JP2002040238A - 光学多層構造体および光スイッチング素子、並びに画像表示装置 - Google Patents
光学多層構造体および光スイッチング素子、並びに画像表示装置Info
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- JP2002040238A JP2002040238A JP2000219599A JP2000219599A JP2002040238A JP 2002040238 A JP2002040238 A JP 2002040238A JP 2000219599 A JP2000219599 A JP 2000219599A JP 2000219599 A JP2000219599 A JP 2000219599A JP 2002040238 A JP2002040238 A JP 2002040238A
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- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Optical Filters (AREA)
- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
- Transforming Electric Information Into Light Information (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構成で、小型軽量であると共に、構成
材料の選択にも自由度があり、可視光領域においても高
速応答が可能であり、画像表示装置に好適に用いること
ができる光学多層構造体を提供する。 【構成】 光学多層構造体１は、基板１０の上に、この
基板１０に接する、光の吸収のある第１の層１１、光の
干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさ
を変化させることのできる間隙部１２、および第２の層
１３をこの順で配設した構造を有する。間隙部１２の大
きさを変化させることにより、入射した光の反射、透過
若しくは吸収の量を変化させることができる。基板１０
は例えばカーボン（Ｃ）、第１の層１１は例えばタンタ
ル（Ｔａ）、第２の層１３は例えば窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ
4 ）によりそれぞれ形成される。
材料の選択にも自由度があり、可視光領域においても高
速応答が可能であり、画像表示装置に好適に用いること
ができる光学多層構造体を提供する。 【構成】 光学多層構造体１は、基板１０の上に、この
基板１０に接する、光の吸収のある第１の層１１、光の
干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさ
を変化させることのできる間隙部１２、および第２の層
１３をこの順で配設した構造を有する。間隙部１２の大
きさを変化させることにより、入射した光の反射、透過
若しくは吸収の量を変化させることができる。基板１０
は例えばカーボン（Ｃ）、第１の層１１は例えばタンタ
ル（Ｔａ）、第２の層１３は例えば窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ
4 ）によりそれぞれ形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、入射光を反射，透
過若しくは吸収させる機能を有する光学多層構造体、お
よびこれを用いた光スイッチング素子並びに画像表示装
置に関する。
過若しくは吸収させる機能を有する光学多層構造体、お
よびこれを用いた光スイッチング素子並びに画像表示装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、映像情報の表示デバイスとしての
ディスプレイの重要性が高まっており、このディスプレ
イ用の素子として、更には、光通信，光記憶装置，光プ
リンタなどの素子として、高速で動作する光スイッチン
グ素子（ライトバルブ）の開発が要望されている。従
来、この種の素子としては、液晶を用いたもの、マイク
ロミラーを用いたもの（ＤＭＤ；Digtal Micro Miror D
evice 、ディジタルマイクロミラーデバイス、テキサス
インスツルメンツ社の登録商標）、回折格子を用いたも
の（ＧＬＶ：Grating Light Valve,グレーティングライ
トバルブ、ＳＬＭ（シリコンライトマシン）社）等があ
る。
ディスプレイの重要性が高まっており、このディスプレ
イ用の素子として、更には、光通信，光記憶装置，光プ
リンタなどの素子として、高速で動作する光スイッチン
グ素子（ライトバルブ）の開発が要望されている。従
来、この種の素子としては、液晶を用いたもの、マイク
ロミラーを用いたもの（ＤＭＤ；Digtal Micro Miror D
evice 、ディジタルマイクロミラーデバイス、テキサス
インスツルメンツ社の登録商標）、回折格子を用いたも
の（ＧＬＶ：Grating Light Valve,グレーティングライ
トバルブ、ＳＬＭ（シリコンライトマシン）社）等があ
る。
【０００３】ＧＬＶは回折格子をＭＥＭＳ（Micro Elec
tro Mechanical Systems) 構造で作製し、静電力で１０
ｎｓの高速ライトスイッチング素子を実現している。Ｄ
ＭＤは同じくＭＥＭＳ構造でミラーを動かすことにより
スイッチングを行うものである。これらのデバイスを用
いてプロジェクタ等のディスプレイを実現できるもの
の、液晶とＤＭＤは動作速度が遅いために、ライトバル
ブとしてディスプレイを実現するためには２次元配列と
しなければならず、構造が複雑となる。一方、ＧＬＶは
高速駆動型であるので、１次元アレイを走査することで
プロジェクションディスプレイを実現することができ
る。
tro Mechanical Systems) 構造で作製し、静電力で１０
ｎｓの高速ライトスイッチング素子を実現している。Ｄ
ＭＤは同じくＭＥＭＳ構造でミラーを動かすことにより
スイッチングを行うものである。これらのデバイスを用
いてプロジェクタ等のディスプレイを実現できるもの
の、液晶とＤＭＤは動作速度が遅いために、ライトバル
ブとしてディスプレイを実現するためには２次元配列と
しなければならず、構造が複雑となる。一方、ＧＬＶは
高速駆動型であるので、１次元アレイを走査することで
プロジェクションディスプレイを実現することができ
る。
【０００４】しかしながら、ＧＬＶは回折格子構造であ
るので、１ピクセルに対して６つの素子を作り込んだ
り、２方向に出た回折光を何らかの光学系で１つにまと
める必要があるなどの複雑さがある。
るので、１ピクセルに対して６つの素子を作り込んだ
り、２方向に出た回折光を何らかの光学系で１つにまと
める必要があるなどの複雑さがある。
【０００５】簡単な構成で実現できるものとしては、米
国特許公報５５８９９７４号や米国特許公報５５００７
６１号に開示されたものがある。このライトバルブは、
基板（屈折率ｎS ）の上に間隙部（ギャップ層）を挟ん
で、屈折率が√ｎS の透光性の薄膜を設けた構造を有し
ている。この素子では、静電力を利用して薄膜を駆動
し、基板と薄膜との間の距離、すなわち、間隙部の大き
さを変化させることにより、光信号を透過あるいは反射
させるものである。ここで、薄膜の屈折率は基板の屈折
率ｎS に対して、√ｎS となっており、このような関係
を満たすことにより、高コントラストの光変調を行うこ
とができるとされている。
国特許公報５５８９９７４号や米国特許公報５５００７
６１号に開示されたものがある。このライトバルブは、
基板（屈折率ｎS ）の上に間隙部（ギャップ層）を挟ん
で、屈折率が√ｎS の透光性の薄膜を設けた構造を有し
ている。この素子では、静電力を利用して薄膜を駆動
し、基板と薄膜との間の距離、すなわち、間隙部の大き
さを変化させることにより、光信号を透過あるいは反射
させるものである。ここで、薄膜の屈折率は基板の屈折
率ｎS に対して、√ｎS となっており、このような関係
を満たすことにより、高コントラストの光変調を行うこ
とができるとされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような構成の素子では、基板の屈折率ｎS が「４」など
の大きな値でなければ、可視光領域においては実現する
ことはできないという問題がある。すなわち、透光性薄
膜としては、構造体であることを考えると、窒化珪素
（Ｓｉ3 Ｎ4 ）（屈折率ｎ＝２．０）などの材料が望ま
しいので、その場合には基板の屈折率ｎS ＝４となる。
可視光領域では、このような透明基板は入手が困難であ
り、材料の選択肢は狭い。赤外線等の通信用波長では、
ゲルマニウム（Ｇｅ）（ｎ＝４）などを用いることによ
り実現可能であるが、ディスプレイなどの用途として
は、現実的には適用することは難しいと思われる。
ような構成の素子では、基板の屈折率ｎS が「４」など
の大きな値でなければ、可視光領域においては実現する
ことはできないという問題がある。すなわち、透光性薄
膜としては、構造体であることを考えると、窒化珪素
（Ｓｉ3 Ｎ4 ）（屈折率ｎ＝２．０）などの材料が望ま
しいので、その場合には基板の屈折率ｎS ＝４となる。
可視光領域では、このような透明基板は入手が困難であ
り、材料の選択肢は狭い。赤外線等の通信用波長では、
ゲルマニウム（Ｇｅ）（ｎ＝４）などを用いることによ
り実現可能であるが、ディスプレイなどの用途として
は、現実的には適用することは難しいと思われる。
【０００７】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的は、簡単な構成で、小型軽量であ
ると共に、構成材料の選択にも自由度があり、かつ可視
光領域においても高速応答が可能であり、画像表示装置
等に好適に用いることができる光学多層構造体を提供す
ることにある。
ので、その第１の目的は、簡単な構成で、小型軽量であ
ると共に、構成材料の選択にも自由度があり、かつ可視
光領域においても高速応答が可能であり、画像表示装置
等に好適に用いることができる光学多層構造体を提供す
ることにある。
【０００８】また、本発明の第２の目的は、上記光学多
層構造体を用いた高速応答が可能な光スイッチング素子
および画像表示装置を提供することにある。
層構造体を用いた高速応答が可能な光スイッチング素子
および画像表示装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明による光学多層構
造体は、基板上に、光の吸収のある第１の層、光の干渉
現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可
変な間隙部、および第２の層を配設した構造を有するも
のであり、特に、第１の層、間隙部および第２の層をこ
の順で配設した構成のものが望ましい。
造体は、基板上に、光の吸収のある第１の層、光の干渉
現象を起こし得る大きさを有すると共にその大きさが可
変な間隙部、および第２の層を配設した構造を有するも
のであり、特に、第１の層、間隙部および第２の層をこ
の順で配設した構成のものが望ましい。
【００１０】本発明の光学多層構造体では、基板の複素
屈折率をＮS （＝ｎS −ｉ・ｋS ，ｎS は屈折率，ｋS
は消衰係数，ｉは虚数単位）、第１の層の複素屈折率を
Ｎ1（＝ｎ1 −ｉ・ｋ1 ，ｎ1 は屈折率，ｋ1 は消衰係
数）、第２の層の屈折率をｎ 2 、入射媒質の屈折率を
１．０としたとき、次式（２）の関係を満たすように構
成することが好ましい。
屈折率をＮS （＝ｎS −ｉ・ｋS ，ｎS は屈折率，ｋS
は消衰係数，ｉは虚数単位）、第１の層の複素屈折率を
Ｎ1（＝ｎ1 −ｉ・ｋ1 ，ｎ1 は屈折率，ｋ1 は消衰係
数）、第２の層の屈折率をｎ 2 、入射媒質の屈折率を
１．０としたとき、次式（２）の関係を満たすように構
成することが好ましい。
【００１１】
【００１２】本発明による光スイッチング素子は、本発
明の光学多層構造体と、この光学多層構造体における間
隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手段とを
備えたものである。
明の光学多層構造体と、この光学多層構造体における間
隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手段とを
備えたものである。
【００１３】本発明による画像表示装置は、本発明によ
る光スイッチング素子を複数個、１次元あるいは２次元
に配列したものであり、３原色の光を照射し、スキャナ
によって走査することで２次元画像を表示するものであ
る。
る光スイッチング素子を複数個、１次元あるいは２次元
に配列したものであり、３原色の光を照射し、スキャナ
によって走査することで２次元画像を表示するものであ
る。
【００１４】本発明による光学多層構造体では、間隙部
の大きさを、「λ／４」（λは入射光の設計波長）の奇
数倍と「λ／４」の偶数倍（０を含む）との間で、２値
的あるいは連続的に変化させると、入射光の反射、透過
若しくは吸収の量が２値的あるいは連続的に変化する。
の大きさを、「λ／４」（λは入射光の設計波長）の奇
数倍と「λ／４」の偶数倍（０を含む）との間で、２値
的あるいは連続的に変化させると、入射光の反射、透過
若しくは吸収の量が２値的あるいは連続的に変化する。
【００１５】本発明の光学多層構造体では、また、間隙
部の大きさを０に固定し、基板と、この基板に接して形
成された、光の吸収のある第１の層と、この第１の層の
前記基板とは反対側の面に接して形成された第２の層と
を備えた構成とすることにより、反射防止膜として利用
することが可能になる。
部の大きさを０に固定し、基板と、この基板に接して形
成された、光の吸収のある第１の層と、この第１の層の
前記基板とは反対側の面に接して形成された第２の層と
を備えた構成とすることにより、反射防止膜として利用
することが可能になる。
【００１６】本発明による光スイッチング素子では、駆
動手段によって、光学多層構造体の間隙部の光学的な大
きさが変化することにより、入射光に対してスイッチン
グ動作がなされる。
動手段によって、光学多層構造体の間隙部の光学的な大
きさが変化することにより、入射光に対してスイッチン
グ動作がなされる。
【００１７】本発明による画像表示装置では、１次元あ
るいは２次元に配列された本発明の複数の光スイッチン
グ素子に対して光が照射されることによって２次元画像
が表示される。
るいは２次元に配列された本発明の複数の光スイッチン
グ素子に対して光が照射されることによって２次元画像
が表示される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
て図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】図１および図２は、本発明の一実施の形態
に係る光学多層構造体１の基本的な構成を表すものであ
る。図１は光学多層構造体１における後述の間隙部１２
が存在し、高反射時の状態、図２は光学多層構造体１の
間隙部１２がなく、低反射時の状態をそれぞれ示してい
る。なお、この光学多層構造体１は具体的には例えば光
スイッチング素子として用いられ，この光スイッチング
素子を複数個１次元または２次元に配列することによ
り、画像表示装置を構成することができる。また、詳細
は後述するが、図２のような構造に固定した場合には、
反射防止膜として利用することができるものである。
に係る光学多層構造体１の基本的な構成を表すものであ
る。図１は光学多層構造体１における後述の間隙部１２
が存在し、高反射時の状態、図２は光学多層構造体１の
間隙部１２がなく、低反射時の状態をそれぞれ示してい
る。なお、この光学多層構造体１は具体的には例えば光
スイッチング素子として用いられ，この光スイッチング
素子を複数個１次元または２次元に配列することによ
り、画像表示装置を構成することができる。また、詳細
は後述するが、図２のような構造に固定した場合には、
反射防止膜として利用することができるものである。
【００２０】本実施の形態の光学多層構造体１は、基板
１０の上に、この基板１０に接する、光の吸収のある第
１の層１１、光の干渉現象を起こし得る大きさを有する
と共にその大きさを変化させることのできる間隙部１
２、および第２の層１３をこの順で配設して構成したも
のである。
１０の上に、この基板１０に接する、光の吸収のある第
１の層１１、光の干渉現象を起こし得る大きさを有する
と共にその大きさを変化させることのできる間隙部１
２、および第２の層１３をこの順で配設して構成したも
のである。
【００２１】ここで、基板１０の複素屈折率をＮS （＝
ｎS −ｉ・ｋS ，ｎS は屈折率，ｋ S は消衰係数，ｉは
虚数単位）、第１の層１１の複素屈折率をＮ1 （＝ｎ1
−ｉ・ｋ1 ，ｎ1 は屈折率，ｋ1 は消衰係数，ｉは虚数
単位）、第２の層１３の屈折率をｎ2 、入射媒質の屈折
率を１．０（空気）としたとき、次式（３）の関係を満
たすように設定されている。なお、その意義については
後述する。
ｎS −ｉ・ｋS ，ｎS は屈折率，ｋ S は消衰係数，ｉは
虚数単位）、第１の層１１の複素屈折率をＮ1 （＝ｎ1
−ｉ・ｋ1 ，ｎ1 は屈折率，ｋ1 は消衰係数，ｉは虚数
単位）、第２の層１３の屈折率をｎ2 、入射媒質の屈折
率を１．０（空気）としたとき、次式（３）の関係を満
たすように設定されている。なお、その意義については
後述する。
【００２２】
【００２３】基板１０は、カーボン（Ｃ），グラファイ
ト（黒鉛）などの非金属，タンタル（Ｔａ）などの金
属，酸化クロム（ＣｒＯ）などの酸化金属，窒化チタン
（ＴｉＮX ）などの窒化金属，シリコンカーバイド（Ｓ
ｉＣ）などの炭化物，シリコン（Ｓｉ）などの半導体等
の、不透明で光の吸収のある材料により形成されたも
の、あるいは、これら光の吸収のある材料の薄膜を透明
基板上に成膜したものとしてもよい。基板１０は、ま
た、例えばガラス，プラスチックなどの透明材料若しく
は消衰係数ｋの値の低い半透明材料により形成されたも
のとしてもよい。
ト（黒鉛）などの非金属，タンタル（Ｔａ）などの金
属，酸化クロム（ＣｒＯ）などの酸化金属，窒化チタン
（ＴｉＮX ）などの窒化金属，シリコンカーバイド（Ｓ
ｉＣ）などの炭化物，シリコン（Ｓｉ）などの半導体等
の、不透明で光の吸収のある材料により形成されたも
の、あるいは、これら光の吸収のある材料の薄膜を透明
基板上に成膜したものとしてもよい。基板１０は、ま
た、例えばガラス，プラスチックなどの透明材料若しく
は消衰係数ｋの値の低い半透明材料により形成されたも
のとしてもよい。
【００２４】第１の層１１は、光の吸収のある層であ
り，例えばＴａ，Ｔｉ，Ｃｒなどの金属，ＣｒＯなどの
酸化金属，ＴｉＮX などの窒化金属，ＳｉＣなどの炭化
物，シリコン（Ｓｉ）などの半導体などにより形成され
たものである。
り，例えばＴａ，Ｔｉ，Ｃｒなどの金属，ＣｒＯなどの
酸化金属，ＴｉＮX などの窒化金属，ＳｉＣなどの炭化
物，シリコン（Ｓｉ）などの半導体などにより形成され
たものである。
【００２５】第２の層１３は、透明材料により形成され
たものであり、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）（ｎ2
＝２．４），窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）（ｎ2 ＝２．
０），酸化亜鉛（ＺｎＯ）（ｎ2 ＝２．０），酸化ニオ
ブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）（ｎ2 ＝２．２），酸化タンタル（Ｔ
ａ2 Ｏ5 ）（ｎ2 ＝２．１），酸化珪素（ＳｉＯ）（ｎ
1＝２．０），酸化スズ（ＳｎＯ2 ）（ｎ2 ＝２．
０），ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide) （ｎ2 ＝２．０）な
どにより形成されている。
たものであり、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）（ｎ2
＝２．４），窒化珪素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）（ｎ2 ＝２．
０），酸化亜鉛（ＺｎＯ）（ｎ2 ＝２．０），酸化ニオ
ブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）（ｎ2 ＝２．２），酸化タンタル（Ｔ
ａ2 Ｏ5 ）（ｎ2 ＝２．１），酸化珪素（ＳｉＯ）（ｎ
1＝２．０），酸化スズ（ＳｎＯ2 ）（ｎ2 ＝２．
０），ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide) （ｎ2 ＝２．０）な
どにより形成されている。
【００２６】なお、この第２の層１３は、スイッチング
動作時においては、後述のように可動部として作用する
ため、特に、ヤング率が高く、丈夫なＳｉ3 Ｎ4 などで
形成されたものであることが好ましい。また、静電気に
より駆動する場合には、第２の層１３の一部にＩＴＯな
どの透明導電膜を含めるようにすればよい。Ｓｉ3 Ｎ 4
とＩＴＯの屈折率は同等であるので、それぞれどの程度
の膜厚にするかは任意である。また、第１の層１１と第
２の層１３とが接触する場合には、接触時に電気的に短
絡しないように、第２の層１３の基板側をＳｉ3 Ｎ4 、
入射媒質側をＩＴＯとすることが望ましい。
動作時においては、後述のように可動部として作用する
ため、特に、ヤング率が高く、丈夫なＳｉ3 Ｎ4 などで
形成されたものであることが好ましい。また、静電気に
より駆動する場合には、第２の層１３の一部にＩＴＯな
どの透明導電膜を含めるようにすればよい。Ｓｉ3 Ｎ 4
とＩＴＯの屈折率は同等であるので、それぞれどの程度
の膜厚にするかは任意である。また、第１の層１１と第
２の層１３とが接触する場合には、接触時に電気的に短
絡しないように、第２の層１３の基板側をＳｉ3 Ｎ4 、
入射媒質側をＩＴＯとすることが望ましい。
【００２７】第１の層１１の物理的な膜厚ｄ1 は、入射
光の波長、その材料のｎとｋの値、基板および第２の層
１３の光学定数により決まるもので、例えば５〜６０ｎ
ｍ程度の値をとる。
光の波長、その材料のｎとｋの値、基板および第２の層
１３の光学定数により決まるもので、例えば５〜６０ｎ
ｍ程度の値をとる。
【００２８】第２の層１３の光学的な膜厚ｎ2 ・ｄ
2 は、基板１０がカーボン，グラファイト，炭化物若し
くはガラスなどの透明材料により形成されており、か
つ、第１の層１１がタンタル（Ｔａ）などの消衰係数ｋ
1 の大きな金属材料等により形成されている場合には、
「λ／４」（λは入射光の設計波長）以下である。但
し、基板１０がカーボン，グラファイト，炭化物若しく
はガラスなどの透明材料により形成され、かつ、第１の
層１１がシリコン（Ｓｉ）などの消衰係数ｋ1 の小さな
材料により形成されている場合には、第２の層１３の光
学的な膜厚ｄ2 は「λ／４」より大きく、「λ／２」以
下である。これは第１の層１１をＳｉにより形成した場
合の光学アドミッタンスの軌跡がアドミッタンスダイア
グラム上で上方に移動するため、第２の層１２との交点
が実軸よりも上側（虚軸上で＋側）となるためである。
2 は、基板１０がカーボン，グラファイト，炭化物若し
くはガラスなどの透明材料により形成されており、か
つ、第１の層１１がタンタル（Ｔａ）などの消衰係数ｋ
1 の大きな金属材料等により形成されている場合には、
「λ／４」（λは入射光の設計波長）以下である。但
し、基板１０がカーボン，グラファイト，炭化物若しく
はガラスなどの透明材料により形成され、かつ、第１の
層１１がシリコン（Ｓｉ）などの消衰係数ｋ1 の小さな
材料により形成されている場合には、第２の層１３の光
学的な膜厚ｄ2 は「λ／４」より大きく、「λ／２」以
下である。これは第１の層１１をＳｉにより形成した場
合の光学アドミッタンスの軌跡がアドミッタンスダイア
グラム上で上方に移動するため、第２の層１２との交点
が実軸よりも上側（虚軸上で＋側）となるためである。
【００２９】なお、以上の膜厚ｄ1 ，ｄ2 は厳密に「λ
／４」「λ／２」でなくとも、これらの近傍の値でもよ
い。これは、例えば、一方の層の光学膜厚がλ／４より
厚くなった分、他方の層を薄くするなどして補完できる
からであり、また、上式（３）から屈折率が多少ずれた
場合でも、膜厚で調整可能な場合もあり、その際にはｄ
1 ，ｄ2 がλ／４から多少ずれることになるからであ
る。このことは他の実施の形態においても同様である。
よって、本明細書においては、「λ／４」の表現には
「ほぼλ／４」の場合も含まれるものとする。
／４」「λ／２」でなくとも、これらの近傍の値でもよ
い。これは、例えば、一方の層の光学膜厚がλ／４より
厚くなった分、他方の層を薄くするなどして補完できる
からであり、また、上式（３）から屈折率が多少ずれた
場合でも、膜厚で調整可能な場合もあり、その際にはｄ
1 ，ｄ2 がλ／４から多少ずれることになるからであ
る。このことは他の実施の形態においても同様である。
よって、本明細書においては、「λ／４」の表現には
「ほぼλ／４」の場合も含まれるものとする。
【００３０】なお、第１の層１１および第２の層１３
は、互いに光学的特性の異なる２以上の層で構成された
複合層としてもよいが、この場合には複合層における合
成した光学的特性（光学アドミッタンス）が単層の場合
と同等な特性を有するものとする必要がある。
は、互いに光学的特性の異なる２以上の層で構成された
複合層としてもよいが、この場合には複合層における合
成した光学的特性（光学アドミッタンス）が単層の場合
と同等な特性を有するものとする必要がある。
【００３１】間隙部１２は、後述の駆動手段によって、
その光学的な大きさ（第１の層１１と第２の層１３との
間隔）が可変であるように設定されている。間隙部１２
を埋める媒体は、透明であれば気体でも液体でもよい。
気体としては、例えば、空気（ナトリウムＤ線（５８
９．３ｎｍ）に対する屈折率ｎD ＝１．０）、窒素（Ｎ
2 ）（ｎD ＝１．０）など、液体としては、水（ｎD ＝
１．３３３）、シリコーンオイル（ｎD ＝１．４〜１．
７）、エチルアルコール（ｎD ＝１．３６１８）、グリ
セリン（ｎD ＝１．４７３０）、ジョードメタン（ｎD
＝１．７３７）などが挙げられる。なお、間隙部１２を
真空状態とすることもできる。
その光学的な大きさ（第１の層１１と第２の層１３との
間隔）が可変であるように設定されている。間隙部１２
を埋める媒体は、透明であれば気体でも液体でもよい。
気体としては、例えば、空気（ナトリウムＤ線（５８
９．３ｎｍ）に対する屈折率ｎD ＝１．０）、窒素（Ｎ
2 ）（ｎD ＝１．０）など、液体としては、水（ｎD ＝
１．３３３）、シリコーンオイル（ｎD ＝１．４〜１．
７）、エチルアルコール（ｎD ＝１．３６１８）、グリ
セリン（ｎD ＝１．４７３０）、ジョードメタン（ｎD
＝１．７３７）などが挙げられる。なお、間隙部１２を
真空状態とすることもできる。
【００３２】間隙部１２の光学的な大きさは、「λ／４
の奇数倍」と「λ／４の偶数倍（０を含む）」との間
で、２値的あるいは連続的に変化するものである。これ
により入射光の反射、透過若しくは吸収の量が２値的あ
るいは連続的に変化する。なお、上記第１の層１１およ
び第２の層１３の膜厚の場合と同様に、λ／４の倍数か
ら多少ずれても、他の層の膜厚あるいは屈折率の多少の
変化で補完できるので、「λ／４」の表現には、「ほぼ
λ／４」の場合も含まれるものとする。
の奇数倍」と「λ／４の偶数倍（０を含む）」との間
で、２値的あるいは連続的に変化するものである。これ
により入射光の反射、透過若しくは吸収の量が２値的あ
るいは連続的に変化する。なお、上記第１の層１１およ
び第２の層１３の膜厚の場合と同様に、λ／４の倍数か
ら多少ずれても、他の層の膜厚あるいは屈折率の多少の
変化で補完できるので、「λ／４」の表現には、「ほぼ
λ／４」の場合も含まれるものとする。
【００３３】このような間隙部１２を有する光学多層構
造体１は、図３および図４に示した製造プロセスにより
作製することができる。まず、図３（Ａ）に示したよう
に例えばカーボンからなる基板１０の上に、例えばスパ
ッタリング法によりＴａからなる第１の層１１を形成
し、次いで，図３（Ｂ）に示したように例えばＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長 )法によ
り犠牲層としての非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜１２ａ
を形成する。続いて、図３（Ｃ）に示したように、間隙
部１２のパターン形状を有するフォトレジスト膜１４を
形成し、図３（Ｄ）に示したようにこのフォトレジスト
膜１４をマスクとして、例えばＲＩＥ（Reactive Ion E
tching) により非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜１２ａを
選択的に除去する。
造体１は、図３および図４に示した製造プロセスにより
作製することができる。まず、図３（Ａ）に示したよう
に例えばカーボンからなる基板１０の上に、例えばスパ
ッタリング法によりＴａからなる第１の層１１を形成
し、次いで，図３（Ｂ）に示したように例えばＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長 )法によ
り犠牲層としての非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜１２ａ
を形成する。続いて、図３（Ｃ）に示したように、間隙
部１２のパターン形状を有するフォトレジスト膜１４を
形成し、図３（Ｄ）に示したようにこのフォトレジスト
膜１４をマスクとして、例えばＲＩＥ（Reactive Ion E
tching) により非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）膜１２ａを
選択的に除去する。
【００３４】次に、図４（Ａ）に示したようにフォトレ
ジスト膜１４を除去した後、図４（Ｂ）に示したように
例えばスパッタリング法によりＳｉ3 Ｎ4 からなる第２
の層１３を形成する。次いで、図４（Ｃ）に示したよう
に、ドライエッチングにより非晶質シリコン（ａ−Ｓ
ｉ）膜１２ａを除去する。これにより、間隙部１２を備
えた光学多層構造体１を作製することができる。
ジスト膜１４を除去した後、図４（Ｂ）に示したように
例えばスパッタリング法によりＳｉ3 Ｎ4 からなる第２
の層１３を形成する。次いで、図４（Ｃ）に示したよう
に、ドライエッチングにより非晶質シリコン（ａ−Ｓ
ｉ）膜１２ａを除去する。これにより、間隙部１２を備
えた光学多層構造体１を作製することができる。
【００３５】本実施の形態の光学多層構造体１は、間隙
部１２の光学的な大きさを、λ／４の奇数倍とλ／４の
偶数倍（０を含む）との間（例えば、「λ／４」と
「０」との間）で、２値的あるいは連続的に変化させる
ことによって、入射した光の反射，透過若しくは吸収の
量を変化させるものである。
部１２の光学的な大きさを、λ／４の奇数倍とλ／４の
偶数倍（０を含む）との間（例えば、「λ／４」と
「０」との間）で、２値的あるいは連続的に変化させる
ことによって、入射した光の反射，透過若しくは吸収の
量を変化させるものである。
【００３６】次に、図５（Ａ），（Ｂ）および図６
（Ａ），（Ｂ）を参照して、上記式（３）の意義につい
て説明する。
（Ａ），（Ｂ）を参照して、上記式（３）の意義につい
て説明する。
【００３７】上記のような光学多層構造体１のフィルタ
特性は、光学アドミッタンスによって説明することがで
きる。光学アドミッタンスｙは、複素屈折率Ｎ（＝ｎ−
ｉ・ｋ、ｎは屈折率，ｋは消衰係数，ｉは虚数単位）と
値が同じである。例えば、空気のアドミッタンスはｙ(a
ir) ＝1 、ｎ(air) ＝1 、ガラスのアドミッタンスはｙ
(glass) ＝1.５２、ｎ(glass) ＝1.５２である。
特性は、光学アドミッタンスによって説明することがで
きる。光学アドミッタンスｙは、複素屈折率Ｎ（＝ｎ−
ｉ・ｋ、ｎは屈折率，ｋは消衰係数，ｉは虚数単位）と
値が同じである。例えば、空気のアドミッタンスはｙ(a
ir) ＝1 、ｎ(air) ＝1 、ガラスのアドミッタンスはｙ
(glass) ＝1.５２、ｎ(glass) ＝1.５２である。
【００３８】透明な基板上に透明な光学膜を形成する
と、図５（Ｂ）に示したような光学アドミッタンスダイ
ヤグラム上で、膜厚の増加に伴い円弧を描いて軌跡が移
動する。ここに、横軸はアドミッタンスの実軸
（Ｒe ），縦軸はアドミッタンスの虚軸（Ｉm ）をそれ
ぞれ示している。例えば、ｎ＝ｙ＝１．５２のガラス基
板上にｎ＝ｙ＝２．４０のＴｉＯ2 などを成膜すると、
その合成光学アドミッタンスの軌跡は、膜厚の増加に伴
ってｙ＝１．５２の点から円弧を描きながら移動する。
もし、ＴｉＯ2 の光学的な膜厚がλ／４のときには、合
成アドミッタンスの軌跡は実軸上の２．４2 ／１．５２
の点、すなわち３．７９の点に帰着する（λ／４法
則）。これはガラス基板（透明基板）上にλ／４の膜厚
のＴｉＯ2 膜（第１の層）を成膜したときの合成アドミ
ッタンスである。つまり、この構造体を上から見ると、
あたかもｎ＝３．７９の一体の基板を見ているのと同じ
ようになる。このときの反射率は、空気との界面では次
式（４）で求まるので、反射率Ｒ＝３３．９％となる。
と、図５（Ｂ）に示したような光学アドミッタンスダイ
ヤグラム上で、膜厚の増加に伴い円弧を描いて軌跡が移
動する。ここに、横軸はアドミッタンスの実軸
（Ｒe ），縦軸はアドミッタンスの虚軸（Ｉm ）をそれ
ぞれ示している。例えば、ｎ＝ｙ＝１．５２のガラス基
板上にｎ＝ｙ＝２．４０のＴｉＯ2 などを成膜すると、
その合成光学アドミッタンスの軌跡は、膜厚の増加に伴
ってｙ＝１．５２の点から円弧を描きながら移動する。
もし、ＴｉＯ2 の光学的な膜厚がλ／４のときには、合
成アドミッタンスの軌跡は実軸上の２．４2 ／１．５２
の点、すなわち３．７９の点に帰着する（λ／４法
則）。これはガラス基板（透明基板）上にλ／４の膜厚
のＴｉＯ2 膜（第１の層）を成膜したときの合成アドミ
ッタンスである。つまり、この構造体を上から見ると、
あたかもｎ＝３．７９の一体の基板を見ているのと同じ
ようになる。このときの反射率は、空気との界面では次
式（４）で求まるので、反射率Ｒ＝３３．９％となる。
【００３９】Ｒ＝（ｎ−１／ｎ＋１）2 ・・・（４）
【００４０】次に、この光学多層構造体の上に、更に、
例えばｎ＝ｙ＝１．９４７の膜を光学膜厚＝λ／４だけ
成膜すると、光学アドミッタンスダイヤグラム上では、
３．７９の点から右回りに軌跡が移動する。その合成ア
ドミッタンスは、Ｙ＝１．０となり、実軸上の１．０の
点となる。すなわち、これは合成アドミッタンス＝合成
屈折率が１．０と同等、つまり空気と同等となるので、
その界面では反射がなくなり、所謂Ｖコートの反射防止
膜とみなすことができる。
例えばｎ＝ｙ＝１．９４７の膜を光学膜厚＝λ／４だけ
成膜すると、光学アドミッタンスダイヤグラム上では、
３．７９の点から右回りに軌跡が移動する。その合成ア
ドミッタンスは、Ｙ＝１．０となり、実軸上の１．０の
点となる。すなわち、これは合成アドミッタンス＝合成
屈折率が１．０と同等、つまり空気と同等となるので、
その界面では反射がなくなり、所謂Ｖコートの反射防止
膜とみなすことができる。
【００４１】一方、上記ＴｉＯ2 膜（ｎ＝２．４）の膜
の上に、ｎ＝１（空気）の間隙部を光学膜厚＝λ／４だ
け設けた場合には、その合成アドミッタンスは、図６
（Ａ），（Ｂ）に示したように、Ｙ2 ＝０．２６３８と
なる。更に、その間隙部上にｎ＝ｙ＝１．９４７の膜が
光学膜厚＝λ／４だけ存在すると、その合成アドミッタ
ンスは、Ｙ3 ＝１４．３７となり、実軸上の１４．３７
の点となる。そのときの反射率は上記（４）式のｎをＹ
3 ＝１４．３７として求まり、このとき反射率Ｒ＝７６
％となる。以上のことから、間隙部（空気層）１２の光
学膜厚を「０」から「λ／４」まで変化させると、反射
率は「０％」から「７６％」へと変化することがわか
る。
の上に、ｎ＝１（空気）の間隙部を光学膜厚＝λ／４だ
け設けた場合には、その合成アドミッタンスは、図６
（Ａ），（Ｂ）に示したように、Ｙ2 ＝０．２６３８と
なる。更に、その間隙部上にｎ＝ｙ＝１．９４７の膜が
光学膜厚＝λ／４だけ存在すると、その合成アドミッタ
ンスは、Ｙ3 ＝１４．３７となり、実軸上の１４．３７
の点となる。そのときの反射率は上記（４）式のｎをＹ
3 ＝１４．３７として求まり、このとき反射率Ｒ＝７６
％となる。以上のことから、間隙部（空気層）１２の光
学膜厚を「０」から「λ／４」まで変化させると、反射
率は「０％」から「７６％」へと変化することがわか
る。
【００４２】以上は、ガラスなどの透明材料からなる基
板の上に、光の吸収のない透明層（ＴｉＯ2 ）を形成し
た場合の説明であり、いずれも複素屈折率Ｎ＝ｎ−ｉ・
ｋ（ｎは屈折率，ｋは消衰係数，ｉは虚数）において、
ｋ＝０である。これに対して、本実施の形態では、基板
１０および第１の層１１のうち少なくとも第１の層１１
は、不透明な金属材料，酸化金属等の光の吸収のある材
料により形成されている。すなわち、第１の層１１の複
素屈折率Ｎ1 においては、ｋ≠０である。以下、本実施
の形態の特徴について説明する。
板の上に、光の吸収のない透明層（ＴｉＯ2 ）を形成し
た場合の説明であり、いずれも複素屈折率Ｎ＝ｎ−ｉ・
ｋ（ｎは屈折率，ｋは消衰係数，ｉは虚数）において、
ｋ＝０である。これに対して、本実施の形態では、基板
１０および第１の層１１のうち少なくとも第１の層１１
は、不透明な金属材料，酸化金属等の光の吸収のある材
料により形成されている。すなわち、第１の層１１の複
素屈折率Ｎ1 においては、ｋ≠０である。以下、本実施
の形態の特徴について説明する。
【００４３】光学アドミッタンスダイヤグラム上で、ｎ
2 の屈折率を持つ第２の層がダイヤグラム上の（１，
０）の点（空気アドミッタンス）を通る軌跡を描くと、
図７に示したようになる。すなわち、実軸で１とｎ2 2を
通り、中心が( ｎ2 2＋1)/ ２の円弧となる。基板１０の
材料の光学アドミッタンス（複素屈折率Ｎと数値的には
等しい）がこの円弧の中にある場合、円弧の外側に第１
の層１１の材料の光学アドミッタンスがあれば、基板１
０上に第１の層１１を成膜してゆくと、基板１０と第１
の層１１との合成光学アドミッタンスは、アドミッタン
スダイアグラム上で、基板１０の光学アドミッタンスの
点（図中Ｎs で示す点）から出発し、緩いカーブを描き
ながら、膜厚の増加と共に、第１の層１１の光学アドミ
ッタンスの点（図中Ｎ1 で示す点）へ到達する。
2 の屈折率を持つ第２の層がダイヤグラム上の（１，
０）の点（空気アドミッタンス）を通る軌跡を描くと、
図７に示したようになる。すなわち、実軸で１とｎ2 2を
通り、中心が( ｎ2 2＋1)/ ２の円弧となる。基板１０の
材料の光学アドミッタンス（複素屈折率Ｎと数値的には
等しい）がこの円弧の中にある場合、円弧の外側に第１
の層１１の材料の光学アドミッタンスがあれば、基板１
０上に第１の層１１を成膜してゆくと、基板１０と第１
の層１１との合成光学アドミッタンスは、アドミッタン
スダイアグラム上で、基板１０の光学アドミッタンスの
点（図中Ｎs で示す点）から出発し、緩いカーブを描き
ながら、膜厚の増加と共に、第１の層１１の光学アドミ
ッタンスの点（図中Ｎ1 で示す点）へ到達する。
【００４４】このとき、基板１０と第１の層１１の光学
アドミッタンス（複素屈折率と同じ値）は第２の層１３
の描く円弧の両側にあるので、その円弧を必ず横切る
（Ａ点）。ここで、基板１０と第１の層１１との合成ア
ドミッタンスがその交点Ａに丁度到達するように、第１
の層１１の膜厚を決める。その交点Ａからは、第２の層
１３の軌跡（円弧）に沿って合成アドミッタンスが移動
する。
アドミッタンス（複素屈折率と同じ値）は第２の層１３
の描く円弧の両側にあるので、その円弧を必ず横切る
（Ａ点）。ここで、基板１０と第１の層１１との合成ア
ドミッタンスがその交点Ａに丁度到達するように、第１
の層１１の膜厚を決める。その交点Ａからは、第２の層
１３の軌跡（円弧）に沿って合成アドミッタンスが移動
する。
【００４５】従って、基板１０と第１の層１１と第２の
層１３との合成アドミッタンスが１となるような膜厚で
第２の層１３を成膜すれば、この光学多層構造体１への
入射光の反射は設計波長において０となる。すなわち、
第２の層１３の光学特性に依存する円弧の両側に、基板
１０と第１の層１１の光学アドミッタンスがあれば、反
射が０となる膜厚の組み合わせが必ず存在することにな
る。
層１３との合成アドミッタンスが１となるような膜厚で
第２の層１３を成膜すれば、この光学多層構造体１への
入射光の反射は設計波長において０となる。すなわち、
第２の層１３の光学特性に依存する円弧の両側に、基板
１０と第１の層１１の光学アドミッタンスがあれば、反
射が０となる膜厚の組み合わせが必ず存在することにな
る。
【００４６】なお、この場合、基板１０の光学アドミッ
タンスは、円弧の内側でも外側でもかまわない。このよ
うな条件を満足するためには、基板１０の複素屈折率を
ＮS（＝ｎS −ｉ・ｋS ）、第１の層１１の複素屈折率
をＮ1 （＝ｎ1 −ｉ・ｋ1 ）、第２の層１３の屈折率を
ｎ2 、入射媒質の屈折率を１．０（空気）としたとき、
基板１０と第１の層１１の材料の光学定数の関係が、次
式（５）、すなわち、この式を書き換えた前述の式
（２）を満たせばよい。
タンスは、円弧の内側でも外側でもかまわない。このよ
うな条件を満足するためには、基板１０の複素屈折率を
ＮS（＝ｎS −ｉ・ｋS ）、第１の層１１の複素屈折率
をＮ1 （＝ｎ1 −ｉ・ｋ1 ）、第２の層１３の屈折率を
ｎ2 、入射媒質の屈折率を１．０（空気）としたとき、
基板１０と第１の層１１の材料の光学定数の関係が、次
式（５）、すなわち、この式を書き換えた前述の式
（２）を満たせばよい。
【００４７】
【００４８】よって、このように構成した光学多層膜の
第１の層１１と第２の層１３との間に、大きさが可変な
間隙部１３を設けると、その間隔ｄ3 が「０」のときに
は反射防止膜（図２参照）、ｄ3 が設計波長λに対して
光学的にほぼ「λ／４」のときには反射膜となる（図１
参照）。つまり、間隙部１３の大きさを「０」と「λ／
４」との間で可変とすることで、反射率を０と７０％以
上とに変えることができる光学スイッチング素子を実現
することが可能になる。
第１の層１１と第２の層１３との間に、大きさが可変な
間隙部１３を設けると、その間隔ｄ3 が「０」のときに
は反射防止膜（図２参照）、ｄ3 が設計波長λに対して
光学的にほぼ「λ／４」のときには反射膜となる（図１
参照）。つまり、間隙部１３の大きさを「０」と「λ／
４」との間で可変とすることで、反射率を０と７０％以
上とに変えることができる光学スイッチング素子を実現
することが可能になる。
【００４９】このような光学多層構造体１の材料として
は、上記のような制約を満足すればよく、その選定の自
由度は広い。また、その構成も、基板１０に間隙部１２
を含めて３層構造を形成するだけでよいので、製作は容
易である。以下、具体的な例を挙げて説明する。
は、上記のような制約を満足すればよく、その選定の自
由度は広い。また、その構成も、基板１０に間隙部１２
を含めて３層構造を形成するだけでよいので、製作は容
易である。以下、具体的な例を挙げて説明する。
【００５０】〔具体例〕図８は、基板１０として不透明
なカーボン基板（ＮS ＝１．９０，ｋ＝０．７５）、第
１の層１１としてＴａ層（Ｎ1 ＝２．４６，ｋ＝１．９
０）、間隙部１２として空気層（ｎ＝１．００）、第２
の層１３としてＳｉ3 Ｎ4 膜とＩＴＯ（Indium-Tin Oxi
de) 膜との積層膜（合成屈折率ｎ2 ＝２．０，ｋ＝０）
を用いた場合の入射光の波長（設計波長５５０ｎｍ）と
反射率との関係を表すものである。ここで、（ａ）は間
隙部（空気層）の光学膜厚が「０」（低反射側）、
（ｂ）は光学膜厚が「λ／４」（１３７．５ｎｍ）（高
反射側）の場合の特性をそれぞれ表している。図９およ
び図１０は、このときの光学アドミッタンスダイヤグラ
ムを参考として表すもので、図９は低反射側、図１０は
高反射側の場合をそれぞれ示している。
なカーボン基板（ＮS ＝１．９０，ｋ＝０．７５）、第
１の層１１としてＴａ層（Ｎ1 ＝２．４６，ｋ＝１．９
０）、間隙部１２として空気層（ｎ＝１．００）、第２
の層１３としてＳｉ3 Ｎ4 膜とＩＴＯ（Indium-Tin Oxi
de) 膜との積層膜（合成屈折率ｎ2 ＝２．０，ｋ＝０）
を用いた場合の入射光の波長（設計波長５５０ｎｍ）と
反射率との関係を表すものである。ここで、（ａ）は間
隙部（空気層）の光学膜厚が「０」（低反射側）、
（ｂ）は光学膜厚が「λ／４」（１３７．５ｎｍ）（高
反射側）の場合の特性をそれぞれ表している。図９およ
び図１０は、このときの光学アドミッタンスダイヤグラ
ムを参考として表すもので、図９は低反射側、図１０は
高反射側の場合をそれぞれ示している。
【００５１】図８からも明らかなように、本実施の形態
の光学多層構造体１では、間隙部（空気層）１２の光学
膜厚が「λ／４」の場合には高反射特性、間隙部１２の
光学膜厚が「０」の場合には低反射特性をそれぞれ示
す。すなわち、間隙部１２の光学膜厚が「λ／４」の奇
数倍と「λ／４」の偶数倍（０を含む）との間で切り替
わると、高反射特性と低反射特性とを交互に示すことに
なる。
の光学多層構造体１では、間隙部（空気層）１２の光学
膜厚が「λ／４」の場合には高反射特性、間隙部１２の
光学膜厚が「０」の場合には低反射特性をそれぞれ示
す。すなわち、間隙部１２の光学膜厚が「λ／４」の奇
数倍と「λ／４」の偶数倍（０を含む）との間で切り替
わると、高反射特性と低反射特性とを交互に示すことに
なる。
【００５２】ところで、第１の層１１に消衰係数ｋ1 の
大きな金属膜（例えばＴａ，ｋ1 ＝１．９０）を用いる
場合には、第２の層１３の光学膜厚は「λ／４」となる
が、第１の層１１にｋ1 の小さな半導体材料（例えばＳ
ｉ，ｋ1 ＝０．６３）を用いる場合には、第２の層１３
の光学膜厚は「λ／４」より大きくなる（但し，λ／２
より小さい）。その具体例として、例えば、基板１０を
グラファイト（屈折率ｎS ＝１．９０，ｋ＝０．７
５）、第１の層１１をシリコン（屈折率ｎ1 ＝４．４
０，ｋ＝０．６３，膜厚１３．０９ｎｍ）、第２の層１
３をＳｉ3 Ｎ4 膜とＩＴＯ（Indium-Tin Oxide) 膜との
積層膜（合成屈折率ｎ2 ＝２．０，ｋ＝０，膜厚８３．
２１ｎｍ）により形成した場合の反射特性（設計波長５
５０ｎｍ）を図１１に示す。ここでも、（ａ）は間隙部
（空気層）の光学膜厚が「０」（低反射側）、（ｂ）は
光学膜厚が「λ／４」（１３７．５ｎｍ）（高反射側）
の場合の特性をそれぞれ表している。図１２および図１
３はそのときの光学アドミッタンスダイヤグラムを表す
ものである。図１２は低反射側、図１３は高反射側の場
合をそれぞれ示している。
大きな金属膜（例えばＴａ，ｋ1 ＝１．９０）を用いる
場合には、第２の層１３の光学膜厚は「λ／４」となる
が、第１の層１１にｋ1 の小さな半導体材料（例えばＳ
ｉ，ｋ1 ＝０．６３）を用いる場合には、第２の層１３
の光学膜厚は「λ／４」より大きくなる（但し，λ／２
より小さい）。その具体例として、例えば、基板１０を
グラファイト（屈折率ｎS ＝１．９０，ｋ＝０．７
５）、第１の層１１をシリコン（屈折率ｎ1 ＝４．４
０，ｋ＝０．６３，膜厚１３．０９ｎｍ）、第２の層１
３をＳｉ3 Ｎ4 膜とＩＴＯ（Indium-Tin Oxide) 膜との
積層膜（合成屈折率ｎ2 ＝２．０，ｋ＝０，膜厚８３．
２１ｎｍ）により形成した場合の反射特性（設計波長５
５０ｎｍ）を図１１に示す。ここでも、（ａ）は間隙部
（空気層）の光学膜厚が「０」（低反射側）、（ｂ）は
光学膜厚が「λ／４」（１３７．５ｎｍ）（高反射側）
の場合の特性をそれぞれ表している。図１２および図１
３はそのときの光学アドミッタンスダイヤグラムを表す
ものである。図１２は低反射側、図１３は高反射側の場
合をそれぞれ示している。
【００５３】上記２つの例では、基板１０として不透明
なカーボンやグラファイトを想定している。カーボンや
グラファイトの光学アドミッタンス（複素屈折率と同じ
値）は、アドミッタンスダイアグラム上で屈折率が２．
０の透明膜が（１，０）を通るように描いた円弧の軌跡
の内側にあるので、基板１０として好適である。多くの
金属材料の光学アドミッタンスはその円の外側に配置さ
れるからである。
なカーボンやグラファイトを想定している。カーボンや
グラファイトの光学アドミッタンス（複素屈折率と同じ
値）は、アドミッタンスダイアグラム上で屈折率が２．
０の透明膜が（１，０）を通るように描いた円弧の軌跡
の内側にあるので、基板１０として好適である。多くの
金属材料の光学アドミッタンスはその円の外側に配置さ
れるからである。
【００５４】参考のために、図１４に各材料の光学アド
ミッタンスをプロットしたアドミッタンスダイアグラム
を示す。図１４には、同時に、ｎ＝２およびＴｉＯ
2 （ｎ＝２．４）が空気のアドミッタンス（１，０）を
通る軌跡も示した。この円弧の中の材料を基板１０、円
弧の外にある材料を第１の層１１、円弧上の材料を第２
の層１３とすれば、反射率が低い（ほぼ０）の膜厚の組
み合わせが必ずある。例えば、基板１０をカーボン（図
中のＣ）、第１の層１１をｎ＝２の円弧の外側の材料
（図中の殆ど全ての材料）、第２の層１３をｎ＝２の材
料（Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＩＴＯ，ＺｎＯなど）により形成すれ
ば、良好な特性の光学スイッチング素子を実現すること
ができる。
ミッタンスをプロットしたアドミッタンスダイアグラム
を示す。図１４には、同時に、ｎ＝２およびＴｉＯ
2 （ｎ＝２．４）が空気のアドミッタンス（１，０）を
通る軌跡も示した。この円弧の中の材料を基板１０、円
弧の外にある材料を第１の層１１、円弧上の材料を第２
の層１３とすれば、反射率が低い（ほぼ０）の膜厚の組
み合わせが必ずある。例えば、基板１０をカーボン（図
中のＣ）、第１の層１１をｎ＝２の円弧の外側の材料
（図中の殆ど全ての材料）、第２の層１３をｎ＝２の材
料（Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＩＴＯ，ＺｎＯなど）により形成すれ
ば、良好な特性の光学スイッチング素子を実現すること
ができる。
【００５５】また、第２の層１３としてＴｉＯ2 を用い
た場合には、基板１０をシリコン（Ｓｉ），カーボン
（Ｃ），タンタル（Ｔａ），ゲルマニウム（Ｇｅ）フィ
ルム，グラファイト，ガラスなどから選び、第１の層１
１は図中のそれ以外の金属などから選べば、良好な特性
の光学スイッチング素子を実現することができる。
た場合には、基板１０をシリコン（Ｓｉ），カーボン
（Ｃ），タンタル（Ｔａ），ゲルマニウム（Ｇｅ）フィ
ルム，グラファイト，ガラスなどから選び、第１の層１
１は図中のそれ以外の金属などから選べば、良好な特性
の光学スイッチング素子を実現することができる。
【００５６】なお、図１４には、代表的な金属材料、半
導体などをプロットしたが、他の材料でもこの図にプロ
ットし、円弧の中か外かに注目すると、良い組み合わせ
の材料を容易に選ぶことができる。
導体などをプロットしたが、他の材料でもこの図にプロ
ットし、円弧の中か外かに注目すると、良い組み合わせ
の材料を容易に選ぶことができる。
【００５７】ところで、上述のような第２の層１３の円
弧の内と外に基板１０と第１の層１１の光学特性がある
ことは、良好な特性の光学構造を実現するための十分条
件ではあるが、必要条件ではない。なぜならば、光の吸
収のある（すなわち、ｋ≠０）膜をある基板１０に成膜
するときの合成光学アドミッタンスの軌跡は、基板１０
のアドミッタンスから直線的に成膜する材料の光学アド
ミッタンスへと向かうのではなく、大きく弯曲しなが
ら、成膜材料の光学アドミッタンスへと向かう。そのた
めに、湾曲度が大きいと、先の第２の層１３の円弧の内
側に第１の層１１の光学アドミッタンスがあっても、合
成光学アドミッタンスが第２の層１３の円弧を横切るこ
とがある。
弧の内と外に基板１０と第１の層１１の光学特性がある
ことは、良好な特性の光学構造を実現するための十分条
件ではあるが、必要条件ではない。なぜならば、光の吸
収のある（すなわち、ｋ≠０）膜をある基板１０に成膜
するときの合成光学アドミッタンスの軌跡は、基板１０
のアドミッタンスから直線的に成膜する材料の光学アド
ミッタンスへと向かうのではなく、大きく弯曲しなが
ら、成膜材料の光学アドミッタンスへと向かう。そのた
めに、湾曲度が大きいと、先の第２の層１３の円弧の内
側に第１の層１１の光学アドミッタンスがあっても、合
成光学アドミッタンスが第２の層１３の円弧を横切るこ
とがある。
【００５８】図１５はその例を表すものであり、カーボ
ン（Ｃ）からなる基板１０の上に第１の層１１としてグ
ラファイトを成膜していくと、弯曲してｎ＝２の円弧を
２回横切る。このどちらかの点で、ｎ＝２の膜（例えば
Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＩＴＯ，ＺｎＯなど）に乗り換えるような
膜厚の設定とすれば、特性の良い光学多層構造体１を実
現することができる。
ン（Ｃ）からなる基板１０の上に第１の層１１としてグ
ラファイトを成膜していくと、弯曲してｎ＝２の円弧を
２回横切る。このどちらかの点で、ｎ＝２の膜（例えば
Ｓｉ3 Ｎ4 ，ＩＴＯ，ＺｎＯなど）に乗り換えるような
膜厚の設定とすれば、特性の良い光学多層構造体１を実
現することができる。
【００５９】このように本実施の形態では、例えば５５
０ｎｍなどの可視光領域においても、低反射時の反射率
を殆ど０、高反射時の反射率を７０％以上とすることが
できるので、高コントラストな変調を行うことが可能で
ある。しかも、構成が簡単であるので、ＧＬＶなどの回
折格子構造やＤＭＤなどの複雑な３次元構造よりも容易
に作製することができる。また、ＧＬＶは１つのピクセ
ルに６本の格子状のリボンが必要であるが、本実施の形
態では１本で済むので、構成が簡単であり、かつ小さく
作製することが可能である。また、可動部分の移動範囲
も高々「λ／２」であるため、１０ｎｓレベルの高速応
答が可能になる。よって、ディスプレイ用途のライトバ
ルブとして用いる場合には、後述のように１次元アレイ
の簡単な構成で実現することができる。
０ｎｍなどの可視光領域においても、低反射時の反射率
を殆ど０、高反射時の反射率を７０％以上とすることが
できるので、高コントラストな変調を行うことが可能で
ある。しかも、構成が簡単であるので、ＧＬＶなどの回
折格子構造やＤＭＤなどの複雑な３次元構造よりも容易
に作製することができる。また、ＧＬＶは１つのピクセ
ルに６本の格子状のリボンが必要であるが、本実施の形
態では１本で済むので、構成が簡単であり、かつ小さく
作製することが可能である。また、可動部分の移動範囲
も高々「λ／２」であるため、１０ｎｓレベルの高速応
答が可能になる。よって、ディスプレイ用途のライトバ
ルブとして用いる場合には、後述のように１次元アレイ
の簡単な構成で実現することができる。
【００６０】更に、本実施の形態の光学多層構造体１
は、間隙部を金属薄膜や反射層で挟んだ構造の狭帯域透
過フィルタ、すなわちファブリーペロータイプのものと
は本質的に異なるものであるため、低反射帯の帯域幅を
広くすることができる。よって、製作時の膜厚管理のマ
ージンを比較的広くとることが可能であり、設計の自由
度が増す。
は、間隙部を金属薄膜や反射層で挟んだ構造の狭帯域透
過フィルタ、すなわちファブリーペロータイプのものと
は本質的に異なるものであるため、低反射帯の帯域幅を
広くすることができる。よって、製作時の膜厚管理のマ
ージンを比較的広くとることが可能であり、設計の自由
度が増す。
【００６１】また、本実施の形態では、基板１０および
第１の層１１の屈折率はある範囲の任意の値であれば良
いため、材料の選択の自由度が広くなる。また、基板１
０を不透明な材料により構成した場合には、低反射時に
おいて入射光は基板１０に吸収されるので、迷光などが
発生する心配はなくなる。
第１の層１１の屈折率はある範囲の任意の値であれば良
いため、材料の選択の自由度が広くなる。また、基板１
０を不透明な材料により構成した場合には、低反射時に
おいて入射光は基板１０に吸収されるので、迷光などが
発生する心配はなくなる。
【００６２】以上のように、本実施の形態の光学多層構
造体１を用いることにより、高速で小型の光スイッチン
グ素子および画像表示装置を実現することができる。こ
れらの詳細については後述する。
造体１を用いることにより、高速で小型の光スイッチン
グ素子および画像表示装置を実現することができる。こ
れらの詳細については後述する。
【００６３】なお、上記実施の形態では、光学多層構造
体１の間隙部を一層としたが、複数層、例えば図１６に
示したように２層設けるようにしてもよい。これは、基
板１０上に、第１の層１１、第１の間隙部１２、第２の
層１３、第２の間隙部３０、第３の透明層３１をこの順
に形成し、第２の層１３および第３の透明層３１をそれ
ぞれ例えば窒化シリコンからなる支持体１５，３２によ
り支持する構成としたものである。
体１の間隙部を一層としたが、複数層、例えば図１６に
示したように２層設けるようにしてもよい。これは、基
板１０上に、第１の層１１、第１の間隙部１２、第２の
層１３、第２の間隙部３０、第３の透明層３１をこの順
に形成し、第２の層１３および第３の透明層３１をそれ
ぞれ例えば窒化シリコンからなる支持体１５，３２によ
り支持する構成としたものである。
【００６４】この光学多層構造体では、中間の第２の層
１３が上下に変位し、第１の間隙部１２と第２の間隙部
３０の一方の間隙が狭くなった分、他方の間隙部が広ま
ることにより反射特性が変化する。
１３が上下に変位し、第１の間隙部１２と第２の間隙部
３０の一方の間隙が狭くなった分、他方の間隙部が広ま
ることにより反射特性が変化する。
【００６５】〔駆動方法〕次に、上記光学多層構造体１
における間隙部１２の大きさを変化させるための具体的
な手段について説明する。
における間隙部１２の大きさを変化させるための具体的
な手段について説明する。
【００６６】図１７は、静電気により光学多層構造体を
駆動する例を示している。この光学多層構造体は、透明
基板１０の上の第１の層１１の両側にそれぞれ例えばア
ルミニウムからなる電極１６ａ，１６ａを設けると共
に、第２の層１３を例えば窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）
からなる支持体１５により支持し、この支持体１５の電
極１６ａ，１６ａに対向する位置に電極１６ｂ，１６ｂ
を形成したものである。
駆動する例を示している。この光学多層構造体は、透明
基板１０の上の第１の層１１の両側にそれぞれ例えばア
ルミニウムからなる電極１６ａ，１６ａを設けると共
に、第２の層１３を例えば窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）
からなる支持体１５により支持し、この支持体１５の電
極１６ａ，１６ａに対向する位置に電極１６ｂ，１６ｂ
を形成したものである。
【００６７】この光学多層構造体では、電極１６ａ，１
６ａおよび電極１６ｂ，１６ｂへの電圧印加による電位
差で生じた静電引力によって、間隙部１２の光学膜厚
を、例えば「λ／４」と、「０」との間、あるいは「λ
／４」と「λ／２」との間で２値的に切り替える。勿
論、電極１６ａ，１６ａ、電極１６ｂ，１６ｂへの電圧
印加を連続的に変化させることにより、間隙部１２の大
きさをある値の範囲で連続的に変化させ、入射した光の
反射、若しくは透過あるいは吸収等の量を連続的（アナ
ログ的）に変化させるようにすることもできる。
６ａおよび電極１６ｂ，１６ｂへの電圧印加による電位
差で生じた静電引力によって、間隙部１２の光学膜厚
を、例えば「λ／４」と、「０」との間、あるいは「λ
／４」と「λ／２」との間で２値的に切り替える。勿
論、電極１６ａ，１６ａ、電極１６ｂ，１６ｂへの電圧
印加を連続的に変化させることにより、間隙部１２の大
きさをある値の範囲で連続的に変化させ、入射した光の
反射、若しくは透過あるいは吸収等の量を連続的（アナ
ログ的）に変化させるようにすることもできる。
【００６８】光学多層構造体を静電気で駆動するものと
しては、その他、図１８および図１９に示した方法によ
ってもよい。図１８に示した光学多層構造体１は、透明
基板１０の上の第１の層１１上に例えばＩＴＯ（Indium
-Tin Oxide) からなる透明導電膜１７ａを設けると共
に、例えばＳｉＯ2 からなる第２の層１３を架橋構造に
形成し、この第２の層１３の外面に同じくＩＴＯからな
る透明導電膜１７ｂを設けたものである。
しては、その他、図１８および図１９に示した方法によ
ってもよい。図１８に示した光学多層構造体１は、透明
基板１０の上の第１の層１１上に例えばＩＴＯ（Indium
-Tin Oxide) からなる透明導電膜１７ａを設けると共
に、例えばＳｉＯ2 からなる第２の層１３を架橋構造に
形成し、この第２の層１３の外面に同じくＩＴＯからな
る透明導電膜１７ｂを設けたものである。
【００６９】この光学多層構造体では、透明導電膜１７
ａ，１７ｂ間への電圧印加による電位差で生じた静電引
力によって、間隙部１２の光学膜厚を切り替えることが
できる。
ａ，１７ｂ間への電圧印加による電位差で生じた静電引
力によって、間隙部１２の光学膜厚を切り替えることが
できる。
【００７０】図１９に示した光学多層構造体では、図１
８の光学多層構造体の透明導電膜１７ａの代わりに、導
電性のある第１の層１１として例えばタンタル（Ｔａ）
膜を配したものである。
８の光学多層構造体の透明導電膜１７ａの代わりに、導
電性のある第１の層１１として例えばタンタル（Ｔａ）
膜を配したものである。
【００７１】光学多層構造体の駆動は、このような静電
気の他、トグル機構や圧電素子などのマイクロマシンを
用いる方法、磁力を用いる方法や、形状記憶合金を用い
る方法など、種々考えられる。図２０（Ａ），（Ｂ）は
磁力を用いて駆動する態様を示したものである。この光
学多層構造体では、第２の層１３の上に開孔部を有する
コバルト（Ｃｏ）などの磁性材料からなる磁性層４０を
設けると共に基板１０の下部に電磁コイル４１を設けた
ものであり、この電磁コイル４１のオン・オフの切り替
えにより、間隙部１２の間隔を例えば「λ／４」（図２
０（Ａ））と「０」（図２０（Ｂ））との間で切り替
え、これにより反射率を変化させることができる。
気の他、トグル機構や圧電素子などのマイクロマシンを
用いる方法、磁力を用いる方法や、形状記憶合金を用い
る方法など、種々考えられる。図２０（Ａ），（Ｂ）は
磁力を用いて駆動する態様を示したものである。この光
学多層構造体では、第２の層１３の上に開孔部を有する
コバルト（Ｃｏ）などの磁性材料からなる磁性層４０を
設けると共に基板１０の下部に電磁コイル４１を設けた
ものであり、この電磁コイル４１のオン・オフの切り替
えにより、間隙部１２の間隔を例えば「λ／４」（図２
０（Ａ））と「０」（図２０（Ｂ））との間で切り替
え、これにより反射率を変化させることができる。
【００７２】〔光スイッチング装置〕図２１は、上記光
学多層構造体１を用いた光スイッチング装置１００の構
成を表すものである。光スイッチング装置１００は、例
えばカーボンからなる基板１０１上に複数（図では４
個）の光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄを一次元
アレイ状に配設したものである。なお、１次元に限ら
ず、２次元に配列した構成としてもよい。この光スイッ
チング装置１００では、基板１０１の表面の一方向（素
子配列方向）に沿って例えばＴａ膜１０２が形成されて
いる。このＴａ膜１０２が上記実施の形態の第１の層１
１に対応している。
学多層構造体１を用いた光スイッチング装置１００の構
成を表すものである。光スイッチング装置１００は、例
えばカーボンからなる基板１０１上に複数（図では４
個）の光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄを一次元
アレイ状に配設したものである。なお、１次元に限ら
ず、２次元に配列した構成としてもよい。この光スイッ
チング装置１００では、基板１０１の表面の一方向（素
子配列方向）に沿って例えばＴａ膜１０２が形成されて
いる。このＴａ膜１０２が上記実施の形態の第１の層１
１に対応している。
【００７３】基板１０１上には、Ｔａ膜１０２に対して
直交する方向に、複数本のＳｉ3 Ｎ 4 膜１０５が配設さ
れている。Ｓｉ3 Ｎ4 膜１０５の外側には透明導電膜と
してのＩＴＯ膜１０６が形成されている。これらＩＴＯ
膜１０６およびＳｉ3 Ｎ4 膜１０５が上記実施の形態の
第２の層１３に対応するもので、Ｔａ膜１０２を跨ぐ位
置において架橋構造となっている。Ｔａ膜１０２とＩＴ
Ｏ膜１０６との間には、スイッチング動作（オン・オ
フ）に応じてその大きさが変化する間隙部１０４が設け
られている。間隙部１０４の光学膜厚は、入射光の波長
（λ＝５５０ｎｍ）に対しては、例えば「λ／４」（１
３７．５ｎｍ）と「０」との間で変化するようになって
いる。
直交する方向に、複数本のＳｉ3 Ｎ 4 膜１０５が配設さ
れている。Ｓｉ3 Ｎ4 膜１０５の外側には透明導電膜と
してのＩＴＯ膜１０６が形成されている。これらＩＴＯ
膜１０６およびＳｉ3 Ｎ4 膜１０５が上記実施の形態の
第２の層１３に対応するもので、Ｔａ膜１０２を跨ぐ位
置において架橋構造となっている。Ｔａ膜１０２とＩＴ
Ｏ膜１０６との間には、スイッチング動作（オン・オ
フ）に応じてその大きさが変化する間隙部１０４が設け
られている。間隙部１０４の光学膜厚は、入射光の波長
（λ＝５５０ｎｍ）に対しては、例えば「λ／４」（１
３７．５ｎｍ）と「０」との間で変化するようになって
いる。
【００７４】光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄ
は、Ｔａ膜１０２およびＩＴＯ膜１０６への電圧印加に
よる電位差で生じた静電引力によって、間隙部１０４の
光学膜厚を、例えば「λ／４」と「０」との間で切り替
える。図２１では、光スイッチング素子１００Ａ，１０
０Ｃが間隙部１０４が「０」の状態（すなわち、低反射
状態）、光スイッチング素子１００Ｂ，１００Ｄが間隙
部１０４が「λ／４」の状態（すなわち、高反射状態）
を示している。なお、Ｔａ膜１０２およびＩＴＯ膜１０
６と、電圧印加装置（図示せず）とにより、本発明の
「駆動手段」が構成されている。
は、Ｔａ膜１０２およびＩＴＯ膜１０６への電圧印加に
よる電位差で生じた静電引力によって、間隙部１０４の
光学膜厚を、例えば「λ／４」と「０」との間で切り替
える。図２１では、光スイッチング素子１００Ａ，１０
０Ｃが間隙部１０４が「０」の状態（すなわち、低反射
状態）、光スイッチング素子１００Ｂ，１００Ｄが間隙
部１０４が「λ／４」の状態（すなわち、高反射状態）
を示している。なお、Ｔａ膜１０２およびＩＴＯ膜１０
６と、電圧印加装置（図示せず）とにより、本発明の
「駆動手段」が構成されている。
【００７５】この光スイッチング装置１００では、Ｔａ
膜１０２を接地して電位を０Ｖとし、第２の層側に形成
されたＩＴＯ膜１０６に例えば＋１２Ｖの電圧を印加す
ると、その電位差によりＴａ膜１０２とＩＴＯ膜１０６
との間に静電引力が発生し、図２１では光スイッチング
素子１００Ａ，１００Ｃのように第１の層と第２の層と
が密着し、間隙部１０４が「０」の状態となる。この状
態では、入射光Ｐ1 は上記多層構造体を透過し、更に基
板２１に吸収される。
膜１０２を接地して電位を０Ｖとし、第２の層側に形成
されたＩＴＯ膜１０６に例えば＋１２Ｖの電圧を印加す
ると、その電位差によりＴａ膜１０２とＩＴＯ膜１０６
との間に静電引力が発生し、図２１では光スイッチング
素子１００Ａ，１００Ｃのように第１の層と第２の層と
が密着し、間隙部１０４が「０」の状態となる。この状
態では、入射光Ｐ1 は上記多層構造体を透過し、更に基
板２１に吸収される。
【００７６】次に、第２の層側の透明導電膜１０６を接
地させ電位を０Ｖにすると、Ｔａ膜１０２とＩＴＯ膜１
０６との間の静電引力がなくなり、図２１では光スイッ
チング素子１００Ｂ，１００Ｄのように第１の層と第２
の層との間が離間して、間隙部１２が「λ／４」の状態
となる。この状態では、入射光Ｐ1 は反射され、反射光
Ｐ3 となる。
地させ電位を０Ｖにすると、Ｔａ膜１０２とＩＴＯ膜１
０６との間の静電引力がなくなり、図２１では光スイッ
チング素子１００Ｂ，１００Ｄのように第１の層と第２
の層との間が離間して、間隙部１２が「λ／４」の状態
となる。この状態では、入射光Ｐ1 は反射され、反射光
Ｐ3 となる。
【００７７】このようにして、本実施の形態では、光ス
イッチング素子１００Ａ〜１００Ｄ各々において、入射
光Ｐ1 を静電力により間隙部を２値に切り替えることに
よって、反射光がない状態と反射光Ｐ3 が発生する状態
の２値に切り替えて取り出すことができる。勿論、前述
のように間隙部の大きさを連続的に変化させることによ
り、入射光Ｐ1 を反射がない状態から反射光Ｐ3 が発生
する状態に連続的に切り替えることも可能である。
イッチング素子１００Ａ〜１００Ｄ各々において、入射
光Ｐ1 を静電力により間隙部を２値に切り替えることに
よって、反射光がない状態と反射光Ｐ3 が発生する状態
の２値に切り替えて取り出すことができる。勿論、前述
のように間隙部の大きさを連続的に変化させることによ
り、入射光Ｐ1 を反射がない状態から反射光Ｐ3 が発生
する状態に連続的に切り替えることも可能である。
【００７８】これら光スイッチング素子１００Ａ〜１０
０Ｄでは、可動部分の動かなくてはならない距離が、大
きくても入射光の「λ／２（あるいはλ／４）」程度で
あるため、応答速度が１０ｎｓ程度に十分高速である。
よって、一次元アレイ構造で表示用のライトバルブを実
現することができる。
０Ｄでは、可動部分の動かなくてはならない距離が、大
きくても入射光の「λ／２（あるいはλ／４）」程度で
あるため、応答速度が１０ｎｓ程度に十分高速である。
よって、一次元アレイ構造で表示用のライトバルブを実
現することができる。
【００７９】加えて、本実施の形態では、１ピクセルに
複数の光スイッチング素子を割り当てれば、それぞれ独
立に駆動可能であるため、画像表示装置として画像表示
の階調表示を行う場合に、時分割による方法だけではな
く、面積による階調表示も可能である。
複数の光スイッチング素子を割り当てれば、それぞれ独
立に駆動可能であるため、画像表示装置として画像表示
の階調表示を行う場合に、時分割による方法だけではな
く、面積による階調表示も可能である。
【００８０】〔画像表示装置〕図２２は、上記光スイッ
チング装置１００を用いた画像表示装置の一例として、
プロジェクションディスプレイの構成を表すものであ
る。ここでは、光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄ
からの反射光Ｐ3 を画像表示に使用する例について説明
する。
チング装置１００を用いた画像表示装置の一例として、
プロジェクションディスプレイの構成を表すものであ
る。ここでは、光スイッチング素子１００Ａ〜１００Ｄ
からの反射光Ｐ3 を画像表示に使用する例について説明
する。
【００８１】このプロジェクションディスプレイは、赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）各色のレーザからなる光源
２００ａ，２００ｂ，２００ｃと、各光源に対応して設
けられた光スイッチング素子アレイ２０１ａ，２０１
ｂ，２０１ｃ、ダイクロイックミラー２０２ａ，２０２
ｂ，２０２ｃ、プロジェクションレンズ２０３、１軸ス
キャナとしてのガルバノミラー２０４および投射スクリ
ーン２０５を備えている。なお、３原色は、赤緑青の
他、シアン，マゼンダ，イエローとしてもよい。スイッ
チング素子アレイ２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃはそれ
ぞれ、上記スイッチング素子を紙面に対して垂直な方向
に複数、必要画素数分、例えば１０００個を１次元に配
列したものであり、これによりライトバルブを構成して
いる。
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）各色のレーザからなる光源
２００ａ，２００ｂ，２００ｃと、各光源に対応して設
けられた光スイッチング素子アレイ２０１ａ，２０１
ｂ，２０１ｃ、ダイクロイックミラー２０２ａ，２０２
ｂ，２０２ｃ、プロジェクションレンズ２０３、１軸ス
キャナとしてのガルバノミラー２０４および投射スクリ
ーン２０５を備えている。なお、３原色は、赤緑青の
他、シアン，マゼンダ，イエローとしてもよい。スイッ
チング素子アレイ２０１ａ，２０１ｂ，２０１ｃはそれ
ぞれ、上記スイッチング素子を紙面に対して垂直な方向
に複数、必要画素数分、例えば１０００個を１次元に配
列したものであり、これによりライトバルブを構成して
いる。
【００８２】このプロジェクションディスプレイでは、
ＲＧＢ各色の光源２００ａ，２００ｂ，２００ｃから出
た光は、それぞれ光スイッチング素子アレイ２０１ａ，
２０１ｂ，２０１ｃに入射される。なお、この入射角は
偏光の影響がでないように、なるべく０に近くし、垂直
に入射させるようにすることが好ましい。各光スイッチ
ング素子からの反射光Ｐ3 は、ダイクロイックミラー２
０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃによりプロジェクションレ
ンズ２０３に集光される。プロジェクションレンズ２０
３で集光された光は、ガルバノミラー２０４によりスキ
ャンされ、投射スクリーン２０５上に２次元の画像とし
て投影される。
ＲＧＢ各色の光源２００ａ，２００ｂ，２００ｃから出
た光は、それぞれ光スイッチング素子アレイ２０１ａ，
２０１ｂ，２０１ｃに入射される。なお、この入射角は
偏光の影響がでないように、なるべく０に近くし、垂直
に入射させるようにすることが好ましい。各光スイッチ
ング素子からの反射光Ｐ3 は、ダイクロイックミラー２
０２ａ，２０２ｂ，２０２ｃによりプロジェクションレ
ンズ２０３に集光される。プロジェクションレンズ２０
３で集光された光は、ガルバノミラー２０４によりスキ
ャンされ、投射スクリーン２０５上に２次元の画像とし
て投影される。
【００８３】このように、このプロジェクションディス
プレイでは、複数個の光スイッチング素子を１次元に配
列し、ＲＧＢの光をそれぞれ照射し、スイッチング後の
光を１軸スキャナにより走査することによって、２次元
画像を表示することができる。
プレイでは、複数個の光スイッチング素子を１次元に配
列し、ＲＧＢの光をそれぞれ照射し、スイッチング後の
光を１軸スキャナにより走査することによって、２次元
画像を表示することができる。
【００８４】また、本実施の形態では、低反射時の反射
率を０．１％以下、高反射時の反射率を７０％以上とす
ることができるので、１，０００対１程度の高コントラ
ストの表示を行うことができると共に、素子に対して光
が垂直に入射する位置で特性を出すことができるので、
光学系を組み立てる際に、偏光等を考慮にする必要がな
く、構成が簡単である。
率を０．１％以下、高反射時の反射率を７０％以上とす
ることができるので、１，０００対１程度の高コントラ
ストの表示を行うことができると共に、素子に対して光
が垂直に入射する位置で特性を出すことができるので、
光学系を組み立てる際に、偏光等を考慮にする必要がな
く、構成が簡単である。
【００８５】以上実施の形態を挙げて本発明を説明した
が、本発明は上記実施の形態および変形例に限定される
ものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施
の形態では、光源としてレーザを用いて一次元アレイ状
のライトバルブを走査する構成のディスプレイについて
説明したが、図２３に示したように、二次元状に配列さ
れた光スイッチング装置２０６に白色光源２０７からの
光を照射して投射スクリーン２０８に画像の表示を行う
構成とすることもできる。
が、本発明は上記実施の形態および変形例に限定される
ものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施
の形態では、光源としてレーザを用いて一次元アレイ状
のライトバルブを走査する構成のディスプレイについて
説明したが、図２３に示したように、二次元状に配列さ
れた光スイッチング装置２０６に白色光源２０７からの
光を照射して投射スクリーン２０８に画像の表示を行う
構成とすることもできる。
【００８６】また、上記実施の形態では、基板としてガ
ラス基板を用いる例について説明したが、図２４に示し
たように、例えば厚さ２ｍｍ以内の柔軟性を有する（フ
レキシブルな）基板２０９を用いたペーパ−状のディス
プレイとし、直視により画像を見ることができるように
してもよい。
ラス基板を用いる例について説明したが、図２４に示し
たように、例えば厚さ２ｍｍ以内の柔軟性を有する（フ
レキシブルな）基板２０９を用いたペーパ−状のディス
プレイとし、直視により画像を見ることができるように
してもよい。
【００８７】更に、上記実施の形態では、本発明の光学
多層構造体をディスプレイに用いた例について説明した
が、例えば光プリンタに用いて感光性ドラムへの画像の
描きこみをする等、ディスプレイ以外の光プリンタなど
の各種デバイスにも適用することも可能である。
多層構造体をディスプレイに用いた例について説明した
が、例えば光プリンタに用いて感光性ドラムへの画像の
描きこみをする等、ディスプレイ以外の光プリンタなど
の各種デバイスにも適用することも可能である。
【００８８】
【発明の効果】以上説明したように本発明の光学多層構
造体および光スイッチング素子によれば、基板上に、光
の吸収のある第１の層、光の干渉現象を起こし得る大き
さを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第
２の層を配設した構造を有するようにしたので、間隙部
の大きさを変化させることにより、入射した光の反射、
透過若しくは吸収の量を変化させることができ、簡単な
構成で、特に可視光領域においても、高速応答が可能に
なる。また、間隙部をなくして基板上に第１の層および
第２の層をこの順で接する構造とすることにより、反射
防止膜として利用することができる。
造体および光スイッチング素子によれば、基板上に、光
の吸収のある第１の層、光の干渉現象を起こし得る大き
さを有すると共にその大きさが可変な間隙部、および第
２の層を配設した構造を有するようにしたので、間隙部
の大きさを変化させることにより、入射した光の反射、
透過若しくは吸収の量を変化させることができ、簡単な
構成で、特に可視光領域においても、高速応答が可能に
なる。また、間隙部をなくして基板上に第１の層および
第２の層をこの順で接する構造とすることにより、反射
防止膜として利用することができる。
【００８９】また、本発明の画像表示装置によれば、本
発明の光スイッチング素子を１次元に配列し、この１次
元アレイ構造の光スイッチング装置を用いて画像表示を
行うようにしたので、高コントラストの表示を行うこと
ができると共に、素子に対して光が垂直に入射する位置
で特性を出すことができるので、光学系を組み立てる場
合に、偏光等を考慮にする必要がなく、構成が簡単とな
る。
発明の光スイッチング素子を１次元に配列し、この１次
元アレイ構造の光スイッチング装置を用いて画像表示を
行うようにしたので、高コントラストの表示を行うこと
ができると共に、素子に対して光が垂直に入射する位置
で特性を出すことができるので、光学系を組み立てる場
合に、偏光等を考慮にする必要がなく、構成が簡単とな
る。
【図１】本発明の一実施の形態に係る光学多層構造体の
間隙部が「λ／４」のときの構成を表す断面図である。
間隙部が「λ／４」のときの構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した光学多層構造体の間隙部が「０」
のときの構成を表す断面図である。
のときの構成を表す断面図である。
【図３】図１に示した光学多層構造体の製造工程を説明
するための断面図である。
するための断面図である。
【図４】図３の工程に続く工程を説明するための平面図
である。
である。
【図５】透明な基板と透明な膜を用いた光学多層構造体
の間隙部が「０」の場合の特性を説明するための図であ
る。
の間隙部が「０」の場合の特性を説明するための図であ
る。
【図６】透明な基板と透明な膜を用いた光学多層構造体
の間隙部が「λ／４」の場合の特性を説明するための図
である。
の間隙部が「λ／４」の場合の特性を説明するための図
である。
【図７】基板および第１の層が金属により形成された場
合のアドミッタンスダイアグラムである。
合のアドミッタンスダイアグラムである。
【図８】図１に示した光学多層構造体の一具体例の反射
特性を表す図である。
特性を表す図である。
【図９】図８の例の低反射時の光学アドミッタンスを説
明するための図である。
明するための図である。
【図１０】図８の例の高反射時の光学アドミッタンスを
説明するための図である。
説明するための図である。
【図１１】図１の光学多層構造体の他の具体例の反射特
性を表す図である。
性を表す図である。
【図１２】図１１の例の低反射時の光学アドミッタンス
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図１３】図１１の例の高反射時の光学アドミッタンス
を説明するための図である。
を説明するための図である。
【図１４】各材料の光学アドミッタンスをプロットした
アドミッタンスダイアグラムである。
アドミッタンスダイアグラムである。
【図１５】基板と第１の層の光学アドミッタンスが第２
の層の内側にあっても反射を０とすることができる例を
説明するための図である。
の層の内側にあっても反射を０とすることができる例を
説明するための図である。
【図１６】第１の実施の形態の更に他の変形例を説明す
るための断面図である。
るための断面図である。
【図１７】光学多層構造体の静電気による駆動方法を説
明するための断面図である。
明するための断面図である。
【図１８】光学多層構造体の静電気による他の駆動方法
を説明するための断面図である。
を説明するための断面図である。
【図１９】光学多層構造体の静電気による更に他の駆動
方法を説明するための断面図である。
方法を説明するための断面図である。
【図２０】光学多層構造体の磁気による駆動方法を説明
するための断面図である。
するための断面図である。
【図２１】光スイッチング装置の一例の構成を表す図で
ある。
ある。
【図２２】ディスプレイの一例の構成を表す図である。
【図２３】ディスプレイの他の例を表す図である。
【図２４】ペーパー状ディスプレイの構成図である。
１，２…光学多層構造体、１０…基板、１１…第１の
層、１２…間隙部、１３…第２の層、１００─光スイッ
チング装置
層、１２…間隙部、１３…第２の層、１００─光スイッ
チング装置
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ０９Ｆ 9/37 Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｂ ５Ｇ４３５ Ｈ０４Ｎ 5/74 Ｇ０２Ｂ 1/10 Ｚ Ｆターム(参考） 2H041 AA16 AB40 AC06 AZ01 AZ08 2H048 GA07 GA12 GA23 GA35 GA51 GA60 GA61 2K009 AA00 AA05 BB02 BB04 CC00 CC03 CC14 CC42 DD03 EE00 5C058 EA27 5C094 AA01 AA06 BA66 BA82 BA84 BA92 CA19 DA12 EA04 EB02 EB03 ED12 ED20 FB02 FB12 FB14 FB15 5G435 AA01 AA02 FF14 HH02 HH03
Claims (26)
- 【請求項１】 基板上に、光の吸収のある第１の層、光
の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大き
さが可変な間隙部、および第２の層を配設した構造を有
することを特徴とする光学多層構造体。 - 【請求項２】 前記基板上に、前記第１の層、前記間隙
部および前記第２の層がこの順で配設されていることを
特徴とする請求項１記載の光学多層構造体。 - 【請求項３】 前記基板の複素屈折率をＮS （＝ｎS −
ｉ・ｋS ，ｎS は屈折率，ｋS は消衰係数，ｉは虚数単
位）、前記第１の層の複素屈折率をＮ1 （＝ｎ1 −ｉ・
ｋ1 ，ｎ1 は屈折率，ｋ1 は消衰係数）、前記第２の層
の屈折率をｎ 2 、入射媒質の屈折率を１．０としたと
き、次式（１）の関係を満たす ことを特徴とする請求項１記載の光学多層構造体。 - 【請求項４】 前記第２の層は、透明材料により形成さ
れたものであることを特徴とする請求項１記載の光学多
層構造体。 - 【請求項５】 前記基板は、光の吸収のある基板若しく
は光の吸収のある薄膜を成膜した基板であることを特徴
とする請求項１記載の光学多層構造体。 - 【請求項６】 前記基板は、透明材料若しくは半透明材
料により形成されたものであることを特徴とする請求項
１記載の光学多層構造体。 - 【請求項７】 更に、前記間隙部の光学的な大きさを変
化させる駆動手段を有し、前記駆動手段によって前記間
隙部の大きさを変化させることにより、入射した光の反
射、透過若しくは吸収の量を変化させることを特徴とす
る請求項１記載の光学多層構造体。 - 【請求項８】 前記駆動手段によって、前記間隙部の光
学的な大きさを、λ／４の奇数倍とλ／４の偶数倍（０
を含む）との間で、２値的あるいは連続的に変化させる
ことで、入射光の反射、透過若しくは吸収の量を２値的
あるいは連続的に変化させることを特徴とする請求項７
記載の光学多層構造体。 - 【請求項９】 前記第１の層および第２の層のうちの少
なくとも一方の層は、互いに光学的特性の異なる２以上
の層により構成された複合層であることを特徴とする請
求項１記載の光学多層構造体。 - 【請求項１０】 前記第２の層は、窒化珪素膜よりなる
ことを特徴とする請求項４記載の光学多層構造体。 - 【請求項１１】 前記第２の層は、窒化珪素膜および透
明導電膜よりなることを特徴とする請求項１０記載の光
学多層構造体。 - 【請求項１２】 前記第１の層および第２の層のうちの
少なくとも一方は、一部に透明導電膜を含み、前記駆動
手段は、前記透明導電膜への電圧の印加によって発生し
た静電力により、前記間隙部の光学的な大きさを変化さ
せるものであることを特徴とする請求項７記載の光学多
層構造体。 - 【請求項１３】 前記透明導電膜は、ＩＴＯ，ＳｎＯ2
およびＺｎＯのうちのいずれかにより形成されているこ
とを特徴とする請求項１２記載の光学多層構造体。 - 【請求項１４】 前記間隙部は、空気、または透明な気
体若しくは液体で満たされていることを特徴とする請求
項１記載の光学多層構造体。 - 【請求項１５】 前記間隙部は、真空状態であることを
特徴とする請求項１記載の光学多層構造体。 - 【請求項１６】 前記光の吸収のある第１の層は、金
属，酸化金属，窒化金属，炭化物および半導体のうちの
いずれかからなることを特徴とする請求項１記載の光学
多層構造体。 - 【請求項１７】 前記光の吸収のある基板若しくは光の
吸収のある薄膜は、金属，酸化金属，窒化金属，炭化物
および半導体のうちのいずれかからなることを特徴とす
る請求項５記載の光学多層構造体。 - 【請求項１８】 前記第２の層の光学的な膜厚が、λ／
４（λは入射光の設計波長）以下であることを特徴とす
る請求項１記載の光学多層構造体。 - 【請求項１９】 前記第１の層がシリコンにより形成さ
れ、かつ、前記第２の層の光学的な膜厚が、λ／２（λ
は入射光の設計波長）以下であることを特徴とする請求
項１記載の光学多層構造体。 - 【請求項２０】 前記基板は、カーボン，グラファイ
ト，炭化物若しくは透明材料により形成され、かつ、前
記第２の層の光学的な膜厚が、λ／４（λは入射光の設
計波長）以下であることを特徴とする請求項１記載の光
学多層構造体。 - 【請求項２１】 前記基板がカーボン，グラファイト，
炭化物若しくは透明材料により形成されると共に、前記
第１の層がシリコンにより形成され、かつ、前記第２の
層の光学的な膜厚が、λ／２（λは入射光の設計波長）
以下であることを特徴とする請求項１記載の光学多層構
造体。 - 【請求項２２】 前記駆動手段は、磁力を用いて前記間
隙部の光学的な大きさを変化させるものであることを特
徴とする請求項７記載の光学多層構造体。 - 【請求項２３】 基板と、 この基板に接して形成された、光の吸収のある第１の層
と、 この第１の層の前記基板とは反対側の面に接して形成さ
れた第２の層とを備えたことを特徴とする光学多層構造
体。 - 【請求項２４】 前記基板は、光を透過しない基板であ
ることを特徴とする請求項２３記載の光学多層構造体。 - 【請求項２５】 基板上に、光の吸収のある第１の層、
光の干渉現象を起こし得る大きさを有すると共にその大
きさが可変な間隙部、および第２の層を配設した構造を
有する光学多層構造体と、 前記間隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手
段とを備えたことを特徴とする光スイッチング素子。 - 【請求項２６】 １次元または２次元に配列された複数
の光スイッチング素子に光を照射することで２次元画像
を表示する画像表示装置であって、 前記光スイッチング素子が、 基板上に、光の吸収のある第１の層、光の干渉現象を起
こし得る大きさを有すると共にその大きさが可変な間隙
部、および第２の層を配設した構造を有する光学多層構
造体と、 前記間隙部の光学的な大きさを変化させるための駆動手
段とを備えたことを特徴とする画像表示装置。
Priority Applications (11)
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|---|---|---|---|
| JP2000219599A JP4830183B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | 光学多層構造体および光スイッチング素子、並びに画像表示装置 |
| EP07005859A EP1802114B1 (en) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | Optical multilayer structure, optical switching device, and image display |
| KR1020010039203A KR100840827B1 (ko) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | 광학 다층 구조체, 광학 절환 장치 및 화상 디스플레이 |
| EP01305713A EP1170618B1 (en) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | Optical multilayer structure, optical switching device, and image display |
| DE60142452T DE60142452D1 (de) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | Optische Mehrschicht-Struktur, optische Schalteinrichtung und Bildanzeigevorrichtung |
| EP05020205A EP1720347B1 (en) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | Optical multilayer structure, optical switching device, and image display |
| DE60142383T DE60142383D1 (de) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | Optische mehrschichtige Struktur, optische Schalteinrichtung, und Bildanzeigevorrichtung |
| US09/897,571 US6940631B2 (en) | 2000-07-03 | 2001-07-02 | Optical multilayer structure, optical switching device, and image display |
| US11/135,829 US7027208B2 (en) | 2000-07-03 | 2005-05-24 | Optical multilayer structure, optical switching device, and image display |
| US11/136,069 US7012734B2 (en) | 2000-07-03 | 2005-05-24 | Optical multilayer structure, optical switching device, and image display |
| KR1020070122581A KR100873761B1 (ko) | 2000-07-03 | 2007-11-29 | 광학 다층 구조체, 광학 절환 장치 및 화상 디스플레이 |
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|---|---|---|---|
| JP2000219599A JP4830183B2 (ja) | 2000-07-19 | 2000-07-19 | 光学多層構造体および光スイッチング素子、並びに画像表示装置 |
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|---|---|
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| JP4830183B2 JP4830183B2 (ja) | 2011-12-07 |
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ID=18714351
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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