(57)【要約】【課題】本発明の課題は、駆動電圧が低く、安価に大面積化が可能であるとともに製作が容易で簡単な構成の２次元マトリクス平面表示素子を得ることである。【解決手段】基板上に単色光を発光する複数のストライプ状の薄膜光源を配置し、その上に薄膜光源からの光の透過率を電気機械的に制御する複数のストライプ状の１次元光変調アレイが、ストライプ状の薄膜光源と直交するように配置され、１次元光変調アレイを含む光路前方に、少なくとも波長変換機能を有するフィルタを画素に対応させて設けた２次元マトリクス平面表示素子であり、薄膜光源として有機ＥＬを用い、１次元光変調アレイとして、静電気により可撓薄膜が変位する原理を用いたものである。【選択図】    図２
2004205974.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に単色光を発光する複数のストライプ状の薄膜光源を配置し、その上に該薄膜光源からの光の透過率を電気機械的に制御する複数のストライプ状の１次元光変調アレイが、該ストライプ状の薄膜光源と直交するように配置された２次元マトリクス素子。
【請求項２】
基板上に単色光を発光する複数のストライプ状の薄膜光源を配置し、その上に該薄膜光源からの光の透過率を電気機械的に制御する複数のストライプ状の１次元光変調アレイが、該ストライプ状の薄膜光源と直交するように配置され、前記１次元光変調アレイを含む光路前方に、少なくとも波長変換機能を有するフィルタを画素に対応させて設けた２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項３】
前記薄膜光源が、有機ＥＬであることを特徴とする請求項２に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項４】
前記波長変換機能を有するフィルタが、前記１次元光変調アレイから離れて配置されることを特徴とする請求項２または３に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項５】
前記波長変換機能を有するフィルタが、前記１次元光変調アレイに接して、又は前記１次元光変調アレイ内に設けられることを特徴とする請求項２または３に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項６】
前記薄膜光源からの光の主な波長が、３５０ｎｍ〜４００ｎｍであることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項７】
前記波長変換機能を有するフィルタが、光源光に対して、赤色及び／又は緑色及び／又は青色を含む色に発光する蛍光材料を有することを特徴とする請求項６に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項８】
前記波長変換機能を有するフィルタと前記１次元光変調アレイとの間に、光源光の少なくとも一部を透過し、前記蛍光材料から発光した赤色及び／又は緑色及び／又は青色を含む色の光を反射する第２のフィルタを設けることを特徴とする請求項７に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項９】
前記薄膜光源からの光の主な波長が、４００ｎｍ〜５２０ｎｍであることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項１０】
前記波長変換機能を有するフィルタが、光源光に対して、赤色及び／又は緑色を含む色に発光する蛍光材料を有することを特徴とする請求項９に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項１１】
前記波長変換機能を有するフィルタが赤色及び／又は緑色の光を透過させる機能を有することを特徴とする請求項９に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項１２】
前記１次元光変調アレイを含む光路前方に、光源光に対して、青色光を透過させる機能を有するフィルタを画素に対応させて設けたことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項１３】
前記青色光を透過させる機能を有するフィルタが、光源光に対して、青色を含む色に発光する蛍光材料を有することを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項１４】
前記青色光を透過させる機能を有するが、光拡散機能を有することを特徴とする請求項９〜１３のいずれかに記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項１５】
前記波長変換機能を有するフィルタの前方に外部光を減衰させるＮＤフィルム又は偏光フィルムを有することを特徴とする請求項２〜１４のいずれかに記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項１６】
前記１次元光変調アレイが、静電気により可撓薄膜が変位する原理を用いたものであることを特徴とする請求項２〜１５のいずれかに記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項１７】
前記１次元光変調アレイが、前記可撓薄膜の変位により光路開口面積を変化させることで光透過率を制御するものであることを特徴とする請求項１６に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項１８】
前記１次元光変調アレイが、前記可撓薄膜の変位により結合素子を移動させて近接光の透過と全反射による遮光により光透過率を制御するものであることを特徴とする請求項１６に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項１９】
前記１次元光変調アレイはバックライト入射型であり、前記薄膜光源上に光路選択膜を配置してなることを特徴とする請求項１６に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項２０】
前記薄膜光源と、前記薄膜光源に面して配置されて当該面から導入した前記薄膜光源からの面上の入射光の少なくとも一部を全反射させて、入射光を実質的に光路前方に出射させない全反射面を光路前方の他方の面に設けた全反射光学部材と、全反射光学部材の全反射面の所望位置に表示画像様に近接して設けられて前記全反射面における入射光の全反射条件を崩して該全反射面から入射光を結合させて取り出す１次元光変調アレイを備えたことを特徴とする請求項１８に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項２１】
前記全反射光学部材が、前記面上の入射光の光路を変化させる光学要素を有することを特徴とする請求項２０に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項２２】
前記全反射光学部材が、前記面上の入射光の光路を選択する光学要素を有することを特徴とする請求項２０に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項２３】
前記全反射光学部材が、前記面上の入射光の導入側から、該入射光の光路を変化させる光学要素と、入射光の光路を選択する光学要素をこの順序で有することを特徴とする請求項２０に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項２４】
前記１次元光変調アレイが、取り出した光の光路を変化させる光路変更手段を有することを特徴とする請求項２０〜２３のいずれかに記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項２５】
前記光路変更手段が、屈折により前記取り出した光の光路を変更させることを特徴とする請求項２４に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項２６】
前記光路変更手段が、レンズアレイ、プリズムアレイ、屈折率分布レンズ体のいずれかからなることを特徴とする請求項２５に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項２７】
前記光路変更手段が、回折により前記取り出した光の光路を変化させることを特徴とする請求項２４に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項２８】
前記光路変更手段が、体積ホログラム、位相変調型回折格子、振幅変調型回折格子のいずれかからなることを特徴とする請求項２７に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項２９】
前記光路変更手段が、光拡散又は光散乱により前記取り出した光の光路を変化させることを特徴とする請求項２４に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項３０】
前記光路変更手段が、多孔質体、異種屈折率分散体もしくは分布体、又は表面に凹凸を有する光拡散体もしくは光散乱体のいずれかであることを特徴とする請求項２９に記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項３１】
前記薄膜光源に走査信号を与え、前記１次元光変調アレイに画像信号を与えることを特徴とする請求項２〜３０のいずれかに記載の２次元マトリクス平面表示素子。
【請求項３２】
複数のストライプ状の薄膜光源の各々の電極に走査信号を印加し、それと直交する複数のストライプ状の１次元光変調アレイの各々の電極に画像信号を印加し、所望の画素の光透過率を制御して表示を行なう２次元マトリクス平面表示素子の駆動方法。
【請求項３３】
前記画像信号の印加時間を変調することで、階調を行うことを特徴とする請求項３２に記載の２次元マトリクス平面表示素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄型の平面表示素子、マイクロディスプレイ（超小型ディスプレイ）、２次元マトリクス露光素子（主に可視光に感光する感材露光用など）として用いられる２次元マトリクス素子、特に、主に可視光を出射する２次元マトリクス平面表示素子、及びその駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、薄型の平面表示装置としては、種々のものが提案されており、代表的なものに、例えば液晶の電気光学効果を利用した液晶表示装置、プラズマ表示装置、フィールドエミッションディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンス、無機エレクトロルミネッセンス等がある。
【０００３】
液晶表示装置（ＬＣＤ）は、一対の導電性透明膜を形成した基板間に、基板と平行に且つ両基板間で偏光軸が９０°ねじれた状態にするように配向したネマティック液晶を入れて封止し、これを直交した偏光板で挟んだ構造を有する。この液晶表示装置による表示は、導電性透明膜に電圧を印加することで液晶分子の長軸方向が基板に対して垂直に配向され、バックライトからの光の透過率が変化することを利用して行われる。良好な動画像対応性を持たせるためには、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いたアクティブマトリクス液晶パネルが使用される。
【０００４】
プラズマ表示装置（ＰＤＰ）は、ネオン、ヘリウム、キセノン等の希ガスを封入した二枚のガラス板の間に、対向する電極同士が互いに直交するように規則的に配列させた放電電極を多数配置し、それぞれの対向電極の交点部を単位画素とした構造を有する。このプラズマ表示装置による表示は、画像情報に基づき、それぞれの交点部を特定する対向電極に、選択的に電圧を印加することにより、交点部を放電発光させ、発生した紫外線により蛍光体を励起し発光させることで行われる。
【０００５】
フィールドエミッションディスプレイ（ＦＥＤ）は、微小間隔を介して一対のパネルを対向配置し、これらパネルの周囲を封止した平板状の表示菅としての構造を有する。表示面側のパネルの内面には、蛍光膜が設けられ、背面パネル上には個々の単位発光領域毎に電界放出陰極が配列される。代表的な電界放出陰極は、微小サイズのエミッタティプと称される錐状突起状の電界放出型マイクロカソードを有している。このＦＥＤによる表示は、エミッタティプを用いて電子を取り出し、これを蛍光体に加速照射することで、蛍光体を励起し発光させて行われる。
【０００６】
有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）は、発光材料として用いる有機材料を選択することにより容易に可視域をすべてカバーすることができ、近年、高輝度・高効率な材料が多く開発され、盛んに研究が行われてきている。素子寿命も連続動作で１万時間を超え、カラーディスプレイとして実用化されてきている。
【０００７】
無機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）は、電界による衝突励起を利用するもので、小型または大型軽量のフラットディスプレイとして、盛んに研究されている。黄橙色発光のマンガン添加硫化亜鉛からなる蛍光体薄膜を用いたモノクロ薄膜ＥＬディスプレイが既に実用化されている。
【０００８】
しかしながら、上述した従来の平面表示装置には、以下に述べる種々の問題があった。
ＬＣＤでは、バックライトからの光を、偏光板、透明電極、カラーフィルターの多数層に透過させるため、光利用効率が低下する問題があった。また、高品位型には高コストのＴＦＴが必要とされ、且つ二枚の基板間に液晶を封入し、配向させなければならないことも相まって、大面積化が困難となる欠点があった。更に、配向した液晶分子に光を透過させるため、視野角度が狭くなる欠点があった。特に、中間色の視野角依存性を完全に補正することが困難であった。
【０００９】
ＰＤＰでは、画素毎にプラズマを発生させるための隔壁の形成により製造コストが高くなると共に、大重量となる欠点があった。また、放電電極に相当する多数の電極を、単位画素毎に規則的に配列しなければならない。このため、高精細になると発光（放電）効率が低下し、また真空紫外線励起による蛍光体の発光効率が低いために、高電力効率で高精細、高輝度の画像が得難い欠点があった。更に、駆動電圧が高く、駆動ＩＣが高価な欠点もあった。
【００１０】
ＦＥＤでは、放電を高効率且つ安定化させるために、パネル内を超高真空にする必要があり、プラズマ表示装置と同様に製造コストが高くなる欠点があった。また、電界放出した電子を加速して蛍光体へ照射するため、高電圧が必要となる不利もあった。
【００１１】
有機ＥＬでは、アクティブマトリクスで１０インチ以上の大面積表示画面を作るには、低温ポリシリコンＴＦＴが必要となり、したがって高コストとなり、さらに、表示均一性が良くなかった。
【００１２】
無機ＥＬでは、発光効率が悪く、高コストであり、高電圧の駆動ＩＣ回路が必要となり、性能不足である。また、硫化物蛍光体薄膜を用いた薄膜ＥＬディスプレイは、信頼性、耐環境性に優れているが、現在のところ、赤色、緑色、青色の３原色に発光するＥＬ用蛍光体の特性が十分でないため、フルカラー化は適していない。
【００１３】
また、青色の励起光をバックライトとして使用し、液晶スイッチを介して青色光はそのまま透過させて青色として使い、同時に色変換機能を有するフィルタで緑と赤の発光を行わせて成るマルチカラーのディスプレイが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、この液晶スイッチによるディスプレイは、液晶の両側に偏光板が用いられており、偏光板の内側に蛍光体を入れると光が散乱して偏光解消してしまうため、蛍光体は偏光板の外側に設けざるを得ず、従ってガラスに対して斜めに入った光はガラスの厚みが大きいため真上の画素ではなくて隣の画素を照射することがおこり、コリメート光（直進光）以外は光路がずれてしまい、画素ズレをおこしやすいという欠点があった。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００１−８３５０１号公報
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、駆動電圧が低く安価に大面積化が可能であると共に製作が容易な構成な２次元マトリクス素子を提供し、さらに、高画質、高速応答性を有する２次元マトリクス平面表示素子を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するため、基板上に単色光を発光する複数のストライプ状の薄膜光源と、それと直交するようにストライプ状の光変調素子アレイを設け、その光変調素子アレイは電気機械的に光源からの光の透過率を制御するようにしたので、駆動電圧が低く、安価で、軽量かつ大面積化が容易であるとともに、製作が簡単な構成であって、高画質、高速応答性を有する平面表示素子が得られる。
【００１７】
即ち、本発明に係る請求項１記載の２次元マトリクス素子は、基板上に単色光を発光する複数のストライプ状の薄膜光源を配置し、その上に該薄膜光源からの光の透過率を電気機械的に制御する複数のストライプ状の１次元光変調アレイが、該ストライプ状の薄膜光源と直交するように配置されたことを特徴とする。
【００１８】
請求項２に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、基板上に単色光を発光する複数のストライプ状の薄膜光源を配置し、その上に該薄膜光源からの光の透過率を電気機械的に制御する複数のストライプ状の１次元光変調アレイが、該ストライプ状の薄膜光源と直交するように配置され、前記１次元光変調アレイを含む光路前方に、少なくとも波長変換機能を有するフィルタを画素に対応させて設けたことを特徴とする。
【００１９】
請求項３に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、薄膜光源が、有機ＥＬであることを特徴とする。
【００２０】
請求項４に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、波長変換機能を有するフィルタが、１次元光変調アレイから離れて配置されることを特徴とする。
【００２１】
請求項５に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、波長変換機能を有するフィルタが、１次元光変調アレイに接して、又は１次元光変調アレイ内に設けられることを特徴とする。
【００２２】
請求項６に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、薄膜光源からの光の主な波長が、３５０ｎｍ〜４００ｎｍであることを特徴とする。
【００２３】
請求項７に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、波長変換機能を有するフィルタが、光源光に対して、赤色及び／又は緑色及び／又は青色を含む色に発光する蛍光材料を有することを特徴とする。
【００２４】
請求項８に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、波長変換機能を有するフィルタと１次元光変調アレイとの間に、光源光の少なくとも一部を透過し、蛍光材料から発光した赤色及び／又は緑色及び／又は青色を含む色の光を反射する第２のフィルタを設けることを特徴とする。
【００２５】
請求項９に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、薄膜光源からの光の主な波長が、４００ｎｍ〜５２０ｎｍであることを特徴とする。
【００２６】
請求項１０に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、波長変換機能を有するフィルタが、光源光に対して、赤色及び／又は緑色を含む色に発光する蛍光材料を有することを特徴とする。
【００２７】
請求項１１に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、波長変換機能を有するフィルタが赤色及び／又は緑色の光を透過させる機能を有することを特徴とする。
【００２８】
請求項１２に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、１次元光変調アレイを含む光路前方に、光源光に対して、青色光を透過させる機能を有する第３のフィルタを画素に対応させて設けたことを特徴とする。
【００２９】
請求項１３に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、青色光を透過させる機能を有するが、光源光に対して、青色を含む色に発光する蛍光材料を有することを特徴とする。
【００３０】
請求項１４に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、青色光を透過させる機能を有するが、光拡散機能を有することを特徴とする。
【００３１】
請求項１５に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、波長変換機能を有するフィルタの前方に外部光を減衰させるＮＤフィルム又は偏光フィルムを有することを特徴とする。
【００３２】
請求項１６に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、１次元光変調アレイが、静電気により可撓薄膜が変位する原理を用いたものであることを特徴とする。
【００３３】
請求項１７に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、１次元光変調アレイが、前記可撓薄膜の変位により光路開口面積を変化させることで光透過率を制御するものであることを特徴とする。
【００３４】
請求項１８に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、１次元光変調アレイが、前記可撓薄膜の変位により結合素子を移動させて近接光の透過と全反射による遮光により光透過率を制御するものであることを特徴とする。
【００３５】
請求項１９に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、１次元光変調アレイはバックライト入射型であり、前記薄膜光源上に光路選択膜を配置してなることを特徴とする。
【００３６】
請求項２０に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、薄膜光源と、前記薄膜光源に面して配置されて当該面から導入した前記薄膜光源からの面上の入射光の少なくとも一部を全反射させて、入射光を実質的に光路前方に出射させない全反射面を光路前方の他方の面に設けた全反射光学部材と、全反射光学部材の全反射面の所望位置に表示画像様に近接して設けられて前記全反射面における入射光の全反射条件を崩して該全反射面から入射光を結合させて取り出す１次元光変調アレイを備えたことを特徴とする。
【００３７】
請求項２１に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、全反射光学部材が、前記面上の入射光の光路を変化させる光学要素を有することを特徴とする。
【００３８】
請求項２２に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、全反射光学部材が、前記面上の入射光の光路を選択する光学要素を有することを特徴とする。
【００３９】
請求項２３に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、全反射光学部材が、前記面上の入射光の導入側から、該入射光の光路を変化させる光学要素と、入射光の光路を選択する光学要素をこの順序で有することを特徴とする。
【００４０】
請求項２４に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、１次元光変調アレイが、取り出した光の光路を変化させる光路変更手段を有することを特徴とする。
【００４１】
請求項２５に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、光路変更手段が、屈折により前記取り出した光の光路を変更させることを特徴とする。
【００４２】
請求項２６に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、光路変更手段が、レンズアレイ、プリズムアレイ、屈折率分布レンズ体のいずれかからなることを特徴とする。
【００４３】
請求項２７に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、光路変更手段が、回折により前記取り出した光の光路を変化させることを特徴とする。
【００４４】
請求項２８に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、光路変更手段が、体積ホログラム、位相変調型回折格子、振幅変調型回折格子のいずれかからなることを特徴とする。
【００４５】
請求項２９に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、光路変更手段が、光拡散又は光散乱により前記取り出した光の光路を変化させることを特徴とする。
【００４６】
請求項３０に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、光路変更手段が、多孔質体、異種屈折率分散体もしくは分布体、又は表面に凹凸を有する光拡散体もしくは光散乱体のいずれかであることを特徴とする。
【００４７】
請求項３１に記載の２次元マトリクス平面表示素子は、薄膜光源に走査信号を与え、１次元光変調アレイに画像信号を与えることを特徴とする。
【００４８】
請求項３２に記載の２次元マトリクス平面表示素子の駆動方法は、複数のストライプ状の薄膜光源の各々の電極に走査信号を印加し、それと直交する複数のストライプ状の１次元光変調アレイの各々の電極に画像信号を印加し、所望の画素の光透過率を制御して表示を行なうことを特徴とする。
【００４９】
請求項３３に記載の２次元マトリクス平面表示素子の駆動方法は、画像信号の印加時間を変調することで、階調を行うことを特徴とする。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る平面表示素子の好適な実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の第一実施形態に係る平面表示素子の一部断面図であり、図２は本発明の第一実施形態に係る平面表示素子の平面図である。
図１において、１０が平面表示素子で、これは基板１、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）２、光路選択膜３、透明媒質（バッファ層）４、ＭＥＭ（機械電気光変調）アレイ５、波長変換機能を有する色変換フィルタ６より構成される。図２に色変換フィルタ６は図示されていないが、図１は、図２のＡ−Ａ矢視図にあたる。
基板１は各種の膜等を配設するためのものであり、剛性のあるものがよく、ガラス板や、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等の樹脂フィルムにより形成することができる。この基板１上に、基板１側から順に、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）２、光路選択膜３、透明媒質（バッファ層）４、ＭＥＭ（機械電気光変調）アレイ５が配設されている。
【００５１】
有機ＥＬ２は、平面表示素子１０の薄膜光源として機能する。本実施形態の平面表示素子１０は、有機ＥＬ２として、発光する光の主な波長が４００ｎｍ〜５２０ｎｍの青色光を用い、後述する色変換フィルタと組み合わせることで、フルカラー表示を実現することができる。
有機ＥＬ２は、基板１側から、基板１の全面に広がる（いわゆる、ベタ電極）カソード共通電極２２と、カソード共通電極２２の上にそれぞれ図１で紙面に垂直方向（図２で左右方向）に互いに平行に延設される行ストライプ（帯）状有機ＥＬ層２４と、各ストライプ（帯）状有機ＥＬ層２４の上に配設されて行ストライプ電極（走査用電極）をなす透明なアノード電極２６とから構成されている。
なお、上記の例では有機ＥＬのカソード電極を全面ベタ、アノード電極をストライプとしているが、この逆でももちろんかまわない。
カソード共通電極２２はメタル反射膜（ＡｇＭｇ等）で構成することができる。
透明なアノード電極２６は、一般的には微粒子化により透明になされた金属あるいは導電性を有する金属化合物で構成される。この金属としては、金、銀、パラジウム、亜鉛、アルミニウム等を用いることができ、金属化合物としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、アルミニウム添加酸化亜鉛（通称；ＡＺＯ）等を用いることができる。具体的には、ＳｎＯ2（ネサ膜）、ＩＴＯ膜等を挙げることができる。
【００５２】
ここで、有機ＥＬ層２４を構成する有機ＥＬ（Electroluminescence：電界発光）素子について説明する。
有機ＥＬの作動原理は半導体の発光ダイオードと同じ電流注入を利用するものであり、発光材料として用いる有機材料を選択することにより容易に可視域をカバーすることができるもので、近年、高輝度・高効率な材料が多く開発され、盛んに研究が行われてきている。素子寿命も連続動作で１万時間を超え、カラーディスプレイとして実用化されている。
【００５３】
発光材料に用いる有機物質は、▲１▼色素分子と呼ばれる低分子系と、▲２▼導電性高分子と呼ばれる高分子系に分けられる。現在は純度が高くできることと、発光効率が高い有機ＥＬを作ることができる低分子系がよく用いられている。
【００５４】
低分子発光材料は積層構造の発光素子を形成するために、主として有機分子線蒸着法（Organic Molecular Beam Deposition: OMBD法）により成膜する場合が多い。この方法の利点は積層構造を作製するのに都合がよく、任意の膜厚の積層構造を作製できることにある。
低分子の有機色素は色素レーザーなどに用いるものがあり、光励起により発光する有機材料が多く開発されているが、電流注入で強い発光を示すものはAlq2の開発以降、多くの材料が開拓されている。これらの色素分子はOMBD法により成膜でき、容易に積層構造が形成可能である。
【００５５】
青色の発光を示す色素分子にはアントラセン（anthracene）、シクロペンタジエン誘導体（PPCP:1,2,3,4,5-pentaphenyl-1,3-cyclopentadiene）、ジスチルベンゼン（DSB）、その誘導体（PESB）などがある。
【００５６】
青色発光以外にも、緑色発光を示すものとして、Alq2の他、tris(4-methyl-8-quinolinolate)alumimume (III)（Almq3）、コロネン（coronene）などが挙げられる。
また、（Znq1）は黄色の発光を示し、赤色の発光を示す材料としてはベリレン誘導体（BPPC: N,N'-bis(2,5-di-tert-butylphenyl)-3,4,9,10-perylene-di-carboximide）、perylene、DCM: 4-(di-cyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethyaminostyryl) -4H-pyran、Nile redなどがある。特に、Ｅｕ錯体（1,10-phenathroline）-tris- (4,4,4-trifluoro-1-(2-thienyl)-butane-1,3-dionate)Europium(III)、（Eu(TTA)3 phen）は６１４ｎｍに鋭い発光を持ち、極めて単色性の高い発光材料として用いられる。
【００５７】
有機ＥＬ層２４の構造としては、上記のような発光材料からなる発光層と、該発光層を挟んで上下から電子輸送材と正孔輸送材からなる層を有するもの（半導体工程において電子とホールが拡散形成されたｎ層とｐ層を有する構造のようなもの）を挙げることができる。
【００５８】
光路選択膜３は、入射光の成分のうち、全反射条件を満たさない入射光成分を遮光して全反射する入射光成分だけを選択的に出射させる機能を有するものである。また、光路選択膜３の入射側に光路を変化させる光学要素が設けられることもある。光路選択膜については後述する。
【００５９】
バッファ層４はこの光路選択膜３から出射された入射光を全反射させるとともに界面に光結合要素が接したときに全反射条件が崩れて光結合要素側に出射する機能を有する透明媒質で、カソード電極２２の全面に配設され、有機ＥＬ２の上下方向の高低差を吸収して平坦性を確保する機能も有している。
以上の光路を変化させる光学要素と光路選択膜３とバッファ層（透明媒質）４とを纏めて全反射光学部材と呼ぶ。
【００６０】
ＭＥＭアレイ５は、このバッファ層４の全面に広がる（ベタ電極）共通電極５２と、これと可動部５６との間に空隙をつくるために介在する絶縁支柱５４と、絶縁支柱５４の上にそれぞれ図１で左右方向（図２で上下方向）に互いに平行に橋絡延設される可動部５６と、可動部５６の上にそれぞれ図１で左右方向（図で上下方向）に互いに平行に延設される列ストライプ状の可動部電極（画像信号用電極）５８とから構成されている。可動部５６と可動部電極５８とで可撓薄膜を形成している。有機ＥＬ２のカソード共通電極２２と所望のアノード電極２６との間に走査信号電圧を、また、ＭＥＭアレイ５の共通電極５２と所望の可動部電極５８との間に画像信号電圧を印加することにより、後述する原理により所望のＭＥＭアレイ５から光を出射することができる。
【００６１】
色変換フィルタ６は、このＭＥＭアレイ５から出射される光の光路前方に画素に対応して設けられ、ＭＥＭアレイ５から出射される有機ＥＬ２からの光源光を青、緑、赤の各色に変換する波長変換機能を有する。フィルタ６１ａ、６１ｂ、６１ｃを画像信号電極Ｖｓに対向させて、透明基板６３に帯状に形成する。また、これらの帯状のフィルタ６１ａ、６１ｂ、６１ｃの間には、コントラスト比を向上させるブラックマトリクス６２を配置している。この場合のブラックマトリクス６２は、カーボン分散樹脂、クロム等の金属で形成できる。
光源光の主な波長が４００〜５２０ｎｍの場合、フィルタ６１ａ、６１ｂ、６１ｃはそれぞれ以下の機能を有する。
フィルタ６１ａは、青色カラーフィルタとして、光源光に対して青色の光を透過させる機能を有するものである。光源光が紫がかった色（波長４００〜４１０ｎｍ）の光が主である場合には、フィルタ６１ａは、さらに紫光に対して純粋な青色（波長４５０ｎｍ前後）を含む色に発光する機能を持たせるとよい。また、フィルタ６１ａには、青色の光源光に対して透明体となるので、光拡散機能を持たせるとよい。光拡散機能は、図３（ａ）に示す量産に適した多孔質体、図３（ｂ）に示す高屈折率微粒子等の異なる屈折率を有する物質２０の分散体又は分布体、図３（ｃ）に示す表面に凹凸が形成された光拡散体又は光散乱体等を用いることにより付与でき、これらの光拡散体又は光散乱体によれば、拡散又は散乱により出力光を任意の方向に散らすことができ、出力光の出射方向性をなくすことができる。
フィルタ６１ｂは、緑色変換フィルタとして、光源光を吸収して緑色を含む色を発光する機能を有するものである。また、光源光に対して、純粋な緑色（波長５２０ｎｍ前後）の光を透過させる機能を持たせるとよい。
フィルタ６１ｃは、赤色変換フィルタとして、光源光を吸収して赤色を含む色を発光する機能を有するものである。また、光源光に対して、純粋な赤色（波長６４０ｎｍ前後）の光を透過させる機能を持たせるとよい。
各フィルタは、樹脂中に顔料または蛍光材料を樹脂中に溶解または分散させることで、上記の機能を有したフィルタとして形成することができる。
【００６２】
蛍光材料としては、具体的に以下のものが挙げられる。
近紫外光から紫色までの光を吸収して青色を発光する蛍光材料としては、例えば、１，４−ビス（２−メチルスチリン）ベンゼン（Bis-MSB）、トランス−４，４’−ジフェニルスチルベンゼン（DPS）等のスチルベンゼン系色素、７−ヒドロキシ−４−メチルクマリン（クマリン４）等のクマリン系色素が挙げられる。
【００６３】
青色から青緑色までの光を吸収して緑色を発光する蛍光材料としては、例えば、２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフルオロメチルキノリジノ（９，９ｓ，１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）、３−（２’−ベンゾチアゾイル）−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２’−ベンゾチアゾイル）−７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）等のクマリン色素、他にもクマリン色素系染料であるベーシックイエロー５１を挙げることができる。
【００６４】
青色から緑色までの光を吸収して橙色から赤色を発光する蛍光材料としては、例えば、４−ジシアノメチレン−２−メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチルリン）−４Ｈ−ビラン（DCM）等のシアニン系色素、１−エチル−２−（４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル）−ピリジウム−パーコタレイト（ピリジン１）等のピリジン系色素、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ等のキサンチン系色素、オキサジン系色素などを挙げることができる。
【００６５】
さらに、各種染料（直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料等）も蛍光性があれば使用可能である。また、前記蛍光色素を樹脂中にあらかじめ練りこんで顔料化したものであってもよい。
【００６６】
これらの蛍光色素は、単独で、または必要に応じて混合して用いてもよい。特に、赤色への変換効率は単独では低いので、上記色素を混合して用いることによって、変換効率を高めることもできる。
【００６７】
透明基板６３となる材料としては、例えば、ガラス板、樹脂板、樹脂膜等を挙げることができる。樹脂板、樹脂膜に用いられる樹脂としては、透明な（可視光の透過率が５０％以上）材料が好ましい。例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース等の透明樹脂を挙げることができる。
【００６８】
また、色変換フィルタ６の光路前方に、光源の発光波長域の光を吸収する光学フィルタを設けた構成にすることもできる。この構成によれば、光源の発光波長が可視光域であるから、可視光を吸収するＮＤフィルタ（濃度フィルタ：Neutral -Density Filter、透過率２０〜７０％）や偏光フィルタを表示（観測者）側に設けることにより、色特性を落とさずに全体の濃度を低下させるので、明るい場所でも高いコントラストが得られ、高品位な画像表示が行える。
【００６９】
次に、以上の立体構成を有する平面表示素子１０の平面構成について、図２を用いて説明する。図２において、基板１の全面にカソード電極２２が配設され、このカソード電極２２の上に１画素分を構成する有機ＥＬ層２４が平行に図２で左右方向にストライプ状に延設されており、これが図２で上から下へ必要画素数だけ設けられている。
さらに、これらの有機ＥＬ層２４を覆うように、行ストライプ電極２６が延設されている。そして、各行ストライプ電極２６の上に後述の光路選択膜（図示なし）が配設され、この上にバッファ層４（図示なし）を介して、ＭＥＭアレイ５のベタ電極（共通電極）５２が設けられる。これと若干の空隙を置いて透明な可動部５６が上下方向に互いに平行に延設され、さらに行ストライプ状の透明な可動部電極５８が可動部５６を覆っている。
【００７０】
有機ＥＬ２のカソード共通電極２２（アース側）と各アノード電極２６との間に走査信号電圧Ｖｇが与えられる。すなわち、図２の左側に見られるように、走査信号電圧が、第１行画素の行電極にはＶｇ１、第２行画素の行電極Ｖｇ２、第３行画素の行電極にはＶｇ３のように各行に与えられる。
【００７１】
一方、ＭＥＭアレイ５の共通電極５２（アース側）と各可動部電極５８との間に画像信号電圧Ｖｓが印加される。すなわち、図の上左側から３ストライプの可動部電極５８にそれぞれ画像信号電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３が印加される。
先の第１行画素の行電極２６（Ｖｇ１）と可動部電極５８との重なり領域で単色の１画素が構成される。したがって、図２では、第１行画素電極２６上で３つの画素（例えば、１つの画素としては、図２のＰ１の領域）が構成され、第３行電極２６まであるので、青、緑、赤の３つの画素からなる１行が３行並んだ合計９個の画素が構成されていることとなる。
【００７２】
走査信号電極２４および画像信号電極５８は、共通電極２２および可撓薄膜５６の表面に上述した導電性材料の薄膜を、スパッタリング法、真空蒸着法により積層し、この薄膜の表面にレジストを塗布して、露光、現像を行うことで形成できる。露光はフォトレジストの上にフォトマスクを配置し、その上から紫外線を照射して行い、現像はフォトレジストの可溶部が除去できる現像液にて処理することにより行う。
【００７３】
次に、この平面表示素子１０の駆動方法について、図４を用いて説明する。
まず、有機ＥＬのカソード電極とアノード電極との間に走査信号電圧Ｖｇ１を所定時間（１水平走査期間約５μｓ）与えて、該当ストライプをすべて発光させる。これと同期して、ＭＥＭアレイの共通電極と可動部電極との間に画像信号用電圧Ｖｓ１、Ｖｓ２、Ｖｓ３、・・・、Ｖｓｎを画像信号に応じて、印加したり、しなかったりすることにより、該当ストライプのＭＥＭ可動部を可動・不動とし、後述する原理により、可動ＭＥＭからは光を出射し、動かさなかったＭＥＭでは光を出射せず遮光する。
次に、走査信号電圧Ｖｇ２を与えて、該当ストライプをすべて発光させ、Ｖｇ１の際と同様にして、これと同期して、画像信号用電圧を画像信号に応じて印加し、ＭＥＭ可動部の可動・不動を制御し、光を出射したり、遮光したりする。
同様に順次、走査信号電圧Ｖｇ３、Ｖｇ４、・・・、Ｖｇｍを与えて、これと同期して画像信号用電圧を画像信号に応じて印加し、ＭＥＭ可動部の可動・不動を制御し、光を出射したり、遮光したりする。
したがって、有機ＥＬに行順次に走査信号電圧Ｖｇを与えて、列方向に配置されているＭＥＭにより光変調を行うので、線順次の表示となる。
【００７４】
以上のいずれの動作において、ＭＥＭによる変調で図４の斜線部で示す範囲内でパルス幅変調（Pulse Width Modulation）が行われ、出射光の濃淡が制御される。変調期間が短いと薄くなり、長いと濃くなる。いずれの動作においても、ＭＥＭによる変調動作を行う前に予め電圧を印加させるプリ印加期間を設けて、動作の安定を図っている。
【００７５】
ＭＥＭアレイは、可撓薄膜の電気機械動作により下方からの光を光変調するので、液晶のにより光変調する際に用いなければならない偏光板も必要なく、画素ズレや偏光解消の問題を考慮することなく、容易にフルカラー表示を得ることができる。また、プラズマ表示装置の場合のように、多数の電極の規則的な配列に画質が依存することがなく、容易に高画質を得ることができる。さらに、プラズマ表示装置の場合のような画素毎にプラズマを発生させるための隔壁形成や、フィールドエミッションディスプレイでも必要となる高真空化が不要となるので、軽量化、且つ大面積化が容易となり、製造コストも安価にできる。
【００７６】
なお、本実施形態においては、光源として可視光、特に主な波長が４００〜５２０ｎｍの青色光を用いる場合について説明したが、フルカラー表示を実現するには、光源としてＵＶ光（３５０〜４００ｎｍ）を用いてもよい。その場合には、色変換フィルタ６の各フィルタ６１ａ、６１ｂ、６１ｃは、それぞれ光源光を吸収して、青色（６１ａ）、緑色（６１ｂ）、赤色（６１ｃ）を含む色を発光する蛍光材料から構成する。
【００７７】
ここでＭＥＭアレイの光変調原理について説明する。
ＭＥＭアレイによる光変調原理はいくつかあるが、まず全反射モードについて説明する。図５は全反射モードである第２実施形態の平面表示素子の光変調部を示す断面図、図６は図５に示した平面表示素子の動作状態を説明する断面図である。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）。
【００７８】
図５に示すように、バッファ層１０１上には、透明な一方の電極（電極）１５１を形成してある。この例としては、電子密度の高いＩＴＯなどの金属酸化物、非常に薄い金属薄膜（アルミなど）、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バンドギャップ半導体などが好適である。
電極１５１の上には、絶縁体の支柱１０５を形成してある。支柱１０５には、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、樹脂などを用いることができる。支柱１０５の上端面には、可動部１５３を形成してある。電極１５１と可動部１５３との間には、空隙（キャビティ）１１１が形成されている。この可動部１５３には、ポリシリコンなどの半導体、絶縁性のシリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミック、樹脂などを用いることができる。また、可動部１５３の屈折率は、バッファ層１０１の屈折率と同等かそれ以上が好ましい。
可動部１５３の上には、透明電極１５１に対してもう一方の透明な電極１５７を形成してある。例として電極１５１と同様の材料のものを用いることができる。可動部１５３と電極１５７とで可撓薄膜を構成している。
バッファ層１０１と可動部１５３との間には空隙１１１が存在するが、この空隙１１１は支柱１０５の高さで略決定される。空隙１１１は、通常、犠牲層のエッチングにより形成される。
【００７９】
このように構成した平面表示素子１６１の光変調の動作原理を説明する。
１）電圧ＯＦＦ時：
両電極１５１、１５７の電圧がゼロで、可動部１５３とバッファ層１０１との間に空隙１１１（例：空気）が存在する場合、バッファ層１０１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、光線は、界面への入射角θが、θ＞θｃのとき、図５に示すように、バッファ層１０１と空隙１１１との界面で全反射する。
２）電圧ＯＮ時：
両電極１５１、１５７に電圧を印加し、可動部１５３とバッファ層１０１表面とを接触又は十分な距離に近づけた場合、図６に示すように、光線は可動部１５３側に伝搬透過して表面側に出射する。
この実施形態による平面表示素子１６１によれば、電圧印加による可動部１５３の位置制御により、光変調を行うことができる。
なお、バッファ層１０１と可動部１５３の間には、透明な電極１５１があるが、通常使用される薄膜の厚さ（２００ｎｍ）程度であれば、上述の動作上問題の生ずることはない。
また、この平面表示素子１６１では、電圧の値により、可動部１５３とバッファ層１０１との間隙距離、接触面積を変化させることができる。これによって、透過光量の制御が可能となる。このような作用を利用することにより、印加電圧を可変して階調制御も可能である。
【００８０】
図７は、図５及び図６のバッファ層１０１の下方に配置される全反射光学部材２００の具体的な一構成例を示すものである。全反射光学部材２００は、入射光の導入側から光路を変化させる光学要素２０１、光路を選択する光学要素２０２、透明媒質２０５の順で積層された多層構造体となっている。この透明媒質２０５が図５及び図６のバッファ層１０１を兼ねている。この全反射光学部材２００の透明媒質２０５の光路前方には透明媒質２０７が存在し、透明媒質２０５の屈折率ｎ１（第１の屈折率）と透明媒質２０７の屈折率ｎ２（第２の屈折率）との関係は、透明媒質２０５と透明媒質２０７との界面となる全反射面２０９における全反射条件を満足するように設定されている。具体的には、例えば透明媒質２０５はガラス基板（ｎ１＝１．５）で、透明媒質２０７は空気（ｎ２＝１．０）として構成される。なお、全反射光学部材２００を構成する各層は、入射光の波長域に対して実質的に吸収されることがなく、入射光及び全反射面２０９で全反射された入射光の損失を抑止して高効率な光学部材を構成している。
【００８１】
光路を変化させる光学要素２０１は、屈折、回折、光拡散、光反射等を利用して光路を変化させる光学要素であり、一例として次の種類の光学要素を使用できる。屈折を利用する場合は、レンズアレイ、プリズムアレイ、屈折率分散体等が用いられ、入射光の強度が実質的に低下しない。回折を利用する場合は、図８に示す透過型の回折格子が用いられ、体積ホログラム（図８（ａ）参照）、レリーフ型回折格子（図８（ｂ）参照）や屈折率変調型回折格子（図８（ｃ）参照）等の位相変調型回折格子、振幅変調型回折格子等が用いられ、高精度に入射光光路の角度を設定できる。各光学要素は、例えばフォトポリマー法や射出成形法によって大量転写生産が可能である。
【００８２】
光路を選択する光学要素２０３は、この光学要素２０３から出射される選択透過光の実質的全てが、入射光光路前方の層における全反射臨界角より大きい角度成分を有し、その他の角度成分の入射光は選択的に反射されて透過されないものである。即ち、透明媒質２０５と透明媒質２０７との界面で全反射を生じさせる条件である全反射臨界角θｃより大きい角度成分の入射光だけが光路を選択する光学要素２０３を透過し、他の角度成分の入射光に対しては遮光される。なお、全反射臨界角θｃは（１）式により求められる。
θｃ＝ｓｉｎ-1（ｎ2／ｎ1）      （１）
【００８３】
具体的な光路を選択する光学要素２０３の一構成例としては、誘電体多層膜からなる光干渉フィルタが挙げられる。この光干渉フィルタの層構成を図９に示した。
光干渉フィルタは、高屈折率材料と低屈折率材料を順次積層して構成された誘電体多層膜であって、その光学特性としては、詳細は後述するが、入射光をその波長によって選択的に反射する機能を有し、入射角に応じて選択反射する波長が短波長側にシフトする特性を有する。いま、入射光の波長域をλｉＳ〜λｉＬ（λｉＳ＜λｉＬ）としたとき、光学要素２０３から出射される選択透過光の出射角が全反射臨界角θｃ以下の角度成分の光に対しては、波長域λｉＳ〜λｉＬの入射光の実質的全てを選択的に反射する。この構成によれば、大面積かつ簡単な構成で任意の波長選択が可能な反射膜が形成でき、その反射波長の入射角依存性を利用して容易に光路を選択する光学要素２０３を形成することができる。
【００８４】
ここで、上記光干渉フィルタの一構成例と、その構成例における光学素子の分光透過率をシミュレーションにより求めた結果を説明する。
図１０に光干渉フィルタが介装された光学素子の一構成例を示した。この場合の光学素子は、入射光の導入側から、光路を変化させる光学要素としての光拡散フィルム（屈折率ｎ＝１．５）、光路を選択する光学要素としての誘電体多層膜、ガラス基板（屈折率ｎ＝１．５）の順に積層されている。なお、ガラス基板の光路前方には、空気（屈折率ｎ＝１．０）が存在する。
誘電体多層膜は、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2／・・・／ＳｉＯ2／ＴｉＯ2なる２９層構造の多層膜とし、各層の光学厚は１／４λ（ただし、波長λ＝４４０ｎｍ）に設定した。また、入射光は。図１１に示す波長λ＝４００〜５００ｎｍの青色光源を用いた。そして、この場合の全反射臨界角θｃは約４０度となる。
【００８５】
上記条件の下で青色光の光学素子（誘電体多層膜）の分光透過率および入射角依存性を求めたところ、それぞれ図１２および図１３に示す結果を得た。図１２は波長λに対する分光透過率Ｔの変化を入射角θ毎に示したグラフで、図１３は入射角θに対する分光透過率の入射角依存性を波長λ毎に示したグラフである。
図１２（ａ）に示すように入射角θが０度の場合、青色光源の波長域（４００〜５００ｎｍ）におけ分光透過率Ｔが略０％となっており、光学素子から透過されることはない。また、図１２（ｂ）に示す入射角θが全反射臨界角θｃの直前となる４０度の場合も光学素子から透過されることはない。図１２（ｃ）に示す入射角が７０度の場合は、Ｐ波に対しては略１００％の分光透過率で、Ｓ波に対して略０％となり、Ｐ波とＳ波の平均は約４０％となっている。
【００８６】
また、図１３（ａ）に示すように、青色光源の波長域における短波長側の波長λ＝４００ｎｍの場合は、Ｐ波に対しては入射角θが約５０度以上から分光透過率が向上しており、図１３（ｂ）に示す中心波長λ＝４５０ｎｍの場合は、入射角θが約４２度以上から分光透過率が向上している。
【００８７】
また、入射光として、図１４に示す波長λ＝３５０ｎｍ〜４００ｎｍのＵＶ光源を用いた場合（この場合の全反射臨界角θCは約４０度）に、同様に、上記条件の下で光学部材（誘電体多層膜）の分光透過率を求めたところ、図１５、図１６に示す結果を得た。図１５は波長λに対する分光透過率Ｔの変化を入射角θ毎に示したグラフで、図１６は入射角θに対する分光透過率Ｔを波長λ毎に示したグラフである。
【００８８】
図１５（ａ）に示すように、入射角θが０度の場合は、ＵＶ光源の波長域における分光透過率Ｔが略０％となっており、光学部材から透過されることはない。また、図１５（ｂ）に示す入射角θが全反射臨界角θCの直前となる４０度の場合も光学部材から透過されることはない。図１５（ｃ）に示す入射角θが７０度の場合は、Ｐ波に対しては略１００％の分光透過率で、Ｓ波に対しては略０％となり、Ｐ波とＳ波の平均は約５０％となっている。
【００８９】
また、図１６（ａ）に示すように、ＵＶ光源の波長域における短波長側の波長λ＝３５０ｎｍの場合は、Ｐ波に対しては入射角θが約５０度以上から分光透過率が向上しており、図１６（ｂ）に示す中心波長λ＝３７５ｎｍの場合は、入射角θが約４６度以上から分光透過率が向上し、さらに、図１６（ｃ）に示す長波長側の波長λ＝４００ｎｍの場合は、入射角θが約４２度以上から分光透過率が向上している。
【００９０】
したがって、Ｐ波を用いて光学素子を全反射させたり、光学素子の諸条件を変更してＳ波の分光特性をＰ波に近い特性に適宜設計することにより、青色光源の波長域の入射光を、その入射角θが全反射臨界角θｃ以下の角度では選択的に反射させ、且つ、全反射臨界角θｃより大きい角度では透過させることができる。これにより、光学素子の誘電体多層膜を光路を選択する光学要素として実用上十分に機能させることができる。
【００９１】
なお、前述では誘電体多層膜の例としてＴｉＯ2／ＳｉＯ2からなる多層膜を挙げたが、対象とする光の波長に対して適宜その材料を選択することが好ましい。例えば、
可視光、赤外線に対しては、
・高い屈折率材料（屈折率が概ね１．８以上の材料）として、
ＴｉＯ2，ＣｅＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＺｒＯ2，Ｓｂ2Ｏ3，ＨｆＯ2，Ｌａ2Ｏ3，ＮｄＯ3，Ｙ2Ｏ3，ＺｎＯ，Ｎｂ2Ｏ5
・比較的高い屈折率材料（屈折率が概ね１．６〜１．８の材料）として、
ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＣｅＦ3，ＬａＦ3，ＮｄＦ3
・低い屈折率材料（屈折率が概ね１．５以下の材料）として、
ＳｉＯ2，ＡｉＦ3，ＭｇＦ3，Ｎａ3ＡｌＦ6，ＮａＦ，ＬｉＦ，ＣａＦ2，ＢａＦ2
等が好ましい。
【００９２】
紫外線に対しては、
・高い屈折率材料（屈折率が概ね１．８以上の材料）として、
ＺｒＯ2，ＨｆＯ2，Ｌａ2Ｏ3，ＮｄＯ3，Ｙ2Ｏ3
又は、
ＴｉＯ2，Ｔａ2Ｏ5，ＺｒＯ2
（但し、光の波長が概ね３６０ｎｍ〜４００ｎｍ）
・比較的高い屈折率材料（屈折率が概ね１．６〜１．８の材料）として、
ＭｇＯ，Ａｌ2Ｏ3，ＬａＦ3，ＮｄＦ3
・低い屈折率材料（屈折率が概ね１．５以下の材料）として、
ＳｉＯ2，ＡｌＦ3，ＭｇＦ2，Ｎａ3ＡｌＦ6，ＮａＦ，ＬｉＦ，ＣａＦ2
等が好ましい。
【００９３】
なお、上記光干渉フィルタは、誘電体多層膜の層構成に金属膜を追加した金属／誘電体多層膜としてもよい。なお、誘電体多層膜等からなる光干渉フィルタは、ＥＢ蒸着（電子ビーム共蒸着）、スパッタ等で透明支持基板上に複数の薄膜材料を成膜することで形成可能である。また、前記薄膜材料は、異なる屈折率を有する有機多層膜、又は無機物を含有する有機多層膜でもよく、この場合は塗布、ラミネート等により、より低コストで形成可能である。
【００９４】
次に、光路を変化させる光学要素２０１と光路を選択する光学要素２０３の光学的性質について詳述する。
まず、光路を変化させる光学要素２０１が、例えば屈折により光路を変化させる場合を考える。図１７に示すように、光路を変化させる光学要素（平均屈折率ｎｔ）、光路を選択する光学要素（平均屈折率ｎｓ）、透明媒質ｕ（平均屈折率ｎｕ）、透明媒質ｖ（平均屈折率ｎｖ）、全反射面の前方側の透明媒質ｗ（平均屈折率ｎｗ）がこの順で配置された光学素子の場合、透明媒質ｖと透明媒質ｗとの界面が全反射面とすると、各々の界面での入射角と各媒質の平均屈折率の関係は（２）式のように表せる。
【００９５】
ｎｖ・ｓｉｎθｖ＝ｎｗ
ｎｕ・ｓｉｎθｕ＝ｎｖ・ｓｉｎθｖ＝ｎｗ
ｎｓ・ｓｉｎθｓ＝ｎｕ・ｓｉｎθｕ＝ｎｗ
ｎｔ・ｓｉｎθｔ＝ｎｓ・ｓｉｎθｓ＝ｎｗ      （２）
ここで、θｔ、θｓ、θｕ、θｖは、それぞれの媒質内での光路角度である。
【００９６】
したがって、光路を変化させる光学要素２０１の条件としては、
ｓｉｎθｔ＞ｎｗ／ｎｔ
の条件を満たす角度θｔの光を少なくとも含んで光路前方に出力する必要がある。好ましくは、この条件を満たす角度θｔの光をできる限り多く含んで光路前方に出力する。なお、透明媒質ｗが空気の場合はｎｗ＝１となり、上記条件は、
ｓｉｎθｔ＞１／ｎｔ
となる。
【００９７】
次に、光路を選択する光学要素２０３の特性を、図１８〜図２０を用いて詳細に説明する。
図１８は光学要素２０３への入射光の入射角を示しており、図１９は入射光の波長に対する光学要素２０３の分光透過率を入射角毎に示したグラフで、図２０は光学要素２０３内外の光路を示す図である。
【００９８】
まず、図１８に示すように、光学要素２０３へ入射光を書く入射角θ0、θ1、θ2、θ3で入射させた場合を考えると、図１９に示すように光学要素２０３の分光透過率が変化する。即ち、入射角が全反射臨界角度θｃ以下のθ0（０度）の場合は、分光透過率が入射光の波長域λｉＳ〜λｉＬに対して略０％となって遮光状態（透過せずに反射される状態）となる。一方、入射角が全反射臨界角度θｃより大きい場合は、入射角がθ1、θ2、θ3と大きくなるに従って、分光透過率の透過特性が短波長側にシフトするため透過光量が増加する（図１２、図１５（ｂ）、（ｃ）も参照）。即ち、光路を選択する光学要素２０３への入射光の入射角が該光学要素２０３の面に対して浅い角度となるに従って、選択的に反射される入射光の波長が短波長側にシフトする。これにより、入射光の入射角度成分がθ0の光は透過せず、入射角度成分が特定の角度より大きいθ1、θ2、θ3の光がこの順に多く透過するようになる。そこで、光学要素２０３を、その分光特性が、所定の界面における全反射臨界角θｃより大きい入射光成分だけが透過するように設計することにより、全反射条件を満足しない入射光成分を遮光して、全反射する入射光成分だけを光学要素２０３から選択的に出射させることが可能となる。
【００９９】
上記のように、全反射面２０９における全反射臨界角θｃより大きい入射光成分だけが透過するように設計された光学要素２０３を用いて全反射光学部材２００を構成した場合の入射光路を、図２０を用いて説明する。
図２０（ａ）は、光路を選択する光学要素２０３に入射された光が光学要素２０３で反射する光路Ａと、光路を選択する光学要素２０３に入射された光が、光学要素２０３を透過して光路前方の透明媒質２０５と透明媒質２０７との界面となる全反射面２０９で全反射する光路Ｂとを示している。
【０１００】
光路Ａは、入射光の入射角θｉが全反射面２０９における全反射臨界角θｃ以下の場合で、光学要素２０３は、このような入射角成分の光を透過させずにその表面で選択的に反射させる。このため、全反射臨界角θｃ以下の入射角度成分の光は光学要素２０３により光路前方に対して遮光される。
光路Ｂは、入射光の入射角θｉが全反射面２０９における全反射臨界角θｃより大きい場合で、光学要素２０３は、このような入射角成分の光を透過させる。このため、全反射臨界角θｃより大きい入射角度成分の光は光学要素２０３を透過して透明媒質２０５に導入され、全反射面２０９で全反射される。
なお、図２０（ａ）は、入射光が入射される側の屈折率ｎａと透明媒質２０５の屈折率ｎｂが等しく、光学要素２０３に対する入射角θｉと全反射面２０９における入射角θｓとが等しい場合を示している。
【０１０１】
一方、図２０（ｂ）は、入射光が入射される側の屈折率ｎａと透明媒質２０５の屈折率ｎｂが異なり、光学要素２０３に対する入射角θｉと全反射面２０９における入射角θｓとが異なる場合を示している。この場合の光学要素２０３は、全反射面２０９における入射角θｓが全反射臨界角θｃより大きくなるように設計される。
【０１０２】
上記のように設計された光路を選択する光学要素２０３を用いて全反射光学部材２００を構成することにより、図７に矢印で光路を示すように、全反射光学部材２００の内部又は外部より導入されたコリメート光又は拡散光からなる面状の入射光が光路を変化させる光学要素２０１に入射されると、光の照射位置から拡散等により光路が変化する。そして、光路の変化した光が光路を選択する光学要素２０３に到達すると、透明媒質２０５と透明媒質２０７との界面となる全反射面２２における全反射臨界角θｃより大きい角度成分の入射光だけが光学要素２０３を透過し、他の角度成分の入射光は光学要素２０３の表面で光入射側に選択的に反射される。
【０１０３】
したがって、全反射光学部材２００に入射される光のうち、全反射面２０９で全反射する光だけが光路前方に導入され、この導入された光が全反射面２０９で全反射する。即ち、光路を選択する光学要素２０３においては、光学要素２０３から出射される透過光の実質的全てが、光路を選択する光学要素２０３より入射光光路前方の全反射面における全反射臨界角より大きい角度成分を有し、その他の角度成分の入射光は選択的に反射されて透過されない。なお、全反射面を有する媒質内において、導光、蓄積、閉じ込め等が行われることは実質的にない。
【０１０４】
また、光路を選択する光学要素２０３の表面で入射光導入側に反射された光の一部は、光路を変化させる光学要素２０１の光入射側の界面（反射層）で反射され、再度、光路を選択する光学要素２０３に投入される。この再投入された光は入射角度が大きくなり、全反射角θｃより大きくなって、光学要素２０３を透過して透明媒質１４に導入される。
【０１０５】
ＭＥＭアレイについて更に説明する。
ＭＥＭアレイは、可撓薄膜を電気機械的に動作させることで、例えば、全反射面における入射光の全反射条件を崩し、可撓薄膜に光を結合させて取り出し、光路前方に出射させるものである。このＭＥＭアレイには、取り出した光の光路を変更する光路変更手段、特定波長成分を吸収する特定波長成分吸収手段が適宜設けられる。具体的には、例えば次の（１）〜（４）に示す種類のものが使用できる。
（１）屈折により光路を変更するもの又はその機能を有するもの
全反射面に近接配置させることで取り出した出力光を、屈折によりその光路を変更するものであって、例えば、図２１（ａ）に示すレンズアレイ、図２１（ｂ）に示すプリズムアレイ、図２１（ｃ）に示す屈折率分布レンズ体等が挙げられる。これらのレンズアレイ、プリズムアレイによれば、全反射光学部材の全反射面から取り出した出力光を集光あるいは拡散させて異なる方向に出射させることができ、出力光に出射方向性を持たせたり、出射方向性をなくすことを出力光の強度を低下させることなく簡単な構成で行える。
【０１０６】
（２）透過型回折格子又はその機能を有するもの
取り出した光を透過させると共に回折により出射方向を変更する透過型回折格子としては、前述と同様の図７（ａ）に示す体積ホログラム、図７（ｂ）に示すレリーフ型回折格子、図７（ｃ）に示す屈折率変調型回折格子、また、振幅変調型回折格子等が挙げられる。これらの透過型回折格子によれば、出力光の出射角度を正確に設定することができる。また、例えばフォトポリマー法や射出成形法によって大量生産が可能となり、光学素子自体のコストダウンが図られる。
【０１０７】
（３）光拡散体又は光散乱体あるいはその機能を有するもの
取り出した光を拡散又は散乱させる光拡散体又は光散乱体としては、前述と同様の図３（ａ）に示す量産に適した多孔質体、図３（ｂ）に示す高屈折率微粒子等の異なる屈折率を有する物質２０の分散体又は分布体、図３（ｃ）に示す表面に凹凸が形成された光拡散体又は光散乱体等が挙げられる。これらの光拡散体又は光散乱体によれば、拡散体又は散乱により出力光を任意の方向に散らすことができ、出力光の出射方向性をなくすことができる。
【０１０８】
（４）励起発光するもの又はその機能を有するもの
入射光を受けて励起発光するものとしては、蛍光体、フォトルミネッセンス等が挙げられる。これによれば、全反射光学部材の全反射面から取り出した出力光を励起発光させて特定色に発色させることができる。また、この特定色を例えば、青色、緑色、赤色にすることで、表示画像に応じてこれら発光体を組み合わせ、フルカラー画像を表示させることができる。
【０１０９】
前記した原理でＭＥＭアレイにより、導光板や光導波路を使用することなく、光源からの入射光を直接的に高効率で全反射光学部材に導入するため、入射光との結合効率が向上し、平面表示素子自体の薄型化に影響されることなく、高効率の光を得ることができる。これにより、ＭＥＭアレイの設けられた領域から全反射光学部材から取り出された入射光が光路前方に高効率で出射される。したがって、平面表示素子の光路前方側の面では、選択されたＭＥＭアレイに設けられた領域だけが光り、平面表示素子から画像様に光が出射される。即ち、必要箇所だけに画像表示を行うことができる。また、この構成によれば、導光板や光導波路を使用する場合に生じるクロストークによる局所的な光量低下が防止され、表示画像の全面にわたって均等な明るさで表示が可能となる。
【０１１０】
また、平面表示素子内の各界面で反射される入射光の一部は、界面における反射等により光路前方に再投入されるため、平面表示素子の高出力化も容易に達成できる。さらに、全反射光学部材単体では透過光を実質的に生じさせないため、光利用効率を向上できる。なお、全反射光学部材が空気（不活性ガスであってもよい）と接触する気体接触界面を全反射面とすることにより、全反射を生じさせる屈折率の層を別途設けることなく単純構造にできる。
また、ＭＥＭアレイが載置されていない領域からは光が出射されないため、表示画像の輝度とその周囲の輝度の差が大きくなり、視覚的に表示画像が強調される等の視感的な効果も付帯的に奏される。さらに、この画像表示を動的に制御することにより、注目を引く広告看板、電飾看板を構成することもできる。
以上説明した平面表示素子は、画像表示に使用されることに限らず、文字情報、図形情報等の種々の情報を表示させる媒体として利用することができる。
【０１１１】
次に、別の原理に基づくＭＥＭアレイの遮光・出射構成について説明する。
図２２は別の原理に基づく光変調部を示す斜視図、図２３は図２２に示した光変調部の動作状態を説明する断面図である。
バッファ層３０１上には、所望光線に対して透明な透明電極３０３を設けてある。バッファ層３０１は、光が透過する開口部以外を絶縁性の遮光膜３０５で遮光してある。透明電極３０３、遮光膜３０５の表面には、絶縁膜３０７を形成してある。
また、このバッファ層３０１上の開口部の両側には、絶縁性の支柱３０９を設けてある。支柱３０９の上端には、可撓薄膜である遮光板３１１を設けてある。遮光板３１１は、片持ち梁構造を有し、導電性で光源光を吸収、又は反射する材料で構成される。この梁構造を有した導電性の遮光板３１１は、単一の薄膜で構成されていてもよく、または複数の薄膜で構成されてもよい。
具体的には、アルミ、クロムなどの金属薄膜、ポリシリコンなどの半導体による単体構成や、シリコン酸化物、シリコン窒化物などの絶縁膜、ポリシリコンなどの半導体薄膜に金属を蒸着した構成、又は誘電体多層膜などのフィルターを蒸着した複合構成とすることができる。遮光板３１１は、開口部の形状と対応しており、開口部の大きさより若干大きくしてある。
【０１１２】
このように構成された光変調部３１３を有する平面表示素子３１５を、平面光源ユニット（図示なし）上に配置する。導電性の遮光板３１１と透明電極３０３との間に電圧を印加しないときは、遮光板３１１は開口部と対向しており、開口部から透過した光源光は遮光板３１１によって吸収又は反射される（図２３（ａ））。
一方、遮光板３１１と透明電極３０３との間に電圧を印加すると、両者間に働く静電気応力により、遮光板３１１がねじれながら透明電極３０３側に傾く（図２３（ｂ））。即ち、遮光板３１１による遮蔽がなくなる。これにより開口部から透過した光源光は、更に前方に透過することができる。また、再度電圧をゼロにすると、梁の弾性により遮光板３１１は元の位置に復帰する。
また、電圧の値により、遮光板３１１の傾き度合い、即ち、透過光量を連続的に変化させることが可能である。これを利用して印加電圧による階調制御が可能である。
このように、上述の平面表示素子３１５によれば、遮光板３１１を撓めることにより、光線の進路を変化させて光変調を行うことができる。
また、この原理を用いれば、全反射モードにおいて使用した光路選択膜は不要となり、製造工程の簡素化、装置のシンプル化、コストダウンに寄与することとなる。
なお、平面表示素子のＭＥＭアレイは、脱気した後、希ガスを封入し、全体を封止し、外乱の影響を防止して安定化を図るものであってもよい。
【０１１３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係る表示装置によれば、有機ＥＬ光源上に電気機械動作により平面光源の光を光変調する光変調部を配設したので、各材料が可視光用で対応可能となり、特に、光路選択膜（Ｃｈ−ＬＣ）にはカラーフィルタ（ＣＦ）用材料が使用可能となる。
また、有機ＥＬの駆動を完全スタチックにでき、さらにＭＥＭも完全スタチック駆動ができるので、ＭＥＭ素子のヒステリシス特性やメモリー性が不要となり、ＰＷＭ変調などを用いるので階調付与にフレキシビリティがあり、必要応答速度が低減できる。そして、線順次発光表示であり、動画表示性が良くなる。
従来の有機ＥＬの単純マトリクス型では、逆バイアス・配線電圧降下などで大画面は不可であったが、本発明による有機ＥＬとしては、ＴＦＴ（低温ｐ−Ｓｉ）を使用しないので、大画面ディスプレイが構築できる。
さらに、液晶スイッチを用いないので偏光板や偏光軸等の問題が生じない。
また、本発明では有機ＥＬ（可視光）が使えるので、ＵＶ光では使うことのできなかった多種類の有機材料が使えるようになり、材料の選択の幅が広がる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施形態に係る平面表示素子の一部断面図で、図２のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係る平面表示素子の平面図である。
【図３】光拡散機能を有するものを示す図であって、（ａ）は多孔質体、（ｂ）は異なる屈折率を有する物質が分布・分散した異種屈折率分布体・分散体、（ｃ）は表面に凹凸が形成された光散乱体又は光拡散体である。
【図４】平面表示素子の駆動方法を説明する図である。
【図５】平面表示素子の光変調部を示す断面図で、非駆動時状態を示す図である。
【図６】図６に示した平面表示素子の光変調部の駆動時状態を示す図である。
【図７】全反射光学部材の具体的な一構成例を示す図である。
【図８】透過型の回折格子を示す図であって、（ａ）は体積ホログラム、（ｂ）はレリーフ型回折格子、（ｃ）は屈折率変調型回折格子である。
【図９】光干渉フィルタの層構成を示す図である。
【図１０】光干渉フィルタが備えられた全反射光学部材の一構成例を示す図である。
【図１１】青色光の入射光の波長帯を示す図である。
【図１２】青色光の波長に対する分光透過率の変化を入射角毎に示したグラフである。
【図１３】青色光の分光透過率の入射角依存性を波長毎に示したグラフである。
【図１４】ＵＶ光の入射光の波長帯を示す図である。
【図１５】ＵＶ光の波長に対する分光透過率の変化を入射角毎に示したグラフである。
【図１６】ＵＶ光の分光透過率の入射角依存性を波長毎に示したグラフである。
【図１７】光路を変化させる光学要素、光路を選択する光学要素、透明媒質ｕ、透明媒質ｖ、全反射面の前方側の透明媒質ｗがこの順で配置された光学素子に対して、各界面における入射角と各媒質の平均屈折率の関係を示す図である。
【図１８】光を選択する光学要素への入射光の入射角度を示す図である。
【図１９】入射光の波長に対する、光路を選択する光学要素の分光透過率を入射角毎に示したグラフである。
【図２０】光路を選択する光学要素内外の光路を示す図である。
【図２１】屈折により光路を変更する光学要素を示す図であって、（ａ）は多孔質体、（ｂ）はプリズムアレイ、（ｃ）は屈折率分布レンズ体である。
【図２２】平面表示素子における別の形態の光変調部を示す斜視図である。
【図２３】図２２に示した光変調部の断面図である。
【符号の説明】
１      基板
２      有機ＥＬ
３      光路選択膜
４      バッファ層
５      ＭＥＭ（機械電気光変調）アレイ
６      色変換フィルタ
１０    平面表示素子
２０    異なる屈折率を有する物質
２２    カソード共通電極
２４    有機ＥＬ層
２６    アノード電極（走査信号用電極）
５２    共通電極
５４    絶縁支柱
５６    可動部
５８    可動部電極（画像信号用電極）
６２ａ  青色カラーフィルタ
６２ｂ  緑色変換フィルタ
６２ｃ  赤色変換フィルタ
６４    透明基板
６６    ブラックマトリクス
１０１  バッファ層
１０５  絶縁性支柱
１１１  空隙
１５１  電極
１５３  可動部
１５７  電極
１６１  平面表示素子
２００  全反射光学部材
２０１  光路を変化させる光学要素
２０３  光路を選択する光学要素
２０５  透明媒質
２０７  透明媒質
２０９  全反射面
３０１  バッファ層
３０３  透明電極
３０５  遮光膜
３０７  絶縁膜
３０９  絶縁性支柱
３１１  遮光板
３１３  光変調部
３１５  平面表示素子
【図１】
2004205974.tif 000003
【図２】
2004205974.tif 000004
【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】
2004205974.tif 000011
【図１０】
2004205974.tif 000012
【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】
2004205974.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
2004205974.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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