(57)【要約】【課題】導光体と光取出し部材との間の距離の製造上のばらつきに対して許容度の高い表示装置を提供する。【解決手段】導光構造の表示装置は、光源１０からの光を一端側から他端側へ向かって導く導光体１１と、導光体１１との閾値以上の圧力の接触により、導光体によって導かれる光を外部へ取り出す光取出し部材２０と、光取出し部材２０を導光体１１に対して接近または閾値未満の圧力で接触させるための第１の変位を発生する第１の変位発生部１４と、第１の変位発生中に光取出し部材２０を閾値以上の圧力で導光体１１に対して接触させるための第２の変位を発生する第２の変位発生部２１と、第１の変位発生部１４及び前記第２の変位発生部２１を駆動する駆動回路２２を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源からの光を一端側から他端側へ向かって導く導光体と；
前記導光体との閾値以上の圧力の接触により、前記導光体によって導かれる光を外部へ取り出す光取出し部材と；
前記光取出し部材を前記導光体に対して接近または前記閾値未満の圧力で接触させるための第１の変位を発生する第１の変位発生部と；
前記第１の変位発生中に前記光取出し部材を前記閾値以上の圧力で前記導光体に対して接触させるための第２の変位を発生する第２の変位発生部と；
前記第１の変位発生部及び前記第２の変位発生部を駆動する駆動回路と；
を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項２】
光源からの光を一端側から他端側へ向かって導く導光体と、前記導光体との閾値以上の圧力の接触により、前記導光体によって導かれる光を外部へ取り出す光取出し部材と、前記光取出し部材を前記導光体に対して接近または閾値未満の圧力で接触させるための第１の変位を発生する第１の変位発生部と、前記第１の変位発生中に前記光取出し部材を前記閾値以上の圧力で前記導光体に対して接触させるための第２の変位を発生する第２の変位発生部とをそれぞれ含み、マトリクス状に配列された複数の表示セルと；
前記複数の表示セルに接続された走査線と；
前記走査線を介して前記第１の変位発生部及び前記第２の変位発生部を駆動する駆動回路と；
を具備することを特徴とする表示装置。
【請求項３】
前記第１の変位発生部は、圧電素子を含むことを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項４】
前記圧電素子は、バイモルフ素子であることを特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項５】
前記圧電素子は、強誘電ポリマーを含むことを特徴とする請求項３または４のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項６】
前記第２の変位発生部は、静電力を利用して前記第２の変位を発生するように構成されることを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項７】
第２の変位発生部は、前記導光体上に設けられた導電部と、前記第１の変位発生部に設けられた電極とを含み、前記静電力は前記導電部と前記電極との間に生じることを特徴とする請求項６記載の表示装置。
【請求項８】
前記第２の変位発生部は、前記導光体上に設けられた第１の導電部と、前記光取出し部材に設けられた第２の導電部とを含み、前記静電力は前記第１の導電部と前記第２の導電部との間に生じることを特徴とする請求項６記載の表示装置。
【請求項９】
前記駆動回路は、前記第１の変位発生部を第１の期間中に前記第１の変位を発生するように駆動し、前記第２の変位発生部を前記第１の期間に後続する第２の期間中に前記第２の変位を発生するように駆動することを特徴とする請求項１または２のいずれか１項記載の表示装置。
【請求項１０】
前記第１の期間は、他の表示セルの第２の期間と少なくとも一部が重複していることを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【請求項１１】
前記第１の期間は、隣接する走査線の対応する第２の期間と一部が重複していることを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【請求項１２】
前記駆動回路は、前記第２の期間中に前記第１の変位を発生するための力を弱めるように前記第１の変位発生部を駆動することを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【請求項１３】
前記駆動回路は、前記第２の期間中に前記光取出し部材を前記導光体から引き離す方向の力を発生するように前記第１の変位発生部を駆動することを特徴とする請求項９記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光構造を用いた表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶ディスプレイを始めとする表示装置は、コンピュータ、モバイル機器及びテレビ受信機などに使用されている。一部の大画面テレビ受信機には、プラズマディスプレイも使用されている。この種のディスプレイでは、一般的にガラス基板上にマトリクス配線が設けられ、特に液晶ディスプレイの場合はマトリクス配線の交点に薄膜トランジスタが設けられる。薄膜トランジスタの作成には半導体加工プロセスを用いるため、ディスプレイを大型化しようとすると、半導体加工プロセスに基づく大規模な製造装置を用いなければならず、生産ラインへの投資額は膨大になってしまう。また、マトリクス配線は薄膜プロセスをベースとして形成されるため、ディスプレイが大型化するとマトリクス配線の配線抵抗が大きくなり、これによる信号遅延が問題となる。
【０００３】
これらの問題を解決する方法として、特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２に導光構造を用いたディスプレイが提案されている。これは導光体に対する光取出し部材の接触あるいは非接触を機械的に制御することで、導光体の任意位置から表示すべき画像に応じた光を取り出すことで画像を表示する方式であり、液晶ディスプレイやプラズマディスプレイより高効率なディスプレイを実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５，９５３，４６９号明細書
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】ＳＩＤ  ２００１  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ．４７０．
【非特許文献２】日経マイクロデバイス，ｐ．４３，Ｊｕｎｅ，２００７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の表示装置においては、導光体に対する光取出し部材の接触あるいは非接触状態を制御性よく実現するために、非接触状態における光取出し部材の位置と導光体との位置関係を精密に合わせる必要がある。
【０００７】
例えば、非特許文献２においては、光取出し部材を導光体へ接触させるための変位発生部に静電力を用いている。静電力は電極間の距離が離れると急激に弱まるため、電極間の距離、すなわち非接触状態における導光体と光取出し部材との間の距離を精度良く十分小さな値にする必要があるが、それは製造上のばらつきにより難しい。
【０００８】
一方、非特許文献１においては、変位発生部に圧電体を用いている。この場合においても、製造上のばらつきにより光取出し部材と導光体との間の距離を精度良く設定できないと、圧電体毎に導光体に対する接触圧力がばらついたり、接触タイミングがばらついたりして、光取出し量が不均一になるという問題がある。
【０００９】
本発明は、導光体と光取出し部材との間の距離の製造上のばらつきに対して許容度の高い表示装置を提供することを目的とする
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によると、光源からの光を一端側から他端側へ向かって導く導光体と；前記導光体との閾値以上の圧力の接触により、前記導光体によって導かれる光を外部へ取り出す光取出し部材と；前記光取出し部材を前記導光体に対して接近または前記閾値未満の圧力で接触させるための第１の変位を発生する第１の変位発生部と；前記第１の変位発生中に前記光取出し部材を前記閾値以上の圧力で前記導光体に対して接触させるための第２の変位を発生する第２の変位発生部と；前記第１の変位発生部及び前記第２の変位発生部を駆動する駆動回路と；を具備する表示装置を提供する。
【００１１】
本発明の他の態様によると、光源からの光を一端側から他端側へ向かって導く導光体と、前記導光体との閾値以上の圧力の接触により、前記導光体によって導かれる光を外部へ取り出す光取出し部材と、前記光取出し部材を前記導光体に対して接近または閾値未満の圧力で接触させるための第１の変位を発生する第１の変位発生部と、前記第１の変位発生中に前記光取出し部材を前記閾値以上の圧力で前記導光体に対して接触させるための第２の変位を発生する第２の変位発生部とをそれぞれ含み、マトリクス状に配列された複数の表示セルと；前記複数の表示セルに接続された走査線と；前記走査線を介して前記第１の変位発生部及び前記第２の変位発生部を駆動する駆動回路と；を具備する表示装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、光取出し部材を第１の変位発生部により導光体に対して接近または閾値未満の圧力で接触させた後、第２の変位発生部により閾値以上の圧力で導光体に対して接触させて光を取り出すことにより、導光体と光取出し部材との間隙に製造上のばらつきが生じても、導光体と光取出し部材の均一な接触状態を実現することが可能である。この結果、導光体からの光取出し量のばらつきが低減され、均一な光取出し特性を有し、大面積かつ均一な画像表示ができる表示装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態に係る表示装置の一つの表示セル（画素）の断面図
【図２】図１中の駆動回路を示す等価回路図
【図３】第１の実施形態における一つの表示セルの基本動作を説明する図
【図４】第１の実施形態の動作を説明するためのタイムチャート
【図５】第１の実施形態における１画素の等価回路を示す図
【図６】画素マトリクスにおいて図５の１画素の等価回路を４行×４列分だけ示した図
【図７】第１の実施形態の変形例を示すタイムチャート
【図８】第１の実施形態の別の変形例を示すタイムチャート
【図９】第２の実施形態に係る表示装置の一つの表示セル（画素）の断面図
【図１０】第３の実施形態に係る表示装置の一つの表示セル（画素）の断面図
【図１１】図１０中の主電極の平面図
【図１２】第４の実施形態に係る表示装置の一つの表示セル（画素）の断面図
【図１３】図１２中の駆動回路を示す等価回路図
【図１４】第４の実施形態における一つの表示セルの基本動作を説明する図
【図１５】第４の実施形態の動作を説明するためのタイムチャート
【図１６】第４の実施形態における１画素の等価回路を示す図
【図１７】画素マトリクスにおいて図１６の１画素の等価回路を４行×４列分だけ示した図
【図１８】第４の実施形態の変形例を示すタイムチャート
【図１９】第４の実施形態の別の変形例を示すタイムチャート
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。  
（第１の実施形態）  
図１は、本発明の第１の実施形態に係る表示装置の一つの表示セル（画素）の断面構造を示している。表示セルの外部に設けられた光源１０は、表示すべき画像の強度または色の光が出射する。光源１０からの光は、導光体１１に一端側から導入される。導光体１１に導入された光は、矢印で示すように導光体１１の他端側に向けて進行する。導光体１１の図中上面には、導電部１２が設けられている。導電部１２は、図１では導光体１１の上面全面に設けられているが、後述する光取出し部材の接触部位にのみ設けられていてもよい。導電部１２は、好ましくは透明電極によって形成される。透明電極の材料としては、酸化インジウムスズ合金（ＩＴＯ）、ＺｎＯなどの酸化物導電体の他、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに代表される有機導電体を用いることができ、いずれにしても透明性が高いことが望まれる。
【００１５】
導光体１１の図中左端上に支持部１３が設けられ、支持部１３の上に第１の変位発生部１４が形成される。第１の変位発生部１４は、ここでは一般にバイモルフ素子と呼ばれる片持ち梁構造の圧電素子を用いている。具体的には、第１の変位発生部１４であるバイモルフ素子は、２枚の圧電体層１５及び１６が中間電極１７を挟んで貼り合わせられ、両面に主電極１８及び１９が設けられる。
【００１６】
圧電体材料としてはチタン酸ジルコン酸塩（ＰＺＴ）が良く知られているが、ＰＺＴを用いて大面積の基板に多数の圧電素子を作りこむのは適当ではない。一方、有機圧電体材料として、強誘電ポリマーの一つであるポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）が知られている。フィルム状のＰＶＤＦを加工することで、大面積の基板に多数の圧電素子を作りこむことが容易になる。
【００１７】
以下に、圧電体層１５及び１６の材料にＰＶＤＦを用いた場合の具体例を示す。支持部１３の高さは５０ミクロンとし、支持部１３の上に厚さ７ミクロン厚のＰＶＤＦ層を２層重ねたバイモルフ素子を作成した。中間電極１７としては１００ｎｍ厚のＡｌスパッタ膜を形成し、主電極１８及び１９としては銀ペーストを１００ミクロンの厚さに印刷により成膜した。
【００１８】
光取出し部材２０は、導光体１１とある閾値（光取出し閾値という）以上の圧力で接触することにより、導光体１１の一端側から他端側へ導かれる光の一部を外部へ取り出す部材であり、例えば微小な凹凸を持つ厚さ３ミクロン程度の光散乱性の面状構造体が用いられる。光取出し部材２０は、本実施形態では第１の変位発生部１４であるバイモルフ素子の片持ち梁の先端に設けられている。より詳しくは、光取出し部材２０はバイモルフ素子の図中下側の主電極１９上に取り付けられている。
【００１９】
ここで、第１の変位発生部１４は、光取出し部材２０を導光体１１の方向に移動させて光取出し部材２０を導光体１１に対して接近させるか、または導光体１１に対して光取出し閾値未満の圧力で接触させるようための第１の変位を発生するように設計される。
【００２０】
一方、第１の変位発生部１４による変位の発生中に、光取出し部材２０を導光体１１に対して光取出し閾値以上の圧力で接触させるための第２の変位を発生する第２の変位発生部２１が設けられる。第２の変位発生部２１は、本実施形態では導光体１１上に設けられた導電部１２と第１の変位発生部１４の一部である下側の主電極１９によって実現されており、導電部１２と主電極１９との間に生じる静電力を利用して第２の変位を発生するように構成される。
【００２１】
なお、光取出し部材２０を導電性材料により形成するか、光取出し部材２０の表面に導電部を設けることによって、導電部１２と光取出し部材２０または光取出し部材２０上の導電部との間に生じる静電力を利用して第２の変位を発生するようにしてもよい。
【００２２】
第１の変位発生部１４であるバイモルフ素子の中間電極１７と主電極１８及び１９は、駆動回路２２に接続される。駆動回路２２によって中間電極１７と主電極１８及び１９との間に直流電圧を印加すると、バイモルフ素子の片持ち梁は直流電圧の極性に応じた方向に撓み、変位を発生する。
【００２３】
駆動回路２２は、その等価回路を図２に示したようにスイッチ３１，３２と直流電圧源３３，３４及び３５により構成され、中間電極１７はグラウンドに接続される。上側の主電極１８はスイッチ３１を介して正の直流電圧源３３、グラウンドまたは負の直流電圧源３４のいずれかに接続される。下側の主電極１９はスイッチ３２を介してグラウンドまたは負の直流電圧源３５のいずれかに接続される。一方、導光体１１上の導電部１２は常にグラウンドに接続される。
【００２４】
次に、図３（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図４を用いて一つの表示セルの基本動作を説明する。図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、駆動回路２２による駆動状態と表示セルの状態の変化を示している。また、図４は図１中の主電極１８の電位ＶＬＮ、主電極１９の電位ＶＭＮ、導光体１１上の導電部１２の電位ＶＣＮ、及び導光体１１と光取出し部材２０との接触圧力の変化をタイムチャートで示している。図４の期間Ｔ３は注目している第Ｎラインの走査期間（本走査期間）であり、期間Ｔ１，Ｔ２は他ラインの走査期間である。
【００２５】
図３（ａ）及び図４中の期間Ｔ１（非走査期間）に示すように、第１の変位発生部１４であるバイモルフ素子の主電極１８及び１９と中間電極１７との間に電圧を印加していない状態、すなわちバイモルフ素子の片持ち梁が変形していない状態では、光取出し部材２０は導光体１１に接していない。従って、導光体１１を通過する光が光取出し部材２０を通して漏れ出ることはない。
【００２６】
次に、図３（ｂ）及び図４中の期間Ｔ２（予備走査期間）に示すように、主電極１８に正の直流電圧源３３を接続して主電極１８の電位ＶＬＮを正にすると、主電極１８とグラウンド電位である中間電極１７との間の電圧により、バイモルフ素子は片持ち梁の先端が導光体１１に近づくように図で下方に変形する。この結果、バイモルフ素子の先端に設けられた光取出し部材２０は導光体１１に接近するか、あるいは導光体１１に光取出し閾値未満の圧力で接触する。ただし、導光体１１上には導電部１２があるため、光取出し部材２０は実際には導光体１１上の導電部１２に接触する。
【００２７】
この場合、光取出し部材２０が導光体１１に接触していたとしても、圧電力は一般に弱いことから、光取出し部材２０と導光体１１とは十分な接触面積及び接触圧力で接触することができないため、導光体１１から光が漏れ出ることはない。ここでいう閾値は前述した光取出し閾値であり、光取出し部材２０によって導光体１１から光を取り出すことが可能な、光取出し部材２０と導光体１１との接触圧力の下限値である。
【００２８】
次に、図３（ｃ）及び図４中の期間Ｔ３（本走査期間）に示すように、主電極１８に正の直流電圧源３３を接続して主電極１８の電位ＶＬＮを正にし、主電極１８とグラウンド電位である中間電極１７との間に電圧を印加すると共に、主電極１９に負の直流電圧源３５を接続して主電極１９の電位ＶＭＮを負にし、主電極１９と導光体１１上のグラウンド電位である導電部１２との間に電圧を印加する。
【００２９】
ここで、主電極１９と導電部１２との間の距離は光取出し部材２０の厚さ程度に接近しているため、主電極１９と導電部１２との間に強い静電力（静電引力）が発生する。この静電力により、光取出し部材２０は光取出し閾値以上の圧力で導電部１２に押し付けられる。その結果、導光体１１を通過する光の一部は、光取出し部材２０へ漏れ出すことになる。こうして光取出し部材２０へ漏れ出た光は、光取出し部材２０あるいは主電極１９で散乱した後に導光体１１中へ戻り、さらに導光体１１を通過した後、矢印に示すように外部へ出射され、画像の表示に供される。
【００３０】
次に、本走査期間Ｔ３の終了後、図４中の期間Ｔ４に示すように主電極１９の電位ＶＭＮを中間電極１７の電位ＶＣＮと同電位、すなわちグラウンドにして静電力を解除すると共に、主電極１８に負の電圧源３４を接続してＶＬＮと中間電極の電位差を逆転させることにより、図３（ａ）に示したようにバイモルフ素子の片持ち梁の先端を初期位置に戻す。
【００３１】
上述の動作では、最終的に光取出しを実現するための第２の変位発生部２１の変位は、ＶＭＮとＶＣＮの間の電位差で生じた静電力により形成される。静電力は、１ミクロン以下の短距離ではきわめて強大である。しかし、静電力は数ミクロン以下の短距離でしか有効な力を発現することができないため、従来技術では導光体と光取出し部材の位置をあらかじめ数ミクロンに精度よく維持しておく必要があった。
【００３２】
これに対し、本実施形態では第２の発生部２１における図３（ｃ）に示した静電力による導光体１１と光取出し部材２０との密着に先行して、バイモルフ素子のような第１の変位発生部１４による図３（ｂ）に示したような大きな変形で、光取出し部材２０を導光体１１に近接させるか、あるいは導光体１１上の導電部１２に接触させ、この後に静電力を用いるので、導光体１１と光取出し部材２０の位置を厳密に合わせる必要がない。図１の例では、支持部１３により導光体１１と光取出し部材２０との間隙は例えば約５０ミクロンに設定されており、間隙の厳密さは要求されない。
【００３３】
実際の表示装置では、図１に示した構造の画素がマトリクス状に配列される。図５は、１画素の等価回路を示している。走査線４１及び４２は、バイモルフ素子の主電極１８及び１９にそれぞれ接続される。バイモルフ素子の中間電極１７は、グラウンド線４３を介して画素間で接続される。導光体１１上の導電部１２は、図４の等価回路では走査線４１及び４２と直交して線４４のように配置される。図４ではさらに第１の変位発生部１４であるバイモルフ素子における主電極１８と主電極１９との間の寄生容量４５と、第２の変位発生部２１における導電部１２と主電極１９との間の寄生容量４６が示されている。
【００３４】
図６は、マトリクスのうち図４の１画素の等価回路を４行×４列分だけ示したものである。第Ｎ−１ラインから第Ｎ＋２ラインまでの走査線に順次電圧を印加することで、マトリクス内の画素を順次動作させる。
【００３５】
具体的な表示動作を説明すると、例えば第Ｎ−１ラインに図４で説明したような一連の電圧を印加し、第Ｎ−１ラインにある画素から光取出し動作を行う。列方向には一列毎に導光体１１Ｎ−１、１１Ｎ、１１Ｎ＋１、１１Ｎ＋２と、それらに対応する光源１０Ｎ−１、１０Ｎ、１０Ｎ＋１、１０Ｎ＋２が配置されており、選択された第Ｎ−１ラインの画素の各列に対応した強度または色の光を光源１０から導光体１１へ導入する。その結果、第Ｎ−１ラインで光取出し状態になった画素から適切な光が出射される。他のラインの光画素は光取出し状態になっていないので、光は漏れ出ない。
【００３６】
第Ｎ−１ラインの画素からの光取出しが完了した後、第Ｎライン、第Ｎ＋１ラインと順次光取出し状態を切り替え、さらに光源１０から適切な強度または色の光を導光体１１へ導入する。第１の変位発生部１４の後述する予備走査が導光体１１と光取出し部材２０との間隙のばらつきを吸収し、光取出し量のばらつき、あるいは光取出しタイミングのばらつきがなくなり、結果として均一な画像が得られる。
【００３７】
以上の動作を高速に繰り返すことで動画像を表示することができ、１秒間に６０回あるいはその倍数のスピードでの表示動作が一般的である。
【００３８】
（第１の実施形態の変形例その１）  
次に、図７を参照して第１の実施形態の変形例として、光取出し動作終了後の復帰を早くする工夫を施した第１の変形例について説明する。  
図４に示したように本走査期間Ｔ３が終了した後、期間Ｔ４において主電極１８の電位ＶＬＮを極性反転させて、光取出し動作を停止する電圧を主電極１８と中間電極１７との間に印加しても、導光体１１と光取出し部材２０の密着性が強い場合、光取出し部材２０が剥離するまでに若干の遅れを生じる場合がある。
【００３９】
そこで、図７に示すように本走査期間Ｔ３中に主電極１８の電位ＶＬＮの極性を逆転させ、第１の変位発生部１４であるバイモルフ素子の片持ち梁に、光取出し部材２０を導光体１１から剥離させる方向の力を発生させておく。この光取り出し部材２０を剥離させる方向の力は静電力に比べて弱いので、導光体１１と光取出し部材２０との密着は、本走査期間Ｔ３では維持される。しかし、主電極１９の電位ＶＭＮをグラウンド電位に戻して静電力を切った瞬間に、光取出し部材２０を導光体１１から剥離させる方向の力が有効となり、この力によって本走査期間Ｔ３終了後の光取出し動作の停止が短時間で完了する。
【００４０】
（第１の実施形態の変形例その２）  
次に、第１の実施形態の別の変形例を説明する。高速で走査を行う場合、第１の変位発生部１４の変位量が大きいと、十分に追随できない可能性がある。そこで、図８に示すように、第１の変位発生部１４による予備走査期間を他ラインの本走査期間に重複させることで、第１の変位発生部１４の遅れの問題を回避することができる。一方、第２の変位発生部２１の変位は数ミクロン以下の微小なものであり、その応答は速いので、遅れはほとんど問題にならない。
【００４１】
（第２の実施形態）  
図９は、本発明の第２の実施形態に係る光取出し部材２０とその周辺の光取出し機構を示している。本実施形態では、第１の変位発生部４１であるバイモルフ素子の片持ち梁の先端部分に透明電極２３及び２４が設けられている。透明電極２３及び２４の材料としては、例えばＩＴＯが用いられる。この場合、光取出し部材２０として散乱性を有する透明物体を用いれば、導光体１１と光取出し部材２０が密着することにより導光体１１から光取出し部材２０に漏れ出た光は、さらに矢印で示すように透明電極２３、圧電体層１６、中間電極１７、圧電体層１５及び透明電極２２を順次通過して外部へ出射される。このようにして、光取出し部材２０により取出した光を導光体１１へ再度戻すことなく外部に取出すことができる。
【００４２】
（第３の実施形態）  
図１０及び図１１は、本発明の第３の実施形態に係る光取出し部材２０とその周辺の光取出し機構を示している。本実施形態では、第１の変位発生部４１の主電極１８及び１９の片持ち梁の先端部分に、光を透過させるための開口部２５及び２６が設けられている。その結果、図９の例と同様に、導光体１１と光取出し部材２０が密着することにより導光体１１から光取出し部材２０に漏れ出た光は、さらに矢印で示すように主電極１９の開口部２６、圧電体層１６、中間電極１７、圧電体層１５及び主電極１８の開口部２５を順次通過して外部へ出射される。このようにして、光取出し部材２０により取出した光を導光体１１へ再度戻すことなく外部に取出すことができる。
【００４３】
（第４の実施形態）  
図１２は、本発明の第４の実施形態に係る表示装置を示しており、表示セル自体は図１に示した第１の実施形態と同様である。本実施形態では、第１の変位発生部４１であるバイモルフ素子の主電極１８及び１９が共通に接続され、この共通接続線と中間電極１７が駆動回路２２に接続される。
【００４４】
駆動回路２２は、図１３に等価回路を示すようにスイッチ３１，３２と直流電圧源３４，３６及び３７により構成され、主電極１８及び１９の共通接続線はスイッチ３１を介してグラウンドまたは負の直流電圧源３４のいずれかに接続される。中間電極１７は、スイッチ３２を介して正の電圧源３６、グラウンドまたは負の直流電圧源３７のいずれかに接続される。一方、導光体１１上の導電部１２は常にグラウンドに接続される。
【００４５】
次に、図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図１５を用いて一つの表示セルの基本動作を説明する。図１４（ａ）（ｂ）（ｃ）は、駆動回路２２による駆動状態と表示セルの状態の変化を示している。また、図１５は図１２中の主電極１８及び１９の共通電位ＶＬＮ、中間電極１７の電位ＶＭＮ、導電部１２の電位ＶＣＮ、及び導光体１１と光取出し部材２０との接触圧力の変化をタイムチャートで示している。図１５の期間Ｔ３は注目している第Ｎラインの走査期間（本走査期間）であり、期間Ｔ１，Ｔ２は他ラインの走査期間である。
【００４６】
図１４（ａ）及び図１５中の非走査期間Ｔ１に示すように、第１の変位発生部１４であるバイモルフ素子の主電極１８及び１９と中間電極１７との間に電圧を印加していない状態、すなわちバイモルフ素子の片持ち梁が変形していない状態では、光取出し部材２０は導光体１１に接していない。従って、導光体１１を通過する光４１が光取出し部材２０を通して漏れ出ることはない。
【００４７】
次に、図１４（ｂ）及び図１５中の予備走査期間Ｔ２に示すように、中間電極１７に正の直流電圧源３４を接続して中間電極１７の電位ＶＭＮを正にすると、中間電極１７とグラウンド電位である主電極１８及び１９との間の電圧により、バイモルフ素子は片持ち梁の先端が導光体１１に近づくように下方に変形する。この結果、バイモルフ素子の先端に設けられた光取出し部材２０は導光体１１に接近するか、あるいは導光体１１に光取出し閾値未満の圧力で接触する。この場合、光取出し部材２０が導光体１１に接触していたとしても、圧電力は一般に弱いことから、光取出し部材２０と導光体１１とは十分な接触面積で接触することができないため、導光体１１から光が漏れ出ることはない。
【００４８】
次に、図１４（ｃ）及び図１５中の本走査期間Ｔ３に示すように、主電極１８及び１９の共通接続線に負の直流電圧源３４を接続して主電極１８及び１９の共通電位ＶＬＮを負にし、引き続き中間電極１７に正の直流電圧源３４を接続して中間電極１７の電位ＶＭＮを正にし、主電極１９と導光体１１上のグラウンド電位である導電部１２との間に電圧を印加する。
【００４９】
ここで、主電極１９と導電部１２との間の距離は光取出し部材２０の厚さ程度に接近しているため、主電極１９と導電部１２との間に強い静電力が発生する。この静電力により、光取出し部材２０は光取出し閾値以上の圧力で導電部１２に押し付けられる。その結果、導光体１１を通過する光の一部は光取出し部材２０に漏れ出すことになる。こうして光取出し部材２０へ漏れ出た光は、光取出し部材２０あるいは主電極１９で散乱した後に導光体１１中へ戻り、さらに導光体１１を通過した後、矢印に示すように外部へ出射される。
【００５０】
次に、本走査期間Ｔ３の終了後、図１５中の期間Ｔ４に示すように主電極１８及び１９の共通電位ＶＬＮを導電部１２の電位ＶＣＮと同電位、すなわちグラウンドにして静電力を解除すると共に、中間電極１７に負の電圧源３７を接続して中間電極１７の電位ＶＭＮを反転させることにより、図１４（ａ）に示したようにバイモルフ素子の片持ち梁の先端を初期位置に戻す。
【００５１】
上述の動作では、最終的に光取出しを実現するための変位形成は、ＶＭＮとＶＣＮの間の電位差で生じた静電力による。静電力は、１ミクロン以下の短距離ではきわめて強大である。しかし、静電力は数ミクロン以下の短距離でしか有効な力を発現することができないため、従来技術では導光体と光取出し部材の位置をあらかじめ数ミクロンに精度よく維持しておく必要がある。
【００５２】
このように本実施形態においても第１の実施形態と同様に、図１４（ｃ）に示した静電力による導光体１１と光取出し部材２０との密着に先行する、図１４（ｂ）に示すバイモルフ素子のような第２の変位発生部１４による大きな変形で、光取出し部材２０を導光体１１に近接させるか、あるいは導光体１１上の導電部１２に接触させた後に静電力を用いるので、導光体１１と光取出し部材２０の位置を厳密に合わせる必要がない。図１２の例においても、図１と同様に支持部１３により導光体１１と光取出し部材２０との間隙は例えば約５０ミクロンに設定されており、間隙の厳密さは要求されない。
【００５３】
実際の表示装置では、図１３に示した構造の画素がマトリクス状に配列される。図１６は、１画素の等価回路を示している。走査線４１は、バイモルフ素子の主電極１８及び１９の共通接続線に接続される。走査線４７は、バイモルフ素子の中間電極１７に接続される。導光体１１上の導電部１２は、図４の等価回路では走査線と直交して線４４のように配置される。第１の変位発生部１４であるバイモルフ素子における主電極１８と主電極１９との間の寄生容量４５と、第２の変位発生部２１における導電部１２と主電極１９との間の寄生容量４６については、図５と同様である。
【００５４】
図１７は、マトリクスのうち図１６の１画素の等価回路を４行×４列分だけ示したものである。第Ｎ−１ラインから第Ｎ＋２ラインまでの走査線に順次信号を印加することで、マトリクス内の画素を順次動作させる。
【００５５】
具体的な表示動作について説明すると、例えば第Ｎ−１ラインに図１５で説明したような一連の電圧を印加し、第Ｎ−１ラインにある画素から光取出し動作を行う。列方向には一列毎に導光体１１Ｎ−１、１１Ｎ、１１Ｎ＋１、１１Ｎ＋２と、それらに対応する光源１０Ｎ−１、１０Ｎ、１０Ｎ＋１、１０Ｎ＋２が配置されており、選択された第Ｎ−１ラインの画素の各列に対応した強度または色の光を光源１０から導光体１１へ導入する。その結果、第Ｎ−１ラインで光取出し状態になった画素から適切な光が出射される。他のラインの光画素は光取出し状態になっていないので、光は漏れ出ない。
【００５６】
第Ｎ−１ラインの画素からの光取出しが完了した後、第Ｎライン、第Ｎ＋１ラインと順次光取出し状態を切り替え、さらに光源１０から適切な強度または色の光を導光体１１へ導入する。第１の変位発生部１４の後述する予備走査が導光体１１と光取出し部材２０との間隙のばらつきを吸収し、光取出し量のばらつき、あるいは光取出しタイミングのばらつきがなくなり、結果として均一な画像が得られる。
【００５７】
以上の動作を高速に繰り返すことで動画像を表示することができ、１秒間に６０回あるいはその倍数のスピードでの表示動作が一般的である。
【００５８】
（第４の実施形態の変形例その１）  
次に、図１８を参照して第４の実施形態の変形例として、光取出し動作終了後の復帰を早くする工夫を施した第１の変形例について説明する。  
図１５に示したように本走査期間Ｔ３が終了した後、期間Ｔ４において中間電極１７の電位ＶＭＮを極性反転させて、光取出し動作を停止する電圧を主電極１８及び１９と中間電極１７との間に印加しても、導光体１１と光取出し部材２０の密着性が強い場合、光取出し部材２０が剥離するまでに若干の遅れを生じる場合がある。
【００５９】
そこで、図１８に示すように本走査期間Ｔ３中に中間電極１７の電位ＶＭＮの極性を逆転させ、第１の変位発生部１４であるバイモルフ素子の片持ち梁に、光取出し部材２０を導光体１１から剥離させる方向の力を発生させておく。この光取り出し部材２０を剥離させる方向の力は静電力に比べて弱いので、導光体１１と光取出し部材２０との密着は、本走査期間Ｔ３では維持される。しかし、第１の主電極１８及び１９の共通電位ＶＬＮをグラウンド電位に戻して静電力を切った瞬間に、光取出し部材２０を導光体１１から剥離させる方向の力が有効となり、この力によって本走査期間Ｔ３終了後の光取出し動作の停止が短時間で完了する。
【００６０】
（第４の実施形態の変形例その２）  
次に、第４の実施形態の別の変形例を説明する。高速で走査を行う場合、第１の変位発生部１４の変位量が大きいと、十分に追随できない可能性がある。そこで、図１９に示すように、第１の変位発生部１４による予備走査期間を他ラインの本走査期間に重複させることで、第１の変位発生部１４の遅れの問題を回避することができる。一方、第２の変位発生部２１の変位は数ミクロン以下の微小なものであり、その応答は速いので、遅れはほとんど問題にならない。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【００６２】
例えば、第２の実施形態または第３の実施形態で説明した光取出し部材２０とその周辺の光取出し機構を第４の実施形態と組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６３】
１０・・・光源
１１・・・導光体
１２・・・導電部
１３・・・支持部
１４・・・第１の変位発生部
１５，１６・・・圧電体層
１７・・・中間電極
１８，１９・・・主電極
２０・・・光取出し部材
２１・・・第２の変位発生部
２２・・・駆動回路
２３，２４・・・透明電極
２５，２６・・・開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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