(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の位置、およびこの第１の位置から離れた第２の位置に移動可能なスイッチング部を電極間に働く静電力により駆動する静電アクチュエータであって、
前記スイッチング部を駆動する可動電極と、
この可動電極を自身に接近する方向または自身から離間する方向である前記第１の位置の方向または前記第２の位置の方向に駆動するように配置され、固定電位が供給される固定電極と、
前記第１または第２の位置で前記可動電極と接触することにより前記可動電極と電気的に導通する保持電極と、
前記可動電極に対して極性の異なる駆動電位を印加可能な駆動手段と、
前記保持電極に対して前記可動電極がその保持電極に接するときの前記駆動電位と同じ極性の保持電位を印加可能な保持手段と、を有する静電アクチュエータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記スイッチング部を前記第１の位置に駆動する弾性手段を有し、
前記固定電極は前記可動電極を前記第２の位置の方向に駆動するように配置され、前記保持電極は前記第２の位置で前記可動電極と接することを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項３】
請求項１において、
前記固定電極は、前記可動電極を前記第１の位置の方向に駆動する第１の固定電極と、前記可動電極を前記第２の位置の方向に駆動する第２の固定電極とを備えており、
前記保持電極は、前記第１の位置で前記可動電極と接する第１の保持電極と、前記第２の位置で前記可動電極と接する第２の保持電極とを備えている静電アクチュエータ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか一項において、
前記駆動手段は、前記可動電極に前記駆動電位を印加する駆動モードと、前記可動電極をオープンする保持モードを選択可能であり、
前記保持手段は、前記保持電極に前記保持電位を印加するセットモードと、前記保持電極に前記保持電位を印加しないリセットモードとを選択可能である静電アクチュエータ。
【請求項５】
導入された光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導光部と、請求項１ないし４のいずれかに記載の静電アクチュエータと、この静電アクチュエータにより前記導光部の全反射面に対して接触、離間可能に駆動され、前記第１または第２の位置で光を変調可能な前記スイッチング部と、を有し、前記スイッチング部が、前記第１の位置で前記全反射面から漏出したエバネセント光を抽出するスイッチング素子。
【請求項６】
請求項５に記載のスイッチング素子が複数、アレイ状に配置されているスイッチングデバイス。
【請求項７】
請求項５に記載のスイッチング素子が複数、アレイ状に配置されている画像表示デバイス。
【請求項８】
請求項７に記載の画像表示デバイスと、この画像表示デバイスに対し投射用の光を入出力する手段とを有する画像表示装置。
【請求項９】
第１の位置、およびこの第１の位置から離れた第２の位置に移動可能なスイッチング部を電極間に働く静電力により駆動する静電アクチュエータの制御方法であって、
当該静電アクチュエータは、前記スイッチング部を駆動する可動電極と、この可動電極を自身に接近する方向または自身から離間する方向である前記第１の位置の方向または前記第２の位置の方向に駆動するように配置され、固定電位が供給される固定電極と、前記第１または第２の位置で前記可動電極と接触することにより前記可動電極と電気的に導通する保持電極と、前記可動電極に対して極性の異なる駆動電位を印加可能な駆動手段と、前記保持電極に対して前記可動電極がその保持電極に接するときの前記駆動電位と同じ極性の保持電位を印加可能な保持手段と、を有し、
前記可動電極に対し、極性の異なる駆動電圧を印加する駆動工程と、
前記可動電極をオープンする保持工程と、
前記保持電極に対し、前記可動電極がその保持電極に接するときの前記駆動電圧と同じ極性の保持電圧を印加するセット工程と、
前記保持電極に対し前記保持電圧を印加しないリセット工程とを有し、前記駆動工程の間に前記セット工程を行うことを特徴とする静電アクチュエータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光演算、光記憶装置、光プリンター、画像表示装置などに適した光スイッチング素子、その静電アクチュエータ、それを用いた画像表示装置およびそれらの制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マルチカラーを表現する方法がいくつか知られている。その１つは、プロジェクタなどに多用されている３板方式であり、光の３原色である赤色、緑色および青色の各々の光に対応して複数の液晶パネルなどのライトバルブを用意し、各々の色の画像を別々に形成してスクリーン上に合成してマルチカラーを表現するものである。直視型の液晶パネルには３原色のドットを各々表示できるようになったカラーフィルタ方式が用いられている。この方式では、マルチカラーで１つの画素を表現するのに、表現する色の異なる３つの液晶セルが用いられ、空間的な混色によりマルチカラーを表現する。他の１つは、フィールド順次方式あるいは面順次方式、カラーシーケンシャル方式などと呼ばれるものであり、色の異なる光（通常は３原色の光）を順番に照射してそれぞれの色の画像を表現し、人間の眼の時間的な混色によりマルチカラーを表現するものである。
【０００３】
この面順次方式は、カラーフィルタを用いた並列加法混色に比べ、１つのセルあるいはスイッチング素子でマルチカラーを表現できるので高解像度の画像が得られ、スイッチング素子を駆動するドライバー回路が小さくなり、さらにカラーフィルタが不要になるので画像表示装置を小型でき、高品質の画像を表現することができる。さらに、各色ごとの照度、輝度あるいは時間を簡単に調整できるのでカラーバランスの調整も容易になるなど多くの利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、面順次方式では、色毎に画像を書き換える必要があるので、その色の光を照射する前に、液晶などのライトバルブにその色の画像を書き込む時間をとる必要がある。すなわち、アクティブマトリクスタイプの液晶パネルでは、水平方向に並んだ液晶セルのデータを水平走査線（アドレス線）毎に書き換える必要があり、１フレーム（画面）で５００本あるいはそれ以上の走査線がある。したがって、ある色の光を当てて画像を表示してから、光をシャッターなどによって遮断し、１フレーム分を書き換えてから次の色の光を当てるといったオペレーションが必要である。このため、光の利用効率が低下するのでコンパクトで明るい画像を表示する画像表示装置を実現するのが困難であり、さらに、フリッカーなどの発生しない品質の良い画像を表示しようとすると、時間的な分解能の高い制御回路およびライトバルブが必要とされる。これに対し、１フレームを複数のフィールドに分けて順番に色を変えて表示することなども検討されているが、根本的な解決にはなっていない。
【０００５】
さらに、時分割で多諧調の画面を表現しようとすると、いっそう時間的な分解能の高いものが要求される。これに対し、液晶をライトバルブとして採用したのでは応答速度が数ミリ秒程度なので面順次方式で多諧調の画像を表現することが難しいという問題もある。
【０００６】
このため、まず、液晶よりも応答速度の速いデバイスが求められており、その１つが反射機能あるいは透過機能を備えた光学素子をアクチュエータでほぼ平行に動かして入射光を変調するデバイスである。本願出願人が出願中の、光を全反射して伝達可能な導光部の全反射面に対しスイッチング部の抽出面を接触させてエバネセント光を抽出し、光学素子の１波長程度あるいはそれ以下の微小な動きによって、高速で光を変調制御可能な光スイッチングデバイスも、その１つである。
【０００７】
図１に、エバネセント光によるスイッチングを行う画像表示デバイス（光スイッチングデバイス）を用いた画像表示装置の一例として、上述した面順次方式（カラーシーケンシャル方式）のプロジェクタ８０の概略を示してある。このプロジェクタ８０は、白色光源８１と、この白色光源８１からの光を３原色に分解して画像表示ユニット（光スイッチングユニット）５５の導光板（光ガイド）１に入射させる回転色フィルタ８２と、各色の光を変調して出射する映像または画像表示ユニット５５と、出射された光８５を投映する投写用レンズ８６とを備えている。そして、各色毎の変調された光８５がスクリーン８９に投写され、時間的に混色されることにより多諧調のマルチカラーの画像が出力される。プロジェクタ８０は、さらに、画像表示ユニット５５および回転色フィルタ８２を制御してカラー画像を表示する制御回路８４を備えている。画像表示ユニット５５は、光ガイド１と以下に詳述する画像表示デバイス（光スイッチングデバイス）５０とにより構成されており、この制御回路８４からカラー画像を表示するためのデータφなどは画像表示デバイス５０に供給される。
【０００８】
このように、図１に示したプロジェクタ８０は、光を全反射しながら伝達する光ガイド１に投影用の光を供給する光源８１などと共に光ガイド１から出射された光を投写するレンズ８５などを備えた投射用の光を入出力する手段と、光ガイド１に供給された投映用の光を変調する画像表示デバイス５０とを備えており、画像表示デバイス５０により光ガイド１から漏出するエバネセント光を制御して画像が表示される。
【０００９】
図２に、エバネセント波（エバネセント光）を利用して光を変調する画像表示デバイス（エバネセント光スイッチングデバイス）５０の概要を示してある。画像表示デバイス５０は複数の光スイッチング素子（光スイッチング機構）１０が２次元に配列されたスイッチングデバイス（光スイッチングデバイス）であり、個々の光スイッチング素子１０は、単体では導入された光２を全反射して伝達可能な導光板（光ガイド）１に接近および離反して光を変調可能な光学素子（スイッチング部）３と、この光学素子３を駆動するアクチュエータ６とを備えている。そして、光学素子３の層およびアクチュエータ６の層がアクチュエータ６を駆動する駆動回路およびデジタル記憶回路（記憶ユニット）が作りこまれた半導体基板２０の上に積層され、１つの画像表示デバイスとして集積化されている。
【００１０】
図２を参照してエバネセント光を利用した本例の画像表示デバイス５０についてさらに詳しく説明しておく。個々の光スイッチング素子１０をベースに説明すると、図２の左側に示した光スイッチング素子１０ａはオン状態であり、右側に示した光スイッチング素子１０ｂがオフ状態である。光学素子３は、導波路としての機能を果たす導光板１の面（全反射面）１ａに密着する面（接触面または抽出面）３ａと、この面３ａが全反射面１ａに密着したときに漏れ出たエバネセント波を抽出して内部で導光板１に対しほほ垂直な方向に反射するＶ字型の反射プリズム（マイクロプリズム）４と、このＶ字型のプリズム４を支持するサポート構造５とを備えている。
【００１１】
アクチュエータ６は、光学素子３を静電駆動するタイプであり、そのために、光学素子３のサポート構造５と機械的に連結されて光学素子３と共に動く可動電極９と、この可動電極９を全反射面１ａの方向（以降においては上方または第１の方向）に駆動するように配置された上電極（第１の固定電極）７と、この上電極７と対峙した位置で、可動電極９を全反射面１ａと反対側の方向（以降においては下方または第２の方向）に駆動するように配置された下電極（第２の固定電極）８とを備えている。
【００１２】
半導体基板２０には、これらの電極９、７および８に電圧を供給して光学素子３を駆動する駆動回路２１が設けられている。たとえば、上電極７を高電位、下電極８を低電位（接地電位）にバイアスし、可動電極９に駆動電圧として低電位および高電位を供給することにより静電力により、光学素子３を全反射面１ａに接する第１の位置と、全反射面１ａから離れる第２の位置にそれぞれ動かすことができる。
【００１３】
図２に示したように、導光板１には光源から照明光２が全反射面１aで全反射する角度で供給されており、その内部の全ての界面、すなわち、光学素子部（光スイッチング部）３に面した側１ａと、上方の面（出射面）において光が繰り返し全反射し、導光板１の内部が光線で満たされる。したがって、この状態で巨視的には照明光２は導光板１の内部に閉じ込められ、その中を損失なく伝播している。一方、微視的には、導光板１の全反射している面１ａの付近では、導光板１から光の波長程度のごく僅かな距離だけ、照明光２が一度漏出し、進路を変えて再び導光板１の内部に戻るという現象が起きている。このように面１ａから漏出した光を一般にエバネセント波と呼ぶ。このエバネセント波は、全反射面１ａに光の波長程度またはそれ以下の距離で他の光学部材を接近させることにより取り出すことができる。本例の光スイッチング素子１０は、この現象を利用して導光板１を伝達する光を高速で変調、すなわち、スイッチング（オンオフ）する。
【００１４】
たとえば、図２の光スイッチング素子１０ａでは、光学素子３が導光板１の全反射面１ａに接触した第１の位置にあるので、光学素子３の面３ａによりエバネセント波を抽出することができる。このため、光学素子３のマイクロプリズム４で抽出した光２は角度が変えられて出射光２ａとなる。そして、この出射光２ａが図１に示すプロジェクタ８０の投映用の光８５として利用される。一方、光スイッチング素子１０ｂでは光学素子３が導光板１から離れた第２の位置に動かされる。したがって、光学素子３によってエバネセント波は抽出されず、光２は導光板１の内部から出ない。
【００１５】
エバネセント波を用いた光スイッチング素子は単独でも光をスイッチングできる装置として機能するが、図２に示したように、これらを１次元あるいは２次元方向、さらには３次元に並べて配置することができる構成になっている。特に、２次元にマトリクスあるいはアレイ状に並べて配置することにより、液晶あるいはＤＭＤと同様に平面的な画像を表示可能な映像デバイスあるいは画像表示ユニット５５を提供することができる。そして、エバネセント光を用いた画像表示デバイス５０では、スイッチング部である光学素子３の移動距離がサブミクロンオーダとなるので、液晶より１桁あるいはそれ以上応答速度の速い光変調装置として利用でき、これを用いた高速動作が可能なプロジェクタ８０あるいは直視型の画像表示装置を提供することが可能となる。さらに、エバネセント光を用いた光スイッチング素子１０は、サブミクロンオーダの動きで光をほぼ１００パーセントオンオフすることが可能であり、非常にコントラストの高い画像を表現することができる。このため、時間的な分解能を高くすることが容易であり、高コントラストの画像表示装置を提供できる。
【００１６】
さらに、この光スイッチングデバイス５０では、駆動回路などが作りこまれた半導体集積基板２０にアレイ状に配置されたアクチュエータ６および光学素子３が積層された構成の画像表示デバイス５０を１チップで提供することが可能である。すなわち、半導体基板２０の上にアクチュエータ６および光学素子３といったマイクロストラクチャが構築されたマイクロマシンあるいは集積化デバイスである画像表示デバイス５０と光ガイド１とを組み立てることにより画像表示ユニット５５を供給でき、これを組み込むことにより動作速度が速く高解像で、さらに、高コントラストの画像を表示できるプロジェクタを提供できる。
【００１７】
図３に、スイッチング素子１０のレイアウトに合わせて半導体基板２０に駆動回路２１がアレイ状あるいはマトリクス状に配置された様子を模式的に示してある。これらの駆動回路２１には、アドレス線ドライバ回路４５により、行方向（図３の左右方向）に並んだ光変調ユニットの駆動回路２１を並列に接続したアドレス線４４を介してアドレス信号φａが列方向（図３の上下方向）に順番に供給される。また、データ線ドライバ回路４６により、列方向に並んだ光変調ユニットの駆動回路２１を並列に接続したデータ線４１を介して、各々の駆動回路２１のデータが供給される。そして、データ線４１に供給されるデータ信号φｄと同期して供給されるアドレス信号φａにより該当する駆動回路２１にデータ信号φｄがラッチされ、それによってアクチュエータ６を駆動するための信号が可動電極９に供給される。一方、各々のスイッチング素子１０の上電極７および下電極８には、電圧供給線４７および４８を介して高電圧Ｖｈおよび低電圧Ｖｇのバイアス電圧が供給されており、駆動回路２１から可動電極９に供給される駆動電圧によりスイッチング部である光学素子３が動き入射光がオンオフ制御される。
【００１８】
したがって、駆動回路２１には、次のタイミングでデータ信号が供給されるまでの間、供給されたデータ信号φｄをホールドしておく記憶素子が必要となる。図４（ａ）に示した駆動回路２１は光スイッチング素子１０と並列に挿入された容量２２をサンプルホールドとして用いた回路であり、アドレス信号φａによりゲートとなるスイッチング素子２３がオンオフ制御され、適当なタイミングで供給されたデータ信号φｄが容量２２にホールドされる。
【００１９】
図２には、上下の電極、すなわち、第１の固定電極７と第２の固定電極８とを備えたエバネセント光スイッチング素子を例に説明しているが、第１の位置へは可動電極９の弾性によって駆動するタイプのスイッチング素子も可能であり、図５にその例を示してある。本例の光スイッチング素子１０のアクチュエータ６は、可動電極９を下方、すなわち、第２の位置に駆動する第２の固定電極８が設けられている。したがって、オン１０ａのときは、可動電極９の弾性によって光学素子３は第１の位置に駆動され、光ガイドの全反射面１ａに接触する。そして、オフ１０ｂのときはアクチュエータ６の静電力によって光学素子３が第２の位置に駆動され、光ガイドの全反射面１ａから離れる。
【００２０】
図５に示した光スイッチング素子１０も、図３に示したようにマトリクスあるいはアレイ状に配列することにより画像を表示する装置にすることができる。そして、図４（ａ）に示した駆動回路２１によって駆動することができる。しかしながら、上述したように、面順次方式では、色毎に画像を書き換える必要がある。したがって、１フレーム分を書き換えてから次の色の光を当てるといったオペレーションを省略するには、図４（ｂ）に示すような２段のメモリが要求される。図４（ｂ）に示した駆動回路２１は、本願出願人により提案されている２メモリタイプの駆動回路であるが、この駆動回路２１は、いわゆるＳＲＡＭの回路形態となるループ接続された１組のインバータ２４ａおよび２４ｂにより、容量２２に加えてもう１つのメモリが構成されている。したがって、アドレス信号φａによりデータ線４１ａおよび４１ｂから供給されたデータ信号φｄはいったんインバータ２４ａおよび２４ｂにより構成されるメモリにストアされる。その後、フレームの書き換えタイミングなどと同期して供給される面順次信号φｓによりスイッチング素子２５が動作し、メモリにラッチされていたデータ信号φｄがサンプルホールドである容量２２と光スイッチング素子１０に供給され、データ信号φｄにより光スイッチング素子１０が駆動される。
【００２１】
このように２つの記憶素子を設けた駆動回路は画像を表示している間に次の画像のデータをラッチすることが可能であり、画面全体を１クロックで一括して書き換えることが可能となる。したがって、上述した面順次（カラーシーケンシャル）方式によりマルチカラーを表示する画像表示装置においては、光の利用効率が向上するなどの効果が得られ、明るい高解像度の画像を表示することができる。
【００２２】
しかしながら、２つの記憶素子と、それらにデータを転送およびラッチするためのスイッチング素子、さらには、それらを制御するための制御配線を半導体基板上に配置する必要がある。したがって、スイッチング素子１０を微細化するとこれらの素子および配線をアレンジすることが難しくなる可能性が高い。また、製造コストをかけて半導体基板に対し微細化ルールを適用して回路を作り込むことは可能であるとしても、回路が形成された半導体基板上にアクチュエータおよび光学素子を製造する際にアクチュエータあるいは光学素子に欠陥があると、高価な半導体基板が無駄になり画像表示デバイスの製造コストが非常に高くなる。したがって、１つのスイッチング素子あたりに複数のメモリを備えたデバイスが面順次方式に対応するためには望ましいことは明らかであるが、デバイスの小型化および低コスト化とトレードオフの関係にあり、両者を満足する構成は開示されていない。
【００２３】
そこで、本発明においては、記憶素子を増やさずにスイッチング素子の状態を記憶することにより、面順次方式に対応でき、さらに小型化および低コスト化が可能なスイッチングデバイスおよびこれに適した静電アクチュエータ、さらには、これらを用いた画像表示デバイスおよび画像表示装置を提供することを目的としている。また、これらの静電アクチュエータ、スイッチングデバイスおよび画像表示デバイスに適した制御方法を提供することを目的としている。
【００２４】
さらに、面順次方式で多諧調のマルチカラー画像を表示することができるコンパクトで明るい画像表示装置を提供することを目的としている。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては、可動電極が駆動電位によって第１および第２の位置に動くのでそれをスイッチング手段として利用し、可動電極が駆動された位置で可動電極をその位置を保持するための電位が自動的に供給されるようにしている。すなわち、本発明の第１の位置、およびこの第１の位置から離れた第２の位置に移動可能なスイッチング部を電極間に働く静電力により駆動する静電アクチュエータにおいては、スイッチング部を駆動する可動電極と、この可動電極を互いに相反する前記第１の位置の方向または前記第２の位置の方向に駆動するように配置され、固定電位が供給される固定電極と、固定電極が配置された第１または第２の位置で可動電極と接触することにより可動電極と電気的に導通する保持電極と、可動電極に対して極性の異なる駆動電位を印加可能な駆動手段と、保持電極に対して可動電極がその保持電極に接するときの駆動電位と同じ極性の保持電位を印加可能な保持手段と、を有する。
-  -
【００２６】
本発明の静電アクチュエータであれば、可動電極に対し、極性の異なる駆動電位を印加可能な駆動手段と、保持電極に対し、可動電極がその保持電極に接するときの駆動電位と同じ極性の保持電位を印加可能な保持手段とを設けることにより、たとえば、可動電極が第１の駆動電位によって第１の位置に駆動されたときに、第１の位置で接触する保持電極から第１の駆動電位を供給することが可能である。このため、駆動手段から駆動電位が供給されなくてもその状態を保持することができる。逆に、第２の駆動電位によって第２の位置に駆動されたときにも、第２の位置で接触する保持電極から第２の駆動電位を供給することが可能であり、駆動手段から駆動電位が供給されなくなってもその状態を保持できる。
【００２７】
このように、可動電極を第１および第２の方向に駆動するための第１の固定電極および第２の固定電極を備えたアクチュエータに限らず、可動電極自身でも良いが、スイッチング部を第１の位置に駆動する弾性手段を有し、固定電極は可動電極を第２の位置の方向に駆動するように設けられたアクチュエータであっても本発明は適用できる。
【００２８】
したがって、本発明の静電アクチュエータにおいては、駆動手段に可動電極に駆動電位を印加する駆動モードと、可動電極をオープンする保持モードとを設けることが可能であり、保持手段に保持電極に保持電位を印加するセットモードと、保持電極に保持電位を印加しないリセットモードとを設け、駆動モードで保持手段をセットモードにすることにより、その後は、保持モードに移動してもリセットモードが表れるまではアクチュエータの状態が維持される。このため、アクチュエータ自身を１つのメモリとして利用することが可能となる。
【００２９】
保持モードから駆動モードおよびリセットモードからセットモードに同時に、同じクロックで移行することにより、可動電極と、移動先の保持電極とは同じ電位になるのでショートすることはなく、大電流が流れることはない。しかしながら、リセットモードでは、保持電極をオープンにすることにより、駆動モードとセットモードとの同期を取らなくても大電流が流れない。また、可動電極が移動する先の保持電極を同じ電位にしなくても良いので、保持電極の静電力が抵抗となることもなくなる。
【００３０】
したがって、本発明のアクチュエータは、可動電極に対し、極性の異なる駆動電圧を印加する駆動工程と、可動電極をオープンにする保持工程と、保持電極に対し、可動電極がその保持電極に接するときの駆動電圧と同じ極性の保持電圧を印加するセット工程と、保持電極に対し保持電圧を印加しないリセット工程とを有し、駆動工程の間にセット工程を行うことを特徴とする制御方法により制御することができる。この制御方法により、上述したように、静電アクチュエータ自体をメモリとして用いることができる。すなわち、駆動工程中にセット工程を行うことにより、その後、保持工程に移行しても可動電極の電位は、保持電極を介して維持されるのでアクチュエータの可動電極は動かず、駆動工程で動いた状態が維持あるいは保持される。一方、リセット工程中は可動電極の電位は保持電極から印加されないので、駆動工程により駆動電圧に対応して可動電極は動く。したがって、リセット工程中は、メモリにデータを書き込むためのゲートがオープンしたような状態となり駆動電圧によって可動電極が動き、セット工程に移行することにより、可動電極の移動した位置が選択した駆動電圧の状態が静電アクチュエータに記憶される。
【００３１】
このように本発明の静電アクチュエータにおいては、静電アクチュエータ自身をメモリとして使用することができるので、駆動回路中にメモリを１つ用意することにより、したがって、画面単位で制御するときは、保持工程において走査線により順番にデータをメモリに記憶し、その後の駆動工程でカラーシーケンシャルのタイミングで供給されたデータを反映した状態に可動電極を１クロックで動かすことができる。
【００３２】
すなわち、本発明の静電アクチュエータでは、１つのメモリあるいはサンプルホールドを設けるだけで、上述した２つのメモリを備えた駆動回路により制御されるスイッチング素子と同様に制御することができる。さらに、本発明を採用することにより駆動回路に２つのメモリおよびこれらのメモリにデータを転送するためのスイッチ、駆動線が不要となる。したがって、駆動手段となる回路を極めて簡素化でき、コンパクトにまとめることができる。さらに、駆動手段をアレイ状などに並べたデバイスにおいては、その駆動手段に対しメモリ間でデータを転送する制御を行うための接続回線（走査線あるいはデータ線）を設ける必要もない。したがって、面順次方式に対応でき、さらに小型化および低コスト化が可能な静電アクチュエータを提供できる。
【００３３】
本発明の静電アクチュエータと、この静電アクチュエータにより駆動されるスイッチング部とを組み合わせることにより、静電アクチュエータをメモリ機能として用いたコンパクトなスイッチング素子を低コストで提供することができる。また、スイッチング部が第１または第２の位置で光を変調するスイッチング素子とすることが可能であり、その１つは、本願出願人が出願しているエバネセント光を用いた光スイッチング素子である。すなわち、入力された光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導光部をさらに有し、スイッチング部は、第１の位置で全反射面から漏出したエバネセント光を抽出するスイッチング素子に本発明を適用できる。
【００３４】
さらに、複数のこれらのスイッチング素子をアレイ状に配置することにより画像表示ができるスイッチングデバイス（画像表示デバイス）を提供することが可能であり、各々の画素を構成するスイッチング素子のアクチュエータが１つのメモリ機能として動作するので、２つのメモリ機能を設けることが極めて簡単になる。そして、２つのメモリ機能を内蔵するためにサンプルホールドとなる容量あるいはＳＲＡＭを１セットだけ駆動手段の内部に設けるだけでよいので、駆動手段となる回路構成が簡略化され、コンパクトになり、また、半導体装置を低コストで提供できる。このため、歩留まりも向上し、製品コストを下げることができる。そして、画素毎に２つのメモリ機能を備えたコンパクトな画像表示デバイスを提供できる。
【００３５】
この画像表示デバイスにおいては、アレイ状に並んだスイッチング素子の静電アクチュエータに対し同一タイミングで保持電圧を印加し、リセットおよびセットを行うことも可能であり、表示用のデータを供給した後に同一のタイミングで全画面の表示を切り替えることが可能となる。したがって、色毎の光が順番に照射される面順次表示方式において、色毎の画面の切り替えを瞬時に行うことが可能となり、光の利用効率を向上でき、明るい画像を表示することができる。
【００３６】
また、ライン状に並んだスイッチング素子の静電アクチュエータに対し同一タイミングで保持電圧を印加し、リセットおよびセットを行うことも可能となる。このような画像表示デバイスは、上記と同様に面順次表示方式に適用できると共に、さらに、データを供給するタイミングとは別に走査線毎に画素をセットまたはリセットするタイミングを設定することが可能である。したがって、セットまたはリセットするタイミングで画素の表示時間を規定したり、従来の画像表示デバイスでは実現できないようなフレキシブルに画素の状態を制御できる。
【００３７】
そして、これらの画像表示デバイスと、この画像表示デバイスに対し投射用の光を入出力する手段とを有するプロジェクタなどの本発明の係る画像表示装置を提供することが可能であり、上述したように画像表示デバイスをコンパクトで低コスト化でき、さらに面順次表示方式に高速対応するようにできる。したがって、低コストでコンパクトであり、さらに明るい画像を表示可能な画像あるいは映像表示装置を提供できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図６に、本発明の実施の形態に係る光スイッチングユニットを模式的に示してある。本例のスイッチングユニット５５は、先に図５を参照しながら説明したものと同様にエバネセント光を採用したユニットであり、導光部（光ガイド）１と、スイッチングデバイス５０を備えている。スイッチングデバイス５０は、スイッチング素子１０が２次元にアレイ状に配置された画像表示デバイスであり、各々のスイッチング素子１０は、スイッチング部である光学素子３と、これを駆動するアクチュエータ機構６とが半導体基板２０の上に積層された構成である。
【００３９】
半導体基板２０には、各々のアクチュエータ機構６を駆動する回路２１が形成されており、以下ではアクチュエータ機構６および駆動回路２１を含めてアクチュエータ６０と呼ぶことにする。本例のアクチュエータ機構６は図５を参照しながら説明したように、可動電極（中間電極）９と、この可動電極９をオフ位置（第２の位置）に駆動するための固定電極８を備えている。そして、可動電極９は弾性があり、この弾性によってオン位置（第１の位置）に駆動される。したがって、本例のアクチュエータ６０は、駆動回路２１によって可動電極９に供給される駆動電圧で発生する静電力により可動電極９およびこれに連結された光学素子３を駆動する静電駆動タイプのアクチュエータである。
【００４０】
本例の光スイッチング素子１０の詳細な構成および光をオンオフする機構については先に図５に基づき詳述したので以下では省略する。本例の画像表示デバイス５０を構成する光スイッチング素子１０は、そのアクチュエータ機構６の１つとして固定電極８の両側に位置する保持電極６２を備えている。したがって、図６のスイッチング素子１０ｂに示すように、アクチュエータ機構６が下方の第２の位置に移動すると、光学素子３が全反射面１ａから離れてスイッチング素子１０がオフになると共に、可動電極９の両端から下方に突き出たディンプル１３が保持電極６２に接触し、保持電極６２と可動電極９が導通する。このため、本例においては、可動電極９から下方に突き出たディンプル１３は、可動電極９が固定電極８と接触して短絡するのを防止する機能と、可動電極９と保持電極６２とを導通する機能とを備えている。一方、図６のスイッチング素子１０ａに示すように、アクチュエータ機構６が上方の第１の位置に移動すると、光学素子３が全反射面１ａに接してスイッチング素子１０がオンになると共に、可動電極９は保持電極６２から離れる。
【００４１】
さらに、本例の光スイッチング素子１０は、駆動回路２１に加え、保持電極６２に供給する電圧を制御する保持回路６５を備えており、個々の光学素子３を駆動するアクチュエータ６０を構成する回路の１つとなっている。保持回路６５は、保持電極６２に対し、適当なタイミングで可動電極９が固定電極８の方向に駆動されるときの電圧を供給する。以下では、固定電極８が低電圧（接地電位）Ｖｇに固定されており、可動電極９に高電圧Ｖｈ（図中では＋でも示す）を供給することにより可動電極９を固定電極８の側（第２の位置）に駆動し、低電位Ｖｇ（図中ではＧでも示す）を供給することによって可動電極９を光ガイド１の側（第１の位置）に駆動する。したがって、本例の保持回路６５は保持電極６２に対し、適当なタイミングで高電圧Ｖｈの保持電圧を供給する。なお、以降では、保持電圧を保持電極６２に供給あるいは印加した状態をセットモードと呼ぶ。
【００４２】
さらに、保持回路６５は、保持電極６２を高電位あるいは低電位の供給側から開放し電圧が不定なオープン状態（図中ではＺでも示す）に保持する機能も備えている。以降では、保持電極６２をオープンにした状態をリセットモードと呼ぶ。また、本例の駆動回路２１は、可動電極９の低電位Ｖｇおよび高電位Ｖｈの駆動電圧を供給するモード（駆動モード）に加え、可動電極９をオープンにして電位を不定にする保持モードを備えている。そして、以降で説明するように、セットおよびリセットモードと、駆動および保持モードを組み合わせることにより、アクチュエータ機構６をメモリとして利用することができる。
【００４３】
図７ないし図１０に示したタイミングチャートを参照しながらさらに詳しく説明する。図７に示したタイミングチャートは、黒表示（オフ位置、第２の位置）から白表示（オン位置、第１の位置）に変わる例である。固定電極８の電位は接地電位Ｖｇ（Ｇ）に保持されており、時刻ｔ１に、可動電極９に駆動回路２１から高電位Ｖｈ（+）が供給され、可動電極９はオフの位置に動く。このとき、保持電極６２はオープンＺになっており電位は不定である。しかしながら、可動電極９と固定電極８の静電力によって可動電極９が動き、アクチュエータ機構６によって、光学素子３は第２の位置に駆動される。したがって、時刻ｔ１がデータを書き込むタイミングとなる。また、可動電極９は第２の位置で保持電極６２と接触するが、保持電極６２はオープンＺになっているので、高電位＋になるが電流はほとんどながれない。
【００４４】
時刻ｔ２で保持回路６５から保持電極６２に高電位＋が供給され、可動電極９と同電位となる。また、可動電極９と保持電極６２は導通しているので、以降は、可動電極９がオープンになっても可動電極９の電位は保持される。したがって、このタイミングがロックとなる。
【００４５】
このため、時刻ｔ３に、可動電極９がオープンＺになっても、可動電極９の実質的な電位は保持電極６２によって保持される。したがって、可動電極９、固定電極８および保持電極６２で構成されるアクチュエータがメモリとなり、駆動回路２１にメモリとなる素子を用意しなくても可動電極９の状態を保存できる。
【００４６】
一方、時刻ｔ４に、保持電極６２をオープンにすると可動電極９および保持電極６２の電位は不定となる。多くの場合、完全にオープンとなれば電荷はそのまま保持されるので、時刻ｔ３と同じ状態が保存される。一方、時刻ｔ５に、可動電極９に新しいデータが書き込まれると、それに応じた動作を行う。本例では、時刻ｔ５に、低電位Ｇが駆動回路２１から可動電極９に供給されると可動電極自身あるいは可動電極９を支持する部材のばね弾性により可動電極９は上方のオン側（第１の位置）へ動き、スイッチング素子１０がオンになる。
【００４７】
時刻ｔ６のロックのタイミングになると、保持電極６２の電位が高電位＋になる。しかしながら、可動電極９は保持電極６２に接触していないので可動電極９の電位に影響を与えない。そして、時刻ｔ７に可動電極９がオープンＺになっても、保持電極６２の電位は印加されず、可動電極９の弾性によってオンの状態が維持される。
【００４８】
本例の光スイッチング素子１０においては、時刻ｔ１からｔ３および時刻ｔ５からｔ７が、可動電極９にＧまたは＋の駆動電位が印加される駆動モードであり、時刻ｔ３からｔ５および時刻ｔ７以降が可動電極９がオープンＺになる保持モードである。そして、時刻ｔ２からｔ４および時刻ｔ６以降が保持電極６２が保持電位（このケースでは高電位）になるセットモードに対応し、時刻ｔ４からｔ６が保持電極６２がオープンＺになるリセットモードに対応する。駆動モードで可動電極９に駆動電圧を印加し、その後、可動電極９が移動した後にセットモードにして保持電極６２に保持電位を供給する。このような制御方法により、可動電極９には移動した位置の保持電極６２から、その位置に移動するための駆動電圧に対応する保持電圧が供給されることになる。したがって、駆動回路２１から駆動電圧が供給されなくなっても（保持モード）、保持電圧が供給されなくなるまで（リセットモード）、可動電極９の位置が保持することが可能となる。
【００４９】
このように、本例のアクチュエータ６０およびそれを用いた光スイッチング素子１０は、可動電極自身を可動電極９に対し保持用の電圧を供給するためのスイッチングとして利用できるアクチュエータ機構６を備えており、駆動回路２１に動かされた可動電極９の位置をアクチュエータ機構６の側でラッチすることができる。したがって、駆動回路２１にメモリとなる素子、たとえば、保持容量あるいはＳＲＡＭなどが用意されていれば、可動電極９をオープンすることにより、可動電極９の状態に影響を与えずにそのメモリに次のデータをラッチすることができる。
【００５０】
図８に示したタイミングチャートは、光スイッチング素子によって形成される画素の色が黒表示（第２の位置）から黒表示（第２の位置）に変わる例である。この例でも、時刻ｔ１１に、可動電極９に黒表示となる高電位＋が供給されると黒表示になり、時刻ｔ１２に、保持電極６２に保持電位＋が供給され、可動電極９の動きがロックされる。したがって、時刻ｔ１３に、可動電極９の電位が不定Ｚになっても、可動電極９の状態は維持される。また、時刻ｔ１４に、保持電極６２がオープンＺになっても、それ以前のタイミングの電荷が保存されていれば、可動電極９の電位は高電位＋に維持され、スイッチング素子１０の状態は維持される。そして、リセット中の、時刻ｔ１５に、再び、黒表示となる高電位＋が書き込まれると、スイッチング素子１０は黒表示となり、時刻ｔ１６に、再びロックされ、時刻ｔ１７に可動電極９がオープンＺになってもアクチュエータ機構６および光スイッチング素子１０の状態に変化はない。
【００５１】
図９に示したタイミングチャートは、光スイッチング素子によって形成される画素の色が白表示（第１の位置）から黒表示（第２の位置）に変わる例である。この例では、時刻ｔ２１に、可動電極９に白表示となる低電位Ｇが供給されると白表示になり、時刻ｔ２２に、保持電極６２に保持電位＋が供給されても、可動電極９はその影響を受けず、可動電極９の弾性によって動きがロックされる。したがって、時刻ｔ２３に、可動電極９の電位が不定Ｚになっても、可動電極９の状態は維持される。一方、時刻ｔ２５に、黒表示となる高電位＋が書き込まれると、スイッチング素子１０は黒表示となり、時刻ｔ２６に、保持電極６２に保持電位＋が供給されると、その状態でロックされ、時刻ｔ２７に可動電極９がオープンＺになってもアクチュエータ機構６および光スイッチング素子１０の状態に変化はない。
【００５２】
図１０に示したタイミングチャートは、光スイッチング素子によって形成される画素の色が白表示（第１の位置）から白表示（第１の位置）に変わる例である。この例でも、時刻ｔ３１に、可動電極９に白表示となる低電位Ｇが供給されると白表示になり、時刻ｔ３２に、保持電極６２に保持電位＋が供給されても可動電極９はその影響を受けず、可動電極９の弾性によって動きがロックされる。したがって、時刻ｔ３３に、可動電極９の電位が不定Ｚになっても、可動電極９の状態は維持される。また、時刻ｔ３４に、保持電極６２がオープンＺになっても、可動電極９の状態はそれ自身の弾性によって維持されているのでスイッチング素子１０の状態は保持される。そして、リセット中の、時刻ｔ３５に、再び、白表示となる低電位Ｇが書き込まれると、スイッチング素子１０は白表示が維持され、時刻ｔ３６に、再びロックされても状態は変わらない。また、時刻ｔ３７に可動電極９がオープンＺになってもアクチュエータ機構６および光スイッチング素子１０の状態に変化はない。
【００５３】
これらのタイミングチャートに示したように、本例の光スイッチング素子１０においては、すべての状態で、保持電極６２に対し保持電位を供給することにより、そのときの可動電極９の状態を保持することができる。本例では、リセットモードで保持電極６２をオープンしているが、これに対し、リセット時に保持電極６２に逆極の電位を与えることも可能である。図１１にそのような制御を行ったときのタイミングチャートを示してある。本例は黒表示から黒表示になる例であるが、リセットモードで逆極の電位を与える場合は、書き込みするタイミングで保持電極６２に対し保持電位を印加するようにしないと可動電極９から保持電極６２に過剰電流が流れる可能性がある。したがって、まず、時刻ｔ４１に可動電極９に高電位＋を供給すると共に、保持電極６２にも保持電位＋を供給し、書き込みと同時にロックをかける。そして、時刻ｔ４３に可動電極９がオープンＺになっても、保持電極６２から供給される保持電位によって可動電極９の状態は維持される。一方、時刻ｔ４４にリセットモードになると、保持電極６２が低電位Ｇになるので、可動電極９の電位も一時的に低電位Ｇとなり白表示の方向に動く、そして、次の時刻ｔ４５に、可動電極９に黒表示となる高電位＋が書き込まれると、再び、黒表示となる。そして、保持電極６２も保持電位＋となるので、その状態がロックされる。
【００５４】
黒表示から黒表示になるケースを除き、リセットモードにおいて１クロックだけ白表示になることが問題となることはない。また、黒表示が継続するときにリセットモードで白表示なることは、コントラストの低下に繋がるが、リセット時間を短縮することにより、この影響はほとんど無くすことができる。すなわち、エバネセント光の抽出効率はプリズム４の抽出面３ａと全反射面１ａとの距離に依存するので、エバネセント結合する距離まで抽出面３ａと全反射面１ａとの距離が縮まる前に書き込みできるようにすれば、リセットモードの時間は非常に短くなり、コントラストの低下を防止できる。また、リセットモードにおいて、いったん保持電極６２と可動電極９との接触を外し、その間に可動電極９の極性を変えることができるので、保持電極６２を介して画素同士が短絡することがない。したがって、保持電極６２を画素毎に電気的に独立させる必要がなくなり、すべての画素に共通したものにすることができる。
【００５５】
このように、リセットモードでは必ずしも保持電極をオープンにしなくても、セットモードで保持電極に対し保持電位を供給することによりアクチュエータ機構６の状態をロックすることができる。また、上記の例では、オン位置（第１の位置）では可動電極９の弾性を利用して状態をロックしているが、保持電極を用いてロックすることも可能である。
【００５６】
図１２は、図２に示した、上下の固定電極７および８を備えた光スイッチング素子１０に対し本発明を適用した例であり、固定電極８で駆動された第２の位置に可動電極９が移動したときに接触する保持電極６２に加え、固定電極７で駆動された第１の位置に可動電極９が移動したときに接触する保持電極６１を備えている。そして、保持回路６５から、これら保持電極６１および６２に適当なタイミングで保持電位が供給される。以下では、上記と同様に、下電極８が低電位Ｇで固定され、上電極７が高電位＋で固定されているとする。したがって、可動電極９が低電位Ｇのときに可動電極９は上電極７の方向に駆動される。したがって、上の保持電極６１には、保持電位として低電位Ｇが供給される。一方、可動電極９が高電位＋のときに可動電極９は下電極８の方向に駆動されるので、下の保持電極６２には高電位＋が保持電位として供給される。
【００５７】
図１３に、このスイッチング素子１０を制御するタイミングチャートの一例を示してある。このタイミングチャートは、黒表示（第２の位置）から白表示（第１の位置）に変わる例であり、まず、時刻ｔ５１に、駆動モードになり、黒表示となる高電位＋の駆動電圧が可動電極９に供給されると、可動電極９は第２の位置に移動し、下の保持電極６２と接触する。時刻ｔ５２に、セットモードになり、保持電極６１および６２に対し、それぞれの保持電圧が供給されると、可動電極９は、下の保持電極６２に接触しているので、駆動電圧と同じ高電位＋の保持電位と接触することとなり、これらの間に電流も流れず、状態がロックされる。そして、時刻ｔ５３に、保持モードになり、可動電極９がオープンＺになると、保持電極６２から駆動電圧と同じ電位が供給され、可動電極９は動かない。また、時刻ｔ５４に、リセットモードになり、保持電極６２がオープンＺになっても、電荷が保存されるので、可動電極９の状態は保持される。
【００５８】
一方、時刻ｔ５５に、駆動モードになり、可動電極９に白表示となる低電位Ｇの駆動電圧が供給されると、可動電極９は上の固定電極７の方向に移動し、上の保持電極６１と接触する。時刻ｔ５６に、セットモードになり、保持電極６１および６２に対し、それぞれの保持電圧が供給されると、可動電極９は、上の保持電極６２に接触しているので、駆動電圧と同じ低電位Ｇの保持電位と接触することとなり、これらの間に電流も流れず、状態がロックされる。そして、時刻ｔ５７に、保持モードになり、可動電極９がオープンＺになっても、保持電極６１から駆動電圧と同じ電位が供給されるので可動電極９は動かない。
【００５９】
このように、可動電極９の移動方向に、それぞれ保持電極を設けておくことにより、可動電極９を選択手段として保持用あるいはロック用の電位を選択することが可能であり、可動電極の状態をロックし、記憶することができる。そして、保持電極の保持電位を解消することにより、可動電極は動ける状態なるので、ロックをリセットすることができ、次の駆動電圧を反映することができる。
【００６０】
図６および図１２においては、保持電極に対し画素単位で保持電圧を供給するイメージで図示しているが、光スイッチング素子１０が２次元にアレイ状に配置されている画像表示デバイス５５においてはライン（走査線）単位あるいは画面全体で保持電圧を制御することが可能であり、個々のアクチュエータ６０あるいはスイッチング素子１０の面積に保持回路６５を作り込まなくてよい。また、保持電圧をオンオフするタイミングは、駆動回路２１にラッチされたデータを画素レベルに反映されるタイミングを制御するので、走査線単位あるいは画面単位で制御することが望ましい。
【００６１】
図１４に、本例のアクチュエータ６０を備えたスイッチング素子１０として、図６に示したスイッチング素子を２次元にアレイ状に配置し画像表示デバイス５０を構成したときの駆動回路２１と、固定電極８と、さらに、保持電極６２に電圧を供給する構成の一例を示してある。本図は先に示した図３に対応するものであるが，本例においては、固定電極にバイアス電圧を供給する電圧供給線４８に加えて、駆動回路２１が横方向に並んだ走査線毎に保持電極６２をグループ分けし、保持回路６５から電圧供給線６９により保持電位を出力できるようにしている。したがって、本例のデバイス５０では、保持電極６２の電圧を走査線毎に制御することが可能である。すなわち、走査線毎に保持電極６２に保持電圧を同期して供給することが可能であり、走査線毎にスイッチング素子１０、すなわち、画素の状態を１クロックでリセットあるいはセットすることができる。もちろん、画面全体の画素の状態を１クロックでリセットあるいはセットすることができる。
【００６２】
このように走査線毎あるいは画面毎に１クロックで画素の状態をセットあるいはリセットできる画像表示デバイス５０を用いることによりいくつかの非常に有益な効果が得られる。たとえば、図１に示したプロジェクタ８０では、回転色フィルタ８２により複数の色（通常は赤色、緑色および青色）が順番に画像表示ユニット５５に入力され、各色毎の画像に変調された光８５が出射される。このため、カラー画像を表示する制御回路８４から画像表示ユニット５５に対して、カラー画像を表示するためのデータφｄと、このデータφｄを各画素のメモリにラッチするためのアドレス（走査）信号φａが駆動回路２１に供給される。さらに、ラッチしたデータで各画素を表示するための面順次信号により駆動回路２１から駆動電圧が出力され、色回転フィルタが面順次信号と同期して動くことにより、各色の画像を各色の光が照射されるのほとんど同期して出力でき、照射時間のロスをほとんどゼロにすることができる。
【００６３】
すなわち、面順次信号と同じあるいは同期した信号φｓが保持回路６５に供給されて、駆動回路２１から供給された画素の状態が画素自身、すなわちスイッチング素子１０にロックされる。これにより画像が固定されている間に、パルス状のアドレス信号φａがアドレス線４４を介して列方向に順番に供給され、それに対応するデータ信号φｄがデータ線４１により供給される。この結果、１フレーム（画面）分のアドレス線が走査されると、１フレームのデータが各駆動回路２１のメモリに新たにラッチされる。この際、１フレームを複数のフィールドに分けて順番に表示する方式が採用されるのであれば、１フィールド分のデータが記憶される。
【００６４】
次に、面順次信号がオンになると、各画素のアクチュエータ機構６にそれぞれの駆動回路２１から新たな駆動電圧が供給され、それによって次の画像が表れる。すなわち、次の画面表示に１クロックで切り替わる。したがって、この画面表示が切り替わるタイミングにあわせて色の異なる光を画像表示ユニット５５に照射あるいは供給することにより、色の異なる画像を表示することができる。さらに、その色の光が供給され、その色の画像が表示されている間に、上記と同様に次の色の画像データがアドレス信号φａにしたがって走査線の順番に駆動回路２１にラッチされる。そして、次の面順次信号により、画面を構成するすべての駆動回路２１のデータにしたがって次の色の光が照射されるタイミングと同期して画像表示が切り替わる。
【００６５】
このように、本例の画像表示ユニット５５では、光スイッチング素子自体がメモリ機能を備えているので、駆動回路２１にメモリとなる素子を１つ用意するだけで、１クロックで画像を切り替えることができる。したがって、色の異なる光を照射するときに、光源をオフにしてそれぞれの画像を書き込む時間を確保する必要がない。さらに、光変調素子として応答速度が液晶より１桁程度あるいはそれ以上短い光スイッチング素子１０を採用しているので、ほとんど連続して、シャッターなどによって光を遮断することなく、色の異なる光をシーケンシャルに照射することができる。このため、各色の光を順番に照射する面順次駆動方式において、シャッターなどの余分な機構が不要となり、さらに、時間的な分解能の非常に高い画像表示装置を提供することができる。このため、面順次方式で多諧調のマルチカラー画像を表現することができる画像表示装置を提供できる。面順次方式を採用することにより、上述したように、１つの画素を１つの光スイッチング素子でマルチカラー表現可能となるので、コンパクトで解像度の高い画像表示装置を提供することが可能である。
【００６６】
そして、このような面順次方式を実現するにあたって、各画素を構成するスイッチング素子あるいは駆動回路に、先に図４（ａ）を参照しながら説明したようなメモリを１つだけ用意して操作するだけでよい。このため、本例の画像表示装置においては、非常にコンパクトで多諧調の画像も表現できる画像表示装置を提供できる。
【００６７】
また、ほとんど連続して各色の光を照射することができるので、光の利用効率が高く、明るい画像を表示することができる画像表示装置を提供できる。そして、表示中にインタレースあるいはノンインタレースで画面が書き換えられることがないので、フリッカーなどの発生がなく、非常に品質の高い画像を表示することが可能となる。
【００６８】
さらに、上電極および下電極に対し走査線単位で保持電圧を供給することにより、さらにフレキシブルな画素制御ができる。たとえば、１つの色の画像を多数のフレームで構成する場合、そのフレームを切り替えるタイミングをライン単位で制御することができ、線順次方式と呼ぶことができる画像制御が行える。さらに、そのような制御を行うために駆動回路にセットあるいはリセット信号を供給する走査線を設けたり、駆動回路内のセットあるいはリセットのための回路要素を加える必要がない。したがって、非常に簡易な構成で、コンパクトで低コストなデバイスでありながら、画素のデータの読み込みおよび書込み、さらには表示のタイミングを自由に制御することができる画像表示デバイスを本発明により提供することができる。
【００６９】
なお、本例では、光変調を行うスイッチング用の素子として静電アクチュエータを用いた例を説明しているが、静電アクチュエータにより駆動される光学素子あるいはそれを用いたデバイスであれば、本発明を適用することができる。また、本発明は、固定電極で可動電極が駆動される静電アクチュエータを備えたデバイスであれば適用することが可能であり、光変調デバイスに限らず、マイクロバルブなどの他の用途のスイッチングデバイスに対しても本発明を適用し、簡易でコンパクトな構成でスイッチングのタイミングを自由に制御することができるデバイスを提供することができる。
【００７０】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、固定電極と可動電極との間で働く静電力を用いた静電アクチュエータにおいて、可動電極の状態をロックすることができる保持電極を設けることにより、静電アクチュエータのアクチュエータ機構、すなわち、電極により構成される駆動機構自体を１つのメモリとして使用することが可能となり、駆動回路の側に用意するメモリを少なくとも１組は削減することが可能となる。
【００７１】
半導体基板の上にマイクロアクチュエータが積層された構成のマイクロデバイスにおいて、マイクロアクチュエータの集積度を上げることは重要な課題であり、それと共に半導体基板内の駆動回路が占める面積は削減される。このため、半導体基板側の集積度もさらに向上する必要が生じ、製造コストがあがると共に歩留まりが低下する。特に、半導体基板にマクロアクチュエータ、さらにはスイッチングとなる光学素子の層が積層された構成のデバイスにおいては、各レイアウト層の歩留まりによって基板となる側が無駄になってしまい、光学素子層およびアクチュエータ層の歩留まりによって高価な高集積度の半導体基板のロスが左右される。したがって、半導体基板の集積度が上げられるとしても、それによってコストが大幅に増加すると、製品コストに与える影響は非常に大きい。
【００７２】
これに対し、本発明を適用することにより、半導体基板側のコストアップなしに、メモリとしての機能を追加することが可能である。このため、半導体基板の歩留まりを向上できるだけではなく、アクチュエータ層あるいは光学素子層の歩留まりにともなるロスによる影響を最小限に留めることが可能となり、低コストで、画素毎にメモリを１つあるいは複数備えた高機能なスイッチングデバイスを提供することができる。そして、本発明に係る光スイッチングデバイス（画像表示デバイス）を用いることにより、低コストでコンパクトでありながら、明るい高解像度の画像を表示することができる画像表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】画像表示装置としてプロジェクタの例を示してある。
【図２】エバネセント光スイッチング素子の概要を示す図である。
【図３】駆動回路をアレイ状に配置した画像表示デバイスの構成を示す図である。
【図４】図３に示した駆動回路の例を示す回路図である。
【図５】下側の固定電極だけで可動電極が駆動されるタイプの光スイッチング素子の概要を示す図である。
【図６】本発明にかかる静電アクチュエータを備えたエバネセント光スイッチング素子の概要を示す図である。
【図７】図６に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、黒表示から白表示に移行する様子を示す図である。
【図８】図６に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、黒表示から黒表示に移行する様子を示す図である。
【図９】図６に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、白表示から黒表示に移行する様子を示す図である。
【図１０】図６に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、白表示から白表示に移行する様子を示す図である。
【図１１】図６に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、保持電圧が異なる例を示す図である。
【図１２】上記と異なる静電アクチュエータを備えたエバネセント光スイッチング素子の概要を示す図である。
【図１３】図１２に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、黒表示から白表示に移行する様子を示す図である。
【図１４】本発明に静電アクチュエータを備えたスイッチング素子をアレイ状に配置した画像表示デバイスの構成を示す図である。
【符号の説明】
１    導光板
２    照明光
３    光学素子部
４    マイクロプリズム
５    V型のサポート構造
６    アクチュエータ機構
７    上の固定電極
８    下の固定電極
９    可動電極
１０    光スイッチング素子
２０    半導体基板
２１    駆動回路（駆動ユニット）
２２    サンプルホールド
２３    スイッチング素子
４１    データ線
４２    アドレス線
４５    アドレス線ドライバ回路
４６    データ線ドライバ回路
４７    上の固定電極への電圧供給線
４８    下の固定電極への電圧供給線
５０    光スイッチングデバイス（画像表示デバイス）
５５    画像表示ユニット
６０    静電アクチュエータ
６１    上の保持電極
６２    下の保持電極
６５    保持回路
６９    保持電極への電圧供給線
【図１】
0003726642.tif 000002
【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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