(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓薄膜を有する光変調部を基板上に一次元又は二次元に配列し、前記可撓薄膜を静電気応力によって変形させ、光の透過率を変化させることで画像表現可能のアレイ型光変調素子において、
前記画像を構成する最小単位の各画素をそれぞれ複数に分割した各分割領域に前記光変調部を設け、
前記各画素のそれぞれの領域に設けられた複数の前記光変調部で、前記静電気応力発生に供される基板側電極同士、及び膜側電極同士が共通の電極で接続され、各画素内での各光変調部の動作が等しいことを特徴とするアレイ型光変調素子。
【請求項２】
前記各画素を異なる面積の領域に分割したことを特徴とする請求項１記載のアレイ型光変調素子。
【請求項３】
各画素を、単純マトリクス構造で配列したことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のアレイ型光変調素子。
【請求項４】
各画素を、能動素子の付加されたアクティブマトリクス構造で配列したことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のアレイ型光変調素子。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源とを具備し、該平面光源から出射される光を前記アレイ型光変調素子によって光変調することを特徴とするアレイ型露光素子。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源と、前記アレイ型光変調素子を挟み該平面光源の反対側に設けた蛍光体とを具備し、前記アレイ型光変調素子から出射される光を前記蛍光体によって可視光又は赤外光に波長変換することを特徴とするアレイ型露光素子。
【請求項７】
前記平面光源が、紫外線出射光源であることを特徴とする請求項５又は請求項６のいずれかに記載のアレイ型露光素子。
【請求項８】
請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源と、前記アレイ型光変調素子を挟み該平面光源の反対側に設けた蛍光体とを具備し、前記アレイ型光変調素子から出射される光によって前記蛍光体を発光表示させることを特徴とする平面型ディスプレイ。
【請求項９】
前記平面光源が、紫外線出射光源であることを特徴とする請求項８記載の平面型ディスプレイ。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項記載のアレイ型光変調素子の駆動方法であって、前記光変調素子は、静電気力による可撓薄膜の変位動作と、該可撓薄膜の弾性復帰動作とによって光変調を行い、前記光変調素子の弾性復帰動作を行うリセット走査の後に、変位動作又は状態維持を選択する書き込み走査を行うことを特徴とするアレイ型光変調素子の駆動方法。
【請求項１１】
請求項４記載のアレイ型光変調素子の駆動方法であって、前記光変調素子は、静電気力による可撓薄膜の変位動作と、該可撓薄膜の弾性復帰動作とによって光変調を行い、前記光変調素子に所望の電圧を印加する書き込み走査を行うことを特徴とするアレイ型光変調素子の駆動方法。
【請求項１２】
請求項４記載のアレイ型光変調素子の駆動方法であって、前記光変調素子は、静電気力による可撓薄膜の変位動作と、該可撓薄膜の弾性復帰動作とによって光変調を行い、前記光変調素子の復帰動作を行うリセット信号を印加した後に所望の電圧を印加する書き込み走査を行うことを特徴とするアレイ型光変調素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、可撓薄膜を用いて光の透過率を変化させるアレイ型光変調素子と、紫外線感光材料、可視光感光材料、赤外光感光材料などの露光に用いて好適なアレイ型露光素子と、アレイ型光変調素子によって蛍光体を発光表示させる平面型ディスプレイ、及びアレイ型光変調素子の駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、各種作像プロセスに用いるデジタル露光方法としては、レーザ光を用いるものや、ＵＶ光源とＬＣＤシャッターとを用いるもの、或いは、ＵＶ光源と電気光学結晶シャッターを用いるものなどがある。
【０００３】
レーザ光を用いるものは、像形成体と、レーザビームとを相対的に移動させる例えばラスタ走査により連続的な露光を行う。この方法は、微細な像の作像を、それ自体の像発生機能を用いて行うことができる。
【０００４】
ＵＶ光源とＬＣＤシャッターとを用いるものは、ＬＣＤシャッターの有する、電界による分子の配列変化に伴う光学的性質の変化を利用して、紫外線を選択的に遮断することで露光を制御する。
【０００５】
ＵＶ光源と電気光学結晶シャッターとを用いるものは、屈折率変化が印加電界の１乗に比例する電気光学結晶の一次電気光学効果を利用する。この電気光学結晶シャッターとしては、例えばポッケルスセルがある。ポッケルスセルは、電気光学結晶の平行平面板を光学軸に垂直に切り出し、光学軸方向に電界を印加するとともに、この方向に紫外線を透過した時に生じる複屈折を利用して露光を制御する。
【０００６】
また、薄型の平面表示装置としては、従来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（ＦＥＤ）等がある。
【０００７】
液晶表示装置は、導電性透明膜を形成した一対の基板間に、配向した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。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、液晶分子を基板に対して垂直に配向し、バックライトからの光の透過率を変化させることで行う。フルカラー表示や、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。
【０００８】
プラズマ表示装置は、ネオン等の希ガスを封入した二枚のガラス板の間に、陽極と陰極に相当する規則的に配列した直交方向の電極を多数配置し、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。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、この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させて行う。
【０００９】
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する平板状の表示管としての構造を有する。表示面側のパネルの内面には、蛍光膜を設け、背面パネル上には個々の単位発光領域ごとに電界放出陰極を配列する。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形突起状の電界放出型マイクロカソードを有している。ＦＥＤによる表示は、エミッタティプを用いて電子を取出し、これを蛍光体に加速照射することで、蛍光体を励起させて行う。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の光変調素子、露光素子、平面型ディスプレイには、以下に述べる種々の問題があった。
即ち、レーザ光を用いるものでは、装置が大型化するとともに、装置コストが増大する不利がある。また、レーザビームを走査することにより露光を行うため、像形成体に対して全面露光を行うことができず、マルチチャンネル化が難しく、高速露光が困難であった。
ＵＶ光源とＬＣＤシャッターとを用いるものでは、ＬＣＤシャッターを構成する複数の透過要素を透過させるため、光利用効率が低下するとともに、ＬＣＤシャッターの紫外線に対する耐久性が低い問題もあった。
ＵＶ光源と電気光学結晶シャッターとを用いるものは、駆動電圧が高いとともに、ＡＤＰ（ＮＨ4Ｈ2ＰＯ4）、ＫＤＰ（ＫＨ2ＰＯ4）などの結晶を切り出して電気光学結晶シャッターを作成するため、二次元アレイ化が困難である問題があった。
【００１１】
また、上述の各平面表示装置には、以下に述べる種々の問題があった。
即ち、液晶表示装置では、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ＴＦＴが必要とされ、且つ二枚の基板間に液晶を注入し、配向させなければならないことも相まって、大面積化が困難である欠点があった。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。
プラズマ表示装置では、画素毎にプラズマを発生させるための隔壁形成と、高度な真空封止とが要求され、製造コストが高くなるとともに、大重量となる欠点があった。また、単位画素ごとに、陽極と陰極に相当する多数の電極を規則的に配列しなければならないため、電極数が多くなるとともに、高精細、高輝度の画像が得にくい欠点があった。更に、駆動電圧が高く、駆動ＩＣが高価な欠点もあった。
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。
【００１２】
更に、光変調素子には、図２０に示すように、基板１上に支柱３を設け、支柱３の上端に基板１と平行な可撓薄膜５を設けてなるものがある。可撓薄膜５上には遮光膜７を形成してある。基板１上と、遮光膜７上には、透明電極９ａ、９ｂを対向させて形成してある。
【００１３】
この光変調素子１１は、透明電極９ａ、９ｂに電圧を印加することにより、図２１に示すように、静電気応力によって可撓薄膜５を変位（電気機械動作）させ、ＵＶ平面光源からの光を変調可能としている。
【００１４】
従来、この種の光変調素子１１は、一画素に、一変調部を対応させて構成していた。従って、画素サイズが大きくなると、相対的に、変調部を大きくする必要があった。例えば、角度１０インチのディスプレイで、ＶＧＡ解像度（６４０×４８０画素）の画素サイズでは、約３００μｍ×３００μｍとなる。従って、上述の光変調素子１１の構造では、支柱の高さが３００μｍ以上必要となり、薄膜プロセスによる製造が困難となった。また、可撓薄膜を撓ませるための印加電圧が高くなり、駆動回路の負担が大きくなる問題が生じた。更に、必要とする変位が大きいため、応答時間が長くなり、十分な高速化が図れず、且つストレス増大に伴い材料の寿命が短くなる問題があった。これに加え、このような２値の変調モードでは、多階調が困難であった。
【００１５】
そして、可撓薄膜を静電気力によって変形させたり弾性復帰させる場合、印加電圧Ｖgsと可撓薄膜の変位の関係はヒステリシス特性を示す。従って、印加電圧Ｖgsと光透過率Ｔとの関係も図１２に示すようにヒステリシス特性を示すことになる。
このヒステリシス特性によれば、光変調要素がＯＦＦ（光遮蔽）状態の状態では、ＶgsがＶth(L)以下ではＯＦＦ状態を維持し、ＶgsがＶth(H)以上になるとＯＮ状態を維持する。そして、光変調要素は、ＶgsがＶth(H)以上ではＯＮ状態を維持したままとなり、Ｖs(L)以下となるとＯＦＦ状態に飽和する。尚、Ｖgsの極性が負の場合は、正極性の縦軸対称の特性となる。
【００１６】
このようなヒステリシス特性を示すものでは、書き込みを行う前の可撓薄膜の状態に次の動作が影響を受けるため、再現良く正確に書き込み動作をさせるためには、書き込み動作の前にリセット動作、即ち、一旦平衡状態（ＯＦＦ状態）にして、その後に所望の透過率となるように書き込み動作を行うことが望ましい。しかし、単純に書き込み動作の前にリセット動作を行うと、１行当たりの走査時間が長くなり、マトリクスの行数を多くすることができず、また、時分割により階調を得る駆動方法においては、階調数を多くすることができないといった問題を生じることになる。
【００１７】
そこで、光変調素子の可撓部分の剛性を高めることで高速応答性を得ることが考えられるが、その反面、駆動電圧が増大するために駆動回路の負担が大きくなり、低コスト・小型化を妨げる要因となり得る。
【００１８】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、その第一の目的とするところは、装置コストの増大するレーザ光を用いず、高速化が可能で、しかも、光変調部の設計自由度が高いアレイ型光変調素子、アレイ型露光素子、及び平面型ディスプレイを提供することにある。
【００１９】
また、第二の目的とするところは、各光変調部が２値のモードであっても、一画素単位での多階調制御が可能となるアレイ型光変調素子の駆動方法を提供することにある。
【００２０】
さらに、第三の目的とするところは、光変調素子自体がヒステリシス特性を有するものであっても、安定した動作が得られるアレイ型光変調素子の駆動方法を提供することにある。
【００２１】
【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のアレイ型光変調素子は、可撓薄膜を有する光変調部を基板上に一次元又は二次元に配列し、前記可撓薄膜を静電気応力によって変形させ、光の透過率を変化させることで画像表現可能のアレイ型光変調素子において、前記画像を構成する最小単位の各画素をそれぞれ複数に分割した各分割領域に前記光変調部を設け、前記各画素のそれぞれの領域に設けられた複数の前記光変調部で、前記静電気応力発生に供される基板側電極同士、及び膜側電極同士が共通の電極で接続され、各画素内での各光変調部の動作が等しいことを特徴とする。
【００２２】
このアレイ型光変調素子では、一画素を複数に分割したそれぞれの領域に光変調部が設けられるため、個々の光変調部を小さく形成することができる。光変調部のサイズが小さくなることにより、薄膜プロセスが容易となり、特に可撓薄膜を撓ませて光変調を行う機構の場合には、この小サイズ化により印加電圧を低くすることができる。また、可撓薄膜の必要変位量が小さくなることから、応答時間が短くなり、高速化が可能になる。このアレイ型光変調素子では、一画素内での各光変調部が共通に動作し、小さな光変調部の集合体で、一つの画素の動作が可能となる。
【００２７】
請求項２のアレイ型光変調素子は、前記一画素を異なる面積の領域に分割したことを特徴とする。
【００２８】
このアレイ型光変調素子では、一画素を分割したそれぞれの領域を異なる面積とすることで、同一面積で分割した場合と比較して、同一分割数であっても、より多くの階調を得ることができる。
【００２９】
請求項３のアレイ型光変調素子は、各画素を、単純マトリクス構造で配列したことを特徴とする。
【００３０】
このアレイ型光変調素子では、単純マトリクス構造での光変調部の小サイズ化、高速化が可能になる。
【００３１】
請求項４記載のアレイ型光変調素子は、各画素を、能動素子の付加されたアクティブマトリクス構造で配列したことを特徴とする。
【００３２】
このアレイ型光変調素子では、アクティブマトリクス構造での光変調部の小サイズ化、高速化が可能となる。
【００３３】
請求項５記載のアレイ型露光素子は、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源とを具備し、該平面光源から出射される光を前記アレイ型光変調素子によって光変調することを特徴とする。
【００３４】
このアレイ型露光素子では、平面光源から出射される光がアレイ型光変調素子によって光変調される。そして、アレイ型光変調素子は、上述したように、一画素を複数に分割したそれぞれの領域に光変調部が設けられる。これにより、個々の光変調部を小さくしたアレイ型露光素子の形成が可能となる。また、露光制御のための印加電圧が低くなり、更に、露光制御のための応答時間が短くなり、高速化な露光が可能になる。
【００３５】
請求項６記載のアレイ型露光素子は、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源と、前記アレイ型光変調素子を挟み該平面光源の反対側に設けた蛍光体とを具備し、前記アレイ型光変調素子から出射される光を前記蛍光体によって可視光又は赤外光に波長変換することを特徴とする。
【００３６】
このアレイ型露光素子では、平面光源から出射される光が、アレイ型光変調素子によって光変調され、更にその光が蛍光体によって可視光又は赤外光に波長変換される。従って、可視光又は赤外光のアレイ型露光素子において、上述同様に光変調部の小サイズ化、露光制御電圧の低減、露光の高速化が可能になる。
【００３７】
請求項７記載のアレイ型露光素子は、前記平面光源が、紫外線出射光源であることを特徴とする。
【００３８】
このアレイ型露光素子では、紫外線感光材料の露光、或いは、蛍光体を励起することによる可視光感光材料、赤外光感光材料などの露光、更には、蛍光体を励起することによる発光表示が可能になる。
【００３９】
請求項８記載の平面ディスプレイは、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載の前記アレイ型光変調素子と、該アレイ型光変調素子に対向配置した平面光源と、前記アレイ型光変調素子を挟み該平面光源の反対側に設けた蛍光体とを具備し、前記アレイ型光変調素子から出射される光によって前記蛍光体を発光表示させることを特徴とする。
【００４０】
この平面型ディスプレイでは、平面光源から出射される光がアレイ型光変調素子によって光変調され、更にその光が蛍光体を発光表示させる。従って、平面型ディスプレイにおいて、光変調部の小サイズ化、表示制御電圧の低減、表示の高速化が可能になる。
【００４１】
請求項９記載の平面型ディスプレイは、前記平面光源が、紫外線出射光源であることを特徴とする。
【００４２】
この平面型ディスプレイでは、紫外線感光材料の露光、或いは、蛍光体を励起することによる可視光感光材料、赤外光感光材料などの露光、更には、蛍光体を励起することによる発光表示が可能になる。
【００５１】
請求項１０のアレイ型光変調素子の駆動方法は、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載のアレイ型光変調素子の駆動方法であって、前記光変調素子は、静電気力による可撓薄膜の変位動作と、該可撓薄膜の弾性復帰動作とによって光変調を行い、前記光変調素子の弾性復帰動作を行うリセット走査の後に、変位動作又は状態維持を選択する書き込み走査を行うことを特徴とする。
【００５２】
このアレイ型光変調素子の駆動方法では、光変調素子のリセット走査の後に、該素子の変位動作又は状態維持を選択する書き込み走査を行うことで、素子のヒステリシス特性によって書き込み走査前の状態が次の動作に影響を及ぼすことが防止され、安定した書き込み走査を行うことができる。また、素子のヒステリシス特性により、単純マトリクス構成の二次元光変調アレイを矛盾無く、即ち、非選択走査ライン上の画素が、書き込み走査時に設定されたＯＮ／ＯＦＦ状態を確実に維持されるように駆動することが可能となる。
【００５３】
請求項１１記載のアレイ型光変調素子の駆動方法は、請求４記載のアレイ型光変調素子の駆動方法であって、前記光変調素子は、静電気力による可撓薄膜の変位動作と、該可撓薄膜の弾性復帰動作とによって光変調を行い、前記光変調素子に所望の電圧を印加する書き込み走査を行うことを特徴とする。
【００５４】
このアレイ型光変調素子の駆動方法では、光変調素子に所望の電圧を印加する書き込み走査を行うことで、ヒステリシス特性を有することなく印加電圧に対してリニアに動作する素子において、リセット動作によらずにアクティブマトリクス構造の各光変調素子を安定して駆動することができる。
【００５５】
請求項１２記載のアレイ型光変調素子の駆動方法は、請求４記載のアレイ型光変調素子の駆動方法であって、前記光変調素子は、静電気力による可撓薄膜の変位動作と、該可撓薄膜の弾性復帰動作とによって光変調を行い、前記光変調素子の復帰動作を行うリセット信号を印加した後に所望の電圧を印加する書き込み走査を行うことを特徴とする。
【００５６】
このアレイ型光変調素子の駆動方法では、リセット信号を印加した後に光変調素子に所望の電圧を印加する書き込み走査を行うことで、素子のヒステリシス特性によって書き込み走査前の状態が次の動作に影響を及ぼすことが防止され、安定した書き込み走査を行うことができる。また、素子のヒステリシス特性により、アクティブマトリクス構成の二次元光変調アレイを矛盾無く、即ち、非選択走査ライン上の画素が、書き込み走査時に設定されたＯＮ／ＯＦＦ状態を確実に維持されるように駆動することが可能になる。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るアレイ型光変調素子、アレイ型露光素子、及び平面型ディスプレイ並びにアレイ型光変調素子の駆動方法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は本発明に係るアレイ型光変調素子の第一実施形態の断面図、図２は図１に示したアレイ型光変調素子の動作状態を説明する断面図である。
【００５８】
紫外線に対して透明な基板２１上には、紫外線に対して透明な複数の基板側透明電極２３を設けてある。基板２１上には、それぞれの基板側透明電極２３に対応させて、その近傍に、絶縁性の支柱２５を設けてある。支柱２５の上端には、基板２１に平行な可撓薄膜２７の一端を固定してある。可撓薄膜２７は、一端を支柱２５に固定することで、片持ち梁状となっている。
【００５９】
可撓薄膜２７には、略同一面積の遮光膜２９を被着してある。更に、可撓薄膜２７には、紫外線に対して透明な膜側透明電極３１を形成してある。この膜側透明電極３１は、基板側透明電極２３に対向状態となっている。
【００６０】
遮光膜２９と膜側透明電極３１とは、兼用するものであってもよい。この場合、遮光膜２９は、導電性で紫外線を吸収、又は反射する材料により形成する。具体的には、紫外線を反射するアルミ、クロムなどの金属薄膜、紫外線を吸収する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。
【００６１】
基板側透明電極２３、支柱２５、可撓薄膜２７、遮光膜２９、膜側透明電極３１は、一つの光変調部３３を構成している。この光変調部３３は、基板２１上に、一次元又は二次元に配列される。光変調部３３は、一画素の領域Ｓを複数に分割したそれぞれの領域ｍごとに設けてある。即ち、一画素は、複数の光変調部３３によって構成されている。
【００６２】
また、それぞれの領域ｍに設けられた光変調部３３は、一画素ごとに、基板側透明電極２３同士、及び膜側透明電極３１同士が、共通に接続されている。即ち、一画素内における光変調部３３は、同等に動作するようになっている。
【００６３】
このように構成された光変調部３３を有するアレイ型光変調素子３５を、不図示の平面光源上に配置する。基板側透明電極２３と膜側透明電極３１との間に電圧を印加しないときは、可撓薄膜２７が基板２１と平行に対向する。従って、図１に示すように、基板側透明電極２３を透過した紫外線は、遮光膜２９によって吸収又は反射される。
【００６４】
一方、基板側透明電極２３と膜側透明電極３１との間に電圧を印加すると、図２に示すように、両者間に働く静電気応力により、可撓薄膜２７が基板２１側に移動し、折り畳まれた状態となる。即ち、遮光膜２９による光の遮断がなくなる。一画素内の光変調部３３は、基板側透明電極２３同士、及び膜側透明電極３１同士が共通に接続されていることから、一画素内で各光変調部が等しく動作する。これにより基板２１、基板側透明電極２３を透過した紫外線は、更に前方に進み、光変調部３３から出射されることとなる。そして、再度電圧をゼロにすると、可撓薄膜２７は弾性力により図１に示す元の位置に復帰する。
【００６５】
このように、アレイ型光変調素子３５は、一画素の領域Ｓを複数の領域ｍに分割し、それぞれの領域ｍに光変調部３３を設けている。そして、一画素内におけるそれぞれの光変調部３３の基板側透明電極２３同士、及び膜側透明電極３１同士を共通に接続している。これにより、個々の光変調部３３を小さく形成することができる。
【００６６】
例えば、パネルの画素サイズが、約３００μｍ×３００μｍの場合、一画素を縦１０分割、横１０分割として１００個の光変調部３３に分割すると、各光変調部３３のサイズは相対的に１０分の１以下に小さくすることが可能となる。
【００６７】
このように、光変調部３３の小サイズ化が可能になると、以下の種々の効果を得ることができる。
即ち、一画素を複数の領域に分割し、光変調部３３をこれに応じて小さくしたので、光変調部の設計自由度を高くできる。上述の例の場合、支柱２５の高さを３０μｍ程度にすることができ、薄膜プロセスが容易となる。
支柱２５を形成する場合、成膜後に通常のＲＩＥエッチングが十分に可能となる。
成膜する厚みが薄くなるので、スループットが向上し、コストの低減が可能になる。
可撓薄膜２７を撓ませるための印加電圧が低くなる。これにより、駆動回路のコスト低減が可能となる。
可撓薄膜２７の必要変位量を小さくできるので、応答時間を短くでき、しかも、疲労を少なくして寿命を長くすることができる。
【００６８】
このアレイ型光変調素子３５は、アレイ型露光素子の要部に用いることができる。このアレイ型露光素子は、アレイ型光変調素子３５に、不図示の平面光源を対向配置して構成する。平面光源としては、例えば紫外線を出射するものを用いる。これにより、平面光源から出射される紫外線をアレイ型光変調素子３５によって光変調し、紫外線感光材料を露光することができる。
【００６９】
また、アレイ型光変調素子３５は、可視光感光材料、赤外光感光材料を露光するアレイ型露光素子の要部に用いることができる。このアレイ型露光素子は、アレイ型光変調素子３５に、不図示の平面光源を対向配置し、更にアレイ型光変調素子３５を挟み平面光源の反対側に不図示の蛍光体を設ける。このように構成したアレイ型露光素子では、アレイ型光変調素子３５から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ことができる。
【００７０】
更に、このアレイ型光変調素子３５は、平面型ディスプレイの要部に用いることができる。この平面型ディスプレイは、アレイ型光変調素子３５に、不図示の平面光源を対向配置し、更にアレイ型光変調素子３５を挟み平面光源の反対側に不図示の蛍光体を設ける。このように構成した平面型ディスプレイでは、アレイ型光変調素子３５から出射される光によって蛍光体を発光表示させることができる。従って、各画素ごとの光変調部３３に、画像情報に基づく電圧を印加することで、所望の画像形成が可能となる。
【００７１】
次に、本発明の第二実施形態を説明する。
図３は第二実施形態を示す平面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図、図５は図３に示した光変調部の動作状態を説明する平面図、図６は図５の断面図、図７は図３に示した光変調部を一画素の領域に複数形成したアレイ型光変調素子の平面図である。
【００７２】
紫外線に対して透明な基板３７上には、一対の平行な支柱３９を突設してある。一対の支柱３９の間には、支柱３９間の距離の略半分の長さの二対の対向電極４１、４１を左右の支柱３９方向に並べて配設してある。一方の対向電極４１の間には、基板３７を覆う遮光膜４３を形成してある。即ち、基板３７は、遮光膜４３を形成した部分が非開口部４５となり、遮光膜４３を形成していない部分が開口部４７となる。従って、基板３７を透過する光は、開口部４７のみから出射することとなる。
【００７３】
二対の対向電極４１、４１の対向空間には、支柱３９間の距離の略半分の長さの電極遮光板４９を設けてある。電極遮光板４９は、両側を可撓部材（例えば折れ線バネ）５１を介して、左右の支柱３９に支持してある。電極遮光板４９は、折れ線バネ５１を弾性変形させることで、平行移動して左右いずれかの対向電極４１、４１側に片寄せられるようになっている。
【００７４】
基板３７、遮光膜４３、支柱３９、対向電極４１、４１、電極遮光板４９、折れ線バネ５１は、光変調部５３を構成している。この光変調部５３は、図７に示すように、基板３７上に、例えば二次元に配列される。光変調部５３は、一画素の領域Ｓを複数に分割したそれぞれの領域ｍごとに設けてある。即ち、一画素は、複数の光変調部５３によって構成されている。
【００７５】
また、それぞれの領域ｍに設けられた光変調部５３は、一画素ごとに、対向電極４１、４１同士、及び電極遮光板４９同士が、共通に接続されている。即ち、一画素内における各光変調部５３は、同等に動作するようになっている。
【００７６】
このように構成された光変調部５３を有するアレイ型光変調素子５５を、不図示の平面光源上に配置する。そして、電極遮光板４９に電圧ゼロを印加し、開口部４７側の対向電極４１のみに電圧を印加すると、静電気応力によって電極遮光板４９は、図５（ａ）、図６（ａ）に示すように、開口部４７側へ移動する。これにより、開口部４７を通過しようとする光は、電極遮光板４９によって遮光されることとなる。
【００７７】
一方、電極遮光板４９に＋Ｖの電圧を印加し、開口部４７側の対向電極４１のみに電圧を印加すると、静電気応力によって電極遮光板４９は、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示すように、遮光膜４３側へ移動する。これにより、開口部４７を通過した光は、光変調部５３から出射することとなる。一画素内の光変調部５３は、対向電極４１、４１同士、及び電極遮光板４９同士が共通に接続されていることから、一画素内で各光変調部５３が等しく動作する。そして、再度電圧をゼロにすると、電極遮光板４９は、折れ線バネ５１の弾性力及び静電気応力により元の位置に復帰する。
【００７８】
このように、アレイ型光変調素子５５は、一画素の領域Ｓを複数の領域ｍに分割し、それぞれの領域ｍに光変調部５３を設けている。そして、一画素内におけるそれぞれの光変調部５３の対向電極４１、４１同士、及び電極遮光板４９同士を共通に接続している。これにより、個々の光変調部５３を小さく形成することができる。
【００７９】
この結果、上述のアレイ型光変調素子３５と同様な以下の効果を得ることができる。即ち、
(1)薄膜プロセスが容易となる。
(2)通常のＲＩＥエッチングが可能となる。
(3)成膜する厚みが薄くなり、コストの低減が可能になる。
(4)印加する電圧が低くなり、駆動回路のコスト低減が可能となる。
(5)応答時間を短くでき、しかも、寿命を長くすることができる。
【００８０】
なお、このアレイ型光変調素子５５も、上述のアレイ型光変調素子３５の場合と同様にして、アレイ型露光素子、平面型ディスプレイを構成することができるものである。
【００８１】
次に、本発明の第三実施形態を説明する。
図８は第三実施形態を示す平面図、図９は図８のＢ−Ｂ断面図、図１０は図８のＣ−Ｃ断面図、図１１は図８に示した露光素子の動作状態を説明する断面図である。
【００８２】
紫外線に対して透明な基板５７上には、誘電体多層膜ミラー５９を設けてある。基板５７上には、誘電体多層膜ミラー５９を挟んで両側に一方の電極６１を一対設けてある。基板５７上には、電極６１の左右側（図８の左右側）に支柱６３を設けてある。支柱６３の上端面には、可撓薄膜であるダイヤフラム６５を設けてある。ダイヤフラム６５の下面には、誘電体多層膜ミラー６７を設けてある。誘電体多層膜ミラー５９と誘電体多層膜ミラー６７との間には、空隙６９が形成されている。ダイヤフラム６５の表面には、電極６１と対向するように、他方の電極７１を一対設けてある。なお、図１０中の、７３はスペーサである。
【００８３】
基板５７は、板状の平面光源７５（図１１参照）の上方に設けられる。平面光源７５の側面には例えば不図示のブラックライト用紫外線ランプ（低圧水銀ランプ）を配設してある。平面光源７５は、ブラックライト用低圧水銀ランプからの紫外線を側面から取り入れて、表面（図１１の上面）から出射する。
【００８４】
基板５７、誘電体多層膜ミラー５９、６７、支柱６３、ダイヤフラム６５、電極６１、７１は、光変調部７９を構成している。
【００８５】
このように構成された光変調部７９を有するアレイ型光変調素子８１において、電圧ＯＦＦのときの空隙６９の間隔をｔoffとする（図１１の左側の状態）。また電圧を印加したとき静電気力により空隙６９の間隔が短くなるがこれをｔonとする（図１１の右側の状態）。
【００８６】
ここで、ｔon、ｔoffを下記のように設定する。
ｔon＝１／２×λ0＝１８０ｎｍ  （λ0：紫外線の中心波長）
ｔoff＝３／４×λ0＝２７０ｎｍ
【００８７】
ここで、平面光源７５からの紫外線は、３６０ｎｍ付近に中心波長λ0を持つ分光特性を有している。
【００８８】
また、誘電体多層膜ミラー５９、６７は、光強度反射率をＲ＝０．８５とする。更に、空隙６９は空気又は希ガスとし、その屈折率はｎ＝１とする。紫外線は、コリメートされているので光変調部７９に入射する入射角ｉ（面の垂線と入射光線とのなす角）は、略ゼロである。光変調部７９の光強度透過率は、ｔoff時に２７０ｎｍ近傍でピークとなり、ｔon時に３６０ｎｍ近傍でピークとなる。一方、平面光源７５からの紫外線は、３６０ｎｍ付近に中心波長λ0を持つ。従って、図１１（ａ）に示すように、電圧を印加しないときはｔoff＝２７０ｎｍとなり、紫外線はほとんど透過しない。また、図１１（ｂ）に示すように、電圧を印加してｔon＝１８０ｎｍとなると、紫外線は透過する。
【００８９】
このように、光変調部７９を有したアレイ型光変調素子８１は、ダイヤフラム６５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。以上がアレイ型光変調素子８１の光変調部７９による基本動作である。
以上の第一〜第三実施形態に示す光変調部以外の構成、原理であっても、趣旨が同一であって、可撓薄膜を静電気力により変形させ、光の透過率を変化させるアレイ型光変調素子であれば、同様にして適用可能である。
【００９０】
次に、このアレイ型光変調素子８１の駆動方法を説明する。
駆動方法の説明に先立ち、先ずダイヤフラム６５の印加電圧と光透過率との特性を説明する。図１２は印加電圧と光透過率との特性を示したヒステリス線図である。
可撓薄膜であるダイヤフラム６５を静電気応力によって変形及び弾性復帰させる場合、印加電圧Ｖgsと、ダイヤフラム６５の変位との関係は、ヒステリス特性を示す。従って、印加電圧Ｖgsと、光透過率Ｔとの関係も、図１２に示すようなヒステリス特性を示す。
【００９１】
このヒステリス特性によれば、ＯＦＦ（光遮蔽）状態の光変調部７９は、ＶgsがＶth(L) 以下ではＯＦＦ状態を維持する。一方、ＶgsがＶs (H) 以上になると、光変調部７９は、ＯＮ（光透過）状態に飽和する。その後、光変調部７９は、ＶgsがＶth(H) 以上であるときはＯＮ状態を維持したままとなる。そして、ＶgsがＶs (L) 以下になると、光変調部７９は、ＯＦＦ状態に飽和する。即ち、光変調部７９は、ＶgsがＶth(H) とＶth(L) との範囲であれば、Ｖgsの履歴によって、Ｔ（０Ｎ）、Ｔ（ＯＦＦ）の二つの状態を得ることができる。なお、Ｖgsの極性が負の場合には、上述と縦軸対象の特性になる。
【００９２】
図１３はマトリクス状に光変調部を配置したアレイ型光変調素子の平面図である。この実施形態では、例えば２行２列のマトリクスの各交点Ｔr(1,1)、Ｔr(1,2)、Ｔr(2,1)、Ｔr(2,2)に光変調部７９を配置し、アレイ型光変調素子８１を構成してある。各光変調部７９は、一画素の領域に対応させてある。
【００９３】
同じ行に配列された光変調部７９のそれぞれの電極７１は、共通に接続して走査電極としてある。この走査電極には電位Ｖg が印加される。また、同じ列に配列された光変調部７９のそれぞれの電極６１は、共通に接続して信号電極としてある。この信号電極には電位Ｖb が印加される。従って、各光変調部７９に印加される電極６１、７１間の電圧Ｖgsは（Ｖb −Ｖg ）となる。
【００９４】
アレイ型光変調素子８１を駆動するには、走査信号に従って、行順次に電極７１を走査し、これと同期させ、走査された電極７１に対応するデータ信号を電極６１に印加する。
【００９５】
ここで、走査電極には、リセット信号、選択信号、非選択信号の三種類の信号（電圧）が与えられる。
リセット信号は、光変調部７９の以前の状態に拘わらず、その行の光変調部７９をＯＦＦ（光遮蔽）にする。この時の走査電極の電圧をＶg(r)とする。
【００９６】
選択信号は、その行にデータを書き込むための信号である。この信号と同時に、信号電極に印加された電圧に従い、光変調部７９の状態がＯＮ（光透過）又はＯＦＦ（光遮蔽）に決定される。この時の走査電極の電圧をＶg(s)とする。
【００９７】
非選択信号は、選択がなされないときの信号である。この時、信号電極の電圧に拘わることなく光変調部７９の状態は変わらず、前の状態が維持される。この時の走査電極の電圧をＶg(ns) とする。
【００９８】
一方、信号電極には、ＯＮ信号、ＯＦＦ信号の二種類の信号（電圧）が与えられる。
ＯＮ信号は、選択された行の光変調部７９に対し、光変調部７９の状態をＯＮ（光透過）にする。この時の信号電極の電圧をＶb(on) とする。
【００９９】
ＯＦＦ信号は、選択された行の光変調部７９に対し、光変調部７９の状態をＯＦＦ（光遮蔽）にする。但し、実際には、直前で光変調部７９がリセットされることを想定しているので、光変調部７９の状態をＯＦＦ（光遮蔽）にする場合は、前の状態（ＯＦＦ状態）を維持する信号でよい。この時の信号電極の電圧をＶb(off)とする。
【０１００】
以上の走査電極電圧、信号電極電圧の組み合わせにより、光変調部７９の電極間電圧Ｖgsは、以下の６種類の電圧に分けられる。また、電極間電圧Ｖgsと透過率の特性により、特定の条件が与えられることになる。
【０１０１】
Ｖgs(r-on)＝Ｖb(on) −Ｖg(r)≦Ｖs(L)
Ｖgs(r-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(r)≦Ｖs(L)
Ｖgs(s-on)＝Ｖb(on) −Ｖg(s)≧Ｖs(H)
Ｖgs(s-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(s)≦Ｖth(L)
Ｖgs(ns-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(ns) ≦Ｖth(L)
Ｖgs(ns-off)＝Ｖb(off)−Ｖg(ns) ≧Ｖth(H)
【０１０２】
以上の条件をまとめると、図１４に示すとおりになる。
図１４は走査電極電圧Ｖg 及び信号電極電圧Ｖb の組み合わせと、光変調部の電極間電圧Ｖgs（Ｖb −Ｖg ）との関係を示した説明図である。
例えば、走査電極電圧Ｖg がリセットＶg(r)で、信号電極電圧Ｖb がＯＮ即ちＶb(on) の場合には、Ｖs(H)より大きい値の信号電極電圧Ｖb （図中太実線８３）から、Ｖs(H)とＶth(L) との間の値の走査電極電圧Ｖg （図中太実線８５）が減算され、その値（図中太実線８７）がＶs(L)より小さくなる。
即ち、
Ｖgs(r-on)≦Ｖs(L)
となる。
その他同様にして、６種類の電圧が定まることになる。
【０１０３】
次に、このような電極間電圧Ｖgsと透過率との関係を利用して、光変調部７９を二次元に配置したマトリクスにデータを書き込む方法を説明する。
図１５はマトリクス状に配置した各光変調部に異なる波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図である。
【０１０４】
マトリクスとしては、図１３に示した２行２列のマトリクスを用いてデータの書き込みを行う。マトリクスの各光変調部７９には、以下のＯＮ、ＯＦＦデータを書き込むものとする。
Ｔr(1,1)  →  ＯＮ              Ｔr(1,2)  →  ＯＦＦ
Ｔr(2,1)  →  ＯＦＦ            Ｔr(2,2)  →  ＯＮ
【０１０５】
マトリクスには、図１５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：リセット電圧              ｔ２：選択電圧
ｔ３：非選択電圧                ｔ４：非選択電圧
を印加する。
１列目Ｖb(1)には、
ｔ１：don't care                ｔ２：ＯＮ電圧
ｔ３：ＯＦＦ電圧                ｔ４：don't care
を印加する。
これにより、各光変調部７９に所望のデータが行順次で書き込まれる。
【０１０６】
即ち、例えば上述の１行１列目のマトリクスＴr(1,1)の場合では、
Ｖgs：Ｖb(1)−Ｖg(1)であるから、
ｔ１：リセット電圧（ＯＦＦ）    ｔ２：ＯＮ
ｔ３＝状態維持                  ｔ４＝状態維持となる。
【０１０７】
従って、ｔ２におけるＯＮの状態が維持（メモリー）され、その結果、マトリクスＴr(1,1)は光変調部７９が「ＯＮ」の状態となる。その他、同様にして、他のマトリクスＴr(1,2)は「ＯＦＦ」、Ｔr(2,1)は「ＯＦＦ」、Ｔr(2,2)は「ＯＮ」の状態となる。
【０１０８】
このように、光変調素子のリセット走査の後に、該素子の変位動作又は状態維持を選択する書き込み走査を行うことで、素子のヒステリシス特性により書き込み走査前の状態が次の動作に影響を及ぼすことが防止され、安定した書き込み走査を行うことができる。
また、素子のヒステリシス特性により、単純マトリクス構成の二次元光変調アレイを矛盾無く駆動することが可能である。なお、ここでいう矛盾無くとは、書き込み選択走査ライン上の画素にはＯＮかＯＦＦかが決定され、非選択走査ライン上の画素は選択時に書き込まれた状態を維持することを意味する。
【０１０９】
次に、本発明の第三実施形態の変形例１を説明する。
図１６は、第三実施形態の変形例１を示す単純マトリクスの平面図である。
この変形例では、一画素の領域Ｓを、縦三つ、横三つの合計九つの領域ｍに分割してある。それぞれの領域ｍには、光変調部７９を設けてある。一画素内の各光変調部７９は、一画素に接続した異なる三つの走査電極Ｖg(1)a 、Ｖg(1)b 、Ｖg(1)c と、異なる三つの信号電極Ｖb(1)a 、Ｖb(1)b 、Ｖb(1)c のそれぞれに接続されている。
【０１１０】
つまり、一画素に設けられた各光変調部７９は、これらの走査電極と信号電極とに、上述したような電圧を印加することで、独立して動作するようになっている。
【０１１１】
この変形例によるアレイ型光変調素子９１は、各光変調部７９を小さく形成できるので、薄膜プロセスが容易となる。可撓薄膜２７を撓ませるために印加する電圧が低くなる。可撓薄膜２７の必要変位量を小さくできるので、応答時間を短くできる。
【０１１２】
これに加えて、２値の状態をとる光変調部７９を用いた場合であっても、一画素の面積を分割することにより、一画素で九種類の階調を得ることができる。
【０１１３】
アレイ型光変調素子９１は、この階調方式に、他の階調方式（例えば、フィールド内時間分割階調）を組み合わせることで、更なる多階調化を図るものであってもよい。また、３値以上のモードであれば、面積と各光変調部毎の重みづけ階調などの多階調化も可能となる。
【０１１４】
なお、このアレイ型光変調素子９１も、上述のアレイ型光変調素子３５の場合と同様にして、アレイ型露光素子、平面型ディスプレイを構成することができるものである。
【０１１５】
次に、本発明の第四実施形態を説明する。
図１７は第四実施形態を示す平面図である。
この実施形態によるアレイ型光変調素子１０１は、一画素の領域Ｓを異なった面積の複数の領域ｍ１、ｍ２、ｍ３に分割してある。領域ｍ１、ｍ２、ｍ３の面積比は、１：２：４となっている。それぞれの領域ｍ１、ｍ２、ｍ３には、その面積に対応した光変調部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃを設けてある。これらの光変調部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃの走査電極部には、共通の走査電圧Ｖg(1)を印加する。一方、信号電極部には、光変調部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃに対応させて異なる信号電圧Ｖb(1)a 、Ｖb(1)b 、Ｖb(1)c を印加するようになっている。
【０１１６】
従って、このアレイ型光変調素子１０１によれば、各光変調部１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃのＯＮ、ＯＦＦ動作を組み合わせることにより、一画素の透過光量が異なるものとなる。この結果、各光変調部が２値に状態変化する場合であっても、その組み合わせによって、表１に示す８階調の透過光量を得ることができる。
【０１１７】
【表１】
0003824290.tif 000002
【０１１８】
なお、このアレイ型光変調素子１０１も、上述のアレイ型光変調素子３５の場合と同様にして、アレイ型露光素子、平面型ディスプレイを構成することができるものである。
【０１１９】
次に、本発明の第五実施形態を説明する。
図１８は第五実施形態の画素部の等価回路図である。
この実施形態によるアレイ型光変調素子１１１は、一画素の領域Ｓを複数に分割したそれぞれの領域ｍごとに、光変調部１１３を設けてある。また、一画素に対応させて能動素子（例えばＴＦＴ）１１５を設けてある。能動素子１１５は、ゲート電極１１７、ドレイン電極１１９、ソース電極１２１を有する。
【０１２０】
ゲート電極１１７には、行ごとの走査信号ライン１２３を接続してある。ドレイン電極１１９には、列ごとの画像信号ライン１２５を接続してある。ソース電極１２１には、各光変調部１１３の一方の対向電極が共通に接続してある。また、各光変調部１１３の他方の対向電極には、共通電極１２７を接続してある。
【０１２１】
即ち、このアレイ型光変調素子１１１は、一つの能動素子１１５によって、一画素内の複数の光変調部１１３が共通に制御可能になっている。
【０１２２】
このように構成されたアレイ型光変調素子１１１では、ゲート電極１１７に接続された走査信号ライン１２３に、能動素子１１５を導通させる電圧が印加される。そして、ドレイン電極１１９に接続された画像信号ライン１２５に所望の画像信号が印加されると、ドレイン電極１１９とソース電極１２１とが導通する。従って、画像信号が光変調部１１３の一方の対向電極に印加されることになる。これにより、一方の対向電極と、共通電極１２７に接続された他方の対向電極との電圧により、各光変調部１１３が一画素ごとに共通に動作する。
【０１２３】
このアレイ型光変調素子１１１によれば、他の行の走査のために、能動素子１１５が非導通となっても光変調部１１３の状態を維持することができる。従って、各光変調部１１３を一画素ごとに共通に動作させる、アクティブマトリクス駆動が可能となる。
【０１２４】
なお、このアレイ型光変調素子１１１も、上述のアレイ型光変調素子３５の場合と同様にして、アレイ型露光素子、平面型ディスプレイを構成することができるものである。
【０１２５】
次に、本発明の第六実施形態を説明する。
図１９は第六実施形態の画素部の等価回路図である。
この実施形態によるアレイ型光変調素子１３１は、一画素の領域Ｓを複数に分割したそれぞれの領域ｍごとに、光変調部１３３を設けてある。一画素には、各光変調部１３３に対応させて複数の能動素子１１５を設けてある。
【０１２６】
各能動素子１１５のゲート電極１１７には、行ごとの走査信号ライン１２３を共通に接続してある。一方、各能動素子１１５のドレイン電極１１９には、異なる画像信号ライン１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃを接続してある。各能動素子１１５のソース電極１２１には、各光変調部１３３の一方の対向電極を接続してある。また、各光変調部１３３の他方の対向電極には、共通電極１２７を接続してある。
【０１２７】
即ち、このアレイ型光変調素子１３１は、一つの画素が、複数の能動素子１１５と、各能動素子１１５に接続された光変調部１３３とによって制御可能になっている。
【０１２８】
このように構成されたアレイ型光変調素子１３１では、ドレイン電極１１９に接続された異なる画像信号ライン１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃに所望の画像信号が印加される。これにより、一方の対向電極と、共通電極１２７に接続された他方の対向電極との電圧により、各光変調部１３３が一画素内で異なって動作する。
【０１２９】
このアレイ型光変調素子１３１によれば、能動素子１１５を用いたアクティブマトリクス駆動において、一つの画素内で分割された複数の光変調部１３３をそれぞれ個別に駆動することができる。この結果、各光変調部１３３を駆動する組み合わせを変えることにより、一画素で複数階調の透過光量を得ることができる。
【０１３０】
なお、このアレイ型光変調素子１３１も、上述のアレイ型光変調素子３５の場合と同様にして、アレイ型露光素子、平面型ディスプレイを構成することができるものである。
【０１３１】
次に、上記アクティブマトリクス構成により、アレイ型光変調素子１３１をアクティブマトリクス駆動する方法を以下に説明する。
【０１３２】
まず、上記アレイ型光変調素子１３１がヒステリシス特性を有しない場合にアクティブマトリクス駆動する方法を説明する。
図２０は２行２列に配列した半導体アクティブマトリクスの等価回路図、図２１は半導体アクティブマトリクスの各光変調部に異なる波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図である。尚、光変調素子の印加電圧Ｖgsと光透過率Ｔの特性は、上述の図１２で説明した特性と同じものとする。
【０１３３】
ここで、図２０に示す２行２列の画素電極に、以下の電位を書き込む具体的な駆動方法を説明する。
Ｔr(1,1)＝ＯＮ    Ｔr(1,2)＝ＯＦＦ  Ｔr(2,1)＝ＯＦＦ  Ｔr(2,2)＝ＯＮ
【０１３４】
同じ行に配列したＴr(1,1)、Ｔr(1,2)、又はＴr(2,1)、Ｔr(2,2)の画素電極８７は、共通の走査信号ライン９１に接続してある。この走査信号ライン９１には、電位Ｖg が印加される。また、同じ列に配列したＴr(1,1)、Ｔr(2,1)、又はＴr(1,2)、Ｔr(2,2)の画素電極は、共通の画像信号ライン８９に接続してある。この画像信号ラインには、電位Ｖb が印加される。
【０１３５】
このように構成したアクティブマトリクス素子を駆動するには、走査信号に従って、行順次にＴr(1,1)、Ｔr(1,2)、又はＴr(2,1)、Ｔr(2,2)の画素電極を走査し、これと同期させ、走査された画素電極に対応するデータ信号を列に配列したＴr(1,1)、Ｔr(2,1)、又はＴr(1,2)、Ｔr(2,2)の画素電極に印加する。
【０１３６】
この際、マトリクスには図２１に示す波形の電圧を印加する。
例えば、１行目Ｖg(1)には、
ｔ１：走査ＯＮ（導通）電圧
ｔ２：走査ＯＦＦ（非導通）電圧
を印加する。
【０１３７】
２行目Ｖg(2)には、
ｔ１：走査ＯＦＦ（非導通）電圧
ｔ２：走査ＯＮ（導通）電圧
を印加する。
【０１３８】
１列目Ｖb(1)には、
ｔ１：Ｔr(1,1)へＯＮ（透過）電圧
ｔ２：Ｔr(2,1)へＯＦＦ（遮光）電圧
を印加する。
【０１３９】
２列目Ｖb(2)には、
ｔ１：Ｔr(1,2)へＯＦＦ（遮光）電圧
ｔ２：Ｔr(2,2)へＯＮ（透過）電圧
を印加する。
【０１４０】
これにより、Ｔr(1,1)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(H)となり、その結果、画素の状態がＯＮとなり、ｔ２以降はＯＮ状態が保持される。
Ｔr(1,2)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(L)となり、その結果、画素の状態がＯＦＦとなり、ｔ２以降は保持される。
Ｔr(2,1)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(L)となり、その結果、画素の状態がＯＦＦとなり、ｔ２以降は保持される。
Ｔr(2,2)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(H)となり、その結果、画素の状態がＯＮとなり、ｔ２以降はＯＮ状態が保持される。
これにより、図２０で意図した書き込み動作が予定通り実行されたことになる。
【０１４１】
以上のように、走査ゲート電極を行順次でＯＮ（導通）にし、それと同期させてデータ信号電極からＯＮ（透過）又はＯＦＦ（遮光）の電位を印加する。その後、走査ゲート電極をＯＦＦ（非導通）にしても、光変調素子が容量性の場合、画素電極の電位は保持されることとなる。
【０１４２】
次に、上記アクティブマトリクス構成のアレイ型光変調素子１３１が、図１２に示すヒステリシス特性を有する場合にアクティブマトリクス駆動する方法を以下に説明する。
【０１４３】
上記同様に、図２０のような２行２列の各画素に対し、以下の２値のデータを書き込む場合のアクティブマトリクス構成の駆動について説明する。
Tr(1,1)＝ＯＮ  Tr(1,2)＝ＯＦＦ  Tr(2,1)＝ＯＦＦ  Tr(2,2)＝ＯＮ
図２２は図２０に示すアクティブマトリクス構成の駆動電圧Ｖｇ、Ｖｂを示す図である。
【０１４４】
この場合の印加電圧は、図２２に示すように、
１行目Ｖｇ
ｔ１：走査ＯＮ  （導通）
ｔ２：走査ＯＦＦ（非導通）
２行目Ｖｇ
ｔ１：走査ＯＦＦ（非導通）
ｔ２：走査ＯＮ  （導通）
１列目Ｖｂ
ｔ１の前半：Tr(1,1)へリセット（遮光）電圧印加
ｔ１の後半：Tr(1,1)へＯＮ    （透過）電圧印加
ｔ２の前半：Tr(2,1)へリセット（遮光）電圧印加
ｔ２の後半：Tr(2,1)へＯＦＦ  （遮光）電圧印加
２列目Ｖｂ
ｔ１の前半：Tr(1,2)へリセット（遮光）電圧印加
ｔ１の後半：Tr(1,2)へＯＦＦ  （遮光）電圧印加
ｔ２の前半：Tr(2,2)へリセット（遮光）電圧印加
ｔ２の後半：Tr(2,2)へＯＮ    （透過）電圧印加
となる。
【０１４５】
このように走査ゲート電極を行順次でＶｇ−ｏｎによりＯＮ（導通）にし、それと同期させてデータ信号電極からＯＮ（透過）又はＯＦＦ（遮光）の電位を供給する。その後、走査ゲート電極をＯＦＦ（非導通）にしても、画素電位の電位は保持される。
【０１４６】
これら図２２、２３の結果は、それぞれ、Tr(1,1)は「ＯＮ」、Tr(1,2)は「ＯＦＦ」、Tr(2,1)は「ＯＦＦ」、Tr(2,2)は「ＯＮ」となる。
これにより、光変調素子がヒステリシス特性を有していても、図２０で意図した書き込み動作を矛盾無く予定通り実行することができる。。
【０１４７】
さらに、リセット期間と書き込み期間とを各々独立で走査する駆動方法としても同様にしてアクティブマトリクス駆動を行うことができる。
以上説明したアクティブマトリクス駆動では、書き込み走査時に所定の一定レベルの電圧を印加することで「ＯＮ」，「ＯＦＦ」の二値を制御しているが、これに限らず、印加電圧を任意のレベルの電圧に設定して多階調制御する駆動方法としても良い。
【０１４８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明に係るアレイ型光変調素子、アレイ型露光素子、及び平面型ディスプレイは、一画素を複数に分割したそれぞれの領域に、光変調部を設けた。このため、光変調部の小サイズ化が可能になり、光変調部の設計自由度を高くできる。例えば、支柱の高さを低くすることができ、薄膜プロセスが容易となる。また、可撓薄膜の必要変位量を小さくできるので、応答時間が短くなり、高速化が可能となる。
【０１４９】
アレイ型光変調素子と、アレイ型露光素子及び平面型ディスプレイのアレイ型光変調素子に対する駆動方法は、一画素を複数に分割したそれぞれの領域に、光変調部を設け、各光変調部を異なるように動作させる。このため、各光変調部が２値のモードであっても、一画素単位での多階調制御を可能にできる。
【０１５０】
また、光変調素子の弾性復帰動作を行うリセット走査の後に、該素子の変位動作又は状態維持を選択する書き込み走査を行う。このため、光変調素子がヒステリシス特性を有していても、光変調素子を矛盾無く安定して駆動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアレイ型光変調素子の第一実施形態の断面図である。
【図２】図１に示したアレイ型光変調素子の動作状態を説明する断面図である。
【図３】第二実施形態を示す平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】図３に示した光変調部の動作状態を説明する平面図である。
【図６】図５の断面図である。
【図７】図３に示した光変調部を一画素の領域に複数形成したアレイ型光変調素子の平面図である。
【図８】第三実施形態を示す平面図である。
【図９】図８のＢ−Ｂ断面図である。
【図１０】図８のＣ−Ｃ断面図である。
【図１１】図８に示した露光素子の動作状態を説明する断面図である。
【図１２】印加電圧と光透過率との特性を示したヒステリス線図である。
【図１３】マトリクス状に光変調部を配置したアレイ型光変調素子の平面図である。
【図１４】走査電極電圧及び信号電極電圧の組み合わせと、光変調部の電極間電圧との関係を示した説明図である。
【図１５】マトリクス状に配置した各光変調部に異なる波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図である。
【図１６】第三実施形態の変形例１を示す単純マトリクスの平面図である。
【図１７】第四実施形態を示す平面図である。
【図１８】第五実施形態の画素部の等価回路図である。
【図１９】第六実施形態の画素部の等価回路図である。
【図２０】アクティブマトリクス構成による画素部の等価回路図である。
【図２１】マトリクス状に配置した各光変調部に異なる波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図である。
【図２２】マトリクス状に配置した各光変調部に印加する電圧の波形を示す図である。
【図２３】マトリクス状に配置した各光変調部の電極に印加される電圧の波形を示す図である。
【図２４】従来の光変調素子の要部側面図である。
【図２５】従来の光変調素子の動作状態の要部側面図である。
【符号の説明】
２７、６５  可撓薄膜
３３、５３、７９、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、１１３、１３３  光変調部
３５、５５、８１、９１、１０１、１１１、１３１  アレイ型光変調素子
７５  平面光源
１１５  能動素子
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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