JP2002040337A - 光変調素子及びそれを用いた露光装置並びに平面表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動電圧が低く安価に大面積化が可能である
と共に製作が容易で、しかも、高画質な光変調素子及び
それを用いた露光装置並びに平面表示装置を提供する。 【解決手段】 光変調素子１において、変調する光に対
して透明な基板３と、この透明基板３に形成され光の透
過を阻止する遮光膜２３と、透明基板３に設けられ遮光
膜２３の形成されていない開口部２５と、軸１７を介し
て基端が透明基板３に回動自在に固定され先端が自由端
となった可撓薄膜からなる一対の連結板１１と、一端が
一方の連結板１１の先端に回動自在に固定されると共に
他端が他方の連結板１１の先端に回動自在に固定され連
結板１１を弾性変形させて電気機械動作により遮光膜２
３又は開口部２５のいずれか一方の位置に選択的に移動
される可動子５とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気力により可
動子を位置変化させて光変調を行う光変調素子、及びそ
の光変調素子を用いて感光材料等への露光を行う露光装
置、並びにその光変調素子を用いて画像表示を行う平面
表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】入射光の振幅（強度）、位相又は進行方
向などを制御して、画像やパターン化されたデータ等を
処理・表示するものに、光変調素子がある。光変調素子
は、光を透過させる物質の屈折率を物質に印加する外場
によって変化させ、屈折、回折、吸収、散乱等などの光
学現象を介して、最終的にこの物質を透過又は反射する
光の強度を制御する。この光変調素子の一つには、液晶
の電気光学効果を利用した液晶光変調素子がある。この
液晶光変調素子は、薄型の平面表示装置である液晶表示
装置に好適に用いられている。

【０００３】液晶表示装置は、一対の導電性透明膜を形
成した基板間に、基板と平行に且つ両基板間で９０°捻
れた状態にするように配向したネマティック液晶を入れ
て封止し、これを直交した偏光板で挟んだ構造を有す
る。この液晶表示装置による表示は、導電性透明膜に電
圧を印加することで液晶分子の長軸方向が基板に対して
垂直に配向され、バックライトからの光の透過率が変化
することを利用して行われる。良好な動画像対応性を持
たせるためには、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を用いた
アクティブマトリクス液晶パネルが使用される。

【０００４】プラズマ表示装置は、ネオン、ヘリウム、
キセノン等の希ガスを封入した二枚のガラス板の間に、
放電電極に相当する規則的に配列した直交方向の電極を
多数配置し、それぞれの対向電極の交点部を単位画素と
した構造を有する。このプラズマ表示装置による表示
は、画像情報に基づき、それぞれの交点部を特定する対
向電極に、選択的に電圧を印加することにより、交点部
を放電発光させ、発生した紫外線により蛍光体を励起発
光させて行われる。

【０００５】ＦＥＤは、微小間隔を介して一対のパネル
を対向配置し、これらパネルの周囲を封止する平板状の
表示管としての構造を有する。表示面側のパネルの内面
には、蛍光膜が設けられ、背面パネル上には個々の単位
発光領域毎に電界放出陰極が配列される。代表的な電界
放出陰極は、微小サイズのエミッタティプと称される錐
状突起状の電界放出型マイクロカソードを有している。
このＦＥＤによる表示は、エミッタティプを用いて電子
を取り出し、これを蛍光体に加速照射することで、蛍光
体を励起させて行われる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の平面表示装置には、以下に述べる種々の問題が
あった。即ち、液晶表示装置では、バックライトからの
光を、偏光板、透明電極、カラーフィルターの多数層に
透過させるため、光利用効率が低下する問題があった。
また、高品位型にはＴＦＴが必要とされ、且つ二枚の基
板間に液晶を封入し、配向させなければならないことも
相まって、大面積化が困難とある欠点があった。更に、
配向した液晶分子に光を透過させるため、視野角度が狭
くなる欠点があった。

【０００７】プラズマ表示装置では、画素毎にプラズマ
を発生させるための隔壁形成により製造コストが高くな
ると共に、大重量となる欠点があった。また、放電電極
に相当する多数の電極を、単位画素毎に規則的に配列し
なければならない。このため、高精細になると放電効率
が低下し、また真空紫外線励起による蛍光体の発光効率
が低いために、高電力効率で高精細、高輝度の画像が得
難い欠点があった。更に、駆動電圧が高く、駆動ＩＣが
高価な欠点もあった。

【０００８】ＦＥＤでは、放電を高効率且つ安定化させ
るために、パネル内を超高真空にする必要があり、プラ
ズマ表示装置と同様に製造コストが高くなる欠点があっ
た。また、電界放出した電子を加速して蛍光体へ照射す
るため、高電圧が必要となる不利もあった。

【０００９】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、駆動電圧が低く安価に大面積化が可能であると共に
製作が容易な簡単な構成であって、高画質な光変調素子
及びそれを用いた露光装置並びに平面表示装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る請求項１記載の光変調素子は、変調する
光に対して透明な基板と、該透明基板に形成され前記光
の透過を阻止する遮光膜と、前記透明基板に設けられ該
遮光膜の形成されていない開口部と、軸を介して基端が
前記透明基板に回動自在に固定され先端が自由端となっ
た可撓薄膜からなる一対の連結板と、一端が一方の連結
板の先端に回動自在に固定されると共に他端が他方の連
結板の先端に回動自在に固定され該連結板を弾性変形さ
せて電気機械動作により前記遮光膜又は前記開口部のい
ずれか一方の位置に選択的に移動される可動子とを具備
したことを特徴とする。

【００１１】この光変調素子では、可動子が、可撓性を
有し且つ軸を介して回動自在となった連結板を介して、
リンク機構によって透明基板に支持される。可動子は、
連結板を弾性変形させて、遮光膜又は開口部のいずれか
一方の位置に選択的に配置可能となる。即ち、可動子
を、遮光膜又は開口部のいずれか一方の位置に移動させ
るには、連結板を弾性変形させるための外力が必要とな
り、この外力が作用しない状態では、可動子は、遮光膜
又は開口部のいずれか一方の位置に配置されたままの状
態を維持する。この構成により、低電圧駆動が可能にな
る。また、可動子の状態を維持させるメモリー性を持た
せることができ、スイッチング素子を用いずにアクティ
ブマトリクスと同様の駆動が可能になる。

【００１２】請求項２記載の光変調素子は、前記可動子
が、移動方向に格子板とスリットとを交互に配列して形
成される可動格子であり、前記格子板が遮光性を有し、
前記遮光膜及び開口部が、前記スリット及び前記格子板
に対応して前記透明基板に配設されたことを特徴とす
る。

【００１３】この光変調素子では、可動格子が移動され
ることにより、可動格子の全ての格子板が、同時に開口
部から外れて遮光膜上に配置され、光源からの光が複数
の開口部を通過して光が同時に光変調可能になる。

【００１４】請求項３記載の光変調素子は、前記透明基
板の可動格子移動方向両側に、第１の電極が設けられ、
前記可動格子に、第２の電極が設けられ、前記第１の電
極と前記第２の電極とに電圧印加することで静電気力を
発生させて前記電気機械動作を行うことを特徴とする。

【００１５】この光変調素子では、透明基板の第１の電
極と可動格子の第２の電極とに電圧印加されることで、
透明基板上の第１の電極と可動格子との間で静電気力が
発生し、可動格子が移動することで光変調が行われる。
これにより、単一の基板上に電気機械動作を行うに必要
な構造が形成でき、高精度且つ低コストの素子の製造が
可能になる。

【００１６】請求項４記載の光変調素子は、前記可動子
が遮光性を有し、前記透明基板に、所定間隔を空けて略
平行な複数の固定壁が立設され、該固定壁の間に、前記
可動子、前記遮光膜及び前記開口部が配設されたことを
特徴とする。

【００１７】この光変調素子では、固定壁の間の可動子
が、一方の固定壁、又は他方の固定壁側へ移動すること
で、遮光膜上又は開口部上に配置され、可動子が遮光膜
上に配置された時には、開口部から光が通過し、可動子
が開口部上に配置された時には、開口部を通過した光の
出射が可動子によって遮断され、透明基板を透過する光
が光変調される。

【００１８】請求項５記載の光変調素子は、前記可動子
を挟む両側の前記固定壁に、第１の電極が設けられ、前
記可動子に、第２の電極が設けられ、前記第１の電極と
前記第２の電極とに電圧印加することで静電気力を発生
させて前記電気機械動作を行うことを特徴とする。

【００１９】この光変調素子では、固定壁の第１の電極
と可動格子の第２の電極とに電圧が印加されることで、
固定壁と可動子との間で静電気力が発生し、可動子が移
動することで光変調が行われる。これにより、単一の基
板上に電気機械動作を行うに必要な構造が形成でき、高
精度且つ低コストの素子の製造が可能になる。

【００２０】請求項６記載の光変調素子は、前記可動子
が遮光性を有し、該可動子が所定間隔を空けて前記透明
基板上に複数配設され、前記開口部が、それぞれの該可
動子に重なる位置に形成されたことを特徴とする。

【００２１】この光変調素子では、所定間隔を空けて透
明基板上に複数配設された可動子が開口部に一致して配
設され、可動子が移動されることにより、可動子が開口
部から外れて、光源からの光が開口部を通過して出射可
能になり、開口部を通過する光が光変調可能になる。

【００２２】請求項７記載の光変調素子は、隣り合う前
記可動子に、第１の電極と、第２の電極を設け、前記第
１の電極と前記第２の電極とに電圧印加することで静電
気力を発生させて前記電気機械動作を行うことを特徴と
する。

【００２３】この光変調素子では、隣り合う一方の可動
子に設けられた第１の電極と、他方の可動子に設けられ
た第２の電極とに電圧が印加されることで、隣り合う可
動子との間で静電気力が発生し、可動子が相互に接近或
いは離反する方向に移動することで光変調が行われる。
これにより、単一の基板上に電気機械動作を行うに必要
な構造が形成でき、高精度且つ低コストの素子の製造が
可能になる。

【００２４】請求項８記載の光変調素子は、請求項１〜
請求項７のいずれか１項記載の光変調素子を、一次元又
は二次元のマトリクス状に配置して構成したことを特徴
とする。

【００２５】この光変調素子では、光変調素子が一次元
又は二次元に配列されてアレイ型となり、このアレイ型
の光変調素子から変調光を出射させることにより、直線
状又は平面状の露光、表示が可能になる。

【００２６】請求項９記載の光変調素子は、前記透明基
板に向けて変調する光を照射する光源とは反対側に、前
記透明基板を挟んで蛍光体を配設し、前記透明基板の前
記開口部を通過した前記光源からの光によって前記蛍光
体が励起発光されることを特徴とする。

【００２７】この光変調素子では、光源から出射されて
開口部を通過する光が可動子の変位によって光変調さ
れ、この光変調された光が直接蛍光体を励起発光させ
る。これにより、低駆動電圧で、且つ光利用効率の高い
平面表示装置が簡単な構造で得られる。

【００２８】請求項１０記載の光変調素子は、前記光
が、紫外線であることを特徴とする。

【００２９】この光変調素子では、変調光として紫外線
が用いられることにより、可視光化、赤外光化が容易と
なり、種々の波長による露光、表示が可能になる。ま
た、紫外光励起による可視光発光の蛍光体は、一般に多
くの種類が存在するため、蛍光体を設けた光変調素子の
実用化が容易になる。

【００３０】請求項１１記載の露光装置は、請求項１〜
請求項１０のいずれか１項記載の光変調素子を利用した
ことを特徴とする。

【００３１】この露光装置では、画像情報に基づいて光
変調素子を駆動することにより、光変調素子からの変調
光を記録媒体に露光することができる。

【００３２】請求項１２記載の平面表示装置は、請求項
１〜請求項１０のいずれか１項記載の光変調素子を利用
したことを特徴とする。

【００３３】この平面表示装置では、画像情報に基づい
て光変調素子を駆動することにより、光変調素子からの
変調光による画像表示を行うことができる。

【００３４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る光変調素子及
びそれを用いた露光装置並びに平面表示装置の好適な実
施の形態を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発
明による光変調素子の第１実施形態の構成を示す一部分
を切り欠いた斜視図、図２は図１の光変調素子の遮光状
態及び光透過状態を示す平面図、図３はリンク機構部の
断面図、図４はリンク機構の製造手順を示す説明図、図
５は図２の光変調素子の遮光状態を示すＡ−Ａ断面図、
図６は図２の光変調素子の光透過状態を示すＢ−Ｂ断面
図である。

【００３５】光変調素子１は、図１に示すように、ガラ
ス板等の透明基材からなる透明基板３と、この透明基板
３に対向配置され可動子である格子板５を所定の間隔で
並設することでスリット７を形成すると共に電極として
も機能する可動格子９と、可動格子９を可撓薄膜からな
る連結板１１を介して透明基板３上に支持する一対のリ
ンク機構部１３と、図２に示すように可動格子９を駆動
させる固定電極１５とを主要な部材として備えている。
この実施形態では、可動格子９が第２の電極１０とな
る。

【００３６】リンク機構部１３において、連結板１１
は、基端が軸１７を介して透明基板３に回動自在に固定
され、先端が自由端となっている。自由端となった連結
板１１の先端は、可動格子９に軸１９を介して回動自在
に固定されている。可動格子９は、両側が連結板１１に
よって支持されることで、格子板５の配列方向であるＸ
方向に移動可能に支持されている。リンク機構部１３
は、連結板１１を弾性変形させて可動格子９をＸ方向の
一端側又は他端側のいずれか一方の位置に選択的に移動
させる。

【００３７】図２に示すように、透明基板３上には、可
動格子９をＸ方向に挟んで第一の電極である一対の固定
電極１５ａ、１５ｂを配置している。固定電極１５ａ、
１５ｂは、Ｘ方向の静電気力を効率良く増大させるよう
に、少なくとも可動格子９のＹ方向の幅、及び可動格子
９の導電部と同じ高さを有する帯状の立体構造体に形成
されている。固定電極１５ａにはＶｓ１、固定電極１５
ｂにはＶｓ２の駆動電圧が印加され、可動格子９にはＶ
ｍの駆動電圧が印加される。

【００３８】次に、可動格子９、リンク機構部１３、固
定電極１５、遮光膜２３の構成を更に詳しく説明する。
可動格子９は、枠体の中に格子板５が所定の間隔で並設
された格子状の部材であり、隣り合う格子板５との間に
はスリット７が形成されている。この可動格子９は、図
３に示すように、リンク機構部１３によって透明基板３
から所定距離だけ上方に離間され、矢印Ｘ方向に移動可
能に支持されている。可動格子９の表面には全体に亘っ
て遮光膜２１が形成されており、透明基板３側から導入
される光をスリット７以外の領域で遮光可能にしてい
る。

【００３９】上述したように、可動格子９は、リンク機
構部１３によって、Ｘ方向の一端側又は他端側のいずれ
か一方の位置に選択的に配置される。透明基板３上に
は、これらいずれか一方の位置に配置された可動格子９
のスリット７位置に重なる位置に、複数の遮光膜２３が
形成されている。この遮光膜２３同士の間には開口部２
５が形成され、開口部２５は格子板５に重なる。つま
り、格子板５は、遮光膜２３又は開口部２５のいずれか
一方の位置に選択的に配置される。

【００４０】可動格子９を支持するリンク機構部１３
は、表面マイクロマシニング法により製造することがで
きる。軸（ピンジョイント）１７、１９は、直径１０μ
ｍで、連結板１１が、この軸１７、１９によって透明基
板３に、ハトメで止められた状態に固定され、平面上で
回転自在となる。これらの部材には多結晶シリコンが用
いられ、その厚みは２μｍ程度での製造が可能となる。

【００４１】この製造方法では、多結晶シリコンに比
べ、リン・ケイ素ガラス（ＰＳＧ）が容易にエッチング
されることを利用し、多結晶シリコンを構造材に、ＰＳ
Ｇを分離層材に用いる。図４(a)に示すように、先ず、
第１のＰＳＧ層３１の上に固定用の多結晶シリコンの膜
を第２層３３として成膜し、それをフォトリソグラフィ
とエッチングでドーナツ状に加工する。壁面が垂直にな
るよう異方性のＲＩＥを用いる。更に、ふっ酸を用いて
第１のＰＳＧ層３１を等方性エッチングする。多結晶シ
リコンのパターンよりやや内側にアンダーカットが進む
まで、このエッチングを行う。

【００４２】次に、図４(b)に示すように、全体を薄い
ＰＳＧの第３層３５で覆い、図４(c)に示すように、更
に多結晶シリコンの第４層３７を成膜した後、連結板１
１の形にリソグラフィで加工する。この時に、多結晶シ
リコン製の第２層３３の下側まで第４層３７が回り込む
ようにＬＰＣＶＤ（低圧化学的蒸気堆積法）を用いて、
膜を形成する。回転する部分が外れてしまわないよう止
めておくハトメの部分（軸１７、１９）は、回転する連
結板１１と同時に形成される。

【００４３】最後に、第１層３１と第４層３７の多結晶
シリコンとの間のＰＳＧ（第３層３５）を溶かして、連
結板１１が自由に動くようにする。これにより、組み立
てなしに、リンク機構部１３のマイクロ構造が製造可能
になる。リンク機構部１３は、このようなジョイント部
を、二対設けることにより製造されている。

【００４４】固定電極１５ａ、１５ｂ、及び可動格子９
は、導電性を有し、それ自身が導電体であることが好ま
しい。具体的には、金属、高ドープ半導体、導電性高分
子等が好適な例として挙げられる。また、第１、第２固
定電極１５ａ、１５ｂ、及び可動格子９は、絶縁体の周
囲に導電体を積層した構成であっても良い。具体的に
は、シリコン酸化物、シリコン窒化物等の無機絶縁体、
又はポリイミド等の絶縁性高分子の周囲に金属薄膜を堆
積した構造等が好適な例として挙げられる。なお、可動
格子９の格子部は必ずしも導電性を有する必要はなく、
固定電極１５ａ、１５ｂ側を含む枠体の一部だけが導電
性を有する構成であっても良い。

【００４５】一般的には、各固定電極１５ａ、１５ｂは
導電性を有する金属及び高ドープ半導体で構成すること
ができる。この金属としては、例えば、金、銅、アル
ミ、チタン、タングステン、モリブデン、タンタル、ク
ロム、ニッケル等を用いることができる。また、高ドー
プ半導体としては結晶シリコン、多結晶シリコン、アモ
ルファスシリコン等を用いることができる。

【００４６】遮光膜２３は、可動格子９のスリット７幅
と同一かそれ以上の幅を有している。各遮光膜２３が形
成された領域は光変調素子１の遮光領域となり、各遮光
膜２３が形成されていない開口部２５が可動格子９のス
リット７位置に応じて光透過又は遮光される光変調領域
となる。

【００４７】この透明基板３及び可動格子９上に形成さ
れた遮光膜２１、２３は、可動格子９及び透明基板３の
上側面に、例えば真空蒸着法等により薄膜を積層するこ
とで形成できる。即ち、可動格子９を図５に示すように
遮光状態の位置となるように静止させた状態で、可動格
子９及び透明基板３に対し、Ｚ方向から薄膜を蒸着する
ことで、透明基板３及び可動格子９に対して遮光膜を同
時に形成する。これにより、可動格子９上の遮光膜２１
と透明基板３上の遮光膜２３との間で正確な位置合わせ
が不要となり、所謂セルフアライメントが可能となり、
単純な工程で高精度に各遮光膜２１、２３を形成するこ
とができる。このため、製造コストを削減しつつ、良好
な遮光特性を有する光変調素子を得ることができる。

【００４８】これらの遮光膜２１、２３は、例えば、ア
ルミ、クロム等の金属膜、導電性高分子材料等が好まし
く、また、カーボン分散樹脂等の絶縁性材料であっても
良い。更に、格子板５自体を遮光性材料により形成した
構成としても良い。

【００４９】上述の光変調素子１は、固定電極１５ａ、
１５ｂ、及び可動格子９への電圧印加により発生する静
電気力によって、図１及び図２に示す矢印Ｘ方向に可動
格子９を移動させることができる。この可動格子９の移
動により光変調が行なわれる。即ち、図５に示すよう
に、可動格子９のスリット７が透明基板３上の遮光膜２
３に重なる位置にあるときは、光変調素子１の下側から
入射された例えば平面光源（図示せず）からの光は、遮
光膜２１及び遮光膜２３により遮断され、光変調素子１
上方に出射されない（遮光状態）。一方、図６に示すよ
うに、可動格子９のスリット７が透明基板３上の遮光膜
２３に重合しない位置、即ち、格子板５が遮光膜２３に
重なる位置にあるときは、光変調素子１の下側から出射
された光は遮光膜２３の位置では遮断されるが、スリッ
ト７の位置では光変調素子１の上方に出射される（透過
状態）。

【００５０】次に、本実施形態における光変調素子１の
具体的な光変調動作を説明する。図２(a)に示すよう
に、光変調素子１の可動格子９及び固定電極１５ａ、１
５ｂに０Ｖの電圧を印加した状態（Ｖ_s1＝Ｖ_s2＝Ｖ_m＝
０）では、可動格子９には静電気力が働かず、可動格子
９は例えば一方の配置位置である遮光位置に保持される
（図５に示す遮光状態）。この場合、平面光源から出射
され透明基板３上の開口部２５を通過した光は、遮光膜
２１、２３によって遮光される。

【００５１】また、図２(b)に示すように、電極１５ａ
に０Ｖ、電極１５ｂにＶｏｎの電圧を印加し、可動格子
９に０Ｖの電圧を印加すると（Ｖ_s1＝Ｖ_m＝０、Ｖ_s2＝
Ｖ_on）、可動格子９は、静電気の作用によってＸ方向の
電極１５ｂ側に移動して遮光膜２１、２３が重なる位置
で静止する（図６に示す透過状態）。この時、移動する
可動格子９によって、連結板１１が弾性変形してリンク
機構部１３が駆動され、可動格子９は他方の配置位置で
ある透過位置に保持される。これにより、平面光源から
出射され、透明基板３上の開口部２５を通過した光は、
可動格子９のスリット７を通過して、光変調素子１の上
方に出射される。

【００５２】同様に、電極１５ａにＶ_on、電極１５ｂ及
び可動格子９に０Ｖの電圧を印加することで、可動格子
９は、再び一方の配置位置である遮光位置に戻され、そ
の状態に保持される。

【００５３】なお、光変調素子１の他の駆動方式とし
て、駆動方式における各電極及び可動格子への印加電圧
に対し、それぞれＶ_onと０Ｖとを入れ替えて印加する極
性を反転させた方式としても良い。極性を反転させても
上述同様の動作を得ることができる。

【００５４】このように、上述の光変調素子１によれ
ば、軸１７、１９を介して基端が透明基板３に回動自在
に支持された連結板１１の先端に、可動格子９を回動自
在に固定したので、電気機械動作によって可動格子９を
移動させることで、連結板１１を弾性変形させて、格子
板５を、遮光膜２３又は開口部２５のいずれか一方の位
置に選択的に配置することができる。この結果、低電圧
の駆動が可能になる。また、光変調動作は、可動格子９
をスリット幅分だけの移動で行えるため、可動格子９の
変位量を大幅に短縮でき、これによっても、駆動電圧を
低く抑えることができる。

【００５５】そして、可動格子９の状態を維持させるメ
モリー性を持たせることができるので、スイッチング素
子を用いずにアクティブマトリクスと同様の駆動が行え
るようになる。従って、この光変調素子１を、例えば一
次元又は二次元に配列することによって、アクティブマ
トリクス駆動可能な一次元又は二次元状のアレイ型光変
調素子を得ることができる。

【００５６】なお、上述の光変調素子１は、平面表示装
置の他、露光装置としても使用でき、感光材料等への露
光を行うことができる。露光装置として使用した場合、
デジタルマルチ露光が可能となるため、特に露光により
作像を行う画像記録装置（例えばプリンタ、印刷機等）
に用いて、高速な記録（印字、或いは印刷）を可能にで
きる。

【００５７】具体的には、従来の露光素子を用いたプリ
ンタでは、移転の面積を所定時間で露光するため、その
間、露光素子と像作成体との相対移動は停止することに
なる。これに対し、上述の露光装置を用いたプリンタで
は、個々のマトリクス電極に対応して設けた可動格子を
選択的に駆動することで、デジタルマルチ露光が可能と
なる。そのため、露光素子と像作成体とを相対移動させ
ながらのライン制御が行え、高速露光が可能となって、
記録速度を大幅に向上させることができる。更に、この
露光装置は、デジタルマルチ露光を活用することで、例
えば電子写真技術とオフセット印刷技術を融合したＤＤ
ＣＰ（デジタルダイレクトカラープルーフ）や、刷版に
直接作像して転写を行うＣＴＰ（コンピュータｔｏプレ
ート）にも好適に用いることができる。

【００５８】次に、上述の光変調素子１を用いて平面表
示装置を構成した本発明の第２実施形態を説明する。図
７は第１実施形態の光変調素子を用いて構成した平面表
示装置の要部断面図である。平面表示装置４１は、図示
しない平面光源からの光（例えば紫外線）を光変調素子
１によって光変調すると共に、光変調素子１を通過して
前面板４３側に出射された光によって、前面板４３の可
動格子９側の面に配置された蛍光体４５を励起させ、所
望の画像を形成するものである。

【００５９】この場合、光変調素子１は、一次元又は二
次元のマトリクス状に配列されると共に、各光変調素子
１の位置に対応して蛍光体４５を配列することで、所望
のパターンを表示することができる。前面板４３は、ガ
ラス等の透明基板により形成されているが、例えば、フ
ァイバー状の基板であっても、拡散フィルム等であって
も良い。これにより、光変調素子１が表示装置として応
用される以外に、感光材料への密着露光ヘッドとしても
応用可能となる。

【００６０】蛍光体４５は、１画素が１つの光変調素子
で構成される場合には、その１つの光変調素子の可動格
子全体領域に配置され、１画素が複数の光変調要素で構
成される場合には、複数の光変調素子の可動格子全体に
亘って配置される。そして、隣接する蛍光体４５間にブ
ラックマトリクス４７を形成することにより、表示画像
のコントラストを向上させている。

【００６１】また、各光変調素子毎に蛍光体４５の発光
色を異なるものにすることで、例えばＲＧＢ（又はＹＭ
Ｃ）三原色によるカラー表示が可能になる。光源は透明
基板３を挟み蛍光体４５と反対側に平面光源を設ける構
成の他に、透明基板３の側端部から光を導入する構成で
あっても良い。この場合は平面表示装置の構成を簡略化
でき、コスト低減を図ることができる。

【００６２】このようにして光変調素子１と蛍光体４５
とを構成することにより、光変調素子１の低電圧駆動特
性を活かしつつ、光源からの光が直接的に蛍光体４５に
照射されるため、高輝度・高画質の画像表示が行え、低
コストで大面積化が可能な平面表示装置４１を得ること
ができる。

【００６３】次に、本発明に係る光変調素子の第３実施
形態を説明する。図８は本発明による光変調素子の第３
実施形態の構成を示す一部分を切り欠いた斜視図、図９
は図８に示す光変調素子をマトリクス構成として配列し
たアレイ型光変調素子の平面図、図１０は図８の光変調
素子の遮光状態及び光透過状態を示す平面図、図１１は
図１０のＣ−Ｃ断面を(a)、Ｄ−Ｄ断面を(b)に示した断
面図である。なお、以下の各実施形態において、図１〜
図７に示した部材と同一の部材には同一の符号を付し、
重複する説明は省略するものとする。

【００６４】図８に示すように、絶縁性を有し変調しよ
うとする光に対して透明な透明基板３上には、一定の間
隔を隔てて複数の遮光膜２３を形成してある。透明基板
３上には隣接する遮光膜２３の間に固定壁５１を一方の
遮光膜２３に接して設けてある。固定壁５１の内部に
は、第一の電極１５が形成されており、この電極１５の
表面は絶縁体５３によって被覆されている。固定壁５１
の上端面には遮光膜５５が形成されている。従って、透
明基板３の下方から導入された光は、固定壁５１の上端
面から出射されないようになっている。この固定壁５１
の遮光膜５５は、光変調素子を表示装置として用いた場
合のブラックマトリクスとして利用することができる。

【００６５】固定壁５１と、固定壁５１に接しない他方
の遮光膜２３との間には、開口部２５が形成される。透
明基板３の下方から導入された光は、この開口部２５を
通過して透明基板３の上側へ出射される。開口部２５の
上方には可動子５７が配設される。可動子５７は、長手
方向の両端が、リンク機構部１３によって透明基板３の
枠部５９に支持されている。可動子５７は、リンク機構
部１３の連結板１１を弾性変形させることで、遮光膜２
３又は開口部２５のいずれか一方の位置に選択的に配置
される。

【００６６】可動子５７には、第２の電極１０と、遮光
膜２１とがそれぞれ順次積層して形成されている。この
電極１０と遮光膜２１は、遮光性導電膜により一体に形
成するものであっても良い。例えば、可動子５７には、
金属、金属化合物、高不純物ドープ半導体、導電性高分
子等を用いることができ、それ自身に遮光性を付与して
も良い。また、絶縁体の周囲（特に可動子の側面）に導
電性膜を形成しても良い。

【００６７】このように構成された光変調素子６１は、
図９に一例として示す二次元のアレイ型光変調素子６３
を形成することができる。アレイ型光変調素子６３は、
複数の走査信号電極６５を平行に配列すると共に、複数
の画像信号電極６７を走査信号電極６５に直交させて平
行に配列している。勿論、この例に限らず、光変調素子
を一次元に配列したアレイ型光変調素子としても良い。
このアレイ型光変調素子６３は、主としてフォトリソに
よるパターニング、エッチング、メッキ、印刷、転写等
の種々の薄膜プロセス、厚膜プロセスにより形成可能と
なる。

【００６８】上述の光変調素子６１は、図１０に示すよ
うに、電極１５ａ、１５ｂ、及び可動子５７への電圧印
加により発生する静電気力によって、矢印Ｘ方向に可動
子５７を移動させることができる。この可動子５７の移
動により光変調が行なわれる。即ち、図１１(a)に示す
ように、可動子５７が透明基板３上の開口部２５に重な
る位置にあるときは、光変調素子６１の下側から入射さ
れた例えば平面光源（図示せず）からの光は、遮光膜２
１及び遮光膜２３により遮断され、光変調素子６１上方
に出射されない（遮光状態）。一方、図１１(b)に示す
ように、可動子５７が透明基板３上の遮光膜２３に重な
る位置にあるときは、光変調素子６１の下側から出射さ
れた光は遮光膜２３の位置では遮断されるが、開口部２
５の位置では光変調素子６１の上方に出射される（透過
状態）。

【００６９】次に、本実施形態における光変調素子６１
の具体的な光変調動作を説明する。図１０(a)に示すよ
うに、光変調素子６１の可動子５７及び電極１５ａ、１
５ｂに０Ｖの電圧を印加した状態（Ｖ_s1＝Ｖ_s2＝Ｖ_m＝
０）では、可動子５７には静電気力が働かず、可動子５
７は例えば一方の配置位置である遮光位置に保持される
（図１１(a)に示す遮光状態）。この場合、平面光源か
ら出射され透明基板３上の開口部２５を通過した光は、
遮光膜２１、２３、５５によって遮光される。

【００７０】また、図１０(b)に示すように、電極１５
ａにＶｏｎ、電極１５ｂに０Ｖの電圧を印加し、可動子
５７に０Ｖの電圧を印加すると（Ｖ_s2＝Ｖ_m＝０、Ｖ_s1
＝Ｖ_{o n}）、可動子５７は、静電気の作用によってＸ方向
の電極１５ａ側に移動して遮光膜２１、２３が重なる位
置で静止する（図１１(b)に示す透過状態）。この時、
移動する可動子５７によって、連結板１１が弾性変形し
てリンク機構部１３が駆動され、可動子５７は他方の配
置位置である透過位置に保持される。これにより、平面
光源から出射され、透明基板３上の開口部２５を通過し
た光は、光変調素子６１の上方に出射される。

【００７１】同様に、電極１５ａ、可動子５７に０Ｖ、
電極１５ｂにＶｏｎの電圧を印加することで、可動子５
７は、再び一方の配置位置である遮光位置に戻され、そ
の状態に保持される。

【００７２】なお、この実施形態において、可動子５７
の位置を図１０(a)に示す遮光位置に設定しておくこと
により、透明基板３、固定壁５１、及び可動子５７の遮
光領域を、セルフアライメントにより同時に形成するこ
とが可能となる。

【００７３】即ち、可動子５７を透明基板３に対して遮
光位置となるように位置させた状態（図１１(a)に示す
状態）で、可動子５７及び透明基板３に、上方から金属
薄膜等を蒸着することにより、透明基板３、固定壁５
１、及び可動子５７の遮光領域を同時に形成することが
できる。これにより、可動子５７上の遮光膜２１と透明
基板３上の遮光膜２３及び固定壁５１上の遮光膜５５と
の位置合わせが不要となり（セルフアライメント）、製
造プロセスを高い形成精度を保ちつつ簡単にすることで
き、以て、製造コストを低減することができる。また、
漏れ光の極めて少ない遮光膜を得ることができる。

【００７４】この実施形態による光変調素子６１によれ
ば、リンク機構部１３を介して可動子５７を移動自在に
支持したので、電気機械動作によって可動子５７を移動
させることで、連結板１１を弾性変形させて、可動子５
７を、遮光膜２３又は開口部２５のいずれか一方の位置
に選択的に配置することができる。この結果、低電圧の
駆動が可能になる。また、可動子５７を、透明基板３上
で高密度に配列することが可能であり、高い解像度を容
易に得ることができる。そして、１画素を格子状とする
ことで変調に必要な可動子の変位量を小さくできると共
に、可動子５７も小型軽量化でき、これによっても、低
電圧で光変調を安定して行うことが可能となる。

【００７５】次に、本発明に係る光変調素子の第４実施
形態を説明する。図１２は本発明による光変調素子の第
４実施形態の構成を示す一部分を切り欠いた斜視図、図
１３は図１２の光変調素子の遮光状態及び光透過状態を
示す平面図、図１４は図１２のＥ−Ｅ断面を(a)、Ｆ−
Ｆ断面を(b)に示した断面図である。

【００７６】図１２に示すように、絶縁性を有し変調し
ようとする光に対して透明な透明基板３上には、一定の
間隔を隔てて複数の遮光膜２３が形成されている。透明
基板３上には一対の平行な帯状のスペーサ７１が形成さ
れ、このスペーサ７１の上面には可撓性を有する薄膜状
の枠体７３が形成されている。開口部２５の上方には可
動子７５が配設され、可動子７５は長手方向の両端がリ
ンク機構部１３によって枠体７３に支持されている。可
動子７５は、リンク機構部１３の連結板１１を弾性変形
させることで、遮光膜２３又は開口部２５のいずれか一
方の位置に選択的に配置される。可動子７５同士の間
は、スリット７となっている。

【００７７】可動子７５はＸ方向の断面形状が方形状と
なっており、少なくとも隣接する可動子７５側の面には
絶縁膜７７が形成され、接触によるショートが防止され
ている。この可動子７５の断面は、その殆どが遮光性を
有する遮光性導電膜７９によって形成されているが、そ
の構成は遮光性導電膜７９に限らず、遮光膜と導電膜と
を個別に形成するものであっても良い。

【００７８】なお、遮光膜２３は、スリット７と同一幅
かそれ以上の幅に形成されている。従って、図１２にお
ける透明基板３の下側から導入された光は、スリット７
に相当する位置では遮光膜２３によって透過が阻止さ
れ、可動子７５に相当する位置では可動子７５の遮光性
導電膜７９によって透過が阻止され、結局、図１２にお
ける上側へは透過されないことになる。

【００７９】上述の光変調素子８１は、隣り合う可動子
７５の電圧印加により発生する静電気力によって、図１
２に示す矢印Ｘ方向に可動子７５を移動させることがで
きる。この可動子７５の移動により光変調が行なわれ
る。即ち、図１４(a)に示すように、可動子７５が透明
基板３上の開口部２５に重なる位置にあるときは、光変
調素子８１の下側から入射された例えば平面光源（図示
せず）からの光は、遮光膜２３及び遮光性導電膜７９に
より遮断され、光変調素子８１上方に出射されない（遮
光状態）。

【００８０】一方、図１４(b)に示すように、可動子７
５が透明基板３上の遮光膜２３に重なる位置にあるとき
は、光変調素子８１の下側から出射された光は遮光膜２
３の位置では遮断されるが、開口部２５の位置では光変
調素子８１の上方に出射される（透過状態）。

【００８１】次に、本実施形態における光変調素子８１
の具体的な光変調動作を説明する。図１３(a)に示すよ
うに、中央の可動子７５の遮光性導電膜７９ｃ及び隣接
の可動子７５の遮光性導電膜７９ａ、７９ｂに０Ｖの電
圧を印加した状態（Ｖ_s1＝Ｖ_s2＝Ｖ_m＝０）では、可動
子７５には静電気力が働かず、可動子７５は例えば一方
の配置位置である遮光位置に保持される（図１４(a)に
示す遮光状態）。この場合、平面光源から出射され透明
基板３上の開口部２５を通過した光は、遮光膜７９によ
って遮光される。

【００８２】また、図１３(b)に示すように、遮光性導
電膜７９ａにＶ_on、遮光性導電膜７９ｂに０Ｖの電圧を
印加し、遮光性導電膜７９ｃに０Ｖの電圧を印加すると
（Ｖ _s2＝Ｖ_m＝０、Ｖ_s1＝Ｖ_on）、可動子７５は、静電
気の作用によって異なる電極に接続された遮光性導電膜
７９ａと遮光性導電膜７９ｃを有するもの同士が吸引さ
れて、遮光膜２３上に重なる位置で静止する（図１３
(b)に示す透過状態）。この時、移動する可動子７５に
よって、連結板１１が弾性変形してリンク機構部１３が
駆動され、可動子７５は他方の配置位置である透過位置
に保持される。これにより、平面光源から出射され、透
明基板３上の開口部２５を通過した光は、光変調素子８
１の上方に出射される。

【００８３】同様に、遮光性導電膜７９ｂにＶ_on、遮光
性導電膜７９ａ及び遮光性導電膜７９ｃに０Ｖの電圧を
印加することで、可動子７５は、再び一方の配置位置で
ある遮光位置に戻され、その状態に保持される。

【００８４】この実施形態による光変調素子８１によれ
ば、リンク機構部１３を介して可動子７５を移動自在に
支持したので、電気機械動作によって可動子７５を移動
させることで、連結板１１を弾性変形させて、可動子７
５を、遮光膜２３又は開口部２５のいずれか一方の位置
に選択的に配置することができる。この結果、低電圧の
駆動が可能になる。また、隣接する可動子７５同士が接
するまでの距離だけを確保して、可動子７５を、透明基
板３上で高密度に配列することが可能であり、高い解像
度を容易に得ることができる。１画素を格子状とするこ
とで変調に必要な可動子の変位量を小さくできると共
に、可動子も小型軽量化でき、これによっても、低電圧
で光変調を安定して行うことが可能となる。更に、帯状
の可動子７５同士を略平行に配置するので、静電誘導に
寄与する面積を大きく稼ぐことができ、その結果、十分
な静電吸引力によって可動子７５を電気機械動作させる
ことができ、安定した動作を得ることができる。

【００８５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
る光変調素子は、軸を介して基端が透明基板に回動自在
に支持された連結板の先端に、可動子を回動自在に固定
したので、電気機械動作によって可動子を移動させるこ
とで、連結板を弾性変形させて、可動子を、遮光膜又は
開口部のいずれか一方の位置に選択的に配置することが
できる。この結果、低電圧の駆動が可能になる。また、
可動子の状態を維持させるメモリー性を持たせることが
できるので、スイッチング素子を用いずにアクティブマ
トリクスと同様の駆動が行えるようになる。光変調素子
を一次元又は二次元のマトリクス状に配置して構成する
ことで、一次元又は二次元の光変調を簡便に行うことが
でき、露光装置や平面表示装置の軽量化、大面積化を図
ることができる。更に、透明基板から出射された光を蛍
光体に直接的に照射できるため、光利用効率を高めて、
高輝度な表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光変調素子の第１実施形態の構成
を示す一部分を切り欠いた斜視図である。

【図２】図１の光変調素子の遮光状態及び光透過状態を
示す平面図である。

【図３】リンク機構部の断面図である。

【図４】リンク機構の製造手順を示す説明図である。

【図５】図２の光変調素子の遮光状態を示すＡ−Ａ断面
図である。

【図６】図２の光変調素子の光透過状態を示すＢ−Ｂ断
面図である。

【図７】第１実施形態の光変調素子を用いて構成した平
面表示装置の要部断面図である。

【図８】本発明による光変調素子の第３実施形態の構成
を示す一部分を切り欠いた斜視図である。

【図９】図８に示す光変調素子をマトリクス構成として
配列したアレイ型光変調素子の平面図である。

【図１０】図８の光変調素子の遮光状態及び光透過状態
を示す平面図である。

【図１１】図１０のＣ−Ｃ断面を(a)、Ｄ−Ｄ断面を(b)
に示した断面図である。

【図１２】本発明による光変調素子の第４実施形態の構
成を示す一部分を切り欠いた斜視図である。

【図１３】図１２の光変調素子の遮光状態及び光透過状
態を示す平面図である。

【図１４】図１２のＥ−Ｅ断面を(a)、Ｆ−Ｆ断面を(b)
に示した断面図である。

【符号の説明】

１、４１、６１、８１ 光変調素子 ３ 透明基板 ５ 格子板（可動子） ７ スリット ９ 可動格子 １０ 第２の電極 １１ 連結板 １５ 第１の電極 １７、１９ 軸 ２１、２３、５５ 遮光膜 ２５ 開口部 ５７、７５ 可動子 ４１ 平面表示装置 ４５ 蛍光体 ５１ 固定壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2H041 AA04 AA06 AB04 AC06 AZ01 AZ08 5C094 AA10 AA24 AA43 AA48 BA09 BA32 BA65 BA72 BA84 BA92 BA97 CA19 EB02 ED15 FA01 FB12 FB15 GA10 5C096 AA22 AA27 BA01 BC02 BC03 BC18 BC20 CA03 CA13 CA18 CA28 CB01 CC02 CJ12 DB06 DB11 DB19 DB30 DB37 DC03 DC04 EA03 EB02

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変調する光に対して透明な基板と、 該透明基板に形成され前記光の透過を阻止する遮光膜
   と、 前記透明基板に設けられ該遮光膜の形成されていない開
   口部と、 軸を介して基端が前記透明基板に回動自在に固定され先
   端が自由端となった可撓薄膜からなる一対の連結板と、 一端が一方の連結板の先端に回動自在に固定されると共
   に他端が他方の連結板の先端に回動自在に固定され該連
   結板を弾性変形させて電気機械動作により前記遮光膜又
   は前記開口部のいずれか一方の位置に選択的に移動され
   る可動子とを具備したことを特徴とする光変調素子。
2. 【請求項２】 前記可動子が、移動方向に格子板とスリ
   ットとを交互に配列して形成される可動格子であり、 前記格子板が遮光性を有し、 前記遮光膜及び開口部が、前記スリット及び前記格子板
   に対応して前記透明基板に配設されたことを特徴とする
   請求項１記載の光変調素子。
3. 【請求項３】 前記透明基板の可動格子移動方向両側
   に、第１の電極が設けられ、前記可動格子に、第２の電
   極が設けられ、前記第１の電極と前記第２の電極とに電
   圧印加することで静電気力を発生させて前記電気機械動
   作を行うことを特徴とする請求項２記載の光変調素子。
4. 【請求項４】 前記可動子が遮光性を有し、前記透明基
   板に、所定間隔を空けて略平行な複数の固定壁が立設さ
   れ、該固定壁の間に、前記可動子、前記遮光膜及び前記
   開口部が配設されたことを特徴とする請求項１記載の光
   変調素子。
5. 【請求項５】 前記可動子を挟む両側の前記固定壁に、
   第１の電極が設けられ、前記可動子に、第２の電極が設
   けられ、前記第１の電極と前記第２の電極とに電圧印加
   することで静電気力を発生させて前記電気機械動作を行
   うことを特徴とする請求項４記載の光変調素子。
6. 【請求項６】 前記可動子が遮光性を有し、該可動子が
   所定間隔を空けて前記透明基板上に複数配設され、前記
   開口部が、それぞれの該可動子に重なる位置に形成され
   たことを特徴とする請求項１記載の光変調素子。
7. 【請求項７】 隣り合う前記可動子に、第１の電極と、
   第２の電極を設け、前記第１の電極と前記第２の電極と
   に電圧印加することで静電気力を発生させて前記電気機
   械動作を行うことを特徴とする請求項６記載の光変調素
   子。
8. 【請求項８】 請求項１〜請求項７のいずれか１項記載
   の光変調素子を、一次元又は二次元のマトリクス状に配
   置して構成したことを特徴とするアレイ型の光変調素
   子。
9. 【請求項９】 前記透明基板に向けて変調する光を照射
   する光源とは反対側に、前記透明基板を挟んで蛍光体を
   配設し、 前記透明基板の前記開口部を通過した前記光源からの光
   によって前記蛍光体が励起発光されることを特徴とする
   請求項１〜請求項８のいずれか１項記載の光変調素子。
10. 【請求項１０】 前記光が、紫外線であることを特徴と
    する請求項１〜請求項９のいずれか１項記載の光変調素
    子。
11. 【請求項１１】 請求項１〜請求項１０のいずれか１項
    記載の光変調素子を利用したことを特徴とする露光装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜請求項１０のいずれか１項
    記載の光変調素子を利用したことを特徴とする平面表示
    装置。