JP2001318325A - Optical switching unit, optical switching device, light guide, manufacturing method for optical switching unit, and video display device - Google Patents
Optical switching unit, optical switching device, light guide, manufacturing method for optical switching unit, and video display deviceInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、エバネセント光を
用いた光スイッチングユニットおよびそれを構成する光
スイッチングデバイスおよび光ガイド(導光部)に関す
るものである。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an optical switching unit using evanescent light, an optical switching device and an optical guide (light guide) constituting the optical switching unit.
【0002】[0002]
【従来の技術】プロジェクタなどの映像表示装置のライ
トバルブとして光をオンオフ制御できる映像表示デバイ
スとしては、液晶を用いたものが知られている。しかし
ながら、この液晶を用いた映像表示装置は、高速応答特
性が悪く、たかだか数ミリ秒程度の応答速度でしか動作
しない。このため、高速応答を要求されるような高解像
度の画像を表示する装置、さらには、光通信、光演算、
ホログラムメモリー等の光記録装置、光プリンターは、
液晶を用いたスイッチングデバイスで実現するのは難し
い。2. Description of the Related Art As a light valve of a video display device such as a projector, a liquid crystal device using liquid crystal is known as a light valve capable of controlling on / off of light. However, a video display device using this liquid crystal has a poor high-speed response characteristic and operates only at a response speed of at most several milliseconds. For this reason, devices that display high-resolution images that require high-speed response, as well as optical communication, optical computation,
Optical recording devices and optical printers such as hologram memories
It is difficult to realize with a switching device using liquid crystal.
【0003】そこで、上記のような用途に対応できる高
速動作可能なスイッチングデバイスあるいは映像表示デ
バイスが求められており、ミクロンオーダあるいはさら
に小さなサブミクロンオーダの微細構造(マイクロスト
ラクチャ)を備えたスイッチングデバイスの開発が進め
られている。Therefore, there is a demand for a switching device or a video display device capable of operating at a high speed capable of coping with the above-mentioned applications, and a switching device having a microstructure of a micron order or a smaller submicron order. Development is underway.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】その1つに本願出願人
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近させてエバネセ
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がある。One of the problems is that the extraction surface of the switching portion is brought closer to the total reflection surface of the light guide portion, which the applicant of the present application is applying for, which can transmit light by total reflection. There is an optical switching device that can control the modulation of light at high speed by a small movement of about one wavelength or less of the optical element.
【0005】図1に、エバネセント光によるスイッチン
グを行う光スイッチングデバイスを用いた映像表示装置
の一例としてプロジェクタ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原色に分解して光スイッチングデバイ
ス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光スイッチン
グデバイス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、光スイッチングデバ
イス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。光スイッチン
グデバイス55は、光ガイド1と以下に詳述する光スイ
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
どは光スイッチングデバイス50に供給される。FIG. 1 schematically shows a projector 80 as an example of an image display apparatus using an optical switching device that performs switching by evanescent light. The projector 80 includes a white light source 81, a rotating color filter 82 that separates light from the white light source 81 into three primary colors and enters the light guide plate (light guide) 1 of the optical switching device 55, and modulates light of each color. The optical switching device 55 includes a light switching device 55 that emits the light 85 and a projection lens 86 that projects the emitted light 85. Then, the modulated light 85 for each color is projected on a screen 89, and the colors are temporally mixed to output a multi-tone multi-color image. The projector 80 further includes a control circuit 84 that controls the optical switching device 55 and the rotating color filter 82 to display a color image. The optical switching device 55 includes the light guide 1 and the optical switching device 50 described in detail below. Data φ and the like for displaying a color image are supplied from the control circuit 84 to the optical switching device 50. .
【0006】このように、図1に示したプロジェクタ8
0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
する光スイッチングデバイス50とを備えており、光ス
イッチングデバイス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。As described above, the projector 8 shown in FIG.
Reference numeral 0 denotes a light input / output unit that includes a light source 81 that supplies light for projection to the light guide 1 that transmits the light while totally reflecting the light, and a lens 85 that projects the light emitted from the light guide 1 and the like. And an optical switching device 50 for modulating the projection light supplied to the light guide 1. The light switching device 50 controls the evanescent light leaking from the light guide 1 to display an image.
【0007】図2に、エバンセント波(エバネセント
光)を利用して光を変調する映像表示デバイス(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。光スイッチングデバイス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
素子部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つの映像表示デバイスとして集積化
されている。FIG. 2 shows an outline of an image display device (evanescent light switching device) 50 for modulating light using an evanescent wave (evanescent light). The optical switching device 50 is a switching device in which a plurality of optical switching elements (optical switching mechanisms) 10 are two-dimensionally arranged. Each of the optical switching elements 10 can transmit the introduced light 2 by being totally reflected by itself. An optical element (switching unit) 3 capable of modulating light by approaching and separating from a light guide plate (light guide) 1 and an actuator 6 for driving the optical element unit 3 are provided.
The semiconductor substrate 20 on which the driving circuit and the digital storage circuit (storage unit) for driving the actuator 6 are formed by the layer of the optical element 3 and the layer of the actuator 6.
And integrated as one video display device.
【0008】図2を参照してエバネセント光を利用した
本例の光スイッチングデバイス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
波を抽出するV字型のプリズム(マイクロプリズム4)
と、このプリズム4の底面で導光板1に対しほほ垂直な
方向に反射するための反射膜46と、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。Referring to FIG. 2, the optical switching device 50 of this embodiment using evanescent light will be described in more detail. Explaining each optical switching element 10 as a base, the optical switching element 10a shown on the left side of FIG. 2 is in an ON state, and the optical switching element 10b shown on the right side is in an OFF state. The optical element 3 includes a surface (contact surface or extraction surface) 3a that is in close contact with the surface (total reflection surface) 1a of the light guide plate 1 that functions as a waveguide, and this surface 3a.
V-shaped prism (micro-prism 4) for extracting evanescent waves leaked when is adhered to total reflection surface 1a
A reflection film 46 for reflecting the light from the bottom surface of the prism 4 in a direction substantially perpendicular to the light guide plate 1; and a support structure 5 for supporting the V-shaped prism 4.
【0009】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と共に動く上
電極(第1の電極)7と、この上電極7と対峙した位置
で半導体基板20に固定された下電極(第2の電極)8
を備えている。さらに、上電極7はアンカープレート9
から上方に伸びた支柱11により支持されている。The actuator 6 is of a type for electrostatically driving the optical element 3. For this purpose, an upper electrode (first electrode) 7 which is mechanically connected to the support structure 5 of the optical element 3 and moves together with the optical element 3. And a lower electrode (second electrode) 8 fixed to the semiconductor substrate 20 at a position facing the upper electrode 7.
It has. Further, the upper electrode 7 is connected to the anchor plate 9
Is supported by a support 11 extending upward from the support.
【0010】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
にエバネッセント波と呼ぶ。このエバネッセント波は、
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)することを目的としてデザイン
されている。As shown in FIG. 2, the light guide plate 1 is supplied with the illumination light 2 from the light source at an angle at which the illumination light 2 is totally reflected by the total reflection surface 1a. Light is repeatedly totally reflected on the side 1a facing the light switching portion 3 and on the upper surface (emission surface), and the inside of the light guide plate 1 is filled with light rays. Therefore, in this state, the illumination light 2 is macroscopically confined inside the light guide plate 1 and propagates therein without any loss. On the other hand, microscopically, in the vicinity of the surface 1a of the light guide plate 1 which is totally reflected, the illumination light 2 leaks from the light guide plate 1 only for a very short distance of about the wavelength of light, and changes its course. The phenomenon of returning to the inside of the light guide plate 1 again occurs. The light leaked from the surface 1a in this manner is generally called an evanescent wave. This evanescent wave
It can be taken out by bringing another optical member close to the total reflection surface 1a at a distance of about the wavelength of light or less. The optical switching element 10 of the present embodiment is designed to modulate light transmitted through the light guide plate 1 at high speed, that is, to switch (on / off) using this phenomenon.
【0011】たとえば、図2の光スイッチング素子10
aでは、光学素子3(マイクロプリズム4)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の抽出面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は反射膜46で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、電極7および8の
間に働く静電力により光学素子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。For example, the optical switching element 10 shown in FIG.
In a, the optical element 3 (microprism 4) is the light guide plate 1
At the first position in contact with the total reflection surface 1a of the optical element 3, the evanescent wave can be extracted by the extraction surface 3a of the optical element 3. Therefore, the light 2 extracted by the microprisms 4 of the optical element 3 is changed in angle by the reflection film 46 and becomes the outgoing light 2a. The emitted light 2a is used as light 85 for projection of the projector 80 shown in FIG. On the other hand, in the optical switching element 10b, the optical element 3 is moved to the second position away from the light guide plate 1 by the electrostatic force acting between the electrodes 7 and 8. Therefore, the evanescent wave is not extracted by the optical element 3, and the light 2 does not exit from the inside of the light guide plate 1.
【0012】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光スイッチン
グデバイス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光スイッチングデバイス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
映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、高コントラストの映
像表示装置を提供できる。An optical switching element using an evanescent wave functions as a device that can switch light by itself, but as shown in FIG.
It is configured so that it can be arranged in a three-dimensional direction, or even three-dimensionally. In particular, by arranging them two-dimensionally in a matrix or array, it is possible to provide the optical switching device 55 capable of displaying a planar image similarly to liquid crystal or DMD. And in the optical switching device 50 using evanescent light,
Since the moving distance of the optical element 3, which is a switching unit, is on the order of submicron, it can be used as an optical modulator having a response speed one digit or more faster than that of liquid crystal, and a projector 80 or a direct-view type using this can operate at high speed. Can be provided. Further, the optical switching element 10 using evanescent light can turn on and off the light by almost 100% with a movement on the order of submicrons, and can express an image with a very high contrast. Therefore, it is easy to increase the temporal resolution, and a high-contrast image display device can be provided.
【0013】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光スイッチングデバイス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光スイッチングデバイ
ス50と光ガイド1とを組み立てることにより光スイッ
チングデバイス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。Further, the optical switching device 50
Now, the semiconductor integrated substrate 20 on which the drive circuit and the like are built
It is possible to provide the optical switching device 50 having a configuration in which the actuators 6 and the optical elements 3 arranged in an array are stacked on one chip. That is, the optical switching device 55 can be supplied by assembling the optical guide 1 with the optical switching device 50, which is a micromachine or an integrated device in which microstructures such as the actuator 6 and the optical element 3 are constructed on the semiconductor substrate 20. By incorporating the above, it is possible to provide a projector which can display a high-contrast image with a high operation speed and a high resolution.
【0014】アクチュエータ6は、図2の上下1対の電
極を備えたものに限定されず、上電極7および下電極8
に加え、これらの間で動く中間電極を備えたもの等も考
えられている。したがって、以下、本明細書では、簡単
のため上下電極の静電駆動タイプのアクチュエータに基
づき説明するが、アクチュエータの構成はこれに限定さ
れるものではない。The actuator 6 is not limited to the one having a pair of upper and lower electrodes shown in FIG.
In addition, those having an intermediate electrode that moves between them have been considered. Therefore, in the following description, the description will be made based on an actuator of an electrostatic drive type with upper and lower electrodes for simplicity, but the configuration of the actuator is not limited to this.
【0015】このように、光ガイド1および光学素子3
(マイクロプリズム4)は、互いに接する光学面を光の
利用効率を向上させるために、それぞれ面粗さを高精度
で制御している。このため、光ガイド1の全反射面1a
とマイクロプリズム4の抽出面3aには、互いに吸着が
起こり易い。吸着、いわゆるステッキング現象が起こる
と、本来ならば静電アクチュエータの静電力あるいは弾
性力、さらにはこれらの合成力により、図2の右側の光
スイッチング素子10bに示す、第2の位置に駆動する
のが難しくなる。したがって、電圧を印加しても所望の
動作をしなくなったり、あるいはスイッチング速度が低
下するという障害が発生する。さらには、駆動電圧を高
くする必要があり、消費電力が増大する可能性がある。Thus, the light guide 1 and the optical element 3
The (microprism 4) controls the surface roughness of each optical surface in contact with each other with high precision in order to improve the light use efficiency. For this reason, the total reflection surface 1a of the light guide 1
And the extraction surface 3a of the microprism 4 are easily attracted to each other. When the so-called sticking phenomenon occurs, the electrostatic actuator is driven to the second position as shown by the optical switching element 10b on the right side in FIG. It becomes difficult. Therefore, there arises a problem that a desired operation is not performed even if a voltage is applied, or a switching speed is reduced. Further, it is necessary to increase the driving voltage, and the power consumption may increase.
【0016】これに対して、光ガイドの全反射面あるい
は光学素子の摩擦係数を小さくすることにより吸着が発
生しにくくすることが可能である。例えば、ダイヤモン
ドライクカーボンを抽出面に形成するとも考えられる。
しかしながら、抽出面にダイヤモンドライクカーボンを
成膜するときにそのパーティクルが発生してこれらが抽
出面に付着することがあり、光ガイドと光学素子との隙
間、すなわち、光ガイドの全反射面とマイクロ光学素子
の抽出面との間の隙間(ギャップ)をサブミクロンオー
ダで管理することが困難となる。また、屈折率がガラス
より著しく高いため、光学特性が変わる等の問題もあ
る。On the other hand, by reducing the friction coefficient of the optical element or the total reflection surface of the light guide, it is possible to make it difficult for suction to occur. For example, it is considered that diamond-like carbon is formed on the extraction surface.
However, when diamond-like carbon is formed on the extraction surface, the particles may be generated and adhere to the extraction surface. The gap between the light guide and the optical element, that is, the total reflection surface of the light guide and the micro- It is difficult to manage the gap between the optical element and the extraction surface on the order of submicrons. In addition, since the refractive index is significantly higher than that of glass, there is a problem that optical characteristics are changed.
【0017】そこで、本発明においては、光ガイドと光
スイッチング素子の抽出面との吸着を防止するととも
に、抽出面と全反射面との隙間を精度良く管理すること
ができる光スイッチングユニット、およびこれを構成す
る光スイッチングデバイスおよび光ガイド、さらに光ス
イッチングユニットの製造方法を提供することを目的と
している。そして、光の利用効率が高く、低電圧で高速
駆動できる信頼性の高い光スイッチングユニットを提供
することを目的としている。さらに、本発明の光スイッ
チングユニットを採用することにより、解像度が高く、
明るい画像を表示できる映像表示装置を提供することも
本発明の目的としている。Therefore, in the present invention, an optical switching unit which can prevent the light guide from being attracted to the extraction surface of the optical switching element and can accurately manage the gap between the extraction surface and the total reflection surface, It is an object of the present invention to provide an optical switching device, an optical guide, and a method for manufacturing an optical switching unit. It is another object of the present invention to provide a highly reliable optical switching unit that has high light use efficiency and can be driven at high speed with a low voltage. Furthermore, by adopting the optical switching unit of the present invention, the resolution is high,
It is another object of the present invention to provide a video display device capable of displaying a bright image.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】このため、本発明では、
全反射面または抽出面に、ダイヤモンドライクカーボン
のような新たな層を形成するのではなく、これらの面の
いずれかをそれ自体が微小凸部を備えた形状とすること
により、吸着を防止し、さらに、全反射面と抽出面との
間隔を管理できるようにしている。すなわち、本発明
は、入射光を全反射して伝達可能な全反射面を備えた光
ガイドと、この全反射面に接近した第1の位置および全
反射面から離れる第2の位置に駆動されるマイクロ光学
素子であって、第1の位置では全反射面に当該マイクロ
光学素子の抽出面が近接し、光ガイドから光を抽出可能
であり、第2の位置では全反射面から抽出面が離れて光
を抽出しないマイクロ光学素子とを有する光スイッチン
グユニットであって、全反射面および抽出面の少なくと
も一方に、光ガイドまたはマイクロ光学素子の少なくと
も一部を延設した微小凸部が形成されていることを特徴
としている。Therefore, in the present invention,
Instead of forming a new layer such as diamond-like carbon on the total reflection surface or extraction surface, one of these surfaces has a shape that itself has minute projections to prevent adsorption. Further, the distance between the total reflection surface and the extraction surface can be managed. That is, according to the present invention, a light guide including a total reflection surface capable of transmitting incident light by total reflection, and a first position close to the total reflection surface and a second position separated from the total reflection surface are driven. An extraction surface of the micro-optical device is close to a total reflection surface at a first position, and light can be extracted from a light guide; and a second position has an extraction surface from the total reflection surface. An optical switching unit having a micro-optical element that does not extract light at a distance, wherein at least one of the total reflection surface and the extraction surface is formed with a small convex portion extending at least a part of the light guide or the micro-optical element. It is characterized by having.
【0019】第1の位置で接触する光ガイドおよびマイ
クロ光学素子の少なくともどちらかの光学面(全反射面
または抽出面)に、これらの面の一部を延設して微小凸
部を形成することで、全反射面と抽出面との接触面積を
小さくし、吸着力を弱めることができる。そして、これ
らの面の間に僅かに生じる隙間によって吸着力を弱める
とともに、剥離しやすくできる。このため、吸着による
ディメリットを防止でき、スイッチングの信頼性および
応答速度を速くすることができる。同時に、新たな層を
形成しないので、それに伴ってギャップ制御が困難にな
ることもなく、微小凸部の形状を制御して形成すること
により、エバネセント光を十分に抽出できるように全反
射面または抽出面との間隔を管理できる。このため、光
の利用効率が高く、吸着による動作不良および動作特性
などの劣化がなく、耐久性および信頼性の高い光スイッ
チングユニット、およびこれを構成するデバイス、さら
には光ガイドを提供できる。On the optical surface (total reflection surface or extraction surface) of at least one of the light guide and the micro optical element which comes into contact at the first position, a part of these surfaces is extended to form a minute projection. Thus, the contact area between the total reflection surface and the extraction surface can be reduced, and the attraction force can be reduced. Then, the suction force is weakened by a slight gap between these surfaces, and the separation can be easily performed. For this reason, it is possible to prevent the disadvantages due to the suction, and to increase the switching reliability and the response speed. At the same time, since a new layer is not formed, the gap control is not difficult with it, and by controlling and forming the shape of the minute projection, the total reflection surface or the surface is formed so that the evanescent light can be sufficiently extracted. Can manage the distance from the extraction surface. Therefore, it is possible to provide a highly durable and highly reliable optical switching unit, a device constituting the optical switching unit, and a light guide, which have high light use efficiency, are free from operation failure and deterioration of operation characteristics due to adsorption, and the like.
【0020】エバネセント光を利用する光スイッチング
ユニットでは、エバネセント光は、抽出距離に対して、
指数関数的に急速に減衰する。このため、光の利用効率
を上げるためにも、微小凸部の高さは、1ないし50n
mの範囲にすることが望ましい。さらには、微小凸部の
高さは、1ないし30nmの範囲にあることが望ましい。
これにより、エバネセント波の抽出効率が50%以上か
ら90%以上にすることができる。エバネセント波の抽
出効率が95%以上になるように、微小凸部の高さは、
1ないし20nmの範囲にすることも可能である。した
がって、このような高さに微小凸部を制御することによ
り、吸着力が充分に弱められ、動作速度なども速くでき
る光スイッチングユニットであって、光の利用効率も充
分に高い光スイッチングユニットを提供できる。In an optical switching unit using evanescent light, the evanescent light has a function of:
Decays exponentially rapidly. For this reason, in order to increase the light use efficiency, the height of the minute projection is 1 to 50 n.
m is desirable. Further, it is desirable that the height of the minute projection is in the range of 1 to 30 nm.
Thus, the evanescent wave extraction efficiency can be increased from 50% or more to 90% or more. The height of the minute protrusion is set so that the extraction efficiency of the evanescent wave becomes 95% or more.
A range of 1 to 20 nm is also possible. Therefore, by controlling the minute projections at such a height, the optical switching unit is capable of sufficiently weakening the attraction force and increasing the operation speed, and has a sufficiently high light use efficiency. Can be provided.
【0021】平坦な面上に延設される微小凸部は、段差
状に形成しても良いが、ドーム型に形成することが望ま
しい。ドーム型にすると、光ガイドと抽出面が点接触に
なるので、さらに、吸着による問題をし易い。また、ド
ーム型のサブミクロンオーダの微小凸部は、全反射面ま
たは抽出面の表面をレーザ照射することにより、新たな
層を設けなくても、簡単に成形できる。さらに、レーザ
光の口径、エネルギー、照射時間などを調整すること
で、簡単に、ドーム型の微小凸部の径、高さなどを精度
良く制御できる。したがって、全反射面と抽出面が接近
した第1の位置における、全反射面と抽出面との間に生
じる隙間の大きさ(距離)を容易に管理できる。The minute projections extending on the flat surface may be formed in a step shape, but are preferably formed in a dome shape. In the case of the dome shape, the light guide and the extraction surface are in point contact, so that a problem due to suction is more likely to occur. In addition, the dome-shaped sub-micron convex portion can be easily formed by irradiating the surface of the total reflection surface or the extraction surface with a laser without providing a new layer. Further, by adjusting the diameter, energy, irradiation time, and the like of the laser beam, the diameter, height, and the like of the dome-shaped minute projection can be easily controlled with high accuracy. Therefore, the size (distance) of the gap generated between the total reflection surface and the extraction surface at the first position where the total reflection surface and the extraction surface are close to each other can be easily managed.
【0022】このように、本発明の光スイッチングユニ
ットは、全反射面および抽出面の少なくとも一方に、光
ガイドまたはマイクロ光学素子の少なくとも一部を延設
した微小凸部を形成する工程を有する製造方法によって
製造でき、このような微小凸部は、全反射面または抽出
面のいずれかにレーザ照射することにより簡単に、ま
た、精度良く形成できる。As described above, the optical switching unit of the present invention has a process of forming a minute convex portion extending at least a part of the light guide or the micro optical element on at least one of the total reflection surface and the extraction surface. Such a minute projection can be easily and accurately formed by irradiating either the total reflection surface or the extraction surface with a laser.
【0023】複数のマイクロ光学素子が所定のピッチで
配列されている光スイッチングユニットにおいては、微
小凸部は該マイクロ光学素子のピッチのほぼ2倍以内の
ピッチで形成することが望ましい。微小凸部の抽出効率
の最大となる部分、すなわち、微小凸部を設けたときに
その頂点が全反射面あるいは抽出面のいずれかに接触す
る部分を各マイクロ光学素子に配置できる。これによ
り、微小凸部を各マイクロ光学素子に対して均等に配置
できる。したがって、各マイクロ光学素子により確実に
エバネセント光を抽出でき、さらに、その抽出するエバ
ネセント光の強度、あるいは効率をほぼ均等にし易い光
スイッチングユニットを提供できる。In an optical switching unit in which a plurality of micro-optical elements are arranged at a predetermined pitch, it is desirable that the minute projections be formed at a pitch that is approximately twice the pitch of the micro-optical elements. A portion at which the extraction efficiency of the minute convex portion is maximized, that is, a portion where the vertex of the minute convex portion comes into contact with either the total reflection surface or the extracting surface can be arranged in each micro optical element. Thereby, the minute convex portions can be arranged evenly for each micro optical element. Therefore, an evanescent light can be reliably extracted by each micro optical element, and furthermore, an optical switching unit that can easily make the intensity or efficiency of the extracted evanescent light almost equal can be provided.
【0024】さらに、微小凸部を、該マイクロ光学素子
のピッチとほぼ同じあるいはそれ以下のピッチで形成す
ることが望ましい。前述した均等配置に加えて抽出面、
あるいは抽出面が接触する全反射面において、抽出面単
位で微小凸部の配置の自由度があがるので、抽出面で抽
出する光のばらつきを小さくすることができる。すなわ
ち、微小凸部の頂点を抽出面の中心に設置して画素の中
心を明るくしたり、複数の微小凸部を1つの抽出面に配
置して、画素内の明るさのバランスを向上することがで
きる。したがって、光の利用効率が高く、吸着防止効果
もあり、カラーバランスも優れた、高品質で信頼性の高
い光スイッチングユニットを提供できる。Further, it is desirable that the minute projections are formed at a pitch substantially equal to or less than the pitch of the micro optical element. Extraction surface in addition to the uniform arrangement described above,
Alternatively, in the total reflection surface that comes into contact with the extraction surface, the degree of freedom in arranging the minute projections increases in units of the extraction surface, so that the variation in the light extracted on the extraction surface can be reduced. That is, the center of the pixel is brightened by placing the apex of the minute convex portion at the center of the extraction surface, or the balance of brightness in the pixel is improved by arranging a plurality of minute convex portions on one extraction surface. Can be. Therefore, it is possible to provide a high quality and highly reliable optical switching unit having high light use efficiency, an effect of preventing adsorption, and excellent color balance.
【0025】本発明の光スイッチングユニットは、個々
のマイクロ光学素子を駆動するマイクロアクチュエータ
をそれぞれ有しており、光ガイド、マイクロ光学素子、
マイクロアクチュエータが上から順番に基板上に積み重
ね構成で実現できる。マイクロアクチュエータとして
は、静電アクチュエータを採用でき、本発明の光スイッ
チングユニットにおいては、吸着による負荷がない、あ
るいは非常に少ないので、マイクロ光学素子を第1の位
置および第2の位置に動かし高速でオンオフできる。し
たがって、低電圧で高速駆動が可能であり、省エネルギ
ーで分解能の高い光スイッチングユニットを提供でき
る。The optical switching unit of the present invention has a microactuator for driving each micro-optical element, and includes a light guide, a micro-optical element,
The microactuators can be realized in a stacked configuration on the substrate in order from the top. As the microactuator, an electrostatic actuator can be used. In the optical switching unit of the present invention, since the load due to the suction is not or very small, the micro optical element is moved to the first position and the second position, and the microswitch is moved at high speed. Can be turned on and off. Therefore, it is possible to provide an optical switching unit capable of high-speed driving at low voltage, saving energy and having high resolution.
【0026】したがって、本発明の光スイッチングユニ
ットと、光ガイドへ画像を形成するための光を入出力す
る手段とを有するプロジェクタ型などの映像表示装置に
おいては、消費電力が小さく、高周波で駆動でき、分解
能も高く信頼性の良い映像表示装置を提供できる。Therefore, in a video display device such as a projector having a light switching unit of the present invention and a means for inputting and outputting light for forming an image to the light guide, the power consumption is small, and the device can be driven at a high frequency. In addition, it is possible to provide a highly reliable image display device having high resolution.
【0027】[0027]
【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明をさ
らに説明する。以下では、先に説明したエバネセント波
を用いて光をスイッチングするデバイスに本発明を適用
した例で説明する。図3および図4に示すように、本例
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と、この
導光板1に接近(第1の位置)および離反(第2の位
置)するマイクロ光学素子(以降においては光学素子)
3と、この光学素子3を駆動するマイクロアクチュエー
タ(以降においてはアクチュエータ)6と、このアクチ
ュエータ6を制御する回路が作り込まれた半導体基板2
0とを備えている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be further described below with reference to the drawings. Hereinafter, an example in which the present invention is applied to a device that switches light using the evanescent wave described above will be described. As shown in FIG. 3 and FIG. 4, the optical switching element 10 of
Light guide plate (light guide) 1 capable of total reflection and transmission of light, and a micro-optical element (hereinafter referred to as an optical element) approaching (first position) and separating (second position) from the light guide plate 1
3, a microactuator (hereinafter referred to as an actuator) 6 for driving the optical element 3, and a semiconductor substrate 2 on which a circuit for controlling the actuator 6 is built.
0.
【0028】光学素子3は樹脂により型成形されてお
り、光ガイド1の面(全反射面)1aに面した側が、こ
の全反射面1aに接する面(接触面または抽出面)3a
であり、この面3aが全反射面1aに接近したときに漏
れ出たエバネセント波を抽出して内部に導くV字型のマ
イクロプリズム(プリズム)4と、導かれた光を光ガイ
ド1に対しほほ垂直な方向に反射する反射膜46と、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。The optical element 3 is molded from a resin, and the side facing the surface (total reflection surface) 1a of the light guide 1 is a surface (contact surface or extraction surface) 3a in contact with the total reflection surface 1a.
And a V-shaped microprism (prism) 4 for extracting and guiding the evanescent wave leaked out when the surface 3a approaches the total reflection surface 1a, and guiding the guided light to the light guide 1. A reflecting film 46 for reflecting the light in a substantially vertical direction;
And a support structure 5 for supporting the U-shaped prism 4.
【0029】本例のアクチュエータ6の構成は、先に図
2に基づき説明したものと同様であるので、以下では構
成およびその動作についての詳しい説明は省略する。本
例の光スイッチングデバイス50は、個々には光学素子
3とこれを駆動するアクチュエータ6により構成される
光スイッチング素子10が複数用意されており、これら
の光スイッチング素子10を半導体基板20の上にアレ
イ状に並べ、半導体基板20のCMOS回路によって各
々の光スイッチング素子を制御する画像デバイス(光ス
イッチングデバイス)50となっている。そして、光ガ
イド1と、光スイッチングデバイス50とを積層するこ
とにより光スイッチングユニット55を構成でき、上記
と同様に映像表示装置80のライトバルブとして使用す
ることができる。Since the structure of the actuator 6 of this embodiment is the same as that described above with reference to FIG. 2, a detailed description of the structure and its operation will be omitted below. In the optical switching device 50 of this example, a plurality of optical switching elements 10 each including the optical element 3 and the actuator 6 for driving the optical element 3 are prepared, and these optical switching elements 10 are mounted on the semiconductor substrate 20. An image device (optical switching device) 50 that is arranged in an array and controls each optical switching element by a CMOS circuit of the semiconductor substrate 20 is provided. Then, the light switching unit 55 can be configured by stacking the light guide 1 and the light switching device 50, and can be used as a light valve of the video display device 80 in the same manner as described above.
【0030】本例の光学素子3の抽出面3aは、ミクロ
ンオーダではほぼ平坦であるが、サブミクロンオーダで
は、マイクロプリズム4を構成する樹脂が延設された、
すなわち、プリズム4と同一の素材で形成された複数の
ドーム状の微小凸部70が設けられている。図5に、抽
出面3aに設けられた微小凸部70を拡大して模式的に
示してある。このような微小凸部70は、以下で説明す
るように、マイクロプリズム4に新たに層(膜)を重ね
るのではなく、マイクロプリズム4の表面(抽出面)3
aに、CO2レーザを照射することにより形成できる。
すなわち、表面3aを適当なエネルギーのレーザ光を適
当な時間だけ照射することにより部分的に熱膨張させ、
ドーム状とすることが可能である。さらに、レーザ光の
スポット径、出力および照射時間を制御することによ
り、その形状を自由に精度良く形成できる。本例では、
高さhが20nm、直径dがφ10μm程度となるよう
に抽出面3aに微小凸部70を形成しているが、この高
さおよび径を制御することは容易である。The extraction surface 3a of the optical element 3 of this embodiment is substantially flat in the order of microns, but the resin constituting the microprism 4 is extended in the order of submicrons.
That is, a plurality of dome-shaped minute convex portions 70 formed of the same material as the prism 4 are provided. FIG. 5 schematically shows an enlarged view of the minute projection 70 provided on the extraction surface 3a. As will be described below, such a minute projection 70 does not overlap a new layer (film) on the microprism 4, but instead forms a surface (extraction surface) 3 of the microprism 4.
It can be formed by irradiating a with a CO 2 laser.
That is, the surface 3a is partially thermally expanded by irradiating a laser beam of appropriate energy for an appropriate time,
It can be dome-shaped. Further, the shape can be freely and accurately formed by controlling the spot diameter, output and irradiation time of the laser beam. In this example,
Although the minute projections 70 are formed on the extraction surface 3a so that the height h is 20 nm and the diameter d is about 10 μm, it is easy to control the height and diameter.
【0031】図3に、微小凸部70が設けられた抽出面
3aを全反射面1aに接したときの、第1の位置におけ
る状態を示してある。抽出面3aは、微小凸部70の先
端70aで光ガイド1の全反射面1aと接触する。本例
の光スイッチングユニット55においては、ドーム型の
微小凸部70が設けられおり、光ガイド1(全反射面1
a)と抽出面3aは点で接触する。したがって、接触面
積が小さくなり、全面が接したときに対し吸着による効
果を少なくすることができる。すなわち、抽出面3aに
は微小凸部70が加工されているので、オン状態で光ガ
イド1の全反射面1aに全面的が着くのではなく、頂点
70aあるいはその近傍が部分的に光ガイド1の全反射
面1aに着き、その他の部分では、全反射面1aと抽出
面3aとの間に僅かな隙間sが構成される。本例では、
ドーム状の微小凸部70の高さhが20nmに調整され
ているので、最大で20nm程度の僅かな隙間sがあ
く。したがって、全反射面1aと抽出面3aとが密着し
て強い吸着力が発生することがない。FIG. 3 shows a state at the first position when the extraction surface 3a provided with the minute projections 70 is in contact with the total reflection surface 1a. The extraction surface 3a contacts the total reflection surface 1a of the light guide 1 at the tip 70a of the minute projection 70. In the optical switching unit 55 of this example, a dome-shaped minute convex portion 70 is provided, and the light guide 1 (total reflection surface 1) is provided.
a) and the extraction surface 3a contact at a point. Therefore, the contact area is reduced, and the effect of adsorption can be reduced when the entire surface is in contact. That is, since the minute convex portion 70 is processed on the extraction surface 3a, the entire surface does not completely reach the total reflection surface 1a of the light guide 1 in the ON state, but the vertex 70a or the vicinity thereof partially covers the light guide 1a. And a small gap s is formed between the total reflection surface 1a and the extraction surface 3a in other portions. In this example,
Since the height h of the dome-shaped minute projection 70 is adjusted to 20 nm, a slight gap s of about 20 nm at the maximum is left. Therefore, the total reflection surface 1a and the extraction surface 3a do not come into close contact with each other, and a strong suction force is not generated.
【0032】さらに、図4に示すように光学素子3を全
反射面1aから引き剥がす(第2の位置)ときに隙間s
から空気が入るので、簡単に、少ない駆動力で光学素子
3を全反射面1aから剥離することができる。このた
め、図4に示すようにオフ状態(第2の位置)にする駆
動力を小さくすることができる。したがって、光スイッ
チング素子10をオンオフする際の駆動電圧を下げるこ
とができるとともに、低電圧で高速駆動できる。さら
に、スティッキングなどの恐れもなくなる。このため、
省エネルギーで動作周波数が高く、さらに、信頼性の高
い光スイッチング素子10(光スイッチングデバイス5
0)および光スイッチングユニット55を提供できる。Further, as shown in FIG. 4, when the optical element 3 is peeled off from the total reflection surface 1a (second position), the gap s
Since the air enters from above, the optical element 3 can be easily separated from the total reflection surface 1a with a small driving force. Therefore, the driving force for turning off (the second position) as shown in FIG. 4 can be reduced. Therefore, it is possible to reduce the driving voltage when turning on and off the optical switching element 10, and to perform high-speed driving at a low voltage. Furthermore, there is no fear of sticking or the like. For this reason,
Energy saving, high operating frequency, and highly reliable optical switching element 10 (optical switching device 5
0) and the optical switching unit 55 can be provided.
【0033】一方、抽出面3aに形成されている微小凸
部は、プリズム4をレーザ加工することにより形成して
いるので、プリズム4と同素材(樹脂剤)であり、ほぼ
同じ屈折率となる。したがって、素材から光学的なディ
メリットは生じない。さらに、ドーム状の微小凸部70
の高さhは、オン状態でエバネセント光の抽出効率がほ
とんど低下しない範囲に抑えられている。すなわち、微
小凸部70によりオン状態で生ずる隙間sはエバネセン
ト光の抽出効率が大きく変化しない範囲であり光の利用
効率が殆ど低下しない。この結果、オン状態で微小凸部
70を含む光学素子部3の面3aによりエバネセント波
を効率良く抽出することができマイクロプリズム4で導
光板1に対し垂直な方向の出射光2aが得られる。これ
により光2をスイッチングして画像などを表現すること
が可能となる。On the other hand, since the minute projections formed on the extraction surface 3a are formed by laser processing the prism 4, it is made of the same material (resin material) as the prism 4 and has almost the same refractive index. . Therefore, no optical disadvantage occurs from the material. Further, the dome-shaped minute convex portion 70
Is kept within a range where the evanescent light extraction efficiency hardly decreases in the ON state. That is, the gap s generated in the ON state by the minute projection 70 is in a range where the extraction efficiency of the evanescent light does not greatly change, and the light use efficiency hardly decreases. As a result, the evanescent wave can be efficiently extracted by the surface 3a of the optical element portion 3 including the minute convex portion 70 in the ON state, and the emitted light 2a in the direction perpendicular to the light guide plate 1 can be obtained by the microprism 4. This makes it possible to express an image or the like by switching the light 2.
【0034】図6に、エバネセント光の抽出率を計算し
た結果を示してある。入射光2の入射角を50度、光ガ
イド1の屈折率1.5とし、入射光2として、350n
m(実線)、500nm(一点鎖線)、700nm(破
線)を用いた場合の抽出面3aと全反射面1a、すなわ
ち間隔あるいはギャップsと、そのときに抽出される率
の関係を示してある。この図から分かるように、エバネ
セント波の抽出率は、光ガイド1の全反射面1aと、光
スイッチング素子10の抽出面3aの距離に対して指数
関数的に減衰する。しかしながら、間隔sが20nm程
度ではエバネセント波の抽出効率は95%以上である。
したがって、本例の光スイッチング素子10あるいは光
スイッチングユニット55においては、上記のように、
省エネルギで高速駆動が可能であり、さらに信頼性の高
い光スイッチングユニット55でありながら、光の利用
効率もほとんど減少しない光スイッチングユニットを提
供することができる。FIG. 6 shows the result of calculating the extraction rate of evanescent light. The incident angle of the incident light 2 is 50 degrees, the refractive index of the light guide 1 is 1.5, and the incident light 2 is 350 n
The relationship between the extraction surface 3a and the total reflection surface 1a, that is, the interval or gap s, and the rate extracted at that time when m (solid line), 500 nm (dashed-dotted line), and 700 nm (dashed line) are used is shown. As can be seen from this figure, the extraction rate of the evanescent wave attenuates exponentially with the distance between the total reflection surface 1a of the light guide 1 and the extraction surface 3a of the optical switching element 10. However, when the interval s is about 20 nm, the evanescent wave extraction efficiency is 95% or more.
Therefore, in the optical switching element 10 or the optical switching unit 55 of this example, as described above,
It is possible to provide an optical switching unit which can be driven at high speed with energy saving and has high reliability, while hardly reducing the light use efficiency, even though it is a highly reliable optical switching unit 55.
【0035】抽出面3aと全反射面1aとの吸着力を下
げて、駆動エネルギーを減少し、動作周波数を上げて、
さらに信頼性を高くするには、隙間sは大きい方が望ま
しい。すなわち、ドーム状の微細凸部70の高さhは高
いほうが望ましい。しかしながら、隙間sが大きくなる
と図6に示すようにエバネセント光の抽出率は低下し、
光の利用効率が低下する。このような関係を考慮する
と、動作周波数および信頼性を向上するという点では、
微小凸部70の高さhは1ないし30nm程度が望まし
く、微小凸部70の高さhが30nmのとき、すなわ
ち、隙間sの最大が30nmになるときでも、最もエバ
ネセント光の利用効率が低下する部分で90%程度の光
の抽出効率を維持できる。この抽出効率は、ドーム状の
微小凸部70の頂点70aに近づくにつれて高くなる。
したがって、微小凸部70の周辺部でのエバネセント光
の抽出効率が90%程度になっても、その中心部ではエ
バネセント光の抽出効率は高く、スイッチング素子ある
いは画素10の全体としてはほとんど光の利用効率が減
少することはない。By lowering the attraction force between the extraction surface 3a and the total reflection surface 1a, reducing the driving energy and increasing the operating frequency,
To further increase the reliability, it is desirable that the gap s be large. That is, it is desirable that the height h of the dome-shaped fine convex portion 70 is higher. However, when the gap s increases, the extraction rate of evanescent light decreases as shown in FIG.
Light utilization efficiency decreases. Considering such a relationship, in terms of improving operating frequency and reliability,
The height h of the minute protrusion 70 is preferably about 1 to 30 nm. Even when the height h of the minute protrusion 70 is 30 nm, that is, even when the maximum of the gap s is 30 nm, the use efficiency of evanescent light is the lowest. The light extraction efficiency of about 90% can be maintained in the portion where the light is extracted. The extraction efficiency increases as approaching the apex 70a of the dome-shaped minute projection 70.
Therefore, even if the extraction efficiency of evanescent light in the peripheral portion of the minute convex portion 70 becomes about 90%, the extraction efficiency of evanescent light is high in the central portion, and almost all of the switching element or the pixel 10 uses light. Efficiency does not decrease.
【0036】さらに、吸着防止効果を上げて、より高速
化および低電力化を実現するには、微小凸部70の高さ
h、すなわち、隙間sを1ないし50nm程度にするこ
とができる。隙間sが50nmのところ、すなわち、最
も光の利用効率が低下するポイントでも、75%程度の
エバネセント光の抽出効率を維持することができる。し
たがって、上述したように、微小凸部70の中心に行く
にしたがって光の利用効率は向上する。したがって、本
発明により、スイッチング素子あるいはスイッチングユ
ニット55全体としての光の利用効率を高く維持したま
まで、消費電力を減らし、動作速度を上げ、さらに、信
頼性も上げることができる。Further, in order to achieve a higher speed and lower power by improving the adsorption preventing effect, the height h of the minute projection 70, that is, the gap s, can be set to about 1 to 50 nm. Even when the gap s is 50 nm, that is, at the point where the light use efficiency is most reduced, the evanescent light extraction efficiency of about 75% can be maintained. Therefore, as described above, the light use efficiency increases toward the center of the minute projection 70. Therefore, according to the present invention, the power consumption can be reduced, the operation speed can be increased, and the reliability can be increased while maintaining high light use efficiency of the switching element or the switching unit 55 as a whole.
【0037】図7ないし図11を参照しながら、微小凸
部70のレイアウトについて検討する。まず、図7は、
各々が画素を構成する複数の光スイッチング素子10が
アレイ状に配置されている様子を示してある。映像を表
示する際の画素となる正方形の20μm角のマイクロプ
リズム4がピッチLで碁盤目状に配置されている。Referring to FIGS. 7 to 11, the layout of the minute projection 70 will be discussed. First, FIG.
A state is shown in which a plurality of optical switching elements 10 each constituting a pixel are arranged in an array. Micro prisms 4 each having a square shape of 20 μm and serving as pixels when displaying an image are arranged in a grid pattern at a pitch L.
【0038】図8ないし図11は、これらの画素あるい
はプリズム4の抽出面3aを上方から見た様子を模式的
に示してあり、微小凸部70のレイアウトのいくつかの
例を示してある。図8は、直径dが10μmあるいはそ
れ以下の微小凸部70が画素ピッチLの1/2あるいは
それ以下のピッチMで配置されている例である。本例で
は、具体的には直径dが8μmの微小凸部70が1/2
LのピッチMで配置されている。したがって、1つのマ
イクロプリズム10の中に4個の微小凸部70を均等に
重なりのないように配置することができる。これらの微
小凸部70は、それらが形成された部分が互いに重なら
ないようにすることが望ましく、これにより曲率が複雑
に入り組んだ面が抽出面3aに形成されるのを防止でき
る。したがって、表面に微小凸部70が形成された光学
素子3であっても不要な光の散乱や、干渉を防止するこ
とができる。FIGS. 8 to 11 schematically show the pixels or the extraction surface 3a of the prism 4 as viewed from above, and show some examples of the layout of the minute projections 70. FIG. FIG. 8 shows an example in which minute projections 70 having a diameter d of 10 μm or less are arranged at a pitch M which is 1 / of the pixel pitch L or less. In this example, specifically, the minute projection 70 having a diameter d of 8 μm is 1 /
They are arranged at a pitch M of L. Therefore, four micro convex portions 70 can be arranged in one micro prism 10 so as not to be evenly overlapped. It is desirable that the portions where these minute projections 70 are formed do not overlap with each other, thereby preventing the extraction surface 3a from having a complicatedly curved surface. Therefore, even in the optical element 3 having the fine projections 70 formed on the surface, unnecessary light scattering and interference can be prevented.
【0039】本例の光スイッチングデバイス50では、
1つの画素あるいはプリズム4に複数の微小凸部70が
規則的に配置されている。上述したように、ドーム状の
微小凸部70では、中心70aほどエバネセント光の抽
出率が高く明るくなり、中心70aから外れるほど隙間
sが大きくなるので、エバネセント光の抽出率は低く暗
くなる。本例では1つの画素あるいはプリズム4の中
に、非常に微視的ではあるが、規則的に複数の明るい部
分と暗い部分があり、全体として均一な強度が得られ
る。さらに、隣接する他の画素あるいはプリズム4にお
いても同様である。したがって、画素あるいはプリズム
4の内のみならずデバイス50全体に、光強度のばらつ
きが小さく、より高品質な画像を表示することができる
光スイッチングデバイス50およびユニット55を提供
できる。In the optical switching device 50 of this embodiment,
A plurality of minute projections 70 are regularly arranged in one pixel or prism 4. As described above, in the dome-shaped micro convex portion 70, the extraction rate of the evanescent light becomes higher and brighter toward the center 70a, and the gap s becomes larger as the distance from the center 70a increases, so that the extraction rate of the evanescent light becomes lower and darker. In this example, although one pixel or the prism 4 is very microscopic, there are regularly a plurality of bright portions and dark portions, and uniform intensity can be obtained as a whole. The same applies to other adjacent pixels or prisms 4. Therefore, it is possible to provide the optical switching device 50 and the unit 55 that have a small variation in light intensity and can display a higher quality image not only in the pixel or the prism 4 but also in the entire device 50.
【0040】図9は、直径dがφ18μmの微小凸部7
0を、画素あるいはプリズム4のピッチLと同じピッチ
Mで配置した例であり、さらに、微小凸部70の中止7
0aが画素あるいはプリズム4の中心4aと一致するよ
うに配置している。したがって、本例の光スイッチング
デバイス50では、画素あるいはプリズム4の中心4a
がもっとも明るく周囲では若干暗くなる画素表示が得ら
れる。しかしながら、本例でも画素の中心に最も明るい
部分が必ずあり、対称性も高いので、高品質な画像を表
示することができる。FIG. 9 shows a minute projection 7 having a diameter d of φ18 μm.
0 are arranged at the same pitch M as the pitch L of the pixels or the prisms 4.
It is arranged so that 0a coincides with the center 4a of the pixel or prism 4. Therefore, in the optical switching device 50 of this example, the center 4a of the pixel or prism 4
However, a pixel display which is brightest and slightly darker in the surroundings can be obtained. However, also in this example, since the brightest part always exists at the center of the pixel and the symmetry is high, a high-quality image can be displayed.
【0041】図10は、図9と同じ直径dおよびピッチ
Mで微小凸部70を配置した例であるが、微小凸部70
の中心70aが画素あるいはプリズム4の中心4aでは
なく、その4角4bに一致するように配列している。し
たがって、本例の光スイッチングデバイス50では、画
素あるいはプリズム4の4角4bが最も明るく中心4a
にいくにつれて暗くなる。しかしながら、本例の配置で
も、画素の4角が必ず明るく、対称性も高い。したがっ
て、高品質な画像を表示することができる。FIG. 10 shows an example in which the minute protrusions 70 are arranged at the same diameter d and pitch M as in FIG.
Are arranged so that the center 70a is not the center 4a of the pixel or prism 4, but coincides with the four corners 4b. Therefore, in the optical switching device 50 of this example, the four corners 4b of the pixel or prism 4 are the brightest and the center 4a.
It gets darker as you go. However, even in the arrangement of this example, the four corners of the pixel are always bright and have high symmetry. Therefore, a high-quality image can be displayed.
【0042】図11も、図9と同じ直径dおよびピッチ
Mで微小凸部70を配置した例であるが、微小凸部70
の中心70aを画素あるいはプリズム4の中心4aから
プリズムの辺の中心4cに一致するように配列してい
る。したがって、本例の光スイッチングデバイス50で
は、画素あるいはプリズム4の辺4cが最も明るく中心
4aにいくにつれて暗くなる。しかしながら、本例の配
置でも、画素の辺が必ず明るく、対称性も高い。したが
って、高品質な画像を表示することができる。FIG. 11 also shows an example in which the minute protrusions 70 are arranged at the same diameter d and pitch M as in FIG.
Are arranged so as to coincide with the center 4a of the pixel or the center of the prism 4 from the center 4a of the side of the prism. Therefore, in the optical switching device 50 of the present example, the side 4c of the pixel or the prism 4 is brightest and becomes darker toward the center 4a. However, even in the arrangement of this example, the sides of the pixels are always bright and the symmetry is high. Therefore, a high-quality image can be displayed.
【0043】図12は、直径dがφ38μmの微小凸部
70を2LのピッチMで配置した例である。本例では、
微小凸部70のピッチMが画素ピッチLの2倍となって
おり、4個の画素またはプリズム4に対して1つの微小
凸部70が設けてある状態となる。本例でも、微小凸部
70の中央70aを、たとえば、4つの画素あるいはプ
リズム4の中心に配置することが可能である。この配置
であると、画素あるいはプリズム4の単体では、いずれ
か1つの角が明るく、対角線方向に行くにつれて明るさ
が低下する。したがって、この配列では、画素あるいは
プリズム毎に明るい部分が必ずあり、画素同士の光強度
は同じ程度になるが、画素内では対称性は低下してしま
い上記の各配列に比較すると画質は若干劣る。FIG. 12 shows an example in which minute projections 70 having a diameter d of φ38 μm are arranged at a pitch M of 2 L. In this example,
The pitch M of the minute projections 70 is twice as large as the pixel pitch L, and one microprojection 70 is provided for four pixels or prisms 4. Also in this example, the center 70a of the minute projection 70 can be arranged at the center of four pixels or the prism 4, for example. With this arrangement, one corner of the pixel or the prism 4 alone is bright, and the brightness decreases as it goes diagonally. Therefore, in this arrangement, there is always a bright portion for each pixel or prism, and the light intensity of the pixels is almost the same, but the symmetry is reduced within the pixel and the image quality is slightly inferior to each of the above arrangements .
【0044】これらに対し、さらに直径dが大きな微小
凸部70を形成することも可能である。図12に直径d
がφ78μmの微小凸部69を配置した例を一点鎖線で
示してある。この例では、微小凸部69の中心69aが
含まれる画素あるいはプリズム4と、中心69aが含ま
れない画素あるいはプリズム4が生ずることになる。上
述したように中心69aがもっとも明るくなるので、本
例の配置では、画素内で強度分布が生ずるのに加えて、
画素間でも強度分布が発生する。したがって、さらに画
質が劣化する要因となる。On the other hand, it is also possible to form a minute projection 70 having a larger diameter d. FIG. 12 shows the diameter d.
Is shown by a dash-dot line in FIG. In this example, a pixel or prism 4 including the center 69a of the minute convex portion 69 and a pixel or prism 4 not including the center 69a are generated. As described above, since the center 69a is the brightest, in the arrangement of this example, in addition to the occurrence of the intensity distribution in the pixel,
An intensity distribution also occurs between pixels. Therefore, the image quality is further degraded.
【0045】これらから分かるように、画素間の光強度
あるいは光の利用率のバランスを保持するためには、微
小凸部70のピッチMは画素あるいはプリズム4のピッ
チLの2倍あるいはそれ以下が望ましい。さらに、画素
内の光強度あるいは光の利用効率のバランスを保持する
ことを考えると、微小凸部70のピッチMは、画素ある
いはプリズム4のピッチLと同じあるいはそれ以下が望
ましい。また、微小凸部70は、互いに重複しなけれ
ば、碁盤目状に、すなわち、直線的な配列に限らず、ラ
ンダムな配置であっても良い。ただし、ランダムな配置
の場合は、画素間で強度分布が大きくならないように考
慮する必要がある。そして、微小凸部70を設けること
により、吸着を防ぎ、信頼性および応答速度の高い光ス
イッチングデバイス50およびユニットを提供すること
ができる。As can be seen from the above, in order to maintain the balance of light intensity or light utilization between pixels, the pitch M of the minute projections 70 is twice or less than the pitch L of the pixels or the prism 4. desirable. Further, in consideration of maintaining the balance of the light intensity or the light use efficiency in the pixel, the pitch M of the minute projection 70 is desirably equal to or less than the pitch L of the pixel or the prism 4. Further, the minute convex portions 70 may be arranged in a grid pattern, that is, not limited to a linear arrangement, but may be arranged randomly as long as they do not overlap with each other. However, in the case of a random arrangement, it is necessary to consider that the intensity distribution does not increase between pixels. Further, by providing the minute convex portions 70, it is possible to prevent adsorption and provide an optical switching device 50 and a unit having high reliability and high response speed.
【0046】このような微小凸部70を備えた光スイッ
チングデバイス50(光スイッチング素子10)が製造
される様子を説明する。本例の光スイッチングデバイス
50は、図13に示すように、CMOSが構成されてい
る基板20の上面21に、犠牲層31を用いて、下電極
8と、ばねと上電極を兼ねた電極層7と、ポスト11な
どのアクチュエータ6としての構造が形成される。そし
て、このアクチュエータ6の上に型転写によりマイクロ
光学素子3を形成する。型転写で光学素子3を製造する
工程では、2枚の基板(1枚の基板は形状を転写する
型)に、紫外線硬化型の樹脂剤を挟み込み、両側から圧
力をかけながら、またはかけた後に、光または熱により
硬化させる2P(Photo-polymerization)法により製造
する。まず、V字型のサポート5となる樹脂層をV字型
の転写型を用いて2P法により成形し、次に、反射膜4
6をスパッタリング等により形成した後に、マイクロプ
リズム4となる樹脂層を平坦な転写型を用いて同じく2
P法により成形する。The manner in which the optical switching device 50 (optical switching element 10) provided with such a minute projection 70 will be described. As shown in FIG. 13, the optical switching device 50 of this example includes a lower electrode 8, an electrode layer serving as a spring and an upper electrode, using a sacrificial layer 31 on an upper surface 21 of a substrate 20 on which a CMOS is formed. 7 and the structure as the actuator 6 such as the post 11 are formed. Then, the micro optical element 3 is formed on the actuator 6 by mold transfer. In the step of manufacturing the optical element 3 by mold transfer, an ultraviolet-curable resin material is sandwiched between two substrates (one substrate is a mold for transferring the shape) and pressure is applied from both sides, or It is manufactured by a 2P (Photo-polymerization) method of curing by light or heat. First, a resin layer serving as a V-shaped support 5 is formed by a 2P method using a V-shaped transfer mold.
6 is formed by sputtering or the like, and then the resin layer to be the microprism 4 is formed using a flat transfer mold.
It is formed by the P method.
【0047】次に、図14に示すように、マイクロプリ
ズム4の表面3aにCO2レーザを照射し、プリズム4
を構成する樹脂層を部分的に熱膨張させて微小凸部70
を形成する。このとき、表面3aに照射するレーザ光3
9のスポット径、エネルギーおよび照射時間を制御する
ことにより、所望の径および高さの微小凸部70を形成
することができる。Next, as shown in FIG. 14, the surface 3a of the microprism 4 is irradiated with a CO 2 laser,
Is partially expanded by thermal expansion of the resin layer constituting
To form At this time, the laser beam 3 irradiating the surface 3a
By controlling the spot diameter, energy, and irradiation time of No. 9, it is possible to form the minute projection 70 having a desired diameter and height.
【0048】そして、図15に示すように、光スイッチ
ングユニット55として用いる光スイッチングデバイス
50となるように、プラズマエッチング等により、個々
の画素あるいはマイクロプリズム4を構成する単位に光
学素子3を分離する。素子分離を行った後にレーザ照射
により微小凸部70を形成しても良いが、レーザ照射に
より光学素子3が素子間47の方向に膨張する可能性が
あり、そのような変形が生ずるとスティッキングなどの
原因なる。したがって、本例のように素子分離する前に
抽出面3aを加工することが望ましい。Then, as shown in FIG. 15, the optical element 3 is separated into individual pixels or units constituting the microprisms 4 by plasma etching or the like so as to become the optical switching device 50 used as the optical switching unit 55. . After the element separation, the minute projections 70 may be formed by laser irradiation. However, there is a possibility that the optical element 3 expands in the direction of the element gap 47 due to the laser irradiation. Cause. Therefore, it is desirable to process the extraction surface 3a before element separation as in this example.
【0049】以上の工程で半導体基板20の上にアクチ
ュエータ6および光学素子3が垂直に積み重ねあわさ
れ、光学素子3の表面に微小凸部70が設けられた光ス
イッチングデバイス50が製造される。このような光ス
イッチングデバイス50と光ガイド1とを組み合わせる
ことにより図1および図2に基づき説明した光スイッチ
ングユニット55を提供することができる。Through the above steps, the actuator 6 and the optical element 3 are vertically stacked on the semiconductor substrate 20, and the optical switching device 50 having the minute projection 70 provided on the surface of the optical element 3 is manufactured. By combining such an optical switching device 50 and the optical guide 1, the optical switching unit 55 described with reference to FIGS. 1 and 2 can be provided.
【0050】なお、図16および図17に示すように、
光スイッチング素子10の側ではなく、光ガイド1の全
反射面1aの表面に微小凸部71を設けることも可能で
ある。この場合も同様に、上記と同様に、光ガイド1の
全反射面1aにレーザ光を照射することによりドーム状
で、高さが1〜50nm程度、望ましくは1から30n
m程度、さらに望ましくは1〜20nm程度の高さhの
微小凸部71を設けることができ、上記と同様に全反射
面1aと抽出面3aとの隙間sを管理することができ
る。したがって、本例の光スイッチングユニット55に
おいても、全反射面1aと抽出面3aとの接触面積を減
らすことができ、その一方で光の抽出効率をほぼ維持す
ることが可能となる。さらに、レーザ照射により微小凸
部71を形成することにより、全反射面1aに同一の素
材により精度の高い形状の微小凸部71を延設すること
が可能となり、光学的な性能も非常に良好な光スイッチ
ングユニット55を歩留まり良く提供することができ
る。したがって、エバネセント光の利用効率を維持しな
がら、さらに、吸着を防止してスイッチングの動作不良
などを回避し、応答速度の速い光スイッチングデバイス
55を提供できる。また、光ガイド1の側に微小凸部7
1を設けた場合もレイアウトについても、上記にて図7
ないし図12に基づき説明したことと同様のことが言え
る。As shown in FIGS. 16 and 17,
It is also possible to provide the minute convex portion 71 on the surface of the total reflection surface 1a of the light guide 1 instead of the side of the optical switching element 10. Similarly, in this case, similarly to the above, the total reflection surface 1a of the light guide 1 is dome-shaped by irradiating a laser beam, and has a height of about 1 to 50 nm, preferably 1 to 30 nm.
A small convex portion 71 having a height h of about m, more preferably about 1 to 20 nm can be provided, and the gap s between the total reflection surface 1a and the extraction surface 3a can be managed in the same manner as described above. Therefore, also in the optical switching unit 55 of the present example, the contact area between the total reflection surface 1a and the extraction surface 3a can be reduced, while the light extraction efficiency can be almost maintained. Further, by forming the minute projections 71 by laser irradiation, it becomes possible to extend the minute projections 71 of a highly accurate shape using the same material on the total reflection surface 1a, and the optical performance is also very good. The optical switching unit 55 can be provided with high yield. Therefore, it is possible to provide the optical switching device 55 having a high response speed while maintaining the utilization efficiency of the evanescent light, preventing the adsorption, and preventing the switching operation failure. Also, a small convex portion 7 is provided on the light guide 1 side.
1 and the layout are shown in FIG.
The same thing as described with reference to FIG. 12 can be said.
【0051】このように、本発明の光スイッチングユニ
ット55および上記の製造方法では、微小凸部70を形
成する際にレーザの強度および時間を管理することによ
り、微小凸部70の高さhを精度良く管理することが可
能であり、抽出面3aを構成するプリズム4の一部、あ
るいは全反射面1aを構成する光ガイド1の一部を熱膨
張させ、これらと同素材の微小凸部70あるいは71を
非常に精度良く延設することができる。したがって、全
反射面1aと抽出面3aとの接触面積を削減し、吸着を
防止すると共に剥離し易くでき、その上で光の利用効率
も充分に高く維持できる光スイッチングデバイス50を
歩留まり良く製造および提供できる。このため、本発明
により、光の利用効率を下げることなく、吸着による速
度低下あるいは駆動電圧の上昇を防ぐことができ、ステ
ィッキングなどによる動作不良も未然に防止できる。し
たがって、動作速度が速く、駆動電力も小さく、信頼性
の高い光スイッチングデバイス50を歩留まり良く、低
コストで製造することが可能となり、これを用いること
により光ガイド1と組み合わせた高品質の光スイッチン
グユニット55を低コストで供給できる。さらに、光ス
イッチングユニット55をライトバルブとして採用する
ことにより、動作周波数が高く、高分解能で、明るい画
像を表示できる信頼性の高い映像表示装置を低コストで
提供することができる。As described above, in the optical switching unit 55 of the present invention and the above-described manufacturing method, the height h of the minute projection 70 is controlled by controlling the intensity and time of the laser when the minute projection 70 is formed. It is possible to precisely control, and a part of the prism 4 forming the extraction surface 3a or a part of the light guide 1 forming the total reflection surface 1a is thermally expanded, and the minute projection 70 made of the same material as these is used. Alternatively, 71 can be extended very accurately. Therefore, the contact area between the total reflection surface 1a and the extraction surface 3a can be reduced, the adsorption can be prevented and the separation can be easily performed, and the optical switching device 50 that can maintain the light use efficiency sufficiently high can be manufactured and manufactured with high yield. Can be provided. For this reason, according to the present invention, it is possible to prevent a reduction in speed or an increase in driving voltage due to adsorption without lowering the light use efficiency, and to prevent an operation failure due to sticking or the like. Therefore, it is possible to manufacture the optical switching device 50 having a high operation speed, a small driving power, and a high reliability at a high yield and at a low cost. The unit 55 can be supplied at low cost. Further, by employing the light switching unit 55 as a light valve, a highly reliable video display device that can display a bright image with a high operating frequency, high resolution, and low cost can be provided.
【0052】さらに、マイクロプリズム4または光ガイ
ド1を形成している表面の一部をレーザにより熱膨張さ
せているので、新たに、ダイヤモンドライクカーボン等
により層(膜)を設ける場合と異なり、表面にパーティ
クル等が発生する恐れもなく、新たな膜を形成すること
に伴うトラブル、歩留まりの低下を避けることができ
る。さらに、同一の素材で形成することにより製造方法
は簡略化でき、光ガイド1とマイクロプリズム4との間
の隙間をサブミクロンオーダで管理することも容易とな
る。また、微小凸部が、それぞれの面に延設され同素材
からなるので、屈折率が変わったり、電気的な光学特性
が変わることもない。したがって、光学的なマッチング
も良く、信頼性が高く、高品質な光スイッチングデバイ
ス50および光スイッチングユニット55を簡単に提供
できる。Further, since a part of the surface on which the microprism 4 or the light guide 1 is formed is thermally expanded by laser, unlike the case where a layer (film) is newly formed by diamond-like carbon or the like, the surface is Thus, there is no possibility that particles and the like will be generated, and it is possible to avoid troubles caused by forming a new film and a decrease in yield. Further, by using the same material, the manufacturing method can be simplified, and the gap between the light guide 1 and the microprism 4 can be easily managed on the order of submicrons. Further, since the minute projections are formed on the respective surfaces and are made of the same material, the refractive index does not change and the electrical optical characteristics do not change. Therefore, the optical switching device 50 and the optical switching unit 55 having good optical matching, high reliability, and high quality can be easily provided.
【0053】なお、上記では、微小凸部70としてレー
ザ光を用いて形成されるドーム型のものを例に説明して
いるが、フォトリソ等の技術を用いてドーム型あるいは
他の形状、たとえば、段差型の微小凸部を形成すること
も可能であり、全反射面と抽出面とのギャップを精度良
く管理しながら接触面積を小さくすることができる。し
かしながら、微小凸部の形状としては、より点で接触す
る形状であるドーム型あるいは半球状などの円形が優れ
ており、また、円錐状あるいは円錐台なども優れてい
る。これらの形状のうちで、フォトリソ後の加熱処理に
よってこれらの形状を制御することも可能であるが、や
はり、製造の容易さや樹脂の耐熱性を考慮すると、レー
ザで照射する方法が最も簡単で形成される微小凸部の形
状も制御しやすい。そして、ドーム型といった点接触に
近い形状も得られるので、レーザで微小凸部を製造する
ことが本発明には最も適した微小凸部の形状およびそれ
を製造する方法であると言える。In the above description, a dome-shaped one formed by using a laser beam is described as an example of the minute projection 70. However, a dome-shaped or other shape, such as a photolithography, is used. It is also possible to form a step-shaped minute projection, and it is possible to reduce the contact area while accurately managing the gap between the total reflection surface and the extraction surface. However, as the shape of the minute convex portion, a circular shape such as a dome shape or a hemispherical shape, which is a shape that makes more contact at a point, is excellent, and a conical shape or a truncated cone is also excellent. Of these shapes, it is possible to control these shapes by heat treatment after photolithography.However, considering the ease of manufacturing and the heat resistance of the resin, the method of irradiating with a laser is the simplest method. It is easy to control the shape of the minute projections to be formed. Since a shape close to point contact, such as a dome shape, can be obtained, it can be said that manufacturing a minute projection by a laser is the most suitable shape of the minute projection and a method for manufacturing the same.
【0054】さらに、上記の光スイッチングデバイス5
0では、アクチュエータとして静電タイプを示してある
が、ピエゾタイプなどの他のアクチュエータであっても
もちろん良い。そして、本発明の光スイッチングデバイ
ス50および光スイッチングユニット55を用いた例と
して映像表示装置80を示してあるが、是に限らず、本
発明の光スイッチングユニット55は光コンピュータ、
光プリンタなどの多種多様な装置に適用することが可能
である。Further, the above optical switching device 5
At 0, the actuator is an electrostatic type, but other actuators such as a piezo type may of course be used. Although the image display device 80 is shown as an example using the optical switching device 50 and the optical switching unit 55 of the present invention, the optical switching unit 55 of the present invention is not limited thereto.
It can be applied to various kinds of devices such as an optical printer.
【0055】[0055]
【発明の効果】以上に説明したように、本発明の光スイ
ッチングユニットにおいては、全反射面または抽出面
に、ダイヤモンドライクカーボンのような新たな層を形
成するのではなく、これらの面自体を微小凸部を備えた
形状とすることにより、吸着を防止し、さらに、全反射
面と抽出面との間隔を精度良く管理できるようにしてい
る。したがって、光の利用効率を維持した条件で、マイ
クロ光学素子の吸着による動作不良、動力アップなどの
問題を歩留まり良く解決することが可能となり、高速駆
動が可能で、省エネルギーであり、さらに耐久性および
信頼性の高い光スイッチングユニットを低コストで提供
することができる。さらに、この光スイッチングユニッ
トを採用することにより、解像度が高く、明るい画像を
表示できる映像表示装置を提供することが可能となる。As described above, in the optical switching unit of the present invention, instead of forming a new layer such as diamond-like carbon on the total reflection surface or the extraction surface, these surfaces themselves are formed. By adopting a shape provided with a minute convex portion, adsorption is prevented, and the distance between the total reflection surface and the extraction surface can be managed with high accuracy. Therefore, under the condition that the light use efficiency is maintained, it is possible to solve problems such as operation failure due to the adsorption of the micro optical element and increase in power with a good yield, and it is possible to drive at high speed, save energy, further improve durability and A highly reliable optical switching unit can be provided at low cost. Further, by employing this optical switching unit, it is possible to provide a video display device having a high resolution and capable of displaying a bright image.
【図1】エバネセント光を利用した映像表示装置を用い
たプロジェクタの概要を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing an outline of a projector using an image display device using evanescent light.
【図2】エバネセント光を利用した光スイッチングユニ
ットの概要を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an outline of an optical switching unit using evanescent light.
【図3】本発明の実施の形態に係る光スイッチングユニ
ットの全体構成を示す断面図であり、オン状態を示す図
である。FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an entire configuration of the optical switching unit according to the embodiment of the present invention, and is a diagram illustrating an ON state.
【図4】図3に示す光スイッチングデバイスのオフ状態
を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing an off state of the optical switching device shown in FIG. 3;
【図5】本発明に係る抽出面に延設された微小凸部を模
式的に示す拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view schematically showing a minute projection extending from an extraction surface according to the present invention.
【図6】抽出面の距離とエバネセント波の抽出率の関係
を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing a relationship between a distance of an extraction surface and an extraction rate of an evanescent wave.
【図7】画素またはマイクロプリズムの配列を示す説明
図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing an arrangement of pixels or microprisms.
【図8】図7に示した画素あるいはマイクロプリズムの
抽出面に延設された微小凸部のレイアウトを示す図であ
る。FIG. 8 is a diagram showing a layout of minute projections extended on an extraction surface of a pixel or a microprism shown in FIG. 7;
【図9】図8に示したレイアウトと異なる例を示す図で
ある。FIG. 9 is a diagram showing an example different from the layout shown in FIG. 8;
【図10】図8に示したレイアウトとさらに異なる例を
示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example further different from the layout shown in FIG. 8;
【図11】図8に示したレイアウトとさらに異なる例を
示す図である。FIG. 11 is a diagram showing an example further different from the layout shown in FIG. 8;
【図12】さらに、異なる微小凸部のレイアウトを示す
図である。FIG. 12 is a view showing a layout of different minute projections.
【図13】図3に示す光スイッチング素子の製造プロセ
スを示す図であり、半導体基板の上にアクチュエータが
形成され、さらに、光学素子が樹脂により型成形された
状態を示す図である。13 is a diagram illustrating a manufacturing process of the optical switching element illustrated in FIG. 3, illustrating a state in which an actuator is formed on a semiconductor substrate, and further, the optical element is molded with a resin.
【図14】図3に示す光スイッチング素子の製造プロセ
スを示す図であり、光学素子の表面にレーザ照射により
微小凸部を形成する様子を示す図である。FIG. 14 is a view illustrating a manufacturing process of the optical switching element illustrated in FIG. 3 and illustrating a state in which minute projections are formed on the surface of the optical element by laser irradiation.
【図15】図3に示す光スイッチング素子の製造プロセ
スを示す図であり、樹脂層を分離し、犠牲層を除去した
状態を示す図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a manufacturing process of the optical switching element illustrated in FIG. 3, illustrating a state in which a resin layer is separated and a sacrificial layer is removed.
【図16】本発明の異なる例を示す図であり、光ガイド
の側に微小凸部が設けられている光スイッチングユニッ
トの概要を示す図であり、オン状態を示す図である。FIG. 16 is a view showing a different example of the present invention, and is a view schematically showing an optical switching unit in which a minute convex portion is provided on a light guide side, and is a view showing an ON state.
【図17】図16に示す光スイッチングユニットのオフ
状態を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating an off state of the optical switching unit illustrated in FIG. 16;
1 光ガイド 1a 全反射面 2 入射光 3 光学素子 3a 抽出面 4 マイクロプリズム 5 V型のサポート構造 6 アクチュエータ部 7 上電極およびばね構造 8 下電極 9 アンカー 10 光スイッチング素子 11 ポスト(支柱) 20 半導体基板 46 反射膜 70、71 微小凸部 70a、71a 微小凸部の中心 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light guide 1a Total reflection surface 2 Incident light 3 Optical element 3a Extraction surface 4 Micro prism 5 V-type support structure 6 Actuator part 7 Upper electrode and spring structure 8 Lower electrode 9 Anchor 10 Optical switching element 11 Post (post) 20 Semiconductor Substrate 46 Reflective film 70, 71 Minute projection 70a, 71a Center of minute projection
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04N 9/14 H04N 9/14 Fターム(参考) 2H041 AA16 AB27 AB40 AC06 AZ01 AZ08 5C058 AA18 AB04 BA25 BA35 EA02 EA13 EA27 EA42 EA51 5C060 BA03 BA09 BB01 BC01 GA01 HC01 HC09 HC12 HC17 HC20 HD05 JB06 5C064 EA05 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H04N 9/14 H04N 9/14 F term (Reference) 2H041 AA16 AB27 AB40 AC06 AZ01 AZ08 5C058 AA18 AB04 BA25 BA35 EA02 EA13 EA27 EA42 EA51 5C060 BA03 BA09 BB01 BC01 GA01 HC01 HC09 HC12 HC17 HC20 HD05 JB06 5C064 EA05
Claims (37)
を備えた光ガイドと、この全反射面に接近した第1の位
置および前記全反射面から離れる第2の位置に駆動され
るマイクロ光学素子であって、前記第1の位置では前記
全反射面に当該マイクロ光学素子の抽出面が近接し前記
光ガイドから光を抽出可能であり、前記第2の位置では
前記全反射面から前記抽出面が離れて光を抽出しないマ
イクロ光学素子とを有する光スイッチングユニットであ
って、 前記全反射面および前記抽出面の少なくとも一方に、前
記光ガイドまたは前記マイクロ光学素子の少なくとも一
部を延設した微小凸部が形成されていることを特徴とす
る光スイッチングユニット。1. A light guide having a total reflection surface capable of transmitting incident light by total reflection, and is driven to a first position close to the total reflection surface and a second position away from the total reflection surface. A micro-optical element, wherein at the first position, an extraction surface of the micro-optical element is close to the total reflection surface and light can be extracted from the light guide, and at the second position, the total reflection surface A micro-optical element, wherein the extraction surface is separated from and does not extract light, and wherein at least one of the total reflection surface and the extraction surface has at least a part of the light guide or the micro-optical element. An optical switching unit, wherein an extended minute projection is formed.
ム型であることを特徴とする光スイッチングユニット。2. The optical switching unit according to claim 1, wherein the minute projection has a dome shape.
は、1ないし50nmの範囲にあることを特徴とする光
スイッチングユニット。3. The optical switching unit according to claim 1, wherein the height of the minute projection is in a range of 1 to 50 nm.
は、1ないし30nmの範囲にあることを特徴とする光ス
イッチングユニット。4. The optical switching unit according to claim 1, wherein the height of the minute projection is in a range of 1 to 30 nm.
は、1ないし20nmの範囲にあることを特徴とする光
スイッチングユニット。5. The optical switching unit according to claim 1, wherein the height of the minute projection is in a range of 1 to 20 nm.
ザ照射により形成されたものであることを特徴とする光
スイッチングユニット。6. The optical switching unit according to claim 1, wherein the minute projection is formed by laser irradiation.
光学素子が所定のピッチで配列されており、前記微小凸
部は該マイクロ光学素子のピッチのほぼ2倍以内のピッ
チで形成されている光スイッチングユニット。7. The light according to claim 1, wherein the plurality of micro-optical elements are arranged at a predetermined pitch, and the minute projections are formed at a pitch that is within approximately twice the pitch of the micro-optical elements. Switching unit.
光学素子が所定のピッチで配列されており、前記微小凸
部は該マイクロ光学素子のピッチとほぼ同じあるいはそ
れ以下のピッチで形成されている光スイッチングユニッ
ト。8. The micro-optical element according to claim 1, wherein the plurality of micro-optical elements are arranged at a predetermined pitch, and the minute convex portions are formed at a pitch substantially equal to or less than the pitch of the micro-optical elements. Optical switching unit.
ロ光学素子を駆動するマイクロアクチュエータを有し、
前記マイクロ光学素子およびマイクロアクチュエータが
基板上に積み重ねられていることを特徴とする光スイッ
チングユニット。9. The micro-actuator according to claim 1, further comprising a micro-actuator for driving the micro-optical element,
An optical switching unit, wherein the micro-optical element and the micro-actuator are stacked on a substrate.
チュエータは、静電アクチュエータである光スイッチン
グユニット。10. The optical switching unit according to claim 9, wherein the microactuator is an electrostatic actuator.
ットと、前記光ガイドに対し画像を形成するための光を
入出力する手段とを有する映像表示装置。11. An image display device comprising: the optical switching unit according to claim 1; and means for inputting and outputting light for forming an image to and from the light guide.
ドの全反射面に接近した第1の位置および前記全反射面
から離れる第2の位置に駆動されるマイクロ光学素子で
あって、前記第1の位置では前記全反射面に当該マイク
ロ光学素子の抽出面が近接し、前記光ガイドから光を抽
出可能であり、前記第2の位置では前記全反射面から前
記抽出面が離れて光を抽出しないマイクロ光学素子を有
する光スイッチングデバイスであって、 前記抽出面に、前記マイクロ光学素子の少なくとも一部
を延設した微小凸部が形成されていることを特徴とする
光スイッチングデバイス。12. A micro-optical element driven to a first position close to a total reflection surface of a light guide capable of transmitting incident light by total reflection and a second position away from the total reflection surface, In the first position, the extraction surface of the micro-optical element is close to the total reflection surface, and light can be extracted from the light guide. In the second position, the extraction surface is separated from the total reflection surface. An optical switching device having a micro optical element that does not extract light, wherein a micro convex portion extending at least a part of the micro optical element is formed on the extraction surface.
ドーム型であることを特徴とする光スイッチングデバイ
ス。13. The optical switching device according to claim 12, wherein the minute projection has a dome shape.
高さは、1ないし50nmの範囲にあることを特徴とす
る光スイッチングデバイス。14. The optical switching device according to claim 12, wherein the height of the minute projection is in a range of 1 to 50 nm.
高さは、1ないし30nmの範囲にあることを特徴とする
光スイッチングデバイス。15. The optical switching device according to claim 12, wherein the height of the minute projection is in a range of 1 to 30 nm.
高さは、1ないし20nmの範囲にあることを特徴とす
る光スイッチングデバイス。16. The optical switching device according to claim 12, wherein the height of the minute projection is in a range of 1 to 20 nm.
レーザ照射により形成されたものであることを特徴とす
る光スイッチングデバイス。17. The optical switching device according to claim 12, wherein the minute projections are formed by laser irradiation.
クロ光学素子が所定のピッチで配列されており、前記微
小凸部は該マイクロ光学素子のピッチのほぼ2倍以内の
ピッチで形成されている光スイッチングデバイス。18. The light according to claim 12, wherein a plurality of said micro-optical elements are arranged at a predetermined pitch, and said micro-projections are formed at a pitch that is within approximately twice the pitch of said micro-optical elements. Switching device.
クロ光学素子が所定のピッチで配列されており、前記微
小凸部は該マイクロ光学素子のピッチとほぼ同じあるい
はそれ以下のピッチで形成されている光スイッチングデ
バイス。19. The micro-optical element according to claim 12, wherein the plurality of micro-optical elements are arranged at a predetermined pitch, and the minute convex portions are formed at a pitch substantially equal to or less than the pitch of the micro-optical elements. Optical switching device.
イクロ光学素子を駆動するマイクロアクチュエータを有
し、前記マイクロ光学素子およびマイクロアクチュエー
タが基板上に積み重ねられていることを特徴とする光ス
イッチングデバイス。20. The optical switching device according to claim 12, further comprising a micro-actuator for driving the micro-optical element, wherein the micro-optical element and the micro-actuator are stacked on a substrate.
クチュエータは、静電アクチュエータである光スイッチ
ングデバイス。21. The optical switching device according to claim 20, wherein the microactuator is an electrostatic actuator.
面を有し、抽出面を備えたマイクロ光学素子が前記全反
射面に接近した第1の位置および前記全反射面から離れ
る第2の位置に駆動され、前記第1の位置では前記全反
射面に当該マイクロ光学素子の抽出面が近接し、前記光
ガイドから光を抽出可能であり、前記第2の位置では前
記全反射面から前記抽出面が離れて光が抽出されない光
ガイドであって、 前記全反射面に、前記光ガイドの少なくとも一部を延設
した微小凸部が形成されていることを特徴とする光ガイ
ド。22. A micro-optical element having a total reflection surface capable of transmitting incident light by total reflection and having an extraction surface, wherein a micro-optical element having a extraction surface has a first position close to the total reflection surface and a first position separated from the total reflection surface. 2, the extraction surface of the micro-optical element is close to the total reflection surface at the first position, and light can be extracted from the light guide, and the total reflection surface can be extracted at the second position. A light guide from which light is not extracted because the extraction surface is separated from the light guide, wherein a minute convex portion extending at least a part of the light guide is formed on the total reflection surface.
ドーム型であることを特徴とする光ガイド。23. The light guide according to claim 22, wherein the minute convex portion has a dome shape.
高さは、1ないし50nmの範囲にあることを特徴とす
る光ガイド。24. The light guide according to claim 22, wherein the height of the minute projection is in a range of 1 to 50 nm.
高さは、1ないし30nmの範囲にあることを特徴とする
光ガイド。25. The light guide according to claim 22, wherein the height of the minute projections is in a range of 1 to 30 nm.
高さは、1ないし20nmの範囲にあることを特徴とす
る光ガイド。26. The light guide according to claim 22, wherein the height of the minute projection is in a range of 1 to 20 nm.
レーザ照射により形成されたものであることを特徴とす
る光ガイド。27. The light guide according to claim 22, wherein the minute projections are formed by laser irradiation.
クロ光学素子が所定のピッチで配列され、前記微小凸部
は該マイクロ光学素子のピッチのほぼ2倍以内のピッチ
で形成されている光ガイド。28. The light guide according to claim 22, wherein a plurality of the micro optical elements are arranged at a predetermined pitch, and the minute projections are formed at a pitch of about twice or less the pitch of the micro optical elements.
クロ光学素子が所定のピッチで配列され、前記微小凸部
は該マイクロ光学素子のピッチとほぼ同じあるいはそれ
以下のピッチで形成されている光ガイド。29. A light guide according to claim 22, wherein a plurality of said micro optical elements are arranged at a predetermined pitch, and said minute projections are formed at a pitch substantially equal to or less than a pitch of said micro optical elements. .
面を備えた光ガイドと、この全反射面に接近した第1の
位置および前記全反射面から離れる第2の位置に駆動さ
れるマイクロ光学素子であって、前記第1の位置では前
記全反射面に当該マイクロ光学素子の抽出面が近接し、
前記光ガイドから光を抽出可能であり、前記第2の位置
では前記全反射面から前記抽出面が離れて光を抽出しな
いマイクロ光学素子とを有する光スイッチングユニット
の製造方法であって、 前記全反射面および前記抽出面の少なくとも一方に、前
記光ガイドまたは前記マイクロ光学素子の少なくとも一
部を延設した微小凸部を形成する工程を有する光スイッ
チングユニットの製造方法。30. A light guide having a total reflection surface capable of transmitting incident light by total reflection, and is driven to a first position close to the total reflection surface and a second position away from the total reflection surface. A micro-optical element, wherein at the first position, the extraction surface of the micro-optical element is close to the total reflection surface;
A method of manufacturing a light switching unit, comprising: a micro-optical element capable of extracting light from the light guide, wherein the extraction surface is separated from the total reflection surface and does not extract light at the second position. A method for manufacturing an optical switching unit, comprising a step of forming, on at least one of a reflection surface and the extraction surface, a minute convex portion extending at least a part of the light guide or the micro optical element.
成形する工程では、前記全反射面または前記抽出面のい
ずれかにレーザ照射して微小凸部を形成する工程を有す
る光スイッチングユニットの製造方法。31. The manufacturing of an optical switching unit according to claim 30, wherein the step of forming the minute projections includes a step of irradiating either the total reflection surface or the extraction surface with a laser to form the minute projections. Method.
成形する工程では、ドーム型の前記微小凸部を形成する
ことを特徴とする光スイッチングユニットの製造方法。32. The method of manufacturing an optical switching unit according to claim 30, wherein in the step of forming the minute projection, the dome-shaped minute projection is formed.
成形する工程では、高さが1ないし50nmの範囲の前
記微小凸部を形成することを特徴とする光スイッチング
ユニットの製造方法。33. The method of manufacturing an optical switching unit according to claim 30, wherein, in the step of forming the minute projection, the minute projection having a height in a range of 1 to 50 nm is formed.
成形する工程では、高さが1ないし30nmの範囲の前記
微小凸部を形成することを特徴とする光スイッチングユ
ニットの製造方法。34. The method for manufacturing an optical switching unit according to claim 30, wherein, in the step of forming the minute projections, the minute projections having a height in a range of 1 to 30 nm are formed.
成形する工程では、高さが1ないし20nmの範囲の前
記微小凸部を形成することを特徴とする光スイッチング
ユニットの製造方法。35. The method for manufacturing an optical switching unit according to claim 30, wherein, in the step of forming the minute projection, the minute projection having a height in a range of 1 to 20 nm is formed.
クロ光学素子が所定のピッチで配列されており、 前記微小凸部を成形する工程では、前記微小凸部を該マ
イクロ光学素子のピッチのほぼ2倍以内のピッチで形成
することを特徴とする光スイッチングユニットの製造方
法。36. The micro optical element according to claim 30, wherein a plurality of the micro optical elements are arranged at a predetermined pitch, and in the step of forming the micro convex section, the micro convex section is formed at a pitch of about 2 of the micro optical element pitch. A method for manufacturing an optical switching unit, wherein the optical switching unit is formed at a pitch within double.
クロ光学素子が所定のピッチで配列されており、 前記微小凸部を成形する工程では、前記微小凸部は該マ
イクロ光学素子のピッチとほぼ同じあるいはそれ以下の
ピッチで形成することを特徴とする光スイッチングユニ
ットの製造方法。37. The micro optical element according to claim 30, wherein a plurality of the micro optical elements are arranged at a predetermined pitch, and in the step of forming the micro convex section, the micro convex section is substantially equal to a pitch of the micro optical element. Alternatively, a method for manufacturing an optical switching unit, wherein the optical switching unit is formed at a pitch smaller than that.
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CN111847375A (en) * | 2020-07-02 | 2020-10-30 | 上海集成电路研发中心有限公司 | Infrared detector structure and manufacturing method thereof |
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