JP3726642B2 - Electrostatic actuator, switching element, switching device, image display device, image display apparatus, and control method thereof - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光通信、光演算、光記憶装置、光プリンター、画像表示装置などに適した光スイッチング素子、その静電アクチュエータ、それを用いた画像表示装置およびそれらの制御方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
マルチカラーを表現する方法がいくつか知られている。その1つは、プロジェクタなどに多用されている3板方式であり、光の3原色である赤色、緑色および青色の各々の光に対応して複数の液晶パネルなどのライトバルブを用意し、各々の色の画像を別々に形成してスクリーン上に合成してマルチカラーを表現するものである。直視型の液晶パネルには3原色のドットを各々表示できるようになったカラーフィルタ方式が用いられている。この方式では、マルチカラーで1つの画素を表現するのに、表現する色の異なる3つの液晶セルが用いられ、空間的な混色によりマルチカラーを表現する。他の1つは、フィールド順次方式あるいは面順次方式、カラーシーケンシャル方式などと呼ばれるものであり、色の異なる光(通常は3原色の光)を順番に照射してそれぞれの色の画像を表現し、人間の眼の時間的な混色によりマルチカラーを表現するものである。
【0003】
この面順次方式は、カラーフィルタを用いた並列加法混色に比べ、1つのセルあるいはスイッチング素子でマルチカラーを表現できるので高解像度の画像が得られ、スイッチング素子を駆動するドライバー回路が小さくなり、さらにカラーフィルタが不要になるので画像表示装置を小型でき、高品質の画像を表現することができる。さらに、各色ごとの照度、輝度あるいは時間を簡単に調整できるのでカラーバランスの調整も容易になるなど多くの利点がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、面順次方式では、色毎に画像を書き換える必要があるので、その色の光を照射する前に、液晶などのライトバルブにその色の画像を書き込む時間をとる必要がある。すなわち、アクティブマトリクスタイプの液晶パネルでは、水平方向に並んだ液晶セルのデータを水平走査線(アドレス線)毎に書き換える必要があり、1フレーム(画面)で500本あるいはそれ以上の走査線がある。したがって、ある色の光を当てて画像を表示してから、光をシャッターなどによって遮断し、1フレーム分を書き換えてから次の色の光を当てるといったオペレーションが必要である。このため、光の利用効率が低下するのでコンパクトで明るい画像を表示する画像表示装置を実現するのが困難であり、さらに、フリッカーなどの発生しない品質の良い画像を表示しようとすると、時間的な分解能の高い制御回路およびライトバルブが必要とされる。これに対し、1フレームを複数のフィールドに分けて順番に色を変えて表示することなども検討されているが、根本的な解決にはなっていない。
【0005】
さらに、時分割で多諧調の画面を表現しようとすると、いっそう時間的な分解能の高いものが要求される。これに対し、液晶をライトバルブとして採用したのでは応答速度が数ミリ秒程度なので面順次方式で多諧調の画像を表現することが難しいという問題もある。
【0006】
このため、まず、液晶よりも応答速度の速いデバイスが求められており、その1つが反射機能あるいは透過機能を備えた光学素子をアクチュエータでほぼ平行に動かして入射光を変調するデバイスである。本願出願人が出願中の、光を全反射して伝達可能な導光部の全反射面に対しスイッチング部の抽出面を接触させてエバネセント光を抽出し、光学素子の1波長程度あるいはそれ以下の微小な動きによって、高速で光を変調制御可能な光スイッチングデバイスも、その1つである。
【0007】
図1に、エバネセント光によるスイッチングを行う画像表示デバイス(光スイッチングデバイス)を用いた画像表示装置の一例として、上述した面順次方式(カラーシーケンシャル方式)のプロジェクタ80の概略を示してある。このプロジェクタ80は、白色光源81と、この白色光源81からの光を3原色に分解して画像表示ユニット(光スイッチングユニット)55の導光板(光ガイド)1に入射させる回転色フィルタ82と、各色の光を変調して出射する映像または画像表示ユニット55と、出射された光85を投映する投写用レンズ86とを備えている。そして、各色毎の変調された光85がスクリーン89に投写され、時間的に混色されることにより多諧調のマルチカラーの画像が出力される。プロジェクタ80は、さらに、画像表示ユニット55および回転色フィルタ82を制御してカラー画像を表示する制御回路84を備えている。画像表示ユニット55は、光ガイド1と以下に詳述する画像表示デバイス(光スイッチングデバイス)50とにより構成されており、この制御回路84からカラー画像を表示するためのデータφなどは画像表示デバイス50に供給される。
【0008】
このように、図1に示したプロジェクタ80は、光を全反射しながら伝達する光ガイド1に投影用の光を供給する光源81などと共に光ガイド1から出射された光を投写するレンズ85などを備えた投射用の光を入出力する手段と、光ガイド1に供給された投映用の光を変調する画像表示デバイス50とを備えており、画像表示デバイス50により光ガイド1から漏出するエバネセント光を制御して画像が表示される。
【0009】
図2に、エバネセント波(エバネセント光)を利用して光を変調する画像表示デバイス(エバネセント光スイッチングデバイス)50の概要を示してある。画像表示デバイス50は複数の光スイッチング素子(光スイッチング機構)10が2次元に配列されたスイッチングデバイス(光スイッチングデバイス)であり、個々の光スイッチング素子10は、単体では導入された光2を全反射して伝達可能な導光板(光ガイド)1に接近および離反して光を変調可能な光学素子(スイッチング部)3と、この光学素子3を駆動するアクチュエータ6とを備えている。そして、光学素子3の層およびアクチュエータ6の層がアクチュエータ6を駆動する駆動回路およびデジタル記憶回路(記憶ユニット)が作りこまれた半導体基板20の上に積層され、1つの画像表示デバイスとして集積化されている。
【0010】
図2を参照してエバネセント光を利用した本例の画像表示デバイス50についてさらに詳しく説明しておく。個々の光スイッチング素子10をベースに説明すると、図2の左側に示した光スイッチング素子10aはオン状態であり、右側に示した光スイッチング素子10bがオフ状態である。光学素子3は、導波路としての機能を果たす導光板1の面(全反射面)1aに密着する面(接触面または抽出面)3aと、この面3aが全反射面1aに密着したときに漏れ出たエバネセント波を抽出して内部で導光板1に対しほほ垂直な方向に反射するV字型の反射プリズム(マイクロプリズム)4と、このV字型のプリズム4を支持するサポート構造5とを備えている。
【0011】
アクチュエータ6は、光学素子3を静電駆動するタイプであり、そのために、光学素子3のサポート構造5と機械的に連結されて光学素子3と共に動く可動電極9と、この可動電極9を全反射面1aの方向(以降においては上方または第1の方向)に駆動するように配置された上電極(第1の固定電極)7と、この上電極7と対峙した位置で、可動電極9を全反射面1aと反対側の方向(以降においては下方または第2の方向)に駆動するように配置された下電極(第2の固定電極)8とを備えている。
【0012】
半導体基板20には、これらの電極9、7および8に電圧を供給して光学素子3を駆動する駆動回路21が設けられている。たとえば、上電極7を高電位、下電極8を低電位(接地電位)にバイアスし、可動電極9に駆動電圧として低電位および高電位を供給することにより静電力により、光学素子3を全反射面1aに接する第1の位置と、全反射面1aから離れる第2の位置にそれぞれ動かすことができる。
【0013】
図2に示したように、導光板1には光源から照明光2が全反射面1aで全反射する角度で供給されており、その内部の全ての界面、すなわち、光学素子部(光スイッチング部)3に面した側1aと、上方の面(出射面)において光が繰り返し全反射し、導光板1の内部が光線で満たされる。したがって、この状態で巨視的には照明光2は導光板1の内部に閉じ込められ、その中を損失なく伝播している。一方、微視的には、導光板1の全反射している面1aの付近では、導光板1から光の波長程度のごく僅かな距離だけ、照明光2が一度漏出し、進路を変えて再び導光板1の内部に戻るという現象が起きている。このように面1aから漏出した光を一般にエバネセント波と呼ぶ。このエバネセント波は、全反射面1aに光の波長程度またはそれ以下の距離で他の光学部材を接近させることにより取り出すことができる。本例の光スイッチング素子10は、この現象を利用して導光板1を伝達する光を高速で変調、すなわち、スイッチング(オンオフ)する。
【0014】
たとえば、図2の光スイッチング素子10aでは、光学素子3が導光板1の全反射面1aに接触した第1の位置にあるので、光学素子3の面3aによりエバネセント波を抽出することができる。このため、光学素子3のマイクロプリズム4で抽出した光2は角度が変えられて出射光2aとなる。そして、この出射光2aが図1に示すプロジェクタ80の投映用の光85として利用される。一方、光スイッチング素子10bでは光学素子3が導光板1から離れた第2の位置に動かされる。したがって、光学素子3によってエバネセント波は抽出されず、光2は導光板1の内部から出ない。
【0015】
エバネセント波を用いた光スイッチング素子は単独でも光をスイッチングできる装置として機能するが、図2に示したように、これらを1次元あるいは2次元方向、さらには3次元に並べて配置することができる構成になっている。特に、2次元にマトリクスあるいはアレイ状に並べて配置することにより、液晶あるいはDMDと同様に平面的な画像を表示可能な映像デバイスあるいは画像表示ユニット55を提供することができる。そして、エバネセント光を用いた画像表示デバイス50では、スイッチング部である光学素子3の移動距離がサブミクロンオーダとなるので、液晶より1桁あるいはそれ以上応答速度の速い光変調装置として利用でき、これを用いた高速動作が可能なプロジェクタ80あるいは直視型の画像表示装置を提供することが可能となる。さらに、エバネセント光を用いた光スイッチング素子10は、サブミクロンオーダの動きで光をほぼ100パーセントオンオフすることが可能であり、非常にコントラストの高い画像を表現することができる。このため、時間的な分解能を高くすることが容易であり、高コントラストの画像表示装置を提供できる。
【0016】
さらに、この光スイッチングデバイス50では、駆動回路などが作りこまれた半導体集積基板20にアレイ状に配置されたアクチュエータ6および光学素子3が積層された構成の画像表示デバイス50を1チップで提供することが可能である。すなわち、半導体基板20の上にアクチュエータ6および光学素子3といったマイクロストラクチャが構築されたマイクロマシンあるいは集積化デバイスである画像表示デバイス50と光ガイド1とを組み立てることにより画像表示ユニット55を供給でき、これを組み込むことにより動作速度が速く高解像で、さらに、高コントラストの画像を表示できるプロジェクタを提供できる。
【0017】
図3に、スイッチング素子10のレイアウトに合わせて半導体基板20に駆動回路21がアレイ状あるいはマトリクス状に配置された様子を模式的に示してある。これらの駆動回路21には、アドレス線ドライバ回路45により、行方向(図3の左右方向)に並んだ光変調ユニットの駆動回路21を並列に接続したアドレス線44を介してアドレス信号φaが列方向(図3の上下方向)に順番に供給される。また、データ線ドライバ回路46により、列方向に並んだ光変調ユニットの駆動回路21を並列に接続したデータ線41を介して、各々の駆動回路21のデータが供給される。そして、データ線41に供給されるデータ信号φdと同期して供給されるアドレス信号φaにより該当する駆動回路21にデータ信号φdがラッチされ、それによってアクチュエータ6を駆動するための信号が可動電極9に供給される。一方、各々のスイッチング素子10の上電極7および下電極8には、電圧供給線47および48を介して高電圧Vhおよび低電圧Vgのバイアス電圧が供給されており、駆動回路21から可動電極9に供給される駆動電圧によりスイッチング部である光学素子3が動き入射光がオンオフ制御される。
【0018】
したがって、駆動回路21には、次のタイミングでデータ信号が供給されるまでの間、供給されたデータ信号φdをホールドしておく記憶素子が必要となる。図4(a)に示した駆動回路21は光スイッチング素子10と並列に挿入された容量22をサンプルホールドとして用いた回路であり、アドレス信号φaによりゲートとなるスイッチング素子23がオンオフ制御され、適当なタイミングで供給されたデータ信号φdが容量22にホールドされる。
【0019】
図2には、上下の電極、すなわち、第1の固定電極7と第2の固定電極8とを備えたエバネセント光スイッチング素子を例に説明しているが、第1の位置へは可動電極9の弾性によって駆動するタイプのスイッチング素子も可能であり、図5にその例を示してある。本例の光スイッチング素子10のアクチュエータ6は、可動電極9を下方、すなわち、第2の位置に駆動する第2の固定電極8が設けられている。したがって、オン10aのときは、可動電極9の弾性によって光学素子3は第1の位置に駆動され、光ガイドの全反射面1aに接触する。そして、オフ10bのときはアクチュエータ6の静電力によって光学素子3が第2の位置に駆動され、光ガイドの全反射面1aから離れる。
【0020】
図5に示した光スイッチング素子10も、図3に示したようにマトリクスあるいはアレイ状に配列することにより画像を表示する装置にすることができる。そして、図4(a)に示した駆動回路21によって駆動することができる。しかしながら、上述したように、面順次方式では、色毎に画像を書き換える必要がある。したがって、1フレーム分を書き換えてから次の色の光を当てるといったオペレーションを省略するには、図4(b)に示すような2段のメモリが要求される。図4(b)に示した駆動回路21は、本願出願人により提案されている2メモリタイプの駆動回路であるが、この駆動回路21は、いわゆるSRAMの回路形態となるループ接続された1組のインバータ24aおよび24bにより、容量22に加えてもう1つのメモリが構成されている。したがって、アドレス信号φaによりデータ線41aおよび41bから供給されたデータ信号φdはいったんインバータ24aおよび24bにより構成されるメモリにストアされる。その後、フレームの書き換えタイミングなどと同期して供給される面順次信号φsによりスイッチング素子25が動作し、メモリにラッチされていたデータ信号φdがサンプルホールドである容量22と光スイッチング素子10に供給され、データ信号φdにより光スイッチング素子10が駆動される。
【0021】
このように2つの記憶素子を設けた駆動回路は画像を表示している間に次の画像のデータをラッチすることが可能であり、画面全体を1クロックで一括して書き換えることが可能となる。したがって、上述した面順次(カラーシーケンシャル)方式によりマルチカラーを表示する画像表示装置においては、光の利用効率が向上するなどの効果が得られ、明るい高解像度の画像を表示することができる。
【0022】
しかしながら、2つの記憶素子と、それらにデータを転送およびラッチするためのスイッチング素子、さらには、それらを制御するための制御配線を半導体基板上に配置する必要がある。したがって、スイッチング素子10を微細化するとこれらの素子および配線をアレンジすることが難しくなる可能性が高い。また、製造コストをかけて半導体基板に対し微細化ルールを適用して回路を作り込むことは可能であるとしても、回路が形成された半導体基板上にアクチュエータおよび光学素子を製造する際にアクチュエータあるいは光学素子に欠陥があると、高価な半導体基板が無駄になり画像表示デバイスの製造コストが非常に高くなる。したがって、1つのスイッチング素子あたりに複数のメモリを備えたデバイスが面順次方式に対応するためには望ましいことは明らかであるが、デバイスの小型化および低コスト化とトレードオフの関係にあり、両者を満足する構成は開示されていない。
【0023】
そこで、本発明においては、記憶素子を増やさずにスイッチング素子の状態を記憶することにより、面順次方式に対応でき、さらに小型化および低コスト化が可能なスイッチングデバイスおよびこれに適した静電アクチュエータ、さらには、これらを用いた画像表示デバイスおよび画像表示装置を提供することを目的としている。また、これらの静電アクチュエータ、スイッチングデバイスおよび画像表示デバイスに適した制御方法を提供することを目的としている。
【0024】
さらに、面順次方式で多諧調のマルチカラー画像を表示することができるコンパクトで明るい画像表示装置を提供することを目的としている。
【0025】
【課題を解決するための手段】
このため、本発明においては、可動電極が駆動電位によって第1および第2の位置に動くのでそれをスイッチング手段として利用し、可動電極が駆動された位置で可動電極をその位置を保持するための電位が自動的に供給されるようにしている。すなわち、本発明の第1の位置、およびこの第1の位置から離れた第2の位置に移動可能なスイッチング部を電極間に働く静電力により駆動する静電アクチュエータにおいては、スイッチング部を駆動する可動電極と、この可動電極を互いに相反する前記第1の位置の方向または前記第2の位置の方向に駆動するように配置され、固定電位が供給される固定電極と、固定電極が配置された第1または第2の位置で可動電極と接触することにより可動電極と電気的に導通する保持電極と、可動電極に対して極性の異なる駆動電位を印加可能な駆動手段と、保持電極に対して可動電極がその保持電極に接するときの駆動電位と同じ極性の保持電位を印加可能な保持手段と、を有する。
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【0026】
本発明の静電アクチュエータであれば、可動電極に対し、極性の異なる駆動電位を印加可能な駆動手段と、保持電極に対し、可動電極がその保持電極に接するときの駆動電位と同じ極性の保持電位を印加可能な保持手段とを設けることにより、たとえば、可動電極が第1の駆動電位によって第1の位置に駆動されたときに、第1の位置で接触する保持電極から第1の駆動電位を供給することが可能である。このため、駆動手段から駆動電位が供給されなくてもその状態を保持することができる。逆に、第2の駆動電位によって第2の位置に駆動されたときにも、第2の位置で接触する保持電極から第2の駆動電位を供給することが可能であり、駆動手段から駆動電位が供給されなくなってもその状態を保持できる。
【0027】
このように、可動電極を第1および第2の方向に駆動するための第1の固定電極および第2の固定電極を備えたアクチュエータに限らず、可動電極自身でも良いが、スイッチング部を第1の位置に駆動する弾性手段を有し、固定電極は可動電極を第2の位置の方向に駆動するように設けられたアクチュエータであっても本発明は適用できる。
【0028】
したがって、本発明の静電アクチュエータにおいては、駆動手段に可動電極に駆動電位を印加する駆動モードと、可動電極をオープンする保持モードとを設けることが可能であり、保持手段に保持電極に保持電位を印加するセットモードと、保持電極に保持電位を印加しないリセットモードとを設け、駆動モードで保持手段をセットモードにすることにより、その後は、保持モードに移動してもリセットモードが表れるまではアクチュエータの状態が維持される。このため、アクチュエータ自身を1つのメモリとして利用することが可能となる。
【0029】
保持モードから駆動モードおよびリセットモードからセットモードに同時に、同じクロックで移行することにより、可動電極と、移動先の保持電極とは同じ電位になるのでショートすることはなく、大電流が流れることはない。しかしながら、リセットモードでは、保持電極をオープンにすることにより、駆動モードとセットモードとの同期を取らなくても大電流が流れない。また、可動電極が移動する先の保持電極を同じ電位にしなくても良いので、保持電極の静電力が抵抗となることもなくなる。
【0030】
したがって、本発明のアクチュエータは、可動電極に対し、極性の異なる駆動電圧を印加する駆動工程と、可動電極をオープンにする保持工程と、保持電極に対し、可動電極がその保持電極に接するときの駆動電圧と同じ極性の保持電圧を印加するセット工程と、保持電極に対し保持電圧を印加しないリセット工程とを有し、駆動工程の間にセット工程を行うことを特徴とする制御方法により制御することができる。この制御方法により、上述したように、静電アクチュエータ自体をメモリとして用いることができる。すなわち、駆動工程中にセット工程を行うことにより、その後、保持工程に移行しても可動電極の電位は、保持電極を介して維持されるのでアクチュエータの可動電極は動かず、駆動工程で動いた状態が維持あるいは保持される。一方、リセット工程中は可動電極の電位は保持電極から印加されないので、駆動工程により駆動電圧に対応して可動電極は動く。したがって、リセット工程中は、メモリにデータを書き込むためのゲートがオープンしたような状態となり駆動電圧によって可動電極が動き、セット工程に移行することにより、可動電極の移動した位置が選択した駆動電圧の状態が静電アクチュエータに記憶される。
【0031】
このように本発明の静電アクチュエータにおいては、静電アクチュエータ自身をメモリとして使用することができるので、駆動回路中にメモリを1つ用意することにより、したがって、画面単位で制御するときは、保持工程において走査線により順番にデータをメモリに記憶し、その後の駆動工程でカラーシーケンシャルのタイミングで供給されたデータを反映した状態に可動電極を1クロックで動かすことができる。
【0032】
すなわち、本発明の静電アクチュエータでは、1つのメモリあるいはサンプルホールドを設けるだけで、上述した2つのメモリを備えた駆動回路により制御されるスイッチング素子と同様に制御することができる。さらに、本発明を採用することにより駆動回路に2つのメモリおよびこれらのメモリにデータを転送するためのスイッチ、駆動線が不要となる。したがって、駆動手段となる回路を極めて簡素化でき、コンパクトにまとめることができる。さらに、駆動手段をアレイ状などに並べたデバイスにおいては、その駆動手段に対しメモリ間でデータを転送する制御を行うための接続回線(走査線あるいはデータ線)を設ける必要もない。したがって、面順次方式に対応でき、さらに小型化および低コスト化が可能な静電アクチュエータを提供できる。
【0033】
本発明の静電アクチュエータと、この静電アクチュエータにより駆動されるスイッチング部とを組み合わせることにより、静電アクチュエータをメモリ機能として用いたコンパクトなスイッチング素子を低コストで提供することができる。また、スイッチング部が第1または第2の位置で光を変調するスイッチング素子とすることが可能であり、その1つは、本願出願人が出願しているエバネセント光を用いた光スイッチング素子である。すなわち、入力された光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた導光部をさらに有し、スイッチング部は、第1の位置で全反射面から漏出したエバネセント光を抽出するスイッチング素子に本発明を適用できる。
【0034】
さらに、複数のこれらのスイッチング素子をアレイ状に配置することにより画像表示ができるスイッチングデバイス(画像表示デバイス)を提供することが可能であり、各々の画素を構成するスイッチング素子のアクチュエータが1つのメモリ機能として動作するので、2つのメモリ機能を設けることが極めて簡単になる。そして、2つのメモリ機能を内蔵するためにサンプルホールドとなる容量あるいはSRAMを1セットだけ駆動手段の内部に設けるだけでよいので、駆動手段となる回路構成が簡略化され、コンパクトになり、また、半導体装置を低コストで提供できる。このため、歩留まりも向上し、製品コストを下げることができる。そして、画素毎に2つのメモリ機能を備えたコンパクトな画像表示デバイスを提供できる。
【0035】
この画像表示デバイスにおいては、アレイ状に並んだスイッチング素子の静電アクチュエータに対し同一タイミングで保持電圧を印加し、リセットおよびセットを行うことも可能であり、表示用のデータを供給した後に同一のタイミングで全画面の表示を切り替えることが可能となる。したがって、色毎の光が順番に照射される面順次表示方式において、色毎の画面の切り替えを瞬時に行うことが可能となり、光の利用効率を向上でき、明るい画像を表示することができる。
【0036】
また、ライン状に並んだスイッチング素子の静電アクチュエータに対し同一タイミングで保持電圧を印加し、リセットおよびセットを行うことも可能となる。このような画像表示デバイスは、上記と同様に面順次表示方式に適用できると共に、さらに、データを供給するタイミングとは別に走査線毎に画素をセットまたはリセットするタイミングを設定することが可能である。したがって、セットまたはリセットするタイミングで画素の表示時間を規定したり、従来の画像表示デバイスでは実現できないようなフレキシブルに画素の状態を制御できる。
【0037】
そして、これらの画像表示デバイスと、この画像表示デバイスに対し投射用の光を入出力する手段とを有するプロジェクタなどの本発明の係る画像表示装置を提供することが可能であり、上述したように画像表示デバイスをコンパクトで低コスト化でき、さらに面順次表示方式に高速対応するようにできる。したがって、低コストでコンパクトであり、さらに明るい画像を表示可能な画像あるいは映像表示装置を提供できる。
【0038】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図6に、本発明の実施の形態に係る光スイッチングユニットを模式的に示してある。本例のスイッチングユニット55は、先に図5を参照しながら説明したものと同様にエバネセント光を採用したユニットであり、導光部(光ガイド)1と、スイッチングデバイス50を備えている。スイッチングデバイス50は、スイッチング素子10が2次元にアレイ状に配置された画像表示デバイスであり、各々のスイッチング素子10は、スイッチング部である光学素子3と、これを駆動するアクチュエータ機構6とが半導体基板20の上に積層された構成である。
【0039】
半導体基板20には、各々のアクチュエータ機構6を駆動する回路21が形成されており、以下ではアクチュエータ機構6および駆動回路21を含めてアクチュエータ60と呼ぶことにする。本例のアクチュエータ機構6は図5を参照しながら説明したように、可動電極(中間電極)9と、この可動電極9をオフ位置(第2の位置)に駆動するための固定電極8を備えている。そして、可動電極9は弾性があり、この弾性によってオン位置(第1の位置)に駆動される。したがって、本例のアクチュエータ60は、駆動回路21によって可動電極9に供給される駆動電圧で発生する静電力により可動電極9およびこれに連結された光学素子3を駆動する静電駆動タイプのアクチュエータである。
【0040】
本例の光スイッチング素子10の詳細な構成および光をオンオフする機構については先に図5に基づき詳述したので以下では省略する。本例の画像表示デバイス50を構成する光スイッチング素子10は、そのアクチュエータ機構6の1つとして固定電極8の両側に位置する保持電極62を備えている。したがって、図6のスイッチング素子10bに示すように、アクチュエータ機構6が下方の第2の位置に移動すると、光学素子3が全反射面1aから離れてスイッチング素子10がオフになると共に、可動電極9の両端から下方に突き出たディンプル13が保持電極62に接触し、保持電極62と可動電極9が導通する。このため、本例においては、可動電極9から下方に突き出たディンプル13は、可動電極9が固定電極8と接触して短絡するのを防止する機能と、可動電極9と保持電極62とを導通する機能とを備えている。一方、図6のスイッチング素子10aに示すように、アクチュエータ機構6が上方の第1の位置に移動すると、光学素子3が全反射面1aに接してスイッチング素子10がオンになると共に、可動電極9は保持電極62から離れる。
【0041】
さらに、本例の光スイッチング素子10は、駆動回路21に加え、保持電極62に供給する電圧を制御する保持回路65を備えており、個々の光学素子3を駆動するアクチュエータ60を構成する回路の1つとなっている。保持回路65は、保持電極62に対し、適当なタイミングで可動電極9が固定電極8の方向に駆動されるときの電圧を供給する。以下では、固定電極8が低電圧(接地電位)Vgに固定されており、可動電極9に高電圧Vh(図中では+でも示す)を供給することにより可動電極9を固定電極8の側(第2の位置)に駆動し、低電位Vg(図中ではGでも示す)を供給することによって可動電極9を光ガイド1の側(第1の位置)に駆動する。したがって、本例の保持回路65は保持電極62に対し、適当なタイミングで高電圧Vhの保持電圧を供給する。なお、以降では、保持電圧を保持電極62に供給あるいは印加した状態をセットモードと呼ぶ。
【0042】
さらに、保持回路65は、保持電極62を高電位あるいは低電位の供給側から開放し電圧が不定なオープン状態(図中ではZでも示す)に保持する機能も備えている。以降では、保持電極62をオープンにした状態をリセットモードと呼ぶ。また、本例の駆動回路21は、可動電極9の低電位Vgおよび高電位Vhの駆動電圧を供給するモード(駆動モード)に加え、可動電極9をオープンにして電位を不定にする保持モードを備えている。そして、以降で説明するように、セットおよびリセットモードと、駆動および保持モードを組み合わせることにより、アクチュエータ機構6をメモリとして利用することができる。
【0043】
図7ないし図10に示したタイミングチャートを参照しながらさらに詳しく説明する。図7に示したタイミングチャートは、黒表示(オフ位置、第2の位置)から白表示(オン位置、第1の位置)に変わる例である。固定電極8の電位は接地電位Vg(G)に保持されており、時刻t1に、可動電極9に駆動回路21から高電位Vh(+)が供給され、可動電極9はオフの位置に動く。このとき、保持電極62はオープンZになっており電位は不定である。しかしながら、可動電極9と固定電極8の静電力によって可動電極9が動き、アクチュエータ機構6によって、光学素子3は第2の位置に駆動される。したがって、時刻t1がデータを書き込むタイミングとなる。また、可動電極9は第2の位置で保持電極62と接触するが、保持電極62はオープンZになっているので、高電位+になるが電流はほとんどながれない。
【0044】
時刻t2で保持回路65から保持電極62に高電位+が供給され、可動電極9と同電位となる。また、可動電極9と保持電極62は導通しているので、以降は、可動電極9がオープンになっても可動電極9の電位は保持される。したがって、このタイミングがロックとなる。
【0045】
このため、時刻t3に、可動電極9がオープンZになっても、可動電極9の実質的な電位は保持電極62によって保持される。したがって、可動電極9、固定電極8および保持電極62で構成されるアクチュエータがメモリとなり、駆動回路21にメモリとなる素子を用意しなくても可動電極9の状態を保存できる。
【0046】
一方、時刻t4に、保持電極62をオープンにすると可動電極9および保持電極62の電位は不定となる。多くの場合、完全にオープンとなれば電荷はそのまま保持されるので、時刻t3と同じ状態が保存される。一方、時刻t5に、可動電極9に新しいデータが書き込まれると、それに応じた動作を行う。本例では、時刻t5に、低電位Gが駆動回路21から可動電極9に供給されると可動電極自身あるいは可動電極9を支持する部材のばね弾性により可動電極9は上方のオン側(第1の位置)へ動き、スイッチング素子10がオンになる。
【0047】
時刻t6のロックのタイミングになると、保持電極62の電位が高電位+になる。しかしながら、可動電極9は保持電極62に接触していないので可動電極9の電位に影響を与えない。そして、時刻t7に可動電極9がオープンZになっても、保持電極62の電位は印加されず、可動電極9の弾性によってオンの状態が維持される。
【0048】
本例の光スイッチング素子10においては、時刻t1からt3および時刻t5からt7が、可動電極9にGまたは+の駆動電位が印加される駆動モードであり、時刻t3からt5および時刻t7以降が可動電極9がオープンZになる保持モードである。そして、時刻t2からt4および時刻t6以降が保持電極62が保持電位(このケースでは高電位)になるセットモードに対応し、時刻t4からt6が保持電極62がオープンZになるリセットモードに対応する。駆動モードで可動電極9に駆動電圧を印加し、その後、可動電極9が移動した後にセットモードにして保持電極62に保持電位を供給する。このような制御方法により、可動電極9には移動した位置の保持電極62から、その位置に移動するための駆動電圧に対応する保持電圧が供給されることになる。したがって、駆動回路21から駆動電圧が供給されなくなっても(保持モード)、保持電圧が供給されなくなるまで(リセットモード)、可動電極9の位置が保持することが可能となる。
【0049】
このように、本例のアクチュエータ60およびそれを用いた光スイッチング素子10は、可動電極自身を可動電極9に対し保持用の電圧を供給するためのスイッチングとして利用できるアクチュエータ機構6を備えており、駆動回路21に動かされた可動電極9の位置をアクチュエータ機構6の側でラッチすることができる。したがって、駆動回路21にメモリとなる素子、たとえば、保持容量あるいはSRAMなどが用意されていれば、可動電極9をオープンすることにより、可動電極9の状態に影響を与えずにそのメモリに次のデータをラッチすることができる。
【0050】
図8に示したタイミングチャートは、光スイッチング素子によって形成される画素の色が黒表示(第2の位置)から黒表示(第2の位置)に変わる例である。この例でも、時刻t11に、可動電極9に黒表示となる高電位+が供給されると黒表示になり、時刻t12に、保持電極62に保持電位+が供給され、可動電極9の動きがロックされる。したがって、時刻t13に、可動電極9の電位が不定Zになっても、可動電極9の状態は維持される。また、時刻t14に、保持電極62がオープンZになっても、それ以前のタイミングの電荷が保存されていれば、可動電極9の電位は高電位+に維持され、スイッチング素子10の状態は維持される。そして、リセット中の、時刻t15に、再び、黒表示となる高電位+が書き込まれると、スイッチング素子10は黒表示となり、時刻t16に、再びロックされ、時刻t17に可動電極9がオープンZになってもアクチュエータ機構6および光スイッチング素子10の状態に変化はない。
【0051】
図9に示したタイミングチャートは、光スイッチング素子によって形成される画素の色が白表示(第1の位置)から黒表示(第2の位置)に変わる例である。この例では、時刻t21に、可動電極9に白表示となる低電位Gが供給されると白表示になり、時刻t22に、保持電極62に保持電位+が供給されても、可動電極9はその影響を受けず、可動電極9の弾性によって動きがロックされる。したがって、時刻t23に、可動電極9の電位が不定Zになっても、可動電極9の状態は維持される。一方、時刻t25に、黒表示となる高電位+が書き込まれると、スイッチング素子10は黒表示となり、時刻t26に、保持電極62に保持電位+が供給されると、その状態でロックされ、時刻t27に可動電極9がオープンZになってもアクチュエータ機構6および光スイッチング素子10の状態に変化はない。
【0052】
図10に示したタイミングチャートは、光スイッチング素子によって形成される画素の色が白表示(第1の位置)から白表示(第1の位置)に変わる例である。この例でも、時刻t31に、可動電極9に白表示となる低電位Gが供給されると白表示になり、時刻t32に、保持電極62に保持電位+が供給されても可動電極9はその影響を受けず、可動電極9の弾性によって動きがロックされる。したがって、時刻t33に、可動電極9の電位が不定Zになっても、可動電極9の状態は維持される。また、時刻t34に、保持電極62がオープンZになっても、可動電極9の状態はそれ自身の弾性によって維持されているのでスイッチング素子10の状態は保持される。そして、リセット中の、時刻t35に、再び、白表示となる低電位Gが書き込まれると、スイッチング素子10は白表示が維持され、時刻t36に、再びロックされても状態は変わらない。また、時刻t37に可動電極9がオープンZになってもアクチュエータ機構6および光スイッチング素子10の状態に変化はない。
【0053】
これらのタイミングチャートに示したように、本例の光スイッチング素子10においては、すべての状態で、保持電極62に対し保持電位を供給することにより、そのときの可動電極9の状態を保持することができる。本例では、リセットモードで保持電極62をオープンしているが、これに対し、リセット時に保持電極62に逆極の電位を与えることも可能である。図11にそのような制御を行ったときのタイミングチャートを示してある。本例は黒表示から黒表示になる例であるが、リセットモードで逆極の電位を与える場合は、書き込みするタイミングで保持電極62に対し保持電位を印加するようにしないと可動電極9から保持電極62に過剰電流が流れる可能性がある。したがって、まず、時刻t41に可動電極9に高電位+を供給すると共に、保持電極62にも保持電位+を供給し、書き込みと同時にロックをかける。そして、時刻t43に可動電極9がオープンZになっても、保持電極62から供給される保持電位によって可動電極9の状態は維持される。一方、時刻t44にリセットモードになると、保持電極62が低電位Gになるので、可動電極9の電位も一時的に低電位Gとなり白表示の方向に動く、そして、次の時刻t45に、可動電極9に黒表示となる高電位+が書き込まれると、再び、黒表示となる。そして、保持電極62も保持電位+となるので、その状態がロックされる。
【0054】
黒表示から黒表示になるケースを除き、リセットモードにおいて1クロックだけ白表示になることが問題となることはない。また、黒表示が継続するときにリセットモードで白表示なることは、コントラストの低下に繋がるが、リセット時間を短縮することにより、この影響はほとんど無くすことができる。すなわち、エバネセント光の抽出効率はプリズム4の抽出面3aと全反射面1aとの距離に依存するので、エバネセント結合する距離まで抽出面3aと全反射面1aとの距離が縮まる前に書き込みできるようにすれば、リセットモードの時間は非常に短くなり、コントラストの低下を防止できる。また、リセットモードにおいて、いったん保持電極62と可動電極9との接触を外し、その間に可動電極9の極性を変えることができるので、保持電極62を介して画素同士が短絡することがない。したがって、保持電極62を画素毎に電気的に独立させる必要がなくなり、すべての画素に共通したものにすることができる。
【0055】
このように、リセットモードでは必ずしも保持電極をオープンにしなくても、セットモードで保持電極に対し保持電位を供給することによりアクチュエータ機構6の状態をロックすることができる。また、上記の例では、オン位置(第1の位置)では可動電極9の弾性を利用して状態をロックしているが、保持電極を用いてロックすることも可能である。
【0056】
図12は、図2に示した、上下の固定電極7および8を備えた光スイッチング素子10に対し本発明を適用した例であり、固定電極8で駆動された第2の位置に可動電極9が移動したときに接触する保持電極62に加え、固定電極7で駆動された第1の位置に可動電極9が移動したときに接触する保持電極61を備えている。そして、保持回路65から、これら保持電極61および62に適当なタイミングで保持電位が供給される。以下では、上記と同様に、下電極8が低電位Gで固定され、上電極7が高電位+で固定されているとする。したがって、可動電極9が低電位Gのときに可動電極9は上電極7の方向に駆動される。したがって、上の保持電極61には、保持電位として低電位Gが供給される。一方、可動電極9が高電位+のときに可動電極9は下電極8の方向に駆動されるので、下の保持電極62には高電位+が保持電位として供給される。
【0057】
図13に、このスイッチング素子10を制御するタイミングチャートの一例を示してある。このタイミングチャートは、黒表示(第2の位置)から白表示(第1の位置)に変わる例であり、まず、時刻t51に、駆動モードになり、黒表示となる高電位+の駆動電圧が可動電極9に供給されると、可動電極9は第2の位置に移動し、下の保持電極62と接触する。時刻t52に、セットモードになり、保持電極61および62に対し、それぞれの保持電圧が供給されると、可動電極9は、下の保持電極62に接触しているので、駆動電圧と同じ高電位+の保持電位と接触することとなり、これらの間に電流も流れず、状態がロックされる。そして、時刻t53に、保持モードになり、可動電極9がオープンZになると、保持電極62から駆動電圧と同じ電位が供給され、可動電極9は動かない。また、時刻t54に、リセットモードになり、保持電極62がオープンZになっても、電荷が保存されるので、可動電極9の状態は保持される。
【0058】
一方、時刻t55に、駆動モードになり、可動電極9に白表示となる低電位Gの駆動電圧が供給されると、可動電極9は上の固定電極7の方向に移動し、上の保持電極61と接触する。時刻t56に、セットモードになり、保持電極61および62に対し、それぞれの保持電圧が供給されると、可動電極9は、上の保持電極62に接触しているので、駆動電圧と同じ低電位Gの保持電位と接触することとなり、これらの間に電流も流れず、状態がロックされる。そして、時刻t57に、保持モードになり、可動電極9がオープンZになっても、保持電極61から駆動電圧と同じ電位が供給されるので可動電極9は動かない。
【0059】
このように、可動電極9の移動方向に、それぞれ保持電極を設けておくことにより、可動電極9を選択手段として保持用あるいはロック用の電位を選択することが可能であり、可動電極の状態をロックし、記憶することができる。そして、保持電極の保持電位を解消することにより、可動電極は動ける状態なるので、ロックをリセットすることができ、次の駆動電圧を反映することができる。
【0060】
図6および図12においては、保持電極に対し画素単位で保持電圧を供給するイメージで図示しているが、光スイッチング素子10が2次元にアレイ状に配置されている画像表示デバイス55においてはライン(走査線)単位あるいは画面全体で保持電圧を制御することが可能であり、個々のアクチュエータ60あるいはスイッチング素子10の面積に保持回路65を作り込まなくてよい。また、保持電圧をオンオフするタイミングは、駆動回路21にラッチされたデータを画素レベルに反映されるタイミングを制御するので、走査線単位あるいは画面単位で制御することが望ましい。
【0061】
図14に、本例のアクチュエータ60を備えたスイッチング素子10として、図6に示したスイッチング素子を2次元にアレイ状に配置し画像表示デバイス50を構成したときの駆動回路21と、固定電極8と、さらに、保持電極62に電圧を供給する構成の一例を示してある。本図は先に示した図3に対応するものであるが,本例においては、固定電極にバイアス電圧を供給する電圧供給線48に加えて、駆動回路21が横方向に並んだ走査線毎に保持電極62をグループ分けし、保持回路65から電圧供給線69により保持電位を出力できるようにしている。したがって、本例のデバイス50では、保持電極62の電圧を走査線毎に制御することが可能である。すなわち、走査線毎に保持電極62に保持電圧を同期して供給することが可能であり、走査線毎にスイッチング素子10、すなわち、画素の状態を1クロックでリセットあるいはセットすることができる。もちろん、画面全体の画素の状態を1クロックでリセットあるいはセットすることができる。
【0062】
このように走査線毎あるいは画面毎に1クロックで画素の状態をセットあるいはリセットできる画像表示デバイス50を用いることによりいくつかの非常に有益な効果が得られる。たとえば、図1に示したプロジェクタ80では、回転色フィルタ82により複数の色(通常は赤色、緑色および青色)が順番に画像表示ユニット55に入力され、各色毎の画像に変調された光85が出射される。このため、カラー画像を表示する制御回路84から画像表示ユニット55に対して、カラー画像を表示するためのデータφdと、このデータφdを各画素のメモリにラッチするためのアドレス(走査)信号φaが駆動回路21に供給される。さらに、ラッチしたデータで各画素を表示するための面順次信号により駆動回路21から駆動電圧が出力され、色回転フィルタが面順次信号と同期して動くことにより、各色の画像を各色の光が照射されるのほとんど同期して出力でき、照射時間のロスをほとんどゼロにすることができる。
【0063】
すなわち、面順次信号と同じあるいは同期した信号φsが保持回路65に供給されて、駆動回路21から供給された画素の状態が画素自身、すなわちスイッチング素子10にロックされる。これにより画像が固定されている間に、パルス状のアドレス信号φaがアドレス線44を介して列方向に順番に供給され、それに対応するデータ信号φdがデータ線41により供給される。この結果、1フレーム(画面)分のアドレス線が走査されると、1フレームのデータが各駆動回路21のメモリに新たにラッチされる。この際、1フレームを複数のフィールドに分けて順番に表示する方式が採用されるのであれば、1フィールド分のデータが記憶される。
【0064】
次に、面順次信号がオンになると、各画素のアクチュエータ機構6にそれぞれの駆動回路21から新たな駆動電圧が供給され、それによって次の画像が表れる。すなわち、次の画面表示に1クロックで切り替わる。したがって、この画面表示が切り替わるタイミングにあわせて色の異なる光を画像表示ユニット55に照射あるいは供給することにより、色の異なる画像を表示することができる。さらに、その色の光が供給され、その色の画像が表示されている間に、上記と同様に次の色の画像データがアドレス信号φaにしたがって走査線の順番に駆動回路21にラッチされる。そして、次の面順次信号により、画面を構成するすべての駆動回路21のデータにしたがって次の色の光が照射されるタイミングと同期して画像表示が切り替わる。
【0065】
このように、本例の画像表示ユニット55では、光スイッチング素子自体がメモリ機能を備えているので、駆動回路21にメモリとなる素子を1つ用意するだけで、1クロックで画像を切り替えることができる。したがって、色の異なる光を照射するときに、光源をオフにしてそれぞれの画像を書き込む時間を確保する必要がない。さらに、光変調素子として応答速度が液晶より1桁程度あるいはそれ以上短い光スイッチング素子10を採用しているので、ほとんど連続して、シャッターなどによって光を遮断することなく、色の異なる光をシーケンシャルに照射することができる。このため、各色の光を順番に照射する面順次駆動方式において、シャッターなどの余分な機構が不要となり、さらに、時間的な分解能の非常に高い画像表示装置を提供することができる。このため、面順次方式で多諧調のマルチカラー画像を表現することができる画像表示装置を提供できる。面順次方式を採用することにより、上述したように、1つの画素を1つの光スイッチング素子でマルチカラー表現可能となるので、コンパクトで解像度の高い画像表示装置を提供することが可能である。
【0066】
そして、このような面順次方式を実現するにあたって、各画素を構成するスイッチング素子あるいは駆動回路に、先に図4(a)を参照しながら説明したようなメモリを1つだけ用意して操作するだけでよい。このため、本例の画像表示装置においては、非常にコンパクトで多諧調の画像も表現できる画像表示装置を提供できる。
【0067】
また、ほとんど連続して各色の光を照射することができるので、光の利用効率が高く、明るい画像を表示することができる画像表示装置を提供できる。そして、表示中にインタレースあるいはノンインタレースで画面が書き換えられることがないので、フリッカーなどの発生がなく、非常に品質の高い画像を表示することが可能となる。
【0068】
さらに、上電極および下電極に対し走査線単位で保持電圧を供給することにより、さらにフレキシブルな画素制御ができる。たとえば、1つの色の画像を多数のフレームで構成する場合、そのフレームを切り替えるタイミングをライン単位で制御することができ、線順次方式と呼ぶことができる画像制御が行える。さらに、そのような制御を行うために駆動回路にセットあるいはリセット信号を供給する走査線を設けたり、駆動回路内のセットあるいはリセットのための回路要素を加える必要がない。したがって、非常に簡易な構成で、コンパクトで低コストなデバイスでありながら、画素のデータの読み込みおよび書込み、さらには表示のタイミングを自由に制御することができる画像表示デバイスを本発明により提供することができる。
【0069】
なお、本例では、光変調を行うスイッチング用の素子として静電アクチュエータを用いた例を説明しているが、静電アクチュエータにより駆動される光学素子あるいはそれを用いたデバイスであれば、本発明を適用することができる。また、本発明は、固定電極で可動電極が駆動される静電アクチュエータを備えたデバイスであれば適用することが可能であり、光変調デバイスに限らず、マイクロバルブなどの他の用途のスイッチングデバイスに対しても本発明を適用し、簡易でコンパクトな構成でスイッチングのタイミングを自由に制御することができるデバイスを提供することができる。
【0070】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明においては、固定電極と可動電極との間で働く静電力を用いた静電アクチュエータにおいて、可動電極の状態をロックすることができる保持電極を設けることにより、静電アクチュエータのアクチュエータ機構、すなわち、電極により構成される駆動機構自体を1つのメモリとして使用することが可能となり、駆動回路の側に用意するメモリを少なくとも1組は削減することが可能となる。
【0071】
半導体基板の上にマイクロアクチュエータが積層された構成のマイクロデバイスにおいて、マイクロアクチュエータの集積度を上げることは重要な課題であり、それと共に半導体基板内の駆動回路が占める面積は削減される。このため、半導体基板側の集積度もさらに向上する必要が生じ、製造コストがあがると共に歩留まりが低下する。特に、半導体基板にマクロアクチュエータ、さらにはスイッチングとなる光学素子の層が積層された構成のデバイスにおいては、各レイアウト層の歩留まりによって基板となる側が無駄になってしまい、光学素子層およびアクチュエータ層の歩留まりによって高価な高集積度の半導体基板のロスが左右される。したがって、半導体基板の集積度が上げられるとしても、それによってコストが大幅に増加すると、製品コストに与える影響は非常に大きい。
【0072】
これに対し、本発明を適用することにより、半導体基板側のコストアップなしに、メモリとしての機能を追加することが可能である。このため、半導体基板の歩留まりを向上できるだけではなく、アクチュエータ層あるいは光学素子層の歩留まりにともなるロスによる影響を最小限に留めることが可能となり、低コストで、画素毎にメモリを1つあるいは複数備えた高機能なスイッチングデバイスを提供することができる。そして、本発明に係る光スイッチングデバイス(画像表示デバイス)を用いることにより、低コストでコンパクトでありながら、明るい高解像度の画像を表示することができる画像表示装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】画像表示装置としてプロジェクタの例を示してある。
【図2】エバネセント光スイッチング素子の概要を示す図である。
【図3】駆動回路をアレイ状に配置した画像表示デバイスの構成を示す図である。
【図4】図3に示した駆動回路の例を示す回路図である。
【図5】下側の固定電極だけで可動電極が駆動されるタイプの光スイッチング素子の概要を示す図である。
【図6】本発明にかかる静電アクチュエータを備えたエバネセント光スイッチング素子の概要を示す図である。
【図7】図6に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、黒表示から白表示に移行する様子を示す図である。
【図8】図6に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、黒表示から黒表示に移行する様子を示す図である。
【図9】図6に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、白表示から黒表示に移行する様子を示す図である。
【図10】図6に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、白表示から白表示に移行する様子を示す図である。
【図11】図6に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、保持電圧が異なる例を示す図である。
【図12】上記と異なる静電アクチュエータを備えたエバネセント光スイッチング素子の概要を示す図である。
【図13】図12に示すスイッチング素子の動きを示すタイミングチャートであり、黒表示から白表示に移行する様子を示す図である。
【図14】本発明に静電アクチュエータを備えたスイッチング素子をアレイ状に配置した画像表示デバイスの構成を示す図である。
【符号の説明】
1 導光板
2 照明光
3 光学素子部
4 マイクロプリズム
5 V型のサポート構造
6 アクチュエータ機構
7 上の固定電極
8 下の固定電極
9 可動電極
10 光スイッチング素子
20 半導体基板
21 駆動回路(駆動ユニット)
22 サンプルホールド
23 スイッチング素子
41 データ線
42 アドレス線
45 アドレス線ドライバ回路
46 データ線ドライバ回路
47 上の固定電極への電圧供給線
48 下の固定電極への電圧供給線
50 光スイッチングデバイス(画像表示デバイス)
55 画像表示ユニット
60 静電アクチュエータ
61 上の保持電極
62 下の保持電極
65 保持回路
69 保持電極への電圧供給線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical switching element suitable for optical communication, optical computation, an optical storage device, an optical printer, an image display device, an electrostatic actuator thereof, an image display device using the same, and a control method thereof.
[0002]
[Prior art]
Several methods for expressing multicolor are known. One of them is a three-plate method often used in projectors, etc., which prepares light valves such as a plurality of liquid crystal panels corresponding to each of the three primary colors of light, red, green and blue. Images of different colors are formed separately and synthesized on a screen to express multicolor. A direct-view liquid crystal panel uses a color filter system that can display dots of three primary colors. In this method, three liquid crystal cells having different colors to be expressed are used to express one pixel in multi-color, and multi-color is expressed by spatial color mixture. The other is called a field sequential method, a field sequential method, or a color sequential method, in which light of different colors (usually light of three primary colors) is irradiated in order to represent each color image. Multi-color is expressed by temporal color mixing of human eyes.
[0003]
Compared to parallel additive color mixing using color filters, this frame sequential method can express multi-color with one cell or switching element, so a high-resolution image can be obtained, and the driver circuit that drives the switching element becomes smaller. Since the color filter is not necessary, the image display device can be reduced in size and a high-quality image can be expressed. Furthermore, since the illuminance, brightness, or time for each color can be easily adjusted, there are many advantages such as easy adjustment of the color balance.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the frame sequential method, since it is necessary to rewrite an image for each color, it is necessary to take time to write the image of that color in a light valve such as a liquid crystal before irradiating light of that color. That is, in an active matrix type liquid crystal panel, it is necessary to rewrite data of liquid crystal cells arranged in the horizontal direction for each horizontal scanning line (address line), and there are 500 or more scanning lines in one frame (screen). . Accordingly, it is necessary to perform an operation in which an image is displayed by applying a certain color of light, and then the light is blocked by a shutter or the like, and the light of the next color is applied after rewriting one frame. For this reason, it is difficult to realize an image display device that displays a compact and bright image because the light use efficiency is lowered. Further, if an attempt is made to display a high-quality image that does not generate flicker or the like, it is time-consuming. A control circuit and a light valve with high resolution are required. On the other hand, it has been studied to divide one frame into a plurality of fields and display them in different colors in order, but this is not a fundamental solution.
[0005]
Furthermore, if a multi-tone screen is to be expressed by time division, a screen with higher temporal resolution is required. On the other hand, if the liquid crystal is used as a light valve, the response speed is about several milliseconds, so that it is difficult to express a multi-tone image by the frame sequential method.
[0006]
For this reason, a device having a response speed faster than that of liquid crystal is demanded. One of them is a device that modulates incident light by moving an optical element having a reflection function or a transmission function substantially in parallel by an actuator. The evanescent light is extracted by bringing the extraction surface of the switching unit into contact with the total reflection surface of the light guide unit, which the applicant of the present application has applied for and can transmit light by total reflection, and about one wavelength or less of the optical element. One of them is an optical switching device capable of modulating and controlling light at a high speed by a minute movement of.
[0007]
FIG. 1 shows an outline of the above-described frame sequential method (color sequential method)
[0008]
As described above, the
[0009]
Figure 2 shows the Eva Ne An outline of an image display device (evanescent light switching device) 50 that modulates light using a cent wave (evanescent light) is shown. The
[0010]
The
[0011]
The
[0012]
The
[0013]
As shown in FIG. 2, the
[0014]
For example, in the
[0015]
An optical switching element using an evanescent wave functions as a device capable of switching light alone, but as shown in FIG. 2, a configuration in which these can be arranged side by side in a one-dimensional or two-dimensional direction, or even in a three-dimensional manner. It has become. In particular, by arranging two-dimensionally in a matrix or array, a video device or
[0016]
Further, in this
[0017]
FIG. 3 schematically shows how the
[0018]
Therefore, the
[0019]
In FIG. 2, an evanescent light switching element having upper and lower electrodes, that is, a first fixed electrode 7 and a second
[0020]
The
[0021]
As described above, the drive circuit provided with two storage elements can latch the next image data while displaying an image, and the entire screen can be rewritten in one clock. . Therefore, in the image display apparatus that displays multi-colors by the above-described frame sequential (color sequential) method, an effect such as an improvement in light utilization efficiency can be obtained, and a bright high-resolution image can be displayed.
[0022]
However, it is necessary to dispose two storage elements, a switching element for transferring and latching data to them, and a control wiring for controlling them on the semiconductor substrate. Therefore, if the switching
[0023]
Therefore, in the present invention, by storing the state of the switching element without increasing the number of storage elements, the switching device can be adapted to the field sequential method, and can be reduced in size and cost, and an electrostatic actuator suitable for the switching device. It is another object of the present invention to provide an image display device and an image display apparatus using these. Moreover, it aims at providing the control method suitable for these electrostatic actuators, a switching device, and an image display device.
[0024]
It is another object of the present invention to provide a compact and bright image display device capable of displaying a multi-tone multicolor image by a frame sequential method.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, in the present invention, since the movable electrode moves to the first and second positions by the driving potential, it is used as a switching means, and the movable electrode is held at the position where the movable electrode is driven. The potential is automatically supplied. That is, in the electrostatic actuator that drives the switching unit that can move to the first position of the present invention and the second position separated from the first position by the electrostatic force acting between the electrodes, the switching unit is driven. Movable electrode and this movable electrode The direction of the first position or the direction of the second position opposite to each other Arranged to drive to A fixed potential is supplied The fixed electrode and the movable electrode are in contact with each other at the first or second position where the fixed electrode is disposed. Is electrically connected to the movable electrode Holding electrode and Driving means capable of applying a driving potential having a different polarity to the movable electrode; and holding means capable of applying a holding potential having the same polarity as the driving potential when the movable electrode contacts the holding electrode to the holding electrode; Have
--
[0026]
With the electrostatic actuator of the present invention, the driving means capable of applying a driving potential having a different polarity to the movable electrode, and the holding electrode having the same polarity as the driving potential when the movable electrode is in contact with the holding electrode By providing holding means capable of applying a potential, for example, when the movable electrode is driven to the first position by the first driving potential, the first driving potential from the holding electrode that contacts at the first position. Can be supplied. For this reason, even if the driving potential is not supplied from the driving means, the state can be maintained. Conversely, even when driven to the second position by the second drive potential, the second drive potential can be supplied from the holding electrode in contact with the second position, and the drive means can drive the drive potential. Even if is no longer supplied, the state can be maintained.
[0027]
As described above, the actuator is not limited to the actuator having the first fixed electrode and the second fixed electrode for driving the movable electrode in the first and second directions, but the movable electrode itself may be used. The present invention can also be applied to an actuator provided with an elastic means for driving at a position of 2 and the fixed electrode being an actuator provided to drive the movable electrode in the direction of the second position.
[0028]
Therefore, in the electrostatic actuator of the present invention, it is possible to provide the driving means with a driving mode in which a driving potential is applied to the movable electrode and a holding mode in which the movable electrode is opened. By setting the holding mode in the drive mode and setting the holding means in the drive mode until the reset mode appears The state of the actuator is maintained. For this reason, the actuator itself can be used as one memory.
[0029]
By simultaneously shifting from the holding mode to the drive mode and from the reset mode to the set mode with the same clock, the movable electrode and the destination holding electrode are at the same potential, so there is no short circuit and a large current flows. Absent. However, in the reset mode, a large current does not flow even if the drive mode and the set mode are not synchronized by opening the holding electrode. In addition, since the holding electrode to which the movable electrode moves does not have to have the same potential, the electrostatic force of the holding electrode does not become a resistance.
[0030]
Therefore, the actuator of the present invention includes a driving process in which driving voltages having different polarities are applied to the movable electrode, a holding process in which the movable electrode is opened, and the movable electrode when the movable electrode is in contact with the holding electrode. It has a setting process for applying a holding voltage having the same polarity as the driving voltage, and a resetting process for applying no holding voltage to the holding electrode, and the control is performed by a control method characterized in that the setting process is performed between the driving processes. be able to. With this control method, as described above, the electrostatic actuator itself can be used as a memory. That is, by performing the setting process during the driving process, the potential of the movable electrode is maintained through the holding electrode even if the process proceeds to the holding process. State is maintained or maintained. On the other hand, since the potential of the movable electrode is not applied from the holding electrode during the reset process, the movable electrode moves according to the drive voltage in the drive process. Therefore, during the reset process, the gate for writing data to the memory is in an open state, and the movable electrode is moved by the drive voltage, and by moving to the set process, the moved position of the movable electrode is changed to the selected drive voltage. The state is stored in the electrostatic actuator.
[0031]
As described above, in the electrostatic actuator of the present invention, the electrostatic actuator itself can be used as a memory. Therefore, by preparing one memory in the drive circuit, therefore, when controlling in units of screens, it is retained. In the process, the data is sequentially stored in the memory by the scanning lines, and the movable electrode can be moved by one clock so as to reflect the data supplied at the color sequential timing in the subsequent driving process.
[0032]
That is, the electrostatic actuator of the present invention can be controlled in the same manner as the switching element controlled by the drive circuit having the two memories described above, by providing only one memory or sample hold. Furthermore, by adopting the present invention, two memories and switches and drive lines for transferring data to these memories become unnecessary in the drive circuit. Therefore, the circuit as the driving means can be extremely simplified and can be compactly integrated. Further, in a device in which driving means are arranged in an array or the like, it is not necessary to provide a connection line (scanning line or data line) for performing control for transferring data between memories to the driving means. Therefore, it is possible to provide an electrostatic actuator that can cope with the frame sequential method and can be further reduced in size and cost.
[0033]
By combining the electrostatic actuator of the present invention and the switching unit driven by the electrostatic actuator, a compact switching element using the electrostatic actuator as a memory function can be provided at low cost. In addition, the switching unit can be a switching element that modulates light at the first or second position, one of which is an optical switching element using evanescent light that has been filed by the present applicant. . That is, the switching element further includes a light guide unit having a total reflection surface capable of transmitting the input light by total reflection, and the switching unit extracts the evanescent light leaking from the total reflection surface at the first position. The present invention can be applied to.
[0034]
Furthermore, it is possible to provide a switching device (image display device) capable of displaying an image by arranging a plurality of these switching elements in an array, and the actuator of the switching element constituting each pixel has one memory. Since it operates as a function, it is very easy to provide two memory functions. Since only one set of capacitor or SRAM serving as a sample and hold is provided in the driving means in order to incorporate two memory functions, the circuit configuration as the driving means is simplified and compact, A semiconductor device can be provided at low cost. Therefore, the yield can be improved and the product cost can be reduced. A compact image display device having two memory functions for each pixel can be provided.
[0035]
In this image display device, it is possible to apply a holding voltage to the electrostatic actuators of switching elements arranged in an array at the same timing, and to reset and set the same, after supplying display data, the same It becomes possible to switch the display of the full screen at the timing. Therefore, in the surface sequential display method in which the light for each color is irradiated in order, it is possible to instantaneously switch the screen for each color, the light use efficiency can be improved, and a bright image can be displayed.
[0036]
It is also possible to reset and set by applying a holding voltage to the electrostatic actuators of switching elements arranged in a line at the same timing. Such an image display device can be applied to the field sequential display method in the same manner as described above, and can set the timing for setting or resetting pixels for each scanning line separately from the timing for supplying data. . Accordingly, the pixel display time can be defined at the timing of setting or resetting, and the state of the pixel can be controlled flexibly which cannot be realized by a conventional image display device.
[0037]
Then, it is possible to provide an image display apparatus according to the present invention such as a projector having these image display devices and means for inputting / outputting projection light to / from the image display devices, as described above. The image display device can be made compact and low in cost, and can be adapted to high-speed frame sequential display. Therefore, it is possible to provide an image or video display device that is low-cost, compact, and capable of displaying a brighter image.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 6 schematically shows an optical switching unit according to an embodiment of the present invention. The switching
[0039]
A
[0040]
The detailed configuration of the
[0041]
Furthermore, the
[0042]
Furthermore, the holding
[0043]
This will be described in more detail with reference to the timing charts shown in FIGS. The timing chart shown in FIG. 7 is an example of changing from black display (off position, second position) to white display (on position, first position). The potential of the fixed
[0044]
At time t <b> 2, the high potential + is supplied from the holding
[0045]
For this reason, even if the
[0046]
On the other hand, when the holding
[0047]
At the timing of locking at time t6, the potential of the holding
[0048]
In the
[0049]
As described above, the
[0050]
The timing chart shown in FIG. 8 is an example in which the color of the pixel formed by the optical switching element changes from black display (second position) to black display (second position). Also in this example, when a high potential + that is black is supplied to the
[0051]
The timing chart shown in FIG. 9 is an example in which the color of the pixel formed by the optical switching element changes from white display (first position) to black display (second position). In this example, when the low potential G that is white display is supplied to the
[0052]
The timing chart shown in FIG. 10 is an example in which the color of the pixel formed by the optical switching element changes from white display (first position) to white display (first position). Also in this example, when the low potential G that is white display is supplied to the
[0053]
As shown in these timing charts, in the
[0054]
Except for the case where the black display is changed to the black display, the white display for only one clock in the reset mode does not cause a problem. Further, white display in the reset mode when black display continues leads to a decrease in contrast, but this influence can be almost eliminated by shortening the reset time. That is, the extraction efficiency of evanescent light depends on the distance between the
[0055]
Thus, the state of the
[0056]
FIG. 12 is an example in which the present invention is applied to the
[0057]
FIG. 13 shows an example of a timing chart for controlling the switching
[0058]
On the other hand, at time t55, when the drive mode is entered and the drive voltage of the low potential G that is white display is supplied to the
[0059]
In this way, by providing holding electrodes in the moving direction of the
[0060]
In FIGS. 6 and 12, an image of supplying the holding voltage to the holding electrode in units of pixels is illustrated. However, in the
[0061]
In FIG. 14, as the switching
[0062]
As described above, by using the
[0063]
That is, a signal φs that is the same as or synchronized with the frame sequential signal is supplied to the holding
[0064]
Next, when the frame sequential signal is turned on, a new drive voltage is supplied from the
[0065]
As described above, in the
[0066]
In order to realize such a field sequential method, only one memory as described above with reference to FIG. 4A is prepared and operated in the switching element or drive circuit constituting each pixel. Just do it. For this reason, in the image display apparatus of this example, it is possible to provide an image display apparatus that can express a very compact and multi-tone image.
[0067]
Further, since light of each color can be irradiated almost continuously, an image display device that can display a bright image with high light use efficiency can be provided. Since the screen is not rewritten with interlace or non-interlace during display, it is possible to display a very high quality image without occurrence of flicker.
[0068]
Further, more flexible pixel control can be performed by supplying a holding voltage to the upper electrode and the lower electrode in units of scanning lines. For example, when an image of one color is composed of a large number of frames, the switching timing of the frames can be controlled in units of lines, and image control that can be called a line sequential method can be performed. Further, it is not necessary to provide a scanning line for supplying a set or reset signal to the drive circuit and to add a circuit element for setting or reset in the drive circuit in order to perform such control. Accordingly, the present invention provides an image display device that can control the timing of reading and writing of pixel data, and further the display timing, while being a compact and low-cost device with a very simple configuration. Can do.
[0069]
In this example, an example is described in which an electrostatic actuator is used as a switching element that performs light modulation. However, the present invention is not limited to an optical element that is driven by an electrostatic actuator or a device that uses the optical element. Can be applied. The present invention can be applied to any device provided with an electrostatic actuator in which a movable electrode is driven by a fixed electrode, and is not limited to a light modulation device, but a switching device for other uses such as a microvalve. The present invention can also be applied to a device that can freely control the switching timing with a simple and compact configuration.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, in the electrostatic actuator using the electrostatic force that works between the fixed electrode and the movable electrode, by providing the holding electrode that can lock the state of the movable electrode, The actuator mechanism of the electric actuator, that is, the drive mechanism itself composed of electrodes can be used as one memory, and at least one set of memory prepared on the drive circuit side can be reduced.
[0071]
In a microdevice having a structure in which microactuators are stacked on a semiconductor substrate, it is an important issue to increase the degree of integration of the microactuators, and the area occupied by the drive circuit in the semiconductor substrate is also reduced. For this reason, it is necessary to further improve the degree of integration on the semiconductor substrate side, which increases the manufacturing cost and decreases the yield. In particular, in a device having a structure in which a macro actuator and further switching optical element layers are stacked on a semiconductor substrate, the substrate side is wasted due to the yield of each layout layer, and the optical element layer and actuator layer The yield of an expensive highly integrated semiconductor substrate depends on the yield. Therefore, even if the degree of integration of the semiconductor substrate is increased, if the cost is greatly increased, the influence on the product cost is very large.
[0072]
On the other hand, by applying the present invention, it is possible to add a function as a memory without increasing the cost on the semiconductor substrate side. For this reason, not only can the yield of the semiconductor substrate be improved, but it is also possible to minimize the influence of the loss associated with the yield of the actuator layer or the optical element layer, and one or more memories can be provided for each pixel at low cost. A highly functional switching device provided can be provided. Then, by using the optical switching device (image display device) according to the present invention, it is possible to provide an image display apparatus that can display a bright high-resolution image while being compact at a low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a projector as an image display device.
FIG. 2 is a diagram showing an outline of an evanescent light switching element.
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of an image display device in which drive circuits are arranged in an array.
4 is a circuit diagram showing an example of a drive circuit shown in FIG. 3;
FIG. 5 is a diagram showing an outline of a type of optical switching element in which a movable electrode is driven only by a lower fixed electrode.
FIG. 6 is a diagram showing an outline of an evanescent light switching element including an electrostatic actuator according to the present invention.
7 is a timing chart showing the movement of the switching element shown in FIG. 6, and shows a state of transition from black display to white display. FIG.
8 is a timing chart showing the movement of the switching element shown in FIG. 6, and shows a state of transition from black display to black display.
9 is a timing chart showing the movement of the switching element shown in FIG. 6, and shows a state of transition from white display to black display.
10 is a timing chart showing the movement of the switching element shown in FIG. 6, and is a diagram showing a transition from white display to white display. FIG.
11 is a timing chart showing the movement of the switching element shown in FIG. 6, and shows an example in which the holding voltage is different.
FIG. 12 is a diagram showing an outline of an evanescent light switching element including an electrostatic actuator different from the above.
13 is a timing chart showing the movement of the switching element shown in FIG. 12, and is a diagram showing a transition from black display to white display.
FIG. 14 is a diagram showing a configuration of an image display device in which switching elements having electrostatic actuators according to the present invention are arranged in an array.
[Explanation of symbols]
1 Light guide plate
2 Illumination light
3 Optical elements
4 Microprism
5 V type support structure
6 Actuator mechanism
7 Fixed electrode on
8 Lower fixed electrode
9 Movable electrode
10 Optical switching element
20 Semiconductor substrate
21 Drive circuit (drive unit)
22 Sample hold
23 Switching element
41 data lines
42 Address line
45 Address line driver circuit
46 Data line driver circuit
47 Voltage supply line to fixed electrode on
48 Voltage supply line to the lower fixed electrode
50 Optical switching devices (image display devices)
55 Image display unit
60 Electrostatic actuator
61 Holding electrode on
62 Lower holding electrode
65 Holding circuit
69 Voltage supply line to holding electrode
Claims (9)
前記スイッチング部を駆動する可動電極と、
この可動電極を自身に接近する方向または自身から離間する方向である前記第1の位置の方向または前記第2の位置の方向に駆動するように配置され、固定電位が供給される固定電極と、
前記第1または第2の位置で前記可動電極と接触することにより前記可動電極と電気的に導通する保持電極と、
前記可動電極に対して極性の異なる駆動電位を印加可能な駆動手段と、
前記保持電極に対して前記可動電極がその保持電極に接するときの前記駆動電位と同じ極性の保持電位を印加可能な保持手段と、を有する静電アクチュエータ。An electrostatic actuator that drives a switching unit that can move to a first position and a second position away from the first position by an electrostatic force acting between the electrodes,
A movable electrode for driving the switching unit;
A fixed electrode that is arranged to drive in the direction of the first position or the direction of the second position, which is a direction approaching or separating from the movable electrode, and to which a fixed potential is supplied;
A holding electrode that is in electrical communication with the movable electrode by contacting the movable electrode at the first or second position;
Drive means capable of applying drive potentials having different polarities to the movable electrode;
An electrostatic actuator comprising: a holding unit capable of applying a holding potential having the same polarity as the driving potential when the movable electrode is in contact with the holding electrode.
前記スイッチング部を前記第1の位置に駆動する弾性手段を有し、
前記固定電極は前記可動電極を前記第2の位置の方向に駆動するように配置され、前記保持電極は前記第2の位置で前記可動電極と接することを特徴とする静電アクチュエータ。In claim 1,
Elastic means for driving the switching unit to the first position;
The fixed actuator is disposed so as to drive the movable electrode in the direction of the second position, and the holding electrode is in contact with the movable electrode at the second position.
前記固定電極は、前記可動電極を前記第1の位置の方向に駆動する第1の固定電極と、前記可動電極を前記第2の位置の方向に駆動する第2の固定電極とを備えており、
前記保持電極は、前記第1の位置で前記可動電極と接する第1の保持電極と、前記第2の位置で前記可動電極と接する第2の保持電極とを備えている静電アクチュエータ。In claim 1,
The fixed electrode includes a first fixed electrode that drives the movable electrode in the direction of the first position, and a second fixed electrode that drives the movable electrode in the direction of the second position. ,
The electrostatic actuator includes: a first holding electrode that contacts the movable electrode at the first position; and a second holding electrode that contacts the movable electrode at the second position.
前記駆動手段は、前記可動電極に前記駆動電位を印加する駆動モードと、前記可動電極をオープンする保持モードを選択可能であり、
前記保持手段は、前記保持電極に前記保持電位を印加するセットモードと、前記保持電極に前記保持電位を印加しないリセットモードとを選択可能である静電アクチュエータ。In any one of Claims 1 thru | or 3,
The driving means can select a driving mode for applying the driving potential to the movable electrode and a holding mode for opening the movable electrode,
The electrostatic actuator is capable of selecting a set mode in which the holding potential is applied to the holding electrode and a reset mode in which the holding potential is not applied to the holding electrode.
当該静電アクチュエータは、前記スイッチング部を駆動する可動電極と、この可動電極を自身に接近する方向または自身から離間する方向である前記第1の位置の方向または前記第2の位置の方向に駆動するように配置され、固定電位が供給される固定電極と、前記第1または第2の位置で前記可動電極と接触することにより前記可動電極と電気的に導通する保持電極と、前記可動電極に対して極性の異なる駆動電位を印加可能な駆動手段と、前記保持電極に対して前記可動電極がその保持電極に接するときの前記駆動電位と同じ極性の保持電位を印加可能な保持手段と、を有し、
前記可動電極に対し、極性の異なる駆動電圧を印加する駆動工程と、
前記可動電極をオープンする保持工程と、
前記保持電極に対し、前記可動電極がその保持電極に接するときの前記駆動電圧と同じ極性の保持電圧を印加するセット工程と、
前記保持電極に対し前記保持電圧を印加しないリセット工程とを有し、前記駆動工程の間に前記セット工程を行うことを特徴とする静電アクチュエータの制御方法。A control method for an electrostatic actuator that drives a switching unit movable to a first position and a second position away from the first position by an electrostatic force acting between electrodes,
The electrostatic actuator is driven in the direction of the first position or the direction of the second position, which is a movable electrode that drives the switching unit, and a direction in which the movable electrode approaches or separates from the movable electrode. A fixed electrode to which a fixed potential is supplied, a holding electrode that is electrically connected to the movable electrode by contacting the movable electrode at the first or second position, and a movable electrode Driving means capable of applying drive potentials having different polarities, and holding means capable of applying a holding potential having the same polarity as the driving potential when the movable electrode is in contact with the holding electrode. Have
A driving step of applying driving voltages having different polarities to the movable electrode;
A holding step of opening the movable electrode;
A setting step of applying a holding voltage having the same polarity as the driving voltage when the movable electrode is in contact with the holding electrode to the holding electrode;
And a resetting step in which the holding voltage is not applied to the holding electrode, and the setting step is performed between the driving steps.
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