を走査し、これと同期させて、走査された電極７に対応するデータ信号を信号電極２に印加する。
【００３９】
ここで、走査電極７には、リセット信号、選択信号、非選択信号の三種類の信号（電圧）が与えられる。
リセット信号は、光変調素子１０の以前の状態や信号電極電圧に拘わらず、その行の光変調素子１０をＯＦＦ（光遮蔽）にする。この時の走査電極の電圧をＶg(r)とする。
【００４０】
選択信号は、その行にデータを書き込むための信号（書き込み動作用の信号）である。この信号と同時に、信号電極に印加された電圧に従い、光変調素子１０の状態がＯＮ（光透過）又はＯＦＦ（光遮蔽）に決定される。この時の走査電極の電圧をＶg(s)とする。
【００４１】
非選択信号は、選択がなされないときの信号である。この時、信号電極の電圧に拘わることなく光変調素子１０の状態は変わらず、前の状態が維持される。この時の走査電極の電圧をＶg(ns) とする。
【００４２】
一方、信号電極２には、ＯＮ信号、ＯＦＦ信号の二種類の信号（電圧）が与えられる。
ＯＮ信号は、選択された行の光変調素子１０に対し、光変調素子１０の状態をＯＮ（光透過）にする。この時の信号電極２の電圧をＶb(on) とする。
【００４３】
ＯＦＦ信号は、選択された行の光変調素子１０に対し、光変調素子１０の状態をＯＦＦ（光遮蔽）にする。但し、実際には、直前で光変調素子１０がリセットされることを想定しているので、光変調素子１０の状態をＯＦＦ（光遮蔽）にする場合は、前の状態（ＯＦＦ状態）を維持する信号でよい。この時の信号電極２の電圧をＶb(off)とする。
【００４４】
以上の走査電極電圧、信号電極電圧の組み合わせにより、光変調素子１０の電極間電圧Ｖgsは、以下の６種類の電圧に分けられる。また、電極間電圧Ｖgsと透過率のヒステリシス特性により、特定の条件が与えられることになる。
【００４５】
Ｖgs(r-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(r) ≦ Ｖs(L)
Ｖgs(r-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(r) ≦ Ｖs(L)
Ｖgs(s-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(s) ≧ Ｖs(H)
Ｖgs(s-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(s) ≦ Ｖth(L)
Ｖgs(ns-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(ns) ≦ Ｖth(L)
Ｖgs(ns-off)＝Ｖb(off)−Ｖg(ns) ≧ Ｖth(H)
【００４６】
以上の条件をまとめると、図４の奇数フレーム相当の図に示す通りになる。 例えば、走査電極電圧Ｖg がリセットＶg(r)で、信号電極電圧Ｖb がＯＮ即ちＶb(on) の場合にはＶs(H)より大きい値の信号電極電圧Ｖb （図中太実線６１）から、Ｖs(H)とＶth(L) との間の値の走査電極電圧Ｖg （図中太実線６３）が減算され、その値（図中太実線６５）がＶs(L)より小さくなる。即ち、
Ｖgs(r-on)≦Ｖs(L)
となる。その他同様にして、６種類の電圧が定まることになる。
また、基本周期（１フレーム）毎に変調要素の電極間電圧Ｖｇｓの交流化を行うために、図５には反転極性の偶数フレームの場合を示し、それぞれ図４、図５の表には奇数フレームの場合と偶数フレームの場合の２通りを示している。
偶数フレームについては、電極間印加電圧Ｖｇｓの極性を反転させるために、奇数フレームのＶｇとＶｂによる印加電圧Ｖoddは、偶数フレームのＶｇとＶｂによる印加電圧Ｖevenに対して、各々次式となるようにする。
Ｖeven＝Ｖmax−Ｖodd
ここで、Ｖmaxは印加電圧の最大値である。
【００４７】
次に、このような電極間電圧Ｖgsと透過率との関係を利用して、光変調素子１０を２次元に配置したマトリクスにデータを書き込む方法を説明する。
マトリクスとして図３に示した２行２列のマトリクスを用い、データの書き込みを行う。マトリクスの各光変調素子１０には、以下のＯＮ、ＯＦＦデータを書き込むものとする。
Ｔr(1,1) → ＯＮ Ｔr(1,2) → ＯＦＦ
Ｔr(2,1) → ＯＦＦ Ｔr(2,2) → ＯＮ
【００４８】
マトリクスには、図６に示すような波形の電圧を印加する。
例えば、奇数フレーム、偶数フレームの１行目Ｖg(1)には、
ｔ１：リセット電圧 ｔ２：選択電圧
ｔ３：非選択電圧 ｔ４：非選択電圧
を印加する。
１列目Ｖb(1)には、
ｔ１：don't care ｔ２：ＯＮ電圧
ｔ３：ＯＦＦ電圧 ｔ４：don't care
を印加する。
これにより、図７に示すように、各光変調素子１０に所望のデータが行順次で書き込まれる。
そして、光変調素子のリセット走査の後に、該素子の変位動作又は状態維持を選択する書き込み走査を行うことで、素子のヒステリシス特性により書き込み走査前の状態が次の動作に影響を及ぼすことが防止され、安定した書き込み走査を行うことができる。また、素子のヒステリシス特性により、単純マトリクス構成の二次元光変調アレイを矛盾なく、即ち、非選択走査ライン上の画素が書き込み走査時に設定されたＯＮ／ＯＦＦ状態を確実に維持されるように駆動することが可能となる。
【００４９】
例えば上述の１行１列目のマトリクスＴr(1,1)の場合では、
Ｖgs＝Ｖb(1)−Ｖg(1)であるから、奇数フレーム、偶数フレームで、
ｔ１：リセット電圧（ＯＦＦ） ｔ２：ＯＮ
ｔ３：状態維持 ｔ４：状態維持
となる。
【００５０】
従って、ｔ２におけるＯＮの状態が維持（メモリー）され、その結果、マトリクスＴr(1,1)は光変調素子１０が「ＯＮ」の状態となる。その他、同様にして、他のマトリクスＴr(1,2)は「ＯＦＦ」、Ｔr(2,1)は「ＯＦＦ」、Ｔr(2,2)は「ＯＮ」の状態となる。
【００５１】
以上の動作により、図６に示す奇数フレーム及び偶数フレームのＶｇ、Ｖｂ印加電圧により、変調要素の印加電圧Ｖｇｓは、図７に示すように、１フレーム（基本周期）毎に奇数フレームと偶数フレームは０Ｖを中心に交流化され、直流成分が無くなり、単純マトリクスの交流駆動が行われ、確実な動作を実現しつつアレイ型光変調素子の大型化、高精細化を図ることができる。
【００５２】
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態は、アクティブマトリクス構造に対し交流駆動を取り入れたものである。
まず、アレイ型光変調素子を半導体スイッチによりアクティブ駆動させる場合を説明する。
図８は本実施形態の光変調部の平面図で、図９は図８のＣ−Ｃ及びＤ−Ｄ断面図で、図１０は図８に示した画素部の等価回路図である。
【００５３】
図８〜図１０に示すように、アレイ型光変調素子７１は、画素毎に能動素子（例として、ＴＦＴ）７３を設けてある。ＴＦＴ７３は図９(a)及び図１０に示すようにゲート電極７５、絶縁膜７７、ａ−Ｓｉ：Ｈ層７９、ドレイン電極８１、ソース電極８３から構成される。また、このＴＦＴ７３は、基板８５上に形成される。
【００５４】
ＴＦＴ７３のソース電極８３には図９(b)及び図１０に示すように、画素電極８７が接続される。ドレイン電極８１には、列毎の画像信号ライン８９が接続される。ゲート電極７５には、行毎の走査信号ライン９１が接続される。
【００５５】
画素電極８７は、光変調部９３にある可撓薄膜９５の上部に積層される。可撓薄膜９５は、支柱９７に架橋される。また、画素電極８７と対向して、基板８５には共通電極９９が設けられ、電位Ｖｃｏｍが印加される。
【００５６】
このように構成されたアレイ型光変調素子７１の動作について説明する。
図１０は半導体トランジスタによる画素部の等価回路図であり、光変調部９３では、ゲート電極７５に接続された走査信号ライン９１にＴＦＴ７３を導通させる電圧Ｖg-onが印加される。そして、ドレイン電極８１に接続された画像信号ライン８９に所望の画像信号電圧Ｖb が印加されると、ドレイン電極８１とソース電極８３とが導通する。従って、画像信号電圧が、画素電極８７に印加されることになる。これにより、共通電極９９の電位Ｖcom と画素電極８７の電位との電圧Ｖgs＝（Ｖb −Ｖcom ）により静電気応力が働き、所望の光変調を行う。
この後に他の行の走査のため、ＴＦＴ７３が非導通となっても上述の光変調状態は維持され、複数の行のマトリクス変調が可能となる。
【００５７】
図１１に示すｎ行×ｍ列のアクティブマトリクスの構成例では、走査信号ライン９１に順次走査電圧を印加し、これに接続されているＴＦＴ７３を一斉にオン状態とする。同時に、画像信号ライン８９から画像信号電圧Ｖb を印加し、ＴＦＴ７３を通して各画素の静電容量に電荷を蓄積する。１行の走査が終了すると、ＴＦＴ７３はオフ状態となり、画素容量に蓄積された電荷はそのまま保持されることになる。
【００５８】
次に、本実施形態のアクティブマトリクス素子を機械的導電スイッチ型で構成した例を示す。
図１２は図１１で示した半導体スイッチを機械的導電スイッチで構成したアクティブマトリクス素子の平面図であり、図１３は図１２のＡ−Ａ断面図、図１４は図１２のＢ−Ｂ断面図である。
【００５９】
基板１１１上には、ストライプ状の複数の平行な走査信号共通電極１１３（第１走査電極）を形成してある。基板１１１上には、少なくともこの走査信号共通電極１１３を覆う絶縁層１１５を形成してある。また、基板１１１上には、走査信号共通電極１１３に直交するストライプ状の複数の平行なデータ信号電極１１６を形成してある。基板１１１上の走査信号共通電極１１３とデータ信号電極１１６とに包囲された四角形状の領域には、画素部共通電極１１７及び光機能素子１１９を順次積層してある。
【００６０】
走査信号共通電極１１３に沿ってストライプ状に形成された絶縁層１１５上には、複数の支持部１２１を絶縁層１１５の長手方向に沿って、等間隔で設けてある。支持部１２１の上端部には、ストライプ状の可撓薄膜１２３及び走査信号電極１２５（第２走査電極）を順次積層して架設してある。可撓薄膜１２３は、絶縁材料からなる。この可撓薄膜１２３と走査信号電極１２５とは、支持部１２１に架設されることで、間隙を挟んで、絶縁層１１５に被覆された走査信号共通電極１１３と対向している。走査信号電極１２５とデータ信号電極１１６とは、複数の交差部１２６（図１２参照）を有するマトリクス状に配設されている。
尚、支持部１２１は、上記のように個別に設けることなく、例えば中空薄膜の端部を固定する等の他の形成方法により構成してもよい。
【００６１】
光機能素子１１９の上面には、画素部共通電極１１７とで光機能素子１１９を挟む画素電極１２７を形成してある。絶縁層１１５上のデータ信号電極１１６の近傍には、この画素電極１２７の一部分１２７ａ（図１２を参照）を延設してある。データ信号電極１１６と、この画素電極１２７の一部分１２７ａとは、図１３に示すように同一高さで、且つ間隙を隔てて平行に配設してある。つまり、非導通状態に配設されている。
【００６２】
可撓薄膜１２３の下面には、金属等からなる導電膜１２９を形成してある。導電膜１２９は、アルミ、銅、銀、金等を用いることができる。導電膜１２９は、データ信号電極１１６及び画素電極１２７に空隙１３１を介して対向している。可撓薄膜１２３、データ信号電極１１６、画素電極１２７、導電膜１２９は、マトリクス駆動手段である機械的導電スイッチ１３３を構成している。機械的導電スイッチ１３３は、マトリクス状に配設されたデータ信号電極１１６と走査信号電極１２５との各交差部１２６に設けられている。
【００６３】
図１５は図１２に示すアクティブマトリクス素子の動作状態を示す説明図である。
このように構成されたアクティブマトリクス素子１３５では、図１５(a)に示すように、走査信号共通電極１１３に対して、走査信号電極１２５が同電位であると、可撓薄膜１２３は静電気力を受けず撓まない。従って、データ信号電極１１６と画素電極１２７ａとは、電気的に接触することなく非導通状態を保つ。
【００６４】
一方、図１５(b)に示すように、走査信号共通電極１１３に対して、走査信号電極１２５に電圧を印加すると、可撓薄膜１２３が静電気力によって基板１１１側に撓み、可撓薄膜１２３の下方に位置するデータ信号電極１１６及び画素電極１２７ａに導電膜１２９が電気的に接触する。これにより、データ信号電極１１６と画素電極１２７ａとの電位が等しくなる。
【００６５】
また、走査信号電極１２５の電圧をゼロにすると、可撓薄膜１２３は弾性力により元の位置に復帰して、データ信号電極１１６及び画素電極１２７ａから離れる。これにより、図１５(a)に示す状態となって、データ信号電極１１６と画素電極１２７とは、再び非導通状態となる。
【００６６】
図１６は図１２に示すアクティブマトリクス素子のマトリクス動作の説明図である。
図１６に示すマトリクスの場合では、可撓薄膜１２３を撓める電圧Ｖg-onを印加した走査信号電極１２５の画素電極１２７が、データ信号電極１１６と導通する。これにより、データ信号電極１１６と画素電極１２７との電位が等しくなる。また、その他の走査信号電極の画素電極は、それぞれ電気的に独立の電位で保持されることになる。
【００６７】
図１７は機械的スイッチによるアクティブマトリクス素子の等価回路図である。
図１７も第２実施形態を構成するｎ行×ｍ列のアクティブマトリクスに対する機械的スイッチによる構成例である。
この動作は図１６の場合と同様に、走査信号ＶｇのＯＮ／ＯＦＦに同期して、機械的スイッチを介して画素信号Ｖｂが電極間に印加され駆動される。
【００６８】
図１８は以上のアクティブマトリクスにおける可撓薄膜のスイッチ特性を示すヒステリシス線図である。
走査信号共通電極１１３に対する走査信号電極１２５の電圧をＶg とすると、可撓薄膜１２３によるスイッチ特性は、図１８に示すようなヒステリシス特性を有する。即ち、Ｖg がＶg-on以上になると導通（ＯＮ）し、Ｖg-off 以下になると非導通（ＯＦＦ）になる。
【００６９】
次に、上記アクティブマトリクス構成による交流駆動の動作を説明する。
図１９は半導体スイッチ、機械スイッチ等によるｎ行×ｍ列のアクティブマトリクス構成を示す図である。
図１９において、各画素電極の電位をＶｐ、共通電極の電位をＶcomとすると、光変調素子の印加電圧Ｖｇｓは、Ｖｇｓ＝Ｖｐ−Ｖcom、となる。
【００７０】
いま、図１９のような２行２列の各画素に対し、以下の２値のデータを書き込む場合のアクティブマトリクス構成の交流駆動に付いて説明する。
Ｔｒ（１、１）→ＯＮ Ｔｒ（１、２）→ＯＦＦ
Ｔｒ（２、１）→ＯＦＦ Ｔｒ（２、２）→ＯＮ
図２０は図１９に示すアクティブマトリクス構成の交流駆動の電圧Ｖｇ、Ｖｂを示す図である。
【００７１】
この場合の印加電圧は、図２０に示すように、奇数フレーム、偶数フレーム共に、
１行目Ｖｇ
ｔ１：走査ＯＮ （導通）
ｔ２：走査ＯＦＦ（非導通）
２行目Ｖｇ
ｔ１：走査ＯＦＦ（非導通）
ｔ２：走査ＯＮ （導通）
１列目Ｖｂ
ｔ１：Ｔｒ（１、１）へＯＮ （透過）電圧印加
ｔ２：Ｔｒ（２、１）へＯＦＦ（遮光）電圧印加
２列目Ｖｂ
ｔ１：Ｔｒ（１、２）へＯＦＦ（遮光）電圧印加
ｔ２：Ｔｒ（２、２）へＯＮ （透過）電圧印加
となる。
【００７２】
このように走査ゲート電極を行順次でＶｇ−ｏｎによりＯＮ（導通）にし、それと同期させてデータ信号電極からＯＮ（透過）又はＯＦＦ（遮光）の電位を供給する。その後、走査ゲート電極をＯＦＦ（非導通）にしても、画素電位の電位は保持される。
【００７３】
また、走査ゲート電極からの供給される電圧はＶｇ−ｏｎとＶｇ−ｏｆｆだけであるが、データ信号電極から供給される電圧（Ｖｐ又はＶｂ）は図２０に示すように、
奇数フレーム時、ＯＮ の場合はＶ１
ＯＦＦの場合はＶ２
偶数フレーム時、ＯＮ の場合はＶ３
ＯＦＦの場合はＶ４
とする。ただし、
Ｖ１＝Ｖｃｏｍ＋Ｖｓ（Ｈ）
Ｖ２＝Ｖｃｏｍ＋Ｖｓ（Ｌ）
Ｖ３＝Ｖｃｏｍ−Ｖｓ（Ｌ）
Ｖ４＝Ｖｃｏｍ−Ｖｓ（Ｈ）
である。
【００７４】
図２１は図２０に示すアクティブマトリクス構成の交流駆動により光変調素子に印加される電圧Ｖｇｓを示す図である。
先の図２０に示した電圧印加による各画素のＶｇｓは、図２１に示すように、例えば、Ｔｒ（１、１）の奇数フレームの場合のＶｇｓは、先のＶｇｓ＝Ｖｐ−Ｖcom、の式よりＶｐにＶ
１を代入すると、Ｖｓｇ＝Ｖｓ（Ｈ）、となる。
この結果、ｔ１：ＯＮ、ｔ２：状態維持で、画素Ｔｒ（１、１）の状態の結果は「ＯＮ」となる。
【００７５】
これら図２１の結果は、それぞれ、Ｔｒ（１、１）は「ＯＮ」、Ｔｒ（１、２）は「ＯＦＦ」、Ｔｒ（２、１）は「ＯＦＦ」、Ｔｒ（２、２）は「ＯＮ」となる。
これにより、図１９で意図した書き込み動作が予定通り実行されたことになる。
【００７６】
図２１に示すように、各光変調要素の印加電圧Ｖｇｓ＝Ｖｐ−Ｖcom、は奇数フレームと偶数フレームで交流化され直流成分はゼロになる。ここで、厳密には素子に寄生する静電容量等により、直流成分が発生する場合があるが、共通電極電位を調整すれば補正することが可能である。
【００７７】
尚、ここまではフレーム（基本周期）毎の極性反転による交流駆動の例について説明したが、これに限定されるものではなく、同等な効果の得られる他の同様な方式であっても良い。
【００７８】
また、前例では画素共通電極Ｖcomの電位を一定としたため、データ信号電極電圧に高い電位を必要としたが、共通電極電位を極性反転時に変化させて、Ｖｇｓを交流化することも可能である。これによれば、データ信号電極電圧を低く抑えることが可能になる。
【００７９】
さらに、奇数フレーム偶数フレームの極性反転時にＶｇｓの極性が非対称となった場合、２次元光変調素子を表示装置とする場合はフリッカを生じることがある。これに対しては、フリッカを軽減する目的で、行毎、又は列毎、或いは隣接画素毎に走査周期又はフレーム周期と同期をかけながら極性反転を行うことも可能である。何れにせよ、ＭＥＭ光変調素子に印加される駆動電圧を交流化することで、絶縁体のマイグレーションや空間電荷の発生が防止され、安定した駆動が得られる。
【００８０】
以上説明したように、上記各実施形態では、図１に示す導光拡散作用を利用した光変調素子を用いて説明したが、本発明による駆動方式はこれに限定されることなく、導光反射による光変調素子にも適用できる。これは、ダイヤフラム上に適度に傾斜したアルミ等の反射膜を設けて、これを可撓薄膜とした構成であり、電圧ＯＮ時に可撓薄膜へ導光された光を反射膜により導光板側に反射させて出射する光変調素子である。この他、以下に示す光変調素子に対しても良好に適用できる。
【００８１】
まず、可撓薄膜を電気機械動作させて光変調する動作原理として、ファブリペロー干渉を利用した例を説明する。ファブリペロー干渉では、二枚の平面が向かい合わせに平行に配置された状態において、入射光線は、反射と透過を繰り返して多数の光線に分割され、これらは互いに平行となる。透過光線は、無限遠において重なり合い干渉する。面の垂線入射光線とのなす角をｉとすれば、隣り合う光線間の光路差は、ｘ＝ｎｔ・ｃｏｓｉ、で与えられる。但し、ｎは二面間の屈折率、ｔは間隔である。光路差ｘが波長λの整数倍であれば透過線は互いに強め合い、半波長の奇数倍であれば互いに打ち消し合う。即ち、反射の際の位相変化がなければ、
２ｎｔ・ｃｏｓｉ＝ｍλ で透過光最大となり、
２ｎｔ・ｃｏｓｉ＝（２ｍ＋１）λ／２ で透過光最小となる。
但し、ｍは正整数である。
【００８２】
即ち、光路差ｘが所定の値となるように、可撓薄膜を移動させることにより、透明基板から出射される光を、光変調して可撓薄膜から出射させることが可能となる。
【００８３】
このようなファブリペロー干渉を利用した光変調素子を平面光源と組み合わせて平面ディスプレイとした具体的な構成を以下に説明する。
図２２は本発明の他の実施の形態に係る光変調素子及び平面光源の概略断面図である。光変調素子２２０は、紫外線に対して透明な基板２２１上に設けられた図示しない基板上電極及びダイヤフラム２２２上に設けられた図示しないダイヤフラム上電極への電圧印加によってダイヤフラム２２２を変位させ、多層膜干渉効果を生じさせることにより、平面光源２２３からの紫外線を光変調する。
【００８４】
平面光源２２３は、平板状の平面光源ユニット２２３ａ、及び、平面光源ユニット２２３ａの側方に設けられたブラックライト用紫外線ランプ（低圧水銀ランプ）２２３ｂからなる。平面光源２２３は、ブラックライト用低圧水銀ランプ２２３ｂからの紫外線を、平面光源ユニット２２３ａの側面から入射させて上面から出射させる。
低圧水銀ランプ２２３ｂの内壁にブラックライト用の蛍光物質（例えば、ＢａＳｉ2 Ｏ5 ：Ｐｂ2+) を塗布した場合、発光紫外線の分光特性としては、図２３に示すように、３６０ｎｍ付近に中心波長λ0を有する。この紫外線をバックライト光として使用する。
【００８５】
図示しない基板上電極は、基板２２１上に図２２の紙面垂直方向に所定の間隔をあけて一対設けられる。基板２２１上における各基板上電極の間には、誘電体多層膜ミラー２２５，２２６が設けられる。
【００８６】
ダイヤフラム２２２は、両端部が基板２２１上に形成された支持部２２４に懸架され、基板２２１と所定の間隔をあけて設けられる。ダイヤフラム２２２の下面には、誘電体多層膜ミラー２２５が、基板２１上の誘電体多層膜ミラー２２６と所定の間隙ｔをあけて対向して設けられる。
【００８７】
このように構成される光変調素子２２０において、各電極への印加電圧ＯＦＦのときの空隙２２７の間隔をｔoffとする（図２２の左側の状態）。また、電圧を印加したとき静電気力により空隙２２７の間隔が短くなるが、これをｔonとする（図２２の右側に示す状態）。ｔonは、各電極への電圧印加に伴ってダイヤフラム２２２に作用する静電気力と、ダイヤフラム２２２の変形に伴って生じる復元力をバランスさせることで適切に設定する。
【００８８】
より安定な制御を行うには、スペーサ（図示しない）を電極上に設け、スペーサによってダイヤフラム２２２の変位を物理的に規制することにより、ダイヤフラム２２２の変位量が一定となるように構成する。スペーサを絶縁体とした場合は、その比誘電率（１以上）により、各電極への印加電圧を低減する効果を生じる。また、スペーサが導電性の場合は更にこの効果は大きくなる。尚、スペーサは各電極と同一材料で形成しても良い。
【００８９】
ここで、ｔon、ｔoff を下記のように設定する。（ｍ＝１）
ｔon ＝１／２×λ0＝１８０ｎｍ （λ0：紫外線の中心波長）
ｔoff ＝３／４×λ0＝２７０ｎｍ
【００９０】
また、各誘電体多層膜ミラー２２５，２２６はそれぞれ、光強度反射率をＲ＝０．８５とする。また、空隙２２７は空気又は希ガスとし、その屈折率はｎ＝１とする。紫外線はコリメートされているので、光変調素子２２０に入射する入射角ｉ（誘電体多層膜ミラー面の垂線と入射光線のなす角）は略ゼロである。このときの光変調素子２２０の光強度透過率は図２４に示すようになる。
【００９１】
従って、各電極に電圧を印加しないときはｔoff ＝２７０ｎｍであり、光変調素子２２０は紫外線を殆ど透過させない。
一方、各電極に電圧を印加してｔon＝１８０ｎｍとすると、光変調素子２２０は紫外線を透過させる。
【００９２】
尚、干渉の条件を満たせば、空隙２２７の間隔ｔ、屈折率ｎ、各誘電体多層膜ミラー２２５，２２６の光強度反射率Ｒ等はいずれの組合せでも良い。
また電圧値により、間隙ｔを連続的に変化させると、透過スペクトルの中心波長を任意に変化させることが可能である。これにより、透過光量を連続的に制御することも可能である。つまり、各電極間の印加電圧の変更による階調制御が可能である。
【００９３】
また、上記光変調素子２２０の変形例として、ブラックライト用水銀ランプ２２３ｂに代えて、低圧水銀ランプによるバックライトを用いることもできる。
即ち、２５４ｎｍの線スペクトルを主成分とする低圧水銀ランプを光源とし、石英ガラス等からなる透明基板と組み合わせることにより、バックライトユニットを構成する。他の波長は、フィルター等によりカットする。このときの紫外線バックライトの分光特性は図２５に示すようになる。
また、この光変調素子においては有効画素エリアの構成材料（ダイヤフラム、誘電体多層膜ミラー、基板等）は、２５４ｎｍの紫外線を透過する材料とする。
【００９４】
ここで、ｔon、ｔoff を下記のように設定する。（ｍ＝１）。
ｔon ＝１／２×λ0＝１２７ｎｍ （λ0：紫外線の中心波長）
ｔoff ＝３／４×λ0＝１９１ｎｍ
【００９５】
その他の条件は、上述の例と同様に、Ｒ＝０．８５、ｎ＝１、ｉ＝０とする。このときの光変調素子の光強度透過率は図２６に示すようになる。
従って、各電極に電圧を印加しないときはｔoff ＝１９１ｎｍであって、光変調素子は紫外線を殆ど透過させず、電圧を印加したときはｔon＝１２７ｎｍになり、光変調素子は紫外線を透過させる。
【００９６】
特にこの変形例の場合、紫外線が線スペクトルなので、非常に高いエネルギー透過率を示し、高効率でコントラストの高い変調が可能となる。
また、この変形例においても、干渉の条件を満たせば、空隙２２７の間隔ｔ、屈折率ｎ、各誘電体多層膜ミラー２２５，２２６の光強度反射率Ｒ等はいずれの組合せでも良い。
【００９７】
さらに、各電極に印加する電圧値を変更することにより、間隙ｔを連続的に変化させると、透過スペクトルの中心波長を任意に変化させることが可能である。これにより透過光量を連続的に制御することも可能である。つまり、各電極への印加電圧の変更による階調制御が可能となる。
【００９８】
次に、光変調素子の他の変形例を図２７を用いて説明する。
図２７は本発明の他の実施の形態に係る変形型の光変調素子及び平面光源の概略断面図である。光変調素子２３０は、遮光板２３１及び透明電極２３２への電圧印加に伴う静電気応力によって遮光板２３１を変形させ、平面光源２３３からの紫外線の進路を変更することにより光変調を行う。平面光源２３３の構成は、図２２に示す平面光源２２３と同様である。
【００９９】
透明電極２３２は、紫外線を透過する基板２３４上に設けられており、紫外線を透過させる。基板２３４上の透明電極２３２以外の部位には、絶縁性の遮光膜２３５が設けられる。透明電極２３２及び遮光膜２３５の上面には、絶縁膜２３６が積層される。
【０１００】
遮光板２３１は、基板２３４上に立設された支柱２３７を介して、基板２３４の上方に基板２３４と所定の間隔をあけて片持ち梁構造として設けられる。遮光板２３１の形状は、対向する基板２３４上の透明電極２３２の形状に対応しており、透明電極２３２よりも若干大きくしてある。
【０１０１】
遮光板２３１は、導電性を有する可撓薄膜からなり、例えば紫外線を吸収、若しくは反射する材料からなる単一の導電性薄膜、又は複数の導電性薄膜で構成される。
具体的には、紫外線を反射するアルミ、クロム等の金属薄膜、紫外線を吸収するポリシリコン等の半導体による単体構成が挙げられる。また、シリコン酸化物、シリコン窒化物等の絶縁膜、ポリシリコン等の半導体薄膜に金属を蒸着した構成、又は誘電体多層膜等のフィルタを蒸着した複合構成とすることもできる。
【０１０２】
このように構成された光変調素子２３０は、次のように動作する。光変調素子２３０において、遮光板２３１及び透明電極２３２間に電圧を印加しない状態では、遮光板２３１は透明電極２３２と対向しており、透明電極２３２を透過した紫外線は遮光板２３１によって吸収又は反射される（図２７の左側の状態）。
【０１０３】
一方、遮光板２３１及び透明電極２３２間に電圧を印加すると、両者間に作用する静電気力により、遮光板２３１が捩じれながら透明電極２３２側に変形する（図２７の右側の状態）。これにより、平面光源２３３から透明電極２３２を透過した紫外線は、遮光板２３１に遮蔽されることなく、上方に出射される。
そして、再び遮光板２３１、及び透明電極２３２間への印加電圧をゼロにすると、遮光板２３１は、遮光板２３１自体及び支柱２３７の弾性によって初期位置に戻る。
【０１０４】
次に、光変調素子の他の変形例を図２８，２９を用いて説明する。
図２８は本発明の他の実施の形態に係る移動型の光変調素子の概略構成図であり、図２８(a)は平面図、図２８(b)は図２８(a)のＢ−Ｂ断面図である。
【０１０５】
光変調素子２４０は、対向電極２４１，２４２及び電極遮光板２４３への電圧印加に伴う静電気力によって、電極遮光板２４３を図２８で左右方向に変位させることにより、図示しない平面光源からの光を遮光させ、又は透過させる。
【０１０６】
この対向電極２４１，２４２は、紫外線を透過する基板２４４上で所定の間隔をあけて対向して対をなし、図２８(a)において、並列に計２対設けられる。また、基板２４４上における図２８右側の対向電極２４２間には、遮光膜２４５が設けられる。
【０１０７】
電極遮光板２４３は、対向電極２４１，２４２間で基板２４４から図２８(b)の上方に所定の間隔をあけた位置に、左右方向に変位可能に設けられる。即ち、電極遮光板２４３の左右両側は、折れ線バネ２４６等の可撓部材を介して支持部２４７に支持されている。電極遮光板２４３は、対向電極２４１，２４２への電圧印加に伴う静電気力によって、折れ線バネ２４６を弾性変形させつつ、図２８の左右方向に変位する。電極遮光板２４３の左右方向の寸法は、支持部２４７間の左右方向に沿う距離の略半分である。
【０１０８】
このように構成された光変調素子２４０は、次のように動作する。即ち、光変調素子２４０において、電極遮光板２４３に電圧ゼロを印加した状態で、図２８の左側の対向電極２４１のみに電圧を印加すると、電極遮光板２４３は、静電気力によって図２８の左側の対向電極２４１間に移動する（図２８に示す状態）。これにより、平面光源から出射され、遮光膜２４５で遮光されずに基板２４４を透過した光は、電極遮光板２４３によって遮光される。
【０１０９】
一方、電極遮光板２４３に＋Ｖの電圧を印加した状態で、図２９の左側の対向電極２４１のみに電圧を印加すると、電極遮光板２４３は、静電気力によって図２９の右側の対向電極２４２間に移動する（図２９に示す状態）。これにより、平面光源から出射され遮光膜２４５で遮光されずに基板２４４を透過した光は、電極遮光板２４３によっても遮光されることなく、図２９(b)の上方に出射される。
そして、再び印加電圧をゼロにすると、電極遮光板２４３は、折れ線バネ２４６の弾性力及び静電気力によって初期位置に戻る。
このように、各種光変調素子の構成が適用可能であり、又、これら以外でも同等の機能を有するものであれば他の如何なる構成のものであっても良い。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、静電気力による可撓部の変位動作と、可撓部の弾性復帰動作により光変調を行う電気機械的な光変調素子を２次元の単純マトリクス構造状に配列して走査電極信号に従い各画素を選択し、画素電極にデータ信号を与えて駆動するアレイ型光変調素子の駆動方法であって、
可撓部側の電極と固定側の電極とが絶縁体部材を介して当接する構造の光変調素子の電極に直流成分を含まない交流信号を印加して、単純マトリクス駆動に基づく交流駆動を行う際に、走査駆動信号の基本周期を奇数フレームと偶数フレームに分割し、前記奇数フレームと偶数フレームでは、前記走査電極および信号電極に印加される電圧を同じ極性として駆動信号の極性を反転するとともに、前記偶数フレームの走査電極および信号電極に印加される電圧Ｖ ｅｖｅｎ を、前記光変調素子のＯＮ状態、ＯＦＦ状態を維持するために最小限必要な印加電圧Ｖ ｍａｘ と奇数フレームの走査電極および信号電極に印加される電圧Ｖ ｏｄｄ との差に設定することで、単純マトリクス構成による光変調素子の直流駆動に付随する動作の不安定さを解消して、光変調素子の安定駆動と高精細な表示が可能な表示装置の駆動方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光変調素子の構成図である。
【図２】図１に示す光変調素子の印加電圧と光透過率の特性を示す図である。
【図３】図１に示す光変調素子を２次元配列したアレイ型光変調素子の平面図である。
【図４】図１に示す光変調素子の奇数フレームにおける電極間電圧と印加電圧との関係を示す説明図である。
【図５】図１に示す光変調素子の偶数フレームにおける電極間電圧と印加電圧との関係を示す説明図である。
【図６】図３に示す単純マトリクス構成の交流駆動の電圧Ｖｇ及びＶｂを示す図である。
【図７】図６に示す単純マトリクス構成の交流駆動により光変調素子に印加される電圧Ｖｇｓを示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る光変調部の平面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ及びＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】図８に示す画素部の等価回路図である。
【図１１】図８に示す画素部の半導体トランジスタによるアクティブマトリクスの等価回路図である。
【図１２】図１１に示す半導体スイッチを機械的導電スイッチで構成したアクティブマトリクス素子の平面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１２のＢ−Ｂ断面図である。
【図１５】図１２に示すアクティブマトリクス素子の動作状態の説明図である。
【図１６】図１２に示すアクティブマトリクス素子のマトリクス動作の説明図である。
【図１７】図１１に示す半導体スイッチを機械的スイッチにより構成したアクティブマトリクス素子の等価回路図である。
【図１８】図１２に示すアクティブマトリクスにおける可撓薄膜のスイッチ特性を示すヒステリシス線図である。
【図１９】半導体スイッチ、機械的スイッチ等によるｎ行、ｍ列のアクティブマトリクスの構成例を示す図である。
【図２０】図１９に示すアクティブマトリクス構成の交流駆動の電圧Ｖｇ、Ｖｂを示す図である。
【図２１】図２０に示すアクティブマトリクス構成の交流駆動により光変調素子に印加される電圧Ｖｇｓを示す図である。
【図２２】本発明の他の実施の形態に係る多層膜干渉効果を利用した光変調素子の動作説明図である。
【図２３】図２２に示す低圧水銀ランプによるバックライトの分光特性を示す図である。
【図２４】図２３に示す特性のバックライトを用いた場合の光変調素子の光強度透過率を示す図である。
【図２５】図２２に示すバックライトに紫外線バックライトを用いた場合の特性を示す図である。
【図２６】図２５に示す光変調素子の光強度透過率を示す図である。
【図２７】本発明の他の実施の形態に係る変形型光変調素子及び平面光源の概略構成図である。
【図２８】本発明の他の実施の形態に係る移動型光変調素子の遮光動作の説明図である。
【図２９】図２８に示す光変調素子の導光状態を説明する図である。
【図３０】従来の光変調素子のヒステリシス特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 導光板
２ 信号電極
３ 支柱
４ ダイヤフラム
５ キャビティ
６ 拡散層
７ 信号電極
８ 可撓薄膜
１０ 光変調素子
５０、７１ アレイ型光変調素子
１３３ 機械的導電スイッチ
１３５ アクティブマトリクス素子
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロマシニングにより作製され、電気機械動作により光の透過率を変化させるアレイ型光変調素子、及び該アレイ型光変調素子を用いた平面ディスプレイの駆動方法に関し、特に、アレイ型光変調素子及び平面ディスプレイの交流駆動に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロマシニングにより作製された可撓薄膜を、静電気力により機械的動作させることで光変調を行う電気機械的な光変調素子が知られている。この光変調素子としては、例えば、透明な電極とダイヤフラムからなる可撓薄膜を、支持部を介して導光板上の固定電極に架設したものがある。
この光変調素子では、両電極間に所定の電圧を印加することで電極間に静電気力を発生させ、可撓薄膜を固定電極に向かって撓ませる。これに伴って素子自体の光学的特性が変化して、光変調素子に光が透過する。一方、印加電圧をゼロにすることで可撓薄膜が弾性復帰し、光変調素子は光を遮光する。このようにして光変調が行なわれる。
【０００３】
ところで、可撓薄膜を静電気力によって変形させたり弾性復帰させる場合、印加電圧Ｖgsと可撓薄膜の変位の関係はヒステリシス特性を示す。従って、印加電圧Ｖgsと光透過率Ｔとの関係も図３０に示すようにヒステリシス特性を示すことになる。
このヒステリシス特性によれば、光変調要素がＯＦＦ（光遮蔽）状態の状態では、ＶgsがＶth(L)以下ではＯＦＦ状態を維持し、ＶgsがＶth(H)以上になるとＯＮ状態を維持する。そして、光変調要素は、ＶgsがＶth(H)以上ではＯＮ状態を維持したままとなり、Ｖs(L)以下となるとＯＦＦ状態に飽和する。尚、Ｖgsの極性が負の場合は、正極性の縦軸対称の特性となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例においては、以上のような特性を利用して変調要素を２次元に配置して、マトリクス駆動を行うことにより２次元の光変調素子を構成できるが、マトリクス駆動には単純マトリクスとアクティブマトリクス駆動があって、何れの駆動方法においても先述の変調要素の特性から、変調要素に印加する電圧は片方の極性で駆動可能であり、変調要素には直流電圧成分が印加される。
ところが、直流成分が加わる駆動では、可撓薄膜の内部を絶縁体で構成すると、電極−絶縁体−電極構造という構造において、絶縁体のマイグレーションによる絶縁不良、あるいは空間電荷の発生／トラップにより寄生の内部電界等が発生して動作が不安定になる可能性がある。液晶等では直流成分が加わる駆動の不安定さを避けるために交流駆動方式が行われているが、特に、絶縁体が高分子等で構成する場合に不安定な状態になる可能性が大きいという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、変調要素への印加電圧波形を交流駆動による駆動波形とすることによって、絶縁体のマイグレーションによる絶縁不良や空間電荷の発生を防止して、安定動作可能なアレイ型光変調素子及び平面ディスプレイの駆動方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載のアレイ型光変調素子の駆動方法は、静電気力による可撓部の変位動作と、該可撓部の弾性復帰動作により光変調を行う電気機械的な光変調素子を２次元の単純マトリクス構造状に配列して走査電極信号に従い各画素を選択し、画素電極にデータ信号を与えて駆動するアレイ型光変調素子の駆動方法において、前記光変調素子は、前記可撓部側の電極と固定側の電極とが絶縁体部材を介して当接するものであり、前記光変調素子の電極に直流成分を含まない交流信号を印加して、単純マトリクス駆動に基づく交流駆動を行うに際し、前記走査駆動信号の基本周期を奇数フレームと偶数フレームに分割し、前記奇数フレームと偶数フレームでは、前記走査電極および信号電極に印加される電圧を同じ極性として駆動信号の極性を反転するとともに、前記偶数フレームの走査電極および信号電極に印加される電圧Ｖ ｅｖｅｎ を、前記光変調素子のＯＮ状態、ＯＦＦ状態を維持するために最小限必要な印加電圧Ｖ ｍａｘ と奇数フレームの走査電極および信号電極に印加される電圧Ｖ ｏｄｄ との差に設定することを特徴とする。
【０００７】
このアレイ型光変調素子の駆動方法では、直流成分を含まない交流駆動とすることで、直流成分が加わる駆動に付随する絶縁体のマイグレーションによる絶縁不良、内部電界の発生による動作の不安定さを解消することができる。そして、単純マトリクス駆動で、ｎ行×ｍ列の単純マトリクス構成の光変調素子を交流駆動することができる。
また、奇数フレームの駆動信号を、例えば、正極性とし、偶数フレームの駆動信号を負極性とすれば、１フレーム周期のトータルで変調素子への印加電圧は交流駆動となり平衡性を保持することができる。
そして、１周期間の奇数フレームの駆動電圧に対して、偶数フレームの駆動電圧の極性を反転させて交流駆動を行うことができる。
【００１８】
請求項２記載の平面ディスプレイの駆動方法は、前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源と、アレイ型光変調素子を挟み前記平面光源の反対側に配設した蛍光体と、を備え、前記アレイ型光変調素子を請求項１記載の駆動方法により、前記アレイ型光変調素子から出射される光によって蛍光体を発光表示させることを特徴とする。
【００１９】
この平面ディスプレイの駆動方法では、電気機械的なアレイ型光変調素子を交流駆動として、アレイ型光変調素子を通過した光源光により蛍光体を発光表示させる構成としているので、平面ディスプレイを安定、高精細に駆動することが可能になる。
【００２０】
請求項３記載の平面ディスプレイの駆動方法は、前記平面光源が、前記蛍光体を励起させる紫外線出射光源であることを特徴とする。
【００２１】
この平面ディスプレイの駆動方法では、平面光源からの出射紫外線光を光変調素子で透過、遮光して蛍光体を発光励起させることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る光変調素子の構成図で、図２は図１に示す光変調素子の印加電圧と光透過率の特性を示す図で、図３は図１に示す光変調素子を２次元配列したアレイ型光変調素子の平面図である。
【００２３】
可撓薄膜を電気機械動作させて光変調させる動作原理としては、可撓薄膜と透明な信号電極とを離反又は接触させることによる導光拡散作用（以下、導光拡散と称する。）を利用することができる。導光拡散では、空隙を光の透過抵抗として、空隙が形成されている際には、信号電極からの出射光を遮断もしくは減衰させる一方、可撓薄膜を信号電極に接触させた時のみに、信号電極からの出射光を可撓薄膜へ導光（モード結合）させ、その光を可撓薄膜において拡散させることで、可撓薄膜からの出射光の強度を制御する（光変調する）。
【００２４】
図１に示すように、導光板１上には、紫外線に対して透明な一方の電極（信号電極）２を形成してある。この例としては、電子密度の高いＩＴＯ等の金属酸化物、非常に薄い金属薄膜（アルミ等）、金属微粒子を透明絶縁体に分散した薄膜、又は高濃度ドープしたワイドハンドギャップ半導体等が好適である。
【００２５】
電極２の上には、絶縁性の支持部３を形成してある。支持部３には、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、樹脂等を用いることができる。支持部３の上端面には、ダイヤフラム４を形成してある。電極２とダイヤフラム４との間には、空隙（キャビティ）５が形成されている。このダイヤフラム４には、ポリシリコン等の半導体、絶縁性のシリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、樹脂等を用いることができる。また、ダイヤフラム４の屈折率は、導光板１の屈折率と同等かそれ以上が好ましい。
【００２６】
ダイヤフラム４の上には、光拡散層６、例えば、無機、有機透明材料の表面に凹凸を形成したもの、マイクロプリズム、マイクロレンズを形成したものや、無機、有機多孔質材料、又は屈折率の異なる微粒子を透明基材に分散したもの等を形成してある。
【００２７】
光拡散層６の上には、紫外線に対して透明な他方の電極（走査電極）７を形成してある。例として電極２と同様の材料のものを用いることができる。これらダイヤフラム４、光拡散層６、電極７は、可撓部としての可撓薄膜８を構成している。
【００２８】
導光板１とダイヤフラム４との間には空隙５が存在するが、この空隙５は支持部３の高さで略決定される。空隙５の高さは、例えば、０．１μｍから１０μｍ程度が好ましい。この空隙５は、通常、犠牲層のエッチングにより形成される。
【００２９】
また、上述の構成例の他に、ダイヤフラム４と光拡散層６とを同一の材料で構成しても良い。例えば、窒化シリコン膜でダイヤフラム４を構成し、上面側の表面に凹凸を形成することによって、拡散機能を持たせることができる。
【００３０】
次に、このように構成した光変調素子１０の動作原理を説明する。
電圧ＯＦＦ時、両電極２、７の電圧がゼロで、ダイヤフラム４と導光板１との間に空隙５（例：空気）が存在する場合、導光板１の屈折率をｎｗとすると、空気との界面における全反射臨界角θｃは
θｃ＝ｓｉｎ-1（ｎｗ）
となる。従って、紫外線は、界面への入射角θが、θ＞θｃのとき、図１(a)に示すように、導光板１内を全反射しながら進む。
【００３１】
電圧ＯＮ時、両電極２、７に電圧を印加し、ダイヤフラム4と導光板１表面とを接触又は十分な距離に近づけた場合、図１(b)に示すように、紫外線は、ダイヤフラム４側に伝搬透過し、更に、光拡散層６により拡散されて表面側に出射する。
【００３２】
この実施形態による光変調素子１０によれば、電圧印加によるダイヤフラム４の位置制御により、光変調を行うことができる。
尚、導光板１とダイヤフラム４の間には紫外線に対して透明な電極２が存在するが、通常使用される薄膜の厚さ（２０００Å）程度であれば、上述の動作上問題の生ずることはない。
【００３３】
また、可撓薄膜８を静電気応力により変形／弾性復帰させる場合、印加電圧Ｖｇｓと可撓薄膜の変位の関係はヒステリシス特性を示す。従って、印加電圧Ｖｇｓと光透過率Ｔの関係も図２に示すようなヒステリシス特性を示す。
【００３４】
ヒステリシス特性は、変調要素（光変調素子）がＯＦＦ（光遮蔽）状態では、Ｖｇｓが０Ｖ〜Ｖｔｈ（Ｌ）ではＯＦＦ状態を維持する。ＶｇｓがＶｓ（Ｈ）以上になるとＯＮ状態に飽和する。その後、ＶｇｓがＶｔｈ（Ｈ）以上ではＯＮ状態を維持する。さらに、Ｖｇｓが０Ｖ〜Ｖｓ（Ｌ）となるとＯＦＦ状態に飽和する。
尚、このヒステリシス特性はＶｇｓの極性に対して縦軸対称の特性となる。本実施形態では、Ｖｇｓの極性が負の場合には図２の左側のヒステリシスループとなり、正の場合には右側のヒステリシスループとなるため、左側のヒステリシスループを偶数フレーム用のヒステリシス特性、右側のヒステリシスループを奇数フレーム用のヒステリシス特性として用いている。また、この逆であっても良い。
【００３５】
以上、詳述した導光板による光変調部以外にも、後述のような薄膜を静電気力により変形、移動させて光変調を行う型等あっても同様なヒステリシス特性となり、同様に極性の正負を偶数フレーム、奇数フレームに対応させて用いることができる。
【００３６】
本実施の形態では、図３に示すように、光変調素子１０がｎ行×ｍ列の２次元マトリクス状に配列される。即ち、マトリクスの各交点Ｔr(1,1)、Ｔr(1,2)、Ｔr(2,1)、Ｔr(2,2)には光変調素子１０がそれぞれ配置され、アレイ型光変調素子５０を構成する。
各光変調素子１０は、一画素の領域に対応させてある。尚、ここではマトリクスの一部である図３の２行２列のマトリクスに着目して説明することにする。
尚、このアレイ型光変調素子５０は、単純マトリクス駆動により動作する。
【００３７】
同じ行に配列された光変調素子１０の一方のそれぞれの電極は、共通に接続して走査電極７としてある。この走査電極には電位Ｖgが印加される。又、同じ行に配列された光変調素子１０のそれぞれの電極は、共通に接続して信号電極２としてある。この信号電極には電位Ｖbが印加される。従って、各光変調素子１０に印加される電極間電圧ＶgsはＶb−Ｖgとなる。
【００３８】
アレイ型光変調素子５０を駆動するには、走査信号に従って、行順次に走査電極７を走査し、これと同期させて、走査された電極７に対応するデータ信号を信号電極２に印加する。
【００３９】
ここで、走査電極７には、リセット信号、選択信号、非選択信号の三種類の信号（電圧）が与えられる。
リセット信号は、光変調素子１０の以前の状態や信号電極電圧に拘わらず、その行の光変調素子１０をＯＦＦ（光遮蔽）にする。この時の走査電極の電圧をＶg(r)とする。
【００４０】
選択信号は、その行にデータを書き込むための信号（書き込み動作用の信号）である。この信号と同時に、信号電極に印加された電圧に従い、光変調素子１０の状態がＯＮ（光透過）又はＯＦＦ（光遮蔽）に決定される。この時の走査電極の電圧をＶg(s)とする。
【００４１】
非選択信号は、選択がなされないときの信号である。この時、信号電極の電圧に拘わることなく光変調素子１０の状態は変わらず、前の状態が維持される。この時の走査電極の電圧をＶg(ns) とする。
【００４２】
一方、信号電極２には、ＯＮ信号、ＯＦＦ信号の二種類の信号（電圧）が与えられる。
ＯＮ信号は、選択された行の光変調素子１０に対し、光変調素子１０の状態をＯＮ（光透過）にする。この時の信号電極２の電圧をＶb(on) とする。
【００４３】
ＯＦＦ信号は、選択された行の光変調素子１０に対し、光変調素子１０の状態をＯＦＦ（光遮蔽）にする。但し、実際には、直前で光変調素子１０がリセットされることを想定しているので、光変調素子１０の状態をＯＦＦ（光遮蔽）にする場合は、前の状態（ＯＦＦ状態）を維持する信号でよい。この時の信号電極２の電圧をＶb(off)とする。
【００４４】
以上の走査電極電圧、信号電極電圧の組み合わせにより、光変調素子１０の電極間電圧Ｖgsは、以下の６種類の電圧に分けられる。また、電極間電圧Ｖgsと透過率のヒステリシス特性により、特定の条件が与えられることになる。
【００４５】
Ｖgs(r-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(r) ≦ Ｖs(L)
Ｖgs(r-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(r) ≦ Ｖs(L)
Ｖgs(s-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(s) ≧ Ｖs(H)
Ｖgs(s-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(s) ≦ Ｖth(L)
Ｖgs(ns-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(ns) ≦ Ｖth(L)
Ｖgs(ns-off)＝Ｖb(off)−Ｖg(ns) ≧ Ｖth(H)
【００４６】
以上の条件をまとめると、図４の奇数フレーム相当の図に示す通りになる。 例えば、走査電極電圧Ｖg がリセットＶg(r)で、信号電極電圧Ｖb がＯＮ即ちＶb(on) の場合にはＶs(H)より大きい値の信号電極電圧Ｖb （図中太実線６１）から、Ｖs(H)とＶth(L) との間の値の走査電極電圧Ｖg （図中太実線６３）が減算され、その値（図中太実線６５）がＶs(L)より小さくなる。即ち、
Ｖgs(r-on)≦Ｖs(L)
となる。その他同様にして、６種類の電圧が定まることになる。
また、基本周期（１フレーム）毎に変調要素の電極間電圧Ｖｇｓの交流化を行うために、図５には反転極性の偶数フレームの場合を示し、それぞれ図４、図５の表には奇数フレームの場合と偶数フレームの場合の２通りを示している。
偶数フレームについては、電極間印加電圧Ｖｇｓの極性を反転させるために、奇数フレームのＶｇとＶｂによる印加電圧Ｖoddは、偶数フレームのＶｇとＶｂによる印加電圧Ｖevenに対して、各々次式となるようにする。
Ｖeven＝Ｖmax−Ｖodd
ここで、Ｖmaxは印加電圧の最大値である。
【００４７】
次に、このような電極間電圧Ｖgsと透過率との関係を利用して、光変調素子１０を２次元に配置したマトリクスにデータを書き込む方法を説明する。
マトリクスとして図３に示した２行２列のマトリクスを用い、データの書き込みを行う。マトリクスの各光変調素子１０には、以下のＯＮ、ＯＦＦデータを書き込むものとする。
Ｔr(1,1) → ＯＮ Ｔr(1,2) → ＯＦＦ
Ｔr(2,1) → ＯＦＦ Ｔr(2,2) → ＯＮ
【００４８】
マトリクスには、図６に示すような波形の電圧を印加する。
例えば、奇数フレーム、偶数フレームの１行目Ｖg(1)には、
ｔ１：リセット電圧 ｔ２：選択電圧
ｔ３：非選択電圧 ｔ４：非選択電圧
を印加する。
１列目Ｖb(1)には、
ｔ１：don't care ｔ２：ＯＮ電圧
ｔ３：ＯＦＦ電圧 ｔ４：don't care
を印加する。
これにより、図７に示すように、各光変調素子１０に所望のデータが行順次で書き込まれる。
そして、光変調素子のリセット走査の後に、該素子の変位動作又は状態維持を選択する書き込み走査を行うことで、素子のヒステリシス特性により書き込み走査前の状態が次の動作に影響を及ぼすことが防止され、安定した書き込み走査を行うことができる。また、素子のヒステリシス特性により、単純マトリクス構成の二次元光変調アレイを矛盾なく、即ち、非選択走査ライン上の画素が書き込み走査時に設定されたＯＮ／ＯＦＦ状態を確実に維持されるように駆動することが可能となる。
【００４９】
例えば上述の１行１列目のマトリクスＴr(1,1)の場合では、
Ｖgs＝Ｖb(1)−Ｖg(1)であるから、奇数フレーム、偶数フレームで、
ｔ１：リセット電圧（ＯＦＦ） ｔ２：ＯＮ
ｔ３：状態維持 ｔ４：状態維持
となる。
【００５０】
従って、ｔ２におけるＯＮの状態が維持（メモリー）され、その結果、マトリクスＴr(1,1)は光変調素子１０が「ＯＮ」の状態となる。その他、同様にして、他のマトリクスＴr(1,2)は「ＯＦＦ」、Ｔr(2,1)は「ＯＦＦ」、Ｔr(2,2)は「ＯＮ」の状態となる。
【００５１】
以上の動作により、図６に示す奇数フレーム及び偶数フレームのＶｇ、Ｖｂ印加電圧により、変調要素の印加電圧Ｖｇｓは、図７に示すように、１フレーム（基本周期）毎に奇数フレームと偶数フレームは０Ｖを中心に交流化され、直流成分が無くなり、単純マトリクスの交流駆動が行われ、確実な動作を実現しつつアレイ型光変調素子の大型化、高精細化を図ることができる。
【００５２】
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態は、アクティブマトリクス構造に対し交流駆動を取り入れたものである。
まず、アレイ型光変調素子を半導体スイッチによりアクティブ駆動させる場合を説明する。
図８は本実施形態の光変調部の平面図で、図９は図８のＣ−Ｃ及びＤ−Ｄ断面図で、図１０は図８に示した画素部の等価回路図である。
【００５３】
図８〜図１０に示すように、アレイ型光変調素子７１は、画素毎に能動素子（例として、ＴＦＴ）７３を設けてある。ＴＦＴ７３は図９(a)及び図１０に示すようにゲート電極７５、絶縁膜７７、ａ−Ｓｉ：Ｈ層７９、ドレイン電極８１、ソース電極８３から構成される。また、このＴＦＴ７３は、基板８５上に形成される。
【００５４】
ＴＦＴ７３のソース電極８３には図９(b)及び図１０に示すように、画素電極８７が接続される。ドレイン電極８１には、列毎の画像信号ライン８９が接続される。ゲート電極７５には、行毎の走査信号ライン９１が接続される。
【００５５】
画素電極８７は、光変調部９３にある可撓薄膜９５の上部に積層される。可撓薄膜９５は、支柱９７に架橋される。また、画素電極８７と対向して、基板８５には共通電極９９が設けられ、電位Ｖｃｏｍが印加される。
【００５６】
このように構成されたアレイ型光変調素子７１の動作について説明する。
図１０は半導体トランジスタによる画素部の等価回路図であり、光変調部９３では、ゲート電極７５に接続された走査信号ライン９１にＴＦＴ７３を導通させる電圧Ｖg-onが印加される。そして、ドレイン電極８１に接続された画像信号ライン８９に所望の画像信号電圧Ｖb が印加されると、ドレイン電極８１とソース電極８３とが導通する。従って、画像信号電圧が、画素電極８７に印加されることになる。これにより、共通電極９９の電位Ｖcom と画素電極８７の電位との電圧Ｖgs＝（Ｖb −Ｖcom ）により静電気応力が働き、所望の光変調を行う。
この後に他の行の走査のため、ＴＦＴ７３が非導通となっても上述の光変調状態は維持され、複数の行のマトリクス変調が可能となる。
【００５７】
図１１に示すｎ行×ｍ列のアクティブマトリクスの構成例では、走査信号ライン９１に順次走査電圧を印加し、これに接続されているＴＦＴ７３を一斉にオン状態とする。同時に、画像信号ライン８９から画像信号電圧Ｖb を印加し、ＴＦＴ７３を通して各画素の静電容量に電荷を蓄積する。１行の走査が終了すると、ＴＦＴ７３はオフ状態となり、画素容量に蓄積された電荷はそのまま保持されることになる。
【００５８】
次に、本実施形態のアクティブマトリクス素子を機械的導電スイッチ型で構成した例を示す。
図１２は図１１で示した半導体スイッチを機械的導電スイッチで構成したアクティブマトリクス素子の平面図であり、図１３は図１２のＡ−Ａ断面図、図１４は図１２のＢ−Ｂ断面図である。
【００５９】
基板１１１上には、ストライプ状の複数の平行な走査信号共通電極１１３（第１走査電極）を形成してある。基板１１１上には、少なくともこの走査信号共通電極１１３を覆う絶縁層１１５を形成してある。また、基板１１１上には、走査信号共通電極１１３に直交するストライプ状の複数の平行なデータ信号電極１１６を形成してある。基板１１１上の走査信号共通電極１１３とデータ信号電極１１６とに包囲された四角形状の領域には、画素部共通電極１１７及び光機能素子１１９を順次積層してある。
【００６０】
走査信号共通電極１１３に沿ってストライプ状に形成された絶縁層１１５上には、複数の支持部１２１を絶縁層１１５の長手方向に沿って、等間隔で設けてある。支持部１２１の上端部には、ストライプ状の可撓薄膜１２３及び走査信号電極１２５（第２走査電極）を順次積層して架設してある。可撓薄膜１２３は、絶縁材料からなる。この可撓薄膜１２３と走査信号電極１２５とは、支持部１２１に架設されることで、間隙を挟んで、絶縁層１１５に被覆された走査信号共通電極１１３と対向している。走査信号電極１２５とデータ信号電極１１６とは、複数の交差部１２６（図１２参照）を有するマトリクス状に配設されている。
尚、支持部１２１は、上記のように個別に設けることなく、例えば中空薄膜の端部を固定する等の他の形成方法により構成してもよい。
【００６１】
光機能素子１１９の上面には、画素部共通電極１１７とで光機能素子１１９を挟む画素電極１２７を形成してある。絶縁層１１５上のデータ信号電極１１６の近傍には、この画素電極１２７の一部分１２７ａ（図１２を参照）を延設してある。データ信号電極１１６と、この画素電極１２７の一部分１２７ａとは、図１３に示すように同一高さで、且つ間隙を隔てて平行に配設してある。つまり、非導通状態に配設されている。
【００６２】
可撓薄膜１２３の下面には、金属等からなる導電膜１２９を形成してある。導電膜１２９は、アルミ、銅、銀、金等を用いることができる。導電膜１２９は、データ信号電極１１６及び画素電極１２７に空隙１３１を介して対向している。可撓薄膜１２３、データ信号電極１１６、画素電極１２７、導電膜１２９は、マトリクス駆動手段である機械的導電スイッチ１３３を構成している。機械的導電スイッチ１３３は、マトリクス状に配設されたデータ信号電極１１６と走査信号電極１２５との各交差部１２６に設けられている。
【００６３】
図１５は図１２に示すアクティブマトリクス素子の動作状態を示す説明図である。
このように構成されたアクティブマトリクス素子１３５では、図１５(a)に示すように、走査信号共通電極１１３に対して、走査信号電極１２５が同電位であると、可撓薄膜１２３は静電気力を受けず撓まない。従って、データ信号電極１１６と画素電極１２７ａとは、電気的に接触することなく非導通状態を保つ。
【００６４】
一方、図１５(b)に示すように、走査信号共通電極１１３に対して、走査信号電極１２５に電圧を印加すると、可撓薄膜１２３が静電気力によって基板１１１側に撓み、可撓薄膜１２３の下方に位置するデータ信号電極１１６及び画素電極１２７ａに導電膜１２９が電気的に接触する。これにより、データ信号電極１１６と画素電極１２７ａとの電位が等しくなる。
【００６５】
また、走査信号電極１２５の電圧をゼロにすると、可撓薄膜１２３は弾性力により元の位置に復帰して、データ信号電極１１６及び画素電極１２７ａから離れる。これにより、図１５(a)に示す状態となって、データ信号電極１１６と画素電極１２７とは、再び非導通状態となる。
【００６６】
図１６は図１２に示すアクティブマトリクス素子のマトリクス動作の説明図である。
図１６に示すマトリクスの場合では、可撓薄膜１２３を撓める電圧Ｖg-onを印加した走査信号電極１２５の画素電極１２７が、データ信号電極１１６と導通する。これにより、データ信号電極１１６と画素電極１２７との電位が等しくなる。また、その他の走査信号電極の画素電極は、それぞれ電気的に独立の電位で保持されることになる。
【００６７】
図１７は機械的スイッチによるアクティブマトリクス素子の等価回路図である。
図１７も第２実施形態を構成するｎ行×ｍ列のアクティブマトリクスに対する機械的スイッチによる構成例である。
この動作は図１６の場合と同様に、走査信号ＶｇのＯＮ／ＯＦＦに同期して、機械的スイッチを介して画素信号Ｖｂが電極間に印加され駆動される。
【００６８】
図１８は以上のアクティブマトリクスにおける可撓薄膜のスイッチ特性を示すヒステリシス線図である。
走査信号共通電極１１３に対する走査信号電極１２５の電圧をＶg とすると、可撓薄膜１２３によるスイッチ特性は、図１８に示すようなヒステリシス特性を有する。即ち、Ｖg がＶg-on以上になると導通（ＯＮ）し、Ｖg-off 以下になると非導通（ＯＦＦ）になる。
【００６９】
次に、上記アクティブマトリクス構成による交流駆動の動作を説明する。
図１９は半導体スイッチ、機械スイッチ等によるｎ行×ｍ列のアクティブマトリクス構成を示す図である。
図１９において、各画素電極の電位をＶｐ、共通電極の電位をＶcomとすると、光変調素子の印加電圧Ｖｇｓは、Ｖｇｓ＝Ｖｐ−Ｖcom、となる。
【００７０】
いま、図１９のような２行２列の各画素に対し、以下の２値のデータを書き込む場合のアクティブマトリクス構成の交流駆動に付いて説明する。
Ｔｒ（１、１）→ＯＮ Ｔｒ（１、２）→ＯＦＦ
Ｔｒ（２、１）→ＯＦＦ Ｔｒ（２、２）→ＯＮ
図２０は図１９に示すアクティブマトリクス構成の交流駆動の電圧Ｖｇ、Ｖｂを示す図である。
【００７１】
この場合の印加電圧は、図２０に示すように、奇数フレーム、偶数フレーム共に、
１行目Ｖｇ
ｔ１：走査ＯＮ （導通）
ｔ２：走査ＯＦＦ（非導通）
２行目Ｖｇ
ｔ１：走査ＯＦＦ（非導通）
ｔ２：走査ＯＮ （導通）
１列目Ｖｂ
ｔ１：Ｔｒ（１、１）へＯＮ （透過）電圧印加
ｔ２：Ｔｒ（２、１）へＯＦＦ（遮光）電圧印加
２列目Ｖｂ
ｔ１：Ｔｒ（１、２）へＯＦＦ（遮光）電圧印加
ｔ２：Ｔｒ（２、２）へＯＮ （透過）電圧印加
となる。
【００７２】
このように走査ゲート電極を行順次でＶｇ−ｏｎによりＯＮ（導通）にし、それと同期させてデータ信号電極からＯＮ（透過）又はＯＦＦ（遮光）の電位を供給する。その後、走査ゲート電極をＯＦＦ（非導通）にしても、画素電位の電位は保持される。
【００７３】
また、走査ゲート電極からの供給される電圧はＶｇ−ｏｎとＶｇ−ｏｆｆだけであるが、データ信号電極から供給される電圧（Ｖｐ又はＶｂ）は図２０に示すように、
奇数フレーム時、ＯＮ の場合はＶ１
ＯＦＦの場合はＶ２
偶数フレーム時、ＯＮ の場合はＶ３
ＯＦＦの場合はＶ４
とする。ただし、
Ｖ１＝Ｖｃｏｍ＋Ｖｓ（Ｈ）
Ｖ２＝Ｖｃｏｍ＋Ｖｓ（Ｌ）
Ｖ３＝Ｖｃｏｍ−Ｖｓ（Ｌ）
Ｖ４＝Ｖｃｏｍ−Ｖｓ（Ｈ）
である。
【００７４】
図２１は図２０に示すアクティブマトリクス構成の交流駆動により光変調素子に印加される電圧Ｖｇｓを示す図である。
先の図２０に示した電圧印加による各画素のＶｇｓは、図２１に示すように、例えば、Ｔｒ（１、１）の奇数フレームの場合のＶｇｓは、先のＶｇｓ＝Ｖｐ−Ｖcom、の式よりＶｐにＶ
１を代入すると、Ｖｓｇ＝Ｖｓ（Ｈ）、となる。
この結果、ｔ１：ＯＮ、ｔ２：状態維持で、画素Ｔｒ（１、１）の状態の結果は「ＯＮ」となる。
【００７５】
これら図２１の結果は、それぞれ、Ｔｒ（１、１）は「ＯＮ」、Ｔｒ（１、２）は「ＯＦＦ」、Ｔｒ（２、１）は「ＯＦＦ」、Ｔｒ（２、２）は「ＯＮ」となる。
これにより、図１９で意図した書き込み動作が予定通り実行されたことになる。
【００７６】
図２１に示すように、各光変調要素の印加電圧Ｖｇｓ＝Ｖｐ−Ｖcom、は奇数フレームと偶数フレームで交流化され直流成分はゼロになる。ここで、厳密には素子に寄生する静電容量等により、直流成分が発生する場合があるが、共通電極電位を調整すれば補正することが可能である。
【００７７】
尚、ここまではフレーム（基本周期）毎の極性反転による交流駆動の例について説明したが、これに限定されるものではなく、同等な効果の得られる他の同様な方式であっても良い。
【００７８】
また、前例では画素共通電極Ｖcomの電位を一定としたため、データ信号電極電圧に高い電位を必要としたが、共通電極電位を極性反転時に変化させて、Ｖｇｓを交流化することも可能である。これによれば、データ信号電極電圧を低く抑えることが可能になる。
【００７９】
さらに、奇数フレーム偶数フレームの極性反転時にＶｇｓの極性が非対称となった場合、２次元光変調素子を表示装置とする場合はフリッカを生じることがある。これに対しては、フリッカを軽減する目的で、行毎、又は列毎、或いは隣接画素毎に走査周期又はフレーム周期と同期をかけながら極性反転を行うことも可能である。何れにせよ、ＭＥＭ光変調素子に印加される駆動電圧を交流化することで、絶縁体のマイグレーションや空間電荷の発生が防止され、安定した駆動が得られる。
【００８０】
以上説明したように、上記各実施形態では、図１に示す導光拡散作用を利用した光変調素子を用いて説明したが、本発明による駆動方式はこれに限定されることなく、導光反射による光変調素子にも適用できる。これは、ダイヤフラム上に適度に傾斜したアルミ等の反射膜を設けて、これを可撓薄膜とした構成であり、電圧ＯＮ時に可撓薄膜へ導光された光を反射膜により導光板側に反射させて出射する光変調素子である。この他、以下に示す光変調素子に対しても良好に適用できる。
【００８１】
まず、可撓薄膜を電気機械動作させて光変調する動作原理として、ファブリペロー干渉を利用した例を説明する。ファブリペロー干渉では、二枚の平面が向かい合わせに平行に配置された状態において、入射光線は、反射と透過を繰り返して多数の光線に分割され、これらは互いに平行となる。透過光線は、無限遠において重なり合い干渉する。面の垂線入射光線とのなす角をｉとすれば、隣り合う光線間の光路差は、ｘ＝ｎｔ・ｃｏｓｉ、で与えられる。但し、ｎは二面間の屈折率、ｔは間隔である。光路差ｘが波長λの整数倍であれば透過線は互いに強め合い、半波長の奇数倍であれば互いに打ち消し合う。即ち、反射の際の位相変化がなければ、
２ｎｔ・ｃｏｓｉ＝ｍλ で透過光最大となり、
２ｎｔ・ｃｏｓｉ＝（２ｍ＋１）λ／２ で透過光最小となる。
但し、ｍは正整数である。
【００８２】
即ち、光路差ｘが所定の値となるように、可撓薄膜を移動させることにより、透明基板から出射される光を、光変調して可撓薄膜から出射させることが可能となる。
【００８３】
このようなファブリペロー干渉を利用した光変調素子を平面光源と組み合わせて平面ディスプレイとした具体的な構成を以下に説明する。
図２２は本発明の他の実施の形態に係る光変調素子及び平面光源の概略断面図である。光変調素子２２０は、紫外線に対して透明な基板２２１上に設けられた図示しない基板上電極及びダイヤフラム２２２上に設けられた図示しないダイヤフラム上電極への電圧印加によってダイヤフラム２２２を変位させ、多層膜干渉効果を生じさせることにより、平面光源２２３からの紫外線を光変調する。
【００８４】
平面光源２２３は、平板状の平面光源ユニット２２３ａ、及び、平面光源ユニット２２３ａの側方に設けられたブラックライト用紫外線ランプ（低圧水銀ランプ）２２３ｂからなる。平面光源２２３は、ブラックライト用低圧水銀ランプ２２３ｂからの紫外線を、平面光源ユニット２２３ａの側面から入射させて上面から出射させる。
低圧水銀ランプ２２３ｂの内壁にブラックライト用の蛍光物質（例えば、ＢａＳｉ2 Ｏ5 ：Ｐｂ2+) を塗布した場合、発光紫外線の分光特性としては、図２３に示すように、３６０ｎｍ付近に中心波長λ0を有する。この紫外線をバックライト光として使用する。
【００８５】
図示しない基板上電極は、基板２２１上に図２２の紙面垂直方向に所定の間隔をあけて一対設けられる。基板２２１上における各基板上電極の間には、誘電体多層膜ミラー２２５，２２６が設けられる。
【００８６】
ダイヤフラム２２２は、両端部が基板２２１上に形成された支持部２２４に懸架され、基板２２１と所定の間隔をあけて設けられる。ダイヤフラム２２２の下面には、誘電体多層膜ミラー２２５が、基板２１上の誘電体多層膜ミラー２２６と所定の間隙ｔをあけて対向して設けられる。
【００８７】
このように構成される光変調素子２２０において、各電極への印加電圧ＯＦＦのときの空隙２２７の間隔をｔoffとする（図２２の左側の状態）。また、電圧を印加したとき静電気力により空隙２２７の間隔が短くなるが、これをｔonとする（図２２の右側に示す状態）。ｔonは、各電極への電圧印加に伴ってダイヤフラム２２２に作用する静電気力と、ダイヤフラム２２２の変形に伴って生じる復元力をバランスさせることで適切に設定する。
【００８８】
より安定な制御を行うには、スペーサ（図示しない）を電極上に設け、スペーサによってダイヤフラム２２２の変位を物理的に規制することにより、ダイヤフラム２２２の変位量が一定となるように構成する。スペーサを絶縁体とした場合は、その比誘電率（１以上）により、各電極への印加電圧を低減する効果を生じる。また、スペーサが導電性の場合は更にこの効果は大きくなる。尚、スペーサは各電極と同一材料で形成しても良い。
【００８９】
ここで、ｔon、ｔoff を下記のように設定する。（ｍ＝１）
ｔon ＝１／２×λ0＝１８０ｎｍ （λ0：紫外線の中心波長）
ｔoff ＝３／４×λ0＝２７０ｎｍ
【００９０】
また、各誘電体多層膜ミラー２２５，２２６はそれぞれ、光強度反射率をＲ＝０．８５とする。また、空隙２２７は空気又は希ガスとし、その屈折率はｎ＝１とする。紫外線はコリメートされているので、光変調素子２２０に入射する入射角ｉ（誘電体多層膜ミラー面の垂線と入射光線のなす角）は略ゼロである。このときの光変調素子２２０の光強度透過率は図２４に示すようになる。
【００９１】
従って、各電極に電圧を印加しないときはｔoff ＝２７０ｎｍであり、光変調素子２２０は紫外線を殆ど透過させない。
一方、各電極に電圧を印加してｔon＝１８０ｎｍとすると、光変調素子２２０は紫外線を透過させる。
【００９２】
尚、干渉の条件を満たせば、空隙２２７の間隔ｔ、屈折率ｎ、各誘電体多層膜ミラー２２５，２２６の光強度反射率Ｒ等はいずれの組合せでも良い。
また電圧値により、間隙ｔを連続的に変化させると、透過スペクトルの中心波長を任意に変化させることが可能である。これにより、透過光量を連続的に制御することも可能である。つまり、各電極間の印加電圧の変更による階調制御が可能である。
【００９３】
また、上記光変調素子２２０の変形例として、ブラックライト用水銀ランプ２２３ｂに代えて、低圧水銀ランプによるバックライトを用いることもできる。
即ち、２５４ｎｍの線スペクトルを主成分とする低圧水銀ランプを光源とし、石英ガラス等からなる透明基板と組み合わせることにより、バックライトユニットを構成する。他の波長は、フィルター等によりカットする。このときの紫外線バックライトの分光特性は図２５に示すようになる。
また、この光変調素子においては有効画素エリアの構成材料（ダイヤフラム、誘電体多層膜ミラー、基板等）は、２５４ｎｍの紫外線を透過する材料とする。
【００９４】
ここで、ｔon、ｔoff を下記のように設定する。（ｍ＝１）。
ｔon ＝１／２×λ0＝１２７ｎｍ （λ0：紫外線の中心波長）
ｔoff ＝３／４×λ0＝１９１ｎｍ
【００９５】
その他の条件は、上述の例と同様に、Ｒ＝０．８５、ｎ＝１、ｉ＝０とする。このときの光変調素子の光強度透過率は図２６に示すようになる。
従って、各電極に電圧を印加しないときはｔoff ＝１９１ｎｍであって、光変調素子は紫外線を殆ど透過させず、電圧を印加したときはｔon＝１２７ｎｍになり、光変調素子は紫外線を透過させる。
【００９６】
特にこの変形例の場合、紫外線が線スペクトルなので、非常に高いエネルギー透過率を示し、高効率でコントラストの高い変調が可能となる。
また、この変形例においても、干渉の条件を満たせば、空隙２２７の間隔ｔ、屈折率ｎ、各誘電体多層膜ミラー２２５，２２６の光強度反射率Ｒ等はいずれの組合せでも良い。
【００９７】
さらに、各電極に印加する電圧値を変更することにより、間隙ｔを連続的に変化させると、透過スペクトルの中心波長を任意に変化させることが可能である。これにより透過光量を連続的に制御することも可能である。つまり、各電極への印加電圧の変更による階調制御が可能となる。
【００９８】
次に、光変調素子の他の変形例を図２７を用いて説明する。
図２７は本発明の他の実施の形態に係る変形型の光変調素子及び平面光源の概略断面図である。光変調素子２３０は、遮光板２３１及び透明電極２３２への電圧印加に伴う静電気応力によって遮光板２３１を変形させ、平面光源２３３からの紫外線の進路を変更することにより光変調を行う。平面光源２３３の構成は、図２２に示す平面光源２２３と同様である。
【００９９】
透明電極２３２は、紫外線を透過する基板２３４上に設けられており、紫外線を透過させる。基板２３４上の透明電極２３２以外の部位には、絶縁性の遮光膜２３５が設けられる。透明電極２３２及び遮光膜２３５の上面には、絶縁膜２３６が積層される。
【０１００】
遮光板２３１は、基板２３４上に立設された支柱２３７を介して、基板２３４の上方に基板２３４と所定の間隔をあけて片持ち梁構造として設けられる。遮光板２３１の形状は、対向する基板２３４上の透明電極２３２の形状に対応しており、透明電極２３２よりも若干大きくしてある。
【０１０１】
遮光板２３１は、導電性を有する可撓薄膜からなり、例えば紫外線を吸収、若しくは反射する材料からなる単一の導電性薄膜、又は複数の導電性薄膜で構成される。
具体的には、紫外線を反射するアルミ、クロム等の金属薄膜、紫外線を吸収するポリシリコン等の半導体による単体構成が挙げられる。また、シリコン酸化物、シリコン窒化物等の絶縁膜、ポリシリコン等の半導体薄膜に金属を蒸着した構成、又は誘電体多層膜等のフィルタを蒸着した複合構成とすることもできる。
【０１０２】
このように構成された光変調素子２３０は、次のように動作する。光変調素子２３０において、遮光板２３１及び透明電極２３２間に電圧を印加しない状態では、遮光板２３１は透明電極２３２と対向しており、透明電極２３２を透過した紫外線は遮光板２３１によって吸収又は反射される（図２７の左側の状態）。
【０１０３】
一方、遮光板２３１及び透明電極２３２間に電圧を印加すると、両者間に作用する静電気力により、遮光板２３１が捩じれながら透明電極２３２側に変形する（図２７の右側の状態）。これにより、平面光源２３３から透明電極２３２を透過した紫外線は、遮光板２３１に遮蔽されることなく、上方に出射される。
そして、再び遮光板２３１、及び透明電極２３２間への印加電圧をゼロにすると、遮光板２３１は、遮光板２３１自体及び支柱２３７の弾性によって初期位置に戻る。
【０１０４】
次に、光変調素子の他の変形例を図２８，２９を用いて説明する。
図２８は本発明の他の実施の形態に係る移動型の光変調素子の概略構成図であり、図２８(a)は平面図、図２８(b)は図２８(a)のＢ−Ｂ断面図である。
【０１０５】
光変調素子２４０は、対向電極２４１，２４２及び電極遮光板２４３への電圧印加に伴う静電気力によって、電極遮光板２４３を図２８で左右方向に変位させることにより、図示しない平面光源からの光を遮光させ、又は透過させる。
【０１０６】
この対向電極２４１，２４２は、紫外線を透過する基板２４４上で所定の間隔をあけて対向して対をなし、図２８(a)において、並列に計２対設けられる。また、基板２４４上における図２８右側の対向電極２４２間には、遮光膜２４５が設けられる。
【０１０７】
電極遮光板２４３は、対向電極２４１，２４２間で基板２４４から図２８(b)の上方に所定の間隔をあけた位置に、左右方向に変位可能に設けられる。即ち、電極遮光板２４３の左右両側は、折れ線バネ２４６等の可撓部材を介して支持部２４７に支持されている。電極遮光板２４３は、対向電極２４１，２４２への電圧印加に伴う静電気力によって、折れ線バネ２４６を弾性変形させつつ、図２８の左右方向に変位する。電極遮光板２４３の左右方向の寸法は、支持部２４７間の左右方向に沿う距離の略半分である。
【０１０８】
このように構成された光変調素子２４０は、次のように動作する。即ち、光変調素子２４０において、電極遮光板２４３に電圧ゼロを印加した状態で、図２８の左側の対向電極２４１のみに電圧を印加すると、電極遮光板２４３は、静電気力によって図２８の左側の対向電極２４１間に移動する（図２８に示す状態）。これにより、平面光源から出射され、遮光膜２４５で遮光されずに基板２４４を透過した光は、電極遮光板２４３によって遮光される。
【０１０９】
一方、電極遮光板２４３に＋Ｖの電圧を印加した状態で、図２９の左側の対向電極２４１のみに電圧を印加すると、電極遮光板２４３は、静電気力によって図２９の右側の対向電極２４２間に移動する（図２９に示す状態）。これにより、平面光源から出射され遮光膜２４５で遮光されずに基板２４４を透過した光は、電極遮光板２４３によっても遮光されることなく、図２９(b)の上方に出射される。
そして、再び印加電圧をゼロにすると、電極遮光板２４３は、折れ線バネ２４６の弾性力及び静電気力によって初期位置に戻る。
このように、各種光変調素子の構成が適用可能であり、又、これら以外でも同等の機能を有するものであれば他の如何なる構成のものであっても良い。
【０１１０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、静電気力による可撓部の変位動作と、可撓部の弾性復帰動作により光変調を行う電気機械的な光変調素子を２次元の単純マトリクス構造状に配列して走査電極信号に従い各画素を選択し、画素電極にデータ信号を与えて駆動するアレイ型光変調素子の駆動方法であって、
可撓部側の電極と固定側の電極とが絶縁体部材を介して当接する構造の光変調素子の電極に直流成分を含まない交流信号を印加して、単純マトリクス駆動に基づく交流駆動を行う際に、走査駆動信号の基本周期を奇数フレームと偶数フレームに分割し、前記奇数フレームと偶数フレームでは、前記走査電極および信号電極に印加される電圧を同じ極性として駆動信号の極性を反転するとともに、前記偶数フレームの走査電極および信号電極に印加される電圧Ｖ ｅｖｅｎ を、前記光変調素子のＯＮ状態、ＯＦＦ状態を維持するために最小限必要な印加電圧Ｖ ｍａｘ と奇数フレームの走査電極および信号電極に印加される電圧Ｖ ｏｄｄ との差に設定することで、単純マトリクス構成による光変調素子の直流駆動に付随する動作の不安定さを解消して、光変調素子の安定駆動と高精細な表示が可能な表示装置の駆動方法を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光変調素子の構成図である。
【図２】図１に示す光変調素子の印加電圧と光透過率の特性を示す図である。
【図３】図１に示す光変調素子を２次元配列したアレイ型光変調素子の平面図である。
【図４】図１に示す光変調素子の奇数フレームにおける電極間電圧と印加電圧との関係を示す説明図である。
【図５】図１に示す光変調素子の偶数フレームにおける電極間電圧と印加電圧との関係を示す説明図である。
【図６】図３に示す単純マトリクス構成の交流駆動の電圧Ｖｇ及びＶｂを示す図である。
【図７】図６に示す単純マトリクス構成の交流駆動により光変調素子に印加される電圧Ｖｇｓを示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る光変調部の平面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ及びＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】図８に示す画素部の等価回路図である。
【図１１】図８に示す画素部の半導体トランジスタによるアクティブマトリクスの等価回路図である。
【図１２】図１１に示す半導体スイッチを機械的導電スイッチで構成したアクティブマトリクス素子の平面図である。
【図１３】図１２のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１２のＢ−Ｂ断面図である。
【図１５】図１２に示すアクティブマトリクス素子の動作状態の説明図である。
【図１６】図１２に示すアクティブマトリクス素子のマトリクス動作の説明図である。
【図１７】図１１に示す半導体スイッチを機械的スイッチにより構成したアクティブマトリクス素子の等価回路図である。
【図１８】図１２に示すアクティブマトリクスにおける可撓薄膜のスイッチ特性を示すヒステリシス線図である。
【図１９】半導体スイッチ、機械的スイッチ等によるｎ行、ｍ列のアクティブマトリクスの構成例を示す図である。
【図２０】図１９に示すアクティブマトリクス構成の交流駆動の電圧Ｖｇ、Ｖｂを示す図である。
【図２１】図２０に示すアクティブマトリクス構成の交流駆動により光変調素子に印加される電圧Ｖｇｓを示す図である。
【図２２】本発明の他の実施の形態に係る多層膜干渉効果を利用した光変調素子の動作説明図である。
【図２３】図２２に示す低圧水銀ランプによるバックライトの分光特性を示す図である。
【図２４】図２３に示す特性のバックライトを用いた場合の光変調素子の光強度透過率を示す図である。
【図２５】図２２に示すバックライトに紫外線バックライトを用いた場合の特性を示す図である。
【図２６】図２５に示す光変調素子の光強度透過率を示す図である。
【図２７】本発明の他の実施の形態に係る変形型光変調素子及び平面光源の概略構成図である。
【図２８】本発明の他の実施の形態に係る移動型光変調素子の遮光動作の説明図である。
【図２９】図２８に示す光変調素子の導光状態を説明する図である。
【図３０】従来の光変調素子のヒステリシス特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 導光板
２ 信号電極
３ 支柱
４ ダイヤフラム
５ キャビティ
６ 拡散層
７ 信号電極
８ 可撓薄膜
１０ 光変調素子
５０、７１ アレイ型光変調素子
１３３ 機械的導電スイッチ
１３５ アクティブマトリクス素子
Claims (3)
- 静電気力による可撓部の変位動作と、該可撓部の弾性復帰動作により光変調を行う電気機械的な光変調素子を２次元の単純マトリクス構造状に配列して走査電極信号に従い各画素を選択し、画素電極にデータ信号を与えて駆動するアレイ型光変調素子の駆動方法において、
前記光変調素子は、前記可撓部側の電極と固定側の電極とが絶縁体部材を介して当接するものであり、
前記光変調素子の電極に直流成分を含まない交流信号を印加して、単純マトリクス駆動に基づく交流駆動を行うに際し、
前記走査駆動信号の基本周期を奇数フレームと偶数フレームに分割し、前記奇数フレームと偶数フレームでは、前記走査電極および信号電極に印加される電圧を同じ極性として駆動信号の極性を反転するとともに、
前記偶数フレームの走査電極および信号電極に印加される電圧Ｖ ｅｖｅｎ を、前記光変調素子のＯＮ状態、ＯＦＦ状態を維持するために最小限必要な印加電圧Ｖ ｍａｘ と奇数フレームの走査電極および信号電極に印加される電圧Ｖ ｏｄｄ との差に設定することを特徴とするアレイ型光変調素子の駆動方法。 - 前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源と、アレイ型光変調素子を挟み前記平面光源の反対側に配設した蛍光体と、を備え、前記アレイ型光変調素子を請求項１記載の駆動方法により、前記アレイ型光変調素子から出射される光によって蛍光体を発光表示させることを特徴とする平面ディスプレイの駆動方法。
- 前記平面光源は、前記蛍光体を励起させる紫外線出射光源であることを特徴とする請求項２記載の平面ディスプレイの駆動方法。
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