(57)【要約】【課題】コントラストを改善できる光スイッチング素子、光スイッチング素子アレイ、及びそれを用いた画像表示装置を提供する。【解決手段】光スイッチング素子２３のＯＦＦ状態において、反射面を有する反射要素が配列された領域のうち入射光を回折する周期的な構造をなす部分を減少させる。具体的には、リボン素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃの接続領域と、及びリボン素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃの接続領域とをマスク４３，４４で被覆する、又は、リボン素子の接続領域を縮小する、又は、リボン素子の接続領域を独立配線によって無くす。若しくは、リボン素子の反射表面の凸凹状態を制御し、相関長を小さくする。【選択図】図４
2004004601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反射面を有する複数の反射要素を含み、
前記反射要素は、第１のグループと第２のグループにグループ化され、前記第１のグループに属する反射要素の反射面と、及び前記第２のグループに属する反射要素の反射面により、略平行する第１の反射平面及び第２の反射平面がそれぞれ形成され、
第１の動作状態において、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面により、入射光を反射する略同一の反射平面が形成され、
第２の動作状態において、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面とが所定の距離で離間され、前記第１のグループに属する反射要素と前記第２のグループに属する反射要素とが、前記入射光を回折する所定の距離を有する周期的な構造となり、
前記第１の動作状態において、前記複数の反射要素が配置された領域のうち、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす部分を減少させる
光スイッチング素子。
【請求項２】
前記反射要素に対抗する電極をさらに有し、
前記反射要素は、所定の間隔で互いに平行に配置され、
前記第１のグループに属する反射要素と、前記第２のグループに属する反射要素とが周期的に配置され、
前記第１のグループは、前記反射要素と前記電極との間に駆動電圧を印加することによって移動可能な前記反射要素から構成され、前記第２のグループは、固定された前記反射要素から構成されている
請求項１に記載の光スイッチング素子。
【請求項３】
前記第１のグループに属する反射要素は、第１の端部と、前記第１の端部に対向する第２の端部と、一方の面に前記反射面が形成され、前記第１の端部と前記第２の端部との間に位置しそれらを電気的に接続する第１の中間部とを有し、
第２のグループに属する反射要素は、前記第１のグループに属する反射要素の第１の端部に接近する第３の端部と、前記第３の端部に対向する第４の端部と、一方の面に前記反射面が形成され、前記第３の端部と前記第４の端部との間に位置しそれらを電気的に接続する第２の中間部とを有し、
前記第１のグループに属する反射要素の各々の前記第１の端部を電気的に接続する第１の共通接続部と、
前記第２のグループに属する反射要素の各々の前記第４の端部を電気的に接続する第２の共通接続部とを有し、
前記第１の共通接続部と前記第２の共通接続部を含み、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす中間部の一部からなる接続領域を被覆するマスクを有する
請求項１に記載の光スイッチング素子。
【請求項４】
前記第１の共通接続部と前記第２の共通接続部を介して、グループ毎に前記複数の反射要素に駆動電圧が印加される
請求項３に記載の光スイッチング素子。
【請求項５】
前記複数の反射要素において、各々個別に駆動電圧が印加され、
前記第１の動作状態において、前記複数の反射要素が配置された領域のうち前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす部分が形成されない
請求項１に記載の光スイッチング素子。
【請求項６】
前記反射要素の表面に、前記所定の周期的な構造より短い相関長を有する凹凸面が形成されている
請求項１に記載の光スイッチング素子。
【請求項７】
１列に配置された複数の光スイッチング素子を有する光スイッチング素子アレイであって、
前記光スイッチング素子は、反射面を有する複数の反射要素を含み、
前記反射要素は、第１のグループと第２のグループにグループ化され、前記第１のグループに属する反射要素の反射面と、及び前記第２のグループに属する反射要素の反射面とにより、略平行する第１の反射平面及び第２の反射平面がそれぞれ形成され、
第１の動作状態においては、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面により、入射光を反射する略同一の反射平面が形成され、
第２の動作状態においては、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面とが所定の距離で離間され、前記第１のグループに属する反射要素と前記第２のグループに属する反射要素とが、前記入射光を回折する所定の距離を有する周期的な構造となり、
前記第１の動作状態において、前記複数の反射要素が配置された領域のうち、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造なす部分を減少させる
光スイッチング素子アレイ。
【請求項８】
前記第１のグループに属する反射要素は、第１の端部と、前記第１の端部に対向する第２の端部と、一方の面に前記反射面が形成され、前記第１の端部と前記第２の端部との間に位置しそれらを電気的に接続する第１の中間部とを有し、
前記第２のグループに属する反射要素は、前記第１のグループに属する反射要素の第１の端部に接近する第３の端部と、前記第３の端部に対向する第４の端部と、一方の面に前記反射面が形成され、前記第３の端部と前記第４の端部との間に位置しそれらを電気的に接続する第２の中間部とを有し、
前記第１のグループに属する反射要素の各々の前記第１の端部を電気的に接続する第１の共通接続部と、
前記第２のグループに属する反射要素の各々の前記第４の端部を電気的に接続する第２の共通接続部とを有し、
前記第１の共通接続部と前記第２の共通接続部とを含み、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす中間部の一部からなる接続領域を被覆するマスクを有する
請求項７に記載の光スイッチング素子アレイ。
【請求項９】
前記第１の共通接続部と前記第２の共通接続部を介して、グループ毎に前記複数の反射要素に駆動電圧が印加される
請求項８に記載の光スイッチング素子アレイ。
【請求項１０】
前記複数の反射要素において、各々個別に駆動電圧が印加され、
前記第１の動作状態において、前記複数の反射要素が配置された領域のうち、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす部分が形成されない
請求項７に記載の光スイッチング素子アレイ。
【請求項１１】
前記反射要素の表面に、前記所定の周期的な構造より短い相関長を有する凹凸面が形成されている
請求項７に記載の光スイッチング素子アレイ。
【請求項１２】
１列に配置された複数の光スイッチング素子と、前記複数の光スイッチング素子に射出された射出光から表示用光束と非表示用光束を分離する分離手段とを含む画像表示装置であって、
前記光スイッチング素子は、反射面を有する複数の反射要素を含み、
前記反射要素は、第１のグループと第２のグループにグループ化され、前記第１のグループに属する反射要素の反射面、及び前記第２のグループに属する反射要素の反射面とにより、略平行する第１の反射平面及び第２の反射平面がそれぞれ形成され、
第１の動作状態において、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面とにより、入射光を反射する略同一の反射平面が形成され、
第２の動作状態において、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面とが、所定の距離で離間され、前記第１のグループに属する反射要素と前記第２のグループに属する反射要素とが、前記入射光を回折する所定の距離を有する周期的な構造となり、
前記第１の動作状態において、前記複数の反射要素が配置された領域のうち、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造なす部分を減少させる
画像表示装置。
【請求項１３】
前記第１のグループに属する反射要素は、第１の端部と、前記第１の端部に対向する第２の端部と、一方の面に前記面が反射面が形成され、前記第１の端部と前記第２の端部との間に位置しそれらを電気的に接続する第１の中間部とを有し、
前記第２のグループに属する反射要素は、前記第１のグループに属する反射要素の第１の端部に接近する第３の端部と、前記第３の端部に対向する第４の端部と、一方の面に前記反射面が形成され、前記第３の端部と前記第４の端部との間に位置しそれらを電気的に接続する第２の中間部とを有し、
前記第１のグループに属する反射要素の各々の前記第１の端部を電気的に接続する第１の共通接続部と、
前記第２のグループに属する反射要素の各々の前記第４の端部を電気的に接続する第２の共通接続部とを有し、
前記第１の共通接続部と前記第２の共通接続部とを含み、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす中間部の一部からなる接続領域を被覆するマスクを有する
請求項１２に記載の画像表示装置。
【請求項１４】
前記第１の共通接続部と前記第２の共通接続部を介して、グループ毎に前記複数の反射要素に駆動電圧が印加される
請求項１２に記載の画像表示装置。
【請求項１５】
前記複数の反射要素は、各々個別に駆動電圧が印加され、
前記第１の動作状態において、前記複数の反射要素が配置された領域のうち、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす部分が形成されない
請求項１２に記載の画像表示装置。
【請求項１６】
前記反射要素の表面に、前記所定の周期的な構造より短い相関長を有する凹凸面が形成されている
請求項１２に記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、光を回折又は反射させる回折格子型光バルブなどの光スイッチング素子、光スイッチング素子アレイ、及びそれを用いて二次元の画像を表示する画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロジェクターやプリンターなどの画像形成装置において、画像の解像度を上げるには、１次元の画像表示素子からの光束を光走査手段で走査しながら画像形成手段に投影し、２次元画像を形成する方法が知られている（米国特許第５９８２５５３号）。１次元の画素表示素子として、米国Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｌｉｇｈｔ　Ｍａｃｈｉｎｅ社が開発された回折ライトバルブ（ＧＬＶ：　ｇｒａｔｉｎｇ　ｌｉｇｈｔ　ｖａｌｖｅ）が知られている（特許第３１６４８２４号、米国特許第５８４１５７９号）。
ＧＬＶは光の回折を利用したマイクロマシン位相反射型回折格子より成っている。ＧＬＶは光スイッチングの作用を有し、光のＯＮ／ＯＦＦ制御を電気的にコントロールして、デジタル画像表示ができる。
１次元アレイ化されたＧＬＶは、スキャンミラーで走査され、スイッチングを行い、２次元画像が得られるので、通常の２次元表示装置と比較してＧＬＶを用いた場合、縦方向の画像数は同じになる。しかし、横方向は少なくとも１個あれば良いので、２次元画像表示に必要な画素数は少ない。また、ＧＬＶのリボン素子と呼ばれている電極部分は、サイズが非常に小さく（約１×４０μｍ）、高い解像度、高速なスイッチング速度及び広い帯域幅の表示が可能である。さらに、低い印加電圧で動作されるので、非常に小型化された表示装置を実現することが期待されている。
【０００３】
次に、図１２〜図１４を参照して、ＧＬＶの動作原理を簡単に説明する。
図１２は、１次元画像を表示するためＧＬＶ画像素子の部分模式的斜視図である。
図１２に示すように、ＧＬＶ素子１において、共通電極となる基板１２の上に、基板１２と所定の間隔（ギャップ）を保って、条帯状（ストリップ）のリボン素子１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ，１０ｃ，１１ｃ，１０ｄが形成されている。リボン素子１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ，１０ｃ，１１ｃ，１０ｄは、上面に反射膜（不図示）が形成されており、反射部材（反射要素）となる。
リボン素子１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ，１０ｃ，１１ｃ，１０ｄはグループ化されており、一方のグループを構成するリボン素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは駆動電圧に応じて上下方向に移動することができる。一方、他方のグループを構成するリボン素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃは固定されていて、移動できない。移動可能なリボン素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは可動リボン素子、固定されているリボン素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃは固定リボン素子と呼ぶ。
【０００４】
リボン素子の代表的な寸法の一例として、例えば、リボン素子の幅は３〜４μｍ、隣接するリボン素子間ギャップは約０．６μｍ、リボン素子の長さは２００〜４００μｍ程度である。
複数のリボン素子は１セットで１つの画素に用いることができる。例えば、図１２に示された隣接する６本のリボン素子１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ，１０ｃ，１１ｃにより１つの画素を表わすことができる。この場合、１画素分の幅は約２５μｍである。
例えば、実用化されつつある１０８０画素を表示するＧＬＶにおいては、図１２の横方向に沿って、１０８０画素分のリボン素子が多数配置している。このようなＧＬＶは微細半導体製造技術により作製することが出来る。
【０００５】
ＧＬＶ素子１の動作は、リボン素子１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ，１０ｃ，１１ｃ，１０ｄと基板１２との間に印加する電圧のＯＮ−ＯＦＦで制御される。図１３は、図１２におけるＧＬＶ素子１の横方向の断面図である。可動リボン素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄへの印加電圧はＯＦＦの状態であり、固定リボン素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃは接地されている。この状態はＧＬＶのＯＦＦ状態という。
可動リボン素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに電圧は印加されていないので、可動リボン素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは移動せず、すべてのリボン素子が基板１２から一定の距離を保ち、ほぼ同一の反射平面を形成する。
この状態で照明光束を入射させると、各リボン素子１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ，１０ｃ，１１ｃ，１０ｄにおいて反射された照明光束は全光路差を生じない。つまり、すべてのリボン素子がまとまって平面鏡として作用し、入射した照明光束をほとんど回折及び偏向せずに反射する。
ＧＬＶのＯＦＦ状態は、画面の暗状態に対応し、表示画面が黒になる。
【０００６】
図１４においては、可動リボン素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに所定の駆動電圧が印加され、固定リボン素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃは接地された状態を示す図である。
図１４に示すように、駆動電圧が印加された可動リボン素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄは、基板１２の側に静電力で引き下げられ、固定リボン素子と所定の距離で離間されている。例えば、可動リボン素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄはλ／４引き下げられる（λは、入射光の波長である）。一例として、λ＝５３２ｎｍの場合、可動リボン素子の移動量はλ／４＝１３３ｎｍである。
この状態で照明光束が入射すると、可動リボン素子１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄで反射される光束と固定リボン素子１１ａ，１１ｂ，１１ｃで反射される光束との間の全光路差は半波長（λ／２）となる。これにより、それぞれの可動リボン素子と固定リボン素子とが入射光を回折する周期的な構造をなし、ＧＬＶが反射型回折格子として作用する。ここで、反射光束（０次光）同士は干渉して打ち消し合い、±１次光、±２次光など他の次数の回折光が生じる。
その後、例えば、±１次光が光学系を経由して、スクリーンなどの表示画面に結像する。０次光は遮断されて、表示画面に到達しないように、光学系が構成されている。
【０００７】
入射角度がθｉとなる平行入射光は、上記のＯＮ状態のＧＬＶに入射し、発生したｍ次の回折光の回折角度θｍは、次の式（１）となる。
【数１】
ｓｉｎ（θｍ）＝　ｓｉｎ（θｉ）＋（ｍλ／Ｄ）　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１）
ここに、Ｄは図１４で示されたＧＬＶの同じグループを構成するリボン素子の間の所定の距離（格子ピッチ）である。
垂直入射、また、強度の一番高い±１次光の場合は、θｉ＝０、ｍ＝１となるので、回折角度θ１は、次の式（２）となる。
【数２】
ｓｉｎ（θ１）＝λ／Ｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）
【０００８】
このような１次元画像表示素子ＧＬＶを用いた画像表示装置は、通常の二次元画像表示装置、例えば、液晶パネルなどを用いた投射型表示装置と比べて、ＧＬＶ自体に画素間の境界が存在しないため、極めて滑らかで自然な画像表現が可能である。さらに、三原色である赤色、緑色、青色のレーザを光源とし、これらの光を混合することで、極めて広い、自然な色再現範囲の画像が表現できるなど、従来にない優れた表示性能を有している。例えば、ＧＬＶを用いた画像表示装置は、１０００：１以上の高コントラストを実現できることが期待されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実際に、例えば、１０８０画素のＧＬＶをスキャンして得た１０８０×１９２０画素の画像表示装置において、良好な画像表示を全画素で実現することは容易ではない。その理由は、製造プロセスの不完全さなどによりｎｍ程度のリボン素子の構造に不均一性が存在し、１ＧＬＶ素子に含まれている１０８０画素にはバラツキがある。例えば、リボン素子をｎｍレベルで移動させる駆動信号の誤差によるＧＬＶのＯＮ状態における可動リボン素子移動量のバラツキ、製造技術によるＧＬＶのＯＦＦ状態でのリボン素子高さのバラツキおよびその他歪み、有効照明領域外での光回折、リボン素子の反射面上の凸凹と各種付着物による散乱光の発生、および不均一な２次照明光の影響などの画質を劣化させる要因がある。これらの要因が特に暗状態の明るさに変動を生じさせる。
特に、１次元の画像表示素子であるＧＬＶをスキャンして２次元画像を得るので、画素がばらつくと、コントラストの悪い画素はスキャンにより表示画面に縞状のノイズを残すため、表示装置としては大きな問題である。
【００１０】
本発明は、このような課題を鑑みてなされ、その第１の目的は、コントラストを改善できる光スイッチング素子を提供することにある。
その第２の目的は、そのような光スイッチング素子から構成された光スイッチング素子アレイを提供することにある。
その第３の目的は、そのような光スイッチング素子アレイを用いた画像表示装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の光スイッチング素子は、反射面を有する複数の反射要素を含み、前記反射要素は、第１のグループと第２のグループにグループ化され、前記第１のグループに属する反射要素の反射面と、及び前記第２のグループに属する反射要素の反射面とにより、略平行する第１の反射平面及び第２の反射平面がそれぞれ形成され、第１の動作状態において、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面により、入射光を反射する略同一の反射平面が形成され、第２の動作状態において、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面とが所定の距離で離間され、前記第１のグループに属する反射要素と前記第２のグループに属する反射要素は、前記入射光を回折する所定の距離を有する周期的な構造となり、前記第１の動作状態において、前記複数の反射要素が配置された領域のうち、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす構造部分を減少させる。
【００１２】
前記反射要素と対向する電極をさらに有し、前記反射要素は、所定の間隔で互いに平行に配置され、前記第１のグループに属する反射要素と、前記第２のグループに属する反射要素とが周期的に配置され、前記第１のグループは、前記反射要素と前記電極との間に駆動電圧を印加することによって移動可能な前記反射要素から構成され、前記第２のグループは、固定された前記反射要素から構成されている。
また、前記第１のグループに属する反射要素は、第１の端部と、前記第１の端部に対向する第２の端部と、一方の面に前記反射面が形成され、前記第１の端部と前記第２の端部との間に位置しそれらを電気的に接続する第１の中間部とを有し、前記第２のグループに属する反射要素は、前記第１のグループに属する反射要素の前記第１の端部に接近する第３の端部と、前記第３の端部に対向する第４の端部と、一方の面に前記反射面が形成され、前記第３の端部と前記第４の端部との間に位置しそれらを電気的に接続する第２の中間部とを有し、前記第１のグループに属する反射要素の各々の前記第１の端部を電気的に接続する第１の共通接続部と、前記第２のグループに属する反射要素の各々の前記第４の端部を電気的に接続する第２の共通接続部とを有し、前記第１の共通接続部と前記第２の共通接続部を含む、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす中間部の一部からなる接続領域を被覆するマスクを有する。
さらに、前記第１の共通接続部と前記第２の共通接続部を介して、グループ毎に前記複数の反射要素に駆動電圧が印加される。
【００１３】
前記複数の反射要素において、各々個別に駆動電圧が印加され、前記第１の動作状態において、前記複数の反射要素が配置された領域のうち、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす部分が形成されない。
また、前記反射要素の表面に、前記所定の周期的な構造より短い相関長を有する凹凸面が形成されている
【００１４】
前記課題を解決するために、本発明の光スイッチング素子アレイは、１列に配置された複数の光スイッチング素子を有する光スイッチング素子アレイであって、前記光スイッチング素子は、反射面を有する複数の反射要素を含み、前記反射要素は、第１のグループと第２のグループにグループ化され、前記第１のグループに属する反射要素の反射面、及び前記第２のグループに属する反射要素の反射面により、略平行する第１の反射平面及び第２の反射平面がそれぞれ形成され、第１の動作状態においては、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面により、入射光を反射する略同一の反射平面が形成され、第２の動作状態においては、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面とが所定の距離で離間され、前記第１のグループに属する反射要素と第２のグループに属する反射要素が、前記入射光を回折する所定の距離を有する周期的な構造となり、前記第１の動作状態において、前記複数の反射要素が配置された領域のうち、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造なす部分を減少させる。
【００１５】
また、前記課題を解決するために、本発明の画像表示装置は、１列に配置された複数の光スイッチング素子と、前記複数の光スイッチング素子に射出された射出光から表示用光束と非表示用光束を分離する分離手段とを含む画像表示装置であって、前記光スイッチング素子は、反射面を有する複数の反射要素を含み、前記反射要素は、第１のグループと第２のグループにグループ化され、前記第１のグループに属する反射要素の反射面、及び前記第２のグループに属する反射要素の反射面により、略平行する第１の反射平面及び第２の反射平面がそれぞれ形成され、第１の動作状態において、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面により、入射光を反射する略同一の反射平面が形成され、第２の動作状態において、前記第１の反射平面と前記第２の反射平面とが、所定の距離で離間され、前記第１のグループに属する反射要素と第２のグループに属する反射要素は、前記入射光を回折する所定の距離を有する周期的な構造となり、前記第１の動作状態において、前記複数の反射要素が配置された全領域のうち、前記入射光を回折する前記所定の周期的な構造をなす部分を減少させる。
【００１６】
上記の本発明によれば、光スイッチング素子の第１の動作状態において、有効照明領域外の光回折を最小限に抑え、コントラストを向上する。たとえば、反射要素において、入射光を回折する所定の周期的な構造をなす接続領域を縮小、マスクにより被覆、あるいは形成しないことにより、回折を低減する。また、反射要素の反射面において、光スイッチング素子の周期的な構造より反射面の凸凹パターンの相関長を短くし、凸凹パターンを微細化させることにより散乱を低減する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光スイッチング素子、光スイッチング素子アレイ、及びそれを用いた画像表示装置の実施の形態について、添付の図面を参照して述べる。
第１の実施形態
本実施形態において、光スイッチング素子及び光スイッチング素子アレイの一例としてＧＬＶ画像素子を用い、ＧＬＶ画像素子の非有効照明領域となる反射要素の共通接続部および中間部の一部の領域からなる接続領域をマスクで被覆したＧＬＶ画像素子、及びそれを用いた画像表示装置の実施の形態を述べる。
【００１８】
図１は、本実施形態にかかる画像表示装置の概略図である。
図１に示されている画像表示装置２０は、光源２１、照明光学系２２、１次元画像素子ＧＬＶ素子２３、レンズ２４、空間フィルタ２５、スキャンミラー２６、スクリーン２７を有する。
光源２１は、例えば、半導体レーザのようなデバイスであり、赤、緑、及び青色の光束を射出する光源をそれぞれ含む。照明光学系２２は、光源２１からの光束を平行光に変換して１次元画像素子ＧＬＶ素子２３に照射する。
【００１９】
ＧＬＶ素子２３は、複数の画素が１次元に配列してなり、図１２〜図１４で示したように、表示する画像に対応する駆動電圧の印加によってＯＮ／ＯＦＦして動作し、入射した照明光を反射又は回折し、反射光、又は、回折光を射出する。ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態（第２の動作状態）の場合に、回折作用により±１次回折光などの回折光２８ａ，２８ｃが射出されて、０次光２８ｂと異なる各方向に進行する。
レンズ２４は、ＧＬＶ素子２３からの射出された反射光２８ｂ、又は、回折光２８ａ，２８ｃから形成される１次元の像を拡大し、スキャンミラー２６へ投影する。
【００２０】
ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態（第２の動作状態）の時に発生した０次光２８ｂ、±１次光２８ａ，２８ｃは、空間フィルタ２５に入射する。
空間フィルタ２５は、レンズ２４から射出された±１次回折光２８ａ，２８ｃを透過部２５ａ，２５ｂで通過させ、スキャンミラー２６に到達させる。また、レンズ２４から射出された反射光又は０次光２８ｂを反射部２５ｃで遮蔽する。
スキャンミラー２６は、ＧＬＶ素子２３からの１次元の画像情報を含む反射回折光をスキャンしてスクリーン２７上に反射し、スクリーン２７上に２次元の画像を形成する。スキャンミラー２６は、例えば、ガルバノミラーである。なお、本実施形態において、素子がＯＦＦの状態を第１の動作状態、素子がＯＮの状態を第２の動作状態とする。
【００２１】
図２は、上記空間フィルタ２５の正面図である。
図２に示すように、空間フィルタ２５は、透過部２５ａ，２５ｂと反射部２５ｃを有している。
ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の場合、ＧＬＶ素子２３に照射した照明光束は反射されて、反射光が射出する。その反射光は、決められた方向で進行し、空間フィルタ２５における反射部２５ｃによって反射されて、スクリーン２７に到達しない。従って、スクリーン上に黒を表示する。この状態を、画像表示の暗状態であると言う。
【００２２】
ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態の場合に、ＧＬＶ素子２３に照射した照明光束は回折されて、０次光及び±１次光などの回折光が射出する。回折作用により、０次光の強度はＧＬＶ素子２３がＯＦＦの場合における反射光の強度より低くなり、±１次回折光などの回折光の強度が高くなる。
各次の回折光は、式（１）に示しているように、照明光束の波長とＧＬＶ素子２３のピッチにより決定される角度方向に回折されて、０次光、及び±１次回折光などの回折光光束がそれぞれ異なる各方向に進行し、空間フィルタ２５の反射部２５ｃ、光透過部２５ａ，２５ｂに入射する。
【００２３】
ＧＬＶ素子２３からの回折光は、０次光と±１次回折光だけでなく、±２次以上の高次の回折光も含んでいる。
スクリーン２７上で最大のコントラストを得るために、ＧＬＶ素子２３がＯＮ状態で最も効率よく発生する±１次回折光がほとんど損失せずに通過でき、０次光、２次光などの回折光は十分遮るように、透過部２５ａ，２５ｂ、及び反射部２５ｃの位置と寸法が設計されている。
より明るい画像を得る場合は、これら高次回折光を±１次回折光と共に透過部２５ａ，２５ｂに入射させても良い。
【００２４】
図３は、画像表示装置２０に用いられたＧＬＶ素子２３の部分表面構造を示している。
図３に示すように、本実施形態において、１次元ＧＬＶ素子２３の１画素は、互いに平行な６つの構成要素（以下、リボン素子ともいう）３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ，３１ｃ，３２ｃで構成されて、リボン素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃとリボン素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃの二組にグループ化されている。これらはさらにワイヤーボンディング用のパッドに接続されている。
なお、本発明の請求項における「光スイッチング素子」は、ＧＬＶ素子２３の１画素分に対応する。また、請求項における「光スイッチング素子アレイ」は、例えば１０８０画素から構成されるＧＬＶ素子２３に対応する。
各リボン素子は、例えば、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）の表面に反射面としてアルミニウム膜が形成された構造を有する。ここで、例えば、第１のグループのリボン素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃを可動リボン素子、第２のグループのリボン素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃを固定リボン素子とし、各グループのリボン素子は周期的に配置されている。また、可動リボン素子は、第１の端部８１と、第１の端部８１に対向する第２の端部８２と、一方の面に反射面が形成され第１の端部８１と第２の端部８２を接続する第１の中間部８３から形成され、固定リボン素子は第１の端部８１に接近する第３の端部８４と、第３の端部８４に対向する第４の端部８５と、一方の面に反射面が形成され第３の端部８４と第４の端部８５を接続する第２の中間部８６から形成されている。さらに、可動リボン素子はそれぞれの第１の端部８１において第１の共通接続部に電気的に接続され、固定リボン素子はそれぞれの第４の端部８５において第２の共通接続部に電気的に接続され、くし型構造を構成している。第１のグループに属するリボン素子の反射面および第２のグループに属するリボン素子の反射面により、ほぼ平行となる第１の反射平面および第２の反射平面とが形成される。
リボン素子３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ，３１ｃ，３２ｃの他方の面に対向して、図１２に示した共通電極１２が配置されており、また、共通電極１２とある間隔を保ってリボン素子３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ，３１ｃ，３２ｃのくし型構造を支持するための支持部（不図示）が、リボン素子３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ，３１ｃ，３２ｃにおいて、長さｗ２の部分の両端に各々１箇所以上形成されている。共通電極１２と可動リボン素子の間に電圧を印加しないとき（ＯＦＦ状態のとき）、可動リボン素子と固定リボン素子とはほぼ同一の反射平面を形成し、構造上の周期ｐ１で配置されている。ここで、ｐ１は、ＯＦＦ状態のときのＧＬＶの構造上の周期を示し、ｗ２は、構造上の周期ｐ１を構成する領域におけるリボン素子の長さを示す。
【００２５】
共通電極１２と可動リボン素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃの間に駆動電圧を印加すると静電気力により可動リボン素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃが共通電極１２側にたわむ。そのため、第１の反射面と第２の反射面とが、所定の距離に離間され、各リボン素子が入射光を回折する周期的な構造となる反射型回折格子が形成される。入射された照明光は回折光を発生し、発生した回折光は、図１に示す空間フィルタ２５において分離される。このように、ＧＬＶ素子２３は光スイッチング素子として動作する。ここで、上記の空間フィルタとしては、電圧の印加時に発生する回折光を通過させるタイプと、電圧を印可しないときに発生する光（０次光）を通過させるタイプの２通りがある。
上記のように、本実施形態における空間フィルタ２５は、透過部２５ａ，２５ｂにおいてリボン素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃに駆動電圧を印加する時に最も効率よく発生する１次回折光が損失せずに通過し、反射部２５ｃにおいて０次光、２次光などの回折光を十分遮るような位置と寸法に設計されており、最大のコントラストが得られる設計となっている。
【００２６】
しかし、これだけでは全画素に渡って１０００：１以上のコントラストを実現することはできない。
図３に示すように、電圧印加するために、リボン素子３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ，３１ｃ，３２ｃのくし型構造は、その第１の端部８１および第４の端部８５において第１および第２の共通接続部に接続され、接続領域３３，３４を形成する。接続領域３３は、可動リボン素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃのｗ２の長さ部分より右側の領域を指しており、接続領域３４は、固定リボン素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃのｗ２の長さ部分より左側の領域を指している。
【００２７】
図３に示すように、接続領域３３，３４の内側の部分は、同一のグループに属するリボン素子により周期的な構造となっており、それらの構造上の周期はｐ２となっている。
接続領域３３，３４において周期的な構造ｐ２をなす同一のグループに属するリボン素子は、図示しないＧＬＶ構造の下層部材と適切な距離（λ／４の整数倍、λは照明光の波長である）を有する場合、入射光を回折し、回折光を発生する回折格子を形成する。また、適切な距離よりも小さい距離であっても、回折格子を形成する可能性がある。
したがって、接続領域３３，３４において照明光が入射した場合、駆動電圧を印加しているか否かに係わらず、即ち、ＧＬＶ素子２３はＯＮ状態あるいはＯＦＦ状態ともに、照明光は回折し、回折光が発生する。
式（１）によれば、ｍ次の回折光の回折角度θｍは、入射光の入射角度θｉと回折格子の格子ピッチＤと照明光の波長λによって決められるので、垂直入射の場合は、接続領域３３，３４からの回折光の回折角度はｐ２で決められる。
【００２８】
一方、図３に示されたＧＬＶ素子２３は、電圧が印加されてＯＮ状態において形成される回折格子の周期もｐ２であり、発生した回折光の回折角度はこのｐ２で決められる。また、空間フィルタ２５の透過部２５ａ，２５ｂと反射部２５ｃの位置と寸法もｐ２、次数ｍ、入射角度θｉおよび照明光の波長λに決められる。
ＧＬＶ素子２３の照明光束は平行光束であり、入射角度θｉは一定である。従って、図３において、照明光を長さｗ２の領域に照射すると共に接続領域３３，３４にも照射した場合、ＧＬＶ素子２３はＯＮ状態およびＯＦＦ状態ともに接続領域３３，３４において回折光を発生し、長さｗ２の領域において発生した回折光と同じ方向に射出する。特に、接続領域３３，３４からの±１次回折光は、空間フィルタ２５の透過部２５ａ，２５ｂを通過する。
これによって、ＧＬＶ素子２３がＯＦＦ状態の場合、即ち、暗状態の場合において、空間フィルタ２５の透過部２５ａ，２５ｂを通過する光量が大幅に増え、スクリーン上に画像のコントラストが低下する。
【００２９】
照明光の接続領域３３，３４での回折を避けるために、例えば、リボン素子３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ，３１ｃ，３２ｃの長さ方向の照明領域の長さを限定し、接続領域３３，３４に照射しない方法が考えられる。例えば、図３に示すように、照明領域をリボン素子長さｗ２より短いｗ１とし、構造上の周期がｐ２となる接続領域を照明領域外とする。
しかし、照明領域の長さｗ１がリボン素子の長さｗ２より短いという条件は、照明光源からの直接的な照明光について１００％満足されていても、実際の表示装置では投射レンズ、その他光学部品からの反射光や散乱光による２次的な照明光が一定量存在し、このような２次的な照明光について満足させることは難しい。
また、リボン素子長さは非常に短いので（ｗ２は、３００〜４００μｍ、ｗ１は約３０μｍである）、このような微細な領域で、光束の照明領域を精確に制御することも困難である。
【００３０】
例えば、直接的な１次照明光の０．２％〜１％の照明光が、他光学部品からの反射光や散乱光による２次的な照明光（以下、２次照明光とする）として構造上の周期ｐ２となる接続領域３３，３４に照射されると、その２次照明光は接続領域３３，３４において回折される。２次照明光のかなりの部分は回折光として射出され、空間フィルタ２５を通過し、スクリーン２７に結像する。これによって、画像の該画素に対応する部分のコントラストは、５００：１〜１００：１に低下する。
さらに、この２次照明光は一般に空間的に不均一であり、表示画面に不均一な縞状ノイズを生じ、画像品質が大きく劣化する。
【００３１】
本実施形態においては、構造上の周期がｐ２となっている接続領域３３，３４を被覆するマスクを設けて、接続領域３３，３４における回折を回避する。
図４は、接続領域３３，３４が被覆されているＧＬＶ素子２３の表面構造を示す模式図である。
図４において、接続領域３３，３４がマスク４３，４４に被覆されており、接続領域３３，３４に照明光が入射し、回折光が生じることはない。
マスク４３，４４は、ＧＬＶ素子２３の表面に直接形成されてもよいが、直接ＧＬＶ素子２３の表面に形成できない、又は困難な場合は、ＧＬＶ素子２３の上部の近接位置に、例えば、ＧＬＶ素子２３を保護するガラス板を配置し、マスク４３，４４をこのガラス板に形成してもよい。
次に、マスク４３，４４の製造方法について説明する。
【００３２】
図５と図６は、本実施形態にかかるＧＬＶ素子２３の表面構造の模式図であり、ＧＬＶ素子２３において、接続領域３３，３４を被覆するマクス４３，４４を形成する方法を示している。
図５において、本実施形態にかかるＧＬＶ素子２３の６画素分が示されている。各画素が基板１２と所定の間隔を保って形成され、可動リボン素子３１、また、固定リボン素子３２は、３本毎に一方の端部で共通接続部に接続され、接続領域３３，３４が形成されている。なお、マスク４３，４４は図示されていない。
【００３３】
図６は、接続領域３３，３４を被覆するマスク４３，４４が形成されたＧＬＶ素子２３の平面図を示す。具体的に、マスク４３，４４は、ＧＬＶ素子２３を保護するための気密封止用ガラス４５の表面に形成されている。マスク４３，４４は空間周波数が１／ｐ２とほぼ一致、あるいはその周波数成分を含む接続領域３３，３４を被覆することができる寸法に加工され、形成されている。
マスク４３，４４の作製方法は、例えば、一般的な光リソグラフィー法でレジストパターンを作製し、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉなどの金属を蒸着などの方法で堆積する。その後レジスト上の金属を除去する。たとえば、リフトオフ法により容易に作製可能である。マスク４３，４４の材料はＡｌ、Ｃｒ、Ｎｉに限定されるものではなく、光の透過を抑制できるものであればよい。
【００３４】
図６に示すように、マスク４３，４４をガラス４５上に形成することによって配線構造である接続領域３３，３４が被覆されている。マスク４３，４４の寸法は接続領域３３，３４を実質的に被覆することができる寸法で、ＧＬＶ素子２３への入射光を遮らない寸法であればよく、例えば、ｗ３はｗ２とおおよそ同じになる。ここで、ｗ３は図６においてマスク４３，４４に被覆され、制限された照射領域の長さを示す。
なお、マスク４３，４４はガラス４５のＧＬＶ素子２３側の面、又は、その反対側の面に形成されてもよい。また、ＧＬＶ素子２３の保護ガラス４５に直接形成されていなくても、ＧＬＶ素子２３の近傍にあって実質的に同様なマスク効果が得られる位置にマスクを設置することも可能である。
【００３５】
本実施形態によれば、回折格子型光スイッチングと空間フィルタを用いた表示装置の高コントラスト化が実現できる。
【００３６】
第２の実施形態
本実施形態にかかる光スイッチング素子、光スイッチング素子アレイ及び画像表示装置の基本構成は、第１の実施形態のＧＬＶ素子２３及び画像表示装置２０と同じである。即ち、本実施形態は、ＧＬＶ素子のＯＦＦ状態（第１の動作状態）において、入射された照明光の回折が発生し、空間フィルタを通過する光量が増え、画像表示のコントラストを低下させるという問題を解決する。第１の実施形態においてはＯＦＦ状態において回折が起きる領域を被覆しているが、本実施形態においては、接続領域の面積を縮小することによって接続領域での不必要な光の回折を避ける。
【００３７】
図７は、本実施形態にかかるＧＬＶ素子４０の表面構造を示す模式図である。なお、図３と同じ構成成分に同じ符号を用い、重複する説明は省略する。
図７に示すように、電圧印加するために、リボン素子（反射要素）３１ａ，３２ａ，３１ｂ，３２ｂ，３１ｃ，３２ｃのくし型構造は、可動リボン素子（第１のグループ）３１ａ，３１ｂ，３１ｃおよび固定リボン素子（第２のグループ）３２ａ，３２ｂ，３２ｃとにグループ化されている。また、それぞれのグループの素子はその端部において共通接続部に接続されており、それぞれ接続領域６３と６４を形成する。ここで、接続領域６３は可動リボン素子３１ａ，３１ｂ，３１ｃのｗ２の長さ部分より右側の領域を指しており、接続領域６４は固定リボン素子３２ａ，３２ｂ，３２ｃのｗ２の長さ部分より左側の領域を指している。
【００３８】
図７に示すように、接続領域６３，６４の内側の部分において、同一のグループに属するリボン素子は周期的な構造ｐ２をなし、ＧＬＶ素子４０のＯＮ状態（第２の動作状態）で形成される回折格子の周期と同じである。接続領域６３，６４において、構造上の周期がｐ２の部分を有すると、ＧＬＶ素子４０がＯＦＦ状態であっても回折が生じ、コントラストが低下する可能性がある。
しかし、本実施形態のＧＬＶ素子４０において接続領域６３，６４の面積を極力に減少することにより、接続領域６３，６４において発生する回折光の量を大幅に減少でき、コントラストへの影響は抑制できる。
【００３９】
本実施形態によれば、回折格子型光スイッチング素子と空間フィルタを用いた表示装置の高コントラスト化が実現できる。
また、新たな製造プロセスが必要ないので、容易に実現でき、コストが増加しない。
【００４０】
第３の実施形態
本実施形態にかかる光スイッチング素子、光スイッチング素子アレイ、及び画像表示装置の基本構成は、第１と第２の実施形態のＧＬＶ素子２３及び画像表示装置２０と同じである。即ち、本実施形態は、ＧＬＶ素子がＯＦＦ状態（第１の動作状態）で入射された照明光の回折が生じ、空間フィルタを通過する光量が増え、画像表示のコントラストを低下させるという問題を解決する。第１と第２の実施形態においては、ＯＦＦ状態で回折が発生する領域を被覆する、または、その領域の面積を縮小したが、本実施形態においては、個々のリボン素子を独立に給電線に接続し、第１と第２の実施形態のＧＬＶ素子のような構造上の周期がｐ２となる接続領域を作らないようにすることによって、不必要な光の回折を避ける。
【００４１】
図８は、本実施形態にかかるＧＬＶ素子５０の表面構造を示す模式図である。
図８において、１次元ＧＬＶ素子５０の１画素は、互いに平行な６本のリボン素子（反射要素）５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂ，５１ｃ，５２ｃから構成されている。各リボン素子は反射面として、例えば窒化シリコン膜の表面にアルミニウム膜が形成された構造を有する。ここで、例えば、第１のグループのリボン素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃを可動リボン素子、第２のグループのリボン素子５２ａ，５２ｂ，５２ｃを固定リボン素子とし、各グループのリボン素子は周期的に配置されている。第１および第２のグループに属するリボン素子により第１の反射平面および第２の反射平面が形成されている。
リボン素子５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂ，５１ｃ，５２ｃに対向して、図１２に示した共通電極１２が配置されており、また、共通電極１２とある間隔を保ってリボン素子５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂ，５１ｃ，５２ｃのくし型構造を支持するための支持部（不図示）が、リボン素子５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂ，５１ｃ，５２ｃの両端に各々１箇所以上形成されている。
共通電極１２と可動リボン素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃの間に駆動電圧を印加すると静電気力により可動リボン素子５１ａ，５１ｂ，５１ｃが共通電極１２側にたわむ。そのため、第１の反射平面と第２の反射平面とが所定の距離に離間され、各リボン素子により入射光を回折する周期的な構造をとる反射型回折格子が形成され、回折光を発生する。発生された回折光は、図１と図２に示された空間フィルタ２５で分離する。
【００４２】
図８に示すように、リボン素子５１ａ，５２ａ，５１ｂ，５２ｂ，５１ｃ，５２ｃは互い接続されておらず、各リボン素子への配線部分はそれぞれ独立している。例えば、各リボン素子への配線部分が下地構造に埋め込まれている。
このような構造によって、第１と第２の実施形態におけるＧＬＶ素子の接続領域は必要がなくなる。これにより、ＧＬＶ素子５０の表面構造は一様であり、ＯＮ状態（第２の動作状態）においては、全領域に亘って構造上の周期がｐ２となり、ＯＦＦ状態においては、全領域に亘って構造上の周期がｐ１となる。したがって、ＯＦＦ状態において構造上の周期がｐ２の領域にて生じる不必要な回折光を発生させないことにより、ＧＬＶ素子５０のＯＦＦ状態においてコントラストの低下を低減する。
【００４３】
本実施形態によれば、回折格子型光スイッチング素子と空間フィルタを用いた表示装置の高コントラスト化が実現できる。
【００４４】
第４の実施形態
ＧＬＶ素子の各リボン素子における反射面の表面構造は、画像表示のコントラストに影響することが知られている。これは、表面の凸凹構造により、表面からの散乱光強度が強く影響されるからである。
実施形態においては、本発明をリボン素子反射面の表面構造によるコントラストの低下の場合に適用し、コントラストを改善する。
【００４５】
第１〜第３の実施形態で示した一次元ＧＬＶ素子の各リボン素子（反射要素）は、例えば、米国特許第５８４１５７９号、米国特許第５６６１５９２号においては反射面として、窒化シリコン膜表面にアルミニウム膜が積層された構造となっている。
この場合、窒化シリコン幕は減圧ＣＶＤ法で作製されたアモルファス膜なのでグレイン（結晶粒）構造がなく、表面のラフネス値を、例えば、自乗和の平方根（ｒｍｓ：ｒｏｏｔ　ｍｅａｎ　ｓｑｕａｒｅ）で表わす場合は、ｒｍｓ＝２ｎｍと極めて良好であり、温度変化に対しても安定である。
一方、アルミニウム膜は多結晶膜なのでグレインが存在し、一般に表面ラフネスも比較的大きい。また、温度変化の影響を受けやすく、３００℃程度の比較的低温においてグレインの再成長が起きるなど、窒化シリコン膜と比べ不安定な側面がある。
このような窒化シリコン膜とアルミニウム膜の積層構造であるリボン素子からなるＧＬＶ素子のコントラストは、特に、アルミニウム膜の表面構造に対し敏感に変化する。この場合、コントラストはアルミニウム膜の表面ラフネスによる散乱光強度の変化により影響される。表面ラフネスは一般にｒｍｓ値で表現し、この値が小さいほど表面が均一なので散乱光強度は小さい。
【００４６】
しかし、実験結果では、例えば、アルミニウム膜の表面ラフネスがｒｍｓで約４ｎｍとほぼ同一のＧＬＶ素子における１０８０画素の平均コントラスト測定値（光波長５３２ｎｍ）はプロセス条件により約２０００：１〜６０００：１の範囲で変動する。この結果は、散乱光強度はｒｍｓ値だけではなく他のパラメータの寄与が大きいことを示している。
文献（Ｊ．　Ｍ．　Ｅｌｓｏｎ　ａｎｄ　Ｊ．　Ｍ．　Ｂｅｎｎｅｔｔｅ，”Ｒｅｌａｔｉｏｎ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ａｎｇｕｌａｒ　ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ　ｏｆ　ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｏｐｔｉｃａｌ　ｓｕｒｆａｃｅｓ”，　Ｊ．　ｏｆ　Ｏｐｔ．Ｓｏｃ．Ａｍ．，ｖｏｌ．６９　３１−４７（１９７９）．）においては、通常のベタ膜材料の光散乱強度Ｉｓは、ｒｍｓと、表面ラフネスの相関長Ｌａとに関係し、次の式（３）で表すことができる。
【００４７】
【数３】
Ｉｓ∝（ｒｍｓ×Ｌａ）２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
Ｉｓは光散乱強度、Ｌａは表面ラフネスの相関長を表わす。ここで、表面ラフネスの相関長とは、表面に形成された凹凸（グレイン構造により形成される粒子の凹凸）の平均的な周期を示す。
【００４８】
従って、ｒｍｓ値に加えて、ラフネスの相関長Ｌａを短くすることが散乱光強度を小さくするために重要と考えられる。
相関長はラフネスプロファイルの自己相関が１／ｅ（ｅ＝２．７１８）に減衰する距離で定義されるが、これは、物性的にはアルミニウム膜のグレインサイズに概略比例するものであり、従って、グレインの微細化が重要である。本発明者は新たに回折格子構造について検討を行った。
【００４９】
図９と図１０は、ＧＬＶ素子にかかるリボン素子の表面構造がコントラストに影響することを示す実験データである。
図９は、ＧＬＶ素子を約３００℃、２時間程度の熱処理した後のコントラストの測定結果を示す。図９において、横軸はＧＬＶ素子の画素に相当し、全て１０８０画素である。縦軸はＧＬＶ素子がＯＦＦ状態（第１の動作状態）において発生する光強度の相対値を表す。ＯＦＦ状態の光強度が低いほどコントラストが高い。
図９から得られたＧＬＶ素子のコントラストは約４０００：１であり、ＧＬＶ素子のリボン素子の表面ラフネスのｒｍｓ値は約７ｎｍである。
【００５０】
図１０は、常温におけるＧＬＶ素子のコントラストの測定結果を示す。図９と同様に、図１０において、横軸はＧＬＶ素子の１０８０画素を表し、縦軸はＧＬＶ素子がＯＦＦ状態で発生する光強度の相対値を表わす。
図１０から得られたＧＬＶ素子のコントラストは約６０００：１であり、ＧＬＶ素子のリボン素子の表面ラフネスのｒｍｓ値は約７ｎｍであり、熱処理後の場合とほとんど変化しない。
【００５１】
従って、ＧＬＶ素子のリボン素子の表面ラフネスのｒｍｓ値は変りがなく、環境温度を３００℃から常温に変化するだけで、ＧＬＶ素子のコントラストは約４０００：１から６０００：１に向上したことを示している。
このとき、ＧＬＶ素子のリボン素子の表面ラフネスのｒｍｓ値は変化しなかったが、一般にアルミニウム膜のグレインサイズは熱処理により大きくなるため、このコントラスト変化は熱処理によるアルミニウムのグレイン成長が主原因と考えられる。
即ち、上記のようにアルミニウム膜は温度変化の影響を受けやすく、３００℃程度の比較的低温でもグレインは再成長する。これにより、アルミニウム膜においてグレインサイズが大きく成長し、アルミニウム膜表面における相関長も長くなり、リボン素子表面からの散乱光の強度が増える。その結果、コントラストが低下する。
また、グレイン成長は不均一に生じるため、画素位置によるコントラスト変動が大きくなっている。
【００５２】
グレインの微細化は、光学的には、アルミニウム膜の表面構造の空間周波数を大きくすることに相当する。従って、第１〜第３の実施形態と同様に、アルミニウム膜の表面構造の空間周波数をＧＬＶ素子がＯＮ状態の時に形成される回折格子の構造空間周波数（１／ｐ２）と異なるようにし、散乱光を空間フィルターの透過部外にシフトさせることにより、空間フィルタを通過する散乱光強度を実質的に抑えることができる。
一方、コントラストを高くするために、リボン素子表面のラフネスのｒｍｓ値を出来るだけ小さくすることは好ましいが、ここで示したように、ラフネスプロファイルの相関長を、アルミニウム膜のグレインサイズを微細化することにより小さくコントロールし、高コントラスト化することができる。
【００５３】
本実施形態によれば、ＧＬＶ素子のリボン素子表面におけるアルミニウム膜の表面ラフネスのｒｍｓ値を低減することによってコントラストを改善することに限界がある場合に、アルミニウム膜の形成条件をアルミニウム膜内の結晶グレインのサイズがより微細化するように制御することで、アルミニウム膜の表面ラフネスの相関長を短くし、ＧＬＶ素子のコントラストを相関長の２乗の逆数に比例して改善できる。
【００５４】
以上、本発明を好ましい実施の形態に基づき説明したが、本発明は以上に説明した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の改変が可能である。
本発明の各実施形態において説明した画像表示装置は一例であり、その構成の各種の変更が可能である。例えば、その画像表示手段はスクリーンに限定せず、プリンターの感光体ドラムでも良く、即ち、本発明がプリンターにも適用できる。
また、本発明の各実施形態において説明した画像表示装置において、ＧＬＶの１画素は６本のリボン素子を含んでいるが、本発明はこれに限定されない。
【００５５】
また、本発明において画像表示装置で用いられた空間フィルタは、図２の構成に限定されず、電圧を印加しない時に発生する反射光を通過させる空間フィルタを用いる場合にも適用できる。図１１はこのような空間フィルタの一例を示している。図１１において、空間フィルタ７５は、透過部７５ａと反射部７５ｂ，７５ｃを有している。この場合、最適電圧（リボン素子たわみ量＝光波長／４となる電圧）印加時に残存する０次光がコントラストを低下させる。それを解決するために、本発明が適用できる。
即ち、リボン素子長さ方向の照明領域の長さをリボン素子長さよりも短くし、暗状態で構造上の周期がｐ２となる接続領域を小さくする、この接続領域を被覆する、若しくは、個々のリボン素子を独立配線とし、暗状態で構造上の周期がｐ２となる領域を作らないという方法が有効である。２番目と３番目の方法においては、接続部分の構造の空間周波数自体は空間フィルタの通過帯域と同じ０次光成分を含むが、暗状態（光スイッチング素子のＯＮ状態）での二次的な照明光は大部分１次光であり、その結果、光の空間周波数は１次光主体となり空間フィルタを通過できない。
【００５６】
また、本発明において、表面構造の制御により表示に影響する散乱光の抑制は、第４実施形態で説明したリボン素子における表面の凸凹構造の場合に限定されない。例えば、ＧＬＶ素子の表面、又は、その近傍の保護ガラス板などの異物、ダスト、その他パターン欠陥などによる回折格子型光バルブのコントラスト低下に対する対策としても大きな効果が得られる。即ち、それら対象の空間分布において、それぞれの空間周波数が、ＧＬＶ素子がＯＮ状態の時に形成される回折格子の空間周波数と異なるようにすることにより、空間フィルタを通過する散乱光強度を抑えることができる。具体的には、その異物、ダストおよびパターン欠陥の寸法を小さくすることにより、本発明の効果が得られる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、画像表示装置の高コントラスト化が実現できる。
また、空間的に不均一な二次的な照明光による不必要な光の回折が発生しないので、表示画面の不均一な縞状ノイズを防止し、画像品質を改善する。
また、光スイッチング素子における反射要素の表面ラフネスのｒｍｓ値を低減することにより、画像表示のコントラストを改善することに限界がある場合に、反射要素を表面ラフネスの相関長を短くするように形成し、例えば、結晶グレインのサイズがより微細化するように制御することで、光スイッチング素子による画像のコントラストをその相関長の２乗の逆数に比例して改善できる。
光スイッチング素子アレイをスキャンして得た高解像度の画像表示装置において、十分良好なコントラストが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置の構成の一例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかる画像表示装置において、空間フィルタの構成の一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施形態にかかる光スイッチング素子の表面構造を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施形態にかかる光スイッチング素子に接続領域を被覆するマクスを形成した構造を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態にかかる光スイッチング素子アレイに接続領域を被覆するマクスを形成する方法を示すための平面図である。
【図６】本発明の第１の実施形態にかかる光スイッチング素子アレイの表面構造の模式図であり、接続領域を被覆するマクスの形成方法を示している。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる光スイッチング素子の表面構造の模式図である。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかる光スイッチング素子の表面構造の模式図である。
【図９】本発明の第４の実施形態にかかるコントラストの実験データを示す図であり、光スイッチング素子の反射要素の表面構造がコントラストに影響することを示している。
【図１０】本発明の第４の実施形態にかかるコントラストの実験データを示す図であり、光スイッチング素子の反射要素の表面構造がコントラストに影響することを示している。
【図１１】本発明の画像表示装置にかかる空間フィルタの構成の他の一例を示す図である。
【図１２】従来の技術にかかる光スイッチング素子の構造を説明する模式図である。
【図１３】従来の技術にかかる光スイッチング素子の動作を説明する模式図である。
【図１４】従来の技術にかかる光スイッチング素子の動作を説明する模式図である。
【符号の説明】
１…ＧＬＶ、１０、１１…リボン素子、１２…共通電極、２１…光源、２２…照明光学系、２３…ＧＬＶ、２４…レンズ、２５…空間フィルタ、２５ａ、２５ｂ…透過部、２５ｃ…反射部、２６…スキャンミラー、２７…スクリーン、２８ａ、２８ｂ、２８ｃ…回折光、３１、３２…リボン素子（反射要素）、３３、３４…接続領域、４０…ＧＬＶ、４３、４４…マスク、５０…ＧＬＶ、５１、５２…リボン素子（反射要素）、６３、６４…接続領域、７５…空間フィルタ、７５ａ…透過部、７５ｂ、７５ｃ…反射部、ｐ１…ＯＦＦ状態におけるＧＬＶの構造上の周期、ｐ２…ＯＮ状態におけるＧＬＶの構造上の周期、ｗ１…制限されたＧＬＶの照明領域の長さ、ｗ２…ｐ１領域を形成するリボン素子の長さ、ｗ３…マスクにより制限された照明領域の長さ、８１…第１の端部、８２…第２の端部、８３…第１の中間部、８４…第３の端部、８５…第４の端部、８６…第２の中間部
【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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