(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の走査信号電極の列と複数のデータ信号電極の列とを交差させて各電極を一次元又は二次元に配置し、その交差部に少なくとも一つのマトリクス駆動手段と光機能素子を配置し、
前記マトリクス駆動手段は、静電気力により駆動される機械的導電スイッチであり、
前記機械的導電スイッチは、第１走査信号電極と該第１走査信号電極に対向配置された第２走査信号電極、及び少なくとも前記第１走査信号電極と前記第２走査信号電極から電気的に絶縁され移動可能に支持された導電膜を有し、
前記第１走査信号電極と前記第２走査信号電極との間の電圧印加により前記導電膜が移動し、
前記導電膜を介して前記データ信号電極と前記光機能素子の画素電極を電気的に接触させることを特徴とするアクティブマトリクス素子。
【請求項２】
基板上にストライプ状の複数の平行な第１走査信号電極を形成し、該第１走査信号電極に直交するストライプ状の複数の平行な前記データ信号電極を、少なくとも前記第１走査信号電極との交点で絶縁層を介して形成し、前記第１走査信号電極と前記データ信号電極とに包囲された前記基板上の領域に画素部共通電極、前記光機能素子、及び前記画素電極を順次積層する一方、
前記第１走査信号電極の上面に複数の支持部を設け、該支持部の上端に前記第１走査信号電極と対向する可撓薄膜及び前記第２走査信号電極を積層して架設し、前記データ信号電極及び前記画素電極に対し空隙を介して接触可能に対向する前記導電膜を前記可撓薄膜に形成したことを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項３】
基板上にストライプ状の複数の平行な第１走査信号電極を形成し、該第１走査信号電極に直交するストライプ状の複数の平行な前記データ信号電極を、少なくとも第１走査信号電極との交点で絶縁層を介して形成し、前記第１走査信号電極と前記データ信号電極とに包囲された前記基板上の領域の略全体に前記第１走査信号電極を延設すると共に、該延設した第１走査信号電極上に前記光機能素子及び前記画素電極を順次積層する一方、
前記絶縁層上に複数の支持部を設け、該支持部の上端部に前記第１走査信号電極と対向する可撓薄膜及び前記第２走査信号電極を積層して架設し、前記データ信号電極及び前記画素電極に対し空隙を介して接触可能に対向する前記導電膜を前記可撓薄膜に形成したことを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項４】
基板上にストライプ状の複数の平行な第１走査信号電極を形成し、該第１走査信号電極に直交するストライプ状の複数の平行な前記データ信号電極を、少なくとも前記第１走査信号電極との交点で絶縁層を介して形成し、前記第１走査信号電極と前記データ信号電極とに包囲された前記基板上の領域に前記画素電極、前記光機能素子、及び画素部共通電極を順次積層する一方、
前記絶縁層上に複数の支持部を設け、該支持部の上端部に前記第１走査信号電極と対向する可撓薄膜及び前記第２走査信号電極を積層して架設し、前記データ信号電極及び前記画素電極に対し空隙を介して接触可能に対向する前記導電膜を前記可撓薄膜に形成したことを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項５】
前記基板に対向配置され、該基板上に配設された前記可撓薄膜及び前記各信号電極を挟み込み、前記画素部共通電極の上面に接合された上部基板を設けたことを特徴とする請求項４記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項６】
前記機械的導電スイッチと前記光機能素子とを異なる面に形成し、該機械的導電スイッチと前記光機能素子とを電気的に接続し、
第１の基板上の表側にストライプ状の複数の平行な第１走査信号電極を形成し、該第１走査信号電極に直交するストライプ状の複数の平行な前記データ信号電極を、少なくとも第１走査信号電極との交点で絶縁層を介して形成し、前記第１走査信号電極と前記データ信号電極とに包囲された前記第１の基板裏側の領域に画素電極、前記光機能素子、及び画素部共通電極を順次積層し、前記光機能素子の前記第１の基板とは反対側にカラーフィルターを介して前記第１の基板に対向する第２の基板を重合させる一方、前記第１の基板の絶縁層上に複数の支持部を設け、該支持部の上端部に前記第１走査信号電極と対向する可撓薄膜及び第２走査信号電極を積層して架設し、前記光機能素子の画素電極を前記第１の基板を表裏導通させて前記データ信号電極の近傍に延設し、該データ信号電極及び該画素電極に対し空隙を介して接触可能に対向する前記導電膜を前記可撓薄膜に形成したことを特徴とする請求項１記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項７】
前記可撓薄膜は、両端部が支持されていることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項８】
前記可撓薄膜は、各画素毎に略１つの画素長に亘って形成されていることを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項９】
前記導電膜が金属であることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項１０】
前記機械的導電スイッチは、１画素に対して複数個配設したことを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項１１】
前記複数の機械的導電スイッチは、直列に接続されていることを特徴とする請求項１０記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項１２】
前記複数の機械的導電スイッチは、並列に接続されていることを特徴とする請求項１０記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項１３】
前記機械的導電スイッチは、希ガス雰囲気中に封止されていることを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項１４】
前記機械的導電スイッチは、スイッチング放電防止用抵抗を備えていることを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項１５】
前記機械的導電スイッチは、所定時間毎にクリーニング電流が印加されることを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子。
【請求項１６】
請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子の光機能素子を発光素子としたことを特徴とする発光素子。
【請求項１７】
請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子の光機能素子を光変調素子としたことを特徴とする光変調素子。
【請求項１８】
前記光変調素子は、液晶であることを特徴とする請求項１７記載の光変調素子。
【請求項１９】
前記光変調素子は、静電気力により可撓薄膜を変形させて光を変調する素子であることを特徴とする請求項１８記載の光変調素子。
【請求項２０】
前記光機能素子は、前記画素電極と該画素電極に対向配置される電極とに電界を印加し、前記光機能素子に形成した可撓薄膜を撓ませることにより光学的な多層膜干渉効果を発生させて光変調を行うことを特徴とする請求項１９記載の光変調素子。
【請求項２１】
請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子の光機能素子を光検出素子としたことを特徴とする光検出素子。
【請求項２２】
請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子の光機能素子を露光素子としたことを特徴とする露光素子。
【請求項２３】
請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子の光機能素子を光変調素子とし、該光変調素子により平面光源からの出射光を光変調し、該変調された光によって蛍光体を発光表示させることを特徴とする表示装置。
【請求項２４】
前記平面光源は、紫外線を出射することを特徴とする請求項２３記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二次元のマトリクス画素をアクティブマトリクス方式によって駆動するアクティブマトリクス素子に関し、更に詳しくは、ＭＯＳ形の半導体スイッチ部を用いずにスイッチ動作を可能にするものであり、特に、二次元の撮像素子、光変調素子、露光素子、表示素子に用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
二次元のマトリクス画素をアクティブマトリクス方式により駆動するものに、アクティブマトリクス素子がある。このアクティブマトリクス素子は、例えばＭＯＳ形の二次元撮像素子、或いはＬＣＤ、薄膜ＥＬ、有機ＥＬ等に用いられる。
【０００３】
ＭＯＳ形の二次元撮像に用いられるアクティブマトリクス素子は、各画素部に、光検出素子と、ＭＯＳ形トランジスタとを有する。この場合、アクティブマトリクス素子は、画像光を各画素の光検出素子によって光電変換し、電荷として蓄積する。それを行順次に、ＭＯＳ形トランジスタを通して走査し、蓄積電荷を取り込むことで、シリアル電気信号として外部に取り出す。
【０００４】
また、ＬＣＤ、薄膜ＥＬ、有機ＥＬ等の光変調素子、露光素子、表示素子に用いられるアクティブマトリクス素子は、図３０に一例としてアクティブマトリクスＬＣＤを示したように、マトリクス状に配置した各画素に、光変調素子、露光素子、又は表示素子等の光機能素子１と、ＭＯＳ形トランジスタ３とを有する。この場合、アクティブマトリクス素子は、行順次に走査パルス電圧Ｖg を印加し、これに接続されているＭＯＳ形トランジスタ３を一斉にＯＮ状態とする。これと同期させて、列方向の画像電極からデータ信号電圧Ｖb を印加し、ＭＯＳ形トランジスタ３を通し走査して各画素の静電容量に電荷を蓄積する。一行の走査が終了すると、ＭＯＳ形トランジスタ３はＯＦＦ状態となり、画素容量に蓄積された電荷はそのまま保持されることになる。この蓄積されたデータ信号に対応して光機能素子１を駆動し、光変調、露光、又は表示を行う。
【０００５】
これら従来のアクティブマトリクス素子は、素子の行数（走査線数）に殆ど影響されず、高精細な画像を高品質で動作させることができた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＭＯＳ形半導体トランジスタ、特にａ−Ｓｉ：Ｈ（アモルファスシリコン）、ｐｏｌｙ−Ｓｉ（ポリシリコン）、ｃ−Ｓｉ（結晶シリコン）を用いたアクティブマトリクス素子には、以下の欠点があった。
即ち、パターンニング工程が多く、半導体形成独自の成膜や不純物ドーピング工程があり、厳しい設計条件が要求された。このため、スループットや歩留りが低下し、低コストでの大面積化が困難であった。
【０００７】
これに対し、大面積化、低コスト化を目的に、パターンニングを印刷プロセスによって行おうとする試みもあるが、現状ではその精度、品質に問題があり、実現には至っていない。
【０００８】
ガラス基板上にａ−Ｓｉ：Ｈ、ｐｏｌｙ−Ｓｉを用いたＴＦＴは、格子欠陥（不純物、空孔、転移等）により半導体中を走行する電子や正孔に散乱が生じ易く、キャリア移動度が小さい。このため、より高速な応答が要求される高精細・大面積の表示素子では応答速度が低下した。これに対し、散乱の少ないｃ−Ｓｉを用いれば応答速度は改善できるものの、低コストのガラス基板上にｃ−Ｓｉを形成することは困難である。
【０００９】
また、半導体膜を形成するため、接合条件、不純物濃度を厳密に管理しなければならず、厳しい工程条件が要求された。
【００１０】
更に、半導体であるため、外部からの光入射、水分、酸素、イオン、有機物の侵入によって、誤動作の生じ易い問題があった。これらを防止するには、遮光膜や保護層等を形成しなければならず、設計条件、工程条件が更に制約されることとなった。
【００１１】
また、機械的導電スイッチとしては、以下の文献に示されるものがある。
（１）Micromechanical Membrane Switches on Silicon, IBM J. RES. DEVELOP. , VOL. 23, No.4, JULY 1979, pp.376-385.
上記文献には、図３１に示すマトリクス素子の平面図、及び図３２に示すＥ−Ｅ断面図にあるように、トランジスタや非線形素子によるマトリクス素子駆動用スイッチの代わりとして、片側が固定された板バネを静電気力により変位させ、板バネの先端部に設けられた接点の接触／非接触による機械的なスイッチが提案されている。この構成によれば、板バネはシリコン基板上に設けられたＳｉＯ2の薄膜により形成され、接点部は金等の金属で形成されている。
【００１２】
また、上記文献にはマトリクス型のディスプレイ素子も提案されている。所望のデータ信号を画素電極に書き込む場合、走査信号電極と電極下方に配置されたｐ+型シリコン層との間に電圧を印加することにより板バネが撓み、接点電極とデータ信号電極、及び画素電極が電気的に接触する。これにより、データ信号電極から所望の電位が画素電極に供給される。走査信号電極とｐ+型シリコン層間の電圧をゼロにすると、上記電極の接点が離れ、データ信号電極と画素電極が非接触状態となり、画素電極の電位が保持される。
【００１３】
しかし、このような機械的なスイッチの構成では、片側が固定された片持ち板バネ構造であるため、接触／非接触動作時に機械的バウンドが発生する可能性がある。これを防止するには、構造、駆動電圧を微妙に調整する必要があり、素子設計の自由度が低減する。
また、平面図から判るように、板バネが占有する面積が大きいため、画素の開口率が低減することになる。さらに、スイッチの駆動電圧を低くして応答速度を高めるためには、板バネの長さを延長する必要があるが、これは上記の問題をさらに助長することになる。
そして、上記文献の構成ではＳｉ基板を用いており、このため可視光に対しては不透明となるので透過型の光変調素子には適さず、また、大面積化にも適さない。
さらに、上記文献には反射型の光変調素子のみ記載されており、光透過型変調素子や発光素子の記載はない。
【００１４】
また、他の機械的導電スイッチとして、以下の特許に示されるものがある。
（２）米国特許第４，６８１，４０３号
上記特許には、前述の片側固定の板バネ又は両側固定の板バネを液晶、電気泳動等の電気光学材料により構成したマトリクス素子駆動用のスイッチが開示されている。
ここで、図３３は上記特許のマトリクス素子の平面図、図３４は図３３のＦ−Ｆ断面図で、図３５は等価回路を示している。
【００１５】
上記特許に開示されているマトリクス素子駆動用のスイッチにより所望のデータ信号を画素電極に書き込む場合は、走査信号電極と板バネ構造を有するデータ信号電極との間に電圧を印加する。これにより、データ信号電極の板バネが撓み、データ信号電極と画素電極が電気的に接触する。その結果、データ信号電極から所望の電位が画素電極に供給される。また、走査信号電極とデータ信号電極との電極間電圧をゼロにすると、データ信号電極と画素電極とが非接触状態となり、画素電極の電位が保持される。
【００１６】
しかし、上記特許の素子構成は、２枚の支持基板の間に前述の電気光学材料を配置し、一方の基板に前述のスイッチを形成したものである。この場合、液晶等の流体を基板間に配置するとスイッチの動作不良や、液晶の配向が乱れることがある。この対策として、スイッチ全体を覆うようにカバーを設けることが提案されているが、プロセスが複雑となり、また、カバーによりスイッチ部の面積が増大する課題が残る。
【００１７】
また、上記特許では、板バネがデータ信号電極と電気的に接続されているため、走査時においては、走査信号電極とデータ信号電極との間に電圧を印加してスイッチを動作させる必要がある。このように、データ信号電極には所望の電位が供給されるので、走査信号電極に印加する電圧は、その分だけ余裕を持たせるために余分な電圧が必要となる。また、スイッチを非導通状態にする場合や非走査時には、データ信号電極の電圧に依らずスイッチが導通状態とならないように、スイッチの構造、印加電圧を考慮する必要がある。これらの制約は、マトリクス素子全体の設計自由度を大きく低下させることになる。
また、スイッチを動作させる静電気力は、走査信号電極とデータ信号電極が重なる領域に発生する電界に依るので、静電気力の増大を目的に直交する両電極が重なる領域の面積を十分に増やすことは困難である。
【００１８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、パターンニング工程が多く、厳しい設計条件、工程条件の要求される半導体スイッチ部を廃止することで、大面積化が可能であり、且つ高速応答が可能となるアクティブマトリクス素子、及びアクティブマトリクス素子を用いた発光素子、光変調素子、光検出素子、露光素子、並びに表示装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る請求項１のアクティブマトリクス素子は、基板上に複数の走査信号電極の列と複数のデータ信号電極の列とを交差させて各電極を一次元又は二次元に配置し、その交差部に少なくとも一つのマトリクス駆動手段と光機能素子を配置し、
前記マトリクス駆動手段は、静電気力により駆動される機械的導電スイッチであり、
前記機械的導電スイッチは、第１走査信号電極と該第１走査信号電極に対向配置された第２走査信号電極、及び少なくとも前記第１走査信号電極と前記第２走査信号電極から電気的に絶縁され移動可能に支持された導電膜を有し、
前記第１走査信号電極と前記第２走査信号電極との間の電圧印加により前記導電膜が移動し、
前記導電膜を介して前記データ信号電極と前記光機能素子の画素電極を電気的に接触させることを特徴とする。
【００２０】
このアクティブマトリクス素子では、透明基板上に形成された光機能素子を、メカニカルな構造で形成された機械的導電スイッチにより作動させることで、素子の光透過率又は反射率を高速に変更させることができると共に、製造工程、構成材料の簡素化が可能となる。
【００２２】
また、このアクティブマトリクス素子では、第１及び第２走査信号電極間に印加する電圧に応じて可撓薄膜の撓みが制御されスイッチ状態が選択的に設定される。そしてデータ信号電極と画素電極との導通状態が画素毎に決定され、各光機能素子の状態が決定される。
【００２３】
請求項２のアクティブマトリクス素子は、基板上にストライプ状の複数の平行な第１走査信号電極を形成し、該第１走査信号電極に直交するストライプ状の複数の平行な前記データ信号電極を、少なくとも前記第１走査信号電極との交点で絶縁層を介して形成し、前記第１走査信号電極と前記データ信号電極とに包囲された前記基板上の領域に画素部共通電極、前記光機能素子、及び前記画素電極を順次積層する一方、
前記第１走査信号電極の上面に複数の支持部を設け、該支持部の上端に前記第１走査信号電極と対向する可撓薄膜及び前記第２走査信号電極を積層して架設し、前記データ信号電極及び前記画素電極に対し空隙を介して接触可能に対向する前記導電膜を前記可撓薄膜に形成したことを特徴とする。
【００２４】
このアクティブマトリクス素子では、第１走査信号電極に対して、第２走査信号電極が同電位であると、可撓薄膜は静電気力を受けずに撓まない。従って、データ信号電極と画素電極とは、相互の間の抵抗が無限に近く大きく非導通状態を保つ。一方、第１走査信号電極に対して、第２走査信号電極が異なる電位であると、可撓薄膜が静電気力によって撓み、可撓薄膜の撓み方向下面に配置されたデータ信号電極及び画素電極に導電膜が電気的に接触する。これにより、データ信号電極と画素電極とが導通する。また、各走査信号電極の電圧をゼロにすると、可撓薄膜は弾性力により元の位置に復帰し、データ信号電極と画素電極とは、再び非導通状態となる。
【００２５】
請求項３のアクティブマトリクス素子は、基板上にストライプ状の複数の平行な第１走査信号電極を形成し、該第１走査信号電極に直交するストライプ状の複数の平行な前記データ信号電極を、少なくとも第１走査信号電極との交点で絶縁層を介して形成し、前記第１走査信号電極と前記データ信号電極とに包囲された前記基板上の領域の略全体に前記第１走査信号電極を延設すると共に、該延設した第１走査信号電極上に前記光機能素子及び前記画素電極を順次積層する一方、
前記絶縁層上に複数の支持部を設け、該支持部の上端部に前記第１走査信号電極と対向する可撓薄膜及び前記第２走査信号電極を積層して架設し、前記データ信号電極及び前記画素電極に対し空隙を介して接触可能に対向する前記導電膜を前記可撓薄膜に形成したことを特徴とする。
【００２６】
このアクティブマトリクス素子では、第１走査信号電極に対して、第２走査信号電極が同電位であると、可撓薄膜は静電気力を受けずに撓まない。従って、データ信号電極と画素電極とは、相互の間の抵抗が無限に近く大きく非導通状態を保つ。一方、第１走査信号電極に対して、第２走査信号電極が異なる電位であると、可撓薄膜が静電気力によって撓み、可撓薄膜の撓み方向下面に配置されたデータ信号電極及び画素電極に導電膜が電気的に接触する。これにより、データ信号電極と画素電極とが導通する。また、各走査信号電極の電圧をゼロにすると、可撓薄膜は弾性力により元の位置に復帰し、データ信号電極と画素電極とは、再び非導通状態となる。そして、光機能素子の画素共通電極を第１走査信号電極とすることにより、プロセスの簡素化を図ることができ、コストを低減させることができる。
【００２７】
請求項４のアクティブマトリクス素子は、基板上にストライプ状の複数の平行な第１走査信号電極を形成し、該第１走査信号電極に直交するストライプ状の複数の平行な前記データ信号電極を、少なくとも前記第１走査信号電極との交点で絶縁層を介して形成し、前記第１走査信号電極と前記データ信号電極とに包囲された前記基板上の領域に前記画素電極、前記光機能素子、及び画素部共通電極を順次積層する一方、
前記絶縁層上に複数の支持部を設け、該支持部の上端部に前記第１走査信号電極と対向する可撓薄膜及び前記第２走査信号電極を積層して架設し、前記データ信号電極及び前記画素電極に対し空隙を介して接触可能に対向する前記導電膜を前記可撓薄膜に形成したことを特徴とする。
【００２８】
このアクティブマトリクス素子では、第１走査信号電極に対して、第２走査信号電極が同電位であると、可撓薄膜は静電気力を受けずに撓まない。従って、データ信号電極と画素電極とは、相互の間の抵抗が無限に近く大きく非導通状態を保つ。一方、第１走査信号電極に対して、第２走査信号電極が異なる電位であると、可撓薄膜が静電気力によって撓み、可撓薄膜の撓み方向下面に配置されたデータ信号電極及び画素電極に導電膜が電気的に接触する。これにより、データ信号電極と画素電極とが導通する。また、各走査信号電極の電圧をゼロにすると、可撓薄膜は弾性力により元の位置に復帰し、データ信号電極と画素電極とは、再び非導通状態となる。そして、画素電極を基板側にすると共に画素共通電極を上部に配置する構成でアクティブマトリクス素子を機能させることができる。
【００２９】
請求項５のアクティブマトリクス素子は、前記基板に対向配置され、該基板上に配設された前記可撓薄膜及び前記各信号電極を挟み込み、前記画素部共通電極の上面に接合された上部基板を設けたことを特徴とする。
【００３０】
このアクティブマトリクス素子では、第１走査信号電極に対して、第２走査信号電極が同電位であると、可撓薄膜は静電気力を受けずに撓まない。従って、データ信号電極と画素電極とは、相互の間の抵抗が無限に近く大きく非導通状態を保つ。一方、第１走査信号電極に対して、第２走査信号電極が異なる電位であると、可撓薄膜が静電気力によって撓み、可撓薄膜の撓み方向下面に配置されたデータ信号電極及び画素電極に導電膜が電気的に接触する。これにより、データ信号電極と画素電極とが導通する。また、各走査信号電極の電圧をゼロにすると、可撓薄膜は弾性力により元の位置に復帰し、データ信号電極と画素電極とは、再び非導通状態となる。そして、画素電極を下側基板に、画素共通電極を上部基板に配置し、両基板を対向させる構成としてアクティブマトリクス素子を機能させることができる。
【００３１】
請求項６のアクティブマトリクス素子は、  前記機械的導電スイッチと前記光機能素子とを異なる面に形成し、該機械的導電スイッチと前記光機能素子とを電気的に接続し、
第１の基板上の表側にストライプ状の複数の平行な第１走査信号電極を形成し、該第１走査信号電極に直交するストライプ状の複数の平行な前記データ信号電極を、少なくとも第１走査信号電極との交点で絶縁層を介して形成し、前記第１走査信号電極と前記データ信号電極とに包囲された前記第１の基板裏側の領域に画素電極、前記光機能素子、及び画素部共通電極を順次積層し、前記光機能素子の前記第１の基板とは反対側にカラーフィルターを介して前記第１の基板に対向する第２の基板を重合させる一方、前記第１の基板の絶縁層上に複数の支持部を設け、該支持部の上端部に前記第１走査信号電極と対向する可撓薄膜及び第２走査信号電極を積層して架設し、前記光機能素子の画素電極を前記第１の基板を表裏導通させて前記データ信号電極の近傍に延設し、該データ信号電極及び該画素電極に対し空隙を介して接触可能に対向する前記導電膜を前記可撓薄膜に形成したことを特徴とする。
【００３２】
このアクティブマトリクス素子では、基板の片面に機械的導電スイッチを形成し、他方の面に光機能素子を形成することができる。これにより、素子自体の利用拡張性を高めることができる。
【００３４】
また、このアクティブマトリクス素子では、第１走査信号電極に対して、第２走査信号電極が同電位であると、可撓薄膜は静電気力を受けずに撓まない。従って、データ信号電極と画素電極とは、相互の間の抵抗が無限に近く大きく非導通状態を保つ。一方、第１走査信号電極に対して、第２走査信号電極が異なる電位であると、可撓薄膜が静電気力によって撓み、可撓薄膜の撓み方向下面に配置されたデータ信号電極及び画素電極に導電膜が電気的に接触する。これにより、データ信号電極と画素電極とが導通する。また、各走査信号電極の電圧をゼロにすると、可撓薄膜は弾性力により元の位置に復帰し、データ信号電極と画素電極とは、再び非導通状態となる。そして、画素電極をスルーホール等により基板裏面まで導電させることで、光変調素子を機械的導電スイッチとは反対側の基板裏側に形成することができる。また、光変調素子側の基板対面に第２の基板を重合することで、基板間空間を設け、この空間に光変調材料を注入することができる。これにより、低価格で大画面、且つ、高精細なアクティブマトリクス素子を構成することができる。
【００３５】
請求項７のアクティブマトリクス素子は、前記可撓薄膜は、両端部が支持されていることを特徴とする。
【００３６】
このアクティブマトリクス素子では、両端部が支持された可撓薄膜であるため、スイッチ動作が安定し、駆動電圧を微調整することなく機械的バウンドの発生を防止することができる。
【００３７】
請求項８のアクティブマトリクス素子は、前記可撓薄膜は、各画素毎に略１つの画素長に亘って形成されていることを特徴とする。
【００３８】
このアクティブマトリクス素子では、電極面積をより大きくすることができ、静電気力が最大限に有効利用され、必要とする駆動電圧を低減させることができる。
【００３９】
請求項９のアクティブマトリクス素子は、前記導電膜が金属であることを特徴とする。
【００４０】
このアクティブマトリクス素子では、導電膜に金属を使用することにより、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ｃ−Ｓｉを用いた従来のアクティブマトリクス素子に比べて、キャリア移動度が高くなり、応答速度を大幅に増大させることができる。
【００４１】
請求項１０のアクティブマトリクス素子は、前記機械的導電スイッチは、１画素に対して複数個配設したことを特徴とする。
【００４２】
このアクティブマトリクス素子では、いずれかのスイッチが故障した場合であっても正常なスイッチング動作を得ることができ、動作安定性をより高めることができる。
【００４３】
請求項１１のアクティブマトリクス素子は、前記複数の機械的導電スイッチは、直列に接続されていることを特徴とする。
【００４４】
このアクティブマトリクス素子では、一方のスイッチにショート欠陥を生じても他方のスイッチで動作可能となる。
【００４５】
請求項１２のアクティブマトリクス素子は、前記複数の機械的導電スイッチは、並列に接続されていることを特徴とする。
【００４６】
このアクティブマトリクス素子では、一方のスイッチが接触動作不良を生じても他方のスイッチで動作可能となる。
【００４７】
請求項１３のアクティブマトリクス素子は、前記機械的導電スイッチは、希ガス雰囲気中に封止されていることを特徴とする。
【００４８】
このアクティブマトリクス素子では、スイッチング放電を効果的に防止することができる。
【００４９】
請求項１４のアクティブマトリクス素子は、前記機械的導電スイッチは、スイッチング放電防止用抵抗を備えていることを特徴とする。
【００５０】
このアクティブマトリクス素子では、スイッチング放電防止用抵抗によってスイッチング放電を低コストで簡便に防止することができる。
【００５１】
請求項１５のアクティブマトリクス素子は、前記機械的導電スイッチは、所定時間毎にクリーニング電流が印加されることを特徴とする。
【００５２】
このアクティブマトリクス素子では、機械的導電スイッチの接点部の酸化被膜を簡便にして破壊・除去することができる。
【００５３】
請求項１６の発光素子は、請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子の光機能素子を発光素子としたことを特徴とする。
【００５４】
この発光素子では、発光素子からの出射光により発光表示され、高速な発光表示を実現することができる。
【００５５】
請求項１７の光変調素子は、請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子の光機能素子を光変調素子としたことを特徴とする。
【００５６】
この光変調素子では、光変調素子により透過・非透過状態を選択的に設定することができる。
【００５７】
請求項１８の光変調素子は、前記光変調素子を液晶としたことを特徴とする。
【００５８】
この光変調素子では、光変調素子に液晶が用いられることにより、一般的な従来技術を用いて光変調素子の形成が可能となる。
【００５９】
請求項１９の光変調素子は、前記光変調素子を静電気力により可撓薄膜を変形させて光を変調する素子としたことを特徴とする。
【００６０】
この光変調素子では、静電気によって可撓薄膜を可撓させる構造としたので、静電気力を利用した機械的導電スイッチが簡素な構造で形成可能になる。また、この場合、動作部が全てメカニカルな構造で形成可能になるため、製造工程、構成材料の簡素化が可能となる。また、これ以外にも、静電気力により可動部を移動し、光の透過率を変化させる電気機械的な光変調素子とすることもできる。
【００６１】
請求項２０の光変調素子は、前記光機能素子が前記画素電極と該画素電極に対向配置される電極とに電界を印加し、該光機能素子に形成した可撓薄膜を撓ませることにより光学的な多層膜干渉効果を発生させて光変調を行うことを特徴とする。
【００６２】
この光変調素子では、電極間に電圧を印加しないときは、可撓薄膜が光路を遮断する。一方、電極間に電圧が印加されると、可撓薄膜が撓むことにより２つの膜の光学長が変化し、光学的な多層膜干渉効果を発生させる。この結果、光変調が可能となる。
【００６３】
請求項２１の光検出素子は、請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子の光機能素子を光検出素子としたことを特徴とする。
【００６４】
この光検出素子では、画像光を各画素の光検出素子によって光電変換して、電荷として蓄積し、それを行順次に機械的導電スイッチを通して走査して蓄積電荷を取り込むことで、画像光をシリアル電気信号に変更することができる。
【００６５】
請求項２２の露光素子は、請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子の光機能素子を露光素子としたことを特徴とする。
【００６６】
この露光素子では、例えば平面光源から出射される紫外線を光変調し、紫外線感光材料を露光させることができる。
【００６７】
請求項２３の表示装置は、請求項１〜請求項１５のいずれか１項記載のアクティブマトリクス素子の光機能素子を光変調素子とし、該光変調素子により平面光源からの出射光を光変調し、該変調された光によって蛍光体を発光表示させることを特徴とする。
【００６８】
この表示装置では、出射光によって蛍光体が発光表示され、高速な発光表示を実現することができる。
【００６９】
請求項２４の表示装置は、前記平面光源が紫外線を出射することを特徴とする。
【００７０】
この表示装置では、比較的安価な低圧水銀ランプなどの使用が可能となり、装置コストを低減することができる。、
【００７１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアクティブマトリクス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。（請求項３記載の構成）
図１は本発明に係るアクティブマトリクス素子の第１実施形態の平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。
【００７２】
基板１１上には、ストライプ状の複数の平行な走査信号共通電極１３（第１走査電極）を形成してある。基板１１上には、少なくともこの走査信号共通電極１３を覆う絶縁層１５を形成してある。また、基板１１上には、走査信号共通電極１３に直交するストライプ状の複数の平行なデータ信号電極１６を形成してある。基板１１上の走査信号共通電極１３とデータ信号電極１６とに包囲された四角形状の領域には、画素部共通電極１７及び光機能素子１９を順次積層してある。
【００７３】
走査信号共通電極１３に沿ってストライプ状に形成された絶縁層１５上には、複数の支持部２１を絶縁層１５の長手方向に沿って等間隔で設けてある。支持部２１の上端部には、ストライプ状の可撓薄膜２３及び走査信号電極２５（第２走査電極）を順次積層して架設してある。可撓薄膜２３は、絶縁材料からなる。この可撓薄膜２３と走査信号電極２５とは、支持部２１に架設されることで、間隙を挟んで、絶縁層１５に被覆された走査信号共通電極１３と対向している。走査信号電極２５とデータ信号電極１６とは、複数の交差部２６（図１参照）を有するマトリクス状に配設されている。
尚、支持部２１は、上記のように個別に設けることなく、例えば中空薄膜の端部を固定する等の他の形成方法により構成してもよい。
【００７４】
光機能素子１９の上面には、画素部共通電極１７とで光機能素子１９を挟む画素電極２７を形成してある。絶縁層１５上のデータ信号電極１６の近傍には、この画素電極２７の一部分２７ａ（図１参照）を延設してある。データ信号電極１６と、この画素電極２７の一部分２７ａとは、図２に示すように同一高さで、且つ間隙を隔てて平行に配設してある。つまり、非導通状態に配設されている。
【００７５】
可撓薄膜２３の下面には、金属等からなる導電膜２９を形成してある。導電膜２９には、アルミ、銅、銀、金等を用いることができる。導電膜２９は、データ信号電極１６及び画素電極２７に空隙３１を介して対向している。可撓薄膜２３、データ信号電極１６、画素電極２７、導電膜２９は、マトリクス駆動手段である機械的導電スイッチ３３を構成している。機械的導電スイッチ３３は、マトリクス状に配設されたデータ信号電極１６と走査信号電極２５との各交差部２６に設けられている。
【００７６】
図４は図１のアクティブマトリクス素子の動作状態を示す説明図である。
このように構成されたアクティブマトリクス素子３５では、図４（ａ）に示すように、走査信号共通電極１３に対して、走査信号電極２５が同電位であると、可撓薄膜２３は静電気力を受けず撓まない。従って、データ信号電極１６と画素電極２７ａとは、電気的に接触することなく非導通状態を保つ。
【００７７】
一方、図４（ｂ）に示すように、走査信号共通電極１３に対して、走査信号電極２５に電圧を印加すると、可撓薄膜２３が静電気力によって基板１１側に撓み、可撓薄膜２３の下方に位置するデータ信号電極１６及び画素電極２７ａに導電膜２９が電気的に接触する。これにより、データ信号電極１６と画素電極２７ａとの電位が等しくなる。
【００７８】
また、走査信号電極２５の電圧をゼロにすると、可撓薄膜２３は弾性力により元の位置に復帰し、データ信号電極１６及び画素電極２７ａから離れる。これにより、図４（ａ）に示す状態となって、データ信号電極１６と画素電極２７とは、再び非導通状態となる。
【００７９】
図５はマトリクス動作の説明図である。
従って、図５に示すマトリクスの場合では、可撓薄膜２３を撓める電圧Ｖg-onを印加した走査信号電極２５の画素電極２７が、データ信号電極１６と導通する。これにより、データ信号電極１６と画素電極２７との電位が等しくなる。また、その他の走査信号電極の画素電極は、それぞれ電気的に独立の電位で保持されることになる。
【００８０】
ここにおいて、上記マトリクス動作を実現する際、図６に示すように１画素当たり複数のスイッチを設けてもよい。図６(a)に示すように、複数のスイッチを直列に接続することで、一方のスイッチがショート欠陥を生じた場合でも他方のスイッチで動作可能とすることができる。また、図６(b)に示すように、スイッチを並列に接続することで、一方が接触動作不良となった場合でも他方のスイッチで動作可能とすることができる。
【００８１】
図７は可撓薄膜のスイッチ特性を示すヒステリシス線図である。
走査信号共通電極１３に対する走査信号電極２５の電圧をＶg とすると、可撓薄膜２３によるスイッチ特性は、図７に示すようなヒステリシス特性を有する。即ち、Ｖg がＶg-on以上になると導通（ＯＮ）し、Ｖg-off 以下になると非導通（ＯＦＦ）になる。
【００８２】
図８は二行二列に配列した画素電極の模式図である。
ここで、図８に示す二行二列の画素電極２７に、以下の電位を書き込む場合を説明する。
Ｐ(1,1) ＝Ｖp1    Ｐ(1,2) ＝Ｖp2    Ｐ(2,1) ＝Ｖp3    Ｐ(2,2) ＝Ｖp4
【００８３】
同じ行に配列したＰ(1,1) 、Ｐ(1,2) 、又はＰ(2,1) 、Ｐ(2,2) の画素電極２７は、共通の走査信号電極２５により動作する機械的導電スイッチに接続してある。この走査信号電極２５には、電位Ｖg が印加される。また、同じ列に配列したＰ(1,1) 、Ｐ(2,1) 、又はＰ(1,2) 、Ｐ(2,2) の画素電極２７は、機械的導電スイッチの動作により、共通のデータ信号電極１６に接続されるように構成される。このデータ信号電極１６には、電位Ｖb が印加される。
【００８４】
このように構成したアクティブマトリクス素子３５を駆動するには、走査信号に従って、行順次にＰ(1,1) 、Ｐ(1,2) 、又はＰ(2,1) 、Ｐ(2,2) の画素電極２７を走査し、これと同期させ、走査された画素電極２７に対応するデータ信号を列に配列したＰ(1,1) 、Ｐ(2,1) 、又はＰ(1,2) 、Ｐ(2,2) の画素電極２７に印加する。
【００８５】
図９はアクティブマトリクス素子に異なる波形の電圧を印加して各画素にデータを書き込む際の動作説明図である。
マトリクス素子には、図９に示すような波形の電圧を印加する。
例えば、１行目Ｖg(1)には、
ｔ１：走査ＯＮ                  ｔ２：走査ＯＦＦ
を印加する。
【００８６】
２行目Ｖg(2)には、
ｔ１：走査ＯＦＦ                ｔ２：走査ＯＮ
を印加する。
【００８７】
１列目Ｖb(1)には、
ｔ１：Ｐ(1,1) への電位          ｔ２：Ｐ(2,1) への電位
を印加する。
【００８８】
２列目Ｖb(2)には、
ｔ１：Ｐ(1,2) への電位          ｔ２：Ｐ(2,2) への電位
を印加する。
【００８９】
これにより、Ｐ(1,1) の電位は、ｔ１で電位がＶp1となり、ｔ２以降は保持される。
Ｐ(1,2) の電位は、ｔ１で電位がＶp2となり、ｔ２以降は保持される。
Ｐ(2,1) の電位は、ｔ２で電位がＶp3となり、以降は保持される。
Ｐ(2,2) の電位は、ｔ２で電位がＶp4となり、以降は保持される。
【００９０】
以上のように、走査信号電極２５を行順次でＯＮにし、それと同期させてデータ信号電極１６から任意の電位を印加する。その後、走査信号電極２５をＯＦＦにしても、光機能素子１９が容量性の場合、画素電極２７の電位は保持されることとなる。その他の動作は、従来のトランジスタ形アクティブマトリクス素子と同様である。
【００９１】
このように、上述のアクティブマトリクス素子３５は、走査信号電極２５とデータ信号電極１６をマトリクス状に配置した交差部２６に、機械的導電スイッチ３３を設けた。機械的導電スイッチ３３は、静電気力により可撓薄膜２３を撓ませて、機械的動作によってデータ信号電極１６と画素電極２７とをＯＮ、ＯＦＦさせる。従って、従来、交差部に設けられていたＭＯＳ形の半導体スイッチ部に代えて機械的にスイッチ部を作動させることが可能になる。このため、従来の半導体スイッチ部を用いていたアクティブマトリクス素子が有する以下に述べる種々の欠点を解決することができる。
【００９２】
即ち、半導体形成独自の成膜や不純物ドーピング工程が不要となり、パターンニング工程が少なくなると共に、設計条件が緩やかになる。このため、スループットや歩留りが向上し、低コストでの大面積化が可能となる。
【００９３】
また、ａ−Ｓｉ：Ｈ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ｃ−Ｓｉを用いた従来のアクティブマトリクス素子は、キャリア移動度が小さいため応答速度が低下した。このキャリア移動度を比較した場合、
ａ−Ｓｉ：Ｈ  ＜  ｐｏｌｙ−Ｓｉ  ＜  ｃ−Ｓｉ  ＜  金属
の関係となる。
従って、導電膜２９に金属の使用できる上述の機械的導電スイッチ３３によれば、従来の半導体スイッチ部に比べてキャリア移動度を高くすることができる。このため、高精細・大面積においても、高速応答が期待できる。
【００９４】
更に、半導体膜の形成が不要となるため、接合条件、不純物濃度を厳密に管理する必要がなくなり、工程条件を緩和することができる。
【００９５】
そして、機械的導電スイッチ３３を用いるため、外部からの光入射、水分、酸素、イオン、有機物の侵入に対する悪影響が半導体に比べて小さくなる。このため、これらの外乱による誤動作が生じにくくなり、動作信頼性、耐久性を高めることができる。
【００９６】
尚、上述のアクティブマトリクス素子３５は、全体、又は少なくとも機械的導電スイッチ３３を封止して、希ガスを注入するものであってもよい。このような構造とすることで、機械的導電スイッチ３３のスイッチング放電を効果的に防ぐことができる。また、機械的導電スイッチ３３は、スイッチング放電防止のための抵抗を追加するものであってもよい。また、導電膜２９を金により形成すれば、スイッチング放電等による酸化をより効果的に防止することができる。
【００９７】
更に、機械的導電スイッチ３３は、接点部の酸化皮膜を積極的に破壊・除去する目的で、一定時間毎に、クリーニング電流を印加するように動作させるものであってもよい。
【００９８】
次に、本発明に係るアクティブマトリクス素子の第２実施形態を説明する。（請求項４記載の構成）  図１０は第２実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
尚、後述する各実施形態において、図３に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。
この実施形態によるアクティブマトリクス素子４１は、走査信号共通電極と画素部共通電極とを兼用した走査信号兼用画素部共通電極４３を形成してある。
このアクティブマトリクス素子４１によれば、走査信号共通電極と画素部共通電極とを同じ材料で、且つ同一の製造プロセスで形成することができる。このため、パターンニング工程を少なくして、製造を容易にすることができる。
【００９９】
次に、本発明に係るアクティブマトリクス素子の第３実施形態を説明する。（請求項５記載の構成）  図１１は第３実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
この実施形態によるアクティブマトリクス素子５１は、画素電極２７を基板１１側に形成し、画素部共通電極１７を光機能素子１９の表面に形成してある。つまり、図３の第１実施形態に対して、画素電極２７と画素部共通電極１７との位置が、光機能素子１９を挟んで反対となっている。
アクティブマトリクス素子５１は、画素電極２７又は画素部共通電極１７を、光機能素子１９の上下いずれの面側に入れ替えて形成するものであってよい。このため、設計条件、製造工程の制約を少なくして、これらの自由度を高めることができる。
【０１００】
次に、本発明に係るアクティブマトリクス素子の第４実施形態を説明する。（請求項６記載の構成）  図１２は第４実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
この実施形態によるアクティブマトリクス素子６１は、画素電極２７を基板１１側に形成し、画素部共通電極１７を上側基板６３に形成してある。上側基板６３は、画素部共通電極１７が光機能素子１９に重合するように、基板１１に対向配置してある。つまり、機械的導電スイッチ３３、及び光機能素子１９は、平行な二つの基板１１、及び上側基板６３に挟まれた状態で配設されている。
このアクティブマトリクス素子６１によれば、基板１１及び上側基板６３との周縁部を気密シールすることにより、両基板間に希ガスを封入して、機械的導電スイッチ３３を容易に封止することができる。
【０１０１】
次に、本発明に係るアクティブマトリクス素子の第５実施形態を説明する。（請求項１８記載の構成）
図１３は第５実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
この実施形態によるアクティブマトリクス素子７１は、発光素子である薄膜ＥＬ７３を光機能素子として用いてある。ガラス基板１１上には、画素部共通電極１７としてＡｌ等の金属反射膜を形成してある。画素部共通電極１７上には、下部絶縁層７５、ＥＬ発光層（例としては、ＺｎＳ：Ｍｎ薄膜）７７、上部絶縁層７９を順次積層してある。上部絶縁層７９上には、画素電極２７として透明電極（ＩＴＯ等）を形成してある。
【０１０２】
このアクティブマトリクス素子７１では、上述した手順で画素電極２７に電位を与え、画素部共通電極１７に対する画素電圧を与える。そして、走査信号ごとに電圧の極性を変えて交流駆動させると、任意の発光強度で薄膜ＥＬ７３の駆動が可能となる。この例では、画素電極２７側が表示面であり、下部へ発光した光は、アルミである画素部共通電極１７に反射されて上部へ出射される。尚、表示面が下部の場合は、透明電極（画素電極２７）と反射膜（画素部共通電極１７）とを逆にすればよい。
【０１０３】
次に、本発明に係るアクティブマトリクス素子の第６実施形態を説明する。（請求項１８記載の構成）
図１４は第６実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
この実施形態によるアクティブマトリクス素子８１は、発光素子である低分子型有機ＥＬ８３を光機能素子として用いてある。ガラス基板１１上には、画素部共通電極１７及び有機ＥＬのカソード電極としてＡｌ、又はＭｇ：Ａｇ合金等の金属反射膜を形成してある。画素部共通電極１７上には、電子輸送層／発光層（Ａｌｑ等）８５、ホール輸送層（α−ＮＰＤ等）８７、画素電極２７としての有機ＥＬアノード電極である透明電極（ＩＴＯ等）を順次積層してある。
【０１０４】
このアクティブマトリクス素子８１では、上述した手順で画素電極２７とデータ信号電極１６（図１参照）を接続するが、このときデータ信号電極１６からは定電流が供給されるように駆動回路を設ける。これにより、走査された時だけ画素電極２７から有機ＥＬ膜を介し、画素部共通電極１７に電流が流れ、有機ＥＬ８３が発光する。この方式によれば、単純マトリクスよりは安定に定電流駆動ができ、均一な表示が可能となる。この例では、画素電極２７側が表面であり、下部へ発光した光は、例えばＡｌである画素部共通電極１７に反射されて上部へ出射される。
【０１０５】
次に、本発明に係るアクティブマトリクス素子の第７実施形態を説明する。（請求項１８記載の構成）
図１５は第７実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【０１０６】
この実施形態によるアクティブマトリクス素子９１は、発光素子であるポリマー型有機ＥＬ９３を光機能素子として用いてある。ガラス基板１１上には、画素部共通電極１７及びポリマー型有機ＥＬのカソード電極としてＡｌ、又はＭｇ：Ａｇ合金等の金属反射膜を形成してある。画素部共通電極１７上には、更にポリマー型有機ＥＬ９３、画素電極２７として有機ＥＬのアノード電極である透明電極（ＩＴＯ等）を順次積層してある。
【０１０７】
このアクティブマトリクス素子９１では、上述した手順で画素電極２７とデータ信号電極１６を接続するが、このときデータ信号電極１６からは定電流が供給されるように駆動回路を設ける。これにより、走査された時だけ、画素電極２７から有機ＥＬ膜を介し、画素部共通電極１７に電流が流れ、ポリマー型有機ＥＬ９３が発光する。この方式によれば、単純マトリクスよりは安定に定電流駆動ができ、均一な表示が可能となる。この例においても、下部へ発光した光は例えばＡｌである画素部共通電極１７に反射されて上部へ出射される。
【０１０８】
次に、本発明に係るアクティブマトリクス素子の第８実施形態を説明する。（請求項１９，２０記載の構成）
図１６は第８実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
この実施形態によるアクティブマトリクス素子１０１は、電圧（電界）又は電流で光を変調する光変調素子１０３を光機能素子として用いてある。光変調素子１０３としては、高分子液晶、高分子分散型液晶、電気光学結晶（ＰＬＺＴ、ＢＳＯ等）がある。
【０１０９】
このアクティブマトリクス素子１０１は、散乱／透過、吸収／透過、光の位相制御、偏光制御、回折、干渉制御等に機能させることができる。尚、偏光制御に適用する場合等では、図１６の構成に、更に偏光板等の必要な光学膜を適宜設ければよい。
上記のように、本実施形態においては透過型及び反射型の２つのタイプが考えられ、透過型では、両電極ともＩＴＯ等の透明導電性膜とすることが相応しく、反射型では基板側をＡｌ等の反射性金属、表示面側をＩＴＯ等の透明導電性膜とすることが相応しい。
【０１１０】
次に、本発明に係るアクティブマトリクス素子の第９実施形態を説明する。（請求項１９，２１，２２記載の構成）
図１７は第９実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図、図１８は図１７のアクティブマトリクス素子の動作状態を示す説明図である。
【０１１１】
この実施形態によるアクティブマトリクス素子１１１は、電圧で光を変調する光変調素子として、特に静電気力で可撓薄膜を変形させ光変調するファブリペロー型の光変調素子１１３を光機能素子として用いてある。
ファブリペロー干渉では、二枚の平面が向かい合わせに平行に配置された状態において、入射光線は、反射と透過を繰り返して多数の光線に分割され、これらは互いに平行となる。透過光線は、無限遠において重なり合い干渉する。面の垂線と入射光線のなす角をｉとすれば、相隣る二光線間の光路差はｘ＝ｎｔ・ｃｏｓｉで与えられる。但し、ｎは二面間の屈折率、ｔは間隔である。光路差ｘが波長λの整数倍であれば透過線は互いに強め合い、半波長の奇数倍であれば互いに打ち消し合う。即ち、反射の際の位相変化がなければ、
２ｎｔ・ｃｏｓｉ＝ｍλ                      で透過光最大となり、
２ｎｔ・ｃｏｓｉ＝（２ｍ＋１）λ／２        で透過光最小となる。
但し、ｍは正整数である。
【０１１２】
即ち、光路差ｘが所定の値となるように、可撓薄膜を移動させることにより、信号電極側から出射される光を、光変調して可撓薄膜から出射させることが可能となる。
【０１１３】
紫外線に対して透明な基板１１上には、同じく紫外線に対して透明な画素部共通電極１７を形成してある。画素部共通電極１７上には、一方の誘電体多層膜ミラー１１５を設けてある。基板１１上には、誘電体多層膜ミラー１１５の左右側（図１７の左右側）に支持部２１を設けてある。支持部２１の上端面には、可撓薄膜であるダイヤフラム１１７を設けてある。ダイヤフラム１１７の下面には、他方の誘電体多層膜ミラー１１９を設けてある。
【０１１４】
一方の誘電体多層膜ミラー１１５と他方の誘電体多層膜ミラー１１９との間には、空隙１２０が形成されている。ダイヤフラム１１７の表面には、画素部共通電極１７と対向するように、紫外線に対して透明な画素電極（ＩＴＯ等）２７を設けてある。
【０１１５】
基板１１は、板状平面光源１２１上に設けられる。平面光源１２１の側面には例えばブラックライト用紫外線ランプ（低圧水銀ランプ）１２２を配設してある。平面光源１２１は、ブラックライト用低圧水銀ランプ１２２からの紫外線を側面から取り入れて、表面から出射する。
【０１１６】
このように構成された光変調素子１１３を有するアクティブマトリクス素子１１１において、電圧ＯＦＦのときの空隙１２０の間隔をｔoff とする（図１８の左側の状態）。これは素子作製時に制御可能である。また電圧を印加したとき静電気力により空隙１２０の間隔が短くなるがこれをｔonとする（図１８の右側の状態）。ｔonの制御は、印加する静電気力とダイヤフラム１１７が変形したとき発生する復元力のバランスで可能である。より安定な制御を行うには、変位が一定となるように不図示のスペーサを電極上に形成してもよい。このスペーサは絶縁体の場合、その比誘電率（１以上）により、印加電圧を低減する効果がある。また、導電性の場合には、更にこの効果は大きくなる。また、電極とスペーサとは、同一材料で形成してもよい。
【０１１７】
ここで、ｔon、ｔoff を下記のように設定する。（ｍ＝１）。
ｔon  ＝１／２×λ0＝１８０ｎｍ  （λ0：紫外線の中心波長）
ｔoff ＝３／４×λ0＝２７０ｎｍ
【０１１８】
また、誘電体多層膜ミラー１１５、１１９は、光強度反射率Ｒを０．８５とする。更に、空隙１２１は空気又は希ガスとし、その屈折率ｎを１とする。尚、紫外線はコリメートされているので光変調部８５に入射する入射角ｉは略ゼロとなる。
このときの光変調素子１１３の光強度透過率は図２０のようになる。従って、電圧を印加しないときはｔoff は２７０ｎｍであり、図１８の左側の状態のように紫外線はほとんど透過しない。一方、電圧を印加してｔonが１８０ｎｍとなると、図１８の右側の状態にように紫外線は透過する。
【０１１９】
このように、光機能素子を光変調素子１１３としたアクティブマトリクス素子１１１は、ダイヤフラム１１７を撓ませることにより、多層膜干渉効果を発生させて、紫外線の光変調を行うことができる。
【０１２０】
尚、干渉の条件を満たせば、空隙１２０の間隔ｔ、屈折率ｎ、誘電体多層膜ミラー１１５，１１９の光強度反射率Ｒ等はいずれの組合せでも良い。
【０１２１】
また、電圧の値により、間隔ｔを連続的に変化させると、透過スペクトルの中心波長を任意に変化させることが可能である。これにより透過光量を連続的に制御することも可能である。即ち、印加電圧による階調制御が可能となる。
【０１２２】
この実施形態による光変調素子１１３の変形例として、上述のブラックライト用低圧水銀ランプ１２２に代えて、低圧水銀ランプによるバックライトを用いることもできる。
即ち、低圧水銀ランプの直接発光分光特性は、２５４ｎｍの線スペクトルが主な成分である。このランプを光源とし、石英ガラスなどによる導光板と組み合わせてバックライトユニットを構成する。他の波長は、フィルターなどでカットする。このとき、紫外線バックライトの分光特性は図２１のようになる。
【０１２３】
また、光変調素子において、有効画素エリアの構成材料（ダイヤフラム、誘電体多層膜ミラー、基板など）は、２５４ｎｍの紫外線を透過する材料とする。
【０１２４】
ここで、ｔon、ｔoff を下記のように設定する。（ｍ＝１）。
ｔon  ＝１／２×λ0＝１２７ｎｍ  （λ0：紫外線の中心波長）
ｔoff ＝３／４×λ0＝１９１ｎｍ
【０１２５】
その他の条件は、上述の例と同じでＲ＝０．８５、ｎ＝１、ｉ＝０とする。このときの光変調素子の光強度透過率は図２２のようになる。従って、電圧を印加しないときはｔoff ＝１９１ｎｍであり、紫外線は殆ど透過せず、電圧を印加してｔon＝１２７ｎｍになると紫外線は透過する。このようにして光変調が可能である。
【０１２６】
特にこの変形例の場合、紫外線は線スペクトルなので非常に高いエネルギー透過率を示し、高効率でコントラストの高い変調が可能となる。
【０１２７】
尚、この変形例においても、干渉の条件を満たせば、空隙１２０の間隔ｔ、屈折率ｎ、誘電体多層膜ミラー１１５、１１９の光強度反射率Ｒなどはいずれの組合せでもよい。
【０１２８】
また、この変形例においても、電圧の値により、間隔ｔを連続的に変化させると、透過スペクトルの中心波長を任意に変化させることが可能である。これにより透過光量を連続的に制御することも可能である。即ち、印加電圧による階調制御が可能となる。
【０１２９】
尚、この実施形態ではファブリペロー干渉型の光変調素子１１３を一例として説明したが、これ以外にも、静電気力により薄膜を撓ませたり、又は移動させることにより光の透過率又は反射率を変化させて光変調を行う光変調素子であれば同様に可能である。このアクティブマトリクス素子１１１の場合、動作部が全てメカニカルな構造なので、構成材料が簡素化でき、製造プロセスの効率化が可能になる。
【０１３０】
上述の実施形態では、光変調可能なアクティブマトリクス素子を説明したが、本発明は、このようなアクティブマトリクス素子を要部に有する露光素子としても適用できる。この場合、平面光源として例えば紫外線を出射するものを用いることで、平面光源から出射される紫外線を光変調し、紫外線感光材料を露光させることができる。
【０１３１】
また、このようなアクティブマトリクス素子は、上記露光素子の露光光出射側に蛍光体を設け、出射される光を蛍光体によって可視光又は赤外光に波長変換して、可視光感光材料、赤外光感光材料を露光するものであってもよい。
【０１３２】
更に、上述のアクティブマトリクス素子は、上記露光素子の出射側に蛍光体を設け、出射される光を蛍光体によって発光表示させる表示素子としても適用できる。
【０１３３】
次に、本発明に係るアクティブマトリクス素子の第１０実施形態を説明する。（請求項７，８記載の構成）
図２３は第１０実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【０１３４】
この実施形態によるアクティブマトリクス素子１３１は、電圧（電界）又は電流で光を変調する光変調素子（光変調層）１３３を光機能素子として用いてある。光変調層１３３としては、例えば液晶を用いることができる。
【０１３５】
画素電極２７をスルーホール内に導電材を埋め込んだ導電部１３５を介して基板１１の表面側（図２３の下側）に配置する。画素電極２７を配設した基板１１の裏面側には、走査信号共通電極１３、絶縁層１５、導電膜（金属等）２９、可撓薄膜（絶縁体）２３、走査信号電極２５によって上述と同様に構成した機械的導電スイッチ３３を形成する。
【０１３６】
基板１１の表面側（図２３の下側）には、間隙を隔てて他方の基板１３７を対向配置してある。この間隙には、光変調層１３３を形成するための液晶１３９を封入してある。この場合、液晶１３９としてはネマチック液晶、コレステリック液晶、強誘電性液晶等の低分子液晶が好ましい。
【０１３７】
他方の基板１３７の対向面には、画素部共通電極１７を形成してある。また、画素部共通電極１７と基板１３７との間には、ブラックマトリクス１４１、カラーフィルター１４３を適宜形成してある。各電極１７、２７上には配向膜１４５を設けてある。基板１１、１３７同士は、一定のギャップが保持できるように不図示のシリカ等のスペーサを介在させて貼り合わせてある。基板１１、１３７同士は、液晶１３９の注入後、周辺が封止される。この液晶封入構造については、周知の技術を用いることができる。
【０１３８】
このように構成したアクティブマトリクス素子１３１は、基板１１の裏面側に機械的導電スイッチ３３が形成される。また、基板１１の表面側に光機能素子である光変調素子（光変調層）１３３が形成される。即ち、機械的導電スイッチ３３を形成する面と、光機能素子を形成する面とが異なるものとなり、それぞれがスルーホール１３５を介して電気的に接続されている。
【０１３９】
このようなアクティブマトリクス素子１３１によれば、流体を封止できるので、液晶のような流体やゲル状の光変調材料を用いる場合であっても、機械的導電スイッチを有するアクティブマトリクスを実現させることができる。これにより、特に低価格で大画面、高精細な露光素子、表示素子の設計、製造が可能となる。
尚、このようなスルーホール１３５を用いた封止構造は、液晶以外のその他の上述した光変調素子、発光素子を用いたアクティブマトリクス素子にも適用できるものである。
【０１４０】
次に、本発明に係るアクティブマトリクス素子の第１１実施形態を説明する。図２４は第１１実施形態に係るアクティブマトリクス素子の部分平面図である。本実施形態の走査信号電極及び導電膜を備えた可撓薄膜２３は、データ信号電極との交点で画素電極に対して上下方向に重合するようにつば部２３ａを設けている。図２５は図２４のＣ−Ｃ断面を示す図で、可撓薄膜２３の下側に走査信号電極２５を配設して、導電膜２９側にだけ画素電極を設けている。これにより、走査信号電極２５と走査信号共通電極１３との距離が短縮され、可撓薄膜２３の駆動電圧を低減できる。また、無駄のない構成とすることで誤作動等が防止される。そして、図２６は図２５に示す形態の変形例であり、画素電極２７を基板１１上に形成している。さらに、図２７は図２６に示す形態の走査信号電極２５を、可撓薄膜２３の上側に設けた形態を示している。また、図２８は、他の実施形態における図２４のＣ−Ｃ断面を示している。この構成によれば走査信号共通電極１３上に絶縁層を設けていない。但し、この場合は図２９のＤ−Ｄ断面図に示すように、走査信号共通電極１３とデータ信号電極１６との交差する箇所に絶縁層を設ける必要がある。
【０１４１】
上述の各実施形態では、アクティブマトリクス素子を露光素子、光変調素子、表示素子とした場合を例に説明したが、本発明に係るアクティブマトリクス素子は、この他、二次元撮像を行う撮像素子に用いるものであってもよい。この場合、光機能素子としては、光検出素子を設ける。機械的導電スイッチについては、上述の各実施形態と同様に構成することができる。
このようなアクティブマトリクス素子では、画像光を各画素の光検出素子によって光電変換し、電荷として蓄積する。それを行順次に、機械的導電スイッチを通して走査し、蓄積電荷を取り込むことで、シリアル電気信号として外部へ取り出す。
このようなアクティブマトリクス素子においても、ＭＯＳ形トランジスタを機械的導電スイッチとすることで、上述した各実施形態と同様の効果を奏する。
【０１４２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るアクティブマトリクス素子は、走査信号電極とデータ信号電極をマトリクス状に配置した交差部に、機械的導電スイッチを設けた。従って、従来、交差部に設けられていたＭＯＳ形の半導体スイッチ部に代えて機械的にスイッチ部を作動させることが可能になる。
また、第１及び第２走査信号電極間に印加する電圧に応じて可撓薄膜の撓みが制御されスイッチ状態が選択的に設定される。そしてデータ信号電極と画素電極との導通状態が画素毎に決定され、各光機能素子の状態が決定される。
【０１４３】
半導体形成独自の成膜や不純物ドーピング工程が不要となる。パターンニング工程が少なくなると共に、設計条件が緩やかになる。この結果、スループットや歩留りが向上し、低コストでの大面積化が可能となる。
【０１４４】
導電膜に金属を使用するので、従来の半導体スイッチ部に比べてキャリア移動度を大幅に高くすることができる。この結果、高精細・大面積の条件下においても、高速応答が期待できる。
【０１４５】
半導体膜の形成が不要となるため、接合条件、不純物濃度を厳密に管理する必要がなくなり、工程条件を緩和することができる。
【０１４６】
機械的導電スイッチを用いるため、外部からの光入射、水分、酸素、イオン、有機物の侵入に対する悪影響が半導体に比べて小さくなる。この結果、これらの外乱による誤動作が生じにくくなり、動作信頼性を高めることができる。
さらに、機械的導電スイッチをガラス基板等の透明基板上に形成することにより、低コスト化及び大面積化が容易であり、透過型の光変調素子に対しても適用可能である。
また、機械的導電スイッチは両端部が支持された可撓薄膜により構成され、高速で安定なスイッチ動作が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアクティブマトリクス素子の第１実施形態の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】図１のアクティブマトリクス素子の動作状態を示す説明図である。
【図５】マトリクス動作の説明図である。
【図６】１画素当たりに複数のスイッチを設けた構成を示す図である。
【図７】可撓薄膜のスイッチ特性を示すヒステリシス線図である。
【図８】二行二列に配列した画素電極の模式図である。
【図９】アクティブマトリクス素子に異なる波形の電圧を印加して各画素にデータを書き込む際の動作説明図である。
【図１０】第２実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【図１１】第３実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【図１２】第４実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【図１３】第５実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【図１４】第６実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【図１５】第７実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【図１６】第８実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【図１７】第９実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【図１８】図１７のアクティブマトリクス素子の動作状態を示す説明図である。
【図１９】ブラックライト用低圧水銀ランプの分光特性を示す説明図である。
【図２０】光変調素子の光強度透過率を示す説明図である。
【図２１】低圧水銀ランプによるバックライトの分光特性を示す説明図である。
【図２２】光変調素子の光強度透過率を示す説明図である。
【図２３】第１０実施形態に係るアクティブマトリクス素子の走査信号電極直交方向の断面図である。
【図２４】第１１実施形態に係るアクティブマトリクス素子の平面図である。
【図２５】図２４のＣ−Ｃ断面を示す図である。
【図２６】図２４のＣ−Ｃ断面の他の形態を示す図である。
【図２７】図２４のＣ−Ｃ断面の他の形態を示す図である。
【図２８】図２４のＣ−Ｃ断面の他の形態を示す図である。
【図２９】図２９に示す形態における図２４のＤ−Ｄ断面を示す図である。
【図３０】従来のアクティブマトリクス素子の画素部の等価回路図である。
【図３１】従来のアクティブマトリクス素子の平面図である。
【図３２】図３１のＥ−Ｅ断面を示す図である。
【図３３】従来の他のアクティブマトリクス素子の平面図である。
【図３４】図３４のＦ−Ｆ断面を示す図である。
【図３５】図３３に示すアクティブマトリクス素子の等価回路を示す図である。
【符号の説明】
１１  基板
１３  走査信号共通電極
１５  絶縁層
１６  データ信号電極
１７  画素部共通電極
１９  光機能素子
２１  支持部
２３、１１７  可撓薄膜
２５  走査信号電極
２６  交差部
２７  画素電極
２９  導電膜
３１  空隙
３３  機械的導電スイッチ（マトリクス駆動手段）
３５、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１１３、１３１  アクティブマトリクス素子
７３  薄膜ＥＬ（発光素子）
８３  低分子型有機ＥＬ（発光素子）
１０３  光変調素子
１３９  液晶
【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】
0003865942.tif 000011
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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