(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明材料からなると共に入射媒質を兼ねる基板の一方の面に、透明な第１の層、間隙部、光の吸収のある第２の層および光の吸収のある第３の層をこの順で配設し、前記基板の他方の面にカラーフィルターを設けた構造を有し、前記間隙部の光学的な間隔は、入射光の設計波長λに対して０とλ／４との間で可変であり、
前記第１の層を、次式（１）を満たすｎ1 の屈折率を有する材料により形成し、
前記第２の層を、次式（１）を満たすＮ2 （＝ｎ2 −ｉ・ｋ2 ，ｎ2 は屈折率，ｋ2 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成し、
前記第３の層を、次式（１）を満たすＮ3 （＝ｎ3 −ｉ・ｋ3 ，ｎ3 は屈折率，ｋ3 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成することにより、前記基板側から入射した光の反射率を、前記間隙部の間隔が０の場合に０、前記間隙部の間隔がλ／４の場合に７０％以上にする
ことを特徴とする光学多層構造体。
【数１】
0004088864.tif 000007
（ただし、前記基板の屈折率をｎS とする）
【請求項２】
前記第３の層が、光を透過しない程度の厚さを有する
ことを特徴とする請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項３】
前記第２の層の光学的特性を前記第３の層の光学的特性に等しくして前記第２の層を省略している
ことを特徴とする請求項１記載の光学多層構造体。
【請求項４】
前記間隙部の光学的な間隔を変化させる駆動手段を有し、前記駆動手段によって前記間隙部の間隔を変化させることにより、入射した光の反射、透過若しくは吸収の量を変化させる
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光学多層構造体。
【請求項５】
前記駆動手段によって、前記間隙部の光学的な間隔を、λ／４と０との間で、２値的あるいは連続的に変化させることで、入射光の反射、透過若しくは吸収の量を２値的あるいは連続的に変化させる
ことを特徴とする請求項４記載の光学多層構造体。
【請求項６】
前記第１の層の光学的厚さが、λ／４（λは入射光の設計波長）以下である
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光学多層構造体。
【請求項７】
前記第１の層，前記第２の層および前記第３の層のうちの少なくとも一つは、互いに光学的特性の異なる２以上の層により構成された複合層である
ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学多層構造体。
【請求項８】
前記基板および前記第１の層のうちの少なくとも一方と、前記第２の層および前記第３の層のうちの少なくとも一方とが、少なくとも一部に透明導電膜を含み、
前記駆動手段は、前記透明導電膜への電圧の印加によって発生した静電力により、前記間隙部の光学的な間隔を変化させるものである
ことを特徴とする請求項４または５記載の光学多層構造体。
【請求項９】
前記透明導電膜は、ＩＴＯ，ＳｎＯ2 およびＺｎＯのうちのいずれかからなる
ことを特徴とする請求項８記載の光学多層構造体。
【請求項１０】
前記基板が、酸化ケイ素，ガラスおよびプラスチックのうちのいずれかからなる
ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の光学多層構造体。
【請求項１１】
前記第１の層が、酸化物および窒化物のうちのいずれかからなる
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の光学多層構造体。
【請求項１２】
前記第１の層が、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオブおよび酸化タンタルのうちいずれかからなる
ことを特徴とする請求項１１記載の光学多層構造体。
【請求項１３】
前記第２の層が、金属，酸化金属，窒化金属，炭化物および半導体のうちいずれかからなる
ことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の光学多層構造体。
【請求項１４】
前記第３の層が、金属，酸化金属，窒化金属，カーボン（Ｃ），グラファイト，炭化物および半導体のうちいずれかからなる
ことを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の光学多層構造体。
【請求項１５】
前記基板が、酸化ケイ素，ガラスおよびプラスチックのうちいずれかからなり、
前記第１の層が、酸化チタンからなり、
前記第２の層が、タングステン，ゲルマニウム，タンタルおよびチタンのうちいずれかからなり、
前記第３の層が、カーボンからなる
ことを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか１項に記載の光学多層構造体。
【請求項１６】
前記基板が、酸化ケイ素，ガラスおよびプラスチックのうちいずれかからなり、
前記第１の層が、酸化チタンからなり、
前記第２の層が省略されており、
前記第３の層がシリコン（Ｓｉ）からなる
ことを特徴とする請求項３記載の光学多層構造体。
【請求項１７】
前記間隙部は、空気、または透明な気体若しくは液体で満たされている
ことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の光学多層構造体。
【請求項１８】
前記間隙部は、真空状態である
ことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の光学多層構造体。
【請求項１９】
前記駆動手段は、磁力を用いて前記間隙部の光学的な間隔を変化させるものである
ことを特徴とする請求項４または５記載の光学多層構造体。
【請求項２０】
透明材料からなると共に入射媒質を兼ねる基板の一方の面に、透明な第１の層、間隙部、光の吸収のある第２の層および光の吸収のある第３の層をこの順で配設し、前記基板の他方の面にカラーフィルターを設けた構造を有し、前記間隙部の光学的な間隔は、入射光の設計波長λに対して０とλ／４との間で可変であり、前記第１の層を、次式（１）を満たすｎ1 の屈折率を有する材料により形成し、前記第２の層を、次式（１）を満たすＮ2 （＝ｎ2 −ｉ・ｋ2 ，ｎ2 は屈折率，ｋ2 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成し、前記第３の層を、次式（１）を満たすＮ3 （＝ｎ3 −ｉ・ｋ3 ，ｎ3 は屈折率，ｋ3 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成することにより、前記基板側から入射した光の反射率を、前記間隙部の間隔が０の場合に０、前記間隙部の間隔がλ／４の場合に７０％以上にする光学多層構造体と、
前記間隙部の光学的な間隔を変化させるための駆動手段と
を備えたことを特徴とする光スイッチング素子。
【数１】
0004088864.tif 000008
（ただし、前記基板の屈折率をｎS とする）
【請求項２１】
１次元または２次元に配列された複数の光スイッチング素子に光を照射することで２次元画像を表示する画像表示装置であって、
前記光スイッチング素子が、
透明材料からなると共に入射媒質を兼ねる基板の一方の面に、透明な第１の層、間隙部、光の吸収のある第２の層および光の吸収のある第３の層をこの順で配設し、前記基板の他方の面にカラーフィルターを設けた構造を有し、前記間隙部の光学的な間隔は、入射光の設計波長λに対して０とλ／４との間で可変であり、前記第１の層を、次式（１）を満たすｎ1 の屈折率を有する材料により形成し、前記第２の層を、次式（１）を満たすＮ2 （＝ｎ2 −ｉ・ｋ2 ，ｎ2 は屈折率，ｋ2 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成し、前記第３の層を、次式（１）を満たすＮ3 （＝ｎ3 −ｉ・ｋ3 ，ｎ3 は屈折率，ｋ3 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成することにより、前記基板側から入射した光の反射率を、前記間隙部の間隔が０の場合に０、前記間隙部の間隔がλ／４の場合に７０％以上にする光学多層構造体と、
前記間隙部の光学的な間隔を変化させるための駆動手段と
を備えたことを特徴とする画像表示装置。
【数１】
0004088864.tif 000009
（ただし、前記基板の屈折率をｎS とする）
【請求項２２】
前記基板の他方の面に、反射防止膜を有する
ことを特徴とする請求項２１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、入射光を反射，透過若しくは吸収させる機能を有する光学多層構造体、この光学多層構造体を用いた光スイッチング素子および画像表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、映像情報の表示デバイスとしてのディスプレイの重要性が高まっており、このディスプレイ用の素子として、更には、光通信，光記憶装置，光プリンタなどの素子として、高速で動作する光スイッチング素子（ライトバルブ）の開発が要望されている。従来、この種の素子としては、液晶を用いたもの、マイクロミラーを用いたもの（ＤＭＤ；Digtal Micro Miror Device ，ディジタルマイクロミラーデバイス、テキサスインスツルメンツ社の登録商標）、回折格子を用いたもの（ＧＬＶ：Grating Light Valve,グレーティングライトバルブ，ＳＬＭ（シリコンライトマシン）社製）等がある。
【０００３】
ＧＬＶは回折格子をＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems) 構造で作製し、静電力で１０ｎｓの高速ライトスイッチング素子を実現している。ＤＭＤは同じくＭＥＭＳ構造でミラーを動かすことによりスイッチングを行うものである。これらのデバイスを用いてプロジェクタ等のディスプレイを実現できるものの、液晶とＤＭＤは動作速度が遅いために、ライトバルブとしてディスプレイを実現するためには２次元配列としなければならず、構造が複雑となる。一方、ＧＬＶは高速駆動型であるので、１次元アレイを走査することでプロジェクションディスプレイを実現することができる。
【０００４】
しかしながら、ＧＬＶは回折格子構造であるので、１ピクセルに対して６つの素子を作り込んだり、２方向に出た回折光を何らかの光学系で１つにまとめる必要があるなどの複雑さがある。
【０００５】
簡単な構成で実現できるものとしては、米国特許公報５，５８９，９７４号や米国特許公報５，５００，７６１号に開示されたものがある。このライトバルブは、基板（屈折率ｎS ）の上に間隙部（ギャップ層）を挟んで、屈折率が√ｎS の透光性の薄膜を設けた構造を有している。この素子では、静電力を利用して薄膜を駆動し、基板と薄膜との間の距離、すなわち、間隙部の大きさを変化させることにより、光信号を透過あるいは反射させるものである。ここで、薄膜の屈折率は基板の屈折率ｎS に対して、√ｎS となっており、このような関係を満たすことにより、高コントラストの光変調を行うことができるとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような構成の素子では、基板の屈折率ｎS が「４」などの大きな値でなければ、可視光領域においては実現することはできないという問題がある。すなわち、透光性薄膜としては、構造体であることを考えると、窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）（屈折率ｎ＝２．０）などの材料が望ましいが、その場合には基板の屈折率ｎS ＝４となる。可視光領域では、このような材料の選択肢は狭い。赤外線等の通信用波長では、ゲルマニウム（Ｇｅ）（ｎ＝４）、シリコン（Ｓｉ）（ｎ≒４）などを用いることにより実現可能である。
【０００７】
そこで、本出願人と同一出願人は、先に、基板上に、光の吸収のある第１の層、光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第２の層を配設した構造を有する光学多層構造体、これを用いた光スイッチング素子および画像表示装置を提案した（特願２０００−２１９５９９明細書）。この提案の光学多層構造体は、基板上に、光の吸収のある第１の層、間隙部および第２の層をこの順で配設した構成のものである。また、この光学多層構造体では、基板の複素屈折率をＮS （＝ｎS −ｉ・ｋS ，ｎS は屈折率，ｋS は消衰係数，ｉは虚数単位）、第１の層の複素屈折率をＮ1 （＝ｎ1 −ｉ・ｋ1 ，ｎ1 は屈折率，ｋ1 は消衰係数）、第２の層の屈折率をｎ2 、入射媒質の屈折率を１．０としたとき、次式（２）の関係を満たすように構成されている。
【０００８】
【数２】
0004088864.tif 000002
【０００９】
上記提案の光学多層構造体によれば、２次元の画像表示装置を構成するのに十分な高速応答が可能で、かつ原理的に単純な構造で光スイッチング素子を実現することができる。更に、光の反射と吸収とを切り替えることができるので、画像表示装置を実現する上で問題となる不要な光の処理を極めて簡単に行うことができる。したがって、この光スイッチング素子は直視・反射型の画像表示装置に好適に用いることができる。
【００１０】
ところで、上記提案の光学多層構造体は、光学多層構造体の第２の層の側（基板とは反対側）から入射する光に対して変調を行う。そのため、この光学多層構造体を用いて光スイッチング素子ないし画像表示装置を構成する場合には、基板上に形成された光学多層構造体を保護・封止するために光学多層構造体の第２の層の側に配置される付加基板として、透明なものを用いなければならない。カラー表示の場合には、この透明な付加基板にカラーフィルターなどを形成する。しかしながら、透明な付加基板を配設することによって反射界面が増えるので、それらの界面での反射が問題となり、反射防止膜を装着するなどの対策が必要となる虞がある。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、反射界面が少なく単純な構成の光学多層構造体、これを用いた光スイッチング素子および画像表示装置を提供することにある。
【００１２】
本発明による光学多層構造体は、透明材料からなると共に入射媒質を兼ねる基板の一方の面に、透明な第１の層、間隙部、光の吸収のある第２の層および光の吸収のある第３の層をこの順で配設し、基板の他方の面にカラーフィルターを設けた構造を有し、間隙部の光学的な間隔は、入射光の設計波長λに対して０とλ／４との間で可変であり、第１の層を、次式（３）を満たすｎ1 の屈折率を有する材料により形成し、第２の層を、次式（３）を満たすＮ2 （＝ｎ2 −ｉ・ｋ2 ，ｎ2 は屈折率，ｋ2 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成し、第３の層を、次式（３）を満たすＮ3 （＝ｎ3 −ｉ・ｋ3 ，ｎ3 は屈折率，ｋ3 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成することにより、基板側から入射した光の反射率を、間隙部の間隔が０の場合に０、間隙部の間隔がλ／４の場合に７０％以上にするものである。
【００１４】
【数３】
0004088864.tif 000003
【００１５】
本発明による光スイッチング素子は、透明材料からなると共に入射媒質を兼ねる基板の一方の面に、透明な第１の層、間隙部、光の吸収のある第２の層および光の吸収のある第３の層をこの順で配設し、基板の他方の面にカラーフィルターを設けた構造を有し、間隙部の光学的な間隔は、入射光の設計波長λに対して０とλ／４との間で可変であり、第１の層を、上式（３）を満たすｎ1 の屈折率を有する材料により形成し、第２の層を、上式（３）を満たすＮ2 （＝ｎ2 −ｉ・ｋ2 ，ｎ2 は屈折率，ｋ2 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成し、第３の層を、上式（３）を満たすＮ3 （＝ｎ3 −ｉ・ｋ3 ，ｎ3 は屈折率，ｋ3 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成することにより、基板側から入射した光の反射率を、間隙部の間隔が０の場合に０、間隙部の間隔がλ／４の場合に７０％以上にする光学多層構造体と、間隙部の光学的な間隔を変化させるための駆動手段とを備えたものである。
【００１６】
本発明による画像表示装置は、１次元または２次元に配列された複数の光スイッチング素子に光を照射することで２次元画像を表示するものであって、光スイッチング素子が、透明材料からなると共に入射媒質を兼ねる基板の一方の面に、透明な第１の層、間隙部、光の吸収のある第２の層および光の吸収のある第３の層をこの順で配設し、基板の他方の面にカラーフィルターを設けた構造を有し、間隙部の光学的な間隔は、入射光の設計波長λに対して０とλ／４との間で可変であり、第１の層を、上式（３）を満たすｎ1 の屈折率を有する材料により形成し、第２の層を、上式（３）を満たすＮ2 （＝ｎ2 −ｉ・ｋ2 ，ｎ2 は屈折率，ｋ2 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成し、第３の層を、上式（３）を満たすＮ3 （＝ｎ3 −ｉ・ｋ3 ，ｎ3 は屈折率，ｋ3 は消衰係数，ｉは虚数単位）の複素屈折率を有する材料により形成することにより、基板側から入射した光の反射率を、間隙部の間隔が０の場合に０、間隙部の間隔がλ／４の場合に７０％以上にする基板側から入射した光の反射率を、間隙部の間隔が０の場合に０、間隙部の間隔がλ／４の場合に７０％以上にする光学多層構造体と、間隙部の光学的な間隔を変化させるための駆動手段とを備えたものである。
【００１７】
本発明による光学多層構造体では、基板側から光を入射させ、間隙部の光学的な間隔を、「λ／４」（λは入射光の設計波長）の奇数倍と「λ／４」の偶数倍（０を含む）との間で、２値的あるいは連続的に変化させると、入射光の反射、透過若しくは吸収の量が２値的あるいは連続的に変化する。
【００１８】
本発明による光スイッチング素子では、基板側から光を入射させ、駆動手段によって、光学多層構造体の間隙部の光学的な間隔を変化させることにより、入射光に対してスイッチング動作がなされる。
【００１９】
本発明による画像表示装置では、１次元あるいは２次元に配列された本発明の複数の光スイッチング素子に対して、基板側から光が照射されることによって、２次元画像が表示される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１および図２は、本発明の一実施の形態に係る光学多層構造体１の基本的な構成を表すものである。図１は光学多層構造体１における後述の間隙部１２が存在し、高反射時の状態、図２は光学多層構造体１の間隙部１２がなく、低反射時の状態をそれぞれ示している。なお、この光学多層構造体１は具体的には例えば光スイッチング素子として用いられ、この光スイッチング素子を複数個１次元または２次元に配列することにより、画像表示装置を構成することができる。
【００２２】
この光学多層構造体１は、入射媒質を兼ねる基板１０の一方の面に、この基板１０に接する、透明な第１の層１１、間隙部１２、第１の層１１と間隙部１２を挟んで反対側に形成された第２の層１３、および第２の層１３に接する、光の吸収のある第３の層１４をこの順で配設して構成したものである。
【００２３】
基板１０は、第１の層１１に入射する光の入射媒質を兼ねており、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ2 ），ガラス，プラスチックなどの透明材料からなるものとしてもよい。
【００２４】
第１の層１１は、酸化物材料または窒化物材料などの透明材料からなるものであり、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）（ｎ1 ＝２．４），窒化ケイ素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）（ｎ1 ＝２．０），窒化アルミニウム（ＡｌＮ）（ｎ1 ＝２．１６），酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）（ｎ1 ＝２．２），酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）（ｎ1 ＝２．１）などにより形成されている。
【００２５】
第１の層１１の光学的な膜厚ｎ1 ・ｄ1 は、「λ／４」（λは入射光の設計波長）以下となっている。その理由は後述する。
【００２６】
間隙部１２は、後述の駆動手段によって、その光学的な間隔（第１の層１１と第２の層１３との間隔）が可変であるように設定されている。間隙部１２を埋める媒体は、透明であれば気体でも液体でもよい。気体としては、例えば、空気（ナトリウムＤ線（５８９．３ｎｍ）に対する屈折率ｎD ＝１．０）、窒素（Ｎ2 ）（ｎD ＝１．０）など、液体としては、水（ｎD ＝１．３３３）、シリコーンオイル（ｎD ＝１．４〜１．７）、エチルアルコール（ｎD ＝１．３６１８）、グリセリン（ｎD ＝１．４７３０）、ジョードメタン（ｎD ＝１．７３７）などが挙げられる。なお、間隙部１２を真空状態とすることもできる。本実施の形態では、間隙部１２を空気で充填している。
【００２７】
間隙部１２の光学的な間隔は、「λ／４の奇数倍」と「λ／４の偶数倍（０を含む）」との間で、２値的あるいは連続的に変化するものである。これにより入射光の反射、透過若しくは吸収の量が２値的あるいは連続的に変化する。なお、上記第１の層１１および第２の層１３の膜厚の場合と同様に、λ／４の倍数から多少ずれても、他の層の膜厚あるいは屈折率の多少の変化で補完できるので、「λ／４」の表現には、「ほぼλ／４」の場合も含まれるものとする。
【００２８】
なお、本明細書中の表記での「λ／４」は厳密に「λ／４」でなくとも、これらの近傍の値でもよい。これは、例えば、一方の層の光学膜厚がλ／４より厚くなった分、他方の層を薄くするなどして補完できるからであり、また、後述の式（４）から屈折率が多少ずれた場合でも、膜厚で調整可能な場合もあるからである。よって、本明細書においては、「λ／４」の表現には「ほぼλ／４」の場合も含まれるものとする。
【００２９】
第２の層１３は、タングステン（Ｗ），タンタル（Ｔａ），チタン（Ｔｉ）などの金属，窒化チタン（ＴｉＮ）などの窒化金属，またはゲルマニウム（Ｇｅ）などの半導体などの光の吸収のある材料からなるものとしてもよい。なお、第２の層１３の材料例については、後で図７を用いて説明する。
【００３０】
第３の層１４は、酸化クロム（ＣｒＯ）などの酸化金属，窒化チタン（ＴｉＮ）などの窒化金属，カーボン（Ｃ），グラファイト（黒鉛），シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などの炭化物またはシリコン（Ｓｉ）などの半導体などの、光の吸収のある材料からなるものとしてもよい。なお、第３の層１４の材料例については、後で図７を用いて説明する。
【００３１】
第３の層１４は、光を透過しない程度の膜厚を有することが好ましい。低反射時において入射光が第３の層１４によって吸収され、迷光などが発生する虞がなくなるからである。
【００３２】
第１の層１１，第２の層１３および第３の層１４は、互いに光学的特性の異なる２以上の層で構成された複合層としてもよいが、この場合には複合層における合成した光学的特性が単層の場合と同等な特性を有するものとする必要がある。
【００３３】
次に、図３および図４、ならびに図５を参照して、上記のような光学多層構造体１を実現するために上記した各層の光学定数が満たすべき条件について説明する。以下の説明において用いる図３および図４は、図１および図２に示した光学多層構造体１を表しているが、説明をわかりやすくするために、入射媒質である基板１０を点線で表し、透明な第１の層１１を最上層、光の吸収のある第３の層１４を最下層として、図１および図２とは逆の順序で示している。
【００３４】
本実施の形態では、図３および図４に示したように、ｎS の屈折率を持つ透明な基板１０が入射媒質であり、ｎ1 の屈折率を持つ透明な第１の層１１が最上層であり、第２の層１３と最下層である第３の層１４とが光の吸収のある材料により形成されている。図３は間隙部１２が存在し、高反射時の状態、図４は間隙部１２がなく、低反射時の状態をそれぞれ示している。
【００３５】
まず、図４に示した間隙部１２がない場合、すなわち低反射の場合には、第１の層１１，第２の層１２および第３の層１４のそれぞれの材料の光学アドミッタンスを合成した合成光学アドミッタンスが、基板１０の光学アドミッタンス（ｎS と等値）となるようにすれば、設計波長に対する反射率を０とすることができる。ここで、光学アドミッタンスｙは、複素屈折率Ｎ（＝ｎ−ｉ・ｋ、ｎは屈折率，ｋは消衰係数，ｉは虚数単位）と値が同じである。例えば、空気のアドミッタンスはｙ（air ）＝1 、ｎ（air ）＝1 、ガラスのアドミッタンスはｙ（glass ）＝１．５２、ｎ（glass ）＝１．５２である。
【００３６】
すなわち、ｎ1 の屈折率を持つ透明な第１の層１１が、ダイアグラム上の（ｎS ，０）の点 (基板１０の光学アドミッタンスであり、屈折率と等値) を通る軌跡は、図５に示したように、実軸Ｒｅ（Ｙ）上でｎS とｎ1 2 ／ｎS とを通り、中心Ｃが（ｎ1 2 ＋ｎS 2 ）／２ｎS 、半径ｒが（ｎ1 2 −ｎS 2 ）／２ｎS の円弧ａとなる。ここで、第３の層１４の材料の光学アドミッタンスｙ3 （＝複素屈折率Ｎ3 （＝ｎ3 −ｉ・ｋ3 、ｎ3 は屈折率、ｋ3 は消衰係数、ｉは虚数単位））が図５の円弧ａの内側にあり、円弧ａの外側に、第２の層１３の材料の光学アドミッタンスｙ2 （＝複素屈折率Ｎ2 （＝ｎ2 −ｉ・ｋ2 、ｎ2 は屈折率、ｋ2 は消衰係数、ｉは虚数単位））があるとすると、第３の層１４と第２の層１３との合成光学アドミッタンスｙ32は、第３の層１４の光学アドミッタンスｙ3 から出発して、第２の層１３の膜厚増加とともに緩やかなカーブを描き、第２の層１３の光学アドミッタンスｙ2 に帰着する。第３の層１４の光学アドミッタンスｙ3 と第２の層１３の光学アドミッタンスｙ2 とは、第１の層１１の円弧ａを挟んで反対側に位置しているので、第３の層１４と第２の層１３との合成光学アドミッタンスｙ32は、第１の層１１の円弧ａを必ず横切る。こうして、第３の層１４と第２の層１３との合成光学アドミッタンスｙ32が第１の層１１の円弧ａとの交点における値となるように、第２の層１３の膜厚を決めることができる。第３の層１４，第２の層１３および第１の層１１の合成光学アドミッタンスは、この交点から第１の層１１の円弧ａに沿って移動する。したがって、第１の層１１，第２の層１２および第３の層１４の合成光学アドミッタンスが、基板１０の光学アドミッタンス（ｎS と等値）となるように第１の層１１の膜厚を決めることができる。
【００３７】
このように、第３の層１４の光学アドミッタンスｙ3 と第２の層１３の光学アドミッタンスｙ2 とが、第１の層１１の光学的特性に依存する円弧ａを挟んで反対側に位置するようにすれば、設計波長に対する反射率が０となるような膜厚の組合せが必ず存在する。第３の層１４の光学アドミッタンスｙ3 が円弧ａの内側でもよいし外側でもよい。
【００３８】
かかる条件を満たすための、第３の層１４および第２の層１３の光学定数の関係は、次式（４）のようになる。但し、別の光学定数を持った材料をごく薄く配することで第３の層１４，第２の層１３および第１の層１１の合成光学アドミッタンスがｎS に帰着することもあるので、式（４）を完全に満たさなくても良い場合もあることから、式（４）をほぼ満たす状態であればよい。
【００３９】
【数４】
0004088864.tif 000004
【００４０】
図５において、第１の層１１の光学的な膜厚ｎ1 ・ｄ1 は、（ｎS ，０）から出発した第１の層１１の円弧ａがちょうど半円となる（実軸上のｎ1 2 ／ｎS ）ときに、「λ／４」（λは入射光の設計波長）となる。第３の層１４と第２の層１３との合成光学アドミッタンスｙ32が第１の層１１の円弧ａを横切るのはその半円の途中であるから、第１の層１１の光学的な膜厚ｎ1 ・ｄ1 は、「λ／４」以下であることになる。
【００４１】
一方、図３に示したように、間隙部１２がある場合には、第１の層１１，間隙部１２，第２の層１３および第３の層１４の合成光学アドミッタンスが、基板１０の屈折率ｎS に帰着せず、高反射となる。
【００４２】
すなわち、この光学多層構造体１では、第１の層１１と第２の層１３との間の間隙部１２の間隔が「０」のときには反射防止膜となり、その間隔が設計波長に対し光学的にほぼλ／４の時には反射膜となる。つまり、間隔を「０」と「λ／４」との間で可変とすることで、後述のように反射率を「０」と「７０％」以上とに変えられる光スイッチング素子を実現することができる。間隙部１２の間隔を可変とするためには、基板１０および第１の層１１のうちの少なくとも一方と、第２の層１３および第３の層１４のうちの少なくとも一方とに、少なくとも一部にＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）（ｎ＝２．０）などの透明導電膜を含め、静電気により駆動するなどの方法が考えられる。透明導電膜は、ＩＴＯのほか、酸化スズ（ＳｎＯ2 ）（ｎ＝２．０），酸化亜鉛（ＺｎＯ）（ｎ＝２．０）からなるものでもよい。
【００４３】
ところで、上記式（４）において、等号は、第２の層１３の光学的特性が第３の層１４の光学的特性に等しい場合、すなわち、図６に示したように、図３において第２の層１３が省略されている場合にあたる。図５の光学アドミッタンスダイアグラムでは、第３の層１４の光学アドミッタンスｙ3 が第１の層１１の円弧ａ上にある場合に相当する。
【００４４】
このような光学多層構造体の材料の組み合わせとしては、上記のような制約を満足すればよく、その選定の自由度は広い。図７は、基板１０がＳｉＯ2 、第１の層１１がＴｉＯ2 である場合の第１の層１１の光学アドミッタンスダイアグラムを表す曲線ａ（図５の円弧ａに相当）と、第２の層１３および第３の層１４として用いうる各種材料の光学アドミッタンス（複素屈折率と等値）とを合わせて示したものである。図７の曲線（半円）ａの内側の材料と外側の材料とを組み合せれば上述の光学多層構造体を実現する設計が見つかる。表１はその一例を表すものである。なお、表１における光学特性は、Palik の文献値を用いている（E.D. Palik, Handbook of Optical Constants of Solids, Academic Press ）。
【００４５】
【表１】
0004088864.tif 000005
【００４６】
ここでは、基板１０としてクオーツ（ＳｉＯ2 ）、第１の層１１としてＴｉＯ2 層、間隙部１２として空気層（ｎ＝１．００）、第２の層１３としてタングステン層、第３の層１４としてカーボン層を用いた。カーボン層からなる第３の層１４は、上述したように光を透過しない程度の膜厚を有するが、ここでは３００ｎｍ以上としている。その理由は、第３の層１４のカーボン層の膜厚が１００ｎｍ，３００ｎｍおよび十分に厚い場合のそれぞれについて低反射時の反射特性を調べたところ、図８に示したように、膜厚３００ｎｍでは十分に厚い場合とほぼ同程度の反射特性を示したからである。なお、図８において、曲線８Ａは膜厚１００ｎｍの場合、曲線８Ｂは膜厚３００ｎｍの場合、そして曲線８Ｃは膜厚が十分に厚い場合を表している。
【００４７】
図９は、このような構成で、入射光の波長（設計波長５５０ｎｍ）と反射率との関係をシミュレーションした結果を表すものである。ここで、曲線９Ａは間隙部１２（空気層）の光学膜厚が「０」（低反射側）、曲線９Ｂは光学膜厚が「λ／４」（１３８ｎｍ）（高反射側）の場合の特性をそれぞれ表している。図９から分かるように、設計波長５５０ｎｍで、低反射時は０％、高反射時は７３％の反射特性を示している。また、図１０は、低反射時の合成光学アドミッタンスダイアグラムを示すもので、合成光学アドミッタンスが１．４６（基板１０の屈折率）に帰着していることが分かる。これに対して、図１１は、高反射時の合成光学アドミッタンスダイアグラムを示すもので、合成光学アドミッタンスは基板１０の屈折率に帰着していない。
【００４８】
なお、図７に示した各種材料の光学アドミッタンス（複素屈折率と等値）から分かるように、第２の層１３の材料としては、タングステンの代わりにゲルマニウム，タンタル，チタンなどを用いても同等の特性を得ることができる。また、基板１０はガラスまたはプラスチックでもよい。
【００４９】
表２は、上記式（４）において等号の場合、すなわち、第２の層１３の光学的特性を第３の層１４の光学的特性に等しくして第２の層１３を省略した構成（図６参照）の一例を示したものである。
【００５０】
【表２】
0004088864.tif 000006
【００５１】
ここでは、基板１０としてクオーツ（ＳｉＯ2 ）、第１の層１１としてＴｉＯ2 層、間隙部１２として空気層（ｎ＝１．００）を用いたことは表１の例と同様であるが、第２の層１３を省略し、第３の層１４としてシリコン（Ｓｉ）結晶を用いている。図７から分かるように、シリコン結晶の光学アドミッタンス（複素屈折率と等値）は、ほぼ、ＴｉＯ2 層からなる第１の層１１の光学アドミッタンス曲線ａ上にある。
【００５２】
図１２は、表２に示した構成で、入射光の波長（設計波長５５０ｎｍ）と反射率との関係をシミュレーションした結果を表すものである。ここで、曲線１２Ａは間隙部１２（空気層）の光学膜厚が「０」（低反射側）、曲線１２Ｂは光学膜厚が「λ／４」（１３８ｎｍ）（高反射側）の場合の特性をそれぞれ表している。図１２から分かるように、設計波長５５０ｎｍで、低反射時は０．２％、高反射時は７６％の反射特性を示している。
【００５３】
本実施の形態の光学多層構造体１は、基板１０側から光を入射させ、間隙部１２の光学的な間隔を、λ／４の奇数倍とλ／４の偶数倍（０を含む）との間（例えば、「λ／４」と「０」との間）で、２値的あるいは連続的に変化させることによって、入射した光の反射，透過若しくは吸収の量を変化させるものである。
【００５４】
このように本実施の形態では、基板１０側からの入射光に変調をかけるようにしたので、基板１０自体が光学多層構造体１の透明保護基板を兼ねることができるようになる。したがって、基板１０側（光が入射する側）に別の透明保護基板を配置する必要がなくなり、反射界面が少なくて済む。さらに、この光学多層構造体１を用いて画像表示装置を形成する場合には、基板１０の他方の面にカラーフィルターなどを直接作り込むことができ、カラーフィルターを形成した透明保護基板を別部品として用意する必要がなくなる。また、光学多層構造体１の第２の層１４側の保護部材は、光が入射しないので透明基板である必要はなく、不透明な材料、例えば安価な金属板などでもよく、どのようなものを配置してもよい。
【００５５】
また、例えば５５０ｎｍなどの可視光領域においても、低反射時の反射率を殆ど０、高反射時の反射率を７０％以上とすることができるので、１０００対１程度の高コントラストのディスプレイを実現可能である。しかも、構成が簡単であるので、ＧＬＶなどの回折格子構造やＤＭＤなどの複雑な３次元構造よりも容易に作製することができる。また、ＧＬＶは１つのピクセルに６本の格子状のリボンが必要であるが、本実施の形態では１本で済むので、構成が簡単であり、かつ小さく作製することが可能である。また、可動部分の移動範囲も高々「λ／２」であるため、１０ｎｓレベルの高速応答が可能になる。よって、ディスプレイ用途のライトバルブとして用いる場合には、後述のように１次元アレイの簡単な構成で実現することができる。
【００５６】
更に、本実施の形態の光学多層構造体１は、間隙部を金属薄膜や反射層で挟んだ構造の狭帯域透過フィルタ、すなわちファブリーペロータイプのものとは本質的に異なるものであるため、低反射帯の帯域幅を広くすることができる。よって、製作時の膜厚管理のマージンを比較的広くとることが可能であり、設計の自由度が増す。
【００５７】
また、本実施の形態では、第２の層１３および第３の層１４の複素屈折率はある条件を満足する値であれば良いため、材料の選択の自由度が広くなる。さらに、第３の層１４は光を透過しない程度の厚さを有するので、低反射時において入射光は第３の層１４に吸収され、迷光などが発生する心配はなくなる。
【００５８】
以上のように、本実施の形態の光学多層構造体１を用いることにより、高速で小型であり、しかも信頼性の向上した光スイッチング素子および画像表示装置を実現することができる。これらの詳細については後述する。
【００５９】
〔駆動方法〕
次に、上記光学多層構造体１における間隙部１２の間隔を変化させるための具体的な手段について説明する。
【００６０】
図１３は、静電気により光学多層構造体を駆動する例を示している。この光学多層構造体は、透明な基板１０の上の第１の層１１の両側にそれぞれ例えばアルミニウムからなる電極１６ａ，１６ａを設けると共に、第２の層１３および第３の層１４を例えば窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）からなる支持体１５により支持し、この支持体１５の電極１６ａ，１６ａに対向する位置に電極１６ｂ，１６ｂを形成したものである。
【００６１】
この光学多層構造体では、電極１６ａ，１６ａおよび電極１６ｂ，１６ｂへの電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部１２の光学的な間隔を、例えば「λ／４」と、「０」との間、あるいは「λ／４」と「λ／２」との間で２値的に切り替える。勿論、電極１６ａ，１６ａ、電極１６ｂ，１６ｂへの電圧印加を連続的に変化させることにより、間隙部１２の間隔をある値の範囲で連続的に変化させ、入射した光の反射、若しくは透過あるいは吸収等の量を連続的（アナログ的）に変化させるようにすることもできる。
【００６２】
光学多層構造体を静電気で駆動するものとしては、その他、図１４および図１５に示した方法によってもよい。図１４に示した光学多層構造体１は、透明な基板１０の上の第１の層１１上に例えばＩＴＯ（Indium-Tin Oxide) からなる透明導電膜１７ａを設けると共に、第２の層１３および第３の層１４を架橋構造に形成し、この第２の層１３および第３の層１４の外面に同じくＩＴＯからなる透明導電膜１７ｂを設けたものである。
【００６３】
この光学多層構造体では、透明導電膜１７ａ，１７ｂ間への電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部１２の光学膜厚を切り替えることができる。
【００６４】
図１５に示した光学多層構造体では、図１３の光学多層構造体の透明導電膜１７ａの代わりに、導電性のある第１の層１１として例えばＩＴＯなどの高屈折率透明導電膜を配したものである。
【００６５】
光学多層構造体の駆動は、このような静電気の他、トグル機構や圧電素子などのマイクロマシンを用いる方法、磁力を用いる方法や、形状記憶合金を用いる方法など、種々考えられる。図１６（Ａ），（Ｂ）は磁力を用いて駆動する態様を示したものである。この光学多層構造体では、第３の層１４の上に開孔部を有するコバルト（Ｃｏ）などの磁性材料からなる磁性層４０を設けると共に基板１０の下部に電磁コイル４１を設けたものであり、この電磁コイル４１のオン・オフの切り替えにより、間隙部１２の間隔を例えば「λ／４」（図１６（Ａ））と「０」（図１６（Ｂ））との間で切り替え、これにより反射率を変化させることができる。
【００６６】
〔光スイッチング装置〕
図１７は、上記光学多層構造体１を用いた光スイッチング装置１００の構成を表すものである。光スイッチング装置１００は、例えばガラスからなる基板１１０上に複数（図では４個）の光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄを一次元アレイ状に配設したものである。なお、１次元に限らず、２次元に配列した構成としてもよい。この光スイッチング装置１００では、基板１１０の一方の面の一方向（素子配列方向）に沿って例えばＩＴＯ膜１１１ＡとＴｉＯ2 膜１１１Ｂとが形成されている。このＩＴＯ膜１１１ＡとＴｉＯ2 膜１１１Ｂとが、上記実施の形態における第１の層１１に対応する。
【００６７】
基板１１０上には、ＩＴＯ膜１１１Ａおよび窒化ケイ素膜１１１Ｂに対して直交する方向に、複数本のタングステン（Ｗ）膜１１３が配設されている。タングステン膜１１３の外側には、カーボン（Ｃ）膜１１４が配設されている。これらタングステン膜１１３およびカーボン膜１１４が上記実施の形態の第２の層１３および第３の層１４にそれぞれ対応する。ＴｉＯ2 膜１１１Ｂとタングステン膜１１３との間には、スイッチング動作（オン・オフ）に応じてその光学的な間隔が変化する間隙部１１２が設けられている。間隙部１１２の間隔は、入射光の波長（λ＝５５０ｎｍ）に対しては、例えば「λ／４」（１３８ｎｍ）と「０」との間で変化するようになっている。
【００６８】
光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄは、例えばＩＴＯ膜１１１Ａおよびタングステン膜１１３への電圧印加による電位差で生じた静電引力によって、間隙部１２の光学膜厚を、例えば「λ／４」と「０」との間で切り替える。図１７では、光スイッチング素子１００Ａ，１００Ｃが間隙部１２が「０」の状態（すなわち、低反射状態）、光スイッチング素子１００Ｂ，１００Ｄが間隙部１２が「λ／４」の状態（すなわち、高反射状態）を示している。なお、ＩＴＯ膜１１１Ａおよびタングステン膜１１３と、電圧印加装置（図示せず）とにより、本発明の「駆動手段」が構成されている。
【００６９】
この光スイッチング装置１００では、ＩＴＯ膜１１１Ａを接地して電位を０Ｖとし、第２の層１３に対応するタングステン膜１１３に例えば＋１２Ｖの電圧を印加すると、その電位差によりＩＴＯ膜１１１Ａとタングステン膜１１３との間に静電引力が発生し、図１７では光スイッチング素子１００Ａ，１００Ｃのように第１の層と第２の層とが密着し、間隙部１１２が「０」の状態となる。この状態では、入射光Ｐ1 は上記多層構造体を透過し、更に第３の層１４に対応するカーボン膜１１４に吸収される。
【００７０】
次に、第２の層側の透明導電膜１０６を接地させ電位を０Ｖにすると、ＴａＮX 膜１０２とＩＴＯ膜１０６との間の静電引力がなくなり、図１４では光スイッチング素子１００Ｂ，１００Ｄのように第１の層と第２の層との間が離間して、間隙部１２が「λ／４」の状態となる。この状態では、入射光Ｐ1 は反射され、反射光Ｐ3 となる。
【００７１】
このようにして、本実施の形態では、光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄ各々において、入射光Ｐ1 を静電力により間隙部を２値に切り替えることによって、反射光がない状態と反射光Ｐ3 が発生する状態の２値に切り替えて取り出すことができる。勿論、前述のように間隙部の間隔を連続的に変化させることにより、入射光Ｐ1 を反射がない状態から反射光Ｐ3 が発生する状態に連続的に切り替えることも可能である。
【００７２】
これら光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄでは、可動部分の動かなくてはならない距離が、大きくても入射光の「λ／２（あるいはλ／４）」程度であるため、応答速度が１０ｎｓ程度に十分高速である。よって、一次元アレイ構造で表示用のライトバルブを実現することができる。
【００７３】
加えて、本実施の形態では、１ピクセルに複数の光スイッチング素子を割り当てれば、それぞれ独立に駆動可能であるため、画像表示装置として画像表示の階調表示を行う場合に、時分割による方法だけではなく、面積による階調表示も可能である。
【００７４】
〔画像表示装置〕
図１８は、上記光スイッチング装置１００を用いた画像表示装置の一例として、プロジェクションディスプレイの構成を表すものである。ここでは、光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄからの反射光Ｐ3 を画像表示に使用する例について説明する。
【００７５】
このプロジェクションディスプレイは、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）各色のレーザからなる光源２００ａ，２００ｂ，２００ｃと、各光源に対応して設けられた光スイッチング素子アレイ２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃ、ダイクロイックミラー２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃ、プロジェクションレンズ２０３、１軸スキャナとしてのガルバノミラー２０４および投射スクリーン２０５を備えている。なお、３原色は、赤，緑，青の他、シアン，マゼンダ，イエローとしてもよい。スイッチング素子アレイ２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃはそれぞれ、上記スイッチング素子を紙面に対して垂直な方向に複数、必要画素数分、例えば１０００個を１次元に配列したものであり、これによりライトバルブを構成している。
【００７６】
このプロジェクションディスプレイでは、ＲＧＢ各色の光源２００ａ，２００ｂ，２００ｃから出た光は、それぞれ光スイッチング素子アレイ２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃに入射される。なお、この入射角は偏光の影響がでないように、なるべく０に近くし、垂直に入射させるようにすることが好ましい。各光スイッチング素子からの反射光Ｐ3 は、ダイクロイックミラー２０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃによりプロジェクションレンズ２０３に集光される。プロジェクションレンズ２０３で集光された光は、ガルバノミラー２０４によりスキャンされ、投射スクリーン２０５上に２次元の画像として投影される。
【００７７】
このように、このプロジェクションディスプレイでは、複数個の光スイッチング素子を１次元に配列し、ＲＧＢの光をそれぞれ照射し、スイッチング後の光を１軸スキャナにより走査することによって、２次元画像を表示することができる。
【００７８】
また、本実施の形態では、低反射時の反射率を０．１％以下、高反射時の反射率を７０％以上とすることができるので、１，０００対１程度の高コントラストの表示を行うことができると共に、素子に対して光が垂直に入射する位置で特性を出すことができるので、光学系を組む際に、偏光等を考慮にする必要がなく、構成が簡単である。
【００７９】
以上実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および変形例に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、光源としてレーザを用いて一次元アレイ状のライトバルブを走査する構成のディスプレイについて説明したが、図１９に示したように、二次元状に配列された光スイッチング装置２０６に白色光源２０７からの光を照射して投射スクリーン２０８に画像の表示を行う構成とすることもできる。
【００８０】
また、上記実施の形態では、基板としてガラス基板を用いる例について説明したが、図２０に示したように、例えば厚さ２ｍｍ以内の柔軟性を有する（フレキシブルな）基板２０９を用いたペーパ−状のディスプレイとし、直視により画像を見ることができるようにしてもよい。
【００８１】
また、上記実施の形態では、ＲＧＢ各色の光源を用いるようにしたが、カラーフィルターを用いてカラー表示を行うようにしてもよい。その場合には、図２１に示したように、基板１１０の一方の面１１０Ａに上記光学多層構造体を用いた光スイッチング素子１００を配設し、他方の面１１０Ｂにカラーフィルター１２０Ｒ，１２０Ｇ，１２０Ｂを形成するようにすることができる。また、この基板１１０の他方の面１１０Ｂに、反射防止膜１３０を設けることも可能である。
【００８２】
更に、上記実施の形態では、本発明の光学多層構造体をディスプレイに用いた例について説明したが、例えば光プリンタに用いて感光性ドラムへの画像の描きこみをする等、ディスプレイ以外の光プリンタなどの各種デバイスにも適用することも可能である。
【００８３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項１９のいずれか１項に記載の光学多層構造体および請求項２０記載の光スイッチング素子によれば、基板側からの入射光に変調をかけるようにしたので、基板自体が光学多層構造体の透明保護基板を兼ねることができるようになる。したがって、基板側（光が入射する側）に別の透明保護基板を配置する必要がなくなり、反射界面が少なくて済む。さらに、この光学多層構造体または光スイッチング素子を用いて画像表示装置を形成する場合には、基板の他方の面にカラーフィルターなどを直接作り込むことができ、カラーフィルターを形成した透明保護基板を別部品として用意する必要がなくなる。また、光学多層構造体の第２の層側の保護部材は、光が入射しないので透明基板である必要はなく、不透明な材料、例えば安価な金属板などでもよく、どのようなものを配置してもよい。
【００８４】
しかも、構成が簡単であるので、ＧＬＶなどの回折格子構造やＤＭＤなどの複雑な３次元構造よりも容易に作製することができる。また、ＧＬＶは１つのピクセルに６本の格子状のリボンが必要であるが、上記の光学多層構造体では１本で済むので、構成が簡単であり、かつ小さく作製することが可能である。また、間隙部をなくして基板上に第１の層、第２の層および第３の層をこの順で接する構造とすることにより、反射防止膜として利用することができる。
【００８５】
更に、上記の光学多層構造体は、間隙部を金属薄膜や反射層で挟んだ構造の狭帯域透過フィルタ、すなわちファブリーペロータイプのものとは本質的に異なるものであるため、低反射帯の帯域幅を広くすることができる。よって、製作時の膜厚管理のマージンを比較的広くとることが可能であり、設計の自由度が増す。
【００８７】
また、基板の屈折率をｎS 、第１の層の屈折率をｎ1 、第２の層の複素屈折率をＮ2 （＝ｎ2 −ｉ・ｋ2 、ｎ2 は屈折率、ｋ2 は消衰係数、ｉは虚数単位）、第３の層の複素屈折率をＮ3 （＝ｎ3 −ｉ・ｋ3 、ｎ3 は屈折率、ｋ3 は消衰係数、ｉは虚数単位））とするとき、これらが特定の条件を満たすように構成したので、間隙部の光学的な間隔を変化させることにより、入射した光の反射、透過若しくは吸収の量を変化させることができ、簡単な構成で、特に例えば５５０ｎｍなどの可視光領域においても、低反射時の反射率を殆ど０、高反射時の反射率を７０％以上とすることができる。したがって、１０００対１程度の高コントラストのディスプレイを実現可能である。さらに、第２の層および第３の層の複素屈折率Ｎ2 ，Ｎ3 はある条件を満足する値であれば良いため、材料の選択の自由度が広くなる。
【００８８】
特に、請求項２記載の光学多層構造体によれば、第３の層は光を透過しない程度の厚さを有するので、低反射時において入射光は第３の層に吸収され、迷光などが発生する心配はなくなる。
また、特に、請求項３記載の光学多層構造体によれば、第２の層の光学的特性を第３の層の光学的特性に等しくして第２の層を省略しているので、構造や製造プロセスをより簡単にすることができる。
【００８９】
加えて、特に、請求項５記載の光学多層構造体によれば、間隙部の光学的な間隔をλ／４の奇数倍とλ／４の偶数倍との間で２値的あるいは連続的に変化させるようにしたので、可動部分の移動範囲も高々「λ／２」となり、１０ｎｓレベルの高速応答が可能になる。よって、ディスプレイ用途のライトバルブとして用いる場合には、１次元アレイの簡単な構成で実現することができる。
【００９０】
また、請求項２１または請求項２２に記載の画像表示装置によれば、本発明の光スイッチング素子を１次元または２次元に配列し、この１次元または２次元アレイ構造の光スイッチング装置を用いて画像表示を行うようにしたので、高コントラストの表示を行うことができると共に、素子に対して光が垂直に入射する位置で特性を出すことができるので、光学系を組み立てる場合に、偏光等を考慮にする必要がなく、構成が簡単となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学多層構造体の間隙部が「λ／４」のときの構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した光学多層構造体の間隙部が「０」のときの構成を表す断面図である。
【図３】  図１に示した光学多層構造体を、入射媒質である基板を点線で表し、第１の層を最上層、第３の層を最下層として、図１とは逆の順序で示した断面図である。
【図４】図２に示した光学多層構造体を、入射媒質である基板を点線で表し、第１の層を最上層、第３の層を最下層として、図２とは逆の順序で示した断面図である。
【図５】光学アドミッタンスダイアグラム上で、ｎ1 の屈折率を持つ透明な第１の層が、ダイアグラム上の（ｎS ，０）の点 (基板の光学アドミッタンス) を通る軌跡を表す図である。
【図６】図１の光学多層構造体の変形例を表す図である。
【図７】図１に示した光学多層構造体において基板をＳｉＯ2 、第１の層をＴｉＯ2 により形成した場合の第１の層の光学アドミッタンスダイアグラムと、の各種材料の光学アドミッタンスとを合わせて示す図である。
【図８】表１に示した構成例について、第３の層のカーボン層の膜厚を１００ｎｍ、３００ｎｍおよび十分に厚い場合に変化させた場合のそれぞれについて低反射時の反射特性を表す図である。
【図９】表１に示した構成例の反射特性を表す図である。
【図１０】図９の例の低反射時の光学アドミッタンスを表す図である。
【図１１】図９の例の高反射時の光学アドミッタンスを表す図である。
【図１２】表２に示した構成例の反射特性を表す図である。
【図１３】光学多層構造体の静電気による駆動方法を説明するための断面図である。
【図１４】光学多層構造体の静電気による他の駆動方法を説明するための断面図である。
【図１５】光学多層構造体の静電気による更に他の駆動方法を説明するための断面図である。
【図１６】光学多層構造体の磁気による駆動方法を説明するための断面図である。
【図１７】光スイッチング装置の一例の構成を表す図である。
【図１８】ディスプレイの一例の構成を表す図である。
【図１９】ディスプレイの他の例を表す図である。
【図２０】ペーパー状ディスプレイの構成図である。
【図２１】ディスプレイのさらに他の例を表す図である。
【符号の説明】
１…光学多層構造体、１０，１１０…基板、１１…第１の層、１２，１１２…間隙部、１３…第２の層、１４…第２の層、１００…光スイッチング装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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